用于光伏電池或模塊的背接觸基板的制作方法
【專利說(shuō)明】用于光伏電池或模塊的背接觸基板
[0001] 本發(fā)明設(shè)及光伏電池的領(lǐng)域，更具體地設(shè)及用于制造薄膜光伏電池的非透明背接 觸基板的領(lǐng)域。
[0002] 具體地，W已知方式，稱為第二代光伏器件的一些薄膜光伏電池使用鋼基背接觸 基板，所述基板涂覆有薄的光吸收膜（即，光敏材料），所述光吸收膜由銅(Cu)、銅（In)和砸 (Se)和/或硫(S)黃銅礦制成。其可W例如是具有黃銅礦結(jié)構(gòu)的CuInSes類型的材料。該類型 的材料在縮寫(xiě)CIS下已知。其還可W是CIGS，即附加地并入嫁化a)的材料，或CIGSSe，即并入 硫和砸二者的材料。第二類材料是由具有鋒黃錫礦(Kesterite)結(jié)構(gòu)的化2(化，SnKS, Se)4 (即CZTS)類型制成，使用鋒和/或錫來(lái)代替銅和/或嫁。第S類是由蹄化儒(CdTe)和硫化儒 (CdS)制成的。
[0003] 對(duì)于CIS、CIGS、CIGSSe和CZTSSe類型的應(yīng)用，背接觸電極通常基于鋼(Mo)，因?yàn)樵?材料展現(xiàn)出許多優(yōu)點(diǎn)。它是良好的電導(dǎo)體(約為1化Q .cm的相對(duì)低的電阻率）。它可W經(jīng)受 必要的高熱處理，因?yàn)樗哂懈叩睦狱c(diǎn)（2610°C)。它在某種程度上經(jīng)得住砸和硫。吸收劑的 薄膜的沉積通常需要在高溫下與包括砸或硫的氣氛接觸，運(yùn)傾向于損害多數(shù)金屬。鋼與砸 或硫反應(yīng)，具體地，形成MoSe2、MoS2或Mo(S，Se)2,但是保持傳導(dǎo)性，并且形成與CISXIGS、 CIGSSe、CZTS或CdTe薄膜的適當(dāng)歐姆接觸。最后，它是(：15、(：165、(：16556、〔215或〔肌6類型的 薄膜在其上良好附著的材料;鋼甚至傾向于促進(jìn)其晶體生長(zhǎng)。
[0004] 然而，對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)，鋼展現(xiàn)出主要缺點(diǎn)：它是昂貴的材料。與侶或銅相比，原材料 的成本是高的。鋼薄膜通常通過(guò)磁場(chǎng)輔助的陰極瓣射（即磁控管瓣射)來(lái)沉積。事實(shí)上，鋼祀 的制造也是昂貴的。運(yùn)是更加重要的，因?yàn)闉榱双@得期望水平的電導(dǎo)率(在包含S或Se的氣 氛中處理之后，至多2 Q/□、和優(yōu)選至多IQ/□、甚至優(yōu)選至多0.5 Q/□的每方塊電阻）,Mo 的相對(duì)厚的薄膜(通常大約從400nm到1微米)是必要的。
[0005] Saint-Gobain Glass化ance(法國(guó)圣戈班玻璃）的專利申請(qǐng)W0-A-02/065554教導(dǎo) 了提供相對(duì)薄的鋼膜(小于500nm)并且在基板和鋼基薄膜之間提供不可滲透堿金屬的一個(gè) 或多個(gè)薄膜，W使得在后續(xù)熱處理期間保持鋼基薄膜的品質(zhì)。
[0006] 鋼薄膜變換成給出良好歐姆接觸的Mo(S，Se)2薄膜。然而，該薄膜的厚度需要被很 好地控制。否則，可能出現(xiàn)若干問(wèn)題： a. 如果消耗了過(guò)多的背電極，則由于高電阻而引起的功率損耗。 b. 在P2/Zn0/Mo接觸部中的劃割和接觸中的工藝問(wèn)題，即較高的接觸電阻。 C.薄膜吸收體的剝離 d. 可能導(dǎo)致效率降低的微觀尺度上的吸收體中的非均勻性。 e. 在劃線P2中的Mo/MoSSe2/CIS接觸部和Mo/MoSSe2/Zn0接觸部的熱和潮濕條件下的腐 蝕。
[0007] 在W0-A-02/065554中，結(jié)合175nm的相對(duì)厚的鋼薄膜來(lái)使用侶或銅薄膜。
[000引除了砸化過(guò)程之外，背電極需要承受圖案化過(guò)程。Pl圖案化過(guò)程在背電極的導(dǎo)電 部分內(nèi)形成溝槽。
[0009] Pl劃割可W通過(guò)機(jī)械手段或通過(guò)ns或PS激光過(guò)程從頂部或者通過(guò)玻璃來(lái)執(zhí)行。要 求是:在相鄰電池之間的良好電絕緣、沒(méi)有堿屏障薄膜損壞W及平滑的形貌W用于后續(xù)薄 膜的良好覆蓋。除了 Pl之外，存在其它的圖案化或膜移除過(guò)程:移除吸收體和緩沖體薄膜用 于P2圖案化。運(yùn)里，背電極必須抵抗圖案化過(guò)程，W便在集成的互連中形成與前電極的接 觸。圖案化過(guò)程P2可W是機(jī)械的通過(guò)用細(xì)針劃割或通過(guò)從頂部的皮秒激光燒蝕。在機(jī)械圖 案化的情況下，低延展性金屬可能導(dǎo)致P2內(nèi)的背電極的部分移除，運(yùn)導(dǎo)致高的接觸電阻。在 激光圖案化的情況下，從低烙的背電極材料中選擇性移除CIS吸收體薄膜可能是困難的，導(dǎo) 致接觸區(qū)域的分岔或損耗。在P3過(guò)程中，通過(guò)僅移除ZnO或通過(guò)移除ZnO加吸收體來(lái)將前電 極(ZnO)分離在不同的電池之間。P3過(guò)程通常是機(jī)械過(guò)程。運(yùn)里，同樣，軟性背電極材料可能 導(dǎo)致背電極的部分移除。制造過(guò)程中的第四圖案化步驟可W是移除與第一和最后的電池鄰 近的吸收體和TCO薄膜，W用于集成的太陽(yáng)能電池與匯流條(盡管是焊接或烙接過(guò)程）的外 部接觸。該過(guò)程也是機(jī)械步驟，使用刷或刮。運(yùn)里，軟性背電極材料再次可能通過(guò)涂抹或部 分移除而引起問(wèn)題。
[0010] 本發(fā)明的目的在于提供一種導(dǎo)電和抗腐蝕的背接觸基板，其制造成本相對(duì)低，可 W被選擇性地激光燒蝕或者不用于Pl和P2劃割并且能夠承受機(jī)械劃割。
[0011] 為此，本發(fā)明的主題具體地是一種用于光伏電池的背接觸基板，其包括載體基板 和電極涂層，所述電極涂層包括： -金屬薄膜； -對(duì)砸化的屏障薄膜，用于保護(hù)金屬薄膜，所述對(duì)砸化的屏障薄膜具有至多50nm、優(yōu)選 地至多30nm、優(yōu)選地至多20nm的厚度；W及 -在對(duì)砸化的屏障薄膜上，基于金屬M(fèi)的上部薄膜，其能夠在硫化和/或砸化之后形成與 光敏半導(dǎo)體材料的歐姆接觸薄膜， 其中，金屬薄膜是基于侶并且具有至多300皿、優(yōu)選地至多100皿、優(yōu)選地至多90皿、優(yōu) 選地至多SOnm的厚度。
[0012] 運(yùn)樣的導(dǎo)電基板展現(xiàn)出下述優(yōu)點(diǎn):使得有可能利用減少成本的材料來(lái)獲得等同于 導(dǎo)電基板的每方塊電阻，其電極涂層由僅一個(gè)鋼薄膜組成。
[0013] 由于所述導(dǎo)電基板，用于制造光伏電池(或光伏模塊）的過(guò)程另外特別可靠。運(yùn)是 因?yàn)閷?duì)砸化的屏障薄膜使得有可能既通過(guò)所有上部薄膜(例如，如果其厚度在10和SOniILt 間）的變換來(lái)保證Mo(S，Se)2的存在和量，又同時(shí)保證侶基薄膜的存在和均勻厚度，所述侶 基薄膜的導(dǎo)電性質(zhì)得W保持。侶基薄膜的品質(zhì)及其厚度的均勻性的保持使得有可能將材料 的量減少至最小。發(fā)現(xiàn)可W獲得低于扣〇hm*cm的電阻率。在60nm的薄膜厚度的情況下，獲得 0，72 Q的薄層電阻，運(yùn)對(duì)于具有高效率的太陽(yáng)能電池來(lái)說(shuō)是足夠的。
[0014] 在砸化和/或硫化之后、由上部薄膜形成的歐姆接觸薄膜的均勻性另外有益于太 陽(yáng)能電池的效率。
[0015] 發(fā)現(xiàn)運(yùn)樣的薄的對(duì)砸化的屏障薄膜適用于保護(hù)具有基于侶的材料的金屬薄膜。例 如，銅沒(méi)有通過(guò)測(cè)試。
[0016] 而且，具有與對(duì)砸化的薄屏障和鋼薄膜組合的薄的侶基薄膜，電極能夠通過(guò)激光 Pl劃割測(cè)試?？紤]到其低烙點(diǎn)，預(yù)期電極不能通過(guò)運(yùn)樣的測(cè)試，在該情況下，機(jī)械劃割將是 必要的。
[0017] 具有清楚的Pl劃割有相當(dāng)大的優(yōu)勢(shì)。
[0018] 盡管增加上部薄膜12和對(duì)砸化的屏障薄膜10的厚度避免了在Pl劃割溝槽周圍的 層離。發(fā)現(xiàn)減小侶的厚度導(dǎo)致更好的Pl劃割。
[0019] 根據(jù)特定實(shí)施例，所述導(dǎo)電基板包括分離地或根據(jù)技術(shù)上可能的所有組合所取的 下述特性中的一個(gè)或多個(gè)： -在載體基板上形成電極； -在載體基板上形成金屬薄膜； -金屬薄膜具有至少40nm、優(yōu)選地至少50nm、優(yōu)選地至少60nm的厚度； -電極包括在對(duì)砸化的屏障薄膜與載體基板之間的單個(gè)金屬薄膜； -金屬薄膜由侶制成； -所述金屬薄膜此外包含下述附加元素之中的一個(gè)或多個(gè):銅(化）、儀(Ni)、銷(Pt)、鋼 (Mo)、儘(Mn)、儀(Mg)、被(Be)、饑(V)、鋒(Zn)、娃(Si),其具有至多5%的總原子含量； -所述金屬薄膜此外包含氧(0)和/或氮(N)，其具有至多5%的總的最大原子含量； -所述金屬薄膜具有至多1扣Q .cm、優(yōu)選地至多1化Q .cm、優(yōu)選地至多化Q .cm的電阻 率. -所述金屬薄膜具有低于2 Q /□、優(yōu)選地低于1 Q /□的薄層電阻； -所述對(duì)砸化的屏障薄膜基于MoxOyNz、TixOyNz、WxOyNz、化撕成、NbxOyNz、RexOyNz當(dāng)中的 至少一個(gè). -在金屬薄膜上形成對(duì)砸化的屏障薄膜； -對(duì)砸化的屏障薄膜具有在0和-IOGPa之間、優(yōu)選地在-1和-5GPa之間的壓縮應(yīng)力； -對(duì)砸化的屏障薄膜是具有至多IOnm的顆粒大小的納米晶或非晶的； -對(duì)砸化的屏障薄膜具有至少1%和至多50%的摩爾組成0/(0+N); -對(duì)砸化的屏障薄膜具有至少15%和至多80%的摩爾組成M V(M'+0+N); -對(duì)砸化的屏障薄膜具有至少5nm且至多l(xiāng)OOnm、優(yōu)選地至少IOnm和至多60nm的厚度； -所述歐姆接觸薄膜基于鋼(Mo)和/或鶴(W); -歐姆接觸薄膜形成在金屬薄膜上和對(duì)砸化的屏障薄膜上(如果存在的話）； -歐姆接觸薄膜將與光敏薄膜接觸； -所述金屬M(fèi)能夠形成P類型的半導(dǎo)體硫化物和/或砸化物的化合物，其能夠形成與光敏 半導(dǎo)體材料的歐姆接觸； -背接觸基板還包括在載體基板和電極之間的對(duì)堿的屏障薄膜； -在載體基板上形成屏障薄膜； -對(duì)堿的屏障薄膜基于下述中的至少一個(gè):氮化娃、氧化娃、氮氧化娃、碳氧化娃、氧化 侶和氮氧化侶。
[0020] 本發(fā)明的另一主題是包括如上所述的背接觸基板和至少光敏材料的薄膜的光伏 電池。
[0021] 根據(jù)特定實(shí)施例，所述光敏材料基于硫族化物的化合物半導(dǎo)體，例如Cu(In，Ga) (S，Se)2類型的材料，特別是口5、(：165、(：16556，或還有加2(211神）（5,56)4類型的材料。
[0022] 本發(fā)明的另一主題是用于制造用于光伏電池的背接觸基板的過(guò)程，至少包括下述 步驟： -制成金屬薄膜； -制成對(duì)砸化的屏障薄膜，其用于保護(hù)金屬薄膜，所述對(duì)砸化的屏障薄膜具有至多 50nm、優(yōu)選地至多30nm、優(yōu)選地至多20nm的厚度；W及 -在對(duì)砸化的屏障薄膜上，制成基于金屬M(fèi)的上部薄膜，其能夠在硫化和/或砸化之后形 成與光敏半導(dǎo)體材料的歐姆接觸薄膜， 其中金屬薄膜基于侶，并且具有至多300皿、優(yōu)選地至多100皿、優(yōu)選地至多90nm、優(yōu)選 地至多SOnm的厚度。
[0023] 根據(jù)特定實(shí)施例，所述過(guò)程包括激光燒蝕步驟，用于形成往背接觸基板中的Pl劃 割。
[0024] 本發(fā)明的另一主題是一種用于如上所述的背接觸基板上的光伏電池的制造的過(guò) 程，包括形成光敏薄膜的步驟，在所述步驟期間，歐姆接觸薄膜被變換成所述金屬M(fèi)的硫化 物和/或砸化物。
[0025] 根據(jù)特定實(shí)施例，所述過(guò)程包括激光燒蝕步驟，用于形成往背接觸基板中的Pl劃 割。
[0026] 本發(fā)明的另一主題是一種光伏模塊，其包括彼此串聯(lián)連接