[发明专利]具有单片集成和背面接触器的薄膜太阳能电池

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2008年6月4日申请的美国临时专利申请第61/130,926号和2008年6月7日申请的美国临时专利申请第61/131,179号的优先权，上述两案的内容以引用的方式并入本文。

背景技术

目前的太阳能技术可以粗略分类成晶体硅技术和薄膜技术；本发明涉及薄膜太阳能膜。大约90％的太阳能电池是由硅(单晶硅或多晶硅)制成的。晶体硅(c-Si)已在大多数太阳能电池中用作光吸收半导体(light-absorbing semiconductor)，虽然它是相对较差的光吸收体并且需要相当厚(数百微米)的材料。尽管如此，晶体硅被证明是方便的，因为它生产出具有良好效率(13-18％，理论最大值的二分之一到三分之二)的稳定的太阳能组件并且使用从微电子工业的知识基础发展出的工艺技术。

第二代太阳能电池吸收体技术是基于本领域承认的术语“薄膜”。主要的薄膜技术有非晶硅、铜铟镓硒(CIGS)和碲化镉(CdTe)。CdTe薄膜太阳能电池的制造非常的简单，并且与所有其他的太阳能电池技术相比有希望实现最低的制造成本。NREL已证实了效率为16.5％的CdTe太阳能电池。现有技术通过在3mm厚的玻璃衬底上沉积CdTe，并用第二个3mm的盖片玻璃进行封装来构造CdTe太阳能电池。因此它们是通过缓慢的逐件制造工艺进行制造。这些CdTe太阳能电池非常的重，难以用于住宅屋顶应用——太阳能工业最大的细分市场之一。柔性太阳能电池的重量较轻，这使得它适合于住宅屋顶应用，这样的应用对于重玻璃衬底上的CdTe而言是不易实现的。

需要更高效的具有薄膜技术的衬底结构。诸如Kaneka^TM、Sharp^TM、Schott Solar^TM和Ersol^TM的许多公司正在使用商业上证实的CVD工艺来沉积最初为了平面显示器制造而开发的a-Si，从而在玻璃衬底上制造非晶硅太阳能电池。诸如Applied Materials^TM的玻璃衬底设备公司提供了全程解决方案(turn-key)系统以在玻璃衬底上制造非晶硅太阳能电池。    

在诸如玻璃之类的透明衬底上使用上基板(superstrate)配置制造常规的CdTe和非晶硅太阳能电池。现有技术的建立在玻璃衬底上的薄膜太阳能电池组件是单片集成的，通过使用激光划线和机械划线工艺的组合来隔离电池并将其串联互连而成。薄膜太阳能电池的一个主要缺点是这些电池/组件只能产生有限的电流，因为所有的电流必须通过导电性有限的透明导电氧化物。因此，每个模块最高可获得的电流的限制显著地加大了系统成本权衡，因此对薄膜太阳能电池在大太阳能农场市场中的使用造成了严重的限制。为了解决该问题，已将背面金属接触器技术用于硅太阳能电池。但是这些技术不能用于在玻璃衬底上构造的传统的上基板薄膜太阳能电池，因为在玻璃衬底上构造的太阳能电池就算可以也很难实现背面接触器。

当使用不透明金属箔或半透明聚合物衬底来制造非晶硅、CIGS或CdTe太阳能电池时，使用用于太阳能电池的衬底配置。Solexant公司已经公开了用于CdTe衬底太阳能电池的背面接触器形式的新颖的想法，参见申请日为2009年3月2日的共同转让的未决美国申请第12/380,638号，该案的内容以引用的方式并入本文。

现有技术还公开了一种绝缘衬底结构，其将单片集成与将透明导体连接到背面金属的方法相结合，参见美国专利第5,626,686号；第5,733,381号；第5,421,908号和第5,928,439号，其内容全部以引用的方式并入本文。这些设计仅通过使用绝缘衬底的太阳能电池来起作用。这些器件不通过导电衬底来起作用；也没有建议当考虑导电衬底时所面对的问题的解决方案。

现有技术中已经使用了导电衬底，但是没有人成功地使用用于柔性衬底上的光伏器件的薄膜吸收体材料将导电衬底与串联互连和并联电流收集相结合。CIGS太阳能电池常常建立在导电衬底上，但是它们的互连结构需要改进。诸如Odersun的一些公司将这些成卷的薄膜切割成1cm的小条并且将其手工粘结以建立串联互连。这是一个费力费钱的过程。其他的现有技术方法建立穿过吸收体层的导通孔(via)，并用导电胶填充所述导通孔以建立发射极卷绕，从而将透明导体连接到背面金属电极，参见美国专利第7,276,724号和美国专利公布第2007/0186971号，其内容都以引用的方式并入本文。