[发明专利]一种薄膜太阳能电池及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种薄膜太阳能电池及其制造方法，属于太阳能电池技术领域。

背景技术

薄膜太阳能电池主要由前电极层、光电转换层及背电极层组成，这三个膜层的性能直接影响太阳能电池转换效率。前电极层为了保证高的透光率和好的导电性，一般采用单层的二氧化锡或氧化铟锡。而背电极层必须具有良好的电学和光学性能。目前，背电极的膜层结构设计已经由简单的单层结构趋向多层化，如中国专利ZL200910209157.4《一种太阳能电池及制作方法》的背电极结构为AZO层+过渡层+Ag层+金属保护层，过渡层位于AZO层和Ag层之间，能提高AZO层和Ag层的附着力，保证电池的使用寿命，但是对比文件1采用单层银作为反射层，成本高，而且银膜上的金属保护层无增焊功能，不能满足客户对焊接性能的要求。而专利ZL201010523713.8《薄膜太阳能电池背电极》的背电极结构为Y:ZnO+Ag+Y:ZnO+Ag+金属薄膜层，能够提高背电极的导电性和反射率，但是Y:ZnO层与Ag层之间附着力差，容易造成膜层脱落的现象，而且金属薄膜层采用Ti/Ni/Al，焊接性能差。

发明内容

为了使薄膜太阳能电池的背电极具有良好的焊接性能和增强膜层之间的附着力，提高太阳能电池的转化效率，本发明的目的是改进太阳能电池背电极的结构，开发一种成本低、转化效率高的太阳能电池及其制造方法。

一种薄膜太阳能电池，由多个内部串联的光电单元构成，包括在衬底上依序层叠的前电极、光电转化层和背电极，其特征在于所述背电极是由透明导电层、过渡层、第一反射层、第二反射层和增焊保护层组成的多层结构。背电极中第一反射层的厚度小于第二反射层。背电极的第一反射层为50～150nm厚的银膜，第二反射层为50～300nm厚的铝膜，可有效降低生产成本。

背电极的增焊保护层为40～200nm厚的镍铜或镍钒合金膜层，铜或钒的质量百分数为60%～80%，使背电极具有良好的焊接性能和抗氧化性。

背电极的透明导电层为50～300nm厚的掺铝氧化锌（AZO）膜，具有良好的导电性，且无毒环保。

背电极的过渡层为5～50nm厚的铬膜，增加AZO和Ag膜的附着力。

本发明还研发了一种薄膜太阳能电池的制备方法，在衬底上顺序沉积前电极、光电转换层和背电极，且依次对前电极、光电转换层和背电极进行刻划形成相应的图形，其特征在于所述背电极包括透明导电层、过渡层、第一反射层、第二反射层和增焊保护层，背电极的各膜层均采用直流磁控溅射在线真空镀膜制备，工作气体为氩气，本底压强为2～6×10^-6Torr，工作压强为1×10^-3Torr。

制备背电极之前进行预热，加热温度为100～200℃，在卧式PVD连续真空镀膜生产线上用直流电源控制靶材沉积背电极的各膜层，制备完毕后进行常温冷却。

背电极的透明导电层采用掺铝氧化锌的旋转靶制备，铝含量为1%-3%，形成50～300nm厚的掺铝氧化锌（AZO）膜。

背电极的过渡层采用铬（Cr）平面靶制备，溅射形成厚度为5～50nm的铬（Cr）膜。

背电极的第一反射层和第二反射层分别由银（Ag）和铝（Al）旋转靶制备，且第一反射层的厚度小于第二反射层。

背电极的增焊保护层由镍铜或镍钒合金旋转靶制备，其中镍与铜或钒的质量百分数为60%～80%。

本发明为了制备具有良好焊接的薄膜太阳能电池背电极，还设计了制造背电极的设备，包括设有加热室、镀膜室和冷却室的卧式PVD连续真空镀膜设备，其特征在于所述连续真空镀膜设备集三个加热室、四个镀膜室和三个冷却室为一体；所述四个镀膜室分别制备背电极的透明导电层、过渡层、第一反射层、第二反射层和增焊保护层，其中第一和第二反射层在同一镀膜室内制备；三个加热室的真空度和温度均从低到高分布；三个冷却室内的真空度由高到低，冷却温度为常温。

积极效果：本发明既节省了成本，又解决了太阳能薄膜电池普遍存在的焊接性能和附着力差的问题，同时还提高了太阳能电池的转化效率。背电极的反射层由银和铝两层膜构成，且银膜的厚度小于铝膜，可有效降低生产成本；在铝膜上设置增焊保护层，不仅可以保护背电极，还可以增加背电极的焊接性能；在工艺上具有改进，沉积AZO层之前，增加缓慢加热工艺，可有效去除太阳能电池基片上的湿气和脏污，以克服膜层的松动和氧化问题，同时降低AZO膜层的电阻率，减少背电极的背电阻，提高太阳能电池的转化效率；背电极制备完毕后，太阳能电池基片不立即移出腔体，而是继续在真空环境下冷却，避免背电极受污染。