[发明专利]多层背电极、光伏薄层太阳能电池和模块及制造方法

说明书

用于光伏薄层太阳能电池的多层背电极，按顺序地包括：至少一个块背电极层；至少一个导电阻挡层；至少一个尤其是欧姆的接触层，包含Mo、W、Ta、Nb，Zr和/或Co或者基本上由Mo、W、Ta、Nb，Zr和/或Co构成，和/或包含至少一种金属硫族化物或基本上由至少一种金属硫族化物构成，和/或包含至少一个与阻挡层相邻的第一覆层，包含Mo、W、Ta、Nb，Zr和/或Co或者基本上由Mo、W、Ta、Nb，Zr和/或Co构成，以及至少一个不与阻挡层相邻的第二覆层，包含至少一种金属硫族化物或基本上由至少一种金属硫族化物构成。还公开了光伏薄层太阳能电池和模块及其制造方法。

技术领域

本发明涉及用于光伏薄层太阳能电池的多层背电极、用于制造薄层太阳能电池和薄层太阳能模块的多层背电极的应用、包含按照本发明多层背电极的光伏薄层太阳能电池和模块以及用于制造光伏薄层太阳能电池和模块的方法。

背景技术

合适的光伏太阳能电池一方面包括晶体的以及无定形的硅太阳能模块并且另一方面包括所谓的薄层太阳能模块。在后者情况下一般利用IB-IIIA-VIA-化合物半导体层、即所谓的黄铜矿-半导体吸收层。在这些薄层太阳能模块中在玻璃衬底上通常施加钼背电极层。在一种方法变型方案中，该钼背电极层设置有铜和铟以及必要时设置有包含镓的先导金属薄层并且接着在提高的温度下在存在硫化氢和/或硒化氢的情况下转化成所谓的CIS或CIGS系统。

为了能够可靠地实现可接受的效率，通常在选择和制造背电极层时就已经要求特别注意。例如，背电极层具有高的横向导电性，以便保证损耗少的串联布线。从衬底和/或半导体吸收层中迁移的物质也应当不对背电极层的质量和功能范围产生影响。此外，背电极层的材料必须具有对衬底以及处于衬底上的层的热伸展特性的良好适应，以避免微裂纹。最后，在衬底表面上的粘附性也应当满足所有常见的使用要求。

虽然可能通过使用特别纯的背电极材料来达到良好的效率，但是伴随而来的是通常不成比例地高的生产成本。此外，前述的迁移或者尤其是扩散现象在通常的生产条件下很少不导致背电极材料的明显污染。

按照DE 44 42 824 C1，应当通过如下方式来实现带有形态良好构造的吸收层和高效率的太阳能电池：黄铜矿-半导体吸收层被选自钠、钾和锂的组中的元素以10¹⁴至10¹⁶原子/cm²的剂量来掺杂并且同时在衬底和半导体吸收层之间设置扩散阻挡层。代替地，如果应当放弃扩散阻挡层，则建议使用无碱的衬底。

Blösch等人（Thin Solid Films 2011）建议：在使用聚酰亚胺衬底膜时使用由钛、氮化钛和钼构成的层系统，以便获得良好的粘附特性和令人满意的热特性概况。Blösch等人（IEEE，2011，第1卷，第2号，第194至199页）为了使用柔性的薄层太阳能电池还建议使用不锈钢衬底膜，在该不锈钢衬底膜上首先为改善粘附性而施加薄的钛层。利用这种装备有钛/钼/钼三重覆层的CIGS薄层太阳能电池来实现令人满意的结果。也利用WO 2011/123869A2的技术教导来力求改善的薄层太阳能电池。在该文献中公开的太阳能电池包括钠玻璃衬底、钼背电极层、CIGS层、缓冲层、由固有的氧化锌构成的层和由用铝掺杂的氧化锌构成的层。第一分离沟槽在钼层、CIGS层和粉末层上延伸，第二分离沟槽在钼层上方开始。绝缘材料在第一分离沟槽中或上被淀积，并且前电极层被倾斜地淀积到太阳能电池（包括第一分离沟槽）上。通过这种方式应当获得带有改善的光吞吐量的薄层太阳能电池。US 2004/014419A1力求提供一种薄层太阳能电池，其钼背电极层拥有改善的效率。这应当通过如下方式来实现，设置带有由钼构成的背电极层的玻璃衬底，该背电极层的厚度应当不超过500nm。

在Orgassa等人那里（Thin Solid Films，2003，第431-432卷，第1987至1993页）就已经发现，考虑极为不同的金属如钨、钼、铬、钽、铌、钒、钛和锰来作为薄层太阳能电池的合适的背电极材料。

发明内容