[发明专利]整片串联和并联的光电组件

说明书

本发明属于光电池领域，特别是关于制造一种整片内联的光电池组件的装置和方法。

众所周知，在薄膜半导体技术领域中，将太阳能转变成电能的光电池可以通过在两个电极之间夹一层半导体结构，例如非晶硅PIN结构，而制成，就如美国专利4，064，521中所公开那样。其中的一个电极的典型的结构应是透明的，以便太阳光可照到半导体材料上。这个“前”电极（或称“接触电极”）可以用一层透明的导电氧化物薄膜材料，如氧化锡，（其厚度小于10微米）所组成，而且通常是构成在由玻璃或塑料所制得的透明支承基底和光电半导体材料之间。“后”电极（或接触电极）是制做在与前电极相反的那一面的半导体材料的表面上。通常是由金属薄膜，如铝所组成。后电极也可以用诸如氧化锡那样的透明材料制成。

然而，对于大多数用途来说，跨接在单个光电池的电极上而产生的电压是不够的。为了在光电半导体器件上获得足够的功率、就必须把单个光电池串联而成一个列阵，在此称为光电组件，图一表示一种串联光电池的典型安排。

图1所示的光电组件10是由许多光电池12串联而形成的，这些光电池12都被制作为基底14上，而太阳光16也通过这层基底14照射到光电池上。每个光电池包括一个由透明的导电氧化物制成的前电极18，一个由半导体材料，如氢化非晶硅制成的光电元件20，以及一个由金属材料，如铝或透明材料，如氧化锡制成的后电极22，光电元件20可以包括一个PIN结构。相临的前电极18是被充填满了半导体材料光电元件20的第一凹槽所隔开。在第一凹槽中的半导体介电材料将相临的前电极18在电气上互相绝缘开。而填满了金属以作为后电极的第二凹槽又把相临的光电元件20互相隔开。这样就使一个光电元件的前电极和另一个相临光电元件的后电极互相串联起来了。而相临的后电极22则被第三凹槽28，在电气上互相绝缘开的。

如图1所示的薄膜光电组件的典型制造方法是掩模沉积方法，一种适当的技术就是在硅烷气氛中用辉光放电将半导体材料沉积在基底上，就如美国专利4，064，521所述，常规的用于制作凹槽以隔开相临光电池的工艺是：采用正负抗蚀剂的抗蚀掩模丝网印刷方法以及机械法放电法或激光划刻法。激光划刻和丝网印刷法是包括非晶硅光电组件在内的薄膜半导体器件的经济实用和高效率的生产方法。激光划刻法比之与丝网印刷法具有优越性，因为激光划刻法的附加优点是把相临光电元件隔开而成为多个光电池的凹槽的宽度只有25微米以下，大大小于典型的丝网印刷法制出的凹槽宽度380-500微米。所以由激光划刻法制造出来的光电组件具有更高的有效产电面积百分比，从而比由丝网印刷法制造的组件具有更高的效率。美国专利4，292，092公开激光划刻法划刻光电组件层的方法。

参见图1，一种使用激光划刻法制造多个光电池组件的方法包括：在透明的基底14上沉积透明导电的氧化物连续薄膜，划刻第一凹槽24，把透明导电的氧化物薄膜分离成前电极18，在前电极的顶部和第一凹槽24中制作一层连续的半导薄膜，在临近第一个凹槽24处平行地划刻出第二凹槽以便将半导体材料分隔成独立的光电元件20（或称为“光电段”）并将前电极18的一部分暴露出来而成为第二凹槽的底部，在光电元件20上和在第二凹槽26中制成一层连续的金属薄膜以使该金属与前电极之间构成电连接，然而在临近第二凹槽26处与之相平行地划刻出第三凹槽28以便将相临的后电极22分隔并互相绝缘开。

到目前为止，已有技术中光电组件的显著缺点是大的光电组件不具有产生任何所要求的电压输出。所谓“大的光电组件”即意味着数量级为1平方英尺以上的组件，所谓“小的电压输出”即意味着电压为12-15伏以下的输出。

众所周知，光电组件的电压输出直接和所串联的光电元件的数量有关。亦即元件数量愈多则电压愈高。在一个大的光电组件中，一种控制电压输出的方法就是减少在组件中的单个光电池的数量的同时增加每个光电池的尺寸，主要是增加其宽度，这类组件已由美国专利4，542，255（Tanner等人所发明）中公开。但这份专利中的不足之处就是元件宽度增加时单个光电元件的填充系数就下降了。于是光电元件的效率和输出功率就将随着光电池的尺寸的增加而降低。

本发明的目的就是提供一种光电组件及其制造方法，使大的光电组件可以具有最佳的单个光电元件的宽度以获得最大的功率输出。

也希望在某些应用中，比如汽车顶盖上的组合光电池组件中，增加通过光电组件的透光性。这可以用前后两个接触面电极都做成透明的方法来实现。这种透明电极（接触面）可以用氧化锡来制成。增加光电组件的透明性也可以用减少组件上每一个光电池的宽度，亦即增加组件上划刻线的数目而增加光的透明性。