[發明專利]混合型透明導電電極

無效

• 申請號: 200980153399.4
• 申請日: 2009-10-30
• 公開（公告）號: CN102365753A
• 公開（公告）日: 2012-02-29
• 發明（設計）人: H.F.普恩;M.R.魯濱遜;C.厄本;J.K.J.范杜倫;J.R.希茨
• 申請（專利權）人: 納米太陽能公司
• 主分類號: H01L31/042
• 分類號: H01L31/042;H01L31/05
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 彭久云

技術領域

本發明涉及將透明導電電極(TCE)沉積于大面積的基底上，更具體地 說，涉及在高產量滾動條式生產系統中的非真空TCE沉積以用于光伏應用。

背景技術

太陽能電池和太陽能模塊把太陽光轉換成電能。傳統上使用硅(Si)作 為光吸收、半導體材料來制作這些電子設備，生產工藝較為昂貴。為了使太 陽能電池更為經濟可行，已經開發出的太陽能電池結構能夠廉價地使用諸如 銅-銦-鎵-硒(CIGS)的薄膜型吸光半導體材料，而由此制成的裝置常被稱為 CIGS太陽能電池。

為了經濟合算地構造大面積基于CIGS的太陽能電池或模塊，一個主要 困難是降低加工成本和材料成本。在已知的CIGS太陽能電池中，通過基于 真空的沉積工藝把透明導電電極(TCE)層及很多其他層沉積在玻璃或金屬 基底上。通常的沉積技術包括共蒸發、濺射、化學氣相沉積等等。用于沉積 透明導電電極(TCE)的最常用技術之一是透明導電氧化物(TCO)的濺射 沉積。遺憾的是，濺射沉積工藝對于所需薄膜厚度和高真空來說速度太慢， 其產量/資本支出比非常低。另外，由于材料沉積到腔室的壁上，材料產率也 很低。而且，濺射沉積過程中的溫度控制會進一步地限制產量，特別是在需 要防止損壞對溫度敏感的下面各層(如CIGSe/CdS堆)的情況下。最后，對 于濺射沉積的TCO，控制其大面積上導電性和透明性的均勻度也很困難。

除了在薄膜太陽能電池上面沉積TCO層的工藝較慢之外，還應了解， 作為TCE使用的TCO材料本身就不是合適的導體，在最貴的產品中，其薄 層電阻通常至少為5歐姆/方塊，而在較低價格的材料中，其薄層電阻經常超 過60-200歐姆/方塊。使用此類TCO形成的太陽能電池依賴于一種互相連接 的設計，其使用額外的導電模式(跡線、指狀物、格柵、線條、母線等等) 來匯集電流，并使得電阻和光遮蔽損失最小。因此，當把TCO材料整合入 薄膜太陽能電池中時，目前的折衷方案是要么沉積非常厚或非常昂貴的TCO 層，要么是與TCO一起采用額外的導電模式減少損失。

一些先前技術已經建議采用金屬納米線網或碳納米管網作為濺射透明 導電氧化物電極的低成本替代物。不過，一般來說，與濺射TCO相比，此 類電池的效率較低。

由于上述問題，可使用經改善的技術來降低加工成本和材料成本。可通 過改善來提高現有制造工藝的產量，并降低與CIGS太陽能裝置有關的成本。 經降低成本和提高產量，此類產品的市場滲透率和商業應用程度應能提高。

發明內容

本發明的實施例解決了至少部分上述缺陷。應理解，至少一些本發明的 實施例可適用于任何類型的太陽能電池，不論它們性質上是堅硬還是柔軟， 也不論吸收層中所用材料的類型如何。本發明的實施例可適用于滾動條式和 /或批量生產。在一個實施例中，本說明書中所討論的技術方案將用于印制及 快速熱加工的CIGS、CIGSS或其他吸收層，以減少或去除經濺射或化學氣 相沉積于其上的TCO材料量。本說明書中至少一些實施例將提高納米線和 吸收/活性層(如CIGS/CdS)之間的接觸面積，并由此增加所匯集的光電流 量。本發明的實施例將實現至少一些本說明書中所述的這些目的及其他目 的。

在本發明的一個實施例中，薄膜CIGS太陽能電池的透明電極部分地被 一片納米線替換。本發明中所用技術方案的一個實施例包括形成一種太陽能 電池，其包括：a)用導電材料制成的比通常厚度要薄的透明頂電極，其厚度 為50nm或更小，和b)相互連接的納米線形成的網，其與該頂電極相接觸 和/或被該頂電極覆蓋。在一些實施例中，與另一電池相比，該頂電極和納米 線網提高了該太陽能電池的總功率輸出。除了以下不同外，該另一電池與該 電池完全相同：其僅使用a)該材料制成的頂電極層，其厚度和透光率等于 該頂電極與該納米線網的合計厚度和透光率，或b)相互連接的納米線網， 其厚度等于該合計厚度和透光率。