专利名称：：薄膜太阳能电池模块及其制造方法
技术领域：
：本发明涉及一种太阳能电池，更明确地说，是涉及一种薄膜太阳能电池模块及其制造方法。
背景技术：
：太阳能是近年来最重要的可用能源之一。光电装置，即太阳能电池，己引起极大的关注，其能根据光电效应将太阳辐射转换成电能。太阳能电池通过几乎无限的太阳能来供电，不需要补充化石燃料，因此己被应用于卫星、太空及移动通信。鉴于节能、有效利用资源及防止环境污染的需求日益增加，太阳能电池已成为一种富有吸引力的能量产生装置。可以在硅(Si)晶片上制造太阳能电池。然而，与通过公知方法(例如，化石燃料燃烧发电厂)发电相比，使用晶片型太阳能电池发电的成本相对较高。为了使太阳能电池在经济上更可行并降低成本，已经开发了薄膜生长技术，用于沉积高品质的吸光半导体材料。利用薄膜沉积方法在大面积基板上生长太阳能电池或太阳能电池模块，其有利地实现了具有成本效益的制造，并允许多样化的模块化设计。但是，该些薄膜沉积方法在整个大面积基板上的薄膜厚度可能有偏差，并且可能不利地导致不合需要的电特征。图1A是说明相对于电池位置的薄膜厚度比率的示意图。薄膜厚度比率指特定位置的半导体薄膜厚度与沿一定方向的某一位置的半导体薄膜最大厚度的比率，例如沿沉积有半导体薄膜的基板的长度方向。半导体薄膜通常是形成于化学气相沉积("CVD")机台的反应室中。由于反应气体一般并非均匀分布于反应室中，所以半导体薄膜并非均匀形成于基板上，因此存在薄膜厚度偏差，其可能达到最大厚度的20%。参照图1A,基于简化的目的，以曲线绘制沿基板长度方向的不同位置的薄膜厚度比率。然而，所属
技术领域：
的技术人员应了解，实际半导体薄膜厚度分布或表面拓扑比图1A所示的示意曲线所表示者更为复杂。图IB为公知太阳能电池模块10的示意俯视图。参照图1B，太阳能电池模块IO包括多个形成于基板11上的电池12-1。上述多个电池12-1(其均具有宽度"w"和长度"L'")相互电性串联连接。在理想情况下，若不考虑薄膜厚度分布，上述多个电池12-1的每一者均提供约1.4V(伏特)的开路电压(Voc)，以及约每平方厘米13毫安(mA/cm2)的短路电流密度(Jsc)。假定w与L'分别为lcm与50cm，则理想太阳能电池提供约0.65A的电流。由于理想太阳能电池为串联连接，因此理想太阳能电池模块提供14V(=1.4Vx10)的电压及0.65A的电流。然而，在实际实施方案中，由于存在薄膜厚度分布，各个电池的短路电流密度并非相同。如图所示，与薄膜厚度比率l、0.95、0.9、0.85及0.8对应的电池短路电流密度分别为13、12.4、11.7、11.1及10.4(mA/cm2)。而且，上述电池所提供的电流分别为0.65、0.62、0.59、0.56及0.52(A)。因此，太阳能电池模块10提供了14V的电压及0.52A的电流，与理想的太阳能电池模块相比，其转换效率不利地降低了20%。因此，最好是具有一种能利用薄膜厚度分布来提高转换效率的太阳能电池模块。而且，最好是具有一种制造此类太阳能电池模块的方法。
发明内容本发明的实施例可提供一种能够将太阳辐射转换成电能的装置，其包括基板以及形成于该基板上的多个电池，该多个电池的每一者均包括至少一薄膜层并且其尺寸取决于能够形成该至少一薄膜层的机台的薄膜厚度分布。本发明的实施例也可提供一种能够将太阳辐射转换成电能的装置，其包括一基板以及形成于该基板上的N个电池，上述电池的宽度分别为W,至Ww，N为整数，上述宽度Wi至Ww的每一者均实质上与薄膜厚度比率^至RN中的一个对应薄膜厚度比率成反比，其中，根据能够在上述N个电池上形成至少一薄膜层的机台的薄膜厚度分布来决定上述薄膜厚度比率Ri至Rno本发明的某些实施例也可提供一种用于制造能够将太阳辐射转换成电能的装置的方法，该方法包括提供基板；在该基板上形成第一组电池，包括在能够沉积薄膜的机台中形成上述多个电池的至少一薄膜层；自该机台获得与该基板上的薄膜厚度分布有关的信息；根据该薄膜厚度分布决定与上述多个电池对应的一组薄膜厚度比率；以及根据该组薄膜厚度比率来形成第二组电池，以使该第二组电池的每一者的宽度实质上与该组薄膜厚度比率中的一个对应薄膜厚度比率成反比。应该了解的是，上文的简要说明以及下文的详细说明都仅供作例示与解释，其并未限制本文所主张的发明。当连同所附图式而阅览时，即可更佳了解本发明的前揭摘要以及随后的详细说明。为达本发明的说明目的，各附图附有本发明的各具体实施例。然应了解本发明并不限于所示的精确排置方式及设备装置。在各附图中图1A表示相对于电池位置的薄膜厚度比率的示意图；图1B表示公知太阳能电池模块的示意俯视图；图2为根据本发明实施例的太阳能电池模块的示意俯视图；图3为根据本发明实施例的太阳能电池模块的制造方法的流程图；以及图4A至4F为说明根据本发明实施例的太阳能电池模块的制造方法的示意截面图。主要元件标记说明10公知太阳能电池模块11基板12-1电池20本发明的太阳能电池模块21基板22-1太阳能电池40基板41绝缘层42底部电极层42-1底部电极43-1第一沟槽43-2第二沟槽43-3第三沟槽44半导体层44曙1半导体结构45顶部电极层45-1顶部电极具体实施例方式现将详细参照于本发明具体实施例，其实施例图解于附图之中。尽其可能，所有附图中将以相同元件标记来代表相同或类似的部件。图2为根据本发明实施例的太阳能电池模块20的示意俯视图。参照图2，该太阳能电池模块20包括多个形成于基板21上的太阳能电池22-l。在本实施例中，将太阳能电池22-l电性串联连接在一起。但在其他实施例中，可以将太阳能电池22-1电性并联连接，或采用串联-并联组合。所需的输出电压及电流至少部份决定太阳能电池模块中太阳能电池的数目以及太阳能电池阵列拓扑。在实施例中，该基板21具有约52cmxllcm的尺寸，并且上述多个电池22-l的每一者均具有约50cm的长度"L"。然而，上述多个电池22-1的每一者的宽度都取决于薄膜厚度比率。明确地说，与上述多个电池22-1对应的薄膜厚度比率越大，则该电池22-1的宽度越小，这一点将在下文详细讨论。基于说明的目的，本实施例中使用了图1A所示的相同薄膜厚度分布以及图1B所示的同一组薄膜厚度比率及相应的短路电流密度。对于能够在制造大型太阳能电池模块时沉积薄膜的机台，不同机台的薄膜厚度分布一般不同，但就某一台机台而言，其薄膜厚度分布则实质上保持相同。因此，在制造太阳能电池模块持续一段预定的期间(例如一天或一周)后，可以自机台获取与薄膜厚度分布相关的信息。因此，可以决定薄膜厚度比率及短路电流密度。如上所述，电池区域的电流密度实质上与沉积在电池区域上的薄膜数量成正比，因而与对应于电池区域的薄膜厚度比率成正比。通过在个别机台中提供实质上相同的薄膜分布图案时利用机台特性，使每个电池22-1的尺寸得以最佳化，因此太阳能电池模块20能够产生最佳的电流。决定每个电池22-1的长度L之后(即在本实施例中为50cm)，下面将计算每个电池22-1的宽度。W5+W4+W3+W2+W！+Wi+W2+W3+W4+W5=10X1(Cm)(等式1)假定无薄膜厚度分布的基板21的理想电池宽度为一(l)厘米，并且太阳能电池模块20包括十个(10)电池22-1。通过将可用于制造电池的基板区域的长度除以预定制造的电池数目，可以决定理想电池的宽度。而且，如上所述，由于电池的最佳宽度与对应于电池区域的薄膜厚度比率成反比，因此可以如下改写以上等式1。(w"0.8)+(w"0.85)+(w,/0.9)+(w〃0.95)+(w"l)+(w〃1)+(w^0.95)+(w"0.9)+(w"0.85)+(w"0.8)=10(cm)(等式2)接着可以决定与薄膜厚度比率1对应的电池22-1的宽度Wl。也可决定其他宽度W2、W3、W4及W5，其分别等于(w,/0.95)、(w"0.9)、(w"0.85)及(w,/0.8)。在本实施例中，w,、w2、w3、W4及ws分别为0.896、0.943、0.995、1.05及U2(cm)。以宽度为w,的电池22-1为例，所提供的电流约为0.583A(=13x0.896x50)。而且，宽度为w2的电池22-1所提供的电流也约为0.583A(=12.4x0.943x50)。因此，每个电池22-l提供实质上相同的电流输出0.583A，因为在各电池22-l中，各个最佳宽度与对应短路电流密度的乘积为相同的常数。下表1总结了理想太阳能电池模块、图1B所示的公知太阳能电池模块IO与太阳能电池模块20之间的比较。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>其中，填充因数(FF)指最大功率(Wp)除以开路电压(Voc)与短路电流(Isc)之比，并且符号"q"表示太阳能电池模块的能量转换效率，其是自所吸收的太阳光转换成电能而得到的能量与所收集能量的百分比。与图1B所示的公知太阳能电池模块IO相比，太阳能电池模块20具有更大的电流输出，并且提高了转换效率。图3为根据本发明实施例的太阳能电池模块的制造方法的流程图。参照图3，于步骤31，在能够沉积薄膜的机台中，例如化学气相沉积("CVD")机台，包括等离子体增强CVD("PECVD")与射频("RF")PECVD机台中的一个，制造一批太阳能电池模块，其均包括多个太阳能电池。每个太阳能电池都具有实质上相同的长度及宽度。接着，于步骤32，收集与薄膜厚度分布有关的信息。于步骤33，可以根据该信息计算与每个电池区域对应的薄膜厚度比率及短路电流密度。接着，于步骤34，根据薄膜厚度比率来决定每个电池区域的最佳宽度。于步骤35,在该机台中制造另一批太阳能电池模块，上述太阳能电池模块中的每个太阳能电池都具有最佳的宽度，以使最佳宽度与对应短路电流密度的乘积在上述太阳能电池之间实质上相同。图4A至4F为根据本发明实施例的太阳能电池模块的制造方法截面图。参照图4A，提供了基板40。该基板40包括由玻璃制成的透明基板或由塑胶、金属或陶瓷制成的不透明基板。基板40的长度及宽度取决于应用的需要并且为约50厘米(cm)至200cm。基板40的厚度为约1毫米(mm)至4mm。但是，基板40的尺寸仅是示范性的，在特定的应用中可能会变化。接着，在基板40上形成诸如氧化硅层之类的绝缘层41，例如通过公知的化学气相沉积("CVD")制造工艺或其他适当的制造工艺。绝缘层41可以减轻基板40的表面不平坦程度，以便于后续层的形成。而且，绝缘层41可以用作缓冲层或扩散阻障层，以防止基板40中不合需要的离子或粒子污染后续层。在根据本发明的实施例中，若为玻璃基板，则绝缘层41的厚度约为20至300纳米(nm),若为塑胶、金属或陶瓷基板，则绝缘层41的厚度约为50至500nm。接着，在绝缘层41上形成底部电极层42，例如通过公知的喷溅、蒸发、物理气相沉积("PVD")制造工艺或其他适当的制造工艺。若为透明基板，则适合底部电极层42的材料包括但不限于透明导电氧化物("TCO")，例如氧化铟锡("ITO")、氧化锡("Sn02")或氧化锌("ZnO")，而若为不透明基板，则适合底部电极层42的材料包括但不限于导电金属，例如铝(A1)、银(Ag)或钼(Mo)。TCO层的厚度为约300nm至1000nm，而Al或Ag层的厚度则为约200nm至2000nm，但在特定的应用中可以变化。参照图4B,各个底部电极42-1通过刻划底部电极层42而形成，例如，通过公知的激光划线制造工艺或其他适当的制造工艺。适当的激光源可包括钇铝石榴石(Nd:YAG)激光、脉冲掺钇光纤(Nd:YLP)激光、二氧化碳激光或本技术中熟知的其他适当的光能装置。该激光划线制造工艺留下了多个第一沟槽43-1，其曝露了绝缘层41的一部份并以约50微米(ym)至100um的间隔将底部电极42-l相互分离。每个底部电极42-1均具有相同的长度及宽度，大致与对应的电流密度成反比，因此大致与薄膜厚度比率成正比。如下计算底部电极42-1的各个宽度，即W!至Wn，其可以根据图3所示的方法来决定。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage12</formula>(等式3)其中，Wi为具有最大薄膜厚度比率(即l)的电池区域的最佳宽度，N为太阳能电池模块中的电池数目，而W。为理想电池的宽度。可以如下改写以上等式3。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage12</formula>(等式4)其中，n至为对应于各个电池区域的薄膜厚度比率。参照图4C，在底部电极42-1上形成包括光电转换材料的半导体层44，例如，通过公知PECVD、RFPECVD制造工艺或其他适当的制造工艺。上述电池的该半导体层44可包括单接面(p-i-n或n-i-p)、双接面(p-i-n/p-i-n或n-i-p/n-i-p)或多接面结构，其中，p、i及n分别指p型、本质及n型层。半导体层44的厚度为约200nm至2ixm。适当的光电转换材料包括硅、硒化铟铜(CuInSe2:"CIS")、硒化铜铟镓(CuInGaSe2:"CIGS")、染料敏化太阳能电池("DSC")结构，其中包括涂有钌多吡啶复合物的无机宽带隙半导体(Ti02)，以及有机半导体，例如聚合物及小分子化合物，如聚伸苯基乙烯、铜苯二甲蓝及碳富勒烯。参照图4D，各个半导体结构44-1都通过刻划半导体层44而形成，例如通过第二激光划线制造工艺。通过多个第二沟槽43-2将半导体结构44-l相互分离，上述第二沟槽43-2均具有约50um至100Pm的宽度。第二沟槽43-2自第一沟槽43-1偏移一个沟槽的宽度，以确保底部电极42-1与半导体结构44-1隔离。半导体结构44-1的各个宽度，即W,至Wn，与对应底部电极42-l的宽度相同。参照图4E，在半导体结构44-l上形成顶部电极层45，例如，通过公知的喷溅、蒸发、PVD制造工艺或其他适当的制造工艺。若为不透明基板，则适合顶部电极层45的材料包括但不限于导电金属，例如铝(Al)或银(Ag)，而若为透明基板，则适合顶部电极层45的材料包括但不限于透明导电氧化物("TCO"),例如氧化铟锡("ITO")、氧化锡("Sn02")或氧化锌("ZnO")。Al或Ag层的厚度为约200nm至1000nm，而TCO层的厚度为约100nm至1000nm。接着，参照图4F,通过刻划顶部电极层45而形成各个顶部电极45-1，例如通过公知的激光划线制造工艺。经由多个第三沟槽43-3将顶部电极45-1相互分离，上述第三沟槽43-3均具有约50ym至100Um的宽度。第三沟槽43-3自第二沟槽43-2偏移一个沟槽的宽度，以确保顶部电极45-1与半导体结构44-1隔离。顶部电极45-1的各个宽度，即W,至Wn，与对应底部电极42-1的宽度相同。基于简化的目的，图4A至4F所示的层40、41、42、44和45的侧壁相互齐平。然而，所属
技术领域：
的技术人员应了解，侧壁条件在特定的应用中可能不同，并且可能取决于模块的结构或模块的电池之间的电连接。所属
技术领域：
的技术人员应即了解可对上述一或多项具体实施例进行变化，而不致悖离其广义的发明性概念。因此，应了解本发明并不限于所揭示的特定具体实施例，而是为涵盖归属如权利要求所界定的本发明精神及范围内的改进。而且，在说明本发明的某些解说性实施例时，本说明书可将本发明的方法及/或制造工艺表示为特定的步骤次序。不过，由于该方法或制造工艺的范围并不是在本文所提出的特定的步骤次序，故该方法或制造工艺不应受限于所述的特定步骤次序。所属
技术领域：
的技术人员当会了解其它步骤次序也是可行的。所以，不应将本说明书所提出的特定步骤次序视为对权利要求的限制。此外，也不应将有关本发明的方法及/或制造工艺的权利要求仅限制在以书面所记载的步骤次序的实施，所属
技术领域：
的技术人员易于了解，上述次序也可加以改变,并且仍涵盖于本发明的权利要求之内。权利要求1.一种能够将太阳辐射转换成电能的装置，其包括基板；以及形成于该基板上的多个电池，上述多个电池的每一者均包括至少一薄膜层并且其尺寸取决于能够形成该至少一薄膜层的机台的薄膜厚度分布。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于上述多个电池的每一者的宽度均实质上与对应于该每一电池的薄膜厚度比率成反比，该薄膜厚度比率可以自该机台的薄膜厚度分布获得。3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于上述多个电池的每一者的宽度与对应薄膜厚度比率的乘积实质上相同。4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于上述多个电池的每一者的宽度均实质上与对应于该每一电池的短路电流密度成反比，该短路电流密度可以自该机台的薄膜厚度分布获得。5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于上述多个电池的每一者的宽度与该对应的短路电流密度的乘积实质上相同。6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于上述多个电池的每一者均包括电极层，并且该电极层的宽度实质上与对应于该每一电池的薄膜厚度比率成反比，该薄膜厚度比率可以自该机台的薄膜厚度分布获得。7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于上述多个电池的每一者均包括半导体层，并且该半导体层的宽度实质上与对应于该每一电池的薄膜厚度比率成反比，该薄膜厚度比率可以自该机台的薄膜厚度分布获得。8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于上述多个电池的每一者均包括底部电极层、半导体层及顶部电极层，并且其中该底部电极层、该半导体层及该顶部电极层的每一者的宽度均实质上与对应于该每一电池的薄膜厚度比率成反比，该薄膜厚度比率可以自该机台的薄膜厚度分布获得。9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于该基板包括玻璃基板、塑胶基板、金属基板及陶瓷基板中的一个。10.—种能够将太阳辐射转换成电能的装置，其包括基板；以及形成于该基板上的N个电池，上述电池的宽度分别为W,至WN，N为整数，上述宽度W,至WN的每一者均实质上与薄膜厚度比率&至RN中的一个对应薄膜厚度比率成反比，其中上述薄膜厚度比率&至Rn是根据能够在上述N个电池上形成至少一薄膜层的机台的薄膜厚度分布来决定。11.根据权利要求IO所述的装置，其特征在于上述N个电池的每一者均包括电极层，其具有实质上与该每一电池相同的宽度。12.根据权利要求10所述的装置，其特征在于上述N个电池的每一者均包括半导体层，其具有实质上与该每一电池相同的宽度。13.根据权利要求10所述的装置，其特征在于上述宽度W,至WN都满足以下等式<formula>complexformulaseeoriginaldocumentpage3</formula>其中Wi为具有最大薄膜厚度比率的上述N个电池中的一个的宽度，并且Wo为不考虑薄膜厚度分布的电池的宽度。14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于上述宽度W,至Wn及上述薄膜厚度比率&至Rw满足以下等式Wi(l/Ri+1/R2+."+1+...+l/RN_i+l/RN)=NxW0其中Ri等于l,即最大薄膜厚度比率，其对应于宽度Wi。15.—种制造能够将太阳辐射转换成电能的装置的方法，该方法包括:提供基板；在该基板上形成第一组电池，包括在能够沉积薄膜的机台中形成上述多个电池的至少一薄膜层；自该机台获得与该基板上的薄膜厚度分布有关的信息；根据该薄膜厚度分布决定与上述多个电池对应的一组薄膜厚度比率；以及根据该组薄膜厚度比率形成第二组电池，以使该第二组电池的每一者的宽度均实质上与该组薄膜厚度比率的对应薄膜厚度比率成反比。16.根据权利要求15所述的方法,其特征在于该第二组电池的每一者的宽度与对应薄膜厚度比率的乘积实质上相同。17.根据权利要求15所述的方法，其特征在于该第二组电池的每一者均包括电极层，并且该电极层的宽度实质上与对应于该每一电池的该组薄膜厚度比率中的一个成反比。18.根据权利要求15所述的方法,其特征在于该第二组电池的每一者均包括半导体层，并且该半导体层的宽度实质上与对应于该每一电池的该组薄膜厚度比率中的一个成反比。19.根据权利要求15所述的方法，其特征在于该第二组电池包括N个电池，其宽度分别为W,至Ww，上述宽度W,至WN满足以下等式W!+W2+…+Wi十…十Wn-!+Wn-NxW。，N为整数其中Wi为具有最大薄膜厚度比率的上述N个电池中的一个的宽度，并且Wc为不考虑薄膜厚度分布的电池的宽度。20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于上述宽度W,至Wn対应于一组薄膜厚度比率&至Rw并满足以下等式Wi(1/R!+1/R2+...+1+...+l/RN-i+l/RN)=NxW0其中Ri等于l，即最大薄膜厚度比率，其对应于宽度Wi。全文摘要本发明揭示一种能够将太阳辐射转换成电能的装置，其包括基板以及形成于该基板上且相互平行延伸的多个电池，该多个电池的每一者均包括至少一薄膜层并且其尺寸取决于能够形成该至少一薄膜层的机台的薄膜厚度分布。文档编号H01L27/142GK101192617SQ20071008034公开日2008年6月4日申请日期2007年3月2日优先权日2006年11月28日发明者吴建树,陈麒麟申请人:财团法人工业技术研究院