CN101807625A

CN101807625A - 一种晶体硅太阳能电池栅状阵列电极的制造方法

Info

Publication number: CN101807625A
Application number: CN201010118155A
Authority: CN
Inventors: 莫烨强; 黄启明; 吴飞; 黄美玲; 李伟善
Original assignee: South China Normal University
Current assignee: South China Normal University
Priority date: 2010-02-26
Filing date: 2010-02-26
Publication date: 2010-08-18
Anticipated expiration: 2030-02-26
Also published as: CN101807625B

Abstract

本发明公开了一种晶体硅太阳能电池的栅状阵列电极的制造方法。该方法包括以下步骤：(1)保护膜涂覆；(2)激光刻槽；(3)表面活化处理；(4)电镀；采用常规电镀电源和常规电镀槽，利用电源阴极连接经过前处理的硅半导体，电源阳极连接导电金属；开启电源，在电流密度为0.5～10A/dm2的条件下进行电镀；(5)保护膜退除。采用本发明方法，使生产效率明显提高，即在较短的时间内实现阵列电极的制备，而且制得的电极均匀，光亮，同时电镀槽液容易维护；本发明直接电镀制备电极方法，所用到的药品比通常用的化学镀，丝网印刷等便宜、易得。有利于减排降耗，降低生产成本；该方法操作简单，电极线与基体的结合力好，均匀，空隙率低。

Description

一种晶体硅太阳能电池栅状阵列电极的制造方法

技术领域

本发明属于晶体硅材料表面处理技术领域，特别涉及一种具有p/n结晶体硅太阳能电池的栅状阵列电极的制造方法。

背景技术

随着全球能源的日趋紧张，太阳能以无污染、无机械转动部件、维护简便、可以无人值守、建设周期短、规模大小随意、可以方便地与建筑物相结合、市场空间大等独有的优势受到世界各国的广泛重视，国际上已有众多大公司投入到太阳能电池的研发和生产中。

近十几年来，通过改革制造方法以及改善产品性能，硅太阳能电池的应用成本已经大幅度下降。然而，在我们实际生活中广泛应用硅太阳能电池前有必要进一步降低制造成本，同时提高硅太阳能的转换率。因此，硅太阳能电池的制造当今面临的挑战正在开始两极分化成两大重点：提高太阳能电池的功率以增加单位面积的发电量；其次是无需增加相应投资而以现有的工艺提高生产力的愿望或需求。

在晶体硅太阳能电池中使用硅片的电极列阵制备是非常关键的连接性工艺。它不仅是收集太阳能电池发出的电流的必要方法，还直接影响电池的能量转换效率。

在1988年以来，U.S.Patent No.4726850，No.4748130和CN1447989等专利介绍了对结构为背电极/制有p/n结的晶体硅/前电极的太阳能电池前电极的一些方法，包括印刷法、浸焊和化学镀法。然而这些专利都是在太阳能沟槽中先化学沉积镍层，并在惰性气体保护下高温焙烧，是沟槽金属化，这一系列的工艺复杂，条件苛刻。难以满足工业生产需求。

目前丝网印刷电极列阵是所有主要的太阳能电池生产商所选的工艺。但是该工艺中目前存在的问题：采用的栅状前电极大约要覆盖6～10％的表面积，使太阳能的有效面积减少，从而使转换效率降低。而且由于客观条件的影响，传统的丝网印刷工艺难以实现使太阳能电池拥有更高的高宽比的电极导线。

沿着提高生产力和太阳能电池效率方向，为了解决好生产更细的导电条问题，本方法通过直接电沉积的方法，制备出更细的微型导电条以占据更小的面积，制备更厚的电极可以更有效地载流，来获得更高的能量转换效率。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的不足之处，本发明的首要目的在于提供一种晶体硅太阳能电池的栅状阵列电极的制造方法；该方法克服了现有的丝印电极覆盖面积大，难制备微型阵列电极等缺点，降低生产成本，同时提高太阳能转换效率的、工艺简单稳定。

本发明的再一目的在于提供上述方法制备的晶体硅太阳能电池的栅状阵列电极。

本发明的又一目的在于提供上述晶体硅太阳能电池的栅状阵列电极的应用。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种晶体硅太阳能电池的栅状阵列电极的制造方法，包括以下操作步骤：

(1)保护膜涂覆：在涂有减反射层的半导体晶体硅的表面涂覆一层保护膜；所述半导体晶体硅具有p/n结；

(2)激光刻槽：在涂覆了保护膜的半导体晶体硅的表面上通过激光刻出阵列凹槽；

(3)表面活化处理：将刻了阵列凹槽的硅半导体通过表面活性剂清洗后，在含F^-酸溶液或者氢氧化物溶液中对凹槽进行活化，得到经过前处理的硅半导体；

(4)电镀：采用常规电镀电源和常规电镀槽，利用电源阴极连接经过前处理的半导体晶体硅，电源阳极连接导电金属；开启电源，在电流密度为0.5～10A/dm²的条件下进行电镀；

(5)保护膜退除：将电镀完成后的半导体晶体硅在有机溶剂中浸泡，去掉覆盖在极板表面的保护膜，清洗，烘干，得到硅太阳能电池阵列电极。

步骤(1)所述减反射层为氮化硅减反射膜、多孔二氧化硅减反射膜、二氧化钛减反射膜或MgF₂/ZnS双层减反射膜；所述保护膜为酚醛清漆、醇酸清漆、硝基清漆、环氧清漆或丙烯酸清漆。

步骤(2)所述阵列凹槽为深10～50μm、宽10～30μm的阵列凹槽。

步骤(3)所述表面活性剂的质量百分比浓度为0.5％～5％；所述表面活性剂为高级脂肪酸盐或磺酸盐表面活性剂；所述含F^-酸溶液或氢氧化物溶液的质量百分比浓度为1％～40％；所述含F^-酸溶液为HF、HBF₄或NH₄HF₂的盐酸溶液；所述氢氧化物为氢氧化钠或氢氧化钾；所述活化的时间为0.5～10min。

步骤(4)所述电镀的时间为1～30min；所述导电金属为铜、镍、锡、银或金；所述电镀所采用的电镀液为镀铜液、镀镍液、镀锡液、镀银液或镀金液。

所述镀铜液是由焦磷酸铜50～150g/L、焦磷酸钾250～350g/L、柠檬酸铵10～15g/L、二氧化硒0.006～0.5g/L、2-巯基苯骈噻唑0.001～0.5g/L和2-巯基苯骈咪唑0.001～0.1g/L组成；或者是由硫酸铜100～250g/L、硫酸50～150g/L、氯化钾100～200mg/L、聚乙二醇0.05～0.3g/L和双(二甲基硫代氨基)甲酰锍-1-丙烷磺酸盐0.02～0.5g/L组成；

所述镀镍液是由胺基磺酸镍300～500g/L、氯化镍0～30g/L和硼酸30～40g/L组成；

所述镀锡液是由锡5～20g/L、硫酸锡10～50g/L、硫酸100～200g/L、咪唑啉0.1～0.2g/L和酒石酸锑钾0.1～0.2g/L组成；

所述镀银液是由硝酸银30～40g/L、氰化钾50～75g/L和碳酸钾20～95g/L组成；

所述镀金液由氰化金钾8～20g/L、氰化钾15～30g/L、磷酸氢二钾10～25g/L和碳酸钾10～30g/L组成。

步骤(5)所述浸泡的时间为1～20分钟；所述有机溶剂为脂肪烃类化合物、脂环烃类化合物、卤化烃类化合物、酯类化合物或酮类化合物。

所述脂肪烃类化合物为苯、甲苯或二甲苯；所述脂环烃类化合物为环己烷或环己酮；所述卤化烃类化合物为氯苯、二氯甲烷或二氯甲苯；所述酯类化合物为醋酸乙酯、醋酸甲酯或醋酸丙酯；所述酮类化合物为丙酮、甲基丙酮或甲基异丁酮。

一种根据上述方法制备的晶体硅太阳能电池的栅状阵列电极。

上述晶体硅太阳能电池的栅状阵列电极应用于制备太阳能电池组合板。

如果是电镀铜，则对硅半导体进行二次电刷镀，使其表面增加一层耐腐蚀的金属(例如锡、镍、银、金等金属)层作为保护层以提高样品的寿命。

本发明与现有技术相比，具有如下突出优点和有益效果：(1)采用本发明方法，使生产效率明显提高，即在较短的时间内实现阵列电极的制备，而且制得的电极均匀，光亮，同时电镀槽液容易维护；(2)本发明直接电镀制备电极方法，所用到的药品比通常用的化学镀，丝网印刷等便宜、易得。有利于减排降耗，降低生产成本；(3)预期未来硅太阳能电池将广泛应用，如果采用本方法制备太阳能极板将产生巨大的经济效益，对人类的可持续发展将起到积极的作用；(4)本发明在于开发出性能优越的太阳能硅片前电极列阵，该方法操作简单，电极线与基体的结合力好，均匀，空隙率低。

附图说明

图1是实施例1采用本发明方法通过直接电镀铜制备得到的前电极阵列导线的照片图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

(1)保护膜涂覆：在涂有氮化硅减反射层的硅半导体的表面涂覆一层酚醛清漆作为保护膜；所述硅半导体为具有p/n结的单晶体硅；

(2)激光刻槽：在涂覆了保护膜的硅半导体的表面上通过激光刻出深10μm和宽10μm的阵列凹槽；

(3)表面活化处理：将刻了阵列凹槽的硅半导体通过质量百分比浓度为5％的脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠清洗后，在质量百分比浓度为5％的HF盐酸溶液中对凹槽进行活化5min，得到经过前处理的硅半导体；

(4)电镀：采用常规电镀电源和常规电镀槽，利用电源阴极连接经过前处理的半导体晶体硅，电源阳极连接磷铜；开启电源，在电流密度为5A/dm²的条件下进行电镀1min；得到的前电极列阵导线(如图1所示)金黄色，均匀，减反射膜上没有金属沉积，结合力好，接触电阻小；所述电镀采用的镀铜液由硫酸铜100g/L、硫酸500g/L、氯化钾100mg/L、聚乙二醇0.1g/L和双(二甲基硫代氨基)甲酰锍-1-丙烷磺酸盐0.1g/L组成；

采用上述同样的方法，电源阳极连接镍；用另一支浸满镀镍液的镀笔对镀层进行二次电镀，使表面覆盖一层5微米镍层，得到的前电极列阵导线金属光亮，均匀，结合力好，接触电阻小；所述镀镍液由胺基磺酸镍300g/L和硼酸30g/L组成；

(5)保护膜退除：将电刷镀完成后的硅半导体在环己烷中浸泡20分钟，去掉覆盖在极板表面的保护膜，清洗，烘干，得到硅太阳能电池阵列电极。

实施例2

(1)保护膜涂覆：在涂有多孔二氧化硅减反射层的硅半导体的表面涂覆一层醇酸清漆作为保护膜；所述硅半导体为具有p/n结的多晶硅；

(2)激光刻槽：在涂覆了保护膜的硅半导体的表面上通过激光刻出深20μm和宽20μm的阵列凹槽；用涂覆保护膜的方式消除了在电镀过程中阵列电极之间的短路；

(3)表面活化处理：将刻了阵列凹槽的硅半导体通过质量百分比浓度为0.5％的十二烷基苯磺酸钠清洗后，在质量百分比浓度为5％的氢氧化钠溶液中对凹槽进行活化0.5min，得到经过前处理的硅半导体；

(4)电镀：采用常规电镀电源和常规电镀槽，利用电源阴极连接经过前处理的半导体晶体硅，电源阳极连接磷铜；开启电源，在电流密度为0.5A/dm²的条件下进行电镀30min；所述电镀采用的镀铜液由焦磷酸铜50g/L、焦磷酸钾250g/L、柠檬酸铵10g/L、二氧化硒0.006g/L、2-巯基苯骈噻唑0.001g/L和2-巯基苯骈咪唑0.001g/L组成；

采用上述同样的方法，电源阳极连接银；用另一支浸满镀银液的镀笔对镀层进行二次电镀，使表面覆盖一层8微米银层，所述电镀采用的镀银液由硝酸银30g/L、氰化钾50g/L和碳酸钾20g/L组成。

(5)保护膜退除：将电刷镀完成后的硅半导体在苯中浸泡1分钟，去掉覆盖在极板表面的保护膜，清洗，烘干，得到硅太阳能电池阵列电极。

实施例3

(1)保护膜涂覆：在涂有二氧化钛减反射层的硅半导体的表面涂覆一层硝基清漆作为保护膜；所述硅半导体为具有p/n结的单晶体硅；

(2)激光刻槽：在涂覆了保护膜的硅半导体的表面上通过激光刻出深30μm和宽30μm的阵列凹槽；

(3)表面活化处理：将刻了阵列凹槽的硅半导体通过质量百分比浓度为2％的十二烷基硫酸钠清洗后，在质量百分比浓度为10％的NH₄HF₂盐酸溶液中对凹槽进行活化10min，得到经过前处理的硅半导体；

(4)电镀：采用常规电镀电源和常规电镀槽，利用电源阴极连接经过前处理的半导体晶体硅，电源阳极连接磷铜；开启电源，在电流密度为10A/dm²的条件下进行电镀1min；所述电镀采用的镀铜液由硫酸铜250g/L、硫酸150g/L、氯化钾200mg/L、聚乙二醇0.3g/L和双(二甲基硫代氨基)甲酰锍-1-丙烷磺酸盐0.5g/L组成；

采用上述同样的方法，电源阳极连接金；用另一支浸满镀金液的镀笔对镀层进行二次电镀，使表面覆盖一层1微米金层，得到的电极列阵金黄色光亮，均匀，结合力好，接触电阻小；所述电镀采用的镀金液由氰化金钾8g/L、氰化钾15g/L、磷酸氢二钾10g/L和碳酸钾10g/L组成；

(5)保护膜退除：将电刷镀完成后的硅半导体在甲基异丁酮中浸泡15分钟，去掉覆盖在极板表面的保护膜，清洗，烘干，得到硅太阳能电池阵列电极。

实施例4

(1)保护膜涂覆：在涂有MgF2/ZnS双层减反射层的硅半导体的表面涂覆一层环氧清漆作为保护膜；所述硅半导体为具有p/n结的单晶体硅；

(2)激光刻槽：在涂覆了保护膜的硅半导体的表面上通过激光刻出深50μm和宽30μm的阵列凹槽；

(3)表面活化处理：将刻了阵列凹槽的硅半导体通过质量百分比浓度为3％的十二烷基苯磺酸钠表面活性剂清洗后，在质量百分比浓度为40％的HBF₄盐酸溶液中对凹槽进行活化8min，得到经过前处理的硅半导体；

(4)电镀：采用常规电镀电源和常规电镀槽，利用电源阴极连接经过前处理的半导体晶体硅，电源阳极连接锡；开启电源，在电流密度为3A/dm²的条件下进行电镀20min，得到的电极列阵银白色光亮，均匀，结合力好，接触电阻小，可焊性好；所述电镀采用的镀锡液由锡5g/L、硫酸锡10g/L、硫酸100g/L、咪唑啉0.1g/L和酒石酸锑钾0.1g/L组成；

(5)保护膜退除：将电刷镀完成后的硅半导体在甲基丙酮中浸泡10分钟，去掉覆盖在极板表面的保护膜，清洗，烘干，得到硅太阳能电池阵列电极。

实施例5

(1)保护膜涂覆：在涂有MgF2/ZnS双层减反射层的硅半导体的表面涂覆一层环氧清漆作为保护膜；所述硅半导体为具有p/n结的多晶硅；

(2)激光刻槽：在涂覆了保护膜的硅半导体的表面上通过激光刻出深40μm和宽10μm的阵列凹槽；

(3)表面活化处理：将刻了阵列凹槽的硅半导体通过质量百分比浓度为3％的十二烷基磺酸钠表面活性剂清洗后，在质量百分比浓度为1％的氢氧化钾溶液中对凹槽进行活化2min，得到经过前处理的硅半导体；

(4)电镀：采用常规电镀电源和常规电镀槽，利用电源阴极连接经过前处理的半导体晶体硅，电源阳极连接金；开启电源，在电流密度为8A/dm²的条件下进行电镀15min，得到的电极列阵金黄色，均匀，结合力好，接触电阻小，可焊性好；所述电镀采用的镀金液由氰化金钾20g/L、氰化钾30g/L、磷酸氢二钾25g/L和碳酸钾30g/L组成；

(5)保护膜退除：将电刷镀完成后的硅半导体在醋酸丙酯中浸泡5分钟，去掉覆盖在极板表面的保护膜，清洗，烘干，得到硅太阳能电池阵列电极。

实施例6

(2)激光刻槽：在涂覆了保护膜的硅半导体的表面上通过激光刻出深20μm和宽20μm的阵列凹槽；

(3)表面活化处理：将刻了阵列凹槽的硅半导体通过质量百分比浓度为2％的十二烷基硫酸钠清洗后，在质量百分比浓度为10％的NH₄HF₂盐酸溶液中对凹槽进行活化9min，得到经过前处理的硅半导体；

(4)电镀：采用常规电镀电源和常规电镀槽，利用电源阴极连接经过前处理的半导体晶体硅，电源阳极连接磷铜；开启电源，在电流密度为9A/dm²的条件下进行电镀22min；所述电镀采用的镀铜液由焦磷酸铜150g/L、焦磷酸钾350g/L、柠檬酸铵15g/L、二氧化硒0.5g/L、2-巯基苯骈噻唑0.5g/L和2-巯基苯骈咪唑0.1g/L组成；

采用上述同样的方法，电源阳极连接锡；用另一支浸满镀锡液的镀笔对镀层进行二次电镀，使表面覆盖一层5微米锡层；所述镀锡液由锡20g/L、硫酸锡50g/L、硫酸200g/L、咪唑啉0.2g/L和酒石酸锑钾0.2g/L组成；

(5)保护膜退除：将电刷镀完成后的硅半导体在醋酸乙酯中浸泡12分钟，去掉覆盖在极板表面的保护膜，清洗，烘干，得到硅太阳能电池阵列电极。

实施例7

(1)保护膜涂覆：在涂有氮化硅减反射膜的硅半导体的表面涂覆一层丙烯酸清漆作为保护膜；所述硅半导体为具有p/n结的多晶硅；

(2)激光刻槽：在涂覆了保护膜的硅半导体的表面上通过激光刻出深40μm和宽20μm的阵列凹槽；

(3)表面活化处理：将刻了阵列凹槽的硅半导体通过质量百分比浓度为5％的脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠表面活性剂清洗后，在质量百分比浓度为25％的氢氧化钾溶液中对凹槽进行活化4min，得到经过前处理的硅半导体；

(4)电镀：采用常规电镀电源和常规电镀槽，利用电源阴极连接经过前处理的半导体晶体硅，电源阳极连接镍；开启电源，在电流密度为7A/dm²的条件下进行电镀8min；所述电镀采用的镀金液由氰化金钾20g/L、氰化钾30g/L、磷酸氢二钾25g/L和碳酸钾30g/L组成；

(5)保护膜退除：将电刷镀完成后的硅半导体在二氯甲烷中浸泡5分钟，去掉覆盖在极板表面的保护膜，清洗，烘干，得到硅太阳能电池阵列电极。

实施例8

(2)激光刻槽：在涂覆了保护膜的硅半导体的表面上通过激光刻出深40μm和宽30μm的阵列凹槽；

(3)表面活化处理：将刻了阵列凹槽的硅半导体通过质量百分比浓度为3％的脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠清洗后，在质量百分比浓度为40％的HBF₄盐酸溶液中对凹槽进行活化9min，得到经过前处理的硅半导体；

(4)电镀：采用常规电镀电源和常规电镀槽，利用电源阴极连接经过前处理的半导体晶体硅，电源阳极连接镍；开启电源，在电流密度为3A/dm²的条件下进行电镀20min；所述电镀采用的镀镍液由胺基磺酸镍500g/L、氯化镍30g/L和硼酸40g/L组成；

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其它的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种晶体硅太阳能电池的栅状阵列电极的制造方法，其特征在于包括以下操作步骤：

(3)表面活化处理：将刻了阵列凹槽的硅半导体通过表面活性剂清洗后，在含F-酸溶液或者氢氧化物溶液中对凹槽进行活化，得到经过前处理的硅半导体；

2.根据权利要求1所述的一种晶体硅太阳能电池的栅状阵列电极的制造方法，其特征在于：步骤(1)所述减反射层为氮化硅减反射膜、多孔二氧化硅减反射膜、二氧化钛减反射膜或MgF2/ZnS双层减反射膜；所述保护膜为酚醛清漆、醇酸清漆、硝基清漆、环氧清漆或丙烯酸清漆。

3.根据权利要求1所述的一种晶体硅太阳能电池的栅状阵列电极的制造方法，其特征在于：步骤(2)所述阵列凹槽为深10～50μm、宽10～30μm的阵列凹槽。

4.根据权利要求1所述的一种晶体硅太阳能电池的栅状阵列电极的制造方法，其特征在于：步骤(3)所述表面活性剂的质量百分比浓度为0.5％～5％；所述表面活性剂为高级脂肪酸盐或磺酸盐表面活性剂；所述含F-酸溶液或氢氧化物溶液的质量百分比浓度为1％～40％；所述含F-酸溶液为HF、HBF₄或NH₄HF₂的盐酸溶液；所述氢氧化物为氢氧化钠或氢氧化钾；所述活化的时间为0.5～10min。

5.根据权利要求1所述的一种晶体硅太阳能电池的栅状阵列电极的制造方法，其特征在于：步骤(4)所述电镀的时间为1～30min；所述导电金属为铜、镍、锡、银或金；所述电镀所采用的电镀液为镀铜液、镀镍液、镀锡液、镀银液或镀金液。

6.根据权利要求5所述的一种晶体硅太阳能电池的栅状阵列电极的制造方法，其特征在于：

7.根据权利要求1所述的一种晶体硅太阳能电池的栅状阵列电极的制造方法，其特征在于：步骤(5)所述浸泡的时间为1～20分钟；所述有机溶剂为脂肪烃类化合物、脂环烃类化合物、卤化烃类化合物、酯类化合物或酮类化合物。

8.根据权利要求7所述的一种晶体硅太阳能电池的栅状阵列电极的制造方法，其特征在于：所述脂肪烃类化合物为苯、甲苯或二甲苯；所述脂环烃类化合物为环己烷或环己酮；所述卤化烃类化合物为氯苯、二氯甲烷或二氯甲苯；所述酯类化合物为醋酸乙酯、醋酸甲酯或醋酸丙酯；所述酮类化合物为丙酮、甲基丙酮或甲基异丁酮。

9.一种根据权利要求1～8任一项所述方法制备的晶体硅太阳能电池的栅状阵列电极。

10.根据权利要求9所述晶体硅太阳能电池的栅状阵列电极应用于制备太阳能电池组合板。