CN101807627B - 一种硅基太阳能电池正面栅电极的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种硅基太阳能电池正面栅电极的制备方法。本发明采用如下技术方案：一种硅基太阳能电池正面栅电极的制备方法，其特征是：依次采用如下步骤：一、已经形成减反射膜的硅基太阳能电池正面上采用真空溅射的方法沉积一层5-50纳米厚金属膜；二、在金属膜上印刷一层正面栅电极形状的抗蚀图案；三、去除没有覆盖抗蚀图案的金属膜，形成电池正面栅电极图形；四、去除抗蚀图案，加厚正面栅电极。通过采用上述方案，本发明克服现有技术存在的不足，提供一种能改善正面栅电极与晶体硅之间的接触性能，而且能增强正面栅电极与晶体硅之间的附着力，降低电极的串电阻，提高太阳能电池的转换效率的新电极制备方法。

Description

一种硅基太阳能电池正面栅电极的制备方法
技术领域
本发明涉及一种硅基太阳能电池正面栅电极的制备方法。
背景技术
商业化硅基太阳电池经过制绒、扩散及PECVD等工序后，已经制成PN结，可以在光照下产生电流，为了将产生的电流导出，需要在电池表面上制作正、负两个电极。制造电极的方法很多，而丝网印刷是目前制作太阳能电池电极最普遍的一种生产工艺之一。
目前采用丝网印刷制备的正面细栅电极，其高度在5～30微米、宽度在60～180微米范围之间，较宽的正面栅电极会遮挡较多的太阳光，而较矮的细栅会增加电极的串电阻，这些都会导致太阳能电池的电流收集效率降低和光转换效率下降，所以要获得具有高光电转换效率的太阳能电池，就得减小栅极线宽，提高正面栅电极的高宽比。然而要将栅线宽度进一步变小，同时还要保证栅电极的高度，传统的丝网印刷工艺已经很难做到。
其它的技术如应用SE技术做选择性发射电极，可以把栅线宽度减小到80微米左右。采用激光技术，可以使栅线宽度达到40微米，然而这些技术的成本相对较高。采用半导体行业的光刻和离子注入工艺可以获得更细的正面栅电极，但是要把这种技术从半导体领域移植到太阳能电池领域是很困难的，因为太阳能电池硅片的生产量通常是一天处理几十万片，这大概相当于半导体工厂一年的加工量。
另外丝网印刷正面栅电极是用银浆印刷而成的，银浆主要由银粉颗粒、无机相(玻璃粉)以及有机载体组成。经过丝网印刷后的硅片，不能直接使用，需要经过烧结炉快速烧结，将有机树脂粘合剂燃烧掉，剩下几乎纯粹的、由于玻璃质作用而密合在硅片上的银电极。当银电 极和晶体硅在温度达到共晶温度时，晶体硅原子以一定的比例融入到熔融的银电极材料中去，从而形成欧姆接触。
银浆料中的银粉颗粒大小、成分配比以及烧结时的工艺条件都对欧姆接触有较大的影响。因此在商业化生产中，质量差的银浆或不恰当的烧结工艺都会增加电极的串电阻，降低太阳能电池的光电转换效率。
发明内容
本发明克服现有技术存在的不足，提供一种硅基太阳能电池正面栅电极的制备方法，其方法不仅能改善正面栅电极与晶体硅之间的接触性能，而且能增强正面栅电极与晶体硅之间的附着力，降低电极的串电阻，提高太阳能电池的转换效率；另外该方法可以克服丝网印刷工艺的瓶颈，使得正面栅电极的宽度更窄，更多的利用太阳光，提高太阳能电池的光利用效率；并可以大幅度降低电极的生成时间和制造成本，提高硅太阳能电池的生产效率和效益。
为实现上述目的本发明采用如下技术方案：一种硅基太阳能电池正面栅电极的制备方法，其特征是：依次采用如下步骤：
一、已经形成减反射膜的硅基太阳能电池正面上采用真空溅射的方法沉积一层5-50纳米厚的导电性好的金属膜；
二、采用印刷工艺在金属膜上印刷一层正面栅电极形状的抗蚀图案；
(3)、采用化学腐蚀法去除没有覆盖抗蚀图案的金属膜，并对抗蚀图案下的金属膜进行侧蚀，形成电池正面栅电极图形；
(4)、去除抗蚀图案，采用电镀工艺使正面栅电极加厚5-25微米，并结合烧结工艺完成硅基太阳能电池正面栅电极的制备。
本发明和常规硅基太阳能电池正面栅电极制备工艺相比，有益效果是：
1、本发明制备的硅基太阳能电池栅电极，与传统丝网印刷银浆然后烧结而成的银浆电极相比，具有更小的串电阻，而且能增强正面栅电极与晶体硅的附着力，使得电极与硅片之间的接触性能更佳。本 发明所制备的栅电极不存在传统银浆中玻璃粉、有机树脂等成分所带来的负面影响。即本发明所制备的栅电极能有效的提高太阳能电池的转换效率。
2、本发明采用印刷、腐蚀、电镀等传统工艺，相对于激光刻槽埋栅电池、IMEC及ECN技术等所制备的栅电极，具有成本低廉，易于从现有传统工艺设备移植过来的优点。
3、本发明采用印刷、电镀、腐蚀等传统工艺，能制备细栅宽度小于100微米、高宽比较大的正面电极，能更多地利用太阳光。
4、本发明提供的硅基太阳能电池正面栅电极的制备方法，能降低正面电极的制备时间，从而提高硅基太阳能电池的生产效率。
附图说明
图1是在已经形成减反射膜的硅基太阳能电池正面上沉积一层金属；
图2是在金属上形成一层栅电极形状的抗蚀图案；
图3是对太阳能电池上没有覆盖抗蚀图案的金属进行腐蚀，形成硅电池正面栅电极图形；
图4是将正面金属栅电极上的抗蚀图案进行去除；
图5是在金属栅电极上沉积一层金属，并结合烧结工艺完成硅基太阳能电池正面栅电极的制作。
附图标记说明：10-已经形成减反射膜的硅基太阳能电池；11-金属膜(镍、铜或者银)；111-金属栅电极；12-抗蚀图案；13-镍(Ni)或铜(Cu)或镍铜合金。
具体实施方法
下面结合附图对本发明作进一步说明。
在已经形成减反射膜的硅基太阳能电池10正面上沉积一层5～50纳米厚的金属膜11，如图1所示；在所述金属膜11上形成一层栅电极形状的抗蚀图案12，如图2所示；对所述太阳能电池上没有覆盖抗蚀图案的金属膜11进行腐蚀，形成太阳能电池正面金属栅电极111图形，如图3所示；对所述金属栅电极111上的抗蚀图案12进 行去除，如图4所示；在所述金属栅电极111上沉积一层厚度为5～25微米的镍(Ni)或铜(Cu)或镍铜合金13，并结合烧结工艺完成硅基太阳能电池正面栅电极的制备，如图5所示。
实施例一
在已经形成减反射膜的硅基太阳能电池10正面上采用真空溅射的方法沉积一层40纳米的铜膜11，如图1所示；在所述铜膜11上通过丝网印刷形成一层栅电极形状的抗蚀图案12，抗蚀图案细栅线宽为75微米，抗蚀图案材料采用热塑性丙烯酸树脂，并对所述抗蚀图案12进行固化，如图2所示；利用化学溶液对所述太阳能电池上没有覆盖抗蚀图案的铜进行腐蚀，并对抗蚀图案12下的铜进行侧蚀，形成太阳能电池铜栅电极111图形，如图3所示，化学溶液为氯化铜、盐酸、氯化钠的混合溶液，反应温度40～50℃；利用异丙醇溶液对所述铜栅电极111图形上的抗蚀图案12进行去除，如图4所示；采用电镀工艺在所述铜栅电极111图形上沉积一层厚度为20微米的镍(Ni)和铜(Cu)的合金13，电镀液成分为氯化镍0.2mol/L，焦磷酸铜0.025mol/L，焦磷酸钾1.4mol/L，温度60℃，电流2A/dm2；采用烧结工艺完成硅基太阳能电池正面栅电极的制备，如图5所示。
实施例二
在已经形成减反射膜的硅基太阳能电池10正面上采用真空溅射的方法沉积一层30纳米的银膜11，如图1所示；在所述银膜11上通过喷墨网印刷形成一层栅电极形状的抗蚀图案12，抗蚀图案细栅线宽为45微米，抗蚀图案材料采用热塑性丙烯酸树脂，并对所述抗蚀图案12进行固化，如图2所示；利用化学溶液对所述太阳能电池上没有覆盖抗蚀图案的银进行腐蚀，并对抗蚀图案12下的银进行侧蚀，形成太阳能电池正面银栅电极111，如图3所示，化学溶液为硫酸与硝酸的混合溶液，反应温度25～40℃；利用异丙醇溶液对所述太阳能电池正面银栅电极111上的抗蚀图案12去除，如图4所示；采用电镀工艺在所述正面银栅电极111上沉积一层厚度为16微米的镍(Ni)13，电镀液成分为硫酸镍300g/L、氯化镍45g/L及硼酸30g/L； 温度50℃，电流5A/dm2；采用烧结工艺完成硅基太阳能电池正面栅电极的制备，如图5所示。

Claims (3)

1.一种硅基太阳能电池正面栅电极的制备方法，其特征是：依次采用如下步骤：
(1)、已经形成减反射膜的硅基太阳能电池正面上采用真空溅射的方法沉积一层5-50纳米厚金属膜；
(2)、采用印刷工艺在金属膜上印刷一层正面栅电极形状的抗蚀图案；
(3)、采用化学腐蚀法去除没有覆盖抗蚀图案的金属膜，并对抗蚀图案下的金属膜进行侧蚀，形成电池正面栅电极图形；
(4)、去除抗蚀图案，采用电镀工艺使正面栅电极加厚5-25微米，并结合烧结工艺完成硅基太阳能电池正面栅电极的制备。
2.根据权利要求1所述的硅基太阳能电池正面栅电极的制备方法，其特征是，所述的正面栅电极形状的抗蚀图案采用丝网印刷或喷墨印刷工艺制作。
3.根据权利要求1或2所述的硅基太阳能电池正面栅电极的制备方法，其特征是，所述的抗蚀图案材料为聚乙烯或热塑性丙烯酸树脂。
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