CN101834230A - 一种采用掩模制备保护太阳电池细栅线金属电极的彩色薄膜的方法 - Google Patents

一种采用掩模制备保护太阳电池细栅线金属电极的彩色薄膜的方法 Download PDF

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Abstract

一种采用掩模制备保护太阳电池细栅线金属电极的彩色薄膜的方法，该方法是在制备太阳电池后，在太阳电池前表面利用掩模对主栅线金属电极进行覆盖，在未被掩模覆盖的区域进行二次镀膜，制备保护细栅线金属电极的介质层，形成介质层-细栅线金属电极-钝化层结构。本发明方法可保护细栅线金属电极不易氧化，主栅线金属电极进行正常焊条连接；通过优化钝化层，可以增强前表面的钝化效果；通过调控介质层，可降低太阳电池前表面的反射率和实现颜色调控；通过改变掩模图案，可在电池前表面显示汉字、数字及图形等，且二次镀膜方法便与现有晶体硅太阳电池制备工艺对接，易于产业化。

Description

一种采用掩模制备保护太阳电池细栅线金属电极的彩色薄膜的方法
技术领域
本发明属于太阳电池技术领域，具体涉及一种采用掩模制备保护太阳电池细栅线金属电极的彩色薄膜的方法。
背景技术
目前，制备晶体硅太阳电池常规工艺一般采用PECVD在晶体硅太阳电池的前表面镀上单层氮化硅(SiNx)，然后在氮化硅上通过丝网印刷的方法印上一层银浆，通过烧结使银浆烧穿氮化硅，与硅形成欧姆接触的方法制备正面电极。由于金属栅线位于太阳电池的顶层，直接与空气接触，在电池从电池厂商到组件厂商的运输过程中，正面的银电极金属栅线有可能由于缺乏保护被空气中的氧所氧化，这不仅影响了电池的外观效果，而且增加了电极的电阻，从而影响了电池的功率输出。
单层的氮化硅薄膜为了兼顾钝化性能和减反性能采取了折衷的设计，仍有提升空间。与此同时，由于该层氮化硅的作用，太阳电池的颜色一般为湖蓝色。在太阳电池与建筑结合日益紧密特别是光伏建筑一体化(BIPV)日益发展的今天，太阳电池单调的颜色制约了建筑设计师灵感的发挥，也无法更好的满足人们的审美需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种采用掩模制备保护太阳电池细栅线金属电极的彩色薄膜的方法，采用该方法可在太阳电池上形成介质层-细栅线金属电极-钝化层结构，该结构可以对太阳电池正面的细栅线金属电极起到保护作用，使其不易氧化，主栅线金属电极不被介质层覆盖，可正常进行焊条连接；通过优化钝化层，可以增强前表面的钝化效果；通过调控介质层，可以降低太阳电池前表面的反射率和实现颜色调控，同时通过改变掩模的图案，可以在电池的前表面显示汉字、数字以及图形。
为达到上述目的，本发明提供的采用掩模制备保护太阳电池细栅线金属电极的彩色薄膜的方法是：在制备太阳电池后，在太阳电池前表面利用掩模对主栅线金属电极进行覆盖，在未被掩模覆盖的区域进行二次镀膜，制备保护细栅线金属电极的介质层，形成介质层-细栅线金属电极-钝化层结构。
进一步的，本发明提供的采用掩模制备保护太阳电池细栅线金属电极的彩色薄膜的方法的具体过程为：在制备太阳电池后，选取掩模，加工制成掩模模具，并将掩模模具与太阳电池进行对位、调整，使主栅线金属电极被掩模覆盖，然后固定；将固定好掩模模具的太阳电池放入镀膜设备，调整镀膜参数，对太阳电池前表面未被掩模覆盖的区域进行二次镀膜，制备保护细栅线金属电极的介质层，形成介质层-细栅线金属电极-钝化层结构。
本发明所述的掩模为金属掩模，所述的金属掩模的材质为不锈钢、铜、硅钢片、铝和镍中的一种或几种组成的合金。
本发明所述的主栅线金属电极和所述的细栅线金属电极的材质为银、铝、金、铜和镍中的一种或几种组成的合金。
本发明所述的主栅线金属电极的宽度为0.5～5mm，所述的细栅线金属电极的宽度为10～120μm。
本发明所述的介质层的主要材质为氧化物、氮化物、硫化物和氟化物中的一种或几种，所述的氧化物为一氧化硅、二氧化硅、三氧化二铝、二氧化钛、氧化锌、二氧化锆或三氧化二铬；所述的氮化物为氮化硅、氮氧化硅或氮氧化铝；所述的硫化物为硫化锌或硫化镉；所述的氟化物为氟化镁。
本发明所述的二次镀膜的方式为蒸发、溅射、离子镀或CVD。
本发明所述的介质层的厚度为1～600nm，折射率为1.1～4.0。
本发明所述的钝化层的材质为氮化硅、氧化硅、非晶硅中的一种或几种。
本发明所述的钝化层的厚度为1～600nm，折射率为1.1～4.0。
其中，金属掩模除覆盖主栅线之外，还可覆盖一定区域，该区域图案可以为汉字、字母、数字、符号、线条、几何图形等形状。
本发明的有益效果是：
(1)在细栅线金属电极上覆盖介质层，使金属电极与外界环境隔离，可保护电极不易氧化，保持电极的导电性和电池的功率输出，从而延长电池、组件的使用寿命，同时，主栅线金属电极不被介质层覆盖，可正常用于焊条连接，组件制作不受影响；
(2)采用介质层-细栅线金属电极-钝化层的结构，可以降低对钝化层材料的限制，在保证材料对光不会产生过大吸收的范围内，可以进一步优化太阳电池前表面的钝化性能，降低复合速率，提高开路电压和整体性能；
(3)通过膜系设计，介质层-细栅线金属电极-钝化层的结构的整体减反射效果将优于细栅线金属电极-氮化硅结构，通过调整介质层的材料体系、折射率、膜厚等参数可以实现颜色调控，制备彩色电池；
(4)掩模的设计灵活多变，可以设计不同的掩模，在前表面进行选择性镀膜，可以方便在太阳电池前表面显示不同的图案和花样，满足设计多样性，掩模可以批量制备和重复使用，可如同印刷一般进行量产；
(5)采用二次镀膜的方法，无须特殊的金属浆料和增加高温过程，与现有工艺对接良好，制作简便，可以简单方便地结合到现有的生产工艺中，具有很好的产业化前景。
附图说明
图1是硅片p-n结简单示意图；
图2是硅片镀完钝化层示意图；
图3是晶体硅太阳电池的结构立体示意图；
图4是掩模模具俯视示意图；
图5是将掩模模具与太阳电池固定后的主视图；
图6是二次镀膜示意图；
图7是二次镀膜后太阳电池结构主视图；
其中，1、硅衬底；2、p-n结n区3、钝化层；4、背面场和电极；5、电池正面细栅线金属电极；6、电池正面主栅线金属电极；7、掩模模具；8、二次镀膜后形成的介质层。
具体实施方式
本发明方法的一般处理步骤是：选取硅片，依次进行清洗、制绒、扩散后形成p-n结，使用等离子刻蚀去边后，在前表面镀钝化层，然后制备金属背场、背电极、前表面细栅线金属电极和主栅线金属电极，最后在太阳电池前表面利用掩模对主栅线金属电极进行覆盖，在未被掩模覆盖的区域进行二次镀膜，形成保护细栅线金属电极的介质层。具体步骤如下：
(1)将硅片1，进行清洗制绒、扩散之后形成p-n结2，按根据掺杂衬底分类，硅片为p型片或n型片，按晶体类型分，可以为单晶硅片，也可以是多晶硅片，如附图1所示；
(2)用蒸发、溅射、沉积、离子镀或CVD的方法在前表面镀上1～600nm厚、折射率在1.1～4.0之间的钝化层3，钝化层的材料可以为氮化硅、氧化硅、非晶硅中的一种或几种，还可以为其它常规材料，如附图2所示；
(3)采用蒸镀、溅射、沉积、电镀或丝网印刷等方法制备金属背场、背电极4、以及前表面前电极细栅线金属电极5和主栅线金属电极6，金属电极的材料可以为银、铝、金、铜、镍中的一种或上述几种组成的合金以及以上金属与玻璃料、有机物的混合物等，通过退火或者烧结，使金属电极与硅基体形成接触，制备出晶体硅太阳电池，如附图3所示；
(4)设计可以遮盖主栅线的金属掩模，加工制成掩模模具7，该金属掩模的材料可用一般的掩模材料，如不锈钢、铜、硅钢片、铝、镍等或上述几种组成的合金等，如附图4所示；
(5)将掩模模具7与太阳电池进行对位、调整太阳电池的位置，使主栅线金属电极6被金属掩模7覆盖，然后固定，如附图5所示；
(6)将固定好的模具放入镀膜设备的腔体，调整镀膜参数，使用蒸发、溅射、离子镀或CVD等方式在电池前表面进行二次镀膜，如附图6所示；
(7)镀膜完成之后，待温度降下来之后，取下模具7，此时不被掩模保护的区域包括细栅线金属电极5上均被覆盖上一层折射率为1.1～4.0，厚度为1～600nm的介质膜8，该介质膜的材料可以为氮化物、氧化物、氟化物、硫化物中的一种或数种，还可以为其它材料，该介质膜可保护细栅线金属电极5不易氧化，同时，主栅线金属电极6不被介质膜覆盖，不影响导电性能，可正常用于组件焊条连接，如附图7所示。
实施例1
如附图1-3所示，将p型单晶硅片1进行清洗，酸制绒。然后用管式扩散炉通入三氯氧磷气体，在800℃的高温下进行磷扩散，形成p-n结2。用体积比百分含量为5％的氢氟酸水溶液去除磷硅玻璃，使用等离子刻蚀的方法去边，然后采用蒸发、溅射、沉积、离子镀或CVD方法，在本例中采用PECVD方法，在n型区上方镀一层厚度为40nm、折射率为2.1的氮化硅钝化膜3，钝化层还可通过增加氢含量来提高钝化效果，同时减小钝化层厚度，避免钝化层对光的过度吸收。使用丝网印刷的方法在背面印刷银铝浆，在烘干炉内用180～260℃的温区烘干，之后印刷铝浆，再次烘干；在正面印刷银浆，在200～860℃的温区进行烧结，形成铝背场、银铝电极4和前表面电极细栅线银电极5和主栅线银电极6，金属电极与硅基体形成接触，分为正面电极与背面电极，其中，正面电极位于钝化层上面，通过烧结、退火等方式，能与p-n结n区形成接触，形成的前表面电极主栅线金属电极宽度为2mm，细栅线金属电极的宽度为90μm。
如附图4-7所示，制备只遮盖电池主栅线的金属掩模模具7，该金属掩模模具的材质为不锈钢、铜、硅钢片、铝和镍中的一种或几种金属组成的合金，在本实施例中采用不锈钢材质，将掩模模具7与太阳电池进行对位、调整太阳电池的位置，使电池主栅线银电极6被金属掩模7覆盖，然后固定。将固定好的模具放入镀膜设备的腔体用磁控溅射镀上一层折射率为2.05、厚度为30nm的氮化硅介质膜，待温度降下来之后，取出模具和掩模，此时电池上不被掩模保护的区域包括细栅线银电极5均被覆盖上一层介质膜8，该介质膜可保护细栅线银电极，隔离外部环境，使电极保持导电性不易氧化。而主栅线银电极不被介质膜覆盖，可正常用于焊条连接，此时太阳电池的主体颜色为湖蓝色。
实施例2
如附图1-3所示，将p型硅片1进行清洗，碱制绒。然后用管式扩散炉通入三氯氧磷气体，在800℃的高温下进行磷扩散，形成p-n结2。用体积百分含量为5％的氢氟酸水溶液去除磷硅玻璃，使用等离子刻蚀的方法去边，然后采用PECVD在n型区上方镀氧化硅和氮化硅的复合钝化膜3，其中，氧化硅的折射率为1.46，厚度为30nm；氮化硅的折射率为2.1，厚度为20nm。使用丝网印刷的方法在背面印刷银铝浆，在烘干炉内用180～260℃的温区烘干，之后印刷铝浆，再次烘干；在正面印刷银浆，在200～860℃的温区进行烧结，形成铝背场、银铝电极4和前表面电极细栅线银电极5和主栅线银电极6，形成的主栅线金属电极宽度为2mm，细栅线金属电极的宽度为110μm。
如附图4-7所示，制备只遮盖电池主栅线的金属掩模模具7，该金属掩模模具的材质为不锈钢、铜、硅钢片、铝和镍中的一种或上述几种金属组成的合金，在本实施例中具体为不锈钢和硅钢片的合金，将掩模模具7与太阳电池进行对位、调整太阳电池的位置，使电池主栅线银电极6被金属掩模7覆盖，然后固定。将固定好的模具放入镀膜设备的腔体用磁控溅射镀上一层氮化硅和氧化硅的复合介质膜，其中，氮化硅的折射率为2.05，厚度为20nm；氧化硅的折射率为1.46，厚度为30nm。待温度降下来之后，取出模具，取下掩模，此时电池上不被掩模保护的区域包括细栅线银电极5均被覆盖上一层介质膜8，该介质膜可保护细栅线银电极，隔离外部环境，使电极保持导电性不易氧化。而主栅线银电极不被介质膜覆盖，可正常用于焊条连接，此时太阳电池的主体颜色为洋红色。
实施例3
如附图1-3所示，将n型多晶硅片1进行清洗，酸制绒。然后进行硼扩散，形成p-n结2。用体积百分含量为5％的氢氟酸水溶液清洗，然后使用等离子刻蚀的方法去边，用PECVD在n型区上方镀一层厚度为20nm、折射率为2.0的非晶硅钝化膜3。使用丝网印刷方法在背面印刷银铝浆，在烘干炉内用180～260℃的温区烘干，之后印刷铝浆，再次烘干；在正面印刷银浆，在200～860℃的温区进行烧结，形成铝背场、银铝电极4和前表面电极细栅线银电极5和主栅线银电极6，形成的主栅线金属电极宽度为3mm，细栅线金属电极的宽度为120μm。如附图4-7所示，制备遮盖电池主栅线并在主栅之间遮盖形状为“A”的金属掩模模具7，该金属掩模模具的材质为不锈钢、铜、硅钢片、铝和镍中的一种或上述几种金属组成的合金，在本例中采用硅钢片。将掩模模具7与太阳电池进行对位、调整太阳电池的位置，使电池主栅线银电极6被金属掩模7覆盖，然后固定。将固定好的模具放入镀膜设备的腔体用磁控溅射镀上硫化锌和氟化镁的复合介质层，其中，硫化锌的折射率为2.35，厚度为140nm，氟化镁的折射率为1.38，厚度为2nm。待温度降下来之后，取出模具，取下掩模，此时电池上不被掩模保护的区域包括细栅线银电极5均被覆盖上一层介质膜8，该介质膜可保护细栅线银电极，隔离外部环境，使电极保持导电性不易氧化。而主栅线银电极不被介质膜覆盖，可正常用于焊条连接，此时太阳电池的主体颜色为湖蓝色。此时电池上不被掩模保护的区域包括细栅线均被覆盖上一层介质膜8，颜色为金黄色。由于掩模的保护，“A”未被覆盖上介质层，“A”显湖蓝色。由于“A”的遮盖，一部分细栅线未被覆盖上介质层，这将降低保护效果。
以上列举的具体实施例是对本发明进行的说明。需要指出的是，以上实施例只用于对本发明作进一步说明，不代表本发明的保护范围，其他人根据本发明的提示做出的非本质的修改和调整，仍属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种采用掩模制备保护太阳电池细栅线金属电极的彩色薄膜的方法，其特征在于，在制备太阳电池后，在太阳电池前表面利用掩模对主栅线金属电极进行覆盖，在未被掩模覆盖的区域进行二次镀膜，制备保护细栅线金属电极的介质层，形成介质层一细栅线金属电极一钝化层结构。
2.根据权利要求1所述的采用掩模制备保护太阳电池细栅线金属电极的彩色薄膜的方法，其特征在于，该方法的具体过程为：在制备太阳电池后，选取掩模，加工制成掩模模具，并将掩模模具与太阳电池进行对位、调整，使主栅线金属电极被掩模覆盖，然后固定；将固定好掩模模具的太阳电池放入镀膜设备，调整镀膜参数，对太阳电池前表面未被掩模覆盖的区域进行二次镀膜，制备保护细栅线金属电极的介质层，形成介质层一细栅线金属电极一钝化层结构。
3.根据权利要求1或2所述的采用掩模制备保护太阳电池细栅线金属电极的彩色薄膜的方法，其特征在于，所述的掩模为金属掩模，所述的金属掩模的材质为不锈钢、铜、硅钢片、铝和镍中的一种或几种组成的合金。
4.根据权利要求1或2所述的采用掩模制备保护太阳电池细栅线金属电极的彩色薄膜的方法，其特征在于，所述的主栅线金属电极和所述的细栅线金属电极的材质为银、铝、金、铜和镍中的一种或几种组成的合金。
5.根据权利要求1或2所述的采用掩模制备保护太阳电池细栅线金属电极的彩色薄膜的方法，其特征在于，所述的主栅线金属电极的宽度为0.5～5mm，所述的细栅线金属电极的宽度为10～120μm。
6.根据权利要求1或2所述的采用掩模制备保护太阳电池细栅线金属电极的彩色薄膜的方法，其特征在于，所述的介质层的主要材质为氧化物、氮化物、硫化物和氟化物中的一种或几种，所述的氧化物为一氧化硅、二氧化硅、三氧化二铝、二氧化钛、氧化锌、二氧化锆或三氧化二铬；所述的氮化物为氮化硅、氮氧化硅或氮氧化铝；所述的硫化物为硫化锌或硫化镉；所述的氟化物为氟化镁。
7.根据权利要求1或2所述的采用掩模制备保护太阳电池细栅线金属电极的彩色薄膜的方法，其特征在于，所述的二次镀膜的方式为蒸发、溅射、离子镀或CVD。
8.根据权利要求1或2所述的采用掩模制备保护太阳电池细栅线金属电极的彩色薄膜的方法，其特征在于，所述的介质层的厚度为1～600nm，折射率为1.1～4.0。
9.根据权利要求1或2所述的采用掩模制备保护太阳电池细栅线金属电极的彩色薄膜的方法，其特征在于，所述的钝化层的材质为氮化硅、氧化硅和非晶硅中的一种或几种。
10.根据权利要求9所述的采用掩模制备保护太阳电池细栅线金属电极的彩色薄膜的方法，其特征在于，所述的钝化层的厚度为1～600nm，折射率为1.1～4.0。
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