CN102127447A - 透明导电金属氧化物膜的形态设计 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种透明导电金属氧化物膜的形态设计。所述设计涉及适合于蚀刻膜的包括蚀刻剂和一成分的蚀刻膏。蚀刻工艺包括通过涂膏法将本发明的蚀刻膏涂覆到透明导电金属氧化物膜上以蚀刻所述膜。通过所述蚀刻膏与所述涂膏法的组合获得具有稳定散射特性的透明导电金属氧化物膜，且可将其用于制造a-Si太阳能电池。
Description
技术领域
本发明涉及一种蚀刻膏，以及一种通过使用根据本发明的蚀刻膏来蚀刻用于非晶硅太阳能电池的金属氧化物膜的工艺。
背景技术
非晶硅(a-Si)薄膜太阳能电池生产起来较不昂贵且广泛可用，但具有较低的能量转换效率。因此，除使总成本尽可能低的有效方式之外，还需要用以改进能量转换效率的水平的有效方法。
当前，大量新的a-Si太阳能电池利用透明导电金属氧化物膜(其为导体)。这些透明导电金属氧化物膜(其为所属领域的技术人员已知)例如为氧化铟锡(ITO)、掺杂铝的氧化锌(AZO)和掺杂氟的氧化锡(FTO)。所述透明导电金属氧化物膜允许光穿过在其上沉积所述膜的衬底的窗口到达下面的吸光材料。在a-Si薄膜太阳能电池中，a-Si太阳能电池的面向太阳的前侧可由透明导电金属氧化物膜组成。
在a-Si太阳能电池的制造中，将透明导电金属氧化物膜构造在支撑衬底上是重要的。例如大气压化学气相沉积(APCVD)等化学气相沉积(CVD)以及湿式蚀刻是常见的构造技术。然而，使用CVD是昂贵的，且湿式蚀刻近来已受到大量关注。
湿式蚀刻中使用的两个重要的工艺因素是蚀刻液体的浓度和蚀刻时间。通过控制这两个因素，可在透明导电金属氧化物膜上获得具有不同图案的结构。然而，当在工业制造中应用湿式蚀刻时，出现一些问题。
使用呈液态形式的蚀刻剂(或蚀刻液体)的缺点与无法将呈液态形式的蚀刻剂限于期望区域的事实有关。当呈液态形式的蚀刻剂在待蚀刻的膜上流动时，不可能知道蚀刻的深度。
此外，不利的是，必须使用昂贵设备来进行大量工艺步骤。还需要消耗大量的水和化学试剂。
US 2004/0063326描述一种蚀刻半导体衬底以生产太阳能电池的方法。所述方法包括将膏涂覆到衬底，且所述膏是通过丝网印刷来涂覆的。US 2008/0217576描述一种用于构造透明导电金属氧化物膜的蚀刻媒介，以及一种用于使用借助于印刷工艺涂覆到将在生产薄膜太阳能电池时蚀刻的衬底的蚀刻媒介来蚀刻透明导电氧化物膜的工艺。
然而，仍需要提供一种用于蚀刻膜的新颖的蚀刻膏。以受控方式使用所述蚀刻膏。此项技术中还需要提供一种对透明导电金属氧化物膜的表面的新颖且容易控制的蚀刻工艺，使得经蚀刻的膜上具有所设计的图案且具有合适的蚀刻深度。所得的经蚀刻的膜具有稳定的散射特性，且可用于制造具有较佳光电换能效应的太阳能电池。
发明内容
本发明提供一种用于蚀刻膜的蚀刻膏。所述蚀刻膏包括蚀刻剂(其可为酸或碱)，以及选自由环氧树脂、聚碳酸酯、硅酮、聚酰亚胺、聚苯胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯及其组合组成的群组的至少一个成员的一成分。
本发明还提供一种对透明导电金属氧化物膜的表面的蚀刻工艺。所述蚀刻工艺包括通过涂膏法将本发明的蚀刻膏涂覆到透明导电金属氧化物膜以蚀刻所述膜。
本发明进一步提供一种用于构造透明导电金属氧化物膜的工艺，其包括通过涂膏法将本发明的蚀刻膏涂覆到透明导电金属氧化物膜以蚀刻所述膜。经蚀刻的膜可用于制造a-Si太阳能电池。
附图说明
图1展示现有技术中通过APCVD获得的膜的表面上的突出结构。
图2展示现有技术中通过湿式蚀刻获得的膜的表面上的孔结构。
图3示意性地展示在湿式蚀刻之前具有ZnO膜的玻璃衬底。
图4示意性地展示具有通过湿式蚀刻获得的经蚀刻的ZnO膜的玻璃衬底的横截面图。
图5示意性地说明根据本发明的一个实施例的用于蚀刻透明导电金属氧化物膜的工艺。
图6示意性地展示根据本发明的一个实施例的具有通过蚀刻工艺获得的经蚀刻的透明导电金属氧化物膜的玻璃衬底的横截面图。
图7展示根据本发明的一个实施例的具有规则图案的经蚀刻膜的俯视图。
图8和图9展示根据本发明的网格图案的实施例。
图10展示a-Si太阳能电池的一般前电极和经图案化的前电极的模糊率。
具体实施方式
在本发明中，适合于蚀刻膜的蚀刻膏包括蚀刻剂和一成分。蚀刻膏基本上用于对透明导电金属氧化物膜的表面的蚀刻工艺中。
本发明中使用的透明导电金属氧化物膜的合适材料可为所属领域的技术人员已知的任何金属，例如(但不限于)Ag、Al、Cu、Cr、Zn、Mo、Wo、Ca、Ti、In、Sn或Ni。透明导电金属氧化物膜也可为所属领域的技术人员已知的复合金属氧化物膜，例如(但不限于)AZO(ZnO:Al)、GZO(ZnO:Ga)、ATO(SnO2:Sb)、FTO(SnO2:F)、ITO(In2O3:Sn)或BaTiO。
本发明中使用的蚀刻剂可为酸或碱。本发明中可使用已知用于此领域中的任何酸或碱。优选的是，本发明中使用的酸是选自由H3PO4、HCl、CH3COOH、HNO3和H2SO4、其组合及其衍生物组成的群组；本发明中使用的碱是选自由NaOH、KOH、Na2CO3和NH3、其组合及其衍生物组成的群组。
本发明的蚀刻膏中使用的成分是选自由环氧树脂、聚碳酸酯、硅酮、聚酰亚胺、聚苯胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯及其组合组成的群组。
蚀刻膏优选具有使其以受控方式涂覆的粘度。因此，蚀刻膏的粘度应足够高以防止在膜上流动或散开。如果蚀刻膏的粘度不够高，那么所述膏将在后续步骤中流动或散开，且在透明导电金属氧化物膜上形成不合意的图案。本发明蚀刻膏中使用的成分可由所属领域的技术人员选择性地加以选择，以调整蚀刻膏的粘度，使得其可通过如本文所提到的涂膏法非常准确地涂覆到透明导电金属氧化物膜，且限于期望区域。在涂覆之后，蚀刻膏因其粘度而不会在膜上显著地散开或流动。
在本发明的一方面中，对透明导电金属氧化物膜表面的蚀刻工艺包括通过涂膏法将本发明蚀刻膏涂覆到金属氧化物膜上以蚀刻所述膜。通过蚀刻膏与涂膏法的组合，获得具有稳定散射特性的透明导电金属氧化物膜，且因此可将其用于制造a-Si太阳能电池。
本发明中使用的涂膏法可包括(但不限于)辊涂法。有利的是，所属领域的技术人员可在辊涂法中使用的辊上设计任何合适图案。因此，透明导电金属氧化物膜上可具有各种各样的图案，且所述膜可形成有任何合适的期望图案。在辊涂丝网印刷系统中，传送机将具有透明导电金属氧化物膜的玻璃运载到辊涂涂布区，接着将蚀刻膏涂布在透明导电金属氧化物膜上。通过设计辊上的图案，使所得经蚀刻膜的表面上具有带规则图案的结构。在清洗机中洗掉经蚀刻透明导电金属氧化物膜上的剩余蚀刻膏。
在优选实施例中，辊涂法中使用的辊上的图案可包括(但不限于)具有开口的图案。所述开口可为圆形开口、矩形开口、线性或非线性开口(例如)、条状开口或任何其它类型的开口。
在优选实施例中，辊涂法中使用的辊上的图案可包括(但不限于)圆或椭圆或具有n个边的多边形，其中n为(例如)3、4、5、6或8。更重要的是，辊上的图案经有序布置以使得经蚀刻的膜上具有规则图案。参看图10，指示为一般1和一般2的曲线展示因具有不规则图案的经图案化表面在波长增加时而减小所产生的模糊率。相比而言，指示为经图案化1和经图案化2的曲线展示因具有规则图案的经图案化表面不在波长增加时而减小所产生的模糊率。
在优选实施例中，图案可包括(但不限于)菱形或六边形图案。
在优选实施例中，图案具有范围从5μm到20μm的开口大小。
对于在制造a-Si太阳能电池中使用的透明导电金属氧化物膜来说，蚀刻深度是重要的。如果蚀刻深度超过500nm，那么膜上的凹槽将不被吸光层填满，这导致良率降低。在优选实施例中，通过根据本发明的工艺来蚀刻的透明导电金属氧化物膜具有范围从100nm到500nm的蚀刻深度。
本发明的蚀刻膏与涂膏法的组合可避免过度蚀刻透明导电金属氧化物膜，从而大大减少透明导电金属氧化物膜的表面形态的变化。因此，本发明克服了形成具有不一致物理特性的膜的缺点。
为了更好地理解，下文参考图式借助实施例来详细说明本发明，图式无意限制本发明的范围。将明白，所属领域的技术人员可容易实现的任何修改或更改均在本说明书的揭示内容的范围内。
图5示意性地说明根据本发明的一个实施例的用于蚀刻透明导电金属氧化物膜的工艺。在蚀刻透明导电金属氧化物膜52之前，所属领域的技术人员可设计辊51上的图案。如图5中所示，将蚀刻膏涂覆到辊51上，且接着通过使用辊51来对透明导电金属氧化物膜52进行图案化和蚀刻。在本发明的工艺中，所属领域的技术人员可按需要选择合适类型的辊，且决定合适的操作条件。举例来说，传送机速度为约0.5m/s到6m/s。辊的辊涂速度为约10rpm到300rpm。按压量为约0mm到2mm。蚀刻温度为约25℃到60℃，清洗温度为约25℃到30℃，且干燥温度为约60℃。
图6示意性地通过展示根据本发明的一个实施例的蚀刻工艺获得的玻璃衬底62上的经蚀刻透明导电金属氧化物膜61的横截面图。与图4相比，图6中的经蚀刻透明导电金属氧化物膜61具有期望图案和受控蚀刻深度。图7展示通过本发明的工艺获得的具有规则图案的经蚀刻膜的俯视图。
在本发明的优选实施例中，透明导电金属氧化物膜上的图案可为各种各样的，因为容易设计本发明中使用的辊上的图案。当涂膏法为辊涂法时，熟练的技术人员可设计不同的图案，例如图8和图9中所示。图10展示透明导电金属氧化物膜的经图案化的表面将增加模糊率且具有较长的光径，其使得a-Si太阳能电池获得更多效率。
尽管已参考说明性实施例描述了本发明，但应理解，所属领域的技术人员可容易实现的任何修改或更改均将在本说明书的揭示内容、图式和所附权利要求书的范围内。
Claims (10)
1.一种用于蚀刻膜的蚀刻膏，其包括：
蚀刻剂，其为酸或碱；以及
一成分，其包括选自由环氧树脂、聚碳酸酯、硅酮、聚酰亚胺、聚苯胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯及其组合组成的群组中的至少一个成员。
2.根据权利要求1所述的蚀刻膏，其中所述酸选自由H3PO4、HCl、CH3COOH、HNO3和H2SO4、其组合及其衍生物组成的群组。
3.根据权利要求1所述的蚀刻膏，其中所述碱选自由NaOH、KOH、Na2CO3和NH3、其组合及其衍生物组成的群组。
4.一种用于蚀刻透明导电金属氧化物膜的方法，其包括通过涂膏法将根据权利要求1所述的蚀刻膏涂覆到所述透明导电金属氧化物膜上以蚀刻所述膜。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述涂膏法包括辊涂法。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述辊涂法使用具有图案的辊。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述图案包括具有开口的图案。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述图案具有范围从5μm到20μm的开口大小。
9.根据权利要求4所述的方法，其中所述经蚀刻的膜具有范围从100nm到500nm的蚀刻深度。
10.一种用于构造透明导电金属氧化物膜的方法，其包括通过涂膏法将根据权利要求1所述的蚀刻膏涂覆到所述透明导电金属氧化物膜上以蚀刻所述膜。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20110720 |