CN102315335A - 一种减少薄膜太阳能电池死区面积的制备工艺 - Google Patents

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李兆廷
李鹏
林宏达
王恩忠
甄雁卉
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Abstract

一种减少薄膜太阳能电池死区面积的制备工艺，解决尽量减小死区面积、从而提高太阳能转换效率的技术问题，包括在衬底上制备导电膜层、第一次划刻、制备光伏吸收层、第二次划刻、制备背电极层、第三次划刻、以及清洗、检测、封装、检验、包装步骤，其中，进行第一次划刻的具体步骤是：用光刻机在导电膜层上制作划刻图案；再用干法刻蚀或湿法刻蚀按照划刻图案刻蚀出沟槽，并进行清洗。本发明的优点是用光刻和腐蚀相结合的方式进行划刻，相比激光划刻减小了线宽，进一步减小了死区面积，同时提高了光电转换效率。

Description

一种减少薄膜太阳能电池死区面积的制备工艺
技术领域
本发明属于薄膜太阳能电池制造领域，涉及到一种减少薄膜太阳能电池死区面积的制备工艺，特别是通过光刻和腐蚀相结合的方法，最大程度的减少了线宽，减小了死区的面积的工艺步骤。
背景技术
世界能源的需求使太阳电池技术得到了迅猛的发展，目前市场成熟的主流技术以单晶硅和多晶硅太阳电池为主，但由于硅材料的短缺以及生产晶体硅过程中存在的环境问题使其受到限制，中国已经明确限制多晶硅的生产。然而由于薄膜太阳电池具有耗材少、环境友好、成本下降空间较大等优势，科研和生产单位纷纷将薄膜太阳电池作为研发生产主方向。
非晶硅太阳电池具有独特的优势。这些优势主要表现在以下方面：
(1)材料和制造工艺成本低。这是因为衬底材料，如玻璃、不锈钢、塑料等，价格低廉。硅薄膜厚度不到1μm，昂贵的纯硅材料用量很少。制作工艺为低温工艺(100-300℃)，生产的耗电量小，能量回收时间短。
(2)易于形成大规模生产能力。这是因为核心工艺适合制作特大面积无结构缺陷的a-Si合金薄膜；只需改变气相成分或者气体流量便可实现p-n结以及相应的迭层结构；生产可全流程自动化。
(3)品种多，用途广。薄膜的a-Si太阳电池易于实现集成化，器件功率、输出电压、输出电流都可自由设计制造，可以较方便地制作出适合不同需求的多品种产品。由于光吸收系数高，晴电导很低，适合制作室内用的微低功耗电源，如手表电池、计算器电池等。由于a-Si膜的硅网结构力学性能结实，适合在柔性的衬底上制作轻型的太阳电池。灵活多样的制造方法，可以制造建筑集成的电池，适合户用屋顶电站的安装。
非晶硅太阳电池尽管有如上诸多的优点，但缺点也是很明显的。主要是初始光电转换效率较低，稳定性较差。初期的太阳电池产品初始效率为5-6％，标准太阳光强照射一年后，稳定化效率为3-4％，在弱光下应用当然不成问题，但在室外强光下，作为功率发电使用时，稳定性成了比较严重的问题。功率发电的试验电站性能衰退严重，寿命较短，严重影响消费者的信心，造成市场开拓的困难。
此外，非晶硅太阳能电池由于尺寸较大，容易损坏以及电流较大，电压较小等缺点需要将其划刻开来，目前工业上主要采用激光划刻，而激光同样存在激光划刻精确度高，具有精准的方向性，但是激光划刻线宽较宽，造成死区面积较大，严重影响薄膜太阳能的电性能，减少死区面积成为当前薄膜太阳能研究的一个热点问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决尽量减小死区面积、从而提高太阳能转换效率的技术问题，设计了一种减少薄膜太阳能电池死区面积的制备工艺，通过光刻和腐蚀相结合的方法，最大程度的减少了线宽，减小了死区的面积的工艺步骤。
本发明为实现发明目的采用的技术方案是，一种减少薄膜太阳能电池死区面积的制备工艺，包括在衬底上制备导电膜层、第一次划刻、制备光伏吸收层、第二次划刻、制备背电极层、第三次划刻、以及清洗、检测、封装、检验、包装步骤，关键是：进行第一次划刻的具体步骤是：
a、用光刻机在导电膜层上制作划刻图案；
b、用干法刻蚀或湿法刻蚀按照划刻图案刻蚀出沟槽，并进行清洗。
步骤a中划刻图案的线宽为80-110nm，步骤b中刻蚀出的沟槽宽度对应为80-110nm。
本发明的有益效果是：用光刻和腐蚀相结合的方式进行划刻，相比激光划刻减小了线宽，进一步减小了死区面积，同时提高了光电转换效率。
具体实施方式
一种减少薄膜太阳能电池死区面积的制备工艺，包括在衬底上制备导电膜层、第一次划刻、制备光伏吸收层、第二次划刻、制备背电极层、第三次划刻、以及清洗、检测、封装、检验、包装步骤，关键是于：进行第一次划刻的具体步骤是：
a、用光刻机在导电膜层上制作划刻图案；
b、用干法刻蚀或湿法刻蚀按照划刻图案刻蚀出沟槽，并进行清洗。
所述的步骤a中划刻图案的线宽为80-110nm，步骤b中刻蚀出的沟槽宽度对应为80-110nm。
所述的光刻机是紫外线光刻机、或是电子束光刻机、或是X射线光刻机、或是离子束光刻机。
所述的湿法刻蚀包括等离子刻蚀、反应离子刻蚀、离子束铣蚀和溅射。
所述的步骤b中清洗采用超声波清洗。
所述的第二次划刻与第三次划刻的线宽为30-38um。
本发明的工艺的具体实施步骤如下：
●用LPCVD或者磁控溅射在曲面衬底上制备导电膜层TCO；
膜层厚度：600～800nm
方块电阻：小于20Ω/□
光透率：波长400～800nm的光透过率要大于84％。
●用193nm(ArF)准分子激光光刻机在导电膜层TCO制作100nm的线宽的图案；
●用湿法腐蚀的方法刻蚀出所需要的沟槽，用超声波对薄膜太阳能电池膜层进行清洗；
●制作出100nm的沟槽用PECVD系统，在导电膜层TCO膜层上制备PIN光伏吸收层：
★制备p层工艺条件：
使用B(CH4)3、SiH4、CH4、H2气体，沉积温度180℃～200℃，功率密度0.2～0.4W/cm2，氢稀释比R(R＝H2/SiH4)为20～33，硅烷与甲烷流量比为10∶(1～1.5)，沉积压力为100～150pa。
★制备I层工艺条件：
使用SiH4、H2气体，其中H2/SiH4比之R为18～22，沉积温度180℃～210℃，功率密度0.25～0.45W/cm2，沉积压力为100～150pa。
★制备N层工艺条件：
使用PH3、SiH4、H2气体，其中H2/SiH4比之R为23～30，沉积温度180℃～200℃，功率密度0.2～0.4W/cm2，沉积压力为110～160pa。
●激光划刻PIN电池膜层；
●用磁控溅射制备电池背电极，包括AZO氧化锌铝膜层、Al锅膜层和NiV镍钒膜层；
AZO膜层厚度：80～100nm；方阻：小于300Ω/□；
Al膜层厚度：250～400nm；
NiV膜层厚度：80～150nm；
●激光划刻背电极；
●清洗、检测、封装、检验、包装，完成太阳能电池制备工艺。

Claims (6)

1.一种减少薄膜太阳能电池死区面积的制备工艺，包括在衬底上制备导电膜层、第一次划刻、制备光伏吸收层、第二次划刻、制备背电极层、第三次划刻、以及清洗、检测、封装、检验、包装步骤，其特征在于：进行第一次划刻的具体步骤是：
a、用光刻机在导电膜层上制作划刻图案；
b、用干法刻蚀或湿法刻蚀按照划刻图案刻蚀出沟槽，并进行清洗。
2.根据权利要求1所述的一种减少薄膜太阳能电池死区面积的制备工艺，其特征在于：所述的步骤a中划刻图案的线宽为80-110nm，步骤b中刻蚀出的沟槽宽度对应为80-110nm。
3.根据权利要求1所述的一种减少薄膜太阳能电池死区面积的制备工艺，其特征在于：所述的光刻机是紫外线光刻机、或是电子束光刻机、或是X射线光刻机、或是离子束光刻机。
4.根据权利要求1所述的一种减少薄膜太阳能电池死区面积的制备工艺，其特征在于：所述的湿法刻蚀包括等离子刻蚀、反应离子刻蚀、离子束铣蚀和溅射。
5.根据权利要求1所述的一种减少薄膜太阳能电池死区面积的制备工艺，其特征在于：所述的步骤b中清洗采用超声波清洗。
6.根据权利要求1所述的一种减少薄膜太阳能电池死区面积的制备工艺，其特征在于：所述的第二次划刻与第三次划刻的线宽为30-38um。
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