CN102544209A - 一种晶硅太阳能电池的刻槽方法 - Google Patents

一种晶硅太阳能电池的刻槽方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种晶硅太阳能电池的刻槽方法，其特点是，包括如下步骤：(1)在沉积氮化硅膜层后的硅片表面印刷一层湿膜，厚度为5-25um，掩膜涂料图形并烘干，该图形掩盖住硅片表面无需电极部分，露出硅片表面需要刻槽的部分；(2)将等离子产生装置的气流打开，控制流量为2-10L/MIN，待气体产生辉光放电后，将硅片放入，正面朝上，放置20s-5min取出；(3)然后将腐蚀后的硅片浸入浓度质量分数为1-25％的NaOH或1-25％的KOH溶液中，加热到30-70℃进行刻槽，刻蚀槽的深度5～15um，刻槽完成后利用去离子水将硅片表面残留的杂质及碱液清洗烘干。本发明方法节省了工艺步骤，提高了经济效益。

Description

一种晶硅太阳能电池的刻槽方法
技术领域
本发明涉及一种晶硅太阳能电池的刻槽方法。
背景技术
据世界能源组织(IEA)、欧洲联合研究中心、欧洲光伏工业协会预测，2020年世界光伏发电将占总电力的1％，到2040年光伏发电将占全球发电量的20％，按此推算未来数十年，全球光伏产业的增长率将高达5％-30％。可以预言，在21世纪中叶，太阳能光伏发电成为人类的基础能源之一，在世界能源构成中占有一定的地位。根据Solarbuzz最新年度太阳能市场报告(2011 Marketbuzz)，2010年全球太阳能市场安装量达到18.2GW，相较于2009年成长139％，太阳能产业全球营收达到820亿美元，其中晶硅太阳能电池由于其成本低、工艺简单、效率高等优点占据了主要份额，达到总产值的90％，有巨大的市场。
太阳电池表面电极是电池的制造工艺的关键步骤之一，对电池的光电转换效率有极大影响。通常会提高栅线的截面面积并且提高栅线高度以减小电流在栅线间传导的电阻，但这往往会减小硅电池表面的受光面积，从而降低光电转换效率。刻槽型太阳能电池是将硅片表面栅线位置刻蚀出沟槽，后在沟槽内制作电极，这样能够在保证电池表面受光面积的同时增加电极截面面积，从而提高太阳能转换效率。
目前已有的刻槽埋栅的方法主要有两种，机械刻槽和激光刻槽。机械刻槽是采用金刚石刀具刻划出沟槽，其优点是：刻出的槽高宽比大，基本不存在横向过刻问题。缺点是：刻槽会给硅片带来损伤，造成缺陷、机器精度要求高，成本高，目前国内进行此类加工的设备必须依靠进口。激光刻槽是通过激光在硅片表面移动来刻槽，调解激光功率及时间来控制刻槽深度，其优点是：刻出的槽高宽比大。但是这种刻槽会给硅片带来损伤，造成缺陷。另外上述两种刻槽方法都无法进行批量生产。
发明内容
本发明的目的是提供一种晶硅太阳能电池的刻槽方法，能够节省工艺步骤，从而降低生产成本。
一种晶硅太阳能电池的刻槽方法，其特别之处在于，包括如下步骤：
(1)、在沉积氮化硅膜层后的硅片表面印刷一层湿膜，厚度为5-25um，掩膜涂料图形并烘干，该图形掩盖住硅片表面无需电极部分，露出硅片表面需要刻槽的部分；
(2)、将等离子产生装置的气流打开，控制流量为2-10L/MIN，待气体产生辉光放电后，将硅片放入，正面朝上，放置20s-5min后取出；
(3)、然后将腐蚀后的硅片浸入浓度质量分数为1-25％的NaOH或1-25％的KOH溶液中，加热到30-70℃进行刻槽，刻蚀槽的深度5～15um，刻槽完成后利用去离子水将硅片表面残留的杂质及碱液清洗，然后烘干即可。
步骤(1)中掩膜涂料的制作方法如下：先将乙基纤维素树脂按重量百分比5％～40％加入到60％～95％的有机溶剂中，然后在温度75℃～100℃中溶解完全，150-200目过滤得掩膜涂料；其中有机溶剂为丁基卡必醇、丙二醇甲醚醋酸酯、乙二醇乙醚、乙二醇单丁醚醋酸酯、石油醚、松节油和松油醇中的至少一种。
步骤(2)中气流为Ar和N2以任意比例混合的混合气体，流速为2-10L/min，等离子产生装置中放电电极间隙为2-4mm，放电电极面积为150-300cm2。
本发明方法采用有机涂料作为掩膜，对氮化硅膜进行离子刻蚀的方法，无需在刻蚀后湿法清洗去涂料，涂料一直留存在硅片表面，在后续工艺中按照常规电池工艺在对电极进行的烧结时，有机涂料会在300-400℃时完全灰化，不会对电池造成任何影响，节省了工艺步骤，提高了经济效益。
具体实施方式
本发明提供了一种晶硅太阳能电池表面刻槽方法，在沉积氮化硅膜层后的硅片表面印刷一层保护膜涂料图形，该图形掩盖住硅片表面无需电极部分，露出硅片表面需要刻槽的部分，烘干后对其进行等离子刻蚀，将曝露出的需要刻槽部分图形表面的氮化硅膜层刻蚀掉，把腐蚀后的硅片放入盛有碱溶液的容器中进行刻槽，即通过使碱溶液与需要刻槽部位的硅片发生化学反应，从而去除生成物来完成对硅片刻槽的目的，对刻槽后的硅片用去离子水清洗，再经过干燥后完成刻槽。
本发明使用的等离子产生装置，包括上、下放电电极和介质(为陶瓷片)，上、下放电电极间隙为2-4mm，放电电极面积为150-300cm2，右侧为进气口，气流为Ar和N2以任意比例混合的混合气体，硅片放在下放电电极上，连接电源并将功率逐渐升至70-100w即可产生强辉光放电。
实施例1：
1、在沉积氮化硅膜层后的硅片表面印刷一层保护膜涂料图形并烘干，湿膜层厚度为5um，该图形掩盖住硅片表面无需电极部分，露出硅片表面需要刻槽的部分；
上述掩膜涂料的制作方法：将乙基纤维素树脂按重量百分比5％加入到95％的有机溶剂中，在恒温水槽、温度75℃中溶解完全，200目过滤得有机掩膜涂料，有机溶剂为按重量百分含量计50％丁基卡必醇和50％松油醇的混合物。
2、将等离子产生装置的气流打开，流量为2L/MIN，气体为Ar和N2以体积比1∶1混合的混合气体，放电电极间隙为2mm，放电电极面积为150cm2。
3、将等离子产生装置电源功率逐渐升至100w。
4、等待气体产生辉光放电后，将硅片放入，正面朝上，放置20s后取出。
5、将腐蚀后的硅片浸入浓度为按质量分数5％的NaOH溶液中，加热到70℃进行刻槽，刻蚀槽的深渡5um，刻槽完成后利用去离子水将硅片表面残留的杂质及碱液清洗，然后烘干。
实施例2：
1、在沉积氮化硅膜层后的硅片表面印刷一层保护膜涂料图形并烘干，湿膜图形厚度为10um，该图形掩盖住硅片表面无需电极部分，露出硅片表面需要刻槽的部分。
上述掩膜涂料的制作方法：将乙基纤维素树脂按重量百分比40％加入到60％的有机溶剂中，在恒温水槽、温度100℃中溶解完全，300目过滤得有机掩膜涂料；有机溶剂为30％的乙二醇乙醚、30％的乙二醇单丁醚醋酸酯、20％的石油醚和20％的松油醇的混合物。
2、将等离子产生装置的气流打开，流量为10L/MIN，气体为Ar和N2以体积比1∶2混合，电电极间隙为4mm，放电电极面积为300cm2。
3、将等离子产生装置电源功率逐渐升至70w。
4、等待气体产生辉光放电后，将硅片放入，正面朝上，放置5min后取出。
5、将将腐蚀后的硅片浸入浓度为25％的KOH溶液中，加热到40℃进行刻槽，刻蚀槽的深渡15um，刻槽完成后利用去离子水将硅片清洗表面残留的杂质及碱液，然后烘干。

Claims (3)

1.一种晶硅太阳能电池的刻槽方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)、在沉积氮化硅膜层后的硅片表面印刷一层湿膜，厚度为5-25um，掩膜涂料图形并烘干，该图形掩盖住硅片表面无需电极部分，露出硅片表面需要刻槽的部分；
(2)、将等离子产生装置的气流打开，控制流量为2-10L/MIN，待气体产生辉光放电后，将硅片放入，正面朝上，放置20s-5min后取出；
(3)、然后将腐蚀后的硅片浸入浓度质量分数为1-25％的NaOH或1-25％的KOH溶液中，加热到30-70℃进行刻槽，刻蚀槽的深度5～15um，刻槽完成后利用去离子水将硅片表面残留的杂质及碱液清洗，然后烘干即可。
2.如权利要求1所述的一种晶硅太阳能电池的刻槽方法，其特征在于：步骤(1)中掩膜涂料的制作方法如下：先将乙基纤维素树脂按重量百分比5％～40％加入到60％～95％的有机溶剂中，然后在温度75℃～100℃中溶解完全，150-200目过滤得掩膜涂料；其中有机溶剂为丁基卡必醇、丙二醇甲醚醋酸酯、乙二醇乙醚、乙二醇单丁醚醋酸酯、石油醚、松节油和松油醇中的至少一种。
3.如权利要求1或2所述的一种晶硅太阳能电池的刻槽方法，其特征在于：步骤(2)中气流为Ar和N2以任意比例混合的混合气体，流速为2-10L/min，等离子产生装置中放电电极间隙为2-4mm，放电电极面积为150-300cm2。
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