CN102738300A

CN102738300A - 一种太阳能电池栅电极的制备方法

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Publication number: CN102738300A
Application number: CN2012101872893A
Authority: CN
Inventors: 张海霞; 彭旭华; 唐伟; 张晓升; 孟博
Original assignee: Peking University
Current assignee: Peking University
Priority date: 2012-06-07
Filing date: 2012-06-07
Publication date: 2012-10-17
Anticipated expiration: 2032-06-07
Also published as: CN102738300B

Abstract

本发明公开了一种太阳能电池栅电极的制备方法，首先制备具有栅线图形的碳化硅模版，然后将碳化硅模版与太阳能电池基片对准且贴紧固定，应用物理气相淀积法制备栅电极。该方法应用的模版材料PECVD-SiC应力小，制备的电池栅电极线宽得到了保证，因此减小了表面覆盖率；制备电极的过程影响因素较少，便于精确控制；工艺简单，提高了生产效率；SiC材料耐腐蚀性强，模版一次制得后可重复利用，降低了成本。

Description

一种太阳能电池栅电极的制备方法

技术领域

本发明涉及一种太阳能电池栅电极的制备工艺，属于太阳能光电极微加工领域。

背景技术

随着全球化石燃料资源的过度开采消耗，新能源的开发与高效利用成为了迫在眉睫的事情。其中，太阳能因其来源丰富、无需运输且能源清洁的特点倍受青睐。太阳能电池是有效利用太阳能源的主要方式之一，当前桎梏太阳能电池广泛应用的主要原因为其较高的生产成本及较低的转换效率。太阳能电池最基本的结构包括PN结、正面栅电极和背面电极。在经过制绒、扩散等工序后，PN结制成，根据光生伏特效应，在光照下已经可以产生光生电流。太阳能电池电极的主要作用就是将所产生的电流导出，因此电极性能的优劣将直接影响电池转换效率的高低。通常，理想的电极与衬底之间应能形成良好的欧姆接触，即应具有较低的接触电阻；为了保证光能利用率，还应尽量降低电极的表面覆盖率。这就意味着，高效率的太阳能电池电极需要线宽窄，厚度高，接触良好。([1]Martin A.Green，“The Pathto 25％Silicon Solar Cell Efficiency：History of Silicon Cell Evolution，”Silicon Cell EfficiencyEvolution，Prog.Photovolt：Res.Appl.2009)制造电极的方法有很多，如光刻电镀法、化学镀镍法([2]J.Taraszewska，G. Rost onek，“Electrocatalytic oxidation of methanol on a glassycarbon electrode modified by nickel hydroxide formed by ex situ chemical precipitation”，Journalof Electroanalytical Chemistry，Volume 364，Issues 1-2，31 January 1994)、刻槽埋栅法([3]Zolper，John C，“16.7％ efficient，laser textured，buried contact polycrystalline silicon solar cell”，Applied Physics Letters，Nov.1989)等，目前被广泛使用的是丝网印刷法。

丝网印刷法主要是利用丝网图形区域网孔透浆料，非图形区域网孔不透浆料的原理刷制电极，它具有生产周期短，产量大的优点。但其制备成的电池栅电极，厚度约为5～30μm，线宽一般在100μm以上。(4]Frederik C.Krebs，“Polymer solar cell modules prepared usingroll-to-roll methods：Knife-over-edge coating，slot-die coating and screen printing”，Processingand Preparation of Polymer and Organic Solar Cells，Pages 465～475，Apr.2009)由于栅线较宽，增大了遮光面积，导致正面电极损耗增大，电池的转换效率降低。与此同时，经丝网印刷、退火等工艺后烧结成的电极金属层的导电性能取决于浆料的化学成分、丝网的粗糙度及烧结条件等，不确定因素较多。由于银具有良好的导电性及可焊性且在硅中呈现低扩散，目前丝网印刷的浆料中均含银。在丝网印刷的过程中需要大量的浆料，其中绝大部分浆料会因位于非图形区域而滞留于丝网上，造成含银浆料浪费，成本提升。

其他制备太阳能电池电极的方法，虽然能制备出线宽相对较细的栅线，但工艺复杂，且工艺成本高，不适合大批量生产。

发明内容

本发明的目的在于提供一种太阳能电池栅电极制备方法，以代替传统的丝网印刷法。

本发明利用模版来制备太阳能电池的正面栅电极，其技术方案如下：

一种太阳能电池栅电极的制备方法，首先制备具有适宜宽高比栅线图形的碳化硅模版，然后将碳化硅模版与太阳能电池基片对准且贴紧固定，应用物理气相淀积法(真空蒸镀或真空溅射)制备栅电极。

上述方法中，碳化硅模版的制备可参见专利号为201110144874.0的中国专利“一种光刻掩膜版及其制备方法”，包括：在一衬底的正面利用等离子增强化学气相淀积(PECVD)方法生长一层碳化硅(SiC)薄膜，并刻蚀该薄膜形成太阳能电池栅电极栅线图形，然后刻蚀或腐蚀栅线图形下的衬底部分使图形区域悬空。

其中，所述衬底可采用但不限于硅片、玻璃片、陶瓷片等；所述碳化硅(SiC)薄膜厚度通常为100nm～10μm。

具体的，碳化硅模版的制备可包括以下步骤：

1)在衬底正面用PECVD方法生长一层碳化硅(SiC)薄膜；

2)在衬底背面形成掩膜；

3)在衬底正面的碳化硅(SiC)薄膜上刻蚀出太阳能电池栅电极栅线图形；

4)对应于碳化硅(SiC)薄膜的栅线图形刻蚀衬底背面的掩膜，形成窗口；

5)通过窗口刻蚀或腐蚀衬底，释放出正面的栅线图形。

上述步骤2)中，背面掩膜可采用且不限于氮化硅、氧化硅、碳化硅等非金属膜或金、铬等金属膜。

在某些情况下，受KOH凸角腐蚀限制，不能在一个碳化硅模版上形成完整的太阳能电池栅电极栅线图形，需要同时制作两个或更多个碳化硅模版，这些碳化硅模版上的图形叠加构成完整的栅线图形。例如同时制作一个主栅模版和一个辅栅模版。

碳化硅模版制作好后，按照一定的顺序将各个碳化硅模版分别与太阳能电池基片对准且贴紧固定，应用物理气相淀积法制备栅电极的一部分，最终形成整个栅电极。例如：先将辅栅模版与太阳能电池基片对准且贴紧固定，应用物理气相淀积法制备辅栅电极；然后将主栅模版与已淀积辅栅电极的太阳能电池基片进行对准并贴紧固定，应用物理气相淀积法制备主栅电极。

将碳化硅模版与太阳能电池基片贴紧固定的方式可利用但不限于耐温胶带、磁铁等。

本发明方法应用的模版材料PECVD-SiC应力小，制备的电池栅电极线宽得到了保证，因此减小了表面覆盖率；制备电极的过程影响因素较少，便于精确控制；工艺简单，提高了生产效率；SiC材料耐腐蚀性强，模版一次制得后可重复利用，降低了成本。

附图说明

图1为实施例太阳能电池栅电极所需模版制作的工艺流程图。

图2为实施例所制得辅栅模版的效果图。

图3为实施例所制得主栅模版的效果图。

图4为所需模版的使用方式效果图

图5为实施例所制得太阳能电池栅电极的最终效果图。

具体实施方式

下面结合附图，通过实施例对本发明的制备太阳能电池正面栅电极的方法做进一步描述。

原始材料：双面抛光的N型硅片10，电阻率2～4Ωem，晶向为<100>，硅片厚度为400μm，如图1(a)所示。

首先，根据图1所示的工艺流程分别制作太阳能电池栅电极所需的主栅与辅栅模版，然后通过这两个模版应用物理气相淀积法在太阳能电池上形成栅电极，具体步骤如下：

1)用等离子增强化学气相淀积(PECVD)的方法，在硅衬底10的双面生长碳化硅(SiC)薄膜21和22，如图1(b)所示；

PECVD生长SiC薄膜的条件优选为：压力700～1200mTorr，温度200～400℃，SiH₄：20～60sccm，CH₄：200～400sccm，Ar：200～400sccm，每个周期HF(高频电源)作用时间为10～20s，LF(低频电源)作用时间为20～30s，功率200～400W。其中HF和LF的频率通常分别为13.56MHz和380kHz。

2)在硅片的一面(正面)光刻，感应耦合等离子体(ICP)刻蚀正面的碳化硅(SiC)薄膜21，形成图形30，如图1(c)所示；

其中，作为辅栅模版的硅片上所形成的图形如图2中31所示；作为主栅模版的硅片上所形成的图形如图3中32所示。

3)在硅片的另一面(反面)光刻，ICP刻蚀反面的碳化硅(SiC)薄膜22，形成窗口40，用于氢氧化钾(KOH)腐蚀，如图1(d)所示；

其中，作为辅栅模版的硅片上所形成的窗口如图2中41所示；作为主栅模版的硅片上所形成的窗口如图3中42所示。

4)将硅片置入氢氧化钾(KOH)溶液中，腐蚀Si衬底10，释放正面的图形，从而制得所需的模版，如图1(e)所示；

其中，辅栅模版如图2所示；主栅模版如图3所示。

5)将辅栅模版正面朝下置于已制结完成的太阳能电池衬底60上方，对正后贴紧固定，参见图4；将固定好的模版和衬底一起置入物理气相淀积(PVD)设备中，进行Al淀积，Al淀积结束后拆除模版，形成辅栅电极70，参见图5。

6)将主栅模版与已淀积辅栅电极的衬底对准，对准后重复步骤5)的过程，形成主栅电极80，最终实现太阳能电池栅电极的制备。淀积栅电极的效果图如图5所示。

Claims

1.一种太阳能电池栅电极的制备方法，首先制备具有栅线图形的碳化硅模版，然后将碳化硅模版与太阳能电池基片对准且贴紧固定，应用物理气相淀积法制备栅电极。

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，通过下述方法制备所述碳化硅模版：在一衬底的正面利用等离子增强化学气相淀积方法生长一层碳化硅薄膜，并刻蚀该薄膜形成太阳能电池栅电极栅线图形，然后刻蚀或腐蚀栅线图形下的衬底部分使图形区域悬空。

3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述衬底为硅片、玻璃片或陶瓷片。

4.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述碳化硅薄膜厚度为100nm～10μm。

5.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，碳化硅模版的制备包括以下步骤：

1)在衬底正面用等离子增强化学气相淀积方法生长一层碳化硅薄膜；

2)在衬底背面形成掩膜；

3)在衬底正面的碳化硅薄膜上刻蚀出太阳能电池栅电极栅线图形；

4)对应于碳化硅薄膜的栅线图形刻蚀衬底背面的掩膜，形成窗口；

5)通过窗口刻蚀或腐蚀衬底，释放出正面的栅线图形。

6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中所述掩膜是非金属膜或金属膜。

7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述非金属膜是氮化硅、氧化硅或碳化硅薄膜。

8.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，同时制作两个或两个以上的碳化硅模版，这些碳化硅模版上的图形叠加构成完整的栅电极栅线图形；按照一定的顺序将各个碳化硅模版分别与太阳能电池基片对准且贴紧固定，应用物理气相淀积法制备栅电极的一部分，最终形成整个栅电极。

9.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，利用耐温胶带或磁铁将碳化硅模版与太阳能电池基片贴紧固定。

10.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，碳化硅模版与太阳能电池基片对准且贴紧固定后，采用真空蒸镀或真空溅射的方法制备栅电极。