CN103426975A - 一种弱光非晶硅太阳能电池芯片制造方法 - Google Patents

一种弱光非晶硅太阳能电池芯片制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种弱光非晶硅太阳能电池芯片制造方法，所述方法包括如下步骤：制作导电玻璃、生成非晶硅层、刻划非晶硅层、镀背电极层、引出电极。本发明的非晶硅太阳能电池芯片的制作方法采用的是掩膜和磁控溅射方法，省去了酸碱腐蚀工艺步骤和丝网印刷步骤，使得背电极附着力更稳定，电性能得以提高，并提高了工作效率和产量、降低生产成品，在同行业也有一定的竞争力。

Description

一种弱光非晶硅太阳能电池芯片制造方法
技术领域
本发明涉及太阳能电池芯片领域，具体是一种弱光非晶硅太阳能电池芯片制造方法。
背景技术
现在非晶硅太阳能电池生产的通用工艺包括如下步骤：1)用磨边清洗机将透明导电膜上的棱角、油污、杂质去掉；2)通过波长为1064纳米的红外光或酸碱溶液在导电玻璃上面刻蚀线条，达到隔离效果；3)再经过真空镀膜，在导电膜面沉积P-I-N结构的非晶硅层；4)再经过波长为532的绿光在非晶硅层上划线；5)然后通过丝网印刷在非晶硅表面印刷导电浆、油墨字符等再经过切割测试包装即得产品。用此种方法得到的弱光型非晶硅薄膜太阳电池消耗了较多的原材料、并增加了废料的综合处理支出，并且在整体上此工艺做出的电池片背电极的附着力差，严重影响了产品的电性能。
由于以上工艺流程比较繁琐，并且在制作过程中需要有酸碱化学试剂，对环境造成严重的污染。又由于丝网印刷的背电极的附着力、电性能很差，在封装涂保护油墨时候无法阻止外界水分的侵蚀。
另外，在制作非晶硅太阳电池时候，由于激光光刻原因，导致非晶硅膜面晶化、以及TCO层与背电极出现微短路现象，从而导致非晶硅薄膜电池在光线较弱的情况下无电压电流产生，失去非晶硅电池自身的优势。
发明内容
为了解决现有的非晶硅太阳能电池消耗了较多的原材料、背电极的附着力差等问题，本发明提供了一种弱光非晶硅太阳能电池芯片制造方法。
本发明采用的技术方案是：所述方法包括如下步骤：
(1)制作导电玻璃
在玻璃基板上设置透明导电膜，用红外光将导电膜刻划成多个导电膜小单元，相邻的导电膜小单元之间间隔一定距离；
(2)生成非晶硅层
将导电玻璃预热，在真空腔室中进行非晶硅薄膜沉积，在透明导电膜表面沉积P-I-N结构的非晶硅薄膜层；
(3)刻划非晶硅层
利用绿激光在非晶硅层表面刻划多条相互分割的非晶硅层沟道，所述非晶硅层沟道深度达到导电膜；
(4)镀背电极层
在非晶硅层表面镀铝和铜镍膜，形成背电极，利用绿激光在背电极刻蚀多条相互隔开的背电极沟道，背电极沟道深度达到非晶硅层；
(5)引出电极
在背电极层表面上贴一层保护膜，并在保护膜上引出连接背电极层的正负极引线。
优选地，所述玻璃基板的厚度为2-5mm，透明导电膜为掺F的SnO2。
优选地，所述步骤(2)中包括如下子步骤：
将刻划好的透明导电玻璃放入烤箱中预热至180-250℃，完成后将导电玻璃推入真空腔室，将真空腔室抽真空至1～3×10-4Pa，然后用气体将真空腔室的残留气体置换出来；再将真空腔室真空度抽至1～3×10-4Pa后，充入SiH4、CH4、B2H6和H2，进行电池P层沉积；
再将真空腔室抽真空至1～3×10-4Pa，充入SiH4和H2，进行电池I层沉积；
最后将真空腔室抽真空至1～3×10-4Pa，充入SiH4、PH3和H2，进行电池N层沉积。
优选地，所述真空腔室中充入的SiH4、CH4、B2H6和H2的比例为1∶1∶0.02∶2。
本发明的非晶硅太阳能电池芯片的制作方法采用的是掩膜和磁控溅射方法，省去了酸碱腐蚀工艺步骤和丝网印刷步骤，使得背电极附着力更稳定，电性能得以提高，并提高了工作效率和产量、降低生产成品，在同行业也有一定的竞争力。
附图说明
图1为发明一种实施例的制作导电玻璃的结构示意图；
图2为发明一种实施例的刻划导电膜的示意图；
图3为发明一种实施例的非晶硅沉积的结构示意图；
图4为发明一种实施例的刻划非晶硅层的示意图；
图5为发明一种实施例的镀背电极的结构示意图；
图6为发明一种实施例的刻划背电极的示意图；
图7为发明一种实施例的刻蚀绝缘线的结构示意图；
图8为发明一种实施例的封装后的结构示意图；
图9为发明一种实施例的引出电极的结构示意图。
在图中，1玻璃基板、2导电膜、21导电膜小单元、22导电膜沟道、3非晶硅层、31非晶硅层小单元、32非晶硅层沟道、33非晶硅层掩膜线、4背电极、41背电极掩膜线、42背电极沟道、43背电极小单元、431绝缘线、5保护膜、51绝缘胶、61负电极、62正电极。
具体实施方式
以下结合附图对本发明提供的具体实施方式作进一步详细的描述：
如图1-9所示，为本发明一种实施例的制作电池芯片的各个阶段的结构示意图，本发明的非晶硅太阳能电池芯片制作方法包括如下步骤：
(1)制作导电玻璃
如图1和2所示，为制作导电玻璃及刻划小单元的示意图，在玻璃基板1上设置透明导电膜2，用红外光将导电膜2刻划成多个导电膜小单元21，相邻的导电膜小单元21之间间隔一定距离，刻划导电膜之后形成多条导电膜沟道22，导电膜沟道的深度达到玻璃基板1。
该实施例的玻璃基板厚度为3.2mm的普通TCO玻璃，外形尺寸为1245*635*3.2，导电膜2为掺F的SnO2，厚度大约为800～1000A°。在导电膜2上进行第一次刻划，用红外光将TCO玻璃上的导电膜2刻划成N个长方形状的导电膜小单元21，透明导电膜2经过激光刻划后留下的导电膜沟道22，沟道宽度为30～50μm，从而使各导电膜小单元21完全断开，每条线间的跨线电阻值大于2M，保证了可靠的绝缘性；为了保证该性能，激光机的工艺参数为输出频率为10～30KHz，激光波长为1064nm，电流为2～30A；刻线速度优选地为200-400mm/s。
(2)生成非晶硅层
图3为发明一种实施例的非晶硅沉积的结构示意图，将导电玻璃预热、在真空腔室中进行非晶硅薄膜沉积，在透明导电膜表面沉积P-I-N结构的单结或多结非晶硅薄膜层，本实施例的非晶硅薄膜层的厚度为0.4-0.7μm。
(3)刻划非晶硅层
如图4所示，为发明一种实施例的刻划非晶硅层的示意图，利用绿激光在非晶硅层3表面刻划多条相互分割的非晶硅层沟道32，形成多个非晶硅层小单元31，所述非晶硅层沟道32深度达到导电膜，从而露出导电膜；
该实施例进行刻划非晶硅层是与光刻导电膜同一方向，非晶硅层沟道32的宽度为0.08-0.1μm，并且沟道内部无非晶硅成分，裸露透明导电膜；由于为下道工序做准备，在需要刻划的规格边做了一道掩膜线处理，在非晶硅层侧面设有非晶硅层掩膜线33，其宽度为4-5mm。
(4)镀背电极层
如图5和6所示，为发明一种实施例的镀背电极和刻划背电极的示意图，在非晶硅层表面镀铝和铜镍膜，形成背电极4，利用绿激光在背电极4刻蚀多条相互隔开的背电极沟道42，形成多个背电极小单元43。背电极沟道42的深度到达非晶硅层，与非晶硅层沟道相通，从而露出导电膜。
该实施例将刻划好背电极的非晶硅薄膜电池放入专用掩膜夹具，掩膜线为设定好的规格尺寸，装好后一同进入在线式磁控溅射PVD真空镀膜，在非晶硅表面镀AL和铜镍膜，背电极掩膜线41宽度大约为1mm。
(5)引出电极
如图7-9所示，为制作保护膜、电极的结构示意图，在背电极层表面上贴一层保护膜5，并在保护膜上引出连接背电极层的正负极引线。
该实施例还在预先设定好的规格用绿激光刻蚀绝缘线431，如图7，在背电极的侧面刻蚀绝缘线431，所述导电膜、非晶硅层和背电极的周边刻蚀有绝缘线，使透明导电膜层2、非晶硅层3在绿激光的作用下断开，形成N个相互独立的单元，该单元大小、电池节数都是为设计电池电压电流设计好的，形成单独的非晶硅电池芯片，再经过封装如图8，在背电极表面贴一次保护膜5，保护膜5是由绝缘胶51与外界保护膜组合而成，绝缘胶填充了绝缘线431位置，保护内部非晶硅薄膜。最后通过自动玻璃切割机，将玻璃切割成一小块一小块电池，再经过引出负电极61和正电极62，如图9，最后经过测试包装所得到弱光型非晶硅太阳电池芯片；供应一些电子产品使用。本发明的非晶硅太阳能电池芯片的制作方法采用的是掩膜和磁控溅射方法，省去了酸碱腐蚀工艺步骤和丝网印刷步骤，使得背电极附着力更稳定，电性能得以提高，并提高了工作效率和产量、降低生产成品，在同行业也有一定的竞争力。
该实施例的步骤(2)生产非晶硅层的方式可以为现有的非晶硅的制作技术，优选地采用如下子步骤：
步骤A将刻划好的透明导电玻璃，放入烤箱中预热至180-250℃，完成后将导电玻璃推入真空腔室，将真空腔室抽真空至1～3×10-4Pa，然后用气体将真空腔室的残留气体置换出来；再将真空腔室真空度抽至1～3×10-4Pa后，充入SiH4、CH4、B2H6和H2，进行电池P层沉积。该实施例是将真空腔室抽真空至2×10-4Pa，然后用浓度为99.999％的Ar和H2将真空腔室的残留气体置换出来；再将真空腔室真空度抽至1～3×10-4Pa后，充入SiH4、CH4、B2H6和H2进行电池P层沉积，所需气体比例大概为1∶1∶0.02∶2；沉积温度为170-180℃；压力为0.5-1Torr；以13.56NHz的射频频率，200-250W的放电功率进行辉光放电，沉积厚度为100-150A°的P层。
步骤B将真空腔室抽真空至1～3×10-4Pa，充入SiH4和H2进行电池I层沉积，所需气体比例大概为1∶2；沉积温度为170-200℃；压力为0.5-1Torr；以13.56NHz的射频频率，200-250W的放电功率进行辉光放电，沉积厚度为300-500A°的I层。
步骤C将真空腔室抽真空至1～3×10-4Pa，充入SiH4、PH3和H2进行电池N层沉积，所需气体比例大概为1∶0.02∶2；沉积温度为170-200℃；压力为0.5-1Torr；以13.56NHz的射频频率，200-250W的放电功率进行辉光放电，沉积厚度为：100-150A°的N层。
本发明的电池制作方法大大降低成本，使得工艺流程更简化，并能达到在自然光或荧光灯光线时候是电池器件能够产生足够的电压电流，标准光强为100lux时候每小节电池的开路电压Voc≥0.5V，电流密度为Ip＝6μA/cm2。
在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (5)

1.一种弱光非晶硅太阳能电池芯片制造方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)制作导电玻璃
在玻璃基板上设置透明导电膜，用红外光将导电膜刻划成多个导电膜小单元，相邻的导电膜小单元之间间隔一定距离；
(2)生成非晶硅层
将导电玻璃预热，在真空腔室中进行非晶硅薄膜沉积，在透明导电膜表面沉积P-I-N结构的非晶硅薄膜层；
(3)刻划非晶硅层
利用绿激光在非晶硅层表面刻划多条相互分割的非晶硅层沟道，所述非晶硅层沟道深度达到导电膜；
(4)镀背电极层
在非晶硅层表面镀铝和铜镍膜，形成背电极，利用绿激光在背电极刻蚀多条相互隔开的背电极沟道，背电极沟道深度达到非晶硅层；
(5)引出电极
在背电极层表面上贴一层保护膜，并在保护膜上引出连接背电极层的正负极引线。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述玻璃基板的厚度为2-5mm，透明导电膜为掺F的SnO2。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中包括如下子步骤：
将刻划好的透明导电玻璃放入烤箱中预热至180-250℃，完成后将导电玻璃推入真空腔室，将真空腔室抽真空至1～3×10-4Pa，然后用气体将真空腔室的残留气体置换出来；再将真空腔室真空度抽至1～3×10-4Pa后，充入SiH4、CH4、B2H6和H2，进行电池P层沉积；
再将真空腔室抽真空至1～3×10-4Pa，充入SiH4和H2，进行电池I层沉积；
最后将真空腔室抽真空至1～3×10-4Pa，充入SiH4、PH3和H2，进行电池N层沉积。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述真空腔室中充入的SiH4、CH4、B2H6和H2的比例为1∶1∶0.02∶2。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(4)中，所述导电膜、非晶硅层和背电极的周边刻蚀有绝缘线。
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