CN1034617C

CN1034617C - 内联式非晶硅太阳能电池及制造方法

Info

Publication number: CN1034617C
Application number: CN95104992A
Authority: CN
Inventors: 李毅; 周起才; 丁孔贤; 郑泽文; 周帅先; 陈刚; 何承义
Original assignee: 李毅
Current assignee: Shenzhen Trony Technology Development Co Ltd
Priority date: 1995-05-19
Filing date: 1995-05-19
Publication date: 1997-04-16
Anticipated expiration: 2015-05-19
Also published as: CN1115121A

Abstract

本发明涉及内联式非晶硅太阳能电池的制造方法属半导体器件制造技术，具体地说是一种内联式集成型非晶硅太阳能电池及制造方法，由印刷形成透明电极，是在透明导电膜上用耐酸浆料丝印正电极图形，用240至300目的丝网和耐酸浆料印制导电膜保层，在温度60℃条件下，干燥一小时后，放入温度为70℃的酸溶液中，再用1%～3%的氢氧化钠水溶液除去导电膜表面的保护层。工艺简单，可实现规模生产，减少电池漏电，提高产品成品率，降低成本。

Description

本发明涉及内联式非晶硅太阳能电池的制造方法属半导体器件制造技术，具体地说是一种内联式集成型非晶硅太阳能电池及制造方法。

非晶硅太阳能电池是一种新型光电转换器件，它是在玻璃基板上沉积形成非晶硅pin结的集成型平板式光电组件。它的弱光特性好，非晶硅太阳能电池对荧光灯光谱的吸收系统大约是单晶硅电池的10倍。图1为典型的非晶硅太阳能电池结构示意图，它是由1玻璃基片，2透明导电膜，3非晶硅层，4金属背电极层，5保护层，6可焊接电极等六个部分组成。目前，一般常规的非晶硅太阳能电池的制造方法如下：

在玻璃上制备透明导电膜；贴光刻胶膜；光刻胶膜曝光；光刻胶膜显影并干燥；腐蚀透明导电膜；去除光刻胶膜；沉积非晶硅层；激光刻划非晶硅层；真空蒸镀金属背电极；贴光刻胶膜；光刻胶膜曝光；光刻胶膜显影并干燥；腐蚀背电极；去除光刻胶膜；封装；切割；测试；包装入库。

采用以上方法形成导电膜图形需要五至六步工作才能完成，如果按照中国专利90104410.5所提供的用激光刻蚀导电膜的方法，容易在切割工序这一步，造成电极短路。若背电极采用上述方法刻蚀，其工艺复杂，而且还会对已沉积的非晶硅造成污染；若按以上专利中所提供的用金属掩模遮挡直接蒸镀背电极，这种方法不能将线条加工的很精细，而且随着掩模版面积的增大，刚性随之变差，无法保证掩模版与电池板之间的紧密接触，导致电极边缘变虚，造成电池漏电或短路。中国专利8710127.1激光-化学腐蚀刻蚀非晶硅a-Si太阳电池背电极，给出了先进的激光-化学腐蚀法制做背电极的方法，但仍然存在工艺复杂和非晶硅被污染的问题。

本发明的目的之一，是提供一种大面积加工非晶硅太阳能电池的方法，并简化工艺；透明导电膜制备由原来的五步简化为三步；背电极制造由原来的六步简化为两步，避免了对非晶硅太阳能电池的污染。

目的之二，是增加背电极的可焊性、防腐性。

本发明任务的实现是建立在对已有技术进行创造性改进基础上来完成。在透明衬底上形成透明导电膜；由印刷形成透明电极；由辉光放电沉积非晶膜，由激光刻划形成非晶硅图形；由电子束蒸发或溅射法形成背电极。本发明的特征在于印刷形成透明电极，是在透明导电膜上用耐酸浆料丝印正电极图形，用240至300目的似网版和耐酸浆料印制导电膜保护层，在温度60℃条件下，干燥一小时后，放入温度为70℃的酸溶液中，再用1％～3％的氢氧化钠水溶液除去导电膜表面的保护层。透明导电膜腐蚀所用的酸溶液，由盐酸、水、硝酸按体积比：1～3∶10∶0.1～0.5配制而成；用防腐铜浆印制可焊电极。

为增加背电极的可焊性的防腐性。在电子束蒸发或溅射法形成的背电极上用195～240目丝网版，将可焊料解冻加入1％～4％的防腐助焊剂印制成可焊电极防腐电极。防腐助焊剂是由10～40克的松香溶于100毫升乙醇所组成。

为防止电极短路或漏电将设计集成型平板式光电组件的薄膜图形均是矩形，透明导电膜图形四周与玻璃基板边缘有一定距离，非晶硅薄膜层的刻划线与对应的透明导电膜刻划线平行相距0.1～0.4毫米。

本发明产生的积极效果是：先采用一步法化学腐蚀透明导电膜，激光刻划非晶硅层，避免了对背电极和非晶硅层的污染或过腐蚀，从而提高了成品率，克服了电池边缘短路和漏电现象，提高了电压输出。本发明结构设计合理，便于集成化大规模工业生产。

在计算器用太阳能电池中，特别需要强调荧光下的光电响应，因为荧光中短波成分比阳光和白炽灯丰富，而长波成分弱得多，目前大多采用ITO膜或二氧化锡膜，它们的荧光透过率较低，所以，日本松下公司最新产品在同一性能下，荧光光强需要200LUX，而白炽灯光强仅需50LUX，可见增加荧光透过率的重要性。

本发明利用了薄膜干涉的原理，采用了ITO和SnO₂复合膜结构，此时取λ_c为5000埃(绿光)，光反射率R为：

R_{λ_{0}} = [\frac{n_{0} - {(n_{1} / n_{2})}^{2} \cdot n_{3}}{n_{0} + {(n_{1} / n_{2})}^{2} \cdot n_{3}}]^{2}

式中n₀：真空折射率

n₁：SnO₂折射率

n₂：ITO折射率

n₃：基底折射率n₂比较接近(n₃/n₀)^1/2·n₁，所以R_λ0大大减少，透过宰则可以在短波段处得到改善。本发明可以在短波段得到4～5％的短波增加。

材料的备制和加工是本发明的技术关键，因最终产品是一薄膜器件，而器件制造工艺的绝大部分是材料的制备和加工工艺，所以很难把器件工艺和材料工艺分开。而本发明就利用非晶硅结构的变化来增加短波效应。在以下的制作过程中，在制作好复合膜的透明导电膜玻璃上，用耐酸浆料印制电池正电极图形，干燥后放入酸溶液中，将裸露的透明导电膜腐蚀干净，用碱溶液将表面的透明导电膜保护层清除并清洗。放入非晶硅沉积室中，用辉光放电的方法沉积P、I、N三层非晶硅薄膜，之后用激光刻蚀机将非晶硅层刻成数组形成集成电池的光电转换层，再利用真空镀膜设备在非晶硅表面蒸镀铝膜，利用激光刻蚀机将铝膜刻成数组电池的负极，在此基础上，对铝膜表面，分别印制保护层、字符及可焊接电极。

以下结合附图进一步说明本发明的技术内容。

图1为非晶硅太阳能电池结构图。

1玻璃基片，2透明导电膜，3非晶硅层，4背电极，5保护层，6可焊接电极。

图2为本发明的内联式非晶硅太阳能电池透明导电膜图形，阴影部分为导电膜。

图3为本发明的非晶硅层，阴影部分为激光刻化后的非晶硅层。

图4为本发明的背电极铝层图形，阴影部分为激光刻划线。

图5为本发明的可焊接电极图形。

图6为本发明的集成型内联式非晶硅太阳能电池串联结构图，阴影部分为正、负电极串联部分。

特别应该指出的是图2中阴影部分表示的意义，在玻璃基板上制作透明导电膜矩形图，使图形四周与玻璃基板边缘有一定绝缘距离，为避免成品工序切割玻璃时，可能导致导电玻璃上的透明电极与背电极极短路或漏电。所以基板上的透明电极图形一定要距离玻璃切割边缘有一定距离。

下面是最佳实施例。

例1.按以下顺序：

1)将1毫米厚作好双层TCO膜的导电玻璃切割成300×300平方毫米，选择并标记两条直角边作为基准边；

2)用240目丝网制作导电膜漏印网版，将玻璃放在丝印机平台上，基准边靠紧平台上的定位边，用耐酸浆料印制导电膜保护层，经60℃、一小时干燥后，放入70℃的盐酸、水、硝酸按体积比：1∶10∶0.1配制而成的溶液中，将裸露的导电膜腐蚀干净，然后用1％的氢氧化钠水溶液除去导电膜表面的保护层，清洗干净，即形成内联式太阳能电池的正极；

3)将做好正极的玻璃放入非晶硅沉积室，采用13.56MHz的辉光放电装置，在导电膜上分别沉积P层100埃，I层4000埃，N层200埃。为了防止每两层之间的交叉污染，在每层沉积后，用氮气充分清洗系统，即可形成电池的光电转换层；

4)待玻璃温度降至50℃以下后取出，放在激光光刻机平台上，基准边靠住平台的定位边并固定，调整激光光刻功率0.1W-0.7W，保证刻划线宽度小于0.3毫米，将非晶硅刻划成与导电膜相对应的形状，并保证此刻划线与导电膜刻线平行相距0.1-0.4毫米；取出后用氮气吹净表面的粉尘，保证透明导电膜与铝层的良好接触。

5)将刻好非晶硅的玻璃放入真空镀膜机内，抽真空，当真空度达到6×10^-6乇以上后开始蒸发，时间控制在5-100秒内，待真空度降至与外界平衡后，取出玻璃。至此内联式集成非晶硅太阳能电池的正、负电极已通过非晶硅的激光光刻，直线错位串联而成；

6)将镀好铝的玻璃放在激光光刻机平台上，基准边靠住平台的定位边并固定，调整激光光刻功率0.1-0.7W，保证刻划线宽度小于0.3毫米，将非晶硅刻划成与导电膜相对应的形状，并保证此刻划线与非晶硅刻线平行相距0.1-0.40毫米；

7)印制保护背漆，选择棕色纯酸调和漆，用120目丝网版印制保护层，印好后放入100-120℃烘箱中干燥10-40分钟后取出；

8)印制字符，选择中黄色调和漆，用120目丝网版印制保护层，印好后放入100-120℃烘箱中干燥10-40分钟后取出；

9)印制背电极，选用195-240目丝网制做网版，将可焊料解冻加入1％-4％的防腐助焊剂，助焊剂用10-40克的松香溶于100毫升乙醇，印料充分搅拌后，印制可焊接电极，之后放入60-80℃的烘箱中预烘10-20分钟，再升温至160-200℃恒温40-60分钟，降温后即可切割，并按照技术参数要求逐片测试、包装、入库。

例2.步骤顺序同例1.

仅改变步骤2)中的工艺参数：

选用280目丝网制作导电膜漏印网版，用耐酸浆料印制导电膜保护层，经60℃、一小时干燥后，放入70℃，盐酸、水、硝酸按体积比为2∶10∶0.3配制而成的溶液中，将裸露的导电膜腐蚀干净，后用2％的氢氧化钠水溶液除去导电膜表面的保护层。

例3.步骤顺序同例1.

仅改变步骤2)中的工艺参数：选用300目丝网制作导电膜漏印网版，用耐酸浆料印制导电膜保护层，经60℃、一小时干燥后，放入70℃，盐酸、水、硝酸按体积比为3∶10∶0.5配制而成的溶液中，将裸露的导电膜腐蚀干净，后用3％的氢氧化钠水溶液除去导电膜表面的保护层。

以下是应用本发明的工艺得到的最终产品：

例4.以SC-1230I型单体电池为例，按产品要求将透明导电膜腐成四块形状相同的图形(图2中的阴影部分)，在透明导电膜上沉积非晶硅层(图3中的阴影部分)，在非晶硅表面蒸镀金属背电极(图4阴影以外的部分)、透明导电膜层、非晶硅薄膜层和背电极上均有常条形、直线错位结构的输出电极。透明导电膜是TCO层作为正极，和负极背电极首、尾内部串联。丝印保护漆、字符及可焊电极后，制成本发明的最终产品。

应用本发明可进行工业化生产，所以本发明的技术特征不限于以上所举实施例。

Claims

1.一种内联式非晶硅太阳能电池的制造方法，在透明衬底上形成透明导电膜，由印刷形成透明电极；由辉光放电沉积非晶膜，由激光刻划形成非晶硅图形；由电子束蒸发或溅射法形成背电极，其特征在于由印刷形成透明电极，是在透明导电膜上用耐酸浆料丝印正电极图形，用240至300目的丝网版和耐酸浆料印制导电膜保护层，在温度60℃条件下，干燥一小时后，放入温度为70℃的酸溶液中，再用1％～3％的氢氧化钠水溶液除去导电膜表面的保护层，用防腐铜浆印制可焊电极。

2.根据权利要求1所述的一种内联式非晶硅太阳能电池的制造方法，其特征是：所述透明导电膜腐蚀所用的酸溶液，由盐酸、水、硝酸按体积比：1～3∶10∶0.1～0.5配制而成。

3.根据权利要求1所述的一种内联式非晶硅太阳能电池的制造方法，其特征在于所述辉光放电沉积非晶膜，是在非晶硅沉积室，采用13.56MHz辉光放电装置沉积P层100埃，I层4000埃，N层200埃，在每层沉积后，用氮气清洗。

4.根据权利要求1或2所述的一种内联式非晶硅太阳能电池的制造方法，其特征在于所述的激光刻划形成非晶硅图形，是采用功率为0.1W～0.7W激光，刻划线宽度小于0.3毫米。

5.根据权利要求1所述的一种内联式非晶硅太阳能电池的制造方法，其特征在于所述的电子束蒸发或溅射法形成背电极后，再用195～240目丝网版，将可焊料解冻加入1％～4％的防腐助焊剂印制成可焊电极。

6.根据权利要求5所述的一种内联式非晶硅太阳能电池的制造方法，其特征在于所述的防腐助焊剂是由10～40克的松香溶于100毫升乙醇所组成。

7.一种内联式非晶硅太阳能电池，包括在玻璃基板上透明导电膜和非晶硅层及金属背电极构成的集成型平板式光电组件，其特征是：所述的集成型平板式光电组件的薄膜图形均是矩形，透明导电模图形四周与玻璃基板边缘有一定距离，非晶硅薄膜层的刻划线与对应的透明导电膜刻划线平行相距0.1～0.4毫米。

8.根据权利要求7所述的一种内联式非晶硅太阳能电池，其特征在于所述的玻璃基板上的透明导电膜是复合TCO膜。