CN103660533A - 一种用于制作超薄硅单晶片的金属浆丝网印刷装置 - Google Patents

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Abstract

本发明是有关于一种用于制作超薄硅单晶片的金属浆丝网印刷装置,其包括在硅基体上印上一层厚度为20μm厚的青铜浆层的丝网印刷模块及在青铜层上印上一层厚度为40μm厚的锌浆层的丝网印刷模块。本发明是基于对SLiM-Cut技术制备超薄硅片的方法改进的低成本的方法，以青铜和锌取代SLiM-Cut技术中的银和铝而提出的丝网印刷装置，其通过在硅基体上丝网印刷青铜层和锌层，由于所印刷的金属均为传统的材料，因此可以与现有的铜及锌的加工工艺实现无缝衔接，大大降低生产成本，并且便于进行大规模化生产。同时通过本装置还可以控制印刷至硅基体上的青铜浆的厚度，以便于精确控制所制的超薄硅单晶片的厚度在30-50μm。

Description

一种用于制作超薄硅单晶片的金属浆丝网印刷装置
技术领域
本发明涉及太阳能光伏技术领域,特别是涉及一种用于制作超薄硅单晶片的金属浆丝网印刷装置。
背景技术
硅片是现代微电子技术和太阳能光电转换技术的基础，是太阳能光伏电池技术中最昂贵的部分。近年来，尽管硅原料价格已有明显下降，但降低硅片的制造成本对于提高太阳能对传统能源的竞争力依然至关重要。
根据理论模拟，若硅片的厚度为40μm，太阳能光伏电池可达到最佳性能[M.Wolf in Proceeding of the 14th IEEE Photovoltaics Conference,San Diego,CA,1980,p674;M.J.Kerr,J.Schmidt,and A.Cuevas,inProceedings of the 29th IEEE Photovoltaics Specialists Conference,New Orleans,LA,2002,p438]。2007年，比利时Dross等人公布了一项制造太阳能电池用50μm厚晶体硅片的新方法[F.Dross et al.,Appl.Phys.A 89,149(2007)]。其最大的特点在于，不同于以往用线锯切割硅碇的技术，而是利用硅与金属间的热膨胀差异来剥取硅片，因此，不会产生由切屑等造成的不必要的浪费。这种新方法被称作应力诱导剥离方法（stress induced lift-off method，SLiM-Cut）技术[J.Vaes et al.,Proc.SPIE 7772,777212(2010)]。
通过对基于SLiM-Cut技术制备超薄硅片的方法进行改进，使用价格低廉、工艺成熟的青铜浆和锌浆替代银浆和铝浆，并将退火温度降低至720℃，同样能够制备出30-50μm的硅片，并且可以有效降低成本。
在SLiM-Cut技术中，通常是以丝网印刷的方式在硅基体上形成金属层。通过控制丝网印刷至硅基体上的青铜浆的厚度可以精确控制所制备出的硅片的厚度在30-50μm。
有鉴于此，本设计人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种新型结构的用于制作超薄硅单晶片的金属浆丝网印刷装置，使其可以控制丝网印刷至硅基体上青铜浆的厚度。经过不断的研究、设计,并经过反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种新型结构的用于制作超薄硅单晶片的金属浆丝网印刷装置，所要解决的技术问题是使其可以便于精确控制所制备出的超薄硅单晶片的厚度，提高太阳能电池的转化效率，非常适于实用。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种用于制作超薄硅单晶片的金属浆丝网印刷装置，其包括：在硅基体上印上一层厚度为20μm厚的青铜浆层的丝网印刷模块及在青铜层上印上一层厚度为40μm厚的锌浆层的丝网印刷模块。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
前述的用于制作超薄硅单晶片的金属浆丝网印刷装置，其中所述在硅基体上印上一层厚度为20μm厚的青铜浆层的丝网印刷模块的丝网为400目，厚度为20μm。
前述的用于制作超薄硅单晶片的金属浆丝网印刷装置，其中所述在青铜层上印上一层厚度为40μm的锌浆层的丝网印刷模块的丝网为100目。
前述的用于制作超薄硅单晶片的金属浆丝网印刷装置，还包括多个能够在硅基体上印上一层厚度为20μm-40μm之间的不同厚度的青铜浆层的丝网印刷模块。
前述的用于制作超薄硅单晶片的金属浆丝网印刷装置，其中所述多个能够在硅基体上印上一层厚度为20μm-40μm之间的不同厚度的青铜浆层的丝网印刷模块的丝网分别具有400目至100目之间的不同目数。
本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。借由上述技术方案，本发明一种用于制作超薄硅单晶片的金属浆丝网印刷装置至少具有下列优点及有益效果：本发明是基于对SLiM-Cut技术制备超薄硅片的方法改进的低成本的方法，以熔点为800℃，热膨胀系数为17.5~10-5/℃的青铜,和熔点为420℃，热膨胀系数为36～10-5/℃的锌（25%锡，75%铜），取代SLiM-Cut技术中用到的熔点为962℃，热膨胀系数为19.5~10-5/℃的银,和熔点为660℃，热膨胀系数为23.2~10-5/℃的铝而提出的丝网印刷装置,其通过在硅基体上丝网印刷青铜层和锌层，由于所印刷的金属均为传统的材料，因此可以与现有的铜及锌的加工工艺实现无缝衔接，大大降低生产成本，并且便于进行大规模化生产。同时通过本装置还可以控制丝网印刷至硅基体上的青铜浆的厚度，从而可以便于精确控制所制备出的超薄硅单晶片的厚度在30-50μm。
综上所述，本发明在技术上有显著的进步，并具有明显的积极效果,诚为一新颖、进步、实用的新设计。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图,详细说明如下。
附图说明
图1是本发明一种用于制作超薄硅单晶片的金属浆丝网印刷装置的较佳实施例的结构示意图。
110：丝网印刷装置        210：丝网印刷模块
211-217：丝网印刷模块    218：丝网印刷模块
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种用于制作超薄硅单晶片的金属浆丝网印刷装置其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
有关本发明的前述及其他技术内容、特点及功效，在以下配合参考图式的较佳实施例的详细说明中将可清楚呈现。通过具体实施方式的说明,应当可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效获得一更加深入且具体的了解，然而所附图式仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。
请参阅图1所示，是本发明一种用于制作超薄硅单晶片的金属浆丝网印刷装置的较佳实施例的结构示意图。本发明一种用于制作超薄硅单晶片的金属浆丝网印刷装置110包括：在硅基体上印上一层厚度为20μm厚的青铜浆层的丝网印刷模块210及在青铜层上印上一层厚度为40μm厚的锌浆层的丝网印刷模块218。由于丝网印刷的青铜层的厚度,可以通过控制丝网的目数以及丝网的厚度来控制，因此通过使在硅基体上印上一层厚度为20μm厚的青铜浆层的丝网印刷模块210的丝网为400目,厚度为20μm,可以在硅基体上一次印刷获得厚度为20μm的青铜层。而当在青铜层上印上一层厚度为40μm厚的锌浆层的丝网印刷模块218的丝网为100目时，可以一次印刷获得厚度为40μm的锌层。
如图1所示，本发明的丝网印刷装置110还包括多个能够在硅基体上印上一层厚度为20μm-40μm之间的不同厚度的青铜浆层的丝网印刷模块211-217。其中多个能够在硅基体上印上一层厚度为20μm-40μm之间的不同厚度的青铜浆层的丝网印刷模块211-217的丝网可以分别具有400目至100目之间的不同目数。另外，也可以利用具有100目丝网的在青铜层上印上一层厚度为40μm厚的锌浆层的丝网印刷模块218在硅基体上印上一层厚度为40μm厚的青铜浆层。
在使用本发明的丝网印刷装置110时，可以先取5×5cm2（厚度大约300μm）的硅基体，在硅基体的一个的面上利用丝网印刷模块210通过丝网印刷的方法先印上一层厚度为20μm厚的青铜浆层,然后在200℃温度下使丝网印刷的青铜浆层干燥，之后再利用快速退火炉（温度为720℃,时间为10秒）进行高温退火，然后再利用丝网印刷模块218通过丝网印刷的方法在青铜层上印制厚度为40μm的锌浆层，并在200℃温度下使丝网印刷的锌浆层干燥，之后再用同样的方法进行高温退火。在高温快速退火的过程中，利用金属层与硅片热膨胀系数差异比较大的特点，会产生大的表面收缩，使得金属层产生卷曲，从而连带的剥离一层沿着单一晶面（<111>或者<100>）的硅片，最后通过将高温快速退火所获得的附带金属层的超薄硅单晶片利用化学刻蚀的方法除去金属层，可以得到所需的30-50μm厚的超薄硅单晶片。将30-50μm厚的超薄硅单晶片装配成一个简单的太阳能电池,其初步转化效率可以达到9.9％。
利用本发明的装置制作的超薄硅单晶片,可以提高硅衬底的利用率、省去制作电极的材料；并且由于丝网印刷所采用的青铜层和锌层，均为价格低廉的传统材料，因此可以与现有的铜及锌的加工工艺实现无缝衔接,大大降低生产成本，并且便于进行大规模生产，具有潜在的市场竞争力。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (5)

1.一种用于制作超薄硅单晶片的金属浆丝网印刷装置，其特征在于其包括：在硅基体上印上一层厚度为20μm厚的青铜浆层的丝网印刷模块及在青铜层上印上一层厚度为40μm厚的锌浆层的丝网印刷模块。
2.根据权利要求1所述的用于制作超薄硅单晶片的金属浆丝网印刷装置，其特征在于其中所述在硅基体上印上一层厚度为20μm厚的青铜浆层的丝网印刷模块的丝网为400目，厚度为20μm。
3.根据权利要求1所述的用于制作超薄硅单晶片的金属浆丝网印刷装置，其特征在于其中所述在青铜层上印上一层厚度为40μm的锌浆层的丝网印刷模块的丝网为100目。
4.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的用于制作超薄硅单晶片的金属浆丝网印刷装置，其特征在于其还包括多个能够在硅基体上印上一层厚度为20μm-40μm之间的不同厚度的青铜浆层的丝网印刷模块。
5.根据权利要求4所述的用于制作超薄硅单晶片的金属浆丝网印刷装置，其特征在于其中所述多个能够在硅基体上印上一层厚度为20μm-40μm之间的不同厚度的青铜浆层的丝网印刷模块的丝网分别具有400目至100目之间的不同目数。
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