CN104167463A - 一种硅太阳电池栅极制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种硅太阳电池栅极制造方法。现有技术未去除电镀沟槽中的氧化层和残留的电镀掩膜层，易导致镀的籽晶金属层与硅的接触面积小而使电镀栅极易剥离且电阻较大；并在烧结形成籽晶硅合金层后直接电镀电极金属层导致籽晶与硅界面间留有应力而使电镀栅极易剥离。本发明的硅太阳电池栅极制造方法先提供正面沉积有电镀掩膜层的待镀硅太阳电池，接着形成穿透电镀掩膜层的电镀沟槽，然后刻蚀去除电镀沟槽中的氧化硅和残留的电镀掩膜层，之后在电镀沟槽中沉积籽晶金属层并烧结形成籽晶硅合金层，接着腐蚀或退镀去除籽晶金属层并电镀籽晶和电极金属层。本发明可有效提高电镀栅极的强度和对应硅太阳电池和组件的可靠性，并可有效降低其串联电阻。
Description
技术领域
本发明涉及太阳电池制造领域，特别涉及一种硅太阳电池栅极制造方法。
背景技术
在硅太阳电池制造领域，金属化制程是非常重要的关键制程，其直接形成引出硅太阳电池所产生电能的电极且对硅太阳电池的效率有较大的影响。现大规模的硅太阳电池制造中，通常会采用丝网印刷方式来实现硅太阳电池的金属化制程，但丝网印刷所形成的栅极高宽比较低，从而造成硅太阳电池受光面被栅极遮蔽面积较大，另外造成硅太阳电池的串联电阻较大。电镀形成硅太阳电池的栅极可有效降低栅极遮光并有效降低栅极的电阻及硅太阳电池的串联电阻。
为降低成本电镀形成栅极时主要进行镀铜，但铜具有较强的扩散性，为阻挡铜扩散到硅中降低硅太阳电池的效率，需先在要进行电镀的电镀沟槽中沉积镍作为籽晶金属层来阻挡铜向硅中的扩散，为降低籽晶金属与硅的接触电阻，通常会在惰性气体或氮气中对籽晶金属镍进行烧结(烧结温度为350～500℃)以形成镍硅合金层，之后在常温下(工程上常温为20℃)在籽晶金属层镍上电镀铜，为提高电镀电极的可焊性，还可在电镀的铜上形成银层，从而形成硅/镍/铜/银的层叠状电极。
但电镀所形成的栅极的可靠性存在问题，其在进行焊接时较易从硅太阳电池上剥离下来，通过扫描电子显微镜(SEM)结合X射线能量分析光谱仪(EDX)分析，大多数情况下，电镀栅极被剥离的界面为镍硅界面(即镍层与镍硅合金层界面)，说明镍层与镍硅合金层间结合力较差。
镍和镍硅合金的结合力受接触面粗糙度、接触面积和接触面应力等因素影响。造成电镀栅极易在镍硅界面剥离的一个原因是镍和硅的线性热膨胀系数相差较大(分别为2.5、13.0)，在350～500℃烧结形成镍硅合金的过程中易在镍硅界面产生一定应力，而金属间的线性热膨胀系数差异较小(镍、铜、银的线性热膨胀系数分别为13.0、17.5、19.5)，再加上电镀金属后无热处理过程，金属间的结合力相对较好。
造成电镀栅极易在镍硅界面剥离的另一个原因是氮化硅等电镀掩膜层在激光烧蚀时易在电镀沟槽中残留，电镀沟槽中残留的氮化硅和激光烧蚀时所形成的较薄的氧化层均会影响电镀镍时镍的成核密度、镍硅的实际接触面积以及后续烧结时镍硅合金层的形成，导致电镀沟槽中部分区域镀不上籽晶金属层镍；还可能的一个原因是籽晶金属层镍在氮气或惰性气体中进行烧结时其上易形成较薄的自然氧化层，该自然氧化层对栅极的结合力及电阻均可能有不利影响。
因此，如何提供一种硅太阳电池栅极制造方法以提高电镀栅极的附着强度和可靠性，并降低电镀栅极的电阻，已成为业界亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是要提供一种硅太阳电池栅极制造方法，通过栅极制造方法可提高电镀栅极的附着强度和可靠性，并降低电镀栅极的电阻。
为实现上述目的，本发明提供一种硅太阳电池栅极制造方法，包括以下步骤：a、提供待镀硅太阳电池，所述硅太阳电池正面沉积有电镀掩膜层；b、在待镀硅太阳电池正面形成电镀沟槽，所述电镀沟槽穿透电镀掩膜层；c、刻蚀去除电镀沟槽中的氧化硅和残留的电镀掩膜层；d、在所述电镀沟槽中沉积籽晶金属层并烧结形成籽晶硅合金层；e、腐蚀或退镀去除籽晶金属层；f、在籽晶硅合金层上电镀籽晶金属层和电极金属层。
在一较佳实施例中，所述电镀掩膜层为氮化硅层或氧化硅/氮化硅叠层，其厚度为70～150nm。
在进一步的较佳实施例中，在步骤c中，通过氢氟酸溶液刻蚀去除电镀沟槽中的氧化硅和残留的电镀掩膜层，所述氢氟酸溶液的质量百分比浓度为0.5％～5％，腐蚀时间为20～300s。
在一较佳实施例中，在步骤b中，通过激光烧蚀在待镀硅太阳电池正面形成所述电镀沟槽。
在一较佳实施例中，所述籽晶金属层为镍层，所述籽晶硅合金层对应为镍硅合金。
在进一步的较佳实施例中，在步骤d中，烧结形成镍硅合金层的烧结温度为350～500℃。
在进一步的较佳实施例中，在步骤e中，通过质量百分比浓度为35％～70％的硝酸溶液去除镍层。
在进一步的较佳实施例中，在步骤e中，通过硫酸双氧水混合溶液去除镍层。
在一较佳实施例中，在步骤f中，所述电极金属层为铜或铜/银。
在一较佳实施例中，在步骤d和f中，均通过光诱导电镀结合直流电源电镀形成所述籽晶金属层和电极金属层。
与现有技术中未对电镀沟槽中较薄的氧化层和残留的电镀掩膜层进行处理，导致电镀栅极较易剥离相比，本发明的硅太阳电池栅极制造方法在形成电镀沟槽后还腐蚀去除电镀沟槽中的氧化硅和残留的电镀掩膜层，之后再电镀籽晶并进行烧结，本发明通过去除电镀沟槽中较薄的氧化层和残留的电镀掩膜层从而有效提高了籽晶金属层与硅基体的接触面积，提高了籽晶硅合金层的覆盖率，从而有效提高电镀电极的可靠性并有效降低硅太阳电池和组件的串联电阻。
与现有技术中烧结籽晶金属层形成籽晶硅合金层后直接电镀电极金属层，从而导致籽晶层与籽晶硅合金层间有应力，易使电镀栅极从籽晶层与籽晶硅合金层间剥离相比，本发明的硅太阳电池栅极制造方法腐蚀去除籽晶金属层，之后再电镀籽晶金属层和电极金属层，因各金属间线性热膨胀系数差异较小且无热处理，从而使得籽晶金属层与籽晶硅合金层间无应力残留，电镀电极的强度得到较大地提高。
附图说明
图1为本发明的硅太阳电池栅极制造方法的流程图。
具体实施方案
下面结合具体实施例及附图来详细说明本发明的目的及功效。
参见图1，本发明硅太阳电池栅极制造方法首先进行步骤S10，提供待镀硅太阳电池，所述硅太阳电池正面沉积有电镀掩膜层，所述电镀掩膜层同时为硅太阳电池的减反膜，所述电镀掩膜层为氮化硅层或氧化硅/氮化硅叠层等，其厚度为70～150nm。在本实施例中，所述电镀掩膜层为氮化硅层，其厚度为80～100nm，所述硅太阳电池对应的硅片为P型，所述电镀掩膜层直接覆盖的反型层为N型。在本发明其他实施例中，所述电镀掩膜层可为氧化硅/氮化硅叠层，氧化硅厚度为10～20nm，氮化硅厚度为70～100nm。
接着继续步骤S11，在待镀硅太阳电池正面形成电镀沟槽，所述电镀沟槽穿透电镀掩膜层。在本实施例中，通过激光烧蚀在待镀硅太阳电池正面形成所述电镀沟槽，同时对电镀沟槽进行重掺杂。
接着继续步骤S12，去除电镀沟槽中的氧化硅和残留的电镀掩膜层。在本实施例中，通过氢氟酸溶液刻蚀去除电镀沟槽中的氧化硅和残留的电镀掩膜层，所述氢氟酸溶液的质量百分比浓度为0.5％～5％，腐蚀时间为20～300s。在其他实施例中，也可通过氢氟酸和氟化铵的缓冲溶液来刻蚀去除电镀沟槽中的氧化硅和残留的电镀掩膜层。步骤S12的目的是采用化学方法进行沟槽内的活化，同时可以去除沟槽内的氮化硅和残留的掩膜层。
接着继续步骤S13，在所述电镀沟槽中沉积籽晶金属层。在本实施例中，所述籽晶金属层为镍层，其通过光诱导电镀(Light Induced Plating；简称LIP)结合直流电源电镀形成，所述直流电源通常可采用电流源。
接着继续步骤S14，进行烧结形成籽晶硅合金层。在本实施例中，所述籽晶硅合金层为镍硅合金，所述烧结温度为350～500℃，优选为400℃。
接着继续步骤S15，腐蚀或退镀去除籽晶金属层。在本实施例中，所述籽晶金属层为镍，其可通过硝酸溶液或硫酸双氧水混合溶液去除，当通过硝酸溶液去除镍层时，硝酸溶液的质量百分比浓度为35％～70％。
接着继续步骤S16，在籽晶硅合金层上电镀籽晶金属层。本步骤的参数基本与步骤S13相同，在此不再赘述。
接着继续步骤S17，在籽晶金属层上电镀电极金属层，所述电极金属层为铜或铜/银等。在本实施例中，所述电极金属层为铜，其通过光诱导电镀结合直流电源电镀形成。
为对比步骤S12和S15对栅极强度的影响，在上述本发明的实施例的基础上进行以下所述的三组对比试验：在实验一中，与上述本发明的实施例相比，未进行步骤S12(简称未去沟槽掩膜层)；在实验二中，与上述本发明的实施例相比，未进行步骤S15(简称未去籽晶层)；在实验三中，与上述本发明的实施例相比，未进行步骤S12和S15(简称未去沟槽掩膜层和籽晶层)。本发明上述实施例与实验一至实验三所形成的栅极的剥离强度如表一。由表一可以看出，本发明上述实施例所形成的栅极的剥离强度最佳，其次是实验二的未去籽晶层，再次是实验一和实验三。步骤S12即去除沟槽中的电镀掩膜层对电镀栅极的强度有非常重要的影响，其原理是其可提高后续镍等籽晶金属层的成核密度，增加籽晶金属层与硅的接触面积，烧结后可形成能有效阻挡铜扩散的均匀的籽晶硅合金层，提高了电镀栅极的结合力，焊接拉力从低于50gf提高到300gf以上，硅太阳电池的串联电阻也会相应降低；步骤S15即去除烧结后的籽晶层对电镀栅极的强度也有着重要的影响，本发明结合这两个步骤大幅提高了电镀栅极的强度。
表一
| 栅极的剥离强度(单位为gf) | |
| 本发明的实施例 | ＞300 |
| 实验一(未去沟槽掩膜层) | ＜50 |
| 实验二(未去籽晶层) | 50～100 |
| 实验三(未去沟槽掩膜层和籽晶层) | ＜50 |
综上所述，本发明的硅太阳电池栅极制造方法先提供正面沉积有电镀掩膜层的待镀硅太阳电池，接着在待镀硅太阳电池正面形成穿透电镀掩膜层的电镀沟槽，然后刻蚀去除电镀沟槽中的氧化硅和残留的电镀掩膜层，之后在所述电镀沟槽中沉积籽晶金属层并烧结形成籽晶硅合金层，接着腐蚀去除籽晶金属层，最后在籽晶硅合金层上电镀籽晶金属层和电极金属层。本发明可有效提高电镀栅极的强度和对应硅太阳电池和组件的可靠性，并可有效降低硅太阳电池和组件的串联电阻。
Claims (10)
1.一种硅太阳电池栅极制造方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：a、提供待镀硅太阳电池，所述硅太阳电池正面沉积有电镀掩膜层；b、在待镀硅太阳电池正面形成电镀沟槽，所述电镀沟槽穿透电镀掩膜层；c、去除电镀沟槽中的氧化硅和残留的电镀掩膜层；d、在所述电镀沟槽中沉积籽晶金属层并烧结形成籽晶硅合金层；e、腐蚀或退镀去除籽晶金属层；f、在籽晶硅合金层上电镀籽晶金属层和电极金属层。
2.根据权利要求1所述的硅太阳电池栅极制造方法，其特征在于，所述电镀掩膜层为氮化硅层或氧化硅/氮化硅叠层，其厚度为70～150nm。
3.根据权利要求2所述的硅太阳电池栅极制造方法，其特征在于，在步骤c中，通过氢氟酸溶液刻蚀去除电镀沟槽中的氧化硅和残留的电镀掩膜层，所述氢氟酸溶液的质量百分比浓度为0.1％％～10％，腐蚀时间为20～600s。
4.根据权利要求1所述的硅太阳电池栅极制造方法，其特征在于，在步骤b中，通过激光烧蚀在待镀硅太阳电池正面形成所述电镀沟槽。
5.根据权利要求1所述的硅太阳电池栅极制造方法，其特征在于，所述籽晶金属层为镍层，所述籽晶硅合金层对应为镍硅合金。
6.根据权利要求5所述的硅太阳电池栅极制造方法，其特征在于，在步骤d中，烧结形成镍硅合金层的烧结温度为200～500℃。
7.根据权利要求5所述的硅太阳电池栅极制造方法，其特征在于，在步骤e中，通过质量百分比浓度为35％～70％的硝酸溶液去除镍层。
8.根据权利要求5所述的硅太阳电池栅极制造方法，其特征在于，在步骤e中，通过硫酸双氧水混合溶液去除镍层。
9.根据权利要求1所述的硅太阳电池栅极制造方法，其特征在于，在步骤f中，所述电极金属层为铜或铜/银或铜/锡。
10.根据权利要求1所述的硅太阳电池栅极制造方法，其特征在于，在步骤d和f中，均通过光诱导电镀结合直流电源电镀形成所述籽晶金属层和电极金属层。
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- 2013-05-16 CN CN201310184954.8A patent/CN104167463A/zh active Pending
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