CN104538495A - 一种具有电镀电极的硅异质结太阳能电池及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种具有电镀电极的硅异质结太阳能电池及其制作方法。该方法包括：在电池基片需要制作栅极的表面形成金属种子层；在金属种子层的表面采用丝网印刷油墨工艺形成油墨栅线凹槽图案；经过预定时间间隔，固化油墨栅线凹槽图案；以油墨栅线凹槽图案为掩膜采用电镀工艺沉积复合金属层；去除油墨栅线凹槽图案，及金属种子层未与复合金属层接触的部分。丝网印刷油墨工艺形成油墨栅线凹槽图案实现方式简单可控，并且，油墨也容易被去除，制作工艺简单。在固化的过程中，油墨会发生均匀地扩张变形，使得到的油墨栅线凹槽图案的开口宽度小，使形成的金属栅线的高宽比大，遮光面积小，提高了具有电镀电极的硅异质结太阳能电池的效率。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其涉及一种具有电镀电极的硅异质结太阳能电池及其制作方法。
背景技术
在太阳能电池技术中，硅异质结太阳能电池是由掺杂非晶硅发射区、极薄非晶硅本征层和晶体硅基区构成的异质结电池，具有高效率、低温工艺、低温度系数和低衰减等性能。硅异质结太阳能电池的PN结在光照下产生的载流子经表面透明导电薄膜及金属栅线传输收集。其中，金属栅线的高宽比越大，硅异质结太阳能电池的遮光面积越低，硅异质结太阳能电池的效率越高。制作金属栅线时，可以采用电镀电极技术。在具有电镀电极的硅异质结太阳能电池的制作工艺中，进行电镀电极之前，还需要形成栅线凹槽图案作为电镀电极的掩膜。传统工艺中，具有电镀电极的硅异质结太阳能电池采用涂覆光刻胶再曝光显影或喷涂热熔胶的方法来形成栅线凹槽图案。涂覆光刻胶再曝光显影技术的制作工艺复杂且成本高；而采用喷涂热熔胶的方法，对栅线凹槽图案的宽度及平直度控制较差，且设备维护频率高，导致成本较高。
发明内容
本发明实施例的目的是提供一种具有电镀电极的硅异质结太阳能电池及其制作方法，用于解决采用传统工艺形成栅线凹槽图案，其制作工艺复杂、对栅线凹槽图案的宽度及平直度控制较差且成本高的问题。
本发明实施例的目的是通过以下技术方案实现的：
一种具有电镀电极的硅异质结太阳能电池的制作方法，包括：
在电池基片需要制作栅极的表面形成金属种子层；
在所述金属种子层的表面采用丝网印刷油墨工艺形成油墨栅线凹槽图案；
经过预定时间间隔，固化所述油墨栅线凹槽图案；
以所述油墨栅线凹槽图案为掩膜采用电镀工艺沉积复合金属层；
去除所述油墨栅线凹槽图案，及所述金属种子层未与所述复合金属层接触的部分。
较佳地，所述丝网印刷油墨工艺中采用绝缘且与酸性电镀溶液不发生化学反应的油墨，所述油墨的粘度范围为[10帕·秒，1000帕·秒]，所述油墨的热固化温度小于220摄氏度。
较佳地，所述丝网印刷油墨工艺中采用的丝网的网版线宽的范围为[10微米，120微米]。
较佳地，所述丝网印刷油墨工艺中的印刷压力范围为[10牛顿，100牛顿]，印刷速率范围为[10毫米/秒，300毫米/秒]。
较佳地，固化所述油墨栅线凹槽图案，包括：
采用加热固化的方法固化所述油墨栅线凹槽图案，所述加热固化的温度范围为[60摄氏度，220摄氏度]，所述加热固化的时间范围为[30秒，1800秒]。
较佳地，所述预定时间间隔的范围为[30秒，1800秒]。
较佳地，所述金属种子层的材料为铜、镍、钒、银、钛、铊和钴中的至少一种，所述金属种子层的厚度范围为[10纳米，1000纳米]。
较佳地，以所述油墨栅线凹槽图案为掩膜采用电镀工艺沉积复合金属层，包括：
以所述油墨栅线凹槽图案为掩膜采用电镀工艺沉积铜导电层，所述铜导电层的厚度范围为[5微米，35微米]；
在所述铜导电层表面以所述油墨栅线凹槽图案为掩膜采用电镀工艺沉积银焊接层或锡焊接层，所述银焊接层或锡焊接层的厚度范围为[1微米，5微米]。
较佳地，去除所述油墨栅线凹槽图案，及所述金属种子层未与所述复合金属层接触的部分，包括：
采用碱液腐蚀法去除所述油墨栅线凹槽图案，所采用的碱液为氢氧化钠或者氢氧化钾，所述碱液的质量分数为[0.1％，5％]，所述碱液腐蚀法的腐蚀时间范围为[5秒，300秒]，所述碱液腐蚀法的腐蚀温度范围为[20摄氏度，60摄氏度]；
采用强酸腐蚀去除所述金属种子层未与所述复合金属层接触的部分，所述强酸为盐酸、硫酸、硝酸和磷酸中的至少一种。
较佳地，所述具有电镀电极的硅异质结太阳能电池采用以上任一方法制作得到。
本发明实施例的有益效果如下：
本发明实施例中采用丝网印刷油墨工艺形成油墨栅线凹槽图案并固化，以该油墨栅线凹槽图案为掩膜电镀复合金属层，即形成金属栅线。丝网印刷油墨工艺形成油墨栅线凹槽图案实现方式简单可控，并且，油墨也容易被去除，使得制作工艺简单。另外，在固化的过程中，油墨会发生均匀地扩张变形，使得到的油墨栅线凹槽图案的凹槽宽度小，从而使形成的金属栅线的高宽比大，遮光面积小，且金属栅线的电阻率低，提高了具有电镀电极的硅异质结太阳能电池的效率。并且丝网印刷油墨工艺的设备和材料易得，降低了成本。
进一步的，丝网印刷油墨工艺中使用的油墨的成分、粘度等是可控的，网版的线宽、印刷压力、印刷速率及固化条件也是可控的，使得油墨栅线凹槽图案的形状可控，从而得到的金属栅线宽度可控、边缘平直、不断栅。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种具有电镀电极的硅异质结太阳能电池的制作方法的流程图；
图2为本发明实施例中一种用于制作具有电镀电极的硅异质结太阳能电池的电池基片的结构图；
图3为本发明实施例中在电池基片需要制作栅极的表面沉积镍种子层及不需要制作栅极的表面沉积金属电极的结构图；
图4为本发明实施例中在电池基片需要制作栅极的表面形成油墨栅线凹槽图案及在金属背电极的表面覆盖可剥蓝胶的结构图；
图5为本发明实施例中沉积铜导电层的结构图；
图6为本发明实施例中沉积锡焊接层的结构图；
图7为本发明实施例中去除油墨栅线凹槽图案的结构图；
图8为本发明实施例中去除镍种子层未与铜导电层接触的部分的结构图；
图9为本发明实施例中剥离可剥蓝胶的结构图；
图10为本发明实施例中双面沉积银种子层的结构图；
图11为本发明实施例中双面形成油墨栅线凹槽图案的结构图；
图12为本发明实施例中双面沉积铜导电层的结构图；
图13为本发明实施例中双面沉积锡焊接层的结构图；
图14为本发明实施例中去除两个表面的油墨栅线凹槽图案的结构图；
图15为本发明实施例中去除两个表面的银种子层未与铜导电层接触的部分的结构图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明提供的一种具有电镀电极的硅异质结太阳能电池及其制作方法进行更详细地说明。
本发明实施例提供一种具有电镀电极的硅异质结太阳能电池的制作方法，如图1所示，至少包括如下步骤：
步骤110：在电池基片需要制作栅极的表面形成金属种子层。
其中，电池基片为用于制作具有电镀电极的硅异质结太阳能电池的基片，可以制作成一面入光的具有电镀电极的硅异质结太阳能电池，即一面需要制作栅极，也可以制作成两面入光的具有电镀电极的硅异质结太阳能电池，即两面需要制作栅极。
步骤120：在金属种子层的表面采用丝网印刷油墨工艺形成油墨栅线凹槽图案。
步骤130：经过预定时间间隔，固化油墨栅线凹槽图案。
其中，经过预定时间间隔是指在形成油墨栅线凹槽图案与固化油墨栅线凹槽图案之间经过预定时间间隔。
步骤140：以油墨栅线凹槽图案为掩膜采用电镀工艺沉积复合金属层。
其中，复合金属层包括导电层和焊接层。
该步骤形成了金属栅线。
步骤150：去除油墨栅线凹槽图案，及金属种子层未与复合金属层接触的部分。
本发明实施例中采用丝网印刷油墨工艺形成油墨栅线凹槽图案并固化，以该油墨栅线凹槽图案为掩膜电镀复合金属层，即形成金属栅线。丝网印刷油墨工艺形成油墨栅线凹槽图案实现方式简单可控，并且，油墨也容易被去除，使得制作工艺简单。另外，在固化的过程中，油墨会发生均匀地扩张变形，使得到的油墨栅线凹槽图案的凹槽宽度小，从而使形成的金属栅线的高宽比大，遮光面积小，且金属栅线的电阻率低，提高了具有电镀电极的硅异质结太阳能电池的效率。并且丝网印刷油墨工艺的设备和材料易得，降低了成本。
应当指出的是，油墨的化学性质、导电性、粘度、热固化温度等等性能都是可控的。例如，通过改变油墨的组成成分可以使得油墨与酸性或者碱性溶液发生反应，也可以改变油墨的导电性、粘度等等。可以通过控制油墨的性能使得油墨与电镀工艺和丝网印刷工艺兼容，从而使得制作工艺可控。以油墨的粘度为例，如果采用粘度过小的油墨，油墨的流动性过大，容易出现电池基片粘住网版及栅线凹槽结构粘连等现象；如果采用粘度过大的油墨，油墨的流动性过小，容易出现栅线凹槽边缘不平直、宽度不一致等印刷不均匀现象，可以通过改变油墨的粘度使得到的金属栅线满足工艺要求。
较佳地，上述丝网印刷油墨工艺中采用与酸性电镀溶液不发生化学反应的油墨。较佳地，油墨在酸性电镀溶液中不会剥落。较佳地，油墨与碱性溶液发生化学反应。
较佳地，上述丝网印刷油墨工艺中采用绝缘的油墨，较佳地，油墨的电阻率大于109欧姆·厘米。
较佳地，油墨的热固化温度小于220摄氏度。
较佳地，油墨的粘度范围为[10帕·秒，1000帕·秒](在25摄氏度时)。
较佳地，油墨的组成成分为稳定、无毒、无环境污染的材料。
以上所有实施例中，丝网印刷油墨工艺中采用的丝网的网版线宽是可控的，可以使用不同宽度的网版线宽得到满足需要的金属栅线。较佳地，丝网印刷油墨工艺中采用的丝网的网版线宽的范围为[10微米，120微米]。
以上所有实施例中，丝网印刷油墨工艺中的印刷压力是可控的，印刷压力过大，网版与电池基片的距离小，使得进入网版中的油墨材料过少，印刷图案不均匀；印刷压力过小，网版与电池基片的距离大，使得进入网版中的油墨材料过多，容易出现电池基片粘住网版及栅线凹槽结构粘连等现象。较佳地，丝网印刷油墨工艺中的印刷压力的范围为[10牛顿，100牛顿]。
以上所有实施例中，丝网印刷油墨工艺中的印刷速率是可控的，印刷速率过快，电池基片容易粘住网版。较佳地，丝网印刷油墨工艺中的印刷速率的范围为[10毫米/秒，300毫米/秒]。
以上所有实施例中，固化油墨栅线凹槽图案的方法有多种，可以采用紫外光(Ultraviolet，UV)照射固化油墨栅线凹槽图案；也可以采用加热固化的方法固化油墨栅线凹槽图案，较佳地，加热固化的温度范围为[60摄氏度，220摄氏度](不超过油墨的燃点)，加热固化的时间范围为[30秒，1800秒]。
较佳地，上述加热固化的方法为烘箱加热固化。
较佳地，以上所有实施例中，形成油墨栅线凹槽图案与固化油墨栅线凹槽图案之间经过预定时间间隔，较佳地，预定时间间隔的范围为[30秒，1800秒]。
上述步骤110中，用于形成金属种子层的材料有多种，较佳地，金属种子层的材料为铜、镍、钒、银、钛、铊和钴中的至少一种，金属种子层的厚度范围为[10纳米，1000纳米]。
较佳地，上述步骤140中，以油墨栅线图案为掩膜采用电镀工艺沉积复合金属层时，其实现方式可以是：以油墨栅线图案为掩膜采用电镀工艺沉积铜导电层，较佳地，铜导电层的厚度范围为[5微米，35微米]；在铜导电层表面以油墨栅线图案为掩膜采用电镀工艺沉积银焊接层或锡焊接层，较佳地，银焊接层或锡焊接层的厚度范围为[1微米，5微米]。
其中，可采用的电镀工艺有多种，例如，直接电镀、化学镀、光诱导电镀、浸镀等等。
应当指出的是，如果电池基片的一面需要制作栅极，对于不需要制作栅极的一面的处理方式有两种，一是：在采用电镀工艺沉积复合金属层以形成金属栅线之前，制作背面电极并用耐酸碱绝缘掩膜材料整面覆盖，采用电镀工艺沉积复合金属层形成金属栅线，并去除油墨栅线凹槽图案及金属种子层未与复合金属层接触的部分后，再将整面覆盖的耐酸碱绝缘掩膜材料剥离；二是：在制作栅极的过程中，在电池基片不需要制作栅极的表面同步沉积金属种子层，沉积金属种子层后不覆盖掩膜，在该金属种子层的表面整面同步电镀金属导电层形成背面电极。
其中，可以选用廉价的耐酸碱绝缘掩膜材料，例如可剥蓝胶。
上述步骤150中，去除油墨栅线凹槽图案，及金属种子层未与复合金属层接触的部分时，其实现方式有多种。去除油墨栅线凹槽图案时，可以是采用人工或机械方法剥离油墨栅线凹槽图案。也可以是采用碱液腐蚀法去除油墨栅线凹槽图案，然后用蒸馏水清洗电池基片。较佳地，采用的碱液为氢氧化钠或者氢氧化钾，碱液的质量分数为[0.1％，5％]，碱液腐蚀法的腐蚀时间范围为[5秒，300秒]，碱液腐蚀法的腐蚀温度范围为[20摄氏度，60摄氏度]。去除金属种子层未与复合金属层接触的部分时，可以是采用强酸腐蚀去除金属种子层未与复合金属层接触的部分，然后用蒸馏水清洗电池基片。较佳地，强酸为盐酸、硫酸、硝酸和磷酸中的至少一种。另外，还需要控制酸液配比和腐蚀时间，避免酸液的酸性过大或者腐蚀时间过长，破坏电池基片的结构。
应当指出的是，可以采用以上任一个实施例，通过控制一个实施例的参数从而控制制作工艺，也可以将以上所有实施例任意配合实施，通过控制多个实施例中的参数从而控制制作工艺。
以制作一面栅极为例，对本发明实施例提供的具有电镀电极的硅异质结太阳能电池的制作方法进行更加详细地说明。本发明实施例中，使用的是图2所示的表面层为氧化铟锡(Indium Tin Oxides，ITO)膜层202的电池基片201。
在上述电池基片的基础上制作具有电镀电极的硅异质结太阳能电池的方法至少包括如下步骤：
步骤一：如图3所示，在上述电池基片需要制作栅极的ITO膜层202表面采用磁控溅射工艺沉积镍种子层203，在电池基片不需要制作栅极的表面沉积金属背电极204。
可选的，镍种子层203的厚度为500纳米。
步骤二：如图4所示，在金属背电极204的表面覆盖可剥蓝胶206，在镍种子层203的表面采用丝网印刷油墨工艺形成油墨栅线凹槽图案205。
可选的，油墨的粘度为500帕·秒，网版线宽为90微米，印刷速率为100毫米/秒。
步骤三：经过预定时间间隔，采用烘箱加热固化的方法固化油墨栅线凹槽图案205。
可选的，预定时间间隔为300秒，加热固化的温度为100摄氏度，加热固化的时间为600秒。
步骤四：如图5所示，以油墨栅线凹槽图案205为掩膜采用直接电镀工艺沉积铜导电层207。
可选的，铜导电层207的厚度为20微米。
步骤五：如图6所示，在铜导电层207的表面沉积锡焊接层208。
可选的，锡焊接层208的厚度为2微米。
上述步骤四和步骤五为沉积复合金属层的过程，即形成了铜栅线。
步骤六：如图7所示，采用氢氧化钠溶液腐蚀去除油墨栅线凹槽图案205，然后用蒸馏水清洗电池基片。
可选的，氢氧化钠溶液的质量分数为1％，腐蚀时间为60秒，腐蚀温度为25摄氏度。其中，清洗时间为120秒。
步骤七：如图8所示，采用硝酸和磷酸的混合液腐蚀去除镍种子层203未与铜导电层207接触的部分，然后用蒸馏水清洗电池基片。
本步骤中，控制硝酸和磷酸的混合液的配比和腐蚀时间，减小对ITO膜层的影响。
步骤八：如图9所示，剥离可剥蓝胶206。
本发明实施例制作得到的铜栅线的宽度为58微米，高度为20微米，电阻率为35纳欧·米。
本发明实施例仍在图2所示的电池基片的基础上，以制作双面栅极为例，对本发明实施例提供的一种具有电镀电极的硅异质结太阳能电池的制作方法进行更详细地说明，该方法至少包括：
步骤一：如图10所示，在图2所示的电池基片的两个需要制作栅极的ITO膜层202表面采用磁控溅射工艺沉积银种子层209。
可选的，银种子层209的厚度为150纳米。
步骤二：如图11所示，分别在两个银种子层209的表面采用丝网印刷油墨工艺形成油墨栅线凹槽图案205。
可选的，油墨的粘度为400帕·秒，网版线宽为60微米，印刷速率为50毫米/秒。
步骤三：经过预定时间间隔，采用烘箱加热固化的方法固化油墨栅线凹槽图案205。
本步骤中，可选的，预定时间间隔为300秒，加热固化的温度为80摄氏度，加热固化的时间为900秒。
步骤四：如图12所示，以油墨栅线凹槽图案205为掩膜采用直接电镀工艺分别在两个表面沉积铜导电层207。
可选的，铜导电层207的厚度为15微米。
步骤五：如图13所示，分别在两个铜导电层207的表面沉积锡焊接层208。
可选的，锡焊接层208的厚度为2微米。
上述步骤四和步骤五为沉积复合金属层的过程，即形成铜栅线。
步骤六：如图14所示，采用氢氧化钠溶液腐蚀去除油墨栅线凹槽图案205，用蒸馏水清洗电池基片。
可选的，氢氧化钠溶液的质量分数为2％，腐蚀时间为60秒，腐蚀温度为25摄氏度。其中，清洗时间为120秒。
步骤七：如图15所示，采用硝酸和盐酸的混合液腐蚀去除银种子层209未与铜导电层207接触的部分，然后用蒸馏水清洗电池基片。
本发明实施例制作得到的铜栅线的宽度为45微米，高度为24微米，电阻率为38纳欧·米。
基于同样的发明构思，本发明实施例提供一种具有电镀电极的硅异质结太阳能电池，该具有电镀电极的硅异质结太阳能电池采用以上任一方法制作得到。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种具有电镀电极的硅异质结太阳能电池的制作方法，其特征在于，包括：
在电池基片需要制作栅极的表面形成金属种子层；
在所述金属种子层的表面采用丝网印刷油墨工艺形成油墨栅线凹槽图案；
经过预定时间间隔，固化所述油墨栅线凹槽图案；
以所述油墨栅线凹槽图案为掩膜采用电镀工艺沉积复合金属层；
去除所述油墨栅线凹槽图案，及所述金属种子层未与所述复合金属层接触的部分。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述丝网印刷油墨工艺中采用绝缘且与酸性电镀溶液不发生化学反应的油墨，所述油墨的粘度范围为[10帕〃秒，1000帕〃秒]，所述油墨的热固化温度小于220摄氏度。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述丝网印刷油墨工艺中采用的丝网的网版线宽的范围为[10微米，120微米]。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述丝网印刷油墨工艺中的印刷压力范围为[10牛顿，100牛顿]，印刷速率范围为[10毫米/秒，300毫米/秒]。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，固化所述油墨栅线凹槽图案，包括：
采用加热固化的方法固化所述油墨栅线凹槽图案，所述加热固化的温度范围为[60摄氏度，220摄氏度]，所述加热固化的时间范围为[30秒，1800秒]。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预定时间间隔的范围为[30秒，1800秒]。
7.根据权利要求1～6任一项所述的方法，其特征在于，所述金属种子层的材料为铜、镍、钒、银、钛、铊和钴中的至少一种，所述金属种子层的厚度范围为[10纳米，1000纳米]。
8.根据权利要求1～6任一项所述的方法，其特征在于，以所述油墨栅线凹槽图案为掩膜采用电镀工艺沉积复合金属层，包括：
以所述油墨栅线凹槽图案为掩膜采用电镀工艺沉积铜导电层，所述铜导电层的厚度范围为[5微米，35微米]；
在所述铜导电层表面以所述油墨栅线凹槽图案为掩膜采用电镀工艺沉积银焊接层或锡焊接层，所述银焊接层或锡焊接层的厚度范围为[1微米，5微米]。
9.根据权利要求1～6任一项所述的方法，其特征在于，去除所述油墨栅线凹槽图案，及所述金属种子层未与所述复合金属层接触的部分，包括：
采用碱液腐蚀法去除所述油墨栅线凹槽图案，所采用的碱液为氢氧化钠或者氢氧化钾，所述碱液的质量分数为[0.1％，5％]，所述碱液腐蚀法的腐蚀时间范围为[5秒，300秒]，所述碱液腐蚀法的腐蚀温度范围为[20摄氏度，60摄氏度]；
采用强酸腐蚀去除所述金属种子层未与所述复合金属层接触的部分，所述强酸为盐酸、硫酸、硝酸和磷酸中的至少一种。
10.一种具有电镀电极的硅异质结太阳能电池，其特征在于，所述具有电镀电极的硅异质结太阳能电池采用权利要求1～9任一项所述的方法制作得到。
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