CN104810428A - 一种用于制作硅基异质结电池片时结合层的处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于制作硅基异质结电池片时结合层的处理方法，包括：提供正面已沉积P-型非晶硅薄膜层，反面已沉积N-型非晶硅薄膜层的硅片；在所述硅片正反两面上沉积导电氧化物层；在所述导电氧化物层上沉积阻挡层；在所述阻挡层上沉积种子层；在所述种子层上覆光阻材料层，通过掩模曝光，显影后形成金属栅线的图案；在所述金属栅线的图案的种子层上电镀电镀层；用强碱水溶液刻蚀掉未经电镀层覆盖的光阻材料层，暴露出种子层；用强酸和过氧化氢的混合水溶液刻蚀掉种子层，暴露出阻挡层；用强碱和过氧化氢的混合水溶液刻蚀掉阻挡层，形成金属叠层。

Description

一种用于制作硅基异质结电池片时结合层的处理方法
技术领域
本发明涉及到异质结太阳能电池制造的技术领域，特别涉及到一种用于制作硅基异质结电池片时结合层的处理方法。
背景技术
硅基异质结电池片是目前高效太阳能电池片研发的方向之一。硅基异质结电池片的衬底一般以N-型单晶硅片为主，一面通过与用PECVD方法沉积的非晶硅薄膜形成P-N结作为发射极，另一面用以相同方法沉积的同类型的非晶硅层作为背接触。P-N结的形成是在两种不同材料之间，一种是带宽约在1.12eV的单晶硅，另一种是带宽约在1.72eV的非晶硅薄膜。由于带宽的差异，两种材料界面形成的结称为异质结。对于异质结电池片，由于两种成结材料带宽的较大差异，导致这类电池片具备较高的开路电压。通过对其非晶硅薄层的适当调整，其开路电压易于达到700mV以上。
当非晶硅薄膜在硅片正反两边依次形成之后，下一步是通过PVD（物理气象沉积）溅射的方法在正反两边依次沉积一层透明的导电氧化物TCO。TCO一般是用透过率高，导电性好的ITO材料，或其他元素掺杂的氧化铟。此后，透明导电氧化物上的金属栅线是通过传统的丝网印刷方法形成。印刷上去的金属栅线经大约200℃低温烧结后附着于透明导电氧化物表面。低温烧结一般很难保证栅线与透明导电氧化物的结合力，表现在制作组件焊接时主栅线容易脱落。硅基异质结电池片制作工艺的特点之一是低温工艺，小于200℃。因此提高印刷银线的烧结温度是不可行的。用电镀法在导电氧化物表面形成铜金属栅线可以解决栅线与导电氧化物表面的脱线问题。
直接在导电氧化物表面可以电镀上铜，但是其与导电氧化物表面结合力弱。另外铜与导电氧化物直接接触会向导电氧化物的内部扩散，影响电池性能。为解决这些问题，电镀铜之前，需要在导电氧化物表面用PVD溅射的方法沉积一层阻挡层和种子层的金属叠层作为电镀铜与导电氧化物之间的过渡结合层。其中种子层可使用成本更低的化学镀铜方法来实现。对于阻挡层，用PVD反应溅射生成的TiNx是理想的选择，其成本低，透光性好，且易于腐蚀。Cu种子层较易腐蚀，多采用酸性溶液刻蚀；阻挡层现主要用氨水，双氧水，和水的混合溶液刻蚀，但存在三个方面的缺陷：（1）氢氧化铵有刺鼻性气味，对设备及工艺有特殊要求；（2）氢氧化铵与过氧化氢都是挥发性液体，溶液的浓度难控制，导致工艺稳定性差；（3）氢氧化铵与过氧化氢的混合水溶液在腐蚀阻挡层时，也会损伤电镀的铜栅线，且反应剧烈并且放热，导致工艺更难控制。
附图说明
图1为硅片正反两面沉积导电氧化物层、阻挡层、种子层后结构示意图。
图2为在种子层上掩模曝光，显影后形成的金属栅线图案上电镀铜层后结构示意图。
图3为刻蚀掉未经电镀层覆盖的光阻材料层，暴漏出种子层的结构示意图。
图4为刻蚀掉未经电镀层覆盖的种子层、阻挡层，暴漏出导电氧化物层后的结构示意图。
发明内容
本发明提供一种用于制作硅基异质结电池片时结合层的处理方法，目的在于在电镀铜层前先在导电氧化物层上沉积一层阻挡层和种子层作为结合层，结合层既能避免电镀铜层在导电氧化物层上的扩散，也能增加导电氧化物层与电镀铜层的结合力。最后用硫酸和过氧化氢混合水溶液刻蚀掉未经电镀层覆盖的种子层和用氢氧化钾和过氧化氢混合水溶液刻蚀掉未经电镀层覆盖的阻挡层，保证不损伤电镀后形成的铜金属栅线的前提下，温和彻底地刻蚀掉种子层和阻挡层，并且保持工艺的稳定性和可控制性。
为此本发明提供以下方案：
一种用于制作硅基异质结电池片时结合层的处理方法，包括：
提供正面已沉积P-型非晶硅薄膜层，反面已沉积N-型非晶硅薄膜层的硅片；
在所述硅片正反两面上沉积导电氧化物层；
在所述导电氧化物层上沉积阻挡层；
在所述阻挡层上沉积种子层；
在所述种子层上覆光阻材料层，通过掩模曝光，显影后形成金属栅线的图案；
在所述金属栅线的图案的种子层上电镀电镀层；
用强碱水溶液刻蚀掉未经电镀层覆盖的光阻材料层，暴露出种子层；
用强酸和过氧化氢的混合水溶液刻蚀掉种子层，暴露出阻挡层；
用强碱和过氧化氢的混合水溶液刻蚀掉阻挡层，形成金属叠层。
其中，所述导电氧化物层为ITO层。
其中，所述阻挡层为Ti系列金属层，为TiNx金属层或TiW金属层。
其中，所述种子层为铜种子层。
其中，所述光阻材料层为感光干膜。
其中，所述电镀层为电镀铜层。
其中，所述强碱水溶液为3%-20%的氢氧化钠水溶液。
其中，所述强酸和过氧化氢的混合水溶液为硫酸和过氧化氢的混合水溶液，其中硫酸浓度为20-50g/L，双氧水的浓度为5-20g/L。
其中，所述强碱和过氧化氢的混合水溶液为氢氧化钾和过氧化氢的混合水溶液，其中氢氧化钾浓度为10-30g/L，双氧水的浓度为5-20g/L。
上述方案中，采用硫酸和过氧化氢混合水溶液刻蚀掉未经电镀层覆盖的种子层和用氢氧化钾和过氧化氢混合水溶液刻蚀掉未经电镀层覆盖的阻挡层，保证不损伤电镀后形成的金属栅线的前提下，温和彻底地刻蚀掉种子层和阻挡层。且硫酸和过氧化氢混合水溶液及氢氧化钾和过氧化氢混合水溶液在刻蚀过程中，反应温和，且溶液无明显放热，放置一段时间后，进行适当补液仍然可以使用。
具体实施方式
为了使本发明的目的、特征和优点更加的清晰，以下结合附图及实施例，对本发明的具体实施方式做出更为详细的说明，在下面的描述中，阐述了很多具体的细节以便于充分的理解本发明，但是本发明能够以很多不同于描述的其他方式来实施。因此，本发明不受以下公开的具体实施的限制。
一种用于制作硅基异质结电池片时结合层的处理方法，主要步骤包括如下：提供正面已沉积P-型非晶硅薄膜层，反面已沉积N-型非晶硅薄膜层的硅片；在所述硅片正反两面上沉积导电氧化物层；在所述导电氧化物层上沉积阻挡层；在所述阻挡层上沉积种子层；在所述种子层上覆光阻材料层，通过掩模曝光，显影后形成金属栅线的图案；在所述金属栅线的图案的种子层上电镀电镀层；用强碱水溶液刻蚀掉未经电镀层覆盖的光阻材料层，暴露出种子层；用强酸和过氧化氢的混合水溶液刻蚀掉种子层，暴露出阻挡层；用强碱和过氧化氢的混合水溶液刻蚀掉阻挡层，形成金属叠层。
具体实施例如下：
S1，如图1所示，提供正面沉积P-型非晶硅薄膜层2，反面沉积N-型非晶硅薄膜层3的硅片1；再通过PVD溅射法分别在P-型非晶硅薄膜层2，反面沉积N-型非晶硅薄膜层3沉积导电氧化物层4，导电氧化物层4采用ITO层；通过PVD溅射法在导电氧化物层4上同时沉积阻挡层5，阻挡层5采用Ti系列金属层，为TiNx或TiW金属层；再通过化学电镀或者PVD溅射法在阻挡层5上同时沉积种子层6，所述种子层6为铜种子层。结合层采用Ti系列金属层作为阻挡层和铜种子层作为种子层，能够有效的避免电镀铜层在导电氧化物层上的扩散，还能增加导电氧化物层与电镀铜层间的结合力，避免电镀铜层脱落。
S2，如图2所示，在种子层6上覆一层光阻材料层7，其中光阻材料层7为感光干膜；然后光阻材料层7经过掩模曝光，显影后形成金属栅线的图案，金属栅线的图案中暴露出种子层6；采用电镀工艺在金属栅线的图案中暴露出的种子层6上电镀上电镀层8，电镀层为铜层，其厚度在于10-40um之间。
S3，如图3所示，用3%-20%的氢氧化钠水溶液去除掩膜的光阻材料层7，暴露出未经电镀层8覆盖的种子层6。
S4，如图4所示，用强酸和过氧化氢的混合水溶液刻蚀掉S3中暴露出的种子层6，暴露出阻挡层5，其中强酸和过氧化氢的混合水溶液为硫酸和过氧化氢的混合水溶液，其中硫酸浓度为20-50g/L，双氧水的浓度为5-20g/L；再用强碱和过氧化氢的混合水溶液刻蚀掉暴露出的阻挡层5，暴露出导电氧化物层4，其中强碱和过氧化氢的混合水溶液为氢氧化钾和过氧化氢的混合水溶液，其中氢氧化钾浓度为10-30g/L，双氧水的浓度为5-20g/L。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于制作硅基异质结电池片时结合层的处理方法，其特征在于，包括：
提供正面已沉积P-型非晶硅薄膜层，反面已沉积N-型非晶硅薄膜层的硅片；
在所述硅片正反两面上沉积导电氧化物层；
在所述导电氧化物层上沉积阻挡层；
在所述阻挡层上沉积种子层；
在所述种子层上覆光阻材料层，通过掩模曝光，显影后形成金属栅线的图案；
在所述金属栅线的图案的种子层上电镀电镀层；
用强碱水溶液刻蚀掉未经电镀层覆盖的光阻材料层，暴露出种子层；
用强酸和过氧化氢的混合水溶液刻蚀掉种子层，暴露出阻挡层；
用强碱和过氧化氢的混合水溶液刻蚀掉阻挡层，形成金属叠层。
2.根据权利要求1所述的一种用于制作硅基异质结电池片时结合层的处理方法，其特征在于，所述导电氧化物层为ITO层。
3.根据权利要求1所述的一种用于制作硅基异质结电池片时结合层的处理方法，其特征在于，所述阻挡层为Ti系列金属层，为TiNx金属层或TiW金属层。
4.根据权利要求1所述的一种用于制作硅基异质结电池片时结合层的处理方法，其特征在于，所述种子层为铜种子层。
5.根据权利要求1所述的一种用于制作硅基异质结电池片时结合层的处理方法，其特征在于，所述光阻材料层为感光干膜。
6.根据权利要求1所述的一种用于制作硅基异质结电池片时结合层的处理方法，其特征在于，所述电镀层为电镀铜层。
7.根据权利要求1所述所述的一种用于制作硅基异质结电池片时结合层的处理方法，其特征在于，所述强碱水溶液为3%-20%的氢氧化钠水溶液。
8.根据权利要求1所述的一种用于制作硅基异质结电池片时结合层的处理方法，其特征在于，所述强酸和过氧化氢的混合水溶液为硫酸和过氧化氢的混合水溶液，其中硫酸浓度为20-50g/L，双氧水的浓度为5-20g/L。
9.根据权利要求1所述的一种用于制作硅基异质结电池片时结合层的处理方法，其特征在于，所述强碱和过氧化氢的混合水溶液为氢氧化钾和过氧化氢的混合水溶液，其中氢氧化钾浓度为10-30g/L，双氧水的浓度为5-20g/L。
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Application publication date: 20150729