CN105118899A - 一种太阳能电池栅线的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种太阳能电池栅线的制备方法，包括：在半成品电池片的正面与背面均涂抹一层光刻胶，然后进行软烘、曝光、后烘、显影与坚膜；所述半成品电池品由依次设置的钝化膜、N型层、P型基底组成，所述P型基底的背面设有背电极与铝背场；然后用酸溶液进行腐蚀；再进行电镀银；最后进行光刻胶剥离，再进行退火处理，得到含有栅线的电池片。与现有技术相比，本发明在钝化膜的表面涂抹光刻胶进行栅线制备，其保护可减少制备过程中对N型层的污染，同时光刻胶也可避免电镀过程中银沉积到钝化膜的针孔上，使栅线的电镀沉积始终发生在栅线电极窗口区域内，避免了栅线的横线生长，可很好地控制栅线的宽度，从而使栅线的宽度降低。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池技术领域，尤其涉及一种太阳能电池栅线的制备方法。
背景技术
光伏市场对多晶硅转换效率的要求越来越高，现在得益于金属浆料技术、丝网印刷网版技术的持续提升，丝网印刷正面电极细栅线的电阻率不断降低，细栅线的宽度也越来越小，从之前的120μm逐渐降低到目前的55μm左右。细栅线宽度的下降对优化太阳电池的遮光面积和横向电阻损耗带来极大帮助，使光伏行业的多晶硅太阳电池量产效率已经从十年前的15％不到，提升到现在的18.2％。
太阳能电池金属电极的制作过程为：背面丝网印刷银浆→烘干→背面丝网印刷铝浆→烘干→正面丝网印刷银浆→烘干→烧结。由于现有网版线径、厚度以及浆料固体颗粒粒径的限制，丝网印刷烧结的正面电极栅线的宽度已经基本达到极限值55μm，栅线宽度如再继续降低，将会产生虚印、断栅、结点等印刷不良问题。通过丝网印刷技术降低栅线线宽已基本难以实现。
另外一种已经被证明适合规模化生产但还没有推广开的正面电极制作技术是激光局部开膜结合光诱导电镀。但同样的，由于激光光斑尺寸的限制，以及电镀过程中镀层沿横向的生长，使得这种技术制作的细栅线的宽度也被限制在35μm以上，难以继续降低。
公开号为CN103367541A的中国专利公开了一种基于光刻掩膜法和液相法制备太阳能电池银线网格电极的方法，其中提出了一种低宽度细栅线的制备方法，该方法利用光刻技术在裸硅片上覆盖一层光刻胶，光刻胶经选择性曝光、显影后，形成具有细栅线图案的光刻胶掩膜窗口；在细栅线窗口区域，用液相法使AgNO3和HF溶液与硅反应生成Ag颗粒沉积下来；去除光刻胶掩膜层后，经高温退火烧结使Ag颗粒相互连接起来，并且与硅表面形成欧姆接触。尽管该专利技术能够获得低宽度的细栅线，但存在以下明显的缺点：容易在裸硅表面引入沾污；细栅线高度难以控制，得不到足够高的细栅线；为了制作成完整的晶体硅电池，后续还需进行镀膜、铝背场烧结，这些高温过程会使硅片上的Ag原子部分向硅片内部的PN结扩散，破坏Ag与硅表面的欧姆接触引起重金属沾污，使电池的性能降低。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种太阳能电池栅线的制备方法，该栅线的宽度较低。
本发明提供了一种太阳能电池栅线的制备方法，包括：
A)在半成品电池片的正面与背面均涂抹一层光刻胶，然后进行软烘、曝光、后烘、显影与坚膜；所述半成品电池品由依次设置的钝化膜、N型层、P型基底组成，所述P型基底的背面设有背电极与铝背场；
B)将步骤A)中得到的电池片用酸溶液进行腐蚀；
C)将步骤B)中得到的电池片进行电镀银；
D)将步骤C)中得到的电池片进行光刻胶剥离，再进行退火处理，得到含有栅线的电池片。
优选的，所述步骤A)中的涂抹具体为：
先在300～700rpm转速下旋涂3～10s，然后2000～4000rpm转速下旋涂25～45s。
优选的，所述步骤A)中正面与背面涂抹一层光刻胶的厚度各自独立地为1～4μm。
优选的，所述光刻胶为正性光刻胶或负性光刻胶。
优选的，所述软烘的温度60℃～120℃；所述软烘的时间为25～80s。
优选的，所述步骤B)中的酸溶液为HF溶液；所述HF的质量浓度为5％～10％。
优选的，所述腐蚀的时间500～1200s。
优选的，所述步骤C)中的电镀为光诱导电镀；所述光诱导电镀的时间为120～360s。
优选的，所述步骤D)中光刻胶剥离的温度为40℃～80℃；所述剥离的时间为60～150s。
优选的，所述步骤D)中退火的温度为400℃～550℃；退火的时间为10～20s。
本发明提供了一种太阳能电池栅线的制备方法，包括：A)在半成品电池片的正面与背面均涂抹一层光刻胶，然后进行软烘、曝光、后烘、显影与坚膜；所述半成品电池品由依次设置的钝化膜、N型层、P型基底组成，所述P型基底的背面设有背电极与铝背场；B)将步骤A)中得到的电池片用酸溶液进行腐蚀；C)将步骤B)中得到的电池片进行电镀银；D)将步骤C)中得到的电池片进行光刻胶剥离，再进行退火处理，得到含有栅线的电池片。与现有技术相比，本发明在钝化膜的表面涂抹光刻胶进行栅线制备，有钝化膜的保护可减少制备过程中对N型层的污染，同时光刻胶也可避免电镀过程中银沉积到钝化膜的针孔上，最后由于光刻胶的厚度大于栅线，使栅线的电镀沉积始终发生在栅线电极窗口区域内，避免了栅线的横线生长，可很好地控制栅线的宽度，从而使栅线的宽度降低。
附图说明
图1为本发明实施例1中得到的涂有光刻胶的半成品电池片的结构示意图；
图2为本发明实施例1中得到的正面光刻胶上开出超细栅线电极窗口的半成品电池片的结构示意图；
图3为本发明实施例1中得到的腐蚀后的电池片的结构示意图；
图4为本发明实施例1中得到的电镀后的电池片的结构示意图；
图5为本发明实施例1中得到的含有栅线的电池片的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种太阳能电池栅线的制备方法，包括：A)在半成品电池片的正面与背面均涂抹一层光刻胶，然后进行软烘、曝光、后烘、显影与坚膜；所述半成品电池品所述半成品电池品由依次设置的钝化膜、N型层、P型基底组成，所述P型基底的背面设有背电极与铝背场；B)将步骤A)中得到的电池片用酸溶液进行腐蚀；C)将步骤B)中得到的电池片进行电镀银；D)将步骤C)中得到的电池片进行光刻胶剥离，再进行退火处理，得到含有栅线的电池片。
其中，本发明对所有原料的来源并没有特殊的限制，为市售即可。
半成品电池片的正面与背面均涂抹一层光刻胶，其中所述涂抹的方法为本领域技术人员熟知的方法即可，并无特殊的限制，本发明优选采用旋涂的方法，更优选按照以下步骤进行涂抹：先在300～700rpm，优选为400～500rpm的转速下旋涂3～10s，优选为4～7s，然后2000～4000rpm，优选为2500～3500rpm转速下旋涂25～45s，优选为25～35s；正面与背面涂抹的光刻胶的厚度优选各自独立地为1～4μm，更优选为1.5～3μm；所述光刻胶的种类为本领域技术人员熟知的光刻胶即可，并无特殊的限制，本发明中优选为正性光刻胶或负性光刻胶。
然后进行软烘、曝光、后烘、显影与坚膜；所述软烘的温度优选为60℃～120℃，更优选为60℃～100℃，再优选为60℃～80℃；所述软烘的时间优选为25～80s，更优选为25～60s，再优选为25～40s；所述曝光的方法为本领域技术人员熟知的方法即可，并无特殊的限制，优选采用1：1的全尺寸掩膜版；所述曝光的剂量优选为10～30mj/cm2，更优选为10～25mj/cm2，再优选为12～20mj/cm2；所述后烘的温度优选为100℃～120℃，更优选为100℃～110℃；所述显影所用的显影液为上述光刻胶相对应的显影液，当光刻胶为正性光刻胶时，所述显影液优选为四甲基氢氧化铵(TMAH)溶液，当光刻胶为负性光刻胶时，所述显影液优选为二甲苯溶液；所述显影的时间优选为60～480s，更优选为80～400s，再优选为80～200s；显影后优选进行漂洗，然后再进行坚膜；所述漂洗的漂洗液为本领域技术人员熟知的漂洗液即可，并无特殊的限制，本发明优选为乙酸丁酯、乙醇与三氯乙烯中的一种或多种；所述坚膜的方法为本领域技术人员熟知的方法即可，并无特殊的限制，本发明优选坚膜的温度为100℃～120℃，更优选为100℃～110℃；所述坚膜的时间优选为60～120s，更优选为60～100s，再优选为60～80s。
坚膜处理后，将电池片用酸溶液进行腐蚀，所述酸溶液为本领域技术人员熟知的酸溶液即可，并无特殊的限制，本发明优选为HF溶液；所述HF溶液的质量浓度优选为5％～10％，更优选为5％～8％。酸溶液腐蚀未被光刻胶覆盖的电池片表面的钝化膜，从而形成栅线电极窗口；本发明优选栅线电极窗口的宽度为0.5～3μm，更优选为1～2μm。
将腐蚀后的电池片进行电镀；所述电镀的方法为本领域技术人员熟知的方法即可，并无特殊的限制，本发明中优选为光诱导电镀，即将腐蚀后的电池片放入银电镀液中进行光诱导电镀；所述光诱导电镀的时间优选为120～360s，更优选为150～300s，更优选为150～250s；所述电镀得到的银栅线的高度优选为0.5～3μm，更优选为1～2μm。
本发明使栅线的宽度可降低至3μm以下，非常有利于正面电极的遮光面积和横向电阻的优化。相比与目前的栅线宽度56μm，数量100根左右，宽度降至3μm以下，栅线的数量可提高至1000根以上，同时遮光面积还能降低30％以上；栅线数量增加后，栅线的横向距离降低，使得横向电阻下降。遮光面积和横向电阻的降低有利于太阳能电池转换效率的提升。
当栅线宽度降低至1μm左右时，由于与太阳光的波长可以比拟，将发生光的衍射效应，可提高入射光的透射率，也有助于太阳能电池转换效率的提升。
将电镀后的电池片进行光刻胶剥离，将正面与背面的光刻胶全部除去；所述光刻胶剥离的方法为本领域技术人员熟知的方法，即将电镀后的电池片放入光刻胶剥离液中进行剥离，并无特殊的限制；所述剥离优选以水浴的方式加热；所述剥离的温度优选为40℃～80℃，更优选为40℃～60℃；所述剥离的时间优选为60～500s，更优选为80～300s，再优选为80～200s。
光刻胶剥离后，优选经乙醇与去离子洗涤，烘干后，再进行退火处理。所述退火处理的温度优选为400℃～550℃，更优选为400℃～500℃；所述退火处理的温度优选为10～20s，更优选为10～15s。通过退火处理，可使栅线与电池片的N型层形成欧姆接触，得到含有栅线的电池片。
本发明钝化膜的表面涂抹光刻胶进行栅线制备，有钝化膜的保护可减少制备过程中对N型层的污染，同时光刻胶也可避免电镀过程中银沉积到钝化膜的针孔上；由于光刻胶的厚度大于栅线，使栅线的电镀沉积始终发生在栅线电极窗口区域内，避免了栅线的横线生长，可很好地控制栅线的宽度，从而使栅线的宽度降低；并且本发明以已经经过烧结的半成品电池片作为原料，可避免栅线与硅表面欧姆接触的破坏。
为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的一种太阳能电池栅线的制备方法进行详细描述。
以下实施例中所用的试剂均为市售。
实施例1
1.1半成品电池片为正面已经通过PECVD沉积了SiN减反射膜、背面通过丝网印刷印刷了背电极和铝背场，并经过常规烧结。在半成品电池片的正面旋涂一层光刻胶Shipply-S1818，旋涂时，先经过5s的450rpm的低速旋转，再经过30s的2500rpm的高速旋转，最终旋涂的光刻胶厚度约为2μm；将旋涂后的样品放置于真空热板上进行软烘，烘干温度为70℃，烘干时间为30s；烘干后用相同的工艺在该半成品电池片的背面也旋涂一层光刻胶，其结构示意图如图1所示，其中1为光刻胶，2为SiN层，3为N型层，4为P型基底，5为Al背场，6为背电极，7为光刻胶。
1.2将1.1中得到的正面和背面涂有光刻胶的半成品电池片进行曝光、后烘、显影、漂洗、坚膜后，在正面光刻胶上开出超细栅线的电极窗口。曝光所用掩膜版为1：1的全尺寸版，曝光剂量为12mj/cm2；曝光后的样品先放在温度为100℃的热板上后烘50s，然后放入显影液中显影，所用显影液为四甲基氢氧化铵(TMAH)溶液，显影时间100s；显影后的样品先放入漂洗液中漂洗120s，漂洗液为乙酸丁酯；最后将样品放置在100℃的热板上烘干，烘干时间为70s，得到样品示意图如图2所示，其中1为光刻胶，2为SiN层，3为N型层，4为P型基底，5为Al背场，6为背电极，7为光刻胶。
1.3将1.2中得到的正面光刻胶上开出超细栅线电极窗口的半成品电池片放入HF稀溶液中进行腐蚀，使HF与SiN反应去除超细栅线电极窗口的SiN。HF溶液的质量浓度为5％，浸泡时间为700s，HF溶液浸泡后的样品经去离子水漂洗、烘干，最终形成的超细栅线电极窗口的宽度为1μm，腐蚀后的电池片示意图如图3所示，其中1为光刻胶，2为SiN层，3为N型层，4为P型基底，5为Al背场，6为背电极，7为光刻胶。
1.4将1.3中得到的腐蚀后的电池片放入银电镀液中进行光诱导电镀，所用银电镀液为MACDERMID的HeliosSilverIM452，光诱导电镀时间为150s，最终电镀的银超细栅线的高度为1μm；电镀后的电池片示意图如图4所示，其中1为光刻胶，2为SiN层，3为N型层，4为P型基底，5为Al背场，6为背电极，7为光刻胶，8为栅线。
1.5将1.4中得到的电镀后的电池片放入光刻胶剥离液中，并进行水浴加热，温度为50℃，时间为80s，最终将正面和背面的光刻胶全部去除；去除光刻胶的半成品电池片先后经乙醇、去离子水漂洗后烘干；再进行450℃的短时高温退火，退火时间为12s，使银超细栅线与半成品电池片的N型扩散层形成欧姆接触，得到含有栅线的电池片，其示意图如图5所示，其中2为SiN层，3为N型层，4为P型基底，5为Al背场，6为背电极，8为栅线。
实施例2
2.1半成品电池片为正面已经通过PECVD沉积了SiN减反射膜、背面通过丝网印刷印刷了背电极和铝背场，并经过常规烧结。在半成品电池片正面旋涂一层光刻胶Shipply-S1805，旋涂时，先经过5s的450rpm的低速旋转，再经过30s的3200rpm的高速旋转，最终旋涂的光刻胶厚度约为1.5μm；将旋涂后的样品放置于真空热板上进行软烘，烘干温度为70℃，烘干时间为27s；烘干后用相同的工艺在该半成品电池片背面也旋涂一层光刻胶。
2.2将2.1中得到的正面和背面涂有光刻胶的半成品电池片进行曝光、后烘、显影、漂洗、坚膜后，在正面光刻胶上开出超细栅线的电极窗口。曝光所用掩膜版为1：1的全尺寸版，曝光剂量为12mj/cm2。曝光后的样品先放在温度为100℃的热板上后烘46s，然后放入显影液中显影，所用显影液为四甲基氢氧化铵(TMAH)溶液，显影时间100s；显影后的样品先放入漂洗液中漂洗120s，漂洗液为乙酸丁酯；最后将样品放置在100℃的热板上烘干，烘干时间为65s。
2.3将2.2中得到的正面光刻胶上开出超细栅线电极窗口的半成品电池片放入HF稀溶液中进行腐蚀，使HF与SiN反应去除超细栅线电极窗口的SiN。HF溶液的质量浓度为5％，浸泡时间为700s；HF浸泡后的样品经去离子水漂洗、烘干，最终形成的超细栅线电极窗口的宽度为1μm。
2.4将2.3中得到的腐蚀后的电池片放入银电镀液中进行光诱导电镀，所用银电镀液为MACDERMID的HeliosSilverIM452，光诱导电镀时间为170s，最终电镀的银超细栅线的高度为1.2μm。
2.5将2.4中得到的电镀后的电池片放入光刻胶剥离液中，并进行水浴加热，温度为50℃，时间为80s，最终将正面和背面的光刻胶全部去除；去除光刻胶的半成品电池片先后经乙醇、去离子水漂洗后烘干；再进行450℃的短时高温退火，退火时间为12s，使银超细栅线与半成品电池片的N型扩散层形成欧姆接触，得到含有栅线的电池片。
实施例3
3.1半成品电池片为正面已经通过PECVD沉积了SiN减反射膜、背面通过丝网印刷印刷了背电极和铝背场，并经过常规烧结。在半成品电池片正面旋涂一层光刻胶Shipply-S1805，旋涂时，先经过5s的450rpm的低速旋转，再经过30s的3200rpm的高速旋转，最终旋涂的光刻胶厚度约为1.5μm；将旋涂后的样品放置于真空热板上进行软烘，烘干温度为70℃，烘干时间为27s；烘干后用相同的工艺在该半成品电池片背面也旋涂一层光刻胶。
3.2将3.1中得到的正面和背面涂有光刻胶的半成品电池片进行曝光、后烘、显影、漂洗、坚膜后，在正面光刻胶上开出超细栅线的电极窗口。曝光所用掩膜版为1：1的全尺寸版，曝光剂量为12mj/cm2；曝光后的样品先放在温度为100℃的热板上后烘46s，然后放入显影液中显影，所用显影液为四甲基氢氧化铵(TMAH)溶液，显影时间100s；显影后的样品放入漂洗液中漂洗120s，漂洗液为乙酸丁酯；最后将样品放置在100℃的热板上烘干，烘干时间为65s。
3.3将3.2中得到的正面光刻胶上开出超细栅线电极窗口的半成品电池片放入HF稀溶液中进行腐蚀，使HF与SiN反应去除超细栅线电极窗口的SiN；HF溶液的质量浓度为5％，浸泡时间为700s；HF浸泡后的样品经去离子水漂洗、烘干，最终形成的超细栅线电极窗口的宽度为1μm。
3.4将3.3中得到的腐蚀后的电池片放入银电镀液中进行光诱导电镀，所用银电镀液为MACDERMID的HeliosSilverIM452，光诱导电镀时间为200s，最终电镀的银超细栅线的高度为1.5μm。
3.5将3.4中得到的电镀后的电池片放入光刻胶剥离液中，并进行水浴加热，温度为50℃，时间为80s，最终将正面和背面的光刻胶全部去除；去除光刻胶的半成品电池片先后经乙醇、去离子水漂洗后烘干，再进行450℃的短时高温退火，退火时间为12s，使银超细栅线与半成品电池片的N型扩散层形成欧姆接触，得到含有栅线的电池片。
Claims (10)
1.一种太阳能电池栅线的制备方法，其特征在于，包括：
A)在半成品电池片的正面与背面均涂抹一层光刻胶，然后进行软烘、曝光、后烘、显影与坚膜；所述半成品电池品由依次设置的钝化膜、N型层、P型基底组成，所述P型基底的背面设有背电极与铝背场；
B)将步骤A)中得到的电池片用酸溶液进行腐蚀；
C)将步骤B)中得到的电池片进行电镀银；
D)将步骤C)中得到的电池片进行光刻胶剥离，再进行退火处理，得到含有栅线的电池片。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤A)中的涂抹具体为：
先在300～700rpm转速下旋涂3～10s，然后2000～4000rpm转速下旋涂25～45s。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤A)中正面与背面涂抹一层光刻胶的厚度各自独立地为1～4μm。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述光刻胶为正性光刻胶或负性光刻胶。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述软烘的温度60℃～120℃；所述软烘的时间为25～80s。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤B)中的酸溶液为HF溶液；所述HF的质量浓度为5％～10％。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述腐蚀的时间500～1200s。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤C)中的电镀为光诱导电镀；所述光诱导电镀的时间为120～360s。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤D)中光刻胶剥离的温度为40℃～80℃；所述剥离的时间为60～150s。
10.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤D)中退火的温度为400℃～550℃；退火的时间为10～20s。
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|---|---|---|---|
| CN201510633035.3A CN105118899A (zh) | 2015-09-29 | 2015-09-29 | 一种太阳能电池栅线的制备方法 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106684163A (zh) * | 2016-12-28 | 2017-05-17 | 中国电子科技集团公司第十八研究所 | 一种电镀法制备太阳电池栅线电极的方法 |
| WO2024098991A1 (zh) * | 2022-11-10 | 2024-05-16 | 通威太阳能（成都）有限公司 | 一种太阳电池的制备方法 |
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2015
- 2015-09-29 CN CN201510633035.3A patent/CN105118899A/zh active Pending
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