CN105355679B - 太阳电池的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种太阳电池的制备方法，包括如下步骤：S1：光刻上电极，在所述外延片的入光面涂光刻胶，涂完胶后将电池烘烤，后采用光刻机对外延片涂胶面进行曝光、显影、冲洗和干燥；S2：蒸镀上电极，将所述外延片光刻面朝向蒸发源装入镀膜机中，进行真空蒸镀，然后将蒸镀好上电极的外延片进行去胶处理；S3：蒸镀下电极，在蒸镀完上电极的外延片背面设置掩模板，将外延片连同掩模板一起装入镀膜机中，掩模版面朝向蒸发源，进行真空蒸镀，得到带有若干网状金属条的外延片，所述金属条的宽度大于20μm。本发明旨在提供工艺简单、制造工艺效率提升的太阳电池的制作工艺，实现太阳电池的重量轻、抗翘曲。

Description

太阳电池的制备方法
技术领域
本发明属于太阳电池工艺技术领域，尤其是涉及一种太阳电池的制备方法。
背景技术
重量轻，转换效率高，抗辐照性能好一直是砷化镓太阳电池追求的目标。通过结构设计可以提高转换效率和抗辐照性能，采用化学或机械方法减薄衬底可以降低电池重量，提高太阳电池阵质量比功率，大大减少发射重量，降低发射成本。
目前空间用砷化镓太阳电池下电极普遍采用全覆盖式，该形式下电极虽然可以与太阳电池背面形成良好的接触，但对于全覆盖式下电极反而使翘曲问题更加严重，而且不能完全满足目前太阳电池越来越薄，重量轻，和可靠性高的发展趋势。
所以，现有技术急需一种结构简单、工艺快捷、翘曲小的太阳电池，而这种电池的关键技术难点是如何在下电极功能的有效改进，也就是说，如何优化设计出一种有关下电极的制作工艺，使得下电极结构简单，且杜绝翘曲带来的负面效果。成为本领域技术人员攻关难题。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提供工艺简单、重量轻的太阳电池下电极的制作工艺，其实现太阳电池的制造工艺工作效率高、抗翘曲性提高。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种所述太阳电池，所述太阳电池包括有上电极、外延片和下电极，所述上电极和下电极分别紧密贴合设置在所述外延片的上、下端面上，其制备方法包括如下步骤：
S1：光刻上电极
在所述外延片的入光面涂光刻胶，涂完胶后将电池烘烤，后采用光刻机对外延片涂胶面进行曝光、显影、冲洗和干燥；
S2：蒸镀上电极
将所述外延片光刻面朝向蒸发源装入镀膜机中，进行真空蒸镀，然后将蒸镀好上电极的外延片进行去胶处理；
S3：蒸镀下电极
在蒸镀完上电极的外延片背面设置掩模板，将外延片连同掩模板一起装入镀膜机中，掩模版面朝向蒸发源，进行真空蒸镀，得到带有若干网状金属条的外延片，所述金属条的宽度大于20μm；所述掩模板包括板主体和通槽部分，所述通槽部分的形状和网状金属条相对应。
其附加的技术方案还包括：
在步骤S3之后还包括：步骤S4：划片、蒸镀减反射膜
将蒸镀完下电极的外延片放入自动划片机中，上电极面朝上，将外延片划成各规格的电池，然后腐蚀CAP层，在电池入光面蒸镀TiOx/Al2O3膜系。
其附加的技术方案还包括：
所述S1步骤中，曝光、显影、冲洗和干燥过程为：在烘箱中烘烤，烘烤温度范围为80℃～90℃，烘烤时间为10min±3min；曝光时间为8s～10s；显影时间60s～90s，待显影完全后用清洗机冲洗6～8次，最后甩干机甩干或氮气吹干。
其附加的技术方案还包括：
在所述S2步骤中，进行去胶处理具体过程为：将外延片放入丙酮中浸泡不少于20min，取出后采用自动去胶机去胶，去在采用自动清洗机冲洗6～8次，再用甩干机甩干，完成去掉光刻胶的过程。
其附加的技术方案还包括：
所述S2步骤中，进行真空蒸镀的次序和顺序和各层金属厚度为：Au，50nm±7.5nm；Ge，100nm±15nm；Ag，5μm±750nm；Au，50nm±7.5nm。
其附加的技术方案还包括：
所述S3步骤中，进行真空蒸镀程序，蒸镀顺序和各层金属厚度为：Au，50nm±7.5nm；Ge，100nm±15nm；Ag，5μm±750nm。
其附加的技术方案还包括：
所述S3步骤中，得到网状金属条包括外轮廓宽条纹和内填充细条纹，所述内填充细条纹设置在所述外轮廓宽条纹围成的区域内。
其附加的技术方案还包括：
所述内填充细条纹部分设置在所述外轮廓宽条纹部分围成的区域内，所述内填充细条纹的宽度和所述外轮廓宽条纹的宽度比值小于等于1：(4-5)。
其附加的技术方案还包括：
所述外轮廓宽条纹有断开口；所述内填充细条纹中包括有带断开口的细条纹和连续的细条纹，所述带断开口的细条纹和连续的细条纹间隔交错设置；所述宽条纹和细条纹的断开口宽度均相同，且断开口的宽度小于所述外轮廓宽条纹的宽度。
其附加的技术方案还包括：
所述外轮廓宽条纹的位置与所述下电极主焊点、上电极主焊点位置相重叠；所述内填充细条纹位置与所述下电极的辅助电极和连接电极位置相重叠。
后续工序可以包括：
步骤S4：划片、蒸镀减反射膜，
将蒸镀完下电极的外延片放入自动划片机中，上电极面朝上，将外延片划成各规格的电池，然后腐蚀CAP层，在电池入光面蒸镀TiOx/Al2O3膜系。
相对于现有技术，本发明所述的太阳电池的制备方法具有以下优势：
1、本发明通过带掩模板的蒸镀制造工艺出一种在下电极具有网状结构的太阳电池，最终既能保证太阳电池与背表面的欧姆接触，使电池重量减轻，保证电极牢固度，又能有效降太阳电池的翘曲，进一步促使太阳能电池制造工艺效率提升。
2、本发明采用掩模板工艺制备下电极的金属层，掩模板结构形式多样，替换方便，不但有利于事先灵活调整设计金属图案，而且可以减少工序，提高工作效率。
3、同时本发明制得的网状结构金属条包括外轮廓宽条状和内填充细条状，这种结构能够既保证良好的电接触性能，又能有效减少金属层的有效面积，不但节约材料、而且有助于太阳电池提高抗扭曲性。
4、同时本发明制得的外轮廓宽条纹和内填充细条纹的断口设计，以及内填充细条纹中带断口和连读的间隔设置，这二种结构进一步，减少金属层的有效面积，同时不降低电接触性能，有助于提高太阳电池的综合性能。
5、在本发明采用Au-Ge-Ag-Au和Au-Ge-Ag作为收集光生电流的上、下电极材料，与电池半导体材料形成良好的欧姆电阻接触，有效提高了电极的可焊性和牢固度。
附图说明：
图1是本发明的下电极结构示意图；
图2是本发明的太阳电池示意图；
图3是本发明的制备方法流程示意图；
图4是本发明中掩模板的结构示意图
图5是本发明中内轮廓细条纹的七种实施例结构示意图
图中：
1—上电极、2—外延片、3—下电极、4-掩模板、41-板主体、42-通槽、421—宽槽、422-窄槽、101—下电极主焊点；102(103)—上电极主焊点对应点置、104---辅助电极、105---连接电极、1A—细条纹、1B—宽条纹、1C—断开口、1A-(1)到1A-(7)是细条纹1A的其中7种示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面列举实施例来详细说明本发明。
见附图1-3，一种所述太阳电池，所述太阳电池包括有上电极1、外延片2和下电极3，所述上电极1和下电极3分别紧密贴合设置在所述外延片2的上、下端面上，其制备方法包括如下步骤：
S1：光刻上电极
采用自动涂胶机在外延片2入光面涂光刻胶(可以采用BP218)，涂完胶后将电池放入烘箱中烘烤，烘烤温度范围为80℃～90℃，烘烤时间为10min±3min。然后采用光刻机对涂胶面进行曝光，曝光时间为8s～10s。再将光刻好的外延片放入显影液中显影60s～90s，待显影完全后用清洗机冲洗6～8次。最后用甩干机甩干或氮气吹干。
S2：蒸镀上电极
将外延片2光刻面朝下即朝向蒸发源装入镀膜机中，设置蒸镀程序，蒸镀顺序和各层金属厚度为：Au，50nm±7.5nm；Ge，100nm±15nm；Ag，5μm±750nm；Au，50nm±7.5nm。抽真空运行,然后将蒸镀好上电极的外延片放入丙酮中浸泡不少于20min，取出后采用自动去胶机去胶，光刻胶去除干净后，采用自动清洗机冲洗6～8次，再用甩干机甩干，完成去掉光刻胶的过程。
S3：蒸镀下电极
将蒸镀完上电极的外延片背面放网状掩模版，掩模版图形如图2所示，再将外延片连同掩模版4一同放入镀膜机中，掩模版面朝向蒸发源，抽真空状态运行，蒸镀顺序和各层金属厚度为：Au，50nm；Ge，100nm；Ag，5μm。完成如图3中下电极3的制作过程。形成图形如图1所示下电极网状图形。最后得到带有若干网状金属条的，所述金属条的宽度大于20μm。半导体材料形成良好的欧姆电阻接触，有效减小了电池的翘曲度。
所述掩模板4包括板主体41和通槽部分42，所述通槽部分42的形状和网状金属条相对应。(如图1和4)
本发明采用掩模板工艺制备下电极的金属层，可掩模板结构形式多样，替换方便，不但有利于金属图案工艺的灵活调整，而且有利于减少工序，提高工作效率。
S4、划片、蒸镀减反射膜
将蒸镀完下电极的外延片放入自动划片机中，上电极面朝上，对准划片标记，自动划片，将外延片划成各个规格的电池(如40×60)。然后腐蚀CAP层，在电池入光面蒸镀TiOx/Al2O3膜系。
本发明通过先掩模板蒸镀工艺制造出一种在下电极设置网状金属层，应用在太阳能电池上，最终既能保证与背表面的欧姆接触，使电池重量减轻，保证电极牢固度，又能有效降低太阳电池的翘曲，进一步太阳能电池制造工艺上实现效率提升。
在本发明采用Au-Ge-Ag-Au和Au-Ge-Ag作为收集光生电流的上、下电极材料，与电池的上、下电极材料，与电池半导体材料形成良好的欧姆电阻接触，有效提高了电极的可焊性和牢固度。
如图2所示，所述S4步骤中，得到网状结构金属条包括外轮廓宽条状1B和内填充细条状1A，所述内填充细条纹1A设置在所述外轮廓宽条纹1B围成的区域内。同时本发明制得的网状结构金属条包括外轮廓宽条状和内填充细条状，这种结构能够既保证良好的电接触性能，又能有效减少金属层的有效面积，不但节约材料、而且有助于太阳电池提高抗扭曲性。
所述细填充条状部分设置在所述外轮廓条状部分围成的区域内，所述内填充细条纹1A的宽度和所述外轮廓宽条纹1B的宽度比值小于等于1：(4-5)；具体而言所述内填充细条纹1A的宽度1毫米和所述外轮廓宽条纹1B的宽度为4.6毫米。
所述外轮廓条状宽条纹1B有断开口1C；所述内填充细条纹1A中包括有带断开口的细条纹和连续的细条纹，所述带断开口1C的细条纹和连续的细条纹间隔交错设置；所述宽条纹1B和细条纹1A的断开口宽度均相同，且断开口1C的宽度小于所述外轮廓条状宽条纹1B的宽度。同时本发明制得的外轮廓宽条纹和内填充细条纹的断口设计，以及内填充细条纹中带断口和连读的间隔设置，这二种结构进一步，减少金属层的有效面积，同时不降低电接触性能，有助于提高太阳电池的综合性能。
需要说明的是，所述通槽部分42包括宽槽421和窄槽422，宽槽421和窄槽422分别与宽条纹1B和细条纹1A结构是相对应的，成凹凸结构。
所述外轮廓宽条纹1B的位置与所述下电极主焊点101、上电极主焊点102(103)位置相重叠；所述内填充条纹1B位置与所述下电极的辅助电极104和连接电极105位置相重叠。
附图2所显示的网状结构的一种情况，四个单元为重复结构，其中，(101下电极主焊点)101、102、103较宽的下电极为主焊点位置。宽度、位置与焊点设计有关。其中，辅助电极104较细结构作用为增加接触面积，减小串联电阻。辅助电极104的宽度、形状、位置与设计有关，设计原则为与主焊点处电极相连，在保证填充因子的情况下，接触面积尽可能小。其中连接电极105为保证下电极所有区块相连接(电连接导通)。
根据电池焊点位置的不同，细条纹1A可以有很多种类似图形，具体见图5的7种示意图。其中1A-(1)为间断的条纹，和附图1的类似；1A-(2)为连续的条纹；1A-(3)为框状带连接部分；1A-(4)为平行等长条纹带垂直连接部分；1A-(5)为平行变化的条纹带垂直连接部分；1A-(6)为多框状带连接部分；1A-(6)为间断的条纹带连续的平行条纹。
最后本发明制作的带金属网下电极的太阳能电池(即为减薄电池网状电极)，在电性能、可靠度和翘曲度三方面检测试数据如下：
一.电性能测试
测试电性能，测试条件为：AM0光谱，135.3mW/cm2。测试结果为：
二.重量及可靠性检测
三、翘曲度检测
四.测试结论通过本发明的创新技术制备的太阳能电池，最后得出，本发明相对于全覆盖式下电极的正常厚度太阳电池、全覆盖式下电极的薄型太阳电池，在重量上最低时，电性能、可靠性、及下电极抗拉强度(反翘曲度)综合指标最好，均优于全覆盖式下电极的正常厚度太阳电池、全覆盖式下电极的薄型太阳电池。
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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种太阳电池的制备方法，其特征在于：所述太阳电池包括有上电极、外延片和下电极，所述上电极和下电极分别紧密贴合设置在所述外延片的上、下端面上，其制备方法包括如下步骤：
S1：光刻上电极
在所述外延片的入光面涂光刻胶，涂完胶后将电池烘烤，后采用光刻机对外延片涂胶面进行曝光、显影、冲洗和干燥；
S2：蒸镀上电极
将所述外延片光刻面朝向蒸发源装入镀膜机中，进行真空蒸镀，然后将蒸镀好上电极的外延片进行去胶处理；
S3：蒸镀下电极
在蒸镀完上电极的外延片背面设置掩模板，将外延片连同掩模板一起装入镀膜机中，掩模版面朝向蒸发源，进行真空蒸镀，得到带有若干网状金属条的外延片，所述金属条的宽度大于20μm；
所述掩模板包括板主体和通槽部分，所述通槽部分的形状和网状金属条相对应。
2.根据权利要求1所述的太阳电池的制备方法，其特征在于：在步骤S3之后还包括：
步骤S4：划片、蒸镀减反射膜
将蒸镀完下电极的外延片放入自动划片机中，上电极面朝上，将外延片划成各规格的电池，然后腐蚀CAP层，在电池入光面蒸镀TiOx/Al2O3膜系。
3.根据权利要求1或2所述的太阳电池的制备方法，其特征在于：
所述S1步骤和S3步骤中，曝光、显影、冲洗和干燥过程为：在烘箱中烘烤，烘烤温度范围为80℃～90℃，烘烤时间为10min±3min；曝光时间为8s～10s；显影时间60s～90s，待显影完全后用清洗机冲洗6～8次，最后甩干机甩干或氮气吹干。
4.根据权利要求1或2所述的太阳电池的制备方法，其特征在于：在所述S2步骤中，进行去胶处理具体过程为：将外延片放入丙酮中浸泡不少于20min，取出后采用自动去胶机去胶，采用自动清洗机冲洗6～8次，再用甩干机甩干，完成去掉光刻胶的过程。
5.根据权利要求1或2所述的太阳电池的制备方法，其特征在于：所述S2步骤中，进行真空蒸镀的次序和顺序和各层金属厚度为：Au，50nm±7.5nm；Ge，100nm±15nm；Ag，5μm±750nm；Au，50nm±7.5nm。
6.根据权利要求1或2所述的太阳电池的制备方法，其特征在于：所述S3步骤中，进行真空蒸镀程序，蒸镀顺序和各层金属厚度为：Au，50nm±7.5nm；Ge，100nm±15nm；Ag，5μm±750nm。
7.根据权利要求1或2所述的太阳电池的制备方法，其特征在于：所述S3步骤中，得到网状金属条包括外轮廓宽条纹和内填充细条纹，所述内填充细条纹设置在所述外轮廓宽条纹围成的区域内。
8.根据权利要求7所述的太阳电池的制备方法，其特征在于：所述内填充细条纹部分设置在所述外轮廓宽条纹部分围成的区域内，所述内填充细条纹的宽度和所述外轮廓宽条纹的宽度比值小于等于1：(4-5)。
9.根据权利要求8所述的太阳电池的制备方法，其特征在于：所述外轮廓宽条纹有断开口；所述内填充细条纹中包括有带断开口的细条纹和连续的细条纹，所述带断开口的细条纹和连续的细条纹间隔交错设置；所述宽条纹和细条纹的断开口宽度均相同，且断开口的宽度小于所述外轮廓宽条纹的宽度。
10.根据权利要求8所述的太阳电池的制备方法，其特征在于：所述外轮廓宽条纹的位置与所述下电极主焊点、上电极主焊点位置相重叠；所述内填充细条纹位置与所述下电极的辅助电极和连接电极位置相重叠。
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