CN106784144A - 一种掩膜法制绒和刻槽填栅电极太阳能电池的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其是一种掩膜法制绒和刻槽填栅电极太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：制作掩膜；刻蚀；扩撒制结、边缘刻蚀、PECVD镀氮化硅减反射薄膜、丝网印刷背极背场；在开槽的部位印刷填充正面电极浆料，烧结形成太阳能电池。本发明采用成熟的压印技术制作掩膜，掩膜清晰度高，容易制备，成本较低。本发明的刻槽方式采用湿法刻蚀的方式，制绒和刻槽同步进行，在一台设备内完成，缩短了制备工艺流程，降低了电池制备成本。在硅片槽内印刷填充浆料后形成的栅线电极，相较于直接印刷在硅片上的电极，有更大的高宽比，能有效降低栅线的功率损失，能大幅提高电池的转换效率。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其是一种掩膜法制绒和刻槽填栅电极太阳能电池的制备方法。
背景技术
太阳能电池是一种有效地吸收太阳辐射能，利用光生伏特效应把光能转换成电能的器件，太阳光照在半导体PN结(PN Jμnct1n)上，形成新的空穴-电子对(H-E pair)，在P-N结电场的作用下，空穴由N区流向P区，电子由P区流向N区，接通电路后就形成电流。电流由正面和背面电极引出。为了能增加电池的受光面积，就要求电极栅线的宽度越小越好，但同时，为了能减小电极的功率损失，就要求电极的横截面积越大越好，因此，就要求制作的电极栅线的高宽比越大越好。目前工业化的电极栅线采用丝网印刷的方式制备，增加电极栅线高宽比对网版和浆料性能都提出了很大的挑战，进一步的提高电极栅线的高宽比越来越困难。
当光照射到电池表面后，部分光被反射，部分光被吸收，被吸收的光激发电子空穴对，形成电流，被反射的光未被充分利用。为了提高光的利用率，目前对晶硅电池表面织构化处理，在硅片表面形成金字塔绒面或者不规则的凹坑，这样既可以增加硅片的受光面积，又可以对光进行多次反射，增加光吸收的几率，表现为降低光的反射率。目前的制绒方法有湿法酸制绒和碱制绒、干法等离子刻蚀制绒以及金属催化湿法制绒等几种方法。其中湿法酸制绒和碱制绒绒面不规则，反射率较高，后两种制绒方法能取得较好的绒面效果，有效降低光的反射率，但成本较高。
发明内容
为了克服现有的湿法酸制绒和碱制绒绒面不规则，反射率较高；干法等离子刻蚀制绒以及金属催化湿法制绒成本较高的不足，本发明提供了一种掩膜法制绒和刻槽填栅电极太阳能电池的制备方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种掩膜法制绒和刻槽填栅电极太阳能电池的制备方法，其特征是，包括如下步骤：
步骤一：在硅片表面通过旋涂或者丝网印刷的方式涂覆胶；
步骤二：使用预制模板通过热固化压印或者紫外固化压印的方式，在掩膜胶上形成排列的孔并在对应电极位置形成槽；
步骤三：使用混酸溶液或者碱溶液对硅片进行腐蚀，在掩膜胶上有孔的地方腐蚀硅片，形成坑状绒面，同时在胶上有槽的硅片上腐蚀形成凹槽；
步骤四：使用胶的显影液去胶；
步骤五：扩撒制结、边缘刻蚀、PECVD镀减反射薄膜、丝网印刷背电极和背电场；
步骤六：使用丝网印刷的方法，将浆料填充进凹槽，并在其上堆积成有较大高宽比的电极栅线；
步骤七：高温烧结，形成刻槽填栅电极太阳能电池。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括步骤一中胶为热固化胶或者紫外固化胶，胶的厚度为1μm～5μm。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括步骤二中的模板为金刚石、碳化硅、氮化硅、二氧化硅、硅、PDMS、PMMA、h-PDMS、PMV、PVC、PVA、PTFE和ETFE材料中的一种。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括模板的电极栅线对应位置的凸起部位宽度为5μm～50μm，深度为1μm～10μm，凸起之间的间隔为0.5mm～3mm。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括模板上凸起的柱状图形为内切圆，内切圆的直径为10nm～4μm的正多边形或者圆形柱体；柱体高度为1μm～6μm，柱体之间的间隔为1μm～20μm。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括胶的固化方法为热固化压印或者紫外固化压印，热固化压印的固化温度为60～200℃，压力为1N～50N，固化时长为5秒～300秒，紫外固化的灯光波长为300nm～500nm，固化时长为5秒～300秒。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括混酸溶液为49%的氢氟酸和69%的硝酸的混合溶液，氢氟酸和硝酸的比例在0%～80%之间，腐蚀温度为5～8℃，腐蚀时间为40秒～100秒；碱溶液为氢氧化钠或者氢氧化钾，浓度为5%～20%，腐蚀温度在50～70℃之间，腐蚀时间在120秒～1200秒之间。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括显影液为胶所配套的显影液，显影温度5～40℃，显影时长5秒～150秒。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括丝网印刷用网版栅线开口在15μm～50μm之间，网版栅线间距在0.5mm～3mm之间；所用正面电极银浆的粘度在180Pa·s～400 Pa·s之间。
本发明的有益效果是，本发明的刻槽方式采用湿法刻蚀的方式，制绒和刻槽同步进行，在一台设备内完成，缩短了制备工艺流程，降低了电池制备成本。在硅片槽内印刷填充浆料后形成的栅线电极，相较于直接印刷在硅片上的电极，有更大的高宽比，能有效降低栅线的功率损失，能大幅提高电池的转换效率。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明压印刻槽埋栅电极太阳能电池的制备方法的流程图；
图2是本发明压印刻槽埋栅电极太阳能电池的结构示意图。
具体实施方式
如图1是本发明的结构示意图，一种掩膜法制绒和刻槽填栅电极太阳能电池的制备方法，其特征是，包括如下步骤：
步骤一：在硅片表面通过旋涂或者丝网印刷的方式涂覆胶；
步骤二：使用预制模板通过热固化压印或者紫外固化压印的方式，在掩膜胶上形成排列的孔并在对应电极位置形成槽；
步骤三：使用混酸溶液或者碱溶液对硅片进行腐蚀，在掩膜胶上有孔的地方腐蚀硅片，形成坑状绒面，同时在胶上有槽的硅片上腐蚀形成凹槽；
步骤四：使用胶的显影液去胶；
步骤五：扩撒制结、边缘刻蚀、PECVD镀减反射薄膜、丝网印刷背电极和背电场；
步骤六：使用丝网印刷的方法，将浆料填充进凹槽，并在其上堆积成有较大高宽比的电极栅线；
步骤七：高温烧结，形成刻槽填栅电极太阳能电池。
步骤一中胶为热固化胶或者紫外固化胶，胶的厚度为1μm～5μm。
步骤二中的模板为金刚石、碳化硅、氮化硅、二氧化硅、硅、PDMS、PMMA、h-PDMS、PMV、PVC、PVA、PTFE和ETFE材料中的一种。
模板的电极栅线对应位置的凸起部位宽度为5μm～50μm，深度为1μm～10μm，凸起之间的间隔为0.5mm～3mm。
模板上凸起的柱状图形为内切圆，内切圆的直径为10nm～4μm的正多边形或者圆形柱体；柱体高度为1μm～6μm，柱体之间的间隔为1μm～20μm。
胶的固化方法为热固化压印或者紫外固化压印，热固化压印的固化温度为60～200℃，压力为1N～50N，固化时长为5秒～300秒，紫外固化的灯光波长为300nm～500nm，固化时长为5秒～300秒。
混酸溶液为49%的氢氟酸和69%的硝酸的混合溶液，氢氟酸和硝酸的比例在0%～80%之间，腐蚀温度为5～8℃，腐蚀时间为40秒～100秒；碱溶液为氢氧化钠或者氢氧化钾，浓度为5%～20%，腐蚀温度在50～70℃之间，腐蚀时间在120秒～1200秒之间。
显影液为胶所配套的显影液，显影温度5～40℃，显影时长5秒～150秒。
丝网印刷用网版栅线开口在15μm～50μm之间，网版栅线间距在0.5mm～3mm之间；所用正面电极银浆的粘度在180Pa·s～400 Pa·s之间。
如图1，本发明提供了掩膜法制绒和刻槽填栅电极太阳能电池及其制备方法，包括:
涂覆胶的方法，优选的胶涂覆方法为丝网印刷的方法，丝网印刷的方法实现涂覆胶可以实现大规模工业化生产，能有效降低成本。优选的胶为商业化的紫外固化胶，紫外固化相比于热固化不需要加热，不需要施加压力，碎片率和成本都具有优势。
优选的模板是PDMS制作的模板，PDMS制作的模板可以实现大面积压印，可以透过紫外光，且具有弹性，对硅片的损伤较小，在压印之后模板容易清洗。
优选的紫外灯是具有365nm波长的紫外灯。
优选的显影液是商业化紫外固化胶配套的显影液。
优选的电池制备方法为，使用HF：HNO3：H2O=1:5:3的混酸溶液在5～8℃下制绒70秒，形成绒面；在管式扩散炉内，使用POCl3作为磷源，在800～840℃温度下，扩散时间1200秒～2400秒内形成PN结；在氢氟酸和硝酸混酸溶液中去除背结和边缘PN结；在管式PECVD中，以氨气和硅烷为反应气体，在400～450℃温度下，使用射频激发等离子，反应600秒～2400秒，制备氮化硅减反射薄膜；使用工业化丝网印刷方法印刷背电极和背电场。
优选的正面电极印刷方法为选用丝网栅线开口为15～50μm之间的网版，选用商业化的正面电极银浆，印刷填充硅片上的槽，并堆积形成具有较大高宽比的电极栅线。
以上说明对本发明而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离所附权利要求所限定的精神和范围的情况下，可做出许多修改、变化或等效，但都将落入本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种掩膜法制绒和刻槽填栅电极太阳能电池的制备方法，其特征是，包括如下步骤：
步骤一：在硅片表面通过旋涂或者丝网印刷的方式涂覆胶；
步骤二：使用预制模板通过热固化压印或者紫外固化压印的方式，在掩膜胶上形成排列的孔并在对应电极位置形成槽；
步骤三：使用混酸溶液或者碱溶液对硅片进行腐蚀，在掩膜胶上有孔的地方腐蚀硅片，形成坑状绒面，同时在胶上有槽的硅片上腐蚀形成凹槽；
步骤四：使用胶的显影液去胶；
步骤五：扩撒制结、边缘刻蚀、PECVD镀减反射薄膜、丝网印刷背电极和背电场；
步骤六：使用丝网印刷的方法，将浆料填充进凹槽，并在其上堆积成有较大高宽比的电极栅线；
步骤七：高温烧结，形成刻槽填栅电极太阳能电池。
2.根据权利要求1所述的一种掩膜法制绒和刻槽填栅电极太阳能电池的制备方法，其特征是，步骤一中胶为热固化胶或者紫外固化胶，胶的厚度为1μm～5μm。
3.根据权利要求1所述的一种掩膜法制绒和刻槽填栅电极太阳能电池的制备方法，其特征是，步骤二中的模板为金刚石、碳化硅、氮化硅、二氧化硅、硅、PDMS、PMMA、h-PDMS、PMV、PVC、PVA、PTFE和ETFE材料中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种掩膜法制绒和刻槽填栅电极太阳能电池的制备方法，其特征是，模板的电极栅线对应位置的凸起部位宽度为5μm～50μm，深度为1μm～10μm，凸起之间的间隔为0.5mm～3mm。
5.根据权利要求1所述的一种掩膜法制绒和刻槽填栅电极太阳能电池的制备方法，其特征是，模板上凸起的柱状图形为内切圆，内切圆的直径为10nm～4μm的正多边形或者圆形柱体；柱体高度为1μm～6μm，柱体之间的间隔为1μm～20μm。
6.根据权利要求1所述的一种掩膜法制绒和刻槽填栅电极太阳能电池的制备方法，其特征是，胶的固化方法为热固化压印或者紫外固化压印，热固化压印的固化温度为60～200℃，压力为1N～50N，固化时长为5秒～300秒，紫外固化的灯光波长为300nm～500nm，固化时长为5秒～300秒。
7.根据权利要求1所述的一种掩膜法制绒和刻槽填栅电极太阳能电池的制备方法，其特征是，混酸溶液为49%的氢氟酸和69%的硝酸的混合溶液，氢氟酸和硝酸的比例在0%～80%之间，腐蚀温度为5～8℃，腐蚀时间为40秒～100秒；碱溶液为氢氧化钠或者氢氧化钾，浓度为5%～20%，腐蚀温度在50～70℃之间，腐蚀时间在120秒～1200秒之间。
8.根据权利要求1所述的一种掩膜法制绒和刻槽填栅电极太阳能电池的制备方法，其特征是，显影液为胶所配套的显影液，显影温度5～40℃，显影时长5秒～150秒。
9.根据权利要求1所述的一种掩膜法制绒和刻槽填栅电极太阳能电池的制备方法，其特征是，丝网印刷用网版栅线开口在15μm～50μm之间，网版栅线间距在0.5mm～3mm之间；所用正面电极银浆的粘度在180Pa·s～400 Pa·s之间。
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