CN109148615A - 一种异质结太阳能电池电极的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种异质结太阳能电池电极的制作方法，包括提供正、背面已沉积铜种子层的硅片；在所述硅片的正、背面沉积牺牲层；在所述硅片正、背面的牺牲层上形成光阻层；通过曝光和显影在硅片正、背面的牺牲层上形成栅线图案；通过酸性溶液预处理，去除硅片正、背面的栅线图案区域的牺牲层；在硅片正、背面的栅线图案上电镀铜，形成铜栅线电极；通过碱性溶液，去除硅片正、背面的光阻层和牺牲层；通过金属蚀刻溶液，去除硅片正、背面的铜栅线区域外的铜种子层。本发明通过在铜种子层上增加一层牺牲层，对铜种子层起到了很好的保护效果，避免铜种子层在电镀前被氧化或被污染。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其涉及一种异质结太阳能电池电极的制作方法。
背景技术
太阳能电池是一种能将太阳能转换成电能的半导体器件，在光照条件下太阳能电池内部会产生光生电流，通过电极将电能输出。近年来，太阳能电池生产技术不断进步，生产成本不断降低，转换效率不断提高，太阳能电池发电的应用日益广泛并成为电力供应的重要能源。
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。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溅射的方法在正反两边依次沉积一层透明导电膜层，而后用电镀法在透明导电膜层表面形成铜金属栅线。在电镀铜栅线电极之前，需要用PVD溅射的方法沉积种子层作为电镀铜与导电氧化物之间的过渡结合层。
为了提高太阳能器件的性能，其栅线电极的厚度必须要足够厚，以用来减小串联电阻，典型的要高于20微米。传统的溅射由于价格成本的原因不适用于铜栅线电极的制备，而往往是采用电镀的方式。电镀的方式需要先溅射几千埃的铜用于种子层的制备，以减少在初始镀覆期间的表面电位差。然而溅射铜种子层到电镀期间还需要经过铺设干膜、曝光、显影一系列过程，有的还需要经过退火、边缘绝缘处理等工艺，这样铜种子层表面很容易被氧化或被污染，电镀图案形成后，被氧化或被污染的界面会增加种子铜和电镀铜之间的接触电阻，从而降低太阳能器件的性能，而且有可能会导致铜栅线的剥离，影响太阳能器件的可靠性。
发明内容
为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种异质结太阳能电池电极的制作方法，其制备的太阳能器件的可靠性高、性能好。
为实现上述目的，本发明提供了一种异质结太阳能电池电极的制作方法，其包括：
提供正、背面已沉积铜种子层的硅片；
在所述硅片的正、背面沉积牺牲层；
在所述硅片正、背面的牺牲层上形成光阻层；
通过曝光和显影在硅片正、背面的牺牲层上形成栅线图案；
通过酸性溶液预处理，去除硅片正、背面的栅线图案区域的牺牲层；
在硅片正、背面的栅线图案上电镀铜，形成铜栅线电极；
通过碱性溶液，去除硅片正、背面的的光阻层和牺牲层；
通过金属蚀刻溶液，去除硅片正、背面的铜栅线区域外的铜种子层。
优选的，所述铜种子层为Cu、TiN、NiCu中的至少一种，其厚度为5-300nm，所述铜种子层通过PVD溅射沉积。
优选的，所述牺牲层为两性金属或两性金属氧化物，所述两性金属或两性金属氧化物为Zn、Al、ZnO或AZO，其厚度为5-100nm，所述牺牲层通过PVD溅射沉积。
优选的，所述光阻层通过铺设干膜、印刷光阻剂、涂布光阻剂或浸泡光阻剂形成。
优选的，在所述硅片的正、背面沉积牺牲层之后，形成光阻层之前，还包括步骤对硅片进行烘烤、边缘绝缘处理。
优选的，所述曝光的光源为紫外光源，波长范围为190-400nm。
优选的，所述显影用的溶液为NA2CO3、K2CO3、NAHCO3、KHCO3溶液中的至少一种，酸性溶液为H2SO4、HCL、HNO3、HF、磷酸、醋酸中的至少一种，所述碱性溶液为NAOH、KOH溶液中的至少一种，所述金属蚀刻液为碱性蚀刻或酸性蚀刻液。
优选的，所述预处理方式为浸泡、喷淋、超声波、鼓泡中的至少一种，预处理时间为10-300S。
优选的，所述铜栅线包含铜栅线层和铜栅线保护层，所述铜栅线保护层为锡层，所述铜栅线宽度为10-150um，厚度为5-50um。
优选的，所述光阻层及牺牲层去除方式为浸泡、喷淋、超声波、鼓泡中的至少一种，去除处理时间为30-300S。
本发明采用上述技术方案，通过在铜种子层上增加一层牺牲层，对铜种子层起到了很好的保护效果，避免了铜种子层在电镀前被氧化或被污染，从而减小了种子铜和电镀铜之间的接触电阻，更加有效地防止了后续电镀的栅线电极剥离，进而提高了太阳能器件的可靠性，加大了光电转换效率，提高了其性能。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明一种异质结太阳能电池电极的制作方法的流程图示意图；
图2为本发明实施例1正、背面已沉积铜种子层的硅片的结构示意图；
图3为本发明实施例1硅片的正、背面沉积牺牲层的结构示意图；
图4为本发明实施例1硅片正、背面的牺牲层上形成光阻层的结构示意图；
图5为本发明实施例1通过曝光和显影在硅片正、背面的牺牲层上形成栅线图案的结构示意图；
图6为本发明实施例1通过酸性溶液预处理，去除硅片正、背面的栅线图案区域的牺牲层的结构示意图；
图7为本发明实施例1在硅片正、背面的栅线图案上电镀铜，形成铜栅线电极的结构示意图；
图8为本发明实施例1通过碱性溶液，去除硅片正、背面的光阻层及牺牲层的结构示意图；
图9为本发明实施例1通过金属蚀刻溶液，去除硅片正、背面的铜栅线区域外的铜种子层的结构示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种异质结太阳能电池电极的制作方法，为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明公开了一种异质结太阳能电池电极的制作方法，其步骤包括：
S101：提供正、背面已沉积铜种子层的硅片；
S102：在所述硅片的正、背面沉积牺牲层；
S103：在所述硅片正、背面的牺牲层上形成光阻层；
S104：通过曝光和显影在硅片正、背面的牺牲层上形成栅线图案；
S105：通过酸性溶液预处理，去除硅片正、背面的栅线图案区域的牺牲层；
S106：在硅片正、背面的栅线图案上电镀铜，形成铜栅线电极；
S107：通过碱性溶液，去除硅片正、背面的的光阻层和牺牲层；
S108：通过金属蚀刻溶液，去除硅片正、背面的铜栅线区域外的铜种子层。
具体的步骤可以如下：
实施例1：
如图2所示，提供正、背面已沉积铜种子层2的硅片1，所述铜种子层2为Cu层，铜种子层2厚度为5nm。如图3所示，在所述硅片1的正、背面沉积一层牺牲层3，所述牺牲层3为Zn。所述牺牲层3厚度为5nm，所述铜种子层2与牺牲层3通过PVD溅射沉积。如图4所示，在所述硅片1正、背面的牺牲层3上形成一层光阻层4，所述光阻层4形成方式为铺设干膜、印刷光阻剂、涂布光阻剂、浸泡光阻剂中的一种，在所述硅片1的正、背面沉积一层牺牲层3之后与形成光阻层4之前，可以增加烘烤、边缘绝缘处理。如图5所示，通过曝光和显影在硅片1正、背面的牺牲层3上形成栅线图案51，所述曝光的光源为紫外光源，波长范围为190nm，所述显影用的溶液为NA2CO3溶液。如图6所示，通过酸性溶液预处理，去除硅片1正、背面的栅线图案51区域的牺牲层3，所述酸性溶液为H2SO4,所述预处理方式为浸泡、喷淋、超声波、鼓泡中的至少一种，预处理时间为10S。如图7所示，在硅片1正、背面的栅线图案52上电镀铜，形成铜栅线电极6，所述铜栅线6包含铜栅线层和铜栅线保护层，所述铜栅线保护层为锡层，所述铜栅线6宽度为10，厚度为5。如图8所示，通过碱性溶液，去除硅片1正、背面的的光阻层4及牺牲层3，所述碱性溶液为NAOH，所述光阻层4及牺牲层5去除方式为浸泡，去除处理时间为30-300S。如图9所示，通过金属蚀刻溶液，去除硅片1正、背面的铜栅线6区域外的铜种子层2，所述金属蚀刻液可以为碱性蚀刻。
实施例2：
与实施例1不同的是，本实施例中所述铜种子层2为Cu与TiN组成的复合薄膜层，铜种子层2厚度为300nm。所述牺牲层3为ZnO。所述牺牲层3厚度为100nm，。所述光阻层4形成方式为浸泡光阻剂，所述曝光的光源为紫外光源，波长范围为400nm，所述显影用的溶液为KHCO3溶液。所述酸性溶液为HNO3,所述预处理方式为浸泡、喷淋、超声波、鼓泡中的至少一种，预处理时间为300S。所述铜栅线6宽度为150um，厚度为50um。所述碱性溶液为KOH溶液，所述光阻层4及牺牲层5去除方式超声波去除，去除处理时间为300S。如图9所示，通过金属蚀刻溶液，所述金属蚀刻液可以为酸性蚀刻液。
本发明通过在铜种子层上增加一层牺牲层，对铜种子层起到了很好的保护效果，避免了铜种子层在电镀前被氧化或被污染，从而减小了铜种子和电镀铜之间的接触电阻，更加有效地防止了后续电镀的栅线电极剥离，进而提高了太阳能器件的可靠性，加大了光电转换效率，提高了其性能。
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 (10)
1.一种异质结太阳能电池电极的制作方法，其特征在于，包括：
提供正、背面已沉积铜种子层的硅片；
在所述硅片的正、背面沉积牺牲层；
在所述硅片正、背面的牺牲层上形成光阻层；
通过曝光和显影在硅片正、背面的牺牲层上形成栅线图案；
通过酸性溶液预处理，去除硅片正、背面的栅线图案区域的牺牲层；
在硅片正、背面的栅线图案上电镀铜，形成铜栅线电极；
通过碱性溶液，去除硅片正、背面的的光阻层和牺牲层；
通过金属蚀刻溶液，去除硅片正、背面的铜栅线区域外的铜种子层。
2.根据权利要求1所述一种异质结太阳能电池电极的制作方法，其特征在于：所述铜种子层为Cu、TiN、NiCu中的至少一种，其厚度为5-300nm，所述铜种子层通过PVD溅射沉积。
3.根据权利要求1所述一种异质结太阳能电池电极的制作方法，其特征在于：所述牺牲层为两性金属或两性金属氧化物，所述两性金属或两性金属氧化物为Zn、Al、ZnO或AZO，其厚度为5-100nm，所述牺牲层通过PVD溅射沉积。
4.根据权利要求1所述一种异质结太阳能电池电极的制作方法，其特征在于：所述光阻层通过铺设干膜、印刷光阻剂、涂布光阻剂或浸泡光阻剂形成。
5.根据权利要求1所述一种异质结太阳能电池电极的制作方法，其特征在于：在所述硅片的正、背面沉积牺牲层之后，形成光阻层之前，还包括步骤对硅片进行烘烤、边缘绝缘处理。
6.根据权利要求1所述一种异质结太阳能电池电极的制作方法，其特征在于：所述曝光的光源为紫外光源，波长范围为190-400nm。
7.根据权利要求1所述一种异质结太阳能电池电极的制作方法，其特征在于：所述显影用的溶液为NA2CO3、K2CO3、NAHCO3、KHCO3溶液中的至少一种，酸性溶液为H2SO4、HCL、HNO3、HF、磷酸、醋酸中的至少一种，所述碱性溶液为NAOH、KOH溶液中的至少一种，所述金属蚀刻液为碱性蚀刻或酸性蚀刻液。
8.根据权利要求1所述一种异质结太阳能电池电极的制作方法，其特征在于：所述预处理方式为浸泡、喷淋、超声波、鼓泡中的至少一种，预处理时间为10-300S。
9.根据权利要求1所述一种异质结太阳能电池电极的制作方法，其特征在于：所述铜栅线包含铜栅线层和铜栅线保护层，所述铜栅线保护层为锡层，所述铜栅线宽度为10-150um，厚度为5-50um。
10.根据权利要求1所述一种异质结太阳能电池电极的制作方法，其特征在于：所述光阻层及牺牲层去除方式为浸泡、喷淋、超声波、鼓泡中的至少一种，去除处理时间为30-300S。
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