CN1115121A - 内联式非晶硅太阳能电池及制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及内联式非晶硅太阳能电池的制造方法属半导体器件制造技术，具体地说是一种内联式集成型非晶硅太阳能能电池及制造方法按顺序包括下列步骤：选择玻璃-制造复合透明导电膜-丝印正电极保护膜-腐蚀导电膜-去除保护膜，清洗干燥-沉积非晶硅薄膜-激光刻划非晶硅层-真空镀铝-激光刻铝-印背漆字符-印可焊电极-切割测试包装入库。工艺简单，可实现规模生产，降低成本。
Description
本发明涉及内联式非晶硅太阳能电池的制造方法属半导体器件制造技术，具体地说是一种内联式集成型非晶硅太阳能能电池及制造方法。
非晶硅太阳能电池是一种新型光电转换器件，它是在玻璃基板上沉积形成非晶硅pin结的集成型平板式光电组件。它的弱光特性好，非晶硅太阳能电池对莹光灯光谱的吸收系数大约是单晶硅电池的10倍。图1为典型的非晶硅太阳能电池结构示意图案，它是由1玻璃基片，2透明导电膜，3非晶硅层，4金属背电极层，5保护层，6可焊接电极等六个部分组成。目前，一般常规的非晶硅太阳能电池的制造方法如下：
玻璃----透明导电膜制备----贴光刻胶膜----光刻胶膜曝光----光刻胶膜显影并干燥----腐蚀透明导电膜----去除光刻胶膜----沉积非晶硅层----激光刻划非晶硅层----真空蒸镀金属背电极----贴光刻胶膜----光刻胶膜曝光----光刻胶膜显影并干燥----腐蚀背电极----去除光刻胶膜----封装----切割----测试----包装入库。
采用以上方法形成导电膜图形需要五至六步工作才能完成，如果按照专利90104410.5所提供的用激光刻蚀导电膜的方法，容易在切割工序这一步，造成电极短路。若背电极采用上述方法刻蚀，其工艺复杂，而且还会对已沉积的非晶硅造成污染；若按以上专利中所提供的用金属掩膜遮挡直接蒸镀背电极，这种方法不能将线条加工的很精细，而且随着掩膜版面积的增大，刚性随之变差，无法保证掩膜版与电池板之间的紧密接触，导致电极边缘变虚，造成电池漏电或短路。中国专利8710127.1激光-化学腐蚀刻蚀非晶硅a-si太阳电池背电极，给出了先进的激光-化学腐蚀法制做背电极的方法，但仍然存在工艺复杂和非晶硅被污染的问题。
本发明的目的之一，是提供一种大面积加工非晶硅太阳能电池，并简化工艺；透明导电膜制备由原来的五步简化为三步；背电极制造由原来的六步简化为两步，避免了对非晶硅太阳能电池的污染。
目的之二，是增加背电极的可焊性、可焊电极的防腐性。
为了实现本发明的任务是通过以下技术方案完成的。
本发明的工艺路线按顺序包括列步骤：
选泽玻璃----制造复合透明导电膜----丝印正电极保护膜----腐蚀透明导电膜----去除保护膜，清洗干燥-----沉积非晶硅薄膜-----激光刻划非晶硅层----真空镀铝-----激光刻铝----印背漆字符----印可焊电极----切割测试包装入库。更为具体的技术要点是：
a)丝印正电极保护膜，是在制作好复合膜的透明导电玻璃上用耐酸浆料印制电池正电极图形；
b)干燥后放入酸溶液中将裸露的透明导电膜腐蚀干净；
c)碱溶液将表面的透明导电膜保护层清除并清洗；
d)辉光放电的方法沉积P、I、N三层非晶硅薄膜；
e)激光刻蚀非晶硅层，形成内联式集成电池的光电转换层；
f)真空镀膜设备在非晶硅表面蒸镀背电极；
g)激光刻蚀背电极；
h)防腐铜浆印制制作可焊电极。丝印正电极保护膜是用240--300目的丝网和耐酸浆料印制透明导电膜保护层，在温度60℃条件下，干燥一小时后，放入温度为70℃，酸溶液中，再用1～3％的氢氧化钠水溶液除去透明导电膜表面的保护层。透明导电膜的腐蚀所用酸溶液由盐酸、水、硝酸按体积比：1～3∶10∶0.1～0.5配制而成。激光刻蚀背电极是利用刻断非晶硅的同时将背电极刻断。
可焊电极的制造是选用195～240目丝网制做网版，将可焊料解冻加入1％～4％的防腐助焊剂印制而成。
本发明产生的极积效在于：工艺步骤得到简化，采用了一步法化学腐蚀透明导电膜层放在激光刻蚀层非晶硅层之前，避免了对背电极及非晶硅层的污染或过腐蚀，从而提高了成品率；激光刻蚀背电极，提高了产品整体外观，边缘整齐，克服了边缘的短路现象，提高了输出电压。
本发明效果还在于电池的内联式结构便于工业化大规模生产。
在计算器用太阳能电池中，特别需要强调荧光下的光电响应，因为荧光中短波成份比阳光和白炽灯丰富，而长波成份弱得多，目前大多采用ITO膜或二氧化锡膜，它们的荧光透过率较低。所以，日本松下公司最新产品在同一性能下，荧光光强需要200 LOX，而白炽灯光强仅需60 LUX，可见增加荧光透过率的重要性。
本发明利用了薄膜干涉的原理，采用了ITO和SnO2复合膜结构，此时取λ0为5000埃(绿光)，光反射率R为： 式中n0：真空折射率
n1：SnO2折射率
n2：ITO折射率
n3：基底折射率n2比较接近(n3/n0)1/2·n1，所以
大大减少，透过率则可以在短波段处得到改善。本发明可以在短波段得到4～5％的短波增强。
材料的备制和加工是本发明的技术关键，因最终产品是一薄膜器件，而器件制造工艺的绝大部分是材料的制备和加工工艺，所以很难把器件工艺和材料工艺分开。而本发明就利用非晶硅结构的变化来增加短波效应。在以下的制作过程中，将制作好复合膜的透明导电膜玻璃上，用耐酸浆料印制电池正电极图形，干燥后放入酸溶液中，将裸露的透明导电膜腐蚀干净，用碱溶液将表面的透明导电膜保护层清除并清洗。放入非晶硅沉积室中，用辉光放电的方法沉积P、I、N三层非晶硅薄膜，之后用激光刻蚀机将非晶硅层刻成数组形成集成电池的光电转换层，再利用真空镀膜设备在非晶硅表面蒸镀铝膜，利用激光刻蚀机将铝膜刻成数组电池的负极，在此基础上，对铝膜表面，分别印制保护层、字符及可焊接电极。
以下结合附图进一步说明本发明的技术内容。
图1为非晶硅太阳能电池结构图。
1玻璃基片，2透明导电膜，3非晶硅层，4背电极，5保护层，6可焊接电极。
图2为本发明的内联式非晶硅太阳能电池透明导电膜图形，阴影部分为导电膜。
图3为本发明的非晶硅层，阴影部分为激光刻化后的非晶硅层。
图4为本发明的背电极铝层图形，阴影部分为激光刻划线。
图5为本发明的可焊接电极图形。
图6为本发明的集成型内联式非晶硅太阳能电池串联结构图，阴影部分为正、负电极串联部分。
下面是最佳实施例。例1，按以下顺序：
1)将1毫米厚作好双层TCO膜的导电玻璃切割成300×300平方毫米，选择并标记两条直角边作为基准边；
2)用240目丝网制作导电膜漏印网版，将玻璃放在丝印机平台上，基准边靠紧平台上的定位边，用耐酸浆料印制导电膜保护层，经60℃、一小时干燥后，放入70℃，盐酸、水、硝酸按体积比：1∶10∶0.1配制而成的溶液中，将裸露的导电膜腐蚀干净，然后用1％的氢氧化钠水溶液除去导电膜表面的保护层，清洗干净，即形成内联式太阳能电池的正极；
3)将做好正极的玻璃放入非晶硅沉积室，采用13.56MHz的辉光放电装置，在导电膜上分别沉积P层100埃，I层4000埃，N层200。为了防止每两层之间的交叉污染，在每层沉积后，用氮气充分清洗系统，即可形成电池的光电转换层；
4)待玻璃温度降至50℃以下后取出，放在激光光刻机平台上，基准边靠住平台的定位边并固定，调整激光光刻功率0.1W-0.7w，保证刻划线宽度小于0.3毫米，将非晶硅刻划成与导电膜相对应的形状，并保证此刻划线与导电膜刻线平行相距0.1-0.4毫米；取出后用氮气吹净表面的粉尘，保证透明导电膜与铝层的良好接触。
5)将刻好非晶硅的玻璃放入真空镀膜机内，抽真空，当真空度达到6×10-6乇以上后开始蒸发，时间控制在5-100秒内，待真空度降至与外界平衡后，取出玻璃。至此内联式集成非晶硅太阳能电池的正、负电极已通过非晶硅的激光光刻，直线错位串联而成；
6)将镀好铝的玻璃放在激光光刻机平台上，基准边靠住平台的定位边并固定，调整激光光刻功率0.1-0.7w，保证刻划线宽度小于0.3毫米，将非晶硅刻划成与导电膜相对应的形状，并保证此刻划线与非晶硅刻线平行相距0.1-0.40毫米；
7)印制保护背漆，选择棕色纯酸调和漆，用120目丝网版印制保护层，印好后放入100-120℃烘箱中干燥10-40分钟后取出；
8)印制字符，选择中黄色调和漆，用120目丝网版印制保护层，印好后放入100-120℃烘箱中干燥10-40分钟后取出；
9)印制背电极，选用195-240目丝网制做网版，将可焊料解冻加入1％-4％的防腐助焊剂，助焊剂用10-40克的松香溶于100毫升乙醇，印料充分搅拌后，印制可焊接电极，之后放入60-86℃的烘箱中预烘10-20分钟，再升温至160-200℃恒温40-60分钟，降温后即可切割，并按照技术参数要求逐片测试、包装、入库。
例2.步骤顺序同例1.
仅改变步骤2)中的工艺参数：
选用280目丝网制作导电膜漏印网版，用耐酸浆料印制导电膜保护层，经60℃、一小时干燥后，放入70℃，盐酸、水、硝酸按体积比为2∶10∶0.3配制而成的液净中，将裸露的导电膜腐蚀干净，后用2％的氢氧化钠水溶液除去导电膜表面的保护层。
例3.步骤顺序同例1.
仅改变步骤2)中的工艺参数：选用300目丝网制作导电膜漏印网版，用耐酸浆料印制导电膜保护层，经60℃、一小时干燥后，放入70℃，盐酸、水、硝酸按体积比为3∶10∶0.5配制而成的液净中，将裸露的导电膜腐蚀干净，后用3％的氢氧化钠水溶液除去导电膜表面的保护层。以下是应用本发明的工艺得到的最终产品：
例4.以SC-1230I型单体电池为例，按产品要求将透明导电膜腐成四块形状相同的图形(图2中的阴影部分)，在透明导电膜上沉积非晶硅层(图3中的阴影部分)，在非晶硅表面蒸镀金属背电极(图4阴影以外的部分)、透明导电膜层、非晶硅薄膜层和背电极上均有常条形、直线错位结构的输出电极。透明导电膜是ITA层作为正极和负极背电极首、尾内部串联。丝印保护漆、字符及可焊电极后，成最终产品。
应用本发明可进行工业化生产，所以本发明的技术特征不限于以上所举实施例。
Claims (8)
1.一种内联式非晶硅太阳能电池及其制造方法，其特征在于，所述电池的制作方法按顺序包括下列步骤：选择玻璃---制造复合透明导电膜----丝印正电极保护膜----腐蚀导电膜----去除保护膜，清洗干燥-----沉积非晶硅薄膜-----激光刻划非晶硅层----真空镀铝---激光刻铝----印背漆字符----印可焊电极----切割测试包装入库；
a)丝印正电极保护膜，是在制作好复合膜的透明导电玻璃上用耐酸浆料印制电池正电极图形；
b)干燥后放入酸溶液中将裸露的导电膜腐蚀干净；
c)碱溶液将表面的导电膜保护层清除并清洗；
d)辉光放电的方法沉积P、I、N三层非晶硅薄膜；
e)激光刻蚀非晶硅层形成内联式集成电池的光电转换层；
f)真空镀膜设备在非晶硅表面蒸镀背电极；
g)激光刻蚀背电极；
h)防腐铜浆印制制作可焊电极。
2.根据权利要求1所述的一种内联式非晶硅太阳能电池及其制造方法，其特征在于上述的丝印正电极保护膜是用240--300目的丝网和耐酸浆料印制导电膜保护层，在温度60℃条件下，干燥一小时后，放入温度为70℃，酸溶液中，再用1％～3％的氢氧化钠水溶液除去导电膜表面的保护层。
3.根据权利要求1或2所述的一种内联式非晶硅太阳能电池及其制造方法，其特征在于所述透明导电膜的腐蚀所用酸溶液由盐酸、水、硝酸按体积比：1～3∶10∶0.1～0.5配制而成。
4.根据权利要求1所述的一种内联式非晶硅太阳能电池及其制造方法，其特征在于上述的激光刻蚀背电极是利用刻断非晶硅的同时将背电极刻断。
5.根据权利要求1所述的一种内联式非晶硅太阳能电池及其制造方法，其特征在于上述可焊电极的制造是选用195～240目丝网制做网版，将可焊料解冻加入1％～4％的防腐助焊剂印制而成。
6.根据权利要求1或5所述的一种内联式非晶硅太阳能电池及其制造方法，其特征在于上述的防腐助焊剂是由10～40克的松香溶于100毫升乙醇所组成。
7.一种内联式非晶硅太阳能电池，是由玻璃基底、透明导电膜、非晶硅薄膜层、背电极层所组成，其特征是：在上述的透明导电膜层、非晶硅薄膜层和背电极上均有常条形、直线错位结构的输出电极。
8.一种内联式非晶硅太阳能电池，其特征是：上述的透明导电膜是ITA层作为正极和负极背电极首、尾内部串联。
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