CN112242457A - 一种用于双面异质结光伏电池的ito膜的图形化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于双面异质结光伏电池的ITO膜的图形化方法，包括以下步骤：S1,制备透明导电薄膜层；S2,在透明导电薄膜层上部分区域，采用高分子材料分别以印刷方式形成图形化掩膜；S3,图形化掩膜经过热烘烤方式固化；S4,用真空溅渡法将氮化硅或氧化硅覆盖在双面异质结光伏电池表面；S5,以热水浴或热水浴/超音震荡组合方式去除透明导电薄膜层上的图形化掩膜及图形化掩膜上的氮化硅或氧化硅，露出已图形化的透明导电薄膜层。通过该方法在ITO膜上实现图形化，工艺简单，无污染，可缩短工时和降低生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及光伏电池加工领域，特别涉及一种用于双面异质结光伏电池的ITO膜的图形化方法。
背景技术
目前光伏产业的晶体硅太阳电池，其前表面电极是利用丝网印刷银浆并烧结的技术形成图案化的Ag栅线。但此种方法生产的电极栅线高宽比例小，导致电池遮光面积较大；烧结后浆料中有机物质的残留及结构缺陷导致栅线电阻较大；银的价格昂贵，烧结温度高(700-800℃)，不利于转化效能与降低成本。
然而随着双面异质结(HIT)光伏电池逐渐成为未来高效光伏电池的领头羊之后，传统的银浆印刷与高温烧结不再适用并满足于异质结(HIT)光伏电池的元件特性。掺锡的氧化锢(Indium Tin Oxide，ITO)薄膜作为一种用半导体材料制备而成的透明导电薄膜，具有高电导率、高可见光透过率(大于90％)、抗擦伤等众多优良的物理性能，以及良好的化学稳定性和一些其他的半导体特性，容易制备成电极图形，己经被广泛地应用于双面异质结(HIT)光伏电池中。在应用中，需要将ITO制成特定的图形来充当触摸屏透明电极。现有的其方法通常是先在ITO底材上溅镀一层薄铜膜当种子层(Seed layer),接着再运用黄光微影工艺(photo Lithography)将线路图案转移至光阻干膜(photo resistor)，再进行铜电镀。其后移除光阻并进行铜回蚀,将先前的薄铜膜种子层腐蚀直至金属线路图案显露出来。此种图形制作方法的图形化线路精准度虽然高，但由于使用材料光阻、光罩及显影剂，排放量大，排放时会造成环境污染；使用设备光阻涂布机，曝光机及显影机的成本及造价昂贵，工艺步骤繁琐，不利量产及降低生产成本。且在现有的双面异质结(HIT)光伏电池的ITO膜的图形化制作方法，很容易受到ITO膜会与酸性感光材料(光阻)材料起作用的特性，导致ITO膜损伤进而影响光伏电池的电性。因此需要对异质结光伏电池ITO膜上的图形制作方法做进一步革新和改进。
发明内容
为克服上述缺点，本发明的目的在于提供一种用于双面异质结光伏电池的ITO膜的工艺难度小，减少废液排放图形化方法。
为了达到以上目的，本发明采用的技术方案是：一种用于双面异质结光伏电池的ITO膜的图形化方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1,在双面异质结太阳能电池的基底的正面及背面两面制备透明导电薄膜层；
S2,在双面异质结光伏电池的正面和背面的透明导电薄膜层上部分区域，采用高分子材料分别以印刷方式形成图形化掩膜；
S3,透明导电薄膜上已形成的图形化掩膜，经过热烘烤方式固化；
S4,采用真空溅渡法将氮化硅或氧化硅分别覆盖在双面异质结光伏电池的正面、背面的透明导电薄膜层和已固化的图形化掩膜上，同时覆盖基底的四个侧面；
S5,以热水浴或热水浴/超音震荡组合方式去除透明导电薄膜层上的图形化掩膜及图形化掩膜上的氮化硅或氧化硅，露出已图形化的透明导电薄膜层,留下透明导电薄膜层上的氮化硅或氧化硅作为后续金属化工艺的掩膜。
通过上述方法，采用高分子材料以印刷方式形成图形化掩膜，热烘烤方式固化后，采用真空溅渡法将氮化硅或氧化硅覆盖在双面异质结太阳能电池的表面，通过热水浴或热水浴/超音震荡组合方式即可去除图形化掩膜及图形化掩膜上的氮化硅或氧化硅，完成透明导电薄膜层的图形化,方便后续双面异质结光伏电池的电极金属化电镀。此方法利用氮化硅或氧化硅和高分子材料的不同水溶性，不仅成本低廉，造价便宜，而且工艺简化，减少废液排放，可缩短工时和降低生产成本。
优选地，在所述步骤S2中，印刷方式包括以下两种方式：a、运用丝网印刷技术将高分子材料在透明导电膜上形成图形化掩膜；b、运用3D列印技术将高分子材料在透明导电膜上形成图形化掩膜。
优选地，运用丝网印刷技术将高分子材料在透明导电膜上形成图形化掩膜的网板，其网目范围为200～500网目；丝网内径宽介于15～19um；刮刀下压力介于50～120N；网板与电池片表面间距介于0.5mm～4mm。丝网印刷效果好。
优选地，所述高分子材料为可印刷、可溶于水且不会与透明导电膜起化学反应并可加热固化的水溶性可剥保护胶。该高分子材料方便后续剥离。
优选地，在所述步骤S3中，热烘烤温度为100～150℃，热烘烤时间为10～20分钟；在所述步骤S5中，热水浴温度为60～100℃，热水浴时间为10～30分钟。
优选地，在所述步骤S3中，热烘烤方式的升温速度为10～30℃/分。升温的过程中所提供的热能相对的减少，可改善因为热能造成的薄膜晶粒过度的成长。
优选地，在所述步骤S3中，热烘烤的方法包括烤箱法、隧道炉法、快速退火炉以及直接或间接热风法；在所述步骤S5中，热水浴包括直接或间接热水浴法。
优选地，在所述步骤S5中，去除透明导电薄膜层上的图形化掩膜及图形化掩膜上的氮化硅或氧化硅包括以下两种方式：a、将双面异质结光伏电池置于花篮内，放入温水槽进行摇晃或震荡；b、将双面异质结光伏电池置于温水槽，在温水槽内加装单点或多点超音波振动源。
优选地，所述步骤S4完成后，将氮化硅或氧化硅覆盖后的双面异质结光伏电池经过热烘烤方式再次固化。使透明导电薄膜层上的图形化掩膜收缩完全。
优选地，在所述步骤S4中，真空溅镀法中，在25～70℃的温度、1～5nm/分的低镀率下，将氮化硅或氧化硅覆盖在双面异质结光伏电池的正面、背面的透明导电薄膜层和已固化的图形化掩膜上，以及基底的四个侧面；氮化硅或氧化硅形成的膜厚度为40～90nm。氮化硅或氧化硅形成的膜有效与透明导电层组合形成较佳的抗反射层，有助于光伏电池发电效率的提升。
附图说明
图1为本发明工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
具体施例1
参照附图1，一种用于双面异质结(HIT)光伏电池的ITO膜的图形化方法,包括以下步骤：
步骤一、在双面异质结太阳能电池的基底的正面及背面两面制备透明导电薄膜层(ITO膜)，双面异质结太阳能电池中透明导电薄膜层的制备为现有技术，采用中频脉冲磁控溅射工艺实现；
步骤二,在双面异质结光伏电池的正面和背面的透明导电薄膜层上部分区域，采用高分子材料分别以印刷方式形成图形化掩膜，印刷方式包括丝网印刷技术或3D列印技术；
步骤三,透明导电薄膜上已形成的图形化掩膜，经过热烘烤方式使其固化，让图形化掩膜收缩形成较好的高宽比，热烘烤的方法包括烤箱法、隧道炉法、快速退火炉以及直接或间接热风法；
步骤四,采用真空溅渡法将氮化硅或氧化硅分别覆盖在双面异质结光伏电池的正面、背面的透明导电薄膜层和已固化的图形化掩膜上，同时覆盖基底的四个侧面；
步骤五,由于高分子材料的水溶性，以热水浴或热水浴/超音震荡组合方式去除透明导电薄膜层上的图形化掩膜及图形化掩膜上的氮化硅或氧化硅，露出已图形化的透明导电薄膜层；而氮化硅或氧化硅与透明导电膜之间存在强附着力，氮化硅或氧化硅留在透明导电薄膜层上的作为后续金属化工艺的掩膜。
运用丝网印刷技术将高分子材料在透明导电膜上形成图形化掩膜的网板，网板的网目范围为200～500网目；丝网内径宽介于15～19um；刮刀下压力介于50～120N；网板与电池片表面间距介于0.5mm～4mm，丝网印刷效果好。
高分子材料为可印刷、可溶于水且不会与透明导电膜起化学反应并可加热固化的水溶性可剥保护胶，该高分子材料方便后续剥离，为光伏电池行业常用材料。
在步骤三中，热烘烤温度为100～150℃，热烘烤时间为10～20分钟。热烘烤方式的升温速度为10～30℃/分。升温的过程中所提供的热能相对的减少，可改善因为热能造成的薄膜晶粒过度的成长。
在步骤五中，热水浴包括直接或间接热水浴法。热水浴温度为60～100℃，热水浴时间为10～30分钟。
步骤五中，去除透明导电薄膜层上的图形化掩膜及图形化掩膜上的氮化硅或氧化硅包括两种方式：第一种方式将双面异质结光伏电池置于花篮内，放入温水槽进行摇晃或震荡；第二种方式将双面异质结光伏电池置于温水槽，在温水槽内加装单点或多点超音波振动源，多点超音波振动源为2～20个。
步骤四的真空溅镀法中，在25～70℃的温度、1～5nm/分的低镀率下，将氮化硅或氧化硅覆盖在双面异质结光伏电池的正面、背面的透明导电薄膜层和已固化的图形化掩膜上，以及基底的四个侧面。氮化硅或氧化硅形成的膜厚度为40～90nm。氮化硅或氧化硅形成的膜有效与透明导电层组合形成较佳的抗反射层，有助于光伏电池发电效率的提升。
由上述方法对双面异质结光伏电池的ITO膜进行图形化，仅需进可溶于水的高分子材料、网版、温水等材料，网印机，烤箱，溅度机等设备，零污染排放，成本低廉，造价便宜，且加工步骤简单，可简化工艺，缩短工时及降低生产成本。
具体实施例二
具体实施例一中步骤四完成后，将氮化硅或氧化硅覆盖后的双面异质结光伏电池经过热烘烤方式再次固化，热烘烤的方法包括烤箱法、隧道炉法、快速退火炉以及直接或间接热风法，烘烤温度为100～150℃，热烘烤时间为10～20分钟。使透明导电薄膜层上的图形化掩膜收缩完全。其余步骤与具体实施例一中一致。
以上实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所做的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种用于双面异质结光伏电池的ITO膜的图形化方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1,在双面异质结太阳能电池的基底的正面及背面两面制备透明导电薄膜层；
S2,在双面异质结光伏电池的正面和背面的透明导电薄膜层上部分区域，采用高分子材料分别以印刷方式形成图形化掩膜；
S3,透明导电薄膜上已形成的图形化掩膜，经过热烘烤方式固化；
S4,采用真空溅渡法将氮化硅或氧化硅分别覆盖在双面异质结光伏电池的正面、背面的透明导电薄膜层和已固化的图形化掩膜上，同时覆盖基底的四个侧面；
S5,以热水浴或热水浴/超音震荡组合方式去除透明导电薄膜层上的图形化掩膜及图形化掩膜上的氮化硅或氧化硅，露出已图形化的透明导电薄膜层。
2.根据权利要求1所述的一种用于双面异质结光伏电池的ITO膜的图形化方法，其特征在于：在所述步骤S2中，印刷方式包括以下两种方式：a、运用丝网印刷技术将高分子材料在透明导电膜上形成图形化掩膜；b、运用3D列印技术将高分子材料在透明导电膜上形成图形化掩膜。
3.根据权利要求2所述的一种用于双面异质结光伏电池的ITO膜的图形化方法，其特征在于：所述丝网印刷技术的网板，其网目范围为200～500网目；丝网内径宽介于15～19um；刮刀下压力介于50～120N；网板与电池片表面间距介于0.5～4mm。
4.根据权利要求1所述的一种用于双面异质结光伏电池的ITO膜的图形化方法，其特征在于：所述高分子材料为可印刷、可溶于水且不会与透明导电膜起化学反应并可加热固化的水溶性可剥保护胶。
5.根据权利要求1所述的一种用于双面异质结光伏电池的ITO膜的图形化方法，其特征在于：在所述步骤S3中，热烘烤温度为100～150℃，热烘烤时间为10～20分钟；在所述步骤S5中，热水浴温度为60～100℃，热水浴时间为10～30分钟。
6.根据权利要求1所述的一种用于双面异质结光伏电池的ITO膜的图形化方法,其特征在于：在所述步骤S3中，热烘烤方式的升温速度为10～30℃/分。
7.根据权利要求5所述的一种用于双面异质结光伏电池的ITO膜的图形化方法，其特征在于：在所述步骤S3中，热烘烤的方法包括烤箱法、隧道炉法、快速退火炉以及直接或间接热风法；在所述步骤S5中，热水浴包括直接或间接热水浴法。
8.根据权利要求1所述的一种用于双面异质结光伏电池的ITO膜的图形化方法，其特征在于：在所述步骤S5中，去除透明导电薄膜层上的图形化掩膜及图形化掩膜上的氮化硅或氧化硅包括以下两种方式：a、将双面异质结光伏电池置于花篮内，放入温水槽进行摇晃或震荡；b、将双面异质结光伏电池置于温水槽，在温水槽内加装单点或多点超音波振动源。
9.根据权利要求1所述的一种用于双面异质结光伏电池的ITO膜的图形化方法，其特征在于：所述步骤S4完成后，将氮化硅或氧化硅覆盖后的双面异质结光伏电池经过热烘烤方式再次固化。
10.根据权利要求1所述的一种用于双面异质结光伏电池的ITO膜的图形化方法，其特征在于：在所述步骤S4中，真空溅镀法中，在25～70℃的温度、1～5nm/分的低镀率下，将氮化硅或氧化硅覆盖在双面异质结光伏电池的正面、背面的透明导电薄膜层和已固化的图形化掩膜上，以及基底的四个侧面；氮化硅或氧化硅形成的膜厚度为40～90nm。
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