CN113130675A - 一种基于不同划线的薄膜太阳能电池结构及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于不同划线的薄膜太阳能电池结构及其制备方法，属于薄膜太阳能电池制备技术领域，从下至上依次包括基板、底电极、PN结区膜层、TCO层和栅线；P2刻线槽和栅线槽内均填充有导电材料，因P2刻线槽内含金属膜层，且和栅线相连，在刻划P3刻线槽时P2刻线槽内的金属栅线不易被剥离。使得栅线内的导电材料和底电极直接接触，降低了串联电阻。本发明的太阳能电池结构解决了在P2刻线槽内，栅线和背电极层的接触问题，同时解决了P3刻划时，P2槽内的栅线剥离的问题，进而解决了现有技术中欧墨太阳能电池因栅线和背电极接触导致电池热效应严重的问题。
Description
技术领域
本发明属于薄膜太阳能电池制备技术领域，涉及一种基于不同划线的薄膜太阳能电池结构及其制备方法。
背景技术
薄膜太阳能电池的基本结构是通常由PN结及前后电极组成，其中前电极通常是透明导电的氧化物膜层(TCO)，该膜层一方面用于收集电荷并在面内传输，另一方面，要求该膜层具有较高的透过率以便让更多的光线进入吸收层从而激发光生载流子。但从技术层面讲，透明导电膜层的导电性和透过性互相制约，现有的薄膜太阳能电池无法同时获得最大的导电性和最高的透过率。为了有效地收集载流子，现有技术中采用光刻的方法在电池表面制备金属栅线，以提高载流子的收集能力，同时该方法能够最大程度的降低TCO层的厚度，提高光线透过率。
不同于晶硅电池，薄膜太阳能电池通常采用内联的方式形成子电池的分割和串联，在镀制各功能膜层的过程中，在不同的工序采用相应的刻划工艺(P1、P2或P3刻划)实现各子电池之间的分割和串联。对于薄膜太阳能电池的刻划工艺及栅极工艺的一般制备流程如下：1)背电极层制备；2)P1刻划；3)PN结区膜层制备；4)P2刻划；5)TCO膜层制备；6)利用光刻法制备金属栅线；7)P3刻划。其中，制备金属栅线的具体过程包括：采用印刷方式将光刻胶均匀涂覆在芯片的表面，印刷完成后进行烘烤固化；将有栅线槽形状的掩膜版覆盖在芯片表面，利用UV光透过掩膜版照射进行部分曝光；在显影溶液中进行显影，洗去被曝光部分的光刻胶；通过蒸发镀膜方式，在经过显影的基板上镀制一层金属膜；将基板浸入DMSO溶剂中，洗去光刻胶及其上的金属膜，得到具有栅线形状的金属线。
和标准基片的工序不同，对于含有栅线的基片，需要考虑栅线和背电极层的有效接触。现有技术中存在一些问题，包括：栅线和背电极层之间并未直接接触，且中间有导电性较差的TCO层。具体原因为，采用机械刻针刻划P3时，极易将相邻P2处的栅线剥离，造成栅线和背电极层之间并不能有效地进行接触，这样会在断开处有大量电流流过导电性不好的TCO层，进而导致热效应严重。
发明内容
为了克服上述现有技术中，薄膜太阳能电池现有的划线方式容易造成栅线和背电极层之间不能有效接触，在断开处有大量电流流过导电性不好的TCO层，从而导致电池热效应严重的缺点，本发明的目的在于提供一种基于不同划线的薄膜太阳能电池结构及其制备方法。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种基于不同划线的薄膜太阳能电池结构，从下至上依次包括基板、底电极、PN结区膜层和TCO层；
底电极的上表面开设有P1刻线槽，P1刻线槽的底部延伸至基板的上表面；P1刻线槽内填充有PN结区膜层；
TCO层的上表面开设有P2刻线槽和P3刻线槽，P2刻线槽的底部和P3刻线槽的底部均延伸至底电极的上表面；
TCO层的上表面布设有栅线；
P2刻线槽内填充有导电材料。
优选地，P1刻线槽设有若干个；
P1刻线槽的尺寸范围为线宽10～100μm，相邻的P1刻线槽的中心之间的距离为3～30mm。
底电极的厚度为100～500nm；
PN结区膜层的厚度为200～2000nm；
TCO层的厚度为50～500nm。
优选地，P2刻线槽的尺寸范围为线宽10～100μm，P2刻线槽的中心与P1刻线槽的中心之间的距离为30～300μm；
P3刻线槽的尺寸范围为线宽10～100μm，P3刻线槽的中心与P2刻线槽的中心之间的距离为30～300μm。
优选地，栅线的尺寸范围为线宽5～50μm，相邻两条栅线的中心之间的间距为300～5000μm。
优选地，导电材料的填充厚度为1～100μm。
优选地，导电材料为Au、Ag、Cu、Al、Fe、Ni、Mo、金属合金、石墨烯或导电银浆。
栅线由Au、Ag、Cu、Al、Fe、Ni、Mo、金属合金、石墨烯或导电银浆制备而成。
优选地，底电极由Au、Ag、Cu、Al、Fe、Ni、Mo、金属合金或石墨烯制备而成；
PN结区膜层由P型半导体膜层和N型半导体膜层组成；
P型半导体膜层和N型半导体膜层均为半导体材料。
一种基于不同划线的薄膜太阳能电池结构的制备方法，包括如下步骤：
步骤1)在基板的上表面镀制底电极，在底电极上进行P1刻蚀，刻蚀至基板的上表面，形成P1刻线槽；
步骤2)在含有P1刻线槽的底电极的上表面制备PN结区膜层，之后在PN结区膜层上制备TCO层；
步骤3)在TCO层上涂覆光刻胶，部分曝光并显影后，得到栅线槽；
步骤4)在布设栅线槽后的TCO层上表面进行P2刻蚀，刻蚀至底电极的上表面，形成P2刻线槽；
步骤5)在含有P2刻线槽的TCO层上沉积导电材料，使得栅线槽和P2刻线槽内均填充有导电材料，在TCO层表面形成导电膜和栅线；
步骤6)将沉积导电材料后的电极板浸入溶剂中，使光刻胶及光刻胶上的导电材料掉落；
步骤7)在溶解后的TCO层表面进行P3刻蚀，刻蚀至底电极的表面，形成P3刻线槽，得到基于不同划线的薄膜太阳能电池结构。
优选地，步骤3)的具体操作为：
将光刻胶均匀涂覆在TCO层，光刻胶的厚度为1～10μm，之后进行印刷；
印刷完成后在70～200℃的温度下进行烘烤固化；
将设定栅线槽形状的掩膜版覆盖在烘烤固化后的TCO层表面，之后用紫外光对光刻胶进行部分曝光，再置于显影溶液中进行显影，得到栅线槽。
优选地，导电材料为Au、Ag、Cu、Al、Fe、Ni、Mo、金属合金、石墨烯或导电银浆。
优选地，步骤3)中的溶剂为DMSO；
优选地，步骤5)中导电材料的沉积是通过蒸发镀膜、溅射镀膜或印刷方式进行的。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明公开了一种基于不同划线的薄膜太阳能电池结构，从下至上依次包括基板、底电极、PN结区膜层、TCO层和栅线；P2刻线槽和栅线槽内均填充有导电材料，因P2刻线槽内含金属膜层，且和栅线相连，在刻划P3刻线槽时P2刻线槽内的金属栅线不易被剥离。使得栅线内的导电材料和底电极直接接触，降低了串联电阻。本发明的太阳能电池结构解决了在P2刻线槽内，栅线和背电极层的接触问题，同时解决了P3刻划时，P2槽内的栅线剥离的问题，进而解决了现有技术中欧墨太阳能电池因栅线和背电极接触导致电池热效应严重的问题。
本发明还公开了一种基于不同划线的薄膜太阳能电池结构的制备方法，镀制金属膜层时，P2刻线槽中填充有金属，降低了串联电阻。本发明的制备方法使得栅线和背电极层能够有效接触，从而避免了电池热效应问题的发生。制备方法并未增加复杂的工艺，也不需要昂贵的设备装置即可完成，实用性强。
附图说明
图1为本发明的薄膜太阳能电池的立体结构图；
图2为本发明的薄膜太阳能电池制备过程中，涂覆光刻胶后的结构示意图；
图3为本发明的薄膜太阳能电池制备过程中，铺设栅线后的结构示意图；
图4为本发明的薄膜太阳能电池制备过程中，P2刻蚀后的结构示意图；
图5为本发明的薄膜太阳能电池制备过程中，TCO层上沉积导电材料后的结构示意图；
图6为本发明的薄膜太阳能电池制备过程中，光刻胶溶解后的结构示意图；
其中：1-基板；2-底电极；3-PN结区膜层；4-TCO层；5-栅线；6-P1刻线槽；7-P2刻线槽；8-P3刻线槽；9-光刻胶；10-栅线槽；11-导电膜。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述。
实施例1
参见图1，一种基于不同划线的薄膜太阳能电池结构，从下至上依次包括基板1、底电极2、PN结区膜层3和TCO层4；
底电极2上开设有P1刻线槽6，P1刻线槽6延伸至基板1的上表面；TCO层4上开设有P2刻线槽7和P3刻线槽8，P2刻线槽7的底部和P3刻线槽8的底部均延伸至底电极2的上表面；TCO层4的上表面上布设有栅线5；P1刻线槽6内填充有PN结区膜层3；P2刻线槽7内填充有导电材料。
实施例2
除以下内容外，其余内容均与实施例1相同。
P1刻线槽6设有若干个；
P1刻线槽6的尺寸范围为线宽1μm，相邻的P1刻线槽6的中心之间的距离为3mm。
P2刻线槽7的尺寸范围为线宽10μm，P2刻线槽7的中心与P1刻线槽6的中心之间的距离为30μm；
P3刻线槽8的尺寸范围为线宽10μm，P3刻线槽8的中心与P2刻线槽7的中心之间的距离为30μm。
栅线5的尺寸范围为线宽5μm，相邻两条栅线5的中心之间的间距为300μm。导电材料的填充厚度为100μm。
实施例3
除以下内容外，其余内容均与实施例1相同。
P1刻线槽6的尺寸范围为线宽100μm，相邻的P1刻线槽6的中心之间的距离为30mm。
P2刻线槽7的尺寸范围为线宽100μm，P2刻线槽7的中心与P1刻线槽6的中心之间的距离为300μm；
P3刻线槽8的尺寸范围为线宽100μm，P3刻线槽8的中心与P2刻线槽7的中心之间的距离为300μm。
栅线5的尺寸范围为线宽50μm，相邻两条栅线5的中心之间的间距为5000μm。导电材料的填充厚度为100μm。
实施例4
除以下内容外，其余内容均与实施例1相同。
P1刻线槽6的尺寸范围为线宽50μm，相邻的P1刻线槽6的中心之间的距离为20mm。
P2刻线槽7的尺寸范围为线宽50μm，P2刻线槽7的中心与P1刻线槽6的中心之间的距离为100μm；
P3刻线槽8的尺寸范围为线宽80μm，P3刻线槽8的中心与P2刻线槽7的中心之间的距离为300μm。
栅线5的尺寸范围为线宽20μm，相邻两条栅线5的中心之间的间距为1000μm。导电材料的填充厚度为50μm。
实施例5
除以下内容外，其余内容均与实施例1相同。
P1刻线槽6的尺寸范围为线宽80μm，相邻的P1刻线槽6的中心之间的距离为10mm。
P2刻线槽7的尺寸范围为线宽60μm，P2刻线槽7的中心与P1刻线槽6的中心之间的距离为150μm；
P3刻线槽8的尺寸范围为线宽40μm，P3刻线槽8的中心与P2刻线槽7的中心之间的距离为250μm。
栅线5的尺寸范围为线宽25μm，相邻两条栅线5的中心之间的间距为3000μm。导电材料的填充厚度为80μm。
实施例6
除以下内容外，其余内容均与实施例1相同。
P1刻线槽6的尺寸范围为线宽90μm，相邻的P1刻线槽6的中心之间的距离为25mm。
P2刻线槽7的尺寸范围为线宽80μm，P2刻线槽7的中心与P1刻线槽6的中心之间的距离为18μm；
P3刻线槽8的尺寸范围为线宽80μm，P3刻线槽8的中心与P2刻线槽7的中心之间的距离为270μm。
栅线5的尺寸范围为线宽40μm，相邻两条栅线5的中心之间的间距为400μm。导电材料的填充厚度为60μm。
需要说明的是，导电材料为Au、Ag、Cu、Al、Fe、Ni、Mo、金属合金、石墨烯或导电银浆。底电极2由Au、Ag、Cu、Al、Fe、Ni、Mo、金属合金或石墨烯制备而成；
PN结区膜层3由P型半导体膜层和N型半导体膜层组成；
P型半导体膜层和N型半导体膜层均为半导体材料。
实施例7
基于不同划线的薄膜太阳能电池结构的制备方法，包括如下步骤：
步骤1)如图2所示，在基板1的上表面镀制底电极2，在底电极2上进行P1刻蚀，刻蚀至基板1的上表面，形成P1刻线槽6；
步骤2)在含有P1刻线槽6的底电极2的上表面制备PN结区膜层3，之后在PN结区膜层3上制备TCO层4；
步骤3)在TCO层4上涂覆光刻胶9，部分曝光并显影后，得到栅线槽10；
步骤4)如图4所示，在布设栅线槽10后的TCO层4上表面进行P2刻蚀，刻蚀至底电极2的上表面，形成P2刻线槽7；
步骤5)如图5所示，在含有P2刻线槽7的TCO层4上沉积导电材料，使得栅线槽10和P2刻线槽7内均填充有导电材料，在TCO层4表面形成导电膜11和栅线5；
步骤6)如图6所示，将沉积导电材料后的电极板浸入溶剂中，使光刻胶9及光刻胶9上的导电材料掉落；
步骤7在溶解后的TCO层4表面进行P3刻蚀，刻蚀至底电极2的表面，形成P3刻线槽8，得到基于不同划线的薄膜太阳能电池结构，如图1所示。
实施例8
除以下内容外，其余内容均与实施例7相同。
如图3所示，步骤3)的具体操作为：采用印刷方式，将光刻胶均匀涂覆在芯片的表面。印刷完成后进行烘烤固化。然后将有栅线槽形状的掩膜版覆盖在芯片表面，利用UV光透过掩膜版照射进行部分曝光。最后在显影溶液中进行显影，洗去被曝光部分的光刻胶，形成栅线槽10。
步骤5)的具体操作为：通过蒸发或溅射等镀膜方式，在基板上镀制一层金属膜，即在P2刻槽内和栅线槽10内填充金属。
步骤6)的具体操作为：将基板浸入溶剂中，洗去剩余光刻胶及其上的金属膜，最后剩下平行的具有栅线形状的金属线，即栅线5。
需要说明的是，上述实施例中，制备方法中用的溶剂为DMSO。P2刻线槽7内和栅线槽10内填充的导电材料相同。
综上所述，镀制金属膜层时，P2刻线槽中会填入金属，栅线槽电极会和背电极直接接触，降低了串联电阻。且P2刻线槽内含金属膜层，且和栅线槽相连，在刻划P3时P2槽内的金属栅线槽不易被剥离。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于不同划线的薄膜太阳能电池结构，其特征在于，从下至上依次包括基板(1)、底电极(2)、PN结区膜层(3)和TCO层(4)；
底电极(2)的上表面开设有P1刻线槽(6)，P1刻线槽(6)的底部延伸至基板(1)的上表面；P1刻线槽(6)内填充有PN结区膜层(3)；
TCO层(4)的上表面开设有P2刻线槽(7)和P3刻线槽(8)，P2刻线槽(7)的底部和P3刻线槽(8)的底部均延伸至底电极(2)的上表面；
TCO层(4)的上表面布设有栅线(5)；
P2刻线槽(7)填充有导电材料。
2.根据权利要求1所述的基于不同划线的薄膜太阳能电池结构，其特征在于，P1刻线槽(6)设有若干个；
P1刻线槽(6)的尺寸范围为线宽10～100μm，相邻的P1刻线槽(6)的中心之间的距离为3～30mm。
3.根据权利要求1所述的基于不同划线的薄膜太阳能电池结构，其特征在于，P2刻线槽(7)的尺寸范围为线宽10～100μm，P2刻线槽(7)的中心与P1刻线槽(6)的中心之间的距离为30～300μm；
P3刻线槽(8)的尺寸范围为线宽10～100μm，P3刻线槽(8)的中心与P2刻线槽(7)的中心之间的距离为30～300μm。
4.根据权利要求1所述的基于不同划线的薄膜太阳能电池结构，其特征在于，栅线(5)的尺寸范围为线宽5～50μm，相邻两条栅线(5)的中心之间的间距为300～5000μm。
5.根据权利要求1所述的基于不同划线的薄膜太阳能电池结构，其特征在于，导电材料的填充厚度为1～100μm。
6.根据权利要求1所述的基于不同划线的薄膜太阳能电池结构，其特征在于，导电材料为Au、Ag、Cu、Al、Fe、Ni、Mo、金属合金、石墨烯或导电银浆；栅线(5)由Au、Ag、Cu、Al、Fe、Ni、Mo、金属合金、石墨烯或导电银浆制备而成。
7.根据权利要求1所述的基于不同划线的薄膜太阳能电池结构，其特征在于，底电极(2)由Au、Ag、Cu、Al、Fe、Ni、Mo、金属合金或石墨烯制备而成；
PN结区膜层(3)由P型半导体膜层和N型半导体膜层组成；
P型半导体膜层和N型半导体膜层均为半导体材料。
8.一种权利要求1～7任一项所述基于不同划线的薄膜太阳能电池结构的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1)在基板(1)的上表面镀制底电极(2)，在底电极(2)上进行P1刻蚀，刻蚀至基板(1)的上表面，形成P1刻线槽(6)；
步骤2)在含有P1刻线槽(6)的底电极(2)的上表面制备PN结区膜层(3)，之后在PN结区膜层(3)上制备TCO层(4)；
步骤3)在TCO层(4)上涂覆光刻胶(9)，部分曝光并显影后，得到栅线槽(10)；
步骤4)在布设栅线槽(10)后的TCO层(4)上表面进行P2刻蚀，刻蚀至底电极(2)的上表面，形成P2刻线槽(7)；
步骤5)在含有P2刻线槽(7)的TCO层(4)上沉积导电材料，使得栅线槽(10)和P2刻线槽(7)内均填充有导电材料，在TCO层(4)表面形成导电膜(10)和栅线(5)；
步骤6)将沉积导电材料后的电极板浸入溶剂中，使光刻胶(9)及光刻胶(9)上的导电材料掉落；
步骤7)在溶解后的TCO层(4)表面进行P3刻蚀，刻蚀至底电极(2)的表面，形成P3刻线槽(8)，得到基于不同划线的薄膜太阳能电池结构。
9.根据权利要求8所示的基于不同划线的薄膜太阳能电池结构的制备方法，其特征在于，步骤3)的具体操作为：
将光刻胶(9)均匀涂覆在TCO层(4)，光刻胶(9)的厚度为1～10μm，之后进行印刷；
印刷完成后在70～200℃的温度下进行烘烤固化；
将设定栅线槽形状的掩膜版覆盖在烘烤固化后的TCO层(4)表面，之后用紫外光对光刻胶进行部分曝光，再置于显影溶液中进行显影，得到栅线槽(10)。
10.根据权利要求8所示的基于不同划线的薄膜太阳能电池结构的制备方法，其特征在于，步骤3)中的溶剂为DMSO；
步骤5)中导电材料的沉积是通过蒸发镀膜、溅射镀膜或印刷方式进行的。
Priority Applications (1)
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| CN202110517032.9A CN113130675A (zh) | 2021-05-12 | 2021-05-12 | 一种基于不同划线的薄膜太阳能电池结构及其制备方法 |
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| CN202110517032.9A CN113130675A (zh) | 2021-05-12 | 2021-05-12 | 一种基于不同划线的薄膜太阳能电池结构及其制备方法 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113937191A (zh) * | 2021-12-16 | 2022-01-14 | 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 | 一种器件的制造方法 |
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2021
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