CN113380917A - 一种栅线制备方法、异质结电池的制备方法和异质结电池 - Google Patents

一种栅线制备方法、异质结电池的制备方法和异质结电池 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种栅线制备方法、异质结电池的制备方法和异质结电池，属于太阳能电池生产方法的技术领域。所述栅线制备方法包括在硅衬底的至少一侧上制备透明导电薄膜；在所述透明导电薄膜上制备具备自钝化性能的金属导电掩膜；使得所述金属导电掩膜氧化以生成钝化氧化层；在所述钝化氧化层上制备铜种子层；以及在所述铜种子层上形成铜栅线。通过本申请的处理方案，有效抑制了金属铜向硅衬底的扩散，减少了电池内部缺陷的生成，并且由于未使用有机负像掩膜，所以大大降低有机废水的处理成本。

Description

一种栅线制备方法、异质结电池的制备方法和异质结电池
技术领域
本申请涉及太阳能电池加工工艺技术领域，尤其涉及一种栅线制备方法、异质结电池的制备方法和异质结电池。
背景技术
在太阳能电池加工工艺技术领域，栅线大多采用银浆制成，但是银浆成本高昂，导致太阳能电池的成本居高不下。为了降本，逐渐出现了采用铜线制成栅线的方法。现有的铜电镀过程一般如下：在镀完透明导电薄膜后的硅衬底上，再镀上一层薄的铜种子层，然后在铜种子层上制备有机负像掩膜，再将其置于电镀槽中沉积金属铜，最后通过化学方法去掉有机负像掩膜和铜种子层。
现有技术中由，于使用了有机负像掩膜，去除废水处理会带来高昂的废水处理成本，并且，由于有机负像掩膜与铜种子层接触，致使电镀铜表面无法继续形成镀膜层，在组件封装过程后长期与组件封装材料乙烯-醋酸乙烯共聚物EVA释放的乙酸接触，最终导致EVA变色，铜也会通过扩散进入到硅衬底中(尤其是在边缘没有镀透明导电薄膜的部位)，铜在硅衬底中会形成各种缺陷，如，短路电压或电流降低，造成太阳能电池使用效率降低。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种栅线制备方法、异质结电池的制备方法和异质结电池，至少部分解决了使用有机负像掩膜带来的有机污染废水处理成本高、电池使用效率降低的问题。
第一方面，本发明提供了一种栅线制备方法，所述方法包括：
在硅衬底的至少一侧上制备透明导电薄膜；
在所述透明导电薄膜上制备具备自钝化性能的金属导电掩膜；
使得所述金属导电掩膜氧化以生成钝化氧化层；
在所述钝化氧化层上制备铜种子层；以及
在所述铜种子层上形成铜栅线。
第二方面，提供了一种栅线制备方法，所述方法包括：
在硅衬底的至少一侧上制备透明导电薄膜；
在所述透明导电薄膜上制备金属导电掩膜；
在所述金属导电掩膜上制备钝化氧化层；
在所述钝化氧化层上制备铜种子层；以及
在所述铜种子层上形成铜栅线。
根据本发明的一个具体实施例，所述具备自钝化性能的金属导电掩膜为钛金属导电掩膜、铝金属导电掩膜或者铝钛合金导电掩膜；并且，使得所述金属导电掩膜氧化以生成钝化氧化层的步骤，包括：将所述金属导电掩膜暴露于空气或氧气氛围中预定时间。
根据本发明的一个具体实施例，在所述透明导电薄膜上制备具备自钝化性能的金属导电掩膜的步骤，包括：通过物理气相沉积的方式在所述透明导电薄膜上沉积所述具备自钝化性能的金属导电掩膜。
根据本发明的一个具体实施例，在所述钝化氧化层上制备铜种子层的步骤，包括:在所述钝化氧化层上通过丝网印刷或者喷墨的方式制备所述铜种子层，其中所述铜种子层的形状与预设栅线的形状对应。
根据本发明的一个具体实施例，在所述铜种子层上形成铜栅线的步骤之后，所述方法还包括：去除未覆盖所述铜种子层和所述铜栅线的所述钝化氧化层和所述金属导电掩膜，去除方式包括蚀刻。
第三方面，提供了一种异质结电池的制备方法，该方法利用以上任一项所述的栅线制备方法制备所述异质结电池的铜栅线。
根据本发明的一个具体实施例，在所述铜种子层上形成铜栅线的步骤之后，所述方法还包括：在所述铜栅线表面补镀金属覆盖层，所述金属覆盖层采用原子间空隙比铜原子空隙小的金属形成。
第四方面，本发明提供了一种异质结电池，所述异质结电池包括：
硅衬底；
非晶硅层，所述非晶硅层被设置于所述硅衬底的至少一侧；
透明导电薄膜，所述透明导电薄膜设置于所述非晶硅层的远离所述硅衬底的一侧；
金属导电掩膜，所述金属导电掩膜设置于所述透明导电薄膜远离所述硅衬底的一侧；
钝化氧化层，所述钝化氧化层设置于所述金属导电掩膜远离所述硅衬底的一侧；
铜种子层，所述铜种子层设置于所述钝化氧化层远离所述硅衬底的一侧；以及
铜栅线，所述铜栅线被沉积于所述铜种子层远离所述硅衬底的一侧铜栅线。
根据本发明的一个具体实施例，所述异质结电池还包括：
金属覆盖层，所述金属覆盖层设置于所述铜栅线远离所述硅衬底的一侧。
根据本发明的一个具体实施例，所述铜栅线包括平行设置的多组，每组所述铜栅线包括主栅线以及与所述主栅线垂直、且间隔设置的多条副栅线。
有益效果
本技术方案中利用了钝化层上铜种子层的局部电镀性，由于铜种子层附近金属掩膜生成了自钝化氧化层，所以在铜电镀的过程中，其表面的电镀非常微弱，完全可以忽略不计，可以认为电镀过程仅仅只发生在铜种子层上，这样电镀的铜表面就可以继续补镀金属覆盖层，使其免于对EVA的影响。同时由于铜种子层下面自钝化金属的存在，有效抑制了铜向硅衬底的扩散，减少了电池内部缺陷的生成。并且本技术方案中并未使用有机负像掩膜，所以大大减少了有机废水的处理成本。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为现有技术中铜栅线结构的示意图；
图2为本发明实施例的铜栅线制备方法的流程图；并且
图3为本发明实施例的异质结电池的结构示意图；
其中：
1、硅衬底；2、透明导电层；3、铜种子层；4、有机负像掩膜；5、铜栅线；6、金属导电掩膜。
具体实施方式
下面结合附图对本申请实施例进行详细描述。
以下通过特定的具体实例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本申请，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。
还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本申请的基本构想，图式中仅显示与本申请中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。
首先，参考图1，描述现有技术的铜电镀结构的示意图。在图1中，附图标记1指示硅衬底，附图标记2指示透明导电层，附图标记3指示铜种子层，附图标记4指示有机负像掩膜，并且附图标记5指示铜栅线。应当理解，虽然在图1中未示出非晶硅层，但是诸如异质结电池之类的太阳能电池在硅衬底1和透明导电层2之间还包括非晶硅层，非晶硅层一般由非晶硅薄膜和本征非晶硅膜构成。
在现有的铜电镀技术中，一般在硅衬底1上镀完透明导电薄膜2后，通过物理气相沉积的方式再镀上一层薄的铜种子层3，然后在铜种子层3上制备指定栅线形状的有机负像掩膜4，再将其置于电镀槽中沉积铜栅线5，最后通过化学方法去掉有机负像掩膜4并刻蚀掉铜种子层3。
如上所述，通过这种方法制备铜电镀结构的技术中，有机负像掩膜4的去除中废水处理会带来高昂的废水处理成本。同时，由于有机负像掩膜4与铜种子层3接触，致使电镀铜表面无法继续补镀金属覆盖层，在组件封装过程后长期与组件封装材料EVA释放的乙酸接触，最终导致EVA变色；并且铜也会通过扩散进入到硅衬底中，在硅衬底中会形成各种缺陷，造成太阳能电池效率降低。
有鉴于此，本发明中的栅线制备方法避免使用有机负像掩膜，降低有机污染废水处理成本。另外通过独有的种子层结构化构造方式，使得铜栅线表面都能继续沉积金属覆盖层，对铜栅线进行保护；同时阻止铜栅线向硅衬底的扩散，以免在太阳能电池内部形成过多缺陷。
接下来，参考图2，并结合图3，具体描述本发明的电池栅线的制备方法，所述方法包括：
S201:在硅衬底1的至少一侧上制备透明导电薄膜2。
其中，硅衬底1例如可以是不含任何杂质的硅材料，并且透明导电薄膜2是既能导电又在可见光范围内具有高透明率的薄膜，主要有金属膜系、氧化物膜系、其他化合物膜系、高分子膜系、复合膜系等。例如，透明导电薄膜2可以为ITO(锡掺杂三氧化铟)、AZO(铝掺杂氧化锌)等。在本发明中，可以在硅衬底1的一侧上制备透明导电薄膜2。
可替代地，可以在硅衬底1的两侧均制备透明导电薄膜2。
此外，应当注意，在实际制备诸如异质结电池之类的太阳能电池过程中，在硅衬底1的至少一侧上制备透明导电薄膜2之前，还需要在硅衬底1的至少一侧制备由非晶硅薄膜和本征非晶硅膜构成的非晶硅层。具体地，在硅衬底1的正面，依次沉积本征富氢非晶硅膜和P型非晶硅薄膜，并且在硅衬底1的背面，依次沉积本征非晶硅膜和N型非晶硅薄膜。
S202:在所述透明导电薄膜2上制备具备自钝化性能的金属导电掩膜6。
具体地，可以通过物理气相沉积的方式在所述透明导电薄膜2上沉积至少一层具备自钝化性能的金属导电掩膜6。金属导电掩膜6例如可以是钛、铝或钛和铝的合金。金属导电掩膜6的材料不限于此，也可以使用其他的金属材料，只要这种导电掩膜具备自钝化的性能即可。术语“自钝化”是指金属表面状态变化所引起的金属电化学行为使它具有贵金属的某些特征(低的腐蚀速率、正的电极电势)的过程，若这种变化因金属与介质自然作用产生，称为自钝化。
S203:使得所述金属导电掩膜6氧化以生成钝化氧化层。
具体地，可以将金属导电掩膜6暴露于空气、氧气或其他氧化性氛围中足够长时间，使得其表面氧化，生长出钝化氧化层。
应当注意，在以上的步骤S202和S203中，通过具备自钝化性能的金属导电掩膜6的氧化来获得钝化氧化层，但是本发明不限于此。根据一个具体的实施例，可以在透明导电薄膜2上制备金属导电掩膜6之后，再于所述金属导电掩膜6上制备钝化氧化层(图3中未标识)。在这种情况下，可以不要求金属导电掩膜6具备自钝化的性能，而使用单独的钝化氧化层来实现使得金属导电掩膜6氧化生成钝化氧化层的效果。
S204:在所述钝化氧化层上制备铜种子层3。
具体地，待钝化氧化层生长完全后，可以通过丝网印刷或者喷墨的方式在所述钝化氧化层上引入至少一层铜种子层3。在本发明中，铜种子层3的形状与预设栅线的形状对应，换句话说，通过设置铜种子层3的形状来确定栅线的形状。
S205:在所述铜种子层3上形成铜栅线5。
具体地，可以采用传统电镀方式于铜种子层3上电镀铜栅线5。例如，可以在将其置于电镀槽中，并沉积铜栅线5。
本发明的技术方案在镀完透明导电薄膜2后的硅衬底1上，先通过诸如物理气相沉积的方式镀一层具备自钝化性能的金属导电掩膜6，金属导电掩膜6被暴露于空气或氧气氛围足够时间，使得其表面的钝化氧化层生长完全，再在其上面通过丝网印刷或者喷墨的方式引入一层指定栅线形状的薄的铜种子层3，然后将其置于电镀槽中沉积铜栅线5。在本发明的实施例中，金属导电掩膜6被暴露于空气或氧气氛围中的时间视金属导电掩膜6的种类而定，只要金属导电掩膜6被暴露于空气或氧气氛围中的时间使得其表面的钝化氧化层生长完全即可。
本发明的技术方案中利用了钝化氧化层上铜种子层3的局部电镀性，由于铜种子层3附近未被铜种子层3附着的金属导电掩膜6生成了自钝化氧化层，所以在铜电镀的过程中，其表面的电镀非常微弱，完全可以忽略不计，可以认为电镀过程仅仅只发生在铜种子层3上，这样电镀的铜表面就可以继续补镀金属覆盖层。同时由于铜种子层3下面自钝化氧化层的存在，有效抑制了金属铜向硅衬底1的扩散，减少了电池内部缺陷的生成。并且本技术方案中并未使用有机负像掩膜，所以大大降低电池生产过程中有机废水的处理成本。
根据本发明的一个具体实施例，具备自钝化性能的金属导电掩膜6可以为钛金属导电掩膜、铝金属导电掩膜、铝钛合金导电掩膜或者其他金属的导电掩膜，只要这种掩膜具备自钝化性能即可。另外，可以将所述金属导电掩膜6暴露于空气、氧气或其他氧化性气体氛围中预定时间，来使得所述金属导电掩膜6氧化以生成钝化氧化层。对于在氧化性气体氛围中放置的时间，可以根据金属导电掩膜6的种类而定，在此不做限定。
根据本发明的一个具体实施例，可以通过物理气相沉积的方式在所述透明导电薄膜2上沉积所述具备自钝化性能的金属导电掩膜6，并且可以通过丝网印刷或者喷墨的方式在所述钝化氧化层上制备铜种子层3。应当理解，沉积所述具备自钝化性能的金属导电掩膜6的方式以及在所述钝化氧化层上制备铜种子层3的方式不限于此，而是可以采取其他任何合适的方式。
根据本发明的一个具体实施例，在所述铜种子层3上形成铜栅线5之后，还需要蚀刻掉所述金属导电掩膜6，以暴露所述透明导电薄膜2，如此能够增加太阳能电池的透光性，能对入射光进行光伏转换。具体地，可以通过蚀刻的方式去除未覆盖所述铜种子层3和所述铜栅线5的所述钝化氧化层和所述金属导电掩膜6，如此光能够直接照射所述透明导电薄膜2，进而激发位于其内部的非晶硅层(本征富氢非晶硅膜和P型非晶硅薄膜/本征非晶硅膜和N型非晶硅薄膜)和硅衬底1。
可替代地，可以在所述铜种子层3上形成铜栅线5之后，在所述铜栅线5表面补镀金属覆盖层(图3未示出)，所述金属覆盖层采用原子间空隙比铜原子空隙小的金属形成，金属覆盖层例如可以为：镍层、锡层、镍锡合金层。如此能够防止采用该太阳能电池构成电池组件后，在完成电池组件封装过程后长期与组件封装材料EVA释放的乙酸接触，最终导致EVA变色。也就是说，在所述铜栅线5表面补镀金属覆盖层之后，还可以在所述金属覆盖层上设置乙烯-醋酸乙烯共聚物EVA层，以对电池进行封装。
应当理解，所述铜栅线包括平行设置的多组，每组所述铜栅线包括主栅线以及与所述主栅线垂直、且间隔设置的多条副栅线。通过铜栅线，实现太阳能电池产生的电流的收集。
应当理解，可以省略在所述铜栅线5表面补镀金属覆盖层以及在所述金属覆盖层上设置乙烯-醋酸乙烯共聚物EVA层的步骤而不影响本发明，并且蚀刻所述金属导电掩膜6的步骤和在所述铜栅线5表面补镀金属覆盖层的步骤可以替换顺序，其顺序在此不做限定。
以上，参考图2描述了根据本发明的实施例的电池栅线的制备方法，本发明还涉及一种异质结电池的制备方法，在制备所述异质结电池过程中，采用如上参考图2的方法来制备所述异质结电池的铜栅线。
另外，根据本发明实施例的一种具体实现方式，在所述铜种子层上形成铜栅线的步骤之后，所述方法还包括在所述铜栅线表面补镀金属覆盖层。
如此获得的异质结电池有效抑制了金属铜向硅衬底1的扩散，减少了电池内部缺陷的生成。并且本技术方案中并未使用有机负像掩膜，所以大大减少了有机废水的处理成本。
接下来，参考图3，描述根据本发明的一种异质结电池结构。
根据本发明的异质结电池包括硅衬底1、非晶硅层(图3未示出)、透明导电薄膜2、金属导电掩膜6、钝化氧化层(图3未示出)、铜种子层3和铜栅线5。在硅衬底1的正面，非晶硅层包括依次沉积的本征富氢非晶硅膜和P型非晶硅薄膜，并且在硅衬底1的背面，非晶硅层包括依次沉积的本征非晶硅膜和N型非晶硅薄膜。
在本发明中，所述非晶硅层被设置于所述硅衬底1的至少一侧，所述透明导电薄膜2设置于所述非晶硅层的远离所述硅衬底1的一侧，所述金属导电掩膜6设置于所述透明导电薄膜2远离所述硅衬底1的一侧，所述钝化氧化层设置于所述金属导电掩膜远离所述硅衬底1的一侧，所述铜种子层3设置于所述钝化氧化层远离所述硅衬底1的一侧，并且铜栅线5被沉积于所述铜种子层3远离所述硅衬底的一侧。
根据本发明的异质结电池的结构及其各个部件的制备工艺与参照以上图2描述的步骤相同，在此不再做赘述。
根据本发明的一个具体实施例，所述异质结电池还包括金属覆盖层，所述金属覆盖层被设置于所述铜栅线5上。此外，在所述异质结电池构成电池组件时，在电池的两侧还分别设置封装层、白玻璃等，所述封装层被设置于所述金属覆盖层上，封装层例如可以由EVA制成。如此，在质结电池制备过程中提前形成的金属覆盖层，能够防止在电池组件封装过程后长期与组件封装材料EVA释放的乙酸接触，最终导致EVA变色。
根据本发明的异质结电池在电镀的铜表面可以继续补镀金属覆盖层，使其免于对EVA的影响。同时由于铜种子层3下面自钝化氧化层的存在，有效抑制了金属铜向硅衬底1的扩散，减少了电池内部缺陷的生成。并且本技术方案中并未使用有机负像掩膜，所以大大降低有机废水的处理成本。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种栅线制备方法，其特征在于，所述方法包括：
在硅衬底的至少一侧上制备透明导电薄膜；
在所述透明导电薄膜上制备具备自钝化性能的金属导电掩膜；
使得所述金属导电掩膜氧化以生成钝化氧化层；
在所述钝化氧化层上制备铜种子层；以及
在所述铜种子层上形成铜栅线。
2.根据权利要求1所述的栅线制备方法，其特征在于，所述具备自钝化性能的金属导电掩膜为钛金属导电掩膜、铝金属导电掩膜或者铝钛合金导电掩膜；并且，使得所述金属导电掩膜氧化以生成钝化氧化层的步骤，包括：将所述金属导电掩膜暴露于空气或氧气氛围中预定时间。
3.根据权利要求1所述的栅线制备方法，其特征在于，在所述透明导电薄膜上制备具备自钝化性能的金属导电掩膜的步骤，包括：通过物理气相沉积的方式在所述透明导电薄膜上沉积所述具备自钝化性能的金属导电掩膜。
4.根据权利要求1所述的栅线制备方法，其特征在于，在所述钝化氧化层上制备铜种子层的步骤，包括:在所述钝化氧化层上通过丝网印刷或者喷墨的方式制备所述铜种子层，其中所述铜种子层的形状与预设栅线的形状对应。
5.根据权利要求1-4任一项所述的栅线制备方法，其特征在于，在所述铜种子层上形成铜栅线的步骤之后，所述方法还包括：去除未覆盖所述铜种子层和所述铜栅线的所述钝化氧化层和所述金属导电掩膜，去除方式包括蚀刻。
6.一种异质结电池的制备方法，其特征在于，利用权利要求1-5中任一项所述的栅线制备方法制备所述异质结电池的铜栅线。
7.根据权利要求6所述的异质结电池的制备方法，其特征在于，在所述铜种子层上形成铜栅线的步骤之后，所述方法还包括：在所述铜栅线表面补镀金属覆盖层，所述金属覆盖层采用原子间空隙比铜原子空隙小的金属形成。
8.一种异质结电池，其特征在于，所述异质结电池包括：
硅衬底；
非晶硅层，所述非晶硅层被设置于所述硅衬底的至少一侧；
透明导电薄膜，所述透明导电薄膜设置于所述非晶硅层的远离所述硅衬底的一侧；
金属导电掩膜，所述金属导电掩膜设置于所述透明导电薄膜远离所述硅衬底的一侧；
钝化氧化层，所述钝化氧化层设置于所述金属导电掩膜远离所述硅衬底的一侧；
铜种子层，所述铜种子层设置于所述钝化氧化层远离所述硅衬底的一侧；以及
铜栅线，所述铜栅线被沉积于所述铜种子层远离所述硅衬底的一侧铜栅线。
9.根据权利要求8所述的异质结电池，其特征在于，所述异质结电池还包括：
金属覆盖层，所述金属覆盖层设置于所述铜栅线远离所述硅衬底的一侧。
10.根据权利要求8或9所述的异质结电池，其特征在于，所述铜栅线包括平行设置的多组，每组所述铜栅线包括主栅线以及与所述主栅线垂直、且间隔设置的多条副栅线。
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