CN115117183B - 异质结电池的加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电池制造技术领域，提供一种异质结电池的加工方法，该方法包括：在基底的工作面依次形成钝化层和传输层；在所述传输层的表面形成透明导电层；在所述透明导电层的表面形成金属种子层；在所述金属种子层的表面形成掩膜，所述掩膜为含硅无机化合物；去除部分所述掩膜，露出部分所述金属种子层，形成电极栅线图形；在所述电极栅线图形处形成电极；去除剩余的所述掩膜；去除所述电极栅线图形外的所述金属种子层。本发明提供的异质结电池的加工方法，通过采用含硅无机化合物掩膜，可以利用含硅无机化合物硬度大、致密性好和针孔少的特性，形成厚度极薄的掩膜，相对于有机膜起到更好的抗腐蚀性，且去除工艺更简单环保。
Description
技术领域
本发明涉及电池制造技术领域，尤其涉及一种异质结电池的加工方法。
背景技术
异质结电池以其结构简单、工艺温度高、转换效率高、温度系数好等优点受到广泛关注。相对成熟的加工工艺中，主要采用丝网印刷低温银浆制备电极，该工艺耗银量大，成本很高。相关技术中，采用电镀铜、锡等金属来替代丝网印刷低温银浆这一步骤，通常是在金属种子层上制备覆盖抗蚀感光干膜、热固性胶膜、UV油墨或抗电镀油墨等掩膜，这种工艺，在制备掩膜时需引入新设备，还需要额外的固化工序，增加了工序、时间及相应成本，且掩膜的清洗去除工序繁杂。
发明内容
本发明提供一种异质结电池的加工方法，用以解决现有技术中掩膜的加工及去除均复杂的缺陷，实现较少的材料损耗。
本发明提供一种异质结电池的加工方法，包括：在基底的工作面依次形成钝化层和传输层；
在所述传输层的表面形成透明导电层；
在所述透明导电层的表面形成金属种子层；
在所述金属种子层的表面形成掩膜，所述掩膜为含硅无机化合物；
去除部分所述掩膜，露出部分所述金属种子层，形成电极栅线图形；
在所述电极栅线图形处形成电极；
去除剩余的所述掩膜；
去除所述电极栅线图形外的所述金属种子层。
根据本发明提供一种的异质结电池的加工方法，所述掩膜为SiNx、SiOx、SiC中的一种或多种。
根据本发明提供一种的异质结电池的加工方法，所述掩膜的厚度为：5纳米-30微米。
根据本发明提供一种的异质结电池的加工方法，所述去除剩余的所述掩膜，包括：
使用HF溶液去除所述掩膜。
根据本发明提供一种的异质结电池的加工方法，所述在所述传输层的表面形成透明导电层，包括：通过PVD设备在所述传输层的表面沉积出透明导电层；
所述在所述透明导电层的表面形成金属种子层，包括：通过同一台所述PVD设备在所述透明导电层的表面沉积出金属种子层；
所述在所述金属种子层的表面形成掩膜，包括：通过同一台所述PVD设备在所述金属种子层的表面沉积出掩膜。
根据本发明提供一种的异质结电池的加工方法，所述去除所述电极栅线图形外的所述金属种子层，包括：
通过湿法腐蚀去除所述电极栅线图形外的所述金属种子层，且反应时间为10秒-1000秒。
根据本发明提供一种的异质结电池的加工方法，所述湿法腐蚀采用的溶液为氢氧化钠溶液、氨水/过氧化氢溶液、过硫酸铵溶液、三氯化铁溶液、磷酸/硝酸溶液中的至少一种。
根据本发明提供一种的异质结电池的加工方法，所述金属种子层为Cu、Sn、Ni、In、Ti、W、Cr、Co、Mo、Al中的至少一种，且厚度为5纳米-200纳米。
根据本发明提供一种的异质结电池的加工方法，所述电极的材料与所述金属种子层的材料相同。
根据本发明提供一种的异质结电池的加工方法，所述电极包括第一层和第二层，所述第一层位于所述金属种子层与所述第二层之间，且所述第一层为Cu，所述第二层为Ag，所述金属种子层为Ni。
本发明提供的异质结电池的加工方法，通过采用含硅无机化合物掩膜，可以利用含硅无机化合物硬度大、致密性好和针孔少的特性，形成厚度极薄的掩膜，相对于有机膜起到更好的抗腐蚀性，且去除工艺更简单环保。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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他的附图。
图1是本发明提供的异质结电池的加工方法的流程示意图；
图2是本发明提供的异质结电池的加工方法得到的异质结电池的结构示意图；
附图标记：
基底210，钝化层220，传输层230，透明导电层240，金属种子层250，电极260。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
下面结合图1至图2描述本发明的异质结电池的加工方法。
如图1所示，本发明的异质结电池的加工方法可以包括：步骤110-步骤180。
步骤110、在基底210的工作面依次形成钝化层220和传输层230；
在该步骤中，基底210可以为硅基底，包括N型硅片或P型硅片等。
在实际加工过程中，可对硅片先进行预处理，以得到该基底210，该预处理可以包括对硅片进行清洗、制绒等处理，且该预处理可针对硅片的双面。
钝化层220形成在传输层230与基底210之间，即先在基底210的工作面形成钝化层220，再在钝化层220背离基底210的表面形成传输层230，基底210为片状，基底210的工作面可以为基底210沿厚度方向相对设置的顶面和底面。
钝化层220位于基底210与传输层230之间，将基底210与传输层230隔离开，钝化层220用于钝化基底210表面的悬挂键，在基底210为硅基底的情况下，钝化层220可以为本征非晶硅。
传输层230与硅基底的导电类型不同，从而使得传输层230与基底210形成异质结，作为异质结电池的发射极。
比如，在基底210为N型硅片的情况下，基底210两侧的传输层230可分别为N型非晶硅和P型非晶硅。
在实际加工过程中，该步骤可以采用化学气相沉积法(ChemicalVaporDeposition，CVD)，在基底210的表面进行钝化层220和传输层230的沉积，或者可以采用等离子体增强化学的气相沉积法(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，PECVD)进行钝化层220和传输层230的沉积。
即顺次在基底210上沉积出钝化层220和传输层230，在加工时，先在PECVD设备的工艺腔内沉积出钝化层220，再沉积出传输层230。在一些实施例中，在沉积出钝化层220后，可先去除杂质气体，再进行传输层230的沉积。
如图2所示，上述钝化层220和传输层230各自均形成在基底210的两面，即基底210的双面均形成有钝化层220，两个钝化层220的表面均形成有传输层230。先对N型硅片进行双面清洗、制绒，然后通过PECVD设备沉积非晶硅作为钝化层220，再在两面分别沉积N型非晶硅和P型非晶硅作为传输层230。
步骤120、在传输层230的表面形成透明导电层240；
在该步骤中，透明导电层240用于辅助进行载流子的传输，有利于更好的收集载流子，以辅助电流传输，降低异质结电池内部的电阻造成的电能损耗。
透明导电层240可以为透明导电氧化物(Transparent Conductive Oxide，TCO)薄膜，该薄膜均具有良好的透光性，且横向导电能力较强。
透明导电层240还包括其他类型的TCO材料，包括但不限于：TIO2:Nb(TNO)、CdO、a-Zn2SnO4(ZTO)、Cd2SnO4(CTO)等。
该透明导电层240可以为单层薄膜结构，也可以为多种薄膜的复合结构。
在实际加工过程中，该步骤可以采用物理气相沉积(Physical VaporDeposition，PVD)进行透明导电层240的沉积，即该步骤可以包括：通过PVD设备在传输层230的表面沉积出透明导电层240。
如图2所示，透明导电层240可沉积在步骤110得到的待加工材料的双面，即两侧的传输层230的表面可均沉积有透明导电层240。
步骤130、在透明导电层240的表面形成金属种子层250；
在该步骤中，在透明导电层240的表面完全覆盖金属种子层250，相当于在透明导电层240的表面镀膜，金属种子层250用于作为电极260生长的基础。
在实际加工过程中，该步骤可以采用物理气相沉积(Physical VaporDeposition，PVD)进行透明导电层240的沉积，即该步骤可以包括：通过PVD设备在透明导电层240的表面沉积出金属种子层250。
该PVD设备可以是磁控溅射式，也可以是蒸发镀式，优选为磁控溅射式。
如图2所示，金属种子层250可沉积在步骤120得到的待加工材料的双面，即两侧的透明导电层240的表面可均沉积有金属种子层250。
金属种子层250为Cu、Sn、Ni、In、Ti、W、Cr、Co、Mo、Al中的至少一种，且金属种子层250的厚度为5纳米-200纳米。
金属种子层250可以为单层结构或多层结构，
比如，金属种子层250可以为单层Cu，或者Ti+Cu的复合层。
步骤140、在金属种子层250的表面形成掩膜，掩膜为含硅无机化合物；
需要说明的是，相关技术中的掩膜均为有机物，如抗电镀油墨、UV油墨、PCB油墨等，有机物掩膜在镀膜后，需要额外的固化工序，增加了工序及时间，成本也增加了，且为了实现有效隔离，有机物掩膜的厚度需设置得较厚，对油墨涂敷的工艺和油墨的配方要求极高，工艺窗口窄，如油墨的可塑性、触变性、流动性、粘弹性等均会极大地影响图形的精度，在后续的清洗工序中，清洗难度也较大。
比如对于UV油墨掩膜，不仅在刻蚀过程中需要激光曝光，对激光功率要求高、利用碱液进行显影等繁琐手段，还需利用额外的碱液去除UV油墨，并且存在树脂等高分子材料，存在难降解的环境隐患。
本发明实施例中，掩膜为含硅无机化合物，含硅无机化合物的硬度大、致密性好、针孔少，除了和高浓度HF反应外，不和其他酸碱发生反应，在电镀过程中，能够以相对较低的厚度实现掩膜作用，相对于有机膜起到更好的抗腐蚀性。
在一些实施例中，掩膜为SiNx、SiOx、SiC中的一种或多种。比如，掩膜为SiNx，或者掩膜为SiNx+SiOx的混合材料。SiNx的稳定性高、硬度大、致密性好、针孔少，可在极小的厚度下实现稳定的隔离。
在一些实施例中，掩膜的厚度为：5纳米-30微米。比如掩膜的厚度为：10纳米或15纳米或20纳米。即该掩膜只要保证成膜即可。
步骤150、去除部分掩膜，露出部分金属种子层250形成电极栅线图形；
在该步骤中，根据拟生长电极260的形状，采用激光或者等离子体刻蚀掩膜形成电极栅线图形，优选为激光刻蚀，露出金属种子层250。
电极栅线图形为凹槽型，槽底为金属种子层250，槽壁为掩膜，电极栅线图形即为生长电极260的基础。
相关技术中，以UV油墨掩膜为例，在刻蚀过程中需要激光曝光，对激光功率要求高、利用碱液进行显影等繁琐手段。
本发明实施例中掩膜为含硅无机化合物，在进行激光刻蚀时，对激光的功率要求低。
步骤160、在电极栅线图形处形成电极260；
在该步骤中，可以通过电镀的方式形成电极260。
通过电镀在电极栅线图形处露出的金属种子层250上镀电极260。电极260可为Cu、Sn、Ni、In、Ti、W、Cr、Co、Mo、Al、Ag等中的一种或几种的组合。
在一些实施例中，电极260的材料与金属种子层250的材料相同。比如，金属种子层250的材料为Cu，则电极260的材料为Cu；金属种子层250的材料为Sn，则电极260的材料为Sn。采用同材料生长电极260，可确保电极260与金属种子层250之间的结合力足够大，防止电极260脱落。
在另一些实施例中，电极260包括第一层和第二层，第一层位于金属种子层250与第二层之间，且第一层为Cu，第二层为Ag，金属种子层250为Ni。
金属种子层250为Ni可与透明导电层240形成良好的接触，同时保证电极260和透明导电层240之间的拉力在合理范围内；位于中间的第一层使用Cu，可降低成本，且Cu的电阻率低，保证电极260横向电阻率保持较低的范围；位于外侧的第二层为Ag，Ag不易氧化和腐蚀，用于保护整个电极260。
当然，还可根据需求设置其他类型的金属组合。
另外，电极260的厚度大于金属种子层250的厚度，电极260的厚度为5微米-50微米，比如电极260的厚度为10微米。电极260厚度可大于金属种子层250厚度的10倍，以在去除金属种子层250时，减少对电极260的影响。
步骤170、去除剩余的掩膜；
在该步骤中，需要去除剩余的掩膜，以露出被覆盖的多余的金属种子层250。
相关技术中，以UV油墨掩膜为例，需利用额外的碱液去除UV油墨掩膜，并且存在树脂等高分子材料，存在难降解的环境隐患。
本发明实施例的掩膜为含硅无机化合物，可以采用强酸性溶液处理，在一些实施例中，去除剩余的掩膜，包括：使用HF溶液去除掩膜。HF对电极260无腐蚀性。且废液后续易进行环保处理。
步骤180、去除电极栅线图形外的金属种子层250。
将电极栅线图形外的金属种子层250去除，即可切断电极260之间的短路。
在一些实施例中，去除电极栅线图形外的金属种子层250，包括：通过湿法腐蚀去除电极栅线图形外的金属种子层250，且反应时间为10秒-1000秒，比如100秒或200秒。
由于电极260的厚度远大于金属种子层250的厚度，去除金属种子层250时，对电极260基本无损伤。
在一些实施例中，湿法腐蚀采用的溶液为氢氧化钠溶液、氨水/过氧化氢溶液、过硫酸铵溶液、三氯化铁溶液、磷酸/硝酸溶液中的至少一种。
根据本发明实施例的异质结电池的加工方法，通过采用含硅无机化合物掩膜，可以利用含硅无机化合物硬度大、致密性好和针孔少的特性，形成厚度极薄的掩膜，相对于有机膜起到更好的抗腐蚀性，且去除工艺更简单环保。
在一些实施例中，在金属种子层250的表面形成掩膜，包括：通过PVD设备在金属种子层250的表面沉积出掩膜。
相关技术中，通过CVD法制备SiNx，这种工艺制得的掩膜含有较高浓度的H，特别是PECVD法，生成的SiNx应力较大，在沉积过程中易损坏，同时在电镀过程中，易与电解液反应而遭到腐蚀，另外CVD沉积SiNx掩膜的膜层厚度均匀性控制难度到，导致成膜不均匀，还可能对电池片边缘产生绕镀，导致掩膜作用减弱。
本发明通过PVD制备SiNx掩膜，相对于CVD方式，膜层均匀性好，膜质高，无边缘SiNx绕镀，能够实现更好的掩膜效果。
如采用PECVD、LPCVD等方式沉积SiNx掩膜，可通过调控PE工艺中的氢含量，沉积含氢量低的SiNx做掩膜。
在一些实施例中，在传输层230的表面形成透明导电层240，包括：通过PVD设备在传输层230的表面沉积出透明导电层240；在透明导电层240的表面形成金属种子层250，包括：通过同一台PVD设备在透明导电层240的表面沉积出金属种子层250；在金属种子层250的表面形成掩膜，包括：通过同一台PVD设备在金属种子层250的表面沉积出掩膜。
换言之，在传输层230的表面形成透明导电层240，以及在透明导电层240的表面形成金属种子层250，以及在金属种子层250的表面形成掩膜，这三道工序为通过同一台PVD设备进行。
由于本发明的掩膜采用无机物，即透明导电层240、金属种子层250和掩膜均为无机物，使用一台PVD设备成为可能，可提高设备利用率，减少工序步骤，同时缩短工序时间。
上述三次PVD工艺可在同一工艺室内进行，该工艺室包括三个工艺腔，这三个工艺腔为相互连通的状态，工艺室的壁面设有分子泵，分子泵位于相邻两工艺腔之间，用于保证各工艺腔的氛围独立。每个工艺腔可均设有上阴极和下阴极，用于镀上表面和下表面的膜，每个工艺腔内的上阴极和下阴极沿水平方向错开设置，且在上阴极和下阴极之间也设有分子泵，以保证同一工艺腔内阴极和下阴极的工作区域的氛围独立。
或者，上述三次PVD工艺可在同个工艺腔内进行，在该实施方式中，该工艺腔在每次完成一次镀膜时，需抽真空，以防止相邻的工序之间有杂质。
当然，步骤120、在传输层230的表面形成透明导电层240，步骤130、在透明导电层240的表面形成金属种子层250和步骤140、在金属种子层250的表面形成掩膜，这三道镀膜工序可各自通过分立的PVD镀膜设备加工。这样可降低对PVD镀膜设备的要求。
下面公开本发明提供的异质结电池的加工方法的一种实施例。
对硅片先进行清洗、制绒等处理，得到基底210；
采用CVD在基底210的双面顺次沉积出钝化层220和传输层230，钝化层220可以为本征非晶硅，基底210两侧的传输层230可分别为N型非晶硅和P型非晶硅；
通过PVD设备在传输层230的表面沉积出透明导电层240；
通过同一台PVD设备在透明导电层240的表面沉积出金属种子层250，
通过同一台PVD设备在金属种子层250的表面形成掩膜，掩膜为含硅无机化合物，比如SiNx，掩膜的厚度为：5纳米-30微米；
采用激光刻蚀掩膜，露出部分金属种子层250，形成电极栅线图形；
通过电镀的方式在电极栅线图形处形成电极260；
使用HF溶液去除剩余的掩膜；
通过湿法腐蚀去除电极栅线图形外的金属种子层250，且反应时间为10秒-1000秒。
根据本发明实施例的异质结电池的加工方法，通过采用SiNx掩膜，掩膜的稳定性高、硬度大、致密性好，针孔少，厚度薄，且去除工艺更简单环保；通过同一台PVD设备形成透明导电层240、金属种子层250和掩膜，可提高设备利用率，减少工序步骤，同时缩短工序时间。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (9)
1.一种异质结电池的加工方法，其特征在于，包括：
在基底的工作面依次形成钝化层和传输层；
在所述传输层的表面形成透明导电层，包括：通过PVD设备在所述传输层的表面沉积出透明导电层；
在所述透明导电层的表面形成金属种子层，包括：通过同一台所述PVD设备在所述透明导电层的表面沉积出金属种子层；
在所述金属种子层的表面形成掩膜，包括：通过同一台所述PVD设备在所述金属种子层的表面沉积出掩膜，所述掩膜为含硅无机化合物；
去除部分所述掩膜，露出部分所述金属种子层，形成电极栅线图形；
在所述电极栅线图形处形成电极；
去除剩余的所述掩膜；
去除所述电极栅线图形外的所述金属种子层；
所述通过PVD设备在所述传输层的表面沉积出透明导电层、所述通过同一台所述PVD设备在所述透明导电层的表面沉积出金属种子层和所述通过同一台所述PVD设备在所述金属种子层的表面沉积出掩膜，三个PVD工艺按以下方式进行：
在同一工艺室内进行，工艺室包括三个工艺腔，这三个工艺腔为相互连通的状态，工艺室的壁面设有分子泵，分子泵位于相邻两工艺腔之间，每个工艺腔均设有上阴极和下阴极，每个工艺腔内的上阴极和下阴极沿水平方向错开设置，且在上阴极和下阴极之间也设有分子泵；
或，在同个工艺腔内进行，工艺腔在每次完成一次镀膜时，抽真空。
2.根据权利要求1所述的异质结电池的加工方法，其特征在于，所述掩膜为SiNx、SiOx、SiC中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的异质结电池的加工方法，其特征在于，所述掩膜的厚度为5纳米-30微米。
4.根据权利要求1所述的异质结电池的加工方法，其特征在于，所述去除剩余的所述掩膜，包括：
使用HF溶液去除剩余的所述掩膜。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的异质结电池的加工方法，其特征在于，所述去除所述电极栅线图形外的所述金属种子层，包括：
通过湿法腐蚀去除所述电极栅线图形外的所述金属种子层，且反应时间为10秒-1000秒。
6.根据权利要求5所述的异质结电池的加工方法，其特征在于，所述湿法腐蚀采用的溶液为氢氧化钠溶液、氨水/过氧化氢溶液、过硫酸铵溶液、三氯化铁溶液、磷酸/硝酸溶液中的至少一种。
7.根据权利要求1-4中任一项所述的异质结电池的加工方法，其特征在于，所述金属种子层为Cu、Sn、Ni、In、Ti、W、Cr、Co、Mo、Al中的至少一种，且厚度为5纳米-200纳米。
8.根据权利要求7所述的异质结电池的加工方法，其特征在于，所述电极的材料与所述金属种子层的材料相同。
9.根据权利要求7所述的异质结电池的加工方法，其特征在于，所述电极包括第一层和第二层，所述第一层位于所述金属种子层与所述第二层之间，且所述第一层为Cu，所述第二层为Ag，所述金属种子层为Ni。
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