一種精細電極晶體矽太陽電池及其製備方法
2023-11-04 07:47:22 2
專利名稱：一種精細電極晶體矽太陽電池及其製備方法
技術領域：
本發明涉及的是太陽電池製備的技術領域，具體涉及的是一種精細電極晶體矽太 陽電池及其製備方法。
背景技術：
提高晶體矽太陽電池光電轉換效率的一個有效途徑之一是降低其電極柵線的寬 度，以減小金屬電極的遮光面積，增加光的入射。目前，晶體矽太陽電池電極的製作一般是 採用絲網印刷的方法進行的，絲網印刷技術製備晶體矽太陽電池的電極具有工藝的簡單、 低成本、高產量和高度自動化等優點。但由於現有金屬電極漿料和絲網印刷工藝自身的限 制，難以將太陽電池金屬電極的柵線做得很精細。絲網印刷的晶體矽太陽電池的金屬電極 的最小尺寸目前在ΙΟΟ-ΙΙΟμπι左右。當要求金屬電極的寬度進一步降低時(例如降低至 100 μ m以下)，將會不可避免地出現由於絲網版堵塞而引起的電極柵線斷裂的現象。為了製備出更為精細的太陽電池金屬電極，以降低金屬電極的遮光面積，提高光 電轉換效率，人們試圖採用其它的方法來製備太陽電池的金屬電極，例如採用光刻、電鍍、 雷射加工等方法，甚至將金屬電極製作在太陽電池的背面。儘管這些方法都製備更精細的 太陽電池金屬電極，降低了金屬電極的遮光面積，但其製作工藝都較為複雜，成本較高，難 以與絲網印刷工藝的簡單、低成本、高產量和高度自動化等特性相比擬。在一塊固體板(尤其是不鏽鋼板)上鏤空出圖案並用於印刷的技術稱為鏤空版 印刷技術，而該帶有鏤空圖案的固體板則稱為鏤空印刷模版(簡稱為鏤空版)。鏤空版印刷 技術可以與現有的絲網印刷設備兼容而具有絲網印刷的工藝簡單、低成本、高產量和高度 自動化等的優點。而且，鏤空印刷模版的鏤空狹縫中沒有像絲網版那樣的不鏽鋼網絲，因而 具有更大的開口比(達到95%以上，而絲網版在40%左右)和更好的脫墨特性，可以印刷 出更精細、更高、更結實的線條。鏤空版印刷(stencil print)技術已經較為廣泛地應用於 集成電路中的表面貼裝技術(surface mount technology，SMT)領域，但並沒有真正應用於 太陽電池製造領域，因為太陽電池電極的精度相比SMT領域要高許多，這大大地增加了鏤 空版的加工難度和加工成本。因此，將鏤空版印刷技術應用於太陽電池的電極製造領域時， 降低鏤空版的加工精度是一個首要的任務。
發明內容
本發明的目的是提供一種精細電極晶體矽太陽電池及其製備方法，它工藝簡單、 低成本、高產量和高度自動化等的優點，又可以製備出比絲網印刷更細、更高、更結實的電 極柵線。為了解決背景技術所存在的問題，本發明是採用以下技術方案它由多條電極柵 線1組成，而其中一條電極柵線則由一組精細的線段2連接而成，兩相鄰柵線段交接處3 的寬度大於其它地方的寬度；它採用鏤空版印刷技術來製備，它的製作方法包括如下步驟 一、矽片表面織構化，二、高溫擴散，三、去除周邊或背面PN結，四、去除磷矽玻璃，五、鍍減
3反射膜，六、絲網印刷背面電極及背面鋁漿料並烘乾，七、鏤空版印刷正面精細銀電極，八、 電極共燒結。所述的鏤空版印刷技術是指在一塊固體板(尤其是不鏽鋼板)上鏤空出電極圖 案並用於電極漿料印刷的技術，而該帶有鏤空圖案的固體板則稱為鏤空印刷模版(簡稱為 鏤空版)，而且該鏤空版是固定在一個的邊框上的，可以與現有絲網印刷設備兼容使用，不 需要增加額外的設備。本發明是利用帶有對應鏤空圖案的鏤空版進行印刷而得到的，一條電極柵線對應 於鏤空版的一條鏤空狹縫，由於一條電極柵線則由一組線段連接而成，因此，鏤空版的一條 鏤空狹縫也是由一組鏤空狹縫線段連接而成的，兩相鄰柵線段交接處則對應於相鄰兩鏤空 狹縫線段交接處形成的橋連。所述的橋連是在相鄰兩段鏤空狹縫的交接處形成的沒有被鏤空的地方。鏤空印刷 模版中的橋連的寬度和長度都是非常很重要的。一方面，橋連的寬度要足夠小，以使得印刷 後在其兩側的電極漿料能夠通過流動而連接在一起，但過小的橋連寬度將會增加鏤空版的 加工難度，因此，在保證橋連兩側的電極漿料能夠連接在一起的前提下，橋連的寬度越大越 有利於降低鏤空版的加工難度和加工成本。另一方面，橋連的長度對於橋連兩側電極漿料 的連接有一定的影響，如果橋連的長度增加，則其兩側電極漿料連接在一起的機會將大大 增加。此時，如果適當的增加橋連的寬度，仍然可以保證其兩側的電極漿料能夠連接在一 起。以現有的電極漿料為例，為了保證印刷後橋連兩側的電極漿料能夠連接在一起，如果橋 連的長度只有幾十到一百微米左右，那麼，橋連的寬度需要和現有的絲網印刷模版的不鏽 鋼絲的線徑大約相當，即20微米左右；但如果橋連的長度增加到1毫米，則橋連的寬度可以 增加至40微米左右。所述的電極柵線1的寬度和條數、柵線線段2的寬度和條數、以及兩相鄰柵線段交 接處3的寬度和條數可以根據需要進行調整和變動。所述的矽片表面織構化是指採用酸、鹼等溼法腐蝕或者等離子體刻蝕、反應離子 刻蝕等幹法刻蝕的方法在矽片表面腐蝕出微小的金字塔或凹坑結構，以增加矽片表面的粗 糙度，降低矽片表面的光發射。所述的高溫擴散是指在擴散爐中進行高溫磷擴散(對P型矽片)以形成PN結。所述的去除周邊或背面PN結是指採用酸、鹼等溼法腐蝕或者等離子體刻蝕、反應 離子刻蝕等幹法刻蝕的方法將擴散中在矽片周邊或背面的PN結去除掉。所述的鍍減反射膜是指採用等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)的方法在矽片 表面沉積氮化矽減反射膜，或者先採用高溫熱氧化的方法在矽片表面生長一層二氧化矽 薄膜，然後再採用常壓化學氣相沉積(APCVD)的方法再在二氧化矽層上沉積二氧化鈦薄膜 層，或者是一層二氧化矽薄膜層加上一層氮化矽薄膜層，還可以再生長第三層其它材料的 薄膜層(如氟化鎂等)。本發明相比雷射加工、光刻、電鍍等方法具有絲網印刷的工藝簡單、低成本、高產 量和高度自動化等的優點。而相比絲網印刷方法，因為鏤空印刷模版的鏤空狹縫中沒有像 絲網版那樣的不鏽鋼網絲，具有更大的開口比和更好的脫墨特性，所以，該方法可以製備出 更細、更高、更結實的電極柵線。
圖1是本發明的結構示意圖。
具體實施例方式參看圖1-2，本具體實施方式
是採用以下技術方案它由多條電極柵線1組成，而 其中一條電極柵線則由一組精細的線段2連接而成，兩相鄰柵線段交接處3的寬度大於其 它地方的寬度；它採用鏤空版印刷技術來製備，它的製作方法包括如下步驟一、矽片表面 織構化，二、高溫擴散，三、去除周邊或背面PN結，四、去除磷矽玻璃，五、鍍減反射膜，六、絲 網印刷背面電極及背面鋁漿料並烘乾，七、鏤空版印刷正面精細銀電極，八、電極共燒結。所述的鏤空版印刷技術是指在一塊固體板(尤其是不鏽鋼板)上鏤空出電極圖案 並用於電極漿料印刷的技術，而該帶有鏤空圖案的固體板則稱為鏤空印刷模版(簡稱為鏤 空版)，而且該鏤空版是固定在一個的邊框上的，可以與現有絲網印刷設備兼容使用，不需 要增加額外的設備。本具體實施方式
是利用帶有對應鏤空圖案的鏤空版進行印刷而得到的，一條電極 柵線對應於鏤空版的一條鏤空狹縫，由於一條電極柵線則由一組線段連接而成，因此，鏤空 版的一條鏤空狹縫也是由一組鏤空狹縫線段連接而成的，兩相鄰柵線段交接處則對應於相 鄰兩鏤空狹縫線段交接處形成的橋連。所述的橋連是在相鄰兩段鏤空狹縫的交接處形成的沒有被鏤空的地方。鏤空印刷 模版中的橋連的寬度和長度都是非常很重要的。一方面，橋連的寬度要足夠小，以使得印刷 後在其兩側的電極漿料能夠通過流動而連接在一起，但過小的橋連寬度將會增加鏤空版的 加工難度，因此，在保證橋連兩側的電極漿料能夠連接在一起的前提下，橋連的寬度越大越 有利於降低鏤空版的加工難度和加工成本。另一方面，橋連的長度對於橋連兩側電極漿料 的連接有一定的影響，如果橋連的長度增加，則其兩側電極漿料連接在一起的機會將大大 增加。此時，如果適當的增加橋連的寬度，仍然可以保證其兩側的電極漿料能夠連接在一 起。以現有的電極漿料為例，為了保證印刷後橋連兩側的電極漿料能夠連接在一起，如果橋 連的長度只有幾十到一百微米左右，那麼，橋連的寬度需要和現有的絲網印刷模版的不鏽 鋼絲的線徑大約相當，即20微米左右；但如果橋連的長度增加到1毫米，則橋連的寬度可以 增加至40微米左右。所述的電極柵線1的寬度和條數、柵線線段2的寬度和條數、以及兩相鄰柵線段交 接處3的寬度和條數可以根據需要進行調整和變動。本具體實施方式
採用的詳細步驟如下一、將面積為125mmX 125mm、厚度約為200微米的P型單晶矽片放入氫氧化鈉、矽 酸鈉、異丙醇和去離子水組成的溶液中進行腐蝕，獲得表面一致、金字塔大小均勻的絨面矽 片，實現矽片表面織構化，以獲得降低的光反射率，然後將矽片清洗乾淨。二、將矽片放入擴散爐中，並利用氮氣攜帶液態POCl3進入擴散爐中對矽片進行高 溫擴散，擴散溫度為840°C，時間為30分鐘，擴散後獲得的方塊電阻約為75歐姆左右。三、將擴散後的矽片放入刻蝕機中，利用四氟化碳和氧氣混合氣體的等離子體刻 蝕的方法去除掉矽片周邊的PN結。四、利用氫氟酸溶液將矽片表面形成的磷矽玻璃去除掉。
五、利用等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)的方法在矽片表面沉積上一層氮化 矽減反射及鈍化膜。六、利用絲網印刷的方法在矽片背表面印刷上銀鋁漿料並烘乾，以作為背電極使 用，然後在矽片背面其它區域絲網印刷上鋁漿料並烘乾，以用作背面鋁背場。七、利用鏤空版在矽片正表面印刷上銀電極漿料，所獲得的正面電極共有兩條電 極主柵線和85條電極副柵線1。而其中一條電極柵線則由一組精細的線段2連接而成，兩 相鄰柵線段交接處3的寬度大於其它地方的寬度，如附圖1所示，而所使用的鏤空版的對於 圖案如附圖2所示。八、將矽片放入高溫燒結爐中進行高溫燒結，使得金屬電極漿料固化，並與矽片形 成合金和歐姆接觸，獲得精細電極晶體矽太陽電池。本具體實施方式
具有以下有益效果一、它是採用鏤空版印刷的方法製備的，而且該鏤空版是固定在一個的邊框上的， 可以與現有絲網印刷設備兼容使用而具有絲網印刷的特性，相比雷射加工、光刻、電鍍等方 法，具有工藝簡單、低成本、高產量和高度自動化等的優點。二、它是採用鏤空版印刷的方法製備的，因為開口狹縫中沒有像絲網版那樣的不 鏽鋼網絲，因而具有更大的開口比(達到95%以上，而絲網版在40%左右)和更好的脫墨 特性，相比傳統的絲網印刷，可以印刷出更細、更高、更結實的晶體矽太陽電池電極柵線，從 而減小太陽電池正面電極的遮光面積，提高光電轉換效率。三、它的電極採用了兩相鄰線段相交疊連接的特殊設計，可以降低電極對鏤空版 的精度要求，從而降低鏤空版的加工難度和成本。
權利要求
一種精細電極晶體矽太陽電池及其製備方法，其特徵在於它由多條電極柵線(1)組成，而其中一條電極柵線則由一組精細的線段(2)連接而成，兩相鄰柵線段交接處(3)的寬度大於其它地方的寬度。
2.根據權利要求1所述的一種精細電極晶體矽太陽電池及其製備方法，其特徵在於它 的製作步驟一、矽片表面織構化，二、高溫擴散，三、去除周邊或背面PN結，四、去除磷矽玻 璃，五、鍍減反射膜，六、絲網印刷背面電極及背面鋁漿料並烘乾，七、鏤空版印刷正面精細 銀電極，八、電極共燒結。
3.根據權利要求1所述的一種精細電極晶體矽太陽電池及其製備方法，其特徵在於所 述的太陽電池的特殊設計的電極是利用帶有對應鏤空圖案的鏤空版進行印刷而得到的。
4.根據權利要求2所述的一種精細電極晶體矽太陽電池及其製備方法，其特徵在於所 述的高溫擴散是指在擴散爐中進行高溫磷擴散以形成PN結。全文摘要
一種精細電極晶體矽太陽電池及其製備方法，它涉及的是太陽電池製備的技術領域，具體涉及的是一種精細電極晶體矽太陽電池及其製備方法。它由多條電極柵線(1)組成，而其中一條電極柵線則由一組精細的線段(2)連接而成，兩相鄰柵線段交接處(3)的寬度大於其它地方的寬度。它工藝簡單、低成本、高產量和高度自動化等的優點，又可以製備出比絲網印刷更細、更高、更結實的電極柵線。
文檔編號H01L31/0224GK101894872SQ20091026450
公開日2010年11月24日 申請日期2009年12月25日 優先權日2009年12月25日
發明者屈盛 申請人:歐貝黎新能源科技股份有限公司