專利名稱：一種太陽(yáng)能電池制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽(yáng)能電池制作方法。
背景技術(shù)：
隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，能耗激增，煤和石油的貯量日益減少，人們急需開拓太陽(yáng)能 的應(yīng)用領(lǐng)域。太陽(yáng)能電池即是近年來(lái)開發(fā)的以太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能的產(chǎn)品，太陽(yáng)能電池用途 廣泛，目前主要用于高原、海島、牧區(qū)、邊防哨所等邊遠(yuǎn)無(wú)電地區(qū)生活用電以及交通通訊/ 通信、石油、海洋、氣象等領(lǐng)域、無(wú)人值守微波中繼站、光纜維護(hù)站、廣播/通訊/尋呼電源系 統(tǒng)的室外或野外各種照明及設(shè)施和設(shè)備的用電。還可建立10KW-50麗獨(dú)立光伏電站、風(fēng)光 (柴)互補(bǔ)電站、各種大型停車場(chǎng)充電站等。將太陽(yáng)能電池與建筑材料相結(jié)合，使大型建筑 實(shí)現(xiàn)電力自給，將是未來(lái)一大發(fā)展方向。目前。美國(guó)、歐洲各國(guó)，特別是德國(guó)、日本及印度等 國(guó)已在大力發(fā)展太陽(yáng)能建筑，實(shí)施"十萬(wàn)屋頂"、"百萬(wàn)屋頂"等計(jì)劃。 太陽(yáng)能電池以表面有絨面的P型硅晶體為基體材料，基體的正面覆有藍(lán)色減反射 膜，設(shè)置負(fù)電極，基體的背面覆有鋁層，設(shè)置正電極。 晶硅太陽(yáng)能電池的制作包含硅片化學(xué)法清洗制絨、高溫?cái)U(kuò)散法制備PN結(jié)、等離子 體化學(xué)氣相沉積法制備減反射膜、印刷導(dǎo)電漿料、燒結(jié)實(shí)現(xiàn)銀與硅，鋁與硅的歐姆接觸制備 正負(fù)電極等步驟。 其中電極的形成目前多采用絲網(wǎng)印刷導(dǎo)電銀漿，再通過(guò)燒結(jié)實(shí)現(xiàn)銀與硅的歐姆接 觸。采用曝光顯影的方法在網(wǎng)版的感光膠層上制成所需圖形，印刷時(shí)，利用絲網(wǎng)受壓力之 后，發(fā)生一定量的形變以及彈動(dòng)，將網(wǎng)版上的漿料通過(guò)圖形上的通孔彈到下層放置的硅片 表面上。而絲網(wǎng)印刷網(wǎng)版的材料是絲網(wǎng)和感光膠層，不僅在曝光顯影中會(huì)導(dǎo)致圖形產(chǎn)生一 定的形變，而且印刷時(shí)的彈動(dòng)又會(huì)產(chǎn)生一定量的形變，最終在硅片上得到的圖形精度較差。 而且，隨著印刷次數(shù)的增加，絲網(wǎng)變得松弛，產(chǎn)生的形變不斷增大，最終導(dǎo)致硅片上的圖形 形變問(wèn)題嚴(yán)重，無(wú)法繼續(xù)使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種太陽(yáng)能電池制作方法，彌補(bǔ)現(xiàn)有的絲網(wǎng)印刷技術(shù)形成電
極的精度不足的問(wèn)題。
本方法制備過(guò)程如下 ①.選用電阻率選用電阻率0.5-10歐姆*厘米的硅晶片，其中優(yōu)選電阻率為 0. 5-3歐姆 厘米或3-6歐姆 厘米或6-10歐姆 厘米，用激光刻槽機(jī)在硅片的正面按電 極圖刻制主柵槽和附柵槽，所說(shuō)的是主刪槽是兩組柵狀縱向槽，每組包含6個(gè)并列的單槽， 附柵槽是間隔1. 5 3. Omm排列的柵狀橫向單槽，每單槽的槽寬80 200 y m，槽深10 20踐； ②.用NaOH稀溶液使表面反應(yīng)形成絨面，隨后依次用HC1稀溶液和HF稀溶液清 洗，腐蝕去除硅晶片的表面損傷層及表面雜質(zhì)；
③.送入850-92(TC高溫?cái)U(kuò)散爐中，通入氣態(tài)P0CL3，高溫?cái)U(kuò)散，形成電池正面PN 結(jié)； .置于等離子體化學(xué)氣相沉積爐中，通入SiH4氣體和NH3氣體，通過(guò)化學(xué)氣相 沉積制成表面減反射膜；二者體積比為l : 10。 ⑤.預(yù)制含有與硅晶片柵狀電極槽相對(duì)應(yīng)的柵狀孔的鎳合金掩模版；將掩模版放
置于硅晶片刻有的電極槽的上方，將柵狀孔與柵狀電極槽對(duì)齊，利用印刷設(shè)備，以印刷的方
式使正面銀漿透過(guò)掩模版上的柵狀孔壓入硅晶片表面的柵狀電極槽中； .將硅晶片翻轉(zhuǎn)至背面，使未刻有電極槽的一面向上，將網(wǎng)版放置于硅晶片上
方，利用印刷設(shè)備，分兩步將背面銀漿和鋁漿印刷在硅晶片的背表面； ⑦.印刷漿料后的硅晶片置于紅外線燒結(jié)爐，850-95(TC下燒結(jié)實(shí)現(xiàn)漿料與硅晶 材料的歐姆接觸，形成電極。輸送帶速為2700 7000mm/s，根據(jù)燒結(jié)溫度不同，對(duì)應(yīng)的帶速 不同，比如900。C時(shí)，帶速可采用6600mm/s。 所說(shuō)的鎳合金掩模版是含有鎢、錳和鉬的鎳基合金片，是由分別含有不同柵孔的 上、中、下三層組成的整體版；上層同時(shí)含有分別與電極附柵和主柵槽對(duì)應(yīng)一致的橫向柵孔 和縱向柵孔；中層只含有與主柵槽對(duì)應(yīng)一致的縱向柵孔，下層只含有與附柵槽對(duì)應(yīng)一致的 橫向柵孔；印刷時(shí)，將掩模版的上層的一面向著硅晶片，并使柵孔與硅晶片對(duì)應(yīng)的柵狀電極 槽對(duì)齊。 所說(shuō)的掩模片是采用化學(xué)鍍的方式在不銹鋼基板上以金屬原子沉積的形式形成
含有電極圖形孔的金屬膜片(厚度僅為60iim)。然后將其橋接到印刷使用的網(wǎng)框上，采用
印刷的方式將銀漿通過(guò)掩模版上的柵狀孔擠壓進(jìn)硅晶片表面的電極槽中，之后，抬起掩模
版，完成銀漿的轉(zhuǎn)移，在硅片上形成電極圖形。由于掩模版具有高精度，高強(qiáng)度的特點(diǎn)，在整
個(gè)印刷過(guò)程中，不會(huì)發(fā)生任何形變，自然也不存在硅片上電極圖形變形的問(wèn)題，尺寸精度可
以精確到納米級(jí)，完全能滿足電池電極微米級(jí)的精度要求。本方法在網(wǎng)框與金屬掩模版之
間使用絲網(wǎng)銜接，絲網(wǎng)就好像一座橋，保留了絲網(wǎng)彈力好，絲網(wǎng)與金屬粘貼強(qiáng)度高的優(yōu)點(diǎn)，
而在圖形區(qū)域采用金屬掩模版，又彌補(bǔ)了絲網(wǎng)本身的耐磨性差，精度低、使用壽命低的缺
點(diǎn)。同時(shí)，掩模版發(fā)生松弛的可能性也降至最低，使用壽命也相應(yīng)延長(zhǎng)。 本方法在電極制作中使用了高精度的激光技術(shù)在硅片的表面形成精確的電極圖
形凹槽，并采用高精度的金屬掩模版將銀漿準(zhǔn)確轉(zhuǎn)移至硅片表面的凹槽中，彌補(bǔ)了絲網(wǎng)印
刷技術(shù)形成電極的精度不足的問(wèn)題，從而增大了銀漿與硅片的接觸面積，有效地降低電極
上的電阻，實(shí)現(xiàn)了填充因子的提高，同時(shí)有效的減少了由于表面電極引起的受光面積的損
失，提升了短路電流，進(jìn)而提高了電池的光電轉(zhuǎn)換效率。


圖1是太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)原理示意圖。 圖2是太陽(yáng)能電池的正面柵狀電極槽分布圖。 圖3 圖5分別是掩模版的上、中、下三層含有的柵狀孔分布圖。 圖1中標(biāo)號(hào)表示為l-正面電極，2-減反射膜，3-N型層，4-表面有絨面的P型
硅晶體，4-1-縱向主柵槽，4-2-橫向附柵槽，5-背面鋁層，6-背面電極，7-鎳合金掩模版，
7-l-縱向柵孔，7-2-橫向柵孔。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合

本發(fā)明太陽(yáng)能電池實(shí)施例的結(jié)構(gòu)及其制作方法。
圖1是太陽(yáng)能電池的剖面結(jié)構(gòu)原理圖。圖中正面電極1為負(fù)極，引出電池正面的
電流；減反射膜2用于降低電池表面對(duì)于光照的反射率；N型層3在P型硅界面上形成內(nèi)建
空間電場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)電子與空穴的漂移，達(dá)到擴(kuò)散載流子的動(dòng)態(tài)平衡；表面有絨面的P型硅晶體
4是太陽(yáng)電池的基體材料，其表面的絨面可降低電池表面對(duì)于光照的反射率；背面鋁層5與
P型硅基體4實(shí)現(xiàn)歐姆接觸，收集背表面的載流子；背面電極6為正極，引出電池背面的電流。 硅是半導(dǎo)體材料，在光照下導(dǎo)電性能增大，基體材料中的磷與硼元素產(chǎn)生的載流
子發(fā)生定向移動(dòng)，使硅晶體的導(dǎo)電性進(jìn)一步加強(qiáng)，從而可通過(guò)電極引出電流。 圖2表示P型硅片4的正面形狀，其正面刻有柵狀電極槽；其中每條橫向線表示單
個(gè)附柵槽4-2，兩條縱向粗線表示主柵槽4-1，每一條縱向粗線包含有6個(gè)縱向單槽。圖2
中標(biāo)有硅晶片4的規(guī)格尺寸和槽間距尺寸，圖中的尺寸單位為mm。 硅晶片4正面刻槽過(guò)程如下 設(shè)備高精度激光刻槽機(jī)(可以精確轉(zhuǎn)化AUTOCAD的設(shè)計(jì)圖形)；具體操作溫度
25士rc下，將硅片水平放在激光設(shè)備的真空臺(tái)面上，開啟真空開關(guān)，使硅片緊密吸附在臺(tái)
面上，打開激光，調(diào)整電流至8. 5A，調(diào)整焦距，按照?qǐng)D2的設(shè)計(jì)圖形運(yùn)行開關(guān)，速度為150mm/ S。激光頭自動(dòng)按照?qǐng)D形設(shè)計(jì)刻制成槽，單槽寬90iim，槽深20iim，槽間距1. 5mm。
刻槽后的硅晶片依次用0. 1% NaOH溶液、5X HC1溶液和10% HF溶液清洗，形成 絨面并腐蝕去除表面損傷層及表面雜質(zhì)；送入850-92(TC高溫?cái)U(kuò)散爐中，通入氣態(tài)P0CL3， 高溫?cái)U(kuò)散，形成電池正表面PN結(jié)；然后在等離子體化學(xué)氣相沉積爐中，同時(shí)通入體積比為 1 : 10的SiH4氣體和NH3氣體，通過(guò)化學(xué)氣相沉積制成表面減反射膜。
掩膜版以高強(qiáng)度的鎳合金為材料，三層立體結(jié)構(gòu)。
掩膜版的制作 在光滑的不銹鋼基板上，用H94-25C型掩膜曝光機(jī)，利用光學(xué)照相原理將設(shè)計(jì)在 塑膠膜上的圖形轉(zhuǎn)移到不銹鋼基板上的感光膠膜上。然后用Create-DPM3300全自動(dòng)顯影 機(jī)，采用化學(xué)清洗液將不銹鋼基板上的圖形顯現(xiàn)出來(lái)，形成與電極圖形相對(duì)應(yīng)的陰圖。然后 將其放置在化學(xué)鍍液槽中，恒溫控制80-9『C，采用電鑄的技術(shù)，以次磷酸鈉為還原劑，使化 學(xué)液中的鎳、鎢、錳、鉬離子還原沉積在不銹鋼基板無(wú)掩膜覆蓋的部分，24小時(shí)后，化學(xué)鍍完 成，取出基板，沖洗干凈，烘干，之后加熱至70-80°C ，利用不銹鋼板與鎳合金的膨脹系數(shù)不 同的性質(zhì)，可輕易剝離，得到含有與設(shè)計(jì)圖形一致的柵狀孔的鎳合金掩模版7。
以上化學(xué)鍍的方式按圖3、圖4、圖5三種不同圖形依次沉積，最終形成含有上、中、 下三層不同柵孔的掩模版7，由于三層是一層一層長(zhǎng)上去的，層與層之間連成一體，為整體 結(jié)構(gòu)，但內(nèi)部具備三層不同的柵孔結(jié)構(gòu)。金屬掩模版7上各柵孔的單孔寬為70ym，孔間距 1. 5mm，孔深為60ym ;掩模版的橫向柵孔7_2或縱向柵孔7_1的布局分別與硅晶片正面的 橫向或縱向電極槽4-2、4-1相對(duì)應(yīng)一致。 將網(wǎng)布繃在印刷機(jī)的網(wǎng)框上，將金屬掩模版貼敷在網(wǎng)布上，使含有圖3柵孔的一 面(即掩模片的上層)復(fù)于刻有的電極槽的硅晶片表面，用高精度攝像頭以及光柵對(duì)位，將金屬掩模版的柵孔與硅片表面的柵狀槽吻合，采用印刷的方式，將金屬漿料通過(guò)掩模版上 的通孔擠壓進(jìn)硅晶片表面的凹槽中，之后，抬起掩模版，完成銀漿的轉(zhuǎn)移，在硅片上形成電 極圖形。 印刷了漿料的硅晶片置于紅外線燒結(jié)爐，90(TC下燒結(jié)，輸送帶速為6600mm/s，實(shí) 現(xiàn)漿料與硅片的歐姆接觸，形成電極。
權(quán)利要求
一種太陽(yáng)能電池制作方法，其特征是制備過(guò)程如下①.選用電阻率0.5-10歐姆·厘米的硅晶片，用激光刻槽機(jī)在硅片的正面按電極圖刻制主柵槽和附柵槽，所說(shuō)的是主刪槽是兩組柵狀縱向槽，每組包含6個(gè)并列的單槽，附柵槽是間隔1.5～3.0mm排列的柵狀橫向單槽，每單槽的槽寬80～200μm，槽深10～20μm；②.用NaOH稀溶液使表面反應(yīng)形成絨面，隨后依次用HCl稀溶液和HF稀溶液清洗，腐蝕去除硅晶片的表面損傷層及表面雜質(zhì)；③.送入850-920℃高溫?cái)U(kuò)散爐中，通入氣態(tài)POCL3，高溫?cái)U(kuò)散，形成電池正面PN結(jié)；④.置于等離子體化學(xué)氣相沉積爐中，通入體積比為1∶10的SiH4氣體和NH3氣體，通過(guò)化學(xué)氣相沉積制成表面減反射膜；⑤.預(yù)制含有與硅晶片柵狀電極槽相對(duì)應(yīng)的柵狀孔的鎳合金掩模版；將掩模版放置于硅晶片刻有的電極槽的上方，將柵狀孔與柵狀電極槽對(duì)齊，利用印刷設(shè)備，以印刷的方式使正面銀漿透過(guò)掩模版上的柵狀孔壓入硅晶片表面的柵狀電極槽中；⑥.將硅晶片翻轉(zhuǎn)至背面，使未刻有電極槽的一面向上，將網(wǎng)版放置于硅晶片上方，利用印刷設(shè)備，分兩步將背面銀漿和鋁漿印刷在硅晶片的背表面；⑦.印刷漿料后的硅晶片置于紅外線燒結(jié)爐，850-950℃下燒結(jié)實(shí)現(xiàn)漿料與硅晶材料的歐姆接觸，形成電極。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能電池制作方法，其特征是紅外線燒結(jié)爐的輸送帶速為2700 7000mm/s。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的太陽(yáng)能電池制作方法，其特征是硅晶片選用的電阻率為0. 5-3歐姆 厘米或3-6歐姆 厘米或6-10歐姆 厘米。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的太陽(yáng)能電池制作方法，其特征是所說(shuō)的鎳合金掩模版是含有鎢、錳和鉬的鎳基合金片，由分別含有不同柵孔的上、中、下三層組成的整體版；上層同時(shí)含有分別與電極附柵和主柵槽對(duì)應(yīng)一致的橫向柵孔和縱向柵孔；中層只含有與主柵槽對(duì)應(yīng)一致的縱向柵孔，下層只含有與附柵槽對(duì)應(yīng)一致的橫向柵孔；印刷時(shí)，將掩模版的上層的一面向著硅晶片，并使縱、橫柵孔與硅晶片對(duì)應(yīng)的柵狀電極槽對(duì)齊。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種太陽(yáng)能電池制作方法，硅晶片的正面采用激光刻制縱向主柵槽和橫向附柵槽，用NaOH稀溶液使表面反應(yīng)形成絨面，隨后依次用HCl稀溶液和HF稀溶液清洗，850-920℃通入氣態(tài)POCL3，高溫?cái)U(kuò)散，形成電池正面PN結(jié)；通入SiH4氣體和NH3氣體，通過(guò)化學(xué)氣相沉積制成表面減反射膜，預(yù)制含有與硅晶片柵狀電極槽相對(duì)應(yīng)的柵狀孔的鎳合金掩模版，將掩模版的柵狀孔與柵狀電極槽對(duì)齊，利用印刷設(shè)備，以印刷的方式使正面銀漿透過(guò)柵狀孔壓入硅晶片表面的柵狀電極槽中；背面印刷鋁層和銀漿燒結(jié)爐，850-950℃下，紅外線燒結(jié)形成電極。本方法制成的太陽(yáng)能電池，電極精度高，金屬與硅片充分接觸，光電轉(zhuǎn)換效率高。
文檔編號(hào)H01L31/18GK101710598SQ20081002544
公開日2010年5月19日 申請(qǐng)日期2008年5月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月4日
發(fā)明者呂達(dá), 潘猛, 瞿輝, 童彩霞, 黃耀輝 申請(qǐng)人:江蘇順風(fēng)光電科技有限公司