專利名稱：薄膜太陽能電池前電極透明導電薄膜的制絨工藝的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及太陽能利用技術領域，尤其是涉及一種薄膜太陽能電池前電極透明導電薄膜的制絨工藝。
背景技術：
薄膜太陽能電池是薄膜化的將太陽的光能轉化成直流(DC)電的光電器件，透明導電薄膜是薄膜太陽能電池結構中必需的，透明導電薄膜在薄膜太陽能電池中作為前電極即把太陽能電池所發(fā)的電收集引出，又必須做到最大化的容許太陽光的透過。這就要求作為薄膜太陽能電池前電極的透明導電薄膜對太陽光要有高的透過率，同時本身又必須是低的方塊電阻，以降低歐姆接觸的損失。為了最大程度的提高薄膜太陽能電池的光電轉換效率， 必須盡可能提高電池對太陽光的吸收利用，也就是減少進入薄膜太陽能電池內的太陽光的損失，提高薄膜太陽能電池對陽光的吸收利用，這就要求透明導電薄膜與薄膜太陽能電池接觸的一面絨面化，通過絨面技術，使電池內的光線產生漫反射，增加光線在薄膜太陽能電池的路程，以提高電池對太陽光的吸收利用，提高薄膜太陽能電池的光電轉換效率。絨面的衡量標準是絨度、表面粗糙度和表面均勻性絨度是指在波長為700nm的入射光由薄膜的非絨面的照射下，光線在薄膜的絨面分散的透過率與入射光線總的透過率的比值；表面粗糙度則是指絨面的均方根粗糙度；而均勻性則是特指絨面的絨度及表面粗糙度在單位面積內的均勻程度。薄膜太陽能電池所需的前電極透明導電薄膜通常采用物理氣相沉積法或者化學氣相沉積法制備。化學氣相沉積法制備得透明導電薄膜在薄膜沉積時就已經形成了相應的絨面，所以不需要在后續(xù)的制絨工序。而物理氣相沉積法制備薄膜太陽能電池所需的透明導電薄膜能夠大規(guī)模的展開，物理氣相沉積法制備薄膜太陽能電池所需的透明導電薄膜表面幾乎沒有絨度，必須另增一道薄膜的表面制絨工序才能滿足薄膜太陽能電池對透明導電薄膜所需的要求。物理氣相沉積法制備薄膜太陽能電池所需的透明導電薄膜的表面制絨有干法制絨和濕法制絨，其中干法制絨為物理法，工業(yè)化大面積生產難度大，目前很少。而濕法制絨為化學法刻蝕，是目前薄膜太陽能電池所需的透明導電薄膜的表面制絨的首選工業(yè)化方向。濕法制絨主要有浸泡刻蝕和噴淋刻蝕兩種通用工藝。浸泡刻蝕表面絨度易于控制，表面粗糙度的均勻性好，制絨過程便于自主掌控，多用于手工單件生產，產能低，工業(yè)化大規(guī)模生產難度大；噴淋刻蝕則便于連續(xù)工業(yè)化大規(guī)模生產，產量大，但是噴淋刻蝕表面絨度不易控制，表面粗糙度的均勻性波動較大，制絨過程難于掌控。無論是浸泡刻蝕還是噴淋刻蝕對生產的工藝技術和相應的操作的熟練成度要求高，工業(yè)化大規(guī)模生產的產品的一致性穩(wěn)定性都難以達到薄膜太陽能電池對所需的透明導電薄膜的要求。

發(fā)明內容
有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種薄膜太陽能電池前電極透明導電薄膜的制絨工藝，綜合現有的浸泡刻蝕和噴淋刻蝕兩種通用工藝的優(yōu)缺點，將噴淋刻蝕易于采用連續(xù)工業(yè)化大規(guī)模生產的優(yōu)點與浸泡刻蝕表面絨度易于控制、表面粗糙度的均勻性好、制絨過程便于自主掌控相結合優(yōu)點結合，實現薄膜太陽能電池所需透明導電薄膜的工業(yè)化自動連續(xù)浸泡刻蝕生產。為達到上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案
本發(fā)明的薄膜太陽能電池前電極透明導電薄膜的制絨工藝，包括浸泡、清洗、烘干三個依次進行的工序步驟，所述的浸泡、清洗、烘干工序采用自動控制方法進行自動連續(xù)浸泡刻蝕制絨；其中，透明導電薄膜蝕刻的溶液由草酸、鹽酸、表面活性穩(wěn)定劑和去離子水按如下的重量比比例配制而成草酸0. lwt% 1. 5wt% ；鹽酸0. 3wt% 2. 5wt% ；表面活性穩(wěn)定劑 0. 01wt% 0. 5wt% ；其余為去離子水；所述表面活性穩(wěn)定劑為烷基酚聚氧乙烯醚系列表面活性穩(wěn)定劑、脂肪醇聚氧乙烯醚系列表面活性穩(wěn)定劑、脂肪酸聚氧乙烯醚系列表面活性穩(wěn)定劑中的一種或者幾種的混合物；在浸泡、清洗、烘干工序中上下料采用自動控制手段，通過對不同規(guī)格和基體材料的已經沉積好透明導電薄膜的物料進行自動識別和分料，來確定各工序的工藝參數和選用相對應的透明導電薄膜刻蝕溶液；在浸泡、清洗、烘干工序中采用自動控制手段根據不同的環(huán)境溫度自主調節(jié)控制浸泡工序、清洗工序的溫度，確保透明導電薄膜制絨過程中浸泡工序和清洗工序的溫度穩(wěn)定在20°C 25°C之間；烘干工序干燥的溫度根據已經沉積好透明導電薄膜的不同規(guī)格和基體材料自動控制在40°C 75V ；在浸泡、清洗、烘干工序中采用自動監(jiān)測手段，進行自動反饋和異常報警，并及時紀錄或者自動停止運行。進一步，在浸泡工序中，采用自動控制手段根據不同規(guī)格和不同基體材料上已經沉積好的透明導電薄膜的刻蝕要求，實現透明導電薄膜浸泡過程的同步、均一，確保已經沉積好透明導電薄膜浸泡刻蝕時間的精確、可靠；浸泡工序中整個已經沉積好透明導電薄膜的物料在數秒內同時浸入或者同時離開刻蝕溶液；已經沉積好透明導電薄膜的物料始終水平浸入或者水平離開刻蝕溶液；透明導電薄膜浸泡刻蝕時間調整范圍是20秒 100秒。進一步，在清洗工序中，采用自動控制手段根據不同規(guī)格和基體材料上已經刻蝕好透明導電薄膜自動選擇清洗次數和清洗溫度，清洗的次數控制在3 5次。進一步，在烘干工序中，采用自動控制手段根據不同規(guī)格和基體材料上已經清洗好的透明導電薄膜表面所含的清洗液的程度，自主選擇和調節(jié)自動烘干干燥的風速和風量的大小，并能自動調整烘干干燥的風向；根據不同規(guī)格和基體材料上已經清洗好的透明導電薄膜表面的潮濕程度和已經清洗好的透明導電薄膜烘干干燥的不同階段，靈活匹配已經清洗好透明導電薄膜烘干干燥進口階段、烘干干燥的中間階段和烘干干燥的出口階段的不同溫度，烘干干燥的溫度調節(jié)范圍是40°C 75°C。本發(fā)明的有益效果是
本發(fā)明的本薄膜太陽能電池前電極透明導電薄膜的工業(yè)化制絨工藝是在工業(yè)化自動連續(xù)浸泡刻蝕生產工藝，所生產的產品具有一定的工業(yè)產量，針對不同規(guī)格和基體材料上已經沉積好透明導電薄膜的制絨，所生產的產品刻蝕后的透明導電薄膜表面絨度數值均一且可自由調節(jié)，表面粗糙度符合薄膜太陽能電池對前電極透明導電薄膜的要求，表面均勻性能好，大規(guī)模連續(xù)生產產品的一致性穩(wěn)定性達到要求，可靠度高。通過采用自動上下料技術手段來實現透明導電薄膜制絨的可靠性和穩(wěn)定性。自動上下料手段是通過對不同規(guī)格和基體材料的已經沉積好透明導電薄膜的自動識別和分料，來確定相應的自動連續(xù)浸泡刻蝕生產線的各項工藝參數和選用相對應的透明導電薄膜刻蝕溶液。同時，自動上下料技術還能做到已經沉積好透明導電薄膜的不同規(guī)格和基體材料的自主上下自動連續(xù)浸泡刻蝕生產線，減少對透明導電薄膜刻蝕過程中薄膜表面的損傷和人為因素，提高生產品質和生產效率。自動上下料技術同樣能夠做到根據對應的產能產量來調節(jié)和配置整條生產線的生產節(jié)拍和生產過程的優(yōu)化。通過采用自動溫度調節(jié)技術手段進一步提高透明導電薄膜制絨的可靠性和穩(wěn)定性，能夠根據生產的產能產量自動控制透明導電薄膜制絨過程中自動浸泡工序和自動清洗工序的溫度在技術指標所設定的范圍內，也同樣能夠保證自動烘干干燥的溫度在技術指標所設定的范圍內。自動溫度調節(jié)技術還能夠根據不同的環(huán)境溫度自主調節(jié)控制自動浸泡工序、自動清洗工序的溫度和自動烘干干燥的溫度在技術指標所設定的范圍內。在浸泡工序，采用自動浸泡技術手段能夠根據不同規(guī)格和基體材料上已經沉積好透明導電薄膜刻蝕的具體要求，實現透明導電薄膜自動浸泡過程的同步、均一，確保已經沉積好透明導電薄膜浸泡刻蝕時間的精確、可靠。本技術所采用的薄膜太陽能電池前電極透明導電薄膜刻蝕的自動浸泡技術能夠實現整個已經沉積好透明導電薄膜表面在數秒內同時浸入或者同時離開刻蝕溶液。本技術所采用的薄膜太陽能電池前電極透明導電薄膜刻蝕的自動浸泡技術能夠確保已經沉積好透明導電薄膜始終水平浸入或者水平離開刻蝕溶液。在清洗工序，自動清洗技術手段能夠實現根據不同規(guī)格和基體材料上已經刻蝕好透明導電薄膜自動選擇刻蝕好透明導電薄膜的清洗次數和清洗溫度。并且可以做到清洗時，立即去除透明導電薄膜整個表面刻蝕后殘留的刻蝕溶液，確?？涛g好透明導電薄膜品質穩(wěn)定均一。同時，又能避免刻蝕好透明導電薄膜在清洗時局部清洗液的流速不均勻，使整個刻蝕好透明導電薄膜清洗過程均勻穩(wěn)定。在烘干工序，通過自動烘干干燥技術手段根據不同規(guī)格和基體材料上已經清洗好透明導電薄膜表面所含的清洗液的程度，自主選擇和調節(jié)自動烘干干燥的風速和風量的大小，并能自動調整烘干干燥的風向。實現根據不同規(guī)格和基體材料上已經清洗好透明導電薄膜表面的潮濕程度和已經清洗好透明導電薄膜烘干干燥的階段，靈活匹配已經清洗好透明導電薄膜烘干干燥進口、烘干干燥的中間階段和烘干干燥的出口的不同溫度，以防止已經烘干干燥好的制絨透明導電薄膜的表面重新吸附潮氣。在整個工序過程中，自動監(jiān)測控制手段僅對不同規(guī)格和基體材料上已經沉積好透明導電薄膜制絨的整個工序所包括的刻蝕溶液溶度和用量進行采樣、記錄和監(jiān)測；對自動上下料的節(jié)拍、不同規(guī)格和尺寸的分選和不同基體材料的鑒別，實現自動反饋和異常報警， 并設有及時紀錄和自動停止功能。本發(fā)明的其他優(yōu)點、目標和特征在某種程度上將在隨后的說明書中進行闡述，并且在某種程度上，基于對下文的考察研究對本領域技術人員而言將是顯而易見的，或者可以從本發(fā)明的實踐中得到教導。本發(fā)明的目標和其他優(yōu)點可以通過下面的說明書中所特別指出的結構來實現和獲得。
具體實施例方式下面結合實施例對本發(fā)明作進一步描述。實例1、在室溫的條件下采用工業(yè)化自動連續(xù)磁控濺射生產線，在普通的玻璃上沉積了薄膜太陽能電池所需的透明導電薄膜，并進行了相應的制絨，其產品性能穩(wěn)定，制絨時，刻蝕溶液中草酸(乙二酸)的配比重量比范圍是0. 15wt%;鹽酸的配比重量比范圍是 0. 3wt% ；表面活性穩(wěn)定劑的配比重量比范圍是0. 015wt% ；其余為去離子水，表面活性穩(wěn)定劑為烷基酚聚氧乙烯醚系列表面活性穩(wěn)定劑。自動浸泡時間為35秒、溫度穩(wěn)定在22°C，自動清洗4次、溫度穩(wěn)定在25°C。烘干干燥的溫度及本調節(jié)范圍是55°C。制絨后薄膜的透光率在550nm波長是大于83%，表面方塊電阻在7 Ω，絨度在700nm波長可達到40%，表面粗糙度達到120nm和表面均勻性在2. 7%以內。實例2、在室溫的條件下采用工業(yè)化自動連續(xù)磁控濺射生產線，在先鋼化好的玻璃上沉積了薄膜太陽能電池所需的透明導電薄膜，并進行了相應的制絨，其產品性能穩(wěn)定，制絨時，刻蝕溶液中草酸(乙二酸)的配比重量比范圍是0. 25wt%;鹽酸的配比重量比范圍是 0. 35wt% ；表面活性穩(wěn)定劑的配比重量比范圍是0. 015wt% ；其余為去離子水，表面活性穩(wěn)定劑為烷基酚聚氧乙烯醚系列表面活性穩(wěn)定劑。自動浸泡時間為45秒、溫度穩(wěn)定在22°C，自動清洗4次、溫度穩(wěn)定在25°C。烘干干燥的溫度及本調節(jié)范圍是65°C。制絨后薄膜的透光率在550nm波長是大于84%，表面方塊電阻在8 Ω，絨度在700nm波長可達到45%。表面粗糙度達到128nm和表面均勻性在2. 9%以內。實例3、在室溫的條件下采用工業(yè)化自動連續(xù)磁控濺射生產線，在普通的有機玻璃上沉積了薄膜太陽能電池所需的透明導電薄膜，并進行了相應的制絨，其產品性能穩(wěn)定，制絨時，刻蝕溶液中草酸(乙二酸)的配比重量比范圍是0. 15wt%;鹽酸的配比重量比范圍是 0. 3wt% ；表面活性穩(wěn)定劑的配比重量比范圍是0. 015wt% ；其余為去離子水，表面活性穩(wěn)定劑為烷基酚聚氧乙烯醚系列表面活性穩(wěn)定劑。自動浸泡時間為35秒、溫度穩(wěn)定在22°C，自動清洗5次、溫度穩(wěn)定在25°C。烘干干燥的溫度及本調節(jié)范圍是50°C。制絨后薄膜的透光率在550nm波長是大于81%，表面方塊電阻在9Ω，絨度在700nm波長可達到30%。表面粗糙度達到118nm和表面均勻性在3. 2%以內。實例4、在室溫的條件下采用工業(yè)化自動連續(xù)磁控濺射生產線，在普通的PET薄膜上沉積了薄膜太陽能電池所需的透明導電薄膜，并進行了相應的制絨，其產品性能穩(wěn)定，制絨時，刻蝕溶液中草酸(乙二酸)的配比重量比范圍是0. 15wt%;鹽酸的配比重量比范圍是 0. 3wt% ；表面活性穩(wěn)定劑的配比重量比范圍是0. 015wt% ；其余為去離子水，表面活性穩(wěn)定劑為烷基酚聚氧乙烯醚系列表面活性穩(wěn)定劑。自動浸泡時間為45秒、溫度穩(wěn)定在22°C，自動清洗5次、溫度穩(wěn)定在25°C。烘干干燥的溫度及本調節(jié)范圍是50°C。制絨后薄膜的透光率在550nm波長是大于80%，表面方塊電阻在8 Ω，絨度在700nm波長可達到28%。表面粗糙度達到130nm和表面均勻性在3. 4%以內。最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案而非限制，本領域普通技術人員對本發(fā)明的技術方案所做的其他修改或者等同替換，只要不脫離本發(fā)明技術方案的精神和范圍，均應涵蓋在本發(fā)明的權利要求范圍當中。
權利要求
1.薄膜太陽能電池前電極透明導電薄膜的制絨工藝，包括浸泡、清洗、烘干三個依次進行的工序步驟，其特征在于，所述的浸泡、清洗、烘干工序采用自動控制方法進行自動連續(xù)浸泡刻蝕制絨； 透明導電薄膜蝕刻的溶液由草酸、鹽酸、表面活性穩(wěn)定劑和去離子水按如下的重量比比例配制而成草酸0. lwt% 1. 5wt% ；鹽酸0. 3wt% 2. 5wt% ；表面活性穩(wěn)定劑0. 01wt% 0. 5wt% ；其余為去離子水；所述表面活性穩(wěn)定劑為烷基酚聚氧乙烯醚系列表面活性穩(wěn)定劑、脂肪醇聚氧乙烯醚系列表面活性穩(wěn)定劑、脂肪酸聚氧乙烯醚系列表面活性穩(wěn)定劑中的一種或者幾種的混合物；在浸泡、清洗、烘干工序中上下料采用自動控制手段，通過對不同規(guī)格和基體材料的已經沉積好透明導電薄膜的物料進行自動識別和分料，來確定各工序的工藝參數和選用相對應的透明導電薄膜刻蝕溶液；在浸泡、清洗、烘干工序中采用自動控制手段根據不同的環(huán)境溫度自主調節(jié)控制浸泡工序、清洗工序的溫度，確保透明導電薄膜制絨過程中浸泡工序和清洗工序的溫度穩(wěn)定在 20°C 25°C之間；烘干工序干燥的溫度根據已經沉積好透明導電薄膜的不同規(guī)格和基體材料自動控制在40°C 75°C ；在浸泡、清洗、烘干工序中采用自動監(jiān)測手段，進行自動反饋和異常報警，并及時紀錄或者自動停止運行。
2.根據權利要求1所述的薄膜太陽能電池前電極透明導電薄膜的制絨工藝，其特征在于在浸泡工序中，采用自動控制手段根據不同規(guī)格和不同基體材料上已經沉積好的透明導電薄膜的刻蝕要求，實現透明導電薄膜浸泡過程的同步、均一，確保已經沉積好透明導電薄膜浸泡刻蝕時間的精確、可靠；浸泡工序中整個已經沉積好透明導電薄膜的物料在數秒內同時浸入或者同時離開刻蝕溶液；已經沉積好透明導電薄膜的物料始終水平浸入或者水平離開刻蝕溶液；透明導電薄膜浸泡刻蝕時間調整范圍是20秒 100秒。
3.根據權利要求2所述的薄膜太陽能電池前電極透明導電薄膜的制絨工藝，其特征在于在清洗工序中，采用自動控制手段根據不同規(guī)格和基體材料上已經刻蝕好透明導電薄膜自動選擇清洗次數和清洗溫度，清洗的次數控制在3 5次。
4.根據權利要求3所述的薄膜太陽能電池前電極透明導電薄膜的制絨工藝，其特征在于在烘干工序中，采用自動控制手段根據不同規(guī)格和基體材料上已經清洗好的透明導電薄膜表面所含的清洗液的程度，自主選擇和調節(jié)自動烘干干燥的風速和風量的大小，并能自動調整烘干干燥的風向；根據不同規(guī)格和基體材料上已經清洗好的透明導電薄膜表面的潮濕程度和已經清洗好的透明導電薄膜烘干干燥的不同階段，靈活匹配已經清洗好透明導電薄膜烘干干燥進口階段、烘干干燥的中間階段和烘干干燥的出口階段的不同溫度，烘干干燥的溫度調節(jié)范圍是40°C 75°C。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種薄膜太陽能電池前電極透明導電薄膜的制絨工藝，包括浸泡、清洗、烘干三個依次進行的工序步驟，所述的浸泡、清洗、烘干工序采用自動控制方法進行自動連續(xù)浸泡刻蝕制絨；透明導電薄膜蝕刻的溶液由草酸、鹽酸、表面活性穩(wěn)定劑和去離子水按如下的重量比比例配制而成草酸0.1wt%～1.5wt%；鹽酸0.3wt%～2.5wt%；表面活性穩(wěn)定劑0.01wt%～0.5wt%；其余為去離子水；通過采用自主配制的刻蝕溶液、自動上下料技術、自動溫度調節(jié)技術、自動浸泡技術、自動清洗技術、自動烘干干燥技術和自動監(jiān)測控制技術等眾多技術的綜合配套，實現了薄膜太陽能電池所需透明導電薄膜的工業(yè)化自動連續(xù)浸泡刻蝕生產。
文檔編號H01L31/18GK102306682SQ201110273560
公開日2012年1月4日 申請日期2011年9月15日 優(yōu)先權日2011年9月15日
發(fā)明者周鈞 申請人:周鈞