一種改進的晶硅太陽能電池銅電鍍方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種改進的晶硅太陽能電池銅電鍍方法。傳統(tǒng)電池表面氮化硅層中具有較多孔洞，使用電鍍工藝制作銅(Cu)電極過程中，Cu極易吸附于氮化硅層的孔洞，導致太陽能電池外觀發(fā)花；同時易通過孔洞滲入至氮化硅層與硅(Si)基界面中，Cu作為擴散速度非?？斓纳钅芗夒s質(zhì)，進入pn結會影響電池的壽命和發(fā)電效率，降低電池可靠性。本發(fā)明于Cu電鍍前在氮化硅層表面覆蓋一層保護膜，防止電鍍過程中Cu的吸附及滲入，保證了電池可靠性，同時避免了電池外觀出現(xiàn)發(fā)花現(xiàn)象。保護膜在Cu電極電鍍完成之后即可去除；根據(jù)晶硅電池工藝要求，如不影響電池光學、電學、可靠性等參數(shù)，保護膜也可保留。
【專利說明】—種改進的晶硅太陽能電池銅電鍍方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種晶硅太陽能電池的制作工藝，特別是涉及一種改進的晶硅太陽能電池銅電鍍方法。
【背景技術】
[0002]隨著全球資源的日趨緊張，太陽能以無污染、無機械轉動部件、維護簡便、可以無人值守、建設周期短、規(guī)模大小隨意、可以方便地與建筑物相結合、市場空間大等獨有的優(yōu)勢受到世界各國的廣泛重視，國際上已有眾多大公司投入到太陽能電池的研發(fā)和生產(chǎn)中。隨近十幾年來的技術發(fā)展，硅太陽能電池的應用成本雖已大幅下降，但為滿足實際生活中廣泛應用的需要，有必要進一步降低制造成本，同時進一步提高硅太陽能的轉換率。
[0003]影響硅太陽能電池成本主要因素之一是電極制作材料主要為Ag，而Ag價格較昂貴。Cu的導電性與Ag相接近，而地球礦產(chǎn)儲備量是Ag的2000倍，價格僅為Ag的1%，因此選用Cu作為太陽能電池電極將大大降低電池制造成本；晶硅電池表面常用氮化硅層作為減反射層，提高光電轉換效率，并對硅片提供保護和鈍化作用。然而，在傳統(tǒng)晶硅電池上使用板式PECVD (等離子體增強化學氣相沉積法)鍍氮化硅層后，再進行Cu電極電鍍工藝時容易造成表面花紋；而如使用管式PECVD雖較板式PECVD所鍍氮化硅層更為致密，但在工業(yè)量產(chǎn)過程中易使氮化硅層內(nèi)含有較多的孔洞(pin holes)，在其后進行Cu電極電鍍時，Cu極易吸附在氮化硅層孔洞中并滲入至氮化硅層與Si基界面，影響電池的壽命和發(fā)電效率。Cu為深能級雜質(zhì)，且擴散速度非?？?，進入半導體材料后起到復合中心作用，促進半導體載流子復合從而降低少數(shù)載流子壽命；同時Cu散射載流子，使載流子遷移率下降，降低導電性能。另外，如在無保護膜保護的傳統(tǒng)工藝下，使用激光直接在氮化硅層表面進行高溫刻蝕，在電池所刻柵線位置邊緣易出現(xiàn)非晶態(tài)雜質(zhì)，影響電池可靠性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決上述現(xiàn)有技術中存在的不足之處，本發(fā)明的目的在于提供一種改進的晶硅電池銅電鍍方法，該方法基于保護膜工藝，利用在晶硅電池表面氮化硅層上涂覆保護膜，針對不同工藝加工的氮化硅層，既可防止板式PECVD工藝后，Cu電鍍導致電池片表面發(fā)花；也可防止管式PECVD工藝后，Cu電鍍時Cu入孔洞并滲入pn結中引起電池性能與可靠性的降低；采用化學濕法蝕刻方法刻蝕，也避免了激光燒灼時柵線邊緣出現(xiàn)非晶態(tài)雜質(zhì)的問題。
[0005]本發(fā)明提供了一種改進的晶硅電池銅電鍍方法，技術方案如下:
[0006](I)覆蓋保護膜:在沉積有氮化硅層的Si基表面形成掩膜，所述掩膜作為本發(fā)明所述的保護膜；所述保護膜帶有開窗；根據(jù)晶硅太陽能電池上層制作柵線電極的要求，設定柵線電路圖形，所述開窗位置對應于待刻蝕的柵線位置；所述保護膜呈現(xiàn)柵線電路圖形；
[0007]刻蝕:使用濕法刻蝕去除保護膜開窗位置的氮化硅層，在所述Si基表面形成柵線區(qū)；[0008]覆蓋阻擋層:在所述柵線區(qū)內(nèi)覆蓋一層非Cu金屬，作為Cu的阻擋層；
[0009]電鍍Cu:進行Cu電鍍，在阻擋層上形成Cu電極。
[0010]其中，所述保護膜含有抗蝕成分，在所述刻蝕過程中，保護膜可以阻擋刻蝕液，其覆蓋下的氮化硅層在刻蝕中會保留。
[0011](2)根據(jù)(I)所述技術方案，所述保護膜使用光敏材料，先在氮化硅層表面整體覆蓋該光敏材料，然后在其表面按照柵線電路圖形曝光，顯影移除待刻蝕柵線位置光敏材料形成開窗，此時保護膜即呈現(xiàn)柵線電路圖形；優(yōu)選的，所述保護膜為干膜，使用壓膜法覆蓋，進一步優(yōu)選，所述干膜為保護膜聚乙烯、光致抗蝕劑膜和載體聚酯薄膜組成的混合感光膠；作為另一優(yōu)選，所述保護膜為油墨型感光膠，使用絲網(wǎng)印刷法覆蓋。
[0012](3)根據(jù)(I)所述技術方案，使用噴墨技術在所述氮化硅層表面待刻蝕的柵線位置以外區(qū)域直接噴涂保護膜；該方案中，所述保護膜可選用非光敏材料。
[0013](4)根據(jù)(I)至(3)所述技術方案，其中所述保護膜為耐酸性，所述刻蝕液使用10%-35%的氫氟酸。
[0014](5)根據(jù)(I)至(4)所述技術方案，其中所述阻擋層包括以下之一:N1、Cr、W、T1、NiCr, Niff, Tiff, NiMo以及Co ;優(yōu)選的，所述鍍覆阻擋層金屬采用電鍍或化學鍍。
[0015](6)根據(jù)(I)至(5)所述技術方案，所述Cu電極高度為5-45μπι，寬度為10-200 μm。
[0016] (7 )根據(jù)(I)至(6 )所述技術方案，在所述Cu電極接觸空氣的表面覆蓋Cu的抗氧化層；優(yōu)選的，形成所述抗氧化層方法包括以下之一:電鍍Sn、化學鍍Sn、電鍍Ag、噴涂以及涂覆OSP。
[0017](8)根據(jù)(7)所述技術方案，其中所述抗氧化層采用OSP或化學鍍Sn時，Cu電極表面進行微蝕預處理；優(yōu)選的，所述OSP抗氧化層，Cu電極微蝕厚度為0.5-2.5 μ m,形成的OSP抗氧化層厚度為0.1-1 μ m。
[0018](9)根據(jù)(7)所述技術方案，其中所述電鍍或化學鍍抗氧化層時，所述Si基待鍍面保持水平，單面接觸鍍液。
[0019](10)根據(jù)(I)至(9)所述技術方案，其中所述覆阻擋層和/或電鍍Cu時，所述Si基待鍍面保持水平，單面接觸鍍液。
[0020](11)根據(jù)(I)至(10)所述技術方案，其中所述鍍覆阻擋層和/或電鍍Cu在可見光催化下進行。
[0021 ] (12 )根據(jù)(I)至(11)所述技術方案，其中Cu電極電鍍完成后，去除保護膜。
[0022](13)根據(jù)(12)所述技術方案，其中所述去除保護膜使用以下一項或多項組合方法:去膜液、異丙醇、丙酮、超聲波、加熱、水清洗以及氧等離子體轟擊。
[0023]綜上所述，使用本發(fā)明提供的晶硅電池銅電鍍方法，在晶硅電池表面氮化硅層上覆蓋保護膜，在Cu電鍍過程中起到氮化硅層與Cu的有效隔絕作用，提高了晶硅電池制作工藝水平，保證了電池性能與可靠性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細的說明。
[0025]圖1為沉積有氣化娃I旲的待加工樣品首I]面結構不意圖；[0026]圖2為本發(fā)明覆蓋整層保護膜材料的樣品剖面結構示意圖；
[0027]圖3為本發(fā)明帶有開窗的保護膜的樣品剖面結構示意圖；
[0028]圖4為本發(fā)明刻蝕后樣品剖面結構示意圖；
[0029]圖5為本發(fā)明鍍覆阻擋層后電池剖面結構示意圖；
[0030]圖6為本發(fā)明電鍍Cu后電池剖面結構示意圖；
[0031]圖7為本發(fā)明電鍍Cu后去除保護膜的電池剖面結構示意圖；
[0032]圖8為本發(fā)明形成抗氧化層后電池剖面結構示意圖。
[0033]圖中:1.Si基；2.背電場；3.背電極；4.氮化硅層；5.保護膜；5a.開窗；6.柵線區(qū)；7.阻擋層；8.Cu層；9.抗氧化層。
【具體實施方式】
[0034]以下給出本發(fā)明方法的【具體實施方式】:
[0035]如圖1所不，待加工的晶體娃樣品主體為Si基,正面沉積有氣化娃層，背面為Al背場結構的樣品。
[0036]1.在氮化硅層的表面覆蓋具有開窗的掩膜作為保護膜，開窗位置對應待刻蝕柵線位置。方法如下:
[0037](I)如圖2所示，先在所述樣品氮化硅層表面覆蓋整層光敏的保護膜材料，再將樣品放入曝光機中曝光，通過顯影移除柵線位置保護膜材料，形成所述帶有開窗的保護膜；該方案中使用的保護膜為干膜或其它光敏材料，覆蓋保護膜采用壓膜法、涂敷法或絲網(wǎng)印刷法。`
[0038]使用壓膜法的工藝:將放入壓膜機中進行正面貼膜；優(yōu)選的，保護膜使用由保護膜聚乙烯、光致抗蝕劑膜和載體聚酯薄膜組成的耐酸性干膜，其中載體聚酯薄膜作用為防止光致抗蝕劑膜的氧化，在干膜曝光后即去除；干膜在壓膜機中通過加熱與硅片粘合。
[0039]使用絲網(wǎng)印刷的工藝:使用融狀膠體，如油墨型感光膠，使用傳統(tǒng)的絲網(wǎng)印刷方法在樣品氮化硅層表面覆蓋感光膠。
[0040]也可以使用直接涂敷法覆蓋光敏材料。
[0041]曝光和顯影工藝:以保護膜使用干膜的情況加以說明。干膜覆蓋完成后，將樣品置于曝光機中進行曝光，該過程使用圖形轉移技術，在曝光機中紫外線(或更小的波長)通過預先繪制好柵線圖形的菲林，菲林膜上有圖形區(qū)域紫外線不能通過，沒有圖形的區(qū)域紫外線可以通過，紫外線通過菲林照射在干膜上，引起干膜反應。干膜可分為正膠和負膠，正膠為非曝光區(qū)域固化，曝光區(qū)域用顯影液洗滌；負膠為曝光區(qū)域固化，非曝光區(qū)域用顯影液洗滌；本發(fā)明干膜使用成本較為便宜的負膠干膜。顯影時，使用0.3-4%的Na2CO3或NaOH溶液噴灑在曝光后的樣品表面，清水洗滌后，樣品表面形成了具有清晰的柵線電路圖形結構的保護膜。
[0042](2)覆蓋保護膜時，按照預設的柵線圖形，使用噴墨技術在預設的柵線位置以外區(qū)域直接噴涂保護膜材料，因不需曝光和顯影工藝，所述保護膜可為非光敏材料。
[0043]所述噴墨技術可選用為熱感應式噴墨技術。將所述保護膜材料作為墨水，利用一個薄膜電阻器，在墨水噴出區(qū)中將小于0.5%的墨水加熱，形成氣泡。這個氣泡以極快的速度(小于10 μ m)擴展開來，迫使墨滴從噴嘴噴出。氣泡再繼續(xù)成長數(shù)微秒便消逝回到電阻器上，當氣泡消逝，噴嘴的墨水便縮回，接著表面張力會產(chǎn)生吸力，拉引新的墨水補充到墨水噴出區(qū)中。
[0044]如圖3所示，氮化硅層上覆蓋了帶有開窗的保護膜。
[0045]2.按照保護膜柵線圖案刻蝕。將覆蓋了所述保護膜的樣品表面浸沒在刻蝕液中，按預設的柵線電路圖形進行濕法刻蝕，去除柵線位置氮化硅層，形成柵線區(qū)，如圖4所示；本發(fā)明技術方案中的蝕刻反應在酸液中進行，優(yōu)選的，使用10%-35%的氫氟酸作為刻蝕液，保護膜使用耐酸性材料，如使用前述耐酸性干膜，在刻蝕液中，非柵線區(qū)氮化硅層因干膜的保護得以保留。
[0046]3.柵線區(qū)鍍覆阻擋層。如圖5所示，在樣品柵線區(qū)鍍覆一層非Cu的金屬。該金屬層可在電鍍Cu時阻擋Cu與Si基在柵線區(qū)接觸。阻擋層所用金屬應具有良好的導電性，減少接觸電阻，可選的阻擋層材料為N1、Cr、W、T1、NiCr、NiW、TiW、NiMo或Co。鍍覆方法可使用電鍍或化學鍍，以使用Ni的情況為例加以說明，電鍍或化學鍍時均可選擇在光催化下進行，光催化使用可見光光源，光源可以為白光，也可以為單色可見光；樣品可采用傳統(tǒng)的垂直放置方式，完全浸沒于鍍液中；也可采用水平放置方式，僅樣品保護膜面接觸鍍液。
[0047]表1:阻擋層工藝組合
[0048]
【權利要求】
1.一種改進的晶硅太陽能電池銅電鍍方法，其特征在于:步驟包括: 覆蓋保護膜:在沉積有氮化硅層的Si基表面覆蓋帶有開窗的掩膜作為保護膜，所述開窗位置對應于待刻蝕的柵線位置，所述保護膜呈現(xiàn)柵線電路圖形； 刻蝕:使用刻蝕液蝕刻去除所述開窗位置的氮化硅層，在所述Si基表面形成柵線區(qū)； 覆蓋阻擋層:在所述柵線區(qū)內(nèi)覆蓋一層非Cu金屬，所述非Cu金屬作為Cu的阻擋層； 電鍍Cu:進行Cu電鍍，在阻擋層上形成Cu電極； 其中，所述保護膜含有抗蝕成分，在所述刻蝕過程中，保護膜可以阻擋刻蝕液。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于:所述形成開窗方法包括:保護膜使用光敏材料，先在氮化硅層表面整層覆蓋所述光敏材料，然后按照柵線電路圖形對保護膜進行曝光，通過顯影移除柵線位置所述光敏材料形成開窗。
3.根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征在于:所述保護膜為干膜，使用壓膜法覆蓋。
4.根據(jù)權利要求3所述的方法，其特征在于:所述干膜為保護膜聚乙烯、光致抗蝕劑膜和載體聚酯薄膜組成的混合感光膠。
5.根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征在于:所述保護膜為油墨型感光膠，使用絲網(wǎng)印刷法覆蓋 。
6.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于:所述形成保護膜開窗的方法包括:使用噴墨技術在所述氮化硅層表面待刻蝕的柵線位置以外區(qū)域直接噴涂。
7.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于:所述保護膜為耐酸性，所述刻蝕液使用10%-35%的氫氟酸(氟化氫水溶液)，時間為2-60min。
8.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于:所述阻擋層金屬包括以下之一:鎳(Ni)、鉻(Cr)、鈦(Ti)、鎢(W)、鎳鉻(NiCr)、鎳鎢(NiW)、鈦鎢(TiW)、鎳鑰(NiMo)以及鈷(Co)。
9.根據(jù)權利要求8所述的方法，其特征在于:所述鍍覆阻擋層采用電鍍或化學鍍。
10.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于:所述Cu電極高度為10-40μ m，寬度為10-200 μm。
11.根據(jù)I至10任一權利要求所述的方法，其特征在于:在所述Cu電極接觸空氣的表面覆蓋Cu的抗氧化層。
12.根據(jù)權利要求11所述的方法，其特征在于:所述覆蓋抗氧化層方法包括以下之一:電鍍錫(Sn)、化學鍍Sn、電鍍銀(Ag)、噴涂以及涂覆有機可焊性保護膜(0SP)。
13.根據(jù)權利要求12所述的方法，其特征在于:所述抗氧化層使用OSP或化學鍍Sn時，在所述Cu電極表面進行微蝕預處理。
14.根據(jù)權利要求13所述的方法，其特征在于:所述使用OSP的抗氧化層，Cu電極微蝕厚度為0.5-2.5 μ m,抗氧化層厚度為0.1-1 μ m。
15.根據(jù)權利要求14所述的方法，其特征在于:所述電鍍或化學鍍抗氧化層時，所述Si基待鍍面保持水平，單面接觸鍍液。
16.根據(jù)I至10任一權利要求所述的方法，其特征在于:所述鍍覆阻擋層和/或電鍍Cu時，Si基水平放置，待鍍面單面接觸鍍液。
17.根據(jù)I至10任一權利要求所述的方法，其特征在于:所述鍍覆阻擋層和/或電鍍Cu在可見光催化下進行。
18.根據(jù)I至10任一權利要求所述的方法，其特征在于:所述步驟還包括:Cu電極電鍍完成后，去除保護膜。
19.根據(jù)權利要求18所述方法，其特征在于:去除保護膜使用以下一項或多項組合方法:去膜液、異丙醇、丙酮、超`聲波、加熱、水清洗以及氧等離子體轟擊。
【文檔編號】H01L31/18GK103726088SQ201310728030
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年12月25日 優(yōu)先權日:2013年12月25日
【發(fā)明者】郭樺, 陳銳, 李瑋, 闞東武, 段光亮, 蔡曉晨 申請人:國電新能源技術研究院, 國電光伏有限公司