專利名稱：內聯(lián)式非晶硅太陽能電池及制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及內聯(lián)式非晶硅太陽能電池的制造方法屬半導體器件制造技術，具體地說是一種內聯(lián)式集成型非晶硅太陽能能電池及制造方法。
非晶硅太陽能電池是一種新型光電轉換器件，它是在玻璃基板上沉積形成非晶硅pin結的集成型平板式光電組件。它的弱光特性好，非晶硅太陽能電池對瑩光燈光譜的吸收系數(shù)大約是單晶硅電池的10倍。

圖1為典型的非晶硅太陽能電池結構示意圖案，它是由1玻璃基片，2透明導電膜，3非晶硅層，4金屬背電極層，5保護層，6可焊接電極等六個部分組成。目前，一般常規(guī)的非晶硅太陽能電池的制造方法如下玻璃----透明導電膜制備----貼光刻膠膜----光刻膠膜曝光----光刻膠膜顯影并干燥----腐蝕透明導電膜----去除光刻膠膜----沉積非晶硅層----激光刻劃非晶硅層----真空蒸鍍金屬背電極----貼光刻膠膜----光刻膠膜曝光----光刻膠膜顯影并干燥----腐蝕背電極----去除光刻膠膜----封裝----切割----測試----包裝入庫。
采用以上方法形成導電膜圖形需要五至六步工作才能完成，如果按照專利90104410.5所提供的用激光刻蝕導電膜的方法，容易在切割工序這一步，造成電極短路。若背電極采用上述方法刻蝕，其工藝復雜，而且還會對已沉積的非晶硅造成污染；若按以上專利中所提供的用金屬掩膜遮擋直接蒸鍍背電極，這種方法不能將線條加工的很精細，而且隨著掩膜版面積的增大，剛性隨之變差，無法保證掩膜版與電池板之間的緊密接觸，導致電極邊緣變虛，造成電池漏電或短路。中國專利8710127.1激光-化學腐蝕刻蝕非晶硅a-si太陽電池背電極，給出了先進的激光-化學腐蝕法制做背電極的方法，但仍然存在工藝復雜和非晶硅被污染的問題。
本發(fā)明的目的之一，是提供一種大面積加工非晶硅太陽能電池，并簡化工藝；透明導電膜制備由原來的五步簡化為三步；背電極制造由原來的六步簡化為兩步，避免了對非晶硅太陽能電池的污染。
目的之二，是增加背電極的可焊性、可焊電極的防腐性。
為了實現(xiàn)本發(fā)明的任務是通過以下技術方案完成的。
本發(fā)明的工藝路線按順序包括列步驟選澤玻璃----制造復合透明導電膜----絲印正電極保護膜----腐蝕透明導電膜----去除保護膜，清洗干燥-----沉積非晶硅薄膜-----激光刻劃非晶硅層----真空鍍鋁-----激光刻鋁----印背漆字符----印可焊電極----切割測試包裝入庫。更為具體的技術要點是a)絲印正電極保護膜，是在制作好復合膜的透明導電玻璃上用耐酸漿料印制電池正電極圖形；b)干燥后放入酸溶液中將裸露的透明導電膜腐蝕干凈；c)堿溶液將表面的透明導電膜保護層清除并清洗；d)輝光放電的方法沉積P、I、N三層非晶硅薄膜；e)激光刻蝕非晶硅層，形成內聯(lián)式集成電池的光電轉換層；f)真空鍍膜設備在非晶硅表面蒸鍍背電極；g)激光刻蝕背電極；h)防腐銅漿印制制作可焊電極。絲印正電極保護膜是用240--300目的絲網(wǎng)和耐酸漿料印制透明導電膜保護層，在溫度60℃條件下，干燥一小時后，放入溫度為70℃，酸溶液中，再用1～3％的氫氧化鈉水溶液除去透明導電膜表面的保護層。透明導電膜的腐蝕所用酸溶液由鹽酸、水、硝酸按體積比1～3∶10∶0.1～0.5配制而成。激光刻蝕背電極是利用刻斷非晶硅的同時將背電極刻斷。
可焊電極的制造是選用195～240目絲網(wǎng)制做網(wǎng)版，將可焊料解凍加入1％～4％的防腐助焊劑印制而成。
本發(fā)明產生的極積效在于工藝步驟得到簡化，采用了一步法化學腐蝕透明導電膜層放在激光刻蝕層非晶硅層之前，避免了對背電極及非晶硅層的污染或過腐蝕，從而提高了成品率；激光刻蝕背電極，提高了產品整體外觀，邊緣整齊，克服了邊緣的短路現(xiàn)象，提高了輸出電壓。
本發(fā)明效果還在于電池的內聯(lián)式結構便于工業(yè)化大規(guī)模生產。
在計算器用太陽能電池中，特別需要強調熒光下的光電響應，因為熒光中短波成份比陽光和白熾燈豐富，而長波成份弱得多，目前大多采用ITO膜或二氧化錫膜，它們的熒光透過率較低。所以，日本松下公司最新產品在同一性能下，熒光光強需要200 LOX，而白熾燈光強僅需60 LUX，可見增加熒光透過率的重要性。
本發(fā)明利用了薄膜干涉的原理，采用了ITO和SnO2復合膜結構，此時取λ0為5000埃(綠光)，光反射率R為Rλ0=[n0-(n1/n2)2·n3n0+(n1/n2)2·n3]2]]>式中n0真空折射率n1SnO2折射率n2ITO折射率n3基底折射率n2比較接近(n3/n0)1/2·n1，所以 大大減少，透過率則可以在短波段處得到改善。本發(fā)明可以在短波段得到4～5％的短波增強。
材料的備制和加工是本發(fā)明的技術關鍵，因最終產品是一薄膜器件，而器件制造工藝的絕大部分是材料的制備和加工工藝，所以很難把器件工藝和材料工藝分開。而本發(fā)明就利用非晶硅結構的變化來增加短波效應。在以下的制作過程中，將制作好復合膜的透明導電膜玻璃上，用耐酸漿料印制電池正電極圖形，干燥后放入酸溶液中，將裸露的透明導電膜腐蝕干凈，用堿溶液將表面的透明導電膜保護層清除并清洗。放入非晶硅沉積室中，用輝光放電的方法沉積P、I、N三層非晶硅薄膜，之后用激光刻蝕機將非晶硅層刻成數(shù)組形成集成電池的光電轉換層，再利用真空鍍膜設備在非晶硅表面蒸鍍鋁膜，利用激光刻蝕機將鋁膜刻成數(shù)組電池的負極，在此基礎上，對鋁膜表面，分別印制保護層、字符及可焊接電極。
以下結合附圖進一步說明本發(fā)明的技術內容。
圖1為非晶硅太陽能電池結構圖。
1玻璃基片，2透明導電膜，3非晶硅層，4背電極，5保護層，6可焊接電極。
圖2為本發(fā)明的內聯(lián)式非晶硅太陽能電池透明導電膜圖形，陰影部分為導電膜。
圖3為本發(fā)明的非晶硅層，陰影部分為激光刻化后的非晶硅層。
圖4為本發(fā)明的背電極鋁層圖形，陰影部分為激光刻劃線。
圖5為本發(fā)明的可焊接電極圖形。
圖6為本發(fā)明的集成型內聯(lián)式非晶硅太陽能電池串聯(lián)結構圖，陰影部分為正、負電極串聯(lián)部分。
下面是最佳實施例。例1，按以下順序
1)將1毫米厚作好雙層TCO膜的導電玻璃切割成300×300平方毫米，選擇并標記兩條直角邊作為基準邊；2)用240目絲網(wǎng)制作導電膜漏印網(wǎng)版，將玻璃放在絲印機平臺上，基準邊靠緊平臺上的定位邊，用耐酸漿料印制導電膜保護層，經60℃、一小時干燥后，放入70℃，鹽酸、水、硝酸按體積比1∶10∶0.1配制而成的溶液中，將裸露的導電膜腐蝕干凈，然后用1％的氫氧化鈉水溶液除去導電膜表面的保護層，清洗干凈，即形成內聯(lián)式太陽能電池的正極；3)將做好正極的玻璃放入非晶硅沉積室，采用13.56MHz的輝光放電裝置，在導電膜上分別沉積P層100埃，I層4000埃，N層200。為了防止每兩層之間的交叉污染，在每層沉積后，用氮氣充分清洗系統(tǒng)，即可形成電池的光電轉換層；4)待玻璃溫度降至50℃以下后取出，放在激光光刻機平臺上，基準邊靠住平臺的定位邊并固定，調整激光光刻功率0.1W-0.7w，保證刻劃線寬度小于0.3毫米，將非晶硅刻劃成與導電膜相對應的形狀，并保證此刻劃線與導電膜刻線平行相距0.1-0.4毫米；取出后用氮氣吹凈表面的粉塵，保證透明導電膜與鋁層的良好接觸。
5)將刻好非晶硅的玻璃放入真空鍍膜機內，抽真空，當真空度達到6×10-6乇以上后開始蒸發(fā)，時間控制在5-100秒內，待真空度降至與外界平衡后，取出玻璃。至此內聯(lián)式集成非晶硅太陽能電池的正、負電極已通過非晶硅的激光光刻，直線錯位串聯(lián)而成；
6)將鍍好鋁的玻璃放在激光光刻機平臺上，基準邊靠住平臺的定位邊并固定，調整激光光刻功率0.1-0.7w，保證刻劃線寬度小于0.3毫米，將非晶硅刻劃成與導電膜相對應的形狀，并保證此刻劃線與非晶硅刻線平行相距0.1-0.40毫米；7)印制保護背漆，選擇棕色純酸調和漆，用120目絲網(wǎng)版印制保護層，印好后放入100-120℃烘箱中干燥10-40分鐘后取出；8)印制字符，選擇中黃色調和漆，用120目絲網(wǎng)版印制保護層，印好后放入100-120℃烘箱中干燥10-40分鐘后取出；9)印制背電極，選用195-240目絲網(wǎng)制做網(wǎng)版，將可焊料解凍加入1％-4％的防腐助焊劑，助焊劑用10-40克的松香溶于100毫升乙醇，印料充分攪拌后，印制可焊接電極，之后放入60-86℃的烘箱中預烘10-20分鐘，再升溫至160-200℃恒溫40-60分鐘，降溫后即可切割，并按照技術參數(shù)要求逐片測試、包裝、入庫。
例2.步驟順序同例1.
僅改變步驟2)中的工藝參數(shù)選用280目絲網(wǎng)制作導電膜漏印網(wǎng)版，用耐酸漿料印制導電膜保護層，經60℃、一小時干燥后，放入70℃，鹽酸、水、硝酸按體積比為2∶10∶0.3配制而成的液凈中，將裸露的導電膜腐蝕干凈，后用2％的氫氧化鈉水溶液除去導電膜表面的保護層。
例3.步驟順序同例1.
僅改變步驟2)中的工藝參數(shù)選用300目絲網(wǎng)制作導電膜漏印網(wǎng)版，用耐酸漿料印制導電膜保護層，經60℃、一小時干燥后，放入70℃，鹽酸、水、硝酸按體積比為3∶10∶0.5配制而成的液凈中，將裸露的導電膜腐蝕干凈，后用3％的氫氧化鈉水溶液除去導電膜表面的保護層。以下是應用本發(fā)明的工藝得到的最終產品例4.以SC-1230I型單體電池為例，按產品要求將透明導電膜腐成四塊形狀相同的圖形(圖2中的陰影部分)，在透明導電膜上沉積非晶硅層(圖3中的陰影部分)，在非晶硅表面蒸鍍金屬背電極(圖4陰影以外的部分)、透明導電膜層、非晶硅薄膜層和背電極上均有常條形、直線錯位結構的輸出電極。透明導電膜是ITA層作為正極和負極背電極首、尾內部串聯(lián)。絲印保護漆、字符及可焊電極后，成最終產品。
應用本發(fā)明可進行工業(yè)化生產，所以本發(fā)明的技術特征不限于以上所舉實施例。
權利要求
1.一種內聯(lián)式非晶硅太陽能電池及其制造方法，其特征在于，所述電池的制作方法按順序包括下列步驟選擇玻璃---制造復合透明導電膜----絲印正電極保護膜----腐蝕導電膜----去除保護膜，清洗干燥-----沉積非晶硅薄膜-----激光刻劃非晶硅層----真空鍍鋁---激光刻鋁----印背漆字符----印可焊電極----切割測試包裝入庫；a)絲印正電極保護膜，是在制作好復合膜的透明導電玻璃上用耐酸漿料印制電池正電極圖形；b)干燥后放入酸溶液中將裸露的導電膜腐蝕干凈；c)堿溶液將表面的導電膜保護層清除并清洗；d)輝光放電的方法沉積P、I、N三層非晶硅薄膜；e)激光刻蝕非晶硅層形成內聯(lián)式集成電池的光電轉換層；f)真空鍍膜設備在非晶硅表面蒸鍍背電極；g)激光刻蝕背電極；h)防腐銅漿印制制作可焊電極。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種內聯(lián)式非晶硅太陽能電池及其制造方法，其特征在于上述的絲印正電極保護膜是用240--300目的絲網(wǎng)和耐酸漿料印制導電膜保護層，在溫度60℃條件下，干燥一小時后，放入溫度為70℃，酸溶液中，再用1％～3％的氫氧化鈉水溶液除去導電膜表面的保護層。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的一種內聯(lián)式非晶硅太陽能電池及其制造方法，其特征在于所述透明導電膜的腐蝕所用酸溶液由鹽酸、水、硝酸按體積比1～3∶10∶0.1～0.5配制而成。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種內聯(lián)式非晶硅太陽能電池及其制造方法，其特征在于上述的激光刻蝕背電極是利用刻斷非晶硅的同時將背電極刻斷。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種內聯(lián)式非晶硅太陽能電池及其制造方法，其特征在于上述可焊電極的制造是選用195～240目絲網(wǎng)制做網(wǎng)版，將可焊料解凍加入1％～4％的防腐助焊劑印制而成。
6.根據(jù)權利要求1或5所述的一種內聯(lián)式非晶硅太陽能電池及其制造方法，其特征在于上述的防腐助焊劑是由10～40克的松香溶于100毫升乙醇所組成。
7.一種內聯(lián)式非晶硅太陽能電池，是由玻璃基底、透明導電膜、非晶硅薄膜層、背電極層所組成，其特征是在上述的透明導電膜層、非晶硅薄膜層和背電極上均有常條形、直線錯位結構的輸出電極。
8.一種內聯(lián)式非晶硅太陽能電池，其特征是上述的透明導電膜是ITA層作為正極和負極背電極首、尾內部串聯(lián)。
全文摘要
本發(fā)明涉及內聯(lián)式非晶硅太陽能電池的制造方法屬半導體器件制造技術，具體地說是一種內聯(lián)式集成型非晶硅太陽能能電池及制造方法按順序包括下列步驟選擇玻璃-制造復合透明導電膜-絲印正電極保護膜-腐蝕導電膜-去除保護膜，清洗干燥-沉積非晶硅薄膜-激光刻劃非晶硅層-真空鍍鋁-激光刻鋁-印背漆字符-印可焊電極-切割測試包裝入庫。工藝簡單，可實現(xiàn)規(guī)模生產，降低成本。
文檔編號H01L31/18GK1115121SQ9510499
公開日1996年1月17日 申請日期1995年5月19日 優(yōu)先權日1995年5月19日
發(fā)明者李毅, 周起才, 丁孔賢, 鄭澤文, 周帥先, 陳剛, 何承義 申請人:李毅