一种太阳能电池微透镜阵列薄膜及其制作方法_2

文档序号:9689459阅读:来源:国知局
杂的形貌,以此确定适用于增加太阳能电池光捕捉效率的折射型微透镜阵列的最优表面形貌。
[0022]第二、模具的基底材料为硅,来源广且价格便宜。
[0023]第三、该发明中所涉及的工艺过程主要为光刻法和干法刻蚀法,工艺相对简单。
[0024]因此,本发明具有工艺简单、设计自由度高、精度高及成本低等优点。
【附图说明】
[0025]图1为本发明制作太阳能电池微透镜阵列薄膜的流程图;
图2为本发明步骤二在硅基底涂布WH-304胶的三维结构示意图;
图3为本发明步骤二中曝光过程示意图;
图4为本发明步骤二中形成的WH-304胶微细圆柱孔阵列;
图5为本发明步骤三中干法刻蚀工艺示意图;
图6为本发明步骤三中去除光刻胶后模具示意图;
图7为本发明方案中翻模制作的太阳能电池微透镜阵列薄膜的结构图。
【具体实施方式】
[0026]下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详述。
[0027]本发明所揭示的是一种太阳能电池微透镜阵列薄膜及其制作方法,该方法包括如下步骤: 步骤一:运用光学模拟软件设计适用于增加太阳能电池光捕捉效率的折射型微透镜阵列表面形貌。
[0028]该步骤中,可以利用ASAP(Advanced system analysis program)光学模拟软件进行光线入射至太阳能电池内的穿透率。当越多的光线进入电池内,可供光电转换的能量就越多,通过分析不同光学特性造成的不同的光穿透率,研究光电转换的效率。以此确定适用于增加太阳能电池光捕捉效率的折射型微透镜阵列的最优表面形貌,并且可以针对不同种类的太阳能电池进行设计优化。
[0029]步骤二:利用光刻法定义微透镜阵列底面形状。
[0030]为使太阳能电池微透镜阵列薄膜的表面填充因子达到最大化,微透镜阵列的各透镜底面形状可以设计为圆形、正方形、六边形或等边三角形(本发明以圆形为例)。
[0031]具体步骤为:
一、在硅基板上以既定的厚度涂布正性光刻胶,可以采用WH-304型光刻胶。
[0032](I)硅基板清洗及烘烤:在涂布光刻胶之前可以先对硅基板进行清洗及烘烤。
[0033]可采用如下清洗方法:首先利用浓硫酸清洗:将硅基板放入烧杯,并倒入适量浓硫酸,放置于抽风柜内的电炉上,打开抽风机,加热10?15分钟,待浓硫酸冒烟后拔下插头;冷却半小时后,将浓硫酸倒入废液瓶中,并用去离子水对硅基板进行超声清洗。然后,利用丙酮清洗:将硅基板用丙酮的棉球擦拭过后,再浸入装有丙酮的烧杯放入超声波清洗机中,10?15分钟后取出。最后,利用无水乙醇清洗:用浸过无水乙醇的棉球擦拭硅基板,再浸入装有无水乙醇的烧杯放入超声波清洗机中,10?15分钟后取出,用去离子水喷洗其抛光面后甩干。上述方法是常规的娃基板清洗方法,源于RCA标准清洗法。
[0034]硅基板进行清洗之后通常还要进行烘烤,具体方法可以为:将洗净后的硅基板放入烤箱,在120?150°C下去水烘烤200?300秒,以清除硅基板表面的水气残留使硅基板充分干燥,有利于光刻胶的均匀涂布。
[0035](2)在硅基板上涂布WH-304胶。
[0036]在硅基板上涂布WH-304近紫外光正性光刻胶,可以采用旋转的方式进行涂布,以便涂布更加均匀。配合图2所示,图2中,I为硅基板,2为WH-304光刻胶。
[0037]具体涂布方法为:将硅基板放在旋胶机的承片架(图中未示出)上,选择规格为1map.s的WH-304胶,往硅基板上滴适量的WH-304胶,先以低速旋转的方式使WH-304胶缓慢旋开至硅基板的边缘,然后通过高速旋转以增加WH-304胶的均匀性并得到所需的厚度。本实施例,可以先以转速600rpm旋胶15秒,然后以转速2200rpm旋胶30秒,旋涂结束后光刻胶的膜厚约为180μπι。
[0038]二、利用光刻技术制作WH-304胶微细圆柱孔阵列:即将具有微透镜阵列底面图案的掩模板置于光刻胶正上方合适的距离后执行曝光及显影工序,从而在硅基板上形成WH-304胶圆柱微孔。配合图3所示,图3中,I为硅基板,2为WH-304光刻胶,3为掩模板。
[0039]光刻技术一般需要经过前烘、曝光、显影、后烘等几个步骤,光刻技术虽是现有技术,但根据不同的工艺,采用的具体参数有所不同,本发明通过大量的尝试与研究,确定了如下具体步骤及参数:
(a)前烘:
由于在旋涂光刻胶的过程中,从硅基板中心至边缘的离心力逐渐增大,因此在旋转过程中胶层会出现少许的倾斜现象,而且边缘也会出现凸起,前烘的目的是使光刻胶受热后达到自平坦的目的。同时,也是避免WH-304胶与硅基板间的热膨胀系数差异导致的增温过快造成的龟裂现象。
[0040]本发明采用的具体前烘参数为:将涂好WH-304胶的硅基板置于温度为100°C的热板上烘烤90秒后,使WH-304胶内部的溶剂移动至表面并蒸发出来,可改善胶层表面及内部溶剂蒸发不均匀的现象,还可减少边缘凸起现象并增加WH-304胶与硅基板的黏附性;冷却后进行后续曝光步骤。
[0041](b)曝光:
如图3所示,因WH-304胶对波长为365nm左右的紫外光比较敏感,因此采用近紫外光(波长为350?400nm)的曝光机进行曝光,可采用Karl Suss公司生产的曝光系统MA6进行掩模板3的图像转移,参照WH-304胶的曝光参数,设定曝光强度为60?85mJ,曝光时间为90_120秒。
[0042](c)显影;
将硅基板置于0.4-0.6%Na0H或WH-3038的显影液中,采用喷淋或浸渍的方法显影1分钟。该过程中,曝光的部分会发生断链反应,易溶于显影液,从而被清洗掉,呈现出WH-304胶微细圆柱孔阵列结构;
(d)后烘;
后烘是为了使结构更加稳定,先将显影后的硅基板置于120°C的加热板上加热2分钟,然后置于120°C的烘道中烘烤1?2分钟,即可形成WH-304胶微细圆柱孔阵列。如图4所示,图4中,1为硅基板,4为圆柱孔,5为残留WH-304胶。
[0043]步骤三:利用干法刻蚀工艺,通过调整干刻蚀工艺参数,对步骤二中形成的微细圆柱孔处的硅基板进行刻蚀,制作具有设计形貌的硅基微透镜阵列模具。
[0044]该过程可以利用英国STS公司生产的Mesc Multiplex ICP(感应耦合电浆刻蚀)设备,主要是利用螺管线圈电功率,将充入刻蚀机内的SF6/02、C4F8/XeF2气体以感应耦合方式产生高密度的电浆,对步骤二中形成的微细圆柱孔处的硅基板进行物理及化学刻蚀,通过调整干刻蚀工艺参数,以形成设计的形貌。如图5所示,图5中,1为硅基板,5为残留WH-304胶,6为电浆(离子)。去除光刻胶之后,制得硅基微透镜阵列模具如图6所示。
[0045]该步骤工艺主要可以分为两个阶段来进行:
第一阶段形成微透镜模具的大致形状,其中化学式刻蚀占主导地位,几乎没有方向性,完全的化学主导刻蚀反应使得晶片的横截面成等向性;通常,该阶段通入的气体为:SFe/02。
[0046]第二阶段将对第一阶段形成的大致形状进行有方向性的修饰,该过程中物理/化学式刻蚀交互竞争,刻蚀、高分子保护膜的形成与去除使得刻蚀面的非等向性会比较好。该第二阶段通入的气体通常为C4F8/XeF2。
[0047]以上述方法制作的太阳能电池微透镜阵列薄膜模具具有如下优点:第一、可以通过调整干刻蚀工艺参数(下电极瓦数、上电极瓦数、反应电极距离、气体流量、压力、交替时间、光罩种类、硅基板曝光面积和硅片尺寸等)来进行刻蚀,使硅基微透镜阵列模具的形貌达到设计形
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