一种电镀法制备太阳电池栅线电极的方法与流程

本发明属于太阳电池领域，尤其是涉及一种电镀法制备太阳电池栅线电极的方法。

背景技术：

电镀是利用电解原理在某些金属表面镀上一薄层金属或合金的过程，是利用电解作用使金属或其它材料制作的表面附有一层金属膜的工艺从而起到防止金属氧化、提高耐磨性、导电性、反光性、抗腐蚀性及增进美观等作用。电镀时，镀层金属或其它不溶性材料作阳极，待镀的工件作阴极，镀层金属的阳离子在待镀件的表面被还原成金属镀层。作为一种成本较为低廉的技术，电镀方法在太阳电池制备电极领域也有应用。太阳电池的上表面镀有金属栅线电极，光照从金属栅线间隙照射进太阳电池，从而产生光生电流，光生电流通过金属栅线进行收集，并传输到外接电极。太阳电池下表面也镀有金属层，金属层与外接电极连接，这样使得太阳电池的上表面、下表面与外接电路形成回路。

目前丝网印刷技术是制作太阳电池电极的主流工艺。但是由于丝网印刷技术本身客观条件的限制，一方面印刷的电极线宽较宽，导致电池片的遮光面积较大；另一方面印刷的电极难以获得较高的高宽比。为增加电池片的有效受光面积，并获得较高高宽比的电极，一般采用真空蒸镀制备太阳电池栅线电极，真空蒸镀是将工件放入真空室，并用一定的方法加热，使镀膜材料蒸发或升华，飞至工件表面凝聚成膜，蒸汽粒子的空间分布影响了蒸发粒子在基体上的沉积速率以及基体上的膜厚分布。但制作出来的太阳电池栅线电极高度相同，电流传输效率有限，栅线处以及栅线以外都会生长金属，浪费原料，制作的电池栅线的横截面为层叠横截面，有暴露在外的表面，内部金属容易受到外界腐蚀影响。

技术实现要素：

本发明要解决的问题是提供一种电镀法制备太阳电池栅线电极的方法，尤其适合太阳电池栅线电极的制备，以克服现有技术中存在的栅线电极生产成本高且材料浪费大、制备的栅线电极不能最优实现电流收集形状、产品品质不高等问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种电镀法制备太阳电池栅线电极的方法，包括以下步骤：

步骤一：栅线电极光刻板设计：根据对电镀速率和进入电镀液速率的优化进行设计；

步骤二：太阳电池预处理：对太阳电池进行光刻处理、腐蚀处理和蒸镀金属附着层，得到太阳电池表面的栅线金属图形；

步骤三：电镀；

步骤四：加热处理：采用热箱烘烤或者快速热退火处理方式对太阳电池进行加固，得到太阳电池栅线电极。

其中，步骤三中电镀的一种方式为：在电镀之前，将太阳电池底部主栅向下，顶部副栅向上，按照特定速率将太阳电池浸入电镀液中，当副栅全部进入电镀液中，结束电镀。另一种方式为：使电解液没过太阳电池，保证太阳电池底部主栅向下，顶部副栅向上，开始电镀，按照特定速率将太阳电池拉出电镀液，结束电镀。电镀包括依次电镀银和电镀金。

其中，步骤二中对太阳电池进行光刻处理、腐蚀处理和蒸镀金属附着层包括如下步骤：

步骤一：对太阳电池旋涂光刻胶，然后使用所述的栅线电极光刻板进行曝光处理，经过显影之后，太阳电池的表面暴露出栅线图形；

步骤二：对太阳电池用PVD的方法蒸镀一层金属；

步骤三：使用有机溶剂去除光刻胶及光刻胶表面的残留金属，形成太阳电池表面的栅线金属图形。

进一步地，该方法还包括在电镀之前将太阳电池背面旋涂光刻胶进行保护。

本发明具有的优点和积极效果是：由于采用上述技术方案，可以实现太阳电池栅线的高度渐变，由于光生电流有太阳电池副栅末端流向太阳电池主栅，电流逐渐增加，此种栅线形状更加适合上电极的电流传输；由于电镀时金属生长的位置固定在栅线处，栅线以外不会生长金属，因此更加节省原料，且电镀时不用抽真空，更加节省成本；可以在电池栅线所有暴露表面都电镀有保护层，可以保证内部金属免受外界腐蚀影响。

附图说明

图1是本发明的太阳电池片结构示意图

图2是本发明的太阳电池片电镀过程示意图

图3是本发明的太阳电池片电镀后栅线形状俯视图

图4是本发明的太阳电池片电镀后栅线形状示意图

图5是真空蒸镀法制备砷化镓太阳电池片电镀后栅线截面示意图

图6是本发明电镀法制备砷化镓太阳电池片电镀后栅线截面示意图

图中：

1、太阳电池 2、太阳电池主栅 3、太阳电池副栅

4、电镀电源 5、电镀阳极 6、电镀液

7、金属金 8、金属锗 9、金属银

10、金属金 11、电池片

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。

本发明提供一种电镀法制备太阳电池栅线电极的方法，包括以下步骤：

步骤一：栅线电极光刻板设计：如图1所示，太阳电池片由太阳电池1、太阳电池主栅2和太阳电池副栅3组成，根据太阳电池1栅线电极的形状和对电镀速率和进入电镀液速率的优化进行设计，设计的太阳电池1的栅线图形可以为较细等宽的图形，也可以是较细不等宽的图形；

步骤二：太阳电池预处理：在电镀之前，对太阳电池1进行光刻处理、腐蚀处理和蒸镀金属附着层，得到太阳电池1表面的栅线金属图形；

步骤三：电镀：包括依次电镀银和电镀金，操作方法为：在电镀之前，将太阳电池1底部主栅2向下，顶部副栅3向上，按照特定速率将太阳电池1浸入电镀液6中，结束电镀；或者，使电解液6没过太阳电池1，保证太阳电池1底部主栅2向下，顶部副栅3向上，开始电镀，按照特定速率将太阳电池1拉出电镀液6，结束电镀；如图2所示，将待电镀的太阳电池1作为电镀的阴极，主栅2与电镀电源4的负极连接，待镀金属作为电镀的阳极5，与电镀电源4的正极连接，电镀液6含有待镀金属阳离子，通过调节太阳电池各部分在电镀液6中的停留时间，可以达到太阳电池1不同位置栅线不等高高度和不等宽宽度的效果。

步骤四：加热处理：太阳电池1经过电镀后，需要进行加热处理对电极进行加固，采用热箱烘烤或者快速热退火处理方式对太阳电池进行加固，得到太阳电池栅线电极。

其中，步骤二中对太阳电池1进行光刻处理、腐蚀处理和蒸镀金属附着层包括如下步骤：

步骤一：对太阳电池1旋涂光刻胶，然后应用栅线电极光刻板对太阳电池1进行曝光处理，经过显影之后，太阳电池1的表面暴露出栅线图形；

步骤二：对太阳电池1用PVD的方法蒸镀一层金属；

步骤三：使用有机溶剂去除光刻胶及光刻胶表面的残留金属，形成太阳电池1表面的栅线金属图形。

若太阳电池1背表面易受到电镀液6的影响，该方法还包括在电镀之前将太阳电池1背面旋涂光刻胶进行保护。

本发明的原理是：将待电镀的太阳电池1作为电镀的阴极，待镀金属作为电镀的阳极，电镀液含有待镀金属阳离子，通过调节太阳电池各部分在电镀液中停留的时间，可以达到太阳电池不同位置栅线不等高高度和不等宽宽度的效果。通过调节太阳电池浸入电镀液或者脱离电镀液的速率以及电镀速率，可以对电极的厚薄和宽窄程度进行调控。

电镀时太阳电池的操作方式为：开始电镀之后，将太阳电池底部主栅向下，顶部副栅向上，按照特定速率将太阳电池浸入电镀液，直至电镀液没过太阳电池，此时电镀结束。电镀时太阳电池的另一种操作方式为：使电镀液没过太阳电池，保证太阳电池底部主栅向下，顶部副栅向上，然后开始电镀，电镀时按照特定速率将太阳电池提拉出电镀液，直至太阳电池脱离电镀液，此时电镀结束。采用此两种操作方式，就能实现太阳电池1不同位置栅线不等高高度和不等宽宽度。

本实施例以8cm*8cm尺寸的三结GaInP/GaAs/Ge太阳电池为例，具体阐述本发明的实际应用。

1.设计栅线版图

根据实施例中电池需要，设计栅线版图，设置主栅2长度为8cm，宽度为150μm，副栅3长度为8cm，间距为1mm，副栅3为均匀宽度，宽度设置为10μm。

2.光刻处理

对外延有GaInP/GaAs/Ge层的太阳电池外延片正表面旋涂一层厚度为8μm的光刻胶，之后将外延片放入烘箱中100℃烘烤5min进行加固；加固之后的外延片放在刻有栅线版图的光刻板正下方，然后在紫外线照射下进行曝光处理，曝光时间为8-10s；曝光后的外延片放入显影液中显影60-90s，获得露出栅线图形的外延片表面，待显影完全后用去离子水洗净，最后用甩干机甩干或者氮气吹干。

3.腐蚀处理

将光刻处理后的太阳电池外延片放到稀盐酸中清洗20s，将暴露出的外延片表面的GaAs氧化层去除，用去离子水洗净，最后用甩干机甩干或者氮气吹干。

4.蒸镀金属附着层

将腐蚀处理后的太阳电池片放置在真空室，关上真空室进行抽气并运行真空蒸镀程序，蒸镀金属为Au和Ge，厚度均为50nm。蒸镀完成之后，将镀有金属层的外延片放入丙酮浸泡20min，取出后采用自动去胶机去胶，光刻胶去除干净后，采用自动清洗机冲洗6-8次，再用甩干机甩干。

5.电镀银

电镀银的目的是制备不等厚电极。用夹具将电池片主栅与外接电极相连并固定在电镀装置上，并将电池片与电源负极相连，电源正极为银金属。在电镀槽中添加电镀液。电镀液中的银存在的形式为银的氰化物或者银的硫代硫酸盐等，同时电镀液中添加络合剂、缓冲剂、导电盐等。

电镀银时，首先将电池片全部浸入在电镀液中，保持电池片的主栅方向向下，然后启动电镀电源，在电镀过程中逐渐将电池片向上提拉，待所有细栅提拉出电镀液液面而主栅仍位于电镀液液面以下时，电池提拉停顿数秒，之后关闭电镀电源，并将电池提拉出液面。电镀银时，最厚的厚度为8μm左右。在电镀过程中，调整电源保持阴极的电流密度不变。

6.电镀金

电镀金的目的是保护内部银电极不受腐蚀。用夹具将电池片主栅与外接电极相连并固定在电镀装置上，并将电池片与电源负极相连，电源正极为金属金。在电镀槽中添加电镀液。电镀液中的金存在的形式为金的氰化物或者金的亚硫酸盐等，同时电镀液中添加络合剂、缓冲剂、导电盐等。电镀金的厚度为200nm，在电镀金时，保持电池片在电镀槽中位置不变，等电镀结束之后取出。

电镀结束之后，电池片的主栅厚度为8.5μm，宽度为200μm，与主栅连接处细栅的厚度为8μm，宽度为60μm，细栅末端厚度为2μm，宽度为12μm。

蒸镀结束之后，用去离子水洗净，最后用甩干机甩干或者氮气吹干。

7.电极加固

将电池片放置到真空烘箱中，保持温度为340℃，恒温30min之后取出，最终取得高度和宽度渐变的电池栅线图形，如图3和4所示。真空蒸镀法制备的栅线截面图如图5所示，最外层的金属金没有完全包覆内层金属银，金属银会受到外界的影响，而在本实施例中，电池栅线的横截面如图6中的所示，最外层的金属金完全包覆内层金属银，这种结构可以有效保护银不受外界腐蚀影响。

本发明具有的优点和积极效果是：由于采用上述技术方案，可以实现太阳电池栅线的高度渐变，由于光生电流有太阳电池副栅末端流向太阳电池主栅，电流逐渐增加，此种栅线形状更加适合上电极的电流传输；由于电镀时金属生长的位置固定在栅线处，栅线以外不会生长金属，因此更加节省原料，且电镀时不用抽真空，更加节省成本；可以在电池栅线所有暴露表面都电镀有保护层，可以保证内部金属免受外界腐蚀影响。

以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。