一种异质结太阳能电池的制备方法与流程

1.本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种异质结太阳能电池的制备方法。


背景技术：

2.目前异质结太阳能电池的栅线技术为采用丝网印刷导电银浆制备栅线，现有的栅线材料为树脂型低温固化银浆。研究表明，丝网印刷树脂型低温固化银浆作为金属电极存在以下问题：
3.(1)线宽大展幅：栅线的宽度方向上有溢流展宽，该溢流展宽会导致的宽度展幅，这会遮挡入射光，导致电池转换效率下降；
4.(2)低高宽比：丝网印刷低温银浆制备的银栅线的高宽比目前一般为30％，即使是采用多次慢速印刷、在牺牲工艺节拍的情况下也只能将高宽比增加到40
‑
50％，较低的高宽比会增加栅线对入射光的遮挡、降低栅线的导电性；
5.(3)电阻率高、导电性差：异质结太阳能电池的生长温度一般在250度以下，无法采用高温银浆固化，采用低温固化银浆导致所制备的银栅线中银颗粒尺寸小、结晶性差，进而导致其导电性差，和透明导电层的接触电阻差；
6.(4)高价格：目前低温固化银浆的价格较高，耗费的材料成本较大；
7.(5)低平行度：丝网印刷工艺制备的栅线平行度相对比较差，会影响后续串焊的精度。


技术实现要素：

8.因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有异质结电池的栅线宽度方向上有较大展幅的问题，提供一种异质结太阳能电池的制备方法，该制备方法能有效避免栅线产生宽度展幅，进而增加入射的光线，增加电池的转化效率，提高电池短路电流。
9.第一方面，本发明提供一种异质结太阳能电池的制备方法，包括形成衬底器件以及在所述衬底器件的表面形成栅线的步骤，其中，形成栅线包括如下步骤：在所述衬底器件的表面形成图形化的掩膜层，所述掩膜层中具有若干开口，开口用于定义栅线的位置；所述掩膜层包括依次层叠设置的第一子掩膜层至第n子掩膜层，n为大于等于2的整数，其中，第k+1子掩膜层的曝光精度大于第k子掩膜层的曝光精度；以所述掩膜层为掩膜，采用蒸镀工艺在所述开口中形成所述栅线；形成所述栅线之后，去除所述掩膜层。
10.进一步地，在所述衬底器件的表面形成图形化的掩膜层的步骤中，包括：在所述衬底器件的表面依次涂覆第一子光刻胶层至第n子光刻胶层，n为大于等于2的整数；在对所述光刻胶层进行曝光的过程中，第k+1子光刻胶层的曝光精度大于第k子光刻胶层的曝光精度，k为大于等于1且小于等于n
‑
1的整数；对所述光刻胶层进行显影之后，所述掩膜层包括位于所述开口中依次层叠的第一子光刻胶层至第n子光刻胶层；第k+1子光刻胶层在所述衬底器件的表面上的正投影面积大于第k子光刻胶层在所述衬底器件的表面上的正投影面积。
11.进一步地，n为大于等于3的整数；优选的，当n为3时，第一子光刻胶层的厚度为0.5μm
‑
1.0μm，第二子光刻胶层的厚度为0.5μm
‑
1.0μm，第三子光刻胶层的厚度为0.5μm
‑
1.0μm，所述光刻胶层的总厚度为1.5μm
‑
3.0μm；优选的，第一子光刻胶层的曝光精度
‑
1.5μm～+1.5μm；第二子光刻胶层的曝光精度
‑
1μm～+1μm；第三子光刻胶层的曝光精度
‑
0.5μm～+0.5μm；优选的，所述栅线的底面宽度为4μm～30μm；所述栅线的高度与所述栅线的底面宽度的比值为0.75～0.85；优选的，所述栅线在所述衬底器件的表面上的正投影形状为直线型或折线型。
12.进一步地，在所述衬底器件的表面依次涂覆第一子光刻胶层至第n子光刻胶层的步骤中，所述光刻胶层的材料包括：溶质以及溶剂；所述溶质包括：酚醛树脂、重氮盐和重氮树脂；第k+1子光刻胶层的材料中溶质的浓度大于所述第k子光刻胶层的材料中溶质的浓度；优选的，当n为3时，所述第一子光刻胶层的材料中溶质的浓度为20％～40％；所述第二子光刻胶层的材料中溶质的浓度为40％～60％；所述第三子光刻胶层的材料中溶质浓度为60％～80％。
13.进一步地，所述开口的侧壁表面与所述开口的底部表面之间的夹角为锐角；所述栅线的侧壁表面与所述栅线的底面之间的夹角为锐角；优选的，所述开口的侧壁表面与所述开口的底部表面之间的夹角为50度
‑
70度；所述栅线的侧壁表面与所述栅线的底面之间的夹角为50度
‑
70度。
14.进一步地，采用蒸镀工艺在所述开口中形成所述栅线的步骤包括：在所述开口中依次蒸镀第一子栅线层至第m子栅线层，m为大于等于1的整数；优选的，m为大于等于2的整数，第j子栅线层的导电率大于第j+1子栅线层的导电率，j为大于等于1且小于等于m
‑
1的整数；优选的，当m为2时，第一子栅线层的材料包括钛、钯、银、镍、铝或铜中的两种；第二子栅线层的材料为锡；优选的，当m为3时，第一子栅线层的材料为钛、钯、银、镍或铝；第二子栅线层的材料为铜；第三子栅线层的材料为锡。
15.进一步地，所述的异质结太阳能电池的制备方法还包括：在所述开口中形成所述栅线的过程中，在所述掩膜层的顶面形成附加层；在去除所述掩膜层的过程中去除所述附加层；优选的，采用剥离工艺剥离所述掩膜层和所述附加层。
16.进一步地，所述剥离工艺中，采用的剥离液为二甲基亚砜溶液，二甲基亚砜溶液中溶质的浓度为150mg/cbm～170mg/cbm，二甲基亚砜溶液的质量流量为1kg/h～2kg/h，二甲基亚砜溶液的温度30℃～40℃，浸泡时间为10min～30min。
17.进一步地，在对所述光刻胶层进行曝光的步骤中，对所述光刻胶层进行紫外光照射曝光；紫外光的波长为400nm～500nm；曝光时间40s～60s；优选的，在对所述光刻胶层进行显影的步骤中，采用的显影液包括氢氧化钾以及四硼酸钠，所述氢氧化钾与所述四硼酸钠质量百分比为7:2～5:2；所述显影液的ph值范围为12.6～13.05，显影时间为30s～90s。
18.进一步地，所述采用蒸镀工艺在所述开口中形成所述栅线的步骤中，镀膜枪头的喷射速度为1m/min～5m/min，镀膜腔室的压强为0mbar～5
×
10
‑5mbar，镀膜温度为100℃～180℃。
19.本发明技术方案，具有如下优点：
20.该异质结太阳能电池的制备方法，通过掩膜以及蒸镀工艺制备栅线，将栅线的图案限定于掩膜层的开口中，避免栅线在宽度方向上有溢流展宽，避免产生宽度展幅，增大了
电池的受光面积，进而增加入射的光线，提高电池的短路电流isc，增加电池的转化效率。其次，由于很好的控制栅线各处的宽度，因此可以得到的栅线有更好的线性度和平行度，能保证串焊时可做到更高的精度。
21.进一步，其中的栅线的材料为导电性好且价格较低金属材料，材料纯度较高，相对目前的栅线材料(贵金属银)价格便宜，成本较低，并且可以与衬底器件层中的透明导电层形成更好的接触，降低与衬底器件的接触电阻，并且较高的纯度会避免金属杂质扩散至异质结电池的衬底器件中。
22.进一步，通过设置不同曝光精度的子光刻胶层，当在显影的时候，每一层子光刻胶层的曝光精度不同，进而图案化的面积也不同，第k+1子光刻胶层的曝光精度大于第k子光刻胶层的曝光精度，即第k+1子光刻胶层图案化面积小于第k子光刻胶层的图案化面积，因此所获得的光刻胶层的图案等似为倒梯形，因此最后栅线的截面图案也等似为正梯形，因此栅线的具有较高的高宽比，因此可以减小栅线对入射光的遮挡，提高栅线的导电性，增加电池的转化效率。并且不同子光刻胶层的曝光精度不同，其材料价格也不同，曝光精度低的，其材料价格也低，因此通过减小子光刻胶层的曝光精度，进而减小光刻胶的成本。
附图说明
23.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
24.图1为本发明实施例中提供的异质结太阳能电池的制备方法的流程图；
25.图2为本发明实施例中提供的异质结太阳能电池的制备方法的流程图；
26.图3
‑
图9为本发明实施例中提供的异质结太阳能电池的制备方法的工艺结构示意图；
27.图10为本发明实施例中提供的衬底器件的结构示意图。
28.标记说明：
29.衬底器件110；n型衬底层111；第一本征半导体层112；
30.n型非晶硅薄膜113；第一透明导电层114；第二本征半导体层115；
31.p型非晶硅薄膜116；第二透明导电层117；
32.第一掩膜层120；第一开口121；第一光刻胶层122；掩膜板123；
33.第一子光刻胶层124；第二子光刻胶层125；第三子光刻胶层126；
34.第一子掩膜层127；第二子掩膜层128；第三子掩膜层129；
35.第一栅线131；附加层132。
具体实施方式
36.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
37.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位
置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
38.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
39.此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
40.本发明提供一种异质结太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：形成衬底器件以及在衬底器件的表面形成栅线的步骤。其中，如图1所示，形成栅线包括如下步骤s101～s103。
41.s101、在衬底器件的表面形成图形化的掩膜层，掩膜层中具有若干开口，开口用于定义栅线的位置；掩膜层包括依次层叠设置的第一子掩膜层至第n子掩膜层，n为大于等于2的整数，其中，第k+1子掩膜层的曝光精度大于第k子掩膜层的曝光精度。
42.s102、以所述掩膜层为掩膜，采用蒸镀工艺在所述开口中形成所述栅线。
43.s103、形成所述栅线之后，去除所述掩膜层。
44.该制备方法通过掩膜以及蒸镀工艺制备栅线，具体的是将栅线蒸镀于掩膜层的开口中，从而避免方向上有溢流展宽，避免产生宽度展幅，增大了电池的受光面积，进而增加入射的光线，增加电池的转化效率，提高电池的短路电流isc。所述制备方法工作环境为无尘黄光区，黄光区波长为大于500nm。
45.如图2～图9所示，以下将以对衬底器件110的第一面制备栅线作为示例。
46.如图2所示，对该制备方法的具体步骤s1～s4说明如下，如下对衬底器件110的第一面制备第一栅线进行说明，所述第一栅线即为正面栅线。
47.s1、如图3所示，提供衬底器件110，所述衬底器件110具有第一面。所述第一面为所述衬底器件110的上表面，在其他实施例中可以在下表面制备栅线。
48.s2、如图4所示，在所述第一面上形成图形化的第一掩膜层120，所述第一掩膜层120中具有若干第一开口121。第一开口121的宽度为4μm～6μm。第一开口121定义第一栅线的位置。
49.进一步的，形成所述第一掩膜层120的步骤包括s201～s203。
50.s201、如图5所示，在所述第一面形成第一光刻胶层122。
51.在本实施例中，在所述第一面形成第一光刻胶层122的步骤包括：
52.在所述第一面涂覆第一光刻胶层122；在所述第一面涂覆第一光刻胶层122的步骤中，所述第一光刻胶层122的材料包括：溶质以及溶剂；所述溶质包括：酚醛树脂、重氮盐和重氮树脂。第一光刻胶层122的材料包括正性光刻胶，正性光刻胶在显影的时候，将光照的区域去除，非光照的区域保留；而负性光刻胶则相反，其在显影的时候，将非光照的区域去除，光照的区域保留。通常情况下，正性光刻胶比负性光刻胶的精度要高，负性光刻胶显影
后图形有涨缩，负性光刻胶限制在2μm～3μm，导致影响精度；而正性光刻胶则无这方面的影响。
53.对所述第一光刻胶层122进行固化处理，对所述第一光刻胶层122进行固化处理的步骤为：对所述第一光刻胶层122进行烘烤，烘烤的温度为90℃～120℃，烘烤的时间90s～120s。第一光刻胶层122的总厚度为1.5μm
‑
3.0μm，优选为2.5μm。
54.在所述第一面形成第一光刻胶层的方法包括：
55.在所述第一面依次形成第一子光刻胶层至第n子光刻胶层，n为大于等于2的整数。
56.在对所述第一光刻胶层进行曝光的过程中，第k+1子光刻胶层的曝光精度大于第k子光刻胶层的曝光精度，k为大于等于1且小于等于n
‑
1的整数；对所述第一光刻胶层进行显影之后，所述第一掩膜层120包括位于第一开口121中依次层叠的第一子光刻胶层至第n子光刻胶层。
57.第k+1子光刻胶层在所述第一面的正投影面积大于第k子光刻胶层在所述第一面的正投影面积。
58.优选的，n为大于等于3的整数；进一步优选的，n为3，第一子光刻胶层124的厚度为0.5μm
‑
1.0μm，第二子光刻胶层125的厚度为0.5μm
‑
1.0μm，第三子光刻胶层126的厚度为0.5μm
‑
1.0μm，第一光刻胶层122的总厚度为1.5μm
‑
3.0μm。第一子光刻胶层124的曝光精度
‑
1.5μm～+1.5μm；第二子光刻胶层125的曝光精度
‑
1μm～+1μm；第三子光刻胶层126的曝光精度
‑
0.5μm～+0.5μm。第k+1子光刻胶层材料溶液中溶质的浓度大于所述第k子光刻胶层材料溶液中溶质的浓度。当k为3时，所述第一子光刻胶层124材料溶液中溶质的浓度为20％～40％；所述第二子光刻胶层125材料溶液中溶质的浓度为40％～60％；所述第三子光刻胶层126材料溶液中溶质浓度为60％～80％。其中，溶质中的材料随着浓度的升高，其相应的曝光精度会有所提高，即溶质中各个材料的浓度与曝光精度呈正相关。
59.s202、如图6所示，对所述第一光刻胶层122进行曝光；在对所述第一光刻胶层122进行曝光的步骤中，具体包括：以掩膜板123作为掩膜(mask)对光线进行遮挡，对第一光刻胶层122进行紫外光照射曝光；紫外光的波长为400nm～500nm。
60.s203、如图7所示，对所述第一光刻胶层122进行显影；在对所述第一光刻胶层122进行显影的步骤中，所述显影液包括氢氧化钾以及四硼酸钠，所述氢氧化钾与所述四硼酸钠质量百分比为7:2～5:2；所述显影液的ph值范围为12.6～13.05；显影时间为30s～90s。第一光刻胶层122经曝光、显影后，得到第一掩膜层120，第一掩膜层120包括层叠设置的第一子掩膜层127、第二子掩膜层128、第三子掩膜层129。
61.在一实施例中，通过设置不同曝光精度的光刻胶层，当在显影的时候，由于每一层子光刻胶层的曝光精度不同，进而图案化的面积也不同，第k+1子光刻胶层的曝光精度大于第k子光刻胶层的曝光精度，即第k+1子光刻胶层图案化面积小于第k子光刻胶层的图案化面积，因此所获得的第一光刻胶层的图案等似为倒梯形，因此后续制备得到的第一栅线的截面图案也等似为正梯形，因此第一栅线具有较高的高宽比，这可以保证制备的第一栅线更细，因此可以减小栅线对入射光的遮挡，提高栅线的导电性，增加电池的转化效率。并且不同第一子光刻胶层的曝光精度不同，其材料价格也不同，曝光精度低的，其材料价格也低，通过减小光刻胶层的曝光精度，进而减小光刻胶的成本。
62.s3、如图8所示，以所述第一掩膜层120为掩膜，采用蒸镀工艺在所述第一开口121
中形成第一栅线131。
63.由于蒸镀材料时，一般都是整面沉积，因此材料也会在第一掩膜层120的顶面形成。所述异质结太阳能电池的制备方法还包括：在第一开口121中形成第一栅线131的过程中，在第一掩膜层120的顶面形成附加层132。第一掩膜层120高度的范围3μm～26μm，因此在蒸镀的时候，第一掩膜层120与第一开口底部的高度差使第一栅线131与附加层132是断开的，二者并未连接。附加层132在后续去除第一掩膜层120的同时一并去除。
64.由于第一开口121很好的控制第一栅线131各处的宽度，因此得到的第一栅线131有更好的线性度和平行度，能保证串焊时可做到更高的精度；并且可选用更细的焊丝来进行串焊，减小焊丝对电池受光面的遮挡，提高电池的短路电流isc。
65.所述采用蒸镀工艺在所述第一开口121中形成第一栅线131的步骤中，镀膜速度为1～5m/min；镀膜腔室的未工作之前的真空度为0～5
×
10
‑6mbar，主要考量设备的密封性；镀膜过程中的压强为0～5
×
10
‑5mbar；温度为100℃～180℃。
66.在本实施例中，采用蒸镀工艺在所述第一开口121中形成第一栅线131的步骤包括：在所述第一开口121中依次蒸镀第一子栅线层至第m子栅线层，m为大于等于1的整数。
67.优选的，m为大于等于2的整数，第j子栅线层的导电率大于第j+1子栅线层的导电率。
68.当m为2时，第一子栅线层的材料包括钛、钯、银、镍、铝或铜中的一至两种；第二子栅线层的材料为锡。优选的，当m为3时，第一子栅线层的材料为钛、钯、银、镍或铝中的一种，该金属层的厚度为0.1μm
‑
0.2μm；第二子栅线层的材料为铜，铜的厚度为1.8μm
‑
2.2μm；第三子栅线层的材料为锡，锡的厚度0.3μm
‑
0.4μm。钛、钯、银、镍或铝的作用主要是和衬底器件110形成良好的欧姆接触，以及防止铜扩散进入衬底器件110；铜的电导率和银相当，作为主要的导电层；锡的作用是防止铜氧化，以及与后续的焊带之间更好的串焊接。根据第一栅线层的成膜材料的不同，在一实施例中，可以包括采用多次掩膜/光刻/蒸发的方案制备多层子栅线层；在其他实施例中，也可以只通过一次掩膜/光刻、一次蒸发多层金属膜的方案制备多层子栅线层。
69.因此，本发明所制备的第一栅线131采用金属钛、钯、银、镍、铜、铝以及锡等材料，其导电率高，电阻率小，因此第一栅线131和衬底器件110形成良好的欧姆接触；并且其纯度高，相对于贵金属银，价格较低，成本较小。
70.s4、如图9所示，形成所述第一栅线131之后，去除所述第一掩膜层120。
71.具体地，采用剥离工艺分离第一掩膜层120附加层132。剥离液为二甲基亚砜溶液；所述二甲基亚砜溶液中溶质的浓度为150mg/cbm～170mg/cbm，质量流量为1kg/h～2kg/h；所述二甲基亚砜溶液的温度为30℃～40℃；浸泡时间为10min～30min。
72.所述第一栅线131在第一面的正投影形状为直线型或折线型。第一栅线131的底面宽度为4μm～30μm；所述第一栅线131的高度与第一栅线131的底面宽度的比值为0.75～0.85；更高的高宽比能减小第一栅线131对入射光的遮挡，增加电池的转换效率，进而增加电池的短路电流isc。
73.在实施例中，所述第一栅线131的图案即第一开口121的横截面为梯形，因此所述第一栅线131的横截面为梯形，第一栅线131的横截面优选为等腰梯形。
74.所述第一开口121的侧壁表面与所述第一开口121的底部表面之间的夹角为锐角；
所述第一开口121a的侧壁表面与所述第一开口121的底部表面之间的夹角为50度
‑
70度。所述第一栅线131的侧壁表面与所述第一栅线131的底面之间的夹角为锐角所述第一栅线131的侧壁表面与所述第一栅线131的底面之间的夹角为50度
‑
70度。
75.本发明提供的异质结太阳能电池的制备方法，通过掩膜以及蒸镀工艺制备第一栅线131，将第一栅线131的图案形状蒸镀于第一掩膜层120的第一开口121中，避免第一栅线131在宽度方向上有溢流展宽，避免产生宽度展幅，进而增加入射的光线，增加电池的转化效率，提高电池的短路电流isc。而且，本发明使得第一栅线131有更好的线性度和平行度，能保证串焊时可做到更高的精度，在焊接的时候可选用更细的焊丝来进行串焊，减小焊丝对受光面的遮挡，提高电池的短路电流isc。其次，由于第一开口121很好的控制第一栅线131各处的宽度，因此得到的第一栅线131有更好的线性度和平行度，能保证串焊时可做到更高的精度。
76.本发明第一栅线131的材料为金属材料，材料纯度为99.8％以上，相较于导电银浆材料，导电性好，电阻率小，因此第一栅线131和衬底器件110中的透明导电层形成良好的欧姆接触；并且较高的纯度会避免金属杂质扩散至异质结电池的衬底器件110中；而且，价格便宜，生产成本也更低。
77.如图10所示，在本实施例中，所述衬底器件110包括：n型衬底层111、第一本征半导体层112、n型非晶硅薄膜113、第一透明导电层114、第二本征半导体层115、p型非晶硅薄膜116以及第二透明导电层117。
78.所述第一本征半导体层112、所述n型非晶硅薄膜113以及所述第一透明导电层114依次设于所述n型衬底层111的第一面(即正面)，层叠关系为：所述第一本征半导体层112设于所述n型衬底层111的第一面；所述n型非晶硅薄膜113设于所述第一本征半导体层112背向所述n型衬底层111一侧的表面；所述第一透明导电层114设于所述n型非晶硅薄膜113背向所述第一本征半导体层112一侧的表面。
79.所述第二本征半导体层115、所述p型非晶硅薄膜116以及所述第二透明导电层117依次设于所述n型衬底层111的第二面(即背面)，层叠关系为：所述第二本征半导体层115设于所述n型衬底层111的第二面；所述p型非晶硅薄膜116设于所述第二本征半导体层115背向所述n型衬底层111一侧的表面；所述第二透明导电层117设于所述p型非晶硅薄膜116背向所述第二本征半导体层115一侧的表面。
80.在一实施例中，所述衬底器件具有与所述第一面相对设置的第二面，所述制备方法还包括：在所述第二面上形成图形化的第二掩膜层，所述第二掩膜层中具有若干第二开口，第二开口定义出第二栅线；以所述第二掩膜层为掩膜，采用蒸镀工艺在所述第二开口中形成第二栅线；形成所述第二栅线之后，去除所述第二掩膜层。
81.在一实施例中，所述第二掩膜层的材料、结构以及制备方法与上述实施例相同，在此不再重复阐述。由于相对于太阳光的直接照射面不同，所述第二栅线和所述第一栅线的线宽稍有不同，但所述第二栅线的材料与结构与上述实施例相同，在此不再重复阐述。
82.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。