CN109888027A - 背电极、太阳能电池及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种背电极、太阳能电池及其制备方法，该太阳能电池背电极的制备方法，包括如下步骤：在基板制备光刻胶层，并在光刻胶层上制备多条贯穿光刻胶层厚度、且间隔布置的第一刻划区；在基板和光刻胶层的表面上制备绝缘层；在绝缘层上制备非金属层；采用清洗工艺将光刻胶层以及其上的绝缘层和非金属层除去；在基板和非金属层上制备背电极层；采用清洗工艺将非金属层以及非金属层上的背电极层除去，形成背电极。利用光刻技术替代激光刻划完成背电极的分割，避免激光刻划对基板的损伤；同时在第一刻划区(P1)刻划线内进行绝缘介质填充，减少死区的面积，增大发电区的面积，提高发电效率。

Description

背电极、太阳能电池及其制备方法

技术领域

本发明涉及光伏技术领域，具体是一种太阳能电池背电极的制备方法和通过此方法制备的背电极，以及太阳能电池的制备方法和通过此方法制备的太阳能电池。

背景技术

现有的铜铟镓硒薄膜太阳能电池制备过程中，通常都是利用金属钼作为电池的背电极。为了实现铜铟镓硒电池组件高电压、低电流的功率输出，引入激光或者机械刻划的方式，将背电极、前电极以及其它功能膜层进行切割，将整个电池分成多个子电池单元，同时子电池间存在串联和并联关系。

激光或机械刻划是以除去相应膜层的方式来实现的，因此必然会造成刻划线区域以及刻划线之间的区域缺少必要的膜层结构，造成该区域无法实现光电转化，成为了电池结构中所谓的“死区”。

为了便于描述，按照刻划的引入顺序，将铜铟镓硒薄膜太阳能电池制备过程中的刻划工序分为第一刻划区(P1)、第二刻划区(P2)和第三刻划区(P3)(有些技术路线还有P4、P5等更多刻划工艺)。为了避免刻划线引起的短路或断路问题，第一刻划区(P1)、第二刻划区(P2)和第三刻划区(P3)刻划线之间需要存在一定的区域间隔。

如图1所示，目前的铜铟镓硒薄膜太阳能电池结构中，通常都是在第一刻划区(P1)刻划结束后，直接进行铜铟镓硒薄膜制备，即铜铟镓硒薄膜会填充到第一刻划区(P1)刻划线第一刻划区中，充当第一刻划区(P1)刻划线两侧的“绝缘”介质。

现有的铜铟镓硒薄膜太阳能电池制备技术中，利用激光完成钼背电极层的第一刻划区(P1)刻划后，直接在基板上制备铜铟镓硒吸收层，利用铜铟镓硒填充第一刻划区(P1)刻划线形成的第一刻划区。由于钼背电极层的厚度通常为300～500nm，铜铟镓硒吸收层的厚度在2μm左右，因此铜铟镓硒可以实现较好的填充，使得铜铟镓硒充当了第一刻划区(P1)刻划线的“绝缘介质”。由于第二刻划区(P2)、第三刻划区(P3)刻划通常采用机械刻划，机械刻划线很容易引起铜铟镓硒膜层边缘产生崩边现象。因此，第一刻划区(P1)、第二刻划区(P2)和第三刻划区(P3)之间需要保持一定的间隔，才能避免电池出现短路或者断路问题，才能保证电池正产工作。

受限于现有工艺技术水平的限制和成本控制因素的考虑，机械刻划的宽度和精度只能保持在一定的水平，短期内无法实现大幅度的改进。激光刻划工艺对基板的透光性、激光类型、激光能量等有很高的要求，也难以实现有效提升，并且激光刻划会对膜层和基板造成一定的损伤。

减少死区面积，提高有效光电转换面积是提升铜铟镓硒薄膜太阳能电池组件转换效率的一个重要因素，而通过降低激光和机械刻划线的宽度，提升精度来减少死区面积，短时间内难以取得很大进展。

发明内容

本发明的目的是提供一种发电效率高的太阳能电池背电极的制备方法。

为解决上述问题，本发明提供了一种太阳能电池背电极的制备方法，包括如下步骤：

S11、在基板制备光刻胶层，并在所述光刻胶层上制备多条贯穿所述光刻胶层厚度、且间隔布置的第一刻划区；

S12、在所述基板和所述光刻胶层的表面上制备绝缘层；

S13、在所述绝缘层上制备非金属层；

S14、采用清洗工艺将所述光刻胶层以及其上的所述绝缘层和所述非金属层除去；

S15、在所述基板和所述非金属层上制备背电极层；

S16、采用清洗工艺将所述非金属层以及所述非金属层上的所述背电极层除去，形成由所述第一刻划区内的所述绝缘层分隔开的多个背电极。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步的，所述在光刻胶层上制备多条贯穿所述光刻胶层厚度、且间隔布置的第一刻划区步骤包括：

S111、在所述光刻胶上设置具有多条缝的掩膜板；

S112、采用曝光、显影的方式形成第一刻划区。

进一步的，其特征在于：采用溅射、喷涂或者旋涂制备所述绝缘层。

进一步的，所述背电极层的厚度与所述绝缘层的厚度相同。

进一步的，所述背电极层和所述绝缘层的厚度为300～500nm。

本发明还提供了一种太阳能电池背电极，采用如上述任一技术方案所述的太阳能电池背电极的制备方法制备而成。

本发明还提供了一种太阳能电池的制备方法，

S21、采用如上述任一技术方案所述的太阳能电池背电极的制备方法制备太阳能背电极；

S22、在所述背电极上制备吸收层；

S23、在所述吸收层上制备硫化镉层；

S24、在所述吸收层和所述硫化镉层上进行刻划形成第二刻划区，将所述第二刻划区所在区域的所述吸收层和所述硫化镉层除去，所述第二刻划区平行于所述第一刻划区；

S25、在所述硫化镉层、所述绝缘层和所述背电极层上制备前电极层；

S26、在所述吸收层、所述硫化镉层和所述前电极层上进行刻划形成第三刻划区，将所述第三刻划区所在区域的所述吸收层、所述硫化镉层和所述前电极层除去，所述第三刻划区平行于第一刻划区。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步的，采用共蒸发法、溅射硒化法或者喷涂工艺来制备所述吸收层。

进一步的，采用激光或机械刻划加工所述第一刻划区和/或所述第二刻划区。

本发明还提供了一种太阳能电池，采用如上述任一技术方案所述太阳能电池的制备方法制备而成。

本发明的有益效果是：利用光刻技术替代激光刻划完成背电极的分割，避免激光刻划对基板的损伤，避免激光刻划工艺对刻划线宽度的限制；同时在第一刻划区内进行绝缘介质填充，使第一刻划区内的绝缘层与第二刻划区可以重叠，进而减少死区的面积，增大发电区的面积，提高发电效率。

附图说明

图1是本发明中背景技术中涉及的太阳能电池的结构示意图；

图2是本发明中太阳能电池背电极的制备流程图；

图3是本发明中在制备第一刻划区的流程图；

图4是本发明实施例提供的制备方法步骤S11对应结构图；

图5是本发明实施例提供的制备方法步骤S12对应结构图；

图6是本发明实施例提供的制备方法步骤S13对应结构图；

图7是本发明实施例提供的制备方法步骤S14对应结构图；

图8是本发明实施例提供的制备方法步骤S15对应结构图；

图9是本发明实施例提供的制备方法步骤S16对应结构图；

图10是本发明中太阳能电池的制备流程图。

图11是本发明中太阳能电池的结构示意图。

附图标记：

1、基板，2、光刻胶层，3、绝缘层，4、非金属层，5、背电极层，6、吸收层，7、硫化镉层，8、前电极层。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

第一实施方式

图2是本发明中太阳能电池背电极的制备流程图。如图2所示，本发明太阳能电池背电极的制备方法，包括如下步骤：

S11、在基板1制备光刻胶层2，并在光刻胶层2上制备多条贯穿所述光刻胶层2厚度、且间隔布置的第一刻划区。具体的，多条第一刻划区呈阵列分布。

如图3所示，在光刻胶层2上制备第一刻划区的具体方法如下：

S111、在光刻胶上设置具有多条缝的掩膜板；

S112、采用曝光、显影的方式形成第一刻划区，得到如图4的结构。

具体的，光刻胶可以选用紫外光刻胶上。首先在基板1上旋涂或印刷一层紫外光刻胶2(正胶)，然后将掩模板覆在紫外光刻胶上；掩模板上设置有多条间隔设置的缝，多条间隔设置的缝呈阵列排布；然后利用紫外光源进行曝光，再利用显影液(常见的如氢氧化钾溶液等)和定影液(常见的如水等)分别进行显影和定影，使缝对应的基板上的光刻胶被去除，形成第一刻划区。

还可以在基板1上旋涂或印刷一层紫外光刻胶2(负胶)，然后将掩模板覆在紫外光刻胶上；掩模板上设置有多条间隔设置的缝，多条间隔设置的缝呈阵列排布；然后利用紫外光源进行曝光，再利用显影液(常见的如氢氧化钾溶液等)和定影液(常见的如水等)分别进行显影和定影，使掩膜板对应的基板上的光刻胶被去除，形成第一刻划区。

为保证曝光质量，掩膜板应尽量与紫外光刻胶贴合。紫外光刻胶的厚度为2～5μm，具体的，可以为2μm、3μm、4μm，或者5μm。

S12、在所述基板1和所述光刻胶层2的表面上制备绝缘层3，得到如图5的结构。具体的，是在光刻胶层2以及第一刻划区的槽底沉积一层绝缘介质，如SiO2。绝缘层3的厚度为300～500nm；具体的，可以是300nm、350nm、400nm，或者500nm

具体的，可以采用真空磁控溅射法、喷涂或者旋涂制备绝缘层3。

绝缘介质还可以选用SiNx、Al₂O₃或其它绝缘材料。

S13、在所述绝缘层3上制备非金属层4，得到如图6的结构。具体的，采用蒸发法等方式在绝缘层3上制备一层不溶于光刻胶清洗液的非金属层4，膜层厚度2-5μm。

S14、采用清洗工艺将所述光刻胶层2以及其上的所述绝缘层3和所述非金属层4除去。得到如图7的结构。具体的，采用清洗工艺将紫外光刻胶层去除。利用光刻胶清洗液(如极性有机溶剂等)，通过清洗方式将光刻胶掩模和上面的绝缘层3以及非金属层4除去。

S15、在所述基板1和所述非金属层4上制备背电极层5。得到如图8的结构。具体可以采用真空磁控溅射法，制备过程中，溅射气压0.1～1.0Pa；制备的背电极层5厚度为300-500nm，与绝缘层3厚度保持一致。

S16、采用清洗工艺将所述非金属层4以及所述非金属层4上的背电极层5除去。具体的，利用相应的酸性或者碱性溶液将绝缘层上的非金属层4及背电极层5去掉，得到如图9的结构。

上述方法实现利用光刻技术替代激光刻划完成背电极的分割，避免激光刻划对基板的损伤，避免激光刻划工艺对刻划线宽度的限制；同时绝缘层的设置使第一刻划区内的绝缘层与第二刻划区可以重叠，进而减少死区的面积，增大发电区的面积，提高发电效率。

在一个优选的实施例中，背电极层5为钼层。

第二实施方式

图9是本发明实施例提供的制备方法步骤S16对应结构图，也就是太阳能电池背电极的结构示意图。

一种太阳能电池背电极，采用如第一实施方式所述太阳能电池背电极的制备方法制备而成。

第三实施方式

图10是本发明中太阳能电池的制备流程图，如图10所示，本发明太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：

S21、采用如第一实施方式所述的方法制备太阳能背电极。

S22、在所述背电极上制备吸收层6。具体的，利用共蒸发方法在上述背电极上制备铜铟镓硒吸收层。

铜铟镓硒吸收层还可以利用溅射硒化方法、旋涂等方法制备。

还可以选用铜铟硒、铜镓硒制备吸收层。

S23、在所述吸收层6上制备硫化镉层7；具体的，利用化学水浴沉积方法制备硫化镉层7。还可以通过真空溅射或其它方法制备。

S24、在所述吸收层6和所述硫化镉层7上进行刻划形成第二刻划区，将所述第二刻划区所在区域的所述吸收层6和所述硫化镉层7除去，所述第二刻划区平行于所述第一刻划区。第一刻划区可以采用激光刻划加工。

S25、在所述硫化镉层7、所述绝缘层3和所述背电极层5上制备前电极层8。

S26、在所述吸收层6、所述硫化镉层7和所述前电极层8上进行刻划形成第三刻划区，将所述第三刻划区所在区域的所述吸收层6、所述硫化镉层7和所述前电极层8除去，所述第三刻划区平行于第一刻划区。第二刻划区可以采用激光刻划加工，得到太阳能电池，如图11的结构。

基于第一实施方式制备的太阳能背电极，第一刻划区就可以在距离绝缘层较近的位置处进行刻划了。如果第一刻划区能够严格控制目前工艺水平下的精度，第一刻划线甚至能够和绝缘层产生部分交叠，减少了死区面积，增加了发电区面积，而且不会导致电池出现短路问题。

第四实施方式

图11是本发明中太阳能电池的结构示意图。

一种太阳能电池，采用如第三实施方式所述太阳能电池的制备方法制备而成。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (10)

1.一种太阳能电池背电极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S11、在基板(1)上制备光刻胶层(2)，并在所述光刻胶层(2)上制备多条贯穿所述光刻胶层(2)厚度、且间隔布置的第一刻划区；

S12、在所述基板(1)和所述光刻胶层(2)的表面上制备绝缘层(3)；

S13、在所述绝缘层(3)上制备非金属层(4)；

S14、采用清洗工艺将所述光刻胶层(2)以及其上的所述绝缘层(3)和所述非金属层(4)除去；

S15、在所述基板(1)和所述非金属层(4)上制备背电极层(5)；

S16、采用清洗工艺将所述非金属层(4)以及所述非金属层(4)上的所述背电极层(5)除去，形成由所述第一刻划区内的所述绝缘层(3)分隔开的多个背电极。

2.如权利要求1所述的太阳能电池背电极的制备方法，其特征在于：所述在光刻胶层(2)上制备多条贯穿所述光刻胶层(2)厚度、且间隔布置的第一刻划区步骤包括：

S111、在所述光刻胶层(2)上设置具有多条缝的掩膜板；

S112、采用曝光、显影的方式形成第一刻划区。

3.如权利要求1所述的太阳能电池背电极的制备方法，其特征在于：其特征在于：采用真空磁控溅射法、喷涂或者旋涂制备所述绝缘层(3)。

4.如权利要求1所述的太阳能电池背电极的制备方法，其特征在于：所述背电极层(5)的厚度与所述绝缘层(3)的厚度相同。

5.如权利要求4所述的太阳能电池背电极的制备方法，其特征在于：所述背电极层(5)和所述绝缘层(3)的厚度为300～500nm。

6.一种太阳能电池背电极，其特征在于，采用如权利要求1至5任一项所述太阳能电池背电极的制备方法制备而成。

7.一种太阳能电池的制备方法，其特征在于，

S21、采用如权利要求1至3任一项所述的方法制备太阳能背电极；

S22、在所述背电极上制备吸收层(6)；

S23、在所述吸收层(6)上制备硫化镉层(7)；

S24、在所述吸收层(6)和所述硫化镉层(7)上进行刻划形成第二刻划区，将所述第二刻划区所在区域的所述吸收层(6)和所述硫化镉层(7)除去，所述第二刻划区平行于所述第一刻划区；

S25、在所述硫化镉层(7)、所述绝缘层(3)和所述背电极层(5)上制备前电极层(8)；

S26、在所述吸收层(6)、所述硫化镉层(7)和所述前电极层(8)上进行刻划形成第三刻划区，将所述第三刻划区所在区域的所述吸收层(6)、所述硫化镉层(7)和所述前电极层(8)除去，所述第三刻划区平行于所述第一刻划区。

8.如权利要求7所述的太阳能电池背电极的制备方法，其特征在于：采用共蒸发法、溅射硒化法或者喷涂工艺来制备所述吸收层(6)。

9.如权利要求7所述的太阳能电池背电极的制备方法，其特征在于：采用激光或机械刻划加工所述第二刻划区和/或所述第三刻划区。

10.一种太阳能电池，其特征在于，采用如权利要求7至9任一项所述太阳能电池的制备方法制备而成。