太阳电池的制备方法

摘要

本发明提供一种太阳电池的制备方法，包括如下步骤：S1：光刻上电极，在所述外延片的入光面涂光刻胶，涂完胶后将电池烘烤，后进行曝光、显影、冲洗和干燥；S2：蒸镀上电极，将外延片光刻面朝向蒸发源装入镀膜机中，进行真空蒸镀，然后去胶处理；S3：光刻下电极，在蒸镀完上电极的外延片背面涂光刻胶，涂完胶后将电池烘烤，后进行曝光、显影、冲洗和干燥；S4：蒸镀下电极，将外延片光刻面朝向蒸发源装入镀膜机中，进行真空蒸镀，将蒸镀好下电极的外延片进行去胶处理后，得到若干网状金属条，所述金属条的宽度大于8μm。本发明旨在提供工艺简单、减少翘曲的太阳电池下电极的制作工艺。

权利要求

1.一种太阳电池的制备方法，其特征在于：所述太阳电池包括有上电极、外延片和下电极，所述上电极和下电极分别紧密贴合设置在所述外延片的上、下端面上，其制备方法包括如下步骤：S1：光刻上电极

在所述外延片的入光面涂光刻胶，涂完胶后将电池烘烤，后采用光刻机对外延片涂胶面进行曝光、显影、冲洗和干燥；

S2：蒸镀上电极

将所述外延片光刻面朝向蒸发源装入镀膜机中，进行真空蒸镀，然后将蒸镀好上电极的外延片进行去胶处理；

S3：光刻下电极

在蒸镀完上电极的外延片背面涂光刻胶，涂完胶后将电池烘烤，后采用光刻机对外延片涂胶面进行曝光、显影、冲洗和干燥；

S4：蒸镀下电极

将外延片光刻面朝向蒸发源装入镀膜机中，进行真空蒸镀，将蒸镀好下电极的外延片进行去胶处理后，得到若干网状金属条，所述网状金属条包括外轮廓宽条状和内填充细条状，所述内填充细条纹设置在所述外轮廓宽条纹围成的区域内，所述网状金属条的宽度大于8μm。

2.根据权利要求1所述的太阳电池的制备方法，其特征在于：在步骤S4之后还包括：步骤S5：划片、蒸镀减反射膜

将蒸镀完下电极的外延片放入自动划片机中，上电极面朝上，将外延片划成各规格的电池，然后腐蚀CAP层，在电池入光面蒸镀TiOx/Al2O3膜系。

3.根据权利要求1或2所述的太阳电池的制备方法，其特征在于：

所述S1步骤和S3步骤中，曝光、显影、冲洗和干燥过程为：在烘箱中烘烤，烘烤温度范围为80℃～90℃，烘烤时间为10min±3min；曝光时间为8s～10s；显影时间60s～90s，待显影完全后用清洗机冲洗6～8次，最后甩干机甩干或氮气吹干。

4.根据权利要求1或2所述的太阳电池的制备方法，其特征在于：在所述S2步骤和S4步骤中，进行去胶处理具体过程为：将外延片放入丙酮中浸泡不少于20min，取出后采用自动去胶机去胶，去在采用自动清洗机冲洗6～8次，再用甩干机甩干，完成去掉光刻胶的过程。

5.根据权利要求1或2所述的太阳电池的制备方法，其特征在于：所述S2步骤中，进行真空蒸镀的次序和顺序和各层金属厚度为：Au，50nm±7.5nm；Ge，100nm±15nm；Ag，5μm±

750nm；Au，50nm±7.5nm。

6.根据权利要求1或2所述的太阳电池的制备方法，其特征在于：所述S4步骤中，进行真空蒸镀程序，蒸镀顺序和各层金属厚度为：Au，50nm±7.5nm；Ge，100nm±15nm；Ag，5μm±

750nm。

7.根据权利要求1所述的太阳电池的制备方法，其特征在于：所述内填充细条纹设置在所述外轮廓条状部分围成的区域内，所述内填充细条纹的宽度和所述外轮廓宽条纹的宽度比值小于等于1：(4-5)。

8.根据权利要求7所述的太阳电池的制备方法，其特征在于：所述外轮廓条状宽条纹有断开口；所述内填充细条纹中包括有带断开口的细条纹和连续的细条纹，所述带断开口的细条纹和连续的细条纹间隔交错设置；所述宽条纹和细条纹的断开口宽度均相同，且断开口的宽度小于所述外轮廓条状宽条纹的宽度。

9.根据权利要求7所述的太阳电池的制备方法，其特征在于：所述外轮廓宽条纹的位置与所述下电极主焊点、上电极主焊点位置相重叠；所述内填充细条纹位置与所述下电极的辅助电极和连接电极位置相重叠。

说明书

太阳电池的制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于太阳电池工艺技术领域，尤其是涉及一种太阳电池的制备方法。

背景技术

[0002] 重量轻，转换效率高，抗辐照性能好一直是砷化镓太阳电池追求的目标。通过结构设计可以提高转换效率和抗辐照性能，采用化学或机械方法减薄衬底可以降低电池重量，提高太阳电池阵质量比功率，大大减少发射重量，降低发射成本。

[0003] 目前空间用砷化镓太阳电池下电极普遍采用全覆盖式，该形式下电极虽然可以与太阳电池背面形成良好的接触，但对于全覆盖式下电极反而使翘曲问题更加严重，而且不能完全满足目前太阳电池越来越薄，重量轻，和可靠性高的发展趋势。

[0004] 所以，现有技术急需一种结构简单、工艺快捷、薄型且翘曲小的太阳电池，而这种电池的关键技术难点是如何在下电极功能的有效改进，也就是说，如何优化设计出一种有关太阳电池下电极的制作工艺，使得下电极结构简单，制造工作流程效率高、且杜绝翘曲带来的负面效果。这成为本领域技术人员攻关难题。

发明内容

[0005] 有鉴于此，本发明旨在提供工艺简单、减少薄型电池翘曲太阳电池的制作工艺，其应用在太阳能电池上实现重量轻、抗翘曲的好效果。

[0006] 为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

[0007] 一种太阳电池的制备方法，所述太阳电池包括有上电极、外延片和下电极，所述上电极和下电极分别紧密贴合设置在所述外延片的上、下端面上，其制备方法包括如下步骤：

[0008] S1：光刻上电极

[0009] 在所述外延片的入光面涂光刻胶，涂完胶后将电池烘烤，后采用光刻机对外延片涂胶面进行曝光、显影、冲洗和干燥；

[0010] S2：蒸镀上电极

[0011] 将所述外延片光刻面朝向蒸发源装入镀膜机中，进行真空蒸镀，然后将蒸镀好上电极的外延片进行去胶处理；

[0012] S3：光刻下电极

[0013] 在蒸镀完上电极的外延片背面涂光刻胶，涂完胶后将电池烘烤，后采用光刻机对外延片涂胶面进行曝光、显影、冲洗和干燥；

[0014] S4：蒸镀下电极

[0015] 将外延片光刻面朝向蒸发源装入镀膜机中，进行真空蒸镀，将蒸镀好下电极的外延片进行去胶处理后，得到若干网状金属条，所述金属条的宽度大于8μm。

[0016] 其附加的技术方案还包括：

[0017] 在步骤S4之后还包括：步骤S5：划片、蒸镀减反射膜

[0018] 将蒸镀完下电极的外延片放入自动划片机中，上电极面朝上，将外延片划成各规格的电池，然后腐蚀CAP层，在电池入光面蒸镀TiOx/Al2O3膜系。

[0019] 其附加的技术方案还包括：

[0020] 所述S1步骤和S3步骤中，曝光、显影、冲洗和干燥过程为：在烘箱中烘烤，烘烤温度范围为80℃～90℃，烘烤时间为10min±3min；曝光时间为8s～10s；显影时间60s～90s，待显影完全后用清洗机冲洗6～8次，最后甩干机甩干或氮气吹干。

[0021] 其附加的技术方案还包括：

[0022] 在所述S2步骤和S4步骤中，进行去胶处理具体过程为：将外延片放入丙酮中浸泡不少于20min，取出后采用自动去胶机去胶，去在采用自动清洗机冲洗6～8次，再用甩干机甩干，完成去掉光刻胶的过程。

[0023] 其附加的技术方案还包括：

[0024] 所述S2步骤中，进行真空蒸镀的次序和顺序和各层金属厚度为：Au，50nm±7.5nm；Ge，100nm±15nm；Ag，5μm±750nm；Au，50nm±7.5nm。

[0025] 其附加的技术方案还包括：

[0026] 所述S4步骤中，进行真空蒸镀程序，蒸镀顺序和各层金属厚度为：Au，50nm±7.5nm；Ge，100nm±15nm；Ag，5μm±750nm。

[0027] 其附加的技术方案还包括：

[0028] 所述S4步骤中，得到网状结构金属条包括外轮廓宽条状和内填充细条状，所述内填充细条纹设置在所述外轮廓宽条纹围成的区域内。

[0029] 其附加的技术方案还包括：

[0030] 所述细填充条状部分设置在所述外轮廓条状部分围成的区域内，所述内填充细条纹的宽度和所述外轮廓宽条纹的宽度比值小于等于1：(4-5)。

[0031] 其附加的技术方案还包括：

[0032] 所述外轮廓条状宽条纹有断开口；所述内填充细条纹中包括有带断开口的细条纹和连续的细条纹，所述带断开口的细条纹和连续的细条纹间隔交错设置；所述宽条纹和细条纹的断开口宽度均相同，且断开口的宽度小于所述外轮廓条状宽条纹的宽度。

[0033] 其附加的技术方案还包括：

[0034] 所述外轮廓宽条纹的位置与所述下电极主焊点、上电极主焊点位置相重叠；所述内填充条纹位置与所述下电极的辅助电极和连接电极位置相重叠。

[0035] 后续工序可以包括：

[0036] 步骤S5：划片、蒸镀减反射膜，

[0037] 将蒸镀完下电极的外延片放入自动划片机中，上电极面朝上，将外延片划成各规格的电池，然后腐蚀CAP层，在电池入光面蒸镀TiOx/Al2O3膜系。

[0038] 相对于现有技术，本发明所述的太阳电池的制备方法具有以下优势：

[0039] 1、本发明通过先光刻再蒸镀的工艺，制造出一种在下具有网状金属层下电极，再安装应用在太阳能电池上，最终既能保证下电极与太阳电池背表面的欧姆接触，使电池重量减轻，保证电极牢固度，又能有效降低本发明太阳电池的翘曲。

[0040] 2、本发明采用光刻法工艺下，制备出下电极图形，光刻法可以准确控制下电极图形和位置，且可以实现工艺的自动化，同时有利于工艺图案的灵活调整。

[0041] 3、同时本发明制得太阳电池中网状结构金属条包括外轮廓宽条状和内填充细条状，这种结构能够既保证良好的电接触性能，又能有效减少金属层的有效面积，不但节约材料、而且有助于提高太阳电池抗扭曲性。

[0042] 4、同时本发明制得的外轮廓宽条纹和内填充细条纹的断口设计，以及内填充细条纹中带断口和连读的间隔设置，这二种结构进一步，减少金属层的有效面积，同时不降低电接触性能，有助于提高太阳电池的综合性能。

[0043] 5、在本发明采用Au-Ge-Ag-Au和Au-Ge-Ag作为收集光生电流的上、下电极材料，与电池半导体材料形成良好的欧姆电阻接触。附图说明：

[0044] 图1是本发明的下电极结构示意图；

[0045] 图2是本发明的太阳电池示意图；

[0046] 图3是本发明的制备方法流程示意图；

[0047] 图4是内轮廓细条纹的七种实施例结构示意图

[0048] 图中：

[0049] 1—上电极、2—外延片、3—下电极、101—下电极主焊点；102(103)—上电极主焊点对应点置、104---辅助电极、105---连接电极、1A—细条纹、1B—宽条纹、1C—断开口、1A-(1)到1A-(7)是细条纹1A的7种示意图。

具体实施方式

[0050] 需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

[0051] 下面列举实施例来详细说明本发明。

[0052] 见附图1-3，一种太阳电池的制备方法，所述太阳电池包括有上电极1、外延片2和下电极3，所述上电极1和下电极3分别紧密贴合设置在所述外延片2的上、下端面上，其制备方法包括如下步骤：

[0053] S1：光刻上电极

[0054] 采用自动涂胶机在外延片2入光面涂光刻胶(可以采用BP218)，涂完胶后将电池放入烘箱中烘烤，烘烤温度范围为80℃～90℃，烘烤时间为10min±3min。然后采用光刻机对涂胶面进行曝光，曝光时间为8s～10s。再将光刻好的外延片放入显影液中显影60s～90s，待显影完全后用清洗机冲洗6～8次。最后用甩干机甩干或氮气吹干。

[0055] S2：蒸镀上电极

[0056] 将外延片2光刻面朝下即朝向蒸发源装入镀膜机中，设置蒸镀程序，蒸镀顺序和各层金属厚度为：Au，50nm±7.5nm；Ge，100nm±15nm；Ag，5μm±750nm；Au，50nm±7.5nm。抽真空运行,然后将蒸镀好上电极的外延片放入丙酮中浸泡不少于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，完成去掉光刻胶的过程。

[0057] S3：光刻下电极

[0058] 在蒸镀完上电极的外延片2背面涂光刻胶，涂完胶后将电池放入烘箱中烘烤，烘烤温度范围为80℃～90℃，烘烤时间为10min±3min。然后采用光刻机对涂胶面进行曝光，曝光时间为8s～10s，再将光刻好的外延片放入显影液中显影60s～90s，待显影完全后用清洗机冲洗6～8次。最后用甩干机甩干或氮气吹干。本发明采用光刻下电极工艺制备下电极图形，可以准确控制下电极图形和位置，且可以实现工艺的自动化，同时有利于工艺图案的灵活调整。

[0059] S4：蒸镀下电极

[0060] 将外延片2光刻面朝下即朝向蒸发源装入镀膜机中，设置蒸镀程序，蒸镀顺序和各层金属厚度为：Au，50nm±7.5nm；Ge，100nm±15nm；Ag，5μm±750nm。抽真空运行程序。完成如图2中下电极3的制作过程。然后将蒸镀好下电极的外延片放入丙酮中浸泡不少于10min，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，完成去掉光刻胶的过程。最后得到若干网状金属条，所述金属条的宽度大于8μm。半导体材料形成良好的欧姆电阻接触，有效提高了电极的可焊性和牢固度。

[0061] S5、划片、蒸镀减反射膜

[0062] 将蒸镀完下电极的外延片放入自动划片机中，上电极面朝上，对准划片标记，自动划片，将外延片划成各个规格的的电池(如40×60)。然后腐蚀CAP层，在电池入光面蒸镀TiOx/Al2O3膜系。

[0063] 本发明通过先光刻再蒸镀制造工艺出一种在太阳电池背面设置网状的金属层，最终实现既能保证与背表面的欧姆接触，使电池重量减轻，保证电极牢固度，又能有效降低本发明太阳电池的翘曲。

[0064] 在本发明采用Au-Ge-Ag-Au和Au-Ge-Ag作为收集光生电流的上、下电极材料，与电池如图2所示，所述S4步骤中，得到网状结构金属条包括外轮廓宽条状1B和内填充细条状1A，所述内填充细条纹1A设置在所述外轮廓宽条纹1B围成的区域内。同时本发明制得的网状结构金属条包括外轮廓宽条状和内填充细条状，这种结构能够既保证良好的电接触性能，又能有效减少金属层的有效面积，不但节约材料、而且有减少太阳电池翘曲。

[0065] 所述细填充条状部分设置在所述外轮廓条状部分围成的区域内，所述内填充细条纹1A的宽度和所述外轮廓宽条纹1B的宽度比值小于等于1：(4-5)；具体而言所述内填充细条纹1A的宽度1毫米和所述外轮廓宽条纹1B的宽度为4.6毫米。

[0066] 所述外轮廓条状宽条纹1B有断开口1C；所述内填充细条纹1A中包括有带断开口的细条纹和连续的细条纹，所述带断开口1C的细条纹和连续的细条纹间隔交错设置；所述宽条纹1B和细条纹1A的断开口宽度均相同，且断开口1C的宽度小于所述外轮廓条状宽条纹1B的宽度。同时本发明制得的外轮廓宽条纹和内填充细条纹的断口设计，以及内填充细条纹中带断口和连读的间隔设置，这二种结构进一步，减少金属层的有效面积，同时不降低电接触性能，有助于提高太阳电池的综合性能。

[0067] 所述外轮廓宽条纹1B的位置与所述下电极主焊点101、上电极主焊点102(103)位置相重叠；所述内填充条纹1A位置与所述下电极的辅助电极104和连接电极105位置相重叠。

[0068] 附图2所显示的网状结构的一种情况，四个单元为重复结构，其中，101下电极主焊点)101、102、103较宽的下电极为主焊点位置。宽度、位置与焊点设计有关。其中，辅助电极104较细结构作用为增加接触面积，减小串联电阻。辅助电极104的宽度、形状、位置与设计有关，设计原则为与主焊点处电极相连，在保证填充因子的情况下，接触面积尽可能小。其中连接电极105为保证下电极所有区块相连接(电连接导通)。

[0069] 根据电池焊点位置的不同，细条纹1A可以有很多种类似图形，具体见图4的7种示意图。其中1A-(1)为间断的条纹，和附图1的类似；1A-(2)为连续的条纹；1A-(3)为框状带连接部分；1A-(4)为平行等长条纹带垂直连接部分；1A-(5)为平行变化的条纹带垂直连接部分；1A-(6)为多框状带连接部分；1A-(6)为间断的条纹带连续的平行条纹。

[0070] 最后本发明制作的下电极与应用的太阳能电池，在电性能、可靠度和翘曲度三方面检测试数据如下：

[0071] 一.测试电性能，测试条件为：AM0光谱，135.3mW/cm2。测试结果为：

[0072] 测试电性能，测试条件为：AM0光谱，135.3mW/cm2。测试结果为：

[0073]

[0074] 二.重量及可靠性检测

[0075]

[0076] 三、翘曲度检测

[0077]

[0078] 四.测试结论通过本发明的创新技术制备的下电极应用在太阳能电池上，最后得出，在本发明(带网状下电极的薄型太阳电池)相对于全覆盖背电极的正常厚度电池，全覆盖下电极的薄型太阳电池，在重量上最低时，电性能、可靠性、及下电极抗拉强度(反翘曲度)综合指标最好，均优于全覆盖下电极的正常厚度电池，全覆盖下电极的薄型太阳电池。

[0079] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。