掩膜装置及太阳能电池的制备方法
技术领域
本申请涉及光电技术领域,特别是涉及一种掩膜装置及太阳能电池的制备方法。
背景技术
目前,不同尺寸的太阳能电池被广泛的应用在路灯等电子设备上。工业上生产太阳能电池的尺寸较大,一般需要采用一定的工艺对衬底或者薄膜进行切割或者刻划,在切割或者刻划过程中会用到光刻及掩膜工艺。现有的采用双面对准曝光技术,在衬底或者太阳能电池板的双面设置掩膜板和曝光光源,这种曝光方式采用人工检测,误差较大,工艺的一致性较差。当掩膜图形较小的时候,误差会很大,不能制备出均匀的太阳能电池。
发明内容
基于此,有必要针对采用人工检测,误差较大,工艺的一致性较差,不能制备出均匀的太阳能电池的问题,提供一种掩膜装置及太阳能电池的制备方法。
一种掩膜装置,包括:
第一掩膜片,具有至少一个第一掩膜图形;
第二掩膜片,具有至少一个第二掩膜图形,所述至少一个第一掩膜图形中的每一个第一掩膜图形和所述至少一个第二掩膜图形中的每一个第二掩膜图形的形状相同;以及
开合结构,分别与所述第一掩膜片和所述第二掩膜片活动连接,用以调节所述第一掩膜片和所述第二掩膜片之间的夹角,以使得所述第一掩膜片和所述第二掩膜片闭合时,所述至少一个第一掩膜图形和所述至少一个第二掩膜图形重合。
在一个实施例中,所述开合结构与所述第一掩膜片和所述第二掩膜片的可转动连接,所述开合结构使得所述第一掩膜片和所述第二掩膜片实现0°-180°的转动。
在一个实施例中,所述开合结构为合页,所述合页包括两片合页扇、转轴和轴套,所述两片合页扇分别与所述第一掩膜片和所述第二掩膜片可转动连接,所述转轴和所述轴套实现所述第一掩膜片和所述第二掩膜片的铰接。
在一个实施例中,所述开合结构在连接所述第一掩膜片和所述第二掩膜片方向上的长度为1厘米-10厘米。
在一个实施例中,所述第一掩膜片设置有第一定位结构;
所述第二掩膜片设置有第二定位结构;
当所述第一定位结构和所述第二定位结构配合固定时,所述至少一个第一掩膜图形和所述至少一个第二掩膜图形重合。
在一个实施例中,所述第一定位结构为凸起,所述第二定位结构为凹槽,当所述第一掩膜片与所述第二掩膜片重合时,所述凸起卡合在所述凹槽中。
在一个实施例中,所述第一定位结构为开孔,所述第二定位结构为挂锁孔,当所述第一掩膜片与所述第二掩膜片重合时,所述挂锁孔穿过所述开孔,在所述挂锁孔处挂锁以固定所述第一掩膜片和所述第二掩膜片。
一种太阳能电池的制备方法,包括以下步骤:
提供衬底,并将所述衬底夹设于掩膜装置中;其中,所述掩膜装置包括:第一掩膜片、第二掩膜片和开合结构,所述第一掩膜片具有至少一个第一掩膜图形,所述第二掩膜片具有至少一个第二掩膜图形,所述至少一个第一掩膜图形中的每一个第一掩膜图形和所述至少一个第二掩膜图形中的每一个第二掩膜图形的形状相同当所述第一掩膜片和所述第二掩膜片夹设所述衬底之后,每一个所述第一掩膜图形与一个所述第二掩膜图形重合,所述衬底具有与所述第一掩膜片直接接触的第一表面和与所述第二掩膜片直接接触的第二表面;
在所述第一表面和所述第二表面分别沉积第一本征层和第二本征层;
在所述第一本征层和所述第二本征层的表面分别沉积第一掺杂层和第二掺杂层;
在所述第一掺杂层和所述第二掺杂层的表面分别沉积第一透明导电层和第二透明导电层;
在所述第一透明导电层和所述第二透明导电层的表面分别第一导电电极和第二导电电极。
在一个实施例中,所述在所述第一透明导电层和所述第二透明导电层的表面分别第一导电电极和第二导电电极的步骤中包括:
将所述掩膜装置拆除;
在所述第一透明导电层的表面沉积所述第一导电电极;
在所述第二透明导电层的表面沉积所述第二导电电极。
在一个实施例中,在所述第一表面和所述第二表面分别沉积第一本征层和第二本征层的步骤之前,还包括:
将夹设所述衬底之后的所述第一掩膜片和所述第二掩膜片远离所述开合结构的边缘固定。
本申请实施例中提供的所述掩膜装置包括第一掩膜片、第二掩膜片和开合结构。所述第一掩膜片具有至少一个第一掩膜图形。所述第二掩膜片具有至少一个第二掩膜图形。每一个第一掩膜图形和每一个第二掩膜图形的形状相同。所述开合结构分别与所述第一掩膜片和所述第二掩膜片活动连接。当所述第一掩膜片和所述第二掩膜片闭合时,所述至少一个第一掩膜图形和所述至少一个第二掩膜图形重合。所述掩膜装置可以在掩膜过程中避免采用人工检测及误差校对,可以对大面积的太阳能电池实现双面掩膜,简单、方便的制备出均匀的太阳能电池。
附图说明
图1为本申请一个实施例中提供的掩膜装置的示意图;
图2为本申请一个实施例中提供的掩膜装置的示意图;
图3为本申请一个实施例中提供的掩膜装置的示意图;
图4为本申请一个实施例中提供的太阳能电池的结构示意图。
附图标号说明:
掩膜装置100
第一掩膜片10
第一掩膜图形11
第一定位结构12
第一互补图案区13
第二掩膜片20
第二掩膜图形21
第二定位结构22
第二互补图案区23
开合结构30
太阳能电池200
衬底101
第一本征层201
第二本征层202
第一掺杂层203
第二掺杂层204
第一透明导电层301
第二透明导电层302
第一导电电极401
第二导电电极402
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本申请掩膜装置及太阳能电池的制备方法进行进一步详细说明。应当理解,此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请,并不用于限定本申请。
请参阅图1,在本申请一个实施例中提供一种掩膜装置100包括第一掩膜片10、第二掩膜片20和开合结构30。所述掩膜装置100可以对大面积的太阳能电池实现双面掩膜,简单、方便的制备出不同尺寸的太阳能电池。
所述第一掩膜片10具有至少一个第一掩膜图形11。所述第二掩膜片20具有至少一个第二掩膜图形21。对于所述第一掩膜片10和所述第二掩膜片20的具体材料并不做具体的限定,可以采用传统掩膜板的材料制成。所述至少一个第一掩膜图形11中的每一个第一掩膜图形11和所述至少一个第二掩膜图形21中的每一个第二掩膜图形21的形状相同。所述第一掩膜图形11和所述第二掩膜图形21可以根据实际的需求进行选择设计。比如,在一个实施例中,所述第一掩膜图形11和所述第二掩膜图形21可以是10mm×10mm的矩形,也可以是10mm×20mm的矩形,或者可以是直径为10mm的圆形结构。所述第一掩膜片10和所述第二掩膜片20的具体尺寸可以根据实际需求自行设计,比如可以在所述第一掩膜片10设计100个阵列排布的所述第一掩膜图形11。相邻的两个所述第一掩膜图形11的间距为3mm-10mm。
所述开合结构30分别与所述第一掩膜片10和所述第二掩膜片20活动连接。所述开合结构30用以调节所述第一掩膜片10和所述第二掩膜片20之间的夹角。在一个实施例中,所述第一掩膜片10和所述第二掩膜片20之间的夹角可以是0°到360°不等。在不需要工艺时可以设置所述第一掩膜片10和所述第二掩膜片20之间的夹角为360°进行存放。在工艺准备过程中,可以设置所述第一掩膜片10和所述第二掩膜片20之间的夹角为180°。在工艺开始时,可以设置所述第一掩膜片10和所述第二掩膜片20之间的夹角为0°。所述开合结构30可以使得当所述第一掩膜片10和所述第二掩膜片20闭合时,所述至少一个第一掩膜图形11和所述至少一个第二掩膜图形21重合。具体的,所述开合结构30在连接所述第一掩膜片10和所述第二掩膜片20方向上的长度可以根据要制备的太阳能电池的衬底的厚度进行设计。比如,太阳能电池的衬底的厚度为130um-180um,长度为156mm。那么所述开合结构30在连接所述第一掩膜片10和所述第二掩膜片20方向上的长度可以为1mm-5mm。优选地,所述开合结构30在连接所述第一掩膜片10和所述第二掩膜片20方向上的长度为3mm。所述开合结构30的厚度可以为100um-200um。可选的,所述开合结构30的厚度可以为120um-150um。优选地,所述开合结构30的厚度可以为130um。所述开合结构30选择合适的厚度,可以使得所述第一掩膜片10和所述第二掩膜片20与大面积的太阳能电池能够直接重叠设置,避免了层叠设置的所述第一掩膜片10、大面积的太阳能电池和所述第二掩膜片20之间存在空隙,避免制成的小面积的太阳能电池的边缘有阴影或者斜坡存在。
本实施例中,所述掩膜装置100可以一次性实现双面掩膜。所述掩膜装置100可以实现双面掩膜图形一样。并且采用所述掩膜装置100制备的小面积太阳能电池可以达到成功率100%的效果,采用所述掩膜装置100制备太阳能电池时转换效率明显提升。
在一个实施例中,可以在所述开合结构360的边缘设置对准部件。比如在所述第一掩膜片10和所述第二掩膜片20远离所述开合结构30的边缘设置边缘对准部件,可以是校直器。由于所述第一掩膜片10和所述第二掩膜片20的面积相同,设置的所述第一掩膜图形11和所述第二掩膜图形21的结构和形状也形同,因此当所述第一掩膜片10远离所述开合结构30的边缘和所述第二掩膜片20远离所述开合结构30的边缘对准时,所述第一掩膜片10和所述第二掩膜片20就可以对准。
本实施例中,在所述开合结构30的边缘设置对准部件,可以使得所述第一掩膜片10和所述第二掩膜片20快速、顺利的对准,便于提高制备小面积太阳能电池的制备效率。
在一个实施例中,所述开合结构30与所述第一掩膜片10和所述第二掩膜片20的可转动连接。比如,所述开合结构30可以是转轴和两个连接片的结构。所述开合结构30使得所述第一掩膜片10和所述第二掩膜片20实现0°-180°的转动。在工艺准备阶段,所述第一掩膜片10和所述第二掩膜片20之间的夹角为180°,在工艺执行阶段,所述第一掩膜片10和所述第二掩膜片20之间的夹角为0°。本实施例中,所述开合结构30使得所述第一掩膜片10和所述第二掩膜片20实现0°-180°的转动,可以保证所述掩膜装置100的使用寿命。
在一个实施例中,所述开合结构30为合页,所述合页包括两片合页扇、转轴和轴套。所述两片合页扇分别与所述第一掩膜片10和所述第二掩膜片20可转动连接。所述转轴和所述轴套实现所述第一掩膜片10和所述第二掩膜片20的铰接。具体的所述合页可以是玻璃合页、台面合页、翻门合页或者其他可实施的合页。所述合页的材料可以是锌合金、铁、不锈钢、铜、铝或者其他可实施的材料。
本实施例中,所述开合结构30为合页,通过所述两片合页扇分别与所述第一掩膜片10和所述第二掩膜片20可转动连接。所述转轴和所述轴套实现所述第一掩膜片10和所述第二掩膜片20的铰接。所述开合结构30与所述第一掩膜片10和所述第二掩膜片20的连接结构简单,容易实现。
在一个实施例中,所述开合结构30在连接所述第一掩膜片10和所述第二掩膜片20方向上的长度为1厘米-10厘米。优选地,所述开合结构30在连接所述第一掩膜片10和所述第二掩膜片20方向上的长度为3毫米。
本实施例中,所述掩膜装置100不仅仅限定为制备小面积太阳能电池,所述掩膜装置100还可以用于制备任何的需要双面掩膜的结构。所述开合结构30在连接所述第一掩膜片10和所述第二掩膜片20方向上的长度可以根据在所述第一掩膜片10和所述第二掩膜片20之间需要夹设材料的厚度进行选择性的调节。本实施例中,设置所述开合结构30在连接所述第一掩膜片10和所述第二掩膜片20方向上的长度为1厘米-10厘米。在一个具体的实施例中,所述开合结构30在连接所述第一掩膜片10和所述第二掩膜片20方向上的长度为4毫米。所述开合结构30在连接所述第一掩膜片10和所述第二掩膜片20方向上的长度不同,可以使得所述掩膜装置100拥有更加广泛的应用场景。
在一个实施例中,所述第一掩膜片10设置有第一定位结构12。所述第二掩膜片20设置有第二定位结构22。当所述第一定位结构12和所述第二定位结构22配合固定时,所述至少一个第一掩膜图形11和所述至少一个第二掩膜图形21重合。
本实施例中,提供一种便于实现所述第一掩膜片10和所述第二掩膜片20精确扣合的方式。最简单的,所述第一定位结构12和所述第二定位结构22可以是纽扣式连接,便于实现所述第一掩膜片10和所述第二掩膜片20的精确扣合。
在一个实施例中,所述第一定位结构12为凸起,所述第二定位结构22为凹槽。当所述第一掩膜片10与所述第二掩膜片20重合时,所述凸起卡合在所述凹槽中。
本实施例中,提供一种所述第一定位结构12和所述第二定位结构22的具体实现方式。本实施例中,在设计所述凸起和所述凹槽时,所述凸起和所述凹槽的尺寸和位置都需要经过精确的测量和预演才能实现。
在一个实施例中,所述第一定位结构12为开孔,所述第二定位结构22为挂锁孔,当所述第一掩膜片10与所述第二掩膜片20重合时,所述挂锁孔穿过所述开孔,在所述挂锁孔处挂锁以固定所述第一掩膜片10和所述第二掩膜片20。
本实施例中,提供一种所述第一定位结构12和所述第二定位结构22的具体实现方式。本实施例中,在设计所述开孔和所述挂锁孔时,所述开孔和所述挂锁孔的尺寸和位置也需要经过精确的测量和预演才能实现。另外本实施例中,还可以在所述挂锁孔处挂锁以固定所述第一掩膜片10和所述第二掩膜片20,避免了工艺过程中,由于各种突发状况使得所述第一掩膜片10和所述第二掩膜片20错位甚至分离,导致小面积太阳能电池制备出现不良。
请参阅图3,在一个实施例中,提供一种掩膜装置100包括第一掩膜片10、第二掩膜片20和开合结构30。所述第一掩膜片10具有至少一个第一掩膜图形11。所述第二掩膜片20具有至少一个第二掩膜图形21。所述第一掩膜图形11和所述第二掩膜图形21的形状可以相同也可以不相同。所述第一掩膜图形11和所述第二掩膜图形21所处的所述第一掩膜片10和所述第二掩膜片20的位置是不同的。所述开合结构30分别与所述第一掩膜片10和所述第二掩膜片20活动连接。所述开合结构30用以调节所述第一掩膜片10和所述第二掩膜片20之间的夹角,以使得所述第一掩膜片10和所述第二掩膜片20之间的夹角为0°。所述第一掩膜片10具有如图3中虚线所示出的第一互补图案区13。所述第二掩膜片20具有如图3中虚线所示出的第二互补图案区23。所述至少一个第一掩膜图形11和所述至少一个第二掩膜图形21可以在所述掩膜装置100中形成互补图案,或者是具有一定间隔的互补图案。
本实施例中,所述掩膜装置100可以在一定的衬底上制备出互补的掩膜图形,或者制备出具有一定间隔设置的互补图形。本实施例提供的所述研磨装置100可以制备双面互补图形的结构,如果后续在制备工艺上有更加严苛的应用需求也可以进一步的更改图3中的设计。
在一个实施例中,提供一种太阳能电池的制备方法。请结合图4中示出了太阳能电池200的结构示意图。所述太阳能电池的制备方法包括以下步骤:
S100,提供衬底101,并将所述衬底101夹设于掩膜装置100中。所述掩膜装置100包括第一掩膜片10、第二掩膜片20和开合结构30。所述第一掩膜片10具有至少一个第一掩膜图形11。所述第二掩膜片20具有至少一个第二掩膜图形21。所述至少一个第一掩膜图形11中的每一个第一掩膜图形11和所述至少一个第二掩膜图形21中的每一个第二掩膜图形21的形状相同。当所述第一掩膜片10和所述第二掩膜片20夹设所述衬底101之后,每一个所述第一掩膜图形11与一个所述第二掩膜图形21重合。所述衬底101具有与所述第一掩膜片10直接接触的第一表面和与所述第二掩膜片20直接接触的第二表面。
本步骤中,将所述衬底101夹设于所述掩膜装置100中,可以将所述第一掩膜片10和所述第二掩膜片20进行固定,以防止在后续沉积工艺过程中所述掩膜装置100错位导致制备出的所述太阳能电池200的各个膜层结构出现问题,从而导致所述太阳能电池200不能正常发光。
S200,在所述第一表面和所述第二表面分别沉积第一本征层201和第二本征层202。
S300,在所述第一本征层201和所述第二本征层202的表面分别沉积第一掺杂层203和第二掺杂层204。其中,第一掺杂层203与衬底101具有相同导电类型,第二掺杂层204与衬底101具有不同导电类型。
S400,在所述第一掺杂层203和所述第二掺杂层204的表面分别沉积第一透明导电层301和第二透明导电层302。所述第一透明导电层301和所述第二透明导电层302可以是导电玻璃(TCO)。高质量的TCO薄膜可以是氧化铟锡(ITO),掺杂氟的SnO2或者一些氧化锌基的薄膜比如ZnO:AIZAO。
S500,在所述第一透明导电层301和所述第二透明导电层302的表面分别第一导电电极401和第二导电电极402。
上述各个步骤中,在沉积第一本征层201、第二本征层202、第一掺杂层203、第二掺杂层204、第一透明导电层301、第二透明导电层302、第一导电电极401和第二导电电极402中各个膜层时,采用的沉积方法和沉积条件在此不进行一一说明,具体可以是本领域技术人员认为可行的方式。
本实施例中,通过在所述掩膜装置100可以一次性实现对所述衬底101的双面掩膜。本实施例中的所述太阳能电池的制备方法可以实现双面掩膜图形一样的效果。并且采用所述太阳能电池的制备方法制备出的小面积太阳能电池可以达到成功率100%。采用所述太阳能电池的制备方法制备小面积的太阳能电池时,在制备工艺无需大范围改进的前提下制备效率明显提升,节约了大量的成本。
在一个实施例中,所述在所述第一透明导电层301和所述第二透明导电层302的表面分别第一导电电极401和第二导电电极402的步骤中包括:将所述掩膜装置100拆除。在所述第一透明导电层301的表面沉积所述第一导电电极401。在所述第二透明导电层302的表面沉积所述第二导电电极402。
本实施例中,可以采用丝印的方法,选用不同的单面掩膜板分别沉积所述第一导电电极401和所述第二导电电极402。所述第一导电电极401和所述第二导电电极402可以作为所述太阳能电池200的正极或者负极使用。
在一个实施例中,在所述第一表面和所述第二表面分别沉积第一本征层201和第二本征层202的步骤之前,还包括:将夹设所述衬底101之后的所述第一掩膜片10和所述第二掩膜片20远离所述开合结构30的边缘固定。
本实施例中,在沉积所述第一本征层201和所述第二本征层202之前,将所述第一掩膜片10和所述第二掩膜片20固定。比如可以选用高温胶,将所述第一掩膜片10和所述第二掩膜片20远离所述开合结构30的边缘固定。
目前的,带本征薄膜的非晶硅/晶体硅异质结太阳电池(Heterojunction withIntrinsic Thinlayer,HJT)具有能耗少、工艺流程简单、温度系数小等诸多优点。在制备10mm*10mm的HJT电池时,采用156mm*156mm的晶硅片。按照HJT电池的工艺流程:清洗制绒、CVD(化学气相沉积Chemical Vapour Deposition)、PVD、丝印退火操作。本申请与传统方法的不同之处是在PVD工艺时,采用所述掩膜装置100在衬底的正面和背面均制备出掩膜图形为10mm*10mm的小面积太阳能电池。在丝印退火完成后,用手工切割或激光切割的工艺,切割出一片一片10mm*10mm的所述太阳能电池200。
在一个具体的实施例中,比如具体在PVD(Physical Vapor Deposition,物理气相沉积)的工艺流程中:
第一步,掩膜。先将硅片放在所述掩膜装置100的所述第一掩膜片10一侧,硅片(所述衬底101)的第一表面朝向所述第一掩膜片10,第二表面(与所述第一表面对称设置)朝所述第二掩膜片20,在所述第一掩膜片10和所述第二掩膜片20的没有设置所述第一掩膜图形11和所述第二掩膜图形21的区域将硅片与所述第一掩膜片10用高温胶带固定起来。之后,折叠所述开合结构30以使所述第一掩膜片10和所述第二掩膜片20之间的夹角为0°。最后,将所述第一掩膜片10和所述第二掩膜片20的边缘对齐。用高温胶带将所述第一掩膜片10和所述第二掩膜片20远离所述开合结构30的边缘固定。
第二步:将固定好硅片的所述掩膜装置100的所述第一掩膜片10朝上放置在PVD的载板上,用高温胶带固定,采用一定的工艺条件蒸镀氧化铟锡(ITO,为半导体透明导电膜,可以增加所述太阳能电池200的透光率。)层。这里的ITO层作为所述第一透明导电层301。
第三步:蒸镀完ITO层之后将第二步固定的高温胶带拆除。
第四步:翻面,将固定好硅片的所述掩膜装置100的所述第二掩膜片20朝上放置在PVD的载板上,用高温胶带固定,蒸镀ITO层,镀完ITO层之后再蒸镀Ag层。这里的ITO层和Ag层作为所述第二透明导电层302。
本实施例中,没有给出制备所述第一本征层201、所述第二本征层202、所述第一掺杂层203以及所述第二掺杂层204的步骤。具体的,所述第一本征层201、所述第二本征层202、所述第一掺杂层203以及所述第二掺杂层204的沉积和制备方法可以本领域技术人员进一步设置的。
以下的表格中给出了采用本申请的所述掩膜装置100制备的小面积太阳能电池200与传统方案制备小面积太阳能电池200的数据对比。表1为采用传统的掩膜装置制备的小面积太阳能电池200在切割工艺前后的填充因子(Fill Factor)。严格来说是排除串联电阻影响的填充因子pFF。切割后pFF变为了0.93,变化了7%。表2为采用本申请中的所述掩膜装置100制备的小面积太阳能电池200在切割前后的参数变化。可以看出,切割后pFF变为了0.99,仅变化了1%,pFF的变化幅度明显减少。表3为采用传统的掩膜装置和采用本申请中的所述掩膜装置100制备的小面积太阳能电池200的参数对比数据。采用本申请的所述掩膜装置100做出来的所述太阳能电池200与用传统的掩膜装置做出来的所述太阳能电池200相比,并联电阻Rsh大幅度提升,Voc和FF也明显提升。
表1:采用传统的掩膜装置制备的小面积太阳能电池200在切割前后的参数变化
表2:采用本申请中的所述掩膜装置100制备的小面积太阳能电池200在切割前后的参数变化
表3:采用传统的掩膜装置和采用本申请中的所述掩膜装置100制备的小面积太阳能电池200的参数对比数据
采用的掩膜装置 |
Voc(V) |
FF(%) |
Rsh(ohm) |
传统的掩膜装置 |
1.00 |
1.00 |
1.00 |
本申请中的掩膜装置 |
1.01 |
1.16 |
4.94 |
本申请中,所述掩膜装置100是一个对称的、可折叠的结构,不但可以同时实现双面掩膜,而且可以在双面形成一样的掩膜图形。本申请中提供的所述掩膜装置100可以很容易在大面积太阳能电池的两面形成一样的掩膜图形,在工艺过程中实现双面掩膜,高效的制备小面积的所述太阳能电池200。并且采用本申请中的制备方法制备出的所述太阳能电池200的并联电阻大幅度提高,开路电压和填充因子明显提升。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本申请构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本申请的保护范围。因此,本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。