CN109346558A - 透光薄膜太阳能芯片及制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及太阳能芯片制备技术领域，公开了一种透光薄膜太阳能芯片及制作方法，具体的，所述方法包括：在玻璃基层上形成薄膜太阳能芯片；对薄膜太阳能芯片进行刻蚀处理，以形成贯穿薄膜太阳能芯片的透光缝隙。由于刻蚀工艺精准度高，所以可在子电池的边缘制作透光空隙；同时，刻蚀工艺能够有效控制刻蚀位置，可以避免在加工透光缝隙时出现子电池不能串联的情况。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能芯片制备技术领域，尤其是涉及一种透光薄膜太阳能芯片及制作方法。
背景技术
随着太阳能清洁能源的兴起，各项技术优势也开始向清洁能源倾斜，而薄膜太阳能成为清洁能源中的一匹黑马，其长远的可利用性、清洁性、地域宽广性使它成为了清洁能源的新宠儿。现有薄膜太阳能电池经常应用在建筑物上，例如太阳能幕墙，或应用于各类指示产品，包括各类交通灯、交通指示牌和导向牌、门牌等。这些应用在注重薄膜太阳能电池输出性能的同时，对薄膜太阳能电池的透光性也提出了要求，透光薄膜太阳能芯片也应运而生。
目前现有的透光薄膜太阳能芯片的加工是采用油墨结合喷砂工艺，在透光薄膜太阳能芯片上将现有的PN结组成的子电池中间打掉镂空，形成透光缝隙。其中，薄膜太阳能芯片一般是多个(通常是150个)子电池串联而成，如图1所示，其简要的显示了三个子电池6’的串联形式，每个子电池6’包括前电极1’(主要成分是Mo钼)、PN结(主要包括CIGS层2’和硫化镉层3’，其中，CIGS层2’的主要组成有Cu铜、In铟、Ga镓、Se硒，简称CIGS；硫化镉层3’的主要成分为CdS硫化镉)以及背电极4’(主要成分是ZnO氧化锌)。如图1所示的薄膜太阳能芯片，P3区域是相邻子电池6’的隔断部位，也即P3区域是相邻子电池6’的分界位置；PN结以及背电极4’在P3区域隔断，以形成各个子电池6’；P2区域是各个子电池6’的串联区，各个子电池6’通过P2区域形成串联。图2给出的是现有技术加工而成的透光薄膜太阳能芯片的示意图，B区是子电池通过喷砂将背电极、PN结以及前电极打掉后形成的透光缝隙，A区是透光缝隙与子电池串联区之间的区域。
现有油墨和喷砂工艺加工透光薄膜太阳能芯片的方式存在以下缺点：
1.现有的油墨和喷砂结合工艺，精度不高，经常出现油墨印刷时，图案印刷在P2、P3的位置，导致各电池在喷砂时P2、P3位置被打空，各子电池不能导通，从而不能形成串联结构，降低了电池的发电效率。
2.薄膜太阳能电芯的P3的位置是固定的，并且P3的宽度较小(一般50±5微米)，在进行喷砂工艺时，经常需要离P3有一段距离(控制在一段距离)进行喷砂镂空设计，以防在喷砂时将P2区打空，也就是说我们不能通过将P3右侧的A区扩宽来达到透光的目的。
3.在采用油墨和喷砂工艺制作透光产品时，为了避免P2被打通，只能在子电池的中间喷砂镂空以形成透光缝隙B，这种中间镂空对比直接在P3右侧的A区进行镂空，电阻要大(根据R＝ρL/S，R为电阻，ρ为材料密度，L为长度，S为截面积)，则电子、空穴在转移时能量耗损变大，影响电池实际有效功率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种透光薄膜太阳能芯片制作方法，以解决现有技术中存在的透光薄膜太阳能芯片仅能在子电池的中间部位加工透光缝隙，透光缝隙加工位置受限的技术问题。
本发明的目的还在于提供一种透光薄膜太阳能芯片，以解决现有技术中存在的透光薄膜太阳能芯片仅能在子电池的中间部位加工透光缝隙，透光缝隙加工位置受限的技术问题。
基于上述第一目的，本发明提供了一种透光薄膜太阳能芯片制作方法，所述方法包括：在玻璃基层上形成薄膜太阳能芯片；
对薄膜太阳能芯片进行刻蚀，以形成贯穿薄膜太阳能芯片的透光缝隙。
进一步地，所述刻蚀采用湿法刻蚀工艺。
进一步地，所述湿法刻蚀工艺包括：
在薄膜太阳能芯片上涂覆光刻胶；
使用掩膜版对将涂覆有光刻胶的薄膜太阳能芯片进行部分曝光，以使部分区域的光刻胶固化；
将曝光后的薄膜太阳能芯片进行显影，以去除未固化区域的光刻胶；
对显影完成的薄膜太阳能芯片通过刻蚀液刻蚀，以刻蚀出透光缝隙；
将刻蚀完成的薄膜太阳能芯片上的固化光刻胶剥离。
进一步地，在薄膜太阳能芯片上涂覆光刻胶之前，所述湿法刻蚀工艺还包括：
对薄膜太阳能芯片进行清洗并烘干。
进一步地，在所述对显影完成的薄膜太阳能芯片通过刻蚀液刻蚀，以刻蚀出透光缝隙之后，并在所述将刻蚀完成的薄膜太阳能芯片上的固化光刻胶剥离之前，所述湿法刻蚀工艺还包括：
对刻蚀完成的薄膜太阳能芯片进行清洗。
进一步地，所述湿法刻蚀工艺还包括：
对剥离完成的薄膜太阳能芯片进行清洗。
进一步地，所述在玻璃基层上形成薄膜太阳能芯片的步骤，包括：
在玻璃基板上沉积导电膜，形成前电极；
对前电极进行激光灼烧，形成多个子电池的前电极；
在前电极上沉淀多层薄膜，形成PN结层；
对PN结层进行机械刻划；
在PN结层上沉积至少一层金属材料，形成背电极；
对背电极进行机械划刻，形成内部串联的集成电路，以获得薄膜太阳能芯片。
基于上述第二目的，本发明还提供了一种透光薄膜太阳能芯片，所述透光薄膜太阳能芯片通过如上述所述的透光薄膜太阳能芯片制作方法制得。
进一步地，所述透光薄膜太阳能芯片上设置有多个透光缝隙；
所述透光缝隙的形状呈弧形、圆形、椭圆形以及方形中的任一种。
进一步地，所述透光薄膜太阳能芯片包括多个相互串联且并排紧靠设置的子电池，所述透光缝隙设置在子电池中部和/或子电池的边缘。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提供的透光薄膜太阳能芯片制作方法通过在薄膜太阳能芯片上进行刻蚀，以获得透光薄膜太阳能芯片，由于刻蚀精准度高，不仅可以在子电池的中间加工成镂空，以形成透光缝隙，也可以将子电池边缘的一部分加工成镂空，以形成透光缝隙；从而，使得透光薄膜太阳能芯片的透光缝隙的加工不再局限在子电池的中间部位，透光缝隙的加工位置相比现有技术选择性更多；并且选择在子电池边缘位置部分加工透光缝隙时，相比现有技术也可大大降低电池的电阻；进一步，刻蚀工艺精度较高，解决了油墨喷砂工艺中，由于涂敷偏差导致各子电池的串联区域被喷砂工艺打掉，导致各子电池之间不能正常导通的问题。
本发明提供的透光薄膜太阳能芯片其是通过上述透光薄膜太阳能芯片制作方法制作而成，相比现有技术，其透光缝隙的形状以及位置选择性多样，从而可以选择适宜位置的透光缝隙，以降低子电池的电阻，提高子电池的发电效率。
附图说明
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。
图1为薄膜太阳能芯片的局部结构示意图；
图2为现有技术加工完成的透光薄膜太阳能芯片的局部结构示意图
图3为本发明实施例透光薄膜太阳能芯片制作方法的一种实施方法的流程图；
图4为本发明实施例透光薄膜太阳能芯片制作方法的另一种实施方法的流程图；
图5为本发明实施例透光薄膜太阳能芯片制作方法中涂覆步骤的状态图；
图6为本发明实施例透光薄膜太阳能芯片制作方法中曝光步骤的状态图；
图7为本发明实施例透光薄膜太阳能芯片制作方法中显影步骤的状态图；
图8为本发明实施例透光薄膜太阳能芯片制作方法中刻蚀步骤的状态图；
图9为本发明实施例透光薄膜太阳能芯片制作方法中剥离步骤后形成的第一种透光薄膜太阳能芯片的示意图；
图10为本发明实施例透光薄膜太阳能芯片制作方法中剥离步骤后形成的第二种透光薄膜太阳能芯片的示意图。
图标：1-前电极；2-CIGS层；3-硫化镉层；4-背电极；5-玻璃基板；6-子电池；7-光刻胶。
具体实施方式
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。
在本发明的描述中，需要说明的是，如出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等，其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，如出现术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
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，如出现术语“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。
附图中的箭头表示的电子的流动方向。
参见图3至图4所示，本实施例提供了一种透光薄膜太阳能芯片制作方法，包括：
S100：在玻璃基层上形成薄膜太阳能芯片；
S200：对薄膜太阳能芯片进行刻蚀，以形成贯穿薄膜太阳能芯片的透光缝隙。其中，所述刻蚀包括湿法刻蚀以及干法刻蚀。
作为本发明实施例的一种实现方式，在玻璃基层上形成薄膜太阳能芯片的步骤具体包括：
S101：在玻璃基板5上沉积导电膜，形成前电极1。具体的，可采用磁控溅射的方法在玻璃基板5上沉积导电膜，形成前电极1，所述前电极1的主要成分可以是Mo(钼)、Al(铝)、Cu(铜)或Ag2O(氧化银)等的一种。
S102：对前电极1进行激光灼烧，形成多个子电池6的前电极。
S103：在前电极1上沉淀多层薄膜，形成PN结层；具体可采用等离子体增强化学气相沉积的方法在前电极1上沉积多层薄膜，具体的PN结层可以是由铜、铟、镓以及硒的混合物形成的CIGS(CIGS是铜、铟、镓以及硒本领域的简称)层2和CdS(硫化镉)材料形成的硫化镉层3，两者配合形成。其中，CdS(硫化镉)材料也可以是CdTe(碲化镉等。
S104：对PN结层进行机械刻划。
S105：在PN结层上沉积至少一层金属材料，形成背电极4。
具体地，可采用物理气相沉积的方法在PN结层上镀设一层含有ZnO(氧化锌)材料的金属材料而成，也即，背电极4可为氧化锌层；需要说明的是，背电极4也可以采用氧化银等材料，一般具有高导电率的材料均可。
S106：对背电极4进行机械刻划，形成内部串联的集成电路，以获得薄膜太阳能芯片。
本发明实施例透光薄膜太阳能芯片制作方法给出一种具体湿法刻蚀方法，包括：
S201：涂覆：在薄膜太阳能芯片上涂覆光刻胶7，以形成光刻胶7层，具体的，可以通过在薄膜太阳能芯片上均匀涂布光刻胶7。该步骤中光刻胶7至少能够覆盖太阳能芯片的正面，如图5所示，本实施例中，光刻胶7涂覆在背电极4的表面以及P3区域内。
可以理解的是，本实施例透光薄膜太阳能芯片制作方法的光刻胶7可以采用正性胶也可以采用负性胶。根据正性胶和负性胶的性质不同，掩模板的透光孔的位置也不同。具体的，由于，正性胶是对某些溶剂是不可溶的，经光照后变成可溶物质，所述采用正性胶时，掩膜版的透光孔应当是对应于待刻蚀区域；负性胶是光照后形成不可溶物质，所述采用负性胶时，掩膜版的透光孔应当是对应于非待刻蚀区域，也即，子电池6需要保留的区域。具体的，本实施例的光刻胶7可采用含有甲基乙基醋酸酯成分的正性光刻胶。
S202：曝光：使用掩膜版对将涂覆有光刻胶7的薄膜太阳能芯片进行部分曝光，以使部分区域的光刻胶固化。具体的掩模板上的光的照射方向与图6中的箭头方向一致，掩膜版设置在图6中的箭头位置，也即背电极4的上方。
可以理解的是，光刻胶7固化的区域应当是不需要刻蚀的区域，光刻胶7固化在该区域上以保护其下方的薄膜太阳能芯片的金属层。该步骤中，曝光的时间根据光刻胶7的性质以及光刻胶7的厚度进行合理选择。
具体的掩膜版的透光孔的形状可根据实际需要进行设定，其可以是圆形、方形、椭圆形、弧形等任意形状，相应的刻蚀出的透光缝隙也可呈任意形状。
S203：显影：将曝光后的薄膜太阳能芯片进行显影，以去除未固化区域的光刻胶7；具体的，如图7所示，本实施例背电极4的表面上去除了部分光刻胶7。具体显影可以通过在薄膜太阳能芯片上涂覆显影液来完成，具体的显影液应当能够洗去未固化的光刻胶7并对固化的光刻胶7不产生影响，本实施例显影液可选用四甲基氢氧化铵、酚醛清漆树脂、PAC(聚合氯化铝)的混合液。
该步骤的作用是将未固化光刻胶7的区域进行显露，以方便对未固化区域的刻蚀。
S204：对显影完成的薄膜太阳能芯片进行刻蚀，以刻蚀出透光缝隙。刻蚀完成后的薄膜太阳能芯片的状态如图8所示，其将图7中去除光刻胶的位置，依次刻蚀去掉了背电极4、硫化镉层3、CIGS层2以及前电极1，从而形成了透光缝隙。
该步骤中，可以是通过在显影完成的薄膜太阳能芯片上涂覆刻蚀液，或者是将显影完成的薄膜太阳能芯片放置到刻蚀液中进行刻蚀完成。刻蚀液根据薄膜太阳能芯片各层的材质进行合理选择，一般为硫酸、硝酸、盐酸、醋酸、苯等物质中的几种的混合物。刻蚀的时间也是根据实际进行合理选择。
S205：将刻蚀完成的薄膜太阳能芯片上的固化光刻胶7剥离。
其中，固化的光刻胶7的剥离可以通过涂覆剥离液进行完成，剥离液的选择应当不对薄膜太阳能芯片自身的材质造成损坏，但可以去除固化的光刻胶7。根据光刻胶7的性质，一般剥离液可采用N-甲基甲酰胺、二乙二醇甲醚以及氨水的混合溶液。同时，该步骤也可以采用物理的方法对固化的光刻胶7进行剥离，例如激光等手段。
图9中给出的是对图8剥离完成的太阳能薄膜芯片的示意图，其完整的保留了子电池6的P2区域(P2是形成子电池6串联形式的区域)，相当于在子电池6中部形成了透光缝隙，类似与现有技术加工而成的太阳能薄膜芯片。其中，子电池中部指的是子电池6远离自身P2区域，并远离其与相邻子电池6之间的P3区域(相邻子电池6的隔断部位)的部分。
同时，本实施例剥离完成的太阳能薄膜芯片也可如图10所示，其透光缝隙还包括了子电池边缘的A区域，也即其去掉了部分的P2区域。具体该形式的透光缝隙在曝光步骤中，背电极4对应A区域的光刻胶也应当是未固化的，以方便后续显影去掉该区域的光刻胶，并为最终的刻蚀步骤提供保障。其中，A区域应当是集合了部分P2区域和P3区域，A区域也可理解为相邻子电池6连接位置。应当需要说明的是，透光缝隙设置在子电池6的边缘位置时，应当注意子电池6的P2区域不能完全刻蚀掉，可适当保留一部分，以便于各个子电池6形成串联。
可以理解的是，本发明实施例透光薄膜太阳能芯片制作方法通过在薄膜太阳能芯片上进行刻蚀，以获得透光薄膜太阳能芯片，由于刻蚀处理精准度高，不仅可以在子电池6的中间加工成镂空，以形成透光缝隙，也可以将子电池边缘P2区的一部分加工成镂空，以形成透光缝隙；从而，使得透光薄膜太阳能芯片的透光缝隙的加工不再局限在子电池6的中间部位，透光缝隙的加工位置相比现有技术选择性更多；并且选择在子电池6A区等位置部分加工透光缝隙时，相比现有技术也可大大降低电池的电阻；进一步，刻蚀处理精度较高，解决了油墨喷砂工艺中，由于涂敷偏差导致P2、P3区域被喷砂工艺打掉，导致各子电池6之间正常导通的问题。
本发明实施例透光薄膜太阳能芯片制作方法，还包括对薄膜太阳能芯片预处理的步骤：对薄膜太阳能芯片进行清洗并烘干。
具体的，薄膜太阳能芯片的清洗可以是采用去离子水进行，清洗完成后可以放置到烘干箱内恒温进行烘干。该步骤的作用是，去除薄膜太阳能芯片上的污染杂质等，以提高光刻胶7的粘附性。
本发明实施例透光薄膜太阳能芯片制作方法，还包括步骤：对刻蚀完成的薄膜太阳能芯片进行清洗。该步骤的作用是将薄膜太阳能芯片上的刻蚀液进行去除，具体的可以采用去离子水清洗的方式。
在剥离步骤后，还包括步骤：对剥离完成的薄膜太阳能芯片进行清洗。该步骤的作用是去除剥离完固化光刻胶的薄膜太阳能芯片上的残留光刻胶或剥离液等，获得干净的透光薄膜太阳能芯片。
通过上述实施例所述的透光薄膜太阳能芯片制作方法制得的透光薄膜太阳能芯片包括玻璃基板以及设置在玻璃基板上的薄膜太阳能芯片，薄膜太阳能芯片包括了多个相互串联的子电池6，透光薄膜太阳能芯片的透光缝隙可位于各个子电池6的中间部位和/或各个子电池6的边缘部位上，透光缝隙为弧形、圆形、椭圆形以及方形的一种。
综上所述，本发明实施例透光薄膜太阳能芯片制作方法采用湿法刻蚀的方式进行透光缝隙的加工，由于湿法刻蚀的工艺精度高，如此，可根据需要在不影响各子电池6进行串联的情况下，可选的在子电池6的多个部位加工出透光缝隙，相比现有技术喷墨喷砂的形式，加工精度高且加工位置选择性更大；且透光缝隙相比现有技术可以加工的宽度、长度更大，以增强薄膜太阳能芯片的透光性。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种透光薄膜太阳能芯片制作方法，其特征在于，所述方法包括：
在玻璃基层上形成薄膜太阳能芯片；
对薄膜太阳能芯片进行刻蚀，以形成贯穿薄膜太阳能芯片的透光缝隙。
2.根据权利要求1所述的透光薄膜太阳能芯片制作方法，其特征在于，所述刻蚀采用湿法刻蚀工艺。
3.根据权利要求2所述的透光薄膜太阳能芯片制作方法，其特征在于，所述湿法刻蚀工艺包括：
在薄膜太阳能芯片上涂覆光刻胶；
使用掩膜版对将涂覆有光刻胶的薄膜太阳能芯片进行部分曝光，以使部分区域的光刻胶固化；
将曝光后的薄膜太阳能芯片进行显影，以去除未固化区域的光刻胶；
对显影完成的薄膜太阳能芯片通过刻蚀液刻蚀，以刻蚀出透光缝隙；
将刻蚀完成的薄膜太阳能芯片上的固化光刻胶剥离。
4.根据权利要求3所述的透光薄膜太阳能芯片制作方法，其特征在于，在薄膜太阳能芯片上涂覆光刻胶之前，所述湿法刻蚀工艺还包括：
对薄膜太阳能芯片进行清洗并烘干。
5.根据权利要求3所述的透光薄膜太阳能芯片制作方法，其特征在于，在所述对显影完成的薄膜太阳能芯片通过刻蚀液刻蚀，以刻蚀出透光缝隙之后，并在所述将刻蚀完成的薄膜太阳能芯片上的固化光刻胶剥离之前，所述湿法刻蚀工艺还包括：
对刻蚀完成的薄膜太阳能芯片进行清洗。
6.根据权利要求3所述的透光薄膜太阳能芯片制作方法，其特征在于，所述湿法刻蚀工艺还包括：
对剥离完成的薄膜太阳能芯片进行清洗。
7.根据权利要求3所述的透光薄膜太阳能芯片制作方法，其特征在于，所述在玻璃基层上形成薄膜太阳能芯片的步骤，包括：
在玻璃基板上沉积导电膜，形成前电极；
对前电极进行激光灼烧，形成多个子电池的前电极；
在前电极上沉淀多层薄膜，形成PN结层；
对PN结层进行机械刻划；
在PN结层上沉积至少一层金属材料，形成背电极；
对背电极进行机械划刻，形成内部串联的集成电路，以获得薄膜太阳能芯片。
8.一种透光薄膜太阳能芯片，其特征在于，所述透光薄膜太阳能芯片通过如权利要求1-7任一项所述的透光薄膜太阳能芯片制作方法制得。
9.根据权利要求8所述的透光薄膜太阳能芯片，其特征在于，所述透光薄膜太阳能芯片上设置有多个透光缝隙；
所述透光缝隙的形状呈弧形、圆形、椭圆形以及方形中的任一种。
10.根据权利要求9所述的透光薄膜太阳能芯片，其特征在于，所述透光薄膜太阳能芯片包括多个相互串联且并排紧靠设置的子电池，所述透光缝隙设置在子电池中部和/或子电池的边缘。
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