一種硅太陽電池柵極制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種硅太陽電池柵極制造方法。現(xiàn)有技術(shù)未去除電鍍溝槽中的氧化層和殘留的電鍍掩膜層，易導(dǎo)致鍍的籽晶金屬層與硅的接觸面積小而使電鍍柵極易剝離且電阻較大；并在燒結(jié)形成籽晶硅合金層后直接電鍍電極金屬層導(dǎo)致籽晶與硅界面間留有應(yīng)力而使電鍍柵極易剝離。本發(fā)明的硅太陽電池柵極制造方法先提供正面沉積有電鍍掩膜層的待鍍硅太陽電池，接著形成穿透電鍍掩膜層的電鍍溝槽，然后刻蝕去除電鍍溝槽中的氧化硅和殘留的電鍍掩膜層，之后在電鍍溝槽中沉積籽晶金屬層并燒結(jié)形成籽晶硅合金層，接著腐蝕或退鍍?nèi)コ丫Ы饘賹硬㈦婂冏丫Ш碗姌O金屬層。本發(fā)明可有效提高電鍍柵極的強(qiáng)度和對應(yīng)硅太陽電池和組件的可靠性，并可有效降低其串聯(lián)電阻。
【專利說明】一種硅太陽電池柵極制造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及太陽電池制造領(lǐng)域，特別涉及一種硅太陽電池柵極制造方法。

【背景技術(shù)】
[0002]在硅太陽電池制造領(lǐng)域，金屬化制程是非常重要的關(guān)鍵制程，其直接形成引出硅太陽電池所產(chǎn)生電能的電極且對硅太陽電池的效率有較大的影響。現(xiàn)大規(guī)模的硅太陽電池制造中，通常會采用絲網(wǎng)印刷方式來實(shí)現(xiàn)硅太陽電池的金屬化制程，但絲網(wǎng)印刷所形成的柵極高寬比較低，從而造成硅太陽電池受光面被柵極遮蔽面積較大，另外造成硅太陽電池的串聯(lián)電阻較大。電鍍形成硅太陽電池的柵極可有效降低柵極遮光并有效降低柵極的電阻及硅太陽電池的串聯(lián)電阻。
[0003]為降低成本電鍍形成柵極時(shí)主要進(jìn)行鍍銅，但銅具有較強(qiáng)的擴(kuò)散性，為阻擋銅擴(kuò)散到硅中降低硅太陽電池的效率，需先在要進(jìn)行電鍍的電鍍溝槽中沉積鎳作為籽晶金屬層來阻擋銅向硅中的擴(kuò)散，為降低籽晶金屬與硅的接觸電阻，通常會在惰性氣體或氮?dú)庵袑ψ丫Ы饘冁囘M(jìn)行燒結(jié)(燒結(jié)溫度為350?500°C)以形成鎳硅合金層，之后在常溫下(工程上常溫為20°C )在籽晶金屬層鎳上電鍍銅，為提高電鍍電極的可焊性，還可在電鍍的銅上形成銀層，從而形成硅/鎳/銅/銀的層疊狀電極。
[0004]但電鍍所形成的柵極的可靠性存在問題，其在進(jìn)行焊接時(shí)較易從硅太陽電池上剝離下來，通過掃描電子顯微鏡(SEM)結(jié)合X射線能量分析光譜儀(EDX)分析，大多數(shù)情況下，電鍍柵極被剝離的界面為鎳硅界面(即鎳層與鎳硅合金層界面)，說明鎳層與鎳硅合金層間結(jié)合力較差。
[0005]鎳和鎳硅合金的結(jié)合力受接觸面粗糙度、接觸面積和接觸面應(yīng)力等因素影響。造成電鍍柵極易在鎳硅界面剝離的一個(gè)原因是鎳和硅的線性熱膨脹系數(shù)相差較大(分別為
2.5,13.0)，在350?500°C燒結(jié)形成鎳硅合金的過程中易在鎳硅界面產(chǎn)生一定應(yīng)力，而金屬間的線性熱膨脹系數(shù)差異較小(鎳、銅、銀的線性熱膨脹系數(shù)分別為13.0、17.5、19.5)，再加上電鍍金屬后無熱處理過程，金屬間的結(jié)合力相對較好。
[0006]造成電鍍柵極易在鎳硅界面剝離的另一個(gè)原因是氮化硅等電鍍掩膜層在激光燒蝕時(shí)易在電鍍溝槽中殘留，電鍍溝槽中殘留的氮化硅和激光燒蝕時(shí)所形成的較薄的氧化層均會影響電鍍鎳時(shí)鎳的成核密度、鎳硅的實(shí)際接觸面積以及后續(xù)燒結(jié)時(shí)鎳硅合金層的形成，導(dǎo)致電鍍溝槽中部分區(qū)域鍍不上籽晶金屬層鎳；還可能的一個(gè)原因是籽晶金屬層鎳在氮?dú)饣蚨栊詺怏w中進(jìn)行燒結(jié)時(shí)其上易形成較薄的自然氧化層，該自然氧化層對柵極的結(jié)合力及電阻均可能有不利影響。
[0007]因此，如何提供一種硅太陽電池柵極制造方法以提高電鍍柵極的附著強(qiáng)度和可靠性，并降低電鍍柵極的電阻，已成為業(yè)界亟待解決的技術(shù)問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的是要提供一種硅太陽電池柵極制造方法，通過柵極制造方法可提高電鍍柵極的附著強(qiáng)度和可靠性，并降低電鍍柵極的電阻。
[0009]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種硅太陽電池柵極制造方法，包括以下步驟:a、提供待鍍硅太陽電池，所述硅太陽電池正面沉積有電鍍掩膜層；b、在待鍍硅太陽電池正面形成電鍍溝槽，所述電鍍溝槽穿透電鍍掩膜層；c、刻蝕去除電鍍溝槽中的氧化硅和殘留的電鍍掩膜層；d、在所述電鍍溝槽中沉積籽晶金屬層并燒結(jié)形成籽晶硅合金層；e、腐蝕或退鍍?nèi)コ丫Ы饘賹?；f、在籽晶硅合金層上電鍍籽晶金屬層和電極金屬層。
[0010]在一較佳實(shí)施例中，所述電鍍掩膜層為氮化娃層或氧化娃/氮化娃疊層，其厚度為 70 ?150nm。
[0011]在進(jìn)一步的較佳實(shí)施例中，在步驟c中，通過氫氟酸溶液刻蝕去除電鍍溝槽中的氧化硅和殘留的電鍍掩膜層，所述氫氟酸溶液的質(zhì)量百分比濃度為0.5%?5%，腐蝕時(shí)間為 20 ?300s。
[0012]在一較佳實(shí)施例中，在步驟b中，通過激光燒蝕在待鍍硅太陽電池正面形成所述電鍍溝槽。
[0013]在一較佳實(shí)施例中，所述籽晶金屬層為鎳層，所述籽晶娃合金層對應(yīng)為鎳娃合金。
[0014]在進(jìn)一步的較佳實(shí)施例中，在步驟d中，燒結(jié)形成鎳硅合金層的燒結(jié)溫度為350?500。。。
[0015]在進(jìn)一步的較佳實(shí)施例中，在步驟e中，通過質(zhì)量百分比濃度為35%?70%的硝酸溶液去除鎳層。
[0016]在進(jìn)一步的較佳實(shí)施例中，在步驟e中，通過硫酸雙氧水混合溶液去除鎳層。
[0017]在一較佳實(shí)施例中，在步驟f中，所述電極金屬層為銅或銅/銀。
[0018]在一較佳實(shí)施例中，在步驟d和f中，均通過光誘導(dǎo)電鍍結(jié)合直流電源電鍍形成所述籽晶金屬層和電極金屬層。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)中未對電鍍溝槽中較薄的氧化層和殘留的電鍍掩膜層進(jìn)行處理，導(dǎo)致電鍍柵極較易剝離相比，本發(fā)明的硅太陽電池柵極制造方法在形成電鍍溝槽后還腐蝕去除電鍍溝槽中的氧化硅和殘留的電鍍掩膜層，之后再電鍍籽晶并進(jìn)行燒結(jié)，本發(fā)明通過去除電鍍溝槽中較薄的氧化層和殘留的電鍍掩膜層從而有效提高了籽晶金屬層與硅基體的接觸面積，提高了籽晶硅合金層的覆蓋率，從而有效提高電鍍電極的可靠性并有效降低硅太陽電池和組件的串聯(lián)電阻。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)中燒結(jié)籽晶金屬層形成籽晶硅合金層后直接電鍍電極金屬層，從而導(dǎo)致籽晶層與籽晶硅合金層間有應(yīng)力，易使電鍍柵極從籽晶層與籽晶硅合金層間剝離相比，本發(fā)明的硅太陽電池柵極制造方法腐蝕去除籽晶金屬層，之后再電鍍籽晶金屬層和電極金屬層，因各金屬間線性熱膨脹系數(shù)差異較小且無熱處理，從而使得籽晶金屬層與籽晶硅合金層間無應(yīng)力殘留，電鍍電極的強(qiáng)度得到較大地提高。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明的硅太陽電池柵極制造方法的流程圖。
具體實(shí)施方案
[0022]下面結(jié)合具體實(shí)施例及附圖來詳細(xì)說明本發(fā)明的目的及功效。
[0023]參見圖1，本發(fā)明硅太陽電池柵極制造方法首先進(jìn)行步驟S10，提供待鍍硅太陽電池，所述硅太陽電池正面沉積有電鍍掩膜層，所述電鍍掩膜層同時(shí)為硅太陽電池的減反膜，所述電鍍掩膜層為氮化硅層或氧化硅/氮化硅疊層等，其厚度為70?150nm。在本實(shí)施例中，所述電鍍掩膜層為氮化娃層，其厚度為80?10nm,所述娃太陽電池對應(yīng)的娃片為P型，所述電鍍掩膜層直接覆蓋的反型層為N型。在本發(fā)明其他實(shí)施例中，所述電鍍掩膜層可為氧化娃/氮化娃疊層，氧化娃厚度為10?20nm,氮化娃厚度為70?lOOnm。
[0024]接著繼續(xù)步驟S11，在待鍍硅太陽電池正面形成電鍍溝槽，所述電鍍溝槽穿透電鍍掩膜層。在本實(shí)施例中，通過激光燒蝕在待鍍硅太陽電池正面形成所述電鍍溝槽，同時(shí)對電鍍溝槽進(jìn)行重?fù)诫s。
[0025]接著繼續(xù)步驟S12，去除電鍍溝槽中的氧化硅和殘留的電鍍掩膜層。在本實(shí)施例中，通過氫氟酸溶液刻蝕去除電鍍溝槽中的氧化硅和殘留的電鍍掩膜層，所述氫氟酸溶液的質(zhì)量百分比濃度為0.5%?5%，腐蝕時(shí)間為20?300s。在其他實(shí)施例中，也可通過氫氟酸和氟化銨的緩沖溶液來刻蝕去除電鍍溝槽中的氧化硅和殘留的電鍍掩膜層。步驟S12的目的是采用化學(xué)方法進(jìn)行溝槽內(nèi)的活化，同時(shí)可以去除溝槽內(nèi)的氮化硅和殘留的掩膜層。
[0026]接著繼續(xù)步驟S13，在所述電鍍溝槽中沉積籽晶金屬層。在本實(shí)施例中，所述籽晶金屬層為鎳層，其通過光誘導(dǎo)電鍍(Light Induced Plating ;簡稱LIP)結(jié)合直流電源電鍍形成，所述直流電源通?？刹捎秒娏髟础?br> [0027]接著繼續(xù)步驟S14，進(jìn)行燒結(jié)形成籽晶硅合金層。在本實(shí)施例中，所述籽晶硅合金層為鎳硅合金，所述燒結(jié)溫度為350?500°C，優(yōu)選為400°C。
[0028]接著繼續(xù)步驟S15，腐蝕或退鍍?nèi)コ丫Ы饘賹?。在本?shí)施例中，所述籽晶金屬層為鎳，其可通過硝酸溶液或硫酸雙氧水混合溶液去除，當(dāng)通過硝酸溶液去除鎳層時(shí)，硝酸溶液的質(zhì)量百分比濃度為35%?70%。
[0029]接著繼續(xù)步驟S16，在籽晶硅合金層上電鍍籽晶金屬層。本步驟的參數(shù)基本與步驟S13相同，在此不再贅述。
[0030]接著繼續(xù)步驟S17，在籽晶金屬層上電鍍電極金屬層，所述電極金屬層為銅或銅/銀等。在本實(shí)施例中，所述電極金屬層為銅，其通過光誘導(dǎo)電鍍結(jié)合直流電源電鍍形成。
[0031]為對比步驟S12和S15對柵極強(qiáng)度的影響，在上述本發(fā)明的實(shí)施例的基礎(chǔ)上進(jìn)行以下所述的三組對比試驗(yàn):在實(shí)驗(yàn)一中，與上述本發(fā)明的實(shí)施例相比，未進(jìn)行步驟S12(簡稱未去溝槽掩膜層)；在實(shí)驗(yàn)二中，與上述本發(fā)明的實(shí)施例相比，未進(jìn)行步驟S15 (簡稱未去籽晶層)；在實(shí)驗(yàn)三中，與上述本發(fā)明的實(shí)施例相比，未進(jìn)行步驟S12和S15 (簡稱未去溝槽掩膜層和籽晶層)。本發(fā)明上述實(shí)施例與實(shí)驗(yàn)一至實(shí)驗(yàn)三所形成的柵極的剝離強(qiáng)度如表一。由表一可以看出，本發(fā)明上述實(shí)施例所形成的柵極的剝離強(qiáng)度最佳，其次是實(shí)驗(yàn)二的未去籽晶層，再次是實(shí)驗(yàn)一和實(shí)驗(yàn)三。步驟S12即去除溝槽中的電鍍掩膜層對電鍍柵極的強(qiáng)度有非常重要的影響，其原理是其可提高后續(xù)鎳等籽晶金屬層的成核密度，增加籽晶金屬層與硅的接觸面積，燒結(jié)后可形成能有效阻擋銅擴(kuò)散的均勻的籽晶硅合金層，提高了電鍍柵極的結(jié)合力，焊接拉力從低于50gf提高到300gf以上，硅太陽電池的串聯(lián)電阻也會相應(yīng)降低；步驟S15即去除燒結(jié)后的籽晶層對電鍍柵極的強(qiáng)度也有著重要的影響，本發(fā)明結(jié)合這兩個(gè)步驟大幅提高了電鍍柵極的強(qiáng)度。
[0032]表一

【權(quán)利要求】
1.一種硅太陽電池柵極制造方法，其特征在于，該方法包括以下步驟:a、提供待鍍硅太陽電池，所述硅太陽電池正面沉積有電鍍掩膜層山、在待鍍硅太陽電池正面形成電鍍溝槽，所述電鍍溝槽穿透電鍍掩膜層；c、去除電鍍溝槽中的氧化硅和殘留的電鍍掩膜層；d、在所述電鍍溝槽中沉積籽晶金屬層并燒結(jié)形成籽晶硅合金層；e、腐蝕或退鍍?nèi)コ丫Ы饘賹?；f、在籽晶硅合金層上電鍍籽晶金屬層和電極金屬層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅太陽電池柵極制造方法，其特征在于，所述電鍍掩膜層為氮化娃層或氧化娃/氮化娃疊層，其厚度為70?150nm。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的硅太陽電池柵極制造方法，其特征在于，在步驟c中，通過氫氟酸溶液刻蝕去除電鍍溝槽中的氧化硅和殘留的電鍍掩膜層，所述氫氟酸溶液的質(zhì)量百分比濃度為0.1%%?10%，腐蝕時(shí)間為20?600s。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅太陽電池柵極制造方法，其特征在于，在步驟b中，通過激光燒蝕在待鍍硅太陽電池正面形成所述電鍍溝槽。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅太陽電池柵極制造方法，其特征在于，所述籽晶金屬層為鎳層，所述籽晶娃合金層對應(yīng)為鎳娃合金。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的硅太陽電池柵極制造方法，其特征在于，在步驟d中，燒結(jié)形成鎳娃合金層的燒結(jié)溫度為200?500°C。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的硅太陽電池柵極制造方法，其特征在于，在步驟e中，通過質(zhì)量百分比濃度為35%?70%的硝酸溶液去除鎳層。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的硅太陽電池柵極制造方法，其特征在于，在步驟e中，通過硫酸雙氧水混合溶液去除鎳層。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅太陽電池柵極制造方法，其特征在于，在步驟f中，所述電極金屬層為銅或銅/銀或銅/錫。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅太陽電池柵極制造方法，其特征在于，在步驟d和f中，均通過光誘導(dǎo)電鍍結(jié)合直流電源電鍍形成所述籽晶金屬層和電極金屬層。
【文檔編號】H01L31/18GK104167463SQ201310184954
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2013年5月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月16日
【發(fā)明者】陳麗萍, 錢洪強(qiáng), 張婷, 魯科, 陳如龍, 楊健 申請人:無錫尚德太陽能電力有限公司