一种应用于层转移薄膜生长的籽晶阵列的制备方法技术

本发明专利技术提供一种应用于层转移薄膜生长的籽晶阵列的制备方法，包括步骤：1）于具有周期性排列的硅棒的硅衬底表面形成阻挡层；2）于具有阻挡层表面形成硬掩膜；3）于所述硬掩膜表面旋涂PMMA及光刻胶；4）采用刻蚀工艺去除各所述硅棒顶部的硬掩膜；5）于所述硬掩膜表面及各所述硅棒顶部旋涂光刻胶，并采用湿法刻蚀工艺去除各所述硅棒顶部的阻挡层；6）去除各所述硅棒侧壁的硬掩膜，获得籽晶阵列。本发明专利技术的籽晶阵列具有较高的质量，且可重复使用的寿命较长，制备方法简单，适用于工业生产。

【技术实现步骤摘要】
一种应用于层转移薄膜生长的籽晶阵列的制备方法
本专利技术属于太阳能电池制造领域，特别是涉及一种应用于层转移薄膜生长的籽晶阵列的制备方法。
技术介绍
晶硅光伏产业发展迅速，已逐步接近传统能源电价。但受传统工艺的限制，进一步降低成本的空间有限。薄型晶硅电池（30-60微米）几乎保持了传统电池的转换效率，而在降低产业成本方面具有很大的发展空间，进而扩展到轻质软膜电池应用领域，因此，薄硅电池是未来电池的必然发展趋向之一，而大面积高质量成膜技术是薄硅电池的一项核心技术。经过对现有技术检索发现，日本的Tayanaka和德国的Brendel在1996年、1997年相续独立提出多孔硅层转移技术。具体工艺过程是：以单晶硅片为衬底，通过阳极电化学刻蚀在表面形成不同孔隙率的多孔硅结构；经过高温退火多孔结构重构，孔隙率较小的上表面孔闭合，恢复单晶结构，可用于外延生长高晶体质量的硅膜，孔隙率较大的下层孔隙增大到几十微米，使得上层单晶薄膜与下层母体晶硅只保持弱机械连接，可作为后续剥离外延单晶硅薄膜的牺牲层。采用该方法，1998年Tayanaka研究组就取得了转化效率12.5%的电池器件。但在此之后，电池的效率提升的非常缓慢。直到2009年，Reuter等人通过高温氧化钝化薄膜表面并利用光刻工艺制作局部接触式电极，用50μm厚硅膜，2cm2面积的电池效率达到17%。2011年，德国哈梅林研究所采用AlOX钝化薄膜表面，将43μm厚硅膜电池效率提高到19.1%。2012年10月，在新加坡召开的亚太光伏会议上美国Solexel公司公布了其43μm厚硅膜，156mm×156mm面积的电池效率达到20.6%。使得多孔硅层转移技术再次向前迈进一大步。然而，上述的采用多孔硅层转移技术制备大面积高质量的薄硅电池的性能很大程度上依赖于其母体晶硅的质量，同样地，母体晶硅的使用寿命也直接影响到整个生产过程的连续性及成本。然而，现有的母体晶硅的性能和可重复使用的寿命却不尽如人意，因此，本专利技术的目的是给出一种应用于层转移晶硅薄膜的可重复使用籽晶阵列的制备方法，以解决现有的母体晶硅质量较低，且可重复使用的寿命较短的问题。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种应用于层转移薄膜生长的籽晶阵列的制备方法，以提供一种高质量、可重复使用的寿命较长的籽晶阵列的制备方法。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种应用于层转移薄膜生长的籽晶阵列的制备方法，包括步骤：1）提供一表面具有周期性排列的硅棒的硅衬底，于各所述硅棒顶部和侧壁、及所述硅衬底表面形成阻挡层；2）于具有阻挡层的硅棒及硅衬底表面形成硬掩膜；3）于所述硬掩膜表面旋涂PMMA及光刻胶，并除去各所述硅棒顶部的光刻胶和PMMA，以露出各所述硅棒顶部的硬掩膜；4）采用刻蚀工艺去除各所述硅棒顶部的硬掩膜，并去除残留的光刻胶及PMMA；5）于所述硬掩膜表面及各所述硅棒顶部旋涂光刻胶，除去各所述硅棒顶部的光刻胶、以暴露所述Si棒顶端的阻挡层，并采用湿法刻蚀工艺去除各所述硅棒顶部的阻挡层；6）去除残留的光刻胶，并去除各所述硅棒侧壁的硬掩膜，获得籽晶阵列。作为本专利技术的应用于层转移薄膜生长的籽晶阵列的制备方法的一种优选方案，步骤1）通过热氧化法于各所述硅棒及所述硅衬底表面形成二氧化硅层，作为阻挡层。作为本专利技术的应用于层转移薄膜生长的籽晶阵列的制备方法的一种优选方案，步骤2）通过蒸镀的方法于具有阻挡层的硅棒及硅衬底表面形成Al膜，作为硬掩膜。作为本专利技术的应用于层转移薄膜生长的籽晶阵列的制备方法的一种优选方案，步骤3）包括：3-1）于所述硬掩膜表面旋涂PMMA，并于140～220℃温度下保持10～20h，使PMMA充分渗入Al膜与硅棒之间的缝隙；3-2）于所述PMMA表面旋涂光刻胶，并于40～80℃下保持0.5～4h，以增强抗腐蚀保护。进一步地，步骤3）还包括：3-3）采用氧等离子体刻蚀除去各所述硅棒顶部的光刻胶及PMMA。作为本专利技术的应用于层转移薄膜生长的籽晶阵列的制备方法的一种优选方案，步骤4）包括：4-1）采用H3PO4、CH3COOH、HNO3及H2O的混合溶液作为腐蚀剂除去各所述硅棒顶部的Al膜；4-2）采用CH3CH2CHO溶剂去除残留的PMMA及光刻胶。作为本专利技术的应用于层转移薄膜生长的籽晶阵列的制备方法的一种优选方案，步骤5）中包括：5-1）于所述硬掩膜表面及各所述硅棒顶部旋涂光刻胶，于40～80℃下保持0.5～4h；5-2）采用氧等离子刻蚀除掉硅棒顶部的光刻胶，裸露出硅棒顶部的二氧化硅层；5-3）采用BOE溶液作为刻蚀除去硅棒顶部裸露的二氧化硅层。作为本专利技术的应用于层转移薄膜生长的籽晶阵列的制备方法的一种优选方案，步骤6）包括：6-1）采用CH3CH2CHO溶剂去除残留的光刻胶；6-2）采用H3PO4、CH3COOH、HNO3及H2O的混合溶液作为腐蚀液除去残留的Al膜，获得籽晶阵列。如上所述，本专利技术提供一种应用于层转移薄膜生长的籽晶阵列的制备方法，包括步骤：1）提供一表面具有周期性排列的硅棒的硅衬底，于各所述硅棒顶部和侧壁、及所述硅衬底表面形成阻挡层；2）于具有阻挡层的硅棒及硅衬底表面形成硬掩膜；3）于所述硬掩膜表面旋涂PMMA及光刻胶，并除去各所述硅棒顶部的光刻胶和PMMA，以露出各所述硅棒顶部的硬掩膜；4）采用刻蚀工艺去除各所述硅棒顶部的硬掩膜，并去除残留的光刻胶及PMMA；5）于所述硬掩膜表面及各所述硅棒顶部旋涂光刻胶，除去各所述硅棒顶部的光刻胶，并采用湿法刻蚀工艺去除各所述硅棒顶部的阻挡层；6）去除残留的光刻胶，并去除各所述硅棒侧壁的硬掩膜，获得籽晶阵列。本专利技术利用热蒸发Al很容易填充棒间空隙，而且这种复合结构比较稳定，不会因为温度等发生变化；蒸镀的Al膜表面比较粗糙，更加易于粘附光刻胶等物质，因此，光刻胶在Al膜表面的粘附力要比在SiO2表面大很多；热蒸镀沉积填充铝时，由于阴影效应会在棒侧壁与填充Al间留下微小缝隙，渗入PMMA充实缝隙可增强抗刻蚀保护。本专利技术的籽晶阵列具有较高的质量，且可重复使用的寿命较长，制备方法简单，适用于工业生产。附图说明图1～图2显示为本专利技术的应用于层转移薄膜生长的籽晶阵列的制备方法步骤1）所呈现的结构示意图。图3显示为本专利技术的应用于层转移薄膜生长的籽晶阵列的制备方法步骤2）所呈现的结构示意图。图4～图6显示为本专利技术的应用于层转移薄膜生长的籽晶阵列的制备方法步骤3）所呈现的结构示意图。图7～图8显示为本专利技术的应用于层转移薄膜生长的籽晶阵列的制备方法步骤4）所呈现的结构示意图。图9～图11显示为本专利技术的应用于层转移薄膜生长的籽晶阵列的制备方法步骤5）所呈现的结构示意图。图12～图13显示为本专利技术的应用于层转移薄膜生长的籽晶阵列的制备方法步骤6）所呈现的结构示意图。元件标号说明101硅衬底102硅棒103阻挡层104硬掩膜105PMMA106光刻胶具体实施方式以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。请参阅图1～图13。需要说明的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种应用于层转移薄膜生长的籽晶阵列的制备方法，其特征在于，包括步骤：1）提供一表面具有周期性排列的硅棒的硅衬底，于各所述硅棒顶部和侧壁、及所述硅衬底表面形成阻挡层；2）于具有阻挡层的硅棒及硅衬底表面形成硬掩膜；3）于所述硬掩膜表面旋涂PMMA及光刻胶，并除去各所述硅棒顶部的光刻胶和PMMA，以露出各所述硅棒顶部的硬掩膜；4）采用刻蚀工艺去除各所述硅棒顶部的硬掩膜，并去除残留的光刻胶及PMMA；5）于所述硬掩膜表面及各所述硅棒顶部旋涂光刻胶，除去各所述硅棒顶部的光刻胶，以暴露所述Si棒顶端的阻挡层，并采用湿法刻蚀工艺去除各所述硅棒顶部的阻挡层；6）去除残留的光刻胶，并去除各所述硅棒侧壁的硬掩膜，获得籽晶阵列。

【技术特征摘要】
1.一种应用于层转移薄膜生长的籽晶阵列的制备方法，其特征在于，包括步骤：1)提供一表面具有周期性排列的硅棒的硅衬底，于各所述硅棒顶部和侧壁、及所述硅衬底表面形成阻挡层；2)于具有阻挡层的硅棒及硅衬底表面形成硬掩膜；3)于所述硬掩膜表面旋涂PMMA及光刻胶，并除去各所述硅棒顶部的光刻胶和PMMA，以露出各所述硅棒顶部的硬掩膜；4)采用刻蚀工艺去除各所述硅棒顶部的硬掩膜，并去除残留的光刻胶及PMMA；5)于所述硬掩膜表面及各所述硅棒顶部旋涂光刻胶，除去各所述硅棒顶部的光刻胶，以暴露所述硅棒顶端的阻挡层，并采用湿法刻蚀工艺去除各所述硅棒顶部的阻挡层；6)去除残留的光刻胶，并去除各所述硅棒侧壁的硬掩膜，获得籽晶阵列。2.根据权利要求1所述的应用于层转移薄膜生长的籽晶阵列的制备方法，其特征在于：步骤1)通过热氧化法于各所述硅棒及所述硅衬底表面形成二氧化硅层，作为阻挡层。3.根据权利要求2所述的应用于层转移薄膜生长的籽晶阵列的制备方法，其特征在于：步骤2)通过蒸镀的方法于具有阻挡层的硅棒及硅衬底表面形成Al膜，作为硬掩膜。4.根据权利要求3所述的应用于层转移薄膜生长的籽晶阵列的制备方法，其特征在于：步骤3)包括：3-1)于所述硬掩膜表面旋涂PMMA，并于140～220℃温度下保持10～20h，使PMM...

【专利技术属性】
技术研发人员：张伟，刘东方，王聪，刘洪超，陈小源，杨辉，鲁林峰，
申请(专利权)人：中国科学院上海高等研究院，
类型：发明
国别省市：上海;31