层转移太阳能电池的制造方法技术

本发明专利技术公开了一种层转移太阳能电池的制造方法，包括层转移过程，其层转移过程包含：表面处理、硅沉积、太阳能电池制造、载体接合、剥离工序、基材再利用，牺牲层在可重复使用的基板上沉积，沿着衬底边缘衬垫是由牺牲层材料制成；牺牲层是由一个结构薄弱的中间物质和围绕在基板边缘的作为粘合边的牢固材料构成。采用本发明专利技术的技术方案，显著改善剥离工艺窗口，简化了太阳能电池的处理步骤，降低太阳能电池的制造成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及太阳能电池
，尤其涉及一种太阳能电池的制造方法。
技术介绍
近年来，为降低太阳能发电成本，人们已经认识到，薄膜太阳能电池板可以降低每瓦峰值功率的成本。因为它原材料的使用量少，制造面板的尺寸适应性比晶圆好。某些成本较低的电池板是由CaTe和铜铟镓硒)和非晶硅(α-Si)制成的。然而，对这种系统的拥有成本实际上是较高的，因为(1)由于屋顶空间的限制，低效率意味着更高的安装成本和缓慢的投资回报；(2)更短的寿命；C3)尚未证实的效率和不稳定性。因此，在低成本条件下，它们仍然是不成熟的技术，能提高效率和可靠性的问题非常值得怀疑。一个完善的薄膜太阳能电池制作工艺是和高清晰度液晶使用的显示技术相同的。 典型的等离子体增强化学气相沉积(PECVD)工艺是用来在玻璃基板上沉积小于1微米厚的非晶硅。然而，由于高密度缺陷和层厚薄问题，非晶硅太阳能电池的效率是很低的。由于 Maebler-Wronski效应，非晶硅太阳能电池板一旦暴露在光线下，导电性能就会显著衰退。 薄膜电池的另一个主要问题是膜层生长速度缓慢。通常的制造工艺像PECVD，物理气相沉积 (PVD)，喷涂/溅射技术，其生长率小于lnm/sec，生长1微米厚的膜层需要超过16分钟，还需要另外五个小时的500°C退火以消除残余的氢。因此大规模太阳能电池板的生产，需要高成品率的工艺，但它们成本高又费时。虽然制造薄膜太阳能电池能的硅使用量少，减少了对硅的依赖，从而降低成本，但都有低效率和寿命不确定的问题。过去三十年中已经开发的各种高效率硅太阳能电池，有以下各优势及特点1、大于10微米的芯片能有效地收集光子2、具有捕光陷阱结构表面绒面处理高反射性的背电极3、表面钝化降低了表面复合速率4、金属下的少数载流子的反射结构5、基体复合率低，晶粒尺寸大，硅材料纯度高6、高温吸除杂质工艺(> 900°C )磷扩散铝接触太阳能电池行业的发展趋势是使用更薄更大的晶圆。人们普遍认识到，只有一小部分晶圆应用到光电上，比如发电。制造高效率的硅薄膜太阳能电池板需要更厚的硅薄膜层。一个25微米厚的硅薄膜只能吸收80%的带间太阳能，而50微米厚的则达到了 90%。 在这些厚度范围内高效率硅太阳能电池已被证实。制造这样的薄晶圆是不切实际的，且加工设备难以控制。此外，相较在铸锭、切割和抛光过程中的损失，硅成本的节省并不显著。3常见的一种电池制造方法是硅在衬底上生长，但目前还没有合适的基板材料可完全满足这些严格的要求成本低，纯度高，热膨胀系数与硅相匹配，晶圆加工过程中机械稳定性高等。另一种制造高效太阳能电池的方法是利用层转移技术，而最有潜力的技术之一是布伦德尔引入的多孔硅(PSI)制造技术。通过电化学腐蚀在晶体硅表面生成两层多孔硅。 顶部和底部的孔率约分别为20%和50%。在氢气气氛下，顶层的孔在高温退火过程中被封闭，然后生长外延层作为活性层。太阳能电池就在该活性层上生成并与廉价的衬底结合。最后通过破坏高孔率的多孔层的接合，将硅衬底与活性层分开。衬底的再利用，大大节省了太阳能电池板的成本(通常硅片大约占了其中的50% )。由于PSI工艺的成品率比较低，通常为30%左右，节省成本的目的并没有实现，而最主要是因其狭隘的工艺窗口的限制。在电池制造过程中，活性层需要有良好的粘附力，而后又很容易剥离。阳极蚀刻工艺的不均勻性将进一步缩小工艺窗口，反之提高蚀刻的均勻性则能使成品率从33%增加至65%。此外，PSI的工艺过程破坏表面绒面，损耗衬底，产生微裂纹，从而进一步降低产量，在每一个PSI太阳能电池的工艺中，抛光和刻蚀工序都需要相当大的制造成本。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种高成品率的太阳能电池的制造方法，解决PSI工艺的缺陷， 显著改善剥离工艺窗口，简化太阳能电池的处理步骤。为达到上述目的，本专利技术通过以下技术方案来实现的一种太阳能电池的制造方法，包括层转移过程，其层转移过程包含表面处理、硅沉积、太阳能电池制造、载体接合、剥离工序、基材再利用，牺牲层在可重复使用的基板上沉积，沿着衬底边缘衬垫是由牺牲层材料制成。牺牲层具结构特点为中间物质结构薄弱，围绕在基板边缘的接合材料牢固。其中剥离过程包括太阳能电池与载体的接合以及支承沉积层在基板上的接合点的剥离。工序流程包括电池工艺后在晶圆上的接合；择优湿蚀刻接合点；使用机械力和/ 或化学辅助刻蚀进行剥离；清洗和再利用。通过阳极蚀刻在层转移过程中制造多孔硅层。硅沉积层的厚度为10-150微米。采用等离子喷涂沉积牺牲层。采用本专利技术的技术方案，可以显著改善剥离工艺窗口，简化了太阳能电池的处理步骤，降低太阳能电池的制造成本。附图说明下面根据附图和实施例对本专利技术作进一步详细说明。图1层转移流程图；图2衬底上的薄硅层结构；图3剥离过程(a)电池工艺后在晶圆上的接合；(b)择优湿蚀刻接合点；(C)使用机械力和/或化学辅助刻蚀进行剥离；(d)清洗和再利用；图4改进PSI工艺中对接合层转移接合点的使用(a)硅基材接合点覆盖；(b)接合点和阳极蚀刻生成于底部一层致密多孔硅多孔层的顶部和非常层层；(C)硅层厚度 10-150微米的沉积；(d)太阳能电池的加工，附着在载体上和择优腐蚀移除接合点；(e)剥离与机械力和/或化学蚀刻；图5背接触层转移技术太阳能电池的过程(a)PN结和数字手指间形成的顶部硅层的沉积；(b)太阳能电池附着在载体；(c)剥离过程；和(d)清洗步骤；图6等离子喷涂系统示意图。具体实施例方式硅晶片与传统的高温工艺是兼容的。该层高纯度和高结晶度。层转移过程流程图如图1所示。它包括表面前处理，层转移过程包括表面处理，硅沉积，太阳能电池制造，载体接合，剥离，基材再利用步骤。专利技术的基础是基础层结构如图2所示。牺牲层在一个可重复使用的基板上沉积。 具有高强度，低杂质含量的高温金属材料是理想的衬底。制作一定数量的结合点，结合点下没有牺牲材料，衬垫是由牺牲层材料制成的。一个硅层厚度为10-50微米的垫和多孔层的沉积。基板必须在达到1400度时具有高度的机械稳定性，且具备高纯度以免杂质扩散进入活性层而污染沉积层。电子级硅片是一种很好的基板，它具有与硅沉积层相同的线性热膨胀系数。因此，它是一种满足高效率太阳能电池高温制造工艺需要的理想候选材料。硅晶片作为机械支持的基板；不必成为太阳能电池的一部分，基板的再利用大大节省了太阳能电池板的成本。牺牲层是由一个结构薄弱的中间物质和围绕在基板边缘作为粘合边的坚固材料构成的。这些物质即使在随后的高温(高达1200度)工序下也能保持它们的性能。硅层沉积在牺牲层上并由它支持，衬底和边缘之间的强接合力使膜层不会被剥离。带有一层牺牲层与硅沉积层的基板，看起来就像一个普通的硅片，可以采用传统的太阳能电池工艺制造加工，而吸收之前提及的所有的优点。剥离工序流程如图3所示。电池制作完成后，基板首先与太阳能电池接合，如图 3(a)所示，它可以是刚性或柔性的，不透明或透明的，一种低成本材料如常规玻璃，塑料， 铝，钢，铜等。接合边材料会通过HF清洗，择优腐蚀去除，如图3所示(b)项。若该接合点是二氧化硅制成的，可利用氢氟酸优先刻蚀。该牺牲层的其余部分为弱结合，可以方便地通过机械力/超声波去除，如图3(c)。HF清洗后，如图3所示步骤(d)项，接本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种层转移太阳能电池的制造方法，包括层转移过程，所述的层转移过程包含：表面处理、硅沉积、太阳能电池制造、载体接合、剥离工序、基材再利用，其特征在于：牺牲层在可重复使用的基板上沉积，沿着衬底边缘的衬垫是由牺牲层材料制成。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李成敏，
申请(专利权)人：无锡成敏光伏技术咨询有限公司，
类型：发明
国别省市：32