一种提高激光划刻透明导电氧化物薄膜绝缘性能的方法技术

本发明专利技术涉及一种提高激光划刻透明导电氧化物薄膜绝缘性能的方法，属于薄膜太阳能电池技术领域。本发明专利技术包括如下工艺步骤：（1）利用磁控溅射配合湿法刻蚀的技术制备绒面透明导电氧化物薄膜；（2）采用波长为355nm的激光器对绒面透明导电氧化物薄膜进行绝缘划线；（3）将经过激光划线的绒面透明导电氧化物薄膜进行退火处理，获得具有优良绝缘性能的激光划线。本方法与现有的薄膜太阳能电池的生产工艺兼容，采用薄膜太阳能电池生产线常用的355nm激光器可成功划刻氧化物薄膜，提升划刻质量，降低生产成本；激光划刻形貌好，绝缘性能符合生产工艺需求；工艺操作简单；本发明专利技术适用于硅基系列薄膜电池、碲化镉系列薄膜电池等。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于薄膜太阳能电池
，具体地说是ー种提高激光划刻透明导电氧化物薄膜绝缘性能的方法。
技术介绍
世界各国对绿色能源尤其是广泛适用的太阳能电池产品的需求与日俱增。随着技术的发展，太阳能电池用户对电池组件的性价比提出更高的要求。薄膜太阳能电池特别是制造エ艺相对成熟的硅基薄膜太阳能电池由于其价格较低且转换效率稳步提升而受到越来越多用户的青睐。硅基薄膜电池主要生产エ艺过程为前玻璃清洗，前电极沉积，激光划刻(P1)，光 电转换层沉积，激光划刻(P2)，背电极沉积，激光划刻(P3)，电极引出、封装、测试等。采用激光设备对沉积膜层进行高速、精确地划刻，将连续的功能膜层细分为单个子电池，并在单个子电池之间建立起串、并联连接结构。这种串、并联结构将高电流、低电压输出特性转化为低电流、高电压输出特性，是降低欧姆功率损失必不可少的条件。因此在硅基薄膜电池生产过程中，激光划线是非常关键的エ序。本专利技术中的激光划刻具体是指前电极薄膜的Pl划刻エ艺，目的是把大面积前电极薄膜分割成小単元，并要求各个小单元之间绝缘，以作为后续每个子电池的前电极。如果绝缘性能不好，后续子电池之间就有可能导通，使相邻子电池前电极连接起来从而导致其中的一个子电池被屏蔽掉，如果这些情况大量存在的话，会影响电池的子电池个数，导致开路电压降低，最終影响薄膜电池的光电转换效率。Pl的划刻除了要求绝缘外，还要求形貌良好，以便为下一道镀膜エ艺做好铺垫，如形貌不好有可能导致后续沉积的硅薄膜缺陷增多，引起电池出现漏电，増加并联电阻，降低开路电压，最終影响电池的光电转换效率；此外Pl的划刻还应尽量不对底部的玻璃造成损伤，以保证组件的长期可靠性。判断Pl划刻后绝缘性能的指标是测试划线两侧的电阻值，一般认为，绝缘电阻数值达到I兆欧，即可认为划刻成功。绝缘电阻值高于I兆欧，表明膜层已完全划开，激光划线达到绝缘功能。绝缘电阻低于I兆欧，表明膜层未划开或未划刻彻底或有导电碎屑影响等。为了测试激光划线的效果，即激光划线两侧的电阻值是否达到技术标准，采用多电极接触测试台(MCT)对激光划刻后AZO薄膜的绝缘性能进行测试。例如，把大面积AZO薄膜分割成128个条形子单元，由左至右依次排列，MCT中设置128个探针，可同时按压在128个子単元上，同时测量子単元之间的绝缘电阻值，统计小于I兆欧的绝缘电阻值；移动探针位置，分别进行多次測量，例如25次，可测得不同位置处绝缘电阻，统计25次中小于I兆欧的绝缘电阻值，判断划线效果。MCT可以用来測量薄膜在激光划线后绝缘电阻，对相邻各个子单元进行绝缘电阻的测试，并在不同位置进行多次測量。在生产过程中的技术标准，例如，所有绝缘电阻测试结果中，绝缘电阻小于I兆欧的点不超过10个。只有划线质量满足技术标准,才能保证组件的光电转换效率。目前产业化过程中用于Pl划线的激光器，按波长来分主要有355nm和1064nm两种。1064nm红外激光器，由于其频率低、单个光子能量小，加工过程主要是靠热作用原理，将欲加工物件的加工部位加热熔化、汽化然后变成气体逸散棹，因此称之为热加工。从划刻效果来看，1064nm激光器对于膜层的这种热处理本身会导致很大的热影响区从而破坏周围膜层质量，另外划刻边缘产生突起，会影响后续膜层的生长过程等，存在一系列的问题。而355nm紫外激光器，由于其频率高，单个光子能量大，故可以直接侵入欲加工薄膜的内部键结，高能量光子直接破坏结合键形成等离子体逸散棹，因此称之为冷加工。与红外热处理不同，这种冷处理加工出来的膜层具有非常光滑的边缘，加工边缘热损伤和热影响区小。此夕卜，ZnO薄膜本身对不同波长光的不同吸收也是选择355激光的原因。因此，355nm激光器已广泛应用于薄膜电池的エ业化生产过程当中。掺杂ZnO薄膜的光学吸收因掺杂元素种类及掺杂量的不同而变化，这ー特性也会对使用355nm激光器进行Pl激光划刻的过程和结果产生影响。对于B掺杂ZnO薄膜，光吸收截止波长大于激光器输出波长355nm，因此在激光划刻过程中薄膜可以充分吸收激光能量，破坏结合键形成等离子体逸散棹，使薄膜达到完全划开的目的。对于Al掺杂ZnO薄膜，光吸收截止波长接近激光器输出波长355nm，エ艺过程中，掺杂量的变化导致光吸收截止波长变化，不能充分吸收355nm波长的激光能量，导致划刻效果较差，划线两侧的电阻较低， 难于达到エ业化生产中的技术标准，从而影响薄膜电池的电学性能。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述技术问题，提供。本专利技术采取的技术方案 ，包括以下步骤利用磁控溅射配合湿法刻蚀的技术制备绒面透明导电氧化物薄膜；采用波长为355nm或1064nm的激光器对所述绒面透明导电氧化物薄膜进行绝缘划线；将经过激光划线的绒面透明导电氧化物薄膜进行退火处理即可。所述透明导电氧化物薄膜包括AZO薄膜、F掺杂SnO2薄膜、Sn掺杂In2O3薄膜或B掺杂ZnO薄膜。所述磁控溅射方式包括直频、中频或射频。所述磁控溅射时衬底沉积温度为(T300°C，薄膜厚度为O. 3^2微米。所述湿法刻蚀所使用的刻蚀溶液为稀释的无机酸、碱或盐。所述退火处理为恒温退火、高温快速退火或温度渐变退火。本专利技术的优点和积极效果 O本方法与现有的薄膜太阳能电池的生产エ艺兼容，采用生产线常见的355nm或1064nm激光器并配合后续退火处理可获得绝缘性能良好的AZO薄膜，不需要购置更低波长的激光器，大大降低了生产成本。2)划线绝缘性能好，划线边缘光滑且几乎不存边缘突起，有利于后续膜层的生长。3)激光エ艺參数范围广，调节灵活，操作简单。4)本专利技术对透明导电氧化物薄膜制备条件无限制，可适用于任何条件下沉积出来的薄膜。5)本专利技术与现有エ业化生产エ艺兼容，适用于硅基系列薄膜电池、碲化镉系列薄膜电池等薄膜电池。6)本专利技术退火エ艺灵活，退火温度、退火时间等エ艺參数可在很大范围内调节，エ艺窗ロ较宽。附图说明图I是本专利技术エ艺流程示意图。图2a和图2b分别是实施例I划刻后绒面AZO薄膜退火前和退火后的MCT测试结果O图3a和图3b分别是实施例2划刻后绒面AZO薄膜退火前和退火后的MCT测试结果O图4a和图4b分别是实施例3划刻后绒面AZO薄膜退火前和退火后的MCT测试结果O具体实施例方式下面结合附图，通过实施例对本专利技术进行进ー步说明。实施例I 如图I所示，本实施例绒面AZO薄膜的制备及划刻エ艺方法如下 I、利用半导体行业常用清洗剂，清洗I. 3mX I. Im的超白浮法玻璃衬底，去除衬底表面的有机污溃、灰尘，用纯水冲洗干净，烘干。2、采用磁控溅射方法，衬底沉积温度为25°C，得到厚度为900nm左右的大面积ZnO = Al透明导电薄膜。3、在湿法刻蚀设备中对I. ImXl. 3m面积的ZnO:Al薄膜进行化学湿法刻蚀处理，刻蚀溶液为O. 5%的稀盐酸，刻蚀温度25°C，衬底传输速度为2000mm/min。4、将绒面AZO薄膜置于激光机台355nm下进行绝缘划亥lj，激光头功率为O. 41-0. 43ff05、将划刻后的薄膜在真空下，衬底温度450°C，退火处理20min。图2a和图2b分别给出了实施案例I中AZO薄膜在退火处理前后的MCT测试結果，绝缘电阻低于I兆欧的点由退火前的8个降为I个。 实施例2 本实施例绒本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高激光划刻透明导电氧化物薄膜绝缘性能的方法，其特征在于包括以下步骤：利用磁控溅射配合湿法刻蚀的技术制备绒面透明导电氧化物薄膜；采用波长为355nm或1064nm的激光器对所述绒面透明导电氧化物薄膜进行绝缘划线；将经过激光划线的绒面透明导电氧化物薄膜进行退火处理即可。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：冯燕，贾海军，贺天太，潘清涛，刘佳，张丽，宋鑫，麦耀华，
申请(专利权)人：保定天威薄膜光伏有限公司，
类型：发明
国别省市：