一种改进的晶硅太阳能电池铜电镀方法技术

本发明专利技术涉及一种改进的晶硅太阳能电池铜电镀方法。传统电池表面氮化硅层中具有较多孔洞，使用电镀工艺制作铜(Cu)电极过程中，Cu极易吸附于氮化硅层的孔洞，导致太阳能电池外观发花；同时易通过孔洞渗入至氮化硅层与硅(Si)基界面中，Cu作为扩散速度非常快的深能级杂质，进入pn结会影响电池的寿命和发电效率，降低电池可靠性。本发明专利技术于Cu电镀前在氮化硅层表面覆盖一层保护膜，防止电镀过程中Cu的吸附及渗入，保证了电池可靠性，同时避免了电池外观出现发花现象。保护膜在Cu电极电镀完成之后即可去除；根据晶硅电池工艺要求，如不影响电池光学、电学、可靠性等参数，保护膜也可保留。

【技术实现步骤摘要】
一种改进的晶硅太阳能电池铜电镀方法
本专利技术涉及一种晶硅太阳能电池的制作工艺，特别是涉及一种改进的晶硅太阳能电池铜电镀方法。
技术介绍
随着全球资源的日趋紧张，太阳能以无污染、无机械转动部件、维护简便、可以无人值守、建设周期短、规模大小随意、可以方便地与建筑物相结合、市场空间大等独有的优势受到世界各国的广泛重视，国际上已有众多大公司投入到太阳能电池的研发和生产中。随近十几年来的技术发展，硅太阳能电池的应用成本虽已大幅下降，但为满足实际生活中广泛应用的需要，有必要进一步降低制造成本，同时进一步提高硅太阳能的转换率。影响硅太阳能电池成本主要因素之一是电极制作材料主要为Ag，而Ag价格较昂贵。Cu的导电性与Ag相接近，而地球矿产储备量是Ag的2000倍，价格仅为Ag的1%，因此选用Cu作为太阳能电池电极将大大降低电池制造成本；晶硅电池表面常用氮化硅层作为减反射层，提高光电转换效率，并对硅片提供保护和钝化作用。然而，在传统晶硅电池上使用板式PECVD（等离子体增强化学气相沉积法）镀氮化硅层后，再进行Cu电极电镀工艺时容易造成表面花纹；而如使用管式PECVD虽较板式PECVD所镀氮化硅层更为致密，但在工业量产过程中易使氮化硅层内含有较多的孔洞(pinholes)，在其后进行Cu电极电镀时，Cu极易吸附在氮化硅层孔洞中并渗入至氮化硅层与Si基界面，影响电池的寿命和发电效率。Cu为深能级杂质，且扩散速度非常快，进入半导体材料后起到复合中心作用，促进半导体载流子复合从而降低少数载流子寿命；同时Cu散射载流子，使载流子迁移率下降，降低导电性能。另外，如在无保护膜保护的传统工艺下，使用激光直接在氮化硅层表面进行高温刻蚀，在电池所刻栅线位置边缘易出现非晶态杂质，影响电池可靠性。
技术实现思路
为了解决上述现有技术中存在的不足之处，本专利技术的目的在于提供一种改进的晶硅电池铜电镀方法，该方法基于保护膜工艺，利用在晶硅电池表面氮化硅层上涂覆保护膜，针对不同工艺加工的氮化硅层，既可防止板式PECVD工艺后，Cu电镀导致电池片表面发花；也可防止管式PECVD工艺后，Cu电镀时Cu入孔洞并渗入pn结中引起电池性能与可靠性的降低；采用化学湿法蚀刻方法刻蚀，也避免了激光烧灼时栅线边缘出现非晶态杂质的问题。本专利技术提供了一种改进的晶硅电池铜电镀方法，技术方案如下：（1）覆盖保护膜：在沉积有氮化硅层的Si基表面形成掩膜，所述掩膜作为本专利技术所述的保护膜；所述保护膜带有开窗；根据晶硅太阳能电池上层制作栅线电极的要求，设定栅线电路图形，所述开窗位置对应于待刻蚀的栅线位置；所述保护膜呈现栅线电路图形；刻蚀：使用湿法刻蚀去除保护膜开窗位置的氮化硅层，在所述Si基表面形成栅线区；覆盖阻挡层：在所述栅线区内覆盖一层非Cu金属，作为Cu的阻挡层；电镀Cu：进行Cu电镀，在阻挡层上形成Cu电极。其中，所述保护膜含有抗蚀成分，在所述刻蚀过程中，保护膜可以阻挡刻蚀液，其覆盖下的氮化硅层在刻蚀中会保留。（2）根据（1）所述技术方案，所述保护膜使用光敏材料，先在氮化硅层表面整体覆盖该光敏材料，然后在其表面按照栅线电路图形曝光，显影移除待刻蚀栅线位置光敏材料形成开窗，此时保护膜即呈现栅线电路图形；优选的，所述保护膜为干膜，使用压膜法覆盖，进一步优选，所述干膜为保护膜聚乙烯、光致抗蚀剂膜和载体聚酯薄膜组成的混合感光胶；作为另一优选，所述保护膜为油墨型感光胶，使用丝网印刷法覆盖。（3）根据（1）所述技术方案，使用喷墨技术在所述氮化硅层表面待刻蚀的栅线位置以外区域直接喷涂保护膜；该方案中，所述保护膜可选用非光敏材料。（4）根据（1）至（3）所述技术方案，其中所述保护膜为耐酸性，所述刻蚀液使用10%-35%的氢氟酸。（5）根据（1）至（4）所述技术方案，其中所述阻挡层包括以下之一：Ni、Cr、W、Ti、NiCr、NiW、TiW、NiMo以及Co；优选的，所述镀覆阻挡层金属采用电镀或化学镀。（6）根据（1）至（5）所述技术方案，所述Cu电极高度为5-45μm，宽度为10-200μm。（7）根据（1）至（6）所述技术方案，在所述Cu电极接触空气的表面覆盖Cu的抗氧化层；优选的，形成所述抗氧化层方法包括以下之一：电镀Sn、化学镀Sn、电镀Ag、喷涂以及涂覆OSP。（8）根据（7）所述技术方案，其中所述抗氧化层采用OSP或化学镀Sn时，Cu电极表面进行微蚀预处理；优选的，所述OSP抗氧化层，Cu电极微蚀厚度为0.5-2.5μm，形成的OSP抗氧化层厚度为0.1-1μm。（9）根据（7）所述技术方案，其中所述电镀或化学镀抗氧化层时，所述Si基待镀面保持水平，单面接触镀液。（10）根据（1）至（9）所述技术方案，其中所述覆阻挡层和/或电镀Cu时，所述Si基待镀面保持水平，单面接触镀液。（11）根据（1）至（10）所述技术方案，其中所述镀覆阻挡层和/或电镀Cu在可见光催化下进行。（12）根据（1）至（11）所述技术方案，其中Cu电极电镀完成后，去除保护膜。（13）根据（12）所述技术方案，其中所述去除保护膜使用以下一项或多项组合方法：去膜液、异丙醇、丙酮、超声波、加热、水清洗以及氧等离子体轰击。综上所述，使用本专利技术提供的晶硅电池铜电镀方法，在晶硅电池表面氮化硅层上覆盖保护膜，在Cu电镀过程中起到氮化硅层与Cu的有效隔绝作用，提高了晶硅电池制作工艺水平，保证了电池性能与可靠性。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。图1为沉积有氮化硅膜的待加工样品剖面结构示意图；图2为本专利技术覆盖整层保护膜材料的样品剖面结构示意图；图3为本专利技术带有开窗的保护膜的样品剖面结构示意图；图4为本专利技术刻蚀后样品剖面结构示意图；图5为本专利技术镀覆阻挡层后电池剖面结构示意图；图6为本专利技术电镀Cu后电池剖面结构示意图；图7为本专利技术电镀Cu后去除保护膜的电池剖面结构示意图；图8为本专利技术形成抗氧化层后电池剖面结构示意图。图中：1.Si基；2.背电场；3.背电极；4.氮化硅层；5.保护膜；5a.开窗；6.栅线区；7.阻挡层；8.Cu层；9.抗氧化层。具体实施方式以下给出本专利技术方法的具体实施方式：如图1所示，待加工的晶体硅样品主体为Si基，正面沉积有氮化硅层，背面为Al背场结构的样品。1．在氮化硅层的表面覆盖具有开窗的掩膜作为保护膜，开窗位置对应待刻蚀栅线位置。方法如下：（1）如图2所示，先在所述样品氮化硅层表面覆盖整层光敏的保护膜材料，再将样品放入曝光机中曝光，通过显影移除栅线位置保护膜材料，形成所述带有开窗的保护膜；该方案中使用的保护膜为干膜或其它光敏材料，覆盖保护膜采用压膜法、涂敷法或丝网印刷法。使用压膜法的工艺：将放入压膜机中进行正面贴膜；优选的，保护膜使用由保护膜聚乙烯、光致抗蚀剂膜和载体聚酯薄膜组成的耐酸性干膜，其中载体聚酯薄膜作用为防止光致抗蚀剂膜的氧化，在干膜曝光后即去除；干膜在压膜机中通过加热与硅片粘合。使用丝网印刷的工艺：使用融状胶体，如油墨型感光胶，使用传统的丝网印刷方法在样品氮化硅层表面覆盖感光胶。也可以使用直接涂敷法覆盖光敏材料。曝光和显影工艺：以保护膜使用干膜的情况加以说明。干膜覆盖完成后，将样品置于曝光机中进行曝光，该过程使用图形转移技术，在曝光机中紫外线（或更小的波长）通过预先本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改进的晶硅太阳能电池铜电镀方法，其特征在于：步骤包括：覆盖保护膜：在沉积有氮化硅层的Si基表面覆盖带有开窗的掩膜作为保护膜，所述开窗位置对应于待刻蚀的栅线位置，所述保护膜呈现栅线电路图形；刻蚀：使用刻蚀液蚀刻去除所述开窗位置的氮化硅层，在所述Si基表面形成栅线区；覆盖阻挡层：在所述栅线区内覆盖一层非Cu金属，所述非Cu金属作为Cu的阻挡层；电镀Cu：进行Cu电镀，在阻挡层上形成Cu电极；其中，所述保护膜含有抗蚀成分，在所述刻蚀过程中，保护膜可以阻挡刻蚀液。

【技术特征摘要】
1.一种改进的晶硅太阳能电池铜电镀方法，其特征在于：步骤包括：覆盖保护膜：在沉积有氮化硅层的Si基表面覆盖带有开窗的掩膜作为保护膜，所述开窗位置对应于待刻蚀的栅线位置，所述保护膜呈现栅线电路图形；刻蚀：使用刻蚀液蚀刻去除所述开窗位置的氮化硅层，在所述Si基表面形成栅线区；覆盖阻挡层：在所述栅线区内覆盖一层非Cu金属，所述非Cu金属作为Cu的阻挡层；电镀Cu：进行Cu电镀，在阻挡层上形成Cu电极；其中，所述保护膜含有抗蚀成分，在所述刻蚀过程中，保护膜可以阻挡刻蚀液；所述形成开窗方法包括：保护膜使用光敏材料，先在氮化硅层表面整层覆盖所述光敏材料，然后按照栅线电路图形对保护膜进行曝光，通过显影移除栅线位置所述光敏材料形成开窗；或者所述形成保护膜开窗的方法包括：使用喷墨技术在所述氮化硅层表面待刻蚀的栅线位置以外区域直接喷涂。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述保护膜为干膜，使用压膜法覆盖。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述干膜为保护膜聚乙烯、光致抗蚀剂膜和载体聚酯薄膜组成的混合感光胶。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述保护膜为油墨型感光胶，使用丝网印刷法覆盖。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述阻挡层金属包括以下之一：镍(Ni)、铬(Cr)、钛(Ti)、钨(W)、镍铬(NiCr)、镍钨(NiW)、钛钨(TiW)、镍钼(NiMo)以及钴(Co)。6.根据权利要求5所述的方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭桦，陈锐，李玮，阚东武，段光亮，蔡晓晨，
申请(专利权)人：国电新能源技术研究院， 国电光伏有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11