专利名称：一种硅薄膜光电池的电极图案及蚀刻方法
技术领域：
本发明涉及一种硅薄膜光电池图案的蚀刻技术，确切的说是生产非晶硅太 阳能电池，铝背电极图案的蚀刻剂及蚀刻方法。
背景技术：
目前，硅薄膜太阳能电池生产，尤其是集成式非晶硅太阳能电池生产，铝 背电极制备， 一般采用掩膜架蒸铝，形成电池组之间的隔离线，称为干法，包 括激光、离子束蚀刻等技术。对于隔离线较宽或图案复杂的异形曲线， 一般采
用湿法，化学蚀刻技术。见中国专利03124018.6公开了 "一种蚀刻剂及蚀刻方 法"通过湿蚀刻对金属膜形成的图案的蚀刻剂，用于生产半导体元件。用于多 层膜上，这种多层膜具有铝或铝合金构成的由各含至少一种选自氮，氧、硅和 碳元素的铝铝合金构成的第二层，进行蚀刻。中国专利200410038200.2 "使用 非晶硅碳罩幕蚀刻铝层的方法"，用无机非晶硅形成碳罩幕。之后利用碳罩幕并
以等离子体蚀刻铝层，设备昂贵，工艺复杂，成本高。
另外，非晶硅光电池的铝背电极制备，采用湿蚀刻方法，是将抗蚀油墨丝 印于玻璃基片的铝膜层上，形成集成背电极图形后，经烘千固化，再送入铝膜 蚀刻液中，将裸露的铝膜蚀刻掉。这是先保护，后腐蚀，即将部分铝膜用抗蚀 油墨保护起来，再腐蚀其中未保护的铝膜。采用此法来腐蚀铝膜需要腐蚀槽盛 装蚀刻液，工艺复杂,前后需要多道工序，而且大量的用蚀刻液，容易对环境和 设备造成污染，腐蚀液会渗透到ITO薄膜和硅薄膜层，影响电池电性能。
发明内容
针对以上现有技术的分析，对硅薄膜太阳能电池(以下可以简称薄膜电池 或光电池)的铝背电极蚀刻，无论是采用干法还是湿法技术，均存在一些不足。
尤其用湿蚀刻加工铝背电极，相对成本较高，在蚀刻硅薄膜电池的铝背电极时， 虽然可以制作复杂图案，但在腐蚀铝膜的过程中，腐蚀液容易渗透到抗蚀油墨
层下面的ITO导电膜，腐蚀导电膜影响电池性能。掩膜架蒸铝，虽然被常规生 产硅光电池所普遍采用，但对于形状特殊硅光电池，掩膜架不像现有几条隔离 直线那么简单，窗口不仅仅是方的，亦可能是圆的或其它复杂图案，这掩膜架 设计是难以实现的。
本发明的目的之一，提供一种具有复杂图案的硅薄膜电池，铝背电极对应 前电极，图案可以是圆形、圆环、条形、扇形、正N边形及其它不规则形状构 成。
另一个目的，在传统的干法和湿法两难的情况下，提供一种介乎于两者之 间的，用一种蚀刻油墨，涂在铝膜背电极上，通过一次性操作蚀刻掉铝膜，完 成铝背电极图案的蚀刻。
再一个目的，提供一种能够在铝背电极上印制的蚀刻剂，对叠层结构的硅 薄膜电池不会造成污染。
为了实现本发明任务，按照以下的技术解决方案 一种硅薄膜光电池的电 极图案，包括非晶硅、多晶硅，其特征在于铝背电极4对应前电极2的导电区 域，是由蚀刻浆料在铝膜上丝印蚀刻而制成的导电图案，其中至少包含圆形、 圆环、条形、扇形、直线在内的导电区域。
按照以下的技术解决方案， 一种导电膜蚀刻剂，其特征在于蚀刻剂是一 种在铝膜电极4上丝印的油墨，按原料的重量配比
硫酸铜 5-15%
三氯化铁 15-25%
增稠剂 25-35 %
氧化剂 0.2-0.6 %无水乙醇 5-15% 消泡剂 0.1-0.5% 水 40-60 %
所说的增稠剂是淀粉，亦可以是甲基纤维素、羟丙基纤维素、黄原胶中的一种。
氧化剂是过硫酸铵；消泡剂是W-090;水是一种去离子水。
按照以下技术解决方案， 一种导电膜蚀刻的方法，其特征是
制备蚀刻油墨取3-7份重量的去离子水，1-3份重量的硫酸铜，1-3份 三氯化铁，0.3 0.8wt。/。过硫酸铵，2 4份的淀粉，搅拌，温度为60。C，最后 加入w-090(0.1 0.5。/o)和无水乙醇(2 5wt。/o);
制备丝网按照导电图案设计
丝网印制铝背电极膜将蚀刻油墨漏印在铝膜表面，直接进行腐蚀，得到 相应的图案。丝印后的铝膜，在室温条件下，水平放置3 5分钟，后放入60
10(TC的烘箱中30 60分钟；清水浸泡去杂质，再放入80 10(TC的烘箱中去水。 按照以下技术解决方案，制备一种常规的非晶硅太阳能电池，铝背电极的
制造方法，其特征在于制备丝网多条等距离腐蚀隔离线；
制备油墨取50克去离子水，10克硫酸铜，20克三氯化铁，0.6克过硫 酸铵，0.5克消泡剂W-090， 30克淀粉，10克无水乙醇
丝网印制铝背电极膜将蚀刻油墨通过丝网漏印在铝膜表面上， 水平放置3分钟，直接进行腐蚀，得到相应的图案。
按照以下技术解决方案，制备一种特殊形状的非晶硅太阳能电池，铝背电 极的制造方法，其特征在于制备丝网电池片中间具有一圆形窗口，周边有多 条腐蚀隔离线；
制备油墨取55克去离子水，8克硫酸铜，22克三氯化铁，0.6克过硫酸 铵，搅拌后加入35淀粉，10克无水乙醇和0.5克消泡剂W-090;
丝网印制铝背电极膜将蚀刻油墨通过丝网漏印在铝膜表面上， 水平放置5分钟,直接进行腐蚀，得到相应的图案。
本发明产生的积极效果，主要是可以制造任意外形和工作面的薄膜光电池。 工序简化，设备投资少，提高了产品质量，并减少了环境和设备污染。可进行 大规模化生产，可推广应用于其它领域对铝膜的加工。
下面结合附图详细描述本发明
图l、为非晶硅太阳能电池结构截面图。
图2、为蚀刻后非晶硅太阳能电池结构截面图。
图3、为蚀刻后单排非晶硅太阳能电池结构俯视图。
图4、为蚀刻后圆形非晶硅太阳能电池结构俯视图。
图5、为蚀刻后双排非晶硅太阳能电池结构俯视图。
图6、为蚀刻后梯形非晶硅太阳能电池结构俯视图。
见以上图中，透明导电膜基板l、前电极ITO导电膜2、薄膜电池非晶硅层 3层、背电极铝膜层4、隔离线5 ，透明视窗6。
本发明经过大量的试验，研究表明，特别适合蚀刻非晶硅太阳能电池。玻 璃板上的ITO导电膜表面经化学气相沉积得到一层厚度4000A非晶硅，再经真 空蒸发电镀，在非晶硅上面镀上一层厚度3000A-4000A金属铝膜见图1。铝膜 经丝印蚀刻，腐蚀出隔离线见图2，得到所需图案的产品见图6。在腐蚀铝膜的 同时，不会破坏下层的非晶硅和ITO导电膜.铝膜的化学蚀刻原理是蚀刻油墨中 Cu2+、 Fe3+离子同Al反应生成A13+，反应式如下 <formula>formula see original document page 7</formula>蚀刻油墨中的原料有硫酸铜、三氯化铁、淀粉、过硫酸铵、无水乙醇、消
泡剂W-090和去离子水。
本发明的蚀刻工艺程序，是先将配制好的蚀刻油墨，通过丝网印刷，将蚀刻 油墨漏印在铝膜表面，再经加热烘干，冷却后,用清水冲洗，得到最终产品。蚀刻
工艺流程包括蚀刻油墨-丝印-烘干-清洗
铝膜蚀刻步骤
制备蚀刻油墨；按规定的图案要求，制备丝网，图案可以是任意规格的窗 口和隔离线；在铝膜上进行丝网印刷，蚀刻油墨漏印在铝膜上直接进行腐蚀， 并得到相应的图案；丝印后的铝膜室温水平放置，静置3 5分钟，使铝膜得到 充分的腐蚀，然后放入60 10(TC的烘箱中烘30 60分钟；铝膜烘干，冷却后， 立即用清水冲洗干净，将铝膜上的油墨彻底清洗掉；产品放入清水池中，浸泡 40 60分钟，进一步清除腐蚀线上的杂质；产品取出，去水，放入80 100°C 的烘箱中烘干10 20分钟。
实施方式
例1
图3是本实施例示意图，非晶硅太阳能电池片，形状是一种普通性、常用 的太阳能电池，有几条等距离腐蚀隔离线。按照图3的形状，制备丝网。取50 克去离子水、10克硫酸铜、20克三氯化铁、0.5克过硫酸铵，依次加入容器中, 搅拌溶解后，再加入30克淀粉，搅拌增稠后加入0.3克消泡剂W-090和10克 无水乙醇，搅拌后制成蚀刻油墨。蚀刻油墨通过丝网印刷，漏印到铝膜表面上。 水平静置3分钟，使蚀刻线上的铝膜同蚀刻油墨反应完全，蚀刻线上无断点。 放入IO(TC烘箱中烘30分钟。冷却后，用清水将铝膜上油墨及金属杂质冲洗干净。 放入清水中浸泡40分钟。取出后去水，在10(TC温度下烘10分钟。腐蚀出所需 隔离线，得到图3形状的单排非晶硅太阳能电池产品。
例2
图4，为圆形太阳能电池片，应用于有圆形窗口的产品，如钟表等电子产品。太 阳能电池片的中间有一个圆形窗口，旁边有腐蚀隔离线。首先，制备图4形状
的丝网。取55克水、8克硫酸铜、22克三氯化铁，依次加入到容器中，搅拌后， 再加入35克淀粉，搅拌增稠再加入11克无水乙醇和0.5克消泡剂W-090，搅拌 后制成蚀刻油墨。将蚀刻油墨漏印到铝膜表面上，水平放置5分钟，铝膜完全 腐蚀后，放入8(TC烘箱中烘40分钟。冷却后，用清水冲洗铝膜l分钟，使铝膜 腐蚀线及腐蚀面上的杂质冲洗完全，再放入清水池中浸泡60分钟，铝膜腐蚀线 和腐蚀面上的微量金属杂质被彻底清除掉。取出后去水，在8(TC温度下干燥20 分钟。冷却至室温，得到圆形太阳能电池片产品。
权利要求
1、一种硅薄膜光电池的电极图案，包括非晶硅、多晶硅，其特征在于铝背电极4对应前电极2的导电区域，是由蚀刻浆料在铝膜上丝印蚀刻而制成的导电图案，其中至少包含圆形、圆环、条形、扇形、直线在内的导电区域。
2、 一种导电膜蚀刻剂，其特征在于蚀刻剂是一种在铝膜电极4上丝印的 油墨，按原料的重量配比硫酸铜5-15%三氯化铁15-25 %增稠剂25-35 %氧化剂0.2-0.6 %无水乙醇5-15%消泡剂0.1-0.5%水40-60 %
3、 根据权利要求2所述的一种导电膜蚀刻剂，其特征在于所说的增稠剂是 淀粉，亦可以是甲基纤维素、羟丙基纤维素、黄原胶中的一种。
4、 根据权利要求2所述的一种导电膜蚀刻剂，其特征在于所说的氧化剂是 过硫酸铵。
5、 根据权利要求2所述的一种导电膜蚀刻剂，其特征在于所说的消泡剂是 W-090。
6、 根据权利要求2所述的一种导电膜蚀刻剂，其特征在于所说水是一种去 离子水。
7、 一种导电膜蚀刻的方法，其特征是制备蚀刻油墨取3-7份重量的去离子水，l-3份重量的硫酸铜，1-3份 三氯化铁，0.3 0.8wtQ/。过硫酸铵，2 4份的淀粉，搅拌，温度为60。C，最后 加入w-090(0.1 0.5%)和无水乙醇(2 5wt%); 制备丝网按照导电图案设计丝网印制铝背电极膜将蚀刻油墨漏印在铝膜表面，直接进行腐蚀，得到相应的图案。
8、 根据权利要求7所述的一种导电膜蚀刻的方法，其特征是 丝印后的铝膜，室温条件，水平放置3 5分钟，后放入60 10(TC的烘箱中30 60分钟；清水浸泡去杂质，再放入80 10(TC的烘箱中去水。
9、 一种非晶硅太阳能电池背电极的制造方法，其特征是 制备丝网多条等距离腐蚀隔离线；制备油墨取50克去离子水，IO克硫酸铜，20克三氯化铁，0.5克消泡剂W-0卯，30克淀粉，IO克无水乙醇丝网印制铝背电极膜将蚀刻油墨通过丝网漏印在铝膜表面上， 水平放置3分钟，直接进行腐蚀，得到相应的图案。
10、根据权利要求9所述的一种非晶硅太阳能电池背电极的制造方法，其 特征是制备丝网电池片中间具有一圆形窗口，周边有多条腐蚀隔离线； 制备油墨取55克去离子水，8克硫酸铜，22克三氯化铁，0.6克过硫酸 铵，搅拌后加入35淀粉，11克10克无水乙醇和0.5克消泡剂W-090, 丝网印制铝背电极膜将蚀刻油墨通过丝网漏印在铝膜表面上， 水平放置5分钟，直接进行腐蚀，得到相应的图案。 丝网印制铝背电极膜将蚀刻油墨通过丝网漏印在铝膜表面上， 水平放置3分钟，直接进行腐蚀，得到相应的图案。
全文摘要
本发明涉及一种硅薄膜光电池图案的蚀刻技术，生产非晶硅太阳能电池，铝背电极图案的蚀刻剂及蚀刻方法。目的是提供一种具有复杂图案的硅薄膜电池，蚀刻铝膜的方法和蚀刻剂。油墨经丝印蚀刻，在腐蚀铝膜的同时，不会破坏下层的非晶硅和ITO导电膜。蚀刻油墨中的原料按重量比3-7份去离子水，1-3份硫酸铜，1-3份三氯化铁，0.3～0.8wt％过硫酸铵，2～4份的淀粉，搅拌，温度为60℃，最后加入w-090(0.1～0.5％)和无水乙醇(2～5wt％)。
文档编号H01L31/0224GK101192627SQ200610156980
公开日2008年6月4日 申请日期2006年11月23日 优先权日2006年11月23日
发明者周志芳, 毅 李, 熊正根 申请人:毅 李