专利名称：一种制备太阳电池单面薄膜的电化学设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电化学装置，特别涉及一种制备太阳电池单面薄膜的电化学制备设备。
背景技术：
降低电池的制造成本是降低太阳电池成本的主要途径。在常规电池生产过程中， 为了降低表面反射损失，同时对电池进行表面钝化以提高少数载流子的寿命，光伏电池生产线一般使用PECVD法制备SiNx膜作为减反射膜以及钝化层。该方法制备的薄膜致密性、 钝化特性一般较佳，但是制备薄膜工艺复杂，生产与维护成本很高。电化学方法制备薄膜是目前光伏领域的一种新方法，它具有成本低，钝化优于SiNx薄膜的特点。同时，电化学的制备工艺简单可控，易于实现，对于降低电池成本有重要意义。在电化学过程中，电化学电池是电化学过程最关键的设备。电化学电池主要包括双电极型、三电极型以及四电极型 (VoIkerLehmannza, "Electrochemistry of Silicon，，(Electrochemistry of Silicon Instrumentation， Science， Materials and Applications， Wiley-VCH Verlag GmbH， 2002)。三电极和四电极型装置复杂，很难实现大面积的单面薄膜制备，更难实现批量薄膜制备。常规的双电极电化学装置，主要有单槽型和双槽型。Robert L. Heimann et al 在"Flectrolyticprocess for treating a conductive suface and products formed thereby，，(US statespatent application publication. No. :US 2002/0012804A1)所提至Ij 的是一种单槽型电化学装置。利用这种装置进行阳极氧化，往往首先在硅片背后蒸一层金属，阳极直接加在硅片上。这种装置后续操作简单，但是前期准备，如蒸发金属薄膜，比较麻烦。而且，这种装置会带来金属或者硅片与电极接触区之间的污染。更重要的是，该装置无法实现批量生产Ε. A. M. van den Meerakker et al 在"Etching of Deep Macropores in 6 in.Si Wafers" (Journal of The Electrochemical Society, 147(7), 2000 2757-2761) 提到的是一种双电极型双槽电化学设备。该设备主要由两个槽所组成，硅片夹在两个槽之间。该设备避免了阳极氧化之前要在硅片背面蒸金属以及硅片与电极直接接触的缺点，但是，该设备操作相对复杂，而且，同样无法实现批量单面制备薄膜。
发明内容
本发明的主要目的是克服常规电化学设备存在操作过程复杂、电极与硅片接触区存在污染、以及出品率过低等问题，提出一种简单易行并可用于批量生产的制备薄膜电化学装置。使用本发明电化学装置制备薄膜，操作简便，可批量生产，不存在由于电极与硅片接触而造成的潜在污染问题。将该方法制备的薄膜直接应用于光伏电池领域，不存在设备与电池生产工艺不兼容问题，制备的薄膜均勻，薄膜钝化、减反质量均较佳。本发明的电化学装置包括以下部件(1)耐强酸强碱容器；
(2)电源；(3)正负电极；(4)鼓气管；(5)硅片支架；(6)正负电极以及硅片支架的两个固定槽；(7)电源线。 所述的部件中，耐强酸强碱容器、电源、电源线和现有制备薄膜的电化学设备相同。电源的两端通过电源线与正负电极连接。所述的硅片支架的宽度比硅片宽度略大，硅片支架中间镂空，两内侧开有槽，槽的作用为固定硅片，槽的宽度比硅片的厚度略大，槽的数目根据实际需要镀膜的硅片数量来确定。硅片支架的两端有四个支架脚。所述的正负电极以及硅片支架的固定槽的宽度比硅片支架的宽度略大，固定槽的上表面开有一系列的槽，固定槽是用来固定电极以及硅片支架的四个脚，同时可用来调节两电极之间的距离，槽的宽度比电极厚度以及硅片支架脚厚度略大。所述的固定槽固定在耐强酸强碱容器的两侧，并置于耐强酸强碱容器的底部；所述的硅片支架置于所述正负电极之间；所述的鼓气管插入耐强酸强碱容器中，位于强酸强碱容器两侧侧壁；本发明设备中，除电源、电源线之外，所述的正负电极、鼓气管，硅片支架、固定槽均置于容器中。所述的电极的制作材料是钼片或石墨片或硅片；所述的正负电极为平板式或柱形式或阵列式。使用本发明制备太阳电池单面薄膜的工艺如下(1)将一定数量的硅片固定在硅片支架上，然后将硅片支架与电极同时固定在固定槽上，调整硅片支架与正负电极的夹角；(2)在耐强酸强碱容器中加入制备薄膜的电解质，同时用鼓气管向耐强酸强碱容器中鼓吹N2 ；(3)在电极上通电一段时间，反应完毕后将硅片取出，去离子水冲洗，吹干，即得到具有单面薄膜的硅片。所述的硅片支架与正负电极的夹角为0-90° ；所述的电解质溶液为酸性溶液，碱性溶液，或盐类，溶剂为去离子水或醇类。本发明可同时制备多片硅片薄膜。
图1为本发明电化学装置整体结构图，图中1耐强酸强碱容器、2电源、3正负电极、4鼓气管、5硅片支架、6固定电极以及硅片支架的固定槽、7电解液、8硅片、9电源线；图2为电极的形状，图中A平板式、B柱型式、C阵列式。
具体实施例方式如图1所示，本发明电化学装置包括耐强酸强碱容器1、电源2、正负电极3、鼓气管4、放硅片的支架5、固定电极以及硅片支架的固定槽6、电源线9。电源2的两端通过电源线9与正负电极3连接。所述的两个固定槽6分别置于耐强酸强碱容器1的两侧，并固定在耐强酸强碱容器1的底部。固定槽6宽度比硅片支架5的宽度略大，固定槽6的上表面开有一系列的槽，所述的正负电极3插入固定槽6的槽中，通过改变电极在固定槽中的槽的位置来调节正负电极之间的距离。所述的硅片支架5置于耐强酸强碱容器1中，硅片支架5位于正负电极之间，硅片支架5的四个支架脚插入固定槽6的槽中。硅片支架5的宽度比硅片宽度略大，硅片支架5中间镂空，两内侧开有槽，槽的作用为固定硅片，槽的宽度比硅片的厚度略大，槽的数目根据实际需要镀膜的硅片数量来确定。硅片支架的两端有四个支架脚。如图2所示，本发明的电极包括平板式A、柱型式B、阵列式C。本发明装置用于制备薄膜的过程如实施例所述实施例1 1、选用钼片作为正负电极3的材料，电极形貌为平板式A，将2片硅片固定在硅片支架5上，然后将硅片支架5与正负电极3同时固定在固定槽6上，硅片支架5与正负电极 3的夹角调整为0° ；2、配制醋酸与去离子水的混合溶液作为电化学制备薄膜工艺使用的电解液，醋酸与去离子水的体积比为1 10，将电解液注入到的强酸强碱容器1中，用鼓气管4向容器1 中鼓吹N2 ；3、在电极3上通电一段时间，待反应完毕后将硅片支架5取出，用去离子水冲洗， N2气吹干，即得到具有单面薄膜的硅片。 实施例2-5与实施例1相同，所不同的是硅片的数目为5片，10片，20片。实施例6-9与实施例1相同，所不同的是电解液分别为硝酸溶液，硫酸溶液或氢氧化钾溶液，氰溶液，溶剂均为去离子水。实施例10与实施例1相同，所不同的是电解液分别为胼溶液(N2H4)，溶剂为乙醇。实施例11与实施例1相同，所不同的是电解液为(CH3)3-Si-NH-Si-(CH3)3溶液，溶剂为乙醇。实施例12-13与实施例1相同，所不同的是电极形貌分别为柱形式B，阵列式C。实施案例14-15与实施例1上述过程相同，所不同的是硅片支架5与正负电极3 的夹角为45°，90°。实施案例16-17与实施例1相同，所不同的是正电极材料分别为石墨片、硅片。实施案例18-19与实施例1相同，所不同的是负电极材料分别为石墨片、硅片。
权利要求
1.一种制备太阳电池单面薄膜的电化学设备，包括耐强酸强碱容器(1)、电源(2)、正负电极(3)、电源线(9)，耐强酸强碱容器(1)内放置有电解液(7)，其特征在于，所述的电化学制备设备还包括鼓气管G)、硅片支架(5)和两个固定槽(6)；所述的两个固定槽(6)分别置于耐强酸强碱容器(1)的两侧，固定槽(6)固定在耐强酸强碱容器(1)的底部；固定槽 (6)的上表面开有槽，所述的正负电极(3)插入固定槽(6)的槽中；所述的硅片支架(5)位于正负电极⑶之间，硅片支架(5)的四个支架脚插入固定槽(6)的槽中固定，鼓气管⑷ 插入耐强酸强碱容器(1)中，位于强酸强碱容器(1)两侧侧壁。
2.按照权利要求1所述的制备太阳电池单面薄膜的电化学设备，其特征在于所述的硅片支架(5)中间镂空，硅片支架(5)的两内侧开有槽，所述的槽用于固定硅片。
3.按照权利要求1所述的制备太阳电池单面薄膜的电化学设备，其特征在于所述的正负电极⑶之间的距离通过改变所述的正负电极⑶在固定槽(6)的孔的位置来调节。
4.按照权利要求1所述的一种实现制备太阳电池单面薄膜的电化学设备，其特征在于所述的正负电极(3)的制作材料为钼片或石墨片或硅片。
5.按照权利要求1所述的一种制备太阳电池单面薄膜的电化学设备，其特征在于所述的正负电极(3)为平板式或柱形式或阵列式。
全文摘要
一种制备太阳电池单面薄膜的电化学设备，包括耐强酸强碱容器(1)、电源(2)、正负电极(3)、电源线(9)、鼓气管(4)、硅片支架(5)和两个固定槽(6)。所述的两个固定槽(6)分别置于耐强酸强碱容器(1)的两侧，固定槽(6)固定在耐强酸强碱容器(1)的底部。固定槽(6)的上表面开有槽，所述的正负电极(3)插入固定槽(6)的槽中。所述的硅片支架(5)位于正负电极(3)之间，硅片支架(5)的四个支架脚插入固定槽(6)的槽中固定。硅片支架(5)两内侧开有槽，硅片固定在硅片支架(5)两内侧的槽中。本发明可用于批量制备单面薄膜。
文档编号H01L31/18GK102154671SQ20101062256
公开日2011年8月17日 申请日期2010年12月28日 优先权日2010年12月28日
发明者张俊, 欧伟英, 王文静, 赵雷 申请人:中国科学院电工研究所