一种太阳能电池微透镜阵列薄膜及其制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及微制造领域，尤其涉及一种太阳能电池微透镜阵列薄膜及其制作方法。
【背景技术】
[0002]作为一种可再生的绿色能源，太阳能以其突出的优势被定位为最具前景的未来能源，对解决当前日益严重的能源短缺与环境污染问题有着重要的意义。太阳能光伏发电作为具有优异特性的太阳能利用方式，被认为是当今世界最具有发展空间的新能源技术之一。然而，在太阳能电池产业如火如荼的发展进程中，光电转换效率较低是禁锢其快速发展和广泛应用的瓶颈，微透镜阵列增效膜是一种贴覆在太阳能电池上的薄膜，其可通过提升太阳能电池的光捕捉效率有效促进光电转换效率，在太阳能电池的发展应用等方面具有极大的开发价值和市场前景。
[0003]然而，目前在微透镜阵列增效膜发展进程中存在的问题如下:(1)现有的提升太阳能电池光捕捉效率的方法主要用于改善传统的硅基太阳能电池的光电转换效率，对于新型的有机薄膜太阳能电池以及其它的新型太阳能电池则并不完全适合。同时，如何解决微透镜阵列增效膜与多种太阳能电池的集成性问题尚欠缺考虑。(2)现在市场上的折射型微透镜阵列增效膜的表面轮廓面形相对固定，如球面或抛物面。然而，可提升太阳能电池光捕获效率的最优透镜表面面形需精确设计，并采用特殊的工艺完成制作，成本高昂，将极大地限制其在太阳能电池领域的应用和产业化前景。
[0004]CN200910030083.8公开了一种太阳能电池增效膜，该增效膜即为一种具有微透镜阵列结构的太阳能电池薄膜，然而该专利申请并未公开该薄膜的制造方法。
[0005]CN201310389195.9公开了一种微透镜阵列装置、制造方法及具备其的太阳能电池模块，该微透镜阵列装置的制造是通过微珠的形状得到透镜的形状，因此透镜的形状受微珠形态的限制，局限性较大。
[0006]CN201310039891.7公开了一种薄膜太阳能电池陷光结构玻璃的制备及其应用，该专利申请是在薄膜太阳能电池的玻璃基片上得到半球凹坑阵列结构，是一种陷光结构，不属于太阳能电池增效薄膜，且所得到的微透镜结构为半球形凹坑，同样具有局限性。
[0007]由此可见，微透镜阵列增效薄膜是有效提升太阳能电池直射光和散射光吸收能力的重要途径，因此，开发工艺简单、成本低廉的微透镜阵列制作工艺是促进微透镜阵列增效膜在太阳池领域应用和产业化发展前景的关键问题和重要方向。
【发明内容】
[0008]本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提出一种工艺简单、成本低廉的太阳能电池微透镜阵列薄膜制作工艺，该方法具有工艺简单、可控性好、精度高及成本低等优点，是一种实现太阳能电池微透镜阵列薄膜大规模生产的重要途径。
[0009 ]为解决上述技术问题，本发明的技术解决方案是: 一种太阳能电池微透镜阵列薄膜的制作方法，包括如下步骤:
步骤一:运用光学模拟软件设计折射型微透镜阵列表面形貌；
步骤二:利用光刻法定义微透镜阵列底面形状；
一、在硅基板上涂布正性光刻胶；
二、利用光刻技术制作光刻胶微柱孔阵列，即将具有微透镜阵列底面图案的掩模板置于光刻胶正上方合适的距离后执行曝光及显影工序，从而在硅基板上形成光刻胶微柱孔；
步骤三:利用干法刻蚀工艺，通过调整干刻蚀工艺参数，对步骤二中形成的微柱孔处的硅基板进行刻蚀，制作具有设计形貌的硅基微透镜阵列模具；
步骤四:聚合物微透镜阵列薄膜的压印制作；
一、将有机高分子材料置于一块平基板之上；
二、将步骤三中制作的硅基微透镜阵列模具放置于有机高分子材料之上，并对基板进行加热，使温度高于压印有机高分子材料玻璃化温度；当温度达到压印温度时，保持该温度并施加适当的压力进行压印；稳定一段时间，使有机高分子材料能够充分形成与娃基微透镜阵列模具相吻合的结构;然后保持压力的同时降温至低于有机高分子材料的玻璃化转变温度，以使有机高分子材料保持住模具结构的形貌固化；
四、当有机高分子材料完全固化后，使模具、基板分别和固化的有机高分子材料分离，所分离的有机高分子材料即为翻模制作的太阳能电池微透镜阵列薄膜。
[0010]所述步骤一中，利用ASAP光学模拟软件进行光线入射至太阳能电池内的穿透率，当越多的光线进入电池内，可供光电转换的能量就越多，通过分析不同光学特性造成的不同的光穿透率，研究光电转换的效率，以此确定适用于增加太阳能电池光捕捉效率的折射型微透镜阵列的最优表面形貌。
[0011]所述光刻胶采用WH-304型光刻胶。
[0012]所述步骤二中第一点，在涂布光刻胶之前先对硅基板进行清洗及烘烤。
[0013]所述步骤二中的第一点，在硅基板涂光刻胶采用两段式旋转涂布，即将硅基板放在旋胶机的承片架上，滴上适量的光刻胶，先以低速旋转的方式，使光刻胶缓慢旋开至硅基板的边缘，再以高速旋转控制光刻胶的厚度。
[0014]所述步骤二中的第二点，利用光刻技术制作微透镜阵列底面形状的具体步骤为:
(a)前烘；
将涂好WH-304胶的硅基板置于温度为100°C的热板上烘烤90秒，冷却后进行后续曝光步骤；
(b)曝光；
使用波长为350?400nm的近紫外光的曝光机进行曝光，进行掩模板的图像转移，参照WH-304胶的曝光参数，设定曝光强度为60?85mJ，曝光时间为90-120秒；
(C)显影；
选用的显影液为0.4-0.6%Na0H或WH-3038，采用喷淋或浸渍的方法显影I分钟，显影后呈现出WH-304胶微细柱孔阵列结构；
(d)后供；
先将显影后的硅基板置于120°C的加热板上加热2分钟，然后置于120°C的烘道中烘烤I?2分钟，即可形成WH-304胶微细柱孔阵列。
[0015]所述步骤三中的干法刻蚀工艺主要分为两个阶段来进行:
第一阶段形成微透镜模具的大致形状，其中化学式刻蚀占主导地位，几乎没有方向性，完全的化学主导刻蚀反应使得晶片的横截面成等向性；
第二阶段将对第一阶段形成的大致形状进行有方向性的修饰，该过程中物理/化学式刻蚀交互竞争，刻蚀、高分子保护膜的形成与去除使得刻蚀面的非等向性会比较好。
[0016]所述步骤三中第一阶段中通入的气体为:SF6/02，第二阶段通入的气体为C4F8/XeF2o
[0017]所步骤三工艺过程中，调整干刻蚀工艺参数包括下电极瓦数、上电极瓦数、反应电极距离、气体流量、压力、交替时间、光罩种类、硅基板曝光面积或硅片尺寸，以此来进行非等向及等向性刻蚀，从而实现具有设计形貌的微透镜阵列模具的制作。
[0018]所述步骤四中，在压印前，在硅基微透镜阵列模具或者模板之上涂覆一层脱模剂。
[0019]所述步骤四在太阳能电池微透镜阵列薄膜制作完成之后，对模具和压印成型的微透镜阵列薄膜经过RCA清洗法进行清洗及烘烤。
[0020]通过上述方法可以制作出太阳能电池微透镜阵列薄膜。
[0021]采用上述方案后，本发明首先利用光学软件设计适用于增加太阳能电池光捕捉效率的折射型微透镜阵列表面形貌，然后利用光刻及干法刻蚀工艺制作具有设计形貌的硅基微透镜阵列模具。该方法主要有以下几个特点:
第一、可以通过调整干刻蚀工艺参数(下电极瓦数、上电极瓦数、反应电极距离、气体流量、压力、交替时间、光罩种类、硅基板曝光面积和硅片尺寸等)来进行刻蚀，使硅基微透镜阵列模具的形貌达到设计形貌。因此，通过该方法设计的硅基微透镜阵列模具的形貌在设计上有很大自由度，能制作出不同于球面或抛物面等规则几何体的更加复