專利名稱：具有高反射背電極的薄膜太陽能電池制造方法
技術領域：
本發明涉及一種薄膜太陽能電池，尤其是適合大規模工業連續在線生產的非晶硅薄膜太陽能電池，屬于太陽能電池技術領域。
背景技術：
太陽能電池幾乎是材料和器件同時形成，能耗低，屬低碳經濟發展中的綠色節能
環保產品。目前，非晶硅薄膜太陽能電池的關鍵問題在于如何提高光電轉換效率和改善電池穩定性。通常，非晶硅太陽能電池包括有源區或光電轉換單元，和設置成前電極透明導電氧化物(TCO)膜層和背電極金屬膜層。非晶硅太陽能電池是典型的薄膜型PV器件，具有一個或多個P-I-N結，P-I-N結又有同質結和異質結之分。每個P-I-N結或光電轉換單元，都包括P型硅層(正極)，本征I型硅層(有源層)，N型硅層(負極)。一般使用玻璃基板時先制作透明導電膜前電極(或稱為窗口層)，然后制作P-I-N結，之后制作金屬背電極(或AZO/ 金屬復合背電極)；使用不銹鋼時會顛倒工序進行制作，即先制作背電極根據不同的工藝要求，可先制作金屬背電極(或金屬/AZO復合背電極)，然后制作P-I-N結，之后制作透明導電膜前電極。導電氧化物膜AZO/金屬復合背反射電極不但可以使源層I層光吸收增強，增大短路電流，提高轉化效率，而且可以進一步減薄I層，減少膜層的光至衰減，改善電池穩定性。近年來，AZO/金屬復合背電極結構已經被眾多非晶硅薄膜太陽能電池廠家所采用并已經進入大規模工業生產階段。關于AZO (氧化鋁摻雜的氧化鋅透明導電膜)/金屬復合背電極結構已經出現在以往專利中，如CN 101246923A,CN 101527337A、CN 101488532A。工業上生產應用于背電極的AZO透明導電膜層和Al、Ag等金屬電極膜層一般采用磁控濺射法。從膜層反射率考慮^Vg膜的反射性最佳；數據顯示在500nm波長處，Ag、Al的反射率分別是97. 9%,91. 5%,對于極薄的Cr層(膜厚小于20nm)其反射率在550nm波長處為31 %。所以在高性能電池組件生產當中一般采用Ag層作為最接近AZO膜層的金屬反射層，從而最大程度的提高背電極膜層反射率。但是Ag、Au等貴金屬的與氧化物的附著力非常低，導致直接鍍制的AZO加Ag膜層間附著力非常低，直接影響生產質量。為了解決這個問題，一般是在氧化物AZO與金屬Ag層之間加入Cr、Ti等與氧化物膜層間附著力強的金屬層作為過渡層從而力圖提高層間附著力。但是加入這些金屬層會大大降低Ag膜層作為反射層的最終反射率，從而導致背電極整體效能下降，從而降低薄膜光伏組件的性能。所以，如何在不加入其它過渡層的情況下大幅度提高氧化物AZO與金屬Ag膜層之間的附著力是目前急需解決的技術難題。薄膜與基底以及薄膜與薄膜之間的附著力是范德華力、擴散附著、機械咬合以及化學鍵合等的綜合作用結果，其中氧化物膜層與金屬膜層之間附著力主要受化學鍵合作用影響。已知的Cr、Ni、Ti等與氧化物膜層有強附著力的金屬膜層都具有易氧化的特點。其形成的Cr-0、Ni-0, Ti-O化合鍵鍵能很高能夠極大提高金屬與氧化物膜層的附著力，如專利CN 1309189A。然而，Au、Ag等金屬由于抗氧化性非常強，很難形成Au_0、Ag-O等金屬氧化鍵，所以這類金屬在氧化物表面的附著力普遍很弱。中國專利CN 101694852B《一種太陽能電池及制造方法》，公開了在AZO層和金屬Ag層之間加入過渡層，如鉻、釩、錳、鉬、鎢、 鈦等易材料，用于增加AZO層和金屬Ag層之間的附著力，但是加入的過渡層會大大降低Ag 背電極的反射性。等離子清洗是工業當中一種清洗玻璃介質表面的方法，一般放在鍍膜工序最前端進行，如中國專利CN 1017072 ^《一種降低硅基薄膜電池串聯電阻的工藝》，其在背電極鍍制工藝前加入清洗/離子轟擊等工藝方案，在TCO表面產生絨面，增加TCO與后續金屬層的接觸面積，從而減少接觸電阻，降低電池的串聯電阻。但是該專利技術是對激光刻劃后的 TCO進行等離子清洗/轟擊，在工藝過程中不僅轟擊了 TCO膜層，同時還會轟擊非晶硅膜層， 造成非晶硅膜層的缺陷增加，降低了非晶硅膜短路電流和發電效率。

發明內容
針對現有技術的不足，本發明對現有太陽能電池制造方法，尤其是背電極鍍膜工藝進行改進，解決如何在不采用過渡層的情況下提高AZO氧化物層與背電極膜層Ag金屬反射層附著力的技術難題。為了實現以上任務，本發明采用的技術方案是設計一種具有高反射背電極的薄膜太陽能電池制造方法，在基板上依序分別制作前電極層、光電轉換層、背電極層及每一層對應的圖形，其特征在于所述背電極膜層包括在線連續鍍膜形成的氧化物膜層和金屬反射層，工藝步驟如下
a.沉積有非晶硅PIN膜層的基片傳送至氧化物磁控濺射鍍膜區，在非晶硅PIN膜層上鍍透明氧化物膜層；
b.在真空腔室內部將鍍有透明氧化物膜層的基片傳送至位于氧化物鍍膜區與金屬膜層鍍膜區之間的等離子清洗區，采用等離子放電清洗氧化物膜層表面；
c.經等離子放電清洗氧化物膜層后的基片進入金屬鍍膜區，磁控濺射鍍制金屬反射
層；
d.在鍍制好透明氧化物膜層和金屬反射層的背電極層上制作背電極圖形。所述步驟b是用高偏壓進行等離子清洗背電極層的透明氧化物膜層。所述步驟b是用靶材加電壓通入氬氣進行等離子體清洗背電極層的透明氧化物膜層。所述步驟b是用靶材加電壓且通入氬氣和氧氣的混合氣體進行等離子體清洗背電極層的透明氧化物膜層。所述步驟b是用離子源進行等離子體清洗背電極層的透明氧化物膜層。背電極層包括AZO透明導電氧化物膜層和金屬銀導電膜的多級膜層。步驟b是采用通入一 100V 一 300V的負偏壓進行等離子清洗背電極層的透明氧化物膜層。所述步驟b采用等離子放電清洗氧化物膜層表面，形成氧懸鍵，該氧懸鍵與步驟c 鍍制金屬反射層中的金屬離子結合，形成金屬氧化鍵。本發明還設計了一種用于制造薄膜太陽能電池背電極的真空聯線鍍膜裝置，包括順序連接的前端進料室、真空室、緩沖室、氧化物鍍膜室、金屬反射層鍍膜室和出料室，其特征在于所述氧化物鍍膜室和金屬反射層鍍膜室之間設有等離子清洗室，鍍有透明氧化物膜層的基片傳送至等離子清洗室，由等離子放電清洗氧化物膜層表面后繼續進行金屬反射層鍍膜。氧化物鍍膜室、等離子清洗室和金屬反射層鍍膜室相互之間均設有氣體隔離室， 每個隔離室內真空度達10 — 3Pa以下。等離子清洗室內由電刷或靶材加電壓，且通入氬氣和氧氣的混合氣體或采用離子源等離子方式進行等離子體清洗背電極層的透明氧化物膜層。本發明所產生的積極效果
1、在線清洗氧化物膜層表面，減少鍍膜時膜層表面附著的粉塵等污物對于后續金屬鍍膜的影響，提高附著力。2、等離子清洗過程中高能等離子會轟擊氧化物膜層表面，制造更多的氧懸鍵。由于整個過程處于在線鍍膜真空氛圍內，形成的氧懸鍵會存留一段時間直至到金屬鍍膜過程，極大增強了后續金屬與氧化物鍍膜臨界面形成金屬氧化鍵的機會，從而大幅度增加金屬Ag與氧化物AZO膜層之間的附著力；
3、在氧化物鍍膜與金屬鍍膜之間采用等離子清洗裝置，解決了在氧化物膜層上鍍金屬 Ag膜層附著力差的問題。巧妙利用等離子清洗效果提高了 Ag膜附著力，同時避免引入會降低Ag反射率的Cr、Ti、Ni等金屬過渡層，快捷方便的解決了金屬Ag鍍膜附著力不好的問題；離子清洗過程中高能等離子會轟擊氧化物膜層表面，可以起到等離子蝕刻的作用，增大氧化物AZO膜層的粗糙度，提高整體背電極反射光的效果，提高薄膜太陽能電池光吸收率。4、離子清洗過程中高能等離子會轟擊氧化物膜層表面，可以起到等離子蝕刻的作用，增大氧化物膜層的粗糙度，提高整體背電極反射光的效果，增強背電極整體陷光能效， 提高薄膜太陽能電池光吸收率。5、等離子清洗過程位于氧化物鍍膜與金屬鍍膜之間，清洗過程之前附著的氧化物膜層對非晶硅層起到保護作用，防止了等離子轟擊對光電轉換層的影響。說明書附圖


圖1、本發明實施例1和2的示意圖。圖2、本發明實施例3的示意圖。圖3、本發明實施例4的示意圖。
具體實施例方式以下結合具體實施例及附圖進一步說明本發明。本發明設計了一種制備具有高反射背電極的薄膜太陽能電池的制造方法及制備背電極膜層的裝置，主要解決氧化物AZO層/Ag金屬膜層背電極在線連續鍍膜附著力低的問題。本發明薄膜太陽能電池的制備方法如下
制備前電極；
在前電極圖形的襯底上依次沉積P-I-N非晶硅或微晶硅薄膜層； 激光刻劃薄膜電池層，形成薄膜電池層圖形； 制備背電極；在線制備太陽能電池背電極膜層，采用在氧化物鍍膜區與金屬鍍膜區之間加入等離子清洗區對已形成的氧化物膜層進行清洗，提高膜層清潔度，增加氧懸鍵，提高后續金屬膜層附著力，其步驟為
(a)前室沉積非晶硅PIN膜層的玻璃基板進入連續鍍膜裝置，經前端處理，進入氧化物磁控濺射鍍膜區內，在非晶硅PIN膜層上鍍背電極的AZO透明氧化物膜層；
(b)該玻璃基板通過位于氧化物鍍膜區與金屬膜層鍍膜區之間的等離子清洗區，采用等離子放電清洗氧化物膜層表面；
(c)該玻璃基板繼續前進通過位于氧化物鍍膜區與金屬膜層鍍膜區之間的氣體隔離裝置，進入金屬鍍膜區內鍍第一層Ag膜層。然后依次鍍制各種金屬功能膜層，從而完成包含有AZO透明導電氧化物膜層和金屬導電膜層的多層背電極膜層鍍膜。(d)在鍍制好透明氧化物膜層和金屬反射層的背電極層上制作背電極圖形。本發明制備薄膜太陽能電池高反射背電極膜層的磁控濺射真空聯線鍍膜裝置包括包括順序連接的前端進料室、真空室、緩沖室、氧化物鍍膜室、金屬反射層鍍膜室和出料室，其中氧化物鍍膜室和金屬反射層鍍膜室之間設有等離子清洗室，鍍有透明氧化物膜層的基片傳送至等離子清洗室，由等離子放電清洗氧化物膜層表面
實現本發明的等離子清洗裝置可以采用如下幾個方法實現1，采用在固定位置點加裝電刷加電的方法在已經生產透明導電氧化物AZO的玻璃基板上加高偏壓進行等離子清洗； 2，靶材加電壓采用Ar等離子體進行清洗；3，靶材加電壓并且真空室通入氬氧混合氣體利用氧離子進行膜層清洗。4，采用離子源提供等離子方式。實施例1
本實施例制造單結非晶硅薄膜太陽能電池
在玻璃基板上鍍制透明導電膜，并在透明導電膜上刻劃隔離溝道，形成前電極圖形； 在具有前電極圖形的基片上依次沉積P-I-N非晶硅薄膜層； 激光刻劃非晶硅薄膜層；
在線連續鍍膜制備透明導電氧化物AZO/Ag/金屬膜層背電極背電極，見圖1，工藝步驟
為
(a)進料將前期沉積有非晶硅膜層的玻璃基板放置在鍍膜基片架0上，打開真空閥門 9. 1，由傳動機構進入進料室1，之后關閉真空閥門9. 1 ；
(b)傳送將載有玻璃襯底的基片架0由進料室1進入真空鍍膜系統打開真空閥門 9. 2，傳送基片架0到前過渡室2，關閉真空閥門9. 2 ；打開真空閥門9. 3，傳送基片架0到前緩沖室3，關閉真空閥門9. 3，同時基片架0也被傳送到AZO鍍膜室4 ；
(c)濺射鍍膜在AZO鍍膜室4內通入工作氣體氬氣Al，采用磁控濺射方法通過AZO靶材Tl鍍制AZO膜層；之后打開真空門閥9. 7，將基片架0進入氣體隔離室10，關閉真空閥門 9.7。在這一階段，氣體壓強一般為KT1I^a數量級。(c)氣體隔離基片架0進入氣體隔離室10后，關閉真空門閥9. 7和9. 8?；茉跉怏w隔離室做短暫停留抽真空，真空壓力需要達到KT3Pa以下；這樣就可以充分將基片架0從AZO鍍膜室4傳送到氣體隔離室10所帶來的氣氛充分的抽除。完成抽氣后，打開真空門閥9. 8，將基片架0傳送到等離子清洗室11 ；
(d)等離子清洗等離子清洗室11內裝有Si02靶材T5，Si02靶材T5接上13.56MHz的RF電源?；M入等離子清洗室10后，這時真空門閥9. 8和9. 9應處于關閉狀態；等離子清洗室10內通入適量的工作氣體氬氣A3，將已接上RF電源的Si02靶材T5起輝；RF電源采用高功率、低電流的模式進行工作。這樣就在等離子清洗室11形成等離子，可利用此等離子輝光對基片架0上面的基板玻璃表面進行膜面清洗。清洗完成后打開真空門閥9. 9， 將基片架0傳送到氣體隔離室12，之后關閉真空閥門9. 9 ；
(e)氣體隔離基片架0進入氣體隔離室12后，關閉真空門閥9.9和9. 10?；茉跉怏w隔離室做短暫停留抽真空，真空壓力需要達到10-3 以下；這樣就可以充分將基片架0 從等離子清洗室11傳送到氣體隔離室12所帶來的氣氛充分的抽除。完成抽氣后，打開真空門閥9. 10，將基片架0傳送到金屬鍍膜室5，之后關閉真空閥門9. 10 ；
(f)金屬鍍膜基片架0進入金屬鍍膜室5后，通入工作氣體氬氣A2，這時可通過磁控濺射Ag靶材T2、A1靶材T3、Ni靶材T4 (有時可以不需要T2或T4等)，可以在基片架0上面的基片沉積Ag、Al、M等膜層。之后將基片架0傳送到后緩沖室6 ；
(g)傳送基片架傳送到后緩沖室6后，依次打開真空閥門9.4,9. 5,9. 6，分別經過后過渡室7、出料室8，鍍膜完畢，制得具有高射效率和附著力的AZO膜層和金屬Ag膜層以及Al、 Ni等多層背電極膜層。實施例2
本實施例制造疊層非晶硅薄膜太陽能電池，步驟如下
前電極圖形制作以ITO或SnO2透明導電膜玻璃為基板，激光刻劃透明導電膜，形成前電極圖形。沉積頂電池將已刻好前電極圖形的基板經超聲清洗烘干后，預熱，采用增強等離子化學氣相沉積(PECVD)的方法，在基板上依次沉積P型非晶硅摻雜層、I型本征非晶硅層和N型非晶硅摻雜層，并采用激光器，在沉積好非晶硅的基板玻璃基片上，在前電極圖形區域內相應位置，按設計要求圖形刻除非晶硅薄膜層，露出前電極引出圖形。沉積底電池在N型非晶硅摻雜層上沉積一層中間透明導電膜，并在中間透明導電膜依次沉積P型微晶硅摻雜層、I型本征非晶硅層和N微非晶硅摻雜層，構成太陽能電池的底電池，并采用激光器刻劃底電池圖形。背電極的制作在實施例1的基礎上，本實施例等離子清洗室11中通入的工作氣體A3不僅僅是氬氣，還有氧氣。通入的氧氣可以起到增加氧負離子的作用，提高等離子體轟擊玻璃襯底的功效， 在清潔AZO表面的同時增大其粗糙度，這樣基片架0上的玻璃基體表面就更加能夠被清潔干凈并產生陷光效果。其他實施方式同實施例1，在此不再贅述。實施例3:
參考圖2，本實施例的具體實施方式
同實施例1，不同之處是在等離子清洗室11中采用電刷裝置給基片架0通入一 100V 一 300V負偏壓Bi?；?通入負偏壓Bl后，由于AZO膜層是導體，所以在負偏壓下正離子會飛向基片，而等離子中多為氬正離子，由于原子質量大，在電場作用下形成大的能勢，可以提高對基片表面的轟擊；對基片表面的轟擊可以消除基片表面吸附的雜質氣體、附著不牢的膜層粒子等，從而增強膜層的附著力，而且同時可提高AZO膜層的微觀粗糙度，有利于提高光在電池結構中的路程，有效提高電池的效率。實施例4
本實施例的具體實施方式
同實施例1，不同之處是本實施例等離子清洗采用離子源等離子方式進行清洗AZO膜層?；盎?的裝載運動方式，包括設備閥門以及真空室布置均和圖1 一致。不同的是在等離子室時T5表示離子源，A3表示通入離子源內的氣體。離子源的示意圖可見圖3。從離子源T5的上部通入氣體A3 (—般為氬氣，氧氣等)，經過離子源T5的端蓋20的孔位，經過氣路21到達陽極23。固定陽極23的是磁鐵22 和磁鐵M，一個為南極，一個為北極。氣體中含有大氣狀態時的帶電粒子，在磁鐵的磁場作用下，形成磁力線27。而在陽極23和陰極四的作用下形成電力線觀。在這兩種磁場和電場的作用下產生輝光，并生成等離子體，經過柵極25過濾便形成離子束，之后從離子源的腔殼26的開口飛出，離子束直接轟擊AZO膜層。因為離子束的離化程度高達40%以上，所以對基片表面產生的轟擊效果更加顯著，更有利于增強AZO膜層與金屬反射層之間的附著力。以上結合附圖對本發明的實施例作了詳細說明，但是本發明并不限于上述實施例，在本領域普通技術人員所具備的知識范圍內，還可以在不脫離本發明宗旨的前提下作出各種變化。
權利要求
1.一種具有高反射背電極的薄膜太陽能電池制造方法，在基板上依序分別制作前電極層、光電轉換層、背電極層及每一層對應的圖形，其特征在于所述背電極膜層包括在線連續鍍膜形成的氧化物膜層和金屬反射層，工藝步驟如下a.沉積有光電轉換層的基片傳送至氧化物磁控濺射鍍膜區，在光電轉換層上鍍透明氧化物膜層；b.將鍍有透明氧化物膜層的基片傳送至位于氧化物鍍膜區與金屬膜層鍍膜區之間的等離子清洗區，采用等離子放電清洗氧化物膜層表面；c.經等離子放電清洗氧化物膜層后的基片進入金屬鍍膜區，磁控濺射鍍制金屬反射層；d.在鍍制好透明氧化物膜層和金屬反射層的背電極層上制作背電極圖形。
2.根據權利要求1所述的具有高反射背電極的薄膜太陽能電池制造方法，其特征在于所述步驟b是用高偏壓進行等離子清洗背電極層的透明氧化物膜層。
3.根據權利要求1所述的具有高反射背電極的薄膜太陽能電池制造方法，其特征在于所述步驟b是用靶材加電壓通入氬氣進行等離子體清洗背電極層的透明氧化物膜層。
4.根據權利要求1所述的具有高反射背電極的薄膜太陽能電池制造方法，其特征在于所述步驟b是用靶材加電壓且通入氬氣和氧氣的混合氣體進行等離子體清洗背電極層的透明氧化物膜層。
5.根據權利要求1所述的具有高反射背電極的薄膜太陽能電池制造方法，其特征在于所述步驟b是用離子源進行等離子體清洗背電極層的透明氧化物膜層。
6.根據權利要求1所述的具有高反射背電極的薄膜太陽能電池制造方法，其特征在于所述背電極層包括AZO透明導電氧化物膜層和金屬銀導電膜的多級膜層。
7.根據權利要求2所述的具有高反射背電極的薄膜太陽能電池制造方法，其特征在于所述步驟b是采用通入一 100V 一 300V的負偏壓進行等離子清洗背電極層的透明氧化物膜層。
8.根據權利要求1所述的具有高反射背電極的薄膜太陽能電池制造方法，其特征在于所述步驟b采用等離子放電清洗氧化物膜層表面，形成氧懸鍵，該氧懸鍵與步驟c鍍制金屬反射層中的金屬離子結合，形成金屬氧化鍵。
9.一種用于制造薄膜太陽能電池背電極的真空聯線鍍膜裝置，包括順序連接的前端進料室、真空室、緩沖室、氧化物鍍膜室、金屬反射層鍍膜室和出料室，其特征在于所述氧化物鍍膜室和金屬反射層鍍膜室之間設有等離子清洗室，鍍有透明氧化物膜層的基片傳送至等離子清洗室，由等離子放電清洗氧化物膜層表面后進入金屬反射層鍍膜室鍍制金屬膜層。
10.根據權利要求9所述的用于制造薄膜太陽能電池背電極的真空聯線鍍膜裝置，其特征在于所述氧化物鍍膜室、等離子清洗室和金屬反射層鍍膜室相互之間均設有氣體隔離室，每個隔離室內真空度達KT3Pa以下。
11.根據權利要求9所述的用于制造薄膜太陽能電池背電極的真空聯線鍍膜裝置，其特征在于所述等離子清洗室內由電刷或靶材加電壓，且通入氬氣和氧氣的混合氣體或用離子源進行等離子體清洗背電極層的透明氧化物膜層。
全文摘要
本發明涉及一種薄膜太陽能電池，尤其是適合大規模工業連續在線生產的非晶硅薄膜太陽能電池，屬于太陽能電池技術領域。解決如何在不采用過渡層的情況下提高AZO氧化物層與背電極膜層Ag金屬反射層附著力的技術難題。本發明改變背電極生產的工藝和裝置，在線制備太陽能電池背電極膜層，在氧化物鍍膜區與金屬鍍膜區之間加入等離子清洗工藝，對已形成的氧化物膜層進行清洗，提高膜層清潔度，增加氧懸鍵，提高氧化物膜層與后續金屬膜層之間的附著力，提高了太陽能電池背電極光電性能。
文檔編號C23C14/35GK102412339SQ201110333998
公開日2012年4月11日 申請日期2011年10月28日 優先權日2011年10月28日
發明者劉志斌, 宋光耀, 李毅, 翟宇寧 申請人:深圳市創益科技發展有限公司