CN120201912A 太阳能电池的刻蚀方法及系统

(10)申请公布号CN120201912A(71)申请人天合光能股份有限公司地址213031江苏省常州市新北区天合光伏产业园天合路2号(72)发明人赵佳祺(74)专利代理机构北京英特普罗知识产权代理有限公司11015专利代理师韩闪闪H10K(54)发明名称太阳能电池的刻蚀方法及系统++本申请实施例提供了一种太阳能电池的刻蚀方法及系统，涉及太阳能电池技术领域。太阳能电池的刻蚀方法包括：采用激光将被解离气体中的正离子和负离子解离出来，得到解离的离子；通过所述解离的离子的刻蚀作用，对基材进行刻蚀。采用激光将被解离气体中的正离子和负离子解离出来，利用解离的离子的刻蚀作用，对基材进行刻蚀，刻蚀深度精确可控，能够进行精确的图案化刻蚀，且能极大减少侧蚀以及渗透刻提升太阳能电池光电转化效率，可替代电池2采用激光将被解离气体中的正离子和负离子解离出来，得到解离的离子；通过所述解离的离子的刻蚀作用，对基材进行刻蚀。2.根据权利要求1所述的太阳能电池的刻蚀方法，其特征在于，所述激光包括超短脉冲宽度激光，所述超短脉冲宽度激光的波长范围为355nm~1064nm;所述超短脉冲宽度激光包括：皮秒激光、飞秒激光中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的太阳能电池的刻蚀方法，其特征在于，所述被解离气体包括：4.根据权利要求1所述的太阳能电池的刻蚀方法，其特征在于，所述被解离气体的解离过程中：所述被解离气体置于密闭腔室内，所述激光辐射所述密闭腔室，将所述被解离气体中的正离子和负离子解离出来，得到解离的离子。5.根据权利要求1所述的太阳能电池的刻蚀方法，其特征在于，对所述基材进行刻蚀的过程中：对所述解离的离子施加外部电场，通过外部电场促使所述解离的离子沿预定方向激光器，用于发射激光，所述激光将所述密闭腔室内的被解离气体中的正离子和负离子解离出来，得到解离的离子；所述解离的离子沿预定方向撞击所述基材，并刻蚀所述基材。7.根据权利要求6所述的太阳能电池的刻蚀系统，其特征在于，还包括扫描振镜；所述扫描振镜用以将所述激光器发射的激光辐射至预定位置处。8.根据权利要求6-7中任一项所述的太阳能电池的刻蚀系统，其特征在于，还包括电场发生器，所述电场发生器用于对所述解离的离子施加外部电场。9.根据权利要求8中所述的太阳能电池的刻蚀系统，其特征在于，还包括聚焦镜，所述聚焦镜用于聚焦所述激光器发射的激光。10.根据权利要求9所述的太阳能电池的刻蚀系统，其特征在于，还包括反射镜；所述反射镜用以将所述激光器发射的激光反射至预定位置处。3太阳能电池的刻蚀方法及系统技术领域[0001]本申请属于太阳能电池技术领域，尤其涉及一种太阳能电池的刻蚀方法及系统。背景技术[0002]太阳能电池是一种将太阳光能直接转换为电能的半导体器件，其工作原理基于半导体材料的光电效应，尤其是PN结的光生伏特效应。当光线照射到太阳能电池时，光子的能量激发电子从价带跃迁到导带，形成电子-空穴对，这些载流子在内建电场的作用下分离，从而在电池两端产生电压和电流。目前对太阳能电池的薄膜或晶体进行刻蚀的方法主要有[0003]激光刻蚀存在的缺陷有：激光的作用深度难以控制，会对晶体结构或其他结构造成损伤或者破坏，最终造成大量的载流子复合中心，降低太阳能电池光电转化效率。湿法刻蚀存在侧刻蚀，渗透薄膜刻蚀，持续刻蚀污染等问题，渗透刻蚀(刻蚀液不仅从上方对材料刻蚀(侧刻蚀是指在刻蚀过程中，材料的侧墙也受到刻蚀，导致刻蚀出的图案在水平方向上变宽)会严重影响掩膜效果，金属离子的污染会严重影响半导体结构性能，进而降低太阳能电池光电转化效率。激光湿法结合刻蚀是先采用激光进行薄膜改性，然后再通过湿法刻蚀，激光区域对薄膜的改性，导致各区域湿法刻蚀速率不同，实现图形化刻蚀，该方法有利于实现图形化刻蚀，但兼具激光刻蚀存在的缺陷及湿法刻蚀存在的缺陷。[0004]需要说明的是，上述内容并不必然是现有技术，也不用于限制本申请的专利保护发明内容[0005]本申请实施例提供一种刻蚀深度精确可控，能够进行精确的图案化刻蚀，且能极大减少侧蚀以及渗透刻蚀，刻蚀过程无金属离子污染，洁净度高，能有效提升太阳能电池光电转化效率的太阳能电池的刻蚀方法及系统，以解决或缓解上面提出的技术问题。一种太阳能电池的刻蚀方法，包括：采用激光将被解离气体中的正离子和负离子通过所述解离的离子的刻蚀作用，对基材进行刻蚀。[0007]在其中一些实施方式中，所述激光包括超短脉冲宽度激光，所述超短脉冲宽度激光的波长范围为355nm~1064nm;所述超短脉冲宽度激光包括：皮秒激光、飞秒激光中的一种或多种。氟甲烷中的一种或多种。[0009]在其中一些实施方式中，所述被解离气体的解离过程中：所述被解离气体置于密闭腔室内，所述激光辐射所述密闭腔室，将所述被解离气体中的正离子和负离子解离出来，4得到解离的离子。[0010]在其中一些实施方式中，对所述基材进行刻蚀的过程中：对所述解离的离子施加外部电场，通过外部电场促使所述解离的离子沿预定方向撞击所述基材，并刻蚀所述基材。[0011]本申请实施例还提供了一种太阳能电池的刻蚀系统，包括：激光器，用于发射激光，所述激光将所述密闭腔室内的被解离气体中的正离子和负离子解离出来，得到解离的离子；所述解离的离子沿预定方向撞击所述基材，并刻蚀所述基材。[0012]在其中一些实施方式中，还包括扫描振镜；所述扫描振镜用以将所述激光器发射的激光辐射至预定位置处。[0013]在其中一些实施方式中，还包括电场发生器，所述电场发生器用于对所述解离的离子施加外部电场。[0014]在其中一些实施方式中，还包括聚焦镜，所述聚焦镜用于聚焦所述激光器发射的[0015]在其中一些实施方式中，还包括反射镜；所述反射镜用以将所述激光器发射的激光反射至预定位置处。[0016]本申请实施例采用上述技术方案可以包括如下优势：采用激光将被解离气体中的正离子和负离子解离出来，利用解离的离子的刻蚀作用，对基材进行刻蚀，刻蚀深度精确可控，能够进行精确的图案化刻蚀，且能极大减少侧蚀以及渗透刻蚀，刻蚀过程无金属离子污染，洁净度高，能有效提升太阳能电池光电转化效率，可替代电池用的光刻工艺及激光湿法刻蚀工艺。附图说明[0017]在附图中，除非另外规定，否则贯穿多个附图相同的附图标记表示相同或相似的部件或元素。这些附图不一定是按照比例绘制的。应该理解，这些附图仅描绘了根据本申请公开的一些实施方式，而不应将其视为是对本申请范围的限制。[0018]图1是本申请实施例提供的太阳能电池的刻蚀系统的结构示意图；图2是本申请实施例提供的钙钛矿太阳能电池组件的结构示意图。具体实施方式[0020]下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。清楚，层、区、元件的尺寸以及其相对尺寸可能被夸大。其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。5到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式例如能够以除了在这里图限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。[0024]本申请中，涉及到数值区间(也即数值范围),如无特别说明，该数值区间内可选的数值的分布视为连续，且包括该数值区间的两个数值端点(即最小值及最大值),以及这两个数值端点之间的每一个数值。如无特别说明，当数值区间仅仅指向该数值区间内的整数时，包括该数值范围的两个端点整数，以及两个端点之间的每一个整数，相当于直接列举了每一个整数。当提供多个数值范围描述特征或特性时，可以合并这些数值范围。换言之，除非另有指明，否则本申请中所公开之数值范围应理解为包括其中所归入的任何及所有的子允许广义地包括百分比区间，比例区间，比值区间[0025]本申请旨在提供一种太阳能电池的刻蚀方法及系统，采用激光将被解离气体中的正离子和负离子解离出来，利用解离的离子的刻蚀作用，对基材进行刻蚀，刻蚀深度精确可控，能够进行精确的图案化刻蚀，且能极大减少侧蚀以及渗透刻蚀，刻蚀过程无金属离子污染，洁净度高，能有效提升太阳能电池光电转化效率，可替代电池用的光刻工艺及激光湿法刻蚀工艺。[0026]下面，将参照附图更详细地描述本申请的示例性实施例。须知，这些示例性可以由多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施例。[0027]本申请实施例提供了一种太阳能电池的刻蚀方法，包括：采用激光将被解离气体中的正离子和负离子解离出来，得到解离的离子；通过所述解离的离子的刻蚀作用，对基材进行刻蚀。[0028]本申请实施例中，激光辐射使被解离气体的分子分解成碎片，正离子和负离子被6解离出来，由于激光的动量传递，解离出来的正离子和负离子获得动能，因此解离出来的正离子和负离子可以沿预定方向撞击所述基材，进而对所述基材进行刻蚀。需要说明的是，被解离气体和基材可以根据实际需要进行更换，只需要保证解离得到的离子可对目标基材进行反应刻蚀即可。[0029]本申请实施例中，采用激光将被解离气体中的正离子和负离子解离出来，利用解离的离子的刻蚀作用，可以对太阳能电池的薄膜或晶体(硅片)进行刻蚀。可以刻蚀的太阳能电池的薄膜可以包括钝化膜、氧化铝薄膜、透明导电膜、吸光膜层等中的一种或多种；可以刻蚀的太阳能电池的种类可以包括单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、非晶硅太阳能电池、钙钛矿太阳能电池等太阳能电池中的一种或多种。[0030]本申请实施例中，采用激光将被解离气体中的正离子和负离子解离出来，之后可以同时使用正离子和负离子对目标基材进行反应刻蚀，也可以在设置特定电场的情况下，单独利用正离子或负离子对目标基材进行反应刻蚀。[0031]本申请实施例中，激光的动量先传递至正离子和负离子，再由正离子和负离子对基材刻蚀，由于动量传递过程会造成一定动量损失，这就很好地解决了激光刻蚀作用深度过深，很容易对其他结构造成损伤或者破坏的问题，因而本申请方法的刻蚀深度更精确可控，加之本申请方法下仅激光作用区域能实现正离子和负离子的刻蚀作用，非激光作用区域并未产生气体电离故而不能实现刻蚀，因此能进行精确的图案化刻蚀，且能极大减少侧蚀以及渗透刻蚀，刻蚀过程无金属离子污染，洁净度高，能有效提升太阳能电池光电转化效率，可替代电池用的光刻工艺及激光湿法刻蚀工艺。[0032]需要说明的是，动量损失相当于降速的作用，比如以10mm/s切割一个东西，降速后控制系统有更多时间来调整和校正切割路径，从而减少刻蚀深度的偏差，速度降低后，刻蚀过程中产生的热量相对减少，材料的热变形也相应减小，整体来说刻蚀精度更高。[0033]在可选的实施例中，所述激光包括超短脉冲宽度激光，所述超短脉冲宽度激光的波长范围为355nm~1064nm;所述超短脉冲宽度激光包括：皮秒激光、飞秒激光中的一种或多种。[0034]本申请实施例中，可根据被解离气体的吸收能级匹配选择适合的激光类型及波用飞秒激光相比较皮秒激光电离更容易发生。烷中的一种或多种。[0036]本申请实施例中，选择的被解离气体均可以解离出带负电的氟离子，带负电的氟离子对基材的刻蚀效果好，刻蚀深度更精确可控，能够进行精确的图案化刻蚀，且能极大减少侧蚀以及渗透刻蚀，刻蚀过程无金属离子污染，洁净度高，能有效提升太阳能电池光电转化效率。[0037]在可选的实施例中，所述被解离气体的解离过程中：所述被解离气体置于密闭腔室内，所述激光辐射所述密闭腔室，将所述被解离气体中的正离子和负离子解离出来，得到解离的离子。[0038]本申请实施例中，激光辐射在密闭的气体氛围腔体中，以SF₆(六氟化硫)气体为7例，在超快激光的皮秒级巨大能量释放下，SF₆分子被瞬间电离形成带正电的硫离子以及带负电的氟离子，基材的刻蚀效果更好，刻蚀深度更精确可控，能够进行精确的图案化刻蚀，且能极大减少侧蚀以及渗透刻蚀，刻蚀过程无金属离子污染，洁净度高，能有效提升太阳能电池光电转化效率。[0039]在可选的实施例中，对所述基材进行刻蚀的过程中：对所述解离的离子施加外部电场，通过外部电场促使所述解离的离子沿预定方向撞击所述基材，并刻蚀所述基材。[0040]本申请实施例中以及带负电的氟离子后，在外置电场的持续作用下，形成的正负离子分离并分别加速，带负电的氟离子会沿着电场反方向加速，最终直线撞击基材表面，由于带负电的氟离子可以对基材进行强烈刻蚀，刻蚀过程可以持续进行，也可随时中断(关闭激光即可),从而实现精确深度的刻蚀，可以强化带负电的氟离子对基材的刻蚀作用，刻蚀深度更精确可控，且能够进行精确的图案化刻蚀，极大减少侧蚀以及渗透刻蚀，刻蚀过程无金属离子污染，洁净度高，能有效提升太阳能电池光电转化效率。[0041]本申请实施例还提供了一种太阳能电池的刻蚀系统，包括：密闭腔室4,用以放置被解离气体、基材7;激光器1,用于发射激光，所述激光将所述密闭腔室4内的被解离气体中的正离子和负离子解离出来，得到解离的离子；所述解离的离子沿预定方向撞击所述基材7,并刻蚀所述基材7。[0042]本申请实施例中，激光辐射在密闭的密闭腔室4中，以SF₆超快激光的皮秒级巨大能量释放下，SF₆分子被瞬间电离形成带正电的硫离子以及带负电极大减少侧蚀以及渗透刻蚀，刻蚀过程无金属离子污染，洁净度高，能有效提升太阳能电池光电转化效率。[0043]在可选的实施例中，还包括扫描振镜3;所述扫描振镜3用以将所述激光器1发射的激光辐射至预定位置处。[0044]本申请实施例中，还包括扫描振镜3,可通过扫描振镜3改变激光作用位置，实现不同空间位置的选择性激光辐射，进而进行精确的图案化刻蚀。扫描振镜3可以设置在密闭腔室4中，也可以设置在密闭腔室4外，根据实际需要设置扫描振镜3的安装位置即可。[0045]在可选的实施例中，还包括电场发生器6,所述电场发生器6用于对所述解离的离子施加外部电场。本申请实施例中，通过外部电场促使所述解离的离子沿预定方向撞击所述基材7,进而对所述基材7进行刻蚀。电场发生器6可以设置在密闭腔室4中，也可以设置在密闭腔室4外，根据实际需要设置电场发生器6的安装位置即可，为了更好地对所述解离的离子施加外部电场，通常可以将电场发生器6密闭腔室4中。[0046]本申请实施例中，以SF₆(六氟化硫)以及带负电的氟离子后，在外置电场的持续作用下，形成的正负离子分离并分别加速，带负电的氟离子会沿着电场反方向加速，最终直线撞击基材7表面，由于带负电的氟离子可以对基材7进行强烈刻蚀，刻蚀过程可以持续进行，也可随时中断(关闭激光即可),从而实现精确深度的刻蚀，可以强化带负电的氟离子对基材7的刻蚀作用，刻蚀深度更精确可控，且能够进行精确的图案化刻蚀，极大减少侧蚀以及渗透刻蚀，刻蚀过程无金属离子污染，洁净度8高，能有效提升太阳能电池光电转化效率。[0047]在可选的实施例中，还包括聚焦镜5,所述聚焦镜5用于聚焦所述激光器1发射的激[0048]本申请实施例中，聚焦镜5可以放置于密闭腔室4内，且位于基材7与激光器1之间。聚焦镜5也可以放置于密闭腔室4外，且位于基材7与激光器1之间。根据实际需要设置聚焦镜5的安装位置即可。解离气体的解离效果，强化解离的离子的刻蚀作用，另一方面能细化激光作用区域，从而辅助进行更精确的图案化刻蚀。[0050]在可选的实施例中，还包括反射镜2;所述反射镜2用以将所述激光器1发射的激光反射至预定位置处。本申请实施例中，设置反射镜2可以起到改变激光传输路径的作用，能够适用于更多的使用场景。且反射镜2可以有多组，便于让激光沿着所需路径传输，进而适用于更多的使用场景。反射镜2一般设置在密闭腔室4外即可，当然也可以根据实际需要将反射镜2设置在密闭腔室4内，能够按需改变激光的传输路径即可。[0051]下面具体实施例对本申请作进一步详细说明，但不应理解为对本申请的限制。在不背离本申请精神和实质的情况下，对本申请方法、步骤或条件所作的修改或替换，均属于本申请的范围。[0052]实施例1密闭腔室4,用以放置被解离气体、基材7;激光器1,用于发射激光，位于密闭腔室4外；反射镜2、扫描振镜3,所述反射镜2用以将所述激光器1发射的激光反射至扫描振镜3;其中，反射镜2位于扫描振镜3和激光器1之间，所述扫描振镜3位于密闭腔室4外；聚焦镜5,聚焦镜5位于密闭腔室4内；激光器1发射的激光经反射镜2反射至扫描振镜3,扫描振镜3再将激光射出，聚焦镜5用于聚焦扫描振镜3发射出的激光，并激光发射至密闭腔室4内的指定位置处，将所述密闭腔室4内的被解离气体中的正离子和负离子解离出接用于聚焦所述激光器1发射的激光);电场发生器6,电场发生器6位于密闭腔室4内；所述电场发生器6用于对所述解离的离子施加外部电场，通过外部电场促使所述解离的离子沿预定方向撞击所述基材7,进而对所述基材7进行刻蚀。[0053]参考图2,钙钛矿太阳能电池组件的具体制备过程为：步骤S1:提供清洗干净的导电基底11,对导电基底11进行刻蚀，形成P1沟槽，得到刻蚀的基底；P1沟槽穿透所述导电基底11的导电材料层；步骤S2:在刻蚀的基底上沉积一层镍和氧的化合物(Ni0、)作为空穴传输层12,厚度为40nm;步骤S3:将钙钛矿材料溶于有机溶剂中，配制成钙钛矿溶液；其中，钙钛矿材料的FAI(206.4mg);PbI₂(484.1mg);PbBr₂(165.1mg);钙钛矿溶液的浓度为1.5M(即每升溶液中9含有1.5摩尔的钙钛矿材料);步骤S4:用旋涂法在空穴传输层12旋涂钙钛矿溶液，再于120℃条件下退火20min,形成厚度为600nm的钙钛矿光吸收层13;步骤S5:采用热蒸镀膜仪在钙钛矿光吸收层13的上蒸镀一层厚度为25nm的富勒烯(C₆0)作为电子传输层14,进行刻蚀，形成P2沟槽；P2沟槽依次穿透所述空穴传输层12、所述钙钛矿光吸收层13、所述电子传输层14;步骤S6:采用热蒸发法，在电子传输层14上镀一层金属银作为电极，形成金属电极15,进行刻蚀，形成P3沟槽，P3沟槽穿透所述金属电极15,制备得到钙钛矿太阳能电池组件；其中P1沟槽、P2沟槽、P3沟槽均使用上述的太阳能电池的刻蚀系统刻蚀得到，刻蚀方法具体为：将目标电池片放入密闭腔室4内，在密闭腔室4内填充被解离气体，采用激光将被解离气体中的正离子和负离子解离出来，得到解离的离子；通过所述解离的离子的刻蚀[0054]实施例2-实施例7参照实施例1的制备方法制备实施例2-实施例7的钙钛矿太阳能电池组件，不同之处仅在于，实施例2-实施例7中P1沟槽、P2沟槽、P3沟槽的刻蚀工艺不同，实施例2-实施例7[0055]对比例1参照实施例1的制备方法制备对比例1的钙钛矿太阳能电池组件，不同之处仅在于，对比例1中P1沟槽、P2沟槽、P3沟槽的刻蚀工艺为激光飞秒激光。[0056]对比例2参照实施例1的制备方法制备对比例2的钙钛矿太阳能电池组件，不同之处仅在于，对比例2中P1沟槽、P2沟槽、P3沟槽的刻蚀工艺为激光秒激光。[0057]对比例3参照实施例1的制备方法制备对比例3的钙钛矿太阳能电池组件，不同之处仅在表1外部电场电压(V)实施例1紫外355nm皮飞秒激光0实施例2紫外355nm皮秒激光0实施例3紫外355nm皮飞秒激光紫外355nm皮飞秒激光实施例5紫外355nm皮飞秒激光0实施例6紫外355nm皮飞秒激光0实施例7四氟甲烷紫外355nm皮飞秒激光0[0059]下面针对本申请实施例1-7和对比例1-3提供的钙钛矿太阳能电池组件进行性能[0060]表2实施例1-7和对比例1-3的钙钛矿太阳能电池组件的性能测试结果样品实施例1实施例2实施例3实施例5实施例6实施例7对比例1[0061]参看实施例1-7及对比例1-3的电池性能测试结果可知，采用激光将被解离气体中的正离子和负离子解离出来，利用解离的离子的刻蚀作用，对基材进行刻蚀，刻蚀深度精确可控，能够进行精确的图案化刻蚀，且能极大减少侧蚀以及渗透刻蚀，刻蚀过程无金属离子污