薄膜太阳能电池前电极透明导电薄膜的制绒工艺

摘要

本发明公开了一种薄膜太阳能电池前电极透明导电薄膜的制绒工艺，包括浸泡、清洗、烘干三个依次进行的工序步骤，所述的浸泡、清洗、烘干工序采用自动控制方法进行自动连续浸泡刻蚀制绒；透明导电薄膜蚀刻的溶液由草酸、盐酸、表面活性稳定剂和去离子水按如下的重量比比例配制而成：草酸0.1wt%～1.5wt%；盐酸0.3wt%～2.5wt%；表面活性稳定剂0.01wt%～0.5wt%；其余为去离子水；通过采用自主配制的刻蚀溶液、自动上下料技术、自动温度调节技术、自动浸泡技术、自动清洗技术、自动烘干干燥技术和自动监测控制技术等众多技术的综合配套，实现了薄膜太阳能电池所需透明导电薄膜的工业化自动连续浸泡刻蚀生产。

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能利用技术领域，尤其是涉及一种薄膜太阳能电池前电极透明导电薄膜的制绒工艺。

背景技术

薄膜太阳能电池是薄膜化的将太阳的光能转化成直流（DC）电的光电器件，透明导电薄膜是薄膜太阳能电池结构中必需的，透明导电薄膜在薄膜太阳能电池中作为前电极即把太阳能电池所发的电收集引出，又必须做到最大化的容许太阳光的透过。这就要求作为薄膜太阳能电池前电极的透明导电薄膜对太阳光要有高的透过率，同时本身又必须是低的方块电阻，以降低欧姆接触的损失。为了最大程度的提高薄膜太阳能电池的光电转换效率，必须尽可能提高电池对太阳光的吸收利用，也就是减少进入薄膜太阳能电池内的太阳光的损失，提高薄膜太阳能电池对阳光的吸收利用，这就要求透明导电薄膜与薄膜太阳能电池接触的一面绒面化，通过绒面技术，使电池内的光线产生漫反射，增加光线在薄膜太阳能电池的路程，以提高电池对太阳光的吸收利用，提高薄膜太阳能电池的光电转换效率。绒面的衡量标准是绒度、表面粗糙度和表面均匀性：绒度是指在波长为700nm的入射光由薄膜的非绒面的照射下，光线在薄膜的绒面分散的透过率与入射光线总的透过率的比值；表面粗糙度则是指绒面的均方根粗糙度；而均匀性则是特指绒面的绒度及表面粗糙度在单位面积内的均匀程度。

薄膜太阳能电池所需的前电极透明导电薄膜通常采用物理气相沉积法或者化学气相沉积法制备。化学气相沉积法制备得透明导电薄膜在薄膜沉积时就已经形成了相应的绒面，所以不需要在后续的制绒工序。而物理气相沉积法制备薄膜太阳能电池所需的透明导电薄膜能够大规模的展开，物理气相沉积法制备薄膜太阳能电池所需的透明导电薄膜表面几乎没有绒度，必须另增一道薄膜的表面制绒工序才能满足薄膜太阳能电池对透明导电薄膜所需的要求。物理气相沉积法制备薄膜太阳能电池所需的透明导电薄膜的表面制绒有干法制绒和湿法制绒，其中干法制绒为物理法，工业化大面积生产难度大，目前很少。而湿法制绒为化学法刻蚀，是目前薄膜太阳能电池所需的透明导电薄膜的表面制绒的首选工业化方向。湿法制绒主要有浸泡刻蚀和喷淋刻蚀两种通用工艺。浸泡刻蚀表面绒度易于控制，表面粗糙度的均匀性好，制绒过程便于自主掌控，多用于手工单件生产，产能低，工业化大规模生产难度大；喷淋刻蚀则便于连续工业化大规模生产，产量大，但是喷淋刻蚀表面绒度不易控制，表面粗糙度的均匀性波动较大，制绒过程难于掌控。无论是浸泡刻蚀还是喷淋刻蚀对生产的工艺技术和相应的操作的熟练成度要求高，工业化大规模生产的产品的一致性稳定性都难以达到薄膜太阳能电池对所需的透明导电薄膜的要求。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种薄膜太阳能电池前电极透明导电薄膜的制绒工艺，综合现有的浸泡刻蚀和喷淋刻蚀两种通用工艺的优缺点，将喷淋刻蚀易于采用连续工业化大规模生产的优点与浸泡刻蚀表面绒度易于控制、表面粗糙度的均匀性好、制绒过程便于自主掌控相结合优点结合，实现薄膜太阳能电池所需透明导电薄膜的工业化自动连续浸泡刻蚀生产。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的薄膜太阳能电池前电极透明导电薄膜的制绒工艺，包括浸泡、清洗、烘干三个依次进行的工序步骤，所述的浸泡、清洗、烘干工序采用自动控制方法进行自动连续浸泡刻蚀制绒；其中，透明导电薄膜蚀刻的溶液由草酸、盐酸、表面活性稳定剂和去离子水按如下的重量比比例配制而成：草酸0.1wt%～1.5wt%；盐酸0.3wt%～2.5wt%；表面活性稳定剂0.01wt%～0.5wt%；其余为去离子水；所述表面活性稳定剂为烷基酚聚氧乙烯醚系列表面活性稳定剂、脂肪醇聚氧乙烯醚系列表面活性稳定剂、脂肪酸聚氧乙烯醚系列表面活性稳定剂中的一种或者几种的混合物；在浸泡、清洗、烘干工序中上下料采用自动控制手段，通过对不同规格和基体材料的已经沉积好透明导电薄膜的物料进行自动识别和分料，来确定各工序的工艺参数和选用相对应的透明导电薄膜刻蚀溶液；在浸泡、清洗、烘干工序中采用自动控制手段根据不同的环境温度自主调节控制浸泡工序、清洗工序的温度，确保透明导电薄膜制绒过程中浸泡工序和清洗工序的温度稳定在20℃～25℃之间；烘干工序干燥的温度根据已经沉积好透明导电薄膜的不同规格和基体材料自动控制在40℃～75℃；在浸泡、清洗、烘干工序中采用自动监测手段，进行自动反馈和异常报警，并及时纪录或者自动停止运行。

进一步，在浸泡工序中，采用自动控制手段根据不同规格和不同基体材料上已经沉积好的透明导电薄膜的刻蚀要求，实现透明导电薄膜浸泡过程的同步、均一，确保已经沉积好透明导电薄膜浸泡刻蚀时间的精确、可靠；浸泡工序中整个已经沉积好透明导电薄膜的物料在数秒内同时浸入或者同时离开刻蚀溶液；已经沉积好透明导电薄膜的物料始终水平浸入或者水平离开刻蚀溶液；透明导电薄膜浸泡刻蚀时间调整范围是20秒～100秒。

进一步，在清洗工序中，采用自动控制手段根据不同规格和基体材料上已经刻蚀好透明导电薄膜自动选择清洗次数和清洗温度，清洗的次数控制在3～5次。

进一步，在烘干工序中，采用自动控制手段根据不同规格和基体材料上已经清洗好的透明导电薄膜表面所含的清洗液的程度，自主选择和调节自动烘干干燥的风速和风量的大小，并能自动调整烘干干燥的风向；根据不同规格和基体材料上已经清洗好的透明导电薄膜表面的潮湿程度和已经清洗好的透明导电薄膜烘干干燥的不同阶段，灵活匹配已经清洗好透明导电薄膜烘干干燥进口阶段、烘干干燥的中间阶段和烘干干燥的出口阶段的不同温度，烘干干燥的温度调节范围是40℃～75℃。

本发明的有益效果是：

本发明的本薄膜太阳能电池前电极透明导电薄膜的工业化制绒工艺是在工业化自动连续浸泡刻蚀生产工艺，所生产的产品具有一定的工业产量，针对不同规格和基体材料上已经沉积好透明导电薄膜的制绒，所生产的产品刻蚀后的透明导电薄膜表面绒度数值均一且可自由调节，表面粗糙度符合薄膜太阳能电池对前电极透明导电薄膜的要求，表面均匀性能好，大规模连续生产产品的一致性稳定性达到要求，可靠度高。

通过采用自动上下料技术手段来实现透明导电薄膜制绒的可靠性和稳定性。自动上下料手段是通过对不同规格和基体材料的已经沉积好透明导电薄膜的自动识别和分料，来确定相应的自动连续浸泡刻蚀生产线的各项工艺参数和选用相对应的透明导电薄膜刻蚀溶液。同时，自动上下料技术还能做到已经沉积好透明导电薄膜的不同规格和基体材料的自主上下自动连续浸泡刻蚀生产线，减少对透明导电薄膜刻蚀过程中薄膜表面的损伤和人为因素，提高生产品质和生产效率。自动上下料技术同样能够做到根据对应的产能产量来调节和配置整条生产线的生产节拍和生产过程的优化。

通过采用自动温度调节技术手段进一步提高透明导电薄膜制绒的可靠性和稳定性，能够根据生产的产能产量自动控制透明导电薄膜制绒过程中自动浸泡工序和自动清洗工序的温度在技术指标所设定的范围内，也同样能够保证自动烘干干燥的温度在技术指标所设定的范围内。自动温度调节技术还能够根据不同的环境温度自主调节控制自动浸泡工序、自动清洗工序的温度和自动烘干干燥的温度在技术指标所设定的范围内。

在浸泡工序，采用自动浸泡技术手段能够根据不同规格和基体材料上已经沉积好透明导电薄膜刻蚀的具体要求，实现透明导电薄膜自动浸泡过程的同步、均一，确保已经沉积好透明导电薄膜浸泡刻蚀时间的精确、可靠。本技术所采用的薄膜太阳能电池前电极透明导电薄膜刻蚀的自动浸泡技术能够实现整个已经沉积好透明导电薄膜表面在数秒内同时浸入或者同时离开刻蚀溶液。本技术所采用的薄膜太阳能电池前电极透明导电薄膜刻蚀的自动浸泡技术能够确保已经沉积好透明导电薄膜始终水平浸入或者水平离开刻蚀溶液。

在清洗工序，自动清洗技术手段能够实现根据不同规格和基体材料上已经刻蚀好透明导电薄膜自动选择刻蚀好透明导电薄膜的清洗次数和清洗温度。并且可以做到清洗时，立即去除透明导电薄膜整个表面刻蚀后残留的刻蚀溶液，确保刻蚀好透明导电薄膜品质稳定均一。同时，又能避免刻蚀好透明导电薄膜在清洗时局部清洗液的流速不均匀，使整个刻蚀好透明导电薄膜清洗过程均匀稳定。

在烘干工序，通过自动烘干干燥技术手段根据不同规格和基体材料上已经清洗好透明导电薄膜表面所含的清洗液的程度，自主选择和调节自动烘干干燥的风速和风量的大小，并能自动调整烘干干燥的风向。实现根据不同规格和基体材料上已经清洗好透明导电薄膜表面的潮湿程度和已经清洗好透明导电薄膜烘干干燥的阶段，灵活匹配已经清洗好透明导电薄膜烘干干燥进口、烘干干燥的中间阶段和烘干干燥的出口的不同温度，以防止已经烘干干燥好的制绒透明导电薄膜的表面重新吸附潮气。

在整个工序过程中，自动监测控制手段仅对不同规格和基体材料上已经沉积好透明导电薄膜制绒的整个工序所包括的刻蚀溶液溶度和用量进行采样、记录和监测；对自动上下料的节拍、不同规格和尺寸的分选和不同基体材料的鉴别，实现自动反馈和异常报警，并设有及时纪录和自动停止功能。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书中所特别指出的结构来实现和获得。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步描述。

实例1、在室温的条件下采用工业化自动连续磁控溅射生产线，在普通的玻璃上沉积了薄膜太阳能电池所需的透明导电薄膜，并进行了相应的制绒，其产品性能稳定，制绒时，刻蚀溶液中草酸（乙二酸）的配比重量比范围是0.15wt%；盐酸的配比重量比范围是0.3wt%；表面活性稳定剂的配比重量比范围是0.015wt%；其余为去离子水，表面活性稳定剂为烷基酚聚氧乙烯醚系列表面活性稳定剂。自动浸泡时间为35秒、温度稳定在22℃，自动清洗4次、温度稳定在25℃。烘干干燥的温度及本调节范围是55℃。制绒后薄膜的透光率在550nm波长是大于83%，表面方块电阻在7Ω，绒度在700nm波长可达到40%，表面粗糙度达到120nm和表面均匀性在2.7%以内。

实例2、在室温的条件下采用工业化自动连续磁控溅射生产线，在先钢化好的玻璃上沉积了薄膜太阳能电池所需的透明导电薄膜，并进行了相应的制绒，其产品性能稳定，制绒时，刻蚀溶液中草酸（乙二酸）的配比重量比范围是0.25wt%；盐酸的配比重量比范围是0.35wt%；表面活性稳定剂的配比重量比范围是0.015wt%；其余为去离子水，表面活性稳定剂为烷基酚聚氧乙烯醚系列表面活性稳定剂。自动浸泡时间为45秒、温度稳定在22℃，自动清洗4次、温度稳定在25℃。烘干干燥的温度及本调节范围是65℃。制绒后薄膜的透光率在550nm波长是大于84%，表面方块电阻在8Ω，绒度在700nm波长可达到45%。表面粗糙度达到128nm和表面均匀性在2.9%以内。

实例3、在室温的条件下采用工业化自动连续磁控溅射生产线，在普通的有机玻璃上沉积了薄膜太阳能电池所需的透明导电薄膜，并进行了相应的制绒，其产品性能稳定，制绒时，刻蚀溶液中草酸（乙二酸）的配比重量比范围是0.15wt%；盐酸的配比重量比范围是0.3wt%；表面活性稳定剂的配比重量比范围是0.015wt%；其余为去离子水，表面活性稳定剂为烷基酚聚氧乙烯醚系列表面活性稳定剂。自动浸泡时间为35秒、温度稳定在22℃，自动清洗5次、温度稳定在25℃。烘干干燥的温度及本调节范围是50℃。制绒后薄膜的透光率在550nm波长是大于81%，表面方块电阻在9Ω，绒度在700nm波长可达到30%。表面粗糙度达到118nm和表面均匀性在3.2%以内。

实例4、在室温的条件下采用工业化自动连续磁控溅射生产线，在普通的PET薄膜上沉积了薄膜太阳能电池所需的透明导电薄膜，并进行了相应的制绒，其产品性能稳定，制绒时，刻蚀溶液中草酸（乙二酸）的配比重量比范围是0.15wt%；盐酸的配比重量比范围是0.3wt%；表面活性稳定剂的配比重量比范围是0.015wt%；其余为去离子水，表面活性稳定剂为烷基酚聚氧乙烯醚系列表面活性稳定剂。自动浸泡时间为45秒、温度稳定在22℃，自动清洗5次、温度稳定在25℃。烘干干燥的温度及本调节范围是50℃。制绒后薄膜的透光率在550nm波长是大于80%，表面方块电阻在8Ω，绒度在700nm波长可达到28%。表面粗糙度达到130nm和表面均匀性在3.4%以内。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。