[发明专利]一种应用于层转移薄膜生长的籽晶阵列的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于太阳能电池制造领域，特别是涉及一种应用于层转移薄膜生长的籽晶阵列的制备方法。

背景技术

晶硅光伏产业发展迅速，已逐步接近传统能源电价。但受传统工艺的限制，进一步降低成本的空间有限。薄型晶硅电池（30-60微米）几乎保持了传统电池的转换效率，而在降低产业成本方面具有很大的发展空间，进而扩展到轻质软膜电池应用领域，因此，薄硅电池是未来电池的必然发展趋向之一，而大面积高质量成膜技术是薄硅电池的一项核心技术。

经过对现有技术检索发现，日本的Tayanaka和德国的Brendel在1996年、1997年相续独立提出多孔硅层转移技术。具体工艺过程是：以单晶硅片为衬底，通过阳极电化学刻蚀在表面形成不同孔隙率的多孔硅结构；经过高温退火多孔结构重构，孔隙率较小的上表面孔闭合，恢复单晶结构，可用于外延生长高晶体质量的硅膜，孔隙率较大的下层孔隙增大到几十微米，使得上层单晶薄膜与下层母体晶硅只保持弱机械连接，可作为后续剥离外延单晶硅薄膜的牺牲层。采用该方法，1998年Tayanaka研究组就取得了转化效率12.5%的电池器件。但在此之后，电池的效率提升的非常缓慢。直到2009年，Reuter等人通过高温氧化钝化薄膜表面并利用光刻工艺制作局部接触式电极，用50μm厚硅膜，2cm²面积的电池效率达到17%。2011年，德国哈梅林研究所采用AlOX钝化薄膜表面，将43μm厚硅膜电池效率提高到19.1%。2012年10月，在新加坡召开的亚太光伏会议上美国Solexel公司公布了其43μm厚硅膜，156mm×156mm面积的电池效率达到20.6%。使得多孔硅层转移技术再次向前迈进一大步。

然而，上述的采用多孔硅层转移技术制备大面积高质量的薄硅电池的性能很大程度上依赖于其母体晶硅的质量，同样地，母体晶硅的使用寿命也直接影响到整个生产过程的连续性及成本。然而，现有的母体晶硅的性能和可重复使用的寿命却不尽如人意，因此，本发明的目的是给出一种应用于层转移晶硅薄膜的可重复使用籽晶阵列的制备方法，以解决现有的母体晶硅质量较低，且可重复使用的寿命较短的问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种应用于层转移薄膜生长的籽晶阵列的制备方法，以提供一种高质量、可重复使用的寿命较长的籽晶阵列的制备方法。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种应用于层转移薄膜生长的籽晶阵列的制备方法，包括步骤：

1）提供一表面具有周期性排列的硅棒的硅衬底，于各所述硅棒顶部和侧壁、及所述硅衬底表面形成阻挡层；

2）于具有阻挡层的硅棒及硅衬底表面形成硬掩膜；

3）于所述硬掩膜表面旋涂PMMA及光刻胶，并除去各所述硅棒顶部的光刻胶和PMMA，以露出各所述硅棒顶部的硬掩膜；

4）采用刻蚀工艺去除各所述硅棒顶部的硬掩膜，并去除残留的光刻胶及PMMA；

5）于所述硬掩膜表面及各所述硅棒顶部旋涂光刻胶，除去各所述硅棒顶部的光刻胶、以暴露所述Si棒顶端的阻挡层，并采用湿法刻蚀工艺去除各所述硅棒顶部的阻挡层；

6）去除残留的光刻胶，并去除各所述硅棒侧壁的硬掩膜，获得籽晶阵列。

作为本发明的应用于层转移薄膜生长的籽晶阵列的制备方法的一种优选方案，步骤1）通过热氧化法于各所述硅棒及所述硅衬底表面形成二氧化硅层，作为阻挡层。

作为本发明的应用于层转移薄膜生长的籽晶阵列的制备方法的一种优选方案，步骤2）通过蒸镀的方法于具有阻挡层的硅棒及硅衬底表面形成Al膜，作为硬掩膜。

作为本发明的应用于层转移薄膜生长的籽晶阵列的制备方法的一种优选方案，步骤3）包括：

3-1）于所述硬掩膜表面旋涂PMMA，并于140～220℃温度下保持10～20h，使PMMA充分渗入Al膜与硅棒之间的缝隙；

3-2）于所述PMMA表面旋涂光刻胶，并于40～80℃下保持0.5～4h，以增强抗腐蚀保护。

进一步地，步骤3）还包括：3-3）采用氧等离子体刻蚀除去各所述硅棒顶部的光刻胶及PMMA。

作为本发明的应用于层转移薄膜生长的籽晶阵列的制备方法的一种优选方案，步骤4）包括：

4-1）采用H₃PO₄、CH₃COOH、HNO₃及H₂O的混合溶液作为腐蚀剂除去各所述硅棒顶部的Al膜；