CN102299200B - 一种晶体硅太阳能电池金属电极的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种晶体硅太阳能电池金属电极的制备方法，该方法在p型晶体硅衬底上扩散制备PN结后，在n型发射极表面制备氮化硅减反射层，然后通过真空溅射、蒸镀技术或者丝网印刷技术在p型导电背表面上制备厚度为100nm～1000nm的Al薄层，并在氮化硅减反射层表面丝网印刷厚度为1μm～5μm的Ag栅线薄层，接着采用传统高温烧结技术形成Al背场种子层及Ag栅线种子层，最后通过电镀工艺，在Ag栅线种子层和Al背场种子层上电镀锡、铜或镍，加厚形成金属电极。与现有技术相比，本发明结合了丝网印刷、磁控溅射、蒸镀和电镀工艺的优点，能够获得高导电性、低遮光率的前金属栅线电极，同时能够有效地降低昂贵金属Ag的用量，因此具有重要的产业化应用前景。

Description

一种晶体硅太阳能电池金属电极的制备方法

技术领域

本发明涉及晶体硅太阳能电池技术领域，具体涉及一种晶体硅太阳能电池金属电极的制备方法。

背景技术

在太阳能电池应用中，晶体硅太阳能电池技术相对成熟，其累计市场份额占85％左右。然而，现阶段晶体硅太阳能电池制造所使用的硅材料用量过大，因此综合能耗较高，使晶体硅太阳能电池的成本缩减受到极大限制。

为了减少晶体硅太阳能电池的每瓦制作成本，同时提高其光电转换效率，具有超薄硅衬底、高发射极方阻、低表面掺杂浓度的晶体硅太阳能电池是目前研究开发的重点。但是，该类晶体硅太阳能电池存在两方面的问题：一方面，虽然可以通过减小硅材料的使用量来缩减成本，然而随着硅衬底厚度的减小，利用传统丝网印刷技术在其表面制备金属电极时，由于力学原因将导致电池碎片率的增加；另一方面，虽然可以通过增加发射极的方块电阻、降低发射极表面的掺杂浓度来减少少数载流子的复合，然而采用传统丝网印刷技术很难获得低接触电阻的前金属栅线，因而限制了电池光电转化效率的提高。

从晶体硅太阳能电池的结构出发，提高电池的光电转化效率，就意味着需要减少前金属栅线的能量损失、金属电极由于电导率不足引起的电阻损失、金属电极与半导体表面的接触电阻损失以及前发射极方块电阻过高引起的电阻损失，所以在前表面制作具有大高宽比的细金属栅线对于获得高栅线电导率及降低栅线的遮光损失显得尤为重要。

现有产业化晶体硅太阳能电池一般采用丝网印刷银、铝浆料结合快速烧结工艺完成金属化过程。该工艺简单，快速，但是如何获得大高宽比的前银电极，同时进一步降低贵重金属银的用量，从而降低成本是一个重要研究课题。澳大利亚新南威尔士大学开发的激光刻槽埋栅电池，在发射极扩散后，用激光在前表面刻出20微米宽、40微米深的沟槽，将槽清洗后进行浓磷扩散，然后在槽内镀上金属栅线电极，由于金属栅线位于电池内部，从而减少了前金属栅线的遮光面积，电池的效率达到19.6％以上。然而该技术方案涉及两次磷扩散，另外刻槽技术控制较难，容易引起发射极损伤。

发明内容

本发明的技术目的是针对上述技术现状，提供一种晶体硅太阳能电池金属电极的制备方法，通过该制备方法能够获得高导电性、低遮光率的金属栅线电极，同时能够有效地降低金属银用量，从而降低生产成本。

本发明实现上述技术目的所采用的技术方案为：一种晶体硅太阳能电池金属电极的制备方法，包括如下步骤：

步骤1：按照现有晶体硅太阳能电池的制备工艺在p型晶体硅衬底上扩散制备PN结，使p型晶体硅衬底的上表面形成n型发射极表面，例如，该现有制备工艺依次包括p型晶体硅衬底清洗与绒面制作、扩散制PN结、二次清洗去除表面污染层以及等离子刻蚀去边等工艺；

步骤2：采用PECVD技术在n型发射极表面制备氮化硅(SiN_x)减反射层；

步骤3：通过丝网印刷技术在p型导电背表面印刷Al浆薄层，并在覆盖有氮化硅减反射层的n型发射极表面丝网印刷Ag栅线薄层，然后采用传统高温烧结技术形成Al背场种子层及Ag栅线种子层；

或者，通过真空溅射或蒸镀技术在p型导电背表面上沉积Al薄层，并在覆盖有氮化硅减反射层的n型发射极表面丝网印刷Ag栅线薄层，然后采用传统高温烧结技术形成Al背场种子层及Ag栅线种子层；

所述的Al背场种子层的厚度为100nm～1000nm；

所述的Ag栅线种子层的厚度为1μm～5μm；

步骤4：通过电镀工艺，在所述的Ag栅线种子层和Al背场种子层上电镀锡、铜或镍，用以加厚所述的Ag栅线种子层和Al背场种子层，形成金属电极。

在上述技术方案中：

所述的Ag栅线种子层的宽度为20μm～80μm。

所述的Ag栅线种子层中栅线间距为0.5mm～3mm。

步骤4中，电镀后，栅线金属电极的厚度为10μm～30μm，Al背场金属电极的厚度为10μm～30μm。

与现有技术相比，本发明所提出的晶体硅太阳能电池金属电极的制备方法在晶体硅太阳电池的p型导电背表面利用丝网印刷、磁控溅射或者蒸镀技术制备一层厚度较薄的Al薄层，并在覆盖有氮化硅减反射层的发射极表面丝网印刷一层厚度较薄的Ag栅线薄层，高温烧结后形成前、背金属电极种子层，之后通过电镀工艺在该前、背金属电极种子层上电镀锡、铜或镍金属，以加厚该前、背金属电极种子层，从而形成前、背金属电极。因此，本发明的制备方法集成了丝网印刷、磁控溅射、蒸镀技术以及电镀工艺的优点，具有如下优点：

(1)通过电镀锡、铜或镍等廉价金属材料加厚金属Ag栅线种子层，得到金属栅线电极，可以显著降低昂贵的金属Ag用量，从而降低电池的生产成本；

(2)由于在氮化硅减反射层表面制备的金属Ag栅线种子层的厚度较薄，在制备过程中，电池片不会受到大的作用力而导致破碎，因此该制备方法不仅可以提高电池的成品率，而且能够适用于较薄衬底的晶体硅太阳能电池；

(3)电镀可以减少电池的串联电阻，在金属Ag栅线种子层上电镀锡、铜或镍，以加厚该金属Ag栅线种子层，从而形成低接触电阻的金属栅线电极，能够改善金属栅线电极的电导率，同时不会增加该金属栅线的遮光损失；

(4)电镀的工作窗口比较大，沉积金属电极的条件不苛刻，工艺控制简单易行，通过控制电镀的工艺时间，可以方便地对金属电极的厚度进行控制，沉积的电极成分可以方便地通过电解液中电解质的成分和浓度进行调整；

(5)电镀技术可以获得厚度均匀的金属电极层，金属电极的沉积速率快，适合产业线高产量生产；

(6)本制备方法适用于室温条件，从而能够降低电池的制作能耗，降低电池的制作成本；

综上所述，本发明提供的晶体硅太阳能电池金属电极的制备方法一方面可以获得高导电性、低遮光率的正电极，同时还可以有效地降低银用量，因此具有重要的产业化应用前景。

具体实施方式

以下结合具体实施实例对本发明作进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本发明的理解，但不应以此限制本发明的保护范围。

实施例1：

步骤1：按照现有晶体硅太阳能电池的制备工艺，在p型单晶硅衬底上扩散制备PN结，使p型单晶硅衬底的上表面形成n型发射极表面，具体工艺包括p型单晶硅衬底的清洗与绒面制作、扩散制PN结、二次清洗去除表面污染层以及等离子刻蚀去边。

步骤2：采用PECVD技术在该p型单晶硅片的n型发射极表面制备氮化硅(SiN_x)减反射层。

步骤3：通过真空溅射方法在p型导电背表面上沉积500nm厚的金属Al薄层，并在氮化硅(SiN_x)减反射层表面丝网印刷一层比较薄的Ag栅线薄层，采用传统高温烧结技术形成Al背场种子层及2μm厚的Ag栅线种子层。

步骤4：通过电镀工艺，在前Ag栅线种子层的位置上及背面Al种子层上电镀铜，电镀后，Ag栅线种子层被加厚，厚度为15μm，Al背场种子层被加厚，厚度为13μm，从而形成前、背金属电极，实现前、背两面的金属接触。

实施例2：

步骤1：按照现有晶体硅太阳能电池的制备工艺，在p型单晶硅衬底上扩散制备PN结，使p型单晶硅衬底的上表面形成n型发射极表面，具体工艺包括p型单晶硅衬底的清洗与绒面制作、扩散制PN结、二次清洗去除表面污染层以及等离子刻蚀去边。

步骤2：采用PECVD技术在该p型单晶硅片的n型发射极表面制备氮化硅(SiN_x)减反射层。

步骤3：通过蒸发镀膜技术在p型导电背表面沉积一层1μm厚的金属Al薄层，并在SiN_x减反射层表面丝网印刷一层比较薄的Ag栅线薄层，采用传统高温烧结技术形成Al背场种子层及1μm厚的Ag栅线种子层。

步骤4：通过电镀工艺，在前Ag栅线种子层的位置上及背面Al种子层上电镀锡，电镀后，Ag栅线种子层被加厚，厚度为12μm，Al背场种子层被加厚，厚度为12μm，从而形成前、背面金属电极，实现前、背两面的金属接触。

实施例3：

步骤1：按照现有晶体硅太阳能电池的制备工艺，在p型单晶硅衬底上扩散制备PN结，使p型单晶硅衬底的上表面形成n型发射极表面，具体工艺包括p型单晶硅衬底的清洗与绒面制作、扩散制PN结、二次清洗去除表面污染层以及等离子刻蚀去边。

步骤2：采用PECVD技术在该p型单晶硅片的n型发射极表面制备氮化硅(SiN_x)减反射层。

步骤3：通过蒸发镀膜技术在p型导电背表面整面印刷一层比较薄的Al浆薄层，并在SiN_x减反射层表面丝网印刷一层比较薄的Ag栅线薄层，采用传统高温烧结技术形成1μm厚的Al背场种子层及1μm厚的Ag栅线种子层。

步骤4：通过电镀工艺，在前Ag栅线种子层的位置上及背面Al种子层上电镀锡，电镀后，Ag栅线种子层被加厚，厚度为15μm，Al背场种子层被加厚，厚度为15μm，从而形成前、背面金属电极，实现前、背面金属接触。

实施例4：

本实施例中，步骤1至步骤4与实施例1中的步骤1至步骤4基本相同，所不同的是，在步骤4中，通过电镀工艺，在前Ag栅线种子层的位置上及背面Al种子层上电镀镍，电镀后，Ag栅线种子层被加厚，厚度为10μm，Al背场种子层被加厚，厚度为10μm，从而形成前、背面金属电极，实现前、背两面的金属接触。

Claims (3)

1.一种晶体硅太阳能电池金属电极的制备方法，首先，在p型晶体硅衬底上扩散制备PN结，使p型晶体硅衬底的上表面形成n型发射极表面，然后，在n型发射极表面制备氮化硅减反射层；接着，通过丝网印刷技术在p型导电背表面上印刷Al浆薄层，并在氮化硅减反射层表面丝网印刷Ag栅线薄层，之后采用传统高温烧结技术形成Al背场种子层及Ag栅线种子层；

或者，通过真空溅射或蒸镀技术在p型导电背表面上沉积Al薄层，并在氮化硅减反射层表面丝网印刷Ag栅线薄层，之后采用传统高温烧结技术形成Al背场种子层及Ag栅线种子层；

所述的Al背场种子层的厚度为100nm~1000nm，所述的Ag栅线种子层的厚度为1μm~5μm；

最后，通过电镀工艺，在所述的Ag栅线种子层和Al背场种子层上电镀锡、铜或镍，用以加厚所述的Ag栅线种子层和Al背场种子层，形成金属电极；

电镀后，栅线金属电极的厚度为10μm~30μm，Al背场金属电极的厚度为10μm~30μm。

2.根据权利要求1所述的一种晶体硅太阳能电池金属电极的制备方法，其特征是：所述的Ag栅线种子层的宽度为20μm~80μm。

3.根据权利要求1所述的一种晶体硅太阳能电池金属电极的制备方法，其特征是：所述的Ag栅线种子层中，栅线间距为0.5mm~3mm。