CN103367468A - 一种太阳电池、组件及太阳电池电极的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种太阳电池、组件及太阳电池电极的制造方法。现有技术仅通过电镀形成太阳电池正面的电极，从而使得封装成的组件可靠性较低。本发明先清洗电池基片并制绒，接着对其正面进行浅扩散形成PN结，之后沉积钝化减反膜，接着在其正面的电极区域进行深扩散并对其背面进行钝化处理，然后在其正面的电极区域进行化学沉积第一金属形成籽晶层，之后进行电化学沉积在籽晶层上形成第二金属或金属合金层，最后通过喷涂或印刷在第二金属或金属合金层上形成第三金属或金属合金层。本发明可提高太阳电池电极的牢固性，从而提高对应的太阳电池组件的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及电化学沉积金属技术，特别涉及一种太阳电池、组件及太阳电池电极的制造方法。
背景技术
目前绝大多数商业化太阳能电池的导电电极生成方法是，用丝网印刷的方法，在太阳能电池的阴极表面即正面刷上银浆、在阳极表面即背面刷上铝浆，再经过高温共烧，在所述太阳能电池的阴极和阳极上同时生成导电阴极和阳极。这种太阳能电池导电电极生成方法的优点是工艺简单可靠，容易在大规模生产上得到应用。
但是，丝网印刷和共烧生成太阳能电池导电电极的简单工艺限制了太阳能电池的光电转换效率的提高。为了确保丝网印刷的浆料在共烧后能与太阳能电池的表面有较好的欧姆接触，降低太阳能电池的串联电阻，不仅必须采用较粗的金属副栅线的设计(一般大于100微米)，而且还必须采用较低的发射极方块电阻的设计(一般在50欧姆每平方)。较粗的金属副栅线的设计降低了太阳能电池的有效工作面积，而较低的发射极方块电阻的设计降低了太阳能电池的短路电流，这是目前商业化太阳能电池的光电转换效率偏低的主要原因。
很明显，提高太阳能电池的光电转换效率的主要措施之一是提高其发射极的方块电阻。但是，太阳能电池发射极的方块电阻提高后，如果继续采用丝网印刷浆料和共烧的工艺，将会增加太阳能电池的接触电阻，从而降低太阳能电池的光电转换效率。因此，提高太阳能电池发射极的方块电阻后必须解决的问题之一是降低金属导电电极和太阳能电池之间的接触电阻。
解决上述问题的方法之一是采用选择性扩散工艺。所谓的选择性扩散工艺是指在太阳能电池的发射极的不同区域生成两种不同值的方块电阻，即，在生成金属导电电极的区域具有较低的方块电阻，在其它受光表面具有较高的方块电阻。这种工艺设计既能提高太阳能电池的短路电流，又能降低金属导线和太阳能电池之间的接触电阻。因此，选择性扩散工艺是提高太阳能电池的光电转换效率的主要措施之一。
为提高金属栅极对电池基片面积的遮挡，需要减小金属栅线的宽度；但要降低太阳电池的串联电阻，就需要提高金属栅线的宽度；因此就需要纵宽比很高的金属栅线来平衡遮光和串联电阻，但形成纵宽比很高的金属栅线对丝网印刷的工艺参数及印刷浆料均有非常高的要求。埋栅太阳能电池可解决丝网印刷较高纵宽比的栅线所遇到的问题，其是通过化学沉积铜的方法在太阳能电池的发射极上生成金属导电电极。其具体方法是，用钝化膜或减反膜覆盖具有较大方块电阻的发射极表面，采用激光在钝化膜上开槽后，再进行深扩散，从而降低所述发射极表面开槽区域的方块电阻，最后采用化学沉积金属的方法，在具有较低方块电阻的发射极区域生成太阳能电池的金属导电电极。
化学沉积铜的过程是一个相当缓慢的化学过程，一般需要近十个小时左右的时间才能达到所需的金属导电电极的厚度。化学沉积金属溶液的使用寿命比较短，一般只能使用几个批次就不能继续使用。因此化学沉积金属的方法在大规模生产上使用时会产生大量的废水。化学沉积金属的溶液相当不稳定，很容易发生自析金属的现象，影响正常的生产。另外，化学沉积金属的工艺条件的控制也非常的苛刻。
解决以上化学沉积所出现问题的方法之一是采用电镀工艺取代化学沉积金属的工艺。相对于化学沉积金属，电镀工艺的优点是沉积金属的速度快。采用电镀工艺后，可以把太阳能电池的导电电极的生成时间从化学沉积金属的近十个小时的过程缩短到一个小时之内。在一般情况下，采用电镀工艺后，制备太阳能电池的导电电极的过程可在十几分钟内完成。它对温度的要求不高，一般可在室温下操作，这样既有利于生产控制，又节约了加热所需要的成本。电镀所用的电解液的组成也非常简单，所以在一般情况下电解液可以长时间反复地使用。
通过电镀工艺所形成的太阳电池电极强度较差，具有所述种电极的太阳电池封装形成组件时，无法将互连条直接焊接在电镀工艺所形成的电极上，通常会采用导电胶黏贴的方式将互连条粘接至电镀工艺形成的太阳电池电极上，采用导电胶连接互联条和太阳电池电极的技术存在着可靠性差的问题。
因此，如何提供一种制备太阳电池电极的技术来使电极可以通过焊接方式与互连条连接，已成为业界亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是要提供一种太阳电池电极及其制备方法，所述电极及其制备方法可以提高电极的强度，并有效提高太阳电池组件的可靠性。
为实现上述目的，本发明将提供一种太阳电池电极的制造方法，包括以下步骤：a、对电池基片进行制绒和清洗，并对其正面进行浅扩散形成PN结；b、在浅扩散以后的电池基片的正面沉积钝化减反膜；c、在电池基片正面的电极区域进行深扩散；d、对所述电池基片的所述背面进行钝化处理；e、在背面经钝化处理的电池基片正面的电极区域沉积第一金属形成籽晶层；f、将所述电池基片设置在电化学沉积装置内进行电化学沉积在籽晶层上形成第二金属或金属合金层；以及g、在电化学沉积的第二金属或金属合金层上通过喷涂或印刷形成第三金属或金属合金层。
在上述太阳电池电极的制造方法中，在步骤e中，通过化学沉积在电池基片的正面电极区域形成第一金属并进行烧结形成籽晶层。
在上述太阳电池电极的制造方法中，所述第一金属为镍，所述烧结温度为350℃～450℃。
在上述太阳电池电极的制造方法中，所述第二金属为铜。
在上述太阳电池电极的制造方法中，在步骤g中，通过丝网印刷形成第三金属或金属合金层，并进行烘干处理。
在上述太阳电池电极的制造方法中，所述第三金属为银，所述烘干处理的温度为300℃～500℃。
在上述太阳电池电极的制造方法中，所述步骤c包括以下步骤：c0、在电池基片正面主栅线和副栅线部位形成凹槽；c2、对所述凹槽进行清洗并进行深扩散。
在上述太阳电池电极的制造方法中，所述步骤c包括以下步骤：c1、清除电池基片正面主栅线和副栅线部位的钝化减反膜并进行清洗；c2、对所述主栅线和副栅线部位进行深扩散。
在上述太阳电池电极的制造方法中，所述方法还包括步骤h、将所述电池基片设置在电化学沉积装置内进行电化学沉积在第三金属或金属合金层上形成第二金属或金属合金层。
在上述太阳电池电极的制造方法中，在步骤d中，通过喷涂、印刷或溅射铝并经热处理来对所述电池基片的背面进行钝化处理；所述热处理的温度大于硅铝共晶温度577℃。
本发明还提供一种太阳电池，所述太阳电池的电极通过上述的太阳电池电极的制造方法制成。
本发明又提供一种太阳电池组件，所述太阳电池组件包括多个按行/列排列的如上所述的太阳电池。
与现有技术中太阳电池电极仅通过电镀形成相比，本发明的太阳电池电极及其制造方法在化学沉积形成籽晶层后，接着通过电化学沉积装置在籽晶层上电镀第二金属或金属合金层，之后通过喷涂或印刷在第二金属或金属合金层上形成第三金属或金属合金层，从而提高了太阳电池电极的强度，使得可以通过焊接方式将太阳电池电极连接至互连条，并有效提高了电池的可靠性。
附图说明
图1为本发明的太阳电池电极的制造方法第一实施例的流程图；
图2为本发明的太阳电池电极的制造方法第二实施例的流程图；
图3为本发明的太阳电池第一实施例的组成结构示意图；
图4为本发明的太阳电池第二实施例的组成结构示意图；
图5为本发明的太阳电池第三实施例的组成结构示意图。
具体实施方案
下面结合具体实施例及附图来详细说明本发明的目的及功效。
参见图1，本发明太阳电池电极的制造方法首先进行步骤S10，对电池基片进行制绒和清洗，所述电池基片为单晶硅片或多晶硅片。针对单晶和多晶硅片分别采用不用的制绒方法，当是单晶硅片时采用氢氧化钾或氢氧化钠等碱性溶液在硅片上形成类似金字塔形的绒面，当是多晶硅片时采用氢氟酸、硝酸或乙酸等酸性溶液在多晶硅片上形成类似多孔的绒面；对制绒后硅片进行清洗时依次用到盐酸、氢氟酸溶液和去离子水等。在本实施例中，采用氢氟酸和硝酸的混合溶液对多晶硅制绒。
接着继续步骤S11，对电池基片正面进行浅扩散形成PN结。在本实施例中，将两片硅片背面相对贴合为一组将硅片送进扩散炉进行单面扩散，液态源为三氯氧磷(POCl3)，液态源扩散的扩散温度范围为850℃，扩散时间范围为30min，电池基片的方块电阻为100Ω/□。在其他实施例中，可对单片硅片进行双面扩散，然后再通过化学腐蚀方法将硅片背面的PN结去除。
接着继续步骤S12，在浅扩散以后的电池基片的正面沉积钝化减反膜。在本实施例中，所述钝化减反膜为氮化硅，所述氮化硅通过等离子增强化学气相沉积形成。
接着继续步骤S13，在电池基片正面主栅线和副栅线部位形成凹槽。在本实施例中，可以通过激光划刻形成凹槽，在其他实施例中，可以通过化学腐蚀方式形成凹槽。
接着继续步骤S14，对所述凹槽进行清洗并进行深扩散。在本实施例中，将两片硅片背面相对贴合为一组将硅片送进扩散炉进行单面扩散，液态源为三氯氧磷(POCl3)，液态源扩散的扩散温度范围为850℃，扩散时间范围为30min，因有钝化减反膜的遮蔽，主栅线和副栅线部位的方块电阻为30Ω/□，而其他区域的方块电阻仍为100Ω/□。
接着继续步骤S15，对所述电池基片的所述背面进行钝化处理。在本实施例中，通过喷涂、印刷或溅射铝并经热处理来对所述电池基片的背面进行钝化处理。所述热处理的温度大于硅铝共晶温度577℃。
在本发明其他实施例中，可以先沉积钝化层(例如为氧化硅、氮化硅或氧化硅和氮化硅复合层)对电池基片背面进行钝化，之后再通过喷涂、印刷或溅射铝并经热处理；也可以先沉积钝化层，再在钝化层形成局部接触开口，之后通过喷涂、印刷或溅射铝并经热处理形成背面局部钝化(Rear Locally Diffused)。
接着继续步骤S16，在背面经钝化处理的电池基片正面的电极区域进行化学沉积第一金属形成籽晶层。在本实施例中，所述第一金属为镍，所述烧结温度为200℃～500℃。
接着继续步骤S17，将所述电池基片设置在电化学沉积装置内进行电化学沉积在籽晶层上形成第二金属或金属合金层。在本实施例中，所述第二金属为铜。
接着继续步骤S18，在电化学沉积的第二金属或金属合金层上通过喷涂或印刷形成第三金属或金属合金层。在本实施例中，通过丝网印刷形成第三金属或金属合金层，并进行烘干处理，所述第三金属为银，所述烘干处理的温度为300℃～500℃。
如图2所示，本发明的太阳电池电极的制造方法第二实施例的步骤S20、S21和S22分别与图1所示的第一实施例的步骤S10、S11和S12相同，在此不再赘述。
第二实施例在完成步骤S22后，接着继续步骤S23，清除电池基片正面主栅线和副栅线部位的钝化减反膜并进行清洗。在本实施例中，可通过丝网印刷腐蚀浆料的方式清除主栅线和副栅线部位的减反膜并通过去离子水或碱液进行清洗。
接着继续步骤S24，在所述主栅线和副栅线部位进行深扩散。步骤S24与其与实施例一的步骤S14的实施工艺基本一致，在此不再赘述。
实施例二接下来的步骤S25至S28分别与实施例一中的步骤S15至S18对应一致，在此不再赘述。
在本发明的太阳电池电极的制造方法其他实施例中，在进行完步骤S18或S28后还进行将所述电池基片设置在电化学沉积装置内进行电化学沉积在第三金属或金属合金层上形成第二金属或金属合金层。
参见图3，在本发明的太阳电池第一实施例中，太阳电池电极形成在电池基片2上，太阳电池电极包括籽晶层10、第二金属或金属合金层11和第三金属或金属合金层12，所述籽晶层10覆盖在电池基片2上的凹槽内，所述第二金属或金属合金层11和第三金属或金属合金层12依次层叠在所述籽晶层10上。在本实施例中，所述籽晶层10为镍，所述第二金属或金属合金层11和第三金属或金属合金层12分别为铜和银。
参见图4，在本发明的太阳电池第二实施例中，太阳电池电极形成在电池基片2上，太阳电池电极包括籽晶层10、第二金属或金属合金层11、第三金属或金属合金层12和第二金属或金属合金层13。图4所示的本发明的太阳电池电极第二实施例与图3所示的第一实施例不同之处在于，实施例二的太阳电池电极在喷涂或印刷形成的第三金属或金属合金层12上还电镀形成第二金属或金属合金层13。
参见图5，在本发明的太阳电池电极第三实施例中，太阳电池电极形成在电池基片2上，太阳电池电极包括籽晶层30、第二金属或金属合金层31和第三金属或金属合金层32。图5所示的第三实施例与图3所示的第一实施例的差别为，第三实施例的电池基片2上未设置凹槽，其太阳电池电极直接制作在电池基片2的表面上。
本发明还提供一种太阳电池组件，所述太阳电池组件包括多个按行/列排列的如上所述的太阳电池。
综上所述，本发明的太阳电池电极及其制造方法在化学沉积形成籽晶层后，接着通过电化学沉积装置在籽晶层上电镀第二金属或金属合金层，之后通过喷涂或印刷在第二金属或金属合金层上形成第三金属或金属合金层，从而提高了太阳电池电极的强度，使得可以通过焊接方式将电极连接至互连条，并有效提高了电池的可靠性。
Claims (13)
1.一种太阳电池电极的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、对电池基片进行制绒和清洗，并对其正面进行浅扩散形成PN结；
b、在浅扩散以后的电池基片的正面沉积钝化减反膜；
c、在电池基片正面的电极区域进行深扩散；
d、对所述电池基片的所述背面进行钝化处理；
e、在背面经钝化处理的电池基片正面的电极区域沉积第一金属形成籽晶层；
f、将所述电池基片设置在电化学沉积装置内进行电化学沉积在籽晶层上形成第二金属或金属合金层；以及
g、在电化学沉积的第二金属或金属合金层上通过喷涂或印刷形成第三金属或金属合金层。
2.根据权利要求1所述的太阳电池电极的制造方法，其特征在于，在步骤e中，通过化学沉积在电池基片的正面电极区域形成第一金属并进行烧结形成籽晶层。
3.根据权利要求2所述的太阳电池电极的制造方法，其特征在于，所述第一金属为镍，所述烧结温度为200℃～500℃。
4.根据权利要求1所述的太阳电池电极的制造方法，其特征在于，所述第二金属为铜。
5.根据权利要求1所述的太阳电池电极的制造方法，其特征在于，在步骤g中，通过丝网印刷形成第三金属或金属合金层，并进行烘干处理。
6.根据权利要求5所述的太阳电池电极的制造方法，其特征在于，所述第三金属为银，所述烘干处理的温度为100℃～500℃。
7.根据权利要求1所述的太阳电池电极的制造方法，其特征在于，所述步骤c包括以下步骤：c0、在电池基片正面主栅线和副栅线部位形成凹槽；c2、对所述凹槽进行清洗并进行深扩散。
8.根据权利要求1所述的太阳电池电极的制造方法，其特征在于，所述步骤c包括以下步骤：c1、清除电池基片正面主栅线和副栅线部位的钝化减反膜并进行清洗；c2、对所述主栅线和副栅线部位进行深扩散。
9.根据权利要求1所述的太阳电池电极的制造方法，其特征在于，所述方法还包括步骤h、将所述电池基片设置在电化学沉积装置内进行电化学沉积在第三金属或金属合金层上形成第二金属或金属合金层。
10.根据权利要求1所述的太阳电池电极的制造方法，其特征在于，在步骤d中，通过喷涂、印刷或溅射铝并经热处理来对所述电池基片的背面进行钝化处理。
11.根据权利要求10所述的太阳电池电极的制造方法，其特征在于，所述热处理的温度大于硅铝共晶温度577℃。
12.一种太阳电池，其特征在于，所述太阳电池的电极通过权利要求1至11中任一项所述的太阳电池电极的制造方法制成。
13.一种太阳电池组件，其特征在于，所述太阳电池组件包括多个按行/列排列的如权利要求12中所述的太阳电池。
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