CN104393117A - 一种晶体硅太阳能电池金属电极的制备方法 - Google Patents
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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，包括如下步骤：(1)采用光诱导电镀法进行电镀，在硅片表面需要设置金属电极的位置形成金属预制层；(2)采用激光正面烧灼金属预制层，促进硅向金属预制层内扩散，形成含硅的金属种子层；(3)采用直接电镀法，在含硅的金属种子层上生长金属，即可形成金属电极。实验证明，与现有的直接电镀法相比，本发明得到的金属电极与硅片的结合力提高了3倍左右，取得了意想不到的技术效果；成功解决了本领域长期以来亟待解决却始终无法得到良好解决的难题，取得了显著的效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种晶体硅太阳能电池金属电极的制备方法，属于太阳能电池技术领域。
背景技术
常规的化石燃料日益消耗殆尽，在现有的可持续能源中，太阳能无疑是一种最清洁、最普遍和最有潜力的替代能源。太阳能发电装置又称为太阳能电池或光伏电池，可以将太阳能直接转换成电能，其发电原理是基于半导体PN结的光生伏特效应。当前，晶体硅太阳能电池的制造面临的挑战是提高太阳能电池的效率以增加单位面积的发电量以及进一步降低制造成本，使其能够广泛应用。在晶体硅太阳能电池中，硅片上金属电极的制备是非常关键的技术，金属电极是收集太阳能电池发出电流的必要部件，其性能的好坏直接影响电池的能量转换效率。同时，金属电极在整个太阳电池的制造成本中占了较大比重，尤其是正面的银电极。因此，如何有效地降低金属电极的制造成本，一直是光伏业界努力解决的问题。
针对上述问题，业内出现了采用电镀技术来替代传统丝网印刷金属电极的方法；即利用电镀廉价的铜镍锌等金属或合金，以替代传统的金属银电极，达到降低成本的目的；目前取得了良好的效果。现有技术中，常用的电镀方式有两种：(1)直接电镀：首先沉积金属预制层(又称种子层)，种子层可以用传统的丝网印刷、喷涂打印或者真空镀膜的方式来制备，然后通过恒电位或者恒电流，使电镀液中的金属离子还原，并沉积在金属预制层上，最终可以得到金属电极；(2)光诱导电镀：利用具有p-n结的半导体的光伏效应，于外光源照射下在半导体的p-n结两侧的p区域产生空穴和n区域产生电子，并用来还原金属离子；光诱导沉积过程与直接电镀相似，只不过前者是靠外部光源照射到基体上贡献出电子，基体本身产生提供化学反应的电位，而直接电镀是靠外电源提供。
然而，对于第一种直接电镀方法而言，其尽管有种子层的存在，但整个电极与硅片的结合力(附着力)还是较弱，电极易脱落。对于第二种光诱导电镀方法而言，其金属电极与硅片的结合力(附着力)比直接电镀法还要差，电极极易脱落。而上述通过电镀方法制备的金属电极与硅片的结合力差的问题也是本领域长期以来亟待解决却始终无法得到良好解决的难题之一。
针对上述问题，中国发明专利申请CN102916077A公开了一种用于提高金属电极与晶体硅附着力的激光掺杂工艺，其激光掺杂采用聚焦线性光斑光学系统及结合整形脉冲波完成，实现了激光掺杂后既能维持硅表面的绒面形貌又能形成均匀的掺杂浓度分布，从而有效提高电镀后高金属电极与晶体硅的附着力。也就是说，上述方法是通过维持硅表面的绒面形貌来改善金属电极和硅的摩擦力和接触，从而提高电镀后高金属电极与晶体硅的附着力。然而，本领域技术人员实验发现，上述方法虽然在一定程度上提高了金属电极与硅片的结合力，但其效果非常有限。
发明内容
本发明的发明目的是提供一种晶体硅太阳能电池金属电极的制备方法。
为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：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：
(1) 采用光诱导电镀法进行电镀，在硅片表面需要设置金属电极的位置形成金属预制层；
所述金属预制层的厚度为5~20微米；
(2) 采用激光正面烧灼金属预制层，促进硅向金属预制层内扩散，形成含硅的金属种子层；
所述激光的波长为300~400 nm，脉冲频率为100k~8000k赫兹，功率为1.5~5焦耳/平方厘米；
(3) 采用直接电镀法，在上述含硅的金属种子层上生长金属，即可形成金属电极。
上文中，所述步骤(1)中，硅片表面需要设置金属电极的位置对于本领域技术人员来说是清楚的。所述的金属预制层可以是金属铜、镍、锌层，或其合金层，这些金属都是常规的电镀用金属。
步骤(1)中的金属预制层采用的金属和步骤(3)中直接电镀法生长的金属可以相同或不同。
优选的，所述步骤(2)中，所述激光为方形光斑，其尺寸为15~60微米。
上述技术方案中，所述步骤(3)中，所述金属电极的厚度为20~30微米。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
1、本发明开发了一种晶体硅太阳能电池金属电极的制备方法，采用现有的电镀方法制备得到了金属电极，实验证明，与现有的直接电镀法相比，本发明得到的金属电极与硅片的结合力提高了3倍左右，取得了意想不到的技术效果；成功解决了本领域长期以来亟待解决却始终无法得到良好解决的难题，取得了显著的效果；
2、本发明的方法简单易行，易于实现，成本较低，适于推广应用。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进一步描述。
实施例一：
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：
(1) 先利用光诱导电镀的方式，在硅片表面镀上厚度为10微米的金属镍；
(2) 利用波长为355的激光正面烧灼金属镍，形成含硅的镍种子层；其中激光为脉冲频率200k赫兹，功率为2.0焦耳/平方厘米，方形光斑，尺寸为25微米；
(3) 利用直接电镀的方式，在含硅的镍种子层上依次电镀金属铜和钯，形成厚度为25微米，宽度为30微米的金属电极。
对比例一至三：
对比例一采用现有的直接电镀法制备金属电极；
对比例二采用现有的光诱导电镀法制备金属电极；
对比例三采用背景技术中国发明专利申请CN102916077A的方法制备金属电极。
对比例所用的金属电极的材料和实施例相同。
然后测试实施例和对比例的金属电极与硅片的结合力，结果如下：
| 对比例一 | 对比例二 | 对比例三 | 实施例一 | |
| 结合力 | 0.94牛顿 | 0.21牛顿 | 1.21牛顿 | 2.9牛顿 |
由上表可见，与对比例一相比，采用本发明的方法制得的金属电极与硅片的结合力提高了3倍左右。与对比例三相比，本发明的结合了也大大提高了。由此可见，本发明的效果是非常显著的。
Claims (3)
1.一种晶体硅太阳能电池金属电极的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1) 采用光诱导电镀法进行电镀，在硅片表面需要设置金属电极的位置形成金属预制层；
所述金属预制层的厚度为5~20微米；
(2) 采用激光正面烧灼金属预制层，促进硅向金属预制层内扩散，形成含硅的金属种子层；
所述激光的波长为300~400 nm，脉冲频率为100k~8000k赫兹，功率为1.5~5焦耳/平方厘米；
(3) 采用直接电镀法，在上述含硅的金属种子层上生长金属，即可形成金属电极。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，所述激光为方形光斑，其尺寸为15~60微米。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中，所述金属电极的厚度为20~30微米。
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