CN104952949A - 一种太阳能电池片及其制备方法、含有该电池片的太阳能电池组件 - Google Patents

一种太阳能电池片及其制备方法、含有该电池片的太阳能电池组件 Download PDF

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CN104952949A CN201410127684.1A CN201410127684A CN104952949A CN 104952949 A CN104952949 A CN 104952949A CN 201410127684 A CN201410127684 A CN 201410127684A CN 104952949 A CN104952949 A CN 104952949A
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Abstract

本发明提供了一种太阳能电池片及其制备方法、含有该电池片的太阳能电池组件。本发明的太阳能电池片包括硅基体片、硅基体片向光面的向光面电极、硅基体片背光面的背电场及与背电场导通的背电极；所述硅基体片向光面含有减反射膜区及无减反射膜区，所述向光面电极包括位于无减反射膜区表面的电极阻挡层及位于电极阻挡层上的电极主体层；所述电极阻挡层为锡、铅、铋、锑、镍和钛中两种或两种以上形成合金层中的至少一种。本发明的复合电极的电极阻挡层均匀致密，可有效阻止铜原子向硅基体的扩散，同时，副栅线的宽度减少，光的利用率增加，采用非银或少银金属制备电池的向光面电极，电池的成本大幅度降低，增加了太阳能电池发电与传统发电的竞争力。

Description

一种太阳能电池片及其制备方法、含有该电池片的太阳能电池组件
技术领域
本发明属于太阳能电池领域，尤其涉及一种太阳能电池片及其制备方法、含有该电池片的太阳能电池组件。
背景技术
目前成熟商业化生产的晶体硅太阳电池以其工艺流程简单，转化效率高，便于大规模生产等优点迅速发展起来。当前商业化的生产P型衬底的晶体硅太阳电池电极的方法是电池制作的金属化工艺，即采用丝网印刷的方法在硅片表面印刷背银、背铝以及正银浆料，各自烘干，然后一起烧结即成。但是，该工艺的电极线均采用含银的导电浆料丝印而成，尤其是向光面电极所用的银浆较多，电池的材料成本相对较高，这就大大限制了晶体硅电池的推广运用。
现有研究通过先丝网印刷一层种子层银浆，再进行光诱导电镀（LIP）纯银工艺，制备由种子银层和电镀银层共同组成的向光面电极，丝印的种子层栅线细且矮，烧结后作为电镀纯银的导电层，得到的电极体电阻低，填充因子高，电池的光电转换效率理论上会有部分提升，并能降低银浆的用量。电镀纯银相对银浆的成本低，也降低了电极成本，但现有的银种子层的制备及丝印还存在许多问题，影响了其实际应用，例如丝印后的银种子层栅线的分辨率不易达到设计要求，使光诱导电镀后的电极副栅线的宽度增加过大，遮光面积增大，造成电池的短路电流下降，电池的光电转换效率反而下降，而且该方案仍需要较多的贵金属银，对降低电池的成本不利。
目前，也有进一步降低成本的，在印刷烧结得到种子银栅线后，再采用光诱导电镀工艺（LIP）在种子层银上电镀一层薄的金属镍作为电极阻挡层，然后在阻挡层上电镀金属铜作为电极主体层。电极阻挡层的作用是阻止金属铜原子穿过种子银层进入硅基体而使电池的电性能变差。该方法因采用电镀金属镍作为电极阻挡层，金属镍的硬度（或屈服强度）与金属铜及金属银的差异很大，因此种子银层与金属镍层，以及金属镍层与金属铜层之间的附着力往往达不到要求，并且电镀镍的致密性也较差，采用该电极制作得到的电池片，在后续制备成组件的长期使用过程中，电镀铜电极主体层中的铜原子穿过金属镍层和烧结银层进入硅基体，从而使电池的电性能下降。
发明内容
本发明要解决的技术问题是采用非银或少银的材料制作晶体硅太阳电池的向光面电极，降低晶体硅太阳电池的材料成本，特提供一种晶体硅太阳电池片向光面电极的制备方法，以及含有该电池片的太阳能电池组件。
本发明提供了一种太阳能电池片，所述太阳能电池片包括硅基体片、硅基体片向光面的向光面电极、硅基体片背光面的背电场及与背电场导通的背电极；所述硅基体片向光面含有减反射膜区及无减反射膜区，所述向光面电极包括位于无减反射膜区表面的电极阻挡层及位于电极阻挡层上的电极主体层；所述电极阻挡层为锡、铅、铋、锑、镍和钛中两种或两种以上形成合金层。
本发明还提供了所述太阳能电池片的制备方法，该方法包括在硅基体片向光面制备向光面电极、硅基体片背光面制备背电场及与背电场导通的背电极；所述向光面电极的制备方法包括在硅基体片向光面制备减反射膜区及无减反射膜区，然后在无减反射膜区的表面制备电极阻挡层，再在电极阻挡层上制备电极主体层。
本发明的太阳能电池片，电极阻挡层均匀致密，可有效阻止铜原子向硅基体的扩散，同时，副栅宽度减少，光的利用率增加，虽采用非银或少银金属制备电池的向光面电极，但电池的光电转换效率及其他性能均与采用印刷银浆的电池持平。
本发明还提供了一种太阳能电池组件，所述太阳能电池组件包括依次层叠的背板、密封胶层、电池片、密封胶层和透光层；所述电池片为本发明所述的太阳能电池片。
本发明的太阳能电池组件的各项电性能也与传统工艺制作的电池组件的性能基本持平，其中的电池片，由电极阻挡层与电极主体层复合形成向光面电极，替代了传统的银浆印刷形成的向光面电极，大幅度地降低了组件的成本。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供了一种太阳能电池片，所述太阳能电池片包括硅基体片、硅基体片向光面的向光面电极、硅基体片背光面的背电场及与背电场导通的背电极；所述硅基体片向光面含有减反射膜区及无减反射膜区，所述向光面电极包括位于无减反射膜区表面的电极阻挡层及位于电极阻挡层上的电极主体层；所述电极阻挡层为锡、铅、铋、锑、镍和钛中两种或两种以上形成的合金层。
根据本发明所提供的太阳能电池片，电极阻挡层由锡元素、铅元素、铋元素、锑元素、镍元素和钛元素中的两种或两种以上元素形成的两元或多元合金中的至少一种，如锡与铅形成的锡铅合金，锡与镍形成的锡镍合金，锡、铅、镍三种元素形成的锡铅镍合金等。本发明形成的阻挡层合金中的原子不会在硅中形成复合中心，即使扩散入太阳能电池的硅衬底中，对其电性能也无不利影响。另外，采用上述元素组成的合金作为电极阻挡层，锡元素、铅元素、铋元素、锑元素、镍元素和钛元素的原子大小不同，在形成合金时，大小原子之间相互嵌入，原子之间的空隙率也降低，这样就导致金属原子的排列更加紧密。尤其在物理气相沉积的工艺条件下，同样高度（具有多个原子层数）的合金层均匀性和致密性要比单一组成的金属要更好一些。，因此同样高度的合金层与纯金属层，合金层更能阻止铜原子的扩散。并且，很多种情况下，合金的导电率要比纯金属的导电率要高。
根据本发明所提供的太阳能电池片，为了使沉积得到的电极阻挡层同时具有一定的柔软性，使电极阻挡层金属与硅基底以及电极主体层金属之间均具有良好地附着力，优选地，所述电极阻挡层中含有锡，所述电极阻挡层中的锡质量含量为40~80wt%；所述电极阻挡层中也可含有铅，所述铅的质量含量为40~80wt%。
根据本发明所提供的太阳能电池片，为了进一步提高电极阻挡层的导电性，优选地，所述电极阻挡层中还含有银，添加部分银的合金可改善电极阻挡层的导电性，但添加太多则会大大增加材料的成本，综合考虑到阻挡层的性能和成本，银元素在其中的含量占0.1~10wt%，优选为0.5~5.0wt%。根据本发明所提供的太阳能电池片，所述电极阻挡层优选为锡铅合金层或锡镍合金层。考虑到环保、合金层的导电性，以及工艺的可行性，本发明更优选为锡镍合金层。进一步优选为锡镍银合金层，因该合金中的锡元素可显著改善的阻挡层的柔软性，增加电极阻挡层与硅衬底层以及电极主体层的粘附力，并且镍和银的导电性比锡要好，因此添加有镍及少量银的锡镍银合金，既能保证材料之间的优秀的粘附力，又能保证电极材料良好的导电性。其中锡元素在锡镍银合金中占40~60wt%，银元素占2.0~4.0wt%，余下为镍元素。
本发明电极阻挡层还包括先沉积一层金属合金，如锡铅合金，而后再沉积另一种金属合金，如锡镍合金或锡铅铋合金，由该两层合金共同构成阻挡层，但因该阻挡层很薄，先后沉积两种或多种合金形成的阻挡层，与单独沉积厚度相同的一种合金相比，对阻挡铜原子的扩散并无大的益处，并且，沉积的层数越多，金属层之间的附着力将变差，更重要的是，沉积多层金属作为阻挡层，将会大幅度增加设备及工艺的成本。
根据本发明所提供的太阳能电池片，优选地，所述电极阻挡层的高度为1.0~100nm，进一步优选为2.0~50nm，更优选为5.0~20nm。所述电极阻挡层太厚则会增加电极的体电阻，太薄则不能有效阻止铜原子的扩散。
根据本发明所提供的太阳能电池片，优选地，所述电极主体层的高度为10~20mm。所述电极主体层的高度太大，则会增加蒸镀或磁控溅射的时间，增加工艺的难度，同时也会拓宽电极副栅线的宽度；太小则会增加电极的体电阻，导致电池的性能下降。
根据本发明所提供的太阳能电池片，优选地，所述电极主体层为铜层或铜银合金层。根据本发明所提供的太阳能电池片，优选地，所述电极主体层为铜银合金层，所述铜银合金层中银的质量含量为0.1~5.0wt%。采用铜银合金层作为电极主体层，则可以更加进一步降低主体层材料的电阻率，降低电极的体电阻，含少量银的铜银合金层比纯铜层更加致密，电池的抗高温衰减性能更好，与光伏焊带的焊接性能也更好，但银的添加则会较大程度地增加电极的材料成本。考虑到主体层铜银合金的性能与成本，本发明的银元素在铜银合金中的组成含量占0.1~5.0wt%，进一步优选为0.2~3.0wt%。
根据本发明所提供的太阳能电池片，为了进一步提高向光面电极的性能，优选地，向光面电极包括主栅线，和将电池电流汇集到主栅线而与主栅线相连的副栅线，其中，主栅线和副栅线的个数本发明没有限制，一般为多个，一般主栅线间相互平行，副栅线与主栅线垂直，与较近的主栅线相连接。一般主栅线较宽，要求较低，副栅线多且窄，其高度和宽度对电池的影响较大，本发明优选，所述副栅线的高度为10~20mm，宽度为20~50mm。本发明的向光面电极的副栅线进一步优化了电池的受光面积，提高了太阳能电池的光电转化效率，同时也降低了材料成本。
根据本发明所提供的太阳能电池片，在硅基体片表面的向光面含有减反射膜区及无减反射膜区，本发明所指的无减反射膜的区域，可以是在硅基体片表面部分区域预先未制备减反射膜，例如放入模具或者掩膜遮盖部分区域后，再做等离子体增强化学气相沉积法（PECVD）镀减反射膜，也可以通过激光或其他方法去除硅基体片表面一定区域内的减反射膜形成无减反射膜区，本发明优选通过去除减反射膜的方法形成无减反射膜区，形成的无减反射膜区为需覆盖向光面电极的区域。
根据本发明所提供的太阳能电池片，硅基体片、背电场及背电极为本领域技术人员所公知，在此不再赘述。
本发明还提供了一种的太阳能电池片的制备方法，该方法包括在硅基体片向光面制备向光面电极、硅基体片背光面制备背电场及与背电场导通的背电极；所述向光面电极的制备方法包括在硅基体片向光面制备减反射膜区及无减反射膜区，然后在无减反射膜区的表面制备电极阻挡层，再在电极阻挡层上制备电极主体层。
根据本发明所提供的制备方法，优选地，所述在硅基体片向光面制备无减反射膜区的方法包括通过激光烧蚀的方法去除硅基体片向光面的减反射膜。其中，激光烧蚀的方法、步骤及条件为本领域技术人员公知，在此不再赘述。
根据本发明所提供的制备方法，在无减反射膜区的表面制备金属电极阻挡层的方法为磁控溅射。所述磁控溅射的条件为：本底真空度<5.5×10-3 Pa，高纯氩气为工作气体，溅射气压为0.1~1.0Pa，溅射功率为500~5000W，靶与基片的距离为20~200mm，溅射方式为直流，溅射时间1.0~30min。
目前传统的采用银浆烧结形成向光面电极的工艺中，银浆中因含有一定量的玻璃粉和有机黏结剂，玻璃粉为非导电物质，而有机黏结剂在烧结时挥发掉，从而在电极栅线中留下微细小孔，因此银浆烧结后的残留物的导电率要比纯银的差，有时甚至要小于金属纯铜的电导率。
在本发明中，采用纯铜金属作为阻挡层之上的电极主体层，制备的工艺则采用物理气相沉积的方法，优选采用真空蒸镀的方法，采用蒸镀纯铜的工艺来制作电极主体层，一方面可以大幅降低电极的材料成本，另一方面可以保证电池片的光电性能或其他性能不变。所述真空蒸镀纯铜金属的条件为：蒸镀腔的真空本底为0.1~1.0′10-3Pa，蒸镀的气压为5.0~20Pa，蒸镀时的蒸发功率为100~1000 W，蒸镀时的蒸发温度为1100~1600℃，蒸镀时间为0.5~2.0h。
根据本发明所提供的制备方法，电极主体层也可以是铜银合金层。并且，铜银合金层则优选采用磁控溅射的工艺进行沉积，根据所需沉积合金的组成来选择相应的合金靶材。考虑到电极主体层铜银合金层的性能与成本，本发明的银元素在铜银合金层中的组成含量占0.1~5.0wt%，优选为0.2~3.0wt%。优选地，所述的磁控溅射的条件是：本底真空度<5.0×10-3Pa，高纯氩气为工作气体，溅射气压为0.1~1.0Pa，溅射功率为500~5000W，溅射靶与硅基体片的距离为20~200mm，溅射方式为直流，溅射时间0.5~2.0h。
根据本发明所提供的制备方法，优选地，在制备所述无减反射膜区之前，在无减反射膜区以外的区域覆盖保护掩膜。
本发明采用的保护掩膜可以为金属掩膜，也可以为非金属掩膜，保护掩膜为镂空膜，所述保护掩膜的镂空处的形状与所设计的向光面电极的形状完全重合。镂空处的高度为10~20mm，镂空处副栅线的宽度为20~50mm。该掩膜能阻止在物理气相沉积制备电极阻挡层或电极主体层时，金属的横向生长，确保金属沉积后形成的电极栅线的宽度处在一定的范围内，从而增加入射光的利用率。
本发明得到电极阻挡层均匀致密，可有效阻止铜原子向硅基体的扩散，同时，采用物理气相沉积的工艺得到副栅线的宽度，比传统丝印导电浆料得到的副栅线的宽度有所减少，入射光的利用率增加，虽采用非银或少银金属制备电池的向光面电极，但电池的光电转换效率及其他性能均与采用印刷银浆的电池持平。
本发明还提供了一种太阳能电池组件，所述太阳能电池组件包括依次层叠的背板、密封胶层、电池片、密封胶层和透光层；所述电池片为本发明所述的太阳能电池片。
上述所述的背板、密封胶层及透光层为本领域常用，在此不再赘述。
下面的通过实施例将对本发明做进一步的说明。
实施例1
步骤一、制备具有背电场和背电极的电池片
采用的多晶硅片规格为，156×156mm，厚度为200mm（腐蚀前），印刷前厚度为180mm。将硅片制绒、制PN结、去磷硅玻璃、采用PECVD镀氮化硅减反射膜后，采用200目的丝网印刷背面银导电浆料（型号为杜邦PV505），三线八段制，印刷湿重为35~45mg，烘干，再采用200目的丝网印刷背场铝浆料（型号为硕禾108C），印刷湿重为1.30~1.50g，烘干后，经隧道炉烧结后，得到具备铝背场、银背电极的电池片。
步骤二、激光烧蚀形成无减反射膜区
然后再将晶体硅片的减反射膜面覆盖一层保护掩膜，该保护掩膜镂空区域与设计的向光面电极的形状完全相同，镂空区的宽度为30mm，厚度为10mm，采用激光烧蚀镂空处的减反射膜，激光烧蚀后的区域得到无减反射膜区。
步骤三、电极阻挡层制备
采用磁控溅射的方式沉积锡镍合金，溅射的工艺条件是：本底真空度5.0×10-3Pa，高纯氩气为工作气体，溅射气压为1.0Pa，溅射功率为2000W，采用锡镍合金（其中锡占60wt%）作为溅射靶材，靶与基片的距离为50mm，溅射方式为直流，溅射时间5.0min。
测得副栅线的电极阻挡层宽度为30~32mm，高度为10~15nm。
步骤四、电极主体层的制备
采用真空蒸镀的方式沉积金属铜，蒸镀的工艺条件是：蒸镀腔的本底真空度为0.5′10-3Pa，蒸发的过程中保持气压1.0Pa，硅片的温度为200℃，蒸发功率1000W，蒸发温度为1400℃，蒸镀时间为50min。
步骤五、去除保护掩膜
制备电极主体层后移去保护掩膜，测得电极副栅线的总体宽度为30~35mm，总体高度为12~14mm。
本实施例得到的电池样品记为S1。
 实施例2
步骤一、二、四、五与实施例1相同，区别在于：
步骤三、电极阻挡层制备
采用磁控溅射的方式沉积锡钛合金，溅射的工艺条件是：本底真空度为1.0×10-3Pa，高纯氩气为工作气体，溅射气压为1.0Pa，溅射功率为2200W，采用锡钛合金（其中锡占80wt%）作为溅射靶材，靶与基片的距离为50mm， 溅射方式为直流，溅射时间5.0min。
溅射沉积电极阻挡层后再移去掩膜，测得副栅线的电极阻挡层宽度为30~32mm，高度为10~15nm。
制备电极主体层后，测得电极副栅线的总体宽度为30~35mm，总体高度为12~14mm。
本实施例得到的电池样品记为S2。
 实施例3
步骤一、四、五与实施例1相同，区别在于：
步骤二、激光烧蚀形成无减反射膜区
在将晶体硅片的减反射膜面覆盖一层保护掩膜，该掩膜镂空区域与设计的向光面电极的形状完全相同，镂空区的宽度为50mm，厚度为10mm，采用激光烧蚀镂空处的减反射膜，激光烧蚀后的区域得到无减反射膜区。
步骤三、电极阻挡层制备
采用磁控溅射的方式沉积锡铅合金，溅射的工艺条件是：本底真空度为1.0×10-3 Pa，高纯氩气为工作气体，溅射气压为0.1Pa，溅射功率为2000W，采用锡铅合金（其中锡占40wt%）作为溅射靶材，靶与基片的距离为50mm， 溅射方式为直流，溅射时间5.0min。
测得副栅线的电极阻挡层宽度为50~55mm ，高度为10~15nm。
制备电极主体层后，测得电极副栅线的总体宽度为50~55mm，总体高度为12~14mm。
本实施例得到的电池样品记为S3。
 实施例4
步骤一、三、五与实施例1相同，区别在于：
步骤二、激光烧蚀形成无减反射膜区
在将晶体硅片的减反射膜面覆盖一层保护掩膜，该掩膜镂空区域与设计的向光面电极的形状完全相同，镂空区的宽度为20mm，厚度为10mm，采用激光烧蚀镂空处的减反射膜，在激光烧蚀后的区域得到无减反射膜区。
步骤四、电极主体层的制备
采用磁控溅射的方式沉积铜银合金，溅射的工艺条件是：本底真空度为1.0×10-3Pa，高纯氩气为工作气体，溅射气压为1.0Pa，溅射功率为3000W，靶与基片的距离为50mm，靶材采用铜银合金（其中银元素在合金中含量为3wt%）靶材，溅射方式为直流，溅射时间70min。
测得副栅线的电极阻挡层宽度为20~22mm，高度为10~15nm。
制备电极主体层后，测得电极副栅线的总体宽度为20~25mm，总体高度为12~14mm。
本实施例得到的电池样品记为S4。
 实施例5
步骤一、五与实施例1相同，区别在于：
步骤二、激光烧蚀形成无减反射膜区
在将晶体硅片的减反射膜面覆盖一层保护掩膜，该掩膜镂空区域与设计的向光面电极的形状完全相同，镂空区的宽度为30mm，厚度为15mm，采用激光烧蚀镂空处的减反射膜，激光烧蚀后的区域得到无减反射膜区。
步骤三、电极阻挡层制备
采用磁控溅射的方式沉积铅锑合金（其中铅元素在中占60wt%），溅射的工艺条件是：本底真空度1.0×10-3Pa，高纯氩气为工作气体，溅射气压为1.0Pa，溅射功率为3000W，靶与基片的距离为50mm，溅射方式为直流，溅射时间5min。
步骤四、电极主体层的制备
采用磁控溅射的方式沉积金属铜银合金，溅射的工艺条件是：本底真空度1.0~1.2×10-3Pa，高纯氩气为工作气体，溅射气压为0.5~1.0Pa，溅射功率为3000W，靶与基片的距离为50mm，靶材采用铜银合金（其中银元素在合金中含量为5wt%）靶材，溅射方式为直流，溅射时间90min。
测得副栅线的电极阻挡层宽度为30~32mm，高度为10~15nm。
制备电极主体层后，测得电极副栅线的总体宽度为30~35mm，总体高度为15~18mm。
本实施例得到的电池样品记为S5。
 实施例6
步骤一、二、五与实施例1相同，区别在于：
步骤三、电极阻挡层制备
采用磁控溅射的方式沉积锡镍银合金（其中锡元素在合金中占60wt%，银元素占3.0wt%，余下为镍），溅射的工艺条件是：本底真空度1.0×10-3Pa，高纯氩气为工作气体，溅射气压为1.0Pa，溅射功率为2000W，靶与基片的距离为50mm，溅射方式为直流，溅射时间5min。
测得副栅线的电极阻挡层宽度为30~32mm ，高度为10~15nm。
步骤四、电极主体层的制备
采用磁控溅射的方式沉积金属铜银合金，溅射的工艺条件是：本底真空度1.0~1.2×10-3Pa，高纯氩气为工作气体，溅射气压为0.5~1.0Pa，溅射功率为3000W，靶与基片的距离为50mm，靶材采用铜银合金（其中银元素在合金中含量为0.1wt%）靶材，溅射方式为直流，溅射时间70min。
制备电极主体层后，测得电极副栅线的总体宽度为30~35mm，总体高度为12~14mm。
本实施例得到的电池样品记为S6。
 实施例7
步骤一、二、四、五与实施例1相同，区别在于：
步骤三、电极阻挡层制备
采用磁控溅射的方式依次沉积锡铅合金及锡镍合金，溅射的工艺条件是：本底真空度4.0×10-3Pa，高纯氩气为工作气体，溅射气压为0.5Pa，溅射功率为2000W，分别采用锡铅合金（合金中锡占60wt%）和锡镍合金（合金中锡占60wt%）作为溅射靶材，靶材与基片的距离均为50mm， 溅射方式为直流，两次溅射时间均为3.0min。
测得副栅线的电极阻挡层宽度为30~32mm，两层合金共同形成的高度为12~18nm。
制备电极主体层后，测得电极副栅线的总体宽度为30~35mm，总体高度为12~14mm。
本实施例得到的电池样品记为S7。
 实施例8
步骤一、二、四、五与实施例1相同，区别在于：
步骤三、电极阻挡层制备
采用磁控溅射的方式依次沉积锡镍合金和锡镍银合金，溅射的工艺条件是：本底真空度1.0×10-3Pa，高纯氩气为工作气体，溅射气压为1.0Pa，溅射功率为2000W，分别采用锡镍合金（合金中锡占60wt%）及锡镍银合金（其中锡元素在合金中占60wt%，银元素占3.0wt%，余下为镍）作为溅射靶材，靶与基片的距离均为50mm，溅射方式为直流，两次溅射的时间均为3.0min。
测得副栅线的电极阻挡层宽度为30~32mm，高度为12~18nm。
制备电极主体层后，测得电极副栅线的总体宽度为30~35mm ，总体高度为12~14mm。
本实施例得到的电池样品记为S8。
 实施例9
步骤一、二、四、五与实施例4相同，区别在于：
步骤三、电极阻挡层制备
采用磁控溅射的方式依次沉积三层金属合金，即锡铅合金、锡镍合金、锡铋合金；溅射的工艺条件是：本底真空度4.0×10-3Pa，高纯氩气为工作气体，溅射气压为0.5Pa，溅射功率为2000W，分别采用锡铅合金（合金中锡占60wt%）和锡镍合金（合金中锡占60wt%）、锡铋合金（合金中锡占60wt%）作为溅射靶材，靶材与基片的距离均为50mm，溅射方式为直流，每次溅射时间均为2.0min。
测得副栅线的电极阻挡层宽度为30~32mm ，高度为12~18nm。
制备电极主体层后，测得电极副栅线的总体宽度为30~35mm，总体高度为12~14mm。
本实施例得到的电池样品记为S9。
 实施例10
步骤一、二、四、五与实施例1相同，区别在于：
步骤三、电极阻挡层制备
将溅射时间改为40min外，其余和与实施例1相同。
测得副栅线的电极阻挡层宽度为30~35mm，高度为40~50nm。
制备电极主体层后，测得电极副栅线的总体宽度为30~35mm，总体高度为12~14mm。
本实施例得到的电池样品记为S10。
 实施例11
步骤一、二、四、五与实施例1相同，区别在于：
步骤三、电极阻挡层制备
将溅射时间改为50秒外，其余和与实施例1相同。
测得副栅线的电极阻挡层宽度为30~32mm，高度为1~5nm。
制备电极主体层后，测得电极副栅线总体宽度为30~35mm，总体高度为12~14mm。
本实施例得到的电池样品记为S11。
 对比例1
采用的多晶硅片规格为：156×156mm，厚度为200mm（腐蚀前），印刷前厚度为180mm。将硅片制绒、制PN结、去磷硅玻璃、采用PECVD镀氮化硅减反射膜后，采用200目的丝网印刷背面银导电浆料（型号为杜邦PV505），三线八段制，印刷湿重为35~45mg，烘干；再采用200目的丝网印刷背场铝浆料（型号为硕禾108C），印刷湿重为1.30~1.50g，烘干，然后采用360目、线宽为50μm、线径为16μm、膜厚为5μm的网版印刷向光面银浆（型号为杜邦17F银浆），印刷湿重为90~110mg，入隧道炉中烘干烧结，预热温度为200~400℃，峰值温度为945℃，整个过隧道炉的时间为2分钟左右，峰值烧结时间为1秒左右，得到具备铝背场、银背电极线和银向光面电极线的电池片。
测试该成品电池片向光面银电极副栅线的宽度为60~70μm，高度为15~18μm。
本比较例的成品太阳电池片记为D1。
 对比例2
步骤一、种子银栅线的制备
采用的多晶硅片规格为：156×156mm，厚度为200mm（腐蚀前），印刷前厚度为180mm。将硅片制绒、制PN结、去磷硅玻璃、采用PECVD镀氮化硅减反射膜后，采用200目的丝网印刷背面银导电浆料（型号为杜邦PV505），三线八段制，印刷湿重为35~45mg，烘干，再采用200目的丝网印刷背场铝浆料（型号为硕禾108C），印刷湿重为1.30~1.50g，烘干，然后采用360目、线宽为50μm的网版印刷向光面银浆（型号为杜邦17A银浆），印刷湿重为80~90mg，入隧道炉中烘干烧结，预热温度为200~400℃，峰值温度为955℃，整个过隧道炉的时间为2min左右，峰值烧结时间为1秒左右，得到的背光面具有铝背场、背银电极，向光面具有种子银栅线的太阳电池片。测得该副栅线的宽度为60~70μm，高度为8.0~10μm。
步骤二、电镀银层的制备
采用光诱导电镀银工艺对形成的电极栅线进行光诱导电镀银，采用硝酸银水溶液提供镀层金属离子，Ag+浓度为30g/L，阴极电流密度4.0A/dm2，温度为35℃，电镀时间为3.5min，得到的电镀银层高度为5.0±1.0μm。出槽后将电池片采用热风吹干，即得到成品太阳电池片。
测试本比较例太阳电池片的复合电极副栅线的总体宽度为70~80μm，总体高度为12~15μm。
本比较例的成品太阳电池片记为D2。
 对比例3
步骤一：种子银栅线的制备
采用的多晶硅片规格为：156×156mm，厚度为200mm（腐蚀前），印刷前厚度为180mm。将硅片制绒、制PN结、去磷硅玻璃、采用PECVD镀氮化硅减反射膜后，采用200目的丝网印刷背面银导电浆料（型号为杜邦PV505），三线八段制，印刷湿重为35~45mg，烘干，再采用200目的丝网印刷背场铝浆料（型号为硕禾108C），印刷湿重为1.30~1.50g，烘干，烘干温度均为150℃，烘干时间为2分钟左右，然后采用360目、线宽为25μm、线径为16μm、膜厚为5μm的网版印刷种子层银浆（型号为杜邦17A银浆，采用松油醇稀释到固含为60%后即得），印刷湿重为30~40mg，入隧道炉中烘干烧结，预热温度为200~400℃，峰值温度为955℃，整个过隧道炉的时间为2分钟左右，峰值烧结时间为1秒左右，得到的背光面具有铝背场，背银电极；向光面具有种子银栅线的太阳能电池片。
测试得到种子银副栅线厚度为2.0~3.0μm，副栅线的宽度为30~40μm。
步骤二：电极阻挡层的制备
采用光诱导电镀工艺在向光面电极栅线上电镀金属镍作为电极阻挡层。
电镀液的配方及电镀条件如下：采用氨基磺酸镍水溶液提供镀层金属离子，Ni2+浓度为105g/L，阴极电流密度3.30A/dm2，温度为45℃，电镀时间为48秒。阳极采用高纯金属镍板，得到的镀层厚度为0.50±0.1μm。
步骤三：电极主体层的制备
采用光诱导电镀工艺在镍电极阻挡层上电镀金属纯铜作为电极主体层。
电镀液的配方及电镀条件如下：采用硫酸铜水溶液提供镀层金属离子，Cu2+浓度为120g/L，阴极电流密度4.5A/dm2，温度为45℃，阳极采用纯铜金属板，电镀时间为8.5min，得到的纯铜层厚度为10±1.0μm。
测试本比较例太阳电池片的复合电极副栅线的总体宽度为75~85μm，总体高度为12~15μm。
本比较例的成品太阳电池片记为D3。
 性能测试
1、开路电压Voc(V)，短路电流Isc(A)，串联电阻Rs(mΩ)，填充因子FF，光电转化效率Eta：采用单次闪光模拟测试仪器对各电池片进行测试得到。测试条件为标准测试条件(STC) ：光强：1000W/m2；光谱：AM1.5；温度：25℃。结果见表1。
2、焊接强度σ(N/mm)：选用上海胜陌2*0.2mm锡铅焊带，用汉高X32-10I型助焊剂浸泡后烘干，然后在330℃对电极的主栅线进行手工焊接。待电池片自然冷却后，使用山度SH-100拉力机沿45°方向对焊接好的电极进行拉力测试。结果见表1。
3、光电转化效率衰减(Eta衰减后)：将成品电池片放入200℃的烘箱内，120天后取出，测试其光电转换效率衰减情况。结果见表1。
4、焊接强度衰减(σ衰减后，N/mm)：采用光伏焊带与电池的向光面电极进行焊接，而后将电池片放入200℃的烘箱内，120天后取出，测试其焊接强度的衰减情况。结果见表1。
表1
。
从表1中可以看出，本发明得到复合电极的电极阻挡层均匀致密，可有效阻止铜原子向硅基体的扩散，同时，副栅线的宽度减少，光的利用率增加，虽采用非银或少银金属制备电池的向光面电极，但电池的短路电流、填充因子、光电转换效率、光电转化效率衰减、焊接强度衰减特性等，均与采用印刷银浆的电池持平或有所提升。并且，电池的材料成本也大幅度降低，增加了晶体硅太阳电池发电与传统发电的竞争力。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (22)

1.一种太阳能电池片，其特征在于，所述太阳能电池片包括硅基体片、硅基体片向光面的向光面电极、硅基体片背光面的背电场及与背电场导通的背电极；所述硅基体片向光面含有减反射膜区及无减反射膜区，所述向光面电极包括位于无减反射膜区表面的电极阻挡层及位于电极阻挡层上的电极主体层；所述电极阻挡层为锡、铅、铋、锑、镍和钛中两种或两种以上形成合金层中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池片，其特征在于，所述电极阻挡层中含有锡，所述电极阻挡层中的锡质量含量为40~80wt%。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池片，其特征在于，所述电极阻挡层中含有铅，所述电极阻挡层中铅的质量含量为40~80wt%。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的太阳能电池片，其特征在于，所述电极阻挡层中还含有银，所述电极阻挡层中银的质量含量为0.1~10wt%。
5.根据权利要求4所述的太阳能电池片，其特征在于，所述电极阻挡层为锡铅合金层、锡镍合金层和锡镍银合金层中一种。
6.根据权利要求5所述的太阳能电池片，其特征在于，所述电极阻挡层为锡镍银合金层，所述锡元素在锡镍银合金中的质量含量为40~60wt%，所述银元素在锡镍银合金中的质量含量为2.0~4.0wt%，余下为镍元素。
7.根据权利要求6所述的太阳能电池片，其特征在于，所述电极阻挡层的高度为1.0~100nm。
8.根据权利要求7所述的太阳能电池片，其特征在于，所述电极主体层的高度为10~20mm。
9.根据权利要求8所述的太阳能电池片，其特征在于，所述向光面电极包括主栅线和将太阳能电池电流汇集到主栅线，而与主栅线相连的副栅线，所述副栅线的高度为10~20mm，宽度为20~50mm。
10.根据权利要求9所述的太阳能电池片，其特征在于，所述电极主体层为铜层或铜银合金层。
11.根据权利要求10所述的太阳能电池片，其特征在于，所述电极主体层为铜银合金层，所述铜银合金层中银的质量含量为0.1~5.0wt%。
12.一种权利要求1-11任意一项所述的太阳能电池片的制备方法，其特征在于，该方法包括在硅基体片向光面制备向光面电极、硅基体片背光面制备背电场及与背电场导通的背电极；所述向光面电极的制备方法包括在硅基体片向光面制备减反射膜区及无减反射膜区，然后在无减反射膜区的表面制备电极阻挡层，再在电极阻挡层上制备电极主体层。
13.根据权利要求12所述的制备方法，其特征在于，所述在硅基体片向光面制备无减反射膜区的方法包括通过激光烧蚀的方法去除硅基体片向光面的减反射膜。
14.根据权利要求12所述的制备方法，其特征在于，在无减反射膜区的表面制备电极阻挡层的方法为磁控溅射。
15.根据权利要求14所述的制备方法，其特征在于，所述磁控溅射的条件为：本底真空度<5.5×10-3 Pa，高纯氩气为工作气体，溅射气压为0.1~1.0Pa，溅射功率为500~5000W，靶与基片的距离为20~200mm，溅射方式为直流，溅射时间1.0~30 min。
16.根据权利要求12所述的制备方法，其特征在于，所述电极主体层为铜银合金层，在所述电极阻挡层上制备所述电极主体层的方法为磁控溅射。
17.根据权利要求16所述的制备方法，其特征在于，所述的磁控溅射的条件是：本底真空度<5.0×10-3Pa，高纯氩气为工作气体，溅射气压为0.1~1.0Pa，溅射功率为500~5000W，溅射靶与硅基体片的距离为20~200mm，溅射方式为直流，溅射时间0.5~2.0h。
18.根据权利要求12所述的制备方法，其特征在于，所述电极主体层为铜层，在电极阻挡层上制备电极主体层的方法为真空蒸镀。
19.根据权利要求18所述的制备方法，其特征在于，所述真空蒸镀的条件为：蒸镀腔的真空本底为0.1~1.0′10-3 Pa，蒸镀的气压为5.0~20Pa，蒸镀时的蒸发功率为100~1000W，蒸镀时的蒸发温度为1100~1600℃，蒸镀时间为0.5~2.0h。
20.根据权利要求12所述的制备方法，其特征在于，在制备所述无减反射膜区之前，在无减反射膜区以外的区域覆盖保护掩膜。
21.根据权利要求20所述的制备方法，其特征在于，所述保护掩膜的厚度为10-20mm。
22.一种太阳能电池组件，其特征在于，所述太阳能电池组件包括依次层叠的背板、密封胶层、电池片、密封胶层和透光层；所述电池片为权利要求1-11任意一项所述的太阳能电池片。
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