CN105470319A - 晶体硅太阳能电池点接触背电极结构的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了晶体硅太阳能电池点接触背电极结构的制备方法,首先在电池硅片背面印刷点接触图案形成局部接触的第一层铝电极,然后在其上制备钝化层,然后在钝化层上再印刷整面形状的导电用铝电极浆料形成第二层铝电极,最后进行烘干和高温烧结,高温烧结过程中第一次印刷的局部接触铝电极浆料同硅片反应生成点接触背电场,同时第一次印刷的铝电极浆料和第二次印刷的整面电极浆料在高温烧结的过程中同夹在其间的钝化层发生反应将其破坏,从而使得上下两层铝电极导通,形成金属导电接触,从而引出电池电流。本发明提供的制备方法,方法工艺简单,适用于大规模的晶体硅太阳能电池生产,不采用激光打孔,避免对硅片的损伤,适用于多晶硅太阳能电池。

Description

晶体硅太阳能电池点接触背电极结构的制备方法
技术领域
本发明涉及光伏电池技术领域,特别涉及一种晶体硅太阳能电池点接触背电极结构的制备方法。
背景技术
点接触背电极和背面钝化技术是晶体硅太阳能电池的高效化的主要方案之一。目前已经形成规模生产的高效单晶硅PERC(钝化发射极背面接触)太阳能电池就是采用了典型的点接触背电极。所谓的点接触背电极是只在微米级点状(有些也被设计为线栅状)分布的区域上铝电极直接同电池硅片接触并形成背电场,其他大部分硅片被钝化层钝化,电池背面电流通过上述点接触的铝电极,汇聚到钝化层上的金属电极(通常铝电极)导出。该结构的太阳能电池中,一般只有百分之几到十几的区域上铝电极同硅片形成铝掺杂的背电场,不仅能够起到背面少子反射(电子)的作用,获得背电场对电池效率的提升,而且其余被钝化的硅片表面载流子寿命同时得到大幅度提高,进一步提高了电池效率。
然而,目前常用的点接触背电场形成技术仍然存在很多问题。现阶段国内外采用的技术的基本方式都是在电池硅片背面先形成钝化层,再在钝化层上开孔印刷铝浆或掺杂铝来形成点接触背电场。而钝化层开孔是高成本低产率的技术,激光开孔是目前最成熟的工艺,但激光扫描技术在成本和速度上,以及局部热量产生的对硅片的损伤等方面的缺陷限制了其工业化应用。这也导致了目前PERC太阳能电池主要应用在单晶硅太阳能电池上,因为多晶硅太阳能电池对激光损伤的敏感性非常高。因此,开发不用开孔过程的点接触背电场形成方案对光伏电池的发展有很大的意义。
发明内容
基于上述问题,本发明目的是提供一种晶体硅太阳能电池点接触背电极结构的制备方法,可提高太阳能电池的生产效率。
为了克服现有技术的不足,本发明提供的技术方案是:
晶体硅太阳能电池点接触背电极结构的制备方法,包括以下步骤:
(1)在清洗后的电池硅片上印刷具有点或线图案的铝浆形成局部接触的第一层铝电极,然后烘干或者高温烧结;
(2)在电池硅片上印刷有步骤(1)所述的第一层铝电极的一面制备钝化层;
(3)在步骤(2)所述钝化层上整面印刷用于电流导出的第二层铝电极并烘干;
(4)将步骤(3)得到的电池硅片进行高温烧结,制得局域化背电场,点接触电极及电能收集用导通电极。
优选的,所述步骤(1)中的使用的铝电极浆料由太阳能电池铝电极浆料、硅烷偶联剂及银电极用玻璃粉混合而成。
优选的,硅烷偶联剂占太阳能电池铝电极浆料的质量百分比为0.2~1%,银电极用玻璃粉占太阳能电池铝电极浆料的质量百分比为0.5~1%。
优选的,所述步骤(1)中形成的第一层铝电极为圆点状或栅条状。
优选的,圆点状点接触电极的直径小于500μm,栅条状点接触电极的宽度小于500μm。
优选的,所述步骤(1)和步骤(3)中烘干温度为150~250℃,烘干时间为5~10min。
优选的,所述步骤(1)和(4)中的烧结温度为700~900℃,烧结时间为30s~10min。
优选的,所述步骤(2)中的钝化层为氧化钛、氧化硅、氧化铝或氮化硅薄膜,薄膜的厚度为10~40nm。
优选的,所述的薄膜采用热丝CVD、溶胶-凝胶法、液相沉积法或喷涂法制得。
与现有技术相比,本发明的优点是:
1、采用本发明的技术方案,避免了在钝化层上开孔的复杂工艺,从而避免开孔过程中对硅片的损伤,不仅可以用于单晶硅太阳能电池,也非常适用于多晶硅太阳能电池;
2、采用本发明的技术方案,由于第一次印刷点接触电极的铝电极浆料直接印刷在硅片上,在高温烧结过程中有利于铝掺杂,同时避免了钝化层开孔工序,避免了钝化层残留等问题,可以提高电池制备速度;
3、采用本发明进一步的技术方案,两次印刷的铝电极采用不同的铝电极浆料,第一次印刷用的铝电极浆料采用了添加硅烷耦合剂和正面银电极浆料专用玻璃粉的铝电极浆料,具有非常优秀的机械强度和高温烧结时对钝化层的烧结穿透能力,第二次印刷用的铝电极浆料主要负责电性能,采用普通的太阳能电池铝电极浆料,还可以降低在高温烧结过程中对其他钝化层覆盖区域的破坏;
4、采用本发明进一步的技术方案,在高温烧结过程中,上下两层铝电极浆料同时对夹在其间的钝化层进行破坏,保证了上下两层铝电极之间的导通,首先,第一次铝电极浆料中添加了对钝化层破坏能力强的正面银电极浆料专用玻璃粉,在高温共烧结过程中,同第二次印刷铝电极浆料共同作用对钝化层进行破坏;其次,具有一定高度及几何形状的第一次印刷点接触电极在烧结过程中,由于几何图案的边界突变条件,其上的钝化层薄膜在形成过程中会产生一定的非均匀性,在高温烧结过程中容易产生破坏,进一步促进了铝电极对钝化层薄膜的破坏,实现了前后两次印刷,即上下两层铝电极的导通,形成电性能良好的背电极。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明晶体硅太阳能电池点接触背电极结构的制备方法的工艺流程图;
1、电池硅片;
2、第一层铝电极(点状);
2′、第一层铝电极(线状);
3、钝化层;
4、第二层铝电极;
5、高温烧结后的铝电极;
6、高温烧结后剩下的钝化膜;
7、铝硅合金及背电场区域。
具体实施方式
以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解,这些实施例是用于说明本发明而不限于限制本发明的范围。实施例中采用的实施条件可以根据具体厂家的条件做进一步调整,未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。
实施中,本发明涉及的晶体硅太阳能电池点接触背电极结构的制备方法参见图1,首先在电池硅片1背面印刷铝电极浆料形成局部接触的点或线状第一层铝电极2(2′),然后制备钝化层薄膜3,然后在钝化层3上再整面印刷导电用铝电极浆料形成第二层铝电极4,最后进行高温烧结,高温烧结过程中点或线接触部分的铝电极浆料同硅片反应生成点(线)接触背电场,即图1中所示的铝硅合金及背电场区域7,同时第一次印刷的铝电极浆料和第二次印刷的整面电极浆料在高温烧结的过程中同夹在其间的钝化层发生反应将其破坏,从而使得上下两层铝电极导通,形成金属导电接触,从而引出电池电流。具体包括以下步骤:
(1)对电池硅片进行清洗,去除电池硅片表面的污渍,制备第一次印刷用的铝电极浆料,对市面购买的普通太阳能电池浆料进行调配,添加0.5%的硅烷耦合剂和0.5%银浆用玻璃粉,然后加入浆料总重量0.5%的有机溶剂(卡比醇),将混合浆料先超声波分散,混合后用三辊轧机均匀混合;在156cm×156cm多晶太阳能电池硅片背面丝网印刷第一次印刷用铝电极浆料。电极图案采用六方点状分布电极,点电极直径为0.1mm,点与点中心之间的间距为1mm,然后放置于250℃干燥箱中烘干5min。
(2)制备钝化层
a、配制二氧化钛溶胶-凝胶
量取50mL无水乙醇和20mL酞酸丁酯充分混合,加入5mL乙酰丙酮充分搅拌为原驱液,配制20mL的乙醇水溶液(乙醇与水的体积比为1∶5)为滴加液,在控制温度的条件下向原驱液中缓慢滴加滴加液并充分搅拌4h,得到稳定、均匀、透明的浅黄色溶胶,静置12h后备用。
b、钝化层形成
将烘干后的电池硅片置于清洁平台上,用喷枪将上述二氧化钛溶胶-凝胶喷涂在硅片表面,然后将电池硅片放入干燥箱中在100℃下干燥10min,再放入马弗炉中450℃焙烧2h,冷却后得到二氧化钛钝化膜,膜厚度在20-35nm左右。
本例中采用溶胶-凝胶法制备氧化钛薄膜,还可以采用热丝CVD工艺、液相沉积法或喷涂法等不涉及到高能等离子体的方法制备钝化层薄膜,薄膜还可以为氧化硅、氧化铝或氮化硅薄膜。
(3)在制备有钝化层的电池硅片上进行第二次铝电极浆料的印刷,第二次铝电极浆料采用市售普通太阳能电池铝浆,然后置于干燥箱中150度烘干。
(4)高温烧结,将电池硅片置于680℃马弗炉中保温10min,得到点接触背面电极。
上述实例只为说明本发明的技术构思及特点,其目的在于让熟悉此项技术的人是能够了解本发明的内容并据以实施,并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰,都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.晶体硅太阳能电池点接触背电极结构的制备方法,其特征在于包括以下步骤:
(1)在清洗后的电池硅片上印刷具有点或线图案的铝浆形成局部接触的第一层铝电极,然后烘干或者高温烧结;
(2)在电池硅片上印刷有步骤(1)所述的第一层铝电极的一面制备钝化层;
(3)在步骤(2)所述钝化层上整面印刷用于电流导出的第二层铝电极并烘干;
(4)将步骤(3)得到的电池硅片进行高温烧结,制得局域化背电场,点接触电极及电能收集用导通电极。
2.根据权利要求1所述的晶体硅太阳能电池点接触背电极结构的制备方法,其特征在于:所述步骤(1)和所述步骤(3)中使用的铝电极浆料为不同配方的铝电极浆料,所述步骤(1)中的使用的铝电极浆料由太阳能电池铝电极浆料、硅烷偶联剂及银电极用玻璃粉混合而成,所述步骤(3)中使用的铝电极浆料为太阳能电池铝电极浆料。
3.根据权利要求2所述的晶体硅太阳能电池点接触背电极结构的制备方法,其特征在于:步骤(1)中硅烷偶联剂占太阳能电池铝电极浆料的质量百分比为0.2~1%,银电极用玻璃粉占太阳能电池铝电极浆料的质量百分比为0.5~1%。
4.根据权利要求1所述的晶体硅太阳能电池点接触背电极结构的制备方法,其特征在于:所述步骤(2)中的钝化层为氧化钛、氧化硅、氧化铝或氮化硅薄膜,薄膜的厚度为10~40nm。
5.根据权利要求4所述的晶体硅太阳能电池点接触背电极结构的制备方法,其特征在于:所述的薄膜采用热丝CVD、溶胶-凝胶法、液相沉积法或喷涂法制得。
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