CN110447109A - 在相反极性的硅区域上同时形成金属电极的方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于同时在硅基材(10)的n型区域(11、51、511)上形成第一金属电极(31、58)并且在硅基材(10)的p型区域(12、52)上形成第二金属电极(32、59)的方法(100)，其中，n型区域(11、51、511)暴露在第一区(1)并且p型区域(12、52)暴露在第二区(2)。该方法包括：通过使用镀覆溶液的Ni浸镀工艺同时在第一区(1)和第二区(2)中沉积(101)含有Ni的初始金属层(33、53)；并且通过无电镀覆工艺或通过金属浸镀工艺将另一金属层(34、54)沉积(102)在第一区(1)和第二区(2)中含有镍的初始金属层(33、53)上，其中，镀覆溶液含有Ni以及预定量的不同于Ni的另一金属。还公开了用于制备硅光伏电池的方法。

Description

在相反极性的硅区域上同时形成金属电极的方法
技术领域
本公开涉及在硅基材的n型区域和p型区域上同时、例如在同一时间形成金属电极的基于镀覆的方法。
此外，本公开涉及用于制备光伏电池如双面光伏电池和背接触式光伏电池的方法，其中，通过基于镀覆的方法在硅基材的n型区域和p型区域上同时、例如在同一时间形成金属电极。
背景技术
光伏工业的两个重要目的是改进光伏电池和组件效率以及降低电池和组件(module)制造成本。改进光伏电池和组件效率的可能途径是使用双面光伏电池。降低电池和组件制造成本的可能途径是使用更廉价的材料用于镀金属，作为基于银(Ag)糊料的传统镀金属方法的替代方案。
用于形成硅光伏电池金属电极的基于Ag糊料的金属化法的已知替代方案是基于Ni/Cu的金属化法。在该方法中，首先沉积薄镍(Ni)层，以提供相对于硅的低接触电阻、作为主导体铜(Cu)的扩散阻挡层、以及用作在薄镍层顶部上形成Cu层的晶种层。Cu层用于提供良好的电导率，并因此提供了低电阻金属电极。通常的做法是用Sn或Ag薄层覆盖Cu层以改进可焊性。
基于Ni/Cu的金属化工艺的典型工艺流程包括：在整个硅表面形成介电层，例如，抗反射涂层，去除局部介电层，由此使得在形成金属接触部的位置处的下层硅表面暴露，并且通过金属镀覆在暴露的硅区域处形成金属接触部。用于沉积该Ni/Cu堆叠体的常规镀覆方法是光诱导的镀覆、电镀覆和场诱导镀覆。这些方法的缺点是其需要硅基材的电接触，并且其需要外部电流或电压源和/或受控照明。为了沉积Ni层，可以使用无电镀覆。
例如，在无电镀覆中，自催化化学镀覆技术可以用于沉积镍或镍合金层，例如，通过在不需要额外电源的水性溶液中使用化学反应进行沉积。然而，通常无电镀覆的缺点为由于不均匀成核和Ni优先镀覆在最导电的区域，其产生了较差的厚度均匀性。而且，对于在Ni晶种层顶部上沉积Cu层，可以使用无电镀覆。但是，Cu无电镀覆通常是非常缓慢的，例如，比电镀慢超过十倍，需要更频繁地更新浴，导致废料产生增加。
太阳能材料与太阳能电池(Solar Energy Materials&Solar Cells)86(2005)485-498，Jiun-Hua Guo等人的“制造交指状背面和双侧埋入式接触太阳能电池的镀金属改进(Metallization improvement on fabrication of interdigitated backside anddouble sided buried contact solar cells)”描述了一种基于镀覆表面的氯化钯浸渍活化，在磷和硼扩散的接触区域上使镍层成核的方法。然而，该方法需要额外步骤用于表面活化。此外，使用钯导致制造成本增加。使用该方法，还可能难以避免假镀(spuriousplating)或重镀(ghost plating)。
第32期EPVSEC的论文集(Proceedings of the 32nd EPVSEC)(2016)420-424，E.Cornaglotti等人的“具有用于多线互连的镀覆接触部的双面n-PERT单元(Bi-PERT)(Bifacial n-PERT cells(Bi-PERT)with plated contacts for multi-wireinterconnection)”描述了一种完全镀覆的Ni/Ag金属化顺序，其中，首先通过不需要电接触的镀覆工艺在n+和p+掺杂区域上同时沉积Ni层，然后通过e-Ni/i-Ag(无电镀Ni/浸渍Ag)镀覆顺序使Ni层增厚。记录实验结果，其中，使用这种完全镀覆的Ni/Ag金属化顺序形成电极来制造双面光伏电池。当比较该完全镀覆电池的电学特性与类似光伏电池的电学特性(其中，电极通过首先由溅射沉积Ni层、随后烧结以形成硅化镍层、然后通过e-Ni/i-Ag镀覆顺序使得溅射的Ni层增厚来形成)时，观察到完全镀覆电池具有较低的开路电压Voc和较低的填充因子(fill factor，FF)，因此也具有较低的电池效率。这归因于接触区中的重组活性增加。
因此，需要一种用于形成金属电极的改进的方法，其可以使得光伏电池具有良好的电池效率以及较低的光伏电池制造成本
发明内容
本公开的一个目的是仅基于非接触式镀覆工艺提供同时在硅基材的n型区域上形成第一金属电极并且在硅基材的p型区域上形成第二金属电极的良好方法。
本公开的优点是可以仅基于非接触式镀覆工艺提供同时在硅基材的n型区域上形成第一金属电极并且在硅基材的p型区域上形成第二金属电极的良好方法，并且减少或限制对下面硅表面的损坏。
本公开的优点是可以提供制造硅光伏电池的方法，其中，仅基于非接触式镀覆工艺同时形成相反极性的电极，并且减少或限制了电池电学特性下降，例如，与使用仅基于非接触式镀覆工艺的已知方法制造的电池相比，减少或限制了电池特性的下降。
上述目的是通过本公开方法至少部分实现的。
根据第一方面，本公开涉及一种用于同时在硅基材的n型区域上形成第一金属电极并且在硅基材的p型区域上形成第二金属电极的方法。
提供了一种用于同时在硅基材的n型区域上形成第一金属电极并且在硅基材的p型区域上形成第二金属电极的方法，其中，n型区域暴露在第一区，并且p型区域暴露在第二区，所述方法包括：通过实施使用镀覆溶液的Ni浸镀工艺同时在第一区和第二区中沉积含有Ni的初始金属层；并且通过实施无电镀覆工艺或通过实施金属浸镀工艺将另一金属层沉积在第一区和第二区中含有镍的初始金属层上，其中，镀覆溶液含有Ni以及预定量的不同于Ni的另一金属。
应注意，在本申请的上下文中，术语“无电金属镀覆工艺”是指一种通过化学方法而不是电方法镀覆金属的技术，其中，待镀覆件与含有还原剂的溶液接触(例如，浸渍在还原剂中)，当通过某些物质进行催化时将金属离子变成在该件上形成沉积物的金属。无电镀覆是无需使用外部电源的非电流镀覆方法。其使用化学相互作用而不是电流来使金属涂层附着至表面。
应注意，在本申请的上下文中，术语“金属浸涂工艺”指伽伐尼置换(GalvanicDisplacement)，一种当还原剂基础(base)材料被溶液中金属离子氧化剂置换时发生镀覆的技术，所述金属离子氧化剂的还原电位高于还原剂基础材料所属的氧化还原对的氧化剂的还原电位。基础材料溶解于溶液中，同时溶液中的金属离子在基础材料的表面上还原。这种机理不同于自催化或无电镀覆，因为在浸镀中，在溶液中不需要还原剂将金属离子氧化剂还原成金属，因为基础材料表现为还原剂。
在Cu2+作为金属离子氧化剂且Si作为还原剂基础材料的情况下，伽伐尼置换优选在能够溶解Si氧化产物的溶液中进行。通常，该溶液包含氟化物离子。例如，其可以是NH4F溶液，例如，30重量％的NH4F溶液。虽然在低于7的pH下在硅上发生伽伐尼置换，但对于Cu2+的沉积，溶液的pH可以优选为大于7，优选大于8。
本公开方法的一些实施方式的优点在于，允许同时、例如同一时间在相反极性区域上，例如，在硅基材的p掺杂区域和n掺杂区域上，形成金属电极，并且在各区域中具有所需的厚度均匀性。
本公开的一些实施方式的优点在于，其基于仅使用镀覆步骤工艺。例如，当使用本领域中已知的一些其他镀覆方法，例如光诱导镀覆或场诱导镀覆时，通常不能同时在n型硅区域和p型硅区域上同时沉积金属。
例如，光诱导镀覆通常可以仅用于使n型区域金属化，而不能用于使p型区域金属化，而场诱导镀覆通常仅用于使p型区域金属化，而不能用于使n型区域金属化。
本公开方法的一些实施方式的优点在于，其仅使用非接触式镀覆步骤，即，既不需要与基材电接触也不需要外部电流源或电压源的镀覆步骤。
本公开方法的一些实施方式的优点在于，其仅使用在镀覆期间不需要受控照明的镀覆步骤工艺。
本公开方法的一些实施方式的优点在于，可以提供重镀减少的金属电极，例如，减少在硅表面的不需要位置处金属的沉积。
本公开方法的一些实施方式的优点在于，相对于介电区域，可以在硅表面的所需位置处选择性提供金属电极，而无需沉积和/或去除掩模。
本公开方法的一些实施方式的优点在于，通过使用浸镀工艺以形成含有Ni的初始金属层，可以在各区中获得具有所需厚度均匀性的第一区和第二区所需覆盖范围，并且减少或限制对下面的硅表面的损坏，例如，减少或限制可能导致接触区中重组活性增加的损坏。
本公开方法的一些实施方式的优点在于，通过由无电镀覆或浸镀沉积另一金属层，可以制造更厚的含有Ni的初始金属层，其与含有Ni的初始金属层下方的硅基材表面极性基本无关。
本公开方法的一些实施方式的一个优点在于，其可以大规模应用，且具有良好的晶片间均匀性。例如，在一个盒子中一起镀覆的一批25个晶片显示出在无电镀覆Ni之后，整盒中每个晶片p侧的Ni含量在15％内，整盒中每个晶片的n侧上的Ni含量在30％内。当用Ag替代Ni进行相同实验时，整盒中每个晶片在p侧和n侧上的Ag含量在25％内。
本发明实施方式的优点在于，所涉及的Ni浸镀溶液可以在时间上非常稳定。Ni浸涂溶液的寿命为至少几个月。
在本公开的一些实施方式中，不同于Ni的其它金属的氧化还原电势可以高于Ni的氧化还原电势，这是有利的，因为其可以导致含有Ni的初始金属层的沉积速率上升，允许形成含有Ni的初始金属层的浸镀温度下降和/或浸镀持续时间下降。
在本公开的一些实施方式中，不同于Ni的其它金属可以是Cu(铜)，这是有利的，因为Cu可以提供良好的电导率，并且因此提供低电阻金属电极。
在本公开的一些实施方式中，镀覆溶液中不同于Ni的另一金属的预定量可以是0.1mM至25mM，例如，0.2mM至25mM，例如0.4mM和5mM。
在本公开的一些实施方式中，镀覆溶液中不同于Ni的另一金属的预定量可以低于、例如显著低于镀覆溶液中存在的Ni的量。在本公开的一些实施方式中，镀覆溶液中Ni的量可以是250ppm至350pm，并且镀覆溶液中不同于Ni的另一金属的预定量可以是例如5ppm至250ppm，例如，5ppm至100ppm，例如20ppm至50ppm。
在本公开的一些实施方式中，沉积另一金属层可以包括：在第一区和第二区中同时在含有Ni的初始金属层上沉积另一金属层，这是有利的，因为可以减少用于形成第一和第二金属电极的工艺步骤数。
在本公开的一些实施方式中，沉积另一金属层可以包括沉积另一Ni层，这是有利的，因为与其它另外的金属层(例如，Cu金属层)相比，其可以使加工成本更低，特别是与材料相关的成本更低。在本公开的一些实施方式中，沉积另一Ni层可以包括实施Ni无电镀覆工艺，这是有利的，因为其是不同于金属浸镀工艺的非自限制镀覆工艺。
在本公开的一些实施方式中，所述方法还可以包括：在另一Ni层上形成可焊接封盖层，这是有利的，因为其导致形成第一金属电极和第二金属电极，导电元件(例如导电线)可通过焊接连接到第一金属电极和第二金属电极，并且导电元件和金属电极之间的接触电阻低。
在本公开的一些实施方式中，形成可焊接封盖层可以包括：通过实施Ag镀覆工艺形成Ag(银)层，这是有利的，因为Ag层不会仅改进金属电极的可焊性，而且还额外改进了金属电极的电导率。对于该步骤，优选温度高于48℃(例如49℃至60℃)。对于该步骤，优选银镀覆时间大于2分钟(例如3分钟至10分钟)。
在本公开的一些实施方式中，形成可焊接封盖层可以包括通过实施Ag浸镀工艺来形成Ag层，这是有利的，因为浸镀工艺是非接触式镀覆工艺。例如，Ag层的厚度可以为150nm至600nm。
在本公开的一些实施方式中，沉积另一金属层可以包括沉积Ag层，这是有利的，因为Ag层改进金属电极的可焊性，并且还改进了金属电极的电导率。在本公开的一些实施方式中，沉积另一Ag层可以包括进行Ag无电镀覆工艺或进行Ag浸镀工艺，这是有利的，因为这些镀覆工艺是非接触式镀覆工艺。
在本功课的一些实施方式，所述方法还可以包括进行烧结步骤，例如在250℃至450℃的温度下进行，这是有利的，因为该烧结步骤导致第一金属电极和下面的硅基材的n型区域之间的接触电阻下降、以及第二金属电极和下面的硅基材的p性区域之间接触电阻下降。
在本公开的一些实施方式中，所述方法还包括实施如下步骤：使初始金属层、完成的另一金属层或在完成另一金属层时的中间体与HF溶液接触。HF溶液浓度优选为0.5重量％至5重量％，优选1重量％至3重量％。与HF溶液的接触时间可以是例如30秒至120秒，优选45秒至75秒。
在本公开的一些实施方式中，第一区和第二区可以位于硅基材的相同侧。因此，可以在基材的相同侧上的硅基材表面处暴露n型区域和p型区域。这是有利的，因为其允许在位于相同基材侧处的相反极性的硅区域上同时形成金属电极，例如，在背接触式光伏电池(即在其背面处具有相反极性接触部的光伏电池)的制造方法中。
在本公开的一些实施方式中，第一区和第二区可以位于硅基材的相反侧。因此，n型区域可以暴露在硅基材的第一表面，并且p型区域可以暴露在硅基材的第二表面，其中，第一表面和第二表面在硅基材的相反侧。这是有利的，因为其允许在位于基材不同的相反侧处的相反极性的硅区域上同时形成金属电极，以使得其能够实现双侧金属化工艺。例如，该双侧金属化工艺可以优选在双面光伏电池的制造方法中使用。
根据第二方面，本公开涉及一种用于制造双面光伏电池的方法，其包括根据第一方面的实施方式，同时在硅基材的n型区域上形成第一金属电极并且在硅基材的p型区域上形成第二金属电极。
总体而言，本公开该方面的特征提供了与本公开第一方面相关的上述类似优点。
根据第三方面，本公开涉及一种用于制造背接触式光伏电池的方法，其包括根据第一方面的实施方式，同时在硅基材的n型区域上形成第一金属电极并且在硅基材的p型区域上形成第二金属电极。
总体而言，本公开该方面的特征提供了与本公开第一方面相关的上述类似优点。
根据本公开第二方面和第三方面的方法的一些实施方式的优点在于，其可以用于在制造硅光伏电池的方法中同时提供相反极性的金属电极，并且与仅基于非接触镀覆工艺的本领域已知工艺相比，硅光伏电池的电学特性下降显著减少。
根据本公开第二方面和第三方面的方法的一些实施方式的优点在于，其可以产生电池电学特性与类似光伏电池(其中，电极由包括不同于非接触镀覆的工艺步骤的方法形成，不同于非接触镀覆的工艺步骤为例如PVD(物理气相沉积)，如溅射)相当(即，基本一样好)的光伏电池。
本公开第二方面和第三方面的方法的一些实施方式的优点在于，其可以用于例如以多线互连方法为无母线光伏电池提供金属电极(例如，金属手指(metal finger))。该无母线光伏电池可以通过将多根导电线焊接至金属电极在完成电池制造工艺后进行进一步接触和/或互连。这些导电线替代了常规光伏电池的导电线，并且被提供用于汇集来自电池金属电极的电流。在电池加工、例如组件制造工艺之后，提供多个导电线，例如10至50根金属线。
有利的是，与通常具有三到五个母线的“标准”或传统光伏电池相比，这种无母线光伏电池的金属电极的电导率可以更低。因此，电导率低于Ag或Cu的金属可以用于形成无母线电池的电极，并且显著增加金属化图案的电阻的风险低。可以用于替代仅Ag或Cu的具有低电导率的该金属的实例是Ni。一个优点是Ni是比Ag和Cu更便宜的材料。在优选的实施方式中，例如，通过Ag浸镀，在Ni层顶部提供薄Ag层，以将金属线镀覆到金属电极上，并且进一步改进金属电极的电导率。例如，该Ag层的厚度可以为150nm至600nm。或者，对于该无母线光度电池，具有良好电导率的金属(例如，Ag)可以用于形成与通常具有三个至五个母线的“标准”光伏电池相比厚度减小的电极，例如，用于在含有Ni的初始金属层上形成另一金属层。这样厚度减小的优点是导致成本降低。
本公开方法的一些实施方式的优点在于，其允许在相对便宜的具有小底面积的工具中用相对短的加工时间批量加工大量晶片或基材，使得例如硅光伏电池可以以低支出成本进行高产量制造。
本公开方法的一些实施方式的优点在于，与已知的(例如，基于银丝网印刷的)金属化工艺相比，可以减少使用相对昂贵的材料(如银)，从而可以降低材料成本、尤其是金属成本，从而也降低与例如硅光伏电池制造相关的资本支出成本。
本公开特定和优选的方面在所附独立和从属权利要求中阐述。可以将从属权利要求中的特征与独立权利要求中的特征以及其它从属权利要求中的特征进行适当组合，而并不仅限于权利要求书中明确所述的情况。
本公开的上述和其他特性、特征和优点会在下文具体实施方式中结合附图变得显而易见，其通过实例说明本公开的原理。本说明书仅为了举例，而不是限制本公开的范围。下文引用的参考图是指附图。
附图说明
图1示意性显示了根据本公开一个实施方式在硅基材的n型区域和p型区域上同时形成金属电极的示例性方法的工艺步骤。
图2示意性显示具有在第一区中暴露的n型区域和在第二区中暴露的p型区域的基材的横截面的实例，第一区和第二区位于基材的相反侧，以显示本公开一些实施方式的特征和性质。
图3示意性显示具有在第一区中暴露的n型区域和在第二区中暴露的p型区域的基材的横截面的实例，第一区和第二区位于基材的相同侧，以显示本公开一些实施方式的特征和性质。
图4示意性显示了在通过本公开实施方式的方法形成第一金属电极和第二金属电极后的图2的结构。
图5示意性显示了在通过本公开实施方式的方法形成第一金属电极和第二金属电极后的图3的结构。
图6示意性显示了根据本公开一些实施方式可以制造的钝化发射极背面全扩散(Passivated Emitter Rear Totally diffused，PERT)双面硅光伏电池结构一部分的横截面。
图7示意性显示了用于制造如图6所示PERT硅光伏电池的示例性方法的工艺步骤，以显示根据本公开一些实施方式的特征和性质。
图8(上)显示通过电子显微镜观察的在p表面上Ni镀层的俯视图。图8(中)显示通过电子显微镜观察的在p表面上Ni镀层的侧视图。图8(下)显示通过电子显微镜观察的在p表面上Ni镀层的俯视图。
图9对根据实施例8a所获得样品和Ag丝网印刷所获得样品的相对最大功率(P最大)作为如2005年的标准IEC 61215所述的热循环实验的循环次数的函数关系进行了比较。
在不同的图中，相同的附图标记表示相同或类似的元件。
具体实施方式
将就具体实施方式并参照某些附图对本公开进行描述，但本公开并不受此限制，仅由权利要求书限定。描述的附图仅是说明性的且是非限制性的。在附图中，一些元件的尺寸可能被夸大且未按比例尺绘画以用于说明目的。所述尺寸和相对尺寸不与本公开实践的实际减小相对应。
在说明书和权利要求书中的第一、第二、第三等术语用来区别类似的元件，而不一定是用来描述时间、空间、等级顺序或任何其它方式的顺序。应理解，在合适的情况下，如此使用的术语可互换使用，本发明所述的实施方式能够按照除本文所述或说明的顺序以外的其它顺序进行操作。
此外，在说明书和权利要求书中，术语顶部、底部、之上、之下等用于描述目的，而不一定用于描述相对位置。应理解，在合适的情况下，如此使用的术语可互换使用，本发明所述的实施方式能够按照除本文所述或说明的取向以外的其它取向进行操作。
应注意，权利要求中使用的术语“包含”不应解释为被限制为其后列出的部分，其不排除其它元件或步骤。因此，其应被理解为指出所述特征、整数、步骤或组分的存在，但这并不排除一种或多种其它特征、整数、步骤或组分或其组合的存在或添加。因此，表述“包含部件A和B的装置”的范围不应被限制为所述装置仅由组件A和B构成。其表示对于本公开，所述装置的相关组件仅为A和B。
说明书中提及的“一个实施方式”或“一种实施方式”是指就该实施方式描述的具体特征、结构或特性包括在本公开的至少一个实施方式中。因此，在说明书中各处出现的短语“在一个实施方式中”或“在一种实施方式中”不一定全部指同一个实施方式，但可能全部都指同一个实施方式。此外，具体特征、结构或特性可以任何合适方式在一个或多个实施方式中组合，这对于本领域普通技术人员而言是显而易见的。
类似地，应理解，在本公开的示例性实施方式的描述中，本公开的不同特征有时组合成一个单一实施方式、附图或其描述，这是为了简化公开内容并帮助理解本发明的一个或多个不同方面。然而，本公开内容中的方法不应被理解为反映这样一个意图，即请求保护的本公开需要的特征比各权利要求中明确引用的更多。并且，如同所附权利要求所反映的那样，发明方面包括的特征可能会少于前述公开的一个单一实施方式的全部特征。因此，具体说明之后的权利要求将被明确地纳入该具体说明，并且各权利要求本身就是本公开独立的实施方式。
此外，当本文所述的一些实施方式包括一些但不包括其它实施方式中所包括的其它特征时，不同实施方式的特征的组合应意在包括在本公开范围内，并且形成不同的实施方式，这应被本领域技术人员所理解。例如，在之后的权利要求中，所请求保护的任何实施方式可以任何组合形式使用。
本文的描述中阐述了众多的具体细节。然而应理解，本公开的实施方式可不用这些具体细节进行实施。在其它情况中，为了不混淆对该说明书的理解，没有详细描述众所周知的方法、步骤和技术。
提供以下术语，仅仅是为了有助于理解本公开。
在下文提供的详细说明的范围内，光伏电池或光伏组件的前表面或前侧是适用于向着光源取向且因此接收光照的表面或侧部。在双面光伏电池或组件的情况下，两个表面适用于接收碰撞光。在该情况下，前表面和前侧是适用于接收最大部分光或光照的表面或侧部。光伏电池或光伏组件的背表面、后表面、背侧或后侧是与前表面或前侧相对的表面或侧部。
在下文提供的详细说明的范围内，母线是用于从设置在光伏电池表面上的多个金属接触部或金属电极汇集电流(例如，在光照下产生的电流)的导电带。提供母带用于与外部电引线直接电连接。母线通常汇集来自电池上更细或更窄的金属接触部(也称为金属手指)的电流。这些更细或更窄的金属接触部汇集来自电池的电流，并将电流递送至母线；其通常不提供与外部电引线的直接电连接
在下文提供的详细说明的范围内，无母线光伏电池是不具有母线的光伏电池。无母线光伏电池通常在电池表面上包含多个金属接触部或金属电极，但是在电池制造后，其不包含用于从多个金属接触部汇集电流的导电元件。在完成电池加工后，例如，在组件制造期间，将导电元件(例如，导电线)电连接至多个金属接触部。提供这些导电元件用于汇集来自多个金属电极的电流，并且其替代了常规的母线。
本公开提供了在硅基材的一个或多个n型区域和一个或多个p型区域上同时、例如在同一时间形成金属电极的方法，并且在各区域中具有良好或所需的厚度均匀性。所述方法还可以基于镀覆工艺，其中，在镀覆期间无需与硅基材电接触或物理接触，并且在镀覆期间无需受控光照。该方法与高容量分批处理兼容。当在光伏电池制造工艺中使用本公开实施方式的方法，与仅使用本领域已知非接触式镀覆工艺的已知硅光伏电池制造工艺相比，可以大幅降低或者甚至避免硅光伏电池的电学特性下降。
现在通过对本公开若干实施方式的详细说明来描述本公开。很明显，可根据本领域技术人员的知识构建本公开的其它实施方式，而不背离本公开的真正精神和技术教示，本公开仅受所附权利要求书的限制。
在第一方面中，本公开的一些实施方式提供了一种用于同时在硅基材的n型区域上形成第一金属电极并且在硅基材的p型区域上形成第二金属电极的方法，其中，n型区域暴露在第一区，并且p型区域暴露在第二区。图1示意性显示了根据本公开实施方式形成第一金属电极和第二金属电极的示例性方法100的工艺步骤。
根据本公开实施方式的方法100可以在硅基材或含有硅基材的基材上实施，硅基材包含n型区域和p型区域，其中，n型区域暴露在第一区，并且p型区域暴露在第二区。根据本公开实施方式的示例性方法100的工艺步骤如图1所示。该示例性方法包括：通过实施使用镀覆溶液的Ni浸镀工艺同时在第一区和第二区中沉积(101)含有Ni的初始金属层；并且通过实施无电镀覆工艺或通过实施金属浸镀工艺将另一金属层沉积(102)在第一区和第二区中含有镍的初始金属层上。上述的镀覆溶液含有Ni和预定量的不同于Ni的另一金属。在本公开的一些实施方式中，硅基材的第一区和第二区可以暴露于硅基材表面，并且可以位于硅基材的相同侧。在本公开的一些实施方式中，第一区和第二区可以暴露于硅基材表面，并且可以位于硅基材的不同相反侧。
在本公开一些实施方式中可以使用的结构或基材20的实例示意性显示于图2和图3中。图2显示包括硅基材10的基材20的横截面的实例，所述硅基材10具有在第一基材表面21第一区1中暴露的n型区域11，所述硅基材10还包含在第二基材表面22第二区2中暴露的p型区域12。在图2所示实例中，第一区1和第二区2位于硅基材10的相反侧(在相反表面21和22处)。图3显示包括硅基材10的基材或结构20的横截面的实例，所述硅基材10具有在第一基材表面21第一区1中暴露的n型区域11，所述硅基材10还包含在相同第一基材表面21第二区2中暴露的p型区域12。在图3所示实例中，第一区1和第二区2位于硅基材10的相同侧。
在n型区域11和p型区域12未被暴露的区域中，在基材表面21、22上可以存在层13(例如，介电层)。图2和图3显示了单个n型区域和单个p型区域。然而，本公开的实施方式并不限于此。例如，在本公开的一些实施方式中，硅基材可以包括多个p型区域和/或多个n型区域，其上可以在同一时间或同时形成金属电极。在图2所示实例中，第一区1包括两个分开的部分，并且第二区2由单个部分组成。然而，本公开的实施方式并不限于此。例如，在本公开的一些实施方式中，第一区1和/或第二区2可以包括分开的部分、连接的部分(例如其间具有空间的连接的部分)、或者其可以由单个部分组成。
图4和图5显示出分别与图2和图3所示示例性基材对应的示例性结构，其可以由根据本公开一些实施方式在第一区1中形成第一金属电极31并且在第二区2中形成第二金属电极32来实现。在所示实例中，根据本公开的一些实施方式，第一金属电极31和第二金属电极32包括：通过Ni浸镀所形成的含有Ni的初始金属层33以及在含有Ni的初始金属层33顶部上的另一金属层34的堆叠体。
在根据本公开一些实施方式的方法100，如图1所示，在第一区和第二区中沉积(图1，步骤101)含有Ni的初始金属层包括使用含有Ni和预定量的不同于Ni的另一金属的镀覆溶液来实施镍浸镀工艺(也称为伽伐尼置换镀覆工艺)。
在根据本公开第一方面的方法的一些实施方式中，不同于Ni的其它金属可以是氧化还原电势高于Ni的氧化还原电势的金属。例如，在本公开的一些实施方式的实例中，不同于Ni的其它金属可以是Cu。Ni相对于标准氢电极(NHE)电势的氧化还原电势为-0.23V。Cu相对于NHE电势的氧化还原电势为0.34V。例如，可以用作不同于Ni的其它金属的另一金属是Ag，其相对于NHE电势的氧化还原电势为0.78，但本公开不限于此。
在本公开的一些实施方式中，在镀覆溶液中不同于Ni的其它金属的预定量可以是例如0.1mM至25mM，例如，0.2mM至25mM，例如0.4mM和5mM。不同于Ni的其它金属的合适量可以以实验方式来确定。
在本公开的一些实施方式中，在镀覆溶液中不同于Ni的其它金属的预定量可以低于、例如显著低于镀覆溶液中存在的Ni的量。在本公开的一些实施方式中，镀覆溶液中Ni的量可以是250ppm至350pm，并且镀覆溶液中不同于Ni的其它金属的预定量可以是例如5ppm至250ppm，例如，5ppm至100ppm，例如20ppm至50ppm。
在沉积101含有Ni的初始金属层之后，通过在第一区和第二区中，在含有Ni的初始金属层33上沉积(图1，102)另一金属层34来使含有Ni的初始金属层33增厚。在根据本公开优选实施方式的方法中，沉积102另一金属层34包括：实施金属无电镀覆工艺或金属浸镀工艺。特别是在根据本公开一些实施方式的方法中，沉积102另一金属层的步骤可以包括：在第一区和第二区中使另一金属层34同时沉积在含有Ni的初始金属层33上。
在本公开的一些实施方式中，例如，沉积102另一金属层可以包括通过实施镍无电镀覆工艺来沉积另一Ni层。在本公开的一些实施方式中，例如，沉积102另一金属层可以包括在单个步骤中沉积另一金属层。在替代性实施方式中，沉积另一金属层可以在多个步骤中实施，例如在两个步骤中实施。在两个步骤中进行是有利的，因为其允许在第一步骤之后、在进行第二步骤之前检查镀覆的质量。由于该初始金属层的典型厚度非常小，因此检查含有Ni的初始金属层的质量没那么容易。因此，在一个步骤中进行是相对盲目的过程。
当在单个步骤中进行时，优选该步骤时间相对较长，例如，长5分钟至20分钟，优选长6分钟至18分钟，更优选长8分钟至16分钟。当在单个金属沉积步骤中实施沉积102另一金属层时，优选在单个金属沉积步骤前实施烧结步骤(如上所述)。这改进了粘合性。当在一个金属沉积步骤中实施沉积102另一金属层时，优选在金属沉积步骤前实施使硅基材与HF溶液接触的步骤(如上所述)。这改进了粘合性。当既实施烧结步骤又实施HF接触步骤时，优选在HF步骤前实施烧结步骤。该后一实施方式是特别有利的，因为其最高程度地增加了初始金属层上另一金属层的粘合性。
当在两个步骤中实施时，优选第一步骤比第二步骤短。例如，第一步骤时间可以是第二步骤的1/5至1/20。例如，第一步骤可以长0.5分钟至3分钟，优选长1分钟至2分钟，而第二步骤可以长10分钟至30分钟，优选长12分钟至20分钟，更优选长13分钟至17分钟。当在两个金属沉积步骤中实施沉积102另一金属层时，优选在两个金属沉积步骤之间实施烧结步骤(如上所述)。这改进了粘合性。当在两个金属沉积步骤中实施沉积102另一金属层时，优选在两个金属沉积步骤之间实施使硅基材与HF溶液接触的步骤(如上所述)。这改进了粘合性。当既实施烧结步骤又实施HF接触步骤时，优选在HF步骤前实施烧结步骤。该后一实施方式是特别有利的，因为其最高程度地增加了初始金属层上另一金属层的粘合性。在本公开的实施方式中，可以在另一镍层上提供或形成可焊接封盖层。例如，提供该可焊接封盖层可以包括：形成Ag层，例如通过实施Ag浸镀工艺形成Ag层。用厚度例如为150nm至600nm的浸镀Ag薄层覆盖另一Ni层的另一优点是其可以导致第一金属电极和第二金属电极的导电性增加。
在本公开的一些实施方式中，例如，沉积102另一金属层可以包括：通过实施Ni无电镀覆工艺来沉积另一Ni层，通过实施Ag浸镀工艺来沉积第一Ag层，并且通过实施Ni无电镀覆工艺在第一Ag层顶部上沉积额外的Ni层。在该额外的Ni层上，例如，通过实施Ag浸镀工艺来提供可焊接封盖层，例如，Ag层，但本公开不限于此。
在本公开的一些实施方式中，例如，沉积102另一金属层可以包括：通过实施Ag无电镀覆工艺或通过实施Ag浸镀工艺，使Ag层沉积在含有Ni的初始金属层上，但本公开不限于此。
在本公开的一些实施方式中，例如，沉积102另一金属层可以包括：通过实施Cu无电镀覆工艺或通过实施Cu浸镀工艺，使Cu层沉积在含有Ni的初始金属层上，但本公开不限于此。
在本公开的一些实施方式中，含有Ni的初始金属层的厚度为例如4纳米至2微米，但本公开不限于此。
根据本公开一些实施方式的方法可以优选用于为无母线光伏电池提供金属电极，其中，在电池制造后，多根导电线被连接(例如，焊接)至金属电极。使用该方法，金属电极(例如，金属手指)的所需电导率可以低于通常具有三至五个母线的传统光伏电池。因此，电导率低于Ag或Cu的金属(例如Ni)可以用于形成金属电极(优选用例如Ag薄层覆盖)，显著增加电池串联电阻的风险降低，并且显著降低电池填充因子的风险降低。
因此，本公开的一些实施方式可以涉及一种用于制造无母线光伏电池的制造方法，其中，该制造方法包括如下步骤：根据本公开实施方式，在硅基材的n型区域上形成第一金属电极并且在硅基材的p型区域上形成第二金属电极，例如，从而形成无母线光伏电池的金属手指。
下文提供对实验进行解释的实施例，其中，根据本公开实施方式的方法用于在双面光伏电池上提供金属接触部。提供这些实施例用于解释本公开的优点和实施方式，并且有助于本领域技术人员还原本公开内容以进行实践。然而，这些实施例不应被解释为以任何方式对本公开进行限制。
实施例1：比较根据现有技术或本公开实施方式沉积含有Ni的初始金属层
在实验中，在包括p型区域和n型区域的硅基材上实施Ni浸镀工艺。使用单晶n型Cz硅基材，该基材在第一基材侧具有扩散的p型区域并且在与第一基材表面相反的第二基材侧具有扩散的n+型区域。在形成扩散区域后，使含有氮化硅层的介电层沉积在基材两侧，并且通过激光烧蚀进行局部去除，由此使第一区和第二区中的下层硅表面暴露。这导致在第一基材侧(第一基材表面)暴露p型区域，并且在第二基材侧(第二基材表面)暴露n+型区域。n+型区域和p型区域分别暴露于由宽度为约20微米的不同矩形部分所组成的第一区1和第二区2。在实施Ni浸镀工艺之前，使这些基材在2％的HF溶液中浸渍90秒，由此去除可能存在于待镀覆表面上的任何氧化物，并进行冲洗。在第一组硅基材上，使用30％[NH4F]中含有5.5mM[Ni](300ppm[Ni])且pH为8.5的镀覆溶液来实施现有的浸镀工艺。更具体地说，所用的镀覆溶液包含DI水、5.5mM的[Ni](使用氨基磺酸镍(Ni(SO3NH2)2)作为[Ni]源)和30％NH4F(等于每1升溶液300g NH4F)。通过添加NH4OH调节镀覆浴的pH，并获得8.5的pH值。镀覆溶液的温度为64℃，使用2分钟的镀覆时间。在第二组硅基材上，使用30％[NH4F]中含有5.5mM[Ni](300ppm[Ni])和0.4mM[Cu](25ppm[Cu])且pH为8.5的镀覆溶液来根据实施本公开实施方式的浸镀工艺。更具体地说，所用的镀覆溶液包含DI水、5.5mM的[Ni](使用氨基磺酸镍(Ni(SO3NH2)2)作为[Ni]源)、0.4mM的[Cu](使用硫酸铜(CuSO4.5H2O)作为[Cu]源)和30％NH4F。通过添加NH4OH调节镀覆浴的pH，并获得8.5的pH值。对于一部分第二组硅晶片，使用60℃的镀覆温度和10秒的镀覆时间；对于另一部分第二组硅晶片，使用55℃的镀覆温度和30秒的镀覆时间。对于第一组和第二组基材，随后通过在84℃实施12分钟无电镀覆，在含有Ni的初始浸镀层上形成另一Ni层。
基于XRF(X射线荧光)测量对含有Ni的初始金属层的沉积层厚进行估算。在覆盖直径300微米的圆形区域的区上进行XRF测量，而包含有Ni的镀覆初始金属层的宽度为约20微米。虽然是在基于XRF测量计算层厚时进行了假设，但这意味着测量区并未完全被含有Ni的初始金属层覆盖。表1显示了如上所述通过用含有Cu作为不同于Ni的另一金属的镀覆溶液进行浸镀所形成的初始金属层的计算厚度值(第二组基材，表1中的iNiCu)和如上所述通过用不含不同于Ni的另一金属的镀覆溶液进行浸镀所形成的初始金属层的计算厚度值(第一组基材，表1中的iNi)(任意厚度单位)。表1所示的厚度值是基于在五个不同位置测量的平均值。由于用于测定这些值的方法，厚度单位是任意的，但是所记录的值可以假定为与真实厚度成比例。估算n型区域和p型区域上的厚度。结果显示出在n型区域和p型区域上实现了同时镀覆，并且n型区域上的i-Ni层的厚度大于p型区域上的i-Ni层的厚度。该结果还显示出根据本公开实施方式的实例使用含Cu的镀覆浴实施镍浸镀工艺，与不含Cu的镀覆浴中实施镍浸镀工艺相比，在n型区域和p型区域上都获得了较高的镀覆速度。因此，根据本公开实施方式的方法的优点在于，与基于浸镀的已知工艺相比，加工时间更和/或沉积温度更低。还观察到根据本公开方法形成的含有Ni的初始金属层不仅含有Ni，而且还含有Cu，并且n型区域上的Cu相对量大于p型区域上的Cu相对量。
表1
实施例2：制造并比较现有技术和本公开实施方式的硅光伏电池测试结构
使用与两组硅基材相关的上述加工条件，通过Ni浸镀工艺制备在n型和p型接触区域中同时提供薄Ni层的硅光伏电池测试结构。平均层厚记录于表1。对于第二组硅晶片，在55℃实施Ni浸镀30秒。在薄的Ni浸镀层上不设置额外的层。在通过浸镀提供Ni层后，在350℃下在N2(O2<10ppm)中实施烧结步骤4分钟。如上所述，n+型区域和p型区域分别暴露于由宽度为约20微米的不同矩形部分所组成的第一区1和第二区2。第一区和第二区对应于硅光伏电池测试结构的金属手指的位置。
在这些测试结构上，基于准稳态光电导测量确定隐含开路电压iVoc和隐含填充因子iFF。在浸镀之前、浸镀之后但烧结之前和烧结之后进行测量。在不同基材上测定的iVoc和iFF的结果显示于表2中，并且烧结后的iVoc和iFF值与镀覆前值的相对变化(相对Δ)。这些结果表明，使用根据本公开的实施例的Ni镀覆方法可以获得良好的令人满意的iVoc和iFF值。对于使用现有Ni镀覆方法的测试结构，观察到由镀覆工艺造成的iVoc和iFF值显著降低，并且电镀前所测定的原始iVoc和iFF值不能通过烧结完全恢复。结果表明，与初始值相比，平均来说，烧结后iVoc相对减少了2.2％，并且烧结后iFF相对减少了4％。对于使用本公开实施方式的Ni镀覆方法的测试结构，与现有的工艺相比，观察到由镀覆工艺造成的iVoc和iFF值显著降低。对于这些测试结构，镀覆前测定的原始iVoc可以通过烧结完全恢复、甚至略微改进，并且镀覆前测定的原始iFF可以几乎完全恢复。结果表明，与初始值相比，平均来说，烧结后iVoc相对改进了0.1％，并且烧结后iFF相对减少了0.4％。这表示，与现有技术方法相比，可以通过本公开实施方式的方法形成电极或接触区域，而将显著更小的损坏引入硅基材。
表2
实施例3：制造硅光伏电池：一般程序
在第二方面，本公开涉及用于制造光伏电池的方法，其中，通过根据本公开第一方面实施方式的方法提供电池电极。
例如，本公开第二方面的实施方式提供了一种用于制造双面硅光伏电池的方法，其中，所述方法包括根据第一方面的实施方式，同时、例如在同一时间，在硅基材的n型区域上形成至少一个第一金属电极并且在硅基材的p型区域上形成至少一个第二金属电极。在用于制造双面光伏电池的方法中，在基材的相反侧上的硅基材表面处暴露n型区域和p型区域。
例如，本公开第二方面的实施方式提供了一种用于制造背接触式硅光伏电池的方法，其中，所述方法包括根据第一方面的实施方式，同时、例如在同一时间，在硅基材的n型区域上形成至少一个第一金属电极并且在硅基材的p型区域上形成至少一个第二金属电极。在用于制造背接触式光伏电池的方法中，在硅基材的相同侧上的硅基材表面处、更具体地说在基材的背侧或后侧处暴露n型区域和p型区域。
例如，本公开第二方面的实施方式提供了一种用于制造无母线硅光伏电池的方法，其中，所述方法包括根据第一方面的实施方式，同时、例如在同一时间，在硅基材的n型区域上形成至少一个第一金属电极并且在硅基材的p型区域上形成至少一个第二金属电极。在用于制造无母线光伏电池的方法中，在硅基材的相同侧或相反侧上的硅基材表面处暴露n型区域和p型区域。
本公开的第二方面的实施方式不限于上述实例。根据本公开可以制造其它光伏电池结构或其它光伏电池类型。
实施例4：根据本公开一些实施方式制造PERT双面硅光伏电池
通过本公开第二方面实施方式的方法制造双面硅光伏电池。更具体地说，在n型硅基材上制造具有钝化发射极背面全扩散(PERT)结构的双面光伏电池。
图6示意性显示了根据本公开实施方式可以制造的钝化发射极背面全扩散(PERT)双面硅光伏电池结构50一部分的横截面。PERT电池50包括硅基材10，例如n型结晶硅基材。PERT电池50还包括在基材10前侧形成的发射体区域52(例如p型扩散区域)以及在基材10后侧形成的选择性BSF(背表面场)区域51、511(例如，n+型扩散区域)。在基材50的后侧，存在第一电极58，第一电极58或后侧电极提供了与BSF区域51、511的电接触。在基材50的前侧，存在第二电极59，第二电极59或发射体电极提供了与发射体区域52的电接触。选择性BSF区域包括第一BSF区域51和第二BSF区域511，第二BSF区域511设置在第一电极58的位置处，并且比其间的第一BSF区域51更加重度掺杂。如图6所示实例，第一金属电极58和第二金属电极59包括：初始金属层53(例如，含有Ni的初始金属层)以及在初始金属层53顶部上的另一金属层54。例如，可以根据本公开第一方面方法的实施方式来提供第一电极58和第二电极59。
图7示意性显示了用于制造如图6所示PERT硅光伏电池的示例性方法200的工艺步骤，以显示根据本公开一些实施方式的特征和性质。
在图7所示示例性方法中，在硅基材10去除双侧锯状损伤(saw damage)和纹理化(201)之后，例如，通过将基材浸入含有KOH或NaOH的蚀刻溶液中，在基材的前侧形成(202)发射体区域52。在基材10是n型基材的实施方式中，发射体区域52可以例如通过实施BBr3扩散来形成。在基材10是p型基材的实施方式中，发射体区域52可以例如通过实施POCl3扩散来形成。可以随后从基材的背侧去除扩散层，例如通过单侧湿法蚀刻去除。在前侧掩模步骤后，在后侧处形成BSF区域51(步骤203)，例如，在n型基材10的实施方式中通过POCl3扩散、或者在p型基材10的实施方式中通过BBr3扩散来形成。随后，在基材的前表面和后表面处设置表面钝化层(前侧介电层55和后侧介电层56)。设置表面钝化层可以例如包括：实施热氧化(204)以在基材前侧和后侧处提供硅氧化物层，随后在基材的后侧处沉积SiNx层(205)，并且在基材的前侧处沉积SiNx层(2061)。在另一实施方式中，替代在前侧沉积SiNx层(2061)，可以在去除前侧硅氧化物层后，在前侧沉积(2062)包含Al2O3层和SiNx层的堆叠体，Al2O3层为例如原子层沉积Al2O3层，并且SiNx层为例如等离子体增强化学气相沉积SiNx层。然后使前侧钝化层55和后侧钝化层56图案化(207)，例如，通过激光，如激光烧蚀，如皮秒UV激光烧蚀(ps UV laser ablation)，从而由此在将要设置金属电极58、59的位置处去除钝化层55、56。在后侧，可以使用激光掺杂工艺(例如，使用含有磷的旋涂掺杂剂源)来形成重度掺杂的BSF区域511。随后，可以实施缺陷退火步骤以缓解激光损伤。随后，例如，通过本公开第一方面的实施方式的非接触式镀覆工艺，在BSF区域511上形成第一金属电极58并且在发射体区域52上形成第二金属电极来提供后侧电极58和前侧电极59。随后可以进行接触式退火步骤(209)来减少金属-硅接触电阻。
实施例5：根据现有技术和本公开一些实施方式制造无母线PERT双面电池
使用本公开实施方式的方法，按照如图7所示的工艺步骤顺序，进行在180微米厚的n型Cz结晶硅基材(电阻率5欧姆.厘米)上制造无母线PERT双面电池的实验。光伏电池面积为239cm2。
通过本公开第一方面的实施方式的方法形成第一金属电极58(后侧电极，BSF电极)和第二金属电极59(前侧电极，发射体电极)。通过实施根据本公开实施方式的Ni浸镀工艺，在发射体区域52和BSF区域511上同时沉积含有Ni的初始金属层53。在搅拌下，将样品在55℃浸入Ni浸镀溶液中1分钟。Ni浸镀溶液包含30％[NH4F]、5.5mM[Ni](镍盐：氨基磺酸镍(Ni(SO3NH2)2)、0.4mM[Cu](铜盐：硫酸铜CuSO4.5H2O)，并用NH4OH进行调节以获得8.5的pH。在去离子水中冲洗5分钟后，通过实施Ni无电镀覆工艺在含有Ni的初始金属层53顶部上设置另一金属层54，更具体地说另一Ni层。将样品在82℃、pH4.8下浸入市售可获得的Ni无电浸镀溶液中12分钟。随后在去离子水中清洗5分钟。接着，使用市售可获得的镀覆溶液，通过两步银浸镀工艺，在另一Ni层的顶部上两侧同时提供银封盖层。该工艺包括：在38℃下实施30秒的第一步以及在52℃下实施90秒的第二步。最后，电池在350℃在氮气气氛中退火4分钟，以改进金属与硅的接触电阻和线电导率。
作为参考，根据类似的工艺制造PERT双面电池，其中，通过物理气相沉积(溅射)和矽化金属沉积(salicidation)工艺替代浸镀来提供Ni种晶层(硅化镍层)、随后通过无电镀覆来提供另一Ni层并通过如上所述两步镀覆法提供银封盖层，形成了第一和第二金属电极。
表3显示出根据本公开实施方式制造的无母线PERT双面电池(表3中的iNi+)和用溅射种晶层制造的无母线PERT双面电池(表3中的PVD Ni)的光伏电池测量特性。电池在前表面和后表面上具有热SiOx/PECVD SiNx钝化层。显示了四个iNi+电池和相应的PVD Ni参考电池的测量平均值以及所获得的最佳值。
使用Pasan GridTOUCH接触系统，在低反射背卡盘(back chuck)上，用具有校准太阳能模拟器的前侧光照下测量电池特性，在前侧和后侧使用30根线进行电流提取，并且在前侧和后侧使用5根线进行电压测量(N.Bassi等人，“葛烈德接触：可在生产和实验室环境中对无母线电池进行精确IV测量的创新解决方案(GridTOUCH：Innovative solution forprecise IV measurement of busbar-free cells in production and laboratoryenvironments)”，Proc.第29EUPVSEC，1180-1185)。表3给出了以下特性：短路电流密度Jsc、开路电压Voc、填充因子FF、电池效率、双面性(bifaciality)、串联电阻Rs和伪填充因子pFF。校正表3中所示的短路电流密度值以去除测量线阴影效应。由于在这些无母线电池中指状线(金属线)电阻相对较高，因此GridTOUCH系统的电压和电流线之间存在虽小但显著的电压偏移，这导致电池填充因子被高估。表3中所示的填充因子值是从考虑该效应后重新绘制的电流-电压曲线获得的向下校正值。双面性定义为当照射电池的背侧时测量的短路电流密度Jsc与当照射电池前侧时测量的短路电流密度Jsc的比率。
表3
该实验结果显示出：与具有使用包括通过PVD沉积和矽化金属沉积首先形成镍种晶层(硅化镍层)的方法所提供第一和第二电极的光伏电池相比，具有根据本公开实施方式设置的第一和第二电极的光伏电池可以获得类似的电性能。
在前侧和后侧钝化层图案化之后(在提供含有Ni的初始金属层之前)和在根据本公开方法提供含有Ni的初始金属层并在350℃烧结4分钟之后，测量iNi+电池的隐含(implied)开路电压iVoc和隐含填充因子iFF。在镍镀覆和烧结后，六个电池的平均值显示iVoc从670.5mV增加到672.1mV，并且iFF从82.8％增加到83.2％。
同样对于根据如上所述的本公开方法制造但在前侧具有AlOx/SiNx钝化层而不是SiOx/SiNx钝化层的PERT双面电池，在Ni镀覆和烧结后测量到iVoc和iFF的少量改进。更具体地是，基于三个电池的平均值显示出iVoc从682.8mV增加到684.6mV，并且iFF从81.8％增加到83.0％。这说明根据本公开实施方式的用于形成第一电极和第二电极的方法抵消了光伏电池电性能的下降，表明由所用镀覆方法导致的电损坏不存在或减少。
对于根据如上所述的本公开方法制造但在前侧具有AlOx/SiNx钝化层而不是SiOx/SiNx钝化层的双面硅光伏电池，测量电池效率高达22.8％。对于性能最佳的电池，测量以下电学特性：短路电流密度Jsc为40.5mA/cm2，开路电压Voc为694mV，填充因子FF为81.1％，电池效率为22.8％。在44个所制备的电池上，平均Jsc为40.4±0.1mA/cm2，平均Voc为691.2±1.6mV，FF为80.3±0.6％，电池效率为22.4±0.2％。测量代表性n-PERT双面电池的双面性，Jsc、Voc、FF和电池效率分别为97.4％，99.9％，99.9％和97.2％。
此外，根据类似的方法进行制造PERT双面电池的实验，其中，首先通过现有的浸镀工艺(在镀覆溶液中不含不同于Ni的另一金属)替代本公开方法的镀覆工艺提供含有Ni的初始金属层，形成了第一和第二金属电极。作为参考，根据类似的工艺制造PERT双面电池，其中，通过物理气相沉积(溅射)和矽化金属沉积(salicidation)工艺替代浸镀来提供Ni种晶层(硅化镍层)、随后通过无电镀覆来提供另一Ni层并通过如上所述两步镀覆法提供Ag封盖层，形成了第一和第二金属电极。
表4显示出用含有Ni的现有浸镀初始金属层制造的无母线PERT双面电池(表4中的iNi)和用溅射种晶层制造的无母线PERT双面电池(表4中的PVD Ni)的测量光伏电池特性。电池在前表面和后表面上都具有热SiOx/PECVD SiNx钝化层。表4仅显示最佳电池所获得的如下特性：短路电流密度Jsc(校正以去除测量线阴影(measurement wire shading))、开路电压Voc、填充因子FF(未对指状线电阻效应进行校正)以及电池效率。
表4
iNi和相应的PVD Ni电池的结果表明：与使用包括首先通过PVD沉积和矽化金属沉积形成Ni种晶层的方法所形成并具有第一和第二电极的光伏电池相比，当使用现有的浸镀工艺来形成含有Ni的初始金属层时观察到电性能下降。该下降主要反映在显著降低的开路电压和显著降低的填充因子。
实施例6：根据本公开实施方式的典型的双面镀覆工艺
在该实施例中，通过根据本发明实施方式的方法对在基材第一侧上包含p型线区域且在基材相反侧上包含n型线区域的硅基材进行镀覆。首先，通过如实施例1所述的Ni浸镀工艺对区域进行选择性活化，不同的是，使用30％[NH4F]中含有10mM[Ni](300ppm[Ni])和0.4mM[Cu]且pH为8.5的镀覆溶液在55℃浸渍2分钟，由此形成含有Ni的初始金属层。图8(上)显示通过电子显微镜观察的在p表面上Ni镀层的俯视图。观察到良好的种晶层覆盖物。图8(中)显示通过电子显微镜观察的在p表面上Ni镀层的侧视图。观察到良好的种晶层覆盖物。图8(下)显示通过电子显微镜观察的在p表面上Ni镀层的俯视图。未观察到重镀(ghostplating)。随后，通过使用来自MacDermidTM的市售Ni无电镀覆溶液实施Ni无电镀覆工艺15分钟，在初始金属层顶部上设置另一Ni层。接下来，通过使用来自MacDermidTM的市售可购得的镀覆溶液(Helios Silver IM 448)，通过在48℃至54℃下2至6分钟的银浸镀工艺在另一Ni层上形成银封盖。该封盖步骤改进了线电导率。最后，基材在贫氧气氛中在350℃烧结4分钟，以降低线接触电阻。
实施例7：在根据本公开实施方式使用包括通过Ag镀覆工艺形成可焊接Ag封盖层的方法的同时，将线电阻降低至小于10欧姆/cm。
现在，在光伏板中，在层压体中需要约30条智能线来获得良好的填充因子。为了降低成本，可以使用较少的线(例如，18根)，但是这将需要降低线电阻(例如，降低至小于10欧姆/厘米)。本发明人进行了多因素分析以确定当使用Ag封盖层时哪些因素在实现低线电阻中起重要作用。在该分析中包括两个泵流量(30rpm和60rpm)、两个Ag镀覆温度(48℃和54℃)、两个Ag镀覆持续时间(2分钟和6分钟)、两个搅拌方案(有搅拌和没有搅拌)以及两个循环方案(一步Ni/Ag方案和两步Ni/Ag/Ni/Ag方案)。所测量的输出是Ag和Ni厚度、线电阻和粘附性。根据该分析，发现时间、温度和步骤数是重要的。特别是，更长的时间、更高的温度和更少的步骤数均提供了较低的线电阻。
根据该分析，我们可以推断出：Ag镀覆步骤优选高于48℃的温度，并且Ag镀覆步骤优选大于2分钟的Ag镀覆时间。当用一步法实施实施例6时，在54℃下6分钟的Ag镀覆步骤可以实现3.3欧姆/厘米的线电阻。
实施例8：在根据本公开实施方式使用包括通过Ag镀覆工艺形成可焊接Ag封盖层的方法降低剥离性和粘附性，同时获得低于10欧姆/厘米的线电阻。
较厚的Ag封盖层常常导致剥离/粘附性下降。这在n-LD(激光掺杂)侧是最明显的，因为在该侧获得了相对更平坦的表面。
为了改进粘附性，发现了提供良好结果的两个方案。
实施例8a：第一方案
在该第一方案中，通过根据本发明实施方式的方法对在基材第一侧上包含p型线区域且在基材相反侧上包含n型线区域的硅基材进行镀覆。首先，通过如实施例6所述的Ni浸镀工艺对所述区域进行选择性活化。随后，通过使用来自MacDermidTM的市售Ni无电镀覆溶液实施短时间Ni无电镀覆工艺1.5分钟，在初始金属层顶部上设置另一Ni层。随后，基材在贫氧、富氮气氛中在350℃烧结4分钟，随后，在2％HF中实施1分钟浸渍，接着，通过使用来自MacDermidTM的市售Ni无电镀覆溶液实施长时间Ni无电镀覆工艺15分钟，以提供另一Ni层，最后，通过使用来自MacDermidTM的市售可购得的镀覆溶液，通过在54℃下4.5分钟的银浸镀工艺在另一Ni层上形成银封盖。未观察到剥离，并且胶带测试显示出：n侧(激光掺杂，相对平坦且通常不利于粘附)和p侧(激光烧蚀，相对粗糙且改进了粘附)都抗刮擦。该方案的另一优点是允许在烧结前检查镀覆是否良好。由于在烧结之前存在非常薄的第一Ni层，因此这在下一个方案中不太容易。
该方案允许在4.5分钟的银浸镀中获得线电阻为10欧姆/厘米、宽11.5μm的线，而对于宽34.7的线，2分钟就足够了。图9对根据实施例8a所获得样品和Ag溅射所获得样品的相对最大功率(P最大)作为如2005年的标准IEC61215所述的热循环实验的循环次数的函数关系进行了比较。从该图中可以看出，根据本发明的样品的性能与参考的溅射样品的性能相当，在200次循环中损失小于2％。通过串联电阻图证实，200次循环后的粘附性良好。
实施例8b：第二方案：
在该第二方案中，通过根据本发明实施方式的方法对在基材第一侧上包含p型线区域且在基材相反侧上包含n型线区域的硅基材进行镀覆。首先，通过如实施例6所述的Ni浸镀工艺对所述区域进行选择性活化。随后，基材在贫氧、富氮气氛中在350℃烧结4分钟，随后，在2％HF中实施1分钟浸渍，接着，通过使用来自MacDermidTM的市售Ni无电镀覆溶液实施长时间Ni无电镀覆工艺15分钟，以提供另一Ni层.然后，最后通过使用来自MacDermidTM的市售可购得的镀覆溶液，通过在54℃下4.5分钟的银浸镀工艺在另一Ni层上形成银封盖。未观察到剥离，并且胶带测试显示出：n侧(激光掺杂，相对平坦且通常不利于粘附)和p侧(激光烧蚀，相对粗糙且改进了粘附)都抗刮擦。该方案的优点在于比前一方案更短。
上述说明详细描述了本公开的某些实施方式。但是应理解，不管上文看起来有多详细，都可以很多种方式实施本发明。应注意，当描述本公开某些特征或方面时特定术语的使用不应理解为表示该术语在此被重新限定为局限于包括与该术语相关的本公开特点或方面的任何特定特征。
而上文的详细说明以及本公开的概述集中在制备期间的方法上，本公开还涉及使用上述实施方式中任意所述的方法制备的器件，例如，光伏器件。

Claims (15)

1.一种用于同时在硅基材(10)的n型区域(11、51、511)上形成第一金属电极(31、58)并且在硅基材(10)的p型区域(12、52)上形成第二金属电极(32、59)的方法(100)，其中，n型区域(11、51、511)暴露在第一区(1)并且p型区域(12、52)暴露在第二区(2)，所述方法包括：
通过使用镀覆溶液的Ni浸镀工艺同时在第一区(1)和第二区(2)中沉积(101)含有Ni的初始金属层(33、53)；以及
通过金属无电镀覆工艺或金属浸镀工艺在第一区(1)和第二区(2)中将另一金属层(34、54)沉积(102)在含有Ni的初始金属层(33、53)上，
其中，镀覆溶液含有Ni和预定量的不同于Ni的另一金属。
2.如权利要求1所述的方法(100)，其中，不同于Ni的另一金属的氧化还原电势高于Ni的氧化还原电势。
3.如前述权利要求中任一项所述的方法(100)，其中，不同于Ni的另一金属是Cu。
4.如前述权利要求中任一项所述的方法(100)，其中，镀覆溶液包含250ppm至350ppm的Ni，并且不同于Ni的另一金属的预定量为5ppm至250ppm，优选20ppm至50ppm。
5.如前述权利要求中任一项所述的方法(100)，其中，沉积(102)另一金属层(35、54)包括：同时在第一区(1)和第二区(2)中使另一金属层(34、54)沉积在含有Ni的初始金属层(33、53)上。
6.如前述权利要求中任一项所述的方法(100)，其中，沉积(102)另一金属层(35、54)包括：通过Ni无电镀覆工艺沉积另一Ni层。
7.如权利要求6所述的方法(100)，该方法还包括在另一Ni层(34、51)上形成可焊接封盖层。
8.如权利要求7所述的方法(100)，其中，形成可焊接封盖层包括通过Ag镀覆工艺形成Ag层。
9.如权利要求7所述的方法(100)，其中，形成可焊接封盖层包括通过Ag浸镀工艺形成Ag层，并且Ag层的厚度为150nm至600nm。
10.如前述权利要求1-4中任一项所述的方法(100)，其中，沉积(102)另一金属层(35、54)包括：通过Ag无电镀覆工艺或Ag浸镀工艺沉积Ag层。
11.如前述权利要求中任一项所述的方法(100)，该方法还包括：在250℃至450℃的温度下实施烧结步骤。
12.如前述权利要求中任一项所述的方法(100)，其中，第一区(1)和第二区(2)在硅基材(10)的相同侧。
13.如权利要求1-11中任一项所述的方法(100)，其中，第一区(1)和第二区(2)在硅基材(10)的相反侧。
14.如权利要求1至11或13中任一项所述方法用于制造双面光伏电池(50)的用途，所述方法包括：同时在硅基材(10)的n型区域(11、51、511)上形成第一金属电极(31、58)并且在硅基材(10)的p型区域(12、52)上形成第二金属电极(32、59)。
15.如权利要求1至12中任一项所述方法用于制造背接触式光伏电池的用途，所述方法包括：同时在硅基材(10)的n型区域(11)上形成第一金属电极(31)并且在硅基材(10)的p型区域(12)上形成第二金属电极(32)。
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