CN110854216B - 改善hit电池电极接触电阻和电导率的方法、电极制作方法 - Google Patents
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Abstract
一种改善HIT电池电极接触电阻和电导率的方法、电极制作方法，包括：在硅片表面制作纳米金属层作为种子层，进行第一热处理，第一热处理采用激光选区辐照，对种子层进行扫描式辐照；在种子层表面包覆导电层浆料，导电层浆料将种子层完全覆盖，不露出不漏出种子层，并与硅片表面TCO层接触；将种子层覆盖了导电层浆料后的硅片进行第二热处理，使种子层表面的导电浆料固化，与种子层一起形成电极。本申请通过种子层第一热处理+硅片第二热处理的方式，可以显著的降低接触电阻，同时可以显著的降低副栅线的电阻率，从而大幅度降低光生电流从HIT电池基体到主栅之间的传导电阻。
Description
技术领域
本发明涉及一种改善电池电极接触电阻和电导率的方法、电极制作方法及应用，尤其涉及一种能够改善HIT电池接触电阻和电导率制程方法、电极制作方法、所得HIT电池。
背景技术
太阳能电池是通过光电效应直接把光能转化成电能的装置，随着化石能源的逐渐耗尽，太阳能电池作为新的能源替代方案，使用越来越广泛。太阳能电池是将太阳的光能转换为电能的装置。
在各种太阳能电池中，N型异质结电池(HIT或HJT或SHJ或HDT电池，如图1所示)技术工艺步骤相对简单、无光致衰减、无电位诱导衰减、温度系数低，兼具超高的电池转换效率和双面发电性能，是当今国际研究和产业化的前沿。随着设备国产化、硅片减薄、低温银浆用量等成本降低，未来HIT电池有望取得长足发展。
常规制作N型异质结双面电池的工艺流程大致为：清洗制绒-正面非晶(i/P)沉积-背面非晶(i/N)沉积-双面沉积导电氧化层(TCO)-电极印刷&固化-测试&分选，这其中电极的作用是将光生载流子引出，从而利于将电能有效利用。
值得强调的是整个制程过程温度不建议超过200摄氏度，否则会引起效率大幅降低。目前主要采用低温银浆通过丝网印刷的工艺转移到电池的正背面，形成副栅线(用于收集TCO层的电流并传导到主栅)和主栅线(收集从副栅线电流并传导到汇流带)，之后的固化过程(不超过200℃)将易挥发的有机物排除，另外就是通过有机物的固化将副栅线和主栅线粘结到TCO玻璃上。例如CN109401440A公开了一直导电银墨水，是一种用于喷墨打印的溶剂型金属导电墨水，适合于太阳能电池、场效应晶体管、RFID等各种柔性电子器件的电极电路制备。
但是，现有技术中还存在一些问题：
1)目前常见的热固化树脂体系，对于TCO层的浸润性较差，接触电阻偏高，低温银浆与TCO粘合力也会下降；
2)鉴于整个烘焙过程温度不超过200℃，所以目前低温银浆里的银粉不可能融化而粘结一起，银粉与银粉的搭接只是物理接触，所以导致整个栅线的电导率非常大，电池串联电阻也会上升；
3)纳米尺寸的金属(银，铝，铜等)非常容易氧化，一旦氧化电导率大幅度降低，从而影响HIT电池的长期可靠性。
如图2所示TCO玻璃与栅线接触区域截面状态，A是希望达到的较为理想状态，接触电阻较小；B是有一些空隙，接触电阻较大；C空隙较大，接触电阻巨大。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而一种能够改善电池、尤其是HIT电池电极接触电阻和电导率方法、电极制作方法、所得电极、以及HIT电池。
本申请第一个方面是提供一种HIT电池电极制作方法，尤其是能够改善HIT电池电极接触电阻和电导率的电极制作方法，包括：
在硅片表面制作金属层作为种子层，进行第一热处理，第一热处理采用激光选区辐照，对种子层进行扫描式辐照；
在种子层表面包覆导电层浆料，导电层浆料将导电层完全覆盖，不露出种子层，并与硅片表面TCO层接触；
将种子层覆盖了导电层浆料后的硅片进行第二热处理，使种子层表面的导电浆料固化，与种子层一起形成电极。
本申请第二个方面是提供一种能够改善电池电极接触电阻和电导率的导电浆料制程方法，其采用第一方面所述方法制作电池电极，其中，所述电池优选为太阳能电池，更有选为HIT电池。
具体地，所述制程方法包括：
在硅片表面制作金属层作为种子层，进行第一热处理，第一热处理采用激光选区辐照，对种子层进行扫描式辐照；
在种子层表面包覆导电层浆料，导电层浆料将导电层完全覆盖，不露出种子层，并与硅片表面TCO层接触；
将种子层覆盖了导电层浆料后的硅片进行第二热处理，使种子层表面的导电浆料固化，与种子层一起形成电极。
在一种优选实施例中，所述硅片表面可以是其中一个表面，或者正面与背面两个表面。
在一种优选实施例中，所述种子层厚度优选为≤15μm，更优选为≤13μm，更优选为≤12μm，更优选为≤10μm，更优选为≤8μm，更优选为≤5μm。
在一种优选实施例中，所述种子层宽度优选为≤50μm，更优选为≤40μm，更优选为≤35μm，更优选为≤33μm，更优选为≤30μm，更优选为≤28μm，更优选为≤25μm。
在一种优选实施例中，所述金属层优选为采用纳米金属颗粒转移到硅片上获得。
更优选地，所述转移可以是选自喷墨、激光转印、丝网印刷或者其他方式。
优选地，所述纳米金属可以是铝、银、以及铝合金、银合金等可用的导电金属。
更优选地，所述纳米金属颗粒的粒径优选为≤800nm，更优选为≤700nm，更优选为≤600nm，更优选为≤500nm，更优选为≤400nm，更优选为≤300nm。
更优选地，所述第一热处理，激光波长优选为100至1500nm、更优选为150至1300nm、更优选为200至1000nm、更优选为220至800nm、更优选为250至700nm。
在一种优选实施例中，第一热处理过程，采用扫描速度为0.1～100m/s、优选为0.5至90m/s、更优选为1至80m/s的脉冲或连续激光光束。
在一种优选实施例中，第一热处理过程，激光辐照的光斑大小采用小于或等于种子层宽度。
在一种优选实施例中，第一热处理过程，辐照扫描方式采用沿着栅线方向进行，或采用垂直于栅线方向进行。
在一种优选实施例中，所述第二热处理，是将种子层覆盖了导电层浆料后的硅片在同一温度或温度区间进行热处理。例如，将硅片置于具有一温度或温度空间的腔室内，如烘箱、烤箱等。
更优选地，所述第二热处理为烘焙。
更优选地，所述温度或温度区间，能够使得导电浆料固化即可。
在一种优选实施例中，所述导电浆料可以是低温导电浆料，也可以是其他可用金属导电浆料或合金浆料。
在一种优选实施例中，所述方法还包括：
对制作了电极的硅片进行第三热处理，所述第三热处理为对电极进行激光辐射。
在一种优选实施例中，第三热处理过程，激光辐照的光斑大小采用小于或等于电极宽度。
在一种优选实施例中，第三热处理过程，辐照扫描方式采用沿着栅线方向进行，或采用垂直于栅线方向进行。
更优选地，所述第三热处理，激光波长优选为100至1500nm、更优选为150至1300nm、更优选为200至1000nm、更优选为220至800nm、更优选为250至700nm。
在一种优选实施例中，第三热处理过程，采用扫描速度为0.1～100m/s、优选为0.5至90m/s、更优选为1至80m/s的脉冲或连续激光光束。
在一种优选实施例中，所述第三热处理，激光辐照的光斑大小采用小于或等于电极的宽度的光斑，进行扫描式辐照。
本申请第三个方面是提供一种电极，所述电极由第一方面所述方法制作。
本申请第四个方面是提供一种太阳能电池，优选为HIT电池。所述太阳能电池的电极优选为采用本申请第二个方面的方法制作。
本申请通过种子层第一热处理+硅片第二热处理的方式，可以显著的降低接触电阻，同时可以显著的降低副栅线的电阻率，从而大幅度降低光生电流从电池基地到主栅之间的传导电阻。
附图说明
图1为HIT电池结构示意图；
图2为TCO玻璃与栅线接触区域截面状态SEM照片；
图3为本申请与现有技术所得HIT电池接触电阻对比；
图4为本申请与现有技术所得HIT电池栅线电阻率对比。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供了一种在HIT电池片硅上制作电极的方法，包括：
步骤1，提供硅片，硅片一般包括n型c-Si基材，以及向正背两面依次覆盖的i型a-Si和p型a-Si，以及表面的TCO层。
步骤2，在硅片表面制作金属层作为种子层，所述种子层主要是纳米金属(主要是银或铝或者其合金，颗粒尺寸500nm以下)，制程后厚度10um以下，宽度控制30um以下，可以采用喷墨、激光转印、丝网印刷或者其他方式转移到硅片的正背面。
步骤3，对种子层进行第一热处理，第一热处理采用激光选区辐照，对种子层进行扫描式辐照，以确保光斑不会辐照到非种子层区域；激光辐照的光斑大小采用小于或等于种子层宽度，激光器的波长是200～1100nm。辐照扫描方式采用沿着栅线方向进行。
步骤4，在种子层基础上覆盖导电层浆料，该导电层浆料可以是常规低温导电银浆或者其他金属导电浆料，该导电层浆料的宽度应大于种子层，从而保证导电层与种子层完全包裹，并且与TCO形成接触。
步骤5，对硅片进行第二热处理，采用常规烘焙方式进行整体固化。
实施例2
本实施例提供了一种在HIT电池片硅上制作电极的方法，包括：
步骤1，提供硅片，硅片一般包括n型c-Si基材，以及向正背两面依次覆盖的i型a-Si和p型a-Si，以及表面的TCO层。
步骤2，在硅片表面制作金属层作为种子层，所述种子层主要是纳米金属(主要是银或铝或者其合金，颗粒尺寸500nm以下)，制程后厚度10um以下，宽度控制30um以下，可以采用喷墨、激光转印、丝网印刷或者其他方式转移到硅片的正背面。
步骤3，对种子层进行第一热处理，第一热处理采用激光选区辐照，对种子层进行扫描式辐照，以确保光斑不会辐照到非种子层区域；激光辐照的光斑大小采用小于或等于种子层宽度，激光器的波长是200～1100nm。辐照扫描方式采用沿垂直栅线方向进行。
步骤4，在种子层基础上覆盖导电层浆料，该导电层浆料可以是常规低温导电银浆或者其他金属导电浆料或者其合金，该导电层浆料的宽度应大于种子层，从而保证导电层与种子层完全包裹，并且与TCO形成接触。
步骤5，对硅片进行第二热处理，采用常规烘焙方式进行整体固化。
实施例3
本实施例提供了一种在HIT电池片硅上制作电极的方法，包括：
步骤1，提供硅片，硅片一般包括n型c-Si基材，以及向正背两面依次覆盖的i型a-Si和p型a-Si，以及表面的TCO层。
步骤2，在硅片表面制作金属层作为种子层，所述种子层主要是纳米金属(主要是银和铝或者其合金，颗粒尺寸500nm以下)，制程后厚度10um以下，宽度控制30um以下，可以采用喷墨、激光转印、丝网印刷或者其他方式转移到硅片的正背面。
步骤3，对种子层进行第一热处理，第一热处理采用激光选区辐照，对种子层进行扫描式辐照，以确保光斑不会辐照到非种子层区域；激光辐照的光斑大小采用小于或等于种子层宽度，激光器的波长是200～1100nm。辐照扫描方式采用沿垂直栅线方向进行。
步骤4，在种子层基础上覆盖导电层浆料，该导电层浆料可以是常规低温导电银浆或者其他金属导电浆料，该导电层浆料的宽度应大于种子层，从而保证导电层与种子层完全包裹，并且与TCO形成接触。
步骤5，对硅片进行第二热处理，采用常规烘焙方式进行整体固化。
步骤6，常规烘焙固化后，对形成的电极再进行一次热处理，即再进行一次激光辐照，激光辐照方法使用的激光器的波长是200～1100nm；激光辐照的光斑大小采用小于或等于太阳能电池电极的宽度的光斑进行扫描式辐照，保证光斑不会辐照到非种子层区域；激光辐照方法中，辐照扫描方式采用沿着栅线方向进行。
实施例4
本实施例提供了一种在HIT电池片硅上制作电极的方法，包括：
步骤1，提供硅片，硅片一般包括n型c-Si基材，以及向正背两面依次覆盖的i型a-Si和p型a-Si，以及表面的TCO层。
步骤2，在硅片表面制作金属层作为种子层，所述种子层主要是纳米金属(主要是银或铝或者其合金，颗粒尺寸500nm以下)，制程后厚度10um以下，宽度控制30um以下，可以采用喷墨、激光转印、丝网印刷或者其他方式转移到硅片的正背面。
步骤3，对种子层进行第一热处理，第一热处理采用激光选区辐照，对种子层进行扫描式辐照，以确保光斑不会辐照到非种子层区域；激光辐照的光斑大小采用小于或等于种子层宽度，激光器的波长是200～1100nm。辐照扫描方式采用沿垂直栅线方向进行。
步骤4，在种子层基础上覆盖导电层浆料，该导电层浆料可以是常规低温导电银浆或者其他金属导电浆料或者其合金，该导电层浆料的宽度应大于种子层，从而保证导电层与种子层完全包裹，并且与TCO形成接触。
步骤5，对硅片进行第二热处理，采用常规烘焙方式进行整体固化。
步骤6，常规烘焙固化后，对形成的电极再进行一次热处理，即再进行一次激光辐照，激光辐照方法使用的激光器的波长是200～1100nm；激光辐照的光斑大小采用小于或等于太阳能电池电极的宽度的光斑进行扫描式辐照，保证光斑不会辐照到非种子层区域；激光辐照方法中，辐照扫描方式采用沿着垂直栅线方向进行。
对比例
步骤1，提供硅片，硅片一般包括n型c-Si基材，以及向正背两面依次覆盖的i型a-Si和p型a-Si，以及表面的TCO层。
步骤2，在硅片表面用低温导电浆料进行电极印刷，如CN109401440A公开的低温银导电浆料通过丝网印刷的工艺转移到电池的正背面，形成副栅线和主栅线(电极)。
步骤3，固化。
通过激光烧结+纳米种子层的方式，可以显著的降低接触电阻，同时可以显著的降低副栅线的电阻率，从而大幅度降低光生电流从电池基地到主栅之间的传导电阻。表1为本申请实施例与现有技术制程效果对比。
表1，本申请实施例与现有技术制程效果对比
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 对比例 | |
| Voc(mV) | 737.4 | 737.6 | 738.2 | 738.2 | 736.7 |
| Isc(mA/c<sup>2</sup>) | 39.2 | 39.2 | 39.7 | 39.5 | 38.7 |
| FF(％) | 82.1 | 82.0 | 82.3 | 82.4 | 81.5 |
| Eff(％) | 23.7 | 23.7 | 23.9 | 24.1 | 23.2 |
可见，本申请能够使得HIT电池效率提升0.5％以上。解决了HIT电池电极制程过程中无法高温固化、低温固化情况下电池效率有待提高的问题。
以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。
Claims (10)
1.一种HIT电池电极制作方法，其特征在于，包括：在硅片表面制作纳米金属层作为种子层，进行第一热处理，第一热处理采用激光选区辐照，对种子层进行扫描式辐照；
在种子层表面包覆导电层浆料，导电层浆料将种子层完全覆盖，不露出种子层，并与硅片表面TCO层接触；
将种子层覆盖了导电层浆料后的硅片进行第二热处理，使种子层表面的导电浆料固化，与种子层一起形成电极。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述种子层厚度为≤25μm，所述种子层宽度为≤50μm。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述种子层采用纳米金属颗粒转移到硅片上获得，所述纳米金属颗粒的粒径为≤800nm。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，第一热处理过程，激光辐照的光斑大小采用小于或等于种子层宽度。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一热处理，激光波长为100至1500nm，扫描速度为0.1～100m/s的脉冲或连续激光光束。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二热处理，是将种子层覆盖了导电层浆料后的硅片在同一温度或温度区间进行热处理。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
对制作了电极的硅片进行第三热处理，所述第三热处理为对电极进行激光辐射；所述第三热处理，激光辐照的光斑大小采用小于或等于电极的宽度的光斑，进行扫描式辐照，激光波长为100至1500nm，扫描速度为0.1～100m/s的脉冲或连续激光光束。
8.一种电极，其特征在于，所述电极采用权利要求1所述方法制作。
9.一种能够改善HIT电池电极接触电阻和电导率的导电浆料制程方法，其特征在于，采用权利要求1所述方法制作电极。
10.一种HIT太阳能电池，其特征在于，所述太阳能电池的电极优选为采用权利要求9所述的方法制作。
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