CN111129179A - 一种异质结电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种异质结电池及其制备方法，所述异质结电池，包括：硅层衬底、衬底正面的本征非晶硅层一、掺杂非晶硅层一、TCO层一、正面金属电极、衬底背面的本征非晶硅层二、掺杂非晶硅层二、TCO层二、背面金属电极，所述TCO层一和TCO层二的表面设有凹槽，凹槽的深度分别小于TCO层一、TCO层二的厚度，所述正面、背面金属电极填充在所设凹槽处，分别形成金属导电层一和金属导电层二。本发明提供的技术方案在不增加银浆耗量的前提下，提升电池片主栅粘结拉力，提升光伏组件的可靠性。
Description
技术领域
本发明属于电池制造领域，更具体的说是涉及一种异质结电池及其制备方法。
背景技术
在太阳能电池技术的发展过程中，提效降本是永恒的话题。异质结电池技术具有效率高、无衰减、生产工艺简单、工艺温度低等优点，在众多技术路线中脱颖而出，也在近年的新技术开发中备受关注。异质结电池对高温比较敏感，因此对非晶硅成膜后的工艺温度控制比较高，一般要求不超过240℃，这就对制备主栅线的浆料提出了苛刻的要求，需要使用低温银浆。
与传统高温浆料相比，针对异质结产品开发的低温银浆，具有低电阻、低温烘干的特性。低温银浆中无玻璃料添加，通过添加树脂类粘合剂来增加粘结力，低温银浆得到的焊接拉力通常比较低，只有1.0N/mm左右。提高主栅拉力的方法主要有两种途径，第一种是加宽栅线，增加银浆和硅片的接触面积，但是这在增大拉力的同时，大大增加了银浆耗量，提升了电池成本，还不利于环境和能源的开发保护；第二种是增加粘合剂含量，提升拉力，但这样做的缺点是银含量会相应降低，导致浆料体电阻增大，而在电池端的表现为串联电阻增加、填充因子降低。拉力和电性能间存在此消彼长的关系，因此，在保证效率不损失的情况下，提高银浆与电池片之间的粘结力、保证组件的可靠性是当前面临的主要问题。
因此，结合上述问题，提供一种异质结电池及其制备方法，是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种异质结电池及其制备方法，在不增加银浆耗量的前提下，提升电池片主栅粘结拉力，提升光伏组件的可靠性。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种异质结电池，包括：硅层衬底、设置在所述硅层衬底正面的本征非晶硅层一以及设置在所述硅层衬底背面的本征非晶硅层二，所述本征非晶硅层一的正面依次设置有掺杂非晶硅层一、TCO层一和正面金属电极，所述本征非晶硅层二的背面依次设置有掺杂非晶硅层二、TCO层二和背面金属电极，其特征在于，所述TCO层一和TCO层二的表面设有凹槽，凹槽的深度分别小于TCO层一、TCO层二的厚度，所述正面、背面金属电极填充在所设凹槽处，分别形成金属导电层一和金属导电层二；
所述金属导电层一覆盖、填充在TCO层一的凹槽处；
所述金属导电层二覆盖、填充在TCO层二的凹槽处。
优选的，所述TCO层一、TCO层二的材料选择，包括ITO、IWO、AZO、IZO、ITiO等TCO材料中的一种或多种。
优选的，所述TCO层一和TCO层二可以为多层TCO结构，每层TCO的材料选择可以相同，也可以不同。
优选的，所述多层结构的TCO层中，第一层TCO设置凹槽，其余层TCO不对金属导电层覆盖或遮挡。
优选的，所述TCO层一、TCO层二的厚度为70-120nm。
优选的，所述TCO层一和TCO层二的厚度可以相同，可以不同。
优选的，所述凹槽深度为20-70nm，凹槽与掺杂非晶硅之间的TCO厚度为10-50nm；凹槽宽度为0.3-1.2mm，凹槽之间的间隔距离为3-35mm。
优选的，所述金属导电层一、金属导电层二的材料选择，包括银、铜、铝中的一种或多种。
优选的，所述金属导电层一、金属导电层二的厚度均为14-30μm。
一种异质结电池的制备方法，包括以下步骤：
S1，对N型单晶硅片表面进行清洗和制绒，形成织构化表面的硅层衬底；
S2，通过PECVD法，在硅层衬底的正面形成本征非晶硅层一，在背面形成本征非晶硅层二；
S3，通过PECVD，在本征非晶硅层一的正面形成掺杂非晶硅层一，在本征非晶硅层二的背面形成掺杂非晶硅层二；
S4，通过RPD或者PVD，在掺杂非晶硅层一的正面形成TCO层一，在掺杂非晶硅层二的背面形成TCO层二；
S5，分别对TCO层一、TCO层二进行激光刻蚀，形成凹槽；
S6，通过丝网印刷得到正面、背面金属电极，使金属电极的主栅线覆盖、填充在凹槽的区域，烘干；
S7，固化正面、背面金属电极得到异质结电池。
优选的，所述步骤S1中经过清洗和制绒的硅片，可以为双面制绒硅片，或为单面抛光、单面制绒的硅片。
优选的，所述步骤S5中激光刻蚀可以为皮秒激光器、纳秒激光器、飞秒激光器中的一种或者多种的组合。
优选的，所述激光刻蚀选用飞秒激光器，激光功率小于20w，激光光斑小于40μm，扫描速率为800-1500mm/s，脉冲频率为20-100kHz，通过匹配扫描速率和脉冲频率，使得激光光斑的重叠率为35-65％。
优选的，所述激光刻蚀的宽度不大于主栅宽度，凹槽数量与主栅电极的数量一致。
优选的，所述金属导电层的工艺方法可以为电镀、溅射、蒸镀、丝网印刷、喷墨打印中的一种或几种的组合。
优选的，所述金属导电层的间距和形状与异质结电池上的主栅线要求一致。
优选的，所述正面和背面金属电极均包括主栅线以及与主栅线垂直分布的副栅线，主栅的线数为4-13条，主栅线的宽度为0.3-1.2mm，副栅线数为80-200条，副栅线的宽度为15-40μm。
进一步的，所述正面、背面金属电极的材料可以为多种金属材料，优选为低温银浆。
经由上述技术方案可知，与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明公开了一种异质结电池及其制备方法，通过在透明导电氧化物膜层结构上刻蚀凹槽，将部分金属电极填充在凹槽区域，固化后的金属电极和TCO层的接触面积大大增加，使主栅与TCO层充分接触，解决了目前HJT电池拉力不足的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1附图为现有传统晶体硅异质结太阳能电池的横切面示意图；
图2附图为本发明实施例1异质结电池的横切面示意图；
图中：1-硅层衬底、2-本征非晶硅层一、3-本征非晶硅层二、4-掺杂非晶硅层一、5-TCO层一、6-正面金属电极、7-掺杂非晶硅层二、8-TCO层二、9-背面金属电极，10-金属导电层一、11-金属导电层二。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为现有的传统的晶体硅异质结太阳能电池的结构示意图。异质结电池从上至下依次包括正面金属电极、TCO层一、掺杂非晶硅层一、本征非晶硅层一、N型单晶硅片、本征非晶硅层二、掺杂非晶硅层二，TCO层二和背面金属电极。
实施例1：
如图2所示(图2仅为示意图，并非表示全部凹槽数量)，本发明实施例1公开了一种异质结电池及其制备方法，采用的技术方案如下：
对N型单晶硅片进行制绒处理，硅片原厚度为180μm，处理后硅片厚度为165μm；
通过PECVD法制备本征非晶硅层及掺杂非晶硅层，本征非晶硅层一、本征非晶硅层二的厚度均为5nm，掺杂非晶硅层一、掺杂非晶硅层二的厚度均为8nm；
通过PVD制备TCO层，TCO层一、TCO层二的厚度均为100nm；
激光刻蚀形成主栅位置凹槽，激光参数选择：选用皮秒激光器，功率为4w，扫描速率为1300mm/s，脉冲频率为60kHz，光斑大小为40±3μm，光斑延凹槽方向重叠率为40±2％，垂直凹槽的光斑重叠率为15％±2％，最终凹槽宽度为0.65mm，凹槽深度为70nm，凹槽数量为5组，对应电池为5主栅电池结构；
通过丝网印刷形成正面、背面金属电极，并使得正背面金属电极的主栅线填充和覆盖在凹槽位置，完成电极材料的初步烘干；
固化正面、背面金属电极，固化温度为200℃，烧结时间25-35min。
电池片最终平均拉力为1.8N/mm，对比组的平均拉力为1.1N/mm。
实施例2：
本发明实施例2公开了一种异质结电池及其制备方法，采用的技术方案如下：
对N型单晶硅片进行制绒处理；团簇式PECVD在织构化的表面沉积非晶硅，在正面沉积本征非晶硅层和n型掺杂非晶硅层，再在背面沉积本征非晶硅层和p型掺杂非晶硅层；使用RPD法在硅片的正面沉积一层IWO膜，膜厚为45nm；使用印刷工艺，在已沉积的IWO膜层上印刷一层银浆作为第一金属导电层，厚度为23.5μm，线宽0.9mm；将电池进行低温烘烤，烘烤的温度为110℃，时间为5min；在载板上安装遮挡件，遮挡件的形状正好掩盖第一金属导电层，避免第一金属导电层被溅射IWO；再次使用RPD法在硅片的正面沉积第二IWO层，第二IWO层膜厚为45nm；取出电池片，再在背面重复镀膜和印刷步骤，最后，将得到的电池片固化，固化条件为200℃，30min。
实施例3：
本发明实施例3公开了一种异质结电池及其制备方法，采用的技术方案如下：
对N型单晶硅片进行制绒处理；团簇式PECVD在织构化的表面沉积非晶硅，在正面沉积本征非晶硅层和n型掺杂非晶硅层，再在背面沉积本征非晶硅层和p型掺杂非晶硅层；使用链式PVD法在硅片的正面沉积一层ITO层膜，膜厚为30nm，为了确保ITO与非晶硅之间的良好接触，沉积ITO层时，成膜工艺中氧气的流量呈递增趋势；使用印刷工艺，在已沉积的ITO膜层上印刷一层银浆作为第一金属导电层，厚度为5μm，线宽1.0μm；将电池进行低温烘烤，烘烤的温度为110℃，时间为5min；在载板上安装遮挡件，遮挡件的形状正好掩盖第一金属导电层，避免第一金属导电层被溅射ITO；。再次使用PVD法在硅片的正面沉积第二ITO层，第二ITO层膜厚为50nm，为了得到良好的透光性，沉积第二ITO层时，成膜工艺中氧气的高于第一ITO层的通氧量；取出电池片，使用印刷工艺，在第一层银栅线上印刷银浆作为第二金属导电层，厚度为18μm，线宽1.0mm。将电池进行低温烘烤，烘烤的温度为110℃，时间为5min；再在背面重复镀膜和印刷步骤，最后，将得到的电池片固化，固化条件为200℃，30min。
实施例4：
实施例2-3测试电池的电性能结果见表1：
表1
表2
表3
表4
表5
表6
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (7)
1.一种异质结电池，包括：硅层衬底、设置在所述硅层衬底正面的本征非晶硅层一以及设置在所述硅层衬底背面的本征非晶硅层二，所述本征非晶硅层一的正面依次设置有掺杂非晶硅层一、TCO层一和正面金属电极，所述本征非晶硅层二的背面依次设置有掺杂非晶硅层二、TCO层二和背面金属电极，其特征在于，所述TCO层一和TCO层二的表面设有凹槽，凹槽的深度分别小于TCO层一、TCO层二的厚度，所述正面、背面金属电极填充在所设凹槽处，分别形成金属导电层一和金属导电层二；
所述金属导电层一覆盖、填充在TCO层一的凹槽处；
所述金属导电层二覆盖、填充在TCO层二的凹槽处。
2.根据权利要求1所述的一种异质结电池，其特征在于，所述TCO层一、TCO层二的材料选择，包括ITO、IWO、AZO、IZO、ITiO等TCO材料中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的一种异质结电池，其特征在于，所述TCO层一、TCO层二的厚度均为70-120nm。
4.根据权利要求1所述的一种异质结电池，其特征在于，所述凹槽深度为20-70nm，凹槽与掺杂非晶硅之间的TCO厚度为10-50nm；凹槽宽度为0.3-1.2mm，凹槽之间的间隔距离为3-35mm。
5.根据权利要求1所述的一种异质结电池，其特征在于，所述金属导电层一、金属导电层二的材料选择，包括银、铜、铝中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的一种异质结电池，其特征在于，所述金属导电层一、金属导电层二的厚度均为14-30μm。
7.根据权利要求1-6任一项所述的一种异质结电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，对N型单晶硅片表面进行清洗和制绒，形成织构化表面的硅层衬底；
S2，通过PECVD法，在硅层衬底的正面形成本征非晶硅层一，在背面形成本征非晶硅层二；
S3，通过PECVD，在本征非晶硅层一的正面形成掺杂非晶硅层一，在本征非晶硅层二的背面形成掺杂非晶硅层二；
S4，通过RPD或者PVD，在掺杂非晶硅层一的正面形成TCO层一，在掺杂非晶硅层二的背面形成TCO层二；
S5，分别对TCO层一、TCO层二进行激光刻蚀，形成凹槽；
S6，通过丝网印刷得到正面、背面金属电极，使金属电极的主栅线覆盖、填充在凹槽的区域，烘干；
S7，固化正面、背面金属电极得到异质结电池。
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