CN112133766A - 一种采用电镀法制备的晶硅电池电极及其制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种采用电镀法制备的晶硅电池电极及其制备工艺，所述晶硅电池包括背电极、电池片、减反射层和前栅线电极，所述电池片的正面设置有减反射层，所述减反射层的表面开设有凹槽，所述凹槽的内腔设置有前栅线电极，所述电池片的背面设置有背电极。本发明通过利用光诱导电镀技术取代传统的丝网印刷技术，电镀钴和铜形成均匀致密的镀层，降低了电池片的生产成本，同时降低所制太阳能电池的接触电阻、串联电阻和阴影损耗，提高晶体硅太阳能电池光电转化效率，适合广泛推广与使用。

Description

一种采用电镀法制备的晶硅电池电极及其制备工艺
技术领域
本发明涉及电池领域，具体是一种采用电镀法制备的晶硅电池电极及其制备工艺。
背景技术
我们将通过光电效应或者光化学效应直接将光能转化成电能的装置称为太阳能电池，其种类可分为晶体硅太阳能电池、量子点太阳能电池、染料敏化太阳能电池、有机太阳能电池、非晶硅薄膜太阳能电池等，晶体硅太阳能电池以晶硅电池片为基础，因其能量转化效率较高，占据较高市场份额，在保证晶体硅太阳能电池光电转化效率的同时降低成本是现如今晶体硅太阳能电池发展面临的重要问题，晶体硅太阳能电池包括铝背电极、晶硅电池片和银前栅线电极，其中银前栅线电极成本较高，且电极主要采用的制备工艺为丝网印刷，存在接触电阻大、串联电阻大、阴影损耗大等问题。因此，我们提出一种采用电镀法制备的晶硅电池电极及其制备工艺。
发明内容
本发明的目的在于提供一种采用电镀法制备的晶硅电池电极及其制备工艺，以解决现有技术中的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种采用电镀法制备的晶硅电池电极，所述晶硅电池包括背电极、电池片、减反射层和前栅线电极，所述电池片的正面设置有减反射层，所述减反射层的表面开设有凹槽，所述凹槽的内腔设置有前栅线电极，所述电池片的背面设置有背电极。
作为本发明的一种优选实施方式，所述前栅线电极包括第一栅线、第二栅线，所述第一栅线位于凹槽的内腔且与电池片接触。
作为本发明的一种优选实施方式，所述第一栅线为钴栅线，所述第二栅线为铜栅线。
在上述技术方案中，金属钴置于硅和金属铜之间，可作为铜电极的欧姆接触层，相比于其他金属，金属钴在硅中的扩散速率更为缓慢，且钴与硅在快速退火条件下能够形成均匀致密，导电性能好的钴硅化物，降低电池片的串联电阻，提高第二栅线的附着力，提高所制太阳能电池的光电转化效率。
作为本发明的一种优选实施方式，所述背电极为铝背电极，所述电池片为高晶硅电池片，所述减反射层为氮化硅减反射层。
一种采用电镀法制备的晶硅电池电极的制备工艺，包括以下步骤：
1)清洗：对电池片进行清洗、制绒处理，制得电池片A；
2)扩散：对电池片A进行扩散处理，形成PN结，制得电池片B；
3)刻蚀：取电池片B，去除电池片边缘的PN结，去除磷硅玻璃，制得电池片C；
4)沉积：采用等离子体增强化学的气相沉积法在电池片C的表面沉积氮化硅，形成减反射层，制得电池片D；
5)电镀：采用光诱导电镀技术在电池片D的正面制备前栅线电极，制得电池片E；
6)烧结；取浆料涂布于电池片E的背面，形成背电极，制得电池片F；
7)测试分选：从电池片F中分选出合格电池片，得到成品太阳能电池片。
作为本发明的一种优选实施方式，包括以下步骤：
1)清洗：对电池片进行清洗、制绒处理，制得电池片A；
2)扩散：对电池片A进行扩散处理，形成PN结，制得电池片B；
3)刻蚀：取电池片B，去除电池片边缘的PN结，去除磷硅玻璃，制得电池片C；
4)沉积：采用等离子体增强化学的气相沉积法在电池片C的表面沉积氮化硅，形成减反射层，制得电池片D；
5)电镀：
取电池片D清洗后，保留其N型硅面，利用树脂将其他表面密封，作为工作电极，取金属钴棒作为辅助电极，将两组电极置于第一电镀液中，辅助电极通过导线与电池片D的背电极连接，施加辅助电源和光源，在挡光板的阻隔下进行光诱导电镀，在凹槽内形成第一栅线；以电池片为阴极，金属铜棒作为阳极，置于第二电镀液中进行电镀，在第一栅线的表面形成第二栅线，制得电池片E；
6)烧结；取浆料涂布于电池片E的背面，形成背电极，制得电池片F；
7)测试分选：从电池片F中分选出合格电池片，得到成品太阳能电池片。
作为本发明的一种优选实施方式，包括以下步骤：
1)清洗：对电池片进行清洗、制绒处理，制得电池片A；
2)扩散：对电池片A进行扩散处理，形成PN结，制得电池片B；
3)刻蚀：取电池片B，去除电池片边缘的PN结，去除磷硅玻璃，制得电池片C；
4)沉积：采用等离子体增强化学的气相沉积法在电池片C的表面沉积氮化硅，形成减反射层，制得电池片D；
5)电镀：
a)清洗：
取电池片D，在其电镀位置利用激光刻槽技术除去电池片表面的镀层，在减反射层的表面形成凹槽，利用丙酮进行超声清洗，清洗时间为1～3min，烘干后置于无水乙醇中进行超声清洗，清洗时间为1～3min，再次烘干后置于去离子水中进行超声清洗，清洗时间为1～3min烘干后置于氢氟酸中处理1～3min，水洗后烘干；
b)制备第一栅线：
取上述所得电池片，保留其N型硅面，利用环氧树脂将其他表面密封，作为工作电极，取金属钴棒作为辅助电极，将两组电极置于第一电镀液中，辅助电极通过导线与电池片D的背电极连接，施加辅助电源和光源，在挡光板的阻隔下进行光诱导电镀，在凹槽内形成第一栅线，工艺为：光照波长为597～760nm，光强为30～50mW/cm2，处理时间为6～10min，其中第一电解液中包含：15～281g/L硫酸钴、80～100g/L钨酸钠、27～32g/L柠檬酸三钠，电解液的pH值为3.0～3.8，电镀结束后，在氮气氛围中，于500～600℃温度下保温40～60s，冷却后置于25～35％硝酸溶液中，处理1～2min除去多余的钴镀层；
c)制备第二栅线：
以上一步骤得到的电池片作为阴极，金属铜棒作为阳极，置于第二电镀液中进行电镀，在第一栅线的表面形成第二栅线，电解工艺为：电流密度为50～60mA/cm2，施加信号与中断电流的时间和为1s，占空比为0.4～0.6，电镀时间为120～135s，第二电镀液中包含：10～60g/L硫酸、0.03～0.05g/L盐酸、70～150g/L硫酸铜，制得电池片E；
6)烧结；取浆料涂布于电池片E的背面，形成背电极，制得电池片F；
7)测试分选：从电池片F中分选出合格电池片，得到成品太阳能电池片。
作为本发明的一种优选实施方式，包括以下步骤：
1)清洗：
取电池片浸没于第一清洗液中，同时超声处理，清洗10～15s后利用风刀吹干，置于第二清洗液中，清洗10～15s，水洗后置于制绒液中，处理30～120s，水洗后，利用氮气枪吹干，第一清洗液为氢氟酸、过氧化氢混合溶液，第二清洗液为氢氟酸、过氧化氢、十二烷基苯磺酸钠混合溶液，制绒液为硝酸、乙酸和氢氟酸的混合水溶液，制得电池片A；
在上述技术方案中，先使用第一清洗液对电池片进行清洗，利用氢氟酸除去过氧化氢在电池片表面形成的氧化膜，电池片表面的污渍随之去除，第二清洗液在去除污渍的同时，利用十二烷基苯磺酸钠排斥粒子的附着，保持电池片表面的洁净；利用制绒液对清洗后的电池片进行处理，在其表面形成绒面，用于减少电池片的反射，增强电池片对光的吸收。
2)扩散：
取电池片置于预热并通入氮气的反应釜中，升温升压并通入氮气、携有三氯氧磷的氮气和氧气进行氧化，保持气体的通入，降温降压进行沉积，升温扩散后恢复常压进行氧化，制得PN结，形成N型硅面和P型硅面，得到电池片B；
3)刻蚀：
取蚀液对电池片B进行刻蚀，刻蚀时间为4～10min，切水吹干后，置于清洗液中进行清洗，清洗时间为2～5min，切水吹干后，刻蚀液为硝酸、氢氟酸的混合水溶液，制得电池片C；
在上述技术方案中，利用表面张力和毛细作用力刻蚀电池片边缘和背面扩散层，避免对后续沉积造成影响，防止减反射层脱落、产生色差，确保所制太阳能电池片的性能；
4)沉积：
取电池片置于反应釜中，通入甲硅烷、氮气和氨气，于400～500℃温度下反应120～600s，甲硅烷流量200～250sccm，氮气流量80～2500sccm，氨气流量1600～4000sccm，功率2800～3000W，釜内压强160～270mbar，制得电池片D；
5)电镀：
a)清洗：
取电池片D，在其电镀位置利用激光刻槽技术除去电池片表面的镀层，在减反射层的表面形成凹槽，利用丙酮进行超声清洗，清洗时间为1～3min，烘干后置于无水乙醇中进行超声清洗，清洗时间为1～3min，再次烘干后置于去离子水中进行超声清洗，清洗时间为1～3min烘干后置于氢氟酸中处理1～3min，水洗后烘干；
在上述技术方案中，利用丙酮去除电池片表面的有机物，利用无水乙醇去除电池片表面残留的丙酮，利用去离子水，去除电池片表面的无机物和灰尘；物理方法去除表面污染物，利用氢氟酸去除表面二氧化硅，确保电池片的待电镀位置的洁净，避免影响电镀效果。
b)制备第一栅线：
取上述所得电池片，保留其N型硅面，利用环氧树脂将其他表面密封，作为工作电极，取金属钴棒作为辅助电极，将两组电极置于第一电镀液中，辅助电极通过导线与电池片D的背电极连接，施加辅助电源和光源，在挡光板的阻隔下进行光诱导电镀，在凹槽内形成第一栅线，工艺为：光照波长为597～760nm，光强为30～50mW/cm2，处理时间为6～10min，其中第一电解液中包含：15～281g/L硫酸钴、80～100g/L钨酸钠、27～32g/L柠檬酸三钠，电解液的pH值为3.0～3.8，电镀结束后，在氮气氛围中，于500～600℃温度下保温40～60s，冷却后置于25～35％硝酸溶液中，处理1～2min除去多余的钴镀层；
c)制备第二栅线：
以上一步骤得到的电池片作为阴极，金属铜棒作为阳极，置于第二电镀液中进行电镀，在第一栅线的表面形成第二栅线，电解工艺为：电流密度为50～60mA/cm2，施加信号与中断电流的时间和为1s，占空比为0.4～0.6，电镀时间为120～135s，第二电镀液中包含：10～60g/L硫酸、0.03～0.05g/L盐酸、70～150g/L硫酸铜，制得电池片E；
在上述技术方案中，电池片在光照条件下发生光伏效应提供动力，促进钴离子发生还原反应沉积于电池片表面，同时辅助电极氧化，提供上述反应所需的钴离子，使得第一电镀液中的钴保持不变，确保电镀的稳定性，辅助电极为源动力，促进溶解辅助电极，并中和电池片产生的正电荷，利用光诱导和恒定电流能够直接在电池片上电镀制得第一栅线，得到均匀致密、与硅基体接触紧密的钴栅线；同时钴可作为扩散阻挡层，有效阻止铜原子向电池片内扩散，使得铜作为电池片主要的导电材料成为可能，故利用电镀技术在第一栅线的表面镀铜，形成第二栅线，铜的导电性能好，价格低廉，能够更大程度的降低电池片的生产成本。
6)烧结：
取电池片E置于烧结炉中，烧结炉中设置有多个温度带，分别为350～577℃、577～680℃、680～800℃、350～577℃，带速1～3m/min，冷却制得电池片F；
7)测试分选：
取上一步骤所得的电池片F，检测其开路电压、短路电流、填充因子、转换效率，分选出高效率电池片，得到成品太阳能电池片。
作为本发明的一种优选实施方式，所述步骤4)沉积前还包括以下工序步骤：
取上一步骤得到的电池片置于30～72℃的浸泡液中，浸泡30～120min，利用风刀吹干后进行水洗，水洗温度为40～60℃，水洗时间为10～20min，然后置于64～80℃温度下烘烤6～9h，取电池片置于沉积液中，处理3～6min，切水吹干后，置于清洗液中清洗，清洗时间为2～5min，切水吹干后，置于刻蚀液中进行刻蚀，水洗吹干，在氮气氛围中，置于700～800℃温度下处理8～15s，形成二氧化硅层，浸泡液为正硅酸乙酯、氨水、异丙醇的混合水溶液，沉积液为双氧水和硝酸银的混合水溶液，清洗液为硝酸溶液，刻蚀液为硝酸、氢氟酸的混合水溶液。
在上述技术方案中，利用正硅酸乙酯水解在电池片表面沉积二氧化硅，使得二氧化硅粒子在电池片的金字塔状绒面均匀附着，在电池片未沉积部分利用沉积液沉积二氧化硅，覆盖电池片晶界和位错，弥补电池片缺陷，提高电池片表面的平整度和性能均一性；利用硝酸清洗去除电池片表面残留的银颗粒，刻蚀处理修正电池片表面的绒面形状，得到多孔二氧化硅，与氮化硅层共同作用，减少太阳能电池片的反射率。
作为本发明的一种优选实施方式，所述步骤5)电镀后中还包括背电极的制备工序：
取聚酯多元醇、异氰酸酯、乙二胺基磺酸钠和丙酮共混，制得热压胶原料；取甲基丙烯酸甲酯、正丁砜和重氮乙酸乙酯共聚后，与丙酮的混合，制得混合溶液；
取上述混合溶液涂布于模具的表面，置于温度为21～25℃温度下，保温干燥6～9h，形成可移除层，取热压胶原料在可移除层的表面进行涂布，置于20～40℃、上层压力为100～120kPa条件下，保温干燥18～24h，形成热压胶层，制得压印模具；
预热电池片至40～60℃，取压印模具对电池片加压，热压胶层与电池片的背面接触，施加压力达到78～95kPa后，将电池片降温至0～20℃，施压90～150s；将压力调节至0～20kPa，压印模具调温至-12～-5℃，并保持环境湿度为80～100％RH，保温3～15min后移除压印模具，制得具有背电极图案的凹槽；
以压印的方式在凹槽内涂布浆料，压印工艺：压印速度为30～50mm/s，压力为12～18kPa，压印结束后，置于50～70℃温度下，保温25～40min，置于乙酸乙酯水溶液中处理45～120s，多次清洗后，置于90～110℃温度下，保温3～5min，升温至125～135℃，保温100～120s，室温冷却，制得背电极。
在上述技术方案中，涂布得到可移除层和热压胶层，对于涂布工艺参数的设置能够将膜层压缩，减少膜层孔隙，避免对后续操作造成影响；热压胶接触预热后的电池片时，聚酯多元醇在异氰酸酯的作用下反应，与电池片接触的热压胶层粘度变大，使得热压胶层与电池片粘连；经过冷却润湿后，膜层与模具脱离，向形成的凹槽内压印浆料，并在温度的作用下将热压胶层与浆料粘结、固化，促进所制背电极尺寸的稳定；其中可移除层可利用乙酸乙酯去除，附着在可移除层上的多余浆料随之去除，确保背电极的尺寸精确度。
浆料的制备工艺为：取亚球型铝粉和偶联剂、十二烷基苯磺酸钠，加入溶剂进行搅拌，加入玻璃粉混合均匀后，加入有机载体，充分搅拌制得浆料，玻璃粉为以硼铅硅为主体，添加有氧化铋的玻璃粉，有机载体为聚酰胺、乙基纤维素的混合物，溶剂为丁基卡必醇、柠檬酸三丁酯、松油醇、二羟基聚醚的混合物。
在上述技术方案中，浆料中的二羟基聚醚与热压胶层中的异氰酸酯反应，并在异氰酸酯的作用下发生交联，促进背电极边界的固化，提高背电极的边缘规整度。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明的采用电镀法制备的晶硅电池电极及其制备工艺，通过利用光诱导电镀技术取代传统的丝网印刷技术，电镀钴和铜形成均匀致密的镀层，降低了电池片的生产成本，同时降低所制太阳能电池的接触电阻、串联电阻和阴影损耗，提高晶体硅太阳能电池光电转化效率。
具体实施方式
下面将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。
实施例1
1)清洗：取电池片浸没于第一清洗液中，同时超声处理，清洗10s后利用风刀吹干，置于第二清洗液中，清洗10s，水洗后置于制绒液中，处理30s，水洗后，利用氮气枪吹干，第一清洗液为氢氟酸、过氧化氢混合溶液，第二清洗液为氢氟酸、过氧化氢、十二烷基苯磺酸钠混合溶液，制绒液为硝酸、乙酸和氢氟酸的混合水溶液，制得电池片A；
2)扩散：取电池片置于预热并通入氮气的反应釜中，升温升压并通入氮气、携有三氯氧磷的氮气和氧气进行氧化，保持气体的通入，降温降压进行沉积，升温扩散后恢复常压进行氧化，制得PN结，形成N型硅面和P型硅面，得到电池片B；
3)刻蚀：取蚀液对电池片B进行刻蚀，刻蚀时间为4min，切水吹干后，置于清洗液中进行清洗，清洗时间为2min，切水吹干后，刻蚀液为硝酸、氢氟酸的混合水溶液，制得电池片C；
4)沉积：取电池片置于反应釜中，通入甲硅烷、氮气和氨气，于400℃温度下反应120s，甲硅烷流量200sccm，氮气流量80sccm，氨气流量1600sccm，功率2800W，釜内压强160mbar，制得电池片D；
5)电镀：
a)清洗：取电池片D，在其电镀位置利用激光刻槽技术除去电池片表面的镀层，在减反射层的表面形成凹槽，利用丙酮进行超声清洗，清洗时间为1min，烘干后置于无水乙醇中进行超声清洗，清洗时间为1min，再次烘干后置于去离子水中进行超声清洗，清洗时间为1min烘干后置于氢氟酸中处理1min，水洗后烘干；
b)制备第一栅线：取上述所得电池片，保留其N型硅面，利用环氧树脂将其他表面密封，作为工作电极，取金属钴棒作为辅助电极，将两组电极置于第一电镀液中，辅助电极通过导线与电池片D的背电极连接，施加辅助电源和光源，在挡光板的阻隔下进行光诱导电镀，在凹槽内形成第一栅线，工艺为：光照波长为597nm，光强为30mW/cm2，处理时间为6min，其中第一电解液中包含：15g/L硫酸钴、80g/L钨酸钠、27g/L柠檬酸三钠，电解液的pH值为3.0，电镀结束后，在氮气氛围中，于500℃温度下保温40s，冷却后置于25％硝酸溶液中，处理1min除去多余的钴镀层；
c)制备第二栅线：以上一步骤得到的电池片作为阴极，金属铜棒作为阳极，置于第二电镀液中进行电镀，在第一栅线的表面形成第二栅线，电解工艺为：电流密度为50mA/cm2，施加信号与中断电流的时间和为1s，占空比为0.4，电镀时间为120s，第二电镀液中包含：10g/L硫酸、0.03g/L盐酸、70g/L硫酸铜，制得电池片E；
6)烧结：取电池片E置于烧结炉中，烧结炉中设置有多个温度带，分别为350℃、577℃、680℃、350℃，带速1m/min，冷却制得电池片F；
7)测试分选：取上一步骤所得的电池片F，检测其开路电压、短路电流、填充因子、转换效率，分选出高效率电池片，得到成品太阳能电池片。
实施例2
1)清洗：取电池片浸没于第一清洗液中，同时超声处理，清洗12s后利用风刀吹干，置于第二清洗液中，清洗12s，水洗后置于制绒液中，处理75s，水洗后，利用氮气枪吹干，第一清洗液为氢氟酸、过氧化氢混合溶液，第二清洗液为氢氟酸、过氧化氢、十二烷基苯磺酸钠混合溶液，制绒液为硝酸、乙酸和氢氟酸的混合水溶液，制得电池片A；
2)扩散：取电池片置于预热并通入氮气的反应釜中，升温升压并通入氮气、携有三氯氧磷的氮气和氧气进行氧化，保持气体的通入，降温降压进行沉积，升温扩散后恢复常压进行氧化，制得PN结，形成N型硅面和P型硅面，得到电池片B；
3)刻蚀：取蚀液对电池片B进行刻蚀，刻蚀时间为7min，切水吹干后，置于清洗液中进行清洗，清洗时间为3min，切水吹干后，刻蚀液为硝酸、氢氟酸的混合水溶液，制得电池片C；
4)沉积：取电池片置于反应釜中，通入甲硅烷、氮气和氨气，于450℃温度下反应360s，甲硅烷流量225sccm，氮气流量1250sccm，氨气流量2800sccm，功率2900W，釜内压强200mbar，制得电池片D；
5)电镀：
a)清洗：取电池片D，在其电镀位置利用激光刻槽技术除去电池片表面的镀层，在减反射层的表面形成凹槽，利用丙酮进行超声清洗，清洗时间为2min，烘干后置于无水乙醇中进行超声清洗，清洗时间为2min，再次烘干后置于去离子水中进行超声清洗，清洗时间为2min烘干后置于氢氟酸中处理2min，水洗后烘干；
b)制备第一栅线：取上述所得电池片，保留其N型硅面，利用环氧树脂将其他表面密封，作为工作电极，取金属钴棒作为辅助电极，将两组电极置于第一电镀液中，辅助电极通过导线与电池片D的背电极连接，施加辅助电源和光源，在挡光板的阻隔下进行光诱导电镀，在凹槽内形成第一栅线，工艺为：光照波长为679nm，光强为40mW/cm2，处理时间为8min，其中第一电解液中包含：148g/L硫酸钴、90g/L钨酸钠、30g/L柠檬酸三钠，电解液的pH值为3.4，电镀结束后，在氮气氛围中，于550℃温度下保温50s，冷却后置于30％硝酸溶液中，处理1.5min除去多余的钴镀层；
c)制备第二栅线：以上一步骤得到的电池片作为阴极，金属铜棒作为阳极，置于第二电镀液中进行电镀，在第一栅线的表面形成第二栅线，电解工艺为：电流密度为55mA/cm2，施加信号与中断电流的时间和为1s，占空比为0.5，电镀时间为127s，第二电镀液中包含：35g/L硫酸、0.04g/L盐酸、110g/L硫酸铜，制得电池片E；
6)烧结：取电池片E置于烧结炉中，烧结炉中设置有多个温度带，分别为465℃、645℃、740℃、465℃，带速2m/min，冷却制得电池片F；
7)测试分选：取上一步骤所得的电池片F，检测其开路电压、短路电流、填充因子、转换效率，分选出高效率电池片，得到成品太阳能电池片。
实施例3
1)清洗：取电池片浸没于第一清洗液中，同时超声处理，清洗15s后利用风刀吹干，置于第二清洗液中，清洗15s，水洗后置于制绒液中，处理120s，水洗后，利用氮气枪吹干，第一清洗液为氢氟酸、过氧化氢混合溶液，第二清洗液为氢氟酸、过氧化氢、十二烷基苯磺酸钠混合溶液，制绒液为硝酸、乙酸和氢氟酸的混合水溶液，制得电池片A；
2)扩散：取电池片置于预热并通入氮气的反应釜中，升温升压并通入氮气、携有三氯氧磷的氮气和氧气进行氧化，保持气体的通入，降温降压进行沉积，升温扩散后恢复常压进行氧化，制得PN结，形成N型硅面和P型硅面，得到电池片B；
3)刻蚀：取蚀液对电池片B进行刻蚀，刻蚀时间为10min，切水吹干后，置于清洗液中进行清洗，清洗时间为5min，切水吹干后，刻蚀液为硝酸、氢氟酸的混合水溶液，制得电池片C；
4)沉积：取电池片置于反应釜中，通入甲硅烷、氮气和氨气，于500℃温度下反应600s，甲硅烷流量250sccm，氮气流量2500sccm，氨气流量4000sccm，功率3000W，釜内压强270mbar，制得电池片D；
5)电镀：
a)清洗：取电池片D，在其电镀位置利用激光刻槽技术除去电池片表面的镀层，在减反射层的表面形成凹槽，利用丙酮进行超声清洗，清洗时间为3min，烘干后置于无水乙醇中进行超声清洗，清洗时间为3min，再次烘干后置于去离子水中进行超声清洗，清洗时间为3min烘干后置于氢氟酸中处理3min，水洗后烘干；
b)制备第一栅线：取上述所得电池片，保留其N型硅面，利用环氧树脂将其他表面密封，作为工作电极，取金属钴棒作为辅助电极，将两组电极置于第一电镀液中，辅助电极通过导线与电池片D的背电极连接，施加辅助电源和光源，在挡光板的阻隔下进行光诱导电镀，在凹槽内形成第一栅线，工艺为：光照波长为760nm，光强为50mW/cm2，处理时间为10min，其中第一电解液中包含：281g/L硫酸钴、100g/L钨酸钠、32g/L柠檬酸三钠，电解液的pH值为3.8，电镀结束后，在氮气氛围中，于600℃温度下保温60s，冷却后置于35％硝酸溶液中，处理2min除去多余的钴镀层；
c)制备第二栅线：以上一步骤得到的电池片作为阴极，金属铜棒作为阳极，置于第二电镀液中进行电镀，在第一栅线的表面形成第二栅线，电解工艺为：电流密度为60mA/cm2，施加信号与中断电流的时间和为1s，占空比为0.6，电镀时间为135s，第二电镀液中包含：60g/L硫酸、0.05g/L盐酸、150g/L硫酸铜，制得电池片E；
6)烧结：取电池片E置于烧结炉中，烧结炉中设置有多个温度带，分别为577℃、680℃、800℃、577℃，带速3m/min，冷却制得电池片F；
7)测试分选：取上一步骤所得的电池片F，检测其开路电压、短路电流、填充因子、转换效率，分选出高效率电池片，得到成品太阳能电池片。
实施例4
与实施例2相比，实施例4在步骤4)沉积前增加了工序：取上一步骤得到的电池片置于51℃的浸泡液中，浸泡75min，利用风刀吹干后进行水洗，水洗温度为50℃，水洗时间为15min，然后置于72℃温度下烘烤8h，取电池片置于沉积液中，处理4.5min，切水吹干后，置于清洗液中清洗，清洗时间为3.5min，切水吹干后，置于刻蚀液中进行刻蚀，水洗吹干，在氮气氛围中，置于750℃温度下处理11s，形成二氧化硅层，浸泡液为正硅酸乙酯、氨水、异丙醇的混合水溶液，沉积液为双氧水和硝酸银的混合水溶液，清洗液为硝酸溶液，刻蚀液为硝酸、氢氟酸的混合水溶液；
在步骤5)电镀后增加了工序：取亚球型铝粉和偶联剂、十二烷基苯磺酸钠，加入溶剂进行搅拌，加入玻璃粉混合均匀后，加入有机载体，充分搅拌制得浆料，玻璃粉为以硼铅硅为主体，添加有氧化铋的玻璃粉，有机载体为聚酰胺、乙基纤维素的混合物，溶剂为丁基卡必醇、柠檬酸三丁酯、松油醇、二羟基聚醚的混合物；取聚酯多元醇、异氰酸酯、乙二胺基磺酸钠和丙酮共混，制得热压胶原料；取甲基丙烯酸甲酯、正丁砜和重氮乙酸乙酯共聚后，与丙酮的混合，制得混合溶液；
取上述混合溶液涂布于模具的表面，置于温度为23℃温度下，保温干燥7h，形成可移除层，取热压胶原料在可移除层的表面进行涂布，置于30℃、上层压力为110kPa条件下，保温干燥21h，形成热压胶层，制得压印模具；预热电池片至50℃，取压印模具对电池片加压，热压胶层与电池片的背面接触，施加压力达到86kPa后，将电池片降温至10℃，施压120s；将压力调节至10kPa，压印模具调温至-8℃，并保持环境湿度为90％RH，保温9min后移除压印模具，制得具有背电极图案的凹槽；以压印的方式在凹槽内涂布浆料，压印工艺：压印速度为40mm/s，压力为15kPa，压印结束后，置于60℃温度下，保温32min，置于乙酸乙酯水溶液中处理82s，多次清洗后，置于100℃温度下，保温4min，升温至130℃，保温110s，室温冷却，制得背电极。
其余步骤与实施例2相同。
对比例1
与实施例2相比，对比例1将第一栅线更换为金属镍，其余步骤与实施例2相同。
对比例2
与实施例2相比，对比例2删除第一栅线，其余步骤与实施例2相同。
对比例3
与实施例2相比，对比例2中的前栅线电极为采用丝网印刷制得的银电极，其余步骤与实施例2相同。
实验
取实施例1-4和对比例1-3中制备得到的太阳能电池，分别对电池片的开路电压、短路电流和转化效率进行检测，记录检测结果，并得到如下数据：
Figure BDA0002688642940000221
根据上表中的数据，可以清楚得到以下结论：
实施例1-4与对比例1-3中制备得到的太阳能电池形成对照实验，检测结果可知，实施例1-3中的开路电压、短路电流与对比例3相比均有明显提高，其转化效率提高，且计算其生产成本可得，实施例2所制太阳能电池相较于对比例3成本降低了15％，可知本申请实现了对太阳能电池光电转化效率的提升，并实现了太阳能电池片生产成本的降低；实施例2相较于对比例1-2，开路电压、短路电流、转化效率略有提高，可知第一栅线的设置和原料的选择对所制太阳能电池效率的提升有着促进作用；实施例2相较于实施例4，开路电压、短路电流、转化效率略有提高，可知所增加的工序能够促进所制太阳能电池效率的提升，效果稳定，具有较高实用性。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

Claims (10)

1.一种采用电镀法制备的晶硅电池电极，其特征在于：所述晶硅电池包括背电极、电池片、减反射层和前栅线电极，所述电池片的正面设置有减反射层，所述减反射层的表面开设有凹槽，所述凹槽的内腔设置有前栅线电极，所述电池片的背面设置有背电极。
2.根据权利要求1所述的一种采用电镀法制备的晶硅电池电极，其特征在于：所述前栅线电极包括第一栅线、第二栅线，所述第一栅线位于凹槽的内腔且与电池片接触。
3.根据权利要求1所述的一种采用电镀法制备的晶硅电池电极，其特征在于：所述第一栅线为钴栅线，所述第二栅线为铜栅线。
4.根据权利要求1所述的一种采用电镀法制备的晶硅电池电极，其特征在于：所述背电极为铝背电极，所述电池片为高晶硅电池片，所述减反射层为氮化硅减反射层。
5.一种采用电镀法制备的晶硅电池电极的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：
1)清洗：对电池片进行清洗、制绒处理，制得电池片A；
2)扩散：对电池片A进行扩散处理，形成PN结，制得电池片B；
3)刻蚀：取电池片B，去除电池片边缘的PN结，去除磷硅玻璃，制得电池片C；
4)沉积：采用等离子体增强化学的气相沉积法在电池片C的表面沉积氮化硅，形成减反射层，制得电池片D；
5)电镀：采用光诱导电镀技术在电池片D的正面制备前栅线电极，制得电池片E；
6)烧结；取浆料涂布于电池片E的背面，形成背电极，制得电池片F；
7)测试分选：从电池片F中分选出合格电池片，得到成品太阳能电池片。
6.根据权利要求5所述的一种采用电镀法制备的晶硅电池电极的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：
1)清洗：对电池片进行清洗、制绒处理，制得电池片A；
2)扩散：对电池片A进行扩散处理，形成PN结，制得电池片B；
3)刻蚀：取电池片B，去除电池片边缘的PN结，去除磷硅玻璃，制得电池片C；
4)沉积：采用等离子体增强化学的气相沉积法在电池片C的表面沉积氮化硅，形成减反射层，制得电池片D；
5)电镀：
取电池片D清洗后，保留其N型硅面，利用树脂将其他表面密封，作为工作电极，取金属钴棒作为辅助电极，将两组电极置于第一电镀液中，辅助电极通过导线与电池片D的背电极连接，施加辅助电源和光源，在挡光板的阻隔下进行光诱导电镀，在凹槽内形成第一栅线；以电池片为阴极，金属铜棒作为阳极，置于第二电镀液中进行电镀，在第一栅线的表面形成第二栅线，制得电池片E；
6)烧结；取浆料涂布于电池片E的背面，形成背电极，制得电池片F；
7)测试分选：从电池片F中分选出合格电池片，得到成品太阳能电池片。
7.根据权利要求5所述的一种采用电镀法制备的晶硅电池电极的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：
1)清洗：对电池片进行清洗、制绒处理，制得电池片A；
2)扩散：对电池片A进行扩散处理，形成PN结，制得电池片B；
3)刻蚀：取电池片B，去除电池片边缘的PN结，去除磷硅玻璃，制得电池片C；
4)沉积：采用等离子体增强化学的气相沉积法在电池片C的表面沉积氮化硅，形成减反射层，制得电池片D；
5)电镀：
a)清洗：
取电池片D，在其电镀位置利用激光刻槽技术除去电池片表面的镀层，在减反射层的表面形成凹槽，利用丙酮进行超声清洗，清洗时间为1～3min，烘干后置于无水乙醇中进行超声清洗，清洗时间为1～3min，再次烘干后置于去离子水中进行超声清洗，清洗时间为1～3min烘干后置于氢氟酸中处理1～3min，水洗后烘干；
b)制备第一栅线：
取上述所得电池片，保留其N型硅面，利用环氧树脂将其他表面密封，作为工作电极，取金属钴棒作为辅助电极，将两组电极置于第一电镀液中，辅助电极通过导线与电池片D的背电极连接，施加辅助电源和光源，在挡光板的阻隔下进行光诱导电镀，在凹槽内形成第一栅线，工艺为：光照波长为597～760nm，光强为30～50mW/cm2，处理时间为6～10min，其中第一电解液中包含：15～281g/L硫酸钴、80～100g/L钨酸钠、27～32g/L柠檬酸三钠，电解液的pH值为3.0～3.8，电镀结束后，在氮气氛围中，于500～600℃温度下保温40～60s，冷却后置于25～35％硝酸溶液中，处理1～2min除去多余的钴镀层；
c)制备第二栅线：
以上一步骤得到的电池片作为阴极，金属铜棒作为阳极，置于第二电镀液中进行电镀，在第一栅线的表面形成第二栅线，电解工艺为：电流密度为50～60mA/cm2，施加信号与中断电流的时间和为1s，占空比为0.4～0.6，电镀时间为120～135s，第二电镀液中包含：10～60g/L硫酸、0.03～0.05g/L盐酸、70～150g/L硫酸铜，制得电池片E；
6)烧结；取浆料涂布于电池片E的背面，形成背电极，制得电池片F；
7)测试分选：从电池片F中分选出合格电池片，得到成品太阳能电池片。
8.根据权利要求5所述的一种采用电镀法制备的晶硅电池电极的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：
1)清洗：
取电池片浸没于第一清洗液中，同时超声处理，清洗10～15s后利用风刀吹干，置于第二清洗液中，清洗10～15s，水洗后置于制绒液中，处理30～120s，水洗，利用氮气枪吹干，第一清洗液为氢氟酸、过氧化氢混合溶液，第二清洗液为氢氟酸、过氧化氢、十二烷基苯磺酸钠混合溶液，制绒液为硝酸、乙酸和氢氟酸的混合水溶液，制得电池片A；
2)扩散：
取电池片置于预热并通入氮气的反应釜中，升温升压并通入氮气、携有三氯氧磷的氮气和氧气进行氧化，保持气体的通入，降温降压进行沉积，升温扩散后恢复常压进行氧化，制得PN结，形成N型硅面和P型硅面，得到电池片B；
3)刻蚀：
取蚀液对电池片B进行刻蚀，刻蚀时间为4～10min，切水吹干后，置于清洗液中进行清洗，清洗时间为2～5min，切水吹干后，刻蚀液为硝酸、氢氟酸的混合水溶液，制得电池片C；
4)沉积：
取电池片置于反应釜中，通入甲硅烷、氮气和氨气，于400～500℃温度下反应120～600s，甲硅烷流量200～250sccm，氮气流量80～2500sccm，氨气流量1600～4000sccm，功率2800～3000W，釜内压强160～270mbar，制得电池片D；
5)电镀：
a)清洗：
取电池片D，在其电镀位置利用激光刻槽技术除去电池片表面的镀层，在减反射层的表面形成凹槽，利用丙酮进行超声清洗，清洗时间为1～3min，烘干后置于无水乙醇中进行超声清洗，清洗时间为1～3min，再次烘干后置于去离子水中进行超声清洗，清洗时间为1～3min烘干后置于氢氟酸中处理1～3min，水洗后烘干；
b)制备第一栅线：
取上述所得电池片，保留其N型硅面，利用环氧树脂将其他表面密封，作为工作电极，取金属钴棒作为辅助电极，将两组电极置于第一电镀液中，辅助电极通过导线与电池片D的背电极连接，施加辅助电源和光源，在挡光板的阻隔下进行光诱导电镀，在凹槽内形成第一栅线，工艺为：光照波长为597～760nm，光强为30～50mW/cm2，处理时间为6～10min，其中第一电解液中包含：15～281g/L硫酸钴、80～100g/L钨酸钠、27～32g/L柠檬酸三钠，电解液的pH值为3.0～3.8，电镀结束后，在氮气氛围中，于500～600℃温度下保温40～60s，冷却后置于25～35％硝酸溶液中，处理1～2min除去多余的钴镀层；
c)制备第二栅线：
以上一步骤得到的电池片作为阴极，金属铜棒作为阳极，置于第二电镀液中进行电镀，在第一栅线的表面形成第二栅线，电解工艺为：电流密度为50～60mA/cm2，施加信号与中断电流的时间和为1s，占空比为0.4～0.6，电镀时间为120～135s，第二电镀液中包含：10～60g/L硫酸、0.03～0.05g/L盐酸、70～150g/L硫酸铜，制得电池片E；
6)烧结：
取电池片E置于烧结炉中，烧结炉中设置有多个温度带，分别为350～577℃、577～680℃、680～800℃、350～577℃，带速1～3m/min，冷却制得电池片F；
7)测试分选：
取上一步骤所得的电池片F，检测其开路电压、短路电流、填充因子、转换效率，分选出高效率电池片，得到成品太阳能电池片。
9.根据权利要求5所述的一种采用电镀法制备的晶硅电池电极的制备工艺，其特征在于，所述步骤4)沉积前还包括以下工序步骤：
取上一步骤得到的电池片置于30～72℃的浸泡液中，浸泡30～120min，利用风刀吹干后进行水洗，水洗温度为40～60℃，水洗时间为10～20min，然后置于64～80℃温度下烘烤6～9h，取电池片置于沉积液中，处理3～6min，切水吹干后，置于清洗液中清洗，清洗时间为2～5min，切水吹干后，置于刻蚀液中进行刻蚀，水洗吹干，在氮气氛围中，置于700～800℃温度下处理8～15s，形成二氧化硅层，浸泡液为正硅酸乙酯、氨水、异丙醇的混合水溶液，沉积液为双氧水和硝酸银的混合水溶液，清洗液为硝酸溶液，刻蚀液为硝酸、氢氟酸的混合水溶液。
10.根据权利要求5所述的一种采用电镀法制备的晶硅电池电极的制备工艺，其特征在于，所述步骤5)电镀后中还包括背电极的制备工序：
取聚酯多元醇、异氰酸酯、乙二胺基磺酸钠和丙酮共混，制得热压胶原料；取甲基丙烯酸甲酯、正丁砜和重氮乙酸乙酯共聚后，与丙酮的混合，制得混合溶液；
取上述混合溶液涂布于模具的表面，置于温度为21～25℃温度下，保温干燥6～9h，形成可移除层，取热压胶原料在可移除层的表面进行涂布，置于20～40℃、上层压力为100～120kPa条件下，保温干燥18～24h，形成热压胶层，制得压印模具；
预热电池片至40～60℃，取压印模具对电池片加压，热压胶层与电池片的背面接触，施加压力达到78～95kPa后，将电池片降温至0～20℃，施压90～150s；将压力调节至0～20kPa，压印模具调温至-12～-5℃，并保持环境湿度为80～100％RH，保温3～15min后移除压印模具，制得具有背电极图案的凹槽；
以压印的方式在凹槽内涂布浆料，压印工艺：压印速度为30～50mm/s，压力为12～18kPa，压印结束后，置于50～70℃温度下，保温25～40min，置于乙酸乙酯水溶液中处理45～120s，多次清洗后，置于90～110℃温度下，保温3～5min，升温至125～135℃，保温100～120s，室温冷却，制得背电极；
浆料的制备工艺为：取亚球型铝粉和偶联剂、十二烷基苯磺酸钠，加入溶剂进行搅拌，加入玻璃粉混合均匀后，加入有机载体，充分搅拌制得浆料，玻璃粉为以硼铅硅为主体，添加有氧化铋的玻璃粉，有机载体为聚酰胺、乙基纤维素的混合物，溶剂为丁基卡必醇、柠檬酸三丁酯、松油醇、二羟基聚醚的混合物。
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