CN112216766A - 晶体硅太阳能电池的制作方法及晶体硅太阳能电池 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种晶体硅太阳能电池的制作方法及晶体硅太阳能电池，方法包括以下步骤：提供电池前驱体；所述电池前驱体包括晶体硅太阳电池片基底、以及形成于所述晶体硅太阳电池片基底的正面和/或背面的介电层；所述介电层上开设有暴露出所述晶体硅太阳电池片基底的栅线电极电镀区和电镀触点形成区；在所述电池前驱体的所述电镀触点形成区烧结形成电镀触点；对形成有所述电镀触点的电池前驱体进行电镀，以在所述栅线电极电镀区形成金属电极层，电镀时所述电镀触点与电镀设备的负极电连接。该方案实现了无种子层电镀。
Description
技术领域
本发明一般涉及太阳能光伏发电技术领域，具体涉及一种晶体硅太阳能电池的制作方法及晶体硅太阳能电池。
背景技术
晶体硅太阳电池由于其能量转换效率高，是目前市场占有率最高的太阳能电池。如何在提高晶体硅太阳电池的光电转换效率的同时，降低其生产成本是业界面临的最大难题。目前大规模的晶体硅太阳电池制造中，通常采用丝网印刷方式来实现晶体硅太阳电池的金属化制程，但丝网印刷的精度有限，印刷的电极形貌高低起伏，印刷烧结后电极拓宽较大，造成所形成的栅极高宽比较低，从而造成晶体硅太阳电池受光面的有效受光面积减小，另外丝网印刷制成的晶体硅太阳电池的串联电阻较大。
通过电镀或光诱导电镀可选择性地形成晶体硅太阳电池的栅极，有效降低栅极遮光并有效降低栅极的电阻及晶体硅太阳电池的串联电阻。目前利用化学镀和光诱导电镀技术取代传统的丝网印刷技术，通过电镀镍和铜形成均匀致密的镀层并能够得到好的效率。
现有电镀技术形成晶体硅太阳电池栅线和电极需要先印刷或化学镀上一层种子层，然后再通过光诱导电镀或电镀在种子层上电镀形成电极，需要辅以光照条件和掩膜板，操作复杂，生产效率低。
发明内容
鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种无需形成种子层即可电镀形成金属电极层的晶体硅太阳能电池的制作方法及晶体硅太阳能电池。
第一方面，本发明提供一种晶体硅太阳能电池的制作方法，包括以下步骤：
提供电池前驱体；所述电池前驱体包括晶体硅太阳电池片基底、以及形成于所述晶体硅太阳电池片基底的正面和/或背面的介电层；所述介电层上开设有暴露出所述晶体硅太阳电池片基底的栅线电极电镀区和电镀触点形成区；
在所述电池前驱体的所述电镀触点形成区烧结形成电镀触点；
对形成有所述电镀触点的电池前驱体进行电镀，以在所述栅线电极电镀区形成金属电极层，电镀时所述电镀触点与电镀设备的负极电连接。
进一步地，所述栅线电极电镀区包括细栅电镀区和主栅电镀区，所述细栅电镀区包括多条细栅成型开膜区，所述主栅电镀区包括多条主栅成型开膜区，所述细栅成型开膜区与所述主栅成型开膜区相交。
进一步地，正面和背面的介电层上均形成有所述电镀触点，正面和背面的所述电镀触点与同一负极连接；
或，
正面和背面的介电层上均形成有所述电镀触点，正面和背面的所述电镀触点与不同的负极连接；
或，
正面和背面的介电层上均形成有所述电镀触点，正面和背面的所述电镀触点中的其中一个与负极连接，在电镀一定时间后，所述负极转连接至另一所述电镀触点，并在电镀一定时间后，再转连接至上一电镀时段所连接的电镀触点，依此交替的连接正面和背面的所述电镀触点，直至电镀结束。
进一步地，所述电镀触点形成区靠近所述晶体硅太阳电池片基底的边缘。
进一步地，在所述电池前驱体的所述电镀触点烧结形成区形成电镀触点的步骤包括：
在所述电镀触点形成区印刷电极浆料，并烧结所述电极浆料形成所述电镀触点；
或，
在所述电镀触点形成区铺设金属粉末或合金粉末，并通过激光烧结形成所述电镀触点。
进一步地，电镀时电镀液的温度为20～100℃。
进一步地，所述金属电极层包括Ni层/Ag层、Co层/Ag层、Ni层/Cu层、Co层/Cu层、Ni层/Cu层/Sn层、Co层/Cu层/Sn层、Ni层/Cu层/Ag层和Co层/Cu层/Ag层电极中的任意一种。
进一步地，还包括在电镀之后，
对形成所述金属电极层的所述晶体硅太阳电池片基底进行退火处理，使所述金属电极层与所述晶体硅太阳电池片基底形成欧姆接触。
进一步地，所述退火处理的温度为200℃～900℃。
进一步地，所述退火处理包括前后两次退火，后一次退火的退火温度高于前一次退火的退火温度退火温度。
第二方面，本发明提供一种采用上述述方法制备的晶体硅太阳能电池，包括晶体硅太阳电池片基底，所述晶体硅太阳电池片基底的正面和/或背面形成有介电层；所述介电层上开设有暴露出所述晶体硅太阳电池片基底的栅线电极电镀区和电镀触点形成区，所述栅线电极电镀区沉积有金属电极层，所述金属电极层与所述晶体硅太阳电池片基底欧姆接触，所述电镀触点形成区烧结形成有电镀触点。
上述方案，晶体硅太阳能电池的制作方法通过烧结形成电镀触点，经烧结形成的电镀触点与晶体硅太阳电池片基底欧姆接触，使得电镀时不需要制备电镀种子层，简化了工艺流程，解决了由于电池片不导电而不能电镀的问题。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明实施例提供的晶体硅太阳能电池的制作方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的电池前驱体的主视图；
图3为图2的A-A剖面图；
图4为图3形成金属电极层后的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
如图1所示，本发明提供的晶体硅太阳能电池的制作方法，包括以下步骤：
S1：提供电池前驱体；所述电池前驱体包括晶体硅太阳电池片基底、以及形成于所述晶体硅太阳电池片基底的正面和/或背面的介电层；所述介电层上开设有暴露出所述晶体硅太阳电池片基底的栅线电极电镀区和电镀触点形成区；
如图2-图4所示，可以采用沉积的方式在晶体硅太阳电池片基底1的正面和/或背面分别形成介电层5，该实施例中是在正面和背面均形成了介电层5。本文中可以采用氮化硅、氧化硅、氮氧化硅、氧化铝、氮氧化铝、碳化硅、非晶硅和多晶硅中的任意一种或任意组合形成介电层5。
介电层5可以是单层结构，也可以是多层结构，如具有三层或三层以上的结构。作为可实现的方式，多层结构的介电层可以但不限于为氧化硅层/氮氧化硅层/氮化硅层、氧化硅层/氧化铝层/氮化硅层、氧化铝层/氮氧化铝层/氮化硅层、氧化硅层/碳化硅层/氮化硅层的叠层结构。
按照预定的图案对介电层进行图案化处理，开设暴露晶体硅太阳电池片基底的栅线电极电镀区和电镀触点形成区。
作为一种可实现的方式，栅线电极电镀区包括细栅电镀区和主栅电镀区，细栅电镀区包括多条细栅成型开膜区，主栅电镀区包括多条主栅成型开膜区，细栅成型开膜区2与主栅成型开膜区3相交。
可以通过氢氟酸、激光等方式对介电层5进行图案化处理。例如通过激光对介电层5烧蚀进行加工，形成上述暴露晶体硅太阳电池片基底1的细栅成型开膜区2、主栅成型开膜区3及镀触点形成区4。
用于在细栅成型开膜区2内电镀形成细栅，细栅成型开膜区2的数量可以为100-200个。
用于在主栅成型开膜区3内电镀形成主栅，主栅成型开膜区3的数量可以为3-30个。
细栅是用于收集该太阳能电池产生的电流的。主栅是用于汇集细栅收集的电流，以及用于电池片之间的互联。
细栅成型开膜区2与主栅成型开膜区3的待镀区域的宽度通过改变激光光斑的大小、激光功率、激光烧蚀次数或激光脉冲的间隔进行调节。例如主栅成型开膜区3需要较宽的间隙，通常为300微米到1毫米之间，这就要求更高的激光功率、更大的激光光斑尺寸、多次的激光烧蚀并且采用较慢的加工速度。细栅成型开膜区2的形状可以是宽度一致的条状图形，主栅成型开膜区3的形状可以是宽度一致的条状图形，或可以是宽度粗细相间的不规则图形。
作为一种优选的方式，细栅成型开膜区2与主栅成型开膜区3以垂直的方式相交，使得形成的细栅与主栅相互垂直。当然，还可以采用非垂直的方式相交。
S2：在所述电池前驱体的所述电镀触点形成区烧结形成电镀触点；
可以采用以下两种方式形成电镀触点：
第一种：在电镀触点形成区4印刷电极浆料，作为其中一种可实现方式，电极浆料可以采用银浆，并烧结电极浆料形成电镀触点，当然还可以通过激光烧结电极浆料来形成电极触点，在此种情况下，激光烧结可以理解为烧结的一种实现方式；或，
第二种：在电镀触点形成区4铺设金属粉末或合金粉末，并通过激光烧结形成电镀触点。
电镀触点形成区4形状包括但不限于条型、圆形、方形、字符形或任意不规则图形。电镀触点形成区4的大小不需要大，以方便与电源负极连接为宜。
作为一种优选方式，电镀触点形成区4靠近晶体硅太阳电池片基底的边缘，以免影响晶体硅太阳能电池的外观。作为另外一种可实现方式，电镀触点形成区4还可以形成于主栅成型开膜区3内。
经烧结形成电镀触点后，该电镀触点与晶体硅太阳电池片基底1欧姆接触，使得电镀时不需要制备电镀种子层，简化了工艺流程，解决了由于电池片不导电而不能电镀的问题。
S3：对形成有所述电镀触点的电池前驱体进行电镀，以在所述栅线电极电镀区形成金属电极层，电镀时所述电镀触点与电镀设备的负极电连接。
一般地，在电镀形成金属电极层6前，需要对图案化处理过的晶体硅太阳电池片基底1的表面进行清洗。通常可采用一定质量浓度的含氟溶液对晶体硅太阳电池片基底1的表面进行清洗，清洗时间从几秒到几分钟不等，清洗时间的长短取决于清洗溶液的浓度大小。在一个实施例中，使用氢氟酸溶液清洗晶体硅太阳电池片基底1，采用的氢氟酸溶液的质量浓度可以为0.5％～10％，清洗时间可以为5～300秒。
将清洗后的晶体硅太阳电池片基底1放入作为电镀设备的电镀槽内，电镀触点与电镀槽的负极连接，通电后开始在晶体硅太阳电池片基底1的各细栅成型开膜区2内及各主栅成型开膜区3内形成金属电极层6。
作为其中一种可实现方式，正面和背面的介电层上均形成有电镀触点，正面和背面的电镀触点与同一负极连接，以使得在电镀时在晶体硅太阳电池片基底1的正面和背面同时形成金属电极层，以提高电镀效率。
作为另外一种可实现方式，正面和背面的介电层上均形成有电镀触点，正面和背面的电镀触点与不同的负极连接，可以单独控制各负极的电流大小来控制金属电极层6的沉积速度及厚度，以提高电镀质量。
作为又一种可实现方式，正面和背面的介电层5上均形成有电镀触点，正面和背面的电镀触点与同一负极交替连接。即正面和背面的电镀触点中的其中一个与负极连接，在电镀一定时间后，负极转连接至另一所述电镀触点，并在电镀一定时间后，再转连接至上一电镀时段所连接的电镀触点，依此交替的连接正面和背面的电镀触点，直至电镀结束。例如但不限于，在电镀时，首先将正面电镀触点连接到电镀槽的负极，晶体硅太阳电池片基底1的两面同时沉积金属电极层6，由于仅正面的电镀触点连接负极，则两面沉积的速率不一致，需要在电镀一段时间后，将负极从正面的电镀触点上取下，并换接到背面的电镀触点上，通过电流的辅助增加沉积速率，此时未接通负极的一面的沉积速率要小于接通负极的一面的沉积速率，在沉积一段时间后，还可以再将负极从背面的电镀触点上取下，并换接到正面的电镀触点上，依此往复，直至电镀结束。
可以在沉积每一层金属时交替将电源负极连接到正面和背面的电镀触点，也可以在沉积第一层较薄的金属时不交换，在沉积第二层较厚的金属层时再交替连接电池正面和背面，通过交替连接法沉积以保证最终电池正面和背面金属电极层的厚度和质量。
金属电极层6一般包括两层、三层或多层金属的堆栈，底层金属层的厚度一般小于3微米。在每个电镀槽中沉积一种金属，每沉积完一种金属需要对晶体硅太阳电池片基底1进行清洗，然后再进入下一个电镀槽中沉积另一种金属层。此处的清洗一般是通过去离子水进行清洗。在某些情况下，金属电极层6也可以是单层结构。
其中，金属电极层6包括Ni层/Ag层、Co层/Ag层、Ni层/Cu层、Co层/Cu层、Ni层/Cu层/Sn层、Co层/Cu层/Sn层、Ni层/Cu层/Ag层和Co层/Cu层/Ag层电极中的任意一种。
进一步地，电镀时电镀液的温度为20～100℃。采用此范围的温度可以保证电镀液具有较好的电导率，提高电镀液的分散能力和沉积反应速度。
进一步地，还包括在电镀之后，对形成所述金属电极层的所述晶体硅太阳电池片基底进行退火处理，，使所述金属电极层与所述晶体硅太阳电池片基底形成欧姆接触，以增强金属电极层与晶体硅太阳电池片基底的硅的结合力。
对于底层电镀金属是镍的情形，经过退火处理后形成低阻的硅化镍(NiSi)；对于底层电镀金属是钴的情形，经过退火处理后形成低阻的硅化钴(CoSi2)。
其中，退火处理的温度为200℃～900℃，退火处理时间可以从几秒到几分钟不等，这取决于退火处理的温度和工艺制程的要求。在一个实施例中，底层电镀金属是镍，退火处理温度为370℃，退火处理时间为3min。在另一个底层电镀金属是镍的实施例中，退火处理温度为500℃，退火处理时间为30s。不同的退火处理温度和退火时间下都可以形成欧姆接触层，以达到形成良好的欧姆接触。
上述退火处理可分为一次退火处理和两次退火处理，并且两次退火处理过程中，后一次的退火温度高于前一次的退火温度。在一个实施例中，采用两步退火处理形成低阻的镍硅化物，第一步退火温度为260℃～310℃，时间30秒，第二步退火温度为400℃～500℃，时间30秒。采用两步退火处理形成钴硅化物，第一步退火处理温度为400℃～550℃，第二步退火处理温度为700℃～850℃。两步退火处理可有效抑制离子扩散，减少对晶体硅太阳电池片基底的损伤，硅化物薄膜电阻率小且性质均匀，可形成光滑的金属硅化物与晶体硅太阳电池片基底间的形貌。
综上，经烧结形成的电镀触点与晶体硅太阳电池片基底欧姆接触，使得电镀时不需要制备电镀种子层，简化了工艺流程，解决了由于电池片不导电而不能电镀的问题。
第二方面，至少参见图4，本发明实施例还提供一种采用上述方法实施例制备的晶体硅太阳能电池，包括晶体硅太阳电池片基底1，晶体硅太阳电池片基底1的正面和/或背面形成有介电层5；介电层5上开设有暴露出晶体硅太阳电池片基底的栅线电极电镀区和电镀触点形成区，栅线电极电镀区沉积有金属电极层6，金属电极层6与晶体硅太阳电池片1基底欧姆接触，电镀触点形成区烧结形成有电镀触点。
该晶体硅太阳能电池的制备方法及效果参见上述方法实施例，这里不再赘述。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。
Claims (11)
1.一种晶体硅太阳能电池的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供电池前驱体；所述电池前驱体包括晶体硅太阳电池片基底、以及形成于所述晶体硅太阳电池片基底的正面和/或背面的介电层；所述介电层上开设有暴露出所述晶体硅太阳电池片基底的栅线电极电镀区和电镀触点形成区；
在所述电池前驱体的所述电镀触点形成区烧结形成电镀触点；
对形成有所述电镀触点的电池前驱体进行电镀，以在所述栅线电极电镀区形成金属电极层，电镀时所述电镀触点与电镀设备的负极电连接。
2.根据权利要求1所述的晶体硅太阳能电池的制作方法，其特征在于，所述栅线电极电镀区包括细栅电镀区和主栅电镀区，所述细栅电镀区包括多条细栅成型开膜区，所述主栅电镀区包括多条主栅成型开膜区，所述细栅成型开膜区与所述主栅成型开膜区相交。
3.根据权利要求1或2所述的晶体硅太阳能电池的制作方法，其特征在于，在正面和背面的介电层上均形成有所述电镀触点；
在电镀时，正面和背面的所述电镀触点与同一负极连接；
或，
在电镀时，正面和背面的所述电镀触点与不同的负极连接；
或，
在电镀时，正面和背面的所述电镀触点中的其中一个与负极连接，在电镀一定时间后，所述负极转连接至另一所述电镀触点，并在电镀另一定时间后，再转连接至上一电镀时段所连接的电镀触点，依此交替的连接正面和背面的所述电镀触点，直至电镀结束。
4.根据权利要求1所述的晶体硅太阳能电池的制作方法，其特征在于，所述电镀触点形成区靠近所述晶体硅太阳电池片基底的边缘。
5.根据权利要求1所述的晶体硅太阳能电池的制作方法，其特征在于，在所述电池前驱体的所述电镀触点形成区烧结形成电镀触点的步骤包括：
在所述电镀触点形成区印刷电极浆料，并烧结所述电极浆料形成所述电镀触点；
或，
在所述电镀触点形成区铺设金属粉末或合金粉末，并通过激光烧结形成所述电镀触点。
6.根据权利要求1所述的晶体硅太阳能电池的制作方法，其特征在于，电镀时电镀液的温度为20～100℃。
7.根据权利要求1或2所述的晶体硅太阳能电池的制作方法，其特征在于，所述金属电极层包括Ni层/Ag层、Co层/Ag层、Ni层/Cu层、Co层/Cu层、Ni层/Cu层/Sn层、Co层/Cu层/Sn层、Ni层/Cu层/Ag层和Co层/Cu层/Ag层电极中的任意一种。
8.根据权利要求7所述的晶体硅太阳能电池的制作方法，其特征在于，还包括在电镀之后，
对形成所述金属电极层的所述晶体硅太阳电池片基底进行退火处理，使所述金属电极层与所述晶体硅太阳电池片基底形成欧姆接触。
9.根据权利要求8所述的晶体硅太阳能电池的制作方法，其特征在于，所述退火处理的温度为200℃～900℃。
10.根据权利要求9所述的晶体硅太阳能电池的制作方法，其特征在于，
所述退火处理包括前后两次退火，后一次退火的退火温度高于前一次退火的退火温度。
11.一种晶体硅太阳能电池，其特征在于，所述晶体硅太阳能电池采用权利要求1-10任一项所述方法制备获得。
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