CN114420795A - 一种电极的制备方法和太阳电池的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种电极的制备方法和太阳电池的制备方法，电极的制备方法包括：采用电镀工艺在所述半导体衬底层的一侧形成第一面电极；采用丝网印刷工艺在所述半导体衬底层的另一侧形成第二栅线电极。第一面电极采用电镀工艺形成，采用电镀工艺比较有利于形成不含银这种昂贵材料的第一面电极，有利于降低成本，并且第一面电极是整面的，第一面电极的强度较高接触面积大，组件串焊时无需进行背面电极对准，有利于提高第一面电极的组件互连能力。
Description
技术领域
本发明涉及太阳电池技术领域，具体涉及一种电极的制备方法和太阳电池的制备方法。
背景技术
太阳电池是将太阳能直接转化成电能的装置。目前，晶体硅太阳电池是光伏工业的主流，占据80％以上的市场。异质结(HeteroJunction with intrinsic Thin layer，简称HJT)电池是一种重要的太阳电池，异质结结构就是以N型单晶硅衬底为中心，在N型单晶硅衬底的两侧设有P型非晶硅层和N型非晶硅层，异质结结构具有两种半导体各自的PN结都不能达到的优良的光电特性，使用异质结结构制备电池是非常具有市场竞争力的太阳电池技术。
太阳电池还包括用于电极引出的金属栅线，现有技术太阳电池的金属栅线通过丝网印刷方式印刷低温导电银浆，并进行表干和固化，形式电极，然而，银浆成本较高，以166mm的M6单片电池为例，制备金属栅线需要消耗200mg以上的银浆，占到了太阳电池非硅成本的40％以上。目前也出现了一些代替银栅线的方案，但是非银栅线与原太阳电池的其他结构的匹配性较差，会出现容易脱落、强度不够高等问题，导致太阳电池在串焊形成组件时互连方面有所欠缺。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中提供的太阳电池的成本较高，在组件互连方面有所欠缺的问题，从而提供一种电极的制备方法和太阳电池的制备方法。
本发明提供一种电极的制备方法，包括提供半导体衬底层的步骤，还包括：采用电镀工艺在所述半导体衬底层的一侧形成第一面电极；采用丝网印刷工艺在所述半导体衬底层的另一侧形成第二栅线电极。
可选的，形成所述第一面电极的电镀工艺包括化学电镀工艺或者光诱导电镀工艺。
可选的，还包括：形成所述第一面电极之前，采用电镀工艺在所述半导体衬底层的一侧整面形成种子层。
可选的，所述种子层的材料包括铜或镍；所述种子层的厚度为50nm～150nm。
可选的，形成所述第一面电极的步骤包括：在所述种子层背离所述半导体衬底层的一侧表面电镀底层面电极，在所述底层面电极背离所述种子层的一侧表面形成顶层面电极；所述顶层面电极的熔点小于所述底层面电极的熔点，且所述底层面电极的导电率大于所述顶层面电极的导电率。
可选的，所述底层面电极的材料包括铜，所述顶层面电极的材料包括锡。
可选的，所述底层面电极的厚度为3μm～15μm；所述顶层面电极的厚度为0.3μm～3μm。
可选的，还包括：形成所述第一面电极之后，在所述底层面电极的侧壁表面形成导电保护层。
可选的，形成所述导电保护层的工艺包括化学镀工艺。
可选的，所述导电保护层的材料与所述顶层面电极的材料相同。
可选的，所述导电保护层的材料包括锡。
可选的，所述导电保护层的厚度为0.5μm～2μm。
可选的，形成所述导电保护层之后，加热所述导电保护层，使所述导电保护层形成覆盖所述第一面电极的侧壁表面和顶部表面的导电覆盖层。
本发明还提供一种太阳电池的制备方法，包括本发明提供的电极的制备方法。
可选的，还包括：在所述半导体衬底层的一侧形成第二透明导电膜，采用丝网印刷工艺在所述半导体衬底层的另一侧形成第二栅线电极的步骤包括：采用丝网印刷工艺在部分所述第二透明导电膜背离所述半导体衬底层的一侧形成第二栅线电极。
可选的，还包括：在所述半导体衬底层的另一侧形成第一透明导电膜，采用电镀工艺在所述半导体衬底层的一侧形成第一面电极的步骤为：采用电镀工艺在所述第一透明导电膜背离所述半导体衬底层的一侧形成第一面电极。
可选的，形成所述第一透明导电膜和所述第二透明导电膜之前，还至少包括：在所述半导体衬底层的一侧形成第一导电类型半导体层；在所述半导体衬底层的另一侧形成第二导电类型半导体层，所述第二导电类型半导体层与所述第一导电类型半导体层的导电类型相反；在所述半导体衬底层的一侧形成第一透明导电膜，在所述半导体衬底层的另一侧形成第二透明导电膜的步骤为：在所述第一导电类型半导体层背离所述半导体衬底层的一侧形成第一透明导电膜，在所述第二导电类型半导体层背离所述半导体衬底层的一侧形成第二透明导电膜；当所述第一导电类型半导体层的导电类型为P型时，所述第二导电类型半导体层的导电类型为N型，形成所述第一面电极的电镀工艺包括化学电镀工艺；当所述第一导电类型半导体层的导电类型为N型时，所述第二导电类型半导体层的导电类型为P型，形成所述第一面电极的电镀工艺包括光诱导电镀工艺。
本发明的技术方案具有以下有益效果：
1.本发明提供的电极的制备方法，第一面电极采用电镀工艺形成，采用电镀工艺比较有利于形成不含银这种昂贵材料的第一面电极，有利于降低成本，并且第一面电极是整面的，第一面电极的强度较高接触面积大，组件串焊时无需进行背面电极对准，有利于提高第一面电极的组件互连能力。
2.进一步，形成第一面电极之前，形成种子层，由于种子层是整面的，没有图形化，种子层更容易形成，并且种子层的膜层质量更高，由于有种子层的存在，使第一面电极的结合力更好。
3.进一步顶层面电极的熔点小于底层面电极的熔点，且底层面电极的导电率大于顶层面电极的导电率；底层面电极的导电能力较好，能够较好的传导电流，顶层面电极的熔点较小，在后续形成组件的工艺中能够较容易的与焊带焊接，顶层面电极起到了底层面电极与焊带之间的粘接层的作用。
4.进一步，底层面电极的材料包括铜，顶层面电极的材料包括锡，电极避免使用了银这种成本较高的材料，降低了电极的成本。
5.进一步，在底层面电极的侧壁表面形成导电保护层，导电保护层能够防止底层面电极被氧化，提高第一面电极的可靠性。
6.本发明提供的太阳电池的制备方法，第一面电极采用电镀工艺形成，采用电镀工艺比较有利于形成不含银这种昂贵材料的第一面电极，有利于降低成本，并且第一面电极是整面的，第一面电极的强度较高接触面积大，有利于提高第一面电极的组件互连能力，降低了第一面电极的接触电阻并增加太阳光长波吸收，提升电池效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一实施例提供的电极的制备方法的流程示意图；
图2至图6为本发明一实施例提供的太阳电池的制备过程的结构示意图；
附图标记：
1-半导体衬底层；2-第一本征半导体层；3-第二本征半导体层；4-第一导电类型半导体层；5-第二导电类型半导体层；6-第一透明导电膜；7-第二透明导电膜；8-种子层；9-第一面电极；901-底层面电极；902-顶层面电极；10-第二栅线电极；11-导电保护层；11a-导电覆盖层。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电学连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
本实施例提供一种电极的制备方法，请参考图1，包括如下步骤：
S1：提供半导体衬底层。
S2：采用电镀工艺在所述半导体衬底层的一侧形成第一面电极。
S3：采用丝网印刷工艺在所述半导体衬底层的另一侧形成第二栅线电极。
第一面电极采用电镀工艺形成，采用电镀工艺比较有利于形成不含银这种昂贵材料的第一面电极，有利于降低成本，并且第一面电极是整面的，第一面电极的强度较高接触面积大，组件串焊时无需进行背面电极对准，有利于提高第一面电极的组件互连能力。
形成所述第一面电极的电镀工艺包括化学电镀工艺或者光诱导电镀工艺。
在本实施例中，还包括：形成所述第一面电极之前，采用电镀工艺在所述半导体衬底层的一侧整面形成种子层。由于种子层是整面的，没有图形化，种子层更容易形成，并且种子层的膜层质量更高，由于有种子层的存在，使第一面电极的结合力更好。
所述种子层的材料包括铜或镍；所述种子层的厚度为50nm～150nm，例如，50nm、70nm、90nm、100nm、120nm或者150nm。
具体地，形成所述第一面电极的步骤包括：在所述种子层背离所述半导体衬底层的一侧表面电镀底层面电极，在所述底层面电极背离所述种子层的一侧表面形成顶层面电极；所述顶层面电极的熔点小于所述底层面电极的熔点，且所述底层面电极的导电率大于所述顶层面电极的导电率。底层面电极的导电能力较好，能够较好的传导电流，顶层面电极的熔点较小，在后续形成组件的工艺中能够较容易的与焊带焊接，顶层副栅线电极起到了底层面电极与焊带之间的粘接层的作用。
所述底层面电极的材料包括铜，所述顶层面电极的材料包括锡。
在本实施例中，第一面电极替代了传统的细银栅线和主银栅线，第一面电极避免使用了银这种成本较高的材料，降低了电极的成本。
所述底层面电极的厚度为3μm～15μm，例如，3μm、5μm、7μm、9μm、11μm、13μm或者15μm；如果底层面电极太薄，会导致第一面电极的导电能力较弱，如果底层面电极太厚，会增加第一面电极不必要的成本；所述顶层面电极的厚度为0.3μm～3μm，例如，0.3μm、1μm、1.5μm、2μm、2.5μm或者3μm，如果顶层面电极太薄，会导致第一面电极与焊带之间的结合效果较差，如果顶层面电极太厚，会增加第一面电极不必要的成本。
电极的制备方法还包括：形成所述第一面电极之后，在所述底层面电极的侧壁表面形成导电保护层。导电保护层能够防止底层副栅线电极被氧化，提高副栅线电极的可靠性。
形成所述导电保护层的工艺包括化学镀工艺。
所述导电保护层的材料与所述顶层面电极的材料相同。
所述导电保护层的材料包括锡。
所述导电保护层的厚度为0.5μm～2μm，例如，0.5μm、1μm、1.5μm或者2μm。
形成所述导电保护层之后，加热所述导电保护层，导电保护层在熔融状态下流动，使所述导电保护层形成覆盖所述第一面电极的侧壁表面和顶部表面的导电覆盖层。这样使得导电覆盖层覆盖在第一面电极的表面均匀且形貌良好。
本发明另一实施例还提供一种太阳电池的制备方法，包括上述实施例提供的电极的制备方法。
请参考图2至图6，下面对本实施例提供的太阳电池的制备过程的结构示意图进行说明。
请参考图2，提供半导体衬底层1。
形成所述第一透明导电膜6和所述第二透明导电膜7之前，还至少包括：在所述半导体衬底层1的一侧形成第一导电类型半导体层4；在所述半导体衬底层1的另一侧形成第二导电类型半导体层5；具体地，在本实施例中，对半导体衬底层1进行制绒清洗处理之后，还包括：在半导体衬底层1的两侧沉积第一本征半导体层2和第二本征半导体层3；之后，在所述第一本征半导体层2背离所述半导体衬底层1的一侧形成第一导电类型半导体层4；在所述第二本征半导体层3背离所述半导体衬底层1的一侧形成第二导电类型半导体层5。所述第二导电类型半导体层5与所述第一导电类型半导体层4的导电类型相反。
请参考图3，在所述半导体衬底层1的一侧形成第一透明导电膜6，在所述半导体衬底层1的另一侧形成第二透明导电膜7。在其他实施例中，也可以仅形成第二透明导电膜7。
具体的，在所述第一导电类型半导体层4背离所述半导体衬底层1的一侧形成第一透明导电膜6，在所述第二导电类型半导体层5背离所述半导体衬底层1的一侧形成第二透明导电膜7。
请参考图4，在第一透明导电膜6背离半导体衬底层1的一侧整面形成种子层8。
请参考图5，采用电镀工艺在所述第一透明导电膜6背离所述半导体衬底层1的一侧形成第一面电极9。
形成所述第一面电极9的步骤包括：在所述种子层8背离所述半导体衬底层1的一侧表面电镀底层面电极901，在所述底层面电极901背离所述种子层8的一侧表面形成顶层面电极902。形成所述第一面电极9之后，在所述底层面电极901的侧壁表面形成导电保护层11。
在本实施例中，所述第一导电类型半导体层4的导电类型为P型，所述第二导电类型半导体层5的导电类型为N型；所述第一导电类型半导体层4作为太阳电池的背光面，第一面电极9作为太阳电池背向太阳光的一侧，也就是太阳电池的背面，在这种情况下，形成所述第一面电极9的电镀工艺包括化学电镀工艺。
在其他实施例中，所述第一导电类型半导体层的导电类型为N型，所述第二导电类型半导体层的导电类型为P型；所述第一导电类型半导体层作为太阳电池的背光面，第一面电极9作为太阳电池背向太阳光的一侧，也就是太阳电池的背面，形成所述第一面电极的电镀工艺包括光诱导电镀工艺。
在太阳电池的正面通常设置透明导电膜，再设置金属电极，能避免金属直接接触非晶硅层引起的性能劣化，避免电池效率降低。
请继续参考图5，采用丝网印刷工艺在部分所述第二透明导电膜7背离所述半导体衬底层1的一侧形成第二栅线电极10，第二栅线电极10为太阳电池朝向太阳光的一侧，也就是太阳电池的正面。
请参考图6，形成所述导电保护层11之后，加热所述导电保护层11，使所述导电保护层11形成覆盖所述第一面电极9的侧壁表面和顶部表面的导电覆盖层11a。
以下为对采用不同方式制备的太阳电池进行测试得到的结果对比表。表中，“Isc”表示短路电流，“Jsc”表示电流密度，“Voc”表示开路电压，“FF”表示填充系数，“Eta”表示转换效率，“Irev2”表示漏电流。
本实施例提供的太阳电池的制备方法，第一面电极9采用电镀工艺形成，采用电镀工艺比较有利于形成不含银这种昂贵材料的第一面电极9，有利于降低成本，并且第一面电极9是整面的，可以快速形成单面太阳电池，并且可以使得半导体衬底层的厚度降低到100μm以下，这也可以降低太阳电池的成本，第一面电极9的强度较高接触面积大，有利于提高第一面电极9的组件互连能力，降低了第一面电极的接触电阻并增加太阳光长波吸收，提升电池效率。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种电极的制备方法，包括提供半导体衬底层的步骤，其特征在于，还包括：
采用电镀工艺在所述半导体衬底层的一侧形成第一面电极；
采用丝网印刷工艺在所述半导体衬底层的另一侧形成第二栅线电极。
2.根据权利要求1所述的电极的制备方法，其特征在于，形成所述第一面电极的电镀工艺包括化学电镀工艺或者光诱导电镀工艺。
3.根据权利要求1所述的电极的制备方法，其特征在于，还包括：形成所述第一面电极之前，采用电镀工艺在所述半导体衬底层的一侧整面形成种子层；
优选的，所述种子层的材料包括铜或镍；所述种子层的厚度为50nm～150nm。
4.根据权利要求3所述的电极的制备方法，其特征在于，形成所述第一面电极的步骤包括：在所述种子层背离所述半导体衬底层的一侧表面电镀底层面电极，在所述底层面电极背离所述种子层的一侧表面形成顶层面电极；所述顶层面电极的熔点小于所述底层面电极的熔点，且所述底层面电极的导电率大于所述顶层面电极的导电率。
5.根据权利要求4所述的电极的制备方法，其特征在于，所述底层面电极的材料包括铜，所述顶层面电极的材料包括锡；
优选的，所述底层面电极的厚度为3μm～15μm；所述顶层面电极的厚度为0.3μm～3μm。
6.根据权利要求4所述的电极的制备方法，其特征在于，还包括：形成所述第一面电极之后，在所述底层面电极的侧壁表面形成导电保护层；
优选的，形成所述导电保护层的工艺包括化学镀工艺；
优选的，所述导电保护层的材料与所述顶层面电极的材料相同；
优选的，所述导电保护层的材料包括锡；
优选的，所述导电保护层的厚度为0.5μm～2μm。
7.根据权利要求6所述的电极的制备方法，其特征在于，形成所述导电保护层之后，加热所述导电保护层，使所述导电保护层形成覆盖所述第一面电极的侧壁表面和顶部表面的导电覆盖层。
8.一种太阳电池的制备方法，其特征在于，包括：权利要求1-7任一项所述的电极的制备方法。
9.根据权利要求8所述的太阳电池的制备方法，其特征在于，还包括：在所述半导体衬底层的一侧形成第二透明导电膜，采用丝网印刷工艺在所述半导体衬底层的另一侧形成第二栅线电极的步骤包括：采用丝网印刷工艺在部分所述第二透明导电膜背离所述半导体衬底层的一侧形成第二栅线电极；
优选的，还包括：在所述半导体衬底层的另一侧形成第一透明导电膜，采用电镀工艺在所述半导体衬底层的一侧形成第一面电极的步骤为：采用电镀工艺在所述第一透明导电膜背离所述半导体衬底层的一侧形成第一面电极。
10.根据权利要求9所述的太阳电池的制备方法，其特征在于，形成所述第一透明导电膜和所述第二透明导电膜之前，还至少包括：
在所述半导体衬底层的一侧形成第一导电类型半导体层；
在所述半导体衬底层的另一侧形成第二导电类型半导体层，所述第二导电类型半导体层与所述第一导电类型半导体层的导电类型相反；
在所述半导体衬底层的一侧形成第一透明导电膜，在所述半导体衬底层的另一侧形成第二透明导电膜的步骤为：在所述第一导电类型半导体层背离所述半导体衬底层的一侧形成第一透明导电膜，在所述第二导电类型半导体层背离所述半导体衬底层的一侧形成第二透明导电膜；
当所述第一导电类型半导体层的导电类型为P型时，所述第二导电类型半导体层的导电类型为N型，形成所述第一面电极的电镀工艺包括化学电镀工艺；
当所述第一导电类型半导体层的导电类型为N型时，所述第二导电类型半导体层的导电类型为P型，形成所述第一面电极的电镀工艺包括光诱导电镀工艺。
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