CN114744073A - 实现太阳能电池金属化的方法及晶硅太阳能电池 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种实现太阳能电池金属化的方法及晶硅太阳能电池，其方法包括：对太阳能电池的电镀区域进行界面清洗；基于太阳能电池的类型使用光诱导脉冲电镀方式或者脉冲电镀方式对太阳能电池的电镀区域进行电镀；对电镀后的太阳能电池进行低温退火处理。本发明中通过脉冲电镀或者光诱导脉冲电镀可以有助于形成更小的晶核，减少晶粒尺寸和提高电镀金属在电池表面的覆盖范围，提高截面黏附力。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能技术领域，尤其涉及一种实现太阳能电池金属化的方法及晶硅太阳能电池。
背景技术
为了积极应对全球气候变化，世界范围内晶体硅太阳能组件的全球生产能力在不断增长。然而，太阳能电池金属化所需的大量银消耗正迅速成为一个在可持续发展维度的所面临的挑战。目前，双面PERC太阳能电池每片所需银消耗量为100毫克左右，根据估算PERC电池每太瓦产能将消耗2019年全球白银供应量的50％左右。与PERC电池相比，下一代TOPCon和HJT电池的每片银消耗量将显着增加。因此必须加快开发和部署无银或者少银的金属化和互连技术。
基于铜和镍等贱金属电镀或者光诱导电镀的太阳能电池金属化方法可以被用来代替银浆丝网印刷。除了减少对银浆的需求外，它还可以使电池及组件制造商免受银价波动所带来的影响。此外，基于电镀的金属化方法可以有效减小副栅的宽度并降低光学损失。
目前，铜和镍等贱金属在太阳能电池金属化中通常使用恒流电镀或者恒流光诱导电镀，并且所使用的电流密度由所使用的电介质所决定。然而，恒流电镀或者恒流光诱导电镀所形成的晶核在晶硅电池表面有着覆盖率低，截面黏附力低的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，本发明提供了一种实现太阳能电池金属化的方法及晶硅太阳能电池，脉冲电镀或者光诱导脉冲电镀可以有助于形成更小的晶核，减少晶粒尺寸和提高电镀金属在电池表面的覆盖范围，提高截面黏附力。
为了解决上述问题，本发明提出了一种实现太阳能电池金属化的方法，所述方法包括：
对太阳能电池的电镀区域进行界面清洗；
基于太阳能电池的类型使用光诱导脉冲电镀方式或者脉冲电镀方式对太阳能电池的电镀区域进行电镀；
对电镀后的太阳能电池进行低温退火处理。
所述电镀区域为晶硅太阳能电池已开槽或者无掩膜覆盖的区域。
所述对太阳能电池的电镀区域进行界面清洗包括：
采用界面清洗剂对太阳能电池的电镀区域进行界面清洗，所述界面清洗剂包括：H2SO4，H2O2，HC I，HF，NH4OH，去离子水。
所述基于太阳能电池的类型使用光诱导脉冲电镀方式或者脉冲电镀方式对太阳能电池的电镀区域进行电镀包括：
对晶硅太阳能电池的n型半导体表面采用光诱导脉冲电镀方式进行电镀，太阳能电池表面光强为150-250瓦每平方米；
对晶硅太阳能电池的p型半导体表面在暗光条件下采用脉冲电镀方式进行电镀。
所述基于太阳能电池的类型使用光诱导脉冲电镀方式或者脉冲电镀方式对太阳能电池的电镀区域进行电镀包括：
使用光诱导脉冲电镀或者脉冲电镀方式对所述电镀区域进行电镀金属电极，所述金属电极的材料为：镍、铜、银、锡、钴中的一种或者多种，所述金属电极的厚度在1-15微米之间。
所述光诱导脉冲电镀方式或者脉冲电镀方式中的正向脉冲时间小于50毫秒，正向脉冲电流密度大于70毫安每平方厘米。
所述光诱导脉冲电镀方式或者脉冲电镀方式中的反向脉冲时间小于50毫秒，反向脉冲电流密度小于5毫安每平方厘米。
述光诱导脉冲电镀方式或者脉冲电镀方式中的脉冲占空比低于50％。
所述对电镀后的太阳能电池进行低温退火处理包括：
在对太阳能电池进行脉冲电镀或光诱导脉冲电镀后，进行低温退火，退火时间小于5分钟，退火温度小于500摄氏度。
相应的，本发明还提供了一种晶硅太阳能电池，所述晶硅太阳能电池基于以上所述的方法制备而成。
本发明使用脉冲电镀或者光诱导脉冲电镀，其具有的较高的正向脉冲电流密度和较短的正向脉冲时间，可以在太阳能电池表面诱导高浓度的金属离子吸附。与恒流电镀或者恒流光诱导电镀所形成的晶核相比，脉冲电镀或者光诱导脉冲电镀可以有助于形成更小的晶核，减少晶粒尺寸和提高电镀金属在电池表面的覆盖范围，同时也提高了金属与太阳能电池表面附着性能。此外，基于脉冲电镀的电极更加致密、与太阳能电池表面附着性好。
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，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本发明实施例中的实现太阳能电池金属化的方法流程图；
图2是本发明实施例中的使用基于脉冲电镀的金属化方法的太阳能电池制绒表面扫描电镜图；
图3是本发明实施例中的作为实验对照而使用基于恒流电镀的金属化方法的太阳能电池制绒表面扫描电镜图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
图1示出了本发明实施例的实现太阳能电池金属化的方法流程图，所述方法包括：
S11、对太阳能电池的电镀区域进行界面清洗；
需要说明的是，所述电镀区域为晶硅太阳能电池已开槽或者无掩膜覆盖的区域。
需要说明的是，采用界面清洗剂对太阳能电池的电镀区域进行界面清洗，所述界面清洗剂包括：H2SO4，H2O2，HC I，HF，NH4OH，去离子水。
具体的，本实施例对太阳能电池金属化方式可以应用于PERC以及TOPCon太阳能电池上开槽的区域以及HJT太阳能电池上未被掩膜层覆盖的区域。在本发明中开槽的方式包括但不限于激光开槽以及喷墨打印开槽等。掩膜层可以选用喷墨打印，光刻，热蒸发，电子束蒸发、磁控溅射、原子层沉积、旋涂、刮涂等方法制得。
具体的，对晶硅太阳能电池已开槽或者无掩膜覆盖的区域的界面清洗可以采用H2SO4，H2O2，HC I，HF，NH4OH，去离子水等溶剂，但不限于上述所列溶剂。界面清洗的主要作用是去除影响电镀的表面污染物例如杂质以及灰尘，减小这些表面污染物对金属层与太阳能电池表面之间黏附力的影响，提高本发明实施例的太阳能电池金属化方法的可靠性。
S12、基于太阳能电池的类型使用光诱导脉冲电镀方式或者脉冲电镀方式对太阳能电池的电镀区域进行电镀；
本发明实施例中的太阳能电池金属化方法可以解决现有太阳能电池电镀金属化中晶体成核以及界面黏附力相关问题，减少晶粒尺寸和提高电镀金属在电池表面的覆盖范围，并可以减小副栅的宽度并降低光学损失，实现基于贱金属的太阳能电池金属化，能够应用于晶硅及薄膜太阳能电池的制备，减小光伏产业对银这种贵金属的依赖性，降低产业链成本并促进可持续发展。
需要说明的是，太阳能电池的类型涉及到晶硅太阳能电池的n型半导体表面和晶硅太阳能电池的p型半导体表面两种情况，对晶硅太阳能电池的n型半导体表面采用光诱导脉冲电镀方式进行电镀，太阳能电池表面光强为150-250瓦每平方米；对晶硅太阳能电池的p型半导体表面在暗光条件下采用脉冲电镀方式进行电镀。当对晶硅太阳能电池的n型半导体表面进行电镀时，需要使用光诱导脉冲电镀，在金属化过程中使得太阳能电池内部电子从p型半导体流向n型半导体，太阳能电池表面光强的范围在150-250瓦每平方米之间任一取值；当对晶硅太阳能电池的p型半导体表面进行电镀时，需要在暗光条件下使用脉冲电镀，在金属化过程中使得太阳能电池内部电子从n型半导体流向p型半导体，这里的暗光条件一般限制太阳能电池表面光强在10瓦每平方米(10W/m2)以内。
需要说明的是，使用光诱导脉冲电镀或者脉冲电镀方式对所述电镀区域进行电镀金属电极，所述金属电极的材料为：镍、铜、银、锡、钴中的一种或者多种，所述金属电极的厚度在1-15微米之间。所述脉冲电镀或光诱导脉冲电镀可用于电镀金属电极材料可以采用镍，铜，银，锡，钴等金属材料，但是不限于上述所列的金属材料。所镀金属电极的厚度在1-15微米之间，贱金属的厚度将占总厚度的80％至100％，最外层采用0.5至1微米的银或锡保护层用以防止贱金属氧化失效所导致的体电阻增大。
需要说明的是，所述光诱导脉冲电镀方式或者脉冲电镀方式中的正向脉冲时间小于50毫秒，正向脉冲电流密度大于70毫安每平方厘米。使用较大的正向脉冲电流密度数值可以有效提高表面化学电势，有利于在太阳能电池表面诱导高浓度的金属离子吸附，并且有助于形成更小的晶核，减少晶粒尺寸和提高电镀金属在电池表面的覆盖范围。
需要说明的是，所述光诱导脉冲电镀方式或者脉冲电镀方式中的反向脉冲时间小于50毫秒，反向脉冲电流密度小于5毫安每平方厘米。在反向脉冲中，太阳能电池表面与电镀液之间的双电层中的金属离子可以获得有效的补充，否则容易导致电镀过程中析氢，进而使得电镀电极脆化。
需要说明的是，该光诱导脉冲电镀方式或者脉冲电镀方式中的脉冲占空比低于50％。该脉冲电镀或光诱导脉冲电镀的脉冲空占比低于50％，用以防止双电层中的金属离子耗尽所导致的电镀电极脆化失效。
S13、对电镀后的太阳能电池进行低温退火处理。
在对太阳能电池进行脉冲电镀或光诱导脉冲电镀后，进行低温退火，退火时间小于5分钟，退火温度小于500摄氏度，低温退火有助于降低电镀电极内应力以及体电阻。
本发明使用脉冲电镀或者光诱导脉冲电镀，其具有的较高的正向脉冲电流密度和较短的正向脉冲时间，可以在太阳能电池表面诱导高浓度的金属离子吸附。与恒流电镀或者恒流光诱导电镀所形成的晶核相比，脉冲电镀或者光诱导脉冲电镀可以有助于形成更小的晶核，减少晶粒尺寸和提高电镀金属在电池表面的覆盖范围，同时也提高了金属与太阳能电池表面附着性能。此外，基于脉冲电镀的电极更加致密、与太阳能电池表面附着性好。
实施例二
这里采用镀膜以及开槽后的TOPCon太阳能电池为例进行说明，其具体制备过程如下：
S21、使用RCA标准清洗方法(NH4OH:H2O2:H2O，1:1:5)去除TOPCon太阳能电池表面污染物，清洗时间大约为3分钟；
S22、使用1％HF溶剂去除开槽后的TOPCon太阳能电池表面的氧化硅，清洗时间大约为1分钟；
S23、使用去离子水清洗TOPCon太阳能电池，清洗时间大约为1分钟，并烘干；
S24、使用脉冲电镀或光诱导脉冲电镀在TOPCon太阳能电池表面开槽区域先后沉积镍、铜、锡作为致密层，厚度分别为1.5微米、11微米、1微米；
具体的，所述脉冲电镀或光诱导脉冲电镀正向脉冲时间为15-25毫秒，正向脉冲电流密度为70-90毫安每平方厘米。
具体的，所述脉冲电镀或光诱导脉冲电镀反向脉冲时间为20-30毫秒，反向脉冲电流密度小于5毫安每平方厘米。
具体的，所述脉冲电镀或光诱导脉冲电镀的脉冲占空比为30％。
S25、利用低温退火，退火时间大约为1-4分钟，退火温度为400-500摄氏度。
在脉冲电镀或光诱导脉冲电镀后进行低温退火，退火时间小于5分钟，退火温度小于500摄氏度，这里低温退火有助于降低电镀电极内应力以及体电阻。
通过使用基于脉冲电镀的太阳能电池的金属化方法，有助于在太阳能电池表面形成更小的晶核，减少晶粒尺寸和提高电镀金属在电池表面的覆盖范围。如图1与图2所示，在相同的库伦密度下，脉冲电镀相较于传统恒流电镀可以有效减小晶粒尺寸并且增加电镀金属在太阳能电池制绒表面上的均匀覆盖。此外，脉冲电镀还有助于减小电镀金属在制绒金字塔尖的聚集。图1中所示金属晶核为镍，在所有情况下，传递到已开槽硅表面的电荷密度为0.025库伦每平方厘米。
以上对本发明实施例进行了详细介绍，本文中采用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种实现太阳能电池金属化的方法，其特征在于，所述方法包括：
对太阳能电池的电镀区域进行界面清洗；
基于太阳能电池的类型使用光诱导脉冲电镀方式或者脉冲电镀方式对太阳能电池的电镀区域进行电镀；
对电镀后的太阳能电池进行低温退火处理。
2.如权利要求1所述的实现太阳能电池金属化的方法，其特征在于，所述电镀区域为晶硅太阳能电池已开槽或者无掩膜覆盖的区域。
3.如权利要求1所述的实现太阳能电池金属化的方法，其特征在于，所述对太阳能电池的电镀区域进行界面清洗包括：
采用界面清洗剂对太阳能电池的电镀区域进行界面清洗，所述界面清洗剂包括：H2SO4，H2O2，HCI，HF，NH4OH，去离子水。
4.如权利要求1所述的实现太阳能电池金属化的方法，其特征在于，所述基于太阳能电池的类型使用光诱导脉冲电镀方式或者脉冲电镀方式对太阳能电池的电镀区域进行电镀包括：
对晶硅太阳能电池的n型半导体表面采用光诱导脉冲电镀方式进行电镀，太阳能电池表面光强为150-250瓦每平方米；
对晶硅太阳能电池的p型半导体表面在暗光条件下采用脉冲电镀方式进行电镀。
5.如权利要求4所述的实现太阳能电池金属化的方法，其特征在于，所述基于太阳能电池的类型使用光诱导脉冲电镀方式或者脉冲电镀方式对太阳能电池的电镀区域进行电镀包括：
使用光诱导脉冲电镀或者脉冲电镀方式对所述电镀区域进行电镀金属电极，所述金属电极的材料为：镍、铜、银、锡、钴中的一种或者多种，所述金属电极的厚度在1-15微米之间。
6.如权利要求4所述的实现太阳能电池金属化的方法，其特征在于，所述光诱导脉冲电镀方式或者脉冲电镀方式中的正向脉冲时间小于50毫秒，正向脉冲电流密度大于70毫安每平方厘米。
7.如权利要求4所述的实现太阳能电池金属化的方法，其特征在于，所述光诱导脉冲电镀方式或者脉冲电镀方式中的反向脉冲时间小于50毫秒，反向脉冲电流密度小于5毫安每平方厘米。
8.如权利要求4所述的实现太阳能电池金属化的方法，其特征在于，述光诱导脉冲电镀方式或者脉冲电镀方式中的脉冲占空比低于50％。
9.如权利要求1至8任一项所述的实现太阳能电池金属化的方法，其特征在于，所述对电镀后的太阳能电池进行低温退火处理包括：
在对太阳能电池进行脉冲电镀或光诱导脉冲电镀后，进行低温退火，退火时间小于5分钟，退火温度小于500摄氏度。
10.一种晶硅太阳能电池，其特征在于，所述晶硅太阳能电池基于权利要求1至8任一项所述的方法制备而成。
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