CN115863485A - 一种太阳电池的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种太阳电池的制备方法，涉及光伏技术领域。太阳电池的制备方法包括：在电池片本体的厚度方向的至少一表面的种子金属层上覆盖感光胶并固化感光胶，曝光显影以去除位于栅线区域内的感光胶；然后对电池片本体的绕厚度方向的周向边缘涂覆绝缘非感光胶，固化绝缘非感光胶；在栅线区域内电镀形成栅线结构。本申请提供的太阳电池的制备方法可以有效提高太阳电池的填充因子(FF)，进而提高太阳电池的转换效率；也可以有效提高涂布感光胶的均匀性以及避免电镀栅线结构时发生渗镀现象，有利于提高形成的栅线结构的精度，有效提高太阳电池的生产良率。
Description
技术领域
本申请涉及光伏技术领域，具体而言，涉及一种太阳电池的制备方法。
背景技术
在电池片表面电镀形成栅线结构是太阳电池制备过程中的一个重要步骤。目前，电镀形成栅线结构的方法一般是依次进行：对电池片的厚度边缘进行包边绝缘非感光胶、固化绝缘非感光胶、在电池片的厚度方向的表面的种子金属层上覆盖感光胶、固化感光胶、对栅线区域外的感光胶进行曝光、显影去除栅线区域内的感光胶(使得栅线区域的种子金属层暴露出来)、在栅线区域的种子金属层上电镀形成栅线结构。
但是，上述方法制备出的太阳电池的填充因子(FF)较低，导致太阳电池的转换效率较低；此外，上述制备方法也容易造成感光胶的涂布均匀性不高以及电镀形成栅线的过程中发生渗镀现象，不利于提高形成的栅线结构的精度，进而不利于提高太阳电池的良率。
发明内容
本申请的目的在于提供一种太阳电池的制备方法，其旨在同时改善现有的太阳电池的填充因子较低以及形成的栅线结构的精度不高的技术问题。
本申请提供一种太阳电池的制备方法，包括：
在电池片本体的厚度方向的至少一表面的种子金属层上覆盖感光胶并固化感光胶，曝光显影以去除位于栅线区域内的感光胶；然后对电池片本体的绕厚度方向的周向边缘涂覆绝缘非感光胶，固化绝缘非感光胶；在栅线区域内电镀形成栅线结构。
本申请通过先依次在种子金属层上覆盖感光胶并固化感光胶、曝光显影以去除栅线区域(是指用于形成栅线的区域)内的感光胶(此时仅有栅线区域的种子金属层暴露出来)，然后再对电池片本体的绕厚度方向的周向边缘涂覆绝缘非感光胶并固化绝缘非感光胶；在绝缘非感光胶的固化过程中，种子金属层的表面栅线区域外的大面积区域均被感光胶覆盖，有利于避免种子金属层发生大面积氧化，也能够同时避免长时间高温烘烤破坏非晶硅钝化层的钝化效果，提高太阳电池的填充因子(FF)，进而提高太阳电池的转换效率。
由于显影后，感光胶上形成暴露出栅线区域的种子金属层的凹槽结构，绝缘非感光胶的固化温度可以进一步固化该凹槽结构边缘松动的感光胶体，有利于避免该凹槽结构的边缘与种子金属层之间存在间隙而导致的电镀栅线结构时发生渗镀现象，进而有利于提高形成的栅线结构的精度；此外，先在整个种子金属层的表面覆盖感光胶，覆盖感光胶的过程中不存在电池片本体的边缘的绝缘非感光胶的干扰，有利于提高感光胶涂布的均匀性，有利于提高曝光显影的精度，进而有利于提高形成的栅线结构的精度，有效提高太阳电池的生产良率。
本申请可选的实施方式中，绝缘非感光胶的固化温度为70-90℃，绝缘非感光胶的固化时间为8-10min。
上述条件下，有利于进一步避免破坏非晶硅钝化层的钝化效果，也能够进一步减少种子金属层的氧化，有利于进一步提高太阳电池的填充因子(FF)，进而提高太阳电池的转换效率。
本申请可选的实施方式中，感光胶覆盖于种子金属层的厚度为10-15μm。
上述条件下，可以使得在绝缘非感光胶的固化过程中，种子金属层能够有效被感光胶保护，有利于进一步提高太阳电池的填充因子(FF)。若感光胶覆盖于种子金属层上的厚度较薄，不利于在后续绝缘非感光胶的固化高温条件下有效保护种子金属层，也可能会导致涂布感光胶时由于种子金属层表面局部细微不平整而导致局部无法有效覆盖感光胶的不利于后续精确形成栅线结构的现象。
本申请可选的实施方式中，绝缘非感光胶覆盖于电池片本体的表面的厚度为10-15μm。
上述条件下，有利于有效避免后续电镀时电池片本体的正面栅线和背面栅线连接而造成短路的情况。
可选地，绝缘非感光胶至少部分覆盖电池片本体的厚度方向的种子金属层的边缘，且绝缘非感光胶的位于电池片本体的厚度方向的种子金属层上的边缘至种子金属层的边缘的距离≤50μm。
上述条件下，有利于避免涂覆绝缘非感光胶时绝缘非感光胶流至感光胶的凹槽结构内而影响后续电镀形成栅线结构。
本申请可选的实施方式中，曝光操作采用激光曝光，激光的能量密度为50-100mJ/cm2。
上述条件下，能够提高曝光形成栅线结构图形的精度，有利于提高后续电镀形成的栅线结构的精度。
本申请可选的实施方式中，显影操作采用弱碱性溶液，显影操作的温度为25-35℃。
上述条件下，能够有效去除栅线区域内的感光胶，有利于提高后续电镀形成的栅线结构的精度。
可选地，弱碱性溶液为碳酸钠溶液，碳酸钠溶液的质量浓度为10-15g/L。
本申请可选的实施方式中，栅线结构包括铜栅线以及覆盖于铜栅线的表面的锡保护层。
栅线结构采用铜栅线，可以降低栅线结构的成本；设置锡保护层覆盖于铜栅线的表面，有利于避免铜栅线发生氧化而影响载流子的收集效果。
可选地，铜栅线的厚度为8-10μm，锡保护层的厚度为2-5μm。
可选地，铜栅线在质量浓度为40-60g/L的硫酸铜溶液中电镀形成。
可选地，锡保护层在质量浓度为15-25g/L的甲基磺酸锡溶液中电镀形成。
本申请可选的实施方式中，太阳电池的制备方法还包括：在形成栅线结构后，去除感光胶、绝缘非感光胶以及位于栅线区域外的种子金属层。本申请可选的实施方式中，采用含有强碱性溶质的去膜液去除感光胶和绝缘非感光胶，强碱性溶质在去膜液中的质量浓度为25-50g/L，去膜液的温度为40-60℃；和/或，采用含有硫酸以及过氧化氢的回刻液中去除位于栅线区域外的种子金属层，硫酸在回刻液中的质量浓度为8-15g/L，过氧化氢在回刻液中的质量浓度为15-30g/L，回刻液的温度为25-35℃。
上述条件下，可以有效去除感光胶、绝缘非感光胶以及位于栅线区域外的种子金属层。
本申请可选的实施方式中，太阳电池的制备方法还包括：在去除感光胶、绝缘非感光胶以及位于栅线区域外的种子金属层之后，对电池片本体进行光注入处理；其中，光注入处理的温度为200-220℃，光注入处理的时间为60-120s。
上述条件下，能够有效实现光注入并提高非晶硅层的钝化效果。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1示出了本申请提供的太阳电池的制备流程图。
具体实施方式
目前，电镀形成栅线结构的方法一般是依次进行：对电池片的厚度边缘进行包边绝缘非感光胶、固化绝缘非感光胶、在电池片的厚度方向的表面的种子金属层上覆盖感光胶、固化感光胶、对栅线区域外的感光胶进行曝光、显影去除栅线区域内的感光胶(使得栅线区域的种子金属层暴露出来)、在栅线区域的种子金属层上电镀形成栅线结构。但是，上述电镀形成栅线结构的方法制备出的太阳电池的填充因子(FF)较低，导致太阳电池的转换效率较低。
发明人发现，先包边绝缘非感光胶并固化绝缘非感光胶，然后再在种子金属层上覆盖感光胶，导致固化绝缘非感光胶的过程中种子金属层是直接暴露于固化绝缘非感光胶的高温环境中，会使得种子金属层在高温环境下发生大面积氧化，也会影响电池片非晶硅层的钝化效果，进而造成填充因子(FF)较低。
为此，本申请提供了一种太阳电池的制备方法，图1示出了本申请提供的太阳电池的制备流程图，请参阅图1，太阳电池的制备方法包括：
S10，在电池片本体的厚度方向的至少一表面的种子金属层上覆盖感光胶并固化感光胶。
需要说明的是，在本申请中，电池片本体是指：需要在其表面电镀形成栅线结构的电池片基体，且其厚度方向的至少一表面上覆盖有种子金属层。
作为示例性地，电池片本体具有依次堆叠的ITO导电层、P型掺杂层、本征非晶硅层、N型硅片基体、本征非晶硅层、N型掺杂层以及ITO导电层，且至少一个ITO导电层的表面覆盖有种子金属层。
作为示例性地，电池片本体的制备过程可以为：先将N型单晶硅片进行制绒清洗，在硅片表面形成均匀尺寸大小在2-8μm的“正金字塔”绒面；采用PECVD等离子沉积设备在制绒清洗后的硅片上正面和背面沉积非晶硅膜(包括正面本征非晶硅层3-6nm、背面本征非晶硅层3-9nm、正面的磷掺杂非晶硅层5-10nm、背面的硼掺杂非晶硅层5-15nm)；采用PVD磁控溅射设备在非晶硅膜层表面沉积正反面的ITO透明导电薄膜，膜层厚度90-110nm；采用PVD磁控溅射设备在ITO导电膜表面沉积正反面的铜种子金属层，膜层厚度100-250nm。
在本申请中，感光胶覆盖于种子金属层的厚度为10-15μm。上述条件下，可以使得后续在绝缘非感光胶的固化过程中，种子金属层能够有效被感光胶保护，有利于提高太阳电池的填充因子(FF)；也有利于避免由于感光胶的涂布受到涂布均匀性影响而影响形成的栅线结构的精度。
若感光胶覆盖于种子金属层上的厚度较薄，不利于在后续绝缘非感光胶的固化高温条件下有效保护种子金属层，也可能会导致涂布感光胶时由于种子金属层表面局部细微不平整而导致局部无法有效覆盖感光胶的不利于后续精确形成栅线结构的现象。
S20，曝光显影以去除位于栅线区域内的感光胶。
需要说明的是，在本申请中，栅线区域是指用于形成栅线结构的区域，即栅线结构覆盖于电池片本体的表面的区域。
在本申请中，借助曝光显影技术去除位于栅线区域内的感光胶，使得栅线区域内的种子金属层暴露出来。
当感光胶采用正性感光胶(即曝光部分溶于显影液而未曝光部分不溶于显影的感光胶)时，去除位于栅线区域内的感光胶的方法包括：先对栅线区域内的正性感光胶进行曝光，使得栅线区域内的正性感光胶能够溶于显影液中，而栅线区域外的正性感光胶不溶于显影液中，显影去除栅线区域内的正性感光胶，使得栅线区域的种子金属层暴露出来。
当感光胶采用负性感光胶(即曝光部分发生交联反应不溶于显影液而未曝光部分溶于显影的感光胶)时，去除位于栅线区域内的感光胶的方法包括：对位于栅线区域外的负性感光胶进行曝光，使得栅线区域外的负性感光胶通过曝光后发生交联聚合反应，从而不溶于显影溶液中；而栅线区域内的负性感光胶由于未被曝光进而能够溶于显影溶液中，显影去除栅线区域内的负性感光胶，使得栅线区域的种子金属层暴露出来。
在本申请中，曝光操作采用激光曝光，激光的能量密度为50-100mJ/cm2，能够提高曝光形成栅线结构图形的精度，有利于提高后续电镀形成的栅线结构的精度。
在本申请中，显影操作采用弱碱性溶液，显影操作的温度为25-35℃。上述条件下，能够有效去除栅线区域内的感光胶，有利于提高后续电镀形成的栅线结构的精度。
进一步地，弱碱性溶液为碳酸钠溶液，碳酸钠溶液的质量浓度为10-15g/L。
S30，对电池片本体的绕厚度方向的周向边缘涂覆绝缘非感光胶，固化绝缘非感光胶。
本申请通过先依次在种子金属层上覆盖感光胶并固化感光胶、曝光显影去除栅线区域内的感光胶(此时仅有栅线区域的种子金属层暴露出来)，然后再对电池片本体的绕厚度方向的周向边缘涂覆绝缘非感光胶并固化绝缘非感光胶；可以使得在绝缘非感光胶的固化过程中，种子金属层的表面栅线区域外的大面积区域均被感光胶覆盖，有利于避免种子金属层发生大面积氧化，也能够同时避免长时间高温烘烤破坏非晶硅钝化层的钝化效果，提高太阳电池的填充因子(FF)，进而提高太阳电池的转换效率。
此外，由于显影后，感光胶上形成暴露出栅线区域的种子金属层的凹槽结构，绝缘非感光胶的固化温度可以进一步固化该凹槽结构边缘松动的感光胶体，有利于避免该凹槽结构的边缘与种子金属层之间存在间隙而导致的电镀栅线结构时发生渗镀现象，进而有利于提高形成的栅线结构的精度。且先在整个种子金属层的表面覆盖感光胶，覆盖感光胶的过程中不存在电池片本体的边缘的绝缘非感光胶的干扰，有利于提高感光胶涂布的均匀性，有利于提高曝光显影的精度，进而有利于提高形成的栅线结构的精度，有效提高太阳电池的生产良率。
在本申请中，绝缘非感光胶覆盖于电池片本体的表面的厚度为10-15μm。上述条件下，有利于有效避免后续电镀时电池片本体的正面栅线和背面栅线连接而造成短路的情况。
进一步地，绝缘非感光胶至少部分覆盖电池片本体的厚度方向的种子金属层的边缘，且绝缘非感光胶的位于电池片本体的厚度方向的种子金属层上的边缘至种子金属层的边缘的距离≤50μm(即绝缘非感光胶在电池片本体的厚度方向的种子金属层上的覆盖宽度≤50μm)。上述条件下，有利于避免涂覆绝缘非感光胶时绝缘非感光胶流至感光胶的凹槽结构内而影响后续电镀形成栅线结构。
在本申请中，绝缘非感光胶的固化温度为70-90℃，绝缘非感光胶的固化时间为8-10min。上述条件下，有利于进一步避免破坏非晶硅钝化层的钝化效果，也能够进一步减少种子金属层的氧化，有利于进一步提高太阳电池的填充因子(FF)，进而提高太阳电池的转换效率。
S40，在栅线区域内电镀形成栅线结构。
在本申请中，栅线结构包括铜栅线以及覆盖于铜栅线的表面的锡保护层。栅线结构采用铜栅线，可以降低栅线结构的成本；设置锡保护层覆盖于铜栅线的表面，有利于避免铜栅线发生氧化而影响载流子的收集效果。
进一步地，铜栅线的厚度为8-10μm，锡保护层的厚度为2-5μm。
作为示例性地，铜栅线在质量浓度为40-60g/L的硫酸铜溶液中电镀形成，锡保护层在质量浓度为15-25g/L的甲基磺酸锡溶液中电镀形成。
进一步地，硫酸铜溶液中铜离子的质量浓度为40-60g/L，硫酸的质量浓度为70-90g/L；甲基磺酸锡溶液中锡离子的质量浓度为15-25g/L，甲基磺酸(MSA)的质量浓度为80-120g/L。
S50，去除感光胶、绝缘非感光胶以及位于栅线区域外的种子金属层。
在本申请中，采用含有强碱性溶质的去膜液去除感光胶和绝缘非感光胶，强碱性溶质在去膜液中的质量浓度为25-50g/L，去膜液的温度为40-60℃。上述条件下，可以有效去除感光胶以及绝缘非感光胶。
作为示例性地，强碱性溶质可以为氢氧化钠或氢氧化钾等。
在本申请中，采用含有硫酸以及过氧化氢的回刻液中去除位于栅线区域外的种子金属层，硫酸在回刻液中的质量浓度为8-15g/L，过氧化氢在回刻液中的质量浓度为15-30g/L，回刻液的温度为25-35℃。上述条件下，可以有效去除位于栅线区域外的种子金属层。
S60，对电池片本体进行光注入处理。
在本申请中，光注入处理的温度为200-220℃，光注入处理的时间为60-120s。上述条件下，能够有效实现光注入并提高非晶硅层的钝化效果。
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例
本实施例提供一种太阳电池及其制备方法，采用如下步骤制备：
(1)在电池片本体的厚度方向的两个表面的铜种子金属层上覆盖感光胶并固化感光胶。其中，电池片本体由正面至背面具有依次堆叠的铜种子金属层(150nm)、ITO导电层(100nm)、N型磷掺杂层(7nm)、本征非晶硅层(5nm)、N型硅片基体(绒面尺寸为3μm)、本征非晶硅层(7nm)、P型硼掺杂层(10nm)、ITO导电层(100nm)以及铜种子金属层(150nm)；感光胶覆盖于铜种子金属层上的厚度为13μm。
(2)对栅线区域外的感光胶进行曝光，采用显影液显影去除位于栅线区域内的感光胶。其中，曝光操作的激光的能量密度为75mJ/cm2；显影液为质量浓度为12g/L的碳酸钠溶液，显影液的温度为30℃。
(3)对电池片本体的绕厚度方向的轴向边缘涂覆绝缘非感光胶，固化绝缘非感光胶。其中，绝缘非感光胶覆盖于电池片本体的表面的厚度为12μm，绝缘非感光胶的位于电池片本体的厚度方向的铜种子金属层上的边缘至种子金属层的边缘的距离为40μm；绝缘非感光胶的固化温度为85℃，固化时间为9min。
(4)采用硫酸铜溶液在栅线区域内的铜种子金属层上电镀形成厚度为9μm的铜栅线基体，然后采用甲基磺酸锡溶液在铜栅线基体表面电镀形成厚度为2μm的锡保护层。其中，硫酸铜溶液中铜离子的质量浓度为50g/L，硫酸的质量浓度为80g/L；甲基磺酸锡溶液中锡离子的质量浓度为20g/L，甲基磺酸的质量浓度为100g/L。
(5)采用去膜液去除感光胶和绝缘非感光胶，然后采用含有稀硫酸以及过氧化氢的回刻液去除位于栅线区域外的铜种子金属层。其中，去膜液为质量浓度为35g/L的氢氧化钠溶液，去膜液的温度为50℃；硫酸在回刻液的质量浓度为12g/L，过氧化氢在回刻液的质量浓度为25g/L，回刻液的温度为30℃。
(6)对电池片本体进行光注入处理。其中，光注入处理的温度为210℃，光注入处理的时间为70s。
对比例
本对比例提供一种太阳电池及其制备方法，本对比例与实施例的区别在于：先进行步骤(3)，再依次进行步骤(1)-(2)以及(4)-(6)。
试验例
对实施例以及对比例制得的太阳电池进行填充因子(FF)、转换效率(Eta)以及渗镀不良比例的表征，结果如表1所示。
表1
| 填充因子(FF) | 转换效率(Eta) | 渗镀不良比例 | |
| 实施例 | 82.90％ | 23.90％ | 5.2％ |
| 对比例 | 82.70％ | 23.75％ | 17.4％ |
从表1可以看出，采用“先在种子金属层上覆盖感光胶并固化、曝光以及显影，再对电池片厚度的边缘涂布绝缘非感光胶并固化，然后在栅线区域内电镀形成栅线结构”的方式，可以有效提高制得的太阳电池的填充因子(FF)以及转化效率，也能够有效降低电镀形成栅线结构时发生的渗镀不良比例。
综上，本申请提供的太阳电池的制备方法可以有效提高太阳电池的填充因子(FF)，进而提高太阳电池的转换效率；也可以有效提高涂布感光胶的均匀性以及避免电镀栅线结构时发生渗镀现象，有利于提高形成的栅线结构的精度，有效提高太阳电池的生产良率。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种太阳电池的制备方法，其特征在于，包括：
在电池片本体的厚度方向的至少一表面的种子金属层上覆盖感光胶并固化所述感光胶，曝光显影以去除位于栅线区域内的所述感光胶；
然后对所述电池片本体的绕厚度方向的周向边缘涂覆绝缘非感光胶，固化所述绝缘非感光胶；在所述栅线区域内电镀形成栅线结构。
2.根据权利要求1所述的太阳电池的制备方法，其特征在于，所述绝缘非感光胶的固化温度为70-90℃，所述绝缘非感光胶的固化时间为8-10min。
3.根据权利要求1或2所述的太阳电池的制备方法，其特征在于，所述感光胶覆盖于所述种子金属层的厚度为10-15μm。
4.根据权利要求1或2所述的太阳电池的制备方法，其特征在于，所述绝缘非感光胶覆盖于所述电池片本体的表面的厚度为10-15μm；
可选地，所述绝缘非感光胶至少部分覆盖所述电池片本体的厚度方向的所述种子金属层的边缘，且所述绝缘非感光胶的位于所述电池片本体的厚度方向的所述种子金属层上的边缘至所述种子金属层的边缘的距离≤50μm。
5.根据权利要求1或2所述的太阳电池的制备方法，其特征在于，所述曝光操作采用激光曝光，所述激光的能量密度为50-100mJ/cm2。
6.根据权利要求1或2所述的太阳电池的制备方法，其特征在于，所述显影操作采用弱碱性溶液，所述显影操作的温度为25-35℃；
可选地，所述弱碱性溶液为碳酸钠溶液，所述碳酸钠溶液的质量浓度为10-15g/L。
7.根据权利要求1或2所述的太阳电池的制备方法，其特征在于，所述栅线结构包括铜栅线以及覆盖于所述铜栅线的表面的锡保护层；
可选地，所述铜栅线的厚度为8-10μm，所述锡保护层的厚度为2-5μm；
可选地，所述铜栅线在质量浓度为40-60g/L的硫酸铜溶液中电镀形成；
可选地，所述锡保护层在质量浓度为15-25g/L的甲基磺酸锡溶液中电镀形成。
8.根据权利要求1或2所述的太阳电池的制备方法，其特征在于，所述太阳电池的制备方法还包括：在形成所述栅线结构后，去除所述感光胶、所述绝缘非感光胶以及位于所述栅线区域外的所述种子金属层。
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，采用含有强碱性溶质的去膜液去除所述感光胶和所述绝缘非感光胶，所述强碱性溶质在所述去膜液中的质量浓度为25-50g/L，所述去膜液的温度为40-60℃；
和/或，采用含有硫酸以及过氧化氢的回刻液中去除位于所述栅线区域外的所述种子金属层，所述硫酸在所述回刻液中的质量浓度为8-15g/L，所述过氧化氢在所述回刻液中的质量浓度为15-30g/L，所述回刻液的温度为25-35℃。
10.根据权利要求8所述的太阳电池的制备方法，其特征在于，所述太阳电池的制备方法还包括：在去除所述感光胶、所述绝缘非感光胶以及位于所述栅线区域外的所述种子金属层之后，对所述电池片本体进行光注入处理；
其中，所述光注入处理的温度为200-220℃，所述光注入处理的时间为60-120s。
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