CN115966625A - 一种太阳能电池的制备方法及太阳能电池 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种太阳能电池的制备方法及太阳能电池，涉及光伏领域，解决了激光开槽容易对基板造成损伤的问题。制备方法包括：在基板上制作金属电极；在金属电极上制作牺牲层；在基板上制作介电材料层，介电材料层覆盖于基板和牺牲层的表面；去除牺牲层，将覆盖于覆盖于牺牲层上的介电材料层一起去除，使金属电极的表面裸露。相较于现有的先在基板上制作介电材料层，再在介电材料层上开槽后制作金属电极，本方法不需要在基板上方进行激光开槽，不会出现激光开槽过程中对基板的损伤。本太阳能电池通过本制备方法获得，能够避免或减少对基板造成损伤。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池制造技术领域，尤其涉及一种太阳能电池的制备方法及太阳能电池。
背景技术
太阳电池是一种将光能转换为电能的装置。其中，需要将在吸收层基板(例如硅)上制备导电电极将载流子导出并形成通路，这通常称为电池的金属化。电池的金属化方法主要有三种方法：物理镀(如溅射、蒸发和沉积)，化学镀(如化学镀和电镀)和丝网印刷。其中，丝网印刷技术，即用印刷机械将导电浆料涂布在太阳能电池表面，形成细线电极，然后干燥烧结后形成金属接触。由于丝网印刷技术的简单性和可靠性，目前世界上绝大多数晶体硅太阳电池的导电电极都是采用丝网印刷工艺。
但随着太阳能电池对金属电极制备精度和材料的要求，丝网印刷工艺已经无法满足要求。目前越来越多地采用激光开槽工艺，在基板的介电层激光开槽制作出与电极图案吻合的格栅槽，再通过物理镀或化学镀等方式，在基板上形成金属电极。这种激光开槽制备电极的方式存在的问题是，激光开槽时，对工艺要求高，一方面需要针对基板上用于钝化和减反等功能的介电层的不同材料、结构和厚度设计激光工艺，一旦介电层材料、结构和厚度发生改变则需要再次开发工艺，技术复杂且容忍性差，另一方面，激光开槽需要精确控制开槽深度，不容易掌握，容易导致激光穿过介电层后对基板造成损伤。另外，丝网印刷工艺还有采用烧穿型浆料；但是烧穿型浆料同样存在，浆料烧穿介电层后继续向下烧穿，对基板造成损伤。
发明内容
本发明的目的在于提供一种太阳能电池的制备方法及太阳能电池的制备方法，以避免或减少对基板造成损伤。
第一方面，本发明提供一种太阳能电池的制备方法，该方法包括：
在基板上制作金属电极；
在金属电极上制作牺牲层；
在基板上制作介电材料层，介电材料层覆盖于基板牺牲层的表面；
去除牺牲层，以将覆盖于牺牲层上的介电材料层一起去除，使金属电极的表面裸露。
采用上述技术方案时，由于先在基板上制作金属电极，再在金属电极上制作牺牲层，然后，在基板上制作介电材料层，介电材料层覆盖于基板和牺牲层的表面，最后，去除牺牲层，以将覆盖于牺牲层上的介电材料层一起去除，使金属电极的表面裸露。由于牺牲层的作用是容易分离，因此，牺牲层设置于金属电极和介电材料层之间，能够方便金属电极上的介电材料层与金属电极分离，露出金属电极的表面。相较于现有的先在基板上制作介电材料层，再在介电材料层上开槽后制作金属电极相比，本发明中的方法不需要在基板上方进行介电层激光开槽或浆料烧穿，一方面不需要针对基板上的介电材料层的不同材料、结构和厚度设计激光工艺，简化了工艺，另一方面不会出现激光开槽过程中对基板的损伤。因此，避免或减少了对基板造成损伤。
可选地，在上述的制备方法中，在基板上制作金属电极，在金属电极上制作牺牲层；具体为：将图案化的掩膜固定于基板；在固定有掩膜的基板上沉积金属膜，然后制作牺牲层；去除掩膜，以将覆盖于掩膜上的金属膜和牺牲层一起从基板上剥离，留下覆盖于金属膜的表面的牺牲层。如此，制作金属电极时，事先在掩膜上制作出与金属电极的形状相匹配的图案，再将图案化的掩膜固定在基板上，然后在固定有掩膜的基板上沉积金属膜，形成金属电极。由于掩膜预先进行了图案化，因此，图案化的处理不需要在基板上方进行，避免了对基板的损伤。去除掩膜，以将覆盖于掩膜上的金属膜和牺牲层一起从基板上剥离，留下覆盖于金属电极的表面的牺牲层。如此，在制作牺牲层时，可以在整个表面上制作牺牲层，不需要仅在金属电极上制作牺牲层，从而简化了牺牲层的制作工艺。也就是说，不用额外制备图案化的牺牲层，只需在沉积金属膜后，顺带制备牺牲层即可，然后去除掩膜，即同时形成图案化的金属电极和图案化的牺牲层。
可选地，在上述的制备方法中，通过水洗、光照和加热方式中的一种或多种方式去除牺牲层。根据牺牲层的不同材质，可选择合适的去除方式，如水洗、光照和加热方式中的一种或多种方式。
可选地，在上述的制备方法中，在沉积金属膜的掩膜上制作牺牲层，具体为：在沉积金属膜的掩膜上涂覆或粘贴牺牲层；牺牲层的厚度为15nm～10μm。如此，牺牲层的制作方式根据实际需要进行选择。
可选地，在上述的制备方法中，牺牲层为水溶性材料；水溶性材料选自NaCl、KCl；或，牺牲层为有机材料；有机材料选自聚乙烯醇和聚乙烯吡咯烷酮中的一种或多种。如此，如果牺牲层为水溶性材料，可通过水洗的方式将牺牲层溶解，方便介电材料层的去除。如果牺牲层为有机材料，则通过水洗、光照或加热的方式使牺牲层去除，方便介电材料层的去除。
可选地，在上述的制备方法中，通过物理气相沉积方法或化学气相沉积方法在基板上制作金属电极和介电材料层。
可选地，在上述的制备方法中，介电材料层的材质选自氧化铝、氧化硅、氮化硅、碳化硅、非晶硅、微晶硅中的一种或多种组合。
可选地，在上述的制备方法中，基板的制备过程包括：提供一硅衬底；在硅衬底的至少一侧表面制作掺杂层、钝化层、遂穿层和选择性接触介电层中的一种或多种组合。如此，不同的基板均可用于本发明中的先制作电极再制作介电材料层，适用范围广泛。
可选地，在上述的制备方法中，太阳能电池为TOPCON电池。
第二方面，本发明还提供一种太阳能电池，该太阳能电池通过以上任一项所描述的制备方法获得。与现有技术相比，本发明提供的太阳能电池的有益效果与上述技术方案的太阳能电池的制备方法的有益效果相同，此处不做赘述。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例中的一种掩膜的结构示意图；
图2为本发明实施例中的将掩膜固定于基板上的结构示意图；
图3为本发明实施例中的在掩膜上镀金属膜形成金属电极的结构示意图；
图4为本发明实施例中的在掩膜和金属电极上制作牺牲层的结构示意图；
图5为本发明实施例中的将掩膜和掩膜上的牺牲层去除的结构示意图；
图6为本发明实施例中的在基板和金属电极上制作介电材料层的结构示意图；
图7为本发明实施例中的将覆盖于金属电极上的牺牲层和介电材料层去除的结构示意图；
图8为本发明实施例中的一种太阳能电池的制备方法的流程示意图；
图9为本发明实施例中的一种太阳能电池的制备方法的步骤S100的具体流程示意图；
图10为本发明实施例中的一种太阳能电池的制备方法的步骤S200的具体流程示意图。
附图标记：1-基板、2-掩膜、21-栅槽、3-金属电极、4-牺牲层、5-介电材料层。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在光伏领域，太阳能电池能够将太阳能转化为电能，是清洁能源的重要来源。电极是太阳能电池的关键组件，主要为阵列格栅结构。传统制备太阳能电池电极的方法普遍采用丝网印刷银浆工艺，即用印刷机械将导电浆料涂布在太阳能电池表面，形成细线电极，然后干燥烧结后形成金属接触。但由于导电浆料在进入格栅槽内时，容易出现缺料、周边渗料等问题，导致形成的电极不完整或出现毛边。且丝网印刷对浆料的要求存在局限性，为了能够牢固印刷，需要掺杂其他粘稠性材料，电极的金属纯度低，影响导电率，通常只能采用银浆、铝浆等材料。随着太阳能电池对金属电极制备精度和材料的要求，丝网印刷工艺已经无法满足要求。为此，目前越来越多地采用激光开槽工艺，激光开槽工艺主要是先在基板上制作介电层，然后，再在介电层上使用激光开槽，在介电层上制作出与电极图案吻合的格栅槽，再通过物理镀或化学镀方式，在基板上形成金属电极。这种激光开槽制备电极的方式存在的问题是，激光开槽时，对工艺要求高，一方面需要针对基板上用于钝化和减反等功能的介电层的不同材料、结构和厚度设计激光工艺，一旦介电层材料、结构和厚度发生改变则需要再次开发工艺，技术复杂且容忍性差，另一方面，激光开槽需要精确控制开槽深度，不容易掌握，容易导致激光穿过介电层后对基板造成损伤。另外，丝网印刷工艺还有采用烧穿型浆料；但是烧穿型浆料同样存在，浆料烧穿介电层后继续向下烧穿，对基板造成损伤。
鉴于此，为解决上述问题，请参阅图1-图8，本发明实施例提供了一种太阳能电池的制备方法，能够应用于各种太阳能电池的制备，例如晶硅太阳能电池、钙钛矿电池、叠层电池、具有掺杂层、TCO薄膜的电池等，该方法包括以下步骤：
步骤S100，在基板1上制作金属电极3；
步骤S200，在金属电极3上制作牺牲层4；
步骤S300，在基板1上制作介电材料层5，介电材料层5覆盖于基板1和牺牲层4的表面；
步骤S400，去除牺牲层4，以将覆盖于覆盖于牺牲层4上的介电材料层5一起去除，使金属电极3的表面裸露。
采用上述技术方案时，由于先在基板1上制作出了金属电极3，再在金属电极3上制作牺牲层4，然后，在基板1上制作介电材料层5，介电材料层5覆盖于基板1和牺牲层4的表面，最后，去除牺牲层4，以将覆盖于牺牲层4上的介电材料层5一起去除，使金属电极3的表面裸露。由于牺牲层4的作用是容易分离，因此，牺牲层4设置于金属电极3和介电材料层5之间，介电材料层5不直接覆盖于金属电极3上，当牺牲层4从金属电极3上分离时，介电材料层5与金属电极3之间不存在结合力，能够方便金属电极3上的介电材料层5与金属电极3分离，露出金属电极3的表面。相较于现有的先在基板上制作介电材料层，再在介电材料层上开槽后制作金属电极相比，本发明中的方法由于先在基板1上制作出了金属电极3，并在金属电极3上制作牺牲层4，因此，在后续制作出介电材料层5后，不需要再对介电材料层5进行激光开槽制作出格栅槽的步骤，因此，本发明中的方法不会在基板1上方进行介电层激光开槽或浆料烧穿，一方面不需要针对基板1上的介电材料层5的不同材料、结构和厚度设计激光工艺，简化了工艺，另一方面不会出现激光开槽过程中对基板1的损伤。因此，避免或减少了对基板1造成损伤。
如图1-图6、图9和图10所示，进一步地，在本实施例中，在基板1上制作金属电极3，在金属电极上制作牺牲层4，具体包括以下步骤：
步骤S101，如图1和图2所示，将图案化的掩膜2固定于基板1，即事先在掩膜2上使用制作出与金属电极3的形状相匹配的栅槽21。该掩膜2可以为高分子薄膜，其具体的材质可以为聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚烯烃薄膜(PO)、聚酰亚胺(PI)、聚氯乙烯(PVC)，或者其他厚度满足要求的高分子薄膜。高分子薄膜可以是不带粘贴性能的薄膜，也可以是带粘贴性能的高分子薄膜，也即通常所说的胶带。图案化可以采用激光切割的方式实现。将掩膜2固定于基板1上的方式可以采用双面胶、胶水、固定的卡槽、载片台中的一种或多种的组合方式。如果掩模2采用的是带粘贴性能的胶带时，则固定方法可为直接粘贴。
步骤S102，如图3所示，在固定有掩膜2的基板1上沉积金属膜，以在基板1上形成金属电极3。具体地，可以采用物理沉积方法或化学沉积方法，如物理气相沉积方法(PVD)、化学气相沉积方法、电镀等，其中，PVD包括真空蒸镀、溅射、离子镀等，采用PVD在掩模上镀金属膜时，可以采用单一的PVD工艺或者几种PVD工艺结合的方法。采用沉积方法制备金属电极3，相较于传统的丝网印刷工艺，金属电极的制备精度更高，且可以选用的金属材质范围更广、金属材料纯度更高，提高了导电率，可以使用一种或多种金属同时制作金属电极，材料局限性小。
步骤S201，如图4所示，在沉积金属膜的掩膜2上制作牺牲层4，此时，牺牲层4至少覆盖金属电极3；牺牲层4具有容易从物体表面分离的特点，牺牲层4设置于两层物体之间，牺牲层4能够使得位于上层的物体从位于下层的物体表面分离。为了方便制作牺牲层4，将牺牲层4覆盖于整个掩膜2和金属电极3的表面。
步骤S202，如图5所示，去除掩膜，将覆盖于掩膜2上的金属膜和牺牲层4一起从基板1上剥离，留下覆盖于金属电极3的表面的牺牲层4。由于掩膜2的作用仅仅是为了在基板1上制作出金属电极3，因此，在基板1上形成金属电极3后，掩膜2可以从基板1上剥离。在制作牺牲层4时，掩膜2的一部分或全部表面被牺牲层4覆盖，因此，在掩膜2从基板1上剥离时，掩膜2上的牺牲层4也一起被剥离下来，只留下金属电极3表面的牺牲层4。
采用该方法，由于掩膜2预先进行了图案化，因此，图案化的处理不需要在基板1上方进行，避免了对基板1的损伤。去除掩膜2，以将覆盖于掩膜2上的金属膜和牺牲层4一起从基板1上剥离，留下覆盖于金属电极3的表面的牺牲层。如此，在制作牺牲层4时，可以在整个表面上制作牺牲层4，不需要仅在金属电极3上制作牺牲层4，从而简化了牺牲层4的制作工艺。也就是说，不用额外制备图案化的牺牲层4，只需在沉积金属膜后，顺带制备牺牲层4即可，然后去除掩膜2，即同时形成图案化的金属电极3和图案化的牺牲层4。在基板1上制作出金属电极3之后，再进行介电材料层5的制作，此时不需要对介电材料层5进行激光开槽处理，只需要将覆盖于金属电极3上的介电材料层5去除即可。
当然，在基板1上制作金属电极3的方法还可以采用金属掩膜版固定于基板1上，利用沉积方法在金属掩膜版上镀金属膜，在基板1上形成金属电极。
对于使用金属掩膜版制作金属电极的方式，可以在金属掩膜版上制作牺牲层4，牺牲层4覆盖金属掩膜版和金属电极3，之后，将金属掩膜版和位于金属掩膜版上的牺牲层4从基板1上脱离，只留下金属电极3表面的牺牲层4。
进一步地，在本实施例中，通过水洗、光照和加热方式中的一种或多种方式去除牺牲层4。根据牺牲层4的材质选用合适的方式去除，牺牲层4在去除的过程中，不会对金属电极3和位于基板1上的介电材料层5造成损伤。例如，牺牲层4在水洗操作下，牺牲层4可以溶解于水或其它液体，使得金属电极3与其上的介电材料层5之间不存在结合力，从而使介电材料层5从金属电极3上脱离。牺牲层4在光照操作下，牺牲层4可以发生物理变化，如融化、挥发或粘性降低，使得金属电极3与其上的介电材料层5之间不存在结合力或结合力减小，从而使介电材料层5方便从金属电极3上脱离。牺牲层4在加热方式下，牺牲层4发生物理变化，如融化、挥发或粘性降低，使得金属电极3与其上的介电材料层5之间不存在结合力或结合力减小，从而使介电材料层5方便从金属电极上脱离。
在本实施例中，牺牲层4为水溶性材料或有机材料。水溶性材料能够溶于水，因此，可以通过水洗的方式去除。水溶性材料可以通过涂覆的方式覆盖于掩膜2和金属电极3的表面。例如当水溶性材料为NaCl、或KCl时，可以高浓度氯化钠溶液(NaCl)、高浓度氯化钾溶液(KCl)涂覆在掩膜2和金属电极3的表面，干燥后形成牺牲层4。当水溶性材料为NaCl、或KCl时，能够减少清理后造成的污染。
有机材料的牺牲层4可以水洗或在光照或加热条件下发生物理变化，如融化或挥发或粘性减小，因此，可以通过光照或加热的方式进行去除。有机材料的牺牲层4可以为固体薄层形式，可以通过粘贴的方式覆盖于掩膜2和金属电极3的表面，当然，有机材料也可以为液体膏状形式，通过涂覆的方式覆盖于掩膜2和金属电极3的表面，干燥后形成牺牲层4。具体地，有机材料的牺牲层4可以为聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，这些有机材料均具有较好的水溶性，可通过水洗去除。
在本实施例中，步骤S201中的在镀金属膜的掩膜2上制作牺牲层4，具体为：在镀金属膜的掩膜2上涂覆或粘贴牺牲层4，牺牲层的厚度为15nm～10μm，优选为50nm～2μm。根据牺牲层4的材质，选用合适的牺牲层4的制作方法。当然，牺牲层4还可以通过其他方式制作，如沉积等方式，只要能够方便后续牺牲层4的去除即可，并不局限于本实施例所列举的方式。
在本实施例中，通过物理气相沉积方法或化学气相沉积方法在基板1上制作金属电极3和介电材料层5。物理气相沉积方法(PVD)包括真空蒸镀、溅射、离子镀等，采用PVD沉积金属电极3以及在基板1和金属电极3上沉积介电材料层5时，可以采用单一的PVD工艺或者几种PVD工艺结合的方法。当步骤S102中采用物理气相沉积方法在掩膜2上镀金属膜，以在基板1上形成金属电极3时，可以在掩膜2从基板1上剥离后，采用与制作金属电极3相同的方法在基板1和金属电极3上制作介电材料层5，如此，可以简化工艺所需要的设备，操作更加连贯。
化学气相沉积方法(CVD)同样可以在基板1和金属电极3上制作介电材料层5，根据介电材料层5的材质以及前后工艺的需求选择合适的方法。
具体地，在本实施例中，介电材料层5可以为钝化层、减反层，具体材料可以选自氧化铝、氧化硅、氮化硅、碳化硅、非晶硅、微晶硅中的一种或多种组合。
在本实施例中，基板1的制备过程包括：提供一硅衬底；在硅衬底的至少一侧表面制作掺杂层、钝化层、遂穿层和选择性接触介电层等中的一种或多种组合。即，可以单独制作以上薄层中的任一种，也可以依次层叠制作以上薄层中的多种，具体根据基板1的类型，选择制作相应的薄层，这些薄层均在制作金属电极3之前制作完成于硅衬底上。如此，不同的基板均可用于本发明中的先制作电极再制作介电材料层，适用范围广泛。其中，选择性接触介电层的材料可以为MoO3，V2O3，WO3，Ta2O5，TiO2，ZnO，In2O3中的一种或多种组合；钝化层可以为氧化铝、氧化硅、氮化硅、碳化硅中的一种或多种组合，掺杂层可以为多晶硅、非晶硅、微晶硅中的一种或多种组合。
以TOPCon结构电池为例进行说明，由于金属电极不能穿透隧穿层和掺杂多晶硅层，避免漏电流，因此，在印刷工艺中，为了避免金属电极穿透掺杂多晶硅层，往往将掺杂多晶硅层做得很厚，导致影响透光率以及生产效率。如果采用现有的先做介电材料层，再做金属电极的方式，需要使用激光器在基板上的介电材料层上开很深的槽，且无法较好的掌握开槽深度，很容易穿透掺杂多晶硅层，亦或采用烧穿型浆料，同样很容易烧穿掺杂多晶硅层。而采用本发明中的制备方法，通过将预先图案化的掩膜固定于基板1上，选择具有合适宽度狭缝和合适厚度的掩膜2，在后续沉积制作金属电极3时，不仅能够得到更细更高的电极形貌，也可以做到金属电极和掺杂多晶硅层的精确接触，减小厚度，最终提升电池效率。
基于以上任一实施例所描述的太阳能电池的制备方法，本发明实施例还提供了一种太阳能电池，通过以上任一实施例所描述的制备方法获得。
由于太阳能电池通过本发明中的太阳能电池的制备方法获得，因此，相较于现有的先在基板上制作介电材料层，再在介电材料层上开槽后制作金属电极相比，本发明中的方法由于先在基板1上制作出了金属电极3，因此，在后续制作出介电材料层5后，不需要再对介电材料层5进行激光开槽制作出格栅槽的步骤，因此，本发明中的方法不会在基板1上方进行激光开槽，一方面不需要针对基板1上的介电材料层5的不同材料、结构和厚度设计激光工艺，简化了工艺，另一方面也不会出现激光开槽过程中对基板1的损伤。因此，避免或减少了对基板1造成损伤，提高了太阳能电池的质量和良率。
在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种太阳能电池的制备方法，其特征在于，该方法包括：
在基板上制作金属电极；
在所述金属电极上制作牺牲层；
在所述基板上制作介电材料层，所述介电材料层覆盖于所述基板和所述牺牲层的表面；
去除所述牺牲层，以将覆盖于所述牺牲层上的所述介电材料层一起去除，使所述金属电极的表面裸露。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述在基板上制作金属电极，在所述金属电极上制作牺牲层；
具体为：
将图案化的掩膜固定于所述基板；
在固定有所述掩膜的基板上沉积金属膜，然后制作所述牺牲层；
去除所述掩膜，以将覆盖于所述掩膜上的所述金属膜和所述牺牲层一起从所述基板上剥离，留下覆盖于所述金属膜的表面的所述牺牲层。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，通过水洗、光照和加热方式中的一种或多种方式去除所述牺牲层。
4.根据权利要求1-2任一项所述的制备方法，其特征在于，所述在沉积金属膜的所述掩膜上制作牺牲层，具体为：
在沉积金属膜的所述掩膜上涂覆或粘贴牺牲层；所述牺牲层的厚度为15nm～10μm。
5.根据权利要求1-2任一项所述的制备方法，其特征在于，所述牺牲层为水溶性材料；所述水溶性材料选自NaCl、KCl；
或，所述牺牲层为有机材料；所述有机材料选自聚乙烯醇和聚乙烯吡咯烷酮中的一种或多种。
6.根据权利要求1-3任一项所述的制备方法，其特征在于，通过物理气相沉积方法或化学气相沉积方法在所述基板上制作所述金属电极和所述介电材料层。
7.根据权利要求1-3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述介电材料层的材质选自氧化铝、氧化硅、氮化硅、碳化硅、非晶硅、微晶硅中的一种或多种组合。
8.根据权利要求1-3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述基板的制备过程包括：
提供一硅衬底；
在所述硅衬底的至少一侧表面制作掺杂层、钝化层、遂穿层和选择性接触介电层中的一种或多种组合。
9.根据权利要求1-3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述太阳能电池为TOPCON电池。
10.一种太阳能电池，其特征在于，所述太阳能电池通过权利要求1-9的制备方法获得。
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