CN116230784A - 一种太阳能电池及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种太阳能电池的制备方法，包括：提供电池前体；电池前体包括太阳能电池基底、以及覆盖在所述太阳能电池基底表面的透明导电层；在电池前体的表面形成具有镂空图案的聚合物薄膜；将金属沉积在聚合物薄膜上，然后去除所述聚合物薄膜，以使得沉积的金属在透明导电层上形成金属种子层；在透明导电层和金属种子层上形成介质层；在介质层上开口，以使至少部分金属种子层裸露；在裸露的金属种子层上电镀电极。本发明使用聚合物薄膜制备图案化的金属种子层，不仅简化了工艺，适合量产，同时电镀时的掩膜也可以作为最终电池的减反膜，能减少光的反射，从而提高光的吸收而提高电池的转换效率，进一步增加太阳能电池的转换效率。

Description

一种太阳能电池及其制备方法

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域领域，具体地，涉及一种太阳能电池及其制备方法。

背景技术

太阳能电池是一种将太阳光转化成电能的器件，在太阳光的作用下，太阳能电池内部会产生光生电流，通过电池的电极输出。随着“碳达峰”和“碳中和”目标的提出，预示着太阳能电池发电将成为主要的发电推动力。太阳能电池也将迎来翻倍的增长。在这种情况下，太阳能电池生产成本的降低就显得刻不容缓。

目前的太阳能电池使用银浆做为太阳能电池的金属化，银浆的成本很高，使得在整个太阳能电池的制造成本中，除了硅片本身成本外，金属电极的成本是最高的，所以降低金属化成本也成为目前行业内急需解决的问题。电镀贱金属例如电镀铜成为目前主要的印刷银浆的替代方式。

然而由于电镀只要导电就会有金属沉积，所以在电镀之前需要进行图形化，使得金属只电镀在需要的栅线位置。目前常规的电镀的工艺方式为：(1)在太阳能电池上沉积一整面的金属种子层；(2)贴掩膜(干膜或湿膜)，然后曝光显影做出图形化；(3)在图形化的位置电镀上进行电极；(4)去除掩膜；(5)去除除栅线部分以外的金属种子层。该方式的步骤比较多，而且直接在电池上整面沉积金属种子层，栅线部分之外的种子层去除时容易损伤电池表面，从而影响电池的效率。

还有一种电镀的方式为:先整面沉积介质层，然后开膜，最后以介质层作为掩膜直接裸露的TCO上电镀。但是这种方式，在介质层开膜时，很容易造成TCO会受损，导致电池效率下降。另外，直接TCO上电镀，由于没有种子层，电镀效果不好。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种太阳能电池及其制备方法。

具体来说，本发明涉及如下方面：

一种太阳能电池的制备方法，所述方法包括以下步骤：

提供电池前体；所述电池前体包括太阳能电池基底、以及覆盖在所述太阳能电池基底表面的透明导电层；

在所述电池前体的表面形成具有镂空图案的聚合物薄膜；

将金属沉积在所述聚合物薄膜上，然后去除所述聚合物薄膜，以使得沉积的金属在所述透明导电层上形成金属种子层；

在所述透明导电层和所述金属种子层上形成介质层；

在所述介质层上开口，以使至少部分所述金属种子层裸露；

在裸露的金属种子层上电镀电极。

任选地，所述聚合物薄膜包括聚合物基层以及粘附在所述聚合物基层上的粘性层；其中，所述聚合物基层的材料选自聚对苯二甲酸乙二酯、聚烯烃、聚酰亚胺、聚氯乙烯、双向拉伸聚丙烯中的一种或多种；所述粘性层的材料选自硅胶、亚克力胶、聚氨酯、橡胶、聚异丁烯中的一种或多种。

优选地，所述聚合物薄膜的厚度为10-100μm，优选为10-50μm。

任选地，所述金属种子层的厚度为10-600nm。

优选地，形成所述金属种子层的材料选自银、铜、镍、钛、钽、钨、铝或它们的混合物。

优选地，所述金属种子层的沉积方法选自热蒸镀、磁控溅射，原子沉积、等离子体增强化学气相沉积中的一种。

任选地，所述介质层的厚度为10-200nm。

任选地，形成所述介质层的材料选自氧化硅、碳化硅、氮化硅、氧化铝、氮氧化硅、碳氧化硅、氟化镁、氧化钽中的一种或两种以上。

任选地，所述电极的材料选自铜、锡、银，镍，钛，钽、钨、铝中的一种或两种以上。

任选地，太阳能电池为硅异质结太阳电池。

一种太阳能电池，所述太阳能电池包括：太阳能电池基底、透明导电层、金属种子层、介质层以及金属电极；

其中透明导电层设置在太阳能电池基底上，所述金属种子层部分覆盖在所述透明导电层上，所述介质层覆盖在所述透明导电层以及部分金属种子层上，所述金属电极设置在所述金属种子层未被覆盖的区域上，其中所述金属种子层的厚度为10nm-600nm。

任选地，所述介质层的厚度为10-200nm。

一种太阳能电池，所述太阳能电池通过上述的方法制备。

和现有技术相比，本发明使用聚合物薄膜制备图案化的金属种子层，不仅简化了工艺，适合量产，同时电镀时的掩膜(即透明介质膜)也可以作为最终电池的减反膜，能减少光的反射，从而提高光的吸收而提高电池的转换效率，进一步增加太阳能电池的转换效率。

附图说明

图1为本发明一种具体实施方式的工艺流程图；

图2为本发明电池的结构示意图。

附图标记：

1透明导电层，2金属种子层，3介质层，4金属电极。

具体实施方式

下面结合实施例进一步说明本发明，应当理解，实施例仅用于进一步说明和阐释本发明，并非用于限制本发明。

除非另外定义，本说明书中有关技术的和科学的术语与本领域内的技术人员所通常理解的意思相同。虽然在实验或实际应用中可以应用与此间所述相似或相同的方法和材料，本文还是在下文中对材料和方法做了描述。在相冲突的情况下，以本说明书包括其中定义为准，另外，材料、方法和例子仅供说明，而不具限制性。以下结合具体实施例对本发明作进一步的说明，但不用来限制本发明的范围。

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种具有太阳能电池的制备方法，如图1所示，所述方法主要包括以下步骤：

步骤I：在待做金属化的电池表面沉积图案化的金属种子层；

步骤II：在沉积有金属种子层的电池表面沉积一层介质层；

步骤III：在有金属种子层的区域进行开槽，去除金属种子层上面的介质层；

步骤IV：在金属种子层上面进行电镀，形成电极。

在一个具体的实施方式中，所述方法包括以下步骤：

步骤一：提供电池前体，其中所述电池前体包括太阳能电池基底、以及覆盖在所述太阳能电池基底表面的透明导电层。

步骤二：在所述电池前体的表面形成具有镂空图案的聚合物薄膜。

步骤三：将金属沉积在所述聚合物薄膜上，然后去除所述聚合物薄膜，以使得沉积的金属在所述透明导电层上形成金属种子层。

步骤四：在所述透明导电层和所述种子层上形成介质层。

步骤五：在所述介质层上开口，以使至少部分所述金属种子层裸露。

步骤六：在裸露的金属种子层上电镀电极。

其中，太阳能电池基底为太阳能电池的主体部分，其主要作用是实现载流子的产生、分离；本领域技术人员可以依据不同的电池类型，设计对应的太阳能电池基底部分。例如太阳能电池基底可以包括硅基底、位于硅基底一面或两面上的本征层、位于本征层上的掺杂层；透明导电层位于掺杂层上。

优选地，太阳能电池为硅异质结太阳电池。当然，可以理解的是，也可是具有透明导电层的其它电池，例如TOPCON电池。

可以理解的是，依据实际情况的不同，本发明可以是正面的电极采用上述方式，亦可以是背面的电极采用上述方式，还可以是双面电极都采用上述方式；若是背接触电池，可以采用上述方式直接同时形成正负极。

其中，步骤二和步骤三用于制备金属种子层。在步骤二中，在所述电池前体的表面形成具有镂空图案的聚合物薄膜，可以是先将聚合物薄膜形成镂空图案，然后将具有镂空图案的聚合物薄膜贴在电池前体的表面；亦可以是，将聚合物薄膜贴在电池前体的表面，然后将聚合物薄膜形成镂空图案。

镂空图案化的聚合物薄膜中的镂空图案根据栅线版图设计形成。具体地，可以采用激光在聚合物薄膜表面按照栅线版图切割成对应的图形。其中的激光可以为紫外激光、红外激光、绿光激光，可以为纳秒激光、皮秒激光、发秒激光。

其中，所述聚合物薄膜的材料包括聚合物基层以及粘附在所述聚合物基层上的粘性层。其中，所述聚合物基层的材料选自聚对苯二甲酸乙二酯、聚烯烃、聚酰亚胺、聚氯乙烯、双向拉伸聚丙烯中的一种或多种；所述粘性层的材料选自硅胶、亚克力胶、聚氨酯、橡胶、聚异丁烯中的一种或多种。

聚合物基层的厚度为1-100μm，优选的厚度为5-40μm，进一步优选的厚度为10-25μm。粘性层的厚度为1-30μm，优选的厚度为2-15μm，进一步优选的厚度为3-10μm。

聚合物基层中可以添加各种染料、添加剂、色母或者其它物质改善其对激光吸收率。

在步骤三中，将金属沉积在贴到太阳能电池上的聚合物薄膜上，沉积结束后撕掉聚合物薄膜，则在所述透明导电层上得到金属种子层。金属种子层的厚度、宽度则根据实际需要进行设计。

在一个具体的实施方式中，所述金属种子层的厚度为纳米级，例如为10nm-600nm。

所述金属种子层的材料可以为现有技术中合适的金属材料，例如可以为银、铜、镍、铜镍、钛、钽、钨、铝或其混合物。

所述金属种子层的制备方法即沉积方法可以选自热蒸镀、磁控溅射、原子沉积、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)中的一种。

若是采用印刷、光刻胶等方式制备图案化的种子层，均存在各种缺陷。例如，使用印刷的方式制备种子层具有以下缺点：首先，成熟的银浆价格贵，成本高；其次，印刷之后的浆料需要烧结，才能制备成种子层，不适合低温工艺的电池，例如硅异质结太阳电池(HJT)；再者，印刷栅线线性较宽，无法与电镀窄线化的优势结合，影响太阳能电池对光的吸收，从而影响太阳能电池的效率；此外，印刷种子层，种子层的厚度均匀性较差，印刷种子层的厚度为微米级，在沉积介质层时由于种子层形成的台阶的原因，介质层不一定能完全覆盖透明导电层(例如TCO)，从而导致不该镀金属的区域有镀金属，从而影响电池效率。

而本发明的方法沉积得到的种子层厚度是纳米级别的，介质层可以完全覆盖透明导电层。

若是光刻胶作为掩膜形成图案化的种子层，工艺步骤很麻烦；并且光刻胶在后面沉积种子层时会存在污染沉积腔室的问题。

步骤四用于在沉积了种子层的透明导电层整个面上形成介质层，制备的介质层完全覆盖透明导电层和种子层。

其中，所述介质层的材料选自氧化硅、碳化硅、氮化硅、氧化铝、氮氧化硅、碳氧化硅、氟化镁、氧化钽中的一种。所述介质层的制备方法可以选自物理气相沉积、等离子体增强化学气相沉积、原子沉积、蒸镀沉积、电子束沉积等。

介质层的厚度可以根据实际需要进行设计，在一个具体的实施方式中，所述介质层的厚度为纳米级，例如可以为10-200nm。

若是沉积金属之后，不撕除聚合物薄膜直接电镀，电镀完之后撕除聚合物薄膜的话，在电镀过程中，由于聚合物薄膜会被镀液部分泡开，导致电镀效果不好；而介质层掩膜与透明导电层的结合力不受电镀液影响，电镀效果好。

步骤五用于在制备有金属种子层的区域进行开槽，去除金属种子层表面的介质材料。其中相应的开槽方式可以为不同波长的激光开槽、湿法刻蚀、浆料刻蚀等方式。

步骤六用于在开槽的金属种子层上电镀电极。具体地，可以将电池放在电镀液中进行电沉积，形成金属电极。其中金属电极的材料可以为铜、锡、银，镍，钛，钽、钨、铝中的一种或两种以上

本发明还提供一种太阳能电池。如图2所示，所述太阳能电池包括太阳能电池基底、透明导电层1、金属种子层2、介质层3以及金属电极4。其中透明导电层1设置在太阳能电池基底上，金属种子层2部分覆盖在所述透明导电层1上，所述介质层3覆盖在所述透明导电层1以及部分金属种子层2上，金属电极4设置在所述金属种子层2未被覆盖的区域上。其中所述金属种子层2的厚度为10-600nm。由于金属种子层2的厚度是纳米级别的，介质层3可以完全覆盖透明导电层1，从而不会影响电池效率。

介质层3的厚度可以根据实际需要选择不同的尺寸，在一个具体的实施方式中，介质层3的厚度为10-200nm。

进一步地，所述太阳能电池通过上述太阳能电池的制备方法来制备。

以下结合具体实施例对本发明作进一步阐述。

实施例1

如图1所示，依次通过步骤1-4制备具有电镀金属化结构的太阳能电池。其中，待制备电极的电池为做完AZO的SHJ太阳能电池。步骤1中，采用激光在聚合物薄膜(由厚度为5μm的PET薄膜和粘附在PET薄膜上的厚度为5μm的硅胶粘接层组成)表面烧蚀出于栅线对应的图形，将带有图形的聚合物薄膜贴在SHJ太阳能电池表面，然后采用热蒸镀的方法将铝沉积在覆有聚合物薄膜的电池上，沉积100nm厚度后，将聚合物薄膜撕下来，AZO表面将会保留镂空区域的金属种子层。步骤2中使用PECVD的方式沉积一层SiNx，其中SiNx厚度为50nm。步骤3中使用喷墨打印的方式，在沉积金属种子层的区域对SiNx层打印一层刻蚀浆料，进行刻蚀开槽，开槽宽度20μm。步骤4中使用电镀的方式在开槽的位置由下到上电镀一层铜和锡，其中铜层的厚度为15μm，锡层的厚度为2μm，得到完整的电池片。

实施例2

如图1所示，依次通过步骤1-4制备具有电镀金属化结构的太阳能电池。待制备电极的电池为做完ITO的SHJ太阳能电池。步骤1中，采用激光在聚合物薄膜(由厚度为15μm的PO薄膜和粘附在PO薄膜上的厚度为10μm的硅胶粘接层组成)表面按照栅线版图切割成对应的图形，将带有图形的聚合物薄膜贴在SHJ太阳能电池表面，然后采用磁控溅射的方法将铜沉积在覆有聚合物薄膜的电池上，完成沉积后将聚合物薄膜撕下来，ITO表面将会保留50nm的金属种子层。步骤2中使用PECVD的方式沉积一层SiOx，其中SiOx厚度为80nm。步骤3中使用激光的方式，在沉积金属种子层的区域对SiOx进行刻蚀开槽，开槽宽度分别为细栅40μm和主栅100μm。步骤4中使用电镀的方式在开槽的位置由下到上电镀一层铜和锡，其中铜层的厚度为15μm，锡层的厚度为2μm，得到完整的电池片。

实施例3

如图1所示，依次通过步骤1-4制备具有电镀金属化结构的太阳能电池待制备电极的电池为做完IWO的SHJ太阳能电池。步骤1中，采用激光在聚合物薄膜(由厚度为10μm的PVC薄膜和粘附在PVC薄膜上的厚度为7μm的亚克利胶粘接层组成)表面按照栅线版图切割成对应的图形，将带有图形的聚合物薄膜贴在SHJ太阳能电池表面，然后采用热蒸镀的方法将铝沉积在覆有聚合物薄膜的电池上，完成沉积后将聚合物薄膜撕下来，AZO表面将会保留具有30nm的金属种子层。步骤2中使用PECVD的方式沉积一层SiNx，其中SiNx厚度为50nm。步骤3中使用丝印的方式，在沉积金属种子层的区域对SiNx层丝印一层刻蚀浆料，进行刻蚀开槽。步骤4中使用电镀的方式在开槽的位置由下到上电镀一层铜和银，其中铜层的厚度为15μm，银层的厚度为2μm，得到完整的电池片。

具体地，各实施例中制备的电池片的各层使用的材料和厚度如表1所示。

表1

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Claims (10)

1.一种太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

提供电池前体；所述电池前体包括太阳能电池基底、以及覆盖在所述太阳能电池基底表面的透明导电层；

在所述电池前体的表面形成具有镂空图案的聚合物薄膜；

将金属沉积在所述聚合物薄膜上，然后去除所述聚合物薄膜，以使得沉积的金属在所述透明导电层上形成金属种子层；

在所述透明导电层和所述金属种子层上形成介质层；

在所述介质层上开口，以使至少部分所述金属种子层裸露；

在裸露的金属种子层上电镀电极。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述聚合物薄膜包括聚合物基层以及粘附在所述聚合物基层上的粘性层；其中，所述聚合物基层的材料选自聚对苯二甲酸乙二酯、聚烯烃、聚酰亚胺、聚氯乙烯、双向拉伸聚丙烯中的一种或多种；所述粘性层的材料选自硅胶、亚克力胶、聚氨酯、橡胶、聚异丁烯中的一种或多种；

优选地，所述聚合物薄膜的厚度为10-100μm，优选为10-50μm。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述金属种子层的厚度为10nm-600nm；

优选地，形成所述金属种子层的材料选自银、铜、镍、钛、钽、钨、铝或它们的混合物；

优选地，所述金属种子层的沉积方法选自热蒸镀、磁控溅射，原子沉积、等离子体增强化学气相沉积中的一种。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述介质层的厚度为10-200nm。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，形成所述介质层的材料选自氧化硅、碳化硅、氮化硅、氧化铝、氮氧化硅、碳氧化硅、氟化镁、氧化钽中的一种或两种以上。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述电极的材料选自铜、锡、银、镍、钛、钽、钨、铝中的一种或两种以上。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，太阳能电池为硅异质结太阳电池。

8.一种太阳能电池，其特征在于，所述太阳能电池包括：太阳能电池基底、透明导电层、金属种子层、介质层以及金属电极；

其中，透明导电层设置在太阳能电池基底上，所述金属种子层部分覆盖在所述透明导电层上，所述介质层覆盖在所述透明导电层以及部分金属种子层上，所述金属电极设置在所述金属种子层未被覆盖的区域上，其中所述金属种子层的厚度为10-600nm。

9.根据权利8所述的太阳能电池，其特征在于，所述介质层的厚度为10-200nm。

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1-7中任一项所述的方法制备。

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