CN116404072A - 一种异质结太阳能电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种异质结太阳能电池及其制备方法，主要是通过在硅板表面制绒，对制绒后的硅板清洗，再去除硅板表面的氧化层，通过化学气象沉积法在硅板的表面依次形成一层本征非晶硅和掺杂非晶硅或者微晶硅的薄膜，再通过物理气相沉积法对硅板表面依次沉积一层透明导电氧化层薄膜和一层金属种子层薄膜，对沉积好金属铜种子层的硅片正面、背面依次涂覆一层感光油墨，然后进行烘干，采用某种曝光方式依次对硅片背面、正面的感光油墨进行曝光处理，形成某种主副栅相互垂直的图形，将曝光处理后的硅片传送至化学溶液中进行显影并烘干，最终在硅片正背面呈现出待电镀的沟槽图形，再放入电镀槽体中进行电镀铜处理，最后对镀铜后硅板进行去膜。
Description
技术领域
本发明涉及光伏太阳能电池技术领域，尤其是一种异质结太阳能电池及其制备方法。
背景技术
随着科技发展，异质结太阳能电池成为趋势，异质结太阳能电池具有高效率、低衰减等性能已经受到行业的广泛关注，但由于传统的异质结电池需要用到低温银浆制备栅线，目前市场上银栅线的单瓦成本是0.10-0.15元/W，传统异质结电池由于银耗量大导致其成本居高不下，一直限制其进一步大规模量产；“无银化”技术发展是光伏行业的大趋势，而铜栅作为电极也越来越普遍；
传统的铜栅异质结太阳能制备方法操作繁琐、步骤复杂，而且制造成本较高。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出了一种异质结太阳能电池及其制备方法。
根据本发明第一方面实施例的异质结太阳能电池制备方法，包括以下步骤：
步骤S1:在单晶硅片正面和背面制绒，形成金字塔状绒面结构；
步骤S2：对制绒后的硅片进行清洗，去除表面金属杂质污染，再用氢氟酸对硅片表面进行去除表面氧化层；
步骤S3：采用化学气相沉积法在硅片的正面和背面都依次沉积一层本征非晶硅和掺杂非晶硅或者微晶硅薄膜；
步骤S4：采用物理气相沉积法在沉积非晶硅层后的硅片正面和背面都依次沉积一层透明导电氧化层薄膜和一层金属种子层薄膜；
步骤S5：对沉积好金属种子层的硅片正面和背面依次涂覆一层感光油墨，并进行烘干处理；
步骤S6：采用某种曝光方式对硅片正面和背面的感光油墨进行曝光处理，形成某种相互垂直的主副栅图形；
步骤S7：将曝光处理后的硅片放至化学溶液中进行显影并烘干，最终在硅片正背面呈现出沟槽图形；
步骤S8：将出现沟槽图形的硅片放至带有化学药液的电镀槽体中进行电镀处理，得到正面和背面都具有金属栅线的硅片；
步骤S9：将具有金属栅线的硅片放至氢氧化钾溶液中进行去膜处理，去除硅片表面残留的感光油墨，再将硅片放至具有一定氧化性的酸溶液中去除硅片表面栅线以外的金属种子层，得到异质结太阳能电池成品；
步骤S10：完成异质结太阳能电池制备过程。
根据本发明实施例的种异质结太阳能电池制备方法，通过在硅板进行上述操作步骤之后，得到具有稳定金属栅线的硅片；
本征非晶硅薄膜的主要功能是钝化硅片表面悬挂键，降低表面复合，掺杂非晶硅或者微晶硅薄膜主要功能是与单晶硅片形成PN结和不同掺杂浓度的高低结，有助于有效的分离光生载流子；
透明导电氧化层薄膜的主要功能是利用薄膜干涉原理进一步降低硅片表面光反射率以及增强硅片表面横向导电性，金属种子层的主要功能是增加后续电镀铜栅线与硅片表面的结合力以及降低栅线与硅片之间的接触电阻提高转换效率。
根据本发明的一些实施例，S4中所述透明氧化层薄膜是氧化铟锡层或者掺杂其他元素的氧化铟层、也可以是掺铝、硼等元素的氧化锌材料，厚度为50nm-200nm，氧化铟层具有很好的导电性和透明性，可以切断对人体有害的电子辐射、紫外线及远红外线。
根据本发明的一些实施例，S4中所述金属种子层薄膜是铜、锡、镍中的一种或多种的合金，金属种子层厚度为50nm-300nm，相对于金属银来说金属铜、锡、镍的使用成本更低。
根据本发明的一些实施例，S5中所述烘干温度为80-150℃，所述烘干时间为2min-20min，温度80-150℃和时间2min-20min能够使感光油墨附着的更充分。
根据本发明的一些实施例，S6中所述曝光处理的方式可以是激光直写曝光、接触式曝光、接近式曝光、投影式曝光中的任何一种，上述曝光方式均能很好的解决硅板曝光问题。
根据本发明的一些实施例，S6所述主副栅中副栅线宽度为5um-40um，与副栅线垂直的主栅线宽度为30um-100um，这样的主栅和副栅能够对电流的收集效率较高。
根据本发明的一些实施例，S8所述化学药液包括硫酸铜和不同种类的添加剂，通过使用硫酸铜电镀，使得硅板面板镀上金属栅线。
根据本发明的一些实施例，S9所述氢氧化钾浓度为0.5％-10％，所述去膜时间为2-10min，这样去膜更加充分。
根据本发明的第二方面实施例，一种异质结太阳能电池，所述异质结太阳能电池包括硅片；在所述硅片的正面由内至外依次设置有透明导电氧化层薄膜、金属种子薄膜、感光油墨和金属电极；在所述硅片的反面由内至外依次设置有透明导电氧化层薄膜、金属种子薄膜、感光油墨和金属电极。
上述太阳能电池可以用成本较低的铜金属来制造金属种子薄膜和金属电极。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，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他的附图。
图1是根据本发明实施例的一种异质结太阳能电池制备方法的流程图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，参考附图描述的实施例是示例性的，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
实施例1
根据本发明的一种异质结太阳能电池制备方法，具体步骤如下：
步骤S1:在硅板正面和背面制绒，形成金字塔状绒面结构，得到制绒后的硅片；
步骤S2：对制绒后的硅片进行清洗，去除表面金属杂质污染，再用氢氟酸对硅片表面进行去除表面氧化层；
步骤S3：采用化学气相沉积法在清洗后的硅片的正面和背面都依次沉积一层本征非晶硅以及掺杂非晶硅或者掺杂微晶硅薄膜；
步骤S4：采用物理气相沉积法在沉积非晶硅层后的硅片正面和背面都依次沉积一层透明导电氧化层薄膜和一层金属种子层薄膜；
步骤S5：对沉积好金属种子层的硅片正面和背面依次涂覆一层感光油墨，并进行烘干处理；
步骤S6：采用曝光方式对烘干处理后的硅片正面和背面的感光油墨进行曝光处理，形成相互垂直的主副栅图形；
步骤S7：将曝光处理后的硅片放至化学溶液中进行显影并烘干，最终在硅片正背面呈现出沟槽图形；
步骤S8：将出现沟槽图形的硅片放至带有化学药液的电镀槽体中进行电镀处理，得到正面和背面都具有金属栅线的硅片；
步骤S9：将具有金属镀层的硅板放至氢氧化钾溶液中进行去膜处理，去除硅片表面残留的感光油墨，再将硅片放至具有一定氧化性的酸溶液中去除硅片表面栅线以外的金属种子层，得到异质结太阳能电池成品；
步骤S10：完成异质结太阳能电池制备过程。
根据上述异质结太阳能电池的制备方法，下面提供一种以金属铜为栅线的异质结太阳能电池制备方法，步骤如下：
步骤T1：在单晶硅片正背面制绒，形成金字塔绒面结构降低硅片表面反射率；
步骤T2：对制绒后的硅片进行清洗，去除表面金属杂质污染，最后用氢氟酸对硅片表面进行去除表面氧化层，形成洁净的表面状态；
步骤T3：采用化学气相沉积法在硅片的正面依次沉积一层本征非晶硅和掺杂非晶硅或者微晶硅薄膜；在硅片的背面也依次沉积一层本征非晶硅和掺杂非晶硅或者微晶硅薄膜；
步骤T4：在沉积非晶硅层后的硅片正面和背面都采用物理气相沉积法依次沉积一层透明导电氧化层薄膜和一层金属种子层薄膜，其中透明氧化层薄膜是氧化铟锡层，厚度为100nm；金属种子层薄膜是铜，金属种子层厚度为200nm；
步骤T5：沉积好铜种子层的硅片正面涂覆一层感光油墨，然后进行烘干，烘干温度为100℃，时间为10min；将硅片进行翻面在背面种子层上涂覆一层感光油墨，然后进行烘干，烘干温度为100℃，时间为10min；
步骤T6：采用激光直写曝光对硅片背面感光油墨进行曝光处理，形成某种主副栅相互垂直的图形，副栅线宽度为25um，与副栅线垂直的主栅线宽度为65um；然后将硅片进行翻面，采用激光直写曝光对硅片正面感光油墨进行曝光处理，形成某种主副栅相互垂直的图形，副栅线宽度为25um，与副栅线垂直的主栅线宽度为65um；
步骤T7：对硅片正背面进行曝光处理后将硅片传送至化学溶液中进行显影并烘干，最终在硅片正背面呈现出待电镀的沟槽图形；
步骤T8：将正面和背面做好图形化的硅片放至电镀槽体中电镀，电镀槽中的化学药液包括硫酸铜和不同种类的添加剂，对硅片表面设置不同的电流参数，溶液中的铜离子接受到电子后形成铜原子并附着的硅片表面，由于硅片表面只有部分开槽的地方有种子层裸露出来是导电区域，而其他区域背感光油墨覆盖不导电，因此铜原子只会聚集附着的沟槽内的种子层表面形成铜栅线，控制电镀的时间使得电镀铜栅线的高度不超过图形化沟槽的高度；
步骤T9：正背面镀铜后的硅片放置KOH溶液中进行去膜去除，KOH浓度为5％、去膜时间为6min，该步能够去除硅片表面残留的感光油墨；然后将硅片放置具有一定氧化性的酸溶液中去除硅片表面栅线以外的金属种子层；
步骤T10：最后形成完整的正面和背面都具有不同图形的铜栅线的异质结太阳能电池。
上述步骤中，本征非晶硅薄膜的主要功能是钝化硅片表面悬挂键，降低表面复合，掺杂非晶硅或者微晶硅薄膜主要功能是与单晶硅片形成PN结和不同掺杂浓度的高低结，有助于有效的分离光生载流；
透明导电氧化层薄膜的主要功能是利用薄膜干涉原理进一步降低硅片表面光反射率以及增强硅片表面横向导电性，金属种子层的主要功能是增加后续电镀铜栅线与硅片表面的结合力以及降低栅线与硅片之间的接触电阻提高转换效率；
该技术摒弃传统银栅线电极的观念，采用廉价的铜替代银金属，大幅度降低异质结太阳能电池的制备成本；同时电镀铜栅线的电阻率比低温银浆栅线的电阻率低60％，并且电镀铜栅线的宽度可以做的比低温银浆栅线窄50％，因此电镀铜栅线应用于异质结太阳能电池还能提高大约0.3％的转换效率。
基于上述异质结太阳能电池的制备方法，现有一种异质结太阳能电池，所述异质结太阳能电池包括硅片；在所述硅片的正面由内至外依次设置有透明导电氧化层薄膜、金属种子薄膜、感光油墨和金属电极；在所述硅片的反面由内至外依次设置有透明导电氧化层薄膜、金属种子薄膜、感光油墨和金属电极。
上述太阳能电池可以用成本较低的铜金属来制备金属种子薄膜和金属电极。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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，因此不能理解为对发明的限制。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。
显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或者特性可以包含在本实施例申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或是备选的实施例。本领域技术人员可以显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种异质结太阳能电池制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1:在硅板正面和背面制绒，形成金字塔状绒面结构，得到制绒后的硅片；
步骤S2：对制绒后的硅片进行清洗，去除表面金属杂质污染，再用氢氟酸对硅片表面进行去除表面氧化层；
步骤S3：采用化学气相沉积法在清洗后的硅片的正面和背面都依次沉积一层本征非晶硅以及掺杂非晶硅或者掺杂微晶硅薄膜；
步骤S4：采用物理气相沉积法在沉积非晶硅层后的硅片正面和背面都依次沉积一层透明导电氧化层薄膜和一层金属种子层薄膜；
步骤S5：对沉积好金属种子层的硅片正面和背面依次涂覆一层感光油墨，并进行烘干处理；
步骤S6：采用曝光方式对烘干处理后的硅片正面和背面的感光油墨进行曝光处理，形成相互垂直的主副栅图形；
步骤S7：将曝光处理后的硅片放至化学溶液中进行显影并烘干，最终在硅片正背面呈现出沟槽图形；
步骤S8：将出现沟槽图形的硅片放至带有化学药液的电镀槽体中进行电镀处理，得到正面和背面都具有金属栅线的硅片；
步骤S9：将具有金属栅线的硅片放至氢氧化钾溶液中进行去膜处理，去除硅片表面残留的感光油墨，再将硅片放至具有一定氧化性的酸溶液中去除硅片表面栅线以外的金属种子层，得到异质结太阳能电池成品；
步骤S10：完成异质结太阳能电池制备过程。
2.根据权利要求1所述的一种异质结太阳能电池制备方法，其特征在于，步骤S4中所述透明导电氧化层薄膜是氧化铟锡层或者掺杂金属元素的氧化铟层所述透明导电氧化层薄膜厚度为50nm-200nm。
3.根据权利要求1所述的一种异质结太阳能电池制备方法，其特征在于，所述透明导电氧化层薄膜也可以是掺铝、硼等元素的氧化锌材料。
4.根据权利要求1所述的一种异质结太阳能电池制备方法，其特征在于，步骤S4中所述金属种子层薄膜是铜、锡、镍中的一种或多种的合金，金属种子层薄膜厚度为50nm-300nm。
5.根据权利要求1所述的一种异质结太阳能电池制备方法，其特征在于，步骤S5中所述烘干温度为80℃-150℃，所述烘干时间为2min-20min。
6.根据权利要求1所述的一种异质结太阳能电池制备方法，其特征在于，步骤S6中所述曝光处理的方式是激光直写曝光、接触式曝光、接近式曝光、投影式曝光中的任何一种。
7.根据权利要求1所述的一种异质结太阳能电池制备方法，其特征在于，步骤S6所述主副栅图形中的副栅线宽度为5um-40um，与副栅线垂直的主栅线宽度为30um-100um。
8.根据权利要求1所述的一种异质结太阳能电池制备方法，其特征在于，步骤S8所述化学药液包括硫酸铜。
9.根据权利要求1所述的一种异质结太阳能电池制备方法，其特征在于，步骤S9所述氢氧化钾浓度为0.5％-10％，所述去膜时间为2min-10min。
10.一种异质结太阳能电池，其特征在于，采用如权利要求1-9任一项所述的异质结太阳能电池的制备方法制备得到，所述异质结太阳能电池包括硅片；在所述硅片的正面由内至外依次设置有透明导电氧化层薄膜、金属种子薄膜、感光油墨和金属电极；在所述硅片的反面由内至外依次设置有透明导电氧化层薄膜、金属种子薄膜、感光油墨和金属电极。
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