CN116504868A - 一种硅太阳能电池的制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种硅太阳能电池的无接触印刷制作方法,在形成图案化金属电极时,首先采用激光转印的方式,在太阳能电池片背光面上激光转印形成副栅线和主栅线,激光转印完成背光面主、副栅线的制作后,对太阳能电池片进入激光转印进行一次烘干工艺,然后进行太阳能电池片受光面的栅线制作,在太阳能电池片受光面进行激光转印形成受光面副栅线和主栅线,受光面主、副栅线激光转印完成后,进行太阳能电池受光面主、副栅线和背光面主、副栅线的共烧结工艺,完成太阳能电池片的制作。

Description

一种硅太阳能电池的制作方法
技术领域
本申请涉及一种硅太阳能电池技术,尤其是一种无接触/少接触印刷工艺的硅太阳能电池,更具体的,涉及一种硅太阳能电池的无接触/少接触印刷制作方法,属于太阳能电池技术领域。
背景技术
目前,在太阳能电池加工技术领域,电极的制备通常采用丝网印刷工艺(接触型印刷工艺)。目前,丝网印刷是太阳能电池片制造生产过程中的核心工艺,是因为丝网印刷工序产线较长,涉及多次印刷、烘干和烧结步骤,因此对于印刷工艺,以及对操作人员的要求较多。以PERC太阳能电池为例,需要经过背银电极印刷、烘干,然后进行背铝印刷,烘干,然后进行正面主栅银电极的印刷,烘干,最后,进行正面副栅银电极的印刷,最后进行烧结。一方面,其工艺冗杂,对操作人员要求较多;其次,多次的印刷对于单面对准、双面对准具有更高的要求,且多次的印刷过程中,更容易出现粘片、断栅、隐裂等问题。
制造硅太阳能电池使用的是约180微米厚的晶片,硅太阳能电池的金属化方式主要是丝网印刷电极来实现。在降低硅太阳能电池单瓦成本的驱动力下,硅片薄片化成为降本增效的有效途径。然而在小于180微米厚的晶片上进行丝网印刷,例如薄至130微米或更小,由于压接式的印刷方式,硅片/太阳能电池工艺的破损将导致非常低的良率和频繁的宕机影响产量。硅片薄片化趋势下,硅太阳能电池的金属化需要采用新的低破碎损耗工艺和/或材料。
用于硅太阳能电池金属化的无接触式印刷技术将被用于更薄的硅片的金属化工艺中。能够使用的无接触印刷方式包括激光转移印刷、喷墨印刷、气溶胶喷射印刷等等。在本申请人已公开的授权专利CN102131950B中,公开了一种激光转移印刷(激光转印)工艺。作为一种无接触的电极印刷工艺,自公开以来,就因其无接触的印刷工艺及良好的印刷效果受到关注,作为一种前景良好的取代丝网印刷的工艺。
发明内容
本发明拟对太阳能电池栅线全部采用激光转印的无接触印刷技术硅太阳能电池金属化,并匹配适宜的工艺实现金属化的形貌控制并与固化烧结工艺共同匹配,形成极具工业应用前景的薄片化硅太阳能电池印刷、烧结成型标准工艺。
本发明同时提出兼容现有丝网印刷技术的兼容工艺来执行硅太阳能电池金属化成型工艺和烧结工艺,利用现有丝网印刷技术印刷太阳能电池主栅线并利用激光转印技术印刷太阳能电池副栅线的兼容工艺来的减少印刷过程的直接接触次数,并减少烘干固化步骤的硅太阳能电池印刷、烧结成型工艺。
本申请的目的旨在至少在一定程度上解决上述的技术问题之一。
一方面,本申请提供一种硅太阳能电池的无接触印刷制作方法:如PERC、TOPCON、HJT等高效电池中的至少一种,在形成图案化金属电极时,首先采用激光转印的方式,在太阳能电池片背光面上激光转印形成副栅线和主栅线,激光转印完成背光面主、副栅线的制作后,对太阳能电池片进入激光转印进行一次烘干工艺,然后进行太阳能电池片受光面的栅线制作,在太阳能电池片受光面进行激光转印形成受光面副栅线和主栅线,受光面主、副栅线激光转印完成后,进行太阳能电池受光面主、副栅线和背光面主、副栅线的共烧结工艺,完成太阳能电池片的制作。
另一方面,太阳能电池片可以先进行受光面的主、副栅线激光转印步骤后烘干,然后实施背光面的主、副栅线激光转印步骤,再进行太阳能电池受光面主、副栅线和背光面主、副栅线的共烧结工艺。
另一方面,本申请提供一种硅太阳能电池的无接触印刷制作方法:激光转印形成背光面主、副栅线的工艺是:在太阳能电池片背光面上同时形成副栅线和主栅线;或在太阳能电池片背光面上先形成副栅线,而后在太阳能电池片背光面上形成主栅线;或在太阳能电池片背光面上先形成主栅线,而后在太阳能电池片背光面上形成副栅线。
由于形成主栅线需要的浆料和形成副栅的浆料均保持在转印基材,激光转印时,转印基材中浆料在激光的作用下释放至太阳能电池片上,由于主栅线宽度较大,在1mm左右,而副栅线宽度在20μm左右,因而主栅线所需要的转印释放能力远远大于形成副栅线所需要的转印释放能力,若主、副栅线采用同样的浆料成分,粘度相同,则在主栅线转印过程中,主栅线浆料层保持形状的能力收到很大挑战,会存在浆料层在打释放压力产生浆料碎片溅出的现象,不利于电池片表面的电极图案的完整性;若主、副栅线同时激光转印,则副栅线可能被主栅线的大释放气压影响,不利于副栅线的形貌控制;因而单面栅线制备最优选的工艺是在太阳能电池片背光面上形成副栅线后在太阳能电池片背光面上形成主栅线,在太阳能电池片受光面上形成副栅线后在太阳能电池片受光面上形成主栅线。
另一方面,本申请提供一种硅太阳能电池的无接触印刷制作方法:激光转印形成受光面主、副栅线的工艺是:在太阳能电池片受光面同时形成副栅线和主栅线;或在太阳能电池片受光面上先形成副栅线,而后在太阳能电池片受光面上形成主栅线;或在太阳能电池片受光面上先形成主栅线,而后在太阳能电池片受光面上形成副栅线。
另一方面,本申请提供一种硅太阳能电池的无接触印刷制作方法:烘干后的太阳能电池片背光面的主栅线高度差在±5微米之内,副栅线的高度差在±3微米之内,和/或,在共烧结后,太阳能电池片背光面主栅线高度差在±5微米之内,副栅线的高度差在±3微米之内,和受光面的主栅线高度差在±5微米之内,副栅线的高度差在±3微米之内。
另一方面,本申请提供一种硅太阳能电池的无接触印刷制作方法:共烧结后的太阳能电池片背光面的主、副栅线高度小于太阳能电池片受光面的主、副栅线高度。
另一方面,本申请提供一种硅太阳能电池的无接触印刷制作方法:背光面、受光面副栅线和主栅线的浆料成分包括:含铜导电浆料、含银导电浆料、含镍导电浆料或复合导电浆料等成分中的一种或几种。
另一方面,本申请提供一种硅太阳能电池的无接触印刷制作方法:铜导电浆料、含银导电浆料、含镍导电浆料或复合导电浆料在25℃下的粘度可以根据浆料组合物的使用方法适当地设定,例如可以是50mPa·s或更高,100mPa·s或更高,3000mPa·s或更低,1500mPa·s或更低,1000mPa·s或更低,50-3000mPa·s或50-10000mPa·s。组合物在25℃下的粘度是指使用E型粘度计(例如粘度计VISCOMETER-TV22)测量的25℃下的粘度。调制导电浆料组合物中的无机和有机成分,可以得到不同粘度的浆料组合物。利于控制激光转印的副栅线烧结后的宽度和高度:一般期望将副栅线的宽度控制在25μm以下,较优的控制范围例如18-22μm,或<15μm,高度则可以根据受光面副栅线、背光面副栅线对有效利用光线和导电的不同需要,调整转印基板中凹槽的深度,从而调整受光面副栅线、背光面副栅线高度在5-20μm之间可调。
为了更好的蓝光响应,一般通过使用浅结发射极或者选择性发射结改进太阳能电池。目前太阳能电池通常采用选择性发射结SE的方式来增加性能,选择性发射结SE需要设置的较窄从而减少复合损失。为了保证发射结对应的副栅线的导电能力,需要形成高宽比高的栅线,例如,高15-20μm,宽<20μm的栅线,所有主栅线高度差在±5μm,所有副栅线高度差在±3μm,这样的栅线一方面能够保证SE结良好的接触性能,还能在很大程度上由于起到将正表面侧向入射光反射向硅太阳能电池体内,利于光吸收和载流子输运。
另一方面,本申请提供一种硅太阳能电池的无接触印刷制作方法:背光面、受光面副栅线和主栅线的浆料层为双层或多层结构,转印前双层或多层相同/不同材料的浆料层被填充在转印基材中,在激光转印过程中,双层或多层结构的浆料层在一次激光转印的工艺过程中被转移至太阳能电池片表面。
另一方面,本申请提供一种硅太阳能电池的无接触印刷制作方法,太阳能电池为背接触电池,如IBC、HBC电池,仅需在背光面进行正电极副栅线和副栅线的汇流栅线、负电极的副栅线和副栅线的汇流栅线制备,考虑到副栅线和汇流栅线的转印参数不同,背接触电池的栅线制作存在以下几种方式:
正电极副栅线和副栅线的汇流栅线同时激光转印,负电极的副栅线和副栅线的汇流栅线同时激光转印;
先激光转印正电极副栅线,再激光转印正电极副栅线的汇流栅线,进而再激光转印负电极副栅线,和激光转印负电极副栅线的汇流栅线,正电极、负电极的栅线的转印顺序可以互换,即可以先激光转印负电极副栅线,再激光转印负电极副栅线的汇流栅线,进而再激光转印正电极副栅线,和激光转印正电极副栅线的汇流栅线;
先同时激光转印正电极副栅线和负电极副栅线,再同时激光转印正电极副栅线的汇流栅线和负电极副栅线的汇流栅线。
在所有类型太阳能电池共烧结步骤中,采用常规的灯管式烧结炉的烧结工艺,或通过激光照射的方式进行激光烧结工艺,或与低温银浆匹配的烧结固化工艺。
本申请首次提出在硅太阳能电池正、背面电极制作时均采用无接触式的印刷方式,一方面能够避免接触印刷导致的硅片破损、裂纹产量和良率损失;另一方面,目前常规背面电极主、副栅分别印刷,需要两次烘干,而采用无接触式的印刷方式能够将背面电极一次烘干,节省了工艺流程,简化了多次烘干炉的使用,减少了烘干炉的成本支出、以及单面多次烘干所带来的掉粉掉渣影响后续印刷质量的问题,能够降低印刷工序的每瓦成本和提高量产良率。
对于背接触电池结构,完全无接触的激光转印栅线技术,可以极致的采用一次烘干、烧结成型工艺,即可完成所有电极栅线的快速固化成型。简化了烘干烧结工艺,大大提高了高效背接触电池的量产良率,有效地降低了印刷烧结工序的每瓦成本,提升产品的竞争力。
再一方面,现有的硅太阳能电池的金属化工艺普遍为丝网印刷工艺,现有生产线存在大量的丝网印刷机,本发明提供一种兼容现有丝网印刷技术的工艺来执行硅太阳能电池金属化成型工艺和烧结工艺。不管是双面电极电池,还是全背接触电池,利用丝网印刷技术印刷太阳能电池的单面/或双面主栅线,再利用激光转印技术印刷太阳能电池副栅线,对完成单面电极印刷的半成品太阳能电池执行烘干工艺,再完成另一面主栅线和副栅线的制作后,执行共烧结工艺,完成太阳能电池成品制作。
丝网印刷主栅线后烘干由于激光转印副栅线的线宽可以非常容易实现15-20μm之间的栅线宽度,相比丝网印刷副栅线能够有效的节约银用量,因而丝网印刷主栅线、激光转印副栅线的兼容工艺,一方面能减少印刷过程的直接接触次数,并能够优化副栅线的参数设计,能减少硅太阳能电池印刷、烧结成型工艺中的烘干固化工艺步骤,简化了烘干烧结工艺,提高了量产良率和产品的竞争力。
本申请附加的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,或通过本申请的实践了解到。
附图说明
图1为一种实施方式的硅太阳能电池的无接触印刷制作方法的工艺流程图。
具体实施方式
需要说明的是,在不冲突的情况下,本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
以下结合具体实施例对本发明作进一步详细描述,这些实施例不能理解为限制本发明所要求保护的范围。
参见图1为一种实施方式的硅太阳能电池的无接触印刷制作方法的工艺流程图,其包括S1太阳能电池片背光面上激光转印形成副栅线和主栅线,S2烘干,S3太阳能电池片受光面上激光转印形成副栅线和主栅线,S4太阳能电池受光面主、副栅线和背光面主、副栅线共烧结的步骤。
具体的,典型的太阳能电池受光面和背光面表面均设置有栅线,典型的太阳能电池无接触印刷方法的工艺流程包括:首先采用激光转印的方式,在太阳能电池片背光面上激光转印形成副栅线和主栅线,激光转印完成背光面主、副栅线的制作后;
随后太阳能电池片进入激光转印工序后的烘干炉进行烘干,烘干后的太阳能电池片背光面的主、副栅线具有极佳的高度一致性;
然后进行太阳能电池片受光面的栅线制作,在太阳能电池片受光面进行激光转印形成受光面副栅线和主栅线;
受光面主、副栅线激光转印完成后,进行太阳能电池受光面主、副栅线和背光面主、副栅线的共烧结工艺,完成太阳能电池片的制作。
其中背光面和受光面栅线制备工艺可以调换顺序。
由于形成主栅线需要的浆料和形成副栅的浆料均保持在转印基材,激光转印时,转印基材中浆料在激光的作用下释放至太阳能电池片上,由于主栅线宽度较大,在1mm左右,而副栅线宽度在20μm左右,因而主栅线所需要的转印释放能力远远大于形成副栅线所需要的转印释放能力,若主、副栅线采用同样的浆料成分,粘度相同,则在主栅线转印过程中,主栅线浆料层保持形状的能力收到很大挑战,会存在浆料层在打释放压力产生浆料碎片溅出的现象,不利于电池片表面的电极图案的完整性;若主、副栅线同时激光转印,则副栅线可能被主栅线的大释放气压影响,不利于副栅线的形貌控制;因而单面栅线制备最优选的工艺是在太阳能电池片背光面上形成副栅线后在太阳能电池片背光面上形成主栅线,在太阳能电池片受光面上形成副栅线后在太阳能电池片受光面上形成主栅线。
烘干后的太阳能电池片背光面的主栅线高度差在±5微米之内,副栅线的高度差在±3微米之内,在共烧结后,太阳能电池片背光面主栅线高度差在±5微米之内,副栅线的高度差在±3微米之内,受光面的主栅线高度差在±5微米之内,副栅线的高度差在±3微米之内。
适用于本申请的转印浆料包括:含铜导电浆料、含银导电浆料、含镍导电浆料或复合导电浆料等成分中的一种或几种。含铜导电浆料、含银导电浆料、含镍导电浆料或复合导电浆料在25℃下的粘度可以根据浆料组合物的使用方法适当地设定,例如可以是50mPa·s或更高,100mPa·s或更高,3000mPa·s或更低,1500mPa·s或更低,1000mPa·s或更低,50-3000mPa·s或50-10000mPa·s。组合物在25℃下的粘度是指使用E型粘度计(例如粘度计VISCOMETER-TV22)测量的25℃下的粘度。调制导电浆料组合物中的无机和有机成分,可以得到不同粘度的浆料组合物。
为了更好地调制栅线的形状和材料组成,背光面、受光面副栅线和主栅线的浆料层可以设置为双层或多层结构,转印前双层或多层相同/不同材料的浆料层被依次填充在转印基材中,在激光转印过程中,双层或多层结构的浆料层在一次激光转印的工艺过程中被转移至太阳能电池片表面。
有利于控制激光转印的副栅线烧结后的宽度和高度:一般期望将副栅线的宽度控制在25μm以下,较优的控制范围例如18-22μm,或<15μm,高度则可以根据受光面副栅线、背光面副栅线对有效利用光线和导电的不同需要,调整转印基板中凹槽的深度,从而调整受光面副栅线、背光面副栅线高度在5-20μm之间可调。
为了更好的蓝光响应,一般通过使用浅结发射极或者选择性发射结改进太阳能电池。目前太阳能电池通常采用选择性发射结SE的方式来增加性能,选择性发射结SE需要设置的较窄从而减少复合损失。为了保证发射结对应的副栅线的导电能力,需要形成高宽比高的栅线,例如,高15-20μm,宽<20μm的栅线,所有主栅线高度差在±5μm,所有副栅线高度差在±3μm,这样的栅线一方面能够保证SE结良好的接触性能,还能在很大程度上由于起到将正表面侧向入射光反射向硅太阳能电池体内,利于光吸收和载流子输运。
在太阳能电池共烧结步骤中,可以采用常规的灯管式烧结炉的烧结工艺,也可以通过照射诸如脉冲激光的方式进行激光烧结工艺,或与低温银浆匹配的烧结固化工艺。
实施例1
作为一种非限制的实施方式,参见图,为选择性掺杂的PERC太阳能电池的电极印刷方法。
作为一种典型的非限制性的选择性掺杂的PERC太阳能电池的无接触印刷制作方法,具体如下:
对选择性掺杂的PERC半成品电池进行电极印刷,其中,作为一种典型的非限制性的选择性掺杂的PERC半成品电池,其可以经过以下步骤制备,
1、对P型单晶硅衬底去损伤制绒,形成金字塔绒面,具体的,可以采用碱制绒的方式,将P型单晶硅衬底于槽中去除损伤层并制绒,形成0.5μm-5μm高的金字塔绒面;
2、制作N+层,具体的,可以采用三氯氧磷高温扩散,反应温度为700-880℃,反应时间为30-60min,在P型硅片表面形成N+层;
3、选择性掺杂,具体的,在扩散面采用激光掺杂形成重掺杂N++层,形成SE结构;
4、去除背面及边缘的N+层,具体的,可以采用湿法刻蚀工艺去掉硅片背面及硅片边缘的N+层,并对面背面进行抛光处理;
5、退火处理,具体的,在氧化管进行热退火工艺,600-750℃条件下退火30-60min;
6、制备背面钝化层,具体的,可以采用原子层沉积或等离子增强化学气相沉积法在P型硅片背面依序沉积AlOx钝化层、SiNx减反射层,形成钝化减反叠层结构,其中沉积氧化铝(AlOx)层采用TMA及O2或N2O的混合气体,反应温度为200-350℃;沉积氮化硅(SiNx)层采用SiH4和NH3的混合气体,反应温度为300-550℃;
7、制备正面钝化层,具体的,可以采用等离子增强化学气相沉积法,在P型硅片正面形成单层或多层SiNx钝化减反射层,沉积氮化硅(SiNx)层采用SiH4和NH3的混合气体,反应温度为300-550℃;
8、背面开槽,激光进行背面开槽,形成选择性掺杂的PERC半成品电池。
然后,通过本发明的方法,进行电极制备,具体的,其步骤包括:
S1首先采用激光转印的方式,在选择性掺杂的PERC半成品电池背光面上形成副栅线,而后在选择性掺杂的PERC半成品电池背光面上形成主栅线;
S2激光转印完成背光面主、副栅线的制作后,选择性掺杂的PERC半成品电池进入激光转印工序后的烘干炉进行烘干,烘干后的选择性掺杂的PERC半成品电池背光面的主、副栅线具有极佳的高度一致性;
S3然后采用激光转印的方式进行选择性掺杂的PERC半成品电池受光面的栅线制作,在选择性掺杂的PERC半成品电池受光面进行激光转印形成受光面副栅线和主栅线;
S4受光面主、副栅线激光转印完成后,进行选择性掺杂的PERC半成品电池主、副栅线和背光面主、副栅线的共烧结工艺,完成选择性掺杂的PERC半成品电池的电极制作。
其中,S1中,在选择性掺杂的PERC半成品电池背光面激光转印副栅线和主栅线时,以及S3中,在选择性掺杂的PERC半成品电池的受光面激光转印副栅线和主栅线时,均可以采用先激光转印副栅线,再转印主栅线的方法,或者是同时转印副栅线和主栅线的方法制作。
申请人研究中发现,由于形成主栅线需要的浆料和形成副栅的浆料均保持在转印基材中,激光转印时,转印基材中浆料在激光的作用下释放至太阳能电池片上,由于主栅线宽度较大,在1mm左右,而副栅线宽度在20μm左右,因而主栅线所需要的转印释放能力远远大于形成副栅线所需要的转印释放能力,若主、副栅线采用同样的浆料成分,粘度相同,则在主栅线转印过程中,主栅线浆料层保持形状的能力收到很大挑战,会存在浆料层在打释放压力产生浆料碎片溅出的现象,不利于电池片表面的电极图案的完整性;若主、副栅线同时激光转印,则副栅线可能被主栅线的大释放气压影响,不利于副栅线的形貌控制。因而优选的,本实施例采用先激光转印形副栅线后,再激光转印主栅线的方法制作。
其中,在S4共烧结步骤中,可以采用常规的灯管式烧结炉的烧结工艺,也可以通过照射诸如脉冲激光的方式进行激光烧结工艺。
对于与PERC电池工艺高度兼容的TOPCON电池,TOPCON电池的背光面形成隧穿氧化层钝化结构,在背光面钝化结构上形成的电极也可以用采用激光转印副栅线和主栅线,其先后顺序可以与上述PERC电池的背光面栅线转印顺序一致;背光面电极栅线激光转印完成后,进入烘干炉烘干,然后进行TOPCON电池带受光面激光转印副栅线和主栅线工艺,其先后顺序可以与上述PERC电池的受光面栅线转印顺序一致;而后进行共烧结工艺完成TOPCON电池的制备。
实施例2
作为另一种非限制的实施方式,参见图,为HJT太阳能电池的无接触印刷制作方法。
作为一种典型的非限制性的HJT太阳能电池的电极制备方法,具体如下,
对HJT半成品电池进行电极印刷,其中,作为一种典型的非限制性的HJT电池半成品,其可以经过以下步骤制备,
1、对N型单晶硅衬底进行制绒、清洗;具体的,可以采用RCA清洗工艺对N型单晶硅衬底进行表面清洗,然后进行碱制绒处理;
2、在受光面上和背光面上分别沉积本征非晶硅层,具体的,可以采用PECVD/PVD工艺在N型硅衬底的受光面和背光面上分别沉积本征非晶硅层;
3、在受光面和背光面的本征半导体层分别制备P型掺杂非晶硅层和N型掺杂非晶硅层,或者在背光面和受光面的本征半导体层分别制备P型掺杂非晶硅层和N型掺杂非晶硅层,具体的,可以采用PECVD工艺在N型硅衬底上沉积的本征非晶硅层上分别制备P型掺杂非晶硅层和N型掺杂非晶硅层;
4、在P型掺杂非晶硅和N型掺杂非晶硅层上分别沉积TCO层,具体的,可以采用直流磁控溅射工艺在P型掺杂非晶硅层与N型掺杂非晶硅层上分别沉积TCO层,得到待制备电极的半成品HJT电池。
然后,通过本发明的方法,进行电极制备,具体的,其步骤包括:
S1首先采用激光转印的方式,在半成品HJT电池背光面上形成副栅线,而后在半成品HJT电池背光面上形成主栅线;
S2激光转印完成背光面主、副栅线的制作后,半成品HJT电池进入激光转印工序后的烘干炉进行烘干,烘干后的半成品HJT电池背光面的主、副栅线具有极佳的高度一致性;
S3然后采用激光转印的方式进行半成品HJT电池受光面的栅线制作,在半成品HJT电池受光面进行激光转印形成受光面副栅线和主栅线;
S4受光面主、副栅线激光转印完成后,进行半成品HJT电池主、副栅线和背光面主、副栅线的共烧结工艺,完成半成品HJT电池的电极制作。
其中,S1中,在半成品HJT电池背光面激光转印副栅线和主栅线时,以及S3中,在半成品HJT电池的受光面激光转印副栅线和主栅线时,均可以采用先激光转印副栅线,在激光转印主栅线的方法,或者是同时转印副栅线和主栅线的方法制作。
特别地,目前的HJT电池印刷的低温银浆网版开口约在35-45μm,利用激光转印的工艺,参数为激光脉冲5ns~10ns,激光线直径介于10μm~15μm,转印源基板与半成品太阳能电池的距离介于30μm~2mm,激光转印中转印图形的主栅线宽度为0.6-1.5mm,且正面、背面的副栅线宽度为15-25μm之间,能够保证转印后的副栅线宽度在25μm以下并能保持极佳的高宽比,能够有效降低浆料成本和并提升Isc,改善成品太阳能电池的表面洁净度,消除了污染源。
申请人研究中发现,由于形成主栅线需要的浆料和形成副栅的浆料均保持在转印基材,激光转印时,转印基材中浆料在激光的作用下释放至太阳能电池片上,由于主栅线宽度较大,在1mm左右,而副栅线宽度在20μm左右,因而主栅线所需要的转印释放能力远远大于形成副栅线所需要的转印释放能力,若主、副栅线采用同样的浆料成分,粘度相同,则在主栅线转印过程中,主栅线浆料层保持形状的能力收到很大挑战,会存在浆料层在打释放压力产生浆料碎片溅出的现象,不利于电池片表面的电极图案的完整性;若主、副栅线同时激光转印,则副栅线可能被主栅线的大释放气压影响,不利于副栅线的形貌控制。因而优选的,本实施例采用先激光转印形副栅线后,再激光转印主栅线的方法制作。
其中,在S4共烧结步骤中,可以采用与低温银浆匹配的烧结固化工艺,或通过照射诸如脉冲激光的方式进行激光烧结工艺。低温银浆匹配的烧结固化工艺通常采用红外加热灯管。低温银浆中微米银粉的重量含量为89-93wt%,直径径为10-15nm的纳米银粉重量含量为0.2-2.5wt%,添加该比例的纳米银粉有利于提升烧结后栅线的致密度和导电性,固化温度为150-180℃,固化时间为8-20min。
针对具有不同添加剂的低温银浆,其烧结成型特性具有较大的差异,加热灯管的加热方式在调节范围内对具有不同添加剂的低温银浆的烧结特性适应性较差。而激光烧结工艺具有大范围可编辑性,包括选用不同的激光器、光学系统等,的何适当的波长、功率、脉冲重复频率、持续时间和/或任何其它参数都是便于调节的可变。
针对具有不同添加剂的低温银浆,采用激光烧结的方式是进行脉冲调制,能够形成更好的栅线接触、导电特性。如本申请采用紫外激器在500赫兹下,控制脉冲能量分别是0.2-1.5毫焦耳之间,接触斑点尺寸为大约20-150微米的范围,在激光烧结斑点阵列区域中获得了低接触电阻接触(<0.5欧姆)。
实施例3
一种硅太阳能电池的无接触印刷制作方法,图案化金属电极均形成在电池背光面,例如IBC或者HBC等高效电池,图案化金属电极的激光转印方式包括:
在IBC或者HBC电池背光表面,同时激光转印形成正电极副栅线和副栅线的汇流栅线,同时激光转印形成负电极的副栅线和副栅线的汇流栅线;
或先激光转印正电极副栅线,再激光转印正电极副栅线的汇流栅线,进而再激光转印负电极副栅线,和激光转印负电极副栅线的汇流栅线;
或先激光转印负电极副栅线,再激光转印负电极副栅线的汇流栅线,进而再激光转印正电极副栅线,和激光转印正电极副栅线的汇流栅线;
先同时激光转印正电极副栅线和负电极副栅线,再同时激光转印正电极副栅线的汇流栅线和负电极副栅线的汇流栅线;
金属电极激光转印完成后,再进行太阳能电池背光面所有电极栅线的共烧结工艺,完成太阳能电池片的制作。
由于受光面不需要制备电极,这样仅需在转印完成背光面的正电极副栅线和副栅线的汇流栅线、负电极的副栅线和副栅线的汇流栅线的工艺后,一次烘干、烧结成型完成IBC电池和HBC电池成品制作。对于背接触电池结构,完全无接触的激光转印栅线技术,可以极致的采用一次烘干、烧结成型工艺,即可完成所有电极栅线的快速固化成型。简化了烘干烧结工艺,大大提高了高效背接触电池的量产良率,有效地降低了印刷烧结工序的每瓦成本,提升产品的竞争力。
实施例4
一种兼容丝网印刷和激光转印的硅太阳能电池的制作方法,金属电极的主栅线采用丝网印刷形成,金属电极的副栅线采用无接触的激光转印工艺形成,具体地:
对双面电极电池,如PERC、TOPCON、HJT电池,首先S1对太阳能电池片的一个表面采用丝网印刷形成主栅线,然后S2采用无接触的激光转印工艺形成副栅线,再执行S3单面的烘干工艺;然后S4对太阳能电池片的另一个表面进行采用丝网印刷形成主栅线,再S5采用无接触的激光转印工艺形成副栅线,最后执行S6共烧结固化工艺,完成太阳能电池片的制作。
对单面电极电池,如IBC或者HBC电池,首先S1对太阳能电池片的背光面采用丝网印刷形成正电极栅线汇流线和负电极栅线汇流线,然后S2采用无接触的激光转印工艺形成正电极副栅线和负电极副栅线,再进行S3太阳能电池背光面所有电极栅线的共烧结工艺,完成太阳能电池片的制作。
以上为分别以P型和N型太阳能电池为例进行的本发明的太阳能电池的电极印刷方法的介绍,包含了双面电极和单面电极的电池结构,其余未包含的太阳能电池均可参考本发明的发明精神实施。本领域的技术人员可以知晓的,本发明的太阳能电池的电极印刷方法,也可以适用于薄膜太阳能电池等。
需要说明的是,在本文中,诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
需要说明的是,在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“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申请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必须针对的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外,在不相互矛盾的情况下,本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

Claims (14)

1.一种硅太阳能电池的无接触印刷制作方法:其特征在于,在形成图案化金属电极时,首先采用激光转印的方式,在太阳能电池片背光面上激光转印形成副栅线和主栅线,激光转印完成背光面主、副栅线的制作后,对太阳能电池片进入激光转印进行一次烘干工艺,然后进行太阳能电池片受光面的栅线制作,在太阳能电池片受光面进行激光转印形成受光面副栅线和主栅线,受光面主、副栅线激光转印完成后,进行太阳能电池受光面主、副栅线和背光面主、副栅线的共烧结工艺,完成太阳能电池片的制作。
2.根据权利要求1所述的硅太阳能电池的无接触印刷制作方法,其特征在于:太阳能电池片先进行受光面的主、副栅线激光转印步骤后进行烘干工艺,然后实施背光面的主、副栅线激光转印步骤,再进行太阳能电池受光面主、副栅线和背光面主、副栅线的共烧结工艺。
3.根据权利要求1所述的硅太阳能电池的无接触印刷制作方法,其特征在于:激光转印形成背光面主、副栅线的工艺是:在太阳能电池片背光面上同时形成副栅线和主栅线;或在太阳能电池片背光面上先形成副栅线,而后在太阳能电池片背光面上形成主栅线;或在太阳能电池片背光面上先形成主栅线,而后在太阳能电池片背光面上形成副栅线。
4.根据权利要求1所述硅太阳能电池的无接触印刷制作方法,其特征在于:激光转印形成受光面主、副栅线的工艺是:在太阳能电池片受光面同时形成副栅线和主栅线;或在太阳能电池片受光面上先形成副栅线,而后在太阳能电池片受光面上形成主栅线;或在太阳能电池片受光面上先形成主栅线,而后在太阳能电池片受光面上形成副栅线。
5.根据权利要求1所述的硅太阳能电池的无接触印刷制作方法,其特征在于:烘干后的太阳能电池片背光面的主栅线高度差在±5微米之内,副栅线的高度差在±3微米之内,和/或,在共烧结后,太阳能电池片背光面主栅线高度差在±5微米之内,副栅线的高度差在±3微米之内,和受光面的主栅线高度差在±5微米之内,副栅线的高度差在±3微米之内。
6.根据权利要求1所述的硅太阳能电池的无接触印刷制作方法,其特征在于:共烧结后的太阳能电池片背光面的主、副栅线高度小于太阳能电池片受光面的主、副栅线高度。
7.根据权利要求1所述的硅太阳能电池的无接触印刷制作方法,其特征在于:背光面、受光面副栅线和主栅线的浆料成分包括:含铜导电浆料、含银导电浆料、含镍导电浆料或复合导电浆料成分中的一种或几种。
8.根据权利要求7所述的硅太阳能电池的无接触印刷制作方法,其特征在于:铜导电浆料、含银导电浆料、含镍导电浆料或复合导电浆料在25℃下的粘度范围为50-3000mPa·s或50-10000mPa·s。
9.根据权利要求1所述的硅太阳能电池的无接触印刷制作方法,其特征在于:背光面、受光面副栅线和主栅线的浆料层为双层或多层结构,转印前双层或多层相同/不同材料的浆料层被填充在转印基材中,在激光转印过程中,双层或多层结构的浆料层在一次激光转印的工艺过程中被转移至太阳能电池片表面。
10.根据权利要求1所述的硅太阳能电池的无接触印刷制作方法,其特征在于:在太阳能电池共烧结步骤中,采用常规的灯管式烧结炉的烧结工艺,或通过激光照射的方式进行激光烧结工艺,或与低温银浆匹配的烧结固化工艺。
11.根据权利要求1所述的硅太阳能电池的无接触印刷制作方法,其特征在于:太阳能电池类型包含PERC、TOPCON或HJT等高效电池中的至少一种。
12.一种硅太阳能电池的无接触印刷制作方法,图案化金属电极均形成在背光面,其特征在于:图案化金属电极的激光转印方式包括:
正电极副栅线和副栅线的汇流栅线同时激光转印,负电极的副栅线和副栅线的汇流栅线同时激光转印;
或先激光转印正电极副栅线,再激光转印正电极副栅线的汇流栅线,进而再激光转印负电极副栅线,和激光转印负电极副栅线的汇流栅线;
或先激光转印负电极副栅线,再激光转印负电极副栅线的汇流栅线,进而再激光转印正电极副栅线,和激光转印正电极副栅线的汇流栅线;
先同时激光转印正电极副栅线和负电极副栅线,再同时激光转印正电极副栅线的汇流栅线和负电极副栅线的汇流栅线;
金属电极激光转印完成后,再进行太阳能电池背光面所有电极栅线的共烧结工艺,完成太阳能电池片的制作。
13.根据权利要求12所述的硅太阳能电池的无接触印刷制作方法,其特征在于:太阳能电池类型包含IBC、或HBC高效电池中的至少一种。
14.一种兼容丝网印刷和激光转印工艺的硅太阳能电池的制作方法,金属电极的主栅线采用丝网印刷形成,金属电极的副栅线采用无接触的激光转印工艺形成,其特征在于:
对双面电极电池,首先S1对太阳能电池片的一个表面采用丝网印刷形成主栅线,然后S2采用无接触的激光转印工艺形成副栅线,再执行S3单面的烘干工艺;然后S4对太阳能电池片的另一个表面进行采用丝网印刷形成主栅线,再S5采用无接触的激光转印工艺形成副栅线,最后执行S6共烧结固化工艺,完成太阳能电池片的制作;
对单面电极电池,首先S1对太阳能电池片的背光面采用丝网印刷形成正电极栅线汇流线和负电极栅线汇流线,然后S2采用无接触的激光转印工艺形成正电极副栅线和负电极副栅线,再进行S3太阳能电池背光面所有电极栅线的共烧结工艺,完成太阳能电池片的制作。
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