CN116805655A - 一种TOPCon电池的制备方法及由其制备得到的TOPCon电池 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种TOPCon电池的制备方法及由其制备得到的TOPCon电池。所述TOPCon电池的制备方法包括以下步骤：对TOPCon太阳能电池基底依次进行化学镀镍、烧结、去氧化层、电镀铜、电镀银，得到TOPCon太阳能电池。本发明通过利用化学镀镍+电镀铜银技术取代传统的丝网印刷技术，镀镍后TOPCon基底导电性增强，可以实现双面电镀铜和银，大大降低了电池片的生产成本；本发明化学镀镍得到的镍层厚度均匀，内应力小，烧结之后形成牢固的镍硅合金，后电镀铜和银，整个镍铜银镀层与硅基体的结合力较好，焊接拉力也满足要求。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其是涉及一种TOPCon电池的制备方法及由其制备得到的TOPCon电池。
背景技术
TOPCon太阳能电池作为一种新型太阳能电池，已经成为近年来太阳能领域的新热点。传统TOPCon太阳能电池的电极通常采用丝网印刷工艺通过高温银浆在硅片表面印刷正背电极，但是高温银浆烧结温度高达500℃以上，单片耗量为150mg/片，所需成本较高。
为了降低成本，有研究人员进一步提出用电镀工艺制备正背电极，通常第一层镍栅线的形成采用电镀镍工艺，镀速较快，镀层结晶细致，平滑光亮，但是受硅片表面的清洁和镀液纯净程度的影响较大，同时由于电流分布不均匀导致镀镍层厚度不均匀，镍层内应力较大，存在镀层与硅基底结合力不良的问题，镀层可以被胶带从基底上剥离，低温条件下焊接拉力也不能满足要求。
CN115117186A公开了一种TOPCon太阳能电池的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：(1)在电池基底的N面和P面分别独立地采用激光刻蚀开设线槽，并利用氢氟酸进行清洗；(2)在所述N面的线槽内依次沉积镍磷合金层和第一铜锡合金层；(3)在所述P面的线槽内依次沉积镍硼合金层和第二铜锡合金层；(4)将所述电池基底进行热处理，即得TOPCon电池。采用电镀镍工艺，如上所述存在镀层与硅基底结合力不良的问题。
CN115064600A公开了一种TOPCon电池的电极结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、在晶硅衬底的背面制备隧穿氧化层、掺杂多晶硅层和第一钝化层，在晶硅衬底的正面制备掺杂发射极和第二钝化层；
S2、对所述第一钝化层或者所述第二钝化层进行开槽处理；S3、向所述S2中开设的槽内通过化学镀镍与退火形成镍种子层(51、81)；S4、向所述镍种子层(51、81)上通过丝网印刷与烧结形成铝电极层(52、82)。该方法虽然通过化学镀镍与退火形成镍种子层，但用铝浆替代银浆的技术方案，存在以下两方面缺点：①硅原子可能会快速溶解到Al中，从而导致多晶硅被穿透，钝化作用被彻底破坏；②Al可能穿透至硅片表面以下几微米或十几微米的深度，Al难以形成很好的欧姆接触。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种TOPCon电池的制备方法。所述TOPCon电池的制备方法包括以下步骤：对TOPCon太阳能电池基底依次进行化学镀镍、烧结、去氧化层、电镀铜、电镀银，得到TOPCon太阳能电池。所述制备方法可以进一步提升镍铜银镀层与硅基体的结合力，焊接拉力能满足工艺要求。
本发明的目的之二在于提供一种TOPCon电池，所述TOPCon电池由上述制备方法制备得到。所述TOPCon太阳能电池可以实现双面镀，镍层与硅基体烧结之后形成牢固的镍硅合金，结合力良好。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种TOPCon电池的制备方法，所述TOPCon电池的制备方法包括以下步骤：
对TOPCon太阳能电池基底依次进行化学镀镍、烧结、去氧化层、电镀铜、电镀银，得到TOPCon太阳能电池。
在本发明中，所述制备方法利用化学镀镍+电镀铜银技术取代传统的丝网印刷技术，镀镍后TOPCon基底导电性增强，可以实现双面电镀铜和银，大大降低了电池片的生产成本；化学镀镍得到的镍层厚度均匀，内应力小，烧结之后形成牢固的镍硅合金，后电镀铜和银，整个镍铜银镀层与硅基体的结合力较好，焊接拉力也满足要求。
优选地，所述TOPCon太阳能电池基底包括硅基体及所述硅基体表面沉积的镀膜层，且所述镀膜层的表面具有图形化凹槽。
优选地，所述镀膜层为氮化硅膜。
优选地，所述氮化硅膜的厚度为80-100nm，例如可以是80nm、85nm、90nm、95nm、100nm等。
优选地，所述凹槽的深度为80-100nm，例如可以是80nm、85nm、90nm、95nm、100nm等，所述凹槽的宽度为10-60nm，例如可以是10nm、15nm、20nm、25nm、30nm、35nm、40nm、50nm、60nm等。
优选地，所述图形化凹槽为纵横交错的凹槽。
优选地，所述凹槽包括主凹槽和细凹槽，主凹槽的宽度为50-60μm，例如可以是50μm、52μm、54μm、56μm、58μm、60μm等；细凹槽的宽度为10-15μm，例如可以是10μm、11μm、12μm、13μm、14μm、15μm等。
优选地，所述TOPCon太阳能电池基底由以下方法制备得到：
(a)将硅基体的两面分别进行镀膜，形成镀膜层后，利用激光开槽法除去硅基体表面的镀膜层，在镀膜层的表面形成图形化凹槽；
(b)在硅基体的图形化凹槽处依次进行除油清洗、去氧化层、活化处理，得到预处理TOPCon太阳能电池基底。
优选地，步骤(a)中，所述镀膜采用PECVD法，所述镀膜采用PECVD法，所述镀膜的工艺参数为：压力1400-1800mTorr，例如可以是1400mTorr、1500mTorr、1600mTorr、1700mTorr、1800mTorr等；温度400-500℃，例如可以是400℃、420℃、440℃、460℃、480℃、500℃等；功率为8000-12000W，例如可以是8000W、9000W、10000W、11000W、12000W等；时间为90-120s，例如可以是90s、95s、100s、105s、110s、115s、120s等；脉冲开关比为1:(8-10)，例如可以是1:8、1:8.5、1:9、1:9.5、1:10等；所通SiH4/NH3＝1:(4-8)，例如可以是1:4、1:5、1:6、1:7、1:8等。
优选地，步骤(b)中，所述除油清洗的具体步骤为：将形成图形化凹槽的TOPCon电池基底置于除油剂溶液中，进行超声处理。
优选地，所述除油剂溶液中除油剂的体积百分含量为5-20％，例如可以是5％、6％、8％、10％、12％、14％、16％、18％、20％等。
优选地，所述除油剂溶液的溶剂为水。
优选地，所述除油剂选自甲苯、丙酮或乙醇中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，所述超声处理的工艺参数为：超声的温度为30-40℃，例如可以是30℃、32℃、34℃、36℃、38℃、40℃等；超声的时间为30-120s，例如可以是30s、40s、60s、80s、100s、120s等；超声的功率为60-120W，例如可以是60W、70W、80W、90W、100W、110W、120W等。
优选地，步骤(b)中，所述去氧化层的具体步骤为：将除油清洗后的TOPCon电池基底置于去氧化层溶液中浸泡。
优选地，所述去氧化层溶液按重量份数计包括：氟化铵0.1-5份、氢氟酸1-10份、水100-200份。
其中，氟化铵的含量为0.1-5份，例如可以是0.1份、0.5份、1份、1.5份、2份、2.5份、3份、3.5份、4份、5份等，优选为1-2份。
其中，氢氟酸的含量为1-10份，例如可以是1份、2份、3份、4份、5份、6份、7份、8份、9份、10份等，优选为4-8份。
其中，水的含量为100-200份，例如可以是100份、120份、140份、160份、180份、200份等。
优选地，所述置于去氧化层溶液中浸泡的工艺参数为：浸泡的温度为25-35℃，例如可以是25℃、26℃、28℃、30℃、32℃、35℃等；浸泡的时间为30-90s，例如可以是30s、40s、50s、60s、70s、80s、90s等。
优选地，步骤(b)中，所述活化处理的具体步骤为：将去氧化层后的TOPCon电池基底置于活化溶液中浸泡。
优选地，所述活化溶液按重量份数计包括：活化剂0.001-0.005份、水100-200份。
其中，活化剂的含量为0.001-0.005份，例如可以是0.001份、0.002份、0.003份、0.004份、0.005份等。
其中，水的含量为100-200份，例如可以是100份、120份、140份、160份、180份、200份等。
优选地，所述活化剂为贵金属的氯化物。
优选地，所述贵金属的氯化物选自氯化金、氯化钯或氯化铂中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，所述置于活化溶液中浸泡的工艺参数为：浸泡的温度为25-35℃，例如可以是25℃、26℃、28℃、30℃、32℃、35℃等；浸泡的时间为60-120s，例如可以是60s、70s、80s、90s、100s、110s、120s等。
作为本发明优选技术方法，所述预处理TOPCon太阳能电池基底由以下方法制备得到：
(a)采用PECVD法在硅基体的两面分别进行镀膜，分别形成80-100nm的氮化硅膜后，利用激光开槽法除去硅基体表面的镀膜层，在镀膜层的表面形成深度为80-100nm、宽度为10-60μm的图形化凹槽；
(b)将形成图形化凹槽的TOPCon电池基底置于除油剂溶液中，在30-40℃、60-120W的功率下超声处理30-120s后洗涤；将除油清洗后的TOPCon电池基底置于去氧化层溶液中，在25-35℃下浸泡30-90s后洗涤；将去氧化层后的TOPCon电池基底置于活化溶液，在25-35℃下浸泡60-120s后洗涤，得到预处理TOPCon太阳能电池基底。
在本发明中，通过化学浸泡除油，利用超声波振动，实现对TOPCon电池基底表面的油污、颗粒污染物的去除，降低基板表面张力，提高浸润性；置于去氧化层溶液中，可以有效去除基板表面产生的氧化膜；并采用贵金属盐进行活化，硅片表面经活化液处理后，镀镍效率高，镀镍液利用率高，后续化学镀镍层厚度均匀，无发花、发亮等异常。
优选地，所述化学镀镍的具体步骤为：将TOPCon太阳能电池基底置于化学镀镍溶液中，进行加热处理。
优选地，所述加热处理的温度为90-100℃，例如可以是90℃、92℃、94℃、96℃、98℃、100℃等；加热处理的时间为2-5min，例如可以是2min、2.5min、3min、3.5min、4min、4.5min、5min等。
在本发明中，利用化学镀镍的方式，可在预处理TOPCon太阳能电池基底的两面同时形成厚度均匀，内应力小的镍层，实现双面镀镍。同时通过化学镀镍过程中的温度控制、主盐浓度的管控等方式，维持反应的正常进行，持续且稳定地增厚，以进一步提高化学镀镍层表面的均匀、平整。
优选地，所述化学镀镍溶液按重量份数计包括：镍盐1-5份、还原剂1-5份、络合剂5-20份、水100-200份。
其中，镍盐的含量为1-5份，例如可以是1份、1.5份、2份、2.5份、3份、3.5份、4份、4.5份、5份等，优选为2.5-5份。
其中，还原剂的含量为1-5份，例如可以是1份、1.5份、2份、2.5份、3份、3.5份、4份、4.5份、5份等，优选为2.5-5份。
其中，络合剂的含量为5-20份，例如可以是5份、6份、8份、10份、12份、14份、16份、18份、20份等。
其中，水的含量为100-200份，例如可以是100份、120份、140份、160份、180份、200份等。
优选地，所述镍盐选自硫酸镍、氯化镍或氨基磺酸镍中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，所述还原剂选自次亚磷酸钠、硼氢化钠或硼烷中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，所述络合剂包括柠檬酸钠和氨水。
优选地，所述柠檬酸钠和氨水的质量比为(1-2):(5-15)；
其中，“1-2”例如可以是1、1.2、1.4、1.6、1.8、2等；
其中，“5-15”例如可以是5、6、8、10、12、14、15等。
优选地，所述化学镀镍溶液的pH为8.5-9.5，例如可以是8.5、8.6、8.8、9、9.2、9.5等。
在本发明中，选择上述含特定还原剂和络合剂的化学镀镍溶液进行镀镍，次磷酸盐的价格低、镀液容易控制，而且合金镀层性能良好，而硼氢化钠或硼烷可以起到更好的还原性能，只需较少的量就能实现还原的作用；而络合剂可以起到互相协同作用，从而防止镀液析出沉淀，增加镀液稳定性并延长使用寿命，同时可以提高沉积速度。通过化学镀镍溶液的配置，维持反应的正常进行，持续且稳定地增厚，以进一步提高化学镀镍层表面的均匀、平整。
优选地，所述烧结在退火炉中进行。
优选地，所述烧结的工艺参数为：升温速度为5～10℃/s，例如可以是5℃/s、6℃/s、7℃/s、8℃/s、9℃/s、10℃/s等；烧结温度为280-360℃，例如可以是280℃、300℃、320℃、340℃、360℃等；烧结时间为60-120s，例如可以是60s、70s、80s、90s、110s、120s等。
在本发明中，采用上述特定的烧结的工艺参数，使镍原子向硅内部扩散，镍层与硅层相互结合，烧结后镍层与硅基体形成更为牢固的镍硅合金，结合力得到进一步提高。
优选地，所述去氧化层的具体步骤为：将烧结后的TOPCon太阳能电池基底置于去氧化层溶液中浸泡。
优选地，所述去氧化层溶液为酸的水溶液。
优选地，所述酸的水溶液中酸的体积百分含量为2-6％，例如可以是2％、3％、4％、5％、6％等。
优选地，所述酸选自氢氟酸、硫酸、盐酸或硝酸中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，所述浸泡的工艺参数为：浸泡的温度为25-35℃，例如可以是25℃、26℃、28℃、30℃、32℃、35℃等；浸泡的时间为30-60s，例如可以是30s、35s、40s、45s、50s、55s、60s等。
在本发明中，采用稀酸液进行活化处理不仅清除了产品表面的氧化层，而且不会新形成大量的酸洗产物附于烧结镍硅合金表面，保证了镍硅合金的清洁度，进而提高了与铜层的结合力。
优选地，所述电镀铜的具体步骤为：将去氧化层后的TOPCon电池基底置于电镀铜溶液中，施加电流进行电镀。
优选地，所述电镀铜溶液按重量份数计包括：铜盐1-10份、酸0.5-3份、水20-40份。
其中，铜盐的含量为1-10份，例如可以是1份、2份、4份、6份、8份、10份等，优选为4-7份。
其中，酸的含量为0.5-5份，例如可以是0.5份、1份、2份、3份等，优选为1-2份。
其中，水的含量为20-40份，例如可以是20份、25份、30份、35份、40份等。
优选地，所述铜盐包括硫酸铜和氯化铜。
优选地，所述硫酸铜和氯化铜的质量比为(400-600):(0.1-0.5)；
其中，“400-600”例如可以是400、450、500、550、600等；
其中，“0.1-0.5”例如可以是0.1、0.2、0.3、0.4、0.5等。
优选地，所述酸为硫酸。
优选地，所述电镀铜的工艺参数为：电流密度为5-10A/dm2，例如可以是5A/dm2、6A/dm2、7A/dm2、8A/dm2、9A/dm2、10A/dm2等；电镀时间为5-10min，例如可以是5min、6min、7min、8min、9min、10min等。
优选地，其特征在于，所述电镀铜的具体步骤为：将镀铜后的TOPCon电池基底置于电镀银溶液中，施加电流进行电镀。
优选地，所述电镀银溶液按重量份数计包括：银盐0.1-1份、酸0.5-3份、铵盐0.5-5份、水20-40份。
其中，银盐的含量为0.1-1份，例如可以是0.1份、0.2份、0.4份、0.6份、0.8份、1份等，优选为0.3-0.6份。
其中，酸的含量为0.5-5份，例如可以是0.5份、1份、2份、3份等，优选为1.2-2份。
其中，铵盐的含量为0.5-5份，例如可以是0.5份、1份、2份、3份、4份、5份等，优选为1.2-2份。
其中，水的含量为20-40份，例如可以是20份、25份、30份、35份、40份等。
优选地，所述银盐为硝酸银。
优选地，所述酸为磺基水杨酸。
优选地，所述电镀银的工艺参数为：电流密度为1-2A/dm2，例如可以是1A/dm2、1.2A/dm2、1.4A/dm2、1.6A/dm2、1.8A/dm2、2A/dm2等；电镀时间为15-30s，例如可以是15s、16s、18s、20s、22s、24s、26s、28s、30s等。
作为本发明优选技术方案，所述TOPCon电池的制备方法包括以下步骤：
S1镀膜：将硅基体的两面分别进行镀膜，形成氮化硅镀膜层后，利用激光开槽法除去硅基体表面的镀膜层，在镀膜层的表面形成图形化凹槽；
S2预处理：在硅基体的图形化凹槽处依次进行除油清洗、去氧化层、活化处理，得到预处理TOPCon太阳能电池基底；
S3化学镀镍：将预处理TOPCon太阳能电池基底置于化学镀镍溶液中，进行加热处理，形成镀镍层；
S4烧结：将镀镍后的TOPCon太阳能电池基底进行高温烧结，形成镍硅合金层；
S5去氧化层：将烧结后的TOPCon太阳能电池基底置于去氧化层溶液中浸泡，去除氧化层；
S6电镀铜：将去氧化层后的TOPCon电池基底置于电镀铜溶液中，施加电流进行电镀；
S7电镀银：将镀铜后的TOPCon电池基底置于电镀银溶液中，施加电流进行电镀，得到所述的TOPCon电池。
第二方面，本发明提供一种TOPCon电池，所述TOPCon电池根据第一方面所述的TOPCon电池的制备方法制备得到。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明通过利用化学镀镍+电镀铜银技术取代传统的丝网印刷技术，镀镍后TOPCon基底导电性增强，可以实现双面电镀铜和银，大大降低了电池片的生产成本；
(2)本发明化学镀镍得到的镍层厚度均匀，内应力小，烧结之后形成牢固的镍硅合金，后电镀铜和银，整个镍铜银镀层与硅基体的结合力较好，焊接拉力也满足要求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明所述TOPCon电池的制备方法的工艺流程图。
具体实施方式
除非本文另有定义，连同本发明使用的科学和技术术语应具有本领域普通技术人员通常理解的含义。术语的含义和范围应当清晰，然而，在任何潜在不明确性的情况下，本文提供的定义优先于任何字典或外来定义。在本申请中，除非另有说明，“或”的使用意味着“和/或”。此外，术语“包括”及其他形式的使用是非限制性的。
一般地，连同本文描述的细胞和组织培养、分子生物学、免疫学、微生物学、遗传学以及蛋白和核酸化学和杂交使用的命名法和其技术是本领域众所周知和通常使用的那些。除非另有说明，本发明的方法和技术一般根据本领域众所周知，且如各种一般和更具体的参考文献中所述的常规方法来进行，所述参考文献在本说明书自始至终引用和讨论。酶促反应和纯化技术根据制造商的说明书、如本领域通常实现的或如本文所述来进行。连同本文描述的分析化学、合成有机化学以及医学和药物化学使用的命名法、以及其实验室程序和技术是本领域众所周知和通常使用的那些。
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
下面通过实施例对本发明作进一步说明。如无特别说明，实施例中的材料为根据现有方法制备而得，或直接从市场上购得。
图1为本发明所述TOPCon电池的制备方法的工艺流程图，如图1所示所述制备方法包括以下步骤：S1镀膜、S2预处理：在硅基体的图形化凹槽处依次进行除油清洗、去氧化层、活化处理，得到预处理TOPCon太阳能电池基底、S3化学镀镍、S4烧结、S5去氧化层、S6电镀铜、S7电镀银，得到所述的TOPCon电池。
实施例1
本实施例提供一种TOPCon电池的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
S1镀膜：将硅基体的两面分别进行镀膜，正反两面分别形成80nm的氮化硅镀膜层；再利用激光开槽法除去硅基体表面的镀膜层，在镀膜层的表面形成图形化凹槽；
其中，所述镀膜采用PECVD法，所述镀膜的工艺参数为：压力1400mTorr，温度400℃，功率为8000W，时间为90s，脉冲开关比为1:8，所通SiH4/NH3＝1:4；
其中，所述图形化凹槽为纵横交错的凹槽，所述凹槽的深度为80nm，所述凹槽包括主凹槽和细凹槽，主凹槽的宽度为55μm，细凹槽的宽度为12μm。
S2预处理：将形成图形化凹槽的TOPCon电池基底置于除油剂溶液中，在35℃、60W的功率下超声处理60s，后进行去离子水冲洗；将除油清洗后的TOPCon电池基底置于去氧化层溶液中，在25℃下浸泡60s，后进行去离子水冲洗；将去氧化层后的TOPCon电池基底置于活化溶液，在25℃下浸泡90s，后进行去离子水冲洗，得到预处理TOPCon太阳能电池基底；
其中，除油剂溶液为10vol％的甲苯水溶液；去氧化层溶液为15g氟化铵、60mL氢氟酸和1500mL去离子水的混合液；活化溶液为0.025g氯化金和1500mL去离子水的混合液。
S3化学镀镍：将预处理TOPCon太阳能电池基底置于化学镀镍溶液中，于95℃下反应3min，形成镀镍层；
其中，化学镀镍溶液为35g硫酸镍、30g硼氢化钠、15g柠檬酸钠、100mL氨水和1500mL去离子水的混合液，pH维持在9。
S4烧结：将镀镍后的TOPCon电池基底置于退火炉中，设置升温速度为7℃/s，烧结温度为320℃，烧结时间为90s。
S5去氧化层：将烧结后的TOPCon太阳能电池基底置于去氧化层溶液中，在25℃下浸泡45s，去除氧化层，后进行去离子水冲洗；
其中，去氧化层溶液为4vol％的氢氟酸水溶液。
S6电镀铜：将去氧化层后的TOPCon电池基底置于电镀铜溶液中，施加电流为7.5A/dm2，电镀时间为7.5min，然后进行去离子水冲洗；
其中，电镀铜溶液为500g五水硫酸铜、150g硫酸、0.25g氯化铜，3000mL去离子水的混合液。
S7电镀银：将镀铜后的TOPCon电池基底置于电镀银溶液中，施加电流为1.5A/dm2，电镀时间为20s，然后进行去离子水冲洗，得到所述的TOPCon电池；
其中，电镀银溶液为45g硝酸银、160g磺基水杨酸、160g醋酸铵、3000mL去离子水的混合液。
实施例2
本实施例提供一种TOPCon电池的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
S1镀膜：将硅基体的两面分别进行镀膜，正反两面分别形成90nm的氮化硅镀膜层；再利用激光开槽法除去硅基体表面的镀膜层，在镀膜层的表面形成图形化凹槽；
其中，所述镀膜采用PECVD法，所述镀膜的工艺参数为：压力1500mTorr，温度430℃，功率为9000W，时间为100s，脉冲开关比为1:9，所通SiH4/NH3＝1:6；
其中，所述图形化凹槽为纵横交错的凹槽，所述凹槽的深度为90nm，所述凹槽包括主凹槽和细凹槽，主凹槽的宽度为50μm，细凹槽的宽度为10μm。
S2预处理：将形成图形化凹槽的TOPCon电池基底置于除油剂溶液中，在30℃、80W的功率下超声处理120s，后进行去离子水冲洗；将除油清洗后的TOPCon电池基底置于去氧化层溶液中，在28℃下浸泡30s，后进行去离子水冲洗；将去氧化层后的TOPCon电池基底置于活化溶液，在28℃下浸泡60s，后进行去离子水冲洗，得到预处理TOPCon太阳能电池基底；
其中，除油剂溶液为5vol％的丙酮水溶液；去氧化层溶液为10g氟化铵、40mL氢氟酸和1000mL去离子水的混合液；活化溶液为0.01g氯化钯和1000mL去离子水的混合液。
S3化学镀镍：将预处理TOPCon太阳能电池基底置于化学镀镍溶液中，于90℃下反应5min，形成镀镍层；
其中，化学镀镍溶液为50g氯化镍、50g次亚磷酸钠、20g柠檬酸钠、150mL氨水和2000mL去离子水的混合液，pH维持在9.5。
S4烧结：将镀镍后的TOPCon电池基底置于退火炉中，设置升温速度为5℃/s，烧结温度为280℃，烧结时间为120s。
S5去氧化层：将烧结后的TOPCon太阳能电池基底置于去氧化层溶液中，在28℃下浸泡30s，去除氧化层，后进行去离子水冲洗；
其中，去氧化层溶液为2vol％的硫酸水溶液。
S6电镀铜：将去氧化层后的TOPCon电池基底置于电镀铜溶液中，施加电流为5A/dm2，电镀时间为10min，然后进行去离子水冲洗；
其中，电镀铜溶液为400g五水硫酸铜、100g硫酸、0.1g氯化铜，2000mL去离子水的混合液。
S7电镀银：将镀铜后的TOPCon电池基底置于电镀银溶液中，施加电流为1A/dm2，电镀时间为30s，然后进行去离子水冲洗，得到所述的TOPCon电池；
其中，电镀银溶液为30g硝酸银、120g磺基水杨酸、120g醋酸铵、2000mL去离子水的混合液。
实施例3
本实施例提供一种TOPCon电池的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
S1镀膜：将硅基体的两面分别进行镀膜，正反两面分别形成100nm的氮化硅镀膜层；再利用激光开槽法除去硅基体表面的镀膜层，在镀膜层的表面形成图形化凹槽；
其中，所述镀膜采用PECVD法，所述镀膜的工艺参数为：压力1800mTorr，温度480℃，功率为12000W，时间为120s，脉冲开关比为1:10，所通SiH4/NH3＝1:6；
其中，所述图形化凹槽为纵横交错的凹槽，所述凹槽的深度为100nm，所述凹槽包括主凹槽和细凹槽，主凹槽的宽度为60μm，细凹槽的宽度为15μm。
S2预处理：将形成图形化凹槽的TOPCon电池基底置于除油剂溶液中，在40℃、100W的功率下超声处理30s，后进行去离子水冲洗；将除油清洗后的TOPCon电池基底置于去氧化层溶液中，在35℃下浸泡90s，后进行去离子水冲洗；将去氧化层后的TOPCon电池基底置于活化溶液，在35℃下浸泡120s，后进行去离子水冲洗，得到预处理TOPCon太阳能电池基底；
其中，除油剂溶液为20vol％的乙醇水溶液；去氧化层溶液为20g氟化铵、80mL氢氟酸和2000mL去离子水的混合液；活化溶液为0.05g氯化铂和2000mL去离子水的混合液。
S3化学镀镍：将预处理TOPCon太阳能电池基底置于化学镀镍溶液中，于100℃下反应2min，形成镀镍层；
其中，化学镀镍溶液为25g氨基磺酸镍、25g硼烷、10g柠檬酸钠、50mL氨水和1000mL去离子水的混合液，pH维持在8.5。
S4烧结：将镀镍后的TOPCon电池基底置于退火炉中，设置升温速度为10℃/s，烧结温度为360℃，烧结时间为60s。
S5去氧化层：将烧结后的TOPCon太阳能电池基底置于去氧化层溶液中，在35℃下浸泡60s，去除氧化层，后进行去离子水冲洗；
其中，去氧化层溶液为6vol％的盐酸水溶液。
S6电镀铜：将去氧化层后的TOPCon电池基底置于电镀铜溶液中，施加电流为10A/dm2，电镀时间为5min，然后进行去离子水冲洗；
其中，电镀铜溶液为600g五水硫酸铜、200g硫酸、0.5g氯化铜，4000mL去离子水的混合液。
S7电镀银：将镀铜后的TOPCon电池基底置于电镀银溶液中，施加电流为2A/dm2，电镀时间为15s，然后进行去离子水冲洗，得到所述的TOPCon电池；
其中，电镀银溶液为60g硝酸银、200g磺基水杨酸、200g醋酸铵、4000mL去离子水的混合液。
实施例4
本实施例提供一种TOPCon电池的制备方法，与实施例1的区别仅在于，S3的化学镀镍于85℃下反应15min，其他步骤与实施例1完全一致。
实施例5
本实施例提供一种TOPCon电池的制备方法，与实施例1的区别仅在于，S3的化学镀镍于105℃下反应1min，其他步骤与实施例1完全一致。
实施例6
本实施例提供一种TOPCon电池的制备方法，与实施例1的区别仅在于，将还原剂替换为等质量的甲醛、柠檬酸钠替换为等质量的柠檬酸，将氨水替换为等体积的25vol％的三乙胺水溶液，其他步骤与实施例1完全一致。
实施例7
本实施例提供一种TOPCon电池的制备方法，与实施例1的区别仅在于，S4设置升温速度为4℃/s，烧结温度为380℃，烧结时间为40s，其他步骤与实施例1完全一致。
实施例8
本实施例提供一种TOPCon电池的制备方法，与实施例1的区别仅在于，S4设置升温速度为12℃/s，烧结温度为260℃，烧结时间为180s，其他步骤与实施例1完全一致。
对比例1
本对比例提供一种TOPCon电池的制备方法，与实施例1的区别仅在于，不进行S2预处理的步骤，其他步骤与实施例1完全一致。
对比例2
本对比例提供一种TOPCon电池的制备方法，与实施例1的区别仅在于，S3采用电镀镍的方式：将预处理TOPCon太阳能电池基底置于电镀镍溶液中，施加电流为1A/dm2，电镀时间为5min，然后进行去离子水冲洗，得到所述的TOPCon电池；其中，电镀镍溶液为150g硫酸镍、20g氯化钠、30mL硼酸和1000mL去离子水的混合液，其他步骤与实施例1完全一致。
对比例3
本对比例提供一种TOPCon电池的制备方法，与实施例1的区别仅在于，不进行S4烧结的步骤，其他步骤与实施例1完全一致。
对比例4
本对比例提供一种TOPCon电池的制备方法，与实施例1的区别仅在于，不进行S5去氧化层的步骤，其他步骤与实施例1完全一致。
测试例1
结合力测试
测试样品：实施例1-8制备的TOPCon电池和对比例1-4制备的TOPCon电池；
测试方法：
(1)镀层与硅基底结合力：3M胶带测试；
(2)低温条件下焊接拉力：拉力计测试；
具体测试结果如表1所示：
表1
由表1测试数据可知，由本发明所述制备方法制备得到的TOPCon太阳能电池镀层与硅基底结合力均能通过3M胶带测试，低温条件下焊接拉力在0.8N以上，实施例1-3作为优选技术方案，低温条件下焊接拉力在1.5N以上，说明本发明所述制备方法化学镀镍得到的镍层厚度均匀，内应力小，烧结之后形成牢固的镍硅合金，然后电镀铜和银，整个镍铜银镀层与硅基体的结合力较好，焊接拉力也满足要求。
测试例2
电性能测试
测试样品：实施例1-8制备的TOPCon电池；
测试方法：采用IV测试(测试条件25℃，AM1.5G)的方法对实施例1中得到的电池进行电性能测试，
具体测试结果如表2所示：
表2
由表2测试数据可知，本发明所述方法镀镍后TOPCon基底导电性增强，可以实现双面电镀铜和银；且有效降低了TOPCon电池的背面硅薄膜的寄生性吸收和短路电流密度损失，大大降低了电池片的生产成本，提高电池的转化效率。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种TOPCon电池的制备方法，其特征在于，所述TOPCon电池的制备方法包括以下步骤：
对TOPCon太阳能电池基底依次进行化学镀镍、烧结、去氧化层、电镀铜、电镀银，得到TOPCon太阳能电池。
2.根据权利要求1所述的TOPCon电池的制备方法，其特征在于，所述TOPCon太阳能电池基底包括硅基体及所述硅基体表面沉积的镀膜层，且所述镀膜层的表面具有图形化凹槽；
优选地，所述镀膜层为氮化硅膜；
优选地，所述氮化硅膜的厚度为80-100nm；
优选地，所述凹槽的深度为80-100nm，所述凹槽的宽度为10-60μm；
优选地，所述TOPCon太阳能电池基底由以下方法制备得到：
(a)将硅基体的两面分别进行镀膜，形成镀膜层后，利用激光开槽法除去硅基体表面的镀膜层，在镀膜层的表面形成图形化凹槽；
(b)在硅基体的图形化凹槽处依次进行除油清洗、去氧化层、活化处理，得到预处理TOPCon太阳能电池基底。
3.根据权利要求2所述的TOPCon电池的制备方法，其特征在于，步骤(a)中，所述镀膜采用PECVD法，所述镀膜的工艺参数为：压力1400-1800mTorr；温度400-500℃；功率为8000-12000W；时间为90-120s；脉冲开关比为1:(8-10)；所通SiH4/NH3＝1:(4-8)；
优选地，步骤(b)中，所述除油清洗的具体步骤为：将形成图形化凹槽的TOPCon电池基底置于除油剂溶液中，进行超声处理；
优选地，所述除油剂溶液中除油剂的体积百分含量为5-20％；
优选地，所述除油剂选自甲苯、丙酮或乙醇中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述超声处理的工艺参数为：超声的温度为30-40℃；超声的时间为30-120s；超声的功率为60-120W；
优选地，步骤(b)中，所述去氧化层的具体步骤为：将除油清洗后的TOPCon电池基底置于去氧化层溶液中浸泡；
优选地，所述去氧化层溶液按重量份数计包括：氟化铵0.1-5份、氢氟酸1-10份、水100-200份；
优选地，所述置于去氧化层溶液中浸泡的工艺参数为：浸泡的温度为25-35℃；浸泡的时间为30-90s；
优选地，步骤(b)中，所述活化处理的具体步骤为：将去氧化层后的TOPCon电池基底置于活化溶液中浸泡；
优选地，所述活化溶液按重量份数计包括：活化剂0.001-0.005份、水100-200份；
优选地，所述活化剂为贵金属的氯化物；
优选地，所述贵金属的氯化物选自氯化金、氯化钯或氯化铂中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述置于活化溶液中浸泡的工艺参数为：浸泡的温度为25-35℃；浸泡的时间为60-120s。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的TOPCon电池的制备方法，其特征在于，所述化学镀镍的具体步骤为：将TOPCon太阳能电池基底置于化学镀镍溶液中，进行加热处理；
优选地，所述加热处理的温度为90-100℃；加热处理的时间为2-5min；
优选地，所述化学镀镍溶液按重量份数计包括：镍盐1-5份、还原剂1-5份、络合剂5-20份、水100-200份；
优选地，所述镍盐选自硫酸镍、氯化镍或氨基磺酸镍中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述还原剂选自次亚磷酸钠、硼氢化钠或硼烷中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述络合剂包括柠檬酸钠和氨水；
优选地，所述柠檬酸钠和氨水的质量比为(1-2):(5-15)；
优选地，所述化学镀镍溶液的pH为8.5-9.5。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的TOPCon电池的制备方法，其特征在于，所述烧结在退火炉中进行；
优选地，所述烧结的工艺参数为：升温速度为5～10℃/s；烧结温度为280-360℃；烧结时间为60-120s。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的TOPCon电池的制备方法，其特征在于，所述去氧化层的具体步骤为：将烧结后的TOPCon太阳能电池基底置于去氧化层溶液中浸泡；
优选地，所述去氧化层溶液为酸的水溶液；
优选地，所述酸的水溶液中酸的体积百分含量为2-6％；
优选地，所述酸选自氢氟酸、硫酸、盐酸或硝酸中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述浸泡的工艺参数为：浸泡的温度为25-35℃；浸泡的时间为30-60s。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的TOPCon电池的制备方法，其特征在于，所述电镀铜的具体步骤为：将去氧化层后的TOPCon电池基底置于电镀铜溶液中，施加电流进行电镀；
优选地，所述电镀铜溶液按重量份数计包括：铜盐1-10份、酸0.5-3份、水20-40份；
优选地，所述铜盐包括硫酸铜和氯化铜；
优选地，所述硫酸铜和氯化铜的质量比为(400-600):(0.1-0.5)；
优选地，所述酸为硫酸；
优选地，所述电镀铜的工艺参数为：电流密度为5-10A/dm2；电镀时间为5-10min。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的TOPCon电池的制备方法，其特征在于，所述电镀铜的具体步骤为：将镀铜后的TOPCon电池基底置于电镀银溶液中，施加电流进行电镀。
9.根据权利要求8所述的TOPCon电池的制备方法，其特征在于，所述电镀银溶液按重量份数计包括：银盐0.1-1份、酸0.5-3份、铵盐0.5-5份、水20-40份；
优选地，所述银盐为硝酸银；
优选地，所述酸为磺基水杨酸；
优选地，所述电镀银的工艺参数为：电流密度为1-2A/dm2；电镀时间为15-30s。
10.一种TOPCon电池，其特征在于，所述TOPCon电池由权利要求1-9中任一项所述的制备方法制备得到。
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|---|---|---|---|
| CN202310935553.5A CN116805655B (zh) | 2023-07-26 | 一种TOPCon电池的制备方法及由其制备得到的TOPCon电池 |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116805655A true CN116805655A (zh) | 2023-09-26 |
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