一种晶体硅太阳能电池前栅线电极的制备方法转让专利
申请号 : CN201410570419.0
文献号 : CN104362216B
文献日 : 2017-02-15
发明人 : 李俊杰 , 刘铸 , 申皓 , 罗晓斌 , 李璇 , 何桃玲
申请人 : 云南大学
摘要 :
本发明涉及一种晶体硅太阳能电池前栅线电极的制备方法。具体步骤：在具有PN结及铝背电极的硅片上利用丝网印刷技术，印刷电极种子层；在硅片的正面沉积一层氮化硅减反射膜；利用激光刻蚀技术去除种子层表面的氮化硅，使种子层暴露出来，实现对硅片开槽及退火的目的；利用光诱导电镀、电镀技术电镀前栅线电极，形成完整的晶体硅太阳能电池片。本发明既结合了传统的丝网印刷工艺又融合了当前的光诱导电镀技术。在制备种子层的过程中有效地利用了相关步骤中的温度条件达到对种子层的退火工艺，节约了成本；制备的前栅线电极与硅体之间形成良好的欧姆接触；前栅线电极均匀致密，导电性好，器件的串联电阻小，电极附着力增加,生产成本低，产出效率高。
权利要求 :
1.一种晶体硅太阳能电池前栅线电极的制备方法，其特征是具备如下步骤：（1）在具有铝背电极、PN结晶体硅片的正面丝网印刷前栅线电极种子层；
（2）沉积氮化硅减反射层；
（3）激光刻槽的方法除去前栅线电极表面的氮化硅；
（4）电镀前栅线电极；
（5）电镀前栅线电极保护层金属；
所用的晶体硅片是经过制绒、磷扩散、去磷硅玻璃、印刷铝背电极工艺流程的半成品晶体硅太阳能电池片；
所述激光刻槽的方法是利用激光除去种子层表面的氮化硅，同时对种子层进行二次退火，形成欧姆接触层。
2.根据权利要求1所述的一种晶体硅太阳能电池前栅线电极的制备方法，其特征是：所述的丝网印刷前栅线电极种子层材料为Ni，Co，W中的一种或者任意两种材料的混合浆料，丝网印刷的细栅线宽度为20μm-80μm，主栅线宽度为1mm-2mm,栅线的厚度为10nm-100nm。
3.根据权利要求1所述的一种晶体硅太阳能电池前栅线电极的制备方法，其特征是：采用PECVD工艺，在印刷前栅线电极种子层后的晶体硅片上沉积氮化硅减反射层，沉积温度为
275℃-450℃，氮化硅层的厚度为60nm-100nm，并利用沉积时的温度对种子层进行退火处理。
4.根据权利要求1所述的一种晶体硅太阳能电池前栅线电极的制备方法，其特征是：前栅线电极为Cu、Ag或其合金电极。
5.根据权利要求1所述的一种晶体硅太阳能电池前栅线电极的制备方法，其特征是：前栅线电极是通过光诱导电镀、横流电镀、恒压电镀、脉冲电镀方法中的一种或者任意两种方法混合电镀而成。
6.根据权利要求1所述的一种晶体硅太阳能电池前栅线电极的制备方法，其特征是：前栅线电极保护层为Sn,Ag金属材料。
说明书 :
一种晶体硅太阳能电池前栅线电极的制备方法
技术领域
[0001] 本发明属于太阳能利用技术领域，具体涉及一种晶体硅太阳能电池前栅线电极的制备方法。
背景技术
[0002] 随着传统石化不可再生能源煤炭、石油、天然气等频频告急，能源问题日益成为制约国际社会经济发展的瓶颈时，越来越多的国家开始把目光转向绿色、环保、可再生的太阳能，风能，水能等新型能源。但其中又以太阳能最为重要。因此开发太阳能资源，是推动世界各国经济发展的新动力。太阳能光伏发电不但要替代部分常规能源，而且将成为世界能源供应的主体，在不远的将来会占据世界能源消费的重要席位。自从晶体硅太阳能电池问世以来，经过半个多世纪技术改进，开发了多种几何结构和制造工艺的太阳能电池产品。现有技术晶体硅太阳能电池常见结构包括铝背电极、PN 结晶硅基体、前栅电极和减反射层，其制造工艺包括：清洗制绒、扩散制PN 结、洗磷和刻蚀、制备反射层、电极印刷、背电极钝化、高温烧结及测试分选。
[0003] 目前，工业上采用丝网印刷银电极技术制备银前栅电极，然后进行快速烧结，银浆里的有机物会与氮化硅减反射层反应除去氮化硅以形成银对硅的接触。这种方法工艺简单成熟、设备产能较高，得到了大规模应用，但存在如下缺陷：1、烧结后的银电极和硅之间会产生一层不导电的玻璃体，接触电阻很大；2、银浆中有机物在烧结过程中蒸发，使得银电极呈疏松多孔的结构，电极的体电阻大；3、丝网印刷的栅线一般大于80μm，而且很难减少线宽，且一次印刷只能产生小于25μm 的线高，虽然可以通过二次印刷增家栅线厚度，但又会造成栅线进一步加宽，因此电极高宽比小，较宽的线宽降低了太阳能电池的工作面积，故阴影损耗大；由于银材料本身的价格昂贵，加之目前银浆技术被国外大公司所垄断，导致光伏企业生产成本大幅度升高。在新发展的晶体硅太阳能电池前栅线电极制备技术中又以激光开槽或者光刻开槽种子层为主，具体的制造工艺包括：清洗制绒、扩散制PN 结、洗磷和刻蚀、制备反射层、印刷铝背电极、铝背电极钝化、激光（光刻）开槽电极种子层、电镀银或者电镀镍、RTP快速退火、电镀铜、锡。该工艺在一定程度上克服了丝网印刷技术所存在的缺点，但是在刻槽的过程中工艺复杂，技术要求高，激光开槽很容易损伤PN结，并且生产周期长，在一定程度上增加了生产成本，不利于大规模的工业生产。
[0004] 因此，开发一种新的晶体硅太阳能电池前栅线电极的制备工艺，实现生产效率高，生产成本低，电池的接触电阻小，体电阻小，阴影损耗低等优点。并在一定程度上提高晶体硅太阳能电池的性能，对晶体硅太阳能电池有着重大经济和社会意义，以及更为广阔的发展应用前景。
发明内容
[0005] 本发明的目的在于提供一种便于与现代工业生产工艺相结合、生产工艺简单、前栅线电极与晶体硅接触电阻小、电极体电阻小、阴影损耗小、制作成本低、光电转化效率高的一种晶体硅太阳能电池前栅线电极的制备方法。
[0006] 本发明的目的是这样实现的，一种晶体硅太阳能电池前栅线电极的制备方法，其特征是具备如下步骤：
[0007] 1．在具有铝背电极、PN结晶体硅片的正面丝网印刷前栅线电极种子层；
[0008] 2．沉积氮化硅减反射层；
[0009] 3．激光刻槽的方法除去前栅线电极表面的氮化硅；
[0010] 4．电镀前栅线电极；
[0011] 5．电镀前栅线电极保护层金属。
[0012] 所用的晶体硅片是经过制绒、磷扩散、去磷硅玻璃、印刷铝背电极等工艺流程的半成品晶体硅太阳能电池片。
[0013] 所述的丝网印刷前栅线电极种子层材料为Ni，Co，W中的一种或者任意两种材料的混合浆料，丝网印刷的细栅线宽度为20μm-80μm，主栅线宽度为1mm-2mm,栅线的厚度为10nm-100nm。
[0014] 所述的采用PECVD工艺，在印刷前栅线电极种子层后的晶体硅片上沉积氮化硅减反射层，沉积温度为275℃-450℃，氮化硅层的厚度为60nm-100nm，并利用沉积时的温度对种子层进行退火处理。
[0015] 所述激光刻槽的方法是利用激光除去种子层表面的氮化硅，同时对种子层进行二次退火，形成欧姆接触层。
[0016] 所述的前栅线电极为Cu、Ag或其合金电极。
[0017] 所述的前栅线电极是通过光诱导电镀、横流电镀、恒压电镀、脉冲电镀等方法中的一种或者任意两种方法混合电镀而成。
[0018] 所述的前栅线电极保护层为Sn,Ag金属材料。
[0019] 本发明既结合了传统的丝网印刷工艺又融合了当前的光诱导电镀技术。在制备种子层的过程中有效地利用了相关步骤中的温度条件达到对种子层的退火工艺，节约了成本；制备的前栅线电极与硅体之间形成良好的欧姆接触；前栅线电极均匀致密，导电性好，器件的串联电阻小，电极附着力增加,生产成本低，产出效率高。
附图说明
[0020] 图1为本发明太阳能电池制造方法的工艺流程示意图；
[0021] 图中：A1为铝背电极，A2为晶体硅P区，A3为晶体硅N区，A4为种子层，A5为氮化硅减反射层，A6为前栅线电极，A6为前栅线电极保护层；B1为丝网印刷种子层，B2为物理气相沉积氮化硅减反射层，B3为激光刻蚀，B4为电镀前栅线电极，B5为电镀前栅线电极保护层。
具体实施方式
[0022] 本发明一种晶体硅太阳能电池前栅线电极的制备方法。它具有如下步骤：在具有PN结及铝背电极的硅片上利用丝网印刷技术，印刷前栅线电极种子层；在硅片的正面沉积一层氮化硅减反射膜；利用激光刻蚀技术去除种子层表面的氮化硅，使种子层暴露出来，从而实现对硅片开槽及退火的目的；利用光诱导电镀、电镀技术电镀前栅线电极和前栅线电极保护层，从而形成完整的晶体硅太阳能电池片。
[0023] 本发明包括晶体硅P-N 结、P 区背电极，所述的P 区背电极与晶体硅P-N 结电性连接，晶体硅P-N 结之N 区表面制作前栅电极；所述的前栅线电极由高导电金属及通过丝网印刷，电镀工艺形成。
[0024] 本发明的晶体硅前栅线电极，是通过利用传统的丝网印刷工艺直接在晶体硅PN结衬底上制作前栅线电极种子层，种子层细栅线的宽度为20μm-80μm，主栅线的宽度为1mm-2mm；前栅线电极种子层材料为镍浆、钴浆、钨浆中的一种或者任意两种的混合物。
[0025] 本发明的晶体硅前栅线电极，是通过在晶体硅太阳能电池的表面通过成膜速度快、薄膜均匀的PECVD工艺沉积氮化硅减反射层，沉积温度为275℃-450℃。同时利用沉积氮化硅的温度对前栅线电极种子层浆料进行烘干、退火处理，形成硅化物。沉积的减反射膜氮化硅的厚度为60nm-100nm。
[0026] 本发明的晶体硅前栅线电极，是通过激光刻槽的方法除去种子层表面的氮化硅减反射层的。同时利用激光的能量对前栅线电极种子层进行二次退火处理，保证硅化物的形成，降低电极与晶体硅的接触势垒和接触电阻。
[0027] 本发明的晶体硅前栅线电极，是通过通过光诱导电镀、横流电镀、恒压电镀、脉冲电镀等方法中的一种或者任意两种方法混合电镀而成的，电极金属为铜、银。利用电镀的方法得到的前栅线电极均匀致密、导电性好，电极与晶体硅的接触好，附着力强。
[0028] 本发明的晶体硅前栅线电极，是通过在前栅线电极表面电镀一层银或者锡，一方面来保护前栅线电极，另一方面电极的焊接。从而增加了电池的使用寿命和便于电池后期的组装。
[0029] 实施例1：选择具有铝背电极的晶体硅片，在硅片的正面丝网印刷细栅线宽度为40μm，主栅线宽度为1.5mm的前栅线电极种子层浆料为镍浆，在300℃的条件下，采用PECVD（ Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition）等离子体增强化学汽相沉积工艺沉积80nm厚度的氮化硅减反射层，利用激光刻槽的方法除去种子层表面的氮化硅，利用光诱导电镀的方法电镀铜前栅线电极并横流电镀锡保护层。经检测，按照此工艺得到的晶体硅前栅线电极均匀致密、电池的串联电阻远低于现有技术制备的电池；在电极与晶体硅接触处有镍硅化物生成；整个电极的效率比现有技术制备的电池平均高0.26%左右，前栅线电极与晶体硅的附着力增加21%左右。利用铜电极代替银前栅线电极，每片电池片节约成本0.7元左右，大大降低了晶体硅电池生产成本。
[0030] 实施例2：选择具有铝背电极的晶体硅片，在硅片的正面丝网印刷细栅线宽度为60μm，主栅线宽度为1.5mm的前栅线电极种子层浆料为镍浆，在400℃的条件下，采用PECVD工艺沉积70nm厚度的氮化硅减反射层，利用激光刻槽的方法除去种子层表面的氮化硅，利用恒压电镀的方法电镀铜前栅线电极并横流电镀锡保护层。经检测，按照此工艺得到的晶体硅前栅线电极均匀致密、电池的串联电阻远低于现有技术制备的电池；在电极与晶体硅接触处有镍硅化物生成；整个电极的效率比现有技术制备的电池平均高0.18%左右，前栅线电极与晶体硅的附着力增加23.4%左右。利用铜电极代替银前栅线电极，每片电池片节约成本0.75元左右，大大降低了晶体硅电池生产成本。
[0031] 实施例3：选择具有铝背电极的晶体硅片，在硅片的正面丝网印刷细栅线宽度为50μm，主栅线宽度为1mm的前栅线电极种子层浆料为钴浆，在450℃的条件下，采用PECVD工艺沉积90nm厚度的氮化硅减反射层，利用激光刻槽的方法除去种子层表面的氮化硅，利用光诱导电镀的方法电镀铜前栅线电极并横流电镀锡保护层。经检测，按照此工艺得到的晶体硅前栅线电极均匀致密、电池的串联电阻远低于现有技术制备的电池；在电极与晶体硅接触处有钴硅化物生成；整个电极的效率比现有技术制备的电池平均高0.23%左右，前栅线电极与晶体硅的附着力增加25.3%左右。利用铜电极代替银前栅线电极，每片电池片节约成本0.7元左右，大大降低了晶体硅电池生产成本。
[0032] 实施例4：选择具有铝背电极的晶体硅片，在硅片的正面丝网印刷细栅线宽度为50μm，主栅线宽度为1mm的前栅线电极种子层浆料为钴浆，在450℃的条件下，采用PECVD工艺沉积90nm厚度的氮化硅减反射层，利用激光刻槽的方法除去种子层表面的氮化硅，利用恒流电镀的方法电镀银前栅线电极并横流电镀锡保护层。经检测，按照此工艺得到的晶体硅前栅线电极均匀致密、电池的串联电阻远低于现有技术制备的电池；在电极与晶体硅接触处有钴硅化物生成；整个电极的效率比现有技术制备的电池平均高0.27%左右，前栅线电极与晶体硅的附着力增加19%左右。
[0033] 实施例5：选择具有铝背电极的晶体硅片，在硅片的正面丝网印刷细栅线宽度为60μm，主栅线宽度为1.5mm的前栅线电极种子层浆料为镍浆与钴浆的混合物，在400℃的条件下，采用PECVD工艺沉积90nm厚度的氮化硅减反射层，利用激光刻槽的方法除去种子层表面的氮化硅，利用光诱导电镀的方法电镀铜前栅线电极并横流电镀锡保护层。经检测，按照此工艺得到的晶体硅前栅线电极均匀致密、电池的串联电阻远低于现有技术制备的电池；在电极与晶体硅接触处有钴硅化物和镍硅化物生成；整个电极的效率比现有技术制备的电池平均高0.18%左右，前栅线电极与晶体硅的附着力增加23%左右。利用铜电极代替银前栅线电极，每片电池片节约成本0.7元左右，大大降低了晶体硅电池生产成本。
[0034] 实施例6：选择具有铝背电极的晶体硅片，在硅片的正面丝网印刷细栅线宽度为70μm，主栅线宽度为2mm的前栅线电极种子层浆料为镍浆与钨浆的混合物，在450℃的条件下，采用PECVD工艺沉积80nm厚度的氮化硅减反射层，利用激光刻槽的方法除去种子层表面的氮化硅，利用光诱导电镀的方法电镀铜前栅线电极并横流电镀锡保护层。经检测，按照此工艺得到的晶体硅前栅线电极均匀致密、电池的串联电阻远低于现有技术制备的电池；在电极与晶体硅接触处有镍硅化物生成；整个电极的效率比现有技术制备的电池平均高0.13%左右，前栅线电极与晶体硅的附着力增加16%左右。利用铜电极代替银前栅线电极，每片电池片节约成本0.75元左右，大大降低了晶体硅电池生产成本。
[0035] 实施例7：选择具有铝背电极的晶体硅片，在硅片的正面丝网印刷细栅线宽度为40μm，主栅线宽度为2mm的前栅线电极种子层浆料为镍浆与钴浆的混合物，在380℃的条件下，采用PECVD工艺沉积70nm厚度的氮化硅减反射层，利用激光刻槽的方法除去种子层表面的氮化硅，利用恒压电镀的方法电镀银前栅线电极并横流电镀锡保护层。经检测，按照此工艺得到的晶体硅前栅线电极均匀致密、电池的串联电阻远低于现有技术制备的电池；在电极与晶体硅接触处有镍硅化物和钴硅化物生成；整个电极的效率比现有技术制备的电池平均高0.37%左右，前栅线电极与晶体硅的附着力增加17.2%左右。