CN114664975A - 一种晶硅太阳能电池复合电极及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种晶硅太阳能电池复合电极及其制备方法,属于光伏技术领域。本发明的制备方法是使用激光对正面减反膜和背面钝化膜进行刻蚀开槽,然后利用激光融化高纯金属丝电极材料制备的液态金属沉积于开槽区域,从而准确地实现不同金属层的沉积。本发明方法不需要单独加工掩模版或者网版,可以同时对电池片正反两面制备单层或多层复合金属电极,制备的栅线电极宽度容易改变,不需要高温退火,制备过程环保、材料损耗低,而且能耗小。与采用纳米、微米金属颗粒等为金属电极材料的其它激光烧结制备电极方式相比,本发明方法不需要涂敷金属颗粒过程,制备的金属电极纯度更高,成本更低,且能有效提升晶硅太阳能电池的性能参数,利于批量生产。
Description
技术领域
本发明属于光伏电池技术领域,具体涉及一种晶硅太阳能电池复合电极及其制备方法,具体为一种对晶硅单面或双面太阳能电池片进行激光液相沉积金属复合电极的方法。
背景技术
晶硅(单晶硅或多晶硅)太阳能电池片具有光电转换效率高、原材料丰富、工艺成熟、寿命长、可靠性高等优点,是目前光伏市场的主流产品。
晶硅双面太阳能电池片不仅可以利用直接入射光,还可以利用地面反射光,有效提升电池实际发电量,是晶硅太阳能电池的主要发展趋势。
PERC(Passivated Emitter and Rear Cell)电池,即“发射极和背面钝化电池”,是从常规铝背场电池(BSF)结构自然衍生而来。常规BSF电池由于背表面的金属铝膜层中的载流子复合速度高会产生较多的光电损失;而PERC技术通过在电池背面附上介质钝化层,可以较大程度减少这种光电损失,从而提升光伏电池1%左右的光电转换效率。
晶硅PERC双面太阳能电池片的金属电极,通常采用丝网印刷工艺制备。正面栅线一般采用银做电极,背面一般是铝电极。电极制备工艺一般需要经过两次丝网印刷,一次烘干,流程长,能耗高。
晶硅电池片中电极材料之一银属于贵金属,含量有限,价格贵。为进一步降低电池片成本,往往选择采用银/铜及铝/铜等复合电极来降低电极的成本,但是,采用丝网印刷技术会增加丝网印刷的次数,提高电池制造成本及难度。
另外,现在的晶硅电池电极的制备方法,往往需要加工掩模版或者网版,而且现有的采用纳米、微米金属颗粒等为金属电极材料的激光烧结制备电极的方法,存在需要涂敷金属颗粒的过程,制备方法难以控制,容易影响金属电极的纯度;同时现有方法需要高温退火步骤,其制备过程较复杂,制备出的金属电极纯度仍有待提高,晶硅太阳能电池的性能参数容易受到影响,制备成本较高,批量化生产的难度高。
因此,本领域亟待提出一种新的晶硅太阳能电池复合电极的制备方法。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述技术问题,从而提供一种晶硅太阳能电池复合电极及其制备方法。本发明的技术目的在于:解决现有晶硅太阳能电池复合电极的制备方法需要加工掩模版或者网版,需要涂敷金属颗粒,需要高温退火步骤,存在制备过程较复杂、晶硅太阳能电池的性能参数容易受到影响、制备成本高、批量化生产难度高的问题。
为了实现上述目的,本发明采用的技术方案如下:
一种晶硅太阳能电池复合电极的制备方法,包括以下步骤:
(1)对晶体硅片进行清洗、双面制绒、扩散、周边刻蚀、背面抛光、背面和正面减反钝化膜沉积;
(2)使用激光对正面和/或背面的减反钝化膜进行刻蚀开槽,形成具有金属网栅结构的凹槽;
(3)通过激光融化高纯金属丝电极材料制备出液态金属滴,并将其沉积于凹槽内,冷凝后形成晶硅太阳能电池复合电极。
本发明提供了一种在晶硅电池片上下表面同时沉积复合电极的方法。这种方法不采用传统的丝网印刷技术,而是依次采用激光辐照高纯金属丝形成液态金属先后沉积于硅表面,冷凝后形成固态复合金属电极,此过程通过激光烧结使得金属电极与硅形成良好的欧姆接触,从而不需要进行高温退火合金。
本发明提供的上述制备方法具有以下优点:(一)不需要制作掩模版,由于激光控制的自动化,可以非常准确地实现不同金属层的沉积;(二)加工过程能够做到非接触,栅线宽度容易改变;(三)不需要高温退火,制备过程环保、材料损耗低,能耗小;(四)与采用纳米、微米金属颗粒等为金属电极材料的其他激光烧结制备电极方式相比,本发明方法不需要涂敷金属颗粒过程,所获得的金属电极纯度更高,制备过程更高效。特别是对于容易氧化的金属如铜等,采用本发明的激光融化金属丝线进行沉积的方法比采用粉末有更小的反应截面,可以获得更高纯度的金属电极,从而有利于提升电池的性能。
另外,使用本发明提供的激光液相沉积金属制备复合电极的方法,有利于提升晶硅电池的开路电压(Open CircuitVoltage,Voc),能全面积地收集载流子,降低寿命敏感度,有利于提升电池的填充因子(Fill Factor,FF)。
进一步的是,步骤(1)中所述晶体硅片为P型或N型的单晶硅片或多晶硅片。
进一步的是,步骤(1)中所述减反钝化膜由氮化硅、氧化硅、氧化铝中的至少一种材料组成,减反钝化膜的厚度为10-100nm。
进一步的是,步骤(2)中所述刻蚀开槽时,刻蚀至减反钝化膜的厚度为5-10nm。
进一步的是,步骤(3)中激光刻蚀开槽形成的金属网栅的主栅线宽度为40-150μm,细栅线宽度为10-30μm。
进一步的是,所述主栅线的数量为5-15条,细栅线的数量为120-280条。
进一步的是,所述高纯金属丝包括银、镍、钛、铜、锡或铝中的任一种;所述电极材料包括所述高纯金属丝中的任一种金属丝材料,或者两种以上金属丝材料的任意组合。
进一步的是,所述高纯金属丝的丝线直径为0.01-0.1mm。
进一步的是,步骤(3)和步骤(4)中所述激光的波长为355-800nm,单个脉冲宽度小于100ns。
本发明还提供了由上述方法制备得到的晶硅太阳能电池复合电极。由于本发明方法制备得到的金属电极纯度更高,特别是复合金属电极的制备更高效,因此太阳能电池的性能更佳。另外,本发明提供的复合电极能够提升晶硅电池的开路电压,能全面积地收集载流子,降低寿命敏感度,有利于提升电池的填充因子。
本发明的有益效果如下:
(1)本发明提供了一种晶硅太阳能电池复合电极及其制备方法,其是一种对晶硅太阳能电池片进行激光液相沉积金属复合电极的方法。本发明方法可以非常准确地实现不同金属层的沉积,不需要单独加工掩模版或者网版。
(2)本发明方法可以同时对电池片正反两面制备单层或多层复合金属电极,栅线电极宽度容易改变,不需要高温退火,制备过程环保、材料损耗低,而且能耗小。
(3)本发明方法与采用纳米、微米金属颗粒等为金属电极材料的其他激光烧结制备电极方式相比,不需要涂敷金属颗粒过程,制备的金属电极纯度更高,制备过程更高效,能有效提升晶硅太阳能电池的性能参数,成本低,可以进行批量生产。
附图说明
图1为实施例1中晶硅单面太阳能电池金属电极沉积示意图;
图2为实施例2中晶硅双面太阳能电池金属电极沉积示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合实施例对本发明进行具体描述,有必要指出的是,以下实施例仅仅用于对本发明进行解释和说明,并不用于限定本发明。本领域技术人员根据上述发明内容所做出的一些非本质的改进和调整,仍属于本发明的保护范围。
实施例1
一种晶硅单面太阳能电池正面单层金属银电极的制备方法,包括以下步骤:
(1)激光刻槽
将尺寸为166mm×166mm,厚度为180μm的P型单晶硅片,经过以下工艺:清洗、双面制绒、扩散、周边刻蚀、背面抛光、背面沉积氮化硅、正面沉积氮化硅,之后将其正面朝上水平放置于精密移动台上,采用355nm波长的纳秒脉冲激光,脉冲宽度10ns,激光焦斑直径在10-20μm,激光能量密度在0.1-0.5J/cm2,硅片移动速度在0.01-1mm/s,氮化硅的刻蚀深度在60-100nm之间,使剩余氮化硅层的厚度不超过10nm。在硅片表面制备细栅的位置开细槽,细槽宽度为10-20μm,共计128条细槽;在制备主栅的位置通过多次刻蚀,形成60-100μm之间的宽槽,共计制备9条主槽。
(2)激光融化金属丝沉积
正面制备单层金属银电极,制备方法示意图如图1所示,采用银高纯丝线作为电极材料,银丝线的直径在0.01-0.02mm,采用355nm波长的激光融化银丝线,使其沿氮化硅开槽处沉积,激光能量密度在1-5J/cm2。最终电极细栅宽度为10-20μm,共计128条,主栅宽度为60-100μm,共计9条。为了防止氧化,可使用吹氮或其他惰性气体进行保护。
实施例2
一种晶硅双面太阳能电池金属复合电极的制备方法,包括以下步骤:
(1)激光刻槽
将尺寸为166mm×166mm,厚度为180μm的P型单晶硅片,经过以下工艺:清洗、双面制绒、扩散、周边刻蚀、背面抛光、背面沉积氮化硅、正面沉积氮化硅,之后将其竖直放置于精密移动台上,采用两束355nm波长的纳秒脉冲激光,分别聚焦于硅片的两面,脉冲宽度10ns,激光焦斑直径在10-20μm,激光能量密度在0.1-0.5J/cm2,硅片移动速度在0.01-1mm/s,使得氮化硅的刻蚀深度在60-100nm之间,使剩余氮化硅层的厚度不超过10nm。在硅片表面制备细栅的位置开细槽,在制备主栅的位置通过多次刻蚀,形成60-100μm之间的宽槽。
(2)激光融化金属丝沉积
正面制备银/铜复合电极,背面制备铝/铜复合电极,制备方法示意图如图2所示,具体方法如下:采用两束激光,正面首先采用银高纯丝线作为电极材料,银丝线的直径在0.01-0.02mm,采用355nm波长的激光融化银丝线,使其沿氮化硅开槽处沉积,激光能量密度在1-5J/cm2。正面沉积银电极之后,再沉积铜电极。采用高纯铜丝作为电极材料,铜丝直径在0.01-0.02mm之间。最终电极细栅宽度为10-20μm,共计128条,主栅宽度60-100μm,共计9条。背面首先采用激光沉积铝,采用高纯铝丝,铝丝直径为0.1-0.2mm,激光能量密度在1-2J/cm2,控制激光焦斑直径在10-20μm,使铝丝局部融化,控制铝液滴大小。后续沉积铜电极和正面参数类似。为了防止氧化,可使用吹氮或其他惰性气体进行保护。为了实现双面同时沉积,采用在金属丝端口加电压的方式引导液滴运动,使液滴可以运动到晶硅表面。
Claims (10)
1.一种晶硅太阳能电池复合电极的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)对晶体硅片进行清洗、双面制绒、扩散、周边刻蚀、背面抛光、背面和正面减反钝化膜沉积;
(2)使用激光对正面和/或背面的减反钝化膜进行刻蚀开槽,形成具有金属网栅结构的凹槽;
(3)通过激光融化高纯金属丝电极材料制备出液态金属滴,并将其沉积于凹槽内,冷凝后形成晶硅太阳能电池复合电极。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤(1)中所述晶体硅片为P型或N型的单晶硅片或多晶硅片。
3.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,步骤(1)中所述减反钝化膜由氮化硅、氧化硅、氧化铝中的至少一种材料组成,减反钝化膜的厚度为10-100nm。
4.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,步骤(2)中所述刻蚀开槽时,刻蚀至减反钝化膜的厚度为5-10nm。
5.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,步骤(3)中激光刻蚀开槽形成的金属网栅的主栅线宽度为40-150μm,细栅线宽度为10-30μm。
6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,所述主栅线的数量为5-15条,细栅线的数量为120-280条。
7.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,所述高纯金属丝包括银、镍、钛、铜、锡或铝中的任一种;所述电极材料包括所述高纯金属丝中的任一种金属丝材料,或者两种以上金属丝材料的任意组合。
8.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,所述高纯金属丝的丝线直径为0.01-0.1mm。
9.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,步骤(3)和步骤(4)中所述激光的波长为355-800nm,单个脉冲宽度小于100ns。
10.一种由权利要求1-9任一项所述方法制备得到的晶硅太阳能电池复合电极。
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CN202210219599.2A Pending CN114664975A (zh) | 2022-03-08 | 2022-03-08 | 一种晶硅太阳能电池复合电极及其制备方法 |
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Citations (7)
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2022
- 2022-03-08 CN CN202210219599.2A patent/CN114664975A/zh active Pending
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