一種晶體硅太陽(yáng)能電池前柵線電極的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種晶體硅太陽(yáng)能電池前柵線電極的制備方法。具體步驟：在具有PN結(jié)及鋁背電極的硅片上利用絲網(wǎng)印刷技術(shù)，印刷電極種子層；在硅片的正面沉積一層氮化硅減反射膜；利用激光刻蝕技術(shù)去除種子層表面的氮化硅，使種子層暴露出來(lái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)硅片開槽及退火的目的；利用光誘導(dǎo)電鍍、電鍍技術(shù)電鍍前柵線電極，形成完整的晶體硅太陽(yáng)能電池片。本發(fā)明既結(jié)合了傳統(tǒng)的絲網(wǎng)印刷工藝又融合了當(dāng)前的光誘導(dǎo)電鍍技術(shù)。在制備種子層的過(guò)程中有效地利用了相關(guān)步驟中的溫度條件達(dá)到對(duì)種子層的退火工藝，節(jié)約了成本；制備的前柵線電極與硅體之間形成良好的歐姆接觸；前柵線電極均勻致密，導(dǎo)電性好，器件的串聯(lián)電阻小，電極附著力增加，生產(chǎn)成本低，產(chǎn)出效率高。
【專利說(shuō)明】一種晶體硅太陽(yáng)能電池前柵線電極的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于太陽(yáng)能利用【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種晶體硅太陽(yáng)能電池前柵線電極的制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著傳統(tǒng)石化不可再生能源煤炭、石油、天然氣等頻頻告急，能源問(wèn)題日益成為制約國(guó)際社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸時(shí)，越來(lái)越多的國(guó)家開始把目光轉(zhuǎn)向綠色、環(huán)保、可再生的太陽(yáng)能，風(fēng)能，水能等新型能源。但其中又以太陽(yáng)能最為重要。因此開發(fā)太陽(yáng)能資源，是推動(dòng)世界各國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新動(dòng)力。太陽(yáng)能光伏發(fā)電不但要替代部分常規(guī)能源，而且將成為世界能源供應(yīng)的主體，在不遠(yuǎn)的將來(lái)會(huì)占據(jù)世界能源消費(fèi)的重要席位。自從晶體硅太陽(yáng)能電池問(wèn)世以來(lái)，經(jīng)過(guò)半個(gè)多世紀(jì)技術(shù)改進(jìn)，開發(fā)了多種幾何結(jié)構(gòu)和制造工藝的太陽(yáng)能電池產(chǎn)品。現(xiàn)有技術(shù)晶體硅太陽(yáng)能電池常見結(jié)構(gòu)包括鋁背電極、PN結(jié)晶硅基體、前柵電極和減反射層，其制造工藝包括:清洗制絨、擴(kuò)散制PN結(jié)、洗磷和刻蝕、制備反射層、電極印刷、背電極鈍化、高溫?zé)Y(jié)及測(cè)試分選。
[0003]目前，工業(yè)上采用絲網(wǎng)印刷銀電極技術(shù)制備銀前柵電極，然后進(jìn)行快速燒結(jié)，銀漿里的有機(jī)物會(huì)與氮化硅減反射層反應(yīng)除去氮化硅以形成銀對(duì)硅的接觸。這種方法工藝簡(jiǎn)單成熟、設(shè)備產(chǎn)能較高，得到了大規(guī)模應(yīng)用，但存在如下缺陷:1、燒結(jié)后的銀電極和硅之間會(huì)產(chǎn)生一層不導(dǎo)電的玻璃體，接觸電阻很大；2、銀漿中有機(jī)物在燒結(jié)過(guò)程中蒸發(fā)，使得銀電極呈疏松多孔的結(jié)構(gòu)，電極的體電阻大；3、絲網(wǎng)印刷的柵線一般大于80 μ m，而且很難減少線寬，且一次印刷只能產(chǎn)生小于25 μ m的線高，雖然可以通過(guò)二次印刷增家柵線厚度，但又會(huì)造成柵線進(jìn)一步加寬，因此電極高寬比小，較寬的線寬降低了太陽(yáng)能電池的工作面積，故陰影損耗大；由于銀材料本身的價(jià)格昂貴，加之目前銀漿技術(shù)被國(guó)外大公司所壟斷，導(dǎo)致光伏企業(yè)生產(chǎn)成本大幅度升高。在新發(fā)展的晶體硅太陽(yáng)能電池前柵線電極制備技術(shù)中又以激光開槽或者光刻開槽種子層為主，具體的制造工藝包括:清洗制絨、擴(kuò)散制PN結(jié)、洗磷和亥_、制備反射層、印刷鋁背電極、鋁背電極鈍化、激光(光刻)開槽電極種子層、電鍍銀或者電鍍鎳、RTP快速退火、電鍍銅、錫。該工藝在一定程度上克服了絲網(wǎng)印刷技術(shù)所存在的缺點(diǎn)，但是在刻槽的過(guò)程中工藝復(fù)雜，技術(shù)要求高，激光開槽很容易損傷PN結(jié)，并且生產(chǎn)周期長(zhǎng)，在一定程度上增加了生產(chǎn)成本，不利于大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)。
[0004]因此，開發(fā)一種新的晶體硅太陽(yáng)能電池前柵線電極的制備工藝，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)效率高，生產(chǎn)成本低，電池的接觸電阻小，體電阻小，陰影損耗低等優(yōu)點(diǎn)。并在一定程度上提高晶體硅太陽(yáng)能電池的性能，對(duì)晶體硅太陽(yáng)能電池有著重大經(jīng)濟(jì)和社會(huì)意義，以及更為廣闊的發(fā)展應(yīng)用前景。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種便于與現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)工藝相結(jié)合、生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、前柵線電極與晶體硅接觸電阻小、電極體電阻小、陰影損耗小、制作成本低、光電轉(zhuǎn)化效率高的一種晶體硅太陽(yáng)能電池前柵線電極的制備方法。
[0006]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種晶體硅太陽(yáng)能電池前柵線電極的制備方法，其特征是具備如下步驟:
1.在具有鋁背電極、PN結(jié)晶體硅片的正面絲網(wǎng)印刷前柵線電極種子層；
2.沉積氮化硅減反射層；
3.激光刻槽的方法除去前柵線電極表面的氮化娃；
4.電鍍前柵線電極；
5.電鍍前柵線電極保護(hù)層金屬。
[0007]所用的晶體硅片是經(jīng)過(guò)制絨、磷擴(kuò)散、去磷硅玻璃、印刷鋁背電極等工藝流程的半成品晶體硅太陽(yáng)能電池片。
[0008]所述的絲網(wǎng)印刷前柵線電極種子層材料為Ni，Co，W中的一種或者任意兩種材料的混合衆(zhòng)料，絲網(wǎng)印刷的細(xì)柵線寬度為20 μ m-80 μ m,主柵線寬度為lmm-2mm，柵線的厚度為 1nm-1OOnm。
[0009]所述的采用PECVD工藝，在印刷前柵線電極種子層后的晶體硅片上沉積氮化硅減反射層，沉積溫度為275°C _450°C，氮化硅層的厚度為60nm-100nm，并利用沉積時(shí)的溫度對(duì)種子層進(jìn)行退火處理。
[0010]所述激光刻槽的方法是利用激光除去種子層表面的氮化硅，同時(shí)對(duì)種子層進(jìn)行二次退火,形成歐姆接觸層。
[0011 ] 所述的前柵線電極為Cu、Ag或其合金電極。
[0012]所述的前柵線電極是通過(guò)光誘導(dǎo)電鍍、橫流電鍍、恒壓電鍍、脈沖電鍍等方法中的一種或者任意兩種方法混合電鍍而成。
[0013]所述的前柵線電極保護(hù)層為Sn，Ag金屬材料。
[0014]本發(fā)明既結(jié)合了傳統(tǒng)的絲網(wǎng)印刷工藝又融合了當(dāng)前的光誘導(dǎo)電鍍技術(shù)。在制備種子層的過(guò)程中有效地利用了相關(guān)步驟中的溫度條件達(dá)到對(duì)種子層的退火工藝，節(jié)約了成本；制備的前柵線電極與硅體之間形成良好的歐姆接觸；前柵線電極均勻致密，導(dǎo)電性好，器件的串聯(lián)電阻小，電極附著力增加，生產(chǎn)成本低,產(chǎn)出效率高。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1為本發(fā)明太陽(yáng)能電池制造方法的工藝流程示意圖；
圖中:A1為招背電極，A2為晶體娃P區(qū)，A3為晶體娃N區(qū)，A4為種子層，A5為氮化娃減反射層，A6為前柵線電極，A6為前柵線電極保護(hù)層；B1為絲網(wǎng)印刷種子層，B2為物理氣相沉積氮化硅減反射層，B3為激光刻蝕，B4為電鍍前柵線電極，B5為電鍍前柵線電極保護(hù)層。

【具體實(shí)施方式】
[0016]本發(fā)明一種晶體硅太陽(yáng)能電池前柵線電極的制備方法。它具有如下步驟:在具有PN結(jié)及鋁背電極的硅片上利用絲網(wǎng)印刷技術(shù)，印刷前柵線電極種子層；在硅片的正面沉積一層氮化硅減反射膜；利用激光刻蝕技術(shù)去除種子層表面的氮化硅，使種子層暴露出來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)硅片開槽及退火的目的；利用光誘導(dǎo)電鍍、電鍍技術(shù)電鍍前柵線電極和前柵線電極保護(hù)層，從而形成完整的晶體硅太陽(yáng)能電池片。
[0017]本發(fā)明包括晶體硅P-N結(jié)、P區(qū)背電極，所述的P區(qū)背電極與晶體硅P-N結(jié)電性連接，晶體硅P-N結(jié)之N區(qū)表面制作前柵電極；所述的前柵線電極由高導(dǎo)電金屬及通過(guò)絲網(wǎng)印刷，電鍍工藝形成。
[0018]本發(fā)明的晶體硅前柵線電極，是通過(guò)利用傳統(tǒng)的絲網(wǎng)印刷工藝直接在晶體硅PN結(jié)襯底上制作前柵線電極種子層，種子層細(xì)柵線的寬度為20 μ m-80 μ m,主柵線的寬度為
前柵線電極種子層材料為鎳漿、鈷漿、鎢漿中的一種或者任意兩種的混合物。
[0019]本發(fā)明的晶體硅前柵線電極，是通過(guò)在晶體硅太陽(yáng)能電池的表面通過(guò)成膜速度快、薄膜均勻的PECVD工藝沉積氮化硅減反射層，沉積溫度為275°C -450 V。同時(shí)利用沉積氮化硅的溫度對(duì)前柵線電極種子層漿料進(jìn)行烘干、退火處理，形成硅化物。沉積的減反射膜氮化娃的厚度為60nm-100nm。
[0020]本發(fā)明的晶體硅前柵線電極，是通過(guò)激光刻槽的方法除去種子層表面的氮化硅減反射層的。同時(shí)利用激光的能量對(duì)前柵線電極種子層進(jìn)行二次退火處理，保證硅化物的形成，降低電極與晶體硅的接觸勢(shì)壘和接觸電阻。
[0021]本發(fā)明的晶體硅前柵線電極，是通過(guò)通過(guò)光誘導(dǎo)電鍍、橫流電鍍、恒壓電鍍、脈沖電鍍等方法中的一種或者任意兩種方法混合電鍍而成的，電極金屬為銅、銀。利用電鍍的方法得到的前柵線電極均勻致密、導(dǎo)電性好，電極與晶體硅的接觸好，附著力強(qiáng)。
[0022]本發(fā)明的晶體硅前柵線電極，是通過(guò)在前柵線電極表面電鍍一層銀或者錫，一方面來(lái)保護(hù)前柵線電極，另一方面電極的焊接。從而增加了電池的使用壽命和便于電池后期的組裝。
[0023]實(shí)施例1:選擇具有鋁背電極的晶體硅片，在硅片的正面絲網(wǎng)印刷細(xì)柵線寬度為40 μ m，主柵線寬度為1.5mm的前柵線電極種子層漿料為鎳漿，在300°C的條件下，采用PECVD ( Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposit1n)等離子體增強(qiáng)化學(xué)汽相沉積工藝沉積80nm厚度的氮化硅減反射層，利用激光刻槽的方法除去種子層表面的氮化硅，利用光誘導(dǎo)電鍍的方法電鍍銅前柵線電極并橫流電鍍錫保護(hù)層。經(jīng)檢測(cè)，按照此工藝得到的晶體硅前柵線電極均勻致密、電池的串聯(lián)電阻遠(yuǎn)低于現(xiàn)有技術(shù)制備的電池；在電極與晶體硅接觸處有鎳硅化物生成；整個(gè)電極的效率比現(xiàn)有技術(shù)制備的電池平均高0.26%左右，前柵線電極與晶體硅的附著力增加21%左右。利用銅電極代替銀前柵線電極，每片電池片節(jié)約成本0.7兀左右,大大降低了晶體娃電池生產(chǎn)成本。
[0024]實(shí)施例2:選擇具有鋁背電極的晶體硅片，在硅片的正面絲網(wǎng)印刷細(xì)柵線寬度為60 μ m，主柵線寬度為1.5mm的前柵線電極種子層漿料為鎳漿，在400°C的條件下，采用PECVD工藝沉積70nm厚度的氮化硅減反射層，利用激光刻槽的方法除去種子層表面的氮化硅，利用恒壓電鍍的方法電鍍銅前柵線電極并橫流電鍍錫保護(hù)層。經(jīng)檢測(cè)，按照此工藝得到的晶體硅前柵線電極均勻致密、電池的串聯(lián)電阻遠(yuǎn)低于現(xiàn)有技術(shù)制備的電池；在電極與晶體硅接觸處有鎳硅化物生成；整個(gè)電極的效率比現(xiàn)有技術(shù)制備的電池平均高0.18%左右，前柵線電極與晶體硅的附著力增加23.4%左右。利用銅電極代替銀前柵線電極，每片電池片節(jié)約成本0.75元左右，大大降低了晶體硅電池生產(chǎn)成本。
[0025]實(shí)施例3:選擇具有鋁背電極的晶體硅片，在硅片的正面絲網(wǎng)印刷細(xì)柵線寬度為50 μ m，主柵線寬度為Imm的前柵線電極種子層漿料為鈷漿，在450°C的條件下，采用PECVD工藝沉積90nm厚度的氮化硅減反射層，利用激光刻槽的方法除去種子層表面的氮化硅，利用光誘導(dǎo)電鍍的方法電鍍銅前柵線電極并橫流電鍍錫保護(hù)層。經(jīng)檢測(cè)，按照此工藝得到的晶體硅前柵線電極均勻致密、電池的串聯(lián)電阻遠(yuǎn)低于現(xiàn)有技術(shù)制備的電池；在電極與晶體硅接觸處有鈷硅化物生成；整個(gè)電極的效率比現(xiàn)有技術(shù)制備的電池平均高0.23%左右，前柵線電極與晶體硅的附著力增加25.3%左右。利用銅電極代替銀前柵線電極，每片電池片節(jié)約成本0.7元左右，大大降低了晶體硅電池生產(chǎn)成本。
[0026]實(shí)施例4:選擇具有鋁背電極的晶體硅片，在硅片的正面絲網(wǎng)印刷細(xì)柵線寬度為50 μ m，主柵線寬度為Imm的前柵線電極種子層漿料為鈷漿，在450°C的條件下，采用PECVD工藝沉積90nm厚度的氮化硅減反射層，利用激光刻槽的方法除去種子層表面的氮化硅，利用恒流電鍍的方法電鍍銀前柵線電極并橫流電鍍錫保護(hù)層。經(jīng)檢測(cè)，按照此工藝得到的晶體硅前柵線電極均勻致密、電池的串聯(lián)電阻遠(yuǎn)低于現(xiàn)有技術(shù)制備的電池；在電極與晶體硅接觸處有鈷硅化物生成；整個(gè)電極的效率比現(xiàn)有技術(shù)制備的電池平均高0.27%左右，前柵線電極與晶體硅的附著力增加19%左右。
[0027]實(shí)施例5:選擇具有鋁背電極的晶體硅片，在硅片的正面絲網(wǎng)印刷細(xì)柵線寬度為60 μ m,主柵線寬度為1.5mm的前柵線電極種子層漿料為鎳漿與鈷漿的混合物，在400°C的條件下，采用PECVD工藝沉積90nm厚度的氮化硅減反射層，利用激光刻槽的方法除去種子層表面的氮化硅，利用光誘導(dǎo)電鍍的方法電鍍銅前柵線電極并橫流電鍍錫保護(hù)層。經(jīng)檢測(cè)，按照此工藝得到的晶體硅前柵線電極均勻致密、電池的串聯(lián)電阻遠(yuǎn)低于現(xiàn)有技術(shù)制備的電池；在電極與晶體硅接觸處有鈷硅化物和鎳硅化物生成；整個(gè)電極的效率比現(xiàn)有技術(shù)制備的電池平均高0.18%左右，前柵線電極與晶體硅的附著力增加23%左右。利用銅電極代替銀前柵線電極，每片電池片節(jié)約成本0.7元左右，大大降低了晶體硅電池生產(chǎn)成本。
[0028]實(shí)施例6:選擇具有鋁背電極的晶體硅片，在硅片的正面絲網(wǎng)印刷細(xì)柵線寬度為70 μ m，主柵線寬度為2_的前柵線電極種子層漿料為鎳漿與鎢漿的混合物，在450°C的條件下，采用PECVD工藝沉積SOnm厚度的氮化硅減反射層，利用激光刻槽的方法除去種子層表面的氮化硅，利用光誘導(dǎo)電鍍的方法電鍍銅前柵線電極并橫流電鍍錫保護(hù)層。經(jīng)檢測(cè)，按照此工藝得到的晶體硅前柵線電極均勻致密、電池的串聯(lián)電阻遠(yuǎn)低于現(xiàn)有技術(shù)制備的電池；在電極與晶體硅接觸處有鎳硅化物生成；整個(gè)電極的效率比現(xiàn)有技術(shù)制備的電池平均高0.13%左右，前柵線電極與晶體硅的附著力增加16%左右。利用銅電極代替銀前柵線電極，每片電池片節(jié)約成本0.75元左右，大大降低了晶體硅電池生產(chǎn)成本。
[0029]實(shí)施例7:選擇具有鋁背電極的晶體硅片，在硅片的正面絲網(wǎng)印刷細(xì)柵線寬度為40μπι，主柵線寬度為2mm的前柵線電極種子層漿料為鎳漿與鈷漿的混合物，在380°C的條件下，采用PECVD工藝沉積70nm厚度的氮化硅減反射層，利用激光刻槽的方法除去種子層表面的氮化硅，利用恒壓電鍍的方法電鍍銀前柵線電極并橫流電鍍錫保護(hù)層。經(jīng)檢測(cè)，按照此工藝得到的晶體硅前柵線電極均勻致密、電池的串聯(lián)電阻遠(yuǎn)低于現(xiàn)有技術(shù)制備的電池；在電極與晶體硅接觸處有鎳硅化物和鈷硅化物生成；整個(gè)電極的效率比現(xiàn)有技術(shù)制備的電池平均高0.37%左右，前柵線電極與晶體硅的附著力增加17.2%左右。
【權(quán)利要求】
1.一種晶體硅太陽(yáng)能電池前柵線電極的制備方法，其特征是具備如下步驟: 在具有鋁背電極、PN結(jié)晶體硅片的正面絲網(wǎng)印刷前柵線電極種子層； 沉積氮化硅減反射層； 激光刻槽的方法除去前柵線電極表面的氮化娃； 電鍍前柵線電極； 電鍍前柵線電極保護(hù)層金屬。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種晶體硅太陽(yáng)能電池前柵線電極的制備方法，其特征是:所用的晶體硅片是經(jīng)過(guò)制絨、磷擴(kuò)散、去磷硅玻璃、印刷鋁背電極等工藝流程的半成品晶體硅太陽(yáng)能電池片。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種晶體硅太陽(yáng)能電池前柵線電極的制備方法，其特征是:所述的絲網(wǎng)印刷前柵線電極種子層材料為Ni，Co, W中的一種或者任意兩種材料的混合漿料，絲網(wǎng)印刷的細(xì)柵線寬度為20μπι-80μπι，主柵線寬度為lmm-2mm，柵線的厚度為1nm-1OOnm0
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種晶體硅太陽(yáng)能電池前柵線電極的制備方法，其特征是:采用PECVD工藝，在印刷前柵線電極種子層后的晶體硅片上沉積氮化硅減反射層，沉積溫度為275°C _450°C，氮化硅層的厚度為60nm-100nm，并利用沉積時(shí)的溫度對(duì)種子層進(jìn)行退火處理。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種晶體硅太陽(yáng)能電池前柵線電極的制備方法，其特征是:所述激光刻槽的方法是利用激光除去種子層表面的氮化硅，同時(shí)對(duì)種子層進(jìn)行二次退火，形成歐姆接觸層。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種晶體硅太陽(yáng)能電池前柵線電極的制備方法，其特征是:前柵線電極為Cu、Ag或其合金電極。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種晶體硅太陽(yáng)能電池前柵線電極的制備方法，其特征是:前柵線電極是通過(guò)光誘導(dǎo)電鍍、橫流電鍍、恒壓電鍍、脈沖電鍍等方法中的一種或者任意兩種方法混合電鍍而成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種晶體硅太陽(yáng)能電池前柵線電極的制備方法，其特征是:前柵線電極保護(hù)層為Sn，Ag金屬材料。
【文檔編號(hào)】H01L31/18GK104362216SQ201410570419
【公開日】2015年2月18日 申請(qǐng)日期:2014年10月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月23日
【發(fā)明者】李俊杰, 劉鑄, 申皓, 羅曉斌, 李璇, 何桃玲 申請(qǐng)人:云南大學(xué)