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CN117810306A - 一种太阳能电池背面栅线的制备方法 - Google Patents

一种太阳能电池背面栅线的制备方法 Download PDF

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CN117810306A CN202311863616.7A CN202311863616A CN117810306A CN 117810306 A CN117810306 A CN 117810306A CN 202311863616 A CN202311863616 A CN 202311863616A CN 117810306 A CN117810306 A CN 117810306A
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Abstract

本发明提供了一种太阳能电池背面栅线的制备方法，所述方法包括：(1)在太阳能电池的背面待电镀背面栅线区域进行激光开膜；(2)清洗去除太阳能电池背面激光开膜区域的氧化层；(3)以太阳能电池背面激光开膜区域为阳极，对激光开膜区域进行电化学刻蚀以增加激光开膜区域的粗糙度；(4)在激光开膜区域电镀背面栅线。本发明方法成本低，对电池本体无损伤，不增加额外工序，不增加电镀工艺时间，就可以实现栅线结合力的提升。

Description

一种太阳能电池背面栅线的制备方法
技术领域
本发明涉及太阳能电池领域，具体涉及一种太阳能电池背面栅线的制备方法及应用。
背景技术
金属化是光伏电池片制备的关键工艺之一，传统工艺主要通过银浆制作太阳能电池电极，对于各种高效电池技术来说，银浆成本是仅次于硅片的第二大成本占比。尤其对于TOPCon、HJT技术来说，银浆成本从PERC的10-11％显著提升至16％-24％以上，成为限制其产业化推广的重要因素。
电镀金属化(Ni/Cu/Ag或Cu/Ag)能满足这类太阳电池对低温工艺、低电池材料成本和高导电双面金属网格的要求。对于TOPCon太阳电池，双面激光接触开膜(LCO)和Ni/Cu/Ag镀层的结合使得在前表面的硼发射极和背面TOPCon能制备出低接触电阻的高导电栅线。
TOPCon电池背面采用抛光来减少背面光的损失，但抛光面电镀时因比表面小导致栅线结合力差。
目前对于抛光面的电镀采用化学镀镍或蒸镀镍的方式提高栅线结合力，还有的采用二次激光的方式增加表面粗糙度来提高栅线的结合力。但化学镀镍后需要经过退火才能提升镀层结合力，这就需要化学镀镍后增加退火炉，增加电镀成本，并且退火后再电镀铜需要增加酸活化去除表面氧化层，工序增多无法在一台设备上完成镀镍镀铜方案。蒸镀镍需要在电镀前增加电子束蒸发设备，设备成本高，且增镀镍后还需要去除非栅线区域蒸镀镍层，且在电镀前还需要增加酸活化去除表面氧化层，工艺复杂。二次激光方法虽然流程简单，但是会增加激光开膜时间且激光本身会对开膜区域有损伤，进行二次激光会加大损伤。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种太阳能电池背面栅线的制备方法及应用。
本发明提供了一种太阳能电池背面栅线的制备方法，所述方法包括以下步骤：
(1)在太阳能电池的背面待形成背面栅线的区域进行激光开膜；
(2)清洗去除太阳能电池背面激光开膜区域的氧化层；
(3)以太阳能电池背面激光开膜区域为阳极，对激光开膜区域进行电化学刻蚀以增加激光开膜区域的粗糙度；
(4)在激光开膜区域制作背面栅线。
根据本发明的方法，其中，步骤(3)中，将电源正极与太阳能电池正面结构的金属栅线连接形成所述阳极。
根据本发明的方法，其中，步骤(3)中，所述电化学刻蚀中阳极氧化电流密度为0.5A/dm2～2A/dm2，优选为1A/dm2～1.5A/dm2；
所述电化学刻蚀的温度为10℃～30℃，优选为18℃～25℃；
所述电化学刻蚀的时间为30S～85S，优选为40S～60S。
根据本发明的方法，其中，步骤(2)和/或步骤(3)在氢氟酸电解液中完成；
优选地，在氢氟酸电解液中增加阴极，阴极优选为钛阴极；
更优选地，所述钛阴极的表面镀铂金或铑铱合金。
根据本发明的方法，其中，所述氢氟酸电解液的氢氟酸浓度为1wt％～3wt％，优选为1.4wt％～1.8wt％；和/或
使用NH4F调整所述氢氟酸电解液的pH值为3～4，优选为3.4～3.8。
根据本发明的方法，其中，步骤(2)中，清洗去除所述氧化层的温度为10℃～30℃，优选为18℃～25℃；
清洗去除所述氧化层时间为25S～60S，优选为30S～50S。
根据本发明的方法，其中，步骤(1)中，所述激光开膜区域形成的图形宽度为35μm～60μm，优选为40μm～45μm。
根据本发明的方法，其中，所述太阳能电池为TOPCon电池或HJT电池。
根据本发明的方法，其中，步骤(4)中，所述背面栅线的材料选自以下一种或多种：Ag、Cu、Ni、Sn。
本发明的制备方法可以具有但不限于以下有益效果：
本发明的制备方法在电镀原有去除氧化层的氢氟酸槽体中增加电源及阴阳极的方式，通过电解刻蚀的方法在激光开膜区域增加表面粗糙度。本发明方法成本低，对电池本体无损伤，不增加额外工序，不增加电镀工艺时间，就可以实现栅线结合力的提升。
附图说明
图1示出实施例1对激光开膜区域的掺杂多晶硅层进行电化学刻蚀的示意图。
图2示出了图1中a区域对应的局部放大图。
图3示出实施例1电化学刻蚀后电池结构的示意图。
图4示出了图3中b区域对应的局部放大图。
图5示出实施例1电池正面栅线结构的示意图。
图6示出了实施例1激光开膜区域经电化学刻蚀前的透射电镜图。
图7示出了实施例1激光开膜区域经电化学刻蚀后的透射电镜图。
附图标记说明：
1、电源；2、阳极；3、阴极；4、电化学刻蚀前的激光开膜区；5、电池正面栅线；6、电解液；7、TOPCon电池侧面；8、电化学刻蚀后的激光开膜区；9、TOPCon电池正面栅线结构；10、电池正面主栅；11、电池正面细栅；12、PAD点。
具体实施方式
下面通过附图和实施例对本申请进一步详细说明。通过这些说明，本申请的特点和优点将变得更为清楚明确。
在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
此外，下面所描述的本申请不同实施方式中涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
在阐述本发明的技术方案之前，定义本文中所使用的术语如下：
术语“TOPCon电池”是指：Tunnel Oxide Passivated Contact Cell，隧穿氧化层钝化接触电池。
术语“HJT电池”是指：Hereto-junction with Intrinsic Thin-layer Cell，异质结电池。
本发明提供了一种太阳能电池背面栅线的制备方法，所述方法包括以下步骤：
(1)在太阳能电池的背面待形成背面栅线的区域进行激光开膜；
(2)清洗去除太阳能电池背面激光开膜区域的氧化层；
(3)以太阳能电池背面激光开膜区域为阳极，对激光开膜区域进行电化学刻蚀以增加激光开膜区域的粗糙度；
(4)在激光开膜区域进行电镀，形成背面栅线。
本发明方法通过电解刻蚀的方法在电池背面的激光开膜区域增加表面粗糙度，从而提升了电池背面与金属栅线的结合力。在一种具体实施方式中，在原有去除氧化层的氢氟酸槽体中增加电源及阴阳极的方式对电池背面的激光开膜区域进行电化学刻蚀。与传统的化学镀镍、蒸镀镍以及二次激光方法相比，本方法成本低，不增加额外工序和设备，不增加电镀工艺时间，对电池本体无损伤，利用原有设备就可以实现栅线结合力的提升。
根据本发明的一种实施方式，步骤(3)中，将电源正极与太阳能电池正面结构的金属栅线连接形成所述阳极。
以TOPCon电池为例，在电解液槽体中增加阴极，使阴极与电源负极相连，并以TOPCon电池正面金属栅线与电源正极相连，由于TOPCon电池背面的钝化层不导电，因此电解阳极反应发生在TOPCon电池背面激光开膜区域的掺杂多晶硅层，经电化学刻蚀作用使激光开膜区域的掺杂多晶硅层表面粗糙度增加，提高其与后续电镀步骤中生成的金属栅线的结合力。
根据本发明的一种实施方式，步骤(3)中，所述电化学刻蚀中阳极氧化电流密度为0.5A/dm2～2A/dm2，优选为1A/dm2～1.5A/dm2；
所述电化学刻蚀的温度为10℃～30℃，优选为18℃～25℃；
所述电化学刻蚀的时间为30S～85S，优选为40S～60S。
通过对电化学刻蚀的阳极氧化电流密度、刻蚀温度以及刻蚀时间的控制，本发明人成功调控了太阳能电池背面激光开膜区域的掺杂多晶硅层的表面粗糙度。
根据本发明的一种实施方式，步骤(2)和/或步骤(3)在氢氟酸电解液中完成；
优选地，在氢氟酸电解液中增加阴极，阴极优选为钛阴极；
更优选地，所述钛阴极的表面镀铂金或铑铱合金。
在一种具体实施方式中，本发明方法在同一电解液槽体中，利用相同的氢氟酸电解液，先后完成了激光开膜区氧化层的去除步骤和激光开膜区掺杂多晶硅层的表面粗糙化，该方法操作方便，成本低，对电池本身无损伤。
根据本发明的一种实施方式，步骤(2)中，所述氢氟酸电解液的氢氟酸浓度为1wt％～3wt％，优选为1.4wt％～1.8wt％；
使用NH4F调整所述氢氟酸电解液的pH值为3～4，优选为3.4～3.8。
当电解液中氢氟酸酸含量低于1wt％时，电化学刻蚀效率慢；当电解液中氢氟酸含量高于3wt％时，电解液对电池片的非激光开膜区域有腐蚀。
根据本发明的一种实施方式，步骤(2)中，清洗去除所述氧化层的温度为10℃～30℃，优选为18℃～25℃；
清洗去除所述氧化层时间为25S～60S，优选为30S～50S。
步骤(1)的激光开膜过程中，在去除钝化层的同时会在掺杂多晶层的表面产生氧化物，利用氢氟酸电解液去除所述氧化物，使得掺杂多晶层暴露出来，便于后续的电化学刻蚀。
根据本发明的一种实施方式，步骤(1)中，所述激光开膜区域形成的图形宽度为35μm～60μm，优选为40μm～45μm。
由于激光开膜形成的图形宽度较小，因此采用二次激光方式再次进行开膜会对开膜区域有较大损伤，而本发明的电化学刻蚀方法克服了这一缺陷，对电池本身无损伤便可以实现栅线结合力的提升。
根据本发明的一种实施方式，所述太阳能电池为TOPCon电池或HJT电池。优选地，步骤(4)中，所述背面栅线的材料选自以下一种或多种：Ag、Cu、Ni、Sn。
经过步骤(3)的电化学刻蚀后，激光开膜区域的掺杂多晶硅层表面粗糙度增加，此时再对该区域进行金属栅线的电镀，能够获得较好的栅线结合力。
实施例1
本实施例以TOPCon电池为例，用于说明本发明太阳能电池背面栅线的制备方法。
(1)在TOPCon电池的衬底正面制备包括金属栅线的电池正面结构，在TOPCon电池的衬底背面依次制备隧穿氧化层、掺杂多晶硅层和钝化层。
在一种具体实施方式中，TOPCon电池正面结构的金属栅线设置于衬底上的金字塔绒面结构上。图3示出了电池正面栅线结构的示意图，如图3所示，TOPCon电池正面栅线结构9包括多条电池正面主栅10、多条电池正面细栅11以及多个连接主栅和细栅的PAD点12。
(2)激光开膜去除TOPCon电池背面栅线位置的钝化层。
其中，所述激光开膜区域形成的图形宽度为35μm～60μm，优选为40μm～45μm。
在一种具体实施方式中，激光开膜区域形成的图形宽度为42μm。
(3)清洗去除电池背面激光开膜区域的氧化层。
步骤(2)的激光开膜过程中，在去除钝化层的同时会在掺杂多晶层的表面产生氧化物，清洗去除所述氧化物，使得掺杂多晶层暴露出来。
优选地，使用氢氟酸去除所述氧化层。
其中，所述氢氟酸电解液的氢氟酸浓度为1wt％～3wt％，优选为1.4wt％～1.8wt％。
使用NH4F调整所述氢氟酸电解液的pH值为3～4，优选为3.4～3.8。
在一种具体实施方式中，使用氢氟酸电解液的氢氟酸浓度为1.5wt％，使用NH4F调整所述氢氟酸电解液的pH值为3.6。
其中，清洗去除所述氧化层的温度为10℃～30℃，优选为18℃～25℃；
清洗去除所述氧化层时间为25S～60S，优选为30S～50S。
在一种具体实施方式中，清洗氧化层的温度为22℃，清洗氧化层的时间为45S。
(4)以电池背面激光开膜区域为阳极，对激光开膜区域的掺杂多晶硅层进行电化学刻蚀。
图1示出对激光开膜区域的掺杂多晶硅层进行电化学刻蚀的示意图。如图1及其局部放大图图2所示，经步骤(3)的清洗去除氧化层步骤后，无需更换槽体和电解液6，仅在电解液槽体中增加阴极3并使阴极3与电源1的负极相连，同时将电源1的正极与电池正面栅线5连接形成阳极2，由于TOPCon电池背面的钝化层不导电，因此电解阳极反应发生在TOPCon电池背面激光开膜区域的掺杂多晶硅层，电解刻蚀后增加所述激光开膜区域的粗糙度。
图3示出实施例1电化学刻蚀后电池结构的示意图，如图3及其局部放大图图4所示，观察TOPCon电池侧面7，电化学刻蚀后的激光开膜区域8相对于电化学刻蚀前的激光开膜区4增加了粗糙度。
在一种优选实施方式中，步骤(3)和步骤(4)均在氢氟酸电解液槽体中完成。
其中，所述槽体中还包括阴极。
在一种具体实施方式中，采用表面镀铂金或铑铱合金的钛电极为阴极板。
通过对电化学刻蚀的阳极氧化电流密度、刻蚀温度以及刻蚀时间的控制，对TOPCon电池背面激光开膜区域的掺杂多晶硅层的表面粗糙度进行调控。
其中，电化学刻蚀中阳极氧化电流密度为0.5A/dm2～2A/dm2，优选为1A/dm2～1.5A/dm2；
电化学刻蚀的温度为10℃～30℃，优选为18℃～25℃；
电化学刻蚀的时间为30S～85S，优选为40S～60S。
在一种具体实施方式中，电化学刻蚀阳极氧化电流密度为1.2dm2，电化学刻蚀温度为22℃，电化学刻蚀时间为45S。图6和图7分别示出了激光开膜区域经电化学刻蚀前后的透射电镜图，从图中可以看出，经过电化学刻蚀后，激光开膜区域(栅线区域)的粗糙度明显提高，有利于增加栅线结合力，提高栅线拉脱力。
(5)步骤(4)的电化学刻蚀完成后，在粗糙化的激光开膜区域进行电镀背面金属栅线。
在一种具体实施方式中，在激光开膜区域电镀Ni-Cu-Ag栅线，电镀条件为：镀镍电流400mA，电镀时间2.5min，镀铜电流1600mA，电镀时间4min，化学镀银1min。
经过对激光开膜区域的粗糙化，加强了背面栅线的结合力，不增加电镀工艺时间，无需额外的电镀设备和工序。
以上结合了优选的实施方式对本申请进行了说明，不过这些实施方式仅是范例性的，仅起到说明性的作用。在此基础上，可以对本申请进行多种替换和改进，这些均落入本申请的保护范围内。

Claims (10)

1.一种太阳能电池背面栅线的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)在太阳能电池的背面待形成背面栅线的区域进行激光开膜；
(2)清洗去除太阳能电池背面激光开膜区域的氧化层；
(3)以太阳能电池背面激光开膜区域为阳极，对激光开膜区域进行电化学刻蚀以增加激光开膜区域的粗糙度；
(4)在激光开膜区域制作背面栅线。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中，将电源正极与太阳能电池正面结构的金属栅线连接形成所述阳极。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤(3)中，所述电化学刻蚀中阳极氧化电流密度为0.5A/dm2～2A/dm2，优选为1A/dm2～1.5A/dm2；
所述电化学刻蚀的温度为10℃～30℃，优选为18℃～25℃；
所述电化学刻蚀的时间为30S～85S，优选为40S～60S。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，步骤(2)和/或步骤(3)在氢氟酸电解液中完成。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在氢氟酸电解液中增加阴极，所述阴极优选为钛阴极；
更优选地，所述钛阴极的表面镀铂金或铑铱合金。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述氢氟酸电解液的氢氟酸浓度为1wt％～3wt％，优选为1.4wt％～1.8wt％；和/或
使用NH4F调整所述氢氟酸电解液的pH值为3～4，优选为3.4～3.8。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，清洗去除所述氧化层的温度为10℃～30℃，优选为18℃～25℃；
清洗去除所述氧化层时间为25S～60S，优选为30S～50S。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述激光开膜区域形成的图形宽度为35μm～60μm，优选为40μm～45μm。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其特征在于，所述太阳能电池为TOPCon电池或HJT电池。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其特征在于，步骤(4)中，所述背面栅线的材料选自以下一种或多种：Ag、Cu、Ni、Sn。
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