CN104465881A - 太阳能电池的多层金属化结构的实现方法 - Google Patents

太阳能电池的多层金属化结构的实现方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种太阳能电池的多层金属化结构的实现方法，该方法的步骤如下：（a）制备太阳能电池结构至介质膜的完成；（b）制备金属化结构，具体步骤如下：（b1）首先在介质膜上制备接触金属层；（b2）再在接触金属层上制备导电金属层，完成金属化结构的制备。本发明能够实现更高的转换效率，并且降低了金属化工艺和物料成本。

Description

太阳能电池的多层金属化结构的实现方法
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池的多层金属化结构的实现方法，属于晶体硅太阳能电池技术领域。
背景技术
目前，丝网印刷结合金属浆料烧结是目前量产太阳能电池最常用的金属化方法，通过印刷银浆、铝浆或银/铝浆，经过高温烧结过程，实现太阳能电池的电学接触、电学传导、焊接互联等功能的金属化。一般地，印刷银浆和银/铝浆可以分别在n+型和p+型掺杂面形成良好的欧姆接触，但金属银价格昂贵，导致含银浆料在太阳能电池制造成本中的占比很高，无法大量使用；铝浆价格较便宜，烧结铝浆时，大量铝原子扩散到晶体硅中，形成p+型掺杂层，通常在P型衬底太阳能电池中形成背表面场。但使用铝浆无法与n+型掺杂面形成欧姆接触，也无法兼容扩散形成的高质量p+型掺杂面，且体电阻率较高，限制了在不同种结构电池中的使用。另外，广泛地运用SiNx、SiO2、Al2O3、TiOx、a-Si等介质薄膜的进行表面钝化，可以实现太阳能电池的高转换效率。起钝化作用的介质薄膜往往电阻很高，甚至是绝缘的，因此需要使用激光消融或掩膜刻蚀等技术在金属化前局部地去除介质，使得实施的金属与太阳能电池的功能区形成接触。这样既实现了金属化也保证较高的钝化效果。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种太阳能电池的多层金属化结构的实现方法，它能够实现更高的转换效率，并且降低了金属化工艺和物料成本。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种太阳能电池的多层金属化结构的实现方法，该方法的步骤如下：
(a)制备太阳能电池结构至介质膜的完成；
(b)制备金属化结构，具体步骤如下：
(b1)首先在介质膜上制备接触金属层；
(b2)再在接触金属层上制备导电金属层，完成金属化结构的制备。
进一步为了使太阳能电池形成三层金属化结构以便焊接太阳能电池和组件的汇流互联条，所述的步骤(b)中还具有步骤(b3)：再在导电金属层上制备焊接金属层。
进一步，所述的接触金属层的厚度为10nm～2μm，导电金属层的厚度为5μm～50μm，所述的焊接金属层的厚度为100nm～20μm。
进一步，所述的接触金属层、导电金属层和焊接金属层的制备方法为丝网印刷。
进一步，所述的接触金属层、导电金属层和焊接金属层的丝网印刷线宽为1μm～200μm。
进一步，所述的接触金属层、导电金属层和焊接金属层的烧结方法是分次烘干，一次烧结，烘干温度是100℃至400℃，烧结温度是500℃至1000℃。
进一步，所述的接触金属层、导电金属层和焊接金属层的烧结方法是分次烘干，分次烧结，烘干温度是100℃至400℃，烧结温度是500至1000℃。
进一步，丝网印刷的接触金属层的浆料成份中包含银、铝、玻璃介质、粘结剂、溶剂和聚合物，并且银的质量百分比为70％～95％，铝的质量百分比为0～30％，其余为玻璃介质、粘结剂、溶剂和聚合物，总计100％。
进一步，丝网印刷的导电金属层的浆料成分中包含铝、铜、粘结剂、溶剂和聚合物。
进一步，丝网印刷的焊接金属层的浆料成分中包含银、锡、铟、镍、粘结剂、溶剂和聚合物。
进一步，所述的步骤(a)和步骤(b)之间还包括步骤：局部去除介质膜，形成暴露硅衬底或掺杂层的开口；并在步骤(b1)中，使接触金属层覆盖介质膜的开口，与硅衬底或掺杂层接触。
采用了上述技术方案，本发明具有以下的有益效果：实现太阳能电池更高的转换效率，并且降低了金属化工艺和物料成本。
附图说明
图1为本发明的需要刻蚀介质膜的多层金属化结构的示意图；
图2为本发明的不需要刻蚀介质膜的多层金属化结构的示意图；
图3为本发明的不具有焊接金属层的多层金属化结构的示意图。
具体实施方式
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。
实施例一
如图1所示，一种太阳能电池的多层金属化结构的实现方法，该方法的步骤如下：
(a)在硅衬底101上形成n+(或p+)的掺杂层102，沉积介质膜103钝化表面。介质膜是SiNx、SiO2、Al2O3、TiOx、a-Si等材料，以及这些材料组成的单层、双层或多层结构；
(b)制备金属化结构，具体步骤如下：
(b1)首先在介质膜103上制备接触金属层104；
(b2)再在接触金属层104上制备导电金属层105，完成金属化结构的制备。
所述的步骤(a)和步骤(b)之间还包括步骤：局部去除介质膜103，形成暴露硅衬底101或掺杂层102的开口；并在步骤(b1)中，使接触金属层104覆盖介质膜103的开口，与硅衬底101或掺杂层102接触。
所述的步骤(b)中还具有步骤(b3)：再在导电金属层105上制备焊接金属层106。
接触金属层104的厚度为10nm或2μm，当然，接触金属层104的厚度可在10nm～2μm之间选择；
导电金属层105的厚度为5μm或50μm，当然导电金属层105的厚度还可在5μm～50μm之间选择；
所述的焊接金属层106的厚度为100nm或20μm，当然焊接金属层106的厚度还可在100nm～20μm之间选择；
接触金属层104、导电金属层105和焊接金属层106的制备方法为丝网印刷，但不限于此；所述的接触金属层、导电金属层和焊接金属层的丝网印刷线宽为1μm或200μm，当然，其丝网印刷线宽可以在1μm～200μm中选择；在丝网印刷过程中，网印刷导电金属层105的图形是整面，或相连图形，且覆盖接触金属层104，丝网印刷焊接金属层106的图形是小于导电金属层105的图形。
接触金属层104、导电金属层105和焊接金属层106的烧结方法是分次烘干，一次烧结，烘干温度是100℃或400℃，该烘干温度可在100℃～400℃之间选择，烧结温度是500℃或1000℃，该烧结温度可在500℃～1000℃之间选择。
丝网印刷的接触金属层104的浆料成份中包含银、铝、玻璃介质、粘结剂、溶剂和聚合物，并且银的质量百分比为70％，铝的质量百分比为25％，其余为玻璃介质、粘结剂、溶剂和聚合物，总计100％；
丝网印刷的导电金属层105的浆料成分中包含铝、铜、粘结剂、溶剂和聚合物。
丝网印刷的焊接金属层106的浆料成分中包含银、锡、铟、镍、粘结剂、溶剂和聚合物。
实施例二
如图2所示，一种太阳能电池的多层金属化结构的实现方法，该方法的步骤如下：
(a)在硅衬底101上形成n+(或p+)的掺杂层102，沉积介质膜103钝化表面。介质膜是SiNx、SiO2、Al2O3、TiOx、a-Si等材料，以及这些材料组成的单层、双层或多层结构；
(b)制备金属化结构，具体步骤如下：
(b1)首先在介质膜103上制备接触金属层104；
(b2)再在接触金属层104上制备导电金属层105，完成金属化结构的制备。
所述的步骤(b)中还具有步骤(b3)：再在导电金属层105上制备焊接金属层106。
接触金属层104的厚度为10nm或2μm，当然，接触金属层104的厚度可在10nm～2μm之间选择；
导电金属层105的厚度为5μm或50μm，当然导电金属层105的厚度还可在5μm～50μm之间选择；
所述的焊接金属层106的厚度为100nm或20μm，当然焊接金属层106的厚度还可在100nm～20μm之间选择；
接触金属层104、导电金属层105和焊接金属层106的制备方法为丝网印刷，但不限于此；所述的接触金属层、导电金属层和焊接金属层的丝网印刷线宽为1μm或200μm，当然，其丝网印刷线宽可以在1μm～200μm中选择；在丝网印刷过程中，网印刷导电金属层105的图形是整面，或相连图形，且覆盖接触金属层104，丝网印刷焊接金属层106的图形是小于导电金属层105的图形。
接触金属层104、导电金属层105和焊接金属层106的烧结方法是分次烘干，一次烧结，烘干温度是100℃或400℃，该烘干温度可在100℃～400℃之间选择，烧结温度是500℃或1000℃，该烧结温度可在500℃～1000℃之间选择；当然还可是为：接触金属层104、导电金属层105和焊接金属层106的烧结方法是分次烘干，分次烧结，烘干温度是100℃至400℃，烧结温度是500至1000℃。
丝网印刷的接触金属层104的浆料成份中包含银、铝、玻璃介质、粘结剂、溶剂和聚合物，并且银的质量百分比为95％，铝的质量百分比为3％，其余为玻璃介质、粘结剂、溶剂和聚合物，总计100％。
丝网印刷的导电金属层105的浆料成分中包含铝、铜、粘结剂、溶剂和聚合物。
丝网印刷的焊接金属层106的浆料成分中包含银、锡、铟、镍、粘结剂、溶剂和聚合物。
实施例三
如图3所示，一种太阳能电池的多层金属化结构的实现方法，该方法的步骤如下：
(a)在硅衬底101上形成n+(或p+)的掺杂层102，沉积介质膜103钝化表面。介质膜是SiNx、SiO2、Al2O3、TiOx、a-Si等材料，以及这些材料组成的单层、双层或多层结构；
(b)制备金属化结构，具体步骤如下：
(b1)首先在介质膜103上制备接触金属层104；
(b2)再在接触金属层104上制备导电金属层105，完成金属化结构的制备。
所述的步骤(a)和步骤(b)之间还包括步骤：运用激光消融或掩膜刻蚀技术局部去除介质膜103，形成暴露硅衬底101或掺杂层102的开口；并在步骤(b1)中，使接触金属层104覆盖介质膜103的开口，与硅衬底101或掺杂层102接触。
接触金属层104的厚度为10nm或2μm，当然，接触金属层104的厚度可在10nm～2μm之间选择；
导电金属层105的厚度为5μm或50μm，当然导电金属层105的厚度还可在5μm～50μm之间选择；
接触金属层104和导电金属层105的制备方法为丝网印刷，但不限于此；所述的接触金属层和导电金属层的丝网印刷线宽为1μm或200μm，当然，其丝网印刷线宽可以在1μm～200μm中选择；在丝网印刷过程中，网印刷导电金属层105的图形是整面，或相连图形，且覆盖接触金属层104。
接触金属层104和导电金属层105的烧结方法是分次烘干，一次烧结，烘干温度是100℃或400℃，该烘干温度可在100℃～400℃之间选择，烧结温度是500℃或1000℃，该烧结温度可在500℃～1000℃之间选择；丝网印刷的接触金属层104的浆料成份中包含银、铝、玻璃介质、粘结剂、溶剂和聚合物，并且银的质量百分比为80％，铝的质量百分比为15％，其余为玻璃介质、粘结剂、溶剂和聚合物，总计100％。
丝网印刷的导电金属层105的浆料成分中包含铝、铜、粘结剂、溶剂和聚合物。
本发明可以运用到多种结构太阳能电池的制造，包括：P型背钝化结构、N型背钝化结构、N型双面结构、HIT、IBC等。
本发明的工作原理如下：
本发明针对太阳能电池电学接触、电学传导、互联焊接等要求实施不同金属的多层结构，使用较薄的接触金属层104与n+和p+型形成良好的接触，并降低浆料成本；使用较厚较廉价的金属(铝、铜等)制备导电金属层105在接触金属层104上形成良好的导电，且在烧结过程中，这些高扩散系数的金属由于接触金属层的阻挡无法扩散至n+和p+掺杂区域，不会影响太阳能电池性能；使用可焊接的金属(锡、铟等)形成焊接金属层106，以便焊接太阳能电池和组件的汇流互联条。该结构和方法有望实现更高的转换效率，并且降低金属化工艺和物料成本。
以上所述的具体实施例，对本发明解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种太阳能电池的多层金属化结构的实现方法，其特征在于该方法的步骤如下：
(a)制备太阳能电池结构至介质膜(103)的完成；
(b)制备金属化结构，具体步骤如下：
(b1)首先在介质膜(103)上制备接触金属层(104)；
(b2)再在接触金属层(104)上制备导电金属层(105)，完成金属化结构的制备。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池的多层金属化结构的实现方法，其特征在于：所述的步骤(b)中还具有步骤(b3)：再在导电金属层(105)上制备焊接金属层(106)。
3.根据权利要求2所述的太阳能电池的多层金属化结构的实现方法，其特征在于：所述的接触金属层(104)的厚度为10nm～2μm，导电金属层(105)的厚度为5μm～50μm，所述的焊接金属层(106)的厚度为100nm～20μm。
4.根据权利要求2所述的太阳能电池的多层金属化结构的实现方法，其特征在于：所述的接触金属层(104)、导电金属层(105)和焊接金属层(106)的制备方法为丝网印刷。
5.根据权利要求4所述的太阳能电池的多层金属化结构的实现方法，其特征在于：所述的接触金属层(104)、导电金属层(105)和焊接金属层(106)的烧结方法是分次烘干，一次烧结，烘干温度是100℃至400℃，烧结温度是500℃至1000℃。
6.根据权利要求4所述的太阳能电池的多层金属化结构的实现方法，其特征在于：所述的接触金属层(104)、导电金属层(105)和焊接金属层(106)的烧结方法是分次烘干，分次烧结，烘干温度是100℃至400℃，烧结温度是500至1000℃。
7.根据权利要求4所述的太阳能电池的多层金属化结构的实现方法，其特征在于：丝网印刷的接触金属层(104)的浆料成份中包含银、铝、玻璃介质、粘结剂、溶剂和聚合物，并且银的质量百分比为70％～95％，铝的质量百分比为0～30％，其余为玻璃介质、粘结剂、溶剂和聚合物，总计100％。
8.根据权利要求4所述的太阳能电池的多层金属化结构的实现方法，其特征在于：丝网印刷的导电金属层(105)的浆料成分中包含铝、铜、粘结剂、溶剂和聚合物。
9.根据权利要求4所述的太阳能电池的多层金属化结构的实现方法，其特征在于：丝网印刷的焊接金属层(106)的浆料成分中包含银、锡、铟、镍、粘结剂、溶剂和聚合物。
10.根据权利要求1所述的太阳能电池的多层金属化结构的实现方法，其特征在于：所述的步骤(a)和步骤(b)之间还包括步骤：局部去除介质膜(103)，形成暴露硅衬底(101)或掺杂层(102)的开口；并在步骤(b1)中，使接触金属层(104)覆盖介质膜(103)的开口，与硅衬底(101)或掺杂层(102)接触。
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Application publication date: 20150325