CN109301030B - 一种低成本n型双面电池制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种低成本N型双面电池的制备方法，包括以下步骤：⑴清洗、制绒；⑵硼、磷扩散；⑶背面抛光、刻蚀，去BSG/PSG；⑷正面沉积氧化铝；⑸正、背面沉积SiNx；⑹正、背面激光开槽；⑺酸洗；⑻活化；⑼化学镀Ni；（10）化学镀银；(11)退火；（12）激光刻边及光电处理。本发明银浆使用量大大减少，整体节约70%以上的银浆成本，且金属栅线更细，遮光面积更小，转换效率更高。

Description

一种低成本N型双面电池制备方法
技术领域
本发明属于太阳能电池领域，特别是涉及一种采用无电镀金属电极技术生产的低成本的N型双面电池的制备方法。
背景技术
光伏发电是一种清洁、无污染的可再生能源，随着各国对环境保护的重视，光伏发电被作为未来低碳经济的重要组成部分。从我国光伏行业现状进行分析，整个行业竞争越来越激烈，传统的光伏发电技术由于成本较高、转换效率偏低等原因已满足不了现今对光伏行业的要求，随着新型高效技术的导入，光伏电池的转换效率每年都在提升，但成本上依然无明显改善，低成本成为光伏行业生存竞争的救命稻草；而其中丝网印刷所用的银浆为光伏电池重要的成本之一，虽网版及浆料厂家也在不断的改进，但从批量生产现状来看收效甚微，能够取代丝网银浆印刷的低成本技术势必成为未来的光伏降本核心技术。
传统的丝网印刷技术有以下技术缺点，第一，成本较高，银浆用量较大；第二，印刷形成的电极栅线较宽，遮光面积较大，转换效率偏低。
另外，目前市场也出现了电镀或者化学镀在晶硅太阳能电池中的应用，从而代替传统的丝网印刷技术，而出现的电镀或者化学镀基本都基于光诱导电镀，但该方法具有以下缺点：第一，设备投入较大，而且电镀过程中容易造成鬼镀；第二，光诱导电镀设备多为平板式电镀，只能用于单面电镀，无法进行双面同时电镀；第三，光诱导电镀或者其他化学镀在金属沉积时多需要进行掩膜处理，制备方法复杂；第四，电镀过程中电极夹需要与电池片接触容易导致碎片，影响电池片优质率。由此目前产生的电镀或者化学镀还没能满足现代化的生产要求。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种低成本N型双面电池制备方法，其采用无电镀金属电极技术，可有效节约70%以上银浆消耗成本，并提高电池的转化效率；而采用的无电镀金属电极技术更是开创了正、背双面共同化学镀的方法，并无需掩膜步骤，简化了生产工艺，提高了生产效率。
为了实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种低成本N型双面电池的制备方法，包括以下步骤：
⑴清洗、制绒；
⑵硼、磷扩散；
⑶背面抛光、刻蚀，去BSG/PSG；
⑷正面沉积氧化铝；
⑸正、背面沉积SiNx：采用管式PECVD方法分别对硅片正、背面沉积减反射膜，并形成SiOx、SiNx、SiONx的三层叠加膜结构；
⑹正、背面激光开槽；
⑺酸洗：利用HF溶液对激光开槽后硅片进行酸洗，去除槽内氧化硅，以及激光开槽形成的损伤层；
⑻活化：利用一定浓度的PdCl2溶液对硅片进行活化处理，而后水洗；
⑼化学镀Ni：配置化学镀镍溶液，溶液中含21g/L 的NiCl2、45g/L的Na3 C6H5O7·2H2O、24g/L的NaH2PO2·H2O、30g/L的NH4Cl；控制配置的化学镀镍溶液温度至40-60℃在搅拌条件下利用碱性溶液调整化学镀镍溶液PH至8-10，将上述活化后的硅片垂直放入镀镍反应槽内进行化学镀Ni，镀Ni完成后进行水洗；
（10）化学镀银：配置化学镀银溶液，溶液中含11g/L的 AgNO3和17.5g/L的C10H14N2Na2O 8；控制配置的化学镀银溶液温度至20-30℃，在搅拌条件下利用氨水将化学镀银溶液PH调至8-10，将镀镍后的硅片垂直放入镀银反应槽内进行浸镀银，镀银完成后水洗再利用氮气烘干；
(11)退火：在氮气氛围下的链式烧结炉中将镀银后的硅片进行退火形成镍硅合金，退火温度320-370℃，退火时间3-5分钟；
（12）激光刻边及光电处理。
作为本发明的优选实施例：所述步骤（5）中形成的减反射膜厚度为80-90nm。
作为本发明的进一步改进：所述步骤（6）中采用激光波长为355nm的紫外皮秒激光器，其能减少开槽损伤，并使槽口更细。
作为本发明的优选实施例：所述步骤（7）中HF溶液的质量浓度为10%。
作为本发明的优选实施例：所述步骤（8）中PdCl2溶液浓度为1g/L，对硅片活化处理时间控制在30-60秒。
本发明的步骤（6）至步骤（12）为无电镀金属电极制备过程，其取代了传统的丝网印刷电极制备方法。
其中：步骤⑸正、背面沉积SiNx形成铺垫：而形成的SiOx+SiNx+SiONx结构，其利用最外层氮氧化硅的高致密性，低折射率特性可有效的阻挡步骤（8）中金属钯离子的附着，从而省去掩膜工序；同时最外层使用氮氧化硅工艺，可以增加电池的钝化效果，提高电池的转化效率。
步骤⑻活化：采用钯活化的目的是在开槽形成的槽内表面沉积一定量的金属钯颗粒，为后续化学镀镍提供表面催化剂作用，其具体的反应方程式如下：2Pd2+ + Si → 2Pd +Si4+。
步骤⑼化学镀镍：其是一个自催化还原过程，镀液中的次磷酸钠为主要的还原剂，镍离子为主要的氧化剂；刚开始镀镍时，金属钯表面催化作用，使镍附着槽内表面；随着金属镍的沉积，金属镍逐渐转化为附着银做准备；具体的化学反应方程式如下：2H2PO2 -+2H2O+Ni2+→ Ni+H2+4H++2HPO3 2-。
本发明与传统的丝网印刷技术相比，有以下优点：
⑴：垂直放入反应槽内，通过活化步骤中金属钯双面活化的处理，可以达到主副栅双面同时沉积，简化了印刷式单面分布印刷工艺流程。
⑵：正、背面减反射膜采用三层叠层膜设计，最外层使用氮氧化硅结构。三层不同膜质的减反射膜可以有效增加膜层的致密性。在步骤（7）酸洗中，氮氧化硅三层膜可以有效的阻止氢氟酸的刻蚀。
（3）本发明充分利用金属钯活化步骤，钯离子吸附于槽体表面，被钯离子吸附的槽体在后续催化金属镍的反应中，从而形成一定的金属图形。而未开槽区域由于正、背面减反射膜的高致密性使金属钯无法附着在其表面，所以在水洗后未开槽区域无法沉积金属，从而减少“鬼镀”现象的发生。同时控制化学镀镍溶液温度至40-60℃，形成温度、合适的反应速率，可以有效的解决“鬼镀”现象，从而省去掩膜步骤。
（4）成本优势：丝网印刷技术需要通过对网版施加外力把银浆漏印在电池上，目前主流厂家普通电池的单片正面银浆使用消耗量在110±10mg,而无电镀金属电极采用化学方式进行金属沉积，取代了印刷银浆，整体节约70%以上的银浆成本。
（5）高转换效率：丝网印刷后电池正面金属栅线占一定的遮光面积，会影响电池对入射光的吸收，直接影响电池整体的转换效率，减小栅线的遮光面积也是提升电池转换效率的关键，目前印刷所用的网版开口整体范围在30±3um，银浆通过印刷烧结会拓展10±2um，电池金属栅线整体线宽在35±5um；而通过化学沉积金属电极需在电极制备前进行激光开槽，电池栅线线宽主要取决于激光开槽的宽度，目前主流的激光器厂家激光栅线宽度在25±5um，经过湿法化学金属电极制备电极后，电池栅线线宽在20-25um。这使得在相同的电池栅线根数下，栅线宽度越窄，栅线的整体遮光面积就越小，间接提升光伏电池的转换效率。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1：
本实施例涉及一种低成本N型双面电池制备方法，包括以下步骤：
⑴制绒:选取N型单晶硅片为基体材料，利用槽式制绒设备进行碱制绒，反射率10%；
⑵硼、磷扩散：采用管式低压扩散炉对制绒后硅片分别进行硼、磷扩散，扩散后方阻分别为80/183ohm；
⑶背面抛光、刻蚀，去BSG/PSG；：采用链式刻蚀设备对背面进行抛光、刻蚀，同时去除磷硅玻璃、硼硅玻璃，反射率30%；
⑷正面沉积氧化铝：采用ALD法对正面进行沉积氧化铝，氧化铝厚度为5nm；
⑸正、背面沉积SiNx：采用管式PECVD方法分别对正、背面沉积减反射膜，该膜层结构为SiOx+SiNx+SiONx结构，利用最外层氮氧化硅的高致密性，低折射率可以有效的阻挡金属钯离子的附着，从而省去掩膜工序，同时最外层使用氮氧化硅工艺，可以增加电池的钝化效果，提高电池的转化效率，正、背面减反射膜厚度均为85nm；
⑹正、背面激光开槽：采用波长355nm的紫外皮秒激光器在正、背面减反射膜表面进行激光开槽，主栅线宽0.7mm，副栅线宽23μm；
⑺酸洗：利用质量浓度为10% 的HF溶液对激光开槽后的硅片在室温下进行酸洗10秒钟，去除槽内氧化硅，以及激光开槽形成的损伤层；
⑻活化：采用浓度为1g/L的PdCl2溶液，室温下对酸洗后硅片进行活化处理，时间30秒，活化后进行水洗、干燥；采用钯活化的目的是在开槽形成的槽内沉积一定量的金属钯颗粒，为后续化学镀镍提供表面催化；
⑼化学镀镍：配置化学镀镍溶液，溶液中含21g/L 的NiCl2、45g/L的Na3 C6H5O7·2H2O、24g/L的NaH2PO2·H2O、30g/L的NH4Cl；控制配置的化学镀镍溶液温度至50℃在搅拌条件下利用氨水调整化学镀镍溶液PH至9，即化学镀镍溶液从淡绿色变为蓝色，将上述活化后的硅片垂直放入镀镍反应槽内进行化学镀镍，镀镍完成后进行水洗；利用氨水调PH至9,可使镀速反应最快化，并促进形成平整、均匀的镍层，有利于后续金属银的沉积；同时控制温度至50℃，又使反应速率变得较平缓，不至于形成过快反应，同时温度较低溶液蒸发较慢，有利于镀液的稳定性；
（10）化学镀银：配置化学镀银溶液，溶液中含11g/L的 AgNO3和17.5g/L的C10H14N2Na2O 8；控制配置的化学镀银溶液温度至25℃，在搅拌条件下利用氨水将化学镀银溶液PH调至9，将镀镍后的硅片垂直放入镀银反应槽内进行浸镀银，镀银完成后水洗再利用氮气烘干；经检测槽内镍层厚度均为2μm左右；银层厚度约为0.5μm。
（11）退火：将电镀后的硅片放在氮气氛围的链式烧结炉中退火，退火过程中形成镍硅合金，增加金属栅线与硅的结合力，其中退火温度350℃，退火时间4分钟；
（12）后续经过激光刻边以及光电处理后即可得到N型双面电池。
本发明银浆使用量大大减少，整体节约70%以上的银浆成本。本发明使金属栅线细线化，与传统印刷式相比本发明所形成的栅线细接近10-15μm，遮光面积更小，转换效率更高。本发明主、副栅双面同时沉积，简化了印刷式单面分布印刷工艺流程。
本发明在金属化过程中均为低温工艺，完全避免了丝网印刷高温烧结形成金属栅线导致的电池片弯曲问题。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种低成本N型双面电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
⑴清洗、制绒；
⑵硼、磷扩散；
⑶背面抛光、刻蚀，去BSG/PSG；
⑷正面沉积氧化铝；
⑸正、背面沉积SiNx：采用管式PECVD方法分别对硅片正、背面沉积减反射膜，并形成SiOx、SiNx、SiONx的三层叠加膜结构；
⑹正、背面激光开槽；
⑺酸洗：利用HF溶液对激光开槽后硅片进行酸洗，去除槽内氧化硅，以及激光开槽形成的损伤层；
⑻活化：利用一定浓度的PdCl2溶液对硅片进行活化处理，而后水洗；
⑼化学镀Ni：配置化学镀镍溶液，溶液中含21g/L 的NiCl2、45g/L的Na3 C6H5O7·2H2O、24g/L的NaH2PO2·H2O、30g/L的NH4Cl；控制配置的化学镀镍溶液温度至40-60℃在搅拌条件下利用碱性溶液调整化学镀镍溶液PH至8-10，将上述活化后的硅片垂直放入镀镍反应槽内进行化学镀Ni，镀Ni完成后进行水洗；
（10）化学镀银：配置化学镀银溶液，溶液中含11g/L的 AgNO3和17.5g/L的 C10H14N2Na2O8；控制配置的化学镀银溶液温度至20-30℃，在搅拌条件下利用氨水将化学镀银溶液PH调至8-10，将镀镍后的硅片垂直放入镀银反应槽内进行浸镀银，镀银完成后水洗再利用氮气烘干；
(11)退火：在氮气氛围下的链式烧结炉中将镀银后的硅片进行退火形成镍硅合金，退火温度320-370℃，退火时间3-5分钟；
（12）激光刻边及光电处理。
2.根据权利要求1所述的低成本N型双面电池的制备方法，其特征在于，所述步骤（5）中形成的减反射膜厚度为80-90nm。
3.根据权利要求1所述的低成本N型双面电池的制备方法，其特征在于，所述步骤（6）中采用波长为355nm的紫外皮秒激光器。
4.根据权利要求1所述的低成本N型双面电池的制备方法，其特征在于，所述步骤（7）中HF溶液的质量浓度为10%。
5.根据权利要求1所述的低成本N型双面电池的制备方法，其特征在于，所述步骤（8）中PdCl2溶液浓度为1g/L，对硅片活化处理时间控制在30-60秒。
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