一种太阳能电池片及其制备方法、含有该电池片的太阳能电池组件的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于太阳能电池领域，尤其涉及一种太阳能电池片及其制备方法、含有该 电池片的太阳能电池组件。
【背景技术】
[0002] 目前成熟商业化生产的晶体硅太阳电池以其工艺流程简单，转化效率高，便于大 规模生产等优点迅速发展起来。当前商业化的生产P型衬底的晶体硅太阳电池电极的方法 是电池制作的金属化工艺，即采用丝网印刷的方法在硅片表面印刷背银、背铝以及正银浆 料，各自烘干，然后一起烧结即成。但是，该工艺的电极线均采用含银的导电浆料丝印而成， 尤其是向光面电极所用的银浆较多，电池的材料成本相对较高，这就大大限制了晶体硅电 池的推广运用。
[0003] 现有研究通过先丝网印刷一层种子层银浆，再进行光诱导电镀（LIP)纯银工艺，制 备由种子银层和电镀银层共同组成的向光面电极，丝印的种子层栅线细且矮，烧结后作为 电镀纯银的导电层，得到的电极体电阻低，填充因子高，电池的光电转换效率理论上会有部 分提升，并能降低银浆的用量。电镀纯银相对银浆的成本低，也降低了电极成本，但现有的 银种子层的制备及丝印还存在许多问题，影响了其实际应用，例如丝印后的银种子层栅线 的分辨率不易达到设计要求，使光诱导电镀后的电极副栅线的宽度增加过大，遮光面积增 大，造成电池的短路电流下降，电池的光电转换效率反而下降，而且该方案仍需要较多的贵 金属银，对降低电池的成本不利。
[0004]目前，也有进一步降低成本的，在印刷烧结得到种子银栅线后，再采用光诱导电镀 工艺（LIP)在种子层银上电镀一层薄的金属镍作为电极阻挡层，然后在阻挡层上电镀金属 铜作为电极主体层。电极阻挡层的作用是阻止金属铜原子穿过种子银层进入硅基体而使电 池的电性能变差。该方法因采用电镀金属镍作为电极阻挡层，金属镍的硬度(或屈服强度） 与金属铜及金属银的差异很大，因此种子银层与金属镍层，以及金属镍层与金属铜层之间 的附着力往往达不到要求，并且电镀镍的致密性也较差，采用该电极制作得到的电池片，在 后续制备成组件的长期使用过程中，电镀铜电极主体层中的铜原子穿过金属镍层和烧结银 层进入硅基体，从而使电池的电性能下降。
【发明内容】
[0005] 本发明要解决的技术问题是采用非银或少银的材料制作晶体硅太阳电池的向光 面电极，降低晶体硅太阳电池的材料成本，特提供一种晶体硅太阳电池片向光面电极的制 备方法，以及含有该电池片的太阳能电池组件。
[0006] 本发明提供了一种太阳能电池片，所述太阳能电池片包括硅基体片、硅基体片向 光面的向光面电极、娃基体片背光面的背电场及与背电场导通的背电极；所述娃基体片向 光面含有减反射膜区及无减反射膜区，所述向光面电极包括位于无减反射膜区表面的电极 阻挡层及位于电极阻挡层上的电极主体层；所述电极阻挡层为锡、铅、铋、锑、镍和钛中两种 或两种以上形成合金层。
[0007] 本发明还提供了所述太阳能电池片的制备方法，该方法包括在硅基体片向光面制 备向光面电极、硅基体片背光面制备背电场及与背电场导通的背电极；所述向光面电极的 制备方法包括在硅基体片向光面制备减反射膜区及无减反射膜区，然后在无减反射膜区的 表面制备电极阻挡层，再在电极阻挡层上制备电极主体层。
[0008] 本发明的太阳能电池片，电极阻挡层均匀致密，可有效阻止铜原子向硅基体的扩 散，同时，副栅宽度减少，光的利用率增加，虽采用非银或少银金属制备电池的向光面电极， 但电池的光电转换效率及其他性能均与采用印刷银浆的电池持平。
[0009] 本发明还提供了一种太阳能电池组件，所述太阳能电池组件包括依次层叠的背 板、密封胶层、电池片、密封胶层和透光层；所述电池片为本发明所述的太阳能电池片。
[0010] 本发明的太阳能电池组件的各项电性能也与传统工艺制作的电池组件的性能基 本持平，其中的电池片，由电极阻挡层与电极主体层复合形成向光面电极，替代了传统的银 浆印刷形成的向光面电极，大幅度地降低了组件的成本。
【具体实施方式】
[0011] 为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合 实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释 本发明，并不用于限定本发明。
[0012] 本发明提供了一种太阳能电池片，所述太阳能电池片包括硅基体片、硅基体片向 光面的向光面电极、娃基体片背光面的背电场及与背电场导通的背电极；所述娃基体片向 光面含有减反射膜区及无减反射膜区，所述向光面电极包括位于无减反射膜区表面的电极 阻挡层及位于电极阻挡层上的电极主体层；所述电极阻挡层为锡、铅、铋、锑、镍和钛中两种 或两种以上形成的合金层。
[0013] 根据本发明所提供的太阳能电池片，电极阻挡层由锡元素、铅元素、铋元素、锑元 素、镍元素和钛元素中的两种或两种以上元素形成的两元或多元合金中的至少一种，如锡 与铅形成的锡铅合金，锡与镍形成的锡镍合金，锡、铅、镍三种元素形成的锡铅镍合金等。本 发明形成的阻挡层合金中的原子不会在硅中形成复合中心，即使扩散入太阳能电池的硅衬 底中，对其电性能也无不利影响。另外，采用上述元素组成的合金作为电极阻挡层，锡元素、 铅元素、铋元素、锑元素、镍元素和钛元素的原子大小不同，在形成合金时，大小原子之间相 互嵌入，原子之间的空隙率也降低，这样就导致金属原子的排列更加紧密。尤其在物理气相 沉积的工艺条件下，同样高度(具有多个原子层数）的合金层均匀性和致密性要比单一组成 的金属要更好一些。，因此同样高度的合金层与纯金属层，合金层更能阻止铜原子的扩散。 并且，很多种情况下，合金的导电率要比纯金属的导电率要高。
[0014] 根据本发明所提供的太阳能电池片，为了使沉积得到的电极阻挡层同时具有一定 的柔软性，使电极阻挡层金属与硅基底以及电极主体层金属之间均具有良好地附着力，优 选地，所述电极阻挡层中含有锡，所述电极阻挡层中的锡质量含量为4(T80wt%;所述电极 阻挡层中也可含有铅，所述铅的质量含量为4(T80wt%。
[0015] 根据本发明所提供的太阳能电池片，为了进一步提高电极阻挡层的导电性，优选 地，所述电极阻挡层中还含有银，添加部分银的合金可改善电极阻挡层的导电性，但添加 太多则会大大增加材料的成本，综合考虑到阻挡层的性能和成本，银元素在其中的含量占 0. l~10wt%，优选为0.5~5.0wt%。根据本发明所提供的太阳能电池片，所述电极阻挡层优 选为锡铅合金层或锡镍合金层。考虑到环保、合金层的导电性，以及工艺的可行性，本发 明更优选为锡镍合金层。进一步优选为锡镍银合金层，因该合金中的锡元素可显著改善 的阻挡层的柔软性，增加电极阻挡层与硅衬底层以及电极主体层的粘附力，并且镍和银的 导电性比锡要好，因此添加有镍及少量银的锡镍银合金，既能保证材料之间的优秀的粘附 力，又能保证电极材料良好的导电性。其中锡元素在锡镍银合金中占4(T60wt%，银元素占 2. 0~4.Owt%,余下为镍元素。
[0016] 本发明电极阻挡层还包括先沉积一层金属合金，如锡铅合金，而后再沉积另一种 金属合金，如锡镍合金或锡铅铋合金，由该两层合金共同构成阻挡层，但因该阻挡层很薄， 先后沉积两种或多种合金形成的阻挡层，与单独沉积厚度相同的一种合金相比，对阻挡铜 原子的扩散并无大的益处，并且，沉积的层数越多，金属层之间的附着力将变差，更重要的 是，沉积多层金属作为阻挡层，将会大幅度增加设备及工艺的成本。
[0017] 根据本发明所提供的太阳能电池片，优选地，所述电极阻挡层的高度为 1. (TlOOnm，进一步优选为2. (T50nm，更优选为5. (T20nm。所述电极阻挡层太厚则会增加电 极的体电阻，太薄则不能有效阻止铜原子的扩散。
[0018] 根据本发明所提供的太阳能电池片，优选地，所述电极主体层的高度为l(T20mm。 所述电极主体层的高度太大，则会增加蒸镀或磁控溅射的时间，增加工艺的难度，同时也会 拓宽电极副栅线的宽度；太小则会增加电极的体电阻，导致电池的性能下降。
[0019] 根据本发明所提供的太阳能电池片，优选地，所述电极主体层为铜层或铜银合金 层。根据本发明所提供的太阳能电池片，优选地，所述电极主体层为铜银合金层，所述铜银 合金层中银的质量含量为〇. 1~5.Owt%。采用铜银合金层作为电极主体层，则可以更加进一 步降低主体层材料的电阻率，降低电极的体电阻，含少量银的铜银合金层比纯铜层更加致 密，电池的抗高温衰减性能更好，与光伏焊带的焊接性能也更好，但银的添加则会较大程度 地增加电极的材料成本。考虑到主体层铜银合金的性能与成本，本发明的银元素在铜银合 金中的组成含量占〇. 1~5.Owt%，进一步优选为0. 2~3.Owt%。
[0020] 根据本发明所提供的太阳能电池片，为了进一步提高向光面电极的性能，优选地， 向光面电极包括主栅线，和将电池电流汇集到主栅线而与主栅线相连的副栅线，其中，主栅 线和副栅线的个数本发明没有限制，一般为多个，一般主栅线间相互平行，副栅线与主栅线 垂直，与较近的主栅线相连接。一般主栅线较宽，要求较低，副栅线多且窄，其高度和宽度对 电池的影响较大，本发明优选，所述副栅线的高度为10~20_，宽度为20~50_。本发明的向