硅异质结太阳电池的铜电极的包覆方法与流程

本发明涉及硅异质结太阳电池领域，具体地，本发明涉及硅异质结太阳电池的铜电极的包覆方法。

背景技术：

与常规晶体硅电池不同，非晶硅/晶体硅异质结太阳电池是在晶体硅片衬底上沉积氢化非晶硅发射极形成pn异质结的。由于氢化非晶硅薄膜在温度高于约400℃时会有氢溢出，影响薄膜质量，导致钝化效果显著下降，因此，非晶硅薄膜的形成温度决定了电池的最高制备工艺温度，通常在200℃左右为宜。为了满足这种低温制备的要求，硅异质结太阳电池在金属电极的制备方面，也需要用到低温工艺和低温浆料。

目前满足低温制备要求的硅异质结太阳电池的金属电极主要有两种：一种是丝网印刷低温银浆形成的银电极，由于金属银价格较高，而且与tco薄膜间的接触性能也有待提高，这种电极不利于电池向高效低成本的方向发展。另一种是铜电极，通常是通过电镀的方式在硅异质结太阳电池表面形成铜电极，其常规工艺路线是在沉积tco薄膜之后，利用光刻技术使掩膜层形成电极图案，然后在电极位置电镀金属铜。金属铜电导率与银性能相当但价格便宜，是目前业内积极广泛开发的电极技术，是一种很有前景的材料。但是，由于铜在空气中容易被氧化和腐蚀而使其导电性急剧下降，强度降低，因此，铜电极在实际应用中还需要在其表面进行包覆以避免侵蚀。

然而，简便、高效的对铜电极进行包覆以避免其受到侵蚀的方法还需进一步开发。

技术实现要素：

本申请是基于发明人对以下事实和问题的认识作出的：

为了在充分保护电池其他部分结构不受影响的同时解决铜电极的耐候性问题，现有工艺通常是在电极掩膜层存在的情况下，在电镀形成的铜电极的上表面和暴露的侧表面沉积一层金属锡，以保护铜不被氧化。但由于非电极处掩膜层的存在，往往会使得铜电极侧面与掩膜层接触的区域难以形成有效的锡层，从而导致锡保护层只能形成在铜电极的大部分外表面，而无法将铜电极的所有外表面完整包覆，如此不完整的包覆将使锡层对铜电极的保护作用大打折扣。而且现有工艺在后续移除掩膜层的过程中也不可避免地会对已经形成的锡层造成腐蚀和二次破坏，从而进一步影响锡层对铜电极的保护作用。因此，如何在不影响电池表面和电极其他部分的情况下将铜电极的所有外表面完整包覆，增强铜电极的耐候性，是目前急需解决的难题。基于上述问题，本发明中，在电镀形成的铜电极的上表面和暴露的侧表面初步沉积一层金属锡层，然后在移除掩膜层后，通过化学镀锡的方式可以在铜电极的外表面形成完整的金属锡层。该方法简便、高效，不会对电池表面和电极其他部分造成影响，同时在锡层被破坏的位置还可以形成新的锡层，从而使锡层完整包覆铜电极，增强铜电极在环境中的稳定性，同时金属锡的完整包覆有利于后续组件形成过程中的焊接工艺。

为此，在本发明的第一方面，本发明提出了一种硅异质结太阳电池的铜电极的包覆方法。根据本发明的实施例，所述方法包括：

(1)在第一透明导电氧化物层的上表面形成第一掩膜层，在第二透明导电氧化物层的下表面形成第二掩膜层；

(2)在所述第一掩膜层开设至少一个第一掩膜窗口，在所述第二掩膜层开设至少一个第二掩膜窗口；

(3)在所述第一掩膜窗口中依次形成第一金属铜层和第一金属锡层，在所述第二掩膜窗口中依次形成第二金属铜层和第二金属锡层；

(4)去除非电极区域的所述第一掩膜层和所述第二掩膜层，以便暴露所述非电极区域的第一透明导电氧化物层和第二透明导电氧化物层；

(5)将步骤(4)所得样品浸泡在锡盐溶液中，以便在所述第一金属铜层的侧表面形成第一锡包覆层，在所述第二金属铜层的侧表面形成第二锡包覆层；

(6)将步骤(5)所得样品进行热处理，以便使第一铜电极和第二铜电极被锡层完整包覆，其中，所述第一铜电极由所述第一金属铜层形成，所述第二铜电极由所述第二金属铜层形成；

其中，所述第一透明导电氧化物层形成在硅异质结结构的上表面，所述第二透明导电氧化物层形成在硅异质结结构的下表面。所述硅异质结结构至少包括晶体硅衬底和与该衬底形成异质p-n结构的发射极层；还可包括背场层、位于衬底上表面和下表面的非晶硅钝化层。

将形成铜电极的太阳电池浸入锡盐溶液中，利用溶液与铜电极的反应使铜电极的侧表面形成金属锡的包覆层，克服了现有技术中通过连续电镀金属铜和金属锡所形成的铜电极表面锡包覆不完整的问题，同时在锡层被破坏的位置还可以形成新的锡层，弥补了电镀锡无法完全保护铜电极所有外表面的不足。根据本发明实施例的方法简便、高效，可以使铜电极的所有外表面被锡层完整包覆，同时不会对电池表面和电极其他部分造成影响，增强了铜电极在环境中的稳定性，同时金属锡的完整包覆有利于后续组件形成过程中的焊接工艺。

根据本发明的实施例，上述方法还可进一步包括如下附加技术特征至少之一：

根据本发明的实施例，所述步骤(5)中的浸泡处理是在温度为20-90℃的条件下进行0.1-90min。若温度过低，则溶液与铜电极的反应速率过低或不发生反应，无法使铜电极表面有效包覆锡层；若温度过高，则会对电池的整体性能造成影响，不满足低温制备的要求。根据温度和溶液其他条件的不同，调节反应时间形成合适厚度的包覆层。

根据本发明的实施例，所述步骤(5)中形成的第一锡包覆层和第二锡包覆层的厚度为0.01-10μm，以便在对电极外表面完整包覆的前提上保持良好的导电性。

根据本发明的实施例，所述锡盐溶液包括锡盐，所述锡盐包括选自sncl2、snso4、na2sno3、k2sno3的至少之一。

根据本发明的实施例，所述锡盐溶液进一步包括还原剂、络合剂、稳定剂和ph调节剂。

根据本发明的实施例，所述还原剂包括选自次亚磷酸钠、三氯化钛、抗坏血酸的至少之一。

根据本发明的实施例，所述络合剂包括选自硫脲、柠檬酸、乙二胺四乙酸、氨基三乙酸的至少之一。

根据本发明的实施例，所述方法进一步包括：所述步骤(3)之前，预先在所述第一掩膜窗口中形成第一金属种子层，在所述第二掩膜窗口中形成第二金属种子层；所述步骤(5)中，在所述第一金属铜层和第一金属种子层的侧表面形成第一锡包覆层，在所述第二金属铜层和第二金属种子层的侧表面形成第二锡包覆层；所述步骤(6)中，所述第一铜电极由所述第一金属铜层和第一金属种子层形成，所述第二铜电极由所述第二金属铜层和第二金属种子层形成。

根据本发明的实施例，所述方法进一步包括：所述步骤(1)之前，预先在所述第一透明导电氧化物层的上表面形成覆盖所述第一透明导电氧化物层全部上表面的第一金属种子层，在所述第二透明导电氧化物层的下表面形成覆盖所述第二透明导电氧化物层全部下表面的第二金属种子层；所述步骤(1)中，所述第一掩膜层形成在所述第一金属种子层的上表面，所述第二掩膜层形成在所述第二金属种子层的下表面；所述步骤(4)中，进一步去除非电极区域的所述第一金属种子层和第二金属种子层；所述步骤(5)中，在所述第一金属铜层和第一金属种子层的侧表面形成第一锡包覆层，在所述第二金属铜层和第二金属种子层的侧表面形成第二锡包覆层；所述步骤(6)中，所述第一铜电极由所述第一金属铜层和第一金属种子层形成，所述第二铜电极由所述第二金属铜层和第二金属种子层形成。

在本发明的第二方面，本发明提出了一种硅异质结太阳电池。根据本发明的实施例，所述电池包括：硅异质结结构；第一透明导电氧化物层，所述第一透明导电氧化物层形成在所述硅异质结结构的上表面；第二透明导电氧化物层，所述第二透明导电氧化物层形成在所述硅异质结结构的下表面；以及被锡层完整包覆的第一铜电极和第二铜电极；其中，所述被锡层完整包覆的第一铜电极和/或第二铜电极是通过上述任一方法形成的。

所述电池中，锡层可以有效包覆铜电极的所有外表面，为铜电极提供抗氧化及耐腐蚀保护，增强其在环境中的稳定性，保持太阳电池电极良好的导电性能，同时增强了电池的焊接性。

附图说明

图1是根据本发明实施例的硅异质结太阳电池的铜电极的包覆方法流程示意图；

图2是根据本发明另一实施例的硅异质结太阳电池的铜电极的包覆方法流程示意图；

图3是根据本发明再一实施例的硅异质结太阳电池的铜电极的包覆方法流程示意图；

图4是根据本发明实施例的硅异质结太阳电池的部分结构示意图；

图5是根据本发明实施例的具有开设有掩膜窗口的掩膜层的硅异质结太阳电池的结构示意图；

图6是根据本发明实施例的铜电极被锡层部分包覆的硅异质结太阳电池的结构示意图；

图7是根据本发明实施例的移除非电极区域的掩膜层后的硅异质结太阳电池的结构示意图；

图8是根据本发明实施例的铜电极被锡层完整包覆的硅异质结太阳电池的结构细节示意图；

图9是根据本发明另一实施例的具有金属种子层的铜电极被锡层部分包覆的硅异质结太阳电池的结构细节示意图；

图10是根据本发明另一实施例的移除非电极区域的掩膜层后的硅异质结太阳电池的结构示意图；

图11是根据本发明另一实施例的具有金属种子层的铜电极被锡层完整包覆的硅异质结太阳电池的结构细节示意图；

图12是根据本发明再一实施例的具有开设有掩膜窗口的掩膜层以及金属种子层的硅异质结太阳电池的结构示意图；

图13是根据本发明再一实施例的铜电极被锡层部分包覆的硅异质结太阳电池的结构示意图；

图14是根据本发明再一实施例的移除非电极区域的掩膜层和金属种子层后的硅异质结太阳电池的结构示意图；以及

图15是根据本发明再一实施例的具有金属种子层的铜电极被锡层完整包覆的硅异质结太阳电池的结构细节示意图。

附图标记：

100：硅异质结结构

210：第一透明导电氧化物层

220：第二透明导电氧化物层

310：第一掩膜层

320：第二掩膜层

411：第一金属铜层

412：第一金属锡层

413：第一锡包覆层

421：第二金属铜层

422：第二金属锡层

423：第二锡包覆层

510：第一掩膜窗口

520：第二掩膜窗口

610：第一金属种子层

620：第二金属种子层

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

一、硅异质结太阳电池的铜电极的包覆方法

需要说明的是，上下两个表面的工艺步骤可以同时进行，也可以分步进行。

在本发明的第一方面，本发明提出了一种硅异质结太阳电池的铜电极的包覆方法。根据本发明的实施例，所述方法的流程参考图1，所述方法包括：

s100：形成掩膜

该步骤中，在第一透明导电氧化物层(210)的上表面形成第一掩膜层(310)，在第二透明导电氧化物层(220)的下表面形成第二掩膜层(320)，结构示意图参见图4～5。

s200：开设掩膜窗口

该步骤中，在所述第一掩膜层(310)开设至少一个第一掩膜窗口(510)，在所述第二掩膜层(320)开设至少一个第二掩膜窗口(520)，结构示意图参见图5。

s300：形成金属铜层和金属锡层

该步骤中，在所述第一掩膜窗口(510)中依次形成第一金属铜层(411)和第一金属锡层(412)，在所述第二掩膜窗口(520)中依次形成第二金属铜层(421)和第二金属锡层(422)，结构示意图参考图6。

s400：移除掩膜

该步骤中，去除非电极区域的所述第一掩膜层(310)和所述第二掩膜层(320)，以便暴露所述非电极区域的第一透明导电氧化物层(210)和第二透明导电氧化物层(220)，结构示意图参考图7。

s500：形成锡包覆层

该步骤中，将步骤s400所得样品浸泡在锡盐溶液中，以便在所述第一金属铜层(411)的侧表面形成第一锡包覆层(413)，在所述第二金属铜层(421)的侧表面形成第二锡包覆层(423)，结构示意图参考图8。

根据本发明的实施例，所述浸泡处理是在温度为20-90℃的条件下进行0.1-90min。若温度过低，则溶液与铜电极的反应速率过低或不发生反应，无法使铜电极表面有效包覆锡层；若温度过高，则会对电池的整体性能造成影响，不满足低温制备的要求。根据溶液特性和反应温度等具体条件，通过反应时间的调节，最终形成具有合适厚度的锡包覆层。

根据本发明的实施例，所述第一锡包覆层和第二锡包覆层的厚度为0.01-10μm，以便在对电极外表面完整包覆的前提上保持良好的导电性。

根据本发明的实施例，所述锡盐溶液包括锡盐，所述锡盐包括选自sncl2、snso4、na2sno3、k2sno3的至少之一。

根据本发明的实施例，所述锡盐溶液进一步包括还原剂、络合剂、稳定剂和ph调节剂。

根据本发明的实施例，所述还原剂包括选自次亚磷酸钠、三氯化钛、抗坏血酸的至少之一。

根据本发明的实施例，所述络合剂包括选自硫脲、柠檬酸、乙二胺四乙酸、氨基三乙酸的至少之一。

s600：后处理

该步骤中，将步骤s500所得样品进行热处理，以便使第一铜电极和第二铜电极被锡层完整包覆，其中，所述第一铜电极由所述第一金属铜层(411)形成，所述第二铜电极由所述第二金属铜层(421)形成。

根据本发明的另一实施例，所述方法的流程参考图2，步骤s300之前，进一步包括步骤s700，即预先在所述第一掩膜窗口(510)中形成第一金属种子层(610)，在所述第二掩膜窗口(520)中形成第二金属种子层(620)；步骤s500中，在所述第一金属铜层(411)和第一金属种子层(610)的侧表面形成第一锡包覆层(413)，在所述第二金属铜层(421)和第二金属种子层(620)的侧表面形成第二锡包覆层(423)；步骤s600中，所述第一铜电极由所述第一金属铜层(411)和第一金属种子层(610)形成，所述第二铜电极由所述第二金属铜层(421)和第二金属种子层(620)形成。结构示意图参考图9～11。

根据本发明的再一实施例，所述方法的流程参考图3，步骤s100之前，进一步包括步骤s800，即预先在所述第一透明导电氧化物层(210)的上表面形成覆盖所述第一透明导电氧化物层(210)全部上表面的第一金属种子层(610)，在所述第二透明导电氧化物层(220)的下表面形成覆盖所述第二透明导电氧化物层(220)全部下表面的第二金属种子层(620)；步骤s100中，所述第一掩膜层(310)形成在所述第一金属种子层(610)的上表面，所述第二掩膜层(320)形成在所述第二金属种子层(620)的下表面；步骤s400中，进一步包括步骤s900，即去除非电极区域的所述第一金属种子层(610)和第二金属种子层(620)；步骤s500中，在所述第一金属铜层(411)和第一金属种子层(610)的侧表面形成第一锡包覆层(413)，在所述第二金属铜层(421)和第二金属种子层(620)的侧表面形成第二锡包覆层(423)；步骤s600中，所述第一铜电极由所述第一金属铜层(411)和第一金属种子层(610)形成，所述第二铜电极由所述第二金属铜层(421)和第二金属种子层(620)形成。结构示意图参考图12～15。

综上，将形成铜电极的太阳电池浸入锡盐溶液中，利用溶液与铜电极的反应使铜电极的侧表面形成金属锡的包覆层，克服了现有技术中通过连续电镀金属铜和金属锡所形成的铜电极表面锡包覆不完整的问题，同时在锡层被破坏的位置还可以形成新的锡层，弥补了电镀锡无法完全保护铜电极所有外表面的不足。根据本发明实施例的方法简便、高效，可以使铜电极的所有外表面被锡层完整包覆，同时不会对电池表面和电极其他部分造成影响，增强了铜电极在环境中的稳定性，同时金属锡的完整包覆有利于后续组件形成过程中的焊接工艺。

二、硅异质结太阳电池

在本发明的第二方面，本发明提出了一种硅异质结太阳电池。根据本发明的实施例，参考图8，所述电池包括：

硅异质结结构100；

第一透明导电氧化物层210，所述第一透明导电氧化物层210形成在所述硅异质结结构100的上表面；

第二透明导电氧化物层220，所述第二透明导电氧化物层220形成在所述硅异质结结构100的下表面；

至少一个第一铜电极，所述至少一个第一铜电极间隔形成在所述第一透明导电氧化物层210的上表面，

至少一个第二铜电极，所述至少一个第二铜电极间隔形成在所述第二透明导电氧化物层220的下表面，

第一金属锡层412和第一锡包覆层413，所述第一金属锡层412和第一锡包覆层413将所述第一铜电极的外表面完整包覆；以及

第二金属锡层422和第二锡包覆层423，所述第二金属锡层422和第二锡包覆层423将所述第二铜电极的外表面完整包覆，所述第一铜电极由所述第一金属铜层411形成，所述第二铜电极由所述第二金属铜层421形成；

其中，被锡层完整包覆的第一铜电极和/或第二铜电极是通过上述任一方法形成的。

所述硅异质结结构100至少包括晶体硅衬底和与该衬底形成异质p-n结构的发射极层；还可包括背场层、位于衬底上表面和下表面的非晶硅钝化层。

根据本发明的另一实施例，参考图11或图15，所述第一铜电极由所述第一金属铜层411和第一金属种子层610形成，所述第二铜电极由所述第二金属铜层421和第二金属种子层620形成。

发明人发现，所述电池中，锡层可以有效包覆铜电极的所有外表面，为铜电极提供抗氧化及耐腐蚀保护，增强其在环境中的稳定性，保持太阳电池电极良好的导电性能，同时增强了电池的焊接性。

下面将结合具体实施例对本发明的方案进行解释。本领域技术人员将会理解，下面的实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。

实施例1

本发明所提出的硅异质结太阳电池的铜电极的包覆方法，具体步骤如下：

s1掩膜形成：在沉积有透明导电氧化物(tco)薄膜的硅异质结结构表面形成具有一定图案的掩膜，结构示意图参考图5；

s2铜电极制备：在掩膜窗口位置依次电镀金属铜和金属锡，结构示意图参考图6；

s3移除掩膜：去除非电极区域的掩膜，使其下方的tco薄膜暴露，结构示意图参考图7；

s4包覆：将s3所得的电池浸入含有锡盐的化学镀溶液中，在铜电极侧表面形成金属锡包覆层，结构示意图参考图8；

s5后处理：将s4所得电极热处理。

其中，步骤s2之前，也可预先在掩膜窗口的位置形成金属种子层，结构示意图参考图9。另外，步骤s1中的掩膜也可形成在tco薄膜表面沉积的金属种子层上，结构示意图参考图12～13；相应地，在移除掩膜时需同时去除非电极区域的金属种子层，结构示意图参考图14。步骤s4中的化学镀溶液中的锡盐包括sncl2、snso4、na2sno3、k2sno3等，该化学镀溶液中还包括还原剂、络合剂、稳定剂、ph调节剂等物质，其中还原剂包括次亚磷酸钠nah2po2、三氯化钛ticl3、抗坏血酸等，络合剂包括硫脲、柠檬酸、乙二胺四乙酸、氨基三乙酸等。步骤s4中化学镀溶液的温度在20-90℃范围，浸入时间为0.1-90min。上述方法所得锡包覆层的厚度为0.01-10μm。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。