太阳电池及其制备方法和应用与流程

1.本发明涉及电池领域，特别是涉及一种太阳电池及其制备方法和应用。


背景技术：

2.背接触太阳电池由于其前表面无栅线电极的设计，对光没有任何遮挡，能够最大限度利用入射光，结合电池正面采用的金字塔绒面结构和减反射膜组成的陷光结构，使得电池的光学损失减小，有效提高了电池的短路电流密度。其中指状交叉背接触太阳电池(ibc)因其器件结构的特殊性(金属电极位于电池片背面，正负极呈指交叉状排列)，无需考虑正面的接触电阻，可以进一步优化前表面陷光和钝化性能；背部可以优化金属栅线电极，从而降低串联电阻，从而提高了填充因子。
3.在传统制备背接触太阳电池的过程中，制绒流程经常会在对电池衬底背面进行激光处理之后，进行激光处理时由于激光和背面掺杂区域作用后会产生一层较薄的氧化硅/硅/多晶硅的混合物，其不容易被制绒液在有效的制绒时间内腐蚀，即不能完成对衬底上激光处理区域进行有效刻蚀，产生刻蚀不下去的现象(如图1(a))，或仅局部刻蚀的现象(如图1(b))。因此制绒处理难以同时实现对电池正面制绒以及对电池背面进行刻蚀的效果。另外无论使用等离子体增强化学气相沉积(pecvd)还是低压化学气相沉积(lpcvd)等方式制备背面的含硅薄膜，都会在正面不可以避免地形成绕镀，特别是正面的四周边缘，即正面局部也会沉积部分的含硅薄膜，从而导致正面在制绒时反应速率不均，影响制绒的均匀性，带来电池产品正面外观不良(如图2所示(a)正常外观，(b)不良外观)以及性能有一定下降。


技术实现要素：

4.基于此，为了同时实现去除激光处理时在衬底含硅薄膜处形成的多余膜层以及制绒前去除局部绕镀于第二表面的含硅薄膜从而保证后续良好的制绒效果，有必要提供一种太阳电池及其制备方法和应用。
5.本发明提供一种太阳电池的制备方法，包括以下步骤：
6.s10：提供硅片衬底，所述硅片衬底具有第一表面以及与所述第一表面相对的第二表面；
7.s20：在所述硅片衬底的第一表面上形成含硅薄膜，所述含硅薄膜包括在所述硅片衬底的第一表面上依次形成的氧化硅层、掺杂层以及掩膜层；
8.s30：利用激光对所述第一表面上的所述含硅薄膜进行图案化处理，形成图案化区域；
9.s40：将具有所述含硅薄膜以及所述图案化区域的所述硅片衬底置于含有一元强碱的碱性溶液中进行预处理，制备预处理硅片衬底，将所述预处理硅片衬底置于含有一元强碱的制绒液中进行制绒处理，其中，预处理过程使用的所述碱性溶液中一元强碱的物质的量浓度大于制绒处理中使用的所述制绒液中一元强碱的物质的量浓度。
10.在其中一个实施例中，所述一元强碱选自氢氧化钾和氢氧化钠中的至少一种。
11.在其中一个实施例中，在步骤s40中，所述碱性溶液中一元强碱的物质的量浓度0.3mol/l～2mol/l。
12.在其中一个实施例中，在步骤s40中，所述碱性溶液处理时间为10s～200s。
13.在其中一个实施例中，在步骤s40中，所述碱性溶液处理温度为60℃～80℃。
14.在其中一个实施例中，在步骤s20中，通过等离子体增强化学气相沉积、低压化学气相沉积、热氧或链氧的方法在所述第一表面上沉积所述氧化硅层，然后通过等离子体增强化学气相沉积或低压化学气相沉积的方法在所述氧化硅层上沉积所述掺杂层和所述掩模层。
15.在其中一个实施例中，在步骤s30之后以及步骤s40之前，还包括利用物质的量浓度为4mol/l～6mol/l的氢氟酸处理绕镀于所述衬底第二表面的含硅薄膜的步骤。
16.在其中一个实施例中，在步骤s40中制绒处理包括：将所述预处理硅片衬底置于含有物质的量浓度为0.15mol/l～0.35mol/l的一元强碱的制绒液中进行制绒处理，制备具有绒面的硅片衬底。
17.在其中一个实施例中，在制备所述具有绒面的硅片衬底之后还包括步骤s50：在所述具有绒面的硅片衬底的所述第一表面上依次形成第一钝化膜层以及第一减反射膜层，和/或
18.在所述具有绒面的硅片衬底的所述第二表面上依次形成第二钝化膜层以及第二减反射膜层。
19.在其中一个实施例中，在步骤s50之后，还包括步骤s60：还包括步骤s60：利用激光对所述第一表面上的所述图案化区域进行图案化开孔，通过丝网印刷制备第一电极和第二电极。
20.进一步地，本发明还提供一种太阳电池，按照上述的太阳电池的制备方法制得的。
21.本发明还更进一步地提供一种光伏系统，包括太阳能电池组件以及辅助设备，所述太阳能电池组件包括上述的太阳电池。
22.上述太阳电池的制备方法中，在对硅片衬底上形成含硅薄膜以及对硅片衬底进行激光处理后，将具有含硅薄膜以及图案化区域的硅片衬底置于含有一元强碱的碱性溶液中处理，然后再进行制绒处理，碱性溶液中一元强碱的物质的量浓度大于制绒液中一元强碱的物质的量浓度。经过上述碱性溶液处理不仅可以有效去除由于激光处理时形成的额外膜层，而且通过氢氟酸处理以及碱性溶液处理，可以去除由于绕镀正面生成的掩膜层、掺杂层以及氧化硅层，从而在后续进行制绒处理中，可以同时对衬底表面实现有效制绒以及对激光处理后形成的图案化区域有效刻蚀，保证电池正面外观良好以及电池性能。
附图说明
23.图1为对太阳电池背面刻蚀效果(a)刻蚀不下去，(b)局部刻蚀；
24.图2为太阳电池外观(a)正常外观，(b)不良外观；
25.图3为本发明太阳电池制备流程图；
26.图4为对含硅薄膜进行图案化处理后图案化区域的仰视图；
27.图5为对图案化区域开孔后的仰视图；
28.图6为本发明太阳电池结构；
29.图7为本发明太阳电池的仰视图；
30.附图说明：10：太阳电池，110：衬底，111：图案化区域，120：复合膜层，121氧化硅层，122：掺杂层，123：掩膜层，124：含硅薄膜，130：第一钝化膜层，140：第二钝化膜层，150：第一减反射膜层，160：第二减反射膜层，170：第一电极，180：第二电极。
具体实施方式
31.本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。
32.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。在本发明的描述中，“若干”的含义是至少一个，例如一个，两个等，除非另有明确具体的限定。
33.本发明中的词语“优选地”、“更优选地”等是指，在某些情况下可提供某些有益效果的本发明实施方案。然而，在相同的情况下或其他情况下，其他实施方案也可能是优选的。此外，对一个或多个优选实施方案的表述并不暗示其他实施方案不可用，也并非旨在将其他实施方案排除在本发明的范围之外。
34.当本文中公开一个数值范围时，上述范围视为连续，且包括该范围的最小值及最大值，以及这种最小值与最大值之间的每一个值。进一步地，当范围是指整数时，包括该范围的最小值与最大值之间的每一个整数。此外，当提供多个范围描述特征或特性时，可以合并该范围。换言之，除非另有指明，否则本文中所公开之所有范围应理解为包括其中所归入的任何及所有的子范围。
35.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
36.如图3所示，本发明提供一种太阳电池10的制备方法，包括以下步骤。
37.步骤s10：提供硅片衬底110，硅片衬底110具有第一表面以及与第一表面相对的第二表面。
38.进一步地，上述第一表面即为电池背光面也称背面，第二表面为电池受光面也称正面。
39.可以理解地，在步骤s10之前还包括对硅片衬底110进行去损伤处理，抛光处理和清洗处理。
40.进一步地，去损伤处理包括：使用含有物质的量浓度为0.6mol/l～0.8mol/l的一元强碱在50℃～70℃下进行处理。
41.具体地，去损伤处理的温度可以但不限于是50℃、55℃、60℃、65℃或70℃。
42.优选地，去损伤处理的溶液为质量百分数为46％的氢氧化钠溶液与水的体积比为4:96～6:94的混合溶液。
43.更进一步地，抛光处理包括：使用含有物质的量浓度为0.6mol/l～0.8mol/l的一元强碱溶液在65℃～85℃下进行处理，使抛光后反射率20％～40％，具体地，上述抛光后反射率可以但不限于是20％、25％、30％、35％或40％，优选地，硅片衬底110抛光后的反射率为30％。
44.在一个具体示例中，清洗处理包括：依次使用氢氟酸和盐酸的混合溶液、去离子水清洗和烘干。
45.步骤s20：在硅片衬底110的第一表面上形成含硅薄膜124，含硅薄膜124包括在硅片衬底110上依次形成的氧化硅层121、掺杂层122以及掩膜层123。
46.在一个具体示例中，在步骤s20中，含硅薄膜124包括在硅片衬底110的第一表面上依次叠置的氧化硅层121、掺杂层122以及掩膜层123。氧化硅层121的厚度为0.5nm～3nm，掺杂层122的厚度为30nm～300nm，掩膜层123的厚度为10nm～100nm。
47.通过等离子体增强化学气相沉积、低压化学气相沉积、热氧或链氧的方法在第一表面上沉积氧化硅层121，然后通过等离子体增强化学气相沉积或低压化学气相沉积的方法在氧化硅层121上沉积掺杂层122和掩模层123。
48.进一步地，氧化硅层121的形成方法为等离子体增强化学气相沉积、低压化学气相沉积、热氧或链氧。
49.优选地，氧化层利用低压化学气相沉积制备的温度为500℃～650℃。
50.更进一步地，掺杂层122与掩膜层123的形成方法同时为等离子体增强化学气相沉积或低压化学气相沉积。
51.可以理解地，掺杂层122与掩膜层123的形成方法同时为等离子体增强化学气相沉积，进一步地掺杂层122与掩膜层123的形成方法也可以同时为低压化学气相沉积。
52.进一步地，掺杂层122的形成方法为低压化学气相沉积的方法的一种方式为，在氧化硅层121上在500℃～650℃的温度下沉积掺杂层122的材料，在800℃～950℃使非晶硅转化为多晶硅，最后再在该炉管通入一定的氧气，再外侧生长掩膜层123的材料。
53.掺杂层122的形成方法为低压化学气相沉积的方法的另一种方式为，在500℃～650℃在氧化硅层121上沉积本征非晶硅，然后使用进行掺杂元素扩散，预沉积时通入的气体不仅有掺杂气源以及氧气，在上述温度中非晶硅转化为多晶硅。
54.进一步地，利用等离子体增强化学气相沉积(pecvd)在硅片衬底110上的第一表面通过氧化形成氧化硅层121，再通入磷烷ph3和硅烷sih4以沉积掺杂的非晶硅即掺杂层122，然后通入笑气n2o和硅烷sih4在最外侧形成氧化硅作为掩膜层123，后续还需进行退火处理，退火处理的温度为800℃～950℃，退火处理时间为20min～50min。退火处理的目的是促进非晶硅向多晶硅转化，并促使晶粒生长，同时使氧化硅掩膜层123变得更加致密，以便后续在碱溶液处理中不被腐蚀。
55.掺杂层122与硅片衬底110的导电类型各自独立地选自n型或p型，掺杂层122与硅片衬底110的导电类型不同。
56.可以理解地，当衬底110为p型，则掺杂层122为n型，优选地掺杂物质为磷。具体地，掺杂层122材料可以但不限于是磷掺杂的多晶硅。
57.进一步地，掩膜层123的材料可以但不限于是氧化硅。
58.步骤s30：利用激光对第一表面上的含硅薄膜进行图案化处理，在硅片衬底110的第一表面上形成图案化区域111。
59.具体地，采用皮秒激光器利用紫外光355nm或者532nm的纳米激光，对硅片衬底110第一表面上部分区域的含硅薄膜124进行去除，形成宽度300μm～500μm的图案化区域111，去除或破坏图案化区域111处的部分含硅薄膜，使其更易被碱溶液腐蚀。如图4为对含硅薄膜124进行图案化处理后图案化区域111的仰视图。
60.步骤s40：将具有含硅薄膜124以及图案化区域111的硅片衬底110置于含有物质的量浓度为0.3mol/l～2mol/l的一元强碱的碱性溶液处理，制备预处理硅片衬底110，将预处理硅片衬底110进行制绒处理。
61.进行碱性溶液处理之前还包括利用物质的量浓度为4mol/l～6mol/l的氢氟酸溶液处理绕镀于衬底110的第二表面的掩膜层材料的步骤。
62.将衬底110的第一表面远离氢氟酸溶液，水平放置，用去离子水覆盖衬底110的第一表面，避免与氢氟酸溶液接触而破坏第一表面上的氧化硅掩膜层123。非激光区域即第一表面上除图形化区域111外的氧化硅掩膜层123在后续的碱液处理以及制绒液处理中仍可以保护非激光区域的掺杂层122。衬底110的第二表面与氢氟酸溶液接触去除绕镀产生的氧化硅掩膜层，清洗时间60s～240s。
63.可以理解地，上述氢氟酸溶液使用质量分数为49％的氢氟酸与水以(10～30):(70～90)的体积比进行混合，优选地，使用质量分数为49％的氢氟酸与水以20:80的比例进行混合制备氢氟酸溶液。
64.在一个具体示例中，一元强碱选自氢氧化钾和氢氧化钠中的至少一种。
65.在一个具体示例中，在步骤s40中，碱性溶液的处理时间为10s～200s。
66.可以理解地，处理时间可以但不限于是10s、30s、50s、70s、90s、110s、130s、150s、170s、190s或200s。
67.在一个具体示例中，碱性溶液的处理温度为60℃～80℃。
68.进一步地，处理温度可以但不限于是60℃、65℃、70℃、75℃或80℃。
69.上述太阳电池10的制备方法中，在对硅片衬底110上形成含硅薄膜124以及对硅片衬底110进行激光处理后，将具有含硅薄膜124以及图案化区域111的硅片衬底置于含有物质的量浓度为0.3mol/l～2mol/l的一元强碱的碱性溶液处理，然后进行制绒处理，经过上述碱性溶液处理不仅可以有效去除由于激光处理时形成的额外膜层而且可以去除绕镀于第二表面的含硅薄膜，从而在后续进行制绒处理中，可以同时对衬底110表面实现有效制绒以及对激光处理后形成的图案化区域有效刻蚀，保证电池正面外观良好以及电池性能。
70.此外，传统含硅薄膜124的制备方法如等离子体增强化学气相沉积法(pecvd)或是低压化学气相沉积(lpcvd)，均容易在硅片衬底110的正面形成绕镀，通过利用氢氟酸去除衬底110第二表面上较厚的氧化硅掩膜层123以及配合使用碱性溶液处理，二者协同可以实现对衬底110第二表面即受光面上形成的绕镀全部去除，有利于后续制绒，尤其是对于衬底110第二表面即受光面进行制绒。
71.在一个具体示例中，碱性溶液中还包括添加剂，添加剂可以但不限于是拓邦bp31。
72.进一步地，上述碱性溶液中质量分数为46％的氢氧化钠溶液、添加剂以及水的体
积比为(15～25):(1～5):(400～480)。
73.优选地，上述碱性溶液中质量分数为46％的氢氧化钠溶液、添加剂以及水的体积比为20:(1～5):(400～480)。
74.为了保证背面掺杂层122不被腐蚀抛光，添加剂中含有的有机基团会吸附在掩膜层123之上，形成隔断，防止掩膜层123和碱性溶液反应，同时添加剂中的催化剂会加速碱性溶液和硅的反应速度。将形成含硅薄膜124以及激光图案化处理后的硅片衬底110浸入至上述碱性溶液中，通过碱性溶液处理温度、碱性溶液处理时间以及碱性溶液浓度的配合不仅可以有效去除绕镀以及对衬底110背面激光处理区域产生多余膜层，还保护背面没有被激光处理的掺杂层122表面的掩膜层123，避免没有被激光处理区域的掺杂层122露出。
75.通过氢氟酸处理以及短时间的碱性溶液处理，可以去除由于绕镀正面生成的氧化硅掩膜层123、掺杂层122以及氧化硅层121，保证制绒前衬底110正面的状态均一以及后续制绒的均匀性。短时间碱性溶液处理还对背面激光区域有一定的预刻蚀作用，即去除由于激光处理时形成的额外物质膜层，在后续制绒的有效时间内实现正面制绒的同时还能对背面经预刻蚀后的可能残留的含硅薄膜124进行刻蚀并刻蚀到第一表面并继续刻蚀或者未有残留，直接刻蚀第一表面。经制绒液处理后激光处理区域的表面和相连的非激光区的表面形成一定的高度差(即相连的掺杂层122和衬底110的高度差)，大于1μm，从而保证激光处理区域的原掺杂层122被去除干净，避免制备的电池失效或者低效。
76.在一个具体示例中，将预处理硅片衬底110进行制绒处理：将具有含硅薄膜以及图案化区域111的硅片衬底110置于含有物质的量浓度为0.15mol/l～0.35mol/l的一元强碱的制绒液中进行制绒处理，制绒时间400s～600s，制备具有绒面的硅片衬底110。
77.可以理解地，制绒的目的是在衬底110的第二表面即受光面形成金字塔状的绒面。在衬底110的第二表面即受光面完成制绒时，图案化区域111会形成1～6μm的刻蚀深度，因为是使用的制绒碱液进行的刻蚀，所以第一表面的图案化区域111也为绒面。衬底110的第一表面上非图案化区域111由于有完整的完成氧化硅掩膜层123的保护，在上述步骤s40的碱性溶液以及制绒液中并不被腐蚀。
78.进一步地，上述制绒液还可以包括添加剂，其中添加剂可以但不限于是时创st10。
79.在制绒后还包括对具有绒面的硅片衬底110进行可以但不限于是水洗、碱洗、水洗、酸洗、水洗以及烘干的步骤。
80.其中，碱洗为使用物质的量为0.1％～0.2％的氢氧化钠水溶液进行清洗。进一步地，酸洗使用含氢氟酸的酸溶液去除衬底110的第一表面上图案化区域111外的非图案化区域上最外侧氧化硅掩膜层123。
81.在一个具体示例中，在制备具有绒面的硅片衬底110之后还包括以下步骤s50：在具有绒面的硅片衬底110的第一表面以及复合膜层120上依次形成第一钝化膜层130以及第一减反射膜层150。
82.可以理解地，在具有绒面的硅片衬底110的第一表面、氧化硅层121以及掺杂层122上依次形成第一钝化膜层130以及第一减反射膜层150。
83.进一步地，在具有绒面的硅片衬底110的第二表面上依次形成第二钝化膜以及第二减反射膜层160。
84.可以理解地，上述第一钝化膜层130以及第二钝化膜层140的形成方法可以但不限
于是原子层沉积法，进一步地，第一钝化膜层130材料以及第二钝化膜层140材料可以但不限于是氧化铝。
85.在一个具体示例中，第一钝化膜层130的厚度为2nm～25nm，第二钝化膜层140的厚度为2nm～25nm。
86.进一步地，上述第一减反射膜层150以及第二减反射膜层160的形成方法可以但不限于是等离子体增强化学气相沉积，进一步地，第一减反射膜层150材料以及第二减反射膜层160材料可以但不限于是氧化硅以及氮化硅中的至少一种。
87.进一步地，第一减反射膜层150的厚度为50nm～150nm，第二减反射膜层160的厚度为60nm～150nm。
88.可以理解地，第一减反射膜层150材料以及第二减反射膜层160材料含有氧化硅以及氮化硅材料，为两层材料叠置。
89.在一个具体示例中，还包括以下步骤s60：利用激光对第一表面上的图案化区域进行图案化开孔，通过丝网印刷制备第一电极170和第二电极180。
90.对第一表面上的图案化区域111以外的区域涂覆烧穿型电极浆料，去除涂覆烧穿型电极浆料处的第一钝化膜层130和第一减反射膜层150，并注入烧穿型电极浆料至烧穿型电极浆料与含硅薄膜124接触，制备第一电极170；
91.利用激光对第一表面上的图案化区域111进行图案化开孔，去除开孔处的第一钝化膜层130和第一减反射膜层150形成第二电极接触区，在第二电极接触区内注入电极浆料，制备第二电极180。
92.利用激光对第一表面上的图案化区域111进行图案化开孔，开孔宽度30μm～50μm，去除开孔处的钝化膜层和减反射膜层形成第一电极170接触区。开孔区域呈虚线或者点状分布，如图5所示对图案化区域111开孔后的仰视图。
93.可以理解地，上述形成第一电极170以及第二电极180的方式可以但不限于是采用丝网印刷方式。与掺杂层122接触的第一电极170不需要开孔处理，第一电极优选使用烧穿型电极浆料，高温可烧透第一钝化膜层130、第一减反射膜层150与掺杂层122形成接触，而衬底110只是局部接触，使用的是非烧穿电极浆料，所以在激光开孔处非烧穿浆料与衬底110形成接触。
94.具体地，第一电极170和第二电极180为金属电极，第一电极170材料与第二电极180材料各自独立地选自可以但不限于铝和银中的一种。
95.进一步地，如图6所示本发明还提供一种太阳电池10，按照上述的太阳电池10的制备方法制得的。如图7为太阳电池10的仰视图。
96.经过制备流程得到的上述太阳电池10优选为背接触太阳电池。
97.本发明还更进一步地提供一种光伏系统，包括太阳能电池组件以及辅助设备，太阳能电池组件包括上述的太阳电池10。
98.以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
99.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，便于具体和详细地理解本发明的技术方案，但并不能因此而理解为对发明专利保护范围的限制。应当指出的是，对于本领
域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。应当理解，本领域技术人员在本发明提供的技术方案的基础上，通过合乎逻辑地分析、推理或者有限的实验得到的技术方案，均在本发明所附权利要求的保护范围内。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求的内容为准，说明书以及附图可以用于解释权利要求的内容。