一种硅异质结太阳能电池及其金属化方法

本发明涉及太阳电池，具体而言，涉及一种硅异质结太阳能电池及其金属化方法。

背景技术：

1、硅异质结(hjt)太阳能电池使用晶体硅片进行载流子传输和吸收，并使用非晶或微晶薄硅层进行钝化，顶部电极由透明导电氧化物(tco)层和金属栅线组成。其具有卓越的钝化性能和高转换效率(超过26.5％)，越来越受到光伏产业的关注。

2、硅异质结太阳能电池由于具有敏感的钝化非晶硅层，需要在低温下进行金属化工艺，目前丝网印刷低温银浆是硅异质结太阳能电池常用的金属化方法。然而，低温银浆的电阻率远远高于高温银浆，是其两倍以上。因此，为了获得足够低的线电阻，不得不消耗大量的低温浆料，这将大幅增加硅异质结太阳能电池的生产成本。并且随着太阳能光伏生产规模的不断扩大，对白银的需求也会急剧增长，降低银浆用量或使用贱金属取代昂贵的银浆，是实现硅异质结太阳能电池产业化的重要课题。

3、电镀铜技术因其可获得更低的线电阻，更高的高宽比及制造成本更低，被认为是突破丝印技术瓶颈，改善载流子收集的有效尝试，已经成为本领域的研究重点。为了增加横向电导率并减少光反射，硅异质结电池的表面被tco膜覆盖，但电镀金属与tco膜的接触性能较差，现有的硅异质结电池电镀金属化技术中，通常是先用理气相沉积pvd技术沉积一层种子层，然后在种子层上电镀铜。如中国专利cn108400175a、cn110797418a、cn113130671a、cn113943920a公开了通过使用pvd技术制造ni、ti、ta等金属种子层来提高粘附性。但是这种真空工艺及后续的刻蚀步骤会显著增加制造成本，而且，即使沉积了种子层，电镀金属与tco之间的接触性能也不理想，还不能达到大规模产业化要求。这是因为tco的导电性不足以保证电镀期间电流分布的均匀性，特别是当晶片的尺寸增大时，电镀铜栅线和tco之间的粘附力较差，可能会导致后续电池组装过程中的分层。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是如何提高金属栅线与透明导电氧化物层之间的接触质量，实现直接在透明导电氧化物上电镀金属种子层。

2、为解决上述问题，本发明第一方面提供一种硅异质结太阳能电池，包括晶硅衬底，所述晶硅衬底的正面依次设置有第一本征非晶硅层、第一掺杂非晶硅/微晶硅层、第一透明导电氧化物层、第一过渡金属层和第一栅线电极，所述晶硅衬底的背面依次设置有第二本征非晶硅层、第二掺杂非晶硅/微晶硅层、第二透明导电氧化物层、第二过渡金属层和第二栅线电极，所述第一过渡金属层的成分为与所述第一透明导电氧化物层成分对应的金属及金属氧化物，所述第二过渡金属层的成分为与所述第二透明导电氧化物层成分对应的金属及金属氧化物。

3、本发明的硅异质结太阳能电池在金属栅线电极与透明导电氧化物之间设置了一层过渡金属层，增加了tco与金属栅线之间的粘附力，有利于获得均匀致密无孔洞的种子层，同时有效得降低了金属与tco的接触电阻，有利于提高电池效率。

4、进一步地，所述第一过渡金属层和所述第二过渡金属层的厚度为10-800nm。过渡金属层需要具有一定的厚度，保证与金属栅线之间具有很好的接触质量，但厚度不宜过大，否则会影响粘附力，进而影响电池效率。

5、进一步地，所述第一透明导电氧化物层和所述第二透明导电氧化物层的成分选自氧化铟锡(ito)、掺钨氧化铟(iwo)、氧化铝锌(azo)、氧化镓锌(gzo)、掺氟氧化锡(fto)中的至少一种。

6、进一步地，所述第一栅线电极包括第一金属种子层、第一铜导电层和第一锡保护层，所述第一金属种子层设置在所述第一过渡金属层上，所述第一铜导电层设置在所述第一铜导电层上，所述第一锡保护层包覆所述第一金属种子层和所述第一铜导电层表面，所述第二栅线电极包括第二金属种子层、第二铜导电层和第二锡保护层，所述第二金属种子层设置在所述第二过渡金属层上，所述第二铜导电层设置在所述第二铜导电层上，所述第二锡保护层包覆所述第二金属种子层和所述第二铜导电层表面。

7、进一步地，所述第一金属种子层和所述第二金属种子层的厚度为20-2000nm，所述第一铜导电层和所述第二铜导电层的厚度为500-6000nm，所述第一锡保护层和所述第二锡保护层的厚度为500-3000nm。

8、本发明第二方面提供上述硅异质结太阳能电池的金属化方法，包括以下步骤：

9、s1、准备无金属电极的准异质结电池片，进行图案化处理；

10、s2、使用预处理溶液对电池片表面透明导电氧化物层进行化学溶液处理，还原出部分金属和金属氧化物，形成过渡金属层，电池片表面进行清洗，所述预处理溶液包括还原溶质、稳定剂和ph调节剂，所述还原溶质选自碘化钾、碘化钠、碘化银、碘化铜、碘化铝、一氯化碘、一溴化碘、硝酸碘中的一种或多种；

11、s3、在过渡金属层上电镀沉积金属种子层；

12、s4、在金属种子层表面电镀沉积铜导电层；

13、s5、在金属种子层和铜导电层的表面化学沉积锡保护层；

14、s6、将电池片进行退火处理。

15、本发明通过采用化学溶液法对透明导电氧化物进行预处理，使tco被部分还原成金属及其氧化物，形成了一层过渡金属层，从而增加了tco与电镀金属栅线之间的粘附力，在过渡金属层上可以直接电镀沉积均匀致密无孔洞的种子层，同时有效得降低了金属与tco的接触电阻。

16、进一步地，所述稳定剂选自磷酸、甘氨酸、柠檬酸、乙酸中的一种或多种，所述ph调节剂为盐酸和/或硫酸。稳定剂用于稳定预处理溶液中的碘离子，并采用盐酸和/或硫酸缓冲溶液ph。

17、进一步地，所述预处理溶液中，所述还原溶质的摩尔浓度为0.3-1mol/l，所述稳定剂的摩尔浓度为0.2-0.8mol/l。还原溶质作为预处理的反应物质，用来还原透明导电氧化物，溶质浓度过低时，整个反应会受到抑制；溶质浓度过高时，反应过于强烈，影响过渡金属层的质量；稳定剂的摩尔浓度与还原溶质对应，起到稳定碘离子的作用。

18、进一步地，所述预处理溶液的温度为20-50℃，ph为0.5-5。ph和温度对预处理效果产生影响，ph过高时，反应速率太慢，ph过低时，产生的过渡金属层会被酸溶解，造成破坏。

19、进一步地，所述步骤s2中，预处理时间为1-30min。预处理时间会影响金属过渡层的厚度以及组分比例，在此时间范围内可以得到设定厚度的金属过渡层。

20、综上所述，相对现有技术，本发明具有以下有益效果：

21、(1)本发明在透明导电氧化物层表面设置了一层过渡金属层，过渡金属层与金属栅线之间具有很高的粘附力，有利于实现电镀形成均匀致密无孔洞的种子层，同时提高金属栅线与tco之间的接触质量。

22、(2)本发明采用化学溶液法对透明导电氧化物进行预处理，使tco表面产生均匀的过渡金属层，从而可以实现后续直接在过渡金属层上电镀金属种子层，这与随后的铜电镀工艺相兼容，可以集成到单个电镀设备中。

23、(3)本发明对tco预处理后形成了过渡金属层，有利于后续获得更均匀致密的栅线，使栅线电极具有更高的电导率，从而有效降低硅异质结电池的接触电阻率。

24、(4)本发明对tco预处理后形成了过渡金属层，其与栅线电极的粘附力大幅提升，改善接触质量，提高了硅异质结电池的转化效率。

25、(5)本发明的金属化方法有利于降低硅异质结电池金属化后的接触电阻率，并提高粘附力以获得更高的转化效率，且该方法工艺简单，制造成本低，适合大规模工业生产。

26、附图说明

27、图1为本发明具体实施方式中硅异质结太阳能电池的结构示意图。

28、图2为本发明具体实施方式中硅异质结太阳能电池的的金属化方法的流程图。

29、图3为本发明实施例1和对比例1制备的硅异质结太阳能电池的栅线部位的截面形貌图。

30、图4为本发明实施例1和对比例1制备的硅异质结太阳能电池的栅线高度分布对比图。

31、图5为本发明实施例1和对比例1制备的硅异质结太阳能电池的栅线拉脱力测试结果对比图。