一种太阳能电池及其制造方法与流程

本发明涉及光伏，尤其涉及一种太阳能电池及其制造方法。

背景技术：

1、太阳能电池是一种利用太阳光直接发电的光电半导体器件，在太阳光的作用下，太阳能电池内部会产生光生电流，通过电池的电极输出。太阳能电池发电将成为主要的发电推动力，太阳能电池也将迎来翻倍的增长。在上述情况下，太阳能电池生产成本的降低就显得刻不容缓。

2、但是，现有的太阳能电池的制造过程较为复杂，现有的背面cu电镀技术在背面tco薄膜层用pvd镀一层薄薄的cu种子层，再涂覆pr(photoresist，光刻胶)作为掩膜，cu种子层在接下来的曝光、显影过程中实现图案化，紧接着是cu电镀作为电池的栅线，最后是刻蚀不透光的pr掩膜和cu种子膜层，露出原来的tco，获得具有背面cu电极结构的异质结电池。电极具体制作工序为：背面沉积tco的前驱体→pvd沉积cu种子层→涂覆pr→曝光→显影→电镀cu电极→刻蚀pr→刻蚀cu种子层。该技术的优点是成本更低的金属代替了较贵的低温银桨，是hit电池非银量产的关键工序。尽管经过持续的优化，异质结背面cu电镀技术仍然不尽人意，且不利于进一步降低太阳能电池的制造成本。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种太阳能电池及其制造方法，用于简化太阳能电池的制造过程，并利于降低太阳能电池的制造成本。

2、为了实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种太阳能电池，该太阳能电池包括：电池前体、减反射掩膜层、金属种子层和图案化电极层。其中，减反射掩膜层覆盖在电池前体的向光面和/或背光面上。该减反射掩膜层为包括接触开口的图案化掩膜层，接触开口用于填充金属种子层。图案化电极层位于金属种子层上。

3、采用上述技术方案的情况下，太阳能电池包括的减反射掩膜层覆盖在电池前体的向光面和/或背光面上。并且，该减反射掩膜层为包括接触开口的图案化掩膜层，该接触开口用于填充金属种子层。基于此，在制造太阳能电池的过程中，在获得电池前体后，可以先在电池前体将要形成金属种子层的一面(该面为电池前体具有的向光面和背光面中的至少一者)上预先形成设置有接触开口的减反射掩膜层。该减反射掩膜层具有的接触开口用于填充金属种子层，并且在形成图案化电极层时，该减反射掩膜层可以覆盖电池前体形成金属种子层一侧上未被金属种子层覆盖的导电区域，防止漏电的同时，还可以提高图案化电极层的成型精度，即减反射掩膜层具有良好的掩膜作用。其次，上述减反射掩膜层还具有减反射作用，能够降低太阳光在电池前体形成有图案化电极层一侧的反射率，使得更多的太阳光能够透射至电池前体内，使得太阳能电池具有较高的光电转换效率。由此可见，本发明提供的太阳电池中，减反射掩膜层不仅能够作为掩膜实现图案化电极层的制备，还在制造图案化电极层后无须去除，具备减反射作用提高太阳能电池的光电转换效率，从而能够解决因现有制造方法在形成图案化电极层前制造掩膜层，并在形成图案化电极层后将掩膜层去除再额外形成仅具有减反射作用的膜层而导致太阳能电池的制造过程较为复杂、且不利于降低太阳能电池的制造成本的问题。其次，减反射掩膜层的存在也可以防止金属种子层暴露在外界环境中而容易被氧化，确保金属种子层具有较低的电阻，利于提高太阳能电池的光电转换效率。

4、另外，本发明中图案化电极层位于金属种子层上。在此情况下，在形成金属种子层后，可以采用电镀工艺并通过铜或铝等贱金属形成图案化电极层，无须采用丝网印刷银浆方式形成电极，从而能够进一步降低太阳能电池的制造成本。

5、作为一种可能的实现方案，上述电池前体包括电池基底、以及位于电池基底与减反射掩膜层之间的透明导电层。

6、采用上述技术方案的情况下，透明导电层具有优异的横向载流子传输特性，可以使得电池基底内的载流子经透明导电层及时传输至图案化电极层的相应部分，降低载流子复合速率。并且，透明导电层可以降低电池基底与金属种子层之间的接触势垒，降低接触电阻，进一步利于载流子的传输。另外，在电池前体包括电池基底和透明导电层的情况下，金属种子层位于图案化电极层和透明导电层之间。基于此，在电镀图案化电极层前，在透明导电层暴露在接触开口的部分上形成金属种子层，可以增强图案化电极层在透明导电层上的附着性，提高太阳能电池的结构稳定性。

7、作为一种可能的实现方案，上述透明导电层的厚度大于等于42nm、且小于等于69nm。

8、采用上述技术方案的情况下，透明导电层的厚度在上述范围内时，其自身厚度较小，可以降低制造透明导电层时的耗材使用量，进一步降低太阳能电池的制造成本。另外，太阳能电池中各膜层的厚度和折射率对太阳能电池对光能的利用率有重要影响，各膜层的折射率和厚度相互匹配时，可以增大太阳能电池入光面一侧的折射率，降低反射电流损失。基于此，上述减反射掩膜层具有降低太阳光在电池前体形成有图案化电极层一侧的反射率。并且，与材料为氧化铟锡等透明导电层相比，材料为二氧化硅等材料的减反射掩膜层的成本更低，因此减反射掩膜层的存在可以弥补因降低制造成本使得透明导电层厚度减小而导致的反射损失，实现降低制造成本的同时，确保太阳能电池具有较高的光电转换效率。

9、作为一种可能的实现方案，上述减反射掩膜层的材料包括二氧化硅。在此情况下，二氧化硅材料的减反射掩膜层的透光性较好，可以进一步降低太阳能电池形成有金属种子层和图案化电极层一侧的反射率，确保太阳能电池具有较高的光电转换效率。

10、作为一种可能的实现方案，上述减反射掩膜层的厚度大于等于85nm、且小于等于96nm。

11、采用上述技术方案的情况下，减反射掩膜层的厚度在上述范围内，可以防止因减反射掩膜层的厚度较小而导致填充在减反射掩膜层具有的接触开口内的金属种子层的厚度也较小，确保图案化电极层能够通过金属种子层稳固形成在电池前体上，确保太阳能电池具有较高的结构稳定性；同时确保减反射掩膜层具有良好的减反射效果，且能够将位于自身下方的电池前体与外界充分隔离开，抑制漏电。另外，还可以防止因减反射掩膜层的厚度较大而导致制造减反射掩膜层的耗材使用量较大，利于控制太阳能电池的制造成本；同时还利于使得减反射掩膜层与电池前体包括的其它膜层之间的厚度相适配，利于确保太阳能电池入光面一侧具有较高的光线入射率，降低反射电流损失，利于增大太阳能电池的光电转换效率。

12、作为一种可能的实现方案，上述接触开口的宽度大于等于20μm、且小于等于25μm。

13、采用上述技术方案的情况下，接触开口的宽度在上述范围内，可以防止因接触开口的宽度较小而导致形成仅填充在接触开口内的金属种子层的制造精度较大，降低金属种子层的制造难度。另外，还可以防止因接触开口的宽度较大使得金属种子层和图案化电极层的宽度也较大而导致二者的遮光面积较大，确保较多的光线可以由太阳能电池形成有图案化电极层的一侧入射至电池前体内，利于提高太阳能电池的光电转换效率。

14、作为一种可能的实现方案，上述金属种子层的材料包括银、镍、钛、铜中的至少一种。在此情况下，金属种子层的材料具有多种可能的实现方案，便于根据不同的实际应用场景选择合适材料制造金属种子层。另外，不同种类的金属材料可以通过不同方式进行制备，如可以采用丝网印刷方式形成银材料的金属种子层、采用局域化电镀方式形成镍材料的金属种子层、采用局域化蒸镀方式形成钛材料的金属种子层、采用局域化物理气相沉积方式形成同材料的金属种子层，因此金属种子层的材料包括银、镍、钛和铜中的至少一种的情况下，还可以根据不同的实际应用场景对制造方式的要求选择合适的金属种子层的材料，提高本发明提供的太阳能电池在不同应用场景下的适用性。

15、作为一种可能的实现方案，上述金属种子层的厚度大于等于60nm、且小于等于2μm。

16、采用上述技术方案的情况下，金属种子层的厚度在上述范围内，可以防止因金属种子层的厚度较小而导致图案化电极层难以通过金属种子层稳固形成在电池前体上，确保太阳能电池具有较高的结构稳定性。另外，在金属种子层和图案化电极层的总厚度为定值的情况下，与增大银或镍等高成本金属材料制造的金属种子层的厚度相比，增大铜或铝等低成本导电材料的图案化电极层的厚度更利于降低太阳能电池的制造成本，因此金属种子层的厚度在上述范围内还利于控制太阳能电池的制造成本。

17、作为一种可能的实现方案，上述金属种子层的厚度小于接触开口的深度。在此情况下，减反射掩膜层的存在可以对金属种子层的形成起到限定作用，可以确保金属种子层的图案与预设方案一致，利于提高制造精度。

18、作为一种可能的实现方案，上述图案化电极层的材料包括铜、铝、镍、石墨烯合金和碳纳米合金中的至少一种。

19、采用上述技术方案的情况下，图案化电极层的材料具有多种可能的实现方案，利于根据不同实际需求选择合适方案，提高本发明提供的太阳能电池在不同应用场景下的适用性。

20、作为一种可能的实现方案，上述图案化电极层包括的每个电极结构的宽度大于等于25μm、且小于等于30μm。

21、作为一种可能的实现方案，上述图案化电极层的厚度大于等于10μm、且小于等于15μm。

22、作为一种可能的实现方案，上述太阳能电池为硅异质结太阳能电池、钙钛矿太阳能电池、有机太阳能电池或铜铟镓硒太阳能电池。

23、采用上述技术方案的情况下，因可以低温实现太阳能电池中金属种子层和图案化电极层的制造，故当太阳能电池为硅异质结太阳能电池、钙钛矿太阳能电池、有机太阳能电池或铜铟镓硒太阳能电池时，可以防止高温制造金属种子层和图案化电极层对电池前体造成影响，确保太阳能电池具有较高的良率和工作性能。

24、第二方面，本发明还提供了一种太阳能电池的制造方法，该太阳能电池的制造方法包括：首先，提供一电池前体。接下来，在电池前体的向光面和/或背光面上形成减反射掩膜层。该减反射掩膜层为包括接触开口的图案化掩膜层。接下来，形成仅填充在接触开口内的金属种子层。接着，在减反射掩膜层的掩膜作用下，在金属种子层上电镀形成图案化电极层。

25、本发明中第二方面的有益效果，可以参考第一方面及其各种实现方式中的有益效果分析，此处不再赘述。

26、作为一种可能的实现方案，在电池前体的向光面和/或背光面上形成减反射掩膜层，包括：形成整层覆盖在电池前体的向光面和/或背光面上的减反射掩膜材料。接着，通过激光或腐蚀浆料，直接对减反射掩膜材料进行局域刻蚀处理，以使减反射掩膜材料的剩余部分形成减反射掩膜层。

27、采用上述技术方案的情况下，通过激光实现局域刻蚀处理是将高光束质量的小功率激光束聚焦成极小光斑，在焦点处形成很高的功率密度，使材料在瞬间汽化蒸发。而通过腐蚀浆料实现局域刻蚀处理是通过腐蚀浆料与材料发生化学反应。基于此，在形成整层覆盖的减反射掩膜材料后，通过激光或腐蚀浆料直接对减反射掩膜材料进行局域刻蚀处理，均未通过光刻方式形成光刻胶掩膜，从而可以节省光刻胶涂覆、曝光和显影的工序，进一步简化太阳能电池的制造过程，并且也无须使用材料成本较高的光刻胶，进一步利于降低太阳能电池的制造成本。

28、作为一种可能的实现方案，采用丝网印刷、喷墨打印、激光转印、局域化电镀和局域化物理气相沉积中的至少一种方式形成金属种子层。

29、采用上述技术方案的情况下，可以采用多种方式实现图案化形成金属种子层，便于根据不同需求选择合适的方案，利于提高本发明提供的太阳能电池的制造方法在不同应用场景下的适用性。