一种太阳能电池的制造方法与流程

本发明涉及光伏，尤其涉及一种太阳能电池的制造方法。

背景技术：

1、光伏太阳能电池是一种通过光电效应直接把光能转化成电能的装置。而如何提高上述太阳能电池的光电转换效率一直是太阳能电池设计和优化的重中之重。另外，在实际的制造过程中，通常采用工艺成熟且操作简便的丝网印刷工艺制造太阳能电池包括的电极结构，以降低太阳能电池的制造难度。

2、但是，采用现有丝网印刷工艺并通过银浆形成的电极结构的电阻较大，不利于载流子的传输，进而导致太阳能电池的光电转换效率较低。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种太阳能电池的制造方法，用于降低太阳能电池包括的电极结构的电阻，以利于载流子的传输，进而提高太阳能电池的光电转换效率。

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，提供一电池基底。电池基底的向光面和/或背光面具有电极区、以及除电极区之外的非电极区。接下来，形成仅覆盖在电极区上的金属电极的前驱体图案，并通过还原剂对前驱体图案进行还原处理，以原位形成仅覆盖在电极区上的金属纳米颗粒。接着，对金属纳米颗粒进行低温烧结处理，以形成金属电极。

3、采用上述技术方案的情况下，电池基底的向光面和/或背光面具有电极区、以及除电极区之外的非电极区。上述电极区用于在其上制造金属电极，以在太阳能电池处于工作状态下通过金属电极将电池基底内产生的相应导电类型的载流子导出，产生光电流。基于此，形成仅覆盖在电极区上的金属电极的前驱体图案，并通过还原剂对前驱体图案进行还原处理，能够原位形成仅覆盖在电极区上的金属纳米颗粒，可以省略将预先制备的金属纳米颗粒转移并将其图案化成型于电极区等步骤，从而无须解决颗粒尺寸较小的金属纳米颗粒会出现的团聚、氧化以及制备浆料难以调配等问题，降低电极结构的制造难度。并且，因与丝网印刷银浆相比，金属纳米颗粒的尺寸较小，使得堆积在电极区上的金属纳米颗粒的总比表面积较大，从而利于降低金属纳米颗粒的烧结温度，能够在相对较低的烧结温度实现烧结固相反应，不仅能够防止高温烧结对电池基底造成损伤，还能够使得金属纳米颗粒之间能够通过金属键连接、且提高金属电极与电池基底电极区的接触/粘接性能，提高基于烧结后的金属纳米颗粒制造形成的金属电极对载流子传输能力。另外，金属电极仅由金属纳米颗粒低温烧结而成，其材料仅含有导电的金属材料，并不包括用于实现粘接的有机载体等非导电材料，可以降低金属电极的电阻，进一步提高金属电极对载流子传输能力，进而提高太阳能电池的光电转换效率。再者，在金属电极的电阻降低还利于减小金属电极的宽度，从而利于降低金属电极的遮光面积、以及降低金属材料的消耗量。

4、作为一种可能的实现方案，上述通过还原剂对前驱体图案进行还原处理，包括：将形成有前驱体图案的电池基底浸入还原剂的溶液内。接着，将经还原处理后的电池基底由还原剂的溶液内取出。

5、采用上述技术方案的情况下，形成仅覆盖在电极区上的金属电极的前驱体图案后，将形成有前驱体图案的电池基底整体浸入到还原剂的溶液内，使得前驱体图案与接触的还原剂的溶液发生还原反向形成金属纳米颗粒。与仅在前驱体图案的外周覆盖还原剂相比，将形成有前驱体图案的电池基底整体浸入到还原剂的溶液内可以降低还原处理的精度要求，进而降低还原处理的难度，便于获得金属电极的同时，还可以提高还原处理的效率，利于实现金属电极的量产。

6、作为一种可能的实现方案，上述前驱体图案与还原剂的溶液中的溶剂之间的汉森溶解度大于等于1。

7、采用上述技术方案的情况下，当前驱体图案与还原剂的溶液中的溶剂之间的汉森溶解度大于等于1时，说明前驱体图案与还原剂的溶液中的溶剂不互溶或微溶，从而可以确保前驱体图案与还原剂的溶液发生还原反应形成金属纳米颗粒后，仅位于电极区上的金属纳米颗粒不会被还原剂的溶液冲掉或转移，提高金属电极制造精度的同时，还可以进一步提高金属电极与电池基底电极区之间、以及金属电极中不同金属纳米颗粒之间的附着力，确保金属电极具有较高结构稳定性、且能够进一步高金属电极对载流子传输能力，进而提高太阳能电池的光电转换效率。

8、作为一种可能的实现方案，上述通过还原剂对前驱体图案进行还原处理，包括：通过还原剂对前驱体图案进行局域化还原处理。在此情况下，仅位于前驱体图案外周的还原剂可以针对性的仅对覆盖在电极区上的前驱体图案进行局域化还原处理，防止基于前驱体图案形成的金属纳米颗粒在还原剂的溶液影响下部分转移至非电极区，抑制漏电的同时，确保金属电极具有较高的精度。另外，还可以降低还原剂的消耗量，利于控制金属电极的制造成本。

9、作为一种可能的实现方案，上述形成仅覆盖在电极区上的金属电极的前驱体图案，并通过还原剂对前驱体图案进行局域化还原处理，包括：先形成仅覆盖在电极区上的前驱体图案。接着形成仅覆盖在前驱体图案外周的还原剂的溶液，并通过还原剂的溶液对前驱体图案进行局域化还原处理。或者，先形成仅覆盖在电极区上的还原剂或还原剂的溶液。接着形成仅位于还原剂或还原剂的溶液上的前驱体图案，并通过还原剂或还原剂的溶液对前驱体图案进行局域化还原处理。

10、采用上述技术方案的情况下，在通过还原剂对前驱体图案进行局域化还原处理的情况下，可以是先形成仅覆盖电极区上的前驱体图案，再形成覆盖在前驱体图案外周的还原剂的溶液。也可以是先形成仅覆盖在电极区上的还原剂或还原剂的溶液，在形成仅位于还原剂或还原剂的溶液上的前驱体图案。上述两种方式均可以实现局域化还原处理，可以根据不同需求选择合适方式，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。

11、作为一种可能的实现方案，上述形成仅覆盖在电极区上的金属电极的前驱体图案，包括：采用湿化学工艺，形成仅覆盖在电极区上的金属电极的前驱体液态混合物。接着，对前驱体液态混合物进行烘干处理和固化处理，以获得前驱体图案。

12、采用上述技术方案的情况下，湿化学工艺包括丝网印刷、喷墨打印、激光转印和纳米压印等多种可选方式，因此通过湿化学工艺形成仅覆盖在电极区上的金属电极的前驱体液态混合物，可以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。另外，通过还原剂对前驱体图案进行还原处理前，还对前驱体液态混合物进行烘干处理和固化处理，以获得固态的前驱体图案，以防止具有流动性的前驱体图案在还原处理时部分成型至非电极区，确保金属电极具有较高的成型精度。

13、作为一种可能的实现方案，上述前驱体液态混合物为前驱体溶液、前驱体溶胶、前驱体凝胶或前驱体浆料。在此情况下，前驱体液态混合物具有多种存在状态，不同存在状态往往需要通过相应工艺实现前驱体液态混合物仅图案化成型至电极区，因此可以根据不同实际需求选择合适的存在状态和制造工艺制造前驱体图案，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。

14、作为一种可能的实现方案，上述金属电极的材料包括银。前驱体液态混合物包括硝酸银液态混合物。还原剂包括含有醛基的有机物、肼类有机物、柠檬酸和柠檬酸盐中的至少一种。和/或，金属电极的材料包括金、铜和铝中的至少一种。前驱体液态混合物包括金属电极的材料的硝酸盐液态混合物、金属电极的材料的有机络合物和金属电极的材料的醇盐液态混合物中的至少一种。还原剂包括含有醛基的有机物、肼类有机物、柠檬酸和柠檬酸盐中的至少一种。

15、采用上述技术方案的情况下，上述金属电极的材料、前驱体液态混合物的种类、以及还原剂的种类具有多种可能的实现方案，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。另外，金属电极的材料除了银或金等贵金属材料以外，还可以是铜或铝等贱金属材料，利于控制金属电极的制造成本。

16、作为一种可能的实现方案，形成仅覆盖在电极区上的金属电极的前驱体图案，包括：在电池基底具有电极区的一侧设置掩膜层。掩膜层具有的掩膜图案与电极区的图案相同。接下来，在掩膜层的掩膜作用下，采用气相沉积工艺形成前驱体图案。接着，去除掩膜层。在此情况下，为前驱体图案的成型方式提供了另一种可能的实现方案，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。

17、作为一种可能的实现方案，上述金属电极的材料包括银。前驱体图案的材料包括氧化银和/或硝酸银。还原剂包括含有醛基的有机物、肼类有机物、柠檬酸和柠檬酸盐中的至少一种。和/或，金属电极的材料包括金、铜和铝中的至少一种。前驱体图案的材料包括金属电极的材料的氧化物、金属电极的材料的氢氧化物、金属电极的材料的硝酸盐和金属电极的材料的有机盐中的至少一种。还原剂包括含有醛基的有机物、肼类有机物、柠檬酸和柠檬酸盐中的至少一种。

18、作为一种可能的实现方案，上述还原处理的处理时间大于等于1min、且小于等于120min。

19、采用上述技术方案的情况下，还原处理的处理时间对还原处理后所形成的金属纳米颗粒的尺寸和形状有影响。基于此，当还原处理的处理时间在上述范围内，可以防止因上述处理时间较短而导致前驱体图案并未完全反应而导致材料浪费以及最终成型的金属电极内存在未反应的部分前驱体图案(而前驱体图案不导电或导电性较差)，利于控制金属电极制造成本的同时，可以确保金属电极具有较高的导电性。还可以防止因处理时间较长使得还原处理后获得的金属纳米颗粒的尺寸较大而导致后续烧结温度不能降低至更佳范围，确保烧结后电池基底依然具有良好的质量。

20、作为一种可能的实现方案，上述还原处理的处理温度大于等于室温、且小于等于200℃。

21、采用上述技术方案的情况下，还原处理的处理温度对还原处理的处理速率有影响，进而对还原处理后所形成的金属纳米颗粒的尺寸和形状有影响。具体的，在一定范围内，还原处理的处理温度越低，还原处理的处理速率越慢；还原处理的处理温度越高，还原处理的处理速率越快。基于此，当还原处理的处理温度在上述范围内，上述处理温度较低而导致前驱体图案并未完全反应而导致材料浪费以及最终成型的金属电极内存在未反应的部分前驱体图案，利于控制金属电极制造成本的同时，可以确保金属电极具有较高的导电性。还可以防止因处理温度较高使得还原处理后获得的金属纳米颗粒的尺寸较大而导致后续烧结温度不能降低至更佳范围，确保烧结后电池基底依然具有良好的质量。

22、作为一种可能的实现方案，上述金属纳米颗粒的平均尺寸大于0、且小于等于20nm。在此情况下，金属纳米颗粒的平均尺寸较小，可以增大电极区上金属纳米颗粒的总比表面积，进而降低金属纳米颗粒的烧结温度，能够在相对较低的烧结温度实现烧结固相反应，防止高温烧结对电池基底造成损伤。

23、作为一种可能的实现方案，上述低温烧结处理的烧结温度大于等于金属纳米颗粒的熔点温度、且小于200℃。

24、作为一种可能的实现方案，上述太阳能电池包括硅异质结电池、钙钛矿电池、碲化镉电池和铜铟镓硒电池中的至少一种。

25、采用上述技术方案的情况下，硅异质结电池、钙钛矿电池、碲化镉电池和铜铟镓硒电池均需要在较低的工艺温度下制造，以防止高温对电池中某些结构造成损伤。如硅异质结电池中非晶硅层会在高温下晶化，另外钙钛矿电池中钙钛矿光吸收层会在高温下分解等。因此，当太阳能电池包括硅异质结电池、钙钛矿电池、碲化镉电池和铜铟镓硒电池中的至少一种时，通过本发明提供的制造方法制造太阳能电池的金属电极可以确保电极基底不会因高受到影响的前提下，通过低温烧结的方式对尺寸较小的金属纳米颗粒进行烧结固相反应，提高金属电极的载流子传输能力。