[发明专利]一种异质结太阳电池铜电极的无掩膜制备方法

说明书

本发明公开了一种异质结太阳电池铜电极的无掩膜制备方法，包括如下步骤：制备异质结电池基底，并在异质结电池基底两面上均沉积透明导电薄膜，异质结电池基底的P侧制备金属栅线，N侧浸入溶液中作为负极，P侧金属栅线与铂电极相连作为正极；通过激光辅助制备铟层金属种子层；通过化学镀的方式在所形成的金属种子层上制备金属粘合层；通过双极性脉冲电镀的方式在所形成的金属粘合层上制备金属传导层；本发明未采用任何掩膜图形就可实现金属电极的制备，能显著降低工艺复杂性，通过激光辅助的方法形成种子层，避免了掩膜去除及全面积种子层的腐蚀过程，亦可降低界面接触电阻，改善异质结电池的性能，实现高效、低成本的目的。

技术领域

本发明属于异质结太阳电池领域，尤其涉及一种异质结太阳电池铜电极的无掩膜制备方法。

背景技术

随着社会经济的发展，对能源的需求不断增加，能源危机愈演愈烈，而能源的消耗过程中造成了生态环境的严重破坏，两者之间的矛盾也愈加凸显，为了实现社会经济的可持续发展，可再生能源、清洁能源将扮演越来越重要的角色。太阳能作为21世纪可再生能源中重要的组成部分，在全球气候变暖，能源枯竭的大背景之下，以其取之不尽用之不竭、覆盖广、环保安全、绿色低碳的特点，越来越受到各国政府的重视与利用。

太阳电池是利用光生伏特效应直接把光能转化成电能，实现太阳能光电转换的典型，在实际应用中占据重要地位，目前，晶体硅太阳电池已成为光伏工业的主流，市场上80％以上的都是晶体硅太阳电池，而生产单晶硅的成本目前仍然比较高、工艺流程复杂、总体转换效率不高、高温性能差、光致衰减等制约着其进一步的发展。

硅异质结太阳电池是在n型或p型单晶硅衬底上依次双面沉积本征非晶硅薄膜作为钝化层，以饱和单晶硅表面因晶格突然截止产生的悬挂键，减少载流子的复合。再依次沉积n型非晶硅薄膜和p型非晶硅薄膜作为发射极和背面电场，实现电子与空穴的选择性传输，最后双面依次沉积透明导电薄膜使载流子更有效的收集。这种电池既利用了薄膜电池的制造工艺，也充分发挥了晶体硅和非晶硅的材料特性，具有高的开路电压、较高的转换效率(目前为27％左右)、低温工艺、双面发电、高转换效率(产业化)≥23％等优点，成为太阳电池发展的热点。

为了充分收集光伏效应产生的载流子，通过在太阳电池正表面制备金属栅线，背表面制备金属栅线或整面金属电极，形成物理上的正负极，从而引出光伏效应产生的电流。目前，产业化一般多通过丝网印刷银浆料的方法制备金属栅线，丝网印刷技术具有工艺过程简单、印刷图形设计空间大、适合大规模生产等优势成为电池量产电极制备的首选技术。但异质结电池受限于低温工艺制程，选择低温导电银浆来制备电极，故其电极的导电性较差、与TCO的接触电阻较高，且电极的印刷塑性难以兼顾，高宽比小，电极欧姆损耗较大。此外，低温银浆的价格高，占据了电池制程30％及以上的成本比例，急需降本增效。在自然界中，铜的导电性仅次于银，物理性能与银类似，且价格便宜(银的1/100)。电镀铜电极具有塑性接近于矩形、导电性好、电极欧姆损耗小、电极光学损失小及成本低廉等优点，被认为是突破丝印技术瓶颈，改善载流子收集的有效尝试，是太阳电池金属化的研究热点，金属电极采用电镀铜，太阳电池的电极成本大幅度降低。

以n型异质结太阳电池为例，其基本结构如图1所示，主要包括n型硅衬底、本征非晶硅层、n(p)型非晶硅掺杂层、透明导电层、金属电极。由于掺杂非晶硅薄膜的横向导电性能差，因此在异质结太阳电池制备过程中需要在非晶硅与金属电极之间引入一层透明导电薄膜层，作为接触层、减反射层以及传导层。因透明导电薄膜高的导电性，在电镀铜电极之前需要做掩膜图形，常用的掩膜方法有喷墨打印、丝网印刷、旋涂、化学气相沉积等，又因在氧化物层上直接电镀金属其附着性能差，容易脱落，故需要在透明导电薄膜层与金属电极之间引入一层金属种子层，以改善接触特性。