光伏电池及其制备方法与流程

本发明实施例涉及光伏领域，特别涉及一种光伏电池及其制备方法。

背景技术：

随着光伏电池技术的不断发展，光伏电池的电极自身电阻率以及电极与发射极形成欧姆接触的区域的大小成为制约光伏电池转换效率进一步提高的重要因素。为了降低光伏电池中电极的电阻率以提高光伏电池的转换速率，通常采用银浆料来制备电极。且为增大电极与发射极形成欧姆接触的区域，在制备高效光伏电池时，需要对钝化层进行激光开槽，然后在凹槽对应的位置形成电极，其中激光开槽所需的设备成本高。

因而，现有光伏电池的转换效率依旧有待提高，且制备成本有待降低。

技术实现要素：

本发明实施例解决的技术问题为提供一种光伏电池及其制备方法，有利于提高光伏电池的转换效率和降低光伏电池的制备成本。

为解决上述问题，本发明实施例提供一种光伏电池的制备方法，包括：提供电池片基板；在所述电池片基板上形成牺牲电极，所述牺牲电极中具有牺牲材料，所述牺牲电极具有远离所述电池片基板的第一顶面；在所述电池片基板上形成钝化层，所述钝化层覆盖至少所述牺牲电极的部分区域，所述钝化层具有远离所述电池片基板的第二顶面，且所述第二顶面低于所述第一顶面或者所述第二顶面与所述第一顶面齐平；在所述牺牲电极的所述第一顶面上形成初始电极，且所述初始电极还位于部分所述钝化层上；对所述牺牲电极和所述初始电极进行烧结处理以形成电池电极，其中所述烧结处理的烧结温度大于或等于所述牺牲材料的沸点。

另外，所述牺牲材料的熔点高于形成所述钝化层的温度。

另外，在垂直于所述牺牲电极延伸方向的方向上，所述牺牲电极的宽度与所述初始电极的宽度的比值范围为1/3～1/2。

另外，形成所述牺牲电极的方法包括3d打印或者丝网印刷。

另外，采用导电浆料形成所述牺牲电极，所述导电浆料中的所述牺牲材料所占的比例为50wt.％～100wt.％。

另外，所述牺牲材料包括锌、镉或者锌镉合金。

另外，所述烧结温度为750℃～950℃。

相应的，本发明实施例还提供一种光伏电池，其特征在于，包括：电池片基板；位于所述电池片基板上的电池电极和钝化层，所述电池电极包括第一子电极和第二子电极，所述第一子电极位于所述电池片基板上，且所述第一子电极远离所述电池片基板的顶面与所述钝化层远离所述电池片基板的顶面齐平；所述第二子电极位于所述第一子电极远离所述电池片基板的顶面，且所述第二子电极还位于部分所述钝化层上，所述第一子电极和所述第二子电极之间电性连接。

另外，在垂直于所述第一子电极延伸方向的方向上，所述第一子电极的宽度与所述第二子电极的宽度的比值范围为1/3～1/2。

另外，所述第一子电极的宽度为15um～25um；所述第二子电极的宽度为30um～50um。

与现有技术相比，本发明实施例提供的技术方案具有以下优点：

先在电池片基板上形成牺牲电极，然后在电池片基板上形成钝化层，则无需对钝化层进行激光开槽，就能实现最终形成的电池电极与电池片基板之间的直接接触，省去激光开槽的设备成本，因而有利于降低光伏电池的制备成本。此外，牺牲电极与电池片基板直接接触，牺牲电极上还形成有初始电极，在对牺牲电极和初始电极进行烧结处理时，由于烧结处理的烧结温度大于或等于牺牲电极中的牺牲材料的沸点，则后续烧结过程中，牺牲电极中的牺牲材料会蒸发，使得牺牲电极中产生空隙，则初始电极会对该空隙进行填充，无需初始电极烧穿钝化层，整个烧结过程中，用于形成电池电极的浆料均与电池片基板直接接触，有利于准确定位并增大最终电池电极与电池片基板之间形成欧姆接触的区域，从而有利于提高光伏电池的转换效率。

此外，在垂直于牺牲电极延伸方向的方向上，牺牲电极的宽度与初始电极的宽度的比值范围为1/3～1/2，有利于在保证经过烧结处理后的初始电极的宽度满足光伏电池工作所需的宽度的同时，通过减小牺牲电极的宽度来降低制作电极所需的浆料的用量以降低光伏电池的制备成本。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1至图5为本发明实施例提供的光伏电池的制备方法中一种各步骤对应的结构示意图；

图6至图10为本发明实施例提供的光伏电池的制备方法中又一种各步骤对应的结构示意图。

具体实施方式

由背景技术可知，现有技术中光伏电池的转换效率和制备成本都有待提高。

经分析发现，目前烧结过程中，仅靠制备电极的浆料烧穿钝化层，促使浆料中的纳米级金属颗粒不断扩散，使得烧结而成的电极与电池片基板之间形成欧姆接触，由于纳米级金属颗粒扩散的无序性，不易确定烧结而成的电极与电池片基板之间形成欧姆接触的区域，不利于提高光伏电池的转换效率。且在制备高效电池时，通常需要对钝化层进行激光开槽，再在凹槽对应的位置形成电极，一方面，激光开槽形成的凹槽的大小不易控制；另一方面，对钝化层进行激光开槽所需的制备成本高。

为解决上述问题，本发明实施提供一种光伏电池的制备方法，分步形成最终的电池电极，先在电池片基板上形成牺牲电极，然后在电池片基板上形成钝化层，无需对钝化层进行激光开槽，就能实现最终形成的电池电极与电池片基板之间的直接接触，有利于降低光伏电池的制备成本。此外，在后续烧结过程中，牺牲电极中的牺牲材料会蒸发，初始电极对牺牲材料蒸发产生的空隙进行填充，无需初始电极烧穿钝化层，整个烧结过程中，浆料均与电池片基板直接接触，有利于准确定位并增大最终电池电极与电池片基板之间形成欧姆接触的区域，从而有利于提高光伏电池的转换效率。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施例进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施例中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施例的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。

图1至图5为本发明实施例提供的光伏电池的制备方法中一种各步骤对应的结构示意图；图6至图10为本发明实施例提供的光伏电池的制备方法中又一种各步骤对应的结构示意图。

参考图1，提供电池片基板100；在电池片基板100上形成牺牲电极101，牺牲电极101中具有牺牲材料，牺牲电极101具有远离电池片基板100的第一顶面a。

其中，牺牲材料的熔点高于后续形成钝化层的温度，且牺牲材料的沸点小于或者等于后续烧结处理的烧结温度。

本实施例中，在电池片基板100上形成牺牲电极101后，后续还会在电池片基板100上形成钝化层，牺牲材料的熔点高于形成钝化层的温度，有利于避免在后续形成钝化层的过程中，牺牲电极熔化变成液态产生形变，影响钝化层的形成和后续形成初始电极的定位。

此外，牺牲电极101与电池片基板100直接接触，则无需对后续形成的钝化层进行激光开槽即可实现最终形成的电池电极与电池片基板直接接触，省去激光开槽的设备成本，因而有利于降低光伏电池的制备成本，且后续整个烧结过程中，用于形成电池电极的浆料均与电池片基板直接接触，有利于准确定位并增大电池电极与电池片基板之间形成欧姆接触的区域，从而有利于提高光伏电池的转换效率。

具体地，本实施例中，采用导电浆料形成牺牲电极101，导电浆料中的牺牲材料所占的比例为50wt.％～100wt.％。优选地，导电浆料中的牺牲材料所占的比例为70wt.％，由于后续烧结过程中，后续形成的初始电极会向牺牲材料蒸发所产生的空隙处扩散，将导电浆料中的牺牲材料所占的比例控制在70wt.％左右，有利于避免初始电极的扩散速率与牺牲材料的蒸发速率不匹配，部分牺牲材料所产生的空隙没有被及时填充而使得电池电极自身产生空隙的现象，从而降低后续烧结结束后形成的电池电极本身出现裂纹，断层的概率，从而有利于降低最终形成的电池电极的电阻率，以提高光伏电池的转换效率。

进一步地，本实施例中，导电浆料中的牺牲材料为锌，一般而言，要求光伏电池中电极具有低的电阻率，然而锌的电阻率较高，则需要后续形成的初始电极具有低的电阻率，后续通过烧结过程将锌蒸发去除，则最终形成的电池电极中初始电极所占的比例增大，从而有利于降低最终形成的电池电极的电阻率，以提高光伏电池的转换效率。在其他实施例中，导电浆料中的牺牲材料也可以包括镉或者锌镉合金。

本实施例中，导电浆料中还可以包括银，不同于牺牲材料，在烧结过程中，银的沸点高于烧结温度，不会蒸发，且能对牺牲材料蒸发产生的空隙及时进行填充，避免最终形成的电极出现裂纹或者断层，且银的电阻率低，有利于提高最终形成的电池电极的导电性，从而有利于提高光伏电池的光电转换效率。在其他实施例中，导电浆料中可以包括银、铝或者铜中的一种或者任意几种的组合。

本实施例中，形成牺牲电极101的方法为3d打印，在垂直于牺牲电极101延伸方向的方向上，有利于精准控制牺牲电极101的宽度和厚度，以降低制备牺牲电极101所需的导电浆料的用量，从而有利于降低制备电极所需的导电浆料成本，以降低光伏电池的制备成本。在其他实施例中，形成牺牲电极的方法也可以为丝网印刷。

本实施例中，在垂直于牺牲电极101延伸方向的方向上，牺牲电极101的宽度为10um～20um，厚度为0.08um～1um。

参考图3，在电池片基板100上形成钝化层102，钝化层102覆盖至少牺牲电极101的部分区域，钝化层102具有远离电池片基板100的第二顶面b，本实施例中，第二顶面b与牺牲电极101的第一顶面a齐平。具体地，钝化层102覆盖牺牲电极101相对于第一顶面a而言的所有侧壁。在其他实施例中，第二顶面也可以低于第一顶面，即钝化层覆盖牺牲电极相对于第一顶面而言的部分侧壁。

本实施例中，钝化层可以为单层结构也可以为叠层结构。以下将结合两个具体实施例进行示例性说明。

在一个例子中，参考图2，钝化层102为单层结构，形成钝化层102的工艺步骤包括：

在电池片基板100上形成一层初始钝化层112，形成初始钝化层112的温度低于牺牲材料的熔点，且初始钝化层112还位于第一顶面a上。

本实施例中，形成初始钝化层112的温度低于牺牲材料的熔点，则在形成初始钝化层112的过程中，牺牲电极101不会熔化成液态，不会对形成初始钝化层112造成影响。

在实际生产工艺中，较薄的膜层(例如5nm以下)沉积难度相对较大，而且膜层的均匀性不易控制，因此，沉积较厚的膜层在工艺上易于实现且膜层的均匀性能够得到较好的控制。本实施例中，沉积初始钝化层112时，难以避免在部分牺牲电极101的第一顶面a上也沉积有初始钝化层112，影响后续形成的初始电极与牺牲电极101之间的电性连接，因而，在沉积初始钝化层112时，使得初始钝化层112还位于第一顶面a上，有利于通过沉积较厚的初始钝化层112，以保证初始钝化层112的均匀性，后续通过去除工艺将位于第一顶面a上的初始钝化层112去除即可保证后续形成的初始电极与牺牲电极101之间良好的电性连接。

本实施例中，沉积初始钝化层112的方法为原子层沉积，具体地，在电池片基板100上沉积一层氧化铝膜层，沉积温度为180℃～250℃，优选地为200℃。然后对氧化铝膜层进行退火处理，退火温度为380℃～400℃，优选地为400℃。其中，原子层沉积法有利于在低温下形成初始钝化层112，且有利于精确控制初始钝化层112的厚度。此外，在原子层沉积的工艺过程中，氧化铝薄膜是在电池片基板100单面生长，对后续形成的初始电极的要求低，有利于降低三甲基铝的耗量，形成氧化铝膜层的成本相对较低，且原子层沉积设备中对光伏电池实行板式负载方式有利于降低光伏电池的碎片率，提高其生产兼容性。

在其他实施例中，沉积初始钝化层的方法也可以为等离子体增强化学气相沉积，具体地，在电池片基板上沉积一层氮化硅层，沉积温度为350℃～550℃，优选地为400℃。其中，等离子气体增强化学气相沉积成膜均匀性好，形成的初始钝化层112的良率较高，集成度较高。

需要说明的是，本实施例中形成初始钝化层112的材料、沉积方法以及沉积温度可根据牺牲材料的不同而进行相应的调整，上述示意的形成初始钝化层112的沉积工艺以及沉积温度是为了方便本领域技术人员对本实施例提供的光伏电池的制备方法的理解，并不表示形成初始钝化层112的方法仅包含上述罗列的情况。

参考图3，对初始钝化层112(参考图2)进行化学机械研磨，直至露出第一顶面a，以形成钝化层102，从而可以保证牺牲电极102与后续形成的初始电极之间电性连接。

在又一个例子中，参考图8，钝化层102包括依次堆叠设置的第一钝化层142和第二钝化层152，形成钝化层102的工艺步骤包括：

参考图6，在电池片基板100上形成初始第一钝化层122，形成初始第一钝化层122的温度低于牺牲材料的熔点，初始第一钝化层122还位于第一顶面a(参考图1)上。

参考图7，在初始第一钝化层122远离电池片基板100的一侧形成初始第二钝化层132，形成初始第二钝化层132的温度低于牺牲材料的熔点，初始第二钝化层132也位于第一顶面a上。

本实施例中，形成初始第一钝化层122和初始第二钝化层132的温度均低于牺牲材料的熔点，则在形成初始第一钝化层122和初始第二钝化层132的过程中，牺牲电极101均不会熔化成液态，不会对形成初始第一钝化层122和初始第二钝化层132造成影响。

本实施例中，形成初始第一钝化层122的方法可以为原子层沉积，具体地，在电池片基板100上沉积一层氧化铝膜层，沉积温度为180℃～250℃，优选地为200℃。然后对氧化铝膜层进行退火处理，退火温度为380℃～400℃，优选地为400℃。形成初始第二钝化层132的方法可以为等离子体增强化学气相沉积，具体地，在初始第一钝化层122远离电池片基板100的一侧沉积一层氮化硅层，沉积温度为350℃～550℃，优选地为400℃。在其他实施例中，形成初始第一钝化层122的方法也可以为等离子体增强化学气相沉积，形成初始第二钝化层132的方法也可以为原子层沉积。

需要说明的是，本实施例中形成初始第一钝化层122和初始第二钝化层132的材料、沉积方法以及沉积温度可根据牺牲材料的不同而进行相应的调整，上述示意的形成初始第一钝化层122和初始第二钝化层132的沉积工艺以及沉积温度是为了方便本领域技术人员对本实施例提供的光伏电池的制备方法的理解，并不表示形成初始第一钝化层122和初始第二钝化层132的方法仅包含上述罗列的情况。

参考图8，对初始第一钝化层122(参考图7)和初始第二钝化层132(参考图7)进行化学机械研磨，直至露出第一顶面a，以形成第一钝化层142和第二钝化层152，从而可以保证牺牲电极102与后续形成的初始电极之间电性连接。

本实施例中，钝化层102既可以为单层结构也可以为叠层结构，在垂直于电池片基板100的方向上，钝化层102的总厚度为76nm～95nm，优选地，钝化层102的总厚度为90nm。具体地，钝化层102包括依次堆叠设置的第一钝化层142和第二钝化层152时，第一钝化层142的厚度范围为6nm～15nm，优选地，第一钝化层142的厚度为10nm，有利于保证有效少数载流子较长的寿命，从而降低多数载流子和少数载流子在电池片基板100表面的复合速率，从而有利于提高光伏电池的转换效率；第二钝化层152的厚度范围为70nm～85nm，优选地，第二钝化层152的厚度为80nm，有利于在保证第二钝化层152具有良好的减反射效果，以提高光伏电池对光的吸收率的前提下，降低形成第二钝化层152所需的时间。

本实施例中，钝化层102远离电池片基板100的第二顶面与牺牲电极101远离电池片基板100的第一顶面a齐平。在其他实施例中，钝化层远离电池片基板的第二顶面也可以低于牺牲电极远离电池片基板的第一顶面齐平，具体地，可以通过刻蚀工艺，去除位于牺牲电极第一顶面上的钝化层。

参考图4或图9，在牺牲电极101远离电池片基板100的一侧形成初始电极103，且初始电极103还位于部分钝化层102上。

本实施例中，形成初始电极103的方法为丝网印刷，具体地，在牺牲电极101的第一顶面a(参考图1)和钝化层102的部分第二顶面b(参考图1)上涂敷一层第一导电浆料，形成初始电极103，则电池片基板100上的多个初始电极103可以一次印刷成型，有利于提高光伏电池的制备效率。在其他实施例中，形成初始电极103的方法也可以为3d打印。

具体地，采用第一导电浆料印刷形成初始电极103时，第一导电浆料包括银、铝或者铜等电阻率较低的导电材料中的一种或者任意几种的组合，有利于保证初始电极103具有良好的导电性，以保证最终形成的电池电极具有良好的导电性。

在垂直于牺牲电极101延伸方向的方向上，牺牲电极101的宽度与初始电极103的宽度的比值范围为1/3～1/2，有利于在保证初始电极103满足光伏电池工作所需的宽度的同时，通过减小牺牲电极101的宽度来降低制作电极所需的浆料的用量以降低光伏电池的制备成本。

参考图5或图10，对牺牲电极101(参考图9)和初始电极103(参考图9)进行烧结处理以形成电池电极104，其中烧结处理的烧结温度大于或等于牺牲材料的沸点。

具体地，烧结温度为750℃～950℃。本实施例中，烧结温度优选为907℃，在保证最终形成的电池电极104成型良好且电池电极104与电池片基板100之间有良好的欧姆接触的前提下，有利于促进牺牲材料的挥发，避免电池电极104中残留有牺牲材料，从而有利于降低电池电极104的电阻率，提高电池电极104的导电性，以提高光伏电池的转换效率。

在烧结过程中，由于牺牲材料的沸点低于烧结处理的烧结温度，因此牺牲电极101中的牺牲材料会挥发，形成空隙，未挥发的牺牲电极101或者初始电极103对该空隙进行填充，最终形成顶面与钝化层102齐平的第一子电极114和位于第一子电极114顶面的第二子电极124，第一子电极114和第二子电极124共同组成电池电极104，且在垂直于第一子电极114延伸方向的方向上，第一子电极114的宽度与第二子电极124的宽度的比值范围为1/3～1/2，因此最终经过烧结处理形成的电池电极104为t型结构，有利于在保证光伏电池具有良好的转换效率的同时，降低制备电池电极104所需的浆料的用量，且无需对钝化层102进行激光开槽，从而有利于降低光伏电池的制备成本。

本实施例中，分步形成最终的t型结构电池电极104，先在电池片基板100上形成牺牲电极101，然后在电池片基板100上形成钝化层102，无需对钝化层102进行激光开槽，就能实现最终形成的t型结构电池电极104与电池片基板100之间的直接接触，且可以通过降低牺牲电极101的宽度来降低制备牺牲电极101所需的浆料的用量，因而有利于降低光伏电池的制备成本。此外，在后续烧结过程中，牺牲电极101中的牺牲材料会蒸发，初始电极103对牺牲材料蒸发产生的空隙进行填充，无需初始电极103烧穿钝化层102，整个烧结过程中，浆料均与电池片基板100直接接触，有利于准确定位并增大最终形成的t型结构电池电极104与电池片基板100之间形成欧姆接触的区域，从而有利于提高光伏电池的转换效率。

本发明第二实施例还提供一种光伏电池，该光伏电池可以由第一实施例提供的光伏电池的制备方法制成。

参考图5或图10，光伏电池包括：电池片基板100；位于电池片基板100上的电池电极104和钝化层102，电池电极104包括第一子电极114和第二子电极124，第一子电极114位于电池片基板100上，且第一子电极114远离电池片基板100的顶面与钝化层102远离电池片基板100的顶面齐平；第二子电极124位于第一子电极114远离电池片基板100的顶面，且第二子电极124还位于部分钝化层102上，第一子电极114和第二子电极124之间电性连接。

本实施例中，形成第一子电极114和第二子电极124的材料可以相同，则由第一子电极114和第二子电极124组成的电池电极104为一体结构。在其他实施例中，形成第一子电极114和第二子电极124的材料也可以不同，则由第一子电极114和第二子电极124组成的电池电极104为叠层结构。

具体地，第一子电极114和第二子电极124的材料均可以为银、铝或者铜中的一种或者任意几种的组合。

在垂直于第一子电极114延伸方向的方向上，第一子电极114的宽度与第二子电极124的宽度的比值范围为1/3～1/2，有利于在保证第二子电极124的宽度满足光伏电池工作所需的宽度的同时，通过减小第一子电极114的宽度来降低制作电池电极104所需的浆料总用量，以降低光伏电池的制备成本。

具体地，第一子电极114的宽度为15um～25um，优选地，第一子电极114的宽度为20um，有利于降低第一子电极114和电池片基板100表面的复合面积，从而降低光伏电池中多数载流子和少数载流子的复合概率，从而提高光伏电池的转换效率，且第一子电极114的宽度为20um，有利于在降低第一子电极114和电池片基板100表面的复合面积的同时，避免因第一子电极114的宽度过小导致光生载流子损失的现象，从而保证第一子电极114中电流良好的传输效果。

第二子电极124的宽度为30um～50um，优选地，第二子电极124的宽度为40um，有利于在保证第二子电极124在电池片基板100上的正投影面积较小，即光伏电池的总受光面积较大的前提下，使得第二子电极124的宽度较大，有利于提高对光生载流子的收集率，降低光生载流子的损失率。

钝化层102为单层结构或者叠层结构，且在垂直于电池片基板100的方向上，钝化层102的总厚度为76nm～95nm，优选地，钝化层102的总厚度为90nm。

具体地，参考图10，钝化层102包括依次堆叠设置的第一钝化层142和第二钝化层152，其中，第一钝化层142的厚度范围为6nm～15nm，优选地，第一钝化层142的厚度为10nm，有利于保证有效少数载流子较长的寿命，以提高光伏电池的转换效率；第二钝化层152的厚度范围为70nm～85nm，优选地，第二钝化层152的厚度为80nm，有利于在保证第二钝化层152具有良好的减反射效果的前提下，降低形成第二钝化层152所需的时间。

在垂直于电池片基板100的方向上，第二子电极124的厚度为8um～12um，优选地，第二子电极124的厚度为10um，有利于在避免第二子电极124的厚度过大，所需的浆料的用量较多，增加光伏电池的制备成本，且会对光伏电池产生遮光现象的前提下，保证第二子电极124具有较小的接触电阻，使得光伏电池的填充因子较大，从而使得光伏电池的转换效率较高。

本实施例中，在保证第二子电极124满足光伏电池工作所需的宽度的同时，可通过减小牺牲电极101的宽度来降低制作电池电极104所需的浆料的用量以降低光伏电池的制备成本。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各自更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求限定的范围为准。