电池的制备方法、电池和电子产品与流程

1.本发明涉及电池领域，特别是涉及一种电池的制备方法、电池和电子产品。


背景技术：

2.为了追求更高的光电转换效率，太阳能电池更新迭代也十分迅速，硅异质结太阳能电池(silicon heterojunction solar cell，)简称异质结太阳能电池具有结构对称、低温制备工艺、高开路电压、温度特性好以及薄硅片化等优势，属于新一代晶硅太阳电池产品之一。
3.传统方法是通过提高电池片转换效率或是通过提高组件发电功率，来提高异质结太阳能电池的电池效率。其中，采用提高电池片短路电流的方式是一种提升电池片传化效率的方法。然而，常规的方法在提高电池片的短路电流的同时，往往也会牺牲电池片的其他电性能参数(如电池片失效比例等)。


技术实现要素：

4.基于此，有必要提供一种能够提高电池短路电流进而提高电池效率，且不降低电池的其他电性能参数的电池的制备方法、电池和电子产品。
5.本发明提供一种电池的制备方法，包括以下步骤：
6.s10：提供衬底，所述衬底具有第一表面以及与所述第一表面相对的第二表面；
7.s20：在所述第一表面上制备第一钝化层，在所述第二表面制备第二钝化层；
8.s30：在所述第一钝化层上制备第一掺杂层，在所述第二钝化层上制备第二掺杂层；
9.s40：对所述第一掺杂层以及所述第二掺杂层中的至少一层进行臭氧表面处理；
10.s50：在所述第一掺杂层上制备第一透明导电层，在所述第二掺杂层上制备第二透明导电层；
11.s60：在所述第一透明导电层上制备第一电极，在所述第二透明导电层上制备第二电极。
12.在其中一个实施例中，所述步骤s40中臭氧处理的步骤包括：对所述第一掺杂层以及所述第二掺杂层中的至少一层在臭氧浓度为5ppb～15ppb的环境下放置1min～5min。
13.在其中一个实施例中，所述步骤s40中臭氧处理中，臭氧的产生方式为采用高压放电、紫外线照射以及电解中的至少一种。
14.在其中一个实施例中，所述步骤s20中，所述第一钝化层以及所述第二钝化层的制备方法各自独立地选自等离子体增强化学气相沉积、热丝化学气相沉积或低压化学气相沉积的方法。
15.在其中一个实施例中，所述步骤s30中，所述第一掺杂层以及所述第二掺杂层的制备方法各自独立地选自等离子体增强化学气相沉积、热丝化学气相沉积或低压化学气相沉积的方法。
16.在其中一个实施例中，所述步骤s50中，在氧气含量为5％～8％的气体环境中制备所述第一透明导电层以及所述第二透明导电层。
17.本发明还提供一种电池，按照上述的电池的制备方法制得的。
18.在其中一个实施例中，所述第一透明导电层与所述第二透明导电层中至少一层的边缘距所述第二掺杂层的边缘0.2mm～0.5mm。
19.在其中一个实施例中，所述衬底、所述第一掺杂层以及所述第二掺杂层的导电类型各自独立地选自n型或p型，所述第一掺杂层与所述第二掺杂层的导电类型不同。
20.进一步地，本发明还提供一种电子产品，所述电子产品的供电装置包括如上述的电池。
21.上述电池制备过程中对于第一掺杂层以及第二掺杂层中的至少一层进行臭氧表面处理，经过处理后的掺杂层表面可以有效与透明导电层进行有效复合，可以抑制电池片由于掺杂层绕镀带来的漏电风险。
22.进一步地，在对掺杂层进行臭氧表面化处理后，并增加透明导电层面积实现提高电池短路电流性能，且电池其他性能也均没有下降，获得兼具较高短路电流、填充因子以及较低的电池失效比例的高电池转换效率的电池。
附图说明
23.图1为本发明电池结构；
24.附图说明：10：电池，110：衬底，120a：第一钝化层，120b：第二钝化层，130a：第一掺杂层，130b：第二掺杂层，140a：第一透明导电层，140b：第二透明导电层，150a：第一电极，150b：第二电极。
具体实施方式
25.本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。
26.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。在本发明的描述中，“若干”的含义是至少一个，例如一个，两个等，除非另有明确具体的限定。
27.本发明中的词语“优选地”、“更优选地”等是指，在某些情况下可提供某些有益效果的本发明实施方案。然而，在相同的情况下或其他情况下，其他实施方案也可能是优选的。此外，对一个或多个优选实施方案的表述并不暗示其他实施方案不可用，也并非旨在将其他实施方案排除在本发明的范围之外。
28.当本文中公开一个数值范围时，上述范围视为连续，且包括该范围的最小值及最大值，以及这种最小值与最大值之间的每一个值。进一步地，当范围是指整数时，包括该范
围的最小值与最大值之间的每一个整数。此外，当提供多个范围描述特征或特性时，可以合并该范围。换言之，除非另有指明，否则本文中所公开之所有范围应理解为包括其中所归入的任何及所有的子范围。
29.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
30.本发明提供一种如图1所示的电池10的制备方法，包括以下步骤s10～s60。
31.步骤s10：提供衬底110，衬底110具有第一表面以及与第一表面相对的第二表面。
32.在一个具体的示例中，衬底110优选为单晶硅衬底110，进一步地提供衬底110前要对衬底110进行清洗以及双面化学抛光，以除去衬底110表面的油渍、切割损伤层以及形成表面洁净的金字塔陷光结构，上述衬底110的厚度为50μm～300μm，优选地衬底110厚度为100m～200μm。
33.步骤s20：在第一表面上制备第一钝化层120a，在第二表面制备第二钝化层120b。
34.在一个具体示例中，步骤s20中，第一钝化层120a以及第二钝化层120b的制备方法各自独立地选自等离子体增强化学气相沉积、热丝化学气相沉积或低压化学气相沉积的方法。
35.进一步地，上述制备第一钝化层120a以及第二钝化层120b中的衬底110温度为150℃～250℃，工艺腔内的压力为10pa～400pa。
36.更进一步地，第一钝化层120a和第二钝化层120b的厚度为5nm～10nm，第一钝化层120a的材料与第二钝化层120b的材料各自独立地选自本征非晶硅(a-si：h(i))、本征非晶硅氧(a-siox：h(i))以及本征非晶硅碳(a-sicx：h(i))中的至少一种。
37.步骤s30：在第一钝化层120a上制备第一掺杂层130a，在第二钝化层120b上制备第二掺杂层130b。
38.在一个具体示例中，步骤s30中，第一掺杂层130a以及第二掺杂层130b的制备方法各自独立地选自等离子体增强化学气相沉积、热丝化学气相沉积或低压化学气相沉积的方法。
39.进一步地，第一掺杂层130a以及第二掺杂层130b的主体材料各自独立地本征非晶硅(a-si：h(i))、本征非晶硅氧(a-siox：h(i))以及本征非晶硅碳(μc-siox：h(i))中的至少一种，第一掺杂层130a与第二掺杂层130b的厚度为5nm～15nm。
40.在一个具体示例中，衬底110、第一掺杂层130a以及第二掺杂层130b的导电类型各自独立地选自n型或p型，第一掺杂层130a与第二掺杂层130b的导电类型不同，优选地，第一掺杂层130a与第二掺杂层130b中的一层与衬底110的导电类型相同，另一层与与衬底110的导电类型不同。
41.可以理解地，导电类型为n型其掺杂元素选自磷、砷以及锑中的至少一种向第一掺杂层130a以及第二掺杂层130b的主体材料进行掺杂；导电类型为p型其掺杂元素选自硼、镓以及铟中的至少一种向第一掺杂层130a以及第二掺杂层130b的主体材料进行掺杂。
42.步骤s40：对第一掺杂层130a以及第二掺杂层130b中的至少一层进行臭氧表面处理。
43.在一个具体示例中，步骤s40中臭氧处理的步骤包括：对第一掺杂层130a以及第二掺杂层130b中的至少一层在臭氧浓度为5ppb～15ppb的环境下处理1min～5min。
44.可以理解地，可以对需要进行臭氧处理的掺杂层先制备后直接进行臭氧处理，例如可以是制备完需要臭氧处理的掺杂层后进行臭氧处理，也可以是制备完所有掺杂层后进行臭氧处理。
45.进一步地，臭氧表面处理中，臭氧的产生方式为采用高压放电、紫外线照射以及电解中的至少一种。
46.优选地，对与衬底110导电类型相同的掺杂层进行臭氧表面处理。
47.步骤s50：在第一掺杂层130a上制备第一透明导电层140a，在第二掺杂层130b上制备第二透明导电层140b。
48.进一步地，上述第一透明导电层140a和第二透明导电层140b的制备方法选自物理气相沉积、化学气相沉积以及溶胶-凝胶法中的至少一种。可以理解地，物理气相沉积可以但不限于是真空蒸发、溅射、脉冲激光或离子镀。
49.在一个具体示例中，在氧气含量为5％～8％的气体环境中采用物理气相沉积制备第一透明导电层140a以及第二透明导电层140b，上述气体环境中除氧气外还可以包括氩气或是氩气与氢气的混合气体，其中上述气体环境若除氧气外还包括氩气和氢气，氢气的含量小于2％。
50.上述第一透明导电层140a和第二透明导电层140b的材料各自独立地选自氧化铟掺锡(ito)、氧化铟掺钨(iwo)、氧化铟掺铯(ico)以及氧化锌掺铝(azo)中的至少一种。
51.步骤s60：在第一透明导电层140a上制备第一电极150a，在第二透明导电层140b上制备第二电极150b。
52.在一个具体示例中，制备第一电极150a以及第二电极150b的方法选自丝网印刷、蒸镀、磁控溅射、喷墨打印以及电镀中的至少一种。
53.第一电极150a以及第二电极150b的材料各自独立地选自银或铜，可以理解地可以但不限于是银浆、银包铜或铜。
54.进一步地，第一电极150a与第二电极150b包括主栅线和细栅线，主栅线的高度为5μm～50μm，主栅线的宽度为60μm～150μm；细栅线的高度为5μm～50μm，细栅线的宽度为30μm～100μm。
55.上述电池制备过程中对于第一掺杂层130a以及第二掺杂层130b中的至少一层进行臭氧表面处理，经过处理后的掺杂层表面可以有效与透明导电层进行有效复合，可以抑制电池片由于掺杂层绕镀带了的漏电风险。
56.本发明还提供一种电池10，按照上述的电池10的制备方法制得的。
57.在一个具体示例中，第一透明导电层140a与第二透明导电层140b中至少一层的边缘距第二掺杂层130b的边缘0.2mm～0.5mm，可以理解地，上述距离为图1所示中虚线框部分。
58.进一步地，在对掺杂层进行臭氧表面化处理后，并配合增加透明导电层面积实现提高电池短路电流性能，且电池其他性能也均没有下降，获得兼具较高短路电流、填充因子以及较低的电池失效比例的高电池效率的电池。
59.可以理解地，异质结太阳能电池iv测试的漏电流(irev2)大于0.2a或者并联电阻
(rsh)小于50ω，将其判定为失效片。在生产线上，上述失效片也将其定义为报废品或者称为不合格品，原因为此类电池片在被做成光伏组件以后，在光照下，会存在严重的漏电风险导致组件被击穿，导致整块组件报废，从而引起严重的电池参数不良及外观不良。
60.进一步地，本发明还提供一种电子产品，电子产品的供电装置包括如上述的电池。
61.以下提供具体的实施例对本发明电池的制备方法以及电池作进一步详细地说明。以下具体实施方式所涉及到的原料，若无特殊说明，均可来源于市售。
62.实施例1
63.本实施例提供一种电池，制备方法包括以下步骤：
64.以厚度为150μm n型单晶硅作为衬底并对其进行清洗和制绒处理，形成金字塔状陷光结构；
65.利用等离子体增强化学气相沉积在n型单晶硅正面沉积厚度为10nm的本征非晶硅作为第一钝化层，然后在第一钝化层上继续沉积10nm厚的n型掺杂非晶硅作为第一掺杂层；
66.采用高压放电式臭氧发生器在n型第一掺杂层镀膜完毕后对电池表面进行臭氧处理，表面臭氧浓度为10ppb，臭氧处理时间5min；
67.在n型单晶硅衬底背面沉积厚度为10nm的本征非晶硅作为第二钝化层，然后在第二钝化层上继续沉积12nm厚的p型掺杂非晶硅作为第二掺杂层；
68.利用物理气相沉积技术在p型第二掺杂层上使用0.4mm掩膜的载板，沉积80nm厚度的锡掺杂10wt.％的氧化铟基第二透明导电层，沉积时气体氛围中氧气的百分比为6％；接着利用物理气相沉积技术在n型第一掺杂层上沉积80nm厚度的锡掺杂3wt.％的氧化铟基第一透明导电层；
69.利用丝网印刷法在第一透明导电层上印刷银栅线作为第一电极，细栅高度为20μm，宽度为55μm，主栅高度为22μm，宽度为110μm；利用丝网印刷法在第二透明导电层上印刷银栅线作为第二电极，细栅高度为20μm，宽度为75μm，主栅高度为22μm，宽度为115μm。
70.实施例2
71.与实施例1相比，本实施例不对n型第一掺杂层进行臭氧处理而是对p型第二掺杂层进行臭氧处理，参数与实施例1臭氧处理参数相同，其余步骤与实施例1相同。
72.对比例1
73.本对比例提供一种电池，制备方法包括以下步骤：
74.以厚度为150μm n型单晶硅作为衬底并对其进行清洗和制绒处理，形成金字塔状陷光结构；
75.利用等离子体增强化学气相沉积在n型单晶硅正面沉积厚度为10nm的本征非晶硅作为第一钝化层，然后在第一钝化层上继续沉积10nm厚的n型掺杂非晶硅作为第一掺杂层；
76.在n型单晶硅衬底背面沉积厚度为10nm的本征非晶硅作为第二钝化层，然后在第二钝化层上继续沉积12nm厚的p型掺杂非晶硅作为第二掺杂层；
77.利用物理气相沉积技术在p型第二掺杂层上使用0.9mm掩膜的载板，沉积80nm厚度的锡掺杂10wt.％的氧化铟基第二透明导电层，沉积时气体氛围中氧气的百分比为6％；接着利用物理气相沉积技术在n型第一掺杂层上沉积80nm厚度的锡掺杂3wt.％的氧化铟基第一透明导电层；
78.利用丝网印刷法在第一透明导电层上印刷银栅线作为第一电极，细栅高度为20μ
m，宽度为55μm，主栅高度为22μm，宽度为110μm；利用丝网印刷法在第二透明导电层上印刷银栅线作为第二电极，细栅高度为20μm，宽度为75μm，主栅高度为22μm，宽度为115μm。
79.对比例2
80.本对比例提供一种电池，制备方法包括以下步骤：
81.以厚度为150μm n型单晶硅作为衬底并对其进行清洗和制绒处理，形成金字塔状陷光结构；
82.利用等离子体增强化学气相沉积在n型单晶硅正面沉积厚度为10nm的本征非晶硅作为第一钝化层，然后在第一钝化层上继续沉积10nm厚的n型掺杂非晶硅作为第一掺杂层；
83.在n型单晶硅衬底背面沉积厚度为10nm的本征非晶硅作为第二钝化层，然后在第二钝化层上继续沉积12nm厚的p型掺杂非晶硅作为第二掺杂层；
84.利用物理气相沉积技术在p型第二掺杂层上使用0.9mm掩膜的载板，沉积80nm厚度的锡掺杂10wt.％的氧化铟基第二透明导电层，沉积时气体氛围中氧气的百分比为7％；接着利用物理气相沉积技术在n型第一掺杂层上沉积80nm厚度的锡掺杂3wt.％的氧化铟基第一透明导电层；
85.利用丝网印刷法在第一透明导电层上印刷银栅线作为第一电极，细栅高度为20μm，宽度为55μm，主栅高度为22μm，宽度为110μm；利用丝网印刷法在第二透明导电层上印刷银栅线作为第二电极，细栅高度为20μm，宽度为75μm，主栅高度为22μm，宽度为115μm。
86.对比例3
87.本对比例提供一种电池，制备方法包括以下步骤：
88.以厚度为150μm n型单晶硅作为衬底并对其进行清洗和制绒处理，形成金字塔状陷光结构；
89.利用等离子体增强化学气相沉积在n型单晶硅正面沉积厚度为10nm的本征非晶硅作为第一钝化层，然后在第一钝化层上继续沉积10nm厚的n型掺杂非晶硅作为第一掺杂层；
90.在n型单晶硅衬底背面沉积厚度为10nm的本征非晶硅作为第二钝化层，然后在第二钝化层上继续沉积12nm厚的p型掺杂非晶硅作为第二掺杂层；
91.利用物理气相沉积技术在p型第二掺杂层上使用0.4mm掩膜的载板，沉积80nm厚度的锡掺杂10wt.％的氧化铟基第二透明导电层，沉积时气体氛围中氧气的百分比为6％；接着利用物理气相沉积技术在n型第一掺杂层上沉积80nm厚度的锡掺杂3wt.％的氧化铟基第一透明导电层；
92.利用丝网印刷法在第一透明导电层上印刷银栅线作为第一电极，细栅高度为20μm，宽度为55μm，主栅高度为22μm，宽度为110μm；利用丝网印刷法在第二透明导电层上印刷银栅线作为第二电极，细栅高度为20μm，宽度为75μm，主栅高度为22μm，宽度为115μm。
93.对比例4
94.本对比例提供一种电池，制备方法包括以下步骤：
95.以厚度为150μm n型单晶硅作为衬底并对其进行清洗和制绒处理，形成金字塔状陷光结构；
96.利用等离子体增强化学气相沉积在n型单晶硅正面沉积厚度为10nm的本征非晶硅作为第一钝化层，然后在第一钝化层上继续沉积10nm厚的n型掺杂非晶硅作为第一掺杂层；
97.采用高压放电式臭氧发生器在n型第一掺杂层镀膜完毕后对电池表面进行臭氧处
理，表面臭氧浓度为10ppb，臭氧处理时间5min；
98.在n型单晶硅衬底背面沉积厚度为10nm的本征非晶硅作为第二钝化层，然后在第二钝化层上继续沉积12nm厚的p型掺杂非晶硅作为第二掺杂层；
99.利用物理气相沉积技术在p型第二掺杂层上使用0.9mm掩膜的载板，沉积80nm厚度的锡掺杂10wt.％的氧化铟基第二透明导电层，沉积时气体氛围中氧气的百分比为6％；接着利用物理气相沉积技术在n型第一掺杂层上沉积80nm厚度的锡掺杂3wt.％的氧化铟基第一透明导电层；
100.利用丝网印刷法在第一透明导电层上印刷银栅线作为第一电极，细栅高度为20μm，宽度为55μm，主栅高度为22μm，宽度为110μm；利用丝网印刷法在第二透明导电层上印刷银栅线作为第二电极，细栅高度为20μm，宽度为75μm，主栅高度为22μm，宽度为115μm。
101.上述各实施例以及对比例制备得到的电池性能如下表所示：
[0102][0103]
对比例1相比于实施例1的区别在于，制备掺杂层后没有使用臭氧发生器对其进行臭氧表面处理，制备第二透明导电层采用0.9mm掩膜的载板；
[0104]
对比例2相比于实施例1的区别在于，为制备掺杂层后没有使用臭氧发生器对其进行臭氧表面处理，制备第二透明导电层采用0.9mm掩膜的载板，在制备第一透明导电层的工艺参数，将气氛环境中含量为6％的o2调整为7.1％的o2，最终的短路电流(isc)上升，但填充因子(ff)下降，最终电池效率(eta)无增益，即相对于对比例1，虽然能提升短路电流(isc)，但填充因子(ff)下降明显，达不到提高电池效率的目的；
[0105]
对比例3相比于实施例1的区别在于，制备掺杂层后没有使用臭氧发生器对其进行臭氧表面处理，虽然电池的短路电流(isc)提升明显，但其他参数降低很多，失效比例大大增加，最终导致效率(eta)无增益；
[0106]
对比4相比于实施例1的区别在于，制备第二透明导电层采用0.9mm掩膜的载板，电性能除漏电流(irev2)和失效比例较小外，可以看到其他电性能和对比1差别不大，效率(eta)也无增益；
[0107]
实施例1，通过在制备掺杂层后使用臭氧发生器对其进行臭氧表面处理，制备第二透明导电层采用0.4mm掩膜的载板，使最终的电池在保证其他电性能参数影响不大的情况下，短路电流(isc)提升明显，最终导致效率(eta)提升。
[0108]
本发明提供的电池制备方法通过在对掺杂层进行臭氧表面化处理后，并通过与增加透明导电层面积的配合下实现提高电池短路电流性能，且电池其他性能也均没有下降，获得兼具较高短路电流、填充因子以及较低的电池失效比例的高电池效率的电池。
[0109]
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛
盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0110]
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，便于具体和详细地理解本发明的技术方案，但并不能因此而理解为对发明专利保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。应当理解，本领域技术人员在本发明提供的技术方案的基础上，通过合乎逻辑地分析、推理或者有限的实验得到的技术方案，均在本发明所附权利要求的保护范围内。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求的内容为准，说明书以及附图可以用于解释权利要求的内容。