一種異質結電池及其制備方法與流程

1.本發明涉及異質結電池領域，具體而言，涉及一種異質結電池及其制備方法。


背景技術：

2.單晶硅異質結太陽電池轉換效率高，被光伏行業公認為下一代大規模產業化關鍵技術之一。
3.硅基異質結太陽能電池一般采用雙面金字塔絨面結構的n型單晶硅片制作形成，在硅片正面沉積本征非晶硅層和n型摻雜非晶硅層，在硅片背面沉積本征非晶硅層與p型摻雜非晶硅層，之后在硅片兩面分別形成透明導電膜及金屬電極。
4.在現有技術中，低溫銀漿高高耗量高成本是制約異質結電池大規模應用的主要障礙，采用銅漿料或銀包銅漿料替代常規低溫銀漿是降低異質結電池成本的重要手段之一；然而，由于含銅漿料電極中的銅容易受大氣環境或組件中微量的氧氣、水汽、有機酸(如醋酸)的氧化或腐蝕，導致電池效率衰減或可靠性問題，嚴重時會導致器件失效。


技術實現要素：

5.為克服現有技術中含銅漿料電極中的銅容易受大氣環境或組件中微量的氧氣、水汽、有機酸(如醋酸)的氧化或腐蝕，導致電池效率衰減或可靠性問題，本發明提供了一種異質結電池，包括晶體硅層，晶體硅層正面從內向外依次設置第一本征非晶硅層、n型摻雜非晶硅層、第一透明導電層和第一金屬電極，背面從內向外依次設置第二本征非晶硅層、p型摻雜非晶硅層、第二透明導電層和第二金屬電極，所述第一金屬電極和/或所述第二金屬電極表面設置有一層絕緣漿料保護層。
6.通過在正、背面含銅金屬電極表面設置一層絕緣漿料保護層，能有效防止大氣環境或組件中微量的氧氣、水汽、有機酸(如醋酸)對含銅金屬電極的氧化或腐蝕，避免電池效率衰減或可靠性降低。
7.優選地，所述第一金屬電極和/或第二金屬電極為低溫含銅金屬漿料電極，且所述絕緣漿料保護層設置在所述低溫含銅金屬漿料電極表面。
8.優選地，所述含銅金屬漿料為銅漿料、銀包銅漿料或鎳包銅漿料中的一種。
9.優選地，所述第一金屬電極和/或所述第二金屬電極厚度為10-50um，寬度為5-50um。
10.優選地，所述絕緣漿料保護層按質量百分比計由如下組分制成：絕緣氧化物粉體80-90％、樹脂6％-7.5％、稀釋劑0％-1.5％、固化劑2％-3％、分散劑0.4％-0.6％。
11.優選地，所述絕緣漿料保護層按質量百分比計由如下組分制成：絕緣氧化物粉體90％、樹脂6％、稀釋劑1.5％、固化劑2.0％、分散劑0.5％。
12.優選地，所述絕緣氧化物粉體為sio2、al2o3、tio2粉體中的至少一種。
13.優選地，所述晶體硅層為n型摻雜單晶硅、n型摻雜類單晶硅、p型摻雜單晶硅或p型摻雜類單晶硅。
14.優選地，所述第一透明導電層和/或所述第二透明導電層為摻雜的氧化銦、氧化鋅或氧化錫中的一種或幾種疊合的復合薄膜層。
15.優選地，所述樹脂為飽和聚酯樹脂、羥值小于50mgkoh/g的丙烯酸樹脂中的一種或者兩種的混合物。
16.優選地，所述稀釋劑為高沸點有機溶劑二乙二醇乙醚醋酸酯、二價酸酯中的一種或者兩種的混合物。
17.優選地，所述固化劑為封閉型異氰酸酯固化劑。
18.優選地，所述分散劑為聚氨酯類或者丙烯酸類分散劑。
19.本發明還提供了一種異質結電池的制備方法，包括如下步驟：
20.步驟一，提供晶體硅層；
21.步驟二，制絨清洗；
22.步驟三，在晶體硅層正面依次沉積第一本征非晶硅和n型摻雜非晶硅層；在晶體硅層背面依次沉積第二本征非晶硅和p型摻雜非晶硅層；
23.步驟四，在步驟三中n型摻雜非晶硅層上沉積第一透明導電層，p型摻雜非晶硅層上沉積第二透明導電層；
24.步驟五，在第一透明導電層上利用絲網印刷形成第一金屬電極；在第二透明導電層上利用絲網印刷形成第二金屬電極；
25.步驟六，在第一金屬電極和第二金屬電極表面印刷絕緣漿料，經過烘干固化形成絕緣漿料保護層。
26.有益效果：
27.采用本發明技術方案產生的有益效果如下：
28.通過在正、背面含銅金屬電極表面設置一層絕緣漿料保護層，能有效防止大氣環境或組件中微量的氧氣、水汽、有機酸(如醋酸)對含銅金屬電極的氧化或腐蝕，避免電池效率衰減或可靠性降低，提高光伏器件使用壽命；有利于含銅低溫漿料在異質結電池中的應用推廣。
附圖說明
29.為了更清楚地說明本發明實施方式的技術方案，下面將對實施方式中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應當理解，以下附圖僅示出了本發明的某些實施例，因此不應被看作是對范圍的限定，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他相關的附圖。
30.圖1是本發明較佳之電池層結構圖；
31.圖2是本發明較佳之異質結電池制備工藝流程圖。
32.圖中，1、第一金屬電極；2、第二金屬電極；3、絕緣漿料保護層；
33.4、晶體硅層；5、第一本征非晶硅層；6、n型摻雜非晶硅層；
34.7、第一透明導電層；8、第二本征非晶硅層；9、p型摻雜非晶硅層；
35.10、第二透明導電層。
具體實施方式
36.為使本發明實施方式的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施方式中的附圖，對本發明實施方式中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施方式是本發明一部分實施方式，而不是全部的實施方式?；诒景l明中的實施方式，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施方式，都屬于本發明保護的范圍。因此，以下對在附圖中提供的本發明的實施方式的詳細描述并非旨在限制要求保護的本發明的范圍，而是僅僅表示本發明的選定實施方式?；诒景l明中的實施方式，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施方式，都屬于本發明保護的范圍。
37.本實施方式通過在正、背面含銅金屬電極表面設置一層絕緣漿料保護層，能有效防止大氣環境或組件中微量的氧氣、水汽、有機酸(如醋酸)對含銅金屬電極的氧化或腐蝕，避免電池效率衰減或可靠性降低，提高光伏器件使用壽命；有利于含銅低溫漿料在異質結電池中的應用推廣。具體實施方式如下：
38.如圖1所示，異質結電池包括晶體硅層4，晶體硅層4正面從內向外依次設置第一本征非晶硅層5、n型摻雜非晶硅層6、第一透明導電層7和第一金屬電極1，背面從內向外依次設置第二本征非晶硅層8、p型摻雜非晶硅層9、第二透明導電層10和第二金屬電極2，所述第一金屬電極1和/或所述第二金屬電極2表面設置有一層絕緣漿料保護層3。
39.作為一種優選的實施方式，所述第一金屬電極1和/或第二金屬電極2為低溫含銅金屬漿料電極，且所述絕緣漿料保護層設置在所述低溫含銅金屬漿料電極表面。
40.作為一種優選的實施方式，所述含銅金屬漿料為銅漿料、銀包銅漿料或鎳包銅漿料中的一種。
41.作為一種優選的實施方式，所述第一金屬電極和/或所述第二金屬電極厚度為10-50um，寬度為5-50um。
42.作為一種優選的實施方式，所述絕緣漿料保護層按質量百分比計由如下組分制成：絕緣氧化物粉體80-90％、樹脂6％-7.5％、稀釋劑0％-1.5％、固化劑2％-3％、分散劑0.4％-0.6％。
43.作為一種優選的實施方式，所述絕緣漿料保護層按質量百分比計由如下組分制成：絕緣氧化物粉體90％、樹脂6％、稀釋劑1.5％、固化劑2.0％、分散劑0.5％。
44.作為一種優選的實施方式，所述絕緣氧化物粉體為sio2、al2o3、tio2粉體中的至少一種。
45.作為一種優選的實施方式，所述晶體硅層為n型摻雜單晶硅、n型摻雜類單晶硅、p型摻雜單晶硅或p型摻雜類單晶硅，其厚度為50-250um。
46.作為一種優選的實施方式，所述第一本征非晶硅層為未摻雜的非晶硅、非晶氧化硅、非晶碳化硅半導體薄膜中的一種或幾種疊合的復合薄膜層，其厚度為2-8nm。
47.作為一種優選的實施方式，所述第二本征非晶硅層為未摻雜的非晶硅、非晶氧化硅、非晶碳化硅半導體薄膜中的一種或幾種疊合的復合薄膜層，其厚度為2-8nm。
48.作為一種優選的實施方式，所述n型摻雜非晶硅層為n型摻雜的非晶硅、非晶氧化硅、非晶碳化硅、微晶硅、微晶氧化硅、微晶碳化硅半導體薄膜中的一種或幾種疊合的復合薄膜層，其厚度為4-30nm。
49.作為一種優選的實施方式，所述p型摻雜非晶硅層，為p型摻雜的非晶硅、非晶氧化硅、非晶碳化硅、微晶硅、微晶氧化硅、微晶碳化硅半導體薄膜中的一種或幾種疊合的復合薄膜層，其厚度為4-30nm。
50.作為一種優選的實施方式，所述第一透明導電層和/或所述第二透明導電層為摻雜的氧化銦、氧化鋅或氧化錫中的一種或幾種疊合的復合薄膜層。且其其厚度為70-120nm。
51.作為一種優選的實施方式，所述樹脂為飽和聚酯樹脂、羥值小于50mgkoh/g的丙烯酸樹脂中的一種或者兩種的混合物。
52.作為一種優選的實施方式，所述稀釋劑為高沸點有機溶劑二乙二醇乙醚醋酸酯、二價酸酯中的一種或者兩種的混合物。
53.作為一種優選的實施方式，所述固化劑為封閉型異氰酸酯固化劑。
54.作為一種優選的實施方式，所述分散劑為聚氨酯類或者丙烯酸類分散劑。
55.本實施方式還提供了一種異質結電池的制備方法，包括如下步驟：
56.步驟s101，提供晶體硅層；采用n型直拉單晶硅片，其厚度為50-250um，電阻率為3ω
·
cm，少子壽命2000μs；
57.步驟s102，制絨清洗；使用質量百分比為2％的naoh和制絨添加劑混合溶液進行硅片制絨。然后采用rca標準清洗方法對硅片進行表面清洗，清除表面污染雜質。接下來，用質量百分比為2％的氫氟酸溶液去除表面氧化層。
58.步驟s103，采用pecvd工藝在晶體硅層正面沉積厚度為2-8nm的第一本征非晶硅層，反應氣體為sih4和h2，其中h2與sih4的流量比值為5。pecvd設備的電源功率密度為20mw/cm2，壓力為70pa，襯底溫度為200℃；然后在第一本征非晶硅層表面沉積厚度為4-30nm的n型摻雜非晶硅層；反應氣體為sih4、h2和ph3，h2與sih4的流量比值為5，ph3與sih4的流量比值為0.02。pecvd設備的電源功率密度為15mw/cm2，壓力為80pa，襯底溫度為200℃。
59.采用pecvd工藝在晶體硅層正面沉積厚度為2-8nm的第二本征非晶硅層，反應氣體為sih4和h2，其中h2與sih4的流量比值為5。pecvd設備的電源功率密度為20mw/cm2，壓力為70pa，襯底溫度為200℃；然后在第二本征非晶硅層表面沉積厚度為4-30nm的p型摻雜非晶硅層，反應氣體為sih4、b2h6和h2，其中h2與sih4的流量比值為4，b2h6與sih4的流量比值為0.04。pecvd設備的電源功率密度為15mw/cm2，壓力為60pa，襯底溫度為200℃。
60.步驟s104，采用pvd方法在n型摻雜非晶硅層上沉積厚度為70-120nm的第一透明導電層，在p型摻雜非晶硅層上沉積厚度為70-120nm的第二透明導電層；其中第一透明導電層和第二透明導電層均為ito透明導電薄膜，ito中的銦元素的質量百分比為90％，錫元素的質量百分比為10％。pvd設備中充入有ar和o2，o2與ar流量比值0.025，壓力0.5pa，襯底溫度為室溫。
61.步驟s105，在第一透明導電層上利用絲網印刷形成第一金屬電極；在第二透明導電層上利用絲網印刷形成第二金屬電極；
62.步驟s106，在第一金屬電極和第二金屬電極表面印刷絕緣漿料，經過烘干固化形成絕緣漿料保護層。
63.下面通過實施例和對比例對本實施方式中采用絕緣漿料保護層產生的有益效果進行進一步的評述。
64.實施例一：
65.一種異質結電池的制備方法，包括如下步驟：
66.步驟一，提供晶體硅層，采用n型直拉單晶硅片，其厚度為150um，電阻率為3ω
·
cm，少子壽命2000μs；
67.步驟二，制絨清洗；使用質量百分比為2％的naoh和制絨添加劑混合溶液進行硅片制絨。然后采用rca標準清洗方法對硅片進行表面清洗，清除表面污染雜質。接下來，用質量百分比為2％的氫氟酸溶液去除表面氧化層。
68.步驟三，采用pecvd工藝在晶體硅層正面沉積厚度為6nm的第一本征非晶硅，反應氣體為sih4和h2，其中h2與sih4的流量比值為5。pecvd設備的電源功率密度為20mw/cm2，壓力為70pa，襯底溫度為200℃；然后在第一本征非晶硅沉積厚度為10nm的n型摻雜非晶硅層；反應氣體為sih4、h2和ph3，h2與sih4的流量比值為5，ph3與sih4的流量比值為0.02。pecvd設備的電源功率密度為15mw/cm2，壓力為80pa，襯底溫度為200℃。
69.采用pecvd工藝在晶體硅層正面沉積厚度為6nm的第二本征非晶硅，反應氣體為sih4和h2，其中h2與sih4的流量比值為5。pecvd設備的電源功率密度為20mw/cm2，壓力為70pa，襯底溫度為200℃；然后在第二本征非晶硅沉積厚度為10nm的p型摻雜非晶硅層，反應氣體為sih4、b2h6和h2，其中h2與sih4的流量比值為4，b2h6與sih4的流量比值為0.04。pecvd設備的電源功率密度為15mw/cm2，壓力為60pa，襯底溫度為200℃。
70.步驟四，采用pvd方法在n型摻雜非晶硅層上沉積厚度為80nm的第一透明導電層，在p型摻雜非晶硅層上沉積厚度為80nm的第二透明導電層；其中第一透明導電層和第二透明導電層均為ito透明導電薄膜，ito中的銦元素的質量百分比為90％，錫元素的質量百分比為10％。pvd設備中充入有ar和o2，o2與ar流量比值0.025，壓力0.5pa，襯底溫度為室溫。
71.步驟五，在第一透明導電層上利用絲網印刷低溫銀包銅漿料，形成第一金屬電極；在第二透明導電層上利用絲網印刷低溫銅漿料，形成第二金屬電極；
72.步驟六，在第一金屬電極和第二金屬電極表面印刷絕緣漿料，經過烘干固化形成絕緣漿料保護層。
73.其中絕緣漿料保護層按質量百分比計由如下組分制成：sio2粉體90.0％、飽和聚酯樹脂6.0％、高沸點有機溶劑二乙二醇乙醚醋酸酯1.5％、封閉型異氰酸酯固化劑2.0％、聚氨酯類分散劑0.5％。
74.對比例一：
75.一種異質結電池的制備方法，包括如下步驟：
76.步驟一，提供晶體硅層，采用n型直拉單晶硅片，其厚度為150um，電阻率為3ω
·
cm，少子壽命2000μs；
77.步驟二，制絨清洗；使用質量百分比為2％的naoh和制絨添加劑混合溶液進行硅片制絨。然后采用rca標準清洗方法對硅片進行表面清洗，清除表面污染雜質。接下來，用質量百分比為2％的氫氟酸溶液去除表面氧化層。
78.步驟三，采用pecvd工藝在晶體硅層正面沉積厚度為6nm的第一本征非晶硅，反應氣體為sih4和h2，其中h2與sih4的流量比值為5。pecvd設備的電源功率密度為20mw/cm2，壓力為70pa，襯底溫度為200℃；然后在第一本征非晶硅沉積厚度為10nm的n型摻雜非晶硅層；反應氣體為sih4、h2和ph3，h2與sih4的流量比值為5，ph3與sih4的流量比值為0.02。pecvd
設備的電源功率密度為15mw/cm2，壓力為80pa，襯底溫度為200℃。
79.采用pecvd工藝在晶體硅層正面沉積厚度為6nm的第二本征非晶硅，反應氣體為sih4和h2，其中h2與sih4的流量比值為5。pecvd設備的電源功率密度為20mw/cm2，壓力為70pa，襯底溫度為200℃；然后在第二本征非晶硅沉積厚度為10nm的p型摻雜非晶硅層，反應氣體為sih4、b2h6和h2，其中h2與sih4的流量比值為4，b2h6與sih4的流量比值為0.04。pecvd設備的電源功率密度為15mw/cm2，壓力為60pa，襯底溫度為200℃。
80.步驟四，采用pvd方法在n型摻雜非晶硅層上沉積厚度為80nm的第一透明導電層，在p型摻雜非晶硅層上沉積厚度為80nm的第二透明導電層；其中第一透明導電層和第二透明導電層均為ito透明導電薄膜，ito中的銦元素的質量百分比為90％，錫元素的質量百分比為10％。pvd設備中充入有ar和o2，o2與ar流量比值0.025，壓力0.5pa，襯底溫度為室溫。
81.步驟五，在第一透明導電層上利用絲網印刷低溫銀包銅漿料，形成第一金屬電極；在第二透明導電層上利用絲網印刷低溫銅漿料，形成第二金屬電極。
82.實施例與對比例電池分別封裝成4x4小組件，送入環境測試箱進行濕熱試驗(溫度85℃、相對濕度85％，時間1000h)，并測試小組件試驗前后iv性能，并根據電池面積計算電池iv性能，電池性能如表1所示。
83.表1老化前后電池性能對比
[0084][0085]
從表1中可以看出，與對比例相比，實施例通過在正、背面含銅金屬電極表面設置一層絕緣漿料保護層，能有效防止濕熱老化試驗中微量的氧氣、水汽、有機酸(如醋酸)對含銅金屬電極的氧化或腐蝕，避免電池效率衰減或可靠性降低，提高光伏組件的耐老化性能。
[0086]
以上所述僅為本發明的優選實施方式而已，并不用于限制本發明，對于本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。