一种TOPCon电池的电极结构及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种TOPCon电池的电极结构，包括有背电极和前电极，所述背电极置于晶硅衬底背面的第一钝化层上，所述前电极置于所述晶硅衬底正面的第二钝化层上，所述背电极和所述前电极中任一电极包括镍种子层和铝电极层，所述镍种子层叠加设置在所述第一钝化层或者第二钝化层上，所述铝电极层叠加设置在所述镍种子层上。本发明专利技术提供一种TOPCon电池的电极结构，其采用镍种子层与铝电极层的复合金属结构取代现有技术中的银电极，镍种子层能与掺杂多晶硅形成良好的欧姆接触。晶硅形成良好的欧姆接触。晶硅形成良好的欧姆接触。

【技术实现步骤摘要】
一种TOPCon电池的电极结构及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及太阳能电池
，具体而言，涉及一种TOPCon电池的电极结构及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]隧穿氧化硅钝化接触技术(TOPCon)为德国弗朗霍夫研究所于2013年提出一种晶硅太阳电池。TOPCon结构具有优异的表面钝化性能，可以有效提升电池效率。在晶硅太阳能电池的生产中，一道重要工序是背面电极的制作。电极在太阳能电池中起汇聚电流与导出电流的作用。然而，目前TOPCon电池背面采用基于磷掺杂的n型掺杂多晶硅，需要采用银浆才能形成良好的接触。
[0003]现有的n型TOPCon电池的背面大都采用银浆，由于银的单价高，采用了背面银浆的n型TOPCon电池，其成本显著增加，导致其度电成本仍高于目前产业化主流的PERC电池，影响了量产推广；并且银作为一种贵金属，其在地壳中的丰度显著低于铝元素，且每年全球银产量十分有限，当硅基太阳电池发展到年产量达到太瓦量级以上时，全球银产量将难以满足光伏产业的需求，会导致银价进一步上升。
[0004]为此，现有技术中存在直接用铝浆替代银浆的技术方案。但是铝浆在n型TOPCon上应用效果不好，有以下两方面原因：
[0005]1)因为烧结时，硅原子会快速溶解到Al中，从而导致多晶硅被穿透，钝化作用被彻底破坏。
[0006]2)Al可能穿透至硅片表面以下几微米或十几微米的深度，Al与n型硅片难以形成很好的欧姆接触。

技术实现思路

[0007]本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，提供一种TOPCon电池的电极结构，其采用镍种子层与铝电极层的复合金属结构取代现有技术中的银电极，镍种子层能与掺杂多晶硅形成良好的欧姆接触。
[0008]为解决上述问题，本专利技术提供一种TOPCon电池的电极结构，包括有背电极和前电极，所述背电极置于晶硅衬底背面的第一钝化层上，所述前电极置于所述晶硅衬底正面的第二钝化层上，所述背电极和所述前电极中任一电极包括镍种子层和铝电极层，所述镍种子层叠加设置在所述第一钝化层或者第二钝化层上，所述铝电极层叠加设置在所述镍种子层上。
[0009]与现有技术相比，上述电池结构中的镍种子层十分致密，可以有效阻挡铝浆的穿透，从而保护TOPCon结构良好的钝化性能。
[0010]可选地，所述晶硅衬底与第一钝化层之间设有隧穿氧化层和掺杂多晶硅层，当所述掺杂多晶硅层为n型磷掺杂多晶硅时，所述第一钝化层上的所述镍种子层的主要成分为NiP
x
；当所述掺杂多晶硅层为p型硼掺杂多晶硅时，所述第一钝化层上的所述镍种子层的主
要成分为NiB
x
。
[0011]可选地，所述第一钝化层由氧化铝层与氮化硅层复合组成，所述氧化铝层远离所述氮化硅层的一面与所述掺杂多晶硅层复合。
[0012]可选地，当所述掺杂多晶硅层为n型磷掺杂多晶硅时，所述第二钝化层上的所述镍种子层的主要成分为NiP
x
；当所述掺杂多晶硅层为p型硼掺杂多晶硅时，所述第二钝化层上的所述镍种子层的主要成分为NiB
x
。
[0013]可选地，所述镍种子层的厚度为100
‑
5000nm。
[0014]可选地，所述镍种子层中含有铬、铜、锡、银和硫中的一种或多种微量元素。
[0015]可选地，所述微量元素的质量之和占所述镍种子层总质量的0.01
‑
1％。
[0016]本专利技术的目的之二在于提供一种TOPCon电池的电极结构的制备方法。
[0017]一种如上述任一所述的TOPCon电池的电极结构的制备方法，包括以下步骤：
[0018]S1、在晶硅衬底的背面制备隧穿氧化层、掺杂多晶硅层和第一钝化层，在晶硅衬底的正面制备掺杂发射极和第二钝化层；
[0019]S2、对所述第一钝化层或者所述第二钝化层进行开槽处理；
[0020]S3、向所述S2中开设的槽内通过化学镀镍与退火形成镍种子层；
[0021]S4、向所述镍种子层上通过丝网印刷与烧结形成铝电极层。
[0022]与现有技术相比，上述电池结构的制备方法中，具有以下优点：
[0023](1)通过化学镀技术在掺杂多晶硅层上镀一层镍种子层，通过化学镀技术在掺杂多晶硅层上镀一层镍种子层，通过调节该种子层成份及退火处理，可以与掺杂多晶硅形成良好的欧姆接触。。
[0024](2)化学镀镍种子层十分致密，可以有效阻挡铝浆的穿透，从而保护TOPCon结构良好的钝化性能。
[0025](3)化学镀镍具有自对准特性，仅在多晶硅上发生沉积，从而有利于简化工艺复杂度。且化学镀镍种子层材料成本低，易于实现量产。
[0026](4)该电极结构仍然保持丝网印刷铝浆，相对于电镀法，其产能更高，成本更低。该电极采用镍和铝金属，具有很好的化学稳定性，可以有效保持电池的稳定性。
[0027]可选地，所述步骤S3中的退火温度为150
‑
600℃，退火时间5
‑
15分钟可选地，所述步骤S4中的烧结温度为400
‑
600℃，烧结时间1
‑
2分钟
[0028]本专利技术的目的之三在于提供一种应用TOPCon电池的电极结构的晶硅电池。
[0029]一种晶硅电池，其应用了上述任一所述的TOPCon电池的电极结构。
[0030]可选地，所述晶硅电池自下而上包括背电极、第一钝化层、掺杂多晶硅层、隧穿氧化层、晶硅衬底、掺杂发射极、第二钝化层和前电极。
附图说明
[0031]图1为本专利技术实施例1中TOPCon电池的结构示意图；
[0032]图2为本专利技术实施例2中TOPCon电池的结构示意图。
具体实施方式
[0033]下面将结合附图对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施
例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0034]在本实施方式中，晶硅衬底1背面的隧穿氧化层2又称为超薄氧化硅层，其本质为超薄介质层，其可以为SiOx层，也可以为氮氧化硅层；其厚度＜5nm，在具体实施例中，隧穿氧化层2的厚度为1.2～2.2nm。隧穿氧化层2可以使多子隧穿到重掺杂多晶硅层3，有效防止少子复合，同时重掺杂多晶硅层3可以防止金属与衬底直接接触，减少了金属引入的深能级缺陷复合。
[0035]进一步的，在本实施方式中，隧穿氧化层2的制备方法包括：热硝酸氧化法、快速热氧化法(RTO)、紫外臭氧法(UV/O3)、臭氧去离子水法(DIO3)、热氧化法、PECVD
‑
N2O法、混酸氧化法等方法等，旨在制备超薄、低界面缺陷态密度的高质量氧化硅层。
[0036]在本实施方式中，第一钝化层4为SiNx层或者S本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种TOPCon电池的电极结构，包括有背电极(5)和前电极(8)，所述背电极(5)置于晶硅衬底(1)背面的第一钝化层(4)上，所述前电极(8)置于所述晶硅衬底(1)正面的第二钝化层(7)上，其特征在于；所述背电极(5)和所述前电极(8)中任一电极包括镍种子层(51、81)和铝电极层(52、82)，所述镍种子层(51、81)叠加设置在所述第一钝化层(4)或者第二钝化层(7)上，所述铝电极层(52、82)叠加设置在所述镍种子层(51、81)上。2.根据权利要求1所述的一种TOPCon电池的电极结构，其特征在于：所述晶硅衬底(1)与第一钝化层(4)之间设有隧穿氧化层(2)和掺杂多晶硅层(3)，当所述掺杂多晶硅层(3)为n型磷掺杂多晶硅时，所述第一钝化层(4)上的所述镍种子层(51)的主要成分为NiP
x
；当所述掺杂多晶硅层(3)为p型硼掺杂多晶硅时，所述第一钝化层(4)上的所述镍种子层(51)的主要成分为NiB
x
。3.根据权利要求2所述的一种TOPCon电池的电极结构，其特征在于：所述第一钝化层(4)为氮化硅层或者氮化硅层与氧化铝层的复合层或者氮化硅层与氧化硅层的复合层。4.根据权利要求1所述的一种TOPCon电池的电极结构，其特征在于：当所述掺杂多晶硅层(3)为n型磷掺杂多晶硅时，所述第二钝化层(7)上的所述镍种子层(81)的主要成分为NiP
x

【专利技术属性】
技术研发人员：叶继春，曾俞衡，盛江，林娜，杜浩江，廖明墩，闫宝杰，王太强，刘伟，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：