一种TOPCon电池及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种TOPCon电池及其制备方法，所述TOPCon电池包括电池基底，且所述电池基底的两侧表面分别为N面和P面；所述N面和P面分别独立地设置有线槽，且所述线槽内设置有栅线；所述N面的栅线包括层叠设置的镍磷合金层和第一铜锡合金层，且所述镍磷合金层与N面线槽的槽底相接触；所述P面的栅线包括层叠设置的镍硼合金层和第二铜锡合金层，且所述镍硼合金层与P面线槽的槽底相接触。本发明专利技术提供的制备方法替代了传统的银浆工艺，同时降低了接触电阻，尽可能提升了电池效率。尽可能提升了电池效率。尽可能提升了电池效率。

【技术实现步骤摘要】
一种TOPCon电池及其制备方法


[0001]本专利技术属于太阳能电池
，涉及一种TOPCon电池，尤其涉及一种TOPCon电池及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着我国碳中和、碳达峰目标的提出，太阳能电池作为绿色转化方案，市场量大增，且未来具有更大的发展空间。现有的新型太阳能电池主要以PERC电池为主流，但是随着技术的改进，PERC电池由于其理论效率问题，已经慢慢被TOPCon电池所取代。在增量市场中，TOPCon电池占据明显的优势，其理论效率可以达到28.7%。TOPCon电池作为一种新型太阳能电池，其制造工艺过程中一个非常重要的步骤就是栅线金属化过程，栅线的大小影响着太阳能电池板的吸光面积，因此也是电池效率提升研发的重点方向。
[0003]当前，工业上主要采用丝网印刷银浆的技术来制备栅线电极，然后经过快速烧结，银浆中的有机物挥发，银固化形成金属电极。这种工艺方法简单成熟，得到了大规模的应用。然而，该工艺同时存在如下缺陷：（1）为了烧结成型，银浆中通常需要加入玻璃相，在烧结后，玻璃相会下沉到金属与硅的界面，从而导致接触电阻增大；同时，玻璃相的存在也会导致栅线的体积电阻明显增大；（2）丝网印刷对线宽和线高有一定的要求，受限于丝网模板的尺寸，进一步缩小栅线的线宽来提高电池的有效面积会变得越来越难；（3）银属于贵金属，且储量有限，随着太阳能市场的进一步扩大，银必将无法满足市场需求。
[0004]为了降低银用量，从设备角度出发，主要采用钢板印刷和激光转印的方法；从工艺角度出发，主要采用银包铜浆料替代银浆，这些都是为了降低银的消耗量，却仍然无法从根本上解决银储量有限而无法满足市场需求的问题。
[0005]由于铜有着和银接近的电导率，是替代银的良好候选者。然而，由于铜的熔点高，且容易氧化，所形成的氧化铜无法通过高温进行分解，从而限制了铜浆的使用。另一种制备铜栅线的工艺路线为电镀Ni
‑
Cu
‑
Ag方案，该方案采用Ni作为底层，起到防止铜向硅基迁移的作用，同时可以通过热处理形成NiSi合金来提升结合力。但是NiSi合金层作为Si与Ni的中间层，仍然具有较大的电阻，从而显著影响了电池效率。
[0006]由此可见，如何提供一种新的栅线制备方法，替代传统的银浆工艺，同时降低接触电阻，尽可能提升电池效率，成为了目前本领域技术人员迫切需要解决的问题。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种TOPCon电池及其制备方法，所述制备方法替代了传统的银浆工艺，同时降低了接触电阻，尽可能提升了电池效率。
[0008]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：第一方面，本专利技术提供一种TOPCon电池，所述TOPCon电池包括电池基底，且所述电池基底的两侧表面分别为N面和P面。
[0009]所述N面和P面分别独立地设置有线槽，且所述线槽内设置有栅线。
[0010]所述N面的栅线包括层叠设置的镍磷合金层和第一铜锡合金层，且所述镍磷合金层与N面线槽的槽底相接触。
[0011]所述P面的栅线包括层叠设置的镍硼合金层和第二铜锡合金层，且所述镍硼合金层与P面线槽的槽底相接触。
[0012]本专利技术提供的TOPCon电池通过在传统电池基底的N面镍层中掺杂磷元素，并在P面镍层中掺杂硼元素，使得镍层与基底的硅层在界面处形成镍硅合金的同时，于N面栅线接触位置形成富磷掺杂，并于P面栅线接触位置形成富硼掺杂，从而形成电子空穴传输，进而降低了接触电阻，显著提升了电池效率。
[0013]优选地，所述镍磷合金层中磷的含量为1
‑
5wt%，例如可以是1wt%、1.5wt%、2wt%、2.5wt%、3wt%、3.5wt%、4wt%、4.5wt%或5wt%，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0014]本专利技术中，所述镍磷合金层中磷的含量需控制在合理范围内。当磷的含量低于1wt%时，所起到的电子传输效果并不明显，且与直接沉积金属镍层效果接近；当磷的含量高于5wt%时，又会导致底层的镍磷合金层电阻率升高，进而增加电池的接触电阻。
[0015]优选地，所述镍硼合金层中硼的含量为0.8
‑
4wt%，例如可以是0.8wt%、1wt%、1.5wt%、2wt%、2.5wt%、3wt%、3.5wt%或4wt%，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0016]本专利技术中，所述镍硼合金层中硼的含量需控制在合理范围内。当硼的含量低于0.8wt%时，所起到的空穴传输效果并不明显，且与直接沉积金属镍层效果接近；当硼的含量高于4wt%时，又会导致底层的镍硼合金层电阻率升高，进而增加电池的接触电阻。
[0017]优选地，所述镍磷合金层和镍硼合金层的厚度分别独立地为0.1
‑
1μm，例如可以是0.1μm、0.2μm、0.3μm、0.4μm、0.5μm、0.6μm、0.7μm、0.8μm、0.9μm或1μm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0018]优选地，所述第一铜锡合金层和第二铜锡合金层中锡的含量分别独立地为0.01
‑
0.5wt%，例如可以是0.01wt%、0.05wt%、0.1wt%、0.15wt%、0.2wt%、0.25wt%、0.3wt%、0.35wt%、0.4wt%、0.45wt%或0.5wt%，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0019]第二方面，本专利技术提供一种如第一方面所述TOPCon电池的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：（1）在电池基底的N面和P面分别独立地开设线槽；（2）在所述N面的线槽内依次沉积镍磷合金层和第一铜锡合金层；（3）在所述P面的线槽内依次沉积镍硼合金层和第二铜锡合金层；（4）将所述电池基底进行热处理，即得TOPCon电池；其中，步骤（2）和（3）不分先后顺序。
[0020]优选地，步骤（1）所述线槽的开设方法包括激光刻蚀，且所述线槽在开设之后利用氢氟酸进行清洗。
[0021]优选地，步骤（2）所述镍磷合金层的沉积方法包括第一电化学沉积。
[0022]优选地，步骤（3）所述镍硼合金层的沉积方法包括第二电化学沉积。
[0023]优选地，步骤（2）所述第一铜锡合金层和步骤（3）所述第二铜锡合金层的沉积方法
分别独立地包括第三电化学沉积。
[0024]优选地，所述第一电化学沉积采用的电解液中包括氨基磺酸镍、氯化镍、磷酸和添加剂，且所述电解液采用氨基磺酸将pH调节至1.0
‑
2.0，例如可以是1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9或2.0，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0025]本专利技术中，所述添加剂为本领域常规的添加剂，例如可以是磺酸、磺酰胺、磺酰亚胺等，只要能够起到添加剂的相应本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种TOPCon电池，其特征在于，所述TOPCon电池包括电池基底，且所述电池基底的两侧表面分别为N面和P面；所述N面和P面分别独立地设置有线槽，且所述线槽内设置有栅线；所述N面的栅线包括层叠设置的镍磷合金层和第一铜锡合金层，且所述镍磷合金层与N面线槽的槽底相接触；所述P面的栅线包括层叠设置的镍硼合金层和第二铜锡合金层，且所述镍硼合金层与P面线槽的槽底相接触。2.根据权利要求1所述的TOPCon电池，其特征在于，所述镍磷合金层中磷的含量为1
‑
5wt%；所述镍硼合金层中硼的含量为0.8
‑
4wt%；所述镍磷合金层和镍硼合金层的厚度分别独立地为0.1
‑
1μm；所述第一铜锡合金层和第二铜锡合金层中锡的含量分别独立地为0.01
‑
0.5wt%。3.一种如权利要求1或2所述TOPCon电池的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：（1）在电池基底的N面和P面分别独立地开设线槽；（2）在所述N面的线槽内依次沉积镍磷合金层和第一铜锡合金层；（3）在所述P面的线槽内依次沉积镍硼合金层和第二铜锡合金层；（4）将所述电池基底进行热处理，即得TOPCon电池；其中，步骤（2）和（3）不分先后顺序。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述线槽的开设方法包括激光刻蚀，且所述线槽在开设之后利用氢氟酸进行清洗。5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述镍磷合金层的沉积方法包括第一电化学沉积；步骤（3）所述镍硼合金层的沉积方法包括第二电化学沉积。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述第一铜锡合金层和步骤（3）所述第二铜锡合金层的沉积方法分别独立地包括第三电化学沉积。7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述第一电化学沉积采用的电解液中包括氨基磺酸镍、氯化镍、磷酸和添加剂，且所述电解液采用氨基磺酸将pH调节至1.0
‑
2.0；所述氨基磺酸镍的浓度为450
‑
500g/L；所述氯化镍的浓度为15
‑
20g/L；所述磷酸的浓度为1
‑
2g/L；所述添加剂的浓度为20
‑
30g/L；所述第一电化学沉积包括：先在0.8
‑
1.2A/dm2下沉积25
‑
35s至镍磷合金层的厚度为0.08
‑
0.12μm，再在4
‑
6A/dm2下沉积20
‑
40s至镍磷合金层的厚度为0.4
‑
0.6μm，且沉积温度为60
‑
70℃。8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述第二电化学沉积采用的电解液中包括氯化镍、硼氢化钠、乙二胺、酒石酸钾钠和添加剂，且所述电解液采用氨水将pH调节至13.0
‑
14.0；所述氯化镍的浓度为30
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50g/L；
所述硼氢化钠的浓度为0.2
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0.5g/L；所述乙二胺的浓度为30
‑
50g/L；所述酒石酸钾钠的浓度为30
‑
50g/L；所述添加剂的浓度为0.5
‑
1g/L；所述第二电化学沉积包括：先在0.4
‑
0.6A/dm2下沉积55
‑
65s至镍硼合金层的厚度为0.08
‑
0.12μm，再在1
‑
3A/dm2下沉积50
‑
70s至镍硼合金层的厚度为0.4
‑
0.6μm，且沉积温度为50
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡磊，施利君，屠金玲，蒋新，
申请(专利权)人：苏州晶洲装备科技有限公司，
类型：发明
国别省市：