[发明专利]一种光诱导电镀制备太阳能电池表面栅状电极的方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于电化学技术领域，进一步属于太阳能电池加工电化学技术领域，具体涉及一种光诱导电镀制备太阳能电池表面栅状电极的方法及装置。

背景技术

从1954年Chapin，Fuller和Pearson研制成功硅PN结太阳电池以来，利用p-n 结光伏效应工作的器件经过半个多世纪的改进和演变，发展成为具有多种几何结构和相应制造流程的一类太阳电池产品生产技术，但晶体硅太阳电池仍然是当今光伏工业的主流。

晶体硅太阳电池的栅状电极负责收集光生电子，由于其处在受光面，因此制成栅状结构。目前，晶硅太阳能电池的栅状电极主要采用1970年代开发出的丝网印刷银电极技术制备。丝网印刷制备栅状电极是将含有银的导电浆料透过丝网网孔压印在硅片上形成栅状，然后进行快速烧结，银浆里的玻璃体会穿透氮化硅减反射层以形成对硅的接触。这种方法因为工艺简单成熟、设备产能较高，而得到大规模的应用。然而，随着市场竞争的加剧，丝网印刷技术愈发不能满足高效、低成本的要求，许多缺陷凸显出来：1、烧结完成的银电极和硅之间存在一层不导电的玻璃体，接触电阻大；2、由于银浆中的有机物在烧结过程中蒸发，使得银电极呈疏松多孔的结构，体电阻大。玻璃烧结导致的接触电阻大和线的多孔性导致的体电阻大，使得栅线的导电性与纯金属制成的线相比降低了大约4倍；3、丝网印刷的栅线一般大于100微米，而且很难减少线宽，且一次印刷只能产生小于25微米的线高，虽然可以多次印刷增高，但又会造成栅线进一步加宽，因此高宽比小，较宽的线宽降低了太阳能电池的工作面积，故阴影损耗大；4、由于银材料本身的价格昂贵以及目前银浆的被垄断形势，成本昂贵。

由于丝网印刷银电极技术的缺陷，限制了太阳能电池转换效率的提高和生产成本的下降。为了克服缺陷，新的栅状电极技术也不断涌现。新栅状电极技术主要分为两种形式：1、采用丝网印刷或喷印的方式在晶硅电池制备很薄的栅状金属涂层，通过烧结形成同硅的接触，以作为电镀的种子层，然后采用电镀或光诱导电镀制备金属传导层。例如，中国专利200710188267.8、200810207490.7、201010594209.7、201010594189.3、201010594201.0、201110166196.8以及美国专利US2011275175A1、德国专利DE102006030822A1都是基于第1种方式制备的晶硅太阳电池的电极的。2、采用光刻、化学腐蚀和机械刻蚀的方法在太阳电池的减反射层上开槽，然后采用电镀、光诱导电镀或者化学镀的方式制备栅状电极。例如，中国专利200710188267.8， 200610076375.1、201010621325.3、201110143880.4，以及美国专利US20090482737，US7939437B2，US2009139568A1，US2010003817A1，US201113220532， US2012060911A1主要是采用第二种方式制备晶硅太阳电池的电极的。其它还有激光烧结技术，如德国专利DE102006040352B3等。

基于第一种方式的丝网印刷栅状电极技术可以有效减少印刷银浆的用量，并且减少体电阻和阴影损耗小，但不可避免的有一个制备电镀种子层的过程，仍然存在接触电阻过大、工序复杂、成本过高的缺点。喷印虽然可以产生较窄的栅线，由于原理同丝网印刷相似，依然存在接触电阻过大、含金属的墨水成本高、生产效率低的缺点。采用第二种方式的栅状电极技术，由于不存在烧结浆料的过程，因此接触电阻小，也可以有效减少体电阻和阴影损耗，但是，这种方式无一例外需要采用光刻、化学定向腐蚀或机械刻蚀开槽以便为电镀、化学镀或光诱导电镀提供掩膜板，虽然解决了丝网印刷存在的接触电阻大、体电阻大、阴影损失大的却大，但却因工艺过于复杂、成本过高、设备生产效率低等问题，并未得到大规模工业应用。其它如激光烧结法，也存在金属粉末分离和重新收集难、生产效率低的问题。