权利要求
1.一种BC电池的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1、以光诱导工艺，在N电极表面制备第一金属层;
S2、以真空沉积工艺，在电池片背面依次沉积第二金属层、阻障层和种子层;所述第二金属层的材料和所述第一金属层的材料不同;
S3、对电池片背面进行图形化工艺，露出待电镀区域;
S4、在待电镀区域通过电镀工艺制备金属栅线;
S5、去除掩膜层、种子层、阻障层及第二金属层。
2.根据权利要求1所述的BC电池的制备工艺，其特征在于，S1中，第一金属层的材料为金属镍，第一金属层和N电极形成欧姆接触。
3.根据权利要求1所述的BC电池的制备工艺，其特征在于，S1中，光诱导工艺操作过程为：将已具备P/N电极的电池片载入光诱导电镀设备内，使得在N电极上沉积厚度范围为0.01~5um的第一金属层。
4.根据权利要求3所述的BC电池的制备工艺，其特征在于，S1中，电镀液中包括镍和硼酸，镍的浓度为50-150g/L，硼酸的浓度为25-80g/L;电镀液温度为25℃~65℃。
5.根据权利要求1-4任一项所述的BC电池的制备工艺，其特征在于，S1中，光诱导工艺时间为30~300秒，光波长范围为200~600nm，光强度范围为20~70mW/cm2。
6.根据权利要求1所述的BC电池的制备工艺，其特征在于，S2中，第二金属层的材料为金属铝，第二金属层的厚度为5~200nm。
7.根据权利要求1所述的BC电池的制备工艺，其特征在于，S2中，阻障层的厚度为5~200nm，阻障层的材料选自金属钛、金属钨或是其合金中的任一种或多种。
8.根据权利要求1所述的BC电池的制备工艺，其特征在于，S2中，底种子层的厚度为10~300nm，底种子层的材料选自金属铜、金属铋、金属金、金属银或是其合金中的任一种或多种。
9.根据权利要求1所述的BC电池的制备工艺，其特征在于，S2中，真空沉积工艺的功率为1~10KW，时间30~300秒。
10.根据权利要求1所述的BC电池的制备工艺，其特征在于，S4、电镀制备铜金属栅线，铜金属栅线的厚度为5~50um，在铜金属栅线的表面进行锡保护层电镀沉积工艺，沉积锡保护层的厚度为1~5um。
说明书
技术领域
[0001]本发明涉及光伏电池技术领域，具体涉及一种BC电池的制备工艺。
背景技术
[0003]以往的BC电池制备金属栅线，绝大部分是以现行的印刷涂覆导电银浆工艺制备。虽然简单易行，可是却丧失了电性增益的部分，即因为高电阻率银浆在进行载流子收集时候的电性损耗，即Rs过高。并且，由于现存的BC电池，其金属栅线面积大于15%或以上，也使得以导电银浆制备导电栅线的成本高昂，使得BC电池的制造成本远超一般电池片。
[0004]另外一种工艺则是采用激光工艺依照金属栅线的细线宽，将钝化层(氮化硅层)进行图形化制备。然后再以化学沉积法制备镍层，或是以PVD真空沉积工艺，镀上铝金属层或是镍金属层。后再搭配退火工艺形成镍硅合金层，去获得良好的欧姆接触层。然而，这些工艺流程复杂、冗长及全面化无区别的在P/N区制备同一种欧姆接触金属层。譬如，在P区有镍金属的掺杂形成复合而降低电池片的开压;反之，若是镀铝，则又会在N区形成不匹配的复合而降低电池片的开压。
[0005]因此，无论是传统的银浆印刷工艺或是目前引入的电镀工艺，都是半套解决思维。这是因为BC电池的最大特点，就是将受光面的电极移置背光面。这也就是说在电池片的背光面上，同时并存了P/N两个电极。因此，当在其上施作欧姆接触层时，目前的工艺做法都是无差别全平面的一样的制备。即以选择全面镍金属或是全面铝金属沉积，作为共平面上的P/N两个电极的欧姆接触层(未做出P面应与铝金属形成欧姆接触而N面应与镍金属形成欧姆接触的选择工艺)。如此便宜行事，反而使得电池的金属接触区域复合发生提高造成了电池的开压(Voc)下降。
发明内容
[0006]为克服上述缺点，本发明的目的在于提供一种BC电池的制备工艺，在电池的P面和N面分别设置不同的金属层，降低电池的开压。
[0007]为了达到以上目的，本发明采用的技术方案是：一种BC电池的制备工艺，包括以下步骤：
S1、以光诱导工艺，在N电极表面制备第一金属层;
S2、以真空沉积工艺，在电池片背面依次沉积第二金属层、阻障层和种子层;所述第二金属层的材料和所述第一金属层的材料不同;
S3、对电池片背面进行图形化工艺，露出待电镀区域;
S4、在待电镀区域通过电镀工艺制备金属栅线;
S5、去除掩膜层、种子层、阻障层及第二金属层。
[0008]进一步地，S1中，第一金属层的材料为金属镍，第一金属层和N电极形成欧姆接触。
[0009]进一步地，S1中，光诱导工艺操作过程为：将已具备P/N电极的电池片载入光诱导电镀设备内，使得在N电极上沉积厚度范围为0.01~5um的第一金属层。
[0010]进一步地，S1中，电镀液中包括镍和硼酸，镍的浓度为50-150g/L，硼酸的浓度为25-80g/L;电镀液温度为25℃~65℃。
[0011]进一步地，S1中，光诱导工艺时间为30~300秒，光波长范围为200~600nm，光强度范围为20~70mW/cm2。
[0012]进一步地，S2中，第二金属层的材料为金属铝，第二金属层的厚度为5~200nm，第二金属层和P电极形成欧姆接触。
[0013]进一步地，S2中，阻障层的厚度为5~200nm，阻障层的材料选自金属钛、金属钨或是其合金中的任一种或多种。
[0014]进一步地，S2中，底种子层的厚度为10~300nm，底种子层的材料选自金属铜、金属铋、金属金、金属银或是其合金中的任一种或多种。
[0015]进一步地，S2中，真空沉积工艺的功率为1~10KW，时间30~300秒。
[0016]进一步地，S4、电镀制备铜金属栅线，铜金属栅线的厚度为5~50um，在铜金属栅线的表面进行锡保护层电镀沉积工艺，沉积锡保护层的厚度为1~5um。
[0017]本发明的有益效果是：
1)本申请通过光电诱导工艺在N电极制备镍金属层，N面与镍金属形成欧姆接触，在P电极表面制备铝金属层，P面与铝金属形成欧姆接触，降低金属接触面的复合，提升电池片的开压Voc，并且降低欧姆接触电阻，提高电池片的短路电流Isc及填充因子FF。
[0018]2)通过使用掩膜图形化，制备细线金属栅线，提高BC电池的双面发电率。
附图说明
[0019]构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
[0020]为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0021]图1为本发明已制备完毕P/N电极的电池片示意图;
图2为本发明在N电极表面制备第一金属层示意图;
图3为本发明在电池片背面依次沉积第二金属层、阻障层和种子层示意图;
图4为本发明对电池片背面进行图形化工艺，露出待电镀区域示意图;
图5为本发明在待电镀区域制备金属栅线示意图;
图6为本发明去除掩膜层示意图;
图7为本发明BC电池示意图。
[0022]1、电池片;2、N电极;3、P电极;4、第一金属层;5、第二金属层;6、阻障层;7、种子层;8、掩膜层;9、待电镀区域;10、金属栅线;11、锡保护层。
具体实施方式
[0023]为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
[0024]除了在操作实施例中所示以外或另外表明之外，所有在说明书和权利要求中表示成分的量、物化性质等所使用的数字理解为在所有情况下通过术语“约”来调整。因此，除非有相反的说明，否则上述说明书和所附权利要求书中列出的数值参数均是近似值，本领域的技术人员能够利用本文所公开的教导内容寻求获得的所需特性，适当改变这些近似值。用端点表示的数值范围的使用包括该范围内的所有数字以及该范围内的任何范围，例如，1至5包括1、1.1、1.3、1.5、2、2.75、3、3.80、4和5等等。
[0025]申请人发现，当在电池片(1)上施作欧姆接触层时，目前的工艺做法都是无差别全平面的一样的制备。即以选择全面镍金属或是全面铝金属沉积，作为共平面上的P/N两个电极的欧姆接触层(未做出P电极(3)应与铝金属形成欧姆接触，而N电极(2)应与镍金属形成欧姆接触的选择工艺)。如此便宜行事，反而使得电池的金属接触区域复合发生提高，造成了电池的开压(Voc)下降。
[0026]显而易见，在行业都相继引入全覆盖面的进行化学沉积/真空沉积与电镀的BC电池的工艺流程时，并未认知现有工艺的矛盾，应当引入一具备可操控性及可选择性制备欧姆接触层工艺，才能真正的提升BC电池的最终光电转换效率。
[0027]本发明的一实施例提供了一种BC电池的制备工艺以解决上述问题，具体包括以下步骤：
S1、参见附图1和附图2所示，以光诱导工艺，在N电极(2)表面制备第一金属层(4)
以干式刻蚀工艺或是湿式刻蚀工艺，将已制备完毕的Poly掺杂的P/N电极上的钝化层进行连续式或是间隔式的开槽工序，目的为将已制备完毕的Poly掺杂的P/N电极露出，以进行后续欧姆接触层的制备所需。
[0028]将已具备P/N电极的电池片载入光诱导电镀设备内，通过光诱导工艺使得在N电极(2)上得沉积厚度范围为0.01~5um的第一金属层(4)。第一金属层(4)的材料优选为金属镍。
[0029]具体光诱导工艺操作条件为：电镀液中包括镍和硼酸，镍的浓度为50-150g/L，硼酸的浓度为25-80g/L;电镀液温度为25℃~65℃。光诱导工艺时间为30~300秒，温度为25℃~65℃，光波长范围为200~600nm及光强度范围为20~70mW/cm2。通过对光诱导工艺操作条件的限定，能在N电极表面电镀镍金属层，而在P电极表面没有沉积镍金属层，使镍金属层的沉积具有区域选择性。
[0030]S2、参见附图3所示，以真空沉积工艺，在电池片背面依次沉积第二金属层(5)、阻障层(6)和种子层(7);所述第二金属层(5)的材料和所述第一金属层(4)的材料不同。
[0031]在一些实施例中，真空沉积工艺的功率为1~10KW，时间30~300秒，通过对真空沉积工艺条件的限制，能在电池背面沉积适配的第二金属层(5)、阻障层(6)和种子层(7)。
[0032]在一些实施例中，第二金属层(5)的材料为金属铝，第二金属层(5)的厚度为5~200nm。第二金属层(5)的材料为金属铝，和第一金属层(4)的材料(金属镍)不同，第二金属层(5)铝层沉积在P电极表面，第一金属层(4)镍层沉积在N电极表面，可以精准进行适配P/N不同的欧姆接触金属层，达到真正的降低欧姆接触电阻(Rs)及提高电池片的开压(Voc)的效果。
[0033]在一些实施例中，阻障层(6)的厚度为5~200nm，材料选自金属钛、金属钨或是其合金。
[0034]在一些实施例中，底种子层(7)的厚度为10~300nm，材料选自金属铜、金属铋、金属金、金属银或是其合金。
[0035]在一些实施例中，第一金属层(4)和第二金属层(5)也可以是PVD真空设备制备的一金属合金硅层。温度控制范围为200℃~650℃，加热时间为1~10分钟。
[0036]S3、参见附图4所示，对电池片背面进行图形化工艺，露出待电镀区域(9);
以干式掩膜材料(俗称干膜)或是液态掩膜材料，搭配曝光显影工艺，在电池背面设置掩膜层(8)，将待电镀金属栅线(10)区域显露;掩膜层(8)厚度范围为10~50um。
[0037]掩膜烘干温度范围为70~150℃, 烘干时间30~450 S。
[0038]曝光操作条件以365nm或405nm波段的光源及曝光能量范围为15~350mJ/cm2进行曝光。
[0039]其显影液包括但不限于浓度为0.5~5%的KOH或是浓度为0.5~5%的NaOH;优选的操作条件为温度25~28℃、时间30~60秒，喷洒压力2.0~2.5Kg/cm2，将待电镀区域(9)显露。其所形成的开口宽度范围为10~300um。
[0040]在一些实施例中，图形化开口制备工艺材料，亦可以选以阴版印刷+烘干，将待电镀区域显露。其所形成的开口宽度范围为50~600um。
[0041]S4、参见附图5所示，在待电镀区域(9)通过电镀工艺制备金属栅线(10)
在一些实施例中，以硫酸铜体系或是甲基磺酸体系，电镀制备铜金属栅线(10)，沉积铜金属栅线(10)厚度范围为5~50um。
[0042]在一些实施例中，在铜金属栅线(10)表面进行锡保护层(11)电镀沉积工艺，沉积厚度范围为1~5um锡保护层。锡的导电性能较好，且比铜更活泼，能够优先失去电子。当锡被氧化后，会形成一层二氧化锡(SnO2)，这层氧化物能够有效防止铜进一步氧化，从而延长电池的使用寿命。
[0043]锡保护层(11)不仅可以防止铜电极的氧化，还能提高电池的整体稳定性。通过在铜电极表面镀锡，可以减少因铜氧化导致的电极性能下降，确保电池在长期使用过程中的性能稳定。
[0044]S5、去除掩膜层(8)、种子层(7)、阻障层(6)及第二金属层(5)。
[0045]参见附图6所示，去除掩膜层(8)：电池片传送入掩膜去除槽段进行掩膜去除工序。去膜液包括但不限于以浓度配比为0.5~5%的KOH或是浓度配比为0.5~5%的NaOH;优选的操作条件为温度45~50℃、时间120~150秒、喷洒压力0.5~2.5Kg/cm2，将掩膜材料去除。
[0046]参见附图7所示，去除种子层(7)：进行铜种子层刻蚀工艺，刻蚀液为2~5%稀硫酸，操作时间为120~230秒。工艺操作条件为温度为室温、喷洒压力2.0~2.5Kg/cm2，将铜种子层刻蚀。
[0047]去除阻障层(6)：进行阻障层刻蚀工艺，刻蚀液为3~5%双氧水H2O2。工艺操作条件：温度为40-45℃、时间100~130秒、喷洒压力2.0~2.5 Kg/cm2，将阻障层刻蚀。
[0048]去除第二金属层(5)：进行铝欧姆接触层的刻蚀工艺，浓度为1~5% HF。工艺操作条件：温度为40-45℃、操作时间为120~130秒及喷洒压力2.0~2.5 Kg/cm2，将铝欧姆接触层刻蚀去除。清洗烘干后，即得一种具备细线宽金属栅线、低串组结构及高开压之BC电池片。
[0049]实施例
下述实施例更具体地描述了本发明公开的内容，这些实施例仅仅用于阐述性说明，因为在本发明公开内容的范围内进行各种修改和变化对本领域技术人员来说是明显的。除非另有声明，以下实施例中所报道的所有份、百分比、和比值都是基于重量计，而且实施例中使用的所有试剂都可商购获得或是按照常规方法进行合成获得，并且可直接使用而无需进一步处理，以及实施例中使用的仪器均可商购获得。
[0050]实施例1
S1、以光诱导工艺，在N电极表面制备第一金属层
对已具备P/N电极制备的电池片，载入体光诱导电镀设备内，操作条件范围为镍浓度95±5g/L，硼酸浓度27.5±2.5g/L，温度30±5oC，时间55±5秒，光波长范围为300±50nm及光强度范围为45±5mW/cm2。使得在N电极上得一沉积厚度范围为2um的第一金属层，第一金属层为镍金属层，完成后进行清洗及烘干。
[0051]S2、以真空沉积工艺，在电池片背面依次沉积第二金属层、阻障层和种子层
将上述电池片加载PVD真空沉积设备，在电池片背面依次沉积厚度为30nm的第二金属层，第二金属层的材料为金属铝。具体操作条件范围为操作功率3KW，时间120秒。
[0052]将上述电池片进行阻障层沉积，厚度80nm，阻障层为钛钨阻障金属层。具体操作条件为：操作功率3KW，时间120秒。
[0053]将上述电池片进行铜种子层沉积，铜种子层厚度为100nm。具体操作条件范围为操作功率5KW，时间100秒。
[0054]将上述电池片进行加热，温度范围为465±15℃及持续时间95±5秒。
[0055]S3、对电池片背面进行图形化工艺，露出待电镀区域
对上述电池片进行细线宽之图形化工艺，以干式掩膜材料(俗称干膜)搭配曝光显影工艺，将待电镀金属栅线区域显露，分别形成P电极开口宽度为40um及N电极开口宽度范围为20um的待电镀区域，掩膜层厚度范围为25um。
[0056]显影液为浓度为0.5%的KOH，操作温度为25℃、时间60秒，喷洒压力2.0Kg/cm2。
[0057]S4、在待电镀区域通过电镀工艺制备金属栅线
通过电镀工艺，分别在P电极区及N电极图形开口处，电镀沉积一栅线厚度为15um的铜金属栅线。
[0058]通过电镀工艺，分别形成在P电极及N电极铜金属栅线上的厚度为3um的锡保护层。
[0059]S5、去除掩膜层、种子层、阻障层及第二金属层。
[0060]去除掩膜层，电池片传送入掩膜去除槽段进行掩膜去除工序，操作温度范围为50±5℃。操作喷压范围为0.5 Kg/cm2。去膜液为浓度配比为1.5%的KOH，操作时间为120秒。
[0061]去除种子层：进行铜种子层刻蚀工艺，浓度为5%稀硫酸。工艺操作条件：温度为室温、时间120秒及喷洒压力为2.5 Kg/cm2，将铜种子层刻蚀。
[0062]去除阻障层：进行钛钨层刻蚀工艺，浓度为3%双氧水。工艺操作条件：温度为45℃、时间120秒、喷洒压力为2.5 Kg/cm2，将阻障层钛钨层刻蚀。
[0063]去除第二金属层：进行铝欧姆接触层的刻蚀工艺，浓度为1% HF。工艺操作条件：温度为45℃、操作时间为120秒及喷洒压力2.5 Kg/cm2，将第二金属层铝欧姆接触层刻蚀去除。清洗烘干后，即得一种具备细线宽金属栅线、低串组结构及高开压之BC电池片。
[0064]实施例2
S1、以光诱导工艺，在N电极表面制备第一金属层
对已具备P/N电极制备的电池片，载入体光诱导电镀设备内，操作条件范围为镍浓度65±5g/L，硼酸浓度27.5±2.5g/L，温度30±5oC，时间35±5秒，光波长范围为300±50nm及光强度范围为45±5mW/cm2。使得在N电极上得一沉积厚度范围为0.5um的第一金属层，第一金属层为镍金属层，完成后进行清洗及烘干。
[0065]S2、以真空沉积工艺，在电池片背面依次沉积第二金属层、阻障层和种子层
将上述电池片加载PVD真空沉积设备，在电池片背面依次沉积厚度为40nm的第二金属层，第二金属层的材料为金属铝。具体操作条件范围为操作功率3KW，时间120秒。
[0066]将上述电池片进行阻障层沉积，厚度120nm，阻障层为钛阻障金属层。具体操作条件为：操作功率3KW，时间120秒。
[0067]将上述电池片进行铜种子层沉积，铜种子层厚度为100nm。具体操作条件范围为操作功率5KW，时间100秒。
[0068]将上述电池片进行加热，温度范围为315±15℃及持续时间160±10秒。
[0069]S3、对电池片背面进行图形化工艺，露出待电镀区域;
对上述电池片进行直印式图形化工艺，分别形成P电极开口宽度为300um及N电极开口宽度范围为180um的待电镀区域，掩膜层厚度范围为35um。
[0070]S4、在待电镀区域通过电镀工艺制备金属栅线
通过电镀工艺，分别在P电极区及N电极图形开口处，电镀沉积一栅线厚度为28um的铜金属栅线。
[0071]通过电镀工艺，分别形成在P电极及N电极铜金属栅线上的厚度为4um的锡保护层。
[0072]S5、去除掩膜层、种子层、阻障层及第二金属层。
[0073]去除掩膜层，电池片传送入掩膜去除槽段进行掩膜去除工序，操作温度范围为50℃。操作喷压范围为0.5 Kg/cm2。去膜液为浓度配比为1.5%的KOH，操作时间为230秒。
[0074]去除种子层：进行铜种子层刻蚀工艺，浓度为5%稀硫酸。工艺操作条件：温度为室温、时间120秒及喷洒压力为2.5 Kg/cm2，将铜种子层刻蚀。
[0075]去除阻障层：进行钛层刻蚀工艺，浓度为5%双氧水。工艺操作条件：温度为45℃、时间100秒、喷洒压力为2.5 Kg/cm2，将阻障层钛层刻蚀。
[0076]去除第二金属层：进行铝欧姆接触层的刻蚀工艺，浓度为3% HF。工艺操作条件：温度为45℃、操作时间为120秒及喷洒压力2.5 Kg/cm2，将第二金属层铝欧姆接触层刻蚀去除。清洗烘干后，即得一种具备细线宽金属栅线、低串组结构及高开压之BC电池片。
[0077]对比例1
对比例1和实施例1制备BC电池的工艺步骤基本相同，主要区别在于，对比例1没有通过光诱导工艺在N电极表面制备第一金属层(镍层)，也就是对比例没有进行实施例1中的步骤1，在电池片的背面直接沉积第二金属层(铝层)。
[0078]实验实施例
对实施例1-2和对比例1中制备的BC电池进行性能测试，测试结果见表1：
[0079]由表1的实验数据可知，本申请通过光电诱导工艺在N电极制备镍金属层，在P电极表面制备铝金属层，降低金属接触面的复合，提升电池片的开压Voc，将电池开压提升了18%。降低欧姆接触电阻，提高电池片的Isc及FF。通过使用掩膜图形化，制备细线金属栅线，提高BC电池的双面发电率。
[0080]本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换、结构形态变动、辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
[0081]以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
[0082]另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
[0083]此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
[0084]以上实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所做的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。
说明书附图(7)
