一种太阳能电池及其制备方法、叠层电池和光伏组件与流程

本发明涉及光伏电池，更具体地说，涉及一种太阳能电池及其制备方法、叠层电池和光伏组件。

背景技术：

1、当前晶硅光伏电池金属化工艺主要分为丝网印刷银浆工艺、铜电镀工艺两大类，是电池光电转换、电流输出的核心环节，栅线与硅基底的附着强度直接决定了电池及组件的使用寿命与发电可靠性。

2、现有量产工艺中，电池片通常全域采用统一的碱制绒金字塔结构，绒面金字塔尺寸均匀、高度一致、形貌单一。该结构仅能满足基础光学减反需求，用于栅线附着时则存在明显缺陷：

3、一、常规绒面金字塔尺寸细小均匀，表面平整性相对较高，物理锚固点位不足，栅线浆料仅能贴合表层，无法形成深度咬合，机械附着力相对较弱；

4、二、细栅线线宽持续窄化以降低遮光损耗，附着基底面积进一步减小，同时铜电镀细栅线、hjt低温银浆栅线本身粘接性较差，因此极易出现局部脱层、剥离问题；

5、三、常规均匀绒面表面能有限，浆料浸润铺展不充分，导致栅线与基底之间易存在微观空隙，不仅降低机械附着力，还会增大界面接触电阻，影响电池转换效率。

6、由于以上缺陷的存在，在组件层压、运输安装、户外高低温交变、湿热老化过程中，栅线受力拉伸、热胀冷缩产生剪切应力，传统单一绒面附着结构无法抵消应力，易频繁出现断栅、栅线脱落、虚焊脱层等不良，导致组件功率衰减、隐裂失效，是制约电池良率与组件长期可靠性的关键痛点。

7、现有提升栅线附着力的技术多局限于浆料配方改性、增加过渡金属种子层、退火工艺优化等方式，但通常存在成本高、工艺复杂、易引入金属扩散复合缺陷、提升效果有限的问题，因此，如果有效提升栅线与电池片之间的附着力，并避免上述问题的产生具有重要的意义。

技术实现思路

1、本发明的第一个目的在于提供一种太阳能电池，通过对半导体基底表面的塔基结构进行优化设计，即根据半导体基底表面的不同区域，进行塔基结构的差异化设计，从而可以有效提高栅线电极与半导体基底之间的附着力，解决现有技术中栅线易脱层、断栅、虚焊的问题；

2、本发明还提供了一种上述太阳能电池的制备方法；

3、本发明还提供了一种叠层电池，该叠层电池的底电池采用上述太阳能电池；

4、本发明还提供了一种包括上述太阳能电池或叠层电池的光伏组件。

5、为达到上述目的，本发明提供的技术方案如下：

6、本发明第一方面提供了一种太阳能电池，包括：

7、半导体衬底，所述半导体衬底的至少一主表面形成有金字塔塔基，该主表面设有掺杂区，所述掺杂区包括用于印刷金属栅线的金属印刷区以及未印刷金属栅线的非印刷区；

8、其中，与所述金属印刷区相对应的金字塔塔基包括若干个堆叠式复合塔基结构，单个堆叠式复合塔基结构由多层塔基单元沿半导体衬底主表面的厚度方向堆叠而成。

9、本发明第二方面提供了一种太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：

10、提供半导体衬底；

11、对所述半导体衬底进行湿法清洗，以得到表面形成有金字塔塔基结构的半导体衬底，所述金字塔塔基包括若干个堆叠式复合塔基结构，单个堆叠式复合塔基结构由多层塔基单元基本沿半导体衬底主表面的厚度方向堆叠而成；

12、采用掩膜印刷工艺，对半导体衬底表面与待印刷金属栅线相对应的金属印刷区进行覆盖遮挡，而使该表面其他区域的金字塔塔基暴露出来；

13、对待印刷金属栅线所在半导体衬底表面的非掩膜区进行碱液抛光处理，以在非掩膜区形成基本均匀分布的单层塔基结构，并去除金属印刷区的掩膜，保留金属印刷区的堆叠式复合塔基结构；

14、在经碱液抛光处理后的半导体衬底表面掺杂区制备形成半导体掺杂功能叠层；

15、在半导体衬底表面的金属印刷区制备形成金属栅线。

16、本发明第三方面提供了一种叠层电池，包括顶电池和底电池，顶电池位于底电池的一侧并与底电池形成电连接，所述底电池采用上述第一方面所述的太阳能电池。

17、本发明第四方面提供了一种光伏组件，包括上述第一方面所述的太阳能电池，或者上述第三方面所述的叠层电池。

18、采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：

19、（1）本发明提供了一种太阳能电池，通过对半导体衬底表面的金字塔塔基结构进行分区差异化设计，使与金属印刷区相对应的金字塔塔基包括若干个堆叠式复合塔基结构，从而可以利用该立体塔基的三维物理锚固作用有效增大金属栅线与半导体衬底之间的有效接触面积，同时优化表面能提升浆料浸润铺展效果，从物理锚固和界面结合双重维度大幅提升栅线附着力，解决传统单一绒面栅线易剥离脱落、发生断栅、虚焊现象，以及接触电阻偏高、组件长期服役可靠性差的问题。

20、（2）本发明通过对半导体衬底表面的金字塔塔基进行分区差异化重构设计，其中，与金属栅线印刷区域相对应的金字塔塔基包括堆叠式复合塔基结构，而非印刷区则基本保留常规金字塔塔基结构，即该区域基本由单层塔基结构组成，从而可以有效兼顾电池的光学性能与栅线附着性能，并使电池填充因子与转换效率也得到小幅提升。

21、（3）本申请中部分堆叠式复合塔基结构的最顶层塔基单元包括水平截面轮廓为类圆形或多边形的塔基体，所述多边形的棱角进一步优选为圆弧过渡角，从而可以改善传统规则矩形塔基结构存在的应力集中、棱角过腐蚀、载流子复合集中等固有缺陷，并降低塔基的界面态密度与机械应力。

22、（4）当太阳能电池为背接触电池时，半导体衬底的向光面形成有金字塔塔基，所述金字塔塔基为单层塔基结构，或，单层塔基结构和堆叠式复合塔基结构的组合，且堆叠式复合塔基表面的金字塔绒面尺寸小于单层塔基结构表面的金字塔绒面尺寸，从而有利于短波光吸收率的提升，并使得钝化膜沉积质量更佳。

23、（5）本发明的电池制备工艺可兼容topcon、hjt、perc全主流电池量产线，无需新增复杂设备，改造成本低、量产性强，可稳定将栅线焊接拉力提升30%以上，显著降低组件隐裂、断栅、功率衰减风险。

24、（6）本发明中相邻堆叠式复合塔基结构为连续式排布或间断式排布，通过金属印刷区相邻堆叠式复合塔基结构的差异化排布，可有效规避电池片烧结、层压、冷热循环测试过程中易发生的电极翘曲、局部脱栅、虚焊不良等，提升组件长期户外工况下电极界面结合的稳定性，降低封装后串联失效风险。

1.一种太阳能电池，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，与所述金属印刷区相对应的金字塔塔基中，堆叠式复合塔基结构的分布面积占比大于单层塔基结构的分布面积占比。

3.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述堆叠式复合塔基结构的相邻两层塔基单元之间的堆叠面积重合率不小于70％，或者不小于80％，或者不小于90％，或者不小于95％。

4.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述堆叠式复合塔基结构由多层塔基单元依次嵌套堆叠而成，且各层塔基单元的整体轮廓尺寸沿着远离半导体衬底的表面方向逐级减小。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的太阳能电池，其特征在于，单个堆叠式复合塔基结构的总高度为2~10μm，其外轮廓的最大特征宽度为10~70μm；单层塔基单元的高度为0.8~6μm。

6.根据权利要求1-4中任一项所述的太阳能电池，其特征在于，与所述非印刷区相对应的金字塔塔基为单层塔基结构；

7.根据权利要求1-4中任一项所述的太阳能电池，其特征在于，部分堆叠式复合塔基结构的最顶层塔基单元包括水平截面轮廓为类圆形或多边形的塔基体，且所述多边形的棱角为圆弧过渡角。

8.根据权利要求1-4中任一项所述的太阳能电池，其特征在于，相邻堆叠式复合塔基结构连续式排布或间断式排布。

9.根据权利要求1-4中任一项所述的太阳能电池，其特征在于，所述掺杂区包括位于半导体衬底第一主表面且沿第一方向依次交替间隔设置的第一掺杂区和第二掺杂区，第一掺杂区和第二掺杂区之间设有隔离区，且与第一掺杂区、第二掺杂区中至少一者的金属印刷区相对应的金字塔塔基包括所述堆叠式复合塔基结构。

10.根据权利要求9所述的太阳能电池，其特征在于，所述第一掺杂区表面设有第一掺杂半导体层，所述第二掺杂区表面设有第二掺杂半导体层，且第一掺杂半导体层的掺杂类型与第二掺杂半导体层的掺杂类型相反。

11.根据权利要求9所述的太阳能电池，其特征在于，与第一主表面相对设置的半导体衬底第二主表面也形成有金字塔塔基，且金字塔塔基远离半导体衬底的表面形成有金字塔绒面结构。

12.根据权利要求10所述的太阳能电池，其特征在于，所述半导体衬底第二主表面的金字塔塔基为单层塔基结构，该单层塔基结构的表面形成有金字塔绒面结构。

13.根据权利要求10所述的太阳能电池，其特征在于，所述半导体衬底第二主表面的金字塔塔基为单层塔基结构和所述堆叠式复合塔基结构的组合，单层塔基结构和所述堆叠式复合塔基结构的表面均形成有金字塔绒面结构，且单层塔基结构表面的金字塔绒面尺寸大于堆叠式复合塔基结构表面的金字塔绒面尺寸。

14.一种太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

15.根据权利要求14所述的太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述掺杂区包括位于半导体衬底第一主表面且沿第一方向依次交替间隔设置的第一掺杂区和第二掺杂区，第一掺杂区和第二掺杂区之间设有隔离区；

16.根据权利要求14或15所述的太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述对所述半导体衬底进行湿法清洗，以得到表面形成有金字塔塔基结构的半导体衬底，具体包括：

17.根据权利要求16所述的太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述酸性抛光液中hf的质量浓度1%~5%，hno3的质量浓度为5%~25%；所述酸洗为在常温下反应10~200s；

18.一种叠层电池，包括顶电池和底电池，顶电池位于底电池的一侧并与底电池形成电连接，其特征在于，所述底电池采用权利要求1-13中任一项所述的太阳能电池。

19.一种光伏组件，其特征在于，包括权利要求1-13中任一项所述的太阳能电池，或者权利要求18所述的叠层电池。