一种复合掺杂源激光改性制备光伏电池的方法和光伏电池与流程

本发明涉及太阳能电池制造，具体涉及一种复合掺杂源激光改性制备光伏电池的方法和光伏电池。

背景技术：

1、激光选择性掺杂是当前高效晶硅太阳能电池提升电学性能的核心工艺。激光选择性掺杂的基本原理是：利用激光的选择性加热特性，仅对金属栅线接触区域进行局部高温熔融，使预先形成于硅片表面的掺杂源层中的掺杂原子在熔融硅中快速扩散并固溶，从而在电极接触区形成重掺杂区、在非金属接触区保留轻掺杂区，以此兼顾金属-半导体欧姆接触与少子表面复合的抑制。相较于传统高温炉扩散掺杂，激光选择性掺杂具备定域性强、热损伤小、工序简单、适配精细栅线工艺等优势，被广泛应用于太阳能电池的电极接触区的重掺杂改性，可有效降低电极与硅基底的接触电阻，提升太阳能电池的填充因子与光电转换效率。

2、目前行业内激光选择性掺杂工艺通常采用单一掺杂源体系，即纯的硼源（p型掺杂）体系或磷源（n型掺杂）体系，功能单一，仅能够实现硅基底的导电掺杂改性。这种采用单一掺杂源体系进行激光选择性掺杂的工艺，在当前光伏量产技术迭代背景下，存在多项无法规避的技术缺陷：

3、（1）无金属离子阻挡能力，太阳能电池衰减严重。单一硼源或磷源所形成的重掺杂区为裸露的硅表面，缺乏对金属组分迁移的阻断结构。在后续高温烧结及长期服役过程中，金属电极浆料中的银、铝、铜等金属离子易于沿晶界、位错等缺陷通道向硅基体及结区扩散，并在禁带中引入深能级复合中心，导致少子寿命下降、漏电流增大，表现为电池初始光致衰减（lid）与电势诱导衰减（pid）加剧。

4、（2）界面结合稳定性差，电化学性能退化。激光熔融-重结晶过程中，硅片表面金字塔绒面发生局部塌陷，形成大量悬挂键与晶格损伤；由于掺杂源层本身不具备钝化与界面键合功能，且激光作用后随即被清洗去除，重掺杂区与后续沉积钝化膜之间难以形成稳定、致密的化学键合界面，在湿热、电场耦合作用下界面态密度持续升高，串联电阻增大，填充因子与开路电压同步劣化。

5、如授权公开号cn116885049b、cn110299422b所示，为解决上述金属离子扩散和电化学性能稳定性的问题，现有技术通常采取的应对手段是：在激光选择性掺杂工序后额外增加阻隔层沉积、高温退火固化与后氧化修复等多道辅助工序，以弥补掺杂源层本身功能的不足。但这些后补的辅助工序不仅增加了设备投入、人力与时间成本，工艺步骤冗长繁琐；而且多次全局热加工（如900~1100℃的后氧化或退火）会不可避免地损伤电池表层已构建的钝化结构——包括氧化铝/氮化硅叠层钝化膜的氢钝化效果衰减、背面隧穿氧化层增厚或击穿、本征多晶硅层的晶化状态与钝化质量劣化，导致钝化增益被大幅抵消，电池开路电压反而下降，提效幅度收窄甚至出现负增益，可谓得不偿失。

技术实现思路

1、针对现有技术的缺陷，本发明旨在提供一种复合掺杂源激光改性制备光伏电池的方法和光伏电池，以解决现有激光选择性掺杂工艺的导电性能、抗电池衰减性能及界面结合稳定性无法兼顾、工艺流程繁琐、钝化结构易损伤、贱金属电极电池衰减严重的技术问题。该方法利用激光选择性掺杂的优势，搭配使用复合掺杂浆料，以在同一步激光选择性掺杂工序内，同步完成导电重掺杂改性、金属离子阻隔层原位生长及界面缺陷修复钝化三重效果，省去额外的阻隔层沉积与高温固化等辅助工序，避免多次全局热加工对钝化结构的破坏，在保障电池高效电学性能的同时，大幅提升电池户外长期服役的稳定性，简化量产工序、降低生产成本。

2、基于此，本发明公开了一种复合掺杂源激光改性制备光伏电池的方法，包括以下步骤：

3、s1、提供电池基底，电池基底包括硅片以及依次形成于硅片表面的发射极及钝化层，去除预设电极接触区的钝化层以局部裸露发射极，而保留非电极接触区的钝化层，对非电极接触区（对应非激光区）通过掩膜或视觉定位规避保护；

4、s2、配制复合掺杂浆料；所述复合掺杂浆料包括掺杂源、金属材料、分散剂、粘结剂及溶剂；其中，掺杂源为p型或n型掺杂源，金属材料为能与硅生成金属硅化物阻隔层的金属材料，金属材料与掺杂源的质量比控制在1:3-5；

5、s3、将复合掺杂浆料制备于电极接触区的发射极表面，烘干，以形成致密无孔隙的复合掺杂层；

6、s4、采用脉冲激光对复合掺杂层进行选择性处理，使复合掺杂层中的掺杂源向发射极表层扩散形成重掺杂硅层，而金属材料中的金属元素与硅原位化合生成金属硅化物阻隔层，并实现界面钝化修复；

7、s5、在金属硅化物阻隔层上制备金属电极，制得所述光伏电池。

8、优选地，步骤s1中，所述电池基底为topcon（隧穿氧化层钝化接触）晶硅电池镀膜片或bc（背接触）晶硅电池镀膜片；所述钝化层包括氮化硅膜和/或氧化铝膜；所述发射极为n型或p型发射极。

9、优选地，步骤s2中，所述掺杂源为硼掺杂源或磷掺杂源；所述复合掺杂浆料为ni-b复合掺杂浆料、ni-p复合掺杂浆料、ti-b复合掺杂浆料或ti-p复合掺杂浆料。

10、本发明的复合掺杂浆料，以ni-b复合掺杂浆料为例，金属材料（ni）与掺杂源（b）的质量比控制在1:3-5；如此，硼元素占比充足，可保障硅表层实现高浓度p型重掺杂，满足低欧姆接触需求；镍元素配比适中，可在激光诱导下充分反应生成连续致密的nisix阻隔层，同时避免镍含量过高导致界面复合提升、接触电阻增大的问题。

11、进一步优选地，步骤s2中，所述复合掺杂浆料包括按质量比1:3-5:0.3-0.8:0.5-1:15-20配制的金属材料、掺杂源、分散剂、粘结剂及溶剂。

12、更进一步优选地，所述金属材料为粒径50~70nm的纳米金属粉体；硼掺杂源为硼酸酯或粒径为30~40 nm的超细纳米硼粉；所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮；粘结剂为丙烯酸树脂；溶剂为无水乙醇和/或松油醇。

13、优选地，步骤s3中，所述复合掺杂浆料通过旋涂、喷涂或丝网印刷沉积于电极接触区的发射极表面，以形成200-500nm厚的复合掺杂浆料层；在80-120℃下烘干5-10min，形成所述复合掺杂层。

14、优选地，步骤s4中，所述脉冲激光为纳秒脉冲激光或皮秒脉冲激光，激光波长为532nm或1064nm，激光输出功率为8-50w，扫描速度为5000-50000mm/s，扫描轨迹与电极接触区的电极栅线对位。

15、进一步优选地，步骤s4中，重掺杂硅层的掺杂浓度大于非电极接触区的发射极的掺杂浓度；所述重掺杂硅层的掺杂浓度为1-3×10²0atoms/cm³，而非电极接触区的发射极的掺杂浓度为2-5×10¹9atoms/cm³；所述金属硅化物阻隔层为nisix阻隔层或tisix阻隔层，且金属硅化物阻隔层紧密贴于重掺杂硅层的表面。

16、优选地，步骤s5中，所述金属电极为银电极、铜电镀电极、铝电极中的至少一种。

17、本发明还公开了一种光伏电池，其采用本 技术实现要素： 上述所述的一种复合掺杂源激光改性制备光伏电池的方法所制得。

18、与现有技术相比，本发明至少包括以下有益效果：

19、目前行业内激光选择性掺杂工艺通常采用单一掺杂源体系（如硼掺杂源或磷掺杂源体系），功能单一，仅能够实现硅基底的电极接触区的导电掺杂改性，因此现有激光选择性掺杂工艺无法同时满足太阳能电池的低接触电阻、高界面稳定性、抗金属污染衰减、简易量产工艺的多重需求。

20、基于此，本发明提供了一种复合掺杂源激光改性制备光伏电池的方法，其核心在于：设计适配激光瞬时加工的复合掺杂源前驱体（包括但不限于ni-b、ni-p、ti-b、ti-p等复合掺杂浆料），通过定点脉冲激光辐照，在光伏电池预设的电极接触区，单次激光扫描来同步实现重掺杂、阻隔合金层原位生长及界面微观缺陷修复，构建“硅基底-重掺杂导电层-致密阻隔层-金属电极”的复合防护导电结构，全程无全局高温热损伤，无需后续辅助工序，能同时满足太阳能电池的低接触电阻、高界面稳定性、抗金属污染衰减、简易量产工艺的多重需求。

21、故而，本发明该复合掺杂源激光改性制备光伏电池的方法，利用激光选择性掺杂的优势，搭配使用复合掺杂浆料（即复合掺杂源前驱体），通过单次激光扫描来同步实现重掺杂来降低电极接触区电阻、原位生长阻隔合金层来抗金属污染衰减、以及修复界面微观缺陷来提供高界面稳定性并提升电池电性能，进而实现高效稳定光伏电池的制备。本发明的方法适配n型、p型全品类晶硅光伏电池，兼容银电极、铜电镀电极、铝电极等多种电极工艺，可直接适配现有激光掺杂量产设备，无需产线改造，落地性强。