太阳能电池、制备方法及光伏组件与流程

本发明属于太阳能电池，具体涉及一种太阳能电池、制备方法及光伏组件。

背景技术：

1、当前，以隧穿氧化层钝化接触（topcon）为代表的n型高效电池技术已步入规模化量产阶段。其核心器件结构依赖于超薄隧穿氧化层与掺杂多晶硅层（poly-si）构成的钝化接触体系，该体系通过优异的界面化学钝化与场效应钝化，实现了极高的开路电压与填充因子。

2、在金属化环节，行业主流路线为丝网印刷银浆工艺。但自2025年以来，国际白银价格涨幅超300%，导致银浆成本在电池总制造成本中的占比急剧攀升至30%以上，超越硅料成为第一大成本项。银浆的高昂价格与供需波动风险，已成为制约topcon技术产业化推广与光伏发电全生命周期成本持续优化的关键瓶颈因素。

3、为破解银浆依赖，产业界致力于开发基于廉价金属（如铜、铝）的低银/无银金属化替代方案。其中，物理气相沉积（pvd）镀膜结合廉价金属栅线技术因可大幅削减银耗、提升导电性能，成为极具潜力的替代方案。然而，将pvd金属膜直接引入现有topcon电池结构时，会面临器件光学结构兼容性缺失问题以及界面接触形成过程中的多重损伤耦合问题。

4、公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种太阳能电池、制备方法及光伏组件，其能够保障太阳能电池的光电转换效率与长期稳定性。

2、为了实现上述目的，本发明一具体实施例提供的技术方案如下：

3、一种太阳能电池，包括：

4、硅衬底，具有相对设置的第一表面和第二表面，所述第二表面包括沿第一方向交替排布的金属区域和非金属区域；

5、隧穿层，至少覆盖所述金属区域；

6、第一掺杂层，设置在所述金属区域的所述隧穿层的表面；

7、金属膜层，设置在所述第一掺杂层的表面；

8、第一介质层，设置在所述硅衬底背离所述第一表面的一侧，所述第一介质层上形成有沿厚度方向贯穿所述第一介质层的开口，所述开口位于所述金属区域；

9、第一电极，至少部分所述第一电极与所述开口内的金属膜层相接触。

10、在本发明的一个或多个实施例中，所述隧穿层还覆盖所述非金属区域；所述太阳能电池还包括第二掺杂层，所述第二掺杂层设置在所述非金属区域，且所述第二掺杂层位于所述隧穿层远离所述衬底一侧的表面，所述第二掺杂层与所述第一掺杂层的掺杂类型相同，所述第二掺杂层的厚度小于所述第一掺杂层的厚度。

11、在本发明的一个或多个实施例中，在第一方向上，所述开口具有第一尺寸w1，所述金属膜层具有第一宽度w2，所述开口的第一尺寸w1小于所述金属膜层的第一宽度w2。

12、在本发明的一个或多个实施例中，在第一方向上，所述第一电极具有位于所述开口内的第一宽度w31以及位于所述开口外的第二宽度w32，所述第一电极的第一宽度w31小于或等于所述开口的第一尺寸w1，所述第一电极的第二宽度w32大于或等于所述开口的第一尺寸w1且小于或等于所述金属膜层的第一宽度w2。

13、在本发明的一个或多个实施例中，所述开口沿第二方向间隔分布和/或沿第二方向连续延伸，所述第二方向垂直于所述第一方向。

14、在本发明的一个或多个实施例中，所述开口包括圆形开口、正方形开口、长方形开口、长条形开口中的至少一种；

15、所述圆形开口的直径为5μm-10μm，所述正方形开口的边长为5μm-10μm，相邻开口的间距为10μm-20μm；

16、所述长方形开口的宽度为8μm-15μm，长度为15μm-25μm，相邻开口之间的间距为5μm-10μm；

17、所述长条形开口的宽度为8μm-15μm，长度小于或等于所述第一电极的长度。

18、在本发明的一个或多个实施例中，所述第一电极的线宽为20μm-150μm，厚度为5μm-50μm；和/或，

19、所述第一电极的材料选自非贵金属材料，包括铜、铝、镍、钴、铁、锌、锡中的一种或多种。

20、在本发明的一个或多个实施例中，所述金属膜层为复合金属膜层，所述复合金属膜层包括种子层和导电层；

21、所述种子层和所述导电层的材料不同，和/或，所述种子层的厚度小于所述导电层的厚度。

22、在本发明的一个或多个实施例中，所述种子层的材料选自非贵金属材料，包括钛、镍、锌中的一种；和/或，所述种子层的厚度为8nm-20nm；和/或，所述导电层的材料选自非贵金属材料，包括铝、铜、镁中的一种；和/或，所述导电层的厚度为50nm-90nm。

23、在本发明的一个或多个实施例中，所述金属膜层为单层金属膜层；

24、所述金属膜层的材料选自非贵金属材料，包括镍、铝、钛、锌、铜、镁中至少一种，和/或，所述金属膜层的厚度为50nm-100nm。

25、一种太阳能电池的制备方法，包括：

26、提供一硅衬底，所述硅衬底具有相对设置的第一表面和第二表面，所述第二表面包括沿第一方向交替排布的金属区域和非金属区域；

27、在所述第二表面的金属区域制备层叠的隧穿层、掺杂层以及金属膜层；

28、在所述硅衬底背离所述第一表面的一侧上制备第一介质层；

29、对所述第一介质层进行图案化处理，在金属区域形成沿厚度方向贯穿第一介质层的开口；

30、制备第一电极，至少部分所述第一电极与所述开口内的金属膜层相接触。

31、在本发明的一个或多个实施例中，在所述硅衬底的金属区域制备隧穿层、掺杂层以及金属膜层，包括：

32、在所述硅衬底的第二表面上依次制备层叠的隧穿层、掺杂层和金属膜层；

33、对所述金属膜层和掺杂层进行图案化处理，去除非金属区域的金属膜层和至少部分掺杂层。

34、在本发明的一个或多个实施例中，在所述硅衬底的第二表面上制备金属膜层后进行退火处理；

35、其中，退火氛围为氮气保护氛围，氮气纯度≥99.99%，退火温度为300℃-500℃，升温速率为5℃/min-10℃/min，保温时间为30min-60min，降温速率为3℃/min-5℃/min。

36、在本发明的一个或多个实施例中，对所述金属膜层和掺杂层进行图案化处理，去除非金属区域的金属膜层和至少部分掺杂层，包括：

37、第一步刻蚀工艺，去除非金属区域的金属膜层和部分厚度的掺杂层；

38、制备掩膜层，所述掩膜层覆盖金属区域的金属膜层和掺杂层表面；

39、第二步刻蚀工艺，去除非金属区域的剩余掺杂层或者修复非金属区域的剩余掺杂层表面的刻蚀损伤；

40、第三步刻蚀工艺，去除所述掩膜层。

41、在本发明的一个或多个实施例中，第一步刻蚀工艺为激光工艺；其中，激光光源选自短脉冲激光，激光功率为5w-10w，激光频率为100khz-200khz，脉冲宽度为10ps-50ps，扫描方式为单向扫描，扫描速度范围为500mm/s-800mm/s，激光能量密度为0.1j/cm2-0.3j/cm2，激光光斑直径为5μm-10μm，光斑重叠率为10%-90%。

42、在本发明的一个或多个实施例中，制备掩膜层，包括：

43、采用丝网印刷工艺在所述金属膜层和掺杂层表面印刷掩膜材料，所述掩膜材料的印刷宽度不小于所述金属膜层的宽度；

44、对所述掩膜材料进行分步烘干处理，形成掩膜层；

45、其中，第一步烘干温度为50℃-200℃，第一步烘干时间为3min-5min，第二步烘干温度为100℃-300℃，第二步烘干时间为5min-8min。

46、在本发明的一个或多个实施例中，第二步刻蚀工艺为碱刻蚀工艺，其中，

47、刻蚀液为包括氢氧化钠与表面活性剂的复合刻蚀液，氢氧化钠质量分数为5%-8%，表面活性剂的质量分数为0.3%-0.5%；和/或，

48、刻蚀温度为50℃-80℃，刻蚀时间为120s-360s。

49、在本发明的一个或多个实施例中，第三步刻蚀工艺为酸刻蚀工艺，其中，

50、刻蚀液为包括氢氟酸、醋酸、去离子水与缓蚀剂的复合刻蚀液；和/或，

51、刻蚀温度为25℃-30℃，ph值为1-3，刻蚀时间为10min-20min。

52、在本发明的一个或多个实施例中，采用激光工艺，对所述第一介质层进行图案化处理；其中，

53、激光光源选自短脉冲激光，激光功率为3w-6w，激光频率为150khz-250khz，脉冲宽度为10ps-30ps，扫描方式为双向扫描，扫描速度范围为800mm/s-1000mm/s，激光能量密度为0.05j/cm2-0.15j/cm2，激光光斑直径为3μm-8μm，光斑重叠率为60%-80%。

54、在本发明的一个或多个实施例中，制备第一电极，包括：

55、印刷第一电极；

56、对所述第一电极进行烘干处理；

57、其中，烘干温度为150℃-180℃，烘干时间为15min-20min，烘干后所述第一电极的附着力大于或等于4n/cm2。

58、一种光伏组件，包括上述的太阳能电池或由上述的太阳能电池的制备方法所制备而成的太阳能电池。

59、与现有技术相比，本发明的太阳能电池、制备方法及光伏组件，通过设置金属膜层并图形化，结合非贵金属电极技术，能够在实现银浆用量大幅降低的同时，有效保障乃至提升电池的光电转换效率与结构稳定性，实现了降本增效。

60、本发明的太阳能电池、制备方法及光伏组件，将用于电流收集的金属膜层的收集面积限定为大于与金属膜层接触以实现电流导出的第一电极的接触面积，能显著降低金属膜层与第一掺杂层界面的电流密度，抑制该界面的载流子复合损失，同时，将第一电极与金属膜层的接触区域限定在较小范围内，进一步降低了金属接触区域的复合速率，实现了收集面积与接触面积的解耦优化。

61、本发明的太阳能电池、制备方法及光伏组件，通过金属膜层的大面积收集、第一电极与金属膜层之间的小面积接触、第一电极凸出于第一介质层表面的宽体传输的三段式结构协同，在降低接触电阻与线电阻的同时，有效抑制了复合损失，综合提升了光伏电池的开路电压、填充因子及光电转换效率，并兼具优异的产业化工艺适应性与长期可靠性。

62、本发明的太阳能电池、制备方法及光伏组件，通过图形化优化的激光参数调控，在保证开膜深度的同时避免损伤隧穿层，有效保护隧穿层，从而提升开路电压与填充因子，最终实现电池光电转换效率的提升。

63、本发明的太阳能电池、制备方法及光伏组件，耐碱掩膜层在金属膜层边缘实现包覆性覆盖，以在碱抛过程中有效去除激光开膜引入的热影响区、再凝固层及晶格损伤层，恢复第二掺杂层和第一掺杂层的表面质量，有效防止金属膜层边缘的侧向腐蚀与剥落，保证了金属化图形的尺寸精度与边界整齐度。