基于碳基种子层的背接触太阳能电池电极界面结构及其制备方法与流程

本发明涉及太阳能电池，尤其是涉及一种基于碳基种子层的背接触太阳能电池电极界面结构及其制备方法。

背景技术：

1、背接触太阳能电池将正、负电极均设置于硅基底背面，实现了正面零遮光，是提升晶硅太阳能电池光电转换效率的重要技术路线之一。在金属化工艺中，采用“印刷导电种子层—电镀铜加厚”方案，可显著降低昂贵银浆的用量，并提高电极整体电导率，已成为当前行业研究与产业化推进的重点方向。

2、然而，现有技术仍存在以下不足：（1）种子层材料选择受限：目前主流种子层仍以银浆为主，成本压力突出；镍、铜等贱金属种子层虽有探索，但镍存在内应力大、孔隙率高、热膨胀系数与硅不匹配等问题；钛虽具备良好导电性、耐腐蚀性，能与硅形成低阻硅化物，并可作为铜扩散阻挡层，但其在空气中极易氧化生成高阻氧化层，导致难以通过常规印刷烧结工艺制备，更无法满足电镀种子层对表面导电性与活性的严苛要求。（2）碳基种子层尚未应用于晶硅电池：碳浆料在钙钛矿太阳能电池中已有应用，具有成本极低、化学稳定性好等优势；但由于碳材料本征电阻率较高，且与硅基底难以形成低阻欧姆接触，迄今尚未在晶硅背接触太阳能电池中作为种子层使用。（3）界面应力问题未获解决：连续的金属栅线与硅基底之间因热膨胀系数差异，在多次热处理（如种子层烧结、铜层烧结或电镀后退火）过程中产生显著热机械应力，易诱发电池片隐裂，影响组件长期可靠性。

3、因此，开发一种既能满足电学性能要求、又可兼容印刷烧结工艺的碳基种子层材料，并结合结构设计以有效释放界面应力，已成为本领域亟待解决的技术难题。

4、有鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、本发明的第一目的在于提供一种基于碳基种子层的背接触太阳能电池电极界面结构，所述的太阳能电池电极界面结构通过不连续接触开口与连续碳基种子层覆盖的协同设计，在接触开口内实现碳基种子层与硅基底的欧姆接触，在钝化层表面实现碳基种子层通过玻璃相的机械锚定，从而在保障低接触电阻和高界面附着力的同时，有效缓解热膨胀系数失配引起的界面应力。

2、本发明的第二目的在于提供一种基于碳基种子层的背接触太阳能电池电极界面结构的制备方法。

3、为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

4、本发明提供的一种基于碳基种子层的背接触太阳能电池电极界面结构，所述电极界面结构包括：硅基底、碳基种子层和导电层；

5、所述硅基底的背面设置有钝化层，所述钝化层上设有不连续的接触开口，所述接触开口暴露硅基底背面的硅掺杂区；

6、所述碳基种子层连续覆盖于所述钝化层表面及所述接触开口内；

7、所述导电层设置于所述碳基种子层表面；

8、其中：在所述接触开口内，所述碳基种子层与硅基底形成欧姆接触界面；在所述钝化层表面，所述碳基种子层通过玻璃相形成机械锚定界面。

9、进一步的，所述接触开口为点阵式分布或沟槽阵列式分布；

10、优选地，当点阵式分布时，所述接触开口的单个开口尺寸为10~50μm，相邻接触开口的中心间距为50~200μm；

11、优选地，当沟槽阵列式分布时，所述接触开口的单个沟槽的长度为50~200μm，宽度为10~30μm，相邻沟槽之间的间距为20~100μm；

12、优选地，所述钝化层的厚度为50~150nm；

13、优选地，所述碳基种子层的厚度为1~3μm；

14、优选地，所述导电层通过电镀铜或印刷铜浆形成，厚度为5~15μm；

15、优选地，所述碳基种子层在所述接触开口处的厚度＞在所述钝化层表面的厚度，且厚度差值为5~15%。

16、进一步的，所述碳基种子层由碳基浆料经印刷与热处理形成；

17、优选地，按重量份数计，所述碳基浆料包括：碳系导电粉体50~90份、玻璃粉1~10份、有机载体溶液10~40份。

18、进一步的，所述碳系导电粉体选自碳粉、石墨烯、碳纳米管、导电炭黑中的一种或多种；

19、优选地，所述玻璃粉为无铅玻璃粉，所述无铅玻璃粉的软化温度为300~550℃，粒径为0.1~5μm；

20、优选地，所述有机载体溶液选自松油醇、乙基纤维素、乙二醇乙醚醋酸酯、柠檬酸三丁酯、邻苯二甲酸二丁脂中的一种或多种。

21、进一步的，所述碳系导电粉体包含双粒径分布，包括：粒径1~10μm的微米级碳粉和粒径20~200nm的纳米级碳粉；

22、其中，微米级碳粉占碳系导电粉体总重量的60~80wt%，纳米级碳粉占20~40wt%。

23、进一步的，所述碳基浆料还包含有添加剂；

24、优选地，所述添加剂包括分散剂、流平剂、消泡剂、偶联剂中一种或多种；

25、优选地，按重量份数计，所述添加剂在碳基浆料中的占比为0.1~1份。

26、进一步的，所述电极界面结构还包括接触层；

27、所述接触层位于所述接触开口内、碳基种子层与硅基底之间，且覆盖所述接触开口的底部及侧壁；

28、优选地，所述接触层通过物理沉积方式形成；

29、优选地，所述接触层为通过物理沉积方式形成的银材质接触层。

30、优选地，所述接触层的厚度为10~200nm。

31、本发明提供的一种上述电极界面结构的制备方法，所述制备方法包括：

32、（a）提供背面设置有钝化层的背接触太阳能电池硅基底，在所述钝化层上制备不连续的接触开口，暴露下方硅基底的硅掺杂区；

33、（b）将碳基浆料印刷于硅基底背面，形成覆盖开孔区域及钝化层表面的连续浆料湿膜，热处理，形成碳基种子层；

34、（c）在种子层表面形成导电层，得到金属化电极结构。

35、任选地，所述制备方法还包括在步骤（b）之前，在接触开口内通过物理沉积方式形成接触层的步骤。

36、进一步的，所述（a）中接触开口通过激光开口方法制备，激光开口后接触开口区域底部的钝化层被完全去除，露出硅掺杂区。

37、进一步的，所述（b）中热处理的方法包括：

38、在保护性气氛下，200~400℃处理5~30min。

39、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

40、本发明提供的基于碳基种子层的背接触太阳能电池电极界面结构，所述电极界面结构通过在硅基底背面钝化层上设置不连续的接触开口并使碳基种子层连续覆盖于开口内及钝化层表面，实现了在接触开口区域内碳基种子层与硅掺杂区直接形成欧姆接触界面，从而保障电极与硅基底之间的低阻电学连接；同时，在钝化层表面区域，碳基种子层借助玻璃相冷却收缩形成的微结构实现机械锚定界面，显著提升种子层与钝化层之间的结合强度和界面稳定性；该结构设计兼顾了电学导通功能与力学附着功能，并有利于缓解因热膨胀系数差异引起的界面应力积累。

41、本发明提供的一种电极界面结构的制备方法，所述制备方法通过在钝化层上制备不连续接触开口、印刷碳基浆料并进行热处理形成连续种子层，再于种子层上构建导电层，实现了碳基种子层与硅基底及钝化层的可控界面反应和集成。