一种制备TOPCon及BC光伏电池的方法与流程

本发明涉及太阳能光伏电池制造，尤其涉及一种制备topcon及bc光伏电池的方法。

背景技术：

1、目前全球晶硅光伏市场中，topcon电池与bc背接触电池已成为高效电池主流发展方向，两类电池凭借优异的光电转换效率与量产潜力，逐步占据中高端光伏市场主导地位。现阶段行业内两类电池主流电极制备方式依旧以丝网印刷银浆工艺为主，该工艺虽成熟易落地，但存在诸多行业痛点，严重制约电池降本提效与性能升级：

2、1.银浆耗材成本居高不下：银金属作为贵金属，价格波动频繁，且丝网印刷工艺银浆消耗量巨大，单片片均银耗占电池总成本的15%-20%，大幅拉高电池单片制造成本，与行业无银化、低成本化发展趋势相悖；

3、2.电极性能存在瓶颈：丝网印刷栅线线条粗细、高宽比存在明显工艺极限，常规栅线宽度难以突破20μm，高宽比不足2:1，，导致电极导电性能受限，电池内部串联电阻偏高，难以进一步提升电池光电转换效率；

4、3.生产良率管控难度大：印刷浆料易受环境湿度、网版磨损等因素影响，出现断栅、虚印、栅线偏移、溢墨等不良现象，导致电池成品良率难以稳定在98%以上，增加量产损耗；

5、4.传统掩膜工艺适配性差：为突破丝网印刷瓶颈，行业逐步推广无银化/少银电镀电极工艺，但目前适配电镀制程的低成本、易制备、易剥离掩膜材料较为稀缺；传统光刻胶掩膜工艺流程繁琐、原材料价格昂贵、剥离条件严苛（需高温或有机溶剂），生产能耗高，且易损伤硅片钝化层，无法适配光伏大批量低成本量产需求；常规掩膜材料难以同时满足氮化硅钝化层刻蚀防护与电镀绝缘阻隔双重工艺需求，严重制约电镀电极工艺在topcon、bc电池领域的普及应用。

6、基于以上行业现状，亟需一种可实现“刻蚀防护-电镀绝缘”一体化、低成本、易量产、高适配的掩膜制备工艺，解决现有技术痛点，推动topcon、bc电池电镀工艺的规模化落地，实现电池降本提效双重目标，本发明由此研发而成。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种制备topcon及bc光伏电池的方法，旨在克服现有技术中topcon、bc光伏电池电极制备工艺的固有缺陷，提供一种工艺简单、成本低廉、图形精度高、适配性强的光伏电池制备工艺。本发明核心是利用喷墨打印热熔蜡作为一体化功能性掩膜，先后完成氮化硅刻蚀开窗与金属电极电镀两大核心工序，无需二次换膜、二次涂覆，最终通过常规碱液快速剥离去除掩膜，彻底替代传统丝网印刷银浆电极制备方式，实现光伏电池降本增效、简化制程、提升电池光电转换效率与量产良率的研发与量产目标，同时降低产线改造难度，适配现有量产产线快速升级，推动无银化电镀工艺在高效光伏电池领域的普及。

2、为实现上述目的本发明采用以下技术方案：

3、一种制备topcon及bc光伏电池的方法，包括如下步骤：

4、步骤1、硅片前道预处理；

5、选取完成制绒、扩散、氧化层制备、钝化层（氮化硅钝化层）沉积后的合格topcon电池硅片或bc背接触电池硅片，硅片表面无破损、无划痕、无杂质；对硅片表面进行精细化除尘、除油污处理，采用等离子清洗+纯水漂洗的方式，去除表面残留的微量污染物与水渍，随后送入热风烘干炉进行低温烘干（烘干温度60-80℃，烘干时间2-3min），保证硅片表面洁净平整、无水印，提升热熔蜡喷墨打印的附着稳定性，避免后续打印图形出现脱落、偏移、残缺、气泡等不良现象。

6、步骤2、高精度喷墨打印热熔蜡成型掩膜；

7、采用专业光伏工业喷墨打印设备（定位精度±12μm，打印分辨率300dpi以上），将调配完成的热熔蜡功能性油墨，按照提前导入的电池栅线图案、电极图形、bc结构开窗轨迹，精准喷射打印在硅片指定区域（topcon电池侧重正面细栅、主栅区域，bc电池侧重背电极开窗区域）；打印完成后，通过温控固化装置对热熔蜡图形进行低温固化定型（固化温度15-25℃，固化时间1-5s），使热熔蜡与硅片表面紧密贴合，形成结构稳定、边缘清晰、厚度均匀（厚度控制在5-40μm）的固态热熔蜡掩膜；未打印区域完全裸露硅片基底，为后续刻蚀、电镀预留精准的工艺通道，确保刻蚀、电镀工序精准可控。

8、步骤3、依托热熔蜡掩膜完成氮化硅层刻蚀开窗；

9、将打印好热熔蜡掩膜的硅片送入湿法刻蚀设备，根据电池类型选择适配的刻蚀工艺（topcon电池bc电池优先采用湿法刻蚀），对硅片表面裸露位置的氮化硅钝化膜进行定向刻蚀去除；刻蚀过程中，热熔蜡掩膜区域具备极强的耐刻蚀性能，可完好保护下方的氮化硅层与硅片基体不受刻蚀损伤，精准完成topcon及bc电池所需电极区域等指定位置的开窗作业；严格控制刻蚀参数（湿法刻蚀液采用氢氟酸溶液，刻蚀温度20-25℃，刻蚀时间600-700s），确保开窗尺寸精准（开窗宽度控制在20-300μm）、边缘平整，无过刻、漏刻现象。

10、步骤4、以热熔蜡为绝缘掩膜开展金属电镀工艺；

11、氮化硅刻蚀开窗工序全部完成后，无需去除热熔蜡掩膜，直接将硅片转入光伏电池电镀产线，采用电镀铜工艺（适配无银化需求）或电镀镍-铜工艺（适配少银化需求）开展金属电极沉积；利用热熔蜡自身优异的绝缘特性，作为电镀隔离防护掩膜，有效阻隔电镀液与非目标区域的接触，仅在硅片刻蚀裸露区域进行金属层沉积电镀，精准成型电池正负极电极、细栅电极、背接触电极；严格控制电镀参数（电镀温度小35℃，电流密度1-3a/dm²，电镀时间5-20min），保证电极图形规整、导电层厚度均匀（金属层厚度控制在5-15μm），完美适配topcon细栅电极、bc背电极、正面se电极等多种结构的电镀成型需求，避免出现漏镀、溢镀、电极脱落等不良。

12、步骤5、碱液恒温剥离溶解热熔蜡掩膜；

13、电池金属电极电镀沉积全部完成后，将硅片送入碱液清洗槽内，采用调配好的弱碱性溶液（氢氧化钠溶液，质量浓度3%-5%）进行恒温浸泡处理（浸泡温度40-50℃，浸泡时间90-120s）；利用热熔蜡材质遇碱易溶胀、易分解的物理化学特性，使硅片表面所有热熔蜡掩膜层快速从硅片表面整体剥离，并在碱液中充分溶解，无残留蜡质附着；后续配合三级纯水溢流漂洗（每级漂洗时间10-15s）、热风烘干（烘干温度70-80℃，烘干时间10-15min），彻底清除硅片表面残留的微量蜡质与碱液，全程不会腐蚀硅片基底、钝化层以及已成型的金属电极，保障电池后续性能稳定。

14、步骤6、后道成品制程；

15、完成掩膜剥离清洗后的硅片，依次进行退火加固（退火温度300-350℃，退火时间30-40min，提升金属电极与硅片的结合力）、电极检测（采用el检测、电性测试，筛选出不良品）、外观分选（去除表面划痕、破损、电极不良的硅片）、封装等后续常规工序，最终制造成高性能topcon光伏电池与bc背接触光伏电池成品。

16、与现有技术相比，本发明具有以下优点：1.  大幅降低电池生产成本：本发明全面采用电镀金属电极工艺替代传统高成本丝网印刷银浆工艺，极大减少贵金属银的使用量（无银化电镀可实现银耗为0，少银化电镀可降低银耗80%以上），从原材料端大幅度压缩单片光伏电池生产成本；同时热熔蜡材料成本低廉，且无voc排放，环境友善，工艺步骤精简，进一步降低生产工时与能耗成本，契合行业无银化、低成本化发展趋势。

17、2.显著提升电池光电转换效率：喷墨打印搭配电镀工艺可制备高宽比更优（高宽比可达1:1以上）、导通性能更强的精细栅线电极，有效降低电池内部串联电阻，减少栅线遮光面积，提升硅片光吸收利用率；同时热熔蜡掩膜刻蚀开窗精度高，可优化电极与硅片的接触性能，减少接触电阻，全方位提升topcon、bc电池的光电转换效率与输出功率，相较于传统丝网印刷工艺，电池效率可提升0.3%-0.8%。

18、3.生产良率高，工艺稳定性强：热熔蜡掩膜成型均匀、防护性能稳定，刻蚀与电镀过程中不易出现破损、脱落、偏移等不良问题，有效降低断栅、虚印、漏镀等不良现象的发生率，电池成品良率可稳定在98.5%以上，提升批量生产稳定性，减少生产损耗。

19、4.产线改造难度低，落地性强：整体工艺可无缝对接现有主流topcon、bc电池量产生产线，无需大规模重构产线，仅需增设高精度喷墨打印设备、电镀设备与碱液剥离设备即可完成工艺升级，技改投入少、周期短，投产速度快，商业化推广价值极高。

20、5.绿色环保，生产安全性高：热熔蜡油墨配方环保无剧毒，不含有害有机溶剂，生产过程无高危有机溶剂挥发；碱液剥离工艺成熟无污染，剥离后的碱液可经处理后循环利用，符合光伏行业绿色低碳生产标准，同时保障生产环境安全洁净，降低环保处理成本。

21、6.工艺兼容性强，适配未来升级：本工艺兼容无银化、少银化电镀趋势，可适配超细栅、薄片化等新一代高效电池生产需求，同时可灵活调整打印图形、刻蚀参数、电镀参数，适配不同规格、不同性能需求的topcon、bc电池生产，为产线后续升级预留空间。