太阳能电池的导电接触结构、组件及发电系统的制作方法
1.本发明涉及太阳能电池技术领域，具体涉及一种太阳能电池的导电接触结构、组件及发电系统。
背景技术：
2.太阳能电池中，如图2所示，通常采用铜层100作为导电层覆盖在硅衬底200上，但铜与硅的结合力不足容易导致导电层从硅衬底上脱落，且导电层中的铜往硅衬底里面扩散会降低太阳能电池的性能。为了解决这个问题，现有技术中，通过在铜导电层和硅衬底之间增加一层种子层300，以增强铜导电层100与硅衬底200间的结合力。该种子层通常采用镍层，镍层虽增强了铜导电层与硅衬底的结合力，但增强效果并不理想，且镍层的反光效果较差，降低了太阳能电池的陷光效果。
技术实现要素：
3.本发明以增强导电层与衬底之间的结合力，并提升太阳能电池的陷光效果为目的，提供了一种太阳能电池的导电接触结构、组件及发电系统。
4.为达此目的，本发明采用以下技术方案：
5.提供一种太阳能电池的导电接触结构，包括：
6.衬底；
7.半导体区域设置在所述衬底的上面或里面；
8.电极设置在所述半导体区域上；
9.所述电极包括接触所述半导体区域的种子层；所述电极还包括位于所述种子层上方的导电层；所述导电层为cu导电层；
10.所述种子层为合金材料，其包括主组分及强化组分，所述主组分al，质量含量为≥70％，所述强化组分包括cr、mn、pd、bi、nb、ta、pa、si、v中的任意一种或多种，所述强化组分的质量含量为≤30％。
11.作为优选，所述强化组分还包括非金属成分。
12.作为优选，作为所述主组分为al，含量为≥70％；作为所述强化组分为cr，含量为≤30％。
13.作为优选，作为所述主组分为al，含量为≥70％；作为所述强化组分为mn，含量为≤30％。
14.作为优选，作为所述主组分为al，含量为≥70％；作为所述强化组分为pd，含量为≤30％。
15.作为优选，作为所述主组分为al，含量为≥70％；作为所述强化组分为bi，含量为≤30％。
16.作为优选，作为所述主组分为al，含量为≥70％；作为所述强化组分为nb，含量为≤30％。
17.作为优选，作为所述主组分为al，含量为≥70％；作为所述强化组分为ta，含量为≤30％。
18.作为优选，作为所述主组分为al，含量为≥70％；作为所述强化组分为pa，含量为≤30％。
19.作为优选，作为所述主组分为al，含量为≥70％；作为所述强化组分为si，含量为≤30％。
20.作为优选，作为所述主组分为al，含量为≥70％；作为所述强化组分为v，含量为≤30％。
21.作为优选，所述种子层以物理气相沉积、丝网印刷、化学气相沉积、电镀、化学镀中的任意一项制备方法形成在所述衬底上。
22.作为优选，所述种子层与所述半导体区域之间形成有钝化膜；所述钝化膜上设有开口，所述种子层通过所述开口与所述半导体区域接触。
23.作为优选，所述种子层与所述钝化膜之间还设置有透明导电氧化物薄膜，所述透明导电氧化物薄膜通过所述钝化膜上设置的所述开口与所述半导体区域接触。
24.作为优选，所述透明导电氧化物薄膜为掺锡氧化铟或者氧化锌基薄膜。
25.作为优选，所述半导体区域包含隧穿氧化层和掺杂多晶硅。
26.作为优选，所述导电层生长在所述种子层上的方法包括电镀、物理气相沉积、丝网印刷、化学镀中的任意一种。
27.作为优选，所述导电层的上部覆盖有保护层。
28.作为优选，所述保护层为sn或ag层。
29.作为优选，所述保护层通过电镀或化学镀的方法生长在所述导电层上。
30.作为优选，所述衬底为硅衬底。
31.作为优选，所述种子层由多层子种子层堆叠组成。
32.作为优选，沿背离所述衬底的方向堆叠的所述子种子层中的所述主组分的含量逐渐下降。
33.作为优选，所述种子层的厚度为10-1000nm。
34.作为优选，所述种子层的厚度为30-300nm。
35.作为优选，所述导电层的厚度为1-800μm。
36.作为优选，所述导电层的厚度为1-100μm。
37.本发明还提供了一种太阳能电池，包括所述的导电接触结构。
38.本发明还提供了一种太阳能电池组件，包括若干个电性连接的所述太阳能电池。
39.本发明还提供了一种太阳能发电系统，包括若干个电性连接的所述的太阳能电池组件。
40.本发明通过在导电层和衬底之间增加种子层，该种子层为合金材料，其主组分为al，强化组分为cr、si、mn、pd、bi、nb、ta、pa、v中的任意一种或多种，由上述的主组分和强化组分融合形成的种子层与导电层和衬底均具有较强的结合力，且提升了太阳能电池的陷光效果。
附图说明
41.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
42.图1是本发明一实施例提供的太阳能电池的导电接触结构的示意图；
43.图2是现有技术中的太阳能电池的导电接触结构的示意图；
44.图3是cu与其他金属的扩散系数的对比图。
具体实施方式
45.下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
46.其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
47.本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若出现术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
48.在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“连接”等指示部件之间的连接关系，该术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个部件内部的连通或两个部件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
49.本发明实施例提供的太阳能电池的导电接触结构，如图1所示，包括：
50.衬底1；
51.半导体区域设置在衬底1的上面或里面；
52.电极100设置在半导体区域上；
53.电极包括接触半导体区域的种子层2；
54.种子层2为合金材料，其包括主组分与强化组分，主组分为波长范围在850nm-1200nm之间平均折射率低于2的一种或多种金属(优选为al(铝)、ag(银)、cu(铜)、mg(镁)中的任意一种或多种)，强化组分包括cr、si、mn、pd、bi、nb、ta、pa、v中的任意一种或多种。种子层中主组分的含量优选＞50％。更优选地，种子层的主组分为al，含量为≥70％；作为所述强化组分为cr，含量为≤30％；或者，主组分为al，含量为≥70％；作为强化组分为mn，含量为≤30％，或者，主组分为al，含量为≥70％；作为强化组分为pd，含量为≤30％，或者，主组分为al，含量为≥70％；作为强化组分为bi，含量为≤30％，或者，主组分为al，含量为≥70％；作为强化组分为nb，含量为≤30％，或者，主组分为al，含量为≥70％；作为强化组分
为ta，含量为≤30％，或者，主组分为al，含量为≥70％；作为强化组分为pa，含量为≤30％，或者，主组分为al，含量为≥70％；作为强化组分为si，含量为≤30％，或者，主组分为al，含量为≥70％；作为强化组分为v，含量为≤30％。
55.目前量产化晶体硅太阳电池中使用到ag浆料作为电极材料，其中ag浆料的成本占电池非硅成本接近30％的比例。减少ag用量或者不使用ag的生产技术将可有效降低太阳电池的生产成本。其中cu便为ag的很好替代品，cu相比较ag作为导电材料的优势对比请见下表a：
56.金属agcu体电阻率(ohm.cm)1.60e-061.70e-06价格(元/吨)510100070970
57.表a
58.由上表a可知，cu具有相对稳定的化学特性、优良的延展性、足够低的体电阻以及可大量获取且价格低廉(接近1/72的ag材料价格)这些优良的特性，使得其成为ag的有效替代品。但cu有两个重要的特点限制了其在太阳电池中的应用，第一个是cu的扩散系数过大，图3为常见金属的扩散系数示意图，图3中的横、纵坐标分别表示温度(单位开尔文k)的倒数、金属元素的扩散系数，由图3可以看到，cu的扩散系数远高于其它金属，较ag/al等高了》5个数量级。
59.第二个是，cu缺陷对空穴有较大的捕获截面，其会大幅降低少子寿命，进而降低太阳电池的电性能，cu含量对少子寿命以及电池性能的影响请见下表b：
[0060][0061]
表b
[0062]
由上表b可知，随着cu含量的增加，体少子寿命大幅降低，电池效率也大幅降低。即使只有1e12/cm3的cu杂质，电池效率也降低0.29％。
[0063]
现有技术中，通常采用ni(镍)作为cu扩散的阻挡层，同时能很好的粘连衬底以及cu电极，其实现方案大致流程为：准备好镀膜后的衬底—激光开膜—电镀ni—电镀cu层。但我们在研究过程中发现ni作为cu的阻挡层存在一个较大的缺陷，其长波段反射效果较低，降低了电池的陷光效果，进一步降低了电池的转换效率。
[0064]
ni+cu与ag作为电极材料的电池光学性能对比数据请见下表c：
[0065]
[0066]
表c
[0067]
由上表c可知，ni+cu的组合使得电池的短路电流大幅降低，其中模拟结果中预测，短路电流密度将降低0.75ma/cm2，实验结果降低了1.36ma/cm2的短路电流密度，比理论预测更大。
[0068]
下面我们对常见的金属陷光效果进行分析：
[0069]
目前成品电池硅片厚度大约在150um，》850nm波长的光即可有效穿透此厚度，同时因为si的禁带宽度为1.12ev，所以》1200nm的光将难以激发电子空穴对，因此我们考虑陷光效果时主要关注850-1200nm波段。下表d为不同金属的界面反射率以及2022年2月份查到的市场价格：
[0070][0071][0072]
表d
[0073]
由上表d可以看到，不同金属之间界面反射率差异较大，其中ag/al/cu/mg四种金属可以获得相对理想的短路电流结果，用于种子层中都能形成有效的陷光效果；进一步分析：cu不能应用为种子层，因为种子层一个重要的作用就是阻挡cu；mg化学性质过于活泼也不是很好的一种选择；ag价格则较高，也不是较好的选择；al则是一个理想的种子层金属，其具有优良的背反射率效果，同时化学性质相对稳定，且其价格低廉，仅为ag的1/223，cu的1/3。
[0074]
但单纯al金属做为种子层，却引入另外一个问题：al与其它金属之间的粘连较弱，使用单纯al作为种子层的技术会使得产品可靠性不达标，产品在冷热交替或者弯曲的情况，或者组件焊接中焊点的应力都会导致al与外层金属分离，产生脱落，引起失效。
[0075]
al与cu之间结合力差，容易形成成片的栅线掉落。为解决此问题，我们尝试了多种改善方法，例如增加al/衬底接触面积、给样品升温促进金属间互扩散、al/cu材料之间插入新材料例如tiw等，效果均不理想；最终发现若在al材料中添加与cu能形成良好互联的强化组分作为种子层，在cu电镀之后甚至不需要额外的退火处理，即已形成良好种子层/电镀层交连，大幅提升电镀层的粘附力，最终解决此问题。
[0076]
其中经实验验证，cr、mn、pd、bi、nb、ta、pa、si、v这九种强化组分起到明显的粘附
力提升效果，实验验证数据如下表e所示：
[0077][0078][0079]
表e
[0080]
通过表e中的实验数据可知，cr、mn、pd、bi、nb、ta、pa、si、v作为强化组分同样能够提升种子层与cu导电层的粘附力和太阳能电池的陷光效果。
[0081]
进一步地我们通过表d了解到，cr、mn、pd、bi、nb、ta、pa、si、v这九种材料其反射率偏低，若添加过多，则导致光学性能的降低，其中以w为例，我们简单的假定合金成分的性能为成分的加强平均值，则得到如下表f所示的推算结果：
[0082]
w含量比例(％)电池短路电流(j
sc
/cm2)10040.89040.928041.047041.166041.285041.4
4041.523041.642041.761041.88042.00
[0083]
表f
[0084]
其中当w含量为30％时，其电流损失为0.36ma/cm2，这引起约0.2％的电池转换效率降低，此虽然较大但综合cu替代ag带来的成本降低以及对可靠性问题的解决上来看，值得接受，因此认为，强化组分≤30％为推荐值。
[0085]
进一步地，我们种子层中强化组分的比值可以呈现不均匀分布，这样将获得更佳的性能效果，其原理为：与衬底接近的部分降低强化组分的含量，这样可以增强光的反射，而与导电层金属接触的部分可以相对含有更高的强化组分以提高与导电层金属的结合力。
[0086]
下表g为不同电极技术的焊接拉力对比：
[0087]
电极技术焊接拉力(n/mm)常规ag电极1.3al+cu电极0.2al+tiw+cu电极0.5本专利中al合金+cu电极1.7
[0088]
表g
[0089]
由上表g可以看出，单纯al种子层其栅线拉力较低，远低于常规的ag电极，而al与cu直接插入tiw材料后焊接拉力有所提升，但依然存在不足，本发明中采用al合金种子层制作的太阳电池，其焊接拉力甚至表现比常规ag电极更高。
[0090]
进一步地，种子层厚度优选≥30nm，经实验发现，30nm厚度的种子层足以阻挡cu金属的扩散，而厚度≤300nm，主要考虑因素为控制成本，例如采用物理气相沉积的方法制作种子层，即使al相对其它金属价格较低，但al靶材的成本影响依然不可忽视，另外种子层厚度越高设备侧产能越低，不利于大规模生产地推广，因此，种子层厚度优选为30-300nm之间
[0091]
进一步地，为节省合金靶材地成本且进一步限制cu金属往衬底扩散，我们可以在合金种子层与衬底之间添加一层透明导电氧化物层，长波段的光可穿透明导电氧化物层，在合金层界面进行有效反射，同样能获得理想地性能及可靠性结果。
[0092]
上述方案中，种子层优选以物理气相沉积法(包括溅射与蒸镀)、丝网印刷法、化学气相沉积、电镀、化学镀中的任意一项制备方法形成在衬底上。种子层优选由多层子种子层堆叠而成，更优选地，沿背离衬底的方向堆叠的子种子层中的主组分的含量逐渐下降，距离衬底近的子种子层中的主组分的含量大能够增强反光效果，从而提升太阳能电池的陷光效果，而距离衬底远(距离导电层近)的子种子层中强化组分含量大而主组分含量相对少，又能够确保子种子层与导电层的结合力。
[0093]
种子层的厚度优选为10-1000nm之间，更优选地，种子层的厚度为30-300nm。
[0094]
本实施例中提供的电极如图1所示，还包括位于种子层2上方的导电层3。制成该导电层3的材料包含cu、ag、al中的任意一种或多种。导电层生长在种子层上的方法包括电镀、物理气相沉积、丝网印刷、化学镀中的任意一种。导电层的厚度优选为1-800μm，更优选地，
导电层的厚度为1-100μm。
[0095]
为了保护导电层，优选地，导电层的上部覆盖有保护层4。更优选地，该保护层4为sn层或ag层。保护层4优选通过电镀或化学镀的方法生长在导电层3上。
[0096]
如图1所示，种子层2与半导体区域之间优选形成有用于保护种子层2的钝化膜6，钝化膜6上设有开口7，种子层2通过该开口与半导体区域接触。更优选地，种子层2与钝化膜6之间还设置有透明导电氧化物薄膜(tco:transparent conductive oxide)，透明导电氧化物薄膜(tco:transparent conductive oxide)通过钝化膜上设置的开口与半导体区域接触。半导体区域则优选包括隧穿氧化层5和掺杂多晶硅8。
[0097]
综上，本发明通过在导电层和衬底之间增加种子层，该种子层为合金材料，其主组分为al，强化组分为cr、si、mn、pd、bi、nb、ta、pa、v中的任意一种或多种，由上述的主组分和强化组分融合形成的种子层与导电层和衬底均具有较强的结合力，且提升了太阳能电池的陷光效果。
[0098]
本发明实施例还提供了一种太阳能电池，该太阳能电池中包括上述的导电接触结构。
[0099]
本发明实施例还提供了一种太阳能电池组件，包括若干个电连接的包含有上述导电接触结构的太阳能电池。
[0100]
本发明实施例还提供了一种太阳能发电系统，包括若干个电性连接的上述太阳能电池组件。
[0101]
需要声明的是，上述具体实施方式仅仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员应该明白，还可以对本发明做各种修改、等同替换、变化等等。但是，这些变换只要未背离本发明的精神，都应在本发明的保护范围之内。另外，本技术说明书和权利要求书所使用的一些术语并不是限制，仅仅是为了便于描述。
