一种多主栅太阳能电池和组件及系统的制作方法

本实用新型涉及太阳能电池技术领域，具体涉及一种多主栅太阳能电池和组件及系统。

背景技术：

太阳能电池是一种能将太阳能转化为电能的半导体器件。其中金属化是太阳能电池生产工序中一个关键步骤，光生载流子必须通过金属化形成的导电电极才能获得有效收集。目前，量产太阳能电池中最常用的金属化方法是丝网印刷金属浆料法，通过印刷银浆或掺铝银浆，经过高温烧结过程，形成具备电学接触、电学传导、焊接互联等功能的金属化。为了形成良好的欧姆接触以及兼顾可焊性，晶体硅太阳能电池的正表面一般印刷银浆或掺铝银浆，银浆或掺铝银浆的价格一般都较为昂贵，导致含银浆料在太阳能电池制造成本中的占比居高不下。

正表面金属电极包括主栅线和副栅线，目前业界通常采用3～4根主栅线的设计，其宽度一般为1～1.5mm。主栅线的作用主要是汇集从副栅线流入的电流，然后通过焊带将电流导出。在主栅线根数一定的情况下，增加主栅线的宽度，有利于降低电流在主栅线上的传输损耗提高电池的填充因子，但会增加浆料耗量提高生产成本，同时增加遮光面积降低短路电流，减少主栅线的宽度情况则相反。在主栅线宽度一定的情况下，增加主栅线的根数有利于降低电流从副栅线汇流入主栅线过程中的传输损耗提高电池的填充因子，但会增加浆料耗量提高生产成本，同时增加遮光面积降低短路电流，减少主栅线的根数情况则相反。由此可见，如何在主栅线的根数和宽度之间找到最佳平衡从而提高电池的电性能同时降低生产成本是一件非常关键的工作。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于针对现有技术的不足，提供一种银耗量低、转化效率高、使用寿命长的多主栅太阳能电池和组件及系统。本实用新型的多主栅太阳能电池能够减小虚印、断线等印刷异常的电池片对电池片转换效率的影响。

本实用新型提供一种多主栅太阳能电池，其技术方案为：

一种多主栅太阳能电池，太阳能电池的正表面设置有6-10根正表面主栅线，正表面主栅线的宽度数值(单位以毫米计的数值)与正表面主栅线的根数数值的比值为0.025～0.12。

其中，太阳能电池的正表面设置有6根正表面主栅线，正表面主栅线的宽度数值与正表面主栅线的根数数值的比值为0.08～0.12；

或者太阳能电池的正表面设置有7根正表面主栅线，正表面主栅线的宽度数值与正表面主栅线的根数数值的比值为0.06～0.08；

或者太阳能电池的正表面设置有8根正表面主栅线，正表面主栅线的宽度数值与正表面主栅线的根数数值的比值为0.04～0.06；

或者太阳能电池的正表面设置有9根正表面主栅线，正表面主栅线的宽度数值与正表面主栅线的根数数值的比值为0.03～0.05；

或者太阳能电池的正表面设置有10根正表面主栅线，正表面主栅线的宽度数值与正表面主栅线的根数数值的比值为0.025～0.04。

其中，太阳能电池还包括与正表面主栅线垂直的正表面副栅线，正表面副栅线等间距平行设置90～120根，其宽度为30～60μm。

其中，太阳能电池还包括与正表面主栅线量相同的背表面主栅线、与正表面副栅线数量相同的背表面副栅线；太阳能电池的尺寸为156mm×156mm，太阳能电池的电阻率为0.5～15Ω·cm，厚度为50～300μm。

其中，任意相邻两根正表面主栅线形成的间距数值与正表面主栅线的宽度数值的比值为40～60。

其中，太阳能电池是N型太阳能电池，N型太阳能电池的背表面主栅线和背表面副栅线是银栅线、正表面主栅线和正表面副栅线是银铝栅线；N型太阳能电池的背表面从内到外依次包括背表面掺杂区域和背表面钝化膜，N型太阳能电池的正表面从内到外依次包括正表面掺杂区域和正表面钝化减反膜。

其中，正表面掺杂区域的方阻为40～100Ω/sqr，结深为0.2～2.0μm；背表面掺杂区域的方阻为20～150Ω/sqr，结深为0.3～2.0μm；背表面钝化膜和正表面钝化减反膜均是氮化硅层，正表面氮化硅层的厚度为65～80nm、折射率为2.05～2.15，背表面氮化硅层的厚度为40～70nm、折射率为2.15～2.25。

其中，太阳能电池是P型太阳能电池，P型太阳能电池的正表面主栅线和正表面副栅线都是银栅线、背表面设置有背表面铝电极；P型太阳能电池的正表面从内到外依次包括正表面掺杂区域和正表面钝化减反膜，正表面钝化减反膜是厚度为65～80nm、折射率为2.05～2.15的氮化硅层；正表面掺杂区域的方阻为50～150Ω/sqr，结深为0.2～2.0μm。

本实施例还提供了一种太阳能电池组件，包括由上至下依次设置的前层材料、封装材料、太阳能电池、封装材料、背层材料，太阳能电池是上述的一种多主栅太阳能电池。

本实施例还提供了一种太阳能电池系统，包括一个以上的太阳能电池组件，太阳能电池组件是上述的太阳能电池组件。

实用新型的技术优点主要体现在：

本实用新型通过适当增加主栅线根数和缩短主栅线宽度，达到如下技术效果：减少了导电浆料的耗量，降低了生产成本；降低了主栅线的遮光损失，提高了太阳能电池的短路电流；主栅线根数增加，降低了电流从副栅线汇流入主栅线过程中的传输损耗，提高了太阳能电池的填充因子。综上，本实用新型降低了太阳能电池的生产成本提高了太阳能电池的转换效率。

本实用新型的多主栅太阳能电池的电流收集效果更佳，虚印、断线等印刷异常的电池片对电池片转换效率的影响减小，因为多条主栅可以使电流在副栅发生虚印断线的状态下，有更多路径选择到达主栅；主、副栅根数有更大的搭配自由度，电池片工艺可调配的空间更大，节省正面的银浆耗量；常规设计在日益成熟的银浆体系下，提升转换效率只能通过改变主、副栅的宽度及增加副栅根数的途径来实现，在提升转换效率的同时，银浆耗量不可避免的增加；但本实用新型可以通过优选正表面主栅线的宽度数值(单位以毫米计的数值)与正表面主栅线的根数数值的比值，就可以达到既能提升转换效率又能节省浆料的目的。

附图说明

图1为本实用新型对比例1、对比例2的太阳能电池的正表面金属电极示意图。

图2为本实用新型实施例3、实施例6的一种多主栅太阳能电池的正表面金属电极示意图。

图3为本实用新型实施例5的一种多主栅太阳能电池的正表面金属电极示意图。

图4为理论计算得到的主栅线根数和归一化效率之间的关系图。

图5为本实用新型对比例1和对比例1～5的转换效率对比图。

具体实施方式

下面将结合实施例以及附图对本实用新型加以详细说明，需要指出的是，所描述的实施例仅旨在便于对本实用新型的理解，而对其不起任何限定作用。

参见图1至图3所示，本实用新型的一种多主栅太阳能电池，太阳能电池的正表面设置有6-10根正表面主栅线，正表面主栅线的宽度数值(单位以毫米计的数值)与正表面主栅线的根数数值的比值为0.025～0.12。本实用新型通过适当增加主栅线根数和缩短主栅线宽度，并经大量试验总结了上述的最优比值，从而减少了导电浆料的耗量，降低了生产成本；降低了主栅线的遮光损失，提高了太阳能电池的短路电流；主栅线根数增加，降低了电流从副栅线汇流入主栅线过程中的传输损耗，提高了太阳能电池的填充因子。综上，本实用新型降低了太阳能电池的生产成本提高了太阳能电池的转换效率。

优选地，太阳能电池的正表面设置有6根正表面主栅线时，正表面主栅线的宽度数值与正表面主栅线的根数数值的比值为0.08～0.12；或者太阳能电池的正表面设置有7根正表面主栅线时，正表面主栅线的宽度数值与正表面主栅线的根数数值的比值为0.06～0.08；或者太阳能电池的正表面设置有8根正表面主栅线时，正表面主栅线的宽度数值与正表面主栅线的根数数值的比值为0.04～0.06；或者太阳能电池的正表面设置有9根正表面主栅线时，正表面主栅线的宽度数值与正表面主栅线的根数数值的比值为0.03～0.05；或者太阳能电池的正表面设置有10根正表面主栅线时，正表面主栅线的宽度数值与正表面主栅线的根数数值的比值为0.025～0.04。上述结构的多主栅太阳能电池的电流收集效果更佳，虚印、断线等印刷异常的电池片对电池片转换效率的影响减小，因为多条主栅可以使电流在副栅发生虚印断线的状态下，有更多路径选择到达主栅；主、副栅根数有更大的搭配自由度，电池片工艺可调配的空间更大，节省正面的银浆耗量；常规设计在日益成熟的银浆体系下，提升转换效率只能通过改变主、副栅的宽度及增加副栅根数的途径来实现，在提升转换效率的同时，银浆耗量不可避免的增加；但本实用新型可以通过优选正表面主栅线的宽度数值(单位以毫米计的数值)与正表面主栅线的根数数值的比值，就可以达到既能提升转换效率又能节省浆料的目的。

进一步优选地，任意相邻两根正表面主栅线形成的间距可以相等，也可以不等，优选多根正表面主栅线形成的间距相等，当任意相邻两根正表面主栅线形成的间距不相等时，正表面主栅线的宽度也不相等(即较宽正表面主栅线之间的间距较大，较窄正表面主栅线之间的间距较小)。但是，不管任意相邻两根正表面主栅线形成的间距相等或者不等，均满足以下关系，任意相邻两根正表面主栅线形成的间距数值(单位以毫米计的数值)与形成该间距的正表面主栅线(形成该间距的最宽正表面主栅线)的宽度数值(单位以毫米计的数值)的比值为40～60，优选比值为44～52。太阳能电池还包括与正表面主栅线垂直的正表面副栅线，正表面副栅线等间距平行设置90～120根，其宽度为30～60μm。太阳能电池还包括与正表面主栅线数量相同的背表面主栅线、与正表面副栅线数量相同的背表面副栅线。太阳能电池的尺寸为156mm×156mm，太阳能电池的电阻率为0.5～15Ω·cm，厚度为50～300μm。

本实用新型的太阳能电池可以是N型太阳能电池，N型太阳能电池的背表面主栅线和背表面副栅线是银栅线、正表面主栅线和正表面副栅线是银铝栅线；N型太阳能电池的背表面从内到外依次包括背表面掺杂区域和背表面钝化膜，N型太阳能电池的正表面从内到外依次包括正表面掺杂区域和正表面钝化减反膜。正表面掺杂区域的方阻为40～100Ω/sqr，结深为0.2～2.0μm；背表面掺杂区域的方阻为20～150Ω/sqr，结深为0.3～2.0μm；背表面钝化膜和正表面钝化减反膜均是氮化硅层，正表面氮化硅层的厚度为65～80nm、折射率为2.05～2.15，背表面氮化硅层的厚度为40～70nm、折射率为2.15～2.25。上述结构的N型太阳能电池更适用于多主栅结构。

本实用新型的太阳能电池还可以是P型太阳能电池，P型太阳能电池的正表面主栅线和正表面副栅线都是银栅线、背表面设置有背表面铝电极；P型太阳能电池的正表面从内到外依次包括正表面掺杂区域和正表面钝化减反膜，正表面钝化减反膜是厚度为65～80nm、折射率为2.05～2.15的氮化硅层；正表面掺杂区域的方阻为50～150Ω/sqr，结深为0.2～2.0μm。上述结构的P型太阳能电池更适用于多主栅结构。

下述以2个对比例和6个具体实施例进行详述本实用新型的多主栅太阳能电池，其中对比例1是正面设置4根主栅线的P型太阳能电池的对比例，对比例2是正面设置4根主栅线的N型太阳能电池的对比例，实施例1是正面设置6根主栅线的P型太阳能电池的实施例，实施例2是正面设置7根主栅线的P型太阳能电池的实施例，实施例3是正面设置8根主栅线的P型太阳能电池的实施例，实施例4是正面设置9根主栅线的P型太阳能电池的实施例，实施例5是正面设置10根主栅线的P型太阳能电池的实施例，实施例6是正面设置8根主栅线的N型太阳能电池的实施例。为了更清楚地显示本实用新型多主栅太阳能电池的结构，下述实施例对太阳能电池的制备方法也作了详细叙述。

实施例1

(1)、对P型晶体硅基体进行预处理，本实施例预处理的具体步骤为：

S1P、选择太阳能电池基体，本实施例选择156mm×156mm的P型晶体硅基体，并对P型晶体硅基体的表面作制绒处理；P型晶体硅基体的电阻率为0.5～15Ω·cm，优选1～5Ω·cm，其厚度为50～300μm，优选80～200μm。

S2P、将步骤S1P处理后的P型晶体硅基体放入工业用扩散炉中进行磷扩散，磷源采用三氯氧磷，扩散温度为800～900℃，时间为60～120分钟。磷扩散后的方阻值为50～150Ω/sqr，优选70～100Ω/sqr。

S3P、将磷扩散后的P型晶体硅基体放入刻蚀清洗机中，去除背表面的磷扩散层和正表面的磷硅玻璃层。

S4P、将步骤S3P处理后的P型晶体硅基体放入PECVD(等离子体增强化学气相沉积)设备中，在正表面镀上氮化硅层，氮化硅层的厚度为65～80nm，折射率为2.05～2.15。

S5P、在步骤S4P处理后的P型晶体硅基体的背表面使用银浆印刷背表面主栅线并进行烘干，在P型晶体硅基体的背表面使用铝浆印刷背表面铝电极并进行烘干。

(2)、在步骤(1)处理后的P型晶体硅基体的正表面使用银浆印刷正表面主栅线21和正表面副栅线22并进行烘干。其中正表面主栅线21等间距平行设置6根，其宽度为0.6mm，其间距为26mm；正表面副栅线22垂直于正表面主栅线21，等间距平行设置90～120根，其宽度为30～60μm。然后将P型晶体硅基体传送入烧结炉中进行高温烧结，烧结峰值温度为850～950℃，烧结完成后完成本实施例太阳能电池的制备。

实施例2

(1)、对P型晶体硅基体进行预处理，本实施例预处理的具体步骤同实施例1中的步骤(1)；

(2)、在步骤(1)处理后的P型晶体硅基体的正表面使用银浆印刷正表面主栅线21和正表面副栅线22并进行烘干。其中正表面主栅线21等间距平行设置7根，其宽度为0.5mm，其间距为22.29mm；正表面副栅线22垂直于正表面主栅线21，等间距平行设置90～120根，其宽度为30～60μm。然后将P型晶体硅基体传送入烧结炉中进行高温烧结，烧结峰值温度为850～950℃，烧结完成后完成本实施例太阳能电池的制备。

实施例3

(1)、对P型晶体硅基体10进行预处理，本实施例预处理的具体步骤同实施例1中的步骤(1)；

(2)、在步骤(1)处理后的P型晶体硅基体10的正表面使用银浆印刷正表面主栅线21和正表面副栅线22并进行烘干。其中正表面主栅线21等间距平行设置8根，其宽度为0.4mm，其间距为19.5mm；正表面副栅线22垂直于正表面主栅线21，等间距平行设置90～120根，其宽度为30～60μm。然后将P型晶体硅基体10传送入烧结炉中进行高温烧结，烧结峰值温度为850～950℃，烧结完成后完成本实施例太阳能电池的制备(如图2所示)。

实施例4

(1)、对P型晶体硅基体进行预处理，本实施例预处理的具体步骤同实施例1中的步骤(1)；

(2)、在步骤(1)处理后的P型晶体硅基体的正表面使用银浆印刷正表面主栅线21和正表面副栅线22并进行烘干。其中正表面主栅线21等间距平行设置9根，其宽度为0.35mm，其间距为17.33mm；正表面副栅线22垂直于正表面主栅线21，等间距平行设置90～120根，其宽度为30～60μm。然后将P型晶体硅基体传送入烧结炉中进行高温烧结，烧结峰值温度为850～950℃，烧结完成后完成本实施例太阳能电池的制备。

实施例5

(1)、对P型晶体硅基体进行预处理，本实施例预处理的具体步骤同实施例1中的步骤(1)；

(2)、在步骤(1)处理后的P型晶体硅基体的正表面使用银浆印刷正表面主栅线21和正表面副栅线22并进行烘干。其中正表面主栅线21等间距平行设置10根，其宽度为0.3mm，其间距为15.6mm；正表面副栅线22垂直于正表面主栅线21，等间距平行设置90～120根，其宽度为30～60μm。然后将P型晶体硅基体传送入烧结炉中进行高温烧结，烧结峰值温度为850～950℃，烧结完成后完成本实施例太阳能电池的制备(如图3所示)。

实施例6

(1)、对N型晶体硅基体进行预处理，本实施例预处理的具体步骤为：

S1N、选择太阳能电池基体，本实施例选择156mm×156mm的N型晶体硅基体，并对N型晶体硅基体的正表面作制绒处理；N型晶体硅基体的电阻率为0.5～15Ω·cm，优选1～5Ω·cm；N型晶体硅基体的厚度为50～300μm，优选80～200μm；

S2N、将步骤S1N处理后的N型晶体硅基体放入工业用扩散炉中对制绒面进行硼扩散，硼源采用三溴化硼，扩散温度为920～1000℃，时间为60～180分钟。硼扩散后的方阻值为40～100Ω/sqr，优选50～70Ω/sqr。将硼扩散后的硅基体放入刻蚀清洗机中，去除背表面的硼扩散层和正表面的硼硅玻璃层。使用离子注入机在N型晶体硅基体背表面注入磷原子并进行退火处理。退火的峰值温度为700～950℃，优选为850～900℃，退火时间为30～200min，优选为60～200min，环境气源优选为N₂和O₂。

S3N、将步骤S2N处理后的N型晶体硅基体放入清洗机中，去除正表面和背表面的氧化层。

S4N、将步骤S3N处理后的N型晶体硅基体放入PECVD设备中，在正表面和背表面均镀上氮化硅层，正表面氮化硅层的厚度为65～80nm，折射率为2.05～2.15，背表面氮化硅层的厚度为40～70nm，折射率为2.15～2.25。

(2)、在步骤(1)处理后的N型晶体硅基体的背表面使用银浆印刷背表面主栅线和背表面副栅线并进行烘干。在N型晶体硅基体的正表面使用掺铝银浆印刷正表面主栅线和正表面副栅线并进行烘干。其中正表面主栅线等间距平行设置8根，其宽度为0.4mm，其间距为19.5mm；背表面主栅线和正表面主栅线一一对应设置，宽度和间距也和正表面主栅线一样。正表面副栅线垂直于正表面主栅线，等间距平行设置90～120根，其宽度为30～60μm。背表面副栅线垂直于背表面主栅线，等间距平行设置90～120根，其宽度为30～60μm。然后将N型晶体硅基体传送入烧结炉中进行高温烧结，烧结峰值温度为850～950℃，烧结完成后完成本实施例太阳能电池的制备(如图2所示)。

对比例1

(1)、对P型晶体硅基体10进行预处理，本对比例预处理的具体步骤同实施例1中的步骤(1)；

(2)、在P型晶体硅基体10的正表面使用银浆印刷正表面主栅线21和正表面副栅线22并进行烘干。其中正表面主栅线21等间距平行设置4根，其宽度为1mm，其间距为39mm；正表面副栅线22垂直于正表面主栅线21，等间距平行设置90～120根，其宽度为30～60μm。然后将P型晶体硅基体10传送入烧结炉中进行高温烧结，烧结峰值温度为850～950℃，烧结完成后完成本对比例太阳能电池的制备(如图1所示)。

对比例2

(1)、对N型晶体硅基体进行预处理，本对比例预处理的具体步骤同实施例6中的步骤(1)；

(2)、在步骤(1)处理后的N型晶体硅基体的背表面使用银浆印刷背表面主栅线和背表面副栅线并进行烘干。在N型晶体硅基体的正表面使用掺铝银浆印刷正表面主栅线和正表面副栅线并进行烘干。其中正表面主栅线等间距平行设置4根，其宽度为1mm，其间距为39mm；背表面主栅线和正表面主栅线一一对应设置，宽度和间距也和正表面主栅线一样。正表面副栅线垂直于正表面主栅线，等间距平行设置90～120根，其宽度为30～60μm。背表面副栅线垂直于背表面主栅线，等间距平行设置90～120根，其宽度为30～60μm。然后将N型晶体硅基体传送入烧结炉中进行高温烧结，烧结峰值温度为850～950℃，烧结完成后完成本对比例太阳能电池的制备(如图1所示)。

图4为理论计算得到的主栅线根数和归一化效率之间的关系图。为了便于比较差别，将主栅线根数为4时的转换效率归一。同时在计算中用到如下假定：硅片尺寸为156mm×156mm，副栅线根数为102根，副栅线的宽度为60微米，方块电阻为70Ω/sqr，接触电阻0.5Ωmm²，主栅线的宽度不小于0.3mm。对于每个确定的主栅线根数，计算不同主栅线宽度对应的转换效率，然后取这些效率中的最大值，记为该主栅线根数对应的转换效率。可以看到当主栅线根数在6～10根范围内时，其转换效率相对主栅线根数为4时一直维持在较高的水平。

统计各对比例和实施例在正面电极制备过程中的导电浆料耗用量，列于表1中，同时测试太阳能电池片成品的电性能数据，列于表2中。

由表1可见，本实用新型通过适当增加主栅线根数和缩短主栅线宽度，将正面导电浆料的耗量降低3.3％～8.3％，按目前导电浆料的市场价格计算，每片可减少0.02～0.05元生产成本。

由表2可见，本实用新型通过降低主栅线的遮光损失，将太阳能电池的短路电流提高了0.26％～0.64％；通过主栅线根数的增加，降低了电流从副栅线汇流入主栅线过程中的传输损耗，将太阳能电池的填充因子提高了0.25％～0.63％；基于以上改善，本实用新型太阳能电池的转换效率相比现有技术提高了0.51％～1.34％，其转换效率对比图如图5所示，转换效率的趋势与理论计算基本吻合。Voc表示隐开路电压，Jsc表示暗饱和电流密度，FF表示短波段的内量子效率，Eff表示转换效率。

综合理论计算和具体实施例可见，当正表面主栅线根数在6～10根时，相比现有技术，无论对于P型太阳能电池还是N型太阳能电池，都可以降低太阳能电池的生产成本，同时提高太阳能电池的转换效率。

表1：对比例与实施例的浆料耗量对比表

表2：对比例与实施例的电池电性能对比表

本实施例还提供了一种太阳能电池组件，包括由上至下依次设置的前层材料、封装材料、太阳能电池、封装材料、背层材料，太阳能电池是上述的一种多主栅太阳能电池。

本实施例还提供了一种太阳能电池系统，包括一个以上的太阳能电池组件，太阳能电池组件是上述的太阳能电池组件。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对本实用新型保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的实质和范围。