全背接触太阳能电池的制备方法和电池及其组件、系统与流程

本发明涉及太阳能电池技术领域，具体涉及一种全背接触太阳能电池的制备方法和电池及其组件、系统。

背景技术：

全背接触太阳能电池是一种高效率的太阳能转化为电能的半导体器件，但是其金属化需要耗费大量的贵金属材料。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，但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。因而寻找一种可以降低含银浆料使用量、同时又能满足欧姆接触和可焊性要求的电池制备方法成为减少太阳能电池生产成本的一项关键工作。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种低成本的全背接触太阳能电池的制备方法和电池及其组件、系统。所述的太阳能电池的金属化方法可以显著地降低含银浆料的使用量，从而降低太阳能电池的生产成本。

本发明提供的一种全背太阳能电池的制备方法，其技术方案为：

一种全背接触太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：

(1)、选择n型太阳能电池基体，并对n型太阳能电池基体的前表面作制绒处理，n型太阳能电池基体的电阻率为0.5～15ω·cm；

(2)、将步骤(1)处理后的n型太阳能电池基体放入工业用扩散炉中对制绒面进行硼扩散，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；

(3)、在步骤(2)处理后的n型太阳能电池基体的背面制备出图案，作为p型掺杂或n型掺杂区域，其它区域为n型或p型掺杂区域；

(4)、在步骤(3)处理后的n型太阳能电池基体背面的tmah刻蚀区域进行磷原子注入并退火处理；退火的峰值温度为700～950℃，退火时间为30～200min；

(5)、将步骤(4)处理后的n型太阳能电池基体放入清洗机中，去除正面和背面的氧化层；

(6)、将步骤(5)处理后的n型太阳能电池基体放入pecvd设备中，在正面和背面均镀上氮化硅膜层；

(7)、在镀膜后的电池背表面的p区和n区制备分段的金属电极，与基底形成欧姆接触；

(8)、保留整片电池，或者将电池切片再进行焊接；

(9)、将金属丝分别铺设在p区和n区的金属电极上，然后进行加热，使得金属丝和电极形成欧姆接触；

(10)、切除电池边缘多余的金属丝，一侧间隔地切断n区的金属丝，另一侧间隔地切断p区的金属丝，得到太阳能电池。

优选地，所述图案的形状是十字型、雪花型或多边形；

优选地，所述电极是非连续的圆点，非连续的圆点直径为30-300微米。所述电极是非连续的线段，非连续线段的长度为40-1000微米、宽度为40-300微米；金属丝的直径为40-80微米，所述非连续线段垂直于所述金属丝。

优选地，在步骤(8)中，将电池切割成为2-6片后进行焊接。

本发明的另一方面提供一种全背接触的太阳能电池，包括n型晶体硅基体，其特征在于：所述n型晶体硅基体背表面设置有互相深入交错排列的p型掺杂区域和n型掺杂区域，所述p型掺杂区域上设置有p区金属电极，所述n型掺杂区域上设置有n区金属电极；所述p区金属电极和所述n区金属电极均设置有与其形成欧姆接触的金属丝；与n区和p区金属电极形成欧姆接触的金属丝依次沿相反方向伸出所述n型晶体硅基体。

优选地，所述p区金属电极和n区金属电极均为分段电极。

本发明的又一方面提供一种全背接触的太阳能电池组件的制备方法，其特征在于：在权利要求1所述的步骤(10)之后，增加步骤(11)：

(11)、将一片电池的n区金属丝和汇流条焊接在一起，再将这个汇流条与另一片电池的p区金属丝焊接到一起得到电池串，层压形成组件。

本发明的再一方面提供一种全背接触的太阳能电池组件，包括全背接触太阳能电池和汇流条；所述全背接触太阳能电池为权利要求6-7任一项所述的全背接触太阳能电池；所述汇流条设置在相邻的所述全背接触太阳能电池之间。

本发明的再一方面提供一种太阳能电池系统，包括至少一个串联的太阳能电池组件，所述太阳能电池组件是如上所述的一种太阳能电池组件。

本发明的实施包括以下技术效果：

本发明的技术优点主要体现在：在背面的p型或n型掺杂区域采用十字型或雪花型或多边形图案，使得n/p掺杂区域互相深入交错，可以减少n/p的重复单元，减少金属化面积。采用铜线取代部分含银浆料来形成副栅，既降低了含银副栅带来的表面复合又减少了金属化工程序的生产成本。相比现有的金属化工艺，本发明可以节约大概50-70％的含银浆料消耗量。

附图说明

图1为本发明实施例的一种全背接触太阳能电池示意图，其中显示的状态为制备与基体形成欧姆接触的电极之前。

图2为本发明实施例一种全背接触太阳能电池示意图，其中显示的状态为制备与基体形成欧姆接触的电极之后。

图3为本发明实施例一种全背接触太阳能电池示意图，其中显示的状态为镀有热敏导电材料的金属丝、热敏导电层和分段副栅形成欧姆接触之后。

图4为本发明实施例一种全背接触太阳能电池示意图，其中显示的状态为使用激光或电弧间断地切断金属丝之后。

图5为本发明实施例一种全背接触太阳能电池示意图，其中显示的状态为汇流条与一片电池的n区金属丝焊接，再与下一片的p区金属丝焊接得到电池串。

图6为本发明实施例的一种全背接触太阳能电池的电池结构示意图。

1、电池背面的p掺杂区(或n掺杂区)；2、与1相反的n掺杂区(或p掺杂区)；3、p区的(或n区)的电极；4、n区的(或p区)的电极；5、与p区(或n区)电极形成欧姆接触的金属丝；6、与n区(或p区)电极形成欧姆接触的金属丝；7、汇流条。

具体实施方式

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

参见图1-4所示，本实施例的一种全背接触太阳能电池的制备方法，主要包括以下步骤：

(1)、选择n型太阳能电池基体，并对n型太阳能电池基体的前表面作制绒处理；n型太阳能电池基体的电阻率为0.5～15ω·cm；

(2)、将步骤(1)处理后的n型太阳能电池基体放入工业用扩散炉中对制绒面进行硼扩散，硼源优选采用三溴化硼，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；

(3)、将步骤(2)处理后在电池的背面制备出图案，作为p型掺杂或n型掺杂区域2，其它区域为n型或p型掺杂区域1；制备图案可以用激光或腐蚀浆料或阻挡层的方案，图案可以采用十字型或雪花型或多边形，使得n/p掺杂区域互相深入交错，镀膜后的结构如图1所示；

(4)、在步骤(3)处理后的硅基体背面的tmah刻蚀区域使用离子注入机进行磷原子注入并退火处理；退火的峰值温度为700～950℃，退火时间为30～200min，环境气源优选为氮气和氧气；

(5)、将步骤(4)处理后的硅基体放入清洗机中，去除正面和背面的氧化层；

(6)、将步骤(5)处理后的n型太阳能电池基体放入pecvd设备中，在正面和背面均镀上氮化硅膜层；

(7)、将步骤(6)处理后的n型太阳能电池在背表面的p区和n区制备分段的金属电极，与基底形成欧姆接触；烧结后的结构如图2所示，其中包括p区(或n区)金属电极3和n区(或p区)金属电极4，两者构成分段副栅；

(8)、保留步骤(7)处理后的n型太阳能电池的整片电池，或者将电池切片再进行焊接；

(9)、在步骤(8)处理后的n型太阳能电池上，分别将金属丝5和6铺设在p区和n区的金属电极上，然后进行加热，使得金属丝和电极形成欧姆接触，如图3所示；

(10)、将步骤(9)处理后的n型太阳能电池采用激光法或电弧法间隔地切除边缘多余的导电线，一侧切断n区的金属丝，另一侧切断p区的金属丝，如图4所示。

优选地，还可以将步骤(10)处理后的n型太阳能电池，一片电池的n区金属丝6和汇流条7焊接在一起，再将这个汇流条7与另一片电池的p区金属丝5焊接到一起得到电池串，如图5所示。

采用上述方法得到的太阳能电池可以减少n/p的重复单元，减少金属化面积，并且可以采用金属线(优选铜线)取代部分含银浆料，既降低了含银副栅带来的表面复合，又减少了金属化工程序的生产成本。相比现有的正面金属化工艺，本发明可以节约大概50-70％的含银浆料消耗量。

下述以具体实施例进行详述：

(1)、选择太阳能电池基体，本实施例选择156.75mm*156.75mm的n型晶体硅基体，并对n型晶体硅基体的表面作制绒处理；n型晶体硅基体的电阻率为0.5～15ω·cm，优选3～7ω·cm，其厚度为50～300μm，优选80～200μm。

(2)、将步骤(1)处理后的n型太阳能电池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70-90ω/sqr。

(3)、将步骤(2)处理后的硅基体用激光进行背面刻蚀以去除bsg(硼硅玻璃)，再用tmah刻蚀硼扩散层。

(4)、在步骤(3)处理后的硅基体背面的tmah刻蚀区域使用离子注入机进行磷原子注入并退火处理；退火的峰值温度为700～950℃，退火时间为30～200min，环境气源优选为氮气和氧气。

(5)、将步骤(4)处理后的硅基体放入清洗机中，去除正面和背面的氧化层。

(6)、将步骤(5)处理后的n型太阳能电池基体放入pecvd设备中，在正面和背面均镀上氮化硅膜层。

(7)、将步骤(6)处理后的n型太阳能电池在背表面的p区和n区制备分段的金属电极，与基底形成欧姆接触。；

(8)、保留步骤(7)处理后的n型太阳能电池的整片电池，或者将电池切片再进行焊接；

(9)、在步骤(8)处理后的n型太阳能电池上，分别将金属丝铺设在p区和n区的金属电极上，然后进行加热，使得金属丝和电极形成欧姆接触；

(10)、将步骤(9)处理后的n型太阳能电池采用激光法或电弧法间隔地切除边缘多余的导电线，一侧切断n区的金属丝，另一侧切断p区的金属丝。

如图6所示，本实施例还提供了一种太阳能电池，包括n型晶体硅基体，所述n型晶体硅基体背表面设置有互相深入交错排列的p型掺杂区域1和n型掺杂区域2，所述p型掺杂区域1上设置有p区金属电极3，所述n型掺杂区域2上设置有n区金属电极4；所述p区金属电极3和所述n区金属电极4均设置有与其形成欧姆接触的金属丝5、6；与n区和p区金属电极形成欧姆接触的金属丝依次沿相反方向伸出所述n型晶体硅基体。

优选地，所述p区金属电极3和n区金属电极4均为分段电极。电极可以是非连续的圆点或非连续的线段，非连续圆点的直径为30-300微米，非连续线段的长度为40-1000微米，所述非连续线段的宽度为40-300微米，所述金属线的直径为40-200微米；非连续的线条垂直于金属丝。

其中，金属丝可以设置100～200条。采用互相深入交错的掺杂图形设计，可以减少n/p的重复单元，减少金属化面积，采用铜线取代部分含银浆料来形成副栅，既降低了含银副栅带来的表面复合又减少了金属化工程序的生产成本。相比现有丝网印刷全背接触太阳能电池工艺，本发明可以节约大概50-70％的含银浆料消耗量。

本实施例还提供了一种全背接触太阳能电池组件的制备方法，在权利要求1所述的步骤(10)之后，增加步骤(11)：

(11)、将一片电池的n区金属丝和汇流条焊接在一起，再将这个汇流条与另一片电池的p区金属丝焊接到一起得到电池串，层压形成组件。

本实施例还提供了一种太阳能电池组件，包括由上至下依次连接的前层材料、封装材料、太阳能电池、汇流条7、封装材料、背板，太阳能电池是上述的一种太阳能电池，所述汇流条7设置在相邻太阳能电池之间，用于太阳能电池之间欧姆接触的。本实施例的太阳能电池组件的结构及工作原理使用本领域公知的技术，且本发明提供的太阳能电池组件的改进仅涉及上述的太阳能电池，不对其他部分进行改动。故本说明书仅对太阳能电池及其制备方法进行详述，对太阳能电池组件的其他部件及工作原理这里不再赘述。本领域技术人员在本说明书描述的内容基础上，即可实现本发明的太阳能电池组件。

本实施例还提供了一种太阳能电池系统，包括至少一个串联的太阳能电池组件，太阳能电池组件是上述的一种太阳能电池组件。本实施例的太阳能电池系统的结构及工作原理使用本领域公知的技术，且本发明提供的太阳能电池系统的改进仅涉及上述的太阳能电池，不对其他部分进行改动。故本说明书仅对太阳能电池及其制备方法进行详述，对太阳能电池系统的其他部件及工作原理这里不再赘述。本领域技术人员在本说明书描述的内容基础上，即可实现本发明的太阳能电池系统。

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