一种晶体硅太阳能电池及其组件和系统的制作方法

文档序号:10747366
一种晶体硅太阳能电池及其组件和系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种晶体硅太阳能电池及其组件和系统。本实用新型的一种晶体硅太阳能电池,包括晶体硅太阳能电池基体,晶体硅太阳能电池基体的正表面的电极包括主栅、分段副栅和导电线,导电线与主栅和分段副栅相连;主栅的长与宽的比值小于或者等于600∶1。其有益效果是:采用导电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序的生产成本。相比现有的正面金属化工艺,本实用新型可以节约大概40?60%的含银浆料消耗量。另外,按照本实用新型所制成的太阳能电池通用性好。
【专利说明】
一种晶体硅太阳能电池及其组件和系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及太阳能电池技术领域,具体涉及一种晶体硅太阳能电池及其组件和系统。
【背景技术】
[0002]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,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正面金属化方法成为减少太阳能电池生产成本的一个关键工作。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型的目的在于针对现有技术的不足,提供一种晶体硅太阳能电池及其组件和系统。所述的太阳能电池的结构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。
[0004]本实用新型提供的一种晶体硅太阳能电池,其技术方案是:
[0005]一种晶体娃太阳能电池,包括晶体娃太阳能电池基体,晶体娃太阳能电池基体的正表面的电极包括主栅、分段副栅和导电线,导电线与主栅和分段副栅连接;主栅的长与宽的比值小于或者等于600:1。
[0006]其中,分段副栅与导电线之间设置有热敏导电层,分段副栅与导电线通过热敏导电层连接。
[0007]其中,热敏导电层是锡膏,导电线为锡包铜线、锡包铝线或锡包钢线中的任一种。
[0008]其中,导电线为铜或者银包铜。
[0009]其中,分段副栅的形状是非连续的圆点,非连续圆点的直径为30-300微米,或者是非连续的线条,导电线的直径为40-80微米。
[0010]其中,分段副栅的形状是非连续的线条,非连续线条的长度为40-300微米,非连续线条的宽度为40-300微米,导电线的直径为40-80微米;非连续的线条垂直于主栅、平行主栅或者与主栅成角度设置。
[0011 ]其中,晶体娃太阳能电池基体是P型晶体娃太阳能电池基体,P型晶体娃太阳能电池基体的背表面包括背面铝电极和背面主栅。
[0012]其中,晶体娃太阳能电池基体是N型晶体娃太阳能电池基体,N型晶体娃太阳能电池基体背表面包括H型栅线。
[0013]本实用新型还提供了一种晶体硅太阳能电池组件,包括由上至下依次设置的前层材料、封装材料、晶体硅太阳能电池、封装材料、背层材料,晶体硅太阳能电池是上述的一种晶体硅太阳能电池。
[0014]—种晶体硅太阳能电池系统,包括一个或多于一个串联的晶体硅太阳能电池组件,晶体硅太阳能电池组件是上述的一种晶体硅太阳能电池组件。
[0015]本实用新型的实施包括以下技术效果:
[0016]本实用新型的技术优点主要体现在: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序的生产成本。相比现有的正面金属化工艺,本实用新型可以节约大概40-60%的含银浆料消耗量。另外,按照本实用新型所制成的太阳能电池和现有技术所制电池在外观上没有明显差异,在将电池封装成组件时也无需对焊接工艺和设备做任何改动,通用性好。
【附图说明】
[0017]图1为本实用新型实施例的一种正表面为圆点状分段副栅的晶体硅太阳能电池示意图(印刷热敏导电层之前)。
[0018]图2为本实用新型实施例的一种正表面为圆点状分段副栅的晶体硅太阳能电池示意图(导电线与分段副栅和主栅形成欧姆接触之后)。
[0019]图3为本实用新型实施例的一种正表面为横向排列的线条状分段副栅的晶体硅太阳能电池示意图(印刷热敏导电层之前)。
[0020]图4为本实用新型实施例一种正表面为圆点状分段副栅的晶体硅太阳能电池示意图(印刷热敏导电层之后)。
[0021]图5为本实用新型一实施例的导电线截面示意图。
[0022]图6为本实用新型一实施例一种正表面为错位排列的圆点状分段副栅的太阳能电池示意图(印刷热敏导电层之前)。
[0023]图7为本实用新型一实施例一种正表面为纵向排列的线条状分段副栅的太阳能电池示意图(印刷热敏导电层之前)。
[0024]1、晶体硅太阳能电池基体;2、圆点状分段副栅;3、主栅;4、线条状分段副栅;5、导电线;50、热敏导电材料;51、金属导线;6、热敏导电层。
【具体实施方式】
[0025]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。
[0026]实施例1
[0027]参见图1至图3所示,本实用新型还提供了一种晶体硅太阳能电池,包括晶体硅太阳能电池基体I,所述晶体硅太阳能电池基体I的正表面的电极包括主栅3、分段副栅和导电线5,本实施例中导电线5为铜或者银包铜,分段副栅的形状可以是非连续的圆点(图1所示)或者是非连续的线条(图3所示);所述分段副栅与所述导电线5连接;主栅的长与宽的比值小于或者等于600: I,优选154:1,还可以选择100: 1,200: 1,300: 1,400: I和600: I。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序的生产成本。相比现有的正面金属化工艺,本实用新型可以节约大概40-60%的含银浆料消耗量。另外,按照本实用新型所制成的太阳能电池和现有技术所制电池在外观上没有明显差异,在将电池封装成组件时也无需对焊接工艺和设备做任何改动,通用性好。
[0028]上述太阳能电池的金属化方法包括以下步骤:印刷制备晶体硅太阳能电池基体I背表面的电极,在晶体硅太阳能电池基体I的正表面使用银浆或掺铝银浆印刷主栅3和分段副栅,分段副栅的形状可以是非连续的圆点(图1所示)或者是非连续的线条(图3所示);使用张拉装置在分段副栅上铺设导电线5,本实施例中导电线5为铜或者银包铜,之后将铺设好导电线5的晶体硅太阳能电池基体I送入烧结炉中进行烧结,烧结的峰值温度为850?950°C,烧结后的导电线5与分段副栅形成欧姆接触,完成晶体硅太阳能电池的制作。为了更清楚的显示晶体硅太阳能电池的制备工艺,下述对晶体硅太阳能电池进行金属化方法之前的步骤也作了详细描述。
[0029](I)、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 ?(^,优选1?50.cm,其厚度为50?300μπι,优选80?200μπι;
[0030](2)、将步骤(I)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°C,时间为60-120分钟。磷扩散后的方阻值为50-150 Ω /sqr,优选70-90 Ω /sqr。
[0031](3)、将磷扩散后的P型晶体硅基体放入刻蚀清洗机中,去除背面的磷扩散层和正面的磷娃玻璃层。
[0032](4)、将步骤(3)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。
[0033](5)、在背表面使用银浆印刷背面主栅并进行烘干。
[0034](6)、在背表面使用铝浆印刷背面铝电极并进行烘干。
[0035](7)、在正表面使用银浆印刷主栅和分段副栅。主栅和分段副栅在一次印刷中完成。其中主栅宽0.5-2mm,本实施例为1mm。主栅的长度小于或等于电池片的边长,本实施例为154mm,可以等间距设置3根或4根。分段副栅设置100条,长度小于或等于电池片的边长,本实施例为154mm,优选分段副栅互相平行,间距为1.55mm。本实施例中每条分段副栅由非连续的线条组成,每段线条长30-300微米,宽30-300微米。
[0036](8)、在分段副栅上铺设铜线形成连续的副栅线。铜线共设置100条,互相平行,间距为1.55mm。铜线为镀银铜线,长度为154mm,直径为40-80微米。铺设时务必使铜线接触每根分段副栅上的银浆层。
[0037](9)、将步骤(8)处理后的P型晶体硅基体传送入带式烧结炉进行烧结,烧结峰值温度为850-950°C,即完成P型晶体硅电池的制作。
[0038]本实施例所制电池和现有技术所制电池在外观上没有明显差异,在将电池封装成组件时也无需对焊接工艺和设备做任何改动。
[0039]实施例2
[0040]本实施例了一种晶体硅太阳能电池,包括晶体硅太阳能电池基体I,晶体硅太阳能电池基体I的正表面的电极包括主栅3、分段副栅和镀有热敏导电材料的导电线5,分段副栅和主栅与镀有热敏导电材料的导电线5通过热敏导电层6连接。作为优选,热敏导电层6是锡膏,镀有热敏导电材料的导电线5为锡包铜线、锡包铝线或锡包钢线中的任一种。分段副栅的形状是非连续的圆点或者是非连续的线条。如图1所示,相邻分段副栅中的非连续的圆点可以是有规则的阵列,也可以如图6所示,相邻分段副栅中的非连续的圆点错位排列。如图5所示,相邻分段副栅中的非连续的线条可以是横向的有规则的阵列。如图7所示,相邻分段副栅中的非连续的线条是纵向的有规则的阵列;相邻分段副栅中的非连续的线条还可以错位排列。非连续的线条有利于导电线对准。其中,主栅宽0.5?1.5mm,分段副栅可以设置70?120条。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序的生产成本。相比现有的正面金属化工艺,本实用新型可以节约大概40-60%的含银浆料消耗量。另外,按照本实用新型所制成的晶体硅太阳能电池和现有技术所制电池在外观上没有明显差异,在将电池封装成组件时也无需对焊接工艺和设备做任何改动,通用性好。
[0041 ]上述晶体硅太阳能电池的金属化方法如下,主要包括以下步骤:
[0042](I)、印刷制备晶体娃太阳能电池基体I背表面的电极,在晶体娃太阳能电池基体I的正表面使用银浆或掺铝银浆印刷主栅3和分段副栅,然后进行烧结,烧结的峰值温度为850-950 °C。
[0043](2)、将烧结后的晶体硅太阳能电池基体I置于印刷机中,在分段副栅和主栅3上印刷热敏导电层6;优选的热敏导电层6是锡膏;锡膏含有锡、锡铅合金、锡铋合金或锡铅银合金中的任一种;印刷热敏导电层6后的结构如图4所示。
[0044](3)、使用张拉装置在热敏导电层6上铺设镀有热敏导电材料的导电线5,将张拉好导电线的晶体硅太阳能电池基体I进行加热,使得镀有热敏导电材料的导电线5、热敏导电层6、分段副栅和主栅3四者形成欧姆接触;镀有热敏导电材料的导电线5外层为热敏导电材料50,内层为金属导线51,具体可选择锡包铜线、锡包铝线或锡包钢线中的任一种,本实施例中加热方式采用红外加热的方式,回流峰值温度为183-250摄氏度。本实施例所指的热敏导电层6和热敏导电材料均是指加热到一定温度后会熔融粘接的材料。
[0045](4)、采用激光法或电弧法切除边缘多余的导电线,得到晶体硅太阳能电池。
[0046]为了更清楚的显示晶体硅太阳能电池的制备工艺,下述对晶体硅太阳能电池进行金属化方法之前的步骤也作了详细描述。
[0047](I)、选择太阳能电池基体,本实施例选择156mm*156mm的N型晶体娃基体,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?15 Ω.cm,优选I?5Ω.011;1'1型晶体娃基体的厚度为50?30(^1]1,优选80?20(^1]1;
[0048](2)、将步骤(I)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°C,时间为60-180分钟。硼扩散后的方阻值为40-100 Ω /sqr,优选50-70 Ω /sqr。
[0049](3)、将硼扩散后的硅基体放入刻蚀清洗机中,去除背面的硼扩散层和正面的硼硅玻璃层。
[0050](4)、使用离子注入机在步骤(3)处理后的N型晶体硅基体背面注入磷原子并进行退火处理。退火的峰值温度为700?950°C,优选为850?900°C,退火时间为30?200min,优选为60?200min,环境气源优选为N2和02。
[0051](5)、将步骤(4)处理后的N型晶体硅基体放入清洗机中,去除正面和背面的氧化层。
[0052](6)、将步骤(5)处理后的N型晶体硅基体放入PECVD设备中,在正面和背面均镀上氮化娃层,正面氮化娃层的厚度为80nm,折射率为2.12,背面氮化娃层的厚度为60nm,折射率为2.2。
[0053](7)、在背表面使用银浆印刷电极并进行烘干,其电极图案为H型栅线,其中主栅宽1mm,长154mm,等间距设置4根,副栅线线宽40um,长154mm,互相平行,间距为1.55mm,共设置100 根。
[0054](8)、在正表面使用掺铝银浆印刷主栅和分段副栅并进行烘干。主栅和分段副栅在一次印刷中完成。其中主栅宽1mm,长154mm,等间距设置4根。分段副栅设置80条,长154mm,互相平行,相互平行的分段副栅的间距为1.95mm。每条分段副栅由非连续的线条组成(如图3所示),每段线条长30-300微米,宽30-300微米。
[0055](9)、将步骤(8)处理后的N型晶体硅基体传送入带式烧结炉进行烧结,烧结峰值温度为850-950°C。
[0056](10)、将步骤(9)处理后的N型晶体硅基体置于印刷机,使用锡膏印刷导电层。锡膏导电层的过墨图案为线条,每段线条长40-300微米,宽40-300微米。印刷时务必使过墨后的锡膏导电层位于分段副栅中的非连续线条上和主栅上。
[0057](11)、使用张拉装置在锡膏导电层上铺设铜线形成连续的副栅线。铜线共设置80条,互相平行,间距为1.95mm。铜线由铜内芯和锡包层组成,直径为40-80微米。张拉时务必使铜线接触每根分段副栅上和主栅上的锡膏导电层。
[0058](12)、对步骤(11)中已经张拉好铜线的P型晶体硅基体进行加热,使得锡包铜线、锡膏导电层、分段副栅和主栅四者形成欧姆接触。加热方式采用红外加热,回流峰值温度为183-250度。
[0059](13)、使用激光法或电弧法切除边缘多余的铜线,即完成N型晶体硅双面电池的制作。
[0060]本实施例还提供了一种晶体硅太阳能电池组件,包括由上至下依次设置的前层材料、封装材料、晶体硅太阳能电池、封装材料、背层材料,晶体硅太阳能电池是上述的一种晶体硅太阳能电池。本实施例的晶体硅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,且本实用新型提供的晶体硅太阳能电池组件的改进仅涉及上述的晶体硅太阳能电池,不对其他部分进行改动。故本说明书仅对晶体硅太阳能电池及其制备方法进行详述,对晶体硅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,即可实现本实用新型的晶体硅太阳能电池组件。
[0061]本实施例还提供了一种晶体硅太阳能电池系统,包括一个或多于一个串联的晶体硅太阳能电池组件,晶体硅太阳能电池组件是上述的一种晶体硅太阳能电池组件。本实施例的晶体硅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,且本实用新型提供的晶体硅太阳能电池系统的改进仅涉及上述的晶体硅太阳能电池,不对其他部分进行改动。故本说明书仅对晶体硅太阳能电池及其制备方法进行详述,对晶体硅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,即可实现本实用新型的晶体硅太阳能电池系统。
[0062]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。
【主权项】
1.一种晶体硅太阳能电池,其特征在于:包括晶体硅太阳能电池基体,所述晶体硅太阳能电池基体的正表面的电极包括主栅、分段副栅和导电线,所述导电线分别与主栅和分段副栅连接;所述主栅的长与宽的比值小于或者等于600:1。2.根据权利要求1所述的一种晶体硅太阳能电池,其特征在于:所述分段副栅与所述导电线之间设置有热敏导电层,所述分段副栅与所述导电线通过热敏导电层连接。3.根据权利要求2所述的一种晶体硅太阳能电池,其特征在于:所述热敏导电层是锡膏,所述导电线为锡包铜线、锡包铝线或锡包钢线中的一种。4.根据权利要求1所述的一种晶体硅太阳能电池,其特征在于:所述导电线为铜或者银包铜。5.根据权利要求1所述的一种晶体硅太阳能电池,其特征在于:所述分段副栅的形状是非连续的圆点,所述非连续圆点的直径为30-300微米,所述导电线的直径为40-80微米。6.根据权利要求1所述的一种晶体硅太阳能电池,其特征在于:所述分段副栅的形状是非连续的线条,所述非连续线条的长度为40-300微米,所述非连续线条的宽度为40-300微米,所述导电线的直径为40-80微米;非连续的线条垂直于主栅、平行主栅或者与主栅成角度设置。7.根据权利要求1?6任一所述的一种晶体硅太阳能电池,其特征在于:所述晶体硅太阳能电池基体是P型晶体娃太阳能电池基体,所述P型晶体娃太阳能电池基体的背表面包括背面铝电极和背面主栅。8.根据权利要求1?6任一所述的一种晶体硅太阳能电池,其特征在于:所述晶体硅太阳能电池基体是N型晶体硅太阳能电池基体,所述N型晶体硅太阳能电池基体背表面包括H型栅线。9.一种晶体硅太阳能电池组件,包括由上至下依次设置的前层材料、封装材料、晶体硅太阳能电池、封装材料、背层材料,其特征在于:所述晶体硅太阳能电池是权利要求1-8任一所述的一种晶体硅太阳能电池。10.—种晶体硅太阳能电池系统,包括一个或多于一个串联的晶体硅太阳能电池组件,其特征在于:所述晶体硅太阳能电池组件是权利要求9所述的一种晶体硅太阳能电池组件。
【文档编号】H01L31/05GK205428967SQ201620245211
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年3月28日
【发明人】林建伟, 季根华, 刘志锋, 孙玉海, 张育政
【申请人】泰州中来光电科技有限公司
再多了解一些
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1