一种背结n型晶体硅太阳能电池和组件及其系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种背结N型晶体硅太阳能电池和组件及其系统。本实用新型的一种背结N型晶体硅太阳能电池，包括N型晶体硅基体，N型晶体硅基体的背表面设置有背面银主栅电极、背面铝电极和穿透钝化膜的槽状结构，背面电极填充在槽状结构内并与p+掺杂区域形成欧姆接触；N型晶体硅基体的正表面包括正面电极，正面电极包括与n+掺杂区域欧姆接触的金属丝。其有益效果是：本实用新型得到的电池结构可提高电池的开路电压，同时还能够极大的减少电池的银浆消耗，从而降低电池片的制作成本。通过设置金属丝来形成副栅，在保证金属丝副栅电阻不增加的情况下，极大的减少电池的银浆消耗，从而降低电池片的制作成本。
【专利说明】
一种背结N型晶体硅太阳能电池和组件及其系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及太阳能电池领域，特别涉及一种背结N型晶体硅太阳能电池和组件及其系统。
【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。目前，业界的主流产品为P型晶体硅电池。该电池工艺简单，但是具有光致衰减效应，即电池的效率会随着时间的增加而逐渐衰减，这主要是由于掺入P型硅衬底中的硼原子与衬底中的氧原子相结合产生硼氧对的结果。研究表明，硼氧对起着载流子陷阱作用，使少数载流子寿命降低，从而导致了电池光电转换效率的衰减。相对于P型晶体硅电池，N型晶体硅电池具有光致衰减小、耐金属杂质污染性能好、少数载流子扩散长度长等优点。
[0003]N型晶体硅电池分为前结型和背结型两种。其中背结N型晶体硅太阳能电池的结构为n+/n/p+结构，其正表面为η+掺杂层，背表面为ρ+掺杂层。η+掺杂层一般采用银浆制作电极，P+掺杂层一般采用掺铝银浆制作电极，银浆和掺铝银浆的价格都较为昂贵，这导致含银浆料在电池制造成本中的占比居高不下。另外，掺铝银浆虽然可以和P+掺杂层形成较好的欧姆接触，但其下方的金属复合非常严重，这会损失较大一部分的开路电压。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种背结N型晶体硅太阳能电池和组件及其系统。所述的背结N型晶体硅太阳能电池的制备方法可以提高电池的开路电压，同时还能够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。
[0005]本发提供了一种背结N型晶体硅太阳能电池，其技术方案为:
[0006]本实用新型提供了一种背结N型晶体硅太阳能电池，包括N型晶体硅基体，N型晶体硅基体的正表面包括依次从内到外的η+掺杂区域和正表面钝化减反膜;N型晶体硅基体的背表面包括依次从内到外的P+掺杂区域和背表面钝化膜;N型晶体硅基体的背表面设置有背面银主栅电极、背面铝电极和穿透钝化膜的槽状结构，背面铝电极填充在槽状结构内并与P+掺杂区域形成欧姆接触;N型晶体硅基体的正表面包括正面电极，正面电极包括与η+掺杂区域欧姆接触的金属丝;所述N型晶体硅基体的长度与厚度的比值为300:1?10000: I。
[0007]其中，金属丝通过银与η+掺杂区域电连接。
[0008]其中，正面电极包括分段副栅，金属丝通过分段副栅与η+掺杂区域电连接。
[0009]其中，正面电极包括分段副栅和设置在分段副栅上热敏导电层，分段副栅与η+掺杂区域电连接;金属丝与热敏导电层电连接。
[0010]其中，分段副栅是银分段副栅;热敏导电层是锡膏导电层，金属丝是镀有热敏导电材料的金属丝。
[0011]其中，金属丝为铜丝、锡包铜丝、银包铜丝、锡包铝丝或锡包钢丝中的一种。
[0012]其中，槽状结构的宽度为20_60μπι。
[0013]其中，钝化减反膜是S12和SiNx介质膜组成的复合介质膜，钝化膜是Si02、SiNx或AI2O3介质膜中的一种或多种。
[0014]本实用新型还提供了一种背结N型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、背结N型晶体硅太阳能电池、封装材料、背层材料，背结N型晶体硅太阳能电池是上述的一种背结N型晶体硅太阳能电池。
[0015]本实用新型还提供了一种背结N型晶体硅太阳能电池系统，包括一个或多于一个串联的背结N型晶体硅太阳能电池组件，背结N型晶体硅太阳能电池组件是上述的一种背结N型晶体硅太阳能电池组件。
[0016]本实用新型的实施包括以下技术效果:
[0017]本实用新型提出的背结N型晶体硅太阳能电池的制备方法，其优点在于:1、在背表面钝化膜上开槽并印刷铝浆，铝浆仅在开槽图案处与背表面P+掺杂层形成局部接触。与使用掺铝银浆印刷电极相比，本实用新型方法可提高电池的开路电压，同时还能够极大的减少电池的银浆消耗，从而降低电池片的制作成本。2、正表面η+掺杂层的金属化舍弃常规的印刷银浆制作主栅和副栅的方法，通过设置金属丝来形成副栅，在保证金属丝副栅线电阻不增加的情况下，极大的减少电池的银浆消耗，从而降低电池片的制作成本。
【附图说明】
[0018]图1为本实用新型实施例的背结N型晶体硅太阳能电池的制备方法步骤一后的电池结构截面示意图。
[0019]图2为本实用新型实施例的背结N型晶体硅太阳能电池的制备方法步骤二后的电池结构截面示意图。
[0020]图3为本实用新型实施例的背结N型晶体硅太阳能电池的制备方法步骤三后的电池结构截面示意图。
[0021]图4为本实用新型实施例的背结N型晶体硅太阳能电池的制备方法步骤二中开槽后的连续的线条状图案示意图。
[0022]图5为本实用新型实施例的背结N型晶体硅太阳能电池的制备方法步骤二中开槽后的非连续的线条状图案示意图。
[0023]图6为本实用新型实施例的背结N型晶体硅太阳能电池的制备方法步骤二中开槽后的非连续的圆点状图案示意图。
[0024]图7为本实用新型实施例的背结N型晶体硅太阳能电池的制备方法步骤二中开槽后的错位排列的非连续的圆点状图案示意图。
[0025]图8为本实用新型实施例1的背结N型晶体硅太阳能电池的制备方法步骤四(a)后的粘附有银浆的金属丝示意图。
[0026]图9为本实用新型实施例1的背结N型晶体硅太阳能电池的制备方法步骤四(b)后的电池结构截面示意图。
[0027]图10为本实用新型实施例2的背结N型晶体硅太阳能电池的制备方法步骤四(a)后的电池结构截面示意图。
[0028]图11为本实用新型实施例2的背结N型晶体硅太阳能电池的制备方法步骤四(b)后的电池结构截面示意图。
[0029]图12为本实用新型实施例3的背结N型晶体硅太阳能电池的制备方法步骤四(a)后的电池结构截面示意图。
[0030]图13为本实用新型实施例3的背结N型晶体硅太阳能电池的制备方法步骤四(b)后的电池结构截面示意图。
[0031]图14为本实用新型实施例3的背结N型晶体硅太阳能电池的制备方法步骤四(C)后的电池结构截面示意图。
【具体实施方式】
[0032]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。
[0033]参见图1至图14所示，本实施例还提供了一种背结N型晶体硅太阳能电池，包括N型晶体硅基体10，N型晶体硅基体10的正表面包括依次从内到外的η+掺杂区域12和正表面钝化减反膜14;Ν型晶体硅基体10的背表面包括依次从内到外的ρ+掺杂区域16和背表面钝化膜18;Ν型晶体硅基体10的背表面设置有背面银主栅电极28、背面铝电极22和穿透钝化膜的槽状结构，背面铝电极22填充在槽状结构内并与ρ+掺杂区域16形成欧姆接触，所述N型晶体硅基体的长度与厚度的比值为300:1?10000: I ；具体数值可以选择300: I ； 125: 0.18 ； 156:
0.18 ； 156: I ； 1560: 5 ； 1560: I ； 10000: I川型晶体硅基体10的正表面包括正面电极，正面电极包括与η+掺杂区域12欧姆接触的金属丝26。本实施例中，槽状结构的形状为连续的线条状结构(如图4所示)、非连续的线条状结构(如图5所示)、非连续的圆点状结构(如图6所示)或者错位排列的非连续的圆点状结构(如图7所示型晶体硅基体10的背表面包括多个穿透钝化膜的槽状结构，多个槽状结构相互平行。优选地，槽状结构的宽度为20-60μπι。
[0034]本实施例中，金属丝26与η+掺杂区域12形成欧姆接触的结构是金属丝26通过银直接与η+掺杂区域12电连接;或者正面电极包括分段副栅27，金属丝26通过分段副栅27与η+掺杂区域12电连接，分段副栅27是银;或者正面电极包括分段副栅27和设置在分段副栅上热敏导电层29，分段副栅27与η+掺杂区域12电连接，金属丝26与热敏导电层29连接，从而实现金属丝26与η+掺杂区域12形成欧姆接触。热敏导电层29是锡膏，金属丝是镀有热敏导电材料的金属丝，镀有热敏导电材料的金属丝可以选择锡包铜丝、银包铜丝、锡包铝丝或锡包钢丝中的一种，锡膏含有锡、锡铅合金、锡铋合金或锡铅银合金中的任一种。
[0035]本实施例中分段副栅的图案形状可以与槽状结构的图案形状相同或相似(如图5?7所示)。分段副栅27的形状可以是非连续的圆点状结构，非连续的圆点状结构的圆点的直径为30-300微米，金属丝的直径为40-80微米;分段副栅的形状是非连续的线条状结构，非连续的线条状结构的线条的长度为30-300微米，非连续的线条状结构的线条的宽度为30-300微米;非连续的线条状结构的线条垂直于金属丝、平行金属丝或者与金属丝成角度设置;非连续的圆点状结构的圆点和/或非连续的线条状结构的线条是有规则的阵列或者无规则的阵列。
[0036]本实施例中，钝化减反膜14是S12和SiNx介质膜组成的复合介质膜，钝化膜18是Si02、SiNx或Al2O3介质膜中的一种或多种。N型晶体硅基体10的厚度为50-300μπι;ρ+掺杂区域16的掺杂深度为0.5-2.Ομπι;钝化减反膜14的厚度为70-1 1nm;钝化膜18的厚度为不低于20nm; η+掺杂区域12的掺杂深度为0.5-2.0ym。
[0037]本实施例的有益效果是:1、在背表面钝化膜上开槽并印刷铝浆，铝浆仅在开槽图案处与背表面P+掺杂层形成局部接触。与使用掺铝银浆印刷电极相比，本实用新型方法可提高电池的开路电压，同时还能够极大的减少电池的银浆消耗，从而降低电池片的制作成本。2、正表面η+掺杂层的金属化舍弃常规的印刷银浆制作主栅和副栅的方法，通过设置金属丝来形成副栅，在保证金属丝副栅线电阻不增加的情况下，极大的减少电池的银浆消耗，从而降低电池片的制作成本。
[0038]实施例1
[0039 ]参见图1至图7、图8和图9所示，本实施例中的背结N型晶体硅太阳能电池的制备方法包括如下步骤:
[0040](I)、制备金属化前的背结N型晶体硅太阳能电池，包括N型晶体硅基体10，Ν型晶体硅基体10的正表面包括依次从内到外的η+掺杂区域12和正表面钝化减反膜14;Ν型晶体硅基体10的背表面包括依次从内到外的ρ+掺杂区域16和背表面钝化膜18。其中正表面的钝化减反膜14是S12和SiNx介质膜组成的复合介质膜，背表面的钝化膜18是Si02、SiNx和Al2O3介质膜中一种或多种。N型晶体硅基体10的厚度为50?300μπι;η+掺杂区域12的掺杂深度为0.5?2.Ομπι;正表面钝化减反膜14的厚度为70?I 1nm;背表面钝化膜18的厚度为不低于20nm;P+掺杂区域16的掺杂深度为0.5?2.Ομπι。完成步骤(I)后的电池结构如图1所示。
[0041](2)、在背表面的钝化膜18上开槽形成槽状结构，开槽方式可选用激光法或者浆料刻蚀法，并确保其完全穿透背表面钝化膜18但不破坏ρ+掺杂区域16的表面。开槽的图案形状为连续线条状(如图4)，其宽度为20-60um，长度为154mm。这些连续线条互相平行，间距1.95mm，共设置80根。开槽图案的形状也可以为非连续线条状(如图5所示)，可以是有规则阵列排列的非连续圆点(如图6所示)，还可以是无规则错位排列的非连续圆点(如图7所示)。本实施例中，使用刻蚀浆料在N型晶体硅基体的背表面形成穿透钝化膜的槽状结构的方法是印刷完刻蚀浆料后在温度为100-400 °C的条件下烘干，烘干的时间为1-10分钟，将烘干后的N型单晶硅基体放入清洗设备中去除残余的刻蚀浆料并进行清洗烘干。完成步骤(2)后的电池结构如图2所示。
[0042](3)、在N型晶体硅基体10的背表面使用铝浆印刷背面铝电极22并烘干。背面铝电极22可以覆盖整个N型晶体硅基体10的背表面，背面铝电极22也可以只覆盖背面开槽区域。在N型晶体硅基体10的背表面使用银浆印刷背面银主栅电极28并烘干，背面银主栅电极28用于电池之间的焊接。完成步骤(3)后的电池结构如图3所示。
[0043](4)、完成N型晶体硅基体10正表面的金属化，其过程包括如下几个步骤:
[0044](a)如图8所示，将可以与η+掺杂区域12形成欧姆接触的银浆24粘附在金属丝26的一侧，粘附在金属丝26上的银浆24可以非连续的沾附在金属丝上，亦可以连续地沾附在金属丝上；金属丝26的截面形状可以为圆形，其直径为40-80um;金属丝26的截面形状亦可以是方形或三角形。金属丝26可以是铜丝、银包铜丝或者其他合金丝。
[0045](b)、如图9所示，将多条沾附有银浆24的金属丝26等间距平行贴附在N型晶体硅基体1的正表面并烘干，金属丝26之间的间距为1-3mm;
[0046](c)、将步骤(b)后的N型晶体硅基体10置于烧结炉中烧结，烧结的峰值温度不高于900 C。至此，完成背结N型晶体娃太阳能电池的制备。
[0047]实施例2
[0048]参见图1至图7、图10和图11所示，本实施例中的背结N型晶体硅太阳能电池的制备方法包括如下步骤:
[0049]步骤(I)?(3)与实施例1相同，此处不再赘述。
[0050](4)、完成N型晶体硅基体10正表面的金属化，其过程包括如下几个步骤:
[0051](a)如图10所示，使用可以与η+掺杂区域12形成欧姆接触的银浆在N型晶体硅基体10的正表面印刷分段副栅27。分段副栅27的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。分段副栅27可以由非连续的线条组成，每段线条长30-300微米，宽30-300微米。本实施例中，分段副栅27由非连续的圆点组成，圆点直径为30-300微米。本实施例中分段副栅27的图案形状可以与槽状结构的图案形状相同或相似(如图5?7所示)。
[0052](b)、如图11所示，在分段副栅27上一一对应地铺设金属丝26形成连续的副栅线。金属丝26的截面可以为圆形，其直径为40-80um;金属丝26的截面形状亦可以方形或三角形。金属丝26可以是铜丝、银包铜丝或者其他合金丝，长度为154mm，直径为40-80微米。铺设时务必使金属丝26接触分段副栅27上的银浆层。
[0053](c)、将步骤(b)后的N型晶体硅基体10置于烧结炉中烧结，烧结的温度不高于900C ο至此，完成背结N型晶体娃太阳能电池的制备。
[0054]实施例3
[0055]参见图1至图7、图12至图14所示，本实施例中的背结N型晶体硅太阳能电池的制备方法包括如下步骤:
[0056]步骤(I)?(3)与实施例1相同，此处不再赘述。
[0057](4)、完成N型晶体硅基体10正表面的金属化，其过程包括如下几个步骤:
[0058](a)如图12所示，使用可以与η+掺杂区域12形成欧姆接触的银浆在N型晶体硅基体10的正表面印刷分段副栅27并进行烧结。分段副栅27的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。分段副栅27可以由非连续的线条组成，每段线条长30-300微米，宽30-300微米。分段副栅27还也可以由非连续的圆点组成，圆点直径30-300微米。烧结的温度不高于900°C。本实施例中分段副栅的图案形状可以与槽状结构的图案形状相同或相似(如图5?7所示)。
[0059](b)、如图13所示，将步骤(a)处理后的N型晶体硅基体10置于印刷机，印刷热敏导电层29，热敏导电层29优选锡膏导电层。热敏导电层29的过墨图案可以为非连续的线条，每段线条长40-300微米，宽40-300微米。热敏导电层29的过墨图案还也可以为非连续的圆点，圆点直径40-300微米。印刷时务必使过墨后的热敏导电层29位于分段副栅27上。
[0060](C)、如图14所示，在热敏导电层29上一一对应地铺设金属丝26形成连续的副栅线。金属丝26的截面可以为圆形，其直径为40-80um;金属丝26的截面形状亦可以方形或三角形。金属丝26可以是铜丝、银包铜丝或者其他合金丝，长度为154mm，直径为40-80微米。铺设时务必使金属丝26接触热敏导电层29。
[0061](d)、对步骤(C)后的N型晶体硅基体10进行加热，使得金属丝26、热敏导电层29和分段副栅27三者形成欧姆接触。加热方式采用红外加热，回流峰值温度为183-250度。至此，完成背结N型晶体娃太阳能电池的制备。
[0062]本实施例还提供了一种背结N型晶体硅太阳能电池组件，包括由上至下连接的前层材料、封装材料、背结N型晶体硅太阳能电池、封装材料、背层材料，背结N型晶体硅太阳能电池是上述的一种背结N型晶体硅太阳能电池。本实施例的背结N型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背结N型晶体硅太阳能电池组件的改进仅涉及上述的背结N型晶体硅太阳能电池，不对其他部分进行改动。故本说明书仅对背结N型晶体硅太阳能电池及其制备方法进行详述，对背结N型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背结N型晶体硅太阳能电池组件。
[0063]本实施例还提供了一种背结N型晶体硅太阳能电池系统，包括一个或多于一个串联的背结N型晶体硅太阳能电池组件，背结N型晶体硅太阳能电池组件是上述的一种背结N型晶体硅太阳能电池组件。本实施例的背结N型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背结N型晶体硅太阳能电池系统的改进仅涉及上述的背结N型晶体硅太阳能电池，不对其他部分进行改动。故本说明书仅对背结N型晶体硅太阳能电池及其制备方法进行详述，对背结N型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背结N型晶体硅太阳能电池系统。
[0064]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】
1.一种背结N型晶体硅太阳能电池，包括N型晶体硅基体，所述N型晶体硅基体的正表面包括依次从内到外的η+掺杂区域和正表面钝化减反膜;所述N型晶体硅基体的背表面包括依次从内到外的P+掺杂区域和背表面钝化膜;其特征在于:所述N型晶体硅基体的背表面设置有背面银主栅电极、背面铝电极和穿透钝化膜的槽状结构，背面铝电极填充在槽状结构内并与P+掺杂区域形成欧姆接触;所述N型晶体硅基体的正表面包括正面电极，所述正面电极包括与所述η+掺杂区域欧姆接触的金属丝;所述N型晶体硅基体的长度与厚度的比值为300:1?10000:1。2.根据权利要求1所述的一种背结N型晶体硅太阳能电池，其特征在于:所述金属丝通过银与所述η+掺杂区域电连接。3.根据权利要求1所述的一种背结N型晶体硅太阳能电池，其特征在于:所述正面电极包括分段副栅，所述金属丝通过分段副栅与所述η+掺杂区域电连接。4.根据权利要求1所述的一种背结N型晶体硅太阳能电池，其特征在于:所述正面电极包括分段副栅和设置在分段副栅上的热敏导电层，所述分段副栅与所述η+掺杂区域电连接;所述金属丝与所述热敏导电层电连接。5.根据权利要求4所述的一种背结N型晶体硅太阳能电池，其特征在于:所述分段副栅是银分段副栅;所述热敏导电层是锡膏导电层，所述金属丝是镀有热敏导电材料的金属丝。6.根据权利要求1?4任一所述的一种背结N型晶体硅太阳能电池，其特征在于:所述金属丝为铜丝、锡包铜丝、银包铜丝、锡包铝丝或锡包钢丝中的一种。7.根据权利要求1?4任一所述的一种背结N型晶体硅太阳能电池，其特征在于:所述槽状结构的宽度为20-60μηι。8.根据权利要求1?4任一所述的一种背结N型晶体硅太阳能电池，其特征在于:所述钝化减反膜是S12和SiNx介质膜组成的复合介质膜，所述钝化膜是S12、SiNx或Al2O3介质膜中的一种或多种。9.一种背结N型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、背结N型晶体硅太阳能电池、封装材料、背层材料，其特征在于:所述背结N型晶体硅太阳能电池是权利要求1-8任一所述的一种背结N型晶体硅太阳能电池。10.—种背结N型晶体硅太阳能电池系统，包括一个或多于一个串联的背结N型晶体硅太阳能电池组件，其特征在于:所述背结N型晶体硅太阳能电池组件是权利要求9所述的一种背结N型晶体硅太阳能电池组件。
【文档编号】H01L31/0224GK205542810SQ201620312960
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年4月14日
【发明人】林建伟, 孙玉海, 刘志锋, 季根华, 张育政
【申请人】泰州中来光电科技有限公司