专利名称：太阳电池、网版及其太阳电池组件的制作方法
技术领域：
本发明属于光伏技术领域，具体涉及太阳电池，尤其涉及一种太阳电池的电极结构、用于制造该电极的网版以及包括多个该太阳电池的太阳电池组件。
背景技术：
鉴于常规能源供给的有限性和环保压力的增加，目前世界上许多国家掀起了开发 利用太阳能和可再生能源的热潮，太阳能利用技术得到了快速的发展，其中利用半导体的 光生伏特效应将太阳能转变为电能的利用越来越广泛。而太阳电池就是其中最为普遍的被 用来将太阳能转换为电能的器件。在实际应用中，一般是以由多个太阳电池串联而成的电 池组件作为基本的应用单元。太阳电池作为太阳电池组件的基本单元，其体内(如晶体硅)因太阳照射所产生 的内部光生电流需要通过电池的电极进行收集并将其汇集引出。其中太阳电池包括正面电 极和背面电极，其中正面电极处于被太阳光所照射的面。以正面电极为例，正面电极通常包 括设置在太阳电池衬底上的主栅线(或称之为主栅电极)和副栅线(或称之为副栅电极、 次栅线)，其中副栅线主要起收集电流的作用，而主栅线主要起将副栅线收集的电流汇集的 作用，同时也在将多个太阳电池通过互连条连接形成太阳电池组件时用作互连条的连接基 体，即一般来讲，互连条是通过焊接或以其他方式与主栅线(正电极的主栅线或者背面电 极的主栅线)连接进而实现多个电池的串联。目前，太阳能发电推广应用的主要问题是发电成本相比传统的火力发电要高出许 多，所以，降低太阳电池的生产成本，提高电池的转换效率成为业内努力的方向。降低太阳电池的电极制作成本是业内降低太阳电池成本的一个努力方向。现有技 术中，太阳电池的电极通常通过广泛应用的丝网印刷技术构图实现，即，把金属浆料构图印 在已形成p-n结的单晶硅片电池衬底上、再通过烧结形成电极。通常，采用银浆作为丝网印 刷形成电极的浆料。采用银浆具有附着力强、导电性好、电极表面均勻致密、可焊性好、电池 转换效率高等优点，但是，由于银金属的价格昂贵特性，增加了太阳电池的成本。图1所示为现有技术的太阳电池的结构示意图，图2所示为图1所示太阳电池的 A-A截面的结构示意图。如图1和图2所示，在太阳电池10的电池衬底17 (形成了 p-n结 的晶体硅)上构图形成了主栅线11和副栅线13，副栅线13—般与主栅线11垂直交叉接 合，主栅线的面积和高度也分别明显大于或高于副栅线的面积和高度。为降低成本，现有技术中通常考虑采用降低主栅线的线宽或者在主栅线上设置 一些不直接印刷浆料的区域来减少银浆的使用量，但是本领域技术人员也认识到，虽然减 小正面电极的浆料覆盖面积可以降低正面电极的浆料使用量，一定程度上可以节约一些成 本，但是，在主栅线线宽和线高减小时，由于串联电阻与主栅线的截面积是成反比关系，所 以其串联电阻也必然增加，这会导致太阳电池转换效率降低，最终会导致太阳电池组件的 功率输出降低，反而会得不偿失。所以在目前的一些设计中，虽然考虑到通过在主栅线上设置一些镂空区域来减少浆料的使用，降低金属电极和硅(如Ag-Si)之间的复合面积，在一定程度上也能减少电池的弯曲(因为金属和硅的热膨胀系数不一样，烧结冷却后，就会出现电池片弯曲，浆料使用 量越多，变形量也会越大)，但是在设计时，往往会顾虑到串联电阻的增加导致的电池效率 下降，这些镂空区域的面积不会很大，而且镂空区域之间内的间隙也会很小，这样也可以在 浆料印刷后时，通过浆料自身的流动性，覆盖到未印刷浆料的区域，以保证串联电阻不受到 大的影响(因为浆料的流动、镂空区同样被填充银浆，主栅线的横截面积实际上并没有明 显减小)。所以，在这种设计中，电极与硅衬底的接触面积并没有减小，所使用的浆料量也不 会有特别显著的减小。同时，由于银电极主栅线与太阳电池衬底硅的热膨胀系数不一致，综 合主栅线的大面积和线高的特点，在后续的焊接连接互连条的工艺过程中，会产生较大热 应力，从而焊接过程中易产生碎片和隐裂现象。有鉴于此，有必要提出一种新型结构，在大幅度降低太阳电池的电极的制作成本 的同时可以提高太阳电池组件的功率输出。
发明内容
本发明的目的之一是，大幅降低太阳电池的电极的成本、并避免正面电极与互连 条的焊接过程中易产生碎片和隐裂。本发明的又一目的是，提高太阳电池和太阳电池组件的转换效率。为达到本发明的目的，根据本发明的一个方面，提供一种太阳电池，包括电池衬底 及设置在衬底上的电极，所述电极包括主栅线，其中，所述主栅线的线体区构造为包括至少 一条细栅线的结构以减小主栅线与衬底的接触面积。作为较佳技术方案，所述主栅线包括分别位于线体区的两侧边沿的第一细栅线和
第二细栅线。作为较佳技术方案，所述主栅线的线体区的细栅线为一条，所述细栅线设置为呈 折线型的线条，其包括多段分别依次交叉设置于线体区两侧边沿的细栅线。所述主栅线的 线体区还包括至少一测试点，所述呈折线型的细栅线被所述测试点分割成多段，每段所述 细栅线的两端与所述测试点电连接。每段所述细栅线的两端可以在线体区的同一侧与所述 测试点电连接；每段所述细栅线的两端也可以在线体区的不同侧与所述测试点电连接。作为优选，所述细栅线的线宽为0. 1至0. 5毫米。作为优选，所述第一细栅线和第二细栅线相互平行且所述线体区的宽度为1. 2至 2毫米。根据本发明所提供的太阳电池的一个实施方案，所述主栅线的线体区还包括至少 一测试点，所述测试点与所述细栅线电连接。所述测试点可以构造为矩形，也可以构造为包括多条线条。根据本发明所提供的太阳电池的一个实施方案，所述主栅线还包括至少一位于线 体区头部的线头区。所述线头区可以构造为类似三角形的尖头形状。所述线头区可以设置 镂空区域。作为优选，所述镂空区域为圆形，其直径为50至400微米。作为优选，所述线头区的主栅线的宽度与所述线体区的主栅线的宽度相同。按照本发明的又一方面，本发明提供一种用于丝网印刷制造以上所述太阳电池的电极的网版，所述网版上设置有用于构图形成所述电极的主栅线的、使浆料通过的网孔的图案；其中，所述主栅线的线体区构造为包括至少一条细栅线的结构以减小主栅线与电池 衬底的接触面积。作为较佳技术方案，所述主栅线包括分别位于线体区的两侧边沿的第一细栅线和
第二细栅线。作为较佳技术方案，其特征在于，所述主栅线的线体区的细栅线为一条，所述细栅 线设置为呈折线型的线条。作为优选，所述细栅线的线宽为0. 1至0. 5毫米。作为优选，所述主栅线的线体区的宽度为1. 2至2毫米。作为较佳技术方案，所述网版还包括用于对应于构图形成主栅线的线头区的、使 浆料通过的网孔的图案，其中设置有多个阻止浆料通过的区域。。按照本发明的再一方面，本发明提供一种太阳电池组件，其特征在于，所述太阳电 池组件包括多个以上所述的太阳电池，所述太阳电池之间通过互连条连接，所述互连条连 接于所述太阳电池的电极的主栅线上。所述互连条是通过粘结或焊接的方式与所述太阳电池的电极的主栅线连接，且所 述互连条覆盖在整个主栅线上。本发明的技术效果是，本发明通过主栅线的线体区构造为包括至少一条细栅线的 结构以大幅减小主栅线与衬底的接触面积，主栅线的截面积也同样得以减小，因此突破了 原有主栅线与衬底的接触面积以及主栅线的截面积不能减小的思想，大幅度的减少了浆料 使用量以及浆料的覆盖面积，降低了太阳电池的成本。另外，在浆料印刷面积大幅减小的 情况下，一方面可以减小金属电极和硅之间的复合，提高了电池及组件的转换效率；另一方 面，在互连条焊接后，可以降低主栅线在焊接互连条时的应力(应力是由于银电极主栅线 与太阳电池衬底硅的热膨胀及收缩系数不一致所导致的)，从而，易于避免焊接过程所产生 的碎片现象和隐裂现象。至于由于主栅线的截面积减小引起的串联电阻的增大所导致的电池效率降低的 问题，由于主栅线的其中一个作用是用来焊接连接互连条以形成太阳电池组件，通常互连 条的截面积要比主栅线的截面积要大很多，通常相差超过10倍以上；并且可以实验地证 明，互连条与主栅线的接触电阻(例如通过铅锡合金焊接接触)电阻较小，对整体电阻影响 很小。因此，从太阳电池组件的整体角度考虑，即使主栅线的串联电阻增加，而主栅线上所 焊接连接的互连条为组件中的主要电流通路，焊接连接后互连条上的串联电阻并没有明显 增加，因此，其并不会影响太阳电池组件的转换效率，也即主栅线的串联电阻的增加从太阳 电池组件的整体上并未带来比较明显的负作用。该发明的太阳电池组件具有成本低、转换 效率高、输出功率增大、可靠性高的优点。
图1是现有技术的太阳电池的结构示意图；图2所是图1所示太阳电池的A-A截面的结构示意图；图3是按照本发明实施例的太阳电池的平面结构示意图；图4是图3所示太阳电池的B-B截面的结构示意图5是按照本发明所提供的另一实施例的太阳电池的平面结构示意图；图6是按照本发明所提供的再一实施例的太阳电池的平面结构示意图；图7是按照本发明图3所示太阳电池的主栅线的线头区的结构示意图；图8是按照本发明图3所示太阳电池的主栅线的线头区的另一种结构示意图。
具体实施例方式下面介绍的是本发明的多个可能实施例中的一些，旨在提供对本发明的基本了解，并不旨在确认本发明的关键或决定性的要素或限定所要保护的范围。在附图中，为了清 楚起见，有可能放大了层的厚度或者区域的面积，但作为示意图不应该被认为严格反映了 几何尺寸的比例关系。附图中，相同的标号指代相同的结构部分，因此将省略对它们的描 述。本文中所提到上、下、左、右、中间、水平等方位用语是相对于附图中所示意的太阳 电池的方位而定义的，它们是相对的概念，可以根据太阳电池所使用、放置的不同方式而相 应地变化。图3所示为按照本发明实施例的太阳电池的平面结构示意图。如图3所示，在太 阳电池30的电池衬底17的受太阳光照射的一面上，形成了正面电极，正面电极包括主栅线 31和副栅线33，衬底17为已经形成p-n结的晶体硅片，电池衬底17的具体材料类型以及 具体结构不受本发明限制。在该图3所示实施例中，多条副栅线33左右方向平行排列并与 两条主栅线31垂直交叉接合。副栅线33和主栅线31的具体数量、以及主栅线31和副栅 线33的排列方式不受本发明实施例的限制。图4所示为图3所示的太阳电池的B-B截面的结构示意图。结合图3和图4所示， 主栅线31包括线体区31a，主栅线31的构造为包括若干条细栅线的结构，在该实施例中，主 栅线31的线体区31a包括两条细栅线，即分别为设置在线体区31a的两侧边沿的第一细栅 线311以及第二细栅线312，并且第一细栅线311和第二细栅线312为平行设置。另外，第 一细栅线311和第二细栅线312的线宽范围为0. 1至0. 5毫米，而线体区的宽度(线体区 的宽度为左右两边沿之间的距离，即图4中所示的W)范围为1. 2至2毫米，因此，线体区与 衬底的接触面积大大减小，第一细栅线311和第二细栅线312之间的空白区域都为未沉积 银电极的区域。电池上的多条副栅线33直接与细栅线311和312连通(电导通)，因此，细 栅线311和312同样可以实现副栅线的电流汇集。另外在以该太阳电池30形成太阳电池 组件时，细栅线311和312也被用来焊接连接互连条，以将多个太阳电池串联连接形成太阳 电池组件。需要说明的是，第一细栅线311和第二细栅线312的线宽是否相等不受本发明 实施例限制。继续如图3所示，为了方便电池测试的需要，在主栅线31的线体区还包括至少一 个测试点315，测试点315与主栅线31电连接，在该实施例中，测试点315设置于第一细栅 线311与第二细栅线312之间。其中测试点可以为大致矩形形状或者为包括多条细线的测 试区块，所述细线的宽度为0. 1至1毫米，测试点315的具体形状不受本发明实施例限制， 其仅为检测探针提供测量点，其具体形状可以根据检测探针的形状而设计。图5所示为按照本发明所提供的又一实施例的太阳电池的平面结构示意图。如图 5所示，本实施例中的太阳电池40的正面电极的主栅线41的线体区41a的构造为一条折线型设置的细栅线411，测试点415设置于主栅线41的线体区41a、且与细栅线411电连接，细栅线411包括多段分别依次交叉设置于线体区41a的细栅线，形成了如图5所示的折线 型结构。细栅线411的线宽与图3所示实施例的线宽的设置方式基本相同。例如，细栅线 411线宽范围可以为0. 1至0. 5毫米，电池上的多条副栅线43直接连通(电导通)于细栅 线411。细栅线411也被用来焊接连接互连条，以将多个太阳电池串联连接形成太阳电池组 件，焊接时，互连条是与折线的最外边缘焊接连接。相比于图3所示实施例的太阳电池30， 太阳电池40更加能够减小主栅线与衬底的接触面积。图6所示为按照本发明所提供的再一实施例的太阳电池的平面结构示意图。对比 图5和图6所示，本实施例中的太阳电池50的正面电极的主栅线41的线体区41a的同样 构造为一条折线型设置的细栅线511，其主要差别在于折线型的细栅线511的具体结构有 所差异。图5所示的每段细栅线是在线体区的同一侧连接于测试点之上；而如图6所示，细 栅线511由多段组成，每段细栅线通过测试点415连接在一起，从而可以实现相互之间的电 导通，每段细栅线在线体区的不同侧连接于测试点之上。因此，在该实施例中，线体区41a 的宽度是以在测试点处的两边沿的细栅线之间的距离来确定。本发明的太阳电池的主栅线的线体区仅包括宽度极细的细栅线以及必要的测试 点，使得主栅线与衬底的接触面积大大减小，也即主栅线的浆料印刷区域也最大限度的减 小，主栅线截面积也大大减小，因此可最大限度的节省浆料的使用量，大幅节约浆料成本。另外，在浆料印刷面积大幅减小的情况下，一方面可以减小金属和硅之间的复合， 提高了电池及组件的转换效率；另一方面，在互连条焊接后，可以降低主栅线在焊接互连条 时的应力(应力是由于银电极主栅线与太阳电池衬底硅的热膨胀及收缩系数不一致所导 致的)，从而，易于避免焊接过程所产生的碎片现象和隐裂现象。如上所述的实施例的电池主栅线结构中，如果仅从单一的主栅线考虑，由于主栅 线的横截面积也大大减小，主栅线的串联电阻相对于以前的全面积印刷的主栅线的串联电 阻是增加的，但是，由于主栅线的其中一个作用是用来焊接连接互连条以形成太阳电池组 件，通常互连条的截面积要比主栅线的截面积要大很多，通常相差超过10倍以上；并且可 以实验地证明，互连条与主栅线的接触电阻(例如通过铅锡合金焊接接触)电阻较小，对整 体电阻影响很小。因此，从太阳电池组件的整体角度考虑，即使主栅线的串联电阻增加，而 主栅线上所焊接连接的互连条为主要电流通路，互连条上的串联电阻并没有增加，因此，其 并不会影响太阳电池组件的转换效率，主栅线的串联电阻的增加从太阳电池组件的整体上 并未带来比较明显的负作用。继续如图3所示，主栅线31的太阳电池的边沿处的两头部分还设置有线头区32b。 这是由于主栅线基本都要印刷后通过烧结工艺形成，如果太阳电池的边沿处的主栅线也设 置为与中间部分的主栅线(线体区31a)同样的宽度，在烧结形成主栅线时，两端部分非常 容易翘曲。因此，将线头区32b设置为相对较细的三角形状，以避免两端部分的翘曲。图7所示为按照本发明图3所示太阳电池的主栅线的线头区的结构示意图。如图 7所示，在主栅线31的线体区31a的两头还可包括线头区31b。第一细栅线311和第二细 栅线312的两头连接于线头区31b。其中，至少一个线头区大致为三角形的尖头形状，而且 线头区设置为包括镂空区316，从而可进一步减少线头区的浆料的使用，并减少复合、降低 电池的弯曲变形、裂纹及碎片等问题。镂空区316可以为包括多个圆孔，圆孔的孔径可以为50微米到400微米，可以根据线头区的具体面积大小选择。需要指出的是，镂空区316并不一定限定为本实施例的圆孔状，例如还可以为方孔状、三角形孔状等等。图8所示为按照本发明图3所示太阳电池的主栅线的线头区的另一种结构示意 图。如图8所示，线头区31b也同样大致为三角形的尖头形状，三角形状的线头区31b是由 细栅线311和312的延伸线包围而成，因此，在该实施例中，线头区31b构造为细栅线311b 和312b构成的三角形，其中细栅线311b是细栅线311的延伸，细栅线312b是细栅线312 的延伸。细栅线311b和312a的线宽范围可以为0. 1至0. 5毫米。需要说明的是，以上所示的主栅线和副栅线是太阳电池的正面电极的形状结构， 但是，关于主栅线的结构设计思想同样可以应用于太阳电池的背面电极。按照本发明的又一方面，本发明提供一种用于丝网印刷制造上述太阳电池的电极 的网版。以上所述的太阳电池的电极是通过丝网印刷工艺制造而成，浆料(例如银浆)穿 过通过网版上的网孔转移至太阳电池的衬底上，以实现电极的预定构图形状。因此，在该发 明的网版中网孔的形状与欲形成的电极的形状(尤其是主栅线的形状)相匹配，网版上设 置有用于构图形成以上所述及的主栅线的、可以使浆料通过的图案。按照本发明的再一方面，本实施例提供一种太阳电池组件，其包括多个以上所述 及的太阳电池，并且还包括焊接连接于多个太阳电池的主栅线上的、用于连接太阳电池的 互连条。具体地，太阳电池之间通过互连条串联连接，互连条通过焊接或粘结或以其他方式 连接于电极的主栅线上。结合图3或图5所示的太阳电池的实施例，互连条可以焊接连接 于细栅线311和312或者焊接连接于细栅线411之上，从而整体覆盖整个主栅线。通常互 连条的截面积要比主栅线的截面积要大很多，一般相差超过10倍以上，并且可以实验地证 明，互连条与主栅线的接触电阻(例如通过铅锡合金焊接接触)电阻较小，对整体电阻影响 很小。因此，从太阳电池组件的整体角度考虑，即使主栅线的串联电阻增加，而主栅线上所 焊接连接的互连条为主要电流通路，焊接后互连条上的串联电阻并没有明显增加，因此，其 并不会影响太阳电池组件的转换效率，主栅线的串联电阻的增加从太阳电池组件的整体上 并未带来比较明显的负作用。相反地，由于主栅线与衬底的接触面积减小(浆料印刷面积 大幅减小)，太阳电池组件的成本降低、转换效率增加并且可靠性得以提高(易于避免焊接 过程所产生的碎片现象和隐裂现象)。以上例子主要以电池的正面电极为例说明本发明的太阳电池的构造、网版以及太 阳电池组件。尽管只对其中一些本发明的实施方式进行了描述，但是本领域普通技术人员 应当了解，本发明可以在不偏离其主旨与范围内以许多其他的形式实施。因此，所展示的例 子与实施方式被视为示意性的而非限制性的，在不脱离如所附各权利要求所定义的本发明 精神及范围的情况下，本发明可能涵盖各种的修改与替换。
权利要求
一种太阳电池，包括电池衬底及设置在衬底上的电极，所述电极包括主栅线，其特征在于，所述主栅线的线体区构造为包括至少一条细栅线的结构以减小主栅线与衬底的接触面积。
2.如权利要求1所述的太阳电池，其特征在于，所述主栅线包括分别位于线体区的两 侧边沿的第一细栅线和第二细栅线。
3.如权利要求1所述的太阳电池，其特征在于，所述主栅线的线体区的细栅线为一条， 所述细栅线设置为呈折线型的线条。
4.如权利要求3所述的太阳电池，其特征在于，所述主栅线的线体区还包括至少一测 试点，所述呈折线型的细栅线被所述测试点分割成多段，每段所述细栅线的两端与所述测 试点电连接。
5.如权利要求4所述的太阳电池，其特征在于，每段所述细栅线的两端在线体区的同 一侧与所述测试点电连接。
6.如权利要求4所述的太阳电池，其特征在于，每段所述细栅线的两端在线体区的不 同侧与所述测试点电连接。
7.如权利要求1或2或3所述的太阳电池，其特征在于，所述细栅线的线宽为0.1至 0. 5毫米。
8.如权利要求2所述的太阳电池，其特征在于，所述第一细栅线和第二细栅线相互平 行且所述主栅线的线体区的宽度为1. 2至2毫米。
9.如权利要求2或3所述的太阳电池，其特征在于，所述主栅线的线体区还包括至少一 测试点，所述测试点与所述细栅线电连接。
10.如权利要求9所述的太阳电池，其特征在于，所述测试点构造为矩形。
11.如权利要求9所述的太阳电池，其特征在于，所述测试点构造为包括多条线条。
12.如权利要求1所述的太阳电池，其特征在于，所述主栅线还可包括至少一位于线体 区头部的线头区。
13.如权利要求12所述的太阳电池，其特征在于，所述线头区构造为三角形的尖头形状。
14.如权利要求12或13所述的太阳电池，其特征在于，所述线头区设置镂空区域。
15.如权利要求14所述的太阳电池，其特征在于，所述镂空区域为圆形，其直径为50至 400微米。
16.如权利要求12所述的太阳电池，其特征在于，所述线头区构造为细栅线构成的三 角形形状。
17.一种用于丝网印刷制造太阳电池的电极的网版，其特征在于，所述网版上设置有用 于构图形成所述电极的主栅线的、使浆料通过的网孔的图案；其中，所述主栅线的线体区构 造为包括至少一条细栅线的结构以减小主栅线与衬底的接触面积。
18.如权利要求17所述的网版，其特征在于，所述主栅线包括分别位于线体区的两侧 边沿的第一细栅线和第二细栅线。
19.如权利要求17所述的网版，其特征在于，所述主栅线的线体区的细栅线为一条，所 述细栅线设置为呈折线型的线条。
20.如权利要求17或18或19所述的网版，其特征在于，所述细栅线的线宽为0.1至，0. 5毫米。
21.如权利要求17所述的网版，其特征在于，还包括用于对应于构图形成主栅线的线 头区的、使浆料通过的网孔的图案，其中设置有多个阻止浆料通过的区域。
22.—种太阳电池组件，其特征在于，所述太阳电池组件包括多个如权利要求1至16中 任一项所述的太阳电池，所述太阳电池之间通过互连条连接，所述互连条连接于所述太阳 电池的电极的主栅线上。
23.如权利要求22所述的太阳电池组件，其特征在于，所述互连条是通过粘结或焊接 的方式与所述太阳电池的电极的主栅线连接，且所述互连条覆盖在整个主栅线上。
全文摘要
本发明公开了一种太阳电池、网版及其太阳电池组件，属于光伏技术领域。该发明的太阳电池包括电池衬底及设置在衬底上的电极，所述电极包括主栅线，所述主栅线的线体区构造为包括至少一条细栅线的结构以减小主栅线与衬底的接触面积；该发明所提供的网版用于丝网印刷制造该发明的太阳电池的电极，网版上设置有用于构图形成所述电极的主栅线的网孔；该发明提供的太阳电池组件是由多个该发明所提供的太阳电池组成。该太阳电池和太阳电池组件具有成本低，而且由于减少了电池结构中金属电极和硅之间的复合面积从而使转换效率提高，组件的输出功率增大，另外互连条与电池片焊接后的可靠性好。
文档编号H01L31/0224GK101826569SQ20101017929
公开日2010年9月8日 申请日期2010年5月13日 优先权日2010年5月13日
发明者俞超, 吴而义, 周杰, 周豪浩, 杨健, 温建军, 王义华, 王寅, 王贇, 王韬, 胡建波, 葛剑, 薛小兴, 陈如龙, 黄海涛 申请人:无锡尚德太阳能电力有限公司