无主栅高效率背接触太阳能电池背板的制作方法

无主栅高效率背接触太阳能电池背板的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及太阳能电池领域，特别涉及无主栅高效率背接触太阳能电池背板。所述无主栅高效率背接触太阳能电池背板由上至下依次为电连接层和基层，所述电连接层与基层之间通过粘接剂连接；所述电连接层包括导电线、绝缘线，所述导电线和绝缘线通过编织呈网状结构，所述相邻导电线间编织有绝缘线。其有益效果是，提供一种能够有效防止P电极和N电极短路、低成本、高耐隐裂、高效率、高稳定性的无主栅高效率背接触太阳能电池背板。
【专利说明】无主栅高效率背接触太阳能电池背板

【技术领域】
[0001] 本实用新型设及太阳能电池领域，特别设及一种无主栅高效率背接触太阳能电池 背板。

【背景技术】
[0002] 能源是人类活动的物质基础，随着人类社会的不断发展和进步，对能源的需求与 日俱增。传统的化石能源属于不可再生能源已经很难继续满足社会发展的需求，因此全球 各国近年来对新能源和可再生源的研究和利用日趋火热。其中太阳能发电技术具有将太阳 光直接转化为电力、使用简单、环保无污染、能源利用率高等优势尤其受到普遍的重视。太 阳能发电是使用大面积的P - N结二极管在阳光照射的情况下产生光生载流子发电。
[0003] 现有技术中，占主导地位并大规模商业化的晶体娃太阳电池，其发射区和发射区 电极均位于电池正面（向光面），即主栅、辅栅线均位于电池正面。由于太阳能级娃材料电 子扩散距离较短，发射区位于电池正面有利于提高载流子的收集效率。但由于电池正面的 栅线阻挡了部分阳光（约为8%)，从而使太阳能电池的有效受光面积降低并由此而损失了 一部分电流。另外在电池片串联时，需要用锻锡铜带从一块电池的正面焊接到另一块电池 的背面，如果使用较厚的锻锡铜带会由于其过于坚硬而导致电池片的碎裂，但若用细宽的 锻锡铜带又会遮蔽过多的光线。因此，无论使用何种锻锡焊带都会带来串联电阻带来的损 耗和光学损耗，同时不利于电池片的薄片化。为了解决上述技术问题，本领域技术人员将 正面电极转移到电池背面，开发出无主栅背接触太阳能电池，背接触太阳电池是指电池的 发射区电极和基区电极均位于电池背面的一种太阳电池。背接触电池有很多优点；①效率 高，由于完全消除了正面栅线电极的遮光损失，从而提高了电池效率。②可实现电池的薄片 化，串联使用的金属连接器件都在电池背面，不存在从正面到背面的连接可W使用更薄的 娃片，从而降低成本。⑨更美观，电池的正面颜色均匀，满足了消费者的审美要求。
[0004] 背接触太阳电池包括MWT、EWT和IBC等多种结构。背接触太阳电池大规模商业 化生产的关键是在于如何高效低成本的将背接触太阳电池串联起来并制作成太阳能组件。 MWT组件通常的制备方法是使用复合导电背板，在导电背板上施加导电胶，在封装材料上 对应的位置冲孔使导电胶贯穿封装材料，将背接触太阳电池准确地放置于封装材料上使导 电背板上的导电点与背接触太阳电池上的电极通过导电胶接触，然后在电池片上铺设上层 EVA和玻璃，再将整个层叠好的模组翻转进入层压机进行层压。此工艺存在W下几个缺陷： 1、所使用的复合导电背板是在背板中复合导电金属巧，通常为铜巧，且需要对铜巧进行激 光刻蚀或化学腐蚀。由于激光刻蚀对于简单图形尚可操作，对于复杂图案刻蚀速度慢，生产 效率低，而化学腐蚀除了需预先制备形状复杂且耐腐蚀的掩膜外还存在环境污染和腐蚀液 对高分子基材的腐蚀。所W此方式制造的导电型背板制造工艺复杂，成本极高。2、需要对 太阳电池片后层的封装材料进行冲孔W便使导电胶贯穿封装材料，由于封装材料通常是粘 弹体，进行精确冲孔难度极大。3、需要精确的点胶设备将导电胶涂覆在背板的相应位置，对 MWT该种背接触点较少的电池还可W操作，对IBC等背接触点面积小、数量大的背接触电池 使用点胶设备根本无法实现。
[000引 IBC技术将P -N结放置于电池背面，正面无任何遮挡同时减少了电子收集的距离， 因此可大幅度提高电池片效率。IBC电池在正面使用浅扩散、轻渗杂和Si化纯化层等技术减 少复合损失，在电池背面将扩散区限制在较小的区域，该些扩散区在电池背面成点阵排列， 扩散区金属接触被限制在很小的范围内呈现为数量众多的细小接触点。IBC电池减少了电 池背面的重扩散区的面积，渗杂区域的饱和暗电流可W大幅减小，开路电压和转换效率得 W提高。同时通过数量众多的小接触点收集电流使电流在背表面的传输距离减少，大幅度 降低组件的串联内阻。
[0006] IBC背接触电池由于具有常规太阳能电池难W达到的高效率而备受业界关注，已 经成为新一代太阳能电池技术的研究热点。但现有技术中IBC太阳能电池模块P-N结位 置相邻较近且均在电池片背面，难W对IBC电池模块进行串联并制备成组件。为解决上述 问题，现有技术也出现了多种对IBC无主栅背接触太阳能电池的改进，Sunpower公司是该 发明将相邻的P或N发射极通过银浆丝网印刷细栅线相连最终将电流导流至电池边缘， 在电池片边缘印刷较大的焊点再使用连接带进行焊接串联，并且目前太阳能领域一直使 用丝网印刷技术形成电流的汇流，如最新申请的专利201310260260. 8,201310606634. 7， 201410038687. 8,201410115631. 8。
[0007] 专利W02011143341A2公开了一种无主栅背接触太阳能电池，包括衬底，多个相邻 的P渗杂层和N渗杂层位于衬底背面，P渗杂层和N渗杂层与金属接触层层叠，并且P渗杂 层和N渗杂层与金属接触层之间设置有纯化层，所述纯化层上具有大量的纳米连接孔，所 述纳米连接孔连接P渗杂层和N渗杂层与金属接触层；但该发明利用纳米孔连接金属接触 层会使电阻增大，而且制造工艺复杂，对制造设备有较高的要求，该发明不能把多片太阳能 电池与电连接层集成为一个模块，而把电池片集成为太阳能电池模块之后不仅方便组装成 组件，而且方便调整模块间的串并联，最终便于调整太阳能电池模块中电池片的串并联方 式，减小组件的连接电阻。
[000引专利US 20110041908 A1公开了一种背面具有细长交叉指状发射极区域和基极区 域的背接触式太阳能电池及其生产方法，具有半导体衬底，半导体衬底的背面表面上设有 细长基极区域和细长发射极区域，基极区域为基极半导体类型，发射极区域设有与所述基 极半导体类型相反的发射极半导体类型；细长发射极区域设有用于电接触发射极区域的细 长发射极电极，细长基极区域设有用于电接触基极区域的细长基极电极；其中细长发射极 区域具有比细长发射极电极小的结构宽度，并且其中细长基极区域具有比所述细长基极电 极小的结构宽度。该发明采用的细长导电件使太阳能电池具有良好的集电性能，但是需要 有设置大量的导电件来有效收集电流，因此导致制造成本增加，工艺步骤复杂。
[0009] 专利EP2709162A1公开了一种太阳能电池，运用于无主栅背接触太阳能电池，公 开了彼此分开并交替排列的电极接触单元，通过纵向的连接体连接电极接触单元，形成 "工"形电极结构；但是该种结构在电池片上进行了两次连接，第一次是电池片与电极接触 单元连接，然后还需要通过连接体连接电极接触单元，两次连接带来了工艺上的复杂性，W 及造成过多的电极接触点，可能造成"断连"或者"错连"，不利于无主栅高效率背接触太阳 能电池的整体性能。
[0010] 由于目前该领域的发明使用细栅线进行电流收集，在5寸电池片上尚可使用，但 在现有技术中普遍流行的6寸或更大的娃片上就会遇到串联电阻上升和填充因子下降等 问题，导致所制造的组件功率严重降低。在现有技术中的IBC电池也可W在相邻的P或N 发射极之间丝网印刷比较宽的银浆栅线来降低串联电阻，但由于用银量的增加带来成本的 急剧上升，同时宽的栅线也会产生P - N之间的绝缘效果变差，易漏电的问题。 实用新型内容
[0011] 本实用新型的目的在于针对现有技术的不足，提供一种使用无主栅背排线技术生 产的结构简单组装电池片方便、低成本、高耐隐裂、高效率、高稳定性的无主栅高效率背接 触太阳能电池背板。
[0012] 本实用新型提供的一种无主栅高效率背接触太阳能电池背板，其主要的技术方案 为：
[0013] 一种无主栅高效率背接触太阳能电池背板，所述无主栅高效率背接触太阳能电池 背板由上至下依次为电连接层和基层，所述电连接层与基层之间通过粘接剂连接；所述电 连接层包括导电线、绝缘线，所述导电线和绝缘线通过编织呈网状结构，所述相邻导电线间 编织有绝缘线，所述电连接层与所述基层的厚度比为1 ;1?60。
[0014] 所述背板的电连接层上设置有定位件，便于电池片与电连接层连接时的对准。
[0015] 所述相邻导电线之间的距离为0. 1mm?30mm ;所述与导电线垂直编织的相邻平行 排列绝缘线之间的距离为0?30mm。
[0016] 所述的导电线的材料为金、银、铜、侣、钢、铜包侣、铜包钢中的任一种；所述导 电线的横截面形状为圆形、方形、楠圆形中的任一种；所述横截面形状的外接圆直径为 0. 05mm ?1. 5mm。
[0017] 所述绝缘线的材料为树脂、塑料、娃橡胶、PVC中的任一种或几种组合；所述绝缘 线的横截面形状为圆形、方形、楠圆形中的任一种或几种组合；所述绝缘线横截面形状的外 接圆直径为0. 05mm?1. 5mm。
[001引所述的导电线表面锻有低烙点材料或涂覆有导电胶；所述低烙点材料为锡、锡铅 合金、锡铅银合金、锡饿合金或锡铅银合金中的任一种或两种组合；锻层或导电胶层厚度为 5 U m ?50 U m。
[0019] 所述导电线的数量为10根?500根；所述绝缘线的数量为20根?500根。
[0020] 所述粘接剂为己締-醋酸己締共聚物、聚締姪树脂、环氧树脂、聚氨醋树脂、丙締酸 树脂、有机娃树脂中的任一种或两种组合。
[0021] 所述电连接层设置有P汇流条电极和N汇流条电极，所述P汇流条电极和所述N 汇流条电极设置于所述电连接层两侧。
[0022] 所述汇流条电极的表面具有凹凸形状。
[0023] 本实用新型的实施包括W下技术效果：
[0024] 1、本实用新型提出一种使用无主栅编织状结构电连接层的技术来实现大尺寸背 接触太阳电池的串联并制作相应的太阳能组件的方法。此技术不需要对IBC电池相邻的P 或N发射极之间丝网印刷细银浆栅线，可W大幅度减少银浆的用量，从而降低ICB电池的制 造成本并简化制造工艺流程。
[0025] 2、效率高，消除了正面栅线电极的遮光损失，从而提高了电池效率；
[0026] 3、可实现电池的薄片化，串联使用的金属连接器件都在电池背面，不存在从正面 到背面的连接可W使用更薄的娃片，从而降低成本；
[0027] 4、实用性更强，本实用新型的背接触太阳电池普遍适用于MWT、EWT和IBC等多种 结构；
[002引 5、耐隐裂，本实用新型技术生产的组件集成的光伏系统可W完美地避免因一片电 池片发生隐裂并损失一定的电流导致整个租串的电流将发生明显的降低的问题，由于此实 用新型所提出的无主栅背排线技术实现了导电体与电池片之间的多点连接，可W提高整个 系统对生产制造、运输、安装和使用过程中产生的隐裂和微裂具有极高的容忍性；
[0029] 6、本实用新型汇流条电极凹凸形状的设置可W增大电极的接触面积，减小电阻。
[0030] 此技术不需要使用导电胶粘接工艺，从而节省导电胶的成本并避免了导电胶需要 精确点胶等一系列技术问题。此技术可W实现导电体与电池片之间的焊接，可W大幅度提 高组件的长期可靠性。此技术制备的组件中，IBC电池与导电体之间是多点连接，连接点分 布更密集，可W达到几千甚至几万个，在娃片隐裂和微裂部位电流传导的路径更加优化，因 此由于微裂造成的损失被大大减小，产品的质量提高。通常在光伏系统中，电池片发生隐裂 后电池片上部分区域会与主栅发生脱离，此区域产生的电流无法被收集。光伏系统都是采 用串联的方式形成矩阵，具有明显的水桶效应，当一片电池片发生隐裂并损失一定的电流 时整个组串的电流将发生明显的降低，从而导致整个组串的发电效率大幅度降低。使用该 技术生产的组件集成的光伏系统可W完美地避免此类问题发生，由于此实用新型所提出的 无主栅背排线技术实现了导电体与电池片之间的多点连接，使整个光伏系统对生产制造、 运输、安装和使用过程中产生的隐裂和微裂痕具有极高的容忍性。可W用一个简单的例子 来说明，传统技术生产的太阳能组件就像是普通的玻璃，一个点被撞碎了整块玻璃就粉碎 了，而用无主栅背排线技术生产的组件则像是夹胶安全玻璃，一个点碎裂了外观上看起来 不美观了，但是整个玻璃的遮风挡雨的功能还在。此技术突破了传统的电池组串工艺，使电 池排布更自由，更紧密，采用上述技术的组件有望更小更轻，对下游项目开发来说，该就意 味着安装中更小的占地面积，更低的屋顶承重要求和更低的人力成本。无主栅背排线技术 可W解决低成本、高效率的背接触太阳电池的连接问题，通过使用铜线代替银主栅降低成 本，实现背接触太阳电池真正的工业化规模生产，在提高效率的同时降低成本，为光伏系统 提供效率更高、成本更低、稳定性更高、耐隐裂更出色的光伏组件，大大提升光伏系统与传 统能源的竞争力。
[0031] 本实用新型使用的导电背板的另一个优点是具有定位标示，在导电背板的特定位 置印刷有定位点。导电背板定位点的设计原理为定位点与背板上的金属线的相对位置精确 固定，通过CCD技术可W很容易对背板上的定位点进行识别，通过识别定位点可W精准的 将涂有导电胶的无主栅高效率背接触太阳能电池片放置于导电背板的相应位置，使背接触 电池片上P电极和N电极于导电背板上对应的导电金属丝通过导电胶进行接触。

【专利附图】

【附图说明】
[0032] 图1点状无主栅高效率背接触太阳能电池片背面示意图
[0033] 图2线型无主栅高效率背接触太阳能电池片背面示意图
[0034] 图3导电线截面图（图3a，单层材料导电线界面图；图3b，具有两层材料导电线截 面图；图3c，具有S层材料导电线截面图）
[0035] 图4编织结构电连接层截面图
[0036] 图5编织结构电连接层示意图
[0037] 图6无主栅高效率背接触太阳能电池背板示意图 [003引图7太阳能电池组件的太阳能电池层局部示意图
[0039] 图8实施例1和2含有无主栅高效率背接触太阳能电池背板的太阳能电池组件局 部截面
[0040] 图9实施例3含有无主栅高效率背接触太阳能电池背板的太阳能电池组件局部截 面
[0041] 1、为铜、侣或钢等金属材料，2、为与1不同的侣或钢等金属材料；3、为锡、锡铅、锡 饿或锡铅银金属合金焊料；4、N型渗杂层；41、点状N电极；42、线型N电极区；43、线型N电 极；5、P型渗杂层；51、点状P电极；52、线型P电极区；53、线型P电极；6、N型单晶娃基体； 7、绝缘层；8、背板巧1、电连接层；82、基层；9、汇流条电极；91、N汇流条电极；92、P汇流条 电极；10、太阳能电池层。11、导电线；111、与P电极连接的P导电线；112、与N电极连接的 N导电线；12、绝缘线；13、前层材料；14封装材料。

【具体实施方式】
[0042] 实施例1
[0043] 如图6所示，一种无主栅高效率背接触太阳能电池背板8,包括电连接层和基层 82,电连接层81与基层82的厚度比为1 ;1?60,电连接层81与基层82之间通过粘接剂 连接；电连接层81包括导电线11、绝缘线12,导电线11和绝缘线12通过编织呈网状结构， 相邻导电线11间编织有绝缘线12。太阳能电池背板8宽幅651mm，长度662mm。
[0044] 如图8所示，一种包括上述无主栅高效率背接触太阳能电池背板8的太阳能电池 组件，包括由上至下连接的前层材料13、太阳能电池层10、背板8,其中，太阳能电池层10 包括若干个电池片，如图1所示，电池片的背光面排列有与P型渗杂层5连接的P电极和 与N型渗杂层4连接的N电极。P电极为点状P电极51，N电极为点状N电极41，点状P电 极51和点状N电极41相互交替排列，点状P电极51和点状N电极41的总个数为1000? 40000个。点状P电极51的直径为0. 5mm，相邻点状P电极51之间的距离为2mm。点状N 电极41的直径为0. 6mm，相邻点状N电极41之间的距离为2mm，点状P电极51连线与点状 N电极41连线之间的中屯、距离为1mm。电池片背面绝缘树脂使用EVA树脂。电池转化效率 为20. 3%。将16片每片面积为156X 156mm背接触电池片同电连接层81对应连接。
[0045] 一种包括上述无主栅高效率背接触太阳能电池背板8的太阳能电池组件的制备 方法包括W下步骤：
[0046] (1)、制备无主栅高效率背接触太阳能电池背板8 ;如图4、5所示，将75根平行排 列的导电线11间排列有74根绝缘线12,后同平行排列的150根绝缘线12交叉编织呈网 状结构，制备成电连接层81，如图6所示，在基层82 -侧涂覆聚氨醋胶黏剂，将电连接层81 与涂覆有聚氨醋胶黏剂的基层82固定，其中，导电线11为如图3中的3a图所示的TU1无 氧铜丝，横截面尺寸为0. 5X0. 25mm。
[0047] (2)、制备太阳能电池层10 ;如图7所示，使用丝网印刷在电池片上所有接触点位 置上均匀涂覆导电胶，形成点状P电极51和点状N电极41。每个接触点上导电胶涂覆量 为0.2mg。导电胶的高分子粘接剂使用热固化的环氧树脂，其中的导电粒子为粒径0.3ym 的片状银粉。将涂有导电胶的第一片背接触电池片根据背板8上的定位件进行定位，放置 于背板8的左上角，高温固化，然后将第二片背接触电池片在水平面旋转180°，在两片电 池边缘对齐时，使第二片背接触电池片上的点状P电极51正好处于与第一片背接触电池上 的点状N电极41处于同一条导电线11上。依次类推形成的串联结构，将铺设完成的串联 结构连接，即在电连接层81两侧使用5X0. 22mm横截面积的常规通用汇流条分别将与点状 P电极51连接的P导电线111通过P汇流条电极92连接，与点状N电极41连接的N导电 线112通过N汇流条电极91连接。制作出4串，每串4片，共16片背接触的太阳能电池层 10 ；
[0048] (3)、制备太阳能电池组件，如图8所示，在太阳能电池层10上依次放置上一层封 装材料14和前层材料13,所述封装材料为EVA。将层叠后的模组送入层压机进行层压，层 压参数根据EVA的流化特性进行设定，通常为145°C下层压16分钟。最后将层压完成的模 组进行安装金属边框、安装接线盒并进行功率测试和外观检查。
[0049] 上述16片背接触组件的功率参数如下：
[(K)加]

【权利要求】
1. 无主栅高效率背接触太阳能电池背板，其特征在于，所述无主栅高效率背接触太阳 能电池背板由上至下依次为电连接层和基层，所述电连接层与基层之间通过粘接剂连接； 所述电连接层包括导电线、绝缘线，所述导电线和绝缘线通过编织呈网状结构，所述相邻导 电线间编织有绝缘线，所述电连接层与所述基层的厚度比为1 :1?60。
2. 根据权利要求1所述的无主栅高效率背接触太阳能电池背板，其特征在于，所述背 板的电连接层上设置有定位件。
3. 根据权利要求1所述的无主栅高效率背接触太阳能电池背板，其特征在于，所述相 邻导电线之间的距离为〇. 1mm?30mm ;所述与导电线垂直编织的相邻平行排列绝缘线之间 的距离为0?30_。
4. 根据权利要求1所述的无主栅高效率背接触太阳能电池背板，其特征在于，所述的 导电线的材料为金、银、铜、铝、钢、铜包铝、铜包钢中的任一种；所述导电线的横截面形状为 圆形、方形、椭圆形中的任一种；所述横截面形状的外接圆直径为〇. 〇5mm?1. 5_。
5. 根据权利要求1所述的无主栅高效率背接触太阳能电池背板，其特征在于，所述绝 缘线的横截面形状为圆形、方形、椭圆形中的任一种或几种组合；所述绝缘线横截面形状的 外接圆直径为〇. 〇5mm?1. 5mm。
6. 根据权利要求1所述的无主栅高效率背接触太阳能电池背板，其特征在于，所述的 导电线表面镀有低熔点材料或涂覆有导电胶；镀层或导电胶层厚度为5 y m?50 y m。
7. 根据权利要求1所述的无主栅高效率背接触太阳能电池背板，其特征在于，所述导 电线的数量为10根?500根；所述绝缘线的数量为20根?500根。
8. 根据权利要求1所述的无主栅高效率背接触太阳能电池背板，其特征在于，所述电 连接层设置有P汇流条电极和N汇流条电极，所述P汇流条电极和所述N汇流条电极设置 于所述电连接层两侧。
9. 根据权利要求8所述的无主栅高效率背接触太阳能电池背板，其特征在于：所述汇 流条电极的表面具有凹凸形状。
【文档编号】H01L31/049GK204204885SQ201420564025
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年9月28日 优先权日:2014年9月28日
【发明者】林建伟, 夏文进, 孙玉海, 张育政 申请人:苏州中来光伏新材股份有限公司