具有电极贯穿孔的硅异质结电池及其制备方法与流程

1.本发明涉及太阳电池技术领域，尤其涉及一种具有电极贯穿孔的硅异质结电池及其制备方法。


背景技术：

2.按照栅线电极的不同，目前硅异质结太阳电池有银栅线硅异质结电池和铜栅线硅异质结电池两种技术路线。相对于银栅线，铜栅线具有无贵金属浆料消耗、电导率高、栅线形貌优、采用低温工艺制备并可进一步降低栅线线宽、增加受光面积等优势，被认为是银栅线电极的有力竞争者。
3.相关技术中，相邻的电池之间需要使用焊带将电池正面的栅线与相邻的电池背面的栅线相连，但是串焊机的焊灯会瞬间加热和放热，升温和降温速度较快，温度变化范围大且控制精度不高。当电池表面大面积串焊时，若瞬时温度上升到较高将会损伤异质结薄膜或对铜电极产生非常不利的影响，若温度下降到较低则会出现严重的虚焊，温度过高或过低均会影响电池的质量。


技术实现要素：

4.本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
5.为此，本发明的实施例提出一种具有电极贯穿孔的硅异质结电池，所述硅异质结电池制作的光伏组件性能更高。
6.本发明还提出一种上述硅异质结电池的制备方法。
7.本发明第一方面实施例的具有电极贯穿孔的硅异质结电池包括：硅异质结主体、栅线、导电图形；所述硅异质结主体上沿其厚度方向设有电极贯穿孔，所述电极贯穿孔内填充有导电材料；设置于所述硅异质结主体上表面和下表面的栅线，所述电极贯穿孔的上端与所述硅异质结主体上表面的栅线相连；设置于所述硅异质结主体下表面的导电图形，所述电极贯穿孔的下端与所述导电图形相连，所述导电图形适于与相邻的硅异质结电池的栅线相连。
8.本发明实施例的硅异质结电池，电池通过设置电极贯穿孔将上表面栅线收集的电流汇集并引导到电池下表面的导电图形，相邻的电池之间使用焊带将第一电池下表面的导电图形与相邻第二电池下表面的栅线相连，不仅大幅降低焊接所涉及的范围，消除了电池上表面大面积串焊对异质结薄膜及铜电极的不利影响，提高组件良率和可靠性，还降低了对焊带宽度和光学特性的要求，可最大限度地提高焊接性和导电性；相邻电池之间焊接时焊带无需弯折，避免了常规正面主栅与背面主栅互联时由于焊带弯折使电池边缘变形而可能产生的内部应力，有利于保证组件长期可靠性。此外，这种电池结构和互联方式下，组件内电池可以更加紧密地排布，有利于提高单位面积的组件功率。
9.在一些实施例中，所述栅线包括多根主栅线和多根细栅线，多根所述主栅线相互平行，多根所述细栅线相互平行，所述主栅线和所述细栅线相互垂直。
10.在一些实施例中，所述电极贯穿孔均与所述硅异质结主体上表面的所述主栅线相连，所述电极贯穿孔为多个，多个所述电极贯穿孔与其对应的所述主栅线的相对位置均相同。
11.在一些实施例中，所述主栅线的长度方向上，所述电极贯穿孔到所述硅异质结主体边沿的距离为0.1-10mm。
12.在一些实施例中，所述电极贯穿孔的直径为10-2000μm。
13.在一些实施例中，所述电极贯穿孔的直径为50-500μm。
14.在一些实施例中，所述硅异质结主体包括硅片，分别设置于所述硅片上表面的第一本征非晶硅薄膜和下表面的第二本征非晶硅薄膜，分别设置于所述第一本征非晶硅薄膜上表面的第一掺杂非晶硅薄膜和所述第二本征非晶硅薄膜下表面的第二掺杂非晶硅薄膜，分别设置于所述第一掺杂非晶硅薄膜上表面的第一tco薄膜和所述第二掺杂非晶硅薄膜下表面的第二tco薄膜，所述栅线分别设在所述第一tco薄膜的上表面和所述第二tco薄膜的下表面。
15.在一些实施例中，所述第二tco薄膜的下表面还设有隔离区，所述导电图形位于所述隔离区内。
16.在一些实施例中，所述导电图形与所述电极贯穿孔的横截面形状相同，或者所述导电图形沿所述主栅线的长度方向延伸至所述硅异质结主体的边沿；或者，所述导电图形沿所述主栅线的长度方向延伸至邻近所述硅异质结主体的边沿的位置。
17.在一些实施例中，所述栅线为铜栅线。
18.本发明第二方面实施例的具有电极贯穿孔的硅异质结电池的制备方法包括：提供一硅片，使用激光在所述硅片上打孔，在所述硅片上的预设位置处形成穿透正背面的电极贯穿孔；将所述硅片清洗制绒，去除所述硅片表面的原始损伤、杂质和所述电极贯穿孔附近的激光损伤；采用等离子体增强化学气相沉积法为所述硅片镀膜，在所述硅片的上表面依次形成第一本征非晶硅薄膜和第一掺杂非晶硅薄膜，在所述硅片的下表面形成第二本征非晶硅薄膜，使用掩膜版将隔离区遮挡起来，在所述硅片下表面除所述隔离区以外区域的第二本征非晶硅薄膜上形成第二掺杂非晶硅薄膜；将所述硅片置于载具上，采用物理气相沉积法为所述硅片镀膜，在所述第一掺杂非晶硅薄膜的上表面依次形成第一tco薄膜和铜种子层，在所述第二掺杂非晶硅薄膜的下表面隔离区以外的区域依次形成第二tco薄膜和铜种子层，在导电图形的区域和所述电极贯穿孔的内壁依次形成所述第二tco薄膜和所述铜种子层，所述硅片形成硅异质结主体；使用光刻图形化工艺在所述硅异质结主体的上表面和下表面形成掩膜，所述掩膜应避开栅线和所述导电图形对应的区域；使用电镀工艺在所述栅线、所述电极贯穿孔和所述导电图形的对应区域形成金属铜层；去除所述掩膜和所述掩膜下方的铜种子层；在所述栅线对应区域形成的金属铜层表面包覆金属锡包覆层；将所述硅异质结主体进行低温热处理。
附图说明
19.图1是本发明实施例的具有电极贯穿孔的硅异质结电池的正面主视图。
20.图2是图1中a区域的放大示意图。
21.图3是本发明第一实施例的具有电极贯穿孔的硅异质结电池背面的导电图形的示
意图。
22.图4是本发明第二实施例的具有电极贯穿孔的硅异质结电池背面的导电图形的示意图。
23.图5是本发明实施例相邻的具有电极贯穿孔的硅异质结电池串联焊接时的示意图。
24.图6是本发明实施例的具有电极贯穿孔的硅异质结电池的结构示意图。
25.图7是本发明实施例的具有电极贯穿孔的硅异质结电池的安装在物理气相沉积载具上的示意图。
26.图8是本发明实施例的具有电极贯穿孔的硅异质结电池的用于物理气相沉积的载具的示意图。
27.附图标记：硅异质结主体1、硅片11、第一本征非晶硅薄膜12、第一掺杂非晶硅薄膜121、第一tco薄膜122、第二本征非晶硅薄膜13、第二掺杂非晶硅薄膜131、第二tco薄膜132、隔离区141、电极贯穿孔2、栅线4、主栅线41、细栅线42、导电图形5、载具6。
具体实施方式
28.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
29.下面结合附图描述本发明实施例的具有电极贯穿孔的硅异质结电池。
30.如图1和图3所示，本发明第一方面实施例的硅异质结电池包括：硅异质结主体1、栅线4、导电图形5；硅异质结主体1上沿其厚度方向设有电极贯穿孔2，电极贯穿孔2内填充有导电材料；设置于硅异质结主体1上表面和下表面的栅线4，电极贯穿孔2的上端与硅异质结主体1上表面的栅线4相连；设置于硅异质结主体1下表面的导电图形5，电极贯穿孔2的下端与导电图形5相连，导电图形5适于与相邻的硅异质结电池下表面的栅线4相连，相连的介质可采用焊带、导电胶带或其它具有导电性质的材料。
31.具体地，如图1所示，电极贯穿孔2位于硅异质结主体1的后端，电极贯穿孔2沿上下方向贯穿硅异质结主体1，电池上表面栅线4收集的电流汇集到电极贯穿孔2的上端，汇集的电流通过导电材料到达电池下表面的导电图形5，导电图形5与相邻的硅异质结电池的下表面的栅线4经焊带相连，使得相邻电池之间的串联仅发生在电池的下表面；在串焊机对相邻电池之间进行串焊时，串焊机焊灯的升温和降温速度较快，温度变化范围大且控制精度不高，瞬时温度较高会对异质结薄膜或铜电极产生不利影响，瞬时温度较低会出现严重的虚焊，而由硅异质结电池所组成的光伏组件，组件互联仅发生在电池下表面的导电图形5和相邻电池下表面的栅线4之间，因此，消除了电池上表面的大面积串焊，从而防止瞬时温度过高或过低对电池质量造成影响，还降低了对焊带宽度和光学特性的要求。
32.在相关技术中，相邻的太阳电池之间使用焊带将电池正面的栅线4与相邻的电池背面的栅线4相连，上述连接方式中的焊带会出现弯折，焊带出现弯折会造成电池边缘变形而产生内部应力，这样连接方式的电池所组成的光伏组件在长期使用过程中可靠性较差；本发明实施例的具有电极贯穿孔的硅异质结电池对比相关技术的太阳电池，焊带无需弯折，避免硅异质结主体1的边缘变形从而可能产生的内部应力，有利于保证组件长期可靠性。
33.本发明实施例的硅异质结电池，电池通过设置电极贯穿孔2将上表面栅线4收集的电流汇集并引导到电池下表面的栅线4，相邻的电池之间使用焊带将电池下表面的导电图形5与相邻的电池下表面的栅线4相连，不仅大幅降低焊接所涉及的范围，消除了电池上表面大面积串焊对异质结薄膜及铜电极的不利影响，提高组件良率和可靠性，还降低了对焊带宽度和光学特性的要求，可最大限度地提高焊接性和导电性；相邻电池之间焊接时焊带无需弯折，有利于保证组件长期可靠性。
34.如图2所示，在一些实施例中，栅线4包括多根主栅线41和多根细栅线42，多根主栅线41相互平行，多根细栅线42相互平行，主栅线41和细栅线42相互垂直，多根主栅线41使得硅异质结电池的电流收集能力增强。
35.如图1和图2所示，在一些实施例中，电极贯穿孔2均与硅异质结主体1上表面的主栅线41相连，电极贯穿孔2为多个，多个电极贯穿孔2与多个主栅线41一一对应。
36.具体地，如图1和图5所示，电极贯穿孔2设置在硅异质结主体1上表面的主栅线41的后端，导电图形5为多个，多个导电图形5与多个电极贯穿孔2一一对应，图5中位于下方的电池的导电图形5与图5中位于上方的电池的主栅线41之间经焊带相联接，所用焊带与图5中位于上方的电池的主栅线41的联接长度可从1mm到整个主栅线41长度。
37.在一些实施例中，在主栅线41的长度方向上，电极贯穿孔2的孔中心到硅异质结主体1边沿的直线距离为0.1-10mm，例如0.1mm、5mm或者10mm。
38.在一些实施例中，电极贯穿孔2的直径为10-2000μm，例如，10μm、1000μm或者2000μm，可选地，电极贯穿孔2的直径在50-500μm较为合适，例如50μm、300μm或者500μm。
39.这种电池结构和互联方式下，组件内电池可以更加紧密地排布，有利于提高单位面积的组件功率。
40.如图6所示，在一些实施例中，硅异质结主体1包括硅片11，电极贯穿孔2贯穿整个硅片11的厚度，设置于硅片11上表面的第一本征非晶硅薄膜12，设置于第一本征非晶硅薄膜12上表面的第一掺杂非晶硅薄膜121，设置于第一掺杂非晶硅薄膜121上表面的第一tco薄膜122；设置于硅片11下表面的第二本征非晶硅薄膜13，设置于第二本征非晶硅薄膜13下表面的第二掺杂非晶硅薄膜131，设置于第二掺杂非晶硅薄膜131下表面的第二tco薄膜132，其中位于硅片11上方的栅线4设在第一tco薄膜122的上表面，位于硅片11下方的栅线4设在第二tco薄膜132的下表面。
41.如图5所示，在一些实施例中，第二tco薄膜132的下表面还设有隔离区141，隔离区141为贯穿孔周围的锯齿状与硅片边缘围成的区域，隔离区141锯齿的宽度在0.1-5mm，导电图形5位于隔离区141内，多个导电图形5与隔离区141的多个锯齿一一对应，隔离区141内无栅线4，隔离区141将焊带与导电图形5的焊接范围与栅线4分隔开，避免串焊机在串焊过程中对其他区域造成不利的影响。
42.具体地，电极贯穿孔2内部及孔周围上下表面均以本征非晶硅薄膜进行钝化，电极贯穿孔2内部及隔离区141表面均无发射极非晶硅薄膜沉积，保证电池上表面收集的电子在通过电极贯穿孔2时为低复合传输，并且避免漏电的风险。
43.如图3所示，在一些实施例中，导电图形5与电极贯穿孔2的横截面形状相同。
44.如图4所示，在另一些实施例中，导电图形5沿主栅线41的长度方向延伸至硅异质结主体1的边沿。
45.具体地，上述两种导电图形5的形状示例，第二示例相对于第一示例的焊接点的范围更大。
46.此外，导电图形5还可以沿主栅线41的长度方向延伸至邻近硅异质结主体1的边沿的位置，导电图形5的形状可根据实际情况进行选择。
47.在一些实施例中，栅线4为铜栅线4，相对于银栅线4，铜栅线4具有无贵金属浆料消耗、电导率高、栅线4形貌优、采用低温工艺制备并可进一步降低栅线4的线宽、增加受光面积等优势，被认为是银栅线4电极的有力竞争者。
48.本发明第二方面实施例的具有电极贯穿孔的硅异质结电池的制备方法包括：
49.提供一硅片11，使用激光在硅片11上打孔，在硅片11上的预设位置处形成穿透正背面的电极贯穿孔2；将硅片11清洗制绒，去除硅片11表面的原始损伤、杂质和电极贯穿孔2附近的激光损伤，防止原始损伤、杂质和激光损伤对形成组件造成质量影响；
50.采用等离子体增强化学气相沉积法为硅片11镀膜，在硅片11的上表面依次形成第一本征非晶硅薄膜12和第一掺杂非晶硅薄膜121，使用掩膜版将隔离区141(包括导电图形5)遮挡起来，在硅片11的下表面依次形成第二本征非晶硅薄膜13和第二掺杂非晶硅薄膜131，使该区域无发射极；
51.如图7所示，将硅片11置于载具6上，采用物理气相沉积法为硅片11镀膜，在第一掺杂非本晶硅薄膜的上表面依次形成第一tco薄膜122和铜种子层，在第二掺杂非本晶硅薄膜的下表面隔离区141以外的区域依次形成第二tco薄膜132和铜种子层，在导电图形5的表面区域和电极贯穿孔2的内壁依次形成第二tco薄膜132和铜种子层，硅片11形成硅异质结主体1；
52.使用光刻图形化工艺在硅异质结主体1的上表面和下表面形成掩膜，掩膜应避开栅线4和导电图形5对应的区域；使用电镀工艺在栅线4、电极贯穿孔2和导电图形5的对应区域形成金属铜层；去除掩膜和掩膜下方的铜种子层；在栅线4对应区域形成的金属铜层表面包覆金属锡包覆层；将硅异质结主体1进行低温热处理，具有去除应力、合金化、提高接触性的功能，并且低温工艺制备可进一步降低栅线4的线宽。
53.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
54.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
55.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
56.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
57.在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
58.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。