CN101950772B - 一种具有旁路二极管的晶体硅太阳电池的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种具有旁路二极管的晶体硅太阳电池的制备方法,利用设计好的丝网印刷网版,在晶体硅太阳电池的局部区域印刷浆料,经烧结后在晶体硅片局部区域形成p-n结方向与主体太阳电池p-n结方向相反的旁路二极管,再利用激光刻槽工艺将所述的旁路二极管与主体太阳电池隔离开,制得具有旁路二极管的晶体硅太阳电池。本发明利用丝网印刷与激光隔离工艺,可以在晶体硅太阳电池的局部区域形成一个旁路二极管,经测试旁路二极管单向导电性能显著,该方法制备的太阳电池便于封装,通过互连条连接成组件后,组件中每一片太阳电池都并联有一个旁路二极管,当单个太阳电池被遮挡或者出现故障时将被二极管旁路,减少组件输出功率的损失,保证组件工作的稳定性。

Description

一种具有旁路二极管的晶体硅太阳电池的制备方法
技术领域
本发明属于太阳电池领域,具体涉及一种具有旁路二极管的晶体硅太阳电池的制备方法。
背景技术
太阳电池组件是光伏系统的重要组成部分,组件工作的稳定性和可靠性直接影响到光伏系统的工作状态。晶体硅太阳电池组件是由多片晶体硅太阳电池通过互连条串联和并联组成的,如果组件中的单个晶体硅太阳电池由于被遮挡或者出现故障而导致输出电流降低时,与它串联的其他正常工作的太阳电池的工作电流也会跟着下降,极大地影响了组件的输出功率。更严重的是,由于串联的其他太阳电池的正常工作,出现问题的单个太阳电池会受到较高的反向电压而开始发热,长时间积累下来的高热量很容易造成太阳电池的永久性损坏,导致组件输出功率极大地下降。
为了解决上述问题,目前晶体硅太阳电池组件普遍采用的方法是在接线盒中接入一个或多个旁路二极管,每个旁路二极管与多片串联在一起的晶体硅太阳电池并联起来,当一串太阳电池中的单个电池被遮挡或者出现故障时,与该串太阳电池并联的旁路二极管会将流经此串太阳电池的电流旁路,防止对应太阳电池的损坏。此方法的不足之处在于,出现问题的单片晶体硅太阳电池会造成整一串太阳电池被旁路,组件输出功率损失较大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有旁路二极管的晶体硅太阳电池的制备方法,该方法工艺简单,制成的具有旁路二极管的晶体硅太阳电池封装方便,其集成的旁路二极管可以有效地保护太阳电池,提高组件工作的稳定性。
本发明的目的是通过采用以下技术方案予以实现:利用设计好的丝网印刷网版,在晶体硅太阳电池的局部区域印刷浆料,经烧结后在晶体硅片局部区域形成p-n结方向与主体太阳电池p-n结方向相反的旁路二极管,再利用激光刻槽工艺将所述的旁路二极管与主体太阳电池隔离开,制得具有旁路二极管的晶体硅太阳电池。
作为本发明的一种改进,本发明提供的一种具有旁路二极管的晶体硅太阳电池的制备方法,含下述步骤:
(1)按照常规晶体硅太阳电池制造工艺,制备出扩散后且单面镀有减反射膜的晶体硅片;
(2)在晶体硅片未镀有减反射膜的一面印刷太阳电池背面电极、太阳电池背面电场并预留局部区域,在上述预留局部区域内根据设计好的旁路二极管印刷网版图案丝网印刷旁路二极管背面电极;在晶体硅片镀有减反射膜的一面印刷太阳电池正面电极并预留局部区域,在上述预留局部区域内根据设计好的旁路二极管印刷网版图案丝网印刷旁路二极管正面电极、旁路二极管正面电场,各印刷工序不分先后次序,每次印刷后各自烘干即可;
(3)将步骤(2)的晶体硅片烧结后在晶体硅片局部区域形成p-n结方向与主体太阳电池p-n结方向相反的旁路二极管,再利用激光刻槽工艺将旁路二极管与主体太阳电池隔离后即制得具有旁路二极管的晶体硅太阳电池。
在上述步骤中:
本发明步骤(1)中所述的晶体硅片可以为单晶硅片、多晶硅片、p型硅片或n型硅片。
本发明步骤(2)中所述的旁路二极管印刷网版图案可以为多边形。所述的多边形优选为矩形或三角形。
本发明步骤(2)中所述的预留局部区域可以优选为位于晶体硅太阳电池边缘区域或晶体硅太阳电池中心区域。
本发明还可以作如下改进:本发明步骤(2)中所述的旁路二极管电极与主体太阳电池电极之间还设有用于激光刻槽的空白预留区域。
本发明步骤(2)中丝网印刷采用的浆料可以为银铝浆、银浆或铝浆,且在硅片的同一面上印刷旁路二极管的浆料与主体太阳电池的浆料极性相反,经烧结后形成的旁路二极管p-n结方向与主体太阳电池p-n结方向相反。
本发明步骤(3)中采用的激光刻槽的参数优选为:功率1-1000W、波长1100-200nm的脉冲或连续激光光束。
本发明还可作如下改进:步骤(3)中可以通过互连条将各个晶体硅太阳电池连接成组件,并用互连条将旁路二极管与相邻的另一硅片上的主体太阳电池并联从而保护相邻的另一片晶体硅太阳电池。
其中,集成旁路二极管的尺寸和图案设计,为矩形、圆形、三角形或者其他图案中的一种,还可以设计成特殊颜色和作为logo等,尺寸和图案要配合晶体硅太阳电池的工作电流和硅材料的电学特性。
集成旁路二极管的位置设计,可以位于太阳电池边缘中间、太阳电池四周边缘区域、太阳电池中心区域或者其他区域。
集成旁路二极管电极与主体太阳电池电极具有空白的预留区域,预留区域尺寸及图案可配合实际需要和丝网印刷对位精度及激光刻槽精度。
在硅片的同一面上,印刷主体太阳电池的浆料与旁路二极管的浆料在类型上是相反的,例如在p型硅片上表面太阳电池处印刷银浆,而在二极管处印刷银铝浆和铝浆,在p型硅片下表面太阳电池处印刷铝浆和银铝浆,而在二极管处印刷银浆。从而在硅片的同一面上,印刷旁路二极管的浆料与主体太阳电池的浆料在类型上是相反的,经烧结后旁路二极管带有正负电极,且二极管p-n结方向与主体太阳电池p-n结方向相反。
激光刻槽的方式具体为:采用功率1~1000W、波长1100~200nm的脉冲或连续激光束,在经过聚焦后达到微米量级直径的光斑照射到硅片表面进行扫描,在旁路二极管四周预留区域刻槽使其与主体电池隔离。
本发明的有益效果是:本发明利用丝网印刷与激光隔离工艺,可以在晶体硅太阳电池的局部区域形成一个旁路二极管,经测试旁路二极管单向导电性能显著,此方案设计的太阳电池便于封装,且组件中每一片太阳电池都并联有一个旁路二极管,当单个太阳电池被遮挡或者出现故障时将被二极管旁路,减少组件输出功率的损失,保证组件工作的稳定性。
附图说明
图1a是实施例1中旁路二极管丝网印刷网版设计图的正面;
图1b是实施例1中旁路二极管丝网印刷网版设计图的背面;
图2是实施例1中具有旁路二极管的晶体硅太阳电池制备流程图;
图3a是本发明具有旁路二极管的晶体硅太阳电池组件正面电路连接图;
图3b是本发明具有旁路二极管的晶体硅太阳电池组件背面电路连接图;
图4是本发明组件出现局部遮挡时的I-V特性曲线测试。
附图标记说明:1、旁路二极管正面电极;2、旁路二极管正面电场;3、旁路二极管背面电极;4、旁路二极管电极与主体太阳电池电极之间预留空白区域;5、主体太阳电池;6、旁路二极管。
具体实施方式
下面结合附图和实施例,对本发明作进一步详细的说明:
实施例1
本发明提出的具有旁路二极管的晶体硅太阳电池及其制备方法,下面以p型单晶硅太阳电池为例,结合附图说明其制备步骤如下:
(1)按照常规p型单晶硅太阳电池制造工艺,制备出扩散后且单面镀有减反膜的p型单晶硅片;
(2)设计合适的丝网印刷二极管网版图案,如图1所示,本实施例采用直角方形,尺寸为16×16mm2,二极管位于单晶硅太阳电池边缘中间处,为了便于激光刻槽隔离,二极管四周边缘预留区域为:上下左右各2mm;
(3)本实施例采用的浆料为银浆、银铝浆和铝浆,并设置好烘干炉参数;
(4)丝网印刷流程图见图2,首先将(1)所述硅片镀有减反膜的那一面朝下固定好,丝网印刷银铝浆作为p型单晶硅太阳电池的背面电极,用烘干炉烘干一次;
(5)将硅片镀有减反膜的那一面朝下固定好,丝网印刷铝浆作为p型单晶硅太阳电池的背面电场,用烘干炉烘干一次;
(6)将硅片镀有减反膜的那一面朝上固定好,丝网印刷银铝浆作为旁路二极管的正面电极,用烘干炉烘干一次;
(7)将硅片镀有减反膜的那一面朝上固定好,丝网印刷铝浆作为旁路二极管的正面电场,用烘干炉烘干一次;
(8)将硅片镀有减反膜的那一面朝下固定好,丝网印刷银浆作为旁路二极管的背面电极,用烘干炉烘干一次;
(9)将硅片镀有减反膜的那一面朝上固定好,丝网印刷银浆作为太阳电池的正面电极,用烘干炉烘干一次;
(10)将(9)所述硅片,镀有减反膜的那一面朝上放入烧结炉中,烧结后得到具有旁路二极管的p型单晶硅太阳电池;
(11)将太阳电池固定在激光工作台上,采用一台波长1064nm的激光器,设置激光脉冲频率为7~15KHz,扫描速度为10~20mm/s,激光功率为7~8W,用经聚焦后达到微米量级直径的光斑照射到太阳电池表面进行扫描,在旁路二极管四周预留区域利用激光束扫描18×18mm2的方形进行刻槽使其与主体电池隔离;
(12)对单片太阳电池及旁路二极管进行I-V特性测试,选择性能匹配的太阳电池连成组件,并用互连条将旁路二极管与相邻的另一硅片上的主体太阳电池并联从而保护相邻的另一片单晶硅太阳电池。
实施例2
本发明提出的具有旁路二极管的晶体硅太阳电池及其制备方法,下面以n型单晶硅铝背发射极太阳电池为例,说明其制备步骤如下:
(1)按照n型单晶硅太阳电池制造工艺,制备出扩散后且单面镀有减反膜的n型单晶硅片;
(2)设计合适的丝网印刷二极管网版图案,本实施例采用圆角矩形,矩形尺寸为18×16mm2,圆角为直径6mm的1/4圆弧,二极管位于单晶硅太阳电池边缘中间处,为了便于激光刻槽隔离,二极管四周边缘预留区域为:上下左右各2mm;
(3)本实施例采用的浆料为银浆、银铝浆和铝浆,并设置好烘干炉参数;
(4)首先将(1)所述硅片镀有减反膜的那一面朝下固定好,丝网印刷银铝浆作为n型单晶硅太阳电池的背面电极,用烘干炉烘干一次;
(5)将硅片镀有减反膜的那一面朝下固定好,丝网印刷铝浆作为n型单晶硅太阳电池的铝背发射极和背面电场,用烘干炉烘干一次;
(6)将硅片镀有减反膜的那一面朝下固定好,丝网印刷银浆作为旁路二极管的背面电极,用烘干炉烘干一次;
(7)将硅片镀有减反膜的那一面朝上固定好,丝网印刷银铝浆作为旁路二极管的正面电极,用烘干炉烘干一次;
(8)将硅片镀有减反膜的那一面朝上固定好,丝网印刷铝浆作为旁路二极管的正面电场,用烘干炉烘干一次;
(9)将硅片镀有减反膜的那一面朝上固定好,丝网印刷银浆作为太阳电池的正面电极;用烘干炉烘干一次;
(10)将(9)所述硅片,镀有减反膜的那一面朝上放入烧结炉中,烧结后得到具有旁路二极管的n型单晶硅铝背发射极太阳电池;
(11)将太阳电池固定在激光工作台上,采用一台波长532nm的激光器,将太阳电池固定在激光工作台上,设置激光脉冲频率为5~10KHz,扫描速度为20~30mm/s,激光功率为3~4W,用经聚焦后达到微米量级直径的光斑照射到太阳电池表面进行扫描,在旁路二极管四周预留区域利用激光束扫描20×18mm2的矩形进行刻槽使其与主体电池隔离;
(12)对单片太阳电池及旁路二极管进行I-V特性测试,选择性能匹配的太阳电池连成组件,并用互连条将旁路二极管与相邻的另一硅片上的主体太阳电池并联从而保护相邻的另一片n型单晶硅太阳电池。
实施例3
本发明提出的具有旁路二极管的晶体硅太阳电池及其制备方法,下面以p型多晶硅太阳电池为例,说明其制备步骤如下:
(1)按照常规p型多晶硅太阳电池制造工艺,制备出扩散后且单面镀有减反膜的p型多晶硅片;
(2)设计合适的丝网印刷二极管网版图案,本实施例采用等腰直角三角形,两直角边尺寸为23mm,二极管位于多晶硅太阳电池边缘的一个角落,且二极管的直角与多晶硅片的直角重合,为了便于激光刻槽隔离,二极管边缘预留区域为:两直角边各1.5mm,斜边2mm;
(3)本实施例采用的浆料为银浆、银铝浆和铝浆,并设置好烘干炉参数;
(4)首先将(1)所述硅片镀有减反膜的那一面朝上固定好,丝网印刷银浆作为p型多晶硅太阳电池的正面电极,用烘干炉烘干一次;
(5)将硅片镀有减反膜的那一面朝下固定好,丝网印刷银浆作为旁路二极管的背面电极,用烘干炉烘干一次;
(6)将硅片镀有减反膜的那一面朝上固定好,丝网印刷银铝浆作为旁路二极管的正面电极,用烘干炉烘干一次;
(7)将硅片镀有减反膜的那一面朝上固定好,丝网印刷铝浆作为旁路二极管的正面电场,用烘干炉烘干一次;
(8)将硅片镀有减反膜的那一面朝下固定好,丝网印刷银铝浆作为p型多晶硅太阳电池的背面电极,用烘干炉烘干一次;
(9)将硅片镀有减反膜的那一面朝下固定好,丝网印刷铝浆作为p型多晶硅太阳电池的背面电场,
(10)将(9)所述硅片,镀有减反膜的那一面朝上放入烧结炉中,烧结后得到具有旁路二极管的p型多晶硅太阳电池;
(11)将太阳电池固定在激光工作台上,采用一台波长1064nm的激光器,将太阳电池固定在激光工作台上,设置激光脉冲频率为7~15KHz,扫描速度为5~10mm/s,激光功率为5~6W,用经聚焦后达到微米量级直径的光斑照射到太阳电池表面进行扫描,在旁路二极管四周预留区域利用激光束扫描直角边为25mm的等腰直角三角形,进行刻槽使其与主体电池隔离;
(12)对单片太阳电池及旁路二极管进行I-V特性测试,选择性能匹配的太阳电池连成组件,并用互连条将旁路二极管与相邻的另一硅片上的主体太阳电池并联从而保护相邻的另一片多晶硅太阳电池。
实施例4
本实施例提供的具有旁路二极管的晶体硅太阳电池的制备方法,含下述步骤:
(1)按照常规晶体硅太阳电池制造工艺,制备出扩散后且单面镀有减反射膜的晶体硅片;
(2)在晶体硅片未镀有减反射膜的一面印刷太阳电池背面电极、太阳电池背面电场并预留局部区域,在上述预留局部区域内根据设计好的旁路二极管印刷网版图案丝网印刷旁路二极管背面电极;在晶体硅片镀有减反射膜的一面印刷太阳电池正面电极并预留局部区域,在上述预留局部区域内根据设计好的旁路二极管印刷网版图案丝网印刷旁路二极管正面电极、旁路二极管正面电场,各印刷工序不分先后次序,每次印刷后各自烘干即可;
(3)将步骤(2)的晶体硅片烧结后在晶体硅片局部区域形成p-n结方向与主体太阳电池p-n结方向相反的旁路二极管,再利用激光刻槽工艺将旁路二极管与主体太阳电池隔离后即制得具有旁路二极管的晶体硅太阳电池。
在上述步骤中:
步骤(1)中采用的晶体硅片可以选自单晶硅片、多晶硅片、p型硅片或n型硅片。
步骤(2)中的旁路二极管印刷网版图案为多边形,优选为矩形、圆形或三角形,还可以设计成特殊颜色和作为logo等,尺寸和图案要配合晶体硅太阳电池的工作电流和硅材料的电学特性。
步骤(2)中的局部区域可优选位于太阳电池边缘中间、太阳电池四周边缘区域、太阳电池中心区域或者其他区域。
步骤(2)中旁路二极管电极与主体太阳电池电极之间还设有用于激光刻槽的空白预留区域。
激光刻槽的方式具体为:采用功率1~1000W、波长1100~200nm的脉冲或连续激光束,在经过聚焦后达到微米量级直径的光斑照射到硅片表面进行扫描,在旁路二极管四周预留区域刻槽使其与主体电池隔离。
步骤(2)中丝网印刷采用的浆料为银铝浆、银浆或铝浆,在硅片的同一面上,印刷主体太阳电池的浆料与旁路二极管的浆料在类型上是相反的,例如在p型硅片上表面太阳电池处印刷银浆,而在二极管处印刷银铝浆和铝浆,在p型硅片下表面太阳电池处印刷铝浆和银铝浆,而在二极管处印刷银浆。从而在硅片的同一面上,印刷旁路二极管的浆料与主体太阳电池的浆料在类型上是相反的,经烧结后旁路二极管带有正负电极,且二极管p-n结方向与主体太阳电池p-n结方向相反。
步骤(3)中通过互连条将各个晶体硅太阳电池连接成组件,并用互连条将旁路二极管与相邻的另一硅片上的主体太阳电池并联从而保护相邻的另一片晶体硅太阳电池。
通过上述丝网印刷与激光隔离工艺,可以在晶体硅太阳电池的局部区域形成一个旁路二极管,经测试旁路二极管单向导电性能显著,此方案设计的太阳电池便于封装,且组件中每一片太阳电池都并联有一个旁路二极管,当单个太阳电池被遮挡或者出现故障时将被二极管旁路,减少组件输出功率的损失,保证组件工作的稳定性。
以上列举的具体实施例是对本发明进行的说明。需要指出的是,以上实施例只用于对本发明作进一步说明,不代表本发明的保护范围,其他人根据本发明的提示做出的非本质的修改和调整,仍属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种具有旁路二极管的晶体硅太阳电池的制备方法,其特征在于含下述步骤:
(1)按照常规晶体硅太阳电池制造工艺,制备出扩散后且单面镀有减反射膜的晶体硅片;
(2)在晶体硅片未镀有减反射膜的一面印刷太阳电池背面电极、太阳电池背面电场并预留局部区域,在上述预留局部区域内根据设计好的旁路二极管印刷网版图案丝网印刷旁路二极管背面电极;在晶体硅片镀有减反射膜的一面印刷太阳电池正面电极并预留局部区域,在上述预留局部区域内根据设计好的旁路二极管印刷网版图案丝网印刷旁路二极管正面电极、旁路二极管正面电场,各印刷工序不分先后次序,每次印刷后各自烘干即可;
(3)将步骤(2)的晶体硅片烧结后在晶体硅片局部区域形成p-n结方向与主体太阳电池p-n结方向相反的旁路二极管,再利用激光刻槽工艺将旁路二极管与主体太阳电池隔离后即制得具有旁路二极管的晶体硅太阳电池;
步骤(2)中丝网印刷采用的浆料为银铝浆、银浆或铝浆,且在硅片的同一面上印刷旁路二极管的浆料与主体太阳电池的浆料极性相反,经烧结后形成的旁路二极管p-n结方向与主体太阳电池p-n结方向相反;
步骤(2)中所述的局部区域位于晶体硅太阳电池边缘区域或晶体硅太阳电池中心区域。
2.根据权利要求1所述的具有旁路二极管的晶体硅太阳电池的制备方法,其特征在于:步骤(1)中所述的晶体硅片为单晶硅片、多晶硅片、p型硅片或n型硅片。
3.根据权利要求1所述的具有旁路二极管的晶体硅太阳电池的制备方法,其特征在于:步骤(2)中所述的旁路二极管印刷网版图案为多边形。
4.根据权利要求3所述的具有旁路二极管的晶体硅太阳电池的制备方法,其特征在于:所述的多边形为矩形或三角形。
5.根据权利要求1所述的具有旁路二极管的晶体硅太阳电池的制备方法,其特征在于:步骤(2)中旁路二极管电极与主体太阳电池电极之间还设有用于激光刻槽的空白预留区域。
6.根据权利要求1所述的具有旁路二极管的晶体硅太阳电池的制备方法,其特征在于:步骤(3)中采用的激光刻槽的参数为:功率1-1000W、波长1100-200nm的脉冲或连续激光光束。
7.根据权利要求1所述的具有旁路二极管的晶体硅太阳电池的制备方法,其特征在于:步骤(3)中通过互连条将各个具有旁路二极管的晶体硅太阳电池连接成组件,并用互连条将旁路二极管与相邻的另一硅片上的主体太阳电池并联从而保护相邻的另一片晶体硅太阳电池。
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