CN102347377A - 太阳能电池背电场、其制作方法和电池片及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种太阳能电池背电场及其制备方法，背电场包括若干浆料涂敷区和浆料未涂敷区，浆料未涂敷区中含有导电线，导电线将各浆料涂敷区导通。同时提供了含有此种背电场的太阳能电池片及其制备方法。本发明的太阳能电池背电场制备的太阳能电池的弯曲度能得到明显降低，提高了电池的性能，更适合硅片的大片和薄片化。同时不影响背电场的吸杂，而且浆料用量降低，降低了成本。本发明的太阳能电池背电场制备的太阳能电池的开路电压和短路电流还得到了明显提高，提高了太阳能电池的光电转化效率。同时本发明采用导电线将各浆料涂敷区导通，可以降低太阳能电池背电场的电阻。同时本发明工艺简单易实现，能降低成本，提高收益。

Description

太阳能电池背电场、其制作方法和电池片及其制作方法
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池背电场、其制作方法及电池片和电池片的制作方法。
背景技术
伴随着传统能源的日渐枯竭、环境污染问题的日益加剧，新能源的开发和应用已经成为人类研究的热点。取之不尽用之不竭、绿色无污染的太阳能是新能源开发利用的重点之一。
太阳能电池片是太阳能能源太阳能电池的核心部件，太阳能电池片一般是硅片经过去油工艺→去除损伤层→制绒→扩散工艺→周边刻蚀→去除氧化层→制氮化硅膜→丝网印刷背、正电极→烧结→测试分选等制得。
丝网印刷背、正电极是指在硅片上通过丝网印刷背电场铝浆、背电极银浆及正电极银浆，然后烧结得太阳能电池的正负极。背电场铝浆中的铝原子通过烧结渗透到扩散后在硅片背面形成的n型区域内，使n型硅反型为p型硅，同时在电池片背面形成一个反射光子的铝箔和一个收集电池片背面电流的电场。在电池片中的作用至关重要。
随着太阳能电池技术的发展和硅片成本的提高，现在的硅片厚度逐步从0.24mm到0.08mm发展，面积从125*125mm到200*200mm发展，而目前太阳能电池背电场一般为一个整体，背电场铝浆在烧结后的厚度大约为45微米，由于硅、铝热胀系数差距较大，导致了烧结时应力在大面积的背场铝块释放不足，烧结后电池片过度弯曲，甚至破片，降低了成品率。目前实际生产有通过减少背电场的厚度，来降低背电场变形的作用力，减少电池片的弯曲度。但由于背电场厚度的减少，使铝对电池片背面扩散层n型区域的反型作用下降，电池片的电性能受到影响，太阳能电池的开路电压下降、转化效率下降，并不是解决问题的有效途径。
现有研究也有通过将背电场做成如干小单元背电场，小单元背电场通过结点与和其相邻的其他小单元背电场连通，例如小单元背电场可以为正六角形。分散背电场烧结后产生的收缩力，缓解背电场与硅片的膨胀系数不同而产生的电池片的弯曲现象，来提高成品率。但此方法做的背电场整个仍然是一个整体，各小单元背电场间紧密相连，没有间隔，并不能有效缓解背电场的烧结应力，太阳能电池的弯曲度仍较高，没有达到理想要求。同时本方法制备的太阳能电池开路电压也不理想。
发明内容
本发明为了解决现有技术的太阳能电池背电场影响太阳能电池的弯曲度、制备成品率及太阳能电池的开路电压，太阳能电池的性能不能达到理想要求的问题，提供一种能降低太阳能电池片的弯曲度、提高电池的成品率且能提高电池的开路电压、短路电流的太阳能电池背电场。
太阳能电池背电场包括若干浆料涂敷区和浆料未涂敷区，浆料未涂敷区中含有导电线，导电线将各浆料涂敷区导通。
本发明的发明人发现本发明的太阳能电池背电场制备的太阳能电池的弯曲度能得到明显降低，提高了电池的性能，且更适合硅片的大片和薄片化。推测原因可能因为导电体导通的各浆料涂敷区间设有间隔，背电场非一个整体，能使背电场浆料在烧结时的产生的应力得到完全释放，明显降低太阳能电池片的弯曲度，得到突出效果，同时不影响背电场的吸杂，而且浆料用量降低，降低了成本。
本发明同时意外发现本发明的太阳能电池背电场制备的太阳能电池的开路电压和短路电流还得到了明显提高，推测原因可能为背电场被分割为浆料涂敷区和浆料未涂敷区，浆料涂敷区和浆料未涂敷区在背电场浆料烧结制备背电场的过程中能形成一个新的p+p层，可以增强电池的开路电压和短路电流，提高太阳能电池的光电转化效率。
同时本发明采用导电线将各浆料涂敷区导通，可以降低太阳能电池背电场的电阻。
本发明同时提供了太阳能电池背电场的制作方法，步骤包括：
a、在制备减反射膜后的硅片的背面部分区域涂敷背电场浆料；
b、烧结制备浆料涂敷区和浆料未涂敷区；
c、后在浆料未涂敷区上制备将浆料涂敷区导通的导电线。
本发明的再一个目的是提供一种太阳能电池片，包括硅片、位于硅片背面的背电场、位于背电场上的背电极及位于硅片正面的正电极，其中，背电场为上述太阳能电池背电场。
本发明的第四个目的是提供一种太阳能电池片的制备方法，步骤包括：
a、在制备减反射膜后的硅片的背面部分区域涂敷背电极浆料；
b、在步骤a所得的硅片的背面部分区域涂敷背电场浆料；
c、第一次烧结制备浆料涂敷区及浆料未涂敷区和背电极；
d、后在浆料未涂敷区上涂覆将浆料涂敷区导通的导电浆料；
e、在步骤d所得硅片的正面涂敷正电极浆料后，进行第二次烧结。
本发明在涂敷背电场浆料后烧结，能调节工艺，降低背电场烧结时产生的应力，进一步降低太阳能电池片的弯曲度，提高成品率。
本发明在制备太阳能电池的过程中，优选两次烧结，可以实现第一次低温快速烧结，有利于降低太阳能电池片的弯曲度，同时二次烧结有利于背面浆料对杂质的吸收，背电场钝化效果更好。同时本发明的工艺简单易实现，能降低成本，提高收益。
附图说明
图1是本发明的实施例1步骤(3)得到的不含导电线的太阳能电池背电场及背电极的结构示意图；
图2是本发明的太阳能电池背电场上的导电线的一种优选实施方式的排布示意图；
图3是本发明的实施例1步骤(4)中太阳能电池背电场上的导电线的排布示意图；
图4是本发明实施例1的太阳能电池背电场及背电极的结构示意图；
图5是对比例1的太阳能电池背电场及背电极的结构示意图；
图6是浆料涂敷区和浆料未涂敷区间新的p+p层的原理结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供一种太阳能电池背电场，包括如干浆料涂敷区和浆料未涂敷区，浆料未涂敷区中含有导电线，导电线将各浆料涂敷区导通，能明显降低太阳能电池片的弯曲度、提高电池的成品率，而且能意外提高太阳能电池的开路电压和短路电流，提高太阳能电池的电化学性能，同时本发明的太阳能电池背电场降低了成本。
本发明进一步优选以太阳能电池背电场的总面积为基准，浆料涂敷区总和所占面积百分比为70％-80％；浆料未涂敷区总和所占面积百分比为5％-10％。使电池片的弯曲度改善及背面钝化效果最优化。
本发明的导电线可以通过涂敷导电浆料烧结后形成导电线，进一步优选为细导电线，导电线的宽度为0.5mm-1mm。
导电线间相互平行或垂直，导电线于太阳能电池背电场上对称均匀分布，应力通过桥接的导电线释放，释放更均匀，进一步降低电池片的弯曲度。例如如图2所示，导电线排布均匀，成网状结构，应力能得到网状释放，且导电性能更佳。
本发明进一步优选浆料涂敷区的面积为10-1000mm2。优选浆料涂敷区间的距离为0.05-20mm，进一步优选为0.1-2mm。浆料涂敷区的形状可以为本领域技术人员公知的各种形状，例如为圆形、三角形、菱形等。
本发明同时提供上述太阳能电池背电场的制作方法，步骤包括：
a、在制备减反射膜后的硅片的背面部分区域涂敷背电场浆料；
b、烧结制备浆料涂敷区和浆料未涂敷区；
c、后在浆料未涂敷区上制备将浆料涂敷区导通的导电体。工艺简单易实现。
本发明的烧结可以是涂敷背电场浆料后直接烧结，也可以是涂敷正面电极后一起烧结，通过铝浆的吸杂给硅片背面一个钝化作用，同时浆料涂敷区的铝层和浆料未涂敷区间隔中形成一个p+p层结构，。本发明优选烧结是涂敷背电场浆料后直接烧结，优选烧结的温度为450-600℃，烧结的时间为30-120s，实现快速低温烧结，同时能进一步调节工艺，降低背电场烧结时产生的应力，进一步降低太阳能电池片的弯曲度，提高成品率。
本发明优选在太阳能电池的背面部分区域涂敷背电场浆料的方法包括丝网印刷或喷涂。例如，丝网印刷可以采用设计好图形的网版在硅片背面印刷背电场浆料；喷涂可以为采用设计好图形的掩膜覆盖在硅片背面，喷涂背电场浆料后去掉掩膜。
本发明优选在浆料未涂敷区上制备导电线包括通过丝网印刷的方法，在浆料未涂敷区上印刷导电浆料，后焙烧；或用喷涂的方法，在浆料未涂敷区上喷涂导电浆料，后焙烧。例如，丝网印刷可以采用设计好图形的网版在浆料未涂敷区上印刷导电浆料；喷涂可以为采用设计好图形的掩膜覆盖在硅片背面，在浆料未涂敷区上喷涂导电浆料后去掉掩膜。
焙烧可以是涂敷导电浆料后直接焙烧，也可以是涂敷正面电极后一起烧结，焙烧可以看成硅片的第二次烧结，第二次烧结有利于背面浆料对杂质的吸收，背电场钝化效果更好。优选焙烧的温度为730-780℃，时间为10-20s。
在电池片的制备中，可以是先烧结制备了导电线后再涂覆正面电极，制备正面电极。优选是涂覆正面电极后再同时烧结。
本发明的导电浆料没有特别限制，可以为本领域技术人员公知的各种导电浆料，本发明可以选自银、铜、铝、镍及其合金中的一种或几种。
本发明对背电场浆料没有特别限制，可以为本领域技术人员公知的各种背电场浆料，例如可以为以铝为主要成分的浆料。背电极浆料和正电极浆料也没有特别限制，例如背电极浆料可以为银或铜为主要成为的浆料，正电极浆料可以为银或铜为主要成分的浆料。
背电场浆料涂敷的厚度可以为5-35μm，导电浆料涂敷的厚度可以为5-35μm。
下面结合具体实施例对本发明做进一步详述。
实施例1
太阳能电池片的制备：
(1)在制备减反射膜后的硅片的背面部分区域按如图1所示形状丝网印刷背电极浆料2；
(2)在制备减反射膜后的硅片的背面部分区域按如图1所示形状丝网印刷铝浆，印刷的铝浆的厚度为15μm，印刷的每小块铝浆3的形状为矩形，大小为5mm*5mm，共印刷了250块此种矩形小块铝浆3，小块与小块间的距离为1.5mm。
(3)将上述硅片放入温度为500℃的链式快速烧结炉中烧结60s。
(4)在未印刷铝浆的小块与小块间的空白区5按如图2所示的排布喷墨导电铜浆6，喷墨的铜浆6的形状为细线，细线的宽度为0.5mm，200℃烘60s。
(5)在上述硅片的正面通过丝网印刷上银浆，峰值温度为730℃链式快速烧结炉下烧结90s得具有背电场1的太阳能电池片。
实施例2
采用与实施例1相同的方法制备太阳能电池片，不同的是步骤(1)中印刷铝浆小块与小块间的距离为0.12mm。
实施例3
采用与实施例1相同的方法制备太阳能电池片，不同的是步骤(1)中印刷铝浆小块与小块间的距离为2mm。
实施例4
采用与实施例1相同的方法制备太阳能电池片，不同的是步骤(1)中印刷铝浆小块与小块间的距离为12mm。
实施例5
采用与实施例1相同的方法制备太阳能电池片，不同的是步骤(1)中印刷的铝浆小块的面积为200mm2。
实施例6
采用与实施例1相同的方法制备太阳能电池片，不同的是步骤(1)中印刷的铝浆小块的面积为5mm2。
实施例7
采用与实施例1相同的方法制备太阳能电池片，不同的是步骤(3)中喷墨的导电线的排布为平行单线。
实施例8
采用与实施例1相同的方法制备太阳能电池片，不同的是步骤(2)中烧结的温度为700℃。
对比例1
(1)在制备减反射膜后的硅片的背面按如图5所示形状丝网印刷六边形的铝浆3，六边形的铝浆3之间通过节点4连接；
(2)如图5所示形状用丝网印刷的方法在背面印刷背电极2；
(3)在上述硅片的正面通过丝网印刷上银浆，于峰值温度为730℃链式快速烧结炉下烧结90s得具有背电场1的太阳能电池片。
性能测试：
弯曲度：将实施例1-8及对比例1烧结好的硅片在水平面平放，在不给硅片施加外力的情况下，用游标卡尺测最高点至水平面的垂直距离，测试结果如表1。
光电性能测试：采用berger单片测试仪，测试条件符合AM1.5太阳光谱的辐照强度1000W/m2，电池温度25℃，按照IEC904-1对实施例1-8及对比例1制备的太阳能电池片进行光电性能测试，测试结果如表1。
表1
Figure BSA00000216040600081
Figure BSA00000216040600091
本发明的太阳能电池背电场制备的太阳能电池的弯曲度能得到明显降低，提高了电池的性能，更适合硅片的大片和薄片化。同时不影响背电场的吸杂，而且浆料用量降低，降低了成本。本发明的太阳能电池背电场制备的太阳能电池的开路电压和短路电流还得到了明显提高，提高了太阳能电池的光电转化效率。同时本发明采用导电线将各浆料涂敷区导通，可以降低太阳能电池背电场的电阻。同时本发明有利于在制备过程中采用多段烧结，调节烧结温度等，有利于进一步优化工艺，工艺简单易实现，能降低成本，提高收益。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (17)

1.一种太阳能电池背电场，其特征在于，所述背电场包括若干浆料涂敷区和浆料未涂敷区，所述浆料未涂敷区中含有导电线，所述导电线将各浆料涂敷区导通。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池背电场，其特征在于，以太阳能电池背电场的总面积为基准，所述浆料涂敷区总和所占面积百分比为60％-95％；所述浆料未涂敷区总和所占面积百分比为5％-40％。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池背电场，其特征在于，所述导电线的宽度为0.1mm-2mm。
4.根据权利要求1所述的太阳能电池背电场，其特征在于，所述导电线间相互平行和/或垂直。
5.根据权利要求1所述的太阳能电池背电场，其特征在于，所述浆料涂敷区的面积为10-1000mm2。
6.根据权利要求1所述的太阳能电池背电场，其特征在于，所述浆料涂敷区间的距离为0.05-20mm。
7.根据权利要求6所述的太阳能电池背电场，其特征在于，所述浆料涂敷区间的距离为0.1-2mm。
8.根据权利要求1所述的太阳能电池背电场，其特征在于，所述浆料涂敷区的形状为圆形、三角形、菱形。
9.一种太阳能电池背电场的制作方法，其特征在于，步骤包括：
a、在制备减反射膜后的硅片的背面部分区域涂敷背电场浆料；
b、烧结形成浆料涂敷区和浆料未涂敷区；
c、后在浆料未涂敷区上制备将浆料涂敷区导通的导电线。
10.根据权利要求9所述的太阳能电池背电场的制作方法，其特征在于，所述烧结的温度为450℃-600℃，所述烧结的时间为30-90s。
11.根据权利要求9所述的太阳能电池背电场的制作方法，其特征在于，所述在太阳能电池的背面部分区域涂敷背电场浆料的方法包括丝网印刷或喷涂。
12.根据权利要求9所述的太阳能电池背电场的制作方法，其特征在于，在浆料未涂敷区上制备导电线包括通过丝网印刷的方法，在浆料未涂敷区上印刷导电浆料，后焙烧；
或用喷涂的方法，在浆料未涂敷区上喷涂导电浆料，后焙烧。
13.根据权利要求12所述的太阳能电池背电场的制作方法，其特征在于，所述焙烧的温度为700℃-800℃，时间为5-30s。
14.根据权利要求12所述的太阳能电池背电场的制作方法，其特征在于，所述导电浆料选自银、铜、铝、镍及其合金中的一种或几种。
15.一种太阳能电池片，包括硅片、位于硅片背面的背电场、位于背电场上的背电极及位于硅片正面的正电极，其特征在于，所述背电场为权利要求1-8任意一项所述的太阳能电池背电场。
16.一种太阳能电池片的制作方法，其特征在于，步骤包括：
a、在制备减反射膜后的硅片的背面部分区域涂敷背电极浆料；
b、在步骤a所得的硅片的背面部分区域涂敷背电场浆料；
c、第一次烧结制备浆料涂敷区及浆料未涂敷区和背电极；
d、后在浆料未涂敷区上涂覆将浆料涂敷区导通的导电浆料；
e、在步骤d所得硅片的正面涂敷正电极浆料后，进行第二次烧结。
17.根据权利要求16所述的太阳能电池背电场的制作方法，其特征在于，所述第一次烧结的温度为450-600℃，时间为30-90s；第二次烧结的温度为700-800℃，时间为5-30s。
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