CN102544235A - 一种mwt太阳能电池电极的制备方法 - Google Patents

一种mwt太阳能电池电极的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种MWT太阳能电池电极的制备方法，含以下步骤：(1)选取MWT前工序完成的晶体硅片，在晶体硅片的背光面印刷上正电极主栅线和负电极主栅线；(2)在背光面印刷上背场，使背场与正电极主栅线相连，形成正电极，并使背场与负电极不相连；(3)在晶体硅片受光面印刷上细栅线，使细栅线与导电通孔相连接，同时将负电极主栅线与导电通孔相连接，形成负电极；(4)将晶体硅片烧结后制成MWT太阳能电池电极。该方法与传统的MWT电池的点接触式电极相比，采用线性的电极连接方式，为后续组件的制备提供了便利，且与传统的太阳能电池印刷工艺及组件工艺完全兼容，适合于大规模生产，并节约了成本。

Description

一种MWT太阳能电池电极的制备方法
技术领域
本发明属于太阳能电池领域，具体涉及一种MWT太阳能电池电极的制备方法。
背景技术
随着化石能源的日益减少和由此带来的生态环境恶化，人们将目光从传统的化石能源转向新型的绿色能源。利用太阳能发电是解决能源问题的出路，是时代的主题。太阳电池就是一种利用光伏效应将太阳的辐射能转换为电能的器件。太阳电池世界产量以每年30～40％的速度增长，成为目前市场上发展最快的行业之一。晶体硅太阳电池占据了市场的主导地位。
提高太阳电池的效率一直是光伏同行竞相追逐的目标。目前全球最受瞩目的高效太阳电池技术之一即来自ECN，该研究中心于2009年研发成功的金属缠绕式(MetalWrap-Through，简称MWT)电池技术可以得到17％的多晶硅组件转化效率，理论上这种技术可以达到25％的综合效率。这种太阳电池技术将发射极从正面穿过硅基体后引导至电池背面，将主栅线从传统的正面转移至背面，形成电极接触点，如图1所示，正面只保留金属细栅线，形成了发射极和基区的导出电极都位于电池背面的结构，因此降低表面栅线遮挡损失，因此又被称作背电极电池。MWT太阳电池制作流程比较简单，相对于传统晶体硅太阳电池的制作流程只增加了额外的激光打孔和孔绝缘两道工艺步骤。激光打孔步骤可以在制绒前、扩散后和镀膜后。
MWT太阳电池与传统结构的太阳电池相比，具有以下优点：1、因为减少了主栅线的遮挡损失，增加了太阳电池的短路电流，所以具有更高的能量转化效率；2、因为MWT太阳电池的导出电极都在背面，为点电极形式，所以在组件制作时层压导电薄膜实现电池片间的连接，降低了电池到组件的电阻损耗，从而降低功率损耗。
传统MWT电池组件时采用层压导电薄膜进行制备，目前层压设备较为昂贵，所以传统MWT电池制备组件时在一定程度上增加了成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种MWT太阳能电池电极的制备方法，该方法采用线性的电极连接方式与传统的MWT电池的点接触式电极相比，为后续组件的制备提供了便利，且与传统的太阳能电池印刷工艺及组件工艺完全兼容，适合于大规模生产，并可节约成本。
本发明的上述目的是通过如下技术方案来实现的：一种MWT太阳能电池电极的制备方法，包括对晶体硅片进行前工序处理制成具有导电通孔的MWT型太阳电池用晶体硅片，还含以下步骤：
(1)选取MWT前工序完成的晶体硅片，在晶体硅片的背光面印刷上正电极主栅线和负电极主栅线；
(2)在背光面印刷上背场，使背场与正电极主栅线相连，形成正极，并使背场与负电极不相连；
(3)在晶体硅片受光面印刷上细栅线，使细栅线与导电通孔相连接，同时将负电极主栅线与导电通孔相连接，形成负极；
(4)将晶体硅片烧结后形成电池电极金属化，制成MWT太阳能电池电极。
本发明方法通过采用MWT的电池用晶体硅片，在背光面使用印刷负电极主栅线的形式通过负电极主栅线将导电通孔连接，然后负电极主栅线通过导电通孔与受光面的细栅相连接形成电池的负极；同时，印刷背光面正极主栅线，背光面正电极主栅线与背面铝背场相连形成电池的正极，与传统的MWT背面点接触式的电极不同，本发明方法在背光面将正负电极设计为主栅线形式，有利于后道组件工序的焊接，只需要使用传统的组件工艺，大大节约了设备成本。
具体来说，本发明通过MWT太阳电池技术将发射极从正面穿过硅基体后引导至电池背面，在背光面印刷负极主栅线与导电通孔相连接；同时，印刷正电极主栅线；然后，印刷铝背场，铝背场与正电极主栅相连接；接着，印刷受光面的细栅线，将背光面印刷的负极主栅线通过导电通孔与受光面的细栅线相连接形成太阳能电池的负极；最后，经过烧结工艺，形成了新型电极的MWT太阳能电池。
在上述步骤中：
步骤(1)中所述的晶体硅片为P型或N型单晶或多晶硅片。
步骤(1)中MWT前工序优选含有制绒、扩散和镀膜工序，在制绒前、扩散后或镀膜后还含有激光打孔和孔绝缘制备导电通孔工序。
在常规的MWT太阳能电池制备过程中，使用p型/n型晶体硅基体，进行磷/硼扩散；使用化学溶液刻蚀晶体硅基体的一面，去除扩磷层形成抛光面；在晶体硅基体的另一面沉积钝化减反射膜形成受光面；利用激光在晶体硅基体上制作导电通孔；在抛光面上使用丝网印刷将导电银浆填满导电通孔形成发射极接触电极；在抛光面上使用丝网印刷铝浆形成基极接触电极；在受光面印刷银接触栅线，并与导电通孔相连接；经烧结形成金属与硅基体欧姆接触，完成太阳电池制作过程。
其中采用激光打孔制成的导电通孔的个数优选为5～1000个，孔径大小优选为50～500μm，孔的形状优选为圆柱形、长方形或楔形，但并不局限于上述几种形状，其它形状也可以。
步骤(1)中印刷时优选采用丝网印刷、喷墨印刷或电镀印刷方式，但并不局限于上述方式，其它方式也可以。
步骤(1)中采用银浆在晶体硅片的背光面印刷上正电极主栅线和负电极主栅线。
背面正电极主栅线和负电极主栅线的作用为：①.正、负电极皆印刷在电池的背光面，减少了电池的遮光面积；②.代替了传统的MWT电池的点电极，有利于后道组件工序进行焊接，而不用重新购置新设备进行层压导电薄膜。
步骤(1)中正电极主栅线和负电极主栅线的数目优选为2～20根，所述正电极主栅线和负电极主栅线直线上对齐或相互平行，其形状优选为直线段式、断点式、枝干式或网状式，但并不局限于这几种形状，正电极主栅线和负电极主栅线的宽度为1～10mm。
步骤(2)中使用铝浆在背光面印刷上铝背场，使铝背场与正电极主栅线相连，形成正极，并使铝背场与负电极不相连。
步骤(3)中所述细栅线的形状优选为直线形、圆形或树叶形。在电池受光面采用细栅线进行光电流的收集，是为了得到尽量小的遮光面积，其栅线结构可为直线形，圆形，树叶形，也可以采用其它结构。
步骤(4)中将晶体硅片在在链式烧结炉中一次烧结后形成电池电极金属化，其中烧结时的最高温度为700～910℃。
优选的，本发明提供的MWT太阳能电池电极的制备方法，包括以下步骤：
(1)选取MWT前工序完成的晶体硅片，采用银浆在晶体硅片的背光面印刷上正电极主栅线和负电极主栅线；
(2)采用铝浆在背光面印刷上铝背场，使铝背场与正电极主栅线相连，形成正极，通过校正网版使背场与负电极不相连；
(3)采用银浆在晶体硅片受光面印刷上细栅线，使细栅线与导电通孔相连接，同时将负电极主栅线与导电通孔相连接，形成负极；
(4)将晶体硅片烧结后形成电池电极金属化，制成MWT太阳能电池电极。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
(1)在MWT太阳电池结构上，在背光面印刷正负电极，增加了光的吸收；
(2)本发明使用栅线电极，有利于后道组件工序进行焊接作业。
附图说明
图1是现有技术中MWT太阳能电池的背面点接触电极示意图；
图2是实施例2中MWT太阳能电池电极的示意图(网状式电极结构)；
图3是实施例3中MWT太阳能电池电极的示意图(正负电极直线上对齐直线段式结构)；
图4是实施例4中MWT太阳能电池电极的示意图(正负电极互相平行，正极为直线段式结构，负极为2段直线段式结构)；
图5是实施例5中MWT太阳能电池电极的示意图(正负电极互相平行，正极为断点式结构，负极为2段直线段式结构)；
图6是实施例6中MWT太阳能电池电极的示意图(正负电极互相平行，正负极为直线段式结构)；
图7是实施例7中MWT太阳能电池电极的示意图(正负电极互相平行，正极为断点式结构，负极为直线段式结构)；
附图说明，1、MWT电池背光面；2、电池背电场；3、点接触负电极；4、点接触正电极；5、正电极主栅线；6、负电极主栅线。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步的说明。
实施例1
如图2所示，本实施例提供的MWT太阳能电池电极的制备方法，包括以下步骤：
(1)选取n型单晶硅片，碱制绒前使用Nd:YAG激光进行打孔和孔绝缘，然后进行硼扩散和PECVD镀氮化硅减反膜，获得具有导电通孔的晶体硅片；其中采用激光打孔制成的导电通孔的个数为100～500个，孔径大小为100～200μm，孔的形状为圆柱形；
(2)采用丝网印刷使用银浆在背光面印刷上正电极主栅线和负电极主栅线，正电极主栅线2根和负电极主栅线的数目为3根，正电极主栅线和负电极主栅线直线上相互平行，其形状为网状式，正电极主栅线宽度为5mm，负电极主栅线的宽度为3.5mm；
(3)采用丝网印刷形式用铝浆料在背光面印刷上铝背场，使铝背场与正电极主栅线相连，形成正电极，并使背场与负电极不相连；
(4)使用电镀印刷形式用银浆在晶体硅片受光面印刷上细栅线，细栅线的形状为直线型，使细栅线与导电通孔相连接，同时将负电极主栅线与导电通孔相连接，形成负电极；
(5)将晶体硅片在在链式烧结炉中一次烧结后形成电池电极金属化，制成MWT太阳能电池电极，其中烧结时的最高温度为900℃。
实施例2
如图3所示，本实施例提供的MWT太阳能电池电极的制备方法，包括以下步骤：
(1)选取p型多晶硅片，酸制绒后进行磷扩散和PECVD镀氮化硅减反膜，然后使用Nd:YAG激光进行打孔和孔绝缘，获得具有导电通孔的晶体硅片；其中采用激光打孔制成的导电通孔的个数为100～500个，孔径大小为100～200μm，孔的形状为楔形；
(2)采用丝网印刷形式，使用银浆在背光面印刷上正电极主栅线和负电极主栅线，正电极主栅线数目为3根和负电极主栅线的数目为3根，正电极主栅线和负电极主栅线直线上对齐，其形状为直线结构，正电极主栅线宽度为2mm，负电极主栅线的宽度为2mm；
(3)采用丝网印刷方式，使用铝浆料在背光面印刷上铝背场，使铝背场与正电极主栅线相连，形成正电极，并使背场与负电极不相连；
(4)采用丝网印刷的方式，使用银浆在晶体硅片受光面印刷上细栅线，细栅线的形状为树叶型，使细栅线与导电通孔相连接，同时将负电极主栅线与导电通孔相连接，形成负电极；
(5)将晶体硅片在在链式烧结炉中一次烧结后形成电池电极金属化，制成MWT太阳能电池电极，其中烧结时的最高温度为910℃。
实施例3
如图4所示，本实施例提供的MWT太阳能电池电极的制备方法，包括以下步骤：
(1)选取P型多晶硅片，酸制绒后然后进行磷扩散，接着使用Nd:YAG激光进行打孔和孔绝缘，再进行PECVD镀氮化硅减反膜，获得具有导电通孔的晶体硅片；其中采用激光打孔制成的导电通孔的个数为500～800个，孔径大小为200～500μm，孔的形状为楔形；
(2)采用丝网印刷使用银浆在背光面印刷上正电极主栅线和负电极主栅线，正电极主栅线数目为3根和负电极主栅线的数目为6根，正电极主栅线和负电极主栅线相互平行，正电极主栅线为直线段式结构，负电极主栅线为2段直线段式结构，正电极主栅线宽度为1mm，负电极主栅线的宽度为1.5mm；
(3)采用丝网印刷方式，使用铝浆料在背光面印刷上铝背场，使铝背场与正电极主栅线相连，形成正电极，并使背场与负电极不相连；
(4)采用丝网印刷方式，使用银浆在晶体硅片受光面印刷上细栅线，细栅线的形状为圆型，使细栅线与导电通孔相连接，同时将负电极主栅线与导电通孔相连接，形成负电极；
(5)将晶体硅片在在链式烧结炉中一次烧结后形成电池电极金属化，制成MWT太阳能电池电极，其中烧结时的最高温度为905℃。
实施例4
如图5所示，本实施例提供的MWT太阳能电池电极的制备方法，包括以下步骤：
(1)选取P型单晶硅片，碱制绒前使用Nd:YAG激光进行打孔和孔绝缘，然后进行磷扩散和PECVD镀氮化硅减反膜，获得具有导电通孔的晶体硅片；其中采用激光打孔制成的导电通孔的个数为800～1000个，孔径大小为50～100μm，孔的形状为圆柱形；
(2)采用丝网印刷的方式，使用银浆在背光面印刷上正电极主栅线和负电极主栅线，正电极主栅线数目为15根和负电极主栅线的数目为6根，正电极主栅线和负电极主栅线相互平行，正电极主栅线为断点式结构，负电极主栅线为2段直线段式结构，正电极主栅线宽度为3mm，负电极主栅线的宽度为3mm；
(3)采用丝网印刷方式，使用铝浆料在背光面印刷上铝背场，使铝背场与正电极主栅线相连，形成正电极，并使背场与负电极不相连；
(4)采用丝网印刷方式，使用银浆在晶体硅片受光面印刷上细栅线，细栅线的形状为直线形，使细栅线与导电通孔相连接，同时将负电极主栅线与导电通孔相连接，形成负电极；
(5)将晶体硅片在在链式烧结炉中一次烧结后形成电池电极金属化，制成MWT太阳能电池电极，其中烧结时的最高温度为800℃。
实施例5
如图6所示，本实施例提供的MWT太阳能电池电极的制备方法，包括以下步骤：
(1)选取P型多晶硅片，酸制绒后用Nd:YAG激光进行打孔和孔绝缘，然后进行磷扩散和PECVD镀氮化硅减反膜，获得具有导电通孔的晶体硅片；其中采用激光打孔制成的导电通孔的个数为900～1000个，孔径大小为200～300μm，孔的形状为长方形；
(2)采用丝网印刷的方式，使用银浆在背光面印刷上正电极主栅线和负电极主栅线，正电极主栅线为3根和负电极主栅线的数目为3根，正电极主栅线和负电极主栅线相互平行，正电极主栅线和负电极主栅线为直线段式结构，正电极主栅线宽度为1.5mm和负电极主栅线的宽度为2mm；
(3)采用丝网印刷方式，使用铝浆料在背光面印刷上铝背场，使铝背场与正电极主栅线相连，形成正电极，并使背场与负电极不相连；
(4)采用喷墨印刷方式，使用银浆在晶体硅片受光面印刷上细栅线，细栅线的形状为直线形，使细栅线与导电通孔相连接，同时将负电极主栅线与导电通孔相连接，形成负电极；
(5)将晶体硅片在在链式烧结炉中一次烧结后形成电池电极金属化，制成MWT太阳能电池电极，其中烧结时的最高温度为780℃。
实施例6
如图7所示，本实施例提供的MWT太阳能电池电极的制备方法，包括以下步骤：
(1)选取P型多晶硅片，酸制绒后使用Nd:YAG激光进行打孔和孔绝缘，然后进行磷扩散和PECVD镀氮化硅减反膜，获得具有导电通孔的晶体硅片；其中采用激光打孔制成的导电通孔的个数为5～10个，孔径大小为450～500μm，孔的形状为圆柱形；
(2)采用丝网印刷的方式，使用银浆在背光面印刷上正电极主栅线和负电极主栅线，正电极主栅线的数目为15根和负电极主栅线的数目为3根，正电极主栅线和负电极主栅线相互平行，正电极主栅线为断点式结构，负电极主栅线为直线段式结构，正电极主栅线宽度为2mm，负电极主栅线的宽度为2mm；
(3)采用丝网印刷的方式，使用铝浆料在背光面印刷上铝背场，使铝背场与正电极主栅线相连，形成正电极，并通过校正网版使背场与负电极不相连；
(4)采用丝网印刷的方式，使用银浆在晶体硅片受光面印刷上细栅线，细栅线的形状为树叶形，使细栅线与导电通孔相连接，同时将负电极主栅线与导电通孔相连接，形成负电极；
(5)将晶体硅片在在链式烧结炉中一次烧结后形成电池电极金属化，制成MWT太阳能电池电极，其中烧结时的最高温度为700℃。
以上列举具体实施例对本发明进行说明。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 (10)

1.一种MWT太阳能电池电极的制备方法，包括对晶体硅片进行前工序处理制成具有导电通孔的MWT型太阳电池用晶体硅片，其特征是还含以下步骤：
(1)选取MWT前工序完成的晶体硅片，在晶体硅片的背光面印刷上正电极主栅线和负电极主栅线；
(2)在背光面印刷上背场，使背场与正电极主栅线相连，形成正电极，并使背场与负电极不相连；
(3)在晶体硅片受光面印刷上细栅线，使细栅线与导电通孔相连接，同时将负电极主栅线与导电通孔相连接，形成负电极；
(4)将晶体硅片烧结后形成电池电极金属化，制成MWT太阳能电池电极。
2.根据权利要求1所述MWT太阳能电池电极的制备方法，其特征是：步骤(1)中所述的晶体硅片为P型或N型单晶或多晶硅片。
3.根据权利要求1所述MWT太阳能电池电极的制备方法，其特征是：步骤(1)中MWT前工序含有制绒、扩散和镀膜，在制绒前、扩散后或镀膜后还含有激光打孔和孔绝缘制备导电通孔工序。
4.根据权利要求3所述MWT太阳能电池电极的制备方法，其特征是：采用激光打孔制成的导电通孔的个数为5～1000个，孔径大小为50～500μm，孔的形状为圆柱形、长方形或楔形。
5.根据权利要求1所述MWT太阳能电池电极的制备方法，其特征是：步骤(1)-步骤(3)中印刷时采用丝网印刷、喷墨印刷或电镀印刷方式。
6.根据权利要求1所述MWT太阳能电池电极的制备方法，其特征是：步骤(1)中采用银浆在晶体硅片的背光面印刷上正电极主栅线和负电极主栅线。
7.根据权利要求1所述MWT太阳能电池电极的制备方法，其特征是：步骤(1)中正电极主栅线和负电极主栅线的数目为2～20根，所述正电极主栅线和负电极主栅线直线上对齐或相互平行，其形状为直线段式、断点式、枝干式或网状式，正电极主栅线和负电极主栅线的宽度为1～10mm。
8.根据权利要求1所述MWT太阳能电池电极的制备方法，其特征是：步骤(2)中使用铝浆在背光面印刷上铝背场，使铝背场与正电极主栅线相连，形成正电极，并使铝背场与负电极不相连。
9.根据权利要求1所述MWT太阳能电池电极的制备方法，其特征是：步骤(3)中所述细栅线的形状为直线形、圆形或树叶形。
10.根据权利要求1所述MWT太阳能电池电极的制备方法，其特征是：步骤(4)中将晶体硅片在在链式烧结炉中一次烧结后形成电池电极金属化，其中烧结时的最高温度为700～910℃。
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