CN102569438A - 一种可节约银浆的太阳电池及其制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明属于太阳电池技术领域，具体公开一种可节约银浆的太阳电池及其制备工艺，该太阳电池包括硅片，所述硅片的背面印刷有全铝浆料层，所述硅片背面全铝浆料层的表面设有背面镀银铜带，所述硅片的正面设有副栅线的图案，所述副栅线的表面设有若干底面刷有银浆料的正面镀银铜带，该正面镀银铜带间隔布置并从硅片侧面向外并向硅片背面延伸出，所述正面镀银铜带包括置于硅片正面间隔设置的形成正面电极的主栅线和向外并向硅片背面折弯延伸的焊带，所述焊带上设有与相邻硅片底部的镀银铜带焊接于一起的焊锡料。本发明可以减少银浆料的使用，减少遮光面积，提高太阳电池效率，同时作为镀银铜条可以直接成为电池片之间的焊带，简化了焊接工艺，有效降低生产成本，适合工业化大规模生产。

Description

一种可节约银浆的太阳电池及其制备工艺
技术领域
本发明属于太阳电池技术领域，具体涉及到一种可节约银浆的太阳电池及其制备工艺。
背景技术
近几年，光伏产业的快速发展得益于太阳电池技术的不断完善与进步，得益于各国政府对新能源产业的激励。提高太阳电池效率和降低电池生产成本是研究太阳电池技术的主要方向。为了实现这两个方向，人们不断完善传统工艺，如丝网印刷和浆料工艺等，并尝试着各种新工艺、新技术，以实现平价上网的目标。
目前，太阳电池正面使用的浆料大部分是银浆料，而银浆料中将近70％的含量属于贵金属银，同时铝层可焊性差，电池背面需要使用一定的银铝浆作为背电极。一块侧面长度为156mm的太阳电池需要约200～280mg的银浆料，这也就意味着每1GW的晶体硅太阳电池消耗的银浆料达到50～70吨。这对于贵金属银而言，无疑是巨大的消耗。光伏产业的发展导致银价格的急剧上涨。减少贵金属银的消耗是未来太阳电池重点研究方向。
随着丝网印刷与浆料工艺等传统工艺的发展，丝网印刷得到的正面电极细栅线已经从早期的150μm发展到现在的90μm，甚至70μm，正面栅线所占硅片正面总面积的8％降低到目前的6％，同时得到更大的高宽比，在效率上得到了很大的提升。
人们为了实现更小的遮光面积，开发出不同的电池及技术，如Sunpower的IBC(Intergitedback contact)电池，它采用n型硅片为基底，正负电极均设计在电池背面，使得这种电池表面没有了光线遮挡；新南威尔士大学开发的PERL、PERT、PERC电池的正面则采用电镀工艺得到栅线更细的电极；BP solar的刻槽埋栅电池则是在硅片正面用激光开槽，并通过电镀工艺实现具有更大高宽比的栅线。尽管这些电池效率高，但其制备工艺复杂，成本较高。如何能够通过低成本、成熟的工艺实现更小的遮光面积以及更大高宽比的栅线结构，一直是人们研究的热点。
在常规的丝网印刷工艺中，电池正面的副栅线占硅片正面总面积的4％左右，而主栅线占硅片总面积的3％左右。副栅线的大小受限于目前丝网印刷网板与浆料的发展，而主栅线则主要是受限于在完成电极的丝网印刷和烧结之后，做成组件需要通过一定大小的铜锡带焊接实现不同电池片之间的串并联，而主栅线宽度达到1.8～2.5mm才方便焊接。常规太阳电池组件的制备需要投入一定的焊接设备及工作人员，简化电池片焊接工艺是优化电池组件制备工艺的重要内容。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可节约银浆太阳电池电极及其制备工艺，该太阳电池能够实现正面电极主栅线更大的高宽比，减少遮光面积，节约银浆料，提高太阳电池效率，同时作为主栅及背面电极的镀银铜带可以直接成为电池片之间的焊带，在制备组件时减少了焊接设备及人员的成本投入，有效地提高工作效率，适合工业化大规模生产。
为了实现上述技术目的，本发明是按以下技术方案实现的：
本发明所述的一种可节约银浆的太阳电池，包括硅片，所述硅片的背面印刷有全铝浆料层，所述硅片背面全铝浆料层的表面设有背面镀银铜带，所述硅片的正面设有副栅线的图案，所述副栅线的表面设有若干底面刷有银浆料的正面镀银铜带，该正面镀银铜带间隔布置并从硅片侧面向外并向硅片背面延伸出，所述正面镀银铜带包括置于硅片正面间隔设置的形成正面电极的主栅线和向外并向硅片背面折弯延伸的焊带，所述焊带上设有与相邻硅片底部的镀银铜带焊接于一起的焊锡料。
作为上述技术的进一步改进，所述硅片为p型或p型多晶硅片，所述硅片电阻率为0.5Ω.cm～10Ω.cm，厚度为100～220μm。
在本发明中，所述硅片背面的全铝浆料层厚度为10～30μm。
在本发明中，所述正面镀银铜带表面粗糙镀为Ra3.2～Ra25，该正面镀银铜带上的镀银层厚度为0.5～3μm。
在本发明中，所述副栅线宽度为30～100μm，高度为10～30μm；所述正面镀银铜带的主栅线宽度范围为0.5～1mm，高度范围为100～500μm。
在本发明中，所述正面镀银铜带侧面部分的焊带宽度范围为1.2～3mm，高度为50～250μm；镀银铜带表面粗糙镀为Ra3.2～Ra25，镀银层厚度为0.5～3μm。
此外，所述硅片正面镀银铜带中副栅线的底面刷的银浆料为有玻璃料银浆料或无玻璃料银浆料。选择无玻璃料浆料可以防止烧穿SiNx减反膜，减少正面金属与硅接触区域形成的复合。
本发明所述的硅片经过制绒、扩散、去磷硅玻璃、镀SiNx减反膜等工艺，该工艺仅为制备电极及电池片焊接步骤。
本发明还公开了上述可节约银浆的银浆太阳电池的制备工艺，其具体步骤是：
(1)在硅片背面印刷上全铝浆料层；
(2)将底面刷有铝浆料的镀银铜带压在硅片背面铝浆料层上，并烘干；
(3)在硅片正面印刷具有副栅线但没有主栅线图案的银浆料；
(4)将底面刷有银浆料的镀银铜带压在上述具有副栅线的硅片正面，并烘干；
(5)通过烧结炉高温烧结，使得硅片表面的银浆料与硅基底形成欧姆接触，镀银铜带分别与硅片表面浆料形成合金，并作为焊带；
(6)在硅片正面外延的焊带上加入焊锡料，将硅片正面外延的焊带与相邻硅片的底面焊带相互层叠成电池片；将层叠好的电池片在在高温度设备上使得焊带上的焊锡融化，实现电池片的焊接。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明中，通过镀银铜带作为电极主栅线，其导电性能更好，减少串联电阻；
(2)本发明中，所述主栅线相比于现有的丝网印刷工艺制备得到的主栅线所占电池正面面积比例更小，使得正面电极整体遮光面积可以从7％降到5％左右，从而提高太阳电池的转化效率；
(3)本发明中主栅线是直接采用镀银铜带，并成为焊带，其宽度较常规主栅线小得多，可以有效地做到节约银浆料；
(4)此外，在本发明中，主栅与焊带的一体化结构能够简化焊接工艺，减少焊接设备及人员投入，降低生产成本。
(5)本发明通过成熟的丝网印刷、浆料工艺，实现太阳电池电极的制备，适合产业化批量生产，生产效率高，成本低廉。
附图说明
图1至图5是本发明制备可节约银浆太阳电池电极的制备工艺流程图，图6、图7是其电池片焊接的制备工艺流程图。
其中，
图1是经过清洗制绒、扩散、二次清洗、镀减反膜的硅片结构示意图；
图2是在背面丝网印刷全铝浆料层的硅片结构示意图；
图3是在背面全铝浆料层上压上背面镀银铜带后的硅片结构示意图；
图4是硅片正面丝网印刷有副栅线的结构示意图；
图5在镀银铜带底面刷上银浆料，压到硅片正面的副栅线形成电池片的结构示意图；
图6是电池片正面镀银铜带的焊带与相邻电池片对齐层叠结构示意图；
图7是焊接后电池片结构示意图。
具体实施方式
以下列举具体实施例对本发明进行详细说明。需要指出的是，一下实施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。
实施例1
如图1至图7所示，本发明所述的一种可节约银浆的太阳电池，包括硅片1，所述硅片1的背面印刷有全铝浆料层2，所述硅片1背面全铝浆料层2的表面设有背面镀银铜带3，所述硅片1的正面设有副栅线4的图案，所述副栅线4的表面设有若干底面刷有银浆料5的正面镀银铜带6，该正面镀银铜带6间隔布置并从硅片1侧面向外并向相邻硅片背面延伸出，所述正面镀银铜带6包括置于硅片正面间隔设置的形成正面电极的主栅线61和向外并向硅片1背面折弯延伸的焊带62，所述焊带62上设有与相邻硅片底部的背面镀银铜带3焊接于一起的焊锡料7。
以下具体说明上述可节约银浆的太阳电池的制备工艺，如图1至图7所示，其具体步骤是：
(1)采用传统丝网印刷工艺在硅片1背面印刷上全铝浆料层2，铝浆料层2的厚度为10～15μm；
(2)将背面镀银铜带3压在硅片1背面铝浆料层2上，通过烘干炉中烘干，宽度均为2.2mm，该背面镀银铜带3上镀银的厚度为0.5μm，其表面粗糙度为R3.2；
(3)在硅片1正面丝网印刷具有副栅线4但没有主栅线图案的银浆料层，副栅线4宽度为80μm，高度为20～25μm；
(4)将底面刷有银浆料5的正面镀银铜带6压在上述具有副栅线4的表面，并通过烘干炉烘干，银浆料5厚度为10～15μm，该正面镀银铜带6由两部分组成，包括置于硅片1正面正上方的主栅线61，其宽度为800μm，高度为400μm；和在硅片1正面的镀银铜带外延部分宽度为2mm，高度为250μm，所述正面镀银铜带6上的镀银厚度为0.5μm。
(5)通过烧结炉高温烧结，使得硅片1表面的银浆料5与硅基底形成欧姆接触，背面镀银铜带3和正面镀银铜带6分别与硅片1表面的银浆料5形成合金，并作为焊带62；
(6)在正面的镀银铜带6外延部分上加入焊锡料7，将硅片1对齐相互层叠；
(7)叠好的硅片1在可产生较高温度设备上使得正面镀银铜带6的焊带62上的焊锡料14融化，并对硅片1施加压力下实现电池片焊接；
在上述步骤中，硅片1衬底为p型单晶硅片，硅片1的电阻率为1Ω·cm～3Ω·cm，厚度为160～180μm。所用硅片1经过制绒、扩散、二次清洗、镀SiNx减反膜工艺，上述步骤仅为制备电极及电池片焊接工艺。
实施例2
本实施例与上述实施例一基本相同，其不同之处在于，太阳电池的制备工艺的具体步骤有所不同：具体是上述步骤(1)中铝浆料层2的厚度为15～20μm；
上述步骤(2)中背面镀银铜带3宽度均为2mm，该背面镀银铜带3上镀银厚度为1μm，其表面粗糙度为R6.4；
上述步骤(3)中，副栅线4的宽度为90μm，高度为15～20μm；
上述步骤(4)中，银浆料5的厚度为15～20μm，在硅片1正面正上方的正面镀银铜带6的宽度为600μm，高度为300μm；在硅片1正面镀银铜带的外延部分宽度为1.2mm，高度为200μm，正面镀银铜带6上镀银厚度为1μm，其表面粗糙度为R6.4。
此外，在该实施例中，硅片1的电阻率为0.5Ω.cm～1Ω.cm，厚度为180～200μm。
实施例3
本实施例与前述两实施例基本相同，其不同之处，在制备工艺过程中：
上述步骤(1)中铝浆料层2，的厚度为20～25μm；
上述步骤(2)中的背面镀银铜带3的宽度均为2.5mm，其上镀银厚度为2μm，表面粗糙度为R12.5；
上述步骤(3)中副栅线4宽度为100μm，高度为25～30μm；
上述步骤(4)中底面刷有银浆料5的正面镀银铜带6压在上述具有副栅线4图案的硅片1正面，通过烘干炉烘干，所述银浆料5厚度为25～30μm，在硅片1正面正上方的正面镀银铜带6中主栅线61的宽度为900μm，高度为250μm，所述正面镀银铜带6外延部分即焊带62的宽度为1.8mm，高度为180μm，该焊带62镀银厚度为2μm，表面粗糙度为R12.5。
此外，在该实施例中，硅片1衬底为p型单晶硅片，硅片1电阻率为3Ω·cm～5Ω·cm，厚度为200～220μm。所用硅片1也是经过制绒、扩散、二次清洗、镀SiNx减反膜工艺。

Claims (9)

1.一种可节约银浆的太阳电池，包括硅片，其特征在于：所述硅片的背面印刷有全铝浆料层，所述硅片背面全铝浆料层的表面设有背面镀银铜带，所述硅片的正面设有副栅线的图案，所述副栅线的表面设有若干底面刷有银浆料的正面镀银铜带，该正面镀银铜带间隔布置并从硅片侧面向外并向硅片背面延伸出，所述正面镀银铜带包括置于硅片正面间隔设置的形成正面电极的主栅线和向外并向硅片背面折弯延伸的焊带，所述焊带上设有与相邻硅片底部的镀银铜带焊接于一起的焊锡料。
2.根据权利要求书1所述可节约银浆的太阳电池，其特征在于：所述硅片为p型或p型多晶硅片，所述硅片电阻率为0.5Ω.cm～10Ω.cm，厚度为100～220μm。
3.根据权利要求所述可节约银浆的太阳电池，其特征在于：所述硅片背面的全铝浆料层厚度为10～30μm。
4.根据权利要求1所述可节约银浆的太阳电池，其特征在于：所述正面镀银铜带表面粗糙镀为Ra3.2～Ra25，该正面镀银铜带上的镀银层厚度为0.5～3μm。
5.根据权利要求1所述可节约银浆的太阳电池，其特征在于：所述副栅线宽度为30～100μm，高度为10～30μm。
6.根据权利要求1所述可节约银浆的太阳电池，其特征在于：所述正面镀银铜带的主栅线宽度范围为0.5～1mm，高度范围为100～500μm。
7.根据权利要求1所述可节约银浆的太阳电池，其特征在于：所述正面镀银铜带侧面部分的焊带宽度范围为1.2～3mm，高度为50～250μm；镀银铜带表面粗糙镀为Ra3.2～Ra25，镀银层厚度为0.5～3μm。
8.根据权利要求1所述可节约银浆的太阳电池，其特征在于：所述硅片正面镀银铜带中副栅线的底面刷的银浆料为有玻璃料银浆料或无玻璃料银浆料。
9.根据权利要求1所述可节约银浆的太阳电池的制备工艺，其具体步骤是：
(1)在硅片背面印刷上全铝浆料层；
(2)将底面刷有铝浆料的镀银铜带压在硅片背面铝浆料层上，并烘干；
(3)在硅片正表面印刷具有副栅线但没有主栅线图案的银浆料；
(4)将底面刷有银浆料的镀银铜带压在上述具有副栅线的硅片正表面，并烘干；
(5)通过烧结炉高温烧结，使得硅片表面的银浆料与硅基底形成欧姆接触，镀银铜带分别与硅片表面浆料形成合金，并作为焊带；
(6)在硅片正面外延的焊带上加入焊锡料，将硅片正表面外延的焊带与相邻硅片的底面焊带相互层叠形成电池片；
(7)将层叠好的电池片在在高温度设备上使得焊带上的焊锡融化，实现电池片的焊接。
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