CN102800712B - 一种太阳能电池片正面电极结构及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种太阳能电池片正面电极结构及其制作方法，所述结构包括电池片和导电丝，所述导电丝裹覆导电浆料粘贴在所述电池片的表面上。还涉及一种制作所述电池片正面电极结构的方法，包括:在导电丝表面上裹覆导电浆料；将裹覆了导电浆料的所述导电丝粘附于所述电池片上；将上述制作好的所述电池片放入到烘干和烧结炉中进行烘干烧结。本发明所述的太阳能电池片正面电极结构及其制作方法的优点是较大地降低了太阳能电池正面细栅线的宽度，提高了细栅线的导电率，增加了受光面，从而提高了电池的转换效率；减少了制作过程中导电浆料的使用量，从而降低了太阳能电池片的电极制作成本。
Description
技术领域
本发明主要是关于太阳能电池领域，尤其涉及太阳能电池片正面电极结构以及制作该结构的制作方法。
背景技术
现有的太阳能电池的正面电极图案的结构包括细栅线和主栅线，细栅线和主栅线一般垂直交叉。其中，细栅线的作用是收集电池片表面由于太阳光照所产生的光生电流，而主栅线的作用是汇集并导出由细栅线收集的电流。由于细栅线和主栅线会在太阳能电池片的正面占据一定的表面积并粘附在电池片面，这会对太阳能电池片的光电转换效率产生重要的影响，因此，在制作工艺上对细栅线和主栅线的制作提出了不同的要求：对于细栅线，不仅要求具有更窄更高和更平整的表面形貌，也要求细栅线具有更低的接触电阻和体电阻，这就要求细栅线的导电浆料不仅具有良好的印刷性能，使印刷出来的细栅线具有更好的印刷塑性而不致于在后续的烘干和烧结过程塌陷，也要求其与电池片表面具有更好的接触性能，即更好的欧姆接触特性，更低的接触电阻；对于主栅线，由于其宽度比细栅线大得多，对于其印刷性能的要求比细栅线的要低得多。
目前常规的产业化晶体硅太阳能电池的制作工艺包括以下步骤：1.电池片清洗和表面制绒，形成表面织构化结构，降低表面反射率；2.扩散，形成PN结；3.边缘刻蚀及清洗，使电池片的正负电极隔离以防短路；4.镀膜，表面钝化和降低反射率；5.丝网印刷正反电极和背电场；6.正反电极及背电场共烧结；7.测试分选。
现有技术的晶体硅太阳能电池的正面电极金属化方案，主要是通过丝网印刷工艺来实现的。丝网印刷工艺制作太阳能电池正面电极的特点是：利用网版的通透性，使导电浆料（一般为银浆）在刮板的压力下透过网版，从而在晶体硅太阳能电池片上形成具有一定高度和间隔的电极图案。
由于现有丝网印刷工艺的限制，在实际生产中，细栅线和主栅线图形同时制作在一块网版上，在印刷时，使用同样的导电浆料，细栅线和主栅线图形也就同时被印刷在电池片上。尤其是对于主栅线，在对成本控制非常严格的情况下，这种一体化的、笼统的正面电极制作工艺造成了不必要的技术性、工艺性的浪费和损失。
另外，现有丝网印刷工艺，也有其本身的缺陷，比如在印刷过程中产生的断栅和虚印等问题，对电池片造成了一定的效率损失，也对后续封装的组件造成了一定的功率损失。另外丝网印刷工艺本身的不稳定性，比如在使用过程中由于持续不断的压力造成的网版张力的退化，以及栅线宽度的增加，都对电池片效率的整体分布产生了很大的影响，对整体效率造成了一定的降低。
此外，丝网印刷工艺制作的细栅线宽度，由于受到网版和导电银浆的限制，在保证电极一定高度的情况下，很难达到一定的窄度。具体来说主要存在下面这样一个矛盾：制作成的细栅线如果要有良好的塑性和印刷形貌，导电浆料就要有一定大的黏度，而导电浆料黏度越大，就越不容易透过网版。而对于太阳能电池来说，只有降低细栅线的宽度才能减小正面遮光面积，从而提升电池的转换效率。而丝网印刷工艺在降低电池正面电极细栅线宽度方面，面临着巨大的困难和严峻的挑战。
一种能解决上述矛盾的新的电极结构及其制作工艺的出现，也就具有了显著的现实意义。本发明开辟了一种完全不同于现有的丝网印刷的方式制作正面电极的新工艺，规避丝网印刷工艺的诸多质量问题，提高了光伏产品的成品率、稳定性及功率输出。
发明内容
本发明针对上述问题提出了一种太阳能电池片正面电极结构，所述结构包括电池片和导电丝，所述导电丝裹覆导电浆料粘贴在所述电池片的正面上。
优选地，所述导电丝整个外表面都裹覆有导电浆料。
优选地，粘贴于所述电池片正面上的所述导电丝的长度小于所述电池片的尺寸，其两端不伸出所述电池片的正面边缘。
优选地，粘贴于所述电池片正面上的所述导电丝的两端边缘未进入电池片边缘的刻蚀区域。
优选地，粘贴所述电池片正面的所述导电丝的两端边缘具有整齐的间断部分没有裹覆所述导电浆料。
优选地，裹覆了所述导电浆料的所述导电丝的两端边缘分别与所述电池片两端边缘的距离为0.5mm-2mm，且两边对称。
优选地，所述导电丝可以是金属丝，也可以是具有一定导电性能的聚合物纤维，也可以是具有各种导电镀层的金属丝和聚合物纤维，所述导电浆料为银浆。
优选地，所述导电丝的直径范围为0.01mm-0.03mm。
优选地，所述导电丝的横截面形状可以是矩形、梯形、三角形、圆形、椭圆形，也可以是其他形状。
优选地，所述导电丝为多根，所述多根导电丝之间的间距范围为0.5mm-3mm。
优选地，所述电池片可以为多晶硅电池片，也可以为单晶硅电池片。
优选地，所述电池片的正面包括主栅线，所述导电丝在垂直于所述主栅线方向上粘贴。
优选地，所述导电丝与所述主栅线相交部分嵌入到所述主栅线内部。
本发明的目的之一是为了解决目前丝网印刷工艺存在的制作成本高，制作而成的太阳能电池产品转换效率较低，以及细栅线难以达到一定的窄度等问题，提出一种制作上述太阳能电池片正面电极结构的制作方法，所述方法包括：
在导电丝表面上裹覆导电浆料；
将裹覆了所述导电浆料的所述导电丝粘附于所述电池片上；
将制作好的所述电池片放入到烘干和烧结炉中进行烘干烧结。
可选地，所述方法还包括，在所述导电丝粘附于所述电池片上之前，在所述电池片上用导电浆料制作主栅线。
可选地，所述方法还包括，在所述导电丝粘附于所述电池片上之后，在所述电池片上用导电浆料制作主栅线。
可选地，将导电丝粘附于电池片表面上时使得所述导电丝嵌入到所述主栅线的导电浆料内部。
优选地，在所述导电丝表面上裹覆导电浆料时，将所述导电丝的整个外表面均匀地裹上导电浆料。
优选地，将裹覆了所述导电浆料的所述导电丝长度制成小于所述电池片的尺寸，并将所述导电丝的两端边缘制成具有整齐的间断部分没有裹覆所述导电浆料。
优选地，当将所述导电丝粘贴于所述电池片正面上时，裹覆了所述导电浆料的所述导电丝的两端边缘未进入电池片边缘的刻蚀区域。
优选地，裹覆了所述导电浆料的所述导电丝的两端边缘分别与所述电池片的两端边缘的距离为0.5mm-2mm，且两边对称。
优选地，在裹覆导电浆料之前，将所述导电丝等间距平行排列。
优选地，所使用的所述导电丝可以是金属丝，也可以是具有一定导电性能的聚合物纤维，还可以是具有各种导电镀层的金属丝和聚合物纤维。
优选地，所使用的所述导电丝的直径范围为0.01mm-0.03mm。
优选地，所述导电丝的横截面形状可以是矩形、梯形、三角形、圆形、椭圆形等，也可以是其他形状。
优选地，用做所述主栅线的导电浆料和用于所述导电丝上的导电浆料可以是同一种导电浆料，也可以分别使用不同的导电浆料。
优选地，将所述导电丝间隔排列的间距为0.5mm-3mm。
优选地，所述主栅线可以通过丝网印刷的方法在电池片上制作，也可以通过凸版印刷等其他方法来制作。
优选地，所述烘干步骤，其烘干温度范围为100℃-400℃。
优选地，所述烧结步骤，其烧结温度范围为400℃-950℃。
本发明的太阳能电极结构及其制作方法的优点是，该结构的太阳能电池正面细栅线的宽度相对于丝网印刷的细栅线宽度更小，能减小正面遮光面积，并且进一步提高了细栅线的导电率，从而提高了电池的转换效率；同时，使用了导电丝裹浆，减少了丝网印刷全部使用导电浆料的缺陷，减少了导电浆料的使用量，从而降低了太阳能电池的电极制作成本；另一方面，本发明的电极结构不存在断栅和虚印等印刷不良情况。本发明的电极结构和方法也为目前的太阳能电池行业提供了一种全新的增加效率和降低成本的太阳能电池片产品和制作太阳能电池产品的新方法。
附图说明
图1是太阳能电池片正面电极结构的局部剖视图；
图2是导电丝行列示意图；
图3是裹覆了导电浆料的导电丝示意图；
图4是制作了主栅线的电池片示意图；
图5是制作好的完整的电池片示意图；
图6是制作好的电池片沿主栅线的剖视图；
图7是制作太阳能电池片正面电极结构的流程图。
图中附图标记：1.导电丝；2.导电浆料；3.电池片；4.主栅线
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例来对本发明进行详细说明。
如图5和图1所示，图5为本发明提供的一种太阳能电池正面电极结构示意图，图1为本发明的太阳能正面电极结构的局部剖视图。
如图1所示，太阳能电池正面电极结构包括电池片3和导电丝1，导电丝1通过导电浆料2粘附在电池片3的表面上，导电丝1的直径大小范围为0.01mm-0.03mm，从剖视图1中可以看出，导电丝1的整个外表面都裹覆有导电浆料2。
如图2和图5所示，多根导电丝1等间距平行排列地粘附在电池片3上，所述导电丝1之间的间距范围为0.5mm-3mm。
如图4所示，在未贴丝的电池片3上可以通过丝网印刷印刷有主栅线4，主栅线4也可以通过其他方法比如凸版印刷的方法来制作，如图5所示，导电丝1在垂直于主栅线4的方向上粘贴到电池片3上。可选的另一种实施方式是电池片3上没有印刷有主栅线4，先在电池片3上粘贴导电丝1，然后再将粘附有导电丝1的电池片3进行丝网印刷，在垂直于细栅线（即导电丝1）的方向上印刷上删线4。
另一方面，如图6所示，其是制作好的电池片沿主栅线的剖视图，当导电丝1粘附到具有主栅线4的电池片3上时，使得导电丝1嵌入主栅线4的导电浆料的内部，使得主栅线4和细栅线1之间具有良好的接触，便于电流的流通以及降低电力损失。
回到图5所示，粘附在电池片3上的导电丝1两端的长度小于对应的电池片的长度尺寸，并且导电丝1的末端，即两端丝头没有超出电池片3的两端边缘，导电丝1的两端边缘分别与电池片3两端边缘的距离范围为0.5mm-2mm，且两边对称。
优选的实施例为粘贴于电池片3正面上的导电丝1的两端边缘未进入电池片3两端边缘的刻蚀区域。
优选的另一实施例为粘贴电池片3的导电丝1的两端边缘具有整齐的间断性没有裹覆导电浆料2，以避免导电浆料2粘到电池片3两端边缘的刻蚀区而引起的边缘漏电导致效率低下现象。
本发明中所使用的导电丝1可以是金属丝，也可以是具有一定导电性能的聚合物纤维，也可以是具有各种导电镀层的金属丝和聚合物纤维。
本发明不仅适用于普通各类晶体硅太阳电池，化合物太阳电池同样可以用本发明的方法制作太阳电池电极。
如图7所示，其是本发明方法的流程图，其示出了制作太阳能电池片正面电极的工艺方法的基本流程，首先是在等间距排列的圆柱形导电丝1行列上裹覆导电浆料2，其中，导电丝1之间的间距范围为0.5mm-3mm，导电丝1的直径范围为0.01mm-0.03mm，如图2所示，其中示出了等间距排列的导电丝1，在上述排列好的导电丝1上裹覆导电浆料2，导电浆料2具有优良的导电性能，能与电池片3表面具有优良接触性能，并且要与电池片3表面具有优良的附着性能，以避免后续烧结过程后出现的导电丝1与电池片3表面出现脱离的情况。如图3所示，可以看出在导电丝1的行列上已经裹覆有导电浆料2，更好的如图1所示，其示出了已裹浆的导电丝1的横截面情况，从中可以看出，导电丝1的外表面周围已经全部包裹有导电浆料2，导电丝1完全裹覆导电浆料以避免导电丝1在后续的高温烧结过程中裸露在高温环境下由于表面氧化而造成的导电性能下降的情况。如图4所示，其示出了在贴丝之前，在电池片3上通过丝网印刷方法或其他方法将主栅线4印刷在电池片3上，以备下一步贴丝使用。
本发明方法的第二个步骤，将已裹覆有导电浆料2的导电丝1在垂直于主栅线4的方向上粘贴在已印刷有主栅线的电池片3上面。如图1所示，可以看出导电丝1通过导电浆料2粘合到电池片3上。并且导电丝1的整个外表面周围完全包裹导电浆料2。
本发明方法的第三个步骤，将已经贴好导电丝1的电池片3（如图5所示，已经贴好导电丝1的电池片）在200-400℃的温度下烘干，然后与背电极一起在700-900℃的温度下烧结，使同时导电浆料与导电丝烧结成完整导体，使涂覆了导电浆料2的导电丝1和主栅线4以及电池片3表面形成牢固的合金化接触和优良的欧姆接触。至此，电极制作完毕。
本实施例的优点是所得细栅线（即导电丝1涂覆导电浆料2烧结后）的宽度小于0.06毫米，大幅度减少了细栅线的遮光面积，并且细栅线使用导电丝，大大节省了导电浆料，进一步降低了成本。
在上述制作步骤一中，其中导电丝1可以是金属丝，也可以是具有一定导电性能的聚合物纤维，还可以是具有各种导电镀层的金属丝和聚合物纤维等导电材料制成的导电丝。
并且其中用做主栅线4的导电浆料2和用于导电丝1上的导电浆料2可以是同一种导电浆料，也可以分别使用不同的导电浆料，根据需要可以使用不同的导电浆料。并且导电丝1的横截面形状可以是矩形、梯形、三角形、圆形、椭圆形等，也可以是其他形状，在本发明的示例中，优选为圆形。
在上述制作步骤一中，将导电丝1间隔排列间距可以通过考虑导电丝1的直径和通过实验考虑转换效率以及电池片3上的导电丝1的根数来调整其间距。
优选地，在本发明的上述实施例中的步骤一中，如图4所示，主栅线4可以首先就通过丝网印刷的方法在电池片3上制作，也可以通过凸版印刷等其他方法来制作，在电池片3上丝网印刷的主栅线4不进行烘干，主栅线4的宽度为1-3毫米，主栅线的根数一般为2-3根，制作好的具有主栅线4的电池片3以备在本发明的制作方法中使用。
优选地，在本发明上述的步骤二中，当已裹浆的导电丝1在垂直于主栅线4的方向上贴合到电池片3上面时，导电丝1嵌入到主栅线4的导电浆料内部，如图6所示，导电丝1与主栅线相交部分已经完全嵌入到主栅线4的内部，这样有利于导电丝1与主栅线4之间的电流流通。
在本发明的上述步骤三中，导电丝1按照图1所示的结构粘附在电池片3上，在100℃-400℃的温度下烘干，然后与背电极一起在400℃-950℃的温度下烧结，使导电浆料（一般为银浆）与电池片形成良好的欧姆接触，同时导电浆料与导电丝烧结成完整导体。
在上述制作方法中，可选的方法步骤是在导电丝1裹浆过程中，导电丝1的丝头部分不包裹导电浆料2，如图3中所示，丝头部分没有裹覆导电浆料2。
在上述制作方法中，可选的另一方法步骤是将导电丝1的长度制成长度小于电池片3的长度尺寸，当将导电丝2粘贴于电池片3上时，如图5所示，导电丝1的边缘不会超出电池片3的边缘。
在本实施例中，印刷主栅线4也可以在贴好细栅线后再进行丝网印刷。
本发明的上述制作工艺的优点是，降低了太阳能电池正面细栅线的宽度，提高了细栅线的导电率，从而提高了电池的转换效率；减少了导电浆料的使用量，从而降低了太阳能电池的电极制作成本；避免了由于丝网印刷工艺本身缺陷造成的诸如断栅和虚印等印刷不良情况，另外由于避免了网版的使用，也能使电池片的效率分布更加集中。同时细栅线和主栅线也可以分别使用与其功能更匹配的导电浆料；更主要的是，由于在太阳能电池正面电极的细栅线的制作方面，替代了传统的丝网印刷工艺，不仅规避掉了丝网印刷工艺本身的诸多问题，也为目前的太阳能电池行业提供了新的增加效率和降低成本的途径。
本发明制作方法的另外的优点在于导电丝像水泥中的钢筋一样加强了电池片的强度，使电池片不易碎，同时由于导电丝具有良好的韧性，即使电池片裂缝，金属丝仍然会把电池片连成一体，电流一样汇流而出，这样避免了目前工艺中由于断栅裂纹带来的光电转换效率降低的问题，并且可以降低后道加工难度，提高成品率。
本发明并不限于上述特定实施例，在不背离本发明精神及其情况下，本领域的普通技术人员可根据本发明作出的改变和变形，都应属于本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (19)
1.一种太阳能电池片正面电极结构，其特征在于，所述结构包括电池片和导电丝，所述导电丝裹覆导电浆料粘贴在所述电池片的正面上，所述导电丝整个外表面都裹覆有导电浆料，粘贴于所述电池片正面上的所述导电丝的长度小于所述电池片的尺寸，其两端不伸出所述电池片的正面边缘，粘贴于所述电池正面上的所述导电丝的两端边缘未进入电池片边缘的刻蚀区域。
2.根据权利要求1 所述的太阳能电池片正面电极结构，其特征在于，粘贴所述电池片正面的所述导电丝的两端边缘具有整齐的间断部分没有裹覆所述导电浆料。
3.根据权利要求1 所述的太阳能电池片正面电极结构，其特征在于，裹覆了所述导电浆料的所述导电丝的两端边缘分别与所述电池片两端边缘的距离为0.5mm-2mm，且两边对称。
4.根据权利要求1 所述的太阳能电池片正面电极结构，其特征在于，所述导电丝是金属丝或者是具有一定导电性能的聚合物纤维，或者是具有各种导电镀层的金属丝和聚合物纤维，所述导电浆料为银浆。
5.根据权利要求1 所述的太阳能电池片正面电极结构，其特征在于，所述导电丝的直径范围为0.01mm-0.03mm。
6.根据权利要求1 所述的太阳能电池片正面电极结构，其特征在于，所述导电丝的横截面形状是矩形、梯形、三角形、圆形或椭圆形。
7.根据权利要求1 所述的太阳能电池片正面电极结构，其特征在于，所述导电丝为多根，所述多根导电丝之间的间距范围为0.5mm-3mm。
8.根据权利要求1 所述的太阳能电池片正面电极结构，其特征在于，所述电池片为多晶硅电池片或单晶硅电池片。
9.根据权利要求1所述的太阳能电池片正面电极结构，其特征在于，所述电池片的正面包括主栅线，所述导电丝在垂直于所述主栅线方向上粘贴。
10.根据权利要求9所述的太阳能电池片正面电极结构，其特征在于，所述导电丝与所述主栅线相交部分嵌入到所述主栅线内部。
11.一种制作太阳能电池片正面电极结构的制作方法，其特征在于，所述方法包括：
在导电丝的整个外表面上均匀地裹覆导电浆料；将裹覆了所述导电浆料的所述导电丝长度制成小于所述电池片的尺寸，并将所述导电丝的两端边缘制成具有整齐的间断部分没有裹覆所述导电浆料，并所述导电丝粘附于所述电池片上，所述导电丝的两端边缘分别与所述电池片的两端边缘的距离为0.5mm-2mm，且两边对称；
在所述导电丝粘附于所述电池片上之后，在所述电池片上用导电浆料制作主栅线；
将所述导电丝嵌入到所述主栅线的导电浆料内部；
将制作好的所述电池片放入到烘干和烧结炉中进行烘干烧结，其烘干温度范围为100℃ -400℃，其烧结温度范围为400℃ -950℃。
12.根据权利要求11 所述的制作方法，其特征在于，当将所述导电丝粘贴于所述电池片正面上时，裹覆了所述导电浆料的所述导电丝的两端边缘未进入电池片边缘的刻蚀区域。
13.根据权利要求11所述的制作方法，其特征在于，在裹覆导电浆料之前，将所述导电丝等间距平行排列。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所使用的所述导电丝是金属丝，或者是具有一定导电性能的聚合物纤维，或者是具有各种导电镀层的金属丝和聚合物纤维。
15.根据权利要求14所述的制作方法，其特征在于，所使用的所述导电丝的直径范围为0.01mm-0.03mm。
16.根据权利要求14 所述的制作方法，其特征在于，所述导电丝的横截面形状是矩形、梯形、三角形、圆形或椭圆形。
17.根据权利要求11所述的制作方法，其特征在于，用做所述主栅线的导电浆料和用于所述导电丝上的导电浆料是同一种导电浆料，或者分别使用不同的导电浆料。
18.根据权利要求13所述的制作方法，其特征在于，将所述导电丝间隔排列的间距为0.5mm-3mm。
19.根据权利要求11所述的制作方法，其特征在于，所述主栅线通过丝网印刷的方法在所述电池片上制作，或者通过凸版印刷的方法在所述电池片上制作。
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