CN103730521A - 一种mwt太阳能电池和mwt太阳能电池组件及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种MWT太阳能电池，包括硅基体，设于硅基体上背面的发射极接触电极和基极接触电极，其中所述发射极接触电极通过金属穿导方式形成于所述硅基体的背面，所述发射极接触电极由呈阵列排布的发射极接触电极接触点组成且位于所述硅基体的中央位置，所述基极接触电极由多个基极接触电极接触点组成，每个基极接触电极接触点设置在靠近硅基体的边缘处，并与每一排发射极接触电极接触点位于同一焊带焊接区域内且不相互接触。该MWT太阳能电池具有新型发射极接触电极和基极接触电极分布，可以将MWT太阳能电池制成组件，便于采用焊带进行焊接和封装，成本低。还公开了含有上述MWT太阳能电池的电池组件及其制备方法。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池领域，具体涉及一种MWT太阳能电池和MWT太阳能电池组件及制备方法。
背景技术
太阳能电池是一种将光能转化为电能的半导体器件，较低的生产成本和较高的能量转化效率一直是太阳能电池工业追求的目标。对于目前常规太阳能电池，其发射极接触电极和基极接触电极分别位于电池片的正反两面。电池的正面为受光面，正面金属发射极接触电极的覆盖必将导致一部分入射的太阳光被金属电极所反射，造成一部分光学损失。普通晶硅太阳能电池的正面金属电极的覆盖面积在7%左右，减少金属电极的正面覆盖可以直接提高电池的能量转化效率。
“金属穿导（Metal Wrap Through）电池”，简称MWT电池，是一种将发射极接触电极和基极接触电极均放置在电池背面（非受光面）的电池，图1给出了常规MWT太阳能电池的截面图，在该电池结构中，位于电池受光面的发射极导电主栅通过金属穿导的方法被引导到电池背面，这样可以有效减少电池片正面的金属化遮挡，从而有效增加了电池片的短路电流，使电池片的能量转化效率得到提高。
图2给出了常规MWT太阳能电池的电极分布，由于MWT太阳能电池的正负接触电极都位于电池的背面，因此在制作光伏组件时，电池片之间的连接也均在背面。MWT电池组件一般采用基于导电基板的背点接触式的封装技术，即使用导电胶将电池背面的正负极接触点与导电基板上预先制作好的接触点直接相连。该封装技术由于采用的导电基板电阻很低，因此可以大大降低由该基板所带来的欧姆损耗，提高组件的填充因子，进而提高组件的输出功率，改善电池到组件（CTM）损耗。但其缺点在于导电基板的成本很高，且与目前广泛使用的焊带连接方式的组件封装设备完全不兼容。因此，MWT电池的组件封装技术成为制约当前MWT电池广泛应用的关键因素。
发明内容
本发明的第一个目的在于提供一种MWT太阳能电池，该MWT太阳能电池具有新型发射极接触电极和基极接触电极分布，可以将MWT太阳能电池制成组件，便于采用焊带进行焊接和封装，成本低。
本发明的第二个目的在于提供一种MWT太阳能电池组件，该MWT太阳能电池组件采用了传统组件生产工艺和设备进行焊接和封装，能与现有组件封装设备和工艺相兼容，成本低。
本发明的最后一个目的在于提供上述MWT太阳能电池组件的制备方法，该方法成本低廉，流程简单易操作，适合大规模生产。
本发明的第一个目的是通过如下技术措施来实现的：一种MWT太阳能电池，包括硅基体，设于硅基体上背面的发射极接触电极和基极接触电极，其中所述发射极接触电极通过金属穿导方式形成于所述硅基体的背面，所述发射极接触电极由呈阵列排布的发射极接触电极接触点组成且位于所述硅基体的中央位置，所述基极接触电极由多个基极接触电极接触点组成，每个基极接触电极接触点设置在靠近硅基体的边缘处，并与每一排发射极接触电极接触点位于同一焊带焊接区域内且不相互接触。
本发明中的MWT太阳能电池，给出了一种新型的MWT电池电极分布，MWT电池背面电极采用了将发射极接触电极与基极接触电极排列在同一焊接区域的设计方案，该设计方案的实现只需通过修改所用的电极印刷网版图样即可，对MWT电池的电性能不会有任何影响。
本发明通过将发射极接触电极通过“金属穿导（Metal Wrap Through）”方法将其引导到电池背面（非受光面），使得电池片的发射极接触电极和基极接触电极均位于电池的背面；本发明在电极分布上要求基极接触电极与引导到电池背面的发射极接触电极排呈“一”字型，以至它们处于同一焊接区域。
作为本发明的一种优选的实施方式，本发明中所述的发射极接触电极优选为由4×4阵列的发射极电极接触点组成，基极接触电极由四个基极接触电极接触点组成，均处在MWT太阳能电池片背表面边缘处，每个基极接触电极接触点分别与每一排发射极接触电极接触点呈“一”字型排列且位于每一排发射极接触电极接触点的首部或者末尾处，基极接触电极接触点的形状可以为圆形或者方形或其它任意形状，尺寸要求为不与相邻的发射极接触电极相接触即可，发射极接触电极接触点的形状也可以为圆形或者方形或其它任意形状，尺寸要求为不与基极电极和基极接触电极接触点相接触即可。
本发明所述的MWT太阳能电池可以为常规P型MWT太阳能电池，n型MWT太阳能电池或者背钝化的MWT太阳能电池，本发明中不作限定。
本发明的第二个发明目的是通过如下技术措施来实现的：一种MWT太阳能电池组件，按照玻璃、EVA、串焊电池片、EVA、背板材料的顺序进行层压和封装制成，所述串焊电池片由多个上述MWT太阳能电池利用焊带焊接的方法相串联制成。
本发明所述焊带设置在MWT太阳能电池的背面，将一片MWT太阳能电池的发射极接触电极与相邻的MWT太阳能电池的基极接触电极相串联，多个MWT太阳能电池依次排列形成串焊电池片。
本发明所述焊带的宽度优选为1.5～10.0mm，厚度不小于0.10mm，长度不长于MWT太阳能电池的长度。
本发明所述的焊带上设有穿孔，所述焊带上的穿孔的位置与所述发射极接触电极接触点的位置相对应，所述穿孔的大小和形状与所述发射极接触电极接触点的形状和大小相适配，以便于所述发射极接触电极接触点从所述穿孔中露出。
本发明中所述穿孔的最小直经可以为0.05毫米（mm），最大直经不能超过发射极接触电极接触点的大小，穿孔的位置与所述MWT太阳能电池发射极接触电极接触点的位置相对应。
作为本发明的一种技术方案，本发明所述焊带可以为不带有绝缘层的焊带，本发明中利用上述不带有绝缘层的焊带连接MWT太阳能前，需在MWT太阳能电池发射极接触电极所在阵列设有图案化绝缘层，所述图案化绝缘层的宽度与所述焊带的宽度相适配，所述图案化绝缘层的长度为电池片的边长减去一个基极接触电极接触点长度，所述图案化绝缘层上对应于所述发射极接触电极接触点位置处设有镂空区域，所述镂空区域的形状和大小与所述发射极接触电极接触点的形状和大小相适配，以便于所述发射极接触电极接触点从所述镂空区域露出。
作为本发明的一种实施方式，本发明所述图案化绝缘层可以在MWT电池制备完毕后利用丝网印刷的方法将绝缘浆料直接印刷在发射极接触电极阵列上，发射极接触电极接触点的区域镂空，然后烘干后形成绝缘层覆盖；该绝缘覆盖层也可在MWT电池制备的金属化过程中，将绝缘浆料采用图案化的印刷方式印刷在发射极接触电极阵列上，经烧结后制成。
作为本发明的一种改进：本发明所述焊带还可以为带有部分绝缘层的焊带，所述焊带上与所述发射极接触电极接触点相对应的位置处未设置绝缘层，所述焊带上与所述基极接触电极接触点相对应的位置也未设置绝缘层，所述焊带的其它部分设置有绝缘层。
本发明如采用带有部分绝缘层的焊带，则在电池发射极接触电极阵列上覆盖有图案化的绝缘层的工艺步骤可以省去。
本发明中所述串焊电池片由多个上述的MWT太阳能电池利用焊带焊接的方法相串联制成，其中焊接是指将焊锡通过人工手动或自动化方式铸入焊带的穿孔中且与所述发射极接触电极接触点相连通。
本发明的最后一个目的是通过如下技术方案来实现的：MWT太阳能电池组件的制备方法，含以下步骤：
（1）制备上述的MWT太阳能电池；
（2）利用焊带焊接的方法将多个MWT太阳能电池串联；
（3）按照玻璃、EVA、串焊电池片、EVA和背板材料的顺序排列进行层压和封装，完成MWT太阳能电池组件的制作。
本发明的有益效果是：
（1）本发明改进了MWT背面正负接触电极分布以及MWT太阳能电池组件上的焊带设计，使得一个MWT电池背面正电极与另一个MWT电池背面负电极可以利用焊带焊接方法直接相连，从而可将传统组件生产工艺和设备直接用来封装构成MWT太阳能电池组件；
（2）本发明提出的MWT电极分布方法只需修改MWT太阳能电池金属化过程中所用电极印刷网版图样即可，成本低廉，流程简单易操作，适合大规模生产。
在以下的结合附图和优选示例性实施方案进一步详细说明给出本发明的特征和优点。
附图说明
图1是常规MWT太阳能电池的结构示意图，其中1是硅基体，2是发射极，3是背电极，4是接触栅线，5是氮化硅减反射膜，9是发射极接触电极接触点(负电极接触点)，7是导电通孔；
图2是常规MWT太阳能电池的电极分布图，其中1是硅基体，8是基极电极，9是发射极接触电极接触点(负电极接触点)，10是基极接触电极接触点（正电极接触点）；
图3是本发明实施例1-3中制备的MWT太阳能电池背面电极布局实例图，其中1是硅基体，8是基极电极，9是发射极接触电极接触点(负电极接触点)，10是基极接触电极接触点（正电极接触点）；
图4A是本发明实施例1中制备的MWT太阳能电池组件中使用的焊带示意图，其中11是指焊带，12是指穿孔；
图4B是本发明实施例2中制备的MWT太阳能电池组件使用的焊带示意图，其中11是指焊带，12是指穿孔，13是指未覆盖绝缘层区域，14是指覆盖绝缘层区域；
图4C是本发明实施例3中制备的MWT太阳能电池组件使用的焊带示意图；
图5是本发明实施例1-3制备的焊带在MWT太阳能电池背面电极焊接方法示意图，其中1是硅基体，9是发射极接触电极，11是焊带，12是穿孔，15是焊锡；
图6是本发明实施例1制备的MWT太阳能电池背面电极图案化绝缘层的示意图，其中1是指硅基体，8是指基极电极，9是发射极接触电极接触点，10是基极接触电极接触点，6是图案化绝缘层；
图7是本发明实施例1-3制备的MWT太阳能电池组件中相邻两片MWT太阳能电池的连接示意图，其中11是指焊带；
图8是本发明实施例1-3制备的MWT太阳能电池组件中多片MWT太阳能电池焊接成串焊电池片的连接示意图，其中11是指焊带，16是指汇流条。
具体实施方式
实施例1
本实施例说明了一种用于制备MWT结构太阳能电池组件方法，具体步骤如下：
（1）制备背接触MWT太阳能电池，使用p型晶体硅基体1，进行磷扩散；利用激光在晶体硅基体上制作导电通孔7；使用丝网印刷将导电银浆填满导电通孔形成如图3所示的“负极接触电极（发射极接触电极），由于该接触电极为点状，故也称为负电极接触点（发射极接触电极接触点9）”；使用丝网印刷铝浆和银浆在硅基体背表面分别形成正极电极（基极电极8）和正电极接触点（基极接触电极或基极接触电极接触点10）；在受光面印刷银接触栅线，并与导电通孔相连接；
（2）负电极接触电极由呈阵列排布的负电极接触点9组成且位于所述硅基体1的中央位置，负电极接触点9的形状可为直径1-7mm的圆形或者为边长1mm-7mm的方形，负电极接触点为四列，其中列与列的间距，以及第一列和第四列到电池的边缘之间的距离均相等，每一列负电极有四个间距相等的接触点，形成4×4阵列，正电极接触点为四个，均处在电池背表面边缘处；且分别与上述四列负电极接触点排成一列且位于同一焊带焊接区域内，其中焊带焊接区域的大小和形状与焊带11的大小和形状相适配，焊带11的宽度为1.5～10.0mm，厚度不小于0.10mm，长度不长于MWT太阳能电池的长度，正电极接触点10的形状为长方形，尺寸要求为不与相邻的负电极接触点相连即可；
（3）印刷后烘干、烧结，烘干温度在200℃左右，烧结温度在500-900℃，经烧结形成金属与硅基体的欧姆接触，完成MWT太阳电池的制作；
（4）为保证MWT太阳能电池在组件制作过程中正负电极之间的绝缘，MWT电池制作完毕以后印刷一层绝缘浆料形成如图6所示的图案化绝缘层6，该图案化绝缘层的宽度与焊带11的宽度相适配，图案化绝缘层6的长度为电池片的边长减去一个正电极接触点的长度，图案化绝缘层6上对应于负电极接触点9位置处设有镂空区域，镂空区域的形状和大小与负电极接触点9的形状和大小相适配，以便于所述负电极接触点9从所述镂空区域露出，该绝缘层6覆盖电池负电极接触点阵列，只将负电极接触点9露出；
（5）绝缘浆料印刷后采用低温烘干以在负电极接触点周围形成图案化的绝缘层6，低温烘干温度为100-300℃，烘干时间为0.5-5分钟；
（6）在焊带上根据MWT太阳电池负电极接触点排布尺寸打孔形成穿孔12（如图4A所示），穿孔12的位置与发射极接触电极接触点9的位置相对应，穿孔12的大小和形状与负电极接触点9的形状和大小相适配，以便于所述负电极接触点9从所述穿孔中露出，将有穿孔焊带与相应负电极接触点9对准放置于MWT太阳电池背部，然后将焊锡15如图5所示一一注入焊带孔洞形成焊带与个个负电极接触点9的连结，焊带11与正电极接触点10的连接依旧采用常规的焊接方式实现；
（7）按照图7所示的连接方法，将焊带11设置在MWT太阳能电池的背面，将一片MWT太阳能电池的负电极与相邻的MWT太阳能电池的正电极相串联，多个MWT太阳能电池依次排列形成串焊电池片，将MWT太阳电池一个个串联焊接后，利用汇流条16将电池排成所需要的排数和列数，如图8所示；
（8）按照玻璃、EVA、串焊电池片、EVA和背板材料的顺序排列并经层压，固化，封装成电池组件；
本实施例中焊锡注入可使用手动焊接，也可使用自动焊接，不需引入新机器，新原料，所有制程都可以在当前工业化产线上完成。
实施例2
本实施例提供的一种用于制备MWT结构的太阳能电池及MWT太阳能电池组件的方法，具体步骤如下：
（1）制备背接触MWT太阳能电池，使用p型晶体硅基体1，进行磷扩散；利用激光在晶体硅基体上制作导电通孔7；使用丝网印刷将导电银浆填满导电通孔形成如图3所示的“负极接触电极（发射极接触电极），由于该接触电极为点状，故也称为负电极接触点9（发射极接触电极接触点）”；使用丝网印刷铝浆和银浆在硅基体背表面分别形成正极电极（基极电极8）和正电极接触点10（基极接触电极或基极接触电极接触点）；在受光面印刷银接触栅线，并与导电通孔7相连接；
（2）负电极接触电极由呈阵列排布的负电极接触点9组成且位于所述硅基体1的中央位置，负电极接触点9的形状可为直径1-7mm的圆形或者为边长1mm-7mm的方形，负电极接触点9为四列，其中列与列的间距，以及第一列和第四列到电池的边缘之间的距离均相等，每一列负电极有四个间距相等的接触点，形成4×4阵列，正电极接触点10为四个，均处在电池背表面边缘处；且分别与上述四列负电极接触点9排成一列且位于同一焊带焊接区域内，其中焊带焊接区域的大小和形状与焊带11的大小和形状相适配，焊带11的宽度为1.5～10.0mm，厚度不小于0.10mm，长度不长于MWT太阳能电池的长度，正电极接触点10的形状为长方形，尺寸要求为不与相邻的负电极接触点9相连即可；
（3）印刷后烘干、烧结，烘干温度在200℃左右，烧结温度在500-900℃，经烧结形成金属与硅基体的欧姆接触，完成MWT太阳电池的制作；
（4）在涂有绝缘层的焊带上根据MWT太阳电池负电极接触点排布尺寸打穿孔12（如图4B所示），穿孔12的位置与负电极接触点9的位置相对应，穿孔12的大小和形状与负电极接触点9的形状和大小相适配，以便于负电极接触点9从穿孔12中露出，焊带11上与负电极接触点9相对应的位置处未设置绝缘层，焊带11上与正电极接触点10相对应的位置也未设置绝缘层，焊带11的其它部分设置有绝缘层，将有穿孔焊带11与相应负电极接触点9对准放置于MWT太阳电池背部，然后将焊锡15如图5所示一一注入焊带孔洞形成焊带11与个个负电极接触点9的连结；焊带11与正极接触点10的位置未设置绝缘层，它们之间的连接依旧采用常规的焊接方式实现；
（5）按照图7所示的连接方法，将焊带11设置在MWT太阳能电池的背面，将一片MWT太阳能电池的负电极与相邻的MWT太阳能电池的正电极相串联，多个MWT太阳能电池依次排列形成串焊电池片，将MWT太阳电池一个个串联焊接后，利用汇流条将电池排成所需要的排数和列数，如图8所示；
（6）按照玻璃、EVA、串焊电池片、EVA和背板材料的顺序排列并经层压，固化，封装成电池组件。
实施例3
本实施例提供的MWT太阳能电池及MWT太阳能电池组件及制备方法如下：
（1）制备背接触MWT太阳能电池，使用p型晶体硅基体1，进行磷扩散；利用激光在晶体硅基体上制作导电通孔7；使用丝网印刷将导电银浆填满导电通孔7形成如图3所示的“负极接触电极（发射极接触电极），由于该接触电极为点状，故也称为负电极接触点（发射极接触电极接触点9）”；使用丝网印刷铝浆和银浆在硅基体背表面分别形成正极电极（基极电极8）和正电极接触点10（基极接触电极或基极接触电极接触点）；在受光面印刷银接触栅线，并与导电通孔7相连接；
（2）负电极接触电极由呈阵列排布的负电极接触点9组成且位于所述硅基体1的中央位置，负电极接触点9的形状可为直径1-7mm的圆形或者为边长1mm-7mm的方形，负电极接触点9为四列，其中列与列的间距，以及第一列和第四列到电池的边缘之间的距离均相等，每一列负电极有四个间距相等的接触点，形成4×4阵列，正电极接触点为四个，均处在电池背表面边缘处；且分别与上述四列负电极接触点排成一列且位于同一焊带焊接区域内，其中焊带焊接区域的大小和形状与焊带11的大小和形状相适配，焊带11的宽度为1.5～10.0mm，厚度不小于0.10mm，长度不长于MWT太阳能电池的长度，正电极接触点10的形状为长方形，尺寸要求为不与相邻的负电极接触点相连即可；
（3）印刷后烘干、烧结，烘干温度在200℃左右，烧结温度在500-900℃，经烧结形成金属与硅基体的欧姆接触，完成MWT太阳电池的制作；
（4）采用涂有部分绝缘层的常规焊带，该焊带没有穿孔，焊带11上与负电极接触点9相对应的位置处未设置绝缘层，焊带11上与正电极接触点10相对应的位置也未设置绝缘层，焊带的其它部分设置有绝缘层，如图4C所示，将该焊带未被绝缘层覆盖的区域分别与相应负电极接触点和正电极接触点对准放置于MWT太阳电池背部，然后采用常规电池的焊接方法实现两电池片之间的串联；
（5）按照图7所示的连接方法，将焊带11设置在MWT太阳能电池的背面，将一片MWT太阳能电池的负电极与相邻的MWT太阳能电池的正电极相串联，多个MWT太阳能电池依次排列形成串焊电池片，将MWT太阳电池一个个串联焊接后，利用汇流条将电池排成所需要的排数和列数，如图8所示；
（6）按照玻璃、EVA、串焊电池片、EVA和背板材料的顺序排列并经层压，固化，封装成电池组件。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种MWT太阳能电池，包括硅基体，设于硅基体背面上的发射极接触电极和基极接触电极，其中所述发射极接触电极通过金属穿导方式形成于所述硅基体的背面，其特征是：所述发射极接触电极由呈阵列排布的发射极接触电极接触点组成且位于所述硅基体的中央位置，所述基极接触电极由多个基极接触电极接触点组成，每个基极接触电极接触点设置在靠近硅基体的边缘处，并与每一排发射极接触电极接触点位于同一焊带焊接区域内且不相互接触。
2.根据权利要求1所述的MWT太阳能电池组件，其特征是：所述焊带焊接区域的大小和形状与所述焊带的大小和形状相适配。
3.一种MWT太阳能电池组件，按照玻璃、EVA、串焊电池片、EVA、背板材料的顺序进行层压和封装制成，其特征是：所述串焊电池片由多个权利要求1或2所述的MWT太阳能电池利用焊带焊接的方法相串联制成。
4.根据权利要求3所述的MWT太阳能电池组件，其特征是：所述焊带设置在MWT太阳能电池的背面，将一片MWT太阳能电池的发射极接触电极与相邻的MWT太阳能电池的基极接触电极相串联，多个MWT太阳能电池依次排列形成串焊电池片。
5.根据权利要求3所述的MWT太阳能电池组件，其特征是：所述焊带的宽度为1.5～10.0mm，厚度不小于0.10mm，长度不长于MWT太阳能电池的长度。
6.根据权利要求3所述的MWT太阳能电池组件，其特征是：所述的焊带上设有穿孔，所述焊带上的穿孔的位置与所述发射极接触电极接触点的位置相对应，所述穿孔的大小和形状与所述发射极接触电极接触点的形状和大小相适配，以便于所述发射极接触电极接触点从所述穿孔中露出。
7.根据权利要求6所述的MWT太阳能电池组件，其特征是：所述焊带为不带有绝缘层的焊带，利用所述不带有绝缘层的焊带连接MWT太阳能前，需在MWT太阳能电池发射极接触电极所在阵列设有图案化绝缘层，所述图案化绝缘层的宽度与所述焊带的宽度相适配，所述图案化绝缘层的长度为电池片的边长减去一个基极接触电极接触点的长度，所述图案化绝缘层上对应于所述发射极接触电极接触点位置处设有镂空区域，所述镂空区域的形状和大小与所述发射极接触电极接触点的形状和大小相适配，以便于所述发射极接触电极接触点从所述镂空区域露出。
8.根据权利要求5或6所述的MWT太阳能电池组件，其特征是：所述焊带为带有部分绝缘层的焊带，所述焊带上与所述发射极接触电极接触点相对应的位置处未设置绝缘层，所述焊带上与所述基极接触电极接触点相对应的位置也未设置绝缘层，所述焊带的其它部分设置有绝缘层。
9.权利要求3所述的MWT太阳能电池组件的制备方法，其特征是含以下步骤：
（1）制备权利要求1或2所述的MWT太阳能电池；
（2）利用焊带焊接的方法将多个MWT太阳能电池串联；
（3）按照玻璃、EVA、串焊电池片、EVA和背板材料的顺序排列进行层压和封装，完成MWT太阳能电池组件的制作。
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