CN103872181B - 一种背接触太阳电池的金属化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种背接触太阳电池的金属化方法，包括如下步骤：(1) 制作贯穿孔电极，形成至少1列N型金属接触列；N型金属接触直径为0.5~1毫米；(2) 在半导体基板的背面的P型掺杂区或P+掺杂区设置金属层；(3) 在背面的金属层上相对于N型金属接触列的位置设置条状的绝缘介质层，(4) 在各个绝缘介质层上均设置第二金属层，第二金属层与其下方的N型金属接触电连接；形成焊接电极。本发明开发了一种背接触太阳电池金属化的制备方法，引入了绝缘介质层和第二金属层，实现了效率最大化，在减少金属和半导体接触漏电的同时降低了Ag金属浆料的消耗，采用本发明的方法前后获得的电池效率提升0.4%，取得了意想不到的效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种背接触太阳电池的金属化方法，属于太阳电池领域。
背景技术
常规的化石燃料日益消耗殆尽，在现有的可持续能源中，太阳能无疑是一种最清洁、最普遍和最有潜力的替代能源。太阳能发电装置又称为太阳电池或光伏电池，可将太阳能直接转换成电能，其发电原理是基于半导体PN结的光生伏特效应。目前，太阳电池最普遍的结构是将光电池的正负极分别置于受光面和背光面，并且通过低电阻的金属实现正负互联，但是由于该电池受光面很多区域的面积被电极遮挡而损失了一部分电流。
随着太阳能发电技术的发展，为改善太阳的光电转化的效率，人们开发出了新一类“背接触”电池，其特点是取消了太阳电池受光面为了焊接使用的主栅线，只保留少量的副栅线用来收集受光面电流，通过技术手段将原本受光面产生的电流引到背光面，并在背光面相应位置设置正负电极，从而可减少受光面的遮光，增加光电转换效率，且利于光电池之间的相互连接。
传统硅太阳电池光学损失一般在7%左右，MWT（Metallization Wrap Through）硅太阳电池光学损失5%左右，EWT(Emitter Wrap Through)硅太阳电池和IBC(Interdigitated Back-Contact )太阳电池则完全没有光学损失。要实现电池到组件的互联，电池背面需要很宽的金属pad作为组件连接时的焊接区，这些金属pad通常呈圆形，直径在4~6mm左右。传统工艺中，这些pad通常采用Ag浆，其结果是一方面增加了电池的非硅加工成本，另一方面影响组件的连接，限制了背接触电池的优势。
因此，开发一种背接触太阳电池的金属化方法，便于组件连接且组件可靠稳定，具有积极的现实意义。
发明内容
本发明目的是提供一种背接触太阳电池的金属化方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种背接触太阳电池的金属化方法，所述背接触太阳电池为MWT太阳电池和EWT太阳电池，包括如下步骤：
(1) 制作贯穿孔电极，在半导体基板的背面形成N型金属接触，形成至少1列N型金属接触列；
所述N型金属接触为圆形点接触，其直径为0.5~1毫米；
(2) 在半导体基板的背面的P型掺杂区或P+掺杂区设置金属层；
(3) 在上述背面的金属层上相对于N型金属接触列的位置设置条状的绝缘介质层，使绝缘介质层覆盖P型金属层和P、 N金属层的间隙，绝缘介质层上相对于所述N型金属接触的位置设有开孔；
绝缘介质层的数量与N型金属接触列的列数相同；
所述绝缘介质层的厚度为5~30微米，其绝缘电阻为兆欧姆级别；
(4) 在步骤(3)中的各个绝缘介质层上均设置第二金属层，第二金属层与其下方的N型金属接触电连接；形成焊接电极；
所述第二金属层的焊接拉力大于4N/mm。
上文中，所述半导体基板可以采用硅片，其可以为P型或N型。
所述绝缘介质层覆盖P型金属层和P、 N金属层的间隙，是指该绝缘介质层覆盖N型金属接触的外围区域，即绝缘介质层部分覆盖N型金属接触。
所述绝缘介质层的厚度为5~30微米，与金属层有很好附着力，能够阻挡金属粒子的穿透，绝缘电阻为兆欧姆级别；所述绝缘胶可选环氧树脂、聚酰亚胺、丙烯酸树脂中的一种，固化方式可选热固化或者紫外固化的方式。热固化工艺温度小于等于300度。热固化还可以和后续的烧结工艺同步进行。
所述第二金属层可以通过丝网印刷，超声喷涂或化学粘连的方式实现。
上述技术方案中，所述步骤(1)中的N型金属接触为银接触。
上述技术方案中，所述步骤(2)之后，在背面电极上设置焊接电极条，焊接电极条与第二金属层平行设置。
上述技术方案中，所述步骤(3)中的绝缘介质层选自环氧树脂、聚酰亚胺和丙烯酸树脂中的一种。
上述技术方案中，所述步骤(4)中的第二金属层为铜层或锡层。还可以采用其他金属合金。
与之相应的另一种技术方案，一种背接触太阳电池的金属化方法，所述背接触太阳电池为IBC太阳电池，包括如下步骤：
(1) 在半导体基板的背面的N+型掺杂区形成N型金属接触；
所述N型金属接触为圆形点接触，其直径为50~100微米；
(2) 在半导体基板的背面的P型掺杂区或P+掺杂区设置金属层；
(3) 在上述背面的金属层上设置绝缘介质层，使绝缘介质层覆盖P型金属层；
绝缘介质层上相对于所述N型金属接触的位置设有开孔；
所述绝缘介质层的厚度为5~30微米，其绝缘电阻为兆欧姆级别；
(4) 在步骤(3)中的绝缘介质层上设置第二金属层，使第二金属层与其下方的N型金属接触电连接；所述第二金属层的焊接拉力大于4N/mm。
上文中，所述半导体基板采用N型硅片。
所述绝缘介质层的厚度为5~30微米，与金属层有很好附着力，能够阻挡金属粒子的穿透，绝缘电阻为兆欧姆级别；所述绝缘胶可选环氧树脂、聚酰亚胺、丙烯酸树脂中的一种，固化方式可选热固化或者紫外固化的方式。热固化工艺温度小于等于300度，时间3~5分钟。热固化还可以和后续的烧结工艺同步进行。若采用紫外固化的方式，光能量在2000~3000mJ/cm2，时间1~3分钟。
上述技术方案中，所述步骤(1)中的N型金属接触为银接触。
上述技术方案中，所述步骤(1)中的N型金属接触呈阵列分布。
上述技术方案中，所述步骤(3)中的绝缘介质层选自环氧树脂、聚酰亚胺和丙烯酸树脂中的一种。
上述技术方案中，所述步骤(4)中的第二金属层为铜层或锡层。还可以采用其他金属合金。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
1．本发明开发了一种背接触太阳电池金属化的制备方法，引入了绝缘介质层和第二金属层，极大地降低了N型金属接触的直径，实现了效率最大化，在减少金属和半导体接触漏电的同时降低了Ag金属浆料的消耗，实际应用发现，银浆消耗量降低了90%左右，从而大大降低了电池的非硅加工成本；此外，试验证明，采用本发明的方法前后获得的电池效率提升0.4%，取得了意想不到的效果。
2．本发明的第二金属层形成焊接电极，最终实现电池片间的互联，绝缘介质层和第二金属层的配合使用在保证金属与半导体接触面积最小化的同时，增大了焊接面积，便于组件自动化焊接，且组件可靠稳定，具有积极的现实意义。
3．本发明的绝缘介质层不会破坏铝背场的钝化作用，可以避免电池片的效率降低。
附图说明
图1~4是本发明实施例一的制备过程示意图；
图5~9是本发明实施例二的制备过程示意图；
图10是本发明对比例二的示意图。
其中：1、N型金属接触；2、背电场；3、绝缘介质层；4、第二金属层；5、N+区域；6、P+发射区；7、Al浆料；8、Ag浆；9、Al金属层。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述：
实施例一
参见图1~4所示，一种MWT太阳电池金属化制造方法，包括如下步骤：
(1) 将原始硅片进行清洗，去除损伤层，进而形成绒面；
(2) 将上述硅片放入扩散炉进行磷扩散，硅片正面为扩散面；
(3) 在扩散后的硅片通过化学刻蚀去除背面寄生结和周边结；
(4) 将硅片的正面沉积SiNx层；
(5) 将所述硅片通过激光形成一系列对称分布的小孔；一共形成3行3列；
(6) 在硅片背面孔位置印刷Ag金属点，实现金属点和半导体接触；得到N型金属接触1；
所述N型金属接触为圆形点接触，其直径为0.5毫米；
(7) 在硅片背面的P型区印刷一层铝金属并烘干；形成背电场2；
(8) 在所述硅片的铝金属层上丝网印刷印刷一层绝缘介质层3，共3条；烘干，绝缘介质层条状分布，没有覆盖孔位置的金属点；
所述绝缘介质层的主要成分为环氧树脂，还设有无机添加剂，厚度为25微米；
(9) 在硅片正面发射区印刷电极；
(10) 烧结；
(11) 在绝缘介质层上设置第二金属层4（本实施例采用Sn金属层），实现金属化，并让Sn金属层覆盖所述N型金属接触，即可得到背接触太阳电池。
对比例一
(1) 将原始硅片进行清洗，去除损伤层，进而形成绒面；
(2) 将上述硅片放入扩散炉进行磷扩散，硅片正面为扩散面；
(3) 在扩散后的硅片通过化学刻蚀去除背面寄生结和周边结；
(4) 将硅片的正面沉积SiNx层；
(5) 将所述硅片通过激光形成一系列对称分布的小孔；
(6) 在硅片背面孔位置印刷Ag金属pad；
(7) 在硅片背面的P型区印刷一层铝金属并烘干；
(8) 在硅片正面发射区印刷电极；
(9) 烧结；即可得到背接触太阳电池。
测定上述实施例一和对比例一中两批太阳电池的电性能，结果见下表所示：
| Ag浆耗量 | Uoc（V） | Jsc（mA/cm2） | FF | Eff（%） | |
| 实施例一 | 0.119g | 0.6422 | 38.92 | 78.18 | 19.54% |
| 对比例一 | 0.0097g | 0.6438 | 39.18 | 78.98 | 19.92% |
其中，Uoc代表开路电压，Jsc代表短路电流密度，FF代表填充因子，Eff代表光电转换效率。
由上表可见，采用本发明制得的太阳电池，其开路电压、短路电流密度和填充因子均有较大幅度的提高，光电转换效率提高了0.4%，取得了意想不到的效果。另外，Ag浆耗量降低了91.8%，大大降低了电池的非硅加工成本。
实施例二
参见图5~9所示，一种IBC太阳电池金属化制造方法，包括如下步骤：
(1) 在硅片的背面形成N+区5和P+发射区6；
(2) 将上述硅片背面沉积Al2O3/SiNx叠层钝化层；
(3) 将硅片的正面沉积SiNx层；
(4) 在硅片P+发射区6用激光开窗，开窗面积占P+发射区面积6%；
(5) 在硅片P+发射区丝网印刷Al浆7，并让Al浆料完全覆盖激光开窗的区域；
(6) 在硅片背面N+区位置印刷Ag浆8，实现金属点和半导体接触，得到N型金属接触；
所述N型金属接触为圆形点接触，其直径为0.5毫米；
(7) 烘干，烧结；
(8) 在硅片的铝金属层上丝网印刷印刷一层绝缘介质层3，绝缘介质层完全覆盖所述P+发射区域，没有覆盖N+区位置印刷Ag金属点；
所述绝缘介质层的主要成分为环氧树脂，还设有无机添加剂，厚度为25微米；
对绝缘介质层进行热固化处理，所述热固化工艺温度为300度，热固化时间为3分钟；
(9) 在绝缘介质层上物理沉积第二金属层（本实施例采用Al金属层9），实现金属化，并让Al金属合金层覆盖所述N型金属接触并电连接，即可得到背接触太阳电池。
对比例二
参见图10所示，一种IBC太阳电池金属化制造方法，包括如下步骤：
(1) 在硅片的背面形成N+区5和P+发射区6；
(2) 将上述硅片背面沉积Al2O3/SiNx叠层钝化层；
(3) 将硅片的正面沉积SiNx层；
(4) 在硅片P+发射区用激光开窗，开窗面积占P+发射区面积6%；
(5) 在硅片P+发射区丝网印刷Al浆，并让Al浆料完全覆盖激光开窗的区域；
(6) 在硅片背面N+区位置印刷Ag金属栅线；
所述N型金属栅线为叉指型分布；
(7) 烘干，烧结，即可得到背接触太阳电池；
测定上述实施例二和对比例二中两批太阳电池的电性能，结果见下表所示：
| Uoc（V） | Jsc（mA/cm2） | FF | Eff（%） | |
| 实施例二 | 0.671 | 39.3 | 78.5 | 20.70 |
| 对比例二 | 0.669 | 38.5 | 76.1 | 19.60 |
其中，Uoc代表开路电压，Jsc代表短路电流密度，FF代表填充因子，Eff代表光电转换效率。
由上表可见，采用本发明制得的太阳电池，其开路电压、短路电流密度和填充因子均有较大幅度的提高，光电转换效率提高了0.9%，取得了意想不到的效果。
Claims (9)
1.一种背接触太阳电池的金属化方法，所述背接触太阳电池为MWT太阳电池或EWT太阳电池，其特征在于，包括如下步骤：
(1) 制作贯穿孔电极，在半导体基板的背面形成N型金属接触，形成至少1 列N 型金属接触列；
所述N型金属接触为圆形点接触，其直径为0.5~1毫米；
(2) 在半导体基板的背面的P型掺杂区或P+掺杂区设置金属层；
(3) 在上述背面的金属层上相对于N型金属接触列的位置设置条状的绝缘介质层，使绝缘介质层覆盖P型金属层和P、N金属层的间隙，绝缘介质层上相对于所述N型金属接触的位置设有开孔；
绝缘介质层的数量与N 型金属接触列的列数相同；
所述绝缘介质层的厚度为5~30 微米，其绝缘电阻为兆欧姆级别；
(4) 在步骤(3)中的各个绝缘介质层上均设置第二金属层，第二金属层与其下方的N型金属接触电连接；形成焊接电极；
所述第二金属层的焊接拉力大于4N/mm。
2. 根据权利要求1 所述的方法，其特征在于：所述步骤(1)中的N 型金属接触为银接触。
3. 根据权利要求1 所述的方法，其特征在于：所述步骤(3)中的绝缘介质层选自环氧树脂、聚酰亚胺和丙烯酸树脂中的一种。
4. 根据权利要求1 所述的方法，其特征在于：所述步骤(4)中的第二金属层为铜层或锡层。
5.一种背接触太阳电池的金属化方法，所述背接触太阳电池为IBC 太阳电池，其特征在于，包括如下步骤：
(1) 在半导体基板的背面的N+型掺杂区形成N 型金属接触；
所述N 型金属接触为圆形点接触，其直径为50~100 微米；
(2) 在半导体基板的背面的P 型掺杂区或P+掺杂区设置金属层；
(3) 在上述背面的金属层上设置绝缘介质层，使绝缘介质层覆盖P 型金属层；
绝缘介质层上相对于所述N 型金属接触的位置设有开孔；
所述绝缘介质层的厚度为5~30 微米，其绝缘电阻为兆欧姆级别；
(4) 在步骤(3)中的绝缘介质层上设置第二金属层，使第二金属层与其下方的N 型金属接触电连接；所述第二金属层的焊接拉力大于4N/mm。
6.根据权利要求5 所述的方法，其特征在于：所述步骤(1)中的N 型金属接触为银接触。
7.根据权利要求5 所述的方法，其特征在于：所述步骤(1)中的N 型金属接触呈阵列分布。
8.根据权利要求5 所述的方法，其特征在于：所述步骤(3)中的绝缘介质层选自环氧树脂、聚酰亚胺和丙烯酸树脂中的一种。
9. 根据权利要求5 所述的方法，其特征在于：所述步骤(4)中的第二金属层为铜层或锡层。
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