CN104124287A - 一种单晶硅太阳电池背表面栅线电极结构及单晶硅太阳电池 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种单晶硅太阳电池背表面栅线电极结构，包括设于单晶硅片背表面的p型发射极和n型背面场，p型发射极和n型背面场相互交替分布且不相接触，还包括p型发射极主栅电极、n型背面场主栅电极、p型发射极细栅电极和n型背面场细栅电极，p型发射极细栅电极位于p型发射极上，n型背面场细栅电极位于n型背面场上，p型发射极细栅电极与p型发射极主栅电极相连接，n型背面场细栅电极与n型背面场主栅电极相连接，每个p型发射极细栅电极由多条平行均匀分布的细栅组成，多条平行均匀分布的细栅的末端通过一细栅相连，还公开了具有上述背表面栅线电极结构的背结背接触太阳电池，该电池可减少银浆使用量和背面复合，提高光电转换效率。

Description

一种单晶硅太阳电池背表面栅线电极结构及单晶硅太阳电池
技术领域
本发明属于太阳电池领域，具体涉及一种单晶硅太阳电池背表面栅线电极结构及单晶硅太阳电池。
背景技术
随着能源消耗急速加剧以及环境污染日益严重，太阳能作为可再生清洁能源得到了较快发展，太阳能利用的最主要的途径是光伏发电，而光伏发电的核心器件是太阳电池。
目前商业化太阳电池以晶体硅太阳电池为主，包括单晶硅和多晶硅，多为p型基体。随着技术的进步和成本的下降，用性能更好的n型单晶硅制成的高效单晶硅太阳电池，显示了很好的应用前景，很有可能成为未来的主流电池。
背结背接触太阳电池是一种p-n结和正负电极均在背面的n型高效单晶硅太阳电池。电池的前表面没有任何栅线电极，从而避免遮光损失；前表面无需考虑电极接触，因而可以轻掺杂，从而减小复合损失。在电池的背面，p型发射极和n型背面场呈叉指状排布，两者之间有一个隔离区。p型发射极的宽度比n型背面场和隔离区都要大的多，发射极细栅电极和主栅电极形成梳子状，背面场细栅电极和主栅电极形成类似的形状，两者交错排列。
背结背接触太阳电池背面一般经过二氧化硅钝化处理，可采用多种方法实现电极接触。银浆丝印烧结是一种可靠且与现有工艺结合得最好的一种方法。目前，这种方法中发射极细栅电极是一条较粗（相对背面场细栅电极）的栅线，虽然串联电阻较小，但银浆使用量较大，背面复合较大。
发明内容
本发明的第一个目的在于提供一种单晶硅太阳电池背表面栅线电极结构，该背表面栅线电极设计针对银浆丝印烧结法形成电极的背结背接触太阳电池，可以减少银浆使用量，减少背面复合，提高光电转换效率。
本发明的目的还在于提供在背表面上设置有上述单晶硅太阳电池背表面栅线电极结构的单晶硅太阳电池，该单晶硅太阳电池银浆使用量少，背面复合低，光电转换效率高。
本发明的第一个目的是通过以下技术方案来实现的：一种单晶硅太阳电池背表面栅线电极结构，包括设于单晶硅片背表面的p型发射极和n型背面场，所述p型发射极和n型背面场相互交替分布且不相接触，还包括p型发射极主栅电极、n型背面场主栅电极、p型发射极细栅电极和n型背面场细栅电极，其中所述p型发射极细栅电极位于所述p型发射极上，所述n型背面场细栅电极位于所述n型背面场上，所述p型发射极细栅电极与所述p型发射极主栅电极相连接，所述n型背面场细栅电极与所述n型背面场主栅电极相连接，每个p型发射极细栅电极由多条平行均匀分布的细栅组成，所述多条平行均匀分布的细栅的末端通过一细栅相连。
本发明中每个p型发射极细栅电极优选由3~5条平行均匀分布的细栅组成。细栅具体数目可根据电池背面p型发射极宽度及细栅电极自身宽度而定。
作为本发明的一种较佳的实施方式，本发明中每个p型发射极细栅电极由4条平行均匀分布的细栅组成。
本发明所述p型发射极主栅电极和n型背面场主栅电极相对称分布于所述单晶硅片两对边的靠近边缘位置处。主栅靠近边缘可以最大限度利用硅片面积，两者对称可方便电池片之间的互联焊接。
本发明所述p型发射极主栅电极和n型背面场主栅电极的形状为条状且与所述的p型发射极细栅电极和n型背面场细栅电极相垂直分布。
本发明在所述的p型发射极主栅电极上朝向所述的p型发射极细栅电极方向设有凸出的矩形区域，在所述的n型背面场主栅电极上朝向所述的n型发射极细栅电极方向也设有凸出的矩形区域。这些凸出的矩形区域主要是作为电池互联时的焊点使用。
其中n型背面场主栅电极上的凸出的矩形区域的长度比p型发射极主栅电极上的凸出的矩形区域的长度略微长一些，宽度相同。
本发明所述的凸出的矩形区域至少为2个，最好为3个，以与所述p型发射极细栅电极或n型背面场细栅电极相平行的单晶硅片中心线为对称轴相对称分布。
本发明所述p型发射极主栅电极和所述n型背面场主栅电极两端部的形状与所述单晶硅片两端部的形状相适配。如单晶硅片四个角位置处的圆倒角部分，p型发射极或n型背面场的主栅电极也呈相应的圆倒角弧线状，位于圆倒角部分的主栅电极宽度小于其他部分主栅电极。
本发明每个n型背面场细栅电极优选由1条细栅组成，且该条细栅优选位于所述n型背面场的中间位置。
本发明所述单晶硅片优选为n型单晶硅片。
本发明中的单晶硅太阳电池是指背结背接触单晶硅太阳电池。
本发明的第二个目的是通过以下技术方案来实现的：一种单晶硅太阳电池，在所述单晶硅太阳电池的背表面上设置有上述的背表面栅线电极结构。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明中单晶硅太阳电池背表面栅线电极设计可以减少银浆使用量，减少背面复合，并提高太阳电池光电转换效率，发射极细栅电极在出现部分断栅的某些情况下依然能够实现电子传导。
以下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是本发明中的单晶硅太阳电池背表面栅线电极示意图；
图2是图1右上角局部放大图；
图3是图1下部局部放大图；
图4是图2放大图（包含发射极和背面场）；
图5是实施例2中的单晶硅太阳电池背表面栅线电极示意图，其中a图为本实施例中的单晶硅太阳电池背表面栅线电极示意图，b图为常规背结背接触单晶硅太阳电池背表面栅线电极示意图；
图中标记：101、p型发射极主栅电极，102、n型背面场主栅电极，201、p型发射极细栅电极，202、n型背面场细栅电极，301、p型发射极细栅电极闭合短栅，401、p型发射极，402、n型背面场。
具体实施方式
实施例1
如图1-4中所示，本实施例提供的单晶硅太阳电池背表面栅线电极结构，采用的硅片为156 mm×156 mm的圆倒角n型单晶硅片，包括设于单晶硅片背表面的p型发射极401和n型背面场402， p型发射极401和n型背面场402相互交替分布且不相接触，还包括p型发射极主栅电极101、n型背面场主栅电极102、p型发射极细栅电极201和n型背面场细栅电极202，其中p型发射极细栅电极201位于p型发射极401上， n型背面场细栅电极202位于n型背面场402上， p型发射极细栅电极201与p型发射极主栅电极101相连接， n型背面场细栅电极202与n型背面场主栅电极102相连接，每个p型发射极细栅电极由4条平行均匀分布的细栅组成，该4条平行均匀分布的细栅的末端通过一细栅相连，该细栅为p型发射极细栅电极闭合短栅301，其宽度为160μm。
每个p型发射极细栅电极201由4条细栅相互平行且间距相同的细栅组成，平均分布在p型发射极401上，每条细栅宽160μm，相邻两细栅间距为240μm，两边的2条细栅边缘距p型发射极401边缘的距离为120μm。
在单晶硅电池的背面，p型发射极401和n型背面场402呈叉指状排布，两者之间有一个隔离区，p型发射极401和n型背面场402交错排列，p型发射极宽度为1600μm，n型背面场宽度400μm，两者之间隔离区宽度200μm。
p型发射极主栅电极101和n型背面场主栅电极102相对称分布于单晶硅片两对边的靠近边缘位置处，p型发射极主栅电极101和n型背面场主栅电极102的形状为条状且与p型发射极细栅电极201和n型背面场细栅电极202相垂直分布。
在p型发射极主栅电极101上朝向p型发射极细栅电极201方向设有凸出的矩形区域，在n型背面场主栅电极102上朝向n型发射极细栅电极202方向也设有凸出的矩形区域，该凸出的矩形区域为3个，以与p型发射极细栅电极201或n型背面场细栅电极202相平行的单晶硅片中心线为对称轴相对称分布；其中发射极主栅电极101主体宽度3 mm，三个突出矩形区域边长分别是11.2 mm 和4 mm。背面场主栅电极102主体宽度3 mm，三个突出矩形区域边长分别是11.6 mm 和4 mm，其中n型背面场主栅电极上的凸出的矩形区域的长度比p型发射极主栅电极上的凸出的矩形区域的长度稍微长一些，宽度相同。
其中p型发射极主栅电极101和n型背面场主栅电极102两端部的形状与单晶硅片两端部的形状相适配，硅片圆倒角部分，主栅电极呈相应的圆倒角弧线状；位于圆倒角部分的主栅电极宽度小于其他部分。
每个n型背面场细栅电极202由1条细栅组成，且该条细栅位于n型背面场402的中间位置。该n型背面场细栅电极202，宽为160μm，边缘距离n型背面场402边缘的距离为120μm。
采用上述背表面栅线电极结构制成的背结背接触单晶硅太阳电池，可有效降低银浆用量，同时减少复合电流，提升光电转换效率。
实施例2
如图5a中所示，本实施例提供的单晶硅太阳电池背表面栅线电极结构，采用的硅片为4 mm×4 mm 正方形n型单晶硅片，包括设于单晶硅片背表面的p型发射极和n型背面场， p型发射极和n型背面场相互交替分布且不相接触，还包括p型发射极主栅电极、n型背面场主栅电极、p型发射极细栅电极和n型背面场细栅电极，其中p型发射极细栅电极位于p型发射极上， n型背面场细栅电极位于n型背面场上， p型发射极细栅电极与p型发射极主栅电极相连接， n型背面场细栅电极与n型背面场主栅电极相连接，每个p型发射极细栅电极由3条平行均匀分布的细栅组成，该3条平行均匀分布的细栅的末端通过一细栅相连，该细栅为p型发射极细栅电极闭合短栅301，其宽度为200μm。
每个p型发射极细栅电极由3条细栅相互平行且间距相同的细栅组成，平均分布在p型发射极上，每条细栅宽200μm，相邻两细栅间距为300μm，两边的2条细栅边缘距p型发射极边缘的距离为150μm。
在单晶硅电池的背面，p型发射极和n型背面场呈叉指状排布，两者之间有一个隔离区， p型发射极和n型背面场交错排列，p型发射极宽度为1500μm，n型背面场宽度500μm，两者之间隔离区宽度200μm。
p型发射极主栅电极和n型背面场主栅电极相对称分布于单晶硅片两对边的靠近边缘位置处，p型发射极主栅电极和n型背面场主栅电极的形状为条状且与p型发射极细栅电极和n型背面场细栅电极相垂直分布。
其中p型发射极主栅电极和n型背面场主栅电极两端部的形状与单晶硅片两端部的形状相适配。
每个n型背面场细栅电极由1条细栅组成，且该条细栅位于n型背面场的中间位置，该n型背面场细栅电极，宽为200μm，边缘距离n型背面场边缘的距离为150μm。
图5b中所示为对比实验方案，发射极细栅电极为一条较粗栅线（800μm），其余参数及制备工艺一致。
本实施例中的单晶硅太阳电池背表面栅线电极可有效降低银浆用量，同时减少复合电流，提升光电转换效率。
表1本实施例中的单晶硅太阳电池与常规背结背接触单晶硅太阳电池的各项性能指标对比实验结果
  银浆用量（mg） Voc（mV） Jsc(mA/cm2) FF(%) Eff(%)
本实施例 31 618 38.45 67.7 15.92
常规电极 39 612 36.65 68.1 15.18
 从表1中可以看出，采用本实施例中背表面栅线电极结构制成的背结背接触单晶硅太阳电池，可有效降低银浆用量，同时减少复合电流，提升光电转换效率。
实施例3
与实施例1不同的是，本实施中每个p型发射极细栅电极由5条平行均匀分布的细栅组成，该5条平行均匀分布的细栅的末端通过一细栅相连。
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 (10)

1.一种单晶硅太阳电池背表面栅线电极结构，包括设于单晶硅片背表面的p型发射极和n型背面场，所述p型发射极和n型背面场相互交替分布且不相接触，还包括p型发射极主栅电极、n型背面场主栅电极、p型发射极细栅电极和n型背面场细栅电极，其中所述p型发射极细栅电极位于所述p型发射极上，所述n型背面场细栅电极位于所述n型背面场上，所述p型发射极细栅电极与所述p型发射极主栅电极相连接，所述n型背面场细栅电极与所述n型背面场主栅电极相连接，其特征是：每个p型发射极细栅电极由多条平行均匀分布的细栅组成，所述多条平行均匀分布的细栅的末端通过一细栅相连。
2.根据权利要求1所述的单晶硅太阳电池背表面栅线电极结构，其特征是：每个p型发射极细栅电极由3~5条平行均匀分布的细栅组成。
3.根据权利要求1所述的单晶硅太阳电池背表面栅线电极结构，其特征是：所述p型发射极主栅电极和n型背面场主栅电极相对称分布于所述单晶硅片两对边的靠近边缘位置处。
4.根据权利要求3所述的单晶硅太阳电池背表面栅线电极结构，其特征是：所述p型发射极主栅电极和n型背面场主栅电极的形状为条状且与所述的p型发射极细栅电极和n型背面场细栅电极相垂直分布。
5.根据权利要求4所述的单晶硅太阳电池背表面栅线电极结构，其特征是：在所述的p型发射极主栅电极上朝向所述的p型发射极细栅电极方向设有凸出的矩形区域，在所述的n型背面场主栅电极上朝向所述的n型发射极细栅电极方向也设有凸出的矩形区域。
6.根据权利要求5所述的单晶硅太阳电池背表面栅线电极结构，其特征是：所述的凸出的矩形区域至少为2个，以与所述p型发射极细栅电极或n型背面场细栅电极相平行的单晶硅片中心线为对称轴相对称分布。
7.根据权利要求6所述的单晶硅太阳电池背表面栅线电极结构，其特征是：所述p型发射极主栅电极和所述n型背面场主栅电极两端部的形状与所述单晶硅片两端部的形状相适配。
8.根据权利要求1所述的单晶硅太阳电池背表面栅线电极结构，其特征是：每个n型背面场细栅电极由1条细栅组成，且该条细栅位于所述n型背面场的中间位置。
9.根据权利要求1所述的单晶硅太阳电池背表面栅线电极结构，其特征是：所述单晶硅片为n型单晶硅片。
10.一种单晶硅太阳电池，其特征是，在所述单晶硅太阳电池的背表面上设置有权利要求1-9任一项所述的背表面栅线电极结构。
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