CN104253166A - 一种背接触太阳电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种背接触太阳电池及其制备方法，所述背接触太阳电池包括晶体硅片、设置在晶体硅片正面的栅线结构以及设置在晶体硅片背面的穿孔电极，所述穿孔电极贯穿晶体硅片，并与栅线结构连接，所述栅线结构包括多组十字主栅线和若干条细栅线，每条细栅线围成一个“口”字形，每条细栅线至少与一组十字主栅线相交，所述穿孔电极连接在每组十字主栅线的中心处，所述十字主栅线的宽度为60~150μm，细栅线的宽度为30~90μm。本发明采用上述结构，能够提高太阳电池的性能，降低生产成本，适应规模化生产的要求。
Description
技术领域
本发明涉及太阳电池领域，具体涉及一种背接触太阳电池及其制备方法。
背景技术
常规硅太阳电池的发射区和发射区电极均位于电池正面，这种结构有很多局限性，例如尽管栅线电极所占面积已经很小（约为8%），可依然阻挡了部分阳光，使电池有效受光面积降低；在封装组件时，需要将焊带从一块电池的正面焊接到另一块电池的背面，这种焊接方式只能人工手动操作，很难形成自动化产业链。为此，研究人员把正面电极转移到电池背面，开发出许多结构不同的背接触硅太阳电池。
背接触硅太阳电池是指电池的发射区电极和基区电极全部制作于电池背面的一种硅太阳电池。与传统的太阳电池相比，背接触电池有很多优点：（1）由于减小或完全消除了正面栅线电极的遮光面积，提高了入射太阳光的利用率，从而提高了电池的转化效率；（2）因为正负电极都在电池背面，电极的面积不受限制，而且制成组件时电池间距小、应力低，既提高了封装密度，又简化了制作工艺，尤其适合超薄的太阳电池；（3）电池的正面均一、美观，满足了消费者的审美要求，在城市建筑和一些特定场合等安装使用具有特别的优势。
背接触太阳电池采用导电材料将电池正面产生的电流通过孔洞而引到电池背面，典型的例子如荷兰ECN研究所研制的PUM电池。目前大致有两种方案可以实现该电池的生产：（1）激光打孔、清洗制绒、扩散制备p-n结、刻蚀、制备减反射膜、丝网印刷背电极和通孔银浆、丝网印刷背电场、丝网印刷正面电极、烧结。（2）清洗制绒、双面扩散制备p-n结、制备减反射膜、激光打孔、丝网印刷背电极和通孔银浆、丝网印刷背电场、丝网印刷正面电极、烧结。
与常规太阳电池相比，背接触太阳电池必须采用激光在硅片表面开孔将电池正面产生的电流通过孔洞引到背面来，所以必须增加激光设备才能满足生产要求。目前两种生产方案均存在电池生产成本过高的缺陷。其一是昂贵的激光设备使电池制造成本增加，其二银浆的耗量也在电池成本中占有相当大的比重，丝网印刷通孔电极和背电极步骤一共需印刷31个电极，其中包括：16个穿孔电极和15个背电极，其银浆耗量较大，使背接触太阳电池因为成本过高而难以满足进行规模化工业生产的要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种背接触太阳电池及其制备方法，解决目前的背接触太阳电池生产成本较高，无法适应大规模生产要求的问题。
本发明为实现上述目的，采用以下技术方案实现：一种背接触太阳电池，包括晶体硅片、设置在晶体硅片正面的栅线结构以及设置在晶体硅片背面的穿孔电极，所述穿孔电极贯穿晶体硅片，并与栅线结构连接。
进一步地，作为优选方案，所述栅线结构包括多组十字主栅线和若干条细栅线，每条细栅线围成一个“口”字形，每条细栅线至少与一组十字主栅线相交。
进一步地，作为优选方案，所述穿孔电极连接在每组十字主栅线的中心处。
进一步地，作为优选方案，所述十字主栅线的宽度为60~150μm，细栅线的宽度为30~90μm。
一种制备上述背接触太阳电池的方法，包括以下步骤：
（1）用激光器在晶体硅片上打孔，孔的直径为50μm~2000μm；
（2）对打孔后的晶体硅片进行前清洗与制绒，去除硅片表面和孔洞内的损伤层，同时将晶体硅片的正面制成绒面；
（3）在上述硅衬底淀积掺杂源并进行单面或双面扩散制备p-n结；
（4）后清洗：用硝酸、氢氟酸和水的混合溶液清洗背结，采用盐酸、氢氟酸和水的混合溶液清洗磷硅玻璃；
（5）在晶体硅片的正面蒸镀减反膜；
（6）制备穿孔电极；
（7）丝网印刷背面电场；
（8）丝网印刷栅线结构；
（9）烧结或者退火以形成良好的欧姆接触。
进一步地，作为优选方案，所述步骤（1）中孔的形状为圆形或方形或三角形或菱形。
进一步地，作为优选方案，所述步骤（3）中的掺杂源为含磷、或硼、或铝、或锑、或镓等Ⅲ族或Ⅴ族掺杂剂的化合物或混合物。
进一步地，作为优选方案，所述步骤（3）中淀积掺杂源的方式为喷涂或印刷或气态源扩散。
进一步地，作为优选方案，所述步骤（5）中的减反膜为氮化硅薄膜或TiO2薄膜或Al2O3薄膜或SiNxCy薄膜或SiNxOy薄膜。
进一步地，作为优选方案，所述步骤（6）采用丝网印刷或真空蒸发或溅射或电镀来制备。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
（1）本发明在不影响电池本身性能的前提下，取消了背面电极，使电极数量由现有的31个变为16个，从而使穿孔银浆的消耗量减少了30%~50%，极大地节约了背接触太阳电池的生产成本，适合大规模生产。
（2）本发明由于取消了背面电极，电池背面的电极数量由原有的31个减少到16个，印刷铝背场时便会增加铝背场的面积，有效地增强了铝背场的钝化效果，由于铝背场面积的增加，电池的开路电压提高了1~2mV，进一步提高了电池的转换效率。
（3）本发明通过将晶体硅片的正面电极设计成栅线结构，栅线结构的十字主栅线和若干细栅线相互交错设置，这种结构兼顾遮光和串联电阻，既降低了串联电阻又减小了遮光面积，同时提高了正面电极对电流的收集能力，进而提高电池的性能。
附图说明
图1为本发明的晶体硅片的背面结构示意图。
图2为本发明的栅线结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1：
如图1所示，本实施例所述的一种背接触太阳电池，包括晶体硅片1、设置在晶体硅片1正面的栅线结构2以及设置在晶体硅片1背面的穿孔电极3，穿孔电极3贯穿晶体硅片1，并与栅线结构2连接，穿孔电极3是通过在晶体硅片1上穿孔，再灌入银浆而成，本实施例中穿孔电极3的数量为16个，16个穿孔电极3可按照图1进行排布，也可以采用其它方式进行排布，栅线结构2用于收集晶体硅片1正面的电流，使其汇集，并通过穿孔电极3将其引到晶体硅片1的背面。
通过对比可以发现，本实施例的背接触太阳电池与现有的背接触太阳电池相比，电极数量不仅明显较少，现有的背接触太阳电池有31个电极，分别是16个正面电极（引到背面）和15个背面电极，而本发明省去了15个背面电极，只设了16个穿孔电极（也就是正面电极），从而有效地降低了银浆的用量，之所以省去了15个背面电极，是因为发明人经过研究发现，传统的太阳电池采取涂锡焊带焊接封装的方式，由于铝背场可焊性很差，需要制备银电极满足可焊性的要求，否则存在假焊、虚焊和焊接不良的风险，严重影响组件的可靠性，而背接触太阳电池用于封装背接触组件，背接触组件技术是基于印刷导电电路板和导电胶的封装技术，导电胶可与电池的铝背场形成良好的欧姆接触，不存在可焊性的问题，因此，无需要制备银电极就可以形成良好的接触，在不影响背接触太阳电池本身性能的前提下，省去背面电极能够有效降低成产成本，同时，由于省去了背面电极，铝背场的面积相比以前增大了，铝背场的钝化效果增强，电池开路电压提高，电池转换效率提高，经测试，本实施例的背接触太阳电池相比目前的背接触太阳电池，转换效率提高了0.14个百分点，节省穿孔银浆用量约50%。另外，由于背接触组件还不是一个大规模应用的封装技术，因此还没有人考虑这方面的问题。
一种制备上述背接触太阳电池的方法，包括以下步骤：
（1）采用厚度为120~300μm、电阻率为0.5~5Ω.cm的P型单晶硅或多晶硅作为衬底，用激光器在晶体硅片上打圆孔，孔的直径为50μm~1000μm，在本步骤中，孔的形状还可以是方形、三角形、菱形等，具体形状可根据需要而定；
（2）对打孔后的晶体硅片进行前清洗与制绒，去除硅片表面和孔洞内的损伤层，同时将晶体硅片的正面制成绒面，清洗可采用常规化学清洗，制绒可采用织构化的方法；
（3）在上述硅衬底淀积掺杂源并进行单面或双面扩散制备p-n结，使用POCl3扩散源进行高温双面或单面扩散，扩散方阻控制在60~100Ω/口，在本步骤中，掺杂源可以为含磷、或硼、或铝、或锑、或镓等Ⅲ族或Ⅴ族掺杂剂的化合物或混合物，沉淀掺杂源的方式可以为喷涂，或印刷，或气态源扩散；
（4）后清洗：用硝酸、氢氟酸和水的混合溶液清洗背结，采用盐酸、氢氟酸和水的混合溶液清洗磷硅玻璃，其中，硝酸、氢氟酸和水的质量比为1:3:20，发明人经过大量实验和研究发现，在该比例下，能够获得最佳的背结清洗效果。
（5）用PEVCD设备在晶体硅片的正面蒸镀SiNx减反膜，折射率为1.9~2.1，膜厚在70~90nm，本步骤中，减反膜还可以为TiO2薄膜或Al2O3薄膜或SiNxCy薄膜或SiNxOy薄膜等；
（6）采用丝网印刷的方法制备穿孔电极；在本步骤中，还可采用真空蒸发或溅射或电镀的方式制备穿孔电极；
（7）采用丝网印刷的方法制备背面电场，背面电场和穿孔电极之间留有一定的间隙，避免电池的正负极短路；
（8）采用丝网印刷的方法在晶体硅片的正面制备栅线结构，并使栅线结构与穿孔电极连接；
（9）在链式炉中进行烧结，烧结后，晶体硅片的正面和背面均形成良好的欧姆接触。
本实施例通过采用上述工艺进行背接触电池的制备，获得的太阳电池不仅成品率高，由于不用制备背面电极，因此能够节约工序，进一步提高生产效率。
实施例2：
本实施例在实施例1的基础上，对栅线结构2做了进一步地限定，具体如下：本实施例的栅线结构2包括多组十字主栅线和若干条细栅线，每条细栅线围成一个“口”字形，每条细栅线至少与一组十字主栅线相交。
如图2所示，本实施例采用16组十字主栅线和若干条细栅线组成栅线结构2，也就是正面电极，十字主栅线呈4*4排列，每条细栅线呈封闭的“口”字形，“口”字形的细栅线相互叠加，形成按一定周期排列的若干“回”字形，这样的结构能够避免晶体硅片1正面出现电流收集不足的问题，从而提高电池性能。
另外，为了确保电流能够通过十字主栅线、穿孔电极3到达晶体硅片1的背面，本实施例将穿孔电极3连接在每组十字主栅线的中心处。
由于十字主栅线和细栅线承担着收集电流的作用，因此，十字主栅线和细栅线要尽量的宽，但是过宽的话则影响十字主栅线和细栅线的分布，同时还会增加生产成本，为此，发明人经过大量实验研究发现，当十字主栅线的宽度为60~150μm，细栅线的宽度为30~90μm时，能够获得较佳的效果，不仅能够确保电池的性能不受影响，而且能够最大程度地降低成本。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种背接触太阳电池，其特征在于：包括晶体硅片（1）、设置在晶体硅片（1）正面的栅线结构（2）以及设置在晶体硅片（1）背面的穿孔电极（3），所述穿孔电极（3）贯穿晶体硅片（1），并与栅线结构（2）连接。
2.根据权利要求1所述的一种背接触太阳电池，其特征在于：所述栅线结构（2）包括多组十字主栅线和若干条细栅线，每条细栅线围成一个“口”字形，每条细栅线至少与一组十字主栅线相交。
3.根据权利要求2所述的一种背接触太阳电池，其特征在于：所述穿孔电极（3）连接在每组十字主栅线的中心处。
4.根据权利要求2所述的一种背接触太阳电池，其特征在于：所述十字主栅线的宽度为60~150μm，细栅线的宽度为30~90μm。
5.一种制备权利要求1~4任一项所述的一种背接触太阳电池的方法，包括以下步骤：
（1）用激光器在晶体硅片上打孔，孔的直径为50μm~2000μm；
（2）对打孔后的晶体硅片进行前清洗与制绒，去除硅片表面和孔洞内的损伤层，同时将晶体硅片的正面制成绒面；
（3）在上述硅衬底沉积掺杂源并进行单面或双面扩散制备p-n结；
（4）后清洗：用硝酸、氢氟酸和水的混合溶液清洗背结，采用盐酸、氢氟酸和水的混合溶液清洗磷硅玻璃；
（5）在晶体硅片的正面蒸镀减反膜；
（6）制备穿孔电极；
（7）丝网印刷背面电场；
（8）丝网印刷栅线结构；
（9）烧结或者退火以形成良好的欧姆接触。
6.根据权利要求5所述的一种制备背接触太阳电池的方法，其特征在于：所述步骤（1）中孔的形状为圆形或方形或三角形或菱形。
7.根据权利要求5所述的一种制备背接触太阳电池的方法，其特征在于：所述步骤（3）中的掺杂源为含磷、或硼、或铝、或锑、或镓等Ⅲ族或Ⅴ族掺杂剂的化合物或混合物。
8.根据权利要求5所述的一种制备背接触太阳电池的方法，其特征在于：所述步骤（3）中淀积掺杂源的方式为喷涂或印刷或气态源扩散。
9.根据权利要求5所述的一种制备背接触太阳电池的方法，其特征在于：所述步骤（5）中的减反膜为氮化硅薄膜或TiO2薄膜或Al2O3薄膜或SiNxCy薄膜或SiNxOy薄膜。
10.根据权利要求5所述的一种制备背接触太阳电池的方法，其特征在于：所述步骤（6）采用丝网印刷或真空蒸发或溅射或电镀来制备。
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