CN105702807B - 太阳能电池的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及太阳能电池的制备方法。本发明的一种太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：在太阳能电池基体的背表面使用金属浆料印刷3～6根等分的背面主栅并烘干，其中一根背面主栅设置在太阳能电池基体的边缘；将太阳能电池基体切割成片；将切割后的太阳能电池基体的正表面铺设粘附有掺铝银浆或者银浆的金属线并烘干，其中远离背面主栅的金属线延伸出太阳能电池基体的边缘，烧结后，完成太阳能电池的制备。其有益效果是：采用金属线取代现有电池片正面的银主栅及副栅，既降低了正面遮光损失又减少了含银浆料的使用成本。相比现有的正面金属化方法，本发明可以节约大概50％的含银浆料消耗量。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，具体涉及太阳能电池的制备方法。
背景技术
太阳能电池是一种能将太阳能转化为电能的半导体器件。其中金属化是太阳能电池生产工序中一个关键步骤，光生载流子必须通过金属化形成的导电电极才能获得有效收集。目前，量产太阳能电池中最常用的金属化方法是丝网印刷金属浆料法，通过印刷银浆或掺铝银浆，经过高温烧结过程，形成具备电学接触、电学传导、焊接互联等功能的金属化。为了形成良好的欧姆接触以及兼顾可焊性，晶体硅太阳能电池的正表面一般印刷银浆或掺铝银浆，但银浆或掺铝银浆的价格一般都较为昂贵，导致含银浆料在太阳能电池制造成本中的占比居高不下。因而寻找一种可以降低含银浆料使用量、同时又能满足欧姆接触和可焊性要求的正面金属化方法成为减少太阳能电池生产成本的一个关键工作。
另一方面，单体太阳能电池并不能作为能源直接使用，必须将若干单体电池串、并联连接和严密封装成组件后才能稳定输出电能。组件的功率一般要低于制备这块组件所用电池片的功率总和，功率的损失很大一部分来自焊接电阻和焊带本身的电阻。以短路电流为9A的电池片为例，其制备60片组件过程中在焊带上损失的功率大概为8W，而对于短路电流为4.5A的电池，这个数值仅为2W。可见在同等功率要求下，使用低短路电流的电池片在封装组件过程中的功率损失要小。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种太阳能电池的制备方法。所述太阳能电池的制备方法，可以显著地降低含银浆料的使用量，从而降低太阳能电池的生产成本，同时提供与之对应的串接方法，可以降低电池片在组件封装过程中的功率损失。还可以显著地降低含银浆料的使用量，从而降低太阳能电池的生产成本。
本发明提供一种太阳能电池的制备方法，其技术方案是：
一种太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
(1)、对太阳能电池基体进行预处理；
(2)、在太阳能电池基体的背表面使用金属浆料印刷3～6根等分的背面主栅并烘干，其中一根背面主栅设置在太阳能电池基体的边缘；
(3)、使用切割装置沿步骤(2)中印刷的背面主栅将太阳能电池基体切割成片；
(4)、将切割后的太阳能电池基体的正表面铺设粘附有掺铝银浆或者银浆的金属线并烘干，其中远离背面主栅的金属线延伸出太阳能电池基体的边缘，延伸部分的金属线用于串接太阳能电池基体；
(5)、将步骤(4)得到的太阳能电池基体烧结，完成太阳能电池的制备。
其中，所述金属线为镀银铜线、铝线或者铜线，所述金属线的直径为40-80微米，远离背面主栅的金属线延伸出太阳能电池基体的边缘6-10mm。
其中，步骤(5)中烧结的峰值温度为850-950℃；所述切割装置是激光切割机。
其中，所述背面主栅宽2-6mm；所述金属浆料是银浆或者掺铝银浆。
其中，所述太阳能电池基体是P型太阳能电池基体，在所述P型太阳能电池基体的背表面使用铝浆印刷背面铝电极并进行烘干。
其中，步骤(1)中对太阳能电池基体进行预处理的步骤为：
S1P、选择的P型太阳能电池基体，并对P型太阳能电池基体的表面作制绒处理；P型太阳能电池基体的电阻率为0.5～15Ω·cm，其厚度为50～300μm；
S2P、将步骤S1P处理后的P型太阳能电池基体放入工业用扩散炉中进行磷扩散，磷源采用三氯氧磷，扩散温度为800-900℃，时间为60-120分钟；磷扩散后的方阻值为50-150Ω/sqr；
S3P、将磷扩散后的P型太阳能电池基体放入刻蚀清洗机中，去除背面的磷扩散层和正面的磷硅玻璃层；
S4P、将步骤S3P处理后的P型太阳能电池基体放入PECVD设备中，在正表面镀上氮化硅层。
其中，所述太阳能电池基体是N型太阳能电池基体，在所述N型太阳能电池基体的背表面使用银浆印刷H型栅线电极并烘干。
其中，步骤(1)中对太阳能电池基体进行预处理的步骤为：
S1N、选择N型太阳能电池基体，并对N型太阳能电池基体的前表面作制绒处理；N型太阳能电池基体的电阻率为0.5～15Ω·cm；N型太阳能电池基体的厚度为50～300μm；
S2N、将步骤S1N处理后的N型太阳能电池基体放入工业用扩散炉中对制绒面进行硼扩散，硼源采用三溴化硼，扩散温度为920-980℃，时间为60-180分钟；硼扩散后的方阻值为40-100Ω/sqr；
S3N、将硼扩散后的硅基体放入刻蚀清洗机中，去除背面的硼扩散层和正面的硼硅玻璃层；
S4N、使用离子注入机在步骤S3N处理后的N型太阳能电池基体背面注入磷原子并进行退火处理。退火的峰值温度为700～950℃，退火时间为30～200min，环境气源优选为N2和O2；
S5N、将步骤S4N处理后的N型太阳能电池基体放入清洗机中，去除正面和背面的氧化层；
S6N、将步骤S5N处理后的N型太阳能电池基体放入PECVD设备中，在正面和背面均镀上氮化硅层。
还发明还提供了一种太阳能电池的串接方法，首先在太阳能电池基体的背面主栅上涂覆锡膏或者导电胶，然后将第一块太阳能电池基体的金属线压在第二块太阳能电池基体背面主栅的锡膏或者导电胶上，加热至183-250摄氏度完成正面金属线和背面主栅的连接；重复这一步骤即可完成多块电池片的串接。
本发明的实施包括以下技术效果：
本发明的技术优点主要体现在：采用金属线取代现有电池片正面的银主栅及副栅，既降低了正面遮光损失又减少了含银浆料的使用成本。相比现有的正面金属化方法，本发明可以节约大概50％的含银浆料消耗量。另外，本发明在金属化过程中将整片电池片切割成多块小电池片，后续串接制成组件时，其功率损失相比整片电池片将会有显著的降低。申请人经过大量试验发现金属化过程中将整片电池片切割成3至6块小电池片，后续串接制成组件时，其功率损失相比切割成2片或整片电池片将会有显著的降低。以切割成3片为例，本发明在制成组件时由串接带来的功率损失相比整片电池片降低约88％，相比切割成2片时降低约56％。
附图说明
图1为本发明实施例的一种太阳能电池的制备方法步骤二印刷上主栅后的太阳能电池基体背面结构示意图。
图2为本发明实施例的一种太阳能电池的制备方法步骤四切割成片后粘附金属线后的太阳能电池基体正面结构示意图。
图3为本发明实施例的将太阳能电池基体串接后的背面结构示意图。
图4为本发明实施例的将太阳能电池基体串接后的背面截面结构示意图。
1、太阳能电池基体；2、金属线；3、背面主栅。
具体实施方式
下面将结合实施例以及附图对本发明加以详细说明，需要指出的是，所描述的实施例仅旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。
参见图1和图2所示，本实施例的一种太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
(1)、对太阳能电池基体进行预处理；
(2)、在太阳能电池基体1的背表面使用金属浆料印刷3～6根等分的背面主栅3并烘干，其中一根背面主栅3设置在太阳能电池基体的边缘；所述背面主栅宽2-6mm；所述金属浆料是银浆或者掺铝银浆。
(3)、使用切割装置(激光切割机)沿步骤(2)中印刷的背面主栅将太阳能电池基体切割成片；优选切割为四片。
(4)、将切割后的太阳能电池基体的正表面铺设粘附有掺铝银浆或者银浆的金属线2并烘干，其中远离背面主栅的金属线延伸出太阳能电池基体的边缘，延伸部分的金属线2用于串接太阳能电池基体；所述金属线为镀银铜线、铝线或者铜线，所述金属线的直径为40-80微米，远离背面主栅的金属线延伸出太阳能电池基体的边缘6-10mm。
(5)、将步骤(4)得到的太阳能电池基体烧结，烧结的峰值温度为850-950℃；完成太阳能电池的制备。
本实施例采用金属线取代现有电池片正面的银主栅及副栅，既降低了正面遮光损失又减少了含银浆料的使用成本。相比现有的正面金属化方法，本发明可以节约大概50％的含银浆料消耗量。另外，本发明在金属化过程中将整片电池片切割成多块小电池片，后续串接制成组件时，其功率损失相比整片电池片将会有显著的降低。申请人经过大量试验发现金属化过程中将整片电池片切割成3至6块小电池片，后续串接制成组件时，其功率损失相比切割成2片或整片电池片将会有显著的降低。以切割成3片为例，本发明在制成组件时由串接带来的功率损失相比整片电池片降低约88％，相比切割成2片时降低约56％。
太阳能电池基体可以是P型太阳能电池基体，所述P型太阳能电池基体的背表面设置有背面铝电极。太阳能电池基体可以是N型太阳能电池基体，所述N型太阳能电池基体的背表面设置有H型栅线。下述以三个具体实施例进行详述，其中实施例1是P型太阳能电池基体切三片的实施例。实施例2是P型太阳能电池基体切四片的实施例。实施例3是N型太阳能电池基体切三片的实施例。为了更清楚地显示太阳能电池的制备工艺，下述实施例对太阳能电池的制备方法作了详细叙述。
实施例1
太阳能电池的制备工艺：
(1)、选择太阳能电池基体，本实施例选择156mm*156mm的P型晶体硅基体，并对P型晶体硅基体的表面作制绒处理；P型晶体硅基体的电阻率为0.5～15Ω·cm，优选1～5Ω·cm，其厚度为50～300μm，优选80～200μm；
(2)、将步骤(1)处理后的P型晶体硅基体放入工业用扩散炉中进行磷扩散，磷源采用三氯氧磷，扩散温度为800-900℃，时间为60-120分钟。磷扩散后的方阻值为50-150Ω/sqr，优选70-90Ω/sqr。
(3)、将磷扩散后的P型晶体硅基体放入刻蚀清洗机中，去除背面的磷扩散层和正面的磷硅玻璃层。
(4)、将步骤(3)处理后的P型晶体硅基体放入PECVD设备中，在正表面镀上氮化硅层，氮化硅层的厚度为65-80nm，折射率为2.05-2.15。
(5)、在背表面使用银浆印刷背面主栅并进行烘干。背面主栅宽2-6mm，长154mm，平行设置3条，其间距为52mm，其中一根背面主栅的长边紧贴P型晶体硅基体的边缘设置。
(6)、在背表面使用铝浆印刷背面铝电极并进行烘干。
(7)、使用激光切片机将步骤(6)处理后的P型晶体硅基体三等分切割成三块156mm*52mm的小电池片，切割方向平行于背面主栅。
(8)、在步骤(7)切割后的小电池片正表面铺设粘附有银浆的金属线并烘干。金属线共设置80条，互相平行，间距为1.95mm。金属线的方向与背面主栅互相垂直。金属线为圆形镀银铜线，直径为40-80微米，长度为58-62mm，其中远离背面主栅的一端露出电池片以外，露出部分长6-10mm。
(9)、将步骤(8)处理后的P型晶体硅基体传送入带式烧结炉进行烧结，烧结峰值温度为850-950℃，即完成本发明P型晶体硅电池的制备。
太阳能电池的串接方法：
如图3和图4所示，首先在电池片的背面主栅上涂覆锡膏，然后将第一块小电池片的正面电极即镀银铜线压在第二块小电池片背面主栅的锡膏层上，加热至183-250度完成正面电极和背面主栅的连接。重复这一步骤即可完成多块电池片的串接。
实施例2
太阳能电池的制备工艺：
(1)、选择太阳能电池基体，本实施例选择156mm*156mm的P型晶体硅基体，并对P型晶体硅基体的表面作制绒处理；P型晶体硅基体的电阻率为0.5～15Ω·cm，优选1～5Ω·cm，其厚度为50～300μm，优选80～200μm；
(2)、将步骤(1)处理后的P型晶体硅基体放入工业用扩散炉中进行磷扩散，磷源采用三氯氧磷，扩散温度为800-900℃，时间为60-120分钟。磷扩散后的方阻值为50-150Ω/sqr，优选70-90Ω/sqr。
(3)、将磷扩散后的P型晶体硅基体放入刻蚀清洗机中，去除背面的磷扩散层和正面的磷硅玻璃层。
(4)、将步骤(3)处理后的P型晶体硅基体放入PECVD(等离子体增强化学气相沉积)设备中，在正表面镀上氮化硅层，氮化硅层的厚度为65-80nm，折射率为2.05-2.15。
(5)、在背表面使用银浆印刷背面主栅并进行烘干。背面主栅宽2-6mm，长154mm，平行设置4条，其间距为39mm，其中一根背面主栅的长边紧贴P型晶体硅基体的边缘设置。
(6)、在背表面使用铝浆印刷背面铝电极并进行烘干。
(7)、使用激光切片机将步骤(6)处理后的P型晶体硅基体四等分切割成四块156mm*39mm的小电池片，切割方向平行于背面主栅。
(8)、在步骤(7)切割后的小电池片正表面铺设粘附有银浆的金属线并烘干。金属线共设置80条，互相平行，间距为1.95mm。金属线的方向与背面主栅互相垂直。金属线为圆形镀银铜线，直径为40-80微米，长度为45-49mm，其中远离背面主栅的一端露出电池片以外，露出部分长6-10mm。
(9)、将步骤(8)处理后的P型晶体硅基体传送入带式烧结炉进行烧结，烧结峰值温度为850-950℃，即完成本发明P型晶体硅电池的制备。
太阳能电池的串接方法：
如图3和图4所示，首先在电池片的背面主栅上贴附导电胶带，然后将第一块小电池片的正面电极即镀银铜线压在第二块小电池片背面主栅的导电胶带上，完成正面电极和背面主栅的连接。重复这一步骤即可完成多块电池片的串接。
实施例3
(1)、选择太阳能电池基体，本实施例选择156mm*156mm的N型晶体硅基体，并对N型晶体硅基体的前表面作制绒处理；N型晶体硅基体的电阻率为0.5～15Ω·cm，优选1～5Ω·cm；N型晶体硅基体的厚度为50～300μm，优选80～200μm；
(2)、将步骤(1)处理后的N型晶体硅基体放入工业用扩散炉中对制绒面进行硼扩散，硼源采用三溴化硼，扩散温度为920-1000℃，时间为60-180分钟。硼扩散后的方阻值为40-100Ω/sqr，优选50-70Ω/sqr。
(3)、将硼扩散后的硅基体放入刻蚀清洗机中，去除背面的硼扩散层和正面的硼硅玻璃层。
(4)、使用离子注入机在步骤(3)处理后的N型晶体硅基体背面注入磷原子并进行退火处理。退火的峰值温度为700～950℃，优选为850～900℃，退火时间为30～200min，优选为60～200min，环境气源优选为N2和O2。
(5)、将步骤(4)处理后的N型晶体硅基体放入清洗机中，去除正面和背面的氧化层。
(6)、将步骤(5)处理后的N型晶体硅基体放入PECVD(等离子体增强化学气相沉积)设备中，在正面和背面均镀上氮化硅层，正面氮化硅层的厚度为65-80nm，折射率为2.05-2.15，背面氮化硅层的厚度为40-70nm，折射率为2.15-2.25。
(7)、在背表面使用银浆印刷电极并进行烘干，其电极图案为H型栅线，其中主栅线宽2-6mm，长154mm，平行设置3根，其间距为52mm，其中一根主栅的长边紧贴N型晶体硅基体的边缘设置。副栅线线宽50um，长154mm，互相平行，间距为1.55mm，共设置100根。
(8)、使用激光切片机将步骤(7)处理后的N型晶体硅基体三等分切割成三块156mm*52mm的小电池片(如图中虚线所示)，切割方向平行于背面主栅。
(9)、在步骤(8)切割后的小电池片正表面铺设粘附有掺铝银浆(杜邦PV3N2)的金属线并烘干。金属线共设置80条，互相平行，间距为1.95mm。金属线的方向与背面主栅互相垂直。金属线为圆形镀银铜线，直径为40-80微米，长度为58-62mm，其中远离背面主栅的一端露出电池片以外，露出部分长6-10mm。
(10)、将步骤(9)处理后的N型晶体硅基体传送入带式烧结炉进行烧结，烧结峰值温度为850-950℃，即完成本发明N型晶体硅电池的制备。
太阳能电池的串接方法：
如图3和图4所示，首先在电池片的背面主栅上涂覆锡膏，然后将第一块小电池片的正面电极即镀银铜线压在第二块小电池片背面主栅的锡膏层上，加热至183-250度完成正面电极和背面主栅的连接。重复这一步骤即可完成多块电池片的串接。
按照实施例1、实施例2和实施例3中的制备工艺制成的电池片，其正面含银浆料消耗可以减少约50％。按照实施例1、实施例2和实施例3中的电池片制备工艺及串接方法，和现有技术相比，其由串接带来的功率损失分别可以降低约88％、93％和88％。
本实施例还提供了一种太阳能电池，包括太阳能电池基体，所述太阳能电池基体1的正表面设置有金属线2，金属线为镀银铜线、铝线或者铜线，金属线2的直径为40-80微米。所述金属线与所述太阳能电池基体通过银连接；所述太阳能电池基体背表面的边缘设置有背面主栅3，背面主栅宽2-6mm；远离背面主栅的金属线延伸出太阳能电池基体的边缘6-10mm。太阳能电池基体可以是P型太阳能电池基体，所述P型太阳能电池基体的背表面设置有背面铝电极。太阳能电池基体可以是N型太阳能电池基体，所述N型太阳能电池基体的背表面设置有H型栅线。
本实施例还提供了一种太阳能电池组件，包括由上至下依次连接的前层材料、封装材料、太阳能电池、封装材料、背板，太阳能电池是上述的一种太阳能电池。本实施例的太阳能电池组件的结构及工作原理使用本领域公知的技术，且本发明提供的太阳能电池组件的改进仅涉及上述的太阳能电池，不对其他部分进行改动。故本说明书仅对太阳能电池及其制备方法进行详述，对太阳能电池组件的其他部件及工作原理这里不再赘述。本领域技术人员在本说明书描述的内容基础上，即可实现本发明的太阳能电池组件。
本实施例还提供了一种太阳能电池系统，包括一个或多于一个串联的太阳能电池组件，太阳能电池组件是上述的一种太阳能电池组件。本实施例的太阳能电池系统的结构及工作原理使用本领域公知的技术，且本发明提供的太阳能电池系统的改进仅涉及上述的太阳能电池，不对其他部分进行改动。故本说明书仅对太阳能电池及其制备方法进行详述，对太阳能电池系统的其他部件及工作原理这里不再赘述。本领域技术人员在本说明书描述的内容基础上，即可实现本发明的太阳能电池系统。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (9)
1.一种太阳能电池的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)、对太阳能电池基体进行预处理；
(2)、在太阳能电池基体的背表面使用金属浆料印刷3～6根等分的背面主栅并烘干，其中一根背面主栅设置在太阳能电池基体的边缘；
(3)、使用切割装置沿步骤(2)中印刷的背面主栅将太阳能电池基体切割成片；
(4)、将切割后的太阳能电池基体的正表面铺设粘附有掺铝银浆或者银浆的金属线并烘干，其中远离背面主栅的金属线延伸出太阳能电池基体的边缘，延伸部分的金属线用于串接太阳能电池基体；
(5)、将步骤(4)得到的太阳能电池基体烧结，完成太阳能电池的制备。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述金属线为镀银铜线、铝线或者铜线，所述金属线的直径为40-80微米，远离背面主栅的金属线延伸出太阳能电池基体的边缘6-10mm。
3.根据权利要求1所述的一种太阳能电池的制备方法，其特征在于：步骤(5)中烧结的峰值温度为850-950℃；所述切割装置是激光切割机。
4.根据权利要求1所述的一种太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述背面主栅宽2-6mm；所述金属浆料是银浆或者掺铝银浆。
5.根据权利要求1～4任一所述的一种太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述太阳能电池基体是P型太阳能电池基体，在步骤(2)中，太阳能电池基体的背表面使用铝浆印刷背面铝电极并进行烘干。
6.根据权利要求5所述的一种太阳能电池的制备方法，其特征在于：步骤(1)中对太阳能电池基体进行预处理的步骤为：
S1P、选择的P型太阳能电池基体，并对P型太阳能电池基体的表面作制绒处理；P型太阳能电池基体的电阻率为0.5～15Ω·cm，其厚度为50～300μm；
S2P、将步骤S1P处理后的P型太阳能电池基体放入工业用扩散炉中进行磷扩散，磷源采用三氯氧磷，扩散温度为800-900℃，时间为60-120分钟；磷扩散后的方阻值为50-150Ω/sqr；
S3P、将磷扩散后的P型太阳能电池基体放入刻蚀清洗机中，去除背面的磷扩散层和正面的磷硅玻璃层；
S4P、将步骤S3P处理后的P型太阳能电池基体放入PECVD设备中，在正表面镀上氮化硅层。
7.根据权利要求1～4任一所述的一种太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述太阳能电池基体是N型太阳能电池基体，所述N型太阳能电池基体的背表面印刷有H型栅线电极并烘干。
8.根据权利要求7所述的一种太阳能电池的制备方法，其特征在于：步骤(1)中对太阳能电池基体进行预处理的步骤为：
S1N、选择N型太阳能电池基体，并对N型太阳能电池基体的前表面作制绒处理；N型太阳能电池基体的电阻率为0.5～15Ω·cm；N型太阳能电池基体的厚度为50～300μm；
S2N、将步骤S1N处理后的N型太阳能电池基体放入工业用扩散炉中对制绒面进行硼扩散，硼源采用三溴化硼，扩散温度为920-1000℃，时间为60-180分钟；硼扩散后的方阻值为40-100Ω/sqr；
S3N、将硼扩散后的硅基体放入刻蚀清洗机中，去除背面的硼扩散层和正面的硼硅玻璃层；
S4N、使用离子注入机在步骤S3N处理后的N型太阳能电池基体背面注入磷原子并进行退火处理，退火的峰值温度为700～950℃，退火时间为30～200min，环境气源为N2和O2；
S5N、将步骤S4N处理后的N型太阳能电池基体放入清洗机中，去除正面和背面的氧化层；
S6N、将步骤S5N处理后的N型太阳能电池基体放入PECVD设备中，在正面和背面均镀上氮化硅层。
9.根据权利要求1～8任一所述的一种太阳能电池的制备方法制备得到的太阳能电池的串接方法，其特征在于：首先在太阳能电池基体的背面主栅上涂覆锡膏或者导电胶，然后将第一块太阳能电池基体的金属线压在第二块太阳能电池基体背面主栅的锡膏或者导电胶上，加热至183-250摄氏度完成正面金属线和背面主栅的连接；重复这一步骤即可完成多块电池片的串接。
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