CN105702808B - N型晶体硅太阳能电池的金属化方法和电池及组件、系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种N型晶体硅太阳能电池的金属化方法和电池及组件、系统。本发明的一种N型晶体硅太阳能电池的金属化方法，包括以下步骤：在N型太阳能电池基体上印刷正面金属主栅电极和背面金属主栅电极；在N型太阳能电池基体上印刷正面分段副栅和背面分段副栅，然后将N型太阳能电池基体置于烧结炉中烧结；将烧结后的N型太阳能电池基体置于印刷机中，在电极上印刷热敏导电层；在热敏导电层上铺设金属丝，并进行加热；之后切除边缘多余的金属丝，得到N型晶体硅太阳能电池。其有益效果是：本发明的方法在保证电极线电阻不增加的情况下，极大的减少电池的银浆消耗，从而降低电池片的制作成本。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，具体涉及一种N型晶体硅太阳能电池的金属化方法和电池及组件、系统。
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，具有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，n型太阳能电池具有光照无衰减，使用寿命长等优点，是高效晶硅太阳能电池一个重要的发展方向，并且由于n型太阳能电池的正负电极均可以制作成常规的H型栅线电极结构，因此该电池不仅正面可以吸收光，其背表面也能吸收反射和散射光从而产生额外的电力，实现双面发电。
然而，N型电池的制造成本较常规电池高出约15％，这主要来自于该电池两面都要印刷银浆，银耗量是常规电池的两倍，由于银浆消耗增加带来制造成本的上升约为10％，因此，减少电池的银浆消耗是降低该电池成本的关键。
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N型晶体硅太阳能电池的金属化方法和电池及组件、系统。所述的太阳能电池的金属化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。
本发明提供一种N型晶体硅太阳能电池的金属化方法，其技术方案是：
一种N型晶体硅太阳能电池的金属化方法，包括以下步骤：
(1)、在N型太阳能电池基体的正表面和背表面制备p+掺杂区域和n+掺杂区域，并在正表面制备钝化减反膜，在背表面制备钝化膜；
(2)、在N型太阳能电池基体的正表面和背表面印刷金属浆料并烘干形成正面金属主栅电极和背面金属主栅电极；
(3)、在N型太阳能电池基体的正表面使用掺铝银浆印刷正面分段副栅，在N型太阳能电池基体的背表面使用银浆印刷背面分段副栅，然后将N型太阳能电池基体置于烧结炉中烧结；
(4)、将烧结后的N型太阳能电池基体置于印刷机中，在正面分段副栅、背面分段副栅、正面金属主栅电极和背面金属主栅电极上印刷热敏导电层；
(5)、在所述正面分段副栅上铺设正面金属丝，在所述背面分段副栅上铺设背面金属丝，然后对铺设好金属丝的N型太阳能电池基体进行加热；切除边缘多余的金属丝，得到N型晶体硅太阳能电池。
其中，步骤(2)中所述正面金属主栅电极与p+掺杂区域不形成欧姆接触，所述背面金属主栅电极与n+掺杂区域不形成欧姆接触；步骤(3)中烧结后的正面分段副栅与p+掺杂区域形成欧姆接触，背面分段副栅与n+掺杂区域形成欧姆接触；步骤(5)中加热后正面金属丝、正面热敏导电层、正面分段副栅和正面金属主栅电极四者形成欧姆接触，同时背面金属丝、背面热敏导电层、背面分段副栅和背面金属主栅电极四者也形成欧姆接触。
其中，步骤(5)中的加热方式采用红外加热，回流峰值温度为183-250摄氏度；切除边缘多余的导电线的方法是激光法或电弧法。
其中，步骤(3)中烧结的温度不高于900摄氏度。
本发明还提供了一种N型晶体硅太阳能电池，包括N型太阳能电池基体，N型太阳能电池基体的正表面包括从内到外依次设置的p+掺杂区域和钝化减反膜；N型太阳能电池基体的背表面包括从内到外依次设置的n+掺杂区域和钝化膜，其特征在于：所述N型太阳能电池基体背表面的电极包括背面金属主栅电极、背面分段副栅和背面金属丝，所述背面金属丝与所述背面金属主栅电极和所述背面分段副栅连接，所述N型太阳能电池基体正表面的电极包括正面金属主栅电极、正面分段副栅、正面热敏导电层和正面金属丝，所述正面金属丝通过所述正面热敏导电层分别与所述正面金属主栅电极和正面分段副栅连接。
其中，所述N型太阳能电池基体背表面的电极还包括背面热敏导电层，所述背面金属丝通过所述背面热敏导电层与所述背面金属主栅电极和背面分段副栅连接。
其中，所述正面热敏导电层和/或所述背面热敏导电层是锡膏，所述锡膏含有锡、锡铅合金、锡铋合金或锡铅银合金中的任一种。
其中，所述正面金属丝和/或所述背面金属丝为铜丝、锡包铜丝、银包铜丝、锡包铝丝或锡包钢丝中的任一种；金属丝的截面形状为圆形、方形或者三角形。
其中，所述正面分段副栅和所述背面分段副栅互相平行，间距为1-3mm，正面分段副栅和背面分段副栅由非连续的圆点组成，非连续的圆点是有规则的阵列或者无规则的阵列；圆点的直径为30-300微米。
其中，所述正面分段副栅和所述背面分段副栅由非连续的线条组成；非连续的线条平行于主栅电极、垂直于主栅电极或者与主栅电极具有角度；非连续的线条的长度为40-300微米，宽度为40-300微米。
其中，所述钝化减反膜是SiO2介质膜、SiNx介质膜或Al2O3介质膜中的一种或多种，所述钝化膜是SiO2介质膜和SiNx介质膜组成的复合介质膜。
其中，所述N型太阳能电池基体的厚度为50～300μm；p+掺杂区域的掺杂深度为0.5～2.0μm；钝化减反膜的厚度为70～110nm；钝化膜的厚度为不低于20nm；n+掺杂区域的掺杂深度为0.5～2.0μm。
其中，正面金属主栅电极和背面金属主栅电极的数量均大于2根，正面金属主栅电极的设置位置和背面金属主栅电极的设置位置相互对应，并均匀分布在N型太阳能电池基体的表面，正面金属主栅电极和背面金属主栅电极的宽度均为0.5-3mm。
本发明哈提供了一种N型晶体硅太阳能电池组件，包括由上至下依次连接的前层材料、封装材料、N型晶体硅太阳能电池、封装材料、背层材料，所述N型晶体硅太阳能电池是上述的一种N型晶体硅太阳能电池。
一种N型晶体硅太阳能电池系统，包括一个或多于一个串联的N型晶体硅太阳能电池组件，所述N型晶体硅太阳能电池组件是上述的一种N型晶体硅太阳能电池组件。
本发明的实施包括以下技术效果：
本发明提出的N型晶体硅太阳能电池的金属化方法与常规N型晶体硅太阳能电池的金属化工艺相比，本发明的不同之处有以下两点：1、主栅电极不与硅片前后表面的p+掺杂区域和n+掺杂区域形成欧姆接触，从而极大地降低了金属电极与硅之间的复合速率，从而提高了N型晶体硅太阳能电池的开路电压；2、分段副栅与p+掺杂区域、n+掺杂区域有较好的欧姆接触，同时金属丝、导电层、分段副栅和主栅之间也有较好的欧姆接触，这样在保证电极线电阻不增加的情况下，极大的减少电池的银浆消耗，从而降低电池片的制作成本。
附图说明
图1为本发明实施例的一种N型晶体硅太阳能电池的金属化方法步骤一的电池结构截面示意图
图2为本发明实施例的一种N型晶体硅太阳能电池的金属化方法步骤二的电池结构截面示意图
图3为本发明实施例的一种N型晶体硅太阳能电池的金属化方法步骤三的电池结构截面示意图
图4为本发明实施例的一种N型晶体硅太阳能电池的金属化方法步骤五的电池结构截面示意图
图5为本发明实施例的一种N型晶体硅太阳能电池的金属化方法步骤六的电池结构截面示意图
图6为本发明实施例的一种N型晶体硅太阳能电池的金属化方法得到的电池结构正面平视示意图
图7为本发明实施例的一种N型晶体硅太阳能电池的金属化方法得到的电池结构背面平视示意图
图8为本发明实施例的一种N型晶体硅太阳能电池的金属化方法完成步骤三之后的正面阵列排列的圆点状分段副栅平视示意图
图9为本发明实施例的一种N型晶体硅太阳能电池的金属化方法完成步骤三之后的正面错位排列的圆点状分段副栅平视示意图
图10为本发明实施例的一种N型晶体硅太阳能电池的金属化方法完成步骤三之后的正面横向排列的线条状分段副栅平视示意图
图11为本发明实施例的一种N型晶体硅太阳能电池的金属化方法完成步骤三之后的正面竖向排列的线条状分段副栅平视示意图
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至图11所示，本实施例中的N型晶体硅太阳能电池的金属化方法包括如下步骤：
(1)、如图1所示，制备金属化前的N型晶体硅太阳能电池，包括N型晶体硅基体10，N型晶体硅基体的正表面包括依次从内到外的p+掺杂区域12和正表面钝化减反膜14；N型晶体硅基体的背表面包括依次从内到外的n+掺杂区域16和背表面钝化膜18。其中正表面的钝化减反膜14是SiO2、SiNx和Al2O3介质膜中一种或多种，背表面的钝化膜18是SiO2或SiNx介质膜组成的复合介质膜。N型晶体硅基体10的厚度为50～300μm；p+掺杂区域12的掺杂深度为0.5～2.0μm；正表面钝化减反膜的厚度为70～110nm；背表面钝化膜18的厚度为不低于20nm；n+掺杂区域16的掺杂深度为0.5～2.0μm。
(2)、如图2所示，通过印刷金属浆料并烘干形成与硅片前后表面相接触的正面金属主栅电极20和背面金属主栅电极22，正面金属主栅电极20和背面金属主栅电极22所采用金属浆料不烧穿硅片前后表面的钝化膜，即正面金属主栅电极20和背面金属主栅电极22与硅片正表面p+掺杂区域12和背表面n+掺杂区域16不形成欧姆接触，硅片前后表面主栅电极的数量均要求大于2根，并要求硅片前后表面的主栅电极一一对应，位置相同并均匀分布在硅片表面，主栅线的宽度为1-3mm。
(3)、如图3所示，在硅片正表面使用掺铝银浆印刷正面分段副栅24并进行烘干，正面分段副栅24互相平行，间距为1-3mm，正面分段副栅24由非连续的圆点组成(如图8所示)，圆点直径30-300微米。这些圆点的圆心在一条直线上，并且由圆心连接而成的直线垂直于正面主栅电极20。该掺铝银浆具备烧结后穿透正面钝化减反膜14的能力。在硅片背表面使用银浆印刷背面分段副栅30并进行烘干，背面分段副栅30互相平行，间距为1-3mm，背面分段副栅30由非连续的圆点组成，圆点直径30-300微米。这些圆点的圆心在一条直线上，并且由圆心连接而成的直线垂直于背面主栅电极22。该银浆具备烧结后穿透背面钝化膜18的能力。对于正面分段副栅24和背面分段副栅30，其可以由非连续的圆点组成，也可以由非连续的线条组成。如图8所示，相邻分段副栅中的非连续的圆点可以是有规则的阵列，也可以如图9所示，相邻分段副栅中的非连续的圆点错位排列。如图10所示，相邻分段副栅中的非连续的线条可以是横向的有规则的阵列，也可以如图11所示，相邻分段副栅中的非连续的线条是纵向的有规则的阵列。
(4)、将经过步骤(3)后的硅片置于烧结炉中烧结，烧结的温度不高于900摄氏度。
(5)、如图4所示，将经过步骤(4)后的硅片置于印刷机上，在正表面正面分段副栅24上印刷锡膏形成热敏导电层25，在背表面背面分段副栅30上印刷锡膏形成热敏导电层31。锡膏导电层的过墨图案为圆形，其直径为40-300微米。锡膏导电层的过墨图案也可以为线条状，其长度为40-300微米，宽度为40-300微米。印刷时务必使过墨后的热敏导电层25位于正面分段副栅24中的非连续圆点或非连续线条上和主栅电极20上，以及使过墨后的热敏导电层31位于背面分段副栅30中的非连续圆点或非连续线条上和主栅电极22上。
(6)、如图5所示，将多条正面金属丝26一一对应地铺设在正面分段副栅24上的热敏导电层25上。正面金属丝26垂直于正面金属主栅电极20的方向，其间距等于正面分段副栅24之间的间距；再将多条背面金属丝28一一对应地铺设在背面分段副栅30上的热敏导电层31上。背面金属丝28垂直于背表面金属主栅电极22的方向，其间距等于背面分段副栅30之间的间距；正面金属丝26和背面金属丝28的截面为圆形，其直径为40-80um；正面金属丝26和背面金属丝28的截面形状亦可以方形或三角形，其材质可以为铜丝、银包铜丝或者锡包铜丝。
(7)、对步骤(6)后的硅片进行加热，使得正面金属丝26、热敏导电层25、正面分段副栅24和正面金属主栅电极20四者形成欧姆接触，同时使背面金属丝28、热敏导电层31、背面分段副栅30和背面金属主栅电极22四者形成欧姆接触。加热方式采用红外加热，回流峰值温度为183-250度。
(8)、使用激光法或电弧法切除边缘多余的正面金属丝26和背面金属丝28，即完成N型晶体硅太阳能电池的制作。
本实施例提出的N型晶体硅太阳能电池的金属化方法与常规N型晶体硅太阳能电池的金属化工艺相比，本发明的不同之处有以下两点：1、主栅电极不与硅片前后表面的p+掺杂区域和n+掺杂区域形成欧姆接触，从而极大地降低了金属电极与硅之间的复合速率，从而提高了N型晶体硅太阳能电池的开路电压；2、分段副栅与p+掺杂区域、n+掺杂区域有较好的欧姆接触，同时金属丝、导电层、分段副栅和主栅之间也有较好的欧姆接触，这样在保证电极线电阻不增加的情况下，极大的减少电池的银浆消耗，从而降低电池片的制作成本。
本实施例还提供了一种N型晶体硅太阳能电池，包括N型太阳能电池基体10，N型太阳能电池基体10的正表面包括依次从内到外的p+掺杂区域12和钝化减反膜14；N型太阳能电池基体10的背表面包括依次从内到外的n+掺杂区域16和钝化膜18，所述N型太阳能电池基体10背表面的电极包括背面金属主栅电极22、背面分段副栅30和背面金属丝28，所述背面金属丝28与所述背面金属主栅电极22和所述背面分段副栅30连接，所述N型太阳能电池基体10正表面的电极包括正面金属主栅电极20、正面分段副栅24、正面热敏导电层25和正面金属丝26，所述正面金属丝26通过所述热敏导电层25分别于所述正面金属主栅电极20和正面分段副栅24连接。优选地，所述N型太阳能电池基体10背表面的电极还包括背面热敏导电层31，所述背面金属丝28通过所述背面热敏导电层31与所述背面金属主栅电极22和背面分段副栅30连接。热敏导电层是锡膏，所述锡膏含有锡、锡铅合金、锡铋合金或锡铅银合金中的任一种。金属丝为铜丝、锡包铜丝、银包铜丝、锡包铝丝或锡包钢丝中的任一种；金属丝的截面形状为圆形、方形或者三角形。
所述正面分段副栅24和所述背面分段副栅30互相平行，间距为1-3mm，正面分段副栅24和背面分段副栅30由非连续的圆点组成，非连续的圆点是有规则的阵列或者无规则的阵列；圆点直径为30-300微米。所述正面分段副栅24和所述背面分段副栅30由非连续的线条组成；非连续的线条平行于主栅电极、垂直于主栅电极或者与主栅电极具有角度；非连续的线条的长度为40-300微米，宽度为40-300微米。所述钝化减反膜14是SiO2介质膜、SiNx介质膜或Al2O3介质膜中一种或多种，所述钝化膜18是SiO2介质膜和SiNx介质膜组成的复合介质膜。所述N型太阳能电池基体10的厚度为50～300μm；p+掺杂区域12的掺杂深度为0.5～2.0μm；钝化减反膜14的厚度为70～110nm；钝化膜18的厚度为不低于20nm；n+掺杂区域16的掺杂深度为0.5～2.0μm。正面金属主栅电极20和背面金属主栅电极22的数量均大于2根，正面金属主栅电极20的设置位置和背面金属主栅电极22的设置位置相互对应，并均匀分布在N型太阳能电池基体10的表面，正面金属主栅电极20和背面金属主栅电极22的宽度均为0.5-3mm。
本实施例还提供了一种N型晶体硅太阳能电池组件，包括由上至下依次连接的前层材料、封装材料、N型晶体硅太阳能电池、封装材料、背层材料，N型晶体硅太阳能电池是上述的一种N型晶体硅太阳能电池。本实施例的N型晶体硅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N型晶体硅太阳能电池组件的改进仅涉及上述的N型晶体硅太阳能电池，不对其他部分进行改动。故本说明书仅对N型晶体硅太阳能电池及其制备方法进行详述，对N型晶体硅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N型晶体硅太阳能电池组件。
本实施例还提供了一种N型晶体硅太阳能电池系统，包括一个或多于一个串联的N型晶体硅太阳能电池组件，N型晶体硅太阳能电池组件是上述的一种N型晶体硅太阳能电池组件。本实施例的N型晶体硅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N型晶体硅太阳能电池系统的改进仅涉及上述的N型晶体硅太阳能电池，不对其他部分进行改动。故本说明书仅对N型晶体硅太阳能电池及其制备方法进行详述，对N型晶体硅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N型晶体硅太阳能电池系统。
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 (15)
1.一种N型晶体硅太阳能电池的金属化方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)、在N型太阳能电池基体的正表面制备p+掺杂区域，背表面制备n+掺杂区域，并在正表面制备钝化减反膜，在背表面制备钝化膜；
(2)、在N型太阳能电池基体的正表面和背表面印刷金属浆料并烘干形成正面金属主栅电极和背面金属主栅电极，所述正面金属主栅电极与p+掺杂区域不形成欧姆接触，所述背面金属主栅电极与n+掺杂区域不形成欧姆接触；
(3)、在N型太阳能电池基体的正表面使用掺铝银浆印刷正面分段副栅，在N型太阳能电池基体的背表面使用银浆印刷背面分段副栅，然后将N型太阳能电池基体置于烧结炉中烧结；
(4)、将烧结后的N型太阳能电池基体置于印刷机中，在正面分段副栅、背面分段副栅、正面金属主栅电极和背面金属主栅电极上印刷热敏导电层；
(5)、在所述正面分段副栅上的热敏导电层上铺设正面金属丝，在所述背面分段副栅的热敏导电层上铺设背面金属丝，然后对铺设好金属丝的N型太阳能电池基体进行加热；切除边缘多余的金属丝，得到N型晶体硅太阳能电池。
2.根据权利要求1所述的一种N型晶体硅太阳能电池的金属化方法，其特征在于：步骤(3)中烧结后的正面分段副栅与p+掺杂区域形成欧姆接触，背面分段副栅与n+掺杂区域形成欧姆接触；步骤(5)中加热后正面金属丝、正面热敏导电层、正面分段副栅和正面金属主栅电极四者形成欧姆接触，同时背面金属丝、背面热敏导电层、背面分段副栅和背面金属主栅电极四者也形成欧姆接触。
3.根据权利要求1所述的一种N型晶体硅太阳能电池的金属化方法，其特征在于：步骤(5)中的加热方式采用红外加热，回流峰值温度为183-250摄氏度；切除边缘多余的导电线的方法是激光法或电弧法。
4.根据权利要求1所述的一种N型晶体硅太阳能电池的金属化方法，其特征在于：步骤(3)中烧结的温度不高于900摄氏度。
5.一种N型晶体硅太阳能电池，包括N型太阳能电池基体，N型太阳能电池基体的正表面包括从内到外依次设置的p+掺杂区域和钝化减反膜；N型太阳能电池基体的背表面包括从内到外依次设置的n+掺杂区域和钝化膜，其特征在于：所述N型太阳能电池基体背表面的电极包括背面金属主栅电极、背面分段副栅和背面金属丝，所述背面金属丝与所述背面金属主栅电极和所述背面分段副栅连接，所述N型太阳能电池基体正表面的电极包括正面金属主栅电极、正面分段副栅、正面热敏导电层和正面金属丝，所述正面金属丝通过所述正面热敏导电层分别与所述正面金属主栅电极和正面分段副栅连接。
6.根据权利要求5所述的一种N型晶体硅太阳能电池，其特征在于：所述N型太阳能电池基体背表面的电极还包括背面热敏导电层，所述背面金属丝通过所述背面热敏导电层与所述背面金属主栅电极和背面分段副栅连接。
7.根据权利要求5或6所述的一种N型晶体硅太阳能电池，其特征在于：所述正面热敏导电层和/或所述背面热敏导电层为锡膏，所述锡膏含有锡、锡铅合金、锡铋合金或锡铅银合金中的任一种。
8.根据权利要求5或6所述的一种N型晶体硅太阳能电池，其特征在于：所述正面金属丝和/或所述背面金属丝为铜丝、锡包铜丝、银包铜丝、锡包铝丝或锡包钢丝中的任一种；金属丝的截面形状为圆形、方形或者三角形。
9.根据权利要求5所述的一种N型晶体硅太阳能电池，其特征在于：所述正面分段副栅和所述背面分段副栅互相平行，间距为1-3mm，正面分段副栅和背面分段副栅由非连续的圆点组成，非连续的圆点是有规则的阵列或者无规则的阵列；圆点的直径为30-300微米。
10.根据权利要求5所述的一种N型晶体硅太阳能电池，其特征在于：所述正面分段副栅和所述背面分段副栅由非连续的线条组成；非连续的线条平行于主栅电极、垂直于主栅电极或者与主栅电极具有角度；非连续的线条的长度为40-300微米，宽度为40-300微米。
11.根据权利要求5所述的一种N型晶体硅太阳能电池，其特征在于：所述钝化减反膜是SiO2介质膜、SiNx介质膜或Al2O3介质膜中的一种或多种，所述钝化膜是SiO2介质膜和SiNx介质膜组成的复合介质膜。
12.根据权利要求5所述的一种N型晶体硅太阳能电池，其特征在于：所述N型太阳能电池基体的厚度为50～300μm；p+掺杂区域的掺杂深度为0.5～2.0μm；钝化减反膜的厚度为70～110nm；钝化膜的厚度为不低于20nm；n+掺杂区域的掺杂深度为0.5～2.0μm。
13.根据权利要求5所述的一种N型晶体硅太阳能电池，其特征在于：正面金属主栅电极和背面金属主栅电极的数量均大于2根，正面金属主栅电极的设置位置和背面金属主栅电极的设置位置相互对应，并均匀分布在N型太阳能电池基体的表面，正面金属主栅电极和背面金属主栅电极的宽度均为0.5-3mm。
14.一种N型晶体硅太阳能电池组件，包括由上至下依次连接的前层材料、封装材料、N型晶体硅太阳能电池、封装材料、背层材料，其特征在于：所述N型晶体硅太阳能电池是权利要求5～13任一所述的一种N型晶体硅太阳能电池。
15.一种N型晶体硅太阳能电池系统，包括一个或多于一个串联的N型晶体硅太阳能电池组件，其特征在于：所述N型晶体硅太阳能电池组件是权利要求14所述的一种N型晶体硅太阳能电池组件。
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