CN105720112B - 一种背接触式太阳能电池的电极引出结构及制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种背接触式太阳能电池被加工成小芯片的电极引出结构及制造方法，属太阳能电池技术领域。本发明目的是利用高效背接触电池被精加工成各种尺寸小型芯片，解决电极引出端的结构和制造方法，防止相邻近的栅线的错位所造成的短路造和降低生产成本问题。其上分别覆盖导电层。采用掩膜丝网印刷用可焊银浆，采用0.06mm厚的钢板网丝印，固化温度设置为120°C。实施本发明效果显著，高电压输出的芯片合格率达99%以上，消除了电极栅线汇流时因套位误差导致的相邻近的相异栅线之间的短路问题。实施本发明高电压输出的芯片合格率达99%以上，消除了电极栅线汇流套位误差导致的相邻近栅线之间的短路，使生产成本显著降低。
Description
技术领域
本发明公开了一种用背接触式太阳能电池加工成高效能电池芯片的电极引出结构及制造方法，属太阳能电池技术领域。
背景技术
目前，背接触式太阳能电池由于发电效率高被广泛应用，研究人员不断研究开发出许多结构不同的背接触式太阳能电池(以下简称背接触电池或电池)。背接触式电池是指发射区n+的电极和基区p+的电极均位于硅太阳能电池背面的一种硅太阳电池，背接触电池消除了电池正面栅线电极的遮光损失，有效提高了电池利用率和转化效率；易组装，正负极均在背面，组件封装共面连接，电池片间隔减小，使封装密度提高，难度降低。电池的正面没有凃锡带，受光面均一、美观。美国公司SUNPOWER的专利技术US7339110B1给出了一种典型的背接触式电池，电池的正负极均位于电池的背面，正负极栅线呈交错布置，正负极呈间隔排列。背接触式电池不仅是用于大型电站的光伏组件，同时背接触式电池被切割成尺寸较小的背接触式的电池芯片(以下简称芯片)，被广泛应用于消费类电子产品及小型电子产品中。现有技术，用背接触式电池制成芯片，是采用高精度PCB板对位的电极引出工艺，如中国专利申请号为201410283104.8和申请号为201380017058.1，用高精度PCB版为基底，完成背接触式电池切割及电极栅线与PCB板的电路串接引出，此材料成本和机械设备成本高昂。
发明内容
本发明针对上述现有技术存在问题，特别是背接触式电池被精细加工成各种尺寸芯片，其电极引出的全新结构，已成为本领域技术人员亟待解决的关键技术。
鉴于此，本发明的首要目的是降低芯片加工成本，避免背接触电池二次加工切割过程中电极引出栅线偏差。
本发明的另一个目的是解决背接触电池被加工成芯片的电极引出的结构问题。
本发明的再一个目的是解决背接触电池被加工成芯片的电极引出结构的制造方法。
本发明的技术解决方案是：一种背接触式太阳能电池的电极引出结构及制造方法，包括晶圆基片背光面上n+区的正极栅线和p+区负极栅线间隔排列，其技术特征是：在晶圆基片背光面上的每个芯片的正负电极引出端的相异极性栅线上分别覆盖绝缘层，其绝缘层上还分别覆盖导电层，所说的电极引出结构由相异极性栅线上的导电层，实现栅线汇流导电层导通构成。
优选的，相异极性栅线的绝缘层上分别覆盖导电层是覆盖在没有覆盖绝缘层的相异极性栅线上实现汇集电流导通。
优选的，所述芯片的正负电极引出端的导电层是覆盖在相异极性栅线汇流层的绝缘膜上，包括一种可焊电极引出线的导电层，或采用导电型材包括带导电胶层的铜带、铝带、镀锡铜带的导电金属带材形成导电层。
优选的，所述芯片的可焊电极导电层，包括由铜浆、银浆、锡膏制备的。
优选的，所述芯片的正负电极引出端的绝缘层，是相异极性栅线电极引出端上的丝印绝缘油墨。
本发明一种背接触式太阳能电池的电极引出结构及制造方法，
1、在背接触电池的背电极面，采用栅线绝缘涂层网版，采用掩膜丝网印刷工艺，把绝缘层浆料(如绝缘油墨)丝印到晶圆基片的相应位置，形成拟切割出的每个电池芯片的正负电极引出端相异极性栅线的绝缘层；所使用的绝缘层浆料可以是UV紫外光固型或热固型环氧树脂绝缘油墨，采用0.04～0.10mm厚的钢板网丝印；如使用UV紫外光固型绝缘油墨，采用6～12KW的UV紫外光固机固化，传送带速度设置为5～10m/min，固化温度设置为45～80℃；如使用热固型环氧树脂绝缘油墨，采用电热烘箱固化，固化温度设置为100～160℃，固化恒温时间设置为20～60min。
2、在制备好绝缘层的基片上，采用栅线汇流导电层网版，采用掩膜丝网印刷工艺，把导电层浆料(如铜浆、银浆、锡膏等)丝印到背电极面绝缘层区域的相应位置，形成拟切割出的每个电池芯片的正负电极汇流导电层；或如果采用导电型材(如带导电胶层的铜带、铝带、镀锡铜带等导电金属带材)汇流形成引出电极的导电层，则采用热压或静压设备，把导电材料贴合到已制备好绝缘层的基片上拟切割出的每个电池芯片的正负电极引出区域相应位置，以形成每个电池芯片的正负电极汇流及引出电极端。如使用铜浆作为导电层浆料，采用0.06～0.15mm厚的钢板网丝印，采用电热烘箱固化，固化温度设置为130～170℃，固化恒温时间设置为60～120min；如使用银浆作为导电层浆料，采用0.06～0.15mm厚的钢板网丝印，采用电热烘箱固化，固化温度设置为120～150℃，固化恒温时间设置为40～80min；如使用低温锡膏作为导电层浆料，采用0.1～0.2mm厚的钢板网丝印，采用回流炉固化，中心固化温度设置为130～170℃，传送带速度设置为0.6～1.2m/min。
3、如电极汇流导电层为不可焊材料，则需在其表面按每个电池芯片的正负引出电极位置和焊盘尺寸需求，再丝印可焊电极层(如可焊铜浆、银浆、锡膏等)，以作电极引出线的焊接电极。如使用可焊铜浆作为焊盘浆料，采用0.04～0.08mm厚的钢板网丝印，采用电热烘箱固化，固化温度设置为130～170℃，固化恒温时间设置为40～80min；如使用可焊银浆作为焊盘浆料，采用0.04～0.08mm厚的钢板网丝印，采用电热烘箱固化，固化温度设置为120～150℃，固化恒温时间设置为30～60min；如使用低温锡膏作为焊盘浆料，采用0.1～0.2mm厚的钢板网丝印，采用回流炉固化，中心固化温度设置为130～170℃，传送带速度设置为0.6～1.2m/min。
4、采用高精度激光硅片切割机或砂轮硅片切割机，按背电极硅太阳能电池芯片拟切割出的每个小电池芯片的切割位置设计图，把背电极硅太阳能电池芯片切割成带独立正负极输出电极的小电池芯片。
本发明产生的积极效果：
可按功率需求将背电极硅太阳能电池裁切成任形状尺寸的小电池芯片，形成太阳能电池组件的小型化和高电压输出的芯片。
芯片合格率达99％以上，通过芯片掩膜丝印网版图形和套位标志的特殊设计，及制作过程的高精度控制，消除了电池芯片的电极栅线汇流时因套位误差导致的相邻近正负极栅线之间的短路问题。
无需预定位，与现行SMT技术加工背电极硅太阳能电池芯片工艺相比小电池芯片切割后，用焊接方法串接成组件，无需对每一个小电池做精确的预定位来实现组件的串接，极大的提高了生产效率。
节省了加工成本，采用本芯片串接技术，材料只需普通导线或通用涂锡带，用普通烙铁便可完成组件串接，节省了太阳能电池组件的加工成本。现行SMT加工背电极硅太阳能电池芯片工艺，采用高精度PCB板为基底，用SMT机及回流焊机完成太阳能电池组件串接，材料成本和机械设备成本非常高昂。
特别是绝缘层制作的制作，为制作汇流导电层作了很好的铺垫，有效防止电池背面用于制作汇流导电层时正负栅状电极短路。绝缘浆料固化后不存在因偏移造成的短路。
附图说明
图1.是美国专利US7339110B1的背接触电池的剖面结构示意图，图中，背接触电池10的正极栅线50和负极栅线52间隔排列。
图2.是美国专利US7339110B1的背接触电池的背光面结构示意图。
图3.是本发明的背接触电池10切割后的电池芯片的背光面电极引出结构示意图，图中的绝缘层1在两端分别覆盖正极栅线50和负极栅线52，在绝缘层1上覆盖导电层2，导电层2在两端分别将未覆盖绝缘层1的负极栅线52和正极栅线50汇流导通。
图4.是图3中A-A剖面结构示意图，绝缘层1覆盖负极栅线52，导电层2将正极栅线50汇流导通。
图5.是图3中B-B剖面结构示意图，绝缘层1覆盖正极栅线50，导电层2将负极栅线52汇流导通。
图6.是本发明实施例1的背接触电池切割前的背光面电极引出结构示意图，在背接触电池10的背光面切割前对应电池芯片的位置上丝印绝缘层1和导电层2。
图7.是图6中的背接触电池10切割后上边位置的电池芯片的电极引出结构示意图，正极引出端是背接触电池10本身的正极端5，负极引出端是将背接触电池10的正极栅线50先用绝缘层1覆盖，再用导电层2将负极栅线52汇流导通。
图8.是图6中的背接触电池10切割后中间位置的电池芯片的电极引出结构示意图，正极引出端是将背接触电池10的负极栅线52先用绝缘层1覆盖，再用导电层2将正极栅线50汇流导通，负极引出端是将背接触电池10的正极栅线50先用绝缘层1覆盖，再用导电层2将负极栅线52汇流导通。
图9.是图6中的背接触电池10切割后下边位置的电池芯片的电极引出结构示意图，正极引出端是将背接触电池10的负极栅线52先用绝缘层1覆盖，再用导电层2将正极栅线50汇流导通，负极引出端是背接触电池10的本身的负极端6。
图10.是本发明实施例2的正面结构示意图，当导电层2为不可焊材料时，在导电层2上丝印可焊层3。
图11.是图10中的C-C剖面结构示意图。
图12.是本发明实施例3的剖面结构示意图，导电层2采用带导电胶层7的铜带8，导电胶层7与粘结在负极栅线52(或正极栅线50)和绝缘层1上。
图13.是图12中的带导电胶层7的铜带8，在铜带8的下面有一层导电胶层7。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
如图6所示，本实施的背接触太阳能电池10为美国SUNPOWER公司生产的125X125mm的规格，需要如切割线4所示的位置切割出18块规格是32.4X20.9mm的电池芯片，左右排布为横向3块，上下纵向6块，左右边缘留出硅片可用在其它尺寸上使用，在上边缘的3块的正极引出，如图7所示可利用背接触电池10本身的正极引出端5，负极引出端是将正极栅线50由绝缘层1覆盖后，在绝缘层1上由导电层2将未被绝缘层1覆盖的负极栅线52汇流导通，在下边的3块的负极引出，如图9所示可利用背接触电池10本身的负极引出端6，正极引出端是将负极栅线52由绝缘层1覆盖后，在绝缘层1上由导电层2将未被绝缘层1覆盖的正极栅线50汇流导通，在中间位置的12块电池芯片，如图8所示上边为正极引出端，下边为负极引出端，在上边的正极引出端先将负极栅线52由绝缘层1覆盖，再在绝缘层1上覆盖导电层2，导电层2将未被绝缘层1覆盖的正极栅线50汇流导通，形成正极引出端，在下边的负极引出端先将正极栅线50由绝缘层1覆盖，再在绝缘层1上覆盖导电层2，导电层2将未被绝缘层1覆盖的负极栅线52汇流导通，形成负极引出端。
制作过程如下：
1、先将背接触电池10的背光面朝上放置在丝印平台上，将栅线绝缘涂层网版和背接触电池10的对位点进行精确套位，然后采用掩膜丝网印刷工艺，把绝缘层1油墨浆料丝印到背接触电池10的背光面的相应位置，形成拟切割出的每个电池芯片的正负电极引出端相异极性栅线的绝缘层1，即在电池芯片的正极引出端将负极栅线52覆盖绝缘层1，在负极引出端将正极栅线50覆盖绝缘层1。所使用的绝缘层1浆料可以是UV紫外光固型或热固型环氧树脂绝缘油墨，采用0.06mm厚的钢板网丝印；如使用UV紫外光固型绝缘油墨，采用12KW的UV紫外光固机固化，传送带速度设置为8.0m/min，固化温度设置为65℃；如使用热固型环氧树脂绝缘油墨，采用电热烘箱固化，固化温度设置为120℃，固化恒温时间设置为40min。
2、在制备好绝缘层1的背接触电池10的背光面上，采用栅线汇流导电层2网版，采用掩膜丝网印刷工艺，把导电层2的导电浆料(如铜浆、银浆、锡膏等)丝印到相应位置，形成拟切割出的每个电池芯片的正负电极汇流导电层2，即在正极引出端导电层2将未被绝缘层1覆盖的正极栅线50汇流导通，在负极引出端导电层2将未被绝缘层1覆盖的负极栅线52汇流导通。如使用铜浆作为导电层浆料，采用0.15mm厚的钢板网丝印，采用电热烘箱固化，固化温度设置为150℃，固化恒温时间设置为60min；如使用银浆作为导电层浆料，采用0.15mm厚的钢板网丝印，采用电热烘箱固化，固化温度设置为130℃，固化恒温时间设置为40min；如使用低温锡膏作为导电层浆料，采用0.2mm厚的钢板网丝印，采用回流炉固化，中心固化温度设置为160℃，传送带速度设置为0.7m/min。
3、采用高精度激光硅片切割机或砂轮硅片切割机，在图6中切割线4位置，将背接触电池10切割成带独立正负极输出电极的小电池芯片。小电池芯片再通过普通导线焊接串联，即可用于生产太阳能电池组件。
实施例2
在实施例1中，如果导电层2为不可焊材料，则可以如图10和图11所示，在导电层2上的焊接点丝印导电可焊层3，在可焊层3上焊接电极引出线。如使用可焊铜浆作为可焊层3焊盘浆料，采用0.06mm厚的钢板网丝印，采用电热烘箱固化，固化温度设置为140℃，固化恒温时间设置为50min；如使用可焊银浆作为可焊层3焊盘浆料，采用0.06mm厚的钢板网丝印，采用电热烘箱固化，固化温度设置为120℃，固化恒温时间设置为30min；如使用低温锡膏作为可焊层3焊盘浆料，采用0.1mm厚的钢板网丝印，采用回流炉固化，中心固化温度设置为160℃，传送带速度设置为0.85m/min。
其他工艺步骤同实施例1。
实施例3
如图12和图13所示，在实施例1中采用2mm宽的带导电胶层7的铜带8的导电型材取代导电层2，采用热压工艺，把带导电胶层7的铜带8贴合到已制备好绝缘层1的背接触电池10上拟切割出的每个电池芯片的正负电极引出区域相应位置，以形成每个电池芯片的正负电极汇流及引出电极端。
制作过程如下：
1、先将背接触电池10的背光面朝上放置在丝印平台上，将栅线绝缘涂层网版和背接触电池10的对位点进行精确套位，然后采用掩膜丝网印刷工艺，把绝缘层1油墨浆料丝印到背接触电池10的背光面的相应位置，形成拟切割出的每个电池芯片的正负电极引出端相异极性栅线的绝缘层1，即在电池芯片的正极引出端将负极栅线52覆盖绝缘层1，在负极引出端将正极栅线50覆盖绝缘层1。
2、将制备好绝缘层1的背接触电池10的背光面上，按热压机定位装置放置到热压机工作台面上，启动热压机开关，热压机把按设计尺寸要求裁切好的带导电胶层7的铜带8贴合到已制备好绝缘层1的背接触电池10上拟切割出的每个电池芯片的正负电极引出区域相应位置，形成每个电池芯片的正负电极汇流及引出电极端。
3、按切割线4将背接触电池10切割成电池芯片，即可使用。
Claims (12)
1.一种背接触式太阳能电池芯片的电极引出结构，其结构由位于晶圆基片的背光面上n+区和p+区的正负电极构成，包括间隔排列的相异极性栅线，其技术特征在于晶圆基片中心区域的每个电池芯片的电极引出端，在所说的电极引出端的相异极性栅线上还覆盖防止短路的绝缘层和汇集栅线电流的栅线汇流导电层，还包括晶圆基片边缘区域的每个电池芯片自身的电极引出端，以上所说芯片的正负电极引出端的导电层是覆盖在未覆盖绝缘层的相异极性栅线上，以上所说的相异极性栅线上分别覆盖的绝缘层是一层绝缘油墨，以防相异极性栅线间导电层错位。
2.根据权利要求1所述的一种背接触式太阳能电池芯片的电极引出结构，其特征在于所述的正负电极引出端的导电层是一种可焊电极引出线的可焊导电层或是一种免焊接电极引出线的导电层。
3.根据权利要求2所述的一种背接触式太阳能电池芯片的电极引出结构，其特征在于所述芯片的正负电极引出端为免焊接正负电极引出端的免焊层，该免焊层上还分布一层导电可焊层。
4.根据权利要求2所述的一种背接触式太阳能电池芯片的电极引出结构，其特征在于所说的一种可焊电极引出线的导电层是一种导电金属型材，包括带导电胶层的铜带、铝带、镀锡铜带。
5.根据权利要求4所述的一种背接触式太阳能电池芯片的电极引出结构，其特征在于所说的可焊接电极引出线的导电层，该导电层还包括主要由铜浆、银浆、锡膏材料制成的可焊电极导电层。
6.一种背接触式太阳能电池芯片的电极引出结构的制造方法，由位于晶圆基片的背光面上n+区和p+区的正负电极构成，包括间隔排列的相异极性栅线，其技术特征在于采用栅线绝缘涂层网版，掩膜丝网印刷工艺，把绝缘层浆料丝印、固化到晶圆基片的背光面形成拟切割出的每个芯片的正负电极引出端的相异极性栅线绝缘层；
在制备好绝缘层的晶圆基片上形成拟切割出的每个芯片的正负电极引出端的导电层；
所说的正负电极引出端，还包括以上所说的每个芯片自身的电极引出端。
7.根据权利要求6所述的一种背接触式太阳能电池芯片的电极引出结构的制造方法，其技术特征在于所说的芯片的正负电极引出的导电层，采用栅线汇流导电层网版，掩膜丝网印刷工艺，把导电浆料，包括铜浆、银浆、锡膏丝印到背电极面的绝缘层上，采用银浆，用0.06~0.15mm厚的钢板网丝印，其固化温度为120~150°C。
8.根据权利要求6所述的一种背接触式太阳能电池芯片的电极引出结构的制造方法，其技术特征在于所说的导电层采用导电型材，包括带导电胶层的铜带、铝带、镀锡铜带的导电金属带材制成汇集栅线电流导通的栅线汇流导电层。
9.根据权利要求8所述的一种背接触式太阳能电池芯片的电极引出结构的制造方法，其技术特征在于采用导电型材形成的导电层用热压设备或静压设备制成正负电极引出端的栅线汇流导电层，以上所说的导电型材是贴合到已制备好绝缘层的基片上拟切割出每个芯片的正负电极引出端的相应位置。
10.根据权利要求8所述的一种背接触式太阳能电池芯片的电极引出结构的制造方法，其技术特征在于所说电极汇流导电层为免焊材料制成的则在其表面上按每个电池芯片的正负引出电极位置和焊盘尺寸，再丝印包括可焊铜浆、银浆、锡膏在内的可焊电极层。
11.根据权利要求6所述的一种背接触式太阳能电池芯片的电极引出结构的制造方法，其技术特征在于所说每个芯片的正负电极引出端的导电层为免焊接材料，在其材料表面按照每个芯片的正负引出电极位置和焊盘尺寸再丝印一层可焊电极层。
12.根据权利要求6所述的一种背接触式太阳能电池芯片的电极引出结构的制造方法，其技术特征在于所说的切割出的每个芯片在其电极引出端用电烙铁焊接串联成电池芯片组件或串并联组件。
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