CN106098831B - 一种背接触太阳能电池串及其制备方法和组件、系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种背接触太阳能电池串及其制备方法和组件、系统。本发明的一种背接触太阳能电池串，包括背接触太阳能电池和用于背接触太阳能电池电连接的导电件，背接触太阳能电池的背表面包括相互交替排列的发射极p+区域与其上的发射极接触电极和基极n+区域与其上的基极接触电极，还包括设置在发射极接触电极上的发射极绝缘阻挡层和设置在基极接触电极上的基极绝缘阻挡层，相邻背接触电池的发射极接触电极与基极接触电极通过导电件电连接，形成背接触太阳能电池串。其技术效果是：采用绝缘阻挡层及使用导电件的方法取代焊接实现电池之间的串连，工艺流程简单、无需高精度的焊接设备且提高了组件的填充因子。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，具体涉及一种背接触太阳能电池串及其制备方法和组件、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，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。对于目前常规太阳能电池，其发射极接触电极和基极接触电极分别位于电池片的正反两面。电池的正面为受光面，正面金属发射极接触电极的覆盖必将导致一部分入射的太阳光被金属电极所反射遮挡，造成一部分光学损失。普通晶硅太阳能电池的正面金属电极的覆盖面积在7％左右，减少金属电极的正面覆盖可以直接提高电池的能量转化效率。背接触太阳能电池是一种将发射极和基极接触电极均放置在电池背面(非受光面)的电池，该电池的受光面无任何金属电极遮挡，从而有效增加了电池片的短路电流，使电池片的能量转化效率得到提高。
背接触结构的太阳能电池是目前太阳能工业化批量生产的晶硅太阳能电池中能量转化效率最高的一种电池，它的高转化效率、低组件封装成本，一直深受人们青睐。在以往的背接触太阳能电池制作工艺中，其金属化工艺大都采用流程较为复杂的电镀来实现，该方法在降低背接触电池的串联电阻、提高电池的开路电压确实有出色的表现，但是该方法工艺复杂，排放的废弃物严重污染环境，且与目前工业化生产的主流金属化方法不相兼容，因此不利于低成本的产业化推广。同时，在将背接触电池封装成组件的过程中，由于发射极和基极电极根数较多、线宽较窄，相邻电池之间的对准焊接非常困难。另一方面，在将电池封装成组件的过程中，功率的损失很大一部分来自焊接电阻和焊带电阻，单片电池的短路电流越高，这部分功率损失就越大。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种转化效率高、组件损耗低、无需焊接、基于丝网印刷技术的新型背接触太阳能电池串及其制备方法和组件、系统。
本发明提供的一种背接触太阳能电池串，其技术方案是：
一种背接触太阳能电池串，包括背接触太阳能电池和用于背接触太阳能电池电连接的导电件，背接触太阳能电池的背表面包括相互交替排列的发射极p+区域和基极n+区域，发射极p+区域设置有发射极接触电极，基极n+区域设置有基极接触电极，背接触太阳能电池的背表面还包括设置在发射极接触电极上的发射极绝缘阻挡层和设置在基极接触电极上的基极绝缘阻挡层，相邻背接触太阳能电池的发射极接触电极与基极接触电极通过导电件电连接。
其中，导电件是金属导电条和设置在金属导电条上的导电胶；背接触太阳能电池的前表面设置有前表面场和钝化减反膜，背接触太阳能电池的背表面设置有钝化膜。
其中，背接触太阳能电池的电阻率为1-30Ω·cm，厚度为50-300μm；发射极p+区域和基极n+区域呈长条状相间分布于太阳能电池基体背表面，发射极p+区域和基极n+区域上还设置有介质钝化层，用于电池背表面的钝化。
其中，发射极p+区域的宽度为200-3000μm，基极n+区域的宽度为100-1000μm；发射极绝缘阻挡层的宽度大于或等于发射极p+区域的宽度，基极绝缘阻挡层的宽度大于或等于基极n+区域的宽度.
其中，背接触太阳能电池是将电池片等间距切割后的窄条状背接触太阳能电池，窄条状背接触太阳能电池的宽为20mm-80mm。
其中，发射极接触电极为银铝合金电极，基极接触电极为银电极；背接触太阳能电池是背接触N型单晶硅太阳能电池。
其中，发射极绝缘阻挡层和基极绝缘阻挡层分别设置在窄条状背接触太阳能电池的边缘，相邻窄条状背接触太阳能电池的发射极接触电极通过发射极绝缘阻挡层实现绝缘，相邻窄条状背接触太阳能电池的基极接触电极通过基极绝缘阻挡层实现绝缘。
本发明还提供了一种背接触太阳能电池串的制备方法，包括以下步骤：
(1)、在太阳能电池基体的背表面形成相互交替排列的发射极p+区域和基极n+区域，利用丝网印刷技术在发射极p+区域和基极n+区域印刷金属浆料，烧结后形成与发射极p+区域相接触的发射极接触电极，与基极n+区域相接触的基极接触电极；
(2)、利用丝网印刷技术将绝缘浆料交替印刷在发射极接触电极和基极接触电极的表面，烘干后形成发射极绝缘阻挡层和基极绝缘阻挡层；
(3)、沿绝缘阻挡层中心将背接触太阳能电池基体切割成多片窄条状背接触电池；
(4)、将窄条状背接触电池按规则排列，在相邻电池交界处铺设导电件，使得相邻背接触太阳能电池的发射极接触电极与基极接触电极通过导电件电连接，形成背接触太阳能电池串。
其中，步骤(1)中，太阳能电池基体为N型单晶硅基体，金属浆料的烧结温度为300-1200℃。
其中，步骤(2)中，发射极绝缘阻挡层和基极绝缘阻挡层呈列状分布，每列发射极绝缘阻挡层覆盖发射极接触电极，不覆盖基极接触电极；每列基极绝缘阻挡层覆盖基极接触电极，不覆盖发射极接触电极。
其中，步骤(2)中，在太阳能电池基体上印刷有两列发射极绝缘阻挡层和一列基极绝缘阻挡层，或者印刷有三列发射极绝缘阻挡层和两列基极绝缘阻挡层，反之亦可。
本发明还提供了一种太阳能电池组件，包括太阳能电池串，太阳能电池串为上述的背接触太阳能电池串。
本发明还提供了一种太阳能电池系统，包括一个以上的太阳能电池组件，太阳能电池组件是上述的太阳能电池组件。
本发明的有益效果是：
本发明采用导电件的方法取代焊接来实现背接触电池之间的串连，操作简单、无需高精度的对准焊接设备，同时导电件还起到横向汇流的作用，减少了载流子在电极之间的横向传输损耗，提高了电池的填充因子；由于采用非整片的窄条状电池进行串连，降低了组件的短路电流从而显著地降低了组件封装损耗。
附图说明
图1为本发明实施例的背接触太阳能电池串的制备方法步骤一后的背表面结构示意图。
图2为本发明实施例的背接触太阳能电池串的制备方法步骤二后的背表面结构示意图。
图3为本发明实施例的背接触太阳能电池串的制备方法步骤三后的窄条状背接触电池的背表面结构示意图。
图4为本发明实施例的背接触太阳能电池串的制备方法步骤四中窄条状背接触电池的排列示意图。
图5为本发明实施例的背接触太阳能电池串中的导电件的结构示意图。
图6为本发明实施例的背接触太阳能电池串的制备方法步骤四中通过导电件串接后的窄条状背接触电池示意图。
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4至图6所示，本实施例提供的一种背接触太阳能电池串，包括背接触太阳能电池和用于背接触太阳能电池电连接的导电件，背接触太阳能电池的背表面包括相互交替排列的发射极p+区域10和基极n+区域11，发射极p+区域10上设置有发射极接触电极20，基极n+区域11上设置有基极接触电极21，背接触太阳能电池的背表面还包括设置在发射极接触电极20上的发射极绝缘阻挡层30和设置在基极接触电极21上的基极绝缘阻挡层31，相邻背接触太阳能电池的发射极接触电极20与基极接触电极21通过导电件电连接，导电件为金属导电条41和设置在金属导电条41上的条状导电胶40。本实施例的背接触太阳能电池串转化效率高、无需焊接、降低了生产成本。上述的背接触太阳能电池串采用丝网印刷技术实现了背接触太阳能电池的金属化工艺，简化了工艺流程，且不需在现有产线上引入新的金属化设备；采用导电件的方法取代焊接来实现电池之间的串连，操作简单、无需高精度的对准焊接设备，同时导电件还起到横向汇流的作用，减少了载流子在电极之间的横向传输损耗，提高了电池的填充因子。
优选地，背接触太阳能电池是6寸电池片等间距切割成的2-6片窄条状背接触太阳能电池，窄条状背接触太阳能电池的宽为20mm-80mm，优选为26mm-78mm，长度为156-162mm，由于采用非整片的窄条状电池进行串连，降低了组件的短路电流从而显著地降低了组件封装损耗。
进一步优选，背接触太阳能电池的前表面设置有钝化减反膜，背接触太阳能电池的背表面设置有钝化膜。背接触太阳能电池的电阻率为1-30Ω·cm，厚度为50-300μm。发射极p+区域10的宽度为200-3000μm，基极n+区域11的宽度为100-1000μm；发射极绝缘阻挡层30的宽度大于或等于发射极p+区域10的宽度，基极绝缘阻挡层31的宽度大于或等于基极n+区域11的宽度。发射极接触电极20为银铝合金电极，基极接触电极21为银电极；背接触太阳能电池是背接触N型单晶硅太阳能电池；发射极p+区域10和基极n+区域11呈长窄条状相间分布于太阳能电池基体上。发射极绝缘阻挡层30和基极绝缘阻挡层31分别设置在窄条状背接触太阳能电池的边缘，相邻背接触太阳能电池的发射极接触电极20通过发射极绝缘阻挡层30实现绝缘，相邻背接触太阳能电池的基极接触电极21通过基极绝缘阻挡层31实现绝缘。
本实施例的一种背接触太阳能电池串的制备方法，包括以下步骤：
(1)、制备发射极p+区域10和基极n+区域11相互交替排列在硅片背表面的背接触太阳能电池，本实施例选用N型单晶硅基体，电阻率为1-30Ω·cm，厚度为50-300μm，N型晶体硅基体使用前先经表面制绒处理，然后利用扩散或离子注入、掩膜、刻蚀等技术实现电池发射极p+区域10和基极n+区域11相互交替排列在电池背表面。再利用氧化硅，氮化硅和氧化铝等介质膜进行电池背表面的钝化和前表面的钝化及光学减反，从而形成所需要的发射极p+区域10和基极n+区域11相互交替排列在硅片背表面的太阳能电池，其中每列发射极p+区域10的宽度为200-3000μm，基极n+区域11的宽度为100-2000μm。通过印刷金属浆料形成与发射极p+区域10和基极n+区域11相欧姆接触的金属电极(细栅线)，其中与发射极p+区域10相接触的发射极接触电极20为银铝合金电极，与基极n+区域11相接触的基极接触电极21为银电极，该两种金属电极通过丝网印刷的方式分别印刷在硅片背表面发射极p+区域10和基极n+区域11，电极的宽度不能超过其所在掺杂区域的宽度，印刷结束后经一次烧结形成欧姆接触，烧结温度为300-1200℃。完成后的电池背表面结构如图1所示。
(2)、如图2所示，在电极表面利用丝网印刷技术选择性地覆盖绝缘阻挡层以实现发射极接触电极20和基极接触电极21的选择性绝缘，绝缘阻挡层的宽度不超过其所在掺杂区域的宽度，印刷结束后经烘干处理，烘干温度为100-600℃，从而实现发射极接触电极20和基极接触电极21的选择性绝缘，完成背接触太阳能电池基体的制作。
丝网印刷形成的绝缘阻挡层包括设置在发射极接触电极20上的发射极绝缘阻挡层30和设置在基极接触电极21上的基极绝缘阻挡层31，发射极绝缘阻挡层30和基极绝缘阻挡层31呈列状分布，列状的发射极绝缘阻挡层30和列状的基极绝缘阻挡层31所在的列垂直于长条状的发射极p+区域和长条状的基极n+区域；每列发射极绝缘阻挡层30覆盖发射极接触电极20，不覆盖基极接触电极21；每列基极绝缘阻挡层31覆盖基极接触电极21，不覆盖发射极接触电极20。发射极绝缘阻挡层30的宽度大于或等于发射极p+区域10的宽度，基极绝缘阻挡层31的宽度大于或等于基极n+区域11的宽度。
优选地，可以在整块太阳能电池上印刷多列绝缘阻挡层，可以如图2所示的印刷两列发射极绝缘阻挡层30和一列基极绝缘阻挡层31，可以切割为两块窄条状背接触电池。也可以印刷三列发射极绝缘阻挡层30和两列基极绝缘阻挡层31，可以切割为四块窄条状背接触电池。具体数量可以根据生产实际情况调整。
(3)、如图3所示，本实施例优选印刷两列发射极绝缘阻挡层30和一列基极绝缘阻挡层31的背接触电池，使用切割装置沿基极绝缘阻挡层31中心将背接触太阳能电池基体对称切割成两片窄条状背接触电池，电池的尺寸为156mm*156mm，切割后的窄条状背接触电池的宽为78mm。
(4)、将窄条状背接触电池按照图4所示进行排列，然后在相邻电池交接处铺设导电件，导电件包括金属导电条41和设置在金属导电条41上的导电胶40(如图5所示)，使得相邻电池的发射极接触电极20和基极接触电极21通过导电件电连接(连接后的示意图如图6所示)。金属导电条41的材料可以为铜或铝或其他导电材质。金属导电条41可显著降低串接电阻减少串接损耗。至此，即完成本发明背接触太阳能电池串的制备。
本实施例还提供了一种太阳能电池组件，包括太阳能电池串，太阳能电池串为上述的背接触太阳能电池串。
本实施例还提供了一种太阳能电池系统，包括一个以上的太阳能电池组件，太阳能电池组件是上述的太阳能电池组件。
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 (13)
1.一种背接触太阳能电池串，包括背接触太阳能电池和用于背接触太阳能电池电连接的导电件，所述导电件竖直地设置在太阳能电池片的排列方向上，所述背接触太阳能电池的背表面包括相互交替排列的发射极p+区域和基极n+区域，所述发射极p+区域设置有发射极接触电极，所述基极n+区域设置有基极接触电极，其特征在于：所述背接触太阳能电池的背表面还包括设置在发射极接触电极上的发射极绝缘阻挡层和设置在基极接触电极上的基极绝缘阻挡层，所述背接触太阳能电池的发射极接触电极与相邻背接触太阳能电池的基极接触电极通过导电件电连接；其中，所述背接触太阳能电池是将电池片等间距切割后的窄条状背接触太阳能电池。
2.根据权利要求1所述的一种背接触太阳能电池串，其特征在于：所述导电件是金属导电条和设置在金属导电条上的导电胶。
3.根据权利要求1所述的一种背接触太阳能电池串，其特征在于：所述背接触太阳能电池的电阻率为1-30Ω·cm，厚度为50-300μm；所述发射极p+区域和所述基极n+区域呈长条状相间分布于太阳能电池基体背表面，发射极p+区域和基极n+区域上还设置有介质钝化层，用于电池背表面的钝化。
4.根据权利要求1所述的一种背接触太阳能电池串，其特征在于：所述发射极p+区域的宽度为200-3000μm，所述基极n+区域的宽度为100-1000μm；所述发射极绝缘阻挡层的宽度大于或等于发射极p+区域的宽度，所述基极绝缘阻挡层的宽度大于或等于基极n+区域的宽度。
5.根据权利要求1所述的一种背接触太阳能电池串，其特征在于：窄条状背接触太阳能电池的宽为20mm-80mm。
6.根据权利要求1所述的一种背接触太阳能电池串，其特征在于：所述发射极接触电极为银铝合金电极，所述基极接触电极为银电极；所述背接触太阳能电池是背接触N型单晶硅太阳能电池。
7.根据权利要求1-6任一所述的一种背接触太阳能电池串，其特征在于：所述发射极绝缘阻挡层和所述基极绝缘阻挡层分别设置在背接触太阳能电池的边缘，相邻背接触太阳能电池的发射极接触电极通过发射极绝缘阻挡层实现绝缘，相邻背接触太阳能电池的基极接触电极通过基极绝缘阻挡层实现绝缘。
8.一种背接触太阳能电池串的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)、在太阳能电池基体的背表面形成相互交替排列的发射极p+区域和基极n+区域，利用丝网印刷技术在发射极p+区域和基极n+区域印刷金属浆料，烧结后形成与发射极p+区域相接触的发射极接触电极，与基极n+区域相接触的基极接触电极；
(2)、利用丝网印刷技术将绝缘浆料交替印刷在发射极接触电极和基极接触电极的表面，烘干后形成发射极绝缘阻挡层和基极绝缘阻挡层；
(3)、沿绝缘阻挡层中心将背接触太阳能电池基体切割成多片窄条状背接触电池；
(4)、将窄条状背接触电池按规则排列，在相邻电池交界处铺设导电件，使得相邻背接触太阳能电池的发射极接触电极与基极接触电极通过导电件电连接，形成背接触太阳能电池串。
9.根据权利要求8所述的一种背接触太阳能电池串的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，太阳能电池基体为N型单晶硅基体，金属浆料的烧结温度为300-1200℃。
10.根据权利要求8所述的一种背接触太阳能电池串的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，发射极绝缘阻挡层和基极绝缘阻挡层呈列状分布，每列发射极绝缘阻挡层覆盖发射极接触电极，不覆盖基极接触电极；每列基极绝缘阻挡层覆盖基极接触电极，不覆盖发射极接触电极。
11.根据权利要求8所述的一种背接触太阳能电池串的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，在太阳能电池基体上印刷有两列发射极绝缘阻挡层和一列基极绝缘阻挡层，或者印刷有三列发射极绝缘阻挡层和两列基极绝缘阻挡层。
12.一种太阳能电池组件，包括太阳能电池串，其特征在于：所述太阳能电池串为权利要求1-7任一所述的背接触太阳能电池串。
13.一种太阳能电池系统，包括一个以上的太阳能电池组件，其特征在于：所述太阳能电池组件是权利要求12所述的太阳能电池组件。
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