CN106229354A - 一种太阳能电池串及其制备方法和组件、系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种太阳能电池串及其制备方法和组件、系统。本发明的一种太阳能电池串，包括窄条状太阳能电池和用于将窄条状太阳能电池电相连的焊带；窄条状太阳能电池包括前表面主栅线和前表面副栅线，前表面主栅线和前表面副栅线互相电导通，窄条状太阳能电池由太阳能电池片沿垂直于主栅的延伸方向切割形成，窄条状太阳能电池的前表面在切割边的边沿具有无金属电极区。其有益效果是：通过提高主栅线的根数，同时缩减主栅线的宽度，在不影响太阳能电池转换效率的同时降低了含银浆料消耗量；另外，通过模块化的前表面电极设计，在切割边的边沿不设置栅线，解决了现有技术在后续的焊带串接中容易产生的漏电问题。

Description

一种太阳能电池串及其制备方法和组件、系统
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，具体涉及一种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。金属电极包括主栅线和副栅线，目前业界通常采用3～4根主栅线的设计，其宽度一般为1～1.5mm。
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。常见的方法是将太阳能电池片切割成多块电池片单元来降低电流，从而降低太阳能电池组件的损耗。切割方向一般垂直于主栅线，切割完成后主栅线断面必然紧贴于切割边。申请人在试验中发现，切割成的电池片在后续的焊带串接时，容易在主栅线断面和切割边处产生漏电，从而影响组件的性能。
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串及其制备方法和组件、系统。太阳能电池串，通过提高主栅线的根数，同时缩减主栅线的宽度，在不影响太阳能电池转换效率的同时降低了含银浆料消耗量；另外，通过模块化的前表面电极设计，在切割边的边沿不设置栅线，解决了现有技术在后续的焊带串接中容易产生的漏电问题。
本发明提供一种太阳能电池串，其技术方方案为：
一种太阳能电池串，包括窄条状太阳能电池和用于将窄条状太阳能电池电相连的焊带；窄条状太阳能电池包括前表面主栅线和前表面副栅线，前表面主栅线与前表面副栅线互相电导通，窄条状太阳能电池由太阳能电池片沿垂直于主栅的延伸方向切割形成，窄条状太阳能电池的切割边的边沿具有无金属电极区。
其中，无金属电极区仅设置于窄条状太阳能电池的前表面。
其中，无金属电极区的宽度大于0.3mm，前表面主栅线的根数为6～10根。
其中，前表面副栅线垂直于前表面主栅线，前表面主栅线的宽度为0.3～0.8mm。
其中，窄条状太阳能电池是P型窄条状太阳能电池，P型窄条状太阳能电池的背表面设置有背表面铝电极和6～10根背表面主栅线。
其中，前表面主栅线为7～9根，前表面主栅线的宽度为0.35～0.8mm；背表面主栅线为7～9根，背表面主栅线宽度为0.35～1mm。
其中，窄条状太阳能电池是N型窄条状太阳能电池，N型窄条状太阳能电池的背表面设置有背表面副栅线和6～10根背表面主栅线。
本发明还提供了一种太阳能电池串的制备方法，包括以下步骤：
(1)、对太阳能电池片进行预处理；
(2)、在太阳能电池片的前表面使用金属浆料印刷前表面电极，前表面电极是相互分离的多个模块，每个模块内分别印刷有相互电导通的前表面主栅线和前表面副栅线，相邻模块之间具有无金属浆料区，无金属浆料区的宽度大于或等于0.6mm；然后进行烧结处理；
(3)、将太阳能电池片按模块切割为窄条状太阳能电池；
(4)、使用焊带串接相邻窄条状太阳能电池的前表面主栅线和背表面主栅线，重复该步骤即完成太阳能电池串的制备。
其中，太阳能电池片是P型太阳能电池片，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，去除背表面的磷扩散层和前表面的磷硅玻璃层；
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；
S5P、将步骤S3P处理后的P型太阳能电池基体的背表面使用银浆印刷背表面主栅线并进行烘干，在P型晶体硅基体的背表面使用铝浆印刷背表面铝电极并进行烘干；
或者太阳能电池片是N型太阳能电池片，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；
将硼扩散后的硅基体放入刻蚀清洗机中，去除背表面的硼扩散层和前表面的硼硅玻璃层；
使用离子注入机在N型太阳能电池基体背表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；
S3N、将步骤S2N处理后的N型太阳能电池基体放入清洗机中，去除前表面和背表面的氧化层；
S4N、将步骤S3N处理后的N型太阳能电池基体放入PECVD设备中，在前表面和背表面均镀上氮化硅层；
S5N、在步骤S3N处理后的N型太阳能电池基体的的背表面使用银浆印刷背表面主栅线和背表面副栅线并进行烘干。
本发明还提供了一种太阳能电池组件，包括太阳能电池串，太阳能电池串是上述的太阳能电池串。
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的太阳能电池组件。
本发明的技术优点主要体现在：
本发明通过提高主栅线根数，同时缩减主栅线的宽度，在不影响太阳能电池转换效率的同时降低了含银浆料消耗量；另外，通过前表面电极的分块式设计，在切割边的边沿不设置栅线，解决了现有技术在后续的焊带串接中容易产生的漏电问题。申请人经过大量试验发现，在制备电池过程中，相比现有的前表面4根主栅线的设计，本发明可将主栅线的含银浆料消耗量降低20％以上；在串接过程中，同样沿垂直主栅线方向切割，相比现有的一体式的前表面电极设计，本发明在将窄条状电池片焊接成电池串并封装成组件后，组件的漏电可以降低30％以上。
附图说明
图1为本发明实施例的一种太阳能电池串的制备方法步骤五后的太阳能电池结构示意图。
图2为本发明实施例的一种太阳能电池串的制备方法步骤六中将太阳能电池切割成窄条状太阳能电池片的示意图。
图3为本发明实施例的一种太阳能电池串中的窄条状太阳能电池片的结构示意图。
图4为本发明实施例的一种太阳能电池串的制备方法步骤六中将窄条状太阳能电池片串接后的剖面结构示意图。
图5为本发明实施例的一种太阳能电池串的制备方法步骤六中将窄条状太阳能电池片串接后的示意图。
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3至图5所示，本发明提供一种太阳能电池串，包括窄条状太阳能电池和用于将窄条状太阳能电池电相连的焊带40；窄条状太阳能电池包括前表面主栅线21和前表面副栅线22，前表面主栅线21和前表面副栅线22互相电导通，窄条状太阳能电池由太阳能电池片沿垂直于主栅的延伸方向切割形成，窄条状太阳能电池的切割边的边沿具有无金属电极区。本发明的太阳能电池串，通过提高主栅线的根数，同时缩减主栅线的宽度，在不影响太阳能电池转换效率的同时降低了含银浆料消耗量；另外，通过模块化的前表面电极设计，在切割边的边沿不设置栅线，解决了现有技术在后续的焊带串接中容易产生的漏电问题。
优选地，无金属电极区仅设置于窄条状太阳能电池的前表面。无金属电极区的宽度大于0.3mm，宽度进一步优选为0.6～2mm，前表面主栅线21的根数为6～10根。前表面副栅线22垂直前表面主栅线21，前表面主栅线21的宽度为0.3～0.8mm。
窄条状太阳能电池可以是P型窄条状太阳能电池，P型窄条状太阳能电池的背表面设置有背表面铝电极和6～10根背表面主栅线23。背表面主栅线23、前表面主栅线21和前表面副栅线22都是银电极。当前表面主栅线21为8根时，前表面主栅线21的宽度为0.3～0.5mm，前表面副栅线22为30～40根，其宽度为30～60μm；背表面主栅线23为8根，其宽度为0.3～1mm。
窄条状太阳能电池还可以是N型窄条状太阳能电池，N型窄条状太阳能电池的背表面设置有背表面副栅线和6～10根背表面主栅线23。背表面主栅线23和背表面副栅线是银电极，前表面主栅线21和前表面副栅线22是银铝电极。当前表面主栅线21为6根时，前表面主栅线21的宽度为0.5～0.7mm，前表面副栅线22为30～40根，其宽度为30～60μm；背表面主栅线23为6根，其宽度为0.5～0.7mm，背表面副栅线为30～40根，其宽度为30～60μm。
下述以两个具体实施例进行详述本发明太阳能电池串的制各方法，其中实施例1是P型太阳能电池切三片的实施例，实施例2是N型太阳能电池切三片的实施例。为了更清楚地显示太阳能电池串的制备工艺，下述实施例对太阳能电池的制备方法也作了详细叙述。
实施例1
一种太阳能电池串的制备方法，本实施例为P型太阳能电池切三片的实施例，包括以下步骤：
(1)、对太阳能电池片进行预处理，本实施例中预处理的具体步骤为：
S1P、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10，并对P型晶体硅基体10的表面作制绒处理；P型晶体硅基体10的电阻率为0.5～15Ω·cm，优选1～5Ω·cm，其厚度为50～300μm，优选80～200μm。
S2P、将步骤S1P处理后的P型晶体硅基体10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70～100Ω/sqr。
S3P、将磷扩散后的P型晶体硅基体10放入刻蚀清洗机中，去除背表面的磷扩散层和前表面的磷硅玻璃层。
S4P、将步骤S3P处理后的P型晶体硅基体10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。
S5P、在步骤S4P处理后的P型晶体硅基体10的背表面使用银浆印刷背表面主栅线23并进行烘干，在P型晶体硅基体10的背表面使用铝浆印刷背表面铝电极并进行烘干。背表面主栅线23等间距平行设置8根，其宽度为0.3～1mm，其间距为19.5mm；
(2)、在P型晶体硅基体10的前表面使用银浆印刷前表面电极。前表面电极是相互分离的多个模块，每个模块内分别印刷有相互电导通的前表面主栅线和前表面副栅线，相邻模块之间具有无金属浆料区。本实施例中，前表面电极采用模块化设计，有别于一般的前表面电极互相连接成为一个整体，本实施例的前表面电极分为3个模块电极201、202和203(模块电极在图1中使用虚线框进行示意性的标示，虚线框并不是实体结构)。模块电极包含前表面主栅线21和前表面副栅线22，前表面主栅线21和前表面副栅线22互相电导通。相邻模块电极之间互相分离，相邻模块电极之间的最小间距为1.2～2mm，这样在后续切割后，能保证切割边30上没有金属电极，从而避免焊带串接时的漏电。前表面主栅线21等间距平行设置8根，其宽度为0.3～0.5mm，其间距为19.5mm；前表面副栅线22垂直前表面主栅线21设置，等间距平行设置30～40根，其宽度为30～60μm。
模块电极的数量根据将整片太阳能电池切割成窄条状太阳能电池的片数来确定。本实施例之所以设置3个块式电极，是因为后续切割时会切割出3片窄条状太阳能电池。当然，块式电极中的副栅线根数会按照切割片数做相应调整。
然后将P型晶体硅基体10传送入带式烧结炉进行烧结，烧结峰值温度为850～950℃，完成P型晶体硅电池的制备。完成步骤(2)后的P型晶体硅基体10如图1所示。
(3)、如图2所示，使用激光切片机将步骤(2)处理后的P型晶体硅电池三等分切割成三块156mm×52mm的窄条状太阳能电池，切割线方向垂直于前表面主栅线21并位于相邻模块电极之间的中心位置。切割完成后的窄条状太阳能电池如图3所示。
(4)、如图5所示，使用焊带40串接相邻窄条状电池的前表面主栅线21和背表面主栅线23，重复该步骤即完成本发明太阳能电池串的制备。串接后的剖面图如图4所示。
实施例2
一种太阳能电池串的制备方法，本实施例为N型太阳能电池切三片的实施例，包括以下步骤：
(1)、对太阳能电池片进行预处理，本实施例中的具体步骤为：
S1N、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10，并对N型晶体硅基体10的前表面作制绒处理；N型晶体硅基体10的电阻率为0.5～15Ω·cm，优选1～5Ω·cm；N型晶体硅基体10的厚度为50～300μm，优选80～200μm；
S2N、将步骤S1N处理后的N型晶体硅基体10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。将硼扩散后的硅基体放入刻蚀清洗机中，去除背表面的硼扩散层和前表面的硼硅玻璃层。使用离子注入机在N型晶体硅基体10背表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。
S3N、将步骤S2N处理后的N型晶体硅基体10放入清洗机中，去除前表面和背表面的氧化层。
S4N、将步骤S3N处理后的N型晶体硅基体10放入PECVD设备中，在前表面和背表面均镀上氮化硅层，前表面氮化硅层的厚度为65～80nm，折射率为2.05～2.15，背表面氮化硅层的厚度为40～70nm，折射率为2.15～2.25。
S5N、在步骤S4N处理后的N型晶体硅基体10的背表面使用银浆印刷背表面主栅线23和背表面副栅线并进行烘干。其中背表面主栅线23等间距平行设置6根，其宽度为0.5～0.7mm，其间距为26mm；背表面副栅线垂直于背表面主栅线23，等间距平行设置90～120根，其宽度为30～60μm。
(2)、在N型晶体硅基体10的前表面使用掺铝银浆印刷前表面电极。前表面电极是相互分离的多个模块，每个模块内分别印刷有相互电导通的前表面主栅线和前表面副栅线，相邻模块之间具有无金属浆料区。
本实施例中前表面电极采用模块化设计，有别于一般的前表面电极互相连接成为一个整体，本实施例的前表面电极分为3个模块电极201、202和203。模块电极包含前表面主栅线21和副栅线22，前表面主栅线21和副栅线22互相电导通。相邻模块电极之间互相分离，相邻模块电极之间的最小间距为1.2～2mm，这样在后续切割后，能保证切割边30上没有金属电极，从而避免焊带串接时的漏电。前表面主栅线21等间距平行设置6根，其宽度为0.5～0.7mm，其间距为26mm；前表面副栅线22垂直前表面主栅线21设置，等间距平行设置30～40根，其宽度为30～60μm。
模块电极的数目根据将整片太阳能电池切割成窄条状太阳能电池的片数来确定。本实施例之所以设置3个模块电极，是因为后续切割时会切割出3片窄条状太阳能电池。当然，模块电极中的副栅线根数会按照切割片数做相应调整。
然后将N型晶体硅基体10传送入带式烧结炉进行烧结，烧结峰值温度为850～950℃，完成N型晶体硅电池的制备。
(3)、使用激光切片机将步骤(2)处理后的N型晶体硅电池三等分切割成三块156mm×52mm的窄条状电池，切割线方向垂直于前表面主栅线21并位于相邻模块电极之间的中心位置。
(4)、使用焊带40串接相邻窄条状电池的前表面主栅线21和背表面主栅线23，重复该步骤即完成本发明太阳能电池串的制备。
实施例1和实施例2通过提高主栅线根数，同时缩减主栅线的宽度，在不影响太阳能电池转换效率的同时降低了含银浆料消耗量；另外，通过前表面电极的分块式设计，在切割边的边沿不设置栅线，解决了现有技术在后续的焊带串接中容易产生的漏电问题。申请人经过大量试验发现，在制备电池过程中，相比现有的前表面4根主栅线的设计，本发明可将主栅线的含银浆料消耗量降低20％以上；在串接过程中，同样沿垂直主栅线方向切割，相比现有的一体式的前表面电极设计，本发明在将窄条状电池片焊接成电池串并封装成组件后，组件的漏电可以降低30％以上。
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 (10)

1.一种太阳能电池串，其特征在于：包括窄条状太阳能电池和用于将窄条状太阳能电池电相连的焊带；所述窄条状太阳能电池包括前表面主栅线和前表面副栅线，前表面主栅线与前表面副栅线互相电导通，所述窄条状太阳能电池由太阳能电池片沿垂直于主栅的延伸方向切割形成，所述窄条状太阳能电池切割边的边沿具有无金属电极区。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能电池串，其特征在于：所述无金属电极区仅设置于窄条状太阳能电池的前表面。
3.根据权利要求1所述的一种太阳能电池串，其特征在于：所述无金属电极区的宽度大于0.3mm，所述前表面主栅线的根数为6～10根。
4.根据权利要求1所述的一种太阳能电池串，其特征在于：所述前表面副栅线垂直于所述前表面主栅线，所述前表面主栅线的宽度为0.3～0.8mm。
5.根据权利要求1-4任一所述的一种太阳能电池串，其特征在于：所述窄条状太阳能电池是P型窄条状太阳能电池，P型窄条状太阳能电池的背表面设置有背表面铝电极和6～10根背表面主栅线。
6.根据权利要求5所述的一种太阳能电池串，其特征在于：前表面主栅线为7～9根，前表面主栅线的宽度为0.35～0.8mm；背表面主栅线为7～9根，背表面主栅线宽度为0.35～1mm。
7.根据权利要求1所述的一种太阳能电池串，其特征在于：所述窄条状太阳能电池是N型窄条状太阳能电池，N型窄条状太阳能电池的背表面设置有背表面副栅线和6～10根背表面主栅线。
8.一种太阳能电池串的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)、对太阳能电池片进行预处理；
(2)、在太阳能电池片的前表面使用金属浆料印刷前表面电极，前表面电极是相互分离的多个模块，每个模块内分别印刷有相互电导通的前表面主栅线和前表面副栅线，相邻模块之间具有无金属浆料区，无金属浆料区的宽度大于或等于0.6mm；然后进行烧结处理；
(3)、将太阳能电池片按模块切割为窄条状太阳能电池；
(4)、使用焊带串接相邻窄条状太阳能电池的前表面主栅线和背表面主栅线，重复该步骤即完成太阳能电池串的制备。
9.一种太阳能电池组件，包括太阳能电池串，其特征在于：所述太阳能电池串是权利要求1-7任一所述的太阳能电池串。
10.一种太阳能电池系统，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9所述的太阳能电池组件。
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