CN106340548A - 一种弱光型非晶硅薄膜太阳能电池及其制造工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种弱光型非晶硅薄膜太阳能电池及其制造工艺，属太阳能电池技术领域，其特征在于将薄膜太阳能电池的背电极层制成两层复合导电浆料膜层，第一导电浆料层为导电碳浆层，第二导电浆料层为金属导电浆料层，第一导电浆料层位于光电转换层和第二导电浆料层之间，第二导电浆料层通过光电转换层的隔离沟槽与前电极层欧姆连接，降低了电池内部的串联电阻，减少了电池内耗，提高了电池的对外输出性能，特别是在中强光下的对外输出性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种薄膜太阳能电池，特别是一种弱光型非晶硅薄膜太阳能电池及其制造工艺，属太阳能电池技术领域。
背景技术
非晶硅薄膜太阳能电池与晶体硅太阳能电池相比，具有光吸收波段范围长的特点，因此同功率情况下具有更大的发电量，目前非晶硅薄膜太阳能电池主要分为强光型和弱光型，弱光型非晶硅薄膜电池主要用于在室内弱光或中强光照条件下使用，一般电池尺寸比较小、输出功率小，如计算器、太阳花等电子产品上使用的太阳能电池，已知技术中的弱光型非晶硅薄膜电池主要由前电极层、非晶硅层和背电极层之间通过相互错位的分割沟槽将各层分割成多个单元图形，各层的单元图形通过分割沟槽之间的相互内部串联连接而成（如图4所示），在背电极层上覆盖有背保护漆层，在背保护漆层上开有焊点窗口，便于将电极从背电极层由焊线引出，从电池结构角度来讲，弱光型非晶硅薄膜电池内部的串联电阻主要由以下几个部位的电阻组成：前电极的体电阻、前电极与P型层的接触电阻、p-n结内部电阻、背电极与n型层的接触电阻、背电极的体电阻、单元子电池间串接部位背电极与前电极的接触电阻和串接材料的体电阻共同组成，而电池内部单元电池间串接部位背电极层与前电极层的接触电阻和串接材料的体电阻是电池内阻的重要组成部分，其电阻值的大小，会严重影响非晶硅薄膜太阳能电池的对外输出功率，由于弱光型薄膜太阳能电池的尺寸较小，电池的有效光电转换区域面积相对较小，因此太阳能电池的输出电流也相对较小，因此太阳能电池内部的串联电阻的大小对电池的对外输出功率的影响就非常明显。背电极层图形主要通过激光刻划或掩膜丝印形成，掩膜丝印直接形成单元图形，激光刻划是先镀膜后刻划沟槽成单元图形，激光刻划沟槽有可能会造成电池前电极和背电极的短路或微短路，形成电池内部漏电，影响了电池的对外输出性能，中国专利申请号98115382.8《一种非晶硅太阳能电池的制造方法》给出了通过丝印非金属导电碳浆直接形成背电极的方法，但是同导电金属浆料相比，非金属导电碳浆也存在其固有的缺点，即：1.体电阻大（丝印固化后的非金属导电碳浆的体电阻为20~50欧姆，而同等厚度的导电金属浆料的体电阻为0.5~5欧姆）；2.同电池前电极的接触电阻较大的问题（非金属材料和金属薄膜之间为非欧姆接触，接触电阻相对较大），非金属导电碳浆的这些缺点，造成了弱光型非晶硅薄膜太阳能电池的内阻增大，限制了电池对外输出功率的进一步提高，特别是在中强光照条件下，这种影响更为显著。
发明内容
本发明的目的就是要通过对弱光型非晶硅薄膜太阳能电池的背电极层结构设计和制造，来降低电池内部单元电池间串接部位背电极与前电极的接触电阻、串接材料的体电阻以及背电极材料的体电阻，达到降低弱光型非晶硅薄膜太阳能电池的内阻，提升弱光型非晶硅薄膜太阳能电池的光电转换效率，使得电池在弱光和中强光照条件下都能获得更好的对外输出性能。
为了实现以上目的，本发明采用将已知技术的弱光型非晶硅薄膜太阳能电池的背电极的单层导电膜层制成两层复合导电膜层，第一层为原有的导电碳浆，第二层为导电金属浆料，技术方案如下：一种弱光型非晶硅薄膜太阳能电池，包括由前电极层、光电转换层、背电极层的多个错位隔离沟槽分割而形成的内部连接的单元电池，其特征是背电极层为两层复合导电膜层，第一导电层导电碳浆，第二导电层导电金属浆料，第一导电层导电碳浆位于光电转换层和第二导电层导电金属浆料之间，第二导电层导电金属浆料通过光电转换层的隔离沟槽与前电极层欧姆连接。
背电极层的第一导电层导电碳浆大于或等于单元电池的有效光电转换面积，背电极层的第二导电层导电金属浆料完全覆盖第一导电层导电碳浆。
前电极层为氧化铟锡（ITO）或二氧化锡（SnO2）。
光电转换层为非晶硅（a-Si）。
背电极的第二导电层导电金属浆料为可焊接材料如导电铜浆（CU），或不可焊接如导电银浆（Ag），若为不可焊接材料可在其上丝印可焊接焊点，如铜浆，并位于背保护漆层的焊点窗口下方。
光电转换层上的沟槽的宽度为：80μm~300μm。
背电极的第一导电层导电碳浆的厚度为：5μm~50μm。
背电极的第二导电层导电金属浆料的厚度为：20μm~120μm。
一种弱光型非晶硅薄膜太阳能电池的背电极的制造工艺，步骤依次为：1.前电极层图形制作：当前电极层为ITO时，制作前电极层图形有两种方法：a、采用化学腐蚀法，先丝印耐酸油墨成前电极层图形后，放入热固化烘箱固化，再通过化学腐蚀工艺腐蚀出前电极层图形之间的沟槽，再过碱液去除耐酸油墨。丝印耐酸油墨的网版采用100~180T聚脂网版，腐蚀出的沟槽宽度为100μm~400μm；b、采用激光刻蚀法，利用激光的高能量在ITO导电膜上刻划出前电极层图形之间的沟槽，刻划出的沟槽宽度为30μm~200μm；当前电极图形为SnO2时，利用红外激光的高能量在SnO2导电膜上刻划出前电极层图形之间的沟槽，刻划出的沟槽宽度为30μm~200μm。
2.沉积光电转换层后由激光刻划成光电转化层的单元图形，激光刻划光电转化层图形时激光刻槽的宽度为50μm~300μm。
3.丝印背电极层图形，背电极层图形为先丝印第一导电层（导电碳浆）单元图形后，放入热固化烘箱固化，再丝印第二导电层（导电金属浆料）单元图形后，放入热固化烘箱固化。第一导电层的单元图形位于光电转换层的单元图形上，第二导电层单元图形完全覆盖住第一导电层单元图形，并横跨相邻的两光电转换层的单元图形，并通过相邻的两光电转换层的单元图形中间的激光刻划沟槽与前电极层的单元图形连接。丝印第一导电层导电碳浆的网版采用79~180T聚脂网版，第一导电层导电碳浆的厚度为5μm~50μm；丝印第二导电层导电金属浆料的网版采用51~100T聚脂网版或40um~120um的钢片网版，导电金属浆料的厚度为10μm~120μm。
4.丝印背保护漆层图形后，放入热固化烘箱固化。丝印背保护漆层的网版采用71~120T聚脂网版，背保护漆层的厚度为10μm~60μm。并在背保护漆层上电极引出位置预留有焊点窗口。
5.若第二导电层导电金属浆料为不可焊接材料时，在背保护漆层上的焊点窗口位置上丝印上可焊材料作为焊点，如可焊铜浆，并通过焊点窗口与第二层导电层相连接。
本发明产生的积极效果：1.本发明在背电极层上采用电阻率更低的导电金属浆料代替现有技术中的非金属导电碳浆作为电池内部相邻单元子电池间的串联物质，降低串联用导电体的体电阻，从而降低了电池内部的串联电阻；同时实现了串接处金属背电极和前电极之间的金属与金属的欧姆接触，降低了电池内部的串联电阻，减少了电池内耗，提高了电池的对外输出性能，特别是在中强光下的对外输出性能。
2.背电极层是在较薄的导电碳浆层上再丝印一层低阻值的导电金属浆料层做为复合背电极材料，把导电碳浆层作为介质层，制作在电池内部单元子电池有效发电区域的非晶硅光电转换层和导电金属浆料层之间，利用导电碳浆与电池光电转换层及导电金属层之间的良好接触性能，解决了导电金属浆料层和电池光电转换层之间直接接触存在的不匹配性，实现了导电金属层和电池光电转换层的良好接触，降低了背电极层和电池光电转换层之间的接触势垒，降低了电池内部的串联电阻；同时，通过用导电碳浆层和导电金属浆料层叠加组成电池的复合背电极层，进一步降低了背电极层体电阻，进一步降低了电池内部的串联电阻，进一步减少了电池内耗，提高了电池在弱光和中强光下的光电转换效率，提高了电池在弱光和中强光下的对外输出功率。
3.通过加宽光电转化层上的激光刻槽的宽度，增大了背电极导电金属浆料和前电极的接触面积，高了串接部位导电体的导电性，提高了串接部位导电体同前电极之间的欧姆接触，进一步降低了电池内部的串联电阻，提高了电池在弱光和中强光下的光电转换效率，提高了电池在弱光和中强光下的对外输出功率。
4.当背电极层的导电金属浆料层采用可焊材料时，解决了导电碳浆的不可焊性，产品只需在背保护漆层上预留出电极焊接口即可，不需要再进行焊点处可焊导电浆料的丝印工序，减少了工艺步骤。
5.采用本发明工艺方案生产非晶硅薄膜太阳能电池，减少了夹、治具数量，作业过程简化、方便操作，降低了生产成本，提高了电池产品的合格率。
附图说明
图1：本发明的局部剖视的外观结构示意图。图中，1、基片玻璃，2、前电极层，3、光电转换层，4、背电极的第一导电层，5、背电极的第二导电层，6、背保护漆层，601、焊点窗口。
图2：本发明的剖面结构示意图，P2、光电转换层的图形分割沟槽。
图3：本发明中丝印焊点的结构示意图，图中，7、焊点。
图4：已知技术中的剖面结构示意图，图中，1、基片玻璃，2、前电极层，3、光电转换层，4、背电极的第一导电层， 6、背保护漆层，601、焊点窗口，7、焊点。
具体实施方式
实施例1：本实施例的弱光型非晶硅薄膜太阳能电池的主要结构依次为基片玻璃1、前电极层2、光电转换层3、背电极的第一导电层4、背电极的第二导电层5和背保护漆层6，其中基片玻璃1为带ITO导电膜的1.1mm的超白玻璃，尺寸为355.6X406.4mm，前电极层2为ITO，光电转换层3为非晶硅，第一导电层4为导电碳浆，第二导电层5为可焊接导电银浆，背保护漆层6为耐焊环氧树脂，制作用于太阳能计算器上的弱光型非晶硅太阳能电池，尺寸规格为10X35mm，光电转换层3上的激光刻槽的宽度为150μm，第一导电层4的厚度为20μm，第一导电层4的单元图形等于电池单元子电池有效光电转换区域，第二导电层5的厚度为50μm，第二导电层5的图形完全覆盖第一层4的图形，第二导电层5通过光电转换层上3的分割沟槽P2与前电极层2的图形相连接，在背保护漆层6上开有焊点窗口601。
本实施例的制造工艺如下： 1.制作前电极层2（ITO）：在ITO基片玻璃ITO膜面上，先丝印耐酸油墨成前电极层2的单元图形后，放入热固化烘箱固化，再通过化学腐蚀工艺腐蚀出前电极层2的单元图形之间的沟槽，再过碱清洗液去除耐酸油墨，并超声清洗基片。丝印耐酸油墨的网版采用120T聚脂网版，腐蚀出的沟槽宽度为300μm。
2.采用PECVD的工艺在基片上沉积光电转换层3（非晶硅），由绿激光刻划成光电转化层3的单元图形，激光刻槽P2的宽度为150μm。
3.丝印背电极层图形，先丝印第一导电层4（导电碳浆）单元图形后，放入热固化烘箱固化。第一导电层4的单元图形位于光电转换层3的单元图形上，再丝印第二导电层5（可焊接导电银浆）单元图形后，放入热固化烘箱固化。第二导电层5的单元图形完全覆盖住第一导电层4的单元图形，并横跨相邻的两光电转换层3的单元图形，并通过相邻的两光电转换层3的单元图形中间的激光刻划沟槽P2与前电极层2的单元图形连接。丝印第一导电浆料层4--导电碳浆的网版采用79T聚脂网版，厚度为20μm；丝印第二导电浆料层5--金属--导电银浆的网版采用51T聚脂网版，厚度为50μm。
4.丝印背保护漆层6—环氧树脂层图形后，放入热固化烘箱固化，并在背保护漆层6上开有焊点窗口601。
实施例2：将实施例1中的前电极层1导电膜材料更换为SnO2，第二导电层5更换为不可焊接的导电银浆，在背保护漆层6的焊点窗口601处的第二导电层5上丝印铜浆作为焊点7，光电转换层3上的分割沟槽的宽度为200μm，第一导电层4的厚度为5μm，第一导电层4图形大于电池单元子电池有效光电转换区域，第二导电层5的厚度为60μm，其它不变。
本实施例的制造工艺如下： 1.沉积前电极层2（SnO2），由红外激光刻划出前电极层图形之间的沟槽，刻划出的沟槽宽度为50μm。
2.沉积光电转换层3（非晶硅），由绿激光刻划成光电转化层3的单元图形，激光刻槽P2的宽度为200μm。
3.丝印背电极层图形，先丝印第一导电层4（导电碳浆）单元图形后，放入热固化烘箱固化。第一导电层4的单元图形位于光电转换层3的单元图形上，再丝印第二导电层5（不可焊导电银浆）单元图形后，放入热固化烘箱固化。第二导电层5的单元图形完全覆盖住第一导电层4的单元图形，并横跨相邻的两光电转换层3的单元图形，并通过相邻的两光电转换层3的单元图形中间的激光刻划沟槽P2与前电极层2的单元图形连接。丝印第一导电层4--导电碳浆的网版采用100T聚脂网版，厚度为5μm；丝印第二导电层5--金属--导电银浆的网版采用51T聚脂网版，厚度为60μm。
4.丝印背保护漆层6—环氧树脂层图形后，放入热固化烘箱固化，并在背保护漆层6上开有焊点窗口601。
5.在背保护漆层6上的焊点窗口601位置上丝印焊点7（可焊铜浆），并放入热固化烘箱固化。丝印可焊铜浆的网版采用79T聚脂网版，厚度为50μm。
Claims (10)
1.一种弱光型非晶硅薄膜太阳能电池，包括由前电极层、光电转换层、背电极层的多个错位隔离沟槽分割而形成的内部连接的单元电池，其特征在于：所说的背电极层为两层复合导电膜层，其第一导电层导电碳浆，第二导电层导电金属浆料，第一导电层导电碳浆位于所说的光电转换层和第二导电层导电金属浆料之间，第二导电层导电金属浆料通过所说的光电转换层的隔离沟槽与所说的前电极层欧姆连接。
2.如权利要求1所述的弱光型非晶硅薄膜太阳能电池，其特征在于：所说的背电极层的第一导电层导电碳浆大于或等于所说的单元电池的有效光电转换面积，所说的背电极层的第二导电层导电金属浆料完全覆盖第一导电层导电碳浆。
3.如权利要求2所述的弱光型非晶硅薄膜太阳能电池，其特征在于：所说的背电极层的第二导电层导电金属浆料是导电铜浆或导电银浆，其上覆盖有开有焊点窗口的背保护漆层。
4.如权利要求3所述的弱光型非晶硅薄膜太阳能电池，其特征在于：所说的背电极层的第二导电层导电金属浆料是导电银浆，其上有导电铜浆焊点，焊点位于背保护漆层的焊点窗口。
5.如权利要求1所述的弱光型非晶硅薄膜太阳能电池，其特征在于：所说的光电转换层的沟槽宽度为80μm~300μm，所说的背电极层的第一导电层导电碳浆的厚度为5μm~50μm，第二导电层导电金属浆料的厚度为20μm~120μm。
6.一种如权利要求1至6任一项所述的弱光型非晶硅薄膜太阳能电池的加工工艺，其工艺步骤为：
第一步：在电池基片上沉积前电极层；
第二步：化学腐蚀或激光刻划前电极层的隔离沟槽；
第三步：在前电极层上沉积光电转换层；
第四步：激光刻划光电转换层的隔离沟槽；
第五步：在光电转换层上丝印背电极层的第一导电层导电碳浆，同时形成第一导电层导电碳浆的隔离沟槽；
第六步：在背电极层的第一导电层导电碳浆上丝印背电极层的第二导电层导电金属浆料，同时形成第二导电层导电金属浆料的隔离沟槽；
第七步：在背电极层的第二导电层导电金属浆料上丝印背保护漆层，同时留有焊点窗口；
第八步：在背保护漆层上的焊点窗口丝印焊点。
7.如权利要求6所述的弱光型非晶硅薄膜太阳能电池的制造工艺，其特征在于：所说的第二步中的前电极层，当其为氧化铟锡时采用化学腐蚀或激光刻划，当其为二氧化锡时采用激光刻划。
8.如权利要求7所述的弱光型非晶硅薄膜太阳能电池的制造工艺，其特征在于：所说的化学腐蚀为先丝印耐酸油墨成前电极层后，放入热固化烘箱固化，再通过化学腐蚀工艺腐蚀出前电极层之间的沟槽，再过碱液去除耐酸油墨。
9.如权利要求8所述的弱光型非晶硅薄膜太阳能电池的制造工艺，其特征在于：所说的激光刻划为红外激光刻划。
10.如权利要求6所述的弱光型非晶硅薄膜太阳能电池的制造工艺，其特征在于：所说的第六步中的第二导电层导电金属浆料为导电铜浆时，不进行所说的第八步。
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2016
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