CN106935679B - 太阳能电池的栅极制备方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种太阳能电池的栅极制备方法和系统，其中方法包括如下步骤：标定太阳能电池的发光强度与少子寿命，获取少子寿命分布参数；根据少子寿命分布参数及太阳能电池的载流子迁移率，将少子寿命分布参数转换为扩散长度分布参数；根据扩散长度分布参数，对太阳能电池待制备栅极的表面进行区域划分，并生成与扩散长度分布参数相对应的栅极图案；根据栅极图案，在太阳能电池待制备栅极的表面制备相应的栅极。其实现了对栅极中的栅线的合理分配和设置，避免了栅线统一均匀对称设置的现象。因此，最终有效解决了采用传统的栅极制备工艺制备的栅极不能有效收集少子寿命较低区域处的载流子，导致载流子收集比例较低的问题。
Description
技术领域
本发明涉及光伏电池技术领域，特别是涉及一种太阳能电池的栅极制备方法和系统。
背景技术
通常，制备太阳能电池大部分都采用硅片作为衬底。譬如，多晶硅。由于多晶硅受到长晶工艺、电阻率、位错密度、杂质含量及晶界的影响，其少子寿命分布并不均匀。即使在后续的太阳能电池制备工序中，对其进行制绒工艺和扩散工艺的加工处理，也不能实现少子寿命的均匀分布。并且，多晶硅的少子寿命通常呈高斯型扩散分布，且少子寿命与载流子扩散长度呈正比例关系。即，少子寿命较低的区域对应的载流子扩散长度较短，少子寿命较高的区域对应的载流子扩散长度较长。
而由于采用传统的光刻蒸镀、丝网印刷或喷墨打印等工艺制备太阳能电池的栅极时，所制备的栅极图案通常为对称结构或分布比较均匀的图案。由此，当少子寿命较低的区域其载流子扩散长度还未达到栅极图案中的栅线时就可能被复合，从而不能有效收集到该区域的载流子，造成发光的暗区，导致载流子的收集比例较低。
发明内容
基于此，有必要针对采用传统的栅极制备工艺制备的栅极不能有效收集少子寿命较低区域处的载流子，导致载流子收集比例较低的问题，提供一种太阳能电池的栅极制备方法和系统。
为实现本发明目的提供的一种太阳能电池的栅极制备方法，包括如下步骤：
标定所述太阳能电池的发光强度与少子寿命，获取少子寿命分布参数；
根据所述少子寿命分布参数及所述太阳能电池的载流子迁移率，将所述少子寿命分布参数转换为扩散长度分布参数；
根据所述扩散长度分布参数，对所述太阳能电池待制备栅极的表面进行区域划分，并生成与所述扩散长度分布参数相对应的栅极图案；
根据所述栅极图案，在所述太阳能电池待制备栅极的表面制备相应的栅极。
在其中一个实施例中，标定所述太阳能电池的发光强度与少子寿命时，采用光致发光检测技术检测所述太阳能电池进行标定。
在其中一个实施例中，所述根据所述扩散长度分布参数，对所述太阳能电池待制备栅极的表面进行区域划分，并生成与所述扩散长度分布参数相对应的栅极图案，包括如下步骤：
对所述扩散长度分布参数进行数值离散化，获取多个预设区间的扩散长度；
根据所述多个预设区间，采用网格划分对所述太阳能电池待制备栅极的表面进行区域划分；
检测每个预设区间的扩散长度；当所述扩散长度小于预设最小值时，其对应的所述太阳能电池待制备栅极的表面的区域不设置栅线；
当所述扩散长度大于或等于所述预设最小值，且小于或等于预设最大值时，其对应的所述太阳能电池待制备栅极的表面的区域按照第一预设间隔设置多条栅线；
当所述扩散长度大于所述预设最大值时，其对应的所述太阳能电池待制备栅极的表面的区域按照第二预设间隔设置多条栅线；
其中，所述预设最小值小于所述预设最大值；且所述第二预设间隔大于或等于所述第一预设间隔。
在其中一个实施例中，所述预设最小值为0.5mm；预设最大值为1.5mm；所述第二预设间隔为3mm。
在其中一个实施例中，还包括如下步骤：
根据所设置的栅线的数量、栅线遮光面积以及预设的所述栅线的总体电阻，计算得到每条所述栅线的宽度和高度；
根据计算得到的所述每条栅线的宽度和高度，对所述太阳能电池待制备栅极的表面上所设置的栅线的宽度和高度进行设置。
在其中一个实施例中，根据所述栅极图案，采用喷墨式打印工艺制备所述太阳能电池的栅极结构。
相应的，本发明还提供了一种太阳能电池的栅极制备系统，包括少子寿命分布参数获取模块、扩散长度分布参数获取模块、栅极图案生成模块和栅极制备模块；
所述少子寿命分布参数获取模块，被配置为标定所述太阳能电池的发光强度与少子寿命，获取少子寿命分布参数；
所述扩散长度分布参数获取模块，被配置为根据所述少子寿命分布参数及所述太阳能电池的载流子迁移率，将所述少子寿命分布参数转换为扩散长度分布参数；
所述栅极图案生成模块，被配置为根据所述扩散长度分布参数，对所述太阳能电池待制备栅极的表面进行区域划分，并生成与所述扩散长度分布参数相对应的栅极图案；
所述栅极制备模块，被配置为根据所述栅极图案，在所述太阳能电池待制备栅极的表面制备相应的栅极。
在其中一个实施例中，所述少子寿命分布参数获取模块包括光致发光检测设备；
所述光致发光检测设备，被配置为标定所述太阳能电池的发光强度与少子寿命时，采用光致发光检测技术检测所述太阳能电池进行标定。
在其中一个实施例中，所述栅极图案生成模块包括数值离散单元、区域划分单元和栅线设置单元；
所述数值离散单元，被配置为对所述扩散长度分布参数进行数值离散化，获取多个预设区间的扩散长度；
所述区域划分单元，被配置为根据所述多个预设区间，采用网格划分对所述太阳能电池待制备栅极的表面进行区域划分；
所述栅线设置单元，被配置为检测每个预设区间的扩散长度；当所述扩散长度小于预设最小值时，其对应的所述太阳能电池待制备栅极的表面的区域不设置栅线；当所述扩散长度大于所述预设最小值，且小于预设最大值时，其对应的所述太阳能电池待制备栅极的表面的区域按照第一预设间隔设置多条栅线；当所述扩散长度大于所述预设最大值时，其对应的所述太阳能电池待制备栅极的表面的区域按照第二预设间隔设置多条栅线；
其中，所述预设最小值小于所述预设最大值；且所述第二预设间隔大于或等于所述第一预设间隔。
在其中一个实施例中，所述栅极图案生成模块还包括第一计算单元和第一设置单元；
所述第一计算单元，被配置为根据所设置的栅线的数量、栅线遮光面积以及预设的所述栅线的总体电阻，计算得到每条所述栅线的宽度和高度；
所述第一设置单元，被配置为根据计算得到的所述每条栅线的宽度和高度，对所述太阳能电池待制备栅极的表面上所设置的栅线的宽度和高度进行设置。
上述太阳能电池的栅极制备方法的有益效果：
其通过在制备太阳能电池的栅极之前，对所制备的栅极的图案进行设置。即，通过标定太阳能电池的发光强度与少子寿命，获取相应的少子寿命分布参数；进而再根据少子寿命分布参数与太阳能电池的载流子迁移率进行少子寿命分布参数的转换，得到扩散长度分布参数。从而根据所得到的扩散长度分布参数对太阳能电池待制备栅极的表面进行区域划分，并生成与扩散长度分布参数相对应的栅极图案。进而再根据所生成的栅极图案进行栅极的制备。由此所制备的栅极与太阳能电池的扩散长度分布相匹配，实现了对栅极中的栅线的合理分配和设置，避免了栅线统一均匀对称设置的现象。因此，最终有效解决了采用传统的栅极制备工艺制备的栅极不能有效收集少子寿命较低区域处的载流子，导致载流子收集比例较低的问题。
附图说明
图1为本发明的太阳能电池的栅极制备方法的一具体实施例的流程图；
图2为采用本发明的太阳能电池的栅极制备方法的一具体实施例对太阳能电池的栅极进行制备后的栅极结构示意图；
图3为本发明的太阳能电池的栅极制备系统的一具体实施例的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明技术方案更加清楚，以下结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
参见图1，作为本发明的太阳能电池的栅极制备方法的一具体实施例，其包括如下步骤：步骤S100，标定太阳能电池的发光强度与少子寿命，获取少子寿命分布参数。其中，对太阳能电池的发光强度与少子寿命进行标定时，可采用多种方式，如：采用光致发光检测技术检测所述太阳能电池以实现太阳能电池的发光强度与少子寿命的标定。或者是，采用微波技术等对太阳能电池进行检测以实现发光强度与少子寿命的标定。为了更好的实现产业化生产，可优先采用光致发光检测技术对太阳能电池进行检测，即对太阳能电池进行基于光致发光(PL)的快速无损检测，来实现发光强度与少子寿命的标定，从而获取相应的少子寿命分布参数。其中，少子寿命分布参数为图谱形成。
待得到相应的少子寿命分布参数之后，再通过步骤S200，根据少子寿命分布参数以及太阳能电池的载流子迁移率，对少子寿命分布参数进行转换，得到相应的扩散长度分布参数。其中，由于太阳能电池的载流子迁移率受掺杂浓度和温度的影响有所不同，因此，在该步骤中，根据少子寿命分布参数及太阳能电池的载流子迁移率进行少子寿命分布参数的转换时，其可根据预设温度下的载流子迁移率进行转换。通常，预设温度的取值与太阳能电池的实际使用位置有关。当最终制备的太阳能电池用于沙漠地带时，其取值可设置的较高一些。一般情况下，其取值通常为25摄氏度(℃)。
当通过对少子寿命分布参数进行转换得到相应的扩散长度分布参数之后，此时扩散长度分布参数反应了少子寿命的分布情况，并且还直观的显示出太阳能电池待制备栅极的表面每个区域位置处的扩散长度情况。因此，此时可通过步骤S300，根据转换得到的扩散长度分布参数，对太阳能电池待制备栅极的表面进行区域划分，并生成与扩散长度分布参数相对应的栅极图案。
其中，在根据转换得到的扩散长度分布参数对太阳能电池待制备栅极的表面进行区域划分时，其可首先通过步骤S310，对扩散长度分布参数进行数值离散化，从而获取多个预设区间的扩散长度。由此，再通过步骤S320，根据所获取的多个预设区间，采用网格划分对太阳能电池待制备栅极的表面进行区域划分，使得划分的每个区域均与扩散长度的预设区间一一对应，以便于后续根据每个预设区间的扩散长度，进行相应区域处的栅线的设置与排布，从而生成相应的栅极图案。
当对太阳能电池待制备栅极的表面进行区域划分后，此时即可进行每个区域处的栅线的设置与排布。具体的，其可根据每个预设区间的扩散长度来进行设置。即，通过步骤S330，检测每个预设区间的扩散长度。当扩散长度小于预设最小值时，其对应的太阳能电池待制备栅极的表面的区域不设置栅线，以防止该区域处所设置的栅线过于密集，影响载流子收集的现象。当检测到的扩散长度大于或等于预设最小值，且小于或等于预设最大值时，即检测到的扩散长度位于预设最小值与预设最大值之间，则在其对应的太阳能电池待制备栅极的表面的区域处按照第一预设间隔设置多条栅线。其中，第一预设间隔可根据实际情况进行自由设置。当检测到的扩散长度大于预设最大值时，此时为了避免其对应的太阳能电池待制备栅极的表面区域处设置的栅线过于疏松，应当按照第二预设间隔在其相应的表面区域处设置多条栅线，以保证能够有效收集载流子。其中，预设最小值小于预设最大值，且第二预设间隔应当略大于第一预设间隔。
即，通过依次检测每个预设区间的扩散长度，进而根据每个预设区间的扩散长度对太阳能电池待制备栅极的表面的区域进行栅线排布，从而生成相应的栅极图案。如：对多个预设区间中的第一预设区间的扩散长度进行检测，当第一预设区间的扩散长度小于0.5mm时，此时为了避免栅线设置过于密集的现象，其对应的太阳能电池待制备栅极的表面的第一区域(第一区域与第一预设区间相对应)处不再设置栅线。进而再对第二预设区间内的扩散长度进行检测，当第二预设区间的扩散长度大于1.5mm时，则为了避免栅线设置过于疏松，其对应的太阳能电池待制备栅极的表面的第二区域(第二区域与第二预设区间相对应)处应当按照第二预设间隔设置多条栅线。其中，第二预设间隔一般情况下不超过3mm，以实现载流子的有效收集。
通过上述依据不同预设区间的扩散长度进行太阳能电池待制备栅极的表面相对应的区域处的栅线设置与排布，实现了栅极图案的整体设计。由此，所设计完成的栅极图案与太阳能电池的扩散长度或少子寿命分布相对应，使得太阳能电池待制备栅极的表面区域中，少子寿命较低的区域能够设置较为密集的栅线以确保能够收集到低少子寿命区域处的载流子，少子寿命较高的区域处则相应设置较为疏松的栅线，以在保证能够有效收集载流子的前提下减少栅线数量，节省栅线制备成本。其通过根据所检测的太阳能电池的性质，使用数值方法处理检测得到的图像结果并建立相应的函数关系生成相适应的栅极图案，实现了对栅极图案中栅线的按需分配和合理排布的目的，最终达到了能够有效收集太阳能电池片中的低少子寿命区域处的载流子的效果，从而有效提升了载流子收集比例。
另外，为了进一步优化所设计的栅极图案，作为本发明的太阳能电池的栅极制备方法的一具体实施例，其在对栅极图案进行完上述整体设计之后，优选的，其还包括细化栅极图案中每条栅线的步骤。即，其还包括步骤S340，根据所设置的栅线的数量、栅线遮光面积以及预设的栅线的总体电阻，计算得到每条栅线的宽度和高度。进而，再通过步骤S350，根据计算得到的每条栅线的宽度和高度，对太阳能电池待制备栅极的表面上所设置的栅线的宽度和高度进行设置。
具体的：栅线的数量包括纵向栅线数量：X1和横向栅线数量：X2。相应的，栅线长度则包括纵向栅线长度：和横向栅线长度：根据上述栅线的数量和每条栅线的长度，通过计算得到栅线的总长度：Lt＝X1*Yn+X2*Ym。同时，还可计算得到栅线遮光面积：St＝a*(Yn+/Ym)。其中，a为栅线的宽度，此时为未知量。同时，根据预设的总体电阻：Rt＝St+f1(θ)*b*Yn+f2(θ)*b*f/Ym以及栅线遮光面积，计算得到Rt＝a*(Yn+/Ym)+f1(θ)*b*Yn+f2(θ)*b*f/Ym。其中，θ为光线照射至太阳能电池表面的角度。又由于通常条件下每条栅线的宽高比大于1.5，即a≥1.5b。因此，根据已知的预设总体电阻即可计算得到每条栅线的宽度a和高度b。从而再根据计算得到的每条栅线的宽度和高度，具体设计栅极图案中的每条栅线。
其通过对栅极图案中的栅线进行进一步的优化，避免了太阳能电池长期使用时可能产生的栅线断栅或栅线层扩散进入EVA等不良现象，提高了太阳能电池片的可靠性。
当通过上述任一种方式生成栅极图案后，即可进行栅极制备的步骤。即步骤S400，根据栅极图案，在太阳能电池待制备栅极的表面制备相应的栅极。其中，根据栅极图案进行栅极的制备时，可采用多种移动制备栅极的工艺。如，喷墨式打印工艺。通过采用喷墨式打印工艺，将最终生成的栅极图案直接输送至喷墨式打印设备即可进行栅极的喷墨打印。操作简单，易于实现。
参见图2，为采用本发明的太阳能电池的栅极制备方法的一具体实施例所制备的栅极图案的示意图。其中，图2中所示的平行线即为在太阳能电池待制备栅极的表面所设置的栅极图案中的平行栅线，垂直线则为栅极图案中设置的垂直栅线。由此可明显看出，采用本发明的栅极制备方法所最终制备出的栅极图案不再是传统的均匀对称结构，而是根据实际的太阳能电池片待制备栅极的表面的少子寿命分布情况进行了相适应的栅线排布设置。其中，在分割区域较大间隔的平行栅线间还增加了垂直栅线进行补偿，以提高载流子收集能力。因此其实现了电池片中的低少子寿命区域的载流子收集，并在保证栅极可靠性的前提下还降低了电池片中的高少子寿命区域的栅线数量，从而降低了制备栅极所需的银浆消耗成本。
相应的，本发明还提供了一种太阳能电池的栅极制备系统，由于本发明提供的太阳能电池的栅极制备系统的工作原理与本发明提供的栅极制备方法的原理相同或相似，因此重复之处不再赘述。
参见图3，作为本发明的太阳能电池的栅极制备系统100的一具体实施例，其包括少子寿命分布参数获取模块110、扩散长度分布参数获取模块120、栅极图案生成模块130和栅极制备模块140。其中，少子寿命分布参数获取模块110，被配置为标定太阳能电池的发光强度与少子寿命，获取少子寿命分布参数。扩散长度分布参数获取模块120，被配置为根据少子寿命分布参数及太阳能电池的载流子迁移率，将少子寿命分布参数转换为扩散长度分布参数。栅极图案生成模块130，被配置为根据扩散长度分布参数，对太阳能电池待制备栅极的表面进行区域划分，并生成与扩散长度分布参数相对应的栅极图案。栅极制备模块140，被配置为根据栅极图案，在太阳能电池待制备栅极的表面制备相应的栅极。
其中，少子寿命分布参数获取模块110包括光致发光检测设备。光致发光检测设备，被配置为标定太阳能电池的发光强度与少子寿命时，采用光致发光检测技术检测太阳能电池进行标定。
进一步的，栅极图案生成模块130包括数值离散单元、区域划分单元和栅线设置单元(图中未示出)。数值离散单元，被配置为对扩散长度分布参数进行数值离散化，获取多个预设区间的扩散长度。区域划分单元，被配置为根据多个预设区间，采用网格划分对太阳能电池待制备栅极的表面进行区域划分。栅线设置单元，被配置为检测每个预设区间的扩散长度；当扩散长度小于预设最小值时，其对应的太阳能电池待制备栅极的表面的区域不设置栅线；当扩散长度大于预设最小值，且小于预设最大值时，其对应的太阳能电池待制备栅极的表面的区域按照第一预设间隔设置多条栅线；当扩散长度大于预设最大值时，其对应的太阳能电池待制备栅极的表面的区域按照第二预设间隔设置多条栅线。
此处，应当说明的是，预设最小值小于预设最大值。并且，第二预设间隔大于或等于第一预设间隔。
更进一步的，栅极图案生成模块130还包括第一计算单元和第一设置单元(图中未示出)。第一计算单元，被配置为根据所设置的栅线的数量、栅线遮光面积以及预设的栅线的总体电阻，计算得到每条栅线的宽度和高度。第一设置单元，被配置为根据计算得到的每条栅线的宽度和高度，对太阳能电池待制备栅极的表面上所设置的栅线的宽度和高度进行设置。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (9)
1.一种太阳能电池的栅极制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
标定所述太阳能电池的发光强度与少子寿命，获取少子寿命分布参数；
根据所述少子寿命分布参数及所述太阳能电池的载流子迁移率，将所述少子寿命分布参数转换为扩散长度分布参数；
根据所述扩散长度分布参数，对所述太阳能电池待制备栅极的表面进行区域划分，并生成与所述扩散长度分布参数相对应的栅极图案；
对所述扩散长度分布参数进行数值离散化，获取多个预设区间的扩散长度；
根据所述多个预设区间，采用网格划分对所述太阳能电池待制备栅极的表面进行区域划分；
检测每个预设区间的扩散长度；当所述扩散长度小于预设最小值时，其对应的所述太阳能电池待制备栅极的表面的区域不设置栅线；
当所述扩散长度大于或等于所述预设最小值，且小于或等于预设最大值时，其对应的所述太阳能电池待制备栅极的表面的区域按照第一预设间隔设置多条栅线；
当所述扩散长度大于所述预设最大值时，其对应的所述太阳能电池待制备栅极的表面的区域按照第二预设间隔设置多条栅线；
其中，所述预设最小值小于所述预设最大值；且所述第二预设间隔大于或等于所述第一预设间隔；
根据所述栅极图案，在所述太阳能电池待制备栅极的表面制备相应的栅极。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池的栅极制备方法，其特征在于，标定所述太阳能电池的发光强度与少子寿命时，采用光致发光检测技术检测所述太阳能电池进行标定。
3.根据权利要求2所述的太阳能电池的栅极制备方法，其特征在于，所述预设最小值为0.5mm；预设最大值为1.5mm；所述第二预设间隔为3mm。
4.根据权利要求2所述的太阳能电池的栅极制备方法，其特征在于，还包括如下步骤：
根据所设置的栅线的数量、栅线遮光面积以及预设的所述栅线的总体电阻，计算得到每条所述栅线的宽度和高度；
根据计算得到的每条所述栅线的宽度和高度，对所述太阳能电池待制备栅极的表面上所设置的栅线的宽度和高度进行设置。
5.根据权利要求1所述的太阳能电池的栅极制备方法，其特征在于，根据所述栅极图案，采用喷墨式打印工艺制备所述太阳能电池的栅极结构。
6.一种太阳能电池的栅极制备系统，其特征在于，包括少子寿命分布参数获取模块、扩散长度分布参数获取模块、栅极图案生成模块和栅极制备模块；
所述少子寿命分布参数获取模块，被配置为标定所述太阳能电池的发光强度与少子寿命，获取少子寿命分布参数；
所述扩散长度分布参数获取模块，被配置为根据所述少子寿命分布参数及所述太阳能电池的载流子迁移率，将所述少子寿命分布参数转换为扩散长度分布参数；
所述栅极图案生成模块，被配置为根据所述扩散长度分布参数，对所述太阳能电池待制备栅极的表面进行区域划分，并生成与所述扩散长度分布参数相对应的栅极图案；
所述栅极制备模块，被配置为根据所述栅极图案，在所述太阳能电池待制备栅极的表面制备相应的栅极。
7.根据权利要求6所述的太阳能电池的栅极制备系统，其特征在于，所述少子寿命分布参数获取模块包括光致发光检测设备；
所述光致发光检测设备，被配置为标定所述太阳能电池的发光强度与少子寿命时，采用光致发光检测技术检测所述太阳能电池进行标定。
8.根据权利要求6所述的太阳能电池的栅极制备系统，其特征在于，所述栅极图案生成模块包括数值离散单元、区域划分单元和栅线设置单元；
所述数值离散单元，被配置为对所述扩散长度分布参数进行数值离散化，获取多个预设区间的扩散长度；
所述区域划分单元，被配置为根据所述多个预设区间，采用网格划分对所述太阳能电池待制备栅极的表面进行区域划分；
所述栅线设置单元，被配置为检测每个预设区间的扩散长度；当所述扩散长度小于预设最小值时，其对应的所述太阳能电池待制备栅极的表面的区域不设置栅线；当所述扩散长度大于所述预设最小值，且小于预设最大值时，其对应的所述太阳能电池待制备栅极的表面的区域按照第一预设间隔设置多条栅线；当所述扩散长度大于所述预设最大值时，其对应的所述太阳能电池待制备栅极的表面的区域按照第二预设间隔设置多条栅线；
其中，所述预设最小值小于所述预设最大值；且所述第二预设间隔大于或等于所述第一预设间隔。
9.根据权利要求8所述的太阳能电池的栅极制备系统，其特征在于，所述栅极图案生成模块还包括第一计算单元和第一设置单元；
所述第一计算单元，被配置为根据所设置的栅线的数量、栅线遮光面积以及预设的所述栅线的总体电阻，计算得到每条所述栅线的宽度和高度；
所述第一设置单元，被配置为根据计算得到的每条所述栅线的宽度和高度，对所述太阳能电池待制备栅极的表面上所设置的栅线的宽度和高度进行设置。
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