CN110277463B - 一种太阳能电池结构制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了包括以下步骤：形成一具有多个第一绝缘槽与多个第二绝缘槽的层堆叠结构，所述第一绝缘槽自所述层堆叠结构上表面开口并往下延伸，所述第二绝缘槽自所述层堆叠结构下表面开口，并往上延伸，所述第一绝缘槽的底面高于所述第二绝缘槽的底面，所述第一绝缘槽与所述第二绝缘槽上下一一相对并错开预设距离。本发明无电池片部分悬空现象，可以减少电池片隐裂风险，增加组件加工成品率，提高组件输出功率；适用于各种太阳能电池，且特别适用于超薄太阳能电池。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种太阳能电池结构制作方法。
背景技术
随着经济社会的发展，大量使用常规化石能源，导致了严重的环境污染问题，发展利用清洁能源已成为人们的共识。由于太阳能取之不尽用之不竭，清洁无污染，是未来最理想最可持续的可再生能源。太阳能电池直接将光能转变为电能，是太阳能利用的一种重要方式。常规太阳能电池组件是采用焊带焊接的方式，将尺寸为156.75cm×156.75cm或125cm×125cm等规格的太阳电池片正电极和负电极互连，形成具有一定电流、电压输出的发电单元装置。但是这种焊接互连方式，一般需要在大于200℃的高温条件下进行焊接。目前常用的焊带为锡合金包覆的铜带，铜的热膨胀系数是晶体硅的7倍，高温焊接后冷却过程中，热膨胀系数的差异会导致太阳电池片弯曲，而且越薄的太阳电池片弯曲越严重，较大的弯曲使太阳电池内部应力集中，造成太阳电池碎片率增加，同时弯曲也会引起太阳电池与焊带间虚焊。此外，随着工艺的进步，太阳能电池片尺寸的加大，太阳能电池片的工作电流逐渐增加，由于太阳能电池片靠铜焊带互连，焊带上的功率损失与电流的平方成正比关系，因此焊带上的功率损失越来越大，已经成为不可忽视的重要损耗。
为了克服焊带互连的这些不利因素，人们发明了叠瓦互连方法，即将常规太阳能电池切割成几个面积较小的子电池，然后将子电池的正电极叠压在前一个子电池的背电极上，通过导电胶粘贴互连。这种方式将太阳能电池的工作电流缩小了几倍，因此太阳能电池串联功率损耗可以得到明显降低；同时不需要高温焊带焊接，避免了太阳电池片弯曲；此外，同样组件面积内可放置多于常规组件13％以上的电池片，因此叠瓦组件具有更高输出功率。但是叠瓦互连也有明显问题，首先，电池片在切割成面积较小的子电池过程中，会带来效率损失，特别是对PN结的损伤；其次，由于导电胶水的流动性，常常会有外溢现象，导电胶水从点胶面绕到另一面，易造成太阳能电池短路，以及组件热斑效应，对光伏电站安全带来隐患；第三，由于前后太阳能电池相互叠合，叠合边缘会有部分太阳能电池片悬空，特别是对于超薄太阳电池，这种悬空会在移动和层压过程中造成太阳能电池片的隐裂或破碎，导致整串太阳能电池作废。
因此，如何提供一种新的太阳能电池结构制作方法以降低电池效率损失、增加太阳能电池成品率，成为本领域技术人员亟待解决的一个重要技术问题。
发明内容
本发明目的在于提供一种太阳能电池结构制作方法，用于解决现有技术中切割电池片时容易造成电池损伤，互连时容易造成电池短路，移动和层压封装过程中容易产生电池片隐裂或破碎的问题。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种太阳能电池结构制作方法，包括以下步骤：
S1：形成一具有多个第一绝缘槽与多个第二绝缘槽的层堆叠结构，所述第一绝缘槽自所述层堆叠结构上表面开口并往下延伸，所述第二绝缘槽自所述层堆叠结构下表面开口，并往上延伸，所述第一绝缘槽的底面高于所述第二绝缘槽的底面，所述第一绝缘槽与所述第二绝缘槽上下一一相对并错开预设距离，以在所述层堆叠结构中分割出多个子电池，对于相邻两个所述子电池，其中一个所述子电池的所述正电极邻接所述第一绝缘槽，另一所述子电池的所述背电极邻接所述第二绝缘槽；
S2：以所述第一绝缘槽与所述第二绝缘槽为切割槽对所述层堆叠结构进行切割，得到多个独立的所述子电池，其中，所述第一绝缘槽保留的部分构成所述第一绝缘台阶，所述第二绝缘槽保留的部分构成所述第二绝缘台阶；
S3：形成绝缘层于所述子电池的侧面。
优选的，形成所述第一绝缘槽与所述第二绝缘槽的方法包括掩模法及刻蚀法中的至少一种。
优选的，所述第一绝缘槽与所述第二绝缘槽错开距离的范围0.1-1mm。
优选的，所述层堆叠结构自上而下依次包括正面透明导电薄膜、P型掺杂氢化非晶硅层、正面本征氢化非晶硅层、晶体硅层、背面本征氢化非晶硅层、N型掺杂氢化非晶硅层及背面透明导电薄膜。
优选的，所述第一绝缘槽至少往下延伸至所述晶体硅层正面，所述第二绝缘槽至少往上延伸至所述晶体硅层背面。
优选的，所述切割的方法包括机械金刚石刀切割、激光切割及线切割中的至少一种。
优选的，所述子电池包括N面入射光、P面入射光及N面、P面同时入射光的晶体硅异质结电池中的至少一种。
优选的，所述绝缘层的材质包括氧化硅、非晶硅及氮化硅中的至少一种；所述绝缘层的厚度范围是0.01-10μm。
本发明的有益技术效果是：可降低电池片切割过程对非晶硅钝化层和透明导电薄膜层的损伤，从而减少电池效率损失；上下绝缘错开预设距离，以在切割后形成绝缘台阶，用于避免注入导电胶水后造成同一片电池正面和背面出现短路现象；太阳能子电池之间平铺互连，无电池片部分悬空现象，可以减少电池片隐裂风险，增加组件加工成品率，提高组件输出功率；适用于各种太阳能电池，且特别适用于超薄太阳能电池。
附图说明
图1显示为本发明的一个实施例中形成一具有多个第一绝缘槽与多个第二绝缘槽的层堆叠结构的示意图。
图2显示为本发明的一个实施例中以所述第一绝缘槽与所述第二绝缘槽为切割槽对所述层堆叠结构进行切割的示意图。
图3显示为本发明的一个实施例中切割得到的子电池的示意图。
图4显示为本发明的一个实施例中形成绝缘层于所述子电池的侧面的示意图。
其中，
100 层堆叠结构
101 第一绝缘槽
102 第二绝缘槽
103 正电极
104 背电极
105 正面透明导电薄膜
106 P型掺杂氢化非晶硅层
107 正面本征氢化非晶硅层
108 晶体硅层
109 背面本征氢化非晶硅层
110 N型掺杂氢化非晶硅层
111 背面透明导电薄膜
112 子电池
113 第一绝缘台阶
114 第二绝缘台阶
115 绝缘层
T 第一绝缘槽与第二绝缘槽的错开距离
W2 背电极的宽度
W4 子电池的背面未被背电极覆盖部分的宽度
D2 背电极的厚度
D4 第二绝缘台阶的深度
具体实施方式
下面结合本发明的附图1-4，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
一种太阳能电池结构制作方法，包括以下步骤：
请参阅图1至图4，执行步骤S1：提供多个子电池112，所述子电池112的正面设有正电极103，所述子电池112的背面设有背电极104，所述正电极103与所述背电极104分别邻接所述子电池112的相对两侧面，所述子电池112的正面正对所述背电极104设有第一绝缘台阶113，所述子电池112的背面正对所述正电极103设有第二绝缘台阶114。
作为示例，所述子电池包括N面入射光、P面入射光及N面、P面同时入射光的晶体硅异质结电池(SHJ)中的至少一种。
形成一具有多个第一绝缘槽101与多个第二绝缘槽102的层堆叠结构100，所述第一绝缘槽101自所述层堆叠结构100上表面开口，并往下延伸，所述第二绝缘槽102自所述层堆叠结构100下表面开口，并往上延伸，所述第一绝缘槽101的底面高于所述第二绝缘槽102的底面，所述第一绝缘槽101与所述第二绝缘槽102上下一一相对，并错开预设距离T，以在所述层堆叠结构100中定义出多个所述子电池112，对于相邻两个所述子电池112，其中一个所述子电池112的所述正电极103邻接所述第一绝缘槽101，另一所述子电池112的所述背电极104邻接所述第二绝缘槽102。
作为示例，所述层堆叠结构100自上而下依次包括正面透明导电薄膜105、P型掺杂氢化非晶硅层106、正面本征氢化非晶硅层107、晶体硅层108、背面本征氢化非晶硅层109、N型掺杂氢化非晶硅层110及背面透明导电薄膜111。
作为示例，所述第一绝缘槽103至少往下延伸至所述晶体硅层108正面，所述第二绝缘槽104至少往上延伸至所述晶体硅层108背面。
作为示例，形成所述第一绝缘槽101与所述第二绝缘槽102的方法包括但不限于掩模法、刻蚀法等。所述第一绝缘槽101与所述第二绝缘槽102的作用主要在两个方面：(1)作为切割槽，可降低电池片切割过程对非晶硅钝化层和透明导电薄膜层的损伤，从而减少电池效率损失；(2)上下绝缘错开预设距离，以在切割后形成绝缘台阶，该绝缘台阶与后续的胶膜配合，用于避免注入导电胶水后造成同一片电池正面和背面出现短路现象。
作为示例，第一绝缘槽与第二绝缘槽的错开距离T的范围0.1-1mm。
执行步骤S2：以所述第一绝缘槽101与所述第二绝缘槽102为切割槽对所述层堆叠结构 100进行切割，得到多个独立的所述子电池112。
作为示例，所述切割的方法包括但不限于机械金刚石刀切割、激光切割、线切割等。如图4所示，显示为切割得到的所述子电池112的示意图，其中，所述第一绝缘槽101保留的部分构成所述第一绝缘台阶113，所述第二绝缘槽102保留的部分构成所述第二绝缘台阶114。
需要指出的是，图4中显示为切割后所述晶体硅层108的一侧面与所述正电极103的侧面平齐，所述晶体硅层108的另一侧面与所述背电极104的侧面平齐的情形。然而实际划片过程中，切割区域可能有部分晶体硅层保留下来，但没有必要专门对侧边进行处理以达到图 4所呈现的理想效果。
形成绝缘层115于所述子电池112的侧面。需要指出的是，此处所述子电池112的侧面还包括所述第一绝缘台阶113的底面与所述第二绝缘台阶114的底面。
作为示例，可采用氧化炉内氧化、化学气相沉积(CVD)或物理气相沉积(PVD)等方法沉积所述绝缘层115。其中，氧化炉内氧化处理时，气氛可以为空气或氧气，温度范围是50-200℃，处理时间为1-100min。化学气相沉积或物理气相沉积的绝缘层材质可以是氧化硅(SiOx)、非晶硅(α-Si：H)、氮化硅(SiNx)等。所述绝缘层115的厚度范围是0.01-10 μm。
实施例2：
一种太阳能电池结构制作方法，步骤一、将180μm厚的硅片进行制绒清洗处理，处理完成后的硅片厚度为150μm，然后在甩干机中进行甩干处理。
步骤二、将硅片放入托盘中，并盖上制备绝缘槽所用的掩模板，掩膜板宽度0.5mm，放入等离子增强化学气相沉积(PECVD)设备中，进行本征氢化非晶硅层α-Si：H(i)和磷掺杂氢化非晶硅层α-Si：H(n)的制备；然后将硅片翻面，盖上制备绝缘槽所用的掩模板，放入PECVD设备中，进行本征氢化非晶硅层α-Si：H(i)和硼掺杂氢化非晶硅层α-Si：H(p) 的制备。
步骤三、将制备好非晶硅层的硅片，放入托盘并盖上绝缘槽掩模板，掩膜板宽度0.5mm，放入反应等离子沉积(RPD)设备中，对N面沉积80nm厚的透明导电氧化物薄膜(TCO)；N面TCO沉积完成后，取出翻面并盖上绝缘槽掩模板，在P面沉积80nm厚的TCO薄膜。
步骤四、将沉积完TCO薄膜的电池片，在丝网印刷机上采用低温Ag浆进行Ag电极(正电极与背电极)的制备，主栅线(正电极与背电极)宽度0.5mm，并对印刷电极后的电池进行烘干固化处理，烘干温度150℃，时间10min，固化温度200℃，时间30min，完成整体太阳能电池的制备。
步骤五、将太阳能电池放入激光划片机内，在绝缘槽中心位置，对电池片进行划片裂片处理，完成子电池的分割。
步骤六、将切割好的子电池放入氧化炉内进行边缘氧化处理，形成边缘氧化绝缘层，氧化炉内温度为150℃，炉内气氛为空气，处理时间30min。
实施例3：
一种太阳能电池结构制作方法，步骤一、将130μm厚的硅片进行制绒清洗处理，处理完成后的硅片厚度100μm，然后在甩干机中进行甩干处理。
步骤二、将硅片放入托盘中，并盖上制备绝缘槽所用的掩模板，掩膜板宽度0.5mm，放入触媒化学气相沉积(Cat-CVD)设备中，进行本征氢化非晶硅层α-Si：H(i)和硼掺杂氢化非晶硅层α-Si：H(p)的制备；然后将硅片翻面，盖上制备绝缘槽所用的掩模板，放入 Cat-CVD设备中，进行本征氢化非晶硅层α-Si：H(i)和磷掺杂氢化非晶硅层α-Si：H(n) 的制备。
步骤三、将制备好非晶硅层的硅片，放入托盘并盖上绝缘槽掩模板，掩膜版宽度0.5mm，放入磁控溅射(PVD)设备中，对P面沉积100nm厚的TCO薄膜；P面TCO沉积完成后，取出翻面并盖上绝缘槽掩模板，在N面沉积80nm厚的TCO薄膜。
步骤四、将沉积完TCO薄膜的电池片，在丝网印刷机上采用低温Ag浆进行Ag电极的制备，主栅线宽度0.5mm，并对印刷电极后电池进行烘干固化处理，烘干温度150℃，时间10min，固化温度200℃，时间30min，完成太阳能电池的制备。
步骤五、将太阳能电池放入机械金刚石划片机内，在绝缘槽中心位置，对电池片进行划片裂片处理，完成子电池的分割。
步骤六、将切割好的子电池放入氧化炉内进行边缘氧化处理，形成边缘氧化绝缘层，氧化炉内温度为150℃，炉内气氛为空气，处理时间30min。
实施例4：
一种太阳能电池结构制作方法，步骤一、将130μm厚的硅片进行制绒清洗处理，处理完成后的硅片厚度100μm，然后在甩干机中进行甩干处理。
步骤二、将硅片放入托盘中，并盖上制备绝缘槽所用的掩模板，掩膜板宽度0.5mm，放入Cat-CVD设备中，进行本征氢化非晶硅层α-Si：H(i)和硼掺杂氢化非晶硅层α-Si：H(p)的制备；然后将硅片翻面，盖上制备绝缘槽所用的掩模板，放入Cat-CVD设备中，进行本征氢化非晶硅层α-Si：H(i)和磷掺杂氢化非晶硅层α-Si：H(n)的制备；
步骤三、将制备好非晶硅层的硅片，放入托盘并盖上绝缘槽掩模板，掩膜版宽度0.5mm，放入PVD设备中，对P面沉积100nm厚的TCO薄膜；P面TCO沉积完成后，取出翻面并盖上绝缘槽掩模板，在N面沉积80nm厚的TCO薄膜。
步骤四、将沉积完TCO薄膜的电池片，在丝网印刷机上采用低温Ag浆进行Ag电极的制备，主栅线宽度0.5mm，并对印刷电极后电池进行烘干固化处理，烘干温度150℃，时间10min，固化温度200℃，时间30min，完成太阳电池的制备。
步骤五、将太阳电池放入激光划片机内，在绝缘槽中心位置，对电池片进行划片裂片处理，完成子电池的分割。
步骤六、将切割好的子电池垂直放入PECVD设备中，在电池片侧面沉积SiOx绝缘层，绝缘层的厚度100nm。
实施例5：
一种太阳能电池结构制作方法，步骤一、将130μm厚的硅片进行制绒清洗处理，处理完成后的硅片厚度100μm，然后在甩干机中进行甩干处理。
步骤二、将硅片放入托盘中，在Cat-CVD设备中进行本征氢化非晶硅层α-Si：H(i)和硼掺杂氢化非晶硅层α-Si：H(p)的制备；然后将硅片翻面，放入Cat-CVD设备中进行本征氢化非晶硅层α-Si：H(i)和磷掺杂氢化非晶硅层α-Si：H(n)的制备。
步骤三、将制备好非晶硅层的硅片，放入PVD设备中，对P面沉积100nm厚的TCO薄膜；P面TCO沉积完成后，取出翻面在N面沉积80nm厚的TCO薄膜。
步骤四、将沉积完TCO薄膜的电池片，在丝网印刷机上采用低温Ag浆进行Ag电极的制备，主栅线宽度0.5mm，并对印刷电极后电池进行烘干固化处理，烘干温度150℃，时间10min，固化温度200℃，时间30min，完成太阳电池的制备。
步骤五、采用刻蚀方法刻蚀掉正背面的非晶硅层和TCO薄膜，制备0.5mm宽的绝缘槽。
步骤六、将太阳电池放入激光划片机内，在绝缘槽中心位置，对电池片进行划片裂片处理，完成子电池的分割。
步骤七、将切割好的子电池垂直放入PECVD设备中，在电池片侧面沉积SiNx绝缘层，绝缘层的厚度100nm。
本发明的太阳能电池结构制作方法适用于各种太阳能电池，且特别适用于超薄太阳能电池。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“逆时针”、“顺时针”“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
Claims (8)
1.一种太阳能电池结构制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：形成一具有多个第一绝缘槽与多个第二绝缘槽的层堆叠结构，所述第一绝缘槽自所述层堆叠结构上表面开口并往下延伸，所述第二绝缘槽自所述层堆叠结构下表面开口，并往上延伸，所述第一绝缘槽的底面高于所述第二绝缘槽的底面，所述第一绝缘槽与所述第二绝缘槽上下一一相对并错开预设距离，以在所述层堆叠结构中分割出多个子电池，对于相邻两个所述子电池，其中一个所述子电池的正电极邻接所述第一绝缘槽，另一所述子电池的背电极邻接所述第二绝缘槽；
S2：以所述第一绝缘槽与所述第二绝缘槽为切割槽对所述层堆叠结构进行切割，得到多个独立的所述子电池，其中，所述第一绝缘槽保留的部分构成所述第一绝缘台阶，所述第二绝缘槽保留的部分构成所述第二绝缘台阶；
S3：形成绝缘层于所述子电池的侧面。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能电池结构制作方法，其特征在于，形成所述第一绝缘槽与所述第二绝缘槽的方法包括掩模法及刻蚀法中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的一种太阳能电池结构制作方法，其特征在于，所述第一绝缘槽与所述第二绝缘槽错开距离的范围0.1-1mm。
4.根据权利要求1所述的一种太阳能电池结构制作方法，其特征在于，所述层堆叠结构自上而下依次包括正面透明导电薄膜、P型掺杂氢化非晶硅层、正面本征氢化非晶硅层、晶体硅层、背面本征氢化非晶硅层、N型掺杂氢化非晶硅层及背面透明导电薄膜。
5.根据权利要求4所述的一种太阳能电池结构制作方法，其特征在于，所述第一绝缘槽至少往下延伸至所述晶体硅层正面，所述第二绝缘槽至少往上延伸至所述晶体硅层背面。
6.根据权利要求1所述的一种太阳能电池结构制作方法，其特征在于，所述切割的方法包括机械金刚石刀切割、激光切割及线切割中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的一种太阳能电池结构制作方法，其特征在于，所述子电池包括N面入射光、P面入射光及N面、P面同时入射光的晶体硅异质结电池中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的一种太阳能电池结构制作方法，其特征在于，所述绝缘层的材质包括氧化硅、非晶硅及氮化硅中的至少一种；所述绝缘层的厚度范围是0.01-10μm。
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