CN111403554A - 一种太阳电池的制备方法以及由此得到的太阳电池 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种太阳电池的制备方法，包括如下步骤：S1，分别提供金属化复合膜和太阳电池芯片，其中，在铜丝上包覆低温合金以得到导电细丝，然后通过复合膜支撑导电细丝来得到金属化复合膜，其中，太阳电池芯片具有导电层；S2，将金属化复合膜铺设在太阳电池芯片的导电层上，通过热压使金属化复合膜和导电层形成欧姆接触通路，得到太阳电池。本发明还提供由上述制备方法得到的太阳电池。根据本发明的制备方法，完全省去了传统丝网金属化技术所消耗的银浆成本，在保持量产效率和成品率的前提下可减少传统金属化电极遮挡损伤和金属化烧结损耗，使太阳电池的光电转化效率最大化。
Description
技术领域
本发明涉及太阳电池，更具体地涉及一种太阳电池的制备方法以及由此得到的太阳电池。
背景技术
太阳电池发电(光伏发电)具有地域差异小、安全、无污染、资源永不枯竭等特点，已成为21世纪新能源和可再生能源技术的主力军。截至2018年底，据不完全统计，全球累积装机量已超过400GW，成为新能源的主力军。但与传统能源相比，目前全球光伏发电的体现几乎可以忽略。相对高昂的产品价格严重阻碍了光伏发电的推广利用，光伏产品目前还很难脱离政府补贴及政策引导。据最新版国际光伏技术线路资料显示(ITRPV 10thedition2019)，近十年太阳电池板的价格每年下降约40％，太阳电池板价格已从100美元/瓦下降到了0.3美元/瓦，为早日实现光伏发电“平价上网”铺平了道路。
光伏产品价格快速下降得益于全球光伏全产业链的健康发展和技术进步，特别是太阳级晶体硅制备技术、硅片切割技术、太阳电池制备技术、金属化技术以及太阳电池组件制备技术的进步升级。随着太阳电池技术，如PERC、Topcon、IBC、HIT等n型高效电池技术的推广，目前电池片成本在组件成本的占比已下降到50％左右，但金属化消耗的银浆成本在电池片成本的占比却在逐年攀升，现已超过60％。为了进一步降低电池片的非硅成本，减量增效成为太阳电池金属化技术发展至关重要的任务。金属化图形设计也从起初的“H”型2BB向3BB、5BB、9BB、MBB多主栅技术、甚至是无主栅技术如Smart-wire等方向发展，金属化制备技术也由传统的丝网印刷向钢板印刷、3D打印、喷墨打印以及零银耗的电镀技术等方向发展。尽管如此，在超高效异质结太阳电池(SHJ)上，传输丝网印刷金属化技术需要的昂贵的低温银浆已经成为SHJ太阳电池产业化发展的主要障碍之一。
发明内容
为了解决现有技术中的成本高昂等问题，本发明提供一种太阳电池的制备方法以及由此得到的太阳电池。
本发明提供一种太阳电池的制备方法，包括如下步骤：S1，分别提供金属化复合膜和太阳电池芯片，其中，在铜丝上包覆低温合金以得到导电细丝，然后通过复合膜支撑导电细丝来得到金属化复合膜，其中，太阳电池芯片具有导电层；S2，将金属化复合膜铺设在太阳电池芯片的导电层上，通过热压使金属化复合膜和导电层形成欧姆接触通路，得到太阳电池。
优选地，在所述步骤S2中，将金属化复合膜铺设在导电层上后，放入热压装置进行热压贴合，热压板温度控制在200℃以内，压力在100MPa以内，使得低温合金熔融贴合在导电层上，形成铜丝和导电层的良好物理接触，冷却后形成太阳电池。
优选地，金属化复合膜中的导电细丝的数量为20-100根，铜丝直径为10-500μm，铜丝的体电阻小于1x10-6ohm.cm，且铜丝引起的遮光损失小于5％。
优选地，金属化复合膜中的导电细丝的铜丝上包覆的低温合金的厚度为5-50μm。
优选地，在所述步骤S1中，在铜丝上包覆低温合金后在低温合金上涂敷润湿剂以得到导电细丝，在所述步骤S2中，在润湿剂的辅助下，低温合金熔融贴合在导电层上形成铜丝和导电层的良好物理接触。
优选地，金属化复合膜中的导电细丝的低温合金上涂敷的润湿剂为含有La、Zn、Cr、Ag中的至少一种的表面渗透剂。
优选地，金属化复合膜中的复合膜为粘附性树脂材料膜，其热塑温度在30-200℃之间且小于低温合金的熔融温度，薄膜厚度在100-1000μm之间，且光学寄生吸收小于5％。
优选地，在所述步骤S1中，提供太阳电池芯片的步骤包括：S11，提供晶体硅作为基板；S12，在晶体硅的两侧分别提供本征非晶硅/p型非晶硅薄膜叠层和本征非晶硅/n型非晶硅薄膜叠层；S13，在本征非晶硅/p型非晶硅薄膜叠层和本征非晶硅/n型非晶硅薄膜叠层上分别提供导电层，得到太阳电池芯片。
优选地，在所述步骤S12中，利用等离子体化学气相沉积、金属热催化化学气相沉积、或热丝化学气相沉积分别在晶体硅的相对表面分别沉积本征非晶硅/p型非晶硅薄膜叠层和本征非晶硅/n型非晶硅薄膜叠层。
优选地，导电层由透明导电氧化物薄膜、有机导电薄膜、金属薄膜、碳基纳米管、纳米线、纳米片，石墨烯、导电掺杂微晶硅、导电掺杂晶体硅的一种或者多种叠加组成。
本发明还提供由上述制备方法得到的太阳电池。
优选地，该太阳电池为SHJ太阳电池。应该理解，该太阳电池为硅基太阳电池、三五族化合物太阳电池、钙钛矿太阳电池、或有机物太阳电池。
根据本发明的制备方法，完全省去了传统丝网金属化技术所消耗的银浆成本，在保持量产效率和成品率的前提下可减少传统金属化电极遮挡损伤和金属化烧结损耗，使太阳电池的光电转化效率最大化。本发明具有低成本和高稳定性的优势、与现有SHJ太阳电池的TCO导电膜镀膜方法完全兼容的特点，其不仅适用于SHJ太阳能电池，同时也适用于其他具有导电表面或者导电沟道的光伏器件，在太阳电池制备领域具有广泛的应用前景和经济价值。
附图说明
图1是根据本发明的一个优选实施例的太阳电池的制备方法包括的提供金属化复合膜的工艺步骤；
图2是根据本发明的一个优选实施例的太阳电池的制备方法包括的提供太阳电池芯片的工艺步骤；
图3是根据本发明的一个优选实施例的太阳电池的制备方法包括的将金属化复合膜热压到太阳电池芯片的工艺步骤。
具体实施方式
下面结合附图，给出本发明的较佳实施例，并予以详细描述。
根据本发明的一个优选实施例的太阳电池300的制备方法包括分别提供金属化复合膜100(如图1所示)和太阳电池芯片200(如图2所示)。
提供金属化复合膜100的步骤包括：在铜丝上包覆低温合金以得到导电细丝101，然后通过复合膜102支撑导电细丝101来得到金属化复合膜100。具体地，导电细丝101可根据太阳电池芯片200的自身特点来选择按照设定的图案贴合在复合膜102中。
提供太阳电池芯片200的步骤首先包括提供晶体硅201作为基板。在本实施例中，该晶体硅201为n型单晶硅片。具体地，对晶体硅201进行表面制绒和化学清洗，形成清洁的金字塔限光结构。
提供太阳电池芯片200的步骤接下来包括在晶体硅201的两侧分别提供本征非晶硅/p型非晶硅薄膜叠层202和本征非晶硅/n型非晶硅薄膜叠层203。具体地，利用等离子体化学气相沉积(PECVD)、金属热催化化学气相沉积(Cat-CVD)、热丝化学气相沉积(Hot-wireCVD)等方法分别在晶体硅201的相对表面分别沉积本征非晶硅/p型非晶硅薄膜叠层202和本征非晶硅/n型非晶硅薄膜叠层203。在本实施例中，该本征非晶硅/p型非晶硅薄膜叠层202为本征硅基薄膜和p型掺杂硅基薄膜叠层，该本征非晶硅/n型非晶硅薄膜叠层203为本征硅基薄膜和n型掺杂硅基薄膜叠层。
提供太阳电池芯片200的步骤最后包括在本征非晶硅/p型非晶硅薄膜叠层202和本征非晶硅/n型非晶硅薄膜叠层203上分别提供导电层204，得到太阳电池芯片200。具体地，分别在本征非晶硅/p型非晶硅薄膜叠层202和本征非晶硅/n型非晶硅薄膜叠层203上沉积导电层204。在本实施例中，该导电层204为透明导电膜，其电阻为30-300ohm。应该理解，该导电层204可由透明导电氧化物薄膜、有机导电薄膜、金属薄膜、碳基纳米管、纳米线、纳米片，石墨烯、导电掺杂微晶硅、导电掺杂晶体硅的一种或者多种叠加组成。
如图3所示，根据本发明的一个优选实施例的太阳电池300的制备方法接下来包括将金属化复合膜100铺设在太阳电池芯片200的导电层204上，通过热压使金属化复合膜100和导电层204形成欧姆接触通路，得到太阳电池300。在本实施例中，该太阳电池300为硅基异质结(SHJ)太阳电池。
具体地，将金属化复合膜100分别铺设在导电层204后，放入热压装置进行热压贴合，热压板温度控制在200℃以内，压力在100MPa以内依据贴合效果进行调节，使得低温合金熔融贴合在导电层204上，在润湿剂的辅助下形成铜丝和导电层204的良好物理接触，冷却后形成SHJ太阳电池。在本实施例中，低温合金的熔化温度为30-200℃之间，避免SHJ太阳电池的非晶硅钝化层由于温度过高出现问题。
其中，金属化复合膜100中的导电细丝101的数量为20-100根，铜丝直径为10-500μm，铜丝的体电阻小于1x10-6ohm.cm，且铜丝引起的遮光损失小于5％。应该理解，导电细丝101的数量越多，光遮挡越大，导电性越好，反之亦然。为了得到最优的光电转化效率，根据本发明的SHJ太阳电池通过平衡同时具有良好的导电性和透光性。
其中，金属化复合膜100中的导电细丝101的铜丝上包覆的低温合金指熔点小于180℃的合金材料，包括选自铟、锡、镓、铋、银中的至少一种，其导电性比铜丝差，用于让铜丝和导电层204形成良好接触，其厚度为5-50μm。应该理解，根据电池表面的2-8μm的表面金字塔结构，低温合金的上述厚度不仅没有浪费合金材料，而且可以避免铜丝与导电层204的接触不良。
其中，金属化复合膜100中的导电细丝101的低温合金上涂敷的润湿剂为常用表面渗透剂，其优选含有La、Zn、Cr、Ag中的至少一种，用于降低表面能，使得低温合金在热压下跟导电层204形成良好接触，减少针孔、鱼眼、缩孔等现象。应该理解，润湿剂的覆盖面积可为铜丝全表面积或者更小面积。
其中，金属化复合膜100中的复合膜102为粘附性树脂材料膜，其热塑温度在30-200℃之间且小于低温合金的熔融温度，薄膜厚度在100-1000μm之间，且光学寄生吸收小于5％。应该理解，复合膜102用于固定铜丝，起到支撑框架作用，复合膜102的上述厚度确保固定强度的同时避免其影响进入太阳电池的光强而导致效率变差。
相对于现有技术中的通过丝网印刷等传统金属化技术分别在导电膜上制作金属电极，本发明通过金属化复合膜100与导电层204结合来实现金属化互联，用以收集和传输光生载流子，完成太阳电池金属化，其不仅可以提高太阳电池的光电转化效率，实现零银耗金属化链接，而且可显著降低太阳电池及电池组件成本、提高组件稳定性，具有广泛的应用前景和经济价值。
应该理解，根据本发明的制备方法也适用于Topcon太阳电池，钙钛矿等具有导电表面或者预留导电沟道的太阳电池金属化制备，在太阳能电池制备技术领域具有广泛的应用前景和经济价值。例如，根据本发明的制备方法适用于硅基太阳电池、三五族化合物太阳电池、钙钛矿太阳电池、有机物太阳电池中的一种或者多种叠加。
以上所述的，仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围，本发明的上述实施例还可以做出各种变化。即凡是依据本发明申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本发明专利的权利要求保护范围。本发明未详尽描述的均为常规技术内容。
Claims (10)
1.一种太阳电池的制备方法，其特征在于，该制备方法包括如下步骤：
S1，分别提供金属化复合膜和太阳电池芯片，其中，在铜丝上包覆低温合金以得到导电细丝，然后通过复合膜支撑导电细丝来得到金属化复合膜，其中，太阳电池芯片具有导电层；
S2，将金属化复合膜铺设在太阳电池芯片的导电层上，通过热压使金属化复合膜和导电层形成欧姆接触通路，得到太阳电池。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤S2中，将金属化复合膜铺设在导电层上后，放入热压装置进行热压贴合，热压板温度控制在200℃以内，压力在100MPa以内，使得低温合金熔融贴合在导电层上，形成铜丝和导电层的良好物理接触，冷却后形成太阳电池。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，金属化复合膜中的导电细丝的数量为20-100根，铜丝直径为10-500μm，铜丝的体电阻小于1x10-6ohm.cm，且铜丝引起的遮光损失小于5％。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，金属化复合膜中的导电细丝的铜丝上包覆的低温合金的厚度为5-50μm。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤S1中，在铜丝上包覆低温合金后在低温合金上涂敷润湿剂以得到导电细丝，在所述步骤S2中，在润湿剂的辅助下，低温合金熔融贴合在导电层上形成铜丝和导电层的良好物理接触。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，金属化复合膜中的导电细丝的低温合金上涂敷的润湿剂为含有La、Zn、Cr、Ag中的至少一种的表面渗透剂。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，金属化复合膜中的复合膜为粘附性树脂材料膜，其热塑温度在30-200℃之间且小于低温合金的熔融温度，薄膜厚度在100-1000μm之间，且光学寄生吸收小于5％。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤S1中，提供太阳电池芯片的步骤包括：
S11，提供晶体硅作为基板；
S12，在晶体硅的两侧分别提供本征非晶硅/p型非晶硅薄膜叠层和本征非晶硅/n型非晶硅薄膜叠层；
S13，在本征非晶硅/p型非晶硅薄膜叠层和本征非晶硅/n型非晶硅薄膜叠层上分别提供导电层，得到太阳电池芯片。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，导电层由透明导电氧化物薄膜、有机导电薄膜、金属薄膜、碳基纳米管、纳米线、纳米片，石墨烯、导电掺杂微晶硅、导电掺杂晶体硅的一种或者多种叠加组成。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的制备方法得到的太阳电池。
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