CN112909132A - 增大输出电压的单个晶体硅太阳能电池的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种增大输出电压的单个晶体硅太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：S1：晶体硅片的前期加工；S2：在晶体硅片正面激光刻划制造出正面电绝缘区；正面电绝缘区将晶体硅片划分出多个相互电绝缘的电池小单元；S3：在需要与下一电池小单元串联的电池小单元上后期印刷主栅电极的主栅电极区上进行激光开孔，形成贯孔；S4：清洗去除激光损伤；S5：在晶体硅片的正面和背面均制备钝化膜；S6：在晶体硅片的背面进行丝网印刷；S7、在晶体硅片的正面进行丝网印刷；S8：烧结印刷浆料；S9、进行测试分选。本发明能够制备获得增加输出电压并降低输出电流的单个晶体硅太阳能电池。
Description
技术领域
本发明涉及光伏组件制造领域，特别涉及一种增大输出电压的单个晶体硅太阳能电池的制备方法。
背景技术
晶体硅太阳电池的输出电压受限于晶体硅材料的间接带隙结构，其最大功率点输出电压(Vmpp)一般在0.5-0.7V范围内波动，而Impp会远远大于Vmpp，一般在9A-11A范围内波动，为解决这一Vmpp与Impp之间数值的不匹配，都是在光伏组件端通过并联20个或者24个太阳电池来解决Vmpp远远小于Impp的问题，因此，制备的光伏组件的尺寸通常都很大。
单个电池在POCl3的扩散制备PN结的工艺步骤中，由于电池片在石英舟内装载位置之间的间隙太小而无法实现扩散气体的均匀掺杂，导致制备的PN结不均匀，即在单个电池片中制造了高低结，从而导致光生载流子在PN高低结内的复合损耗，
此外，因为一个电池串中串联的太阳电池片的数目较多，会造成单个太阳电池片中由于扩散PN结不均匀带来的收集载流子损耗，及由于串联电池片之间的串联失配所致的功率损耗，这一双重功率损耗因素大大降低了光伏组件的输出功率。
发明内容
本发明的目的是提供一种增大输出电压的单个晶体硅太阳能电池的制备方法，通过该方法能够制备获得增加输出电压并降低输出电流的单个晶体硅太阳能电池。
实现本发明目的的技术方案是：本发明制备增大输出电压的单个晶体硅太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
S1：晶体硅片的前期加工：对晶体硅片依次进行制绒、扩散、刻蚀；
S2：在晶体硅片正面激光刻划制造出正面电绝缘区；正面电绝缘区将晶体硅片划分出多个相互电绝缘的电池小单元；所述正面电绝缘区为刻划深度超过PN结但不贯穿晶体硅片的沟槽；
S3：在需要与下一电池小单元串联的电池小单元上后期印刷主栅电极的主栅电极区上进行激光开孔，形成贯孔；
S4：清洗去除激光损伤；
S5：在晶体硅片的正面和背面均制备钝化膜；
S6：在晶体硅片的正面进行丝网印刷，使得晶体硅片的正面形成汇流层和主栅电极，并且印刷浆料填充满贯孔，然后烘干；
S7、在晶体硅片的背面进行丝网印刷，并根据电池小单元的分布，形成与电池小单元一一对应的背电极，并且相邻背电极之间不进行丝网印刷；根据串联关系，上一电池小单元上的贯孔穿过晶体硅片后位于下一电池小单元的背电极上，且上一电池小单元上的主栅电极、贯孔内的印刷浆料和下一电池小单元上的背电极形成电联接，最后烘干；其中，不进行丝网印刷的区域形成背面电绝缘区；
S8：烧结印刷浆料；
S9、进行测试分选。
上述步骤S7中，丝网印刷包括以下步骤：
A、先印刷细栅和细主栅，形成用于收集电子的汇流层；
B、再在主栅电极区进行主栅电极的印刷，印刷的同时，印刷浆料填充满贯孔；
C、烘干。
上述印刷浆料为银浆、银铝浆或者其他导电浆料。
上述步骤S1中先选用P型掺杂的晶体硅片。
上述步骤S5中制备钝化膜的具体步骤为：晶体硅片的背面进行抛光，在抛光后的晶体硅片的背面蒸镀一层Al2O3，再进入管式PECVD炉中进行双面沉积SiNx。
作为进一步优化设计，上述步骤S2中，通过激光刻划在晶体硅片上划出四个呈十字形分布的正面电绝缘区，并且将晶体硅片划分成四个电池小单元，分别为A区、B区、C区和D区。
作为进一步优化设计，上述步骤S2中，通过激光刻划在晶体硅片上划出多个平行且间隔设置的正面电绝缘区。
当前晶体硅片的厚度一般在160um-200um，P型晶体硅片经过高温扩散制备扩散深度一般在0.1-0.3um的PN结，相比于整个晶体硅片的厚度，PN结的深度非常浅，因为激光在硅片表面刻划会造成硅片完整晶体结构的断裂而造成充当光生载流子复合的悬挂键，如此浅的PN结为在大面积晶体硅片上激光刻划出彼此之间电绝缘的电池小单元且降低激光刻划带来的损伤创造了前提条件。在此理论基础上，沟槽的深度可选择0.5-1um。因为晶体硅属于半导体材料，P型掺杂的晶体硅基材的电导率很低，即便在扩散了PN结之后，会有部分磷原子渗透进硅片，但高温扩散工艺由于扩散掺杂磷原子会破坏晶体硅的有序结构而制造更多的光生载流子复合中心，因此会在高温扩散工艺制造高方阻的浅PN结，如此浅的PN结只需激光制造出很浅的一层作为电绝缘的沟槽即可。光生载流子会朝着电导率更高的汇流层传输，而不是电导率较差的硅基材传输，这为在硅片上制造彼此间电绝缘的独立电池小单元创造了可行性理论基础。
同时，激光对晶体硅片进行刻划是通过激光的局部光斑的高能量将硅原子瞬间升华，破化了原本有序完整的硅原子排列，造成很多悬挂在表面的悬挂键，即激光损伤层，成为光生载流子的复合中心，因此需要对激光刻划后的硅片进行清洗去除损伤。
本发明具有积极的效果：(1)本发明通过将单个晶体硅片划分多个电池小单元，而电池小单元的PN结均匀性是优于单个晶体硅片的，在小单元内收集光生载流子可大大降低这种PN结不均匀带来的载流子复合损耗。
(2)本发明将单个晶体硅太阳能电池划分成若干个电池小单元，而电池小单元间通过串联连接的电池结构设计，可增加单个晶体硅太阳能电池的输出电压，由于单个晶体硅太阳能电池的输出电压增大，在光伏组件端可减少当前常规光伏组件一个电池串串联20个或24个电池片的数目，结构设计更加灵活，并且因为串联的电池串数目减少也可降低电池串之间的电流失配导致的功率损耗。
(3)本发明由于单个晶体硅太阳能电池划分为数量不等的独立电池小单元，因此单个电池片的电流降低，而单个晶体硅太阳能电池的电阻整体上是不变的，因此单个晶体硅太阳能电池之间的电流传输损耗大大降低，通过如下公式进一步说明：
假设如图1所示将单个晶体硅太阳能电池刻划为4个独立的电池小单元，单个晶体硅太阳能电池的输出电流是Io、电阻为Ro，划分为4个电池小单元后每个电池小单元的电流和电阻分别是
单个晶体硅太阳能电池在未刻划为独立电池小单元时的功率损耗为
而划分为4个电池小单元后的功率损耗为
由此可见，单个晶体硅太阳能电池经过刻划成独立的电池小单元，其电阻所致的功率损耗降为原来的
(4)本发明在进行晶体硅片的正面丝网印刷时，通过两次印刷(即汇流层印刷和主栅电极印刷)是为了在第二次印刷时使印刷浆料能充分贯封在贯孔内。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1为本发明的工艺流程图；
图2为通过本发明制备获得的实施例1的正面示意图；
图3为通过本发明制备获得的实施例1的剖视图；
图4为通过本发明制备获得的实施例1的晶体硅片的结构示意图；
图5为通过本发明制备获得的实施例1的背面示意图；
图6为通过本发明制备获得的实施例1的电路连接示意图；
图7为通过本发明制备获得的实施例2的正面示意图。
具体实施方式
(实施例1)
见图1至图6，本发明制备增大输出电压的单个晶体硅太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
S1：晶体硅片1的前期加工：选择P型掺杂的晶体硅片1，对晶体硅片1依次进行制绒、扩散、刻蚀；获得厚度在160um-200um、PN结深度为0.1-0.3um的晶体硅片1；
S2：在晶体硅片1正面激光刻划制造出四个呈十字形分布的正面电绝缘区2；正面电绝缘区2将晶体硅片1划分出四个相互电绝缘的电池小单元3，分别为A区、B区、C区和D区；所述正面电绝缘区2为刻划深度超过PN结但不贯穿晶体硅片1的沟槽；沟槽的深度为0.5-1um；
S3：在需要与A去、B区、C区上后期印刷主栅电极5的主栅电极区上进行激光开孔，形成贯孔8；
S4：清洗去除激光损伤；
S5：在晶体硅片1的正面和背面均制备钝化膜，其具体步骤为：述步骤S5中制备钝化膜的具体步骤为：晶体硅片1的背面进行抛光，在抛光后的晶体硅片1的背面蒸镀一层Al2O3，再进入管式PECVD炉中进行双面沉积SiNx；
S6：在晶体硅片1的背面进行丝网印刷，并根据电池小单元3的分布，形成与电池小单元3一一对应的背电极6，并且相邻背电极6之间不进行丝网印刷；根据串联关系，上一电池小单元3上的贯孔8穿过晶体硅片1后位于下一电池小单元3的背电极6上，且上一电池小单元2上的主栅电极5、贯孔8内的印刷浆料和下一电池小单元3上的背电极6形成电联接，最后烘干；其中，不进行丝网印刷的区域形成背面电绝缘区7；
S7、在晶体硅片1的正面进行丝网印刷，使得晶体硅片1的正面形成汇流层4和主栅电极5，并且印刷浆料填充满贯孔8，然后烘干；
S8：烧结印刷浆料；
S9、进行测试分选。
所述步骤S7中，丝网印刷包括以下步骤：
A、先印刷细栅41和细主栅42，形成用于收集电子的汇流层4；
B、再在主栅电极区进行主栅电极5的印刷，印刷的同时，印刷浆料填充满贯孔8；
C、烘干。
所述印刷浆料为银浆、银铝浆或者其他导电浆料。
(实施例2)
见图7，本发明的步骤S2中，通过激光刻划在晶体硅片1上划出多个平行且间隔设置的正面电绝缘区2。并且串联关系与实施例1一致，其他步骤与实施例1相同。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种增大输出电压的单个晶体硅太阳能电池的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
S1、晶体硅片(1)的前期加工：对晶体硅片(1)依次进行制绒、扩散；
S2、在晶体硅片(1)正面激光刻划制造出正面电绝缘区(2)；正面电绝缘区(2)将晶体硅片(1)划分出多个相互电绝缘的电池小单元(3)；所述正面电绝缘区(2)为刻划深度超过PN结但不贯穿晶体硅片(1)的沟槽；
S3、在需要与下一电池小单元(3)串联的电池小单元(3)上对应的负极串联导电区(5)上进行激光开孔，形成贯孔；
S4、清洗去除激光损伤：酸性刻蚀液环境中对晶体硅片(1)进行去磷硅玻璃和去除激光损伤；
S5：在晶体硅片(1)的正面和背面均制备钝化膜；
S6、在晶体硅片(1)的背面进行丝网印刷，并根据电池小单元(3)的分布，形成与电池小单元(3)一一对应的背电极(6)，并且相邻背电极(6)之间不进行丝网印刷；根据串联关系，上一电池小单元(3)上的贯孔(8)穿过晶体硅片(1)后位于下一电池小单元(3)的背电极(6)上，且上一电池小单元(2)上的主栅电极(5)、贯孔(8)内的印刷浆料和下一电池小单元(3)上的背电极(6)形成电联接，最后烘干；其中，不进行丝网印刷的区域形成背面电绝缘区(7)；
S7：在晶体硅片(1)的正面进行丝网印刷，使得晶体硅片(1)的正面形成汇流层(4)和主栅电极(5)，并且印刷浆料填充满贯孔(8)，然后烘干；
S8：烧结印刷浆料；
S9、进行测试分选。
2.根据权利要求1所述的增大输出电压的单个晶体硅太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述步骤S7中，丝网印刷包括以下步骤：
A、先印刷细栅(41)和细主栅(42)，形成用于收集电子的汇流层(4)；
B、再在主栅电极区进行主栅电极(5)的印刷，印刷的同时，印刷浆料填充满贯孔(8)；
C、烘干。
3.根据权利要求1所述的增大输出电压的单个晶体硅太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述印刷浆料为银浆、银铝浆或者其他导电浆料。
4.根据权利要求1所述的增大输出电压的单个晶体硅太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中先选用P型掺杂的晶体硅片(1)。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的增大输出电压的单个晶体硅太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述步骤S2中，通过激光刻划在晶体硅片(1)上划出四个呈十字形分布的正面电绝缘区(2)，并且将晶体硅片(1)划分成四个电池小单元(3)，分别为A区、B区、C区和D区。
6.根据权利要求1或2或3或4所述的增大输出电压的单个晶体硅太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述步骤S2中，通过激光刻划在晶体硅片(1)上划出多个平行且间隔设置的正面电绝缘区(2)。
7.根据权利要求1所述的增大输出电压的单个晶体硅太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述步骤S5中制备钝化膜的具体步骤为：晶体硅片(1)的背面进行抛光，在抛光后的晶体硅片(1)的背面蒸镀一层Al2O3，再进入管式PECVD炉中进行双面沉积SiNx。
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2021
- 2021-03-22 CN CN202110302187.0A patent/CN112909132A/zh active Pending
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