CN113035972A - 一种无银浆制栅线电极的异质结光伏电池 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种分布在异质结光伏电池正面和反面导电透明氧化物膜上无银浆制栅线电极结构，利用透明导电氧化物膜的导电和低电阻率特性，只在透明导电氧化物膜上设置主栅线电极，汇集载流子，不再设置细栅电极。利用低温焊锡合金和电池透明导电氧化物膜通过超声波焊接焊接，形成主栅电极。实现不使用银浆，无细栅线电极的异质结电池栅线电极结构。主栅电极通过焊接或导电胶粘接和金属焊带连接，并通过金属焊带，实现相邻异质结电池间的电学连接，形成所述异质结光伏电池组件。本发明取消细栅电极，减少了细栅电极遮挡电池的受光面积，提高电池效率。同时，所述电池的主栅电极不再采用银浆制造，极大幅度降低了异质结光伏电池的生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种异质结光伏电池技术领域，尤其涉及一种无银浆制栅线电极的异质结光伏电池以及相应电池间的连接。
背景技术
太阳电池是一种将能量转换的光电元件，其基本构造是运用P型与N型半导体接合而成的。相比于传统的太阳能晶硅电池结构，利用非晶硅薄膜与N型单晶硅衬底异质结结构的异质结电池结合了单晶硅与非晶硅电池的优点，主要表现在：
1)效率提升潜力高。异质结电池采用的N型硅片，具有较高的少子寿命，非晶硅钝化的对称结构也可以获得较低的表面复合速率，因而硅异质结太阳电池的开路电压远高于传统单晶硅太阳电池。
2)低温度系数。异质结组件的温度系数(0.258％)小于常规P型电池的温度系数(0.46％)，异质结电池组件功率损失明显小于常规晶硅组件。
3)更高的双面发电率。异质结电池的双面对称结构，其双面率已经达到95％，因此可以获得10％以上的年发电量增益。
4)更低的光致衰减。由于P型衬底硅片电池通常会发生光致衰减现象，主要原因是掺杂了以“硼”为主要元素，降低电池少子寿命。而异质结电池的N型硅片以掺杂“磷”为主要元素，不存在硼氧复合因子，根除了初始光衰的可能性。目前的长期户外测试结果，异质结电池10年衰减小于3％，25年发电量的下降仅为8％。
但，目前异质结光伏电池的最大缺点是生产成本比传统P型晶硅光伏电池单瓦成本比较高。
考虑到异质结电池是双面发电，栅线电极制造所需的银浆用量是目前P型相同尺寸硅片PERC单面发电光伏电池银浆用量的2.5～3倍以上。再考虑到异质结光伏电池栅线电极采用的是低于200度的低温银浆，由于低温银浆生产工艺要求更高，含银量高，且运输过程必须采用冷链物流，采购成本价格更高。其价格比目前P型PERC单面发电光伏电池栅线电极使用的高温银浆贵30％～50％。
因此，虽然异质结光伏电池在性能上具备了上述优势，显而易见，低温银浆的高耗量和高成本已经成为异质结电池高成本的主要原因之一。
为了实现降低异质结电池的生产成本，减少低温银浆的使用量才能大幅度降低异质结光伏电池的成本。
发明内容
传统晶硅光伏电池栅线电极的制造工艺，是通过使用丝网印刷技术将高温银浆印刷在晶硅电池表面绝缘的SiN减反膜上，通过高温烧结，将高温银浆和减反膜层接触的地方烧穿，银浆中导电的银才能同硅片中n+磷扩散层形成紧密欧姆接触后，收集硅片中的载流子。因此，细栅线电极和磷扩散层的欧姆接触越多，网格越密，才能更有效的收集硅片中的光生载流子，并通过相交的主栅线电极汇集载流子。
但如果细栅电极线数量太多，虽然收集载流子能力提高，但银浆用量提高会使成本提升，而且细栅线遮挡面积侵占电池表面受光面积，如果银浆细栅越来越细，同时也加大电池的串联电阻，影响光伏电池效率。因此，细栅电极的宽度和数量和捕获载流子的能力要达到一个平衡状态。
异质结光伏电池是采用N型晶硅硅片为衬底，在衬底晶硅硅片正反两面，沉积P型氢化非晶硅膜和N型氢化非晶硅膜。由于非晶硅层晶体呈无序结构，电子与空穴迁徙率较低，且纵向导电性较差，不利于光生载流子的收集。因此需要在P型氢化非晶硅膜和N型氢化非晶硅膜上沉积一层75-100nm厚的透明导电金属氧化物膜，用于纵向收集载流子并向主栅线电极传输，实现电池的输出。因此，N型晶硅硅片沉积完非晶硅薄膜之后就进入磁控溅射或者离子反应镀膜设备，沉积透明导电金属氧化物膜。透明导电金属氧化物膜在可见光范围内(波长380-760nm)具有80％以上的光穿透率，且电阻率比较低，达到10E-6欧姆-米，其成分主要为In、Sb、Zn、Sn、Cd及其氧化物的复合体。
由此可以得出，传统晶硅光伏电池和异质结光伏电池收集载流子路径和机理非常不同。传统晶硅光伏电池表面的SiN减反膜是绝缘的，电池表面的栅线电极要高温烧透减反射膜才能和电池的n+磷扩散层实现欧姆接触的电极接触区，收集载流子。而异质结电池的表面本身的透明导电金属氧化物膜，已经具备收集载流子并向透明导电氧化物膜上主栅线电极传输的功能。考虑到这层透明导电金属氧化物膜的电阻比较低，已经达到了导体的电阻率。即使在这层透明导电金属氧化物膜上继续设置细栅电极，由于细栅电极并没有和P+非晶硅薄膜层实现欧姆接触来收集更多的载流子，取消细栅电极不但不会实质性影响异质结光伏电池的收集载流子的能力。。同时降低了细栅线电极使用银浆增加的制造成本，提高了电池的效率由于减少了细栅电极占电池表面的受光面积，
本发明所要解决的技术问题在于：提供一种异质结光伏电池不含银浆制栅线电极，无细栅线电极结构，利用异质结光伏电池本身的透明导电金属氧化物膜导电和低电阻率，只在电池透明导电金属氧化物膜上设置主栅电极，汇集透明导电金属氧化物膜传输的载流子，不再设置细栅电极收集载流子，将低温焊锡合金和电池透明导电金属氧化物膜通过超声波焊接，形成主栅电极，实现所述异质结光伏电池的无银浆制栅线电极，无细栅电极的栅线电极结构，主栅电极通过焊接或通过导电胶粘接和金属焊带连接，并通过金属焊带，完成和相邻所述异质结光伏电池的电学连接，形成所述异质结光伏电池组件。
技术方案如下：一种无银浆制栅线电极的异质结光伏电池，包括一面为P型氢化非晶硅膜和一面为N型氢化非晶硅膜，对称分布在N型衬底硅片的正反两面；在异质结电池的P型非晶硅膜外和N型非晶硅膜外各沉积一层透明导电金属氧化物膜形成正电极面和负电极面，所述的正电极表面和负电极表面均受光发电，在正电极表面和负电极表面上，分布着栅线电极结构，其特征在于；
在所述的异质结光伏电池的正面导电透明金属氧化物膜表面和反面导电透明金属氧化物膜的表面，在每个表面，都分布不少于一根的主栅线电极，主栅电极是由非银浆金属合金制成；所述的主栅线电极上设置有金属焊带，相邻两个所述的异质结电池通过所述的金属焊带相连接，实现所述异质结光伏电池之间的电学连接和光伏电池电流输出的作用，形成所述异质结光伏电池组件；
在所述的异质结光伏电池的正面导电透明氧化物膜表面和反面导电透明金属氧化物膜的表面均设置有且仅有主栅线电极。
进一步地，所述的主栅线电极由低温焊锡合金和异质结光伏电池的导电透明金属氧化物膜通过超声波焊接制成。
进一步地，低温焊锡合金为熔点温度低于200度的焊锡合金。
进一步地，分布在同一光伏电池透明导电金属氧化物膜的主栅线电极设置不少于一个，所述的主栅线电极之间相互平行，并且所述的主栅线电极的宽度尺寸保持一致。
进一步地，所述的正电极面和负电极面上设置的主栅线电极和异质结光伏电池透明导电金属氧化物膜电学连接，形成欧姆接触，与异质结光伏电池的P型氢化非晶硅膜和背面N型氢化非晶硅膜没有欧姆接触。
进一步地，所述的主栅电极采用金属焊带通过超声波焊接直接和异质结光伏电池的导电透明金属氧化物膜焊接而成。
进一步地，所述的金属焊带的截面为半圆形、圆形、三角形、矩形或梯形。
进一步地，所述的金属焊带外表镀低温焊锡合金。
进一步地，所述的主栅电极采用金属沉积工艺在异质结光伏电池的导电透明金属氧化物膜沉积而成。
进一步地，所所述的金属焊带与主栅线电极通过焊接的方式连接，或者通过导电胶带粘接的方式连接，或者通过金属焊带直接在异质结光伏电池透明导电金属氧化物膜上焊接形成主栅线电极与金属焊带一体成型的方式连接。
取消异质结光伏电池透明导电氧化物膜上细栅设置，带来的好处是
(1)节省了制作细栅电极所需要的银浆，降低了所述异质结电池的制作成本；
(2)节省了细栅电极遮挡占用的光伏电池的受光面积，提高了所述异质结电池的效率；
(3)由于主栅电极，可以采用超声波焊接工艺，将低温焊锡合金直接和透明导电膜焊接形成主栅电极，也可以采用超声波焊接工艺，直接将金属焊带和透明导电氧化物膜直接焊接，将主栅电极和金属焊带的功能合二为一。就是说主栅线电极制造不再使用银浆，所述的异质结光伏电池的栅线电极实现零银浆的使用状态。
与现有技术相比，本发明提供的一种异质结光伏电池表面栅线电极结构，将不再设置细栅电极收集电池透明导电金属氧化物膜的载流子并通过主栅电极汇流这些载流子，并且主栅电极制造利用成本非常低的超声波的焊接工艺，实现了低温焊锡合金和电池表面透明导电金属氧化物膜的焊接，实现欧姆接触电学连接，形成主栅电极，放弃银浆制造工艺，。大幅度降低了异质结光伏电池栅线电极的制造成本，同时减少细栅线遮挡所占电池表面受光面积，提高太阳能组件的转换效率。反观现有晶硅光伏电池栅线电极的制造工艺，由于电池表面绝缘SiN减反膜的存在，细栅线高温银浆制造工艺还必须保留以实现栅线电极和硅片的欧姆接触完成载流子的收集。因此从光伏电池栅线电极制作成本比较，所述异质结光伏电池栅线电极的制造成本将比晶硅光伏电池的栅线电极制作成本还低，毫无疑问，本发明将会极大推动异质结光伏电池的发展。
附图说明
图1示出本发明的异质结光伏电池结构示意图
图2示出本发明的异质结光伏电池正面栅线电极示意图
图3示出传统晶硅光伏电池结构示意图
图4示出传统晶硅光伏电池正面栅线电极示意图
其中：1.本发明异质结光伏电池正面非低温银浆主栅线电极、
2.本发明异质结光伏电池透明导电氧化物膜、
3.本发明异质结光伏电池P型氢化非晶硅膜、
4.本发明异质结光伏电池本征非晶硅膜
5.本发明异质结光伏电池N型单晶硅衬底、
6.本发明异质结光伏电池N型氢化非晶硅膜、
7.本发明异质结光伏电池反面非低温银浆主栅线电极
8.传统晶硅光伏电池正面银主栅线电极
9.传统晶硅光伏电池正面银细栅线电极
10.传统晶硅光伏电池正面SiN绝缘减反膜
11.传统晶硅光伏电池N+扩散层
12.传统晶硅光伏电池P型硅衬底
具体实施方式
如图所示，在一个实施例中，本案实施采用的是158*158N型单晶异质结非低温银浆制主栅电极电池。由于在异质结电池双面均不再设置细栅电极，因此细栅银浆用量为零。
(1)电池栅线电极银浆使用量下降，大幅度降低所述异质结电池制造成本，
电池片上主栅数量，目前的趋势是尽量采用7到9根的多栅电极结构，这样可以将栅线的宽度降低，进而降低制造栅线电极的银浆用量，达到降低栅线电极的成本。目前PERC晶硅多栅电极电池的高温银浆用量减少到74mg，比5栅电极的晶硅电池用量减少40mg。
对于传统异质结电池，由于异质结电池双面发电，因此，银浆用量是传统晶硅电池银浆用量的2倍，即使采用多栅线电池结构，低温银浆用量也只能从目前的5栅线电池的300mg降低到160mg。但低温银浆用量仍然比多栅的PERC晶硅电池高温银浆用量多2.16倍。所以传统异质结电池的栅线电极制造使用的银浆用量始终比传统晶硅电池的银浆用量多。高成本限制了异质结光伏电池的发展。
本案列由于采用无细栅电极的异质结电池栅线电极结构，并且主栅电极也采用低温焊锡合金制作，因此，低温银浆的使用量为零，使用低温银浆的成本也降为零。相对地，替换成了低温焊锡合金焊接在透明导电氧化物膜形成电极的成本。下表列出相同尺寸的传统晶硅光伏电池，传统异质结光伏电池，和本发明实施异质结光伏电池制造栅线电极所用银浆量和费用，以及平摊到电池每一瓦的银浆成本。
从下面成本对比表中，可以看到，采用本发明制作的异质结光伏电池，其银浆成本，不仅比常规异质结光伏电池有巨大下降，甚至比常规PERC晶硅光伏电池的成本还要低。为取代PERC晶硅电池，从制作成本上做好了准备。
(2)取消细栅线电极，减小栅线电极遮挡面积，提高电池效率
从下表可知，利用本发明形成的异质结光伏电池表面栅线电极结构，取消细栅线电极，减少了细栅电极遮挡面积侵占电池的受光面积，遮挡面积从占整个电池片面积的5.51％降低到3.16％，扩大了电池的受光面积，提高了电池效率。如果减少主栅电极从5根到3根，电极遮挡所占的面积还将进一步缩小。
综上所述，采用本发明专利实时的异质结非低温银浆制栅线电极光伏电池，由于取消了细栅电极，节约了制作栅线电极的浆料成本，而且还通过取消细栅电极，减少了栅线在电池表面的遮挡面积，提高了光伏电池的受光面积，提高了所述异质结光伏电池的效率。
最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制性技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围。
Claims (10)
1.一种无银浆制栅线电极的异质结光伏电池，包括一面为P型氢化非晶硅膜和一面为N型氢化非晶硅膜，对称分布在N型晶硅衬底硅片的正反两面；在异质结电池的P型非晶硅膜外和N型非晶硅膜外各沉积一层透明导电金属氧化物膜形成正电极面和负电极面，所述的正电极表面和负电极表面均受光发电，在正电极表面和负电极表面上，分布着栅线电极结构，其特征在于；
在所述的异质结光伏电池的正面导电透明金属氧化物膜表面和反面导电透明金属氧化物膜的表面，在每个表面，都分布不少于一根的主栅线电极，主栅线电极是由非银浆金属合金制成；所述的主栅线电极上设置有金属焊带，相邻两个所述的异质结电池通过所述的金属焊带相连接，实现所述异质结光伏电池之间的电学连接和光伏电池电流输出的作用；
在所述的异质结光伏电池的正面导电透明氧化物膜表面和反面导电透明金属氧化物膜的表面均设置有且仅有主栅线电极。
2.根据权利要求1所述的一种无银浆制栅线电极的异质结光伏电池，其特征在于，所述的主栅线电极由低温焊锡合金和异质结光伏电池的导电透明金属氧化物膜通过超声波焊接制成。
3.根据权利要求2所述的一种不含银浆制栅线电极制造工艺，其特征在于，低温焊锡合金为熔点温度低于200度的焊锡合金。
4.根据权利要求1所述的一种无银浆制栅线电极的异质结光伏电池，其特征在于，分布在同一光伏电池透明导电氧化物膜的主栅线电极设置不少于一个，所述的主栅线电极之间相互平行，并且所述的主栅线电极的宽度尺寸保持一致。
5.根据权利要求1所述的一种无银浆制栅线电极的异质结光伏电池，其特征在于，所述的正电极面和负电极面上设置的主栅线电极和异质结光伏电池透明导电金属氧化物膜电学连接，形成欧姆接触，与异质结光伏电池的P型氢化非晶硅膜和背面N型氢化非晶硅膜没有欧姆接触。
6.根据权利要求1所述的一种无银浆制栅线电极的异质结光伏电池，其特征在于，所述的主栅电极采用金属焊带通过超声波焊接直接和异质结光伏电池的导电透明金属氧化物膜焊接而成。
7.根据权利要求6所述的一种异质结光伏电池不含银浆制栅线电极，制造工艺，其特征在于，所述的金属焊带的截面为半圆形、圆形、三角形、矩形或梯形。
8.根据权利要求7所述的一种异质结光伏电池不含银浆制栅线电极，制造工艺，其特征在于，所述的金属焊带外表镀低温焊锡合金。
9.根据权利要求1所述的一种无银浆制栅线电极的异质结光伏电池，其特征在于，所述的主栅电极采用金属沉积工艺在异质结光伏电池的导电透明金属氧化物膜沉积而成。
10.根据权利要求1所述的一种无银浆制栅线电极的异质结光伏电池，所述的金属焊带与主栅线电极通过焊接的方式连接，或者通过导电胶带粘接的方式连接，或者通过金属焊带直接在异质结光伏电池透明导电金属氧化物膜上焊接形成主栅线电极与金属焊带一体成型的方式连接。
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