CN113054043B - 一种单面受光异质结光伏电池栅线电极结构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种单面受光发电的异质结光伏电池栅线电极结构，在异质结电池的背光面透明导电膜上沉积一层不透明金属膜电极，形成只有迎光面透明导电膜受光的单面受光异质结电池。通过超声波空洞效应将低温焊锡合金熔化并和正面透明导电膜及膜上细栅线电极，以及背面金属膜直接焊接连接，形成正面主栅线电极和背面主栅线电极。实现只有正面细栅线电极使用低温银浆制造。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。本发明采用背面沉积金属膜电极结构，对于屋顶分布式发电系统大幅度降低了电池栅线制作成本，同时对金属膜进行抛光处理后，提高了电池效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种异质结光伏电池技术领域，尤其涉及一种单面受光发电的异质结光伏电池栅线电极结构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：
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。
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。
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。
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高，特别是低温银浆的成本已经达到异质结电池中非硅成本的50% 以上，限制了异质结电池的普及和发展。
由于异质结电池是天然对称结构，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是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制造成本。
发明内容
对于安装在屋顶的光伏电站组件，由于只有一个面可以受光发电。因此，如果采用双面受光异质结电池，既不能带来发电量上优势，还白白浪费了电池背面的银浆电极。
因此，所述发明的单面受光异质结电池，将电池背面金属膜电极用铝膜或锡膜代替传统的昂贵的低温银浆细栅线电极，同时所有主栅线电极采用低温锡合金通过超声波焊接方法，通过和正面透明导电金属氧化物膜以及正面银浆制细栅线电极连接，和背面铝膜电极或锡膜电极的焊接形成，取代了用低温银浆制造主栅线电极的工艺。
本发明所要解决的技术问题在于，和传统双面异质结电池栅线电极制造技术相比，这种单面异质结电池，降低到只有正面细栅线依然使用低温银浆，背面栅线电极采用铝背场或锡背场，所有主栅线电极采用低温焊锡合金制造。这样，银浆的消耗量非常小，低温银浆的用量只有原来的20% 左右，成本下降非常显著。
同时，由于背面金属膜电极采用铝膜或锡膜，可以对这个膜进行抛光处理，提高了发明的单面受光异质结电池的发电效率。在降低异质结电池成本的同时，还提高电池发电效率。体现了比常规perc 电池更好的成本和效率优势。
技术方案如下：一种单面受光异质结光伏电池栅线电极结构，包括N型晶硅衬底硅片，其一面为P型氢化非晶硅膜，一面为N型氢化非晶硅膜，对称分布在衬底硅片的正反两面；在所述的P型氢化非晶硅膜和N型氢化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，其特征在于；在所述的正电极面和负电极面中，迎光面，作为正面电极，另一面则作为背面，在背面上的透明导电金属氧化物膜外沉积一层金属膜，作为背面金属膜电极；在所述的正面电极的透明导电金属氧化物膜上和所述的背面金属膜电极的上分布着主栅线电极结构；
在所述的正面电极上分布着相互垂直连接的细栅线电极和主栅线电极；所述的细栅线电极设置有多个，采用银浆制成并与所述的透明导电金属氧化物膜相连接，用于收集电池载流子；所述的主栅线电极设置不少于一根，采用非银浆合金金属通过超声波焊接与所述的透明导电金属氧化物膜以及细栅线电极相焊接形成，收集和汇流电池载流子；
所述的背面金属膜电极与所述的透明导电金属氧化膜连接，用于收集电池载流子，在所述的背面金属膜电极的表面分布有主栅线电极，所述的主栅线电极设置不少于一根，采用非银浆合金金属通过超声波焊接与所述的金属膜焊接形成，收集并汇流所述的电池载流子；
所述的主栅线电极上设置有金属焊带，相邻两个异质结电池通过所述的金属焊带相连接，实现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；
所述的金属膜采用铝膜或锡膜。
进一步地，所述的正电极面即P型氢化非晶硅膜一面设置为正面电极，进行迎光发电时，所述的负电极面即N型氢化非晶硅膜一面则设置为背面电极，并在其所述的透明导电金属氧化物膜上沉积所述的金属膜，作为不受光面；所述的负电极面即N型氢化非晶硅膜一面设置为正面电极，进行迎光发电时，所述的正电极面即P型氢化非晶硅膜一面则设置为背面，并在其所述的透明导电金属氧化物膜上沉积所述的金属膜，作为不受光面；
进一步地，所述的金属膜采用在异质结光伏电池硅片沉积完双面透明导电金属氧化物膜之后，通过物理化学气相沉积的磁控溅射工艺或者反应等离子体沉积镀膜工艺，制成的不透明铝膜或锡膜。
进一步地，所述的金属膜表面采用抛光处理。
进一步地，所述的主栅线电极采用非银浆金属合金为低温焊锡合金，低温焊锡合金熔化后，通过超声波空洞效应与所述的正面电极上的透明导电金属氧化物膜以及膜上分布的细栅线电极焊接连接形成正面主栅线，与所述的背面金属膜电极焊接连接形成背面主栅线。
进一步地，其特征在于，所述的低温焊锡合金为共晶熔点温度低于200度的焊锡合金。
进一步地，分布在同一电池面的所述的主栅线电极设置超过一根时，每一根所述的主栅线电极之间相互平行，并且宽度尺寸保持一致。
进一步地，所述的主栅线电极的宽度由焊接装置的焊头宽度决定，其厚度由供给焊锡合金量的大小决定。
进一步地，所述的正面电极和背面金属膜电极面上设置的主栅线电极分别与所述的透明导电金属氧化物膜和金属膜电学连接，形成欧姆接触，与所述的正电极面即P型氢化非晶硅膜和负电极面即N型氢化非晶硅膜之间没有欧姆接触。
与双面受光异质结电池栅线制造技术相比，本发明提供的一种单面受光异质结光伏电池电极结构，将异质结电池背面透明导电金属氧化物膜上沉积铝膜或锡膜，形成收集载流子电极，同时用低温焊锡合金通过超声波焊接方式和正面透明导电金属氧化物膜和背面铝膜电极或锡膜电极连接，形成主栅线电极，取代使用低温银浆制作主栅线电极。在满足屋顶光伏电站照射需求的前提下，异质结光伏电池栅线电极的制造成本大幅度下降到常规双异质结电池的20%以内，同时通过抛光背面铝膜或锡膜，提高电池的转换效率。使屋顶光伏电站的发电度电成本比使用常规双面异质结电池的成本更低。毫无疑问，本发明将会极大推动异质结光伏电池的使用。
附图说明
图1示出本发明P型氢化非晶硅膜为正面受光面的单面受光异质结光伏电池结构示意图
图2示出本发明N型氢化非晶硅膜为正面受光面的单面受光异质结光伏电池结构示意图
其中：1.本发明单面受光异质结光伏电池正面低温焊锡主栅线电极、
2.本发明单面受光异质结光伏电池透明导电金属氧化物膜、
3.本发明单面受光异质结光伏电池P型氢化非晶硅膜、
4.本发明单面受光异质结光伏电池本征非晶硅膜、
5.本发明单面受光异质结光伏电池N型单晶硅衬底、
6.本发明单面受光异质结光伏电池N型氢化非晶硅膜、
7.本发明单面受光异质结光伏电池背面焊锡合金主栅线电极、
8. 本发明单面受光异质结光伏电池背面金属膜电极、
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型单面受光异质结电池。由于只在异质结电池正面受光面采用低温银浆制造细栅线电极，背面采用铝膜电极，电池正面和背面的主栅线电极都采用低温焊锡合金制作主栅线电极。
（1）电池正面细栅线电极低温银浆使用量下降；
由于只在异质结电池正面受光面采用低温银浆制作细栅线电极，银浆的使用量下降到50mg，比常规双面异质结电池的细栅电极的100mg的使用量下降50%。
（2）电池主栅线电极低温焊锡合金的使用量
对于传统双面受光5主栅线电极的异质结电池，由于异质结电池双面发电，因此，主栅线电极的银浆用量在100mg左右。即使采用多栅线电池结构，双面低温银浆用量也只能从100mg降低到80mg。采用低温焊锡合金取代低温银浆后，至少节省80mg低温银浆。这里焊锡合金的用量依然取80mg 以方便比较。
（3）单面受光异质结电池背面铝膜电极的使用量
本案例背面采用铝膜作为单面受光异质结光伏电池的背电极，取代了使用低温银浆在电池背面透明导电金属氧化物膜上制作细栅线电极。因此，低温银浆的使用量为零。假设整个背面涂敷的铝膜耗量为500mg。下表列出相同尺寸的传统晶硅光伏电池，传统双面异质结光伏电池，和本发明实施的单面受光异质结光伏电池制造栅线电极所用银浆量和低温焊锡以及铝用量，以及平摊到电池每一瓦的栅线电极成本。
从下面成本对比表中，可以看到，采用本发明制作的单面受光异质结光伏电池，其综合制造成本，不仅比常规双面受光异质结光伏电池有巨大下降，甚至和常规PERC晶硅光伏电池的成本相似。考虑到异质结电池的效率，即使是单面受光的异质结电池也比常规PERC电池高，为取代PERC晶硅电池，以及在屋顶分布式电站中取代常规双面受光异质结电池，从制作成本上做好了准备。
从上面成本对比表中，可以看到，采用本发明制作的单面受光异质结光伏电池，其综合制造成本，不仅比常规双面受光异质结光伏电池有巨大下降，甚至和常规PERC晶硅光伏电池的成本相似。考虑到异质结电池的效率，即使是单面受光的异质结电池也比常规PERC电池高，为取代PERC晶硅电池，从制作成本上做好了准备。
综上所述，采用本发明专利实时的单面受光异质结栅线电极结构的光伏电池，由于只保留正面受光面采用低温银浆制作细栅线电极，背面采用铝膜电极，取消了银浆细栅电极，同时，电池正面，背面主栅线都采用低温焊锡合金通过超声波和正面透明导电金属氧化物膜焊接，背面和铝膜焊接的方式制作，使低温银浆的使用量降低到常规双面受光异质结电池的20% 左右。大大降低了异质结电池低温银浆的使用量，同时通过抛光铝膜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 (8)
1.一种单面受光异质结光伏电池栅线电极结构，包括N型晶硅衬底硅片，其一面为P型氢化非晶硅膜，一面为N型氢化非晶硅膜，对称分布在衬底硅片的正反两面；在所述的P型氢化非晶硅膜和N型氢化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，其特征在于；在所述的正电极面和负电极面中，迎光面，作为正面电极，另一面则作为背面，在背面上的透明导电金属氧化物膜外沉积一层金属膜，作为背面金属膜电极；在所述的正面电极的透明导电金属氧化物膜上和所述的背面金属膜电极的上分布着主栅线电极结构；
在所述的正面电极上分布着相互垂直连接的细栅线电极和主栅线电极；所述的细栅线电极设置有多个，采用银浆制成并与所述的透明导电金属氧化物膜相连接，用于收集电池载流子；所述的主栅线电极设置不少于一根，采用非银浆合金金属通过超声波焊接与所述的透明导电金属氧化物膜以及细栅线电极相焊接形成，收集和汇流电池载流子；
所述的背面金属膜电极与所述的透明导电金属氧化物膜连接，用于收集电池载流子，在所述的背面金属膜电极的表面分布有主栅线电极，所述的主栅线电极设置不少于一根，采用非银浆合金金属通过超声波焊接与所述的金属膜焊接形成，收集并汇流所述的电池载流子；
所述的主栅线电极上设置有金属焊带，相邻两个异质结电池通过所述的金属焊带相连接，实现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；
所述的金属膜采用铝膜或锡膜；
所述的主栅线电极采用非银浆金属合金为低温焊锡合金，低温焊锡合金熔化后，通过超声波空洞效应与所述的正面电极上的透明导电金属氧化物膜以及膜上分布的细栅线电极焊接连接形成正面主栅线，与所述的背面金属膜电极焊接连接形成背面主栅线。
2.根据权利要求1所述的一种单面受光异质结光伏电池栅线电极结构，其特征在于，所述的正电极面即P型氢化非晶硅膜一面设置为正面电极，进行迎光发电时，所述的负电极面即N型氢化非晶硅膜一面则设置为背面电极，并在其所述的透明导电金属氧化物膜上沉积所述的金属膜，作为不受光面；所述的负电极面即N型氢化非晶硅膜一面设置为正面电极，进行迎光发电时，所述的正电极面即P型氢化非晶硅膜一面则设置为背面，并在其所述的透明导电金属氧化物膜上沉积所述的金属膜，作为不受光面。
3.根据权利要求1所述的一种单面受光异质结光伏电池栅线电极结构，其特征在于，所述的金属膜采用在异质结光伏电池硅片沉积完双面透明导电金属氧化物膜之后，通过物理化学气相沉积的磁控溅射工艺或者反应等离子体沉积镀膜工艺，制成的不透明铝膜或锡膜。
4.根据权利要求3所述的一种单面受光异质结光伏电池栅线电极结构，其特征在于，所述的金属膜表面采用抛光处理。
5.根据权利要求1所述的一种单面受光异质结光伏电池栅线电极结构，其特征在于，所述的低温焊锡合金为共晶熔点温度低于200度的焊锡合金。
6.根据权利要求1所述的一种单面受光异质结光伏电池栅线电极结构，其特征在于，分布在同一电池面的所述的主栅线电极设置超过一根时，每一根所述的主栅线电极之间相互平行，并且宽度尺寸保持一致。
7.根据权利要求1所述的一种单面受光异质结光伏电池栅线电极结构，其特征在于，所述的主栅线电极的宽度由焊接装置的焊头宽度决定，其厚度由供给焊锡合金量的大小决定。
8.根据权利要求1所述的一种单面受光异质结光伏电池栅线电极结构，其特征在于，所述的正面电极和背面金属膜电极面上设置的主栅线电极分别与所述的透明导电金属氧化物膜和金属膜电学连接，形成欧姆接触，与所述的正电极面即P型氢化非晶硅膜和负电极面即N型氢化非晶硅膜之间没有欧姆接触。
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