CN116487457A - 一种内部各部分串联的太阳能电池结构及制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种实现整片电池内各部分串联的结构，以及该结构电池的制作方法。其特征在于，在无需将整片电池切割为半片、三分片或四分片，而在完整的电池片内实现各分割部分之间串联。本发明的区块串联结构电池可简称BSC（Blocks Series Connection）电池。本发明的电池结构可用于铝背场电池、PERC电池、HIT异质结电池、TOPCON电池、IBC电池、异质结‑IBC结构的电池等单PN结晶体硅电池，也可用于钙钛矿电池、薄膜电池和有机电池，以及钙钛矿‑HIT电池等多PN结等太阳能电池。特别对于MWT和EWT结构的太阳能电池，本发明的电池结构更容易实现。本发明的电池结构亦可用于非PN结结构的肖特基太阳能电池和铁电体（也称驻极体）结构的太阳能电池。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，具体是一种实现电池片内多个区域进行串联的电池结构，及实现方法。
背景技术
在太阳能电池领域，为了提高电池片生产效率，单个电池片的面积越来越大。更大面积的电池片，提高了单片电池的功率，但光电转换效率并非增大，反而会降低。较大面积的电池片，一方面被绝缘刻蚀的不能有效发电的边缘区域，所占比重降低，这是利于提高电池效率的因素；同时，随着面积的增大，电池的电流增大，电池的栅线长度也增加，栅线电阻增加，电流经过栅线的损耗也增加。
为了提高生产率，推广大面积电池片，同时又降低电流在栅线的电阻损耗，行业内出现了比较成熟的半片和叠片（也称叠瓦）组件封装方案。这两种方案都需要把较大的整片电池切割成大小相等的2部分（也有3或4部分），然后在封装的时候串联起来，这样可以降低电阻损耗。
这种半片封装可实现组件增益5~10瓦。半片和叠瓦封装，都需要对完整的电池片进行分割，存在分割破损率。还有对电池片分割，形成了新的边缘，这种边缘由于电池结构受损影响电池效率。其次，分片和叠片的封装比较复杂，封装成本较高。分片封装会形成分片电池之间更多的空隙，降低了组件效率。
发明内容
本发明为解决技术难题所采取的技术方案是：在常规的太阳能片制作阶段，电池片内部绝缘分割为多个区域，各个相邻区域之间通过穿孔结构的金属化连接，形成内部串联的电池结构。这种结构的电池，只增加了绝缘分割和通孔金属化两道生产工艺，避免了切片工艺，以及后续复杂的半片封装或叠片封装工艺。从整体考虑，简化了电池模组的生产工艺，同时增加了效益。
本发明实现整片电池内部各部串联的结构，以及该结构电池的制作方法。无需将整片电池切割为半片、三分片或四分片，而在完整的电池片内通过激光划刻绝缘（或机械划刻绝缘）和激光穿孔技术，实现电池片内两部分、三部分或四部分电池片绝缘分割，以及各分割部分之间串联。
优选地，利用激光划刻和激光穿孔，在完整的电池片内实现电池片内各部分小块区域串联的电池结构。
优选地，利用激光划刻，将完整的电池片均匀地分割为2部分、或3部分、或4部分、或更多部分，利用激光穿孔技术在电池片打孔，通过穿孔的金属化连接电池片中相邻经过分割绝缘部分的正负极，即A部分的正极通过穿孔与相邻的B部分的负极导通，从而实现所分割的各部分电池之间串联。
对于整片电池的绝缘分割可采用激光划刻或机械刀具划刻。对于晶体硅电池，必须通过激光划刻切断电池表面的扩散层，划刻深度必须穿透硅片表面的扩散层，划刻深度大于0.1微米（因为扩散或离子注入的PN结、N+、P+层深度范围在0.1~0.3微米）。
对于异质结电池，由P-I-N结构及其表面的透明导电膜组成，这些结构都是通过外延的方法在硅片表面形成的结构。对于异质结的划刻，必须切断外延层，以及外延层两边的透明导电层。对于IBC等背结构电池，也可以通过生长高电阻的本征层，作为各部分的绝缘分割线。
通过划刻，切断电池片的P层、N层、P+层、N+层以及异质结电池的透明导电层，形成绝缘分割线，将整片电池通过绝缘线分割成多个部分。
通过激光划刻形成绝缘分割线。所划刻的目的，是形成一条绝缘线或绝缘沟槽，绝缘沟槽阻隔了两边导电性较强的P层、N层、P+层、N+层以及异质结电池的透明导电层，绝缘沟槽下方是掺杂未接触到的硅片部分。这部分硅片是浅掺杂的P型硅片或N型硅片，电阻率较高。为了更好隔绝导电层，可以增加绝缘沟槽的数目，形成1条或多条相邻的绝缘沟槽。
优选地，刻槽中划刻掉电池中的导电层，形成绝缘的划线或刻槽，可以由1条或多条相邻的刻槽形成绝缘通道。通过这种绝缘划线或绝缘通道，将整片电池片隔绝为多个独立的部分（一般分为相等的部分），各部分之间电阻很大，认为是相互电气绝缘。
利用激光穿孔技术，将绝缘分割后的各部分电池串联起来。通过孔的金属化，连接电池被绝缘分割形成的相邻部分区域的正负极，形成整片电池片内各个绝缘区块的串联。激光穿孔之后的金属化，可以采用丝网印刷导电浆料，也可以采用电镀，或用低熔合金填充等金属化方法。
整片电池首先被绝缘分割成多个部分，再激光穿孔金属化，将各部分串联起来，形成片内串联结构的电池。电池片被平均绝缘分割为N部分（根据需求可以是2部分，3部分，4部分或更多），电池电流变为原来的N分之一，电压变为原来电池的N倍。
将电池片通过划线绝缘分割为多个部分，然后将各部分的正负极串联起来，对于正负极位于电池片两侧结构的电池，需要激光穿孔工艺，才能实现串联；对于正负极全部位于电池片背面一侧的IBC结构电池，不需要激光穿孔工艺。
综上所述，本发明实现了在整片电池片内部各部分局部区域串联的结构。在常规的太阳能片制作阶段，电池片内部绝缘分割为多个区域，各个相邻区域之间通过穿孔结构的金属化连接，形成内部串联的电池结构。这种结构的电池，只增加了激光划线绝缘和激光穿孔两道生产工艺，避免了切片工艺，以及后续复杂的半片封装或叠片封装工艺。从整体考虑，简化了电池模组的生产工艺，同时增加了效益。
附图说明
图1是本申请太阳能电池结构一较佳实施例的电池截面结构示意图。
图2是本申请太阳能电池结构一较佳实施例的电池正面结构和背面结构示意图。
图3是本申请太阳能电池结构另一较佳实施例的电池正面结构和背面结构示意图。
图4是本申请太阳能电池结构另一较佳实施例的电池正面结构和背面结构示意图。
1-硅基底；2-P型掺杂区；3-N型掺杂区；4-激光刻划区；5-激光穿孔金属化；6-主栅电极。
实施方式
以下将结合附图所示的实施方式对本申请进行详细描述。但该实施方式并不限制本申请，本领域的普通技术人员根据该实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本申请的保护范围内。
实施例 1: 一种内部各部分串联的太阳能电池的制备步骤是 ：
1.晶体硅电池，以PERC电池为例，经过清洗制绒、扩散、SE、刻蚀、氧化、背钝化、PECVD、背激光等常规PERC电池工艺步骤之后，进行激光绝缘划刻，优选绝缘刻划深度为5μm，宽度为50μm。
2.进行激光穿孔工艺，制作导电通孔，所述导电通孔的直径优选设置为100μm～500μm。
3.激光绝缘刻划和制作的导电通道的截面结构图如图1所示。本实例中设计的太阳能电池片的主栅和绝缘刻划图案如图2所示。图中导电通道的位置覆盖主栅线中心点，排成一排，将电池片平均分为A部分和B部分。在电池正面，绝缘划刻位于B部分，其距离导电通道的距离优选值为200μm～600μm。在电池背面，绝缘划刻位于A部分，其距离导电通道的距离优选值为200μm～600μm。
4.通过丝网印刷，对电池正面、背面以及穿孔进行金属化。
5.对电池片进行分选和包装。
实施例 2: 一种内部各部分串联的太阳能电池的制备步骤是 ：
1.晶体硅电池，以PERC电池为例，经过清洗制绒、扩散、SE、刻蚀、氧化、背钝化、PECVD、背激光等常规PERC电池工艺步骤之后，进行激光绝缘划刻，优选绝缘刻划深度为5μm，宽度为50μm。
2.进行激光穿孔工艺，制作导电通孔，所述导电通孔的直径优选设置为100μm～500μm。
3.激光绝缘刻划和制作的导电通道的截面结构图如图1所示。本实例中设计的太阳能电池片的主栅和绝缘刻划图案如图3所示。图中导电通道的位置覆盖主栅线中心点，排成一排，将电池片平均分为A部分和B部分。为了使绝缘刻划线将电池片均匀分割为A和B两部分，其图案设计为图3中的折线形状，并在靠近绝缘刻划线两侧增加了2条主栅。背面的栅线图案与正面栅线图案完全相同，背面的绝缘刻划图案与正面的绝缘刻划图案镜像对称。
4.通过丝网印刷，对电池正面、背面以及穿孔进行金属化。
5.对电池片进行分选和包装。
实施例 3: 一种内部各部分串联的太阳能电池的制备步骤是 ：
1.晶体硅电池，以PERC电池为例，经过清洗制绒、扩散、SE、刻蚀、氧化、背钝化、PECVD、背激光等常规PERC电池工艺步骤之后，进行激光绝缘划刻，优选绝缘刻划深度为5μm，宽度为50μm。
2.进行激光穿孔工艺，制作导电通孔，所述导电通孔的直径优选设置为100μm～500μm。
3.激光绝缘刻划和制作的导电通道的截面结构图如图1所示。本实例中设计的太阳能电池片的主栅和绝缘刻划图案如图4所示。图中导电通道的位置覆盖主栅线中心点，排成一排，将电池片平均分为A部分和B部分。A部分的主栅与B部分的主栅位置相互错开，正面主栅位置与背面主栅位置也项目错开。
4.通过丝网印刷，对电池正面、背面以及穿孔进行金属化。
5.对电池片进行分选和包装。
综上所述，本申请一种内部各部分串联的太阳能电池，通过在制作阶段增加绝缘划刻和穿孔金属化两道工艺，并优化电池主栅结构，就可以增加电池电压至原来2倍（以分割为2部分为例），电流降到原来的一半，电池内阻损耗降到原来的四分之一，组件增益5～10瓦，且可减少热斑损失，达到半片封装或叠瓦封装的增益效果。
本发明可用于铝背场电池、PERC晶体硅电池、HJT异质结电池、TOPCON电池、IBC电池、异质结-IBC结构的电池等单PN结晶体硅电池，也可用于钙钛矿太阳能电池、薄膜太阳能电池和有机太阳能，以及钙钛矿-HJT太阳能电池等多PN结等太阳能电池。
特别对于MWT和EWT结构的太阳能电池，本发明的电池结构更容易实现。
本方法亦可用于非PN结结构的肖特基太阳能电池和铁电体（也称驻极体）结构的太阳能电池。
对于IBC等背电极结构电池，也可不需要激光穿孔和绝缘划刻，就形成绝缘分块，然后串联，实现BSC电池结构。
应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本申请的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本申请的保护范围，凡未脱离本申请技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种无需切割电池片，利用激光划刻和激光穿孔，在完整的电池片内实现电池片内各部分小块区域串联的电池结构。其特征在于，将完整的电池片均匀地绝缘分割为2部分、3部分、4部分或更多部分，在电池片制作导电通孔，通过通孔的金属化连接电池片中相邻经过分割绝缘部分的正负极，即A部分的正极通过穿孔与相邻的B部分的负极导通，从而实现所分割的各部分电池之间串联。
2.根据权利要求1所述的方法，对于整片电池的绝缘分割，可采用激光划刻或机械刀具划刻。对于晶体硅电池，必须通过激光划刻切断电池表面的扩散层，划刻深度必须穿透硅片表面的扩散层，划刻深度大于0.1微米（因为扩散或离子注入的PN结、N+、P+层深度范围在0.1~0.3微米）。对于异质结电池，由P-I-N结构及其表面的透明导电膜组成，这些结构都是通过外延的方法在硅片表面形成的结构。对于异质结的划刻，必须切断外延层，以及外延层两边的透明导电层。对于IBC等背结构电池，也可以通过生长高电阻的本征层，作为各部分的绝缘分割线。其特征在于通过划刻，切断电池片的P层、N层、P+层、N+层以及异质结电池的透明导电层，形成绝缘分割线，将整片电池通过绝缘线分割成多个部分。
3.根据权利2所述的要求，通过激光划刻形成绝缘分割线。所划刻的目的，是形成一条绝缘线或绝缘沟槽，绝缘沟槽阻隔了两边导电性较强的P层、N层、P+层、N+层以及异质结电池的透明导电层，绝缘沟槽下方是掺杂未接触到的硅片部分。这部分硅片是浅掺杂的P型硅片或N型硅片，电阻率较高。为了更好隔绝导电层，可以增加绝缘沟槽的数目，形成1条或多条相邻的绝缘沟槽。其特征在于，刻槽中划刻掉电池中的导电层，形成绝缘的划线或刻槽，可以由1条或多条相邻的刻槽形成绝缘通道。通过这种绝缘划线或绝缘通道，将整片电池片隔绝为多个独立的部分（一般分为相等的部分），各部分之间电阻很大，认为是相互电气绝缘。
4.根据权利1要求，利用激光穿孔技术，将绝缘分割后的各部分电池串联起来。其特征是，通过孔的金属化，连接电池被绝缘分割形成的相邻部分区域的正负极，形成整片电池片内各个绝缘区块的串联。激光穿孔之后的金属化，可以采用丝网印刷导电浆料，也可以采用电镀，或用低熔合金填充等金属化方法。
5.根据权利要求1，整片电池首先被绝缘分割成多个部分，再激光穿孔金属化，将各部分串联起来，形成片内串联结构的电池。其特征是，电池片被平均绝缘分割为N部分（根据需求可以是2部分，3部分，4部分或更多），电池电流变为原来的N分之一，电压变为原来电池的N倍。
6.根据权利要求1，本专利的特征在于将电池片绝缘分割为多个部分，然后将各部分的正负极串联起来，对于正负极位于电池片两侧结构的电池，需要激光穿孔工艺，才能实现串联；对于正负极全部位于电池片背面一侧的IBC结构电池，不需要激光穿孔工艺。
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| PB01 | Publication | ||
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