CN118352415B

CN118352415B - 一种集成续流二极管的光伏电池及其制造方法和光伏组件

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Publication number: CN118352415B
Application number: CN202410764690.1A
Authority: CN
Inventors: 李涛勇; 王全志; 李林东
Original assignee: Suzhou Chenhui Intelligent Equipment Co ltd
Current assignee: Suzhou Chenhui Intelligent Equipment Co ltd
Priority date: 2024-06-14
Filing date: 2024-06-14
Publication date: 2024-08-13
Anticipated expiration: 2044-06-14
Also published as: CN118352415A

Abstract

本发明涉及光伏电池技术领域，具体而言，涉及一种集成续流二极管的光伏电池及其制造方法和光伏组件，包括pn结型光电转换单元和集成的续流二极管；光电转换单元的pn结位于光电转换单元的背面；续流二极管包括第一区域硅、第二区域硅，在第一区域硅和第二区域硅之间设置有效杂质浓度是第一区域硅有效杂质浓度5~500倍的第三区域硅，光电转换单元的pn结和所述续流二极管的pn结的结区呈线状沿背面的Y轴方向延伸，平行且相间隔地沿背面的X轴方向布置。本发明能够消除续流二极管对光生电流的分流，续流二极管区域无需遮挡，达到既将续流二极管集成于光电转换单元，又不占用电池受光面积，不引起光生电流分流损失的效果。

Description

一种集成续流二极管的光伏电池及其制造方法和光伏组件

技术领域

本发明涉及光伏电池技术领域，具体而言，涉及一种集成续流二极管的光伏电池及其制造方法和光伏组件。

背景技术

叉指背接触结型（IBC）光伏电池、叉指背接触异质结型（HBC）光伏电池等叉指类背接触（XBC）光伏电池，是现有光电转换效率最高的光伏电池类型之一，特别是叉指背接触a-Si/c-Si异质结（HBC）光伏电池，更是将此类光伏电池的光电转换效率提高到了接近其理论极限的程度。

但是，XBC光伏电池，特别是HBC光伏电池，存在如下缺点，影响其规模化工业生产：

第一，光伏电池金属化线路银耗量大。

现有技术的光伏电池的电极材料主要是金属银，银耗量大的原因在于：

1）现有技术光伏电池需要互连条通过锡钎焊实现互连，电池表面的栅线主要成分是银；

2）仅包含一个pn结光电转换单元的低电压大电流输出的光伏电池对栅线电阻敏感，需要更大总横截面的金属银栅线；

3）HBC光伏电池因为其全程采用低温制备工艺，低温工艺使得电极的金属粒子间接触变差、金属与硅的接触变差，为弥补此不足，对电极栅线截面积及栅线中金属银含量要求提高。

第二，光伏组件串焊温度的工艺窗口窄。

由于HBC光伏电池制备工艺温度低，与焊锡焊接温度相近，且金属银与硅和氧化硅的结合能较低，导致后续光伏组件串焊温度的工艺窗口窄；

第三，容纳续流二极管的接线盒容易过热，引发火灾。

光伏组件接线盒内外接续流二极管的数量多，特别是当试图采用降低光伏组件输出电流、提高电池输出电压，以降低银耗量的措施时，必然会降低单片光伏电池的面积，增加单片光伏电池的数量，为此需要增加外接续流二极管的数量，现有技术容纳续流二极管的接线盒，是一个潜在的发热源，当长时间出现热斑效应条件、特别是同时环境温度又较高时，易过热引起火灾。

第四，现有技术光伏组件需要较大或较多的接线盒和续流二极管，平板状光伏组件需要较大截面的型材边框，因此耗材较多，制造成本较高。

专利CN110165006B提供了一种“通过在极性互补结构的电池电路结构中集成旁路二极管，经过设置形成的热斑保护电路，具有旁路二极管结面积大，提高浪涌电流耐受度，防止雷电感应电流引起的失效，降低二极管结温，简化接线盒结构，降低光伏组件成本的作用”。但是，该专利存在如下缺陷：

第一，该专利的“旁路二极管”会旁路掉部分光生电流，降低光伏电池的光电转换效率；

该专利的“旁路二极管”正、负极区域硅在光照下会产生非平衡少子，同时光伏电池其他区域产生的光生非平衡少子也会扩散到所述旁路二极管的pn结结区，经所述旁路二极管pn结结区的分离，会在所述旁路二极管pn结的两端产生光生电动势，在该电动势的作用下，所述旁路二极管将处于导通状态，导通状态的旁路二极管会分流掉其并联保护的光伏电池产生的部分光生电流。该效应直至该光生电流在所述旁路二极管上产生的压降抵消掉光生电动势的影响，达到一个动态平衡时为止。

第二，该专利的“旁路二极管”占用光伏电池的受光面积，降低光伏电池的全面积光电转换效率；

为了防止入射光在所述“旁路二极管”的结区激发光生非平衡少子，专利CN110165006B在所述旁路二极管区域，电池的正、反面增加了遮光措施，其直接的影响是该专利的旁路二极管占用了光伏电池的受光面积，降低了光伏电池的全面积光电转换效率，且由于现代光伏电池少子扩散长度较长，该遮光措施遮光面积较小时，则不足以消除光伏电池其他区域产生的非平衡少子扩散至其“旁路二极管”的结区；

第三，该专利旁路二极管的局部电流应力集中；

为了减少光电转换区的光生载流子少子向所述旁路二极管结区的扩散，该专利将所述旁路二极管区域设计为斑状，尽量缩短周边边长，因此，其单位周长电流密度较大，受硅片厚度限制，横向电流电阻较大，需要设计较大的区域面积以降低电流密度。

为了解决现有技术光伏电池金属化线路的金属银消耗大、光伏组件串焊温度的工艺窗口窄、容纳续流二极管的接线盒容易过热引发火灾、光伏组件外形单一、耗材较多，以及现有集成“旁路二极管”会旁路掉部分光生电流、占用光照面积、局部电流应力集中等现有光伏电池和光伏组件的设计和制造中的至少一个技术问题，特提出本发明。

需要说明的是，本发明的该部分内容仅提供与本发明有关的背景技术，而并不必然构成现有技术或公知技术。

发明内容

为了解决现有技术的光伏电池存在的集成续流二极管会对光生电流的分流，且续流二极管需要配合遮光部件而占用光伏电池的受光面积，且旁路二极管区域单位周长电流密度较大，横向电流电阻较大的问题，本发明提供一种集成续流二极管的光伏电池及其制造方法和光伏组件，该光伏电池能够消除续流二极管对光生电流的分流，无需设置遮光部件，使续流二极管不占用光伏电池的受光面积，且本发明配合约束续流二极管结区的形状，解决其单位周长电流密度较大，横向电流电阻较大的技术问题。

进一步地，本发明提供了用于HBC类光伏电池及其组件的解决方案。

在进一步优选方案中，本发明给出了所述续流二极管各层的约束，以适应所述光伏电池所用材料技术条件、应用电压场合和漏电流要求。

在进一步优选方案中，本发明将第一金属化线路布局给出约束，实现降低光伏电池区域互连金属化线路的金属消耗、减少光伏组件的锡钎焊点、去除外接续流二极管、简化复杂光伏组件设计和制造的目的。

在更进一步优选方案中，本发明对第一金属化线路中的金属成分以铝代银，达到降低银耗的目的。

在进一步优选方案中，本发明给出“承载网膜”及其“金属线”的光电转换单元的连接方案，解决减少光伏组件耗材、改善光伏组件设计灵活性的问题。

进一步地，本发明给出三种所述光伏电池的制备方法，以及本发明的光伏组件结构和制备方法。

为解决背景技术提出的技术问题，本发明是这样实现的：

第一方面，本发明提供一种光伏电池，包括pn结型光电转换单元和在所述光电转换单元上集成的续流二极管；所述光电转换单元的pn结位于所述光电转换单元的背面，并由第一区域硅和交替排布在第一区域硅上的第四区域硅、第五区域硅组成；所述续流二极管包括第一区域硅、与所述第一区域硅导电类型互补的第二区域硅，所述第一区域硅和所述第二区域硅形成所述续流二极管的pn结，在所述第一区域硅和所述第二区域硅之间设置有与所述第一区域硅导电类型相同、有效杂质浓度是所述第一区域硅有效杂质浓度5~500倍的高掺杂浓度的光生少子阻挡区的第三区域硅，且所述续流二极管的反向偏压在0 ~0.6V时，续流二极管的pn结结区处于所述第二区域硅和所述第三区域硅的所在区域范围之内。

设置光生少子阻挡区的第三区域硅的有益效果是，由于第三区域硅和第二区域硅均处于光电转换单元背面（优选第三区域硅的隔离距离为0.1~2μm，较优的范围为1~1.5μm），且仅相当于光电转换单元总厚度的1%左右，对于晶体硅材料，阳光透过100μm后，其可利用光能的能量密度极低，可以忽略不计。由于绝大部分的光能均被前端第一区域硅所吸收，因此可以看作光生非平衡少子仅产生于第一区域硅。产生于第一区域硅的非平衡少子向光电转换单元背部的结区扩散，遇到第三区域硅和第一区域硅间形成的非平衡少子的高低势垒结，会被反射到光电转换单元的结区，经分离输出至外电路，避免了这一部分光生少子的损失。

经研究发现，集成的续流二极管，采用特定第三区域硅，并控制在续流二极管的反向偏压在0 ~ 0.6V时处于特定区域的续流二极管的pn结结区，这两个条件的协同设置，能够保证在最不利条件下，第三区域硅在所述续流二极管“空载”（此时，续流保护光电转换单元数为“0”）时，和续流保护光电转换单元数为“1”时，所述第三区域硅能够有效地通过高低势垒结将产生于第一区域硅的光生非平衡少子反射至光电转换单元pn结，防止其进入所述续流二极管的pn结结区从而改变所述续流二极管的pn结结区电位、增加复合电流、降低相关光电转换单元的光电转换效率。

事实上，当所述续流二极管所保护的光电转换单元数大于“1”时，亦应保证所述续流二极管的结区处于第二区域硅和第三区域硅范围内，理由同上。

本发明所述光电转换单元的pn结和所述续流二极管的pn结的结区呈线状沿背面的Y轴方向延伸，平行且相间隔地沿背面的X轴方向布置。

本发明中，所谓“导电类型互补”，指的是n型电子导电和p型空穴导电两类半导体导电类型的互补；为了叙述方便，本发明中所述pn结包括由p型硅和n型硅形成的pn结和本发明中所述的pin结构的pn结；高低势垒结n⁺n、p⁺p也包括本发明中所述的n⁺in、p⁺ip结构的高低势垒结。

进一步地，所述第三区域硅与第二区域硅之间设置有厚度为1~10nm的第一i硅层，形成pin结构。

进一步地，所述第一区域硅与所述第三区域硅之间设置有厚度为1~10nm的第二i硅层，同时所述第三区域硅与第二区域硅之间设置有厚度为1~10nm的第一i硅层，形成pin结构。

i硅层的引入，起到界面钝化作用，降低界面载流子复合，降低漏电流，有利于以非晶硅、纳米硅、微晶硅、多晶硅等硅材料制备续流二极管，方便在HBC类光电转换单元上集成制备续流二极管。

所谓“i硅”，意为本征硅，本发明中i硅并非指有效杂质浓度为零的硅，而是与现有HBC电池结构中的i硅的概念相同，是指电阻率在Ω·cm以上的硅。

借助于“i硅层”，本发明中各区域硅不限单晶硅，可以是多晶硅、微晶硅、纳米晶硅、非晶硅等等，即本发明适用于IBC、HBC等XBC类光伏电池。

进一步地，所述第三区域硅和所述第二区域硅，均处于光电转换单元的背面，呈线状沿Y轴方向延伸，优选地，其区域长宽比为40~1000。

进一步地，所述第三区域硅形成所述第一区域硅和第二区域硅之间的隔离，隔离距离为0.1~2μm。

进一步地，所述第二区域硅在Z轴方向的厚度为0.04~1μm。

本发明中，pn结的结深与半导体工艺技术的概念相同，指从硅片的掺杂平面垂直向内，到p型杂质与n型杂质浓度相等处的距离；而p⁺p或n⁺n高低结的结深，在本发明中指从硅片的重掺杂平面垂直向内，到有效杂质浓度降低至被掺衬底有效杂质浓度5倍时位置的距离。

本发明中，相应区域硅的厚度，指相应区域硅在两种介质间的厚度，所述介质包括不同的硅层、绝缘介质层、金属层或空气等等。硅层的厚度，由“界面”或“结”算起。

本发明中，光伏电池的“背面”、光电转换单元的“背面”、衬底硅片的“背面”指的是同一个“面”，均为预设有金属化线路、非主要受光面的一面。

专利CN110165006B中，为了有效遮挡“旁路二极管”的结区，倾向于将“旁路二极管”设计为斑状。对此，本发明中，所述光电转换单元的pn结和所述续流二极管的pn结的结区呈线状沿背面的Y轴方向延伸，平行且相间隔地沿背面的X轴方向布置。本发明续流二极管采用这种线状形状设置，其有益效果是：

1）与线状分布的光电转换单元兼容，便于互连；

2）导通电阻小，电流和发热分散，热应力和电应力小；

3）非平衡少子扩散和反射路径短，损失少。

进一步地，所述光伏电池包括2个以上光电转换单元，所述2个以上光电转换单元处于同一平面且Z轴朝向一致，并按Y轴方向延伸，顺向接续相拼接，各拼接的光电转换单元串联连接，且至少有1个光电转换单元及其集成的续流二极管的第一区域硅的导电类型与相邻的光电转换单元及其集成的续流二极管的第一区域硅的导电类型互补。

进一步地，所述光伏电池还包括均处于所述光电转换单元背面的区域互连金属化线路，各拼接的光电转换单元及其集成的续流二极管上设置统一制备的直接与各电极区域硅实现欧姆连接的第一金属化线路，在第一金属化线路与各电极区域硅间没有其他并行的金属线路。

本发明的该优选方案中，将第一金属化线路统一制备在已拼接的光电转换单元及其集成的续流二极管上，能够达到降低光伏电池的区域互连金属化线路的金属银的消耗、减少光伏组件的锡钎焊点、去除外接续流二极管、简化复杂光伏组件设计和制造的目的。

特别是，由于本发明各光电转换单元间不需锡钎焊，故所述第一金属化线路的金属主要成分可以是金属铝。“金属主要成分可以是金属铝”是指金属中金属铝的含量占比大于其他金属元素占比。与现有技术相比，采用金属铝的有益效果在于，成本低、与硅、氧化硅的粘附力高、接触电阻低。

为了叙述简洁，在没有特别说明的情况下，本发明所述“X轴（Y轴、Z轴）方向”可以是X轴（Y轴、Z轴）的“正”向或“负”向。

本发明中所述“各电极区域硅”指需要依靠第一金属化线路连接的区域硅，具体有第二区域硅、第四区域硅、第五区域硅；

本发明所述“金属化”是指，在某工序（通常是烧结、固化或退火工序）前，所述线路整体不一定呈现金属的导电特性或不一定与各电极区域硅形成良好欧姆接触，而在某工序（通常是烧结、固化或退火工序）后，则线路呈现出金属的导电特性，且与各电极区域硅形成了良好欧姆接触，并形成外接电路的端子。

本发明所述“2个以上光电转换单元”和“2个以上续流二极管”是相对于每个光伏电池而言的。一方面，既可以在某一个所述光电转换单元上集成多于一只的续流二极管，也可以在某一个所述光电转换单元上没有集成续流二极管。其好处在于，可以提高光伏电池和光伏组件设计的灵活性。同时结合本发明设有“高掺杂浓度的光生少子阻挡区”，即使某只续流二极管不良，可以弃之不用，也不会影响所在光电转换单元的使用，有利于提高产品的良率。

优选地，本发明串联的相邻光电转换单元之间设置固化的绝缘胶粘剂或绝缘浆料，以利于进一步制备统一的第一金属化线路。

优选地，本发明所述光伏电池沿Z轴方向依次包括，串联方位排列的各光电转换单元、第一金属化线路、承载网膜，所述第一金属化线路由粘附有胶粘剂的金属线构成，所述金属线的主要成分是金属铝。

进一步地，所述金属线表面呈起伏状（例如可以为星状横截面或锯齿形横截面等），以便容胶并有足够的接触点直接与第二区域硅、第四区域硅、第五区域硅形成接触，所述金属线的导电横截面最大横径为10-800μm。

使用承载网膜好处在于，省去光电转换单元之间的绝缘胶粘剂或绝缘浆料，使所述光伏电池具有一定的可弯曲性；同时，金属线的传导电阻较小；之所以采用“承载网膜”而非其他的膜材料，一是降低组合应力，二是便于光伏电池封装成光伏组件时，胶膜流动和排出空气。

一个很好的例子是，采用本发明的光伏电池制作的光伏瓦片，形状可以和建筑瓦相同，因为不需要外接二极管，连接和安装都很方便，因为每个光电转换单元都有续流二极管，因此，安全性高、功率损失少，不易发生火灾。

进一步地，本发明所述光电转换单元呈片状长方形，Y轴方向与所述长方形的短边相平行，如此的好处是增加串联线的条数，缩短串联线的长度，降低传导电阻，节省第一金属化线路的金属，特别是贵金属的消耗量。

本发明一种集成续流二极管的光伏电池，光伏电池内部各光电转换单元的电气连接，可参照附图1~图7所示，衬底硅片导电类型互补的光电转换单元间集成的续流二极管形成一种交叉互补连接，即A光电转换单元上集成的A续流二极管与B光电转换单元或单元串形成极性相反的并联、B光电转换单元上集成的B续流二极管与A光电转换单元或单元串形成极性相反的并联（即，A续流二极管的正极连接在B光电转换单元的负极，A续流二极管的负极连接在B光电转换单元的正极；相应地，B续流二极管的负极连接在A光电转换单元的正极，B续流二极管的正极连接在A光电转换单元的负极），其为现有技术，具体可以参考CN110165006B中的电气连接方式。

本发明中第一区域硅、第四区域硅和第五区域硅的有效杂质浓度可以依现有光伏电池技术的要求选择，只要满足第三区域硅的有效杂质浓度高出第一区域硅5~500倍，并兼顾击穿电压和pn结扩展效应，第二区域硅的有效杂质浓度及其分布主要考虑形成欧姆接触的要求，这些都是现有的半导体技术，不再赘述。

第二方面，本发明提供一种光伏电池的制造方法，所述光伏电池包括光电转换单元、集成在光电转换单元背面的续流二极管以及区域互连金属化线路。对于不同类型的光伏电池，制造方法不同。

需要说明的是，本发明中，制备顺序中的“期间、之前或之后”，指的是现有技术的工艺安排，与本发明实施步骤穿插或同步进行，以达到降低工艺成本的目的。

对应IBC类光伏电池，所述光伏电池的制造方法包含有以下步骤：

S_I1、制备第三区域硅与第一区域硅之间的高低势垒结：

按光伏电池的要求选择衬底硅片，在衬底硅片背面第一区域硅的预设区域通过掺杂工艺制备第三区域硅，控制第三区域硅的导电类型与第一区域硅相同且其有效杂质浓度是第一区域硅的5~500倍，第三区域硅的结深为第一区域硅和第二区域硅之间的隔离距离与第二区域硅预设结深之和。使第三区域硅与第一区域硅之间形成n⁺n或p⁺p的高低势垒结；

在此期间、之前或之后，依现有IBC电池制备技术，完成制备形成光电转换单元pn结的第四区域硅，第四区域硅与第三区域硅导电类型相同，两者工艺兼容性较好，依现有技术控制制备，在此不再赘述。

S_I2、制备续流二极管的pn结：

在沿光电转换单元的Z轴方向上，在第三区域硅上通过原位掺杂工艺制备第二区域硅，第二区域硅的导电类型与第三区域硅互补，掺杂结深为0.04~1μm，形成所述续流二极管的pn结。

第二区域硅的有效杂质浓度及其分布，主要考虑形成欧姆接触的要求和pn结扩展宽度，这些都是现有的结型二极管制备技术，在此不再赘述。

其中进一步地，所述第三区域硅形成所述第一区域硅和第二区域硅之间的隔离且该隔离的距离大于最高运行电压下的续流二极管的pn结扩展宽度+0.1μm，该设计为现有技术，不赘述。

在此期间、之前或之后，依现有IBC电池制备技术，完成制备形成光电转换单元的pn结的第五区域硅，形成光电转换单元pn结的电极区域硅。第五区域硅的导电类型与第一区域硅互补，两者间形成光电转换单元的pn结。工艺兼容性较好。

S_I3、拼接和金属化互连其可以按照S_I3.1或S_I3.2进行：

S_I3.1可以分S_I301、S_I302两步完成：

S_I301、拼接各光电转换单元：

将步骤S_I2所得的两个以上的光电转换单元平铺且使其Z轴朝向一致，按Y轴方向延伸，顺向接续定位，将玻璃粉基绝缘浆料施加到各光电转换单元之间，经烧结，连接各光电转换单元，得到光伏电池基片；

S_I302、金属化互连各光电转换单元及续流二极管：

在所述光伏电池基片的各电极区域硅上淀积线路金属材料，经烧结、退火或固化，原位形成第一金属化线路，所述第一金属化线路串联连接各光电转换单元，同时实现所述续流二极管对相关光电转换单元或相关光电转换单元串的保护连接，得到所述光伏电池。

S_I3.2、一步完成拼接和金属化互连：

将步骤S_I2所得的两个以上的光电转换单元平铺，Z轴朝向一致，按Y轴方向延伸，顺向接续定位，其整体与粘附有金属线的承载网膜进行贴合，所述金属线表面附着有胶粘剂，使所述金属线与各电极区域硅接触，经固化或退火工艺，形成第一金属化线路，同时实现机械和电气连接各光电转换单元和续流二极管，得到所述光伏电池。

进一步地，所述金属线的主要成分是金属铝。

本发明中，所述烧结工艺对应无机的玻璃粉基绝缘浆料粘结和金属化，烧结温度范围大约在600~900℃。所述退火工艺对应淀积金属实现欧姆接触，退火温度范围大约在200~600℃。所述固化工艺对应有机绝缘胶粘剂交联和金属化，固化温度范围大约在15~200℃。

对应HBC类光伏电池（A），所述光伏电池（A）的制造方法包含有以下步骤：

S_HA1、制备第三区域硅与第一区域硅之间的高低势垒结：

按HBC光伏电池的要求选择衬底硅片，在衬底硅片背面第一区域硅的预设区域通过原位掺杂工艺制备第三区域硅，控制第三区域硅的导电类型与第一区域硅相同且其有效杂质浓度是第一区域硅的5~500倍，第三区域硅的结深为第一区域硅与第二区域硅之间的隔离距离，使第三区域硅与第一区域硅之间形成n⁺n或p⁺p的高低势垒结；

S_HA2、制备续流二极管的pn结：

在沿光电转换单元Z轴的方向上，在第三区域硅上淀积第一i硅层，优选第一i硅层的厚度为1~10nm；

与此同时、之前或之后，在衬底硅片背面第一区域硅的其他区域淀积用于形成光电转换单元的第三i硅层，第三i硅层与第一i硅层兼容性好；

在第一i硅层上面的预设区域淀积第二区域硅，优选第二区域硅的厚度为0.04~1μm，所述第二区域硅的导电类型与第三区域硅互补，形成所述续流二极管pin结构的pn结。所述第二区域硅的有效杂质浓度主要考虑欧姆接触的要求来确定。所述第三区域硅形成所述第一区域硅和第二区域硅之间的隔离，第三区域硅的隔离距离大于最高运行电压下的pn结扩展宽度+100nm；

进一步的，所述第二区域硅的结晶状态（如非晶硅、纳米晶硅、微晶硅或多晶硅）、掺杂浓度，考虑与光电转换单元的工艺相兼容，以简化工艺，降低成本；

在制备第二区域硅的期间、之前或之后，完成在第三i硅层表面制备形成光电转换单元的pin结构的第五区域硅，第五区域硅的导电类型与第二区域硅相同，有效杂质浓度及其分布相同或相近；第五区域硅的导电类型与第一区域硅互补，两者间形成光电转换单元的pin结构，并形成欧姆接触区；

在制备第五区域硅之前或之后完成制备第四区域硅，第四区域硅与第一区域硅导电类型相同，是第一区域硅的欧姆接触区。

线状的第二区域硅、第五区域硅、第四区域硅平行设置，第五区域硅和第四区域硅平行交替设置，形成光电转换单元pn结和所述续流二极管的电极区域硅。

S_HA3、拼接和金属化互连：

S_HA3.1可以分S_HA301、S_HA302两步完成：

S_HA301、拼接各光电转换单元：

将步骤S_HA2所得的两个以上的光电转换单元平铺，Z轴朝向一致，按Y轴方向延伸，顺向接续定位，将有机绝缘胶粘剂施加到各光电转换单元之间，经固化（如通过加热或紫外照射），连接各光电转换单元，得到光伏电池基片；

S_HA302、金属化互连各光电转换单元及续流二极管：

在所述光伏电池基片的各电极区域硅上淀积线路金属材料（如金属或金属浆料），经退火或固化，原位形成第一金属化线路，所述第一金属化线路串联连接各光电转换单元，同时实现所述续流二极管对相关光电转换单元或相关光电转换单元串的保护连接，得到所述光伏电池；

或者，

S_HA3.2、拼接和金属化互连同时完成：

将步骤S_HA2所得的两个以上的光电转换单元平铺，Z轴朝向一致，按Y轴方向延伸，顺向接续定位，其整体与粘附有金属线的承载网膜进行贴合，所述金属线表面附着有胶粘剂，所述金属线的主要成分是金属铝，使所述金属线与各电极区域硅接触，经胶粘剂固化、接触层退火，形成第一金属化线路，同时实现机械和电气连接各光电转换单元和续流二极管，得到所述光伏电池。

对应HBC类光伏电池（B），所述光伏电池（B）的制造方法包含有以下步骤：

S_HB1、制备第三区域硅与第一区域硅之间的高低势垒结：

按HBC类光伏电池的要求选择衬底硅片，在衬底硅片背面第一区域硅的预设区域淀积第二i硅层，淀积厚度优选为1~10nm，之后在衬底硅片背面第二i硅层的预设区域上面淀积0.1~1μm厚度的第三区域硅，第三区域硅的导电类型与第一区域硅相同且其有效杂质浓度是第一区域硅的5~500倍，使第三区域硅与第一区域硅之间形成n⁺n或p⁺p的高低势垒结。

S_HB2、制备续流二极管的pn结：

沿衬底硅片的Z轴方向上，在第三区域硅的上面淀积第一i硅层，优选的淀积厚度1~10nm；

之后在第一i硅层上面淀积第二区域硅，所述第二区域硅的导电类型与第三区域硅互补，形成所述续流二极管pin结构的pn结。第二区域硅淀积厚度优选0.04~1μm。所述第二区域硅的有效杂质浓度及其在Z方向的分布，主要考虑欧姆接触的要求。所述第三区域硅形成所述第一区域硅和第二区域硅之间的隔离，第三区域硅的隔离距离大于最高运行电压下的pn结扩展宽度+100nm。

所述光伏电池（B）的制造方法，可以在步骤S_HB1、S_HB2进行的同时、之前或之后进行：

在淀积第二i硅层或第一i硅层的期间、之前或之后，在衬底硅片背面第一区域硅的其他区域淀积用于形成光电转换单元的第三i硅层；

在淀积第三区域硅的期间、之前或之后，在第三i硅层的预设区域上面，完成制备第四区域硅；

在淀积第二区域硅的期间、之前或之后，在第三i硅层的预设区域上面，完成制备第五区域硅。

以上第二区域硅、第三区域硅、第四区域硅、第五区域硅均为非晶硅或微晶硅、纳米晶硅、多晶硅。

S_HB3、拼接和金属化互连：

S_HB3.1可以分S_HB301、S_HB302两步完成：

S_HB301、拼接各光电转换单元：

将步骤S2所得的两个以上的光电转换单元平铺，Z轴朝向一致，按Y轴方向延伸，顺向接续定位，将有机绝缘胶粘剂施加到各光电转换单元之间，经固化，连接各光电转换单元，得到光伏电池基片；

S_HB302、金属化互连各光电转换单元及续流二极管：

在所述光伏电池基片的各电极区域硅上淀积线路金属材料或金属浆料，经退火或固化，原位形成第一金属化线路，所述第一金属化线路串联连接各光电转换单元，同时实现所述续流二极管对相关光电转换单元或相关光电转换单元串的保护连接，得到所述光伏电池；

或者，

S_HB3.2、一步完成拼接和金属化互连：

将步骤S2所得的两个以上的光电转换单元平铺，Z轴朝向一致，按Y轴方向延伸，顺向接续定位，其整体与粘附有金属线的承载网膜进行贴合，所述金属线表面附着有胶粘剂，使所述金属线与各电极区域硅接触，经胶粘剂固化、接触层退火，形成第一金属化线路，同时实现机械和电气连接各光电转换单元和续流二极管，得到所述光伏电池。进一步地，所述金属线的主要成分是金属铝。

第三方面，本发明提供一种光伏组件，所述光伏组件包含至少一片第一方面所述的光伏电池，或者包含至少一片第二方面所述制造方法制得的光伏电池。

所述光伏组件结构简单，各光伏电池的串联只需顺次连接各所述光伏电池的正、负极焊盘，不再需要现有技术的互连条、无需外接热斑保护续流二极管。所述光伏组件在其相应最大输出功率下的输出电压高于m×1伏特，其中m表示所述光伏组件中的光伏电池数目，m≥1。

若第一金属化线路的主要成分是金属铝，则可以采用超声压焊等方式互连各光伏电池焊盘。

特别地，因为单个光伏电池的输出电压较高，一个光伏电池就可组成一个光伏组件，特别是对于小系统而言，既方便，成本又低。因结构简单，不再赘述或展示。

有益效果：

本发明具有如下有益效果：

借助于在光电转换单元的衬底硅片的第一区域硅和续流二极管pn结之间设置高掺杂浓度的光生少子阻挡区（第三区域硅和第一区域硅间的高低结）反射光生少子的技术手段，且所述续流二极管的pn结区不进入第一区域硅范围内，因此，能够消除续流二极管对光生电流的分流，续流二极管区域无需遮挡，结合将续流二极管设置在光伏电池背部，达到既将续流二极管集成于光电转换单元，又不占用电池受光面积，不引起光生电流分流损失的效果。

本发明还配合设置所述续流二极管的结区呈线状沿Y轴方向延伸，使得：1）与线状分布的XBC类光伏电池光电转换单元的金属化线路系统兼容，便于互连；2）续流二极管导通时横向电阻小，电流和发热分散，降低电流密度，热应力和电应力小；3）第三区域硅反射光生载流子少子的路径短，复合损失小；从而协同提升光伏电池性能。

借助于拼接光电转换单元的技术手段，省去了光电转换单元间的锡钎焊，从而为第一金属化线路采用金属铝代替金属银创造了条件。

在进一步的优选方案中，所述第一金属化线路中的金属主要成分是金属铝，可以充分利用金属铝与硅接触电阻小、与硅及其氧化物结合能高，稳定价廉的优点，减少了贵金属银的消耗。

现有技术不采用金属铝做第一金属化线路，是因为：

① 现有技术需要依赖焊锡钎焊互连各光电转换单元，金属铝不适于焊锡钎焊；②n型硅材料与金属铝形成欧姆接触时，要求其有效杂质浓度达到5×10¹⁹/cm³以上，否则会产生整流接触，而如此高的掺杂浓度，会引进太多的复合中心，使光生载流子复合，降低光电转换效率。

而本发明的优选方案中，① “各拼接的光电转换单元及其集成的续流二极管上设置统一制备的直接与各电极区域硅实现欧姆连接的第一金属化线路”，取代了现有技术焊锡钎焊的互连条，不再需要焊锡钎焊；② 本发明第三区域硅形成的高低结反射光生非平衡少子，按照优选的技术方案以及现有IBC、HBC电池技术，第二区域硅、第四区域硅、第五区域硅等欧姆接触层均置于光电转换单元的背面1μm的范围以内，使得极少在第二区域硅、第四区域硅、第五区域硅产生光生非平衡少子，从而避免了光生非平衡少子在上述区域硅中的复合，因此，即使这些区域的有效杂质浓度较高，也不会降低光伏电池的光电转换效率。因此可以使用金属铝做第一金属化线路。

此外，金属铝做金属化线路还有其独特的优势，金属铝与硅的欧姆接触系数低于金属银与硅的欧姆接触系数。以表面有效杂质浓度8×10¹⁹/cm³的n型硅与金属铝的接触为例，其欧姆接触系数低于现有光伏技术金属银与硅的欧姆接触系数约2个数量级。金属铝做金属化线路，接触可靠、接触电阻低，有利于减少电流的传输损失，有利于提高光电转换效率。

在进一步的优选方案中，由于在所述第三区域硅与第二区域硅之间设置有厚度为1~10nm的第一i硅层，使得第二区域硅可以通过沉积非晶硅的方式形成pin结构的pn结，从而可以在HBC电池上集成续流二极管。

在进一步地优选方案中，由于在所述第一区域硅与所述第三区域硅之间设置有厚度为1~10nm的第二i硅层，同时所述第三区域硅与第二区域硅之间也设置有厚度为1~10nm的第一i硅层，使得第二区域硅和第三区域硅均可通过沉积非晶硅的方式形成pin结构的pn结，从而可以用全低温工艺在HBC电池上集成续流二极管，与HBC类光伏电池工艺兼容性好。

在进一步的优选方案中，高压小电流电池的光电转换单元呈片状长方形，且光电转换单元的pn结的结区呈线状沿所述衬底硅片的短边平行方向延伸，如此可以降低所述金属化线路中的电流密度，降低传导电阻；区域互连金属化线路仅包括第一金属化线路，使得可以省去锡钎焊，扩大金属化线路的材料来源，节省导电金属银，降低电池成本。

在进一步的优选方案中，在串联的相邻光电转换单元之间设置有固化的绝缘胶粘剂或绝缘浆料，使得多个光电转换单元组成一个光伏电池，为采用统一的第一金属化线路创造了条件。

在进一步的优选方案中，所述光伏电池沿Z轴方向依次包括，串联方位排列的各光电转换单元、第一金属化线路、承载网膜，所述第一金属化线路由粘附有胶粘剂的金属线构成，所述金属线表面呈起伏状（例如可以为星状横截面或锯齿形横截面等），以便容胶并有足够的接触点直接与第二、第四、第五区域硅形成接触，所述承载网膜为多孔网状，所述金属线中的主要成分是金属铝。使得电池片具有了一定的可弯曲性，有利于简化应用光伏组件的设计，金属铝是优质廉价的导电材料，有利于降低成本、提高电池性能和稳定性。

本发明的光伏电池组成光伏组件时焊点少，组件系统可靠性高，小系统设计可以实现一个组件只包含一片电池，组件简洁、成本低、可靠性高。

由本发明光伏电池组成的光伏组件，可以实现无续流二极管接线盒，大幅降低接线盒过热风险，大幅降低光伏电站发生火灾的风险。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例1一种集成续流二极管的IBC光伏电池中光电转换单元的结构XOZ剖面示意图。互补的两个光电转换单元组成“基本串对”，其中实线箭头表示光电转换单元电流方向，虚线箭头表示续流二极管续流电流方向。

图2为本发明实施例2一种集成续流二极管的HBC光伏电池中光电转换单元的结构XOZ剖面示意图。互补的两个光电转换单元组成“基本串对”，其中实线箭头表示光电转换单元电流方向，虚线箭头表示续流二极管续流电流方向。

图3为本发明实施例3一种集成续流二极管的HBC光伏电池中光电转换单元的结构XOZ剖面示意图。互补的两个光电转换单元组成“基本串对”。

图4为各光电转换单元“基本串对”间的等效电气连接示意图。

图5为各光电转换单元“串对”的等效电气连接示意图。其中（u+1)个光电转换单元由第二续流二极管续流保护；（v+1)个光电转换单元由第一续流二极管续流保护。u，v均为自然数。

图6为各光电转换单元“基本串对”的连接XOY背面连接示意图。

图7为各光电转换单元“串对”的连接XOY背面连接示意图，其中v=6，u=0（参见图5）。

图8为本发明一种集成续流二极管的光伏电池结构中两光电转换单元间连接接头YOZ示意图。

图9为第一金属化线路由粘附有胶粘剂的金属线和承载网膜构成时的XOZ结构示意图。

图10为本发明一种集成续流二极管的光伏组件中电池连接组的结构示意图。

图标：100-集成续流二极管的IBC光伏电池；200A-集成续流二极管的A类HBC光伏电池；200B-集成续流二极管的B类HBC光伏电池；01- p衬底光电转换单元；11- 第一（p）区域硅；12-第二（n⁺）区域硅；13- 第三（p⁺）区域硅；14-第四（p⁺）区域硅；15-第五（n⁺）区域硅；16-第一i硅层；17-第二i硅层，18-第三i硅层，19-第一光电转换单元pn结；02- n衬底光电转换单元；21- 第一（n）区域硅；22- 第二（p⁺）区域硅；23-第三（n⁺）区域硅；24-第四（n⁺）区域硅；25-第五（p⁺）区域硅；29-第二光电转换单元pn结；03-第一金属化线路；31-主电路通路；32-续流通路；33-负极端子；34-正极端子；35-金属线；36-导电胶粘剂；37-绝缘层；04-承载网膜；05-绝缘胶粘剂；06-连接导体；71-第一续流二极管；72-第二续流二极管。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

注意：以下各实施例均为可达成方案。

实施例1

如图1、图4、图5、图6、图7和图8所示，本发明实施例提供了一种集成续流二极管的IBC光伏电池100的结构，包括一片以上的p衬底光电转换单元01和一片以上的n衬底光电转换单元02，衬底材料（或称衬底硅片）是单晶硅。

以下仅以其中的n衬底光电转换单元02为例进行说明，互补的p衬底光电转换单元01原理和结构亦然。

n衬底光电转换单元02，包含有第二光电转换单元pn结29，和在n衬底光电转换单元02上集成的第二续流二极管72。

第二光电转换单元pn结29位于n衬底光电转换单元02的背面，由第一（n）区域硅21、第四（n⁺）区域硅24、第五（p⁺）区域硅25组成；第二续流二极管72包括第二（p⁺）区域硅22，与第二（p⁺）区域硅22导电类型互补的第三（n⁺）区域硅23、第一（n）区域硅21，第一（n）区域硅21通过第四（n⁺）区域硅24欧姆接触引出。

第二续流二极管72的正极由第二（p⁺）区域硅22引出并通过续流通路32电连接至p衬底光电转换单元01的负极第五（n⁺）区域硅15；第二续流二极管72的负极由第四（n⁺）区域硅24引出并通过主电路通路31电连接至p衬底光电转换单元01的正极第四（p⁺）区域硅14。

第二（p⁺）区域硅22设置在n衬底光电转换单元02的背面，在第一（n）区域硅21和第二（p⁺）区域硅22之间，设置有与第一（n）区域硅21导电类型相同的、有效杂质浓度比第一（n）区域硅21有效杂质浓度高出约167倍的、形成光生少子电子阻挡区的第三（n⁺）区域硅23。

所含任一续流二极管的反向偏压在0 ~ 0.6V时，续流二极管的pn结结区均处于对应第二区域硅和对应第三区域硅的所在区域范围内。

本实施例中的各区域硅层是单晶硅。

本实施例中，n衬底光电转换单元02和p衬底光电转换单元01呈片状长方形，尺寸均为：X轴方向长182mm，Y轴方向宽91mm，厚120μm；

本实施例中，形成第二续流二极管72 pn结的第三（n⁺）区域硅23、第二（p⁺）区域硅22，呈线状沿Y轴方向延伸，第三（n⁺）区域硅23在X方向宽度为200μm，在Y方向长度91mm，其区域长宽比为455，第二（p⁺）区域硅22居中位于第三区域硅中，周边距第一区域硅≥2μm。第二续流二极管72的续流电流面密度约40A/cm²，线密度约0.8A/cm，续流电流的方向，如图1中续流通路32所示，此电流密度结合线状结区设计，不会引起光电转换单元的局部过热。为进一步降低电流密度，提高成品率，必要时可以在同一衬底光电转换单元上分设两条并联且优选不紧邻的第二续流二极管72。

如图1、图4和图5所示，本实施例集成续流二极管的IBC光伏电池100 的正常输出电流路径为，由负极端子33，经 p衬底光电转换单元01、主电路通路31、 n衬底光电转换单元02，到达正极端子34。

本实施例集成续流二极管的IBC光伏电池100 的输出电压是所有串联的p衬底光电转换单元01与 n衬底光电转换单元02输出电压的总和。

本实施例的制备方法：

S1、制备第三（n⁺）区域硅23与第一（n）区域硅21间的高低势垒结：

按IBC光伏电池的技术要求选择衬底硅片，本实施例第一（n）区域硅21的有效杂质浓度为6×10¹⁴/cm³，在衬底硅片背面第一（n）区域硅21的预设区域通过掺杂工艺制备第三（n⁺）区域硅23，控制第三（n⁺）区域硅23有效杂质浓度为1×10¹⁷/cm³，使第三（n⁺）区域硅23与第一（n）区域硅21之间形成n⁺n的高低势垒结，结深1.2μm。本实施例设计续流二极管反向击穿电压为20伏，对不超过15片11伏的光电转换单元串进行续流保护；

在制备第三（n⁺）区域硅23之后，以现有IBC电池技术完成制备第四（n⁺）区域硅24，第四（n⁺）区域硅24与第三（n⁺）区域硅23的导电类型相同，第四（n⁺）区域硅24表面有效杂质浓度8×10¹⁹/cm³、结深0.3μm。

S2、制备第二续流二极管72的pn结：

在Z轴方向上，在第三（n⁺）区域硅23上通过掺杂工艺制备第二（p⁺）区域硅22，控制第二（p⁺）区域硅22表面有效杂质浓度为8×10¹⁸/cm³，第二（p⁺）区域硅22的结深0.3μm，使第二（p⁺）区域硅22与第三（n⁺）区域硅23形成第二续流二极管72的pn结，设计反向击穿电压约20V；

在制备第二（p⁺）区域硅22的之前或稍后，完成制备形成n衬底光电转换单元02的pn结的第五（p⁺）区域硅25，形成n衬底光电转换单元02的pn结。本实施例第五（p⁺）区域硅25的导电类型、掺杂浓度与第二（p⁺）区域硅22相同，结深与第二（p⁺）区域硅22的结深相协调。

S3、拼接各光电转换单元，互连各光电转换单元的电极区域硅：

本发明附图提供了光电转换单元之间的串联方法和各续流二极管的连接方法，其电原理图见图5：

一个集成有第一续流二极管71的p衬底光电转换单元01与u个光电转换单元串联组成“串A”，一个集成有第二续流二极管72的n衬底光电转换单元02与v个光电转换单元串联组成“串B”，其中：u=0、1、2、3等自然数，v=0、1、2、3等自然数。所述串A和串B串联如图5，并且p衬底光电转换单元01的第一续流二极管71对串B形成续流保护，同时n衬底光电转换单元02的第二续流二极管72对串A形成续流保护，所述串A和串B形成“串对”。

当u和v都为“0”时，图5变成图4的左半边或右半边，一个p衬底光电转换单元01和一个互补的n衬底光电转换单元02串联和互补续流组成一个“基本串对”，若干个串对或基本串对串联组成一个集成续流二极管的IBC光伏电池100。图6是一个基本串对的金属化连接图形的示意图，其中u=0，v=0；图7是一个串对的金属化连接图形的示意图，其中u=0，v=6。

S3分S301、S302两步完成：

S301、拼接各光电转换单元：

将步骤S2所得的p衬底光电转换单元01和n衬底光电转换单元02，以“基本串对”为组，按图6、图8所示，Z轴朝向一致，Y轴方向延伸，顺向接续定位至预设组数，将绝缘胶粘剂05（工作耐热温度550℃以上的玻璃粉基绝缘浆料）施加到p衬底光电转换单元01和n衬底光电转换单元02之间，经烧结或固化，拼接各光电转换单元，得到由若干个“基本串对”组成的集成续流二极管的IBC光伏电池100的基片（图1示出其中一个“基本串对”的情况）；

或者，如图7所示，以“串对”为单位的集成续流二极管的IBC光伏电池100，其摆放位置和绝缘胶粘剂05（玻璃粉基绝缘浆料）的添加位置如图7，经烧结或固化，拼接各光电转换单元，得到由一个“串对”组成的一片集成续流二极管的IBC光伏电池100的基片。图中所示为u=0，v=6的情况；

S302、金属化互连各光电转换单元及各续流二极管：

在所述光伏电池基片的第二（n⁺）区域硅12、第二（p⁺）区域硅22、第四（p⁺）区域硅14、第四（n⁺）区域硅24、第五（n⁺）区域硅15、第五（p⁺）区域硅25上磁控溅射金属铝，经550℃退火，形成与光伏电池电极区域硅的欧姆接触，原位形成第一金属化线路03，实现串联连接各光电转换单元，实现续流二极管对相关光电转换单元或相关光电转换单元串的保护连接、同时形成外接电路的负极端子33、正极端子34，得到集成续流二极管的IBC光伏电池100。

本实施例的有益效果：

第一，由于第三区域硅和第二区域硅均处于光电转换单元的背表面2.5μm结深的范围内，仅相当于衬底光电转换单元厚度的2%左右，因此，绝大部分的光能均被第一区域硅吸收，产生光生非平衡少子。产生于第一区域硅的非平衡少子向光电转换单元的结区扩散，遇到第三区域硅和第一区域硅间的非平衡少子的势垒，反射到衬底光电转换单元的pn结结区，分离输出至外电路，因此，避免了光生非平衡少子的损失，所述续流二极管设置在所述光伏电池背部，正面又无需遮光，因此不占用光伏电池受光面积。

第二，将所述续流二极管的结区设置为长宽比为455的线状，使得：

线状分布的第三区域硅有利于反射第一区域硅中产生的非平衡少子，缩短非平衡少子到光电转换单元pn结的运动距离；

有利于与光电转换单元的电极区域硅互连；

有利于降低续流二极管的导通电阻、热应力和电应力。

第三，电池光电转换单元呈片状长方形且光电转换单元的pn结呈线状沿Y轴方向延伸，使得可以采用更小截面的第一金属化线路，节省导电金属。

第四，本实施例由于采用了集成的光伏电池结构，电池片间的锡钎焊不再是不可缺少的工艺，因此，本实施例可采用金属铝代替金属银互连各光电转换单元和续流二极管，大大减少了贵金属银的消耗，节约资源，降低电池制造成本。

第五，所述制作方法与IBC电池工艺相兼容。

实施例2

如图2、图4、图5、图6、图7和图8所示，本发明实施例提供了一种集成续流二极管的A类HBC光伏电池200A的结构，一片以上的p衬底光电转换单元01和一片以上的n衬底光电转换单元02，衬底材料（或称衬底硅片）是单晶硅。

以下以其中的p衬底光电转换单元01为例进行说明，互补的n衬底光电转换单元02原理和结构亦然。

p衬底光电转换单元01，包含有第一光电转换单元pn结19和在p衬底光电转换单元01上集成的第一续流二极管71。

第一光电转换单元pn结19位于p衬底光电转换单元01的背面，由第一（p）区域硅11、第四（p⁺）区域硅14、第五（n⁺）区域硅15组成；

第一续流二极管71包括第二（n⁺）区域硅12、第一i硅层16、第三（p⁺）区域硅13、第一（p）区域硅11，第一（p）区域硅11通过第四（p⁺）区域硅14欧姆接触引出。

如图2和图4所示，第一续流二极管71的负极由第二（n⁺）区域硅12引出并通过续流通路32电连接至n衬底光电转换单元02的正极第五（p⁺）区域硅25；第一续流二极管71的正极由第四（p⁺）区域硅14引出并通过主电路通路31电连接至n衬底光电转换单元02的负极第四（n⁺）区域硅24。

第二（n+）区域硅12设置在p衬底光电转换单元01的背面，在第一（p）区域硅11和第二（n+）区域硅12之间，设置有与第一（p）区域硅11导电类型相同的、有效杂质浓度比第一（p）区域硅11有效杂质浓度高出约14倍的、形成光生少子电子阻挡区的第三（p+）区域硅13。

本实施例中，在第三（p+）区域硅13与第二（n+）区域硅12之间设置有厚度为3nm的第一i硅层16，形成pin结构的pn结；

本实施例中，p衬底光电转换单元01和n衬底光电转换单元02呈长方形，尺寸均为：X轴方向长210mm，Y轴方向宽70mm，厚120μm，第三（p⁺）区域硅13、第二（n⁺）区域硅12，呈线状沿Y轴方向延伸，第三（p⁺）区域硅13在X方向的宽度为0.2mm，在Y方向的长度70mm，其区域长宽比为350，第二（n⁺）区域硅12位于第三（p⁺）区域硅13之上，居中，周边距第一（p）区域硅≥2μm。第一续流二极管71续流面电流密度约45A/cm²，或线电流密度约0.9A/cm，续流电流方向，如图2、图4中续流通路32所示。

本实施例中，p衬底光电转换单元01的第一（p）区域硅11与第四（p⁺）区域硅14之间、第一（p）区域硅11与第五（n⁺）区域硅15之间均设有厚度3nm的第三i硅层18；

本实施例中，第三（p⁺）区域硅13采用原位掺杂工艺，第二（n⁺）区域硅12采用淀积工艺形成，第三（p⁺）区域硅13在Z轴方向的结深（也即厚度或深度）为0.5μm，第二（n⁺）区域硅12在Z轴方向的淀积厚度为0.4μm。

如图2、图4和图5所示，本实施例的集成续流二极管的A类HBC光伏电池200A 的正常输出电流方向为，由负极端子33，经 p衬底光电转换单元01、主电路通路31、n衬底光电转换单元02，到达正极端子34。

本实施例的集成续流二极管的A类HBC光伏电池200A 的输出电压是所有串联的p衬底光电转换单元01与 n衬底光电转换单元02输出电压的总和。

本实施例的制备方法：

S1、制备第三（p⁺）区域硅13与第一（p）区域硅11之间的高低势垒结：

按HBC光伏电池的要求选择衬底硅片，第一（p）区域硅11的有效杂质浓度为5×10¹⁵/cm³，在衬底硅片背面第一（p）区域硅11的预设区域通过原位掺杂的工艺形成第三（p⁺）区域硅13，控制第三（p⁺）区域硅13有效杂质浓度为7×10¹⁶/cm³，结深1μm，使第三（p⁺）区域硅13与第一（p）区域硅11之间形成p⁺p高低势垒结，本实施例续流二极管设计击穿电压11V，为5片输出电压约4V的光电转换单元串提供续流保护。

S2、制备续流二极管的pn结：

沿衬底硅片的Z轴方向，在第三（p⁺）区域硅13上淀积第一i硅层16，淀积厚度3nm，同时在衬底硅片背面第一（p）区域硅11的光电转换pn结区域淀积用于形成p衬底光电转换单元01的第三i硅层18，淀积厚度3nm；

沿Z轴方向，在第一i硅层16上面淀积第二（n⁺）区域硅12，其厚度0.4μm，有效杂质浓度8×10¹⁹/cm³，形成第一续流二极管71 pin结构的pn结，其中，第三（p⁺）区域硅13形成第一（p）区域硅11和第二（n⁺）区域硅12之间的隔离。第二（n⁺）区域硅12的结晶状态、与光电转换单元工艺兼容性调整等，按照现有技术设计方法设计。

在制备第二（n⁺）区域硅12的同时，完成制备形成光电转换单元的pin结构的第五（n⁺）区域硅15。第五（n⁺）区域硅15的导电类型、有效杂质浓度与第二（p⁺）区域硅22相同，依现有技术控制制备。

在此之前或之后制备完成形成p衬底光电转换单元01衬底欧姆接触的第四（p⁺）区域硅14，第四（p⁺）区域硅14与第一区域硅导电类型相同，有效杂质浓度为1×10¹⁹/cm³。

线状的第五（n⁺）区域硅15和第四（p⁺）区域硅14平行交替设置，形成p衬底光电转换单元01的载流子pn结的电极区域。

该步骤与实施例1基本相同，不同之处在于，①绝缘胶粘剂05是有机绝缘胶粘剂，通过180℃以下高温加热或UV快速固化。②磁控溅射金属铝，退火温度为120℃，原位形成第一金属化线路03。相同之处不再赘述。

经拼接各光电转换单元，得到集成续流二极管的A类HBC光伏电池200A的基片；

本实施例图4~图8提供的光电转换单元之间的串联方法和续流二极管的连接方法，与实施例1相同，不赘述。

本实施例的有益效果：

第一，与实施例1第一、二、三、四项有益效果相同；

第二，所述制作方法的低温工艺与HBC电池工艺相兼容。

实施例3

如图3、图4、图5、图6、图7和图8所示，本发明实施例提供了一种集成续流二极管的B类HBC光伏电池200B的结构，包括一对以上导电类型互补的光电转换单元，衬底材料是单晶硅。

以下以n衬底光电转换单元02为例进行说明，互补的p衬底光电转换单元01原理亦然。

n衬底光电转换单元02，包含有n衬底光电转换单元02的pin结构的pn结和在n衬底光电转换单元02上集成的第二续流二极管72。

第二光电转换单元pn结29位于n衬底光电转换单元02的背面，由第一（n）区域硅21、第四（n⁺）区域硅24、第五（p⁺）区域硅25组成；

第二续流二极管72包括第二（p⁺）区域硅22、第一i硅层16、第三（n⁺）区域硅23、第二i硅层17、第一（n）区域硅21，第一（n）区域硅21通过第四（n⁺）区域硅24欧姆接触引出。

如图3和图4所示，第二续流二极管72的正极由第二（p⁺）区域硅22引出并通过续流通路32电连接至p衬底光电转换单元01的负极：第五（n⁺）区域硅15；第二续流二极管72的负极由第四（n⁺）区域硅24引出并通过主电路通路31电连接至p衬底光电转换单元01的正极第四（p⁺）区域硅14。

第二（p⁺）区域硅22设置在n衬底光电转换单元02的背面，在第一（n）区域硅21和第二（p⁺）区域硅22之间，设置有与第一（n）区域硅21导电类型相同的、有效杂质浓度比第一（n）区域硅21有效杂质浓度高200倍，形成光生少子空穴阻挡区的第三（n⁺）区域硅23；

本实施例中，在第三（n⁺）区域硅23与第一（n）区域硅21之间设置有厚度为3nm的第二i硅层17形成nin⁺结构的n⁺n高低结；在第二（p⁺）区域硅22与第三（n⁺）区域硅23之间设置有厚度为3nm的第一i硅层16，形成pin结构的pn结；

本实施例中，p衬底光电转换单元01和n衬底光电转换单元02呈片状长方形，X轴方向长91mm，Y轴方向宽91mm，厚100μm，第三（n⁺）区域硅23、第二（p⁺）区域硅22，呈线状沿Y轴方向延伸，第三（n⁺）区域硅23的宽度为0.5mm，长度91mm，其区域长宽比为182。第二续流二极管72的pn结电流面密度约8A/cm²或线密度0.4A/cm，由续流通路32沟通续流电流。

如图3、图4所示，本实施例的集成续流二极管的B类HBC光伏电池200B的正常输出电流方向为，由负极端子33，经 p衬底光电转换单元01、主电路通路31、 n衬底光电转换单元02，到达正极端子34。

本实施例的集成续流二极管的B类HBC光伏电池200B的输出电压是串联的p衬底光电转换单元01与n衬底光电转换单元02输出电压之和。

本实施例的制备方法：

S1、制备第三（n⁺）区域硅23与第一（n）区域硅21之间的高低势垒结：

按HBC光伏电池的要求选择衬底硅片，第一（n）区域硅21的有效杂质浓度为1×10¹⁵/cm³，在衬底硅片背面Z轴方向，在第一（n）区域硅21的表面淀积厚度3nm的第二i硅层17，在第二i硅层17上方淀积第三（n⁺）区域硅23，第三（n⁺）区域硅23的有效杂质浓度为2×10¹⁷/cm³，厚度0.4μm，使第三（n⁺）区域硅23与第一（n）区域硅21之间形成n⁺in结构的n⁺n高低势垒结。本实施例续流二极管设计击穿电压8V，可为单一光电转换单元提供续流保护；

S2、制备续流二极管的pn结：

沿衬底硅片的Z轴方向，在第三（n⁺）区域硅23上淀积厚度3nm的第一i硅层16，同时在衬底硅片背面的光电转换区域淀积用于形成n衬底光电转换单元02的第三i硅层18，淀积厚度3nm；

沿Z轴方向，在第一i硅层16上面淀积第二（p⁺）区域硅22，厚度0.4μm，有效杂质浓度1×10¹⁹/cm³，形成第二续流二极管72的pn结，其中，第三（n⁺）区域硅23形成第一（n）区域硅21和第二（p⁺）区域硅22之间的隔离，隔离距离为0.4μm。所述第二（p⁺）区域硅22的结晶状态、掺杂浓度考虑与光电转换单元工艺的兼容，按照现有技术非晶（或纳米晶、微晶、多晶）硅/单晶硅pin二极管的设计方法设计，不赘述；

在制备第二（p⁺）区域硅22的同时，完成制备形成光电转换单元的pin结的第五（p⁺）区域硅25，第五（p⁺）区域硅25的导电类型、掺杂浓度与第二（p⁺）区域硅22相同；

之后制备完成形成n衬底光电转换单元02衬底欧姆接触的nin⁺结构的第四（n⁺）区域硅24，第四（n⁺）区域硅24与第一区域硅导电类型相同，有效杂质浓度8×10¹⁹/cm³，线状的第五（p⁺）区域硅25和第四（n⁺）区域硅24平行交替设置，形成n衬底光电转换单元02的pn结的电极区域；

S3、连接各光电转换单元，形成各光电转换单元电极区域硅互连，具体包括：

参照实施例1，将步骤S2所得的一片p衬底光电转换单元01和一片n衬底光电转换单元02平铺，Z轴朝向一致，按Y轴方向延伸，顺向接续定位排列，亦可将多个集成续流二极管的B类HBC光伏电池200B按预设数量和顺序排列，以粘附有星状横截面的金属线35的承载网膜04，贴合到顺续定位排列的p衬底光电转换单元01和n衬底光电转换单元02之上。如图9所示，其中金属线35组成的第一金属化线路03与各光电转换单元的电极区域硅相对应，在金属线35的表面附着有导电胶粘剂36。经施压、加热或紫外辐照，使导电胶粘剂36固化，在金属线35组成的第一金属化线路03与各光电转换单元的电极区域硅间形成欧姆接触，在电池基片表面形成第一金属化线路03，得到集成续流二极管的B类HBC光伏电池200B或其阵列组合。

本实施例的有益效果是：

第一，与实施例2第一、二项有益效果相同；

第二，由于各光电转换单元间借助承载网膜04和金属线35实现机械连接，因此光伏电池应力较小，光伏电池和由光伏电池组装的光伏组件均具有一定的可弯曲性，便于制备各种非完全平面的光伏组件，增加光伏组件外观设计的灵活性。例如，利用光伏组件一定程度的可弯曲行，可以设计弧形外观的光伏组件，有利于增加组件强度、减少支撑材料、利于排水除尘、增加组件美感；

第三，承载网膜04具有适当的网孔，有助于消除材料匹配应力，便于组装胶膜的渗透流动和排出气体，工艺性好；

第四，金属线35采用以金属铝为主的材料，铝与硅及其氧化物材料的结合能高、易于形成欧姆接触、金属连续、传导电阻小、成本较低。

应用例

如图10所示，本发明提供了一种包含有集成续流二极管的光伏电池的光伏组件，包含至少一片实施例1、实施例2或实施例3所得的光伏电池，每个光伏电池均包含两个以上光电转换单元，每个所述光伏电池的输出电压V_U= ∑v，其中v是每个光电转换单元的输出电压。

多片光伏电池通过电池片间的连接导体06串联，连接导体06采用超声压焊（适于金属铝）、有机导电浆料固化粘接（适于各种导电金属）、低温焊锡钎焊（适于湿润性较好电极金属的IBC类电池）等现有技术中的任一种形成，连接（粘接）点周边设置有绝缘层37，其为现有技术，不赘述。

本应用例的有益效果：

第一，为本发明集成续流二极管的光伏电池提供了一种封装为光伏组件的方法；

第二，所述光伏组件无需外接热斑保护续流二极管；所述光伏组件在其相应最大输出功率下的输出电压等于串联各光伏电池的输出电压之和；

第三，所述光伏组件结构简单，各光伏电池的串联只需顺次连接各光伏电池的正、负极焊盘即可。特别地，因为单个电池的输出电压较高，一个电池就可组成一个光伏组件，特别复杂的光伏系统可采用，比如光伏瓦片。

综上，本发明提供的技术方案具有显著的成本优势和降本潜力，对产业的发展具有重要意义。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种光伏电池，包括pn结型光电转换单元和在所述光电转换单元上集成的续流二极管；所述光电转换单元的pn结位于所述光电转换单元的背面，并由第一区域硅和交替排布在第一区域硅上的第四区域硅、第五区域硅组成；所述续流二极管包括第一区域硅、与所述第一区域硅导电类型互补的第二区域硅，所述第一区域硅和所述第二区域硅形成所述续流二极管的pn结，其特征在于，在所述第一区域硅和所述第二区域硅之间设置有与所述第一区域硅导电类型相同、有效杂质浓度是所述第一区域硅有效杂质浓度5~500倍的高掺杂浓度的光生少子阻挡区的第三区域硅；且所述续流二极管的反向偏压在0 ~ 0.6V时，续流二极管的pn结结区处于所述第二区域硅和所述第三区域硅的所在区域范围内；所述光电转换单元的pn结和所述续流二极管的pn结的结区呈线状沿背面的Y轴方向延伸，平行且相间隔地沿背面的X轴方向布置。

2.根据权利要求1所述的光伏电池，其特征在于，所述第三区域硅与第二区域硅之间设置有厚度为1~10nm的第一i硅层，形成pin结构；

或者，所述第一区域硅与所述第三区域硅之间设置有厚度为1~10nm的第二i硅层，同时所述第三区域硅与第二区域硅之间设置有厚度为1~10nm的第一i硅层，形成pin结构。

3.根据权利要求1所述的光伏电池，其特征在于，所述光电转换单元具有如下至少一种特征：

特征1、所述第三区域硅和所述第二区域硅均处于所述光电转换单元的背面，呈线状沿背面的Y轴方向延伸，且其长宽比均为40~1000；

特征2、所述第三区域硅形成所述第一区域硅和第二区域硅之间的隔离，隔离距离为0.1~2μm；

特征3、所述第二区域硅在Z轴方向的厚度为0.04~1μm。

4.根据权利要求1所述的光伏电池，其特征在于，所述光伏电池包括2个以上光电转换单元，所述2个以上光电转换单元处于同一平面且Z轴朝向一致，并按Y轴方向延伸、顺向接续相拼接，各拼接的光电转换单元串联连接，且至少有1个光电转换单元及其集成的续流二极管的第一区域硅的导电类型与相邻的光电转换单元及其集成的续流二极管的第一区域硅的导电类型互补；

所述光伏电池还包括均处于所述光电转换单元背面的区域互连金属化线路，各拼接的光电转换单元及其集成的续流二极管上设置统一制备的直接与各电极区域硅实现欧姆连接的第一金属化线路，在第一金属化线路与各电极区域硅间没有其他并行的金属线路。

5.根据权利要求4所述的光伏电池，其特征在于，所述第一金属化线路中的金属主要成分是金属铝。

6.根据权利要求4所述的光伏电池，其特征在于，所述光伏电池还具有至少以下一种结构：

结构一、串联的相邻光电转换单元之间设置有固化的绝缘胶粘剂或绝缘浆料；

结构二、所述光伏电池沿Z轴方向依次包括，串联方位排列的各光电转换单元、第一金属化线路、承载网膜，所述第一金属化线路由粘附有胶粘剂的金属线构成，所述金属线的表面呈起伏状，导电横截面最大横径为10-800μm；所述承载网膜为多孔网状，所述金属线中的主要成分是金属铝；

结构三、所述光电转换单元呈片状长方形，所述长方形的短边与Y轴方向相平行。

7.一种光伏电池的制造方法，所述光伏电池包括光电转换单元、集成在光电转换单元背面的续流二极管以及区域互连金属化线路，其特征在于，所述光伏电池的制造方法包含有以下步骤：

S1、制备第三区域硅与第一区域硅之间的高低势垒结：

按光伏电池的要求选择衬底硅片，在衬底硅片背面第一区域硅的预设区域通过掺杂工艺制备第三区域硅，第三区域硅的导电类型与第一区域硅相同且其有效杂质浓度是第一区域硅的5~500倍，第三区域硅的结深为第一区域硅和第二区域硅之间的隔离距离与第二区域硅预设结深之和，在第三区域硅与第一区域硅之间形成n⁺n或p⁺p的高低势垒结；

在此期间、之前或之后，依现有IBC硅光伏电池制备技术，完成制备形成光电转换单元的pn结的第四区域硅，第四区域硅与第三区域硅导电类型相同；

S2、制备续流二极管的pn结：

在沿光电转换单元的Z轴方向上，在第三区域硅上通过掺杂工艺制备结深为0.04~1μm的第二区域硅，使第二区域硅的导电类型与第三区域硅互补，形成所述续流二极管的pn结，其中，所述第三区域硅形成所述第一区域硅和第二区域硅之间的隔离且该隔离的距离大于最高运行电压下的续流二极管的pn结结区扩展宽度；

在此期间、之前或之后，依现有IBC电池制备技术，完成制备形成光电转换单元的pn结的第五区域硅，第五区域硅的导电类型与第一区域硅互补，两者间形成光电转换单元的pn结；

S3、拼接和金属化互连：

S3.1分S301、S302两步完成；

S301、拼接各光电转换单元：

将步骤S2所得的两个以上的光电转换单元平铺且使其Z轴朝向一致，并按Y轴方向延伸、顺向接续定位，将玻璃粉基绝缘浆料施加到各光电转换单元之间，经烧结，连接各光电转换单元，得到光伏电池基片；

S302、金属化互连各光电转换单元及续流二极管：

在所述光伏电池基片的各电极区域硅上淀积线路金属材料，经烧结、退火或固化，原位形成第一金属化线路，所述第一金属化线路串联连接各光电转换单元，同时实现所述续流二极管对相关光电转换单元或相关光电转换单元串的保护连接，得到所述光伏电池；

或者，

S3.2、一步完成拼接和金属化互连：

将步骤S2所得的两个以上的光电转换单元平铺且使其Z轴朝向一致，并按Y轴方向延伸，顺向接续定位，其整体与粘附有金属线的承载网膜进行贴合，所述金属线表面附着有胶粘剂，使所述金属线与各电极区域硅接触，经胶粘剂固化，形成第一金属化线路，同时实现机械和电气连接各光电转换单元和续流二极管，得到所述光伏电池。

8.一种光伏电池的制造方法，所述光伏电池包括光电转换单元、集成在光电转换单元背面的续流二极管以及区域互连金属化线路，其特征在于，所述光伏电池的制造方法包含有以下步骤：

S1、制备第三区域硅与第一区域硅之间的高低势垒结：

按光伏电池的要求选择衬底硅片，在衬底硅片背面第一区域硅的预设区域通过掺杂工艺制备第三区域硅，控制第三区域硅的导电类型与第一区域硅相同且其有效杂质浓度是第一区域硅的5~500倍，第三区域硅的结深为第一区域硅与第二区域硅之间的隔离距离，在第三区域硅与第一区域硅之间形成n⁺n或p⁺p的高低势垒结；

S2、制备续流二极管pn结：

在沿光电转换单元Z轴的方向上，在第三区域硅上淀积第一i硅层；在此期间、之前或之后，在衬底硅片背面第一区域硅的其他区域淀积用于形成光电转换单元的第三i硅层；

在第一i硅层上面的预设区域淀积第二区域硅，所述第二区域硅的导电类型与第三区域硅互补，形成续流二极管pin结构的pn结，第二区域硅的淀积厚度为0.04~1μm；

在制备第二区域硅的期间、之前或之后，完成在第三i硅层表面制备形成光电转换单元的pin结构的第五区域硅，第五区域硅的导电类型与第一区域硅互补，两者间形成光电转换单元的pin结构的pn结，且形成欧姆接触区；

在制备第五区域硅之后或之前，完成制备第四区域硅，第四区域硅与第一区域硅导电类型相同，是第一区域硅的欧姆接触区；

第二区域硅与第五区域硅、第四区域硅平行设置，第五区域硅和第四区域硅平行交替设置，组成光电转换单元的pin结构的pn结和所述续流二极管的电极区域硅；

S3、拼接和金属化互连：

S3.1分S301、S302两步完成；

S301、拼接各光电转换单元：

将步骤S2所得的两个以上的光电转换单元平铺，且使其Z轴朝向一致，并按Y轴方向延伸，顺向接续定位，将有机绝缘胶粘剂施加到各光电转换单元之间，经固化，连接各光电转换单元，得到光伏电池基片；

S302、金属化互连各光电转换单元及续流二极管：

在所述光伏电池基片的各电极区域硅上淀积线路金属材料，经退火或固化，原位形成第一金属化线路，所述第一金属化线路串联连接各光电转换单元，同时实现所述续流二极管对相关光电转换单元或相关光电转换单元串的保护连接，得到所述光伏电池；

或者，

S3.2、一步完成拼接和金属化互连：

将步骤S2所得的两个以上的光电转换单元平铺且使其Z轴朝向一致，并按Y轴方向延伸，顺向接续定位，其整体与粘附有金属线的承载网膜进行贴合，所述金属线表面附着有胶粘剂，使所述金属线与各电极区域硅接触，经胶粘剂固化、接触层退火，形成第一金属化线路，同时实现机械和电气连接各光电转换单元和续流二极管，得到所述光伏电池。

9.一种光伏电池的制造方法，所述光伏电池包括光电转换单元、集成在光电转换单元背面的续流二极管以及区域互连金属化线路，其特征在于，所述光伏电池的制造方法包含有以下步骤：

S1、制备第三区域硅与第一区域硅之间的高低势垒结：

按光伏电池的要求选择衬底硅片，在衬底硅片背面第一区域硅的预设区域淀积1~10nm厚度的第二i硅层，之后在第二i硅层的预设区域上面淀积0.1~1μm厚度的第三区域硅，第三区域硅的导电类型与第一区域硅相同且其有效杂质浓度是第一区域硅的5~500倍，使第三区域硅与第一区域硅之间形成n⁺n或p⁺p结构的高低势垒结；

S2、制备续流二极管的pn结：

在沿光电转换单元的Z轴方向上，在第三区域硅的上面淀积1~10nm厚度的第一i硅层，在第一i硅层上面淀积厚度为0.04~1μm的第二区域硅，所述第二区域硅的导电类型与第三区域硅互补，形成所述续流二极管的pin结构的pn结；

并在步骤S1、S2进行的同时、之前或之后进行：

在淀积第二区域硅的期间、之前或之后，在第三i硅层的预设区域上面，完成制备第五区域硅；

S3、拼接和金属化互连：

S3.1分S301、S302两步完成；

S301、拼接各光电转换单元：

将步骤S2所得的两个以上的光电转换单元平铺且使其Z轴朝向一致，并按Y轴方向延伸，顺向接续定位，将有机绝缘胶粘剂施加到各光电转换单元之间，经固化，连接各光电转换单元，得到光伏电池基片；

S302、金属化互连各光电转换单元及续流二极管：

或者，

S3.2、一步完成拼接和金属化互连：

将步骤S2所得的两个以上的光电转换单元平铺且使其Z轴朝向一致，并按Y轴方向延伸，顺向接续定位，其整体与粘附有金属线的承载网膜进行贴合，所述金属线表面附着有胶粘剂，使所述金属线与各电极区域硅接触，经胶粘剂固化接触层退火，形成第一金属化线路，同时实现机械和电气连接各光电转换单元和续流二极管，得到所述光伏电池。

10.一种光伏组件，其特征在于，所述光伏组件包含至少一片如权利要求1~6中任一项所述的光伏电池，或者包含至少一片如权利要求7~9中任一项所述的光伏电池的制造方法制得的光伏电池；所述光伏组件无需外接热斑保护续流二极管；所述光伏组件在其相应最大输出功率下的输出电压高于m×1伏特，其中m表示所述光伏组件中的光伏电池数目，m≥1。