CN202221765U

CN202221765U - 一种硅太阳能电池背场电极结构

Info

Publication number: CN202221765U
Application number: CN 201120238381
Authority: CN
Inventors: 张宏; 徐晓宙; 徐传骧; 徐晓斌
Original assignee: Suzhou Academy of Xian Jiaotong University
Current assignee: Suzhou Academy of Xian Jiaotong University
Priority date: 2011-07-07
Filing date: 2011-07-07
Publication date: 2012-05-16
Anticipated expiration: 2021-07-07

Abstract

本实用新型公开了一种硅太阳能电池背电极结构，其特征在于硅片和铝电极之间有一层非完全覆盖的钝化层存在，所述钝化层包含密集的网络状的微观通道，所述铝电极通过所述微观通道与所述硅片接触，形成网络状分布的定域背电场。所述的非完全覆盖的钝化层是由一层薄的普通钝化层以及上面印刷涂覆的高烧透型铝浆共同烧结形成。本实用新型所述的硅太阳能电池背电极能有效抑制光生载流子在硅铝界面的复合，提高太阳能电池的光电转换效率。

Description

一种硅太阳能电池背场电极结构

技术领域

本实用新型涉及一种太阳能电池背场电极结构。

背景技术

我随着太阳能技术的飞速发展，提高太阳能电池的光电转换效率、降低生产成本已经成为目前太阳能电池行业研发的主要目标。硅基片材料的薄型化是节约材料、降低成本的重要手段之一。但是，在薄型基片中产生的光生少数载流子的扩散距离会更加接近硅片厚度，使其同金属背电极以及铝硅合金高掺杂区等高复合区域接触的可能性增大，导致短路电流降低，影响光电转换效率。同时，薄硅片抗弯曲应力性能差，在背电极烧结后易弯曲，导致在组件生产过程中的破碎率增大。为此，未来的高效率的太阳能电池希望既能形成稳定的背电场，又要尽可能的减少铝电极和硅片的直接接触面积。

为了到达上述目的，目前流行的高效太阳能电池多采用定域扩散制备背电场及背电极。这是背电极不是同全部硅背面接触的整面电极，而大多是呈点状分布。其通常的制作方法是先在电池背面制备钝化层，然后在钝化层上开孔进行定域点状高掺杂，然后在掺杂点上形成铝电极，实际铝电极只占全背电极的1-2%。但缺点是必须采用掩膜来形成定域图案，进行定域掺杂和铝电极镀膜，例如常用的SiO2钝化层掩膜，必须采用光刻的方法形成，在工艺和成本上都不适合工业化生产，尤其是定域掺杂，是一个长时间和高成本流程。

也有人提出不采用定域掺杂，而直接在硅片背面采用丝网印刷技术来印制点状电极图案的方式来形成定域的铝背电场，但实际上丝网印刷的图案的精度太低，不能形成数十微米大小及间隔分布的点电极，而且对铝浆的印刷特性的要求会非常严格，增加制备的成本。如果点状的铝背电极面积过大，例如大于少数载流子的扩散距离，则同整体铝电极的效果没有区别，起不到抑制载流子复合的作用。如果点状电极间间隔过大，则载流子的收集会受到影响。

为了解决上述问题，我们借助了太阳能电池正面银电极通过钝化层形成同硅片形成欧姆接触的烧结机理。银浆料在烧结过程中必须要烧透钝化层，才能同硅基片接触，研究表明，浆料在烧透钝化层时并非整体将钝化层破坏掉，而是在钝化层中形成非常多的微米级的通道同硅基片接触，据此，我们设计了新的背电极结构及形成方法。

实用新型内容

本实用新型目的是：提供一种有效抑制光生载流子复合，具有较高的光电转换效率的硅太阳能电池背电极结构。

本实用新型的技术方案是：

一种硅太阳能电池背电极，包括硅片和铝电极，硅片和铝电极之间有一层非完全覆盖的钝化层，所述钝化层为密集的网络状的微观通道，所述铝电极通过所述的微观通道与所述硅片接触，形成网络状分布的定域背电场。

所述的非完全覆盖的钝化层是由一层薄的普通钝化层以及上面印刷涂覆的高烧透型铝浆共同烧结形成。

制备上述硅太阳能电池背电极时，首先在硅片背面形成一层很薄的完全覆盖硅片的钝化层，然后采用丝网印刷技术印刷专用铝电极浆料，在隧道炉内烘干后，然后进入烧结炉进行高温烧结，烧结过程中，钝化层将同铝浆料中的玻璃粉等成分发生反应，部分钝化层融解，铝层直接同硅片接触并形成铝硅合金。由于钝化层的融解和铝层的穿透并不是完全的，而是形成了非常密集的呈网络状分布的微观通道，每一个微观通道都是一个定域掺杂的背电场。我们可以通过控制钝化层厚度以及铝浆中玻璃粉含量以及铝粉粒径分布等方式，控制上述微观通道的密度和大小，形成近似均匀分布的局域背电场。同时，由于背电极表面还是整体的铝膜，可以保证电极的导电性。

本实用新型的进一步技术方案是：

一种硅太阳能电池背电极，所述的钝化层由氧化硅或氮化硅或多晶硅构成，厚度为a，0nm＜a＜50nm。

所述的钝化层可采用喷涂或热氧化或各类CVD方式形成，根据形成时间可以调节所述钝化层的厚度。

所述的铝电极浆料烘干温度为160-240℃，烧结温度为650-900℃。

上述专用的铝电极浆料的包括质量百分比70-80%的铝粉、15-25%的有机载体、2-8%的无机玻璃粉、以及0.5-1%的功能添加剂。

所述铝粉颗粒形状是球状或近球状，铝粉纯度≥99.97%，所述铝粉包含两种平均粒径规格，其中一种为平均粒径小于2um（优选0.8-1.5 m）的球状超细铝粉，其占铝粉质量比20%-50%，如果所述超细铝粉含量低于铝粉质量百分比20%，则对硅片表面的钝化层穿透不够，形成的铝硅合金区域过小，铝掺杂浓度过低，影响电性能。如果所述超细铝粉含量大于铝粉质量百分比50%，则铝粉的比表面积过大，氧化铝含量过多，电极强度等机械性能将会受到影响，电极表面有铝珠或掉灰现象发生。其它铝粉的平均粒径为2-10um，其占铝粉质量比的50%-80%。

所述玻璃粉可选用含铅B ₂ O ₃ -SiO ₂ -PbO系列玻璃、无铅Bi ₂ O ₃ -SiO ₂ -ZnO-B ₂ O ₃ 系列玻璃中的一种或两种、以及少量MgO、CaO、V ₂ O ₅ 、ZnO等一种或多种氧化物添加剂构成。玻璃粉含量低于2%，铝浆在烧结中不能有效的穿透钝化层，形成所需的铝硅合金铝背场区域，玻璃分含量大于8%，电极导电性降低，同时硅片烧结后应力弯曲现象严重。

上述铝电极浆料中超细铝粉和玻璃粉的含量的设定使得所述铝电极浆料具有极强的钝化层烧透特性。

所述有机载体是纤维素类和树脂类等聚合物、以及醇类、醚类、脂类等有机溶剂的混合物。主要作用是调节所述浆料的印刷性能，提高电极浆料的成膜性。所述有机载体含有质量百分比5~20%的聚合物以及80~95%的有机溶剂。聚合物可选用乙基纤维素、丙烯酸树脂、硝基纤维素、酚醛树脂等一种或多种构成，有机溶剂可选用松油醇、卡比醇、柠檬酸三丁酯、卵磷脂、二乙二醇乙醚等一种或多种混合构成。所述有机溶剂的质量百分比50%-75%用来同所述聚合物混合制备所述有机载体。剩下的质量百分比25%-50%的有机溶剂用来制备玻璃粉分散液。

所述功能添加剂可选用常用涂料助剂，也可根据印刷条件以及储存要求等选用表面活性剂、触变剂、烧结促进剂、粘网防止剂、分散剂以及消泡剂等。

铝粉、玻璃粉、有机载体以及功能添加剂均匀混合制得本实用新型所述专用铝电极浆料。

本实用新型优点是：

1.本实用新型所述的硅太阳能电池背电极在保证充分的背电场形成和电气接触的同时，有效抑制光生载流子在硅铝界面的复合，提高太阳能电池的光电转换效率。

附图说明

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：

图1为烧结前硅太阳能电池背电极简易结构图

图2为烧结后硅太阳能电池背电极简易结构图；

图3为背电极剖面图；

其中：1、硅片，21、烧结后非完全覆盖的钝化层，22、烧结前完全覆盖的钝化层，31、烧结后的铝电极，32、烧结前印刷的铝电极浆料，4、钝化层经烧结后形成的呈网络状分布的微观通道，5、点状分布的定域背电场，6、钝化层未被破坏的区域。

具体实施方式

如图一所示：一种硅太阳能电池背电极，包括硅片1和铝电极31，硅片和铝电极之间有一层非完全覆盖的钝化层21，所述钝化层21包含密集的网络状的微观通道4，所述铝电极31通过所述的微观通道4与所述硅片1接触，形成点状分布的定域背电场。

如图二和图三所示：制备所述硅太阳能电池背电极时，首先在硅片背面形成普通的全面覆盖的钝化层22，然后采用丝网印刷技术印刷上述的铝电极浆料32，在隧道炉内烘干后，然后进入烧结炉进行高温烧结形成背场电极，烧结过程中部分钝化层被铝浆烧透，形成密集的网络状微观通道4，烧结后的铝电极31通过微观通道4与硅片1接触形成点状分布的定域背电场5。

实施例1：

专用铝浆的制备：按照质量百分比称量，

玻璃粉5%，

乙基纤维素1%，

树脂1%，

松油醇10%，

二乙二醇甲醚8%，

丁基卡比醇醋酸酯5%，

平均粒径为5.62 um球状铝粉40.5%，

平均粒径为1.5 um球状铝粉31.5%，

功能添加剂：0.5%，

其中，玻璃粉采用无铅Bi ₂ O ₃ -SiO ₂ -ZnO-B ₂ O ₃ 系列玻璃，软化点496℃，平均粒径3.22um。

将乙基纤维素、树脂、松油醇、丁基卡比醇醋酸酯，加热到70-90℃，使纤维素和树脂完全溶解，形成透明有机载体。

将铝粉，有机载体、玻璃粉，以及功能添加剂加入搅拌机中混合成预备物料，然后用三辊研磨机混炼成细度小于20um，粘度3.5-4.5万mPas的电极形成专用铝电极浆料

在经过制绒、扩散和表面钝化处理后的规格125mmx125mm两面制绒的单晶硅基片背面采用PECVD技术形成一层氮化硅钝化层，成膜时间20s。

然后将上述所得电极浆料通过丝网印刷在钝化层上形成电极薄膜，在生产线上进行实验，印刷厚度为每片用浆料0.9g，进隧道炉烘干，温度200℃。烘干后铝膜电极无脱落现象，然后换另一面印刷正面银浆，烘干后进隧道炉烧结，峰值温度850℃，出炉后测量电性能、基片弯曲度、电极附着性以及外观。

实施例2

专用铝电极浆料的制备同实施例1。

在经过制绒、扩散和表面钝化处理后的规格125mmx125mm两面制绒的单晶硅基片背面采用PECVD技术形成一层氮化硅钝化层，成膜时间10s。其余过程同实施例1。

实施例3

专用铝浆的制备：按照质量百分比称量：

玻璃粉7%，

平均粒径为5.62um球状铝粉43.5%，

平均粒径为1.5um球状铝粉31.5%，

乙基纤维素0.8%，

树脂0.8%，

松油醇8%，

二乙二醇甲醚4%，

丁基卡比醇醋酸酯3.9%，

功能添加剂0.5%，

其余配方同实施例1，

其余专用铝浆的制备同实施例1，

其余同实施例2。

比较例1

采用目前市面上购买的普通铝浆，在经过制绒、扩散和表面钝化处理后的规格125mmx125mm两面制绒的单晶硅基片上直接印刷铝电极，印刷厚度为每片用浆料0.9g，进隧道炉烘干，温度200℃。烘干后铝膜电极无脱落现象，然后换另一面印刷正面银浆，烘干后进隧道炉烧结，峰值温度850℃，出炉后测量电性能、基片弯曲度、电极附着性以及外观。

测定的各项性能平均值如表1所示：

表1

如表1所示，采用本实用新型的背电极结构及形成方法制备的太阳能电池，其短路电流在实施例2和3时达到了5.5A以上，光电转换效率也达到了17.1%以上，同时弯曲度非常小低于1mm，因此调整铝浆配方和钝化层厚度，可以使太阳能电池效率达到了目前普通的太阳能电池的平均性能以上，是一种非常有效的背场电极结构和形成手段。

Claims

1.一种硅太阳能电池背场电极结构，包括硅片和铝电极，其特征在于硅片和铝电极之间有一层非完全覆盖的钝化层，所述钝化层由随机分布的网络状的微观通道构成，所述铝电极通过所述微观通道与所述硅片接触，形成网络状分布的定域背电场。

2.根据权利要求1所述的硅太阳能电池背场电极结构，其特征在于,所述的非完全覆盖的钝化层是由一层薄的普通钝化层以及上面印刷涂覆的高烧透型铝浆共同烧结形成。