CN208173600U - 用于perc叠瓦组件的太阳能电池片、制备系统和perc叠瓦组件 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种用于PERC叠瓦组件的太阳能电池片，太阳能电池片的正面包括多根间隔分布的主栅线和多根间隔分布的副栅线，主栅线和副栅线由贵金属浆料形成，太阳能电池片的背面包括背钝化膜、背面保护膜、贯穿背钝化膜和背面保护膜的开槽、以及由铝浆形成的几乎覆盖整个背面的铝背场，其中太阳能电池片的背面不具有由贵金属浆料形成的主栅线。本实用新型还涉及PERC叠瓦组件和制备用于PERC叠瓦组件的太阳能电池片的系统。通过本实用新型，可以有效提高叠瓦组件中太阳能电池片的转换效率并减少制备中贵金属浆料的使用。
Description
技术领域
本实用新型主要涉及太阳能电池的叠瓦组件应用领域，特别是涉及一种用于PERC叠瓦组件的太阳能电池片。本实用新型还涉及一种 PERC叠瓦组件。此外，本实用新型涉及一种制备用于PERC叠瓦组件的太阳能电池片的系统。
背景技术
随着全球煤炭、石油、天然气等常规化石能源的消耗速度加快，生态环境不断恶化，特别是温室气体排放导致日益严峻的全球气候变化，人类社会的可持续发展已经受到严重威胁。世界各国纷纷制定各自的能源发展战略，以应对常规化石能源资源的有限性和开发利用带来的环境问题。太阳能发电凭借其可靠性、安全性、广泛性、长寿性、环保性、资源充足性的特点已成为最重要的可再生能源之一，有望成为未来全球电力供应的主要支柱，其中所使用的太阳能发电装置也被称为光伏发电装置，其通常包括主要由多个太阳能电池片组合而成的太阳能组件或光伏组件，太阳能电池片基于自身半导体光生伏特效应而能够将太阳能转换成电能。
在大力推广和使用太阳能绿色能源的背景下，太阳能电池片能够以叠瓦的方式构成叠瓦组件形式的太阳能电池，其一方面利用小电流低损耗电学原理(光伏组件功率损耗与工作电流的平方成正比例关系)从而使得整个组件的电阻损耗大大降低。另一方面通过充分利用组件中太阳能电池片的间隙区域来进行发电，提高了单位面积的能量密度。另外使用导电胶粘剂替代了常规形式的太阳能电池中应用的光伏焊带，由于光伏焊带在整片电池中表现出较高的电阻而导电胶粘剂形成电路的电阻要远小于使用焊带的方式，使得相较于常规形式的太阳能电池，叠瓦组件形式的太阳能电池的转换效率更高，户外应用可靠性更优异。例如叠瓦组件的小电流及并联电路等特性使得热斑效应对组件的危害得到大大降低。
当前叠瓦组件所使用的太阳能电池片的制造工艺与常规太阳能电池片基本相同，差异在于用于叠瓦组件的太阳能电池片为了适合激光切割和彼此间的互联对电池片正面和背面栅线图形进行了优化设计。根据叠瓦封装工艺要求，叠瓦太阳能电池片保留了正面和背面的主栅线用于辅助导电胶粘剂涂覆固化粘接，其中互联工艺由常规光伏焊带通过高温焊接熔融粘接在正面主栅线和背面主栅线上变更为通过导电胶粘剂互联正面主栅线和背面主栅线。即叠瓦组件的电池片与常规太阳能电池片的基本结构相同，而主栅线的位置、图形或形状存在差异。
此外，随着科技的发展，在太阳能电池领域出现了PERC电池 (PassivatedEmitter and Rear Cell，即钝化发射极和背面电池)，其核心是在硅片的背光面用三氧化二铝膜覆盖以起到钝化表面的作用 (钝化膜)，可以有效低降低背表面复合，提高开路电压，增加背表面反射，提高短路电流，从而提升电池的转换效率。在三氧化二铝膜上还可以覆盖氧化硅膜(5～100纳米)，随后再在氧化硅膜上可以印刷或沉积少量的导电材料(例如铝背电场)，其中在三氧化二铝膜和氮化硅膜中具有开槽，该开槽穿过背面的氮化硅膜和背面氧化铝膜，使得铝背电场能够与硅片形成局部接触。
将PERC电池与叠瓦组件的设计组合，所得的PERC叠瓦组件的电池片一般在正面具有数根正面主栅线，在背面除了背面主栅线之外还具有涂覆在硅片上的三氧化二铝膜、氮化硅膜和背电场。另一方面，叠瓦组件的电池片的主栅线图形进行变化的主要目的是为了在后续制程中将一整片电池片切割成若干等份的小电池片。每个小电池片正面和背面各保留分别位于切割后小电池片两端边缘位置的一根主栅线，用于叠瓦工艺互联从而保障最大受光面积以及互联粘接强度。
对于正面主栅线和背面主栅线通常采用贵金属浆料、例如金属银浆来实现。在常规组件的封装工艺中以光伏焊带高温焊接的方式实现电池片的互联：由银浆制备的正面主栅线和背面主栅线辅助光伏焊带高温熔融粘接光伏电池，从而完成电连接，其中金属银是实现常规太阳能电池片组件串焊封装必不可少的主要原料。在施加贵金属浆料完成背面主栅线印刷之后，再施加铝浆进行背面铝场印刷，以形成背面铝场。在常规叠瓦组件的制程中对整片的太阳能电池片利用激光来烧蚀切割，其中采用导电胶粘剂涂覆叠片工序将切割后的小电池片的前后正负极互联，一般的连接方式为在小电池片正面的正面主栅线作为负极通过导电胶粘剂与作为正极的在小电池片背面的背面主栅线相联接。然而，这种连接方式中由于背面的主栅线部分铝背场缺失，光生载流子复合率高，加上铝背场与银浆制备的背面主栅线之间的接触电阻，会带来太阳能电池片的效率损失。
上述用于制备电池片正面主栅线和背面主栅线的银浆主要是由金属银的微粒、玻璃粉、有机溶剂所组成的一种混和物的粘稠状的浆料，在制备中，银浆成本占太阳能电池片非硅成本的50％以上。由于光伏产业规模逐年在扩大，每年均以超过30％的速度在增长。其中光伏电池超过数百亿片产出，为此大量消耗贵金属浆料，直接导致生产成本的增加，对于整个产业的度电成本(LCOE)下降不利。同时贵金属银粉需要通过物理和化学的方法进行提炼，生产过程需要消耗大量的能源并对环境产生污染，人员长期接触重金属也不利于身体健康。
因此，迫切需要改进用于PERC叠瓦组件的太阳能电池片的太阳能电池片的准备方法和用于PERC叠瓦组件的太阳能电池片。
实用新型内容
本实用新型提出一种用于PERC叠瓦组件的太阳能电池片和一种 PERC叠瓦组件、以及一种制备用于PERC叠瓦组件的太阳能电池片的系统，其可以有效提高PERC叠瓦组件中太阳能电池片的转换效率并减少制备中贵金属浆料的使用，同时可以满足PERC叠瓦组件的正常封装、不影响其制程。另外，根据本实用新型，可以在降低贵金属浆料的用量的同时提升太阳能电池片组件输出功率，从而最终降低度电成本LCOE并实现光伏平价上网。
本实用新型的主要构思在于，在太阳能电池片的正面仍保留主栅线，但在制备太阳能电池片的丝网印刷工序中通过优化背场设计直接用铝浆完成太阳能电池片的背面的印刷，制得的太阳能电池片的背面不包括贵金属主栅线、仅具有铝背场。
本实用新型通过提供独特的用于PERC叠瓦组件的太阳能电池片，对用于PERC叠瓦组件的太阳能电池片的传统结构中包括背面主栅线(例如使用金属银浆)和背面铝场进行优化整合，直接省去了对背面用贵金属浆料进行主栅线，由此，在使用根据本实用新型的太阳能电池片制造PERC叠瓦组件时，太阳能电池片的正面主栅线直接与背面的铝背场连接，从而通过省去在硅片背面使用贵金属浆料印刷的主栅线减少了可能带来的功率损失，在降低了生产成本的同时增强了太阳能电池片之间的传导效率。
根据本实用新型的太阳能电池片的正面包括多根间隔分布的主栅线和多根间隔分布的副栅线，主栅线和副栅线由贵金属浆料形成，并且太阳能电池片的背面包括背钝化膜、背面保护膜、贯穿所述背钝化膜和所述背面保护膜的开槽、以及由铝浆形成的几乎覆盖整个所述背面的铝背场，其中太阳能电池片的背面不具有由贵金属浆料形成的主栅线。
根据本实用新型的一种优选实施方式，在所述太阳能电池的背面预留多个切割缝。
根据本实用新型的一种优选实施方式，太阳能电池片的最外侧的两根正面副栅线的两端能够设置有倒角，所述太阳能电池片在倒角处设置斜边。
根据本实用新型的一种优选实施方式，背钝化膜是三氧化二铝膜，背面保护膜是氮化硅膜。
根据本实用新型，提出一种PERC叠瓦组件，其包括背板、连接层、电池串、透光连接层和透光保护层，其中电池串由由如上所述的用于PERC叠瓦组件的太阳能电池片构成。
根据本实用新型的一种优选实施方式，太阳能电池片之一的正面主栅线和另一太阳能电池片的铝背场通过导电胶粘剂直接连接。
另一方面，提出一种制备用于PERC叠瓦组件的太阳能电池片的系统，其包括：
扩散制结装置，其在硅片中形成N型半导体和P型半导体的交界面，即PN结；
背钝化装置，其通过PECVD或者ALD工艺在硅片的背面沉积一层背钝化膜；
镀背面保护膜装置，其通过PECVD工艺在背钝化膜上沉积一层保护膜；
激光刻槽装置，通过激光烧蚀在背钝化膜和背面保护膜中开槽，露出硅片；
丝网印刷装置，其使用贵金属浆料对硅片的正面进行丝网印刷，得到主栅线和副栅线；仅使用铝浆对硅片的背面进行丝网印刷，实现太阳能电池片的铝背场覆盖；以及
快速烧结装置，其用于形成欧姆接触，能够收集和对外传导光生载流子。
根据本实用新型的一种优选实施方式，根据本实用新型的系统还包括表面制绒装置，其使用化学试剂在硅片的表面上获得绒面结构。优选地，根据本实用新型的系统还包括清洗装置，其对于在表面制绒装置中残留的化学试剂进行清洗。
根据本实用新型的一种优选实施方式，根据本实用新型的系统还包括等离子刻蚀装置，其通过等离子刻蚀将边缘PN结刻蚀去除。额外地或代替地，根据本实用新型的系统还包括去磷硅玻璃装置，其通过化学腐蚀法去除在扩散制结装置中在硅片的表面形成的磷硅玻璃。额外地或代替地，根据本实用新型的系统还包括抛光装置，其将硅片的表面抛光。额外地或代替地，根据本实用新型的系统还包括低温退火装置，用于恢复所述硅片中由在所述扩散制结装置中的高温导致的晶格缺陷。额外地或代替地，根据本实用新型的系统还包括镀减反射膜装置，其在硅片的正面沉积一层或多层减反射膜。
优选地，根据本实用新型的系统还包括光注入或电注入装置。
附图说明
图1示出了在用于PERC叠瓦组件的太阳能电池片的制备中根据本实用新型的太阳能电池片的一种实施方式的正面的俯视示意图，
图2示出了在用于PERC叠瓦组件的太阳能电池片的侧面剖视图，
图3示出了根据本实用新型的PERC叠瓦组件的局部放大侧面剖视图，
图4示出了根据现有技术的在电池片之间的叠瓦结构，
图5示出了根据本实用新型一个优选实施方式的电池片之间的叠瓦结构，以及
图6A、图6B和图6C，其分别示出了装配好的根据本实用新型的PERC叠瓦组件的正面、侧面和背面。
具体实施方式
下面，将参照附图详细描述根据本实用新型的用于PERC叠瓦组件的太阳能电池片、PERC叠瓦组件、以及制备用于PERC叠瓦组件的太阳能电池片的系统。以下所给出的仅仅是根据本实用新型的优选实施方式，本领域技术人员可以在所述优选实施方式的基础上想到能够实现本实用新型的其他方式，所述其他方式同样落入本实用新型的范围内。
以下参照图1、图2对于通过根据本实用新型的用于PERC叠瓦组件的太阳能电池片的结构进行具体说明。
根据本实用新型的太阳能电池片的正面栅线结构与常规的用于PERC叠瓦组件的太阳能电池片类似，参见图1，太阳能电池片通常包括多根间隔分布的主栅线和多根间隔分布的副栅线，其均可由贵金属浆料形成，且每根主栅线与多根副栅线均电连接。根据另一种实施方式，每个太阳能电池片的最外侧的两根副栅线的两端均可以设置有倒角，另外，可行的是，副栅线的倒角在副栅线的端部设置斜边。
根据本实用新型的太阳能电池片的背面并非如常规方法制备的用于PERC叠瓦组件的太阳能电池片具有由贵金属浆料形成的主栅线，而是仅具有由铝浆形成的覆盖整个背面的铝背场(参见图2)，其中可以根据需要在太阳能电池片的背面预留若干切割缝，以便于在后续工序中对整个硅片、即太阳能电池片进行切割和分离。然而，根据实际需要，太阳能电池片的背面也可以不设置切割缝。
额外地，对所得到的用于PERC叠瓦组件的太阳能电池片可以进行效率分档测试，以避免用于PERC叠瓦组件的太阳能电池片封装时内部电池电流失配。其中测试可采用专用的金属接触探针排或金属丝网，上探针排或金属丝网与正面主栅正银相接触，电池下面由于是铝背场可直接采用金属底板实现面接触。
根据本实用新型的用于PERC叠瓦组件的太阳能电池片可以进一步例如通过激光烧蚀或者机械切割方式被切割和分离成若干小电池片、例如2-10片，每个小电池片包含在正面的用于传导的银主栅线 (宽度例如为0.1-2mm)以及在背面用于传导的铝背场，各个小电池片相互之间以叠瓦方式排列并以导电胶粘剂实现彼此互联，参见图4- 图5。例如，在用于PERC叠瓦组件的小电池片上涂覆一定量的导电胶粘剂(例如ECA)再通过机械搬运将一个小电池片的正面主栅线与下一个小电池片的铝背场位置重合地进行叠片，其中重叠宽度为0.2-5mm，从而实现一定数量的小电池片互联成电池串。一条或多条电池串经过互联和封装后，得到PERC叠瓦组件。
具体地，参见图6A、图6B和图6C，其分别示出了装配好的根据本实用新型的PERC叠瓦组件的正面、侧面和背面。参见图6A，在PERC叠瓦组件的正面，由多个小电池片以规则的方式铺设，周围以边框固定。参见图3，其以侧面剖视图示出了根据本实用新型的 PERC叠瓦组件，其在最下方铺设有背板。在该背板上敷设有连接层，其通常为EVA，也可以是POE等。以叠瓦的方式在纵向方向上相互连接的小电池片形成电池串并设置在此连接层上。在电池串上设有透光连接层，其透光率至少为93％，通常为EVA，也可以是POE等。在最上面设置有透光保护层、例如玻璃等。
由于电池串需要引出串电流，一般电池片的正面主栅线(通常为银栅线)和与常规涂锡铜带可在高温下完成焊接，但是正极铝背场与常规涂锡铜带较难在高温下完成焊接，涂锡铜带与铝背场通过高温焊接不能有效保证粘接强度。为此，对于常规叠瓦叠片工序本实用新型提出两种方法，第一种方法是在叠片机上料位增加一个有背面有主栅线的叠瓦电池上料位，此片与常规涂锡铜带可实现高温焊接并且能够保证连接强度。待有N片数量的叠瓦小电池片叠成串后，在N+1位将附有汇流引出的电池片与串进行互联，从而实现首尾端均有汇流引出。第二种方法直接采用导电胶粘剂直接连接涂锡铜带和铝背场，从而实现首尾端均有汇流引出。对于电池片之间的叠瓦结构，在现有技术中通常如图4所示，在以叠瓦方式相互连接的电池片之间以导电胶粘剂将电池片正面的正面主栅线与电池片背面的背面主栅线连接。根据本实用新型，如图5所示，电池片之间的叠瓦结构采用导电胶粘剂直接连接电池片正面的正面主栅线和铝背场，从而实现首尾端均有汇流引出。
在上述PERC叠瓦组件的电池串制备完毕后，与常规叠瓦封装工艺相同，经过排版层叠敷设、中检、层压、修边、装框、接线盒、固化、清洗测试等工序完成叠瓦组件制备，由此得到PERC叠瓦组件。
为了制备太阳能电池片，根据本实用新型，提出一种制备用于 PERC叠瓦组件的太阳能电池片的系统，其包括：
扩散制结装置，其在硅片中形成N型半导体和P型半导体的交界面，即PN结；
背钝化装置，其通过PECVD或者ALD工艺在硅片的背面沉积一层背钝化膜、优选三氧化二铝膜；
镀背面保护膜装置，其通过PECVD工艺在硅片的背面、更确切的说在三氧化二铝背钝化膜上沉积一层保护膜、例如氮化硅膜；
激光刻槽装置，通过激光烧蚀在背钝化膜(三氧化二铝膜)和背面保护膜(氮化硅膜)中开槽，露出硅片，以便于后期施加的背电场与硅片实现良好的欧姆接触；
丝网印刷装置，其使用贵金属浆料对硅片的正面进行丝网印刷，得到主栅线和副栅线；仅使用铝浆对硅片的背面进行丝网印刷，实现太阳能电池片的铝背场覆盖；以及
快速烧结装置，其用于形成欧姆接触，能够收集和对外传导光生载流子。
此外，根据本实用新型的系统还可以包括表面制绒装置，其布置在硅片提供装置的下游并且使用化学试剂在硅片的表面上获得绒面结构。优选地，根据本实用新型的系统还包括清洗装置，其布置在表面制绒装置的下游并且对于在表面制绒装置中残留的化学试剂进行清洗。
另外，根据本实用新型的系统还可以包括等离子刻蚀装置，其布置在扩散制结装置的下游并且通过等离子刻蚀将边缘PN结刻蚀去除。额外地或代替地，根据本实用新型的系统还包括抛光装置，其布置在等离子刻蚀装置的下游并且用于对硅片进行抛光。额外地或代替地，根据本实用新型的系统还包括去磷硅玻璃(去PSG)装置，其也布置在扩散制结装置的下游并且通过化学腐蚀法去除在扩散制结装置中在硅片的表面形成的磷硅玻璃。额外地或代替地，根据本实用新型的系统还包括低温退火装置，其通常布置去磷硅玻璃(去PSG)装置下游，通过退火恢复硅片中由于扩散制结装置中的高温导致的晶格缺陷。优选地，根据本实用新型的系统还包括镀减反射膜装置，其布置在镀背面保护膜装置的下游并且通过PECVD工艺在硅片的正面沉积一层或多层减反射膜、例如氮化硅膜。
优选地，根据本实用新型的系统还包括光注入或电注入装置，其可以布置在快速烧结装置的下游。
通过以上内容，本领域技术人员容易认识到可将本实用新型所公开结构的替代结构作为可行的替代实施方式，并且可将本实用新型所公开的实施方式进行组合以产生新的实施方式，它们同样落入所附权利要求书的范围内。
Claims (19)
1.一种用于PERC叠瓦组件的太阳能电池片，所述太阳能电池片的正面包括多根间隔分布的主栅线和多根间隔分布的副栅线，所述主栅线和所述副栅线是贵金属栅线，所述太阳能电池片的背面包括背钝化膜、背面保护膜、贯穿所述背钝化膜和所述背面保护膜的开槽、以及由铝浆形成的几乎覆盖整个所述背面的铝背场，其特征在于，所述太阳能电池片的背面不具有由贵金属浆料形成的主栅线。
2.按照权利要求1所述的太阳能电池片，在所述太阳能电池片的背面预留多个切割缝。
3.按照前述权利要求1或2所述的太阳能电池片，其特征在于，所述贵金属栅线是银栅线。
4.按照前述权利要求1或2所述的太阳能电池片，其特征在于，所述太阳能电池片的最外侧的两根正面副栅线的两端能够设置有倒角，所述太阳能电池片在倒角处设置斜边。
5.按照前述权利要求1或2所述的太阳能电池片，其特征在于，所述背钝化膜是三氧化二铝膜。
6.按照前述权利要求1或2所述的太阳能电池片，其特征在于，所述背面保护膜是氮化硅膜。
7.一种PERC叠瓦组件，包括背板、连接层、电池串、透光连接层和透光保护层，其特征在于，所述电池串由按照前述权利要求1至6中任一项所述的太阳能电池片以叠瓦方式连接而成。
8.按照权利要求7所述的PERC叠瓦组件，其特征在于，太阳能电池片之一的正面主栅线和另一太阳能电池片的铝背场通过导电胶粘剂直接连接。
9.一种制备用于PERC叠瓦组件的太阳能电池片的系统，其特征在于，包括以下装置：
硅片提供装置，提供硅片作为制备所述太阳能电池片的原料；
扩散制结装置，其在所述硅片中形成N型半导体和P型半导体的交界面，即PN结；
背钝化装置，其通过PECVD或者ALD工艺在所述硅片的背面沉积一层背钝化膜；
镀背面保护膜装置，其通过PECVD工艺在所述背钝化膜上沉积一层保护膜；
激光刻槽装置，通过激光烧蚀在所述背钝化膜和所述背面保护膜中开槽，露出所述硅片；
丝网印刷装置，其使用贵金属浆料对所述硅片的正面进行丝网印刷，得到主栅线和副栅线；仅使用铝浆对所述硅片的背面进行丝网印刷，实现所述太阳能电池片的铝背场覆盖；以及快速烧结装置，其用于形成欧姆接触，能够收集和对外传导光生载流子。
10.按照权利要求9所述的系统，其特征在于，所述系统还包括表面制绒装置，其使用化学试剂在所述硅片的表面上获得绒面结构。
11.按照权利要求10所述的系统，其特征在于，所述系统还包括清洗装置，其对于在所述表面制绒装置中残留的化学试剂进行清洗。
12.按照前述权利要求9至11中任一项所述的系统，其特征在于，所述系统还包括等离子刻蚀装置，其通过等离子刻蚀将边缘PN结刻蚀去除。
13.按照权利要求12所述的系统，其特征在于，所述系统还包括抛光装置，其将所述硅片的表面抛光。
14.按照前述权利要求9至11中任一项所述的系统，其特征在于，所述系统还包括去磷硅玻璃装置，其通过化学腐蚀法去除在所述扩散制结装置中在所述硅片的表面形成的磷硅玻璃。
15.按照权利要求9至11中任一项所述的系统，其特征在于，所述系统还包括低温退火装置，用于恢复所述硅片中由在所述扩散制结装置中的高温导致的晶格缺陷。
16.按照前述权利要求9至11中任一项所述的系统，其特征在于，所述系统还包括镀减反射膜装置，其在所述硅片的正面沉积一层或多层减反射膜。
17.按照前述权利要求9至11中任一项所述的系统，其特征在于，所述系统还包括光注入或电注入装置。
18.按照前述权利要求9至11中任一项所述的系统，其特征在于，所述背钝化膜是三氧化二铝膜。
19.按照前述权利要求9至11中任一项所述的系统，其特征在于，所述背面保护膜是氮化硅膜。
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