CN216488080U - 一种太阳能电池结构 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种太阳能电池结构，包括：金属衬底；在金属衬底上方的太阳能电池外延片，太阳能电池外延片包括电池区和隔离区；在电池区中的第一电极图案；在隔离区中的电极引出单元，包括：切割缝隙，其中填充有绝缘材料；在切割缝隙上方的绝缘图案，其延伸到电池区的边缘；导电过孔，位于切割缝隙的相对于电池区的相反侧并穿过绝缘图案和金属衬底；在所述绝缘图案上方的第二电极图案，从第一电极图案延伸到导电过孔并与导电过孔电性连接；以及位于隔离区中的切口部分，所述切口部分和所述切割缝隙限定出与金属衬底的其余部分电性隔离的过孔区，导电过孔位于所述过孔区中。采用本申请的太阳能电池，可提高电池封装良率及可靠性，利于电池串并联集成。

Description

一种太阳能电池结构

技术领域

本申请属于太阳能电池领域,具体涉及一种薄膜太阳能电池电极结构及其制作方法。

背景技术

在太阳能电池行业中，传统的太阳能电池例如三结砷化镓太阳能电池芯片的制备方法一般为：在衬底上依次生长底电池InGaAs、中电池GaAs和顶电池GaInP，然后分别在衬底背面和电池外延层面制作正电极和负电极，并退火形成良好的欧姆接触。进而实现单片电池的电性测试和封装焊接。这种方法制备的太阳能电池，具有以下缺点：电池的正电极和负电极分别位于电池背面和电池的受光面，在对太阳能电池受光面一侧的负电极进行焊接时，易对电池的受光面造成损伤以及污染，进而影响电池的性能和外观；另外焊接在负电极的金属连接线，存在与电池侧壁接触从而造成电池被短路的风险，影响电池和组件的可靠性；另外电池的正电极和负电极分别位于薄膜电池的两面，在对电池进行串并联电性操作时，电池自身容易出现翘曲而损坏。

发明内容

本申请提出了一种太阳能电池结构，以克服现有技术中的上述缺点，提高电池封装良率及可靠性。

本申请的第一方面提供一种薄膜太阳能电池结构，包括：

金属衬底,

在金属衬底上方的太阳能电池外延片，所述太阳能电池外延片包括电池区和位于电池区周边的隔离区；

在电池区中的第一电极图案；

在隔离区中的电极引出单元，所述电极引出单元包括：

在所述隔离区中的切割缝隙，所述切割缝隙中填充有绝缘材料；

在所述切割缝隙上方的绝缘图案，所述绝缘图案延伸到所述电池区的边缘；

导电过孔，所述导电过孔位于所述切割缝隙的相对于所述电池区的相反侧并穿过所述绝缘图案和金属衬底；

在所述绝缘图案上方的第二电极图案，所述第二电极图案从第一电极图案延伸到所述导电过孔并与所述导电过孔电性连接；以及

位于隔离区中的切口部分，所述切口部分和所述切割缝隙限定出与金属衬底的其余部分电性隔离的过孔区，导电过孔位于所述过孔区中。

根据本申请的一个实施例，所述太阳能电池结构包括两个电极引出单元，两个电极引出单元位于太阳能电池外延片的同一侧，且两个电极引出单元之间具有所述切口部分。

根据本申请的一个实施例，所述太阳能电池结构包括多个电极引出单元。

根据本申请的一个实施例，所述第一电极图案包括位于电池区边缘的主栅线和位于电池区内部的相互平行的细栅线。

根据本申请的一个实施例，所述第二电极图案连接到所述主栅线。

根据本申请的一个实施例，所述绝缘图案与所述电池区的边缘重叠。

根据本申请的一个实施例，所述绝缘图案与所述电池区的边缘重叠部分的宽度为1um-10um。

根据本申请的一个实施例，所述切割缝隙平行于所述电池区的边缘。

根据本申请的一个实施例，所述隔离区包括两个切割缝隙，所述两个切割缝隙相对设置在太阳能电池外延片的同一侧的两端，所述切口部分位于所述两个切割缝隙之间。

根据本申请的一个实施例，每个切割缝隙的长度大致为电池边长的1/3,切口部分的长度大致为电池边长的1/3。

根据本申请的太阳能电池结构，通过在电池隔离区中设置电极引出单元，将电池受光面的电极引导至电池背面，在不损伤电池受光区功能的前提下，方便电池串并联封装集成系统设计，可提高电池封装良率及可靠性。

附图说明

图1为根据本申请的一个实施例的太阳能电池结构的正面视图；

图2为图1的太阳能电池结构的背面视图；以及

图3A至图3E为制备过程中的图1的太阳能电池结构的俯视结构图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例的附图，对本申请实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。除非另作定义，本申请实施例以及附图中，同一标号代表同一含义。需要注意，为了清楚起见，实施例的附图可能不一定按比例绘制；另外，实施例的附图只是示意结构，可能省略某些与本申请的构思无直接关系的常规结构的图示；并且，需要注意本申请实施例中描述的方法步骤的顺序并不必然表示各个步骤的实际执行顺序。在可行的情况下，实际执行顺序可与描述的顺序不同。

图1、2和图3A-3E示出了根据本申请的一个实施例的太阳能电池的结构示意图，其中，图1-2为制备完成的太阳能电池的正面和背面结构示意图；图3A至图3E为制备过程中的太阳能电池的结构示意图。

如图1-3E所示，太阳能电池结构包括金属衬底6和设置在金属衬底6上方的太阳能电池外延片。金属衬底6可以由各种合适的金属材料制成。太阳能电池外延片例如可以为三结薄膜砷化镓太阳能电池处延片。如图3A所示，太阳能电池外延片包括电池区1和位于电池区1周边的隔离区8。电池区1为接受光照产生光电效应的电池功能区，隔离区为隔开各个太阳能电池的区域，隔离区8的平面的高度低于电池区1的平面的高度。

如图1所示,在电池区1中设置有第一电极图案9,所述第一电极图案9包括位于电池区1边缘的主栅线9-1和位于电池区内部的相互平行的细栅线9-2。细栅线9-2可以从主栅线9-1引出并与主栅线9-1垂直。第一电极图案9的形状和图形不限于此，本领域技术人员也可以根据需要设置其它的栅线图形。

参见图1-3，根据本发明的实施例，在隔离区8中设置有电极引出单元10，所述电极引出单元10用于将太阳能电池正面的第一电极图案9引导至太阳能电池的背面。电极引出单元10包括设置在隔离区8中的切割缝隙2-1、设置在切割缝隙2-1上方的绝缘图案4、位于切割缝隙2-1的相对于电池区1的相反侧并穿过绝缘图案4和金属衬底6的导电过孔5-2，以及设置在绝缘图案4上方的第二电极图案5-1。

具体地，所述切割缝隙2-1可平行于电池区1的边缘设置在电池区1的一侧，优选设置在隔离区8的宽度较宽的一侧。切割缝隙2-1中可填充绝缘材料2-2。绝缘材料例如可以为硅胶，填充硅胶后可在低温下烘烤固化，在切割缝隙2-1中形成永久性的绝缘和粘结部分；可选地，也可采用掩膜版和蒸镀的方式在切割缝隙中填充绝缘氧化物。例如，绝缘氧化物可以为TiO₂、SiO₂、Al₂O₃、Ta₂O₃、Ti₃O₄、Si₃N₄中的一种或两种以上的组合，每一层厚度可以为50nm-1000nm，绝缘氧化物以最终填充厚度可与薄膜电池隔离区8的表面平齐。在图3A的实施例中，隔离区包括两个切割缝隙2-1，所述两个切割缝隙2-1相对设置在太阳能电池外延片的同一侧的两个端部，每个切割缝隙的长度大致为电池边长的1/3。另外，太阳能电池结构还包括位于隔离区8中的切口部分7，所述切口部分7位于两个切割缝隙2-1之间，切口部分的长度大致为电池边长的1/3。所述切口部分7和所述切割缝隙2-1限定出与金属衬底6的其余部分电性隔离的过孔区3，导电过孔5-2位于所述过孔区3中。

如图1所示，绝缘图案4从隔离区8延伸到电池区1的边缘。可通过在切割缝隙2-1的上方利用光刻和蒸镀的工艺沉积绝缘氧化物来形成绝缘图案4。绝缘图案4的宽度需连接薄膜电池的电池区1和隔离区8，高度可小于切割缝隙2-1的长度。可选地，所述绝缘图案4与电池区1的边缘重叠；进一步可选地，所述绝缘图案4与所述电池区1的边缘重叠的部分的宽度为1um-10um。这样设置绝缘图案4，在引出第一电极图案时，绝缘图案4可更好地起到绝缘的作用。

此外，如图3D所示，在所述绝缘图案4上方设置有第二电极图案5-1，所述第二电极图案5-1连接到第一电极图案9的主栅线9-1，并延伸到导电过孔5-2以与所述导电过孔5-2电性连接。过孔5-2贯穿绝缘图案4以及电池背面金属衬底(背面电极)，过孔的直径可以为30-1000um。从而，第二电极图案5-1可通过导电过孔5-2将第一电极图案9与电池背面的金属衬底电连接。由此，既可避免在电池正面焊接电极时损伤电池受光区的功能，也可方便地将多个电池串并联和进行封装集成，可提高电池封装良率及可靠性。

示例地，可在绝缘图案4上打过孔后，在绝缘图案4的上方利用光刻、蒸镀、去胶等工艺形成导电金属层的图案，从而一次性地形成第一电极图案9和第二电极图案5-1，并在过孔中沉积导电金属使过孔导电。即，导电金属层图案包括薄膜电池的电池区上的主栅9-1、细栅9-2和第二电极图案5-1。在形成导电金属层图案后，再进行退火工艺以形成良好的欧姆接触。导电金属层可以为Au、Pt、Ge、Ni、Ag、Cu、Cr、Ti、Al、Pd、Zn合金中的一种或几种组合。随后，可在隔离区8中未切割出切割缝隙的剩余部分中，沿着切割缝隙并靠近电池区的边缘通过机械或激光切割的方式切掉一部分隔离区，以此形成切口部分7。

以上只是根据本发明的一个示例实施例的太阳能电池的结构和制作方法。本领域技术人员应当理解，根据本发明构思的太阳能电池可具有其它不同的结构。例如，虽然在本发明实施例的附图中示出的太阳能电池结构包括两个电极引出单元10，两个电极引出单元10位于太阳能电池外延片的同一侧，且两个电极引出单元10之间具有切口部分7。但是，在实际应用中，根据需要，太阳能电池结构可仅包括一个电极引出单元；或者，太阳能电池结构可包括两个以上电极引出单元。

例如，可以在太阳能电池的四个角落设置4个电极引出单元。此外，切割缝隙2-1和切口部分7的布局也不局限于图示中的布局，只要切割缝隙能够和切口部分共同限定出独立的过孔区，切割缝隙2-1和切口部分7也可为其它布局。例如，在有一个电极引出单元10的情况下，电极引出单元10可设置于电池区一侧的中间部分，此时，切割缝隙位于电池区一侧的中间部分，切口部分位于切割缝隙的两侧。

以下结合图1-3E通过具体例子说明上述太阳能电池结构的电极的制作过程。

电极制备过程示例一：

如图3A-图3E所示，在单结2mm*2mm薄膜太阳能电池的隔离区8用激光器进行定位并切割形成2个切割缝隙2-1，大小均为0.05mm*0.6mm，2个缝隙位置在薄膜太阳能电池的一侧边缘处且位置相对。然后，在切割缝隙2-1内填充硅胶，并在80℃下烘烤2小时；待胶体固化形成绝缘后，利用光刻、蒸镀、去胶工艺在缝隙2-1上方蒸镀SiO₂形成绝缘图案4，厚度控制在1um，绝缘图案4的宽度优选超过电池区1的边缘0.1um；然后在切割缝隙2-1右侧(即与电池区1相反的一侧)，进行激光打孔以形成过孔5-2，过孔5-2直径可为80um，过孔5-2直接贯穿到过孔区3的金属衬底(背面电极)；继续利用光刻、蒸镀、去胶工艺在绝缘图案4上蒸镀Ag，形成金属导电层，金属导电层包括电池区1的主栅9-1和细栅9-2以及第二电极图案5-1并进入过孔5-2中，主栅9-1的边缘可与绝缘层4重叠，重叠部分的宽度为0.1um；第二电极图案5-1的宽度需覆盖住过孔；金属导电层的厚度控制在10um，再进行退火工序形成良好的欧姆接触；最后将未切割出切割缝隙的隔离区沿着切割缝隙并靠近受光区的边缘用激光器切割掉，形成切口部分7，得到如图1和2所示的完整独立的电池芯片。

电极制备过程示例二：

如图3A-图3E所示，尺寸为2mm*4mm三结薄膜太阳能电池的隔离区用激光器进行定位并切割形成大小均为0.05mm*0.6mm的2个切割缝隙2-1，2个切割缝隙位于薄膜电池长边的一侧边缘处，且位置相对；在切割缝隙2-1内蒸镀绝缘材料2-2，如AL₂O₃和TiO₂之类的绝缘氧化物，厚度与薄膜电池的厚度平齐；利用光刻、蒸镀、去胶工艺在绝缘材料2-2的表面上进行沉积Si₃N₄绝缘层，形成绝缘图案4，厚度控制在1um，绝缘图案的宽度超过电池区1的右侧边缘0.1um；然后在切割缝隙2-1的右侧进行激光打孔，打孔直径80um，打孔直接贯穿到金属衬底的背面；继续利用光刻、蒸镀、去胶工艺在绝缘图案4上蒸镀金属Ag，形成金属导电层，金属导电层包括电池区的主栅9-1和细栅9-2，主栅9-1可与绝缘图案4重叠，重叠部分的宽度可为0.1um，金属导电层的另一边的长度达到开孔直径的边缘，且完全覆盖住开孔，金属导电层厚度控制在10um；再进行退火工序形成良好的欧姆接触；最后将未切割出切割缝隙的隔离区8沿着切割缝隙并靠近受光区的边用激光器切割掉，形成切口部分7，得到如图1和2所示的完整独立的电池芯片。

在实际生产中，应当指出对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都不会影响本发明实施的效果。

综上，根据本申请的太阳能电池结构，具有以下优点：

(1)无需常规电池叠瓦操作中的绝缘工艺步骤，降低了常规叠瓦工艺电池片因翘曲而损伤的问题，提高电池封装良率及可靠性；

(2)太阳能电池电极在同面，利于太阳能电池串并联封装集成与系统设计，对薄膜太阳电池的低成本应用，尤其是在低倍聚光光伏系统应用场合中具有重要意义。

上述实施例仅示例性的说明了本申请的原理及构造，而非用于限制本申请，本领域的技术人员应明白，在不偏离本申请的总体构思的情况下，对本申请所作的任何改变和改进都在本申请的范围内。本申请的保护范围，应如本申请的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种太阳能电池结构，包括：

金属衬底；

在金属衬底上方的太阳能电池外延片，所述太阳能电池外延片包括电池区和位于电池区周边的隔离区；

在电池区中的第一电极图案；

在隔离区中的电极引出单元，所述电极引出单元包括：

在所述隔离区中的切割缝隙，所述切割缝隙中填充有绝缘材料；

在所述切割缝隙上方的绝缘图案，所述绝缘图案延伸到所述电池区的边缘；

导电过孔，所述导电过孔位于所述切割缝隙的相对于所述电池区的相反侧并穿过所述绝缘图案和金属衬底；

在所述绝缘图案上方的第二电极图案，所述第二电极图案从第一电极图案延伸到所述导电过孔并与所述导电过孔电性连接；以及

位于隔离区中的切口部分，所述切口部分和所述切割缝隙限定出与金属衬底的其余部分电性隔离的过孔区，导电过孔位于所述过孔区中。

2.根据权利要求1所述的太阳能电池结构，其中，所述太阳能电池结构包括两个电极引出单元，两个电极引出单元位于太阳能电池外延片的同一侧，且两个电极引出单元之间具有所述切口部分。

3.根据权利要求1所述的太阳能电池结构，其中，所述太阳能电池结构包括多个电极引出单元。

4.根据权利要求1所述的太阳能电池结构，其中，所述第一电极图案包括位于电池区边缘的主栅线和位于电池区内部的相互平行的细栅线。

5.根据权利要求4所述的太阳能电池结构，其中，所述第二电极图案连接到所述主栅线。

6.根据权利要求1所述的太阳能电池结构，其中，所述绝缘图案与所述电池区的边缘重叠。

7.根据权利要求6所述的太阳能电池结构，其中，所述绝缘图案与所述电池区的边缘重叠部分的宽度为1um-10um。

8.根据权利要求1所述的太阳能电池结构，其中，所述切割缝隙平行于所述电池区的边缘。

9.根据权利要求8所述的太阳能电池结构，其中，所述隔离区包括两个切割缝隙，所述两个切割缝隙相对设置在太阳能电池外延片的同一侧的两端，所述切口部分位于所述两个切割缝隙之间。

10.根据权利要求9所述的太阳能电池结构，其中，每个切割缝隙的长度大致为电池边长的1/3,切口部分的长度大致为电池边长的1/3。

Images