JP2019523564A - バックコンタクト型太陽電池ストリング及びその製造方法、モジュール、システム - Google Patents

バックコンタクト型太陽電池ストリング及びその製造方法、モジュール、システム Download PDF

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Abstract

本発明はバックコンタクト型太陽電池ストリング及びその製造方法、モジュール、システムに関する。本発明に係るバックコンタクト型太陽電池ストリングは、バックコンタクト型太陽電池と、バックコンタクト型太陽電池を電気的に接続する導電部材とを備え、バックコンタクト型太陽電池の裏面は交互に並んでいるエミッタp+領域及びその上のエミッタコンタクト電極とベースn+領域及びその上のベースコンタクト電極を備え、エミッタコンタクト電極上に設置されるエミッタ絶縁障壁層及びベースコンタクト電極上に設置されるベース絶縁障壁層をさらに備え、隣接するバックコンタクト型電池のエミッタコンタクト電極とベースコンタクト電極が導電部材によって電気的に接続されて、バックコンタクト型太陽電池ストリングを形成する。その技術的効果について、溶接のかわりに絶縁障壁層及び導電部材を用いて電池同士の直列接続を実現し、プロセスがシンプルで、高精度の溶接装置が不要であり、且つモジュールの充填率を向上させる。

Description

本発明は太陽電池の技術分野に関し、具体的にはバックコンタクト型太陽電池ストリング及びその製造方法、モジュール、システムに関する。
太陽電池は光エネルギーを電気エネルギーに変換する半導体デバイスであり、低製造コスト及び高エネルギー変換効率は太陽電池業界において従来から追求されてきた目標である。従来の普通の太陽電池は、エミッタコンタクト電極とベースコンタクト電極がそれぞれ電池セルの前面と裏面に位置する。電池の前面は受光面であり、前面金属エミッタコンタクト電極の被覆のため、入射した太陽光の一部が金属電極によって反射され遮蔽され、一部の光損失を招いてしまう。普通の結晶シリコン太陽電池は前面金属電極の被覆面積が7%程度であり、金属電極の前面被覆の減少によって電池のエネルギー変換効率を直接向上させることができる。バックコンタクト型太陽電池はエミッタ及びベースコンタクト電極がともに電池の裏面(非受光面)に設置されたものであり、該電池の受光面に金属電極の遮蔽がなく、それにより電池セルの短絡電流を効果的に増加させ、電池セルのエネルギー変換効率を向上させる。
バックコンタクト構造の太陽電池は従来からソーラー工業化によって量産された結晶シリコン太陽電池のうちエネルギー変換効率が最も高い電池であり、その高い変換効率や低いモジュール実装コストによって人々に好まれている。従来のバックコンタクト型太陽電池の製造プロセスでは、その金属化プロセスはほとんどのプロセスが複雑なめっきによって実現され、該方法は、バックコンタクト型電池の直列抵抗の低減、電池の開回路電圧の向上に優れた性能を示しているが、プロセスが複雑で、排出される廃棄物が深刻な環境汚染につながり、且つ現在の工業生産の主流の金属化方法と互換性がなく、従って、低コストの工業化に不利である。また、バックコンタクト型電池を実装してモジュールを形成する過程では、エミッタ及びベース電極の数が多く、線幅が狭く、隣接する電池間の位置合わせ溶接が非常に困難である。一方、電池を実装してモジュールを形成する過程では、電力損失の大部分は溶接抵抗及びはんだリボン抵抗によるものであり、電池セルの短絡電流が高いほど、この部分の電力損失が大きい。
本発明は、従来技術の欠陥に対して、変換効率が高く、モジュール損失が低く、溶接が不要なスクリーン印刷技術に基づく新型バックコンタクト型太陽電池ストリング及びその製造方法、モジュール、システムを提供することを目的とする。
本発明はバックコンタクト型太陽電池ストリングを提供し、その技術案は以下のとおりである。
バックコンタクト型太陽電池ストリングであって、バックコンタクト型太陽電池と、バックコンタクト型太陽電池を電気的に接続する導電部材とを備え、バックコンタクト型太陽電池の裏面は交互に並んでいるエミッタp+領域とベースn+領域を備え、エミッタp+領域にエミッタコンタクト電極が設置され、ベースn+領域にベースコンタクト電極が設置され、バックコンタクト型太陽電池の裏面はエミッタコンタクト電極上に設置されるエミッタ絶縁障壁層及びベースコンタクト電極上に設置されるベース絶縁障壁層をさらに備え、隣接するバックコンタクト型太陽電池のエミッタコンタクト電極とベースコンタクト電極が導電部材によって電気的に接続される。
導電部材は金属導電ストリップ及び金属導電ストリップ上に設置される導電性接着剤であり、バックコンタクト型太陽電池の前面に前面フィールドとパッシベーション反射防止膜が設置され、バックコンタクト型太陽電池の裏面にパッシベーション膜が設置される。
バックコンタクト型太陽電池は抵抗率が1−30Ω・cm、厚さが50−300μmであり、エミッタp+領域とベースn+領域は太陽電池基板の裏面に長尺状に交互に分布し、エミッタp+領域とベースn+領域に電池の裏面をパッシベーションする誘電体パッシベーション層がさらに設置される。
エミッタp+領域の幅は200−3000μm、ベースn+領域の幅は100−1000μmであり、エミッタ絶縁障壁層の幅はエミッタp+領域の幅以上、ベース絶縁障壁層の幅はベースn+領域の幅以上である。
バックコンタクト型太陽電池は電池セルを等間隔に切断してなる幅狭長尺状のバックコンタクト型太陽電池であり、幅狭長尺状のバックコンタクト型太陽電池の幅が20mm−80mmである。
エミッタコンタクト電極は銀アルミニウム電極、ベースコンタクト電極は銀電極であり、バックコンタクト型太陽電池はバックコンタクト型N型単結晶シリコン太陽電池である。
エミッタ絶縁障壁層とベース絶縁障壁層がそれぞれ幅狭長尺状のバックコンタクト型太陽電池のエッジに設置され、隣接する幅狭長尺状のバックコンタクト型太陽電池のエミッタコンタクト電極がエミッタ絶縁障壁層によって絶縁し、隣接する幅狭長尺状のバックコンタクト型太陽電池のベースコンタクト電極がベース絶縁障壁層によって絶縁する。
本発明はバックコンタクト型太陽電池ストリングの製造方法をさらに提供し、
太陽電池基板の裏面に交互に並んでいるエミッタp+領域とベースn+領域を形成し、スクリーン印刷技術を用いてエミッタp+領域とベースn+領域に金属ペーストを印刷し、焼結して、エミッタp+領域に接触するエミッタコンタクト電極、ベースn+領域に接触するベースコンタクト電極を形成するステップ(1)と、
スクリーン印刷技術を用いて絶縁ペーストをエミッタコンタクト電極とベースコンタクト電極の表面に交互に印刷し、乾燥させてエミッタ絶縁障壁層とベース絶縁障壁層を形成するステップ(2)と、
絶縁障壁層の中心に沿ってバックコンタクト型太陽電池基板を切断して複数の幅狭長尺状のバックコンタクト型電池を形成するステップ(3)と、
幅狭長尺状のバックコンタクト型電池を規則的に配列し、隣接する電池の境界部に導電部材を敷設し、隣接するバックコンタクト型太陽電池のエミッタコンタクト電極とベースコンタクト電極を導電部材によって電気的に接続して、バックコンタクト型太陽電池ストリングを形成するステップ(4)と、を含む。
ステップ(1)では、太陽電池基板がN型単結晶シリコン基板、金属ペーストの焼結温度が300−1200℃である。
ステップ(2)では、エミッタ絶縁障壁層とベース絶縁障壁層が列状に分布し、各列のエミッタ絶縁障壁層がエミッタコンタクト電極を被覆し、ベースコンタクト電極を被覆せず、各列のベース絶縁障壁層がベースコンタクト電極を被覆し、エミッタコンタクト電極を被覆しない。
ステップ(2)では、太陽電池基板上に2列のエミッタ絶縁障壁層と1列のベース絶縁障壁層を印刷し、又は3列のエミッタ絶縁障壁層と2列のベース絶縁障壁層を印刷し、或いは太陽電池基板上に2列のベース絶縁障壁層と1列のエミッタ絶縁障壁層を印刷し、又は3列のベース絶縁障壁層と2列のエミッタ絶縁障壁層を印刷する。
本発明は太陽電池モジュールをさらに提供し、太陽電池ストリングを備え、太陽電池ストリングが上記バックコンタクト型太陽電池ストリングである。
本発明は太陽電池システムをさらに提供し、1つ以上の太陽電池モジュールを備え、太陽電池モジュールが上記太陽電池モジュールである。
本発明の有益な効果について、
本発明は溶接のかわりに導電部材を用いてバックコンタクト型電池同士の直列接続を実現することで、操作がシンプルで、高精度の位置合わせ溶接装置が不要であるとともに、導電部材がさらに横方向バスバーとして機能し、キャリアの電極間での横方向伝送損失を減少させ、電池の充填率を向上させ、一体式ではない幅狭長尺状電池を直列接続することで、モジュールの短絡電流を低減させ、それによりモジュールの実装損失を大幅に低減させる。
図1は本発明の実施例に係るバックコンタクト型太陽電池ストリングの製造方法のステップ1後の裏面構造の模式図である。 図2は本発明の実施例に係るバックコンタクト型太陽電池ストリングの製造方法のステップ2後の裏面構造の模式図である。 図3は本発明の実施例に係るバックコンタクト型太陽電池ストリングの製造方法のステップ3後の幅狭長尺状のバックコンタクト型電池の裏面構造の模式図である。 図4は本発明の実施例に係るバックコンタクト型太陽電池ストリングの製造方法のステップ4中の幅狭長尺状のバックコンタクト型電池の配列模式図である。 図5は本発明の実施例に係るバックコンタクト型太陽電池ストリングの導電部材の構造模式図である。 図6は本発明の実施例に係るバックコンタクト型太陽電池ストリングの製造方法のステップ4で導電部材によって直列接続された幅狭長尺状のバックコンタクト型電池の模式図である。
以下、実施例及び図面を参照して本発明を詳細に説明する、なお、後述する実施例は本発明の理解を説明するためのものであり、本発明を限定しない。
図4〜図6に示すように、本実施例に係るバックコンタクト型太陽電池ストリングは、バックコンタクト型太陽電池と、バックコンタクト型太陽電池を電気的に接続する導電部材とを備える。バックコンタクト型太陽電池の裏面は交互に並んでいるエミッタp+領域10とベースn+領域11を備える。エミッタp+領域10にエミッタコンタクト電極20が設置され、ベースn+領域11にベースコンタクト電極21が設置される。バックコンタクト型太陽電池の裏面はエミッタコンタクト電極20上に設置されるエミッタ絶縁障壁層30及びベースコンタクト電極21上に設置されるベース絶縁障壁層31をさらに備え、隣接するバックコンタクト型太陽電池のエミッタコンタクト電極20とベースコンタクト電極21が導電部材によって電気的に接続される。導電部材は金属導電ストリップ41及び金属導電ストリップ41上に設置されるストリップ導電性接着剤40である。本実施例に係るバックコンタクト型太陽電池ストリングは変換効率が高く、溶接が不要で、製造コストを低減させる。上記バックコンタクト型太陽電池ストリングはスクリーン印刷技術を用いてバックコンタクト型太陽電池の金属化プロセスを実現し、プロセスを簡素化する。且つ従来の生産ラインに新たな金属化装置を導入せずに済み、溶接のかわりに導電部材を用いて電池同士の直列接続を実現することで、操作がシンプルで、高精度の位置合わせ溶接装置が不要であるとともに、導電部材がさらに横方向横方向バスバーとして機能し、キャリアの電極間での横方向伝送損失を減少させ、電池の充填率を向上させる。
好適には、バックコンタクト型太陽電池は6インチの電池セルを等間隔に切断してなる2−6個の幅狭長尺状のバックコンタクト型太陽電池である。幅狭長尺状のバックコンタクト型太陽電池は幅が20mm−80mm、好適には26mm−78mmであり、長さが156−162mmであり、一体式ではない幅狭長尺状電池を直列接続することで、モジュールの短絡電流を低減させ、それによりモジュールの実装損失を大幅に低減させる。
更に好適には、バックコンタクト型太陽電池の前面にパッシベーション反射防止膜が設置され、バックコンタクト型太陽電池の裏面にパッシベーション膜が設置される。バックコンタクト型太陽電池は抵抗率が1−30Ω・cm、厚さが50−300μmである。エミッタp+領域10の幅は200−3000μm、ベースn+領域11の幅は100−1000μmである。エミッタ絶縁障壁層30の幅はエミッタp+領域10の幅以上、ベース絶縁障壁層31の幅はベースn+領域11の幅以上である。エミッタコンタクト電極20は銀アルミニウム電極、ベースコンタクト電極21は銀電極であり、バックコンタクト型太陽電池はバックコンタクト型N型単結晶シリコン太陽電池である。エミッタp+領域10とベースn+領域11は太陽電池基板に幅狭長尺状に交互に分布している。エミッタ絶縁障壁層30とベース絶縁障壁層31はそれぞれ幅狭長尺状のバックコンタクト型太陽電池のエッジに設置され、隣接するバックコンタクト型太陽電池のエミッタコンタクト電極20がエミッタ絶縁障壁層30によって絶縁し、隣接するバックコンタクト型太陽電池のベースコンタクト電極21がベース絶縁障壁層31によって絶縁する。
本実施例に係るバックコンタクト型太陽電池ストリングの製造方法は、ステップ(1)〜ステップ(4)を含む。
ステップ(1)では、エミッタp+領域10とベースn+領域11がシリコン基板の裏面に交互に並んだバックコンタクト型太陽電池を製造する。本実施例では、抵抗率が1−30Ω・cm、厚さが50−300μmのN型単結晶シリコン基板を使用する。N型結晶シリコン基板の使用前、まず表面テクスチャリング処理を行い、次に拡散又はイオン注入、マスク、エッチング等の技術を用いて電池エミッタp+領域10とベースn+領域11を電池の裏面に交互に並べる。さらに酸化ケイ素、窒化ケイ素及び酸化アルミニウム等の誘電体膜を用いて電池の裏面のパッシベーションと前面のパッシベーション及び光反射防止を行い、所要のエミッタp+領域10とベースn+領域11がシリコン基板の裏面に交互に並んだ太陽電池を形成する。各列のエミッタp+領域10の幅は200−3000μm、ベースn+領域11の幅は100−2000μmである。金属ペーストを印刷して、エミッタp+領域10とベースn+領域11にオーミックコンタクトする金属電極(フィンガー)を形成する。エミッタp+領域10に接触するエミッタコンタクト電極20が銀アルミニウム電極、ベースn+領域11に接触するベースコンタクト電極21が銀電極である。これら2種の金属電極がスクリーン印刷の方式によってそれぞれシリコン基板裏面のエミッタp+領域10とベースn+領域11に印刷される。電極の幅はその位置するドーピング領域の幅以下とする。印刷終了後、一次焼結してオーミックコンタクトを形成する。焼結温度は300−1200℃である。完成された電池の裏面構造は図1に示される。
ステップ(2)では、図2に示すように、スクリーン印刷技術を用いて電極の表面に絶縁障壁層を選択的に被覆してエミッタコンタクト電極20とベースコンタクト電極21との選択的絶縁を実現する。絶縁障壁層の幅はその位置するドーピング領域の幅以下とする。印刷終了後、乾燥温度100−600℃で乾燥処理して、エミッタコンタクト電極20とベースコンタクト電極21との選択的絶縁を実現し、バックコンタクト型太陽電池基板の作製を完了する。
スクリーン印刷によって形成された絶縁障壁層はエミッタコンタクト電極20上に設置されるエミッタ絶縁障壁層30及びベースコンタクト電極21上に設置されるベース絶縁障壁層31を備える。エミッタ絶縁障壁層30とベース絶縁障壁層31は列状に分布する。列状のエミッタ絶縁障壁層30と列状のベース絶縁障壁層31の列は長尺状のエミッタp+領域と長尺状のベースn+領域に垂直である。各列のエミッタ絶縁障壁層30はエミッタコンタクト電極20を被覆し、ベースコンタクト電極21を被覆しない。各列のベース絶縁障壁層31はベースコンタクト電極21を被覆し、エミッタコンタクト電極20を被覆しない。エミッタ絶縁障壁層30の幅はエミッタp+領域10の幅以上、ベース絶縁障壁層31の幅はベースn+領域11の幅以上である。
好適には、太陽電池全体に複数列の絶縁障壁層が印刷される。図2示されるように、2列のエミッタ絶縁障壁層30と1列のベース絶縁障壁層31が印刷され、切断して2つの幅狭長尺状のバックコンタクト型電池を形成するようにしてもよい。3列のエミッタ絶縁障壁層30と2列のベース絶縁障壁層31が印刷され、切断して4つの幅狭長尺状のバックコンタクト型電池を形成するようにしてもよい。具体的な数量は実際の生産状況に応じて調整できる。
ステップ(3)では、図3に示すように、本実施例では、好適には、2列のエミッタ絶縁障壁層30と1列のベース絶縁障壁層31を印刷したバックコンタクト型電池であり、切断装置を用いてベース絶縁障壁層31の中心に沿ってバックコンタクト型太陽電池基板を対称的に切断して2つの幅狭長尺状のバックコンタクト型電池を形成する。電池の寸法は156mm*156mmであり、切断後の幅狭長尺状のバックコンタクト型電池の幅は78mmである。
ステップ(4)では、幅狭長尺状のバックコンタクト型電池を図4に示されるように配列し、次に隣接する電池の境界部に、導電部材は金属導電ストリップ41及び金属導電ストリップ41上に設置される導電性接着剤40(図5参照)を備える導電部材を敷設し、隣接する電池のエミッタコンタクト電極20とベースコンタクト電極21を導電部材によって電気的に接続する(接続後の模式図が図6に示される)。金属導電ストリップ41の材料として、銅又はアルミニウム又はほかの導電性材料が挙げられる。金属導電ストリップ41によって直列抵抗を低減させ、直列損失を減少させる。ここまでで、本発明に係るバックコンタクト型太陽電池ストリングの製造が完了する。
本実施例は太陽電池モジュールをさらに提供し、太陽電池ストリングを備え、太陽電池ストリングが上記バックコンタクト型太陽電池ストリングである。
本実施例は太陽電池システムをさらに提供し、1つ以上の太陽電池モジュールを備え、太陽電池モジュールが上記太陽電池モジュールである。
なお、以上の実施例は本発明の技術案を説明するためのものであり、本発明の保護範囲を限定するものではなく、好適実施例を参照して本発明を詳細に説明したが、当業者であれば、本発明の技術案の趣旨及び範囲を逸脱せずに、本発明の技術案を変更したり同等置換したりすることができると理解できる。

Claims (13)

  1. バックコンタクト型太陽電池と、バックコンタクト型太陽電池を電気的に接続する導電部材とを備え、前記バックコンタクト型太陽電池の裏面は交互に並んでいるエミッタp+領域とベースn+領域を備え、前記エミッタp+領域にエミッタコンタクト電極が設置され、前記ベースn+領域にベースコンタクト電極が設置されるバックコンタクト型太陽電池ストリングであって、
    前記バックコンタクト型太陽電池の裏面はエミッタコンタクト電極上に設置されるエミッタ絶縁障壁層及びベースコンタクト電極上に設置されるベース絶縁障壁層をさらに備え、前記バックコンタクト型太陽電池のエミッタコンタクト電極と、隣接するバックコンタクト型太陽電池のベースコンタクト電極とが導電部材によって電気的に接続されることを特徴とするバックコンタクト型太陽電池ストリング。
  2. 前記導電部材は金属導電ストリップ及び金属導電ストリップ上に設置される導電性接着剤であることを特徴とする請求項1に記載のバックコンタクト型太陽電池ストリング。
  3. 前記バックコンタクト型太陽電池は抵抗率が1−30Ω・cm、厚さが50−300μmであり、前記エミッタp+領域と前記ベースn+領域は太陽電池基板の裏面に長尺状に交互に分布し、エミッタp+領域とベースn+領域に、電池の裏面をパッシベーションする誘電体パッシベーション層がさらに設置されることを特徴とする請求項1に記載のバックコンタクト型太陽電池ストリング。
  4. 前記エミッタp+領域の幅は200−3000μm、前記ベースn+領域の幅は100−1000μmであり、前記エミッタ絶縁障壁層の幅はエミッタp+領域の幅以上、前記ベース絶縁障壁層の幅はベースn+領域の幅以上であることを特徴とする請求項1に記載のバックコンタクト型太陽電池ストリング。
  5. バックコンタクト型太陽電池は電池セルを等間隔に切断した幅狭長尺状のバックコンタクト型太陽電池であり、幅狭長尺状のバックコンタクト型太陽電池の幅が20mm−80mmであることを特徴とする請求項1に記載のバックコンタクト型太陽電池ストリング。
  6. 前記エミッタコンタクト電極は銀アルミニウム電極、前記ベースコンタクト電極は銀電極であり、前記バックコンタクト型太陽電池はバックコンタクト型N型単結晶シリコン太陽電池であることを特徴とする請求項1に記載のバックコンタクト型太陽電池ストリング。
  7. 前記エミッタ絶縁障壁層と前記ベース絶縁障壁層がそれぞれバックコンタクト型太陽電池のエッジに設置され、隣接するバックコンタクト型太陽電池のエミッタコンタクト電極がエミッタ絶縁障壁層によって絶縁し、隣接するバックコンタクト型太陽電池のベースコンタクト電極がベース絶縁障壁層によって絶縁することを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載のバックコンタクト型太陽電池ストリング。
  8. 太陽電池基板の裏面に交互に並んでいるエミッタp+領域とベースn+領域を形成し、スクリーン印刷技術を用いてエミッタp+領域とベースn+領域に金属ペーストを印刷し、焼結して、エミッタp+領域に接触するエミッタコンタクト電極、ベースn+領域に接触するベースコンタクト電極を形成するステップ(1)と、
    スクリーン印刷技術を用いて絶縁ペーストをエミッタコンタクト電極とベースコンタクト電極の表面に交互に印刷し、乾燥させてエミッタ絶縁障壁層とベース絶縁障壁層を形成するステップ(2)と、
    絶縁障壁層の中心に沿ってバックコンタクト型太陽電池基板を切断して複数の幅狭長尺状のバックコンタクト型電池を形成するステップ(3)と、
    幅狭長尺状のバックコンタクト型電池を規則的に配列し、隣接する電池の境界部に導電部材を敷設し、隣接するバックコンタクト型太陽電池のエミッタコンタクト電極とベースコンタクト電極を導電部材によって電気的に接続して、バックコンタクト型太陽電池ストリングを形成するステップ(4)と、を含むことを特徴とするバックコンタクト型太陽電池ストリングの製造方法。
  9. ステップ(1)では、太陽電池基板がN型単結晶シリコン基板、金属ペーストの焼結温度が300−1200℃であることを特徴とする請求項8に記載のバックコンタクト型太陽電池ストリングの製造方法。
  10. ステップ(2)では、エミッタ絶縁障壁層とベース絶縁障壁層が列状に分布し、各列のエミッタ絶縁障壁層がエミッタコンタクト電極を被覆し、ベースコンタクト電極を被覆せず、各列のベース絶縁障壁層がベースコンタクト電極を被覆し、エミッタコンタクト電極を被覆しないことを特徴とする請求項8に記載のバックコンタクト型太陽電池ストリングの製造方法。
  11. ステップ(2)では、太陽電池基板上に2列のエミッタ絶縁障壁層と1列のベース絶縁障壁層を印刷し、又は3列のエミッタ絶縁障壁層と2列のベース絶縁障壁層を印刷することを特徴とする請求項8に記載のバックコンタクト型太陽電池ストリングの製造方法。
  12. 太陽電池ストリングを備える太陽電池モジュールであって、前記太陽電池ストリングが請求項1〜7のいずれか一項に記載のバックコンタクト型太陽電池ストリングであることを特徴とする太陽電池モジュール。
  13. 1つ以上の太陽電池モジュールを備える太陽電池システムであって、前記太陽電池モジュールが請求項12に記載の太陽電池モジュールであることを特徴とする太陽電池システム。
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