一種無柵線全背接觸太陽能電池組件的製作方法

2024-03-23 16:04:05 1

本發明屬於太陽能電池領域，具體涉及一種無柵線全背接觸太陽能電池組件。

背景技術：

太陽能電池是一種將光能轉化為電能的半導體器件，較低的生產成本和較高的能量轉化效率一直是太陽能電池工業追求的目標。對於目前常規太陽能電池，其正電極接觸電極和負電極接觸電極分別位於電池片的正反兩面。電池的正面為受光面，正面金屬正電極接觸電極的覆蓋必將導致一部分入射的太陽光被金屬電極所反射，造成一部分光學損失。普通晶矽太陽能電池的正面金屬電極的覆蓋面積在7％左右，減少金屬電極的正面覆蓋可以直接提高的電池的能量轉化效率。

全背接觸太陽能電池是一種將正電極和負電極接觸電極均放置在電池背面(非受光面)的電池，該電池的受光面無任何金屬電極遮擋，從而有效增加了電池片的短路電流，使電池片的能量轉化效率得到提高。

全背接觸結構的太陽能電池是目前能工業化批量生產的晶矽太陽能電池中能量轉化效率最高的一種電池，它的高轉化效率，低的組件封裝成本，一直深受人們所青睞。在以往的全背接觸太陽能電池製作工藝中，其金屬化工藝大都採用流程較為複雜電鍍來實現，該方法在降低背接觸電池的串聯電阻，提高電池的開路電壓確實有出色的表現，但是該方法工藝複雜，排放的廢棄物嚴重汙染環境，且與目前工業化生產太陽能電池的主流金屬化方法不相兼容，因此對於低成本的產業化推廣難度較大。

使用目前主流的絲網印刷技術進行背接觸電池的金屬化如果採用常規的主柵線設計時面臨的兩個主要問題是：(1)主柵線和相反電極細柵線之間以及主柵線和相反電極對應的摻雜區域之間的絕緣；(2)因為全背接觸電池電流顯著高於常規電池，為了減少主柵線和細柵線上的線電阻造成的功率損耗需要採用較寬的柵線，更多的漿料耗量帶來成本的急劇上升。

一種解決解決主柵線和相反電極細柵線之間以及主柵線和相反電極對應的摻雜區域之間的絕緣的辦法是在矽片上正電極主柵對應的區域印刷絕緣層漿料，只有正電極細柵線及周圍部分p+區域不被遮擋。同樣的，在負電極主柵對應的區域印刷絕緣層漿料，只有負電極細柵線及周圍部分n+區域不被遮擋。專利CN103762253A公開了這種電池製作方法及結構。但是這種印刷絕緣漿料的方法必須有足夠的厚度，否則很容易發生尖端擊穿。另外由於這種絕緣漿料印刷後不能經過高溫處理，現有的燒結工藝和其不兼容。以上的缺點以及絕緣漿料昂貴的價格導致印刷絕緣層漿料的方法沒有被大規模的採用。

另一種辦法解決主柵線和相反電極細柵線之間以及主柵線和相反電極對應的摻雜區域之間的絕緣是正負電極採用豐字型設計，負電極細柵線避開正電極主柵線，正電極細柵線避開負電極主柵線。這樣正負電極的二維圖形沒有交錯的地方，可以解決反向漏電問題。專利US20110041908A1公開了這種電池製作方法及結構。但是這種方法的弊端在於由於橫向傳輸距離的關係正電極主柵位置對應的電子難以被負電極收集，負電極主柵位置對應的空穴難以被正電極收集。如此，導致電池的填充因子以及光電轉化效率受到較大影響。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種無柵線全背接觸太陽能電池組件，該電池組件既可以提升全背接觸電池組件的可靠性又可以降低其工藝難度和製造成本。

本發明的上述目的是通過以下技術方案來實現的：一種無柵線全背接觸太陽能電池組件，包括多個相串連的背接觸太陽能小電池片，所述背接觸太陽能小電池片由背接觸太陽能電池片切割而成，所述背接觸太陽能電池片包括n型矽基體，所述n型矽基體的背面設有相互平行且交替排列的p+摻雜區域和n+摻雜區域，所述p+摻雜區域和n+摻雜區域上設有背面鈍化層，所述背面鈍化層上設有正電極接觸部和負電極接觸部，其中正電極接觸部位於所述p+摻雜區域對應位置上且與所述p+摻雜區域相接觸，所述負電極接觸部位於所述n+摻雜區域對應位置上且與所述n+摻雜區域相接觸，所述正電極接觸部和所述負電極接觸部上覆蓋有焊錫或導電膠，所述背接觸太陽能電池片沿垂直於所述p+摻雜區域和n+摻雜區域的長邊方向切割成若干背接觸太陽能小電池片，相鄰兩小電池片相串連時，所述正電極接觸部的焊錫或導電膠上設置有銅線，所述負電極接觸部的焊錫或導電膠上也設置有銅線，相鄰兩小電池片直接通過銅線相串連，或相鄰兩小電池片通過銅線和焊帶相串連。

本發明中的無柵線全背接觸太陽能電池組件結構徹底解決了常規全背接觸太陽能電池主柵線和基體之間絕緣的問題，避免了使用絕緣漿料保證了組件的長期可靠性；電池上沒有設置柵線從而省去了主柵線和細柵線的昂貴的銀漿成本；同時由於切割了多個電池單元，降低了每一串電池片組串的電流，從而減小了銅絲上電阻損耗的影響，因此可以採用較細的銅線連接電池單元上的正負極接觸點，保證了組件的填充因子。

作為本發明中的一種優選實施方式，相鄰兩小電池片相串連時，將其中一小電池片旋轉180°獲得相鄰的小電池片，其中一小電池片的電極接觸部與相鄰小電池片的極性相反的電極接觸部相平齊，相鄰兩小電池片相串連時直接採用銅線將其中一小電池片的電極接觸部上的焊錫或導電膠與相鄰小電池片的極性相反的電極接觸部上的焊帶或導電膠相連接，形成串連電池片。

即相鄰兩電池片串連時，可以將背接觸太陽能小電池背面朝上放置，相鄰太陽能小電池旋轉180°並且微調電池片在銅線左右的位置使得相鄰電池片的相反電極相對齊，最好是在同一條直線上，然後將多根拉直的銅絲置於焊錫或者導電膠之上，通過加熱的方式使得銅線固化在焊錫或者導電膠上從而與電池的電極相連接。

作為本發明的一種優選的實施方式，本發明中多根銅線相平行設置且可同時連接相鄰兩小電池片的正負極接觸部將這些小電池片串聯在一起，然後再將多餘的銅線切除以後保證這些小電池片形成串聯的電路，成為太陽能電池組件的一個組串。

作為本發明中的另一種優選實施方式，相鄰兩小電池片相串連時，相鄰兩小電池片結構相同(即無需翻轉180°)，其中一小電池片的電極接觸部與相鄰小電池片的極性相同的電極接觸部相平齊，所述正電極接觸部上的銅線與所述負電極接觸部上的銅線兩端不對齊，分別具有突出端和縮短端，採用焊帶將相鄰兩小電池片上的銅線的突出端相連接，形成串連電池片。

即相鄰兩電池片串連時，將結構相同的背接觸太陽能小電池相鄰設置，無需旋轉，但正電極接觸部上的銅線和負電極接觸部上的銅線為相互平行設置且兩端不對齊，分別具有突出端和縮短端，相鄰兩小電池片上的銅線也不相互接觸，將相鄰兩電池片相串連時，採用焊帶將相鄰兩小電池片上的銅線的突出端相連接，形成串連電池片。

同時，焊帶不與相鄰兩小電池片上的銅線的縮短端相接觸。

作為本發明的一種優選的實施方式，本發明中多根銅線相平行設置且同時連接兩相鄰的太陽能小電池片，然後將再將多餘的銅線切除，使同一小電池片上的正負電極接觸部上的銅線相互平行設置且兩端不對齊，分別在兩側具有突出端和縮短端，將相鄰兩電池片相串連時，採用焊帶將相鄰兩小電池片上的銅線的突出端相連接(如將小電池片的正電極接觸部上的銅線突出端與相鄰電池片的負電極接觸部上的銅線突出端相連接或將小電池片的負電極接觸部上的銅線突出端與相鄰電池片的正電極接觸部上的銅線突出端相連接)，形成串連電池片。同時，焊帶不與相鄰兩小電池片上的銅線的縮短端相接觸。

通過在正負電極接觸部上設置焊錫或導電膠，並採用銅線或銅線和焊帶連接焊錫或導帶膠，背接觸太陽能小電池片上可以不設置任何主柵線和細柵線，所有的電流都從正負電極接觸部經過焊錫或導電膠匯集到銅線上。

作為本發明的一種改進：所述正電極接觸部的焊錫或導電膠上的銅線與所述負電極接觸部的焊錫或導電膠上的銅線相平行設置，且所述銅線沿著所述p+摻雜區域和所述n+摻雜區域的長邊方向設置。

這樣設計，便於使銅線與周邊區域相反極性的摻雜區域以及位於這些摻雜區域上的相反極性的電極接觸部保持距離，從而避免了漏電的發生。

通過銅線替代主柵線以及細柵線來收集電流，並且銅線沿著p+摻雜區域或n+摻雜區域的長邊方向，避免了常規背接觸電池主柵線跨越p+摻雜區域和n+摻雜區域時帶來的絕緣難問題。

本發明對於銅線的形狀不作特別的限定，但所述銅線的截面優選為圓形或橢圓形，其中單根銅線的截面積優選為100～9000μm2。

本發明對於正負電極接觸部的形狀不作特別的限定，但所述正電極接觸部的形狀可以優選為點狀或線狀，其中單個點或單段線的面積優選為100～9000μm2，相鄰兩點或相鄰兩段線之間的間距優選為30～2000μm。

本發明所述焊錫或導電膠採用絲網印刷或點膠的方式全部覆蓋所述正電極接觸部和所述負電極接觸部，並局部或全部覆蓋所述p+摻雜區域和n+摻雜區域，所述焊錫或導電膠的形狀為長條狀，所述焊錫或導電膠在p+摻雜區域和n+摻雜區域短邊方向的尺寸為30～1500μm，且小於所述p+摻雜區域和n+摻雜區域短邊的尺寸。

本發明所述背接觸太陽能小電池片由背接觸太陽能電池片切割而成，切割後的背接觸太陽能小電池片的結構類似於全背接觸電池(IBC)，不同點在於這種背接觸太陽能小電池片沒有任何柵線，只有正負極接觸部。因為正負電極接觸部上的焊錫或者導電膠尺寸大於正負電極接觸部的尺寸，這樣可以方便的實現焊錫或者導電膠與銅線的對位並且不影響電池效率，也不增加銀漿成本。

本發明所述焊錫的材質優選為錫、錫鉛合金、錫鉍合金或錫鉛銀合金，所述導電膠優選為粘結劑包括的導電顆粒，所述導電顆粒優選為銀、金、銅或合金金屬顆粒，所述粘結劑優選為環氧樹脂、酚醛樹脂、聚氨酯、熱塑性樹脂或聚醯亞胺。

本發明所述背接觸太陽能電池片優選沿垂直於所述p+摻雜區域和n+摻雜區域的長邊方向切割成2～20個背接觸太陽能小電池片。

這樣設計使得電池組串的電流大大減少，從而可以降低了在銅絲上的損耗。

本發明所述n型矽基體使用前優選先經表面制絨處理，然後利用擴散、雷射打孔、離子注入&退火、掩膜、刻蝕等技術組合在矽基體背表面製作相互交替排列的p+摻雜區域和n+摻雜區域，並在矽基體前表面製作低表面摻雜濃度的n+FSF。

本發明所述n型矽基體的前表面上還設有前表面場和減反射鈍化層。減反射鈍化層的材質可以是Al2O3/SiNx，SiO2/SiNx，SiO2/Al2O3/SiNx等，進一步優選SiO2/SiNx作為前表面減反射鈍化層，其厚度優選為60～200nm。

背面沉積增反射疊層鈍化膜即鈍化層對n+、P+摻雜區域實行分區鈍化或者同時鈍化，疊層鈍化膜可以選擇Al2O3/SiNx、SiO2/SiNx、SiO2/SiCN、SiO2/SiON等，進一步優選SiO2/Al2O3/SiNx作為背面鈍化膜，膜厚優選為45～600nm。

在每一串電池組串製備完成後，後續的匯流、疊層、層壓等組件封裝工藝和常規組件製作方式類似。

與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：

(1)本發明中每一個電池組串上電流方向都是沿著長條狀摻雜區域的長邊方向，不同於常規的設置一個平行摻雜區域短邊方向的主柵線的構造，從而避免了全背接觸電池設置主柵線帶來的效率損失或者工藝複雜性並且省去了主柵線的昂貴的銀漿成本，無柵線全背接觸太陽能電池組件結構徹底解決了常規全背接觸太陽能電池主柵線和基體之間絕緣的問題，避免了使用絕緣漿料保證了組件的長期可靠性；

(2)電池上沒有設置細柵線連接點狀電極而是採用銅線直接連接點狀電極從而又省去了細柵線的銀漿成本；

(3)同時由於切割了多個電池單元，降低了每一串電池片組串的電流，從而減小了銅絲上電阻損耗的影響，因此可以採用較細的銅絲連接電池單元上的正負極接觸點，保證了組件的填充因子；

基於以上三點，本發明電池組件既可以提升全背接觸電池組件的效率又大大降低其工藝難度和製造成本。

附圖說明

圖1是實施例1-2中無柵線全背接觸太陽能電池未印刷導電膠時或者焊錫時的半成品結構示意圖；

圖2是實施例1-2中無柵線全背接觸太陽能電池的成品結構示意圖

圖3是實施例1-2中無柵線全背接觸太陽能電池雷射切割後的結構示意圖；

圖4是實施例1-2中無柵線全背接觸太陽能電池切割的小電池片旋轉後的示意圖；

圖5是實施例1-2中無柵線全背接觸太陽能小電池用銅線連接後的示意圖；

圖6是實施例1中切割銅線後的無柵線全背接觸太陽能小電池的電池組串示意圖；

圖7為實施例2中切割銅線後並將銅絲與焊帶連接後的無柵線全背接觸太陽能小電池的電池組串示意圖；

1為n型矽基體，2為前表面場n+FSF，3為p+摻雜區域，4為n+摻雜區域，5為正面鈍化層，6為背面鈍化層，7為正電極接觸部，8為負電極接觸部，9為正電極接觸部的導電膠或焊錫，10為負電極接觸部的導電膠或焊錫，11為銅線，12為焊帶。

具體實施方式

實施例1

如圖1-6所示，本實施例提供的無主柵全背接觸太陽能電池組件，包括多個相串連的背接觸太陽能小電池片，背接觸太陽能小電池片由背接觸太陽能電池片切割而成，背接觸太陽能電池片包括n型矽基體1，n型矽基體的背面設有相互平行且交替排列的p+摻雜區域3和n+摻雜區域4，p+摻雜區域3和n+摻雜區域4上設有背面鈍化層6，背面鈍化層6上設有正電極接觸部7和負電極接觸部8，其中正電極接觸部7位於p+摻雜區域3對應位置上且與p+摻雜區域3相接觸，負電極接觸部8位於n+摻雜區域4對應位置上且與n+摻雜區域4相接觸，正電極接觸部7和負電極接觸部8上覆蓋有導電膠，背接觸太陽能電池片沿垂直於p+摻雜區域3和n+摻雜區域4的方向切割成若干背接觸太陽能小電池片，相鄰兩小電池片相串連時，正電極接觸部7的導電膠9上設置有銅線11，負電極接觸部8的導電膠10上也設置有銅線11，相鄰兩小電池片直接通過銅線11相串連，或相鄰兩小電池片通過銅線11和焊帶12相串連。

如圖5-6所示，相鄰兩小電池片相串連時，將其中一小電池片旋轉180°獲得相鄰的小電池片，其中一小電池片的電極接觸部與相鄰小電池片的極性相反的電極接觸部相平齊，相鄰兩小電池片相串連時直接採用銅線將其中一小電池片的電極接觸部上的導電膠與相鄰小電池片的極性相反的電極接觸部上的導電膠相連接，形成串連電池片。

並且正電極接觸部7的導電膠9上的銅線11與負電極接觸部8的導電膠10上的銅線11相平行設置，且銅線11沿著p+摻雜區域3和n+摻雜區域4的長邊方向設置。

銅線的截面為圓形，其截面積為100～9000μm2。

正電極接觸部的形狀為點狀，其中單個點的面積為100～9000μm2，相鄰兩點之間的間距為30～2000μm。

導電膠採用絲網印刷的方式全部覆蓋正電極接觸部和負電極接觸部，並局部覆蓋p+摻雜區域和n+摻雜區域，導電膠的形狀為長條狀，導電膠在p+摻雜區域和n+摻雜區域短邊方向的尺寸為30～1500μm，且小於p+摻雜區域和n+摻雜區域短邊的尺寸。

導電膠為粘結劑包括的導電顆粒，導電顆粒為銀，粘結劑為環氧樹脂導電膠。

背接觸太陽能電池片沿垂直於p+摻雜區域和n+摻雜區域的長邊方向切割成2個背接觸太陽能小電池片。這2個背接觸太陽能小電池的結構和大小相同。如圖3所示。

相鄰兩小電池片相串連時，將其中一小電池片旋轉180°獲得相鄰的小電池片，如圖4所示，其中一小電池片的電極接觸部與相鄰小電池片的極性相反的電極接觸部相平齊，相鄰兩小電池片相串連時直接採用銅線將其中一小電池片的電極接觸部上的導電膠與相鄰小電池片的極性相反的電極接觸部上的導電膠相連接，形成串連電池片。如圖5所示。

在本實施例中銅線先排布好，將第一片小電池片與其對準，第二片小電池片旋轉180°後與銅線對準，保證和第一片小電池片形成串聯，後面的小電池片依次按這種規律排列，形成一個電池組串。再將多餘的銅絲切除以後保證這些小電池片形成串聯的電路，成為太陽能電池組件的一個組串，電池片上的電流沿著長條狀n+或者p+摻雜區域的長邊方向導出。

本實施例中通過銅線替代主柵線以及細柵線來收集電流，並且銅線沿著摻雜區域長邊方向，避免了常規背接觸電池主柵線跨越n+和p+摻雜區域時帶來的絕緣難問題。並且由於電池切割成小塊，降低了電流，導電膠尺寸較大使得可以採用較細的銅絲連接電池單元上的導電膠，保證了組件的填充因子。

如圖1-2所示，背接觸太陽能電池片的n型矽基體1使用前先經表面制絨處理，然後利用擴散、雷射打孔、離子注入&退火、掩膜、刻蝕等技術組合在矽基體背表面製作相互交替排列的p+摻雜區域3和n+摻雜區域4，並在矽基體前表面製作低表面摻雜濃度的前表面場n+FSF 2。

本發明前表面上還沉積有減反射疊層鈍化膜鈍化n+FSF5，例如Al2O3/SiNx，SiO2/SiNx，SiO2/Al2O3/SiNx等，進一步優選SiO2/SiNx作為正面鈍化膜，膜厚為60～200nm。

背面沉積增反射疊層鈍化膜鈍化層6對n+、P+摻雜區域實行分區鈍化或者同時鈍化，疊層鈍化膜可以選擇Al2O3/SiNx、SiO2/SiNx、SiO2/SiCN、SiO2/SiON等，進一步優選SiO2/Al2O3/SiNx作為背面鈍化膜，膜厚優選為45～600nm。

在每一串電池製備完成後，後續的匯流、疊層、層壓等組件封裝工藝和常規組件製作方式類似。

上述無主柵全背接觸太陽能電池組件的製備方法如下：

(1)選用n型單晶矽基體1，其電阻率為1～30Ω·cm，厚度為50～300μm，該矽基體使用前先經表面制絨處理，然後利用擴散、雷射打孔、離子注入&退火、掩膜、刻蝕等技術組合在矽基體背表面製作相互交替排列的p+摻雜區域3和n+摻雜區域4，在矽基體前表面製作低表面摻雜濃度的n+FSF 2。

(2)前表面沉積減反射疊層鈍化膜5鈍化n+FSF，例如Al2O3/SiNx，SiO2/SiNx，SiO2/Al2O3/SiNx等，這裡選SiO2/SiNx作為正面鈍化膜，膜厚為60～200nm，後表面沉積增反射疊層鈍化膜6對n+摻雜區域、P+摻雜區域實行分區鈍化或者同時鈍化，疊層鈍化膜可以選擇Al2O3/SiNx、SiO2/SiNx、SiO2/SiCN、SiO2/SiON等，這裡選SiO2/Al2O3/SiNx作為背面鈍化膜，膜厚為45～600nm。

(3)在p+摻雜區域3上製作正電極接觸點7，在n+摻雜區域4上製作負電極接觸點8，接觸點可以採用印刷銀漿直接燒穿背面鈍化膜的方式也可以採用先雷射開口再印刷或者電鍍金屬的方式，從而形成接觸點和矽基體的歐姆接觸，接觸點形狀不做限定，單個接觸點面積為100μm2～90000μm2。

(4)退火或者燒結使得接觸點和矽基體形成良好的歐姆接觸，在n+摻雜區域和p+摻雜區域表面印刷導電膠連接電極接觸點用於將電流導出，導電膠在摻雜區域短邊方向的長度為20～1500μm並且小於摻雜區域短邊的長度以保證導電膠與相鄰摻雜區域基體之間的絕緣性能。

(5)將上述背接觸太陽能電池片進行切割，切割後形成上述結構的背接觸太陽能小電池片。

(6)相鄰兩背接觸太陽能小電池片相串聯時，採用多根相互平行的銅絲連接到一背接觸太陽能小電池片的電極上的導電膠同時這些銅絲連接到相鄰太陽能小電池片的極性相反的電極上的導電膠，電池片上的電流沿著長條狀n+或者p+摻雜區域的長邊方向導出。在銅絲布線時保證小電池片上的每一個長條狀n+和p+摻雜區域上的電極都通過導電膠和一根銅絲相連。在串焊時可以將背接觸太陽能小電池背面朝上放置，相鄰太陽能小電池旋轉180°並且微調電池片在銅線左右的位置使得相鄰電池片的相反電極在一條直線上，然後將多根拉直的銅絲置於焊錫或者導電膠之上，通過加熱的方式使得銅線固化在焊錫或者導電膠上從而與電池的電極相連接。再將多餘的銅絲線段切除以後保證這些小電池片形成串聯的電路，成為太陽能電池模組的一個組串，每一個組串包含6～200個太陽能小電池。

(7)每一串電池製備完成後，後續的匯流、疊層、層壓等組件封裝工藝和常規組件製作方式類似。

實施例2

如圖7所示，與實施例1不同的是：相鄰兩小電池片相串連時，相鄰兩小電池片結構相同(即無需翻轉180°)，其中一小電池片的電極接觸部與相鄰小電池片的極性相同的電極接觸部相平齊，正電極接觸部上的銅線與負電極接觸部上的銅線兩端不對齊，分別具有突出端和縮短端，採用焊帶將相鄰兩小電池片上的銅線的突出端相連接，形成串連電池片。且該焊帶不與相鄰兩小電池片上的銅線的縮短端相接觸。

即採用焊帶與連接到其中一背接觸太陽能小電池片的負電極的銅絲的突出端相焊接，同時此焊帶與連接到相鄰背接觸太陽能小電池片的正電極的銅絲的突出端相焊接。焊帶的寬度為0.2～2mm，長度與小電池片長度相近。

這樣相比實施例1更容易測試電池效率，將探針接觸正負極所連接的焊帶即可。

雖然本發明已以實施例公開如上，但其並非用以限定本發明的保護範圍，例如導電膠帶或焊錫的材料還可以是發明內容部分列舉的其它材料，此處僅為列舉，並不作限定，點接觸的圖形結構也可以進行調換調整，例如可以將p+摻雜區域和n+摻雜區域的位置調換，同時適應性的調整正電極接觸部和負電極接觸部的位置，還可以將背接觸太陽能電池片切割為2片以上，優選為2～20片，任何熟悉該技術的技術人員，在不脫離本發明的構思和範圍內所作的更改與潤飾，均應屬於本發明的保護範圍。