具有金屬絲柵網引出電極的太陽電池及其製備方法

2023-09-17 10:49:15 1

專利名稱：具有金屬絲柵網引出電極的太陽電池及其製備方法
技術領域：
本發明涉及太陽電池領域，特別是具有金屬絲網引出電極的太陽電池及其製備方法。
技術背景在本說明書中，將太陽電池接收光的一面稱為上表面或上面，與之相對的面稱為下表面 或背面。在太陽電池表面用於將光電流收集起來的電極稱為收集極。用於將收集極中的電流 引出來，得到輸出電流的電極稱為引出極。太陽電池發電無汙染，綠色環保，近年來得到了廣泛的應用。傳統的晶體矽太陽電池包 括單晶矽太陽電池與多晶矽太陽電池，這種太陽電池光電轉換效率較高，性能穩定。它存在 的最大問題是製作成本過高，其中主要原因是高純矽材料的成本高。多年來，人們不斷對新 型太陽電池進行探索，希望找到降低太陽電池製作成本的新途徑。在唐厚舜等發表的文章"矽珠的形成及太陽電池(組件"(太陽能學報，第18巻，第1期， 1997年1月，31頁至34頁)中介紹了一種用矽球製備的太陽電池。這一方法用矽球代替了 晶體矽片，省去了熔鑄或拉單晶和切片的過程。但矽球本身的製備較為困難，因而很難進一 步降低製造成本。美國專利4514580和中國專利CN1031157A分別介紹了矽顆粒太陽電池的 製備方法。由於矽顆粒的大小和形狀不規則，在技術上難度比較大。在集成電路生產中，有大量的邊角料和不合格的晶片，在太陽電池生產過程中也有大量 的碎片，這些都是品質非常好的單晶矽或多晶矽。但是這些矽片面積比較小，形狀不一致， 用現有技術無法直接製成太陽電池。在成熟的晶體矽太陽電池生產工藝中， 一般採用印刷或真空沉積的方法在電池表面製備 細密的收集柵做電子收集極，所有的電子收集極柵線通過一條或兩條寬的引出極連接起來。 太陽電池表面產生的光電流經過收集極柵線到達引出極，從而得到輸出電流。對於面積較大， 形狀規則一致的太陽電池，這種結構製作工藝簡單，性能穩定可靠。但是，對於面積較小， 形狀不規則的碎小的電池片，無法用一兩條引出極將所有碎小的電池片上產生的光電流引出 來。因此，現在的太陽電池生產工藝技術無法利用碎矽片或集成電路生產中的邊角料直接制 作太陽電池。 發明內容本發明的目的是提供一種具有金屬絲柵網引出電極的太陽電池及其製備方法。採用金屬 絲柵網引出電極可以將所有碎小的電池片上產生的光電流引出。可以直接用碎矽片或集成電 路生產中的邊角料製作太陽電池。一種具有金屬絲柵網引出電極的太陽電池及其製備方法。將適合製作太陽電池的晶體半 導體材料按照常規晶體太陽電池的製作方法製備好太陽電池片。在太陽電池片的兩面分別制
備柵網型電子收集極，並使柵網型電子收集極與太陽電池片表面形成良好的歐姆接觸；將金 屬絲製成柵網，將金屬絲柵網與太陽電池片表面的收集極柵網緊密結合，其中金屬絲柵網的 排列方向與收集極柵網排列方向互相垂直，使收集極柵網的每一根柵線都與金屬絲柵網的柵 線有連接點，並形成良好的導電接觸。使收集極柵網中的電流可以通過金屬絲柵網導出。用 有機樹脂材料將太陽電池片與金屬絲柵網封裝，以便避免柵網連接處鬆脫或被空氣氧化。所述的柵網型電子收集極由銀漿或銀鋁漿印刷在太陽電池片表面，通過高溫燒結與太陽 電池片表面形成良好的歐姆接觸，並與焊錫有良好的融和性。柵網型收集極也可採用真空沉 積單一金屬或多種金屬製成，並通過高溫處理與太陽電池片表面形成良好的歐姆接觸，並與 杆物fl r^丁口、jkktw.i土。 t"jp乂wj鬥生pB丁儀朱ix口、j側rag)5口、j見/ayv u.u:imm主0.5mm， 柵網線 之間的間隔為lmm至10mm。所述的金屬絲柵網由銅絲，鎳絲，鋁絲，不鏽綱絲或其它導電性良好，並與焊錫有良好 融和性的金屬絲製成。金屬絲的直徑為O.lmm至0.8mm，金屬絲柵網線之間的間隔為lmm 至20mm。太陽電池製備過程包括下述步驟按照常規晶體太陽電池的製作方法製備好太陽電池片， 在太陽電池片表面製備好柵網型電子收集極，在收集極柵線上掛滿焊錫，將金屬絲製成柵網， 在金屬絲柵網的柵線上也掛滿焊錫，將金屬絲柵網壓在太陽電池片表面，其中金屬絲柵網排 列方向與收集極柵網排列方向互相垂直，加熱至焊錫熔化溫度，使金屬絲柵網與收集極柵網 交接處焊接在一起，用有機樹脂將太陽電池片與金屬絲柵網極封裝，構成完整的太陽電池。所述的有機樹脂材料為液態，經固化處理後成為固態。有機樹脂材料也可以是片狀熱塑型樹脂膜，厚度為0.1mm至0.5mm。樹脂膜為EVA或PET膜。 現將本發明詳細描述如下本發明的關鍵是將電子收集極與電子引出極用不同材料和不同方法分別製備，然後再將 二者連接在一起。電子收集極分布在各個小的太陽電池片表面，每個太陽電池片是分立的。 電子引出極是連成一體的，可將所有分立的太陽電池片連接成整體的太陽電池。電子收集極用印刷或真空沉積的方法在太陽電池片表面製備細密的收集柵。為了使收集 極與太陽電池表面有良好的歐姆接觸， 一般要進行高溫燒結或熱處理。收集柵線的寬度一般 是O.lmm左右，柵線之間的間距是3mm左右。只要太陽電池片的長寬在3mm以上，總能有 一條以上的柵線落在太陽電池片表面，光電流就能被收集柵收集。引出極用金屬絲製成柵網。柵網的間距小於電池片的尺寸，使每一個電池片都能被兩根 以上的柵線覆蓋。引出極柵線的排列方向與收集極柵線的排列方向垂直。這樣引出極與收集 極總能有交叉接觸點。在引出極柵線和收集極柵線表面都浸滿焊錫，將引出極與收集極壓在 一起，加熱至焊錫熔化溫度，使引出極與收集極在接觸點焊接在一起，形成良好的導電接觸。 這樣所有太陽電池片產生的電流都能被引出極引出。 引出極金屬絲的粗細與柵網的間距取決於電池片的大小。對於較大的電池片，金屬絲可 以粗一些，柵網的間距可以大一些，這樣遮光面積小一些，有利於提高太陽電池效率。收集 極柵線密一些，電子收集效果好，但柵線增多遮光面積會增大。經過優化設計可以找到收集 柵的最佳分布。引出極金屬絲一般比較細，機械強度不高。為了將連在一起的小的太陽電池片組成大的 太陽電池，需要對電池進行封裝。封裝能保護柵線焊點不被氧化，同時也增強太陽電池的整 體強度。封裝材料可以採用結構型粘膠劑。液態的膠可以滲入太陽電池片的每一個縫隙，經過固 化處理後，將所有的太陽電池片和引出極柵網粘接成一個整體。粘接劑可以採用溶劑型、反 應固化型和熱塑型。溶劑型粘接劑對環境有汙染，不適於大批量生產。反應固化型粘接劑性 能很好，但固化時間一般比較長，生產周期長。熱塑型粘接劑也叫熱熔膠，加熱到一定溫度 既軟化，降到一定溫度以下既固化，無溶劑汙染，生產周期短，適合批量化生產。熱塑型封裝材料先製成片狀的樹脂膜。用兩層樹脂膜將焊好引出極的太陽電池片夾在中 間。在真空環境下，加熱至樹脂膜軟化溫度，軟化的樹脂材料穿過引出極柵網，滲入到電池 片的每一個縫隙中，當溫度降到固化溫度以下時，既將電池片粘接成一個整體。熱塑型封裝 材料的軟化溫度可以低於焊錫熔點，也可以高於焊錫熔點。如果熱塑型封裝材料的軟化溫度 低於焊錫熔點，封裝過程對焊點沒有影響。如果熱塑型封裝材料的軟化溫度高於焊錫熔點， 在降溫過程中，熱塑型封裝材料先固化，進一步降溫焊錫才固化。這樣可以使焊點更加牢固。


圖1是太陽電池片表面柵型電子收集極結構圖。 圖2是金屬絲柵網引出極結構圖。圖3是太陽電池片平鋪在金屬絲柵網引出電極時的正面結構圖。 圖4是具有金屬絲柵網引出電極的太陽電池正面結構圖。 圖5是具有金屬絲柵網引出電極的太陽電池側面結構圖。
具體實施方式
如圖所示，01代表太陽電池片，02代表收集極柵線；03代表金屬絲柵網引出電極；04 代表金屬絲柵線；05代表金屬絲柵網支撐端；06代表下表面金屬絲柵線；07代表下表面引 出電極；08代表下表面金屬絲柵網支撐端；09代表上表面引出電極；10代表上表面金屬絲 柵線；ll代表上表面金屬絲柵網支撐端；12代表封裝樹脂。實施例1:用太陽電池生產過程中切片後破碎的矽片製作太陽電池。矽片的電阻率為5歐姆釐米P 型多晶矽，厚度為0.3mm，長寬尺寸大於3mm，形狀不規則。按照常規太陽電池製作工藝將 矽片製成太陽電池片。在太陽電池片的兩面用絲網印刷的方法印製銀漿收集極柵線，柵線寬
為0.1mm，柵線的間距為2mm。經過烘乾後，高溫燒結使銀漿柵線與太陽電池片形成良好的 歐姆導電接觸，。將太陽電池片浸錫，使柵線表面掛滿焊錫。如圖1所示。將直徑0.2mm的銅線表面掛錫，製成間距2mm的柵網。柵網的一端焊接寬2mm，厚0,2mm 的銅帶作為引出極。在柵網的另一端焊接寬0.5mm，厚O,lmm的銅帶，對柵網起到支撐的作 用。女fl圖2所示。金屬絲柵網的面積為100xl00mm2。金屬絲柵網放在可加熱的平板上，將太 陽電池片平鋪在金屬絲柵網上。其中太陽電池片的收集極柵線的方向與金屬絲的方向垂直。 太陽電池片的背面朝下，上表面朝上，排列儘可能密集，但不能有重疊。如圖3所示。用另 一個金屬絲柵網蓋在太陽電池片上面作為上電極。其中上下電極的引出極方向要相反，如圖 4所示。用兩塊加熱板將太陽電池片與金屬絲柵網壓緊，加熱至焊錫熔化溫度，使太陽電池 片的收集柵與金屬絲柵網焊接在一起。經初步檢驗合格後，進行下一步封裝。用市售的太陽電池封裝專用的EVA膜對電池片進行封裝。將EVA膜鋪在焊接好金屬絲柵 網引出極的太陽電池片的兩面，最外面用兩塊玻璃夾緊，放進真空室中抽真空至0.1Pa以下， 加熱至150°C，玻璃兩側加壓使熔化的膠體滲入太陽電池片的縫隙中。冷卻後將兩塊玻璃縫 隙擠出的膠去除，太陽電池製作完成。實施例2用集成電路的邊角料製作太陽電池。矽片的電阻率為5歐姆釐米的P型單晶矽，厚度為 0.3mm，長寬尺寸大於5mm，形狀規則。按照單晶矽太陽電池製作工藝將矽片製成太陽電池 片。在太陽電池片的兩面用絲網印刷的方法印製銀漿收集極柵線，柵線的寬為O.lmm，柵線 的間距為2mm。經過烘乾後，高溫燒結使銀漿柵線與電池片形成良好的歐姆導電接觸，。將 太陽電池片浸錫，使柵線表面掛滿焊錫。將直徑0.2mm的銅線表面掛錫，製成間距4mm的柵網。柵網的一端焊接寬2mm，厚0,2mm 的銅帶作為引出極。在柵網的另一端焊接寬0.5mm，厚O,lmm的銅帶，對柵網起到支撐的作 用。金屬絲柵網的面積為100xl00mm2。金屬絲柵網放在可加熱的平板上，將太陽電池片整齊 地平鋪在金屬絲柵網上。其中太陽電池片上的收集極柵線的方向與金屬絲的方向垂直。太陽 電池片的背面朝下，上表面朝上。用另一個金屬絲柵網蓋在太陽電池片上面作為上電極。其 中上下電極的引出極方向要相反。用兩塊加熱板將太陽電池片與金屬絲柵網壓緊，加熱至焊 錫熔化溫度，使太陽電池片的收集柵與金屬絲柵網焊接在一起。經初步檢驗合格後，進行下 一歩封裝。用市售的PET膜對電池片進行封裝。將PET膜鋪在焊接好金屬絲柵網引出極的太陽電池 片的兩面，外面用兩塊加熱板夾緊，在PET膜與加熱板之間墊上聚四氟乙烯薄膜，以防止PET 膜與加熱板粘在一起。放進真空室中抽真空至0.1Pa以下，加熱至18(TC。冷卻後將太陽電池 片取出，將四周邊緣剪齊，太陽電池製作完成。用PET封裝可以不用玻璃，太陽電池更輕薄。
權利要求
1、一種具有金屬絲柵網引出電極的太陽電池及其製備方法。將適合製作太陽電池的晶體半導體材料按照常規晶體太陽電池的製作方法製備好太陽電池片。其特徵在於在太陽電池片的兩面分別製備柵網型電子收集極，並使柵網型電子收集極與太陽電池片表面形成良好的歐姆接觸；將金屬絲製成柵網，將金屬絲柵網與太陽電池片表面的收集極柵網緊密結合，其中金屬絲柵網的排列方向與收集極柵網的排列方向互相垂直，使收集極柵網的每一根柵線都與金屬絲柵網的柵線有連接點，並形成良好的導電接觸。使收集極柵網中的電流可以通過金屬絲柵網導出。用有機樹脂材料將太陽電池片與金屬絲柵網封裝，以便避免柵網連接處鬆脫或被空氣氧化。
2、 按照權利要求l所述的太陽電池，其特徵在於所述的柵網型電子收集極由銀漿或銀 鋁漿印刷在太陽電池片表面，通過高溫燒結與太陽電池片表面形成良好的歐姆接觸，並與焊 錫有良好的融和性。
3、 按照權利要求l所述的太陽電池，其特徵在於所述的柵網型收集極釆用真空沉積單 一金屬或多種金屬製成，並通過高溫處理與太陽電池片表面形成良好的歐姆接觸，並與焊錫 有良好的融和性。
4、 按照權利要求2和權利要求3所述的柵網型收集極，其特徵在於構成柵網型收集極的柵網線的寬度為0.05mm至0.5mm，柵網線之間的間隔為lmm至10mm。
5、 按照權利要求l所述的太陽電池，其特徵在於所述的金屬絲柵網由銅絲，鎳絲，鋁 絲，不鏽綱絲或其它導電性良好，並且與焊錫有良好融和性的金屬絲製成。
6、 按照權利要求5所述的金屬絲柵網，其特徵在於金屬絲的直徑為0.1mm至0.8mm， 金屬絲柵網線之間的間隔為lmm至20mm。
7、 按照權利要求l所述的太陽電池製備方法，其特徵在於製備過程包括下述步驟按 照常規晶體太陽電池的製作方法製備好太陽電池片，在太陽電池片表面製備好柵網型電子收 集極，在收集極柵線上掛滿焊錫，將金屬絲製成柵網，在金屬絲柵網的柵線上也掛滿焊錫， 將金屬絲柵網壓在太陽電池片表面，其中金屬絲柵網排列方向與收集極柵網排列方向互相垂 直，加熱至焊錫熔化溫度，使金屬絲柵網與收集極柵網交接處焊接在一起，用有機樹脂將太 陽電池片與金屬絲柵網極封裝，構成完整的太陽電池。
8、 按照權利要求l所述的太陽電池，其特徵在於所述的有機樹脂材料為液態，經固化處理後成為固態。
9、 按照權利要求l所述的太陽電池，其特徵在於所述的有機樹脂材料為片狀熱塑型樹脂膜，厚度為0.1mm至0.5mm。
10、 按照權利要求9所述的熱塑型樹脂膜，其特徵在於所述的樹脂膜為EVA或PET膜。
全文摘要
本發明將適合製作太陽電池的半導體材料按照常規製作方法製備好太陽電池片。在太陽電池片的兩面分別製備柵網型電子收集極，並使其與太陽電池片表面形成良好的歐姆接觸；將金屬絲製成柵網，將金屬絲柵網與收集極柵網的排列方向互相垂直，並緊密結合，形成良好的導電接觸，使收集極柵網的每一根柵線都與金屬絲柵網的柵線有連接點，使收集極柵網中的電流可以通過金屬絲柵網導出。用有機樹脂材料將太陽電池片與金屬絲柵網封裝。太陽電池片的形狀和大小可以不一致，只要長寬尺寸大於金屬絲柵網的間距就可以用來製備太陽電池。金屬絲柵網可以將所有碎小的電池片上產生的光電流引出。可以直接用碎矽片或集成電路的邊角料製作太陽電池。
文檔編號H01L31/048GK101159293SQ200710150029
公開日2008年4月9日 申請日期2007年11月1日 優先權日2007年11月1日
發明者劉維一 申請人:南開大學