全背接觸太陽能電池的製備方法和電池及其組件、系統與流程

2023-12-06 09:18:01

本發明涉及太陽能電池技術領域，具體涉及一種全背接觸太陽能電池的製備方法和電池及其組件、系統。

背景技術：

全背接觸太陽能電池是一種高效率的太陽能轉化為電能的半導體器件，但是其金屬化需要耗費大量的貴金屬材料。目前，量產太陽能電池中最常用的金屬化方法是絲網印刷金屬漿料法，通過印刷銀漿或摻鋁銀漿，經過高溫燒結過程，形成具備電學接觸、電學傳導、焊接互聯等功能的金屬化。為了形成良好的歐姆接觸以及兼顧可焊性，晶體矽太陽能電池的正表面一般印刷銀漿或摻鋁銀漿，但銀漿或摻鋁銀漿的價格一般都較為昂貴，導致含銀漿料在太陽能電池製造成本中的佔比居高不下。因而尋找一種可以降低含銀漿料使用量、同時又能滿足歐姆接觸和可焊性要求的電池製備方法成為減少太陽能電池生產成本的一項關鍵工作。

技術實現要素：

本發明的目的在於針對現有技術的不足，提供一種低成本的全背接觸太陽能電池的製備方法和電池及其組件、系統。所述的太陽能電池的金屬化方法可以顯著地降低含銀漿料的使用量，從而降低太陽能電池的生產成本。

本發明提供的一種全背太陽能電池的製備方法，其技術方案為：

一種全背接觸太陽能電池的製備方法，包括以下步驟：

(1)、選擇n型太陽能電池基體，並對n型太陽能電池基體的前表面作制絨處理，n型太陽能電池基體的電阻率為0.5～15ω·cm；

(2)、將步驟(1)處理後的n型太陽能電池基體放入工業用擴散爐中對制絨面進行硼擴散，擴散溫度為920-1000℃，時間為60-180分鐘；硼擴散後的方阻值為40-100ω/sqr；

(3)、在步驟(2)處理後的n型太陽能電池基體的背面製備出圖案，作為p型摻雜或n型摻雜區域，其它區域為n型或p型摻雜區域；

(4)、在步驟(3)處理後的n型太陽能電池基體背面的tmah刻蝕區域進行磷原子注入並退火處理；退火的峰值溫度為700～950℃，退火時間為30～200min；

(5)、將步驟(4)處理後的n型太陽能電池基體放入清洗機中，去除正面和背面的氧化層；

(6)、將步驟(5)處理後的n型太陽能電池基體放入pecvd設備中，在正面和背面均鍍上氮化矽膜層；

(7)、在鍍膜後的電池背表面的p區和n區製備分段的金屬電極，與基底形成歐姆接觸；

(8)、保留整片電池，或者將電池切片再進行焊接；

(9)、將金屬絲分別鋪設在p區和n區的金屬電極上，然後進行加熱，使得金屬絲和電極形成歐姆接觸；

(10)、切除電池邊緣多餘的金屬絲，一側間隔地切斷n區的金屬絲，另一側間隔地切斷p區的金屬絲，得到太陽能電池。

優選地，所述圖案的形狀是十字型、雪花型或多邊形；

優選地，所述電極是非連續的圓點，非連續的圓點直徑為30-300微米。所述電極是非連續的線段，非連續線段的長度為40-1000微米、寬度為40-300微米；金屬絲的直徑為40-80微米，所述非連續線段垂直於所述金屬絲。

優選地，在步驟(8)中，將電池切割成為2-6片後進行焊接。

本發明的另一方面提供一種全背接觸的太陽能電池，包括n型晶體矽基體，其特徵在於：所述n型晶體矽基體背表面設置有互相深入交錯排列的p型摻雜區域和n型摻雜區域，所述p型摻雜區域上設置有p區金屬電極，所述n型摻雜區域上設置有n區金屬電極；所述p區金屬電極和所述n區金屬電極均設置有與其形成歐姆接觸的金屬絲；與n區和p區金屬電極形成歐姆接觸的金屬絲依次沿相反方向伸出所述n型晶體矽基體。

優選地，所述p區金屬電極和n區金屬電極均為分段電極。

本發明的又一方面提供一種全背接觸的太陽能電池組件的製備方法，其特徵在於：在權利要求1所述的步驟(10)之後，增加步驟(11)：

(11)、將一片電池的n區金屬絲和匯流條焊接在一起，再將這個匯流條與另一片電池的p區金屬絲焊接到一起得到電池串，層壓形成組件。

本發明的再一方面提供一種全背接觸的太陽能電池組件，包括全背接觸太陽能電池和匯流條；所述全背接觸太陽能電池為權利要求6-7任一項所述的全背接觸太陽能電池；所述匯流條設置在相鄰的所述全背接觸太陽能電池之間。

本發明的再一方面提供一種太陽能電池系統，包括至少一個串聯的太陽能電池組件，所述太陽能電池組件是如上所述的一種太陽能電池組件。

本發明的實施包括以下技術效果：

本發明的技術優點主要體現在：在背面的p型或n型摻雜區域採用十字型或雪花型或多邊形圖案，使得n/p摻雜區域互相深入交錯，可以減少n/p的重複單元，減少金屬化面積。採用銅線取代部分含銀漿料來形成副柵，既降低了含銀副柵帶來的表面複合又減少了金屬化工程序的生產成本。相比現有的金屬化工藝，本發明可以節約大概50-70％的含銀漿料消耗量。

附圖說明

圖1為本發明實施例的一種全背接觸太陽能電池示意圖，其中顯示的狀態為製備與基體形成歐姆接觸的電極之前。

圖2為本發明實施例一種全背接觸太陽能電池示意圖，其中顯示的狀態為製備與基體形成歐姆接觸的電極之後。

圖3為本發明實施例一種全背接觸太陽能電池示意圖，其中顯示的狀態為鍍有熱敏導電材料的金屬絲、熱敏導電層和分段副柵形成歐姆接觸之後。

圖4為本發明實施例一種全背接觸太陽能電池示意圖，其中顯示的狀態為使用雷射或電弧間斷地切斷金屬絲之後。

圖5為本發明實施例一種全背接觸太陽能電池示意圖，其中顯示的狀態為匯流條與一片電池的n區金屬絲焊接，再與下一片的p區金屬絲焊接得到電池串。

圖6為本發明實施例的一種全背接觸太陽能電池的電池結構示意圖。

1、電池背面的p摻雜區(或n摻雜區)；2、與1相反的n摻雜區(或p摻雜區)；3、p區的(或n區)的電極；4、n區的(或p區)的電極；5、與p區(或n區)電極形成歐姆接觸的金屬絲；6、與n區(或p區)電極形成歐姆接觸的金屬絲；7、匯流條。

具體實施方式

下面將結合實施例以及附圖對本發明加以詳細說明，需要指出的是，所描述的實施例僅旨在便於對本發明的理解，而對其不起任何限定作用。

參見圖1-4所示，本實施例的一種全背接觸太陽能電池的製備方法，主要包括以下步驟：

(1)、選擇n型太陽能電池基體，並對n型太陽能電池基體的前表面作制絨處理；n型太陽能電池基體的電阻率為0.5～15ω·cm；

(2)、將步驟(1)處理後的n型太陽能電池基體放入工業用擴散爐中對制絨面進行硼擴散，硼源優選採用三溴化硼，擴散溫度為920-1000℃，時間為60-180分鐘；硼擴散後的方阻值為40-100ω/sqr；

(3)、將步驟(2)處理後在電池的背面製備出圖案，作為p型摻雜或n型摻雜區域2，其它區域為n型或p型摻雜區域1；製備圖案可以用雷射或腐蝕漿料或阻擋層的方案，圖案可以採用十字型或雪花型或多邊形，使得n/p摻雜區域互相深入交錯，鍍膜後的結構如圖1所示；

(4)、在步驟(3)處理後的矽基體背面的tmah刻蝕區域使用離子注入機進行磷原子注入並退火處理；退火的峰值溫度為700～950℃，退火時間為30～200min，環境氣源優選為氮氣和氧氣；

(5)、將步驟(4)處理後的矽基體放入清洗機中，去除正面和背面的氧化層；

(6)、將步驟(5)處理後的n型太陽能電池基體放入pecvd設備中，在正面和背面均鍍上氮化矽膜層；

(7)、將步驟(6)處理後的n型太陽能電池在背表面的p區和n區製備分段的金屬電極，與基底形成歐姆接觸；燒結後的結構如圖2所示，其中包括p區(或n區)金屬電極3和n區(或p區)金屬電極4，兩者構成分段副柵；

(8)、保留步驟(7)處理後的n型太陽能電池的整片電池，或者將電池切片再進行焊接；

(9)、在步驟(8)處理後的n型太陽能電池上，分別將金屬絲5和6鋪設在p區和n區的金屬電極上，然後進行加熱，使得金屬絲和電極形成歐姆接觸，如圖3所示；

(10)、將步驟(9)處理後的n型太陽能電池採用雷射法或電弧法間隔地切除邊緣多餘的導電線，一側切斷n區的金屬絲，另一側切斷p區的金屬絲，如圖4所示。

優選地，還可以將步驟(10)處理後的n型太陽能電池，一片電池的n區金屬絲6和匯流條7焊接在一起，再將這個匯流條7與另一片電池的p區金屬絲5焊接到一起得到電池串，如圖5所示。

採用上述方法得到的太陽能電池可以減少n/p的重複單元，減少金屬化面積，並且可以採用金屬線(優選銅線)取代部分含銀漿料，既降低了含銀副柵帶來的表面複合，又減少了金屬化工程序的生產成本。相比現有的正面金屬化工藝，本發明可以節約大概50-70％的含銀漿料消耗量。

下述以具體實施例進行詳述：

(1)、選擇太陽能電池基體，本實施例選擇156.75mm*156.75mm的n型晶體矽基體，並對n型晶體矽基體的表面作制絨處理；n型晶體矽基體的電阻率為0.5～15ω·cm，優選3～7ω·cm，其厚度為50～300μm，優選80～200μm。

(2)、將步驟(1)處理後的n型太陽能電池基體放入工業用擴散爐中對制絨面進行硼擴散，硼源採用三溴化硼，擴散溫度為920-1000℃，時間為60-180分鐘；硼擴散後的方阻值為40-100ω/sqr，優選70-90ω/sqr。

(3)、將步驟(2)處理後的矽基體用雷射進行背面刻蝕以去除bsg(硼矽玻璃)，再用tmah刻蝕硼擴散層。

(4)、在步驟(3)處理後的矽基體背面的tmah刻蝕區域使用離子注入機進行磷原子注入並退火處理；退火的峰值溫度為700～950℃，退火時間為30～200min，環境氣源優選為氮氣和氧氣。

(5)、將步驟(4)處理後的矽基體放入清洗機中，去除正面和背面的氧化層。

(6)、將步驟(5)處理後的n型太陽能電池基體放入pecvd設備中，在正面和背面均鍍上氮化矽膜層。

(7)、將步驟(6)處理後的n型太陽能電池在背表面的p區和n區製備分段的金屬電極，與基底形成歐姆接觸。；

(8)、保留步驟(7)處理後的n型太陽能電池的整片電池，或者將電池切片再進行焊接；

(9)、在步驟(8)處理後的n型太陽能電池上，分別將金屬絲鋪設在p區和n區的金屬電極上，然後進行加熱，使得金屬絲和電極形成歐姆接觸；

(10)、將步驟(9)處理後的n型太陽能電池採用雷射法或電弧法間隔地切除邊緣多餘的導電線，一側切斷n區的金屬絲，另一側切斷p區的金屬絲。

如圖6所示，本實施例還提供了一種太陽能電池，包括n型晶體矽基體，所述n型晶體矽基體背表面設置有互相深入交錯排列的p型摻雜區域1和n型摻雜區域2，所述p型摻雜區域1上設置有p區金屬電極3，所述n型摻雜區域2上設置有n區金屬電極4；所述p區金屬電極3和所述n區金屬電極4均設置有與其形成歐姆接觸的金屬絲5、6；與n區和p區金屬電極形成歐姆接觸的金屬絲依次沿相反方向伸出所述n型晶體矽基體。

優選地，所述p區金屬電極3和n區金屬電極4均為分段電極。電極可以是非連續的圓點或非連續的線段，非連續圓點的直徑為30-300微米，非連續線段的長度為40-1000微米，所述非連續線段的寬度為40-300微米，所述金屬線的直徑為40-200微米；非連續的線條垂直於金屬絲。

其中，金屬絲可以設置100～200條。採用互相深入交錯的摻雜圖形設計，可以減少n/p的重複單元，減少金屬化面積，採用銅線取代部分含銀漿料來形成副柵，既降低了含銀副柵帶來的表面複合又減少了金屬化工程序的生產成本。相比現有絲網印刷全背接觸太陽能電池工藝，本發明可以節約大概50-70％的含銀漿料消耗量。

本實施例還提供了一種全背接觸太陽能電池組件的製備方法，在權利要求1所述的步驟(10)之後，增加步驟(11)：

(11)、將一片電池的n區金屬絲和匯流條焊接在一起，再將這個匯流條與另一片電池的p區金屬絲焊接到一起得到電池串，層壓形成組件。

本實施例還提供了一種太陽能電池組件，包括由上至下依次連接的前層材料、封裝材料、太陽能電池、匯流條7、封裝材料、背板，太陽能電池是上述的一種太陽能電池，所述匯流條7設置在相鄰太陽能電池之間，用於太陽能電池之間歐姆接觸的。本實施例的太陽能電池組件的結構及工作原理使用本領域公知的技術，且本發明提供的太陽能電池組件的改進僅涉及上述的太陽能電池，不對其他部分進行改動。故本說明書僅對太陽能電池及其製備方法進行詳述，對太陽能電池組件的其他部件及工作原理這裡不再贅述。本領域技術人員在本說明書描述的內容基礎上，即可實現本發明的太陽能電池組件。

本實施例還提供了一種太陽能電池系統，包括至少一個串聯的太陽能電池組件，太陽能電池組件是上述的一種太陽能電池組件。本實施例的太陽能電池系統的結構及工作原理使用本領域公知的技術，且本發明提供的太陽能電池系統的改進僅涉及上述的太陽能電池，不對其他部分進行改動。故本說明書僅對太陽能電池及其製備方法進行詳述，對太陽能電池系統的其他部件及工作原理這裡不再贅述。本領域技術人員在本說明書描述的內容基礎上，即可實現本發明的太陽能電池系統。

最後應當說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對本發明保護範圍的限制，儘管參照較佳實施例對本發明作了詳細地說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的實質和範圍。