專利名稱：具有金屬絲柵網(wǎng)引出電極的太陽電池及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽電池領(lǐng)域，特別是具有金屬絲網(wǎng)引出電極的太陽電池及其制備方法。
技術(shù)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。在太陽電池表面用于將光電流收集起來的電極稱為收集極。用于將收集極中的電流 引出來，得到輸出電流的電極稱為引出極。太陽電池發(fā)電無污染，綠色環(huán)保，近年來得到了廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的晶體硅太陽電池包 括單晶硅太陽電池與多晶硅太陽電池，這種太陽電池光電轉(zhuǎn)換效率較高，性能穩(wěn)定。它存在 的最大問題是制作成本過高，其中主要原因是高純硅材料的成本高。多年來，人們不斷對新 型太陽電池進(jìn)行探索，希望找到降低太陽電池制作成本的新途徑。在唐厚舜等發(fā)表的文章"硅珠的形成及太陽電池(組件"(太陽能學(xué)報，第18巻，第1期， 1997年1月，31頁至34頁)中介紹了一種用硅球制備的太陽電池。這一方法用硅球代替了 晶體硅片，省去了熔鑄或拉單晶和切片的過程。但硅球本身的制備較為困難，因而很難進(jìn)一 步降低制造成本。美國專利4514580和中國專利CN1031157A分別介紹了硅顆粒太陽電池的 制備方法。由于硅顆粒的大小和形狀不規(guī)則，在技術(shù)上難度比較大。在集成電路生產(chǎn)中，有大量的邊角料和不合格的芯片，在太陽電池生產(chǎn)過程中也有大量 的碎片，這些都是品質(zhì)非常好的單晶硅或多晶硅。但是這些硅片面積比較小，形狀不一致， 用現(xiàn)有技術(shù)無法直接制成太陽電池。在成熟的晶體硅太陽電池生產(chǎn)工藝中， 一般采用印刷或真空沉積的方法在電池表面制備 細(xì)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(chǎn)生的光電流經(jīng)過收集極柵線到達(dá)引出極，從而得到輸出電流。對于面積較大， 形狀規(guī)則一致的太陽電池，這種結(jié)構(gòu)制作工藝簡單，性能穩(wěn)定可靠。但是，對于面積較小， 形狀不規(guī)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(chǎn)生的光電流引出 來。因此，現(xiàn)在的太陽電池生產(chǎn)工藝技術(shù)無法利用碎硅片或集成電路生產(chǎn)中的邊角料直接制 作太陽電池。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種具有金屬絲柵網(wǎng)引出電極的太陽電池及其制備方法。采用金屬 絲柵網(wǎng)引出電極可以將所有碎小的電池片上產(chǎn)生的光電流引出?？梢灾苯佑盟楣杵蚣呻?路生產(chǎn)中的邊角料制作太陽電池。一種具有金屬絲柵網(wǎng)引出電極的太陽電池及其制備方法。將適合制作太陽電池的晶體半 導(dǎo)體材料按照常規(guī)晶體太陽電池的制作方法制備好太陽電池片。在太陽電池片的兩面分別制
備柵網(wǎng)型電子收集極，并使柵網(wǎng)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 屬絲制成柵網(wǎng)，將金屬絲柵網(wǎng)與太陽電池片表面的收集極柵網(wǎng)緊密結(jié)合，其中金屬絲柵網(wǎng)的 排列方向與收集極柵網(wǎng)排列方向互相垂直，使收集極柵網(wǎng)的每一根柵線都與金屬絲柵網(wǎng)的柵 線有連接點，并形成良好的導(dǎo)電接觸。使收集極柵網(wǎng)中的電流可以通過金屬絲柵網(wǎng)導(dǎo)出。用 有機樹脂材料將太陽電池片與金屬絲柵網(wǎng)封裝，以便避免柵網(wǎng)連接處松脫或被空氣氧化。所述的柵網(wǎng)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?zé)Y(jié)與太陽 電池片表面形成良好的歐姆接觸，并與焊錫有良好的融和性。柵網(wǎng)型收集極也可采用真空沉 積單一金屬或多種金屬制成，并通過高溫處理與太陽電池片表面形成良好的歐姆接觸，并與 桿物fl r^丁口、jkktw.i土。 t"jp乂wj鬥生pB丁儀朱ix口、j側(cè)rag)5口、j見/ayv u.u:imm主0.5mm， 柵網(wǎng)線 之間的間隔為lmm至10mm。所述的金屬絲柵網(wǎng)由銅絲，鎳絲，鋁絲，不銹綱絲或其它導(dǎo)電性良好，并與焊錫有良好 融和性的金屬絲制成。金屬絲的直徑為O.lmm至0.8mm，金屬絲柵網(wǎng)線之間的間隔為lmm 至20mm。太陽電池制備過程包括下述步驟按照常規(guī)晶體太陽電池的制作方法制備好太陽電池片， 在太陽電池片表面制備好柵網(wǎng)型電子收集極，在收集極柵線上掛滿焊錫，將金屬絲制成柵網(wǎng)， 在金屬絲柵網(wǎng)的柵線上也掛滿焊錫，將金屬絲柵網(wǎng)壓在太陽電池片表面，其中金屬絲柵網(wǎng)排 列方向與收集極柵網(wǎng)排列方向互相垂直，加熱至焊錫熔化溫度，使金屬絲柵網(wǎng)與收集極柵網(wǎng) 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(wǎng)極封裝，構(gòu)成完整的太陽電池。所述的有機樹脂材料為液態(tài)，經(jīng)固化處理后成為固態(tài)。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(xiàn)將本發(fā)明詳細(xì)描述如下本發(fā)明的關(guān)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制備，然后再將 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制備細(xì)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(jìn)行高溫?zé)Y(jié)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。引出極用金屬絲制成柵網(wǎng)。柵網(wǎng)的間距小于電池片的尺寸，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(dǎo)電接觸。 這樣所有太陽電池片產(chǎn)生的電流都能被引出極引出。 引出極金屬絲的粗細(xì)與柵網(wǎng)的間距取決于電池片的大小。對于較大的電池片，金屬絲可 以粗一些，柵網(wǎng)的間距可以大一些，這樣遮光面積小一些，有利于提高太陽電池效率。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(jīng)過優(yōu)化設(shè)計可以找到收集 柵的最佳分布。引出極金屬絲一般比較細(xì)，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(jìn)行封裝。封裝能保護(hù)柵線焊點不被氧化，同時也增強太陽電池的整 體強度。封裝材料可以采用結(jié)構(gòu)型粘膠劑。液態(tài)的膠可以滲入太陽電池片的每一個縫隙，經(jīng)過固 化處理后，將所有的太陽電池片和引出極柵網(wǎng)粘接成一個整體。粘接劑可以采用溶劑型、反 應(yīng)固化型和熱塑型。溶劑型粘接劑對環(huán)境有污染，不適于大批量生產(chǎn)。反應(yīng)固化型粘接劑性 能很好，但固化時間一般比較長，生產(chǎn)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，無溶劑污染，生產(chǎn)周期短，適合批量化生產(chǎn)。熱塑型封裝材料先制成片狀的樹脂膜。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(huán)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(wǎng)，滲入到電池 片的每一個縫隙中，當(dāng)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于焊錫熔點，也可以高于焊錫熔點。如果熱塑型封裝材料的軟化溫度 低于焊錫熔點，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于焊錫熔點， 在降溫過程中，熱塑型封裝材料先固化，進(jìn)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(jié)構(gòu)圖。 圖2是金屬絲柵網(wǎng)引出極結(jié)構(gòu)圖。圖3是太陽電池片平鋪在金屬絲柵網(wǎng)引出電極時的正面結(jié)構(gòu)圖。 圖4是具有金屬絲柵網(wǎng)引出電極的太陽電池正面結(jié)構(gòu)圖。 圖5是具有金屬絲柵網(wǎng)引出電極的太陽電池側(cè)面結(jié)構(gòu)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(wǎng)引出電極；04 代表金屬絲柵線；05代表金屬絲柵網(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)支撐端；12代表封裝樹脂。實施例1:用太陽電池生產(chǎn)過程中切片后破碎的硅片制作太陽電池。硅片的電阻率為5歐姆厘米P 型多晶硅，厚度為0.3mm，長寬尺寸大于3mm，形狀不規(guī)則。按照常規(guī)太陽電池制作工藝將 硅片制成太陽電池片。在太陽電池片的兩面用絲網(wǎng)印刷的方法印制銀漿收集極柵線，柵線寬
為0.1mm，柵線的間距為2mm。經(jīng)過烘干后，高溫?zé)Y(jié)使銀漿柵線與太陽電池片形成良好的 歐姆導(dǎo)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，制成間距2mm的柵網(wǎng)。柵網(wǎng)的一端焊接寬2mm，厚0,2mm 的銅帶作為引出極。在柵網(wǎng)的另一端焊接寬0.5mm，厚O,lmm的銅帶，對柵網(wǎng)起到支撐的作 用。女fl圖2所示。金屬絲柵網(wǎng)的面積為100xl00mm2。金屬絲柵網(wǎng)放在可加熱的平板上，將太 陽電池片平鋪在金屬絲柵網(wǎng)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，排列盡可能密集，但不能有重疊。如圖3所示。用另 一個金屬絲柵網(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)焊接在一起。經(jīng)初步檢驗合格后，進(jìn)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(jìn)行封裝。將EVA膜鋪在焊接好金屬絲柵 網(wǎng)引出極的太陽電池片的兩面，最外面用兩塊玻璃夾緊，放進(jìn)真空室中抽真空至0.1Pa以下， 加熱至150°C，玻璃兩側(cè)加壓使熔化的膠體滲入太陽電池片的縫隙中。冷卻后將兩塊玻璃縫 隙擠出的膠去除，太陽電池制作完成。實施例2用集成電路的邊角料制作太陽電池。硅片的電阻率為5歐姆厘米的P型單晶硅，厚度為 0.3mm，長寬尺寸大于5mm，形狀規(guī)則。按照單晶硅太陽電池制作工藝將硅片制成太陽電池 片。在太陽電池片的兩面用絲網(wǎng)印刷的方法印制銀漿收集極柵線，柵線的寬為O.lmm，柵線 的間距為2mm。經(jīng)過烘干后，高溫?zé)Y(jié)使銀漿柵線與電池片形成良好的歐姆導(dǎo)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，制成間距4mm的柵網(wǎng)。柵網(wǎng)的一端焊接寬2mm，厚0,2mm 的銅帶作為引出極。在柵網(wǎng)的另一端焊接寬0.5mm，厚O,lmm的銅帶，對柵網(wǎng)起到支撐的作 用。金屬絲柵網(wǎng)的面積為100xl00mm2。金屬絲柵網(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)焊接在一起。經(jīng)初步檢驗合格后，進(jìn)行下 一歩封裝。用市售的PET膜對電池片進(jìn)行封裝。將PET膜鋪在焊接好金屬絲柵網(wǎng)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(jìn)真空室中抽真空至0.1Pa以下，加熱至18(TC。冷卻后將太陽電池 片取出，將四周邊緣剪齊，太陽電池制作完成。用PET封裝可以不用玻璃，太陽電池更輕薄。
權(quán)利要求
1、一種具有金屬絲柵網(wǎng)引出電極的太陽電池及其制備方法。將適合制作太陽電池的晶體半導(dǎo)體材料按照常規(guī)晶體太陽電池的制作方法制備好太陽電池片。其特征在于在太陽電池片的兩面分別制備柵網(wǎng)型電子收集極，并使柵網(wǎng)型電子收集極與太陽電池片表面形成良好的歐姆接觸；將金屬絲制成柵網(wǎng)，將金屬絲柵網(wǎng)與太陽電池片表面的收集極柵網(wǎng)緊密結(jié)合，其中金屬絲柵網(wǎng)的排列方向與收集極柵網(wǎng)的排列方向互相垂直，使收集極柵網(wǎng)的每一根柵線都與金屬絲柵網(wǎng)的柵線有連接點，并形成良好的導(dǎo)電接觸。使收集極柵網(wǎng)中的電流可以通過金屬絲柵網(wǎng)導(dǎo)出。用有機樹脂材料將太陽電池片與金屬絲柵網(wǎng)封裝，以便避免柵網(wǎng)連接處松脫或被空氣氧化。
2、 按照權(quán)利要求l所述的太陽電池，其特征在于所述的柵網(wǎng)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?zé)Y(jié)與太陽電池片表面形成良好的歐姆接觸，并與焊 錫有良好的融和性。
3、 按照權(quán)利要求l所述的太陽電池，其特征在于所述的柵網(wǎng)型收集極釆用真空沉積單 一金屬或多種金屬制成，并通過高溫處理與太陽電池片表面形成良好的歐姆接觸，并與焊錫 有良好的融和性。
4、 按照權(quán)利要求2和權(quán)利要求3所述的柵網(wǎng)型收集極，其特征在于構(gòu)成柵網(wǎng)型收集極的柵網(wǎng)線的寬度為0.05mm至0.5mm，柵網(wǎng)線之間的間隔為lmm至10mm。
5、 按照權(quán)利要求l所述的太陽電池，其特征在于所述的金屬絲柵網(wǎng)由銅絲，鎳絲，鋁 絲，不銹綱絲或其它導(dǎo)電性良好，并且與焊錫有良好融和性的金屬絲制成。
6、 按照權(quán)利要求5所述的金屬絲柵網(wǎng)，其特征在于金屬絲的直徑為0.1mm至0.8mm， 金屬絲柵網(wǎng)線之間的間隔為lmm至20mm。
7、 按照權(quán)利要求l所述的太陽電池制備方法，其特征在于制備過程包括下述步驟按 照常規(guī)晶體太陽電池的制作方法制備好太陽電池片，在太陽電池片表面制備好柵網(wǎng)型電子收 集極，在收集極柵線上掛滿焊錫，將金屬絲制成柵網(wǎng)，在金屬絲柵網(wǎng)的柵線上也掛滿焊錫， 將金屬絲柵網(wǎng)壓在太陽電池片表面，其中金屬絲柵網(wǎng)排列方向與收集極柵網(wǎng)排列方向互相垂 直，加熱至焊錫熔化溫度，使金屬絲柵網(wǎng)與收集極柵網(wǎng)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(wǎng)極封裝，構(gòu)成完整的太陽電池。
8、 按照權(quán)利要求l所述的太陽電池，其特征在于所述的有機樹脂材料為液態(tài)，經(jīng)固化處理后成為固態(tài)。
9、 按照權(quán)利要求l所述的太陽電池，其特征在于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(quán)利要求9所述的熱塑型樹脂膜，其特征在于所述的樹脂膜為EVA或PET膜。
全文摘要
本發(fā)明將適合制作太陽電池的半導(dǎo)體材料按照常規(guī)制作方法制備好太陽電池片。在太陽電池片的兩面分別制備柵網(wǎng)型電子收集極，并使其與太陽電池片表面形成良好的歐姆接觸；將金屬絲制成柵網(wǎng)，將金屬絲柵網(wǎng)與收集極柵網(wǎng)的排列方向互相垂直，并緊密結(jié)合，形成良好的導(dǎo)電接觸，使收集極柵網(wǎng)的每一根柵線都與金屬絲柵網(wǎng)的柵線有連接點，使收集極柵網(wǎng)中的電流可以通過金屬絲柵網(wǎng)導(dǎo)出。用有機樹脂材料將太陽電池片與金屬絲柵網(wǎng)封裝。太陽電池片的形狀和大小可以不一致，只要長寬尺寸大于金屬絲柵網(wǎng)的間距就可以用來制備太陽電池。金屬絲柵網(wǎng)可以將所有碎小的電池片上產(chǎn)生的光電流引出。可以直接用碎硅片或集成電路的邊角料制作太陽電池。
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(yōu)先權(quán)日2007年11月1日
發(fā)明者劉維一 申請人:南開大學(xué)