本發(fā)明屬于太陽能晶硅電池的生產(chǎn)制造領域，尤其涉及一種晶硅電池片及其制備方法。
背景技術：
：空間飛行器用太陽電池電池組件不僅需要高的轉換效率，而且需要具備耐原子氧腐蝕、低氣壓、強震動等高空環(huán)境特性需求。憑借較好的環(huán)境適應性，晶體硅電池和砷化鎵電池長期服務于空間飛行器。隨著多結砷化鎵電池制備技術的不斷進步，其光電轉換效率快速超過晶體硅電池，繼神舟七號飛船起，砷化鎵電池成為神舟號飛船的首選，但砷化鎵電池價格遠高于晶硅電池，其高昂的價格成為制約空間飛行器商業(yè)化推廣的因素之一。目前，隨著商業(yè)化衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，其對性價比高、耐空間環(huán)境適應性高的太陽電池的需求極為迫切。無論是晶體硅電池，還是砷化鎵電池，為保障其長期經(jīng)受空間原子氧腐蝕和高低溫循環(huán)等環(huán)境的可靠性，需要采用高純度銀箔或含有一定量金屬鉬的銀箔作為互連片，利用電阻焊技術進行電池陣列的焊接互連。為提高電阻焊接效果的可靠性，對于晶體硅電池和砷化鎵電池，通常會在電池的前背面制備前背面焊接電極，采用電阻焊焊接技術把互連片和電池焊接電極焊接在一起。以前通常采用光刻、多次蒸鍍方式制備電池片前背面焊接電極。正面電極材料通常為鈦-鈀-銀或鈦-銀，背面焊接電極通常為鈦-鈀-銀或金。這種制備方法需要用到光刻和多次蒸鍍技術，電池制備工藝較為繁瑣，不利于電池性價比的提高。隨著晶體硅光伏產(chǎn)業(yè)技術的迅猛發(fā)展，電池制備技術取得了明顯改變，目前通常采用絲網(wǎng)印刷方法制備焊接電極。相比十年以前，其光電轉換效率已實現(xiàn)大幅度提高，常規(guī)結構電池效率可達到20%以上。該種絲網(wǎng)印刷法利用和電池匹配性高的金屬漿料，在正面實現(xiàn)指柵電極和前焊接電極漿料的一體化印刷，通過高溫燒結指柵電極銀漿和硅形成Ag-Si合金，從而導出光生電流。目前銀漿中銀的含量在80%以內，不僅包括玻璃料和微量的鎳、鎘等稀有金屬元素，同時還包括酥油醇、乙基纖維素等有機載體。在高溫燒結過程中，有機載體腐蝕減反射膜使金屬和硅接觸，玻璃料等稀有元素起到輔助導電作用。由于耐原子氧腐蝕性能的要求，互連片通常選用高純度銀箔或含有一定鉬、可伐金屬的銀箔，。基于常規(guī)印刷銀漿或光刻法制備電極，由于方塊電阻比較大，如果采用電阻焊技術，會出現(xiàn)兩大問題：1）晶硅電極高溫燒結溫度在880℃以內，而電阻焊接峰值溫度普遍在900℃以上，這樣極易使銀燒穿PN結，導致電池嚴重漏電；2）常規(guī)匹配銀漿和焊接互連片銀箔屬性（金屬種類和含量）一致性差，焊接電極耐高低溫循環(huán)變化特性差；3）蒸鍍法或絲網(wǎng)印刷法制備電極，焊接區(qū)域電極和指柵電極高度一致，選用厚度在0.05mm以上的互連片時，焊接電極高度會明顯高于指柵電極，采用玻璃蓋片和稀釋的蓋片膠封裝時，焊接區(qū)域因比相鄰指柵電極高，極易因高度差而產(chǎn)生封裝氣泡，從而影響封裝組件的整體性能。技術實現(xiàn)要素：本發(fā)明要解決的技術問題是克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種對焊接溫度容忍度較高，不易產(chǎn)生漏電現(xiàn)象、封裝性能好的晶硅電池片，還相應提供一種制備方法成本低和利于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的該晶硅電池的制備方法。為解決上述技術問題，本發(fā)明采用以下技術方案：一種晶硅電池片，包括晶硅電池片基體、指柵電極、焊接電極、背電極和鋁背導電層，所述指柵電極和焊接電極設置在晶硅電池片基體的正面，所述背電極和鋁背導電層設置在晶硅電池片基體的背面；所述晶硅電池片基體正面與焊接電極對應的區(qū)域的方塊電阻值為20Ω/□～60Ω/□，所述鋁背導電層厚度比背電極高1μm～3μm，所述指柵電極的厚度比焊接電極高1μm～3μm。上述的晶硅電池片，優(yōu)選的，所述晶硅電池片基體從正面到背面依次包括SiNx減反射膜、SiO2薄膜、PN結、正面制絨的晶硅片、Al2O3鈍化膜和SiNx保護膜。作為一個總的發(fā)明構思，本發(fā)明還提供一種晶硅電池片的制備方法，包括以下步驟：（1）擴散PN結：通過擴散工藝在正面制絨的晶硅片的表面制備PN結，擴散PN結方塊電阻值為130Ω/□～150Ω/□；（2）激光摻雜：對晶硅片的預設焊接電極區(qū)域進行激光摻雜、退火，使得所述預設焊接電極區(qū)域的方塊電阻值為20Ω/□～60Ω/□，所述預設焊接電極區(qū)域位于晶硅片的正面；（3）成膜：去除晶硅片背面的PN結，并在晶硅片的正面依次形成SiO2薄膜和SiNx減反射膜，在晶硅片的背面依次形成Al2O3鈍化膜、SiNx保護膜，去除晶硅片背面的預設鋁硅接觸導電窗口區(qū)域的Al2O3鈍化膜和SiNx保護膜；（4）絲網(wǎng)印刷：在晶硅片背面的預設背電極區(qū)域印刷背電極銀漿并烘干，在晶硅片背面的預設鋁背導電層區(qū)域印刷鋁背導電層鋁漿并烘干，在晶硅片正面的預設焊接電極區(qū)域印刷焊接電極銀漿并烘干，在晶硅片正面的預設指柵電極區(qū)域印刷指柵電極銀漿并烘干；所述背導電層鋁漿厚比背電極銀漿厚1μm～3μm，所述指柵電極銀漿比焊接電極銀漿厚1μm～3μm；（5）燒結。上述的晶硅電池片的制備方法，優(yōu)選的，所述步驟（2）中，所述激光摻雜的工藝為：激光波長100～600nm，激光頻率為10～150KHZ，激光掃描速率為100～2000mm/s）。上述的晶硅電池片的制備方法，優(yōu)選的，所述步驟（2）中，所述退火工藝為：退火溫度為400℃～650℃，退火時間為300s～3000s。上述的晶硅電池片的制備方法，優(yōu)選的，所述步驟（3）中，背電極印刷網(wǎng)版膜厚為4μm～6μm，網(wǎng)版目數(shù)為300～350，印刷壓力10～100N；鋁背場網(wǎng)版膜厚為5μm～7μm，網(wǎng)版目數(shù)為250～300，網(wǎng)版張力25～35N，印刷壓力10～100N。上述的晶硅電池片的制備方法，優(yōu)選的，所述步驟（3）中，柵電極網(wǎng)版膜厚為12μm～14μm，網(wǎng)版目數(shù)為300～350、印刷壓力10～100N，焊接區(qū)域電極網(wǎng)版膜厚為10μm～12μm，網(wǎng)版目數(shù)為300～350、印刷壓力10～100N。上述的晶硅電池片的制備方法，優(yōu)選的，所述步驟（5）中，燒結工藝為：燒結溫度為350℃～500℃，燒結時間10s～60s。上述的晶硅電池片的制備方法，優(yōu)選的，所述步驟（1）中，擴散工藝為：擴散溫度為800℃～850℃，擴散管內壓強100mbar～300mbar，擴散時間20min～40min，擴散時間1000s～3000s。上述的晶硅電池片的制備方法，優(yōu)選的，所述步驟（2）中，所述激光摻雜用激光器包括紫外皮秒激光器、紫外納秒激光器或綠光皮秒激光器。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：1、目前的常壓擴散工藝所得的擴散PN結方塊電阻值一般為80Ω/□～90Ω/□，申請人發(fā)現(xiàn)，改用低壓擴散所得的擴散PN結方塊電阻值可達130Ω/□～150Ω/□，但是，由于方阻過高，采用電阻焊技術，會出現(xiàn)下列問題：晶硅電極高溫燒結溫度在880℃以內，而電阻焊接峰值溫度普遍在900℃以上，這樣極易使銀燒穿PN結，導致電池嚴重漏電。本發(fā)明的晶硅電池片，焊接電極區(qū)域為低方阻，PN結比較深，對焊接溫度容忍度較高，即使焊接峰值溫度達到900℃，也不會產(chǎn)生金屬擴散穿透PN結而導致漏電現(xiàn)象。優(yōu)選地，焊接電極區(qū)域的方塊電阻值為20Ω/□～60Ω/□，方阻值超過60Ω/□，焊接時仍然會存在燒穿漏電現(xiàn)象；方阻值低于20Ω/□，會增加激光摻雜難度。2、本發(fā)明的晶硅電池片，焊接電極高度低于相鄰指柵電極1μm～3μm，和一定厚度的互連片焊接互連后，其高度和相鄰指柵非常相近，在封裝環(huán)節(jié)不會因高度差而產(chǎn)生氣泡問題；鋁背導電層厚度比背電極高1μm～3μm，是為了防止電池片在采用封裝膠水固定在組件基板上時，出現(xiàn)封裝空洞或施加壓力電池會隱裂的現(xiàn)象，不會對玻璃蓋片封裝產(chǎn)生影響。4、本發(fā)明的晶硅電池片的制備方法，采用激光摻雜對晶硅片的預設焊接電極區(qū)域進行摻雜，使得所述預設焊接電極區(qū)域的方塊電阻值為20Ω/□～60Ω/□，即焊接區(qū)域為低方阻，PN結比較深，即使焊接峰值溫度達到900℃，也不會產(chǎn)生金屬擴散穿透PN結而導致漏電現(xiàn)象；通過調整絲網(wǎng)印刷工藝，保證：背導電層鋁漿比背電極銀漿厚1μm～3μm，指柵電極銀漿比焊接電極銀漿厚1μm～3μm，燒結后鋁背導電層厚度比背電極高1μm～3μm左右，指柵電極的厚度比焊接電極高1μm～3μm左右，和一定厚度的互連片焊接互連后，焊接電極高度和相鄰指柵非常相近，在封裝環(huán)節(jié)不會因高度差而產(chǎn)生氣泡問題；鋁背導電層厚度比背電極高，可防止電池片在采用封裝膠水固定在組件基板上時，出現(xiàn)封裝空洞或施加壓力電池會隱裂的現(xiàn)象，不會對玻璃蓋片封裝產(chǎn)生影響。優(yōu)選的，激光摻雜的工藝為：激光波長100～600nm，激光頻率為10～150KHZ，激光掃描速率為100～2000mm/s，工藝可調窗口大，不容易產(chǎn)生漏電。退火工藝為：退火溫度為400℃～650℃，退火時間為300s～3000s。優(yōu)選的，絲網(wǎng)印刷工藝為：背電極印刷網(wǎng)版膜厚為4μm～6μm、網(wǎng)版目數(shù)為300～350、印刷壓力10～100N，鋁背場網(wǎng)版膜厚為5μm～7μm、網(wǎng)版目數(shù)為250～300、網(wǎng)版張力25～35N、印刷壓力10～100N，柵電極網(wǎng)版膜厚為12μm～14μm、網(wǎng)版目數(shù)為300～350、印刷壓力10～100N，焊接區(qū)域電極網(wǎng)版膜厚為10μm～12μm、網(wǎng)版目數(shù)為300～350、印刷壓力10～100N，通過對印刷工藝的協(xié)同配合，可精確控制印刷漿料厚度。5、本發(fā)明的晶硅電池片的制備方法，可在高效晶體硅光伏產(chǎn)線中完成，利于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。制備的晶硅電池厚度在100μm左右，經(jīng)測試其效率可達到21%左右。無論是相比效率在28%左右、厚度為150μm的砷化鎵電池，還是相比光刻、蒸鍍法制備的晶硅電池，該種晶硅電池制備方法成本低，利于產(chǎn)業(yè)化制備。在商業(yè)化衛(wèi)星用航天電池領域有著性價比非常高的優(yōu)勢。同時基于其高效、柔性的特點，在飛艇、太陽能無人機等臨近空間飛行器領域亦有特殊應用。附圖說明圖1本發(fā)明實施例1的晶硅電池片背面的背電極的網(wǎng)版圖形。圖2為本發(fā)明實施例1的晶硅電池片背面的背電極和鋁背導電層的網(wǎng)版圖形。圖3為本發(fā)明實施例1的晶硅電池片正面的焊接電極的網(wǎng)版圖形。圖4為本發(fā)明實施例1的晶硅電池片正面的焊接電極和指柵電極的網(wǎng)版圖形。圖5為本發(fā)明實施例1的晶硅電池片的截面示意圖（正面電極未示出）。具體實施方式以下結合說明書附圖和具體優(yōu)選的實施例對本發(fā)明作進一步描述，但并不因此而限制本發(fā)明的保護范圍。實施例1：一種本發(fā)明的晶硅電池片，包括晶硅電池片基體、指柵電極、焊接電極、背電極和鋁背導電層，指柵電極和焊接電極設置在晶硅電池片基體的正面，背電極和鋁背導電層設置在晶硅電池片基體的背面；其中，晶硅電池片基體正面與焊接電極對應的區(qū)域的方塊電阻值為40Ω/□～50Ω/□，鋁背導電層厚度比背電極高1μm，所述指柵電極的厚度比焊接電極高1μm。本實施例中，晶硅電池片基體從正面到背面依次包括SiNx減反射膜、SiO2薄膜、PN結、正面制絨的晶硅片、Al2O3鈍化膜和SiNx保護膜。一種本實施例的晶硅電池片的制備方法，包括以下步驟：（1）選用磁場直拉法（MCZ）法制備的的尺寸為156×156mm2、厚度為110～120μm、電阻率為10～15Ω·cm、P型單晶硅片作襯底，在濃度為2.5%、溫度為65℃的堿性溶液中腐蝕拋光，去除表面線切割損傷層，拋光片表面加權反射率≥65%；（2）采用等離子體增強化學氣相沉積（PECVD）設備在拋光硅片一面鍍100nm左右的SiNx保護膜，利用常規(guī)單晶制絨工藝制絨，延長制絨后道HF酸清洗時間，得到一面（作為背面）拋光、一面制絨（作為正面）的單晶硅片；（3）采用高溫、低壓擴散工藝在制絨面制備PN結，擴散PN結方塊電阻值為130～150Ω/□，片內不均勻性在2%以內。擴散所用參數(shù)為：擴散溫度為825℃，擴散管內壓強100～300mbar（常壓為1000mbar）,擴散時間30min，降溫退火時間2000s，擴散后晶硅片的擴散發(fā)射極暗飽和電流≤10-12A。（4）在焊接電極矩形區(qū)域，通過紫外皮秒激光器進行激光摻雜，激光摻雜的工藝參數(shù)如下：激光波長350nm，激光頻率為55KHZ，激光掃描速率為550mm/s，經(jīng)625℃退火處理，退火后測得焊接電極區(qū)域方塊電阻值為40～50Ω/□；焊接電極區(qū)域為低方阻，PN結比較深，對焊接溫度容忍度較高，即使焊接峰值溫度達到900℃，也不會產(chǎn)生金屬擴散穿透PN結而導致漏電現(xiàn)象。（5）采用鏈式濕法刻蝕機去除正面磷硅玻璃和邊緣、背面PN結，在臭氧和紫外輻照氣氛下，在正面形成納米級厚度的SiO2薄膜，對前表明PN結發(fā)射極形成較好的鈍化效果，可阻擋高能粒子對PN結的破壞；（6）利用板式PECVD在背面鍍厚度為10～12nm的Al2O3鈍化膜和180～200nm的SiNx保護膜，在正面鍍75～80nm厚度的SiNx減反射膜；（7）設計硅片背面開膜圖形，圖形為正方形孔陣列，邊長為1.1mm，方形孔間距為6mm，去除背面正方形孔陣列圖形區(qū)域的Al2O3鈍化膜和SiNx保護膜以露出鋁硅接觸導電窗口；（8）如圖1～4所示，根據(jù)設計好的電極結構圖形，進行電極制備，其中，圖2中灰色區(qū)域為背面和互連片焊接的背電極網(wǎng)版圖形，斜線陰影區(qū)為鋁背場網(wǎng)版圖形；圖4中灰色區(qū)域代表正面和互連片相焊接的焊接電極網(wǎng)版圖形，豎線陰影區(qū)代表分隔后的小電池的指柵電極網(wǎng)版圖形。電極制備工序具體如下：（8.1）在晶硅片背面的預設背電極區(qū)域印刷背電極銀漿并烘干，其中，背電極印刷網(wǎng)版膜厚為5.5μm、網(wǎng)版目數(shù)為345、印刷壓力55N；（8.2）在晶硅片背面的預設鋁背導電層區(qū)域印刷鋁背導電層鋁漿并烘干，鋁背場網(wǎng)版膜厚為6μm、網(wǎng)版目數(shù)為295、印刷壓力55N；（8.3）在晶硅片正面的預設焊接電極區(qū)域印刷焊接電極銀漿并烘干，焊接區(qū)域電極網(wǎng)版膜厚為11μm、網(wǎng)版目數(shù)為305、印刷壓力85N；（8.4）在晶硅片正面的預設指柵電極區(qū)域印刷指柵電極銀漿并烘干；指柵電極網(wǎng)版膜厚為13μm、網(wǎng)版目數(shù)為325、印刷壓力45N；最終使得背導電層鋁漿比背焊接電極銀漿厚1.5μm～2μm，指柵電極銀漿比焊接電極銀漿厚1.5μm～2μm；（8.5）漿料印刷、烘干完畢后進入燒結工序，燒結溫度為425℃，燒結時間35s；燒結后所得鋁背導電層厚度比背電極高1.5μm～2μm左右（如圖5所示），指柵電極的厚度比焊接電極高1.5μm～2μm左右，和一定厚度（＞0.05mm）的互連片焊接互連后，由于焊接電極+互連片的整體高度和相鄰指柵電極高度非常相近，背電極+互連片的整體高度和鋁背導電層高度也接近，在封裝環(huán)節(jié)不會因高度差而產(chǎn)生氣泡問題，不會對玻璃該片封裝產(chǎn)生影響。本實施例中，背電極銀漿和焊接電極銀漿為同一種銀漿，其中銀的含量均為92%～94%，鉬含量為1%～2%，其余為玻璃料和酥油醇、氫化蓖麻油等有機載體。焊接電極材料和互連片的材料屬性一致性效果好，利于采用電阻焊接方式焊接，焊接電極耐高低溫循環(huán)變化特性好，不易脫落。利用電阻焊接技術焊接后，電池幾乎無漏電，而且電極焊接拉力≥1.0N/mm2，達到空間電池焊接拉力要求。（9）采用激光切割方式把同一晶硅片上進行分離切割，得到若干個規(guī)格為30×70mm2小晶硅電池片（參考圖2和圖4），然后進行測試分選。測試結果如表1，可見，本發(fā)明的晶硅電池片具有焊接溫度容忍度較高，不易產(chǎn)生漏電現(xiàn)象、封裝性能好、效率高等的優(yōu)點。電池厚度電池效率（AM1.5）漏電流焊接電極拉力焊接區(qū)封裝氣泡數(shù)量100μm20.1%≤0.01A≥1.1N/mm2無以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，本發(fā)明的保護范圍并不僅局限于上述實施例。凡屬于本發(fā)明思路下的技術方案均屬于本發(fā)明的保護范圍。應該指出，對于本
技術領域：
的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下的改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。當前第1頁1 2 3