無主柵高效率背接觸太陽能電池、組件及其制備工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及太陽能電池領(lǐng)域，特別涉及無主柵高效率背接觸太陽能電池、組件及其制備工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]能源是人類活動(dòng)的物質(zhì)基礎(chǔ)，隨著人類社會(huì)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，對(duì)能源的需求與日俱增。傳統(tǒng)的化石能源屬于不可再生能源已經(jīng)很難繼續(xù)滿足社會(huì)發(fā)展的需求，因此全球各國近年來對(duì)新能源和可再生源的研宄和利用日趨火熱。其中太陽能發(fā)電技術(shù)具有將太陽光直接轉(zhuǎn)化為電力、使用簡單、環(huán)保無污染、能源利用率高等優(yōu)勢尤其受到普遍的重視。太陽能發(fā)電是使用大面積的P-N結(jié)二極管在陽光照射的情況下產(chǎn)生光生載流子發(fā)電。
[0003]太陽能是太陽中的氫原子核在超高溫時(shí)聚變釋放的巨大能量，人類所需能量的絕大部分都直接或間接地來自太陽。生活所需的煤炭、石油、天然氣等化石燃料都是因?yàn)楦鞣N植物通過光合作用把太陽能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能在植物體內(nèi)貯存下來后，再由埋在地下的動(dòng)植物經(jīng)過漫長的地質(zhì)年代形成。此外，水能、風(fēng)能、潮沙能、海流能等也都是由太陽能轉(zhuǎn)換來的。照射在地球上的太陽能非常巨大，大約40分鐘照射在地球上的太陽能，足以供全球人類一年能量的消費(fèi)。可以說，太陽能是真正取之不盡、用之不竭的可再生能源，而且太陽能發(fā)電絕對(duì)安全、無污染是理想的能源。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中，占主導(dǎo)地位并大規(guī)模商業(yè)化的晶體硅太陽電池，其發(fā)射區(qū)和發(fā)射區(qū)電極均位于電池正面(向光面)，即主柵、輔柵線均位于電池正面。由于太陽能級(jí)硅材料電子擴(kuò)散距離較短，發(fā)射區(qū)位于電池正面有利于提高載流子的收集效率。但由于電池正面的柵線阻擋了部分陽光(約為8%)，從而使太陽能電池的有效受光面積降低并由此而損失了一部分電流。另外在電池片串聯(lián)時(shí)，需要用鍍錫銅帶從一塊電池的正面焊接到另一塊電池的背面，如果使用較厚的鍍錫銅帶會(huì)由于其過于堅(jiān)硬而導(dǎo)致電池片的碎裂，但若用細(xì)寬的鍍錫銅帶又會(huì)遮蔽過多的光線。因此，無論使用何種鍍錫焊帶都會(huì)產(chǎn)生串聯(lián)電阻帶來的能量損耗和光學(xué)損耗，同時(shí)不利于電池片的薄片化。為了解決上述技術(shù)問題，本領(lǐng)域技術(shù)人員將正面電極轉(zhuǎn)移到電池背面，開發(fā)出背接觸太陽能電池，背接觸太陽電池是指電池的發(fā)射區(qū)電極和基區(qū)電極均位于電池背面的一種太陽電池。背接觸電池有很多優(yōu)點(diǎn):①效率高，由于完全消除了正面柵線電極的遮光損失，從而提高了電池效率。②可實(shí)現(xiàn)電池的薄片化，串聯(lián)使用的金屬連接器件都在電池背面，不存在從正面到背面的連接可以使用更薄的硅片，從而降低成本。③更美觀，電池的正面顏色均勻，滿足了消費(fèi)者的審美要求。
[0005]背接觸太陽電池包括MWT、EffT和IBC等多種結(jié)構(gòu)。背接觸太陽電池大規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn)的關(guān)鍵是在于如何高效而低成本的將背接觸太陽電池串聯(lián)起來并制作成太陽能組件。MWT組件通常的制備方法是使用復(fù)合導(dǎo)電背板，在導(dǎo)電背板上施加導(dǎo)電膠，在封裝材料上對(duì)應(yīng)的位置沖孔使導(dǎo)電膠貫穿封裝材料，將背接觸太陽電池準(zhǔn)確地放置于封裝材料上使導(dǎo)電背板上的導(dǎo)電點(diǎn)與背接觸太陽電池上的電極通過導(dǎo)電膠接觸，然后在電池片上鋪設(shè)上層EVA和玻璃，再將整個(gè)層疊好的模組翻轉(zhuǎn)進(jìn)入層壓機(jī)進(jìn)行層壓。此工藝存在以下幾個(gè)缺陷:1、所使用的復(fù)合導(dǎo)電背板是在背板中復(fù)合導(dǎo)電金屬箔，通常為銅箔，且需要對(duì)銅箔進(jìn)行激光刻蝕或化學(xué)刻蝕。由于激光刻蝕對(duì)于簡單圖形尚可操作，對(duì)于復(fù)雜圖案則刻蝕速度慢，生產(chǎn)效率低，而化學(xué)刻蝕則存在需要預(yù)先制備形狀復(fù)雜且耐腐蝕的掩膜、環(huán)境污染和腐蝕液對(duì)高分子基材的腐蝕問題。所以此方式制造的導(dǎo)電型背板制造工藝復(fù)雜，成本極高。2、需要對(duì)太陽電池片后層的封裝材料進(jìn)行沖孔以便使導(dǎo)電膠貫穿封裝材料，由于封裝材料通常是粘彈體，要進(jìn)行精確沖孔難度極大。3、需要精確的點(diǎn)膠設(shè)備將導(dǎo)電膠涂覆在背板的相應(yīng)位置，對(duì)MWT這種背接觸點(diǎn)較少的電池還可以操作，對(duì)IBC等背接觸點(diǎn)面積小、數(shù)量大的背接觸電池使用點(diǎn)膠設(shè)備根本無法實(shí)現(xiàn)。
[0006]IBC技術(shù)將P-N結(jié)放置于電池背面，正面無任何遮擋同時(shí)又減少了電子收集的距離，因此可大幅度提高電池片效率。IBC電池在正面使用淺擴(kuò)散、輕摻雜和S12鈍化層等技術(shù)減少復(fù)合損失，在電池背面將擴(kuò)散區(qū)限制在較小的區(qū)域，這些擴(kuò)散區(qū)在電池背面成點(diǎn)陣排列，擴(kuò)散區(qū)金屬接觸被限制在很小的范圍內(nèi)呈現(xiàn)為數(shù)量眾多的細(xì)小接觸點(diǎn)。IBC電池減少了電池背面的重?cái)U(kuò)散區(qū)的面積，摻雜區(qū)域的飽和暗電流可以大幅減小，開路電壓和轉(zhuǎn)換效率得以提高。同時(shí)通過數(shù)量眾多的小接觸點(diǎn)收集電流使電流在背表面的傳輸距離縮短，大幅度降低組件的串聯(lián)內(nèi)阻。
[0007]IBC背接觸電池由于具有常規(guī)太陽能電池難以達(dá)到的高效率而備受業(yè)界關(guān)注，已經(jīng)成為新一代太陽能電池技術(shù)的研宄熱點(diǎn)。但現(xiàn)有技術(shù)中IBC太陽能電池模塊P-N結(jié)位置相鄰較近且均在電池片背面，難以對(duì)IBC電池模塊進(jìn)行串聯(lián)并制備成組件。為解決上述問題，現(xiàn)有技術(shù)也出現(xiàn)了多種對(duì)IBC背接觸太陽能電池的改進(jìn)，Sunpower公司曾發(fā)明將相鄰的P或N發(fā)射極通過銀漿絲網(wǎng)印刷細(xì)柵線相連最終將電流導(dǎo)流至電池邊緣，在電池片邊緣印刷較大的焊點(diǎn)再使用連接帶進(jìn)行焊接串聯(lián)，自從絲網(wǎng)印刷技術(shù)發(fā)明后，太陽能領(lǐng)域主流產(chǎn)品一直使用該技術(shù)形成電流的匯流，如最新申請(qǐng)的專利201410038687.8，201410115631.8。
[0008]然而，使用細(xì)柵線進(jìn)行電流收集，在5寸電池片上尚可使用，但在現(xiàn)有技術(shù)中普遍流行的6寸或更大的硅片上就會(huì)遇到串聯(lián)電阻上升和填充因子下降等問題，導(dǎo)致所制造的組件功率嚴(yán)重降低。在現(xiàn)有技術(shù)中的IBC電池也可以在相鄰的P或N發(fā)射極之間絲網(wǎng)印刷比較寬的銀漿柵線來降低串聯(lián)電阻，但由于用銀量的增加會(huì)帶來成本的急劇上升，同時(shí)寬的柵線也會(huì)產(chǎn)生P-N之間的絕緣效果變差，易漏電的問題。
[0009]專利US20110041908A1公開了一種背面具有細(xì)長交叉指狀發(fā)射極區(qū)域和基極區(qū)域的背接觸式太陽能電池及其生產(chǎn)方法，具有半導(dǎo)體襯底，半導(dǎo)體襯底的背面表面上設(shè)有細(xì)長基極區(qū)域和細(xì)長發(fā)射極區(qū)域，基極區(qū)域?yàn)榛鶚O半導(dǎo)體類型，發(fā)射極區(qū)域設(shè)有與所述基極半導(dǎo)體類型相反的發(fā)射極半導(dǎo)體類型；細(xì)長發(fā)射極區(qū)域設(shè)有用于電接觸發(fā)射極區(qū)域的細(xì)長發(fā)射極電極，細(xì)長基極區(qū)域設(shè)有用于電接觸基極區(qū)域的細(xì)長基極電極；其中細(xì)長發(fā)射極區(qū)域具有比細(xì)長發(fā)射極電極小的結(jié)構(gòu)寬度，并且其中細(xì)長基極區(qū)域具有比所述細(xì)長基極電極小的結(jié)構(gòu)寬度。但是需要有設(shè)置大量的導(dǎo)電件來有效收集電流，因此導(dǎo)致制造成本增加，工藝步驟復(fù)雜。
[0010]專利EP2709162A1公開了一種太陽能電池，運(yùn)用于背接觸太陽能電池，公開了彼此分開并交替排列的電極接觸單元，電極接觸單元為contact island (塊狀接觸)，并且限定了塊狀接觸的寬度為10 μπι?1_。通過縱向的連接體連接電極接觸單元；但是該種結(jié)構(gòu)在電池片上進(jìn)行了兩次連接，第一次是電池片與電極接觸單元連接，然后還需要通過連接體連接電極接觸單元，兩次連接帶來了工藝上的復(fù)雜性，以及造成過多的電極接觸點(diǎn)，可能造成“斷連”或者“錯(cuò)連”，不利于背接觸太陽能電池的整體性能。
[0011]專利W02011143341A2公開了一種背接觸太陽能電池，包括襯底，多個(gè)相鄰的P摻雜層和N摻雜層位于襯底背面，P摻雜層和N摻雜層與金屬接觸層層疊，并且P摻雜層和N摻雜層與金屬接觸層之間設(shè)置有鈍化層，所述鈍化層上具有大量的納米連接孔，所述納米連接孔連接P摻雜層和N摻雜層與金屬接觸層；但該發(fā)明利用納米孔連接金屬接觸層會(huì)使電阻增大，況且制造工藝復(fù)雜，對(duì)制造設(shè)備有較高的要求。該發(fā)明不能把多片太陽能電池與電連接層集成為一個(gè)模塊，而把電池片集成為太陽能電池模塊之后不僅便于組裝成組件，而且便于調(diào)整模塊間的串并聯(lián)，從而有利于調(diào)整太陽能電池模塊中電池片的串并聯(lián)方式，減小組件的連接電阻。
[0012]綜上所述，完全使用細(xì)柵線進(jìn)行電流收集，會(huì)遇到串聯(lián)電阻上升和填充因子下降等問題，導(dǎo)致所制造的組件功率嚴(yán)重降低；絲網(wǎng)印刷比較寬的銀漿柵線來降低串聯(lián)電阻，但由于用銀量的增加會(huì)帶來成本的急劇上升，同時(shí)寬的柵線也會(huì)產(chǎn)生P-N之間的絕緣效果變差，易漏電的問題。如果完全使用金屬導(dǎo)電線收集背接觸太陽能電池的導(dǎo)電粒子，由于普通太陽能電池的厚度僅為180微米，為了精確定位，焊接金屬導(dǎo)電線時(shí)，一般需要施加一個(gè)張力再進(jìn)行焊接，此時(shí)薄硅片將會(huì)受到導(dǎo)電線縱向的應(yīng)力，容易彎曲。并且如果把整塊太陽能電池的整串使用同一導(dǎo)電線串在一起將會(huì)增加串接難度及“錯(cuò)連”的概率，并阻礙了太陽能電池的薄片化發(fā)展(太陽能電池片理論上的厚度45微米就可以)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、組裝電池片方便、低成本、低串聯(lián)電阻、耐隱裂、高效率、高穩(wěn)定性、低應(yīng)力的無主柵高效率背接觸太陽能電池、組件及其制備工藝。
[0014]本發(fā)明提供的一種無主柵高效率背接觸太陽能電池的主要技術(shù)方案為:
[0015]無主柵高效率背接觸太陽能電池，該太陽能電池包括太陽能電池片和電連接層，所述太陽能電池片背光面具有與P型摻雜層連接的P電極和與N型摻雜層連接的N電極，其特征在于:所述電連接層包括若干導(dǎo)電細(xì)柵線，一部分所述導(dǎo)電細(xì)柵線與所述太陽能電池片背光面的P電極連接；另一部分所述導(dǎo)電細(xì)柵線與所述太陽能電池片背光面的N電極連接，所述導(dǎo)電細(xì)柵線為多段結(jié)構(gòu)。
[0016]本發(fā)明的一種無主柵高效率背接觸太陽能電池還可以采用如下附屬技術(shù)方案:
[0017]所述若干導(dǎo)電細(xì)柵線成叉指狀平行排列。
[0018]所述太陽能電池片的所述P電極與所述N電極之間、電池片摻雜層電極與所述導(dǎo)電細(xì)柵線之間或者導(dǎo)電細(xì)柵線與導(dǎo)電細(xì)柵線之間具有可以防止電極之間導(dǎo)通的絕緣介質(zhì)。
[0019]所述P電極為點(diǎn)狀P電極或者線型P電極，所述N電極為點(diǎn)狀N電極或者線型N電極；通過所述導(dǎo)電細(xì)柵線互聯(lián)的點(diǎn)狀/線型電極數(shù)量為2-17個(gè)/條。
[0020]所述點(diǎn)狀P電極的直徑為0.2mm?1.5mm,同一導(dǎo)電細(xì)柵線上連接的兩個(gè)相鄰點(diǎn)狀P電極之間的距離為0.7mm?1mm ;所述線型P電極的寬度為0.4mm?1.5mm ;所述點(diǎn)狀N電極的直徑為0.2mm?1.5mm，同一導(dǎo)電細(xì)柵線上連接的兩個(gè)相鄰點(diǎn)狀N電極之間的距離為0.7mm?1mm ;所述線型N電極的寬度為0.4mm?1.5mm ;所述點(diǎn)狀P電極和所述點(diǎn)狀N電極的總個(gè)數(shù)為1000?40000個(gè)。
[0021 ] 點(diǎn)狀電極或線型電極為銀漿、導(dǎo)電膠、高分子導(dǎo)電材料或焊錫中的任一種。
[0022]所述導(dǎo)電細(xì)柵線的材料為燒結(jié)銀漿或者導(dǎo)電線，所述導(dǎo)電細(xì)