一种新型背接触太阳能电池及其制造方法

摘要

本发明提供一种新型的金属穿孔缠绕型背接触太阳能电池及其制作方法，晶体硅片上有2-5列孔洞，孔洞除与硅片中轴线重合的一列外，其余各列与中轴线有一倾斜夹角，晶体硅片的正面印刷有细栅线，细栅线通过孔洞内的银浆与晶体硅片背面的负电极相连，正电极也位于晶体硅片的背面，正、负电极均呈“梯”形倾斜布置。本发明提供的新型背接触电池，提高了入射光线的利用率，结构简单，封装时电池片的间距更小，可以降低组件的尺寸，提高单位面积组件的发电效率，焊带在同一侧直线互联，降低了对电池的应力，可以有效降低碎片率，尤其适合薄硅片的高效晶体硅太阳能电池，适合手工串焊和互联，制造成本低，适合大规模生产。

权利要求

1.一种新型背接触太阳能电池，其特征在于：晶体硅片上有2—5列孔洞（1），所述孔洞（1）除与硅片中轴线重合的列外，其余各列与中轴线有一倾斜夹角，倾斜夹角为1º—10º，晶体硅片的正面印刷有细栅线（2），细栅线（2）通过孔洞（1）内的银浆与晶体硅片背面的负电极（4）相连，正电极（3）也位于晶体硅片的背面，正、负电极（3、4）呈梯形倾斜布置。

2．根据权利要求1所述的新型背接触太阳能电池，其特征在于：所述孔洞（1）大小为

50µm~2000µm，孔洞（1）的分布为0.1—0.4个/cm²。

2．根据权利要求2所述的新型背接触太阳能电池，其特征在于：每列孔洞（1）的数目为4—30个。

4．如权利要求1所述新型背接触太阳能电池的制作方法：其特征在于：包括以下步骤：A．用激光器在太阳能级别晶体硅片上打2—5列孔洞（1），所述各列孔洞（1）除与中轴线重合的一列外，其余各列与中轴线有1º—10º的倾斜夹角，各列孔洞（1）整体呈梯形倾斜布置，孔洞（1）的大小为50µm~2000µm，孔洞（1）的分布为0.1—0.4/cm²；

B．对打孔后的硅片进行前清洗制绒，去除硅片表面和孔洞（1）内的损伤层，降低光生载流子的复合速率，同时在电池正表面制成绒面降低反射率；

C．在硅衬底淀积掺杂源并进行双面扩散制备pn结；

D．后清洗，去除含扩散源的硅衬底表面氧化层；

E．在晶体硅片的正面蒸镀减反膜；

F．在晶体硅片的正面制作细栅、孔洞，在背面制作呈梯形倾斜的正、负电极（3、4）及背面场浆料；

G．烧结或者退火，以形成良好的欧姆接触；

H．隔离不同极性的电极。

5．根据权利要求4所述的新型背接触太阳能电池的制作方法：其特征在于：步骤C所述掺杂源为含磷、硼、铝、锑或镓等Ⅲ族或Ⅴ族掺杂剂的化合物或混合物；所述淀积包括喷涂、印刷、气态源扩散以及其它常规的淀积方法。

6．根据权利要求4所述的新型背接触太阳能电池的制作方法：其特征在于：步骤E所述减反膜为氮化硅薄膜。

7．根据权利要求4所述的新型背接触太阳能电池的制作方法：其特征在于：步骤F所述的制作细栅、孔洞和背面电极以及背面场浆料的方法为丝网印刷、真空蒸发、溅射或电镀。

8．根据权利要求4所述的新型背接触太阳能电池的制作方法：其特征在于：步骤H所述不同极性的电极之间的隔离，是用化学刻蚀、等离子刻蚀或者激光划线的方法。

说明书

一种新型背接触太阳能电池及其制造方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种晶体硅太阳能电池及其制造方法。

背景技术

[0002] 背接触太阳能电池具有独特的结构，其特点是电池的正负两个电极全部在电池的背表面制作，与传统的太阳能电池相比，大大减少了电池正表面(受光面)由于电极遮挡而引起的功率损失，提高了入射太阳光的利用率；第二个优点是正负电极都在电池背面制作，电极的面积不受限制，而且制成组件时电池间距小、应力低，尤其适合超薄的太阳电池；第三个优点是电池正面外观更加均匀和美观，特别适合在城市建筑和一些特定场合等安装使用具。

[0003] 目前，常见的背接触太阳电池主要有以下几类：1、背面发射极结构：以美国的Sunpower公司的背面叉指状电极的背接触电池(IBC电池)为代表，这种电池对硅片的质量要求极高，采用的硅片都是半导体级的高纯单晶硅片，少数载流子寿命一般要求超过500μs；2、发射区穿通电池(EWT电池)：一般首先在硅衬底中钻孔，然后在前后表面以及孔洞内扩散形成发射极，正面发射极产生的电流由孔洞内的掺杂导电沟道引到背面电极，由于孔洞内的掺杂导电沟道的电导率比金属材料低很多，这种电池一般要求非常高密度的孔洞以减少串联电阻；3、金属穿孔缠绕(MWT)或者金属环绕(MWA)电池：相比较EWT电池，这种电池用导电银浆将电池正面产生的电流通过孔洞或者硅片周边引到背面电极，典型的例子如荷兰ECN研究所研制的PUM电池，电池的正面细栅汇聚的电流通过孔洞内的银浆引到背面，电池封装成组件时通过电池下方的导电金属箔进行互联。相比较而言，金属穿孔缠绕(MWT)电池结构较为简单，只需少数的激光开孔就可满足要求，但封装技术要求高，需要对背面不同极性电极点和金属箔之间精确对准(对准误差小于100um)，技术难度大，实现手段复杂，无法用手工进行，故成本很高，成为限制其发展的一个重要原因技术复杂。

发明内容

[0004] 本发明旨在提供一种新型的金属穿孔缠绕型背接触太阳能电池，可以用普通的多晶或单晶硅片制成，适合进行手工封装，缩小组件尺寸，降低背接触电池的封装成本，适于大规模生产。

[0005] 一种新型背接触太阳能电池，晶体硅片上有2-5列孔洞，所述孔洞除与硅片中轴线重合的一列外，其余各列与中轴线有一倾斜夹角，晶体硅片的正面印刷有细栅线，细栅线通过孔洞内的银浆与晶体硅片背面的负电极相连，正电极也位于晶体硅片的背面，正、负电极呈梯形倾斜布置。

[0006] 进一步的，所述倾斜夹角为1°-10°。

[0007] 所述孔洞大小为50μm～2000μm，孔洞的分布为0.1-0.4个/cm2。

[0008] 进一步的，每列孔洞的数目为4-30个。

[0009] 一种新型背接触太阳能电池的制造方法，包括以下步骤：

[0010] A.用激光器在太阳能级别晶体硅片上打2-5列孔洞，所述各列孔洞除与中轴线重合的一列外，其余各列与中轴线有1°-10°的倾斜夹角，各列孔洞整体梯形倾斜布置，孔2
洞的尺寸为50μm～2000μm，孔洞的分布为0.1-0.4/cm ；

[0011] B.对打孔后的硅片进行前清洗制绒，去除硅片表面和孔洞内的损伤层，降低光生载流子的复合速率，同时在电池正表面制成绒面降低反射率；

[0012] C.在硅衬底淀积掺杂源并进行双面扩散制备pn结；

[0013] D.后清洗，去除含扩散源的硅衬底表面氧化层；

[0014] E.在晶体硅片的正面蒸镀减反膜；

[0015] F.在晶体硅片的正面制作细栅、孔洞，在背面制作呈梯形的正、负电极以及背面场浆料；

[0016] G.烧结或者退火，以形成良好的欧姆接触；

[0017] H.隔离不同极性的电极。

[0018] 步骤C所述掺杂源为含磷、硼、铝、锑或镓等III族或V族掺杂剂的化合物或混合物；所述淀积方法包括喷涂、印刷、气态源扩散以及其它常规的淀积方法。

[0019] 步骤E所述减反膜为氮化硅薄膜。

[0020] 步骤F所述的制作细栅、孔洞和背面电极以及背面场浆料的方法可以为丝网印刷、真空蒸发、溅射或电镀。

[0021] 步骤H所述不同极性的电极之间的隔离，是用化学刻蚀、等离子刻蚀或者激光划线的方法。

[0022] 本发明提供的新型背接触电池，提高了入射光线的利用率，结构简单，封装时电池间的间距更小，可以降低组件的尺寸，提高单位面积组件发电的效率，焊带在同一侧直线互联，降低了对电池的应力，可以有效降低碎片率，尤其适合薄硅片的高效晶体硅太阳能电池，适合手工串焊和互联，制造成本低，适合大规模生产。

附图说明

[0023] 图1为本发明电池片的正面示意图。

[0024] 图2为本发明电池片的背面示意图。

[0025] 图3为两块本发明电池片串焊在一起的示意图。

[0026] 图中：1-孔洞，2-细栅线，3-正电极，4-负电极，5-焊带。

具体实施方式

[0027] 一种新型背接触太阳能电池，如图1所示，晶体硅片上有2-5列孔洞1，孔洞1的尺2
寸为50μm～2000μm，孔洞1的分布为0.1-0.4个/cm，每列孔洞1的数目为4-30个，各列孔洞1除与中轴线重合的一列外，其余各列与中轴线有1°-10°倾斜夹角，晶体硅片的正面印刷有细栅线2，细栅线2通过孔洞1内的银浆与晶体硅片背面的负电极4相连，正电极3也位于晶体硅片的背面，正、负电极呈梯形倾斜布置。

[0028] 本发明新型背接触太阳能电池正面的激光开孔阵列和背面的正、负电极3、4都采用独特的倾斜式梯形布局，恰好使相邻电池片的正、负电极3、4处于同一直线上，这样就可以方便地使用焊带5进行手工焊接，而且正、负电极3、4本身又处于电池片的同一面(背面)，相邻电池片之间的间距可以更小，有效增加了组件里电池片的填充率。

[0029] 一种新型背接触太阳能电池的制造方法，包括以下步骤：

[0030] a、用激光器在晶体硅片(包括单晶和多晶硅片)上打孔，孔洞1形状可以为圆形、方形、矩形、三角形、棱形等，大小在50μm～2000μm之间，孔洞1的数量为平均每平方厘米的硅片有0.1～0.4个孔洞，分布成2-5列，孔洞除与硅片中轴线重合的一列外，其余各列与中轴线有1°-10°倾斜夹角，对于156mm×156mm的硅片，孔洞1的数量大约在10～100个之间。

[0031] b、对打孔后的硅片进行前清洗与制绒，去除硅片表面和孔洞内的损伤层，降低光生载流子的复合速率，同时在电池正表面制成绒面降低反射率；

[0032] c、在上述硅衬底淀积掺杂源并进行双面扩散制备pn结。所述掺杂源为含磷、或硼、或铝、或锑、或镓等III族或V族掺杂剂的化合物或混合物。淀积方法包括喷涂、印刷、气态源扩散以及其他常规的淀积方法；

[0033] d、后清洗，去除含扩散源的硅衬底表面氧化层；

[0034] e、在硅片的正面蒸镀减反膜，优选氮化硅薄膜，也可以使用具有大的折射率，具有与硅处理的相容性且与硅有良好界面特性的其他材料，可见光透明的介电材料，包括TiO2、Al2O3、SiNxCy或SiNxOy等；

[0035] f、在硅片正面制作细栅2、孔洞1，在背面制作呈梯形的正、负电极3、4以及背面场浆料，应注意孔洞1内导电材料的填充，背面不同极性电极的制备。制作采用丝网印刷、真空蒸发或溅射以及电镀的方法；

[0036] g、烧结或者退火，以形成良好的欧姆接触；

[0037] h、隔离不同极性的电极，包括用化学蚀刻、等离子刻蚀或者激光划线等方法隔离电池不同极性的区域，防止短路或者分流效应。

[0038] 制作新型背接触太阳能电池的实施例1

[0039] (1)选用厚度为120～300μm、电阻率为0.5～5Ωcm的P型单晶或者多晶硅片作为衬底；

[0040] (2)在硅片上激光开孔，孔洞1的形状为圆形，直径在100～1000μm；孔洞1数量为每平方厘米的硅片0.1～0.4个，约10～100个，孔洞1呈梯形布局，如图1所示；

[0041] (3)使用常规化学清洗和织构化方法进行清洗和织构化；

[0042] (4)使用POCl3扩散源进行高温扩散，扩散方阻控制在40～100Ω/□；

[0043] (5)使用HF/HCl溶液进行化学后清洗，去除扩散后硅衬底表面形成的磷硅玻璃；

[0044] (6)用PECVD设备蒸镀SiNx减反膜，折射率在1.9～2.1之间，膜厚在70～90nm；

[0045] (7)硅片背面正、负电极(主栅)3、4用丝网印刷银浆，使正、负电极呈梯形，如图2所示，烘干后再印制铝背场，最后在正面印制细栅线2；

[0046] (8)在链式炉中进行烧结，使正面和背面电极都形成良好的欧姆接触；

[0047] (9)在电池正面外边框进行激光划线隔离，在背面进行负极的主栅线外围激光划线隔离。

[0048] (10)用上述制作好的电池片进行手动、半自动或自动串焊和互联，图3所示为两块电池片串焊在一起，封装成组件。

[0049] 制作新型背接触太阳能电池的实施例2

[0050] (1)采用厚度为120～300μm、电阻率为0.5～30Ωcm的N型单晶或者多晶硅片作为衬底；

[0051] (2)在硅片上进行激光开孔，孔洞1的形状为圆形，直径在100～1000μm，孔洞1数量为每平方厘米硅片0.1～0.4个，孔洞1呈梯形布局，如图1所示；

[0052] (3)使用常规化学清洗和织构化方法进行清洗和织构化；

[0053] (4)使用BBr3扩散源进行高温扩散，扩散方阻控制在40～100Ω/□；

[0054] (5)使用HF/HCl溶液进行化学后清洗，去除扩散后硅衬底表面形成的硼硅玻璃；

[0055] (6)用ALD设备蒸镀Al2O3减反膜；

[0056] (7)硅片背面正、负电极(主栅)3、4用丝网印刷银浆，使正、负电极呈梯形布置，如图2所示，烘干后再在无电极的区域制作钝化层，最后在正面印制细栅线2；

[0057] (8)在链式炉中进行烧结，使正面和背面电极都形成良好的欧姆接触；

[0058] (9)在电池正面外边框进行激光划线隔离，在背面进行正极的主栅线外围激光划线隔离；

[0059] (10)用上述制作好的电池片进行手动、半自动或自动串焊和互联，图3所示为两块电池片串焊在一起，封装成组件。

[0060] 当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于发明所附的权利要求的保护范围。