CN106653881A - 一种背接触太阳能电池串及其制备方法和组件、系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种背接触太阳能电池串及其制备方法和组件、系统，包括背接触太阳能电池和用于背接触太阳能电池电连接的导电件，背接触太阳能电池的背表面设置了发射极p+区域的发射极分段电极和基极n+区域基极分段电极，发射极分段电极上设置有发射极金属丝电极，基极分段电极上设置有基极金属丝电极，发射极金属丝电极和基极金属丝电极反向延伸出电池片，背接触太阳能电池的发射金属丝电极与相邻背接触太阳能电池的基极金属丝电极通过导电件电连接。其有益效果是：本发明操作简单、无需高精度的对准焊接设备，减少了载流子在电极之间的横向传输损耗，提高了电池的填充因子，降低了组件的短路电流从而显著地降低了组件封装损耗。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，具体涉及一种背接触太阳能电池串及其制备方法和组件、系统。
背景技术
太阳能电池是一种将光能转化为电能的半导体器件，较低的生产成本和较高的能量转化效率一直是太阳能电池工业追求的目标。对于目前常规太阳能电池，其发射极接触电极和基极接触电极分别位于电池片的正反两面。电池的正面为受光面，正面金属发射极接触电极的覆盖必将导致一部分入射的太阳光被金属电极所反射遮挡，造成一部分光学损失。普通单晶硅太阳能电池的正面金属电极的覆盖面积在7％左右，减少金属电极的正面覆盖可以直接提高电池的能量转化效率。窄条状背接触电池是一种将发射极和基极接触电极均放置在电池背面(非受光面)的电池，该电池的受光面无任何金属电极遮挡，从而有效增加了电池片的短路电流，使电池片的能量转化效率得到提高。
背接触结构的太阳能电池是目前太阳能工业化批量生产的晶硅太阳能电池中能量转化效率最高的一种电池，它的高转化效率、低组件封装成本，一直深受人们青睐。在以往的背接触太阳能电池制作工艺中，其金属化工艺大都采用流程较为复杂的电镀来实现，该方法在降低背接触电池的串联电阻、提高电池的开路电压确实有出色的表现，但是该方法工艺复杂，排放的废弃物严重污染环境，且与目前工业化生产的主流金属化方法不相兼容，因此不利于低成本的产业化推广。同时，在将背接触电池封装成组件的过程中，由于发射极和基极电极根数较多、线宽较窄，相邻电池之间的对准焊接非常困难。另一方面，在将电池封装成组件的过程中，功率的损失很大一部分来自焊接电阻和焊带电阻，单片电池的短路电流越高，这部分功率损失就越大。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种转化效率高、组件损耗低、无需对准焊接、节约银浆成本的新型背接触太阳能电池串及其制备方法和组件、系统。
本发明提供的背接触太阳能电池串，其技术方案是：
背接触太阳能电池串，包括背接触太阳能电池和用于背接触太阳能电池电连接的导电件，所述背接触太阳能电池的背表面包括相互交替排列的发射极p+区域和基极n+区域，其特征在于，所述背接触太阳能电池的背表面还包括设置在所述发射极p+区域的发射极分段电极，和设置在所述基极n+区域的基极分段电极，所述发射极分段电极上设置有发射极金属丝电极，所述基极分段电极上设置有基极金属丝电极，所述发射极金属丝电极和基极金属丝电极反向延伸出电池片，所述背接触太阳能电池的发射极金属丝电极与相邻背接触太阳能电池的基极金属丝电极通过导电件电连接。
其中，所述发射极分段电极上设置有发射极热敏导电层，所述基极分段电极上设置有基极热敏导电层，在所述发射极分段电极的发射极热敏导电层上一一对应的铺设发射极金属丝电极，在所述基极分段电极的基极热敏导电层上一一对应的铺设基极金属丝电极。
其中，所述热敏导电层是锡膏导电层。
其中，所述导电件涂覆有导电胶，所述导电件为金属材料。
其中，所述发射极分段电极和基极分段电极均由非连续的圆点组成，所述圆点的圆心在一条直线上；或，所述发射极分段电极和基极分段电极由非连续的线条组成；或，所述发射极分段电极和基极分段电极由非连续的圆点错位排列而成；且所述发射极分段电极和基极分段电极的宽度不能超过所述发射极和所述基极所在掺杂区域的宽度。
其中，所述背接触太阳能电池的电阻率为1-30Ω·cm，厚度为50-300μm，所述背接触太阳能电池发射极p+区域和所述基极n+区域呈长条状相互交替地排列在电池背表面，发射极p+区域和基极n+区域还设置有钝化层，用于电池表面的钝化。
其中，所述发射极p+区域的宽度为200-3000μm，基极n+区域的宽度为100-2000μm。
其中，所述背接触太阳能电池是将电池片等间距切割后的窄条状背接触太阳能电池。
其中，所述发射极分段电极为银铝浆电极，所述基极分段电极为银浆电极，所述背接触太阳能电池是背接触N型单晶硅太阳能电池。
其中，所述发射极金属丝电极和基极金属丝电极延伸出背接触电池边缘的长度为0.5-5mm。
本发明还提供了一种背接触太阳能电池串的制备方法，包括以下步骤：
(1)、在太阳能电池基体的背表面形成相互交替排列的发射极p+区域和基极n+区域；
(2)、在所述发射极p+区域上印刷发射极分段电极，在所述基极n+区域上印刷基极分段电极；印刷完成后将背接触太阳能电池传送入带式烧结炉进行烧结；
(3)沿垂直于所述发射极p+区域和基极n+区域的排列方向将背接触太阳能电池切割成窄条状背接触电池；
(4)将发射极金属丝电极一一对应地铺设在所述发射极分段电极上，将基极金属丝电极一一对应地铺设在所述基极分段电极上，所述发射极金属丝电极的一端延伸出背接触电池之外，基极金属丝电极从相反的方向延伸出背接触电池之外；
(5)将所述窄条状背接触电池依次排列，在相邻电池交接处铺设导电件，使得相邻背接触太阳能电池的发射极金属丝电极和基极金属丝电极通过导电件和导电胶完成电连接，以形成太阳能电池串。
其中，在步骤(3)之后，步骤(4)之前，还包括步骤(3)’：
(3)’、在背接触太阳能电池的所述发射极分段电极上印刷发射极热敏导电层，在所述基极分段电极上印刷基极热敏导电层；
步骤(4)变为步骤(4)’：
(4)’、将发射极金属丝电极一一对应地铺设在所述发射极分段电极上的发射极热敏导电层上，将基极金属丝电极一一对应地铺设在所述基极分段电极上的基极热敏导电层上。
其中，在步骤(2)中，烧结峰值温度为850-950℃。
其中，所述发射极金属丝电极和基极金属丝电极延伸出背接触电池边缘的长度为0.5-5mm。
本发明还提供了一种太阳能电池组件，包括太阳能电池串，太阳能电池串为上述的背接触太阳能电池串。
本发明还提供了一种太阳能电池系统，包括一个以上的太阳能电池组件，所述太阳能电池组件是上述的太阳能电池组件。
本发明的有益效果是：
本发明采用金属丝取代常规的银电极作为背接触电池的背面电极，节约了银浆成本，同时将发射极和基极金属丝电极反向延伸出电池片，相邻电池片的发射极金属丝电极和基极金属丝电极通过导电件完成电相连，从而实现背接触电池之间的串连，该方法操作简单、无需高精度的对准焊接设备，同时导电件还起到横向汇流的作用，减少了载流子在电极之间的横向传输损耗，提高了电池的填充因子；由于采用非整片的窄条状电池进行串连，降低了组件的短路电流从而显著地降低了组件封装损耗。
附图说明
图1为本发明实施例1和实施例2的背接触太阳能电池串的制备方法步骤一后的背表面结构示意图。
图2a、图2b和图2c为本发明实施例1和实施例2的背接触太阳能电池串的制备方法步骤二后的背表面结构示意图。
图3为本发明实施例1和实施例2的背接触太阳能电池串的制备方法步骤三中的激光切割方向示意图。
图4为本发明实施例1和实施例2的背接触太阳能电池串的制备方法步骤三后的背表面结构示意图。
图5为本发明实施例2的背接触太阳能电池串的制备方法步骤三’后的背表面结构示意图。
图6为本发明实施例2的背接触太阳能电池串的制备方法步骤三’后的背表面结构局部放大图。
图7为本发明实施例1的背接触太阳能电池串的制备方法步骤四后的背表面结构示意图。
图8为本发明实施例1的背接触太阳能电池串的制备方法步骤五中通过导电件串接后的背接触太阳能电池串示意图。
图9为本发明实施例2的背接触太阳能电池串的制备方法步骤四’后的背表面结构示意图。
图10为本发明实施例2的背接触太阳能电池串的制备方法步骤五中通过导电件串接后的背接触太阳能电池串示意图。
具体实施方式
下面将结合实施例以及附图对本发明加以详细说明，需要指出的是，所描述的实施例仅旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。
参见图7-10，本实施例提供的一种背接触太阳能电池串，包括背接触太阳能电池和用于背接触太阳能电池电连接的导电件，背接触太阳能电池的背表面包括相互交替排列的发射极p+区域10和基极n+区域11，发射极p+区域10上设置发射极分段电极20，基极n+区域11上设置基极分段电极21，发射极分段电极20上设置有发射极金属丝电极40，基极分段电极21上设置有基极金属丝电极41；或者，发射极分段电极20上设置有发射极热敏导电层30，基极分段电极上21设置有基极热敏导电层31，在发射极分段电极20的发射极热敏导电层上30一一对应的铺设发射极金属丝电极40，在基极分段电极21的基极热敏导电层上31一一对应的铺设基极金属丝电极41；发射极金属丝电极40和基极金属丝电极41反向延伸出电池片，发射极金属丝电极40与相邻背接触太阳能电池的基极金属丝电极41通过导电件50电连接。完成后的电池背表面结构如图8、10所示。本实施例的背接触太阳能电池串节约了银浆成本，同时将发射极和基极金属丝电极反向延伸出电池片，相邻电池片的发射极金属丝电极和基极金属丝电极通过导电件完成电相连，从而实现背接触电池之间的串连，该方法操作简单、无需高精度的对准焊接设备，同时导电件还起到横向汇流的作用，减少了载流子在电极之间的横向传输损耗，提高了电池的填充因子。
优选地，热敏导电层是锡膏导电层。锡膏的过墨图案可以为圆形，也可以为线条状，其宽度不能超过其所在掺杂区域的宽度，印刷时务必使过墨后的发射极热敏导电层30位于发射极分段电极20上，以及使过墨后的基极热敏导电层31位于基极分段电极21上，如图5、6所示。
优选地，导电件50上涂覆有导电胶，导电件50的材料可以为铜或铝或其他导电材质。
优选地，背接触太阳能电池是6寸电池片等间距切割成的2-6片窄条状太阳能电池，太阳能电池的宽度为20-80mm，优选为26-78mm，长度为156-162mm.，由于采用非整片的窄条状电池进行串连，降低了组件的短路电流从而显著地降低了组件封装损耗。
优选地，发射极分段电极20和基极分段电极21均由非连续的圆点组成，这些圆点的圆心在一条直线上；或，由非连续的线条组成；或，由非连续的圆点错位排列而成；且发射极分段电极20和基极分段电极21的宽度不能超过发射极和基极所在掺杂区域的宽度。
优选地，背接触太阳能电池的前表面设置有钝化减反膜，背表面设置有钝化膜。背接触太阳能电池的电阻率为1-30Ω·cm，厚度为50-300μm，每发射极p+区域10的宽度为200-3000μm，基极n+区域11的宽度为100-2000μm。发射极分段电极20为银铝浆电极，基极分段电极21为银浆电极，背接触太阳能电池是背接触N型单晶硅太阳能电池。发射极p+区域10和基极n+区域11呈长窄条状相间分布于太阳能电池基体上。发射极金属丝电极40的一端延伸出窄条状背接触电池之外，而基极金属丝电极41从相反的方向延伸出窄条状背接触电池之外。发射极金属丝电极40和基极金属丝电极41延伸出窄条状背接触电池边缘的长度为0.5-5mm。
实施例1：
本实施例的一种背接触太阳能电池串的制备方法，包括以下步骤：
(1)、制备发射极p+区域10和基极n+区域11相互交替排列在硅片背表面的背接触太阳能电池，本实施例选用N型单晶硅基体，电阻率为1-30Ω·cm，厚度为50-300μm，N型晶体硅基体使用前先经表面制绒处理，然后利用扩散或离子注入、掩膜、刻蚀等技术实现电池发射极p+区域10和基极n+区域11相互交替排列在电池背表面。再利用氧化硅，氮化硅和氧化铝等介质膜进行电池背表面的钝化和前表面的钝化及光学减反，从而形成所需要的发射极p+区域10和基极n+区域11相互交替排列在硅片背表面的太阳能电池，其中，每列发射极p+区域10的宽度为200-3000μm，基极n+区域11的宽度为100-2000μm。完成后的电池背表面结构如图1所示。
(2)、在发射极p+区域10上印刷发射极分段电极20，在基极n+区域11上印刷基极分段电极21。发射极分段电极20和基极分段电极21由非连续的圆点组成(如图2a)，这些圆点的圆心在一条直线上。发射极分段电极20和基极分段电极21还可以由非连续的线条组成(如图2b)，发射极分段电极20和基极分段电极21中的图案可以是有规则的阵列，也可以如图2c所示，发射极分段电极20和基极分段电极21由非连续的圆点错位排列而成。但发射极分段电极20和基极分段电极21的宽度不能超过其所在掺杂区域的宽度。
印刷发射极分段电极20所用浆料为银铝浆，印刷基极分段电极21所用浆料为银浆。
(3)、如图3，使用激光切片机将步骤(2)处理后的背接触太阳能电池三等分切割成三块156mm*52mm的窄条状背接触电池，切割方向垂直于发射极p+区域和基极n+区域的排列方向。亦可以将背接触太阳能电池进行2-6等分的切割。完成后的电池背表面结构如图4所示。
(4)、如图7，将发射极金属丝电极40一一对应地铺设在发射极分段电极20上，将基极金属丝电极41一一对应地铺设在基极分段电极21上。发射极金属丝电极40的一端延伸出窄条状背接触电池之外，而基极金属丝电极41从相反的方向延伸出窄条状背接触电池之外。发射极金属丝电极40和基极金属丝电极41延伸出窄条状背接触电池边缘的长度为0.5-5mm。发射极金属丝电极40和基极金属丝电极41的截面为圆形，其直径为40-80um；发射极金属丝电极40和基极金属丝电极41的截面形状亦可以方形或三角形，其材质可以为铜丝、银包铜丝或者锡包铜丝。铺设完成后将窄条状背接触电池传送入带式烧结炉进行烧结，烧结峰值温度为850-950℃。完成本步骤后的电池背表面结构如图7所示。
(5)、将多个步骤4后的窄条状背接触电池依次排列，然后在相邻电池交接处铺设导电件50，导电件50上涂覆有导电胶。铺设完成后相邻电池的发射极金属丝电极40和基极金属丝电极41通过导电件50和导电胶完成电连接(连接后的示意图如图8所示)。导电件50的材料可以为铜或铝或其他导电材质。至此，即完成本发明背接触太阳能电池串的制备。
实施例2：
本实施例的一种背接触太阳能电池串的制备方法，包括以下步骤：
步骤(1)～(3)、(5)与实施例1相同，此处不再赘述。
(3)’、在步骤3后的窄条状背接触电池的发射极分段电极20上印刷锡膏形成发射极热敏导电层30，在基极分段电极21上印刷锡膏形成基极热敏导电层31。锡膏的过墨图案可以为圆形，也可以为线条状。其宽度不能超过其所在掺杂区域的宽度。印刷时务必使过墨后的发射极热敏导电层30位于发射极分段电极20上，以及使过墨后的基极热敏导电层31位于基极分段电极21上。印刷完成后的局部结构放大图如图6所示，完成本步骤后的电池背表面结构如图5所示。
(4)’、如图9，将发射极金属丝电极40一一对应地铺设在发射极分段电极20上的发射极热敏导电层30上，将基极金属丝电极41一一对应地铺设在基极分段电极21上的基极热敏导电层31上。发射极金属丝电极40的一端延伸出窄条状背接触电池之外，而基极金属丝电极41从相反的方向延伸出窄条状背接触电池之外。发射极金属丝电极40和基极金属丝电极41延伸出窄条状背接触电池边缘的长度为0.5-5mm。发射极金属丝电极40和基极金属丝电极41的截面为圆形，其直径为40-80um；发射极金属丝电极40和基极金属丝电极41的截面形状亦可以方形或三角形，其材质可以为铜丝、银包铜丝或者锡包铜丝。铺设完成后，对背接触太阳能电池进行加热，使得发射极金属丝电极40、发射极热敏导电层30和发射极分段电极20三者形成欧姆接触，同时使基极金属丝电极41、基极热敏导电层31和基极分段电极21三者形成欧姆接触。加热方式采用红外加热，回流峰值温度为183-250度。完成本步骤后的电池背表面结构如图9。
(5)、将多个步骤4’后的窄条状背接触电池依次排列，然后在相邻电池交接处铺设导电件50，导电件50上涂覆有导电胶。铺设完成后相邻电池的发射极金属丝电极40和基极金属丝电极41通过导电件50和导电胶完成电连接(连接后的示意图如图10)。导电件50的材料可以为铜或铝或其他导电材质。至此，即完成本发明背接触太阳能电池串的制备。
本实施例还提供了一种太阳能电池组件，包括太阳能电池串，太阳能电池串为上述的背接触太阳能电池串。
本实施例还提供了一种太阳能电池系统，包括一个以上的太阳能电池组件，太阳能电池组件是上述的太阳能电池组件。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (16)
1.一种背接触太阳能电池串，包括背接触太阳能电池和用于背接触太阳能电池电连接的导电件，所述背接触太阳能电池的背表面包括相互交替排列的发射极p+区域和基极n+区域，其特征在于，所述背接触太阳能电池的背表面还包括设置在所述发射极p+区域的发射极分段电极和设置在所述基极n+区域的基极分段电极，所述发射极分段电极上设置有发射极金属丝电极，所述基极分段电极上设置有基极金属丝电极，所述发射极金属丝电极和基极金属丝电极反向延伸出电池片，所述背接触太阳能电池的发射极金属丝电极与相邻背接触太阳能电池的基极金属丝电极通过导电件电连接。
2.根据权利要求1所述的一种背接触太阳能电池串，其特征在于：所述发射极分段电极上设置有发射极热敏导电层，所述基极分段电极上设置有基极热敏导电层，在所述发射极分段电极的发射极热敏导电层上一一对应的铺设发射极金属丝电极，在所述基极分段电极的基极热敏导电层上一一对应的铺设基极金属丝电极。
3.根据权利要求2所述的一种背接触太阳能电池串，其特征在于：所述热敏导电层是锡膏导电层。
4.根据权利要求1所述的一种背接触太阳能电池串，其特征在于：所述导电件涂覆有导电胶，所述导电件为金属材料。
5.根据权利要求1所述的一种背接触太阳能电池串，其特征在于：所述发射极分段电极和基极分段电极均由非连续的圆点组成，所述圆点的圆心在一条直线上；或，所述发射极分段电极和基极分段电极由非连续的线条组成；或，所述发射极分段电极和基极分段电极由非连续的圆点错位排列而成；且所述发射极分段电极和基极分段电极的宽度不能超过所述发射极和所述基极所在掺杂区域的宽度。
6.根据权利要求1所述的一种背接触太阳能电池串，其特征在于：所述背接触太阳能电池的电阻率为1-30Ω·cm，厚度为50-300μm，所述背接触太阳能电池发射极p+区域和所述基极n+区域呈长条状相互交替地排列在电池背表面，发射极p+区域和基极n+区域还设置有钝化层，用于电池表面的钝化。
7.根据权利要求1所述的一种背接触太阳能电池串，其特征在于：所述发射极p+区域的宽度为200-3000μm，基极n+区域的宽度为100-2000μm。
8.根据权利要求1所述的一种背接触太阳能电池串，其特征在于：所述背接触太阳能电池是将电池片等间距切割后的窄条状背接触太阳能电池。
9.根据权利要求1所述的一种背接触太阳能电池串，其特征在于：所述发射极分段电极为银铝浆电极，所述基极分段电极为银浆电极，所述背接触太阳能电池是背接触N型单晶硅太阳能电池。
10.根据权利要求1-9任一所述的一种背接触太阳能电池串，其特征在于：所述发射极金属丝电极和基极金属丝电极延伸出背接触电池边缘的长度为0.5-5mm。
11.一种背接触太阳能电池串的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)、在太阳能电池基体的背表面形成相互交替排列的发射极p+区域和基极n+区域；
(2)、在所述发射极p+区域上印刷发射极分段电极，在所述基极n+区域上印刷基极分段电极；印刷完成后将背接触太阳能电池传送入带式烧结炉进行烧结；
(3)沿垂直于所述发射极p+区域和基极n+区域的排列方向将背接触太阳能电池切割成窄条状背接触电池；
(4)将发射极金属丝电极一一对应地铺设在所述发射极分段电极上，将基极金属丝电极一一对应地铺设在所述基极分段电极上，所述发射极金属丝电极的一端延伸出背接触电池之外，所述基极金属丝电极从相反的方向延伸出背接触电池之外；
(5)将所述窄条状背接触电池依次排列，在相邻电池交接处铺设导电件，使得相邻背接触太阳能电池的发射极金属丝电极和基极金属丝电极通过导电件和导电胶完成电连接，以形成太阳能电池串。
12.根据权利要求11所述的一种背接触太阳能电池串的制备方法，其特征在于：在步骤(3)之后，步骤(4)之前，还包括步骤(3)’：
(3)’、在背接触太阳能电池的所述发射极分段电极上印刷发射极热敏导电层，在所述基极分段电极上印刷基极热敏导电层；
步骤(4)变为步骤(4)’：
(4)’、将发射极金属丝电极一一对应地铺设在所述发射极分段电极上的发射极热敏导电层上，将基极金属丝电极一一对应地铺设在所述基极分段电极上的基极热敏导电层上。
13.根据权利要求11所述的一种背接触太阳能电池串的制备方法，其特征在于：在步骤(2)中，烧结峰值温度为850-950℃。
14.根据权利要求11所述的一种背接触太阳能电池串的制备方法，其特征在于：所述发射极金属丝电极和基极金属丝电极延伸出背接触电池边缘的长度为0.5-5mm。
15.一种太阳能电池组件，包括太阳能电池串，其特征在于，所述太阳能电池串为权利要求1-10任一项所述的背接触太阳能电池串。
16.一种太阳能电池系统，包括一个以上的太阳能电池组件，其特征在于：所述太阳能电池组件是权利要求15所述的太阳能电池组件。
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