CN208797008U - 一种无主栅双面电镀金属化太阳能电池片 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种无主栅双面电镀金属化太阳能电池片，所述的太阳能电池片包括：光伏结构，包括晶硅衬底、位于衬底两面掺杂非晶硅层以及位于晶硅衬底和p型非晶硅层接触的非晶硅本征层，还可以包括或不包括位于晶硅衬底和n型非晶硅层接触的非晶硅本征层；位于光伏结构两面的TCO层；以及在每个TCO层的表面制作的金属电极栅线，所述的金属电极栅线包括一个导电层，还包括或者不包括种子层或者保护层的任意一种或两种。本实用新型所制备的具有无主栅结构的太阳能电池片不仅保证了电池效率，而且大大的降低了工艺成本。

Description

一种无主栅双面电镀金属化太阳能电池片

技术领域

本实用新型属于太阳能电池片领域，具体涉及一种无主栅双面电镀金属化太阳能电池片。

背景技术

太阳能电池发电的本质就是利用光伏效应把光转换成电。普通的单面电池背面为全面铝层，从背面入射的光无法穿透该层。而这些入射光不仅无法得到利用转化为电，甚至其中一部分还会被背面铝层或组件材料吸收转化为热能提升电池的工作温度并降低其工作效率。与之相比，双面电池背面采用局部金属化可对背面入射的光进行利用来提升发电效率。在带来发电增益的同时，也意味着在同样的发电量下，双面电池能需要更少的组件、安装和运维成本以及更少的土地面积。高效异质结电池（HJT）不仅有着光致衰减低，温度系数低，开路电压和转化效率高等优点，其对称结构和高双面率更是使其可作双面电池并更具优势。

然而，传统HJT的金属化采取丝网印刷低温银浆的工艺，其不仅成本昂贵，丝网印刷工艺难以形成更细的金属栅线也成为了提高其电池效率的掣肘。而在双面电池上，金属化带来的问题尤为凸显。使用电镀来替代丝网印刷可降低金属浆料成本，并且可实现更细的金属栅线提高电池效率。

专利CN102403371A与CN106057919B中公开了一种具备金属格栅的太阳能电池，此种技术方案的缺陷是：1. 需要利用物理气相沉积(PVD)的方法制备含有Ti或Ta的金属粘合层来提供电镀层足够的吸附力，此工艺不仅成本高，而且剥离掩膜层后要回刻金属。2. 需要主栅线用于汇流与电池互联，因此电镀金属层需要足够的厚度以满足其所需的导电能力，然而这会产生吸附力问题并且会拉长生产时间。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型提出一种无主栅双面电镀金属化太阳能电池片。

实现上述技术目的，达到上述技术效果，本实用新型通过以下技术方案实现：

一种无主栅双面电镀金属化太阳能电池片，所述的太阳能电池片包括以下结构：光伏结构，包括晶硅衬底、位于衬底两面掺杂非晶硅层以及位于晶硅衬底和p型非晶硅层接触的非晶硅本征层，还可以包括或不包括位于晶硅衬底和n型非晶硅层接触的非晶硅本征层；位于光伏结构两面的TCO层；以及在每个TCO层的表面制作的金属电极栅线，所述的金属电极栅线包括一个导电层，还包括或者不包括种子层或者保护层的任意一种或两种。

作为本实用新型的进一步改进，所述的金属电极栅线包括采用电镀法沉积在TCO层上的导电层。

作为本实用新型的进一步改进，所述的金属电极栅线还包括或者不包括种子层或者保护层的任意一种或两种。

作为本实用新型的进一步改进，所述的种子层由Ni或Ag任一种金属组成，所述的导电层由Cu、Ag、Sn或Ni任一种金属组成，所述的保护层由Sn或Ag任一种金属组成。

作为本实用新型的进一步改进，所制作的金属电极栅线的宽度为12-45μm，高度为2-15μm，优选的，所制作的金属电极栅线的宽度为15-30μm，高度为5-12μm。

作为本实用新型的进一步改进，在所述电池片的正面和背面的金属电极栅线，其相邻栅线之间的间距为0.75-1.75mm，在电池片的正面和背面所述的金属栅线的数目相同或者不同，位于正面和背面所述的金属栅线平行或者呈一定角度。

优选的，在所述电池片的正面金属电极栅线，其相邻栅线之间的间距为1.10-1.55mm；在所述电池片的背面金属电极栅线，其相邻栅线之间的间距为0.85-1.30mm。

作为本实用新型的进一步改进，还包括设置在TCO层上的冗余金属栅线，所述的冗余金属栅线的宽度小于500μm，优选的为12-45μm。

本实用新型的有益效果：本实用新型所制作的太阳能电池片通过在硅片表面沉积具有导电层和减反层性质的TCO膜，之后在TCO膜上采用电镀、化学镀等多种方法制备了栅线更细、导电性更强金属电极栅线，相比于传统的丝网印刷银电极HJT电池，使用本专利方法所制备的金属栅线使用铜代替银作为金属电极导电层不仅大大降低了金属化成本，而且实现了双面率以及电池效率更高等优点。相比于现有铜制程HJT电池金属化方案，本结构不需要PVD沉积的粘合层且无需进行金属回刻，大大降低了生产成本并缩短了工艺流程。同时，该结构没有主栅线，通过与相应的组件技术相配合，例如智能网无主栅技术或叠瓦组件技术，也能实现高效的电流子导出。

附图说明

图1为本实用新型制造太阳能电池的第一种实施例的过程示意图；

图2为本实用新型制造太阳能电池的第二种实施例的过程示意图；

图3为本实用新型制造太阳能电池的第三种实施例的过程示意图；

图4为本实用新型制造太阳能电池的第四种实施例的过程示意图；

图5为无种子层金属栅线拉脱测试结果。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

下面结合附图对本实用新型的应用原理作详细的描述。

本实用新型的目的在于提供一种具备双面电镀金属化电极的异质结太阳能电池结构及其制作方法。

如图1-4所示的具有不同金属栅线的太阳能电池片的结构，不同实施例的太阳能电池片分别通过以下的方法进行制备。

实施例1，

图1说明了根据本实用新型实施例的制造太阳能电池的示例性过程的图。

1A. 在晶硅衬底110正面使用PECVD方法依次生长一层本征非晶硅层121与n型掺杂非晶硅层130。在此实施例中，晶硅衬底110为p型晶体硅片，这里可以为单晶或多晶硅片。为制备高效异质结电池，在生长非晶硅层121前需要对p型晶体硅片进行清洗制绒处理。所生长的本征非晶硅层121与n型掺杂非晶硅层130厚度分别约为1-10nm和3-30nm。在晶硅衬底背面使用PECVD方法依次生长一层本征非晶硅层122与p型重掺杂非晶硅层140，厚度分别为1-10nm和3-30nm。

1B. 在n型和p型掺杂非晶硅层表面上分别沉积TCO151，152以形成减反射层和用于收集电流的导电层。 在此实施例中，TCO可为使用磁控溅射法沉积的ITO层。

在正面，即与n型掺杂非晶硅层130接触的TCO层151表面上制作图形化掩膜层。在此实施例中，首先在该表面上通过旋转涂布制作一层含有高分子材料的掩膜层161，该掩膜层具有光敏成分。使用局部遮光板对掩膜层进行选择性UV曝光后显影。

1C. 在本实施例中，无需制作种子层，并在TCO表面151上直接制作导电层171，这里优选的，导电层171为金属铜。在本实施例中，优选的，在与n型掺杂非晶硅层130接触TCO层151表面上使用光诱导电镀的方法制作导电层171，其方法为：把太阳能电池放置在电镀槽上，并仅使其正面，即覆盖了图形化掩膜层的TCO表面151与电解质溶液接触。电解质溶液成分为含有一种或多种酸根，如硫酸根，硝酸根等，金属铜离子，水以及一种或多种添加剂的溶液。太阳能电池的另一表面不与电解质溶液接触而是通过多点接触或整面接触与上电极相连。该上电极通过外置偏压电源与浸没在电解质溶液的下电极相连。在光诱导电镀过程中，使用光源对太阳能电池受光面进行均匀光照。太阳能电池在受到光照后在其两面形成电势差，其p型表面通过上电极与下电极相连，使下电极为阳极。而与n型掺杂非晶硅层130接触TCO层表面151为负极，与之接触的电解质溶液中的金属离子从该表面的掩膜层开口163处获得电子，还原成金属并在开口163处沉积在该表面。电镀金属的速率可以通过改变外置偏压来控制。在此步骤后，制成的铜金属导电层171厚度约为3-20μm，这里优选为8μm。

1D. 使用化学镀在导电层171上制作银保护层172。把太阳能电池使用与上述步骤相同的方式放置在由含有银离子主盐、还原剂和其他添加剂等组成的化学镀液的镀槽里进行化学镀，最终在铜导电层171上镀覆一层厚度约为0.1-2μm的银保护层172，这里优选为0.5μm。

1E. 把制作中的太阳能电池翻面，在其背面，即与p型掺杂非晶硅层140接触TCO层152表面上使用与正面相似的方法制作图形化掩膜层162。背面铜导电层174在该面TCO表面上使用电流电镀的方法直接制作。 其方法为：把太阳能电池放置在电镀槽上，并仅使其背面与电解质溶液进行接触，正面通过多点接触或整面接触与上电极相连。该上电极连接到外置电源电源负极，浸没在电解质溶液的下电极连接到外置电源正极。电镀液中铜离子在电镀过程中在电池正面开口处获得电子并还原成金属沉积在该表面。电镀金属的速率可以通过改变外置电源电流来控制。此电镀方法可被称为电流电镀。在此步骤后，在与p型掺杂非晶硅层140接触TCO层表面152制成的铜金属导电层174厚度约为3-20μm，这里优选为8μm。使用与正面相似的方法在背面铜导电层174上化学镀一层银保护层175，其厚度约为0.1-2μm，这里优选为0.5μm。

1F. 双面同时去除掩膜层161，162后，可在正背两面得到每条栅线宽度约为20μm，高度约为8μm的金属栅线电极170。正面相邻栅线间距为1.10-1.55mm，这里优选为1.30mm，背面相邻栅线间距为0.85-1.30mm，这里优选为1.00mm。

该双面异质结电池可用于常规双面组件，其俯视图如图1G。电池间的组件互联技术采用智能网无主栅技术，或者采用叠瓦组件将切片后的电池片连接起来，每片电池片所切的数目至少为两片，优选为3-5片，如图1H。

根据实施例1所述的方法制备具有不同宽度和高度的金属栅线，之后采用拉脱测试方法测试无种子层的金属栅线在TCO层上的附着力。所采用的拉脱测试步骤为采用标准粘度3M胶带每次对总数至少为1000根的无种子层的栅线进行切面拉脱测试，并统计脱落的栅极线的根数。由图5显示的结果可以看出在所要求的栅线高度和宽度范围内，电镀金属栅线即便是在没有种子层的情况下在TCO层上依然具有足够的附着力。

实施例2，

图2说明了根据本实用新型实施例的制造太阳能电池的另一示例图。

2A. 本实施例中，晶硅衬底210为n型单晶或多晶硅片。对晶硅衬底210进行清洗制绒处理后，在其正面使用PECVD方法依次生长一层厚度约为1-10nm的本征非晶硅层222与多层此处优选为3层p型掺杂非晶硅子层240。p型掺杂非晶硅子层的掺杂浓度从与本征非晶硅层222接触面向外依次指数递增。每层p型掺杂非晶硅子层厚度约为0.5-10nm，此处优选为3nm。 在晶硅衬底210背面使用PECVD方法依次生长一层度约为1-10nm的本征非晶硅层221与多层此处优选为3层n型掺杂非晶硅子层230。n型掺杂非晶硅子层的掺杂浓度从与本征非晶硅层接触面向外依次指数递增且最小掺杂浓度大于衬底掺杂浓度。每层n型掺杂非晶硅子层厚度约为0.5-10nm，此处优选为3nm。在p型和n型掺杂非晶硅层222，221表面上分别沉积TCO240，230以形成减反射层和用于收集电流的导电层。 在此实施例中，TCO240，230可为使用磁控溅射法沉积的ITO层。

2B. 在正面与背面上均制作图形化掩膜层261，262。在此实施例中，首先在正面和背面上均通过丝网印刷一层含光敏成分掩膜层。使用局部遮光板对两面掩膜层进行选择性UV曝光后，两面同时进行显影开口263，264。

2C. 把制作中的太阳能电池浸入在由含有镍离子主盐、还原剂和其他添加剂等组成的化学镀液的镀槽里进行化学镀，最终在正反两面掩膜层开口263，264处镀覆一层厚度约为0.1-2μm的镍种子层273，276，这里优选为0.5μm。

2D. 使用与实施例1相似的办法，先在与n型掺杂非晶硅侧的种子层上276，使用光诱导电镀的方法制作铜导电层274。与p型掺杂非晶硅侧的种子层上273，使用电流电镀的方法制作铜导电层271。制成的铜金属导电层271，274厚度约为3-20μm，这里优选为10μm。

2E. 把制作中的太阳能电池浸入在由含有锡离子主盐、还原剂和其他添加剂等组成的化学镀液的镀槽里进行化学镀，最终在正反两面的铜导电层271，274上镀覆一层厚度约为0.1-2μm的锡保护层272，275，这里优选为0.5μm。

2F. 双面同时去除掩膜层261，262后，可在正背两面得到每条栅线宽度约为20μm，高度约为11μm的金属栅线电极270。正面相邻栅线间距为1.10-1.55mm，这里优选为1.40mm，背面相邻栅线间距为0.85-1.30mm，这里优选为1.10mm。同实施例1，该电池可用于常规双面组件，电池间的组件互联技术采用智能网无主栅技术。亦可切片后用于叠瓦组件。

实施例3，

图3说明了根据本实用新型实施例的制造太阳能电池的另一示例图。

3A. 本实施例中，晶硅衬底310为p型单晶或多晶硅片。对晶硅衬底310进行清洗制绒处理后，在其正面使用PECVD方法依次生长一层厚度约为3-30nm的n型掺杂非晶硅层330。此处省略晶硅衬底310与n型掺杂非晶硅层330间的本征非晶硅层。然后在晶硅衬底310背面使用PECVD方法依次生长一层度约为1-10nm的本征非晶硅层322与层厚度约为3-30nm的p型掺杂非晶硅层340。在p型和n型掺杂非晶硅层340，330表面上分别使用反应等离子体沉积法制作IWO与ITO叠层作为TCO352，351以形成减反射层和用于收集电流的导电层。

3B. 在正面与背面上均制作图形化掩膜层361，362。在此实施例中，首先在正面和背面上均通过旋涂法涂布一层含光敏成分掩膜层。并在两面分别使用紫外激光按照预定好的图案进行曝光。两面同时进行显影开口363，364。

3C. 在与n型掺杂非晶硅层330接触的TCO351表面上，使用光诱导电镀的方法在其掩膜层开口处依次镀覆镍种子层373与铜导电层371。

3D. 在与p型掺杂非晶硅层340接触的TCO352表面上，使用电流电镀的方法在其掩膜层开口处依次镀覆镍种子层376与铜导电层374。 3E. 去除双面掩膜层361，362。

3F. 将上一步中镀有铜导电层371和374的电池浸入包含锡离子的溶液中，在电池表面发生锡离子与导电层371和374铜金属之间的置换反应，此处所述的包含锡离子的溶液中，可包括但不限于：用提供锡离子的主盐，和用作复合剂的硫脲或其衍生物用于保持PH值促进剂稳定和表面活性。之后可得沉积在铜导电层371，374上的锡保护层372，375，其厚度约为0.1-2μm，此处优选为1μm。

制作完成的太阳能电池其金属栅线电极370每条栅线宽度约为20μm，高度约为15μm。正面相邻栅线间距为1.10-1.55mm，这里优选为1.30mm，背面相邻栅线间距为0.85-1.30mm，这里优选为1.10mm。同实施例1，该电池可用于常规双面组件，电池间的组件互联技术采用智能网无主栅技术。亦可切片后用于叠瓦组件。

实施例4，

图4说明了根据本实用新型实施例的制造太阳能电池的另一示例图。

4A. 本实施例中，晶硅衬底410为n型单晶硅片。对晶硅衬底410进行清洗制绒处理后，在其正面使用PECVD方法生长3层n型掺杂非晶硅子层430。n型掺杂非晶硅子层的掺杂浓度从与晶硅接触面向外依次指数递增且最小掺杂浓度大于衬底410掺杂浓度。每层n型掺杂非晶硅子层厚度约为0.5-10nm，此处优选为3nm。此处省略晶硅衬底410与n型掺杂非晶硅层430间的本征非晶硅层。然后在晶硅衬底背面使用PECVD方法依次生长一层厚度约为5nm的本征非晶硅层422与3层p型掺杂非晶硅子层440。p型掺杂非晶硅子层的掺杂浓度从与本征非晶硅层接触面向外依次指数递增。每层p型掺杂非晶硅子层厚度约为0.5-10nm，此处优选为3nm。在p型和n型掺杂非晶硅层440，430表面上分别使用磁控溅射法制作ITO层452，451作为TCO以形成减反射层和用于收集电流的导电层。

4B. 使用与实施例1相铜的方法在正面，即与n型掺杂非晶硅层430接触的TCO451表面制作图形化掩膜层461。

4C. 在正面掩膜层开口463处使用光诱导电镀的方法分别电镀一层铜导电层471与银保护层472。

4D去除正面掩膜层。使用与实施例1相同的方法在背面，即与p型掺杂非晶硅层440接触的TCO452表面制作图形化掩膜层464。

4E. 在背面掩膜层开口464处使用电流电镀的方法分别电镀一层铜导电层474与银保护层475。

4F. 去除背面掩膜层462。

制作完成的太阳能电池其金属栅线电极470每条栅线宽度约为20μm，高度约为10μm。正面相邻栅线间距为1.10-1.55mm，这里优选为1.30mm，背面相邻栅线间距为0.85-1.30mm，这里优选为1.30mm。同实施例1，该电池可用于常规双面组件，电池间的组件互联技术采用智能网无主栅技术。亦可切片后用于叠瓦组件。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种无主栅双面电镀金属化太阳能电池片，其特征在于：所述的太阳能电池片包括以下结构：

光伏结构，包括晶硅衬底、位于衬底两面掺杂非晶硅层以及位于晶硅衬底和p型非晶硅层接触的非晶硅本征层，还包括或不包括位于晶硅衬底和n型非晶硅层接触的非晶硅本征层；

位于光伏结构两面的TCO层；以及

在每个TCO层的表面制作的金属电极栅线，所述的金属电极栅线包括一个导电层，还包括或者不包括种子层或者保护层的任意一种或两种。

2.根据权利要求1所述的一种无主栅双面电镀金属化太阳能电池片，其特征在于：所述的金属电极栅线包括采用电镀法沉积在TCO层上的导电层。

3.根据权利要求2所述的一种无主栅双面电镀金属化太阳能电池片，其特征在于：所述的金属电极栅线还包括或者不包括种子层或者保护层的任意一种或两种。

4.根据权利要求2或3所述的一种无主栅双面电镀金属化太阳能电池片，其特征在于：所述的种子层由Ni或Ag任一种金属组成，所述的导电层由Cu、Ag、Sn或Ni任一种金属组成，所述的保护层由Sn或Ag任一种金属组成。

5.根据权利要求1所述的一种无主栅双面电镀金属化太阳能电池片，其特征在于：所制作的金属电极栅线的宽度为12-45μm，高度为2-15μm。

6.根据权利要求5所述的一种无主栅双面电镀金属化太阳能电池片，其特征在于：所制作的金属电极栅线的宽度为15-30μm，高度为5-12μm。

7.根据权利要求5或6所述的一种无主栅双面电镀金属化太阳能电池片，其特征在于：在所述电池片的正面和背面的金属电极栅线，其相邻栅线之间的间距为0.75-1.75mm，在电池片的正面和背面所述的金属电极栅线的数目相同或者不同，位于正面和背面所述的金属电极栅线平行或者呈一定角度。

8.根据权利要求7所述的一种无主栅双面电镀金属化太阳能电池片，其特征在于：在所述电池片的正面金属电极栅线，其相邻栅线之间的间距为1.10-1.55mm；在所述电池片的背面金属电极栅线，其相邻栅线之间的间距为0.85-1.30mm。

9.根据权利要求1所述的一种无主栅双面电镀金属化太阳能电池片，其特征在于：还包括设置在TCO层上的冗余金属栅线，所述的冗余金属栅线的宽度小于500μm。

10.根据权利要求9所述的一种无主栅双面电镀金属化太阳能电池片，其特征在于：所述的冗余金属栅线的宽度为12-45μm。