专利名称：具有金属丝栅网引出电极的太阳电池及其制备方法
技术领域：
本发明涉及太阳电池领域，特别是具有金属丝网引出电极的太阳电池及其制备方法。
技术背景在本说明书中，将太阳电池接收光的一面称为上表面或上面，与之相对的面称为下表面 或背面。在太阳电池表面用于将光电流收集起来的电极称为收集极。用于将收集极中的电流 引出来，得到输出电流的电极称为引出极。太阳电池发电无污染，绿色环保，近年来得到了广泛的应用。传统的晶体硅太阳电池包 括单晶硅太阳电池与多晶硅太阳电池，这种太阳电池光电转换效率较高，性能稳定。它存在 的最大问题是制作成本过高，其中主要原因是高纯硅材料的成本高。多年来，人们不断对新 型太阳电池进行探索，希望找到降低太阳电池制作成本的新途径。在唐厚舜等发表的文章"硅珠的形成及太阳电池(组件"(太阳能学报，第18巻，第1期， 1997年1月，31页至34页)中介绍了一种用硅球制备的太阳电池。这一方法用硅球代替了 晶体硅片，省去了熔铸或拉单晶和切片的过程。但硅球本身的制备较为困难，因而很难进一 步降低制造成本。美国专利4514580和中国专利CN1031157A分别介绍了硅颗粒太阳电池的 制备方法。由于硅颗粒的大小和形状不规则，在技术上难度比较大。在集成电路生产中，有大量的边角料和不合格的芯片，在太阳电池生产过程中也有大量 的碎片，这些都是品质非常好的单晶硅或多晶硅。但是这些硅片面积比较小，形状不一致， 用现有技术无法直接制成太阳电池。在成熟的晶体硅太阳电池生产工艺中， 一般采用印刷或真空沉积的方法在电池表面制备 细密的收集栅做电子收集极，所有的电子收集极栅线通过一条或两条宽的引出极连接起来。 太阳电池表面产生的光电流经过收集极栅线到达引出极，从而得到输出电流。对于面积较大， 形状规则一致的太阳电池，这种结构制作工艺简单，性能稳定可靠。但是，对于面积较小， 形状不规则的碎小的电池片，无法用一两条引出极将所有碎小的电池片上产生的光电流引出 来。因此，现在的太阳电池生产工艺技术无法利用碎硅片或集成电路生产中的边角料直接制 作太阳电池。 发明内容本发明的目的是提供一种具有金属丝栅网引出电极的太阳电池及其制备方法。采用金属 丝栅网引出电极可以将所有碎小的电池片上产生的光电流引出。可以直接用碎硅片或集成电 路生产中的边角料制作太阳电池。一种具有金属丝栅网引出电极的太阳电池及其制备方法。将适合制作太阳电池的晶体半 导体材料按照常规晶体太阳电池的制作方法制备好太阳电池片。在太阳电池片的两面分别制
备栅网型电子收集极，并使栅网型电子收集极与太阳电池片表面形成良好的欧姆接触；将金 属丝制成栅网，将金属丝栅网与太阳电池片表面的收集极栅网紧密结合，其中金属丝栅网的 排列方向与收集极栅网排列方向互相垂直，使收集极栅网的每一根栅线都与金属丝栅网的栅 线有连接点，并形成良好的导电接触。使收集极栅网中的电流可以通过金属丝栅网导出。用 有机树脂材料将太阳电池片与金属丝栅网封装，以便避免栅网连接处松脱或被空气氧化。所述的栅网型电子收集极由银浆或银铝浆印刷在太阳电池片表面，通过高温烧结与太阳 电池片表面形成良好的欧姆接触，并与焊锡有良好的融和性。栅网型收集极也可采用真空沉 积单一金属或多种金属制成，并通过高温处理与太阳电池片表面形成良好的欧姆接触，并与 杆物fl r^丁口、jkktw.i土。 t"jp乂wj鬥生pB丁仪朱ix口、j侧rag)5口、j见/ayv u.u:imm主0.5mm， 栅网线 之间的间隔为lmm至10mm。所述的金属丝栅网由铜丝，镍丝，铝丝，不锈纲丝或其它导电性良好，并与焊锡有良好 融和性的金属丝制成。金属丝的直径为O.lmm至0.8mm，金属丝栅网线之间的间隔为lmm 至20mm。太阳电池制备过程包括下述步骤按照常规晶体太阳电池的制作方法制备好太阳电池片， 在太阳电池片表面制备好栅网型电子收集极，在收集极栅线上挂满焊锡，将金属丝制成栅网， 在金属丝栅网的栅线上也挂满焊锡，将金属丝栅网压在太阳电池片表面，其中金属丝栅网排 列方向与收集极栅网排列方向互相垂直，加热至焊锡熔化温度，使金属丝栅网与收集极栅网 交接处焊接在一起，用有机树脂将太阳电池片与金属丝栅网极封装，构成完整的太阳电池。所述的有机树脂材料为液态，经固化处理后成为固态。有机树脂材料也可以是片状热塑型树脂膜，厚度为0.1mm至0.5mm。树脂膜为EVA或PET膜。 现将本发明详细描述如下本发明的关键是将电子收集极与电子引出极用不同材料和不同方法分别制备，然后再将 二者连接在一起。电子收集极分布在各个小的太阳电池片表面，每个太阳电池片是分立的。 电子引出极是连成一体的，可将所有分立的太阳电池片连接成整体的太阳电池。电子收集极用印刷或真空沉积的方法在太阳电池片表面制备细密的收集栅。为了使收集 极与太阳电池表面有良好的欧姆接触， 一般要进行高温烧结或热处理。收集栅线的宽度一般 是O.lmm左右，栅线之间的间距是3mm左右。只要太阳电池片的长宽在3mm以上，总能有 一条以上的栅线落在太阳电池片表面，光电流就能被收集栅收集。引出极用金属丝制成栅网。栅网的间距小于电池片的尺寸，使每一个电池片都能被两根 以上的栅线覆盖。引出极栅线的排列方向与收集极栅线的排列方向垂直。这样引出极与收集 极总能有交叉接触点。在引出极栅线和收集极栅线表面都浸满焊锡，将引出极与收集极压在 一起，加热至焊锡熔化温度，使引出极与收集极在接触点焊接在一起，形成良好的导电接触。 这样所有太阳电池片产生的电流都能被引出极引出。 引出极金属丝的粗细与栅网的间距取决于电池片的大小。对于较大的电池片，金属丝可 以粗一些，栅网的间距可以大一些，这样遮光面积小一些，有利于提高太阳电池效率。收集 极栅线密一些，电子收集效果好，但栅线增多遮光面积会增大。经过优化设计可以找到收集 栅的最佳分布。引出极金属丝一般比较细，机械强度不高。为了将连在一起的小的太阳电池片组成大的 太阳电池，需要对电池进行封装。封装能保护栅线焊点不被氧化，同时也增强太阳电池的整 体强度。封装材料可以采用结构型粘胶剂。液态的胶可以渗入太阳电池片的每一个缝隙，经过固 化处理后，将所有的太阳电池片和引出极栅网粘接成一个整体。粘接剂可以采用溶剂型、反 应固化型和热塑型。溶剂型粘接剂对环境有污染，不适于大批量生产。反应固化型粘接剂性 能很好，但固化时间一般比较长，生产周期长。热塑型粘接剂也叫热熔胶，加热到一定温度 既软化，降到一定温度以下既固化，无溶剂污染，生产周期短，适合批量化生产。热塑型封装材料先制成片状的树脂膜。用两层树脂膜将焊好引出极的太阳电池片夹在中 间。在真空环境下，加热至树脂膜软化温度，软化的树脂材料穿过引出极栅网，渗入到电池 片的每一个缝隙中，当温度降到固化温度以下时，既将电池片粘接成一个整体。热塑型封装 材料的软化温度可以低于焊锡熔点，也可以高于焊锡熔点。如果热塑型封装材料的软化温度 低于焊锡熔点，封装过程对焊点没有影响。如果热塑型封装材料的软化温度高于焊锡熔点， 在降温过程中，热塑型封装材料先固化，进一步降温焊锡才固化。这样可以使焊点更加牢固。
图1是太阳电池片表面栅型电子收集极结构图。 图2是金属丝栅网引出极结构图。图3是太阳电池片平铺在金属丝栅网引出电极时的正面结构图。 图4是具有金属丝栅网引出电极的太阳电池正面结构图。 图5是具有金属丝栅网引出电极的太阳电池侧面结构图。
具体实施方式
如图所示，01代表太阳电池片，02代表收集极栅线；03代表金属丝栅网引出电极；04 代表金属丝栅线；05代表金属丝栅网支撑端；06代表下表面金属丝栅线；07代表下表面引 出电极；08代表下表面金属丝栅网支撑端；09代表上表面引出电极；10代表上表面金属丝 栅线；ll代表上表面金属丝栅网支撑端；12代表封装树脂。实施例1:用太阳电池生产过程中切片后破碎的硅片制作太阳电池。硅片的电阻率为5欧姆厘米P 型多晶硅，厚度为0.3mm，长宽尺寸大于3mm，形状不规则。按照常规太阳电池制作工艺将 硅片制成太阳电池片。在太阳电池片的两面用丝网印刷的方法印制银浆收集极栅线，栅线宽
为0.1mm，栅线的间距为2mm。经过烘干后，高温烧结使银浆栅线与太阳电池片形成良好的 欧姆导电接触，。将太阳电池片浸锡，使栅线表面挂满焊锡。如图1所示。将直径0.2mm的铜线表面挂锡，制成间距2mm的栅网。栅网的一端焊接宽2mm，厚0,2mm 的铜带作为引出极。在栅网的另一端焊接宽0.5mm，厚O,lmm的铜带，对栅网起到支撑的作 用。女fl图2所示。金属丝栅网的面积为100xl00mm2。金属丝栅网放在可加热的平板上，将太 阳电池片平铺在金属丝栅网上。其中太阳电池片的收集极栅线的方向与金属丝的方向垂直。 太阳电池片的背面朝下，上表面朝上，排列尽可能密集，但不能有重叠。如图3所示。用另 一个金属丝栅网盖在太阳电池片上面作为上电极。其中上下电极的引出极方向要相反，如图 4所示。用两块加热板将太阳电池片与金属丝栅网压紧，加热至焊锡熔化温度，使太阳电池 片的收集栅与金属丝栅网焊接在一起。经初步检验合格后，进行下一步封装。用市售的太阳电池封装专用的EVA膜对电池片进行封装。将EVA膜铺在焊接好金属丝栅 网引出极的太阳电池片的两面，最外面用两块玻璃夹紧，放进真空室中抽真空至0.1Pa以下， 加热至150°C，玻璃两侧加压使熔化的胶体渗入太阳电池片的缝隙中。冷却后将两块玻璃缝 隙挤出的胶去除，太阳电池制作完成。实施例2用集成电路的边角料制作太阳电池。硅片的电阻率为5欧姆厘米的P型单晶硅，厚度为 0.3mm，长宽尺寸大于5mm，形状规则。按照单晶硅太阳电池制作工艺将硅片制成太阳电池 片。在太阳电池片的两面用丝网印刷的方法印制银浆收集极栅线，栅线的宽为O.lmm，栅线 的间距为2mm。经过烘干后，高温烧结使银浆栅线与电池片形成良好的欧姆导电接触，。将 太阳电池片浸锡，使栅线表面挂满焊锡。将直径0.2mm的铜线表面挂锡，制成间距4mm的栅网。栅网的一端焊接宽2mm，厚0,2mm 的铜带作为引出极。在栅网的另一端焊接宽0.5mm，厚O,lmm的铜带，对栅网起到支撑的作 用。金属丝栅网的面积为100xl00mm2。金属丝栅网放在可加热的平板上，将太阳电池片整齐 地平铺在金属丝栅网上。其中太阳电池片上的收集极栅线的方向与金属丝的方向垂直。太阳 电池片的背面朝下，上表面朝上。用另一个金属丝栅网盖在太阳电池片上面作为上电极。其 中上下电极的引出极方向要相反。用两块加热板将太阳电池片与金属丝栅网压紧，加热至焊 锡熔化温度，使太阳电池片的收集栅与金属丝栅网焊接在一起。经初步检验合格后，进行下 一歩封装。用市售的PET膜对电池片进行封装。将PET膜铺在焊接好金属丝栅网引出极的太阳电池 片的两面，外面用两块加热板夹紧，在PET膜与加热板之间垫上聚四氟乙烯薄膜，以防止PET 膜与加热板粘在一起。放进真空室中抽真空至0.1Pa以下，加热至18(TC。冷却后将太阳电池 片取出，将四周边缘剪齐，太阳电池制作完成。用PET封装可以不用玻璃，太阳电池更轻薄。
权利要求
1、一种具有金属丝栅网引出电极的太阳电池及其制备方法。将适合制作太阳电池的晶体半导体材料按照常规晶体太阳电池的制作方法制备好太阳电池片。其特征在于在太阳电池片的两面分别制备栅网型电子收集极，并使栅网型电子收集极与太阳电池片表面形成良好的欧姆接触；将金属丝制成栅网，将金属丝栅网与太阳电池片表面的收集极栅网紧密结合，其中金属丝栅网的排列方向与收集极栅网的排列方向互相垂直，使收集极栅网的每一根栅线都与金属丝栅网的栅线有连接点，并形成良好的导电接触。使收集极栅网中的电流可以通过金属丝栅网导出。用有机树脂材料将太阳电池片与金属丝栅网封装，以便避免栅网连接处松脱或被空气氧化。
2、 按照权利要求l所述的太阳电池，其特征在于所述的栅网型电子收集极由银浆或银 铝浆印刷在太阳电池片表面，通过高温烧结与太阳电池片表面形成良好的欧姆接触，并与焊 锡有良好的融和性。
3、 按照权利要求l所述的太阳电池，其特征在于所述的栅网型收集极釆用真空沉积单 一金属或多种金属制成，并通过高温处理与太阳电池片表面形成良好的欧姆接触，并与焊锡 有良好的融和性。
4、 按照权利要求2和权利要求3所述的栅网型收集极，其特征在于构成栅网型收集极的栅网线的宽度为0.05mm至0.5mm，栅网线之间的间隔为lmm至10mm。
5、 按照权利要求l所述的太阳电池，其特征在于所述的金属丝栅网由铜丝，镍丝，铝 丝，不锈纲丝或其它导电性良好，并且与焊锡有良好融和性的金属丝制成。
6、 按照权利要求5所述的金属丝栅网，其特征在于金属丝的直径为0.1mm至0.8mm， 金属丝栅网线之间的间隔为lmm至20mm。
7、 按照权利要求l所述的太阳电池制备方法，其特征在于制备过程包括下述步骤按 照常规晶体太阳电池的制作方法制备好太阳电池片，在太阳电池片表面制备好栅网型电子收 集极，在收集极栅线上挂满焊锡，将金属丝制成栅网，在金属丝栅网的栅线上也挂满焊锡， 将金属丝栅网压在太阳电池片表面，其中金属丝栅网排列方向与收集极栅网排列方向互相垂 直，加热至焊锡熔化温度，使金属丝栅网与收集极栅网交接处焊接在一起，用有机树脂将太 阳电池片与金属丝栅网极封装，构成完整的太阳电池。
8、 按照权利要求l所述的太阳电池，其特征在于所述的有机树脂材料为液态，经固化处理后成为固态。
9、 按照权利要求l所述的太阳电池，其特征在于所述的有机树脂材料为片状热塑型树脂膜，厚度为0.1mm至0.5mm。
10、 按照权利要求9所述的热塑型树脂膜，其特征在于所述的树脂膜为EVA或PET膜。
全文摘要
本发明将适合制作太阳电池的半导体材料按照常规制作方法制备好太阳电池片。在太阳电池片的两面分别制备栅网型电子收集极，并使其与太阳电池片表面形成良好的欧姆接触；将金属丝制成栅网，将金属丝栅网与收集极栅网的排列方向互相垂直，并紧密结合，形成良好的导电接触，使收集极栅网的每一根栅线都与金属丝栅网的栅线有连接点，使收集极栅网中的电流可以通过金属丝栅网导出。用有机树脂材料将太阳电池片与金属丝栅网封装。太阳电池片的形状和大小可以不一致，只要长宽尺寸大于金属丝栅网的间距就可以用来制备太阳电池。金属丝栅网可以将所有碎小的电池片上产生的光电流引出。可以直接用碎硅片或集成电路的边角料制作太阳电池。
文档编号H01L31/048GK101159293SQ200710150029
公开日2008年4月9日 申请日期2007年11月1日 优先权日2007年11月1日
发明者刘维一 申请人:南开大学