太阳能电池片及其制备方法和光伏组件与流程

1.本发明属于光伏组件生产制造技术领域，具体涉及一种太阳能电池片的制备方法、基于该制备方法制备得到的太阳能电池片以及包括了该太阳能电池片的光伏组件。


背景技术：

2.目前，单晶perc太阳能电池的制造流程主要为：制绒
‑‑
>扩散
‑‑
>se
‑‑
>刻蚀
‑‑
>退火
‑‑
>背面沉积钝化膜
‑‑
>正面沉积钝化减反膜
‑‑
>背面激光开槽
‑‑
>丝网印刷和烧结。目前限制perc太阳能电池的转换效率主要有以下几点：1、金属浆料的遮光面积；2、金属浆料区的高复合电流。这两点都与浆料有关，如果减少浆料在硅片表面的覆盖面积，那么既可以减少金属浆料的覆盖面积，同时也可以减少金属高复合区面积。
3.目前除了perc电池，异质结hjt电池相对也比较流行的，其主要流程为：制绒清洗
‑‑
>非晶硅薄膜的沉积
‑‑
>透明导电膜tco的沉积
‑‑
>丝印烧结，其中tco薄膜即能实现导电、减反射又保护了非晶硅薄膜。
4.因此将目前的晶硅太阳能电池技术和异质结hjt技术相结合，提供一种新的太阳能电池片及其制备方法，可以得到更高效率的太阳能电池片。


技术实现要素：

5.有鉴于此，为了克服现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种太阳能电池片的制备方法，制备得到的电池片减少了传统电池片正面和背面栅线的遮光面积，且减少了载流子传输的串阻，提高太阳能电池的转换效率。
6.为了达到上述目的，本发明采用以下的技术方案：
7.一种太阳能电池片的制备方法，包括如下步骤：在具有正面钝化减反膜和背面钝化膜的硅片的正面和背面进行开槽，之后在所述硅片的正面和背面沉积tco材料，形成tco导电层，最后在所述tco导电层上印刷浆料并烘干，得到所述太阳能电池片；所述tco导电层与正面钝化减反膜或背面钝化膜之间相互嵌合。
8.本技术中的嵌合为在正面钝化减反层或背面钝化层上(可以为对应传统的副栅线的位置)开设激光槽，之后再沉积tco导电层，使得tco导电层与正面钝化减反层或背面钝化层相互嵌合，且开设激光槽使得tco导电层与掺杂层或晶硅衬底直接接触，通过透明导电薄膜材料(tco导电层)来收集传输载流子，替代常规的副栅线，可以大大减少正面和背面栅线的遮光面积，从而大大增加光的利用率，减少载流子传输的串阻，有利于提高太阳能电池的转换效率。
9.根据本发明的一些优选实施方面，所述开槽为采用激光设备在所述正面钝化减反膜和背面钝化膜上分别形成正面激光槽和背面激光槽，所述tco导电层填充在所述正面激光槽和背面激光槽内以及覆盖在正面钝化减反层和背面钝化层上。tco导电层包括了正面tco导电层和背面tco导电层：正面tco导电层填充在正面激光槽内以及覆盖在正面钝化减反层上；背面tco导电层填充在背面激光槽内以及覆盖在背面钝化层上。
10.所述激光(532nm
‑
556nm，绿色)开槽的激光参数为：激光功率为12w
‑
30w，激光频率为900khz。激光开槽得到的正面激光槽和背面激光槽的宽度为10um
‑
120um；深度为0.5
‑
2um。
11.根据本发明的一些优选实施方面，每条所述正面激光槽和/或背面激光槽为连续开设或间断开设。正面激光槽和/或背面激光槽对应传统电池片中副栅线的位置进行开设，相邻激光槽之间的距离为1mm
‑
1.3mm。当激光槽为间断开设的时候，即同一条激光槽包括了同一延伸线上的若干个短槽，形成类似于虚线的形式，同一激光槽内相邻短槽端部之间的距离为0.2mm
‑
0.7mm，且优选相邻的激光槽上的短槽错开排列。当激光槽为间断开设时，增加了tco导电层与正面钝化减反层或背面钝化层的结合效果，并减少了激光的烧蚀区域，降低了对硅片的损伤，开压会有所提升，电池片的效率也会上升。
12.根据本发明的一些优选实施方面，所述正面激光槽的面积占所述正面钝化减反层的面积比(开孔率)小于所述背面激光槽的面积占所述背面钝化层的面积比(开孔率)。在一些实施例中，所述正面激光槽的面积占所述正面钝化减反层的面积的1
‑
6％，优选为2.5％
‑
2.7％；所述背面激光槽的面积占所述背面钝化层的面积的2
‑
8％，优选为2.8％
‑
3.2％。控制开孔率在一定的范围，开孔率越大，串阻越小，接触越好，电池的填充因子越高，但由于激光对表面的破坏损伤，会降低电池片的效率。另一方面，硅片的正面和背面在电池中的结构是不对称的，如硅片正面有p
‑
n结，正表面一般沉积钝化层和减反层，而背面没有p
‑
n结，同时背面一般只沉积钝化层结构，使得硅片正面和背面所产生的串阻是不一样的，所以设置硅片正面和背面的开槽位置不对应，且背面的开孔率大于正面的开孔率，以达到更优的电池效率。
13.根据本发明的一些优选实施方面，所述正面激光槽的深度大于或等于所述正面钝化减反层的厚度，所述背面激光槽的深度大于或等于所述背面钝化层的厚度。激光槽的深度等于或大于正面钝化减反层或背面钝化层的厚度，使得tco导电层与掺杂层或晶硅衬底直接接触，实现替代传统副栅线、起到收集电流的作用。
14.根据本发明的一些优选实施方面，所述tco导电层为透明导电氧化物材料ito。透明导电氧化物材料ito为透明的导电材料，减少了电池片的遮光面积，同时由于整面涂覆tco材料，减少了电子的传输路径，减少了串阻，提高了太阳能电池的效率。
15.根据本发明的一些优选实施方面，所述正面钝化减反层为sinx叠层膜，或sinx/sio的叠层膜，或sinx/sionx/sio的叠层膜，所述背面钝化层为sinx叠层膜，或al2o3/sinx的叠层膜，或sinx/siox的叠层膜。正面钝化减反层减少光的反射，使更多的光进入到太阳能电池内，同时钝化太阳能电池表面，减少前表面的复合损失；背面钝化层是钝化背表面，减少背表面的复合损失。
16.根据本发明的一些优选实施方面，在所述开槽和沉积tco材料之间还包括对硅片进行氧化退火的步骤。
17.在本发明的一些实施例中，制备方法具体包括如下步骤：s1：晶硅衬底制绒；s2：扩散；s3：se重掺s4：刻蚀和背面抛光；s5：退火；s6：正面sinx沉积；s7：背面al2o3/sinx沉积；s8：正面激光开槽；s9：背面激光开槽；s10：退火；s11：正面tco沉积；s12：背面tco沉积；s13：背电极印刷烘干；s14：正面印刷ag主栅，低温烧结。
18.每个步骤具体如下：
19.步骤s1：制绒
20.选用p型或n型的单晶硅片为基底材料(晶硅衬底)，进行制绒工序。
21.使用湿法刻蚀技术，在硅片表面形成绒面，减重控制在0.4g
‑
0.8g，反射率控制在9％
‑
15％。
22.步骤s2：扩散
23.对晶硅衬底进行扩散工序，形成扩散层。
24.步骤s3：se重掺
25.对p型硅扩散层进行se掺杂，形成n
+
型重掺杂层；对n型硅扩散层进行se重掺，形成p
+
型重掺杂层。
26.步骤s4：刻蚀和背面抛光
27.对具有掺杂层的硅片进行刻蚀和背面抛光工序。
28.步骤s5：退火
29.对硅片进行氧化退火工序。
30.步骤s6：正面sinx沉积
31.对硅片的正面进行sinx沉积工序，制备氮化硅正面钝化减反层，控制其厚度为65
‑
85nm，折射率为2
‑
2.5。
32.步骤s7：背面al2o3/sinx沉积
33.对硅片的背面进行al2o3/sinx沉积工序，制备al2o3/sinx背面钝化层，控制其厚度为80
‑
150nm。
34.步骤s8：正面激光开槽
35.对硅片正面的正面钝化减反层进行激光开槽处理。通过激光设备对硅片正面sinx钝化减反射膜进行开槽处理，开设的正面激光槽与正面钝化减反层的厚度一致，开槽处裸露的硅正好与tco透明导电薄膜接触来收集传输的载流子。
36.步骤s9：背面激光开槽
37.通过激光设备对硅片背面的al2o3/sinx钝化膜(背面钝化层)进行开槽处理，开设的背面激光槽与背面钝化层的厚度一致，开槽处裸露的硅正好与tco透明导电薄膜接触来收集传输的载流子。
38.步骤s8和s9中，使用激光设备开设的正面激光槽和背面激光槽的位置完全对应，且控制开孔率。
39.采用激光(532nm
‑
556nm，绿色)进行开槽，激光参数为：激光功率12w
‑
30w，激光频率为900khz。激光开槽得到的正面激光槽和背面激光槽的宽度为10um
‑
120um；深度为0.5um
‑
2um。相邻激光槽之间的距离为1mm
‑
1.3mm，当激光槽间断开设时，同一个激光槽上相邻短槽端部之间的距离为0.2mm
‑
0.7mm。
40.步骤s10：退火
41.对硅片进行氧化退火工序。
42.步骤s11：正面tco沉积
43.在硅片的正面进行tco沉积工序，形成正面tco层，tco材料可与s8中露出的硅片正极接触。
44.步骤s12：背面tco沉积
45.在硅片的背面进行tco沉积工序，形成背面tco层，tco材料可与s9中露出的硅片负极接触。
46.步骤s11和s12中，使用pvd或rpd设备沉积透明导电氧化物材料ito以形成tco导电层，ito的厚度控制在5
‑
120nm。
47.步骤s13：背电极印刷烘干
48.在硅片的背面进行背电极印刷并烘干，形成背面主栅线。
49.步骤s14：正面印刷ag主栅
50.在硅片的正面进行正面银主栅的丝印并低温烧结，形成正面主栅线。
51.步骤s13和s14中，使用丝网印刷工艺，将银浆印刷在tco上，并低温烧结，烧结温度控制在200
‑
350℃。
52.以上为了便于叙述和方便理解，特将步骤进行了区分和编号，实际制备时，以上某些步骤如步骤s6和s7的沉积、步骤s8和s9激光开槽、步骤s11和s12的电极印刷等可以同时进行或无先后顺序的进行。
53.本发明还提供了一种由上所述的制备方法制备得到的太阳能电池片，该电池片结构由上至下依次包括正面主栅线、正面tco导电层、正面钝化减反层、n/p型掺杂层、p/n型晶硅衬底、背面钝化层、背面tco导电层以及背面主栅线，所述正面tco导电层与正面钝化减反层之间相互嵌合，所述背面tco导电层与背面钝化层之间相互嵌合。正面主栅线只与正面tco导电层接触、不与正面钝化减反层、掺杂层或晶硅衬底接触，背面主栅线只与背面tco导电层接触，不与背面钝化层或晶硅衬底接触。
54.本发明还提供了一种包括了如上所述的太阳能电池片的光伏组件。
55.与现有技术相比，本发明的有益之处在于：本发明的太阳能电池片的制备方法，在正面钝化减反层或背面钝化层上对应传统的副栅线的位置开设激光槽，之后再沉积tco导电层，使得tco导电层与正面钝化减反层或背面钝化层相互嵌合，且开设激光槽使得tco导电层与n型/p型掺杂层或晶硅衬底直接接触，通过透明导电薄膜材料(tco导电层)来收集传输载流子，替代常规的副栅线，可以大大减少正面和背面栅线的遮光面积，从而大大增加光的利用率，减少载流子传输的串阻，有利于提高太阳能电池的转换效率。
附图说明
56.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
57.图1为本发明实施例中太阳能电池片的正面示意图；
58.图2为本发明实施例中太阳能电池片沿着正面主栅线延伸方向截取的截面示意图；
59.图3为本发明实施例中太阳能电池片沿着激光槽延伸方向截取的截面示意图；
60.图4为本发明另一实施例中太阳能电池片沿着激光槽延伸方向截取的截面示意图；
61.其中，附图标记包括：1
‑
电极，2
‑
激光槽，3
‑
硅片，4
‑
正面主栅线，5
‑
正面tco导电
层，6
‑
正面钝化减反层，7
‑
掺杂层，8
‑
晶硅衬底，9
‑
背面钝化层，10
‑
背面tco导电层，11
‑
背面主栅线。
具体实施方式
62.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
63.实施例1太阳能电池片及光伏组件
64.本实施例中的光伏组件，由上至下依次包括前板、前封装层、电池层、后封装层以及后板，其中，电池层由多个电池片规则排列后形成。如图1
‑
3所示，本实施例中的太阳能电池片，其结构由上至下依次包括正面主栅线4、正面tco导电层5、正面钝化减反层6、n/p型掺杂层7、p/n型晶硅衬底8、背面钝化层9、背面tco导电层10以及背面主栅线11。本实施例中正面tco导电层5和背面tco导电层10为透明导电氧化物材料ito。正面钝化减反层6为sinx膜，背面钝化层9为al2o3/sinx的叠层膜。正面主栅线4和背面主栅线11即为电极1。
65.正面钝化减反层6上具有由激光开设的正面激光槽2，正面tco导电层5填充在正面激光槽2内以及覆盖在正面钝化减反层6上；背面钝化层9具有由激光开设的背面激光槽2，背面tco导电层10填充在背面激光槽2内以及覆盖在背面钝化层9上。使得正面tco导电层5与正面钝化减反层6之间相互嵌合，背面tco导电层10与背面钝化层9之间相互嵌合。正面激光槽2的深度与正面钝化减反层6的厚度一致，背面激光槽2的深度与背面钝化层9的厚度一致，使得tco导电层与掺杂层7或晶硅衬底8直接接触，实现替代传统副栅线、起到收集电流的作用。
66.本实施例中激光开槽得到的正面激光槽2和背面激光槽2的宽度为35um；深度为1um。正面激光槽2和背面激光槽2对应传统电池片中副栅线的位置进行开设，相邻激光槽2之间的距离为：背面的相邻激光槽2间距为1mm
‑
1.1mm，正面激光槽2间距为1.15mm
‑
1.25mm。本实施例中背面激光槽2的开孔率为：3.0％；正面激光的开孔率为2.6％。
67.本实施例中正面激光槽2和背面激光槽2为间断开设，即同一条激光槽2包括了同一延伸线上的若干个短槽，形成类似于虚线的形式，同一激光槽2内相邻短槽端部之间的距离为0.5mm。当激光槽2为间断开设时，增加了tco导电层与正面钝化减反层6或背面钝化层9的结合效果，并减少了激光的烧蚀区域，降低了对硅片3的损伤，开压uoc会有所提升。在其他一些实施例中，当激光槽间断开设时，相邻激光槽中的短槽错开排列；或者每条正面激光槽2和/或背面激光槽2也可连续开设，如图4所示。
68.本实施例中的嵌合为在正面钝化减反层6或背面钝化层9上对应传统的副栅线的位置开设激光槽2，之后再沉积tco导电层，使得tco导电层与正面钝化减反层6或背面钝化层9相互嵌合，且开设激光槽2使得tco导电层与n型/p型掺杂层7或晶硅衬底8直接接触，通过透明导电薄膜材料(tco导电层)来收集传输载流子，替代常规的副栅线，可以大大减少正面和背面栅线的遮光面积，从而大大增加光的利用率，减少载流子传输的串阻，有利于提高太阳能电池的转换效率。
69.实施例2太阳能电池片的制备方法
70.本实施例的高效太阳能电池片的制备方法，包括如下步骤：s1：制绒；s2：扩散；s3：se重掺s4：刻蚀和背面抛光；s5：退火；s6：正面sinx沉积；s7：背面al2o3/sinx沉积；s8：正面激光开槽；s9：背面激光开槽；s10：退火；s11：正面tco沉积；s12：背面tco沉积；s13：背电极印刷烘干；s14：正面印刷ag主栅，低温烧结。
71.每个步骤具体如下：
72.步骤s1：制绒
73.选用p型的单晶硅片为基底材料(晶硅衬底)，进行制绒工序。使用湿法刻蚀技术，在硅片表面形成绒面，减重控制在0.6g，反射率控制在12％。
74.步骤s2：扩散
75.对晶硅衬底进行扩散工序，形成扩散层。
76.步骤s3：se重掺
77.对扩散层进行se掺杂，形成n型掺杂层。
78.步骤s4：刻蚀和背面抛光
79.对具有n型掺杂层的硅片进行刻蚀和背面抛光工序。
80.步骤s5：退火
81.对硅片进行氧化退火工序。
82.步骤s6：正面sinx沉积
83.对硅片的正面进行sinx沉积工序，制备氮化硅正面钝化减反层，控制其厚度为70nm，折射率为2.2。
84.步骤s7：背面al2o3/sinx沉积
85.对硅片的背面进行al2o3/sinx沉积工序，制备al2o3/sinx背面钝化层，控制其厚度为100nm。
86.步骤s8：正面激光开槽
87.对硅片正面的正面钝化减反层进行激光开槽处理。通过激光设备对硅片正面sinx钝化减反射膜进行开槽处理，开设的正面激光槽与正面钝化减反层的厚度一致，开槽处裸露的硅正好与tco透明导电薄膜接触来收集传输的载流子。
88.步骤s9：背面激光开槽
89.通过激光设备对硅片背面的al2o3/sinx钝化膜(背面钝化层)进行开槽处理，开设的背面激光槽与背面钝化层的厚度一致，开槽处裸露的硅正好与tco透明导电薄膜接触来收集传输的载流子。
90.步骤s8和s9中，使用激光设备开设的激光槽，背面激光槽的开孔率为：3.0％；正面激光的开孔率为2.6％。采用532nm
‑
556nm的绿色激光进行开槽，参数为：激光功率为20w，激光频率为900khz。激光开槽得到的正面激光槽和背面激光槽的宽度为35um；深度为1um。相邻激光槽之间的距离为：背面的相邻激光槽间距为1mm
‑
1.1mm，正面激光槽间距为1.15mm
‑
1.25mm。激光槽为间断开设，同一个激光槽内相邻短槽端部之间的距离为0.5mm。
91.步骤s10：退火
92.对硅片进行氧化退火工序。
93.步骤s11：正面tco沉积
94.在硅片的正面进行tco沉积工序，形成正面tco层，tco材料可与s8中露出的硅片正极接触。
95.步骤s12：背面tco沉积
96.在硅片的背面进行tco沉积工序，形成背面tco层，tco材料可与s9中露出的硅片负极接触。
97.步骤s11和s12中，使用pvd或rpd设备沉积透明导电氧化物材料ito以形成tco导电层，ito的厚度控制在60nm。
98.步骤s13：背电极印刷烘干
99.在硅片的背面进行背电极印刷并烘干，形成背面主栅线。
100.步骤s14：正面印刷ag主栅
101.在硅片的正面进行正面银主栅的丝印并低温烧结，形成正面主栅线。
102.步骤s13和s14中，使用丝网印刷工艺，将银浆印刷在tco上，并低温烧结，烧结温度控制在220℃。
103.以上为了便于叙述和方便理解，特将步骤进行了区分和编号，实际制备时，以上某些步骤如步骤s6和s7的沉积、步骤s8和s9激光开槽、步骤s11和s12的电极印刷等可以同时进行或无先后顺序的进行。
104.实施例3
105.本实施例中电池片的结构与实施例1基本一致，区别点在于本实施例中的激光槽为连续开设不间断。
106.对比例1
107.本对比例中电池片背面结构与实施例1基本一致，正面结构与传统的perc电池的结构相同，即电池片的正面从上到下依次为：金属电极、钝化减反层、n
+
扩散层、硅基底。
108.对比例2
109.本对比例中电池片正面结构与实施例1基本一致，背面结构与传统的perc电池的结构相同，即电池片的背面从下到上依次为：金属电极、钝化层、硅基底。
110.对比例3
111.本对比例中电池片为传统的perc电池片。
112.对比例4
113.本对比例中电池片正面结构和背面结构与实施例1基本一致，但是其硅片正面的开孔率与背面的开孔率相同且激光槽的位置相同。
114.实施例4测试与结果讨论
115.采用常规的测试晶硅太阳能电池片的halm测试仪对实施例1、3和对比例1
‑
3中的电池片进行相关性能的测试。测试结果如下表：
116.表1测试结果
[0117] uocjscffeta实施例20.689541.52680.45％23.03％实施例30.689341.52180.59％23.06％对比例10.689240.65981.11％22.73％对比例20.689341.53180.55％23.06％
对比例30.689040.63181.65％22.86％对比例40.689741.52280.18％22.96％
[0118]
上表的结果表明：使用透明导电膜代替传统的浆料，减小了遮光，提高了短路电流密度jsc，提高大约为0.9a，同时开压uoc有小幅度的提升，但由于透明导电膜ito的导电性低于传统的金属导电浆料，因此使用透明导电膜会使ff下降，但整体效率仍然有0.15％的提升，同时不使用金属导电浆料，大大降低了电池片的成本，达到了降本的作用。
[0119]
本发明涉及一种高效太阳能电池的制备方法，通过结合异质结太阳能电池的工艺优点和晶硅太阳能能电池的工艺有点，提供了一种新的高效太阳能电池的制备方法。本发明的太阳能电池片的制备方法，在正面钝化减反层或背面钝化层上对应传统的副栅线的位置开设激光槽，之后再沉积tco导电层，使得tco导电层与正面钝化减反层或背面钝化层相互嵌合，且开设激光槽使得tco导电层与掺杂层或晶硅衬底直接接触，通过透明导电薄膜材料(tco导电层)来收集传输载流子，替代常规的副栅线，可以大大减少正面和背面栅线的遮光面积，从而大大增加光的利用率，减少载流子传输的串阻，有利于提高太阳能电池的转换效率。
[0120]
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。