一种太阳能电池及其背面电极的制作方法

本实用新型属于太阳能电池技术领域，更具体地说，涉及一种太阳能电池及其背面电极。

背景技术：

多主栅(mbb，multi-busbar)和双面电池技术已成为目前晶硅电池的主流技术，并已大规模推广应用。其中，mbb技术通过电池片主栅数量的增加、单条主栅宽度变窄以及焊点的设计，同时实现了遮光面积的下降和电流收集能力的大幅提升，从而使电池转换效率提升0.3％，银浆单耗也降低10mg以上。双面电池技术由于具有仅需对现有的单面电池及组件生产线进行少量改动即可进行生产，可比单面电池组件产品增加5％-25％的系统发电收益等优势，也得到了大规模的推广应用。

目前，现有mbb双面电池的背电极结构通常如图1所示，单条主栅上一般采用6分段的背银电极11，且用铝副栅10代替perc电池的全覆盖铝层，铝副栅10通过激光开槽与硅基体相连，实现电流收集；然后铝副栅10收集电流传输到铝主栅9上，最后通过背银电极11导出。另外，与背银电极11区域直接相连接的铝主栅采用环型设计，连接两个背银电极11之间的铝主栅采用直通设计(即如图2所示，铝主栅9由直通型铝主栅9-1和环型铝主栅9-2组成，环型铝主栅9-2内部设有背银电极11)。

由于铝的电阻率远大于银的电阻率，为满足电流传输以及背面双面率的需求，铝电极需要同正面电极一样，有更窄的电极宽度和更高的电极高度，即要求其高宽比尽量大。但过高的铝电极设计会引起背银电极11和铝主栅9之间存在15μm以上的高度差(如图3所示)。在mbb组件采用超细焊带时，这个高度差极易引起组件的虚焊等问题，从而影响组件良率和产品可靠性。目前，业内为了解决这个问题，主要通过背面电极的设计优化，即在背银电极和铝电极之间隔离1.5mm以上的间距，预留一个空白隔离区12，从而降低上述高度差的影响。同时，背银电极本身的长度和宽度也不能太小，以确保组件焊接的可靠性。

但背银电极和铝电极之间的上述间隔，即空白隔离区12将是背面载流子收集的空白区，目前6分段的图形设计，以不同间隔长度设计引起的这个收集空白区的面积占比约在1％-3％，从而影响电池的转换效率。因此，如何进一步提升perc电池的转换效率同时确保组件的品质和可靠性，成为太阳能电池技术持续要解决的难点问题。

中国专利申请号为2017107571568的申请案公开了一种具有背面银栅线的双面perc太阳电池的制作方法，该申请案通过在铝栅线上制作凹槽，并在凹槽中用银栅线替代原本的铝栅线，从而可以整体降低电阻率，提升电池填充因子的同时，降低了背面遮光面积。但背面电极采用银栅线的方式，会显著增加制造成本，从而导致其无法进行批量推广。

技术实现要素：

1.要解决的问题

本实用新型的目的在于解决现有mbb双面电池存在的背面电极对载流子的收集效果及电池的双面率无法满足使用需求，仍有待进一步提高的问题，提供了一种太阳能电池及其背面电极。采用本实用新型的技术方案可以在对背面遮光面积、浆料耗量无负面影响的情况下，实现背面电极对载流子收集效果的大幅提升，从而提升了电池片的效转换效率。

2.技术方案

为了解决上述问题，本实用新型所采用的技术方案如下：

本实用新型的一种太阳能电池的背面电极，包括铝主栅、铝副栅和背银电极，所述铝主栅由间隔分布的环型铝主栅以及连接相邻环型铝主栅的直通型铝主栅组成，背银电极位于环型铝主栅内部并与其电性相连，所述直通型铝主栅由中心区直通铝主栅及位于中心区直通铝主栅上方的外围区直通铝主栅组成。

更进一步的，所述背银电极的高度与中心区直通铝主栅的高度相对应，且其高度小于外围区直通铝主栅的高度。

更进一步的，所述外围区直通铝主栅位于中心区直通铝主栅的上方两侧，且其内部宽度小于中心区直通铝主栅的宽度；优选的，外围区直通铝主栅的内部宽度w4为0.4-1.4mm，中心区直通铝主栅的宽度w3为0.5-1.5mm。

更进一步的，与同一条铝主栅对应的背银电极的分段数量为8-50个，单个背银电极的宽度w1为1.2-2.2mm，长度h1为1.5-5.5mm。

更进一步的，所述环型铝主栅的内部长度大于背银电极的长度，其内部宽度小于背银电极的宽度；优选的，所述环型铝主栅的内部长度h2为1.7-5.8mm，其内部宽度w2为1.0-2.1mm。

更进一步的，所述铝主栅的数量大于等于9条，所述铝副栅与铝主栅垂直且均匀间隔分布，其宽度为60μm-200μm，间距为0.8-1.5mm。

本实用新型的一种太阳能电池，采用上述背面电极结构。

3.有益效果

相比于现有技术，本实用新型的有益效果为：

(1)本实用新型的一种太阳能电池的背面电极，包括铝主栅、铝副栅和背银电极，通过对多分段背面电极图形进行优化设计，从而可以在对背面遮光面积、浆料耗量无负面影响的情况下，实现背面电极对载流子收集效果的大幅提升，因而能够提升电池片的转换效率。

(2)本实用新型的一种太阳能电池的背面电极，具体的，将直通型铝主栅设计为由中心区直通铝主栅及位于中心区直通铝主栅上方的外围区直通铝主栅组成，且中心区直通铝主栅的高度与背银电极的高度相对应，从而可以有效避免焊接方向铝主栅与背银电极之间高度差引起的组件虚焊等问题，因而大幅缩小了铝主栅和背银电极之间的隔离收集空白区，提升了背面电极对载流子的收集效果，进而提升了电池片的转换效率。同时，本实用新型通过背面电极的图形优化，打破了多分段设计的限制，从而对大尺寸电池的设计推广提供了更大的优化空间。

(3)本实用新型的太阳能电池，通过对背面电极的图形设计，可以实现perc双面电池光电转换效率0.08％以上的提升，双面电池背面pid改善0.2％以上。

附图说明

图1为现有太阳能电池的背面电极示意图；

图2为现有太阳能电池背面电极的局部放大示意图；

图3为现有太阳能电池背面电极的切面图；

图4为本实用新型的太阳能电池的背面电极示意图；

图5为本实用新型的背面电极的局部放大示意图；

图6为本实用新型的背面电极的切面图；

图7为本实用新型的背银电极(12分段)的分布示意图；

图8为本实用新型铝背场第一次印刷图形；

图9为本实用新型铝背场第二次印刷图形；

图10为本实用新型的太阳能电池的结构示意图。

图中：1、硅片基体；2、正面发射极；2-1、浅掺杂区；2-2、重掺杂区；3、氧化层；4、钝化及减反射层；5、正电极；6、背面钝化层；7、背面电极；8、背面激光开槽；9、铝主栅；9-1、直通型铝主栅；9-1-1、中心区直通铝主栅；9-1-2、外围区直通铝主栅；9-2、环型铝主栅；10、铝副栅；11、背银电极；12、空白隔离区。

具体实施方式

为满足电流传输以及背面双面率的需求，mbb双面电池的背面电极主栅线要求具有尽可能大的高宽比，从而导致背银电极11和铝主栅9之间的高度差较大(15μm以上)，引起组件虚焊等问题，并影响组件良率和产品可靠性。目前，现有技术中主要是通过增大背银电极与铝电极之间的间距，即通过空白隔离区12的设置来克服上述高度差带来的问题，从而限制了背银电极11的数量(现有mbb双面电池背银电极通常为6分段设计)，使电流收集效果及电池的转换效率受到影响，同时铝主栅的宽度也没法进一步降低，使电池的双面率无法进一步提高。随着硅片尺寸的增加，6分段设计导致的载流子收集效果、双面率、浆料耗量和组件焊接可靠性等问题将进一步凸显。

针对上述问题，本实用新型一方面通过背面电极图形设计，即将直通型铝主栅设计为由中心区直通铝主栅及位于中心区直通铝主栅上方的外围区直通铝主栅组成，并控制背银电极的高度与中心区直通铝主栅的高度相对应，且其高度小于外围区直通铝主栅的高度，从而可以在保证电流传输及背面双面率的基础上，有效避免背银电极与铝主栅之间存在的高度差引起的组件虚焊及对产品可靠性的影响，因而可以大幅降低背银电极与铝主栅之间的间距，即空白隔离区12的长度，使背银电极的分段数量得到有效提高，可以由目前的6个增加到8-50个，同时，单个银电极的宽度w1为1.2-2.2mm，长度h1为1.5-5.5mm，以此维持总的银电极面积基本不变。通过银电极数量的大幅增加，提升了背面载流子的收集效果，从而提升了电池的转换效率。

另一方面，本实用新型通过采用分步印刷工艺对铝栅线进行印刷，第一步印刷：先将中心区直通铝主栅和底层的铝副栅同时进行印刷，使中心区直通铝主栅的高度与背银电极相匹配；然后第二步印刷：对外围区直通铝主栅、环型铝主栅及上层的铝副栅同时进行印刷，从而还可以根据需要搭配不同的铝浆，通过网板规格和浆料匹配，使铝主栅与背银电极的高度差得以有效降低，为背面电极多银电极(8-50)的实现提供了可能，并进一步改善了铝电极电流的传输效果，降低了铝浆对激光开槽区钝化层的侧向腐蚀，有利于进一步提升电池的转换效率，改善双面电池的可靠性。

具体的，本实用新型的太阳能电池的背面电极，包括铝主栅9、铝副栅10和背银电极11，所述铝主栅9由间隔分布的环型铝主栅9-2以及连接相邻环型铝主栅9-2的直通型铝主栅9-1组成，背银电极11位于环型铝主栅9-2内部并与其电性相连。所述直通型铝主栅9-1由中心区直通铝主栅9-1-1及位于中心区直通铝主栅9-1-1上方的外围区直通铝主栅9-1-2组成，背银电极11的高度与中心区直通铝主栅9-1-1的高度相对应，且其高度小于外围区直通铝主栅9-1-2的高度。与同一条铝主栅9对应的背银电极11的分段数量为8-50个，单个背银电极11的宽度w1为1.2-2.2mm，长度h1为1.5-5.5mm。所述外围区直通铝主栅9-1-2位于中心区直通铝主栅9-1-1的上方两侧，且其内部宽度小于中心区直通铝主栅9-1-1的宽度。优选为，外围区直通铝主栅9-1-2的内部宽度w4为0.4-1.4mm，中心区直通铝主栅9-1-1的宽度w3为0.5-1.5mm。所述环型铝主栅的内部长度大于背银电极11的长度，其内部宽度小于背银电极11的宽度；优选的，所述环型铝主栅的内部长度h2为1.7-5.8mm，其内部宽度w2为1.0-2.1mm，其长度略大于银电极长度，从而实现银铝在主栅方向的隔离，避免该区域重叠的高度差引起的组件焊接问题。所述铝主栅9的数量大于等于9条，所述铝副栅10与铝主栅9垂直且均匀间隔分布，其宽度为60μm-200μm，间距为0.8-1.5mm。

本实用新型的太阳能电池背面电极的制作方法，铝主栅9和铝副栅10采用分步印刷方法，具体工艺如下：通过丝网印刷方式，第一步，先对中心区直通铝主栅9-1-1和底层的铝副栅10同时进行印刷，使中心区直通铝主栅9-1-1的高度与背银电极11相匹配；然后第二步，对外围区直通铝主栅9-1-2、环型铝主栅9-2及上层的铝副栅10同时进行印刷。其中第一次印刷时双面铝浆采用60％-80％低固含、接触电阻率≤10mω·cm^-2的低接触电阻型铝浆，以降低接触电阻，优选儒兴8401s双面铝浆；第一次印刷时网版目数430-520目、线径11-13μm、纱厚10-15μm、膜厚4-10μm，优选网版目数430目、线径13μm、纱厚15μm、膜厚5μm；其次网版目数480或520目、线径11μm、纱厚15μm、膜厚5μm。第二次印刷时双面铝浆采用栅线电阻率≤1×10^-5ω·cm^-2的高导电性铝浆，以降低电阻率和铝浆对激光开孔区钝化层的侧向腐蚀，优选儒兴8401u-1双面铝浆，第二次印刷时网版目数325-360目、线径15-20μm、纱厚22-28μm、膜厚15-25μm，优选网版目数360目、线径16μm、纱厚22、26或28μm、膜厚20μm；其次网版目数325目、线径16μm、纱厚26或28μm、膜厚20μm。

实施例1

结合图4-图6，本实施例的太阳能电池的背面电极，包括铝主栅9、铝副栅10和背银电极11，所述铝主栅9由间隔分布的环型铝主栅9-2以及连接相邻环型铝主栅9-2的直通型铝主栅9-1组成，背银电极11位于环型铝主栅9-2内部并与其电性相连。所述直通型铝主栅9-1由中心区直通铝主栅9-1-1及位于中心区直通铝主栅9-1-1上方上侧的外围区直通铝主栅9-1-2组成，背银电极11的高度与中心区直通铝主栅9-1-1的高度相对应，且其高度小于外围区直通铝主栅9-1-2的高度。具体的，如图7所示，本实施例中与同一条铝主栅9对应的背银电极11的分段数量为12，单个背银电极11的宽度w1为2.1mm，长度h1为2.7mm。所述外围区直通铝主栅9-1-2的内部宽度w4为1.0mm，中心区直通铝主栅9-1-1的宽度w3为1.1mm。所述环型铝主栅的内部长度h2为3.0mm，其内部宽度w2为1.9mm。所述铝主栅9的数量为9条，铝副栅10与铝主栅9垂直且均匀间隔分布，且其宽度为110μm，间距为1.106mm。

本实施例的太阳能电池背面电极的制作方法，铝主栅9和铝副栅10采用分步印刷方法，结合图8、图9，具体工艺如下：通过丝网印刷方式，先对中心区直通铝主栅9-1-1和底层的铝副栅10进行同步印刷，使中心区直通铝主栅9-1-1的高度与背银电极11相匹配；然后对外围区直通铝主栅9-1-2、环型铝主栅9-2及上层的铝副栅10进行同步印刷。其中第一次印刷时双面铝浆采用8401s双面铝浆，网版目数430目、线径13μm、纱厚15μm、膜厚5μm，第二次印刷时双面铝浆采用儒兴8401u-1双面铝浆，网版规格为：网版目数360目、线径16μm、纱厚28μm、膜厚20μm。

如图10所示，本实施例的太阳能电池，包括自下而上依次设置的背面电极7、背面钝化层6、硅片基体1、正面发射极2、正面氧化层3、正面钝化及减反射层4以及正电极5，其具体制备工艺如下：

1、制绒：采用单晶p型硅片(本实施例以单晶硅为例进行说明，实际并不限于单晶硅)，用碱进行正面和背面制绒形成绒面结构。

2、扩散：将制绒后硅片，用三氯氧磷和硅片在高温下进行反应，使正面扩散形成pn发射结(即正面发射极2)，扩散后正表面薄层的方块电阻为160ω/□之间。

3、激光se：利用扩散后的磷硅玻璃为磷源，在扩散后硅片的正面且对应正电极栅线的金属化区域进行激光掺杂，形成重掺杂区2-2，从而在硅片正面实现选择发射极的结构(由重掺杂区2-2与浅掺杂区2-1组成)，重掺杂区的方块电阻为80ω/□之间。

4、热氧：将激光se后硅片通氧进行氧化。

5、去psg：将热氧化后硅片，用hf去除背面及周边psg。

6、碱抛：将去psg后的硅片进行背面和边缘抛光，正面去psg。

7、氧化退火：将碱抛后的硅片进行氧化及退火处理，形成氧化层3。

8、背面沉积钝化膜：在退火后的硅片背面制备钝化膜，即背面钝化层6。

9、正面沉积减反膜：在硅片的正面制备钝化及减反射层4。

10、背面激光：在背面制备了钝化膜的硅片上进行激光开孔，形成背面激光开槽8。

11、背面电极制备：采用上述背面电极制备工艺，其中铝副栅10平行、均匀分布，且其位置与背面激光开槽8位置相对应，铝副栅10通过背面激光开槽8与硅片基体1接触。

12、正电极主栅区印刷：采用正银浆料，在印刷了背面电极的硅片上丝网印刷制备正电极5。

13、烧结：将印刷正面电极的硅片进行共烧结，烧结峰值温度760℃。

14、电注入：将烧结后的电池片进行电注入处理。

15、成品：将产品电池片测试、分选、包装入库。

实施例2

结合图4-图6，本实施例的太阳能电池的背面电极，其结构基本同实施例1，其区别主要在于：本实施例中与同一条铝主栅9对应的背银电极11的分段数量为10，单个背银电极11的宽度w1为2.0mm，长度h1为3.0mm，环型铝主栅的内部长度h2为3.4mm，其内部宽度w2为1.8mm。所述外围区直通铝主栅9-1-2的内部宽度w4为1.2mm，中心区直通铝主栅9-1-1的宽度w3为1.3mm。所述铝主栅9的数量为9条，铝副栅10与铝主栅9垂直且均匀间隔分布，且其宽度为110μm，间距为1.106mm。

本实施例的太阳能电池背面电极的制作方法基本同实施例1，其区别主要在于：本实施例中第一次印刷时网版规格为：网版目数480目、线径11μm、纱厚15μm、膜厚5μm，第二次印刷时网版规格为：网版目数325目、线径16μm、纱厚26μm、膜厚20μm。

本实施例的太阳能电池得制备方法，其工艺基本同实施例1，其区别主要在于：本实施例中扩散后正表面薄层的方块电阻为140ω/□之间，重掺杂区的方块电阻为60ω/□之间，烧结峰值温度720℃。

实施例3

结合图4-图6，本实施例的太阳能电池的背面电极，其结构基本同实施例1，其区别主要在于：本实施例中与同一条铝主栅9对应的背银电极11的分段数量为20，单个背银电极11的宽度w1为1.4mm，长度h1为1.9mm，环型铝主栅的内部长度h2为2.2mm，其内部宽度w2为1.3mm。所述外围区直通铝主栅9-1-2的内部宽度w4为1.0mm，中心区直通铝主栅9-1-1的宽度w3为0.9mm。所述铝主栅9的数量为12条，铝副栅10与铝主栅9垂直且均匀间隔分布，且其宽度为80μm，间距为1.0mm。

本实施例的太阳能电池背面电极的制作方法基本同实施例1，其区别主要在于：本实施例中第一次印刷时网版规格为：网版目数520目、线径11μm、纱厚15μm、膜厚5μm，第二次印刷时网版规格为：网版目数360目、线径16μm、纱厚26μm、膜厚20μm。

本实施例的太阳能电池得制备方法，其工艺基本同实施例1，其区别主要在于：本实施例中扩散后正表面薄层的方块电阻为135ω/□之间，重掺杂区的方块电阻为90ω/□之间，烧结峰值温度800℃。