阅读说明：本技术 一种无背面银电极hit电池及其制造方法 (HIT battery without back silver electrode and manufacturing method thereof ) 是由 上官泉元 贾云涛 刘宁杰 刘强 于 2020-04-20 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种无背面银电极HIT电池,包括硅片,硅片的正反面均镀有非晶硅层,正面非晶硅层表面镀有一层磷掺杂的N层,在背面非晶硅表面镀有一层硼掺杂的P层,在正面N层及背面P层表面均镀有一层透明导电层,在正面透明导电层表面印刷有银电极,在背面透明导电层表面镀有一层导电性好的金属导电膜层,在背面的金属导电膜层表面焊接有铜焊丝形成背面电极；在透明导电层表面还镀有金属过渡膜层；在金属导电膜层表面还镀有金属保护膜层。本发明结构的无背面电极HIT电池,其不仅极大降低了背面银浆使用成本,且有效提高了HIT电池的正面发电效率,且由于仅仅单面能发电,可以广泛应用在屋顶发电、太阳能瓦、太阳能驱动的电动汽车、飞行器等很多场景。(The invention discloses a HIT (heterojunction with intrinsic thin layer) battery without a back silver electrode, which comprises a silicon wafer, wherein amorphous silicon layers are plated on the front and back surfaces of the silicon wafer, a phosphorus-doped N layer is plated on the surface of the amorphous silicon layer on the front surface, a boron-doped P layer is plated on the surface of the amorphous silicon layer on the back surface, transparent conducting layers are plated on the surfaces of the N layer on the front surface and the P layer on the back surface, a silver electrode is printed on the surface of the transparent conducting layer on the front surface, a metal conducting film layer with good conductivity is plated on the surface of the transparent conducting layer on the back surface, and a copper; a metal transition film layer is plated on the surface of the transparent conductive layer; and a metal protection film layer is also plated on the surface of the metal conductive film layer. The HIT cell without the back electrode greatly reduces the use cost of the back silver paste, effectively improves the front power generation efficiency of the HIT cell, and can be widely applied to many scenes such as roof power generation, solar tiles, solar-driven electric vehicles, aircrafts and the like due to the fact that only one side can generate power.)

一种无背面银电极HIT电池及其制造方法

技术领域

本发明涉及太阳能电池技术领域，特别涉及一种无背面银电极HIT电池及其制造方法。

背景技术

光伏发电已经成为一种可替代化石能源的技术， 这依赖于近年不断降低的生产成本和光电转换效率的提升。按照光伏电池片的材质，太阳能电池大致可以分为两类：一类是晶体硅太阳能电池，包括单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池；另一类是薄膜太阳能电池，主要包括非晶硅太阳能电池、碲化镉太阳能电池及铜铟镓硒太阳能电池等。目前，以高纯度硅材作为主要原材料的晶体硅太阳能电池是主流产品，所占的比例在80%以上。

在晶体硅太阳能发电系统中，实现光电转换的最核心步骤之一是将晶体硅加工成实现光电转换的电池片的工序，因而电池片的光电转换效率也成为了体现晶体硅太阳能发电系统技术水平的关键指标。

提升电池效率，建立钝化接触是关键。由于光生载流子在硅片内部快速运动，一旦接触表面就会导致复合而无法收集成电流发电。如果在表面镀一层特别的保护膜，像氧化硅、氮化硅、氧化铝、非晶硅等由于表面晶硅表面化学键的饱和以及薄膜和晶硅之间形成的电荷场，它们能有效阻止少子在表面的复合。

为了进一步提升效率，新的电池理论模拟要求钝化层全覆盖，载流子通过隧道穿透效应到达覆盖在钝化层上的导电层。HIT电池就是基于这个理念设计的新电池，其具有发电量高、度电成本低的优势。HIT是Heterojunction with Intrinsic Thin-layer的缩写，意为本征薄膜异质结。HIT 电池是在晶硅表面利用非晶硅钝化，利用掺杂非晶硅收集载流子的一种电池结构，参考图1，一般的HIT电池结构和制造方式是：

1）在N型晶硅片表面清洗、制绒形成洁净的低反射率绒面；

2）在制绒后的硅片的正反面各镀一层非晶硅（3~8nm）；

3）在正面镀一层磷掺杂非晶硅（或微晶硅）N（3~8nm）；

4）在背面镀一层硼掺杂非晶硅（或微晶硅）P（3~8 nm）；

5）在正背面各镀一层透明导电层，例如ITO（氧化铟锡）；

6）在正反面各印银电极（低温导电银浆）。

上述结构电池形成后就可以正反面同时发电，它是一种天然的双面电池，而且发电效率很高，最高发电效率达到25%以上。但是，上述解耦股的HIT 双面电池的缺点是导电银浆必须在200℃以下温度固化，因此，必须使用低温银浆。由于低温银浆的导电性只有高温银浆的一半，需要比常规PERC 或TOPCon电池用更多的银浆，而且必须双面使用银浆。所以HIT电池的用银量是常规电池的2~3倍，而且低温银浆的市场上价格比常规银浆高1.5倍，因此，HIT电池虽然效率更高，但它是以消耗一倍以上的银为代价的，由于银是稀有贵金属，大量使用银必将影响HIT电池的工业化应用普及。再者，HIT电池的ITO用的铟也是稀有金属，双面ITO镀膜也显著增加成本。

而且，HIT虽然是双面电池，在有双面受光的条件下可以发电更多，但不是所有场景都能有背面光照，例如，屋顶发电或太阳能瓦（把发电电池板集成在玻璃材料里作为建筑瓦材料安装到屋顶上，它既可以象瓦一样档雨，同时也可以发电），仅仅单面能接触到光，如果做成HIT双面电池，则浪费很贵的背面银浆。

因此，基于上述分析，把HIT正面发电的效率做到最高并减去背面银浆以降低成本有其特别价值。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明首先提供了一种无背面银电极HIT电池，包括硅片，硅片的正反面均镀有非晶硅层，正面非晶硅层表面镀有一层磷掺杂的N层，在背面非晶硅表面镀有一层硼掺杂的P层，在正面N层及背面P层表面均镀有一层透明导电层，在正面透明导电层表面印刷有银电极，在背面透明导电层表面镀有一层导电性好的金属导电膜层，在背面的金属导电膜层表面焊接有铜焊丝形成背面电极；金属导电膜层可用铝、铜或铜铝叠层等导电性好且价格便宜的金属，主要起横向导电功能以把电荷传输到铜焊丝上。

其中，所述N层为磷掺杂的非晶硅、微晶硅或氧化微晶硅；所述P层为硼掺杂的非晶硅、微晶硅或氧化微晶硅；所述透明导电层为ITO（氧化铟锡）、AZO （氧化铝锌）或其它透明导电层，其中，AZO 具有材料便宜、资源丰富的优点。

其中，所述非晶硅层的厚度为3~8nm；所述N层的厚度为3~8nm；所述P层的厚度为3~8nm；所述透明导电层的厚度是0~200nm，当厚度是0nm时，即不镀透明导电层，而镀有透明导电层可以增加透过硅片的红外光在背面的反射率以提升电池转换效率；所述金属导电膜层可以用导电性优越、成本低的铜或铝或铜铝叠层，其厚度为1000~20000nm。

进一步的，由于薄膜的光学效应，不同厚度会看上去呈现不同颜色，因此，可以根据正面透明导电层的厚度来调节电池的外观颜色，其厚度为70~200nm，如80nm厚度时呈现黑色、110nm时呈现蓝色、150nm时呈现绿色等，这种薄膜的光学效应在光伏发电作为建筑材料或放在汽车表面发电时可以实现不同美丽外观的效果。

其中，在所述金属导电膜层的表面还镀有一层金属保护膜层以防止所述金属导电膜层腐蚀，同时，金属保护层与铜焊丝容易焊接，可以用锡、铟、镍等，其中锡的成本更低，同时也不排除用锡、铟和其它金属的合金达到更好的焊接性能和抗氧化腐蚀性能，其厚度为100~2000nm；所述铜焊丝焊接在所述金属保护膜层的表面形成背面电极。

或者，在背面所述透明导电层的表面镀有一层金属过渡膜层，金属过渡膜层和透明导电层接触有低的接触电阻，典型的有镍、钛、银等，其厚度为0~1000nm；所述金属导电膜层镀在所述金属过渡膜层的表面，所述铜焊丝焊接在所述金属导电膜层的表面形成背面电极。

或者，在背面所述透明导电层的表面镀有一层金属过渡膜层，金属过渡膜层和透明导电层接触有低的接触电阻，典型的有镍、钛、银等，其厚度为0~1000nm；所述金属导电膜层镀在所述金属过渡膜层的表面；在所述金属导电膜层的表面还镀有一层金属保护膜层以防止所述金属导电膜层腐蚀，同时，金属保护层与铜焊丝容易焊接，可以用锡、铟、镍等，其中锡的成本更低，同时也不排除用锡、铟、镍和其它金属的合金达到更好的焊接性能和抗氧化腐蚀性能，其厚度为100~2000nm；所述铜焊丝焊接在所述金属保护膜层的表面形成背面电极。

上述结构的无背面电极HIT电池，其不仅极大降低了背面银浆使用成本，且有效提高了HIT电池的正面发电效率。

基于上述无背面银电极HIT电池的结构，本发明还提供了一种无背面银电极HIT电池的制造方法，包括如下步骤：

1）在N型硅片表面清洗、制绒形成洁净的低反射率绒面；

2）在制绒后的硅片的正反面各镀一层非晶硅层；

3）在正面的非晶硅层表面镀一层磷掺杂的非晶硅或微晶硅形成N层；

4）在背面的非晶硅层表面镀一层硼掺杂的非晶硅或微晶硅形成P层；

5）在正面N层表面及背面P层表面各镀一层透明导电层；

6）通过丝网印刷将低温银浆印刷在正面透明导电层的表面形成导电的银电极；

7）采用PVD或热蒸镀法在背面透明导电层的表面镀一层具有低接触电阻的金属过渡膜层，为了避免金属过渡膜层跟正面银电极导通，镀膜时，硅片边缘进行遮盖而不镀膜，边缘遮盖宽度为0.1~1mm；

8）采用PVD或热蒸镀法在金属过渡膜层的表面镀一层导电性好的金属导电膜层，为了避免金属导电膜层跟正面银电极导通，镀膜时，硅片边缘进行遮盖而不镀膜，边缘遮盖宽度为0.1~1mm；

9）采用PVD或热蒸镀法在金属导电膜层的表面镀一层金属保护膜层以防止所述金属导电膜层腐蚀，为了避免金属保护膜层跟正面银电极导通，镀膜时，硅片边缘进行遮盖而不镀膜，边缘遮盖宽度为0.1~1mm；

10）在金属保护膜层的表面焊接铜焊丝作为背面电极，且铜焊丝贴合到金属保护膜层表面从硅片的一端焊接到另一端。

其中，铜焊丝为圆形、扁形、梯型中的任一种或其他形状，其数量为5~30根，典型是12根。

本发明还提供了一种HIT电池组件的制造方法，将无背面银电极HIT电池的背面铜焊丝和相邻电池正面的银电极串接以形成电池组件。

本发明还提供了一种太阳能发电板，将串接后的电池组件集成在玻璃材料里制备而成，可以用于屋顶发电、太阳能瓦、太阳能驱动的电动汽车、飞行器等很多场景。

同样，本发明电池的相应结构及制备方法也适用于PERC、TOPCon等电池制备，硅片可以是P或N型硅片。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为现有的一种HIT电池结构示意图；

图2为实施例所公开的具有ABC三层金属膜的HIT电池结构示意图；

图3为实施例所公开的具有B层金属膜的HIT电池结构示意图；

图4为实施例所公开的具有AB两层金属膜的HIT电池结构示意图；

图5为实施例所公开的具有BC两层金属膜的HIT电池结构示意图。

图中数字表示：10.硅片；11.非晶硅层；121.N层；122.P层；13.透明导电层；14.银电极；A.金属过渡膜层；B.金属导电膜层；C.金属保护膜层；20.铜焊丝。

具体实施方式

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。

实施例1：

参考图3，本发明实施例1提供了一种无背面银电极HIT电池，包括硅片10，硅片10的正反面均镀有非晶硅层11，正面非晶硅层11表面镀有一层磷掺杂的N层121，在背面非晶硅表面镀有一层硼掺杂的P层122，在正面N层121及背面P层122表面均镀有一层透明导电层13，在正面透明导电层13表面印刷有银电极14，在背面透明导电层13表面镀有一层导电性好的金属导电膜层B，在背面的金属导电膜层B表面焊接有铜焊丝20形成背面电极；金属导电膜层B可用铝、铜或铜铝叠层等导电性好且价格便宜的金属，主要起横向导电功能以把电荷传输到铜焊丝20上。

其中，N层121为磷掺杂的非晶硅或微晶硅；P层122为硼掺杂的非晶硅或微晶硅；透明导电层13为ITO（氧化铟锡）、AZO （氧化铝锌）或其它透明导电层13，其中，AZO 具有材料便宜、资源丰富的优点。

其中，非晶硅层11的厚度为3~8nm；N层121的厚度为3~8nm；P层122的厚度为3~8nm；透明导电层13的厚度是0~200nm，当厚度是0nm时，即不镀透明导电层13，而镀有透明导电层13可以增加透过硅片10的红外光在背面的反射率以提升电池转换效率；金属导电膜层B是铝或铜或铜铝叠层，其厚度为1000~20000nm。

本发明实施例1还提供了一种无背面银电极HIT电池的制造方法，包括如下步骤：

1）在N型硅片10表面清洗、制绒形成洁净的低反射率绒面；

2）在制绒后的硅片10的正反面各镀一层非晶硅层11；

3）在正面的非晶硅层11表面镀一层磷掺杂的非晶硅或微晶硅形成N层121；

4）在背面的非晶硅层11表面镀一层硼掺杂的非晶硅或微晶硅形成P层122；

5）在正面N层121表面及背面P层122表面各镀一层透明导电层13；

6）通过丝网印刷将低温银浆印刷在正面透明导电层13的表面形成导电的银电极14；

7）采用PVD或热蒸镀法在背面透明导电层13的表面镀一层导电性好的金属导电膜层B，为了避免金属导电膜层B跟正面银电极14导通，镀膜时，硅片10边缘进行遮盖而不镀膜，边缘遮盖宽度为0.1~1mm；

8）在金属导电膜层B的表面焊接铜焊丝20作为背面电极，且铜焊丝20贴合到金属导电膜层B表面从硅片10的一端焊接到另一端。

其中，铜焊丝20为圆形、扁形、梯型中的任一种或其他形状，其数量为5~30根，典型是12根。

实施例2：

参考图5，基于上述实施例1的无背面银电极HIT电池结构，在金属导电膜层B的表面还镀有一层金属保护膜层C以防止金属导电膜层B腐蚀，同时，金属保护层与铜焊丝20容易焊接，可以用锡、铟、镍等，其中锡的成本更低，同时也不排除用锡、铟和其它金属的合金达到更好的焊接性能和抗氧化腐蚀性能，其厚度为100~2000nm；铜焊丝20焊接在金属保护膜层C的表面形成背面电极。

本发明实施例2的无背面银电极HIT电池的制造方法，包括如下步骤：

1）在N型硅片10表面清洗、制绒形成洁净的低反射率绒面；

2）在制绒后的硅片10的正反面各镀一层非晶硅层11；

3）在正面的非晶硅层11表面镀一层磷掺杂的非晶硅或微晶硅形成N层121；

4）在背面的非晶硅层11表面镀一层硼掺杂的非晶硅或微晶硅形成P层122；

5）在正面N层121表面及背面P层122表面各镀一层透明导电层13；

6）通过丝网印刷将低温银浆印刷在正面透明导电层13的表面形成导电的银电极14；

7）采用PVD或热蒸镀法在背面透明导电层13的表面镀一层导电性好的金属导电膜层B，为了避免金属导电膜层B跟正面银电极14导通，镀膜时，硅片10边缘进行遮盖而不镀膜，边缘遮盖宽度为0.1~1mm；

8）采用PVD或热蒸镀法在金属导电膜层B的表面镀一层金属保护膜层C以防止金属导电膜层B腐蚀，为了避免金属保护膜层C跟正面银电极14导通，镀膜时，硅片10边缘进行遮盖而不镀膜，边缘遮盖宽度为0.1~1mm；

9）在金属保护膜层C的表面焊接铜焊丝20作为背面电极，且铜焊丝20贴合到金属保护膜层C表面从硅片10的一端焊接到另一端。

实施例3：

参考图4，基于上述实施例1的无背面银电极HIT电池结构，在背面透明导电层13的表面镀有一层金属过渡膜层A，金属过渡膜层A和透明导电层13接触有低的接触电阻，典型的有镍、钛、银等，其厚度为0~1000nm；金属导电膜层B镀在金属过渡膜层A的表面，铜焊丝20焊接在金属导电膜层B的表面形成背面电极。

本发明实施例3的无背面银电极HIT电池的制造方法，包括如下步骤：

1）在N型硅片10表面清洗、制绒形成洁净的低反射率绒面；

2）在制绒后的硅片10的正反面各镀一层非晶硅层11；

3）在正面的非晶硅层11表面镀一层磷掺杂的非晶硅或微晶硅形成N层121；

4）在背面的非晶硅层11表面镀一层硼掺杂的非晶硅或微晶硅形成P层122；

5）在正面N层121表面及背面P层122表面各镀一层透明导电层13；

6）通过丝网印刷将低温银浆印刷在正面透明导电层13的表面形成导电的银电极14；

7）采用PVD或热蒸镀法在背面透明导电层13的表面镀一层具有低接触电阻的金属过渡膜层A，为了避免金属过渡膜层A跟正面银电极14导通，镀膜时，硅片10边缘进行遮盖而不镀膜，边缘遮盖宽度为0.1~1mm；

8）采用PVD或热蒸镀法在金属过渡膜层A的表面镀一层导电性好的金属导电膜层B，为了避免金属导电膜层B跟正面银电极14导通，镀膜时，硅片10边缘进行遮盖而不镀膜，边缘遮盖宽度为0.1~1mm；

9）在金属导电膜层B的表面焊接铜焊丝20作为背面电极，且铜焊丝20贴合到金属导电膜层B表面从硅片10的一端焊接到另一端。

实施例4：

参考图2，基于上述实施例1的无背面银电极HIT电池结构，在背面透明导电层13的表面镀有一层金属过渡膜层A，金属过渡膜层A和透明导电层13接触有低的接触电阻，典型的有镍、钛、银等，其厚度为0~1000nm；金属导电膜层B镀在金属过渡膜层A的表面；在金属导电膜层B的表面还镀有一层金属保护膜层C以防止金属导电膜层B腐蚀，同时，金属保护层与铜焊丝20容易焊接，可以用锡、铟、镍等，其中锡的成本更低，同时也不排除用锡、铟、镍和其它金属的合金达到更好的焊接性能和抗氧化腐蚀性能，其厚度为100~2000nm；铜焊丝20焊接在金属保护膜层C的表面形成背面电极。

本发明实施例4的无背面银电极HIT电池的制造方法，包括如下步骤：

1）在N型硅片10表面清洗、制绒形成洁净的低反射率绒面；

2）在制绒后的硅片10的正反面各镀一层非晶硅层11；

3）在正面的非晶硅层11表面镀一层磷掺杂的非晶硅或微晶硅形成N层121；

4）在背面的非晶硅层11表面镀一层硼掺杂的非晶硅或微晶硅形成P层122；

5）在正面N层121表面及背面P层122表面各镀一层透明导电层13；

6）通过丝网印刷将低温银浆印刷在正面透明导电层13的表面形成导电的银电极14；

7）采用PVD或热蒸镀法在背面透明导电层13的表面镀一层具有低接触电阻的金属过渡膜层A，为了避免金属过渡膜层A跟正面银电极14导通，镀膜时，硅片10边缘进行遮盖而不镀膜，边缘遮盖宽度为0.1~1mm；

8）采用PVD或热蒸镀法在金属过渡膜层A的表面镀一层导电性好的金属导电膜层B，为了避免金属导电膜层B跟正面银电极14导通，镀膜时，硅片10边缘进行遮盖而不镀膜，边缘遮盖宽度为0.1~1mm；

9）采用PVD或热蒸镀法在金属导电膜层B的表面镀一层金属保护膜层C以防止金属导电膜层B腐蚀，为了避免金属保护膜层C跟正面银电极14导通，镀膜时，硅片10边缘进行遮盖而不镀膜，边缘遮盖宽度为0.1~1mm；

10）在金属保护膜层C的表面焊接铜焊丝20作为背面电极，且铜焊丝20贴合到金属保护膜层C表面从硅片10的一端焊接到另一端。

上述实施例1~4结构的无背面电极HIT电池，其不仅极大降低了背面银浆使用成本，且有效提高了HIT电池的正面发电效率。

实施例5：

基于上述实施例1~4，本发明还提供了一种HIT电池组件的制造方法，将无背面银电极HIT电池的背面铜焊丝20和相邻电池正面的银电极14串接以形成电池组件。

实施例6：

基于上述实施例5，本发明还提供了一种太阳能发电板，将串接后的电池组件集成在玻璃材料里制备而成，可以用于屋顶发电、太阳能瓦、太阳能驱动的电动汽车、飞行器等很多场景。

实施例7：

基于上述实施例1~6，由于薄膜的光学效应，不同厚度会看上去呈现不同颜色，因此，可以根据正面透明导电层13的厚度来调节电池的外观颜色，其厚度为70~200nm，如80nm厚度时呈现黑色、110nm时呈现蓝色、150nm时呈现绿色等，这种薄膜的光学效应在光伏发电作为建筑材料或放在汽车表面发电时可以实现不同美丽外观的效果。

同样，本发明电池的相应结构及制备方法也适用于PERC、TOPCon等电池制备，硅片10可以是P或N型硅片10。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对上述实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。