金属绕穿型背接触太阳电池、制备方法及其组件的制作方法
专利名称：金属绕穿型背接触太阳电池、制备方法及其组件的制作方法
技术领域：
本发明属于光伏技术领域,具体涉及金属绕穿型(Metal Wrap Through,MWT)背接触太阳电池、制备方法及其组件。
背景技术：
由于常规能源供给的有限性和环保压力的增加，目前世界上许多国家掀起了开发利用太阳能和可再生能源的热潮，太阳能利用技术得到了快速的发展，其中利用半导体的光生伏特效应将太阳能转变为电能的利用越来越广泛。而太阳电池就是其中最为普遍的被用来将太阳能转换为电能的器件。在实际应用中，一般是以由多个太阳电池串联(以互连条焊接串联连接)而成的电池组件作为基本的应用单元。通常地，太阳电池包括pn结，在其电池衬底(如单晶硅)因太阳照射所产生的内部光生电流需要通过电池的电极进行收集并将其汇集引出。太阳电池包括正面以及背面， 其中电池工作时被太阳光所照射的一面定义为太阳电池的正面，与该正面相反的一面定义为背面。常规地，在其正面形成用于收集电流的副栅电极(或次栅线)以及用于汇集副栅电极的电流的主栅电极；在其背面上形成背面电极以引出电流。随着太阳电池技术的发展，近年来提出了将电池正面的主栅电极置于电池衬底背面(与背面电极在同一面上)的背接触型太阳电池。相比于常规太阳电池，背接触型的太阳电池至少具有以下优点第一是，背接触型的太阳电池因消除了正面主栅电极对太阳光的照射遮蔽损耗(遮光面积减小)而具有更高的转换效率；第二是，将主栅电极和背面电极都形成于同一表面上(背面上)，因此多个电池之间更容易装备成电池组件，制作成本更低； 第三是，避免了在正面和背面需要同时焊接互连条的情形，有利于组件的自动化生产；第四是，主栅电极置于背面使电池具有更均匀的外观，所制备形成的电池组件相对更美观(美观对于一些应用是重要的，例如光伏建筑一体化应用)。其中，金属绕穿型是背接触太阳电池中的一种，这种电池中，电池衬底中形成多个通孔，通过通孔将正面的副栅电极与设置在电池背面的主栅电极电连接。图I所示为现有技术的金属绕穿型背接触太阳电池的结构示意图。如图I所示， 10为形成于电池衬底正面的副栅电极，主栅电极9形成于电池衬底背面，副栅电极10和主栅电极9通过通孔电性连接，背面电极6也形成于电池衬底背面。背面电极6用于引出电池衬底的第一导电类型半导体区域7所产生的电流，副栅电极10和主栅电极9用于引出电池衬底的第二导电类型半导体区域8所产生的电流。如图I所示，为避免背面电极6与主栅电极9短接而造成电池正负极短路，通常在形成第二导电类型的第二导电类型区域8时在背面预留第一导电类型的第一导电类型区域7的外露区域，以在其上构图形成背面电极6。这样在扩散掺杂形成第二导电类型半导体区域8时，需要额外的掩膜构图，并在扩散后再将掩膜去除，工艺过程复杂。从而不利于减少太阳电池的成本。并且在其它现有技术中，背面电极6与主栅电极9之间的隔离还可以通过形成沟槽的方法来实现，沟槽可以通过激光隔离或者准湿法刻蚀隔离实现。沟槽的实现步骤会增加太阳电池的制备成本，降低电池的转换效率，特别是激光隔离可能导致后续的组件制备过程中碎片率增加，降低成品率。因此，针对现有技术的缺陷，需要研发一种工艺简单、转换效率高、制备成本低、组件碎片率低的金属绕穿型背接触太阳电池、制备方法及其组件。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，降低背接触太阳电池的制备成本，简化背接触太阳电池的工艺流程以及提高太阳电池的成品率。为解决以上技术问题，按照本发明的一方面提供一种金属绕穿型背接触太阳电池，其包括电池衬底，包括第一导电类型区域和第二导电类型区域，所述第二导电类型区域与第一导电类型区域分别位于所述电池衬底的正面和背面，所述第二导电类型区域与第一导电类型区域形成PN结；构图形成于所述第二导电类型区域之上并与所述第二导电类型区域电性连接的副栅电极；穿过所述电池衬底的通孔，所述通孔的内表面的导电类型为第一导电类型；基于所述通孔与所述副栅电极连接的、构图形成于所述第一导电类型区域之上的主栅电极；以及构图形成于所述第一导电类型区域之上并与所述第一导电类型区域电性连接的第二电极；其中，所述主栅电极与所述电池衬底的接触为非欧姆接触，或者所述主栅电极与所述电池衬底之间还设置有绝缘层。按照本发明提供的金属绕穿型背接触太阳电池的一实施例，其中，所述主栅电极包括背面部分和绕穿部分，所述背面部分设置在所述第一导电类型区域之上，所述绕穿部分设置在所述通孔中并延伸至第二导电类型区域上与副栅电极电性连接。按照本发明提供的金属绕穿型背接触太阳电池的又一实施例，其中，所述主栅电极是通过玻璃料含量基本为O的浆料印刷并烧结形成的。较佳地，所述主栅电极为银材质。较佳地，所述太阳电池还包括形成在所述电池衬底正面的用于连接所述主栅电极和所述副栅电极的连接电极。较佳地，所述主栅电极和所述连接电极均通过低温固化形成。所述主栅电极设置成连续的或不连续的。较佳地，所述主栅电极中设置有镂空区域。较佳地，还包括形成于所述第二导电类型区域之上的减反射层。按照本发明提供的金属绕穿型背接触太阳电池的再一实施例，其中，所述第一导电类型区域为P型半导体区域，所述第二导电类型区域为η型半导体区域。较佳地，所述第二电极为铝材质，所述第二电极与所述第一导电类型区域形成欧姆接触。较佳地，所述太阳电池还包括构图形成于所述第一导电类型区域之上的第三电极，所述第三电极与所述第二电极电性连接。较佳地，所述第三电极与所述主栅电极同步印刷形成。按照本发明提供的金属绕穿型背接触太阳电池的另一实施例，其中，所述绝缘层是通过在所述通孔内表面上以及在所述第一导电类型区域的背面上构图印刷形成的，所述绝缘层的边缘部分延伸超出主栅电极与电池衬底的接触区域。按照本发明提供的金属绕穿型背接触太阳电池的又一实施例，其中，所述主栅电极是通过银浆印刷并烧结形成的，所述绝缘层是所述银浆与所述电池衬底在所述烧结过程中形成的。较佳地，所述银浆为含有玻璃料的银浆，所述绝缘层是烧结过程中形成的玻璃介质层。按照本发明的又一方面，提供一种以上所述及的任一种金属绕穿型背接触太阳电池的制备方法，其包括步骤(I)提供具有第一导电类型区域的电池衬底；(2)对所述电池衬底进行制绒和清洗；(3)对所述电池衬底的正面进行第二导电类型的掺杂以形成第二导电类型区域；(4)刻蚀以去掉除所述正面以外的第二导电类型的掺杂区域；(5)在所述电池衬底的正面沉积减反射层；以及(6)在所述第一导电类型区域上构图形成主栅电极以及第二电极，并在所述电池衬底的正面构图形成副栅电极；其中，在步骤(I)至￠)中的任意两个步骤之间还包括在所述电池衬底中定位形成通孔和去除制孔所形成的损伤的步骤。按照本发明提供的制备方法的一实施例，在所述电池衬底中定位形成通孔的步骤位于步骤(I)和(2)之间，去除制孔所形成的损伤的步骤通过步骤(2)中的制绒实现。按照本发明提供的制备方法的又一实施例，在所述电池衬底中定位形成通孔和去除制孔所形成的损伤的步骤位于步骤(5)和(6)之间。按照本发明提供的制备方法的再一实施例，在所述步骤￠)中，还包括在所述第一导电类型区域上形成第三电极，所述第三电极用于实现所述第二电极与互连条的电性连接。较佳地，在所述步骤(6)中，还包括在所述第二导电类型区域上形成连接电极， 所述连接电极用于连接所述主栅电极和所述副栅电极。其中，所述步骤(6)包括以下步骤(6a)在所述电池衬底的背面上构图印刷第三电极；(6b)构图印刷所述第二电极；(6c)构图印刷所述副栅电极；(6d)烧结；(6e)以低温固化型聚合体浆料构图印刷主栅电极和连接电极；以及(6f)固化。较佳地，所述烧结的峰值温度基本为800°C，所述固化的温度范围为 IOO0C -650O。
较佳地，在所述步骤(6)中，通过印刷并烧结形成所述第二电极、第三电极、副栅电极,并且通过玻璃料含量基本为O的浆料印刷并烧结形成所述主栅电极，所述主栅电极与所述电池衬底之间被烧结形成为非欧姆接触。按照本发明提供的制备方法的另一实施例，先印刷形成所述主栅电极，再印刷形成所述副栅电极。较佳地，所述第三电极与所述主栅电极同为银材质，所述第三电极与所述主栅电极同步印刷形成。按照本发明提供的制备方法的又一实施例，在所述步骤(6)中，通过银浆印刷并烧结形成所述主栅电极，并且在所述烧结过程中，在所述主栅电极与所述电池衬底之间形成用于实现所述主栅电极与所述电池衬底之间电性隔离的绝缘层。较佳地，所述银浆为含有玻璃料的银浆，所述绝缘层是玻璃介质层。按照本发明提供的制备方法的再一实施例，在步骤出)中，在所述电池衬底上印刷形成用于实现所述主栅电极与所述电池衬底之间的电性隔离的绝缘层。较佳地，在所述步骤(4)中，所述刻蚀为湿法刻蚀。其中，通过光刻刻蚀、机械打孔、激光打孔或电子束打孔形成所述通孔。按照本发明的另一方面，提供一种太阳电池组件，所述太阳电池组件包括以上所述及的任一种太阳电池，所述太阳电池之间通过互连条连接，并与前基板、背板以及密封粘结层进行层压及装框后形成。本发明的技术效果是，通过在主栅电极与电池衬底之间形成非欧姆接触或者绝缘层，以实现所述电池正负极的电性隔离。因此，不需要另外通过激光等方法刻蚀形成隔离槽；并且，形成于第一导电类型区域之上的第二导电类型区域仅在电池衬底正面形成即可。 因此，太阳电池制备方法简单、并且因省去形成隔离槽的步骤而使电池制备组件的碎片率低。
从结合附图的以下详细说明中，将会使本发明的上述和其它目的及优点更加完全清楚。图I是现有技术的MWT背接触太阳电池的结构示意图；图2是按照本发明实施例的MWT背接触太阳电池的背面结构的局部示意图；图3是图2所示实施例的MWT背接触太阳电池的局部截面结构示意图；图4是图3中A所指示区域的放大结构示意图，其中图4(a)为其中一实例，图4(b) 为其中另一实例；图5是按照本发明提供的第一实施例的MWT背接触太阳电池的制备方法过程示意图；图6至图11是按照图5所示制备方法过程的结构变化示意图；图12是按照本发明提供的第二实施例的MWT背接触太阳电池的制备方法过程示意图；图13是按照本发明提供的第三实施例的MWT背接触太阳电池的制备方法过程示意图14至图19是按照图13所示制备方法过程的结构变化示意图；图20是按照本发明又一实施例的MWT背接触太阳电池的背面结构的局部示意图；图21是图20所示太阳电池的电极的制备方法过程实施例示意图。
具体实施例方式下面介绍的是本发明的多个可能实施例中的一些，旨在提供对本发明的基本了解，并不旨在确认本发明的关键或决定性的要素或限定所要保护的范围。容易理解，根据本发明的技术方案，在不变更本发明的实质精神下，本领域的一般技术人员可以提出可相互替换的其它实现方式。因此，以下具体实施方式
以及附图仅是对本发明的技术方案的示例性说明，而不应当视为本发明的全部或者视为对本发明技术方案的限定或限制。在附图中，为了清楚起见，有可能放大了层的厚度或者区域的面积，但作为示意图不应该被认为严格反映了几何尺寸的比例关系。并且，在附图中，相同或相似的要素采用相同的标号表不。本发明中的“太阳电池的正面”是指电池工作时接收太阳光照射的一面，即光接收面，而本发明中的“太阳电池的背面”是指与“太阳电池的正面”相反的一面。图2所示为按照本发明实施例的MWT背接触太阳电池的背面结构的局部示意图。 图3所示为图2所示实施例的MWT背接触太阳电池的局部截面结构示意图。结合图2和图 3所示对本发明的太阳电池作详细说明如下。该实施例的MWT背接触太阳电池100基于电池衬底110形成。在该实施例中，选择P型单晶硅片作为电池衬底，这样，在该实施例中，第一导电类型区域为P型，第二导电类型区域η型。电池衬底的材料类型并不是限制性的，例如电池衬底110还可以为多晶硅材料或其他类型的太阳电池基体材料。太阳电池的电池衬底110的具体形状也不受图示实施例限制。如图3所示，在该实施例中，电池衬底110中包括衬底本身提供的P型半导体区域 112以及对电池衬底110的正面掺杂形成的η型半导体区域111，具体地，可以通过对电池衬底110的P型单晶硅片的正面进行η型掺杂以形成P型半导体区域112和η型半导体区域111。η型半导体区域111的厚度范围可以为O. I微米至I微米。ρ型半导体区域112与 η型半导体区域111共同形成太阳电池的pn结，η型半导体区域的电流通过太阳电池的正面的副栅电极130以及背面的主栅电极150引出，ρ型半导体区域112的电流通过太阳电池的背面电极160引出。参阅图3，太阳电池的正面120上形成若干条副栅电极130，副栅电极130用于收集太阳电池的正面120所产生的电流。常规地，副栅电极130之间平行设置，副栅电极130 之间的间距和副栅电极130本身的宽度不受本发明限制。通常地，副栅电极130是以银浆丝网印刷而成，在该实施例中，副栅电极130是形成在正面的η型半导体区域111表面上并与η型半导体区域电性连接，从而可以收集其电流。为形成MWT背接触太阳电池，在副栅电极130对应所在位置的衬底上，可以形成若干个穿透电池衬底110 (也即穿过η型半导体区域111和P型半导体区域112)的通孔140。 每条或某些副栅电极130上，相隔一定距离后会与主栅电极150交叉连接，主栅电极150可以有效地汇集并引出副栅电极130收集的电池正面的电流。在该发明中，在副栅电极130与对应主栅电极150的连接处，设置通孔140，并且通孔140的内表面的电池衬底的导电类型为P型导电类型，主栅电极150绕穿通孔140从电池衬底的背面190引出。通孔140可以通过光刻刻蚀、机械打孔、激光打孔、电子束打孔等方法形成。参阅图2和图3，主栅电极150可以通过银浆丝网印刷或钢网印刷而成，多条主栅电极150并行按列形成于太阳电池的背面190，主栅电极150包括背面部分150a和绕穿部分150b，二者均是通过一体化印刷形成，其中，背面部分150a设置在ρ型半导体区域112之上，绕穿部分150b设置在η型半导体区域111之上，优选地，绕穿部分150b设置在所述通孔中并延伸至η型半导体区域111之上，从而实现与副栅电极130的连接(大致如图3所示的结构)，这样可以避免副栅电极130的电极材料进入通孔140中而与通孔140的ρ型半导体区域111形成欧姆接触。每条主栅电极150可以是连续地，也可以为非连续的，本领域技术人员可以根据具体设计要求选择，在该实施例中，每条主栅电极150是非连续的(如图 2所示)，也即由多个块状主栅电极构成。另外，太阳电池的背面上还形成第二电极，即背面电极160。根据太阳电池的基本原理，背面电极160和主栅电极150之间是需要电性隔离的 (即pn结的正极和负极之间不能直接电性接通)。因此，通过通孔140引至电池衬底110 的背面的主栅电极150需要与电池衬底电性隔离。图4所示为图3中A所指示区域的放大结构示意图，其中图4(a)为其中一实例， 图4(b)为其中另一实例。主栅电极150与电池衬底110的电性隔离(也即太阳电池的正负电极的电性隔离)可以通过两种方式实现第一种，如图4(a)所示，将通过银浆丝网印刷并烧结形成主栅电极150的实例中， 主栅电极150在通孔140的内表面处与电池衬底110 (例如ρ型半导体区域112)的接触为非欧姆接触，同样，主栅电极150与电池衬底110的背面的(例如ρ型半导体区域112)的接触也为非欧姆接触，这样，P型半导体区域112所产生的电流不会流向主栅电极150，从而不会与η型半导体区域111所产生的电流形成回路；优选地，银浆选择为玻璃(glass)料含量基本为O的银浆料。第二种，如图4(b)所示，通过在主栅电极150与电池衬底110之间设置绝缘层151 实现电性隔离，在该实例中，主栅电极150以浆料丝网印刷并烧结形成，绝缘层151可以通过印刷形成于通孔140的内表面或/和ρ型半导体区域112的背面表面上，从而在以银浆丝网印刷并烧结形成主栅电极150时，银浆不与电池衬底110直接接触，绝缘层151可以为不导电的非金属氧化物材料；另外，在烧结过程中，绝缘层151也可以通过在银浆与电池衬底110(例如ρ型半导体区域112)的接触区域自发地形成绝缘层151，优选地，银浆选择为含有玻璃(glass)料的浆料，玻璃料在银浆中的质量百分比范围为1% _80%，从而可以实现在烧结过程中，玻璃料成分会集中于电池衬底110与浆料的接触面处而形成薄层的玻璃介质层，也即绝缘层151。在以上第一种实例中，为尽最大可能地保证主栅电极150与电池衬底110之间能形成非欧姆接触，实现正负电极之间的电性隔离，优选地，电池衬底110的电阻率(例如P 型惨杂浓度)的范围为O. lohm. cm-20ohm. cm。继续如图2所示，优选地，在主栅电极150上设置若干镂空区域152，从而可以大大减小主栅电极金属与硅(也即P型半导体区域112)的接触面积，有效地降低金属与硅的复合率，进而提高太阳电池的转换效率。同时，设置镂空区也能大大减少主栅电极金属用量
10(例如银浆料)，从而降低太阳电池的成本。镂空区域152在该实施例中设置为方块形状或圆形状，但是其具体形状是不受本发明实施例限制的，例如还可以为三角形等其他不规则形状等。镂空区域152在主栅电极上的位置以及形状大小以不影响主栅电极与通孔中金属的电性连接为原则。继续如图3所示，背面电极160直接形成在ρ型半导体区域112的背面表面上并与P型半导体区域112电性连接，从而可以将P型半导体区域112的电流通过太阳电池的背面电极160引出。优选地，为降低ρ型半导体区域112与背面电极160的接触电阻，如图 3所示，背面电极160具体地选择IIIA簇的金属元素作为背面电极材料(例如铝或者铝合金)，从而在烧结的过程中，铝元素可以扩散进入P型半导体区域112的表面区域、实现对其进一步进行P型掺杂，从而形成相对高掺杂浓度的区域180，使区域180易于与背面电极 160形成欧姆接触，并降低接触电阻，同时达到背面电场的效果；大部分背电极材料仍然保留在背面形成了铝背电场，也即背面电极160。需要说明的是，高掺杂浓度的区域180与ρ 型半导体区域112通常是没有如图3所示的明显界限的，这是由于以背面电极作为掺杂源时，根据扩散掺杂的特点，掺杂元素铝以浓度渐变方式扩散至P型半导体区域112中。继续如图3所示，在又一具体实施例中，太阳电池100还包括沉积在电池衬底110 正面的、η型半导体区域112之上的减反射层113。减反射层113可以为氮化硅等材料，其具体厚度范围可以为70-90纳米。通过设置减反射层113，可以进一步有效降低太阳电池表面的反射率，从而提高太阳电池的转换效率。需要说明的是，在以上实施例的太阳电池100 中，由于正负电极之间的隔离不需要通过激光形成隔离槽或者准湿法刻蚀形成隔离槽，相对于现有技术的太阳电池，其转换效率相对较高。参阅图2所示，在该实施例中，太阳电池100还包括设置于太阳电池背面上的第三电极161，其主要用来在制备组件时提供电池与电池之间的连接介质，用来提高电池与互连条的连接特性，有利于提高太阳电池相互连接形成太阳电池组件的连接可靠性。第三电极 161的数量可以根据连接强度要求以及使用的互连条的特性决定，其并不是限制性的。较佳地，第三电极161选择与主栅电极150相同的材料，例如银，从而在丝网印刷或钢网印刷过程形成主栅电极150的同时，可以同步构图形成，有利于进一步简化电池的制备工艺步骤， 从而降低太阳电池的制作成本。以下将具体说明图2、图3所示实施例的MWT背接触太阳电池的制备方法过程。图5所示为按照本发明提供的第一实施例的MWT背接触太阳电池的制备方法过程示意图。图6至图11所示为按照图5所示制备方法过程的结构变化示意图。以下结合图
5、图6至图11说明该实施例的制备方法过程，同时也对该MWT背接触太阳电池的具体结构作示意性地说明。首先，步骤S 10，提供具有第一导电类型的电池衬底。如图6所示，在该实施例中， 太阳电池是基于电池衬底110制备形成，选择P型单晶硅作为电池衬底110 (也即第一导电类型为P型)。具体地，P型单晶娃的电阻率范围可以为O. Iohm · cm-20ohm · cm,但其并不受本实施例限制。电池衬底110的正面120被太阳光照射，电池衬底110的背面190在电池工作时并不被太阳光照射。进一步，步骤S20，在电池衬底中定位形成通孔。如图7所示，在电池衬底110上形成若干个通孔140，通孔140从电池衬底的正面穿透至电池衬底的背面。通孔140可以光刻刻蚀、机械打孔、激光打孔、电子束打孔等方法形成，通常地，选择激光打孔形成。通孔140 的具体形状与所选择的制造工艺有关，例如，选择激光打孔时，形成如图7中所示的圆柱形的通孔。通孔140主要用于从背面引出主栅电极，其具体形状和大小不是限制性的。例如， 通孔可以选择大致为圆柱形或圆台形孔，其直径范围约为10微米至1000微米。通孔140 是形成于欲构图形成副栅电极的位置上，通过定位通孔140的位置，可以定位副栅电极130 与对应主栅电极150的连接处的位置。进一步，步骤S30，对电池衬底进行制绒和清洗，并去除制孔所形成的损伤。在该步骤中制绒工艺和清洗工艺的具体过程与常规的工艺基本相同。通过制绒，例如可以在电池衬底表面形成诸如金字塔形状的绒面(图中未示出)，从而有利于提高电池的转换效率；同时通孔140也被所形成的绒面粗糙化，这有利于改善浆料填充的可靠性。进一步，步骤S40，主要对电池衬底的正面进行第二导电类型的掺杂。如图8所示， 在该实施例中，对电池衬底110的正面进行η型掺杂(也即第二导电类型)，优选地，可以以两片电池衬底为一组，背对背地接触在一起，然后置于扩散炉中进行单面扩散，这样有利于提高产量。在该优选实例中，在对电池衬底正面进行掺杂时，不可避免地会对电池衬底110 的侧面及背面进行掺杂，例如通孔140的内表面将被掺杂，因此会形成如图8所示的电池衬底110表面的η型半导体区域111a。具体地，可以选择扩散掺杂、离子注入掺杂等方法进行掺杂。进一步，步骤S50，湿法刻蚀去除侧面及背面上的第二导电类型的掺杂区域。如步骤S40所描述，主要对电池衬底的正面进行掺杂时，不可避免地会在正面的η型半导体区域 111之外的地方(例如侧面)被同时掺杂。如图9所示，可以将电池衬底110浮于刻蚀液中，其中正面朝上，从而电池衬底110的正面不会被刻蚀，除正面的η型半导体区域外的其他η型区域(例如通孔的孔壁、衬底侧面和/或背面)将被刻蚀掉，从而形成正面上的η型半导体区域111。刻蚀液可以为各种能对硅进行刻蚀的溶液，其具体类型和成分不受本发明实施例的限制。另外需要说明的是，在该实施例中，当电池衬底110浮于刻蚀液中，由于液面表面张力的作用，在电池衬底110的正面边沿处，其会与刻蚀液接触而被刻蚀，因此在电池衬底110的正面的边角处的η型半导体区域会被部分地刻蚀(图中未示出)，也即η型半导体区域111的边沿边角将被部分地刻蚀，但是，其被刻蚀的区域是有限的。需要说明的是，通常湿法刻蚀过程中同时可以去除掺杂过程中在电池衬底110表面形成的磷硅玻璃层。进一步，步骤S60，在电池衬底的正面沉积减反射层。如图10所示，沉积在η型半导体区域111之上即衬底正面的减反射层113，其可以通过PECVD、APCVD等方法形成，减反射层113可以选择为氮化硅等材料，其具体厚度范围可以为70-90纳米。通过设置减反射层113,可以有效提闻太阳电池的转换效率。进一步，步骤S70，在所述电池衬底背面构图形成主栅电极和背面电极，并在所述电池衬底正面构图形成副栅电极。如图11所示，在该实施例中，可以选择用常规的丝网印刷或钢网印刷等工艺构图并烧结形成副栅电极130、主栅电极150和背面电极160。其中， 由于副栅电极130、主栅电极150和背面电极160之间的材料差异，其通常也是通过不同的丝网印刷或钢网印刷的构图步骤形成。优选地，以第一种银浆(例如玻璃料含量基本为O 的银浆)同时印刷形成主栅电极150和第三电极161 (此时第一种银浆会对通孔140进行填充)；然后再以铝浆丝网印刷背面电极160 ;然后再以第二种银浆(例如含有玻璃料)印刷形成副栅电极130，副栅电极130与主栅电极150的绕穿部分150b直接连接，从而使主栅电极150可以与副栅电极130形成良好的电学接触；并且避免了用于形成副栅电极130的第二种银浆进入孔140与ρ型半导体区域接触(形成副栅电极的银浆有可能会在烧结后有可能会与P型半导体区域形成欧姆接触)；最后可以统一烧结形成。因此在该优选实例中， 主栅电极150和第三电极160可以同时形成，这样有利于简化工艺，从而降低制造成本。另外，优选地，在丝网印刷形成主栅电极时，还可以通过设置网版的图案、以在印刷形成主栅电极150时同时形成若干镂空区域152 (如图2中所示)，从而可以大大减小主栅电极金属与硅(也即P型半导体区域112)的接触面积，有效地降低金属与硅的复合，进而提高太阳电池的转换效率。同时，设置镂空区也能大大减少主栅电极金属用量(例如银浆料)，从而降低太阳电池的成本。镂空区域152在主栅电极上的位置以及形状大小遵循不影响主栅电极与通孔中金属的连接的原则。为实现主栅电极150与电池衬底110的电性隔离，在该步骤S70中，可以通过两种方式实现第一种方式，结合图4(a)所示，将通过银浆丝网印刷并烧结形成主栅电极150的过程中，主栅电极150所使用的第一种银浆为玻璃料含量基本为O的银浆，主栅电极150与电池衬底110 (例如ρ型半导体区域112)之间被烧结为接非欧姆接触；第二种方式，结合图4(b)所示，将通过银浆丝网印刷并烧结形成主栅电极150的过程中，在该实例中，银浆选择为含有玻璃(glass)料的浆料，玻璃料的在银浆中的质量百分比范围为1% _80%，从而可以实现在烧结过程中，玻璃料集中于电池衬底110与浆料的接触面处，从而形成薄层的玻璃介质层，也即绝缘层151 ;该绝缘层151形成于电池衬底110 和主栅电极150之间，从而可以实现主栅电极150与电池衬底110之间的基本绝缘隔离。需要说明的是，在银浆中，包括功能相、粘结相和载体相，粘结相通常为玻璃料，玻璃料的主要成分通常为Si02、PbO、B2O3等无机氧化物，其能将功能相的银粉颗粒粘结在一起，并使导电银层与硅片表面牢固地结合起来。玻璃料的作用机理为在太阳电池与导电银浆高温烧结过程中，无机氧化物的玻璃料熔化并腐蚀硅基薄减反射膜形成窗口，并与硅表面牢固的附着在一起。因此，在高温烧结下银原子与硅原子按一定比例互融熔后形成银硅合金，从而会使银浆所形成的银电极和硅基之间形成欧姆接触。在上述第一种方式中，当主栅电极150所使用的第一种银浆玻璃料含量基本为O时，银浆所形成的主栅电极150将不会与电池衬底形成欧姆接触，并使主栅电极150与其所直接接触的电池衬底之间保持电性隔离。进一步需要说明的是，本发明中，银浆中“玻璃料含量基本为O”并不仅仅限定为玻璃料的质量百分比含量绝对为O的情形，本领域技术人员应当理解到，在主栅电极150在形成过程中不形成类似银硅合金的情况下，玻璃料含量基本为O可以包括存在正偏差的情形，例如，玻璃料的质量百分比含量为(0^+0.5%)时，或者是所加玻璃料添加剂不具备所述玻璃料的功能，由于不会形成欧姆接触，玻璃料含量被理解为基本为O。还需要说明的是，在印刷形成副栅电极130、主栅电极150、背面电极160所使用的浆料中，还可以包括所掺杂的合金元素。例如，银浆中掺杂其它金属元素形成银合金电极， 铝浆中掺杂其它金属元素形成铝合金电极。
至此，图3所示实施例的MWT背接触太阳电池基本形成。图12所示为按照本发明提供的第二实施例的MWT背接触太阳电池的制备方法过程示意图。对比图12和图5，第二实施例的制备方法与第一实施例的制备方法的差异仅在于步骤S65，步骤S65是用来实现主栅电极150与电池衬底110的电性隔离，形成图4 (b)所示的实例的结构。在该实施例中，不同于第一实施例中的烧结自发形成绝缘层151的方式， 是通过另外单独步骤S65构图形成的。在步骤S65中，在欲形成主栅电极的电池衬底上构图形成绝缘层151。具体地，绝缘层151可以通过印刷构图形成于通孔140的内表面和ρ型半导体区域112的背面表面上，从而在步骤S70中，以银浆丝网印刷并烧结形成主栅电极150时，银浆不与电池衬底110 直接接触，从而实现主栅电极150与电池衬底110的之间的电性隔离。优选地，绝缘层151 的边缘部分延伸超出欲形成的主栅电极150的与电池衬底(例如ρ型半导体区域112)的接触区域，防止主栅电极150在边缘部分与电池衬底(例如ρ型半导体区域112)的直接接触。绝缘层151的厚度范围可以为I微米-50微米。在图12所示制备方法过程中，其它过程基本与图5基本相同，在此不再一一赘述。图13所示为按照本发明提供的第三实施例的MWT背接触太阳电池的制备方法过程示意图。相比于图5所示第一实施例的制备方法过程，其主要差异在于通孔形成步骤的工艺顺序变化。图14至图19所示为按照图13所示制备方法过程的结构变化示意图。以下结合图13、图14至图19进一步说明该实施例的制备方法过程。首先，步骤S11，提供具有第一导电类型区域的电池衬底。如图14所示，结构与图 6相一致，在该实施例中，步骤Sll与第一实施例的步骤SlO相同，在此不再赘述。进一步，步骤S21，对电池衬底进行制绒和清洗。进一步，步骤S31，主要对电池衬底的正面进行第二导电类型的掺杂。如图15所示，在该实施例中，步骤S31与第一实施例的步骤S40基本相同，在此不再赘述。进一步，步骤S41，湿法刻蚀去除侧面及背面上的第二导电类型的掺杂区域。如图 16所示，在该实施例中，步骤S41与第一实施例的步骤S50基本相同，在此不再赘述。进一步,步骤S51,在电池衬底的正面沉积减反射层。如图17所示，η型半导体区域111之上正面沉积的减反射层113，其可以通过PECVD、APCVD等方法形成，减反射层113 可以选择为氮化硅等材料，其具体厚度范围可以为70-90纳米。进一步，步骤S61，在所述电池衬底中定位形成通孔，并去除制孔所形成的损伤。进一步，步骤S71，在所述电池衬底背面构图形成主栅电极和背面电极，并在所述电池衬底正面构图形成副栅电极。如图19所示，结构与图11相一致，在该实施例中，步骤 S71与第一实施例的步骤S70相同，主栅电极150与电池衬底110的电性隔离同样可以通过步骤S70中对应描述的两种方式实现，在此不再赘述。至此，图3所示实施例的MWT背接触太阳电池基本形成。需要说明的是，综合图5和图12所示实施例，本领域技术人员根据可以将通孔形成步骤以及去除制孔所形成的损伤的步骤置于制备电极之前的任何两个步骤之间。需要说明的是，在又一实施例中，也可以在步骤S61和步骤S71之间增加图12所示实施例中的步骤S65，以实现主栅电极150与电池衬底110的电性隔离。图20所示为按照本发明又一实施例的MWT背接触太阳电池的背面结构的局部示意图，结合参见图2。在该实施例中，是以上所述的第一种方式实现太阳电池的正负电极之间的电性隔离，也即主栅电极150与电池衬底110之间不存在介质层，而是二者之间直接形成非欧姆接触。但是，在直接形成非欧姆接触时，其中，使用不含玻璃浆料的银浆时，这种银浆在烧结形成主栅电极150以后，会存在主栅电极150的附着力较差的问题。因此，在该实施例中，在直接形成非欧姆接触时，也可以采用低温固化的方法替代现有的高温的方法来形成主栅电极150，优选地采用含有树脂类材料的浆料(例如银浆)来形成主栅电极150， 从而保证主栅电极150与电池衬底之间的附着力。但是，由于树脂类材料的浆料与用于形成副栅电极等的浆料是不能同时高温烧结的，因为高温烧结会对树脂类材料的化学特性发生变化，从而达不到保证附着力的技术效果。因此，在该图实施例中，先高温烧结第二电极 160、第三电极161和副栅电极130，再低温固化形成主栅电极150。在以上先形成副栅电极 130再形成主栅电极150的情况下，为保证副栅电极的浆料不进入通孔中，副栅电极离通孔相对较远，副栅电极与主栅电极的之间的连接可靠性会进一步存在问题，因此，在电池衬底 110的正面上增加用于连接主栅电极的绕穿部分150b与副栅电极130的连接电极170，从而在解决附着力问题时能同时避免主栅电极150和副栅电极130之间的连接可靠性问题。相比图3所示实施例的太阳电池和图20所示实施例的太阳电池，其主要差异在于电极的结构，因此，图20所示的实施例的太阳电池的制备方法过程相比于图5、图12或图 13所示的太阳电池的制备方法过程，其主要差异之处在于步骤S70或步骤S71。因此，对其制备方法的相同之处不再一一赘述，以下进一步对电极的形成步骤进行详细说明。图21所示为图20所示太阳电池的电极的制备方法过程实施例示意图。制备形成图10或图18所示结构后，进一步执行以下步骤以形成太阳电池的电极。首先，步骤S710，在所述电池衬底的背面上构图印刷第三电极(如图2所示的 161)。在该实施例中，形成第三电极161所使用的浆料为含有玻璃料的银浆。进一步，步骤S720，构图印刷背面电极(如图20所示的160)。在该实施例中，背面电极160可以采用铝浆印刷以形成铝背电场。进一步，步骤S730，构图印刷副栅电极(如图20所示的130)。在该实施例中，形成副栅电极130的浆料采用含有玻璃料的浆料(例如晶体硅太阳电池正面副栅电极所用的银浆)。在印刷副栅电极时，为避免副栅电极所使用的浆料进入通孔140中与电池衬底接触而形成欧姆接触，副栅电极被构图线段形式，也即副栅电极在通孔附近被断开(在图2所示实施例中，副栅电极可以连续地形成在通孔的主栅电极之上)，副栅电极与通孔140之间的距离保持一定范围以使副栅电极所使用的浆料在印刷时难以进入通孔140。进一步，步骤S740，高温烧结。在该实施例中，与常规的电极烧结工艺相同，烧结的峰值温度基本在800°C左右。因此，第三电极161、背面电极160以及副栅电极131形成进一步，步骤S750，以低温固化型聚合体浆料构图印刷主栅电极(如图20所示的 150)和连接电极(如图20所示的170)。在该实施例中，由于副栅电极在通孔处断开，通过在通孔140中填充浆料难以形成连接副栅电极的主栅电极150，也即主栅电极的绕穿部分 150b与副栅电极130的连接的可靠性难以得到保证，因此，需要印刷形成连接电极170，连接电极170被构图于主栅电极的绕穿部分150b和副栅电极130之间，可以较好地连接主栅电极和副栅电极。另外，为保证主栅电极150和电池衬底之间的附着力、连接电极(170)和电池衬底之间的附着力，二者均选择了低温固化型聚合体浆料(例如含有树脂类材料的银浆)，这种浆料可以在低温烘干条件下(100-650°C)实现浆料中的树脂类或其它类有机聚合体完成固化，形成导电的具有一定机械、力学性能的电极，并且该电极与娃表面牢固的结合，具有良好的附着力，同时为银导电提供通道。低温固化过程中，银与硅未形成合金，不会形成欧姆接触。进一步，步骤S760，低温固化。在该实施例中，由于含有树脂类材料的浆料会在高温条件下失去其提高附着力的特性，因此必须采用相对较低的温度来固化主栅电极160和连接电极170，固化的温度的选择主要以考虑以下因素(a)防止在固化条件下使已烧结的副栅电极、背面电极等进一步烧结而被烧坏；(b)树脂类材料所能容忍的高温条件。优选地，“低温”的范围为100-650°C，其相对低于高温烧结的问题温度。至此，图20所示的太阳电池的电极基本形成。需说明的是，图21中步骤S710至S730的顺序可以进行互换，即可以先进行步骤 S720印刷背面电极或S730印刷副栅电极，然后再进行步骤S710印刷第三电极。以多个图2和图3所示的MWT背接触太阳电池或这多个图20所示的MWT背接触太阳电池，可以组装形成太阳电池组件，结合图2所示，将多个MWT背接触太阳电池通过互连条连接形成电池组串，然后加上前基板(通常为玻璃)、背板以及密封粘结层经过层压及装框步骤即可形成具有一定功率输出的太阳电池组件。需要说明的是，以上所有实施例中，均是基于电池衬底为ρ型导电类型进行说明的。但是，本领域技术人员悉知，电池衬底也可以选择为η型导电类型，同样相似的太阳电池结构也可以制备形成。当电池衬底为η型导电类型时，电池衬底包括设置在其背面的η 型半导体区域以及设置在其正面的P型半导体区域，其中副栅电极与P型半导体区域直接连接，主栅电极设置于电池背面，背面电极相应地为与η型半导体区域电性连接。以上例子主要说明了本发明的MWT背接触太阳电池、各种制备方法及其太阳电池组件。尽管只对其中一些本发明的实施方式进行了描述，但是本领域普通技术人员应当了解，本发明可以在不偏离其主旨与范围内以许多其他的形式实施。因此，所展示的例子与实施方式被视为示意性的而非限制性的，在不脱离如所附各权利要求所定义的本发明精神及范围的情况下，本发明可能涵盖各种的修改与替换。
权利要求
1.一种金属绕穿型背接触太阳电池，其包括电池衬底，包括第一导电类型区域和第二导电类型区域，所述第二导电类型区域与第一导电类型区域分别位于所述电池衬底的正面和背面，所述第二导电类型区域与第一导电类型区域形成PN结；构图形成于所述第二导电类型区域之上并与所述第二导电类型区域电性连接的副栅电极；穿过所述电池衬底的通孔，所述通孔的内表面的导电类型为第一导电类型；基于所述通孔与所述副栅电极连接的、构图形成于所述第一导电类型区域之上的主栅电极；以及构图形成于所述第一导电类型区域之上并与所述第一导电类型区域电性连接的第二电极；其中，所述主栅电极与所述电池衬底的接触为非欧姆接触，或者所述主栅电极与所述电池衬底之间还设置有绝缘层。
2.如权利要求I所述的金属绕穿型背接触太阳电池，其特征在于，所述主栅电极包括背面部分和绕穿部分，所述背面部分设置在所述第一导电类型区域之上，所述绕穿部分设置在所述通孔中并延伸至第二导电类型区域上与副栅电极电性连接。
3.如权利要求I所述的金属绕穿型背接触太阳电池，其特征在于，所述主栅电极是通过玻璃料含量基本为O的浆料印刷并烧结形成的。
4.如权利要求3所述的金属绕穿型背接触太阳电池，其特征在于，所述主栅电极为银材质。
5.如权利要求I或3所述的金属绕穿型背接触太阳电池，其特征在于，所述太阳电池还包括形成在所述电池衬底正面的用于连接所述主栅电极和所述副栅电极的连接电极。
6.如权利要求5所述的金属绕穿型背接触太阳电池，其特征在于，所述主栅电极和所述连接电极均通过低温固化形成。
7.如权利要求I或2或3所述的金属绕穿型背接触太阳电池，其特征在于，所述主栅电极设置成连续的或不连续的。
8.如权利要求I或2或3所述的金属绕穿型背接触太阳电池，其特征在于，所述主栅电极中设置有镂空区域。
9.如权利要求I或2或3所述的金属绕穿型背接触太阳电池，其特征在于，还包括形成于所述第二导电类型区域之上的减反射层。
10.如权利要求I或2或3所述的金属绕穿型背接触太阳电池，其特征在于，所述第一导电类型区域为P型半导体区域，所述第二导电类型区域为η型半导体区域。
11.如权利要求10所述的金属绕穿型背接触太阳电池，其特征在于，所述第二电极为铝材质，所述第二电极与所述第一导电类型区域形成欧姆接触。
12.如权利要求I所述的金属绕穿型背接触太阳电池，其特征在于，所述太阳电池还包括构图形成于所述第一导电类型区域之上的第三电极，所述第三电极与所述第二电极电性连接。
13.如权利要求12所述的金属绕穿型背接触太阳电池，其特征在于，所述第三电极与所述主栅电极同步印刷形成。
14.如权利要求I所述的金属绕穿型背接触太阳电池，其特征在于，所述绝缘层是通过在所述通孔内表面上以及在所述第一导电类型区域的背面上构图印刷形成的，所述绝缘层的边缘部分延伸超出主栅电极与电池衬底的接触区域。
15.如权利要求I所述的金属绕穿型背接触太阳电池，其特征在于，所述主栅电极是通过银浆印刷并烧结形成的，所述绝缘层是所述银浆与所述电池衬底在所述烧结过程中形成的。
16.如权利要求15所述的金属绕穿型背接触太阳电池，其特征在于，所述银浆为含有玻璃料的银浆，所述绝缘层是烧结过程中形成的玻璃介质层。
17.—种如权利要求I至16任一项所述的金属绕穿型背接触太阳电池的制备方法，其特征在于，其包括步骤(1)提供具有第一导电类型区域的电池衬底；(2)对所述电池衬底进行制绒和清洗；(3)对所述电池衬底的正面进行第二导电类型的掺杂以形成第二导电类型区域；(4)刻蚀以去掉除所述正面以外的第二导电类型的掺杂区域；(5)在所述电池衬底的正面沉积减反射层；以及(6)在所述第一导电类型区域上构图形成主栅电极以及第二电极，并在所述电池衬底的正面构图形成副栅电极；其中，在步骤(I)至￠)中的任意两个步骤之间还包括在所述电池衬底中定位形成通孔和去除制孔所形成的损伤的步骤。
18.如权利要求17所述的制备方法，其特征在于，在所述电池衬底中定位形成通孔的步骤位于步骤(I)和(2)之间，去除制孔所形成的损伤的步骤通过步骤(2)中的制绒实现。
19.如权利要求17所述的制备方法，其特征在于，在所述电池衬底中定位形成通孔和去除制孔所形成的损伤的步骤位于步骤(5)和(6)之间。
20.如权利要求17所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤(6)中，还包括在所述第一导电类型区域上形成第三电极，所述第三电极用于实现所述第二电极与互连条的电性连接。
21.如权利要求20所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤(6)中，还包括在所述第二导电类型区域上形成连接电极，所述连接电极用于连接所述主栅电极和所述副栅电极。
22.如权利要求21所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(6)包括以下步骤(6a)在所述电池衬底的背面上构图印刷第三电极；(6b)构图印刷所述第二电极；(6c)构图印刷所述副栅电极；(6d)烧结；(6e)以低温固化型聚合体浆料构图印刷主栅电极和连接电极；以及(6f)固化。
23.如权利要求22所述的制备方法，其特征在于，所述烧结的峰值温度基本为800°C， 所述固化的温度范围为100°C -650°C。
24.如权利要求20所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤(6)中，通过印刷并烧结形成所述第二电极、第三电极、副栅电极，并且通过玻璃料含量基本为O的浆料印刷并烧结形成所述主栅电极，所述主栅电极与所述电池衬底之间被烧结形成为非欧姆接触。
25.如权利要求17或24所述的制备方法，其特征在于，先印刷形成所述主栅电极，再印刷形成所述副栅电极。
26.如权利要求20所述的制备方法，其特征在于，所述第三电极与所述主栅电极同为银材质，所述第三电极与所述主栅电极同步印刷形成。
27.如权利要求17所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤(6)中，通过银浆印刷并烧结形成所述主栅电极，并且在所述烧结过程中，在所述主栅电极与所述电池衬底之间形成用于实现所述主栅电极与所述电池衬底之间电性隔离的绝缘层。
28.如权利要求27所述的制备方法，其特征在于，所述银浆为含有玻璃料的银浆，所述绝缘层是玻璃介质层。
29.如权利要求17所述的制备方法，其特征在于，在步骤(6)中，在所述电池衬底上印刷形成用于实现所述主栅电极与所述电池衬底之间的电性隔离的绝缘层。
30.如权利要求17所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤(4)中，所述刻蚀为湿法刻蚀。
31.如权利要求17所述的制备方法，其特征在于，通过光刻刻蚀、机械打孔、激光打孔或电子束打孔形成所述通孔。
32.一种太阳电池组件，其特征在于，所述太阳电池组件包括多个如权利要求I至16任一项所述的太阳电池，所述太阳电池之间通过互连条连接，并与前基板、背板以及密封粘结层进行层压及装框后形成。
全文摘要
本发明提供一种金属绕穿型(MWT)背接触太阳电池、制备方法及其组件，属于光伏技术领域。该MWT背接触太阳电池包括设置在电池衬底的背面的第一导电类型区域和设置在所述电池衬底的正面的第二导电类型区域，副栅电极，通孔，主栅电极以及第二电极；其中，所述主栅电极与所述电池衬底的接触被设置为非欧姆接触，或者在所述主栅电极与所述电池衬底之间还设置绝缘层，以实现所述电池正负极的电性隔离。因此，该太阳电池制备方法简单、转换效率高、并且省去形成隔离槽的步骤，对应电池制备组件的碎片率低。
文档编号H01L31/04GK102610666SQ20111003135
公开日2012年7月25日 申请日期2011年1月20日 优先权日2011年1月20日
发明者周杰, 宋剑, 张光春, 杨健, 王玉林, 艾凡凡, 蔡昭, 陈如龙 申请人:无锡尚德太阳能电力有限公司
技术领域：
本发明属于光伏技术领域,具体涉及金属绕穿型(Metal Wrap Through,MWT)背接触太阳电池、制备方法及其组件。
背景技术：
由于常规能源供给的有限性和环保压力的增加，目前世界上许多国家掀起了开发利用太阳能和可再生能源的热潮，太阳能利用技术得到了快速的发展，其中利用半导体的光生伏特效应将太阳能转变为电能的利用越来越广泛。而太阳电池就是其中最为普遍的被用来将太阳能转换为电能的器件。在实际应用中，一般是以由多个太阳电池串联(以互连条焊接串联连接)而成的电池组件作为基本的应用单元。通常地，太阳电池包括pn结，在其电池衬底(如单晶硅)因太阳照射所产生的内部光生电流需要通过电池的电极进行收集并将其汇集引出。太阳电池包括正面以及背面， 其中电池工作时被太阳光所照射的一面定义为太阳电池的正面，与该正面相反的一面定义为背面。常规地，在其正面形成用于收集电流的副栅电极(或次栅线)以及用于汇集副栅电极的电流的主栅电极；在其背面上形成背面电极以引出电流。随着太阳电池技术的发展，近年来提出了将电池正面的主栅电极置于电池衬底背面(与背面电极在同一面上)的背接触型太阳电池。相比于常规太阳电池，背接触型的太阳电池至少具有以下优点第一是，背接触型的太阳电池因消除了正面主栅电极对太阳光的照射遮蔽损耗(遮光面积减小)而具有更高的转换效率；第二是，将主栅电极和背面电极都形成于同一表面上(背面上)，因此多个电池之间更容易装备成电池组件，制作成本更低； 第三是，避免了在正面和背面需要同时焊接互连条的情形，有利于组件的自动化生产；第四是，主栅电极置于背面使电池具有更均匀的外观，所制备形成的电池组件相对更美观(美观对于一些应用是重要的，例如光伏建筑一体化应用)。其中，金属绕穿型是背接触太阳电池中的一种，这种电池中，电池衬底中形成多个通孔，通过通孔将正面的副栅电极与设置在电池背面的主栅电极电连接。图I所示为现有技术的金属绕穿型背接触太阳电池的结构示意图。如图I所示， 10为形成于电池衬底正面的副栅电极，主栅电极9形成于电池衬底背面，副栅电极10和主栅电极9通过通孔电性连接，背面电极6也形成于电池衬底背面。背面电极6用于引出电池衬底的第一导电类型半导体区域7所产生的电流，副栅电极10和主栅电极9用于引出电池衬底的第二导电类型半导体区域8所产生的电流。如图I所示，为避免背面电极6与主栅电极9短接而造成电池正负极短路，通常在形成第二导电类型的第二导电类型区域8时在背面预留第一导电类型的第一导电类型区域7的外露区域，以在其上构图形成背面电极6。这样在扩散掺杂形成第二导电类型半导体区域8时，需要额外的掩膜构图，并在扩散后再将掩膜去除，工艺过程复杂。从而不利于减少太阳电池的成本。并且在其它现有技术中，背面电极6与主栅电极9之间的隔离还可以通过形成沟槽的方法来实现，沟槽可以通过激光隔离或者准湿法刻蚀隔离实现。沟槽的实现步骤会增加太阳电池的制备成本，降低电池的转换效率，特别是激光隔离可能导致后续的组件制备过程中碎片率增加，降低成品率。因此，针对现有技术的缺陷，需要研发一种工艺简单、转换效率高、制备成本低、组件碎片率低的金属绕穿型背接触太阳电池、制备方法及其组件。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，降低背接触太阳电池的制备成本，简化背接触太阳电池的工艺流程以及提高太阳电池的成品率。为解决以上技术问题，按照本发明的一方面提供一种金属绕穿型背接触太阳电池，其包括电池衬底，包括第一导电类型区域和第二导电类型区域，所述第二导电类型区域与第一导电类型区域分别位于所述电池衬底的正面和背面，所述第二导电类型区域与第一导电类型区域形成PN结；构图形成于所述第二导电类型区域之上并与所述第二导电类型区域电性连接的副栅电极；穿过所述电池衬底的通孔，所述通孔的内表面的导电类型为第一导电类型；基于所述通孔与所述副栅电极连接的、构图形成于所述第一导电类型区域之上的主栅电极；以及构图形成于所述第一导电类型区域之上并与所述第一导电类型区域电性连接的第二电极；其中，所述主栅电极与所述电池衬底的接触为非欧姆接触，或者所述主栅电极与所述电池衬底之间还设置有绝缘层。按照本发明提供的金属绕穿型背接触太阳电池的一实施例，其中，所述主栅电极包括背面部分和绕穿部分，所述背面部分设置在所述第一导电类型区域之上，所述绕穿部分设置在所述通孔中并延伸至第二导电类型区域上与副栅电极电性连接。按照本发明提供的金属绕穿型背接触太阳电池的又一实施例，其中，所述主栅电极是通过玻璃料含量基本为O的浆料印刷并烧结形成的。较佳地，所述主栅电极为银材质。较佳地，所述太阳电池还包括形成在所述电池衬底正面的用于连接所述主栅电极和所述副栅电极的连接电极。较佳地，所述主栅电极和所述连接电极均通过低温固化形成。所述主栅电极设置成连续的或不连续的。较佳地，所述主栅电极中设置有镂空区域。较佳地，还包括形成于所述第二导电类型区域之上的减反射层。按照本发明提供的金属绕穿型背接触太阳电池的再一实施例，其中，所述第一导电类型区域为P型半导体区域，所述第二导电类型区域为η型半导体区域。较佳地，所述第二电极为铝材质，所述第二电极与所述第一导电类型区域形成欧姆接触。较佳地，所述太阳电池还包括构图形成于所述第一导电类型区域之上的第三电极，所述第三电极与所述第二电极电性连接。较佳地，所述第三电极与所述主栅电极同步印刷形成。按照本发明提供的金属绕穿型背接触太阳电池的另一实施例，其中，所述绝缘层是通过在所述通孔内表面上以及在所述第一导电类型区域的背面上构图印刷形成的，所述绝缘层的边缘部分延伸超出主栅电极与电池衬底的接触区域。按照本发明提供的金属绕穿型背接触太阳电池的又一实施例，其中，所述主栅电极是通过银浆印刷并烧结形成的，所述绝缘层是所述银浆与所述电池衬底在所述烧结过程中形成的。较佳地，所述银浆为含有玻璃料的银浆，所述绝缘层是烧结过程中形成的玻璃介质层。按照本发明的又一方面，提供一种以上所述及的任一种金属绕穿型背接触太阳电池的制备方法，其包括步骤(I)提供具有第一导电类型区域的电池衬底；(2)对所述电池衬底进行制绒和清洗；(3)对所述电池衬底的正面进行第二导电类型的掺杂以形成第二导电类型区域；(4)刻蚀以去掉除所述正面以外的第二导电类型的掺杂区域；(5)在所述电池衬底的正面沉积减反射层；以及(6)在所述第一导电类型区域上构图形成主栅电极以及第二电极，并在所述电池衬底的正面构图形成副栅电极；其中，在步骤(I)至￠)中的任意两个步骤之间还包括在所述电池衬底中定位形成通孔和去除制孔所形成的损伤的步骤。按照本发明提供的制备方法的一实施例，在所述电池衬底中定位形成通孔的步骤位于步骤(I)和(2)之间，去除制孔所形成的损伤的步骤通过步骤(2)中的制绒实现。按照本发明提供的制备方法的又一实施例，在所述电池衬底中定位形成通孔和去除制孔所形成的损伤的步骤位于步骤(5)和(6)之间。按照本发明提供的制备方法的再一实施例，在所述步骤￠)中，还包括在所述第一导电类型区域上形成第三电极，所述第三电极用于实现所述第二电极与互连条的电性连接。较佳地，在所述步骤(6)中，还包括在所述第二导电类型区域上形成连接电极， 所述连接电极用于连接所述主栅电极和所述副栅电极。其中，所述步骤(6)包括以下步骤(6a)在所述电池衬底的背面上构图印刷第三电极；(6b)构图印刷所述第二电极；(6c)构图印刷所述副栅电极；(6d)烧结；(6e)以低温固化型聚合体浆料构图印刷主栅电极和连接电极；以及(6f)固化。较佳地，所述烧结的峰值温度基本为800°C，所述固化的温度范围为 IOO0C -650O。
较佳地，在所述步骤(6)中，通过印刷并烧结形成所述第二电极、第三电极、副栅电极,并且通过玻璃料含量基本为O的浆料印刷并烧结形成所述主栅电极，所述主栅电极与所述电池衬底之间被烧结形成为非欧姆接触。按照本发明提供的制备方法的另一实施例，先印刷形成所述主栅电极，再印刷形成所述副栅电极。较佳地，所述第三电极与所述主栅电极同为银材质，所述第三电极与所述主栅电极同步印刷形成。按照本发明提供的制备方法的又一实施例，在所述步骤(6)中，通过银浆印刷并烧结形成所述主栅电极，并且在所述烧结过程中，在所述主栅电极与所述电池衬底之间形成用于实现所述主栅电极与所述电池衬底之间电性隔离的绝缘层。较佳地，所述银浆为含有玻璃料的银浆，所述绝缘层是玻璃介质层。按照本发明提供的制备方法的再一实施例，在步骤出)中，在所述电池衬底上印刷形成用于实现所述主栅电极与所述电池衬底之间的电性隔离的绝缘层。较佳地，在所述步骤(4)中，所述刻蚀为湿法刻蚀。其中，通过光刻刻蚀、机械打孔、激光打孔或电子束打孔形成所述通孔。按照本发明的另一方面，提供一种太阳电池组件，所述太阳电池组件包括以上所述及的任一种太阳电池，所述太阳电池之间通过互连条连接，并与前基板、背板以及密封粘结层进行层压及装框后形成。本发明的技术效果是，通过在主栅电极与电池衬底之间形成非欧姆接触或者绝缘层，以实现所述电池正负极的电性隔离。因此，不需要另外通过激光等方法刻蚀形成隔离槽；并且，形成于第一导电类型区域之上的第二导电类型区域仅在电池衬底正面形成即可。 因此，太阳电池制备方法简单、并且因省去形成隔离槽的步骤而使电池制备组件的碎片率低。
从结合附图的以下详细说明中，将会使本发明的上述和其它目的及优点更加完全清楚。图I是现有技术的MWT背接触太阳电池的结构示意图；图2是按照本发明实施例的MWT背接触太阳电池的背面结构的局部示意图；图3是图2所示实施例的MWT背接触太阳电池的局部截面结构示意图；图4是图3中A所指示区域的放大结构示意图，其中图4(a)为其中一实例，图4(b) 为其中另一实例；图5是按照本发明提供的第一实施例的MWT背接触太阳电池的制备方法过程示意图；图6至图11是按照图5所示制备方法过程的结构变化示意图；图12是按照本发明提供的第二实施例的MWT背接触太阳电池的制备方法过程示意图；图13是按照本发明提供的第三实施例的MWT背接触太阳电池的制备方法过程示意图14至图19是按照图13所示制备方法过程的结构变化示意图；图20是按照本发明又一实施例的MWT背接触太阳电池的背面结构的局部示意图；图21是图20所示太阳电池的电极的制备方法过程实施例示意图。
具体实施例方式下面介绍的是本发明的多个可能实施例中的一些，旨在提供对本发明的基本了解，并不旨在确认本发明的关键或决定性的要素或限定所要保护的范围。容易理解，根据本发明的技术方案，在不变更本发明的实质精神下，本领域的一般技术人员可以提出可相互替换的其它实现方式。因此，以下具体实施方式
以及附图仅是对本发明的技术方案的示例性说明，而不应当视为本发明的全部或者视为对本发明技术方案的限定或限制。在附图中，为了清楚起见，有可能放大了层的厚度或者区域的面积，但作为示意图不应该被认为严格反映了几何尺寸的比例关系。并且，在附图中，相同或相似的要素采用相同的标号表不。本发明中的“太阳电池的正面”是指电池工作时接收太阳光照射的一面，即光接收面，而本发明中的“太阳电池的背面”是指与“太阳电池的正面”相反的一面。图2所示为按照本发明实施例的MWT背接触太阳电池的背面结构的局部示意图。 图3所示为图2所示实施例的MWT背接触太阳电池的局部截面结构示意图。结合图2和图 3所示对本发明的太阳电池作详细说明如下。该实施例的MWT背接触太阳电池100基于电池衬底110形成。在该实施例中，选择P型单晶硅片作为电池衬底，这样，在该实施例中，第一导电类型区域为P型，第二导电类型区域η型。电池衬底的材料类型并不是限制性的，例如电池衬底110还可以为多晶硅材料或其他类型的太阳电池基体材料。太阳电池的电池衬底110的具体形状也不受图示实施例限制。如图3所示，在该实施例中，电池衬底110中包括衬底本身提供的P型半导体区域 112以及对电池衬底110的正面掺杂形成的η型半导体区域111，具体地，可以通过对电池衬底110的P型单晶硅片的正面进行η型掺杂以形成P型半导体区域112和η型半导体区域111。η型半导体区域111的厚度范围可以为O. I微米至I微米。ρ型半导体区域112与 η型半导体区域111共同形成太阳电池的pn结，η型半导体区域的电流通过太阳电池的正面的副栅电极130以及背面的主栅电极150引出，ρ型半导体区域112的电流通过太阳电池的背面电极160引出。参阅图3，太阳电池的正面120上形成若干条副栅电极130，副栅电极130用于收集太阳电池的正面120所产生的电流。常规地，副栅电极130之间平行设置，副栅电极130 之间的间距和副栅电极130本身的宽度不受本发明限制。通常地，副栅电极130是以银浆丝网印刷而成，在该实施例中，副栅电极130是形成在正面的η型半导体区域111表面上并与η型半导体区域电性连接，从而可以收集其电流。为形成MWT背接触太阳电池，在副栅电极130对应所在位置的衬底上，可以形成若干个穿透电池衬底110 (也即穿过η型半导体区域111和P型半导体区域112)的通孔140。 每条或某些副栅电极130上，相隔一定距离后会与主栅电极150交叉连接，主栅电极150可以有效地汇集并引出副栅电极130收集的电池正面的电流。在该发明中，在副栅电极130与对应主栅电极150的连接处，设置通孔140，并且通孔140的内表面的电池衬底的导电类型为P型导电类型，主栅电极150绕穿通孔140从电池衬底的背面190引出。通孔140可以通过光刻刻蚀、机械打孔、激光打孔、电子束打孔等方法形成。参阅图2和图3，主栅电极150可以通过银浆丝网印刷或钢网印刷而成，多条主栅电极150并行按列形成于太阳电池的背面190，主栅电极150包括背面部分150a和绕穿部分150b，二者均是通过一体化印刷形成，其中，背面部分150a设置在ρ型半导体区域112之上，绕穿部分150b设置在η型半导体区域111之上，优选地，绕穿部分150b设置在所述通孔中并延伸至η型半导体区域111之上，从而实现与副栅电极130的连接(大致如图3所示的结构)，这样可以避免副栅电极130的电极材料进入通孔140中而与通孔140的ρ型半导体区域111形成欧姆接触。每条主栅电极150可以是连续地，也可以为非连续的，本领域技术人员可以根据具体设计要求选择，在该实施例中，每条主栅电极150是非连续的(如图 2所示)，也即由多个块状主栅电极构成。另外，太阳电池的背面上还形成第二电极，即背面电极160。根据太阳电池的基本原理，背面电极160和主栅电极150之间是需要电性隔离的 (即pn结的正极和负极之间不能直接电性接通)。因此，通过通孔140引至电池衬底110 的背面的主栅电极150需要与电池衬底电性隔离。图4所示为图3中A所指示区域的放大结构示意图，其中图4(a)为其中一实例， 图4(b)为其中另一实例。主栅电极150与电池衬底110的电性隔离(也即太阳电池的正负电极的电性隔离)可以通过两种方式实现第一种，如图4(a)所示，将通过银浆丝网印刷并烧结形成主栅电极150的实例中， 主栅电极150在通孔140的内表面处与电池衬底110 (例如ρ型半导体区域112)的接触为非欧姆接触，同样，主栅电极150与电池衬底110的背面的(例如ρ型半导体区域112)的接触也为非欧姆接触，这样，P型半导体区域112所产生的电流不会流向主栅电极150，从而不会与η型半导体区域111所产生的电流形成回路；优选地，银浆选择为玻璃(glass)料含量基本为O的银浆料。第二种，如图4(b)所示，通过在主栅电极150与电池衬底110之间设置绝缘层151 实现电性隔离，在该实例中，主栅电极150以浆料丝网印刷并烧结形成，绝缘层151可以通过印刷形成于通孔140的内表面或/和ρ型半导体区域112的背面表面上，从而在以银浆丝网印刷并烧结形成主栅电极150时，银浆不与电池衬底110直接接触，绝缘层151可以为不导电的非金属氧化物材料；另外，在烧结过程中，绝缘层151也可以通过在银浆与电池衬底110(例如ρ型半导体区域112)的接触区域自发地形成绝缘层151，优选地，银浆选择为含有玻璃(glass)料的浆料，玻璃料在银浆中的质量百分比范围为1% _80%，从而可以实现在烧结过程中，玻璃料成分会集中于电池衬底110与浆料的接触面处而形成薄层的玻璃介质层，也即绝缘层151。在以上第一种实例中，为尽最大可能地保证主栅电极150与电池衬底110之间能形成非欧姆接触，实现正负电极之间的电性隔离，优选地，电池衬底110的电阻率(例如P 型惨杂浓度)的范围为O. lohm. cm-20ohm. cm。继续如图2所示，优选地，在主栅电极150上设置若干镂空区域152，从而可以大大减小主栅电极金属与硅(也即P型半导体区域112)的接触面积，有效地降低金属与硅的复合率，进而提高太阳电池的转换效率。同时，设置镂空区也能大大减少主栅电极金属用量
10(例如银浆料)，从而降低太阳电池的成本。镂空区域152在该实施例中设置为方块形状或圆形状，但是其具体形状是不受本发明实施例限制的，例如还可以为三角形等其他不规则形状等。镂空区域152在主栅电极上的位置以及形状大小以不影响主栅电极与通孔中金属的电性连接为原则。继续如图3所示，背面电极160直接形成在ρ型半导体区域112的背面表面上并与P型半导体区域112电性连接，从而可以将P型半导体区域112的电流通过太阳电池的背面电极160引出。优选地，为降低ρ型半导体区域112与背面电极160的接触电阻，如图 3所示，背面电极160具体地选择IIIA簇的金属元素作为背面电极材料(例如铝或者铝合金)，从而在烧结的过程中，铝元素可以扩散进入P型半导体区域112的表面区域、实现对其进一步进行P型掺杂，从而形成相对高掺杂浓度的区域180，使区域180易于与背面电极 160形成欧姆接触，并降低接触电阻，同时达到背面电场的效果；大部分背电极材料仍然保留在背面形成了铝背电场，也即背面电极160。需要说明的是，高掺杂浓度的区域180与ρ 型半导体区域112通常是没有如图3所示的明显界限的，这是由于以背面电极作为掺杂源时，根据扩散掺杂的特点，掺杂元素铝以浓度渐变方式扩散至P型半导体区域112中。继续如图3所示，在又一具体实施例中，太阳电池100还包括沉积在电池衬底110 正面的、η型半导体区域112之上的减反射层113。减反射层113可以为氮化硅等材料，其具体厚度范围可以为70-90纳米。通过设置减反射层113，可以进一步有效降低太阳电池表面的反射率，从而提高太阳电池的转换效率。需要说明的是，在以上实施例的太阳电池100 中，由于正负电极之间的隔离不需要通过激光形成隔离槽或者准湿法刻蚀形成隔离槽，相对于现有技术的太阳电池，其转换效率相对较高。参阅图2所示，在该实施例中，太阳电池100还包括设置于太阳电池背面上的第三电极161，其主要用来在制备组件时提供电池与电池之间的连接介质，用来提高电池与互连条的连接特性，有利于提高太阳电池相互连接形成太阳电池组件的连接可靠性。第三电极 161的数量可以根据连接强度要求以及使用的互连条的特性决定，其并不是限制性的。较佳地，第三电极161选择与主栅电极150相同的材料，例如银，从而在丝网印刷或钢网印刷过程形成主栅电极150的同时，可以同步构图形成，有利于进一步简化电池的制备工艺步骤， 从而降低太阳电池的制作成本。以下将具体说明图2、图3所示实施例的MWT背接触太阳电池的制备方法过程。图5所示为按照本发明提供的第一实施例的MWT背接触太阳电池的制备方法过程示意图。图6至图11所示为按照图5所示制备方法过程的结构变化示意图。以下结合图
5、图6至图11说明该实施例的制备方法过程，同时也对该MWT背接触太阳电池的具体结构作示意性地说明。首先，步骤S 10，提供具有第一导电类型的电池衬底。如图6所示，在该实施例中， 太阳电池是基于电池衬底110制备形成，选择P型单晶硅作为电池衬底110 (也即第一导电类型为P型)。具体地，P型单晶娃的电阻率范围可以为O. Iohm · cm-20ohm · cm,但其并不受本实施例限制。电池衬底110的正面120被太阳光照射，电池衬底110的背面190在电池工作时并不被太阳光照射。进一步，步骤S20，在电池衬底中定位形成通孔。如图7所示，在电池衬底110上形成若干个通孔140，通孔140从电池衬底的正面穿透至电池衬底的背面。通孔140可以光刻刻蚀、机械打孔、激光打孔、电子束打孔等方法形成，通常地，选择激光打孔形成。通孔140 的具体形状与所选择的制造工艺有关，例如，选择激光打孔时，形成如图7中所示的圆柱形的通孔。通孔140主要用于从背面引出主栅电极，其具体形状和大小不是限制性的。例如， 通孔可以选择大致为圆柱形或圆台形孔，其直径范围约为10微米至1000微米。通孔140 是形成于欲构图形成副栅电极的位置上，通过定位通孔140的位置，可以定位副栅电极130 与对应主栅电极150的连接处的位置。进一步，步骤S30，对电池衬底进行制绒和清洗，并去除制孔所形成的损伤。在该步骤中制绒工艺和清洗工艺的具体过程与常规的工艺基本相同。通过制绒，例如可以在电池衬底表面形成诸如金字塔形状的绒面(图中未示出)，从而有利于提高电池的转换效率；同时通孔140也被所形成的绒面粗糙化，这有利于改善浆料填充的可靠性。进一步，步骤S40，主要对电池衬底的正面进行第二导电类型的掺杂。如图8所示， 在该实施例中，对电池衬底110的正面进行η型掺杂(也即第二导电类型)，优选地，可以以两片电池衬底为一组，背对背地接触在一起，然后置于扩散炉中进行单面扩散，这样有利于提高产量。在该优选实例中，在对电池衬底正面进行掺杂时，不可避免地会对电池衬底110 的侧面及背面进行掺杂，例如通孔140的内表面将被掺杂，因此会形成如图8所示的电池衬底110表面的η型半导体区域111a。具体地，可以选择扩散掺杂、离子注入掺杂等方法进行掺杂。进一步，步骤S50，湿法刻蚀去除侧面及背面上的第二导电类型的掺杂区域。如步骤S40所描述，主要对电池衬底的正面进行掺杂时，不可避免地会在正面的η型半导体区域 111之外的地方(例如侧面)被同时掺杂。如图9所示，可以将电池衬底110浮于刻蚀液中，其中正面朝上，从而电池衬底110的正面不会被刻蚀，除正面的η型半导体区域外的其他η型区域(例如通孔的孔壁、衬底侧面和/或背面)将被刻蚀掉，从而形成正面上的η型半导体区域111。刻蚀液可以为各种能对硅进行刻蚀的溶液，其具体类型和成分不受本发明实施例的限制。另外需要说明的是，在该实施例中，当电池衬底110浮于刻蚀液中，由于液面表面张力的作用，在电池衬底110的正面边沿处，其会与刻蚀液接触而被刻蚀，因此在电池衬底110的正面的边角处的η型半导体区域会被部分地刻蚀(图中未示出)，也即η型半导体区域111的边沿边角将被部分地刻蚀，但是，其被刻蚀的区域是有限的。需要说明的是，通常湿法刻蚀过程中同时可以去除掺杂过程中在电池衬底110表面形成的磷硅玻璃层。进一步，步骤S60，在电池衬底的正面沉积减反射层。如图10所示，沉积在η型半导体区域111之上即衬底正面的减反射层113，其可以通过PECVD、APCVD等方法形成，减反射层113可以选择为氮化硅等材料，其具体厚度范围可以为70-90纳米。通过设置减反射层113,可以有效提闻太阳电池的转换效率。进一步，步骤S70，在所述电池衬底背面构图形成主栅电极和背面电极，并在所述电池衬底正面构图形成副栅电极。如图11所示，在该实施例中，可以选择用常规的丝网印刷或钢网印刷等工艺构图并烧结形成副栅电极130、主栅电极150和背面电极160。其中， 由于副栅电极130、主栅电极150和背面电极160之间的材料差异，其通常也是通过不同的丝网印刷或钢网印刷的构图步骤形成。优选地，以第一种银浆(例如玻璃料含量基本为O 的银浆)同时印刷形成主栅电极150和第三电极161 (此时第一种银浆会对通孔140进行填充)；然后再以铝浆丝网印刷背面电极160 ;然后再以第二种银浆(例如含有玻璃料)印刷形成副栅电极130，副栅电极130与主栅电极150的绕穿部分150b直接连接，从而使主栅电极150可以与副栅电极130形成良好的电学接触；并且避免了用于形成副栅电极130的第二种银浆进入孔140与ρ型半导体区域接触(形成副栅电极的银浆有可能会在烧结后有可能会与P型半导体区域形成欧姆接触)；最后可以统一烧结形成。因此在该优选实例中， 主栅电极150和第三电极160可以同时形成，这样有利于简化工艺，从而降低制造成本。另外，优选地，在丝网印刷形成主栅电极时，还可以通过设置网版的图案、以在印刷形成主栅电极150时同时形成若干镂空区域152 (如图2中所示)，从而可以大大减小主栅电极金属与硅(也即P型半导体区域112)的接触面积，有效地降低金属与硅的复合，进而提高太阳电池的转换效率。同时，设置镂空区也能大大减少主栅电极金属用量(例如银浆料)，从而降低太阳电池的成本。镂空区域152在主栅电极上的位置以及形状大小遵循不影响主栅电极与通孔中金属的连接的原则。为实现主栅电极150与电池衬底110的电性隔离，在该步骤S70中，可以通过两种方式实现第一种方式，结合图4(a)所示，将通过银浆丝网印刷并烧结形成主栅电极150的过程中，主栅电极150所使用的第一种银浆为玻璃料含量基本为O的银浆，主栅电极150与电池衬底110 (例如ρ型半导体区域112)之间被烧结为接非欧姆接触；第二种方式，结合图4(b)所示，将通过银浆丝网印刷并烧结形成主栅电极150的过程中，在该实例中，银浆选择为含有玻璃(glass)料的浆料，玻璃料的在银浆中的质量百分比范围为1% _80%，从而可以实现在烧结过程中，玻璃料集中于电池衬底110与浆料的接触面处，从而形成薄层的玻璃介质层，也即绝缘层151 ;该绝缘层151形成于电池衬底110 和主栅电极150之间，从而可以实现主栅电极150与电池衬底110之间的基本绝缘隔离。需要说明的是，在银浆中，包括功能相、粘结相和载体相，粘结相通常为玻璃料，玻璃料的主要成分通常为Si02、PbO、B2O3等无机氧化物，其能将功能相的银粉颗粒粘结在一起，并使导电银层与硅片表面牢固地结合起来。玻璃料的作用机理为在太阳电池与导电银浆高温烧结过程中，无机氧化物的玻璃料熔化并腐蚀硅基薄减反射膜形成窗口，并与硅表面牢固的附着在一起。因此，在高温烧结下银原子与硅原子按一定比例互融熔后形成银硅合金，从而会使银浆所形成的银电极和硅基之间形成欧姆接触。在上述第一种方式中，当主栅电极150所使用的第一种银浆玻璃料含量基本为O时，银浆所形成的主栅电极150将不会与电池衬底形成欧姆接触，并使主栅电极150与其所直接接触的电池衬底之间保持电性隔离。进一步需要说明的是，本发明中，银浆中“玻璃料含量基本为O”并不仅仅限定为玻璃料的质量百分比含量绝对为O的情形，本领域技术人员应当理解到，在主栅电极150在形成过程中不形成类似银硅合金的情况下，玻璃料含量基本为O可以包括存在正偏差的情形，例如，玻璃料的质量百分比含量为(0^+0.5%)时，或者是所加玻璃料添加剂不具备所述玻璃料的功能，由于不会形成欧姆接触，玻璃料含量被理解为基本为O。还需要说明的是，在印刷形成副栅电极130、主栅电极150、背面电极160所使用的浆料中，还可以包括所掺杂的合金元素。例如，银浆中掺杂其它金属元素形成银合金电极， 铝浆中掺杂其它金属元素形成铝合金电极。
至此，图3所示实施例的MWT背接触太阳电池基本形成。图12所示为按照本发明提供的第二实施例的MWT背接触太阳电池的制备方法过程示意图。对比图12和图5，第二实施例的制备方法与第一实施例的制备方法的差异仅在于步骤S65，步骤S65是用来实现主栅电极150与电池衬底110的电性隔离，形成图4 (b)所示的实例的结构。在该实施例中，不同于第一实施例中的烧结自发形成绝缘层151的方式， 是通过另外单独步骤S65构图形成的。在步骤S65中，在欲形成主栅电极的电池衬底上构图形成绝缘层151。具体地，绝缘层151可以通过印刷构图形成于通孔140的内表面和ρ型半导体区域112的背面表面上，从而在步骤S70中，以银浆丝网印刷并烧结形成主栅电极150时，银浆不与电池衬底110 直接接触，从而实现主栅电极150与电池衬底110的之间的电性隔离。优选地，绝缘层151 的边缘部分延伸超出欲形成的主栅电极150的与电池衬底(例如ρ型半导体区域112)的接触区域，防止主栅电极150在边缘部分与电池衬底(例如ρ型半导体区域112)的直接接触。绝缘层151的厚度范围可以为I微米-50微米。在图12所示制备方法过程中，其它过程基本与图5基本相同，在此不再一一赘述。图13所示为按照本发明提供的第三实施例的MWT背接触太阳电池的制备方法过程示意图。相比于图5所示第一实施例的制备方法过程，其主要差异在于通孔形成步骤的工艺顺序变化。图14至图19所示为按照图13所示制备方法过程的结构变化示意图。以下结合图13、图14至图19进一步说明该实施例的制备方法过程。首先，步骤S11，提供具有第一导电类型区域的电池衬底。如图14所示，结构与图 6相一致，在该实施例中，步骤Sll与第一实施例的步骤SlO相同，在此不再赘述。进一步，步骤S21，对电池衬底进行制绒和清洗。进一步，步骤S31，主要对电池衬底的正面进行第二导电类型的掺杂。如图15所示，在该实施例中，步骤S31与第一实施例的步骤S40基本相同，在此不再赘述。进一步，步骤S41，湿法刻蚀去除侧面及背面上的第二导电类型的掺杂区域。如图 16所示，在该实施例中，步骤S41与第一实施例的步骤S50基本相同，在此不再赘述。进一步,步骤S51,在电池衬底的正面沉积减反射层。如图17所示，η型半导体区域111之上正面沉积的减反射层113，其可以通过PECVD、APCVD等方法形成，减反射层113 可以选择为氮化硅等材料，其具体厚度范围可以为70-90纳米。进一步，步骤S61，在所述电池衬底中定位形成通孔，并去除制孔所形成的损伤。进一步，步骤S71，在所述电池衬底背面构图形成主栅电极和背面电极，并在所述电池衬底正面构图形成副栅电极。如图19所示，结构与图11相一致，在该实施例中，步骤 S71与第一实施例的步骤S70相同，主栅电极150与电池衬底110的电性隔离同样可以通过步骤S70中对应描述的两种方式实现，在此不再赘述。至此，图3所示实施例的MWT背接触太阳电池基本形成。需要说明的是，综合图5和图12所示实施例，本领域技术人员根据可以将通孔形成步骤以及去除制孔所形成的损伤的步骤置于制备电极之前的任何两个步骤之间。需要说明的是，在又一实施例中，也可以在步骤S61和步骤S71之间增加图12所示实施例中的步骤S65，以实现主栅电极150与电池衬底110的电性隔离。图20所示为按照本发明又一实施例的MWT背接触太阳电池的背面结构的局部示意图，结合参见图2。在该实施例中，是以上所述的第一种方式实现太阳电池的正负电极之间的电性隔离，也即主栅电极150与电池衬底110之间不存在介质层，而是二者之间直接形成非欧姆接触。但是，在直接形成非欧姆接触时，其中，使用不含玻璃浆料的银浆时，这种银浆在烧结形成主栅电极150以后，会存在主栅电极150的附着力较差的问题。因此，在该实施例中，在直接形成非欧姆接触时，也可以采用低温固化的方法替代现有的高温的方法来形成主栅电极150，优选地采用含有树脂类材料的浆料(例如银浆)来形成主栅电极150， 从而保证主栅电极150与电池衬底之间的附着力。但是，由于树脂类材料的浆料与用于形成副栅电极等的浆料是不能同时高温烧结的，因为高温烧结会对树脂类材料的化学特性发生变化，从而达不到保证附着力的技术效果。因此，在该图实施例中，先高温烧结第二电极 160、第三电极161和副栅电极130，再低温固化形成主栅电极150。在以上先形成副栅电极 130再形成主栅电极150的情况下，为保证副栅电极的浆料不进入通孔中，副栅电极离通孔相对较远，副栅电极与主栅电极的之间的连接可靠性会进一步存在问题，因此，在电池衬底 110的正面上增加用于连接主栅电极的绕穿部分150b与副栅电极130的连接电极170，从而在解决附着力问题时能同时避免主栅电极150和副栅电极130之间的连接可靠性问题。相比图3所示实施例的太阳电池和图20所示实施例的太阳电池，其主要差异在于电极的结构，因此，图20所示的实施例的太阳电池的制备方法过程相比于图5、图12或图 13所示的太阳电池的制备方法过程，其主要差异之处在于步骤S70或步骤S71。因此，对其制备方法的相同之处不再一一赘述，以下进一步对电极的形成步骤进行详细说明。图21所示为图20所示太阳电池的电极的制备方法过程实施例示意图。制备形成图10或图18所示结构后，进一步执行以下步骤以形成太阳电池的电极。首先，步骤S710，在所述电池衬底的背面上构图印刷第三电极(如图2所示的 161)。在该实施例中，形成第三电极161所使用的浆料为含有玻璃料的银浆。进一步，步骤S720，构图印刷背面电极(如图20所示的160)。在该实施例中，背面电极160可以采用铝浆印刷以形成铝背电场。进一步，步骤S730，构图印刷副栅电极(如图20所示的130)。在该实施例中，形成副栅电极130的浆料采用含有玻璃料的浆料(例如晶体硅太阳电池正面副栅电极所用的银浆)。在印刷副栅电极时，为避免副栅电极所使用的浆料进入通孔140中与电池衬底接触而形成欧姆接触，副栅电极被构图线段形式，也即副栅电极在通孔附近被断开(在图2所示实施例中，副栅电极可以连续地形成在通孔的主栅电极之上)，副栅电极与通孔140之间的距离保持一定范围以使副栅电极所使用的浆料在印刷时难以进入通孔140。进一步，步骤S740，高温烧结。在该实施例中，与常规的电极烧结工艺相同，烧结的峰值温度基本在800°C左右。因此，第三电极161、背面电极160以及副栅电极131形成进一步，步骤S750，以低温固化型聚合体浆料构图印刷主栅电极(如图20所示的 150)和连接电极(如图20所示的170)。在该实施例中，由于副栅电极在通孔处断开，通过在通孔140中填充浆料难以形成连接副栅电极的主栅电极150，也即主栅电极的绕穿部分 150b与副栅电极130的连接的可靠性难以得到保证，因此，需要印刷形成连接电极170，连接电极170被构图于主栅电极的绕穿部分150b和副栅电极130之间，可以较好地连接主栅电极和副栅电极。另外，为保证主栅电极150和电池衬底之间的附着力、连接电极(170)和电池衬底之间的附着力，二者均选择了低温固化型聚合体浆料(例如含有树脂类材料的银浆)，这种浆料可以在低温烘干条件下(100-650°C)实现浆料中的树脂类或其它类有机聚合体完成固化，形成导电的具有一定机械、力学性能的电极，并且该电极与娃表面牢固的结合，具有良好的附着力，同时为银导电提供通道。低温固化过程中，银与硅未形成合金，不会形成欧姆接触。进一步，步骤S760，低温固化。在该实施例中，由于含有树脂类材料的浆料会在高温条件下失去其提高附着力的特性，因此必须采用相对较低的温度来固化主栅电极160和连接电极170，固化的温度的选择主要以考虑以下因素(a)防止在固化条件下使已烧结的副栅电极、背面电极等进一步烧结而被烧坏；(b)树脂类材料所能容忍的高温条件。优选地，“低温”的范围为100-650°C，其相对低于高温烧结的问题温度。至此，图20所示的太阳电池的电极基本形成。需说明的是，图21中步骤S710至S730的顺序可以进行互换，即可以先进行步骤 S720印刷背面电极或S730印刷副栅电极，然后再进行步骤S710印刷第三电极。以多个图2和图3所示的MWT背接触太阳电池或这多个图20所示的MWT背接触太阳电池，可以组装形成太阳电池组件，结合图2所示，将多个MWT背接触太阳电池通过互连条连接形成电池组串，然后加上前基板(通常为玻璃)、背板以及密封粘结层经过层压及装框步骤即可形成具有一定功率输出的太阳电池组件。需要说明的是，以上所有实施例中，均是基于电池衬底为ρ型导电类型进行说明的。但是，本领域技术人员悉知，电池衬底也可以选择为η型导电类型，同样相似的太阳电池结构也可以制备形成。当电池衬底为η型导电类型时，电池衬底包括设置在其背面的η 型半导体区域以及设置在其正面的P型半导体区域，其中副栅电极与P型半导体区域直接连接，主栅电极设置于电池背面，背面电极相应地为与η型半导体区域电性连接。以上例子主要说明了本发明的MWT背接触太阳电池、各种制备方法及其太阳电池组件。尽管只对其中一些本发明的实施方式进行了描述，但是本领域普通技术人员应当了解，本发明可以在不偏离其主旨与范围内以许多其他的形式实施。因此，所展示的例子与实施方式被视为示意性的而非限制性的，在不脱离如所附各权利要求所定义的本发明精神及范围的情况下，本发明可能涵盖各种的修改与替换。
权利要求
1.一种金属绕穿型背接触太阳电池，其包括电池衬底，包括第一导电类型区域和第二导电类型区域，所述第二导电类型区域与第一导电类型区域分别位于所述电池衬底的正面和背面，所述第二导电类型区域与第一导电类型区域形成PN结；构图形成于所述第二导电类型区域之上并与所述第二导电类型区域电性连接的副栅电极；穿过所述电池衬底的通孔，所述通孔的内表面的导电类型为第一导电类型；基于所述通孔与所述副栅电极连接的、构图形成于所述第一导电类型区域之上的主栅电极；以及构图形成于所述第一导电类型区域之上并与所述第一导电类型区域电性连接的第二电极；其中，所述主栅电极与所述电池衬底的接触为非欧姆接触，或者所述主栅电极与所述电池衬底之间还设置有绝缘层。
2.如权利要求I所述的金属绕穿型背接触太阳电池，其特征在于，所述主栅电极包括背面部分和绕穿部分，所述背面部分设置在所述第一导电类型区域之上，所述绕穿部分设置在所述通孔中并延伸至第二导电类型区域上与副栅电极电性连接。
3.如权利要求I所述的金属绕穿型背接触太阳电池，其特征在于，所述主栅电极是通过玻璃料含量基本为O的浆料印刷并烧结形成的。
4.如权利要求3所述的金属绕穿型背接触太阳电池，其特征在于，所述主栅电极为银材质。
5.如权利要求I或3所述的金属绕穿型背接触太阳电池，其特征在于，所述太阳电池还包括形成在所述电池衬底正面的用于连接所述主栅电极和所述副栅电极的连接电极。
6.如权利要求5所述的金属绕穿型背接触太阳电池，其特征在于，所述主栅电极和所述连接电极均通过低温固化形成。
7.如权利要求I或2或3所述的金属绕穿型背接触太阳电池，其特征在于，所述主栅电极设置成连续的或不连续的。
8.如权利要求I或2或3所述的金属绕穿型背接触太阳电池，其特征在于，所述主栅电极中设置有镂空区域。
9.如权利要求I或2或3所述的金属绕穿型背接触太阳电池，其特征在于，还包括形成于所述第二导电类型区域之上的减反射层。
10.如权利要求I或2或3所述的金属绕穿型背接触太阳电池，其特征在于，所述第一导电类型区域为P型半导体区域，所述第二导电类型区域为η型半导体区域。
11.如权利要求10所述的金属绕穿型背接触太阳电池，其特征在于，所述第二电极为铝材质，所述第二电极与所述第一导电类型区域形成欧姆接触。
12.如权利要求I所述的金属绕穿型背接触太阳电池，其特征在于，所述太阳电池还包括构图形成于所述第一导电类型区域之上的第三电极，所述第三电极与所述第二电极电性连接。
13.如权利要求12所述的金属绕穿型背接触太阳电池，其特征在于，所述第三电极与所述主栅电极同步印刷形成。
14.如权利要求I所述的金属绕穿型背接触太阳电池，其特征在于，所述绝缘层是通过在所述通孔内表面上以及在所述第一导电类型区域的背面上构图印刷形成的，所述绝缘层的边缘部分延伸超出主栅电极与电池衬底的接触区域。
15.如权利要求I所述的金属绕穿型背接触太阳电池，其特征在于，所述主栅电极是通过银浆印刷并烧结形成的，所述绝缘层是所述银浆与所述电池衬底在所述烧结过程中形成的。
16.如权利要求15所述的金属绕穿型背接触太阳电池，其特征在于，所述银浆为含有玻璃料的银浆，所述绝缘层是烧结过程中形成的玻璃介质层。
17.—种如权利要求I至16任一项所述的金属绕穿型背接触太阳电池的制备方法，其特征在于，其包括步骤(1)提供具有第一导电类型区域的电池衬底；(2)对所述电池衬底进行制绒和清洗；(3)对所述电池衬底的正面进行第二导电类型的掺杂以形成第二导电类型区域；(4)刻蚀以去掉除所述正面以外的第二导电类型的掺杂区域；(5)在所述电池衬底的正面沉积减反射层；以及(6)在所述第一导电类型区域上构图形成主栅电极以及第二电极，并在所述电池衬底的正面构图形成副栅电极；其中，在步骤(I)至￠)中的任意两个步骤之间还包括在所述电池衬底中定位形成通孔和去除制孔所形成的损伤的步骤。
18.如权利要求17所述的制备方法，其特征在于，在所述电池衬底中定位形成通孔的步骤位于步骤(I)和(2)之间，去除制孔所形成的损伤的步骤通过步骤(2)中的制绒实现。
19.如权利要求17所述的制备方法，其特征在于，在所述电池衬底中定位形成通孔和去除制孔所形成的损伤的步骤位于步骤(5)和(6)之间。
20.如权利要求17所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤(6)中，还包括在所述第一导电类型区域上形成第三电极，所述第三电极用于实现所述第二电极与互连条的电性连接。
21.如权利要求20所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤(6)中，还包括在所述第二导电类型区域上形成连接电极，所述连接电极用于连接所述主栅电极和所述副栅电极。
22.如权利要求21所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(6)包括以下步骤(6a)在所述电池衬底的背面上构图印刷第三电极；(6b)构图印刷所述第二电极；(6c)构图印刷所述副栅电极；(6d)烧结；(6e)以低温固化型聚合体浆料构图印刷主栅电极和连接电极；以及(6f)固化。
23.如权利要求22所述的制备方法，其特征在于，所述烧结的峰值温度基本为800°C， 所述固化的温度范围为100°C -650°C。
24.如权利要求20所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤(6)中，通过印刷并烧结形成所述第二电极、第三电极、副栅电极，并且通过玻璃料含量基本为O的浆料印刷并烧结形成所述主栅电极，所述主栅电极与所述电池衬底之间被烧结形成为非欧姆接触。
25.如权利要求17或24所述的制备方法，其特征在于，先印刷形成所述主栅电极，再印刷形成所述副栅电极。
26.如权利要求20所述的制备方法，其特征在于，所述第三电极与所述主栅电极同为银材质，所述第三电极与所述主栅电极同步印刷形成。
27.如权利要求17所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤(6)中，通过银浆印刷并烧结形成所述主栅电极，并且在所述烧结过程中，在所述主栅电极与所述电池衬底之间形成用于实现所述主栅电极与所述电池衬底之间电性隔离的绝缘层。
28.如权利要求27所述的制备方法，其特征在于，所述银浆为含有玻璃料的银浆，所述绝缘层是玻璃介质层。
29.如权利要求17所述的制备方法，其特征在于，在步骤(6)中，在所述电池衬底上印刷形成用于实现所述主栅电极与所述电池衬底之间的电性隔离的绝缘层。
30.如权利要求17所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤(4)中，所述刻蚀为湿法刻蚀。
31.如权利要求17所述的制备方法，其特征在于，通过光刻刻蚀、机械打孔、激光打孔或电子束打孔形成所述通孔。
32.一种太阳电池组件，其特征在于，所述太阳电池组件包括多个如权利要求I至16任一项所述的太阳电池，所述太阳电池之间通过互连条连接，并与前基板、背板以及密封粘结层进行层压及装框后形成。
全文摘要
本发明提供一种金属绕穿型(MWT)背接触太阳电池、制备方法及其组件，属于光伏技术领域。该MWT背接触太阳电池包括设置在电池衬底的背面的第一导电类型区域和设置在所述电池衬底的正面的第二导电类型区域，副栅电极，通孔，主栅电极以及第二电极；其中，所述主栅电极与所述电池衬底的接触被设置为非欧姆接触，或者在所述主栅电极与所述电池衬底之间还设置绝缘层，以实现所述电池正负极的电性隔离。因此，该太阳电池制备方法简单、转换效率高、并且省去形成隔离槽的步骤，对应电池制备组件的碎片率低。
文档编号H01L31/04GK102610666SQ20111003135
公开日2012年7月25日 申请日期2011年1月20日 优先权日2011年1月20日
发明者周杰, 宋剑, 张光春, 杨健, 王玉林, 艾凡凡, 蔡昭, 陈如龙 申请人:无锡尚德太阳能电力有限公司
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