[发明专利]具有改进连线的可升级的光伏电池和太阳能电池板

说明书

技术领域

本发明的实施例大体上涉及光伏电池/太阳能电池和太阳能电池板制造。

背景技术

光伏(PV)电池或太阳能电池是将太阳光转换成直流(DC)功率的材料结(material junction)器件。结产生光电压，而器件的面积和其他参数决定了可用电流。实际的太阳能电池板在面积方面受到大小调整，以发送所需的功率量并优化其他应用参数。太阳能电池板是通过将若干个太阳能电池拼在一起产生的，这些太阳能电池的尺寸受到多个制造约束的优化以使制造成本尽可能低。所用的单独太阳能电池数目也是在电池板的工作电压和电流(I)之间进行折衷而确定的，因为连线(wiring)会产生电阻(R)并因此造成由P_L＝I²·R给出的功率损耗(P_L)。

PV系统的一种示例包括独立系统，所述独立系统大体上产生功率供直接使用或用于本地储存装置。另一种PV系统由适当的功率转换设备连接到传统的公共电网，以产生与传统的公共电网相容的交流(AC)电。总的来说，PV系统能够产生许多用途所用的功率，这些用途例如远程陆地应用、导航辅助的电池充电、通信设备、以及消费电子器件(例如计算器、手表、收音机等)。

通常的PV电池包括p型硅晶片或薄片，所述晶片或薄片通常厚度小于0.3mm，并在顶部具有n型硅薄层，从而形成p-n结来产生电场。在暴露于太阳光(由来自光子的能量组成)时，PV电池的p-n结产生成对的自由电子和空穴。p-n结的电场将自由电子和空穴分开，产生了电压。从n侧到p侧的电路使得在PV电池连接到电负载时，电子能够流动。功率是电压乘以电流所得的乘积，电流是电子和空穴复合时产生的。优化过的太阳能电池通常意味着以最低的成本来产生最大的功率。

取决于最终应用情况，可以考虑各种其他参数。例如，在形成p-n结之后，PV电池的一个或两个表面可以涂敷有适当的电介质。电介质层用于使表面复合最小化，并在正面提供了抗反射涂层以减小光子的反射损失。PV电池的底部通常涂敷有支撑金属(back metal)，提供了用于良好导电的触点以及高反射性。PV电池的正面(即面向太阳那侧)覆盖有面积最小化的金属触点网格，用于传输电流并使由于经过硅层的电阻而造成的电流损失最小化。触点网格对太阳光或光子造成一些阻挡是不可避免但可以尽量减小的。带有导电金属线图案的金属网格被用来收集电流。最终步骤是玻璃盖板，盖板保护PV电池并提供结构增强作用。

目前，太阳能电池和PV电池板是通过下述方式制造的：首先用许多小的硅薄片或晶片作为材料单元，并在将它们组装成根据各种触点方案或连线方案的PV模块和太阳能电池板之前，将其处理成单独的光伏电池。这些硅薄片通常是被锯切开的p型硼掺杂硅薄片，并被预先切割成将要使用的尺寸和大小(例如10cm×10cm，或者21cm×21cm)。最初，它们的尺寸是由可用的单晶硅尺寸得到的，但是铸造多晶硅和板条(castmulti-crystalline silicon and ribbon)技术的应用已经在形成电池所用薄板尺寸的选择方面以及制造优化方面带来了更多的自由度。

切割(锯切)或形成板条的操作会给预先切割的硅薄片表面留下损害，对硅薄片的两个表面都执行一个或多个刻蚀处理，从而从每个表面刻蚀去约10到20微米的厚度并在这些表面上提供表面纹路。接下来，通过热扩散或快速热扩散来形成n型掺杂的硅，例如通过穿透到多达最大约0.5微米深度的磷扩散来进行。然后，通过喷砂、等离子体刻蚀或激光切割，在硅薄片的边缘处执行p-n结隔离。另外，用由电介质材料(例如二氧化硅、二氧化钛、或氮化硅)制成的抗反射涂层的沉积层覆盖硅衬底的正面，该沉积层也可以作为对表面复合的阻挡。目前，氮化硅是优选的主要电介质膜。

通常，随后在PV电池工业中使用丝网印刷厚膜技术，来将金属材料(例如银等)的导电胶分层成为期望的图案，并将金属材料层沉积到硅薄片/衬底的表面以形成金属触点手指或连线通道。可以使用其他的薄膜技术用于形成触点或处理电极。经常在高温下把形成为触点的沉积金属层进行焙烧或烧结，从而形成与下方的硅材料直接接触的良好导体，并制成单一的PV电池。