用于连接具有铝膜作为背触点的太阳能电池的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于连接太阳能电池的方法，其中，(a)用含有Zn

A method for connecting a solar cell with an aluminium film as a back contact

The invention relates to a method for connecting a solar cell, in which, (a) zinc is used.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于连接具有铝膜作为背触点的太阳能电池的方法太阳能电池通常包含半导体器件，该半导体器件包括第一半导体材料、第二半导体材料和位于这两种半导体材料之间的过渡区域(例如也称为pn结)。可以对这些半导体材料中的一种予以掺杂，或者也可以对这些半导体材料中的每一种予以掺杂。通过与第一半导体材料电连接的第一金属触点和与第二半导体材料电连接的第二金属触点，可以量取在太阳能电池中所产生的电压。金属触点之一可以安置在太阳能电池的正面或前侧面上(通常称为前触点)，而另一金属触点位于单体电池的背面上(通常称为背触点)。替代地也已知如下太阳能电池：对于这种太阳能电池，各金属触点仅仅例如以梳式叉指结构的形式位于太阳能电池背面上。在这种仅仅背面接触的太阳能电池中，可以减小遮暗效应。在太阳能电池比如硅-太阳能电池的背面上的电触点(背触点)往往大面积地通过丝网印刷铝浆而覆设。为了连接(例如以电串联连接的形式)多个太阳能电池，首先在背面上压印由银浆构成的焊盘，在这些焊盘上钎焊连接器。连接器的突伸的另一端钎焊到相邻的太阳能电池的正面上，从而产生了各太阳能电池的串联连接，成为所谓的太阳能电池串。一种成本低廉的背触点可以按如下方式产生：在太阳能电池的背面上布置金属膜，随后通过激光照射而局部地熔化，其中，金属膜在这些区域中与硅太阳能电池连接。在DE102012214253所述的设计中，在金属膜与太阳能电池之间在相邻区域内形成了填充有填充介质的空腔，金属膜在这些相邻区域内中不熔化，这为太阳能电池带来了有利的光学特性。有利地采用铝膜作为金属膜，因为在借助激光熔化所述膜时，在硅内形成了局部的p+高掺杂，这种高掺杂减少了剩余载流子在这些部位重新结合(所谓的局部的背表面场)。太阳能电池与铝膜-背触点电串联成太阳能电池串，这种串联比如对于制造太阳能电池模块来说是必需的，然而却是一种挑战，因为连接器由于很快在铝上形成的Al2O3层而不能传统地钎焊到铝上。M.Kamp等人的“Zincateprocessesforsiliconsolarcellmetallization”(SolarEnergyMaterials&SolarCells，第120期第332页，2014年)描述了一种方法，在该方法中，首先通过物理气相沉积把铝覆设在太阳能电池的背面上，随后该铝-背触点采用锌酸盐-方法用金属锌镀层。该金属锌层又用作Ni/Cu-金属层堆的电化学沉积的基底，在该金属层堆上钎焊小铜带。本专利技术的目的是，通过一种方法来连接太阳能电池，采用该方法可以尽可能简单且有效地将太阳能电池连接器固定在太阳能电池的金属触点上。另一目的是，提供连接的太阳能电池，其在太阳能电池的金属触点与太阳能电池连接器之间具有大的附着力。对附着力的改善应当尽可能不给其它特性比如太阳能电池的效率造成负担。该目的通过一种用于连接太阳能电池的方法得以实现，其中，(a)用含有Zn2+的碱性、水状介质单面地处理铝-膜，从而在铝-膜的被处理的侧面上沉积金属锌，并形成单面镀Zn的铝-膜；(b)把单面镀Zn的铝-膜通过其未处理的侧面覆设在第一太阳能电池的半导体器件的背面上，并局部地用激光束加热，从而使得铝-膜与半导体器件的背面连接，并且得到了镀Zn的铝-背触点；(c)通过金属连接器使得镀Zn的铝-背触点与第二太阳能电池的金属触点连接，其中，该金属连接器通过钎焊或粘接固定在镀Zn的铝-背触点上。在本专利技术的范畴内已发现，通过湿化学方法得到的镀锌的铝是一种用来固定金属连接器(比如小铜带)的很有效的衬底。可以实现连接器在太阳能电池的金属触点上的高的附着强度。省去在钎焊连接器之前把其它金属层(例如通过电镀)覆设在镀锌的铝上。确切地说，镀锌的铝已经形成用于钎焊或粘接连接器的合适的衬底。采用传统的软钎焊可以很好地实现覆设金属连接器，其中，得到了高的附着力以及在连接器与铝膜之间的微小的电的接触过渡电阻。(例如借助导电的粘接剂)粘接连接器也提供了高的附着力以及微小的电的接触过渡电阻。金属锌层的存在并不会不利地影响半导体材料和太阳能电池的效率。但如果采用以除锌以外的材料被镀层的铝膜来产生铝-背触点，则表明，太阳能电池的效率相比于未镀层的铝膜有所降低，也许是因为这些金属嵌入到了局部地高掺杂的区域中。令人惊奇地已发现，采用本专利技术的方法并未使得半导体材料特性(例如硅的特性)出现这种恶化。其可能的一个原因或许是，在铝膜的受热区域与太阳能电池的背面连接之前，沉积的锌蒸镀在被施加以激光束的区域中。通过这种方式，锌没有或者仅以可忽略不计的小浓度嵌入到太阳能电池的半导体器件中。如上已述，太阳能电池包含半导体器件，该半导体器件包括第一半导体材料、第二半导体材料和位于这两种半导体材料之间的过渡区域(例如也称为pn结)。可以对这些半导体材料中的一种予以掺杂，或者也可以对这些半导体材料中的每一种予以掺杂。通过与第一半导体材料电连接的第一金属触点和与第二半导体材料电连接的第二金属触点，可以量取在太阳能电池中所产生的电压。在本专利技术的范畴内，镀锌的铝-背触点形成这些金属触点之一。根据太阳能电池的种类而定(例如单晶的或非晶的硅-太阳能电池)，本领域技术人员基本上知道必须如何设计半导体器件(即要采用的半导体材料的种类、掺杂等)。太阳能电池优选是硅-太阳能电池，例如单晶硅-太阳能电池、多晶硅-太阳能电池、或非晶硅-太阳能电池。但本专利技术的方法也适合于连接其它太阳能电池，例如Ⅲ-Ⅴ-半导体-太阳能电池、Ⅱ-Ⅵ-半导体-太阳能电池、Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ-半导体-太阳能电池或有机太阳能电池。如本领域技术人员普遍公知的是，在连接太阳能电池时，这些太阳能电池通过金属连接器相互接触。金属连接器在此分别固定在相邻太阳能电池的金属触点之一上。所述连接可以是串联连接，或者也可以是并联连接。也可以把太阳能电池的串联连接与并联连接组合起来。如上已述，在本专利技术的方法的步骤(a)中，用含有Zn2+的碱性、水状介质单面地处理铝-膜，从而在铝-膜的被处理的侧面上沉积金属锌，并形成单面镀Zn的铝-膜。铝-膜的厚度例如处于0.5μm～50μm的范围内，优选处于2μm～20μm的范围内。这种铝-膜可在商业上得到。铝-膜优选具有至少80％(重量)、优选至少90％(重量)的铝含量。它可以是纯金属铝，或者是铝合金。金属铝的纯度可以沿较宽的范围变化，只要不会不利地影响导电性和/或机械特性。例如，铝含有在总量中占比小于1％(重量)、优选小于0.1％(重量)或小于0.01％(重量)的其它金属元素。如果铝-膜由铝合金制成，则该铝合金优选具有至少80％(重量)、优选至少90％(重量)的铝含量。本领域技术人员知道可以与铝熔成合金的合适的金属元素。优选地，用来处理铝-背触点的水状介质具有相当高的Zn2+浓度。在一种优选的实施方式中，碱性、水状介质中的Zn2+浓度为至少1.5％(重量)、优选至少2.0％(重量)、更优选至少3.0％(重量)，或者甚至至少4.0％(重量)。Zn2+以游离的形式存在，其方式例如为，使得Zn2+化合物在相对碱性的条件下(例如相对高的pH值)在水状介质中游离。Zn2+可以在碱性的条件下例如作为锌酸盐(例如[Zn(Ⅱ)(OH)4]2-或类似的含有Zn2+的形态)存在于水状介质中。这对于本领域技术人员来说本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于连接太阳能电池的方法，其中，(a)用含有Zn2+的碱性、水状介质单面地处理铝‑膜，从而在铝‑膜的被处理的侧面上沉积金属锌，并形成单面镀Zn的铝‑膜；(b)把单面镀Zn的铝‑膜通过其未处理的侧面覆设在第一太阳能电池的半导体器件的背面上，并局部地用激光束加热，从而使得铝‑膜与半导体器件的背面连接，并且得到了镀Zn的铝‑背触点；(c)通过金属连接器使得镀Zn的铝‑背触点与第二太阳能电池的金属触点连接，其中，该金属连接器通过钎焊或粘接固定在镀Zn的铝‑背触点上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.06.19 DE 102016210910.31.一种用于连接太阳能电池的方法，其中，(a)用含有Zn2+的碱性、水状介质单面地处理铝-膜，从而在铝-膜的被处理的侧面上沉积金属锌，并形成单面镀Zn的铝-膜；(b)把单面镀Zn的铝-膜通过其未处理的侧面覆设在第一太阳能电池的半导体器件的背面上，并局部地用激光束加热，从而使得铝-膜与半导体器件的背面连接，并且得到了镀Zn的铝-背触点；(c)通过金属连接器使得镀Zn的铝-背触点与第二太阳能电池的金属触点连接，其中，该金属连接器通过钎焊或粘接固定在镀Zn的铝-背触点上。2.如权利要求1所述的方法，其中，所述碱性水状介质含有浓度至少为1.5％(重量)的Zn2+；和/或其中，所述碱性水状介质附加地含有铁-阳离子、镍-阳离子、铜-阳离子或这些阳离子中的至少两种阳离子的组合。3.如权利要求1或2所述的方法，其中，金属锌在所述铝-膜上的沉积不通电地进行；和/或其中，沉积在所述铝-膜上的锌层具有在0.1μm～5μm范围内的厚度。4.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，用水状的含有Zn2+的介质处理所述铝-膜的侧面，该侧面的平均的表面粗糙度相比于对面的侧面较大。5.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在步骤(a)期间，把所述铝-膜保持在基本水平的位置，并且，所述铝-膜的在这种情况下向下朝向的侧面与水状的含有Zn2+的介质接触，由此用金属锌予以镀层。6.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述铝-膜相对于水状的含有Zn2+的介质优选以至少0.1m/min的相对速度移动。7.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在步骤(b)之前用碱性冲洗液冲洗单面地镀Zn的所述铝-膜至少一次；和/或其中，在步骤(b)之前对单面地镀Zn的所述铝-膜予以干燥。8.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述方法步骤(a)和可选的利用冲洗液的冲洗和/或对单面地镀Zn的所述铝-膜的干燥采用辊-对-辊-方法来执行。9.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在步骤(b)中，在所述半导体器件的边缘周围通过激光束局部加热单面地镀Zn的所述铝-膜，从而将所述铝-膜分开；和/或其中，在步骤(b)中，在步骤(c)中覆设所述金属连接器的所在区域内所述铝-膜的用激光束照射的面积份额，大于在所述金属连接器之外所述铝-膜的用激光束照射的面积份额。10.如前述权利要求中任一项所...

【专利技术属性】
技术研发人员：亨宁·纳格尔，乔纳斯·巴尔奇，马赛厄斯·坎普，马库斯·格拉特哈尔，马丁·格拉夫，简·奈卡达，
申请(专利权)人：弗劳恩霍夫应用研究促进协会，
类型：发明
国别省市：德国,DE