[發明專利]硅電池與片式反向二極管集成的太陽電池組件及制備方法

有效

• 申請號: 201610160295.8
• 申請日: 2016-03-21
• 公開（公告）號: CN105679864A
• 公開（公告）日: 2016-06-15
• 發明（設計）人: 韓培德;梁鵬
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: H01L31/0443
• 分類號: H01L31/0443;H01L31/18
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 湯保平

技術領域

本發明涉及可再生能源領域，尤其涉及一種對陰影不敏感的太陽電池組件和集成了反向保護二極管的太陽電池及制備方法。

背景技術

常規的反向保護二極管是電力電子器件，其耐壓高，整流特性好，正向電流大，一般以小的半導體管芯配合金屬封裝而成，外形成柱狀或塊狀。由于成本高、且外形上無法與太陽電池片集成，目前每個電池組件的電池(約60片)分3組，穿過背板配上3個反向二極管，以保護組件內電池。然而，太陽電池的低開路電壓需要以串聯的形式連接成組件，因此，組件對陰影和不均勻光極為敏感。為了減小陰影影響，人們采用了最大功率點跟蹤的方法(MPPT)，即直流變壓+算法+芯片控制技術。這一技術從開始的電站級、組串級、發展到目前的組件級。組件級的MPPT也叫優化器，每個組件配有3個，通過將電池切半、分3串混合串并聯，以維持組件輸出電壓不變。

由電池集成單元連接成的組件則是智能的、對陰影不敏感的、且組件輸出是最大化的、也是最大功率點跟蹤最大化(MPPT)發展的最高階段。因此在分布式發電過程中，電站會減少發電損失，并可通過增加非均勻的反射光來增加發電，從而幫助電站所有者增加收益至少10％，回收電站成本時間大為縮短。本發明擬開發一種每片電池與二極管反向集成的太陽電池組件，這種集成是在常規太陽電池背光面貼有片式硅反向保護二極管，兩者基底的型號相反，并通過金屬連接，作為電池的功率輸出端口；而片式硅反向保護二極管的另一電極與太陽電池迎光面電極連接，作為電池的另一個功率輸出端口。這一技術是革命性的，在降低成本普及后，它的市場非常大，這對全國乃至全球的光伏企業和市場都將起到巨大的推動作用。

發明內容

單片電池輸出的電壓低，而有用的功率則是高電壓和低電流，例如民用電路中電壓為220V、而電流＜10A，所以光伏組件必須以電池串聯的方式來提高組件的輸出電壓。

然而，電池串聯的方式要求每個電池輸出電流一致，也就是在太陽電池質量相同的前提下光照均勻，如果有一片電池的光照受到遮擋，整個組件就會以這個電池的低電流輸出，因此，陰影及光不均勻對光伏組件的輸出功率影響很大。

片式硅二極管成本低，可以在現有硅太陽電池產線上制備，再將其切割出來，其成本可以降低到現有硅太陽電池的二百分之一。片式硅反向保護二極管與硅太陽電池背光面金屬連接，不遮擋太陽光，不影響太陽電池發電，不影響硅太陽電池組件封裝，與現有硅太陽電池在厚度上匹配，可以組成最佳功率輸出的硅太陽電池組件。通過在片式硅反向保護二極管摻雜層周邊加入一道或多道反型摻雜線圈，并與襯底型號一致，就可以阻斷pn結邊緣損傷所帶來的漏電，提高并聯電阻，降低暗電流。

最好的方式就是給每個電池配備一個反向二極管進行保護，再配以串聯的光伏組件系統。因此，暗電流小、整流特性好的硅電池與片式硅反向二極管集成的太陽電池組件是本發明的目標。

為達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的：

本發明公開了一種硅電池與片式反向二極管集成的太陽電池組件，其特征在于，該太陽電池組件是由多(幾十到上百)個集成電池單元混合串并聯組成。所謂集成電池單元，其特征在于，由常規硅太陽電池與片式硅反向保護二極管連接構成，可以是背部連接，如圖1-2所示。也可以是并排連接。而混合串并聯，其特征在于，組件內所有集成電池單元串聯排列，或者將電池切半，以兩串列并聯排列。整個組件對陰影不敏感，并可以通過不均勻反射光來增加發電。

在常規硅太陽電池背光面上附著一個片式硅反向保護二極管。當其中所述的常規硅太陽電池是以p型硅為襯底1、發射極為n型摻雜層2時，則片式硅反向保護二極管由n型硅襯底5、p型摻雜層6，n型隔離區7，磷基金屬8，與p型硅接觸的金屬電極9，與n型硅接觸的金屬電極10組成，參見圖1，電極9與電極3連接后形成輸出端B，電極10與電極4連接后形成另一個輸出端A。

所述硅摻雜區，其邊緣有1至5個n型隔離區7和磷基雜質漿料8，以防止二極管受邊緣漏電的影響。

在常規硅太陽電池背光面上附著一個片式硅反向保護二極管。當其中所述的常規硅太陽電池是以n型硅為襯底11、發射極為p型摻雜層12時，則片式硅反向保護二極管由p型硅襯底15、n型摻雜層16，p型隔離區17，鋁基金屬18，與n型硅接觸的金屬電極19，與p型硅接觸的金屬電極20組成，參見圖2。電極19與電極13連接后形成輸出端E，電極20與電極14連接后形成另一個輸出端F。

所述硅摻雜區，其邊緣有1至5個p型隔離區17和鋁基金屬18，以防止二極管受邊緣漏電的影響。