CN101641800A - 串联连接光伏电池的方法、可用该方法串联连接的光伏电池和由该方法获得的模块 - Google Patents
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Abstract
一种以串联方式连接两个光伏电池(1a、1b)的方法，包括以下阶段：预先配置第一光伏电池(1a)和第二光伏电池(1b)，其电池类型均为包括光敏半导体层(2)，该光敏半导体层(2)具有前接触(3a、3b)和背接触(4)，其中前接触(3a、3b)和背接触(4)分别位于相对的表面；部分叠置两个光伏电池(1a、1b)导致第一光伏电池(1a)的背接触(4)至少部分叠置在第二光伏电池(1b)的前接触(3a、3b)上，从而实现该背接触(4)与前接触(3a、3b)之间的电接触。
Description
技术领域
本发明可应用于能源生产领域，以及尤其涉及由单晶硅或多晶硅制成的光伏电池的串联连接。
近来，环境和经济原因导致了能源生产来源的多样化。人门已经付出特别的努力致力于使用光伏技术获得来自太阳的辐射能量的资源。由于光伏技术的应用带来的有限的环境影响，和由于这种技术开发出了一种用之不竭的(即可再生的)能源，因此，这种技术备受青睐。
背景技术
众所周知，多种技术被用于制造光伏模块。目前市场上最广泛存在是由硅电池组成的模块，其中硅电池是单晶硅或多晶硅类型，这些模块广泛存在的原因是由于它们廉价且相对可靠。
这些电池由多片半导体材料组成，半导体材料实际上经常是硅的应用，特别是掺杂了元素周期表中III族或V族原子，从而形成p-n结。每一提供有足够的能量且射入该结的光子使得半导体中存在的一个电子从价带到导带，从而决定了电子-空穴对的存在，由于p-n结所导致的电场效应，该电子-空穴对不能复合。因此，在太阳辐射的存在下，产生了电子-空穴对的分离，以及随之在由p-n结细分开的电池的两个表面产生电势差。在这些面上，特别地预先设置了金属接触，其作为收集器(collector)。在该例子中，电池包括与结的p型区域相关联的后部电接触和与结n型区域相关联的前部电接触(上述区域的位置也可以相反)；这些接触限定了由电池自身组成的电压发生器(tension generator)的相反的极。在限定光伏电池的元件之间前部和后部的关系方面，在本申请文件中，“前部”是指更接近暴露于太阳光的器件表面的元件。
该后部电接触通常称作为背接触，其由均匀的导电层形成，该导电层一般由铝和银制成。上层(也称作为前接触)必须专门由导电迹线网格(conductivetrace lattice)组成，典型的由银制成。该迹线栅格必须具有这样的几何尺寸，其使得不影响半导体背层暴露于太阳辐射。电池的效率完全地且成比例地与电池表面未被上述栅格覆盖的面积相关。构成上接触的栅格包括多个非常细长的导电迹线(也称为指状物(fingers))，其覆盖电池的整个面，以及有限数量的连接至指状物的较大导电迹线(也称作为汇流条(busbar))，其是载荷收集器(load collector)。
光伏电池内部产生的电势差一般非常有限，在实际应用中优选使用多个面板，这些面板内部包括预设数量的串联连接的电池。
为了实现上述类型的两个光伏电池的串联连接，须建立两个电池中第一电池的前接触的汇流条和第二电池的背接触之间的电连接。
在已知的用于光伏电池串联连接的工艺中，上述连续的电池之间的电连接是通过多条金属条(string)(也称作带(ribbon))实现的，一般其数量和将被连接的电池中的汇流条的数量相等。通过焊接到两个邻接并且并置的电池的电接触上来约束这些带。一旦被应用，该带被固定在电池的汇流条中的一个上并被固定到邻接电池的背接触上。这两个焊接端在不同的平面上，该金属条包括未被束缚的管道(tract)，该管道倾斜地或垂直地延伸，以使得所述平面之间能够连接。在图1和图2中示出了光伏电池通过带串联连接，其中，带的附图标记为20。
在光伏电池板的工业制造中，各种电池的串联组装是自动化的，以及具有带的邻接电池的固定是通过称为tab-stringer(凸片穿线机)的机器完成的。尽管这些机器能够实现工艺过程的自动化，但是带的固定是组装中最复杂的部分。这种操作需要相当多的时间来执行，这样导致整个生产过程的高的吞吐时间。这种tab-stringer机器内在的机械复杂性地使得其特别容易出故障。
本发明的用于串联连接光伏电池的方法的目的是使得能够实现电池的组装而不需要凭借上述条的使用。
本发明的用于串联连接光伏电池的方法优点在于该方法通过快速的装配线容易实现自动化，并且该方法不易出现故障。
本发明的公开
本发明进一步的特征和优点将通过以下的参考附图以非限制性实例给出的详尽说明更好地阐述，在附图中：
图1是根据现有技术的利用带串联连接的两个光伏电池的俯视图；
图2是根据现有技术的串联连接的两个光伏电池的侧视图；
图3是根据本发明的光伏电池的透视图；
图4是两个如图3所示类型的光伏电池的透视图，其将要利用本发明的方法串联连接；
图5是利用本发明的方法串联连接的多个光伏电池的俯视图；
图6是利用本发明的方法串联连接的多个光伏电池的侧视图；
图7是排成数行的多个光伏电池的俯视图，其中利用本发明的方法将每一单独行的电池彼此串联连接。
参考两个光伏电池1a和1b的串联连接，本发明的方法包括以下已知阶段：预先配置第一光伏电池1a和第二光伏电池1b，该两个电池都具有这样的类型，其包括光敏半导体层2，该光敏半导体层2设置有安置在电池相反表面上的上电接触3a、3b(前接触)以及下电接触4(背接触)；在第二光伏电池1b的前接触3a、3b和第一光伏电池1a的背接触4之间建立电连接。该方法的特征在于，在所述光伏电池1的电接触3a、3b和4之间建立电连接的阶段包括这样的阶段：部分叠置这些电池，使得第一光伏电池1a的背接触4至少部分叠置在第二光伏电池1b的前接触3a、3b上，以及从而实现接触之间的电连接。
在根据上述阶段的电池的串联连接中，由于连续电池之间的电接触通过这两个电池的背接触和前接触之间的直接接触实现，因此不再需要邻接的电池之间的连接带。从上述的架构方法中消除了将带固定这一存在问题的操作。
有利地，串联连接的电池中的前接触3a、3b至少包括布置在所述前接触预先配置在其上的电池的第一周边边缘6附近的迹线接合部(trace junction)3a。接着，在部分叠置所述电池的阶段期间，第一电池的接触部分10叠置在迹线接合部3a上。在现有技术的讨论中提及，光伏电池1的下表面均匀覆盖有下导电层4，即，背接触；从而该背接触与导电迹线接合部3a的接触实现了所需的串联连接。有利地，上述的接触部分10是电池的侧部，其邻接于与第一周边边缘6相对的第二周边边缘7。接触部分10和迹线接合部3a之间的相对定位还使得能够容易地串联连接多于2个的光伏电池1，如将在以下内容中描述的。在尺寸和功能方面，迹线接合部3a和根据现有技术组装的电池中所使用的汇流条类似；迹线与在电池的上表面上展开的多个二级迹线或指状物3b连接。
有利地，本发明的连接方法还包括在上述的叠置配置中固定第一和第二光伏电池1a和1b的阶段。该阶段可以包括在两光伏电池的接触的部分之间插入固定物质8，在该示例中，在第一电池1a个体接触部分10的背表面和第二电池1b的迹线接合部3a之间插入。该固定物质8可以由具有固化特性的胶、粘结剂或膏构成，例如，通过在常温或其它温度，甚至高于80℃下的烧结而固化。基于显而易见的原因，所使用的固定物质在正常的环境温度下应当具有非常好的导电性是非常重要的。
除非该固定阶段非常小心和精确地完成，否则，上述的固定物质8会在接触部分10和迹线接合部3a之间的插入空间之外固化，从而导致同一电池的背接触4和前接触3a、3b之间短路的风险。为了消除上述生产缺陷，有利地，本发明的方法可以包括使第一光伏电池1a的前接触3a、3b与背接触4在其第二周边边缘7处电绝缘的阶段，以及使第二光伏电池1b的迹线接合部3a和背接触4在其第一周边边缘6处电绝缘的阶段。该电绝缘可以通过使用绝缘漆实现，或者通过使用例如激光燃烧器(laser burner)或者甚至使用其它已知系统烧灼边缘来实现。
显然，上述用于将两个光伏电池1a、1b串联连接的方法可以扩展用于任意数量的光伏电池1的串联连接。为了连接至少三个光伏电池，需要以下阶段：预先配置上述类型的多个光伏电池1；将预先配置的光伏电池1按序列排序；除了第一光伏电池1之外，使用前述的方法将电池1和该序列中前面的电池1串联连接。
考虑到单个电池的迹线接合部3a和接触部分10的相对定位，使用上述方法可以构成串联连接的多行光伏电池1，其中，行可以与其它平行的行如现有技术中那样通过横向指状物21以常规连接串联连接。通过迹线接合部3a的也相对于电池的行横向的定向，将便利于该横向指状物21的定位。
利用本发明的方法，光伏模块的生产容易实现自动化：例如在模块上放置光伏电池1的操作和目的在于在邻接的电池的接触之间建立电连接的在应用固定物质后将电池叠置的操作可以通过笛卡尔或拟人机器人进行而没有任何困难。
与现有技术的电池类似，根据上述方法串联装配的光伏电池1，包括光敏半导体层2，该光敏半导体层2设有布置在相对表面上的前接触3a、3b和背接触4，该前接触3a、3b包括迹线接合部3a，其连接至二级迹线3b。相对于已知的器件，该电池的特征在于该迹线接合部3a被安置在该电池的第一周边边缘6附近。
该光敏半导体层2优选由结晶硅制成。如在现有技术的描述中已经阐述过的，在该电池背部上的均匀的背接触4优选由铝和银制成，而前接触3a、3b仅由银制成。这些接触是使用丝网印刷工艺通过将基于银和铝的浆料直接沉积在该光敏层2上而获得的。
在附图所示的实施例中，迹线接合部3a沿着电池的第一周边边缘6线性展开，该电池呈现为方形的几何形状。电池也可以有不同的几何形状，例如矩形或八角形，而不改变该迹线接合部3a邻接该周边边缘的情形。在已示出的实施例中，该二级迹线或指状物3b是直的迹线且与迹线接合部3a垂直，并从电池的第一周边边缘6延伸至与第一周边边缘6相对的第二周边边缘7。根据本发明所描述的光伏电池的串联连接使得能够实现经济有利地制造光伏模块。
根据本方法实现的光伏模块将包括至少两个光伏电池1a、1b，所述光伏电池具有这样类型，其包括光敏半导体层2，该光敏半导体层2设有布置在相对表面上的前接触3a、3b和背接触4，所述至少两个光伏电池通过将第二光伏电池1b的前接触3a、3b部分叠置在第一光伏电池1a的背接触4上相互串联连接。
Claims (13)
1.一种用于串联连接两个光伏电池(1a、1b)的方法，包括以下阶段：
预先配置第一光伏电池(1a)和第二光伏电池(1b)，二者都是这样的类型，其包括光敏半导体层(2)，该光敏半导体层(2)设有布置在电池的相对表面上的前接触(3a、3b)和背接触(4)；
在第二光伏电池(1b)的前接触(3a、3b)和第一光伏电池(1a)的背接触(4)之间建立电连接；
其中在光伏电池的电接触(3a、3b，4)之间建立电连接的阶段包括这样的阶段：将这两个光伏电池(1a、1b)部分叠置，使得第一光伏电池(1a)的背接触(4)至少部分叠置在第二光伏电池(1b)的前接触(3a、3b)上，以及从而使得该背接触(4)与该前接触(3a、3b)之间电接触。
2.如权利要求1所述的用于串联连接两个光伏电池(1a、1b)的方法，其中所述光伏电池(1a、1b)的前接触(3a、3b)至少包括布置在电池的第一周边边缘(6)附近的迹线接合部(3a)，在部分叠置所述电池的阶段中，将该第一光伏电池(1a)的接触部分(10)叠置在该迹线接合部(3a)上。
3.如权利要求2所述的用于串联连接两个光伏电池(1a、1b)的方法，其中该第一光伏电池(1a)的接触部分(10)是侧面部分，其邻接该电池的第二周边边缘(7)，该第二边缘与所述第一周边边缘(6)对置。
4.如权利要求3所述的用于串联连接两个光伏电池(1a、1b)的方法，其中该方法包括如下阶段：通过在该第一光伏电池(1a)的接触部分(10)的下表面和该第二光伏电池(1b)的迹线接合部(3a)之间插入固定物质(8)，使该接触部分(10)的下表面固定至该迹线接合部(3a)。
5.如权利要求4所述的用于串联连接两个光伏电池(1a、1b)的方法，其中该固定物质(8)由导电膏构成，该导电膏能够通过在预定温度下烧结而固化。
6.如权利要求4或5所述的用于串联连接两个光伏电池(1a、1b)的方法，其中该方法包括如下阶段：利用绝缘漆，使该第一光伏电池(1a)的前接触(3a、3b)与背接触(4)在其第二周边边缘(7)处电绝缘，以及使该第二光伏电池(1b)的迹线接合部(3a)与背接触(4)在其第一周边边缘(6)处电绝缘。
7.如权利要求5或6所述的用于串联连接两个光伏电池(1a、1b)的方法，其中该方法包括如下阶段：通过烧灼该第一周边边缘(6)，使该前接触(3a、3b)与在该第二周边边缘(7)处的该第一光伏电池(1a)的背接触(4)电绝缘，以及使该迹线接合部(3a)与在该第一周边边缘(6)处的该第二光伏电池(1b)的背接触(4)电绝缘。
8.一种用于串联连接至少三个光伏电池(1)的方法，包括以下阶段：
预先配置多个光伏电池(1)，其类型为包括光敏半导体层(2)，该光敏半导体层(2)设有布置在电池的相对表面上的前接触(3a、3b)和背接触(4)；
按序列对所述光伏电池(1)排序；
对于除其中的第一个光伏电池之外的每一排序的光伏电池(1)，使该光伏电池(1)和序列中的在前的光伏电池(1)之间生成串联连接；
其中该光伏电池(1)和序列中的在前的光伏电池(1)之间的串联连接至少之一是使用如前面所述的权利要求所述的方法来实现的。
9.如权利要求8所述的用于串联连接至少三个光伏电池(1)的方法，包括在光伏模块上设置光伏电池(1)的阶段，通过机器人以自动化的工艺来完成在模块上设置电池的阶段、建立接触之间的电连接的阶段和部分叠置所述光伏电池的阶段。
10.一种可通过前述权利要求之一的方法串联组装的光伏电池(1)，包括光敏半导体层(2)，该光敏半导体层(2)设有布置在相对表面上的前接触(3a、3b)和背接触(4)，该前接触(3a、3b)包括连接至二级迹线(3b)的迹线接合部(3a)；其中，该迹线接合部(3a)布置在所述电池的第一周边边缘(6)的附近。
11.如权利要求10所述的光伏电池，其中该迹线接合部(3a)沿着该电池的该第一周边边缘(6)线性展开。
12.如权利要求11所述的光伏电池，其中该二级迹线(3b)是直的且与该迹线接合部(3a)垂直，并从该电池的第一周边边缘(6)延伸至第二周边边缘(7)，其中该第二周边边缘(7)与第一周边边缘(6)相对。
13.一种根据权利要求1至9其中之一所述的用于串联连接光伏电池的方法所形成的光伏模块，其中该模块包括至少两个光伏电池(1a、1b)，该光伏电池具有这样的类型，其包括光敏半导体层(2)，该光敏半导体层(2)设有布置在相对表面上的前接触(3a、3b)和背接触(4)，所述光伏电池通过将该第一光伏电池(1a)的前接触(3a、3b)至少部分叠置在该第二光伏电池(1b)的背接触(4)上串联连接。
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