CN102318084B - 太阳能电池串及由其组成的太阳能电池模组 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种太阳能电池串，包含：由晶片衬底(10)构成的太阳能电池单元(1)，所述晶片衬底(10)带有平面电极接触段(11)；与太阳能电池单元(1)相邻的另一个太阳能电池单元(2)，所述太阳能电池单元(2)由另一块晶片衬底(20)构成，所述晶片衬底(20)带有另一个平面电极接触段(21)；沿延展方向(E)由太阳能电池单元(1)的电极接触段(11)向另一个太阳能电池单元的另一个电极接触段(21)延伸的至少一个带状单元连接件(3)，该至少一个带状单元连接件(3)具有单元连接件宽度(3b)和在与电极接触段(11、21)基本垂直的方向上的单元连接件厚度，通过该单元连接件(3)，太阳能电池单元(1)的电极(110)与另一个太阳能电池单元(2)的另一个电极(210)电气连接，其中，从太阳能电池单元(1)开始向着另一个太阳能电池单元(2)，带状单元连接件(3)的厚度(3d)沿着太阳能电池单元(1)的延展方向(E)至少分段地增加。

Description

太阳能电池串及由其组成的太阳能电池模组
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池串，其中包含多个相互间电气连通的太阳能电池单元。同时本发明还涉及由根据此发明制造的电池串所组成的太阳能电池模组。
背景技术
与薄膜太阳能电池模组所采取的单个电池单元通过单片互联构成模组的方式不同，晶片太阳能电池通常使用单元连接件以混合结构进行连接，例如以焊带的形式彼此间实现电气连接。如此多个彼此相连的太阳能电池单元通常被称为太阳能电池串，多个相邻安装、彼此电气相连的电池串构成一个太阳能电池模组。
这样一个太阳能电池串包括两个彼此相邻安装的太阳能电池单元，各由一个晶片衬底构成，各带有一个以汇流条形式出现的平面电极接触段，并在一个延展方向上至少带有一个连接相邻两个电池单元电极接触段的带状单元连接件。这一带状单元连接件具有一定宽度以及近乎垂直于电极接触段走向的一定厚度，它将相邻电池单元的电极相互电气连接起来。
为节约诸如硅等昂贵半导体材料的费用，制造太阳能电池单元的晶片衬底越来越薄。厚度明显小于500μm的衬底，例如300μm和160μm的衬底目前已很常见。这样的电池衬底从机械角度讲越来越脆弱。使用焊带这种带状单元连接件进行混合连接，在焊接过程中必然带来严重的机械负荷。例如由铜带制成的焊带，外层包裹软质焊料或易于焊接的金属层。金属焊带和硅的热膨胀系数差别很大，焊接后在冷却过程中所产生的机械应力足以导致晶片出现可见弯曲，甚至可能造成晶片断裂。为尽量减小这一机械应力，焊带的厚度应小于或等于所使用的晶片厚度。但是焊带越薄，其欧姆电阻越大。为平衡传导性能减弱的情况而加大焊带宽度的方法同样受到限制，因为焊带严重重叠，超出电池单元上的汇流条的宽度，会进一步缩小太阳能电池单元的光线入射区域。这样带来的电池能效下降从设计上是需要避免的。
发明内容
因此，本发明的目的在于，提供一种太阳能电池串，既可以应用薄晶片电池单元，又可以尽量降低因使用单元连接件进行电气连接对电池能效所带来的不良影响。
根据发明，带状单元连接件沿本太阳能电池单元到下一个电池单元的延展方向，厚度至少阶段性增加。
随单元连接件厚度的增加，晶片衬底须承受的机械应力会加大，而单元连接件的欧姆电阻会随之下降。由于连接件的厚度不是整体增加，而只是阶段性加厚，所以其造成的机械应力会限制在一定范围内。同时，单元连接件的串联电阻随之下降。
首选方式是沿太阳能电池单元的电流方向增加单元连接件厚度。其优势体现在导电面积随电流增加而扩大。
带状单元连接件厚度增长系数应介于1.5至3之间，理想值为2。这一系数范围在避免过度增加机械应力的同时，已经可以显著提高电池串中太阳能电池单元的能效。
首选方式是：电池串中的电极接触段由具有一定宽度的汇流条构成。常见的汇流条是钎焊在晶片衬底上金属触点。针对正面接触的晶片太阳能电池单元，如果汇流条的数量为两条，其宽度一般在2mm左右。如果汇流条的数量为三条，其宽度大约在1.5mm左右。
理想的单元连接件的宽度应大致小于或等于汇流条的宽度。这样，带状单元连接件在汇流条上安置的位置，可以正好只与太阳能电池的汇流条重叠。从而保证不会因为带状单元连接件遮挡部分光线入射面而造成太阳能电池能效降低。单元连接件宽度的选择从很大程度上取决于安装工序中单元连接件的定位精度。此外，宽度较窄的单元连接件，因受生产限制，容易出现轻微拱起。这对于走向平直的汇流条来说，完全将单元连接件重叠其上的难度就大大增加。
一种极为理想的设计方式是，带状单元连接件从其厚度方向上来看，包含多个彼此叠加的带状连接元件。这些连接元件沿延展方向在电池单元的叠加段上和相邻电池单元的叠加段上阶段性重叠。
同样，每一条带状连接元件的厚度最好小于或等于晶片衬底的厚度。通过这一厚度上的限制，可以将焊接工序中每条连接元件所带来的机械应力控制在可接受的范围内，从而避免了晶片衬底弯折或甚至断裂情况的发生。此外，使用如此轻薄的焊带作为连接元件，因其热容量低，从而在焊接过程中所需热能也较低。
对于由连接元件构成的带状连接件来说，首选设计是，其叠加段和下一个叠加段在电池单元上彼此相邻布置，并且占据每个电极接触段延展长度的10-80％，首选范围为25-35％。通过对长度的特别选择，可对出现的机械应力施加影响并理想适应周边环境条件。
无论何种制造方式，首选的太阳能电池单元应为带有光线入射面的正面接触电池，同时其光线入射面带有多个以汇流条形式构成的电极接触段，并逐一配有一条带状单元连接件。对于串联方式连接的太阳能电池串，其单元连接件的常见走向是由电池单元的正面到相邻电池单元的背面。
采用正面接触电池时，尤其适当的布局方式是，从电池光线入射面的俯视角度看，在多个带状连接元件中，有一个向相邻电池方向错开安装的下部带状连接元件，其位置位于沿电池单元电极接触段方向分布的一个上部连接元件下方。由多个带状连接元件组成的带状单元连接件的模块式构成方式，在这种布局安排下无法从光线入射面识别，从而使太阳能电池串从外观上看起来均衡协调。当然，也可将多种不同带状连接元件相互配合使用。如前文所述，带状连接元件可以是包裹了软质焊料和/或可焊接金属层的铜带。同样可以考虑使用不同种类的软质焊料。
前文描述的太阳能电池串尤其适用于制造太阳能电池模组。多个相互接通的太阳能电池串组成一个独立而且不受天气影响的太阳能电池模组。
附图说明
本发明的其它特征和属性将结合具体规格通过下图所示的一种具体制造方式进一步加以说明。
图1太阳能电池串侧视图图解，未按实际比例绘制；
图2沿图1中所示箭头II方向观看太阳能电池串的视图；以及
图3沿图1中所示箭头III方向观看太阳能电池串的视图。
具体实施方式
图1所示为一个未根据实际比例绘制的太阳能电池串，包含两个正面接触太阳能电池单元1、2，电池单元由厚度为10d、20d的晶片衬底10、20制成。在图1的侧视图中无法看到的太阳能电池单元1的正面电极和相邻的另一个电池单元2的背面电极通过带状单元连接件3彼此电气连通。带状单元连接件3的延展方向基本与太阳能电池串的延展方向E相同。每一个单元连接件3均通过一个电极接触段11与太阳能电池单元1的电极相连，通过另一个电极接触段21与另一个电池单元2的另外电极相连。单元连接件3由多个带状连接元件组成，这些元件沿连接件3的延展方向E来看互相错开排列，部分叠加。叠加部分位于太阳能电池单元1正面的叠加段111以及另一个电池单元2背后的叠加段211。
所有连接元件的厚度30d相同。因此，单元连接件3的厚度3d在叠加段111、211之外等同于一个单一带状连接元件30的厚度30d。在叠加段111、211当中，单元连接件3的厚度3d为连接元件30厚度30d的两倍。所以，单元连接件3的厚度3d沿延展方向E有阶段性增加。太阳能电池单元1、2的布局方式保证电池中的电流方向按照延展方向E流动。如此布局从一方面可以保证单元连接件3的传导横截面积会随着沿延展方向E不断增长的电流强度而增大。另一方面，由于单元连接件3的热容量小，焊接时所需的热能也就少，从而减低相邻晶片衬底10、20的热膨胀效应。所以，在焊接完成后，单元连接件3和晶片衬底10、20之间产生的机械应力就小。更高的导电能力加上更小的机械应力使太阳能电池在编入电池串后能效更高。
在此处显示的规格示例中，连接元件30的厚度30d跳跃式增长两倍。而如果采取持续增加单元连接件厚度的方法，也可以达到同样的预期效果。既可以在单元连接件3的整个长度上持续增加其厚度，也可以采取阶段性增厚的方式。
须明确说明的是，图1中所绘太阳能电池串的尺寸在延展方向E的垂直方向显著放大，同时在延展方向E的平行方向上显著缩小。衬底厚度10d、20d的首选厚度应小于500μm。常见选择例如300μm或150μm厚，边长(长x宽)若干厘米的晶片。与此相应，带状单元连接件3以及带状连接元件30的长度为若干厘米，同时其厚度30d小于或等同于前文所述的衬底厚度10d、20d。毫无疑问，一个太阳能电池串至少由两个相互连通的太阳能电池单元1、2组成。此类组装方式，如图1中显示，可以沿延展方向E多次重复。
图2为图1中所示太阳能电池串的俯视图，绘制角度为图1中箭头II所指方向。图中可见太阳能电池单元1、2的光线入射面及其上的正面电极110，此图为简易视图且未根据实际比例绘制。电极接触段11、11′为两个汇流条。正面带两个汇流条11、11′的太阳能电池单元，其汇流条宽度11b、11b′大约为2mm。带三个汇流条的设计中，汇流条的宽度较窄，约为1.5mm。如图所示，单元连接件宽度3b、3b′应小于汇流条宽度11b、11b′。这样即使存在装配误差，单元连接件也不会遮挡太阳能电池单元1上汇流条11、11′周边的光伏感应区域，从而避免影响电池能效。
图3为图1中所示太阳能电池串的一个视图，绘制角度为图1中箭头III所指方向。图中可见太阳能电池单元1、2的背面，此图为简易视图且未按实际比例绘制。如此处太阳能电池单元2的图中所示，单元连接件3、3′与电极210上的汇流条即电极接触段21、21′相连接。在太阳能电池串中，一般情况下可按此结构接通其它电池单元。
参照关系表：
1         太阳能电池单元
10        太阳能电池单元的晶片衬底
10d       衬底厚度
11、11′  电极接触段-汇流条
11b、11b′汇流条宽度
110       太阳能电池单元的电极
111       太阳能电池单元上的叠加段
2         相邻太阳能电池单元
20        相邻太阳能电池单元的晶片衬底
20d       衬底厚度
21、21′  相邻电极接触段-汇流条
21b、21b′汇流条宽度
210       相邻太阳能电池单元的电极
211       相邻太阳能电池单元上的叠加段
3、3′    带状单元连接件
3b、3b′  单元连接件宽度
3d        单元连接件厚度
30        带状连接元件
30d       连接元件的厚度
301       上部带状连接元件
302       下部带状连接元件
E         单元连接件的延展方向

Claims (11)

1.一种太阳能电池串，包含：
-由晶片衬底(10)构成的太阳能电池单元(1)，所述晶片衬底(10)带有平面电极接触段(11)；
-与太阳能电池单元(1)相邻的另一个太阳能电池单元(2)，所述太阳能电池单元(2)由另一块晶片衬底(20)构成，所述晶片衬底(20)带有另一个平面电极接触段(21)；
-沿延展方向(E)由太阳能电池单元(1)的电极接触段(11)向另一个太阳能电池单元的另一个电极接触段(21)延伸的至少一个带状单元连接件(3)，该至少一个带状单元连接件(3)具有单元连接件宽度(3b)和在与电极接触段(11、21)垂直的方向上的单元连接件厚度，通过该单元连接件(3)，太阳能电池单元(1)的电极(110)与另一个太阳能电池单元(2)的另一个电极(210)电气连接，
其特征在于，从太阳能电池单元(1)开始向着另一个太阳能电池单元(2)，带状单元连接件(3)的厚度(3d)沿着太阳能电池单元(1)的延展方向(E)至少分段地增加；
其中，从单元连接件厚度(3d)方向上看，带状单元连接件(3)包含多个彼此叠加的带状连接元件(30)，这些带状连接元件(30)沿延展方向(E)在太阳能电池单元(1)的叠加段(111)上以及另一个太阳能电池单元(2)的另一个叠加段(211)上分段重叠；
其中，太阳能电池单元(1、2)被设置成带有光线入射面的正面接触太阳能电池，同时其光线入射面带有多个以汇流条形式构成的电极接触段(11、11′、21、21′)，并逐一配有带状单元连接件(3、3′)；
其中，从上向下俯视太阳能电池单元(1)的光线入射面，在多个带状连接元件(30)中，有向另一个太阳能电池单元(2)方向偏移的下部带状连接元件(302)，其位置位于沿太阳能电池单元(1)电极接触段(11)方向设置的上部带状连接元件(301)的下方。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池串，其特征在于，单元连接件厚度(3d)沿电流方向增加。
3.根据权利要求1或2所述的太阳能电池串，其特征在于，带状单元连接件(3)的单元连接件厚度(3d)增大1.5倍至3倍，
4.根据权利要求3所述的太阳能电池串，其特征在于，所述带状单元连接件(3)的单元连接件厚度(3d)增大2倍。
5.根据权利要求1或2所述的太阳能电池串，其特征在于，电极接触段(11)和/或另一个电极接触段(21)由具有汇流条宽度(11b、21b)的汇流条构成。
6.根据权利要求5所述的太阳能电池串，其特征在于，单元连接件(3)的单元连接件宽度(3b)小于或等于汇流条宽度(11b、21b)。
7.根据权利要求6所述的太阳能电池串，其特征在于，带状单元连接件(3)在汇流条(11、21)上安置的位置使得该带状单元连接件(3)只与太阳能电池(1、2)的汇流条(11、21)重叠。
8.根据权利要求1所述的太阳能电池串，其特征在于，带状连接元件(30)的厚度小于或等于晶片衬底的厚度(10d)。
9.根据权利要求1或8所述的太阳能电池串，其特征在于，叠加段(111)和另一个叠加段(211)在太阳能电池单元(1、2)上彼此相邻布置，并且均占据相应电极接触段(11、21)伸展长度的10％-80％。
10.根据权利要求9所述的太阳能电池串，其特征在于，加段(111)和另一个叠加段(211)均占据相应电极接触段(11、21)伸展长度的25％-35％。
11.一种太阳能电池模块，包括多个互连的根据上述权利要求1、2或者8所述的太阳能电池串。
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