CN102884635B - 具有特殊汇流条形状的太阳能电池，含有所述太阳能电池的太阳能电池安排，以及用于生产太阳能电池的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及太阳能电池(1)，包括衬底(2)、半导体层(3)、在半导体层(3)的第一表面(5)上的第一汇流条(4)、以及在半导体层(3)的第二表面(7)上的第二汇流条(6)，其中沿连接线(8)，第一汇流条(4)具有接触点(9，9’)，所述接触点具有垂直于连接线(8)的最大宽度bImax，电流收集区(10)被设置在连接线上(8)的接触点之间，该电流收集区在接触区(11)中与接触点(9，9’)接触，其中该接触区(11)在连接线(8)的两侧具有两个外点(P1)以及(P2)，这两个外点垂直于连接线(8)的距离定义了电流收集区(10)的最大宽度bSmax，其中bImax>bSmax，并且从一个接触点(9)开始直到邻接接触点的(9’)的电流收集区(10)的宽度b首先在两个内点(P3)以及(P4)之间减少到最小宽度bSmin，并然后再次增加直到邻接接触点(9’)增加到最大宽度bSmax’。
Description
本发明涉及具有特殊汇流条形状的太阳能电池、含有所述太阳能电池的太阳能电池安排、以及用于生产太阳能电池的方法。
太阳能电池通常由板形半导体材料例如来自单晶或多晶硅的半导体材料形成的层结构组成。在此情况下半导体材料形成p-导电基底。薄n-导电层(所谓的发射极)通过磷光体的向内扩散在表面上产生。与基底的接触通常依靠完全施加在表面上的铝层来做出。经狭窄指形件做出与发射极的接触，该指形件由一个或多个所谓的汇流条被一个在另一个下面地互连。由于金属指形件以及汇流条不容许光进入其中做出接触的电池的区域，而过小数目和宽度的指形件提高串联电阻，因此指形件以及汇流条必须被构造从而使得电损耗以及遮蔽损耗被最小化。
通常，汇流条被以条带形设计，该汇流条一般具有范围从1.5到2mm的均匀宽度。通过将太阳能电池的汇流条与金属导电带(也被表示为接触带、焊接带或内部连线)，太阳能电池被通常地电气互连。一般地，接触带被焊接到汇流条上。实际上，主要使用比太阳能电池板的汇流条更宽的接触带。这样的原因是例如在汇流条上定位接触带的不准确性，以及接触带变形的例子(所谓的军刀)。如果汇流条的宽度等于接触带的宽度，则这些效应导致另外的遮蔽，并因此导致更高的额外功率损耗。
对于太阳能电池上的汇流条(也被表示为汇流条电极)的形状及其依靠接触带的连接，一些变体是已知的。
因此，JP2006270043A描述了太阳能电池模块，该模块能够防止太阳能电池元件上汇流条电极的内部引线脱落，同时电输出功率增加。为此，太阳能电池模块具有太阳能电池元件，该太阳能电池元件带有用于从其表面移除电力的汇流条电极，以及在几乎其全部长度被电气连接到汇流条电极的内部引线。内部引线的结构被形成为其尖端被成形为最薄部分。
JP2008282990A以及WO08/139787A1描述了在汇流条电极和从汇流条电极延伸的多个指状电极被装配在半导体衬底第一主要表面上的情况下的太阳能电池。汇流条电极含有第一导电部分以便将其连接到内部连线，并含有被连接到第一导电部分的旁路部分，该旁路部分的一部分未连接到内部连线。
DE102007062689A1描述了用于太阳能电池的触点和电流收集电极的设计，该设计具有以并联方式在太阳能电池的前侧上以相对小的间隔排列的薄电流收集指形件，并形成由金属例如铜、铝制作的保持焊接在接触带上的单独连接点组成的行，以便从太阳能电池移除电流。在此情况下，单独连接点的行基本以到电流收集指形件的直角在直线上被形成，并且若干并联指形件在连接点的区域中两侧被分别集合在一起，并且所形成的连接可以被连接到金属接触带。
JP2006266262A(WO07/122897A)描述了带有内部连线的太阳能电池、太阳能电池模块，以及用于生产太阳能电池模块的方法。汇流条电极和集电极在光接收表面上被提供，并且内部连线被连接到汇流条电极的顶面。由于该太阳能电池，汇流条电极比内部连线更宽，并且在其中内部连线未连接的汇流条电极顶面宽度方向上的区域中具有无焊剂的部分。
US2009/277491A描述了含有半导体衬底的太阳能电池，该半导体衬底具有第一主要表面。在第一主要表面上提供的是汇流条电极和从汇流条电极延伸的多个线性指状电极。汇流条电极含有被连接到内部连线的第一连接部分，以及未连接到内部连线的第二不连接部分。第一连接部分以及第一不连接部分以交替方式被排列。
与该背景相反，本发明的目标是在效应例如接触带的定位错误以及军刀效应不导致功率损耗的情况下提供太阳能电池。
根据本发明，该目标通过具有合适的独立专利权利要求的特征的太阳能电池，通过用于生产合适的独立权利要求的该太阳能电池的方法，并通过包括所述太阳能电池的太阳能电池安排被实现。本发明太阳能电池的优选实施方案在合适的从属专利权利要求中被阐述。本发明方法的优选实施方案与本发明太阳能电池的优选实施方案相对应并反之亦然，即使不在此被明确陈述。
本发明的主题因此是太阳能电池，包括衬底、半导体层、在半导体层的第一表面上的第一汇流条、以及在半导体层的第二表面上的第二汇流条，其中沿连接线，第一汇流条具有接触点，该接触点具有垂直于连接线的最大宽度bImax，并且在该最大宽度bImax之间具有被分别设置在连接线上的电流收集区，该电流收集区在接触区中与接触点接触，该接触区在连接线的两侧具有两个外点P1以及P2，这两个外点垂直于连接线的间距定义了电流收集区的最大宽度bSmax，其中bImax>bSmax，并且从一个接触点开始直到邻接接触点的电流收集区的宽度b首先在两个内点P3以及P4之间减少到最小宽度bSmin，并然后再次增加直到邻接接触点增加到最大宽度bSmax’。
在太阳能电池的优选实施方案中，bImax以及bSmax之间的比率在从1.1到15的范围内，特别优选在从1.3到10的范围内。
此外，当bSmax以及bSmin之间的比率在从1.05到20的范围内，特别优选在从1.1到15的范围内时是优选的。
在太阳能电池的进一步优选实施方案中，在bImax与两个接触点之间的间距d之间的比率在从2到30的范围内，特别在从5到20的范围内。
接触点可以具有不同的几何形状。圆圈形以及有角形状是可能的。优选的圆圈形是圆形以及椭圆形。优选的有角形状是四边形或六边形。根据本发明，优选接触点被设计为圆形。
接触点被至少部分地配备有导电材料。
接触点可以优选具有断流器。这通常意味着仅接触点的一部分具有导电材料。然而，接触点的仅一些具有断流器也是可能的。例如，断流器可以是圆形表面，从而使得导电材料被设置在围绕该圆形表面安排的环带中。然而，用于断流器的其它几何形状是可能的，包括网格结构。
在本发明的太阳能电池的优选实施方案中，在穿过点P1和点P3的第一直线与穿过点P2和点P4的第二直线之间的角度α在从3到50°的范围内，点P1和P3以及点P2和P4特别优选在从5到45°的范围内，并非常特别优选在从8到40°的范围内分别被安排在连接线的同一侧。
由于任何希望的几何形状对于接触点之间电流收集区的轮廓是可能的，因此第一以及第二直线可以是假想直线。因此，在点P1和P3之间的区域以及在点P2和P4之间的区域可以是直线的或弯曲的。在点P1和P3之间的区域以及在点P2和P4之间的区域是优选基本直线的。首先，基本直线意味着在点P3以及在点P4的直线的斜率的量值优选稍小于在点P1或P2的量值，因此，从P1开始，电流收集区的宽度优选初始直线减少到弯曲区域在点P2周围区域中毗连处，此后电流收集区的宽度再次线性增加直到下个接触点。
在点P1到接触点的第一切线与在点P2到接触点的第二切线之间的角度β优选在50和150°之间的范围内，尤其优选在70和130°的范围内。
根据本发明，太阳能电池的接触点以及电流收集区含有导电胶是优选的。太阳能电池可以依靠丝网印刷通过印刷导电胶即通过金属化来获得。作为对此的替代或附加，有可能的是以不同方式例如通过电镀来提供层。
在本发明的太阳能电池中，衬底通常是透明盘，例如由玻璃或聚碳酸酯优选由玻璃制作。
通常，除了衬底、半导体层以及汇流条之外，本发明的太阳能电池也包括进一步的层，例如单层或多层膜、减反射层(例如由氮化硅制作)，和/或进一步的保护膜(例如由乙烯醋酸乙烯酯聚合物制作)。
给定沿连接线的100到200mm×100到200mm的大小，根据本发明的太阳能电池通常具有8到15个优选10到13个接触点。在此情况下接触点优选具有尺寸在从1到2mm的范围内的大小，并且是例如带有1和2mm优选从1.3到1.7mm特别是1.4到1.6mm之间直径的圆形区域。
此外，本发明的主题是用于生产上述太阳能电池的方法，包括以下步骤：在包括衬底、半导体层、在半导体层的第一表面上的第一汇流条、以及在半导体层的第二表面上的第二汇流条的太阳能电池上，第一汇流条被应用到半导体层的第一表面，从而使得沿连接线，第一汇流条具有接触点，该接触点具有垂直于连接线的最大宽度bImax，并且在该最大宽度bImax之间具有被分别设置在连接线上的电流收集区，该电流收集区在接触区中与接触点接触，该接触区在连接线的两侧具有两个外点P1以及P2，这两个外点垂直于连接线的间距定义了电流收集区的最大宽度bSmax，其中bImax>bSmax，并且从一个接触点开始直到邻接接触点的电流收集区的宽度b首先在两个内点P3以及P4之间减少到最小宽度bSmin，并然后再次增加直到邻接接触点增加到最大宽度bSmax’。
此外，本发明的主题是太阳能电池安排，其中上述太阳能电池的至少两个通过依靠接触带将第一太阳能电池上的第一汇流条连接到邻接太阳能电池上的第二汇流条以导电方式被互连。
在本发明的优选实施方案中，接触点的最大宽度bImax与接触带的宽度bKB之间的比率在0.5和2.0之间的范围内，更优选在0.6和1.5之间的范围内。
太阳能电池安排特别可以是串形的太阳能电池的直线安排，或用于太阳能模块的二维安排。
焊接方法通常被应用于用接触带的帮助将第一太阳能电池上的第一汇流条连接到邻接太阳能电池上的第二汇流条。根据本发明可以被使用的焊接方法特别包括红外焊接、热空气焊接、火焰焊接、感应焊接、冲压焊接(带有热焊接尖端、热焊接钳具或相似物的接触焊接)，或激光焊接。
本发明具有太阳能电池可以用更有效的方式被互连以便形成太阳能电池安排例如串或模块的优点。遮蔽损耗以及通常的功率失配可以用该方式被最小化。
本发明的进一步详情从本发明的太阳能电池、本发明的太阳能电池安排，以及本发明的方法的非限制示例性实施方案的以下描述显现。在此情况下参考图1到3。
图1示出了在两个接触点依靠电流收集区沿连接线被互连的情况下来自本发明的太阳能电池的汇流条的剖面的平面图。
图2示出了本发明的太阳能电池安排的侧面图，其中三个太阳能电池被串联地电气互连。
图3示出了在接触点依靠电流收集区沿连接线被分别互连的情况下本发明的具有三个汇流条的太阳能电池的平面图。
图1示出了来自本发明的太阳能电池的第一汇流条4的剖面的平面图，其中两个接触点9、9’依靠电流收集区10沿连接线8被互连。
第一汇流条4特别地沿连接线8具有接触点9、9’，带有垂直于连接线8的最大宽度bImax。分别被设置在连接线8上接触点9、9’之间的是在接触区11中与接触点9、9’接触的电流收集区10，接触区11在连接线8的两侧具有两个外点P1以及P2，这两个外点垂直于连接线8的间距定义了电流收集区(10)的最大宽度bSmax，其中bImax>bSmax。从一个接触点9开始直到邻接接触点9’的电流收集区的10宽度b首先在两个内点P3以及P4之间减少到最小宽度bSmin，并然后再次增加直到邻接接触点增加到最大宽度bSmax’。
在图1中所示实施方案的情况下，在bImax与bSmax之间的比率在从1.3到10的范围内，bSmax与bSmin之间的比率在从1.1到15的范围内，并且在bImax与两个接触点9、9’之间的间距d之间的比率在从5到20的范围内。
在图1中，左边的接触点9被配置为圆形，特别是实心圆形，而右边的接触点9’被配置为带有圆形断流器12的圆形，即被设计为环带。
在图1中所示实施方案中，在穿过点P1和点P3的第一直线16与穿过点P2和点P4的第二直线17之间的角度α在从8到40°的范围内，点P1和P3以及点P2和P4分别被安排在连接线8的同一侧。<
第一直线16以及第二直线17在这里展示了从外点P1以及P2开始的电流收集区10的宽度的直线减少。在点P3以及点P4的区域中，直线变平，从而使得电流收集区10在这里比基于直线的直线轮廓所期望的更宽。
在图1的汇流条的情况下，在点P1到接触点9的第一切线13与在点P2到接触点9的第二切线14之间的角度β在70和130°之间的范围内。
在图1的实施方案中，接触点9、9’以及电流收集区10含有导电胶，该导电胶依靠丝网印刷通过印刷导电胶被应用。
图2示出了太阳能电池安排的侧面图，其中三个太阳能电池1、1’以及1”被串联电气互连。每个太阳能电池1、1’以及1”都包括在这里是玻璃板的衬底2、半导体层3、在半导体层3的第一表面5上的第一汇流条4、以及在半导体层3的第二表面7上的第二汇流条6。接触带15分别连接两个邻接太阳能电池。在图2中，为此接触带15将太阳能电池1的第二汇流条6连接到太阳能电池1’的第一汇流条4。此外，接触带15将太阳能电池1’的第二汇流条6连接到太阳能电池1”的第一汇流条4。太阳能电池的串联连接以该方式被实现。
图3示出了在12个接触点9、9’等依靠电流收集区10沿连接线8被分别互连的情况下具有三个第一汇流条4的本发明的太阳能电池1的平面图。接触带15被示出，其将太阳能电池1经三个第一汇流条4连接到邻接太阳能电池(未在此示出)。
Claims (12)
1.一种太阳能电池(1)，包括衬底(2)、半导体层(3)、在该半导体层(3)的第一表面(5)上的第一汇流条(4)、以及在该半导体层(3)的第二表面(7)上的第二汇流条(6)，其特征在于，沿连接线(8)，该第一汇流条(4)具有接触点(9，9’)，该接触点具有垂直于该连接线(8)的最大宽度bImax，并且在该最大宽度bImax之间具有被分别设置在该连接线(8)上的电流收集区(10)，该电流收集区在接触区(11)中与该接触点(9，9’)接触，该接触区(11)在该连接线(8)的两侧具有两个外点P1以及P2，这两个外点垂直于该连接线(8)的间距定义了该电流收集区(10)的最大宽度bSmax，其中bImax>bSmax，并且从一个接触点(9)开始直到邻接接触点(9’)的该电流收集区(10)的宽度b首先在两个内点P3以及P4之间减少到最小宽度bSmin，并然后再次增加直到该邻接接触点(9’)增加到最大宽度bSmax’，其中，所述接触点(9，9’)为圆形，并且所述电流收集区(10)在点P1和P3之间是直线的或者弯曲的。
2.如权利要求1所述的太阳能电池(1)，其特征在于，bImax以及bSmax之间的比率在从1.1到15的范围内。
3.如权利要求1或2所述的太阳能电池(1)，其特征在于，bSmax以及bSmin之间的比率在从1.05到20的范围内。
4.如权利要求1或2所述的太阳能电池(1)，其特征在于，在bImax以及两个接触点(9，9’)之间的间距d之间的比率在从2到30的范围内。
5.如权利要求1或2所述的太阳能电池(1)，其特征在于，该接触点(9，9’)具有断流器(12)。
6.如权利要求1或2所述的太阳能电池(1)，其特征在于，在穿过该点P1和该点P3的第一直线(16)与穿过该点P2和该点P4的第二直线(17)之间的角度α在从3到50°的范围内，该点P1和P3设置在该连接线(8)的一侧，并且该点P2和P4设置在该连接线(8)的另一侧。
7.如权利要求1或2所述的太阳能电池(1)，其特征在于，在该点P1到该接触点(9)的第一切线(13)与在该点P2到该接触点(9)的第二切线(14)之间的角度β优选在50和150°之间的范围内。
8.如权利要求1或2所述的太阳能电池(1)，其特征在于，该接触点(9，9’)以及该电流收集区(10)含有导电胶。
9.如权利要求8所述的太阳能电池(1)，其特征在于，该太阳能电池(1)可以依靠丝网印刷通过印刷导电胶被获得。
10.一种用于生产如权利要求1到9中任意一项所述的太阳能电池(1)的方法，包括以下步骤：在包括衬底(2)、半导体层(3)、在该半导体层(3)的第一表面(5)上的第一汇流条(4)、以及在该半导体层(3)的第二表面(7)上的第二汇流条(6)的该太阳能电池(1)上，该第一汇流条(4)被应用到该半导体层(3)的该第一表面(5)，从而使得沿连接线(8)，该第一汇流条(4)具有接触点(9，9’)，该接触点具有垂直于该连接线(8)的最大宽度bImax，并且在该最大宽度bImax之间具有被分别设置在该连接线(8)上的电流收集区(10)，该电流收集区在接触区(11)中与该接触点(9，9’)接触，该接触区(11)在该连接线(8)的两侧具有两个外点P1以及P2，这两个外点垂直于该连接线(8)的间距定义了该电流收集区(10)的最大宽度bSmax，其中bImax>bSmax，并且从一个接触点(9)开始直到邻接接触点(9’)的该电流收集区(10)的宽度b首先在两个内点P3以及P4之间减少到最小宽度bSmin，并然后再次增加直到该邻接接触点(9’)增加到最大宽度bSmax’，其中，所述接触点(9，9’)为圆形，并且所述电流收集区(10)在点P1和P3之间是直线的或者弯曲的。
11.一种太阳能电池安排，其中至少两个太阳能电池(1，1’)通过依靠接触带(15)将第一太阳能电池(1)上的第一汇流条(4)连接到邻接太阳能电池(1’)上的第二汇流条(6)以导电方式被互连，其特征在于，如权利要求1到9中任意一项所述的太阳能电池(1)被用作第一太阳能电池(1)。
12.如权利要求11所述的太阳能电池安排，其特征在于，该接触点(9，9’)的最大宽度bImax以及该接触带(15)的宽度bKB之间的比率在0.5和2.0之间的范围内。
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