CN103227213A

CN103227213A - 太阳能电池模块及其制造方法

Info

Publication number: CN103227213A
Application number: CN2013100062925A
Authority: CN
Inventors: 朴镕希; 李全一; 杨政烨; 吕亨锡; 李胜熙; 许弼浩
Original assignee: Samsung SDI Co Ltd
Current assignee: Samsung SDI Co Ltd
Priority date: 2012-01-31
Filing date: 2013-01-08
Publication date: 2013-07-31
Also published as: JP2013157602A; EP2624303A1

Abstract

本发明涉及一种太阳能电池模块及其制造方法。太阳能电池模块包括接收入射光的透明构件、背板以及位于透明构件和背板之间且具有第一电极和第二电极的太阳能电池。第一电极和第二电极布置在太阳能电池的面对背板的一侧上。包封剂布置在围绕透明构件和背板之间的太阳能电池的空间中。包封剂形成在第一电极和第二电极之间并且使第一电极和第二电极绝缘。

Description

太阳能电池模块及其制造方法

技术领域

公开了太阳能电池模块及其制造方法。更具体地讲，公开了背接触式太阳能电池模块及其制造方法。

背景技术

近来，已经开发了指叉背接触式太阳能电池，在指叉背接触式太阳能电池中，用于收集电子和空穴的电极位于基底的后表面上，以增大入射光的区域。

在背接触式太阳能电池中，n电极(或第一电极)和p电极(或第二电极)沿背接触式太阳能电池的相应的线交叉排列，并且为了获得期望的电量，连接多个太阳能电池以形成模块。这里，太阳能电池通过带(ribbon)连接，并且为了防止在其后表面上的第一电极和第二电极之间的分流，还形成了绝缘材料层。

然而，因为绝缘材料层妨碍金属带之间的电流流动，所以绝缘材料层充当损耗因子，从而由于增加的阻抗而使输出劣化。因此，为了减小阻抗，金属带、第一电极和第二电极应当是厚的，但是厚度的增加加大了电池在模块的层压期间将被损坏的可能性。另外，第一电极和第二电极(它们形成在指叉背接触式太阳能电池的同一表面上)必须彼此绝缘，并且第一电极和第二电极之间的间隙非常窄，使得绝缘层的形成非常复杂。

提出在该背景部分公开的上述信息仅是为了加强对本发明的背景的理解，因此可能包含不构成对本领域普通技术人员来说已知的现有技术的部分的信息。

发明内容

根据本发明的实施例，一种太阳能电池模块及其制造方法在没有增大带的厚度或者没有改变带的形状的情况下通过简单地连接电池使对电池的损坏最小化，简化了工艺并且使制造带的成本最小化。

在示例性实施例中，一种太阳能电池模块包括：透明构件，接收入射光；背板；太阳能电池，位于透明构件和背板之间并且包括第一电极和第二电极；以及包封剂，在围绕透明构件和背板之间的太阳能电池的空间中。第一电极和第二电极布置在太阳能电池的面对背板的一侧上。在一些实施例中，包封剂完全地填充围绕透明构件和背板之间的太阳能电池的空间。包封剂形成在第一电极和第二电极之间并且使第一电极和第二电极绝缘。太阳能模块还可以包括电连接第一电极的具有第一厚度的第一带和电连接第二电极的具有第二厚度的第二带。

在另一示例性实施例中，一种制造太阳能电池模块的方法包括：通过在透明构件上涂覆未固化的液态包封剂来形成第一包封层；以及在第一包封层上设置太阳能电池，使得未固化的液态包封剂通过毛细管现象(例如，毛细管作用)传送到第一电极和第二电极之间的间隙中。在一些实施例中，未固化的液态包封剂通过毛细管作用传送到间隙中，以完全地填充第一电极和第二电极之间的间隙。

根据实施例，当采用液态包封剂密封太阳能电池时，可以省略形成绝缘层的工艺和在绝缘层中形成接触孔的工艺，从而简化制造太阳能电池模块的工艺。

此外，由于不需要将带的突起插入到接触孔中，因此未导致与带的生产相关联的成本，并且未产生通过将带插入到接触孔中而另外产生的缺陷。因此，可以基本上防止在太阳能电池模块的层压期间对电池的损坏。

附图说明

图1是根据实施例的太阳能电池模块的示意图。

图2是示出根据实施例的太阳能电池模块的一部分的放大平面图。

图3A是沿图2中的III-III线截取的剖视图。

图3B是根据另一实施例的太阳能电池模块的剖视图。

图3C是根据再一实施例的太阳能电池模块的剖视图。

图4是根据实施例的太阳能电池的示意性剖视图。

图5是示出根据实施例的用于制造太阳能电池模块的方法的流程图。

图6是根据另一实施例的太阳能电池模块的示意性剖视图。

图7是根据另一实施例的太阳能电池模块的示意性剖视图。

具体实施方式

在下文中将参照附图更加充分地描述本发明的实施例，在附图中示出了本发明的示例性实施例。如本领域技术人员应该认识到的，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可以以各种不同的方式修改描述的实施例。

在图中，为了清晰起见，层、膜、面板、区域等的厚度被夸大。在整个说明书中，相同的标号表示相同的元件。应该理解的是，当诸如层、膜、区域或基底的元件被称作“在”另一元件“上”时，该元件可以直接在其他元件上，或者也可以存在中间元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。

将参照附图描述根据本发明的示例性实施例的太阳能电池模块及其制造方法。

图1是根据本发明实施例的太阳能电池模块的示意性剖视图。如图1所示，根据本发明实施例的太阳能电池模块200包括按顺次的次序堆叠的透明构件24、太阳能电池1和背板22。透明构件24和背板22之间的空间用通过固化可固化的液态材料形成的包封剂填充，从而密封(例如，完全地密封)太阳能电池。框架25容纳这些元件。

将参照图2和图3A至图3C详细地描述根据本发明实施例的太阳能电池模块。图2是根据本发明实施例的太阳能电池模块的一部分的放大平面图。图3A是沿图2中的III-III线截取的剖视图，图3B和图3C是图3A中示出的太阳能电池模块的变形的剖视图。图4是根据本发明实施例的太阳能电池的示意性剖视图。

如图2和图3A所示，根据本发明实施例的太阳能电池模块包括透明构件24、设置在透明构件24上的多个太阳能电池1和设置在太阳能电池1上的背板22。太阳能电池被包封剂30密封(例如，完全地密封)。

透明构件24由具有高透光性的材料制成，并且经过处理以减少表面反射的损失，从而减少光吸收的损失。例如，透明构件24可以由玻璃制成。为了增强透射率，在一些实施例中，减少铁的含量。为了提高机械强度，在一些实施例中，采用钢化玻璃(其已经经历过热处理)。

透明构件24的内表面可以被压纹以具有增强的漫射作用。

如图4所示，太阳能电池包括导电型半导体基底111、形成在半导体基底111的一个表面(例如，光接收表面)上的前表面场(FSF)113和形成在FSF 113上的减反射膜115。

半导体基底111的光接收表面可以形成为包括多个突起和凹陷的纹理表面。这里，FSF 113和减反射膜115也可以具有沿纹理表面形成的突起和凹陷。

半导体基底111可以用第二导电杂质掺杂，并且第二导电杂质可以是n型杂质或p型杂质。n型杂质可以包括诸如磷(P)、砷(As)、锑(Sb)等的五价元素。p型杂质可以包括诸如硼(B)、镓(Ga)、铟(In)等的三价元素。

半导体基底111的纹理表面用来增加光吸收率，以提高太阳能电池的效率。

FSF 113是以比半导体基底111的掺杂密度高的密度用第二导电杂质掺杂的膜。在FSF 113中，能够基本上防止在半导体基底111的光接收表面上被入射光分离的电子和空穴在复合之后的湮灭。

形成在FSF 113上的减反射膜115可以为氮化硅膜(SiN_x)、氧化硅膜(SiO₂)等。减反射膜115用来降低入射的太阳能电池的反射率，并增加特定波长区域的选择性，从而提高太阳能电池的效率。

同时，太阳能电池包括：后保护膜117，形成在另一表面上(即，在半导体基底111的后表面上)；第一掺杂区域120，包括在其内以高密度掺杂的第一导电杂质；第二掺杂区域130，形成在后保护膜117下方的半导体基底111上并且包括在其内以高密度掺杂的第二导电杂质；第一电极140，形成在第一掺杂区域120上；第二电极150，在与第二掺杂区域130对应的位置处定位在后保护膜117上。

在形成在半导体基底111的后表面上的第一掺杂区域120中以高密度掺杂第一导电杂质，在第二掺杂区域130中以比半导体基底111的掺杂密度高的密度掺杂第二导电杂质。因此，当在第一掺杂区域120中掺杂p型杂质并且在半导体基底111中掺杂n型杂质时，第一掺杂区域120和半导体基底111形成p-n结。

第一掺杂区域120和第二掺杂区域130充当载流子(即，空穴或电子)的传输路径，并且用来使空穴和电子聚集在第一掺杂区域120和第二掺杂区域130处。

后保护膜117可以由氧化硅膜(SiO₂)、氮化硅膜(SiN_x)或它们的组合形成。

后保护膜117用来防止分离为电子和空穴的载流子复合，并且向太阳能电池的内部反射入射光以防止光损失到外部，从而减少损失到外部的光的量。后保护膜117可以形成为单个膜，或者可以具有多层结构，例如双层或三层结构。

第一电极140电连接到第一掺杂区域120，第二电极150电连接到第二掺杂区域130。第一电极140和第二电极150彼此分隔开。

返回参照图2和图3A，第一电极140和第二电极150沿一个方向延伸并且交替地设置。第一电极140与第二电极150的距离可以小于大约5mm，例如，大约100nm到大约1mm。

由导电材料制成的接触构件40可以形成在第一电极140和第二电极150上。带50可以形成在接触构件40上。带50通过接触构件40电连接具有同一极性的电极(例如，第一电极140或第二电极150)，并且带50串联地连接相邻的电池。

背板22用来防止湿气从模块的后表面渗透以保护太阳能电池免受外部环境的影响。作为背板22，可以使用具有优良的绝缘特性和耐久性(即，延长太阳能电池模块的寿命的能力)的板。例如，背板22可以包括FP/PE/FP(含氟聚合物-聚酯-含氟聚合物)层。这里，虽然较薄的背板22可以具有优良的密封特性，但是因为外部冲击会损坏背板，所以这样的背板的耐久性会降低。因此，背板22可以具有从大约0.1mm到大约0.2mm的厚度范围。

太阳能电池1由包封剂30密封(例如，完全地密封)。背板22和太阳能电池1之间的空间以及第一电极140和第二电极150之间的空间用包封剂30填充。

当太阳能电池模块长时间段暴露于外部时，包封剂30用来防止第一电极140和第二电极150被进入的湿气腐蚀。此外，形成在第一电极140和第二电极150之间的包封剂30可以吸收外部冲击以保护第一电极140和第二电极150。此外，包封剂30可以保护太阳能电池1免受外部冲击的影响。为了有效地吸收冲击，包封剂30可以具有低弹性模量，例如，大约10GPa到大约200GPa，并且包封剂30可以具有大约1psi(磅每平方英寸)到大约500psi的抗拉强度。

包封剂30沿入射在太阳能电池1上的光的路径设置。因此，为了增强太阳能电池1的光吸收，包封剂30由在大约400nm到大约1200nm的波长范围内具有大约90％或更大(例如，大约97％或更大)的透射率的材料制成。此外，包封剂30可以由可固化材料制成。因此，包封剂30可以通过涂覆液态材料然后使其固化来形成。下面更加详细地描述用于形成包封剂30的方法。

例如，可固化材料可以包括诸如硅树脂、聚烯烃、聚氨酯、离聚物、脲、环氧树脂、丙烯酸树脂等的材料。在一些实施例中，例如，可固化材料是可以吸收直到250nm的短波长的硅树脂，并且增加在太阳能电池上的入射光，从而提高太阳能电池的效率。

包封剂30可以形成在透明构件24和太阳能电池1之间。也就是说，包封剂30包括形成在透明构件24和太阳能电池1之间的第一包封层30a以及形成在背板22和太阳能电池1之间与第一电极140和第二电极150之间的第二包封层30b。然而，如图3B所示，包封层30可以是取决于填充方法的单个包封层。可选择地，如图3C所示，包封层30可以仅包括第二包封层30b，并且光学层30c(例如，EVA(乙烯乙酸乙烯酯)层)可以单独地形成在透明构件24和太阳能电池1之间。

此外，在本发明的实施例中，第一包封层30a和第二包封层30b可以由具有相同性质的相同的硅材料制成。可选择地，第一包封层30a可以由具有大约90％或更大的透射率的透明材料制成，第二包封层30b可以由含有白色颜料的白色材料制成。当第二包封层30b由白色材料制成时，从前表面入射的光可以被反射，从而入射到电池，从而提高入射光的利用率。

将参照图2、图3A至图3C和图5描述用于制造如上所述的太阳能电池模块的方法。图5是示出根据本发明实施例的用于制造太阳能电池模块的方法的流程图。参照图5，首先，制造多个太阳能电池(如图4所示)(S100)。

然后，在太阳能电池1的第一电极140和第二电极150上形成接触构件40(S102)。可以通过直接印刷方法(例如喷墨印刷、电流体动力喷射印刷、胶版印刷、凹版印刷、柔版印刷、气溶胶喷射印刷等(其不使用掩模))或者通过间接印刷方法(例如丝网印刷(其使用掩模))形成接触构件40。这里，导电接触构件的厚度可以通过重复材料被印刷的次数来调整。

其后，在第一电极和第二电极的接触构件40上设置带50以电连接第一电极140和电连接第二电极150(S104)。具体地说，将第一带定位在第一电极上以电连接第一电极，将第二带定位在第二电极上以电连接第二电极。然后，将第一带焊接在一起，并且将第二带焊接在一起，以电连接相邻的电池1。这里，将电池沿行设置然后通过带电连接。带50可以由锡、银、铅等制成。

在焊接工艺中，涂覆起粘合剂作用的焊剂，然后，对其施加来自高强度灯的辐射热能，或者向其喷射热气。

然后，通过涂覆未固化的液态包封剂在透明构件24上形成第一包封层30a(S200)。可以通过旋涂等涂覆未固化的液态包封剂。

在第一包封层30a上以矩阵形式布置沿行连接的一组多个电池(S300)。

其后，涂覆另外的未固化的液态包封剂以覆盖太阳能电池1，从而形成第二包封层30b(S302)。

以这种方式，通过使用根据本发明实施例的未固化的液态包封剂可以容易地填充第一电极140和第二电极150之间的间隙。因此，第一电极140和第二电极150可以彼此绝缘而不必形成绝缘层，从而简化了形成太阳能电池模块的工艺。

这里，未固化的液态包封剂通过毛细管作用进入第一电极140和第二电极150之间的窄间隙，从而填充第一电极140和第二电极150之间的空间。

在一些实施例中，未固化的液态包封剂可以具有从大约2cps到大约5000cps的范围的粘度。例如，未固化的液态包封剂可以具有大约5cps到大约20cps的粘度，使得填充第一电极140和第二电极150之间的间隙更加容易。

其后，在第二包封层30b上对准背板22(S304)，并且施加适量的热和压力(S306)，从而层压透明构件、太阳能电池和背板。于是，第一包封层和第二包封层被硬化(或固化)，以固定透明构件、太阳能电池和背板之间的接合处。这里，在未固化的液态包封剂的固化温度下执行层压工艺。例如，当使用硅树脂作为包封剂时，可以在大约100℃或更低的温度下在大约15分钟内将其固化。可选择地，当使用聚烯烃作为包封剂时，可以在大约150℃或更高的温度下在大约15分钟到30分钟内将其固化。

在固化后，包封剂可以具有从大约2,000cps到大约100,000cps范围的粘度，从而充分地(例如，完全地)固定并密封太阳能电池。

与传统的焊接构件相比，根据本发明实施例的未固化的液态包封剂具有较低的固化温度和较短的固化时间，因此其可以简化制造太阳能电池的工艺。

其后，在层压模块的边缘处设置框架25，然后对其进行装配(S308)，从而完成太阳能电池模块。

根据示例性实施例，通过使用未固化的液态包封剂同时完成第一电极与第二电极的绝缘和太阳能电池模块的密封。因而，可以简化制造太阳能电池的工艺。此外，可以省略为了连接带和第一电极或者带和第二电极而在绝缘层中形成接触孔的传统工艺。即，形成带的传统工艺包括形成具有第一部分和第二部分的带，其中，第一部分具有增加的厚度(即，突起)以定位在接触孔中，第二部分具有较小的厚度。在本申请的实施例中省略了该传统工艺，从而减少了制造成本和时间。

此外，由于未形成带中的突起，由此消除了厚度的差异，所以可以使用具有期望厚度的平坦的或板型的带，因此，可以减小在层压期间作用于太阳能电池的压力。因此，可以使对太阳能电池的损坏最小化。

此外，由于省略了将带的突起与接触孔对准的工艺(为了将带的突起插入到接触孔中)，因此可以简化制造太阳能电池的工艺，并且可以防止因带的突起和接触孔之间的未对准导致的缺陷。

图6是根据本发明另一实施例的太阳能电池模块的示意性剖视图。图6的太阳能电池模块的层间构造与图2的太阳能电池模块的层间构造基本相同，下面将仅描述不同之处。此外，对于相同的元件使用相同的标号。

如图6所示，根据本发明实施例的太阳能电池模块包括按顺次的次序堆叠的透明构件24、太阳能电池1和背板22。通过固化可固化的液态材料而形成的包封剂30形成在透明构件24和背板22之间。

图6中的太阳能电池的第一电极和第二电极通过汇流条400电连接。具体地说，第一电极通过第一汇流条连接，第二电极通过第二汇流条连接。例如，第一汇流条位于第一导电接触构件和第一电极之间，第二汇流条位于第二导电接触构件和第二电极之间。

接触构件40形成在汇流条400上，并且带50形成在接触构件40上。汇流条400的形成可以减小接触构件40的厚度。

在本发明的实施例中，由于带之间的间隙以及第一电极和第二电极之间的间隙用包封剂密封，所以尽管可能会增大带的宽度，但是可以防止带与第一电极或第二电极或与相邻的带碰撞。因此，可以通过将带的宽度增大到其最大水平而使在电池中产生的电流的损失最小化。

图7是根据本发明另一实施例的太阳能电池模块的示意性剖视图。图7的太阳能电池模块的层间构造与图2的太阳能电池模块的层间构造基本相同，下面将仅详细描述不同之处。对于相同的元件将使用相同的标号。

如图7所示，根据本发明实施例的太阳能电池模块包括按顺次的次序堆叠的透明构件24、太阳能电池1和背板22。通过固化可固化的液态材料(即，未固化的液态材料)形成的包封剂30形成在透明构件24和背板22之间。

与图2和图6中示出的实施例不同，图7的太阳能电池模块被构造成通过印刷线路板(PWB)500连接第一电极140和第二电极150。

参照图7，接触构件40形成在太阳能电池1的第一电极140和第二电极150上。通过PWB 500连接接触构件40。以与太阳能电池1的第一电极140和第二电极150的方式相同的方式布置PWB 500的布线。

根据本发明实施例的PWB 500的形成可以有助于减小第一电极和第二电极的厚度，从而减少形成太阳能电池的制造成本。此外，由于电流路径通过PWB，因此可以增加电池到模块(CMT)的CR。

尽管已经结合目前被认为实际的示例性实施例的内容描述了本发明，但是本领域普通技术人员应该明白，在不脱离如在权利要求书中所描述的本发明的精神和范围情况下，可以对描述的实施例进行某些修改。

Claims

1.一种太阳能电池模块，所述太阳能电池模块包括：

透明构件，接收入射光；

背板；

多个太阳能电池，位于所述透明构件和所述背板之间，所述多个太阳能电池中的每个包括第一电极和第二电极，第一电极和第二电极布置在太阳能电池的面对所述背板的一侧上；以及

包封剂，位于所述透明构件和所述背板之间、所述多个太阳能电池之间以及所述多个太阳能电池中的每个太阳能电池的第一电极和第二电极之间。

2.如权利要求1所述的太阳能电池模块，其中，第一电极通过第一带电连接，第二电极通过第二带电连接。

3.如权利要求1所述的太阳能电池模块，所述太阳能电池模块还包括：第一导电接触构件，位于第一电极上；第二导电接触构件，位于第二电极上。

4.如权利要求3所述的太阳能电池模块，所述太阳能电池模块还包括：第一带，连接第一导电接触构件；以及第二带，连接第二导电接触构件。

5.如权利要求3所述的太阳能电池模块，所述太阳能电池模块还包括：第一汇流条，电连接第一电极；以及第二汇流条，电连接第二电极。

6.如权利要求3所述的太阳能电池模块，所述太阳能电池模块还包括：印刷线路板，电连接第一电极且电连接第二电极。

7.如权利要求1所述的太阳能电池模块，其中，所述包封剂包括弹性模量为10Gpa到200Gpa、抗拉强度为1psi到500psi和在400nm到1200nm的波长下透射率为90％或更大的可固化材料。

8.如权利要求1所述的太阳能电池模块，其中，所述包封剂包括从由硅树脂、聚烯烃、聚氨酯、离聚物、脲、环氧树脂和丙烯酸树脂组成的组中选择的材料。

9.如权利要求1所述的太阳能电池模块，其中，所述包封剂包括硅树脂。

10.如权利要求1所述的太阳能电池模块，其中，所述包封剂包括位于所述透明构件和至少一个太阳能电池之间的第一包封层以及位于所述至少一个太阳能电池和所述背板之间的第二包封层。

11.如权利要求10所述的太阳能电池模块，其中，所述第一包封层包括在400nm到1200nm的波长下具有90％或更大的透射率的透明材料，所述第二包封层包括含有白色颜料的白色材料。

12.如权利要求10所述的太阳能电池模块，其中，所述第一包封层和所述第二包封层包括相同的材料。

13.如权利要求1所述的太阳能电池模块，其中，所述包封剂包括位于至少一个太阳能电池和所述背板之间的第二包封层以及位于所述透明构件和所述至少一个太阳能电池之间的光学层。

14.一种制造太阳能电池模块的方法，所述方法包括：

在透明构件上涂覆未固化的液态包封剂材料，以形成第一包封层；

在所述第一包封层上设置具有第一电极和第二电极的至少一个太阳能电池；

在所述至少一个太阳能电池上涂覆另外的未固化的液态包封剂材料，以形成第二包封层；

在所述第二包封层上设置背板；

通过施加热和压力来层压所述透明构件、所述背板和所述至少一个太阳能电池；以及

固化所述第一包封层和所述第二包封层中的未固化的液态包封剂，以形成固化的包封剂。

15.如权利要求14所述的方法，其中，未固化的液态包封剂通过毛细管现象传送至第一电极和第二电极之间。

16.如权利要求14所述的方法，其中，所述涂覆未固化的液态包封剂材料的步骤包括旋涂。

17.如权利要求14所述的方法，其中，未固化的液态包封剂材料包括粘度为2cps到5000cps的材料。

18.如权利要求14所述的方法，其中，未固化的液态包封剂材料包括粘度为5cps到20cps的材料。

19.如权利要求14所述的方法，其中，未固化的液态包封剂材料包括未固化的硅树脂。

20.如权利要求19所述的方法，其中，所述使未固化的液态包封剂材料固化的步骤包括在100℃或更低的温度下加热15分钟或更短。

21.如权利要求14所述的方法，其中，未固化的液态包封剂材料包括未固化的聚烯烃。

22.如权利要求21所述的方法，其中，所述使未固化的液态包封剂材料固化的步骤包括在150℃或更高的温度下加热15分钟到30分钟。

23.如权利要求14所述的方法，其中，所述固化的包封剂具有2000cps到100,000cps的粘度。