CN103346202B - 一种基于玻璃导电背板的太阳能电池组件及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于玻璃导电背板的太阳能电池组件及其制造方法，简单可靠，使用了低成本的普通玻璃、成熟的玻璃镀膜和喷沙等加工技术，取代了现有的昂贵的导电背板（覆铜板）及复杂的光刻技术，满足了低成本、大产能的背接触电池组件封装技术要求，并且避免了高温焊接造成的电池片弯曲，依靠双面的玻璃保护又可隔绝水汽对金属膜和电池片的影响，提高了组件的使用可靠性，故本发明创造特别适合背接触电池组件的产业化。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于玻璃导电背板的太阳能电池组件及其制造方法，属于太阳能电池组件领域。
背景技术
现有的常规晶体硅太阳电池一般都是H型结构，电池正反两面都有两到三根对称的银的主栅线来汇集发电时产生的电流，在封装成组件的时候，用涂锡的铜焊带在电烙铁的作用下焊接串联电池的主栅线实现多个电池片之间的串联，然后通过背板、EVA和钢化玻璃等材料经层压封装成太阳电池组件，供太阳能发电站使用。这种常规电池结构主要缺点是过多消耗了昂贵的银以及焊带本身遮挡太阳光造成电池组件光电转化效率低下。近年来有些研究机构开始研究开发新型的背接触太阳电池，这种电池采用激光打孔、背面布线的方式消除了电池正面的栅线，电池的正负电极都放置在电池的背面，消除了主栅线的遮光，提高了电池转化效率。但关于这种新型高效电池的封装技术仍然处于开发当中，主要的方向有两个：一个是仍尝试使用常规的涂锡铜焊带焊接对电池片进行共面连接，这种方法成本较低，但高温焊接造成的电池片弯曲、碎片以及可能电极短路的风险很大，至今尚未实现量产；第二个方向是使用半导体产业中的覆铜板和导电胶来实现电池片之间的低温连接，这种先进的连接方式不会造成应力，对电池片无损伤，并且电池到组件的封装功率损耗最低，但这种方法缺点是导电覆铜板作为组件背板的技术尚未成熟，可靠性仍未得到验证，且因为采用了光刻电路和化学蚀刻的制备方法造成了其成本相当昂贵，对环境也有一定影响，制约了这种技术的产业化。
因此，开发出低成本、高可靠性的背接触电池组件封装技术和产品是实现背接触电池组件产业化的关键。
发明内容
发明目的：本发明提出一种基于玻璃导电背板的太阳能电池组件及其制造方法，该方法解决了现有背接触太阳能电池组件技术可靠性差、成本高的问题。
技术方案：本发明采用的技术方案为一种基于玻璃导电背板的太阳能电池组件制造方法，包括以下步骤：
1）选取玻璃背板，并在玻璃背板上表面镀上带有图案的金属膜；
2）在步骤1）所形成的带有图案的金属膜上沉积导电胶连接点，该导电胶连接点位置与太阳能电池背面的正负电极点相对应；
3）在封装膜上开设与步骤2）中导电胶连接点相对应的通孔，然后将该开孔后的封装膜铺设到玻璃背板上，使所述导电胶连接点刚好位于所述封装膜通孔内；
4）将至少一块太阳能电池贴合到所述封装膜上表面，并使得每一块太阳能电池的电极与所述通孔内的导电胶连接点相接触，然后在所有太阳能电池上方依次铺设封装材料和钢化玻璃。
作为本发明的一种改进，所述玻璃背板的厚度为1-3mm，翘曲度不超过10mm，所述金属膜为铝膜或铜膜。所述步骤1）在玻璃背板上蒸镀金属膜，沉积速率为200-500nm/s，膜厚度控制在20-60um之间；再将带有开口图案的不锈钢掩膜板紧贴所述金属膜的表面，然后使用喷砂机将所述开口图案内的金属膜去除以形成带有图案的金属膜电路，该带有图案的金属膜电路中相邻导电线路间距在1-3mm之间。所述步骤2）中采用钢网印刷工艺在带有图案的金属膜电路上沉积导电胶连接点，该钢网厚度为100-500um，圆孔直径1-5mm；该导电胶连接点为圆锥状/柱状，为硅酮基或环氧树脂基材料；该导电胶连接点包含的导电粒子选取纯银颗粒或表面包裹银膜的铜颗粒，该导电粒子直径在1-20um。所述封装膜为厚度0.05-0.5nm之间的PVB/EVA材料，采用波长300-1100nm的激光在该封装膜上开设通孔，所述通孔直径在3-5mm之间。所述封装材料为PVB/EVA材料。
作为本发明的另一种改进，所述步骤1）采用磁控溅射蒸镀金属膜，玻璃背板和金属靶材之间设有带有开口图案的掩膜板，该掩膜板距离玻璃背板5-20mm，沉积时真空度为10-3Pa，镀膜速率为200-500nm/s，膜厚度在50-60um之间，所形成的带有图案的金属膜电路中相邻电路通道的间距在1-3mm之间。所述步骤2）中采用点胶机在所述带有图案的金属膜上涂布导电胶连接点，该导电胶连接点为环氧树脂或硅酮基材料，其包含的导电粒子为直径1-20um的银颗粒或银膜包裹的铜颗粒。所述封装膜为厚度0.05-0.5nm之间的PVB/EVA材料，采用金属钻头在该封装膜上开设通孔，所述通孔直径在3-5mm之间。所述金属钻头为钛合金。
一种基于玻璃导电背板的太阳能电池组件，包括上表面带有金属膜图案的玻璃背板，该金属膜上方由下至上的层叠着封装膜、太阳能电池、封装材料和钢化玻璃，所述封装膜上开设有与太阳能电池背面电极相对应的通孔，该通孔内设有连接太阳能电池背面电极和金属膜的导电胶连接点。
有益效果：本发明提出的一种基于玻璃导电背板的太阳能电池组件及其制造方法，简单可靠，使用了低成本的普通玻璃、成熟的玻璃镀膜和喷沙等加工技术，取代了现有的昂贵的导电背板（覆铜板）及复杂的光刻技术，满足了低成本、大产能的背接触电池组件封装技术要求，并且避免了高温焊接造成的电池片弯曲，依靠双面的玻璃保护又可隔绝水汽对金属膜和电池片的影响，提高了组件的使用可靠性，故本发明创造特别适合背接触电池组件的产业化。
附图说明
图1为现有MWT背接触电池的背面电极结构示意图；
图2为本发明的一种基于玻璃导电背板的太阳能电池组件分解透视图；
图3为本发明的一种基于玻璃导电背板的太阳能电池组件的截面图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等同形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
在权利要求书、说明书及说明书附图中，除特别说明以外，太阳能电池受光一侧称为上、上方、上侧；玻璃背板一侧称为下、下方、下侧。
实施例1：如图1所示，现有MWT背接触电池的背面离散地分布着正电极9和负电极8。在这种背接触电池的组件生产中，需要将正电极9用导体连接起来，将负电极8用另一路导体连接起来。
本实施例首先选取一块厚度为2mm，翘曲度5mm的普通硅酸盐玻璃作为玻璃背板1。该玻璃背板1首先经过表面清洗，然后送入热蒸发镀膜设备中，进行铝膜的热蒸发镀膜。蒸镀时，真空度控制在10-3Pa，镀膜速率500nm/s，总膜厚60um，时间两分钟。镀膜完成后，玻璃背板1的上表面即布满铝膜。铝膜还需要加工出预设的图案，以连接太阳能电池的正负电极。首先准备一块不锈钢掩膜板，该掩膜板具有与预设的铝膜图案相对应的开口图案。然后将带有开口图案的掩膜板紧贴在铝膜表面，与开口图案对应的裸露部分的铝膜用喷砂机将这部分铝膜去除，掩膜板遮蔽部分的铝膜得以保留。喷砂结束后移除掩膜板，原先完整的铝膜即被制作成带有图案的铝膜2，该带有图案的铝膜2由线条状的铝带组成，这些铝条分别将MWT背接触太阳能电池的正电极9和负电极8连接成两条通路，相邻两根铝带间隔2mm保证正负极通路之间的电隔离性能。玻璃背板1上需要放置很多块背接触太阳能电池，所以所述带有图案的铝膜2实际是将很多块太阳能电池串联起来。为了将背接触太阳能电池的正负电极与带有图案的铝膜2牢固连接，还需要在该带有图案的铝膜2上与电极对应的位置沉积导电胶连接点3。该导电胶连接点3为圆锥状，高度300um。导电胶为硅酮基材料，其包含的导电粒子选取表面包裹银膜的铜颗粒，该铜颗粒直径10um，银膜包裹可以防止铜颗粒氧化。所述导电胶连接点3由钢网印刷方式印制在带有图案的铝膜2表面上，所用钢网厚度为300um，其圆孔直径3mm。印制好导电胶连接点3后，在带有图案的铝膜2表面还要铺设一层封装膜4，该封装膜4为EVA材料，厚度0.3mm。同时使用波长350nm的紫外激光器在封装膜4上开设通孔，紫外激光器热损伤小，有利于减少制造过程中对封装膜4的影响。所述通孔的直径为4mm，并且这些通孔都与之前印制的导电胶连接点3相对应。当封装膜4铺设好之后，每一个导电胶连接点3都位于相应的封装膜4通孔内。这时再把所有太阳能电池5精确地放置在封装膜4上，使其正电极9都与相应的导电胶连接点3重合接触，并且由带有图案的铝膜2连接起来，其负电极8也与相应的导电胶连接点3重合接触，并且由带有图案的铝膜2连接起来。在太阳能电池5上方还依次铺设一层封装材料6和一层钢化玻璃7，所述封装材料6也为EVA材料。使用层压工艺将上述结构压紧后装框，并安装接线盒后即可完成。
一种根据上述制造方法所生产的背接触太阳能电池组件，如图2和图3所示，该背接触太阳能电池组件由上至下依次为钢化玻璃7、封装材料6、太阳能电池5、封装膜4及位于封装膜4通孔内的导电胶连接点3、金属膜2和玻璃背板1。其中相对于现有的背接触太阳能电池组件，本发明采用了普通玻璃作为最下层材料，在玻璃表面镀膜、喷砂加工等成熟技术制备玻璃基的导电电路图案，有效降低了组件成本。
实施例2：本实施例中在厚度1mm、翘曲度1mm的玻璃背板1上热蒸镀铝膜的镀膜速率为200nm/s，膜厚20um。然后利用喷砂机和掩膜板制作带有图案的铝膜2，该带有图案的铝膜2由线条状的铝带组成，相邻两根铝带间隔1mm。在带有图案的铝膜2上沉积导电胶连接点3所使用的钢网，其厚度为100um，圆孔直径1mm。印制出来的导电胶连接点3高度100um。该导电胶连接点3包含1um直径的铜颗粒，铜颗粒外面包裹银膜以抗氧化。印制好导电胶连接点3后，在带有图案的铝膜2表面还要铺设一层封装膜4，该封装膜4为EVA材料，厚度0.05mm。同时使用波长300nm的紫外激光器在封装膜4上开设通孔。该通孔的直径为3mm。本实施例的其他部分与实施例1相同。
实施例3：本实施例中在厚度3mm、翘曲度10mm的玻璃背板1上热蒸镀铝膜的镀膜速率为350nm/s，膜厚40um。然后利用喷砂机和掩膜板制作带有图案的铝膜2，该带有图案的铝膜2由线条状的铝带组成，相邻两根铝带间隔3mm。在带有图案的铝膜2上沉积导电胶连接点3所使用的钢网，其厚度为500um，圆孔直径5mm。印制出来的导电胶连接点3高度500um。该导电胶连接点3包含20um直径的铜颗粒，铜颗粒外面包裹银膜以抗氧化。印制好导电胶连接点3后，在带有图案的铝膜2表面还要铺设一层封装膜4，该封装膜4为EVA材料，厚度0.5mm。同时使用波长400nm的紫外激光器在封装膜4上开设通孔。该通孔的直径为5mm。本实施例的其他部分与实施例1相同。
实施例4：本实施例首先选取一块厚度1mm，翘曲度1mm的普通硅酸盐玻璃作为玻璃背板1。该玻璃背板1首先经过表面清洗，然后送入磁控溅射镀膜设备中，进行铜膜的磁控溅射镀膜。玻璃背板1和铜靶材之间设有不锈钢掩膜，该不锈钢掩膜板距离玻璃背板1上表面5mm。镀膜时，真空度控制在10-3Pa，镀膜速率200nm/s，总膜厚20um，时间两分钟。所述掩膜板具有与预设的铝膜图案相对应的开口图案，掩膜板遮蔽的部分不会镀上铜膜，而开口图案部分将会镀上铜膜。因此在磁控溅射结束后，玻璃背板1的上表面形成带有图案的铜膜2，该带有图案的铜膜2由线条状的铜带组成，这些铜条形成导电线路分别将背接触太阳能电池的正电极9和负电极8连接成两条通路，相邻两根铜带间隔1mm保证正负极通路之间的电隔离性能。玻璃背板1上需要放置很多块背接触太阳能电池，所以所述带有图案的铜膜2实际是将很多块太阳能电池串联起来。为了将背接触太阳能电池的正负电极与带有图案的铜膜2牢固连接，还需要在该带有图案的铜膜2上与电极对应的位置沉积导电胶连接点3。该导电胶连接点3为圆锥状，高度100um。导电胶为环氧树脂材料，其包含的导电粒子选取直径1um的银颗粒。所述导电胶连接点3由点胶机涂布在带有图案的铜膜2表面上，单个导电胶连接点3的点胶量为2mg。在涂布完导电胶连接点3后，在带有图案的铜膜2表面还要铺设一层封装膜4，该封装膜4为EVA材料，厚度0.05mm。同时使用钛合金钻头在封装膜4上开设通孔。所述通孔的直径为3mm，并且这些通孔都与之前印制的导电胶连接点3相对应。当封装膜4铺设好之后，每一个导电胶连接点3都位于相应的封装膜4通孔内。这时再把所有太阳能电池5精确地放置在封装膜4上，使其正电极9都与相应的导电胶连接点3重合接触，并且由带有图案的铜膜2连接起来，其负电极8也与相应的导电胶连接点3重合接触，并且由带有图案的铜膜2连接起来。在太阳能电池5上方还依次铺设一层封装材料6和一层钢化玻璃7，所述封装材料6也为EVA材料。使用层压工艺将上述结构压紧后装框，并安装接线盒后即可完成。
实施例5：本实施例首先选取一块厚度2mm，翘曲度5mm的普通硅酸盐玻璃作为玻璃背板1。该玻璃背板1首先经过表面清洗，然后送入磁控溅射镀膜设备中，进行铝膜的磁控溅射镀膜。玻璃背板1和铝靶材之间设有不锈钢掩膜，该不锈钢掩膜板距离玻璃背板1上表面10mm。镀膜时，真空度控制在10-3Pa，镀膜速率350nm/s，总膜厚40um，时间两分钟。所述掩膜板具有与预设的铝膜图案相对应的开口图案，掩膜板遮蔽的部分不会镀上铝膜，而开口图案部分将会镀上铝膜。因此在磁控溅射结束后，玻璃背板1的上表面形成带有图案的铝膜2，该带有图案的铝膜2由线条状的铝带组成导电线路，这些线路分别将MWT背接触太阳能电池的正电极9和负电极8连接成两条通路，相邻两根铝带间隔2mm保证正负极通路之间的电隔离性能。玻璃背板1上需要放置很多块背接触太阳能电池，所以所述带有图案的铝膜2实际是将很多块太阳能电池串联起来。为了将背接触太阳能电池的正负电极与带有图案的铝膜2牢固连接，还需要在该带有图案的铝膜2上与电极对应的位置沉积导电胶连接点3。该导电胶连接点3为圆锥状，高度300um。导电胶为环氧树脂材料，其包含的导电粒子选取直径10um的银颗粒。所述导电胶连接点3由点胶机涂布在带有图案的铝膜2表面上，单个导电胶连接点3的点胶量为3.5mg。在涂布完导电胶连接点3后，在带有图案的铝膜2表面还要铺设一层封装膜4，该封装膜4为EVA材料，厚度0.3mm。同时使用钛合金钻头在封装膜4上开设通孔。所述通孔的直径为4mm，并且这些通孔都与之前印制的导电胶连接点3相对应。本实施例的其他部分与实施例4相同。
实施例6：本实施例首先选取一块厚度3mm，翘曲度10mm的普通硅酸盐玻璃作为玻璃背板1。该玻璃背板1首先经过表面清洗，然后送入磁控溅射镀膜设备中，进行铝膜的磁控溅射镀膜。玻璃背板1和铝靶材之间设有不锈钢掩膜，该不锈钢掩膜板距离玻璃背板1上表面20mm。镀膜时，真空度控制在10-3Pa，镀膜速率500nm/s，总膜厚60um，时间两分钟。所述掩膜板具有与预设的铝膜图案相对应的开口图案，掩膜板遮蔽的部分不会镀上铝膜，而开口图案部分将会镀上铝膜。因此在磁控溅射结束后，玻璃背板1的上表面形成带有图案的铝膜2，该带有图案的铝膜2由线条状的铝带组成导电线路，这些线路分别将MWT背接触太阳能电池的正电极9和负电极8连接成两条通路，相邻两根铝带间隔3mm保证正负极通路之间的电隔离性能。玻璃背板1上需要放置很多块背接触太阳能电池，所以所述带有图案的铝膜2实际是将很多块太阳能电池串联起来。为了将背接触太阳能电池的正负电极与带有图案的铝膜2牢固连接，还需要在该带有图案的铝膜2上与电极对应的位置沉积导电胶连接点3。该导电胶连接点3为圆锥状，高度500um。导电胶为环氧树脂材料，其包含的导电粒子选取直径20um的银颗粒。所述导电胶连接点3由点胶机涂布在带有图案的铝膜2表面上，单个导电胶连接点3的点胶量为5mg。在涂布完导电胶连接点3后，在带有图案的铝膜2表面还要铺设一层封装膜4，该封装膜4为EVA材料，厚度0.5mm。同时使用钛合金钻头在封装膜4上开设通孔。所述通孔的直径为5mm，并且这些通孔都与之前印制的导电胶连接点3相对应。本实施例的其他部分与实施例4相同。
Claims (2)
1.一种基于玻璃导电背板的太阳能电池组件制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）选取玻璃背板，并在玻璃背板上表面镀上带有图案的金属膜，所述玻璃背板的厚度为1-3mm，翘曲度不超过10mm，所述金属膜为铝膜，具体方法是在玻璃背板上蒸镀金属膜，真空度控制在10-3Pa，沉积速率为200-500nm/s，膜厚度控制在20-60um之间；再将带有开口图案的不锈钢掩膜板紧贴所述金属膜的表面，然后使用喷砂机将所述开口图案内的金属膜去除以形成带有图案的金属膜电路，该带有图案的金属膜电路中相邻导电线路间距在1-3mm之间；
2）在步骤1）所形成的带有图案的金属膜上沉积导电胶连接点，该导电胶连接点位置与太阳能电池背面的正负电极点相对应；具体方法是采用钢网印刷工艺在带有图案的金属膜电路上沉积导电胶连接点，该钢网厚度为100-500um，圆孔直径1-5mm；该导电胶连接点为圆锥状，为硅酮基材料；该导电胶连接点包含的导电粒子选取表面包裹银膜的铜颗粒，该导电粒子直径在1-20um；
3）在封装膜上开设与步骤2）中导电胶连接点相对应的通孔，然后将该开孔后的封装膜铺设到玻璃背板上，使所述导电胶连接点刚好位于所述封装膜通孔内；所述封装膜为厚度0.05-0.5nm之间的EVA材料，采用波长300-1100nm的激光在该封装膜上开设通孔，所述通孔直径在3-5mm之间；
4）将至少一块太阳能电池贴合到所述封装膜上表面，并使得每一块太阳能电池的电极与所述通孔内的导电胶连接点相接触，然后在所有太阳能电池上方依次铺设封装材料和钢化玻璃；所述封装材料为EVA材料。
2.一种根据权利要求1所述的基于玻璃导电背板的太阳能电池组件制造方法生产的基于玻璃导电背板的太阳能电池组件，其特征在于，包括上表面带有金属膜图案的玻璃背板，该金属膜上方由下至上的层叠着封装膜、太阳能电池、封装材料和钢化玻璃，所述封装膜上开设有与太阳能电池背面电极相对应的通孔，该通孔内设有连接太阳能电池背面电极和金属膜的导电胶连接点。
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