CN103390672A - 一种集成式薄膜太阳能电池组件及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明所述的集成式薄膜太阳能电池组件及其制备方法，通过栅线将薄膜太阳能电池单元的负极引出，通过总线和互联条的导通作用，将连接薄膜太阳能电池单元负极的互联条与相邻薄膜太阳能电池正极中的互联区域相焊接，直接实现了薄膜太阳能电池组件内部薄膜太阳能电池单元的串联，工艺简单、电连接点较少，可靠性高；只需一道激光刻线工序，而且，激光刻线工序在已完成的镀膜工件上完成，不但避免了激光刻线和镀膜工序交替进行，易造成工序衔接不当，从而导致各组件单元的串联电阻增加以及开路电压降低现象的发生，而且还避免了各膜层在清洗过程中易受灰尘和水汽侵蚀的现象；从而有效提高了所述集成式薄膜太阳能电池组件的光电转换效率。
Description
技术领域
本发明属于太阳能光伏发电领域，具体涉及一种集成式薄膜太阳能电池组件及其制备方法。
背景技术
太阳能电池又称为“太阳能芯片”或“光电池”，是一种利用太阳光直接发电的光电半导体薄片。有太阳光入射时，太阳光照在半导体薄片的p-n结上，形成新的空穴-电子对，在p-n结电场的作用下，光生空穴流向p区，光生电子流向n区，接通外电路后就形成电流；在物理学上称为光生伏特（英文全称为Photovoltaic，缩写为PV），简称光伏。
在晶体硅太阳能电池原材料短缺、价格快速上涨的背景下，业内人士逐渐将目光转向了成本较低的薄膜太阳能电池。薄膜太阳能电池是衬底上依次沉积多层薄膜而构成的光伏器件，相比于传统的晶硅电池，非晶硅、化合物半导体等薄膜太阳能电池需要更少的光伏材料，制膜技术也较成熟，目前转换效率最高达20%，与高效的晶硅电池相当。更重要的是，薄膜电池太阳电池除了具备平面结构之外，也因其具有柔性可以制作成非平面构造，扩大了应用范围，可与建筑物结合或是作为建筑体的一部分，应用非常广泛。
一个太阳能组件，通常包括一系列太阳能电池单元和与之连接的导电闭路循环。现有技术中，集成式薄膜太阳能电池组件的常规集成方法通常需要在相关薄膜层制备过程中引入三道激光刻线，即透明导电膜刻线、PN结刻线以及PN结/背接触/金属电极刻线，制备出串联连接的薄膜太阳能电池组件；或者，先制备相互独立的薄膜太阳能电池组件单元，然后从每个薄膜太阳能电池组件单元的正极和负极分别引出导电膜，再将相邻薄膜太阳能电池组件单元的正极和负极进行顺次搭接相连，实现薄膜太阳能电池组件单元之间的串联，形成一个完整的薄膜太阳能电池组件。
上述集成式太阳能电池组件单元的互联工艺可以使得各太阳能电池组件单元有效互联，实现一定电流和电压的输出，但上述互联工艺仍存在以下几个问题：
1、激光刻线需要在未完成的镀膜工件上完成，在此过程中会产生大量的粉尘，刻线完成后需要对这些未完成的镀膜工件进行清洗步骤，此时，空气中的灰尘和水汽都会对膜层的电学性质和光学性质产生不良影响，易造成薄膜太阳能电池组件转换效率的下降；而且，激光刻线和镀膜工序交替进行，易造成工序衔接不当的问题，从而导致各组件单元的串联电阻增加以及开路电压降低现象的发生，影响其光电转换效率。
2、需要从每个薄膜太阳能电池组件单元的正极和负极分别引出导电膜，再将相邻薄膜太阳能电池组件单元正极和负极的导电膜顺次搭接相连，以实现薄膜太阳能电池组件单元的串联，在此过程中需要3次电连接过程，电连接点较多，不但工艺复杂、成本高，而且易造成组件单元的短路现象，可靠性较差。
发明内容
为此，本发明所要解决的是现有技术中集成式太阳能串联工艺复杂，易降低光电转换效率下降以及可靠性差的问题，提供一种串联工艺简单、可靠性高的集成式薄膜太阳能电池组件及其制备方法，以及所述薄膜太阳能电池单元的串联方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
本发明所述的一种集成式薄膜太阳能电池组件，包括在垂直方向上依次设置的前板、太阳能电池组件、二极管组件和后板，所述太阳能组件包括若干相互独立的薄膜太阳能电池单元，并且相邻所述薄膜太阳能电池单元串联连接；
所述前板上还设置有若干相互独立并阵列间隔排列的导电图形，相邻所述导电图形的间隔处设置有绝缘条，所述绝缘条的宽度大于相邻所述导电图形的间隔宽度，所述薄膜太阳能电池单元设置在所述导电图形上；
所述二极管组件包括若干设置在所述薄膜太阳能电池单元背面的薄膜二极管，并且每个所述薄膜二极管的正、负电极分别与相邻所述薄膜太阳能电池单元的柔性导电衬底连接。
所述薄膜太阳能电池单元包括柔性导电衬底和设置在所述柔性导电衬底上的光伏层，在所述光伏层同一侧的边缘设置有若干向所述光伏层内侧凹陷的互联区域，以露出所述柔性导电衬底的部分区域。
所述导电图形进一步包括总线、连接在所述总线同侧的栅线以及从所述总线另一侧延伸出的互联条，所述互联条的位置间隔与所述互联区域相一致，并伸入到相邻所述导电图形的栅线区域中，所述互联条与所述互联区域电连接；所述栅线是一系列循环的导线，用来收集所述薄膜太阳能电池单元中形成的光生电子并汇聚到所述总线中，并通过所述总线和所述互联条的导通作用，实现相邻所述薄膜太阳能电池单元的串联连接。
在所述前板和所述后板远离所述薄膜太阳能电池单元的一侧设置蒸汽屏蔽层和/或玻璃覆盖层。
所述前板为热塑性透明塑料薄膜。
热塑性透明塑料薄膜为聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）膜或聚氟乙烯复合膜（TPT）。
所述后板为柔性绝缘合金膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）膜或聚氟乙烯复合膜（TPT）。
所述薄膜太阳能电池单元为化合物半导体或导电高分子薄膜太阳能电池单元。
所述柔性导电衬底为不锈钢膜、铝箔、钛箔、钼箔、聚酰亚胺薄膜中的一种。
一种所述的一种集成式薄膜太阳能电池组件中所述薄膜太阳能电池单元的串联方法，包括如下步骤：
步骤一：制备若干相互独立的薄膜太阳能电池单元，所述薄膜太阳能电池单元包括柔性导电衬底和设置在所述柔性衬底上的光伏层，所述薄膜太阳能电池单元的同侧设置有若干向所述光伏层内侧凹陷的互联区域，以露出所述柔性导电衬底的部分区域；
步骤二：制备若干相互独立且呈阵列排布的导电图形，所述导电图形包括总线、连接在所述总线同侧的栅线以及从所述总线另一侧延伸出的互联条，所述互联条的位置间隔与所述互联区域相一致，所述栅线是一系列循环的导线，用来收集所述薄膜太阳能电池单元中形成的光生电子并汇聚到所述总线中；
步骤三：将所述薄膜太阳能电池单元具有所述光伏层的一面设置在所述导电图形上，并将所述薄膜太阳能电池单元中的所述互联区域和相邻所述导电图形中的所述互联条电连接，实现相邻所述薄膜太阳能电池单元串联。
在相邻所述导电图形的间隔处还设置有绝缘条，所述绝缘条的宽度大于相邻所述导电图形的间隔宽度。
一种所述的一种集成式薄膜太阳能电池组件的制备方法，包括如下步骤：
S1、在柔性导电衬底上制备光伏层，形成薄膜太阳能电池片；
S2、通过激光刻线工序对光伏层进行切割，露出部分所述柔性导电衬底，形成相互垂直的纵向绝缘区和横向绝缘区以及由纵向绝缘区和横向绝缘区隔离开的光伏单元，在所述光伏单元同一侧的边缘除去部分光伏层，露出所述柔性导电衬底，形成向所述光伏单元内侧凹陷的若干互联区域；
S3、通过切割工序，沿所述纵向绝缘区和所述横向绝缘区对所述柔性导电衬底进行切割，形成相互独立的薄膜太阳能电池单元；
S4、在透明的柔性聚合物前板上形成若干相互独立并阵列间隔排列的导电图形，所述导电图形进一步包括总线、连接在所述总线同侧的栅线以及从所述总线另一侧延伸出的互联条，所述互联条的位置间隔与所述互联区域相一致，并伸入到相邻所述导电图形的栅线区域，所述栅线是一系列循环的导线，用来收集所述薄膜太阳能电池单元中形成的光生电子并汇聚到与之相互垂直的所述总线中，并通过所述总线和所述互联条的导通作用，实现所述薄膜太阳能电池单元的负极与相邻所述薄膜太阳能电池单元正极的电连接；
S5、在相邻所述导电图形的间隔处形成绝缘条，所述绝缘条的宽度大于相邻所述导电图形的间隔宽度；
S6、将步骤S3中制得的所述薄膜太阳能电池单元设置在所述导电图形上，并通过层压工艺，将所述薄膜太阳能电池单元固定在所述前板上，所述薄膜太阳能电池单元的负极与所述栅线贴合，所述互联区域和所述互联条相重合，且所述薄膜太阳能电池单元具有所述互联区域的一侧及其对侧均与所述绝缘条部分重叠；
S7、采用激光焊接工艺，将所述互联条和所述互联区域相焊接，实现相邻所述薄膜太阳能电池单元的串联，制得薄膜太阳能电池串联组件；
S8、制备薄膜二极管，所述薄膜二极管的负极为通过导电胶带粘合在所述半导体层上的导电薄膜，所述导电薄膜的宽度大于所述薄膜二极管的宽度，且所述薄膜二极管在所述导电薄膜上居中设置；
S9、在步骤S7中制得的薄膜太阳能电池串联组件中相邻所述薄膜太阳能电池单元远离所述前板一侧的连接处制备限定性绝缘体，在所述导电薄膜设置所述薄膜二极管的一面及所述薄膜二极管的正极上设置导电胶，将所述薄膜二极管黏贴在所述限定性绝缘体上，通过所述限定性绝缘体的限定作用，所述薄膜二极管的的正、负电极分别与相邻所述薄膜太阳能电池单元的柔性导电衬底电连接；
S10、将后板平铺在所述前板设置有所述薄膜太阳能电池单元的一面上，通过层压工艺，将所述后板固定在所述薄膜太阳能电池串联组件上，将所述薄膜太阳能电池单元和所述薄膜二极管封装在所述后板和所述前板的夹层中，制得所述集成式薄膜太阳能电池组件。
所述互联条上还设置有便于焊接定位的基点，所述总线上还设置有应力释放区域。
所述柔性导电衬底为不锈钢膜、铝箔、钛箔、钼箔、聚酰亚胺薄膜中的一种。
步骤S4中在形成所述导电图形之前，还包括在所述前板上设置一层离子聚合物层的步骤，所述导电图形设置在所述离子聚合物层上。
所述离子聚合物为沙林树脂。
所述导电图形为通过电镀或溅射工艺制备出导电金属层后，再通过光刻工艺制备出的导电金属图形；或者通过印刷工艺制备出的导电金属图形。
步骤S5中在形成所述绝缘条之前还包括在所述前板具有所述导电图形的一面上涂布一层粘合剂的步骤。
所述绝缘条和所述限定性绝缘体均为氧化铝层。
所述导电薄膜为铜箔。
步骤S8中所述导电胶带为Z轴导电胶带。
所述薄膜太阳能电池片为化合物半导体或导电高分子薄膜太阳能电池片。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
1、本发明所提供的一种集成式薄膜太阳能电池组件，负极由栅线引出，通过主线和互联条的导通作用，将连接薄膜太阳能电池单元负极的互联条与相邻薄膜太阳能电池正极中的互联区域相焊接，直接实现了薄膜太阳能电池组件内部薄膜太阳能电池单元的串联，工艺简单、电连接点较少，可靠性高。
2、本发明所提供的一种集成式薄膜太阳能电池组件，采用薄膜二极管作为与所述薄膜太阳能电池单元互联的旁路二极管，由于薄膜二极管比较薄，在后期层压工艺中不会形成周期性的凸起点，可以避免太阳能电池组件在使用过程中因局部受应力而损坏。
3、本发明所提供的一种集成式薄膜太阳能电池组件中的所述薄膜太阳能电池单元的串联方法，通过栅线将所述薄膜太阳能电池单元的负极引出，通过主线和互联条的导通作用，将连接所述薄膜太阳能电池单元负极的互联条与相邻薄膜太阳能电池正极中的互联区域相焊接，直接实现了薄膜太阳能电池组件内部薄膜太阳能电池单元的串联，工艺简单、电连接点较少，可靠性高。
4、本发明所提供的一种集成式薄膜太阳能电池组件的制备方法，只需一道激光刻线工序，工艺简单；更重要的是，激光刻线工序在已完成的镀膜工件上完成，不但避免了激光刻线和镀膜工序交替进行，易造成工序衔接不当，从而导致各组件单元的串联电阻增加以及开路电压降低现象的发生，有效提高光电转换效率，而且还避免了各膜层在清洗过程中易受灰尘和水汽侵蚀的现象；从而有效提高了所述集成式薄膜太阳能电池组件的光电转换效率。
5、本发明所提供的一种集成式薄膜太阳能电池组件的制备方法，通过栅线将负极引出，通过主线和互联条的导通作用，将连接薄膜太阳能电池单元负极的互联条与相邻薄膜太阳能电池正极中的互联区域相焊接，直接实现了薄膜太阳能电池组件内部薄膜太阳能电池单元的串联，工艺简单、电连接点较少，可靠性高。
6、本发明所提供的一种集成式薄膜太阳能电池组件的制备方法，采用薄膜二极管作为与所述薄膜太阳能电池单元互联的旁路二极管，由于薄膜二极管比较薄，在后期层压工艺中不会形成周期性的凸起点，可以避免太阳能电池组件在使用过程中因局部受应力而损坏；而且，所述薄膜二极管可以使用与所述薄膜太阳能电池片相同的材料来制备，工艺简单；另外，所述薄膜二极管设置在所述集成式薄膜太阳能电池组件的背面，避免了表面挡光现象。
7、本发明所提供的一种集成式薄膜太阳能电池组件的制备方法，连接薄膜二极管中所述半导体层和导电薄膜的导电胶带是Z轴导电胶带，除了垂直方向上能够导电以外，其他方向都不导电，这样就避免了在使用过程中由于双面导电胶带和导电薄膜的连接而造成二极管的短路。
8、本发明所提供的一种集成式薄膜太阳能电池组件的制备方法，前板和导电图形之间设置有离子聚合物层，可以有效降低前板和导电图形之间的接触势能，使得导电图形可以牢固的设置在所述前板上。
9、本发明所提供的一种集成式薄膜太阳能电池组件，其中薄膜太阳能电池单元的制备过程中将激光刻蚀和成膜步骤分开进行，避免了各膜层受灰尘和水汽侵蚀，制备工艺简单，光电转换效率高；采用柔性衬底和薄膜二极管实现了电池组件的柔性化，安装适应性强，使用范围广。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1是经过激光刻线后的薄膜太阳能电池片结构示意图；
图2是经过裁切后得到的薄膜太阳能电池单元的结构示意图；
图3是导电图形和绝缘条的相对位置关系图；
图4是薄膜太阳能电池单元、绝缘条、导电图形和前板的等轴装配图；
图5是限定性绝缘体、薄膜二极管和后板在薄膜太阳能电池串联组件背面的等轴装配图。
图中附图标记表示为：100-柔性导电衬底、102-光伏层、104-互联区域、106-纵向绝缘区、108-横向绝缘区、300-导电图形、302-栅线、304-总线、306-互联条、308-基点、310-应力释放区域、312-绝缘条、400-前板、402-薄膜太阳能电池单元正面、500-后板、502-薄膜二极管、504-导电薄膜、508-限定性绝缘体、510-薄膜太阳能电池串联组件背面、512-正极连接区、514-负极连接区。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。
本发明可以以许多不同的形式实施，而不应该被理解为限于在此阐述的实施例。相反，提供这些实施例，使得本公开将是彻底和完整的，并且将把本发明的构思充分传达给本领域技术人员，本发明将仅由权利要求来限定。在附图中，为了清晰起见，会夸大层和区域的尺寸和相对尺寸。
实施例1
本实施例提供一种集成式薄膜太阳能电池组件中所述薄膜太阳能电池单元的串联方法，包括如下步骤：
步骤一：制备若干相互独立的薄膜太阳能电池单元，如图2所示，所述薄膜太阳能电池单元包括柔性导电衬底100和设置在所述柔性衬底100上的光伏层102，所述薄膜太阳能电池单元的同侧设置有若干向所述光伏层102内侧凹陷的互联区域104，以露出所述柔性导电衬底100的部分区域；
步骤二：制备若干相互独立且呈阵列排布的导电图形300，所述导电图形300包括总线304、连接在所述总线304同侧的栅线302以及从所述总线304另一侧延伸出的互联条306，所述互联条306的位置间隔与所述互联区域104相一致，所述栅线302是一系列循环的导线，用来收集所述薄膜太阳能电池单元中形成的光生电子并汇聚到所述总线304中；
步骤三：将所述薄膜太阳能电池单元具有所述光伏单元的一面设置在所述导电图形300上，并将所述薄膜太阳能电池单元中的所述互联区域104和相邻所述导电图形300中的所述互联条306电连接，实现所述薄膜太阳能电池单元的负极与相邻所述薄膜太阳能电池单元正极电连接。
通过栅线将所述薄膜太阳能电池单元的负极引出，通过主线和互联条的导通作用，将连接所述薄膜太阳能电池单元负极的互联条与相邻薄膜太阳能电池正极中的互联区域相焊接，直接实现了薄膜太阳能电池组件内部薄膜太阳能电池单元的串联，工艺简单、电连接点较少，可靠性高。
作为本发明的其他实施例，如图3所示，在相邻所述导电图形300的间隔处还设置有绝缘条312，所述绝缘条312的宽度大于相邻所述导电图形300的间隔宽度。以防相邻所述薄膜太阳能电池单元发生短路。
实施例2
本实施例提供一种集成式薄膜太阳能电池组件及其制备方法，所述集成式薄膜太阳能电池组件包括依次设置在前板400上的太阳能电池组件、二极管组件和后板500。
所述太阳能组件包括由薄膜太阳能电池片分割得到的若干薄膜太阳能电池单元，并且相邻所述薄膜太阳能电池单元串联连接；所述前板400上还设置有若干相互独立并阵列间隔排列的导电图形300，相邻所述导电图形300的间隔处设置有绝缘条312，所述绝缘条312的宽度大于相邻所述导电图形300的间隔宽度，所述薄膜太阳能电池单元设置在所述导电图形300上；所述二极管组件包括若干设置在所述薄膜太阳能电池单元背面的薄膜二极管502，并且每个所述薄膜二极管502的正、负电极分别与相邻所述薄膜太阳能电池单元的柔性导电衬底100电连接。
所述薄膜太阳能电池单元包括柔性导电衬底100和设置在所述柔性导电衬底100上的光伏层102，在所述光伏层102同一侧的边缘设置有若干向所述光伏层102内侧凹陷的互联区域104，以露出所述柔性导电衬底100的部分区域。
所述导电图形300进一步包括总线304、连接在所述总线304同侧的栅线302以及从所述总线304另一侧延伸出的互联条306，所述互联条306的位置间隔与所述互联区域104相一致，并伸入到相邻所述导电图形300的栅线区域中，所述互联条306与所述互联区域104电连接；所述栅线302是一系列循环的导线，用来收集所述薄膜太阳能电池单元中形成的光生电子并汇聚到与之相互垂直的所述总线304中，并通过所述总线304和所述互联条306的导通作用，实现所述薄膜太阳能电池单元的负极与相邻所述薄膜太阳能电池单元正极电连接。
作为本发明的其他实施例，所述前板400和所述后板500在远离所述太阳能电池组件的一侧还设置蒸汽屏蔽层和/或玻璃覆盖层。
具体制备方法包括如下步骤：
S1、在柔性导电衬底100上制备光伏层102，形成薄膜太阳能电池片，所述薄膜太阳能电池片选自化合物半导体或导电高分子薄膜太阳能电池片，本实施例优选化合物半导体薄膜太阳能电池片CIGS（铜铟镓硒）薄膜太阳能电池。所述柔性导电衬底100为不锈钢膜、铝箔、钛箔、钼箔、聚酰亚胺薄膜中的一种，本实施例优选不锈钢膜。
所述薄膜太阳能电池片制备方法同现有技术，具体为在不锈钢膜上依次生长P型半导体CIGS（铜铟镓硒）层和N层半导体CdS（硫化镉）层。
S2、如附图1所示，通过激光刻线工序对光伏层102进行切割，切割的深度为除去光伏层102，露出部分所述柔性导电衬底100，形成相互垂直的纵向绝缘区106和横向绝缘区108以及由纵向绝缘区106和横向绝缘区108隔离开的光伏单元，所述光伏单元通常为矩形。
在所述光伏单元同一侧的边缘除去部分光伏层102，露出所述柔性导电衬底100，形成向所述光伏单元的内侧延伸的若干指状互联区域104。
S3、在所述柔性导电衬底100远离所述光伏层102的一面镀一层绝缘材料层，以保护所述柔性导电衬底100，本实施例优选氮化硅层；如附图2所示，通过激光刻线工序，沿所述纵向绝缘区106和所述横向绝缘区108对所述柔性导电衬底100进行切割，形成相互独立的薄膜太阳能电池单元。
本实施例中，只需一道激光刻线工序就可以将薄膜太阳电池片切割为光伏层相互独立的薄膜太阳能电池单元，工艺简单；更重要的是，激光刻线工序在已完成的镀膜工件上完成，不但避免了激光刻线和镀膜工序交替进行，易造成工序衔接不当，导致各组件单元的串联电阻增加以及开路电压降低现象的发生，而且还避免了各膜层在清洗过程中易受灰尘和水汽侵蚀的现象；从而有效提高了所述集成式薄膜太阳能电池组件的光电转换效率。
S4、在透明的柔性聚合物前板400上形成若干相互独立并阵列间隔排列的导电图形300，如附图3所示，所述导电图形300包括总线304、连接在所述总线304同侧的栅线302以及从所述总线304另一侧延伸出的互联条306，所述互联条306的位置间隔与所述互联区域104相一致，并伸入到相邻所述薄膜太阳能电池单元的栅线区域，所述栅线302是一系列循环的导线，用来收集所述薄膜太阳能电池单元中形成的光生电子并汇聚到与之相互垂直的所述总线304中，并通过所述总线304和所述互联条306的导通作用，实现所述薄膜太阳能电池单元的负极与相邻所述薄膜太阳能电池单元正极电连接，所述互联条306上还设置有便于焊接定位的基点308，所述总线304上还设置有应力释放区域310，目的是在焊接的过程中释放应力。
作为本发明的其他实施例，步骤S4中在形成所述导电图形300之前，还包括在所述前板400上设置一层离子聚合物层的步骤，所述导电图形300设置在所述离子聚合物层上，所述离子聚合物层可以有效降低所述导电图形300和所述前板400之间的接触势能，使得导电图形300可以牢固地固定在所述前板400上。
所述离子聚合物优选购自美国杜邦公司提供的沙林树脂。
所述前板400为热塑性透明塑料薄膜，所述热塑性透明塑料薄膜为聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）膜或聚氟乙烯复合膜（TPT），本实施例优选PET膜。
所述导电图形300为通过电镀或溅射工艺制备出导电金属层后，再通过光刻工艺制备出的导电金属图形；或者通过印刷工艺制备出的导电金属图形。本实施例中所述导电图形300优选通过印刷工艺形成导电图形300。
S5、如附图3所示，在相邻所述导电图形300的间隔处形成绝缘条312，所述绝缘条312的宽度大于相邻所述导电图形300的间隔宽度，并全部覆盖所述总线304，所述绝缘条312优选丝网印刷工艺制得的氧化铝层。
S6、如附图4所示，将步骤S3中制得的所述薄膜太阳能电池单元设置在所述导电图形300上，并通过层压工艺（即将薄膜太阳能电池单元和所述前板挤压在一起，并通过加热所述前板400，使得所述前板400和所述薄膜太阳能电池单元相键合），将所述薄膜太阳能电池单元固定在所述前板400上，薄膜太阳能电池单元正面402（即负极区域）与所述栅线302相贴合，所述互联区域104和所述互联条306相重合，且所述薄膜太阳能电池单元具有所述互联区域104的一侧及其对侧均与所述绝缘条312部分重叠，所述基点308能够搭接到所述栅线区域内的互联区域104中。
作为本发明的其他实施例，还可以通过加热融化和导电胶粘贴的方式将所述前板400和所述薄膜太阳能电池单元连接在一起，形成一个整体。所述加热融化的方式较成熟，可以采用激光二极管、激光或热空气喷气机等方式进行加热，加热的区域一般为直径1～2厘米的点，目的是通过融化设置在前板400上的导电图形300，使之与光伏层102形成相互接触并键合在一起，以保证所述前板400和所述薄膜太阳能电池单元形成一个整体。
作为本发明的其他实施例，在贴合所述薄膜太阳能电池单元之前还可以在所述前板400具有所述导电图形300的一面上涂布一层粘合剂，这层粘合剂不但对接下来的层压工艺起到很好的帮助作用，也可以保证所述绝缘条312和所述薄膜太阳能电池单元在所述前板400中的位置固定，最后经层压工艺时，将所述前板400、所述导电图形300、所述绝缘条312以及所述薄膜太阳能电池单元固定在一起，形成一个整体。
S7、采用激光焊接工艺，将所述互联条306和所述互联区域104相焊接，确保两者直接进行完全的物理上和电力学上的连续，形成电阻很小的欧姆接触（阻抗小于0.1Ω/cm2），实现相邻所述薄膜太阳能电池单元的串联，制得薄膜太阳能电池串联组件；为了确保所述薄膜太阳能电池单元的互联条306必须位于相邻所述薄膜太阳能电池单元的互联区域104内，可以在互联条306上设定定位的基点308；焊接时，整个操作过程在所述薄膜太阳能电池单元一侧完成，也可以在所述前板400的一侧完成，本实施例优选在所述薄膜太阳能电池单元一侧完成，所选用的激光器优选连续波长的光线激光器，波长在1070nm附近，功率为30～70w，聚焦点直径为30～80μm，扫描速率为400～800mm/s，在1～4mm直径范围内产生相同尺寸的焊接效果。
本实施例中，通过栅线将负极引出，通过主线和互联条的导通作用，将连接薄膜太阳能电池单元负极的互联条与相邻薄膜太阳能电池正极中的互联区域相焊接，直接实现了薄膜太阳能电池组件内部薄膜太阳能电池单元的串联，工艺简单、电连接点较少，可靠性高。
S8、制备薄膜二极管502，所述薄膜二极管502的负极为通过导电胶带粘合在所述半导体层上的导电薄膜504，所述导电薄膜504的宽度大于所述薄膜二极管502的宽度，且所述薄膜二极管502在所述导电薄膜504上居中设置；所述导电胶带为Z轴导电胶带，所述导电薄膜504为铜箔。
所述薄膜二极管502的制备方法同现有技术，与所述薄膜太阳能电池片的制备工艺相似。首先将一层P型半导体材料沉积在导电衬底上，P型半导体材料选自但不限于CIGS材料或CIS（铜铟硒）材料，所述导电衬底选自但不限于不锈钢或钼箔；采用CIS材料可以降低二极管的禁带宽度，可以提高二极管性能，因此优选CIS材料作为在P型半导体层。接下来依次沉积N型半导体膜CdS（硫化镉）和TCO（透明导电氧化物层），形成一个可以工作的二极管。
作为本发明的其他实施例，也可以采用铝、锌或者其他金属化合物替代CdS和TCO，与P型半导体层形成肖特基接触，这种二极管不但可以降低成本，也可以降低正向电压。但考虑到采用与薄膜太阳能电池片相同的材料和工艺来制备薄膜二极管可以有效降低原料成本和工艺成本，本实施例优选PN结结构的薄膜二极管。
S9、如附图5所示，在薄膜太阳能电池串联组件背面510，即相邻所述薄膜太阳能电池单元远离所述前板400一侧的连接处制备限定性绝缘体508，在所述导电薄膜504设置所述薄膜二极管502的一面及所述薄膜二极管502的正极上设置导电胶，将所述薄膜二极管502黏贴在所述限定性绝缘体508上；从图中可以看出，本实施例中所用的限定性绝缘体508为从一个矩形膜两端分别延伸出单突起和双突起，所述矩形膜的宽度大于导电薄膜504的宽度，所述双突起中间留有正极连接区512，所述单突起的肩部留有负极连接区514；通过所述限定性绝缘体508的限定作用，所述薄膜二极管502的正极仅与一个所述薄膜太阳能电池单元电连接，负极仅与相邻所述薄膜太阳能电池单元电连接。在相邻所述薄膜太阳能电池单元上设置二极管，可以保护串联电路上不处于工作状态的所述薄膜太阳能电池单元。
限定性绝缘体508是氧化铝层绝缘体，可通过溅射或者印刷工艺制备，本实施例优选丝网印刷工艺制备的氧化铝层。
采用薄膜二极管作为与所述薄膜太阳能电池单元互联的旁路二极管，由于薄膜二极管比较薄、质量轻，在后期层压工艺中不会形成周期性的凸起点，不但可以避免太阳能电池组件在使用过程中因局部受应力而损坏，而且还保证了生产工艺的连续性；另外，所述薄膜二极管设置在所述集成式薄膜太阳能电池组件的背面，避免了表面挡光现象。
S10、将后板500平铺在所述前板400设置有所述薄膜太阳能电池单元的一面上，通过层压工艺，将所述后板500固定在所述薄膜太阳能电池串联组件上，将所述薄膜太阳能电池单元和所述薄膜二极管502封装在所述后板500和所述前板400的夹层中，制得所述集成式薄膜太阳能电池组件。所述后板500为柔性绝缘合金膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）膜或聚氟乙烯复合膜（TPT）。
作为本发明的其他实施例，所述前板400和所述后板500远离所述薄膜太阳能电池单元的一侧还设置有蒸汽屏蔽层和/或玻璃覆盖层，具体实施方式同现有技术。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
Claims (22)
1.一种集成式薄膜太阳能电池组件，包括在垂直方向上依次设置的前板（400）、太阳能电池组件、二极管组件和后板（500），其特征在于，
所述太阳能组件包括若干相互独立的薄膜太阳能电池单元，并且相邻所述薄膜太阳能电池单元串联连接；
所述前板（400）上还设置有若干相互独立并阵列间隔排列的导电图形（300），相邻所述导电图形（300）的间隔处设置有绝缘条（312），所述绝缘条（312）的宽度大于相邻所述导电图形（300）的间隔宽度，所述薄膜太阳能电池单元设置在所述导电图形（300）上；
所述二极管组件包括若干设置在所述薄膜太阳能电池单元背面的薄膜二极管（502），并且每个所述薄膜二极管（502）的正、负电极分别与相邻所述薄膜太阳能电池单元的柔性导电衬底（100）电连接。
2.根据权利要求1所述的一种集成式薄膜太阳能电池组件，其特征在于，所述薄膜太阳能电池单元包括柔性导电衬底（100）和设置在所述柔性导电衬底（100）上的光伏层（102），在所述光伏层（102）同一侧的边缘设置有若干向所述光伏层（102）内侧凹陷的互联区域（104），以露出所述柔性导电衬底（100）的部分区域。
3.根据权利要求1或2所述的一种集成式薄膜太阳能电池组件，其特征在于，所述导电图形（300）进一步包括总线（304）、连接在所述总线（304）同侧的栅线（302）以及从所述总线（304）另一侧延伸出的互联条（306），所述互联条（306）的位置间隔与所述互联区域（104）相一致，并伸入到相邻所述导电图形（300）的栅线（302）区域中，所述互联条（306）与所述互联区域（104）电连接；所述栅线（302）是一系列循环的导线，用来收集所述薄膜太阳能电池单元中形成的光生电子并汇聚到所述总线（304）中，并通过所述总线（304）和所述互联条（306）的导通作用，实现相邻所述薄膜太阳能电池单元的串联连接。
4.根据权利要求1-3任一所述的一种集成式薄膜太阳能电池组件，其特征在于，在所述前板（400）和所述后板（500）远离所述薄膜太阳能电池单元的一侧设置蒸汽屏蔽层和/或玻璃覆盖层。
5.根据权利要求1-4任一所述的一种集成式薄膜太阳能电池组件，其特征在于，所述前板（400）为热塑性透明塑料薄膜。
6.根据权利要求5所述的一种集成式薄膜太阳能电池组件，其特征在于，热塑性透明塑料薄膜为聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）膜或聚氟乙烯复合膜（TPT）。
7.根据权利要求1-6所述的一种集成式薄膜太阳能电池组件，其特征在于，所述后板（500）为柔性绝缘合金膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）膜或聚氟乙烯复合膜（TPT）。
8.根据权利要求1-7所述的一种集成式薄膜太阳能电池组件，其特征在于，所述薄膜太阳能电池单元为化合物半导体或导电高分子薄膜太阳能电池单元。
9.根据权利要求2-8任一所述的一种集成式薄膜太阳能电池组件，其特征在于，所述柔性导电衬底（100）为不锈钢膜、铝箔、钛箔、钼箔、聚酰亚胺薄膜中的一种。
10.一种权利要求1-9任一所述的一种集成式薄膜太阳能电池组件中所述薄膜太阳能电池单元的串联方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：制备若干相互独立的薄膜太阳能电池单元，所述薄膜太阳能电池单元包括柔性导电衬底（100）和设置在所述柔性衬底（100）上的光伏层（102），所述薄膜太阳能电池单元的同侧设置有若干向所述光伏层（102）内侧凹陷的互联区域（104），以露出所述柔性导电衬底（100）的部分区域；
步骤二：制备若干相互独立且呈阵列排布的导电图形（300），所述导电图形（300）包括总线（304）、连接在所述总线（304）同侧的栅线（302）以及从所述总线（304）另一侧延伸出的互联条（306），所述互联条（306）的位置间隔与所述互联区域（104）相一致，所述栅线（302）是一系列循环的导线，用来收集所述薄膜太阳能电池单元中形成的光生电子并汇聚到所述总线（304）中；
步骤三：将所述薄膜太阳能电池单元具有所述光伏层（102）的一面设置在所述导电图形（300）上，并将所述薄膜太阳能电池单元中的所述互联区域（104）和相邻所述导电图形（300）中的所述互联条（306）电连接，实现所述薄膜太阳能电池单元的负极与相邻所述薄膜太阳能电池单元正极电连接。
11.根据权利要求10所述的一种集成式薄膜太阳能电池组件中所述薄膜太阳能电池单元的串联方法，其特征在于，在相邻所述导电图形（300）的间隔处还设置有绝缘条（312），所述绝缘条（312）的宽度大于相邻所述导电图形（300）的间隔宽度。
12.一种权利要求1-9任一所述的一种集成式薄膜太阳能电池组件的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、在柔性导电衬底（100）上制备光伏层（102），形成薄膜太阳能电池片；
S2、通过激光刻线工序对光伏层（102）进行切割，露出部分所述柔性导电衬底（100），形成相互垂直的纵向绝缘区（106）和横向绝缘区（108）以及由纵向绝缘区（106）和横向绝缘区（108）隔离开的光伏单元，在所述光伏单元同一侧的边缘除去部分光伏层（102），露出所述柔性导电衬底（100），形成向所述光伏单元内侧凹陷的若干互联区域（104）；
S3、通过切割工序，沿所述纵向绝缘区（106）和所述横向绝缘区（108）对所述柔性导电衬底（100）进行切割，形成相互独立的薄膜太阳能电池单元；
S4、在透明的柔性聚合物前板（400）上形成若干相互独立并阵列间隔排列的导电图形（300），所述导电图形（300）进一步包括总线（304）、连接在所述总线（304）同侧的栅线（302）以及从所述总线（304）另一侧延伸出的互联条（306），所述互联条（306）的位置间隔与所述互联区域（104）相一致，并伸入到相邻所述导电图形（300）的栅线区域，所述栅线（302）是一系列循环的导线，用来收集所述薄膜太阳能电池单元中形成的光生电子并汇聚到与之相互垂直的所述总线（304）中，并通过所述总线（304）和所述互联条（306）的导通作用，实现所述薄膜太阳能电池单元的负极与相邻所述薄膜太阳能电池单元正极的电连接；
S5、在相邻所述导电图形（300）的间隔处形成绝缘条（312），所述绝缘条（312）的宽度大于相邻所述导电图形（300）的间隔宽度；
S6、将步骤S3中制得的所述薄膜太阳能电池单元设置在所述导电图形（300）上，并通过层压工艺，将所述薄膜太阳能电池单元固定在所述前板（400）上，所述薄膜太阳能电池单元的负极与所述栅线（302）贴合，所述互联区域（104）和所述互联条（306）相重合，且所述薄膜太阳能电池单元具有所述互联区域（104）的一侧及其对侧均与所述绝缘条（312）部分重叠；
S7、采用激光焊接工艺，将所述互联条（306）和所述互联区域（104）相焊接，实现相邻所述薄膜太阳能电池单元的串联，制得薄膜太阳能电池串联组件；
S8、制备薄膜二极管（502），所述薄膜二极管（502）的负极为通过导电胶带粘合在所述半导体层上的导电薄膜（504），所述导电薄膜（504）的宽度大于所述薄膜二极管（502）的宽度，且所述薄膜二极管（502）在所述导电薄膜（504）上居中设置；
S9、在步骤S7中制得的薄膜太阳能电池串联组件中相邻所述薄膜太阳能电池单元远离所述前板（400）一侧的连接处制备限定性绝缘体（508），在所述导电薄膜（504）设置所述薄膜二极管（502）的一面及所述薄膜二极管（502）的正极上设置导电胶，将所述薄膜二极管（502）黏贴在所述限定性绝缘体（508）上，通过所述限定性绝缘体（508）的限定作用，所述薄膜二极管（502）的正、负电极分别与相邻所述薄膜太阳能电池单元的柔性导电衬底（100）电连接；
S10、将后板（500）平铺在所述前板（400）设置有所述薄膜太阳能电池单元的一面上，通过层压工艺，将所述后板（500）固定在所述薄膜太阳能电池串联组件上，将所述薄膜太阳能电池单元和所述薄膜二极管（502）封装在所述后板（500）和所述前板（400）的夹层中，制得所述集成式薄膜太阳能电池组件。
13.根据权利要求12所述的一种集成式薄膜太阳能电池组件的制备方法，其特征在于，所述互联条（306）上还设置有便于焊接定位的基点（308），所述总线（304）上还设置有应力释放区域（310）。
14.根据权利要求12-13任一所述的一种集成式薄膜太阳能电池组件的制备方法，其特征在于，所述柔性导电衬底（100）为不锈钢膜、铝箔、钛箔、钼箔、聚酰亚胺薄膜中的一种。
15.根据权利要求12-14任一所述的一种集成式薄膜太阳能电池组件的制备方法，其特征在于，步骤S4中在形成所述导电图形（300）之前，还包括在所述前板（400）上设置一层离子聚合物层的步骤，所述导电图形（300）设置在所述离子聚合物层上。
16.根据权利要求15所述的一种集成式薄膜太阳能电池组件的制备方法，其特征在于，所述离子聚合物为沙林树脂。
17.根据权利要求12-16任一所述的一种集成式薄膜太阳能电池组件的制备方法，其特征在于，所述导电图形（300）为通过电镀或溅射工艺制备出导电金属层后，再通过光刻工艺制备出的导电金属图形；或者通过印刷工艺制备出的导电金属图形。
18.根据权利要求12-17任一所述的一种集成式薄膜太阳能电池组件的制备方法，其特征在于，步骤S5中在形成所述绝缘条（312）之前还包括在所述前板（400）具有所述导电图形（300）的一面上涂布一层粘合剂的步骤。
19.根据权利要求12-18任一所述的一种集成式薄膜太阳能电池组件的制备方法，其特征在于，所述绝缘条（312）和所述限定性绝缘体（508）均为氧化铝层。
20.根据权利要求12-19任一所述的一种集成式薄膜太阳能电池组件的制备方法，其特征在于，所述导电薄膜（504）为铜箔。
21.根据权利要求12-20任一所述的一种集成式薄膜太阳能电池组件的制备方法，其特征在于，步骤S8中所述导电胶带为Z轴导电胶带。
22.根据权利要求12-21任一所述的一种集成式薄膜太阳能电池组件的制备方法，其特征在于，所述薄膜太阳能电池片为化合物半导体或导电高分子薄膜太阳能电池片。
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