CN103824894B - 具有反光器的太阳能电池 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种具有反光器的太阳能电池，包括电池片基体，所述电池片基体上设置有用于汇集电池片基体上电子的指栅线，所述指栅线上设置有用于将射向指栅线的光线反射到电池片基体上无遮挡裸露区域的反光器，所述的反光器的两个反射面与指栅线所在的面构成的截面为三角形，所述反光器沿着指栅线延伸方向设置。本发明将反光器平行或垂直地设置在指栅线的上部，可以减少光的入射损失、增强指栅线的导电能力、传导并汇总电流，能够减少或完全消除入射光在电池正面的电极遮挡损失，从而提升太阳能电池的发电效率。
Description
技术领域
本发明涉及电池领域，尤其涉及一种具有反光器的太阳能电池。
背景技术
太阳能电池是由一种或几种基于相关材料在特定形态及结构上的光电量子效应原理而制成的光伏器件，比如硅材料、砷化镓、硫化碲等等半导体材料或其他有机或无机的化合物材料。太阳能电池一般由这些主体材料经过特殊工艺形成能够实现光电转换的结构并结合一定的金属化技术而制成。
晶硅太阳能电池的主体加工工艺主要形成能最大效率地吸收光、并且能使光子在入射基体材料后产生相应的空穴-电子对的一种功能结构，然后再经过金属化技术将产生的电流收集并导出。金属化工艺主要是指在晶硅电池正反两面制作具有能够与基体半导体材料形成优良欧姆接触并传导电流的正负电极，其中背面的电极是正电极，正面的电极是负电极。正面电极具有一种特殊的设计要使其达到尽量减少正面电极遮光的效果，因为正面电极的存在必然会减少电池的正面受光面积，从而影响电池的转换效率。
传统的晶体硅太阳能电池正面电极主要是通过丝网印刷工艺制作，然后通过烧结形成具有电气连接的电极。通过丝网印刷制作的正面电极主要由指栅线和主栅线构成，其中指栅线收集电池基体产生的光生电子，并通过主栅汇总而出。目前丝网印刷的正面电极指栅线的宽度一般在50-100微米，并且由于丝网印刷技术本身的技术瓶颈，指栅线宽度很难再进一步降低，从而不可避免地造成了5—10％左右的正面遮光损失。
为了能够进一步减小正面电极造成的遮光损失，业内也开发了很多新技术，比如通过电镀或喷墨打印的方式来减少指栅线的宽度，使正面指栅线的宽度可以做到40微米甚至更窄，但即使这样，指栅线的遮光损失仍然还是比较大的，并不能完全消除或进一步大幅降低。同时这些技术也都比较昂贵，难以为整个产业带来好处。
另外也有一种全背接触技术，使用这种技术，太阳能电池的正负电极都被制作在电池的背面，从而完全消除了正面的电极遮光损失，但是这种技术需要采用更多且更精密的加工设备和制作工艺，其生产成本会更加昂贵，很难引进应用到目前普遍商业化生产的生产线上。
发明内容
本发明的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提供一种制作工艺简单、成本低廉且能够大幅减少甚至完全消除太阳能电池正面电极遮光损失的技术，从而增加太阳能电池发电效率的具有反光器的太阳能电池。
一种具有反光器的太阳能电池，包括电池片基体，在电池片基体上设置有用于汇集电池片基体上电子的指栅线，所述指栅线上设置有用于将射向指栅线的光线反射到电池片基体上无遮挡裸露区域的反光器，所述的反光器的两个反射面与指栅线所在的面构成的截面为三角形，所述反光器沿着指栅线延伸方向设置；
或者，在电池片基体上设置有用于汇集电池片基体上电子的指栅线，指栅线上与其垂直设置有用于汇总传导指栅线上电流的传导线，所述传导线上设置有用于将射向传导线的光线反射到电池片基体上无遮挡裸露区域的反光器，所述的反光器的两个反射面与传导线所在的面构成的截面为三角形，所述反光器沿着传导线延伸方向设置。
进一步地，如上所述的具有反光器的太阳能电池，所述反光器采用金属材料制成；反光器与指栅线为电气连接，共同构成太阳能电池的电极；或者反光器与传导线为电气连接。
进一步地，如上所述的具有反光器的太阳能电池，所述反光器为铜线制成的实心三棱柱结构，三棱柱两侧面涂覆反光材料构成反光器的两个反射面，该实心三棱柱结构取代传导线来汇总传导指栅线上的电流。
进一步地，如上所述的具有反光器的太阳能电池，所述的反光器采用非金属材料制成，所述指栅线或传导线上设置有粘结层，反光器通过粘结层固定在指栅线或传导线上。
进一步地，如上所述的具有反光器的太阳能电池，所述反光器由倒置的三角槽制成，三角槽内涂覆反光材料，三角槽的两个斜面构成反光器的两个反射面。
进一步地，如上所述的具有反光器的太阳能电池，所述反光器其截面三角形的底边宽度不小于指栅线的宽度。
进一步地，如上所述的具有反光器的太阳能电池，所述反光器的两个反射面上电镀或化学镀或涂覆有镜面反射层。
进一步地，如上所述的具有反光器的太阳能电池，所述三角形为底边长为50-500微米，高度为25—1000微米的等腰三角形。
进一步地，如上所述的具有反光器的太阳能电池，所述三角形的顶点与指栅线或传导线的宽度中点对齐。
本发明提供的具有反光器的太阳能电池，以横截面为三角形的三棱柱反光体作为反光器，或以横截面为三角形的三角槽反光体作为反光器，其作用机制是应用光的反射原理，当入射光照射在反光器的两侧面时，其反射光线反射到太阳能电池片无遮挡的区域，从而减少甚至完全避免光的遮挡损失，提升太阳能电池的转换效率。
附图说明
图1为具有三棱柱反射体反射器的太阳能电池指栅线的区域截面图；
图2为平行设置有多条反光器的太阳能电池俯视图；
图3为垂直设置有多条反光器的太阳能电池俯视图；
图4为具有三角槽反射体反射器的太阳能电池指栅线的区域截面图。
附图标记：
1：电池片基体；2：镜面反射层；5：入射光；6：反射光7：指栅线8：粘结层，9：反光器，10-传导线。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为具有反光器的太阳能电池指栅线的区域截面图，如图1所示，本发明提供的具有反光器的太阳能电池，包括电池片基体1和设置在电池片基体1上的指栅线7，所述的指栅线7上设置有用于将射向指栅线7的光线反射到电池片基体1上无遮挡裸露区域的反光器9，所述的反光器9的两个反射面与指栅线7所在的面构成的截面为三角形，所述反光器9沿着指栅线7延伸方向设置；或者，如图3所示，在电池片基体1上设置有用于汇集电池片基体上电子的指栅线7，指栅线7上与其垂直设置有用于汇总传导指栅线7上电流的传导线10，所述传导线10上设置有用于将射向主传导线10的光线反射到电池片基体1上无遮挡裸露区域的反光器9，所述的反光器9的两个反射面与传导线10所在的面构成的截面为三角形，所述反光器9沿着传导线10延伸方向设置。所述反光器9的两侧面光滑、反光能力强。
本发明提供的具有反光器的太阳能电池，以一种不透光材料制备的横截面为三角形的三棱柱反光体作为反光器，其作用机制是应用光的反射原理，当入射光5照射在其边上时，其反射光线6反射到太阳能电池片无遮挡的区域，从而减少甚至完全避免光的遮挡损失，提升太阳能电池的转换效率。
所述三棱柱状反光体作为一种光的反射器，应用光的反射原理，当入射光线5照射在其边上时，将反射光线6反射到电池片基体1的无遮挡的区域上，从而减少或避免了光的遮挡损失，有效增加电池正面的入射光总量，从而增加效率，降低太阳能发电成本。
进一步地，所述反光器9采用金属材料制成；反光器9与指栅线7为电气连接，共同构成太阳能电池的电极；或者反光器9与传导线10为电气连接。该反光器9材质也可以为银、铜、金、铂、钯、铝等金属或其它的电阻较低的金属或合金，也可以为其它具有导电功能的材料，如导电树脂、导电玻璃或碳纤维等；其加工工艺可以通过拉拔、冲压、注塑、切割、装配、涂覆、电镀、喷涂等加来制备，优选地，所述反光器的截面三角形具有尖锐的顶角，以减少光在电极棱角处的反射损失。所述反光器9采用金属材料制成的原因有2方面：一方面，当入射光5照射在反光器9边上时，反光器9将照射在其边上的入射光线反射到电池片上无遮挡的区域，从而减少或避免了光的遮挡损失；另一方面，作为一种导体，将指栅线7收集的光生电子传导出去，通过此两重作用提升太阳能电池器件的转换效率。
进一步地，如图3所示，所述反光器9为铜线制成的实心三棱柱结构，三棱柱两侧面涂覆反光材料构成反光器的两个反射面，该实心三棱柱结构取代传导线10来汇总传导指栅线7上的电流。
具体地，当反光器9由为铜线制成的实心三棱柱结构、并且反光器9平行设置在指栅线7上时的结构如图2所示，此时，反光器9与指栅线7通过焊接层焊接为一体，为电气连接；当反光器9垂直指栅线7设置时其结构如图3所示，该反光器9可以直接代替传导线10来汇总传导指栅线7上的电流，其制作工艺具体参见后续实施例四。所述焊接层可以为铅锡焊层或其他焊接层，其厚度为5微米-100微米，优选地，该该焊接层厚度为15—35微米，可以通过激光焊接、红外焊接、加热钎焊、导电胶粘结，或其他优良电气连接的方式。
本发明反光器9与指栅线7或传导线10电气连接，所述指栅线7起收集光生电子的作用，所述反光器9作为与指栅线7或传导线10电气连接的导体，将指栅线7上收集的光生电子传导出去，一方面增加了太阳能电池发电的效率，降低了太阳能电池发电成本，另一方面，也可以取代太阳能电池板上的部分主栅线或全部主栅线、以及可以取代本发明传导线10，从而降低了太阳能电池板的制造成本。
进一步地，所述的反光器9采用非金属材料制成，所述指栅线7或传导线10上设置有粘结层8，反光器9通过粘结层8固定在指栅线7或传导线10上。
具体地，当反光器9平行设置在指栅线7上时的结构如图1及图2所示，此时，在指栅线7上设置有粘结层8或者在反光器9的底面设置粘结层8，然反光器9粘贴在指栅线7上；或者当反光器9垂直指栅线7设置时，其结构如图3所示，同样，先在传导线10(由导电材料制成)上或者在反光器9的底面设置粘结层8，然后将反光器9粘贴在传导线10上。该粘结层8可以使用各种有机或无机粘胶，该粘胶粘结效果好、不含有害电池性能的物质、不对电池包括指栅线和反光器所用材料造成损害或腐蚀。所述粘结层8的厚度为5微米-100微米。
进一步地，如图4所示，所述反光器9由倒置的三角槽制成，三角槽内涂覆反光材料，三角槽的两个斜面构成反光器9的两个反射面。
进一步地，为了增强反射效果，如上所述的具有反光器的太阳能电池，所述反光器9的两个反射面上电镀或涂覆有镜面反射层2。
进一步地，如上所述的具有反光器的太阳能电池，所述三角形的底边长为50-500微米，高度为25—1000微米；优选地，该三角形底边长为100-300微米，高度为50-300微米；更优选地，所述三角形为等腰三角形。
进一步地，如上所述的具有反光器的太阳能电池，为了最大效率地提高反射器反射光到太阳能电池基板上，所述三棱柱或三角槽的顶点与指栅线7传导线10的宽度中点对齐。
本发明提供的太阳能电池，其反光器具有以下特点：
a)横截面为三角形，该三角形的三个角为尖角，从而可以减少光的反射损失。
b)三棱柱的两侧面为光滑面，反光能力强，能对光产生镜面反射的效果，优选地，还可以在反光器的两侧面电镀或涂覆镜面反射层，以增强反射效果。
c)、制备所述反光器的材料不限，可以为金属，也可以为非金属，还可以为有机材料，要求其对光的吸收小。所述反光器可以通过拉拔、冲压、注塑、切割、装配等加工工艺来制备。
本发明所述指栅线可以通过传统丝网印刷或喷涂导电浆料的方式制备，也可以通过电镀或其他方式来制备。
所述反光器可以平行地设置在指栅线的正上方，这种情况下，可以在每条指栅线的正上方都设置一反光电极；也可以将部分指栅线以网状形式连接起来，则也可以只在部分指栅线的上方设置反光器。
以下介绍本发明的制备工艺：
实施例一：
步骤一：太阳能电池制备
选取156mm*156mm尺寸的P型多晶太阳能电池，用丝网印刷的方式制作正面电极，其中印刷的正面指栅线宽度为80微米，高度为15微米，长度为153毫米。其中最边缘的两根指栅线距电池片边缘的距离为1.5mm。将此印刷好正反面电极的电池进行烧结测试，待后续步骤。前面所述的正面电极，也可以用喷涂的方式制备。
步骤二：制备反光器
用冲压或注塑的方式制备底边为100微米长，高度为150微米，长度为153毫米的三角反光条，将其三个表面都清洗干净，然后在其三个面喷涂镜面射层，并在其一个底边上涂覆一层30微米厚的胶层。
步骤三：在太阳能电池上集成反光器
将步骤二中制备的反光器与太阳能电池的指栅线对齐之后，经加热挤压接触使其粘附于指栅线正上方，反光器的底边能够完全覆盖掉指栅线。
值得注意的是上述步骤三中过程，可以单独依次向每根指栅线粘附反光器，也可以将每块电池所需要的反光器集成组成起来，统一对准后一次性完成所有指栅线上反光器的粘附，当然这需要对组装的反光器进行特殊的间距、位置及精度的设计和控制。相应技术人员，在本发明主要内容的指导下都可以进行相应的工艺优化，但这些改进都属本发明保护之内容。
实施例二：
步骤一：太阳能电池制备
选取156mm*156mm尺寸的P型多晶太阳能电池，用丝网印刷的方式制作正面电极，其中印刷的正面指栅线宽度为80微米，高度为15微米，长度为153毫米。其中最边缘的两根指栅线距电池片边缘的距离为1.5mm。将此印刷好正反面电极的电池进行烧结测试，待后续步骤。前面所述的正面电极，也可以用喷涂的方式制备，也可以用其他工艺比如线增强型金属化技术。
步骤二：制备反光器
使用透明材料，用冲压或注塑的方式制备底边为100微米长，高度为150微米，长度为153毫米的三角槽行列，其中心间距与前述步骤中细栅线的中心间距一致，要求三角槽的两个表面光滑清洁，然后在其两个面喷涂镜面反射层，最后在三角槽的底面上涂覆一层15—20微米厚的透明粘附层。
步骤三：在太阳能电池上集成反光器
将步骤二中制备的反光器与太阳能电池的指栅线对齐之后，经加热挤压接触使其粘附于指栅线正上方，使反光器的底边能够完全覆盖掉指栅线。
值得注意的是上述两个实施例中过程，可以单独依次向每根指栅线粘附反光器，也可以将每块电池所需要的反光器集成组成起来，统一对准后一次性完成所有指栅线上反光器的粘附，当然这需要对组装的反光器进行特殊的间距、位置及精度的设计和控制。相应技术人员，在本发明中心思想的指导下都可以进行相应的工艺优化及组合，但这些改进都属本发明保护之内容。
实施例三：
步骤一：预先制备具有接触电极的的太阳能电池
选取156mm*156mm尺寸的P型多晶太阳能电池，用丝网印刷的方式制作正面电极，其中印刷的正面指栅线宽度为80-150微米，高度为5微米至15微米，长度为153毫米。其中最边缘的两根指栅线距电池片边缘的距离为1.5mm。将此印刷好正反面电极的电池放入烧结炉中进行烧结，待后续步骤。前面所述的正面电极，也可以用喷涂的方式制备。
步骤二：制备具有助焊层的反光导体
用拉拔工艺将铜铜丝拉制成直径为60微米的圆铜线，再用热涂覆工艺在其上涂覆一层厚度为20微米左右的铅锡助焊层；然后将此圆铜线置于冲压模内冲压，使圆铜线变为截面为三角形的导体线，然后将其表面清洗干净，通过电镀或喷涂的方式在两个反光面制备镜面反射层，底边长为120微米，高度为110微米，将此三角导体截为165毫米长的小段，以备使用。
步骤三：在电池接触电极上平行焊接反光导体
首先在反光导体底边或接触电极上涂覆肋焊剂，然后用焊接仪器将反光导体的底边平行地与接触电极焊接在一起，使其形成良好的电气连接，焊接完成后的正面电极，每根接触电极都完全被反光导体覆盖，另外其一端与接触电极的一端对齐，另一端伸出电池片之处，以便于后续的电池串联，如图2所示。
在本实施例中，可以保留传统的印刷主栅线，也可以不保留传统的印刷主栅线，优选地不保留主栅线，而利用反光导体将电流直接传导出电池，这样可以消除主栅线的遮光损失，同时降低了电池的制作成本。在本方案中，一方面去除了主栅线，另一方面反光导体不仅增强了电极的导电能力，而且其反光特性也减少或消除了电池接触电极的遮光损失，从而大幅提升了电池的转换效率。
实施例四：
步骤一：预先制备具有接触电极的的太阳能电池
选取156mm*156mm尺寸的P型多晶太阳能电池，用丝网印刷的方式制作正面电极，其中印刷的正面指栅线宽度为80-150微米，高度为5微米至15微米，长度为153毫米。其中最边缘的两根指栅线距电池片边缘的距离为1.5mm。将此印刷好正反面电极的电池放入烧结炉中进行烧结，待后续步骤。前面所述的正面电极，也可以用喷涂的方式制备。
步骤二：制备具有助焊层的反光导体
用拉拔工艺将铜铜丝拉制成直径为60微米的圆铜线，再用热涂覆工艺在其上涂覆一层厚度为20微米左右的铅锡助焊层；然后将此圆铜线置于冲压模内冲压，使圆铜线变为截面为三角形的导体线，然后将其表面清洗干净，通过电镀或喷涂的方式在两个反光面制备镜面反射层，底边长为120微米，高度为110微米，将此三角导体截为165毫米长的小段。
步骤三：在电池接触电极上垂直焊接反光导体
在反光导体的底边上均匀涂覆助焊剂，然后将其依次等间距地在垂直接触电极的方向上焊接到电池片正面上，并使其一端与电池片边缘对齐，另一端伸出电池片之外以便将来电池片间的串联，焊接的反光导体的数量为10-50根；如图3所示。
实施例五：
步骤一：预先制备具有接触电极的的太阳能电池
选取156mm*156mm尺寸的P型多晶太阳能电池，用丝网印刷的方式制作正面电极，其中印刷的正面指栅线宽度为80-150微米，高度为5微米至15微米，长度为153毫米。其中最边缘的两根指栅线距电池片边缘的距离为1.5mm。将此印刷好正反面电极的电池放入烧结炉中进行烧结，待后续步骤。前面所述的正面电极，也可以用喷涂的方式制备。
步骤二：制备反光导体
用拉拔工艺将铜铜丝拉制成直径为100微米的圆铜线，然后将此圆铜线置于冲压模内冲压，使圆铜线变为截面为三角形的导体线，然后将其表面清洗干净，通过电镀或喷涂的方式在两个反光面制备镜面反射层，底边长为120微米，高度为110微米，将此三角导体截为165毫米长的小段。
步骤三：在垂直于电池接触电极的方向上焊接反光导体
在反光导体表面涂覆助焊剂，然后将其垂直或平行地辅设在接触电极上方，使反光导体的底边与每根接触电极的交驻处或接触面充分接触，然后用红外或激光的方式将每个接触点焊接牢固，使其一端与电池片边缘对齐，另一端伸出电池片之外以便将来电池片间的串联，焊接的反光导体的数量为10—50根。
这样的正面电极结构中，指栅线能够收集光生电池，而反光导体则起到替代主栅线起汇总电流并传导电流的作用，同时由于其本身的反光特性，在传导电流的同时又可以减少正面的主栅线遮光损失，显著提升电池的转换效率。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (5)
1.一种具有反光器的太阳能电池，包括电池片基体(1)，其特征在于，在电池片基体(1)上设置有用于汇集电池片基体(1)上电子的指栅线(7)，所述指栅线(7)上设置有用于将射向指栅线(7)的光线反射到电池片基体(1)上无遮挡裸露区域的反光器(9)，所述的反光器(9)的两个反射面与指栅线(7)所在的面构成的截面为三角形，所述反光器(9)沿着指栅线(7)延伸方向设置；
或者，在电池片基体(1)上设置有用于汇集电池片基体上电子的指栅线(7)，指栅线(7)上与其垂直设置有用于汇总传导指栅线(7)上电流的传导线(10)，所述传导线(10)上设置有用于将射向传导线(10)的光线反射到电池片基体(1)上无遮挡裸露区域的反光器(9)，所述的反光器(9)的两个反射面与传导线(10)所在的面构成的截面为三角形，所述反光器(9)沿着传导线(10)延伸方向设置；
其中，所述反光器由倒置的三角槽制成，三角槽内涂覆反光材料，三角槽的两个斜面构成反光器的两个反射面，所述反光器(9)的两个反射面上电镀或化学镀或涂覆有镜面反射层，所述三角形为底边长为50-500微米，高度为25-1000微米的等腰三角形，所述三角形的顶点与指栅线(7)或传导线(10)的宽度中点对齐。
2.根据权利要求1所述的具有反光器的太阳能电池，其特征在于，所述反光器(9)采用金属材料制成；反光器(9)与指栅线(7)为电气连接，共同构成太阳能电池的电极；或者反光器(9)与传导线(10)为电气连接。
3.根据权利要求2所述的具有反光器的太阳能电池，其特征在于，所述反光器(9)为铜线制成的实心三棱柱结构，三棱柱两侧面涂覆反光材料构成反光器的两个反射面，该实心三棱柱结构取代传导线(10)来汇总传导指栅线(7)上的电流。
4.根据权利要求1所述的具有反光器的太阳能电池，其特征在于，所述的反光器(9)采用非金属材料制成，所述指栅线(7)或传导线(10)上设置有粘结层(8)，反光器(9)通过粘结层(8)固定在指栅线(7)或传导线(10)上。
5.根据权利要求1-4任一项所述的具有反光器的太阳能电池，其特征在于，所述反光器(9)其截面三角形的底边宽度不小于指栅线的宽度。
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