CN104282787B - 一种光电模块 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种光电模块，所述光电模块具有多个太阳能电池，所述太阳能电池在预处理过的硅片上包括各一个接触结构，所述接触结构具有多个在第一方向上平行地布置的线状接触指和至少一个垂直于所述第一方向布置的汇流排。所述汇流排在第二方向上跨越所述接触指地分布并且在所述接触指的区域内具有各一个接触面，所述接触面在所述第二方向上突出于所述接触指并且与所述接触指电连接。设置有至少一个用于连接所述太阳能电池的电池连接器，所述至少一个电池连接器跨越至少一个太阳能电池的所述汇流排地分布并且与所述汇流排的接触面电连接，其中，所述电池连接器的宽度小于所述接触面在所述第一方向上的长度。
Description
技术领域
本发明涉及一种光电模块，其具有多个太阳能电池，所述太阳能电池具有前侧接触结构，所述前侧接触结构包括多个平行地布置的线状接触指和至少一个相对于它垂直地分布的汇流排。
背景技术
太阳能电池用于将电磁辐射能量尤其是太阳光转化成电能。所述能量转化基于辐射在太阳能电池中被吸收，由此产生正负载流子(“电子-空穴-对”)。然后，所产生的自由载流子被彼此分开，以被引向分开的触点。
太阳能电池一般具有正方形的硅衬底，在所述硅衬底中构成有两个具有不同电导率或者掺杂(Dotierung)的区域。在也被称为“基极”和“发射极”的两个区域之间形成p-n结。所述p-n结产生内部的电场，所述电场使得由辐射产生的载流子像上面所描述的那样分开。
太阳能电池的前侧发射极接触结构一般包括由线状的金属接触元件组成的栅格状布局，所述接触元件也被称为接触指。此外，还设置有横向于所述接触指分布的并且具有较大宽度的金属汇流排。后侧的基极接触结构一般具有平面式构成的金属层，在所述金属层上布置有金属的后侧接触元件。在前侧的汇流排和后侧接触元件上连接有电池连接器。
在光电(PV)模块或者太阳能模块中总是联接有多个太阳能电池。一般情况下，所述太阳能电池经由电池连接器串联接线成所谓的串(Strings)，所述串在其那方面同样以串联电路的形式连接。通过这种方式接线的太阳能电池处于透明的嵌入层中，所述嵌入层布置在前侧的玻璃盖板与后侧的薄膜盖板之间。
所述电池连接器一般是镀锡的铜带，所述铜带被焊接到所述前侧的汇流排和后侧接触元件上。在将电池连接器安设到所述前侧的汇流排上时，经常出现错误定位。于是，所述电池连接器至少在一侧靠置到所述接触指上并且经由焊料向所述接触指施加力作用，所述力作用可能导致汇流排区域内的指中断(Fingerunterbrechungen)和电池裂纹。作用于所述接触指的力由于硅衬底、金属化膏体、焊料、铜带、包封材料、后侧薄膜或者玻璃盖板的不同热膨胀系数而出现。窄的、灵敏的接触指经常在焊料冷却时以及在制成太阳能模块的层压过程期间就已经被置于机械应力之下。其他的机械应力由于白天黑夜、夏天冬天的温度变化以及由于雨雪风霜而出现在太阳能模块上。所出现的指中断和电池裂纹对模块功率产生不利影响并且增加了模块的电衰减(Degradation)。但是，经常也将所述汇流排实施得比所述电池连接器更窄，以便节约银膏体。在这种情况下，也会在所述电池连接器并未发生错误定位的情况下导致所述指上的机械应力，这是因为所述电池连接器经由焊料将力作用施加到易坏的接触指上。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种具有多个太阳能电池的光电模块，所述太阳能电池具有经改善的前侧接触结构。
上述目的通过根据权利要求1所述的光电模块来实现。本发明的其他具有优点的实施方式在从属权利要求中给出。
根据本发明，光电模块具有多个太阳能电池，所述太阳能电池包括各一个具有接触结构的、预处理过的硅片，所述接触结构具有多个在第一方向上平行地布置的线状接触指和至少一个垂直于所述第一方向布置的汇流排。所述汇流排在第二方向上跨越所述接触指地分布并且在所述接触指的区域内分别包括接触面，所述接触面在所述第一方向上和所述第二方向上突出于所述接触指并且与所述接触指电连接。此外，设置有至少一个带状的电池连接器，所述电池连接器跨越所述汇流排地分布并且至少与所述汇流排的接触面电连接。所述电池连接器的宽度在第一方向上小于所述接触面在第一方向上的长度。
在所述接触结构的根据本发明的设计中，用于使得经由所述接触指所采集的发射极-载流子聚集在一起的汇流排以加宽的接触面的形式在所述接触指的区域内构成，所述接触结构的根据本发明的设计负责的是，相对于所述接触面来说较窄的电池连接器即使在错误定位的情况下仍不会在安设所述电池连接器的时候与所述接触指发生机械接触。因此，通过有效地防止所述电池连接器靠置到所述接触指上，可以减少指中断和电池裂纹的数量，并因此降低太阳能电池和由它所构建的光电模块的电衰减的危险。
根据一种优选实施方式，所述汇流排在电池连接器方向上具有一系列短的和长的接触面。所述短的接触面负责节约材料并因此负责降低成本，这是因为所述接触面一般由银制成。同时，也降低了太阳能电池前侧的遮暗面，光线经由所述太阳能电池前侧射入。所述较宽的接触面负责一般由铜组成的电池连接器与所述接触面之间的良好的电接触和机械接触，并且可靠地避免了在机械应力的情况下所述电池连接器从所述接触面上的牵拉，所述太阳能电池或者光电模块在制造和使用的过程中经受所述机械应力。
根据另一种优选实施方式，所述接触面的长度在经预处理的硅片的棱边区域内相对于所述汇流排的其他接触面是最大的。也就是说，尤其在模块制造过程中在至所述太阳能电池的过渡区域内特别高的力作用于所述电池连接器，从而在这里存在将所述电池连接器从所述接触面上牵拉开的增加的危险。
根据另一种优选实施方式，所述接触面的长度从经预处理的硅片的棱边朝向经预处理的硅片的中心以如下方式变化，即，所述接触面的长度在电池连接器方向上减小并且优选在太阳能电池的中心区域内具有最小值。利用这种设计，实现了在材料使用、太阳能电池前侧的遮暗和在所述电池连接器上存在机械应力的情况下到所述接触面上的足够的粘附方面的最佳折衷。
根据另一种优选实施方式，所述接触面的角部倒成圆形地或者倾斜地实施。这优选也适用于所述接触面至所述接触指的过渡部。由此，避免了在所述角部上或者在过渡区域内形成电压峰值，所述电压峰值可能导致电池裂纹。类似的也适用于后侧接触结构，其接触面同样优选倒成圆形地或者倾斜地实施，以便避免这种电压峰值。
根据另一种优选实施方式，所述汇流排还附加地具有连接片，所述连接片比所述接触面更窄并且使得所述接触面彼此连接，其中，所述接触面至所述连接片的过渡部倒成圆形地或者倾斜地实施。通过所述接触面之间的电池连接器下面的所述附加的连接片，存在如下可能性，即形成与所述电池连接器的经改善的电接触和机械接触，而不会由于附加的不透明的接触层而增加太阳能电池前侧的遮暗，这是因为所述连接片消失在总是存在的电池连接器之下。此外，所述连接片简化了太阳能电池借助于针片(Nadelleisten)在电池测试器中的电接触性。
附图说明
下面结合附图对本发明进行详细阐述。
图1示出光电模块的示意性侧视图；
图2示出根据图1的光电模块的示意性俯视图；
图3示出硅太阳能电池的示意性侧视图；
图4示出根据图3的硅太阳能电池的前侧的示意图；
图5示出根据图3的硅太阳能电池的后侧的示意图；以及
图6至图11示出硅太阳能电池的前侧接触结构的各一种实施方式，其中示出了带有接触指结构、汇流排和配属的电池连接器的各一个局部。
具体实施方式
结合附图描述太阳能电池和光电模块，其中所述太阳能电池的经改善的前侧接触结构负责减少指中断和电池裂纹。
图1以示意性侧视图示出光电模块200。形象地说明所述光电模块的前侧的配属示意性俯视图在图2中给出。下面也被称为太阳能模块的光电模块200具有一定数量的彼此电连接的硅太阳能电池100。在运行中，所述光电模块200以其前侧面向日射，其中，一部分射线被所述太阳能电池100吸收并且转化成电能。所述太阳能电池100一般具有正方形结构。但是，也可以实现其他形状。在所述光电模块200中布置在一个平面内的太阳能电池100处于前侧的玻璃盖板210与后侧的薄膜盖板211之间，并且注入透明的嵌入层220中。在边缘上，所述光电模块具有框架230，所述框架230赋予了所述模块稳定性和连接刚度。
如图2所示，所述光电模块200的太阳能电池100优选以串联电路的形式彼此连接，所述串联电路以S形的方式跨越所述光电模块200地分布。布线(如图2中所示)借助于电池连接器240来实现，所述电池连接器240以带状的电导体的形式例如以镀锡的铜带的形式构成。所述电池连接器240将硅太阳能电池的各一个前侧接触结构与相邻的太阳能电池的后侧接触结构连接起来。以具有列和行的阵列的形式布置在所述光电模块上的、处于外部的太阳能电池经由横向连接器245彼此互连。
图3示意性地示出所述光电模块200的太阳能电池100的侧视图或者剖视图。所述太阳能电池100的前侧的俯视图在图4中示出，而后侧视图在图5中示出。所述太阳能电池100具有硅衬底110，所述硅衬底110分成后侧的基极区域111和前侧的发射极区域112，它们具有不同的掺杂。在此，所述基极区域111一般具有p掺杂，相反，所述发射极区域112具有n掺杂。在这两个区域之间形成p-n结，所述p-n结产生电场。于是，在照射所述太阳能电池的时候，由吸收辐射所产生的载流子通过所述电场彼此分开。为了使所述基极区域111和发射极区域112相接触，在所述太阳能电池的前侧和后侧上设置有接触结构。
在此，所述前侧接触结构包括大量的金属接触元件，下面所述金属接触元件也被称为接触指。所述接触指(如图4中所示)相对薄并且线状地构成并且以栅格的形式平行地跨越太阳能电池地分布。所述接触指结构仅仅使得太阳能电池前侧稍微被遮暗，光线经由所述太阳能电池前侧射入。所述接触指132优选嵌入抗反射层120中，利用所述抗反射层120来抑制表面上的光反射，所述光反射降低了光效率。除了平行分布的接触指132，所述太阳能电池的前侧接触结构优选还包括多个金属的汇流排135，所述汇流排135下面也被称为汇流条(Busbar)。所述汇流排135垂直于线状的接触指132地布置并且越过所述接触指地分布。所述汇流排135使得从所述发射极区域112经由接触指所采集的载流子聚集在一起，并且经由所述电池连接器将它们传递给相邻的太阳能电池。所述接触指132和汇流排135优选由银组成并且通常借助于印刷法来覆加，在所述印刷法中使用银膏体。
所述太阳能电池的后侧接触结构(如图5中所示)包括金属层150，在所述金属层150上优选以均匀分布的方式布置有多个大面积的金属接触面155。所述金属层150可以例如由铝制成，所述金属接触面155可以由银制成。后侧的接触面155像前侧的汇流排那样用于使得所述电池连接器在所述光电模块的框架内电连接和机械连接，以便使得各个太阳能电池以串联电路串联在一起。如图5中进一步所示，优选的是，所述接触面155的角部倒成圆形或者倾斜，以便避免出现在尖的棱边上的电压峰值。这种电压峰值可能导致电池裂纹。
在将一般为铜带的带状电池连接器安设到前侧的汇流排上时，在太阳能电池的批量生产过程的范围内经常出现所述电池连接器的错误定位，于是由此使得所述电池连接器以相对于所述汇流排移动的方式靠在所述接触指上。于是，经由这种接触，将力接入所述接触指中，例如基于硅衬底、银膏体、用于安设铜带的焊料、铜、包封材料、后侧薄膜或者前侧上的玻璃盖板的不同的热膨胀系数。此后，在制造过程的范围内例如在焊料冷却以及随后的层压过程中出现在所述接触指上的这种机械应力或者还由于太阳能电池运行时的温度波动，可能导致所述接触指的损坏，尤其是裂开，这对光电模块功率产生不利影响。
这种指中断和电池裂纹利用根据本发明的经改善的前侧接触结构得以避免，其中在图4中示意性所示的贯通式汇流排细分成接触面，所述接触面分别布置在所述接触指的区域内并且突出于所述接触指。于是，跨越所述汇流排地分布的带状电池连接器的宽度小于所述汇流排的所述接触面的宽度。由此，所述汇流排的所述接触面可靠地使得所述电池连接器与窄的并因此易坏的接触指遮隔开，即使是在所述电池连接器并没有精确定位的情况下。所述汇流排的所述接触面相对于带状式跨越它地分布的电池连接器的侧向突出部负责足够的公差范围。
根据本发明的前侧接触结构的可能的根据本发明的构造形式在图6至图11中示意性示出，其中，分别总是仅仅示出一个局部。在此，所述接触指132在Y方向上相对于彼此平行地分布，而所述汇流排135相对于它横向地布置在X方向上。在将太阳能电池联接成光电模块的范围内布置在所述汇流排上的电池连接器240以虚线示出。
在图6所示的实施方式中，所述汇流排的跨越所述接触指地布置的各个接触面彼此连接，从而产生贯通式汇流排，与跨越它地分布的电池连接器相比，所述汇流排更宽地实施。在此，所述贯通式汇流排可以实现至所述电池连接器的良好的电和机械连接。所述汇流排的接触面与所述接触指之间的过渡部(如图6中进一步所示)倾斜地实施，以便在所述接触指与所述接触面之间的电过渡部的情况下避免电压峰值。可供选择地，也存在如下可能性，即，像所述后侧接触面中那样，使角部倒成圆形，以便抑制所述电压峰值。
图7示出所述前侧接触结构的另一种实施方式，其中所述汇流排的具有倒成圆形的角部的各个接触面经由连接片彼此连接。所述接触面之间的附加的连接片又负责所述电池连接器的经改善的电和机械联接，其中，所述连接片相对于图6中所示的实施方式的减小的宽度负责一般由银制成的汇流排的减少的材料消耗并因此负责降低制造成本。
在图8中示出另一种实施方式，其中所述汇流排的接触面彼此分开地实施，并且仅仅通过平行地跨越它地分布的电池连接器彼此连接。利用这种构造方式，进一步降低了所述汇流排的材料消耗并因此可以实现低成本的制造。所述汇流排的区域内的减小的金属化面积(如图7和图8中所示)的另一优点在于电池表面的更好的钝化(Passivierung)，这是因为在未金属化的区域中发射极的表面钝化得以维持。
这也适用于图9中所示的实施方式，其中在Y方向上相同宽度的但是在X方向上可供选择地短的和长的接触面跨越所述接触指地布置。短的接触面负责降低材料供给并且同时负责足够的电触点接通。处于它们之间的较长的接触面确保了所述电池连接器在所述汇流排上的机械联接，以便避免在机械应力的情况下所述电池连接器从所述汇流排上的牵拉(Abzug)。此外，通过短的接触面，降低了所述太阳能电池前侧上被所述汇流排遮盖的面积，由此实现了减少的遮蔽并因此实现了改善的光接入。
原则上，可以设想短的和长的接触面的各种各样的次序。例如，代替图9中所示的那种情况，接触面可以每隔一个、仅仅每隔两个或者每隔三个地较长地实施。在图8中所示的统一的接触面中，所述接触面的长度在X方向上优选为0.7mm(毫米)，由此产生针对所述电池连接器的足够的粘附。在图9中所示的可供选择的接触面长度中，较长的接触面的长度为1mm，短的接触面的长度为0.3mm，以便负责所述电池连接器在所述汇流排上相对于牵拉力的足够的粘附。
可供选择地，如图10和图11中所示，也可以使用接触面的如下次序，即其长度在X方向上减小，也就是说在所述电池连接器的方向上减小。在此，可以像图10中所示的那样实施所述接触面长度的梯级式减小，或者像图11中所示的那样跳跃式减小。此外，也可以像图10和图11中所示的那样，所述接触面总是遮盖多个接触指。在此，优选的是，所述接触面长度的减小通过如下方式来实施，即，贴靠在太阳能电池边缘上的接触面具有最大的长度，这是因为在生产中在这里所述电池连接器被施加最大的机械力，并因此在这里存在针对牵拉电池连接器的最大危险。于是，较大的接触面负责更好的机械连接。此外，优选的是，最短的接触面设置在太阳能电池的中心区域内，这是因为在这里所述电池连接器经受最小的机械负荷。于是，通过减小的面积大小，既可以节约材料又可以降低对于光接入的遮蔽。
Claims (9)
1.一种光电模块，其具有：
a)多个由预处理过的硅片制成的太阳能电池(100)，所述太阳能电池具有各一个接触结构，所述接触结构包括多个在第一方向上平行地布置的线状接触指(132)和至少一个垂直于所述第一方向布置的汇流排(135)，其中，所述汇流排在第二方向上跨越所述接触指地分布并且与所述多个接触指电连接；以及
b)至少一个用于连接所述太阳能电池的电池连接器(240)，所述至少一个电池连接器在所述第二方向上跨越至少一个太阳能电池的所述汇流排(135)地分布并且与所述汇流排电连接，其中，所述电池连接器的宽度小于所述汇流排(135)的宽度；
其特征在于，
所述汇流排(135)具有一系列在所述第二方向上具有不同长度的接触面，所述接触面形成与所述接触指(132)的电连接，其中，所述汇流排(135)布置在所述太阳能电池(100)的边缘区域内的接触面在所述第二方向上的长度大于所述汇流排布置在所述太阳能电池的中间区域内的接触面在所述第二方向上的长度，其中，所述汇流排(135)布置在所述太阳能电池(100)的边缘区域内的接触面之间在所述第二方向上的间距小于所述汇流排布置在所述太阳能电池的中间区域内的接触面之间在所述第二方向上的间距。
2.根据权利要求1所述的光电模块，其中，所述汇流排的至少一个所述接触面在所述第二方向上跨越多个接触指地延伸。
3.根据权利要求1或2所述的光电模块，其中，所述太阳能电池的所述汇流排(135)的所述接触面的长度在所述第二方向上从所述中间区域朝向所述边缘区域地增加。
4.根据权利要求1或2所述的光电模块，其中，所述汇流排(135)布置在所述太阳能电池的所述中间区域内的接触面关于剩余接触面是面积最小的。
5.根据权利要求1或2所述的光电模块，其中，所述接触面的角部倒成圆形地或者倾斜地实施。
6.根据权利要求1或2所述的光电模块，其中，所述接触面至所述接触指的过渡部倒成圆形地或者倾斜地实施。
7.根据权利要求1或2所述的光电模块，其中，所述汇流排(135)具有连接片，所述连接片比所述接触面更窄并且使得所述接触面彼此连接。
8.根据权利要求7所述的光电模块，其中，所述汇流排的所述接触面至所述连接片的过渡部倒成圆形地或者倾斜地实施。
9.根据权利要求1或2所述的光电模块，其还具有前侧的玻璃盖板(210)和后侧的盖板(211)，其中，所述太阳能电池在所述前侧盖板与所述后侧盖板之间布置在嵌入层(220)中，并且其中，所述太阳能电池与电池连接器一起连接成串联的太阳能电池的多个线路。
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