CN104871322A - 用于互连具有背面接触的光电池的器件以及包括这种器件的模块 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于互连具有背面接触的光电池(PV1,PV2)的器件(1)，其特点是，其包括至少一个由电绝缘纤维(10)形成的编织层，该编织层包括至少一个由导电材料构成的绞线或带的部分(100)，所述至少一个绞线或带的部分(100)与所述纤维(10)编织并且布置为使其与编织的至少一个区域的表面保持齐平以形成电接触区(101)，该电接触区(101)将连接至位于电池的背面上的接触导片。本发明还涉及一种具有背面接触的互连的光电池模块和制造这种模块的工艺，所述模块包括沿着电池的背面(F2)布置的互连器件(1)。

Description

用于互连具有背面接触的光电池的器件以及包括这种器件的模块
技术领域
本发明涉及一种用于互连具有背面接触的光电池的器件(其促成所述电池的模块化装配)，包括这种器件的具有背面接触的光电池的模块，以及用于制造这种模块的工艺。
背景技术
具有背面接触的光电池是一种在背面(即，与接收太阳辐射的面相反的面)上具有两个金属电极的特定类型的电池。
电连接导片(pad)分别形成于所述电极的每个电极上，从而使得电极连接至电路以收集光生电流。
这种电池配置特别有利于生产包括多个此种电池的模块。
由于全部的互连在同一侧进行，从而有效地简化了装配，并能提高模块的产量。
此外，上述电池装配使得电池彼此更靠近，带来的结果是模块电子性能的显著提高。
目前，主要应用到两种具有背面接触的电池互连模式。
第一种可能性是，对于标准的光电池，利用分别焊接在每个背面金属电极的导片上的铜带。或者，利用金属连接器。
文档US 2011/0126878提出利用预先形成的铜带将电池互连，以降低由于电池材料(通常是硅)与铜之间的热膨胀系数差异所引起的热机械应力。
第二种可能性是，对于被称为MWT电池(Metal Wrap Through，金属电极绕通)或者EWT电池(Emitter Wrap Through，发射极电极绕通)的电池，将电池焊接或粘结至金属化薄膜上。
通常，是保护性背板起了额外的支撑供给的作用，其主要功能是确保电绝缘并且保护模块免受外部冲击，包括金属互连电线的铜层布置在保护性背板那一侧，所述保护性背板与电池背面上的连接导片接触。
在这点上，可以参考文档US 2011/0067751，其描述了这种局部金属化的保护性背板。
上述参考文档中的技术的一个缺点是这种金属化薄膜的成本较高，其利用类似于用于形成印制电路的工艺来生产这种金属化薄膜。
此外，由于导电蚀迹的形成通常以金属化薄膜淀积在保护性背板的整个面上，随后再对其进行化学腐蚀以仅保留那些将形成蚀迹的区域，因此上述技术必然导致材料的大量损失。
文档US 5,972,732描述了这种技术的若干变体。
根据一个实施方案，导电蚀迹以聚合物材料网栅的形式形成于衬底之上，所述网栅插置在保护性背板与电池之间。这种装配利用穿过网孔的封装材料来层压，以保证模块的机械强度。
在所有情况下，这些技术都具有如下缺点：其需要在电池与连接器或者金属蚀迹之间设置电绝缘层以防止短路。
所述电绝缘层可以设置在每个电池上，连接器上，或者金属化薄膜上。
此外，所述绝缘层可以是插置在每个电池与连接器或者金属化薄膜之间的独立层。
文档WO 2012/059534描述了这种以玻璃纤维织物的形式存在的电绝缘层的具体例子。该层设置在电池与连接器之间，电连接通过织物来实现。这需要规定所述织物的网孔尺寸，以使得当电池通过焊接连接至连接器时熔融的易熔合金能够穿过织物。
无论这种绝缘层的形态如何，其设置需要在制造模块时添加额外的步骤。
因此，本发明的一个目标是设计一种克服了上述缺点的用于互连具有背面接触的光电池的方法。
具体地，其能够通过应用最少数量的步骤和利用尽可能少数量的单独构件来实现电池的互连。
发明内容
根据本发明，其提出了一种用于互连具有背面接触的光电池的器件，其特点在于包括至少一个具有电绝缘纤维的织物层，所述织物包括由导电材料构成的电线或带的至少一部分，所述电线或带的至少一部分与所述纤维编织，并且布置为与织物至少一个区域的表面保持齐平以形成电接触区，该电接触区将连接至位于电池的背面上的接触导片。
所述导电电线或带的至少一部分可以与所述织物的纬向纤维或者所述织物的经向纤维保持平行。
根据一个实施方案，所述导电电线部分由多股绞线形成。
有利的是，选择所述织物的孔隙率以使得在电池和所述器件的层压步骤期间利用封装材料来对光电池进行浸渍。
根据本发明的一个实施方案，所述织物是包括至少两层电绝缘纤维的三维织物，所述层由多个电绝缘纤维彼此连接。
例如，所述织物的电绝缘纤维可以是玻璃纤维或者纺织纤维。
所述织物有利地具有10g/cm2与100g/cm2之间的每单位面积质量。
根据一个实施方案，所述导电电线或带的部分布置为与电绝缘纤维织物的第一侧区域的表面保持齐平，并且与织物的第二侧(其与第一侧相对)区域表面保持齐平，以在所述互连器件的两侧形成电接触区。
所述织物可以有利地包括用于封装光电池的材料纤维，所述材料适合用于在电池和所述器件的层压步骤中浸渍织物并封装光电池。
本发明进一步的主题为具有互连的背面接触的光电池模块，其包括多个带背面接触的光电池和如上所述沿着电池的背面布置的互连器件，选定电接触区在所述器件的电绝缘纤维织物的表面上的布置，以使得电池的接触导片连接至所述器件的接触区，并且使得所述接触导片通过位于所述导片之间的电绝缘纤维的织物层区域彼此电绝缘。
根据所述模块的一个实施方案，互连器件确保电池的至少一个接触导片由一个相同的电接触区或者由两个分开的电接触区与相邻电池中具有相反极性的接触导片之间的电连接，所述区域由布置为横向于所述区域的带进行电连接。
此外所述模块在所述电池的背面与互连器件之间可以包括至少一个由电绝缘纤维形成的织物层。
并且，电池和互连器件可以用封装材料封装，所述材料浸渍互连器件的织物。
最后，本发明进一步的主题涉及一种用于制造包括多个具有背面接触的光电池的模块的工艺，其包括：
-提供如上所述的互连器件；
-将每个所述电池的每个接触导片与所述器件的电接触区匹配，所述接触导片通过位于所述导片之间的电绝缘纤维织物层部分而彼此绝缘；
-在导片与所述电接触区之间形成电连接。
导片与电接触区的电连接通过焊接来实现。
此外，导片与电接触区的电连接通过利用导电胶的粘结来实现。
所述工艺可以进一步包括利用封装材料对连接至电池的器件进行层压的步骤，所述材料浸渍织物的网栅。
根据一个实施方案，所述工艺包括在导片与电接触区之间形成电连接之前，在互连器件与光电池的背面之间插入电绝缘织物，然后通过应用导电材料来形成所述电连接，所述材料能够穿过所述织物。
互连器件的提供步骤有利地包括将电绝缘纤维与所述导电电线或带的至少一部分进行编织以形成织物。
附图说明
通过下面参考附图的详细描述，本发明的其它特征和优点将变得显而易见，其中：
-图1是根据本发明的一个实施方案的在层压之前模块的部件的截面图；
-图2示例性地示出了具有背面接触的电池互连的示例；
-图3A和图3B示出了电绝缘纤维织物为三维织物的互连器件的两个实施方案；
-图4图示了一个电绝缘层插置于电池背面与互连器件之间的模块的实施方案；
-图5和图6图示了根据本发明的模块的示例。
具体实施方案
图1是在层压步骤之前，用于生产包括互连光电池的模块所需的部件的截面图。
该图示出了两个带背面接触的电池PV1、PV2，其并排地布置以形成模块。电池的正面标记为F1；用于承载接触导片的背面标记为F2。
显然地，模块可以包括更多数量的光电池，这些光电池可以例如成行或成列地布置。
互连器件1沿着电池PV1、PV2的背面布置。
如下所具体说明的，所述器件1包括电绝缘纤维10的织物。
图1中仅示出了经向纤维(截面图)，但是织物还包括垂直于经向纤维的纬向纤维。
此外，器件1包括导电的电线或带的至少一部分100，所述导电电线或带的至少一部分100布置在织物的纤维之中，并且与织物的一个面(称为正面)保持齐平以形成电接触区101。
“在…之中”意味着当电线或带的部分100被编织时，电绝缘纤维也以与所述织物相同的编织方式被编织。
这种编织保证了在层压之前织物上的导电区的机械强度。
由于区域101布置为与位于光电池的背面上的互连导片相对，因此区域101可以通过诸如焊接、导电粘结等的任意已知方式电连接至(附图标记102)互连导片。
这种器件能够通过电接触区与接触导片之间的接触来提供电连接。因此，不需要根据考虑让互连材料从其中通过来设定纤维织物的尺寸，无论该互连材料是否为用于焊接或粘结的易熔合金。
有利的是，为了实现两个电池PV1、PV2之间的互连，所述导电电线或带的部分100被布置为使其与织物的两个正面区域保持齐平，以形成面对两个电池中每个电池的两个接触导片的两个电接触区101。
因此，其可以布置为使得一个电池的正极与相邻电池的负极接触。
或者，通过将电线或带的导电部分布置为与织物的表面齐平而形成的电接触区可以位于织物的两个相反的面上。
布置在电池侧的对立侧上的织物的导电区将与一个或多个带接触，从而实现外部电连接。
“电线或带的部分”意味着如下的事实：导电电线或带不会在互连器件1的整个长度或宽度上延伸，而只在其足以将两个相邻的光电池互连的部分上延伸。
换言之，电线或带的部分在长度上短于经向绞线和/或纬向绞线。
当模块包括多个对齐的电池时，互连器件可以因此包括若干个在同一个线路上延伸而不相互电连接的分开的电线或带的部分。
此外，在两个电接触区101之间，互连器件具有电绝缘区103，该电绝缘区103使得电接触区101与电池中除了接触导片之外的区域绝缘。
电线或带的部分相对于织物的纤维而布置，从而使得在两个电接触区之间，电线或带从织物的纤维下面穿过：由于表面上纤维的存在，因此器件的这些区域电绝缘。
或者，可以利用不同直径的纤维来制造织物，以调整导电区和绝缘区。例如，绝缘区103可以利用更粗的纤维来制造，以实现在下面的导电电线或带的部分的更好重叠。
在由互连的电池PV、PV2和互连器件1形成的装配的任何一侧，图示有两层封装材料2、3。
模块的正面(用于接收太阳辐射)用玻璃板4覆盖，以保护电池的正面。
模块的背面用称作为“背板”的保护性薄板5来涂覆。
在模块的制造过程中，器件1的电接触区101连接至电池PV1、PV2的接触导片。
可以利用任何类型的常规方法(诸如焊接或粘结)来实现连接。
然后叠加模块的不同部件，并且可以完成模块装配。
模块装配可以包括，例如，层压步骤，在该层压步骤期间，之前添加至模块的不同部件的封装材料会变粘，该材料由于织物的孔隙率而浸渍织物并且封装不同的电池。
还存在其它不利用封装材料的模块装配技术。
也存在除了层压之外的模块组装技术。
因此，本发明不限制于任何特定的模块组装技术。
与现有的互连器件相比，上述器件具有低成本且不带来材料损失的优点。
此外，同样的器件确保了电池的电连接(通过电接触区101)和导片的电绝缘(通过电绝缘区103)。
最后，由于所述导电电线或带的部分不平坦，使得在电池连接处的热机械应力降低。
图2给出了模块的四个电池PV1至PV4的正极(+)和负极(-)的互连原理的底视图。
在这个示例中，每个电池被系统化为具有三个对齐的正极导片和三个对齐的负极导片的矩形形式。
电池PV1的正极接触导片由导电电线或带的第一部分100a电连接至相邻电池PV2的负极接触导片。
电池PV2的正极接触导片由导电电线或带的第二部分100b电连接至相邻电池PV3的负极接触导片。
电池PV3的正极接触导片由导电电线或带的第三部分100c电连接至相邻电池PV4的负极接触导片。
尽管部分100a与100c对齐，但是它们不属于连续的电线或带，因此不进行电连接。
绝缘纤维的织物中导电电线或带的部分的布置，和织物的表面与这些部分所齐平的区域的布置，根据在模块内电池的电线布局来定义。
导电电线或带的部分的插入在织物的编织期间执行。
具体地，其通过如下方式来执行：将用于形成织物的电绝缘纤维由连续的导电电线来代替，然后将该连续的导电电线沿着互连的预期平面切成多个部分。
将不同导电电线或带的部分设置在互连区的预期点是本领域的技术人员所能够做到的。
优选地，除了平纹编织之外，电绝缘纤维的织物还具有缎纹型编织或斜纹型编织。
与平纹编织(其中，纬向纤维在经向纤维之上和之下连续地绕过，由此形成方格图案)相反，缎纹型编织或斜纹型编织具有更多样性的图案，并且能够更好地适应电线的应力，从而为导电电线或带的部分的布置提供更大的自由。
这些编织类型的定义本身是已知的，因此在本文中将不再作详细的描述。
例如，织物的电绝缘纤维有利地为玻璃纤维或者诸如尼龙的纺织纤维。
织物通常具有10g/cm2与100g/cm2之间的每单位面积质量。
此外，织物有利地具有充足的孔隙率，以使得在模块装配期间执行的可选的层压步骤中利用封装材料来对光电池进行浸渍。
因此，封装材料(例如通常为热塑性聚合物或者诸如EVA的弹性体)在层压期间施加的加热的影响下变粘，并且能够穿过用于其浸渍的织物的网孔。
因此，织物不阻止封装材料在模块中的同质分布。
根据一个具体的实施方案，电绝缘纤维的织物可以由一些尺寸稳定的材料浸渍。
此外，所述织物可以包括将在层压步骤期间熔融的封装材料纤维(例如，热塑性塑料)。
根据图3A和图3B中所示的本发明的一个实施方案，织物可以是所谓的“3D”(三维)织物，其包括至少两层(11、12)电绝缘纤维(10)，所述纤维层11、12由多个电绝缘纤维(未示出)彼此连接。
形成每个纤维层的纤维可以是相同的或者不同的。
因而，可以在织物的不同厚度层(在不同纤维层之间)插入导电电线或带的部分100。
具体地，这使得某些区域中的电线或带与织物两个侧面中的一个侧面和/或另一个侧面的表面保持齐平，并且在其它的区域中保留电线或带的织物厚度以形成电绝缘区。此外，在后者的这些区域中，位于电线或带的任何一侧的纤维层进一步保证了机械支撑，如果由相同部分形成的两个电接触区域之间的距离较长，并且如果电线或带的部分为直线(如图3B所示)，则这一点更为有用。
如上所述，电接触区101可以由导电电线或带(例如，铜、银，或者铜或银的合金)的部分形成。
将要连接至接触导片的每个电接触区的表面面积优选地在1mm2与7mm2之间。
电线或带的截面面积一般在0.1mm2与0.5mm2之间。
例如，可以使用具有2mm宽度和0.1mm厚度的铜带。
如果使用电线，则可以由单股绞线形成，或者由布置为彼此足够靠近以连接至同一个电池导片的多股平行绞线形成。在后面的这种情况下，所述绞线可以随意地由一个或多个电绝缘纤维彼此隔开。
与等同截面的带相比，多股绞线的优点在于它能够获得更柔性的导电部分，从而在编织和模块装配时降低了所施加的热机械应力。
根据图4中所示的一个实施方案，可以在电池的背面与互连器件之间插入电绝缘多孔层13(例如，玻璃纤维织物)。
这个多孔层13促使了不同电池的接触导片的加强绝缘。
当互连器件包括区域101’(在这些区域101’中导电电线或带的部分100与织物的表面保持齐平)但是这些区域不会连接至电池的接触导片时，上述层具有特定的作用。因此，这些区域101’在功能上与电接触区101不同。
在这种情况下，电绝缘层13阻止互连器件的区域101’与电池的接触导片之间任何不必要的电连接。
然而，有必要选择所述绝缘层13的孔隙率以使得互连材料(焊料合金或者粘结剂)通过，所述互连材料意图将电接触区101电连接至相应的接触导片。
所述绝缘层13可以由与形成互连器件相同的电绝缘织物形成(该情况下不需要任何导电电线或带)，或者由不同的织物形成。
从上文可看出，互连器件确保了电池的至少一个接触导片与相邻电池的相反极性的接触导片之间的电连接。
根据一个实施方案，所述连接通过一个沿着所述导片布置的相同的电接触区来实现。
根据另一个实施方案，所述连接由两个分开的电接触区形成，所述区域由布置为横向于所述区域的带的部分相互电连接。
图5和图6示出了本发明实施方案的两个示例。
图5示意性地示出了具有背面接触的2×2光电池PV1至PV4的模块。
每个电池具有连接至正极输出的四个接触导片和连接至负极输出的三个接触导片。
电池PV2的正极导片由两组导电电线101、101a连接至电池PV4的负极导片，所述部分由横置于所述带的部分104进行电连接。
如图右侧所示，带的部分104可以焊接至所述电线部分101、101a中的每个电线部分，连接至互连器件1中与电池相反的那一侧。
或者，带的部分可以被整合到三维织物中的所述织物的两个纤维层之间。
图6示意性地图示了具有背面接触的2×2光电池PV1至PV4的另一个模块。
每个电池具有连接至正极输出的三个接触导片和连接至负极输出的三个接触导片。
在互连器件中，仅示出了形成电接触区的电线或带的部分，三条电线部分101将电池PV1的负极接触导片连接至电池PV3的正极接触导片。
同样地，电池PV2的正极接触导片由三条电线部分101b连接至电池PV4的负极接触导片。
电池PV3的负极接触导片由两条单独的电线部分101a、101d连接至电池PV4的正极接触极，这两条单独的电线部分101a、101d由延伸为横向于所述部分101a、101d的带的部分104连接。
在交叉型背面接触结构(Interdigitated Back Contact，IBC)的具体实施方案中，电极通过交叉型指状件形成于背面上。
然后在织物的电接触区上和/或在沿着互连平面的电极处形成胶点或焊点。
最后，以上给出的示例显然仅为特定的图示，而不以任何方式限定本发明的应用范围。
具体地，如上所述，互连器件通常根据待装配的模块来生产，具体考虑了电池的数量和型号以及所述电池的互连平面。
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Claims (20)

1.一种用于互连具有背面接触的光电池(PV1,PV2)的器件(1)，其特点在于，包括至少一个具有电绝缘纤维(10)的织物层，所述织物包括由导电材料构成的电线或带的至少一部分(100)，所述电线或带的至少一部分(100)与所述纤维(10)编织，并且布置为与织物至少一个区域的表面保持齐平以形成电接触区(101)，该电接触区(101)将连接至位于电池背面上的接触导片。
2.根据权利要求1所述的器件，其特征在于，所述导电电线或带的至少一部分(100)与所述织物的纬向纤维保持平行。
3.根据权利要求1所述的器件，其特征在于，所述导电电线或带的至少一部分(100)与所述织物的经向纤维保持平行。
4.根据权利要求1至3之一所述的器件，其特征在于，所述导电电线部分由多股绞线形成。
5.根据权利要求1至4之一所述的器件，其特征在于，选定所述织物的孔隙率以使得在电池和所述器件的层压步骤中利用封装材料来对光电池进行浸渍。
6.根据权利要求1至5之一所述的器件，其特征在于，所述织物是包括至少两层(11,12)电绝缘纤维的三维织物，所述层由多个电绝缘纤维相互连接。
7.根据权利要求1至6之一所述的器件，其特征在于，所述织物的电绝缘纤维(10)为玻璃纤维或者纺织纤维。
8.根据权利要求1至7之一所述的器件，其特征在于，所述织物具有在10g/cm2与100g/cm2之间的每单位面积质量。
9.根据权利要求1至8之一所述的器件，其特征在于，所述导电电线或带的部分(100)布置为与电绝缘纤维织物的第一侧区域的表面保持齐平，并且与同第一侧相对的织物的第二侧区域的表面保持齐平，以在所述互连器件(1)的两侧形成电接触区(101)。
10.根据权利要求1至9之一所述的器件，其特征在于，所述织物包括用于封装光电池的材料纤维，所述材料适合用于在电池和所述器件的层压步骤中浸渍织物并封装光电池。
11.一种具有互连的背面接触的光电池的模块，其特征在于，所述模块包括多个带背面接触的光电池(PV1,PV2)和根据权利要求1至10之一所述的沿着电池的背面(F2)布置的互连器件(1)，选择电接触区(101)在所述器件(1)的电绝缘纤维织物的表面上的布置，以使得电池的接触导片连接至所述器件的接触区，并且使得所述接触导片通过位于所述导片之间的电绝缘纤维的织物层区域(103)彼此电绝缘。
12.根据权利要求11所述的模块，其特征在于，互连器件(1)确保至少一个电池接触导片由一个相同的电接触区(101)或者由两个分开的电接触区(101,101a)与相邻电池中具有相反极性的接触导片之间的电连接，所述区域(101,101a)由布置为横向于所述区域的带进行电连接。
13.根据权利要求11或12之一所述的模块，其特征在于，在所述电池(PV1,PV2)的背面(F2)与互连器件(1)之间，包括至少一个由电绝缘纤维形成的织物层(13)。
14.根据权利要求11至13之一所述的模块，其特征在于，所述电池和所述互连器件用封装材料封装，所述材料浸渍互连器件的织物。
15.一种用于制造包括多个具有互连的背面接触的光电池(PV1,PV2)的模块的工艺，其特征在于，包括：
-提供根据权利要求1至10之一所述的互连器件(1)；
-将每个所述电池的接触导片与所述器件的电接触区(101)匹配，所述接触导片通过位于所述导片之间的电绝缘纤维织物层的部分(103)而彼此绝缘；
-在所述导片与所述电接触区(101)之间形成电连接(102)。
16.根据权利要求15所述的工艺，其特征在于，所述导片与电接触区的电连接通过焊接来实现。
17.根据权利要求15所述的工艺，其特征在于，所述导片与电接触区的电连接通过利用导电胶的粘结来实现。
18.根据权利要求15至17之一所述的工艺，其特征在于，所述工艺包括层压步骤，该层压步骤利用封装材料来对连接至电池的器件(1)进行层压，所述材料浸渍织物的网栅。
19.根据权利要求15至18之一所述的工艺，其特征在于，所述工艺包括在导片与电接触区(101)之间形成电连接之前，在互连器件(1)与光电池(PV1,PV2)的背面(F2)之间插入电绝缘织物(13)，然后通过添加导电材料来形成所述电连接，所述材料能够穿过所述织物(13)。
20.根据权利要求15至19之一所述的工艺，其特征在于，互连器件的提供步骤包括将电绝缘纤维(10)与所述导电电线或带的至少一部分(100)进行编织以形成织物。
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