CN105870216B - 一种具有透明电极晶体硅光伏电池的连接结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种具有透明电极晶体硅光伏电池的连接结构，构成电池组串的电池片正面电极为透明导电膜‑金属复合电极，背面电极为透明导电膜‑金属复合电极或背面金属电极；相邻的晶体硅光伏电池片以正、背面电极交叠方式串联连接，连接处填充导电结合剂，使电池组串电路贯通。构成光伏组件的电池片正面和/或背面电极采用透明导电膜‑金属复合电极，使制作太阳能电池电极的金属使用量大幅降低，甚至可以完全不使用金属，减少了遮光面积，降低了生产成本。电池片的叠片连接进一步增加了组件的可发电面积，从而提高组件的功率输出。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池技术领域，特别涉及一种具有透明电极晶体硅光伏电池的连接结构。
背景技术
自1954年第一块太阳能电池在贝尔实验室诞生以来，晶体硅太阳能电池得到了广泛的应用，转换效率不断提升，生产成本持续下降。目前，晶体硅太阳能电池占太阳能电池全球市场总额的80％以上，组件的产线转换效率目前已突破20％，全球年新增装机容量约50GW且增速明显，与火力发电的度电成本不断缩小，在未来几年有望与之持平。晶体硅太阳能电池作为一种清洁能源在改变能源结构、缓解环境压力等方面的重要作用日益凸显。
晶硅组件是光伏发电的核心终端单元，其转换效率与成本将极大影响光伏电站的经济收益。在电池片的转换效率逐渐逼近理论极限的情况下，想进一步通过提高电池片的转换效率来提高组件的转换效率显得愈发困难。按常规的组件配置方式，与电池片相比封装后的组件转换效率会明显降低，且始终无法消除，产生的原因包括：第一，组件内部的电池片排布由于采用传统的焊带连接而不可避免的产生空白区域，及焊带本身也会产生一定的光遮挡，这导致组件的实际发电面积小于整个组件的面积；第二，由于焊带焊接容易产生虚焊，及焊带与电池栅线之间的接触电阻，这些都会以内阻的形式消耗一部分功率。
为了解决上述问题，组件叠片封装技术应运而生，并得到愈来愈广泛的应用，光伏公司如科根纳、阿特斯、协鑫等在叠片封装技术上均有较深入的研究。该技术极大的降低了组件中的空白区域，使单位面积的组件能够封装更多的电池片，降低了每瓦的封装成本，且相邻电池串联的接触面积增大，导电性得到改善。但这种技术的实现是基于电池表面制作有金属电极的情况下，这势必会带来两个问题：第一，由于金属电极产生的光遮挡及材料成本，不利于电池效率的进一步提高与成本的进一步下降；第二，交叠处的金属电极由于具有一定的高度，在叠片的压合工艺中容易在金属电极的周边区域形成硬接触，产生应力集中，严重时可引起隐裂，使组件的可靠性降低。
发明内容
本发明的目的是提供了一种具有透明电极晶体硅光伏电池的连接结构，构成光伏组件的电池片正面和/或背面电极采用透明导电膜-金属复合电极，该光伏组件使制作太阳能电池电极的金属使用量大幅降低，甚至可以完全不使用金属，降低了生产成本。叠片的基础上增加了组件的可发电面积，从而提高组件的功率输出。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种具有透明电极晶体硅光伏电池的连接结构，包括由焊带串联的若干电池组串，构成电池组串的电池片正面电极为透明导电膜-金属复合电极，背面电极为透明导电膜-金属复合电极或背面金属电极；相邻的电池片以正、背面电极交叠方式连接，连接处填充导电结合剂。
正、背面电极交叠宽度为0.5～3mm。
所述的导电结合剂为锡膏、导电胶带或导电胶。
所述的透明导电膜-金属复合电极包括：透明导电膜和局部接触金属电极；局部接触金属电极以规则图案方式排布在晶体硅片表面的减反射膜/钝化膜上，且局部接触金属电极穿透减反射膜/钝化膜与晶体硅片形成局部欧姆接触；所述的透明导电膜设置在减反射膜/钝化膜及局部接触金属电极之上，并将局部接触金属电极连接成为复合电极的导电组合体。
所述的透明导电膜-金属复合电极包括：设置在晶体硅片上的局部重掺杂区和设置在减反射膜/钝化膜上的透明导电膜，减反射膜/钝化膜设置在晶体硅片和局部重掺杂区上；所述的局部重掺杂区按照规则图案布置在晶体硅片的正面或背面，所述的局部重掺杂区与对应位置的透明导电膜直接接触，透明导电膜将局部重掺杂区连接成为复合电极的导电组合体。
所述的规则图案为一维、二维几何图形或一维与二维几何图形的组合；其中，一维几何图案的线宽为20～500um，数量为5～100根，线长为2～156mm；二维几何图案的尺寸为20～2000um，相邻两个图形中心距为0.5～10mm；其中，一维几何图形选自：线段、虚线段或弧线；二维几何图形选自：圆形、椭圆形、纺锤形、环形、多边形、多角形或扇形。
所述的透明导电膜-金属复合电极包括：透明导电膜和掺杂晶硅层，透明导电膜设置在掺杂晶硅层之上，掺杂晶硅层设置在隧穿层之上，隧穿层设置在硅基体之上。
隧穿层为氧化硅、二氧化铪、氮化硅、氮氧化硅、非晶硅的一种或多种薄膜的叠层，隧穿层的厚度为1～10nm。
所述的透明导电膜上还设置有金属电极；金属电极以规则图案方式排布在透明导电膜上，所述的规则图案为一维、二维几何图形或一维与二维几何图形的组合；其中，一维几何图案的线宽为20～500um，数量为5～100根，线长为2～156mm；二维几何图案的尺寸为20～2000um，相邻两个图形中心距为0.5～10mm；其中，一维几何图形选自：线段、虚线段或弧线；二维几何图形选自：圆形、椭圆形、纺锤形、环形、多边形、多角形或扇形。
所述的电池片为整片电池或分割后的非整片电池。若干个整片电池或非整片电池通过叠片串联形成1个电池组串，若干个电池组串再通过焊带串联在一起。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明给出了具有透明电极晶体硅光伏电池的一种连接方式，组件配置采用叠片技术，相邻电池片以正、背面通过导电结合剂交叠连接，形成电池组串。与目前常规的叠片封装技术相比，采用透明电极的电池能带来如下收益：(1)使制作太阳能电池电极的金属(银、铜、铝、镍等)使用量大幅降低，甚至可以完全不使用金属，降低了生产成本；(2)光遮挡面积极小，且组件可以很容易的改进为双玻组件，这相当于在叠片的基础上进一步增加了组件的可发电面积，从而提高组件的功率输出；(3)在叠片封装时，由于电池片交叠处只需要很少量的金属电极或甚至可以做到无金属电极，所以可避免由金属电极导致的硬接触，降低组件隐裂风险；(4)由于透明导电膜覆盖整个电池片的正面和/或背面，导电性能显著改善。
进一步，本发明适用于三种透明导电膜-金属复合电极，使该组件的电池电极结构选择更多，可以根据实际需求进行选择。
进一步，本发明的电池片叠片结构，可以实现电池片为整片电池或分割后的非整片电池，组合连接更加方便，不受电池片大小的限制。
附图说明
图1-1电池正面透明导电膜与背面透明导电膜交叠局部剖面示意图；
图1-2电池正面透明导电膜与背面金属电极交叠局部剖面示意图；
图2-1透明导电膜-金属复合电极局部剖面示意图一；
图2-2透明导电膜-金属复合电极局部剖面示意图二；
图2-3透明导电膜-金属复合电极局部剖面示意图三；
图3-1具有透明导电膜-金属复合电极的电池片连接局部俯视示意图一；
图3-2具有透明导电膜-金属复合电极的电池片连接局部俯视示意图二；
图3-3具有透明导电膜-金属复合电极的电池片连接局部俯视示意图三；
图4-1整片电池片形成的组件；
图4-2半片电池片形成的组件。
其中，1为金属电极，2为透明导电膜，3为减反射膜/钝化膜，4为局部接触金属电极，5为局部重掺杂区，6为N型掺杂晶硅层，7为隧穿氧化层，8为导电结合剂，9为背面金属电极。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
如图1-1和图1-2所示，本发明一种具有透明电极晶体硅光伏电池的连接结构，用于形成光伏组件，其电池片正面和/或背面电极采用透明导电膜-金属复合电极。组件配置采用叠片技术，相邻电池片以正、背面交叠连接，交叠宽度为0.5～3mm，正面和背面的透明导电膜2之间、或透明导电膜2与金属电极9之间填充有导电结合剂8如：锡膏、导电胶带、导电胶等。透明导电膜-金属复合电极构成了组件内各电池片的导电连接体。
这种复合电极的结构见图2-1、2-2、2-3，具体结构如下：
如图2-1所示，复合电极包括：透明导电膜2、局部接触金属电极4和金属电极1；局部接触金属电极4以规则图案方式排布在晶体硅太阳能电池的减反射膜/钝化膜3上，且局部接触金属电极4穿透减反射膜/钝化膜3与晶体硅片形成局部欧姆接触；所述金属电极1设置于透明导电膜2上；所述的透明导电膜2设置在减反射膜/钝化膜3及局部接触金属电极4之上，并将局部接触金属电极4及金属电极1连接成为晶体硅太阳能电池电极的导电组合体。
如图2-2所示，第二种复合电极包括：设置在晶体硅片上的局部重掺杂区5、设置在减反射膜/钝化膜3上的透明导电膜2和设置在透明导电膜2上的金属电极1，减反射膜/钝化膜3设置在晶体硅片上；所述的局部重掺杂区5按照规则图案布置在晶体硅片的正面或背面，所述的局部重掺杂区5与对应位置的透明导电膜2直接接触，透明导电膜2将局部重掺杂区5及金属电极1连接成为晶体硅电池电极的透明导电组合体。
如图2-3所示，第二种复合电极包括：由外到内依次设置的金属电极1、N型掺杂晶硅层6和隧穿氧化层7，隧穿氧化层对背面提供良好的钝化，N型掺杂晶硅层6作为电荷的垂直传导层，透明导电膜2作为电荷的横向传导层，透明导电膜2上的金属电极1起到电荷汇集及电池片之间连接的作用。隧穿氧化层7为隧穿氧化硅薄膜。
其中，局部接触金属电极4或局部重掺杂区5采取阵列分布的实心或镂空图案，图案为一维、二维几何图形或一维与二维几何图形的组合。其中，一维几何图形选自：线段、虚线段或弧线；二维几何图形选自：圆形、椭圆形、纺锤形、环形、多边形、多角形或扇形。本发明优先考虑一维栅线状金属电极图案。
如图3-1和3-2所示，透明导电膜2上的金属电极1为平行线结构或者为网格线结构，其中电池组串沿金属电极1的设置方向连接。如图3-3所示，透明到透明导电膜2上无金属电极1，通过该叠层的也能够实现电池的导通。
如图4-1和4-2所示，电池片为单晶或多晶硅电池片的整片电池或分割后的非整片电池。
上述太阳能电池组件密集配置的方法，包括下述步骤：
1)将单晶或多晶硅电池片按等级分类，电池片的正面和/或背面电极为透明导电膜-金属复合电极，复合电极中的金属图案为一维、二维几何图形或一维与二维几何图形的组合。其中，一维金属图案的线宽为20～500um，数量为5～100根，线长为2～156mm；二维金属图案的尺寸为20～2000um，相邻两个图形中心距为0.5～10mm。电池片为行业标准的整片电池(如图4-1)或分割后的非整片电池(如图4-2)。
2)在电池片的交叠处涂敷导电结合剂8，并制作连接各电池串、接线盒的引线。电池片正背面交叠的宽度为0.5～3mm，导电结合剂为锡膏、导电胶带、导电胶等。
3)在采用叠片技术形成的电池串上覆盖封装材料，封装材料包括EVA、TPA、光伏玻璃等。
4)采用热压法将封装材料和电池组串结合为一个整体。
5)进行修边和EL测试。
6)将封装件经过组框、打胶处理后进行24～48小时固化。
7)对组件进行性能测试。
下面结合具体实施例对本发明的光伏组件制作方法进行详细说明：
实施例1：
(1)将单晶电池片进行效率分档，电池片为M2规格，正面与背面电极均采用透明导电膜-金属复合电极。
(2)在电池片的交叠处涂敷锡膏，并制作连接各电池组串、接线盒的引线。电池片正背面交叠的宽度为1.5mm，每10个电池片通过叠片串联形成1个电池组串，每6个电池组串再通过焊带串联在一起。
(3)从下到上按光伏玻璃、EVA、电池组串、EVA、光伏玻璃的顺序进行叠层处理。
(4)在140℃下采用层压机进行层压处理，使EVA发生交联，将电池组串与光伏玻璃封装结合在一起。
(5)进行修边和EL测试。
(6)将封装件经过组框、打胶处理后进行24～48小时固化，最终形成可双面受光发电的双玻密集配置组件。
(7)对双玻密集配置组件进行性能测试。
实施例2：
(1)将单晶电池片进行效率分档，电池片为M2规格，正面电极采用透明导电膜-金属复合电极，背面电极为金属电极。
(2)将M2电池片进行二等分切割处理；
(3)采用导电胶带将相邻半电池片的正背面交叠在一起，并制作连接各电池组串、接线盒的引线。半电池片正背面交叠的宽度为2mm，每20个半电池片通过叠片串联形成1个电池组串，每6个电池组串再通过焊带串联在一起。
(4)从下到上按TPA、EVA、电池组串、EVA、光伏玻璃的顺序进行叠层处理。
(5)在150℃下采用高压釜进行层压处理，使EVA发生交联，将电池组串、光伏玻璃及TPA封装结合在一起。
(6)进行修边和EL测试。
(7)将封装件经过组框、打胶处理后进行24～48小时固化，最终形成密集配置组件。
(8)对密集配置组件进行性能测试。
实施例3：
(1)将多晶电池片进行效率分档，电池片为M2规格，正面电极采用透明导电膜-金属复合电极，背面电极为金属电极。
(2)采用导电胶将相邻电池片的正背面交叠在一起，并制作连接各电池组串、接线盒的引线。电池片正背面交叠的宽度为1mm，每10个电池片通过叠片串联形成1个电池组串，每6个电池组串再通过焊带串联在一起。
(3)从下到上按TPA、EVA、电池组串、EVA、光伏玻璃的顺序进行叠层处理。
(4)在140℃下采用层压机进行层压处理，使EVA发生交联，将电池组串、光伏玻璃及TPA封装结合在一起。
(5)进行修边和EL测试。
(6)将封装件经过组框、打胶处理后进行24～48小时固化，最终形成密集配置组件。
(7)对密集配置组件进行性能测试。
以上所述仅为本发明的几种实施方式，不是全部或唯一的实施方式，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。
Claims (5)
1.一种具有透明电极晶体硅光伏电池的连接结构，其特征在于，构成电池组串的电池片正面电极为透明导电膜-金属复合电极，背面电极为透明导电膜-金属复合电极或背面金属电极(9)；相邻的电池片以正、背面电极交叠方式连接，连接处填充导电结合剂(8)；
所述的透明导电膜-金属复合电极包括：透明导电膜(2)和局部接触金属电极(4)；局部接触金属电极(4)以规则图案方式排布在晶体硅片表面的减反射膜/钝化膜(3)上，且局部接触金属电极(4)穿透减反射膜/钝化膜(3)与晶体硅片形成局部欧姆接触；所述的透明导电膜(2)设置在减反射膜/钝化膜(3)及局部接触金属电极(4)之上，并将局部接触金属电极(4)连接成为复合电极的导电组合体；或者，
所述的透明导电膜-金属复合电极包括：设置在晶体硅片上的局部重掺杂区(5)和设置在减反射膜/钝化膜(3)上的透明导电膜(2)，减反射膜/钝化膜(3)设置在晶体硅片和局部重掺杂区(5)上；所述的局部重掺杂区(5)按照规则图案布置在晶体硅片的正面或背面，所述的局部重掺杂区(5)与对应位置的透明导电膜(2)直接接触，透明导电膜(2)将局部重掺杂区(5)连接成为复合电极的导电组合体；或者，
所述的透明导电膜-金属复合电极包括：透明导电膜(2)和掺杂晶硅层(6)，透明导电膜(2)设置在掺杂晶硅层(6)之上，掺杂晶硅层(6)设置在隧穿层(7)之上，隧穿层(7)设置在硅基体之上；
所述的透明导电膜(2)上还设置有金属电极(1)；金属电极(1)以规则图案方式排布在透明导电膜(2)上；
隧穿层(7)为氧化硅、二氧化铪、氮化硅、氮氧化硅、非晶硅的一种或多种薄膜的叠层，隧穿层的厚度为1～10nm。
2.根据权利要求1所述的一种具有透明电极晶体硅光伏电池的连接结构，其特征在于，正、背面电极交叠宽度为0.5～3mm。
3.根据权利要求1所述的一种具有透明电极晶体硅光伏电池的连接结构，其特征在于，所述的导电结合剂(8)为锡膏、导电胶带或导电胶。
4.根据权利要求1所述的一种具有透明电极晶体硅光伏电池的连接结构，其特征在于，所述的规则图案为一维、二维几何图形或一维与二维几何图形的组合；其中，一维几何图案的线宽为20～500um，数量为5～100根，线长为2～156mm；二维几何图案的尺寸为20～2000um，相邻两个图形中心距为0.5～10mm；其中，一维几何图形选自：线段或弧线；二维几何图形选自：椭圆形、纺锤形、环形、多边形或扇形。
5.根据权利要求1所述的一种具有透明电极晶体硅光伏电池的连接结构，其特征在于，所述的电池片为整片电池或分割后的非整片电池。
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