CN106252443A - 太阳能电池阵列 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及太阳能电池阵列，目的是提供改进的双面PERC太阳能电池阵列。本发明涉及一种由在半导体主体中分别形成的、通过电池连接件(32)电气互连的多个双面PERC太阳能电池组成的太阳能电池阵列，其中结构化钝化层(18)被施加在所述半导体主体的背面表面(12a)上，所述半导体主体的背面表面(12a)上提供有接触所述半导体主体(10)的集电轨(30)和触指(31)；其中各电池连接件(32)至少部分地沿至少一个集电轨(30)的纵向方向延伸，并且所述至少一个集电轨(30)通过焊接接头(34)电接触至少一个焊接连接面(33)，其中集电轨(30)的横向宽度(B2，B2a)至少部分地大于覆盖该集电轨(30)的所述电池连接件(32)的横向宽度(B3)。

Description

太阳能电池阵列
技术领域
本发明涉及太阳能电池阵列。
背景技术
本发明属于所谓的双面太阳能电池领域。双面太阳能电池是正面和背面均能用于产生电力的太阳能电池。这种太阳能电池在太阳能电池背面被散射光照明并因此从散射光产生电力时是优选采用的。
PERC(钝化发射极背面电池)涉及可达到明显更高效率的创新的太阳能电池技术。在PERC太阳能电池中，半导体主体在半导体主体的背面上包括结构化钝化层，结构化钝化层被提供来减少太阳能电池的背面触头上的重组损失。与此相关的连接面结构被设置在钝化层上并通过存在于钝化层中的连接面开口局部接触半导体主体的背面表面。
本发明涉及具有这种双面PERC太阳能电池分布(例如，DE20 2015 101 360 U1中所描述的)的太阳能电池阵列。
背面连接面结构通过所谓的电池连接件与对应的焊接连接面接触。因此，背面连接面可优选地被配置为铝连接面，铝连接面常常被用作丝网印刷工艺中的铝糊(Aluminum-paste)。但问题是，由于铝糊不应包括任何研磨玻璃料以便背面钝化不受损，所以这种铝糊具有对PERC太阳能电池的背面钝化的低粘度。这种低粘度的铝糊例如在电池连接件的所谓的条带撕下测试(Ribbon pull-off test)中变得值得注意，其中，在带状电池连接件的撕下测试过程中，集电轨区域中的铝糊有时也被无意地移除。因此，集电轨到电池连接件的铝糊的粘度大于到钝化层的粘度。在太阳能电池的实际运行中，这可导致在机械负载(比如温度波动或雪和风负载)的情况下，裂缝形成发生在集电轨或周围触指的铝连接面中，因为电池连接件和太阳能电池或铝连接面具有不同的膨胀系数。触指中的裂缝通常平行于集电轨发展。
但在单面PERC太阳能电池中，在这样的情况下，到焊接连接面并继而到电池连接件的功率输送仍被确保，因为背面铝连接面被全部配置并因此电流仍可自由地横向流动，这在双面PERC太阳能电池中不再真正可用。双面PERC太阳能电池中总存在以下风险：在电池连接件撕开的情况下，与其连接的集电轨和与其连接的触指中的一些亦被撕开。但太阳能电池的某些区域可因此不再被电连接，从而不能(特别是连续地)再对功率输送作出贡献。
这是必须避免的情况。
发明内容
鉴于上述，本发明的目的是提供改进的双面PERC太阳能电池阵列。
根据本发明，该目的通过具有权利要求1和4的特征的太阳能电池阵列实现。
据此，提供了：
·一种由半导体主体中所提供的、通过电池连接件电气互连的多个双面PERC太阳能电池组成的太阳能电池阵列，其中结构化钝化层被施加在所述半导体主体的背面表面上，所述半导体主体的背面表面上提供有接触所述半导体主体的集电轨和触指，其中各电池连接件至少部分地沿至少一个集电轨的纵向方向延伸且通过焊接接头使所述至少一个集电轨电接触至少一个焊接连接面，其中所述集电轨的横向宽度至少部分地大于覆盖该集电轨的电池连接件的横向宽度。
·一种由半导体主体中所提供的、通过电池连接件电气互连的多个双面PERC太阳能电池组成的太阳能电池阵列，其中结构化钝化层被施加在所述半导体主体的背面表面上，所述半导体主体的背面表面上提供有接触所述半导体主体的集电轨、冗余指和触指，其中各冗余指电气互连太阳能电池的多个触指，优选地电气互连太阳能电池的所有触指，且被配置用于在所述太阳能电池的运行过程中在所述集电轨之外或作为对所述集电轨的补充而将电流传导给焊接连接面，其中各电池连接件至少部分地沿至少一个集电轨的纵向方向延伸且通过焊接接头使所述至少一个集电轨电接触至少一个焊接连接面，其中所述集电轨的横向宽度至少部分地小于覆盖该集电轨的电池连接件的横向宽度。
本发明的构思是配置双面PERC太阳能电池阵列的集电轨使得在撕开电池连接件和与此相关联的对应的在底下的集电轨的情况下，太阳能电池阵列的功能被几乎完全保留，以便维持焊接连接面中的触指的可靠的功率输送。
根据本发明的第一方面，这通过以下来实现：集电轨在中部被配置为比电池连接件宽。在该语境中，在中部是指甚至在撕开后也可存在某些区段，在这些区段中，电池连接件比其底下的集电轨宽，但总的来说，集电轨比对应的电池连接件宽的区段占主导地位。在撕开电池连接件的情况下，在这种情况下，由于集电轨的中部的较大宽度，该集电轨的一部分会总是保持功率输送并因此也能够对功率输送作出贡献。事实上，背面集电轨的较大宽度略微降低了双面太阳能电池的效率，但由此获得的增强的可靠性使之被考虑。
根据本发明的第二方面，这通过以下来实现：集电轨被配置为比电池连接件窄且额外的冗余指被差不多平行于集电轨而设置。在撕开电池连接件的情况下，例如，若干触指会与集电轨分开，但电流能经由这些冗余线被传导给焊接连接面。因此，背面集电轨就其区域的效率被优化，同时保持较高可靠性。
有利的配置和改进从进一步的从属权利要求以及从参考附图展开的描述获取。
在优选配置中，集电轨在其整个长度上比电池连接件宽，从而不仅仅是部分地比电池连接件宽。因此，集电轨特别是甚至在焊接连接面之外的区域中比电池连接件宽。
在优选配置中，为每个太阳能电池提供至少一个冗余指。冗余指有时也被称为冗余线或冗余收集轨，冗余指表示导电接触结构，其电气互连太阳能电池的若干触指，优选地电气互连太阳能电池的所有触指，并且其亦被配置来在该太阳能电池的运行过程中在集电轨之外或作为对集电轨的补充而将电流传导给焊接连接面。因此，这种冗余指类似形成冗余集电轨，然而却没有象集电轨那样通过焊接连接面电接触以及通过这些焊接连接面被直接连接到电池连接件。这些冗余指额外地提高了太阳能电池阵列的可靠性。
在优选配置中，集电轨在至少焊接连接面的区域中是向外延展的。特别地，有利的是，集电轨的横向宽度沿其纵向方向向这种向外延展的焊接连接面不断增加。这考虑到了焊接连接面的区域中的较高的电流密度。此外，该措施因焊接连接面之外的较窄的集电轨而降低了那里的阴影损失以及那里用于集电轨的材料消耗。
在优选配置中，集电轨沿其整个纵向方向是等宽的，因此在焊接连接面的区域中亦是等宽的。
在优选配置中，冗余指至少部分地沿其中的集电轨的纵向方向被设置。优选地，冗余指被完全平行于集电轨而设置并因此不直接接触对应的集电轨，而只通过触指间接接触。
在优选配置中，为每个太阳能电池提供若干冗余指，该若干冗余指彼此大体上平行地延伸。因此，可靠性被额外增强且功率损失被减少。此外，通过这种方式，冗余指和集电轨区域的效率可被优化，同时保持较高可靠性。
在优选配置中，冗余指包括至少一个互连区段，通过该至少一个互连区段，冗余指被电连接到集电轨。
优选地，焊接连接面的区域中的该冗余指被电连接到集电轨。不过在一或多个触指故障或撕开的情况下，通过这种直接接触，仍能确保由这些触指所收集的电流通过冗余指贡献于功率产生。优选地，互连的区域中的冗余指径向地(即直接地)通向其集电轨或焊接连接面。特别优选的是，冗余指在互连的区域中相对于其中的集电轨或焊接连接面呈拱形地(即弯曲地)被引导。通过这种方式，冗余指可包括大量触指。
在优选配置中，至少一个冗余指被提供，其被设置在各太阳能电池的集电轨和电池边界之间。在这种情况中，触指到集电轨的连接的故障或撕开会是最严重的，因为电流可由此通过另一毗邻的集电轨被收集。通过冗余指，这可被有效防止。
在优选配置中，集电轨沿其纵向方向包括若干焊接连接面，用于电接触电池连接件。因此，沿集电轨的电流密度被均匀划分且功率损失被减少。
在优选配置中，至少一个集电轨被至少部分地省略和/或在两个焊接连接面之间被中断。另外，冗余指因此被配置并设置以便至少部分地、特别是全部地接管到焊接连接面的电流输送。
由铝组成的集电轨可被特别便宜地生产，例如通过铝糊。但是，铝对钝化具有低粘度。现在，本发明特别有效地抵消了这些低粘度特征。因此，本发明在由铝或含铝合金组成的集电轨方面是特别有益的。
在优选配置中，焊接连接面包括可焊接金属。优选地，可焊接金属是银或包含银的合金。
有利的是，集电轨和/或冗余指和/或触指至少部分地、特别是全部地通过丝网印刷工艺和/或挤压印刷工艺和/或喷墨工艺和/或电镀工艺被施加在太阳能电池上。这些工艺的使用已证明特别高效且便宜。
在优选配置中，至少一个冗余指包括朝着焊接连接面渐增的宽度。
只要合适，上述配置和改进可彼此随机组合。本发明进一步的可行的配置、改进和实现还包括前面未明确提及的或下面参考示例性实施方式的特征描述的组合。特别地，本领域技术人员亦可由此增加单独的方面作为对本发明的各基本形式的改进或附加。
附图说明
下面借助附图的示意图中所列的示例性实施方式更详细地阐释本发明。因此，这些示出了：
图1示出了根据本发明的双面PERC太阳能电池阵列的剖视图；
图2根据第一一般示例性实施方式部分示出了根据本发明的PERC太阳能电池的背面的顶视图；
图3-9根据进一步的示例性实施方式部分示出了根据本发明的PERC太阳能电池的背面的顶视图。
附图应当给出对本发明的实施方式的广泛理解。它们示出实施方式并与对原理阐释和本发明构思的描述结合使用。其他实施方式和所提及的优点中的许多可鉴于附图获得。附图的元件相对于彼此不是必需按比例示出。
在附图中，相同、功能上相同以及类似的工作元件、特征和部件分别被提供相同的附图标记，除非另有说明。
具体实施方式
图1首先示出了根据本发明的双面PERC太阳能电池阵列的剖视图。
例如由单晶硅组成的半导体主体以附图标记10表示。p掺杂半导体主体10包括正面11和背面12。
n掺杂的正面发射极13被引入在半导体主体10的正面11上，非晶氮化硅层14作为抗反射涂层被施加在正面发射极13上。此外，正面连接装置15被提供在正面11上。正面连接装置15包括多个集电轨、电池连接件和触指，不作更详细阐述。正面连接装置15通过氮化硅层14中的开口16被连接到正面发射极13。为了极好的电连接，正面发射极13在开口16下面的区域中包括高度掺杂的n型连接17。
广延的钝化层18被施加在半导体主体10上的背面12上。该钝化层18被提供来减少太阳能电池的背面连接上的重组损失。与此相关的铝连接结构19被施加在钝化层18上并局部接触半导体主体的背面表面12a，其中铝连接结构19向上延伸穿过存在于钝化层18中的连接面开口20至表面12a。该铝连接结构19包括多个集电轨、电池连接件、触指等，此处不作更详细阐述，其确切布置在下面借助图2至8作更详细阐释。为了极好的电连接，连接面开口20下面的区域具有局部扩散、高度掺杂的p型连接(未示出)。
为了清楚起见，发射极结构等的确切构造在图1中没有更详细的描绘，因为它们不是描述本发明的核心构思。
图2根据第一一般示例性实施方式部分示出了根据本发明的PERC太阳能电池阵列的PERC太阳能电池的背面的顶视图。PERC太阳能电池阵列以附图标记21表示。
铝连接结构被提供在半导体主体的背面上，以本身已知的方式包括集电轨30和触指31。
在所示实施例中，触指31被大体上彼此平行地设置并形成与半导体主体的背面表面的直接金属-半导体接触。这些触指31被用来吸收因入射光的光伏效应而在半导体主体中产生的载流子。
触指31中的每一个被电连接到至少一个集电轨30。集电轨30往往也被称为汇流条且通常也被彼此平行地设置，这些集电轨30在所示实施例中与半导体主体的背面表面接触。但也可以使钝化层在集电轨下面开口，使得集电轨通过金属-半导体接触被直接连接到半导体主体的背面表面并因此同样被用于从半导体主体吸收载流子。集电轨30吸收通过不同触指31吸收的电荷流。因此，集电轨30和触指31被用来收集并结合半导体主体10中产生的载流子。
为了传导所收集载流子，也为了实现不同太阳能电池的互连，所谓的电池连接件32被提供，电池连接件32往往被称为串联连接件。电池连接件32通常不是实际的太阳能电池的部件，但却是太阳能模块的部件，这些电池连接件32至少部分地被设置在集电轨30上并牢固地结合到这些集电轨30。例如，为了牢固结合，这些电池连接件32可被焊接、粘结或压合在各自的集电轨30上。
集电轨30包括至少一个焊接连接面33以提供限定的电连接。因此，焊接连接面33上的电池连接件32通过焊接接头34被电连接到各自的集电轨30。
在所示实施例中，电池连接件32沿着与集电轨30相同的纵向方向X且在集电轨30的正上方被设置。另一方面，在所示实施例中，触指31沿着方向Y相对于集电轨30被正交定向。
每个触指31具有宽度B1和相对于毗邻触指16的距离A1。根据本发明，在所示实施例中，集电轨30沿着整个纵向方向X的宽度B2大于设置在其上的电池连接件32的宽度B3。
诸如铝、镍等比较便宜的材料，或者诸如银等比较高导电性的材料可被用作用于触指31和集电轨30的材料。优选地，诸如银或合适的银合金等良好的可焊接材料被用作焊接接头34。
触指31和集电轨30通常通过丝网印刷工艺中所施加的带状导电胶(例如，铝导电胶)和这种被施加的导电胶的烧结来制造。替代地，挤出工艺亦可被使用。电池连接件32通常通过在集电轨30上的焊接接头34的区域中的选择性焊接被施加。
图3和4根据另外两种示例性实施方式示出了根据本发明的PERC太阳能电池的背面的局部顶视图。相较图2中的示例性实施方式，这里的集电轨30在焊接连接面33的区域中是向外延展的(flared)。在这种向外延展的区域30a中，集电轨30具有大于焊接连接面33之外的其余区域30b中的宽度的宽度B2a。
在图3的实施例中，从区域30b到向外延展的区域30a的过渡是呈台阶状的。
另一方面，在图4的实施例中，从区域30b直到向外延展的区域30a存在集电轨30的连续变宽，但焊接连接面33的区域中的宽度B2a却保持不变。
图5根据另一示例性实施方式示出了根据本发明的PERC太阳能电池的背面的局部顶视图。这里，两条平行延伸的集电轨30被示出，它们通过与其正交延伸的触指31而接触。相较图3中的示例性实施方式，这里分别提供了完全平行于集电轨30延伸的冗余指35，因此冗余指35同样穿越触指31并通过这些触指31被间接连接到集电轨30。在太阳能电池的运行过程中，这些冗余指35被配置用于在集电轨之外或者作为对集电轨的补充，将电流传导给焊接连接面33。
B4表示冗余指35的宽度。冗余指35可具有不变的宽度甚或是可变的宽度，例如朝着焊接连接面33渐增的宽度B4(这里未示出)。
图6和7根据另外两种示例性实施方式示出了根据本发明的PERC太阳能电池的背面的局部顶视图。相较图5中的示例性实施方式，这里，冗余指35不是完全平行于集电轨30。相反，在这里，冗余指35具有区段35a，通过区段35a，冗余指35被直接连接到各自的集电轨30(且因此特别是在焊接连接面33的区域中被连接)。
在图6的实施例中，各冗余指35在区段35a直接通向焊接连接面33。
在图7所示的实施例中，各冗余指35在区段35a呈拱形地(因此弯曲地)通到焊接连接面33上。
图8根据另一示例性实施方式示出了PERC太阳能电池的背面的局部顶视图。相较图2中的示例性实施方式，这里，集电轨30的宽度B2小于电池连接件32的宽度B3，为了清楚起见，这里以虚线表示电池连接件32。在图8的示例性实施方式中，平行延伸的冗余指35接管集电轨30的集电功能的一部分。
另一示例性实施方式(这里未示出)提出，集电轨35被全部中断或者至少省略。集电功能主要甚或全部由冗余指35接管。
图9根据另一示例性实施方式示出了根据本发明的PERC太阳能电池的背面的局部顶视图。相较图2至8的前述示例性实施方式，这里，常规意义上的集电轨被全部免除(或者例如只部分免除)。集电功能主要甚或全部由冗余指35接管，使得在电池连接件32下面不用提供集电轨30或者可只提供部分可用的集电轨30。
虽然上面借助优选的示例性实施方式全面描述了本发明，但它们并不受限于这些，而是可用许多方式进行修改。
在所示实施例中，不同的触指以及不同的集电轨和/或冗余指彼此平行地延伸，但这不是绝对必要的。此外，在所示实施例中，集电轨被设置为与各自的触指垂直，这也不是绝对必要的。
特别地，本发明亦不受限于所提及的材料，虽然它们有时是有利的，比如铝的使用。
同样地，本发明亦不受限于p或n导电半导体材料或者p或n型太阳能电池的使用。不言而喻，通过恰当的变化，其他导电类型或掺杂浓度亦可被使用。
所示制造工艺也仅用于阐释制造过程中的优点，但本发明并不受限于这些。
在本发明的语境中，上面和下面意味着离开半导体主体的各表面或者朝向半导体主体的各表面。宽度和距离数据指各自的顶视图的投影。
附图标记
10 半导体主体
11 正面
11a 正面表面
12 背面
12a 背面表面
13 背面发射极
14 氮化硅层，抗反射涂层
15 背面连接装置
16 开口
17 连接
18 钝化层
19 (铝)连接结构
20 连接面开口
21 具有双面PERC太阳能电池的太阳能电池阵列
30 集电轨，汇流条
30a 集电轨的向外延展的区域
30b 集电轨的区域
31 触指
32 电池连接件，串联连接件
33 焊接连接面
34 焊接接头
35 冗余指
35a 冗余指的区段
X 纵向方向
Y 方向(与纵向方向正交)
A1 毗邻触指的距离
B1 触指的宽度
B2 集电轨的宽度
B2a 集电轨的向外延展的宽度
B3 电池连接件的宽度
B4 冗余指的宽度

Claims (20)

1.一种由在半导体主体(10)中分别形成的、通过电池连接件(32)电气互连的多个双面PERC太阳能电池组成的太阳能电池阵列，
-其中结构化钝化层(18)被施加在所述半导体主体(10)的背面表面(12a)上，所述半导体主体(10)的背面表面(12a)上提供有接触所述半导体主体(10)的集电轨(30)和触指(31)，
-其中各电池连接件(32)至少部分地沿至少一个集电轨(30)的纵向方向(X)延伸，并且所述至少一个集电轨(30)通过焊接接头(34)电接触至少一个焊接连接面(33)，
-其中集电轨(30)的横向宽度(B2，B2a)至少部分地大于覆盖该集电轨(30)的所述电池连接件(32)的横向宽度(B3)。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池阵列，其中所述集电轨(30)在其整个长度上比相应的所述电池连接件(32)宽。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池阵列，其中至少一个冗余指(35)被提供，所述至少一个冗余指(35)电气互连多个触指(31)且被配置用于在所述太阳能电池的运行过程中在所述集电轨(30)之外或者作为对所述集电轨(30)的补充而将电流传导给焊接连接面(33)。
4.根据权利要求1所述的太阳能电池阵列，其中所述集电轨(30)的所述横向宽度(B2a)至少在所述焊接连接面(33)的区域(30a)中是向外延展的。
5.根据权利要求1所述的太阳能电池阵列，其中集电轨(30)的所述横向宽度(B2，B2a)沿其所述纵向方向(X)朝焊接连接面(33)不断增加。
6.根据权利要求1所述的太阳能电池阵列，其中至少一个集电轨(30)的所述横向宽度(B2)沿其整个所述纵向方向(X)是不变的。
7.根据权利要求1所述的太阳能电池阵列，其中所述冗余指(35)至少部分地沿所述集电轨(30)的所述纵向方向(X)被设置且优选地完全平行于集电轨(30)。
8.根据权利要求1所述的太阳能电池阵列，其中每个太阳能电池具有多个冗余指(35)。
9.根据权利要求1所述的太阳能电池阵列，其中冗余指(35)包括至少一个连接段(35a)，通过所述至少一个连接段(35a)，所述冗余指(35)电连接到所述集电轨(30)，优选地在所述焊接连接面(33)的区域中。
10.根据权利要求1所述的太阳能电池阵列，其中所述冗余指(35)在所述连接段(35a)的区域中径向地且直接地或者呈拱形地通向所述集电轨(30)或焊接连接面(33)。
11.根据权利要求1所述的太阳能电池阵列，其中冗余指(35)设置在各太阳能电池的集电轨(30)和电池边界之间。
12.根据权利要求1所述的太阳能电池阵列，其中集电轨(30)包括多个焊接连接面(33)，用于沿其所述纵向方向(X)电接触所述电池连接件(32)，以及
-其中至少一个集电轨(30)被省略或在两个焊接连接面(33)之间被中断以及所述冗余指(35)被配置用于和被设置用于至少部分地、特别是全部地接管至所述焊接连接面(33)的电流传输。
13.根据权利要求1所述的太阳能电池阵列，其中所述集电轨(30)或冗余指(35)或触指(31)由铝或含铝合金组成。
14.根据权利要求1所述的太阳能电池阵列，其中所述焊接连接面(33)或焊接接头(34)包括能焊接的金属，特别是银。
15.根据权利要求1所述的太阳能电池阵列，其中所述集电轨(30)或冗余指(35)或触指(31)通过丝网印刷工艺或挤压印刷工艺或喷墨工艺或电镀工艺制造。
16.根据权利要求1所述的太阳能电池阵列，其中至少一个冗余指(35)包括朝着所述焊接连接面(33)渐增的宽度(B4)。
17.一种由在半导体主体(10)中分别形成的、通过电池连接件(32)电气互连的多个双面PERC太阳能电池组成的太阳能电池阵列，
-其中结构化钝化层(18)被施加在所述半导体主体(10)的背面表面(12a)上，所述半导体主体(10)的背面表面(12a)上提供有接触所述半导体主体(10)的集电轨(30)、冗余指(35)和触指(31)，
-其中各冗余指(35)电气互连太阳能电池的多个触指(31)，优选地电气互连太阳能电池的所有触指(31)，且被配置用于在所述太阳能电池的运行过程中在所述集电轨(30)之外或作为对所述集电轨(30)的补充而将电流传导给焊接连接面(33)，
-其中各电池连接件(32)至少部分地沿至少一个集电轨(30)的纵向方向(X)延伸，并且所述至少一个集电轨(30)通过焊接接头(34)电接触至少一个焊接连接面(33)。
18.根据权利要求17所述的太阳能电池阵列，其中所述冗余指(35)至少部分地沿集电轨(30)的所述纵向方向(X)被设置且优选地完全平行于集电轨(30)。
19.根据权利要求17所述的太阳能电池阵列，其中冗余指(35)被设置在各太阳能电池的集电轨(30)和电池边界之间。
20.根据权利要求17所述的太阳能电池阵列，其中至少一个冗余指(35)包括朝着所述焊接连接面(33)渐增的宽度(B4)。
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