CN107851674A - 用于专用导电背板的mwt类型光伏电池 - Google Patents
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Abstract
一种用于专用导电背板(20)的金属穿孔卷绕或MWT类型的背面接触式晶体硅光伏电池(10)；所述电池(10)具有用于前部收集的电子穿越的孔，以及具有用于相反符号的电荷的点状背触头，分别是N孔(102)和P点(104)，它们根据触头的配置布置，对于自动化生产的目的以及与集成有单个导电层(200)的导电背板(20)的联接来说，该配置是有利的，所述导电层旨在通过串将连接完成整个面板的电路的所有电池的N孔和P点。电池(10)包括24个N孔(102)和15个P点(104)，分别对齐成4N列(103)，每列有6个孔，以及对齐成3P列(105)，每列有5个点，具有特定的中心距。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于导电背板的背面接触式晶体硅光伏电池，称为金属穿孔卷绕或MWT类型，导电背板旨在在光伏面板中用于电池的电接触。
本发明特别适用于工业光伏领域，具体关于具有背面接触式电池的现代光伏面板。本发明提出了一种用于光伏面板的背面接触式电池的特定和有利的配置，该光伏面板也在背面集成有已设置有电路的称为导电背板的支撑部件。
背景技术
原则上，众所周知，太阳能电池的工业成本和转换效率是当今确定光伏能发电系统的成功和广泛使用的一些主要变量。为了改善这些参数的目的，在光伏领域运营的主要公司以及一些研究中心多年来一直在提出电池的创新解决方案，以降低由安装系统实际产生的能源成本，其中，这种能力涉及电池和模块的制造成本，还涉及模块组装和连接的成本，根据称为平准化能源成本或LCOE的已知参数。例如，一些制造商已经试图提高所用硅的纯度和效率，另一些制造商已经尝试与硅相关的替代半导体材料，诸如镉、镓、砷或铟，另一些制造商开发了集成在电池的暴露正面上的新的光学系统。
目前，在最先进和有利的解决方案中，存在以创新架构为特征的光伏电池，特别是背面接触式电池。这种电池基本上提供的是，所有的接触位于背面上，使得增加实际辐射面积，也就是说，减少被接触所遮蔽的电池的前部或者一个电池与另一个电池之间的相互连接的电池的前部减少，以这种方式优化模块的构造，这是由于接触显著简化，它仅发生在电池的背面上，还允许减少电池之间的空的空间。此外，这种优点提供了改进完成的模块的设计的可能性。
然而，已经观察到，虽然这种优点是众所周知的，但是由于许多生产、质量以及经济困难，具有背面接触式电池的所述光电面板仍然很少普及。更详细地说，目前主要的困难是电气接触的实现和配置；人们必须考虑工作过程(诸如钻孔或金属化)所需的准确度，或者面板的电路逻辑或者生产设备的高度自动化。同样已知的是，有时这种解决方案意味着高的工业成本以及有限的效率提高。因此，由于这些原因和其他原因，目前市场上的大多数面板仍然具有非背面接触式的传统架构，其概念、基本部件和装配过程彼此非常相似。
在已知类型的背结电池中，人们应该主要记得住称为发射极穿孔卷绕(EmitterWrap Through)或EWT的变型，以及称为金属穿孔卷绕(Metal Wrap Through)或MWT的变型。所述EWT电池达到较高效率，通常在20％至22％之间，但是基于高真空沉积和受控气氛的困难光刻工艺，还提供了使用旨在用于在每个电池中制造数千个孔的激光器，因此意味着极高的生产成本，阻碍其传播。另一方面，已经通过实验证实，所述MWT变型对于工业目的是更有利的，具有更低的成本，相对于所述EWT电池的效率略低，但是比常规电池更高，在18％至20％之间；它们提供有限数量的孔，采用与已经广泛用于两面直接接触的传统类型的电池基本类似的工业技术。
更详细地说，为了描述本发明所应用的MWT电池，我们将作为参考采用从正电荷硅获得的电池(通常称为p型)，其前面掺杂负层；以这种方式，成品电池将具有负极性N的暴露于太阳的上表面以及正极性P的下表面。该参考仅对于本发明的描述性目的是有利的，这是由于在工业现实中，MWT电池还能够从通常称为n型的负电荷硅获得，其前面掺杂有正层；以这种方式，成品电池将相对于之前的电池具有相反的极性。本发明适用于MWT电池的这两种体系结构，即p型和n型，但是，通常为了描述方便，选择p型作为参考。在所述MWT电池中，能量被收集在暴露的前面上，前面被称为负侧或N面，其特征在于，通过多个金属化分支的负电荷，金属化分支通常具有平行或放射状配置以及被称为指；所述集电指通过通孔或过孔以及指之间的连接导电元件(也称为连接汇流条并且具有增加截面)将电子直接传送到相反面或P面上，如在所述参考配置中描述的，P面被正掺杂。所述过孔也称为N电极或N孔，正如在本说明书中常规地发生的那样，它们旨在收集所述负电荷并且将它们以与同时在背面产生的相反符号电流电性分开的方式传送到背面，确保由相邻对齐的电池形成的每个串(string)的串联连接的连续性。为了节省金属化，避免任何短路或干扰并且利于电气接触或成串(stringing)操作的目的，所述正电流有时也集中在电气接触的带、段或点中；这种接触元件因此称为P电极、P触头或者甚至P点，如在本说明书中通常出现的那样。
因此，在MWT电池的背面上，在所述参考配置中，存在多个负接触点，即位于所述内部金属化的N通孔的出口处；以及存在多个正触头，也就是说所述P点；一般来说，所述N孔和所述P点平行对齐，用于加工和接触方便，使得也能够通过传统的导电带互相连接。MWT电池的最普遍的结构具有这样的N孔，它们布置在正交矩阵中并且中心对称，每个矩阵具有2、3或4列孔，通常也称为2×4、3×3和4×4类型，这取决于孔的数量；尤其，能够按照惯例考虑不同的布置：N孔的列数对应于每列中的孔的数量，也就是说，根据所述中心对称为3×3、4×4、5×5或6×6，其中在背面上，P点构成的列彼此平行地间隔开，沿纵向方向具有间隔的间距。
因此，已经观察到，如今，光伏面板的组装过程仍然很少自动化，包括许多手动操作，具有很高的错误、再处理、浪费的可能性，结果降低了质量和可靠性，具有高的工业和劳动力成本；特别是在具有背面接触式电池的面板的情况下，经常有利用导电带焊接的长的成串操作，除了其他的之外，在组装过程期间，尤其在批量生产的情形下，涉及的问题是，工艺的连续性和可重复性以及电池断裂，质量控制以及产品的检测。
为此，我们提醒的是，在背面布置有N和P触头的MWT类型的电池配置有利地允许消除相邻电池之间互连的常规手动操作，从而增加了自动化水平生产，具有更高的工艺可重复性和质量，还允许使用创新和有利的集成接触系统。特别参照的是背面支撑件或背板的已知方案，所述背面支撑件或背板也包括电互连装置并且有利地允许防止在所述电池上施加单个导电带；这种复合元件称为导电背板。为此，参见例如EP2139050(Bakker等人)、WO2012058053(Meakin等人)或WO2013115851(Kian等人)中所述的各种方案，其中，通过放置在电池背面并且由背板支撑的适当机加工的导电材料片制成电路；此外，参见例如ITTV2012A000211(Baccini等人)中的多层和多功能背板的有利方案，多层和多功能背板包括也具有绝缘和封装材料的薄导电层。
如今，由于所达到的效率和组装自动化的高度，背面接触式电池被认为比传统电池更有利，在传统电池中，导电带逐渐焊接在相邻电池的对置面上，即通过从相邻和相继的电池的上面成带到下面；因此，所述背面接触式电池是优选的，因为它们是通过平面导电带在背面被成串，或者优选地通过已经设置有电路的有利支撑背板直接接触。此外，已知非常有利的是，已经包括介电掩模和下封装材料的导电背板的集成解决方案，以便利于自动组装阶段和提高产品的质量。
实际上，从生产角度来看，与所述导电背板关联的具有背面接触式结构的光伏面板特别允许在批量生产的情况下减少或消除手动操作，降低了工业成本，增加了工业化、自动化和可重复性水平。为了更好地在上下文中考虑使用所述背面接触式电池所提供的优点，并且强调其阻碍其广泛使用的关键点，我们将回顾具有MWT电池的光伏面板的生产过程，在下文从背面开始朝向暴露在阳光下的正面详细说明其基本组件：
-导电背板，其包括具有高导电性的内部薄金属层，通常通过滚动以及之后的选择性移除而制成，以便制造电路，将放置在其上且互连的太阳能电池串联电连接。今天，适合制造这种元件的技术是广泛已知和可用的，例如铣削、蚀刻、剪切、激光、选择性沉积；
-单晶硅或多晶硅的光伏电池，MWT型，具有布置在背面的N和P触头；
-导电材料，位于所述导电背板和电池的背面之间，对应于具有不同电极性的触头，例如被称为电子导电粘合剂或ECA的类型，或者焊膏类型或其他等同材料；所述材料通常通过丝网印刷或者分配器、喷射分配系统或其他等同涂布方案施加；
-两层密封材料，通常是醋酸乙烯乙酯，其也公知为字母缩写EVA，或者聚烯烃或者POE类型，其背层对应于由所述导电材料产生的触头而开孔，所有上述元件封闭在前面和后面；
-绝缘材料，其介于电池的背面和所述导电背板之间，所述绝缘材料具有对应于与所述电池的背面极性接触的区域的开口；
-平板玻璃、框架以及接线盒。
在使用所述MWT电池用于具有背面接触式结构的面板的工业生产的目的中，特别是在批量生产的情况下，存在的主要技术困难中，有一些问题是关于制作单个电池以及将面板的所有电池同时成串时的电接触问题；在最为人所知的问题当中例如有个问题是，在这些孔内的穿孔和金属化或两个面之间的电流复合时需要相当的精确性。特别是，在集成有单个导电层的背板的情况下，已经观察到在面板拐角附近的MWT电池的连接具有显著的困难，迄今为止还没有已知的有利配置：其可用于接触电池的每个串的下端和上端处的负号以及正号，也就是说，旨在与端部电池的对应负和正电触头耦合，以便连续地连接闭合串的电流，直到接线盒，而无需离开电池占用的区域，以及无需添加导电带。
在该领域中运行的主要公司最近已经提出了用于MWT电池的前面金属化的许多有利配置，其中MWT具有集电指，集电指布置成最富于变化的规则或不规则配置(例如正交矩阵或径向配置)，以增加收集的能量，并且通过所述N孔以最有效的方式将所述负电荷传送在背面。然而，已经观察到，现在，就实际转换效率以及其广泛使用而言，MWT电池的技术优化广泛地涉及电触头的配置，特别涉及数量，涉及所述N孔和P点的布置和对准，导电背板以及相应模块的给定设计以及导电背板的组装过程，也关联于电池上的触头的所述配置。为此，已经通过实验证实，通过改变电池背面中的触头的配置，能够在生产自动化、控制和可重复性方面获得显著的改进，在实际效率方面也具有更大的优势，关于前部集电指的所述优化，因此总体上就总成本而言可优化。
因此，本发明旨在优化MWT电池中触头的所述构造，特别是关于电池背面中的N孔和P点，以便提高质量和效率，促进面板自动组装的生产阶段，允许使用专用导电背板，显著降低工业成本，从而降低相关光伏能量的所述LCOE。
为了确定与提出的解决方案有关的现有技术，进行了常规检索，搜索公共档案，导致发现了一些现有技术文献，其中：
D1：US8575475(Sakamoto等人)
D2：CN103094369(李继飞等人)
D3：CN102956746(王书波)
D4：CN203674221(徐娟等人)
D5：WO2010097268(Krokoszinski)
D6：WO2015003600(卢忠林等人)
D7：US201318614(Von Campe等人)
D1和D2提出了MWT电池的背面上的N和P触头的特定布置，其连续对准并与相邻电池交替，以便能够借助平行带进行接触，利于电池成串。
D3描述了MWT电池的改进配置，具有3×3N孔类型的规则矩阵，其中，表面分为9个正方形部分，在每个部分的中心处存在N孔，以这种方式来提高效率，减少由于不均匀扩散或材料中的杂质造成的损失；在正面上，径向布置的集电指被限制到具有N孔的每个部分，同样在背面上的金属化印刷物形成大尺寸且容易接触的P电极，该P电极还限定了从N孔到连续的P电极的绝缘路径。
D4提出了具有常规矩阵的MWT电池的改进配置，其具有常规的平行集电指和4个正交汇流条，其中，在每个汇流条上具有4个具有菱形接触的N孔，以这种方式减小由金属化占据的面积并且增加接收面积。
D5描述了MWT电池，其具有对齐成5、7或9列的N孔和P点，P点以规则间距相对于它们交替，以这种方式允许通过多个导电带在背面进行接触，导电带以恒定间距平行布置并且在头部相互连接，像梳子一样，从而完成相邻电池上具有相反符号列的电路。
D6提出了一种MWT电池的改进结构，其具有以K×K类型的矩阵布置的N孔，K是大于或等于5的整数，或具有至少5列N孔以及在每列中具有相应数量的孔；并且具有以矩阵布置在背面上的4×4个P点，使得正面金属化允许限制屏蔽和银膏的消耗。
D7描述了MWT类型的光伏电池，其中，背面上的N触头是点状的并且对齐成2或4个平行列，而P触头呈彼此平行的连续条的形式；在特定的构造中，N孔对齐成4列，每列有8个孔，它们以恒定的间隔由构成P触头的3条带隔开，3条带具有比电池的总长度稍小的长度。相邻电池之间的电接触是依靠在电池的所述N孔和毗邻电池的所述P带上交替地施加梳状布置的导电带平面地发生的，或者在一个实施例变型中，能够依靠叠加的导电片获得这种电连接。
总而言之，如已知的，以下认为是合理的：
-光伏面板具有通过焊接导电带而平面地串接的背面接触式电池；
-光伏面板具有背面接触式电池以及背面支撑件，背面支撑件还包括电路，也被称为导电背板；
-MWT类型的背面接触式光伏电池具有以不同形状制成的前集电金属化部，具有平行或径向布置的集电指，其中N通孔对齐成列，一个布置类型是具有3列，每列具有3个孔，也称为3×3，或者甚至是4×4,5×5,6×6,2×8或4×8类型，以及其中P背面触头与所述N列平行对齐，呈对齐的点或连续的条的形式；
-具有MWT电池的光伏面板，其中相邻电池之间的电接触是依靠施加梳状布置的导电带在电池的背面上平面地发生的，或者在一个实施例变型中依靠叠加导电片在电池的背面上平面地发生的。
缺点
总之，我们已经观察到，所描述的已知方案具有一些缺陷或者无论如何都有一些限制。
首先，在例如D1-D7的已知方案中，已经观察到，MWT电池的电触头的配置，特别是所述N通孔和所述P背部触头的数量和位置不是最优化的，取决于以下技术问题，如果同时考虑的话，也就是说彼此相互影响：大量银膏用于电池的金属化；两个相对面之间的电荷通过的效率有限；光伏面板生产过程的自动化程度有限，生产率和重复性有限；如果在面板中使用现代导电背板替代传统的导电带，则相邻电池之间靠近拐角处的电路形成有困难。因此，在所有已知方案中都观察到，用于生产所述MWT电池的高工业成本以及将其组装在光伏面板中的高工业成本。
在关于上述问题的更详细的描述中，众所周知的是，在MWT电池的最普遍构造中，也就是说，具有布置成4列的规则矩阵中的16个N孔，每列具有4个孔，大量的银浆需要用于正面金属化；事实上，已经观察到，在这种类型的电池中，制造前汇流条和集电指意味着在与原始晶片相关的硅成本之后的最高生产成本；也已经观察到，例如在D4中，为此目的优化的4×4型方案提供了金属化成本的有限的降低。此外，与所述P触头的数量、形状和位置有关的所述N孔的数量、直径和位置还影响着由所述金属化部前面收集的电荷的正确通过，这是由于电池内部的分散或重新组合现象在MWT电池的常规方案中频繁出现。
此外，已经观察到，N和P触头的所述配置显著影响生产过程的效率；实际上，已经通过实验证实，在使用现代工业激光器的钻孔中，每个电池超过4个平行列的数量是不利的，例如在D5和D6中，虽然已经观察到对于一些金属化中的质量问题和高工业成本，每列超过6个孔的数量是不利的，例如在D7中。
而且，在具有MWT电池的面板的所有已知常规方案中，已经在实验中观察到电池背面上的电荷的正确接触和传导问题，在该情形下，使用导电背板代替焊接在相邻电池之间的常规导电带，通常是相反符号的，并且以梳状方式交替布置，电池的电触头(即所述N孔和P点)的数量和位置对于整个面板的电路配置的目的来说是极其受约束的。更详细地说，没有已知这样的MWT电池的方案，其可以无需额外成本就能够直接连接专用于其接触的导电背板，以便完成面板的电气路径，克服在每个电池串的端部和对应的接线盒中连接的各种连续性问题；特别是已经观察到，由于叠加和/或短路，主要问题出现在对应于位于面板拐角处的电池中，每当电气路径横向连续时，即与之前的电池正交时；在这种区域中，会容易地相对于导电层的减小段产生电流集中，这可能构成有害的瓶颈，导致显著的电阻增加，必然的产量下降和危险的局部温度升高。这种优化问题的增长成比例于每个电池的P点和N点的增长数量。
因此，考虑到上述情况，尽管MWT电池与导电类型背板联接的优点对于获得光伏面板的目的是已知的，例如在D7中，但是，这样的MWT电池的配置不是已知的：其可优化用于依靠一个单个导电层进行直接接触，使得解决串和/或面板的任何配置以及所述电池在所述导电层上任何位置情况下所述N孔和P点的电连接的所述问题。
在传统的已知方案中已经发现的另外的问题涉及生产中的低自动化和可重复性。
另一个问题是，由于MWT电池依靠常规成串操作相互连接而导致面板组装的高总成本；特别是在例如D1、D2、D3和D7中将P触头配置为导电条而不是单个点的电池中，已经观察到电池中导电材料的大量浪费。
发明内容
因此，该领域的公司需要找到对现有方案更有效的解决方案；本发明的目的也在于解决所描述的缺点。
通过根据如所附权利要求中的特征的本发明来实现该目的和其它目的，借助于用于专用导电背板20的金属穿孔卷绕或MWT类型的背接触晶体硅光伏电池10解决了出现的问题；所述电池10具有用于前部收集的电子穿越的孔，以及具有用于相反符号的电荷的点状背触头，分别是N孔102和P点104，它们根据触头的配置布置，对于自动化生产的目的以及与集成有单个导电层200的导电背板20的联接来说，该配置是有利的，所述导电层200旨在通过串(strings)将连接完成整个面板的电路的所有电池的N孔和P点。电池10包括24个N孔102和15个P点104，它们分别对齐成4N列103，每列中有6个孔，以及对齐成3P列105，每列中有5个点，具有特定的中心距。
目的
这样，通过允许达到相当大技术进步的可观的创造性贡献，实现了一些目的和优点，解决了所指出的主要问题。
本发明的第一目的是，优化常规宽度的MWT电池的背面的配置，特别地优化电触头(或者，N通孔和P点)的数量和位置，使得使用最少量的银膏用于金属化电池的正面，而且同时：能够使电荷更好地通过两个对置面之间，避免电池内部的分散或重新组合，能够实现用于大批量生产的自动化生产过程，特别是激光钻孔和金属化，能够依靠旨在用于接触电池相应背面的现代导电背板实现相邻电池之间的互连。
第二个目的是获得电极成本之间的最佳折衷，电极成本随着孔的增长而增长，在相同截面和使用材料的情况下，串联电阻随着电极增长而减小，以及获得连接确定性，以防一些电极在模块的生命周期中失去接触。为此，已经观察到，相对于常规的9或16个N孔，具有24个N孔的方案是相当有利的；因此，本发明的目的是优化所述N孔和P点在电池的背面上的配置。还观察到，提供更多数目的N电极(例如，根据6×6配置布置的36个N孔)的已知方案并不是最佳的，这是由于它们太多地增加了电池的成本，由于大量孔要金属化，也意味着具有电池断裂的更大风险。此外，这种方案意味着制造相应导电背板的时间更长，成本也更高，也意味着相邻电池之间互连过程的极大复杂化，导电粘合剂的量更大，电流循环中存在高风险的问题，有时被称为瓶颈。也已经观察到，为了本发明的目的，不考虑所述前集电指的具体形状，例如平行或径向布置，而是另一方面，相关于所述P点的特定配置，考虑相反面上的电子通过的所述N孔的特定配置。
第三个目的是，根据用途以及专用导电背板来优化电池的背面触头的配置，以便直接互连电池以通过叠加和表面粘合来自动形成光伏电板，即使在与光伏面板的拐角相对应的电池的互连中也不需要手动干预。使用导电背板代替传统的焊接串提供了在专利文献中已知的显著优点，无论是在简化光伏模块的配置方面，还是在用于组装模块的自动机器的使用方面，特别地，导电背板允许显著降低光伏面板的成本，也增加了过程可重复性和质量。本发明使得所述导电背板用于所述MWT电池的互连更加有利，进一步降低了光伏面板的最终成本，并且不增加所述背板的成本。
相对于最普遍的常规方案，进一步的目的是，不增加生产电池和面板所需的不同工作过程的时间和工业成本。事实上，已经观察到，相对于具有16个N孔或4个平行列(每列4个孔)的矩阵的传统方案，具有布置成4个平行列(每列6个孔，合适定位)的24个N孔的创新性方案在集成型现代多层导电背板的情况下，不会导致处理电池或处理导电层所需时间的增加；为了这个目的，需要提醒的是，所述导电背板是迄今在电池之后的模块中最昂贵的部件。还观察到，相对于此处所提出的方案，具有包括更多列数的对称矩阵的已知方案，例如称为5×5或6×6的布置，意味着处理电池和导电背板的成本更高。正如从专利和科学文献中已经知道的，事实上，导电背板的机械铣孔是这样的技术之一，其允许在光伏板的技术发展的这个基本部件的工业生产中能够获得每平方米最低成本；通常被称为6×4的本发明所提出的配置在4列上提供了在一条线上铣出的6个N孔，意味着更小的铣削路径，因此比已知的5×5配置、甚至比已知的6×6配置涉及更短的生产时间和更低的成本，5×5配置由于5列而需要再多大约20％的时间，6×6配置由于6列而需要再多大约50％的时间。
另一个目的是，优化所述N孔和P触点的布置，以便减少在所述触点和所述导电背板之间自动涂布导电粘合剂的液滴的时间，所述导电粘合剂也已知字母缩写是ECA。
另一个目的是，配置所述N和P触头，使得优化所述背板的导电截面，特别是减小携带电流的截面的尺寸，而不会遇到尺寸缩小的已知问题，尺寸缩小会导致加热、接触变形或局部损失，有时发生在对应于串的拐角和端部的情况下。
源自上述优点的另一个目的是，使得能够高度自动化地制造具有背面接触式结构的光伏面板，从而相对于传统的方案，提高可重复性，提高质量标准并降低工业成本成品。
总之，所提出的有利配置允许优化用于处理和组装电池、导电背板和整个光伏模块的效率、电性能和热性能、成本效益、可靠性和时间；尤其是工业生产成本降低，结果能够大大降低每瓦光伏能量的成本。
借助于附图，这些和其他优点将从下文对一些优选实施例的详细描述显现，附图的细节的执行不被认为是限制性的而是仅是说明性的。
附图说明
图1正交地示出了本发明提供的MWT电池的正面，为正面金属化的一个可行变型，其中，N通孔在与正交集电指连接的汇流条下方对齐；所述的图1旨在促进对本发明的理解，涉及所述MWT电池的背面上的电触头的特定配置，也具有所述N孔。
图2正交地显示了由本发明提供的MWT电池的背面。
图3正交地示出了由本发明提供的导电背板的内部，其旨在电连接所述MWT电池的背面，所述MWT电池并排放置以形成例如由60个电池制成的光伏面板；为了便于理解电路，示意性地示出了与所述电池的N孔和P点相关的触头。
图4是有关图3的细节A1的导电背板的细节图，突出显示了对应于面板上不同位置的电池的四种不同的接触配置。
具体实施方式
对本发明的至少一个实施例的描述
本发明描述了一种用于专用导电背板20的称为金属穿孔卷绕(Metal WrapThrough，也已知为缩写MWT)类型的背面接触式晶体硅光伏电池10。所述光伏电池具有用于电子的通孔和用于相反符号的电荷的点状背触头，分别称为N孔102和P点104，具有有利的配置，从而能够实现工业自动化生产，以及促进与导电背板20类型的共平面直接接触支撑件的联接。所述背板在其面向电池的一面集成有导电层200，所述导电层200旨在通过串将完成整个光伏面板(也称为模块)的电路的所有电池的所述N孔和P点电连接，直到接线盒的接触块207。这种直接精确接触的方案防止了所述N孔和P触头之间电连接时要焊接或插入导电带，还降低了金属化成本；本发明还允许解决在串和/或面板为任意配置以及所述电池在任何位置(特别是对应于面板的拐角)的情况下MWT电池和导电背板之间的电连接的已知问题。
更详细地说，根据本发明的MWT电池10是156mm宽度L1的正方形，考虑到+/-0.5mm的公差，包括称为N孔102的24个N通孔，以及包括局部型的15个P触头，也就是说具有呈单点形式的有限区域，称为P点104。因此，在电池的背面100上，存在两种相反符号的电触头，也即所述N孔和P点，它们是点状的并且对齐成平行列103、105：N孔102沿着4个平行列对齐，也称为N列103，即6×4N，所述P点104沿着3列对齐，也称为P列105，也就是说，5×3P。P列被插入所述N列，第二P列相对于电池居中地定位，如中心线(图1-图2)。因此，本发明提出了MWT电池10的背面100上的电触头的有利配置，即对应于所述N孔102和P点104；我们想指出的是，为了本发明的目的，所述电池的正面101能够包括任何构造和/或类型的正面金属化，无论如何，关于对应于所述N孔的负电荷的穿越，它们是穿通的并且在相反面中相对应。作为一个非穷尽的例子，适用于本发明的是，正交图案类型(图1)的金属化集电区，其宽度L2稍小于所述电池的所述宽度L1，其中，所述N孔对齐在集电指107的连接汇流条106上，集电指107与它们正交，以恒定间距、彼此平行地布置；作为替代方案，适用于本发明的是，集电指从所述N孔起的径向布置，或者根据本发明的目的适于改善前部集电的任何其他配置。
因此，N孔102、N列103、P点104和P列105以某些数量、形状和位置位于电池10的背面100(图2)：
-4N列103，每列由6个N孔102形成，总共24个N孔；
-3P列105，每列由5个P点104构成，总共15个P点；
-N列103之间的中心距NI1是恒定的，是38.5mm，与侧边保留一间距NL1，相对于另一边是互补和对称的，也就是说，间距NL1是20.25mm；
-P列105之间的中心距PI1是恒定的，是44.7mm，与侧边保留一间距PL1，相对于另一边是互补和对称的，也就是说，间距PL1是33.3mm；
-每个P列105的P点104相对于所述N孔102以间隔的方式偏移，也就是说，在中心线(102，NI2)上具有中心距PI2；
-每个N列103的N孔102具有恒定25.5mm的中心距NI2，与侧边保留一间距NL2，相对于另一边是互补和对称的，也就是说，间距NL2是14.25mm；
-每个P列105的P点104具有恒定25.5mm的中心距PI2，与侧边保留一间距NL2，相对于另一边是互补和对称的，也就是说，间距NL2是27mm；
-认为所有上述数值均具有+/-5％的公差。
在优选的构造中(图2)，规定的是，所述N孔102具有80微米至220微米之间的直径D，例如200微米；此外，规定，所述P点104是圆形的，其直径在1mm和4mm之间，例如为2.5mm。更详细地说，关于优选但非排他的实施例，所述N孔102填充有银导电膏，以连接到印刷在电池的背面并且相对于所述孔居中的较宽的导电垫上，导电垫也由银导电膏构成，具有的直径大于孔本身的宽度，以便于通过导电粘合剂连接到相对的导电背板上。
所述电池10(图1-图2)用于导电背板20(图3)，导电背板20具有接触导电层200，其被分成多个正方形区域201，正方形区域201各自对应于所述光伏面板的每个电池(10,100)；每个所述正方形区域在内部被分成彼此互补的两个部分(203-4)，为了电绝缘的目的，所述两个部分被具有0.5mm至3mm之间的恒定宽度的分离切口205分开。所述分离切口205沿着设计成连续、导圆化的Z字形图案的路径(也就是说，没有尖锐的方向变化)，以便局部地围绕所述N孔102和/或所述P点104，从而为每个电池(10,100)连接相同符号的所有电触头以及排除其他触头，也就是说，实现旨在电联接所述N孔102的第一N部分203，还存在旨在电联接所述P点104的第二P部分204。
更详细地说(图3-图4)，所述分离切口205限定了构造为齿的半岛206a-d，所述半岛也彼此连接，具有带会聚及发散轮廓的侧边，以便在端部变窄，局部地围绕要接触的元件102、104，并且传导电通量，具有与接触元件的数量和位置成比例的非恒定截面(non-constant section)。基本上提出的是，为了增加接触电极的数量，必须对应相应导电层的增长宽度，具有相同的轧制厚度。因此，应注意的是，导电截面能够是可变的，因为它们由所述齿的每个单独部分的宽度乘以导电层200的厚度局部确定，如果导电层200是铜则厚度优选35微米，如果它是铝，则厚度优选55微米。
导电垫旨在连接到放置在成品面板背面的外部接线盒，通常称为接触块207，其布置取决于所使用的接线盒和面板的配置。为此，实际上我们提醒大家，现在市场上有不同配置的接线盒，例如，能够实现对应于第一行电池的四个接触块的对称布置，它们居中组合成正方形(图3)。本发明(10,20)允许提供所述接触块207以适应所使用的特定接线盒，还允许实现多种光伏面板配置，能够根据不同的数量或不同的定位将所述电池10布置在所述导电背板20上，作为非穷举性实例，制造具有60个电池(图3)的光伏面板；或具有48个电池的面板，具有少于两行的电池；或者甚至具有72个电池的面板，具有多于两行的电池。
专用于接触根据本发明的电池(10,100)的导电背板20的优选配置，为背面100的每个正方形区域201提供以下接触配置(202a-d)中的至少一种(图3-图4)：
-第一配置(202a)是双梳型，具有像指状部的宽齿206a，它们以互补方式正面穿透彼此，其中，每个齿选择性地接触整个列(103,105)；
-第二配置(202b)，其中，所述梳的齿206b相对于所述列(103,105)正交地布置，并且其中，中央部变宽及变窄使得包括相同符号的两个相邻触头；
-第三配置(202c)，其中，齿206c主要是L形的以适应串的拐角和/或端部，相对于所述列(103,105)组合成局部重叠及局部正交的布置，其中最短的齿设计成不发生弯曲；
-第四配置(202d)，其是所述第三配置(202c)的替代变型，其中最短的齿206d侧向弯曲。
为了制造具有60个电池的光伏面板(图3)，所述导电背板20提供60个接触正方形区域201，它们布置成6个相邻列，每列有10个区域201，其中：
-所述第一接触配置(202a)出现44次，也即，在两个侧列中有8次，在四个中央列中有7次；
-所述第二接触配置(202b)在每个所述中央列中出现4次；
-所述第三和第四接触配置(202c-d)作为整体出现8次，也即，每列两次以及在端部至少一次，使得在所述导电背板20的四个拐角中，总是存在所述配置(202c-d)中的至少一种。
所述导电背板20具有至少一个如上所述处理的导电层200，所述导电层200与背部支撑面板联接。在本发明的有利的替代实施例中，目的在于使用现代工业自动化生产和控制装置以大产量自动组装光伏面板，例如ITTV2013A000192(Spotti等人)公开的，提供了一种集成、多层和多功能类型的导电背板的复合结构。例如，参见ITTV2012A000211(Baccini等人)中描述的导电背板的有利的解决方案，其也包括ITVI2012A000133(Baccini等人)中描述的类型的半成品层状元件。
更详细地，这种导电背板集成了具有多样化特定功能的多个叠加层，至少包括：一个绝缘电介质背层，其起到支撑件的作用并且又由至少两层组成，两层的最外层保持暴露在空气中，因此被处理以能够抵抗更多的水解和紫外线，以及导电金属层，其被适当配置成用于串联电池的背面接触；复合类型的多层元件，其对应于触头被钻孔，并且由与导电层接触的第一层封装或热粘材料以及与放置在上部的电池接触的第二层封装或热粘材料形成，在它们之间插入介电材料的内层，其起到选择性绝缘掩模的作用。此外，为了允许与接线盒的电接触，在所述导电背板上制造用于导电元件通过的孔；为此目的，众所周知的是传统的解决方案，在传统的解决方案中接触是用手工过程来进行的，已知的是演变的解决方案，其简化了所述接线盒的组装，消除了对非常精细的内部元件的任何处理。其中，作为非穷举的例子，应该记住ITTV20130059(Baccini等人)和ITTV20130060(Baccini等人)中描述的解决方案，它们提供了固定在所述导电背板上的特定穿通导电元件，插入到面向所述接线盒的一面与面向电池的一面之间，在那里它们被集成在一个降低的基座部上，从而能够用粘合剂与背板的导电层直接接触。
具有所述MWT电池以及包括所述层式多功能导电背板的背面接触构造的光伏面板的组装结构因此相对于常规方案被简化了，因为其从背面依次由以下形成：具有集成封装和介电材料的导电背板20；所述MWT光伏电池10；例如称为ECA类型的导电粘合剂；前封装层；前玻璃。所述导电背板的背面支撑层又能够是复合型的，根据现有技术，其由不同的常规聚合物和粘合剂层形成，具有多种功能，专用于保护免受天气条件影响，如湿度和紫外线。作为一个非穷尽的例子，我们想要提出的是由防紫外线的PET层、防潮层、支撑BS层和EVA底层组成的多层类型的实施例变型；此外，我们也希望提出金属导电层被防腐蚀层保护的实施例变型。
参考标记
(10)称为金属穿孔卷绕或MWT类型的背面接触式晶体硅光伏电池；
(100)电池的朝向导电背板的背面，；
(101)电池的暴露于光的正面；
(102)内部金属化的N通孔，称为N孔；
(103)对齐的N孔的列；
(104)接触P点；
(105)对齐的P点的列；
(106)连接汇流条；
(107)集电指；
(20)导电背板；
(200)背板的导电层：
(201)电池的接触正方形区域；
(202a-d)电池的可选接触配置，分别对应于第一配置(202a)、第二配置(202b)、第三配置(202c)或第四配置(202d)；
(203)旨在接触电池的所有N孔的区域部分，称为第一N部分；
(204)旨在接触电池的所有P点的区域部分，称为第二P部分；
(205)分离切口；
(206a-d)半岛，呈齿的形式，具有会聚及发散边，称为齿，分别涉及第一、第二、第三和第四接触配置；
(207)接线盒的接触块；
(L1)电池的宽度；
(L2)金属化集电区域的宽度；
(NI1)N列之间的中心距；
(NI2)N孔之间的中心距；
(NL1)最后的N列距侧边的间距；
(NL2)最后的N孔距侧边的间距；
(PI1)P列之间的中心距；
(PI2)P点之间的中心距；
(PL1)最后的P列距侧边的间距；
(PL2)最后的P点距侧边的间距。
Claims (10)
1.一种用于专用导电背板(20)的称为金属穿孔卷绕或MWT类型的背面接触式晶体硅光伏电池(10)，所述电池(10)旨在仅在背面(100)依靠所述导电背板(20)被支撑以及电接触，所述导电背板(20)充当包括多个电池(10)的具有背面接触结构的光伏面板的支撑及背面完成件，所述导电背板(20)在其面向所述电池(10)的一面上集成有接触导电层(200)，所述接触导电层(200)旨在电连接所述电池(10)的N通孔(102)和背面接触P点(104)，分别称为N孔和P点，从而完成所述光伏面板直至接线盒的接触块(207)的电路；所述电池(10)具有正方形结构，宽度(L1)为156mm，公差为+/-0.5mm；所述电池(10)具有所述N孔(102)以及所述P点(104)，所述N孔(102)沿称为N列(103)的4个平行列对齐，所述P点(104)沿称为P列(105)的3个平行列对齐，其中所述P列(105)介于所述N列(103)之间，第二P列像所述电池(10)的所述背面(100)的中心线一样位于中央；所述N列(103)和P列(105)依次相互平行；所述电池(10)的特征在于，其具有的所述背面(100)具有由6个N孔(102)形成的每个所述N列(103)，总共24个N孔，以及具有由5个P点(104)形成的每个所述P列(105)，总共15个P点，其中，所述N列(103)之间的中心距(NI1)恒定为38.5mm，与侧边保留一间距(NL1)，相对于另一边是互补和对称的，也就是说，间距(NL1)是20.25mm；其中，所述P列P(105)之间的中心距(PI1)恒定为44.7mm，与侧边保留一间距(PL1)，相对于另一边是互补和对称的，也就是说，间距(PL1)是33.3mm，所述值具有+/-5％的公差；每个P列(105)的所述P点(104)相对于所述N孔(102)以间隔的方式偏移或在所述中心线(102，NI2)上具有中心距(PI2)；每个N列(103)的所述N孔(102)具有恒定25.5mm的中心距(NI2)，与所述侧边(NL2)存在一间距(NL2)，相对于另一边是互补和对称的，也就是说，间距(NL2)是14.25mm，所述值具有+/-5％的公差；每个P列(105)的所述P点(104)具有恒定25.5mm的中心距(PI2)，与侧边保留一间距(NL2)，相对于另一边是互补和对称的，也就是说，间距(NL2)是27mm，所述值具有+/-5％的公差；以及其中所述N孔(102)具有80微米至220微米之间的直径(D)，所述P点(104)是圆形的，直径在1mm至4mm之间。
2.根据前述权利要求所述的光伏电池(10)，其特征在于，其与具有所述接触导电层(200)的导电背板(20)联接，所述接触导电层(200)分成正方形区域(201)，所述正方形区域(201)各自旨在接触所述电池(10)，所述正方形区域(201)对应于构成具有背面接触结构的所述光伏面板的每个电池(10)；以及其中每个所述正方形区域(201)在内部分成彼此互补的两个部分(203-4)，为了电绝缘的目的，所述两个部分(203-4)通过具有0.5mm至3mm之间恒定宽度的分离切口(205)分离；所述分离切口(205)沿着设计成连续、导圆化的Z字形图案的路径，也就是说，没有尖锐的方向变化，以便局部地围绕所述N孔(102)和/或所述P点(104)，从而为每个电池(10，100)连接相同符号的所有电触头以及排除其他触头，也就是说，实现旨在电连接所述电池(10)的所有所述N孔(102)的第一N部分(203)，还存在旨在电连接同一电池(10)的所有所述P点(104)的第二P部分(204)。
3.根据前述权利要求所述的光伏电池(10)，其特征在于，其与包括所述接触正方形区域(201)的导电背板(20)联接，其中所述Z字形的分离切口(205)限定了构造为齿的半岛(206a-d)，所述半岛具有带会聚及发散轮廓的侧边，以便在端部变窄，局部地围绕要接触的元件(102，104)，并且以与所接触元件的数量和位置成比例的非恒定截面传导电通量；以及其中在所述导电背板(20)中，对于所述电池(10)的所述背面(100)的每个正方形区域(201)，存在以下接触配置(202a-d)中的至少一种：
-第一配置(202a)，其是双梳型，具有像指状部的以互补方式正面穿透彼此的宽齿(206a)，其中，每个齿选择性地接触整个列(103,105)；
-第二配置(202b)，其中，所述梳的齿(206b)相对于所述列(103,105)正交地布置，并且其中，中央的齿变宽及变窄使得包括相同符号的两个相邻触头；
-第三配置(202c)，其中，齿(206c)主要是L形的以适应电池串的拐角和/或端部，相对于所述列(103，105)组合成局部重叠及局部正交的布置，其中最短的齿设计成不发生弯曲；
-第四配置(202d)，其是所述第三配置(202c)的替代变型，其中最短的齿(206d)侧向弯曲。
4.根据前述权利要求所述的光伏电池(10)，其特征在于，其与具有至少48个接触正方形区域(201)的导电背板(20)联接，所述接触正方形区域(201)用于接触相同数量的所述电池(10)，以及其中所述第一接触配置(202a)至少等于所述正方形区域(201)总数的70％并存在于所有的电池串中。
5.根据权利要求1至4所述的光伏电池(10)，其特征在于，其与包括至少4个接触正方形区域(201)的导电背板(20)联接，所述接触正方形区域(201)具有所述第二接触配置(202b)。
6.根据至少权利要求1至4所述的光伏电池(10)，其特征在于，其与包括至少4个接触正方形区域(201)的导电背板(20)联接，所述接触正方形区域(201)具有所述第三接触配置(202c)。
7.根据至少权利要求1至4所述的光伏电池(10)，其特征在于，其与包括至少4个接触正方形区域(201)的导电背板(20)联接，所述接触正方形区域(201)具有所述第四接触配置(202d)。
8.根据至少权利要求1至4所述的光伏电池(10)，其特征在于，其与具有60个接触正方形区域(201)的导电背板(20)联接，所述接触正方形区域(201)布置成6个相邻列，每列具有10个正方形区域(201)，其中所述第一接触配置(202a)出现44次，也即，在两个侧列中有8次，在四个中央列中有7次；以及其中所述第二接触配置(202b)在每个所述中央列中出现4次；以及其中所述第三和第四接触配置(202c-d)作为整体出现8次，也即，每列两次以及在端部至少一次，使得在所述导电背板(20，200)的四个拐角中，总是存在所述配置(202c-d)中的至少一种。
9.根据至少权利要求1至4所述的光伏电池(10)，其特征在于，其与具有48个接触正方形区域(201)的导电背板(20)联接，所述接触正方形区域(201)布置成6个相邻列，每列具有8个正方形区域(201)，其中所述第一接触配置(202a)出现32次，也即，在两个侧列中有6次，在四个中央列中有5次；以及其中所述第二接触配置(202b)在每个所述中央列中出现4次；以及其中所述第三和第四接触配置(202c-d)作为整体出现8次，也即，每列两次以及在端部至少一次，使得在所述导电背板(20，200)的四个拐角中，总是存在所述配置(202c-d)中的至少一种。
10.根据至少权利要求1至4所述的光伏电池(10)，其特征在于，其与具有72个接触正方形区域(201)的导电背板(20)联接，所述接触正方形区域(201)布置成6个相邻列，每列具有12个正方形区域(201)，其中所述第一接触配置(202a)出现56次，也即，在两个侧列中有10次，在四个中央列中有9次；以及其中所述第二接触配置(202b)在每个所述中央列中出现4次；以及其中所述第三和第四接触配置(202c-d)作为整体出现8次，也即，每列两次以及在端部至少一次，使得在所述导电背板(20，200)的四个拐角中，总是存在所述配置(202c-d)中的至少一种。
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