CN108389916A - 一种用于太阳能电池上的汇流线及电极 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于太阳能电池上的汇流线及电极，所述汇流线为金属线路，所述金属线路呈液态。本发明通过采用液相金属制作的薄膜太阳能电池汇流线，可使得薄膜太阳能电池更耐弯折，与现有其他技术制备的银、铜、金、铂、钯、钛、铝、锡及合金的导电汇流线相比，本发明导电汇流线具有更好的柔韧性和附着力，全面适用于砷化镓、铜铟镓硒、碲化镉等柔性太阳能电池。
Description
技术领域
本发明属于光伏太阳能电池设备技术领域，尤其涉及一种用于太阳能电池上的汇流线及电极。
背景技术
随着世界能源危机和环境污染问题的日趋严重，人们加快了对太阳能光伏发电技术的研究。目前，除传统晶体硅电池外，已经在较大范围实现商业化应用的太阳能电池主要是薄膜太阳能电池，薄膜太阳电池作为太阳电池领域的重要分支近几年发展迅速，其种类涵盖了非晶硅、非晶硅锗、微晶硅、碲化镉薄膜电池、铜铟镓硒薄膜电池等多种。薄膜电池在完成光电转换功能层的制备和分割以后，需要在其背电极上设置引流汇流装置将电流引出，以保证载流子源源不断的流出并传递到用电器或锂离子电池的两极。
目前的薄膜太阳能电池不耐反复弯折，在弯折多次后，太阳能电池上的汇流线或相邻结构容易破碎脱落。
发明内容
有鉴于此，本发明的一个目的是提出一种用于太阳能电池上的汇流线,以解决现有技术中太阳能电池不耐反复弯折的问题。
在一些说明性实施例中，所述汇流线为金属线路，所述金属线路呈液态。
在一些可选地实施例中，所述金属线路在常温下呈液态。
在一些可选地实施例中，所述金属线路由导电流体构成；所述导电流体中至少包括：液相金属或液相合金。
在一些可选地实施例中，所述导电流体为由液相金属或液相合金与以下一种或多种材料复合而成的导电流体；导电增强材料；分散剂；基材润湿剂；偶联剂。
在一些可选地实施例中，所述导电增强材料为以下之一或任意组合；金粉、铂粉、银粉、铜粉、镍粉、导电炭黑、导电石墨、镍包石墨粉、银包铜粉、银包镍粉。
在一些可选地实施例中，所述导电增强材料为导电颗粒，其粒径为1nm–100μm。
在一些可选地实施例中，所述导电增强材料为导电颗粒，其粒径为10nm–50μm。
在一些可选地实施例中，所述导电增强材料的形状为球状、片状、棒状或枝状。
在一些可选地实施例中，所述导电流体的组分包括：镓、铟、银、铜，其占比分别为21％、65％、4％、10％。
在一些可选地实施例中，所述导电流体的组分包括：镓、锡、银、铜，其占比分别为20％、70％、3％、7％。
在一些可选地实施例中，所述导电流体的组分包括：镓、银、铜，其占比分别为90％，6％，4％。
在一些可选地实施例中，所述导电流体为液相合金，其组分包括：21％-25％的镓、75％-79％的铟。
在一些可选地实施例中，所述导电流体为液相合金，其组分包括：26％的镓、74％的锡。
在一些可选地实施例中，所述导电流体为液相金属，其组分包括：100％的镓。
在一些可选地实施例中，所述汇流线呈由一条金属线路多次迂回的栅状结构。
在一些可选地实施例中，所述栅状结构的金属线路为第一金属线路；所述汇流线，还包括：至少一条架设在所述第一金属线路上的第二金属线路；每条所述第二金属线路与所述第一金属线路的多个点位接触。
在一些可选地实施例中，所述第一金属线路的宽度小于所述第二金属线路的宽度。
在一些可选地实施例中，所述第二金属线路与所述第一金属线路相交呈30°-90°的角度。
在一些可选地实施例中，所述第二金属线路的宽度为500nm–1mm。
在一些可选地实施例中，所述第二金属线路的宽度为100μm–300μm。
在一些可选地实施例中，所述第一金属线路的宽度为1μm–500μm。
在一些可选地实施例中，所述第一金属线路的宽度为10μm–50μm。
在一些可选地实施例中，所述金属线路的厚度为100nm–300μm。
在一些可选地实施例中，所述的金属线路厚度为1μm-100μm。
本发明的另一个目的在于提出一种用于太阳能电池上的电极，以解决现有技术中存在的太阳能电池不耐反复弯折的问题。
在一些说明性实施例中，所述用于太阳能电池上的电极，包括：上述的汇流线、以及柔性基底；所述汇流线附着在所述柔性基底的表面上。
在一些可选地实施例中，所述电极，还包括：用以隔绝所述汇流线与空气接触的封装层。
在一些可选地实施例中，所述封装层的材质为紫外光和可见光透光率不少于85％的聚氨酯树脂、聚乙烯吡咯烷酮、丙烯酸树脂、环氧树脂、丙烯酸聚氨酯树脂、EVA树脂或有机硅树脂。
在一些可选地实施例中，所述基底的材质为以下之一或任意组合：氧化铟锡、氧化硅、氧化铝、氧化锌、硼掺杂氧化锌、铝掺杂氧化锌、银掺杂氧化锌、金掺杂氧化锌、钛掺杂氧化锌、铬掺杂氧化锌、氟掺杂氧化锌、镍掺杂氧化锌和氟化镁。
与现有技术相比，本发明具有以下优势：
本发明通过采用液相金属制作的薄膜太阳能电池汇流线，可使得薄膜太阳能电池更耐弯曲、弯折，与现有其他技术制备的银、铜、金、铂、钯、钛、铝、锡及合金的导电汇流线相比，本发明导电汇流线具有更好的柔韧性和附着力，全面适用于砷化镓、铜铟镓硒、碲化镉等柔性太阳能电池。
附图说明
图1是本发明实施例中薄膜太阳能电池电极的结构示意图；
图2是现有技术中薄膜太阳能电池的结构示意图；
图3是本发明实施例中导电流体的液相形态示例；
图4是本发明实施例中导电流体的液相形态示例；
图5是本发明实施例中薄膜太阳能电池电极的俯视图；
图6是本发明实施例中薄膜太阳能电池电极的俯视图。
具体实施方式
以下描述和附图充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施方案可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的部件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本发明的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。在本文中，本发明的这些实施方案可以被单独地或总地用术语“发明”来表示，这仅仅是为了方便，并且如果事实上公开了超过一个的发明，不是要自动地限制该应用的范围为任何单个发明或发明构思。
目前薄膜太阳能电池电极中的汇流线主要采用镀锡铜线和导电银浆制作，采用镀锡铜线制作汇流线使用的情况下，镀锡铜线由于其材质因素，其自身具有一定的刚性金属的可塑性，不具备适应及恢复性，在弯曲过度或多次弯曲的情况下，镀锡铜线较易撑破其封装薄膜，以及部分线体与基底层分离，甚至整个线体从基底层脱离。而采用导电银浆制作汇流线时，导电银浆在成型后自身同样为刚性固态，与采用镀锡铜线面临同样的问题，并且其成本远超镀锡铜线。
目前市面上的薄膜太阳能电池电极的柔韧性主要是受到汇流线和基底的曲率半径的影响，以镀锡铜线和导电银浆为例，其制作的汇流线在薄膜太阳能电池电极上时，曲率半径一般不会低于10cm，而传统的基底的曲率半径则在5cm左右，也就是说目前市面上的汇流线是造成薄膜太阳能电池电极弯曲程度较低、不耐反复弯折的主要问题所在，针对于此本发明中利用液相金属其流体的柔韧性和适应性可极大的降低汇流线的曲率半径，可达到比柔性基底更小的曲率半径，并且其流体的空间适应能力可避免撑破其表面的封装薄膜，可实现薄膜太阳能电池电极的反复弯曲、弯折、降低薄膜太阳能电池电极卷曲收纳所需要的空间及薄膜太阳能电池电极非工作状态下的损耗率。
现在参照图1，本发明公开了一种具有高柔韧性的薄膜太阳能电池电极，该电极一般作为薄膜太阳能电池的负电极使用。
薄膜太阳能电池上的负电极，其层结构从下往上依次为基底层、以及附着在基底层表面上的金属汇流线；其中，该金属汇流线呈液体状态；具体的，在300℃及300℃以下的温度时，金属汇流线呈液体状态。其中，液体状态可理解为没有固定形状，并且具有一定的流动性，可以为流动性良好的流体，亦可以是流动性较差的浆体。
具体的，金属汇流线可采用液相金属、液相合金或主要成分为液相金属/液相合金的导电流体构成的金属线路。
本发明通过利用液相金属/液相合金制作的薄膜太阳能电池汇流线，可使得薄膜太阳能电池更耐弯折，与现有其他技术制备的银、铜、金、铂、钯、钛、铝、锡及合金的导电汇流线相比，本发明导电汇流线具有更好的柔韧性和附着力，全面适用于砷化镓、铜铟镓硒、碲化镉等柔性太阳能电池。
在一些实施例中，金属汇流线在常温下呈固体状态，在高于常温的温度下呈液态状态，利用上述特性，可实现在薄膜太阳能电池电极在工作状态中，其汇流线为固体状态，在需要对薄膜太阳能电池电极弯曲、弯折时，对其进行加热处理，之后再进行弯曲、弯折操作。
在一些实施例中，金属汇流线在常温下呈液体状态，即可使薄膜太阳能电池电极非极端条件下均可实现弯曲、弯折的能力。
本发明实施例中的所使用的“常温”可理解的温度范围在10℃-50℃。在一些实施例中，亦可理解为25±2℃。
在一些实施例中，基底层表面上具有一定线路结构的凹槽，本发明实施例中的液相金属、液相合金或主要成分为液相金属/液相合金的导电流体通过灌注在凹槽内，形成相应线路结构的金属线路。
在一些实施例中，薄膜太阳能电池上的负电极，还包括：用以隔绝所述汇流线与空气接触的封装层。该封装层位于汇流线之上，与基底层配合完成对汇流线的密封。其中，在基底层上未设置有液相金属/液相合金/导电流体的容纳空间时，封装层还可用于将液相金属/液相合金/导电流体固定为一定的线路结构的金属线路。
封装层的材质为紫外光和可见光透光率不少于85％的聚氨酯树脂、聚乙烯吡咯烷酮、丙烯酸树脂、环氧树脂、丙烯酸聚氨酯树脂、EVA树脂或有机硅树脂等。
基底的材质为以下之一或任意组合：氧化铟锡、氧化硅、氧化铝、氧化锌、硼掺杂氧化锌、铝掺杂氧化锌、银掺杂氧化锌、金掺杂氧化锌、钛掺杂氧化锌、铬掺杂氧化锌、氟掺杂氧化锌、镍掺杂氧化锌和氟化镁等。
如图2，现有薄膜太阳能电池的结构从下往上依次为玻璃衬底、金属背电极Mo、光吸收层CIGS、过度层CdS、窗口层ZnO(高阻ZnO)、窗口层ZnO(低阻AZO)、减反射膜(MgF2)、金属栅电极。
本发明实施例中薄膜太阳能电池上的负电极可直接替换光吸收层CIGS以上的结构，即可直接替换过度层CdS、窗口层ZnO(高阻ZnO)、窗口层ZnO(低阻AZO)、减反射膜(MgF2)、金属栅电极构成的电极结构。
在另一些实施例中，本发明实施例中薄膜太阳能电池上的负电极可直接替换过度层CdS以上的结构，即可直接替换窗口层ZnO(高阻ZnO)、窗口层ZnO(低阻AZO)、减反射膜(MgF2)、金属栅电极构成的电极结构。
在另一些实施例中，本发明实施例中薄膜太阳能电池上的负电极可直接替换窗口层ZnO以上的结构，即可直接替换减反射膜(MgF2)、金属栅电极构成的电极结构。
本发明基于上述薄膜太阳能电池电极，提出了一种用于薄膜太阳能电池上的汇流线，该汇流线为金属线路；所述金属线路呈液体状态。具体的，在300℃及300℃以下的温度时，金属汇流线呈液体状态。
在一些实施例中，所述金属线路由至少包括液相金属或液相合金的导电流体构成。
本发明实施例中的金属汇流线可采用熔点在300摄氏度以下的低熔点金属或合金，成分包括镓、铟、锡、锌、铋、铅、镉、汞、钠、钾、镁、铝、铁、钴、锰、钛、钒、硼、碳、硅等中的一种或多种，其形式可以是金属单质、合金，也可以是金属纳米颗粒与流体分散剂混合形成的导电纳米流体。优选地，所述的液相金属/液相合金包括汞、镓、铟、锡单质、镓铟合金、镓铟锡合金、镓锡合金、镓锌合金、镓铟锌合金、镓锡锌合金、镓铟锡锌合金、镓锡镉合金、镓锌镉合金、铋铟合金、铋锡合金、铋铟锡合金、铋铟锌合金、铋锡锌合金、铋铟锡锌合金、锡铅合金、锡铜合金、锡锌铜合金、锡银铜合金、铋铅锡合金中的一种或几种。
本发明实施例中的金属汇流线可采用在常温下呈固体状态，在高于常温的温度下(例如100°以下)呈液态状态的低熔点金属或合金。例如：铟、锡单质、铋锡合金、铋铟锡合金、铋铟锌合金、铋锡锌合金、锡银铜合金、铋铅锡合金。利用上述特性，可实现在薄膜太阳能电池电极在工作状态中，其汇流线为固体状态，在需要对薄膜太阳能电池电极弯曲、弯折时，对其进行加热处理，之后再进行弯曲、弯折操作。
本发明实施例中的金属汇流线可采用在常温下呈液体状态的低熔点金属或合金，例如：镓单质、镓铟合金、镓铟锡合金、镓锡合金、镓锌合金、镓铟锌合金、镓锡锌合金。可使薄膜太阳能电池电极非极端条件下均可实现弯曲、弯折的能力。
在一些具体的实施例中，本发明中的所述导电流体由液相合金组成，该液相合金的组分包括：21％-25％的镓、75％-79％的铟。
在另一些具体的实施例中，本发明中的所述导电流体由液相合金组成，该液相合金的组分包括：26％的镓、74％的锡。
在另一些具体的实施例中，本发明中的所述导电流体由液相金属组成，所述液相金属的组分包括：100％的镓单质。
在一些实施例中，所述导电流体为由液相金属或液相合金与以下一种或多种材料复合而成的导电流体；导电增强材料；分散剂；基材润湿剂；偶联剂。
所述导电增强材料为以下之一或任意组合；金粉、铂粉、银粉、铜粉、镍粉、导电炭黑、导电石墨、镍包石墨粉、银包铜粉、银包镍粉。具体的，所述导电增强材料的粒径为1nm–100μm。优选地，所述导电增强材料的粒径为10nm–50μm。其中，所述导电增强材料的形状为球状、片状、棒状或枝状，见图3。
进一步的，本发明实施例中还公开了多组不同导电增强材料的成分、形状的对金属汇流线的导电性能的影响数据；
表1：实验数据表
注：上述多组实验中选用的液相金属均为26％的镓、74％的锡；
如图4，基于上述实验数据，可采用片状导电增强材料与少量枝状导电增强材料共同填充的方案，可在不显著改变汇流线材料可成型性和成型精度的基础上，减少导电增强材料与液相金属之间接触界面数量，显著降低接触电阻，进一步提高导电性。
在一些实施例中，所述导电流体的组分包括：镓、铟、银、铜，其占比分别为21％、65％、4％、10％。在另一些实施例中，所述导电流体的组分包括：镓、锡、银、铜，其占比分别为20％、70％、3％、7％。在另一些实施例中，所述导电流体的组分包括：镓、银、铜，其占比分别为90％，6％，4％。
如图5，本发明实施例中所述汇流线呈由一条金属线路多次迂回的栅状结构，呈一定程度的透光结构。该栅状结构可以是网格线、蛇形曲线、8字曲线、直线、折线、闭合多边形、梳状线中的一种或几种，在此不做限定。
如图6，在一些实施例中，所述栅状结构的金属线路为第一金属线路；所述汇流线，还包括：至少一条架设在所述第一金属线路上的第二金属线路；每条所述第二金属线路与所述第一金属线路的多个点位接触。具体的，所述第一金属线路的宽度小于所述第二金属线路的宽度。具体的，所述第二金属线路的宽度为500nm–1mm。优选地，所述第二金属线路的宽度为100μm–300μm。具体的，所述第一金属线路的宽度为1μm–500μm。优选地，所述第一金属线路的宽度为10μm–50μm。
该实施例中采用第一金属线路与第二金属线路相结合的方案可提高综合汇流效率；第一金属线路采用细线大面积布置，可在满足更高的太阳光透过率的同时，提高更大的覆盖面积；而第二金属线路采用相对粗线布置，主要起到对第一金属线路汇集的载流子进一步高效汇集，降低电阻减少电损耗。
在一些实施例中，所述第二金属线路与所述第一金属线路相交呈30°-90°的角度。实施例中第二金属线路与第一金属线路相交所形成的最小夹角不得低于30°，以保证较好的透光性。
在一些实施例中，所述金属线路的厚度为100nm–300μm。优选地，所述的金属线路厚度为1μm-100μm。
本领域技术人员还应当理解，结合本文的实施例描述的各种说明性的逻辑框、模块、电路和算法步骤均可以实现成电子硬件、计算机软件或其组合。为了清楚地说明硬件和软件之间的可交换性，上面对各种说明性的部件、框、模块、电路和步骤均围绕其功能进行了一般地描述。至于这种功能是实现成硬件还是实现成软件，取决于特定的应用和对整个系统所施加的设计约束条件。熟练的技术人员可以针对每个特定应用，以变通的方式实现所描述的功能，但是，这种实现决策不应解释为背离本公开的保护范围。
Claims (10)
1.一种用于太阳能电池上的汇流线，其特征在于，所述汇流线为金属线路，所述金属线路呈液态。
2.根据权利要求1所述的汇流线，其特征在于，所述金属线路在常温下呈液态。
3.根据权利要求1所述的汇流线，其特征在于，所述金属线路由导电流体构成；所述导电流体中至少包括：液相金属或液相合金。
4.根据权利要求2所述的汇流线，其特征在于，所述导电流体为由液相金属或液相合金与以下一种或多种材料复合而成的导电流体；
导电增强材料；
分散剂；
基材润湿剂；
偶联剂。
5.根据权利要求4所述的汇流线，其特征在于，所述导电增强材料为以下之一或任意组合；
金粉、铂粉、银粉、铜粉、镍粉、导电炭黑、导电石墨、镍包石墨粉、银包铜粉、银包镍粉；
所述导电增强材料为导电颗粒；其粒径为1nm–100μm；优选地，所述导电增强材料的粒径为10nm–50μm；
所述导电增强材料的形状为球状、片状、棒状或枝状。
6.根据权利要求4所述的汇流线，其特征在于，所述导电流体的组分包括：镓、铟、银、铜，其占比分别为21％、65％、4％、10％；
或者，
所述导电流体的组分包括：镓、锡、银、铜，其占比分别为20％、70％、3％、7％；
或者，
所述导电流体的组分包括：镓、银、铜，其占比分别为90％，6％，4％；
所述液相合金的组分包括：21％-25％的镓、75％-79％的铟；或者，
所述液相合金的组分包括：26％的镓、74％的锡；或者，
所述液相金属的组分包括：100％的镓。
7.根据权利要求1所述的汇流线，其特征在于，所述汇流线呈由一条所述金属线路多次迂回的栅状结构；
所述栅状结构的金属线路为第一金属线路；
所述汇流线，还包括：
至少一条架设在所述第一金属线路上的第二金属线路；
每条所述第二金属线路与所述第一金属线路的多个点位接触；
所述第一金属线路的宽度小于所述第二金属线路的宽度；
所述第一金属线路的宽度为1μm–500μm；优选地，所述第一金属线路的宽度为10μm–50μm；
所述第二金属线路的宽度为500nm–1mm；优选地，所述第二金属线路的宽度为100μm–300μm；
所述第一金属线路和第二金属线路的厚度为100nm–300μm；优选的，所述的第一金属线路和第二金属线路的厚度为1μm-100μm；
所述第二金属线路与所述第一金属线路相交呈30°-90°的角度。
8.一种用于太阳能电池上的电极，其特征在于，包括：如权利要求1-7任一项所述的汇流线、以及柔性基底；
所述汇流线附着在所述柔性基底的表面上。
9.根据权利要求8所述的电极，其特征在于，还包括：用以隔绝所述汇流线与空气接触的封装层；
所述封装层的材质为紫外光和可见光透光率不少于85％的聚氨酯树脂、聚乙烯吡咯烷酮、丙烯酸树脂、环氧树脂、丙烯酸聚氨酯树脂、EVA树脂或有机硅树脂。
10.根据权利要求8所述的电极，其特征在于，所述基底的材质为以下之一或任意组合：
氧化铟锡、氧化硅、氧化铝、氧化锌、硼掺杂氧化锌、铝掺杂氧化锌、银掺杂氧化锌、金掺杂氧化锌、钛掺杂氧化锌、铬掺杂氧化锌、氟掺杂氧化锌、镍掺杂氧化锌和氟化镁。
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| PB01 | Publication | ||
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