CN108767023A - 栅电极、太阳能电池及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种栅电极，用于太阳能电池，包括多个平行间隔设置的第一细栅线和多个平行间隔设置的第二细栅线，所述多个第一细栅线与所述多个第二细栅线交叉设置。本发明还提供一种太阳能电池及其制备方法。本发明提供的栅电极能够有效提高所述太阳能电池的光电转换效率。

Description

栅电极、太阳能电池及其制备方法
技术领域
本发明涉及太阳能电池领域，特别是涉及一种栅电极、太阳能电池及其制备方法。
背景技术
传统太阳能电池的栅电极由主栅线和在同一个方向平行间隔设置的多个细栅线交叉设置形成，在进行太阳能电池的串联时，需要将主栅线与汇流条焊接在一起，然后通过汇流条引出电流来实现串联。其中，主栅线一方面用于汇集细栅线收集的电流，另一方面用于为细栅线提供焊接拉力。如果主栅线的宽度过小，则其在焊接过程中容易发生断裂；如果主栅线的宽度过大，为了减少所述太阳能电池的遮光面积，细栅线之间的距离不能太近，从而导致细栅线收集电流的能力降低，因此，传统由细栅线和主栅线交叉设置形成的栅电极不利于太阳能电池光电转换率的提高。
发明内容
基于此，有必要提供一种用于提高太阳能电池光电转换率的栅电极、使用所述栅电极的太阳能电池及其制备方法。
一种栅电极，用于太阳能电池，包括多个平行间隔设置的第一细栅线和多个平行间隔设置的第二细栅线，所述多个第一细栅线与所述多个第二细栅线交叉设置。
在其中一个实施例中，所述多个第一细栅线与所述多个第二细栅线的交叉角度为80°至90°。
在其中一个实施例中，相邻两个所述第一细栅线之间的间距为5mm至10mm，相邻两个所述第二细栅线之间的间距为5mm至10mm。
在其中一个实施例中，所述栅电极还包括多个平行间隔设置的金属导电丝，所述多个金属导电丝铺设在所述第一细栅线和/或所述第二细栅线上。
在其中一个实施例中，相邻两个所述金属导电丝之间的间距为40mm至60mm。
在其中一个实施例中，所述第一细栅线和所述第二细栅线的交叉处进一步与汇流条的引脚焊接在一起。
一种栅电极，用于太阳能电池，包括多个平行间隔设置的第一细栅线和多个平行间隔设置的金属导电丝，所述多个金属导电丝铺设在所述多个第一细栅线上，每一所述金属导电丝均与所述多个第一细栅线交叉设置。
在其中一个实施例中，所述第一细栅线与所述金属导电丝的交叉角度为80°至90°。
在其中一个实施例中，相邻两个所述第一细栅线之间的间距为3mm至6mm。
在其中一个实施例中，相邻两个所述金属导电丝之间的间距为20mm至40mm。
一种太阳能电池，包括所述栅电极。
一种太阳能电池的制备方法，包括：
提供导电衬底，所述导电衬底同时为所述太阳能电池的背电极；
在所述导电衬底上依次设置光吸收层、缓冲层和窗口层；
在所述窗口层上印刷所述栅电极，得到包括所述导电衬底、所述光吸收层、所述缓冲层、所述窗口层和所述栅电极的太阳能电池片。
在其中一个实施例中，所述在所述窗口层上印刷所述栅电极，得到包括所述导电衬底、所述光吸收层、所述缓冲层、所述窗口层和所述栅电极的太阳能电池片的步骤之后，进一步包括：在所述栅电极上印刷绝缘防水层，所述绝缘防水层上设置有多个开口。
与传统在一个方向上平行间隔设置多个细栅线，并由主栅线与多个细栅线交叉设置形成的栅电极相比，本发明提供的栅电极，通过在两个方向上交叉设置第一细栅线和第二细栅线，大大提高了栅电极收集电流的能力，且由于没有设置主栅线，使得太阳能电池的吸光面积更大，从而可以大大提高太阳能电池的光电转换率。
本发明提供的栅电极，可以通过在所述第一细栅线和/或所述第二细栅线上直接铺设金属导电丝来实现多个太阳能电池的串联时，由于本发明的栅电极相对于传统栅电极具有更好的电流收集能力，且在串联过程中无需进行焊接，金属导电丝之间的间距可以更大，从而减少了所述栅电极的遮光面积，因此，可大大提高所述太阳能电池的光电转换效率。
另外，本发明提供的栅电极，由于交叉设置的所述第一细栅线和所述第二细栅线具有较大的焊接拉力，可以通过将所述第一细栅线和所述第二细栅线的交叉处与汇流条焊接在一起，从而实现多个太阳能电池的串联时，由于无需设置主栅线或者金属导电丝，进一步减少了所述栅电极的遮光面积，也可大大提高所述太阳能电池的光电转换效率。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的栅电极的结构示意图；
图2为本发明另一实施例提供的栅电极的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的太阳能电池的制备方法流程图；
图4为本发明实施例提供的太阳能电池的结构示意图。
具体实施方式
请参阅图1，本发明第一实施例提供一种用于太阳能电池的栅电极60，包括多个平行间隔设置的第一细栅线611和多个平行间隔设置的第二细栅线612，所述多个第一细栅线611与所述多个第二细栅线612交叉设置。
与传统在一个方向上平行间隔设置多个细栅线，并由主栅线与多个细栅线交叉设置形成的栅电极相比，本发明提供的栅电极，通过在两个方向上交叉设置第一细栅线和第二细栅线，大大提高了栅电极收集电流的能力，且由于没有设置主栅线，使得太阳能电池的吸光面积更大，从而可以大大提高太阳能电池的光电转换率。
所述第一细栅线611和所述第二细栅线612的宽度可以为10μm至60μm，更优选为20μm至40μm。优选地，所述多个第一细栅线611与所述多个第二细栅线612的交叉角度为80°至90°，该范围可使所述栅电极的遮光面积最小。优选地，相邻两个所述第一细栅线611之间的间距可为5mm至10mm，相邻两个所述第二细栅线612之间的间距可为5mm至10mm，该范围内既可以使所述栅电极60获得较好的电流收集能力，又能够使所述栅电极60具有较小的遮光面积。
在一实施例中，所述栅电极60可进一步包括多个金属导电丝622，所述多个金属导电丝622可以铺设在所述第一细栅线611和/或所述第二细栅线612上。所述多个金属导电丝622可以与所述第一细栅线611和/或所述第二细栅线612交叉设置。由于交叉设置的所述第一细栅线611和所述第二细栅线612具有较好的收集电流的能力，且在进行太阳能电池的串联时无需焊接，不用给所述第一细栅线611和/或所述第二细栅线612提供焊接拉力，因此，相邻两个所述金属导电丝622之间的距离可以较大，从而减少所述金属导电丝622设置的数量，进一步减小所述栅电极60的遮光面积。优选地，相邻两个所述金属导电丝622之间的间距可以为40mm至60mm。
在另一实施例中，由于所述第一细栅线611与所述第二细栅线612的交叉设置，可以提高所述栅电极60的焊接拉力，因此，也可以将汇流条的引脚与所述第一细栅线611和所述第二细栅线612交叉的位置进行焊接，以实现多个太阳能电池的串联，由于无需设置主栅线或者金属导电丝，进一步减少了所述栅电极的遮光面积，大大提高了所述太阳能电池的光电转换效率。所述第一细栅线611和所述第二细栅线612的交叉处的焊接拉力优选地大于2N。
所述第一细栅线611和所述第二细栅线612可以均为银线。优选地，所述银线的高宽比为1.4～1.8，在此范围内所述银线具有更低的电阻率和更高的焊接拉力。所述金属导电丝622可以为铜丝、铝丝、钢丝或合金制成的丝。可以理解，所述第一细栅线611、所述第二细栅线612和所述金属导电丝622的材料不限于上述列举的材料，尺寸不限于上述列举的尺寸，可以根据需要进行设置。
请参阅图2，本发明第二实施例提供一种用于太阳能电池的栅电极，包括多个平行间隔设置的第一细栅线611和多个平行间隔设置的金属导电丝622。所述多个金属导电丝622铺设在所述多个第一细栅线611上。每一所述金属导电丝622均与所述多个第一细栅线611交叉设置。
使用所述金属导电丝622代替主栅621，所述金属导电丝622可同时作为汇流条使用，无需为所述第一细栅线611提供焊接拉力，相邻两个所述金属导电丝622之间的间距可以较大，所述多个金属导电丝622所占的遮光面积可以更小。此时，可相应缩小所述多个第一细栅线611的间距，从而使所述多个第一细栅线611具有更好的电流收集能力。
优选地，所述第一细栅线611与所述金属导电丝622之间的夹角可以为80°至90°。优选地，相邻两个所述第一细栅线611的之间的间距可以为3mm至6mm。优选地，相邻两个所述金属导电丝622之间的间距可以为20mm至40mm。
本发明第二实施例中所述第一细栅线611和所述金属导电丝622的宽度、材料等参数与第一实施例基本相同，在此不再赘述。
所述第一实施例和所述第二实施例中的太阳能电池优选为薄膜太阳能电池，例如可以为碲化镉薄膜太阳能电池、铜铟镓硒薄膜太阳能电池或砷化镓薄膜太阳能电池。所述栅电极能够大大提高所述薄膜太阳能电池的光电转换效率。
请参阅图3和图4，本发明第三实施例提供一种所述太阳能电池的制备方法，包括：
S1，提供导电衬底10；
S2，在所述导电衬底10上依次设置光吸收层30、缓冲层40和窗口层50；
S3，在所述窗口层50上印刷所述栅电极60，得到包括所述导电衬底10、所述光吸收层30、所述缓冲层40、所述窗口层50和所述栅电极60的薄膜电池片。
在步骤S1中，所述导电衬底10可以是硬质衬底，也可以是柔性衬底。在一实施例中，可以在玻璃基底或高分子材料基底上设置导电层来形成所述导电衬底10。在另一实施例中，所述导电衬底10可以柔性导电衬底，例如不锈钢、铝箔、铜箔等。所述柔性导电衬底可使所述太阳能电池具有柔性和延展性，从而可应用于充电纸、充电背包等需要电池形状更为灵活的领域。优选地，所述柔性导电衬底的厚度为30μm至200μm，且硬度为150HV至250HV，此时所述柔性导电衬底既对后续膜层具有较好的支撑作用，又具有一定的柔性，可以进行弯曲变形。
优选地，所述导电衬底10可直接作为背电极使用，从而无需在所述太阳能电池的制备过程中设置背电极，从而进一步节约了原材料和生产工艺流程。优选地，所述导电衬底的热膨胀系数为10-3.5至10-5。优选地，所述导电衬底的电阻率为0.1Ω·mm2/m至1.5Ω·mm2/m。
在步骤S2中，在设置所述CIGS吸收层30、所述缓冲层40和所述窗口层50之前，可进一步包括在所述导电衬底10上设置栅栏层、匹配层和/或电子传输层20的步骤，从而使所述导电衬底10与所述CIGS吸收层之间的结合力和/或传输电子的能力进一步提高，更有利于提高所述CIGS薄膜太阳能电池的电学性能。
所述栅栏层、匹配层和/或电子传输层20、所述CIGS吸收层30、所述缓冲层40和所述窗口层50的设置方式可以有多种，例如可以采用湿法涂覆或者干法沉积的方式进行制备。优选地，所述栅栏层、匹配层和/或电子传输层20、所述CIGS吸收层30、所述缓冲层40和所述窗口层50采用连续溅射的方式进行设置，这种制备方法大大节省了工艺流程时间，进一步提高了所述太阳能电池的生产效率。
所述栅栏层用于阻止重金属离子从导电衬底20扩散进所述光吸收层30从而影响所述太阳能电池的性能。在一实施例中，所述栅栏层可以是金属Ti层。所述匹配层和/或电子传输层20可以是金属Mo层。所述光吸收层30可以是铜铟镓硒(CIGS)层。所述缓冲层40可以是CdS层。所述窗口层50可以包括高阻本征ZnO层和低阻AZO层。可以理解，所述栅栏层、匹配层和/或电子传输层20、所述光吸收层30、所述缓冲层40和所述窗口层50的材料不限于上述列举的材料，也可以是其他本领域技术人员习知的材料。可以理解，在所述导电衬底10上还可以设置其他膜层，例如减反射膜层。在所述导电衬底10上印刷所述栅电极60之前所有的膜层都可以通过连续溅射的方式进行制备。
在步骤S3中，可以采用丝网印刷的方式印刷所述栅电极60，所述栅电极60的图案和尺寸可以得到精确控制，且不易产生外观的不良而导致电性能的损失。
所述太阳能电池的制备方法还可包括：
S4，在所述第一细栅线611和/或所述第二细栅线612上铺设所述多个金属导电丝622，或者将所述第一细栅线611和所述第二细栅线612的交叉处与汇流条的引脚焊接在一起。
所述多个金属导电丝622可直接铺设在所述第一细栅线611和/或所述第二细栅线612上，并且与所述第一细栅线611和/或所述第二细栅线612接触形成电连接，在这一过程中无需进行焊接。
所述太阳能电池的制备方法还可包括：
S5，对所述薄膜电池片进行切割，得到多个太阳能电池。
在步骤S5中，对所述太阳能电池片进行切割的方式不限，例如可以是机械切割或者激光切割等等。可沿着所述金属导电丝622的延伸方向对所述太阳能电池片进行切割。每一所述太阳能电池可包括至少一个金属导电丝622。
在其他实施例中，所述步骤S3、所述步骤S4和所述步骤S5的顺序可以相互进行调换。在一实施例中，可以先对步骤S2得到半成品进行切割，再进行所述栅电极60的印刷和所述金属导电丝622的设置。在另一实施例中，也可以先对所述步骤S3得到的薄膜电池片进行切割，再进行所述金属导电丝622的设置。
所述太阳能电池的制备方法可进一步包括在所述栅电极60上设置绝缘防水层的步骤。通过在所述栅电极60上设置所述绝缘防水层，可以阻止所述太阳能电池与空气、水分的接触，进一步提高所述太阳能电池的寿命。所述绝缘防水层上对应所述多个金属导电丝622的位置可形成有开口，以便所述多个金属导电丝622从所述防水绝缘层暴露出来，实现所述太阳能电池电流的引出。所述绝缘防水层的设置可以在切割步骤之前进行，也可以在切割步骤之后进行。所述绝缘防水层可以通过印刷的方式设置于所述栅电极60上。
所述太阳能电池的制备方法可进一步包括串联所述多个太阳能电池形成太阳能电池组件的步骤。在一实施例中，串联所述多个太阳能电池的步骤可包括：将所述多个太阳能电池形成电池阵列；以及将所述电池阵列中同一行或同一列的数个太阳能电池通过所述多个金属导电丝622进行电连接。具体地，可将所述同一行或同一列中第1个太阳能电池的金属导电丝622与第2个太阳能电池的导电衬底10进行电连接，将第2个太阳能电池的的金属导电丝622与第2个太阳能电池的导电衬底10进行电连接，以此类推，将同一行或同一列的数个太阳能电池串联在一起，形成一组太阳能电池。
在另一实施例中，串联所述多个太阳能电池的步骤可包括：将所述多个太阳能电池形成电池阵列；将所述电池阵列中同一行或同一列的数个太阳能电池的所述第一细栅线611和所述第二细栅线612的交叉处与一个汇流条的引脚焊接在一起；以及将所述电池阵列中同一行或同一列的数个太阳能电池的导电衬底10与另一个汇流条的引脚焊接在一起，形成一组太阳能电池。
多组子太阳能电池可进一步串联或并联。当多组太阳能电池进行串联时，可进一步在串联电路中设置二极管，以防止电池阵列因某组太阳能电池损坏而整体报废。
所述太阳能电池的制备方法可进一步包括封装所述多个太阳能电池的步骤。当铺设有所述多个金属导电丝622时，可在封装过程中使所述多个金属导电丝622固定在所述窗口层50上。
本发明提供的太阳能电池的制备方法，在各膜层制备过程中无需进行划线，只需要在各膜层制备完毕以后，进行整体切割即可得到多个子太阳能电池；所述多个太阳能电池可以分别通过设置于所述窗口层50之上的所述多个第一细栅线611和/或所述多个第二细栅线612收集电流，并通过所述金属导电丝622或者汇流条将电流引出，即可实现多个太阳能电池的串联。本发明提供的太阳能电池的制备方法，在制备过程中仅需切割一次即可，工艺简单，生产效率高，膜层不易损坏，生产良率高。
本发明第四实施例还提供一种太阳能电池，包括所述栅电极60。所述太阳能电池还包括依次层叠设置的所述导电衬底10、所述光吸收层30、所述缓冲层40和所述窗口层50。所述栅电极60可设置于所述窗口层50上。
本发明第四实施例中的所述导电衬底10、所述CIGS吸收层30、所述缓冲层40和所述窗口层50与本发明第三实施例基本相同，在此不再赘述。
本发明提供的太阳能电池，制备工艺简单，生产效率高，膜层不易损坏，生产良率高，并且具有较高的光电转换率。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (13)

1.一种栅电极，用于太阳能电池，其特征在于，包括多个平行间隔设置的第一细栅线(611)和多个平行间隔设置的第二细栅线(612)，所述多个第一细栅线(611)与所述多个第二细栅线(612)交叉设置。
2.根据权利要求1所述的栅电极，其特征在于，所述多个第一细栅线(611)与所述多个第二细栅线(612)的交叉角度为80°至90°。
3.根据权利要求2所述的栅电极，其特征在于，相邻两个所述第一细栅线(611)之间的间距为5mm至10mm，相邻两个所述第二细栅线(612)之间的间距为5mm至10mm。
4.根据权利要求1～3任一项所述的栅电极，其特征在于，还包括多个平行间隔设置的金属导电丝(622)，所述多个金属导电丝(622)铺设在所述第一细栅线(611)和/或所述第二细栅线(612)上。
5.根据权利要求4所述的栅电极，其特征在于，相邻两个所述金属导电丝(622)之间的间距为40mm至60mm。
6.根据权利要求1～3任一所述的栅电极，其特征在于，所述第一细栅线(611)和所述第二细栅线(612)的交叉处进一步与汇流条的引脚焊接在一起。
7.一种栅电极，用于太阳能电池，其特征在于，包括多个平行间隔设置的第一细栅线(611)和多个平行间隔设置的金属导电丝(622)，所述多个金属导电丝(622)铺设在所述多个第一细栅线(611)上，每一所述金属导电丝(622)均与所述多个第一细栅线(611)交叉设置。
8.根据权利要求7所述的栅电极，其特征在于，所述第一细栅线(611)与所述金属导电丝(622)的交叉角度为80°至90°。
9.根据权利要求8所述的栅电极，其特征在于，相邻两个所述第一细栅线(611)之间的间距为3mm至6mm。
10.根据权利要求9所述的栅电极，其特征在于，相邻两个所述金属导电丝(622)之间的间距为20mm至40mm。
11.一种太阳能电池，包括如权利要求1至10任一项所述的栅电极。
12.一种太阳能电池的制备方法，包括：
提供导电衬底(10)，所述导电衬底(10)同时为所述太阳能电池的背电极；
在所述导电衬底(10)上依次设置光吸收层(30)、缓冲层(40)和窗口层(50)；
在所述窗口层(50)上印刷如权利要求1至10任一项所述的栅电极，得到包括所述导电衬底(10)、所述光吸收层(30)、所述缓冲层(40)、所述窗口层(50)和所述栅电极的太阳能电池片。
13.根据权利要求12所述的太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述在所述窗口层上印刷如权利要求1至10任一项所述的栅电极，得到包括所述导电衬底、所述光吸收层、所述缓冲层、所述窗口层和所述栅电极的太阳能电池片的步骤之后，进一步包括：在所述栅电极上印刷绝缘防水层，所述绝缘防水层上设置有多个开口。
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