CN108987495A - 一种叉指状全半片兼容正面金属电极 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种叉指状全半片兼容正面金属电极，包括电池片，所述电池片中部设置有电池片中线，所述电池片在电池片中线两侧对称设置有独立栅线电极结构；所述独立栅线电极结构包括若干主栅和若干副栅，所述主栅由主栅基体和顶端叉指状结构，所述顶端叉指状结构包括印刷区和空置区，所述印刷区设置于空置区两侧，且空置区一端呈开口状且另一端连接于主栅基体上，所述空置区内无副栅穿过。本发明通过特殊的顶端叉指状设计，降低了边缘应力集中所造成的隐裂、崩边、缺口及碎片；而且在电池半切片位置处预留出了足够的非金属电极区，使得切割后半切片组件封装可以实现更高发电输出功率和更稳定可靠的长期使用发电量。
Description
技术领域
本发明涉及光伏发电技术领域，具体为一种叉指状全半片兼容正面金属电极。
背景技术
随着光伏发电技术平价上网的进程加快，市场从原来仅仅重视高功率，日益转变为兼具高功率、在任何安装条件下长时间稳定的发电量、低衰减和低成本的综合要求，以此真正降低用户端度电成本。所以如何有效降低度电成本成为目前行业普遍所关心问题，而作为光伏系统端发电的核心部件——光伏组件是重中之重，组件高功率是促成平价上网的必备技术通道，提升组件内部光通量、降低内部电损耗也成为当前组件功率提升的主要路径。进一步的决定光伏组件单位发电量的核心器件为太阳电池，其中的金属电极制做作为晶体硅太阳电池的最后一道工序，同时也是串并联起电池组件不同焊接方式，决定光伏发电模组内阻损耗大小和光生电流能否顺利导出的关键。一方面，该工序中贵金属浆料、精密网版等耗材长期占据电池制备物料中非硅成本的绝大比例，因此晶体硅太阳电池正背面金属电极尤其正面Ag金属电极的设计制造，与其量产化成本紧密相关。
目前，晶体硅太阳电池主要采用的是连续、镂空或分段式主栅电极设计，如说明书附图1、附图2和附图3所示，该连续主栅电极40、镂空主栅电极50、分段主栅电极60的设计方式主要考虑的是整片太阳电池的连续性封装，可以在不增加多余工序的基础上实现标准规格156mm×156mm电池的直接发电组装电池模组串联，其方式采取电池片按同样的正背面方向排列，如说明书附图4所示，使用组件焊带30将电池正面金属主栅电极10与下一片电池背面金属主栅电极20交叉焊接，沿电池正背面交叉穿过的焊带重叠置于两片电池正背面金属电极正上方，通过烙铁头蘸取焊锡丝加热至320℃以上，施加足够压力保持匀速沿主栅电极方向运动，瞬间将组件焊带30与电池正背面金属主栅电极焊压为一体，从而得到整串电池正负电极逐一相连构成的串联模组结构，由于单片晶体硅太阳电池既薄且脆(大约为180±20um)，极易沿晶界缺陷、受力点等特定方向解理隐裂，所以目前这种交叉焊接的方式存在组件焊带在穿过两片待焊电池片上下平面边缘时，在受到焊接高温与压力的共同作用下，金属电极浆料与晶体硅熔融交界面更易沿边缘焊点处隐裂、崩边、缺口甚至碎片。经过后序组件工艺真空环境高温层压后这种交叉排列所造成的电池片碎裂风险将更加剧。一旦单体电池出现碎裂将极大降低整块组件模组的发电输出功率和长期稳定发电量，因此电池片焊接边缘处金属电极的设计对于降低组件模组碎裂风险，提高组件制造成品良率和发电量都有着重要影响。
另一方面，近几年低内损的高效半片电池组件在规模化光伏组件制造中日益展现出高性价比优势，是同时满足成本和发电量及衰减性能提升的最佳解决方案。半片电池技术通过较低的前期技术设备、人力材料投入，将标准规格156mm×156mm电池片激光对切为两片156mm×78mm半片电池，再焊接串联起来。整个组件的电池片随之被分为两组，每组包含串联连接的60个半片电池片，组成一个完整的120片组件，从而可将通过每根主栅电极的电流成功降低为原来的1/2，内部损耗降低为整片电池的1/4，进而提升组件填充因子和输出功率。同时组件内阻降低使其工作温度也低于常规组件，半片式特殊串组布局降低光遮挡造成的发电功率损失，进一步提升了组件在实际应用中的长期发电能力并降低其热斑风险。
相应文章研究中的激光切割后太阳电池IR结果，如说明书附图5、附图6和附图7所示，也显示出漏电区域沿切割线排布，其中切割线与正面金属主栅电极和边框细栅相交位置处的漏电最为严重，因此在半片晶体硅太阳电池正面金属电极设计中，尽量避开切割线与印刷主栅和副栅电极浆料区相交，对于减少半片电池组件的漏电不良有必备帮助。
但是目前的晶体硅太阳电池正面金属电极依然是基于常用标准规格156mm×156mm电池片来设计制造，在半片电池待切割的正背面均布满印刷浆料烧结后形成的连接接回路，显而易见的缺陷是：半片电池组件在封装时由于金属主栅电极与焊带间待焊接点多了一倍，在焊接成串时如前所述的焊接边缘衔接区碎片、隐裂、崩边、缺口风险也将倍增；另外半片组件在制造过程中，需要在串焊前将完整的电池片预先使用激光沿垂直于电池金属主栅电极方向一分为二，高能激光束作用于电池正背面浆料时可能造成金属浆料的高温烧熔，沿切割面形成金属沾污、缺陷并引入漏电通道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种叉指状全半片兼容正面金属电极，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种叉指状全半片兼容正面金属电极，包括电池片，所述电池片中部设置有电池片中线，所述电池片在电池片中线两侧对称设置有独立栅线电极结构；
所述独立栅线电极结构包括若干主栅和若干副栅，所述主栅与副栅相互垂直连接，所述主栅由主栅基体和顶端叉指状结构，所述顶端叉指状结构连接于主栅基体两端；
所述顶端叉指状结构包括印刷区和空置区，所述印刷区设置于空置区两侧，且空置区一端呈开口状且另一端连接于主栅基体上，所述空置区内无副栅穿过。
优选的，所述主栅基体设置为连续式、镂空式或分段式。
优选的，所述空置区设置为矩形。
优选的，所述空置区设置为U形。
优选的，所述空置区的长度设置为3.5-13.5mm，宽度设置为0.3-0.9mm。
优选的，所述空置区设置为梯形。
优选的，所述空置区的长度设置为2.5-10.5mm，且空置区靠近主栅基体一端宽度设置为0.35-0.85mm、远离主栅基体一端宽度设置为0.5-1.5mm。
优选的，所述印刷区的高度与主栅基体的高度相同，印刷区的长度与空置区的长度相同，印刷区的总宽度设置为0.08-0.36mm。
优选的，所述主栅总长度设置为76-78mm，所述主栅基体宽度设置为0.5-1mm、高度设置为5-15um、数量设置为4-12根。
优选的，所述副栅的高度设置为≥18um、宽度设置为15-35um、总长度设置为154-156mm。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明提供的晶体硅太阳电池正面金属电极两端特殊顶部叉指状结构设计，通过适当长度、宽度、高度和角度的叉指主栅电极在电池片上平面边缘的排布，保证了前后两端电流传输效果和正面电极整体拉力，实现减少正面主栅电极两端入射光损失和浆料单耗成本的目的，重点降低了后续制程组件焊带对待焊接电池片上平面边缘产生的焊接高温与压力共同作用熔融面积，从而改善金属电极浆料与晶体硅熔融交界面更容易沿边缘焊点处隐裂、崩边、缺口和碎裂的现状；
2、本发明通过正面电极两端空出的适当面积使组件焊带不再在边缘衔接的危险区大面积交叠焊压熔融穿过，降低正面金属主栅电极高度和边缘衔接面积后也使得焊带穿过两片待焊串联电池间上下平面时起伏角度降低，这种平稳过渡式顶端焊接方式利于降低边缘应力集中所造成的隐裂、崩边、缺口以及碎片，提高组件制程中的成品良率和批量产品发电量；
3、本发明提供的金属电极设计在保证标准规格电池片电子传输与正面拉力的基础上，对于电池半切片位置处预留出了足够的非金属电极区。同片太阳电池上沿中线对称分布的两部分独立栅线电极结构，其间无任何金属电极结构，保证正面切割过程中激光光束不与Ag金属电极直接接触，避免了激光切割造成的金属电极熔融和损伤；背面切割时切割断面也不会与正面Ag金属电极间产生二次污染，从而减少半片组件激光切割漏电和金属电阻增大所造成的电性能损失，使得切割后半切片组件封装可以实现更高发电输出功率和更稳定可靠的长期使用发电量；
4、本发明呈中间对称排布的4段顶部叉指状结构设计，也使得半片电池组件在封装时由于金属主栅电极被切割后与焊带间待焊接点多了一倍，在焊接成串时如前所述的焊接边缘衔接区碎裂风险倍增同时得到控制，成功降低半切片组件封装时沿焊接边缘衔接区的碎片、隐裂、崩边、缺口风险。
本发明通过特殊的顶端叉指状设计在保证电流传输效果和正面电极拉力的基础上实现减小入射光损失和浆料单耗，同时使组件焊带在两片待焊接串联电池间上下平面降低起伏角度，不经过高温熔融边缘部位金属电极穿过，这种平稳过渡的顶端焊接方式降低了边缘应力集中所造成的隐裂、崩边、缺口及碎片；而且在电池半切片位置处预留出了足够的非金属电极区，保证切割后不再有金属电极损伤或切割断面与正Ag之间的二次污染，从而减少了切割造成漏电和金属电阻增大所造成的电性能损失，使得切割后半切片组件封装可以实现更高发电输出功率和更稳定可靠的长期使用发电量。
附图说明
图1为背景技术中的连续式主栅电极设计示意图；
图2为背景技术中的镂空式主栅电极设计示意图；
图3为背景技术中的分段式主栅电极设计示意图；
图4为背景技术中的标准规格电池片正负电极焊链构成串联组件侧面示意图；
图5为背景技术中的激光切割后的太阳电池IR红外测试结果一图像示意图；
图6为背景技术中的激光切割后的太阳电池IR红外测试结果二图像示意图；
图7为背景技术中的激光切割后的太阳电池IR红外测试结果三图像示意图；
图8为本发明实施例一中电池片正面金属电极整体结构示意图；
图9为本发明实施例一中A区结构放大示意图；
图10为本发明实施例二中电池片正面金属电极整体结构示意图；
图11为本发明实施例二中B区结构放大示意图；
图12为本发明实施例三中电池片正面金属电极整体结构示意图；
图13为本发明实施例三中C区结构放大示意图。
图中：1电池片、2电池片中线、3独立栅线电极结构、3-1主栅、3-2副栅、3-11主栅基体、3-12顶端叉指状结构、3-12-1印刷区、3-12-2空置区、4镂空区、5分段区、10正面金属主栅电极、20背面金属主栅电极、30组件焊带、40连续主栅电极、50镂空主栅电极、60分段主栅电极。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-13，本发明提供一种技术方案：
一种叉指状全半片兼容正面金属电极，包括同片156mm×156mm或156.75mm×156.75mm电池片1上均分的两部分独立栅线电极结构3，独立栅线电极结构3沿电池片中线2对称排布，两者相距1.0-2.0mm；
电池片1中部设置有电池片中线2，电池片1在电池片中线2两侧对称设置有独立栅线电极结构3；
独立栅线电极结构3包括若干主栅3-1和若干副栅3-2，主栅3-1与副栅3-2相互垂直连接，主栅3-1由主栅基体3-11和顶端叉指状结构3-12，顶端叉指状结构3-12连接于主栅基体3-11两端；
顶端叉指状结构3-12包括印刷区3-12-1和空置区3-12-2，印刷区3-12-1设置于空置区3-12-2两侧，且空置区3-12-2一端呈开口状且另一端连接于主栅基体3-11上，空置区3-12-2内无副栅3-2穿过。
独立栅线电极结构3包括相互连接的主栅3-1和副栅3-2，主栅3-1由连续、镂空或分段主栅基体3-11与顶端叉指状结构3-12组成，主栅3-1高度5-15um、低于副栅3-2高度副栅3-2高度≥18um，主栅3-1两端均设置有矩形、U形或梯形的空置区3-12-2，以形成特殊的顶端叉指状结构3-12，相较常规主栅3-1能够减小入射光损失和浆料单耗。
主栅3-1两端的顶端叉指状结构3-12设计为矩形或U形的空置区3-12-2的长度设置为3.5-13.5mm，宽度设置为0.3-0.9mm，U形空置区3-12-2的长度以U弧形底部到开口端计算，U形宽度以其顶部开口宽度计算，U形底弧度不作要求，梯形的空置区3-12-2长度2.5-10.5mm，靠近连续的主栅基体3-11一端宽度为0.35-0.85mm，远离连续的主栅基体3-11一端宽度为0.5-1.5mm，过长或过宽降低了顶端电流传输效果和正面电极整体拉力，过短或过窄不能有效降低后续制程组件焊带与边缘焊接衔接区的压力高温作用面积，从而实现降低边缘焊点的隐裂、崩边、缺口和碎裂。
顶端叉指状结构3-12的印刷区3-12-1部分的面积的高度与主栅3-1的高度一致，设置为5-15um，长度即为设置的矩形、U形或梯形的空置区3-12-2的长度，总宽度设置为0.08-0.36mm，宽度对称分为左右两部分，过宽增加顶部遮光和浆料单耗，过窄影响顶端电流传输，该结构可以与主栅基体3-11一同印刷，与副栅3-2分次印刷，也可以与主栅基体3-11、副栅3-2同次一起印刷。
两部分的独立栅线电极结构3的主栅3-1总长76-78mm，包含主栅3-1以及其两端的顶端叉指状结构3-12，主栅基体3-11宽度为0.5-1mm，高度为5-15um，数量为4-12根，可采取连续、镂空或分段式任意一种主栅设计，镂空方式包含设置为矩形、圆形、多边形等任意几何形状的镂空区4，镂空区4的总面积占主栅基体3-11面积百分比≤55％。
两部分的独立栅线电极结构3的副栅3-2的高度≥18um，宽度15-35um，副栅3-2的总长度154-156mm，包含经过主栅基体3-11部分，但主栅3-1的两个顶端叉指状结构3的空置区3-12-2内无任一副栅3-2穿过。
实施例一：
一种叉指状全半片兼容正面金属电极，如说明书附图8和说明书附图9所示，可以兼容整片电池组件封装和半切片电池组件封装的太阳电池正面用金属电极，包括156.75mm×156.75mm电池片1上均分的两部分独立栅线电极结构3，独立栅线电极结构3沿电池片中线2对称排布，两者相距2.0mm。
独立栅线电极结构3包括相互连接的主栅3-1和副栅3-2，主栅3-1由镂空的主栅基体3-11与顶端叉指状结构3-12组成，主栅3-1的高度设置为10um，副栅3-2高度设置为20um，主栅3-1的两端均设置有矩形的空置区3-12-2和印刷区3-12-1形成的特殊的顶端叉指状结构3-12。
主栅基体3-11两端的顶端叉指状结构3-12设计的矩形的空置区3-12-2的长度为7.5mm、宽度为0.36mm，顶端叉指状结构3-12的印刷区3-12-1的高度设置为10um，长度设置为7.5mm，且总宽度设置为0.36mm，均分为左右两部分，两侧的宽度各为0.18mm，顶端叉指状结构3-12的印刷区3-12-1采取与主栅基体3-11先一同印刷，再印刷副栅3-2的方式实现。
两部分的独立栅线电极结构3的主栅3-1总长76.5mm，包含主栅3-1两端的顶端叉指状结构3-12，主栅基体3-11的宽度为0.72mm，高度为10um，数量为5根，采取0.45×0.2mm的矩形的镂空区4的方式设计，镂空区4的总面积占主栅基体3-11面积百分比15％。
两部分的独立栅线电极结构3的副栅3-2高度为20um，宽度为35um，副栅3-2的总长度155mm，距离电池片1的边缘0.875mm，包含经过主栅基体3-11部分，但主栅基体3-11两端的顶端叉指状结构3-12的空置区3-12-2内无任一副栅3-2结构穿过。
实施例二：
一种叉指状全半片兼容正面金属电极，如说明书附图10和说明书附图11所示，可以兼容整片电池组件封装和半切片电池组件封装的太阳电池正面用金属电极，包括同片156mm×156mm电池片1上均分的两部分独立栅线电极结构3，独立栅线电极结构3沿电池片中线2对称排布，两者相距1.0mm。
独立栅线电极结构3包括相互连接的主栅3-1和副栅3-2，主栅3-1由分段主栅基体3-11与顶端叉指状结构3-12组成，主栅3-1高度15um，副栅3-2高22um，主栅3-1两端均设置有U形的空置区3-12-2和印刷区3-12-1形成特殊的顶端叉指状设计结构3-12。
主栅基体3-11两端顶端叉指状结构3-12设计的U形的空置区3-12-2的长为5.8mm，宽为0.4mm，U形的空置区3-12-2长度以U弧形底部到开口端计算，宽度以其顶部开口宽度计算。
顶端叉指状结构3-12的印刷区3-12-1的高度为15um，长度为5.8mm，总宽度为0.3mm，均分为左右两部分，各0.15mm宽，顶端叉指状结构3-12的印刷区3-12-1采取与主栅基体3-11、副栅3-2一同印刷的方式实现。
两部分独立栅线电极结构3的主栅3-1的总长度为77mm，包含主栅3-1的两端的顶端叉指状结构3-12，主栅基体3-11宽度为0.7mm，高度为15um，数量为5根，采取分段式主栅3-1的设计方式，分段区5间隔开设，分段部分的空置区域即分段区5无印刷浆料区设置的长度为9.0mm，宽度为0.4mm，均匀分布于主栅基体3-11上。
两部分独立栅线电极结构3的副栅3-2的高度为22um，宽度为30um，副栅3-2总长度为155mm，距离电池片1的边缘0.5mm，包含经过主栅基体3-11部分，但主栅3-1的两端的顶端叉指状结构3-12的空置区3-12-2内无副栅3-2结构穿过。
实施例三：
一种叉指状全半片兼容正面金属电极，如说明书附图12和说明书附图13所示，可以兼容整片电池组件封装和半切片电池组件封装的太阳电池正面用金属电极，包括同片156.75mm×156.75mm电池片1上均分的两部分独立栅线电极结构3，独立栅线电极结构3沿电池片中线2对称排布，两者相距1.5mm。
独立栅线电极结构3包括相互连接的主栅3-1和副栅3-2，主栅3-1由连续主栅基体3-11与顶端叉指状结构3-12组成，主栅3-1高度5um，副栅3-2高度20um。
主栅3-1两端均设置为梯形的空置区3-12-2，以形成特殊的顶端叉指状设计结构3-12，梯形的空置区3-12-2长度为5.8mm，靠近连续的主栅基体3-11端宽度为0.36mm，远离连续的主栅基体3-11端宽度为0.8mm。
顶端叉指状结构3-12的印刷区3-12-1的部分的高度与主栅3-1高度一致为5um，长度为6.0mm，总宽度为0.36mm，均分为左右两部分，各0.18mm宽，顶端叉指状结构3-12的印刷区3-12-1采取与主栅基体3-11先一同印刷，再印刷副栅3-2的方式实现。
两部分独立栅线电极结构3的主栅3-1总长度为76.875mm，包含主栅3-1两端的顶端叉指状结构3-12，主栅基体3-11宽度为0.72mm，高度为5um，数量为4根，采取连续的主栅3-1设计。
两部分独立栅线电极结构3的副栅3-2高度为20um，宽度为30um，副栅3-2总长度为155.25mm，距离电池片1边缘0.75mm，包含经过主栅基体3-11部分，但主栅3-1的两个顶端叉指状结构3-12的空置区3-12-2内无任一副栅3-2结构穿过。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种叉指状全半片兼容正面金属电极，包括电池片(1)，所述电池片(1)中部设置有电池片中线(2)，其特征在于：所述电池片(1)在电池片中线(2)两侧对称设置有独立栅线电极结构(3)；
所述独立栅线电极结构(3)包括若干主栅(3-1)和若干副栅(3-2)，所述主栅(3-1)与副栅(3-2)相互垂直连接，所述主栅(3-1)由主栅基体(3-11)和顶端叉指状结构(3-12)，所述顶端叉指状结构(3-12)连接于主栅基体(3-11)两端；
所述顶端叉指状结构(3-12)包括印刷区(3-12-1)和空置区(3-12-2)，所述印刷区(3-12-1)设置于空置区(3-12-2)两侧，且空置区(3-12-2)一端呈开口状且另一端连接于主栅基体(3-11)上，所述空置区(3-12-2)内无副栅(3-2)穿过。
2.根据权利要求1所述的一种叉指状全半片兼容正面金属电极，其特征在于：所述主栅基体(3-11)设置为连续式、镂空式或分段式。
3.根据权利要求1所述的一种叉指状全半片兼容正面金属电极，其特征在于：所述空置区(3-12-2)设置为矩形。
4.根据权利要求1所述的一种叉指状全半片兼容正面金属电极，其特征在于：所述空置区(3-12-2)设置为U形。
5.根据权利要求3或4所述的一种叉指状全半片兼容正面金属电极，其特征在于：所述空置区(3-12-2)的长度设置为3.5-13.5mm，宽度设置为0.3-0.9mm。
6.根据权利要求1所述的一种叉指状全半片兼容正面金属电极，其特征在于：所述空置区(3-12-2)设置为梯形。
7.根据权利要求6所述的一种叉指状全半片兼容正面金属电极，其特征在于：所述空置区(3-12-2)的长度设置为2.5-10.5mm，且空置区(3-12-2)靠近主栅基体(3-11)一端宽度设置为0.35-0.85mm、远离主栅基体(3-11)一端宽度设置为0.5-1.5mm。
8.根据权利要求1所述的一种叉指状全半片兼容正面金属电极，其特征在于：所述印刷区(3-12-1)的高度与主栅基体(3-11)的高度相同，印刷区(3-12-1)的长度与空置区(3-12-2)的长度相同，印刷区(3-12-1)的总宽度设置为0.08-0.36mm。
9.根据权利要求1所述的一种叉指状全半片兼容正面金属电极，其特征在于：所述主栅(3-1)总长度设置为76-78mm，所述主栅基体(3-11)宽度设置为0.5-1mm、高度设置为5-15um、数量设置为4-12根。
10.根据权利要求1所述的一种叉指状全半片兼容正面金属电极，其特征在于：所述副栅(3-2)的高度设置为≥18um、宽度设置为15-35um、总长度设置为154-156mm。
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