CN109449236A - 一种异质结太阳电池间的互联模式 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种太阳电池连接模式，特别涉及一种异质结太阳电池间的互联模式。一种异质结太阳电池间的互联模式，方法是：将若干个太阳电池，分成若干串；同一串太阳电池上，相邻两个太阳电池的正负极朝向相反；相邻两片太阳电池在同侧通过至少一根导线互联，导线直接和太阳电池表面TCO层实现欧姆接触。本发明所述异质结太阳电池间的互联模式，将原有导线上下连接的方式变成了太阳电池间同侧互联的模式，减少了每相邻两太阳电池之间的间距，降低了导线的连接长度，减少了导线上的电阻损耗，进一步提高了转化效率，降低了生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种太阳电池连接模式，特别涉及一种异质结太阳电池间的互联模式。
背景技术
随着太阳电池组件技术的发展，太阳电池组件的成本在光伏电站中的所占的比例越来越小，为了提高光伏电站的效益，就需要不断提高光伏组件的光电转换效率。目前，硅基异质结太阳电池是产业化太阳电池发展的一个重要方向，它具有更高的光电转换效率，较小的衰减，并且温度系数较低，在户外实际使用过程中，具有更高的发电能力。异质结太阳电池的结构如图1所示，太阳电池由于是反向设置的其表面设有主栅和细栅，细栅用于收集汇聚在太阳电池表面电流，主栅用于收集细栅表面电流，由于太阳电池组件之间是串联设置的，因此连接时需要将镀锡铜带的前半段焊接在第一片太阳电池正面的主栅上，后半段焊接在相邻一片太阳电池背面的主栅上，连接关系的截面如图2所示。
然而，异质结太阳电池表面金属电极的主栅和细栅是印刷导电银胶和电镀铜制备的，采用导电银胶制备电极，起码需要如下几步工序：正（反）面电极印刷，烘干，反（正）面电极印刷，烘干四道工序。导电银胶固化后导电率偏低，为保证细栅电阻在合理范围，导电银胶用量一般在0.3g每片以上。而导电银胶成本在8000元每公斤以上，所以单片太阳电池上，导电银胶的成本超过3元。远高于常规太阳电池的电极成本；而电镀铜工序包括预制备掩膜，电镀铜电极，去除掩膜，清洗等几道工序，比较复杂，并且电镀产生的废液需要进一步做环保处理，总成本和导电银胶接近，因此如何降低太阳电池的电极成本是制约异质结太阳电池实现商业化生产的核心问题之一。
发明内容
本发明提出一种异质结太阳电池间的电极互联模式，采用该互联电极可以省去太阳电池的表面金属电极，减少对太阳电池表面入射光的遮挡，从而降低异质结太阳电池组件的成本，提升其光电转换效率。
本发明一种异质结太阳电池间的互联模式，该模式是通过导线将若干个异质结太阳电池连接在一起的方法，该方法是：
将若干个太阳电池，分成若干串；
同一串太阳电池上，相邻两个太阳电池的正负极朝向相反；
相邻两片太阳电池在同侧通过至少一根导线互联，导线直接和太阳电池表面TCO层实现欧姆接触。
优选地，所述导线至少有一面为平面，该平面与上表面TCO层和或下表面TCO层相连。
进一步地，所述导线与上表面TCO层和或下表面TCO层相接触形成的接触面，其宽度在0.05mm-0.5mm之间。
更进一步地，所述导线的横截面为半圆形或三角形或矩形。
更进一步地，每一根导线均通过增强型导电连接层连接在太阳电池TCO层上。
更进一步地，所述增强型导电连接层为热塑性导电胶，其主要成分包括银粉、碳粉或导线塑料与热塑性聚合物的混合，其中所述热塑性聚合物至少包括热塑性树脂或热塑性橡胶其中一种。
更进一步地，所述增强型导电连接层为低温合金，主要成分包括锡、铋、镓、银、铜的一种或多种。
更进一步地，所述增强型导电连接层的厚度在5μm-25μm之间。
更进一步地，设置在太阳电池上表面TCO层表面的导线外面涂有反射镀层，该反射镀层为银镀层或锡镀层或铝镀层，其厚度在0.05μm-5μm之间。
更进一步地，所述反射镀层为银镀层，其厚度为0.08μm。
更进一步地，所述导线上部设有用于封装导线的玻璃板，导线与玻璃板之间通过封装胶膜进行封装。
更进一步地，导线与封装胶膜之间还设有一层复合膜，所述复合膜将导线固定在太阳电池木块的上表面TCO层和或下表面TCO层上。
更进一步地，连接两相邻太阳电池的导线具有若干根，相互平等且等距设置，两相邻导线之间的间距在0.5mm-5mm之间。
更进一步地，设置在太阳电池下表面TCO层上的两相邻导线之间的间距在0.5mm-2mm之间。
更进一步地，设置在太阳电池上表面TCO层上的两相邻导线之间的间距为1mm-3mm之间。
更进一步地，同一串太阳电池的宽度在50mm-165mm之间；每相邻两太阳电池之间的间距在0.1mm-1mm之间。
更进一步地，组件中两相邻太阳电池之间的间距为0.1mm-0.2mm之间。
本发明所述异质结太阳电池间的互联模式，通过对太阳电池的独特设置方式、排列方式，以及导线的独特连接模式，将原有导线上下连接的方式变成了太阳电池间同侧互联的模式，正面的互联电极不需要延伸到背面，正反面的互联电极可以实现相互独立，减少了每相邻两太阳电池之间的间距，降低了导线的连接长度，减少了导线上的电阻损耗，进一步提高了转化效率，降低了生产成本。
附图说明
图1是常规异质结太阳电池的俯视图；
图2是常规技术中相邻两片太阳电池互联方式；
图3是导线与太阳电池上表面TCO层的连接关系剖面图；
图4是本发明相邻两太阳电池互联封装后的连接关系剖视图；
图5是本发明互联模式封装后的组件的俯视图；
图6是常规异质结太阳电池及组件的制备流程以及采用本发明的异质结太阳电池及组件制备流程。
图中：其中1-玻璃板；2-封装胶膜；3-复合膜；4-导线；5-增强型导电连接层；6-上表面TCO层；7-太阳电池；8-下表面TCO层。
具体实施方式
太阳电池能够被太阳直接照射的一面为上表面，不能被太阳光直接照射的一面为下表面。
太阳电池均具有正极和负极，其中一个表面为正极，另一个表面为负极。
太阳电池其上表面和下表面均分别具有透明导电氧化（TCO）层，本发明中分别描述为上表面TCO层6和下表面TCO层8。
实施例1。
本发明一种异质结太阳电池间的互联模式，该模式是通过导线4将若干个异质结太阳电池连接在一起的方法，该方法是：将若干个太阳电池，分成若干串；同一串太阳电池上，相邻两个太阳电池的正负极朝向相反；相邻两片太阳电池在同侧通过至少一根导线4互联，导线4直接和太阳电池上表面TCO层6和下表面TCO层8均实现欧姆接触，本发明所述导线4为铜丝。
如图4所示，举例：如有N块太阳电池，则第一块为第一太阳电池，第二块为第二太阳电池，第三块为第三太阳电池，第四块为第四太阳电池……以此类推，第N块为第N太阳电池。其中第一太阳电池上表面电极为正极，下表面为负极，第二太阳电池的上表面为负极，下表面为正极，第三太阳电池上表面为正极，下表面为负极，第四太阳电池的上表面为负极，下表面为正极……,其中第一太阳电池的上表面和第二太阳电池的上表面通过同一组导线4相连，且进行连接的导线4具有若干根，相互平行设置；第二太阳电池的下表面和第三太阳电池的下表面相连；第三太阳电池的上表面和第四太阳电池的上表面相连，由于第一太阳电池的上表面为正极，第二太阳电池的上表面为负极，下表面为正极，第三太阳电池的上表面为正极，第四太阳电池的上表面为负极，通过本发明的连接方式，使电流有序地进行汇集。
本发明中，导线4至少有一面为平面，该平面与上表面TCO层6和或下表面TCO层8相连；所述导线4与上表面TCO层6和或下表面TCO层8相接触形成的接触面，其宽度在0.05mm-0.5mm之间。
为了更好的完成发明目的，本发明所述导线4的横截面为半圆形或三角形或矩形，这几种形状均具有较大的底边，可以使降低导线4与太阳电池上表面TCO层6和下表面TCO层8的接触电阻。
本发明连接两相邻太阳电池的导线4具有若干根，相互平等且等距设置，两相邻导线4之间的间距在0.5mm-5mm之间。由于上表面和下表面接受光照不同，因此上表面的导线4数量可以少于下表面的导线4数量，因此本发明设置在太阳电池下表面TCO层8上的两相邻导线4之间的间距在0.5mm-2mm之间，设置在太阳电池上表面TCO层6上的两相邻导线4之间的间距在1mm-3mm之间，以进一步提高光电转换效率。由于太阳电池下表面电极不需要考虑对入射光的遮挡，因此主要以降低串联电阻和制造成本为主，可以将太阳电池下表面TCO层8上的导线4采用横截面为方形的导线4，增加导线4宽度，降低串联电阻，降低制造难度；同时增加导线4数量以降低串联电阻。
本发明将太阳电池切割成半片或者更小的规格，减少了电极用量， 降低了电极电阻和制造成本，每一太阳电池的宽度在50mm-165mm之间。本发明每相邻两太阳电池之间的间距在0.1mm-1mm之间，组件中两相邻太阳电池之间的间距优选为0.1mm-0.2mm之间。
将太阳电池切割成小尺寸以后，并不会因为增加了更多的太阳电池间隙而增加组件面积，由于太阳电池电流取决于太阳电池面积，互联电极的串联电阻Rs与电流I的关系为：R∝I2，因此，采用小尺寸的太阳电池可以进一步降低75%互联电极的串联电阻，将组件功率提升5W以上。
现有技术中，太阳电池组件由于下表面入射光很少，因此会优先保证上表面的发电效率，因此，为了提高光电转换效率下表面为了减少串联电阻，会将下表面栅线的面积加大，所以测试背面效率时候，电极对入射光的遮挡增加，一般异质结太阳电池下表面效率约为上表面的95%。
在本发明中，若干个太阳电池是按照电极一正一反设置的，通过本发明太阳电池的连接方式，完全去除了太阳电池表面的金属电极。去除表面金属电极后，背面发电效率可以达到正面的98%以上，如果进一步优化TCO层，背面效率可以进一步提高，即使将太阳电池翻转放置也不会影响其发电效果。
另外本发明通过对太阳电池的独特设置方式、排列方式，以及导线4的独特连接模式，将原有导线4上下连接的方式变成了太阳电池间同侧互联的模式，正面的互联电极不需要延伸到背面，正反面的互联电极可以实现相互独立，减少了每相邻两太阳电池之间的间距，降低了导线4的连接长度，减少了导线4上的电阻损耗，进一步提高了转化效率，这样可以对正反面互联电极分别进行优化设计，优化之后，可以将组件功率提升20W以上。另外，太阳电池间同侧互联的模式在不降低组件输出功率的前提下，减少组件面积，组件的封装材料的成本进一步降低，降低了光伏电站铺设组件所需要的土地面积，从而降低电站的建设和维护成本。
本发明不但不会增加现有异质结太阳电池的制造难度，反而省去了异质结太阳电池表面电极的制备工序和太阳电池的串联工序工作。本发明同侧互联的方式替代了常规太阳电池组件工艺中碎片率较高的串焊和叠焊工序，如图6所示，制造流程大幅缩短，采用本发明制备的异质结太阳电池组件，每条线（200MW产能）的设备成本投入减少1000万以上，从硅片到组件制造过程中的成品率提升5%以上。
实施例2
本实施例中，在设置在太阳电池上表面TCO层6表面的导线4外面涂有反射镀层，该反射镀层为银镀层或锡镀层或铝镀层，其厚度在0.05μm-5μm之间，在本实施例中，反射镀层为银镀层，其厚度为0.08μm。
本发明将太阳电池互联电极贴付于太阳电池表面，对太阳电池表面的入射光有一定遮挡，而太阳电池发电功率与入射光功率成正比关系，因此本发明为了减少电极对太阳电池表面入射光的遮挡，在太阳电池上表面TCO层6表面的导线4外面涂有反射镀层，将正面互联电极上的光再次反射，同时，由于电极截面为三角形或者半圆形，其中三角形为等腰三角形，底边贴附太阳电池表面，可带有一定倒角，这样其表面全部或者部分入射光会再次反射到太阳电池上表面，如图3所示。利用本发明所述高反射镀层，半圆形导线4可将30%以上的入射光再次反射到太阳电池表面，三角形导线4可以将50%以上的入射光再次反射到太阳电池表面。
而设置在太阳电池下表面的导线4镀层，则不需要高反射功能，只要防止铜导线4氧化即可，这样可以进一步降低加工成本，或者采用铝线代替铜线、增加电极数量进一步实现降本增效。太阳电池下表面的导线4截面可以为长方形，宽度在0.05mm-0.2mm之间，导线4成本可以降低30%以上。
实施例3
本发明中每一根导线4均通过增强型导电连接层5连接在太阳电池TCO层上，增强型导电连接层5的厚度在5μm-25μm之间。本发明增强型导电连接层5为热塑性导电胶，其主要成分包括银粉、碳粉或导线4塑料与热塑性聚合物的混合，其中所述热塑性聚合物至少包括热塑性树脂或热塑性橡胶其中一种；或者增强型导电连接层5为低温合金，主要成分包括锡、铋、镓、银、铜的一种或多种。
现有技术中太阳电池为了增强陷光效果，其表面为金字塔结构的绒面，截面图如图3所示，导线4如果直接和TCO接触，只能实现点接触，接触电阻高且不稳定，同时还会降低导电效率，本发明在导线4与上表面TCO层6以及导线4与下表面TCO层8之间，均敷设增强型导电连接层5，通过增强型导电连接层5连接导线4和太阳电池TCO层，在组件的高温层压过程中，增强型导电连接层5熔化，与太阳电池表面的绒面充分接触，降低了导线4和太阳电池TCO层之间的接触电阻。由于增强导电材料只要求接触电阻，不要求横向电阻，并且具备溶化增大了的接触面积，可以采用廉价的材料代替常规技术中所用的价格高昂银粉材料。本发明采用碳粉作为导电填充物制备的增强型导电连接层5，将导线4和太阳电池TCO层之间的接触电阻降低到2mΩ以内，满足高效组件的要求，同时碳粉的成本不到银粉的二十分之一，进一步减低了太阳电池组件的成本。
实施例4
本发明在导线4上部设有用于封装导线4的玻璃板1，导线4与玻璃板1之间通过封装胶膜2进行封装，导线4与封装胶膜2之间还设有一层复合膜3，所述复合膜3将导线4固定在太阳电池木块的上表面TCO层6和或下表面TCO层8上。
本实施例在导线4与封装胶膜2之间还设有一层复合膜3，所述复合膜3将导线4固定在太阳电池木块的上表面TCO层6和或下表面TCO层8上，太阳电池封装过程中，封装胶膜2受热熔化，具有流动性，复合膜3可以将封装胶膜2和导线4隔开，防止封装胶膜2流到导线4和TCO之间，此外还可以将导线4压在TCO层上，让导线4位置不会发生偏移。
本发明所用的复合膜3包括膜层和胶层，其中膜层主要材料有PP，PET，PO，ETFE；厚度5μm-50μm；胶层主要材料有：EVA，PMMA，厚度20μm-100μm等。经本发明具有复合膜3的组件封装后，单个太阳电池上，导线495%以上部分可以和太阳电池TCO之间可以实现的可靠接触。
实施例6
本实施例太阳电池上表面TCO层6上设置78根铜丝，间距为2mm；等距排布的铜丝，每一根铜丝长度约154mm，铜丝截面为边长100μm的等边三角形，铜丝底面贴在太阳电池上表面TCO层6，铜丝表面涂覆银镀层，与太阳电池组件上表面TCO层6之间通过含有银粉的热塑性聚合物作为增强型导电连接层5进行连接，
太阳电池下表面TCO层8设置156根等距排列的扁铜丝，间距为1mm，铜丝整个表面敷有含有碳粉的热塑性聚合物，铜丝长度约154mm，截面为100μm*200μm的长方形，铜丝底面与铜丝与太阳电池下表面TCO层8相接触。
太阳电池为156mm*78mm的半片异质结太阳电池，厚度100μm，相邻两太阳电池之间等距设置，间隙为0.1mm。
将太阳电池上表面TCO层6和下表面TCO层8上的铜丝通过复合膜3与之固定，将太阳电池的上表面玻璃板1、上表面封装胶膜2、太阳电池，太阳电池板下表面封装胶膜2，太阳电池板下表面玻璃板1，按顺序放置，放好后进行层压。层压时，导线4上的增强型导电连接层5软化，将铜丝与太阳电池表面TCO层粘接实现欧姆接触。
以60片太阳电池组成的组件为例，单片太阳电池组件上表面电极有效遮挡面积由单片太阳电池总面积的7%降低到2%，单片串阻降低2mΩ，单片太阳电池输出功率增加0.35W，60片版型组件功率增加了20W。
Claims (17)
1.一种异质结太阳电池间的互联模式，该模式是通过导线将若干个异质结太阳电池连接在一起的方法，其特征在于,该方法是：
将若干个太阳电池，分成若干串；
同一串太阳电池上，相邻两个太阳电池的正负极朝向相反；
相邻两片太阳电池在同侧通过至少一根导线互联，导线直接和太阳电池表面TCO层实现欧姆接触。
2.如权利要求1所述一种异质结太阳电池间的互联模式，其特征在于，所述导线至少有一面为平面，该平面与上表面TCO层和或下表面TCO层相连。
3.如权利要求2所述一种异质结太阳电池间的互联模式，其特征在于，所述导线与上表面TCO层和或下表面TCO层相接触形成的接触面，其宽度在0.05mm-0.5mm之间。
4.如权利要求1或2或3所述一种异质结太阳电池间的互联模式，其特征在于，所述导线的横截面为半圆形或三角形或矩形。
5.如权利要求4所述一种异质结太阳电池间的互联模式，其特征在于，每一根导线均通过增强型导电连接层连接在太阳电池TCO层上。
6.如权利要求5所述一种异质结太阳电池间的互联模式，其特征在于，所述增强型导电连接层为热塑性导电胶，其主要成分包括银粉、碳粉或导线塑料与热塑性聚合物的混合，其中所述热塑性聚合物至少包括热塑性树脂或热塑性橡胶其中一种。
7.如权利要求5所述一种异质结太阳电池间的互联模式，其特征在于，所述增强型导电连接层为低温合金，主要成分包括锡、铋、镓、银、铜的一种或多种。
8.如权利要求5所述一种异质结太阳电池间的互联模式，其特征在于，所述增强型导电连接层的厚度在5μm-25μm之间。
9.如权利要求6所述一种异质结太阳电池间的互联模式，其特征在于，设置在太阳电池上表面TCO层表面的导线外面涂有反射镀层，该反射镀层为银镀层或锡镀层或铝镀层，其厚度在0.05μm-5μm之间。
10.如权利要求9所述一种异质结太阳电池间的互联模式，其特征在于，所述反射镀层为银镀层，其厚度为0.08μm。
11.如权利要求9所述一种异质结太阳电池间的互联模式，其特征在于，所述导线上部设有用于封装导线的玻璃板，导线与玻璃板之间通过封装胶膜进行封装。
12.如权利要求10所述一种异质结太阳电池间的互联模式，其特征在于，导线与封装胶膜之间还设有一层复合膜，所述复合膜将导线固定在太阳电池的上表面TCO层和或下表面TCO层上。
13.如权利要求12所述一种异质结太阳电池间的互联模式，其特征在于，连接两相邻太阳电池的导线具有若干根，相互平等且等距设置，两相邻导线之间的间距在0.5mm-5mm之间。
14.如权利要求13所述一种异质结太阳电池间的互联模式，其特征在于，设置在太阳电池下表面TCO层上的两相邻导线之间的间距在0.5mm-2mm之间。
15.如权利要求14所述一种异质结太阳电池间的互联模式，其特征在于：设置在太阳电池上表面TCO层上的两相邻导线之间的间距为1mm-3mm之间。
16.如权利要求4所述一种异质结太阳电池间的互联模式，其特征在于，同一串太阳电池的宽度在50mm-165mm之间；每相邻两太阳电池之间的间距在0.1mm-1mm之间。
17.如权利要求16所述一种异质结太阳电池间的互联模式，其特征在于组件中两相邻太阳电池之间的间距为0.1mm-0.2mm之间。
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