CN109560146A - 电池 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电池，包括：基体，所述基体具有相对设置的第一发电基面和第二发电基面，其中，在所述第一发电基面和所述第二发电基面中，仅所述第二发电基面设有正电极和负电极；正极扩散片层，所述正极扩散片层设在所述正电极和所述第二发电基面之间；负极扩散片层，所述负极扩散片层设在所述负电极和所述第二发电基面之间。根据本发明的电池，有效受光面积大、制作工艺简单、成本低、良品率高。
Description
技术领域
本发明涉及电池技术领域，具体而言，涉及一种电池。
背景技术
现有太阳能电池的向光面和背光面各有2-3根主栅线作为电池的正极和负极，这些主栅线不仅消耗大量的银浆，并且，由于主栅线遮挡入射光，导致电池的效率不高。同时，由于电池的正极和负极分别分布在电池的上表面(即向光面)和下表面(即背光面)，多个电池串联时，需要用焊带将电池向光面的电极与相邻电池的背光面的电极相焊联，焊接工艺繁琐，焊接材料使用较多，焊接过程中和后续层压工艺中容易造成电池破损。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种电池，所述电池具有有效受光面积大、制作工艺简单、成本低、良品率高等优点。
根据本发明实施例的电池，包括：基体，所述基体具有相对设置的第一发电基面和第二发电基面，其中，在所述第一发电基面和所述第二发电基面中，仅所述第二发电基面设有正电极和负电极；正极扩散片层，所述正极扩散片层设在所述正电极和所述第二发电基面之间；负极扩散片层，所述负极扩散片层设在所述负电极和所述第二发电基面之间。
根据本发明实施例的电池，有效受光面积大、制作工艺简单、成本低、良品率高。
另外，根据本发明实施例的电池还具有如下附加的技术特征：
根据本发明的一些实施例，所述正电极包括正极副栅线和正极主栅线，所述正极副栅线包括多个；所述负电极包括负极副栅线和负极主栅线，所述负极副栅线包括多个；多个所述正极副栅线彼此间隔设置且与所述正极主栅线相连，多个所述负极副栅线彼此间隔设置且与所述负极主栅线相连。
进一步地，所述正极扩散片层为间隔设置的多个正扩散齿片，所述负极扩散片层为间隔设置的多个负扩散齿片，多个所述正极副栅线分别与多个所述正扩散齿片一一对应，多个所述负极副栅线分别与多个所述负扩散齿片一一对应。
更进一步地，多个所述正扩散齿片和多个所述负扩散齿片排列成指交叉状，相邻两个所述正扩散齿片之间设有所述负扩散齿片，相邻两个所述负扩散齿片之间设有所述正扩散齿片。
有利地，每个所述正极副栅线的边沿不超出与其对应的所述正扩散齿片的边沿，每个所述负极副栅线的边沿不超出与其对应的所述负扩散齿片的边沿。
根据本发明的一些实施例，所述正电极的边沿不超出所述正极扩散片层的边沿且所述负电极的边沿不超出所述负极扩散片层的边沿。
根据本发明的一些实施例，所述基体为P型硅基，所述正极扩散片层为硼扩散层，所述负极扩散片层为磷扩散层。
在本发明的一些实施例中，每个所述正极副栅线垂直于所述正极主栅线且每个所述负极副栅线垂直于所述负极主栅线，多个所述正极副栅线和多个所述负极副栅线均位于所述正极主栅线和所述负极主栅线之间。
根据本发明的一些实施例，所述电池还包括：辅助扩散片层，所述辅助扩散片层设于所述第一发电基面；第一减反射层，所述第一减反射层设于所述辅助扩散片层。
根据本发明的一些实施例，所述电池还包括：第二减反射层，所述第二减反射层设于所述正极扩散片层和所述负极扩散片层，所述正电极和所述负电极均设于所述第二减反射层。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1是根据本发明实施例的电池的结构示意图；
图2是根据本发明实施例的电池的向光面结构示意图；
图3是根据本发明实施例的电池的背光面结构示意图；
图4是根据本发明实施例的电池背光面逐层展开的结构示意图；
图5是根据本发明实施例的电池串联结构示意图；
图6是根据本发明实施例的电池的光生伏特原理示意图；
图7是根据本发明实施例的电池的光生伏特原理示意图；
图8是根据本发明实施例的电池的光生伏特原理示意图；
图9是根据本发明实施例的电池的光生伏特原理示意图。
附图标记：
电池10，
基体100，
扩散片层200，正极扩散片层210，正扩散齿片211，负极扩散片层220，负扩散齿片221，
正极副栅线310，负极副栅线320，
正极主栅线410，负极主栅线420，
辅助扩散片层500，
第一减反射层610，第二减反射层620，
焊带20。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面参考附图描述根据本发明实施例的电池10，该电池10具有有效受光面积大、制作工艺简单、成本低、良品率高等优点。
如图1-图9所示，根据本发明实施例的电池10，包括基体100、扩散片层200和电极。
具体而言，基体100具有相对设置的第一发电基面和第二发电基面，即，第一发电基面和第二发电基面分别为基体100的相对的两个表面，例如，基体100的上表面(即，电池10的向光面)为第一发电基面且下表面(即，电池10的背光面)为第二发电基面。
其中，在第一发电基面和第二发电基面中，仅第二发电基面设有电极，电极包括正电极和负电极。扩散片层200设在电极和第二发电基面之间，扩散片层200包括正极扩散片层210和负极扩散片层220，即，正极扩散片层210设在正电极和第二发电基面之间，负极扩散片层220设在负电极和第二发电基面之间，用于形成P-N结(P-N junction)。例如，基体100为P型硅基，正极扩散片层210为硼扩散层，负极扩散片层220为磷扩散层。
优选地，当基体100为P型硅基，负极扩散片层220为磷扩散层时，负极扩散片层220设在基体100的第二发电基面上，而正极扩散片层210是第二发电基面上未被负极扩散片层220覆盖的基体100表面。
下面参照图6-图9描述根据本发明实施例的电池10的光生伏特原理。
高纯硅是本征半导体，电子的浓度和空穴的浓度相等。当高纯硅掺杂诸如磷、砷、锑等杂质元素时，电子的浓度大于空穴的浓度，形成N型半导体(即负极扩散片层220)。而当高纯硅掺杂例如硼等杂质时，空穴的浓度大于电子的浓度，形成P型半导体(即基体100和正极扩散片层210)。
对负极扩散片层220而言，电子是多数载流子，浓度较高；而在基体100和正极扩散片层210中，电子是少数载流子，浓度较低。当N型半导体和P型半导体相连接时，例如，当负极扩散片层220和基体100相连接时，由于浓度梯度的存在，会发生电子的扩散，即，电子由浓度较高的负极扩散片层220扩散到浓度较低的基体100。这样，在基体100和负极扩散片层220的结界面附近，负极扩散片层220中的电子的浓度逐渐下降，而扩散到基体100中的电子由于和基体100中的多数载流子空穴复合而消失。
因此，如图6和图7所示，在电池10的背光面，负极扩散片层220的靠近上述结界面的位置，由于多数载流子电子的浓度的降低，会出现正电荷区域；而在基体100的靠近上述结界面的位置，由于空穴从基体100向负极扩散片层200扩散，会出现负电荷区域。
如图9所示，上述正电荷区域和负电荷区域统称为P-N结的空间电荷区，由于空间电荷区存在正电荷区域和负电荷区域，就形成了从负极扩散片层220指向基体100的电场，即内建电场E。
随着载流子扩散的进行，空间电荷区不断扩展增大，空间电荷量不断增加，内建电场E的强度也不断增加。在内建电场E的作用下，载流子受到与扩散方向相反的作用力，产生漂移。例如，负极扩散片层220中的电子在向基体100扩散的同时，电子受到内建电场E的作用，产生从基体100到负极扩散片层220的漂移。最终，电子的扩散和漂移将达到平衡，此时空间电荷区的宽度一定，空间电荷量一定，没有电流的流入和流出。
当光照到电池10，能量的激发会产生电子-空穴对。由于内建电场E的存在，产生的电子-空穴对会分别向负极扩散片层220和基体100的空间电荷两端漂移，从而产生电压，而将电池10背光面的P-N结与外电路相连接，就会产生电流，此即光生伏特效应。
由此，根据本发明实施例的电池10，仅在电池10的背光面形成P-N结以与外电路相连接，就可以产生电流，即，在省略第一发电基面的栅线的情况下，仍可以实现正电极和负电极的引出，从而克服了相关技术中只能从电池的向光面和背光面或从电池的向光面和侧面同时引出正电极和负电极的技术偏见，简化了电池10的制作工艺，提高了电池10的背光面对光的利用率；并且，由于第一发电基面没有栅线挡光，提高了电池10的有效受光面积和电池10的功率。
此外，由于正电极和负电极都制作在电池10的背光面，这样，多个电池串联时，对于相邻两个电池10，仅需用焊带20将其中一个电池10背光面的正电极直接与另一个电池10背光面的负电极相焊联，焊带20不必经过电池10的侧边，从而焊接工艺比较简单，可以减小焊料的使用量，降低焊接过程中和后续层压工艺中电池10破损的几率。
根据本发明的一些实施例，如图3-图5所示，正电极包括正极副栅线310和正极主栅线410，正极主栅线410为多个。负电极包括负极副栅线320和负极主栅线420，负极主栅线420为多个。其中，多个正极副栅线310彼此间隔设置，且多个正极副栅线310分别与正极主栅线410相连，多个负极副栅线320彼此间隔设置，且多个负极副栅线320分别与负极主栅线420相连。如此，多个正极副栅线310汇流至正极主栅线410，多个负极副栅线320汇流至负极主栅线420。
在本发明的一些实施例中，如图1和图4所示，正极扩散片层210为间隔设置的多个正扩散齿片211，负极扩散片层220为间隔设置的多个负扩散齿片221，多个正极副栅线310分别与多个正扩散齿片211一一对应，多个负极副栅线320分别与多个负扩散齿片221一一对应，从而汇流效果更好。
进一步地，如图1和图4所示，多个正扩散齿片211和多个负扩散齿片221排列成指交叉状，相邻两个正扩散齿片211之间设有一个负扩散齿片221，相邻两个负扩散齿片221之间设有一个正扩散齿片211。如此，正扩散齿片211与负扩散齿片221之间可以进行指交叉扩散，扩散效果更好。
其中，多个正极副栅线310和多个负极副栅线320交替间隔设置，即，相邻两个正极副栅线310之间设有一个负极副栅线320，相邻两个负极副栅线320之间设有一个正极副栅线310。
需要说明的是，本申请仅以多个正扩散齿片211和多个负扩散齿片221排列成指交叉状为例对光生伏特原理进行相关说明，即，本实施例中相邻的正扩散齿片211和负扩散齿片221之间间隔开，P-N结形成于负扩散齿片221与基体100之间，当然，本发明并不限于此，相邻的正扩散齿片211与负扩散齿片221之间还可以相互接触，也就是说，负扩散齿片221不仅可以与基体100之间形成P-N结，负扩散齿片221还可以与正扩散齿片211之间形成P-N结，相应的原理可以参照上述负扩散齿片221与基体100之间的光生伏特原理。
在本发明的一些实施例中，如图1和图4所示，每个正极副栅线310的边沿不超出与其对应的正扩散齿片211的边沿，每个负极副栅线320的边沿不超出与其对应的负扩散齿片221的边沿，以保证引流效果。进一步地，正极主栅线410的边沿不超出正极扩散片层210的边沿，负极主栅线420的边沿不超出负极扩散片层220的边沿。
举例而言，以平行于第二发电基面的平面为投影面，每个正极副栅线310的投影位于与其对应的正扩散齿片211的投影内，每个负极副栅线320的投影位于与其对应的负扩散齿片221的投影内，正极主栅线410的投影位于正极扩散片层210的投影内，负极主栅线420的投影位于负极扩散片层220的投影内。
其中，如图3-图5所示，每个正极副栅线310垂直于正极主栅线410，每个负极副栅线320垂直于负极主栅线420，多个正极副栅线310和多个负极副栅线320均位于正极主栅线410和负极主栅线420之间。
根据本发明的一些实施例，如图1和图9所示，电池10还包括辅助扩散片层500，辅助扩散片层500设于第一发电基面，以对基体100进行进一步地扩散，增大开路电压。例如，基体100为P型硅基时，辅助扩散片层500为硼扩散层(即图9中示出的位于P型硅基的向光面的P+层)；又如，基体100为N型硅基时，辅助扩散片层500为磷扩散层。
进一步地，如图1和图2所示，电池10还包括第一减反射层610，第一减反射层610设于辅助扩散片层500，以减小电池10向光面的光反射，提高电池10的发电效率。例如，第一减反射层610可以包括但不限于TiO2(Titanium Dioxide，二氧化钛)、Al2O3(Aluminiumoxide，氧化铝)、氮氧化硅薄膜、碳氮化硅薄膜。
根据本发明的一些实施例，如图1和图3-图5所示，电池10还包括第二减反射层620，第二减反射层620设于扩散片层200，即，第二减反射层620设于正极扩散片层210和负极扩散片层220，正极副栅线310、负极副栅线320、正极主栅线410和负极主栅线420均设于第二减反射层620。
也就是说，第二减反射层620位于正极栅副线310、负极副栅线320、正极主栅线410和负极主栅线420的上方，且第二减反射层620位于正极扩散片层210和负极扩散片层220的下方，以减小电池10向光面的光反射，提高电池10的发电效率。例如，第二减反射层620可以包括但不限于TiO2(Titanium Dioxide，二氧化钛)、Al2O3(Aluminium oxide，氧化铝)、氮氧化硅薄膜、碳氮化硅薄膜。
图4为电池10的背光面的逐层展开示意图，图中的箭头示出了电池10的展开方向，电池10自上至下逐层展开，正极副栅线310、负极副栅线320、正极主栅线410和负极主栅线420布置于电池10的最外层，为展开的第一层；正负极扩散片层200为展开的第三层，即电池的最内层；第二减反射层620为展开的第二层。
下面参照附图描述根据本发明实施例的电池10的制备过程。下面以电池10为太阳能电池、基体100为P型硅基为例进行说明。
a1：清洗去除基体100表面上的污垢，制绒以降低基体100表面的反射率；
a2：对基体100的向光面进行硼扩散(在第一发电基面上设置辅助扩散片层500)，对基体100的背光面进行硼和磷的指交叉扩散(在第二发电基面上设置正极扩散片层210和负极扩散片层220)以制备PN结；
a3:蚀刻，即，去除电池10侧边的各种扩散层、去除磷硅玻璃；
a4：在电池10的向光面和背光面分别蒸镀减反膜，即在辅助扩散片层500上设置第一减反射层610，在正极扩散片层210和负极扩散片层220上均设置第二减反射层620；
a5：在第二减反射层620上的正对电池10背光面磷扩散的区域制作细栅线(即负极副栅线320)和负极主栅线420，使细栅线垂直于负极主栅线420并与负极主栅线420接触，负极主栅线420的边缘与电池10的边缘重合，细栅线的边缘和负极主栅线420的边缘都小于磷扩散层的边缘；
a6：在第二减反射层620上的正对电池10背光面硼扩散的区域制作细栅线(即正极副栅线310)和正极主栅线410，使细栅线垂直于正极主栅线410并与正极主栅线410接触，正极主栅线410的边缘与电池10的边缘重合，细栅线的边缘和正极主栅线410的边缘都小于硼扩散层的边缘；
a7：对电池10进行烧结。
下面参照附图描述根据本发明实施例的电池10的封装过程，包括以下步骤：
b1：将相互平行放置的两个电池10的极性相异的电极(例如，一个电池10的正极主栅线410和另一个电池10的负极主栅线420)用焊带20焊接，以形成电池串；
b2：将多个电池串进行并联以形成电池组，并引出汇流条；
b3：从下到上对电池组进行铺设，即玻璃、EVA(Ethylene-Vinyl Acetatecopolymer，乙烯-醋酸乙烯共聚物)、电池组、EVA、玻璃由下至上排列；
b4：将电池组放入层压机进行层压，实现电池10的封装。
根据本发明实施例的电池10，可以利用激光将与现有电池的基体同等体积大小的硅片(例如，156mm×156mm)等分切割成3-10个(优选为4-6份)基体100，用以制作电池10，由此，一方面，由于正极副栅线310的长度和负极副栅线320的长度均较小，电荷的迁移距离较短，从而功耗较低；另一方面，可以在同等体积条件下，提高电池10的功率，并且，利用并联的电池串，还可以提高电池10的可靠性。
举例而言，相关技术中，单个硅片的电压为0.5V，60个硅片串联仅可以得到一个电压为30V的电池串；根据本发明实施例的电池10，通过将每个硅片等分切割成4个子硅片，可以得到240个子硅片，由于每个子硅片的电压为0.5V，那么，仅用80个子硅片串联便可以得到一个电压为40V的电池串，240个子硅片便可以做成3个电压均为40V的电池串，再将这3个电池串并联就可以得到一个电压为40V的电池组。
同时，常规电池由于采用串联结构，所以需要加设二极管进行电路保护，而根据本发明实施例的电池10的电池组为上述串并联结构，这种串并联结构本身可以起到保护电路的作用，可以省去并联二极管。
根据本发明实施例的电池10的其他构成以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨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，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种电池，其特征在于，包括：
基体，所述基体具有相对设置的第一发电基面和第二发电基面，其中，在所述第一发电基面和所述第二发电基面中，仅所述第二发电基面设有正电极和负电极；
正极扩散片层，所述正极扩散片层设在所述正电极和所述第二发电基面之间；
负极扩散片层，所述负极扩散片层设在所述负电极和所述第二发电基面之间。
2.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述正电极包括正极副栅线和正极主栅线，所述正极副栅线包括多个；所述负电极包括负极副栅线和负极主栅线，所述负极副栅线包括多个；
多个所述正极副栅线彼此间隔设置且与所述正极主栅线相连，多个所述负极副栅线彼此间隔设置且与所述负极主栅线相连。
3.根据权利要求2所述的电池，其特征在于，所述正极扩散片层为间隔设置的多个正扩散齿片，所述负极扩散片层为间隔设置的多个负扩散齿片，多个所述正极副栅线分别与多个所述正扩散齿片一一对应，多个所述负极副栅线分别与多个所述负扩散齿片一一对应。
4.根据权利要求3所述的电池，其特征在于，多个所述正扩散齿片和多个所述负扩散齿片排列成指交叉状，相邻两个所述正扩散齿片之间设有所述负扩散齿片，相邻两个所述负扩散齿片之间设有所述正扩散齿片。
5.根据权利要求3所述的电池，其特征在于，每个所述正极副栅线的边沿不超出与其对应的所述正扩散齿片的边沿，每个所述负极副栅线的边沿不超出与其对应的所述负扩散齿片的边沿。
6.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述正电极的边沿不超出所述正极扩散片层的边沿且所述负电极的边沿不超出所述负极扩散片层的边沿。
7.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述基体为P型硅基，所述正极扩散片层为硼扩散层，所述负极扩散片层为磷扩散层。
8.根据权利要求2所述的电池，其特征在于，每个所述正极副栅线垂直于所述正极主栅线且每个所述负极副栅线垂直于所述负极主栅线，多个所述正极副栅线和多个所述负极副栅线均位于所述正极主栅线和所述负极主栅线之间。
9.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，还包括：
辅助扩散片层，所述辅助扩散片层设于所述第一发电基面；
第一减反射层，所述第一减反射层设于所述辅助扩散片层。
10.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，还包括：
第二减反射层，所述第二减反射层设于所述正极扩散片层和所述负极扩散片层，所述正电极和所述负电极均设于所述第二减反射层。
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