CN110534588A - 光伏模块 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及光伏模块。一种光伏模块包括多个光伏电池。电池的电池本体包括布置在半导体本体上的导电前侧表面层。这形成电池本体的对电磁辐射透明的前表面。导电后侧表面层布置在半导体本体上并且形成电池本体的后表面。电池经由多个导电的导线彼此电连接，该多个导电的导线配置为提供电压至模块运行中的外部电负载。导线具有凸出的外表面并且包括金属芯和导电胶线涂层，该导电胶线涂层通过导电的粘结直接附接至并位于给定的电池本体的紧邻的电接触面。

Description

光伏模块
技术领域
本发明涉及光伏模块和用于制作光伏模块的方法。
背景技术
光伏模块，本文中还简称为模块或者面板，由若干光伏电池形成，光伏电池在本文中还将简称为电池，这些光伏电池电连接用于提供电压至外部电负载。
在US 6,586,270 B2中描述了用于产生光伏元件的过程，该光电元件具有包括集电极和金属汇流条的电极结构。该电极结构通过以下形成：将导电胶点在金属线上作为集电极，使得点的导电胶具有椭圆形的形状，其主轴和短轴分别垂直于并且平行于所述金属线的纵向。然后，将金属汇流条布置在点的该导电胶上。在按压生成结构的同时执行加热步骤，以固化导电胶，以便形成作为集电极的金属线与金属汇流条之间的连接。
发明内容
本发明的目标在于提供一种改进的光伏模块。
根据本发明的第一方面，提供了一种根据权利要求1所述的光伏模块。
第一方面的光伏模块包括多个光伏电池。电池中的每一个包括电池本体，该电池本体包括具有响应于电磁辐射的吸收的电荷载流子光生的光敏区域的半导体本体。
电池本体包括导电前侧表面层和导电后侧表面层，其中，导电前侧表面层布置在半导体本体上、形成电池本体的前表面并且对用于电荷载流子光生的照射电磁辐射是透明的，导电后侧表面层布置在半导体本体上并且形成电池本体的后表面。
电池经由多个导电的导线彼此电连接，该多个导电的导线配置为提供电压至模块运行中的外部电负载。
单根导线在垂直于其各自的纵向导线延伸的方向上具有凸出的外表面并且包括金属芯和导电胶线涂层，该导电胶线涂层通过导电的粘结(adhesive bond)直接附接至给定的电池本体的前侧表面层或者后侧表面层并且与其直接电接触。
因此，当曝光时，响应于电磁辐射的吸收，单独的电池经由光伏效应生成电荷载流子，即，电子和空穴。因为单根导线包括金属芯和导电胶线涂层，该导电胶线涂层通过导电的粘结直接附接至给定的电池本体的前侧表面层或者后侧表面层并且与其直接电接触，单根导线从相应的电池收集光生的电荷载流子。另外，因为多个导电的导线同时用于电池的彼此电连接，所以使用单个类型的导电的导线实现了通过光伏模块供给电压至外部电负载。换言之，任何给定的导电的导线收集来自各自的电池本体的模块的给定的电池中的光生的电荷载流子，并且还通过相同的导电的导线将其一直输送至模块的另一电池。
与此相反，US 6,586,270 B2描述了其中收集和输送的功能通过不同类型的布线执行的光伏电池。即，许多网格指状元件，US 6,586,270 B2中称为集电极，用于载流子收集并且形成第一类型的布线。这些网格指状元件仅在给定的触点附接并与少量汇流条直接接触。汇流条布置在网格指状元件的顶部上并且使用导电胶与这些触点处的网格指状元件连接。汇流条输送收集的电荷载流子至各自的紧接着的电池并且因此形成不同于网格指状元件的第二类型的布线。
因此，根据本发明，每个单根导线用于经由导电前侧表面层收集光生的电荷载流子并且输送所收集的电荷载流子从收集点直至相应紧接着的相邻电池。因此，本发明的光伏模块的单独线不具有任何彼此相互直接接触的点。缺少与其他线的触点避免在这种触点处始终存在的由于潜在接触不良导致的潜在电损耗。
为了清楚起见，应当理解，使用的当然不是单个导线，而是在下面描述的合适类型的多根导线。根据本发明，全部单根导线在垂直于其相应的纵向导线延伸的方向上具有凸出的外表面并且包括金属芯和导电胶线涂层，该导电胶线涂层通过导电的粘结直接附接至给定的电池本体的前侧表面层或者后侧表面层并且与其直接电接触。
所描述的本发明的光伏模块的布线概念有利地简化电池或者模块的制作过程，因为其需要特别少的制作步骤。特别地，在制作电池时，不需要金属化步骤。如有必要，在后续的模块制作期间进行任何金属化。另外，对于制作电池，不需要在各个电池的不同导线之间建立任何电触点。鉴于此，布线概念还增加操作中电池的可靠性，因为电池不存在接触不良的风险，现有技术中使用的网格指状元件与汇流条之间的这种电触点将构成接触不良的风险。
建立粘结是相对平缓的处理，用于直接附接单根导线并且使其直接电接触至前侧表面层或者后侧表面层。特别地，该处理允许避免高处理温度，例如与公知的通过焊接建立前侧表面层和网格指状元件之间的连接的标准布线概念相比较，网格指状元件与汇流条之间的连接也是如此。焊接必然需要相对高的温度，通常，介于230℃至260℃中间，并且在电池在焊接之后冷却至室温时，存在电池裂纹或者损坏的风险。该不希望的损坏风险的原因在于线和电池材料的热膨胀系数的差值。因此，因为在相对低的处理温度下建立粘结需要电池或者模块后续从处理温度冷却，与焊接的处理温度相比较，该温度较低，实现电池的机械应力的量的明显减少。这使得在制作过程中实现特别低的电池和模块不合格率，以及本发明的光伏模块的长寿命。另外，可以在没有机械损伤的风险的情况下制作厚度特别薄的电池。
如所提到的，为了输送许多应用情形下需要的量的光生电流，使用更大数量的线可能是合适的或者需要的。这存在由于电池本体表面的覆盖的或者阴影的面积增加以及来自布线的反射导致的光损耗增加的风险。在本发明的第一方面的模块中，通过单根导线在垂直于其各自的纵向导线延伸的方向上的凸出的外表面减少电损耗。凸出的表面提供用于散射或者反射照射光的给定的几何结构，允许实现光的高折射，光最初通过给定的线散射，但是最终通过单次或者多次散射事件重定向在电池的表面的未被线覆盖的有源部件上。
作为概要，因此，通过组合其特征，本发明的光伏模块实现制作以及操作上的显著优势，并且通过其特征性的前图案可识别，该前图案具有与电池上的凸出的外表面非交叉的线，这些线不具有任何网格指状元件。
在下文中，将描述本发明的第一方面的光伏模块的实施方式。
单根导线与给定的电池本体的前侧表面层或者后侧表面层之间的粘结在相应的表面的全长上连续延伸不是必要要求。在优选实施方式中，然而，为了优化载流子收集的效率，单根导线与给定的电池本体的前侧表面层或者后侧表面层之间的粘结在电池本体的前表面或者后表面上不断地延伸。这使得线直接在前表面或者后表面的沿着粘结的延伸的任一点处收集光生的电荷载流子，在具体实施方式中，粘结从第一边缘达到电池本体的相对的第二边缘。
合适于前侧表面层的材料是透明的并且导电的材料。可以使用无机材料和有机材料。合适的无机材料例如是透明的传导氧化物(TCO)，诸如氧化铟锡(ITO)、氟掺杂的氧化锡(FTO)或者氟掺杂的氧化锌。合适的碳基材料或者有机材料包括石墨烯或者聚合物。
在优选实施方式中，前侧表面层对于照射的用于电荷载流子的光生的电磁辐射的这些光谱分量是抗反射的。因此，反射损耗减少，因为通过透明的前侧表面层照射并且被半导体本体的表面反射的电磁辐射从前侧表面层的大气干扰反射朝向半导体本体，并且可能因此还用于电荷载流子的光生。
后侧表面层可以以不同的方法实现。在一个实施方式中，后侧表面层对于照射的用于电荷载流子的光生的电磁辐射的这些光谱分量是抗反射的并且是透明的。在这个实施方式中，后侧表面层以描述最后段中描述的实施方式的前侧表面层一样的方法实现。换言之，在这个实施方式中，照射在半导体本体的后侧上的电磁辐射也可以促进电荷载流子的光生。
在另一个替代实施方式中，然而，后侧表面层由抗氧化的金属制成。金属后侧表面层是高反射的，使得照射在前侧表面层上并且穿过半导体本体的电磁辐射反射回到半导体本体中并且用于电荷载流子的光生。因为金属后侧表面层是抗氧化的，所以防止在后侧表面层上形成电介质氧化层。这是有利的，因为线可以在模块制作期间通过随后步骤中的粘结附接于给定的电池的后侧表面层并且使得与其直接电接触，而没有在此期间在后侧表面层上形成电隔离氧化层的风险。虽然通常实施方式可使电池以任何合适的方式电连接，优选实施方式使电池经由多根导线电连接以形成提供电压至外部电负载的电池的串联连接。优选地，在这些优选实施方式中，前面设置的线在给定的电池的电池本体的前表面上延伸并且引导至电池即串联连接中的下一个)的电池本体的后表面。在替代的、当前非优选实施方式中，电池经由多根导线电连接以形成提供开路电压至外部电负载的电池的并联连接。
在下文中，将描述具有线的具体有利特性的实施方式。对于给出的导线，电阻损耗变得符合增加的电流量，然而，线的电阻率随着增加的截面线性地减小。因此，认为在现有技术中使用多个截面小的线而不是几个较粗的导线是有利的。为了促成这种概念，公知的设计使用大量非常窄的并且扁平的网格指状元件的布线图案，用于在电池区域上收集电流并且用于传导电流至宽的汇流条，汇流条通常由扁平的镀锡铜线制成。这种太阳能电池布线图案通常具有2与12之间的汇流条。
然而，汇流条的扁平导致太阳能电池的阴影，该太阳能电池也导致了光损耗。相比较，如上文描述的，在本发明的模块中的线的凸出的外表面提供有利的几何结构，用于减少由于通过线散射或者反射照射光导致的光损耗。线的凸出的外表面可以以许多不同的方式实现。优选地，导电的导线的与其纵向延伸垂直的截面平面具有圆形形状。在一些实施方式中，圆形形状是椭圆形。更加优选地，线具有基本圆形的截面。
因此，期望以适于平衡光损耗和电损耗以实现最小的可能值的方式优化线的尺寸和数量(单位长度)。圆形或者至少大约圆形是用于最小化光损耗和电损耗的特别合适的形状。例如，与相同横向延伸的扁平线比较，电损耗通过圆形线的更大的截面面积得到减少。同时，如以上说明的，光损耗减少。给定的应用情况的实际数量(除了别的之外)依据电池的尺寸、线材料的尺寸和比电导率、以及前侧表面层的电导率。关于线尺寸，优选地，金属芯在垂直于线的纵向延伸的方向上的延伸在50与400微米之间。
因此，对于圆形线形状，线直径优选在50与400微米之间。对于椭圆形的线形状，同样用于主轴和短轴，其各自在50与400微米之间，但是彼此不同。在一些实施方式中，每0.1米的电池包括在垂直于线的纵向延伸的方向上计数的10至40个线。在这种实施方式中，每个线仅需要输送小于1安培的电流，保持小的电损耗。给定的电池的计数还依据电池尺寸，一些有利的实施方式因此在给定的电池的每个表面上具有10至70个上述尺寸的导线的数量。例如，采用157x157mm2的典型电池尺寸的实施方式的每个表面优选具有15至61根导线。
适当地，所有导线以相等的间隔布置，即，彼此等距地布置。
为了保持小的电损耗，线的金属芯优选由铜、铝、镍或者包含这些金属的至少两种的合金制成。该列表是为了给出通常合适的非限制性实例。在具体应用情形中可以指出其他金属的使用。
在实施方式中，金属芯由非腐蚀性镀层覆盖。优选地，非腐蚀性的镀层由银制成。银层具有实现比诸如铜的钢丝芯金属更可靠的至用于胶线涂层的多个导电的粘结的电接触的优势。
适用作导电胶线涂层的材料在本领域通常是公知的。电导率适当地由诸如银、镍、铜或石墨、碳黑、氧化铟、氧化锡、氧化铟锡(ITO)、或者氧化锌的导电分量制成的颗粒所引起。导电分量的颗粒以彼此建立接触的量(例如，80％的质量)存在，并且以这种方法使电流成为可能。该导电分量悬浮在同时保持导电的粘结的粘性分量中。粘性分量可以是聚合树脂、合成树脂、环氧树脂、清漆或者硅酮。导电的粘结的具体实例是诸如填充银的环氧树脂的高粘度导电液体。合适的导电的粘结的另一实例是导电胶粘带。
优选地，导电胶线涂层的厚度在20微米与40微米之间。在优选实施方式中，导电胶线涂层由一层导电的粘合材料形成。
一些实施方式的线涂层是黑色的，以满足审美市场需求。然而，对于改善的光学性能，优选白色或者无色透明的线涂层。特别地，这些类型的线涂层有以下好处：电磁辐射从线涂层或者金属芯分别朝向电池反射，并且可用于电荷载流子的光生，尽管最初击中线。在模块的操作中，从线反射回来的大量电磁辐射通过(完全)反射有利地朝向电池重定向，形成模块的透明盖。导线的凸出几何外形增强该效果。
在优选实施方式中，在横断面视图中看到的胶线涂层包括接触金属芯(或者，如果存在，围绕金属芯的非腐蚀性镀层)的内涂层和围绕内涂层并且形成与电池本体的粘结的外涂层。
半导体本体最好是晶体硅本体。一些实施方式的硅本体具有靠近电池本体的前表面的相对薄的n掺杂发射极层和延伸至半导体本体的后表面的较较粗的p掺杂基层。基底是用于响应于电磁辐射的吸收的电荷载流子的光生的光敏区域，还称为有源层。在形成异质结电池的实施方式中，半导体本体以第一导电类型的氢化非晶硅(a-Si:H)的掺杂层、无掺杂的a-Si:H层、第二导电类型的晶体掺杂的硅本体、无掺杂的a-Si:H层、及第二导电类型的a-Si:H层的顺序形成。在该实施方式的优选变型中，第一导电类型是p型导电性，第二导电类型是n型导电性。
在一组实施方式中，电池本体另外包括直接布置在半导体本体的表面上的导电钝化层。钝化层的钝化功能在于降低光生电荷载流子的表面复合。
该组的一些变型中的钝化层仅设置在半导体本体的前表面上。在其他变型中，仅设置在半导体本体的后表面上。在另一组变型中，设置在半导体本体的前表面以及后表面上。
在一些变型中，钝化层分别设置在除了导电前侧表面层或者后侧表面层之外的位置。因此，在该情况下，钝化层布置在半导体本体与前侧表面层或者后侧表面层之间。
在一些没有另外的钝化层的实施方式中，前侧表面层或者后侧表面层同时具有钝化功能。钝化层可以由例如，银或镍、SiC或者Al2O3或者其组合制成。
根据本发明的第二方面，提供了一种制作光伏模块的方法。该方法包括以下步骤
-对每个电池：
-制作包括具有响应于电磁辐射的吸收的电荷载流子的光生的光敏区域的半导体本体的电池本体
-在半导体本体上布置对于照射的用于电荷载流子的光生的电磁辐射是透明的导电前侧表面层，由此形成电池本体的前表面，并且
-在半导体本体上布置导电后侧表面层，因此，形成电池本体的后表面；方法进一步包括
-通过在单根导线的胶线涂层与给定的电池本体的前侧表面层或者后侧表面层之间形成粘结，经由多个导电的导线电连接电池，导电的导线在垂直于其各自的纵向导线延伸的方向上具有凸出的外表面并且包括金属芯和导电胶线涂层。
该方法有利地简化电池的制作过程，因为它需要特别少的制作步骤。在制作电池的过程中不再需要金属化步骤。在这里，对于制作电池，也不再需要在电池上建立不同的导电体，诸如网格指状元件和汇流条之间的任何电触点。鉴于此，方法还增加制作电池并且因此整个模块的可靠性，因为避免了接触不良的风险，现有技术中使用的网格指状元件与汇流条之间的这种电触点将构成接触不良的风险。
建立粘结是相对平缓的处理，用于直接附接单根导线并且使其直接电接触至前侧表面层或者后侧表面层。特别地，该处理允许避免高处理温度。因此，实现了由于现有的热膨胀系数的不配比导致的电池的机械应力的量的明显减少。这使得在制作过程中实现特别低的电池和模块不合格率，以及本发明的光伏模块的长寿命。另外，可以在没有机械损伤的风险的情况下制作厚度特别薄的电池。
附图说明
在下文中，将参考附图描述其他实施方式。
在附图中：
图1示出了包括电池本体和布置在电池本体的前侧和后侧上的单根导线的光伏电池；
图2示出了包括电池本体和布置在电池本体的前侧上的单根导线的光伏电池；
图3示出了包括电池本体和布置在电池本体的后侧上的单根导线的光伏电池；
图4示出了电连接以形成光伏模型的多个电池中的两个电池；
图5至图10示意性地示出了用于通过一系列在方法的不同处理阶段的中间产品制作光伏电池的电池本体的方法的实施方式；
图11至图16示意性地示出了用于通过一系列在方法的不同处理阶段的中间产品制作光伏电池的电池本体的方法的另一实施方式；
图17至图20以截面图示意性地示出了可以附接于光伏电池的线；以及
图21示出了光伏电池的另一实施方式的截面图。
具体实施方式
在说明附图之前，应注意，示出的附图是示意性的。特别地，在附图中示出的视图未按比例绘制，并且不旨在表示不同层或者示出的其他结构特征之间的任何几何关系。在附图中示出导线，示出的导线的各个数量是仅出于说明性的原因选择的，而不旨在暗示所示的导线数量是给出的附图表示的光伏电池的实施方式的合适选择。附图未显示公知的标准封装特征。如众所周知的，光伏模型是光伏电池的封装的连接组件。为了简单起见，本图形表示未显示用于保护电池和模块，尤其防止机械损坏和水分的封装特征。
图1示出了包括电池本体102的光伏电池100。电池本体102包括半导体本体104、导电的前侧表面层106和导电的后侧表面层110。
半导体本体104是硅晶体，在本实施方式中，该硅晶体具有靠近电池本体102的前表面108的相对薄的n掺杂发射极层114和延伸至半导体本体104的后表面112的较较粗的p掺杂基层116。
基层116是用于响应于电磁辐射的吸收的电荷载流子的光生的光敏区域。因此，当曝光时，电池100响应于吸收电磁辐射，经由光伏效应生成电荷载流子，即，电子和空穴。
在未示出的变型中，n掺杂发射极层114不是靠近前侧108布置，而是靠近电池本体的后侧112布置。在该情况下，p掺杂基层116靠近电池本体的前侧108布置。
在未示出的另一实施方式中，p掺杂发射极被使用并且布置靠近电池本体的前侧或者后侧，并且n掺杂基层布置靠近电池本体的后侧或者前侧的各个相对侧。
返回至在图1中示出的光伏电池100，前侧表面层106布置在半导体本体104上并且形成电池本体102的前表面108。前侧表面层106对于那些用于电荷载流子的光生的照射电磁辐射的光谱分量是抗反射的。因此，在电池的工作期间的反射损耗可以减少，因为通过透明的前侧表面层106照射并且被半导体本体104的表面反射的电磁辐射从前侧表面层106的大气干扰反射朝向半导体本体104，并且可能因此还用于电荷载流子的光生。
后侧表面层110布置在半导体本体104上并且形成电池本体104的后表面112。后侧表面层110与前侧表面层106相同的方式实现并且因此是抗反射的和透明的，使得照射在半导体本体104的后侧112上的电磁辐射也可以有助于电荷载流子的光生。
在未示出的变型中，电池本体102另外包括半导体本体104与前侧表面层106之间的导电前侧钝化层。后侧钝化层也可另外地或可替换地布置在半导体本体104与后侧表面层110之间。
在未示出的其他实施方式中，后侧表面层由抗氧化并且高反射的金属制成，使得照射在前侧表面层上并且穿过半导体本体的电磁辐射反射回半导体本体并且用于电荷载流子的光生。
本示例性实施方式的电池100具有大约157乘以157mm2的大小，这是公知的通常用于光伏电池的标准尺寸之一。然而，电池尺寸不是必要特征并且可以根据给出的应用情形的要求进行选择。
在图1的示例性实施方式中，导线118布置在电池本体102的前侧108和后侧112上。在本实施例中，在前表面108上示出了14个单根导线118，并且在后表面112上示出14个单根导线118。然而，用于图形表示的目的选择该数量。根据给定应用的要求选择合适数量的导线，并且通过将关于光损耗的边界条件纳入考虑，尤其是通过阴影和反射，鉴于材料选择的电损耗、输出功率要求等的优化适当地确定。对于给出的导线，电阻损耗变得符合增加的电流值，然而，导线的电阻率随着增加的截面仅线性地减小。因此，与仅几个较粗的导线进行比较，优选选择更大数量的具有较小导线截面的导线。沿垂直于导线的纵向延伸的方向计数，电池100的合适设计包括每0.1米(即，10厘米或者3.9英寸)10到40根导线。在这种实施方式中，在电池100的操作中，每根导线118仅需要输送小于1安培的电流，这样保持小的电损耗。
导电的导线118是彼此等距的。因此，单根导线118不具有彼此相互直接接触的任何点。缺少与其他导线的接触点避免在这种接触点处可能出现的潜在电损耗。
在本实施方式中，导线118的与其纵向延伸垂直的截面平面具有圆形形状。在未示出的其他实施方式中，导电的导线具有椭圆形状。与通常由不平的、镀锡的铜线组成的公知的光伏电池的内部连线相比，圆形的或者至少大约圆形形状是用于最小化光学损耗和电损耗的特别合适的形状。在这种公知的光伏电池中，扁平侧连接至电池。其平坦度导致太阳能电池的阴影，这是光损耗的原因。
每一根导线118包括金属芯120和导电胶导线涂层122。在实施方式中，导线118具有基本圆形的截面，金属芯的直径适当地在20微米与400微米之间。优选较小的直径来实现较小的导线直径。较小的导线直径允许布置更大数量的导线，并且从而改善来自前表面层108的载流子收集，并减少由于前表面层108的电阻导致的电损耗。在一些实施方式中，直径达到甚至小于20微米的值。
导线118的金属芯由铜、铝、镍或者包含这些金属的至少两种的合金制成。
导电胶导线涂层122的厚度在30微米与40微米之间。例如，可以使用35微米的厚度。在本示例性实施方式中，胶线涂层由填充银的环氧树脂制成。在未示出的其他实施方式中，胶线涂层的材料是聚合树脂、合成树脂、环氧树脂、清漆或者硅酮。胶线涂层包括由诸如银、镍、铜、或者石墨、碳黑、氧化铟、氧化锡、氧化铟锡(ITO)、或者氧化锌的导电分量制成的导电颗粒，以保证导线涂层的高电导率。
在图17至图20的背景下，下文将进一步地描述适合用于本发明背景下的导线的其他替代的截面结构。例如，虽然在本实施方式中，导线涂层122直接布置在金属芯120上，但是下文进一步示出的另一实施方式包括金属芯，该金属芯被无腐蚀性的镀层包围，后面是胶线涂层(图18)。
导线涂层122分别通过导电的粘结直接附接并且直接电接触至电池本体104的前侧表面层106或者后侧表面层110。虽然单根导线与电池本体102的前侧表面层106或者后侧表面层110之间的粘结在各个表面的全长时连续延伸不是必要要求，然而这是优选的，以优化载流子收集的效率。因此，在本实施方式中，单根导线与前侧表面层或者后侧表面层之间的粘结在电池本体102的前表面108和后表面112上连续延伸。这允许导线118直接在前表面或者后表面的沿着粘结的延伸的任一点处收集光生的电荷载流子，这适当地从电池本体102的第一边缘达到相对的第二边缘，在垂直于图1的纸张平面的方向，即沿着导线118的纵向延伸上看到的。
光伏电池100的该布线概念还简化电池以及包括电池的模块的制作过程，因为这仅需要几个制作步骤。特别地，对于制作电池，不需要金属化，并且不需要执行焊接以建立与电池本体102的前侧或者后侧表面层的电接触，也不需要不同导线之间的任何电触点。鉴于此，布线概念还增加操作中的可靠性，因为不存在接触不良的风险，从现有技术公知的网格指状元件与汇流条之间使用的这种电触点将构成接触不良的风险。
由于在图1的实施方式中，所有的单根导线118通过沿着其整个纵向延伸的导电的粘结直接附接并且直接电接触至电池本体102的前侧表面层106或者后侧表面层110，实现了特别高的载流子收集效率。
因此，诸如电池100的光伏电池产生强电流，达到例如几乎10A的电流量。为了达到光伏模型的优化输出功率，需要以最小的电损耗将该电流量从一个电池输送至下一个电池(参见图4)。鉴于此，有利的是，作为光伏模型的一部分的单根导线118同时用于将电池100与模块的其他电池直接电连接，并将生成的电荷载流子传输至下一个电池。换言之，本发明的光伏模块的单根导线不具有任何彼此相互直接接触的点。缺少与其他导线的接触点避免在这种接触点处可能出现的潜在电损耗。
在图4的背景下，将进一步说明包括多个在上文描述的光伏电池的光伏模块的其他优点。
图2作为光伏电池100的变型示出了光伏电池200。电池200通常如关于图1描述的配置。为此，图2中使用的给定结构元件的参考标号与图1中相应的结构元件使用的那些类似，除了第一个数字，它是“2”而不是“1”。因此，在描述图1的光伏电池的同时对其进行参考。以下描述集中于电池100与200之间的差异。
不像如在图1中示出的将单根导线218布置在电池202的前侧和后侧，在图2中，电池200的单根导线218仅布置在电池200的前侧208上。另外，导线218以与图1中描述的单根导线相同的方式配置。特别地，因此每个导线218包括金属芯220和通过导电的粘结直接地附接至并且直接电接触至电池本体202的前侧表面层206的导电胶线涂层222。
电池200可以在光伏模块中用作“端部电池”，即，作为光伏电池的串联连接中的第一个或者最后一个电池。用于将电池200连接至外部电负荷的另外的布线在本领域中是公知的，为简单起见这里未示出。
图3作为光伏电池100的进一步变型示出了光伏电池300。电池300通常如关于图1描述的配置。因此，图3中使用的给定结构元件的参考标号与图1中相应的结构元件使用的那些类似，除了第一数字，它是“3”而不是“1”的。因此，同时参考图1的光伏电池的描述。以下描述集中于电池100与300之间的差异。
不是如在图1中示出的具有布置在电池302的前侧和后侧上的单根导线318，图3的电池300的单根导线318仅布置在电池300的后侧312上。另外，导线318以与图1中描述的单根导线相同的方式配置。特别地，因此，导线318中的每一个包括金属芯320和通过导电的粘结直接地附接至并且直接电接触至电池本体302的后侧表面层310的导电胶线涂层322。
如对于电池200，电池300可以在光伏模块中用作“端部电池”，即，作为光伏电池的串联连接中的第一个或者最后一个电池。再次，用于连接电池300至外部电负荷的另外的布线在本领域是公知的，为简单起见这里未示出。
图4示出了包括多个电连接以形成光伏模块的电池的光伏模块(PM)的截面图。
为了进一步简单起见，仅示出两个电池400、400’。电池400、400’中的每一个及其组成部分如关于图1描述的配置。电池400、400’通常如关于图1描述的配置。为此，图4中使用的给定结构元件的参考标号与图1中相应的结构元件使用的那些类似，除了第一个数字，它是“4”而不是“1”。应注意，在图4中示出的截面平面关于在图1至3中示出的截面平面成90度。
因此，光伏模块(PM)的电池400、400’中的每一个包括包含半导体本体404、404’的电池本体402、402’、导电前侧表面层406、406’及布置在半导体本体404、404’上并且形成电池本体402、402’的后表面412、412’的导电后侧表面层410、410’。前侧表面层406、406’形成电池本体402、402’的前表面408、408’，并且后侧表面层410、410’形成电池本体402、402’的后表面412、412’。
光伏模块(PM)的电池串联地电连接。特别地，两个电池400、400’经由多个导电的导线418彼此电连接。应该注意的是，由于观察方向，在
图4中仅一根导线418可见并且沿着其纵向延伸示出。电池400、400’进一步经由导线418’、418”电连接至其串联连接中的其他相邻电池(未示出)。
因此，可看到串联连接经由相应的导电前侧和后侧表面层406和410’的电池400的n掺杂发射极层414与下一个电池400’的p掺杂基层416’之间建立电接触。
因此，多根导线418在电池400的电池本体402的前表面408上延伸并且引导至电池400’(即串联连接中的下一个)的电池本体402’的后表面412’。为了优化载流子收集的效率，导线418与电池400的前侧表面层406和串联中紧接着的电池400’的电池本体402’的后侧表面层410’之间的粘结在相应表面408、412’的全长上不断地延伸。这使得导线418能够直接在前表面408的沿着粘结的延伸的任一点处收集光生的电荷载流子，粘结从第一边缘420延伸至电池本体402的相对的第二边缘420’。
导线418’、418”(也是多根导线中的最初的导线)指示电池400、400’的每一个与光伏模块的下一个电池以关于电池400、400’的电连接描述的相同的方法经由也包括导线418的多根导线串联连接。
虽然图4的实例具有串联的电连接以实现期望的输出电压，但是作为替代方案，也可以并联进行电连接以提供期望的电流能力。
图5至图10示意性地示出了用于通过在方法的不同处理阶段的一系列中间产品制作光伏电池的电池本体的方法的实施方式。在下文中，将同时参考图5至10。
图5示出了作为第一处理阶段的初始产品500的p型硅晶片516，其最终将用作光伏电池的电池本体1000的基层。
在缺陷蚀刻和清洗，以及POCl3扩散之后，获得另外包括n掺杂的发射极层514、接着是氧化层550的中间电池产品。发射极层514和氧化层550都围绕硅晶片的剩余p掺杂区域516。该处理步骤通过在图6中示出的中间电池本体600可见。
在随后的边缘绝缘步骤之后，获得中间电池产品700，其中，从在图7中示出的中间电池本体700的侧面552去除氧化层550以及n型掺杂层516。因此，n型掺杂层514、514’布置在由氧化层550、550’覆盖的前侧和后侧上。
在氧化物蚀刻和清洗步骤中，去除氧化层550、550’及n型掺杂层514’，因此获得包括硅晶片516和硅晶片516前面的n型掺杂层514的中间电池产品800，如在图8中表示的。布置在晶片500的前侧上的n型掺杂层514起电池本体1000的发射极层的作用。
在后侧A1打印步骤之后，获得在图9中示出的中间电池产品900。其包括后侧表面层511。在本方法中，后侧表面层511由铝制成。铝是一种导电并且高反射的金属，使得照射在前侧表面层上并且穿过半导体本体504的电磁辐射反射回到半导体本体504并且用于电荷载流子的光生。同时，铝后侧表面层允许以特别低的电损耗在相邻的光伏电池之间引导电流。
在下一个处理步骤之后获得在图10中示出的电池本体1000，下一个处理步骤包括点火并且淀积透明导电氧化物层作为前侧表面层506。
在连续的处理步骤中，通过导电的粘结直接将如在图17至图20中所示的导线的单独导电的导线附接于电池本体1000的前侧表面层506或者后侧表面层511。建立粘结是相对平缓的处理，用于直接附接单根导线并且使其直接电接触前侧表面层或者后侧表面层。特别地，该处理允许避免高处理温度。因为在相对低的处理温度下建立粘结需要电池或者模块后续从处理温度冷却，与焊接的处理温度相比较，该温度较低，实现电池的机械应力的量的明显减少。这使得在制作过程中实现特别低的电池不合格率，以及光伏模块的长寿命。另外，可以在没有机械损伤的风险的情况下制作厚度特别薄的电池。
如果单根导线附接于前侧表面层和后侧表面层，则获得了关于图1描述的光伏电池。如果导线仅附接于前侧表面层，则获得图2描述的光伏电池，相应地，如果导线仅附接于后侧表面层，则获得图3描述的光伏电池。
在包括多个电连接的光伏电池的模块中，透明盖通常布置在多个电池上，因此在运行模块时，从导线反射回来的大量电磁辐射通过(完全)反射有利地朝向电池改方向。
应注意，制作如图10中所示的电池本体1000不使用丝网印刷。
图11至图16示意性地示出用于通过一系列在方法的不同处理阶段的中间产品制作光伏电池的电池本体1600的方法的另一实施方式。在下文中，将同时参考图11至图16。
图11示出作为第一处理阶段的初始产品1100的n型硅晶片1116，其最终将用作光伏电池的电池本体1600的半导体本体1104。
在缺陷蚀刻和清洗以及从晶片1116的后侧的硼扩散的步骤之后，获得包括p掺杂层1114、后面是氧化层1150的中间电池产品1200，如图12中所示，两者围绕n掺杂硅晶片1116。
在边缘绝缘步骤之后，获得中间电池产品1300，从中间电池产品1300的侧面1152去除氧化层1150以及p掺杂层1114。因此，在硅晶片1116的前面和后侧，布置了各自由图13的氧化层1150、1150’覆盖的p掺杂层1114、1114’。
在氧化物蚀刻和清洗步骤中，去除氧化层1150、1150’及p掺杂层1114’，使得从硅晶片1116获得中间电池产品1400，硅晶片1116由具有布置在晶片1116的基层的后侧上的p掺杂层1114的半导体本体1104形成，如图14中描述的。布置在晶片1116的后侧上的p型掺杂层1114形成电池本体1600的发射极层。
在后续的处理步骤中，在半导体本体1104的前面和后侧上制作导电钝化层1154、1154’以保护其免受化学反应，诸如环境大气中的氧化，在图15中作为中间电池产品1500示出。
在钝化层1154、1154’上制作透明导电氧化物(TCO)层作为前侧表面层1106和后侧表面层1110之后，获得如图16中所示的电池本体1600。
在后续的处理步骤(未示出)中，导电的导线，例如，图17至20中示出的导线，通过导电的粘结直接附接至电池本体1600的前侧表面层1106或者后侧表面层1110以建立与前侧表面层1106或者后侧表面层1110并且因此与电池本体1600的直接电接触。导线还可以通过导电的粘结附接至电池本体1600的前侧表面层1106和后侧表面层1110，因此获得与图1描述的电池类似的光伏电池，注意基层和发射极层的掺杂以及基层和发射极层的顺序是相反的。
图17至图20示意性地示出了适用于本发明的光伏电池的导线1718、1818、1918、2018的不同实施方式的截面图。导线制作为附接于电池本体，例如，图1至4的光伏电池的实施方式中示出的。以下描述同时参考图17至20。
图17至图20中示出的导线1718、1818、1918、2018具有圆形形状的、垂直于其纵向延伸的截面平面。形成替代物以及合适的实施方式的这里未示出的导线具有另一种形状的凸形，比如诸如椭圆形的另一种圆形。
在图17至图20中示出的导线全部包括相应的金属芯1720、1820、1920、2020。在图17的导线1700中，金属芯被单个导电胶线涂层1722包围，该单个导电胶线涂层1722可用于通过导电的粘结直接将导线附接至给定的电池本体的前侧表面层或者后侧表面层，用于建立直接的电接触。在图18的实施方式中，金属芯1820与导电胶线涂层1822之间存在非腐蚀性镀层1824。与仅使用金属芯1820相比，非腐蚀性镀层1824可用于建立与导电的粘结1822的更可靠的接触。供铜金属芯使用的合适的非腐蚀性镀层由银制成。
在图19和图20的实施方式中使用制成双层的胶线涂层。在图19中示出的导线1918具有其金属芯1920，该金属芯1920被胶线涂层1922包围用于形成与电池本体的粘结，该胶线涂层1922由直接接触金属芯1920的内涂层1926和围绕内涂层1926的外涂层1928制成。如图18的实施方式，图20的导线2018包括被非腐蚀性镀层2024额外包围的金属芯2020。非腐蚀性镀层2024被胶线涂层2022包围，该胶线涂层2022包括接触非腐蚀性镀层2024的内涂层2026和围绕内涂层2026的外涂层2028。
图21示出光伏异质结电池2100的另一实施方式的截面图。异质结电池2100具有电池本体2102，该电池本体2102包括半导体本体2104、导电的前侧表面层2106和导电的后侧表面层2110。
导电前侧表面层2106由诸如TCO的透明的导电材料制成。前侧表面层2106对于用于电荷载流子的光生的照射电磁辐射的那些光谱分量是抗反射的。
异质结电池2100的半导体本体2104包括(在图21中自上而下)氢化非晶硅(a-Si:H)的p型掺杂层2114、无掺杂的a-Si:H层2115、晶状n掺杂硅本体2116、无掺杂的a-Si:H层2117、及n掺杂的a-Si:H层2119。因此，半导体本体2104具有由靠近电池本体2102的前表面2108的p掺杂a-Si：H层2114形成的相对薄的p掺杂发射极层，以及由延伸至电池本体2102的后表面2112的层2116至2119形成的较厚的n掺杂基底。基底是用于响应于电磁辐射的吸收的电荷载流子的光生的光敏区域。
导电后侧表面层2110可以由诸如TCO的透明的导电材料或者金属制成。在两者情况下，后侧表面层2110的光学性质支持照射在前侧上并且达到半导体本体2104的后侧的任何电磁辐射反射回半导体本体中。
在图21的示例性实施方式中，导线2118布置在电池本体2102的前侧2108和后侧2112上。导线如图17至图20的实施方式的其中一个那样，因此直接通过导电的粘结分别附接至电池本体104的前侧表面层2106和后侧表面层2110并与其直接电接触。这使得导线118直接在前表面或者后表面的沿着粘结的延伸的任一点处收集光生的电荷载流子。
光伏电池2100的这种布线概念还简化异质结电池2100以及包括电池的模块的制作工艺，因为这仅需要几个制作步骤。特别地，为了制作电池，不需要金属化，并且不需要执行焊接以建立与电池本体2102的前侧表面层或者后侧表面层的电接触，也不需要不同导线之间的任何电触点。
总之，已公开包括多个光伏电池的光伏模块的实施方式。电池的电池本体包括布置在半导体本体上的导电前侧表面层。这形成电池本体的对电磁辐射透明的前表面。导电后侧表面层布置在半导体本体上并且形成电池本体的后表面。电池经由多个导电的导线彼此电连接，该多个导电的导线配置为提供电压至模块运行中的外部电负载。导线具有凸出的外表面并且包括金属芯和导电胶线涂层，该导电胶线涂层通过导电的粘结直接附接至并位于给定的电池本体的紧邻的电接触面。

Claims (15)

1.一种光伏模块(PM)，包括多个光伏电池(400、400’)，所述电池(400)中的每一个包括电池本体(402)，所述电池本体(402)包括具有响应于电磁辐射的吸收光生电荷载流子的光敏区域的半导体本体(404)；其中，
-所述电池本体(402)包括导电前侧表面层(406)和导电后侧表面层(410)，所述导电前侧表面层(406)布置在所述半导体本体(404)上并形成所述电池本体(402)的前表面(408)，并且所述导电前侧表面层对于用于光生所述电荷载流子的照射电磁辐射是透明的，所述导电后侧表面层(410)布置在所述半导体本体(404)上并且形成所述电池本体(402)的后表面(412)；
-所述电池(400、400’)经由多个导电的导线(418)彼此电连接，所述多个导电的导线被配置为在所述模块的操作中向外部电负载提供电压；
-单个所述导线(418)在垂直于它们相应的纵向导线延伸的方向上具有凸出的外表面并且包括金属芯和导电胶线涂层，所述导电胶线涂层通过导电的粘结直接附接至且直接电接触至给定的所述电池本体(402)的所述前侧表面层(406)或者所述后侧表面层(410)。
2.根据权利要求1所述的模块，其中，单个所述导线(418)与给定的所述电池本体(402)的所述前侧表面层(406)或者所述后侧表面层(410)之间的所述粘结在所述电池本体(402)的前表面(408)或者后表面(412)上连续延伸，以使所述导线直接在所述前表面(408)或者所述后表面(412)上的、沿着所述粘结从所述电池本体(402)的第一边缘(420)至相对的第二边缘(420’)延伸的任一点处收集光生的所述电荷载流子。
3.根据权利要求1或2所述的模块，其中，所述前侧表面层(406)对于那些用于光生所述电荷载流子的照射电磁辐射的光谱分量是抗反射的。
4.根据上述权利要求中至少一项所述的模块，其中，所述后侧表面层(410)对于那些用于光生所述电荷载流子的照射电磁辐射的光谱分量是抗反射的且透明的。
5.根据权利要求1至3的任一项所述的模块，其中，所述后侧表面层(511)由抗氧化的金属制成。
6.根据上述权利要求中至少一项所述的模块，其中，所述电池(400、400’)经由多个所述导线(418)电连接以形成所述电池的串联连接，用于向外部电负载提供所述电压。
7.根据权利要求6所述的模块，其中，前面一组导线(418)在给定的电池(400)的所述电池本体(402)的前表面(408)上布线并被引导至串联连接中的下一个所述电池(400’)的所述电池本体(402’)的后表面(412’)。
8.根据上述权利要求中至少一项所述的模块，其中，在垂直于所述导线的纵向延伸的方向上计数，所述电池每0.1米包括10至40根所述导线。
9.根据上述权利要求中至少一项所述的模块，其中，所述导线的金属芯(1720)由铜、铝、镍或者包含这些金属中的至少两种的合金制成。
10.根据上述权利要求中至少一项所述的模块，其中，所述金属芯(1820)由非腐蚀性镀层(1824)覆盖。
11.根据上述权利要求中至少一项所述的模块，其中，所述胶线涂层由一层(1722)导电的粘合材料形成。
12.根据权利要求1至10中的至少一项所述的模块，其中，截面图中看到的所述胶线涂层包括接触所述金属芯(1920)的内涂层(1926)和围绕所述内涂层(1926)且形成至所述电池本体的粘结的外涂层(1928)。
13.根据上述权利要求中至少一项所述的模块，其中，所述半导体本体(404)是晶体硅本体。
14.根据上述权利要求中至少一项所述的模块，其中，所述电池本体还包括直接布置在所述半导体本体(1104)的表面上的导电钝化层(1154、1154’)。
15.一种用于制作包括多个光伏电池的光伏模块的方法，其中，所述方法包括以下步骤：
-针对每个所述电池：
-制作包括半导体本体的电池本体，所述半导体本体具有响应于电磁辐射的吸收光生电荷载流子的光敏区域；
-在所述半导体本体上布置导电前侧表面层由此形成所述电池本体的前表面，所述导电前侧表面层对于用于光生所述电荷载流子的照射电磁辐射是透明的，并且
-在所述半导体本体上布置导电后侧表面层，由此形成所述电池本体的后表面；所述方法进一步包括以下步骤：
-通过在单根导线的胶线涂层与给定的所述电池本体的前侧表面层或者后侧表面层之间形成粘结，经由多个导电的导线电连接所述电池，所述多个导电的导线在垂直于它们相应的纵向导线延伸的方向上具有凸出的外表面并且包括金属芯和导电胶线涂层。
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