CN111540801A - 一种低温硅异质结电池组件的制作与修复方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低温硅异质结电池组件的制作方法，在太阳能电池的正面及背面均制备细栅电极和主栅电极，所述一个太阳能背面主栅电极通过互联条与所述另一个太阳能电池的正面主栅电极固定连接在一起，形成太阳能电池串；本发明还提供一种低温硅异质结电池组件的修复方法，包括以下步骤：S1筛选出不良片X；S2将不良片X正面互联条保留在电池片B的背面上；S3将不良片X背面互联条保留在电池片A的正面上；S4选取电池片Y，通过并层焊接或重叠焊接替换不良片X；本发明的有益效果是：通过将背面的主栅电极和正面主栅电极相互串联，形成串联电池组件；通过并层焊接或重叠焊接，能抵抗拉力；通过限定互联条的合金镀层，防止故障，能快速成型。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池制备与修复领域，具体是一种低温硅异质结电池组件的制作与修复方法。
背景技术
晶体硅太阳电池以单晶或者多晶硅片为基底，制作成单个太阳电池器件，形成太阳电池的基础器件。在光照条件下单个晶体硅太阳电池的输出功率在5至10瓦之间，输出电压在0.6至0.8V之间，电流在10A左右。为了形成大规模的电力应用，通常把多个太阳电池进行串、并联，形成太阳电池串，然后用玻璃、背板材料进行封装成，制作成组件，组件既可保护太阳电池器件，避免长期暴露在强光照射大气环境下发生损坏，又方便运输和安装，组件的输出功率因电池片的尺寸和串并联的电池片数量而异，60片M2尺寸(
)电池片构成的组件输出功率通常在300至500瓦之间，电压在40V左右，电流在10A左右。其中，电池片的串联通常采用焊接的方式，在电池片的正面和背面制作金属电极，用金属互联条或者金属线进行焊接，把一个电池片的正面电极连接到另一个电池的背面电极，形成电池之间的串联，电池串的输出电压是各个电池的叠加，输出电流受串联电池中电流最小的电池钳制。
为了提高太阳电池的转换效率，太阳电池正面通常制作成细栅和主栅的电极结构，细栅用来收集太阳电池产生的光生载流子，其宽度在20至80微米之间，主栅用于电池的串并联，向外部电路输出电流和电压，因电池和组件结构不同，主栅有很大的差异，宽度范围也较大，通常在0.1mm至1.2微米之间。正面细栅和主栅电极的主要成分为银或者铝。太阳电池的背面电极结构虽然各有差异，但是，通常也制作成与正面主栅对应的主栅结构，便于电池串联时进行焊接。太阳电池的主栅和细栅通常利用丝网印刷技术印刷含有银粉或者铝粉以及其他具有良好导电性的金属粉末的浆料制作，在600度以上的高温进行烧结处理，与太阳电池材料之间形成附着力很强的金属电极以及表面合金层。电池之间的连接通常用金属互联条进行焊接，其基本成分为铜或者无氧铜，表面涂有便于焊接的图层，主要成分为锡-铅合金、锡-银-铅合金、锡-银合金等，焊接温度在180度以上，焊带与电池之间的附着力在1N/mm以上。
在电池串焊接或者焊接后制作组件的过程中，有时候会出现电池片损坏、部分脱焊或者焊接不良等问题，通过电致发光(EL)检查发现明暗不均匀的电池片，这种不良在实际使用中会影响电流的传输，造成局部阻抗增加，产生发热，烧坏组件甚至引起火灾，需要进行替换或者修复。电池串中不良电池片的替换或者修复通常采用设备或者人工的方法处理，利用串接设备或者电络铁把不良电池片取出，然后重新焊接新的电池，常规晶体硅太阳电池以及高效PERC电池等采用该方法进行修复，操作简单。由于金属电极与电池之间的附着力很强，即使重复焊接也不会造成焊接强度衰减，在电池串中形成不均匀。
硅异质结SHJ太阳电池以n型单晶硅片为基底的双面太阳电池，其基本结构为，在正面分别制作本征非晶硅薄膜、n型掺杂非晶硅薄膜、透明导电氧化物薄膜叠层、金属电极；在背面分别制作本征非晶硅薄膜、p型掺杂非晶硅薄膜、透明导电氧化物薄膜叠层、金属电极，正面和背面的金属电极一般由细栅线和主栅线构成，也有全部使用细栅的电极结构，这种结构称作为无主栅(Non-Busbar：NBB或者Busbarless：BBL)。由于非晶硅薄膜热稳定性差，当热处理温度高于250℃时非晶硅薄膜中的氢原子发生解离导致结构发生变化甚至产生相变，形成微晶硅或者具有晶体结构的硅薄膜，破坏硅片表面钝化结构，引起太阳电池的开路电压以及转换效率下降。因此，硅异质结太阳电池一般采用树脂型低温固化银浆或者电镀铜作为金属电极，干燥和固化温度控制在250℃以下。树脂型低温固化银浆的缺点是焊接拉力弱，银电极与透明导电氧化物薄膜之间的附着力以及银电极与金属互联条之间的焊接强度都比较弱，导致金属互联条与电池片表面的焊接拉力弱，一般在1N/mm甚至更低，而且，互联条与透明导电氧化物薄膜之间的焊接拉力受主栅线厚度以及平整度的影响非常敏感，厚度越薄，焊接拉力越弱。主栅线高度不平也影响焊接拉力。为了提高焊接拉力，需要增加主栅的厚度，提高主栅的平整度，造成成本增加。由于树脂型低温固化金属电极附着力弱，制作组件时，一旦焊带与电池片的主栅焊接后就难以重复焊接，使电池串和组件的制作变得困难，制作电池串和组件的成品率和生产性下降、成本增加，给SHJ电池的大批量应用带来了障碍。
近年来，在组件技术方面出现了多种新型组件技术，例如，用导电胶或者导电胶膜粘接替代焊接，既可降低银浆耗量，减低成本，也可以提高焊接的可靠性。具有代表性的是含有金属导电粒子的导电胶膜(Adhesive Conductive Film；ACF)、导电胶(ElectroConductive Adhesive；ECA)、智能布线(Smart-Wire)等，这些技术都是利用导电胶或者导电胶膜把金属互连线与太阳电池的电极粘接在一起，达到电学导通的目的，但是这些粘接材料具有不可逆性，一旦固化不能反复，在组件制作中出现不良电池片的时候难以修复，需要新的技术解决方案。
因此，针对对光伏组件制作过程中，尤其针对硅异质结太阳电池用低温固化银浆制作的金属电极附着力弱，如何克服在组件制作的电池焊过程中金属互连焊带与金属电极之间焊接拉力弱的缺点，以及在利用导电胶带、导电胶、导电胶膜等粘接技术制作组件时，电池串中出现碎片、隐裂、明暗不均等不良现象需要修复电池串焊的技术问题，在不影响电池串中相邻电池粘接的前提下，利用设备操作或者人工检测操作替换不良电池片，实现电池串修复的组件制作方法，如何提高组件制作中缺陷电池片的修复率以及降低修复不良电池对相邻电池与金属互连焊带的连接状况的影响，继而降低组件制作中的电池损耗，从而提高成品率，成为当今太阳能电池亟待解决的问题之一。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种低温硅异质结电池组件的制作与修复方法，以至少达到抗强拉力、高修复率的目的。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种低温硅异质结电池组件的制作方法，在太阳能电池的正面及背面均制备细栅电极和主栅电极，所述的一个太阳能背面主栅电极通过互联条与所述的另一个太阳能电池的正面主栅电极固定连接在一起，形成太阳能电池串。
优选的，为了进一步使太阳能电池串具备代表性，所述的固定连接采用导电胶膜、导电胶或智能布线中的一种；通过限定固定连接的方式，进而使本法的串联方法能更适应不同的太阳能电池的固定连接形式。
本发明还提供一种低温硅异质结电池组件的修复方法，包括以下步骤：
S1通过电致发光检测或人工检测操作中，筛选出太阳能电池串的不良电池片，并标记为不良片X；
S2将包含有不良片X的电池串正面朝上，加热背面，使不良片X正面固定连接的互联条松开，对应的互联条保留在相邻的电池片的背面上，将此电池片标记为电池片B；
S3待电池片B上保留的互联条完全脱离固定后，将电池串翻转，背面朝上，加热正面，使背面的互联条松开，对应的互联条保留在相邻的电池片的正面上，将此电池片标记为电池片A；
S4选取与电池片A和电池片B同一档位的良好电池，标记为电池片Y，将电池Y通过并层焊接或重叠焊接，替换不良片X的位置，形成修复后的电池串。
优选的，为了进一步实现高修复率，所述的加热温度为180-350℃；利用加热的高温，使电池串之间的互联条充分受热，熔化从而分离，形成分离的电池片。
优选的，为了进一步实现抗强拉力与高修复率，所述的并层焊接或重叠焊接为包括以下步骤：
(1)选择性能参数与电池片A和B在同一个档位，并且外观颜色无明显差异，其正、背面朝向与电池片A和B一致的电池片Y；
(2)在选择的电池片Y的正面主栅电极焊接互联条，延伸方向与电池串的排列方向一致，并向电池片B延伸；
(3)将正面焊接好的电池片Y翻转，此时将电池片Y的背面主栅电极焊接互联条，延伸方向与电池串的排列一致，并向电池片A延伸；
(4)剪切电池片Y的背面主栅电极的所有互联条，剪切处为靠近电池片A相邻侧的0.5-2mm范围内，保证切断面光滑平整，在电池片A的正面主栅电极连接的互联条与电池片Y的背面主栅电极连接的互联条铺设在一起，同时按照重叠5-10mm的长度修剪或按照并列长度5-10mm的长度修剪；
(5)将电池片Y的正面主栅电极的所有互联条和电池片B按照步骤(4)进行修剪；
(6)将步骤(4)和(5)修剪后的互联条均通过熔接方式连接在一起；通过将替换的电池片Y的互联条，与原不良电池片X的相邻电池片A和B进行并层焊接或重叠焊接，进而实现替换后的电池片Y能与电池片A和B的互联条直接固定住，同时互联条上特殊的合金焊层能使焊接的互联条联系紧密，形成紧密的连接结构，进而能抵抗较大的拉力。
优选的，为了进一步实现高修复率，所述的焊接温度为180-350℃；通过对应特殊的合金镀层所采用的焊接温度，对应加热的180-350℃，能充分利用焊接和加热对应的温度，使修复阶段温度能保持一定。
优选的，为了进一步实现抗强拉力的目的，所述的熔接为通过电焊或者电热使互联条熔化接合在一起；通过采用电焊或者电热的形式，将固定的互联条在0.5-2mm的剪切长度下，以5-10mm为连接的范围，将互联条固定连接形成固定的主体，进而使互联条之间的抗拉力区域最优化，从而实现抗强拉力的目的。
优选的，为了进一步实现抗强拉力的目的，所述的互联条为优良电导率的金属材料，并且表面覆盖有合金镀层；所述的合金镀层为Sn-Pb-Bi、合金Sn-Sb-Ag合金或者Sn-Pb合金；通过限定互联条为优良电导率的覆盖有合金镀层的金属材料，进而利用金属材料的高电导率，防止串联的组件出现“断流”或“断电”的现象，同时合金镀层能具备良好的焊接熔化性能，能在较低的温度下熔接在一起，并且能快速成型，形成稳定的熔接结构。
本发明的有益效果是：
1.通过将一个电池片的背面的主栅电极和另一个电池片的正面主栅电极相互串联，形成固定的串联电池组件，同时采用互联条作为连接组件，进而利用互联条之间的坚固的连接结点使电池串之间的稳定性加强，从而实现抵抗强拉力的目的，而串联形式也为高效修复做铺垫。
2.利用加热的高温，使电池串之间的互联条充分受热，熔化从而分离，形成分离的电池片。
3.通过将替换的电池片Y的互联条，与原不良电池片X的相邻电池片A和B进行并层焊接或重叠焊接，进而实现替换后的电池片Y能与电池片A和B的互联条直接固定住，同时互联条上特殊的合金焊层能使焊接的互联条联系紧密，形成紧密的连接结构，进而能抵抗较大的拉力。
4.通过对应特殊的合金镀层所采用的焊接温度，对应加热的180-350℃，能充分利用焊接和加热对应的温度，使修复阶段温度能保持一定。
5.通过采用电焊或者电热的形式，将固定的互联条在0.5-2mm的剪切长度下，以5-10mm为连接的范围，将互联条固定连接形成固定的主体，进而使互联条之间的抗拉力区域最优化，从而实现抗强拉力的目的。
6.通过限定互联条为优良电导率的覆盖有合金镀层的金属材料，进而利用金属材料的高电导率，防止串联的组件出现“断流”或“断电”的现象，同时合金镀层能具备良好的焊接熔化性能，能在较低的温度下熔接在一起，并且能快速成型，形成稳定的熔接结构。
附图说明
图1为本发明的串联电池组件示意图；
图2为本发明的修复方法示意图；
图3为本发明的重叠焊接示意图；
图4为本发明的并层焊接示意图；
图5为本发明的导电胶粘接示意图。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
实施例1
如图1所示，一种低温硅异质结电池组件的制作方法，在太阳能电池的正面及背面均制备细栅电极和主栅电极，所述的一个太阳能背面主栅电极通过互联条与所述的另一个太阳能电池的正面主栅电极固定连接在一起，形成太阳能电池串。
为了进一步使太阳能电池串具备代表性，所述的固定连接采用导电胶膜、导电胶或智能布线中的一种；通过限定固定连接的方式，进而使本法的串联方法能更适应不同的太阳能电池的固定连接形式。
如图2所示，本发明还提供一种低温硅异质结电池组件的修复方法，包括以下步骤：
S1通过电致发光检测或人工检测操作中，筛选出太阳能电池串的不良电池片，并标记为不良片X；
S2将包含有不良片X的电池串正面朝上，加热背面，使不良片X正面固定连接的互联条松开，对应的互联条保留在相邻的电池片的背面上，将此电池片标记为电池片B；
S3待电池片B上保留的互联条完全脱离固定后，将电池串翻转，背面朝上，加热正面，使背面的互联条松开，对应的互联条保留在相邻的电池片的正面上，将此电池片标记为电池片A；
S4选取与电池片A和电池片B同一档位的良好电池，标记为电池片Y，将电池Y通过并层焊接或重叠焊接，替换不良片X的位置，形成修复后的电池串。
为了进一步实现高修复率，所述的加热温度为240℃；利用加热的高温，使电池串之间的互联条充分受热，熔化从而分离，形成分离的电池片。
如图3和图4所示，为了进一步实现抗强拉力与高修复率，所述的并层焊接或重叠焊接为包括以下步骤：
(1)选择性能参数与电池片A和B在同一个档位，并且外观颜色无明显差异，其正、背面朝向与电池片A和B一致的电池片Y；
(2)在选择的电池片Y的正面主栅电极焊接互联条，延伸方向与电池串的排列方向一致，并向电池片B延伸；
(3)将正面焊接好的电池片Y翻转，此时将电池片Y的背面主栅电极焊接互联条，延伸方向与电池串的排列一致，并向电池片A延伸；
(4)剪切电池片Y的背面主栅电极的所有互联条，剪切处为靠近电池片A相邻侧的1.0mm范围内，保证切断面光滑平整，在电池片A的正面主栅电极连接的互联条与电池片Y的背面主栅电极连接的互联条铺设在一起，同时按照重叠7mm的长度修剪或按照并列长度7mm的长度修剪；
(5)将电池片Y的正面主栅电极的所有互联条和电池片B按照步骤(4)进行修剪；
(6)将步骤(4)和(5)修剪后的互联条均通过熔接方式连接在一起；通过将替换的电池片Y的互联条，与原不良电池片X的相邻电池片A和B进行并层焊接或重叠焊接，进而实现替换后的电池片Y能与电池片A和B的互联条直接固定住，同时互联条上特殊的合金焊层能使焊接的互联条联系紧密，形成紧密的连接结构，进而能抵抗较大的拉力。
为了进一步实现高修复率，所述的焊接温度为240℃；通过对应特殊的合金镀层所采用的焊接温度，对应加热的240℃，能充分利用焊接和加热对应的温度，使修复阶段温度能保持一定。
为了进一步实现抗强拉力的目的，所述的熔接为通过电焊或者电热使互联条熔化接合在一起；通过采用电焊或者电热的形式，将固定的互联条在1mm的剪切长度下，以7mm为连接的范围，将互联条固定连接形成固定的主体，进而使互联条之间的抗拉力区域最优化，从而实现抗强拉力的目的。
为了进一步实现抗强拉力的目的，所述的互联条为铜芯，并且表面覆盖有合金镀层；所述的合金镀层为Sn-Pb-Bi合金；通过限定互联条为优良电导率的覆盖有合金镀层的金属材料，进而利用金属材料的高电导率，防止串联的组件出现“断流”或“断电”的现象，同时合金镀层能具备良好的焊接熔化性能，能在较低的温度下熔接在一起，并且能快速成型，形成稳定的熔接结构。
如图5所示，当采用导电胶膜(Adhesive Conductive Film；ACF)、导电胶(ElectroConductive Adhesive；ECA)或智能布线(Smart-Wire)作为电池串的连接方式时，与上述的修复方法的区别之处在于：
(1)针对固定连接的粘接材料的特性，采用物理或化学方法消除互联条与电池片的连接，清理互联条上残留的导电胶膜或者导电胶；
(2)利用串焊方式在替换电池正面和背面使互联条熔接，保证互联条与电池的良好接触以及接触的可靠性，避免人工操作所引起的不均匀性。
实施例2
将所述的并层焊接或重叠焊接的第(4)步骤更正为：剪切电池片Y的背面主栅电极的所有互联条，剪切处为靠近电池片A相邻侧的0.5mm，保证切断面光滑平整，在电池片A的正面主栅电极连接的互联条与电池片Y的背面主栅电极连接的互联条铺设在一起，同时按照重叠5mm的长度修剪或按照并列长度5mm的长度修剪；同时合金镀层为Sn-Pb-Bi合金，其余配方及步骤同实施例1。
实施例3
将所述的并层焊接或重叠焊接的第(4)步骤更正为：剪切电池片Y的背面主栅电极的所有互联条，剪切处为靠近电池片A相邻侧的2mm，保证切断面光滑平整，在电池片A的正面主栅电极连接的互联条与电池片Y的背面主栅电极连接的互联条铺设在一起，同时按照重叠10mm的长度修剪或按照并列长度10mm的长度修剪，同时合金镀层为Sn-Pb-Bi合金，其余配方及步骤同实施例1
实施例4
合金镀层选用Sn-Pb合金，其余配方及步骤同实施例1。
实施例5
加热温度以及熔接均采用180℃，其余配方及步骤同实施例1。
实施例6
加热温度以及熔接均采用350℃，其余配方及步骤同实施例1。
实施例7
将所述的互联条以铜锡合金为优良电导率的金属材料，镀层为Sn-Sb-Ag合金，其余配方及步骤同实施例1。
实施例8
将所述的互联条以铜银合金为优良电导率的金属材料，镀层为Sn-Pb-Bi合金，其余配方及步骤同实施例1。
对比例1
不采用并层焊接或重叠焊接的形式，直接将互联条之间熔接在一起，形成新的电池串，其余步骤及配方同实施例1。
对比例2
不采用合金镀层为Sn-Pb-Bi合金Sn-Sb-Ag合金或者Sn-Pb合金，直接采用Sn-Pb-Bi-Ag合金的镀层，其余步骤及配方同实施例1。
对比例3
不采用互联条串联的形式，直接采用粘接或者焊接电池片成电池串，得到新的电池串。
统计各个实施例和对比例的电池串的拉开的临界附着力(临界拉力)，即用拉力计在180°方向拉脱测试互联条的附着力，得到表1：
表1 各个实施例和对比例的电池串的临界拉力
| 类别 | 拉力大小(N) |
| 实施例1 | 0.56 |
| 实施例2 | 0.53 |
| 实施例3 | 0.48 |
| 实施例4 | 0.46 |
| 实施例5 | 0.39 |
| 实施例6 | 0.41 |
| 实施例7 | 0.51 |
| 实施例8 | 0.50 |
| 对比例1 | 0.19 |
| 对比例2 | 0.24 |
| 对比例3 | 0.12 |
同时，针对实施例1和对比例3，统计在1000个电池串中，模拟修复500个电池串，其修复后的成品率，得到表2
表2 实施例1和对比例3的模拟修复成品率
| 类别 | 成品率％ |
| 实施例1 | 97.6％ |
| 对比例3 | 76.3％ |
综合表1和表2可知，当采用互联条的串联形式制备的电池串基础上，利用并层焊接或重叠焊接的形式，更替损坏的不良电池片X和电池片Y，并且限定相邻侧长度为1mm，重叠或并列的长度为7mm，采用以Sn-Pb-Bi合金为镀层，焊接成型的电池串，其临界拉力为0.5N，修复成品率为97.6％，即证明了本发明的优越性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
Claims (9)
1.一种低温硅异质结电池组件的制作方法，其特征在于：在太阳能电池的正面及背面均制备细栅电极和主栅电极，所述的一个太阳能背面主栅电极通过互联条与所述的另一个太阳能电池的正面主栅电极固定连接在一起，形成太阳能电池串。
2.根据权利要求1所述的一种低温硅异质结电池组件的修复方法，其特征在于：所述的固定连接采用导电胶膜、导电胶或智能布线中的一种。
3.根据权利要求1-2任一项所述的一种低温硅异质结电池组件的修复方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1通过电致发光检测或人工检测操作中，筛选出太阳能电池串的不良电池片，并标记为不良片X；
S2将包含有不良片X的电池串正面朝上，加热背面，使不良片X正面固定连接的互联条松开，对应的互联条保留在相邻的电池片的背面上，将此电池片标记为电池片B；
S3待电池片B上保留的互联条完全脱离固定后，将电池串翻转，背面朝上，加热正面，使背面的互联条松开，对应的互联条保留在相邻的电池片的正面上，将此电池片标记为电池片A；
S4选取与电池片A和电池片B同一档位的良好电池，标记为电池片Y，将电池Y通过并层焊接或重叠焊接，替换不良片X的位置，形成修复后的电池串。
4.根据权利要求3所述的一种低温硅异质结电池组件的修复方法，其特征在于：所述的并层焊接或重叠焊接为包括以下步骤：
(1)选择性能参数与电池片A和B在同一个档位，并且外观颜色无明显差异，其正、背面朝向与电池片A和B一致的电池片Y；
(2)在选择的电池片Y的正面主栅电极焊接互联条，延伸方向与电池串的排列方向一致，并向电池片B延伸；
(3)将正面焊接好的电池片Y翻转，此时将电池片Y的背面主栅电极焊接互联条，延伸方向与电池串的排列一致，并向电池片A延伸；
(4)剪切电池片Y的背面主栅电极的所有互联条，剪切处为靠近电池片A相邻侧的0.5-2mm范围内，保证切断面光滑平整，在电池片A的正面主栅电极连接的互联条与电池片Y的背面主栅电极连接的互联条铺设在一起，同时按照重叠5-10mm的长度修剪或按照并列长度5-10mm的长度修剪；
(5)将电池片Y的正面主栅电极的所有互联条和电池片B按照步骤(4)进行修剪；
(6)将步骤(4)和(5)修剪后的互联条均通过熔接方式连接在一起。
5.根据权利要求4所述的一种低温硅异质结电池组件的修复方法，其特征在于：所述的焊接温度为180-350℃。
6.根据权利要求4所述的一种低温硅异质结电池组件的修复方法，其特征在于：所述的熔接为通过电焊或者电热使互联条熔化接合在一起。
7.根据权利要求3所述的一种低温硅异质结电池组件的修复方法，其特征在于：所述的加热温度为180-350℃。
8.根据权利要求3所述的一种低温硅异质结电池组件的修复方法，其特征在于：所述的互联条为优良电导率的金属材料，并且表面覆盖有合金镀层。
9.根据权利要求8述的一种低温硅异质结电池组件的修复方法，其特征在于：所述的合金镀层为Sn-Pb-Bi合金、Sn-Sb-Ag合金或者Sn-Pb合金。
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