CN111725335A - Hbc高效太阳能电池背电极连接及封装一体化结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了HBC高效太阳能电池背电极连接及封装一体化结构，从下至上依次铺设透明前板，第一EVA封装材料，无主栅背电极的HBC太阳能电池，电路/封装材料，第二EVA封装材料及背板，HBC太阳能电池背电极引线设有分别连接呈指状交叉分布的P型a‑Si：H层和N型a‑Si：H层的P型细栅和N型细栅，细栅表面交替分布着主栅和细栅连接时隔离P型细栅和N型细栅的绝缘层，所述HBC太阳能电池背电极分别连接收集P型细栅和N型细栅电流的P型主栅电极和N型主栅电极及各个电池片相互间的串联/并联连接导线直接预制在电路/封装材料上。本发明实现了封装的同时完成了背电极连接和电池片相互间串联/并联连接的一体化操作，延长栅线电极寿命，利于电池组件的电路设计。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其涉及一种HBC高效太阳能电池背电极连接及封装一体化结构。
背景技术
在应对全球能源资源短缺、气候变暖和人类生态环境恶化的危机中，越来越多的国家开始实行“阳光计划”，开发和应用无污染可再生的太阳能资源。其中尤以光伏发电的发展最为迅速，太阳能电池是光伏发电的核心，可以直接将太阳能转化为人类使用的电能。硅基太阳能电池作为第一代电池，目前依然是世界上产量和安装量最高的太阳能电池。
目前硅基太阳能电池的种类很多，目前转换效率达到25％的高效率硅基太阳能电池主要有发射极PERL，叉指背接触IBC，异质结HBC等。而异质结类型的背接触型(HBC型)晶体太阳能电池是背接触IBC电池与硅基异质结HIT电池的良好结合。由于没有正面栅线遮光，极大降低了栅线对太阳光的遮挡损失，电池有高的短路电流；其正面先生长“一个钝化效果非常好的钝化层”钝化表面，再沉积SiNx减反膜降低反射率。背面先沉积一层本征a-Si：H，再沉积呈指状交叉分布N型a-Si：H层和P型a-Si：H层，由于有高质量的氢化非晶硅钝化，电池有高的开路电压。如图1所示，HBC电池A的电极都分布在背光面，包含连接P型a-Si：H层的细栅电极A11和连接N型a-Si：H层的细栅电极A12，细栅电极A11和A12一般为丝网印刷的导电银浆，并呈交叉排列的叉指状结构，然后通过主栅电极A13和A14将细栅电极末端连接起来，实现电池电流的收集。主栅电极A13和A14可以通过印刷银和电镀铜工艺获得，但因电池电流大，主栅电极要足够宽。银主栅存在粘接性不好、电流大、银浆用量大、成本高、遮光面积大进一步降低背面吸收光的效率；而电镀铜主栅也存在铜面积大、工艺精度要求高、污染环境存在限制发展问题等。此外，只有两根主栅各分别将P型细栅电极和N型细栅电极连接起来，若细栅电极出现断栅，断开部分的电流将得不到收集；同时远离主栅电极处产生的载流子需要通过整个细栅电极而被收集，会导致电池的串联电阻较高，这些都将降低电池性能。因此，现有的HBC电池背电极连接仍面临巨大的挑战。
目前光伏行业的背接触电池主要有导电胶和柔性电路背板的封装和涂锡铜带焊接和普通背板的封装两种方式。第一种方式取消焊接工艺降低焊接导致的碎片率，但需要特殊的印刷和铺设设备，且材料价格较高，组件生产成本相应较高。第二种方式材料成本低，但无法避免焊接造成的碎片，较难适应未来太阳能电池的发展需要。总而言之，目前的HBC电池背电极的连接和组件封装主要仍是分别以独立的工艺工序完成的。
发明内容
为解决上述现有HBC高效太阳能电池背电极连接及组件封装问题，全面改善背接触太阳能电池背电极连接和组件封装工艺，本发明提供了一种HBC高效太阳能电池背电极连接及封装一体化结构。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：HBC高效太阳能电池背电极连接及封装一体化结构，所述封装一体化结构从下至上依次铺设透明前板，第一EVA封装材料，无主栅背电极的HBC太阳能电池，在EVA封装材料直接预制有主栅电极及各个电池片相互间的串联/并联连接导线的电路/封装材料，第二EVA封装材料及背板，HBC太阳能电池背电极引线设有分别连接呈指状交叉分布的P型a-Si：H层和N型a-Si：H层的P型细栅和N型细栅，所述P型细栅和N型细栅表面交替分布着主栅和细栅连接时隔离P型细栅和N型细栅的绝缘层，所述HBC太阳能电池背电极分别连接收集P型细栅和N型细栅电流的P型主栅电极和N型主栅电极及各个电池片相互间的串联/并联连接导线直接预制在电路/封装材料上。
进一步的，所述P型细栅和N型细栅采用丝网印刷技术制备的导电银浆。
进一步的，所述P型细栅和N型细栅总数为200-300条，线宽为20-60um。
进一步的，所述P型细栅和N型细栅表面的绝缘层交叉分布在主栅和细栅接触但为非连接的区域，绝缘层为绝缘油墨或绝缘胶。
进一步的，所述绝缘层与细栅平行方向的长度比主栅线宽宽1-3mm，与细栅垂直方向的宽度为比细栅线宽宽0.2-0.4mm。
进一步的，所述P型主栅电极和N型主栅电极及各个电池片相互间的串联/并联连接导线直接预制在电路/封装材料上的方法为直接将两者粘接或在封装材料表面掩膜并沉积电极导电膜。
进一步的，所述第一EVA封装材料、第二EVA封装材料和电路/封装材料为乙烯-醋酸乙烯脂共聚物(EVA)、乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)等中的至少一种。
进一步的，所述P型主栅电极和N型主栅电极与P型细栅和N型细栅呈垂直分布，所述P型主栅电极和N型主栅电极为铜线、铜丝、铜带、铜膜等中的至少一种。
进一步的，所述P型主栅电极和N型主栅电极总数为20-30条，分别交替连接P型细栅和N型细栅。
进一步的，所述P型主栅电极和N型主栅电极线宽为100-500um，相邻主栅电极间的间距为4-8mm。
由上述对本发明结构的描述可知，和现有技术相比，本发明具有如下优点：
本发明将HBC电池背电极连接的主栅电极和封装时电池片相互间串联/并联的连接导线直接预制在封装材料表面，减少了HBC电池背电极的主栅电极的制备工序和组件封装前电池片之间串联/并联连接的焊接工艺，避免焊接导致的碎片率，并实现了封装的同时完成了HBC高效太阳能电池的背电极连接和电池片相互间串联/并联的连接的一体化操作；再者通过多组较细的主栅线替代末端两根粗主栅线来收集细栅电极的电流，既有效避免了远离主栅电极处产生的载流子通过整个细栅电极收集而导致的电池串联电阻较高的问题，又能实现分流，从而延长栅线电极的寿命；通过HBC电池背电极细栅表面的绝缘层设置，实现组件封装后主栅和细栅的快速连接，再者电池片相互间的串联和并联连接导线直接预制在封装材料表面，利于电池组件的电路设计。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为常规HBC高效太阳能电池的背电极连接示意图；
图2为本发明无主栅HBC太阳能电池的背电极结构示意图；
图3为图2的a1-a2位置的剖面图；
图4为图2的b1-b2位置的剖面图；
图5为本发明表面预制电池主栅电极的EVA封装材料结构示意图；
图6为本发明HBC太阳能电池组件封装结构示意图；
图7为本发明无主栅HBC太阳能电池和表面预制电池主栅电极的EVA材料封装后背电极连接结构示意图；
图8为图7的a1-a2位置的剖面图；
图9为图7的b1-b2位置的剖面图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例
本发明提供了一种HBC高效太阳能电池背电极连接及封装一体化结构，如图2、3和4所示，HBC太阳能电池B的背电极栅线只有分别连接呈指状交叉分布的P型a-Si：H层B1和N型a-Si：H层B2的P型细栅B11和N型细栅B12；细栅电极表面交替分布着主栅和细栅连接时隔离P型细栅B11和N型细栅B12的绝缘层B13。还包含如图5所示，背电极连接收集P型细栅B11和N型细栅B12电流的P型主栅电极B14和N型主栅电极B15及各个电池片相互间的串联/并联连接线则直接预制在电路/封装材料C上，从而实现HBC太阳能电池在组件封装的同时完成背电极中收集电流的P型主栅电极B14和N型主栅电极B15分别与P型细栅B11和N型细栅B12的连接及电池片相互间的串联/并联连接。
其中，所述P型细栅B11和N型细栅B12为采用丝网印刷技术制备的导电银浆，细栅电极总数为200-300条，分别连接呈指状交叉分布的P型a-Si：H层B1和N型a-Si：H层B2；所述P型细栅B11和N型细栅B12线宽为20-60um；所述P型细栅B11和N型细栅B12表面的绝缘层B13为绝缘油墨或绝缘胶；所述细栅电极表面的绝缘层B13交叉分布在主栅和细栅接触但为非连接的区域；所述细栅电极表面的绝缘层B13与P型细栅B11和N型细栅B12平行方向的长度比P型主栅电极B14和N型主栅电极B15线宽宽1-3mm，与P型细栅B11和N型细栅B12垂直方向的宽度为比细栅线宽宽0.2-0.4mm；
所述P型主栅电极B14和N型主栅电极B15及电池片间的串联/并联连接导线预制到电路/封装材料C的方法，是采用直接将两者粘接或在封装材料表面掩膜并沉积电极导电膜等；所述封装材料为乙烯-醋酸乙烯脂共聚物(EVA)、乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)等中的至少一种；所述预制在封装材料的P型主栅电极B14和N型主栅电极B15为铜线、铜丝、铜带、铜膜等中的至少一种；所述预制在封装材料C的P型主栅电极B14和N型主栅电极B15与HBC电池B上的P型细栅B11和N型细栅B12呈垂直分布；所述预制在封装材料的P型主栅电极B14和N型主栅电极B15总数为20-30条，分别交替连接P型细栅B11和N型细栅B12；所述P型主栅电极B14和N型主栅电极B15线宽为100-500um，相邻两主栅电极间的间距为4-8mm。
如图6所示，HBC太阳能电池组件封装结构从下至上依次铺设透明前板D，第一EVA封装材料C1，无主栅背电极的HBC太阳能电池B，在封装材料EVA直接预制有主栅背电极和各个电池片相互间的串联/并联连接导线的电路/封装材料C，第一EVA封装材料C2及背板D’。其中，HBC电池B背电极包含260条细栅，P型细栅B11和N型细栅B12各130条，分别交替连接硅片B3背面呈指状交叉分布的P型a-Si：H层B1和N型a-Si：H层B2，及细栅电极表面交替分布着主栅和细栅连接时隔离P型细栅B11和N型细栅B12的绝缘层B13。电路/封装材料C上包含预制了与HBC电池B相对应，分别交替连接P型细栅B11和N型细栅B12的P型主栅电极B14和N型主栅电极B15及连接各电池片间串联/并联连接导线，主栅电极共24根，连接P型细栅B11和N型细栅B12各12条。然后按正常层压工艺进行层压，层压后HBC电池的背电极如图7、8、9所示，HBC电池B的P型细栅B11和N型细栅B12分别与电路/封装材料C上的P型主栅电极B14和N型主栅电极B15连接，两者垂直分布，并通过HBC电池BP型细栅B11和N型细栅B12表面的绝缘层B13将P型细栅B11与N型主栅电极B15、N型细栅B12与P型主栅电机B14绝缘。即如图9连接P型细栅B11的P型主栅电极B14与P型细栅B11连接的同时通过N型细栅B12上绝缘层B13使B12和B14绝缘不相连；如图8连接N型细栅B12的N型主栅电极B15与N型细栅B12连接的同时通过P型细栅B11上绝缘层B13使B11和B15绝缘不相连。
本发明将HBC电池背电极连接的主栅电极和封装时电池片相互间串联/并联的连接导线直接预制在封装材料表面，减少了HBC电池背电极的主栅电极的制备工序和组件封装前电池片之间串联/并联连接的焊接工艺，避免焊接导致的碎片率，并实现了封装的同时完成了HBC高效太阳能电池的背电极连接和电池片相互间串联/并联的连接的一体化操作；再者通过多组较细的主栅线替代末端两根粗主栅线来收集细栅电极的电流，既有效避免了远离主栅电极处产生的载流子通过整个细栅电极收集而导致的电池串联电阻较高的问题，又能实现分流，从而延长栅线电极的寿命；通过HBC电池背电极细栅表面的绝缘层设置，实现组件封装后主栅和细栅的快速连接，再者电池片相互间的串联和并联连接导线直接预制在封装材料表面，利于电池组件的电路设计。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.HBC高效太阳能电池背电极连接及封装一体化结构，其特征在于：所述封装一体化结构从下至上依次铺设透明前板，第一EVA封装材料，无主栅背电极的HBC太阳能电池，在EVA封装材料直接预制有主栅电极及各个电池片相互间的串联/并联连接导线的电路/封装材料，第二EVA封装材料及背板，HBC太阳能电池背电极引线设有分别连接呈指状交叉分布的P型a-Si：H层和N型a-Si：H层的P型细栅和N型细栅，所述P型细栅和N型细栅表面交替分布着主栅和细栅连接时隔离P型细栅和N型细栅的绝缘层，所述HBC太阳能电池背电极分别连接收集P型细栅和N型细栅电流的P型主栅电极和N型主栅电极及各个电池片相互间的串联/并联连接导线直接预制在电路/封装材料上。
2.根据权利要求1所述HBC高效太阳能电池背电极连接及封装一体化结构，其特征在于：所述P型细栅和N型细栅采用丝网印刷技术制备的导电银浆。
3.根据权利要求1所述HBC高效太阳能电池背电极连接及封装一体化结构，其特征在于：所述P型细栅和N型细栅总数为200-300条，线宽为20-60um。
4.根据权利要求1所述HBC高效太阳能电池背电极连接及封装一体化结构，其特征在于：所述P型细栅和N型细栅表面的绝缘层交叉分布在主栅和细栅接触但为非连接的区域，绝缘层为绝缘油墨或绝缘胶。
5.根据权利要求1所述HBC高效太阳能电池背电极连接及封装一体化结构，其特征在于：所述绝缘层与细栅平行方向的长度比主栅线宽宽1-3mm，与细栅垂直方向的宽度为比细栅线宽宽0.2-0.4mm。
6.根据权利要求1所述HBC高效太阳能电池背电极连接及封装一体化结构，其特征在于：所述P型主栅电极和N型主栅电极及各个电池片相互间的串联/并联连接导线直接预制在电路/封装材料上的方法为直接将两者粘接或在封装材料表面掩膜并沉积电极导电膜。
7.根据权利要求1所述HBC高效太阳能电池背电极连接及封装一体化结构，其特征在于：所述第一EVA封装材料、第二EVA封装材料和电路/封装材料为乙烯-醋酸乙烯脂共聚物(EVA)、乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)等中的至少一种。
8.根据权利要求1所述HBC高效太阳能电池背电极连接及封装一体化结构，其特征在于：所述P型主栅电极和N型主栅电极与P型细栅和N型细栅呈垂直分布，所述P型主栅电极和N型主栅电极为铜线、铜丝、铜带、铜膜等中的至少一种。
9.根据权利要求1所述HBC高效太阳能电池背电极连接及封装一体化结构，其特征在于：所述P型主栅电极和N型主栅电极总数为20-30条，分别交替连接P型细栅和N型细栅。
10.根据权利要求1所述HBC高效太阳能电池背电极连接及封装一体化结构，其特征在于：所述P型主栅电极和N型主栅电极线宽为100-500um，相邻主栅电极间的间距为4-8mm。
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