CN112447866A - 一种异质结光伏电池表面电极结构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种异质结光伏电池表面电极结构，包括正电极表面和负电极表面，其各表面的边缘设置一条汇流连接电极，正、负电极表面上的两条汇流连接电极相互平行并且投影不重叠；正、负电极表面上均设置有垂直细电极族和平行细电极族，垂直细电极族为若干条垂直并交于汇流连接电极的电极，平行细电极族为若干条平行于汇流连接电极的电极，通过和电池表面细电极族组相互交汇成交叉导电网格结构，再通过汇流连接电极实现电池片电流汇集和输出，相邻两个电池通过导体连接电池边缘汇流连接电极实现电池间的电学连接。本发明的电池表面电极结构，收集电池片电流路径更短，电极遮挡占电池表面积和电极银浆用量更少，提高了电池效率，降低了电池的成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种异质结光伏电池表面电极结构以及相应电池串的连接。
背景技术
太阳电池是一种将能量转换的光电元件，其基本构造是运用P型与N型半导体接合而成的。半导体最基本的材料是“硅”，纯硅是不导电的，但如果在半导体中掺入不同的杂质，就可以做成P型与N型半导体，再利用P型半导体有个空穴(P型半导体少了一个带负电荷的电子，可视为多了一个正电荷)，与N型半导体多了一个自由电子的电位差来产生电流，所以当太阳光照射时，光能将硅原子中的电子激发出来，而产生电子和空穴的对流，这些电子和空穴均会受到内建电位的影响，分别被N型及P型半导体吸引，而聚集在两端。此时外部如果用电极连接起来，形成一个回路，这就是太阳电池发电的原理。
目前市场上最常见的晶硅光伏电池正面电极是采用丝网印刷技术印刷银质细电极线(细栅)和主电极线(主栅)形成的。电极是电池片的重要组成部分，它负责把电池光电感应层的光生电流引到电池外部。
然而，电池表面上的银电极会遮挡一部分面积的硅片，从而减少电池的总收光面积，降低电池的转换效率。因此，为提高电池光电转换效率，电极遮挡面积越小越好，即电极越细越好。同时，电极越细，单片电池所需银浆用量也越少，可以降低电池的成本。
作为非晶硅/晶体硅异质结太阳电池是在晶体硅上沉积非晶硅薄膜。因此，它结合了晶体硅电池与薄膜电池的优势，具有结构简单、工艺温度低、钝化效果好、开路电压高、温度特性好、双面发电等优点，成为高转换效率硅基太阳电池的发展方向。
但正是由于异质结正电极表面和负电极表面均可受光的特点，和目前市场上常规晶硅电池单面设置银质电极相比，其电极所需要银浆量比目前常规晶硅电池需要量翻了一倍。另外，异质结电池表面的TCO透明导电薄膜在高温下易分解，因此需使用的低温下烧结的银浆，即低温银浆。为保证导电性，其银含量高于常规电池使用的高温银浆。低温银浆的高耗量和高成本一直是异质结电池高成本的主要原因之一。因此，降低低温银浆耗量，成为异质结电池发展的产业目标。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于：提供一种异质结光伏电池表面电极结构，利用表面细电极结构实现低温银浆的低耗量，同时减少电极在电池表面的遮挡面积，提高电池效率，同时利用所述电池表面边缘的汇流连接电极，实现所述电池间的电学连接，在提高所述异质结电池效率的同时，减少电池串中电池间排布无效空间，提高光伏组件效率，同时为使用更薄硅片电池，降低电池成本，提供了技术可行性。
为解决传统光伏组件边框相关技术问题，本发明的技术方案是：一种异质结光伏电池表面电极结构，包括正电极表面和负电极表面，所述的正电极表面和负电极表面均受光发电；在所述的正电极表面边缘和负电极表面的边缘，各设置一条汇流连接电极，两条所述的汇流连接电极，相互平行并且投影不重叠；
在所述的正电极表面和负电极表面上，均设置有垂直细电极族和平行细电极族，所述的垂直细电极族为若干条相交于所述的汇流连接电极的相互平行的细电极，与所述的汇流连接电极电学连接；其电极宽度小于所述的汇流连接电极，
所述的平行细电极族为若干条平行于所述的汇流连接电极的相互平行的细电极，其电极宽度小于所述的汇流连接电极，与所述的垂直细电极族电学连接；
所述的正电极表面和负电极表面上的汇流连接电极与其对应表面上的垂直细电极族和平行细电极族相交形成的细电极网格连接，承担汇集电流及电池输出的作用；相邻两个电池通过导体连接电池表面边缘汇流连接电极，实现电池间的电学连接，并由数量为偶数的所述的异质结光伏电池串联组成光伏电池串；
所有所述的电极均采用银浆制成。
进一步地，所述的电池正电极表面和电池负电极表面上，垂直细电极族分布在整个异质结光伏电池的电极表面，即正电极表面上垂直细电极族和负电极表面上垂直细电极族，并分别与相应所述的正电极表面的汇流连接电极和负电极表面的汇流连接电极电学相连；垂直细电极族起到收集所述电池表面电流的作用。
进一步地，所述的正电极表面边缘汇流连接电极和负电极表面边缘汇流连接电极，通过和相应表面上垂直细电极族电学连接，起到电池表面电流的汇流作用和电池输出的作用；所述的垂直细电极族与所述的汇流连接电极倾角连接，倾角不大于90°，其包含的细电极不少于一条。
进一步地，所述的垂直细电极族内相互平行的各条细电极宽度尺寸保持一致，小于所述的汇流连接电极。
进一步地，所述的垂直细电极族内相互平行的各条细电极宽度尺寸不保持一致，均小于所述的汇流连接电极。
进一步地，在所述的电池正电极表面和电池负电极表面上，所述的平行细电极族分布在整个异质结光伏电池电极表面，即正电极表面上平行细电极族和负电极表面上平行细电极族，平行细电极族起到收集所述电池表面电流的作用；与相应表面上的所述的垂直细电极族相交电学连接，形成交叉的导电网格结构；所述的平行细电极族与所述的垂直细电极族呈倾角相交，倾角不大于90°，其包含的细电极不少于一条。
进一步地，所述的平行细电极族内相互平行的各条细电极宽度尺寸保持一致，小于所述的汇流连接电极。
进一步地，所述的平行细电极族内相互平行的各条细电极宽度尺寸不一致，均小于所述的汇流连接电极。
进一步地，所述的正电极表面和负电极表面上设置的电极均涂覆在透明导电膜表面上并和透明导电膜电学连接，与电池的硅片没有欧姆接触。
进一步地，连接两个所述电池汇流连接电极的导体，其截面形状为半圆形、圆形、三角形、矩形或梯形等多种外形；实现所述异质结电池间的电学连接。
与现有技术相比，本发明提供的一种异质结光伏电池表面电极结构，通过电池表面相互交汇的细电极组成交叉的导电网格结构，使电流收集路径更短，并可大幅度降低局部细电极被破坏情形对电流收集的影响；同时细电极族结构可以节省银浆使用量，消除使用焊带，降低了异质结生产成本，提高太阳能组件的转换效率，降低光伏组件的成本。
附图说明
图1示出本发明的异质结光伏电池截面示意图。
图2示出本发明的异质结光伏电池正电极表面汇流电极及细电极族和负电极表面汇流连接电极及细电极族示意图。
图3示出本发明的异质结光伏电池串电池排放示意图。
图4示出本发明的异质结光伏电池串电池连接示意图。
其中：100.异质结光伏电池示意图、
10.异质结光伏电池正电极表面汇流连接电极及细电极族示意图、
20异质结光伏电池负电极表面汇流连接电极及细电极族示意图、
1.本发明异质结光伏电池正电极表面汇流连接电极、
2.本发明异质结光伏电池表面垂直细电极族、
3.本发明异质结光伏电池表面平行细电极族、
4.本发明异质结光伏电池负电极表面汇流连接电极、
6.异质结光伏电池之间电学连接导体。
具体实施方式
如图所示，在一个实施例中，本案实施采用的是158*158N型单晶异质结光伏电池。
由于采用的电池尺寸是一样的，将用5栅常规电池片做比较基础。
(1)电池银浆使用量下降，降低所述异质结电池成本
对于异质结光伏电池表面上汇流连接电极，将采用和5栅常规电池上主栅一样的尺寸，即1*158mm。将通过调整细电极银浆宽度，高度和细电极根数，异质结光伏电池在采用本发明的表面电极结构后，使用的银浆量，以及所有电极在电池表面所占面积，具体结果详如表1。
从表1的数据中可得出，即使采用和常规电池一样的细电极尺寸，采用本发明的异质结光伏电池表面电极结构后，总的用银浆量只比常规电池用银量增加了42％。而传统电极结构的双面质结电池用银量较常规电池增加约100％。方案2说明保持等量细电极根数但减小细电极截面积的具体数据显示，银浆用量可以进一步下降，但考虑到细电极截面积下降，会带来电池串联电阻的增加，导致电池FF系数下降影响电池的发电效率。
方案4和方案5增加了细栅根数，保持细栅截面积和方案2、方案3一样。银浆用量比实验2～实验3增加。
方案6和方案7增加了细栅根数，保持细栅截面积一样。银浆用量增加。
实验结果表明，细电极截面积越大，电池串联电阻小，对电池的发电效果越好。但由于细电极的根数增加，电极通过电流变小，则对电池的串联电阻影响不大。
对于方案6，细电极的数量较常规电池增加5根，细电极的截面积降低10％，由于异质结光伏电池的电流比常规光伏电池电流小，近似串联电阻损耗等量，采用本发明电池表面电极结构的光伏电池双面的银浆用量只有常规单面光伏电池的137％。总用银量较传统电极结构的双面异质结电池节约32％左右。
(2)电池电极遮挡面积占电池表面积下降，提高所述异质结电池效率
从表2中电极占遮挡电池面积测算数据可得出，即使采用和常规电池一样的细电极尺寸，采用本发明的异质结光伏电池表面电极结构后，总的电极占电池表面积也比常规电池电极占电池表面积减少21％。
直观而言，细电极根数和细电极宽度两者直接影响到电极占电池表面积。因此，在优先确定大的细电极截面积的条件下，选择电极占电池表面积小的电极结构。在方案6和方案7中，细电极的截面积最大，但方案6的细电极根数是85根，方案7的细电极根数是80根。结果表明方案6的电池串联损耗电阻会更小。
对于方案6的电极结构，采用本发明电池表面电极结构覆盖电池表面积仅为常规光伏电池覆盖电池表面积的68％，明显减少电池表面的电极遮挡面积，提高电池的转换效率。
综上述所，利用本发明形成的异质结光伏电池表面电极结构，可以减少电极在电池表面积形成的遮挡，提高电池效率，同时细电极族结构可以节省银浆使用量，消除使用焊带，降低了异质结生产成本。
最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制性技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围。
Claims (10)
1.一种异质结光伏电池表面电极结构，包括正电极表面和负电极表面，所述的正电极表面和负电极表面均受光发电；
其特征在于，在所述的正电极表面边缘和负电极表面的边缘，各设置一条汇流连接电极，两条所述的汇流连接电极，相互平行并且投影不重叠；
在所述的正电极表面和负电极表面上，均设置有垂直细电极族和平行细电极族，所述的垂直细电极族为若干条相交于所述的汇流连接电极的相互平行的细电极，与所述的汇流连接电极电学连接；其电极宽度小于所述的汇流连接电极，
所述的平行细电极族为若干条平行于所述的汇流连接电极的相互平行的细电极，其电极宽度小于所述的汇流连接电极，与所述的垂直细电极族电学连接；
所述的正电极表面和负电极表面上的汇流连接电极与其对应表面上的垂直细电极族和平行细电极族相交形成的细电极网格连接，承担汇集电流及电池输出的作用；相邻两个电池通过导体连接电池表面边缘汇流连接电极，实现电池间的电学连接，并由数量为偶数的所述的异质结光伏电池串联组成光伏电池串；
所有所述的电极均采用银浆制成。
2.根据权利要求1所述的一种异质结光伏电池表面电极结构，其特征在于，所述的电池正电极表面和电池负电极表面上，垂直细电极族分布在整个异质结光伏电池的电极表面，即正电极表面上垂直细电极族和负电极表面上垂直细电极族，并分别与相应所述的正电极表面的汇流连接电极和负电极表面的汇流连接电极电学相连；垂直细电极族起到收集所述电池表面电流的作用。
3.根据权利要求1所述的一种异质结光伏电池表面电极结构，其特征在于，所述的正电极表面边缘汇流连接电极和负电极表面边缘汇流连接电极，通过和相应表面上垂直细电极族电学连接，起到电池表面电流的汇流作用和电池输出的作用；所述的垂直细电极族与所述的汇流连接电极倾角连接，倾角不大于90°，其包含的细电极不少于一条。
4.根据权利要求3所述的一种异质结光伏电池表面电极结构，其特征在于，所述的垂直细电极族内相互平行的各条细电极宽度尺寸保持一致，小于所述的汇流连接电极。
5.根据权利要求3所述的一种异质结光伏电池表面电极结构，其特征在于，所述的垂直细电极族内相互平行的各条细电极宽度尺寸不保持一致，均小于所述的汇流连接电极。
6.根据权利要求1所述的一种异质结光伏电池表面电极结构，其特征在于，在所述的电池正电极表面和电池负电极表面上，所述的平行细电极族分布在整个异质结光伏电池电极表面，即正电极表面上平行细电极族和负电极表面上平行细电极族，平行细电极族起到收集所述电池表面电流的作用；与相应表面上的所述的垂直细电极族相交电学连接，形成交叉的导电网格结构；所述的平行细电极族与所述的垂直细电极族呈倾角相交，倾角不大于90°，其包含的细电极不少于一条。
7.根据权利要求6所述的一种异质结光伏电池表面电极结构，其特征在于，所述的平行细电极族内相互平行的各条细电极宽度尺寸保持一致，小于所述的汇流连接电极。
8.根据权利要求6所述的一种异质结光伏电池表面电极结构，其特征在于，所述的平行细电极族内相互平行的各条细电极宽度尺寸不一致，均小于所述的汇流连接电极。
9.根据权利要求1所述的一种异质结光伏电池表面电极结构，其特征在于，所述的正电极表面和负电极表面上设置的电极均涂覆在透明导电膜表面上并和透明导电膜电学连接，与电池的硅片没有欧姆接触。
10.根据权利要求1所述的一种异质结光伏电池表面电极结构，其特征在于，连接两个所述电池汇流连接电极的导体，其截面形状为半圆形、圆形、三角形、矩形或梯形；实现所述异质结电池间的电学连接。
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