CN114122164A - 一种叠瓦电池结构及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种叠瓦电池结构及制备方法，通过叠瓦电池生产时主栅位置也印刷副栅形成电流收集，切成电池单元后，在主栅位置印刷低温银浆，并在低温银浆两侧再次印刷胶体，固化后两相交叠的电池单元形成欧姆接触和良好的电性连接，并且胶体增强两电池单元的粘连性。通过该制备方法，既提升叠瓦组件的正品率，降低热斑和粘连性不强的风险，又可以提高组件的电性连接并降低银的用量、降低成本。

Description

一种叠瓦电池结构及制备方法
技术领域
本发明属于太阳能光伏技术领域，具体涉及一种叠瓦电池结构及制备方法。
背景技术
目前，随着光伏行业的不断发展，电池转换效率和组件的功率都在不断的提升。顺应市场的发展，叠瓦组件版型应运而生，其较高的功率密度，受到市场的欢迎。叠瓦组件是将电池片(母片)按照一定的方法切割成预设尺寸的电池单元，对电池单元经过重新串并联排版形成的组件。叠瓦组件通过不使用焊带的方式，在组件有限的空间内叠满电池单元，既降低了组件的线损又提高了组件的功率。
随着叠瓦组件的发展，一方面在追求更高的组件功率，另一方面在降低组件的成本。
参照图1和图2，切割后的每个电池单元正面(N面)和背面(P面)都含有一个较粗的主栅和若干细的副栅，副栅是用来收集电池在光生伏特效应下产生的电流，并汇流到主栅上。在叠瓦组件的生产过程中，两个电池单元边缘的主栅，一个电池单元正面(N面)和一个电池单元背面(P面)相互交叠，使用导电胶进行粘连。电池单元边缘的主栅到边缘的区域均会被交叠覆盖，不再起到作用。一般主栅本身的宽度为0.5mm，主栅边缘到电池单元的边缘最小距离为0.5mm，这样相互交叠，一共覆盖最小为1.5mm(一个主栅+两个主栅边缘到电池边缘)。
目前粘接两个电池单元的是导电胶，导电胶是使用胶体内的有机物将两电池单元上的金属主栅相粘连，并利用导电胶内的金属物(一般为银)降低有机物的电阻，提高电导性，最终两个电池单元形成电性连接，这种粘连方式仍然存在较高的线损，成为组件功率提升的阻碍。为了保证两个电池单元粘贴的质量，达到良好的粘力，导电胶均采用实现印刷，并且粘贴面宽度一般会超过主栅是宽度，即超过0.5mm，这样导电胶的成本会处于一个较高的成本比例。
现有制造工艺中，为了提高电池的利用率，两个相互交叠的电池单元交叠量正在慢慢减少，连接两个电池单元的导电胶用量的控制难度也正在日益变大。如果导电胶用量过小，电池间存在区域没有导电胶相互粘连，电池单元间的粘合力下降，导致组件可靠性变差；如果导电胶的用量过大，不仅成本会大幅度增加，而且在粘连过程中会存在溢胶的风险，导电胶从电池单元边缘溢出并和该电池单元的另一侧接触，形成电池单元自身导通，造成漏电，叠瓦组件也会出现热斑的风险，从而降低叠瓦组件的可靠性和正品率。
发明内容
本发明提供了一种叠瓦电池结构及制备方法，提高组件的电性连接的同时，降低银的用量、降低成本。
为达到上述目的，本发明所述一种叠瓦电池制备方法，包括以下步骤：
步骤1、在电池片的正面和背面分别印刷多组电池单元的正面副栅和背面副栅并烧结，每个电池单元的副栅包括两根相互平行的纵向副栅和多根相互平行的横向副栅，横向副栅两端分别连接两根纵向副栅；
步骤2、沿着与纵向副栅平行的切割线，将电池片切割为多个电池单元；
步骤3、在电池单元上主栅位置的副栅上印刷呈虚线排布的主栅，主栅的宽度小于0.5mm；
步骤4、在主栅两侧印刷胶体；
步骤5、将多个电池单元相互交叠，然后在固化台上进行固化，印制主栅的低温银浆在此过程穿过正面钝化层和基底硅形成欧姆接触，实现电性连接；胶体将相邻的电池单元粘连在一起。
进一步的，步骤1中，副栅宽度为30μm-50μm。
进一步的，步骤1中，正面副栅用高温银浆印刷，背面副栅用铝浆印刷。
进一步的，步骤3中，用低温银浆印刷主栅。
进一步的，步骤3中，主栅的虚实比为1：2。
进一步的，步骤4中，印刷胶体时所用的网版不接触低主栅。
进一步的，步骤4中，用网版和刮刀印刷胶体；
所述网版上开设有用于容置主栅区域中的低温银胶的多条镂空区域，镂空区域外侧设置有支架，所述镂空区域两侧各有一道透墨条，用于胶体的透墨印刷；
所述刮刀包括安装板和多个刀片，多个刀片依次间隔固定在安装板上，当刮刀工作时，刀片插入相邻的两个镂空区域边框之间，将网版上的胶体挤入透墨条中，使其印刷在电池单元上。
一种叠瓦电池结构，包括多个交叠设置的电池单元，所述电池单元包括自下至上依次设置的背面钝化层、P型基片、N型扩散层和正面钝化层，所述正面钝化层上印刷有两条纵向副栅和多根相互平行的横向副栅，横向副栅两端分别连接两根纵向副栅；所述背面钝化层上印制有背面副栅；所述第一片电池单元的背面副栅和与第二片电池单元的主栅位置的正面副栅对接，第二片电池单元的背面副栅与第三片电池单元主栅位置的正面副栅对接，以此类推，相邻的两个电池单元的接触处通过胶体固定连接。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益的技术效果：
本发明所述的方法，电池单元两面的主栅在电池制造阶段不再印刷主栅，只印刷副栅形成电流收集，切成电池单元，叠瓦组件电池单元粘贴时，使用低温银浆替代导电胶，在原有电池单元主栅位置即印刷副栅的位置印刷虚实低温银浆两电池单元交叠固化后，低温银浆穿过电池单元表面的氮化硅等钝化层，与另一个电池基底形成欧姆接触，同时两电池单元间形成良好的电性连接。通过本方法，既提升叠瓦组件的正品率，降低热斑和粘连性不强的风险，又可以提高组件的电性连接并降低银的用量、降低成本。
进一步的，原有叠瓦组件的一次交叠印刷变为两次交叠印刷，叠瓦电池交叠第一次印刷的主栅为虚线，虚实比为1：2，节省银浆；第二次印刷为在低温银浆两侧再次印刷胶体，增强电池单元粘连性，两相交叠的电池单元形成欧姆接触和良好的电性连接。
进一步的，在低温银浆两侧印刷粘力强的胶体，粘力强的胶体在固化后，远胶体固化后粘力大于电池间粘力需求量，两电池单元之间的粘合力更大，增强两电池单元的粘连性。
本发明所述的叠瓦电池结构，将原实线主栅替换为虚线主栅和细副栅组合的形式，叠瓦组件电池单元间通过低温银浆形成良好的电性连接。既提升叠瓦组件的正品率，降低热斑和粘连性不强的风险，又可以提高组件的电性连接并降低银的用量、降低成本。
附图说明
图1为电池片示意图；
图2为电池单元示意图；
图3为现有工艺电池单元交叠宽度示意图；
图4为电池片印刷副栅示意图；
图5为电池正面主栅位置印刷副栅的切面结构图；
图6为本发明划片切割后的电池单元；
图7为印刷主栅后的电池单元；
图8为五片电池单元印刷网版俯视示意图；
图9为隐去正面镂空边框的五片电池单元印刷网版正面示意图；
图10为五片电池单元印刷网版正面示意图；
图11为刮刀正面示意图；
图12为刮刀与网版结合示意图；
图13为电池单元粘连示意图。
附图中：1、电池片，2、电池单元，3、主栅，4、正面副栅，5、背面钝化层，6、基片，7、N型扩散层，8、正面钝化层，9、背面副栅，10、背面副栅，11、网布区域，12、网版边框，14、镂空区域，15、透墨孔，16、镂空区域边框，17、刮刀，18、低温银浆，19、胶体，20、安装板，21、刀片。
具体实施方式
为了使本发明的目的和技术方案更加清晰和便于理解。以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步的详细说明，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并非用于限定本发明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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“安装”、“相连”、“连接”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。
参照图3，现有电池片(母片)生产制造过程中，是以P型硅片为基片，通过扩散磷的方式在基片上面形成200～400nm厚度的N型扩散层7，形成PN结。并且，在形成PN结的基片上还要镀上例如氮化硅、氧化硅等60～100nm根据工艺不同的而不同厚度的正面钝化层8。最后，在正面(N面)钝化层8上通过丝网印刷印上高温银浆，在500℃～800℃高温下，高温银浆穿过正面钝化层8，和N型扩散层7形成欧姆接触。
现有工艺下的电池单元边缘主栅3距边缘最小距离为0.5mm，一般主栅3宽度为0.5mm，电池单元交叠后被覆盖的最小宽度为1.5mm。
实施例1
在发明提供一种叠瓦电池制备方法，包括以下步骤：
步骤1、在电池片1上印刷副栅4，电池片1不再按照现有的工艺方案印刷0.5mm的主栅3，而是印刷30μm宽的副栅，在现有的副栅印刷工序中直接按照图4中的图案印刷烧结，每个电池单元2上印刷有两根相互平行的纵向副栅和多根相互平行的横向副栅，横向副栅两端分别连接两根纵向副栅，这样切割划片后的电池单元2也能够形成电流收集。电池片1正面的副栅4(N面)由高温银浆印刷形成，背面(P面)的副栅9由铝浆印刷形成。高温银浆的烧银温度为500～800℃。
印刷副栅后的电池切面示意图如图5所示，主栅区域留有0.5mm宽，印刷约30μm的副栅，主栅区域的边缘距电池边缘的距离D为0.5mm。
步骤2、参照图6，沿着与纵向副栅平行的切割线，将电池片1切割为多个电池单元2；切割线不穿过任意横向副栅；
步骤3、在电池单元2上主栅位置印刷低温银浆，得到主栅。低温银浆一般工作温度在120～200℃，例如善仁AS9100，电池单元2可以多片电池单位为一组同时印刷，本实施例中以5pcs一组为例，5个电池单元2传输到印刷台上后，开始印刷低温银浆。由于电池单元已经具有完整的细的副栅线，现在印刷的主栅主要是为能够进行电池传导收集，所以不再需要完整的实线，而是印刷呈虚线排布的主栅，虚实比为1：2，即虚空处为1，实线处长度为虚空处长度的2倍，以达到节省低温银浆的效果。虚实比可以根据后期不断的生产效果，继续进行优化改进，本发明中的虚实比1：2完全可以满足电流传输的需求。印刷主栅后的电池片图形如图7，要注意的是，印刷后主栅的宽度并不是0.5mm，一般都会小于0.5mm，根据低温银浆的黏稠性和印刷网版的透墨性等具体因素来决定。并且在两个电池单元交叠后，栅线的宽度也尽量不超过0.5mm。
步骤4、低温银浆18印刷完成后，印刷低温银浆18两侧的胶体19。胶体19主要作用是两个电池单元2交叠后，形良好的粘连性。胶体19为绝缘体，使用硅基或者丙烯酸酯类的胶体，这类胶体固化后粘力远大于电池间粘力需求量，如东树新材料的E240E/E224H型号的胶体，具有良好粘连性和实际操作性。需要注意的是，在印刷低温银浆后、印刷胶体时，网版不接触低温银浆，以免破坏银浆分布和银浆特性。所以需要使用特制的网板和刮刀，可以根据实际生产时同时印刷的片数进行设计，本发明使用5pcs为一组的设计。
网版在低温银浆栅线处镂空，镂空边缘有硬质支架，隔离银浆区域的同时防止胶体19流出网版。网版覆盖电池单元后，刮刀在网版上下压移动，挤压胶体，使胶体19印刷在电池单元2上。图8为网版俯视示意图，图中有5组虚线形式的镂空区域14，分别覆盖住5片电池单元的低温银浆区域，镂空区域四周竖起硬质支架，防止胶体19流出。在镂空区域两侧各有一道透墨条，用于胶体19的透墨印刷。刮刀印刷工作时，沿镂空方向进行挤压移动，挤压胶体19印刷在电池单元上面。图9为网版的正面示意图，这个图中隐去了正面镂空区域边框，如果不隐去则为图10。
网版设计好后，还要相匹配的刮刀，刮刀主体与现有刮刀一致，但是需要和镂空区域的边框相匹配。参照图11和图12，刮刀17包括安装板20和多个刀片21，多个刀片21依次间隔固定在安装板20上，相邻两个刀片21之间的间距略大于其对应的镂空区域边框的间距，当刮刀17工作时，刀片21插入相邻的两个镂空区域边框16之间，镂空区域边框16插入两个相邻的刀片21之间，且刀片21的下端面和网版相接触，将网版上的胶体19挤入透墨条15中，使其印刷在电池单元2上。
步骤5、印刷完成后的电池单元相互交叠，然后在200℃左右的固化台上进行固化，低温银浆18在这个温度下可以穿过电池单元表面的氮化硅等钝化层，和N型扩散层形成欧姆接触，达到良好的电性连接。并且胶体19会使两个电池单元2形成良好的粘连。最终的粘连示意图如图13，第一片电池单元2的背面副栅10与第二片电池单元主栅位置对接，并且通过低温银浆18和胶体19连接，第二片电池单元2的背面副栅10与第三片电池单元主栅位置对接，并且通过低温银浆18和胶体19连接，以此类推。
一种叠瓦电池结构，包括多个交叠设置的电池单元2，电池单元2包括自下至上依次设置的背面钝化层5、P型基片6、N型扩散层7和正面钝化层8，正面钝化层上印刷有两条纵向副栅和多根相互平行的横向副栅，横向副栅两端分别连接两根纵向副栅。第一片电池单元2的背面副栅10和与第二片电池单元2的主栅位置的正面副栅4对接，第二片电池单元2的背面副栅10与第三片电池单元主栅位置的正面副栅对接，以此类推。相邻的两个电池单元的接触处用胶体19粘结。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种叠瓦电池制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、在电池片(1)的正面和背面分别印刷多组电池单元(2)的正面副栅(4)和背面副栅(9)并烧结，每个电池单元(2)的副栅包括两根相互平行的纵向副栅和多根相互平行的横向副栅，横向副栅两端分别连接两根纵向副栅；
步骤2、沿着与纵向副栅平行的切割线，将电池片(1)切割为多个电池单元(2)；
步骤3、在电池单元(2)上主栅位置的副栅上印刷呈虚线排布的主栅(3)，主栅(3)的宽度小于0.5mm；
步骤4、在主栅(3)两侧印刷胶体(19)；
步骤5、将多个电池单元(2)相互交叠，然后在固化台上进行固化，印制主栅的低温银浆(18)在此过程穿过正面钝化层(8)和基底硅形成欧姆接触，实现电性连接；胶体(19)将相邻的电池单元(2)粘连在一起。
2.根据权利要求1所述的一种叠瓦电池制备方法，其特征在于，所述步骤1中，副栅宽度为30μm-50μm。
3.根据权利要求1所述的一种叠瓦电池制备方法，其特征在于，所述步骤1中，正面副栅(4)用高温银浆印刷，背面副栅(9)用铝浆印刷。
4.根据权利要求1所述的一种叠瓦电池制备方法，其特征在于，所述步骤3中，用低温银浆印刷主栅(3)。
5.根据权利要求1所述的一种叠瓦电池制备方法，其特征在于，所述步骤3中，主栅(3)的虚实比为1：2。
6.根据权利要求1所述的一种叠瓦电池制备方法，其特征在于，所述步骤4中，印刷胶体(19)时所用的网版不接触低主栅(3)。
7.根据权利要求6所述的一种叠瓦电池制备方法，其特征在于，所述步骤4中，用网版和刮刀印刷胶体(19)；
所述网版上开设有用于容置主栅区域中的低温银胶的多条镂空区域(14)，镂空区域外侧设置有支架，所述镂空区域(14)两侧各有一道透墨条，用于胶体(19)的透墨印刷；
所述刮刀(17)包括安装板(20)和多个刀片(21)，多个刀片(21)依次间隔固定在安装板(20)上，当刮刀(17)工作时，刀片(21)插入相邻的两个镂空区域边框(16)之间，将网版上的胶体(19)挤入透墨条(15)中，使其印刷在电池单元(2)上。
8.一种叠瓦电池结构，其特征在于，包括多个交叠设置的电池单元(2)，所述电池单元(2)包括自下至上依次设置的背面钝化层(5)、P型基片(6)、N型扩散层(7)和正面钝化层(8)，所述正面钝化层(8)上印刷有两条纵向副栅和多根相互平行的横向副栅，横向副栅两端分别连接两根纵向副栅；所述背面钝化层(5)上印制有背面副栅(10)；所述第一片电池单元(2)的背面副栅(10)和与第二片电池单元(2)的主栅位置的正面副栅(4)对接，第二片电池单元(2)的背面副栅(10)与第三片电池单元主栅位置的正面副栅(4)对接，以此类推，相邻的两个电池单元的接触处通过胶体(19)固定连接。
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