CN114429995A - 一种叠层结构的太阳能电池组件 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供了一种叠层结构的太阳能电池组件，该组件包括位于上层的薄膜太阳能电池和位于下层的晶硅太阳能电池，薄膜太阳能电池与晶硅太阳能电池之间设置有透明封装材料。薄膜太阳能电池包括多个并联的薄膜子电池串，薄膜子电池串包括多个串联连接的薄膜子电池片；晶硅太阳电池包括多个并联的晶硅子电池串，晶硅子电池串包括多个串联连接的晶硅子电池片；薄膜子电池串的开路电压与晶硅子电池串的开路电压相同；薄膜太阳电池的接线端子与晶硅太阳能电池的接线端子并联连接。由于本申请中的太阳能电池组件为包括两种材料的叠层结构，突破了单一材料禁带宽度的限制，从而能够有效提高了转换效率。

Description

一种叠层结构的太阳能电池组件
技术领域
本发明涉及太阳能技术领域，特别是涉及一种叠层结构的太阳能电池组件。
背景技术
现有太阳能电池主要还是以晶硅太阳能电池为主，随着技术进步，晶体硅太阳能电池转换效率日益提升，现在的n型TOPCon型太阳能电池已经能实现23.5％以上转换效率。然而，由于单一材料禁带宽度的限制，太阳能电池的转换效率进一步提升受到极大限制，导致无法进一步提升太阳能电池的转换效率。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种叠层结构的太阳能电池组件，以通过叠层结构解决单一材料下无法进一步提升转换效率的问题。
为了解决上述问题，本发明公开了一种叠层结构的太阳能电池组件，包括位于上层的薄膜太阳能电池和位于下层的晶硅太阳能电池，所述薄膜太阳能电池与所述晶硅太阳能电池之间设置有透明封装材料，其中：
所述薄膜太阳能电池包括多个并联的薄膜子电池串，所述薄膜子电池串包括多个串联连接的薄膜子电池片；
所述晶硅太阳电池包括多个并联的晶硅子电池串，所述晶硅子电池串包括多个串联连接的晶硅子电池片；
所述薄膜子电池串的开路电压与所述晶硅子电池串的开路电压相同；
所述薄膜太阳电池的接线端子与所述晶硅太阳能电池的接线端子并联连接。
可选的，所述晶硅太阳能电池为半片结构或叠瓦结构。
可选的，所述透明封装材料为乙烯-聚醋酸乙烯共聚物。
可选的，所述薄膜太阳能电池为钙钛矿太阳能电池。
可选的，构成所述薄膜子电池串的所述薄膜子电池片的片数与构成所述晶硅子电池串的所述晶硅子电池片的片数之间的比例为22:36。
可选的，所述钙钛矿太阳能电池包括作为基板的透明钢化玻璃，还包括依次设置在所述基板上的第一透明导电玻璃、钙钛矿太阳能电池主体和第二透明导电玻璃。
可选的，所述钙钛矿太阳能电池主体包括电子传输层、钙钛矿太阳能电池层和空穴传输层。
可选的，所述第一透明导电玻璃的厚度为10nm～1μm，所述钙钛矿太阳能电池主体的厚度为10nm～1μm，所述第二透明导电玻璃的厚度为10nm～1μm。
从上述技术方案可以看出，本发明提供了一种叠层结构的太阳能电池组件，该组件包括位于上层的薄膜太阳能电池和位于下层的晶硅太阳能电池，薄膜太阳能电池与晶硅太阳能电池之间设置有透明封装材料。薄膜太阳能电池包括多个并联的薄膜子电池串，薄膜子电池串包括多个串联连接的薄膜子电池片；晶硅太阳电池包括多个并联的晶硅子电池串，晶硅子电池串包括多个串联连接的晶硅子电池片；薄膜子电池串的开路电压与晶硅子电池串的开路电压相同；薄膜太阳电池的接线端子与晶硅太阳能电池的接线端子并联连接。由于本申请中的太阳能电池组件为包括两种材料的叠层结构，突破了单一材料禁带宽度的限制，从而能够有效提高了转换效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例的一种叠层结构的太阳能电池组件的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
图1为本申请实施例的一种叠层结构的太阳电池组件的示意图。
参照图1所示，本实施例提供的太阳能电池组件采用叠层结构，包括但不限于位于上层的薄膜太阳能电池10和位于下层的晶硅太阳能电池20，两者之间设置有透明封装材料30，太阳光投射在上层后，穿透上层的薄膜太阳能电池和透明封装材料后抵达下层的晶硅太阳能电池。
上层的薄膜太阳电池在制备时通过激光切割等工艺制备有多个并联连接的薄膜子电池串，每个薄膜子电池串包括串联连接的多个薄膜子电池片；同时，下层的晶硅太阳电池也包括多个并联连接的晶硅子电池串，每个晶硅子电池串包括串联连接的多个晶硅子电池片。
值得指出的是，鉴于薄膜太阳能电池与晶硅太阳能电池的工作电压相差较大，为了使两者最终输出电压相同，构成晶硅子电池串的晶硅子电池片的数量，与构成薄膜子电池串的薄膜子电池片的数量是不相同的，两者的数量是经过精密计算后得到的，从而使晶硅子电池串的开路电压与薄膜子电池串的开路电压相同。
本申请中，由于薄膜太阳能电池中的薄膜子电池串之间为并联结构，晶硅太阳电池中的晶硅子电池串同样为并联结构，薄膜子电池串的开路电压与晶硅子电池串的开路电压相同的前提下，薄膜太阳能电池的输出电压与晶硅太阳能电池的输出电压也相同，从而方便两者的输出端口直接并联连接。
从上述技术方案可以看出，本实施例提供了一种叠层结构的太阳能电池组件，该组件包括位于上层的薄膜太阳能电池和位于下层的晶硅太阳能电池，薄膜太阳能电池与晶硅太阳能电池之间设置有透明封装材料。薄膜太阳能电池包括多个并联的薄膜子电池串，薄膜子电池串包括多个串联连接的薄膜子电池片；晶硅太阳电池包括多个并联的晶硅子电池串，晶硅子电池串包括多个串联连接的晶硅子电池片；薄膜子电池串的开路电压与晶硅子电池串的开路电压相同；薄膜太阳电池的接线端子与晶硅太阳能电池的接线端子并联连接。由于本申请中的太阳能电池组件为包括两种材料的叠层结构，突破了单一材料禁带宽度的限制，从而能够有效提高了转换效率。
本申请中的薄膜太阳电池选用钙钛矿太阳能电池或者其他薄膜太阳能电池。就晶硅太阳能电池和钙钛矿太阳能电池来说，0.5suns太阳光照强度下，传统晶体硅太阳能电池组件的单片电池的工作电压约585mV，而钙钛矿太阳能电池的工作电压远高于晶硅太阳能电池，介于900-1000mV之间，两者分别制成组件一般尽量采用电压最大化原则。例如按相同数目电池串联后工作电压相差较大，比如都是60片电池，晶体硅太阳能电池工作电压能达到35.1V，而钙钛矿太阳能电池的工作电压则在54V-60V之间，而实际上可能比这个更大，导致两者组合成叠层组件后无法采用并联的方式接入电路中。
同时为避免遮挡造成热斑效应，两者不适宜采用串联组合的方式，被遮挡时会导致整体电路失效，且更发热温度更高而产生火灾，而是需要采用两者独立接入电路，即分两个不同工作电压的端口接入电路中，这样两个接线端口由于电压不同而无法兼容。
本发明则能够解决两种组件工作电压不一致，必须采用两个独立的接线端口接入电路的问题，针对性的提出一个通过对单一组件的电池串串并联组合，将两种组件实现一致的工作电压，从而能够通过将两种组件并联实现只用一个接线端口就能接入电路的方法。
假设在0.5suns太阳光照强度下，上层的钙钛矿太阳能电池工作电压为957mV，下层的晶硅太阳能电池工作电压为585mV，两者串联增加电压时，为实现相同工作电压，构成其子电池串的子电池片的片数的比例为22:36，即子电池片的数量分别为22与36的整数倍即可实现相同工作电压。
由于电池串联数目较多，因此不太适合于常规的太阳能电池组件，常规组件为5×12或者6×12片，片数较少且不适合36组串联，且受到遮挡后非常容易造成大面积失效。因此，本申请中的晶硅太阳能电池采用半片结构或者叠瓦结构，单块组件更容易划分成更多的子电池串，各子电池串相互之间采用并联方式，这样既能实现工作电压的叠加，又不担心组件遮挡导致大面积失效风险。
此外，由于工作电压随光强变化较小，电压匹配不会随着光强的变化而发生改变，从而保证基本所有工作时间段的有效输出。
为了得到上述的太阳能电池组件，可以采用如下工艺步骤进行生产：
步骤1：在透明钢化玻璃的基板上铺设一层透明导电玻璃，将其称为第一透明导电玻璃，并在其不需要连接处用激光断开。
其中所述透明钢化玻璃尺寸长为500-2000mm(优选1950mm或1930mm)，此处优选常规组件尺寸1650mm，宽为500-1500mm(优选1000mm)，高为1-10mm(5mm)；透明导电玻璃尺寸长为480-1980mm(优选1630mm)，宽为480-1480mm(优选980mm)，厚度为10nm-1μm。
步骤2：在第一透明导电玻璃上铺设一层钙钛矿太阳能电池主体，该主体包括电子传输层、钙钛矿太阳能电池材料和空穴传输层，在不需要连接处断开，此处所述钙钛矿太阳能电池主体长宽与透明导电玻璃一致，厚度为10nm-1μm。
步骤3：在钙钛矿太阳能电池主体铺设一层透明导电玻璃，将其称为第二透明导电玻璃，并在不需要连接处断开，完成钙钛矿太阳能组件层铺设。且该第一透明导电玻璃与第二透明导电玻璃材质和尺寸一致。
步骤4：对所述钙钛矿太阳能组件层用激光进行加工，所述激光条件和参数不予限制。实现将整体组件层划分成7个或8个子电池串，子电池串数目可以根据单元电池面积进行调整，每个子电池串由22个单元电池串联。
以上步骤得到的是薄膜太阳能电池，在已经制备好薄膜太阳能电池的基础上，执行下面的步骤。
步骤5：在背板上铺设好叠瓦组件电池，即叠瓦结构的晶硅太阳能电池，其中此处背板材料优选聚偏氟乙烯或聚对苯二甲酸乙二醇酯，也可选用其他材料。
以叠瓦组件电池的尺寸为160mm×160mm为例，切片后尺寸为40mm×160mm，每列电池数目为24片，每列子电池串总数为36片，相互之间串联，一共6个子电池串，子电池串之间采用并联方式连接。
或者，子电池片数目为12×6，共计72片，每36片电池串联成一个子电池串，共计两个子电池串，子电池串之间采用并联方式连接。
步骤6：在叠瓦组件上方铺设好一层透明封装材料。
此处所述透明封装材料优选乙烯-聚醋酸乙烯共聚物，包括但不限于其他EVA材质，尺寸长为480-1980mm(优选1630mm)，宽为480-1480mm(优选980mm)，厚度1μm-0.5cm。
步骤7：将薄膜太阳能电池设置有元件的一面朝向叠瓦组件电池并覆盖在该叠瓦组件电池上，其电极与叠瓦组件电池的电极位置相匹配，然后进行层压，切边，检测，装接线盒，装边框，灌胶连接电极，再检测，固化，完成组件制作。
由于上下两个组件工作电压一致，因此只需要一个接线端口及一个接线盒即可连入电路。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
尽管已描述了本发明实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。
以上对本发明所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种叠层结构的太阳能电池组件，其特征在于，包括位于上层的薄膜太阳能电池和位于下层的晶硅太阳能电池，所述薄膜太阳能电池与所述晶硅太阳能电池之间设置有透明封装材料，其中：
所述薄膜太阳能电池包括多个并联的薄膜子电池串，所述薄膜子电池串包括多个串联连接的薄膜子电池片；
所述晶硅太阳电池包括多个并联的晶硅子电池串，所述晶硅子电池串包括多个串联连接的晶硅子电池片；
所述薄膜子电池串的开路电压与所述晶硅子电池串的开路电压相同；
所述薄膜太阳电池的接线端子与所述晶硅太阳能电池的接线端子并联连接。
2.如权利要求1所述的太阳能电池组件，其特征在于，所述晶硅太阳能电池为半片结构或叠瓦结构。
3.如权利要求1所述的太阳能电池组件，其特征在于，所述透明封装材料为乙烯-聚醋酸乙烯共聚物。
4.如权利要求1所述的太阳能电池组件，其特征在于，所述薄膜太阳能电池为钙钛矿太阳能电池。
5.如权利要求4所述的太阳能电池组件，其特征在于，构成所述薄膜子电池串的所述薄膜子电池片的片数与构成所述晶硅子电池串的所述晶硅子电池片的片数之间的比例为22:36。
6.如权利要求4所述的太阳能电池组件，其特征在于，所述钙钛矿太阳能电池包括作为基板的透明钢化玻璃，还包括依次设置在所述基板上的第一透明导电玻璃、钙钛矿太阳能电池主体和第二透明导电玻璃。
7.如权利要求6所述的太阳能电池组件，其特征在于，所述钙钛矿太阳能电池主体包括电子传输层、钙钛矿太阳能电池层和空穴传输层。
8.如权利要求6所述的太阳能电池组件，其特征在于，所述第一透明导电玻璃的厚度为10nm～1μm，所述钙钛矿太阳能电池主体的厚度为10nm～1μm，所述第二透明导电玻璃的厚度为10nm～1μm。
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