CN115000222B - 一种太阳能电池组件及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种太阳能电池组件及其制备方法和应用。本发明的太阳能电池组件，包括：太阳能电池芯片；保护层，保护层由依次叠加的胶膜层和玻璃盖片组成，其上设有通孔；保护层设于太阳能电池芯片表面；金属互联条，金属互联条包括第一平直部、第二平直部和圆弧部；第一平直部贴附于通孔底部，第二平直部贴附于通孔侧壁，第二平直部远离太阳能电池芯片一侧端点与圆弧部的一端相切。本发明提供的太阳能电池组件，通过结构的设计，能够避免金属互联条导致的太阳能电池组件厚度不均匀、保护层厚度不均匀和除泡困难的问题。本发明还提供了上述太阳能电池组件的制备方法和应用。

Description

一种太阳能电池组件及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种太阳能电池组件及其制备方法和应用。

背景技术

随着航空航天技术的蓬勃发展，各类飞行器如卫星、飞艇、无人机等等已在许多技术领域得到快速应用。太阳电池组件及电池阵作为航天飞行器的电源供应，对其正常运行起着重要作用。目前的太阳电池阵主要由电池芯片(单体)经过正负极打线焊接，之后使用胶材进行盖片(覆盖正负极和焊接点)，固化封装从而引出端子。电池芯片、金属互联条、盖片及封装胶材均为薄膜材料，厚度在百微米级别，其对厚度、应力、真空除泡封装均提出了很高的要求。

焊接电池芯片用的金属互联条(薄膜)为了保持耐受一定形变的能力(应力缓冲作用)，会预先进行应力缓冲环制作，但由于金属互联条非常薄，在后续加工中容易受到外力损伤，从而使其失去应力缓冲作用，即其可靠性较低；并且由于焊接界面及金属互联条的存在，导致电池组件焊接一侧厚度偏厚，或者胶材变薄，进而导致粘附强度不均匀；另外，在封装过程中，胶层固化时，由于金属互联条的存在，会导致除泡困难，对电池组件的真空应用(空间太阳能电池)带来隐患。

综上，现有的太阳能电池组件中，金属互联条是必须的，但是其现有结构会对电池组件的性能产生一定的影响。

发明内容

本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种太阳能电池组件，通过结构的设计，能够避免金属互联条导致的太阳能电池组件厚度不均匀、保护层厚度不均匀和除泡困难的问题。

本发明还提出一种上述太阳能电池组件的制备方法。

本发明还提出了上述太阳能电池组件的应用。

根据本发明的第一个方面，提出了一种太阳能电池组件，包括：

太阳能电池芯片；所述太阳能电池芯片包括正电极；

保护层，所述保护层设于所述太阳能电池芯片表面，其上设有通孔；所述通孔的底部至少与部分正电极重叠；

金属互联条，所述金属互联条包括第一平直部、第二平直部和圆弧部；所述第一平直部贴附于所述通孔底部，所述第二平直部贴附于所述通孔侧壁，所述第二平直部远离所述太阳能电池芯片一侧端点与所述圆弧部的一端连接。

根据本发明的一种优选的实施方式，至少具有以下有益效果：

(1)本发明提供的太阳电池组件中，由于通孔的设计，金属互联条与太阳能电池芯片的焊接部位，与保护层不相重合；即保护层无需覆盖上述焊接部位，加之金属互联条的结构设计，可有效避免因保护层覆盖焊接部位而导致的太阳能电池组件厚度不均匀、保护层厚度不均匀和除泡困难等问题。

(2)传统金属互联条在焊接前必须先制备应力缓冲环；而本发明中，由于通孔的设计，以及焊接部位的设计，金属互联条必须形成先向上(第二平直部，通孔侧壁对第二平直部的位置形成限制)再向下(圆弧部远离第二平直部一侧)的结构(此处上是指太阳能电池组件面向光的一侧，下则相反)，从而自动形成环形应力缓冲结构，可免去预先制备应力缓冲环的步骤，且由于通孔的限制作用，该结构在后续制备步骤中不会被破坏，也就是说，本发明提供的太阳能电池组件通过结构设计，在简化制作流程的前提下，提升了其应用可靠性。

所述金属互联条具有电学导通作用，使本发明提供的太阳能电池组件可以对外供电。

在本发明的一些实施方式中，所述通孔的横截面形状为圆形和多边形中的至少一种。

在本发明的一些实施方式中，所述多边形为四边形。所述通孔的侧壁与底部之间的夹角为直角、锐角和钝角中的至少一种。

在本发明的一些优选的实施方式中，所述通孔的侧壁和底部之间的夹角为直角。

在本发明的一些实施方式中，所述金属互联条的材质为金、银和铜中的至少一种。

在本发明的一些实施方式中，所述金属互联条的材质为银。

在本发明的一些实施方式中，所述金属互联条的厚度约为25μm。

在本发明的一些实施方式中，所述金属互联条还包括连接第一平直部和第二平直部的倒角圆弧。

在本发明的一些实施方式中，所述倒角圆弧的圆心角不做限定。

在本发明的一些优选的实施方式中，所述倒角圆弧的圆心角约为90°。

在本发明的一些实施方式中，所述金属互联条还包括与所述圆弧部另一端连接的自由端。所述自由端可以和外电路或者其他太阳能电池组件相连，是所述太阳能电池组件与外电路之间的引线。

在本发明的一些实施方式中，所述自由端的结构包括直线型或L型中的一种。

在本发明的一些实施方式中，所述圆弧部的弧度为π/2～π。

在上述弧度范围内，可保证所述金属互联条(特别是所述自由端)和所述太阳能电池芯片之间互不影响(不搭接)，由此可提升所得太阳能电池组件的可靠性。

在本发明的一些实施方式中，所述圆弧部的半径≥0.25mm。

同上，限定所述圆弧部的半径，也可有效避免所述金属互联条和太阳能电池芯片之间的相互影响。

在本发明的一些优选的实施方式中，所述圆弧部与所述第二平直部之间连接的位置关系为相切。

在本发明的一些优选的实施方式中，所述圆弧部与所述自由端之间连接的位置关系为相切。

在本发明的一些实施方式中，所述太阳能电池芯片包括硅电池芯片、三五族多结电池芯片和铜铟镓硒电池芯片中的至少一种。

在本发明的一些实施方式中，所述太阳能电池芯片包括依次叠加设置的背电极、衬底、电池有源层和正电极。

在本发明的一些实施方式中，所述太阳能电池芯片还包括减反膜，所述减反膜设于所述电池有源层表面除所述正电极之外的区域。

所述减反膜可提升所述太阳能电池组件对太阳光的吸收和利用，最终提升其光电转化效率。

在本发明的一些实施方式中，所述通孔的底部至少与所述正电极部分重合。由此，当所述金属互联条和所述通孔的底部贴附、焊接后；所述太阳能电池组件产生的电流可经由所述正电极流向所述金属互联条，最终流向外电路。

在本发明的一些实施方式中，所述太阳能电池芯片的正电极表面覆盖有所述保护层。

在本发明的一些实施方式中，所述保护层包括自所述太阳能电池芯片而始依次叠加的胶膜层和玻璃盖片。

在本发明的一些实施方式中，所述胶膜层覆盖在所述太阳能电池芯片的正电极一侧表面。

在本发明的一些实施方式中，所述胶膜层的厚度为50～1000um。

在本发明的一些实施方式中，所述玻璃盖片厚度为20～2000um。

所述保护层的厚度越厚，所得太阳能电池组件的重量越重，但是过薄时的粘结强度、隔绝水样和抗离子辐照性能会在一定程度下降。

本发明选择上述范围，可有效均衡所得太阳能电池组件的重量和性能，提升其在空间环境的适用性。

在本发明的一些实施方式中，所述太阳能电池组件为空间太阳能电池组件。

所述空间太阳能电池组件的应用场景为空间环境，由于空间环境和地表环境差异较大，例如空间辐射以及空间气压等，因此，所述空间太阳能电池组件对密封性、无起泡性能、耐辐射性能等性能的要求，显著严格于用于地表的普通太阳能电池组件。

根据本发明的再一个方面，提出了所述太阳能电池组件的制备方法，包括以下步骤：

S1.在所述太阳能电池芯片表面设置具有所述通孔的保护层；

S2.将步骤S1所得部件进行除泡处理和固化处理；

S3.将步骤S2所得部件中所述通孔的底部，和所述金属互联条的第一平直部焊接。

根据本发明的一种优选的实施方式的制备方法，至少具有以下有益效果：

由于所述太阳能电池组件的结构设计，其制备过程中，首先可省去所述金属互联条应力缓冲环的制备，其次还能提升步骤S2中消泡和固化的可靠度，降低其制备难度。

在本发明的一些实施方式中，步骤S2中，所述除泡处理的标准为，在显微镜下检查无起泡。

作为示例，所述除泡处理的步骤可为：在约为1Pa的真空度，保持温度约为100℃，维持约30min。

在本发明的一些实施方式中，步骤S2中，所述固化处理主要作用是固化所述胶膜层。

当所述除泡处理的温度约为100℃时，所述固化处理在所述除泡处理的过程中进行，无需单独实施。

在本发明的一些实施方式中，步骤S3中，所述焊接的局部温度≤500℃。

由此可降低所述焊接过程的高温对所述太阳能电池芯片的性能影响。

步骤S3中，所述焊接应保持所述太阳能电池芯片平整，且有牢固的支撑，以避免所述焊接带来的变形。

在本发明的一些实施方式中，步骤S3中，所述焊接的方法包括电阻焊接。

根据本发明的再一个方面，提出了一种太阳能电池组，所述太阳能电池组包括所述的太阳能电池组件。

根据本发明的再一个方面，提出了一种航天飞行器，所述航天飞行器包括所述的太阳能电池组。

若无特殊说明，本发明中的“约”表示允许误差在±2％。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明，其中：

图1为本发明实施例1所提供太阳能电池组件的侧视结构示意图；

图2为本发明实施例1所提供太阳能电池组件中金属互联条的侧视结构示意图；

图3为本发明实施例1所提供太阳能电池组件中保护层的俯视结构示意图；

图4为本发明实施例1所提供太阳能电池组件中金属互联条的俯视结构示意图；

图5为本发明实施例1所提供太阳能电池组件的俯视结构示意图；

图6为本发明对比例1所提供太阳能电池组件的侧视结构示意图。

附图标记：

100、太阳能电池芯片；110、背电极；120、衬底；130、电池有源层；140、正电极；

200、保护层；210、胶膜层；220、玻璃盖片；230、通孔；

300、金属互联条；310、第一平直部；320、倒角圆弧；330、第二平直部；340、圆弧部；350、自由端。

具体实施方式

以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。

实施例1

本实施例提供了一种太阳能电池组件，其侧视结构示意图如图1所示，具体由以下部件组成：

太阳能电池芯片100，太阳能电池芯片100，包括依次叠加的背电极110、衬底120、电池有源层130、正电极140，其中在电池有源层130表面除所述正电极140之外的区域还设有减反膜(图中未示出)；

其中，衬底120的材质为锗，厚度为145um；背电极110为叠加形成的Ag层和Au层，Ag层的厚度3um，和衬底120连接，Au层厚度为500nm；电池有源层130由沿衬底120依次叠加的Ge子电池，GaAs子电池和GaInP子电池组成，电池有源层130的厚度为5um；正电极140为沿电池有源层130依次叠加的AuGeNi层、Au层和Ag层，AuGeNi层的厚度为100nm，Au层的厚度为500nm，Ag层的厚度为5um；正电极140区域外的减反膜，为沿电池有源层130依次设置的厚度为50nm的氧化钛层和厚为80nm的氧化铝层(背电极110、衬底120、电池有源层130和正电极140的细节结构，以及减反膜，在图中均未示出)。

保护层200，保护层200由依次叠加的胶膜层210和玻璃盖片220组成，胶膜层210的厚度为80um，玻璃盖片220的厚度为100um；其上设有通孔230；保护层200的胶膜层210覆盖太阳能电池芯片100的正电极140以及减反膜，通孔230的底部为正电极140的一部分；本实施例所提供保护层的俯视结构示意图如图3所示；

金属互联条300，金属互联条300为厚25um的Ag薄膜。金属互联条300由第一平直部310、第二平直部330、倒角圆弧320、圆弧部340以及自由端350组成；其中，第一平直部310贴附于通孔230底部，即和正电极140形成电路导通，第二平直部330贴附于通孔230侧壁，使金属互联条300被迫形成向上的趋势，第一平直部310和第二平直部330之间由倒角圆弧320平滑过渡，倒角圆弧320的弧度约为π/2；第二平直部330远离太阳能电池芯片100一侧端点与圆弧部340的一端相切，圆弧部340的弧度约为π，半径约为0.3mm，使金属互联条300形成了向下的过渡趋势，由此，本实施例提供的金属互联条300由于和通孔230的结构配合，被迫形成了先上升后下降的缓冲结构，且该结构不容易变形、破坏；由此，既可节约预先制备应力缓冲环的步骤，还提升了所得太阳能电池组件彼此间导通的可靠性。本实施例所用金属互联条的侧视结构示意图如图2所示，俯视结构示意图如图4所示；

本实施例所提供太阳能电池组件的俯视结构示意图如图5所示(保护层200为透明结构，因此保护层200以下的结构，例如正电极140也可被观察到)，在俯视结构示意图中，通孔230和金属互联条300的部分位置重合，图5中金属互联条300的具体结构参见图4。

本实施例所得太阳能电池组件，由于金属互联条300设于通孔230内，没有增加太阳能电池组件的区域厚度，也没有减薄胶膜层210的厚度，由此，所得太阳能电池组件的厚度均匀度提升，真空密封性能提升。

实施例2

本实施例制备了实施例1提供的太阳能电池组件，具体过程为：

S1.在太阳能电池芯片100表面依次设置具有通孔230的胶膜层210和玻璃盖片220；

S2.将步骤S1所得部件进行除泡处理和固化处理；其中除泡处理和固化处理在同一步骤中完成，具体条件为真空度1Pa，温度为100℃，时间30min。

S3.将步骤S2所得部件中通孔230的底部，和金属互联条300的第一平直部310采用平行缝电阻焊进行焊接，焊接过程中控制局部最高温度≤500℃。

对比例1

本对比例制备了一种太阳能电池组件，其结构示意图如图6所示，结构与实施例1的区别在于：

保护层200上不设通孔230；进一步的，金属互联条300不能和通孔230的底部焊接，只能设于太阳能电池芯片100和保护层200之间的部分区域；由于没有通孔230的位置限制作用，金属互联条300不具备第一平直部310、第二平直部330和倒角圆弧320，只是焊接部位和圆弧部340相连；因此，金属互联条300中不能形成应力缓冲环。

因此，本对比例形成的太阳能电池组件中，在制备之前需先在金属互联条300上形成应力缓冲环。

本对比例中，太阳能电池组件的制备方法为：

D1.在太阳能电池芯片100的正电极140的部分区域采用平行缝电阻焊进行焊接金属互联条300；

D2.在步骤D1所得组件远离太阳能电池芯片100中背电极110的一侧表面覆盖胶膜层210和玻璃盖片220；

D3.将步骤D2所得部件进行除泡处理和固化处理，除泡处理和固化处理的条件与实施例2相同。

试验例

本试验例测试了实施例2和对比例1制备的太阳能电池组件的性能。其中：

厚度的测试方法为千分尺测试，在实施例2和对比例1所得太阳能电池组件上分别取9个位点(3行3列，至少有一列位于焊接部位附近)，其中实施例2和对比例1中，所取位点在太阳能电池组件上的相对位置是相同的。测试结果如表1所示(为避免测试误差，对比例1进行了两组测试)：

表1实施例2和对比例1所得太阳能电池组件的厚度(μm)

位点	1	2	3	4	5	6	7	8	9
										实施例2	330.5	322	339	308	310.5	306	317	320.5	315
对比例1	373	362.5	391.5	297.5	308.5	299.5	300.5	328.5	310.5
										对比例1	371	364.5	351.5	293.5	301.5	286	302	329	327.5

表1结果显示，在焊接位置附近，太阳能电池组件的厚度较其他位置厚约50um，而本发明实施例所提供的太阳能电池组件则可有效避免上述情况。

本试验例还以目测法观察了实施例2和对比例1所得太阳能电池组件的外观，结果显示：对比例1所提供的太阳能电池组件中，由于金属互联条300焊接位置产生的应力，在步骤D3进行固化和除泡的过程中，气泡难以排出，从而导致所得太阳能电池组件不能在真空下使用，存在严重的可靠性问题。在本发明中，避免了焊点及其金属互联条300被封装于胶膜层210之下，从而从根本上避免了上述气泡现象的发生，大大提高了组件的良品率及可靠性。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

Claims (4)

1.一种太阳能电池组件，其特征在于，包括：

太阳能电池芯片（100）；所述太阳能电池芯片（100）包括依次叠加设置的背电极（110）、衬底（120）、电池有源层（130）和正电极（140）；所述太阳能电池芯片（100）还包括减反膜，所述减反膜设于所述电池有源层（130）表面除所述正电极（140）之外的区域；

保护层（200），所述保护层（200）设于所述太阳能电池芯片（100）表面；其上设有通孔（230）；所述通孔（230）的底部至少与部分正电极（140）重叠；所述保护层（200）包括自所述太阳能电池芯片（100）而始依次叠加的胶膜层（210）和玻璃盖片（220）；

金属互联条（300），所述金属互联条（300）包括第一平直部（310）、第二平直部（330）和圆弧部（340）；所述第一平直部（310）贴附于所述通孔（230）底部，所述第二平直部（330）贴附于所述通孔（230）侧壁，所述第二平直部（330）远离所述太阳能电池芯片（100）一侧端点与所述圆弧部（340）的一端连接；所述金属互联条（300）还包括连接第一平直部（310）和第二平直部（330）的倒角圆弧（320），以及与所述圆弧部（340）另一端连接的自由端（350）；所述自由端（350）的结构包括直线型或L型中的一种。

2.一种如权利要求1所述太阳能电池组件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.在所述太阳能电池芯片（100）表面设置具有所述通孔（230）的保护层（200）；

S2.将步骤S1所得部件进行除泡处理和固化处理；

S3.将步骤S2所得部件中所述通孔（230）的底部，和所述金属互联条（300）的第一平直部（310）焊接。

3.一种太阳能电池组，其特征在于，包括如权利要求1所述的太阳能电池组件。

4.一种航天飞行器，其特征在于，包括如权利要求3所述的太阳能电池组。

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