CN116154028A - 光伏电池单元及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种光伏电池单元，包括分设在电池片两侧且相互平行的导电连接条，电池片的正背面分别通过多个金属线连接一个导电连接条。本发明还提供两种光伏组件的制备方法。本发明可降低电池片表面银耗量和金属线光遮挡，并提升光伏组件的制作速度。本发明在电池片摆片过程中，能实现多个电池片同时摆放，提升摆片速度；本发明可以弱化电池片排片精度，摆片工序可以不再需要视觉和机器人高精度定位，通过简单的机械定位即可实现电池片的有效摆放。本发明的方案适用于具有叠栅结构的叠栅电池，叠栅电池的光生电流从电池片内部垂直流经超薄种子层直接到达金属线，无横向传输过程，电阻损耗小，可节省贵金属银耗量并避免银栅线对光的遮挡。
Description
技术领域
本发明涉及一种光伏电池单元及其应用。
背景技术
在现有晶硅光伏产业链中，使用硅片制作成电池片，电池片表面预先制备好用于收集电流的金属图形，收集电流的图形为细栅，综合考虑遮光和电流传输损耗，细栅高宽比应尽量大，用于电池片串联及汇集细栅电流的图形为主栅，一定程度上，主栅数量越多，细栅银耗可以越少越窄，且细栅热阻损失降低，使得电池片银耗降低同时效率提升，所以电池片主栅一直在朝着越来越多的方向发展。组件端，主栅数量越多，要求连接电池片之间的焊带数量越多、越细，组件制作及工艺控制难度也越大。目前市场上的多主栅电池串联主要使用圆丝焊带或三角焊带，起到连接电路作用的同时其表面光反射可以二次利用，提升组件光利用率，多主栅的主栅数量主要为9～20主栅，相比于电池细栅数及电池片宽度，主栅数量及焊带实际遮光面积依然相对较少，对整个组件光的利用率影响还比较有限，所以对焊带本身也没有太多苛刻和具体的要求，如三角焊带的倒角、焊带表面的反光率要求等。
现有光伏组件有如下缺陷：
电池片的电流路径复杂，光生电流从电池片基体内汇集到细栅线，通过细栅线横向传输到主栅线，再纵向传输到焊带，再通过焊带传输出电池片；
电池片金属化银耗过高；
电池片表面金属遮光面积大，影响电池及组件效率；
电池片电流通过表面细栅金属传输收集，传输过程中的热阻损耗拉低电池及组件输出功率；
光伏组件制作速度慢，组件中电池片通过一根焊带分别连接相邻电池片的正背面形成串联，这种连接方式使得组件制作速度达到一定程度后很难再大幅提升；
现常规组件中电池片之间的空隙处的光利用率低。
发明内容
在为解决现有技术的缺陷，本发明提供一种光伏电池单元，包括电池片，以及分设在电池片两侧的第一导电连接条、第二导电连接条；第一导电连接条、第二导电连接条相互平行；
所述电池片的正面通过多个相互平行的第一金属线连接第一导电连接条的底面；各第一金属线分别通过电连接材料与第一导电连接条的底面固接；各第一金属线还分别通过电连接材料与电池片的正面固接；且各第一金属线上远离第一导电连接条的一端，不伸至电池片外侧；
所述电池片的背面通过多个相互平行的第二金属线连接第二导电连接条的顶面；各第二金属线分别通过电连接材料与第二导电连接条的顶面固接；各第二金属线还分别通过电连接材料与电池片的背面固接；且各第二金属线上远离第二导电连接条的一端，不伸至电池片外侧。
优选的，所述第一导电连接条底面、第二导电连接条顶面的电连接材料，可在组件层压过程中再次熔化并固化。
本发明光伏电池单元的具体内容参见实施例1。
本发明还提供两种光伏组件的制备方法，都采用上述光伏电池单元，具体步骤参见实施例2和实施例3。
本发明的优点和有益效果在于：
本发明的光伏电池单元，在电池片上复合了金属线（第一金属线、第二金属线）和导电连接条（第一导电连接条、第二导电连接条），可视为一个整体，为一个电池片单元，从电池片单元到光伏组件的整个过程为光伏组件的制备过程，因为电池片上已经预连接好所有汇集传输电流的金属线（第一金属线、第二金属线）及用于电池片之间连接的导电连接条（第一导电连接条、第二导电连接条），组件工艺相比传统组件工艺相对简单很多。
本发明的光伏电池单元结构中，电池片表面（电池片正面、电池片背面）电流可直接通过金属线（第一金属线、第二金属线）汇集和传输，电池表面金属线可以数量超多、超密集，如166mm宽度电池片，其表面金属线数量可以超过120根，传统组件串焊工艺及组件封装工艺已无法实现该结构组件的封装。本发明组件制备方法与传统组件制备方法最大的区别在于不需要传统串焊步骤，传统串焊工艺已不再满足这种超多金属线的电池串联工艺，本发明先将金属线（第一金属线、第二金属线）和导电连接条（第一导电连接条、第二导电连接条）复合在电池片上形成独立的光伏电池单元，再使光伏电池单元首尾相连，可在实现超多金属线电池串联的同时简化连接工艺。且本发明在电池片摆片过程中，可以实现多个电池片同时摆放，提升摆片速度；另外，本发明可以弱化电池片排片精度，摆片工序可以不再需要视觉和机器人高精度定位，通过简单的机械定位即可实现电池片的有效摆放。
本发明超多超细金属线的有效搭接方式，电池片片间电气连接，通过导电连接条对（第一导电连接条、第二导电连接条）将金属线（第一金属线、第二金属线）夹在中间，再通过层压机高温焊接，可以简单有效实现细小金属线之间的搭接，保证电池片之间的电流在每根金属线上的有效传输。
对于表面为透明导电层（TCO）的电池（如HJT电池），金属线（第一金属线、第二金属线）可直接通过导电胶或合金等与TCO形成电气连接。对于表面无TCO的电池，金属线（第一金属线、第二金属线）可通过导电胶或合金等与电池表面金属栅线形成电气连接。以上结构可应用于PERC、TOPCon、HJT等有表面金属图形及表面无金属图形通过TCO收集电流的大部分太阳能电池片。
本发明光伏电池单元的光生电流在电池片表面（电池片正面、背面）汇集传送到金属线（第一金属线、第二金属线）上，可以不经过细栅，金属线（第一金属线、第二金属线）相比细栅电阻低很多，所以电流在金属线（第一金属线、第二金属线）中传输热阻损失可以降低很多，损失降低了，组件输出功率就高了。
本发明能降低电池组件的银浆耗量，电池片表面（电池片正面、背面）电流通过金属线（第一金属线、第二金属线）收集和传输，银浆只是起到连接金属线和电池片的作用，电流在银浆只需要垂直电池片表面的纵向方向传输，不需要横向传输，所以不再需要很多的银浆堆叠，降低横向传输电阻，银浆高度可以下降到5μm以下，所以银浆耗量也可以大幅降低。不管是PERC、TOPCon、HJT还是其它电池，其银耗量都可以大幅降低，最高可降低80%以上。
传统电池细栅及焊带遮光为3%～5%，遮光损失严重。本发明电池片表面的金属线（第一金属线、第二金属线）的截面形状优选为高反射三角形结构，直射光在金属线表面反射最终还会到达电池片，被电池片吸收，所以金属线对电池片表面并不遮挡入射光，电池组件受光率高，电池组件效率自然也高。
本发明的片间导电连接条（第一导电连接条、第二导电连接条）可以具有高反射锯齿结构，对入射光形成二次全反射，最终回到电池片，提升电池片间隙光的利用，目前市面上还没有简单有效的、便于操作的利用片间入射光的方法，本发明设计的片间导电连接条（第一导电连接条、第二导电连接条）正好可以实现简单操作及有效利用。
由上可知，本发明可以大幅度降低电池片表面银耗量和金属线光遮挡，并大幅度提升光伏组件的制作速度。
本发明的方案适用于具有叠栅结构的叠栅电池，如图4所示，叠栅结构包括：设于电池片表面的栅线状超薄种子层，以及叠设在超薄种子层上的金属线；金属线与其所在的超薄种子层并行，且金属线的宽度不小于其所在超薄种子层的宽度；超薄种子层的厚度≤5μm；具体的，如图5所示，金属线与其所在的超薄种子层之间通过导电连接材料固接；更具体的，金属线与其所在的超薄种子层，通过焊接、导电固化胶连接或导电胶带连接等方式固接。
超薄种子层主要用于收集并纵向导出电池片基体内的光生电流，金属线主要用于将光生电流传输出电池片；
具体的，叠栅电池的光生电流传输路径，从电池片基体内汇集到栅线状超薄种子层，再由栅线状超薄种子层纵向传输至金属线，再通过金属线传输出电池片，不需要通过栅线状超薄种子层进行电流横向传输；
可见，叠栅电池的结构简单，电流传输路径短，电池片基体、超薄种子层、金属线在垂直方向上叠合在一起，光生电流从电池片内部垂直流经超薄种子层直接到达金属线，无横向传输过程，电阻损耗小，可节省横向传输贵金属银耗量并避免或减少银栅线对光的遮挡。
附图说明
图1是本发明光伏电池单元的俯视示意图；
图2是本发明光伏电池单元的侧视示意图；
图3是本发明实施例2和实施例3中光伏组件的层叠示意图；
图4和图5是叠栅结构的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明具体实施的技术方案如下：
实施例1
如图1和图2所示，本发明提供一种光伏电池单元，包括矩形电池片，以及分设在电池片两侧的第一导电连接条、第二导电连接条；第一导电连接条和第二导电连接条与电池片的一对边线平行，且第一导电连接条、第二导电连接条对称设置；第一导电连接条、第二导电连接条与电池片的间距都不大于5mm（优选为0.5～5mm）；
所述电池片的正面通过多个相互平行且间隔设置的第一金属线连接第一导电连接条的底面；各第一金属线与第一导电连接条垂直；各第一金属线的线宽为0.05～0.2mm；相邻两个第一金属线的间距为1～3mm；各第一金属线分别通过电连接材料与第一导电连接条的底面固接；各第一金属线还分别通过电连接材料与电池片的正面固接；且各第一金属线上远离第一导电连接条的一端，不伸至电池片外侧；
所述电池片的背面通过多个相互平行且间隔设置的第二金属线连接第二导电连接条的顶面；各第二金属线与第二导电连接条垂直；各第二金属线的线宽为0.05～0.2mm；相邻两个第二金属线的间距为1～3mm；各第二金属线分别通过电连接材料与第二导电连接条的顶面固接；各第二金属线还分别通过电连接材料与电池片的背面固接；且各第二金属线上远离第二导电连接条的一端，不伸至电池片外侧。
具体的：
所述电连接材料可以采用导电胶（如填充了导电颗粒的胶体材料）、导电浆料（如银浆）、焊料（如焊锡或其它合金材料）或其它导电粘合材料。
所述第一金属线、第二金属线的截面形状可以为三角形、圆形、半圆形、梯形、矩形等。优选的，所述第一金属线、第二金属线的截面形状为三角形，且三角形顶角的倒角R≤0.03mm，三角形的底角均＞45°，三角形的底边宽度为0.05～0.2mm。
所述第一金属线、第二金属线的表面可以为反射率≥80%的高反射面。
所述第一导电连接条、第二导电连接条的截面形状可以为三角形、圆形、半圆形、梯形、矩形、锯齿型等。优选的，所述第一导电连接条上与多个第一金属线连接的面，设有反射率≥80%的反光结构；所述第二导电连接条上与多个第二金属线连接的面，设有反射率≥80%的反光结构；所述反光结构可以为三角锯齿结构，且锯齿的顶角为90～140度，顶角倒角R≤0.05mm。
实施例2
在实施例1的基础上，区别在于：
所述电池片正面为绝缘面，且电池片正面设有一层将电流导出的超薄种子层，第一金属线通过电连接材料与种子层固接；种子层厚度优选≤5μm；种子层也可以直接使用金属化电镀工艺中的种子层。
实施例3
在实施例1的基础上，区别在于：
所述电池片具有叠栅结构；叠栅结构包括：设于电池片表面的栅线状超薄种子层，以及叠设在超薄种子层上的金属线；金属线与其所在的超薄种子层并行，且金属线的宽度不小于其所在超薄种子层的宽度；超薄种子层的厚度≤5μm；金属线与其所在的超薄种子层之间通过导电连接材料固接；具体的，金属线与其所在的超薄种子层，通过焊接、导电固化胶连接或导电胶带连接等方式固接；
更具体的：
所述超薄种子层包括：设于电池片正面且与第一金属线一一对应的多个第一超薄种子层，以及设于电池片背面且与第二金属线一一对应的多个第二超薄种子层；
所述第一金属线叠设在对应的第一超薄种子层上；第一金属线与其所在的第一超薄种子层并行，且第一金属线的宽度不小于其所在第一超薄种子层的宽度；第一超薄种子层的厚度≤5μm；第一金属线与其所在的第一超薄种子层之间通过导电连接材料固接；具体的，第一金属线与其所在的第一超薄种子层，通过焊接、导电固化胶连接或导电胶带连接等方式固接；
所述第二金属线叠设在对应的第二超薄种子层上；第二金属线与其所在的第二超薄种子层并行，且第二金属线的宽度不小于其所在第二超薄种子层的宽度；第二超薄种子层的厚度≤5μm；第二金属线与其所在的第二超薄种子层之间通过导电连接材料固接；具体的，第二金属线与其所在的第二超薄种子层，通过焊接、导电固化胶连接或导电胶带连接等方式固接。
实施例4
如图3所示，本发明还提供一种光伏组件的制备方法，其采用实施例1、实施例2或实施例3的光伏电池单元，且第一导电连接条底面、第二导电连接条顶面的电连接材料，可在组件层压过程中再次熔化并固化；包括如下步骤：
1）铺设光伏面板（如光伏玻璃）和正面胶膜，正面胶膜与光伏面板尺寸基本一致，正面胶膜平整铺盖在光伏面板上；
2）通过机械手或机械吸盘抓取光伏电池单元（抓取光伏电池单元可以单片或多片同时抓取），并按照组件电路连接结构将光伏电池单元平铺在正面胶膜上，形成电池串；且单个电池串中，使光伏电池单元的第一导电连接条叠放在相邻光伏电池单元的第二导电连接条上；此时，该第一导电连接条底面的第一金属线和该第二导电连接条顶面的第二金属线，被夹在该第一导电连接条和该第二导电连接条之间，可保障电池串中相邻电池片之间连接的有效性；由于电池片表面的电气连接已完成（各第一金属线分别与电池片正面固接；各第二金属线分别与电池片背面固接），故此步骤中只需实现光伏电池单元之间的电气连接，所以电池片抓取、摆放的精度要求要低很多，因此可以多片同时抓取，提升摆片速度；以叠放在一起的第一导电连接条、第二导电连接条组成导电连接条对；
3）焊接汇流条和电极引出线；使用汇流条将电池串连接起来，使组件整个电路完整；并在出线位置焊接引出线，用于与外部接线盒连接；
4）铺设背面胶膜和光伏背板（可以是背板玻璃）；此时，形成待层压的层叠件；
5）将层叠件置入层压机进行层压，使层叠件挤压粘合为一个整体；层压温度为130～160℃，且层压过程中，导电连接条对之间的电连接材料熔化，并将导电连接条对以及该导电连接条对之间的第一金属线、第二金属线固接在一起，实现相邻电池片的稳固电连接；
6）安装接线盒和组件边框并固化。
实施例5
如图3所示，本发明还提供另一种光伏组件的制备方法，其采用实施例1、实施例2或实施例3的光伏电池单元，包括如下步骤：
1）铺设光伏面板（如光伏玻璃）和正面胶膜，正面胶膜与光伏面板尺寸基本一致，正面胶膜平整铺盖在光伏面板上；
2）通过机械手或机械吸盘抓取光伏电池单元（抓取光伏电池单元可以单片或多片同时抓取），并按照组件电路连接结构将光伏电池单元平铺在正面胶膜上，形成电池串；且单个电池串中，使光伏电池单元的第一导电连接条叠放在相邻光伏电池单元的第二导电连接条上；此时，该第一导电连接条底面的第一金属线和该第二导电连接条顶面的第二金属线，被夹在该第一导电连接条和该第二导电连接条之间，可保障电池串中相邻电池片之间连接的有效性；由于电池片表面的电气连接已完成（各第一金属线分别与电池片正面固接；各第二金属线分别与电池片背面固接），故此步骤中只需实现光伏电池单元之间的电气连接，所以电池片抓取、摆放的精度要求要低很多，因此可以多片同时抓取，提升摆片速度；以叠放在一起的第一导电连接条、第二导电连接条组成导电连接条对；
3）对导电连接条对之间的电连接材进行加热，使导电连接条对之间的电连接材料熔化再固化，将导电连接条对以及该导电连接条对之间的第一金属线、第二金属线固接在一起，实现相邻电池片的稳固电连接；
4）焊接汇流条和电极引出线；使用汇流条将电池串连接起来，使组件整个电路完整；并在出线位置焊接引出线，用于与外部接线盒连接；
5）铺设背面胶膜和光伏背板（可以是背板玻璃）；此时，形成待层压的层叠件；
6）将层叠件置入层压机进行层压，使层叠件挤压粘合为一个整体；
7）安装接线盒和组件边框并固化。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (20)
1.光伏电池单元，其特征在于，包括电池片，以及分设在电池片两侧的第一导电连接条、第二导电连接条；第一导电连接条、第二导电连接条相互平行；
所述电池片的正面通过多个相互平行的第一金属线连接第一导电连接条的底面；各第一金属线分别通过电连接材料与第一导电连接条的底面固接；各第一金属线还分别通过电连接材料与电池片的正面固接；且各第一金属线上远离第一导电连接条的一端，不伸至电池片外侧；
所述电池片的背面通过多个相互平行的第二金属线连接第二导电连接条的顶面；各第二金属线分别通过电连接材料与第二导电连接条的顶面固接；各第二金属线还分别通过电连接材料与电池片的背面固接；且各第二金属线上远离第二导电连接条的一端，不伸至电池片外侧。
2.根据权利要求1所述的光伏电池单元，其特征在于，所述电连接材料采用导电胶、导电浆料或焊料。
3.根据权利要求1所述的光伏电池单元，其特征在于，所述电池片为矩形；所述第一导电连接条和第二导电连接条与电池片的一对边线平行；各第一金属线和各第二金属线与电池片的另一对边线平行。
4.根据权利要求1所述的光伏电池单元，其特征在于，所述第一导电连接条、第二导电连接条对称设置。
5.根据权利要求1所述的光伏电池单元，其特征在于，所述多个第一金属线等间隔设置，相邻两个第一金属线的间距为1～3mm；所述多个第二金属线等间隔设置，相邻两个第二金属线的间距为1～3mm。
6.根据权利要求1所述的光伏电池单元，其特征在于，所述第一金属线、第二金属线的线宽为0.05～0.2mm。
7.根据权利要求1所述的光伏电池单元，其特征在于，所述第一金属线、第二金属线的截面形状为三角形、圆形、半圆形、梯形、矩形。
8.根据权利要求1所述的光伏电池单元，其特征在于，所述第一金属线、第二金属线的截面形状为三角形，且三角形顶角的倒角R≤0.03mm，三角形的底角均＞45°，三角形的底边宽度为0.05～0.2mm。
9.根据权利要求1所述的光伏电池单元，其特征在于，所述第一金属线、第二金属线的表面为反射率≥80%的高反射面。
10.根据权利要求1所述的光伏电池单元，其特征在于，所述第一导电连接条、第二导电连接条与电池片的间距不大于5mm。
11.根据权利要求1所述的光伏电池单元，其特征在于，所述第一导电连接条、第二导电连接条的截面形状为三角形、圆形、半圆形、梯形、矩形、锯齿型。
12.根据权利要求1所述的光伏电池单元，其特征在于，所述第一导电连接条上与多个第一金属线连接的面，设有反射率≥80%的反光结构；所述第二导电连接条上与多个第二金属线连接的面，设有反射率≥80%的反光结构。
13.根据权利要求12所述的光伏电池单元，其特征在于，所述反光结构为三角锯齿结构，且锯齿的顶角为90～140度，顶角倒角R≤0.05mm。
14.根据权利要求1所述的光伏电池单元，其特征在于，所述电池片正面为绝缘面，且电池片正面设有将电流导出的种子层，第一金属线通过电连接材料与种子层固接。
15.根据权利要求1所述的光伏电池单元，其特征在于，所述电池片具有叠栅结构；叠栅结构包括设于电池片表面的栅线状超薄种子层，以及叠设在超薄种子层上的金属线；金属线与其所在的超薄种子层并行，且金属线的宽度不小于其所在超薄种子层的宽度；
所述超薄种子层包括：设于电池片正面且与第一金属线一一对应的多个第一超薄种子层，以及设于电池片背面且与第二金属线一一对应的多个第二超薄种子层。
16.根据权利要求15所述的光伏电池单元，其特征在于，所述超薄种子层的厚度≤5μm。
17.根据权利要求15所述的光伏电池单元，其特征在于，所述金属线与其所在的超薄种子层之间通过导电连接材料固接。
18.根据权利要求15所述的光伏电池单元，其特征在于，所述金属线与其所在的超薄种子层，通过焊接、导电固化胶连接或导电胶带连接方式固接。
19.光伏组件的制备方法，其特征在于，其采用权利要求1至18中任一项所述的光伏电池单元，包括如下步骤：
1）铺设光伏面板和正面胶膜；
2）抓取光伏电池单元，并按照组件电路连接结构将光伏电池单元平铺在正面胶膜上，形成电池串；且单个电池串中，使光伏电池单元的第一导电连接条叠放在相邻光伏电池单元的第二导电连接条上；此时，该第一导电连接条底面的第一金属线和该第二导电连接条顶面的第二金属线，被夹在该第一导电连接条和该第二导电连接条之间；以叠放在一起的第一导电连接条、第二导电连接条组成导电连接条对；
3）焊接汇流条和电极引出线；
4）铺设背面胶膜和光伏背板；此时，形成待层压的层叠件；
5）将层叠件置入层压机进行层压，使层叠件粘合为一个整体；且层压过程中，导电连接条对之间的电连接材料熔化，并将导电连接条对以及该导电连接条对之间的第一金属线、第二金属线固接在一起；
6）安装接线盒和组件边框。
20.光伏组件的制备方法，其特征在于，其采用权利要求1至18中任一项所述的光伏电池单元，包括如下步骤：
1）铺设光伏面板和正面胶膜；
2）抓取光伏电池单元，并按照组件电路连接结构将光伏电池单元平铺在正面胶膜上，形成电池串；且单个电池串中，使光伏电池单元的第一导电连接条叠放在相邻光伏电池单元的第二导电连接条上；此时，该第一导电连接条底面的第一金属线和该第二导电连接条顶面的第二金属线，被夹在该第一导电连接条和该第二导电连接条之间；以叠放在一起的第一导电连接条、第二导电连接条组成导电连接条对；
3）对导电连接条对之间的电连接材进行加热，使其熔化再固化，将导电连接条对以及该导电连接条对之间的第一金属线、第二金属线固接在一起；
4）焊接汇流条和电极引出线；
5）铺设背面胶膜和光伏背板；此时，形成待层压的层叠件；
6）将层叠件置入层压机进行层压，使层叠件粘合为一个整体；
7）安装接线盒和组件边框。
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