CN116583124B - 导线、排线、连接件及制备方法、光伏装置及制备方法 - Google Patents

导线、排线、连接件及制备方法、光伏装置及制备方法 Download PDF

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Abstract

一种导线、排线、连接件及制备方法、光伏装置及制备方法,涉及钙钛矿电池领域,可解决因钙钛矿器件中的卤素离子或其他材料迁移导致的栅线处界面电阻变大,器件效率和稳定性降低等问题。一种用于光伏装置的导线,包括:金属线芯,和,用于阻隔离子迁移的导线涂层;所述导线涂层至少分布在与太阳能电池的电极的接触部分。该导线可用于光伏装置的栅线、互联条和汇流条等。

Description

导线、排线、连接件及制备方法、光伏装置及制备方法
技术领域
本发明涉及太阳能电池领域,尤其涉及一种导线、排线、连接件及制备方法、光伏装置及制备方法。
背景技术
有机-无机杂化钙钛矿具有吸收系数大、激子结合能小、载流子扩散长度长、载流子迁移率高等优异特性,其作为理想的光伏吸收材料受到了人们的广泛关注。自2009年钙钛矿太阳能电池第一次被报道至今,钙钛矿太阳能电池功率转换效率从最初的3.8%飞速提升到26%,与商业化的单晶硅太阳能电池相当。
目前,当钙钛矿电池表面制备透明导电氧化物薄膜作为透明电极时,通常采用丝网印刷和低温固化的方式在太阳能电池上制备主栅线和副栅线结构,并使用焊带焊接的方式将电池单元串联成电池串。
但对钙钛矿电池或钙钛矿叠层电池而言,钙钛矿吸光层中的卤素离子(或其他材料分子或离子)会迁移至金属栅线(或其他金属导线)处,并与金属栅线发生反应,形成例如碘化银的界面层,这种界面层相对绝缘,会大幅提升界面电阻,并降低器件的效率。同时金属栅线的金属也有可能会通过电极层(多为透明导电层如ITO、IZO)迁移至钙钛矿吸光层,影响钙钛矿吸光层的稳定性以及发光效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种导线及包括其的排线、连接件及其制备方法,光伏装置及其制备方法,可以至少部分地解决现有技术中因栅线的金属材料与钙钛矿吸光层的卤素材料反应导致的界面电阻上升问题。
本发明的实施例提供一种用于光伏装置的导线,所述导线包括:金属线芯,和,用于阻隔离子迁移的导线涂层;所述导线涂层至少分布在与太阳能电池的电极的接触部分。
可选地,所述导线的线宽为70~140μm。进一步优选地,所述导线的线宽为75~85μm。
可选地,所述导线涂层分布在所述金属线芯的外周面。
可选地,所述导线横截面为圆形。
可选地,所述导线涂层的材料为导电陶瓷。
可选地,所述导线涂层的材料包括下述中的至少一项:TiN、TiC、TiCN、TiSiN、AlTiN、ZrN、TaN、HfN。
可选地,所述金属线芯与所述导线涂层之间还设置有粘结层。
可选地,所述粘结层为钛或者铬。
可选地,所述粘结层厚度为5~30nm。所述粘结层厚度进一步优选为10~20nm。
可选地,所述导线涂层通过阴极电弧或者磁控溅射形成致密薄膜的方式形成在所述金属线芯的表面。
可选地,所述导线涂层的厚度为0.01~5μm。所述导线涂层的厚度进一步优选为0.1~0.2μm。
第二方面,本发明的实施例还提供一种用于光伏装置的排线,包括多个平行设置的如上面任一项所述的导线。所述排线可用作栅线结构,收集电极电流;还可用做汇流条、互联条等。
所述排线还包括用于固定所述导线的膜片,所述导线部分地嵌入所述膜片。
可选地,相邻导线之间的线距2~4mm。
可选地,所述导线的线宽为70~140μm。
第三方面,本发明的实施例还提供一种光伏装置,包括上述任一项所述的导线。所述光伏装置可包括电池单元、电池串、组件或者光伏系统。
可选地,所述导线设置于太阳能电池单元的电极上,用于替代栅线结构收集电极电流;或者,所述导线的第一端与第一电池单元的第一电极电连接,所述导线的第二端与第二电池单元的第二电极电连接,实现第一、第二电池单元的串接。
所述光伏装置包括太阳能电池组件,所述太阳能电池组件至少包括:
基于同一衬底形成的第一电池单元和第二电池单元;
平行设置的多个所述导线,多个导线的第一端均设置于所述第一电池单元的第一电极上并与所述第一电极电连接,用于替代所述第一电池单元的栅线结构收集所述第一电极的电流;所述多个导线的第二端均设置于所述第二电池单元的第二电极上并与所述第二电极电连接,用于替代所述第二电池单元的栅线结构收集所述第二电极的电流。
可选地,所述第一电池单元和所述第二电池单元均为晶硅钙钛矿叠层电池,相邻两个所述导线之间的线距2~4mm,优选为2.5~3.5mm。
本申请的实施例还提供一种晶硅钙钛矿叠层电池组件,包括:
基于同一衬底形成的第一电池单元和第二电池单元;
平行设置的多个如上述任一项所述的导线,多个导线的第一端均设置于所述第一电池单元的第一电极上并与所述第一电极电连接,用于替代所述第一电池单元的栅线结构收集所述第一电极的电流;所述多个导线的第二端均设置于所述第二电池单元的第二电极上并与所述第二电极电连接,用于替代所述第二电池单元的栅线结构收集所述第二电极的电流。
可选地,相邻两个所述导线之间的线距2~4mm。线距优选为2.5~3.5mm。
可选地,所述组件尺寸为210mm×210mm时,所述导线线宽为120~140μm;所述组件尺寸为210mm×105mm时,所述导线线宽为80~100μm。
第四方面,本发明的实施例还提供一种连接件,用于将至少两个太阳能电池单元串接,包括
平行设置的多个如上述任一项所述的导线;
用于对上述多个导线进行固定的第一膜片和第二膜片,所述多个导线夹设在所述第一膜片和所述第二膜片之间,且所述第一膜片与所述第二膜片分别位于所述多个导线的第一端和第二端;
所述多个导线的第一端均部分地嵌入所述第一膜片,在对应第一膜片的区域形成与第一电池单元的第一电极对应且电连接的第一裸露部分;所述多个导线的第二端均部分地嵌入所述第二膜片,在对应第二膜片的区域形成与第二电池单元的第二电极对应且电连接的第二裸露部分。
可选地,相邻两个所述导线的线距2~4mm。
可选地,所述多个导线成组分布,每一组导线与一行电池单元对应。
可选地,所述导线的线宽为30~140μm,优选为75~85μm。
可选地,相邻两根导线之间的间距为2~4mm,优选为2.5-3.5mm。
可选地,导线的截面形状为圆形或者三角形。
可选地,所述第一膜片和所述第二膜片均包括隔离膜和用于将所述导线粘接至所述隔离膜上的粘接膜。
可选地,所述粘接膜的玻璃化转变温度低于所述隔离膜的玻璃化转变温度。
可选地,所述粘接膜的材料选自聚烯烃热塑性弹性体、聚乙烯醇缩丁醛酯、乙烯-醋酸乙烯共聚物中的至少一种;和/或,所述隔离膜的材料选自聚对苯二甲酸类树脂、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯中的至少一种。
可选地,粘接膜的厚度小于导线的直径。
可选地,粘接膜的厚度为20~70μm。
可选地,隔离膜的厚度为1~100μm。隔离膜的厚度优选10~80μm。
本申请的实施例还提供一种连接件的制备方法,包括:
将多个导线平行设置;将第一膜片和第二膜片分别放置在所述多个导线的上下两侧,且所述第一膜片和所述第二膜片分别位于所述导线的两端;利用热压工艺将所述第一膜片、平行设置的多个导线、所述第二膜片压合在一起形成连接件;其中,所述多个导线的第一端均部分地嵌入所述第一膜片,形成与第一电池单元的第一电极对应并电连接的第一裸露部分;所述多个导线的第二端均部分地嵌入所述第二膜片,形成与第二电池单元的第二电极对应并电连接的第二裸露部分。
可选地,在热压之前,所述制备方法还包括通过下述方式形成热压用的导线:在金属线芯的表面利用磁控溅射技术形成用于阻隔离子迁移的导线涂层,得到表面带有导线涂层的导线。
可选地,所述磁控溅射技术采用下述增强薄膜致密性方式中的一项或多项的组合:直流磁控溅射、直流脉冲磁控溅射、射频磁控溅射、高能脉冲磁控溅射;反应磁控溅射;和,给所述金属线芯通负偏压。
优选地,所述磁控溅射技术采用高能脉冲溅射和反应磁控溅射,同时给所述金属线芯通负偏压。
可选地,热压工艺包括:在20℃~250℃,利用热辊将所述导线的第一端按压在所述第一膜片上,将所述导线的第二端按压在所述第二膜片上。
可选地,热压工艺包括:通过给所述导线通电产生热量的方式,将所述导线的第一端按压在所述第一膜片上,将所述导线的第二端按压在所述第二膜片上。
本申请的实施例还提供一种光伏装置,包括上述任一项提供的导线或者连接件。所述光伏装置包括太阳能电池组件,所述制备方法包括:
放置第一电池单元和连接件,并使连接件的第一裸露部分对应在第一电池单元的第一电极上;
放置第二电池单元,并使所述第二电池单元的第二电极对应在所述连接件的第二裸露部分;
利用层压技术将连接件的第一裸露部分压接在第一电池单元的第一电极上,同时所述连接件的第二裸露部分压接在第二电池单元的第二电极上;或者,所述制备方法包括:
利用点胶工艺,将多条导线的第一端固定在第一电池单元的第一电极,所述多条导线的第二端固定在第二电池单元的第二电极,形成包括至少两个电池单元的电池串;在多个电池串上方放置第一膜片,在多个电池串下方放置第二膜片;利用层压技术使所述电池串、第一膜片、第二膜片连接在一起。
可选地,在对太阳能电池组件封装时,利用层压技术同步使所述太阳能电池单元连接为电池串。
本申请实施例提供一种导线及包括其的排线。所述导线包覆有导线涂层,导线涂层用于阻隔金属线芯的金属离子向外迁移,同时也能阻隔太阳能电池的功能材料(离子或分子)向金属线芯处迁移,用于钙钛矿太阳能电池可解决因钙钛矿器件中的卤素离子与金属反应导致的栅线处界面电阻变大,金属离子因迁移进入钙钛矿吸光层或其他功能层导致的器件效率及稳定性降低等问题。该导线可用于光伏装置的栅线、互联条和汇流条等导电结构。除钙钛矿类太阳能电池外,还可应用于其他太阳能电池,如对杂质敏感的铜铟镓硒太阳能电池。
本申请还提供一种可以预先制备的一体化连接件及其制备方法,可以电连接太阳能电池单元形成一个或多个电池串。该连接件例如可以通过压合工艺,在较低温度下将两端分别固定在两个太阳能电池单元的上下电极表面,实现太阳能电池单元的串联,无需高温焊接,避免了高温焊接对太阳能电池单元的性能影响。此外该连接件可以预制,可以预先大规模生产然后在组件工艺时直接压合在电池单元上,适用于工业化大规模生产,有利于缩减太阳能电池组件串联的工艺过程,提高生产效率。
同时,本申请所提供的连接件中的平行设置多条导线本身具有栅线作用,不仅可以实现相邻的太阳能电池单元的电连接进而形成电池串,还可以起到电流汇流的作用,无需另外设置银浆栅线,即太阳能电池也无需进行主副栅线的丝印工艺,减少了低温银浆所带来的高昂成本,同时改善了因为丝印工艺等200℃以上的高温工艺所带来的太阳能电池损伤,提高了太阳能电池的可靠性、降低了生产成本,易于实现工业化生产,具有很好的应用前景。本发明采用连接件实现了电池单元的一种新型互联方式,无需主栅、副栅和焊带,也无需高温焊接工艺便可将电池单元进行互联,同时实现与具有主栅和副栅结构时相接近或更高的电流收集能力。而且,本申请方案还可避免因焊带焊接容易造成电池翘曲及隐裂现象,进而导致阻水性能下降的问题,以及低温银浆未烧结导致的连接可靠性下降问题,因而可提高组件封装的阻水性能和可靠性。
附图说明
图1为本申请一些实施例提供的用于光伏装置的导线的横截面示意图;
图2为本申请一些实施例提供的排线的结构示意图;
图3为本申请提供的连接件中的导线涂层采用TiN层时,TiN三种晶向的示意图;
图4、图5为本申请一些实施例提供的连接件的结构示意图;
图6为本申请一些实施例提供的连接件的截面结构示意图;
图7为本申请一些实施例提供的连接件一端的截面结构放大示意图;
图8为本申请一些实施例提供的连接件与太阳能电池单元连接的结构示意图;
图9为一些实施例提供的连接件与太阳能电池单元连接的侧示图;
图10-图13为一些实施例提供的用于连接电池串首尾的电池单元与汇流条的连接件的示意图;
图14为一些实施例提供的带有氮化钛涂层的铜丝与现有的锡包铜丝在ITO表面的接触电阻;其中,
100-太阳能电池单元,101-第一电池单元,102-第二电池单元
200-连接件,210-导线,211-金属线芯,212-导线涂层,
213-第一裸露部分,214-第二裸露部分,221-第一膜片,222-第二膜片,
223-粘接膜,224-隔离膜,225-主体部分,226-延伸部分,
227-第三膜片,228-膜片。
本文描述中使用的缩略语和关键术语
高能脉冲磁控溅射(high-power impulse magnetron sputtering,HiPIMS),是利用较高的脉冲峰值功率和较低的脉冲占空比来产生高溅射金属离化率的一种磁控溅射技术,该技术可以极大的提高等离子体密度,从而加快了薄膜沉积速率,可以形成致密,光滑且高附着力的高质量薄膜。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请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。
太阳能电池一般采用金属电极,但对于钙钛矿太阳能电池,钙钛矿吸光层中的卤素离子可能迁移到金属栅线处,金属栅线会被卤素氧化,导致电极的接触电阻升高;同时金属栅线的金属元素迁移到钙钛矿吸光层,也会影响钙钛矿吸光层的稳定性。
透明导电层如ITO(氧化铟锡,一种常用的透明导电材料)增厚可以阻隔上述离子迁移(或材料扩散)导致的界面电阻升高、电池稳定性降低的问题,但较厚的ITO膜会消耗大量的贵金属如铟,这对太阳能电池而言,成本太高。另外较厚的ITO膜会影响进光率。
为解决上述问题,本申请提出如下技术方案。
一种用于太阳能电池组件的导线
如图1所示,本申请提供一种用于太阳能电池组件的导线210,所述导线210包括:金属线芯211,和,用于阻隔离子迁移的导线涂层212;所述导线涂层212至少分布在与太阳能电池的电极的接触部分。
在本申请中,金属线芯211可以为现有技术中任一种金属导线,如铜线、铝线、锡线;其优选为铜线,这是因为铜线的导电性能优良,机械性能良好,性价比较高。此外,金属线芯211还可以为市售的镀镍金属导线、镀锡金属导线等表面有镀层的金属导线。
金属线芯211一般多为铜线,镀镍或镀锡是为了保护铜线。本申请中的导线涂层除阻隔离子迁移外,同样可以起到保护金属线芯211(如铜线)的目的,因此可以省去镀锡或镀锡层。如果省去镀锡或镀锡层,同样直径例如70~80μm的导线(即遮光率基本相同的情况),金属线芯211直径可以更大一点,导线阻值会更小。
导线涂层212可阻隔金属线芯211的金属离子向外迁移迁移,避免金属离子进入太阳能电池的光吸收层或者其他功能膜层;同时也可阻隔外界材料(如太阳能电池的光吸收层的卤素离子或者其他)扩散至金属线芯211处与金属发生反应。导线涂层212对离子迁移的阻隔效果以能将金属线芯211与太阳能电池之间的离子迁移(或材料扩散)降低到满足电池设计要求为准。
导线涂层的材料例如可以为导电陶瓷,或者抗渗透材料石墨烯。此处陶瓷材料的含义指导线涂层膜层致密,能阻挡离子迁移。导线涂层优选为掺杂或者未掺杂的金属氮化物或碳化物,这类材料膜层致密,能满足阻挡离子迁移的需求。
在一些实施例中,导线涂层优选为掺杂或者未掺杂的过渡金属氮化物或碳化物。示例性地,导线涂层212的材料可以为TiN、TiC、TiCN、TiSiN、AlTiN、ZrN、TaN、HfN中的至少一种。
氮化钛等掺杂或未掺杂的过渡金属氮化物是一类金属间充型化合物,兼具有共价化合物、离子晶体和过渡金属的性质,具有高熔点、高硬度、高化学稳定性以及良好的导热、导电性等性能。因此,在金属线芯211的表面形成一层导线涂层212不仅可以阻隔离子迁移,还可以改善导线210的机械性能和化学稳定性,延长其使用寿命。此外,氮化钛等掺杂或未掺杂的过渡金属氮化物形成的涂层可以和电池顶部透明导电电极之间形成较小的接触电阻,使导线210的导电性能良好。
在本申请中,导线涂层212所选择的掺杂或未掺杂的过渡金属氮化物的晶向主要为(111),也可以主要为(001)或(110)。
在一些实施例中,导线涂层212为晶体主要取向为(111)的微晶薄膜,其致密性、抗氧化性更好,对离子迁移的阻隔效果更优。在本申请中所述的晶体主要取向为(111),是指该微晶薄膜中晶向为(111)的最多,而不是该微晶薄膜中的晶体的晶向100%为(111)。
示例性地,导线涂层212的材料为TiN,其形成的晶向为(001)、(110)、(111)的理想TiN表面示意图如图3所示。但TiN在实际的制备过程中,难以形成100%的单一晶向,其产物通常都是以某一晶向为主,并掺杂有少量的其他晶向的晶体,因此,在本申请中所述的晶体取向为(111),是指该材料中晶体的主要晶向为(111),而不是该材料中的晶体的晶向100%为(111),(001)、(110)同理。从图3中可以看出,(111)取向的TiN薄膜表面存在特殊的Ti-/N-两种不同的截止面。由于,对于O原子的吸附能力存在(111)Ti>(110)>(001)>(111)N的规律。而氧化程度高低取决于表面吸附O原子替换晶格N原子的难易程度,而O原子替换晶格N原子过程中,(111)表面该过程需要消耗的能量最高,因此对于不同晶向的TiN,其抗氧化性(111)>(110)>(001) 。此外,不同晶向的TiN的品质因数、介电常数、金属性等性能也遵循(111)>(110)>(001)的规律,因此,在一些实施例中,导线涂层212为主要晶向取向为(111)的TiN薄膜。
在一些实施例中,导线涂层212可以为单一的膜层,也可以为多层相同或者不同材料的膜层组合形成。导线涂层212优选为多层膜层组成而成,以进一步提高导线涂层212的机械性能和光电性能,达到良好的离子迁移阻隔作用。
在一些实施例中,还提供一种所述导线的制备方法,其中导线涂层212可以通过阴极电弧或者溅射法沉积在金属线芯211的表面。可选地,导线涂层212通过磁控溅射形成在金属线芯211表面,以形成致密膜层,以提高导线涂层212阻隔离子迁移的作用,而磁控溅射技术形成的导线涂层212的致密性更好、与基材(金属线芯211)的结合力更高、均匀性更好,因此具有更好的离子迁移阻隔效果。磁控溅射技术可以为直流磁控溅射、脉冲磁控溅射、高能脉冲磁控溅射中的任一种。
本实施例导线涂层的致密性以及厚度本实施例不做具体限定,以对离子迁移的阻隔效果能满足电池性能要求为准,具体实施时可以由本领域技术人员根据测试结果或经验确定。例如,导线涂层212可以为磁控溅射制成的厚度为0.1~5μm的金属氮化物薄膜。
在一些实施例中,磁控溅射技术还可以采用其他手段进一步改善成膜工艺的有效操控和导线涂层212的分布,如可以将磁控溅射技术与脉冲偏压技术复合,以提高离化率和淹没性,使其得到的导线涂层212与金属线芯211的结合力更强、均匀性更优。高能脉冲溅射和反应磁控溅射工艺制得膜层相对更致密。另外还可以通过给基材(本申请中是线材)通负偏压来增加膜的致密性。
采用磁控溅射技术制备导线涂层时,可采用下述增强薄膜致密性方式中的一项或多项的组合:直流磁控溅射、直流脉冲磁控溅射、射频磁控溅射、高能脉冲磁控溅射;反应磁控溅射;和,给金属线芯通负偏压。优选地,可采用高能脉冲反应磁控溅射,同时给金属线芯通负偏压。
导线涂层还可采用高能脉冲磁控溅射(HiPIMS)制备,利用较高的脉冲峰值功率和较低的脉冲占空比来产生高溅射金属离化率,优化导线涂层212的性能。可选地,高能脉冲磁控溅射的功率为3-7kW/cm2,占空比为<10%;脉冲宽度为20~200μs,如高能脉冲磁控溅射的峰值功率可以选择3kW/cm2、5kW/cm2、7kW/cm2;占空比可以为0.5%、1%、2%、3%、4%、5%、8%;脉冲宽度可以为20μs、50μs、100μs、150μs、200μs。
在一些实施方式中,金属线芯与导线涂层之间还可设置有粘结层,优选地,所述粘结层为钛或者铬。当导线涂层为氮化钛时,粘结层优选钛金属层。优选地,所述导线涂层为氮化钛涂层,这时可选择钛金属层作为氮化钛涂层的粘结层,在产线上容易实现,同时可避免靶材被污染。
所述粘结层厚度为5~30nm,优选10~20nm。
在一些实施例中,导线210的截面形状可以为任一形状,如圆形、非标准的圆形(如椭圆或两面压平的圆形)、三角形、矩形、多边形、腰形等。导线210的截面形状优选为圆形、非标准的圆形如椭圆或两面压平的圆形或者三角形,即:导线210优选为圆形导线210或者三棱柱状的导线210,使其遮挡的光线可以通过导线210的二次反射进入太阳能电池单元100内部,提高光利用率。其中,导线210的线宽可以70~140μm,更优选为75~85μm。需要说明的是,导线的线宽为导线应用在所述太阳能电池单元上时导线与电极接触的一面所在或者所平行的面上的尺寸。
在一些实施例中,所述导线涂层分布在所述金属线芯的外周面。
优选地,所述导线横截面为圆形。当光线照射到圆形导线侧面时,光会在导线外侧面二次反射,从而增加进入光吸收层的光通量。
所述导线210的直径为70~140μm。
所述导线的线宽进一步优选为75~85μm。导线210的直径不宜过高,也不宜过低;直径过高的导线210的容易在太阳能电池单元100表面形成较大的遮挡,降低太阳能电池单元100的效率;而导线210的直径过小,其成本增加明显,且机械强度较低,在层压过程中容易发生断裂,影响太阳能电池组件的性能。在一些实施例中,导线涂层212的厚度为0.01~5μm。相邻两根导线之间的间距为1.5~3mm。导线涂层212的厚度也选择适宜,不宜过高,也不宜过低,以降低导线涂层212对导线210的导电性能的影响和对太阳能电池单元100的遮挡作用,并同时兼顾达到良好的离子迁移阻隔、抗氧化性改善、导电性能等性能。
本申请的具有阻隔涂层的导线可用于形成光伏装置的导电结构,例如栅线、互联条和互联条等,特别适合用在对金属杂质敏感的钙钛矿太阳能电池或铜铟镓硒电池,可解决因金属电极的金属与光吸收层的材料发生化学反应所导致的电池效率退化问题。
一种用于光伏装置的排线
第二方面,本申请还提供一种用于光伏装置的排线,包括多个平行设置的第一方面所述的导线。
其中,该排线主要由多个平行设置的导线组成,相邻导线之间的线距为2~4mm。所述排线可用作栅线结构,收集电极电流;还可用做汇流条、互联条等。
如图2所示,所述排线还可包括将多个导线连接为一个整体的第一膜片221,所述导线布设在第一膜片221上且部分嵌入第一膜片221,外露部分可与太阳能电池电极或其他部件实现电连接。所述排线可压接在太阳能电池的透明电极上作为栅线,也可用作汇流条、互联条等,可解决因金属电极的金属与光吸收层的材料发生化学反应所导致的电池效率退化问题。
包括上述导线或者排线的光伏装置
第三方面,本发明的实施例还提供一种光伏装置,包括上述任一项所述的导线或者排线。所述光伏装置可包括电池单元、电池串、组件或者光伏系统。
其中,所述导线可以设置于太阳能电池单元的电极上,用于替代栅线结构收集电极电流。
在另一些实施例中,所述导线的第一端与第一电池单元的第一电极电连接,所述导线的第二端与第二电池单元的第二电极电连接,用于实现第一、第二电池单元的串接,同时实现了栅线结构的电流收集,以及互连条的电池片互连作用。
所述光伏装置可以包括太阳能电池组件,导线或主要由导线组成的排线例如可以作为太阳能电池组件的栅线结构或者焊带,也可以设置在电极上同时起到栅线和互联条的作用,从而省去主副栅制备工序以及焊带焊接工序,具体可参照后面的连接件实施例。
示例性的,所述太阳能电池组件的结构至少包括:
基于同一衬底形成的第一电池单元和第二电池单元;
平行设置的多个所述导线,多个导线的第一端均设置于所述第一电池单元的第一电极上并与所述第一电极电连接,用于替代所述第一电池单元的栅线结构收集所述第一电极的电流;所述多个导线的第二端均设置于所述第二电池单元的第二电极上并与所述第二电极电连接,用于替代所述第二电池单元的栅线结构收集所述第二电极的电流。
示例性地,所述第一电池单元和所述第二电池单元均为晶硅钙钛矿叠层电池,相邻两个所述导线之间的线距2~4mm,优选为2.5~3.5mm。
在另一些实施例中,所述光伏装置还可以为电池组件,如晶硅钙钛矿叠层电池组件,多条上述导线或主要由导线组成的排线可以作为电池组件的栅线结构或者焊带,也可以设置在电极上同时起到栅线和互联条的作用。
晶硅钙钛矿叠层电池组件
示例性地,晶硅钙钛矿叠层电池组件的结构至少包括:
基于同一衬底形成的第一电池单元和第二电池单元;
平行设置的多个如上述任一项所述的导线,多个导线的第一端均设置于所述第一电池单元的第一电极上并与所述第一电极电连接,用于替代所述第一电池单元的栅线结构收集所述第一电极的电流;所述多个导线的第二端均设置于所述第二电池单元的第二电极上并与所述第二电极电连接,用于替代所述第二电池单元的栅线结构收集所述第二电极的电流。
其中,相邻两个所述导线之间的线距2~4mm。线距优选为2.5~3.5mm,最优约3毫米。
需要说明的是,导线的线宽可以根据光伏装置的尺寸进行调整,如当光伏装置为晶硅钙钛矿叠层电池组件时,所述组件尺寸为210mm×210mm时,所述导线线宽可以选择120~140μm;所述组件尺寸为210mm×105mm时,所述导线线宽可以选择80~100μm的范围。
本申请采用平行设置的多个带涂层的导线替代了现有主副栅线结构,换言之,本申请方案相当于可以省去副栅线,只保留主栅线,同时主栅线的密度变得更高。现有技术晶硅电池片主栅线的密度达到大概8毫米线间距,本申请方案中导线密度做到线间距约3毫米,然后线径也有所调整。现有技术晶硅电池片主栅线线径大概在200微米,原因在于,首先晶硅电池片栅线比较稀疏,其次单片晶硅电池片的电流密度很大,一般约40毫安每平方厘米(41到42之间)。但对晶硅钙钛矿叠层电池,电流密度减半了,变成约20毫安每平方厘米,因电流密度变小了,用于收集电流的导线线径可以更小,这是可以省去副栅的主要原因。当存在副栅线时,光照下来的时候容易被副栅线直接反射出去,无法收集起来转化为电能,因此省去副栅可以增加光进入光吸收层的比例。
优选地,本申请中的导线的横截面优选为圆形。电池片表面的金属(指主副栅线结构或者本申请方案中的导线)覆盖率为3%时,其中可能有例如接近2%是被反射掉了,但是采用本申请的只有平行的多个导线的方案,因省去了副栅,电池片表面金属覆盖率降低。即便同样3%的金属覆盖率的前提下,采用本申请,有一部分光也是可以通过反射回收利用的。
优选地,上述导线表面的涂层为氮化钛,金属线芯与氮化钛层之间优选钛金属层作为粘结层,在产线上容易实现,可避免靶材被污染,特别适合应用在大规模生产的卷对卷设备上。具体地,钛粘结层可通过溅射制备,选择钛金属靶材,通氩气作为工作气体;对氮化钛涂层,可通过反应溅射制备,靶材选择钛金属靶材,通氮气作为工作气体。
一种连接件
第四方面,本申请实施例还提供一种连接件200,用于将至少两个基于同一衬底形成的太阳能电池单元100串接。参阅图4,6,8和9,该连接件200包括:平行设置的多个导线210,以及用于对多个导线210进行固定的第一膜片221和第二膜片222。多个导线210夹设在第一膜片221和第二膜片222之间,且第一膜片221与第二膜片222分别位于多个导线210的第一端和第二端。
多个导线210的第一端(如图4中的左端)均部分地嵌入第一膜片221,在对应第一膜片221的区域形成与图9中的第一电池单元101的第一电极对应并电连接的第一裸露部分213,如图6所示。多个导线210的第二端(如图4中的右端)均部分地嵌入第二膜片222,在对应第二膜片222的区域形成与第二电池单元102的第二电极对应并电连接的第二裸露部分214。如图6所示第一裸露部分213与第二裸露部分214相对,并且位置交错设置。
其中,第一电极可以为顶电极或底电极;第二电极可以为底电极或顶电极。且当第一电极为顶电极时,第二电极为底电极;当第一电极为底电极时,第二电极为顶电极。顶电极一般为透明电极,底电极一般为金属电极。
优选地,本实施例中的第一电极和第二电极,其中之一为透明顶电极,另一为透明底电极。
导线210可包括金属线芯211和用于阻隔离子迁移的导线涂层212。
在本申请中,第一膜片221设置在多个导线210的一侧(如图4中导线的下方)且第一膜片221的上表面与多个导线210连接;第二膜片222设置在导线210的另一侧(如图4中导线的上方)且第二膜片222的下表面与多个导线210连接,同时第一膜片221与多个导线210连接的区域(即第一裸露部分213),与第二膜片222与多个导线210连接的区域(即第二裸露部分214)在导线210所在的平面上的垂直投影可以不存在相互重合。
每一导线210都在其两端通过部分嵌入的方式分别连接第一膜片221和第二膜片222。以图4所示为例,第一膜片221和第二膜片222分别设置在多个导线210的上侧和下侧,第一膜片221与每一导线210在膜片上侧连接,第二膜片222与每一导线210在膜片下侧连接,且每一导线210 不完全嵌入第一膜片221和第二膜片222中,未嵌入部分(即第一裸露部分和第二裸露部分)使每一导线210可以分别连接相邻的两太阳能电池单元100的顶电极和底电极。
由于每一导线210 不完全嵌入第一膜片221和第二膜片222中,因此每一导线表面存在可与外部部件电连接的裸露部分,该些裸露部分根据与第一膜片221还是与第二膜片222对应,标记为第一裸露部分213和第二裸露部分214。
第一裸露部分213与第一电极同样尺寸或比第一电极略小;第二裸露部分214与第二电极同样尺寸或比第二电极略小。具体实施时,第一电极、第二电极采用同样尺寸,第一裸露部分213、第二裸露部分214尺寸也一致。
连接件用于连接两个(或两列多行)太阳能电池单元100。当连接件压接在两个或两列太阳能电池单元100上时,多个导线210的第一裸露部分213压接在一个(或一列)太阳能电池单元100的顶电极,第二裸露部分214压接在相邻的另一个(或另一列)太阳能电池单元100的底电极。
太阳能电池单元100的顶电极/底电极表面具有连接件的相互平行或者接近平行的多条导线结构,由于导线210本身具有导电性,可以起到电流汇流的效果,从而可以在连接电池单元形成电池串的同时等效替换栅线结构(或主副栅线结构),太阳能电池单元100无需制备栅线的工艺即可实现电流汇流的效果。
通过本申请的连接件可以将第一电池单元的顶电极与第二电池单元的底电极连接在一起,从而将第一电池单元、第二电池单元串接在一起。如果还存在与第一电池单元、第二电池单元同行顺序排列的第三电池单元,可以通过另一连接件将第二电池单元顶电极与第三电池单元的底电极连接在一起,从而将第一电池单元、第二电池单元及第三电池单元串接在一起。以此类推,通过多个连接件可以将一行电池单元相互串接形成一串相互串接的电池串。
当然,本申请的连接件也可以通过将第二电池单元的顶电极与第一电池单元的底电极连接在一起,从而将第一电池单元、第二电池单元串接在一起。
综上所述,本申请连接件可替换现有技术中的主副栅线结构和焊带。连接件端部的多条平行导线,对应分布于电池单元电极上,用于替代主副栅线结构收集电流。连接件中间的部分导线(例如自第一电池单元101的顶电极延伸至第二电池单元102的底电极的这部分导线)实现了第一、第二电池单元的互连,可替代现有技术中的焊带。
另外,因导线外侧面形成有阻隔离子迁移的导线涂层,可解决因钙钛矿器件中的卤素离子或其他材料迁移导致的栅线处界面电阻变大,器件效率和稳定性降低等问题。
在一些实施例中,多个导线210成组分布,每一组导线210与一行电池单元对应,可以在组件工艺中将该行的两个电池单元相互串联。图5中示出包含两组的平行导线,可以分别将两行电池单元实现行内串联,使用多个该实施例的连接件可形成两个行内相互串联的电池串。图4示出的连接件可用于串接两个电池单元,使用图4所示多个连接件可将多个电池单元串接,形成如图9所示的电池串。图5示出的连接件可用于将两行两列的电池单元按行串接起来,进而形成两行电池串。图8为使用连接件将多行电池单元按行串接起来的示意图。
使用本实施例的包含多组平行导线的连接件可以同时将多行两列电池单元同行串接,进而每行形成一电池串。本领域技术人员可以理解的是,本申请的连接件也可以将同一列的两个相邻电池单元串接。
进一步地,通过选择连接件包含的平行导线的组数并合理铺设,可以将矩阵排列的多行多列电池单元按设计好的电池串的成串方案连接,同时可以省去栅线工艺。电池串的成串方案并不限于同一行或者同一列。例如,还可以是相邻两行或多行电池单元通过连接件相互串接形成一电池串。例如,还可以是一行电池单元加相邻的半行电池单元通过连接件相互串接形成一电池串。
在一些实施例中,连接件中,相邻两组导线间隔设置,相邻两组导线之间的间距D1与太阳能电池组件设计中两行电池单元的间距相关。可以避免两行电池单元之间不必要的短接,同时也便于通过裁剪,得到特定组数的连接件。每一组平行导线的宽度对应一电池单元的电极宽度,本实施例中的电极宽度方向垂直于连接件中平行导线的延伸方向且平行于导线所在平面的方向。
在一些实施例中,第一膜片221(或第二膜片222)的具有部分嵌入的多个导线210的区域与太阳能电池单元100的电极区域相等或者接近相等,使第一膜片221和第二膜片222尽可能覆盖太阳能电池单元100的顶电极/底电极表面,连接件对应的导线210可以在太阳能电池单元100的顶电极/底电极上形成替代栅线的结构。
在一些实施例中,多个导线的与第一膜片或第二膜片的对应部分形成为可替代栅线的结构。例如,可以为与主副栅线图形大致类似的结构。
在一些实施例中,多个导线的与第一膜片或第二膜片的对应部分也可替换为其他便于收集电流的结构,例如叉指电极结构。叉指电极是如指状或梳状的面内有周期性图案的电极,这种电极目前通常被用来产生与可穿透材料样品和敏感涂层的电场相关的电容。
在一些实施例中,如图6所示,多个导线210的中部存在被第一膜片221与第二膜片222同时覆盖的第三部分。第三部分的长度大于电池单元的厚度。即,第一膜片与第二膜片在第三部分存在交叠,交叠部分(第三部分)的长度以能避免多个导线210与电池的各膜层在边缘发生电接触为准。第三部分的长度约为0.5-2mm。第三部分因存在第一、第二膜片交重叠,强度会大大增强,在铺设的时候更容易拿取,组件定型后可对第三部分位置的导线210(一般为细铜线)进行保护,不易断裂。
另外,由于第三部分与其他部分相对较大的厚度,组件封装时的填充物可以把硅片的侧面和导线210作隔离,减少电池短路的隐患。
参照图8和图9所示,第三部分的存在便于多个导线210在两个电池单元的相邻处实现弯折而不易折断。多个导线210可以从第一电池单元的顶电极表面边缘向下弯折延伸到相邻的第二电池单元的底电极表面。
在其他实施例中,第一膜片221与导线210的连接区域与第二膜片222与导线210的连接区域之间可具有未设置膜片的区域(对应图9中第一、第二膜片之间的弯折部分),该区域略大于图9所示由相邻的两太阳能电池单元100在厚度方向围成的矩形的对角线,使连接件压接在电池串上,在第一膜片221的第一裸露部分与该电池串的第一电池单元101的顶电级压接时,第二膜片222的第二裸露部分能与该电池串的第二电池单元102的底电级区域对应压接。在膜片厚度较厚,硬度较大时,弯折部分不设置膜片,便于连接件从第一电池单元的顶电极弯折延伸至第二电池单元的底电极。
本实施例提供了一种连接件,电池单元通过连接件互联形成电池串,尤其适用于对温度敏感的电池单元如钙钛矿电池,可以解决常规技术中采用焊带焊接(或导电胶带粘接或衬底玻璃上直接镀电极)等方式导致的影响电池材料性能、电池片翘曲以及组件可靠性等问题。本发明提供的连接件,可同时实现电池栅线和电池间串联工艺,解决了常规技术中,银浆带来的高成本,浆料中有机物与电池发生反应导致效率退化以及栅线断裂、导电率差等问题。
在一些实施例中,上述导线210包括金属线芯211和用于阻隔离子迁移的导线涂层212。
对钙钛矿电池或钙钛矿叠层电池而言,钙钛矿薄膜中的离子(尤其是卤素离子)会迁移至金属电极处,并和电极发生反应,形成例如碘化银的界面层,这种界面层相对绝缘,会大幅提升界面电阻,并降低器件的效率。同时金属线芯211的金属离子也有可能会通过电极层(多为透明导电层如ITO、IZO)迁移至钙钛矿吸光层,影响钙钛矿吸光层的稳定性以及发光效率。
本申请的导线涂层212至少分布在金属线芯211与电极层(顶电极/底电极)接触的部分,能将金属线芯211与太阳能电池单元100隔离开来,阻隔金属线芯211向太阳能电池单元100的离子迁移以及太阳能电池单元100各功能膜层的材料向金属线芯211的迁移,改善因为离子迁移而导致的太阳能电池单元100效率下降的问题,延长太阳能电池单元100及其太阳能电池组件的长期稳定性。另外,由于本申请连接件的多条导线的端部分布在对应电池单元的电极区域,可以替代金属电极、栅线结构收集电流,因此采用本申请连接件互联的电池单元还可以省去金属电极及栅线结构,进而解决由于电池吸收层材料的离子迁移与金属电极发生反应导致的界面电阻变大器件效率降低的问题。同时,连接件200通过两端裸露部分分别与第一电池单元的第一电极(如可以是第一电池单元上电极)和第二电池单元的第二电极(如可以是第二电池单元的下电极)电连接,使得相邻的太阳能电池单元100之间电性互联,无需另外焊接导电焊带或者导电胶条。
导线涂层212可以均匀分布在导线210的外周面,也可以只分布金属线芯211与电极层接触的部分。在一些实施例中,导线涂层212均匀分布在导线210的外周面。
在一些实施例中,如图5所示,所述多个导线包括间隔设置的多组导线,每一组导线与一行电池单元对应,即每一组导线将对应的位于一行的两相邻的太阳能电池单元100相串接。连接件上设置有多组导线时,连接件可以实现两行以上太阳能电池单元100的同行串联。
在一些实施例中,每一组内的导线还可对其形状、分布优化,以更好地收集电极区域的电流 。
在一些实施例中,参阅图6和图7,第一膜片221和第二膜片222均分别包括隔离膜224和用于将导线210粘接隔离膜224上的粘接膜223,使组成连接件200的各部分固定为一个整体,便于连接件200与太阳能电池单元100的一次层压形成组件。此外,粘接膜223还可以用于使导线210固定在太阳能电池单元100表面,实现导线210与太阳能电池单元100的可靠连接。
在一些实施例中,隔离膜224和粘接膜223均为不含有机溶剂的聚合物单体或者低聚物聚合形成的高分子有机膜层,避免有机溶剂进入太阳能电池单元100中,影响太阳能电池组件的可靠性和效率,隔离膜224和粘接膜223尤其不可含有能析出碘离子、氯离子、氟离子、溴离子等离子的有机溶剂,这是因为碘离子、氯离子、氟离子、溴离子等卤素离子容易析出,会与太阳能电池单元100中的材料发生反应,影响太阳能电池单元100的可靠性和电学性能。
同样的,现有技术中,太阳能电池单元100中某一或者某些层结构若采用含有碘离子、氯离子、氟离子、溴离子等离子的有机溶剂的原料制备,也会导致碘离子、氯离子、氟离子、溴离子等离子残留在太阳能电池单元100中,后续在使用过程中,碘离子、氯离子、氟离子、溴离子等离子析出并迁移到太阳能电池单元100表面,与栅线或者焊带等发生化学反应,进而影响太阳能电池组件的电学性能和可靠性。在本申请中,导线210表面设置有导线涂层212,其化学性能稳定、膜层致密,可以阻隔碘离子、氯离子、氟离子、溴离子等离子与导线210发生化学反应,改善太阳能电池组件的电学性能和可靠性。
在一些实施例中,粘接膜223的玻璃化转变温度低于隔离膜224的玻璃化转变温度。
粘接膜223的材料可以选择粘接性能良好、玻璃化转变温度较低的高分子材料,如聚烯烃热塑性弹性体(POE)、聚乙烯醇缩丁醛酯(PVB)、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA),其优选为玻璃化转变温度在140℃以下的高分子材料,以便通过层压或热辊将导线压制在膜片上形成连接件200。
隔离膜224的材料可以选择,与粘接膜2相比固化后强度较高、具有一定柔性、玻璃化转变温度较高的高分子材料,如聚对苯二甲酸类树脂(PET)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)。优选为玻璃化转变温度在200℃以上的高分子材料,以便于连接件200的制备和形成具有一定阻水性能的隔离膜224层,提高太阳能电池组件的可靠性。通过层压或热辊将导线压制在膜片上时,粘接膜2转化为玻璃态粘结固定导线,隔离膜224仍然为固体的膜片形态,可以避免导线210完全陷入粘接膜2。导线210完全陷入粘接膜2会影响连接件与电池单元之间的导电性能,进而影响相邻电池单元的串接性能。
同时,在后续组件工艺中,隔离膜224可以避免连接件外侧(远离吸光层一侧)的密封胶进入导线与电池单元的电极之间(具体地,避免进入第一、第二裸露部分),影响连接件与电池单元之间的导电性能。
在本申请中,隔离膜224的材料选择可以形成高透光性能的高分子材料,尽量降低隔离膜224对太阳能电池单元100的光线入射和射出的影响,优选的,隔离膜224的透光性不低于95%。同样的,粘接膜223也优选形成高透光性能的膜层,以减少遮挡。优选透光性不低于95%的粘接膜223。
在一些实施例中,粘接膜223可以为片状的膜层,也可以设置为若干与导线210一一对应设置的粘接区域。隔离膜224为片状的膜层,以实现连接件200的整体性和达到一定的阻水效果,进一步提高水氧防护,增加电池稳定性。
此时,粘接膜223可以包括粘结带,粘接带与导线210的设置方式相同,均呈平行或者无限接近于平行阵列在隔离膜224上;此时相邻的粘接带之间可以存在间隙,因此,可以在其透光性选材要求略低的基础上实现更高的整体透光性。
在一些实施例中,所述多个导线成组分布,粘接带与一组导线的分布区域对应,即,粘结膜只分布在与电池单元的电极的对应区域,以预固定导线并在后续工艺将导线粘结到电极区域,其他区域例如相邻两组导线之间的区域不存在粘接带。
在一些实施例中,粘接膜223的厚度小于导线210的直径,以使导线210固定在膜片上时导线210不会完全陷入粘接膜223中,而是存在部分未被粘接膜223覆盖的区域。这样,未覆盖粘接膜223的导线区域用于连接太阳能电池单元100,实现太阳能电池单元100的电性互联。
可选地,所述导线的直径为30~80μm,粘接膜223的厚度为20~70μm,且保证导线直径大于粘结膜厚度。
在一些实施例中,隔离膜224的厚度为30~100μm。
可选地,所述导线的直径为30~80μm。
可选地,相邻两根导线之间的间距为1.5~3mm。
在一些实施例中,连接件的第一裸露部分、第二裸露部分均为正方形区域,电池单元也为正方形。此时,连接件即可以在横向串联相邻电池单元,也可以在纵向串联相邻电池单元,即用本申请的连接件实现的同一电池串可以不局限于同一行的电池单元,还可扩大到相邻行的电池单元。通过选择合适组数的连接件,可以实现多种电池串设计方案。
如上所述,本申请提供一种用于互联电池单元的连接件,可以在组件工艺中将电池单元组成电池串,同时如果使用本申请的连接件,相应的电池单元还可以省去栅线结构。连接件压接到电池单元电极区域的导线起到收集电流的作用。类似地,相应的电池单元还可以省去金属电极。更进一步地,如果必要,相应的电池单元还可以省去透明电极。
采用本申请提供的连接件,可以简化电池单元制备工艺,可以实现无主副栅线设计,电池无需丝印用于收集电流的栅线,无需高温焊接工艺,便可将单结电池或叠层电池(双结或多结电池)进行互联,同时可提高组件封装的阻水性能,提高组件可靠性,同时降低电池成本。另外生产线可以无需形成电极的设备如镀膜设备或丝印。
太阳能电池组件
基于上述连接件200,本申请还提供一种太阳能电池组件,所述组件包括上述任一项所述的连接件,电池单元通过该连接件实现串联。
示例性的,如图9所示:第一电池单元101、第二电池单元102、第三电池单元和第四电池单元依次排列,第一连接件的部分覆盖连接在第一电池单元101的顶电极表面,然后从第一电池单元101和第二电池单元102之间的间隙延伸到第二电池单元102的底电极,并覆盖连接在第二电池单元102的底电池表面,从而实现第一电池单元101和第二电池单元102的互联。类似地,第二电池单元102的顶电极和第三电池单元的底电极通过第二连接件连接,第三电池单元的顶电极和第四电池单元的底电极通过第三连接件连接,以此类推,其余太阳能电池单元也可通过连接件200依次串联,然后从两端的太阳能电池单元100引出,并封装形成太阳能电池组件。
在一些实施例中,电池单元的电极优选为正方形,相应地,连接件的第一裸露部分、第二裸露部分均为正方形区域,此时,连接件既可以在横向串联相邻电池单元,也可以在纵向串联相邻电池单元,即用本申请的连接件实现的同一电池串可以不局限于同一行的电池单元,还可扩大到相邻行的电池单元。通过选择合适组数的连接件,可以实现多种电池串设计方案。
基于同一发明构思,本申请还提供另一种太阳能电池组件,该组件未使用预先制成的连接件。该组件包括:至少一个电池串,所述电池串包括至少两个电池单元101和102。其中,如图8和图9所示,该两个电池单元101和102通过相互平行的多个导线210串接,多个导线210的第一端压接在第一电池单元101的第一电极(如图9中101的顶电极),多个导线210的第二端压接在第二电池单元102的第二电极(如图9中102的底电极)。
该组件还包括设置在电池串上方的第一膜片,以及,设置在电池串下方的第二膜片;电池串、第一膜片和第二膜片相互结合在一起。
在一些实施例中,所述导线包括金属线芯,和,用于阻隔离子迁移的导线涂层;导线涂层至少分布在金属线芯与电极层接触的部分。
在一些实施例中,导线涂层的材料为导电陶瓷。优选地,导线涂层的材料为TiN、TiC、TiCN、TiSiN、AlTiN、ZrN、TaN、HfN中的至少一项。
优选地,导线涂层通过磁控溅射形成致密薄膜的方式形成在金属线芯的表面。
优选地,在一些实施例中,导线涂层为微晶薄膜,微晶薄膜的主要晶体取向为(111)。
在一些实施例中,导线涂层的厚度为0.01~5μm。优选地,导线涂层的厚度为100~200纳米。
优选地,在一些实施例中,所述多个导线的中部在未被第一膜片覆盖,也未被第二膜片覆盖的第三部分,第三部分的长度与电池单元的间距对应。第三部分主要由该连接件互联的第一电池单元、第二电池单元的间距决定,同时电池单元的厚度也会影响第三部分的长度,电池单元的越厚,第三部分越长。第三部分的长度约为0.5-2mm。
第三部分同时被第一膜片、第二膜片(包括隔离膜和粘结膜)覆盖,强度会大大增强,在铺设的时候更容易拿取。组件定型后密封胶进入电池单元的间隙对第三部分的导线进行保护,导线不易断裂;密封胶可以把硅片的侧面和导线作隔离,减少电池短路的隐患。优选地,在一些实施例中,所述多个导线成组分布,每一组导线与一行电池单元对应。
优选地,在一些实施例中,所述导线的线宽为30~140μm,优选70~140μm。对于晶硅钙钛矿叠层电池组件连接件中导线线宽75~85μm,优选80μm。
优选地,在一些实施例中,相邻两根导线之间的间距为1.5~3mm。
当导线的横截面为圆形时,所述导线的线宽指导线的直径,即导线直径为30~80μm。当导线的横截面为其他形状如椭圆或三角形时,导线的线宽指所述导线投影到电池单元表面的宽度。
在一些实施例中,相邻的导线210之间的间距为1.5~3mm,导线210之间的间距不宜过高也不宜过低,避免由于导线210过于密集而导致光线遮挡,也避免因为导线210过少,而导致电流汇流效果较差、损耗较大、输出功率减小等问题。
在一些实施例中,第一膜片和第二膜片均包括隔离膜和粘接膜,多个导线部分地嵌入粘接膜。粘接膜的玻璃化转变温度低于隔离膜的玻璃化转变温度。粘接膜的材料可选自聚烯烃热塑性弹性体、聚乙烯醇缩丁醛酯、乙烯-醋酸乙烯共聚物中的至少一种;隔离膜的材料可选自聚对苯二甲酸类树脂、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯中的至少一种。
粘接膜的厚度小于导线的直径。如果导线截面是其他形状如三角形、椭圆,此处所述导线的直径指导线在垂直于粘结膜方向上的尺寸,该尺寸小于粘结膜厚度,保证通过层压或其他工艺将导线固定到隔离膜上时,导线能部分地嵌入粘结膜,形成与电极电连接的裸露部分。
粘接膜的厚度为20-70μm;隔离膜的厚度为1-100μm。优选地,根据目前工艺条件,隔离膜的厚度优选10-80μm。
在一些实施例中,在隔离膜的远离粘接膜的一侧还设置有封装膜;电池串、第一膜片和第二膜片通过封装时的层压工艺结合在一起。
在本申请提供的太阳能电池组件中,太阳能电池单元100表面不再设置银浆形成的主栅线、副栅线等栅线,本申请多个平行排列的导线210即可替代太阳能电池单元100表面的栅线,在实现太阳能电池单元100互联之余还可以起到电流汇流的作用。
在一些实施例中,导线210的截面形状可以为任一形状,如圆形、三角形、矩形、多边形、腰形等,优选为圆形、三角形。截面形状为圆形或三角形时,遮挡的光线会被导线在组件内二次反射收集,可提高光线吸收率。当导线210的截面形状为三角形时,即导线210为三棱柱形状时,其中一个棱面与太阳能电池单元100的顶电极/底电极连接。
本实施例还提供另一种连接件,用于将电池串的收尾的电池单元与汇流条电连接。具体地,一种示例性地连接件如图10所示,与上述连接件的不同之处在于,本实施例的第一裸露部分包括:用于压接在第一电极(或第二电极)上的主体部分225,和,用于与汇流条电连接的延伸部分226。主体部分225用于压接在作为电池串的开头或结尾的电池单元的电极上,延伸部分226用于压接在汇流条上。主体部分225和延伸部分226均由导线210 部分地嵌入第一膜片221形成。此时,第二膜片222与覆盖其上的第二电极的尺寸大致一致,第一膜片221比覆盖其上的第一电极的面积大。
在其他实施例中,主体部分225和延伸部分226也可以位于第二膜片222,即导线210部分地嵌入第二膜片222形成的第二裸露部分,具体包括主体部分225和延伸部分226。
具体地,另一种示例性地连接件如图11所示,该连接件还包括:第三膜片227,设置于第二膜片222(或者第一膜片221)的边缘;所述多个导线210自第二膜片222延伸至第三膜片227,并部分地嵌入第三膜片227,在对应第三膜片227的区域形成裸露的用于与汇流条对应且电连接的延伸部分226。延伸部分226用于压接在汇流条上,将电池串与汇流条电连接。延伸部分226与第二裸露部分214(位于第二膜片222的下侧面,图中因被遮挡未示出)相对,且投影不重叠。
具体地,另一种示例性地连接件如图12所示,该连接件200用于将太阳能电池串与汇流条连接,该连接件包括:平行设置的多个导线210;和用于对所述多个导线进行固定的第一膜片221,所述多个导线均部分地嵌入第一膜片221形成第一裸露部分,第一裸露部分包括用于与第三电池单元的电极对应并电连接的主体部分225,和,用于与汇流条电连接的裸露的延伸部分226,第三电池单元为太阳能电池串的起始或者结尾的电池单元。
具体地,另一种示例性地连接件如图13所示,该连接件200用于将太阳能电池串与汇流条连接,该连接件包括:平行设置的多个导线210;和用于对所述多个导线进行固定的第一膜片221和第三膜片227,所述多个导线的第一端均部分地嵌入第一膜片形成第一裸露部分,所述多个导线第二端均部分地嵌入第三膜片227形成裸露的延伸部分(位于第三膜片227的下侧面,图中因被遮挡未示出),第一裸露部分用于与第三电池单元的电极对应并电连接,延伸部分用于与汇流条电连接,所述第三电池单元为太阳能电池串的起始或者结尾的电池单元。
需要说明的是,本申请的技术特征在不冲突的前提下,可以任意组合到本申请的连接件中,为叙述简洁,此处不再一一赘述。
本实施提供的连接件可以实现电池单元连接成串,还可以将电池串首尾的电池单元连接到汇流条。其具体可以先采用层压或者热辊工艺先将电池单元通过连接件连接起来,再进行组件封装;也可以通过层压工艺,在对组件封装的同时,将连接件与电池单元连接,实现电池单元的串接和封装一步完成。
一种上述连接件的制备方法
本申请还提供一种上述连接件200的制备方法,包括:
将多个导线平行设置;将第一膜片和第二膜片分别放置在所述多个导线的上下两侧,且第一膜片和第二膜片分别位于导线的两端;
利用热压工艺将第一膜片、平行设置的多个导线、第二膜片压合在一起形成连接件;其中,所述多个导线的第一端均部分地嵌入第一膜片,形成与第一电池单元的第一电极对应并电连接的第一裸露部分;
所述多个导线的第二端均部分地嵌入第二膜片,形成与第二电池单元的第二电极对应并电连接的第二裸露部分。
热压工艺指通过在一定温度下施加压力的方式将上述多个导线部分地嵌入第一膜片,示例性地,所述热压工艺为层压或者热辊压技术。
第一膜片221和第二膜片222的材料、结构均完全相同,选择可通过热压工艺嵌入导线的材料制成。示例性地,第一膜片221和第二膜片222均包括隔离膜224和粘接膜223,其热压工艺的温度选择低于隔离膜224的玻璃化转变温度且高于粘接膜223的玻璃化转变温度,使粘接膜223在热压的过程中软化,便于导线210部分地嵌入粘接膜223中,实现导线210的粘接固定;同时,由于未达到隔离膜224的玻璃化转变温度,因此隔离膜224不发生软化,可以提供热压过程中的受力承载,使其得到的连接件200的隔离膜224一侧平整,同时可以限制导线210陷入粘结膜中的深度,避免导线210被粘结膜或组件封装胶完全包裹。
在一些实施例中,热压工艺将导线210固定在第一膜片、第二膜片,包括:
在20℃~250℃,利用热辊将所述导线210的第一端按压在第一膜片221上,将所述导线210的第二端按压在第二膜片222上。
隔离膜224和粘接膜223可以分别制备,然后再通过层压技术形成膜片(第一膜片221/第二膜片222),再通过热压技术与导线210结合在一起形成连接件200。也可以通过先制备隔离膜224,再在隔离膜224上直接涂覆形成粘接膜223,再利用热压工艺将导线210固定在第一膜片221/第二膜片222。
在一些实施例中,在热压之前,还包括通过下述方式形成热压用的所述导线:在金属线芯的表面利用磁控溅射技术形成用于阻隔离子迁移的导线涂层,得到表面带有导线涂层的所述导线。
在一些实施例中,磁控溅射技术为直流磁控溅射、脉冲磁控溅射、射频磁控溅射、反应磁控溅射中的任一种。优选地,磁控溅射技术为脉冲磁控溅射,进一步优选为高能脉冲磁控溅射,利用较高的脉冲峰值功率和较低的脉冲占空比来产生高溅射金属离化率,优化导线涂层212的性能。所述高能脉冲的平均脉冲磁控溅射功率3-7kW/cm2,占空比为<10%;脉冲宽度为20~200μs。
高能脉冲溅射和反应磁控溅射制备的膜层比较致密。
导线涂层制备时可采用下述增强薄膜致密性方式中的一项或多项的组合:直流磁控溅射、直流脉冲磁控溅射、射频磁控溅射、高能脉冲磁控溅射;反应磁控溅射;和,给金属线芯通负偏压。
太阳能电池组件的制备方法
此外,本申请还提供一种太阳能电池组件的制备方法,利用上述连接件200分别连接相邻两太阳能电池单元100的顶电极和底电极,然后利用层压技术使连接件200与太阳能电池单元100连接,形成太阳能电池组件。
在一些实施例中,所述组件制备方法包括:
放置第一电池单元101和连接件200,并使连接件200的第一裸露部分对应在第一电池单元101的第一电极上;
放置第二电池单元102,并使第二电池单元102的第二电极对应在连接件200的第二裸露部分;
利用层压技术将连接件200的第一裸露部分压接在第一电池单元101的第一电极上,第一裸露部分的导线收集第一电极的电流;同时连接件200的第二裸露部分压接在第二电池单元102的第二电极上,第二裸露部分的导线收集第二电极的电流。
此时,其所采用的层压技术中的温度优选为80~120℃。
在一些实施例中,本申请还提供另一种组件的制备方法,包括:
利用点胶工艺将多条导线210的第一端固定在第一电池单元101的第一电极,多条导线210的第二端固定在第二电池单元102的第二电极,形成包括至少两个电池单元的电池串;
在多个电池串上方放置第一膜片221,在多个电池串下方放置第二膜片222;
利用层压技术使电池串、第一膜片221、第二膜片222连接在一起。
此时,其所采用的层压技术中的温度优选为80~120℃。
在一些实施例中,可以在对太阳能电池组件封装时,利用层压技术同步使太阳能电池单元连接为电池串。利用层压技术使连接件200与太阳能电池单元100连接可以在组件封装之前进行,也可以组件封装的过程中进行,即:可以在封装太阳能电池组件之前,利用层压技术使连接件200与太阳能电池单元100连接,然后再进行太阳能电池组件封装。或者,也可以将连接件200分别放置在对应的在相邻两太阳能电池单元100上,然后放置封装膜层,再通过层压技术使连接件200、封装膜层与太阳能电池单元100连接,在组件封装的同时完成电池单元的互联。
由于在本申请提供的太阳能电池组件中,太阳能电池单元100表面不再设置银浆形成的主栅线、副栅线等栅线,也无需焊接连接太阳能电池单元100的焊带,因此,其太阳能电池单元100连接形成太阳能电池组件的工艺中,不涉及高温焊接,也不涉及丝印工艺,避免了因为高温焊接、丝印工艺等较高温度处理太阳能电池单元100而导致的翘曲现象、隐裂以及高温工艺导致的膜层降解对电池性能的影响,提高太阳能电池组件的可靠性,推进太阳能电池产业化进程发展。
在本申请方案针对晶硅钙钛矿太阳能电池提出,但本领域技术人员可以理解的是,本申请方案并不排除其他太阳能电池的应用,其他太阳能电池例如为硅太阳能电池、多元化合物薄膜太阳能电池、聚合物多层修饰电极型太阳能电池、纳米晶太阳能电池、有机太阳能电池、塑料太阳能电池中的任一种,其结构也可以为正式结构或反式结构或其他现有技术中的任一构型。示例性的,太阳能电池单元100为钙钛矿太阳能电池单元,其包括依次层叠的底电极、空穴传输层、钙钛矿吸光层、电子传输层和顶电极。其中,底电极的材料可以选择钙钛矿太阳能电池所适用的任一底电极材料,如Ag、Au、Cu、C、Al、ITO、FTO、IWO、ICO,IZO,AZO,也可以为其他底电极材料,在本申请中不做限定,此外底电极也可以省去。空穴传输层的材料可以为任一适用于钙钛矿太阳能电池的空穴传输层材料,如PTAA、PEDOT:PSS、Spiro-OMeTAD、Poly-TPD、CuSCN、Cu2O、CuI、NiOx、P3HT、MoOx、V2O5、2PACz、4PACz、MeO-4PACz、Spiro-TTB、F4-TCNQ、F6-TCNNQ、m-MTDATA、MeO-2PACz和TAPC中的任一种,也可以为其他空穴传输层材料,在本申请中不做限定;钙钛矿吸光层的材料可以为任一适用于钙钛矿太阳能电池的钙钛矿吸光层材料,如FAPbI3,MAPbI3,FACsPbI3等化学结构式可以为ABX3的材料,也可以为其他钙钛矿吸光层材料,或者混合阳离子钙钛矿材料,混合阴离子钙钛矿材料,在本申请中不做限定。钙钛矿吸光层的材料例如可以选择FACsPbIBrCl,FAMACsPbIBrCl,FACsDMAPbIBrCl,CsDMAPbIBrCl, FACsPbIBr,FAMACsPbSnIbIBr,FACsDMAPbIBr和CsDMAPbIBr。
电子传输层的材料可以为钙钛矿太阳能电池所适用的电子传输层材料的任一材料,如PCBM、TiO2、ZnO、SnO2、H-PDI、F-PDI、C60、ICBA中的至少一种,也可以为其他电子传输层材料,在本申请中不做限定;顶电极的材料可以为现有的适用于钙钛矿太阳能电池所适用的任一顶电极材料,如ITO、FTO、IWO、ICO,IZO,AZO中的至少一种,也可以为其他顶电极材料,在本申请中不做限定。
进一步地,钙钛矿太阳能电池单元100还可以包括其他功能层,如电子阻挡层、空穴阻挡层层;示例性地,当钙钛矿太阳能电池单元100设置有空穴传阻挡层时,空穴阻挡层设置在电子传输层与顶电极之间,空穴阻挡层的材料可以为现有的适用于钙钛矿太阳能电池所适用的任一空穴阻挡层材料,如BCP、SnO2,也可以为其他空穴阻挡层材料、或者无阻隔层材料,在本申请中不做限定。
太阳能电池单元100中各层结构的厚度可以根据需要调整,依然以钙钛矿太阳能电池单元100为例,示例性地,其底电极的厚度可以为80~150 nm;空穴传输层的厚度可以为5~20 nm;钙钛矿吸光层的厚度可以为600~800 nm;电子传输层的厚度可以为20~30 nm;空穴阻挡层的厚度可以为6~8nm和顶电极的厚度可以为80~300nm。
以下将结合具体的实施例来说明本申请的上述钙钛矿太阳能电池、钙钛矿吸光层及其制备方法,本领域技术人员应该明了,实施例仅仅是帮助理解本发明,不应视为对本申请的具体限制。
实施例1
本实施例提供一种钙钛矿晶硅叠层太阳能电池组件,其包括多个电池串,每个电池串包括6个互联的太阳能电池单元100。该6个太阳能电池单元100之间通过连接件200相互串联,太阳能电池单元100的结构为ITO/SnOx/C60/钙钛矿/PTAA/ITO/n-Si:H(n)/n-Si:H(i)/c-Si(n)/n-Si:H(i)/n-Si:H(p)/ITO。连接件200包括铜芯导线210、粘接膜223和隔离膜224,其中铜芯导线210的直径为70 um,导线涂层212的材料为TiN,其厚度为300 nm;粘接膜223的材料为POE、厚度为60 um、隔离膜224的材料为PET、厚度为50 um、透光率为97%;相邻导线210之间的间距为2 mm。
其中铜芯导线210的一种示例性地制备方法为:以铜线为线芯,采用磁控溅射镀膜机在铜线的表面形成导线涂层212,其工艺气体为氩气/氮气、功率为5kW、靶材为钛靶。
然后利用层压技术将粘接膜223和隔离膜224连接,再将制备得到的铜芯导线210粘接固化上述膜层上得到连接件。
将制备得到的连接件200的第一裸露部分覆盖在其中一个太阳能电池单元100的顶电级,第一裸露部分覆盖在另一个太阳能电池单元100的底电极,以连接这两个电池单元。以此类推,可以放置多个连接件以实现预设的电池单元的连接方案。再在以下工艺参数下进行层压工艺:温度120度、压力60kPa、时间20分钟;层压之后利用双面POE封装膜和双面玻璃封装得到太阳能电池组件样品A。
组件尺寸不同时,可以下属方案调节相应的连接件导线线径:所述组件尺寸为210mm×210mm时,所述导线线径为120-140μm;所述组件尺寸为210mm×105mm时,所述导线线径为80-100μm。
实施例2
在本实施例中,导线210上的导线涂层212通过高能脉冲磁控溅射工艺形成,其具体工艺参数为:峰值功率5kW,占空比为1%;脉冲宽度为10 us;其余步骤与实施例1相同,得到太阳能电池组件样品B。
实施例3
在本实施例中,导线210中的金属线芯211采用镀锡铜线,导线210上的导线涂层212为通过脉冲磁控溅射工艺形成的ZrN层,粘接膜223的材料为EVA、隔离膜224的材料为PEN,其余步骤与实施例1相同,得到太阳能电池组件样品C。
实施例4
在本实施例中,太阳能电池单元为异质结电池,其结构ITO/n-Si:H(n)/n-Si:H(i)/c-Si(n)/n-Si:H(i)/n-Si:H(p)/ITO,其余步骤与实施例1相同,得到太阳能电池组件样品D。
在一些实施例中,上述连接件中的导线为带有氮化钛涂层的铜丝,可以通过在铜丝表面使用磁控溅射或者阴极电弧的方法镀上氮化钛作为导线涂层。
使用阴极电弧沉积系统在刀具等表面镀一层氮化钛作为硬质涂层,工艺成熟,在此不再详述。本申请中将镀氮化钛膜层的铜线用于太阳能电池的互联,可避免因吸光层材料如钙钛矿薄膜中的卤素离子迁移至金属电极处与金属电极发生反应导致器件效率降低。
在另一实施例中,在镀氮化钛涂层之前,先在铜线上先镀一层钛金属层作为氮化钛涂层的粘结层,提高氮化钛涂层的附着力,有助于提高氮化钛涂层的致密度。选择氮化钛涂层作为导线外周面涂层时,优选钛金属层作为氮化钛涂层的粘结层,在产线上容易实现,同时可避免靶材被污染。示例性地,具体实施时,钛粘结层和氮化钛涂层均可选择钛靶材,工作气体分别选择氩气和氮气。
连接件可延伸至组件封装层外部,形成组件的对外接口。氮化钛与钛有良好的抗腐蚀性能,不受大气和海水的影响。
经测试,如图14所示,与传统的锡包铜丝相比,带有氮化钛涂层的铜丝与ITO(太阳能电池中常用的透明导电层)表面的接触电阻(参考图14中的测试模拟线的斜率)稍小。但带有氮化钛涂层的铜丝,由于氮化钛涂层抗渗透性,可以避免因金属电极的金属与钙钛矿吸光层(或其他吸光层材料,或其他相邻或接触层)相互扩散所导致的电池效率退化问题。
需要说明的是,本申请的技术特征在不冲突的前提下,可以任意组合使用。为便于理解本发明技术方案的技术优势,下面先简述一些相关技术,并与本申请方案进行效果比对。
对于太阳能电池之间,通常采用焊带在一定的高温下进行焊接形成电池串,而焊带焊接容易造成电池翘曲及隐裂现象,影响组件可靠性,而且焊接过程中产生的高温会影响电池自身性能,尤其对于钙钛矿电池而言,对温度敏感性很高,焊接过程中的高温工艺会破坏钙钛矿电池层,影响电池性能。
目前,晶硅电池一般都会用到银浆制备主栅和副栅,用于汇流和收集电流。对于晶硅钙钛矿叠层电池而言,银浆浆料中的有机物会与钙钛矿电池发生反应导致电池效率退化;同时,栅线同样有易断裂、导电性差等问题,影响电池可靠性。
目前对于钙钛矿电池来说,无论单结电池还是叠层电池(双结或多结电池),目前常用的电极引出方式为导电胶带粘接,或者是衬底玻璃上镀金属电极直接引出,以及低温浆料焊接的方式,但这些方式都存在影响电池可靠性的问题,如:导电胶溶剂析出、粘接可靠性以及电极抗氧化性、组件可靠性等问题,制约钙钛矿电池的产业化发展进程。
低温浆料焊接的方式:对于低温浆料焊接的电极引出及电池串连接的方式,需使用焊接温度很低的银浆和焊带。低温银浆基本依赖进口,价格相对较高,且低温焊带由于需加入低温融化的In等元素,成本相对较高;
目前异质结电池所采用的低温银浆和焊带的工艺温度一般低于250℃,如此高的工艺温度对钙钛矿材料有较大损伤,破坏钙钛矿电池材料,影响电池性能;
低温焊接由于银浆和焊带中掺入了特殊的元素(如:In等金属元素),焊接拉力较低;另外,低温银浆是基于工艺温度在250℃以下,没有银粉烧结过程,银粉之间、银与基材之间依靠有机树脂进行黏接。不同于传统晶硅电池浆料采用高温烧结,银粉之间依靠表面熔融相互连接,玻璃相在一定程度上熔银并刻蚀硅衬底,形成可靠黏结和欧姆接触,因此,焊接拉力更低。较低的焊接拉力会导致组件在可靠性测试过程中出现问题。
低温浆料丝印的主栅和副栅由于缺乏高温烧结过程,导电性相对较差。
导电胶带粘接的方式:由于钙钛矿电池电极的结合力较低,导电胶带粘接过程中容易造成电极脱落,导致电池失效。导电胶带由于粘接面为导电胶,导电胶中可能含有有机溶剂,溶剂析出会对钙钛矿层有一定影响,影响电池效率。导电胶带粘接由于仅通过导电胶进行粘连,接触可靠性存在一定风险。由于导电胶带外层一般为铜,也存在抗氧化性差的问题;
衬底玻璃镀金属电极的方式:由于电极是直接镀在衬底玻璃上的,电极在后期使用过程中存在抗氧化的问题;组件在使用过程中,水汽存在沿电极进入组件内部的风险,影响组件可靠性。
本申请提供的连接件或者新型连接方案,将可能影响钙钛矿电池层的工艺例如溅射制备导线涂层单独分离,使得仅通过低温的层压或热辊就能实现电池单元互联,不影响电池性能,并且连接可靠,避免了焊带焊接造成的电池容易翘曲及隐裂现象。
本申请提供的连接件或者新型连接方案,可以省去栅线工艺,并且不需要银浆实现可靠连接,避免了银浆浆料中的有机物与钙钛矿电池发生反应导致电池效率退化的问题。另外,通过设置导线涂层,还可进一步避免钙钛矿中的迁移离子与金属电极发生反应导致界面电阻变大的问题。
综上所述,本申请提供的连接件或者新型连接方案可以避免现有连接方案的弊端。
以上,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (30)

1.一种用于含钙钛矿层的光伏装置的导线,其特征在于,所述导线包括:金属线芯,和,导线涂层;其中,所述导线涂层至少分布在与太阳能电池的电极的接触部分;所述导线涂层用于阻隔所述金属线芯的金属离子向外迁移,以及阻隔所述钙钛矿层的卤素离子向所述金属线芯迁移与金属发生反应;所述导线涂层的材料为导电陶瓷,且采用增强薄膜致密性的方式制备而成;
所述金属线芯与所述导线涂层之间还设置有粘结层。
2.根据权利要求1所述的导线,其特征在于,所述导线的线宽为70~140μm。
3.根据权利要求2所述的导线,其特征在于,所述导线的线宽为75~85μm。
4.根据权利要求1所述的导线,其特征在于,所述导线涂层分布在所述金属线芯的外周面;所述导线横截面为圆形。
5.根据权利要求1所述的导线,其特征在于,所述导线涂层的材料包括下述中的至少一项:TiN、TiC、TiCN、TiSiN、AlTiN、ZrN、TaN、HfN。
6.根据权利要求1所述的导线,其特征在于,所述粘结层为钛或者铬。
7.根据权利要求1所述的导线,其特征在于,所述粘结层厚度为5~30nm。
8.根据权利要求4所述的导线,其特征在于,所述导线涂层通过阴极电弧或者磁控溅射形成致密薄膜的方式形成在所述金属线芯的表面。
9.根据权利要求1所述的导线,其特征在于,所述导线涂层的厚度为0.01~5μm。
10.一种用于光伏装置的排线,包括多个平行设置的如权利要求1-9任一项所述的导线。
11.根据权利要求10所述的排线,其特征在于,还包括用于固定所述导线的膜片,所述导线部分地嵌入所述膜片;相邻导线之间的线距2~4mm;所述导线的线宽为70~140μm。
12.一种光伏装置,包括权利要求1~9任一项所述的导线。
13.根据权利要求12所述光伏装置,其特征在于,所述导线设置于太阳能电池单元的电极上,用于替代栅线结构收集电极电流;或者,所述导线的第一端与第一电池单元的第一电极电连接,所述导线的第二端与第二电池单元的第二电极电连接。
14.根据权利要求12所述光伏装置,其特征在于,所述光伏装置包括太阳能电池组件,所述太阳能电池组件至少包括:
基于同一衬底形成的第一电池单元和第二电池单元;
平行设置的多个所述导线,多个导线的第一端均设置于所述第一电池单元的第一电极上并与所述第一电极电连接,用于替代所述第一电池单元的栅线结构收集所述第一电极的电流;所述多个导线的第二端均设置于所述第二电池单元的第二电极上并与所述第二电极电连接,用于替代所述第二电池单元的栅线结构收集所述第二电极的电流。
15.根据权利要求14所述光伏装置,其特征在于,所述第一电池单元和所述第二电池单元均为晶硅钙钛矿叠层电池,相邻两个所述导线之间的线距2~4mm。
16.一种晶硅钙钛矿叠层电池组件,其特征在于,包括:
基于同一衬底形成的第一电池单元和第二电池单元;
平行设置的多个导线,多个导线的第一端均设置于所述第一电池单元的第一电极上并与所述第一电极电连接,用于替代所述第一电池单元的栅线结构收集所述第一电极的电流;所述多个导线的第二端均设置于所述第二电池单元的第二电极上并与所述第二电极电连接,用于替代所述第二电池单元的栅线结构收集所述第二电极的电流;
其中,所述导线为权利要求1~9任一项所述的导线。
17.根据权利要求16所述的晶硅钙钛矿叠层电池组件,其特征在于,相邻两个所述导线之间的线距2~4mm。
18.根据权利要求16或17所述的晶硅钙钛矿叠层电池组件,其特征在于,所述组件尺寸为210mm×210mm时,所述导线线宽为120~140μm;所述组件尺寸为210mm×105mm时,所述导线线宽为80~100μm。
19.一种连接件,用于将至少两个基于同一衬底形成的太阳能电池单元串接,其特征在于,包括:
平行设置的多个权利要求1~9任一项所述的导线;
用于对上述多个导线进行固定的第一膜片和第二膜片,所述多个导线夹设在所述第一膜片和所述第二膜片之间,且所述第一膜片与所述第二膜片分别位于所述多个导线的第一端和第二端;
所述多个导线的第一端均部分地嵌入所述第一膜片,在对应第一膜片的区域形成与第一电池单元的第一电极对应且电连接的第一裸露部分;所述多个导线的第二端均部分地嵌入所述第二膜片,在对应第二膜片的区域形成与第二电池单元的第二电极对应且电连接的第二裸露部分。
20.根据权利要求19所述的连接件,其特征在于,所述多个导线成组分布,每一组导线与一行电池单元对应。
21.根据权利要求19或20所述的连接件,其特征在于,所述第一膜片和所述第二膜片均包括隔离膜和用于将所述导线粘接至所述隔离膜上的粘接膜;所述粘接膜的玻璃化转化温度低于所述隔离膜的玻璃化转化温度。
22.根据权利要求21所述的连接件,其特征在于,所述粘接膜的材料选自聚烯烃热塑性弹性体、聚乙烯醇缩丁醛酯、乙烯-醋酸乙烯共聚物中的至少一种;和/或,所述隔离膜的材料选自聚对苯二甲酸类树脂、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯中的至少一种。
23.根据权利要求21所述的连接件,其特征在于,所述粘接膜的厚度为20~70μm;和/或
所述隔离膜的厚度为1~100μm。
24.一种连接件的制备方法,其特征在于,包括:
将多个权利要求1~9任一项所述的导线平行设置;
将第一膜片和第二膜片分别放置在所述多个导线的上下两侧,且所述第一膜片和所述第二膜片分别位于所述导线的两端;
利用热压工艺将所述第一膜片、平行设置的多个导线、所述第二膜片压合在一起形成连接件;其中,
所述多个导线的第一端均部分地嵌入所述第一膜片,形成用于与第一电池单元的第一电极接触并电连接的第一裸露部分;所述多个导线的第二端均部分地嵌入所述第二膜片,形成用于与第二电池单元的第二电极接触并电连接的第二裸露部分。
25.根据权利要求24所述的制备方法,其特征在于,在热压之前,还包括通过下述方式形成热压用的所述导线:在金属线芯的表面利用磁控溅射技术或者阴极电弧沉积法形成用于阻隔离子迁移的导线涂层,得到表面带有导线涂层的所述导线。
26.根据权利要求25的连接件的制备方法,其特征在于,所述磁控溅射技术采用下述增强薄膜致密性方式中的一项或多项的组合:直流磁控溅射、直流脉冲磁控溅射、射频磁控溅射、高能脉冲磁控溅射;反应溅射;和,给所述金属线芯通负偏压。
27.根据权利要求26的连接件的制备方法,其特征在于,所述磁控溅射技术采用高能脉冲溅射和反应溅射,同时给所述金属线芯通负偏压。
28.根据权利要求24的连接件的制备方法,其特征在于,所述热压工艺包括:
在20℃~250℃下,利用热辊将所述导线的第一端按压在所述第一膜片上,所述导线的第二端按压在所述第二膜片上;或者,
通过给所述导线通电产生热量的方式,将所述导线的第一端按压在所述第一膜片上,所述导线的第二端按压在所述第二膜片上。
29.一种光伏装置的制备方法,其特征在于,所述光伏装置包括太阳能电池组件,所述制备方法包括:
放置第一电池单元和连接件,并使连接件的第一裸露部分对应在第一电池单元的第一电极上;
放置第二电池单元,并使所述第二电池单元的第二电极对应在所述连接件的第二裸露部分;
利用层压技术将连接件的第一裸露部分压接在第一电池单元的第一电极上,同时所述连接件的第二裸露部分压接在第二电池单元的第二电极上;或者,所述制备方法包括:
利用点胶工艺,将多条导线的第一端固定在第一电池单元的第一电极,所述多条导线的第二端固定在第二电池单元的第二电极,形成包括至少两个电池单元的电池串;
在多个所述电池串上方放置第一膜片,在多个所述电池串下方放置第二膜片;
利用层压技术使所述电池串、所述第一膜片、所述第二膜片连接在一起;
其中,所述连接件为权利要求19~23任一项所述的连接件或者权利要求24~28任一项所述的连接件的制备方法制备得到的连接件。
30.根据权利要求29所述的制备方法,其特征在于,在对太阳能电池组件封装时,利用层压技术同步使太阳能电池单元连接为电池串。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2025011387A1 (zh) * 2023-07-13 2025-01-16 北京曜能科技有限公司 导线、排线、连接件及制备方法、光伏装置及制备方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104521009A (zh) * 2012-08-15 2015-04-15 陶氏环球技术有限责任公司 双组分电连接器
CN108520908A (zh) * 2018-06-21 2018-09-11 米亚索乐装备集成(福建)有限公司 一种电池顶电极、太阳能电池及电池顶电极的制作方法
CN113471362A (zh) * 2021-05-18 2021-10-01 宣城先进光伏技术有限公司 一种钙钛矿电池的互联工艺方法
CN115084384A (zh) * 2022-06-27 2022-09-20 北京理工大学 一种具有阻挡插层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法
WO2022260027A1 (ja) * 2021-06-07 2022-12-15 大日本印刷株式会社 集電シート用樹脂フィルム、集電シート、集電シート付き太陽電池素子、および太陽電池
CN116364789A (zh) * 2021-12-27 2023-06-30 苏州阿特斯阳光电力科技有限公司 光伏电池、光伏组件及光伏组件的制备方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008043361A1 (de) * 2008-10-31 2010-05-06 Micro Systems Engineering Gmbh Anschlussdraht und Verfahren zur Herstellung eines solchen
US20180019349A1 (en) * 2016-07-13 2018-01-18 Solarcity Corporation Gridless photovoltaic cells and methods of producing a string using the same

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104521009A (zh) * 2012-08-15 2015-04-15 陶氏环球技术有限责任公司 双组分电连接器
CN108520908A (zh) * 2018-06-21 2018-09-11 米亚索乐装备集成(福建)有限公司 一种电池顶电极、太阳能电池及电池顶电极的制作方法
CN113471362A (zh) * 2021-05-18 2021-10-01 宣城先进光伏技术有限公司 一种钙钛矿电池的互联工艺方法
WO2022260027A1 (ja) * 2021-06-07 2022-12-15 大日本印刷株式会社 集電シート用樹脂フィルム、集電シート、集電シート付き太陽電池素子、および太陽電池
CN116364789A (zh) * 2021-12-27 2023-06-30 苏州阿特斯阳光电力科技有限公司 光伏电池、光伏组件及光伏组件的制备方法
CN115084384A (zh) * 2022-06-27 2022-09-20 北京理工大学 一种具有阻挡插层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法

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