CN117355949A - 太阳能电池组件 - Google Patents

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Abstract

一种太阳能电池组件,包含:层状结构,包含光伏元件;以及电极组件,配置在层状结构的表面上,该电极组件包含:多个导线部分;多个第一导电元件,配置在层状结构的表面上;以及多个第二导电元件,插置在多个导线部分和多个第一导电元件之间;其中多个第一导电元件建构成在多个第二导电元件和层状结构的表面之间形成欧姆接触,并且多个第二导电元件建构成在多个第一导电元件和多个导线部分之间形成欧姆接触。

Description

太阳能电池组件
技术领域
本公开关于太阳能电池组件、太阳能模块、制造太阳能电池组件的方法。
背景技术
从阳光提供电能的太阳能模块包含光伏电池的阵列,各电池包含半导体基板。电池传统上连接成使得电流经由电池表面上之指状电极的格网而通往印刷在电池的正面和背面上之一系列较宽的垂直总线电极。从总线电极,电流沿着一系列铜带而流至接面盒,每一铜带则焊接至个别的总线电极。
太阳能电池发展的一般目标是达到高转换效率,而由减少制造成本的需求所平衡。达成此点的工夫尤其已聚焦在模块中的太阳能电池和半导体基板性质之间的电极连接。然而,尽管有这些发展,仍有需要改善太阳能电池的电极之间接触以增加其电力转换效率。
发明内容
根据第一方面,提供的是太阳能电池组件,包含:
层状结构,包含光伏元件;以及
电极组件,配置在层状结构的表面(譬如外表面)上,该电极组件包含:
多个导线部分,
多个第一导电元件,配置在层状结构的表面上;以及
多个第二导电元件,插置在多个导线部分和多个第一导电元件之间;
其中多个第一导电元件建构成在多个第二导电元件和层状结构的表面之间形成欧姆接触,并且多个第二导电元件建构成在多个第一导电元件和多个导线部分之间形成欧姆接触。
多个第二导电元件建构成提供多个第一导电元件和多个导线之间的电路径。据此,多个第二导电元件减少电极组件的接触电阻率,借此增加太阳能电池的填充因素。以此方式,则(多个)导电元件建构成减少电阻损失,否则因为多个导线和配置在层状结构之表面上的多个第一导电元件之间有不良接触界面的缘故而会发生电阻损失。
将了解如本文所用的“导电的”(conductive)和“绝缘的”(insulating)等词明确打算分别意谓电传导的和电绝缘的。鉴于本公开的技术背景(光伏太阳能电池装置),这些词的意义将特别明显。也将了解“欧姆接触”(ohmic contact)一词打算意谓非整流电接面(亦即二导体之间的接面展现实质线性的电流–电压[I-V]特征)。
现在将列出可选择的特征。这些特征可单独地或与任何方面做任何组合地来应用。
多个第一和第二导电元件可能分别界定多个指状电极和多个长形总线,配置在(譬如印刷在)层状结构的表面上以界定太阳能组件的“太阳能电池”(solar cell),如熟练人士所会轻易理解。尤其,多个长形总线配置在多个指状电极的顶部上(譬如印刷在顶部上)。换言之,在具体实施方式中,多个第一和第二导电元件可能形成部分的太阳能电池。在该实施方式中,多个导线部分可能至少部分形成施加于太阳能电池的电极组件。太阳能电池和电极组件的组合可能称为太阳能电池组件。
也将了解多个第一和第二导电元件(连同多个导线部分)建构成一起工作以从层状结构汲取电荷载子。据此,这些构件界定电极组件,而当与层状结构组合时界定本发明的太阳能电池组件。换言之,在具体实施方式中,多个第一和第二导电元件(连同多个导线部分)可能至少部分形成施加于太阳能电池的电极组件。太阳能电池和电极组件的组合可能称为太阳能电池组件。
层状结构可能包含正面(譬如最前面)和背面(譬如最后面)。正面可能相反于背面。电极组件可能界定配置在层状结构的背面上的背面电极组件。太阳能电池组件可能进一步包含配置在层状结构的相反于背面的正面上的正面电极组件。
多个导线部分可能配置于膜中。该膜可能建构成电绝缘和/或光学透明的。膜可能建构成提供层状结构和导线部分之间的附着,如此则导线部分在层状结构上正确隔开。以此方式,则该膜能使导线部分正确对齐于层状结构,尤其是相对于多个第二导电元件。该膜可能提供导线部分和层状结构之间的机械连接。于范例性配置,该膜可能不覆盖层状结构的所有表面。
背面电极组件的多个导线部分可能界定多个第一导线部分。该膜(譬如绝缘和/或光学透明的膜)可能界定第一(譬如背面)膜(譬如绝缘和/或光学透明的膜)。
正面电极组件可能包含多个第二导线部分。多个第二导线部分可能配置于第二(譬如正面)膜(譬如绝缘和/或光学透明的膜)中。
多个第二导线部分可能建构成与正面电极组件的多个第三导电元件形成欧姆接触。多个第三导电元件可能插置在正面电极组件的多个第二导线部分和层状结构的正面之间。
仅背面电极组件可能包含插置在多个导线部分和多个第一导电元件之间的多个第二导电元件。换个方式来说,仅背面电极组件可能包括如上界定的多个第二导电元件。以此方式,则背面电极组件可能建构有二种多个导电元件,每一者插置在多个第一导线部分和层状结构的背面之间。
相对来看,正面电极组件可能仅建构有单一种多个导电元件(亦即多个第三导电元件),而插置在多个第二导线部分和层状结构的正面之间。也就是说,于正面电极组件,多个第二导线可能仅经由多个第三导电元件而电连接至层状结构的正面,亦即在多个第二导线和层状结构的正面之间除了多个第三导电元件以外可能没有中介元件。
另一方面,于背面电极组件,多个第一导线可能仅经由多个第一和第二导电元件而电连接至层状结构的背面,亦即在多个第一导线和层状结构的背面之间除了多个第一和第二导电元件以外可能没有中介元件。
据此,多个第二导电元件(亦即背面电极组件)的每个导电元件可能建构成在多个第一导电元件的导电元件和多个第一导线部分的个别导线部分之间形成欧姆接触。相对而言,多个第二导线部分(亦即正面电极组件)的每个导线部分可能建构成与多个第三导电元件的导电元件直接形成欧姆接触。
考虑背面电极组件,多个第二导电元件不影响层状结构之当太阳能电池组件在使用时主要的光入射在上面的正面的遮蔽。借由仅提供多个第二导电元件在层状结构的背面上(亦即背对入射光的表面),则限制了导电元件所可能引起的任何遮蔽。
层状结构的正面可能界定层状结构之当太阳能电池组件在使用时光入射在上面的的表面。层状结构的背面将界定层状结构的相反于正面的表面,亦即层状结构的背面在使用期间可能不直接暴露于入射光。太阳能电池组件可能建构成致使反射光指引朝向层状结构的背面。
多个第二导电元件的每个导电元件可能包含长形总线。导电元件/长形总线可能建构成跨越层状结构的表面而延伸,如此以与上面所配置的多个第一导电元件的每一者形成欧姆接触。多个第二导电元件/长形总线是由导电材料所形成,使得它们能使电荷载子从配置在层状结构背面上的多个第一导电元件中的至少一者流到多个第一导线部分中的至少一者。以此方式,则多个第二导电元件/长形总线中的每一者可能界定背面电极组件的电流收集器。
将了解已知的太阳能电池可能设有“冗余线”(redundancy line,已知为有角度的冗余线),从太阳能电池的边缘做短距离延伸,并且在非平行于指状电极(譬如与之垂直或呈约45°)的方向上延伸。在具体实施方式中,每个冗余线可能跨越太阳能电池的小于20%的表面(譬如长度或宽度)而延伸,举例而言小于太阳能电池的表面(譬如长度或宽度)的10%、7.5%或5%。
这些“冗余线”配置在太阳能电池的表面上,如此以帮助对齐跨越指状电极的导线阵列。据此,这些“冗余线”配置在相同于指状电极的平面,使得它们不破坏导线和指状电极之间的接触界面。根据本发明的电极组件与具有此种“冗余线”的太阳能电池有所区分,原因在于导电元件/长形总线插置在多个第一导电元件和多个导线部分之间。以此方式,则配置了至少部分的导电元件/长形总线的平面是与导线部分和指状电极所占据的个别平面相邻插置但空间上有所区分。因而,导电元件/长形总线有利地建构成提供电极组件的指状电极和导线部分之间的欧姆接触。
多个第二导电元件/长形总线的每一者可能建构成实质跨越层状结构的表面而延伸,如此以界定“完整长度”(full length)的长形总线。在具体实施方式中,多个第二导电元件/长形总线的每一者可能建构成跨越层状结构的大于50%的表面(譬如长度)而延伸,举例而言大于层状结构的60%、70%、80%、90%或95%的表面(譬如长度)。以此方式,则“完整长度”的长形总线可能提供导线部分和每个底下的指状电极之间的欧姆接触。
多个第二导电元件/长形总线的每一者可能建构有宽度、轴向长度、深度。每个此种导电元件/长形总线可能建构成使得其轴向长度实质大于其宽度。导电元件/长形总线的宽度和轴向长度可能是在对齐于层状结构的背面平面的垂直方向来测量,并且深度可能是在垂直于层状结构的背面平面的方向来测量。每个此种导电元件/长形总线可能建构有深度,使得它从层状结构的背面突起/直立。
多个第二导电元件/长形总线的每一者可能配置成在纵向上跨越层状结构的背面而做长度延伸。这些导电元件/长形总线可能跨越背面而在横向上隔开以界定总线之间的纵向延伸空间。这些导电元件/长形总线可能彼此平行或实质平行。这些导电元件/总线可能在横向上均等地或实质均等地隔开。据此,多个第二导电元件/总线可能形成平行、横向隔开(譬如均等地隔开)的导电元件/总线的阵列。
多个第二导电元件/长形总线中的至少一者可能具有实质矩形(譬如方形)截面(垂直于其轴向长度)。这些导电元件/长形总线可能都包含相同的矩形横截面形状。每个此种导电元件/长形总线的横截面可能沿着其轴向长度而是均匀的。
多个第二导电元件/长形总线中的至少一或每一者可能建构有沿着其长度而变化的宽度。长形总线的宽度可能沿着其长度来变化,而其最宽部分对应于它与底下指状电极重叠之处。据此,长形总线可能建构有周期性起伏的宽度,而最宽部分对应于与指状电极重叠的部分,最窄部分对应于指状电极之间的空间。以此方式,则长形总线可能建构成使得与指状电极的接触面积最大化而同时使总线的整体尺寸最小化,借此减少关联的材料成本。
于范例性配置,导电部分/长形总线的纵向边缘可能包含多个直的小面。据此,导电部分/长形总线的导线接收表面可能界定菱形。替代选择而言,导电部分/长形总线的纵向边缘可能包含多个弯的小面。导电部分/长形总线的导线接收表面可能界定扇形。
多个第二导电元件/长形总线可能是由导电材料所形成。导电材料可能是由金属/金属合金材料所形成,可能包括Ag、Al、Au中的至少一者。背面电极组件的这些导电元件/长形总线可能使用印刷材料来形成。印刷材料能使它方便地沉积至层状结构的背面上以形成多个第二导电元件/长形总线。
印刷材料可能使用可印刷的前驱物来形成,例如导电膏,可能包含悬浮于溶剂中的金属粉末(譬如Ag、Al、Au粉末)和玻料的混合物。可印刷的前驱物/导电膏可能被烧制或熟化以形成多个印刷的第二导电元件/长形总线。
多个第一导线部分的每个导线部分可能建构有宽度、轴向长度、深度。导线部分可能建构成使得其轴向长度实质大于其宽度。导线部分的宽度和轴向长度可能是在对齐于层状结构的背面平面的垂直方向来测量,并且深度可能是在垂直于层状结构的背面平面的方向来测量。
多个第一导线部分的每一者可能配置成在纵向上相对于层状结构的背面而做长度延伸。导线部分可能相对于背面而在横向上隔开以界定导线部分之间的纵向延伸空间。导线部分可能彼此平行或实质平行。导线部分可能在横向上均等地或实质均等地隔开。据此,多个导线部分可能形成平行、横向隔开(譬如均等地隔开)的导线部分的阵列。
多个第一导线部分的二或更多个导线部分可能电或实体接合以形成单一导电管线。
多个第一和/或第二导线部分(下文也称为导线部分)的形状和尺寸可能做选择以使正面和/或背面电极组件的光电子性质(亦即它们的电流收集和层状结构遮蔽特征)最佳化。每个导线部分可能具有圆形横截面形状(亦即横向于导线部分的轴向长度)。替代选择而言,导线部分可能具有不同的横向截面形状,举例而言包括矩形、多边形和三角形。替代选择而言,导线部分截面可能为田径场形状(obround)或不规则形状。
多个第一和/或第二导线的每个导线部分可能是由导电金属或金属合金所形成。每个导线部分可能至少部分披覆有披覆,它所包含的导电材料熔点低于导线的核心的熔点。每个导线可能完全披覆在合金披覆中,或者至少部分披覆在面对层状结构的一侧或多侧上。
外披覆可能包含由至少二或更多种成分所形成的金属合金。外披覆合金可能是铅基、锡基、铋基合金中的至少一者。外披覆可能包含2相、3相或更复杂的金属合金。
导线部分披覆可能是由金属合金所形成,包含Ag、Bi、Cd、Ga、In、Pb、Sn、Ti等中的至少一者。导线部分披覆也可能包含导电材料,它是由嵌埋在有机基质里的金属或合金颗粒所形成。
多个第一和/或第二导线部分的至少一或每个导线部分可能配置在个别的第一和第二绝缘光学透明膜的表面上。替代选择或附带而言,至少一个导线部分可能至少部分配置在膜里。以此方式,则至少一个导线部分可能嵌埋在膜里,使得导线部分的表面从膜的表面突出。替代选择而言,至少一或每个导线部分可能实质包在(譬如完全包在)其个别膜里,而同时仍建构成与它们所重叠的导电元件/长形总线形成电接触。
第一和/或第二膜可能是由聚合材料所形成,而具有高韧性、良好绝缘特征、光学透明度、热稳定度、抗收缩性。范例性聚合材料可能包含乙酸酯、环氧树脂、氟树脂、聚酰胺树脂、聚砜、嫘萦、聚烯、塑烯(plastilene)、嫘萦奈克斯特(rayonext)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚氟乙烯膜、修饰的四氟乙烯乙酯等。在具体实施方式中,第一和/或第二膜是由单一层材料所构成;然而,在某些其他具体实施方式中,第一和/或第二膜包含二或更多层,其中这些层中的二或更多者可能包括不同的材料和/或材料特征。
膜面对导线部分的表面可能披覆有透明黏着剂。在太阳能电池组件的制作期间,膜可能加热成使得黏着剂软化而由于施力则能使膜附着于导线部分。以此方式,则导线可能至少部分嵌埋于黏着剂中。当正在操持多个导线部分而在配置于层状结构上之前,第一和/或第二膜可能建构成提供结构支撑给导线部分。
当正面电极组件和/或背面电极组件与层状结构组装时,关联的绝缘光学透明膜可能变形,如此以顺服于夹在该膜和层状结构之间导线部分的形状。换言之,膜的正面可能在非导线区域中是实质平坦的,并且在导线区域的导线部分上形成隆脊/突起。以此方式,则膜的每个(譬如纵向的)导线区域可能具有上凸(譬如横向)的轮廓(亦即实质半圆形轮廓)。
背面电极组件的第一绝缘光学透明膜可能具有正面(面向层状结构)和相反于正面的背面(背对层状结构)。多个第一导线部分的至少一个导线部分可能配置在第一膜的正面上。
正面电极组件的第二绝缘光学透明膜可能具有在使用时光入射在上面的正面(背对层状结构)和相反于正面的背面(面向层状结构)。多个第二导线部分的至少一个导线部分可能配置在第二膜的背面上。
层状结构可能包含长度和宽度。层状结构的长度可能小于其宽度。跨越层状结构的背面的纵向和横向可能分别平行于层状结构的长度和宽度方向。因此,多个第二导电元件/长形总线和导线部分可能配置成跨越层状结构的长度而延伸且沿着其宽度而隔开。
多个第一导线部分的至少一个导线部分可能配置成重叠(譬如部分或完全地)电极组件(譬如背面电极组件)的导电元件/长形总线。
多个第一导线部分的多个导线部分可能建构成重叠(譬如部分或完全地)对应的多个第二导电元件/长形总线。
多个第一导线部分的每个导线部分可能建构成重叠(譬如部分或完全地)多个第二导电元件/长形总线的对应的导电元件。举例而言,多个第一导线部分的每个导线部分可能建构成至少部分重叠多个第二导电元件/长形总线的不同的导电元件/长形总线。
多个第一导线部分的至少一个导线部分的轴向长度可能配置成实质平行/轴向对齐于它所重叠的(多个第二)导电元件/长形总线的轴向长度。
多个第一导线部分的多个导线部分的轴向长度可能建构成实质平行/轴向对齐于它们所重叠的对应的多个第二导电元件/长形总线的轴向长度。
多个第一导线部分的每个导线部分的轴向长度可能建构成实质平行/轴向对齐于它们所重叠的多个第二导电元件/长形总线的对应导电元件的轴向长度。
该/每个重叠的导电元件/长形总线和个别导线部分之间的实质对齐则借此减少导电元件/长形总线和多个第一导线部分所造成的遮蔽。
上述多个第二导电元件/长形总线和多个第一导线部分之间的实质对齐也增加在这些导线部分和这些导电元件/长形总线之间界面的接触面积,借此减少接触电阻率。因此,太阳能电池组件可能建构成维持类似的短路电流(亦即由于类似的遮蔽缘故),同时因为减少在接触界面的电阻率而增加填充因素。
根据背面电极组件的范例性配置,平行、横向隔开的多个第一导线部分的阵列可能重叠(亦即直接叠置)在平行、横向隔开的多个第二导电元件/长形总线的阵列上。
当至少一导电元件/长形总线重叠且对齐于多个第一导线部分的至少一个导线部分时,导电元件/长形总线的宽度(譬如宽度的至少第一部分)可能至少等于导线部分在层状结构的表面平面所测量的厚度。举例而言,导电元件/长形总线可能包含沿着其整个长度的宽度,它至少等于导线部分的厚度。
当导电元件/长形总线建构有等于导线部分的厚度的宽度(譬如宽度的至少第二部分以及/或者宽度的至少第一部分)时,背面电极组件不引入额外的遮蔽,因为导电元件/总线具有类似于导线部分的宽度。
导电元件/长形总线的宽度(譬如宽度的至少第三部分)可能小于导线部分在层状结构的表面平面所测量的厚度(譬如宽度)。举例而言,导电元件/长形总线可能包含沿着其整个长度的宽度,它小于导线部分的厚度。在具体实施方式中,导电元件/长形总线的宽度(譬如宽度的至少第三部分)可能仅稍小于导线部分的厚度。举例而言,导电元件/长形总线的宽度(譬如宽度的至少第三部分)可能是导线部分的90%左右。
导线部分的弯的外表面意谓与底下长形总线的最大接触面积的宽度小于导线部分的厚度。因而,长形总线可以建构有稍微较窄的宽度但仍维持良好的欧姆接触,同时使对层状结构的遮蔽效应最小化。举例而言,导电元件/长形总线的宽度(譬如至少第三部分的宽度和/或整个长度)可能小于0.70毫米。举例而言,导电元件/长形总线的宽度(譬如至少第三部分的宽度和/或整个长度)可能小于0.25毫米。
在具体实施方式中,导线部分可能包含实质平坦带而具有在0.6毫米和0.7毫米之间的宽度。在此情形,长形总线可能建构有比带宽度小0.1毫米的宽度,如此以减少总线的阴影效应。
根据范例性具体实施方式,导电元件/长形总线的宽度可能大于导线部分的厚度(譬如宽度)。借由建构每个导电元件/长形总线而有稍大于导线厚度的宽度,则此确保有良好电接触,即使万一个别导线和总线之间有次要的未对齐亦然。
多个第二导线部分中的导线部分可能是如同上针对多个第一导线部分所述。
多个第一导线部分和多个第二导线部分可能彼此对齐,而层状结构插置在其间。
电极组件(譬如背面电极组件)的多个第一导电元件可能包含配置在层状结构的背面上的多个指状电极(譬如多个背面指状电极)。正面电极的多个第三导电元件可能包含配置在层状结构的正面上的多个指状电极(亦即多个正面指状电极)。
多个正面和/或背面指状电极的每个指状电极可能建构有实质大于其宽度的轴向长度。指状电极的宽度和轴向长度可能都是在层状结构的个别表面平面的垂直方向来测量。指状电极可能是在平行于层状结构的宽度方向的横向上延伸。
多个正面和/或背面指状电极的每一者里的指状电极可能跨越个别表面而隔开以界定指状电极之间的横向延伸空间。指状电极可能在实质平行于层状结构的长度方向的纵向上隔开。多个指状电极可能彼此实质平行。据此,多个背面指状电极可能形成平行、纵向隔开(譬如均等地隔开)的指状电极的阵列。
多个背面指状电极中的至少一指状电极的轴向长度可能实质未对齐(譬如实质不平行或实质垂直)于重叠在上面的多个第二导电元件/长形总线中的至少一者的轴向长度。多个背面指状电极中的至少一指状电极的轴向长度可能实质未对齐(譬如实质不平行或实质垂直)于多个第一导线部分中的至少一个导线部分的轴向长度。
据此,若导电元件/长形总线轴向对齐于重叠的导线部分,则关联的指状电极的轴向长度可能以相同的未对齐角而轴向未对齐于导线部分和导电元件/长形总线二者。
指状电极的轴向长度可能相对于重叠的导线部分和/或导电元件/长形总线的轴向长度而做实质垂直配置。以此方式,则指状电极可以方便地配置成使从层状结构的背面的电荷收集最佳化。
层状结构的正面可能包含数目不同于层状结构的背面的指状电极。背面指状电极的数目可能至少80和/或高达300。
一般而言,指状电极可能实质跨越层状结构的长度而延伸。层状结构正面上的多个指状电极中的至少一者可能仅部分跨越正面的长度而延伸。至少一正面指状电极可能从层状结构的边缘延伸以界定缩短的正面指状电极。以此方式,则层状结构的正面可能在边缘设有更多数目的指状电极,此处有较少的导线部分来从太阳能电池汲取电荷。缩短的正面指状电极可能跨越层状结构的宽度而与“完整长度”的正面指状电极做交替配置。缩短的正面指状电极减少在层状结构的中间区域的遮蔽量。缩短的正面指状电极可能称为“冗余线”(已知为平行的冗余线)。
相对来看,每个背面指状电极可能建构成跨越层状结构的实质长度而延伸,如此以界定“完整长度”的背面指状电极。在具体实施方式中,每个背面指状电极可能建构成跨越层状结构的多于50%的表面(譬如宽度)而延伸,举例而言多于层状结构的60%、70%、80%、90%或95%的表面(譬如宽度)。背面指状电极的更大长度(和数目)电极在遮蔽不是问题的层状结构背面增加了电荷汲取。
根据太阳能电池组件的范例性配置,平行、横向隔开的多个导电元件/长形总线的阵列可能相对于多个背面指状电极的阵列而重叠(亦即直接叠置)且垂直配置。
多个第一导电元件(譬如背面指状电极)可能是由导电材料(亦即第一导电材料)所形成。如上所述,多个第二导电元件/长形总线可能是由可能相同或不同于第一导电元件/长形总线的导电材料(亦即第二导电材料)所形成。多个第三导电元件(譬如正面指状电极)可能是由可能相同或不同于(多个)第一和/或第二导电材料的第三导电材料所形成。
至少一或每个(多个)第一、第二、第三导电材料可能是印刷材料。印刷的第一和/或第三导电材料能够在层状结构的个别表面上形成具有窄宽度和/或深度(相对于它们的轴向长度)的指状电极。第一和/或第三导电材料可能是由可能包括Ag、Al、Au中的至少一者的金属/金属合金材料所形成。
将体会多个第一和第二导线部分可能建构成把太阳能模块里的多个太阳能电池组件连接在一起。举例而言,多个第二导线部分可能形成部分的箔导线电极配置(譬如以绝缘的光学透明膜来支撑导线部分,如上所述),该配置包含披覆合金的铜导线格网而直接连接了配置在层状结构的正面上的指状电极。此减少电损失且使龟裂或电池损伤所可能对太阳能模块效能造成的冲击最小化。再者,使用箔导线电极配置导致显著减低了模块制造成本以及以习用总线电极来建构正面所造成的光遮蔽而引起的光学损失。
将了解指状电极和此种箔导线电极配置的多个导线之间的连接可能不可靠,这可以导致太阳能电池组件的电阻率增加和高填充因素损失。然而,插置在多个第一导线和太阳能电池组件背面上的指状电极之间的多个导电元件/长形总线减少了背面电极组件的电阻率,并且借此增加太阳能电池组件的填充因素。
太阳能电池组件的层状结构可能包含复数层或元件,其中复数层中的至少一者是由半导体材料所形成。光伏元件(或层)可能是由硅晶圆所形成,如此以界定硅太阳能电池的半导体层状结构。
根据太阳能电池组件的范例性配置,层状结构包含多层半导体组件,包括光伏元件和定位成相反于光伏元件的至少一发射层。至少一发射层可能配置成相反于光伏元件以形成p-n接面。发射层可能电连接至正面电极组件或背面电极组件。第一发射层可能连接至正面电极组件,并且第二发射层可能连接至背面电极组件。
将体会层状结构可能建构成界定任一类型的太阳能电池结构。举例而言,层状结构可能界定异质接面型太阳能电池。替代选择而言,层状结构可能界定串接接面型太阳能电池。
至少一发射层可能配置成朝向层状结构的正面。正面电极组件可能定位在发射层上。据此,发射层可能配置在正面电极组件和层状结构的光伏元件之间。
背面场层可能定位成朝向层状结构的背面,亦即在光伏元件和背面电极组件之间。背面场可能建构成在太阳能电池的运作期间从光伏元件汲取电荷载子。据此,背面电极组件可能定位在层状结构的场层上。
光伏元件可能是由半导体材料所形成,例如硅。半导体材料或其部分可能做正或负掺杂(亦即p型或n型半导体),虽非所需。半导体材料可能不掺杂(亦即本质性半导体)。用于层状结构的硅可能是结晶硅(例如单晶硅和多晶硅)或非晶形硅。
多层半导体组件可能包含含有p型材料的发射层和含有n型材料的背面场层,发射层和背面场层配置在包含n型材料的光伏元件的相对侧上。正面电极组件可能电连接至发射层,并且背面电极组件可能电连接至背面场层。此种配置可能界定异质接面科技(heterojunction technology,HJT)型太阳能电池。如此,则发射层和背面场层可能各是由非晶形硅(a-Si:H)所形成,并且光伏元件可能包含结晶硅(c-Si)。
多层半导体组件可能包含至少一本质层,亦即包含本质掺杂的半导体。至少一本质层可能配置在发射层和光伏元件之间以形成正面钝化层。替代选择或附带而言,至少一本质层可能配置在光伏元件和背面场层之间以形成背面钝化层。至少一本质层可能是由非晶形硅所形成。
当半导体材料为n型时,它可能建构成含有V族元素的杂质,例如磷(P)、砷(As)、锑(Sb)。当半导体材料为p型时,它可能含有III族元素的杂质,例如硼(B)、镓(Ga)、铟(In)。替代选择而言,半导体材料可能是由不是硅的材料所形成。
形成于层状结构中的发射层可能界定光伏元件的相反于第一导电类型(举例而言为n型)的第二导电类型(举例而言为p型)的杂质区域,因此连同光伏元件而形成p-n接面。
在p-n接面的p型和n型材料之间所形成的界面分别使多余的电子和电洞扩散至n型和p型材料。此电荷载子的相对移动导致在p-n接面形成空乏区域(譬如空间电荷区域)。一旦达到热平衡条件,则跨越空乏区域而形成内建的电位差。
在太阳能电池的运作期间,光入射在基板上所产生的多个电子电洞对被源自p-n接面之内建电位差所生成的电场分开成电子和电洞。然后,分开的电子移动(譬如穿隧)至n型半导体,并且分开的电洞移动至p型半导体。因此,当光伏元件是n型且发射器是p型时,分开的电洞和电子分别移动至发射器和光伏元件。据此,电子变成光伏元件中的主要载子,并且电洞变成发射器中的主要载子。
根据替代选择性配置,发射层可能是n型且光伏元件可能是p型以在其间形成p-n接面。在此例子,分开的电洞和分开的电子分别移动至光伏元件和发射层。
层状结构的(多个)正面可能被刻纹以形成刻纹表面,其对应于不平的表面或具有不平的特征。在此例子,入射在层状结构上的光量因为层状结构的刻纹表面而增加,因此改善太阳能电池的效率。
层状结构可能进一步包含抗反射层或披覆,配置在层状结构的正面和/或背面。该或每个抗反射层可能具有单层结构或多层结构。抗反射层可能是由氮化硅(SiNx)和/或氧化硅(SiOx)所形成。替代选择而言,抗反射层可能是由透明导电氧化物(transparentconductive oxide,TCO)所形成,例如氧化铟锡(indium tin oxide,ITO),它已经被刻纹以提供抗反射表面。抗反射层有利地减少入射在太阳能电池上的光的反射度且增加预先决定的波长能带的选择性,借此增加太阳能电池的效率。
层状结构可能包含配置在层状结构的正面和/或背面上的透明导电氧化物披覆。透明导电氧化物披覆可能电连接至层状结构的发射层、本质层、光伏元件中的至少一者。透明导电氧化物披覆可能建构成增加对配置在层状结构的个别表面上的指状电极的侧向载子传输。透明导电氧化物披覆在异质接面型装置中是特别有利,该装置包含由非晶形硅所形成的层而展现不佳的载子移动性。
根据第二方面提供的是包含根据第一方面的多个太阳能电池的太阳能模块。多个太阳能电池可能电耦合在一起。
第一太阳能电池可能电耦合于第二太阳能电池。如此,则第一太阳能电池的电极组件的多个导线部分可能电耦合于第二太阳能电池的电极组件的多个导线部分。根据范例性配置,第一太阳能电池的正面电极组件的多个第二导线部分可能电耦合于第二太阳能电池的背面电极组件的多个第一导线部分。据此,二种多个导线部分可能在模块中的二或更多个太阳能电池之间形成电连接。
第一太阳能电池的背面电极组件的多个第一导线部分可能实体和/或电连接于第二太阳能电池的正面电极组件的多个第二导线部分(譬如一体成形)。以此方式,则多个导线部分可能在第一和第二太阳能电池之间提供直接的电连接,借此增加其间的电荷流动。以此方式来建构导线部分则在相邻的太阳能电池之间不须提供分开的连接(例如铜带),借此减少制作太阳能模块所需的制造步骤的数目和复杂度。
在具体实施方式中,第一太阳能电池的正面电极组件的多个第三导电元件仅经由多个第一和第二导线部分和多个第二导电元件而连接至第二太阳能电池的背面电极组件的多个第一导电元件。
太阳能模块可能包含框架以容置多个太阳能电池组件。框架可能包含正面板和背面板,分别配置在多个太阳能电池组件的正面和背面上。正面板和背面板中的至少一或每一者可能是由玻璃(譬如玻璃片)所形成。太阳能模块可能包含包封剂,它可能建构成提供正面板和背面板与多个太阳能电池组件之间的附着。以此方式,则包封剂可能配置在太阳能模块的玻璃片和多个太阳能电池组件中的某一者的绝缘光学透明膜之间。包封剂可能建构成避免湿气进入太阳能模块中。据此,包封剂可能是由乙烯醋酸乙烯酯(EVA)或任何其他适合抗湿气的材料所形成。
根据第三方面,提供的是制造根据第一方面的太阳能电池的方法,包含:
提供层状结构,包含光伏元件;以及
配置电极组件至层状结构的表面上,其中配置电极组件包含:
建构多个第一导电元件至层状结构的表面上以与之形成欧姆接触;
建构多个第二导电元件至多个第一导电元件上以与之形成欧姆接触;以及
配置多个导线部分至多个第二导电元件上以与之形成欧姆接触。选择而言,多个导线部分配置于膜中(譬如绝缘和/或光学透明的膜)。
层状结构可能包含背面(譬如最后面)和相反于背面的正面(譬如最前面)。据此,方法可能包含配置电极组件至层状结构的背面上以界定背面电极组件。方法可能进一步包含配置正面电极组件至层状结构的正面上。
背面电极组件的多个导线部分可能界定多个第一导线部分(譬如配置于第一绝缘和/或光学透明的膜中)。于此种配置,配置正面电极组件的方法可能包含建构多个第三导电元件至层状结构的正面上以与之形成欧姆接触,并且配置多个第二导线部分至多个第三导电元件上以与之形成欧姆接触。多个第二导线部分可能配置于第二膜中(譬如绝缘和/或光学透明的膜)。
仅配置背面电极组件的方法可能包含建构插置在多个导线部分和多个第一导电元件之间的多个第二导电元件。也就是说,于配置正面电极组件的方法,多个第二导线可能仅经由仅多个第三导电元件而连接至层状结构的正面,亦即多个第二导线和层状结构的正面之间除了多个第三导电元件以外可能没有中介元件。另一方面,于配置背面电极组件的方法,多个第一导线可能仅经由多个第一和第二导电元件而连接至层状结构的背面,亦即多个第一导线和层状结构的背面之间除了多个第一和第二导电元件以外可能没有中介元件。
建构多个第三导电元件至层状结构的正面上的方法可能包含沉积(譬如直接地)多个长形指状电极至正面上,亦即多个正面指状电极。类似而言,建构多个第一导电元件至层状结构的背面上的方法可能包含沉积(譬如直接地)多个长形指状电极至背面上,亦即多个背面指状电极。
多个第二导电元件可能建构成界定多个长形总线。方法可能包含沉积(譬如直接地)至少一导电元件在背面上所配置的多个长形指状电极中的至少一者的顶部上(亦即重叠)。
沉积多个背面指状电极的方法可能包含沉积(譬如直接地)第一导电材料至层状结构的背面上。沉积多个第二导电元件/长形总线的方法可能包含沉积(譬如直接和间接地)第二导电材料至层状结构的背面上以形成多个长形总线。也就是说,在背面上出现背面指状电极的区域,长形总线可能直接沉积在背面指状电极上,因而间接沉积在背面上;然而,在背面上不出现背面指状电极的区域,长形总线可能直接沉积在背面上。沉积多个正面指状电极的方法可能包含沉积(譬如直接地)第三导电材料至层状结构的正面上。
第一、第二、第三导电材料中的至少一者可能以多样的方法来沉积,包括蒸镀、镀覆、印刷等。举例而言,第一、第二、第三导电材料可能分别包含第一、第二、第三印刷材料。
沉积第一导电材料的方法可能包含将第一印刷材料的第一可印刷的前驱物印刷至层状结构的背面上。方法可能进一步包含根据第一烧制过程来熟化第一可印刷的前驱物以形成导电元件/长形总线。
沉积第二导电材料的方法可能包含将第二印刷材料的第二可印刷的前驱物印刷至层状结构的背面上。方法可能进一步包含根据第二烧制过程来熟化第二可印刷的前驱物以形成多个背面指状电极。
沉积第三导电材料的方法可能包含将第三印刷材料的第三可印刷的前驱物印刷至层状结构的正面上。方法可能进一步包含根据第三烧制过程来熟化第三可印刷的前驱物以形成多个正面指状电极。
熟化(多个)第一、第二、第三可印刷的前驱物中的至少一者的方法可能包含在炉中烧制配置在层状结构的个别表面上的可印刷的前驱物。(多个)第一、第二、第三可印刷的前驱物中的至少一者可能包含金属膏,它可能藉由混合金属粉末、玻料、连同适合的溶剂而获得。
用于形成多个背面指状电极的第一可印刷的前驱物(因此是第一导电材料)可能不同于用来形成导电元件/总线的第二可印刷的前驱物。如此,则方法可能包含印刷第一可印刷的前驱物至层状结构的背面上,然后根据第一烧制过程来烧制层状结构以形成多个背面指状电极。方法可能进一步包含沉积第二可印刷的前驱物至背面上,使得它至少部分重叠至少一长形背面指状电极,然后根据第二烧制过程来烧制层状结构以形成多个导电元件/长形总线。
第一、第二、第三导电材料可能各自/全部包含不同的化学组成。第一、第二、第三烧制过程可能各自/全部包含不同的烧制参数,例如烧制温度。
方法可能包含沉积多个第二导电元件/长形总线,使得至少一导电元件的轴向长度可能实质不平行(譬如实质垂直)于它所重叠的至少一指状电极的轴向长度。方法可能包含沉积多个第二导电元件/长形总线,使得它们配置成垂直于多个背面指状电极。
方法可能包含沉积多个第二导电元件/长形总线在层状结构的背面上的指定位置,使得它们可以接收多个第一导线部分,亦即导线接收位置。(多个)导线接收位置的每一者可能基于多个第一导线部分里的导线部分的架构(亦即侧向间距)来决定。以此方式,则方法确保多个第二导电元件配置在层状结构的背面上,使得它们可以被多个第一导线部分所重叠(譬如部分或完全地)。
一旦多个第二导电元件/长形总线沉积至层状结构的背面上所配置的指状电极上,则多个第一导线部分可能重叠(譬如部分或完全地)至对应的多个第二导电元件/长形总线上。
方法可能包含建构多个第一导线部分的至少一个导线部分以重叠(譬如部分或完全地)背面电极组件的(多个第二)导电元件/长形总线。
方法可能包含建构多个第一导线部分的多个导线部分以重叠(譬如部分或完全地)对应的多个第二导电元件/长形总线。
方法可能包含建构多个第一导线部分的每个导线部分以重叠(譬如部分或完全地)多个第二导电元件/长形总线的对应(譬如不同)的导电元件。
方法可能进一步包含配置多个第一导线部分中的至少一个导线部分的轴向长度以平行/轴向对齐(或实质平行/轴向对齐)于它们所重叠的背面电极组件的(多个第二)导电元件/长形总线的轴向长度。
方法可能包含建构多个第一导线部分的多个导线部分,使得它们的轴向长度平行/轴向对齐(或实质平行/轴向对齐)于它们所重叠的对应的多个第二导电元件/长形总线的轴向长度。
方法可能包含建构多个第一导线部分的每个导线部分,使得它们的轴向长度平行/轴向对齐(或实质平行/轴向对齐)于它们所重叠的多个第二导电元件/长形总线的对应导电元件的轴向长度。
一旦多个第一和/或第二导线部分已经重叠至层状结构的个别的正面和背面上,则方法可能进一步包含加热导线部分以与底下表面形成欧姆接触。
方法可能包含加热多个第一导线部分以熔化导线部分的至少部分的披覆。熔化导线的披覆部分可能建构成与上面重叠了导线的背面电极组件的多个导电元件/长形总线中的至少一者形成欧姆接触。
方法可能包含加热多个第二导线部分以熔化导线部分的至少部分披覆。熔化导线的披覆部分可能建构成与它所重叠的多个正面指状电极中的至少一者形成欧姆接触。
多个第一和/或第二导线部分的导线部分的个别披覆可能是由熔点低于形成个别导线部分的核心材料的材料所组成。来自多个第一和/或第二导线部分的导线部分的披覆可能分开加热或在相同的加热过程期间加热。
正面和背面第一多个导电元件(譬如正面和背面指状电极)可能同时沉积(亦即使用单一沉积过程)或者它们分开沉积。一旦沉积了多个第一导电元件,多个第二导电元件(譬如长形总线)可能在分开的沉积过程中沉积。
用于多个第一和第二导电元件中的至少一或每一者的熟化温度可能高达300℃。于层状结构界定HJT太阳能电池结构的范例性具体实施方式,熟化步骤可能建构在小于200℃的温度。于范例性配置,熟化温度可能是至少145℃。熟化温度可能高达165℃。
熟练人士将体会:互相排斥的情形除外,相关于上面任一方面所述的特征或参数可能适用于任何其他方面。再者,互相排斥的情形除外,在此所述的任何特征或参数可能适用于任何方面以及/或者与在此所述的任何其他特征或参数组合。
附图说明
现在将参考图式而仅以举例方式来描述具体实施方式,其中:
图1是包含太阳能电池的太阳能模块的近看截面图;
图2A和图2C分别是图1太阳能电池的顶部(正面)和底部(背面)的平面图;
图2B和图2D是穿过图2A和图2C所示的太阳能电池的不同地方的横截面图;
图3是图1太阳能电池的半导体层状结构的立体截面图;
图4a是太阳能电池的底部(背面)的平面图,包含总线的替代选择性架构;
图4b是图4a所示的太阳能电池的底部(背面)的近看图;
图5是太阳能电池的底部(背面)的平面图,包含总线的替代选择性架构;以及
图6是示范制造图1太阳能电池的方法的流程图。
具体实施方式
现在将参考伴随图式来讨论本公开的各方面和具体实施方式。熟于此技术者将明白进一步的方面和具体实施方式。
于图式,为了清楚而夸大了层、膜等的厚度。再者,将了解当例如层、膜、区域或基板的元件称为“在另一元件上”(on)时,它可以直接在该另一元件上,或者也可能存在中介元件。相对来看,当元件称为“直接在另一元件上”(directly on)时,没有存在中介元件。
图1显示根据本发明的太阳能电池10,配置在太阳能面板的支撑组件102里。支撑组件102的正面板104包含透明(譬如玻璃)片,建构成允许光通入当中安装了太阳能电池10的中央腔室106。在图1顶部的箭号显示入射在太阳能电池10上的太阳能辐射的方向。
支撑组件102的背面板108配置成将太阳能电池10包在中央腔室106里。背面板108包含反射片,建构成将入射在其上表面上的任何光反射回去朝向太阳能电池10。中央腔室106填充了包封材料(图1所示的阴影区域)而避免外部液态或气态物体进入。
太阳能电池10是配置在支撑组件102里的多个太阳能电池(未显示)中的一者。多个太阳能电池10的每一者以一或更多条线而电耦合在一起以界定太阳能模块100。
图2A和2C示范太阳能电池10的顶部(正面)和底部(背面)图,而图2B和2D分别显示沿着如图2A、2C所示虚线B–B和A–A的太阳能电池10的横截面。太阳能电池10包括层状结构12、配置在层状结构12的正面16上的正面电极组件14、配置在层状结构12的背面20上的背面电极组件18。太阳能电池10具有为图2A和2C的垂直尺度的长度以及为图2A和2C的水平尺度的宽度。
正面16界定当太阳能电池10在使用时层状结构12上面光所入射的表面。背面20界定层状结构12的相反于正面16的表面,如图2B所示。
如下所将进一步描述,层状结构12是多层半导体组件,建构成从吸收入射的辐射而产生电荷载子。正面和背面电极组件14、18各建构成安装于层状结构12且导离层状结构12所产生的电荷载子。
此背面电极组件18包含配置于第一绝缘光学透明膜30中的多个第一导线部分28、配置在层状结构12的背面20上的多个第一导电元件34、插置在多个第一导线部分28和多个第一导电元件之间的多个第二导电元件32。
多个第二导电元件32建构成在多个第一导线部分28和多个第一导电元件34之间形成欧姆接触,第一导电元件34界定配置在层状结构12的背面20上的多个背面指状电极34。
正面电极组件14包含配置于第二绝缘光学透明膜24中的多个第二导线部分22,如图2B所示。多个第二导线部分22建构成重叠多个第三导电元件26,第三导电元件26界定配置在层状结构12的正面16上的多个正面指状电极26。导线部分22建构成与指状电极26形成欧姆接触。
仅背面电极组件18包括插置在个别指状电极34和导线部分28之间的多个第二导电元件32。正面电极16建构成使得多个第二导线部分22与配置在层状结构12的正面16上的指状电极26形成直接接触,如图2B所示。
相对来看,背面电极组件18的第二导电元件32建构成提供在层状结构12的背面20上的指状电极34和多个第一导线部分28之间的电路径。据此,导电元件32减少背面电极组件18的接触电阻率,借此增加太阳能电池10的填充因素。以此方式,则导电元件32建构成减少若多个第一导线部分28建构成直接接触多个背面指状电极34所会出现的电阻损失。
导电元件32是由导电材料所形成,使得它们建构成允许电荷载子在多个第一导线部分28和层状结构12的背面20上的指状电极34之间流动。以此方式,则每个导电元件32界定背面电极组件18的电流收集器。
每个导电元件32包含具有宽度、长度、深度的长形总线32。每个总线32的长度界定实质大于其宽度的轴向长度。总线32的宽度和长度都是在对齐于层状结构12的背面20的平面的方向来测量。
每个总线32的尺度实质相同于每个其他的总线32。举例而言,总线32具有共同的深度,使得它们每一者从层状结构12的背面20都突出相同量。每个总线32的深度是在垂直于层状结构12的背面20的平面的方向来测量(图2B所示的垂直方向)。再者,每个总线32具有矩形截面(垂直于其长度)。
参考图2A、2B、2C,现在将更详细描述多个指状电极26、34和导线部分22、28和总线32中的每一者的配置。
多个正面和背面指状电极26、34配置成在横向上(图2A的水平方向)跨越层状结构12而延伸且在纵向上(图2A的垂直方向)均等地隔开。
配置在层状结构12的正面和背面16、20的每一者上的指状电极配置成彼此平行。如图2A和2C所示,多个正面和背面指状电极26、34的每一者包含十二个电极。然而,要了解在某些其他具体实施方式中,正面和背面指状电极26、34的数目可能有所不同;举例而言,正面和背面16、20的每一者上可能有八十个指状电极。将体会指状电极的数目甚至可能更大(譬如大于250)而不偏离本发明的范围。长形总线32的数目是在4和20之间,并且导线部分28、22的数目相同于长形总线32的数目。
配置在层状结构12的正面16上的每个指状电极对齐于来自多个背面指状电极34的对应的电极。
多个第一和第二导线部分28、22的导线部分在纵向上(图2A的垂直方向)相对于层状结构12的背面20而为平行且于长度上延伸。多个导线部分28、22的每一者里的导线部分也在相对于层状结构12的背面20而在横向上(图2A的水平方向)均等地隔开以界定导线部分之间的纵向延伸空间。据此,多个导线部分28、22的每一者界定平行、横向隔开的导线部分的阵列。
多个第二导线部分22中的每个导线部分对齐于来自多个第一导线部分28的对应的导线部分。多个第一和第二导线部分28、22各包含配置在层状结构12的相反侧上的十六个导线部分。再次在某些其他具体实施方式中,导线部分可能出现不同的数目。
现转去在纵向上(图2A的垂直方向)而跨越层状结构12的背面20而做长度上延伸的多个长形总线32。类似于导线部分,总线32也配置成彼此平行,并且在横向上(图2A的水平方向)均等地隔开。因此,总线32之间的间距使得它在其间界定纵向延伸空间的阵列。
根据上述配置,将了解多个正面和背面指状电极26、34配置成垂直于多个第一和第二导线部分22、28,并且也垂直于多个长形总线32,如图2A和2C所示。
如图2B和2C所示范,背面电极组件18设有十六个总线32。十六个总线的每一者与来自多个第一导线部分28的导线部分重叠。多个第一导线部分28的每个导线部分的轴向长度则轴向对齐于它们所重叠的多个长形总线32的对应总线的轴向长度。如此,则多个第一导线部分28直接叠置在层状结构12的背面20上的多个长形总线32的顶部上。有利而言,总线32和导线部分28之间的对齐限制了含括总线32所引起的额外遮蔽的比例。
总线32和导线部分28之间的平行对齐也增加在导线部分和长形总线之间界面的接触面积,借此减少接触的电阻率。因此,太阳能电池10建构成维持类似的短路电流(亦即因为类似的遮蔽),同时因为减少在接触界面的电阻率而增加填充因素。
每个长形总线32的宽度小于0.25毫米,显著小于习用的太阳能电池上的总线的宽度。相较于习用的总线配置,总线的较窄宽度能够跨越层状结构12的背面20而配置更多总线32。较大数目的总线32借此在太阳能电池10里生成更多的电流汲取路径。
再者,每个总线32建构有稍大于覆盖的导线部分28的厚度的宽度。较大宽度的长形总线32则确保在导线部分28和长形总线之间的界面有良好电接触,这减少多个第一导线部分28和背面指状电极32之间连接的电阻率。
借由建构每个长形总线32而有稍宽于导线部分的厚度的宽度,则此确保有良好电接触,即使万一在背面电极组件18的制作期间在导线部分和总线之间有次要的未对齐亦然。
图2C所示的长形总线32建构有直的纵向边缘。根据本发明的替代选择性配置,纵向边缘可能建构成包含多个直的或弯的小面,如图4A和5分别所示。特别参考图4B,每个长形总线132的导线接收表面界定周期性或重复的菱形。替代选择而言,导线接收表面可能包含多个弯的小面,如此以界定周期性(或重复的)扇形,如图5所示。
于图4A、4B、5所示的每个范例性配置,长形总线132、232的最宽部分对应于与指状电极32重叠的部分,并且最窄部分对应于指状电极32之间的空间。以此方式,则长形总线132、232建构成使与指状电极32的接触面积最大化,同时使总线的整体尺寸最小化,借此减少关联的材料成本。
长形总线32是由导电材料所形成,是由包含Ag的金属合金所形成。导电材料是印刷材料,而能使总线32方便地沉积至层状结构12的背面18上。印刷材料使用可印刷的前驱物而形成,例如导电膏,它包含悬浮于溶剂中的银金属粉末和玻料的混合物。如下所将更详细描述,导电膏可能做烧制或熟化以形成长形总线。
多个第一和第二指状电极26、34各使用类似于用来形成多个长形总线32的印刷导电材料而形成。
导线部分22、28各具有圆形横向截面形状(亦即横向于导线部分的轴向长度),如图2A所示。每个导线部分是由轴向核心所形成,它是由导电金属合金所制成。导线部分的核心则披覆于外导电披覆中。
导线部分的核心是由铜所形成,并且外披覆是由熔点低于核心的材料所形成。外披覆可能包含金属合金,例如铅基合金。
根据太阳能电池10的范例性配置,多个第一和第二导线部分28、22的每一者附接于其个别膜30、24的面对层状结构12的表面。每个膜30、24的这“面对层状结构”(layered-structure-facing)的表面披覆有黏着剂,而将导线部分黏着于其个别的膜30、24。
参考图2D,在正面电极组件14的情形,膜24配置成接触层状结构12的正面而在导线部分22和正面指状电极26之间的区域中。在背面电极组件18的情形,膜30配置成接触层状结构12的背面20而在导线部分28、长形总线32、背面指状电极34之间的区域中。
在太阳能电池10的具体实施方式中,第一和第二膜30、24中的至少一或每一者建构成至少部分(譬如完全)包住或围绕个别的导线部分28、22和个别的指状电极34、26,如图1和2B所示。在背面电极组件18的情形,膜30也可能至少部分(譬如完全)包住长形总线32。
第一和第二膜30、24配置成提供层状结构12和导线部分28、22之间的附着,如此则导线部分正确配置在层状结构12上(亦即对齐于长形总线和指状电极)。在范例性具体实施方式中,第一和第二膜30、24可能不完全覆盖层状结构12的表面。
图式所示的第一和第二膜30、24分别包含实质平坦的底表面和顶表面。不过将了解膜可能建构成顺服于其个别电极的结构构件。举例而言,背面电极组件18的膜30可能顺服于配置在层状结构12的背面20上的指状电极34、总线32、导线部分28。根据此范例性配置,膜30可能是由长形通道所组成,而在背面20的导线部分和总线之间的区域中凹陷朝向层状结构,并且可能在它们所出现的电极结构(譬如总线和导线部分)上形成隆脊/突起。
第二膜24是以热和压力而施加至层状结构的顶部上,所以膜24将顺服于长形总线和背面指状电极。第一膜30也可能以热和压力而施加至层状结构的底部上,使得它顺服于配置在上面的正面指状电极。
根据替代选择的范例性配置,膜30、24可能包含通道,配置在它们面对表面的个别层状结构上。通道可能建构成提供在对应的长形总线和指状电极周围的紧配。
第一和第二膜30、24一般而言比导线部分28、22薄。举例而言,导线部分可能具有在200微米到300微米左右的厚度,而膜具有100微米左右的厚度。
第一和第二膜30、24各是由聚合材料所形成,而具有高韧性、良好绝缘特征、光学透明度、热稳定度、抗收缩性。范例性聚合材料是由修饰的四氟乙烯乙酯所组成。
图3是根据图2A、2B、2C而来自太阳能电池10的层状结构12的截面图。于此图,层状结构12显示成与正面和背面电极14、18隔离。要了解图3示范范例性层状结构12,并且于某些其他具体实施方式中,层状结构可能异于图3所示者。举例而言,于某些其他具体实施方式中,可能没有一或更多层、一或更多层可能组合在一起、以及/或者可能添加额外层,前提是层状结构12可以继续进行其从入射辐射(譬如光)来发电的功能。
层状结构12包含多层半导体组件60,包括夹在发射层64和背面场层66之间的光伏元件62。如此,则发射层64和背面场层66配置在光伏元件62的相对侧。
发射层64配置成朝向层状结构12的正面16,并且背面场层66配置成朝向背面20。正面电极组件14电连接至发射层64,并且背面电极组件18电连接至背面场层66。此种配置界定异质接面科技(HJT)型太阳能电池。
光伏元件62是由结晶硅(c-Si)所形成,而以例如磷(P)、砷(As)、锑(Sb)的V族元素的杂质来做负掺杂(亦即n型材料)。发射层64和背面场层66各是由非晶形硅(a-Si:H)所形成。非晶形硅使用电浆强化的化学气相沉积(PECVD)而沉积在硅晶圆的正面和背面上。
发射层64包含正掺杂的半导体材料(亦即p型材料),并且背面场层66包含n型材料。p型材料含有III族元素的杂质,例如硼(B)、镓(Ga)、铟(In)。
根据层状结构12的范例性配置,发射层64界定层状结构的具有相反于光伏元件62的导电类型的杂质区域,因此连同光伏元件62而形成p-n接面。
多层半导体组件60进一步包含第一和第二本质层74、76。本质层74、76都是由本质掺杂的非晶形硅所形成。第一本质层74配置在发射层64和光伏元件62之间以形成正面钝化层。附带而言,第二本质层配置在光伏元件62和背面场层66之间以形成背面钝化层。
最后,层状结构12的正面16覆盖了由氧化铟锡(ITO)所形成的透明导电披覆68。ITO层的上表面70做刻纹以提供抗反射特征。抗反射层有利地减少入射在太阳能电池上的光的反射度且增加预先决定的波长能带的选择性,借此增加太阳能电池的效率。
层状结构12的背面20也覆盖了由氧化铟锡(ITO)所形成的透明导电披覆72。透明导电披覆68、72建构成增加对配置在层状结构12的个别表面上的指状电极的侧向载子传输。透明导电披覆68、72在异质接面型装置中是特别有利,该装置包含由非晶形硅所形成的层而展现不佳的载子移动性。
在太阳能电池10的运作期间,光入射在层状结构上,如在图3顶部的箭号所示。透过吸收入射的光子而产生多个电子电洞对。电子电洞对然后被源自p-n接面的内建电位差而分开成电子和电洞。分开的电子移动至光伏元件62中的n型半导体,并且分开的电洞移动至发射层64中的p型半导体。据此,电子变成光伏元件62中的主要载子,并且电洞变成发射层64中的主要载子。这些主要载子的每一者是由个别电极14、18从层状结构12所汲取。
现在将参考图6来描述制造太阳能电池10的范例性方法,图6示范对应的方法步骤的流程图。
方法开始于第一步骤202,其中提供包含光伏元件的层状结构12。根据范例性配置,层状结构12建构成包含半导体组件60,如上面参考图3所述。
方法然后进行到步骤204,其中层状结构12的正面和背面16、20各建构有导电部分。达成此点是沉积导电材料至层状结构的正面和背面16、20上以分别形成多个正面和背面指状电极26、34。
一旦多个背面指状电极34沉积至层状结构12的背面20上,则方法可以进行步骤206,其中多个长形总线32沉积至层状结构12上。总线32是以预先决定的图案来沉积导电材料至层状结构12的背面20上而形成。尤其,方法包含建构总线32以排成垂直于多个背面指状电极34,使得它们与之形成电连接。
多个正面和背面指状电极26、34及多个长形总线32的每一者使用网版印刷过程而沉积至其个别表面上。网版印刷过程包括透过筛网或屏蔽来铺放可印刷的前驱物至层状结构表面上。屏蔽中的开口决定印刷特征的个别配置和尺度(亦即指状电极和总线)。一旦每个个别的可印刷的前驱物提供至层状结构表面上,它便在炉中烧制以形成对应的指状电极和/或长形总线特征。
沉积多个背面指状电极34的方法包含沉积第一导电材料至背面20上。该方法包含沉积第一可印刷的前驱物,然后根据第一烧制过程来熟化。
沉积多个长形总线32的方法包含沉积第二导电材料至层状结构12的背面20上。该方法包含沉积第二可印刷的前驱物,然后根据第二烧制过程来熟化。
沉积多个正面指状电极26的方法包含沉积第三导电材料至正面16上。该方法包含沉积第三可印刷的前驱物,然后根据第三烧制过程来熟化。
因为相对于背面指状电极34来配置总线32,故一旦已经形成多个背面指状电极34(亦即在完成第二烧制步骤后),则第一可印刷的前驱物仅沉积至层状结构12的背面20上。
第一可印刷的前驱物使用不同于用来沉积第二可印刷的前驱物的印刷屏蔽来沉积,而对应于背面指状电极34。不同的印刷屏蔽包含不同尺度的开口,而相对于指状电极34更改了所得总线32的对齐和尺度。
第一、第二、第三可印刷的前驱物的每一者包含金属膏,它是在存在适合的溶剂下把金属粉末和玻料混合在一起而获得。
多个正面和背面指状电极26、34实质相同。因此,第二和第三可印刷的前驱物是由实质相同的化学组成物所组成。再者,第二和第三烧制过程各具有相同的烧制参数(譬如烧制温度和持续时间)。
多个总线32是由不同于正面和背面指状电极26、34的组成物所形成。因而,第一可印刷的前驱物实质不同于第二和第三可印刷的前驱物。再者,第一烧制过程包含不同于第二和第三烧制过程的烧制参数。
以上述方法的一部分来说,长形总线32配置在层状结构12的背面20上的预先决定的地方,使得它们可以与多个第一导线部分28重叠。该方法包含预先对齐步骤,其中总线32定位在背面20上以确保导线部分28在后续的方法步骤期间将正确重叠至总线32上。
一旦长形总线32沉积至层状结构12的背面20上(亦即在已经烧制总线32后),则多个第一导线部分28便可以重叠在总线32的顶部上。首先,每个导线部分28轴向对齐于建构成接收导线部分28的对应总线32。然后,一旦多个第一导线部分28的每一者适合地对齐于关联的总线32,则导线部分28放至总线32上。
根据上述方法,每个导线部分28的轴向长度配置成平行于它所重叠的总线32的轴向长度。再者,每个导线部分28配置成垂直于层状结构12的正面和背面16、20上的多个指状电极26、34,如图2C、4A、4B、5的每一者所示。
在沉积多个长形总线32之后,多个第二导线部分22也可能配置到层状结构12上。于步骤208,导线部分22重叠至层状结构12的正面18上,使得它们坐落成垂直于层状结构12的正面16上的多个第一指状电极26,如图2A所示。重叠多个第一和第二导线部分28、22的方法可能同时或依序和以任何次序来进行。
配置导线部分28、22的方法包括在炉中加热导线部分28、22的步骤以将导线部分结合至它们所重叠的表面。多个第一和第二导线部分28、22各建构有外披覆而当加热时部分熔化。
多个第二导线部分22的导线部分上的外披覆建构成与配置在层状结构12的正面16上的底下指状电极26形成欧姆接触,而加热多个第一导线部分28则使披覆与配置在背面20上的长形总线32形成欧姆接触。
将了解本发明不限于上述的具体实施方式,并且可以做出多样的修饰和改善而不偏离在此所述的概念。除了互相排斥的情形以外,任何特征都可能分开地采用或与任何其他特征组合地采用,并且本公开延伸至且包括在此所述之一或更多个特征的所有组合和次组合。

Claims (28)

1.一种太阳能电池组件,包含:
层状结构,包含光伏元件;以及
电极组件,配置在该层状结构的表面上,该电极组件包含:
多个导线部分,
多个第一导电元件,配置在该层状结构的该表面上;以及
多个第二导电元件,插置在该多个导线部分和该多个第一导电元件之间;
其中该多个第一导电元件建构成在该多个第二导电元件和该层状结构的该表面之间形成欧姆接触,并且该多个第二导电元件建构成在该多个第一导电元件和该多个导线部分之间形成欧姆接触。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池组件,其中该电极组件界定背面电极组件,配置在该层状结构的背面上;该太阳能电池组件进一步包含正面电极组件,配置在该层状结构的相反于该背面的正面上。
3.根据权利要求2所述的太阳能电池组件,其中该背面电极组件的该多个导线部分界定多个第一导线部分,其中该正面电极组件包含多个第二导线部分,该多个第二导线部分建构成与该正面电极组件的多个第三导电元件形成欧姆接触,该多个第三导电元件插置在该多个第二导线部分和该层状结构的该正面之间。
4.根据权利要求2或3所述的太阳能电池组件,其中仅该背面电极组件包含插置在多个导线部分和多个第一导电元件之间的多个第二导电元件。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的太阳能电池组件,其中该多个第二导电元件界定多个长形总线。
6.根据权利要求5所述的太阳能电池组件,其中该多个导线部分的至少一个导线部分配置成至少部分重叠该多个长形总线的至少一个长形总线。
7.根据权利要求6所述的太阳能电池组件,其中该长形总线配置成实质平行于该导线部分。
8.根据权利要求7所述的太阳能电池组件,其中该多个长形总线中的至少一个具有在该层状结构的表面的平面所测量的宽度,该长形总线的该宽度至少等于该导线部分在该层状结构的该表面的该平面所测量的厚度。
9.根据权利要求8所述的太阳能电池组件,其中该长形总线的该宽度实质相同或小于该导线部分的该厚度。
10.根据权利要求8或9所述的太阳能电池组件,其中该长形总线的该宽度小于0.7毫米。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的太阳能电池组件,其中该长形总线的第一部分的该宽度大于该导线部分的该厚度,以及/或者其中该长形总线的第二部分的该宽度实质相同于该导线部分的该厚度,以及/或者其中该长形总线之第三部分的该宽度小于该导线部分的该厚度。
12.根据权利要求8至11中任一项所述的太阳能电池组件,其中该长形总线的该宽度沿着其长度而变化。
13.根据权利要求12所述的太阳能电池组件,其中该长形总线的纵向边缘包含多个直的或弯的小面。
14.根据权利要求12或13所述的太阳能电池组件,其中该长形总线的该宽度沿着其长度而变化以界定菱形或扇形。
15.根据权利要求5至14中任一项所述的太阳能电池组件,其中该多个第一导线部分的每个导线部分建构成重叠该多个长形总线的对应的导电元件。
16.根据权利要求15所述的太阳能电池组件,其中该多个第一导线部分的每个导线部分的轴向长度建构成实质平行于它们所重叠的该多个长形总线的对应导电元件的轴向长度。
17.根据权利要求5至16中任一项所述的太阳能电池组件,其中该多个第一导电元件包含多个指状电极,其中该多个指状电极中的至少一个在长度方向上实质未对齐于重叠该指状电极的该多个长形总线中的至少一个。
18.根据权利要求17所述的太阳能电池组件,其中该至少一指状电极相对于该至少一个长形总线而做实质垂直配置。
19.根据前述权利要求中任一项所述的太阳能电池组件,其中该多个第一和第二导电元件中的至少一个使用印刷材料而形成。
20.一种太阳能模块,包含多个根据权利要求1至19中任一项所述的太阳能电池组件,其中该多个太阳能电池组件电耦合在一起。
21.根据权利要求20所述的太阳能模块,包含电耦合于第二太阳能电池组件的第一太阳能电池组件,其中该第一太阳能电池组件的该多个导线部分电耦合于该第二太阳能电池组件的该多个导线部分。
22.一种制造太阳能电池组件的方法,包含:
提供层状结构,包含光伏元件;以及
配置电极组件至该层状结构的表面上,其中配置该电极组件包含:
建构多个第一导电元件至该层状结构的该表面上以与之形成欧姆接触;
建构多个第二导电元件至该多个第一导电元件上以与之形成欧姆接触;以及
配置多个导线部分至该多个第二导电元件上以与之形成欧姆接触。
23.根据权利要求22所述的方法,其中该层状结构包含背面和相反于该背面的正面;其中该方法包含配置该电极组件至该背面上以界定背面电极组件;以及其中该方法进一步包含配置正面电极组件至该正面上。
24.根据权利要求23所述的方法,其中该背面电极组件的该多个导线部分界定多个第一导线部分,其中配置该正面电极组件包含:
建构多个第三导电元件至该层状结构的该正面上以与之形成欧姆接触;以及
配置多个第二导线部分至该多个第三导电元件上以与之形成欧姆接触,配置多个第二导线部分。
25.根据权利要求23或24所述的方法,其中仅配置该背面电极组件的方法包含建构插置在多个导线部分和多个第一导电元件之间的多个第二导电元件。
26.根据权利要求22至25中任一项所述的方法,其中建构该多个第一导电元件包含沉积第一印刷材料至该层状结构的该表面上以形成多个指状电极。
27.根据权利要求26所述的方法,其中建构该多个第二导电元件包含沉积第二印刷材料至该层状结构的该表面上以形成多个长形总线。
28.根据权利要求27所述的方法,其中沉积该第一印刷材料包含沉积第一可印刷的前驱物且接着根据第一烧制过程来烧制该第一可印刷的前驱物,以及其中沉积该第二印刷材料包含沉积第二可印刷的前驱物且接着根据第二烧制过程来烧制该第二可印刷的前驱物,其中该第一可印刷的前驱物仅在该第二烧制过程完成之后才沉积至该层状结构的该表面上。
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