CN202423343U - 一种具有多组输出的硅基薄膜太阳能电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种具有多组输出的弱光型硅基薄膜太阳能电池，属于太阳能电池技术领域。解决如何将薄膜太阳能电池在内部分区成多个子电池区并进行多组输出等技术问题，设计一种具有多组输出的硅基薄膜太阳能电池，包括在基板上顺序层叠的前电极层、光电转换层、背电极层和背漆保护层，其特征在于所述太阳能电池的背漆保护层上设有多个正负电极引出孔，每个电极引出孔内填充有导电浆料，构成多组电极焊点，太阳能电池的电能有多组电极焊点输出发电。本实用新型通过对同一电池上的单元子电池的串并联，在同一电池上实现对用电器件内不同电压、电流要求的负载的供电，应用范围广。

Description

一种具有多组输出的硅基薄膜太阳能电池

技术领域

本实用新型涉及一种具有多组输出的弱光型硅基薄膜太阳能电池，属于太阳能电池技术领域。

背景技术

弱光型硅基薄膜太阳能电池越来越多地被应用在小功率产品上，如太阳能计算器、太阳能玩具等，由于产品繁多，对电池的电压、电流要求也不尽相同，甚至在同一产品上需要几个相同或不同的电压和电流要求的太阳能电池，造成了弱光型硅基薄膜太阳能电池的规格型号也特别多，配备不同输出的太阳能电池造成的用电器件表面需要安装多个太阳能电池，增加了设计难度和生产成本，给太阳能电池制造厂商和太阳能电池应用厂商都造成了很大的麻烦，设计繁琐、管理困难、成本高。传统太阳能电池针对用电器件的不同的负载需求，需要通过直流升降压电路来实现不同负载的输入需求，造成直流升降压电路成本昂贵，直流升降压电路在实现升降压时效率较低，会损失一部分太阳能电池发出的电能，这样一来，为了让用电器件内各负载系统获得足够的电能，需要配备输出功率更大的太阳能电池，增加了成本。中国专利201010502031.9《一种高功率低电压硅基薄膜电池及其制造方法》公开了一种可将硅基薄膜太阳能电池在内部分割成数个子电池区域的技术，但该技术只是为了获得一组高功率低电压输出，并未给出实现多组输出的技术方案。

发明内容

本实用新型针对上述现有技术的不足，将太阳能电池的输出电极设计成多组，解决如何将薄膜太阳能电池在内部分区成多个子电池区并进行多组输出，满足不同电压、电流或功率的负载的供电要求等技术问题。

为了实现以上任务，本实用新型采用的技术方案：通过对弱光硅薄膜太阳能电池的前电极层（透明导电膜）、背电极层（导电碳浆或金属导电膜）图形以及单元子电池之间串接部位的特殊设计，来实现同一电池具有不同电压、电流输出端子，从而实现同一电池对用电器件内不同电压、电流要求的负载系统的供电要求。本实用新型提供一种具有多组输出的硅基薄膜太阳能电池，包括在基板上顺序层叠的前电极层、光电转换层、背电极层和背漆保护层，其特征在于所述太阳能电池的背漆保护层上设有多个正负电极引出孔，每个电极引出孔内填充有导电浆料，构成多组电极焊点，太阳能电池的电能有多组电极焊点输出发电。

前电极层和背电极层均设有纵横交错的隔离沟道，光电转换层上具有多条平行排列且敷设电池单元节串联连接线的刻划槽，形成多个串并联连接的子电池，且由多组电极焊点分别输出多个子电池的电能，其中多组电极焊点包括共用负极或共用正极。

太阳能电池的多组电极焊点是由相互独立的正极和负极构成。多组电极焊点由导线在外部串联或并联。

太阳能电池由前电极层、光电转换层和背电极层的纵向隔离沟道分成多个内部串联的电池单元节，每个电池单元节由前电极层和背电极层上的横向隔离沟道分成多个单元子电池，且每个电池单元节的光电转换层为完整的发电单元。

前电极层和背电极层的端部分别有未刻除的导电膜，形成电池单元节的并联连接线。前电极层为透明ITO导电膜。背电极层为导电碳浆或金属导电膜。

太阳能电池的光电转换层至少有一个PN结，还可以是同质结或异质结。

本实用新型的积极效果：通过对同一电池上的单元子电池的串联、并联或串并联，在电池上实现同时对用电器件内不同电压、电流要求的负载的供电，应用范围广，大大减少了使用客户的设计难度。

附图说明

图1：实施例一的示意图。

图2：实施例一的前电极层图形示意图。

图3：实施例一的硅基薄膜层图形示意图。

图4：实施例一的背电极层图形示意图。

图5：实施例一的背漆层图形示意图。

图6：实施例一的电极焊点图形示意图。

图7：实施例二的示意图。

图8：实施例二的前电极层图形示意图。

图9：实施例二的硅基薄膜层图形示意图。

图10：实施例二的背电极层图形示意图。

图11：实施例二的背漆层图形示意图。

图12：实施例二的电极焊点图形示意图。

图13：实施例三的示意图。

图14：实施例三的前电极层图形示意图。

图15：实施例三的硅基薄膜层图形示意图。

图16：实施例三的背电极层图形示意图。

图17：实施例三的背漆层图形示意图。

图18：实施例三的电极焊点图形示意图。

图中：1、玻璃基片；2、前电极层，前电极层材料为透明导电膜，优选为氧化铟锡（ITO）；3、光电转换层；4、背电极层，背电极层材料为导电碳浆或金属导电膜；5、背漆保护层；6、电极焊点，电极焊点为焊接性好的导电材料，优选为铜浆；2-1、前电极层纵向隔离沟道；2-2、前电极层横向隔离沟道；3-1、硅基薄膜层纵向隔离沟道；3-2、硅基薄膜层横向隔离沟道；4-1、背电极层纵向隔离沟道；4-2、背电极层横向隔离沟道；5-1、正电极引出孔；5-2负电极引出孔；6-1、正电极焊点；6-2、负电极焊点。

本实用新型设计的具有多组输出的硅基薄膜太阳能电池，主要包括玻璃基片、前电极层、硅基薄膜层、背电极层、背漆层以及电极焊点，将前电极层、硅基薄膜层和背电极层分割成多个独立的相互串联或并联的子电池，电极焊点至少有两组，通过多组电极焊点将子电池的电能分别引出。多组电极焊点可以是共用负极或共用正极，也可以是独立的正极和负极。多组电极焊点彼此可以相互进行外部串联或并联。

本实用新型可以实现同一电池具有不同电压、电流输出端子，从而实现同一电池对用电器件内不同电压、电流或功率要求的负载系统的供电要求。

具体实施方式

实施例1：

见图1至图6，具有多组输出的弱光型硅基薄膜太阳能电池，结构依次为透明基片1、前电极层2、光电转换层3、背电极层4、背漆保护层5及电极焊点6，其前电极层2、光电转换层3、背电极层4通过隔离沟道进行相互垂直的横向和/或纵向的分区成多个单元子电池，横向分区形成单元子电池内部的串联，纵向分区形成互相并联的单元子电池。前电极层2和背电极层4进行横向和纵向隔离沟道分区，光电转换层3进行横向隔离沟道分区，并都由上一层材料的凸棱填满下一层的隔离沟道。

前电极层2、光电转换层3、背电极层4的横向隔离沟道相互错开，前电极层2和背电极层4的纵向隔离沟道位置中心重叠，纵向隔离沟道贯穿整个电池纵向。

本实施例的外形尺寸为65.0mm×25.0mm，单元节数为8节，具有5组独立的相同电压、电流输出的单结非晶硅太阳能电池，透明基片1为厚度1.1mm的超白玻璃，前电极层2为ITO，光电转换层3为单结非晶硅，背电极层4为碳浆，背漆保护层5为环氧树脂，电极焊点6为铜浆。

制造方法及步骤如下：

1. 在透明基片1上通过磁控溅射沉积ITO前电极层2；

2. 前电极层2图形的制作：采用耐酸油墨掩膜化学刻蚀技术，把前电极层2刻蚀成具有4条宽度为0.3mm的纵向隔离沟道2-1和7条宽度为0.3mm横向隔离沟道2-2的前电极图形，ITO小块间相互绝缘； 

    3. 沉积单结非晶硅-光电转换层3：将已腐蚀好前电极层2的图形的衬底，经超声清洗烘干后，装入镀非晶硅膜的专用夹具，推入预热烘箱预热，达到工艺温度恒温1.5小时后，将夹具从预热烘箱内取出，推入非晶硅沉积系统反应真空室，采用等离子化学气相沉积（PECVD）的方法，在衬底上依次沉积P型非晶硅掺杂层、I本征非晶硅层和N型非晶硅掺杂层，制作出电池的非晶硅光电转换层3；

    4. 激光刻划非晶硅层-光电转换层3：采用端泵绿光激光器，在沉积好非晶硅的衬底玻璃基片上，在电池上端边正极端相应位置、平行于7条ITO横向隔离沟道2-2且向下间隔0.1mm的位置，刻除非晶硅-光电转换层3，形成8条宽度为0.1mm的电池内部相邻单元电池的前电极层2和背电极层4相互串联用的横向隔离沟道3-2。

5. 碳浆背电极层4的制作：采用丝网印刷导电碳浆技术，在已刻蚀完串联横向隔离沟道3-2的光电转换层3上，制作出电池背电极层4，在电池碳浆背电极层4上，平行于每条横向隔离沟道3-2且向下间隔0.1mm的位置，各有一条宽度为0.3mm的横向隔离沟道4-2，共8条；在和相邻子电池之间的ITO纵向隔离沟道2-1中心重合的位置，各有一条宽度为0.3mm的碳浆横向隔离沟道4-2，共4条；丝印好碳浆背电极层的基片，推入固化烘箱烘烤固化。

6. 背漆保护层5的制作：采用丝网印刷技术，在已制作好碳浆背电极层4的衬底上丝印上绝缘、阻焊、耐湿、耐酸碱厚度为60μm的树脂保护层-背漆保护层5，丝印时保留每组子电池的电极引出孔5-1、5-2不被背漆覆盖，推入固化烘箱烘烤固化。

   7.字符制作：采用丝网印刷技术，在已丝印好背漆层5的衬底上的相应位置，丝印上公司商标、电池型号和正负电极标识等标示用字符，并固化。

8.铜浆电极焊点6制作：采用丝网印刷技术，在已丝印好字符的衬底上电极引出孔5-1、5-2的相应位置，丝印上铜浆正电极焊点6-1和负电极焊点6-2，并推入烘箱烘干固化。

   9.切割分粒：采用高精度程控玻璃切割机，按设计排版65.0mm×25.0mm阵列间距，把衬底上的成品电池切割成65.0mm×25.0mm的矩形电池。

至此，外形尺寸为65.0mm×25.0mm单元节数为8节具有5组独立的相同电压电流输出的单结非晶硅太阳能电池制作完成。电性能、外观检测合格后入库。

实施例2：

见图7至图12，具有多组输出的弱光型硅基薄膜太阳能电池，结构依次为透明基片1、前电极层2、光电转换层3、背电极层4、背漆保护层6及电极焊点6，其前电极层2、光电转换层3、背电极层4通过隔离沟道进行纵向的分区，且上一层材料的凸棱填满下一层的隔离沟道，形成相邻单元子电池内部的串联。

前电极层2、光电转换层3、背电极层4的纵向隔离沟道相互错开。

本实施例为外形尺寸为50.0mm×20.0mm，单元节数为6节，具有6组不同电压、电流输出的单结非晶硅太阳能电池，透明基片1为厚度1.1mm的超白玻璃，前电极层2为ITO，光电转换层3为单结非晶硅，背电极层4为碳浆，背漆保护层5为环氧树脂，电极焊点6为铜浆。

制造方法及步骤如下：

1. 在透明基片1磁控溅射沉积ITO前电极层2；

2. 前电极层2图形的制作：采用耐酸油墨掩膜化学刻蚀技术，把前电极层2刻蚀成具有5条宽度为0.3mm的纵向隔离沟道2-1的前电极图形，ITO小块间相互绝缘； 

    3. 沉积单结非晶硅-光电转换层3：将已腐蚀好前电极层2的图形的衬底，经超声清洗烘干后，装入镀非晶硅膜的专用夹具，推入预热烘箱预热，达到工艺温度恒温1.5小时后，将夹具从预热烘箱内取出，推入非晶硅沉积系统反应真空室，采用等离子化学气相沉积（PECVD）的方法，在衬底上依次沉积P型非晶硅掺杂层、I本征非晶硅层和N型非晶硅掺杂层，制作出电池的非晶硅光电转换层3；

    4. 激光刻划非晶硅层-光电转换层3：采用端泵绿光激光器，在沉积好非晶硅的衬底玻璃基片上，在电池左边正极端相应位置、平行于正极端边和每一条ITO纵向隔离沟道2-1且向右间隔0.1mm的位置，刻除非晶硅-光电转换层3，形成6条宽度为0.1mm的电池内部相邻单元子电池的前电极层2和背电极层4相互串联用的纵向隔离沟道3-1。

5. 碳浆背电极层4的制作：采用丝网印刷导电碳浆技术，在已刻蚀完串联纵向隔离沟道3-1的光电转换层3上，制作出电池背电极层4，在电池碳浆背电极层4上，平行于每条纵向隔离沟道3-1且向右间隔0.1mm的位置，各有一条宽度为0.3mm的纵向隔离沟道4-1，共6条；丝印好碳浆背电极层的基片，推入固化烘箱烘烤固化。

6. 背漆保护层5的制作：采用丝网印刷技术，在已制作好碳浆背电极层4的衬底上丝印上绝缘、阻焊、耐湿、耐酸碱厚度为60μm的树脂保护层-背漆保护层5，丝印时保留每组子电池的电极引出孔5-1、5-2不被背漆覆盖，推入固化烘箱烘烤固化。

    7.字符制作：采用丝网印刷技术，在已丝印好背漆保护层5的衬底上的相应位置，丝印上公司商标、电池型号和正负电极标识等标示用字符，并固化。

8.铜浆电极焊点6制作：采用丝网印刷技术，在已丝印好字符的衬底上电极引出孔5-1、5-2的相应位置，丝印上铜浆正电极焊点6-1和负电极焊点6-2，并推入烘箱烘干固化。

    9.切割分粒：采用高精度程控玻璃切割机，按设计排版50.0mm×20.0mm阵列间距，把衬底上的成品电池切割成50.0mm×20.0mm的矩形电池。

至此，外形尺寸为50.0mm×20.0mm单元节数为6节具有6组不同电压电流输出的单结非晶硅太阳能电池制作完成。电性能、外观检测合格后入库。

实施例3：

见图13至图18，本实施例设计的具有多组输出的弱光型硅基薄膜太阳能电池，结构为在透明基片1上顺序层叠的前电极层2、光电转换层3、背电极层4、背漆保护层5及电极焊点6，其前电极层2、光电转换层3、背电极层4通过隔离沟道进行纵向的分区，且上一层材料的凸棱填满下一层的隔离沟道，形成相邻单元子电池内部的串联。

前电极层2、光电转换层3、背电极层4的纵向隔离沟道相互错开，电池正极位于电池单元子电池的中间，把电池分成左右2部分，电池左边有1组或多组输出，电池右边有1组或多组输出。

本实施例外形尺寸为100.0mm×10.0mm，单元节数为6节，具有6组不同电压、电流输出的单结非晶硅太阳能电池，其中电池左边有1组输出，电池右边有5组输出。透明基片1为厚度1.1mm的超白玻璃，前电极层2为ITO，光电转换层3为单结非晶硅，背电极层4为碳浆，背漆保护层5为环氧树脂，可焊电极焊点6为铜浆。

制造方法及步骤如下：

1. 在透明基片1磁控溅射沉积ITO前电极层2；

2. 前电极层2图形的制作：采用耐酸油墨掩膜化学刻蚀技术，把前电极层2刻蚀成具有4条宽度为0.3mm的纵向隔离沟道2-1的前电极图形，ITO小块间相互绝缘，最左边的ITO小块是左边1组输出电池和右边第一组输出电池的共用前电极； 

    3. 沉积单结非晶硅-光电转换层3：将已腐蚀好前电极层2的图形的衬底，经超声清洗烘干后，装入镀非晶硅膜的专用夹具，推入预热烘箱预热，达到工艺温度恒温1.5小时后，将夹具从预热烘箱内取出，推入非晶硅沉积系统反应真空室，采用等离子化学气相沉积（PECVD）的方法，在衬底上依次沉积P型非晶硅掺杂层、I本征非晶硅层和N型非晶硅掺杂层，制作出电池的非晶硅光电转换层3；

    4. 激光刻划非晶硅层-光电转换层3：采用端泵绿光激光器，在沉积好非晶硅的衬底玻璃基片上，在电池左边正极端相应位置和平行于正极端边和每一条ITO纵向隔离沟道2-1且向右间隔0.1mm的位置，刻除非晶硅-光电转换层3，形成5条宽度为0.1mm的电池内部相邻单元子电池的前电极层2和背电极层4相互串联用的纵向隔离沟道3-1。

5. 碳浆背电极层4的制作：采用丝网印刷导电碳浆技术，在已刻蚀完串联纵向隔离沟道3-1的光电转换层3上，制作出电池背电极层4，在电池碳浆背电极层4上，在左边第一条隔离沟道3-1上的电池正极背电极的两侧和平行于右边4条纵向隔离沟道3-1且向右间隔0.1mm的位置，各有一条宽度为0.3mm的纵向隔离沟道4-1，共6条；丝印好碳浆背电极层的基片，推入固化烘箱烘烤固化。

6. 背漆保护层5的制作：采用丝网印刷技术，在已制作好碳浆背电极层4的衬底上丝印上绝缘、阻焊、耐湿、耐酸碱厚度为60μm的树脂保护层-背漆保护层5，丝印时保留每组子电池的电极引出孔5-1、5-2不被背漆覆盖，推入固化烘箱烘烤固化。

7.字符制作：采用丝网印刷技术，在已丝印好背漆保护层5的衬底上的相应位置，丝印上公司商标、电池型号和正负电极标识等标示用字符，并固化。

8.铜浆电极焊点6制作：采用丝网印刷技术，在已丝印好字符的衬底上电极引出孔5-1、5-2的相应位置，丝印上铜浆电极焊点6，并推入烘箱烘干固化。

9.切割分粒：采用高精度程控玻璃切割机，按设计排版100.0mm×10.0mm阵列间距，把衬底上的成品电池切割成100.0mm×10.0mm的矩形电池。

至此，外形尺寸为100.0mm×10.0mm单元节数为6节具有6组不同电压电流输出，其中电池左边有1组输出，电池右边有5组输出的单结非晶硅太阳能电池制作完成。电性能、外观检测合格后入库。

Claims (10)

1.一种具有多组输出的硅基薄膜太阳能电池，包括在基板上顺序层叠的前电极层、光电转换层、背电极层和背漆保护层，其特征在于所述太阳能电池的背漆保护层上设有多个正负电极引出孔，每个电极引出孔内填充有导电浆料，构成多组电极焊点，太阳能电池的电能有多组电极焊点输出发电。

2.根据权利要求1所述的具有多组输出的硅基薄膜太阳能电池，其特征在于所述前电极层和背电极层均设有纵横交错的隔离沟道，光电转换层上具有多条平行排列且敷设电池单元节串联连接线的刻划槽，形成多个串并联连接的子电池，且由多组电极焊点分别输出多个子电池的电能。

3.根据权利要求1所述的具有多组输出的硅基薄膜太阳能电池，其特征在于所述多组电极焊点包括共用负极或共用正极。

4.根据权利要求1所述的具有多组输出的硅基薄膜太阳能电池，其特征在于所述多组电极焊点是由相互独立的正极和负极构成。

5.根据权利要求3或4所述的具有多组输出的硅基薄膜太阳能电池，其特征在于所述多组电极焊点由导线在外部串联或并联。

6.根据权利要求1所述的具有多组输出的硅基薄膜太阳能电池，其特征在于所述太阳能电池由前电极层、光电转换层和背电极层的纵向隔离沟道分成多个内部串联的电池单元节，每个电池单元节由前电极层和背电极层上的横向隔离沟道分成多个单元子电池，且每个电池单元节的光电转换层为完整的发电单元。

7.根据权利要求6所述的具有多组输出的硅基薄膜太阳能电池，其特征在于所述前电极层和背电极层的端部分别有未刻除的导电膜，形成电池单元节的并联连接线。

8.根据权利要求1所述的具有多组输出的硅基薄膜太阳能电池，其特征在于所述前电极层为透明ITO导电膜。

9.根据权利要求1所述的具有多组输出的硅基薄膜太阳能电池，其特征在于所述背电极层为导电碳浆或金属导电膜制成。

10.根据权利要求1所述的具有多组输出的硅基薄膜太阳能电池，其特征在于所述光电转换层至少有一个PN结。

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