CN204558491U - 一种光伏电池模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种光伏电池模块，包括电池片，电池片的表面具有细栅线和细栅线周围的功能陶瓷薄膜，在电池片的表面还具有互联导线，互联导线与细栅线和功能陶瓷薄膜通过固化型导电浆料连接。或者该光伏电池模块包括电池片，电池片的表面具有固化型导电浆料固化而成的主栅线。本实用新型的有益效果是：1)互联导线不再需要通过高温烧结的传统主栅线与电池片连接，因而有利于简化工艺步骤，提高电池片的性能。2)避免了使用助焊剂和保护薄膜，提高了组件的长期稳定性。

Description

一种光伏电池模块

技术领域

本实用新型涉及一种光伏电池模块。

背景技术

目前，产业多数光伏电池和组件制造厂商，采用2～5个主栅线(Bus bar)的电池电极设计和互联方式。首先，在光伏电池的制造过程中，一个电池片的正面，通过丝网印刷和高温烧结的方式形成大约55～90根60～100um宽度的细栅线。这些细栅线一般通过2根1.8mm的主栅线连接到一起。然后，在光伏组件的制造过程中，电池片的主栅线通过高温(～200℃)的焊接过程和涂覆有Sn层的铜互联导线电性连接在一起。通过细栅线收集到的电池表面的光生电流，汇集到主栅线上，然后转移到约0.4mm厚、2mm宽的涂Sn铜互联导线上。这里，主栅线的宽度越宽，电性接触越好，接触电阻越低，有利于光电转化效率提升。但主栅线越宽，主栅线以及相应的互联导线所造成的阴影遮蔽量也就越大，这又造成光电转换效率降低。考虑接触电阻和光学遮蔽两因子竞争作用，目前产业有向5主栅，甚至向采用15～50根细互联导线进行互联的无主栅线光伏电池设计过渡的趋势。

根据加拿大专利文献CA 2496557中公开的一种无主栅线光伏电池方案，加拿大创新公司Day4采用多根圆形细互联导线(<1mm直径)和透明保护薄膜结合的方式制备基本的电极连接单元。但是在该设计中，圆形细互联导线被嵌入透明保护薄膜中并连接至光伏电池片，其中透明保护薄膜是用于改善可操纵性。类似的，德国专利文献DE10239845C1中也描述了一种借助于光学透明的粘结胶体将接触导线固定至透明保护薄膜上并随后固定至光伏电池的金属化层上的无主栅线光伏电池方案。

在上述专利文献中公开的无主栅线光伏电池方案，圆形细互联导线的使用提升了光伏电池模块结构的可靠性。这得益于圆形细互联导线表面体积比增加后，柔软度大大增加。同时，由于圆形细互联导线分布更为分散，可以连接到更多硅片表面。即使有部分隐裂，仍然可以通过圆形细互联导线连接碎片部分而不影响电流收集，增强组件产品可靠性。

在上述专利文献中公开的无主栅线光伏电池方案中，如果细互联导线使用产业常用的涂锡铜线技术，就需要使用助焊剂。细互联导线的覆盖面积小，无法像宽铜条一样完好覆盖助焊剂喷涂过的区域。因此，助焊剂的腐蚀性造成沿着焊接导线附近，易于形成“黑线或黑斑”等一系列可靠性问题。为避免上述问题，可以采用低熔点含In贵金属的方案。在圆形细互联导线表面电镀一层In金属来取代原有的涂Sn工艺，就可以避免使用助焊剂。但这样会导致相对高的成本。

如果去除透明保护薄膜而直接使用镀In的圆形细互联导线，在光伏电池互联后的组件层压步骤中，圆形细互联导线将暴露在液化的胶连材料，如EVA或硅胶中。我们实验发现，在层压过程中，EVA会沿着圆形细互联导线下部的弧面给圆形细互联导线一个向上离开电池表面的推力，可能拉断焊接点，从而影响光伏组件的外观和可靠性。

上述方案中，由于膜及黏着剂保持在太阳能电池模块中，这意味着对黏着剂及膜在长期稳定性方面存在相对高的要求，也导致相对高的成本。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种光伏电池模块，既能避免使用CA 2496557中透明保护薄膜和贵金属In镀层以降低成本，又能避免使用助焊剂以确保产品质量。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种光伏电池模块，包括电池片，电池片的表面具有细栅线和细栅线周围的功能陶瓷薄膜，在电池片的表面还具有互联导线，互联导线与细栅线和功能陶瓷薄膜通过固化型导电浆料连接。

进一步限定，固化型导电浆料包裹在互联导线的表面。

进一步限定，固化型导电浆料为加热固化型导电浆料，固化温度为50～600℃，优选地固化温度为100～300℃。

进一步限定，互联导线的宽度在0.03～1.5mm之间，高度在0.03～0.4mm之间，互联导线的数量为3～50根，优选地，互联导线的根数为15～30根。

进一步限定，互联导线的底部平坦，优选地，其截面形状为方形，三角形，半圆形或上述三种形状的组合。

进一步限定，固化型导电浆料内的导电填料为Cu或Al或Ni或Ag或它们的合金。

进一步限定，互联导线的材质为Cu或Al或Ni或Ag或者它们的合金。

一种光伏电池模块，包括电池片，电池片表面具有细栅线和细栅线周围的功能陶瓷薄膜，在电池片的表面还具有固化型导电浆料固化而成的主栅线，该主栅线位于细栅线和功能陶瓷薄膜的上方，并在固化时与细栅线和功能陶瓷薄膜形成连接。

固化型导电浆料的可焊性要求越高，成本越高，为降低导电浆料的成本并提高焊接可靠性，进一步限定，电池片的上具有用于与主栅线连接的焊接点，互联导体通过焊接点与主栅线连接。

本实用新型的有益效果是：1)互联导线不再需要通过传统主栅线(浆料高温烧结并穿透电池表面的SiNx、AlOx等功能陶瓷薄膜形成)与电池片连接，因而降低了对导电浆料的腐蚀性要求，可以避免PbO等高温玻璃粉体的使用，有利于简化工艺步骤，提高电池片的性能。2)通过固化型导电浆料和互联导线的同时固化，避免了一般小于0.5mm的多根细互联导线下无法使用助焊剂，并且需要使用保护薄膜的情况，提高了组件的长期稳定性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明；

图1a1是传统的光伏电池模块的结构示意图；

图1a2是本实用新型的光伏电池模块的结构示意图；

图1b1是传统的光伏电池模块的细栅线部分的截面图；

图1b2是本实用新型的光伏电池模块的细栅线部分的截面图；

图1c1是传统的光伏电池模块的主栅线部分的截面图；

图1c2是本实用新型的光伏电池模块的互联主栅线部分的截面图；

图1d1是传统的光伏电池模块的互联导线的截面图；

图1d2是本实用新型的光伏电池模块的互联导线的截面图；

图2a是本实用新型的光伏电池模块的另一种结构示意图；

图2b是本实用新型的光伏电池模块的第三种结构示意图；

图中，1.细栅线，2.功能陶瓷薄膜，3.互联主栅线，31.互联导线，32.固化型导电浆料，4.主栅线，5.掺杂层，6.辅助连接金属片。

具体实施方式

一种光伏电池模块，包括电池片，电池片的表面具有细栅线1和细栅线1周围的功能陶瓷薄膜2，在电池片的表面还具有互联导线31，互联导线31与细栅线1和功能陶瓷薄膜2通过固化型导电浆料32连接。其中细栅线1与电池片直接电连接以初步收集电流，互联导线31通过固化型导电浆料32和细栅线1形成良好电连接，进一步汇集和传输电流。互联导线31通过固化型导电浆料32和功能陶瓷薄膜2形成机械连接，但固化型导电浆料32不穿透功能陶瓷薄膜2，电池片表面的功能陶瓷薄膜2如SiNx、AlOx、或InTiOx等。针对导电性功能陶瓷薄膜，如InTiOx,固化型导电浆料32与InTiOx除形成机械连接外，还形成电连接。

互联导线31的宽度在0.03～1.5mm之间，高度在0.03～0.4mm之间，互联导线31的数量为3～50根，优选地，互联导线31的根数为15～30根。互联导线31的底部平坦，优选地，其截面形状为方形，三角形，半圆形或上述三种形状的组合。互联导线31的材质为Cu或Al或Ni或Ag或者它们的合金。

固化型导电浆料32内的导电填料为Cu或Al或Ni或Ag或它们的合金。

固化型导电浆料32采用加热固化型导电浆料，固化温度为50～600℃，优选地，固化型导电浆料32采用加热固化型Cu导电浆料或加热固化型Ag导电浆料，固化温度为100～300℃。

上述光伏电池模块有两种制作方法，分别是：

一种光伏电池模块的制作方法是：首先将固化型导电浆料32涂覆在互联导线31表面，然后将涂覆固化型导电浆料32的互联导线31压贴在电池片的表面，在固化型导电浆料32的固化条件下对固化型导电浆料进行固化，实现互联导线31与细栅线1和功能陶瓷薄膜2的连接。

或者，一种光伏电池模块的制作方法是：首先将固化型导电浆料32通过印刷的方式印刷在电池片的表面，然后将互联导线31压贴在固化型导电浆料32上，在固化型导电浆料32的固化条件下对固化型导电浆料进行固化，实现互联导线31与细栅线1和功能陶瓷薄膜2的连接。

图1a2、图1b2、图1c2、图1d2所示的是以第一种光伏电池模块的制作方法制作而成的光伏电池模块；为便于对比和说明本实用新型的创新点，图1a1、图1b1、图1c1、图1d1也给出了原有光伏电池模块的结构示意图。

如图1a1所示，原光伏电池模块的电池片表面的细栅线1通常宽度在30～100um，高度在15～25um，通过烧渗型Ag导电浆料丝网印刷后在600～900℃下高温烧结形成。原光伏电池模块的电池片表面的主栅线4和细栅线1类似，主要由Ag构成，通过丝网印刷后在600～900℃下高温烧结形成。在电池片的表面还具有作为互联导线31的涂Sn铜带，在200℃左右的温度下和主栅线4焊接到一起。在电池片的表面的功能陶瓷薄膜2为钝化陷光层，一般为有钝化和陷光作用的SiNx层。图1a1中的波浪线代表缩略之意。互联导线31在波浪线外与另外一个电池片的背面连接。这些对行业内人士都非常熟悉，所以用波浪线省略了。图1b1中，钝化陷光层的下面为掺杂层5，常规电池片中为N型掺杂层。图1b1显示的是常规电池片的细栅线部分的截面图，可以看到，原有电池片的细栅线1，通过600～900℃的高温烧结工艺，穿透了钝化陷光层，和电池片的掺杂层5电连接到一起。图1c1显示的是常规电池片的主栅线部分的截面图。这里主栅线4在高温烧结过程中，也穿透了钝化陷光层，和电池片的掺杂层5电连接到一起。在主栅线4的上表面，一根涂Sn铜带和主栅线4焊接到一起。

图1a2、图1b2、图1c2、图1d2中给出了本实用新型的固化型导电浆料32包裹在互联导线31的表面的光伏电池模块的结构示意图。图1a2中细栅线1可以是与图1a1中细栅线1一致的，由于图1a2中互联导线31的数目更多，所以细栅线1的断栅设计更多，也更能节省用于制作细栅线1的烧渗型Ag导电浆料的用量。固化型导电浆料32涂覆在互联导线31表面构成互联主栅线3，取代图1a1中的主栅线4和互联导线31的功能。辅助连接金属片6为可选件，用于分别和连接电池片正面和背面的互联导线31连接。图1b2和图1b1中的细栅线1、钝化陷光层、掺杂层5完全一致，主要创新和主栅线4部分相关，如图1c2所示。互联主栅线3和细栅线1垂直相交。通过加温(一般为100-600℃)固化，固化型导电浆料32和细栅线1、固化型导电浆料32和互联导线31形成良好的电性连接。

和原有电池技术相比，固化型导电浆料32的主要作用是：1)完成互联导线31和细栅线1之间的电连接；2)完成互联主栅线3和功能陶瓷薄膜2之间的机械连接，但不烧穿功能陶瓷薄膜2。本实用新型的上述设计将原电池技术的主栅线4和互联导线31融合在一起，并将主栅线4和细栅线1的功能和材料要求彻底分离，改变了先用烧渗型导电浆料形成主栅线4，然后再在主栅线4上焊接涂Sn铜带的过程，这就避免了腐蚀性助焊剂的使用，从而避免了黑斑、黑线等质量隐患。这一设计也避免了高成本的镀In铜导线的使用。

图1d1和图1d2对原有技术中的互联导线31和本实用新型的含互联导线31的互联主栅线3的截面形状进行对比。如图1d1所示，原有技术在从3根主栅线4过度到无主栅线的时候，互联导线31的截面从长方形变化为圆形。在电池片互联后的组件层压步骤中，圆形的互联导线31将暴露在液化的胶连材料，如EVA或硅胶中。我们实验发现，在层压过程中，EVA会沿着圆形的互联导线31下部的弧面给圆形的互联导线31一个向上离开电池片的表面的推力，拉断焊接点，从而影响光伏组件的外观和可靠性。

因此，本实用新型提供了一种改进的互联导线形状，互联导线31的底部平坦，优选地，其截面形状为方形，三角形，半圆形或上述三种形状的组合。如图1d2所示，由于互联导线31底部平坦，同时有固化型导电浆料32与电池片表面的功能陶瓷薄膜2的机械连接作用，在层压过程中，只有向下作用力，如图中虚线所示。

实施例1：针对常规P型电池的实施例，使用Cu互联导线和加热固化型Cu导电浆料。

选用15根细Cu线做电池片与电池片之间的互联导线31，细Cu线的截面为正方形，正方形边长为0.3mm。细Cu线表面没有涂Sn层。

在细Cu线的表面涂覆加热固化型Cu导电浆料。加热固化型Cu导电浆料的固含量为60-90％，密度3.5～6g/cm³。涂覆厚度约为5um。

通过牵引机构将细Cu线拉直，选择滚轴刷涂方式对细Cu线涂覆加热固化型Cu导电浆料。细Cu线上涂覆加热固化型Cu导电浆料的区域仅限需要与电池片连接的区域，在细Cu线的牵引机构、电池片之间的区域，不涂覆加热固化型Cu导电浆料。

将涂覆了加热固化型Cu导电浆料的细Cu线压贴在电池片表面并与细栅线1垂直交错。

电池片为常规的P型电池片，表面的功能陶瓷薄膜2为起钝化陷光作用的SiNx层，厚度为80nm。细栅线1为Ag细栅线。丝网印刷的细栅线导电浆料在高温800℃烧结，穿透SiNx层形成电连接。

通过红外加热，将加热固化型Cu导电浆料加热到150℃，使加热固化型Cu导电浆料固化，完成互联主栅线3和细栅线1之间的电连接；完成互联主栅线3和功能陶瓷薄膜2之间的机械连接。加热固化型Cu导电浆料不穿透SiNx层。如图1c2图所示。

可以用同样的方法完成互联主栅线3与相邻电池片的背面的互联，如图1a2所示，连接电池片正面的互联主栅线3和连接相邻电池片背面的互联主栅线3通过辅助连接金属片6两两相连，剪切掉多余的互联导线31。铺设EVA、玻璃等封装材料，层压封装，形成光伏组件产品。

实施例2：针对薄膜硅/晶体硅异质结电池的实施例，使用Cu互联导线和加热固化型Cu导电浆料。

选用15根细Cu线做电池片与电池片之间的互联导线31，细Cu线的截面为正方形，正方形边长为0.3mm。细Cu线表面没有涂Sn层。

在细Cu线的表面涂覆加热固化型Cu导电浆料。加热固化型Cu导电浆料的固含量为60-90％，密度3.5～6g/cm³。涂覆厚度约为5um。

通过牵引机构将细Cu线拉直，选择滚轴刷涂方式对细Cu线涂覆加热固化型Cu导电浆料。细Cu线上涂覆加热固化型Cu导电浆料的区域仅限需要与电池片连接的区域，在细Cu线的牵引机构、电池片之间的区域，不涂覆加热固化型Cu导电浆料。

将涂覆了加热固化型Cu导电浆料的细Cu线压贴在电池片表面并与细栅线1垂直交错。

电池片为薄膜硅/晶体硅异质结电池电池片，表面的功能陶瓷薄膜2为InTiOx层，丝网印刷的Ag浆在。细栅线1为Ag细栅线。为避免薄膜硅/晶体硅异质结电池片中非晶硅高温晶化后降低钝化效果和电池性能，丝网印刷的细栅线导电浆料在<200℃温度烧结。

通过红外加热，将加热固化型Cu导电浆料加热到150℃，使加热固化型Cu导电浆料固化，完成互联主栅线3和细栅线1之间的电连接；完成互联主栅线3和功能陶瓷薄膜2之间的机械和电连接。加热固化型Cu导电浆料不穿透InTiOx层。如图1c2图所示。

由于薄膜硅/晶体硅异质结电池的功能陶瓷薄膜2为透明导电体InTiOx，和普通电池的绝缘体SiNx不同，所以在本例中，互联主栅线3和功能陶瓷薄膜2同时形成机械和电连接。

实施例3：针对薄膜硅/晶体硅异质结电池的实施例，使用Cu互联导线和加热固化型Ag导电浆料。和实施例2的其他描述相同，仅仅是低温固化的热固化型Cu导电浆料被替换成光伏电池工业中常用的低温固化的加热固化型Ag导电浆料。

实施例4：针对薄膜硅/晶体硅异质结电池的实施例，使用镀Ni的Cu互联导线和热固化型Cu导电浆料。和实施例2的其他描述相同，仅仅是在Cu互联导线外镀Ni。

实施例5：针对薄膜硅/晶体硅异质结电池的实施例，使用镀Ni的Cu互联导线和热固化型Ag导电浆料。和实施例3的其他描述相同，仅仅是在Cu互联导线外镀Ni。

上述本实用新型具体实施例的核心是：1)采用固化型导电浆料32和互联导线31代替传统的主栅线4，互联导线31不再需要通过穿透电池表面的SiNx、AlOx等功能陶瓷薄膜2的传统的主栅线4与电池片连接，因而降低了对导电浆料的腐蚀性要求，可以避免PbO等高温玻璃粉体的使用。2)通过固化型导电浆料32和互联导线31的同时固化，解决了一般小于0.5mm的多根细互联导线下无法使用助焊剂的问题，也解决了层压过程中的互联导线31向上浮起的问题。

本着这些核心思想，本实用新型还可以有其他简单的变形形式。

例如，一种光伏电池模块，包括电池片，电池片表面具有细栅线1和细栅线1周围的功能陶瓷薄膜2，在电池片的表面还具有固化型导电浆料32固化而成的主栅线4，该主栅线4位于细栅线1和功能陶瓷薄膜2的上方，并在固化时与细栅线1和功能陶瓷薄膜2形成连接。该光伏电池模块中直接采用固化型导电浆料32固化形成主栅线4，互联导线31只在电池片的少数几个焊接点如边缘焊接点处和主栅线4相连接。

或者，互联主栅线3通过导线条7形成网状结构进行电池片之间的互联。

下面通过2个具体的实施例来进一步说明。

实施例6：电池片内的主栅线4直接由固化型导电浆料32固化而成。

如图2a所示，固化型导电浆料32垂直交错在细栅线1上。其他描述和实施例1中相同，但实施例6中的固化型导电浆料32内部不再有互联铜导线。仅仅在电池片的边缘处有便于焊接的导线条7和固化型导电浆料32相连接。两片电池片之间的连接通过普通工艺完成。

实施例7：由包裹固化型导电浆料32的互联导线31构成的互联主栅线3与导线条7形成网状结构进行电池片之间的互联。

如图2b所示，互联主栅线3和连接固定互联主栅线3的导线条7，以及电池片与电池片之间连接的辅助连接金属片6之间连接形成网状，具有一定的机械强度，便于手工操纵。

Claims (8)

1.一种光伏电池模块，包括电池片，电池片的表面具有细栅线和细栅线周围的功能陶瓷薄膜，其特征是：在所述的电池片的表面还具有互联导线，所述的互联导线与细栅线和功能陶瓷薄膜通过固化型导电浆料连接。

2.根据权利要求1所述的光伏电池模块，其特征是：所述的固化型导电浆料包裹在互联导线的表面。

3.根据权利要求1或2所述的光伏电池模块，其特征是：所述的固化型导电浆料为加热固化型导电浆料，固化温度为50～600℃。

4.根据权利要求1或2所述的光伏电池模块，其特征是：所述的互联导线的宽度在0.03～1.5mm之间，高度在0.03～0.4mm之间，互联导线的数量为3～50根。

5.根据权利要求1或2所述的光伏电池模块，其特征是：所述的互联导线的截面形状为方形、三角形和半圆形。

6.根据权利要求1或2所述的光伏电池模块，其特征是：所述的固化型导电浆料内的导电填料为Cu或Al或Ni或Ag或它们的合金，所述的互联导线的材质为Cu或Al或Ni或Ag或者它们的合金。

7.一种光伏电池模块，包括电池片，电池片表面具有细栅线、细栅线外的功能陶瓷薄膜，其特征是：在所述的电池片的表面还具有固化型导电浆料固化而成的主栅线，该主栅线位于细栅线和功能陶瓷薄膜的上方，并在固化时与细栅线和功能陶瓷薄膜形成连接。

8.根据权利要求7所述的光伏电池模块，其特征是：所述的电池片的上具有用于与主栅线连接的焊接点，互联导体通过焊接点与主栅线连接。