CN206672944U - 中心汇聚栅线电极、太阳能叠片电池及叠片组件 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种中心汇聚栅线电极、太阳能叠片电池及叠片组件，包括设置在电池片上的主电极点和副栅线；所述的副栅线是以主电极点为中心的发散图案，采用外围向中心汇聚的方式将电流汇聚到主电极点上。本实用新型减小了太阳能电池正面与背面主栅线电极的面积，从而降低了银浆料和导电胶的耗量。此外，由于优化了副栅线的数量和横截面积，这类图形的叠片电池片的光电转换效率相比常规的平行副栅线的叠片电池片有所提升。
Description
技术领域
本实用新型属于太阳能电池技术领域，特别涉及一种中心汇聚栅线电极、太阳能叠片电池及叠片组件。
背景技术
太阳能电池是一种利用光生伏特效应将光能直接转化为直流电的器件。根据光电转换材料的不同，太阳能电池包括单晶硅，多晶硅，非晶硅薄膜，碲化镉薄膜，铜铟镓锡薄膜，砷化镓，燃料敏化，钙钛矿，叠层等多个种类。其中最常见的是晶体硅太阳能电池，包括单晶硅太阳能电池和多晶硅太阳能电池。太阳能电池通常为片状，可以吸收光能并将其转化为电能的一面被称为吸光面或正面，另外一面被称为背面。对于部分太阳能电池，其背面也可以吸收并转化光能为电能，这些太阳能电池被称为双面电池。
将多个太阳能电池电学互连后封装在玻璃或有机聚合物中，得到的可以长期使用的光伏设备，被称之为光伏组件。晶体硅光伏组件中的电池片互联方式，常见的有将电池片顺序排列，以含铜基材的涂锡焊带作为互联条，互联条一端焊接在第一片电池片的正面主栅线上，互联条另一端焊接在相邻的第二片电池片的背电极上。第二根互联条的两端分别焊接在第二片电池片的正面主栅线和第三片电池片的背电极上，依次类推。由此将所有的电池片串联成一串。
叠片组件采用的是另外一种电池片互联的技术。将太阳能电池片甲的一侧置于另一电池片乙的下方，使得甲正面的主栅线电极与乙背面的电极相互重合。在两个电极之间采用导电材料形成导电连接。与此同时，电池片乙的另一侧被置于电池片丙的下方，使得乙正面的主栅线电极与丙背面的电极相互重合，在两个电极之间采用导电材料形成导电连接。按照同样的方法，可以将多片电池片依次互连形成电池串。
叠片电池片正面和背面的电极图案，通过在太阳能电池表面金属化的方法制备。常用的金属化方法是采用丝网印刷加烧结的方式将含有银颗粒的导电浆料印制在电池表面，通过调整丝网印刷的网版图形设计，可以改变电极图案。
晶体硅太阳能电池除了电极区域外，正面通常采用氮化硅膜，背面通常为丝网印刷的铝浆料。对于一些特殊的太阳能电池，如正反面都可以吸收光线的双面电池，其背面电极以外的区域表面也采用氮化硅膜而非铝浆料。
叠片组件中电池片电极之间的导电材料包括导电胶，焊带或锡膏等材料。根据导电材料的特性，应选择相应的制备方法。对于采用导电胶形成电学互连的电池串，可以采用点胶或印刷的方法。
光伏产品中使用的导电胶的主要成分包括树脂材料基体与金属填料。其中的金属填料通常是银或者含银的颗粒。与常用的涂锡铜带相比，导电胶不仅可以和银浆料形成良好的机械粘接力与导电连接，同时也可以与电池片的其它表面，如氮化硅膜层，或是硅材料形成良好的粘接。
由于银是一种贵金属，因此含有银的太阳能电池浆料和导电胶的成本都比较昂贵。目前有一些用其它金属替代银制备太阳能电池浆料或者导电胶的技术，但市场上的主流技术还是采用银浆和银导电胶。
图1是一种叠片电池的正面电极设计方案。图2是该叠片电池的背面电极设计方案。每一片叠片电池片在后续步骤中会被切成5个小片，每一小片的正面一侧有一根主栅线电极，背面另一侧有一根背电极。该技术方案的特点是主栅线电极与背电极均为实心的长方形，电极材料为银浆料。图3为采用该技术方案的电池制成光伏组件后，相邻电池间互连的方案示意图。电池间通过导电胶形成电学连通。
现有技术方案中电极主栅线的银浆用量较大，导电胶的用量也较大，因此材料成本较高，导致光伏发电成本较高。
另外一个缺点在于现有方案中副栅线的长度比较长，因此副栅线的电阻损耗较大，使得电池的光电转换效率较低。
除了前面提到的方案，还有其它的叠片电池电极设计方案。每一片电池除了切成5小片外，也可以切成2、3、4、6、7、8片。对于有倒角的单晶硅电池片，采用与图1,2类似的电极设计方案，将有倒角与无倒角的切片分别组成电池串。对于方形的单晶硅或多晶硅电池片，现有方案包括正面电极全部位于切片的右侧，背面电极全部位于切片的左侧的方案，即将图1中最右边的一个切片的正面电极移到该切片的右端，将同一切片的背面电极移动该切片的左端。这些电极设计方案的共同之处，在与所用的正面和背面电极均为实心连续的长方形银电极。因此都有银浆料与导电胶耗量大，成本较高的缺点。
实用新型内容
本实用新型旨在提供一种中心汇聚栅线电极、太阳能叠片电池及叠片组件，是一种高效低成本的叠片电池电极设计方案，该结构的银浆料与导电胶使用量比传统叠片组件少。
为达到上述目的，本实用新型采用的制备技术方案为：
一种中心汇聚栅线电极，用作太阳能叠片电池的正面或背面电极，包括设置在电池片上的主电极点和副栅线；所述的副栅线是以主电极点为中心的发散图案，采用外围向中心汇聚的布置方式将电流汇聚到主电极点上，多个主电极点沿电池片长边分布。
所述的副栅线以主电极点为中心由内向外分为多个环形的副栅线群，其中，第一副栅线群的一根第一副栅线内端与主电极点连接，外端连接第二副栅线组的两根第二副栅线，两根第二副栅线连接第三副栅线组的三根第三副栅线，依次类推形成发散图案；每三根第三副栅线的电流汇聚到两根第二类副栅线上，每两根副栅线的电流汇聚到一根第一类副栅线上，再汇聚到主电极点上。
相邻主电极点对应的副栅线相交后截止延伸。
所述的副栅线群之间直接连接或者通过以主电极点为中心的弧形副栅线连接。
所述的副栅线根据流过的电流不同设置不同的横截面积，电流较大的副栅线，横截面积较大；横截面积通过宽度和高度进行调节。
不同的副栅线群中，距离主电极点近的副栅线群对应栅线的横截面积大于较远的副栅线群对应栅线的横截面积；
或者同一副栅线群中，没有与另一副栅线群连接的栅线的横截面积小于与另一副栅线群连接的栅线的横截面积；
或者同一根副栅线离主电极点越近，相应的栅线横截面积越大。
一种采用所述的中心汇聚栅线电极的太阳能叠片电池，所述的太阳能叠片电池划分成若干子电池(一般2～8片)，每个子电池正面上沿其一条长边分布多个主电极点，各主电极点对应的副栅线均以主电极点为中心的发散图案；子电池背面与正面的主电极点一一对应设置有背面主电极点；同一片子电池正面的主电极点和背面主电极点分别沿相对的两条长边分布；相邻两个子电池的主电极点同侧或异侧设置。
所述的子电池背面采用所述中心汇聚栅线电极，结构与正面电极相同。
所述的子电池背面采用副栅线垂直于主栅线的结构；背面主电极栅线连接所有的背面主电极点。
一种采用所述的中心汇聚栅线电极的叠片组件，包括多个子电池，每个子电池正面上沿其一条长边分布多个主电极点，各主电极点对应的副栅线均以主电极点为中心的发散图案；子电池背面与正面的主电极点一一对应设置有背面主电极点；同一片子电池正面的主电极点和背面主电极点分别沿相对的两条长边分布；叠片组件中，相邻的子电池的边缘重叠，第一子电池的主电极点与第二子电池的背面主电极点通过导电胶连接，并通过导电胶将第一子电池与第二子电池粘接固定。
所述的第一子电池与第二子电池之间除导电胶以外的重叠区域全部或局部通过不导电胶粘接。
相对于现有技术，本实用新型具有以下效益：
本实用新型一种用于太阳能叠片电池的正面或背面的中心汇聚栅线电极，该电极结构副栅线是以主电极点为中心的发散图案，采用外围向中心汇聚的方式将电流汇聚到主电极点上。改变了现有技术中采用主栅与副栅垂直的结构，该结构能够减少电池正面电极的光遮挡面积，使电池的正面光能利用得到改善。
进一步，电池正面汇聚到每个主电极点的一组副栅线是以主电极点为中心的发散图案，随着到副栅线长度的增加，相邻副栅线的间距增加。在离主电极点较远的位置增加副栅线的数量，从而缩小该处副栅线之间的间距。距离主电极点越远的副栅线数量越多，提供电路汇聚效率。
进一步，为了降低栅线的电阻损耗，栅线的横截面积增大，距离主电极点较远的副栅线，由于流过的电流较小，栅线的横截面积相对小一些。对于同一类副栅线，由于流过的电流不同，栅线的横截面积也可以不同，电流较大的副栅线，横截面积可以更大。对于同一根副栅线，其横截面积也可以不同，离主电极点越近，副栅线上经过的电流越大，相应的栅线横截面积越大。由于优化了副栅线的数量和横截面积，这类图形的叠片电池片的光电转换效率相比常规的平行副栅线的叠片电池片有所提升。
本实用新型太阳能叠片电池在背面钝化电池技术中引入正面电极卷绕技术，使两种高效晶硅电池技术很好的结合在一起，其效果明显好于单独使用其某一项技术。通过减少电池正面电极的光遮挡面积，使电池的正面得到改善；同时电池背面的钝化膜很好的解决了金属卷绕中的漏电问题。此外，将电池背面的局部铝电极改为铝细栅线，使电池具有双面发电的功能。
进一步，减小了太阳能电池正面与背面主栅线电极的面积，从而降低了银浆料和导电胶的耗量。
本实用新型的叠片组件相邻的子电池的边缘重叠，第一子电池的正面主电极点与第二子电池的背面主电极点间通过导电胶形成电学连接。导电胶同时将第一子电池与第二子电池粘接在一起。粘接固定方式简单，操作方便。
进一步，为了增强第一子电池与第二子电池的粘接强度，可以在主电极点以外的第一子电池与第二子电池的重叠区域，或该重叠区域的一部分通过不导电胶粘接。
附图说明
图1：现有叠片电池的正面电极示意图；
图2：现有叠片电池的背面电极示意图；
图3：现有叠片电池的导电胶图形示意图；
图4：正面电极图案示意图；
图5：背面电极图案示意图；
图6两片子电池与导电胶形成的叠片结构图；
图7两片子电池与导电胶形成的叠片结构分解示意图；
图8带有不导电胶的叠片结构的分解示意图；
图9：一种优化后的电池片副栅线示意图；
图10：一种优化后的电池片副栅线示意图；
图11：一种优化后的电池片副栅线示意图；
图12：背面电极分段式示意图；
图13：带有倒角的电池片的中心汇聚型栅线示意图；
图14：一种6切片的叠片电池正面栅线图形示意图；
图15一种5切片的叠片电池的正面栅线图形示意图；
其中，1为正面主栅线，2为正面细栅线，3为背面主栅线，4为第一子电池，5为背面电极，6为导电胶，7为正面电极，8为第二子电池，9为副栅线，10为正面主电极点，11为不导电胶，12为第一副栅线，13为第二副栅线，14为弧形副栅线，15为第三副栅线，16为倒角结构，17为背面主电极点，18为背面细栅线。
具体实施方式
如图4和图5所示，电池片被划分成若干片子电池。每个子电池正面的副栅线分为若干组。子电池正面，各组副栅线9都采用向中心汇聚的方式，将电流汇聚到各自的主电极点10，各主电极点10沿子电池的一条长边分布。与电池正面的主电极点10一一对应的是电池背面电极也以主电极点17的方式存在。对于同一片子电池，其正面的主电极点10和背面的主电极点17分别沿相对的两条长边分布。
如图6和图7所示，在叠片组件中，相邻的子电池的边缘重叠，第一子电池4的正面主电极点10与第二子电池8的背面主电极点17间通过导电胶6形成电学连接。导电胶6同时将第一子电池4与第二子电池8粘接在一起。
如图8所示，为了增强第一子电池4与第二子电池8的粘接强度，可以在主电极点以外的第一子电池6与第二子电池8的重叠区域，或该重叠区域的一部分通过不导电胶11粘接。
电池正面汇聚到每个主电极点的一组副栅线是以10主电极点为中心的发散图案，随着到副栅线9长度的增加，相邻副栅线的间距增加。一种优化的方案，是在离主电极点10较远的位置增加副栅线的数量，从而缩小该处副栅线之间的间距。如图9所示，图9中的副栅线分为4类，距离主电极点最近的第一副栅线12数量较少，相邻2根副栅线的夹角较大；距离主电极点10稍远的第二副栅线13数量较多，每两根副栅线的电流汇聚到一根第一副栅线12上；距离主电极点最远的第三副栅线15密度更大，每三根第三副栅线15的电流汇聚到两根第二类副栅线13上。相邻的同类副栅线之间通过圆弧副栅线14连接。
图10和图11是其它的副栅线优化方案。图10中的副栅线根据到主电极点10的距离分为2类。图11中的相邻副栅线之间通过直接相互连接，不经过其它副栅线。
对于距离主电极点较近的副栅线，由于流过的电流较大，为了降低栅线的电阻损耗，栅线的横截面积可以较大，对于距离主电极点较远的副栅线，由于流过的电流较小，栅线的横截面积可以相对小一些。栅线的横截面积，可以通过改变栅线的宽度或高度实现。改变栅线的宽度的方案如图11所示。第一类栅线的宽度12大于第二类13与第三类栅线15的宽度。
对于同一类副栅线，由于流过的电流不同，栅线的横截面积也可以不同，电流较大的副栅线，横截面积可以更大。如图11所示，栅线高度相同，但是主电极点10上方区域的第二类栅线13上有第三类栅线的电流汇聚，因此其宽度可以大于主电极点10左右两侧没有第三类栅线汇聚的第二类栅线13的宽度。
对于同一根副栅线9，其横截面积也可以不同，离主电极点10越近，副栅线上经过的电流越大，相应的栅线横截面积越大。
对于双面电池，电池背面可以采用与电池正面类似的副栅线18汇聚到主电极点17的方式，也可以采用其它方式如传统的副栅线18垂直于主栅线3的方式，类似图1中的栅线图案。在后一种方式中，背面主电极栅线3上除了与正面主电极点10的位置相对应的背面主电极点17以外，其它部分可以采用镂空的图形设计，如图12所示。
上述设计方案也可以用于有倒角的电池片，如图13为有倒角的叠片电池片的正面电极设计。倒角处的副栅线电极图案作了相应的倒角结构16的调整。
对于叠片电池的电极图案设计，除了采用将一整片电池切成5片的方案外，也可以采用将整片电池切成2、3、4、6、7、8片的设计方案。如图14所示即为将整片电池切成6片的方案之一。
相邻2个切片电池的同一面的主电极点10可以相邻，如图14中所示，也可以各不相邻，如图4所示。
采用图11的切片电池栅线图案设计的整片太阳能电池的栅线图案如图15所示。
本设计方案，减小了太阳能电池正面与背面主栅线电极的面积，从而降低了银浆料和导电胶的耗量。此外，由于优化了副栅线的数量和横截面积，这类图形的叠片电池片的光电转换效率相比常规的平行副栅线的叠片电池片有所提升。
本实用新型除了应用于常规的晶体硅太阳能电池与PERC太阳能电池外，还可以用于异质结电池，PERL电池，PERT电池，TOPCON电池等其它电池技术。
电池片的制备方法与常规叠片电池片相同，其中的电极栅线采用丝网印刷方式，丝网印刷的网版根据本实用新型中的图案制作。
电池片效率测试时，正面的探针需要接触到主电极点，背面的探针或铜板同样需要接触到主电极点。
电池片制备完成后，可以通过激光或机械划片方式分成若干小片。采用丝网印刷或点胶方式将导电胶涂覆在主电极点上，然后将电池片相互重叠形成叠片结构。
以上，仅为本实用新型的较佳实施例，并非仅限于本实用新型的实施范围，凡依本实用新型专利范围的内容所做的等效变化和修饰，都应为本实用新型的技术范畴。
Claims (10)
1.一种中心汇聚栅线电极，用作太阳能叠片电池的正面或背面电极，其特征在于，包括设置在电池片上的多个主电极点(10)和副栅线(9)；所述的副栅线(9)是以主电极点(10)为中心的发散图案，采用外围向中心汇聚的布置方式将电流汇聚到主电极点(10)上，多个主电极点(10)沿电池片长边分布。
2.根据权利要求1所述的一种中心汇聚栅线电极，其特征在于，相邻主电极点(10)对应的副栅线(9)相交后截止延伸。
3.根据权利要求1所述的一种中心汇聚栅线电极，其特征在于，所述的副栅线(9)以主电极点(10)为中心由内向外分为多个环带分布的副栅线群，其中，第一副栅线群的一根第一副栅线(12)内端与主电极点(10)连接，外端连接第二副栅线组的两根第二副栅线(13)，两根第二副栅线(13)连接第三副栅线组的三根第三副栅线(15)，依次类推形成发散图案；每三根第三副栅线(15)的电流汇聚到两根第二类副栅线(14)上，每两根副栅线(14)的电流汇聚到一根第一副栅线(12)上，再汇聚到主电极点(10)上。
4.根据权利要求2所述的一种中心汇聚栅线电极，其特征在于，相邻副栅线群之间还通过以主电极点(10)为中心的弧形副栅线(14)连接。
5.根据权利要求2所述的一种中心汇聚栅线电极，其特征在于，所述的副栅线(9)根据流过的电流不同设置不同的横截面积，电流较大的副栅线，横截面积较大；横截面积通过宽度和高度进行调节。
6.根据权利要求1所述的一种中心汇聚栅线电极，其特征在于，不同的副栅线群中，距离主电极点(10)近的副栅线群对应栅线的横截面积大于较远的副栅线群对应栅线的横截面积；
或者同一副栅线群中，没有与另一副栅线群连接的栅线的横截面积小于与另一副栅线群连接的栅线的横截面积；
或者同一根副栅线离主电极点(10)越近，相应的栅线横截面积越大。
7.一种采用权利要求1至6中任意一项所述的中心汇聚栅线电极的太阳能叠片电池，其特征在于，所述的太阳能叠片电池划分成若干子电池，每个子电池正面上沿其一条长边分布多个主电极点(10)，各主电极点(10)对应的副栅线(9)均以主电极点(10)为中心的发散图案；子电池背面与正面的主电极点(10)一一对应设置有背面主电极点(17)；同一片子电池正面的主电极点(10)和背面主电极点(17)分别沿相对的两条长边分布；相邻两个子电池的主电极点(10)同侧或异侧设置。
8.根据权利要求7所述的太阳能叠片电池，其特征在于，所述的子电池背面采用所述中心汇聚栅线电极，结构与正面电极相同。
9.根据权利要求7所述的太阳能叠片电池，其特征在于，所述的子电池背面采用副栅线(18)垂直于主栅线(3)的结构；背面主电极栅线(3)连接所有的背面主电极点(17)。
10.一种采用权利要求1至6中任意一项所述的中心汇聚栅线电极的叠片组件，其特征在于，包括多个子电池，每个子电池正面上沿其一条长边分布多个主电极点(10)，各主电极点(10)对应的副栅线(9)均以主电极点(10)为中心的发散图案；子电池背面与正面的主电极点(10)一一对应设置有背面主电极点(17)；同一片子电池正面的主电极点(10)和背面主电极点(17)分别沿相对的两条长边分布；叠片组件中，相邻的子电池的边缘重叠，第一子电池(4)的主电极点(10)与第二子电池(8)的背面主电极点(17)通过导电胶(6)连接，并通过导电胶(6)将第一子电池(4)与第二子电池(8)粘接固定；所述的第一子电池(4)与第二子电池(8)之间除导电胶(6)以外的重叠区域全部或局部通过不导电胶(11)粘接。
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