CN208570638U - 太阳能电池栅线结构、太阳能电池片及太阳能叠片组件 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种太阳能电池栅线结构、太阳能电池片及太阳能叠片组件，栅线结构包括设置于硅片上的若干副栅线，与副栅线垂直的主栅线；所述主栅线由网格状多孔结构组成，主栅线上涂覆导电胶时，部分导电胶填充在网格孔内。由于组成导电胶和主栅线的材料都具有良好的电导率，因此上述网格线足够密集时，采用网格状图形代替实心图形并不会对组件电性能产生严重影响。导电胶的形变，以及在氮化硅覆盖的电池片绒面上的扩散由于受到主栅线网格图形的限制，被局限在网格图形以内，从而避免了溢胶和渗胶的发生。

Description

太阳能电池栅线结构、太阳能电池片及太阳能叠片组件

技术领域

本实用新型属于太阳能电池领域，特别涉及一种太阳能电池栅线结构、太阳能电池片及太阳能叠片组件。

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。

晶体硅太阳能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，通过改变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，正面通常为氮化硅膜，背面通常为丝网印刷的铝浆料并经过烧结形成铝背场。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P型硅PERC电池或双面N型硅PERT电池，其背面电极和金属化细栅线以外的区域表面也是氮化硅膜。对于双面HJT电池，即异质结电池，其正面和背面的电极和栅线以外的区域表面为透明导电氧化物膜，如氧化铟锡ITO。

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面电极上。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面栅线上，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。如图1所示，同一块太阳能电池正面的主栅线电极与背面的背银电极分别位于该电池的左右两侧，将太阳能电池片甲的一侧置于另一电池片乙的下方，使电池片甲该侧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，使得乙另一侧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M片电池片依次互连形成电池串(5≤M≤120)。

叠片互联方式同样可以用来在M片太阳能电池切片之间形成互联(5≤M≤120)。互联后的电池太阳能电池切片是指通过机械、激光或其他方式将一片完整的或不完整的太阳能电池切成的小片。太阳能电池切片的形状可以是多边形如矩形、三角形，曲线图形如圆形，扇形，椭圆形，或是不规则图形。一片太阳能电池可以切成的切片数量为K片，其中1≤K≤20。

对于正方形或矩形的太阳能电池片，可以将其切为形状、大小均相同的K个矩形切片，其中1≤K≤20。

对于带有倒角的准矩形太阳能电池片，可以将其切成K片切片电池，其中1≤K≤20，且有的切片电池为有1或2个倒角的准矩形，有的切片电池为无倒角的矩形。例如图2是将太阳能电池片切成五个切片电池的一种方式，最左侧和最右侧的切片电池带有倒角，中间的三个切片电池没有倒角。

叠片组件中同一电池串内相邻电池片电极之间的导电材料包括导电胶，导电胶带，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，可以采用点胶或丝网印刷的方法。

导电胶的主要成分包括树脂材料基体与导电填料。其中的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电极成良好的机械粘接力与导电连接，同时有的导电胶也可以与电池片的其它表面，如氮化硅膜层，或者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。可以采用便宜的金属材料如铜、铝、镍，或者非金属导电材料如各种碳材料、氧化铟锡等替代浆料或导电胶中的银，也可以通过改变电池表面金属图案的设计或导电胶图形的设计来相应减少银浆料或导电胶的使用量。

如果叠片工艺控制不当，会产生溢胶或渗胶现象。溢胶是指导电胶的基体与填料都溢出了两片电池片的重叠部分，渗胶是指导电胶的基体渗出了两片电池片的重叠部分，而填料没有。溢胶和渗胶会影响叠片组件的长期可靠性，在实际生产中应该避免。

如图3所示，光伏叠片组件按照电池串的排列方向可以分为横版型和竖版型两种。电池串与组件短边平行的称为横版型叠片组件，电池串与组件长边平行的称为竖版型叠片组件。

一种采用2个并联二极管的叠片组件的电路图如图4所示，多个叠片电池串并联形成电池串组，每个电池串组与1个旁路二极管并联，2个这样的电池串组串联成为组件。采用这种电路的叠片组件，可以采用竖版型，也可以采用横版型。

采用双面叠片电池或双面叠片电池切片，如前面提到的P型硅双面PERC叠片电池，N型硅双面PERT叠片电池，或HJT叠片电池，通过前述的叠片工艺，可以得到双面叠片组件。

在叠片组件中，从左至右共分为N个长电池串(N≥1)。例如图3中的竖版型双面叠片组件共含有6个长电池串，分别记为串A、B、C、D、E、F。

在叠片组件中，凡是位于组件正负极端的连接多个电池串的焊带，称为汇流条；凡是位于组件中间电位，且连接多个电池串的焊带，称为并联焊带；凡是与并联焊带相连，走向平行于电池串，并且连接旁路二极管的焊带，称为旁路焊带。

图5是一种单面叠片电池的正面和背面金属化图形。正面图形包括5根实心连续的主栅线和与其垂直的若干副栅线，背面的图形是5根实心连续的背电极和位于背电极之间的背场。正面图形中的主栅线和副栅线均由含有银的浆料构成，背面图形中的背电极由含有银的浆料构成，背场由含有铝的浆料构成。上述正银浆料，背银浆料，铝浆料均采用丝网印刷的方式制作在电池片的表面。

图6是一种双面叠片电池的正面和背面金属化图形。正面图形包括6根实心连续的正面主栅线和与其垂直的若干副栅线，背面的图形包括6根实心连续的背面主栅线,与主栅线平行且相邻的一条副栅线，以及与其垂直的若干副栅线。正面图形中的主栅线和副栅线均由含有银的浆料构成，背面图形中的主栅线由含有银的浆料构成，副栅线由含有铝的浆料构成。上述银浆料和铝浆料均采用丝网印刷的方式制作在电池片的表面。

现有技术存在两个缺点。(1)银浆的耗量较多，导致电池成本较高。(2)对于部分种类的导电胶，存在溢胶或渗胶风险。详述如下。

由于现有技术方案中的正面主栅线和背面主栅线都采用实心矩形的设计，银浆的耗量比较多。银浆是电池生产环节的主要成本来源，高银浆耗量会直接导致电池成本增加。

在叠片组件的生产过程中，当上下两片电池片相互重叠时，位于两片电池片之间的导电胶由于受到上下的挤压，可能产能形变，导致导电胶图形展宽，如图7所示。展宽程度与导电胶的种类以及电池片表面特性有关。有一些导电胶在电池片的氮化硅覆盖的绒面上具有比在金属浆料上高的多的润湿性和扩散速率。对于这部分导电胶，需要限制其与氮化硅的接触，否则其与氮化硅接触的部分会明显向外扩展，如果超出了两个电池片相互重叠的部分，就会产生溢胶或渗胶。

为了防止溢胶或渗胶，需要将主栅线做宽，以确保导电胶只与主栅线接触。但这样会进一步增加银浆的耗量和电池成本。

实用新型内容

本实用新型旨在提供一种太阳能电池栅线结构、太阳能电池片及太阳能叠片组件，该电池栅线结构是一种具有低成本和防溢胶或渗胶特性的叠片电池金属化图形方案，该结构与之相对应的导电胶图形能够有效地防止溢胶或渗胶，不需要将主栅线做宽，就能确保导电胶与主栅线接触，同时还降低了银浆的耗量和电池成本。

为实现上述目的，本实用新型的技术解决方案是：

一种太阳能电池栅线结构，包括设置于硅片上的若干副栅线、与副栅线垂直的主栅线；所述主栅线由网格状多孔结构组成，主栅线上涂覆导电胶时，部分导电胶填充在网格状多孔结构的网格孔内；所述的主栅线为连续式或分段式结构。

所述的网格状多孔结构是由多条细线相互交叉而成，细线包括直线、折线及曲线中的一种或者多种任意组合而成。

所述的网格状多孔结构中的孔的特征长度是10微米到2000微米，整个主栅线宽度是100到1500微米。

所述的细线的宽度是5微米到1500微米，高度是5微米到100微米，

所述的细线包括纵向细线和横向细线。

所述的主栅线的网格状多孔结构下面，设置有金属层或非金属层，金属层或非金属层与电池片表面的氮化硅钝化层如氮化硅或其它氧化层相接触；金属层或非金属层的厚度在0.002微米到100微米之间。

所述的硅片表面的钝化层或氧化层蚀刻形成缺口，主栅线的网格状多孔结构穿过缺口与硅片基体接触。

所述的主栅线的分段式结构中，每个分段电极的长度为80微米到150毫米，每条主栅线上分段电极的数量为2～240。

一种太阳能电池片，太阳能电池片的正面和/或背面采用上述任意一项所述的太阳能电池栅线结构。

一种太阳能叠片组件，叠片组件采用所述的太阳能电池片制成。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型的太阳能电池栅线结构通过采用交叉网格形式的主栅线，代替了现有方案中的实心主栅线。由于组成导电胶和主栅线的材料都具有良好的电导率，因此上述网格交叉线足够密集时，采用交叉网格代替实心图形并不会对组件电性能产生严重影响。导电胶的形变，以及在氮化硅覆盖的绒面上的扩散由于受到主栅线图形的限制，被局限在网格图形以内，从而避免了溢胶和渗胶的发生。

进一步，只要具有多孔结构，导电胶的形变和在氮化硅覆盖的绒面上的扩散均受到多孔结构的限制，均能够避免溢胶和渗胶的发生。

进一步，主栅线由二层材料构成，底层材料是实心金属材料或非金属材料，顶层材料是上述的交叉网格，由于交叉网格中的电池片的氮化硅绒面被底层的金属层或非金属层覆盖，阻止了导电胶与氮化硅绒面的接触，因而具有比单纯制备交叉网格更好的防溢胶渗胶效果。

进一步，将主栅线位置的钝化层如氮化硅或氧化层如氧化硅除去，然后再制备交叉网格形状的主栅线，同样可以取得比单纯使用交叉网格更好的防溢胶渗胶效果，同时制备主栅线所需的金属浆料用量不高于单独使用交叉网格的方案。

进一步，上述方案均可以与分段式设计的主栅电极结构结合，能够进一步降低制备电极主栅的金属浆料使用量，

附图说明

图1：电池片的叠片互联方式；

图2：带有倒角的电池(左侧)切成5个电池切片(右侧)；

图3：横版型(左)与竖版型(右)叠片组件；

图4：带有2个二极管的叠片组件电路图；

图5：一种单面叠片电池的正面和背面金属化方案图；

图6：一种双面叠片电池的正面和背面金属化方案图；

图7：叠片过程前后导电胶厚度与宽度的变化；

图8：网格主栅线示意图-正视图；a为副栅线和主栅线的结构示意图，b为几种常见的网格主栅线结构示意图；

图9：网格主栅线示意图-侧视图；

图10：网格主栅线对溢胶的阻碍作用；

图11：具有金属层的网格主栅线示意图；

图12：具有非金属层的网格主栅线示意图；

图13：由多段主栅线2和副栅线构成的太阳能电池金属化图形局部示意图；

图14：与图13中电池片金属化图形相对应的一种导电胶图形；

图15：一种使用具有上述金属化图形的太阳能电池的单面叠片组件；

图16：一种使用具有上述金属化图形的太阳能电池的双面叠片组件。图中接线盒安装的位置在虚线方框处，旁路焊带和汇流条引出线从玻璃开孔中穿出。

其中：1-副栅线，2-主栅线，3-背主栅线，4-铝背场，5-背副栅线，6-导电胶，7-细线，8-纵向细线(垂直于副栅线)，9-横向细线(平行于副栅线)，10-金属层，11-非金属层，12-汇流条，13-焊带，14-旁路焊带，15-并联焊带，16-接线盒，17-背面板。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的技术进行详细说明：

本实用新型的电池金属化图形方案如图8所示，包括采用交叉网格形式的主栅线2，以及副栅线1。主栅线2由交错的细线7组成的网状结构，细线7为直线、折线及曲线中的一种或者多种组合；网状结构的网格内形成凹槽，主栅线2上涂覆导电胶6时，部分导电胶6填充在网格的凹槽内。

如图8(b)所示，主栅线2的细线7可以是直线、折线或曲线组成。细线7的宽度范围区间是5微米到1500微米,细线7的高度范围区间是5微米到100微米，网格孔的特征长度范围区间是10微米到2000微米，整个主栅线2区域的宽度范围是100到1500微米。网格的形状可以是多边形(由H条边组成，3≤H≤100)、圆形、椭圆形或其它形状。主栅线2可以与电池片的边缘平行、垂直或成任意角度。

优选为由多条纵向细线8和横向细线9相互交叉形成的网格孔结构。(以下以网格状的主栅线2进行说明。)F根副栅线1与网格主栅线2垂直相交(20≤F≤200)。

同一根主栅线2的宽度和高度恒定，也可以在上述宽度和高度范围内变化。同一片电池的不同主栅线2的宽度和高度可以相同，也可以不同。同一片电池上不同的主栅线2间距可以相同，也可以不相同。如图9所示，与副栅线平行的横向细线9之间的间距和与副栅线垂直的纵向细线8之间的间距可以相同，也可以不相同。具有交叉网格图形的主栅线，可以通过丝网印刷，模板印刷等印刷方法，喷阀式点胶，螺杆式点胶，气压式点胶等点胶方法，以及电镀、直接铺设等方法制备。

由于组成导电胶和主栅线的材料都具有良好的电导率，因此上述网格交叉线足够密集时，采用交叉网格代替实心图形并不会对组件电性能产生严重影响。

如图10所示，导电胶6的形变，以及在氮化硅覆盖的绒面上的扩散由于受到主栅线2图形的限制，被局限在网格图形以内，从而避免了溢胶和渗胶的发生。

另外一种方案具有比上述方案一更好的防溢胶渗胶效果。方法是采用主栅线二次制备的方法，首先在主栅线的位置制备具有实心图案的金属浆料层，简称金属层10，金属层高度在0.002微米到100微米之间。然后在实心金属层上制备前述的交叉网格，如图11所示。在该方案中，由于交叉网格中的氮化硅覆盖的绒面也被第一层金属层10覆盖，因此比方案一具有更好的防溢胶渗胶效果。缺点在于需要二次制备工艺，以及银浆的耗量可能高于方案一。可以通过降低第一次制备的金属层厚度，或者降低第二次制备的主栅线2的高度或密集程度来降低银浆的耗量。该方案中的图形制备方法，除了方案一种提到的几种方法外，对于第一层金属层，也可以通过其它方法如化学气象沉积，溶胶凝胶法，蒸镀或溅射等方法制备。所用材料可以是除了银以外的其它金属或合金材料。

另外一种方案，是采用非金属导电材料制成的非金属层11，如石墨烯、氧化铟锡等，或半导体材料如非晶硅(厚度没有要求)，或绝缘材料(厚度要求比较薄，这样即使不能导电，电荷可以穿过非金属层进行导电)如氧化硅等制备第一层实心主栅线图案，厚度范围在0.002微米到100微米，然后在该图案上制备交叉网格结构，如图12所示。

另外一种方案，是采用物理或化学蚀刻的方法，将主栅线位置的钝化层如氮化硅或氧化层如氧化硅、氧化铝等除去形成缺口，然后再制备交叉网格形状的主栅线。主栅线2的网格状多孔结构穿过缺口与硅片基体接触。

对于上述四种主栅线图形方案，可以同时叠加分段式主栅线方案，如图13所示，分段电极的长度范围在80微米到150毫米之间，在同一延长线上的分段电极的数量范围是2到240个，各分段的长度可以相同，也可以不同。

上述四种图形方案以及分段式主栅方案，除了可以用于电池正面的主栅线图形，也可以用于单面电池背面的银电极图形，或者双面叠片电池背面的主栅线图形。

上述各种方案均可以用于有倒角或无倒角的电池片。

上述各种方案均适用于各种单晶硅太阳能电池，多晶硅太阳能电池，P型晶体硅PERC电池，N型晶体硅PERT电池，异质结电池，TOPCON电池，背接触电池。

与上述电池金属化图形方案对应的一种导电胶图形方案如图14所示。可以通过印刷或点胶等方式制备在电池正面的主栅线上，或者电池背面的银电极或主栅线上。

一种采用上述电池金属化图形的单面叠片电池制作的单面叠片组件如图15所示。一种采用上述电池金属化图形的双面叠片电池制作的双面叠片组件如图16所示。在叠片组件中，从左至右共分为N个长电池串(N≥1)。竖版型双面叠片组件共含有6个长电池串，分别记为串A、B、C、D、E、F。在叠片组件中，凡是位于组件正负极端的连接多个电池串的焊带，称为汇流条12；凡是位于组件中间电位，且连接多个电池串的焊带，称为并联焊带14；凡是与并联焊带相连，走向平行于电池串，并且连接旁路二极管的焊带，称为旁路焊带15。

另外，本实用新型的上述实施方式为实施例，具有与本实用新型的权利要求书的技术思想使之相同的方法并发挥相同作用效果的技术方案，均包含在本实用新型内。

Claims (10)

1.一种太阳能电池栅线结构，其特征在于，包括设置于硅片上的若干副栅线(1)、与副栅线(1)垂直的主栅线(2)；所述主栅线(2)由网格状多孔结构组成，主栅线(2)上涂覆导电胶(6)时，部分导电胶(6)填充在网格状多孔结构的网格孔内；所述的主栅线(2)为连续式或分段式结构。

2.根据权利要求1所述的一种太阳能电池栅线结构，其特征在于，所述的网格状多孔结构是由多条细线(7)相互交叉而成，细线(7)包括直线、折线及曲线中的一种或者多种任意组合而成。

3.根据权利要求1所述的一种太阳能电池栅线结构，其特征在于，所述的网格状多孔结构中的孔的特征长度是10微米到2000微米，整个主栅线(2)宽度是100到1500微米。

4.根据权利要求2所述的一种太阳能电池栅线结构，其特征在于，所述的细线(7)的宽度是5微米到1500微米，高度是5微米到100微米。

5.根据权利要求2所述的一种太阳能电池栅线结构，其特征在于，所述的细线(7)包括纵向细线(8)和横向细线(9)。

6.根据权利要求1所述的一种太阳能电池栅线结构，其特征在于，所述的主栅线(2)的网格状多孔结构下面，设置有金属层(10)或非金属层(11)，金属层(10)或非金属层(11)与电池片表面的钝化层或氧化层相接触；金属层(10)或非金属层(11)的厚度在0.002微米到100微米之间。

7.根据权利要求1所述的一种太阳能电池栅线结构，其特征在于，所述的硅片表面的钝化层或氧化层蚀刻形成缺口，主栅线(2)的网格状多孔结构穿过缺口与硅片基体接触。

8.根据权利要求1至7任意一项所述的一种太阳能电池栅线结构，其特征在于，所述的主栅线(2)的分段式结构中，每个分段电极的长度为80微米到150 毫米，每条主栅线(2)上分段电极的数量为2～240。

9.一种太阳能电池片，其特征在于，太阳能电池片的正面和/或背面采用权利要求1至8任意一项所述的太阳能电池栅线结构。

10.一种太阳能叠片组件，其特征在于，叠片组件采用权利要求9所述的太阳能电池片制成。