RU2623820C1 - Method of commutation of heterostructural photoelectric converters - Google Patents
Method of commutation of heterostructural photoelectric converters Download PDFInfo
- Publication number
- RU2623820C1 RU2623820C1 RU2016133606A RU2016133606A RU2623820C1 RU 2623820 C1 RU2623820 C1 RU 2623820C1 RU 2016133606 A RU2016133606 A RU 2016133606A RU 2016133606 A RU2016133606 A RU 2016133606A RU 2623820 C1 RU2623820 C1 RU 2623820C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- contact
- photoelectric converters
- adhesive
- heterostructured
- converters
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 48
- 238000003466 welding Methods 0.000 claims abstract description 44
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 claims abstract description 40
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 claims abstract description 40
- 239000012790 adhesive layer Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 22
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 description 8
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 7
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 7
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 7
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910021419 crystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 6
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 6
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000002966 varnish Substances 0.000 description 5
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 4
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 4
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 4
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000005219 brazing Methods 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 3
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 1
- 239000004831 Hot glue Substances 0.000 description 1
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 1
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 description 1
- 239000000443 aerosol Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000007499 fusion processing Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 229910003437 indium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- PJXISJQVUVHSOJ-UHFFFAOYSA-N indium(iii) oxide Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[In+3].[In+3] PJXISJQVUVHSOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N lead(0) Chemical compound [Pb] WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 229910021424 microcrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 229920000098 polyolefin Polymers 0.000 description 1
- 238000009417 prefabrication Methods 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 238000004080 punching Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001887 tin oxide Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
- H01L31/1876—Particular processes or apparatus for batch treatment of the devices
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
- H01L31/1876—Particular processes or apparatus for batch treatment of the devices
- H01L31/188—Apparatus specially adapted for automatic interconnection of solar cells in a module
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION
Изобретение относится к способам коммутации ячеек фотоэлектрических преобразователей на основе кристаллического кремния, в частности к способу контактирования контактных шин к пластинам фотоэлектрических преобразователей с применением адгезивов и ультразвуковой пайки.The invention relates to methods for switching cells of crystalline silicon-based photoelectric converters, in particular, to a method for contacting contact bars to plates of photoelectric converters using adhesives and ultrasonic brazing.
Уровень техникиState of the art
В процессе производства солнечных модулей на основе кристаллического кремния возникает необходимость коммутации отдельных ячеек фотопреобразователей в единую цепь. При этом при коммутации гетероструктурных фотопреобразователей на основе кремния исключаются процессы с температурой выше 200°C, так как более высокие температуры приводят к повреждению структуры и снижению ее эффективности. В этом случае для контактирования используют процедуру пайки низкотемпературным припоем, ультразвуковую пайку или клейку с использованием адгезива на основе коллоидного серебра. Эти способы обладают рядом недостатков. Пайка низкотемпературным припоем и ультразвуковая пайка не обеспечивают адгезии к поверхности пластины и паяются только с элементами токосъемной сетки. Из-за этого данные процессы не обеспечивают прочного механического соединения. Приклеивание контактных шин с помощью адгезива на основе коллоидного серебра обеспечивает более высокое механическое соединение, но имеет плохие электрические параметры.In the process of manufacturing solar modules based on crystalline silicon, it becomes necessary to switch individual cells of the photoconverters into a single circuit. Moreover, when switching heterostructured silicon-based photoconverters, processes with temperatures above 200 ° C are excluded, since higher temperatures lead to damage to the structure and a decrease in its efficiency. In this case, a low-temperature solder soldering procedure, ultrasonic brazing, or gluing using a colloidal silver adhesive are used for contacting. These methods have several disadvantages. Soldering with low-temperature solder and ultrasonic soldering do not provide adhesion to the surface of the plate and are soldered only with elements of the current collector mesh. Because of this, these processes do not provide a strong mechanical connection. Bonding contact bars using a colloidal silver adhesive provides a higher mechanical bond but has poor electrical parameters.
Из уровня техники известен способ соединения тонкопленочных солнечных модулей между собой электрическим контактом ([1] US 5580509(A), МПК H01L 31/0224, H01L 31/046, опубл. 03.12.1996). На подложку нанесен слой переднего электрода, например, из оксида цинка, легированный бором или алюминием, на который нанесен активный полупроводниковый слой из аморфного кремния. Слой заднего (тыльного) электрода нанесен на полупроводниковый слой. Для интегральной взаимосвязи, процесс осаждения сопровождается этапом структурирования для каждого из слоев.The prior art method for connecting thin-film solar modules with an electrical contact ([1] US 5580509 (A), IPC H01L 31/0224, H01L 31/046, publ. 03.12.1996). A front electrode layer, for example, of zinc oxide doped with boron or aluminum, is coated on a substrate, and an active semiconductor layer of amorphous silicon is deposited on it. A layer of the back (back) electrode is deposited on a semiconductor layer. For an integral relationship, the deposition process is followed by a structuring step for each of the layers.
Структурирующие линии ориентированы таким образом, что множество расположенных бок о бок полосообразных отдельных солнечных элементов, соединенных последовательно, производятся с соответствующими перекрывающими областями между передней и задней частями. Ток, генерируемый в гелиомодуле, может быть перехвачен и отводится от модуля, связываясь с двумя наружными, отдельными солнечными батареями. С этой целью на заднем контакте, параллельно структурирующим линиям, укладывают две контактные полоски. Контактные полоски могут быть прикреплены с помощью электропроводной пасты или с использованием ультразвуковой сварки. После механической фиксации контактных полосок, заднюю сторону модуля ламинируют, например, горячим расплавом клейкой фольги.Structuring lines are oriented in such a way that many side-by-side strip-shaped individual solar cells connected in series are produced with corresponding overlapping areas between the front and rear parts. The current generated in the solar module can be intercepted and diverted from the module, communicating with two external, separate solar panels. For this purpose, two contact strips are laid at the rear contact parallel to the structuring lines. Contact strips can be attached using conductive paste or using ultrasonic welding. After mechanical fixation of the contact strips, the back side of the module is laminated, for example, with hot melt adhesive tape.
Недостатком аналога является то, что данный способ нельзя применить для гетероструктурных фотоэлектрических преобразователей на основе аморфного и монокристаллического кремния, о которых идет речь в данной заявке.The disadvantage of the analogue is that this method cannot be applied to heterostructured photoelectric converters based on amorphous and single-crystal silicon, which are discussed in this application.
Из уровня техники известен ультразвуковой сварочный аппарат для тонкопленочных солнечных элементов ([2] CN 204135551 (U), МПК B23K 20/10, опубл. 04.02.2015), который позволяет снизить остаточные напряжения и деформации, возникающие вследствие вибрации высокой частоты.The prior art ultrasonic welding machine for thin-film solar cells ([2] CN 204135551 (U), IPC B23K 20/10, published 04.02.2015), which allows to reduce residual stresses and deformations arising from high-frequency vibration.
Из уровня техники известен способ сварки сборочной солнечной ячейки ([3] CN 103639586(A), МПК B23K 20/10, опубл. 19.03.2014), включающий размещение секций солнечных элементов на предварительно заданных позициях передней панели, подключение контактной ленты по направлению лент на концах секций ячеек в режиме доводки (притирки), чтобы получить заготовку. Далее заготовку располагают на рабочей площадке ультразвукового сварочного аппарата и приваривают впускные ленты к лентам секций, путем нажатия ультразвуковой головки, при этом задают ультразвуковую частоту волны, рабочую мощность, давление прессования и время прессования для сваривания контактной ленты к лентам секций.The prior art method for welding an assembly solar cell ([3] CN 103639586 (A), IPC B23K 20/10, published March 19, 2014), including placing sections of solar cells at predetermined positions of the front panel, connecting the contact strip in the direction of the tapes at the ends of the cell sections in the fine-tuning (lapping) mode to obtain a workpiece. Next, the workpiece is placed on the working platform of the ultrasonic welding machine and the inlet tapes are welded to the sections tapes by pressing the ultrasonic head, while setting the ultrasonic wave frequency, operating power, pressing pressure and pressing time for welding the contact tape to the sections tapes.
Недостатком аналога является предварительное изготовление и подгонка матрицы ультразвуковой головки к заготовке, при этом недостатком чисто ультразвуковой сварки является то, что механическое соединение образуется только с контактной сеткой, которая выполняется, в большинстве своем, путем трафаретной печати серебряной пастой. В результате сама контактная сетка обладает плохими механическими характеристиками. Если припаяться к контактной сетке, то она при механической нагрузке разрушится, что приведет к нарушению электрического контакта.The disadvantage of the analogue is the prefabrication and fitting of the matrix of the ultrasonic head to the workpiece, while the disadvantage of purely ultrasonic welding is that the mechanical connection is formed only with a contact grid, which is performed, for the most part, by screen printing with silver paste. As a result, the contact mesh itself has poor mechanical characteristics. If you solder to the contact grid, then it will collapse under mechanical stress, which will lead to disruption of the electrical contact.
Из уровня техники известен способ изготовления электродов для кристаллического кремния солнечного элемента (см. [4] CN 102969406 (A), МПК B23K 1/06, опубл. 13.03.2013), включающий сохранение пространства для передней шины электрода при обработке передней поверхности солнечного элемента и пространства для задней линии сетки электрода при обработке задней поверхности солнечного элемента; установку солнечной батареи на нагревательную вакуумную платформу; автоматическую подачу припоя (олова) посредством механизма подачи оловянной проволоки на ультразвуковую сварочную головку в определенном диапазоне температур; образование оловянного припоя на сохранившихся пространствах кремниевой пластины солнечного элемента и сварку связующей полосы (клеммы) на припой олова покрытия передней шины электрода и задней линии сетки электродов во время процедуры сборки аккумуляторной батареи.The prior art method of manufacturing electrodes for crystalline silicon of a solar cell (see [4] CN 102969406 (A), IPC
Замена серебряного материала припоя на олово снижает стоимость производства, однако данный аналог содержит ряд недостатков. Температура плавления олова около 270°С. В процессе сборки солнечных модулей процедура пайки допускается низкотемпературными припоями (например, InSn или BiSn, или ПОС 61), но, ввиду особенностей процесса, ситуация аналогична той, которая возникает в процессе ультразвуковой сварки, о которой написано раньше - разрушение контактной сетки.Replacing silver solder material with tin reduces the cost of production, however, this analogue contains several disadvantages. The melting temperature of tin is about 270 ° C. During the assembly of solar modules, the soldering procedure is allowed by low-temperature solders (for example, InSn or BiSn, or PIC 61), but, due to the peculiarities of the process, the situation is similar to that that occurs in the ultrasonic welding process, which was written about earlier - the destruction of the contact grid.
Из уровня техники известен способ подключения листов солнечных батарей (см. [5] CN 102122681 (А), МПК B23K 20/10, опубл. 13.07.2011), характеризующийся тем, что на задней стороне аккумуляторного листа расположен электрод, полученный из серебряной пасты; часть слоя пасты снимается таким образом, чтобы оголить алюминиевый слой металла, затем алюминиевый металлический слой соединяется с освещаемой поверхностью электрода другого листа через металлический подводящий провод, при этом соединение происходит за счет прижатия в ультразвуковом сварочном аппарате.The prior art method for connecting sheets of solar cells (see [5] CN 102122681 (A), IPC B23K 20/10, published 13.07.2011), characterized in that on the back side of the battery sheet is an electrode obtained from silver paste ; part of the paste layer is removed in such a way as to expose the aluminum metal layer, then the aluminum metal layer is connected to the illuminated surface of the electrode of another sheet through a metal lead wire, the connection being due to pressing in an ultrasonic welding machine.
Недостатком данного аналога является вероятность повреждения слоев при снятии слоя серебряной пасты. Также в данном патенте говорится о температурах от 300 до 800°C, что не применимо для гетероструктурных фотоэлектрических преобразователей на основе аморфного и кристаллического кремния. При более низких температурах сохраняется ситуация, описанная ранее, - разрушение элементов фотоэлектрического преобразователя, изготовленного из металлической пасты. На данном этапе развития техники, если контактная сетка получена из пасты (алюминиевой, серебряной или медной), она обладает плохими механическими свойствами (т.к. получается пористой). Поэтому, при монтаже непосредственно к контактной сетке, в том случае, когда к ней будет прикладываться механическая нагрузка, она может довольно легко разрушаться. Чтобы этого избежать и предложено заявленное изобретение с добавлением слоя адгезива, который даст нужные механические качества соединению (за счет того, что может крепиться непосредственно к пластине фотоэлектрического преобразователя (ФЭП)) и будет продавливаться при ультразвуковой сварке и не мешать электрическому соединению между контактной шиной и элементами контактной сетки.The disadvantage of this analogue is the probability of damage to the layers when removing a layer of silver paste. This patent also refers to temperatures from 300 to 800 ° C, which is not applicable for heterostructured photovoltaic cells based on amorphous and crystalline silicon. At lower temperatures, the situation described earlier is preserved - the destruction of the elements of the photoelectric transducer made of metal paste. At this stage in the development of technology, if the contact mesh is obtained from paste (aluminum, silver or copper), it has poor mechanical properties (as it is porous). Therefore, when mounting directly to the contact grid, in the case when a mechanical load will be applied to it, it can be quite easily destroyed. To avoid this, the claimed invention was proposed with the addition of an adhesive layer that will give the desired mechanical properties to the connection (due to the fact that it can be attached directly to the plate of the photoelectric transducer (PEC)) and will be pressed during ultrasonic welding and not interfere with the electrical connection between the contact bus and contact grid elements.
Наиболее близким аналогом заявленного изобретения, взятого за прототип, является способ крепления шины (полосы, ленты) на BZO (бор легированный оксидом цинка) тонкой пленки солнечного модуля (см. [6] CN 102825379(A), МПК B23K 20/10, опубл. 19.12.2012). Фиксация шины к слою BZO осуществляется ультразвуковым способом. Способ включает в себя укладку на конвейер тонкопленочного солнечного модуля из аморфного кремния со слоем BZO, при помощи ультразвуковых волн с определенной частоты и мощности повреждают массив кристаллической решетки оксида цинка на поверхности слоя BZO, тем самым образую пробелы в кристаллической решетке оксида цинка. В образованные щели кристаллической решетки оксида цинка вваривают шины, при помощи ультразвуковых волн и определенного давления так, чтобы атомы металла присоединились к кристаллической решетке слоя BZO.The closest analogue of the claimed invention, taken as a prototype, is a method of attaching a bus (strip, tape) to BZO (zinc oxide doped boron) of a thin film of a solar module (see [6] CN 102825379 (A), IPC B23K 20/10, publ. 12/19/2012). Fixation of the tire to the BZO layer is carried out in an ultrasonic manner. The method includes laying on a conveyor a thin-film amorphous silicon solar module with a BZO layer, using ultrasonic waves from a certain frequency and power, they damage the array of the zinc oxide crystal lattice on the surface of the BZO layer, thereby creating gaps in the zinc oxide crystal lattice. Tires are welded into the formed slots of the zinc oxide crystal lattice using ultrasonic waves and a certain pressure so that the metal atoms join the crystal lattice of the BZO layer.
Недостатком прототипа является возможность повреждения тонкой пленки слоя BZO. Толщина слоев BZO (оксид цинка легированный бором) в тонкопленочных солнечных модулях составляет порядка 1-2 мкм, что позволяет осуществлять ультразвуковую сварку к данному слою. Суммарная толщина всех слоев, нанесенных на поверхность гетеропереходного ФЭП на основе аморфного и микрокристаллического кремния, составляет порядка 200 нм, в связи с этим ультразвуковая пайка непосредственно к ним повредит структуру и снизит характеристики ФЭП. Пайка к элементам контактной сетки обладает вышеперечисленными недостатками.The disadvantage of the prototype is the possibility of damage to the thin film of the BZO layer. The thickness of the BZO layers (zinc oxide doped with boron) in thin-film solar modules is about 1-2 microns, which allows ultrasonic welding to this layer. The total thickness of all layers deposited on the surface of a heterojunction PEC based on amorphous and microcrystalline silicon is about 200 nm; therefore, ultrasonic soldering directly to them will damage the structure and reduce the characteristics of the PEC. Soldering to the elements of the contact grid has the above disadvantages.
Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION
Задачей заявленного изобретения является получение прочного механического соединения с низким контактным сопротивлением, без применения высокотемпературных процессов.The objective of the claimed invention is to obtain a durable mechanical connection with low contact resistance, without the use of high-temperature processes.
Техническим результатом является повышение прочности механического соединения при коммутации отдельных фотоэлектрических преобразователей в единую цепь, повышение надежности, снижение контактного сопротивления и повышение срока эксплуатации.The technical result is to increase the strength of the mechanical connection when switching individual photoelectric converters into a single circuit, increasing reliability, reducing contact resistance and increasing the life of the device.
Поставленная задача решается, а технический результат достигается за счет применения ультразвуковой пайки совместно с адгезивом, а более конкретно за счет заявленного способа коммутации гетероструктурных фотоэлектрических преобразователей, включающего присоединение контактных шин к контактным сеткам гетероструктурных фотоэлектрических преобразователей, при этом перед присоединением, между контактными шинами и поверхностью контактных сеток фотоэлектрических преобразователей наносят адгезив, присоединение контактных шин к контактным сеткам фотоэлектрическим преобразователям осуществляют ультразвуковой сваркой путем продавливания контактных шин через слой адгезива до элементов контактной сетки фотоэлектрических преобразователей и выполняют процесс сварки.The problem is solved, and the technical result is achieved through the use of ultrasonic brazing together with adhesive, and more specifically due to the claimed method of switching heterostructured photoelectric converters, including connecting contact buses to the contact grids of heterostructured photoelectric converters, while before connecting, between the contact buses and the surface contact grids of photovoltaic converters apply adhesive, connecting contact bars to the contact ktnym grids photoelectric converters is performed by ultrasonic welding contact rails by punching through the adhesive layer to the contact elements of the grid of photoelectric converters and perform the fusion process.
Технический результат также достигается за счет того, что адгезив наносят на поверхность фотоэлектрических преобразователей, поверх которого укладывают контактные шины.The technical result is also achieved due to the fact that the adhesive is applied to the surface of the photoelectric converters, on top of which the contact buses are laid.
Технический результат также достигается за счет того, что адгезив наносится на поверхность контактной шины со стороны фотоэлектрических преобразователей.The technical result is also achieved due to the fact that the adhesive is applied to the surface of the contact bus from the side of the photoelectric converters.
Технический результат также достигается за счет того, что адгезив наносят сплошным слоем на всю поверхность гетероструктурных фотоэлектрических преобразователей.The technical result is also achieved due to the fact that the adhesive is applied in a continuous layer to the entire surface of the heterostructured photoelectric converters.
Технический результат также достигается за счет того, что адгезив наносят на поверхность гетероструктурных фотоэлектрических преобразователей в местах присоединения контактных шин.The technical result is also achieved due to the fact that the adhesive is applied to the surface of heterostructured photoelectric converters at the points of contact busbar connection.
Технический результат также достигается за счет того, что ультразвуковую сварку осуществляют точечно, в местах расположения элементов токосъемной сетки.The technical result is also achieved due to the fact that ultrasonic welding is carried out pointwise, at the locations of the elements of the current collection grid.
Технический результат также достигается за счет того, что ультразвуковую сварку осуществляют передвижением ролика по всей поверхности контактных шин.The technical result is also achieved due to the fact that ultrasonic welding is carried out by moving the roller over the entire surface of the contact tires.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
Фиг. 1 - Гетероструктурный фотоэлектрический преобразователь на основе кристаллического кремния с продольными и поперечными элементами контактной сетки.FIG. 1 - Heterostructured photoelectric transducer based on crystalline silicon with longitudinal and transverse elements of the contact grid.
Фиг. 2 - Гетероструктурный фотоэлектрический преобразователь на основе кристаллического кремния только с поперечными элементами контактной сетки.FIG. 2 - Heterostructured photovoltaic converter based on crystalline silicon with only transverse contact grid elements.
Фиг. 3 - Область нанесения адгезива пример 1.FIG. 3 - Area of application of adhesive example 1.
Фиг. 4 - Область нанесения адгезива пример 2.FIG. 4 - Area of application of adhesive example 2.
Фиг. 5 - Расположение контактных шинFIG. 5 - Location of the contact bus
Фиг. 6 - Контактирование сборки из нескольких ячеек.FIG. 6 - Contacting the assembly of several cells.
На фигурах обозначены следующие позиции:The following positions are indicated in the figures:
1 - кремниевая пластина; 2 - поперечные контактные сетки; 3 - продольные контактные сетки; 4 - область нанесения адгезива; 5 - контактные шины.1 - silicon wafer; 2 - transverse contact grids; 3 - longitudinal contact grids; 4 - area of application of adhesive; 5 - contact tires.
Осуществление изобретенияThe implementation of the invention
Солнечный модуль - прибор, вырабатывающий электрическую энергию путем преобразования оптического излучения и состоящий из нескольких ячеек фотоэлектрических преобразователей объединенных в общую электрическую цепь в общем корпусе.A solar module is a device that generates electrical energy by converting optical radiation and consists of several cells of photovoltaic converters integrated into a common electrical circuit in a common housing.
Процесс коммутации гетероструктурных фотоэлектрических преобразователей на основе кремния методом ультразвуковой сварки (пайки) с применением адгезива - это процесс объединения отдельных ячеек фотопреобразователей на основе кремния (выполненных на отдельных кремниевых пластинах) в общую электрическую цепь в процессе сборки солнечного модуля. В заявленных ячейках применяется ITO (индий-оловянный оксид).The process of switching heterostructured silicon-based photoelectric converters by ultrasonic welding (soldering) using adhesive is the process of combining individual cells of silicon-based photoconverters (made on separate silicon wafers) into a common electrical circuit during the assembly of the solar module. The claimed cells use ITO (indium tin oxide).
Под отдельной ячейкой гетероструктурного фотоэлектрического преобразователя подразумевается кремниевая пластина со сформированной pin-структурой, необходимой для работы фотоэлектрического преобразователя, нанесенными токосъемными слоями (выполненными из прозрачных проводящих оксидов, таких как оксид индия, олова и прочих или металлов) и элементами контактной сетки. При этом продольные элементы контактной сетки могут отсутствовать, а поперечные присутствуют всегда (фигура 2).By a separate cell of a heterostructured photoelectric transducer is meant a silicon wafer with a formed pin structure necessary for the operation of the photoelectric transducer, deposited by current collector layers (made of transparent conductive oxides such as indium oxide, tin oxide and others or metals) and contact grid elements. In this case, the longitudinal elements of the contact grid may be absent, and the transverse ones are always present (figure 2).
Способ коммутации гетероструктурных фотоэлектрических преобразователей выполняют присоединением контактных шин (5) к контактным сеткам (2) и (3) гетероструктурных фотоэлектрических преобразователей, при этом перед присоединением, между контактными шинами и поверхностью контактных сеток фотоэлектрических преобразователей наносят адгезив (4), присоединение контактных шин к контактным сеткам фотоэлектрических преобразователей осуществляют ультразвуковой сваркой путем продавливания контактных шин через слой адгезива до элементов контактной сетки фотоэлектрических преобразователей и выполняют процесс сварки.The method of switching heterostructured photovoltaic converters is performed by attaching contact bars (5) to the contact grids (2) and (3) of heterostructured photovoltaic converters; in this case, adhesive is applied between the contact bars and the surface of the contact grids of the photoelectric converters (4), connecting the contact bars to contact grids of photoelectric converters are carried out by ultrasonic welding by forcing contact tires through an adhesive layer to contact elements Actual grid of photovoltaic cells and perform the welding process.
Под контактной сеткой подразумевается проводящая сетка, нанесенная на поверхность гетероструктурного фотоэлектрического преобразователя с целью уменьшения электрических потерь. Гетероструктурный фотоэлектрический преобразователь имеет контактной сетку с лицевой и тыльной сторон, при этом дизайн контактных сеток может отличаться. При этом продольные элементы контактной сетки (в случае их присутствия) выполняются более узкими, чем контактные шины. Это необходимо для достижения необходимой механической прочности в процессе приклеивания контактных шин адгезивом к поверхности фотопреобразователя, так как величина адгезии используемого адгезива к поверхности пластины выше, чем адгезия материала контактной сетки к поверхности пластины.Contact grid means a conductive grid deposited on the surface of a heterostructured photoelectric converter in order to reduce electrical losses. The heterostructured photoelectric converter has a contact grid on the front and back sides, while the design of contact grids may vary. In this case, the longitudinal elements of the contact grid (if present) are made narrower than the contact tires. This is necessary to achieve the necessary mechanical strength in the process of bonding contact tires with adhesive to the surface of the photoconverter, since the adhesion of the used adhesive to the surface of the plate is higher than the adhesion of the material of the contact grid to the surface of the plate.
Под адгезивом понимается вещество, которое в данном процессе обеспечивает механическую прочность соединения (склеивание). Адгезив может быть в любом агрегатном состоянии и наносится различными методами. В качестве адгезивов могут выступать прозрачные лаки, полиимидные лаки и смолы, эпоксидные лаки и смолы, лаки и адгезивы на основе полиолефинов и прочие, наносимые на всю поверхность фотоэлектрического преобразователя. В таком случае они также выполняют защитную роль. При этом адгезив может быть диэлектрическим. Лаки, смолы и полимеры наносят различными способами, такими как, намазыванием, распылением в виде спрея или аэрозоля, наливным, в том числе с применением центрифугирования, погружением пластины ФЭП в адгезив и прочие.Under the adhesive refers to a substance that in this process provides the mechanical strength of the connection (bonding). The adhesive can be in any aggregate state and is applied by various methods. Transparent varnishes, polyimide varnishes and resins, epoxy varnishes and resins, polyolefin-based varnishes and adhesives, and others, applied to the entire surface of the photoelectric converter can act as adhesives. In this case, they also play a protective role. In this case, the adhesive may be dielectric. Varnishes, resins and polymers are applied in various ways, such as by spreading, spraying in the form of a spray or aerosol, in bulk, including by centrifugation, by immersing the FEP plate in adhesive and others.
Под контактными шинами подразумеваются элементы солнечного модуля, обеспечивающие электрическую коммутацию отдельных ячеек фотоэлектрического преобразователя в сборке. Контактные шины выполняются из меди с различным покрытием. Перед сваркой на поверхность контактных шин может наноситься флюс.Contact buses mean elements of the solar module that provide electrical switching of individual cells of the photoelectric converter in the assembly. Contact tires are made of copper with various coatings. Before welding, flux can be applied to the surface of the contact bars.
Процесс ультразвуковой сварки может проходить в атмосфере воздуха или в присутствии газового флюса. Параметры процесса могут варьироваться в зависимости от способа и материала, из которого изготовлены продольные и поперечные элементы контактной сетки гетероструктурного фотоэлектрического преобразователя.The ultrasonic welding process can take place in an atmosphere of air or in the presence of a gas flux. The process parameters may vary depending on the method and the material from which the longitudinal and transverse elements of the contact grid of the heterostructured photoelectric converter are made.
Под ультразвуковой сваркой роликом понимается процесс так называемой непрерывной ультразвуковой сварки, когда головная часть сварочного аппарата выполнена в виде ролика, поворачивающегося в процессе сварки и образующего протяженный сварочный шов.Ultrasonic roller welding refers to the process of so-called continuous ultrasonic welding, when the head of the welding machine is made in the form of a roller that rotates during the welding process and forms an extended welding seam.
Под точечной ультразвуковой сваркой понимается процедура сварки, при которой головная часть сварочного аппарата выполнена в виде пресса и не поворачивается, а место сварки ограничено размером пресса. Протяженный сварочный шов при этом может достигаться за счет последовательного повторения процедуры сварки.By ultrasonic spot welding is meant a welding procedure in which the head of the welding machine is made in the form of a press and does not rotate, and the place of welding is limited by the size of the press. An extended welding seam can be achieved by repeating the welding procedure in sequence.
Пример 1 (пример монтажа контактных шин)Example 1 (example of mounting busbars)
На ячейку фотоэлектрического преобразователя с нанесенной контактной сеткой (фигура 1 или 2) наносится адгезив (фигура 3). Адгезив наносится в местах последующего монтажа контактных шин. Количество необходимых контактных шин может варьироваться в зависимости от площади используемой ячейки. Далее на адгезив производится укладка контактных шин. После чего сборка подвергается процедуре ультразвуковой сварки роликом. В процессе ультразвуковой сварки происходит продавливание адгезива и образование контакта между контактной шиной и элементами контактной сетки (см. фигуру 1 и 2).An adhesive is applied to the cell of the photoelectric converter with a contact grid (figure 1 or 2) (figure 3). The adhesive is applied in the areas of subsequent mounting of the contact bars. The number of contact bars required may vary depending on the area of the cell used. Further on the adhesive is laid contact tires. After that, the assembly is subjected to an ultrasonic roller welding procedure. In the process of ultrasonic welding, the adhesive is forced through and contact is formed between the contact bus and the elements of the contact mesh (see figure 1 and 2).
Пример 2 (пример монтажа контактных шин)Example 2 (example of mounting contact rails)
На ячейку фотоэлектрического преобразователя с нанесенной контактной сеткой (фигура 1 или 2) наносится адгезив (фигура 4). При этом адгезив наносится сплошным слоем на фронтальную и тыльную (лицевую и заднюю) стороны фотоэлектрического преобразователя. Дальнейшая процедура аналогична примеру 1.An adhesive is applied to the cell of the photoelectric converter with a contact grid (Figure 1 or 2) (Figure 4). In this case, the adhesive is applied in a continuous layer to the front and back (front and back) sides of the photoelectric converter. The further procedure is similar to example 1.
Пример 3 (пример монтажа контактных шин)Example 3 (example of mounting contact rails)
1. На участок контактных шин равный длине фотоэлектрического преобразователя наносится адгезив. В случае различия сторон контактной шины, адгезив наносится на сторону, которая будет контактироваться с фотопреобразователем.1. An adhesive is applied to the area of contact bars equal to the length of the photoelectric converter. In case of differences in the sides of the contact bus, the adhesive is applied to the side that will be in contact with the photoconverter.
2. Производится монтаж контактных шин на фотопреобразователь. Для получения электрического соединения применяется точечная ультразвуковая сварка. При этом места воздействия ультразвуковой головкой выбираются таким образом, чтобы получить контакт с элементами контактной сетки (наличие продольных элементов контактной сетки, в данном случае, дает возможность для увеличения допусков).2. Installation of contact tires on the photoconverter is carried out. To obtain an electrical connection, spot ultrasonic welding is used. In this case, the places of impact with the ultrasonic head are selected in such a way as to obtain contact with the elements of the contact grid (the presence of longitudinal elements of the contact grid, in this case, makes it possible to increase tolerances).
Пример 4 (пример сборки цепочки из нескольких фотопреобразователей)Example 4 (an example of assembling a chain of several photoconverters)
1. Адгезив наносится на контактные шины.1. The adhesive is applied to the contact rails.
2. Производится монтаж контактных шин к тыльной стороне фотопреобразователя.2. The contact bus is mounted to the back of the photoconverter.
3. На лицевую сторону фотопреобразователя наносится адгезив и производится монтаж следующих контактных шин.3. An adhesive is applied to the front of the photoconverter and the following contact rails are mounted.
4. Далее полученная сборка подвергается двухсторонней ультразвуковой сварке роликом (при этом, ультразвуковой сварке подвергаются контактные шины, расположенные на тыльной и на лицевой сторонах фотопреобразователя).4. Next, the assembly obtained is subjected to double-sided ultrasonic welding by a roller (in this case, contact tires located on the rear and front sides of the photoconverter are subjected to ultrasonic welding).
5. На прикрепленные к фотопреобразователю контактные шины, соответствующие коммутационной схеме, наносится адгезив.5. An adhesive is applied to the contact bars attached to the photoconverter corresponding to the switching circuit.
6. Процедура повторяется нужное количество раз начиная с пункта 2. Схематичное изображение вида с, боку приведено на фигуре 5.6. The procedure is repeated as many times as necessary starting from
Ультразвуковая сварка позволяет получить высококачественный электрический контакт между элементами контактной сетки и контактными шинами. Однако данное соединение будет обладать низкими механическими характеристиками (ввиду низких механических характеристик элементов контактной сетки). Применение в дополнении к ультразвуковой сварке адгезивов, позволяющих сформировать надежное механические соединение между контактной шиной и пластиной фотопреобразователя позволяет решить данную проблему без снижения электрических характеристик соединения.Ultrasonic welding allows you to get high-quality electrical contact between the elements of the contact grid and contact tires. However, this connection will have low mechanical characteristics (due to the low mechanical characteristics of the elements of the contact grid). The use of adhesives in addition to ultrasonic welding, which allows to form a reliable mechanical connection between the contact bus and the plate of the photoconverter, allows to solve this problem without reducing the electrical characteristics of the connection.
Claims (9)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016133606A RU2623820C1 (en) | 2016-08-16 | 2016-08-16 | Method of commutation of heterostructural photoelectric converters |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016133606A RU2623820C1 (en) | 2016-08-16 | 2016-08-16 | Method of commutation of heterostructural photoelectric converters |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2623820C1 true RU2623820C1 (en) | 2017-06-29 |
Family
ID=59312421
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016133606A RU2623820C1 (en) | 2016-08-16 | 2016-08-16 | Method of commutation of heterostructural photoelectric converters |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2623820C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2663543C1 (en) * | 2017-08-31 | 2018-08-07 | Общество с ограниченной ответственностью "НТЦ тонкопленочных технологий в энергетике", ООО "НТЦ ТПТ" | Method for assembling solar modules a monolithic solar module from cells of photoelectric converters by using an adhesive layer |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000004034A (en) * | 1998-06-16 | 2000-01-07 | Yazaki Corp | Connecting method for bus bar in solar battery module |
| RU2156522C1 (en) * | 1999-03-29 | 2000-09-20 | Открытое акционерное общество "Сатурн" | Solar battery |
| WO2003012883A2 (en) * | 2001-08-02 | 2003-02-13 | Shell Solar Gmbh | Method for contacting thin-film electrodes |
| JP2012004182A (en) * | 2010-06-14 | 2012-01-05 | Nippon Avionics Co Ltd | Connection method and apparatus for solar battery connecting member |
| CN102825379A (en) * | 2012-08-28 | 2012-12-19 | 保定天威薄膜光伏有限公司 | Method for fixing bus tape (strip) on BZO (boron-doped zinc oxide) thin film of thin film solar module |
| CN103639586A (en) * | 2013-11-25 | 2014-03-19 | 英利集团有限公司 | Solar cell assembly welding method |
| RU2525633C1 (en) * | 2013-02-20 | 2014-08-20 | Открытое акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (ОАО "Российские космические системы") | Solar battery for small-size spacecrafts and method of its manufacturing |
-
2016
- 2016-08-16 RU RU2016133606A patent/RU2623820C1/en active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000004034A (en) * | 1998-06-16 | 2000-01-07 | Yazaki Corp | Connecting method for bus bar in solar battery module |
| RU2156522C1 (en) * | 1999-03-29 | 2000-09-20 | Открытое акционерное общество "Сатурн" | Solar battery |
| WO2003012883A2 (en) * | 2001-08-02 | 2003-02-13 | Shell Solar Gmbh | Method for contacting thin-film electrodes |
| JP2012004182A (en) * | 2010-06-14 | 2012-01-05 | Nippon Avionics Co Ltd | Connection method and apparatus for solar battery connecting member |
| CN102825379A (en) * | 2012-08-28 | 2012-12-19 | 保定天威薄膜光伏有限公司 | Method for fixing bus tape (strip) on BZO (boron-doped zinc oxide) thin film of thin film solar module |
| RU2525633C1 (en) * | 2013-02-20 | 2014-08-20 | Открытое акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (ОАО "Российские космические системы") | Solar battery for small-size spacecrafts and method of its manufacturing |
| CN103639586A (en) * | 2013-11-25 | 2014-03-19 | 英利集团有限公司 | Solar cell assembly welding method |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2663543C1 (en) * | 2017-08-31 | 2018-08-07 | Общество с ограниченной ответственностью "НТЦ тонкопленочных технологий в энергетике", ООО "НТЦ ТПТ" | Method for assembling solar modules a monolithic solar module from cells of photoelectric converters by using an adhesive layer |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10930804B2 (en) | Metallization of solar cells using metal foils | |
| JP3548246B2 (en) | Photovoltaic element and method for manufacturing the same | |
| EP1939944B1 (en) | Solar cell and solar cell module | |
| JP5031937B2 (en) | Solar cell module and manufacturing method thereof | |
| US20100071752A1 (en) | Solar Cell Module Having Buss Adhered With Conductive Adhesive | |
| US20100319751A1 (en) | Series interconnected thin-film photovoltaic module and method for preparation thereof | |
| US20060260673A1 (en) | Photovoltaic element and method of producing photovoltaic element | |
| US8691694B2 (en) | Solderless back contact solar cell module assembly process | |
| EP2075852A2 (en) | Solar cell module and method of manufacturing the same | |
| JP2005252062A (en) | Solar cell device | |
| JP2008135655A (en) | Solar battery module, manufacturing method therefor, and solar battery cell | |
| JP5014503B2 (en) | Solar cell and solar cell module | |
| JP2004247402A (en) | Solar cell module and its manufacturing method | |
| CN107534069B (en) | Method for manufacturing solar cell module | |
| JPWO2012173203A1 (en) | Solar cell and method for manufacturing the same | |
| JP2010239167A (en) | Solar cell module | |
| JP2007305876A (en) | Solar cell module | |
| CN115763603A (en) | Photovoltaic module | |
| JP3243232B2 (en) | Thin film solar cell module | |
| RU2623820C1 (en) | Method of commutation of heterostructural photoelectric converters | |
| WO2024012161A1 (en) | Main gate-free ibc battery module unit and manufacturing method thereof, battery module, and battery module string | |
| US20110287568A1 (en) | Method of manufacturing thin film solar cell | |
| CN116581166A (en) | Solar cell module | |
| CN103390672A (en) | Integrated thin-film solar battery component and preparation method thereof | |
| RU2651642C1 (en) | Photoelectric transducer with a self-healing contact |