CN114303250A - 优化的太阳能电池、太阳能电池模块及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种双面太阳能电池(1),该双面太阳能电池包括正面侧(10)和背面侧(20),所述正面侧和背面侧(10、20)具有由透明导电氧化物制成的相应的外层(34),在该外层上放置有相应的金属化格栅(11、21),每个金属化格栅(11、21)包括在所述太阳能电池(1)的水平方向(x)上平行于彼此延伸的第一集电极(111、211)和与所述第一集电极(111、211)交叉的第二集电极(112、212),每个第二集电极(112、212)包括两个竖向元件(112a、112b、212a、212b)和连接所述两个竖向元件(112a、112b、212a、212b)的至少一个水平元件(112c、212c),每一个或每两个第一集电极(111)或者每3个或每6个第一集电极(211)存在一个水平元件,其中,所述金属化格栅(11、21)还包括至少一个相应的正面或背面区域(113、213),所述正面或背面区域(113、213)包括所述至少一个水平元件(112c、212c)和由透明导电氧化物制成的下方外层(34)的一部分,使得电池连接器可以通过被沉积在所述正面或背面区域(113、213)上的导电性胶粘剂被附接到所述太阳能电池(1)而不需要用于所述导电性胶粘剂的物理屏障。本发明还涉及太阳能电池模块及其制造方法。
Description
本发明涉及一种优化的太阳能电池。特别地,本发明涉及用于形成太阳能电池模块的太阳能电池金属化布局及其制造方法。
更具体地,本发明涉及一种金属化布局,该金属化布局用于基于异质结技术(HJT)的双面太阳能电池,也被称为HJT太阳能电池。
已知并如图1所示,HJT双面太阳能电池通常是通过在单晶硅(c-Si)晶圆的两侧上使用非常薄的氢化非晶硅(a-Si:H)层来实现的,该氢化非晶硅层通常测量为在10-20nm之间。
通常,在沉积a-Si:H之前,c-Si块衬底经受织构化加工,所述c-Si块具有通常在0.1-10Ωcm之间的电阻率和等于180μm的厚度。
织构化处理包括允许去除锯状损伤的若干不同的化学蚀刻步骤,并使得在晶圆的两个表面上形成角锥体(具有在1÷5μm之间的平均尺寸)。
事实上,角锥体允许既降低表面的反射率,又减少小角度的光散射,从而增加晶圆内的光程。
a-Si:H层被沉积在c-Si晶圆的两侧以使该晶圆的表面钝化,减少晶体硅晶圆表面上的硅悬挂键。
表面缺陷的减少使得硅晶圆的带隙内聚焦缺陷水平降低,这些缺陷是少数载流子的复合中心,从而造成开路电压(Voc)降低。
在钝化之后,沉积接触层。具体地,为了创建PN结,p+层被沉积在钝化晶圆的一侧[a-Si:H(p)]上,并且n+层被沉积在相反侧[a-Si:H(n)]上。
当使用n型c-Si时,相对于太阳光的方向,电池的p-侧可以是电池的背面发射极。
具体地,通常采用n型硅晶圆以达到高效率,并且在这些特定情况下,少数载流子是空穴。
然后,太阳能电池装置可以通过在晶圆的两侧上沉积透明导电氧化物(TCO)层(通常为铟锡氧化物,也被称为ITO)来完成,该导电氧化物充当金属触点以收集和驱动电荷通过银金属格栅(grid:栅极板、栅极)。
最后,通常由银电极的格栅构成的两种不同的金属化布局被丝网印刷在正面侧和后面侧上。
图2示出了正面侧的典型金属化布局的示例。
电池的架构可以在后面侧上具有发射极(在此情况下,太阳能电池将被表示为背面发射极太阳能电池)。
通过上述方法获得的太阳能电池然后可以成为性能测量的对象。
典型的银金属格栅包括:水平电极,也被称为指状件F;以及竖向电极,也被称为汇流条BB。
由于金属格栅的存在,可以通过将两个或更多个太阳能电池连接在一起来组装太阳能模块。
具体地,汇流条BB被用于收集电池的电流,从而允许对电池进行电流-电压(IV)测量,以及在太阳能模块组装阶段期间连接格栅连接器——也被称为带状件,以用于电池到电池的连接。
在单个太阳能电池中汇流条的数量是可变的,但通常在2至8个之间。
值得注意的是,由于使用了金属诸如银,金属格栅的形成是昂贵的步骤。
因此,现有技术文献公开了不同的优化布局,其目的是节省用于生产单个太阳能电池的银浆。
特别地,日本专利号JP 5368 022 B2公开了一种太阳能电池的金属化布局,其中汇流条可以具有开口,以节省银浆并抑制由太阳能电池的热处理所引起的剥离。
类似地,欧洲专利号EP 2 816 609 B1公开了一种汇流条,该汇流条被分成彼此之间物理分离的两个平行部分,分别为主汇流条和辅助汇流条。在此情况下,主汇流条可以具有开口以节省用于生产太阳能电池的银浆,并且带状件可以通过导电浆被粘合到主汇流条上。另一方面,辅助汇流条没有被粘合到带状件,而是充当上述导电浆的屏障。事实上,根据EP 2 816 609 B1,辅助汇流条是可能由于加工误差而使带状件粘附的区域。
然而,在此情况下,通过具有带开口的主汇流条而节省的银浆被部分地用于生产辅助汇流条。
欧洲专利号EP 2 704 202公开了一种太阳能电池,其中汇流条区域可以具有开口,并且带状件可以在由非导电材料制成的特定带状件连接部分上被粘合到太阳能电池,该带状件连接部分是在太阳能电池本身的掺杂层上形成的太阳能电池附加层。然而,在此情况下,由于所述非导电材料的存在,电池暴露于光的总面积减小。
最后,专利申请号US 2017/0373210 A1和WO 2017/119036 A1公开了一种太阳能电池,其中汇流条区域可以具有开口并且带状件可以通过完全覆盖汇流条的导电胶带被附接到所述汇流条。
因此,本发明的目的是提供一种允许达到以下效果的金属化布局:
-最小化电阻;
-最大化电池暴露于光的总面积;以及
-最小化银浆消耗。
本发明的另一目的是提供一种金属化布局,其中带状件可以通过导电性胶粘剂(ECA)被粘合到相应的汇流条。
特别地,本发明的目的是提供一种还实现以下效果的金属化布局:
-有效地粘合或焊接带状件,以具有足够的剥离强度
-最小化ECA消耗;以及
-具有可靠的电池电气性能。
此外,本发明的目的是提供一种汇流条,该汇流条可以被粘合到相应的带状件而不需要额外的非导电材料层且不需要形成用于胶粘剂本身的屏障的辅助汇流条。
本发明的另一目的是上述金属化布局可以被应用于不同类型的太阳能电池。
本发明的另一目的是提供一种用于制造上述金属化布局的方法。
最后,本发明的目的是提供一种用于通过ECA连接两个或更多个电池的方法。
因此,本发明的具体目标是一种双面太阳能电池,优选地为HJT太阳能电池,包括正面侧和背面侧,所述正面和背面侧具有由透明导电氧化物制成的相应的外层,在该外层上放置有相应的金属化格栅,每个金属化格栅包括在所述太阳能电池的水平方向上平行于彼此延伸的第一集电极和与所述第一集电极交叉的第二集电极,每个第二集电极包括两个竖向元件和连接所述两个竖向元件的至少一个水平元件,所述太阳能电池的特征在于,所述金属化格栅还包括至少一个相应的正面区域或背面区域,所述正面区域或背面区域包括所述至少一个水平元件和由透明导电氧化物制成的下方外层的一部分,使得电池连接器可以通过被沉积在所述正面区域或背面区域上的导电性胶粘剂附接到所述太阳能电池,而不需要用于所述导电性胶粘剂的物理屏障。
根据本发明,每个竖向元件可以包括对应于每个第一集电极的突出部,所述突出部从所述竖向元件水平突出以便于扩展所述第二集电极的总体水平尺寸,从而保证对所述太阳能电池进行可靠的电流测量。
根据本发明,与所述两个竖向元件交叉的每个水平元件优选地被放置为与相应的第一集电极对应。
此外,根据本发明,在所述背面侧上的所述第一集电极的数量可以是在所述正面侧上的所述第一集电极的数量的三倍。
根据本发明,在所述正面侧上,每一个第一集电极或每两个第一集电极可以有一个水平元件,以及在所述背面侧上,每三个第一集电极或每六个第一集电极可以有一个水平元件。
最后,根据本发明,所述背面区域在尺寸上可以大于所述正面区域。
本发明的另一具体目的是一种太阳能电池模块,该太阳能电池模块包括如上所述的第一和第二太阳能电池,所述太阳能电池模块包括电池连接器,所述电池连接器包括通过导电性胶粘剂与所述第一太阳能电池的所述正面区域连接的第一部分,所述太阳能电池连接器还包括通过导电性胶粘剂与所述第二太阳能电池的所述背面区域连接的第二部分。
最后,本发明的另一目的是一种用于在太阳能电池模块中连接第一和第二双面太阳能电池的方法,每个太阳能电池包括正面侧和背面侧,所述正面和背面侧具有由透明导电氧化物制成的相应的外层,在该外层上放置有金属化格栅,每个金属化格栅包括在所述太阳能电池的水平方向上平行于彼此延伸的第一集电极和与所述第一集电极交叉的第二集电极,每个第二集电极包括两个竖向的元件和连接所述两个竖向元件的至少一个水平元件,所述太阳能电池模块还包括电池连接器,所述方法的特征在于包括以下步骤:
a)将导电性胶粘剂层沉积在所述第一太阳能电池的正面侧上,对应于所述水平元件,所述胶粘剂覆盖所述水平元件和所述外层的被包括在所述两个竖向元件之间的部分;
b)将导电性胶粘剂层沉积在所述第二太阳能电池的背面侧上,对应于所述水平元件,所述胶粘剂覆盖所述水平元件和所述外层的被包括在所述两个竖向元件之间的部分;和
c)将所述电池连接器的第一部分附接到在步骤a)中被沉积的所述导电性胶粘剂,并将所述电池连接器的第二部分附接到在步骤b)中被沉积的所述导电性胶粘剂,以便于将所述第一太阳能电池的所述正面侧连接到所述第二太阳能电池的所述背面侧。
根据本发明,在步骤a)中被沉积的所述导电性胶粘剂不能延伸超过所述两个竖向元件,以及在步骤b)中被沉积的所述导电性胶粘剂可以延伸超过所述两个竖向元件。
最后,根据本发明,在所述方法中使用的所述太阳能电池可以是上述太阳能电池。
出于例示性而非限制性的目的,现在将根据本发明的优选实施方式,特别地参考附图来描述本发明,其中:
图1示出了已知HJT太阳能电池的截面;
图2示出了已知太阳能电池金属化格栅的正视图;
图3a示出了根据本发明的太阳能电池的正面侧的一部分的正视图;
图3b示出了图3a的放大图;
图4a示出了图3a的太阳能电池的背面侧的一部分的后视图;
图4b示出了图4a的放大图;
图5示出了根据本发明的太阳能电池的正面侧的一部分的正视图,其中,已用矩形标记了根据本发明的将放置导电性胶粘剂的正面区域;
图6示出了图5的太阳能电池的背面侧的一部分的后视图,其中已用矩形标记了根据本发明的将放置导电性胶粘剂的背面区域;
图7示出了根据本发明的太阳能电池的正面侧的一部分的正视图,其中已经施加了导电性胶粘剂,该图像是通过光学显微镜获得的。
参考图3-图7,根据本发明的太阳能电池1具有正面侧10和后面侧20。
太阳能电池1优选地为HJT太阳能电池1,类似于现有技术中已知的HJT太阳能电池1,包括:由c-Si制成的中心层3,优选地由n型c-Si或c-Si(n)制成;由氢化非晶硅a-Si:H制成的两个中间层31,环绕所述中心层3;由n+氢化非晶硅a-Si:H(n+)制成的第一正面层32和由p+氢化非晶硅a-Si:H(p+)制成的第一背面层33,该第一正面层和第一背面层均与一个相应的中间层31接触,所述第一正面层32对应于太阳能电池1的正面侧10,且所述第一背面层33对应于太阳能电池1的背面侧20,所述第一正面层和背面层33、32两者均被由导电材料优选地TCO制成的外层34覆盖。
太阳能电池1的每一侧10、20还包括相应的外部金属化格栅11、21,该外部金属化格栅包括在所述太阳能电池的水平方向x上平行于彼此延伸的第一集电极111、211或指状件111、211。
优选地,在相应侧10、20上的每个指状件111、211之间的距离是恒定的。
特别地,背面侧20上的指状件211的数量大于正面侧10上的指状件111的数量,优选地为三倍,以降低指状件的电阻,而不过度限制电池的有效面积。
太阳能电池1的每一侧10、20还包括在所述太阳能电池的竖向方向y上延伸的第二集电极112、212或汇流条112、212,所述竖向方向y横向于所述水平方向x。
具体地,每一侧10、20的每个汇流条112、212包括:两个竖向元件112a、112b、212a、212b;和连接所述两个竖向元件112a、112b、212a、212b的多个水平元件112c、212c或衬垫112c、212c。
特别地,每个水平元件112c、212c被放置为与指状件111、211相对应。然而,在正面侧10上,一个水平元件112c优选地被放置在每个指状件111或每两个指状件111处,而在背面侧20上,所述水平元件212c的数量少于指状件211的数量,优选地是指状件211的数量的三分之一,更优选地,每三个或六个指状件211放置一个水平元件211c。
特别地,在每一侧10、20上的每个汇流条112、212的两个连续竖向元件112a、112b、212a、212b之间的优选距离可以在0.055-0.065mm之间变化,优选地等于0.6mm,而在每一侧10、20上的两个连续的衬垫112c、212c之间的优选距离在1.795-1.805mm之间的范围内,优选地等于1.8mm。
此外,在背面侧上的两个连续指状件之间的优选距离等于0.6mm。
此外,每个汇流条112、212包括多个突出部112d、212d或微衬垫112d、212d,该突出部或微衬垫从所述竖向元件112a、112b、212a、212b水平地突出,增加了所述汇流条112、212的水平尺寸。
优选地,具有所述突出部112d、212d的每个汇流条112、212的总水平尺寸等于0.9mm。
特别地,每个微衬垫112d、212d的水平尺寸可以在0.895-0.905mm之间变化。
具体地,在电池1的正面侧10和背面侧20上的每个汇流条112、212包括突出部112d、212d,该突出部用于与所述汇流条112、212连接的每个指状件111、211。
上述布局允许电池连接器或带状件容易粘合,该电池连接器或带状件在两个相邻太阳能电池1之间使其彼此连接。
特别地,带状件通常将第一太阳能电池1的正面侧10连接到第二太阳能电池1的背面侧20。
实际上,导电性胶粘剂,优选地为导电胶,可以对应于每个衬垫112c、212c被放置在电池的正面侧10和/或背面侧20上,以便与由金属化格栅下方的TCO制成的导电层34部分地叠置。
当这种胶粘剂被放置在电池1上时,它将因此覆盖电池1的正面侧10上的正面区域113和/或电池1的背面侧20上的背面区域213。
因此,电池1设置有不连续的正面区域113和背面区域213,并且导电胶将以非连续的方式以点状沉积在电池1的所述正面区域113和/或所述背面区域213上。
特别地,正面区域113将彼此相距第一距离,以及背面区域213将彼此相距第二距离。
因此,在这种配置中,带状件将仅被附接到电池1的所述间歇区域113、213,在与使用完全覆盖汇流条的导电胶带相比的情况下,减少了导电性胶粘剂的总消耗。
由导电性胶粘剂覆盖的区域113、213的优选尺寸为:对于电池1的正面侧10是0.5x0.7mm2,对于电池的背面侧20是0.7x0.7mm2,其中,0.5mm和0.7mm分别表示这些区域的水平边缘和竖向边缘。
事实上,由于用于电池1的背面侧20上的所述导电性胶粘剂的定位系统可能不太准确,导电性胶粘剂覆盖的背面区域213应该在尺寸上大于由导电性胶粘剂覆盖的正面区域113。
有利地,拟议形状的汇流条112、212充当导电性胶粘剂的导向孔,限制由不同的堆叠层(例如,银触点+ECA+带状件)制成的太阳能电池模块的总厚度。这也减少了封装过程期间在太阳能电池1上引起的机械应力,并因此减少了可能在电池1上形成的裂缝。在模块寿命期间,应力降低还可以产生较好的模块可靠性。
此外,所述布局有利地允许保持所述太阳能电池1的高电气性能。特别地,电池电气性能测量可以通过被放置在两侧10、20上的汇流条112、212上的成组微尖端件来完成。具体地,这种微尖端件可以被放置在衬垫112c、212c上或在竖向元件112b、212b上。
事实上,衬垫112c、212c和竖向元件112b、212b的尺寸已被选择,以在尖端件可能未对准的情况下也能实现精确测量。
因此,由于所拟议的电池金属化布局,可以减少银浆消耗,保持电池电气性能。
事实上,为了对电池1电气性能进行可靠的测量,需要尖端件与测量汇流条112、212之间的良好接触,以及尖端件在所述汇流条112、212上的准确位置。
因此,电池1上的尖端件尺寸和位置已被优化,以便于在每个尖端件与上述汇流条112、212之间保持良好的电接触。
值得注意的是,汇流条112、212金属化布局可以被应用于不同种类的太阳能电池1。因此,将带状件粘合到汇流条112、212以用于多个太阳能电池1连接在一起的拟议方法也可以被应用于不同种类的太阳能电池1。
然而,在使用HJT太阳能电池1的情况下,这种解决方案是特别有利的。
事实上,导电性胶粘剂在TCO上的粘附性比在银浆上表现得更好。这种较好的粘附性使得电池1的有限区域113、213内有较好的剥离强度。
此外,由于这种较好的粘附性,可以减少胶粘剂消耗,使得生产成本降低。
事实上,导电性胶粘剂通常包括银,并因此是一种昂贵的元素。拟议的金属化布局所允许的、ECA在TCO上的良好粘合,有利地不需要用于胶粘剂的任何种类的物理屏障,诸如不需要存在由围绕主汇流条112、212的两条附加外部竖向线制成的分离的辅助汇流条。因此,拟议的布局不会造成任何电流中断,并降低了电池1的整体电阻。此外,这种良好的粘附性不需要在太阳能电池1中存在任何额外的非导电层,最大化暴露于光的区域。
示例1
在HJT太阳能电池1和太阳能电池模块上测试了上述金属化布局。获得了以下结果:
-与其他已知的HJT电池相当的太阳能电池1和太阳能电池模块的性能;
-与其他已知的HJT电池相比的话,减少了至少10%的银消耗;
-可靠的电池电气性能测量(使用适当的工具设置);以及
-带状件粘附后可靠的剥离强度。
测试是在大量的太阳能电池1上进行的(加工了超过50000个具有良好电气性能的太阳能电池)。
通过所述导电性胶粘剂被附接到所述正面或背面区域113、213上的带状件的测量剥离力总是大于1N/mm。该值与在直型汇流条或直型ECA上点胶所获得的值相当。
根据本发明的优选实施方式,已经出于例示性而非限制性的目的描述了本发明,但是应当理解的是,本领域技术人员可以在不脱离所附权利要求书所限定的权利要求范围的情况下进行变型和/或修改。
Claims (13)
1.双面太阳能电池(1),包括正面侧(10)和背面侧(20),所述正面侧和背面侧(10、20)具有由透明导电氧化物制成的相应外层(34),在所述外层上放置有相应的金属化格栅(11、21),每个金属化格栅(11、21)包括
第一集电极(111、211),所述第一集电极在所述太阳能电池(1)的水平方向(x)上平行于彼此延伸,和
第二集电极(112、212),所述第二集电极与所述第一集电极(111、211)交叉,每个第二集电极(112、212)包括两个竖向元件(112a、112b、212a、212b)和连接所述两个竖向元件(112a、112b、212a、212b)的至少一个水平元件(112c、212c),
所述太阳能电池的特征在于,所述金属化格栅(11、21)还包括相应的正面或背面区域(113、213),所述正面或背面区域(113、213)包括所述至少一个水平元件(112c、212c)和由透明导电氧化物制成的下方外层(34)的一部分,且所述正面或背面区域彼此相距一距离,使得能够通过将导电胶以点状沉积在所述正面或背面区域(113、213)上来使电池连接器以非连续方式附接到所述太阳能电池(1),而不需要用于所述导电胶的物理屏障。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池(1),其特征在于,每个竖向元件(112a、112b、212a、212b)包括对应于每个第一集电极(111、211)的突出部(112d、212d),所述突出部(112d、212d)从所述竖向元件(112a、112b、212a、212b)水平突出,以扩展所述第二集电极(112、212)的总水平尺寸,从而保证对所述太阳能电池(1)进行可靠的电流测量。
3.根据前述权利要求中任一项所述的太阳能电池(1),其特征在于,所述太阳能电池(1)是HJT太阳能电池。
4.根据前述权利要求中任一项所述的太阳能电池(1),其特征在于,每个水平元件(112c、212c)与所述两个竖向元件(112a、112b、212a、212b)交叉并且被放置为对应于相应的第一集电极(111、211)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的太阳能电池(1),其特征在于,所述背面侧(20)上的所述第一集电极(211)在数量上是所述正面侧(10)上的所述第一集电极(111)的三倍。
6.根据前述权利要求中任一项所述的太阳能电池(1),其特征在于,在所述正面侧(10)上,每一个第一集电极(111)或每两个第一集电极(111)存在一个水平元件(112c)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的太阳能电池(1),其特征在于,在所述背面侧(20)上,每三个第一集电极(211)或每六个第一集电极(211)存在一个水平元件(212c)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的太阳能电池(1),其特征在于,所述背面区域(213)在尺寸上大于所述正面区域(113)。
9.太阳能电池模块,包括根据前述权利要求中任一项所述的第一和第二太阳能电池(1),所述太阳能电池模块包括电池连接器,所述电池连接器包括第一部分,所述第一部分通过以点状沉积在所述正面区域(113)上的导电胶以非连续方式连接到所述第一太阳能电池(1)的所述正面区域(113),所述电池连接器还包括第二部分,所述第二部分通过以点状沉积在所述背面区域(213)上的导电胶以非连续方式连接到所述第二太阳能电池(1)的所述背面区域(213)。
10.用于在太阳能电池模块中连接第一和第二双面太阳能电池(1)的方法,每个太阳能电池(1)包括正面侧(10)和背面侧(20),所述正面侧和背面侧(10、20)具有由透明导电氧化物制成的相应外层(34),在所述外层上放置有金属化格栅(11、21),每个金属化格栅(11、21)包括在所述太阳能电池(1)的水平方向(x)上平行于彼此延伸的第一集电极(111、211)和与所述第一集电极(111、211)交叉的第二集电极(112、212),每个第二集电极(112、212)包括两个竖向元件(112a、112b、212a、212b)和连接所述两个竖向元件(112a、112b、212a、212b)的至少一个水平元件(112c、212c),所述太阳能电池模块还包括电池连接器,所述方法的特征在于包括以下步骤:
a)将点状导电胶以非连续的方式沉积在所述第一太阳能电池(1)的正面侧(10)上,每个点状物对应于所述水平元件(112c)进行沉积,所述胶粘剂覆盖所述水平元件(112c)和所述外层(34)的被包括在所述两个竖向元件(112a、112b)之间的部分;
b)将点状导电胶以非连续的方式沉积在所述第二太阳能电池(1)的背面侧(20)上,每个点状物对应于所述水平元件(212c)进行沉积,所述胶粘剂覆盖所述水平元件(212c)和所述外层(34)的被包括在所述两个竖向元件(212a、212b)之间的部分;
c)将所述电池连接器的第一部分附接到在步骤a)中被沉积的所述导电胶,并将所述电池连接器的第二部分附接到在步骤b)中被沉积的所述导电胶,以便于将所述第一太阳能电池(1)的所述正面侧(10)连接到所述第二太阳能电池(1)的所述背面侧(20)。
11.根据权利要求10所述的方法,其特征在于,在步骤a)中被沉积的所述导电胶不会延伸超过所述两个竖向元件(112a、112b)。
12.根据权利要求10或11所述的方法,其特征在于,在步骤b)中被沉积的所述导电胶延伸超过所述两个竖向元件(212a、212b)。
13.根据权利要求11-12中任一项所述的方法,其特征在于,所述太阳能电池(1)是根据权利要求1-9中任一项所述的太阳能电池。
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