CN108598199A - 一种背接触式分片太阳电池组件及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种背接触式分片太阳电池组件及制备方法，采用了独特的电池电极结构设计，使得电池片在旋转过后可以实现正负极的直线互联，节约了互联材料成本。除此之外，为了降低流过单片电池片的电流、减少串阻导致的组件功率损失，本发明还采用了电池片切片方案。综合以上两点，本发明可提供一种较低成本、易于实现的背接触式太阳电池组件结构及制备方法，并且得益于电阻损耗的降低，组件的功率可以得到明显提升。该制备方法运用了市场上成熟的产业技术，所用均为市场常见材料，成本较低，工艺步骤也较简单，适合进行规模化生产制造。
Description
技术领域
本发明涉及背接触光伏电池组件的结构和制造技术，属于太阳能电池组件生产制造技术领域。
背景技术
在光伏产业高速发展的今天，高效太阳电池组件受到越来越多的关注，其中背接触式太阳电池及组件是高效光伏产品的一个典型代表。背接触式太阳电池是指电池的正极和负极都位于电池背面的一种硅基太阳能电池。MWT(Metal Wrap Through)金属穿孔缠绕电池是其中的主要代表之一，因其正面无金属主栅线，有效减少了金属栅线的正面遮光损失，提高了入射光的利用率，从而达到提升产品光电转换效率的目的。此外，归功于主栅线的取消，电池正面只保留细栅线，有效减少了电池正面银浆的使用量，降低了材料成本。
但迄今为止，背接触式电池及组件产业化过程并不顺利，主要原因在于缺乏简单有效且低成本的组件封装方式。目前行业内比较典型的组件封装方式主要有两种，即用焊带结合汇流条串联整片电池片(专利申请号201110140708.3)及基于金属导电芯板的封装方式(专利申请号201310215117.7)，二者的电池片和互联结构以及组装都较复杂，且需要消耗大量的金属互联材料以降低互联串阻导致的功率损失，与此同时又进一步提高了封装的材料成本，所以背接触式太阳电池组件技术发展至今并不完善，产业需要一种更易实现且低成本的解决方案。
本发明的目的就是提供一种新的背接触式太阳电池及组件的结构以及制备方法，简化了制备方法且可明显降低生产成本，使其更适合规模化的生产需要。
发明内容
发明目的：针对现有技术中背接触电池组件主要采用的两种制备方式：焊带结合汇流条串联整片电池片，或采用金属导电芯板互联电池片，二者的电池片互联结构以及组装都较复杂，且需要消耗大量的金属互联材料以降低互联串阻导致的功率损失，与此同时又进一步提高了封装的材料成本。本发明提供一种背接触式分片太阳电池组件及制备方法，采用了独特的电池电极结构设计，使得电池片在旋转过后可以实现正负极的直线互联，节约了互联材料成本。除此之外，为了降低流过单片电池片的电流、减少串阻导致的组件功率损失，本发明还采用了电池片切片方案(举例说明的设计方案为切二分之一片，但本发明不仅限于半片，整片电池片可以切为n片，n为偶数，n＝2、4、6、8…等)。综合以上两点，本发明可提供一种较低成本、易于实现的背接触式太阳电池组件结构及制备方法，并且得益于电阻损耗的降低，组件的功率可以得到明显提升。该制备方法运用了市场上成熟的产业技术，所用均为市场常见材料，成本较低，工艺步骤也较简单，适合进行规模化生产制造。
技术方案：一种背接触式分片太阳电池组件，包括多个电池片单元组成的太阳电池串，电池片单元的背面包括多列排列相同的正电极点和多列排列相同的负电极点，且在电池片平面上每个正电极点的横坐标和纵坐标均与相邻负电极点的横坐标和纵坐标不同；每个电池片单元沿切片位置线切割成n个一样的方形分片电池片，n为偶数，多个分片电池片相互拼接形成太阳电池串，且相邻两片分片电池片的其中一片上的正电极点列对应另一片的负电极点列，前一片分片电池片的正电极点列与下一片分片电池片的负电极点列位于同一条直线上，处于同一列的正电极点列与负电极点列通过互联条直线互联成串；互联成串的电池片单元，根据需要进一步进行串并联设置以形成完整的组件电路。
所述电池片单元沿切片位置线切割成上下两个尺寸相同的方形分片电池片，其中一个分片电池片旋转180度，与另一个分片电池片边缘对齐拼接，且上分片电池片的正电极点列对应下片分片电池片的负电极点列，上片分片电池片的正电极点列与下片分片电池片的负电极点列位于同一条直线上，处于同一列的正电极点列与负电极点列通过焊带直线互联成串。
所述负电极点上设有用来覆盖负电极周边的铝背场的绝缘区域。
一种背接触式分片太阳电池组件的制备方法，包括如下步骤：
(1)在晶体硅基底上制作电池片单元的背面正电极点和负电极点，正电极点和负电极点分别按列均匀地排列在电池片单元的背面，正电极点列和负电极点列间隔布置，每列的正电极点数相同，每列的负电极点数相同，且在电池片平面上每个正电极点的横坐标和纵坐标均与相邻负电极点的横坐标和纵坐标不同；这种电池片单元的背面电极不均匀分布，但具有轴对称特性。
(2)在步骤1制备的电池片单元背面形成绝缘区域，此绝缘区域用来覆盖负电极周边的铝背场(正极区域)，防止互联条连接负极点时和正极区域接触产生短路。
(3)绝缘区域完成后，将整片电池片单元沿切片位置线切割成偶数n个一样的方形分片电池片。
(4)切片完成后，将多个分片电池片边缘对齐，相互拼接形成太阳电池串，且上下相邻两片分片电池片的上片分片电池片的正电极点列对应下片分片电池片的负电极点列，上片分片电池片的正电极点列与下片分片电池片的负电极点列位于同一条直线上，使用互联条将相邻上下两片分片电池片的负极点和正极点连接，负极点周围有绝缘区域保护，从而防止短路。
(5)将上述互联后的电池封装成完整的组件。
所述步骤(3)中，将整片电池片单元沿切片位置线切割成上下两个方形分片电池片，切片位置线为整片电池片单元的中位线，所述步骤(4)切完之后，将下方分片电池片旋转180度，与不旋转的上方半片边缘对齐，由于正负极点在设计上的不对称性，使得两个半片在旋转对齐后，正负电极点列交错对位(上方分片电池片的正电极点列对应下方分片电池片的负电极点列、上方分片电池片的负电极点列对应下方分片电池片的正电极点列)，并且分别处于一条直线上，重新拼接成一个整片电池片单元。
所述背接触式太阳电池，可以为MWT电池；太阳电池可以采用P型或者N型晶体硅基底，其中晶体硅可以是多晶，也可以是单晶。
所述绝缘区域可以通过印刷，或铺设绝缘层等方式形成。
将整片电池片单元采用激光、等离子体或者机械切割等方式沿切片位置线进行切割。
所述互联条可以是焊带，也可以是其他金属箔片，互联时可采用焊接或者导电胶粘接等形式。
如果采用透明聚合物背板或者双玻结构，上述组件还可以采用双面MWT电池做成双面发电组件。
有益效果：与现有技术相比，本发明所提供的背接触式分片太阳电池组件及制备方法，背接触式太阳电池的电极点具有特殊非对称结构，可切割成n个相同的分片电池片。当n＝2时，切割后将其中一个分片电池片旋转180度，与不旋转的半片电池片边缘对齐，使两个分片电池片的正负电极的列交错对位且分别处于一条直线上，由互联条将半片电池互联并形成组件。本发明的方法相比MWT使用的背面导电芯板方案，节约了封装材料的成本，并且可以使用双面电池制备双面组件。
此外，分片电池片的工作电流远小于整片电池片单元，分片电池片互联的内阻功率损耗大大减少，这样又可以选用超薄及小截面积的互联条，预计可降低互联条消耗量50％以上，既大幅降低了成本，同时也因为互联条的低厚度减少了对电池片的应力，使其更适合于超薄电池片的封装，具有很大的降本提效空间。
总之，本发明可提供了一种较低成本、且易于实现的背接触式太阳电池组件结构及制备方法，并且得益于电阻损耗的降低，组件的功率可以得到明显提升。
附图说明
图1为本发明实施例的背接触式太阳电池片单元背面电极结构图；
图2为制备有绝缘区域的背接触式太阳电池片单元背面示意图；
图3为本发明实施例的切割后的分片电池片，该分片电池片负极区域上分别覆盖有绝缘层和互联条；
图4为本发明实施例的互连分片电池片形成的电池串。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明。
本实施例提供一种P型晶体硅为基底的金属缠绕穿透(MWT)背接触式太阳电池和组件的实施方法，包含以下步骤：
(1)如图1所示，这种P型MWT背接触太阳电池具有特定的背电极结构，背面电极不均匀分布，但是具有轴对称特性。正电极点2和负电极点1分别按列均匀地排列在电池片单元的背面，正电极点2列和负电极点1列间隔布置，每列的正电极点2数相同，每列的负电极点1数相同，且在电池片平面上每个正电极点2的横坐标和纵坐标均与相邻负电极点1的横坐标和纵坐标不同；背面分别有铝背场5和汇流点结构，正极是通过铝背场5汇集电流，负极是通过激光孔洞汇集正面栅线电流。整片电池片单元将会被切割成两个重复的方形分片电池片单元，即背面电极图形为切半片设计。此实施例中的MWT太阳电池，可以采用P型或者N型晶体硅基底，可以是多晶体硅，也可以是单晶体硅。
(2)使用丝网印刷的方法，在步骤(1)制备的太阳电池片单元背面印刷绝缘胶，形成绝缘区域，此绝缘区域用来覆盖负电极点1周边的铝背场5，即正极区域，以防止互联条6连接负电极点1时和正极区域接触产生短路，如图2所示。绝缘胶在印刷后需要经过红外加热或烘干步骤以形成可靠的涂层——绝缘层4，绝缘胶的成分可以为绝缘性能好的可印刷有机体，比如聚酰亚胺聚合物。烘干温度为80～300摄氏度，烘干时间为1～10分钟。
(3)印刷完成绝缘层4后，将整片电池片单元采用激光、等离子体或者机械切割的方式沿图2所示的切片位置线3进行划片，得到两个分片电池片。然后预先在步骤(2)印刷的绝缘层4上使用焊带焊接负极点，同时也可以焊接在绝缘层4上起到辅助固定的作用，如图3所示。焊接温度一般为200～350摄氏度，焊带宽度优选为0.2～2mm，焊带厚度优选为0.05～0.3mm。
(4)之后把处于下方的分片电池片旋转180度，与不旋转的上方分片电池片边缘对齐。由于正负极点在设计上的不对称性，使得两个分片电池片在旋转对齐后，正负电极的列交错对位，上片分片电池片的正电极点2列对应下片分片电池片的负电极点1列，上片分片电池片的正电极点2列与下片分片电池片的负电极点1列位于同一条直线上。继续使用焊带(即互联条6)将相邻上下两片分片电池片的负电极点1和正电极点2连接，负电极点1下方和周围有绝缘层4保护，防止焊接后产生短路。图4为四片分片电池片相连的示意图。
(5)根据组件额定功率、工作电流和电压要求，循环连接更多单元形成不同规格的组件，电池片单元数量一般为6～72。比如，对应常规的60电池片(6×10)组件，可先把30个基本单元(每个单元由两个分片组成，30个基本单元相当于30整片，但其中每个分片电池片工作电流只有常规整片的1/2)相互互联成串。然后再制作同样一串30个单元的电池串，与前一个电池串并联在一起。除此之外，还可以采用常规半片组件所采用的其它串并联方式。两个并联电池串之间还可以接保护二极管，这样整个组件的工作电流就和60整片常规组件保持一致。同样地，可以制作不同电池片数量的组件，对应不同的输出规格。
(6)结合EVA等封装材料、背板、钢化玻璃等常规组件材料和工序将上述互联后的电池封装成完整的组件。如果采用透明聚合物背板或者双玻结构，上述组件还可以采用双面MWT电池做成双面发电组件。
背接触式分片太阳电池组件，包括多个电池片单元组成的太阳电池串，电池片单元的背面包括多列排列相同的正电极点和多列排列相同的负电极点，且在电池片平面上每个正电极点的横坐标和纵坐标均与相邻负电极点的横坐标和纵坐标不同；每个整片电池片单元沿切片位置线3切割成上下两个尺寸相同的方形分片电池片，其中一个分片电池片旋转180度，与另一个分片电池片边缘对齐拼接，且上分片电池片的正电极点2列对应下片分片电池片的负电极点1列，上片分片电池片的正电极点2列与下片分片电池片的负电极点1列位于同一条直线上，处于同一列的正电极点2列与负电极点1列通过焊带直线互联成串；互联成串的电池片单元，根据需要进一步进行串并联设置以形成完整的组件电路。
整片电池片单元沿切片位置线3切割成上下两个尺寸相同的方形分片电池片，其中一个分片电池片旋转180度，与另一个分片电池片边缘对齐拼接，且上分片电池片的正电极点2列对应下片分片电池片的负电极点1列，上片分片电池片的正电极点2列与下片分片电池片的负电极点1列位于同一条直线上，处于同一列的正电极点2列与负电极点1列通过焊带直线互联成串。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种背接触式分片太阳电池组件，包括多个电池片单元组成的太阳电池串，其特征在于：电池片单元的背面包括多列排列相同的正电极点和多列排列相同的负电极点，且在电池片平面上每个正电极点的横坐标和纵坐标均与相邻负电极点的横坐标和纵坐标不同；每个电池片单元沿切片位置线切割成n个一样的方形分片电池片，n为偶数，多个分片电池片相互拼接形成太阳电池串，且相邻两片分片电池片的其中一片上的正电极点列对应另一片分片电池片的负电极点列，其中一片分片电池片的正电极点列与另一片分片电池片的负电极点列位于同一条直线上，处于同一列的正电极点列与负电极点列通过互联条直线互联成串；互联成串的电池片单元，根据需要进一步进行串并联设置以形成完整的组件电路。
2.如权利要求1所述的背接触式分片太阳电池组件，其特征在于：所述电池片单元沿切片位置线切割成上下两个尺寸相同的方形分片电池片，其中一个分片电池片旋转180度，与另一个分片电池片边缘对齐拼接，且一个分片电池片的正电极点列对应另一个分片电池片的负电极点列，一个分片电池片的正电极点列与另一个分片电池片的负电极点列位于同一条直线上，处于同一列的正电极点列与负电极点列通过焊带直线互联成串。
3.如权利要安全1所述的背接触式分片太阳电池组件，其特征在于：所述负电极点上设有用来覆盖负电极周边的铝背场的绝缘区域。
4.一种背接触式分片太阳电池组件的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）在晶体硅基底上制作电池片单元的背面正电极点和负电极点，正电极点和负电极点分别按列均匀地排列在电池片单元的背面，正电极点列和负电极点列间隔布置，每列的正电极点数相同，每列的负电极点数相同，且在电池片平面上每个正电极点的横坐标和纵坐标均与相邻负电极点的横坐标和纵坐标不同；
（2）在步骤1制备的电池片单元背面形成绝缘区域，此绝缘区域用来覆盖负电极周边的铝背场，防止互联条连接负极点时和正极区域接触产生短路；
（3）绝缘区域完成后，将整片电池片单元沿切片位置线切割成偶数n个一样的方形分片电池片；
（4）切片完成后，将多个分片电池片边缘对齐，相互拼接形成太阳电池串，且相邻两片分片电池片的上片分片电池片的正电极点列对应下片分片电池片的负电极点列，上片分片电池片的正电极点列与下片分片电池片的负电极点列位于同一条直线上，使用互联条将相邻上下两片分片电池片的负极点和正极点连接，负极点周围有绝缘区域保护，从而防止短路；
（5）将上述互联后的电池封装成完整的组件。
5.如权利要求4所述的背接触式分片太阳电池组件的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中，将整片电池片单元沿切片位置线切割成上下两个方形分片电池片，切片位置线为整片电池片单元的中位线，所述步骤（4）切完之后，将下方分片电池片旋转180度，与不旋转的上方半片边缘对齐，由于正负极点在设计上的不对称性，使得两个半片在旋转对齐后，上方分片电池片的正电极点列对应下方分片电池片的负电极点列、上方分片电池片的负电极点列对应下方分片电池片的正电极点列，并且分别处于一条直线上，重新拼接成一个整片电池片单元。
6.如权利要求4所述的背接触式分片太阳电池组件的制备方法，其特征在于：所述背接触式太阳电池，可以为MWT电池；太阳电池可以采用P型或者N型晶体硅基底，其中晶体硅可以是多晶，也可以是单晶。
7.如权利要求4所述的背接触式分片太阳电池组件的制备方法，其特征在于：所述绝缘区域可以通过印刷，或铺设绝缘层等方式形成。
8.如权利要求4所述的背接触式分片太阳电池组件的制备方法，其特征在于：将整片电池片单元采用激光、等离子体或者机械切割等方式沿切片位置线进行切割。
9.如权利要求4所述的背接触式分片太阳电池组件的制备方法，其特征在于：所述互联条可以是焊带，也可以是其他金属箔片，互联时可采用焊接或者导电胶粘接等形式。
10.如权利要求4所述的背接触式分片太阳电池组件的制备方法，其特征在于：如果采用透明聚合物背板或者双玻结构，所述组件还可以采用双面MWT电池做成双面发电组件。
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