一種多子電池串聯(lián)的太陽(yáng)能電池模組及其制備方法
【專利摘要】一種多子電池串聯(lián)的太陽(yáng)能電池模組及其制備方法，解決了子電池?cái)?shù)量有限且串聯(lián)所得到的輸出電壓有限的技術(shù)問題，采用的技術(shù)方案是：所述方法是在太陽(yáng)能電池模組制備工藝基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的，所述方法步驟中包括在基板玻璃上沉積導(dǎo)電薄膜層并劃刻、沉積光伏吸收層并劃刻、沉積背電極層并劃刻形成串聯(lián)子電池模組，所述導(dǎo)電薄膜層的刻劃方式是：刻劃線沿基板玻璃的橫向方位及縱向方位交叉切割，經(jīng)切割后的導(dǎo)電薄膜層借助橫向溝槽及縱向溝槽形成依次排列的獨(dú)立導(dǎo)電模塊，且相鄰兩排端頭的獨(dú)立導(dǎo)電模塊首尾相接、形成“蛇形”排列的前電極導(dǎo)電條；所述光伏吸收層及背電極層的刻劃分別根據(jù)前電極導(dǎo)電條的形狀進(jìn)行劃刻、形成“蛇形”串聯(lián)的子電池模組。
【專利說(shuō)明】—種多子電池串聯(lián)的太陽(yáng)能電池模組及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種太陽(yáng)能電池模組制備工藝，屬于薄膜太陽(yáng)能電池制造領(lǐng)域，特別是一種多子電池串聯(lián)的太陽(yáng)能電池模組及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著人類的不斷發(fā)展進(jìn)步，能源消耗越來(lái)越大，傳統(tǒng)能源正在迅速不斷被消耗。太陽(yáng)能是可再生清潔新能源，儲(chǔ)量巨大，從長(zhǎng)久來(lái)看，最有可能替代傳統(tǒng)能源。而在利用太陽(yáng)能電池發(fā)電時(shí)，單塊電池的電壓難以做大，輸出電流較大，電池本身和傳輸導(dǎo)線的發(fā)熱損失較大，大量的能量在傳輸之中消耗；并且在連入光伏陣列進(jìn)行發(fā)電時(shí)，偶爾發(fā)生的部分電池片的熱斑效應(yīng)，必然會(huì)導(dǎo)致逆流發(fā)熱等情況，影響電池的發(fā)電總效率。
[0003]以現(xiàn)今制作非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池組件的工藝流程進(jìn)行說(shuō)明，工藝步驟如下:
TC0基板玻璃上料一清洗1—P1激光劃刻TC0層一清洗2—PECVD沉積P-1-N層一P2
激光劃刻P-1-N層一Sputter濺鍍背電極一P3激光劃刻背電極層一P4劃刻掃邊一清洗3—超聲焊接引/匯流帶一疊合PVB和背玻璃一輥壓一高壓釜一修邊一粘接接線盒一仿真測(cè)試一包裝入庫(kù)。
[0004]依據(jù)上述工藝流程，我們知道，如果沒有“引流條”和“匯流條”的影響，薄膜電池的子電池形狀及相互連接，是由激光劃刻P1、P2和P3的路徑和相互位置關(guān)系配合決定了的。
[0005]目前被采用最多的激光劃刻方法，能使得子電池以“長(zhǎng)窄條”形狀逐個(gè)在電池板的長(zhǎng)度或?qū)挾确较蛏洗?lián)起來(lái)(見圖1);由于電池板的長(zhǎng)寬有限，子電池又不能做得“太窄”，激光劃線本身的寬度尺寸、位置精度等因素限制了子電池?cái)?shù)量的增加，從而限制了薄膜太陽(yáng)能電池的輸出電壓大小。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:現(xiàn)有太陽(yáng)能電池模組受內(nèi)部“子電池”連接結(jié)構(gòu)的限制一即原本以“長(zhǎng)窄條”形狀串聯(lián)的子電池塊，在串聯(lián)方向上即使沿“窄邊”逐個(gè)連接，也會(huì)受總長(zhǎng)、窄條不能太窄、激光刻線本身寬度和劃刻位置精度等因素的制約一造成能夠納入串聯(lián)的子電池?cái)?shù)量有限且串聯(lián)所得到的輸出電壓有限的技術(shù)問題，設(shè)計(jì)了一種多子電池串聯(lián)的太陽(yáng)能電池模組及其制備方法，通過改變現(xiàn)有太陽(yáng)能電池模組刻劃方式，解決了太陽(yáng)能電池模組中可串入子電池及其電壓有限、以及熱斑效應(yīng)不能得以有效控制的技術(shù)問題。
[0007]本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的采用的技術(shù)方案是:提高太陽(yáng)能電池模組串聯(lián)電壓且有效降低熱斑效應(yīng)的方法，所述方法是在太陽(yáng)能電池模組制備工藝基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的，所述方法步驟中包括在基板玻璃上沉積導(dǎo)電薄膜層并劃刻、沉積光伏吸收層并劃刻、沉積背電極層并劃刻形成串聯(lián)子電池模組，其關(guān)鍵在于:所述導(dǎo)電薄膜層的刻劃方式是:刻劃線沿基板玻璃的橫向方位及縱向方位交叉切割，經(jīng)切割后的導(dǎo)電薄膜層借助橫向溝槽及縱向溝槽形成依次排列的獨(dú)立導(dǎo)電模塊，且相鄰兩排端頭的獨(dú)立導(dǎo)電模塊首尾相接、形成“蛇形”排列的前電極導(dǎo)電條；所述光伏吸收層及背電極層的刻劃分別根據(jù)前電極導(dǎo)電條的形狀進(jìn)行劃亥IJ、形成“蛇形”串聯(lián)的子電池模組。
[0008]本發(fā)明的關(guān)鍵思想是:本發(fā)明提供了一種思路，主要指可以使得太陽(yáng)能電池在有限的面積內(nèi)，被劃分出更多的子電池，并使其有效串聯(lián)排列，從而獲得兩倍、三倍甚至更高的輸出電壓；在這個(gè)高電壓下，能比較容易地實(shí)現(xiàn)高電壓才有的電性能優(yōu)勢(shì)；在有限面積的薄膜太陽(yáng)能電池片需要輸出更高電壓的情況下，推薦采用；在應(yīng)用于電池發(fā)電陣列時(shí)，要產(chǎn)生同樣大小的電壓，可以用更少量的電池片串聯(lián)得到，而同時(shí)為了得到一定的功率，可以選擇多組并聯(lián)；電池片輸出電壓高，流經(jīng)電池的電流量小，這樣輸電線路的發(fā)熱量也會(huì)小。
[0009]利用本發(fā)明，如果不在Pl劃刻前增加高導(dǎo)電率銀/鋁薄層的制作，就可以在現(xiàn)有的設(shè)備和工藝基礎(chǔ)上完成薄膜太陽(yáng)能電池CELL段的制作，基本上不需要額外增加設(shè)備或者原材料；推薦的方式是增加一個(gè)高導(dǎo)電率銀/鋁薄層，所需增加的設(shè)備和原材料也不多，可以小成本完成。
[0010]本發(fā)明在生產(chǎn)工藝中，需增設(shè)焊接旁路二極管和引出線工序，但省去了匯流條和引流條的焊接，工藝趨于簡(jiǎn)單化；二極管可以更靈活地納入電路內(nèi)，其數(shù)目、規(guī)格的選取須根據(jù)電池片具體的參數(shù)特征值而定；二極管的連入能使得整塊電池有特殊的性能，能更好地對(duì)抗熱斑效應(yīng)等問題。
[0011]在應(yīng)用于電池發(fā)電陣列時(shí)，要產(chǎn)生同樣大小的電壓，可以用更少量的電池片串聯(lián)得到，相比于常規(guī)電壓電池片需要多塊串聯(lián)才能得到較高電壓具有連接結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)；電池片純并聯(lián)的光伏陣列在其中部分電池片發(fā)生熱斑效應(yīng)等異常狀況時(shí)，總的峰值輸出電壓不會(huì)改變，并且能通過串入輸出端的二極管，保護(hù)整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)不會(huì)發(fā)生的反向電流逆流發(fā)熱、系統(tǒng)效率大幅衰減的情況；并且可以方便地通過增減并聯(lián)塊/組數(shù)來(lái)控制光伏陣列的輸出電流；而同時(shí)為了得到一定的功率，可以靈活選擇電池并聯(lián)。
[0012]本發(fā)明在薄膜太陽(yáng)能電池和光伏發(fā)電陣列領(lǐng)域，均設(shè)計(jì)了一個(gè)新的形式，在電池的多樣化，光伏陣列電路優(yōu)化、發(fā)電電壓可靠性提升、輸電線熱損耗、發(fā)電能量使用效率的提升等方面，都具有其特殊的優(yōu)勢(shì)。
[0013]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1是現(xiàn)有太陽(yáng)能電池模組結(jié)構(gòu)。
[0015]圖2是本發(fā)明中導(dǎo)電薄膜層劃刻后結(jié)構(gòu)示意圖(加貼高導(dǎo)電率銀/鋁薄層)。
[0016]圖3是本發(fā)明中光伏吸收層劃刻后結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖4是本發(fā)明中背電極層劃刻后形成的串聯(lián)子電池模組的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖5是圖4中的串聯(lián)子電池模組中增設(shè)旁路二極管后的等效電路圖。
[0019]附圖中，I是基板玻璃，2是導(dǎo)電薄膜層，21代表相鄰兩排端頭的獨(dú)立導(dǎo)電模塊，3是光伏吸收層，4是背電極層，5是相鄰兩排端頭的子電池，DU D2代表旁路二極管，圖3中虛線代表P2次激光劃刻偏移中心基線，圖4中箭頭代表太陽(yáng)能電池模組的電流走向。

【具體實(shí)施方式】
[0020]提高太陽(yáng)能電池模組串聯(lián)電壓且有效降低熱斑效應(yīng)的方法，所述方法是在太陽(yáng)能電池模組制備工藝基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的，所述方法步驟中包括在基板玻璃I上沉積導(dǎo)電薄膜層2并劃刻、沉積光伏吸收層3并劃刻、沉積背電極層4并劃刻形成串聯(lián)子電池模組，其關(guān)鍵在于:所述導(dǎo)電薄膜層2的刻劃方式是:刻劃線沿基板玻璃1的橫向方位及縱向方位交叉切害I]，經(jīng)切割后的導(dǎo)電薄膜層2借助橫向溝槽P11及縱向溝槽P12形成依次排列的獨(dú)立導(dǎo)電模塊，且相鄰兩排端頭的獨(dú)立導(dǎo)電模塊21首尾相接、形成“蛇形”排列的前電極導(dǎo)電條；所述光伏吸收層3及背電極層4的刻劃分別根據(jù)前電極導(dǎo)電條的形狀進(jìn)行劃刻、形成“蛇形”串聯(lián)的子電池模組。
[0021]所述相鄰兩排端頭的獨(dú)立導(dǎo)電模塊21首尾相接的連接方式包括:兩塊獨(dú)立導(dǎo)電模塊的本體呈一體式連接或借助導(dǎo)電材料連接。
[0022]在相鄰兩排端頭的獨(dú)立導(dǎo)電模塊21上增設(shè)高導(dǎo)電率銀/銅/鋁薄層，所述銀/銅/鋁薄層的導(dǎo)電率分別是:銀是0.0159 ( Ω.πιπι2/πι)、銅是0.0167 ( Ω.πιπι2/πι)、鋁是0.02635(Ω.mm2/m ) η
[0023]一種多子電池串聯(lián)的太陽(yáng)能電池模組，結(jié)構(gòu)層中包括基板玻璃1、導(dǎo)電薄膜層2、光伏吸收層3、背電極層4，其關(guān)鍵在于:所述太陽(yáng)能電池模組的結(jié)構(gòu)中包括至少兩排串聯(lián)子電池，相鄰兩排端頭的子電池5的導(dǎo)電薄膜層2首尾相連，形成“蛇形”串聯(lián)子電池模組。
[0024]所述太陽(yáng)能電池模組中的子電池形狀為長(zhǎng)方形、或正方形、或三角形或六邊形。
[0025]所述相鄰兩排端頭的子電池5的導(dǎo)電薄膜層2與光伏吸收層之間加設(shè)有高導(dǎo)電率銀/銅/鋁薄層，所述銀/銅/鋁薄層的導(dǎo)電率分別是:銀是0.0159 (Ω.πιπι2/πι)、銅是0.0167 ( Ω.mm2/m)、鋁是 0.02635 ( Ω.mm2/m)。
[0026]在間隔相鄰排或一排以上的串聯(lián)子電池的電路之間增設(shè)旁路二極管D1、D2。
[0027]本發(fā)明是在薄膜太陽(yáng)能電池制造領(lǐng)域，通過對(duì)激光劃刻工藝的重新規(guī)劃和設(shè)計(jì)，加工出一種新型子電池排列結(jié)構(gòu)的薄膜太陽(yáng)能電池。這種排列結(jié)構(gòu)的目的是營(yíng)造出擁有更多子電池串聯(lián)連接的薄膜太陽(yáng)能電池板:例如，薄膜電池板上所有子電池能按一定的路徑串聯(lián)起來(lái)；或者按一定的規(guī)律部分成組并聯(lián)而后再逐組串聯(lián)起來(lái)；子電池?cái)?shù)目越多，可供串聯(lián)連接的基數(shù)也越大。該新型結(jié)構(gòu)電池的特征是:輸出電壓高、輸出電流??；在有限面積的電池片需要輸出更高電壓的情況下推薦采用；在應(yīng)用于電池發(fā)電陣列時(shí)，可以用更少的電池片串聯(lián)得到所需的較高電壓，相比于常規(guī)電池片具有連接結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)；電流小，輸電線路的發(fā)熱量也會(huì)較小。
[0028]本發(fā)明，是設(shè)計(jì)一種新型子電池排列結(jié)構(gòu)的薄膜太陽(yáng)能電池；通過這種設(shè)計(jì)，對(duì)于同樣面積的薄膜太陽(yáng)能電池片，能實(shí)現(xiàn)更多數(shù)目的“子電池”或“子電池組”串聯(lián)；這種串聯(lián)，不僅僅是原有在電池板“長(zhǎng)度”方向上的串聯(lián)，而且能在電池板“寬度”方向上累計(jì)加入串聯(lián)。
[0029]本發(fā)明中激光劃刻工藝的重新設(shè)計(jì)，并不是一成不變或要求苛刻的劃刻軌跡，而是可以有很多種軌跡、圖案的；只要在工藝過程中對(duì)于TC0層、電池層以及背電極層能實(shí)現(xiàn)“電路配合”，就都能實(shí)現(xiàn)該薄膜太陽(yáng)能電池各種形狀的子電池或子電池組的更大限度數(shù)目的串聯(lián)。鑒于上述的劃刻軌跡的多樣性，本專利在此僅詳細(xì)描述“方形”子電池串聯(lián)一例；可延伸出的，其它串聯(lián)形狀的子電池形狀可以是正三角形、正六邊形等，在此提供參考。
[0030]本發(fā)明中多子電池串聯(lián)結(jié)構(gòu)可以針對(duì)幾乎所有“薄膜”結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能電池適用；不僅適用于“非晶硅”、“微晶硅”、“碲化鎘”等單節(jié)薄膜太陽(yáng)能電池，而且適用于“非晶-微晶” “非晶鍺硅”等雙結(jié)太陽(yáng)能電池，甚至薄膜復(fù)合型多結(jié)薄膜太陽(yáng)能電池；只要前電極、背電極以及電池層的相對(duì)應(yīng)關(guān)系一致，就可以適用于多子電池串聯(lián)的應(yīng)用。
[0031]針對(duì)以上所述的新型薄膜太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)，為了獲得比較理想的電性能和效率，避免某些因結(jié)構(gòu)改變而發(fā)生的性能上的不匹配，在設(shè)計(jì)參數(shù)和工藝參數(shù)上應(yīng)該有相應(yīng)的匹配設(shè)計(jì)；對(duì)于不同形狀的子電池串聯(lián)新型結(jié)構(gòu)，相匹配的結(jié)構(gòu)參數(shù)會(huì)有一定的差異；總原則是希望內(nèi)阻盡可能小，某個(gè)特定結(jié)構(gòu)可能不適用于其它結(jié)構(gòu)，不能一概而論。
[0032]如果將新型薄膜太陽(yáng)能電池片組成光伏陣列發(fā)電，則在各項(xiàng)參數(shù)匹配中，應(yīng)該給薄膜太陽(yáng)能電池配置的二極管也需要有相應(yīng)的匹配計(jì)算。本專利提出如下匹配理念:如果系統(tǒng)要求的輸出電壓需要陣列中的電池“串聯(lián)”才能得到，則可以考慮進(jìn)行旁路二極管的接入；如果新型電池片輸出電壓較大，系統(tǒng)要求的輸出電壓可以在純并聯(lián)的連接下即予以滿足，則可以取消旁路二極管，而將二極管串聯(lián)入輸出電路，亦能起到保護(hù)系統(tǒng)的作用。
[0033]本發(fā)明由于其工藝特殊性，可以省去匯流條和引流條，相應(yīng)的工序能夠得以節(jié)??；而所需設(shè)計(jì)變更的工序?yàn)楹附优月范O管和引出線。
[0034]像其它薄膜太陽(yáng)能電池一樣，這種方形電路設(shè)計(jì)，也將有部分區(qū)域“不宜用來(lái)發(fā)電”，而該區(qū)域恰好是電池內(nèi)部“導(dǎo)電”的瓶頸所在；在此加貼高導(dǎo)電膜、或局部加鍍/沉積高導(dǎo)電層為優(yōu)化方案。
[0035]為了解決以上問題，創(chuàng)造性地設(shè)計(jì)出薄膜太陽(yáng)能電池的全新性能參數(shù)，本專利專門提出了一種新的子電池連接結(jié)構(gòu)，即通過這種連接結(jié)構(gòu)，對(duì)于同樣面積的薄膜太陽(yáng)能電池片，能劃刻分割出更多數(shù)目的子電池，并且使這些“子電池”或“子電池組”實(shí)現(xiàn)串聯(lián)；這樣串聯(lián)的效果是能讓薄膜太陽(yáng)能電池獲得更大的輸出電壓值。
[0036]為了實(shí)現(xiàn)該新型子電池的排列結(jié)構(gòu)，我們?cè)诋?dāng)前已成熟的薄膜太陽(yáng)能電池生產(chǎn)工藝基礎(chǔ)上，需要重新設(shè)計(jì)激光劃刻P1、P2和P3三次激光劃刻的布局、路徑、線型參數(shù)等工藝，并且隨著電池板內(nèi)部連接結(jié)構(gòu)的改變需要取消引流條和匯流條及其工藝，增加二極管和引出線的焊接工藝，以使新型結(jié)構(gòu)得以實(shí)現(xiàn)。并且，這里還為我們提供了一個(gè)思路:只要三次激光劃刻的布局、路徑、線型參數(shù)、相互位置關(guān)系等工藝數(shù)據(jù)能在薄膜電池的前電極、背電極以及中間電池層的幾何結(jié)構(gòu)中，起到相互配合的關(guān)聯(lián)，那么薄膜太陽(yáng)能電池就可以有很多種切割方法，可以切割出很多種類不同的形狀的圖案，如正三角形、正六邊形等。
[0037]推薦選擇的優(yōu)化工藝:在非發(fā)電區(qū)域的TCO層上加貼/加鍍/沉積高導(dǎo)電薄膜層。新型的連接結(jié)構(gòu)是有一定不足的，由于電路連接的特殊性，并非每一塊子電池都被串聯(lián)在了電路中，某些特定的區(qū)域是不會(huì)參與發(fā)電的；在這種新型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的幾處不用來(lái)發(fā)電的區(qū)域，加貼、加鍍或沉積高導(dǎo)電率的金屬薄膜層，能有效幫助改善該設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)必然要解決的TCO層導(dǎo)電能力有限的瓶頸問題。
[0038]最后，由于前段制程的變更，適應(yīng)于這種新型內(nèi)部連接結(jié)構(gòu)的模組段工藝必然發(fā)生相應(yīng)的變更:取消匯流條和引流條，接線盒不再是必須的配置，轉(zhuǎn)而可以按設(shè)計(jì)參數(shù)增設(shè)二極管的焊接接入工藝和輸出端引線的焊接接入工藝。
[0039]本發(fā)明，可以有很多種形狀都可以實(shí)現(xiàn)層與層之間的配合串聯(lián)，又由于各種形狀子電池、走向不同等因素，詳細(xì)的激光劃刻工藝制程很難在本文中都描述到，因此只選擇最具代表性的“短窄條方形”子電池的薄膜太陽(yáng)能電池來(lái)介紹。
[0040]首先，參看圖4，新提出的薄膜電池子電池連接結(jié)構(gòu)模型:不再是圖1現(xiàn)有技術(shù)中“長(zhǎng)窄條”形切割的子電池的“單向串聯(lián)”，而是將每一塊長(zhǎng)窄條子電池沿其長(zhǎng)度的方向等距切割開，以獲得更多更小的“子電池”。為了便于分析，我們給這些更小的子電池編號(hào)，從左至右依次編1、2、3……N，N為最右邊一個(gè)子電池，從下往上依次給其添上下標(biāo)1、2、3……M，即“匪”是最右上方的子電池；由于該設(shè)計(jì)應(yīng)該基于每個(gè)子電池的大小完全一致的前提，我們可以簡(jiǎn)單地認(rèn)為，一塊長(zhǎng)窄條子電池“N”在切割后變成了若干個(gè)“短窄條”子電池“N1、N2……匪”的“并聯(lián)”;然后這些“并聯(lián)”的子電池組，再隨著“1、2……N”從左至右串聯(lián)；由于這些等距的切割可以只是切除35?80 μ m，一個(gè)很小的寬度，電池本身的損失是很少的，基本可以忽略不計(jì)，其與初始的電池板在電性能上沒有很大的變化。改變“偶數(shù)行”子電池的走向，使得其串聯(lián)效果為電流從右至左；并且令“奇數(shù)行”到“偶數(shù)行”的最右邊一塊子電池區(qū)域的導(dǎo)電薄膜層2連接(即不劃刻斷)；令“偶數(shù)行”到“奇數(shù)行”的最左邊一塊子電池區(qū)域的導(dǎo)電薄膜層2連接；如此改變，子電池的電連接關(guān)系就成了 “11 — 21 —......—N1 — N2—……22 — 12 — 13 — 23……一NM”。以簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)分析，要使所有的“短窄條子電池”均被串入:令Μ取奇數(shù)，則最后一塊被串入的子電池是匪；而令Μ取偶數(shù)，則最后一塊被串入的子電池是1Μ;這么區(qū)別的原因在于，能更方便地設(shè)置電池的電流引出線的位置。
[0041]在此基礎(chǔ)上，本發(fā)明的具體工藝步驟包括:
Α.參見圖2，在基板玻璃1上沉積導(dǎo)電薄膜層2并進(jìn)行Ρ1次劃刻:P1劃刻中即開始引入橫向方位的切割，縱向方位的切割是連續(xù)并且貫穿整個(gè)面的，而橫向方位的切割將保留“局部”不予劃開，這個(gè)局部將是新型子電池連接結(jié)構(gòu)的“紐帶”；經(jīng)過P1劃刻，導(dǎo)電薄膜層2被劃分成了 NXM的獨(dú)立導(dǎo)電模塊區(qū)域；但“附、N2” “21、31”……之間的子電池不予劃開，讓電流在這里轉(zhuǎn)向；對(duì)于加貼/加鍍/沉積的高導(dǎo)電薄膜層，如果該層本身是像引流條一樣，條狀且連續(xù)的，其也需要在P1劃刻中被劃刻開，成為跟導(dǎo)電薄膜層2連接狀態(tài)一樣的局部結(jié)構(gòu)；之所以認(rèn)為其應(yīng)該在P1劃刻時(shí)被切割開，是因?yàn)镻1劃刻所用的激光為紅光，對(duì)導(dǎo)電薄膜層2有比較好的切割效果，對(duì)于與導(dǎo)電薄膜層2成分相仿的高導(dǎo)電層，理應(yīng)也適合于承擔(dān)切割任務(wù)；如若不然，高導(dǎo)電層便需要“機(jī)械式”劃刻切割開來(lái)，或者一開始便是“一段一段”地進(jìn)行加貼；
B.參見圖3，沉積光伏吸收層2并進(jìn)行P2次劃刻:P2劃刻的線路較復(fù)雜，需要設(shè)定的參數(shù)也會(huì)比較多，其基本原則是:伴著P1的兩側(cè)，距P1劃線短距離偏移，局部成段劃刻；在奇數(shù)子電池行，向P1右側(cè)偏移，在偶數(shù)子電池行，向P1左側(cè)偏移；P2側(cè)向偏移后，劃刻段的始末位置我們定義為“P2偏移中心基線”，后續(xù)P3將沿中心基線將背電極層和電池層一并劃開；經(jīng)過P2劃刻，電池層留下了一段段不連續(xù)的刻痕；
C.參見圖4，沉積背電極層4并進(jìn)行P3次劃刻；P3劃刻是最為復(fù)雜的一環(huán)，作用于電池層和背電極層，不僅需要在P2的基礎(chǔ)上再度小距離地向左/右偏移，不連續(xù)分段地切割出子電池間的“隔斷”，而且需要橫向沿著“P2偏移中心基線”將電池行與行之間完全劃開；由于其切割路徑和P2相似，在此就把圖4作為總效果完成圖繪制的，通過與圖3的關(guān)聯(lián)比較就可以比較容易地看出其原理。
[0042]由于電池的電路結(jié)構(gòu)發(fā)生了很大的變化，后續(xù)的變更是順應(yīng)該變化，完善設(shè)計(jì)出整個(gè)電池的結(jié)構(gòu)和加工工藝。參見圖4，由于N和Μ的數(shù)目可以通過設(shè)計(jì)予以靈活安排，那么就無(wú)需按照原來(lái)直線串聯(lián)的設(shè)計(jì)從電池板的“兩端”去收集電流，而可以從局部予以收集，甚至可以“分段”收集電流；這樣，只需要在焊接引出端的子電池位置，垂直于電流走向，將引出線沿子電池寬度方向“鋪開”焊接于背電極上；如此，便無(wú)需引流條和匯流條及其加工工藝，接線盒也不再是必要的組件；即，焊接引出線能替代引流條作用，能盡量多地有效地收集和引出電流。
[0043]如該串聯(lián)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，起保護(hù)作用的二極管，也可以根據(jù)電池本身的電性能參數(shù)、二極管本身的規(guī)格和串入的子電池?cái)?shù)目而進(jìn)行匹配；假設(shè)一塊成熟工藝已設(shè)計(jì)出的非晶娃薄膜太陽(yáng)能電池的參數(shù)為:Vmpp=100V, Impp=IA,子電池?cái)?shù)目為150,配置一個(gè)標(biāo)稱電流為5A的旁路二極管；那么如圖4所示，不妨令M=8，得到的新型電池結(jié)構(gòu)參數(shù)如下:Vmpp=800V, Impp=0.125A，子電池?cái)?shù)目為1200 ;此時(shí)若在子電池“11和14”之間，“15和18”之間(其中，14和15實(shí)際上是等電勢(shì)的)，各反向并入一個(gè)旁路二極管Dl和D2 ;則由簡(jiǎn)單的電路分析我們知道，如果熱斑效應(yīng)不是整塊電池板發(fā)生而是局部發(fā)生，Dl可以有效緩解
“11 — NI — N2 — 12 — 13 —------ 14”這下半塊電池的熱斑效應(yīng)造成的損害，D2則可以防止另外上半塊電池的熱斑效應(yīng)造成的損害；等效的連接電路圖參見圖5 ;對(duì)于不同的匪規(guī)劃配置，還可以獲得不同的性能效果。
[0044]依據(jù)常識(shí)，電池片發(fā)生局部熱斑效應(yīng)的概率應(yīng)該遠(yuǎn)小于整塊板熱斑的概率；如果依上例，我們制得的新型薄膜太陽(yáng)能電池的峰值電壓本身就比較高，能夠在組成光伏發(fā)電陣列時(shí)，不需要進(jìn)行串聯(lián)即能提供系統(tǒng)輸出電壓，即全部采用并聯(lián)連接；那么此時(shí)如果在系統(tǒng)電路中仍設(shè)置“旁路”二極管，意義是不大的；卻可以將二極管“串聯(lián)”在輸出線路上；如此一來(lái)，二極管在電池片正常發(fā)電時(shí)，不阻礙電流的通過，但在電池板因?yàn)闊岚咝?yīng)、或因?yàn)閯e的損害而發(fā)不出電的時(shí)候，可以一定程度地保護(hù)到電池片不被兩端的高電壓驅(qū)動(dòng)逆流而損壞。
[0045]二極管的接入，應(yīng)該依據(jù)電池的參數(shù)和用途來(lái)擬定，在此提供的是思路和概念；如:在需要像旁路二極管一樣熱斑保護(hù)時(shí)并入，在全并聯(lián)發(fā)電電路時(shí)串入等，都能起到保護(hù)作用。
[0046]子電池和引出線之間、與二極管之間的連接，可以有多種焊接方式，前提是子電池的背電極不會(huì)因?yàn)楹附佣獾叫阅苌系钠茐模⑶液附硬粫?huì)使整塊薄膜電池的厚度整體或局部發(fā)生較大尺寸的變化；比較推薦的方式為超聲波焊接，其動(dòng)作較溫和，穩(wěn)定性好，不額外增加材質(zhì)，沒有高溫加熱也就不用為焊接層被灼燒破壞而擔(dān)心。
[0047]當(dāng)需要以電池片連成光伏系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)電時(shí)，可以通過確定“M”，利用電池片可以做到高電壓的特點(diǎn)，用一塊電池片做到系統(tǒng)電壓，然后讓所有的電池片通過并聯(lián)進(jìn)行連接；這樣的好處是，在其中部分電池片發(fā)生熱斑效應(yīng)等異常狀況時(shí)，總的峰值輸出電壓不會(huì)改變；并且，這樣的并聯(lián)系統(tǒng)在熱斑效應(yīng)時(shí)，可以更加穩(wěn)定。
[0048]二極管可以進(jìn)行重新匹配和布置，只要連入正確，就不會(huì)因?yàn)檫@些異常的電池片而引發(fā)整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)的反向電流逆流發(fā)熱、系統(tǒng)效率大幅衰減的情況；比如，如圖4所示在電池內(nèi)部并聯(lián)兩只旁路二極管，可以起到較好的防止電池局部熱斑效應(yīng)引起的逆流、熱損作用；而如果將二極管串在每一塊并聯(lián)電池的輸出端，也能起到很好的保護(hù)作用，即新型薄膜太陽(yáng)能電池和二極管的搭配可以有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。
[0049]總結(jié)本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)工藝步驟包括:
A.在基板玻璃I上沉積導(dǎo)電薄膜層2;
B.Pl次激光劃刻及切割:激光沿基板玻璃I的橫向與縱向交叉切割TCO導(dǎo)電薄膜層2，經(jīng)切割后的TCO導(dǎo)電薄膜層2借助橫向溝槽P11及縱向溝槽P12形成依次排列的獨(dú)立導(dǎo)電模塊，且相鄰兩排端頭的獨(dú)立導(dǎo)電模塊21首尾相接、形成“蛇形”排列的前電極導(dǎo)電條；
C.在經(jīng)P1次激光劃刻及切割后的TCO導(dǎo)電薄膜層2上沉積光伏吸收層3；
D.P2次激光劃刻及切割:切割光伏吸收層的激光線與P1次激光切割后形成的縱向溝槽P12的中心線平行，且切割后形成的奇數(shù)行預(yù)留槽P21及偶數(shù)行預(yù)留槽P22分別同步偏移縱向溝槽P12的中心線；
E.在經(jīng)P2次激光劃刻及切割后的光伏吸收層3上沉積背電極層4；
F.P3次激光劃刻及切割:P3次激光分別沿平行于P1次切割后形成的橫向溝槽P11、P2次切割后形成的預(yù)留槽P21、P22的方向切割背電極層4及光伏吸收層3，形成“蛇形”串聯(lián)的子電池模組；
所述步驟D中:奇數(shù)行預(yù)留槽P21向右同步偏移縱向溝槽P12的中心線，偶數(shù)行預(yù)留槽P22向左同步偏移縱向溝槽P12的中心線。
【權(quán)利要求】
1.提高太陽(yáng)能電池模組串聯(lián)電壓且有效降低熱斑效應(yīng)的方法，所述方法是在太陽(yáng)能電池模組制備工藝基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的，所述方法步驟中包括在基板玻璃(I)上沉積導(dǎo)電薄膜層(2)并劃刻、沉積光伏吸收層(3)并劃刻、沉積背電極層(4)并劃刻形成串聯(lián)子電池模組，其特征在于:所述導(dǎo)電薄膜層(2)的刻劃方式是:刻劃線沿基板玻璃(I)的橫向方位及縱向方位交叉切割，經(jīng)切割后的導(dǎo)電薄膜層(2)借助橫向溝槽(Pll)及縱向溝槽(P12)形成依次排列的獨(dú)立導(dǎo)電模塊，且相鄰兩排端頭的獨(dú)立導(dǎo)電模塊(21)首尾相接、形成“蛇形”排列的前電極導(dǎo)電條；所述光伏吸收層(3)及背電極層(4)的刻劃分別根據(jù)前電極導(dǎo)電條的形狀進(jìn)行劃刻、形成“蛇形”串聯(lián)的子電池模組。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高太陽(yáng)能電池模組串聯(lián)電壓且有效降低熱斑效應(yīng)的方法，其特征在于:所述相鄰兩排端頭的獨(dú)立導(dǎo)電模塊(21)首尾相接的連接方式包括:兩塊獨(dú)立導(dǎo)電模塊的本體呈一體式連接或借助導(dǎo)電材料連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高太陽(yáng)能電池模組串聯(lián)電壓且有效降低熱斑效應(yīng)的方法，其特征在于:在相鄰兩排端頭的獨(dú)立導(dǎo)電模塊(21)上增設(shè)高導(dǎo)電率銀/鋁薄層，所述所述銀/銅/鋁薄層的導(dǎo)電率分別是:銀是0.0159 ( Ω.πιπι2/πι)、銅是0.0167 ( Ω.mm2/m)、鋁是 0.02635 ( Ω.mm2/m)0
4.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述方法制備的多子電池串聯(lián)的太陽(yáng)能電池模組，結(jié)構(gòu)層中包括基板玻璃(I)、導(dǎo)電薄膜層(2)、光伏吸收層(3)、背電極層(4)，其特征在于:所述太陽(yáng)能電池模組的結(jié)構(gòu)中包括至少兩排串聯(lián)子電池，相鄰兩排端頭的子電池(5)的導(dǎo)電薄膜層(2)首尾相連，形成“蛇形”串聯(lián)子電池模組。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種多子電池串聯(lián)的太陽(yáng)能電池模組，其特征在于:所述太陽(yáng)能電池模組中的子電池形狀為長(zhǎng)方形、或正方形、或三角形或六邊形。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種多子電池串聯(lián)的太陽(yáng)能電池模組，其特征在于:所述相鄰兩排端頭的子電池(5)的導(dǎo)電薄膜層(2)與光伏吸收層之間加設(shè)有高導(dǎo)電率銀/銅/鋁薄層，所述銀/銅/鋁薄層的導(dǎo)電率分別是:銀是0.0159( Ω.πιπι2/πι)、銅是0.0167(Ω -mm2/m)、鋁是 0.02635 ( Ω.mm2/m)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種多子電池串聯(lián)的太陽(yáng)能電池模組，其特征在于:在間隔相鄰一排及以上的串聯(lián)子電池的電路之間增設(shè)旁路二極管(D1、D2)。
【文檔編號(hào)】H01L25/04GK104282802SQ201310449370
【公開日】2015年1月14日 申請(qǐng)日期:2013年9月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月27日
【發(fā)明者】邢麗芬, 李兆廷, 何珊, 王亮, 李巖 申請(qǐng)人:成都旭雙太陽(yáng)能科技有限公司