一種光電模塊的製作方法
2023-07-15 03:26:36 1
一種光電模塊的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種光電模塊，所述光電模塊具有多個太陽能電池，所述太陽能電池在預處理過的矽片上包括各一個接觸結構，所述接觸結構具有多個在第一方向上平行地布置的線狀接觸指和至少一個垂直於所述第一方向布置的匯流排。所述匯流排在第二方向上跨越所述接觸指地分布並且在所述接觸指的區域內具有各一個接觸面，所述接觸面在所述第二方向上突出於所述接觸指並且與所述接觸指電連接。設置有至少一個用於連接所述太陽能電池的電池連接器，所述至少一個電池連接器跨越至少一個太陽能電池的所述匯流排地分布並且與所述匯流排的接觸面電連接，其中，所述電池連接器的寬度小於所述接觸面在所述第一方向上的長度。
【專利說明】—種光電模塊
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種光電模塊，其具有多個太陽能電池，所述太陽能電池具有前側接觸結構，所述前側接觸結構包括多個平行地布置的線狀接觸指和至少一個相對於它垂直地分布的匯流排。
【背景技術】
[0002]太陽能電池用於將電磁輻射能量尤其是太陽光轉化成電能。所述能量轉化基於輻射在太陽能電池中被吸收，由此產生正負載流子(「電子-空穴-對」)。然後，所產生的自由載流子被彼此分開，以被引向分開的觸點。
[0003]太陽能電池一般具有正方形的娃襯底,在所述娃襯底中構成有兩個具有不同電導率或者摻雜(Dotierung)的區域。在也被稱為「基極」和「發射極」的兩個區域之間形成p_n結。所述P-η結產生內部的電場，所述電場使得由輻射產生的載流子像上面所描述的那樣分開。
[0004]太陽能電池的前側發射極接觸結構一般包括由線狀的金屬接觸元件組成的柵格狀布局，所述接觸元件也被稱為接觸指。此外，還設置有橫向於所述接觸指分布的並且具有較大寬度的金屬匯流排。後側的基極接觸結構一般具有平面式構成的金屬層，在所述金屬層上布置有金屬的後側接觸元件。在前側的匯流排和後側接觸元件上連接有電池連接器。
[0005]在光電(PV)模塊或者太陽能模塊中總是聯接有多個太陽能電池。一般情況下，所述太陽能電池經由電池連接器串聯接線成所謂的串(Strings)，所述串在其那方面同樣以串聯電路的形式連接。通過這種方式接線的太陽能電池處於透明的嵌入層中，所述嵌入層布置在前側的玻璃蓋板與後側的薄膜蓋板之間。
[0006]所述電池連接器一般是鍍錫的銅帶，所述銅帶被焊接到所述前側的匯流排和後側接觸元件上。在將電池連接器安設到所述前側的匯流排上時，經常出現錯誤定位。於是，所述電池連接器至少在一側靠置到所述接觸指上並且經由焊料向所述接觸指施加力作用，所述力作用可能導致匯流排區域內的指中斷(Fingerunterbrechungen)和電池裂紋。作用於所述接觸指的力由於矽襯底、金屬化膏體、焊料、銅帶、包封材料、後側薄膜或者玻璃蓋板的不同熱膨脹係數而出現。窄的、靈敏的接觸指經常在焊料冷卻時以及在製成太陽能模塊的層壓過程期間就已經被置於機械應力之下。其他的機械應力由於白天黑夜、夏天冬天的溫度變化以及由於雨雪風霜而出現在太陽能模塊上。所出現的指中斷和電池裂紋對模塊功率產生不利影響並且增加了模塊的電衰減(Degradat1n)。但是，經常也將所述匯流排實施得比所述電池連接器更窄，以便節約銀膏體。在這種情況下，也會在所述電池連接器並未發生錯誤定位的情況下導致所述指上的機械應力，這是因為所述電池連接器經由焊料將力作用施加到易壞的接觸指上。
【發明內容】
[0007]本發明的目的在於，提供一種具有多個太陽能電池的光電模塊，所述太陽能電池具有經改善的前側接觸結構。
[0008]上述目的通過根據權利要求1所述的光電模塊來實現。本發明的其他具有優點的實施方式在從屬權利要求中給出。
[0009]根據本發明，光電模塊具有多個太陽能電池，所述太陽能電池包括各一個具有接觸結構的、預處理過的矽片，所述接觸結構具有多個在第一方向上平行地布置的線狀接觸指和至少一個垂直於所述第一方向布置的匯流排。所述匯流排在第二方向上跨越所述接觸指地分布並且在所述接觸指的區域內分別包括接觸面，所述接觸面在所述第一方向上和所述第二方向上突出於所述接觸指並且與所述接觸指電連接。此外，設置有至少一個帶狀的電池連接器，所述電池連接器跨越所述匯流排地分布並且至少與所述匯流排的接觸面電連接。所述電池連接器的寬度在第一方向上小於所述接觸面在第一方向上的長度。
[0010]在所述接觸結構的根據本發明的設計中，用於使得經由所述接觸指所採集的發射極-載流子聚集在一起的匯流排以加寬的接觸面的形式在所述接觸指的區域內構成，所述接觸結構的根據本發明的設計負責的是，相對於所述接觸面來說較窄的電池連接器即使在錯誤定位的情況下仍不會在安設所述電池連接器的時候與所述接觸指發生機械接觸。因此，通過有效地防止所述電池連接器靠置到所述接觸指上，可以減少指中斷和電池裂紋的數量，並因此降低太陽能電池和由它所構建的光電模塊的電衰減的危險。
[0011]根據一種優選實施方式，所述匯流排在電池連接器方向上具有一系列短的和長的接觸面。所述短的接觸面負責節約材料並因此負責降低成本，這是因為所述接觸面一般由銀製成。同時，也降低了太陽能電池前側的遮暗面，光線經由所述太陽能電池前側射入。所述較寬的接觸面負責一般由銅組成的電池連接器與所述接觸面之間的良好的電接觸和機械接觸，並且可靠地避免了在機械應力的情況下所述電池連接器從所述接觸面上的牽拉，所述太陽能電池或者光電模塊在製造和使用的過程中經受所述機械應力。
[0012]根據另一種優選實施方式，所述接觸面的長度在經預處理的矽片的稜邊區域內相對於所述匯流排的其他接觸面是最大的。也就是說，尤其在模塊製造過程中在至所述太陽能電池的過渡區域內特別高的力作用於所述電池連接器，從而在這裡存在將所述電池連接器從所述接觸面上牽拉開的增加的危險。
[0013]根據另一種優選實施方式，所述接觸面的長度從經預處理的矽片的稜邊朝向經預處理的矽片的中心以如下方式變化，即，所述接觸面的長度在電池連接器方向上減小並且優選在太陽能電池的中心區域內具有最小值。利用這種設計，實現了在材料使用、太陽能電池前側的遮暗和在所述電池連接器上存在機械應力的情況下到所述接觸面上的足夠的粘附方面的最佳折衷。
[0014]根據另一種優選實施方式，所述接觸面的角部倒成圓形地或者傾斜地實施。這優選也適用於所述接觸面至所述接觸指的過渡部。由此，避免了在所述角部上或者在過渡區域內形成電壓峰值，所述電壓峰值可能導致電池裂紋。類似的也適用於後側接觸結構，其接觸面同樣優選倒成圓形地或者傾斜地實施，以便避免這種電壓峰值。
[0015]根據另一種優選實施方式，所述匯流排還附加地具有連接片，所述連接片比所述接觸面更窄並且使得所述接觸面彼此連接，其中，所述接觸面至所述連接片的過渡部倒成圓形地或者傾斜地實施。通過所述接觸面之間的電池連接器下面的所述附加的連接片，存在如下可能性，即形成與所述電池連接器的經改善的電接觸和機械接觸，而不會由於附加的不透明的接觸層而增加太陽能電池前側的遮暗，這是因為所述連接片消失在總是存在的電池連接器之下。此外，所述連接片簡化了太陽能電池藉助於針片(Nadelleisten)在電池測試器中的電接觸性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]下面結合附圖對本發明進行詳細闡述。
[0017]圖1示出光電模塊的示意性側視圖；
[0018]圖2示出根據圖1的光電模塊的示意性俯視圖；
[0019]圖3示出矽太陽能電池的示意性側視圖；
[0020]圖4示出根據圖3的矽太陽能電池的前側的示意圖；
[0021]圖5示出根據圖3的矽太陽能電池的後側的示意圖；以及
[0022]圖6至圖11示出矽太陽能電池的前側接觸結構的各一種實施方式，其中示出了帶有接觸指結構、匯流排和配屬的電池連接器的各一個局部。
【具體實施方式】
[0023]結合附圖描述太陽能電池和光電模塊，其中所述太陽能電池的經改善的前側接觸結構負責減少指中斷和電池裂紋。
[0024]圖1以示意性側視圖示出光電模塊200。形象地說明所述光電模塊的前側的配屬示意性俯視圖在圖2中給出。下面也被稱為太陽能模塊的光電模塊200具有一定數量的彼此電連接的矽太陽能電池100。在運行中，所述光電模塊200以其前側面向日射，其中，一部分射線被所述太陽能電池100吸收並且轉化成電能。所述太陽能電池100 —般具有正方形結構。但是，也可以實現其他形狀。在所述光電模塊200中布置在一個平面內的太陽能電池100處於前側的玻璃蓋板210與後側的薄膜蓋板211之間，並且注入透明的嵌入層220中。在邊緣上，所述光電模塊具有框架230，所述框架230賦予了所述模塊穩定性和連接剛度。
[0025]如圖2所示，所述光電模塊200的太陽能電池100優選以串聯電路的形式彼此連接，所述串聯電路以S形的方式跨越所述光電模塊200地分布。布線(如圖2中所示)藉助於電池連接器240來實現，所述電池連接器240以帶狀的電導體的形式例如以鍍錫的銅帶的形式構成。所述電池連接器240將矽太陽能電池的各一個前側接觸結構與相鄰的太陽能電池的後側接觸結構連接起來。以具有列和行的陣列的形式布置在所述光電模塊上的、處於外部的太陽能電池經由橫向連接器245彼此互連。
[0026]圖3示意性地示出所述光電模塊200的太陽能電池100的側視圖或者剖視圖。所述太陽能電池100的前側的俯視圖在圖4中示出，而後側視圖在圖5中示出。所述太陽能電池100具有矽襯底110，所述矽襯底110分成後側的基極區域111和前側的發射極區域112，它們具有不同的摻雜。在此，所述基極區域111 一般具有P摻雜，相反，所述發射極區域112具有η摻雜。在這兩個區域之間形成ρ-η結，所述ρ-η結產生電場。於是，在照射所述太陽能電池的時候，由吸收輻射所產生的載流子通過所述電場彼此分開。為了使所述基極區域111和發射極區域112相接觸，在所述太陽能電池的前側和後側上設置有接觸結構。
[0027]在此，所述前側接觸結構包括大量的金屬接觸元件，下面所述金屬接觸元件也被稱為接觸指。所述接觸指(如圖4中所示)相對薄並且線狀地構成並且以柵格的形式平行地跨越太陽能電池地分布。所述接觸指結構僅僅使得太陽能電池前側稍微被遮暗，光線經由所述太陽能電池前側射入。所述接觸指132優選嵌入抗反射層120中，利用所述抗反射層120來抑制表面上的光反射，所述光反射降低了光效率。除了平行分布的接觸指132，所述太陽能電池的前側接觸結構優選還包括多個金屬的匯流排135，所述匯流排135下面也被稱為匯流條(Busbar)。所述匯流排135垂直於線狀的接觸指132地布置並且越過所述接觸指地分布。所述匯流排135使得從所述發射極區域112經由接觸指所採集的載流子聚集在一起，並且經由所述電池連接器將它們傳遞給相鄰的太陽能電池。所述接觸指132和匯流排135優選由銀組成並且通常藉助於印刷法來覆加，在所述印刷法中使用銀膏體。
[0028]所述太陽能電池的後側接觸結構(如圖5中所示)包括金屬層150，在所述金屬層150上優選以均勻分布的方式布置有多個大面積的金屬接觸面155。所述金屬層150可以例如由鋁製成，所述金屬接觸面155可以由銀製成。後側的接觸面155像前側的匯流排那樣用於使得所述電池連接器在所述光電模塊的框架內電連接和機械連接，以便使得各個太陽能電池以串聯電路串聯在一起。如圖5中進一步所示，優選的是，所述接觸面155的角部倒成圓形或者傾斜，以便避免出現在尖的稜邊上的電壓峰值。這種電壓峰值可能導致電池裂紋。
[0029]在將一般為銅帶的帶狀電池連接器安設到前側的匯流排上時，在太陽能電池的批量生產過程的範圍內經常出現所述電池連接器的錯誤定位，於是由此使得所述電池連接器以相對於所述匯流排移動的方式靠在所述接觸指上。於是，經由這種接觸，將力接入所述接觸指中，例如基於矽襯底、銀膏體、用於安設銅帶的焊料、銅、包封材料、後側薄膜或者前側上的玻璃蓋板的不同的熱膨脹係數。此後，在製造過程的範圍內例如在焊料冷卻以及隨後的層壓過程中出現在所述接觸指上的這種機械應力或者還由於太陽能電池運行時的溫度波動，可能導致所述接觸指的損壞，尤其是裂開，這對光電模塊功率產生不利影響。
[0030]這種指中斷和電池裂紋利用根據本發明的經改善的前側接觸結構得以避免，其中在圖4中示意性所示的貫通式匯流排細分成接觸面，所述接觸面分別布置在所述接觸指的區域內並且突出於所述接觸指。於是，跨越所述匯流排地分布的帶狀電池連接器的寬度小於所述匯流排的所述接觸面的寬度。由此，所述匯流排的所述接觸面可靠地使得所述電池連接器與窄的並因此易壞的接觸指遮隔開，即使是在所述電池連接器並沒有精確定位的情況下。所述匯流排的所述接觸面相對於帶狀式跨越它地分布的電池連接器的側向突出部負責足夠的公差範圍。
[0031]根據本發明的前側接觸結構的可能的根據本發明的構造形式在圖6至圖11中示意性示出，其中，分別總是僅僅示出一個局部。在此，所述接觸指132在Y方向上相對於彼此平行地分布，而所述匯流排135相對於它橫向地布置在X方向上。在將太陽能電池聯接成光電模塊的範圍內布置在所述匯流排上的電池連接器240以虛線示出。
[0032]在圖6所示的實施方式中，所述匯流排的跨越所述接觸指地布置的各個接觸面彼此連接，從而產生貫通式匯流排，與跨越它地分布的電池連接器相比，所述匯流排更寬地實施。在此，所述貫通式匯流排可以實現至所述電池連接器的良好的電和機械連接。所述匯流排的接觸面與所述接觸指之間的過渡部(如圖6中進一步所示)傾斜地實施，以便在所述接觸指與所述接觸面之間的電過渡部的情況下避免電壓峰值。可供選擇地，也存在如下可能性，即，像所述後側接觸面中那樣，使角部倒成圓形，以便抑制所述電壓峰值。
[0033]圖7示出所述前側接觸結構的另一種實施方式，其中所述匯流排的具有倒成圓形的角部的各個接觸面經由連接片彼此連接。所述接觸面之間的附加的連接片又負責所述電池連接器的經改善的電和機械聯接，其中，所述連接片相對於圖6中所示的實施方式的減小的寬度負責一般由銀製成的匯流排的減少的材料消耗並因此負責降低製造成本。
[0034]在圖8中示出另一種實施方式，其中所述匯流排的接觸面彼此分開地實施，並且僅僅通過平行地跨越它地分布的電池連接器彼此連接。利用這種構造方式，進一步降低了所述匯流排的材料消耗並因此可以實現低成本的製造。所述匯流排的區域內的減小的金屬化面積(如圖7和圖8中所示)的另一優點在於電池表面的更好的鈍化(Passivierung),這是因為在未金屬化的區域中發射極的表面鈍化得以維持。
[0035]這也適用於圖9中所示的實施方式，其中在Y方向上相同寬度的但是在X方向上可供選擇地短的和長的接觸面跨越所述接觸指地布置。短的接觸面負責降低材料供給並且同時負責足夠的電觸點接通。處於它們之間的較長的接觸面確保了所述電池連接器在所述匯流排上的機械聯接，以便避免在機械應力的情況下所述電池連接器從所述匯流排上的牽拉(Abzug)。此外，通過短的接觸面，降低了所述太陽能電池前側上被所述匯流排遮蓋的面積，由此實現了減少的遮蔽並因此實現了改善的光接入。
[0036]原則上，可以設想短的和長的接觸面的各種各樣的次序。例如，代替圖9中所示的那種情況，接觸面可以每隔一個、僅僅每隔兩個或者每隔三個地較長地實施。在圖8中所示的統一的接觸面中，所述接觸面的長度在X方向上優選為0.7_(毫米)，由此產生針對所述電池連接器的足夠的粘附。在圖9中所示的可供選擇的接觸面長度中，較長的接觸面的長度為1_，短的接觸面的長度為0.3mm,以便負責所述電池連接器在所述匯流排上相對於牽拉力的足夠的粘附。
[0037]可供選擇地，如圖10和圖11中所示，也可以使用接觸面的如下次序，即其長度在X方向上減小，也就是說在所述電池連接器的方向上減小。在此，可以像圖10中所示的那樣實施所述接觸面長度的梯級式減小，或者像圖11中所示的那樣跳躍式減小。此外，也可以像圖10和圖11中所示的那樣，所述接觸面總是遮蓋多個接觸指。在此，優選的是，所述接觸面長度的減小通過如下方式來實施，即，貼靠在太陽能電池邊緣上的接觸面具有最大的長度，這是因為在生產中在這裡所述電池連接器被施加最大的機械力，並因此在這裡存在針對牽拉電池連接器的最大危險。於是，較大的接觸面負責更好的機械連接。此外，優選的是，最短的接觸面設置在太陽能電池的中心區域內，這是因為在這裡所述電池連接器經受最小的機械負荷。於是，通過減小的面積大小，既可以節約材料又可以降低對於光接入的遮蔽。
【權利要求】
1.一種光電模塊，其具有: a)多個由預處理過的矽片製成的太陽能電池(100)，所述太陽能電池具有各一個接觸結構，所述接觸結構包括多個在第一方向上平行地布置的線狀接觸指(132)和至少一個垂直於所述第一方向布置的匯流排(135)，其中，所述匯流排在第二方向上跨越所述接觸指地分布並且與所述多個接觸指電連接；以及 b)至少一個用於連接所述太陽能電池的電池連接器(240)，所述至少一個電池連接器在所述第二方向上跨越至少一個太陽能電池的所述匯流排(135)地分布並且與所述匯流排電連接，其中，所述電池連接器的寬度小於所述匯流排(135)的寬度； 其特徵在於， 所述匯流排(135)具有一系列在所述第二方向上具有不同長度的接觸面，所述接觸面形成與所述接觸指(132)的電連接，其中，所述匯流排(135)布置在所述太陽能電池(100)的邊緣區域內的接觸面在所述第二方向上的長度大於所述匯流排布置在所述太陽能電池的中間區域內的接觸面在所述第二方向上的長度。
2.根據權利要求1所述的光電模塊，其中，所述匯流排的至少一個所述接觸面在所述第二方向上跨越多個接觸指地延伸。
3.根據前述權利要求之一所述的光電模塊，其中，所述太陽能電池的所述匯流排(135)的所述接觸面的長度在所述第二方向上從所述中間區域朝向所述邊緣區域地增加。
4.根據前述權利要求之一所述的光電模塊，其中，所述匯流排(135)布置在所述太陽能電池的所述中間區域內的接觸面關於剩餘接觸面是面積最小的。
5.根據前述權利要求之一所述的光電模塊，其中，所述接觸面的角部倒成圓形地或者傾斜地實施。
6.根據前述權利要求之一所述的光電模塊，其中，所述接觸面至所述接觸指的過渡部倒成圓形地或者傾斜地實施。
7.根據前述權利要求之一所述的光電模塊，其中，所述匯流排(135)具有連接片，所述連接片比所述接觸面更窄並且使得所述接觸面彼此連接。
8.根據權利要求7所述的光電模塊，其中，所述匯流排的所述接觸面至所述連接片的過渡部倒成圓形地或者傾斜地實施。
9.根據前述權利要求之一所述的光電模塊，其還具有前側的玻璃蓋板(210)和後側的蓋板(211)，其中，所述太陽能電池在所述前側蓋板與所述後側蓋板之間布置在嵌入層(220)中，並且其中，所述太陽能電池與電池連接器一起連接成串聯的太陽能電池的多個線路。
【文檔編號】H01L31/05GK104282787SQ201410311895
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年7月2日 優先權日:2013年7月2日
【發明者】赫爾·史蒂芬·斯特克梅茨, 赫爾·約爾格·沃爾特, 馬丁·庫策, 亞歷山大·菲勒, 克裡斯蒂安·科赫, 赫爾·弗雷德裡克·班貝克 申請人:太陽世界工業薩克森有限公司