集成式背板、背接触式光生伏打模块及其生产方法
【专利摘要】本发明涉及用于背接触式光生伏打模块的集成式背板，包括：上述集成式背板的背接触式光生伏打模块及其生产方法，所述用于背接触式光生伏打模块集成式背板包括用于提供背接触式光生伏打电池与集成式背板中的导电电路之间的电连接的组合型电互连构件；本发明的技术对于背接触式光生伏打模块的生产商而言是迫切需要的；本发明既能够提高背接触式光生伏打模块的效能和耐久性，又能够大大节省导电粘合剂的用量，从而大幅降低了制造成本。
【专利说明】集成式背板、背接触式光生伏打模块及其生产方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于背接触式光生伏打模块的集成式背板、包含该集成式背板的背接触式光生伏打模块及其生产方法。具体地讲，本发明涉及一种包括组合型电互连构件的用于背接触式光生伏打模块的集成式背板及其生产方法、一种包括组合型电互连构件的背接触式光生伏打模块及其生产方法。
【背景技术】
[0002]由于光生伏打(或太阳能)电池能够提供可持续能源，因此其使用范围正在迅速扩大。已经商业化的常规硅太阳能电池，发射区和发射区电极均位于电池前面。
[0003]在制造常规的光生伏打模块时，为了使其达到至少20年的耐候性，通常将光生伏打电池夹在或层压在聚合物封装层之间，并利用前板和背板进一步将光生伏打电池与环境隔离，及为模块提供机械支撑。因此，前板和背板也被称为外保护层板。
[0004]一般来讲，在源自基于晶体硅电池片的光生伏打模块中，按照从背面(非朝阳面)到前面(朝阳面)的位置顺序，其具有包括以下部分的层压结构:(I)背板，(2)背封装层，
(3)光生伏打电池，(4)前封装层，以及(5)前板。
[0005]在具有该结构的光生伏打模块中，重要的是，设置于背接触式光生伏打电池的朝阳面的材料(即前板例如玻璃板和前封装层)具有较高的光透过率，以允许足够的日光到达光生伏打电池。
[0006]封装层(即前封装层和背封装层)通常由聚合材料制成，诸如酸共聚物、离聚物、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)、聚(乙烯醇缩醛)(如聚(乙烯醇缩丁醛)(PVB))、聚氨酯、聚(氯乙烯)、聚乙烯(如线性低密度聚乙烯)、聚烯烃嵌段共聚物弹性体、α-烯烃与α，β_烯键式不饱和羧酸酯的共聚物(如乙烯丙烯酸甲酯共聚物和乙烯丙烯酸丁酯共聚物)、硅酮弹性体、环氧树脂、以及这些聚合材料中的两种或更多种的组合。在这些材料中，EVA —直是光生伏打电池封装层材料的最热门的选择。前封装层可以由一层或多层聚合材料层压成形，而背封装层也可以由一层或多层聚合材料层压成形。
[0007]已经商业化的常规硅光生伏打电池的发射区电极位于电池前面有利于提高载流子的收集效率。但此种结构有其局限性:尽管电极所占面积已经很小，可依然会阻挡了部分阳光，使光生伏打电池有效受光面积减小；组件封装时，需要用涂锡带从一块电池的前面焊接到另一块电池的背面，这种连接方式使自动化生产的难度加大。为此，研究人员把位于电池前面的电极转移到电池背面，开发出许多结构不同的背接触式光生伏打电池。背接触式光生伏打电池是指电池的发射区电极的全部或部分位于电池背面的一种光生伏打电池。背接触式电池以其独特的器件结构、简单的制造工艺及较高的电池效率，备受光伏市场的关注。背接触式电池有很多优点:①效率高。由于降低或完全消除了前面栅线电极的遮光损失，从而提高了电池效率。②适宜自动化组装生产。采用全新的组件封装模式进行共面连接，既减小了电池片间的间隔，提高了封装密度，又简化了制作工艺，降低了封装难度。③更美观。背接触式光生伏打电池的前面均一、美观，满足了消费者的审美要求。[0008]而在背接触式光生伏打电池中，由于将电池前面电极转移到电池背面，电池前面光接收侧的银浆覆盖范围减小了，从而提高了背接触式光生伏打电池的效率。
[0009]目前，背接触式光生伏打模块的生产工艺极其复杂且成本非常高。对于背接触式光生伏打模块而言，现有技术一般采用两种方式连接背接触式光生伏打电池上面的电极与设置在背板(或基板)上面的导电电路，用以引出背接触式光生伏打电池所产生的功率。
[0010]第一种方式是，用导电粘合剂填充EVA背封装层和/或背绝缘层中的通孔。这种连接方式的缺点是:需要使用大量的导电粘合剂。通常来说，导电粘合剂中包含有大量银颗粒，成本高昂，从而导致制造成本大幅上升。图1是现有技术的背接触式光生伏打模块的层压结构的分解示意图。图2是现有技术的背接触式光生伏打模块的剖视示意图，图2中详细地示出了用于在所述背接触式光生伏打电池的所述背面侧上面的电触点与导电电路之间提供电连接的电互连构件。从图1和图2中可以看到:背接触式光生伏打模块1000沿着从背面(非朝阳面)到前面(朝阳面)的方向顺序包括以下各层:背板(或基板)1010、设置在背板上的导电电路1011、背绝缘层(或背封装层)1020、背接触式光生伏打电池1030、前封装层1040和前板1050。如图2中所示，背接触式光生伏打电池1030的背面侧上面具有多个电触点1031，其与背面绝缘层1020上的多个贯穿孔1021对齐，背接触式光生伏打电池1030上还具有多个从前面侧延伸至背面侧的电极导引孔1032，其与背接触式光生伏打电池1030的背面侧上面部分电触点1031对齐。被设置在背接触式光生伏打电池1030的背面侧上的电触点1031与导电电路1011之间的电连接是通过填充在背面绝缘层1020上的多个贯穿孔1021中的电互连构件(即导电粘合剂)1022提供的。对于背接触式光生伏打模块的生产而言，导电粘合剂的用量通常会很大。
[0011]第二种方式是，将互联条直接焊接到背接触式光生伏打电池背面的电极上并且互联条同时被用作背面电路。虽然这种连接方式成本较低，但是模块的生产效率较低。而且高温焊接会在背接触式光生伏打电池上面引入较高的热应力，从而导致电池破损率较高。由于互联条电路与背接触式光生伏打电池之间存在特定的正负极对应结构，因此还需要解决背接触式光生伏打电池与互联条之间的电绝缘问题。
[0012]因此，对于背接触式光生伏打模块的生产商而言，迫切需要一种既能够进一步提高电池效能，同时又能够节省导电粘合剂的使用，具有成本效益的用于背接触式光生伏打模块的集成式背板、包括上述集成式背板的背接触式光生伏打模块及其生产方法。
【发明内容】
[0013]本发明通过一种用于提供背接触式光生伏打电池的背面侧上面的电触点与导电电路之间的电连接的组合型电互连构件，成功地解决了现有技术中存在的上述问题。
[0014]通过在所述组合型电互连构件中应用金属导电部件替代部分导电粘合剂，提高了背接触式光生伏打电池与导电电路之间导电效率，从而提高了背接触式光生伏打模块的光电转换效率。另外，在背接触式光生伏打模块中应用这种组合型电互连构件，还可以降低制造成本。
[0015]具体而言，本发明涉及以下多个方面的内容:
1.一种用于背接触式光生伏打模块的集成式背板，所述集成式背板沿着从背面到前面的方向顺序包括: 具有彼此相对的背面侧和前面侧的基板；
被设置在所述基板的所述前面侧上的导电电路；
与所述导电电路相邻接的背绝缘层，所述背绝缘层具有与所述导电电路相邻的背面侧和远离所述导电电路的前面侧，且所述背绝缘层具有多个自所述背绝缘层的背面侧延伸至所述背绝缘层的前面侧的贯穿孔，所述贯穿孔与所述导电电路对齐；
其中，所述多个贯穿孔中的每一个贯穿孔被组合型电互连构件所充满，所述组合型电互连构件包括第一电粘结部件和与所述第一电粘结部件形状互补的至少一个导电部件，且相对于所述至少一个导电部件在所述贯穿孔中的位置而言，所述第一导电粘结部件靠近所述背绝缘层的前面侧；
当使用所述集成式背板生产背接触式光生伏打模块时，所述组合型电互连构件的第一电粘结部件被粘附到背接触式光生伏打电池的背面侧上面的电触点上。
[0016]2.根据方面I所述的集成式背板，其特征在于，所述至少一个导电部件由一种或多种金属材料制成。
[0017]3.根据方面2所述的集成式背板，其特征在于，所述一种或多种金属材料选自包括铜、铝、钨、锡、镍、钛、镀银铜、镀镍铜、镀锡铜、镀锡铝、镀金镍、不锈钢以及它们的合金和组合的物质组。
[0018]4.根据方面3所述的集成式背板，其特征在于，所述至少一个导电部件为包括片、块、网及其组合中的一种或多种的形式。
[0019]5.根据方面I所述的集成式背板，其特征在于，在所述组合型电互连构件中，所述至少一个导电部件占所述组合型电互连构件总体积的3-95 %。
[0020]6.根据方面I所述的集成式背板，其特征在于，所述第一电粘结部件由包括至少5% (体积百分含量)的高分子材料的导电材料制成。
[0021]7.根据方面6所述的集成式背板，其特征在于，所述第一电粘结部件由导电高分子材料制成。
[0022]8.根据方面6所述的集成式背板，其特征在于，所述第一电粘结部件由导电粘合剂制成，所述导电粘合剂包括高分子材料及分散其中的导电粒子。
[0023]9.根据方面7所述的集成式背板，其特征在于，所述导电粒子选自包括金、银、镍、铜、招、锡、锌、钛、锡、秘、鹤、铅及其合金的组。
[0024]10.根据方面1-9中任一项所述的集成式背板，其特征在于，所述至少一个导电部件被直接粘附到所述导电电路上。
[0025]11.根据方面1-9中任一项所述的集成式背板，其特征在于，所述组合型电互连构件进一步包括第二电粘结部件，相对于所述至少一个导电部件在所述贯穿孔中的位置而言，所述第二电粘结部件靠近所述背绝缘层的背面侧并被粘附到所述导电电路上，且所述第二电粘结部件与所述至少一个导电部件形状互补。
[0026]12.根据方面11所述的集成式背板，其特征在于，所述第二电粘结部件由导电粘合剂、导电高分子材料或焊料制成。
[0027]13.根据方面I所述的集成式背板，其特征在于，所述背绝缘层由包含乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)、离聚物(ionomer)或聚(乙烯醇缩丁醛)(PVB)的聚合物组合物制成。
[0028]14.一种背接触式光生伏打模块，所述背接触式光生伏打模块沿着从背面到前面的方向顺序包括:
根据方面1-13中任一项所述的集成式背板；
背接触式光生伏打电池，所述背接触式光生伏打电池具有彼此相对的前面光接收侧和背面侧，且多个电触点成形在所述背接触式光生伏打电池的所述背面侧上面，所述背接触式光生伏打电池的所述背面侧与所述集成式背板的背绝缘层邻接；
与所述背接触式光生伏打电池的所述前面侧相邻接的前封装层；和 与所述前封装层相邻接的透明前板。
[0029]15.根据方面14所述的背接触式光生伏打模块，其特征在于，所述背接触式光生伏打电池为经过金属化贯穿缠绕处理(MWT)的光生伏打电池。
[0030]16.一种生产用于背接触式光生伏打模块的集成式背板的方法,所述方法包括以下步骤:
(a)提供具有彼此相对的背面侧和前面侧的基板；
(b)在所述基板的所述前面侧上设置导电电路；
(c)将背绝缘层叠置在所述导电电路上，其中所述背绝缘层具有多个自所述背绝缘层的背面侧延伸至所述背绝缘层的前面侧的贯穿孔，使所述贯穿孔对准所述导电电路，其中，在所述多个贯穿孔的每一个贯穿孔中填充至少一个导电部件和第一电粘结部件从而充满所述贯穿孔，所述至少一个导电部件靠近所述背绝缘层的与所述导电电路邻近的背面侧，所述第一电粘结部件靠近所述背绝缘层的远离所述导电电路的前面侧，且所述至少一个导电部件与第一电粘结部件形状互补并共同成为组合型电互连构件的组成部分；
(d)热压层合由步骤(C)得到的多层结构以得到所述集成式背板。
[0031]17.根据方面16所述的生产用于背接触式光生伏打模块的集成式背板的方法，其特征在于，在步骤(C)和步骤(d)中所述多个贯穿孔中的至少一个导电部件与所述导电电路直接接触。
[0032]18.根据方面16所述的生产用于背接触式光生伏打模块的集成式背板的方法，其特征在于，在步骤(C)中，在所述多个贯穿孔的每一个贯穿孔中进一步填充第二电粘结部件使其被置于靠近所述背绝缘层的背面侧、与所述至少一个导电部件形状互补且与所述导电电路直接接触，从而使所述至少一个导电部件被置于所述第一和第二电粘结部件之间并共同形成所述组合型电互连构件的组成部分，并且在步骤(d)中所述组合型电互连构件借助于所述第二电粘结部件被粘附到所述导电电路上。
[0033]19.一种生产背接触式光生伏打模块的方法，所述方法包括以下步骤:
(a)提供具有彼此相对的背面侧和前面侧的基板；
(b)在所述基板的所述前面侧上设置导电电路；
(c)将背绝缘层叠置在所述导电电路上，其中所述背绝缘层具有多个自所述背绝缘层的背面侧延伸至所述背绝缘层的前面侧的贯穿孔，使所述贯穿孔对准所述导电电路，其中，在所述多个贯穿孔的每一个孔中至少填充至少一个导电部件和第一电粘结部件从而充满所述贯穿孔，所述至少一个导电部件靠近所述背绝缘层的与所述导电电路邻近的背面侧，所述第一电粘结部件靠近所述背绝缘层的远离所述导电电路的前面侧，且所述至少一个导电部件与第一电粘结部件形状互补并共同成为组合型电互连构件的组成部分；
(d)将具有彼此相对的前面光接收侧和背面侧和成形在所述背面侧的多个电触点的背接触式光生伏打电池叠置在所述背绝缘层上并使所述多个贯穿孔中的第一电粘结部件与所述背接触式光生伏打电池背面侧的多个电触点直接接触；
(e)将前封装层叠置在所述背接触式光生伏打电池的所述前面光接收侧上；
(f)将透明前板叠置在所述前封装层上面；
(g)热压层合由步骤(f)得到的多层结构以得到所述背接触式光生伏打模块。
[0034]20.根据方面19所述的生产背接触式光生伏打模块的方法，其特征在于，在步骤(C)中所述多个贯穿孔中的至少一个导电部件与所述导电电路直接接触，且在步骤(g)所述第一电粘结部件被粘附到所述背接触式光生伏打电池背面侧的多个电触点上。
[0035]21.根据方面20所述的生产背接触式光生伏打模块的方法，其特征在于，在步骤(C)中，在所述多个贯穿孔的每一个孔中进一步填充第二电粘结部件使其被置于靠近所述背绝缘层的背面侧、与所述至少一个导电部件形状互补且与所述导电电路直接接触，从而使所述至少一个导电部件被置于所述第一电粘结部件和所述第二电粘结部件之间并共同形成所述组合型电互连构件的组成部分，并且在步骤(g)中，所述第二电粘结部件被粘附到所述导电电路上。
[0036]22.一种生产背接触式光生伏打模块的方法，所述方法包括以下步骤:
(a)采用如方面16-18中任一项所述的方法制备集成式背板；
(b)将具有彼此相对的前面光接收侧和背面侧和成形在所述背面侧的多个电触点的背接触式光生伏打电池叠置在所述集成式背板上并使所述多个贯穿孔中的第一电粘结部件与所述背接触式光生伏打电池背面侧的多个电触点直接接触；
(c)将前封装层叠置在所述背接触式光生伏打电池的所述前面光接收侧上；
(d)将透明前板叠置在所述前封装层上面；
(e)热压层合由步骤(d)得到的多层结构以得到所述背接触式光生伏打模块。
[0037]本发明特别具有以下有益效果:
本发明的技术对于背接触式光生伏打模块的生产商而言是迫切需要的。本发明既能够提高背接触式光生伏打模块的效能和耐久性，又能够大大节省导电粘合剂的用量，同时大幅降低了制造成本且具有可观的成本效益。
[0038]表征本发明的优点和新颖特征具体在附属于本文并构成本文一部分的权利要求书中指明。然而，为了更好地理解本发明、其优点以及通过其应用所达到的目标，应参考构成本文另一部分的附图以及随附的描述性质的事项，其中举例说明和描述了本发明的一个或多个优选实施方案。
【专利附图】
【附图说明】
[0039]下面结合说明书附图对本发明进行详细描述。说明书附图并不一定是严格按照比例进行绘制的且说明书附图仅仅是示意性的图示。在本申请的说明书附图中，使用相同或相似的附图标号表示相同或相似的元件。
[0040]图1是现有技术的背接触式光生伏打模块的层压结构的分解示意图；
图2是现有技术的背接触式光生伏打模块的剖视示意图，该图中详细地示出了用于在所述背接触式光生伏打电池的所述背面侧上面的电触点与所述导电电路之间提供电连接的电互连构件；图3是包括本发明的组合型电互连构件的第一实施例的背接触式光生伏打模块的剖面示意图；
图4是包括本发明的组合型电互连构件的第二实施例的背接触式光生伏打模块的剖面示意图；和
图5a — 5e是图4所示的背接触式光生伏打模块的生产方法的流程示意图。
[0041]部件及附图标记列表
【权利要求】
1.一种用于背接触式光生伏打模块的集成式背板，所述集成式背板沿着从背面到前面的方向顺序包括: 具有彼此相对的背面侧和前面侧的基板； 被设置在所述基板的所述前面侧上的导电电路； 与所述导电电路相邻接的背绝缘层，所述背绝缘层具有与所述导电电路相邻的背面侧和远离所述导电电路的前面侧，且所述背绝缘层具有多个自所述背绝缘层的背面侧延伸至所述背绝缘层的前面侧的贯穿孔，所述贯穿孔与所述导电电路对齐； 其中，所述多个贯穿孔中的每一个贯穿孔被组合型电互连构件所充满，所述组合型电互连构件包括第一电粘结部件和与所述第一电粘结部件形状互补的至少一个导电部件，且相对于所述至少一个导电部件在所述贯穿孔中的位置而言，所述第一导电粘结部件靠近所述背绝缘层的前面侧； 当使用所述集成式背板生产背接触式光生伏打模块时，所述组合型电互连构件的第一电粘结部件被粘附到背接触式光生伏打电池的背面侧上面的电触点上。
2.根据权利要求1所述的集成式背板，其特征在于，所述至少一个导电部件由一种或多种金属材料制成。
3.根据权利要求2所述的集成式背板，其特征在于，所述一种或多种金属材料选自包括铜、铝、钨、锡、镍、钛、镀银铜、镀镍铜、镀锡铜、镀锡铝、镀金镍、不锈钢以及它们的合金和组合的物质组。
4.根据权利要求3所述的集成式背板，其特征在于，所述至少一个导电部件为包括片、块、网及其组合中的一种或多种的形式。
5.根据权利要求1所述的集成式背板，其特征在于，在所述组合型电互连构件中，所述至少一个导电部件占所述组合型电互连构件总体积的3-95 %。
6.根据权利要求1所述的集成式背板，其特征在于，所述第一电粘结部件由包括至少5% (体积百分含量)的高分子材料的导电材料制成。
7.根据权利要求6所述的集成式背板，其特征在于，所述第一电粘结部件由导电高分子材料制成。
8.根据权利要求6所述的集成式背板，其特征在于，所述第一电粘结部件由导电粘合剂制成，所述导电粘合剂包括高分子材料及分散其中的导电粒子。
9.根据权利要求7所述的集成式背板，其特征在于，所述导电粒子选自包括金、银、镍、铜、招、锡、锌、钛、锡、秘、鹤、铅及其合金的组。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的集成式背板，其特征在于，所述至少一个导电部件被直接粘附到所述导电电路上。
【文档编号】H01L31/18GK103972315SQ201310028183
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2013年1月25日 优先权日:2013年1月25日
【发明者】胡红杰, 刘泽琳, 穆敏芳 申请人:纳幕尔杜邦公司