一种光伏电池及用于印刷其栅线的印刷网版的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及光伏组件【技术领域】，特别是一种光伏电池及用于印刷其栅线的印刷网版。该光伏电池的受光面具有栅线，距离最接近的电连接点越远，细栅线的截面积越小。位于相邻的两个电连接点之间的细栅线上具有预断栅。用于印刷上述栅线的印刷网版包括丝网网版和金属板网版，丝网网版通过调整纵向网丝的间隔和直径来配合细栅线的截面积的变化，而金属板网版通过调整金属板网版的网版开孔阵列的通透率，来实现细栅线的截面积变化。其有益效果是：在不降低电流收集能力和产品品质的同时，大幅度减低制作栅线的贵金属使用量。其次，通过预断栅使断栅等缺陷只出现在预先设计的位置，从而控制缺陷的影响，大大提升光伏电池的可靠性和安全性。
【专利说明】一种光伏电池及用于印刷其栅线的印刷网版
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及光伏组件【技术领域】，特别是一种光伏电池及用于印刷其栅线的印刷网版。
【背景技术】
[0002]2004年以来，中国光伏电池制造和应用迅猛发展。目前，中国不仅仅是全球第一的光伏制造大国，同时也已经成为全球最大的光伏市场。未来光伏发电产品的制造和应用将保持高速增长。贵金属Ag作为光伏电池产品中的核心材料，一直得到产业界的巨大关注。在欧洲光伏技术会议、上海光伏技术展览等不同场合，Martin Green等光伏界的技术专家都表示了对未来Ag产量能否满足光伏发展的担心。降低Ag在光伏电池中的使用用量，同时寻找能够取代或部分取代Ag的电池电极设计方案，成为光伏行业专家的共识。中电电气(南京)光伏公司的实用新型专利CN 203250753U中，比较简单清晰地描述了现有电极设计技术。
[0003]目前业界的研宄方向主要有5个:1)以杜邦和荷力士公司为代表的银浆公司，主要以降低银浆中的Ag用量，同时把Ag细栅线印制得更为“瘦高”。2)以天合光能等为代表的光伏组件制造商，主要是降低丝网印刷中主栅线中Ag用量。如实用新型专利ZL200920041761.6和在此基础上改进的实用新型专利CN202076273U，都是通过降低主栅银浆用量来节省Ag用量的方法。3)以尚德电力为代表的光伏组件制造商，采用“冥王星”技术，也就是使用Ni/Cu/Sn三层电镀细导电栅线的方式。由于电镀对环境保护的后处理要求高，可焊接性存在技术难度，需要投资新设备等原因，难以推向市场。4)以日立化成等公司为代表，试图通过导电膜(CF)膜来部分取代光伏电池主栅线下的导电银浆。5)以日本产业综合研宄所(AIST)为代表，试图通过导电铜浆料来取代Ag浆，这一方向的研宄才刚开始起步。
[0004]这5种方式中，第I)和第2)种方法，已经在业界广泛采用。其他几种尚在尝试之中。无论采取哪种方式，其主要目标都是在满足光伏电池严苛的可靠性要求情况下，最大限度地降低成本。
实用新型内容
[0005]本实用新型所要解决的技术问题是:降低光伏电池的贵金属的用量。
[0006]本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:一种光伏电池，在电池片的受光面具有栅线，栅线由主栅线和细栅线构成，细栅线上具有电连接点，细栅线在电连接点处通过主栅线与互联条进行电连接，距离最接近的电连接点越远，细栅线的截面积越小，该处的远近不是指空间上的直线距离的远近而是指电流传输路径的远近，截面积减小的趋势为连续的或非连续过渡的，并且细栅线通过降低细栅线的高度来减小细栅线的截面积；或者所述的栅线仅由细栅线构成，细栅线在电连接点处直接与互联条进行电连接，距离最接近的电连接点越远，细栅线的截面积越小，截面积减小的趋势为连续的或非连续过渡的，并且细栅线通过降低细栅线的高度来减小细栅线的截面积。
[0007]进一步限定，位于相邻的两个电连接点之间的细栅线上具有预断栅。
[0008]进一步限定，预断栅的宽度为D，Omm < D < 3mm。
[0009]进一步限定，预断栅位于细栅线的中间位置。
[0010]进一步限定，当栅线仅由细栅线构成时，互联条的数量为18?50根。
[0011]进一步限定，互联条通过焊接或导电胶粘结的方式进行电连接。
[0012]为实现上述栅线的设计，本实用新型提供一种光伏电池丝网印刷网版，包括网版骨架和固定在网版骨架上的丝网，丝网由相互交错的横向网丝和纵向网丝构成，在丝网上通过覆盖掩膜的方式形成印刷栅线的透孔区和掩膜区，透孔区的用于印刷细栅线的细栅透孔区的延伸方向与横向网丝的延伸方向一致，横向网丝的直径以及横向网丝之间的间隔相同，在细栅透孔区内，纵向网丝之间的间隔相同，纵向网丝的直径与待印刷的细栅线的截面积成反比；或者纵向网丝的直径相同，纵向网丝之间的间隔与待印刷的细栅线的截面积成正比；或者纵向网丝的直径与待印刷的细栅线的截面积成反比，同时纵向网丝之间的间隔与待印刷的细栅线的截面积成正比。
[0013]为实现上述栅线的设计，本实用新型另外提供一种光伏电池金属板印刷网版，包括金属板，在金属板上开设由网版开孔构成的网版开孔阵列，在网版开孔阵列上通过覆盖掩膜的方式形成印刷栅线的透孔区和掩膜区，在透孔区的用于印刷细栅线的细栅透孔区内，网版开孔阵列的通透率与待印刷的细栅线的截面积成正比。
[0014]进一步限定，网版开孔为简单几何图形，优选为椭圆形或者矩形。
[0015]本实用新型的有益效果是:在不降低电流收集能力和光伏产品品质的同时，大幅度减低制作栅线的贵金属的使用量。其次，通过预断栅促成断栅等缺陷只出现在预先设计的位置，从而控制缺陷的影响，大大提升光伏电池的可靠性和安全性。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明；
[0017]图1为目前的光伏电池的栅线的整体结构示意图；
[0018]图2是图1中的细栅线比例夸张后的俯视图；
[0019]图3是图1中的细栅线比例夸张后的侧视图；
[0020]图4是本实用新型的实施例1光伏电池的栅线的整体结构示意图；
[0021]图5是本实用新型的实施例1的细栅线比例夸张后的俯视图；
[0022]图6是本实用新型的实施例1的细栅线比例夸张后的侧视图；
[0023]图7是本实用新型的实施例2的细栅线比例夸张后的俯视图；
[0024]图8是本实用新型的实施例3的细栅线比例夸张后的俯视图；
[0025]图9是本实用新型的实施例3的细栅线比例夸张后的侧视图；
[0026]图10是本实用新型的不同根数的互联条下细栅线的电学输送距离和含Ag浆料节省上限的关系图；
[0027]图1la是本实用新型的掩膜处理前的第一种丝网网版的局部放大图；
[0028]图1lb是本实用新型的掩膜处理后的第一种丝网网版的局部放大图；
[0029]图1lc是本实用新型的第二种丝网网版的局部放大图；
[0030]图1ld是本实用新型的第四种丝网网版的局部放大图；
[0031]图12a是本实用新型的掩膜处理前的第一种金属板网版的局部放大图；
[0032]图12b是本实用新型的掩膜处理后的第一种金属板网版的局部放大图；
[0033]图12c是本实用新型的掩膜处理前的第二种金属板网版的局部放大图；
[0034]图12d是本实用新型的掩膜处理后的第二种金属板网版的局部放大图；
[0035]图12e是本实用新型的掩膜处理前的第三种金属板网版的局部放大图；
[0036]图12f是本实用新型的掩膜处理后的第三种金属板网版的局部放大图；
[0037]图中，1.细栅线，2.主栅线，3.互联条，4.预断栅，5.横向网丝，6.纵向网丝，7.掩膜，7-1.形成预断栅的掩膜，8.细栅透孔区，9.金属板，10.网版开孔。
【具体实施方式】
[0038]本实用新型的核心是采用一种非均匀式的光伏电池受光面栅线设计，在不降低电流收集能力和光伏产品品质的同时，大幅度减低制作栅线的贵金属(一般为Ag)的使用量。在靠近栅线和互联条3的电连接点处的细栅线I的贵金属用量最多，导电性能最好。在最远离电连接点的电流收集末端部分的细栅线I的贵金属用量相对最少，导电性能最弱。在最接近电连接点和最远离电连接点之间的细栅线I的贵金属用量逐渐过渡。
[0039]下面在介绍现有电极设计的基础上，对比说明本实用新型的特点。
[0040]常见的光伏电池通常为125 X 125mm或156 X 156mm两种规格尺寸，主栅线2通常设计为2?5根。图1、2和3给出了现有通用的光伏电池的典型栅线设计。在图1中光伏电池的规格为156X 156mm，该光伏电池的受光面具有3根主栅线2，和60?80根宽度为30?120um，高度为15?30um的细栅线1，细栅线为均匀分布设计。主栅线2和细栅线I由含Ag浆料通过丝网印刷的方式转移到光伏电池的受光面，然后在500?900°C的温度下高温烧结而成。这种含Ag浆料一般由导电相Ag粉、无机粘结剂玻璃料、有机载体及改善电池性能的微量添加剂组成，制备工艺复杂，价格高。为降低含Ag浆料成本，通常主栅线2的含Ag浆料的配方中会降低含Ag量，并通过镂空的方式来降低成本。互联条3通过焊接或导电胶粘结的方式通过主栅线2在电连接点处与细栅线I进行电连接，互联条3包括铜锡焊带、铜铟焊带。
[0041]实施例1，如图4、5和6所示:
[0042]一种光伏电池，在电池片的受光面具有栅线，栅线仅由细栅线I构成，省略主栅线2，细栅线I上具有电连接点，细栅线I在电连接点处直接与互联条3进行电连接，互联条3的数量为18?50根，在图中，互联条3的根数为22根。省去的主栅线2的Ag用量成本占光伏电池含Ag浆料成本的1/3，是一个显著进步。
[0043]对于3根主栅线2的设计，细栅线I的传输距离为52mm ;对于22根互联条3的设计，细栅线I的运输距离为7mm。达成同样的传输能力，细栅线I的导电承载能力要求降低了 8倍。对于30根互联条3的设计，细栅线I的运输距离为3.9mm，细栅线I的导电承载能力要求降低了 10倍。这一部分的电流负荷被直接转移到了互联条3上，相当于使用互联条3取代了贵金属材质的栅线。显著多的互联条3的设计对含Ag浆料用量的节省作用见图10。
[0044]距离最接近的电连接点越远，细栅线I的截面积越小，使得电流收集末端部分细栅线I的贵金属用量相对最少，可以大量节省Ag的用量。在这个实施例中，光伏电池的细栅线I的宽度是一致的，与图1、2和3中现有的光伏电池的细栅线I的设计没有区别，细栅线I通过降低细栅线I的高度来减小细栅线I的截面积，距离最接近的电连接点越远，细栅线I的高度越小，高度降低的趋势可以是非连续过渡的。细栅线I的设计和现有的光伏电池的细栅线I设计相比可以节省约10%左右Ag用量。
[0045]实施例2，如图7所示，
[0046]和实施例1相比，光伏电池的细栅线I的宽度和高度都是不一致的，细栅线I通过同时降低细栅线I的高度和宽度来减小细栅线I的截面积，距离最接近的电连接点越远，细栅线I的高度越小，而且细栅线I的宽度越小。
[0047]实施例3，如图8和9所示，
[0048]和实施例1相比，细栅线I高度降低的趋势是连续过渡的，而且位于相邻的两个电连接点之间的细栅线I上具有预断栅4。预断栅4的宽度为D，Omm < D < 3mm。预断栅4位于细栅线I的中间位置。在图4中，假设有78根水平设置的细栅线1，并且有22根垂直设置的互联条3，则有(22-1) X 78 = 1638个预断栅4。
[0049]预断栅4的作用是:光伏电池的栅线在印刷过程中经常会发生断栅现象，而且发生断栅的部位都是不确实的，极大的影响了栅线对电流的收集，而在本实施例中通过在细栅线I的对电池电流收集能力和可靠性影响最小的地方设计预断栅4，预断栅4会消减可能发生断栅的薄弱点的应力，使得可能发生断栅的薄弱点不会断栅。同时预断栅4也有利于降低含Ag浆料的用量。
[0050]在实施例1和2中，因为在位于相邻的两个电连接点之间细栅线I的中间位置的截面积最小，当存在断栅的因素时该中间部位也会优先断裂，在一定程度上也具有防止细栅线I的其他部分发生断栅的作用。
[0051]根据上述实例1、2和3的思想，本行业的工程技术人员非常容易举一反三，对实施例1、2和3的方法进行组合，对于这些变化，都属于实用新型保护的范围，本实用新型专利中不再一一赘述。
[0052]为更为简单和形象地说明本实用新型的实质，本实用新型的思想可以和大自然的树叶(或人类血管)的构造来类比。这些运输管道的特点是越到末端越细小，原因是末端这一段的管道所承担的采集和输运的负载也最小。普通树叶脉络或普通血管采用的是同一种材料，大自然无法采用不同材料，因此采用了最简单的生物设计。在本实用新型中，光伏电池的电极材料从原有的3种(高含Ag细栅线、低含Ag主栅线和互联条)改变为2种(高含Ag细栅线和互联条)，同时，大幅度增加互联条3的数量，使得细栅线I的运输距离大大减小。
[0053]为实现上述栅线设计，本实用新型同时披露了一种光伏电池丝网印刷网版:
[0054]该光伏电池丝网印刷网版的第一种设计为:
[0055]如图1la和Ilb所示，该丝网印刷网版用于实现实施例1，包括网版骨架和固定在网版骨架上的丝网，丝网由相互交错的横向网丝5和纵向网丝6构成，在丝网上具有用于印刷栅线的透孔区，透孔区外的丝网的其他区域覆盖掩膜7，因为实施例1的光伏电池的受光面仅具有细栅线1，故丝网印刷网版的透孔区仅包括用于印刷细栅线I的细栅透孔区8，细栅透孔区8的延伸方向与横向网丝5的延伸方向一致，即横向网丝5的延伸方向与待印刷的细栅线I的延伸方向一致，横向网丝5的直径以及横向网丝5之间的间隔相同，掩膜7的制备方法为:首先在丝网上涂覆光敏胶体涂层，通过曝光显影和腐蚀的方法形成掩膜区和透孔区，含Ag浆料就会通过透孔区印刷到光伏电池的表面。在细栅透孔区8内，纵向网丝6之间的间隔相同，纵向网丝6的直径与待印刷的细栅线I的截面积成反比，这样在光伏电池的印刷制造过程中，含Ag浆料通过透孔区漏下到电池表面时，就可以形成实施例1的非均匀栅线。
[0056]该光伏电池丝网印刷网版的第二种设计为:
[0057]如图1lc所示，和丝网印刷网版的第一种设计相比，不同点在于，在细栅透孔区8内，纵向网丝6的直径相同，纵向网丝6之间的间隔与待印刷的细栅线I的截面积成正比。
[0058]该光伏电池丝网印刷网版的第三种设计为:
[0059]和丝网印刷网版的第一种设计相比，不同点在于，在细栅透孔区8内，纵向网丝6的直径与待印刷的细栅线I的截面积成反比，同时纵向网丝6之间的间隔与待印刷的细栅线I的截面积成正比。
[0060]该光伏电池丝网印刷网版的第四种设计:
[0061]如图1ld所示，该丝网印刷网版用于实现实施例3，和丝网印刷网版的第一种设计相比，不同点在于，在细栅透孔区8内，纵向网丝6的直径相同，纵向网丝6之间的间隔与待印刷的细栅线I的截面积成正比，在每条细栅透孔区8之间具有形成预断栅的掩膜7-1，即距离形成预断栅的掩膜7-1越近，纵向网丝6的网丝间隔越小。
[0062]用于实现上述栅线设计，除上述丝网印刷网版外，本实用新型还披露了一种光伏电池金属板印刷网版:
[0063]该金属板印刷网版包括金属板9，在金属板9上开设由网版开孔10构成的网版开孔阵列，在网版开孔阵列上通过覆盖掩膜7的方式形成印刷栅线的透孔区和掩膜区，在透孔区的用于印刷细栅线I的细栅透孔区8内，网版开孔阵列的通透率与待印刷的细栅线I的截面积成正比。光伏电池金属板印刷网版的优点在于:一方面可以避免网丝编织造成的编织结点的凸起，实现完全处于同一平面的丝网图案，可以印制出高宽比更高的栅线?’另一方面，金属板印刷网版也可以通过网版开孔阵列图案的变化，更方便地在栅线的不同部位，实现不同的通透率。因此，特别适宜于针对本实用新型的非均匀截面积栅线的印刷。
[0064]该光伏电池金属板印刷网版的第一种设计:
[0065]如图12a和12b所示，该金属板印刷网版用于实现实施例1，在金属板9上通过蚀刻的方式形成类似于图1la和Ilb的丝网图案的网版开孔阵列，金属板9为不锈钢薄板材料，网版开孔阵列的网版开孔10为方形，在网版开孔阵列上通过覆盖掩膜7的方式形成印刷栅线的透孔区和掩膜区，因为实施例1的光伏电池的受光面仅具有细栅线1，故金属板网版的透孔区仅包括用于印刷细栅线I的细栅透孔区8，在细栅透孔区8内，网版开孔阵列的通透率是非均匀的，与待印刷的细栅线I的截面积成正比。网版开孔阵列可以仅仅在透孔区及其周边一定范围内，掩膜7的制备方法为:首先在网版开孔阵列上涂覆光敏胶体涂层，通过曝光显影和腐蚀的方法在网版开孔阵列上形成掩膜区和透孔区，含Ag浆料就会通过透孔区的网版开孔10印刷到光伏电池的表面，因为网版开孔阵列的通透率是非均匀的，这样就可以形成实施例1的非均匀栅线。
[0066]该光伏电池金属板印刷网版的第二种设计:
[0067]如图12c和图12d所示，金属板网版的网版开孔阵列图案与丝网图案并不相同，虽然和金属板印刷网版的第一种设计相比网版开孔10都为方形，但是每条细栅透孔区8的纵向仅具有一排网版开孔10，每条细栅透孔区8的延伸方向为横向，，距离最接近的电连接点越远，细栅线I的截面积越小，网版开孔阵列的通透率越低，网版开孔10的孔径越小。
[0068]该光伏电池金属板印刷网版的第三种设计:
[0069]如图12e和图12f所示，和金属板印刷网版的第二种设计相比，不同点在于，网版开孔10为椭圆形，距离最接近的电连接点越远，椭圆形的网版开孔10的孔径越小。
[0070]事实上，金属板网版的网版开孔10还可以采用其他形状的图形，如正六边形，正五变形等，这里就不一一赘述了。熟悉本领域的专业技术人员可以很容易就举一反三，在不改变实用新型原理的情况下做合理变形。
【权利要求】
1.一种光伏电池，在电池片的受光面具有栅线，其特征是:所述的栅线由主栅线和细栅线构成，细栅线上具有电连接点，细栅线在电连接点处通过主栅线与互联条进行电连接，距离最接近的电连接点越远，细栅线的截面积越小，截面积减小的趋势为连续的或非连续过渡的，并且细栅线通过降低细栅线的高度来减小细栅线的截面积； 或者所述的栅线仅由细栅线构成，细栅线在电连接点处直接与互联条进行电连接，距离最接近的电连接点越远，细栅线的截面积越小，截面积减小的趋势为连续的或非连续过渡的，并且细栅线通过降低细栅线的高度来减小细栅线的截面积。
2.根据权利要求1所述的光伏电池，其特征是:位于相邻的两个电连接点之间的细栅线上具有预断栅。
3.根据权利要求2所述的光伏电池，其特征是:所述的预断栅的宽度为D，Omm< D 3mm。
4.根据权利要求2所述的光伏电池，其特征是:所述的预断栅位于细栅线的中间位置。
5.根据权利要求1所述的光伏电池，其特征是:当所述的栅线仅由细栅线构成时，互联条的数量为18?50根。
6.根据权利要求1所述的光伏电池，其特征是:所述的互联条通过焊接或导电胶粘结的方式进行电连接。
7.一种用于印刷权利要求1或2或3或4或5或6所述的光伏电池的受光面的栅线的光伏电池丝网印刷网版，其特征是:包括网版骨架和固定在网版骨架上的丝网，所述的丝网由相互交错的横向网丝和纵向网丝构成，在丝网上通过覆盖掩膜的方式形成印刷栅线的透孔区和掩膜区， 透孔区的用于印刷细栅线的细栅透孔区的延伸方向与横向网丝的延伸方向一致，横向网丝的直径以及横向网丝之间的间隔相同， 在细栅透孔区内，纵向网丝之间的间隔相同，纵向网丝的直径与待印刷的细栅线的截面积成反比；或者纵向网丝的直径相同，纵向网丝之间的间隔与待印刷的细栅线的截面积成正比；或者纵向网丝的直径与待印刷的细栅线的截面积成反比，同时纵向网丝之间的间隔与待印刷的细栅线的截面积成正比。
8.一种用于印刷权利要求1或2或3或4或5或6所述的光伏电池的受光面的栅线的光伏电池金属板印刷网版，其特征是:包括金属板，在金属板上开设由网版开孔构成的网版开孔阵列，在网版开孔阵列上通过覆盖掩膜的方式形成印刷栅线的透孔区和掩膜区， 在透孔区的用于印刷细栅线的细栅透孔区内，网版开孔阵列的通透率与待印刷的细栅线的截面积成正比。
9.根据权利要求8所述的光伏电池金属板印刷网版，其特征是:所述的网版开孔为简单几何图形。
10.根据权利要求9所述的光伏电池金属板印刷网版，其特征是:所述的网版开孔为椭圆形或者矩形。
【文档编号】H01L31/0224GK204204870SQ201420579101
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年9月30日 优先权日:2014年9月30日
【发明者】黄强, 黄家烨, 刘江峰, 耿晓菊, 夏燕杰, 冯岩, 程涛, 韩会丽, 彭琪, 陈华, 余本海, 刘彦明, 卢克平 申请人:信阳师范学院