一种太阳能电池镀膜铜线栅电流收集极结构及制备方法与流程

本发明涉及太阳能电池技术领域，具体地说是一种太阳能电池电流收集极结构及制备方法。

背景技术：

随着全球气温的升高和环境污染的加重，作为主要能源的石化燃料包括煤、石油、天然气等的应用越来越受到限制，同时石化燃料其储藏量也随着使用量的增加而将逐步耗尽。可再生能源，特别是太阳能的利用将成为主流的清洁能源。太阳能电池作为光伏发电的核心器件和应用在过去十多年得到了快速发展。目前光伏发电的成本还高于传统的石化能源成本，故尽快提高太阳能电池的光电转化效率及降低器件的制造成本，光伏发电才能更早的与石化能源相竞争，推动清洁能源技术的发展。

目前太阳能电池产品主要有晶体硅包括单晶和多晶硅和薄膜包括非晶硅、碲化镉、铜铟镓锡等电池。电池结构为具有P-N结的半导体光电二极管，主要是通过光生电子，即光伏效应，将太阳光的光子能量转化为电能。电池的P-N结产生电流后通过电池表面的栅电极(细栅线)汇集至收集极(主栅线)后输出。目前栅极主要是采用丝网印刷工艺制备银薄膜电极栅线，然后将表面镀锡的铜箔带作为电流收集极焊接在银栅极线上。典型的银栅线宽度为70-80µm、线间距为2-3mm，铜收集极箔带宽度为1-2mm，间距为30-100mm，故栅极和收集极在电池表面的遮光面积较大，使得电池的光电转换效率降低。栅极和收集极的设计和结构对于太阳能电池光电效率的提升有重要的关系。若能在不影响电流传输的条件下减小电池表面电极的遮光面积，可增加入射电池的光通量，从而有效地提高电池的光电转换效率。

技术实现要素：

本发明为克服现有技术的不足，提供一种太阳能电池镀膜铜线栅电流收集极结构及制备方法，具有镀膜的圆柱形细铜线可减小入射光的遮光面积，同时具有高反射的弧度表面可对入射光不同角度进行反射，再经封装玻璃内表面的反射可使得光线再次入射至电池表面而被吸收，可提高电池表面的入射光通量而有效提高电池的光电转换效率0.3%以上。

为实现上述目的，设计一种太阳能电池镀膜铜线栅电流收集极结构，包括电池，其特征在于：电池的表面横向设有若干栅极线，电池的表面竖向设有若干镀膜铜线，位于栅极线及镀膜铜线的表面设有透明聚合物，透明聚合物的上层设有保护玻璃；所述的镀膜铜线为铜线的表面包覆镀锡薄膜或者纳米银薄膜。

所述的镀膜铜线与栅极线为相互垂直布置。

所述的镀膜铜线中的铜线的直径为100~500µm。

所述的镀锡薄膜的厚度为0.5~10µm。

所述的纳米银薄膜的厚度为0.5~10µm，并且纳米银薄膜由粒度分布为5~150nm范围的纳米银颗粒组成。

具体制备方法如下：

（1）将镀膜的铜线作为电流收集极贴于已有栅极线的太阳能电池表面或者电池背面，镀膜铜线与栅极线垂直；

（2）采用红外线辐照或者激光焊或者点焊的工艺将镀膜铜线与栅极线焊接在一起，焊接温度为150~250℃。

所述的镀膜铜线栅电流收集极应用于太阳能电池，包括单晶硅、多晶硅、非晶硅、碲化镉、铜铟镓锡一种或多种器件的制造。

本发明同现有技术相比，提供一种太阳能电池镀膜铜线栅电流收集极结构及制备方法，具有镀膜的圆柱形细铜线可减小入射光的遮光面积，同时具有高反射的弧度表面可对入射光不同角度进行反射，再经封装玻璃内表面的反射可使得光线再次入射至电池表面而被吸收，可提高电池表面的入射光通量而有效提高电池的光电转换效率0.3%以上。

镀膜铜线作为栅电极的电流收集极，可分布为3-30组，间距在5-50mm范围，可降低电极间接触的界面电阻，减小功耗，获得更均匀高效的电流收集效率。

镀膜铜线作为栅电极的电流收集极，可作为电池正面电极和背面电极应用，同时在电池模组封装时可进行电池间的串、并联引线使用。

附图说明

图1为本发明结构俯视图。

图2为本发明结构放大主视图。

具体实施方式

下面根据附图对本发明做进一步的说明。

如图1，图2所示，电池1的表面横向设有若干栅极线2，电池1的表面竖向设有若干镀膜铜线3，位于栅极线2及镀膜铜线3的表面设有透明聚合物4，透明聚合物4的上层设有保护玻璃5；所述的镀膜铜线3为铜线的表面包覆镀锡薄膜或者纳米银薄膜。

镀膜铜线3与栅极线2为相互垂直布置。

镀膜铜线3中的铜线的直径为100~500µm。

镀锡薄膜的厚度为0.5~10µm。

纳米银薄膜的厚度为0.5~10µm，并且纳米银薄膜由粒度分布为5~150nm范围的纳米银颗粒组成。

具体制备方法如下：

（1）将镀膜的铜线作为电流收集极贴于已有栅极线的太阳能电池表面或者电池背面，镀膜铜线与栅极线垂直；

（2）采用红外线辐照或者激光焊或者点焊的工艺将镀膜铜线与栅极线焊接在一起，焊接温度为150~250℃。

镀膜铜线栅电流收集极应用于太阳能电池，包括单晶硅、多晶硅、非晶硅、碲化镉、铜铟镓锡一种或多种器件的制造。

本发明的镀膜铜线电流收集极替代传统的镀锡铜箔带后，一方面因铜线直径较小（<500µm），可减小入射光的遮光面积；另外一方面，因圆柱形铜线表面具有弧度，在组装成模组后，铜线表面镀的锡膜或银膜会对入射光产生不同角度的反射，再经封装玻璃内表面的反射可使得光线再次入射至电池表面而被吸收，可进一步提高电池表面的入射光通量。综合此两种效应，本发明的镀膜细铜线电流收集极替代镀锡铜箔带后可有效提高电池的光电转换效率0.3~0.6%。

以晶体硅太阳能电池为例，典型电池表面的金属化电极，栅极线宽为1.5mm，总宽度为4.5mm；而采用本发明的电极，镀膜铜线直径为0.3mm，总宽度为1.5mm，采用此结构的遮光面积更小，而电流收集效率更高。本发明因增加了收集极的数量，使得电流分布更均匀，还可减少银栅线的数量，降低银材料的使用量，从而降低电池的制造成本。如对于尺寸为156mm×156mm的标准硅太阳能电池，传统的镀锡铜箔带栅电极的电流收集极一般可分布为2-3组；而本发明的镀膜铜线作为栅电极的电流收集极，可分布为3-30组，可有效降低电极间接触的界面电阻，减小功耗，获得更均匀高效的电流收集效率，而提高电池的光电转换效率。

太阳能电池应用时，是通过将多个电池器件串、并联组装为模组的形式使用的。当电池组装成为模组时，需要将各电池的电路收集极进行串并联，并通过透明聚合物（EVA或PEO）与封装保护玻璃和铝框衬底组装在一起，典型的单元电极结构，采用镀锡铜箔带作为电流收集极，如宽度为1.5mm，入射光在镀锡铜箔表面几乎全部被遮挡而沿原路被反射，不能被电池吸收，电池的光电转换效率较低；而采用本发明结构，镀膜铜线直径为0.3mm，与镀锡铜箔带相比可减小电极宽度60-80%，可使得入射光6大部分直接照射至电池表面而被吸收。同时因镀锡或银膜表面的弧形面反射，使入射至镀膜铜线3表面的入射光6的一部分经薄膜表面的反射而改变了方向，再经保护玻璃5内表面的反射使得光线又照射到了电池1的表面而被吸收，增加了入射电池的总光通量，从而提高了电池的光电转化效率。

本发明的镀膜铜线作为太阳能电池的栅极电流收集极的结构和制作方法，可应用于晶体硅包括单晶和多晶太阳能电池和薄膜包括非晶硅、碲化镉、铜铟镓锡等太阳能电池表面的栅极电流收集极，克服了现有的镀锡铜箔带遮光面积大的缺点，可使得入射光通量增加，显著提高了电池的光电转换效率。