稳定的叠瓦状太阳能电池串及其生产方法与流程

本发明涉及太阳能电池串，其包括（i）太阳能电池的串，所述太阳能电池在串的方向上呈叠瓦状，从而导致正负电极重叠，（ii）用于电连接叠瓦状太阳能电池的正负电极的互连，以及（iii）粘合箔，其横跨串的至少一部分并且如下定位：（a）在至少两个叠瓦状太阳能电池的顶侧（向阳侧）上，和/或（b）在至少两个叠瓦状太阳能电池的底侧（远侧）上，或者（c）在一个太阳能电池的顶侧上并且在重叠的太阳能电池的底侧上，在这种情况下，粘合箔包括互连并且连接重叠，以便机械地连接和定位叠瓦状太阳能电池。另外，本发明涉及用于生产这样的太阳能电池串的方法。

背景技术：

典型地，光伏模块由许多单独地生产并且分离地运送的太阳能电池串（即太阳能板）组装而成，并且所述串并排布置以形成一个巨大的扁平体。通过将一个电池的正电极侧与相邻电池的负电极侧连接的布线或者带将串的太阳能电池电互连，从而允许电流在串的方向上流动。具有平行地布置的太阳能电池的太阳能串经常具有正面-正面配置的特征，其中电池的所有正面侧都具有相同的电极电荷，并且布线或者带将连接一个电池的正面电极与相邻电池的相反电荷的背面电极。

替换地，太阳能电池串可以以正面-背面配置布置，以便提供相邻的正面电极和背面电极的重叠，从而允许相邻电池的直接导电接触。叠瓦状太阳能电池串降低了正面-正面布置上的布线要求。

重叠的叠瓦状太阳能电池串不需要常规的布线或者带互连器，因为相反电荷的电池电极非常接近。通常通过添加低电阻的导电互连材料（诸如导电粘合剂合金）来实现机械和导电接触。金属化互连通常是相当厚的，以增进电流流动。由于不再需要在正面-正面布置的太阳能电池之间的用于电绝缘的间隙，因此具有叠瓦状正面-背面布置的太阳能电池的太阳能模块在串的方向上的尺寸可以是更小的。

然而，在叠瓦状太阳能电池的重叠中的互连上的机械应力具有产生（微）裂缝的可能性，这可能导致由于热循环或者在用于制造串的处置期间或者在安装模块时的减少的电流，或者甚至短路。太阳能电池叠瓦构造的进一步的缺点是，重叠部分不再可用于形成电流。然而，许多太阳能电池具有光伏活性很小或者没有光伏活性的狭窄边缘区域的特征。因此，叠瓦状太阳能电池串中的功效损失通常小于重叠表面大小的比例。

技术实现要素：

本发明的目标是提供用于在光伏模块的组装中使用的导电高效并且机械稳定的太阳能电池串，其对于模块生产而言是易于运送和处置的，而不会损坏串，特别是提供导电高效并且机械稳定的叠瓦状太阳能电池串。本发明的进一步的目标是提供一种用于生产稳定的叠瓦状太阳能电池串的有效方法。

具体实施方式

在本发明的第一方面中，所述目标通过用于在光伏模块中使用的太阳能电池串来解决，所述串包括：

（i）至少两个太阳能电池的串，所述太阳能电池在串的方向上呈叠瓦状，从而造成正负电极重叠，

（ii）至少一个互连，用于电连接叠瓦状太阳能电池的正负电极，

（iii）至少一个粘合箔，横跨串的至少一部分并且如下定位：

a．在至少两个叠瓦状太阳能电池的顶侧（向阳侧）上，和/或

b．在至少两个叠瓦状太阳能电池的底侧（远侧）上，或者

c．在一个太阳能电池的顶侧上并且在重叠的太阳能电池的底侧上，在这种情况下，粘合箔包括至少一个互连并且连接重叠，

从而机械地连接并且定位串的叠瓦状太阳能电池。

如本文中所定义的术语“太阳能电池串”，涵盖多于一个的太阳能电池的所有机械和导电布置，所述布置生成光伏生成的电流并且将其在串的方向上，即在电流从一端上的太阳能电池向相反的一端上的太阳能电池流动的方向上，沿着相邻地定位的太阳能电池运送。

本发明的太阳能电池串是用于在光伏模块中使用的，即用于组装和形成功能性光伏模块的一部分。在优选的实施例中，用于在本发明中使用的太阳能电池是常规的，例如，其具有定位在顶表面和底表面（即正负电极）之间的半导体材料（例如，阳极和阴极材料），所述半导体材料例如可以通过金属化或者透明导电涂层（例如，透明薄膜涂层）形成。

本发明的串中的太阳能电池像屋顶瓦一样呈叠瓦状，即被以串联接触的方式布置，但是被移位以在邻接的电池的边缘处提供部分重叠的接触区域。重叠的边缘区域优选地被最小化以避免由于遮蔽而造成的光伏活性的损失，但是其大小足以允许在所得到的太阳能模块中的稳定导电接触。

在本发明的串中，太阳能电池以电极（即太阳能电池的阳极侧和阴极侧）的交替正面-背面配置形式呈叠瓦状，从而造成电极的正负重叠，这允许电流沿着叠瓦状太阳能电池流动。

在本发明的串中，用于电连接叠瓦状太阳能电池的正负电极的互连可以是用于所述功能的任何材料。例如，互连可以是导电焊料、粘合剂、胶或者粘合箔，优选地是热粘合导电焊料、粘合剂、胶或者箔，更优选地选自由如下材料组成的组：含ag、sn、snbi、in的焊料、涂覆有可焊接材料的金属布线、以及包括导电元件（优选地为金属布线）的粘合箔。例如，互连可以是金属化的形式，例如，低熔点导电焊料、带、或者（多个）布线。

在用于实践本发明的优选实施例中，太阳能电池串的重叠包括至少两个太阳能电池的非光伏活性或者较少光伏活性区带，如果这些太阳能电池在边缘处具有非光伏活性或者较少光伏活性区带的特征的话。

针对普通矩形太阳能电池，最常见的是方形太阳能电池，用于互连的重叠区通常是细长的。重叠区域可以用于将互连材料形成为用于从太阳能电池的集电栅线（finger）接收电流的主栅（busbar）。

在本发明的太阳能电池串的进一步的实施例中，互连是主栅或者形成主栅的一部分，所述主栅接收在串的方向上布置的太阳能电池栅线，优选地每厘米接收2至20个太阳能电池栅线，更优选地每厘米接收5至15个太阳能电池栅线。

用于在本发明中使用的太阳能电池栅线还可以垂直于串的方向布置和/或可以以之字形或者l形图案布置，例如以便增加（多个）栅线与（多个）电极的接触区的大小。更进一步地，在某些实施例中，太阳能电池栅线没有彼此连接和/或没有连接到主栅。

用于在本发明的太阳能电池串中使用的粘合箔横跨串的至少一部分，该部分是足够大的，以将叠瓦状太阳能电池机械并且稳定地连接和定位在串中——即使太阳能电池尚未与（多个）互连相连接。例如，在一些实施例中，粘合箔仅横跨重叠区，并且在每个太阳能电池的重叠附近例如1mm至10mm。在另一个优选的实施例中，粘合箔基本上完全横跨至少两个邻接的电池，或者甚至更优选地，从一端到另一端横跨整个串，从而覆盖在中间的所有太阳能电池。这允许一种高效的生产方法，其中将叠瓦状重叠的太阳能电池在粘合箔的顶部布置成一排，或者将粘合箔布置在一排预先布置的叠瓦状太阳能电池的顶部，这允许在组装线上进行连续生产。并且，如果定位在粘合箔上的叠瓦状电池不（尚未）通过可以形成刚性连接的互连进行连接，则串是更有弹性的，并且更易于运送和处置，同时串中的电池已经处于它们的最终相对定位，特别是当将串放置在相对平坦的表面上时。粘合箔可以是适合于永久固定叠瓦状太阳能电池布置的任何箔。例如，它可以是自粘的，或者可以被熔化或者是带静电的，以粘附到电池上。粘合箔可以是聚合物箔或者非聚合物箔，例如，玻璃基箔、纸基箔或者矿物基箔。此外，粘合箔可以包括多于一种类型的箔或者包括多于一个的箔层，例如，聚合物层和玻璃或者纸层，或者箔（例如，非聚合物箔）被提供有附加的粘合胶。

在优选但是非限制性的实施例中，粘合箔是聚合物箔或者包括聚合物箔，优选地选自由如下材料组成的组：硬质塑料，优选地为eva（乙烯乙酸乙烯酯）、tpse（热塑性硅酮弹性体）、tpu（热塑性聚氨酯）、pet（聚对苯二甲酸乙二醇酯）、tpo（热塑性聚烯烃弹性体）、离聚物、热塑性塑料；优选地为pvb（聚乙烯醇缩丁醛）、硅酮、聚烯烃（po）、pp（聚丙烯）；以及热硬质塑料的组合，更优选地为在50℃至250℃温度范围内、优选地在60℃至200℃温度范围内、更优选地在75℃至175℃温度范围内热粘合的聚合物箔。

优选的是热粘合箔，因为它们允许在施加热之前更容易地定位太阳能电池。更进一步地，在热粘合互连材料（例如，热粘合导电焊料、粘合剂、胶或者箔）的情况下，热粘合箔和互连可以同时连接到太阳能电池，从而节省处理时间。

为了制备本发明的太阳能电池串，可以将粘合箔定位在叠瓦状太阳能电池的顶侧（向阳侧）上（见下面的图2），和/或至少两个叠瓦状太阳能电池的底侧（远侧）上（见下面的图3）。

在替换的实施例中，粘合箔定位在一个太阳能电池的顶侧上和重叠的太阳能电池的底侧上（见图4），其中，粘合箔包括至少一个导电元件，优选金属布线，以用于将电流从一个太阳能电池运送到相邻的电池。

当粘合箔定位在太阳能电池的顶侧上并且覆盖太阳能电池的光伏活性表面时，聚合物箔优选地对于太阳光而言是透明的，至少对于生成光伏电流所需的光波长而言是透明的。

在进一步的方面中，本发明涉及用于生产如在上面描述的太阳能电池串的方法，所述方法包括如下步骤：

（a）提供至少一个粘合箔，

（b）提供包括重叠区域的至少两个太阳能电池，以用于形成叠瓦状太阳能电池串，

（c）提供用于电连接叠瓦状太阳能电池的正负电极的互连材料，

（d）将第一太阳能电池定位并且连接到粘合箔，

（e）将互连材料定位并且连接在第一太阳能电池的第一电极区域上；

（f）将第二太阳能电池在串的方向上定位并且连接到粘合箔，使得第一太阳能电池和第二太阳能电池以叠瓦状布置重叠，从而造成正负电极重叠，

（g）可选地将互连材料定位并且连接在第二太阳能电池或者进一步的太阳能电池的进一步的电极区域上，并且在串的方向上将第三太阳能电池或者进一步的太阳能电池定位并且连接到粘合箔，使得第一太阳能电池、第二太阳能电池和进一步的太阳能电池全部都以叠瓦状布置重叠，从而造成正负电极接触，

（h）在步骤（f）期间或之后或者在可选步骤（g）期间或之后，优选地在第一太阳能电池、第二太阳能电池和进一步的太阳能电池的重叠区域中电连接叠瓦状太阳能电池的正负电极。

步骤（h）提供了何时利用互连材料来电连接相邻叠瓦状太阳能电池的正负电极的两种选择，是在连接箔的同时，或者在稍后的时间处，例如在光伏模块的转移、存储、运送、处置和/或组装之后。后一种选择具有明显的优势，因为它使所生产的串具有基于箔的灵活性，如果仅通过互连材料来将串定位并且保持在一起，就会失去这种灵活性。

就这一点而言，优选的实施例涉及本发明的方法，其中在组装光伏模块时，将由步骤（a）至步骤（f）或者步骤（a）至步骤（g）制备的叠瓦状太阳能电池串优选地在重叠区域中进行电连接并且优选地还进行机械连接，从而允许直到组装时为止的针对处置和运送的更大的灵活性。

优选地，用于在本发明的方法中使用的互连是导电焊料、粘合剂、胶或者粘合箔，优选地是热粘合导电焊料、粘合剂、胶或者箔，更优选地选自由如下材料组成的组：含ag、sn、snbi、in的焊料、涂覆有可焊接材料的金属布线以及包括导电元件（优选地为金属布线）的粘合箔。

进一步优选的是，本发明的方法是一种其中叠瓦构造的重叠包括至少两个太阳能电池的非光伏活性或者较少光伏活性区带的方法。

在替换的实施例中，本发明的方法是一种其中互连是主栅或者形成主栅的一部分的方法，所述主栅接收在串的方向上布置的太阳能电池栅线，优选地每厘米接收2至20个太阳能电池栅线，更优选地每厘米接收5至15个太阳能电池栅线。用于在本发明的方法中使用的太阳能电池栅线还可以垂直于串的方向布置和/或可以以之字形或者l形图案布置，例如以便增加（多个）栅线与（多个）电极的接触区的大小。更进一步地，在本发明的方法的某些实施例中，太阳能电池栅线没有彼此连接和/或没有连接到主栅。

用于在本发明的方法中使用的粘合箔优选地为如在上面描述的用于太阳能电池串的粘合箔。

在优选的实施例中，本发明的方法是一种其中粘合箔定位在一个太阳能电池的顶侧上并且在重叠的太阳能电池的底侧上的方法，其中粘合箔包括至少一个、优选地更多个导电元件，所述导电元件优选地为金属布线。因此，所包括的导电元件可以提供电连接，而粘合箔提供对叠瓦状太阳能电池的机械定位和固定。

在下面，将通过代表性示例和附图来图示本发明，除所附权利要求之外，任何这些示例和附图均不应被解释为限制本发明的范围。

附图标记列表

（1）光伏模块

（2）叠瓦状太阳能电池串

（3a，3b，3c）太阳能电池

（4）叠瓦状太阳能电池重叠

（5a，5b）互连

（6）聚合物箔

（7）非光伏或者较少光伏区带

（8a，8b）主栅或者布线带

（9）太阳能电池栅线（集电器）

（10）导电元件，例如，金属布线

（11）太阳能电池串的方向。

附图

图1示出用于在光伏模块（1）的组装中使用的常规叠瓦状太阳能电池串（2），其机械稳定性仅依赖于跨接和连接叠瓦状太阳能电池重叠（4）的互连（5a，5b）。互连（5a）将太阳能电池（3a）的正电极侧与太阳能电池（3b）的负电极侧机械连接并且电连接，并且互连（5b）将太阳能电池（3b）的正电极侧与太阳能电池（3c）的负电极侧机械连接并且电连接。

图2示出用于根据图1的光伏模块（1）的叠瓦状太阳能电池串（2），其进一步包括横跨整个串（2）并且定位在叠瓦状太阳能电池（3a，3b，3c）的顶侧（向阳侧）上的粘合箔（6），从而提供附加的机械稳定性，例如，以用于串的处置、存储和运送。

图2b示出用于在根据图2的光伏模块（1）的组装中使用的叠瓦状太阳能电池串（2）的替换实施例，其中互连（5a，5b）已经存在但是仍然不完整，即，是间隔开的，从而允许串（2）在光伏模块的现场处置、运送和组装期间具有更大的灵活性，但是仍然将太阳能电池（3a，3b，3c）在叠瓦状定位中保持稳定。不完整的互连（5）可以定位在太阳能电池（3a，3b，3c）的间隙区域（4）的两侧或者任一侧上。

图3示出用于在根据图1的光伏模块（1）的组装中使用的叠瓦状太阳能电池串（2），其进一步包括完全横跨串（2）并且定位在叠瓦状太阳能电池（3a，3b，3c）的底侧（远侧）上的粘合箔（6），从而提供附加的机械稳定性，例如以用于串的处置和运送。

图4示出用于在光伏模块（1）的组装中使用的叠瓦状太阳能电池串（2），其进一步包括横跨串（2）并且定位在一个太阳能电池（3a）的底侧上并且在重叠的太阳能电池（3b）的顶侧上的粘合箔（6）；在这种情况下，粘合箔（6）包括至少一个互连（5）并且连接重叠（4），从而机械地连接并且定位串（2）中的叠瓦状太阳能电池（3a，3b）。在一个示例性实施例中，包括互连（5）的粘合箔（6）是包括一根或多根导电布线（10）（这里未示出）的粘合聚合物箔（6），其机械连接并且电连接叠瓦状太阳能电池（3a，3b）。

图5示出用于生产太阳能电池（3a，3b，3c）串（2a）的太阳能电池（3）的具体实施例，其中用于连接并且叠瓦构造太阳能电池的（多个）重叠（4）包括：垂直于太阳能电池串的方向定位的主栅（8）或者布线带（8），其接收来自采集太阳能电池电流的正面栅线和/或背面栅线（9）的电流，这些栅线平行于太阳能串方向（11）布置。主栅（8）或者布线带（8）可以定位在太阳能电池（3）的正面（8a）或者背面（8b）上。

图6示出用于本发明的方法的串生产组装线。

图6a示出将第一太阳能电池（3a）定位并且连接到粘合箔（6），例如，所述连接通过对热粘合箔（6）进行加热来完成；以及将互连材料（5a）定位并且连接到第一太阳能电池（3a）的重叠区域（4）。

图6b示出定位并且连接第二太阳能电池（3b），例如，所述连接通过对热粘合箔（6）进行加热来完成，使得第一和第二太阳能电池（3a，3b）形成叠瓦状、箔互连的太阳能电池串（2），同时这两个太阳能电池（3a，3b）的正负电极互连或者接触；并且将进一步的互连材料（5b）添加并且连接到第二太阳能电池（3b）的进一步的重叠区域（4）。

图6c和图6d示出重复定位和连接第三和进一步的太阳能电池（3b，3c，3d）以形成叠瓦状太阳能电池（3a，3b，3c，3d）串（2），并且可选地将相邻太阳能电池的正负电极在它们的重叠区域（4）中电连接起来。互连材料（5a，5b，5c）可以在将太阳能电池（3a，3b，3c，3d）连接到粘合箔（6）期间例如通过施加热以用于对箔进行层压来电连接，或者在带箔的太阳能电池串（2）被处置、运送、组装成光伏模块等之后的分离的稍后时间点处进行电连接。