一种背接触工艺电池组件及其制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种背接触工艺电池组件及其制作方法，电池组件包括电池片和连接焊带；电池片背面包括用于汇集副栅电极电流的主栅电极和用于引出电流的背面电极；所述背面电极为一字型，只有一组；位于电池片背面、与汇流孔位置一一对应的主栅电极成一字型排列，与所述背面电极平行且分别位于电池片背面的两端；多个电池片平行排列，相邻的两片电池片之间，一片电池片的主栅电极与另一片电池片的背面电极相邻排列；所述连接焊带将相邻的一片电池片的主栅电极与另一片电池片的背面电极连接固定在一起。本发明可以根据不同组件需求进行电路连接，以制作多样式的组件版型；同时，本发明中的电池片主栅电极和背面电极平行排列，有利于组件的自动化制作。
【专利说明】
一种背接触工艺电池组件及其制作方法
技术领域
[0001]本发明涉及背接触太阳能电池组件技术，具体涉及一种背接触工艺电池组件及其制作方法。
【背景技术】
[0002]随着能源价格的上涨，开发利用新能源成为当今能源领域研究的主要课题。由于太阳能具有无污染、无地域性限制、取之不竭等优点，研究太阳能发电成为开发利用新能源的主要方向。利用太阳能电池发电是当今人们使用太阳能的一种主要方式，传统太阳能电池片为正面有电极主栅线结构，正面电极主栅线会遮挡一部分太阳光，降低了整体电池片转换效率;采用正面无遮挡设计的电池可以实现更加高的转换效率和功率输出，对应的组件产品将实现更加高的输出和发电能力，降低应用端的成本这是发展的趋势和方向。
[0003]但当前的正面无遮挡的组件应用有MWT背接触式电池片的组件产品，实际市场上在MWT电池片对应组件整体的设计和工艺路径方面有待改善，当前的背接触实际遇到电池片设计和组件设计工艺的挑战，可以实现电池片效率高输出，但电池片和电池组件整体的制造成本居高不下，导致到这种技术的产品应用没有被市场接受，至今停留在非常小的实验和小产能应用上。这其中的原因主要是，在电池片端面临设计的方向和对应组件的设计工艺选择，而其中的核心有两点，其一是组件的设计往往需要昂贵的导电背板，其二是组件的焊接工艺难以实现自动化的流程。
[0004]图1是现有技术中背接触MffT电池片的结构示意图。如图1所示，电池分为第一导电类型区域11和第二导电类型区域12，第一导电类型区域11和第二导电类型区域12之间形成PN结。第一导电类型区域11可以为硅基的P型轻掺杂区，与之对应，第二导电类型区域12为N型重掺杂区。或者第一导电类型区域11可以为硅基的N型重掺杂区，与之对应，第二导电类型区域12为P型轻掺杂区。电池片正面包括用于收集电流的副栅电极(其位置与纸面平行)。电池片正面还设置有减反膜19，减反膜19可以为多种材质，如SiNx型减反膜。电池片背面包括用于汇集副栅电极电流的主栅电极15和用于引出电流的背面电极17。主栅电极15和背面电极17之间设置有绝缘区域16。电池片衬底上包括多个汇流孔13，副栅电极通过汇流孔13与主栅电极15相连接，副栅电极收集的电流由汇流孔13传输给主栅电极15。电池片背面还设置有铝背电场18。
[0005]可见在背接触电池片设计好之后，需要由背面的主栅电极和背面电极将电流引出，将电池片组装为电池组件之后，还需将多组主栅电极和背面电极的电流高效引出。
[0006]为了使电池片可组为电池组件，当前市场主流的背接触电池片设计趋势分两种，一种是在电池片之间设计适合组件焊带的焊接工艺的模式，一种是采用背板的导电电路设计形成电路的工艺模式。
[0007]图2是现有技术中的焊接工艺的一个实施例示意图。可由图2看出，每个电池片21均会引出多个电池正极与电池负极，则采用的组件焊带的焊接工艺将其连接时，需要间隔连接处于多个位于不同位置的电池正极和电池负极，由于其焊带22的焊接位置需时常变化，无法连续的自动化焊接，这会导致焊接工艺自动化程度很低，无法提高生产效率。
[0008]图3是现有技术中的背板的导电电路的一个实施例示意图。可由图3看出，背板的导电电路连线十分复杂，因而印刷工艺也很复杂。
[0009]图2和图3显示了在背接触太阳能电池片的现有技术中的两个核心问题，这两个问题使得背接触太阳能电池片综合的制造成本昂贵，虽然其效率很高，但是产品却无法被市场普遍接受，产品发展滞后于其应有的发展速度。
[0010]另外，常规的背接触太阳能电池片还有一个缺点，即大电流对穿孔的电流长期发热的困扰，导致电池片的长期的性能潜在风险，而且对汇流孔的穿孔工艺和填料要求严格，导致制作工艺复杂，成本高。
【发明内容】
[0011]针对现有技术的不足，本发明公开了一种背接触工艺电池组件及其制作方法。
[0012]本发明的技术方案如下:
[0013]—种背接触工艺电池组件，包括多个电池片和多个连接焊带；
[0014]所述电池片正面包括用于收集电流的副栅电极；电池片衬底上包括多个汇流孔；电池片背面包括用于汇集副栅电极电流的主栅电极和用于引出电流的背面电极;所述副栅电极通过汇流孔与所述主栅电极相连接;其特征在于:所述背面电极为一字型，只有一组；位于电池片背面、与汇流孔位置一一对应的主栅电极成一字型排列，与所述背面电极平行且分别位于电池片背面的两端；
[0015]多个电池片平行排列，相邻的两片电池片之间，一片电池片的主栅电极与另一片电池片的背面电极相邻排列;所述连接焊带将相邻的一片电池片的主栅电极与另一片电池片的背面电极连接固定在一起。
[0016]其进一步的技术方案为:所述汇流孔排成一排或者多排；当汇流孔排成多排的时候，相临的两个汇流孔位于不同的两排。
[0017]其进一步的技术方案为:所述汇流孔个数为3?15个;相邻的汇流孔之间的距离相等。
[0018]其进一步的技术方案为:多组副栅电极纵向平行设置，与多个汇流孔一一对应;还包括多组防断路电极，与副栅电极垂直交叉设置。
[0019]其进一步的技术方案为:所述连接焊带包括纵向的第一槽孔和横向的第二槽孔；所述第一槽孔位于连接焊带的中间部分，穿通所述连接焊带;所述第二槽孔位于连接焊带的两侧边沿，使得连接焊带的纵向边沿形成缺口状;多个第二槽孔等距排列；多个第一槽孔彼此相互平行排列。
[0020]其进一步:所述第一槽孔平行于连接焊带的纵向边沿，或者第一槽孔与连接焊带的纵向边沿的夹角为O?30°。
[0021]其进一步的技术方案为:所述主栅电极周围印刷有连续的、一字型的绝缘区域，所述连接焊带为导电材料制成。
[0022]其进一步的技术方案为:在每个主栅电极周围印刷有绝缘区域;相邻的主栅电极周围的绝缘区域互不连续;所述主栅电极之上铺叠有一层绝缘材料;绝缘材料上设置有孔，孔位置与主栅电极的位置对应;所述连接焊带为导电材料制成。
[0023]其进一步的技术方案为:在每个主栅电极周围印刷有绝缘区域;相邻的主栅电极周围的绝缘区域互不连续;所述连接焊带为导电材料制成，在连接焊带之上、用于连接主栅电极的一侧设置有绝缘区域，绝缘区域中设置有孔，孔的位置与主栅电极的位置一一对应；当连接焊带与电池片叠加焊接时;主栅电极穿过连接焊带的绝缘区域，与导电材料接触。
[0024]—种如上所述的背接触工艺电池组件的制作方法，包括以下步骤:
[0025]步骤1、使用常规的背接触工艺在单晶硅片上印刷制作电池片，电池片制作好之后，每张印刷有电池片的原片的背面包括互相平行的多对背面电极与主栅电极；
[0026]步骤2、以一对背面电极与主栅电极所在的区域为一个电池片区域;在相邻电池片区域之间设置裁切线，所述裁切线与背面电极相平行；
[0027]步骤3、沿裁切线进行裁切，得到单片的电池片。
[0028]步骤4、将多个电池片朝向同一方向平行摆放，使得每两个相邻的电池片之间，一片电池片的主栅电极与另一片电池片的背面电极相邻；
[0029]步骤5、使用连接焊带将相邻的一片电池片的主栅电极与另一片电池片的背面电极焊接在一起。
[0030]本发明的有益技术效果是:
[0031 ] 1、本发明所述的电池组件，在结构方面，电池组件的正面没有电极主栅线，则对太阳光无遮挡，可提高电池片转换效率，减少电池片功率损耗；
[0032]2、本发明切割之后的电池片，汇流孔中流过的电流将大大减小，这使得汇流孔的寿命增加，且对汇流孔的制作要求也相应降低，进而相应降低材料成本。现有技术中的电池片，均是在同一片硅片上印刷好之后直接引出电流，假设其工作电流为I，则其有η个汇流孔，每个汇流孔之中的电流为Ι/η，若使用本发明所述的技术将其切割为m片之后，其工作电流将变为1/m，则每个汇流孔之中的电流为1/mn，显而易见，其工作电流减小，根本性地解决对汇流孔的电流过热的风险影响。
[0033]3、本发明可根据需要在同一片硅片上同时制作3片?10片电池片，然后进行划片切割，制作完成单片新设计的背接触MWT工艺结构电池片，等分之后的电池板形成可以完全独立的电路，可以根据不同组件需求进行电路连接，以制作多样式的组件版型;本发明通过对称等份物理分割，实现组件的小电池片作为单元，通过小单元电池片的对称电极设计，在电池组件的制作过程中，可采用焊带电路焊接实现连接，实现非常好的电路连接互联，热损耗也非常低。可形成最终的电池串联及电路互联。这样通过与传统焊带完全正交的焊接连接模式，实现自动化的电路连接，也实现无需导电背板导电胶等昂贵材料，实现低成本高度自动化的工艺设计。解决前面的制造工艺高成本的困扰，实现高组件功率输出同时低制作成本。
[0034]4、本发明所述的电池片上，可以根据需求制作成3个?15个汇流孔，具体可以根据工作电流的不同需求进行选择；
[0035]5、在电池片背面的汇流孔处，主栅电极形成一个直的通道或者直线，可以通过二次印刷绝缘的隔离层，实现整个电极穿孔区域形成一个相互绝缘的隔离层连线成一个通道，有利于将电池片连接为电池组件，并且特别适合组件的自动化的生产流程。
[0036]6、本发明适用于MWT背接触电池片、IBC电池片工艺、PERC电池片工艺或者黑硅电池片工艺，非常容易实现电池片的效率最大化，可快速将电池片的效率提升至21%并量产纳入组件的应用，实现行业的电池片效率快速升级，降低最终的综合成本。
【附图说明】
[0037]图1是现有技术中背接触MWT电池片的结构示意图。
[0038]图2是现有技术中的焊接工艺的一个实施例示意图。
[0039]图3是现有技术中的背板的导电电路的一个实施例示意图。
[0040]图4是本发明的电池片正面示意图。
[0041]图5是本发明的电池片背面示意图。
[0042]图6是本发明的具有多排汇流孔的电池片正面的示意图。
[0043]图7是连接焊带槽孔的一种实施方式的示意图。
[0044]图8是连接焊带槽孔的另一种实施方式的示意图。
[0045]图9是连接焊带的实施例1的示意图。
[0046]图10是连接焊带的实施例2的示意图
[0047 ]图1 Ο-a为图1O中的绝缘材料的示意图。
[0048]图11是连接焊带的实施例3的示意图。
[0049]图ΙΙ-a为图11中连接焊带的背面示意图。
[0050]图12是本发明的电池组件正面示意图。
[0051]图13是本发明的电池组件背面示意图。
[0052]图14是将原片切为三片电池片的正面示意图。
[0053]图15是将原片切为三片电池片的背面示意图。
[0054]图16是将原片切为十片电池片的正面示意图。
[0055]图17是将原片切为十片电池片的背面示意图。
【具体实施方式】
[0056]本发明所述的组件包括多个电池片和将电池片连接在一起的连接焊带。
[0057]图4是本发明的电池片正面示意图。图5是本发明的电池片背面示意图。电池片正面包括用于收集电流的副栅电极3，电池片背面包括用于汇集副栅电极电流的主栅电极8和用于引出电流的背面电极5。电池片衬底包括多个汇流孔4，可由电池片的正面看到汇流孔
4。副栅电极3通过汇流孔4与电池片背面的主栅电极8相连接。副栅电极3、汇流孔4和主栅电极8都一一对应。多组副栅电极纵向平行排列。背面电极5为一字型，只有一组，汇流孔4成一字型排列，与背面电极5平行，则主栅电极8也排列为一字型，在电池片背面，与背面电极平行，且分别位于电池片背面的两端。电池片正面还设置有减反射膜I，用以提高电池的工作效率。电池片背面的主栅电极8周围可以设置有绝缘层区域6，用来防止焊接后容易破电池片的主栅电极与背面电极互相短接。电池片背面还设置有背面铝电场层7。
[0058]汇流孔4可以排成一排或者多排。图4所示的电池片只有一排汇流孔。当汇流孔排成多排的时候，相临的两个汇流孔位于不同的两排。图6是具有多排汇流孔的电池片正面的示意图。图6中的电池片有两排汇流孔
[0059]汇流孔个数可以为3?15个。相邻的汇流孔之间的距离相等。在图4中的电池片设置有3个汇流孔，在图6中的电池片都设置有15个汇流孔。
[0060]电池片正面还包括多组防断路电极，与副栅电极垂直交叉设置。则副栅电极有断路情况时，电流可通过防断路电极流通，依旧汇入汇流孔。
[0061]连接焊带包括纵向的第一槽孔9a和横向的第二槽孔％。第一槽孔9a位于连接焊带的中间部分，穿通连接焊带。第二槽孔9b位于连接焊带的两侧边沿，使得连接焊带的纵向边沿形成向内的缺口状。第二槽孔％等距排列。第一槽孔9a彼此相互平行排列。第一槽孔9a可以平行于连接焊带的纵向边沿，或者与连接焊带的纵向边沿形成一夹角，夹角小于30°。图7是连接焊带槽孔的一种实施方式的示意图。在图7中，第一槽孔9a平行于连接焊带的纵向边沿。图8连接焊带槽孔的另一种实施方式的示意图。在图8中，第一槽孔9a与连接焊带的纵向边沿形成一夹角。
[0062]其中纵向的第一槽孔9a的作用是，当连接焊带将相邻的两片电池片连接在一起时，由于连接焊带为弹性材料制成，两片电池片会不可避免的发生微小的相对位移，第一槽孔9a可以减小位移所产生的应力，使得连接焊带的使用寿命更长。横向的第二槽孔9b的作用是，当连接焊带的两边分别与相邻的电池片焊接固定后，由于连接焊带和电池片的热膨胀系数不同，所以当温度变化时，连接焊带和电池片由于热胀冷缩效应，产生的体积变化也不相同，第二槽孔9b可以减小体积变化所产生的应力，保持连接牢固。
[0063]结合不同的电池片印刷工艺，连接焊带也可以相应的有多种形式。
[0064]图9是连接焊带的实施例1的示意图。主栅电极8周围印刷有连续的、一字型的绝缘区域6，连接焊带9为导电材料制成。主栅电极8通过连接焊带9的焊接，与相邻的电池片的背面电极导通，但与此电池片本身的背面电极绝缘。
[0065]图10是连接焊带的实施例2的示意图。在图10中，每个主栅电极8周围印刷有绝缘区域6，此绝缘区域面积较小，相邻的主栅电极周围的绝缘区域互不连续。主栅电极之上铺叠有一层绝缘材料，图ΙΟ-a为绝缘材料的示意图。绝缘材料6a上设置有孔6b，孔6b的位置与主栅电极的位置对应;连接焊带9为导电材料制成。在此实施例中，当连接焊带将相邻的两个电池片焊接在一起时，主栅电极8穿过绝缘材料6a上的孔6b，与导电材料制成的连接焊带9相接处，则主栅电极8通过连接焊带9，与相邻的电池片的背面电极导通，但由于绝缘材料6a的存在，主栅电极与此电池片本身的背面电极绝缘。
[0066]图11是连接焊带的实施例3的示意图。在图11中，每个主栅电极8周围印刷有绝缘区域6，此绝缘区域面积较小，所以相邻的主栅电极周围的绝缘区域互不连续。图ΙΙ-a为图11中连接焊带的背面示意图。连接焊带为导电材料制成，在连接焊带之上、用于焊接主栅电极的一侧设置有焊带绝缘区域9c，焊带绝缘区域9c中设置有孔9d，孔9d的位置与主栅电极的位置一一对应。当连接焊带9与电池片相焊接时，主栅电极8穿过孔9d，与连接焊带主体的导电材料相接触，所以主栅电极8可以通过连接焊带9与相邻电池片的背面电极相导通，而由于焊带绝缘区域9c的存在，主栅电极与此电池片本身的背面电极相绝缘。
[0067]以上连接焊带的3种实施方式，可根据实际情况需要选择。3种实施方式的绝缘材料可以使用不导电的不干胶。实施例1为常规方法，在电池片的印刷过程中，即形成了非导电的绝缘膜，之后使用连接焊带进行焊接。实施例2中的主栅电极的焊接处实际上有三层材料，即电池片、叠铺在电池片主栅电极处的绝缘材料和连接焊带，由于绝缘材料6a的存在，使得电池片制作时无需印刷大范围的绝缘区域，节省了材料。实施例3中，电池片的主栅电极周围也只是存在小范围的绝缘区域，但是此实施例中的连接焊带经过处理，上面本身包括有焊带绝缘区域，但实施例3没有使用另外的绝缘材料，焊接结构更加紧凑。在实施例3中，要求在组件的制作过程中，连接焊带的放置位置要精准，使得焊带绝缘区域9c上的孔刚好与主栅电极--对应，使得主栅电极与连接焊带的导电区域相接触。
[0068]图12是本发明的电池组件正面示意图。图13是本发明的电池组件背面示意图。电池片连接为电池组件时，多个电池片平行放置。当多个连接焊带9将多个电池片依次连接在一起时，就形成了电池组件。单片电池片通过串并联方式焊接连接，在每一纵行中，相邻的电池片之间，一片电池片的主栅电极8与另一片电池片的背面电极5相邻;连接焊带9将相邻的一片电池片的主栅电极8与另一片电池片的背面电极5连接在一起。即，焊带焊接方向同电池串的长度方向是正交的。新的设计电池片之间排列之间的间隙可以很小，只要相互不挤压就可以，以实现光的充分利用。
[0069]每两个纵行之间，在纵行端头的电池片上，通过一条长度较长的连接焊带将两个纵行串联在一起。最后把电池片收集的电流汇集到汇流条10连接接线盒，输出了电能。
[0070]本发明所述的电池组件使用可以根据不同的需求将电池片进行进行排列组合，电池片使用数量可以是10片到480片不等。在图12和图13所示的实施例中，共使用了40片电池片。
[0071 ]上述电池组件的制作方法为:
[0072]步骤1、使用常规的背接触工艺在单晶硅片上印刷制作电池片，电池片制作好之后，每张原片的背面包括互相平行的多对背面电极与主栅电极。在一块长156_、宽156_的硅片上可以同时印刷3片?10片电池片，每个电池片可以有3?15个汇流孔。在本实施例中，选用了长156mm、宽156mm的硅片印刷电池片，但是本发明并不限制硅片的具体大小，可根据需要选用其他尺寸的硅片。图14是将原片切为三片电池片的正面示意图。图15是将原片切为三片电池片的背面示意图。硅片在印刷有电池电路之后，即成为图14、图15所示的已经印刷有电池片的原片。图14、图15所示的实施例中，每个电池片有3个汇流孔。图16是将原片切为十片电池片的正面示意图。图17是将原片切为十片电池片的背面示意图。图16、图17所示的实施例中，每个电池片有15个汇流孔。
[0073]步骤2、以一对背面电极与主栅电极所在的区域为一个电池片区域;在相邻电池片区域之间设置裁切线2，裁切线2与背面电极相平行；
[0074]步骤3、沿裁切线2进行裁切，得到单片的电池片。
[0075]步骤4、将多个电池片朝向同一方向平行摆放，使得每两个相邻的电池片之间，一片电池片的主栅电极与另一片电池片的背面电极相邻；
[0076]步骤5、使用连接焊带将相邻的一片电池片的主栅电极与另一片电池片的背面电极焊接在一起。最后得到电池组件，电池组件的图可参见图12、图13。
[0077]以上所述的仅是本发明的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种背接触工艺电池组件，其特征在于:包括多个电池片和多个连接焊带； 所述电池片正面包括用于收集电流的副栅电极；电池片衬底上包括多个汇流孔；电池片背面包括用于汇集副栅电极电流的主栅电极和用于引出电流的背面电极;所述副栅电极通过汇流孔与所述主栅电极相连接;其特征在于:所述背面电极为一字型，只有一组;位于电池片背面、与汇流孔位置一一对应的主栅电极成一字型排列，与所述背面电极平行且分别位于电池片背面的两端； 多个电池片平行排列，相邻的两片电池片之间，一片电池片的主栅电极与另一片电池片的背面电极相邻排列;所述连接焊带将相邻的一片电池片的主栅电极与另一片电池片的背面电极连接固定在一起。2.如权利要求1所述的背接触工艺电池组件，其特征在于:所述汇流孔排成一排或者多排;当汇流孔排成多排的时候，相临的两个汇流孔位于不同的两排。3.如权利要求1所述的背接触工艺电池组件，其特征在于:所述汇流孔个数为3?15个；相邻的汇流孔之间的距离相等。4.如权利要求1所述的背接触工艺电池组件，其特征在于:多组副栅电极纵向平行设置，与多个汇流孔一一对应;还包括多组防断路电极，与副栅电极垂直交叉设置。5.如权利要求1所述的背接触工艺电池组件，其特征在于:所述连接焊带包括纵向的第一槽孔和横向的第二槽孔;所述第一槽孔位于连接焊带的中间部分，穿通所述连接焊带;所述第二槽孔位于连接焊带的两侧边沿，使得连接焊带的纵向边沿形成缺口状;多个第二槽孔等距排列；多个第一槽孔彼此相互平行排列。6.如权利要求5所述的背接触工艺电池组件，其特征在于:所述第一槽孔平行于连接焊带的纵向边沿，或者第一槽孔与连接焊带的纵向边沿的夹角为O?30°。7.如权利要求1所述的背接触工艺电池组件，其特征在于:所述主栅电极周围印刷有连续的、一字型的绝缘区域，所述连接焊带为导电材料制成。8.如权利要求1所述的背接触工艺电池组件，其特征在于:在每个主栅电极周围印刷有绝缘区域;相邻的主栅电极周围的绝缘区域互不连续;所述主栅电极之上铺叠有一层绝缘材料；绝缘材料上设置有孔，孔位置与主栅电极的位置对应;所述连接焊带为导电材料制成。9.如权利要求1所述的背接触工艺电池组件，其特征在于:在每个主栅电极周围印刷有绝缘区域;相邻的主栅电极周围的绝缘区域互不连续;所述连接焊带为导电材料制成，在连接焊带之上、用于连接主栅电极的一侧设置有绝缘区域，绝缘区域中设置有孔，孔的位置与主栅电极的位置一一对应；当连接焊带与电池片叠加焊接时；主栅电极穿过连接焊带的绝缘区域，与导电材料接触。10.—种如权利要求1所述的背接触工艺电池组件的制作方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤1、使用常规的背接触工艺在单晶硅片上印刷制作电池片，电池片制作好之后，每张印刷有电池片的原片的背面包括互相平行的多对背面电极与主栅电极； 步骤2、以一对背面电极与主栅电极所在的区域为一个电池片区域;在相邻电池片区域之间设置裁切线，所述裁切线与背面电极相平行； 步骤3、沿裁切线进行裁切，得到单片的电池片。 步骤4、将多个电池片朝向同一方向平行摆放，使得每两个相邻的电池片之间，一片电池片的主栅电极与另一片电池片的背面电极相邻； 步骤5、使用连接焊带将相邻的一片电池片的主栅电极与另一片电池片的背面电极焊接在一起。
【文档编号】H01L31/05GK105826407SQ201610162851
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年3月21日
【发明人】张国明
【申请人】无锡携创新能源科技有限公司