一种高转化效率的异质结太阳能电池组件的制作方法

本发明涉及一种高转化效率的异质结太阳能电池组件，属于光伏技术领域。

背景技术：

由于传统晶硅技术在转换效率遇到技术瓶颈而成本压力却很大，目前行业内占主流的传统晶硅太阳能组件产品绝大部分都使用了类似TPT、TPE一类的高分子背板材料替代玻璃作为背板主体。但是高分子背板材料天然的光、热老化性质和环境不稳定性，导致光伏组件在实地环境下工作一段时间后出现明显的质量下滑，主要表现为输出功率衰减大、进水漏电、自燃等一系列重大质量问题。据统计，截至2013年底，全国22个主要省市区已累计并网741个大型光伏发电项目，主要集中在日照充裕但环境恶劣的西北地区。国家发改委、北京鉴衡认证中心及杜邦公司等机构或公司调查发现：这已并网的741个大型光伏发站中，存在大量的产品质量问题，主要表现为组件背板开裂、涂层减薄，背板燃烧等，这导致了人们对光伏产品质量和环境可靠性的密切关注。

在上述技术、成本、质量等多方面发展背景下，如何将高转化率的晶硅及薄膜复合型异质结太阳能电池制作成异质结光伏组件，并且具备可靠的质量、环境可靠性及优异的使用寿命是光伏太阳能晶硅及薄膜异质结技术产业化发展的一个重要突破点。

经检索，目前尚未有公开的将这种高转化率的晶硅及薄膜复合型异质结太阳能电池制作成组件的组件封装技术的报道，也没有对此类异质结光伏组件质量可靠性的研究报道及其相关的专利。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题是，提出一种异质结太阳能电池组件的新结构，并结合加工工艺和封装材料使得电池组件的光电转换效率和成品率均较高。

本发明的技术方案是，提供一种高转化效率的异质结太阳能电池组件，包括前板玻璃、背板玻璃、位于前板玻璃和背板玻璃之间的中间层和外粘层；外粘层位于中间层的四周，所述中间层包括异质结太阳能电池层、位于电池层与前板玻璃之间的上内粘层、位于电池层与背板玻璃之间下内粘层；电池层包括若干电池片和将电池片连接的导电栅线；所述异质结太阳能电池组件还包括位于背板玻璃背面的接线盒，将接线盒与导电栅线连接的汇流导电条。

进一步地，所述导电栅线包括金属导电条，金属导电条包括铜基材和包覆铜基材的合金涂层，合金涂层的厚度不超过45μm。

进一步地，所述合金涂层选自铅锡铋合金、铅锡铟合金、铅锡银合金及铅锡铋银合金中 的一种。

进一步地，所述外粘层为丁基橡胶。

进一步地，所述丁基橡胶的水蒸汽传输速率小于0.03g/(m²·day)，绝缘阻值大于10¹⁰Ω·cm。

进一步地，所述上内粘层和下内粘层的厚度为300～500μm。

进一步地，所述上内粘层和下内粘层均为EVA；或上内粘层和下内粘层均为TPO；TPO电阻特性非常好，体电阻率可达到10¹⁵Ω·cm，优于EVA。TPO为热塑性聚烯烃和烯烃橡胶组成的聚合物共混物。

进一步地，TPO的体电阻率大于10¹⁵Ω·cm，水汽透过率小于4g/(m²·day)。

进一步地，所述EVA的交联度大于80％，对紫外光的截止波长小于等于380nm，在380～1100nm光波段其透光率大于90％，体电阻率大于10¹⁴Ω·cm，水汽透过率小于40g/(m²·day)。

进一步地，背板玻璃上设通孔，汇流导电条通过该通孔将接线盒与导电栅线连接。

进一步地，所述电池片为晶硅/硅薄膜异质结太阳能电池片。本发明所针对的异质结可由两种不同半导体材料构成，也可由同种半导体材料但不同晶态结构(如晶硅和硅薄膜)构成。

进一步地，所述导电栅线由金属导电条和TPO组成。

以下为对本发明的进一步说明。

本发明采用晶硅及薄膜复合型异质结太阳能电池作为光伏发电功能单元，组件总共含有60片电池单元，采用5条低温固化导电浆料和金属导电条条将60片电池单元串接成一个完整的发电单元，使用前、背板玻璃的双玻璃结构作为组件的结构主体，采用抗黄变EVA和高阻抗高阻水的丁基橡胶作为主体封装材料，封装结构上为中间多叠层、四周阻挡式封装结构，输出接线采用背板玻璃穿孔外接接线盒的接线方法。组件包括前板玻璃层、位于前板玻璃内侧下方的复合型异质结太阳能电池层、位于电池层下方与前板玻璃平行的背板玻璃层、位于前板玻璃与背板玻璃层之间的内粘层和外粘层，以及置于组件背面上的接线盒。

所述的异质结太阳能光伏组件，其中太阳能电池片上无印刷主栅，直接用5条低温固化导电浆料分别将金属导电条与电池片的电极串接起来；所述的内粘层分别铺设在电池片与前板玻璃之间、电池片与背板玻璃之间；所述的前板玻璃设置在内粘层之上；所述的背板玻璃设置在内粘层之下；所述的外粘层设置在前板玻璃与背板玻璃之间；所述的接线盒设置在组件背面。

所述导电浆料是低温固化浆料，固化温度在80℃～180℃之间，电阻率小于或等于3×10^-3Ω·cm，固化成形宽度为0.6mm～0.8mm。

所述金属导电条为铜金属基材，铜箔导电率≥98％IACs(International Annealed Copper Standard)，铜基材表面覆盖涂层，涂层采用铅锡铋合金，铅锡铟合金，铅锡银合金及铅锡铋银这四种合金中的一种，合金涂层与铜带基材的重量比在0.1％～2％之间，合金涂层厚度不超过45μm，其熔点在130～200℃，宽度为0.6～0.8mm，厚度为0.2～0.8mm。

所述的异质结太阳能光伏组件的排版方式为60片高效异质结电池片串联连接，每个电池片具有5条由低温固化导电浆料和金属导电条堆叠式连接组成的主栅线，在串接的正负极末端，用汇流金属条将正极的5根主栅线和负极的5根主栅线分别汇流到正极和负极，从背板玻璃的圆孔引出，与后置的接线盒相连接。

所述的外粘层为丁基橡胶，水蒸汽传输速率小于0.03g/(m²·day)，绝缘阻值大于10¹⁰Ω·cm，制作宽度为9.5～14.5mm，厚度为0.55～0.75mm。

所述的上内粘层为抗黄变抗老化的热塑型高分子材料乙烯与醋酸乙烯共聚物(EVA：Ethylene Vinyl Acetate)经高温熔融发生交联反应而成，其特点是：交联度大于80％，对紫外光的截止波长小于等于380nm，在380～1100nm光波段其透光率大于90％，厚度为300～500μm，体电阻率大于10¹⁴Ω·cm，水汽透过率小于40g/(m²·day)。

所述的下内粘层为抗老化热塑型高分子材料乙烯与醋酸乙烯共聚物(EVA：Ethylene Vinyl Acetate)经高温熔融发生交联反应而成，其特点是：交联度大于80％，在410～1100nm光波段反射率大于94％，厚度为300～500μm，体电阻率大于10¹⁴Ω·cm，水汽透过率小于40g/(m²·day)。

所述的前板玻璃为绒面超白钢化玻璃，长度为1655±2mm，宽度为990±2mm，厚度为2.0～4.0mm，体电阻率大于1×10¹⁰Ω·m，在380～1100nm光波段穿透率大于90.5％。

所述的背板玻璃为钢化玻璃，长度为1655±2mm，宽度为990±2mm，厚度为2.0～4.0mm，体电阻率大于1×10¹⁰Ω·m；玻璃带圆孔，孔径为10～25mm，圆孔的圆心离钢化玻璃的一条短边的距离为15～25mm，离钢化玻璃的一条长边的距离为400～450mm。

所述的接线盒安装在背板玻璃的圆孔上，汇流金属条穿过背板玻璃的圆孔与接线盒相连接；使用硅胶进行盒体封装和粘贴。盒体最大电学耐压为：1000V DC；线缆最大电学耐压能力为：AC 600/1000V、DC 1800V；二极管可耐受最大反向电压为DC 1000V，可承受正向最大电流为30A。

本发明中的异质结太阳能电池组件中，异质结太阳能电池片由导电栅线连接，所述导电 栅线由低温固化导电浆料和金属导电条经过两次固化制成，两次固化的温度均不超过180℃；两次固化分为预固化和完全固化；预固化也称原位固化或称一次固化，即在电池片低温预串接后马上加热，使低温固化导电浆料与金属导电条和电池片之间形成初步的结合，便于后续操作，故其加热的目标区域在低温固化导电浆料与金属导电条的连接处；完全固化可称二次固化，是使低温固化导电浆料与金属导电条和电池片之间形成完全的结合，低温固化导电浆料与金属导电条固化后形成导电栅线，串接在电池片之间，故二次固化时，整个电池片串都要受热使金属导电条、低温固化导电浆料和电池片的电极之间熔合。本发明利用低温固化工艺将电池片之间串接，从而避免了传统的焊接的高温对异质结电池片性能的影响，可以保持异质结电池片的高转换效率和制成光伏组件的成品率。

本发明的突出特点是：

1、实现了将异质结电池制作成完整的光伏组件；并且该组件具有高的环境可靠性和优异的使用寿命。

2、异质结太阳能光伏组件的排版方式为60片高效异质结电池片串联连接，采用的是低温固化导电浆料和金属导电条堆叠式连接组成的主栅线式串接，满足了高效电池的低温要求，大大降低了电池到组件的功率损失，提高了组件的转化效率。

3、与传统晶硅组件的前板玻璃搭配塑料背板的主体结构相比，由于此异质结组件双玻主体结构搭配丁基橡胶外粘层做密封，无论玻璃还是丁基橡胶都具有优秀的阻隔潮气的能力、优异的耐候性，此种封装结构可大大提高了产品的环境耐候性。同时，采用双玻加双EVA内粘层结构，即前板玻璃为绒面超白钢化玻璃，背板也采用钢化玻璃，双钢化玻璃复合结构可以提高组件的机械强度，提高抗冲击和抗压强度，大大减少电池片破碎率。

4、采用两面抗黄变抗老化TPO和高阻抗高阻水的丁基橡胶作为主体封装材料，即使用热塑性聚烯烃和烯烃橡胶组成的聚合物共混物(TPO)作为面对面贴合的封装材料，使用丁基橡胶作为边沿密封胶作为边沿区域阻水绝缘的封装材料，封装结构上为中间多叠层、四周包裹阻挡式封装结构，使得密封性良好。

附图说明

图1表示本发明提供的异质结太阳能电池组件的侧面剖视图。

图2表示本发明提供的异质结太阳能电池组件的背面示意图。

图例说明：1是前板玻璃，2是上内粘层，3是外粘层，4是电池层，5是下内粘层，6是背板玻璃，7是接线盒，8是导电主栅线，箭头表示光线入射方向。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

本实施例提供一种高转化效率的异质结太阳能电池组件，其侧面的剖视结构如图1所示，包括前板玻璃1、背板玻璃6、位于前板玻璃1和背板玻璃6之间的中间层和丁基橡胶制成的外粘层3；外粘层3位于中间层的四周，所述中间层包括异质结太阳能电池层4、位于电池层4与前板玻璃1之间的上内粘层2、位于电池层4与背板玻璃6之间下内粘层5；电池层4包括若干电池片和将电池片连接的导电栅线8；所述异质结太阳能电池组件还包括位于背板玻璃6背面的接线盒7，将接线盒7与导电栅线8连接的汇流导电条。上内粘层2和下内粘层5的厚度为400μm，均由TPO材料制成；背板玻璃6上设通孔，汇流导电条通过该通孔将接线盒7与导电栅线8连接。

本实施例还提供该高转化效率的异质结太阳能电池组件的制备方法，其制备工艺流程的具体步骤如下：

(1)对HJT(异质结)电池片进行质量检测和筛选；

(2)在筛选好的电池片正、背面上依次涂布上低温固化导电浆料，低温固化导电浆料为低温导电银浆，(低温导电银浆的组成为：银粉固含量90-92％，固化剂及溶剂含量8-10％，固化温度为140℃，电阻率为2×10^-3Ω·cm)，每面涂布的银浆线条数目为10条，涂布方式为针头吐胶；

(3)将带有金属导电条的TPO铺设在涂布银浆的HJT电池片上，一端接电池片的正极，另一端接与其顺接的电池片的负极，金属导电条与低温银浆堆叠后形成一个复合结构将电池片串联起来；串联电池片的工艺环境温度在90摄氏度加热环境下对电池串进行原位固化(即第一次固化)，固化时间为50秒。

(4)在进行步骤(3)的同时，对前板玻璃进行清洗烘干以去除表面脏污和杂质；将裁切好的TPO铺设在前板玻璃上。

(5)将完成步骤(3)的电池片串放置在完成步骤(4)的TPO上；完成电池串与前板玻璃、上内粘层的堆叠。

(6)在前板玻璃的四周涂布边沿密封胶。

(7)将裁切好的TPO铺放在铺好的电池片串上，作为下内粘层，此内粘层TPO在对应于背板玻璃穿孔处开孔以便汇流焊条能穿过；再盖上清洗好的背板玻璃。至步骤(7)，由前板玻璃、上内粘层、电池片串、下内粘层、边沿密封胶及背板玻璃组成的光伏组件主体材料完成了堆叠。

(8)将完成步骤(7)的组件半成品送入层压，采用真空环境下加热、加压的方法，完成组件主体材料的相互反应、结构复合，同时完成电池串的二次固化，固化温度130～180℃，时间为5～15分钟。边沿密封胶在此步骤中完成组件边沿区域的封装。

(9)将接线盒安装在背板玻璃上；接线盒的盒内接头与穿过背板玻璃的汇流焊条分别对接并焊牢。使用硅胶对接线盒与玻璃接触的区域进行密封。

(10)使用硅胶对接线盒盒体内部进行灌注以密封盒内接头，盖上接线盒盖。

(11)对异质结太阳能电池组件进行电绝缘性能测试、外观检查清理，对其输出功率进行标定。

上述步骤中金属导电条为铜金属基材，铜基材表面覆盖涂层采用铅、锡、铋合金，合金比重50Bi/28Sn/22Pb，合金共熔温度100℃，金属导电条宽度为0.8mm，厚度为0.2mm。

上述工艺制备的异质结光伏组件的平均光电转换效率为18.2％，组件的平均功率296W，成品率为95％，模拟测试测得该电池25年后的输出效率保持在80％以上。