用于光伏模块生产的纹理化带的制作方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2015年1月6日提交的美国临时专利申请序列no.62/100,274的优先权，其全部内容在此通过引用而被包含。

本公开的领域通常涉及光伏(pv)系统，更具体地涉及用于pv模块生产的纹理化pv模块带。

背景技术：

光伏(pv)模块是将太阳能转换为电力的设备。通常，pv模块包括多个串联和/或并联连接的pv电池，pv电池响应于入射在电池的表面上的太阳光(或人造光)通过光伏效应来产生电力。

在提取所产生的电力中，电极被制造在半导体材料(例如，晶体硅晶片)的一面或两面上，该半导体材料至少部分地形成pv电池的光吸收结构。用于制造pv电池电极的各种技术是已知的。在一个这种技术中，电极包括指状物(fingers)和母线条(busbars)，并使用银(ag)浆丝网印刷在半导体材料的表面上。一些其它技术包括用银丝网印刷指状物并将单独的母线条焊接到指状物。在又一其它技术中，使用银将指状物丝网印刷在半导体材料上。

在pv模块生产期间，pv电池通过将导电带焊接到pv电池电极而彼此连接。导电带将pv模块内的电池电耦合在一起，并且有时被称为跨接、互连或母线连接。示例导电带包括涂覆有锡铅合金(60sn/40pb)焊料金属的铜(cu)芯。这些带被焊接到pv电池的前面和背面上的电极(例如，母线条)。这些带覆盖电池的表面的一部分并阻挡一些光到达电池。被这些带覆盖的电池的表面积的分数是阻挡到达pv电池的光活性区域的有用光的量的度量。在一些情况下，这些带将入射在pv电池的光活性区域上的光降低高达百分之五。

一些已知的pv模块使用由纹理化的铜或塑料膜制造的带来制成，纹理化的铜或塑料膜涂覆有小面的反射表面。在一些情况下，这些解决方案会增加pv模块的成本、增加制造复杂性和/或增加可靠性问题。减少被pv模块带阻挡的有用光的量而基本上不增加pv模块的成本、复杂性或可靠性将是有益的。该背景技术部分旨在向读者介绍可能与下面描述和/或要求保护的本公开的各个方面相关的领域的各个方面。认为该讨论有助于向读者提供背景信息以便于更好地理解本公开的各个方面。因此，应当理解，这些陈述应在这个角度来阅读，而不是作为对现有技术的承认。

技术实现要素：

在一个实施例中，提供了一种用于将光捕获纹理直接施加到光伏电池上的光电模块带的方法，该光伏电池包括第一侧上的多个第一电极和第二侧上的多个第二电极。该方法包括将第一光伏模块带耦合到多个第一电极。该方法还包括将光伏电池定位在具有呈现在其上的光捕获纹理的纹理化基底上，其中，第一光伏模块带基本上接触光捕获纹理。该方法进一步包括将第二光伏模块带耦合到多个第二电极。该方法还包括使用当第二光伏模块带被耦合到多个第二电极时释放的热能来将纹理化基底的光捕获纹理转移到第一带。

存在关于上述方面注意到的特征的各种细化。另外的特征同样也可以包含上述方面中。这些细化和附加特征可以单独存在或以任何组合存在。例如，下面关于任何所示实施例所讨论的各种特征可以单独地或以任何组合包含在任何上述方面中。

附图说明

图1是示例pv模块的透视图；

图2是图1中所示的pv模块的剖视图；

图3a和图3b是可用于生成图1中所示的pv模块的示例pv电池的示意图；

图4是用于将光捕获纹理施加到pv模块带的示例系统的图；

图5是图4中所示的系统的另一个图；

图6a-6e是由图4和图5中所示的系统产生的示例光捕获纹理的照片；

图7是用于确定对于未纹理化pv模块带的光散射的实验的照片；

图8是用于确定对于纹理化pv模块带的光散射的实验的照片。

各个附图中的相同参考标记指示相同的元件。

具体实施方式

在此提供的系统和方法用于纹理化用于光伏(pv)模块生产的pv模块带，更具体地，用于在pv模块制造期间通过将光捕获纹理直接施加到pv模块带的表面来对pv模块的pv模块带进行纹理化。

如在此所使用的，示例光伏(pv)模块包括通过一个或多个pv模块带电互连的多个光伏(pv)电池。pv模块具有包括多个层的层压结构，诸如玻璃层、非反射层、电连接层(例如，包括一个或多个pv模块带)、背衬层、包括pv电池(例如，多个pv电池)的层和/或使pv模块能够如在此所述地起作用的其它合适的层。pv模块还包括限制互连的pv电池和/或其它层的框架，用于提供pv模块的结构支撑和/或保护。pv模块框架可以包括用于将pv模块固定到安装结构，将pv模块电耦合到其它设备或地，将pv模块耦合到一个或多个其它pv模块以产生光伏(pv)阵列的元件，以及任何其它合适的元件。

在制造pv模块的一个示例中，多个pv电池通过电耦合在多个pv电池的电极之间的pv模块带互连。在一些情况下，pv电池串联连接以输出相加电压。在其它情况下，pv电池并联连接以输出相加电流。在其它情况下，根据对输出电压和电流的期望特性，多个pv电池串联和并联连接。通常，pv电池在称为跨接和串接的两个步骤中互连。

跨接是pv模块带的分段电耦合到pv模块的每个pv电池的过程。更具体地，对于pv模块的每个pv电池，pv模块带的分段电耦合(例如，通过焊接)到pv电池的表面上的电极，以使得每个分段的一部分从pv电池伸出以与相邻的电池耦合。串接是跨接的pv电池互连的过程。跨接的pv电池被反转并且以期望的结构(例如，排成排)设置在基底上，以使得耦合到特定pv电池的第一(前)表面的pv模块带分段的伸出部分与相邻pv电池的第二(背)表面上的相应电极对准。对于每个跨接的pv电池，对准的pv模块带分段电耦合(例如，通过焊接)到相邻电池的相应电极以生成pv电池串。

如在此所述，通过使用纹理化的基底将跨接的pv电池串接，可以将光捕获纹理直接施加到pv电池串的pv模块带的至少一部分。在将pv模块带焊接到跨接的pv电池的第二(背)表面中，热能在焊料金属固化之后释放。该热能中的至少一些可以通过pv电池传递到跨接的pv电池的第一(前)侧上的pv模块带的焊料金属。当足够的热能传递到第一(前)侧带时，相对的焊料金属被加热超过它的共晶温度。焊料金属回流到纹理化基底的表面中，并在冷却到低于它的共晶温度时固化。基于纹理化基底的表面特性，将光捕获纹理施加到回流到纹理化基底的表面中的跨接pv电池的第一(前)侧上的pv模块带的那些部分。

图1是示例pv模块100的透视图。图2是沿图1所示的线a-a截取的pv模块100的剖视图。参考图1和图2，pv模块100包括层压板102和限制层压板102的框架104。如图1所示，pv模块100可以是矩形的，或者可以是任何合适的形状。在一些实施例中，可以设置一个或多个pv模块100以创建pv阵列(未示出)。在创建pv阵列时，pv模块100可以根据pv阵列的特定实施方式和/或设计来成形。

参考图1，框架104限制pv模块100并耦合到pv模块100。框架104有助于保护层压板102并为pv模块100提供结构支撑。框架104包括靠近层压板102的内表面106和远离层压板102的外表面108。框架104可以使用任何合适的材料来构造，诸如铝、滚压或冲压的不锈钢、塑料、玻璃纤维或碳纤维。在一些实施例中，框架104包括用于将pv模块100固定到安装结构(未示出)的元件。在其它实施例中，框架104包括用于将pv模块100电耦合到其它设备或地的元件。在其它实施例中，框架104包括用于将pv模块100耦合到其它pv模块以用于创建pv阵列(未示出)的元件。

参考图2，pv模块100的层压板102包括顶表面110和底表面112。边缘114在顶表面110和底表面108之间以及围绕层压板102延伸。层压板102具有包括多个层116的层压板结构。层116可以包括例如玻璃层、非反射层、电连接层、背衬层和/或使pv模块100能够如在此所述起作用的其它合适的层。在一些实施例中，pv模块100的层压板102可以包括更多或更少的层116，可以具有不同的层116，和/或可以具有不同类型的层116。

层压板102的层116中的至少一个包括多个pv电池(未示出)。pv电池用于使用电池的表面处的入射光(例如，来自太阳)来产生电力。每个pv电池包括电极，以促进从pv电池提取产生的电力。在制造pv模块100中，多个pv电池通过电耦合在相邻电池的电极之间的pv模块带(未示出)来互连。在一个实施例中，pv模块100包括以串联结构和并联结构互连的多个pv电池，并且pv模块100被配置为产生期望的输出电压和期望的输出电流。在一些实施例中，pv模块100包括以串联结构互连的多个pv电池，以生成相加电压。在其它实施例中，pv模块100包括以并联结构互连的多个pv电池，以生成相加电流。

图3a和图3b是可用于生成诸如图1和图2所示的pv模块100的pv模块的示例pv电池300的示意图。图3a是包括电池300的背表面302的视图的示例pv电池300的示意图。图3b是包括电池300的前表面304的视图的示例pv电池300的示意图。

参考图3a和图3b，pv电池300包括光活性晶片306，用于使用入射在晶片306的表面(即，背表面302和/或前表面304)上的光来产生电力。在一些实施例中，晶片306是晶体硅晶片。在其它实施例中，晶片306是单晶硅晶片、多晶硅晶片、其它晶体硅晶片、基于薄膜的晶片，或使pv电池300能够如在此所述起作用的其它合适的晶片。pv电池300可以是前扩散发射极或异质结pv电池。在其它实施例中，pv电池300可以是任何其它合适类型的pv电池。在示例实施例中，pv电池300是伪正方形的。在其它实施例中，pv电池300可以是用于生成各种不同形状的pv模块和/或pv阵列的任何合适的形状。

pv电池300还包括在光活性晶片306的至少前表面304上制造的多个指状电极308。指状电极308是耦合到晶片306的表面并横穿晶片306的表面平行延伸的导电电极。指状电极308传导由pv电池300产生的电力。指状电极308在光活性晶片306上制造，通过丝网印刷、化学镀、电化学电镀、等离子体气相沉积(pvd)、溅射或蒸发或以其它方式在晶片306的表面上设置适当的导电材料。在一些实施例中，指状电极308是银(ag)和/或铜(cu)电极。在其它实施例中，指状电极308由任何其它合适导电金属、合金和/或非金属材料制成，包括例如铝、镍、锡和/或钛。在其它实施例中，指状电极308由任何导电的、适当低的电阻和适当廉价的材料制成，并且可以由不含银(ag)或基本上不含银的材料制成。

参考图3a，pv电池300包括在光活性晶片306的背表面302上制造的多个母线电极310。母线电极310是耦合到晶片306的表面并横穿晶片306的表面平行延伸的导电电极。此外，母线电极310耦合到指状电极308并且垂直于指状电极308延伸。在示例实施例中，pv电池300包括以三组设置的九个母线电极310，其中，对于每组的母线电极310横穿光活性晶片306纵向对准，并且有时被称为分段的母线。在其它实施例中，pv电池300可以包括更少或更多的母线电极310，并且母线电极310可以是使pv电池300能够如在此所述起作用的任何合适的尺寸和/或形状。

pv电池300还包括耦合到光活性晶片306的背表面302的多个pv模块带31。在示例实施例中，pv模块带312耦合到母线电极310并横穿每个纵向对准的母线电极310的组而延伸。在其它实施例中，pv模块带312可以通过指状电极308，另外或可替换的母线电极310耦合到光活性晶片306。pv模块带312包括被锡铅合金焊料金属覆盖的导电芯(未示出)。可替代地，导电芯可以被任何合适的焊料金属覆盖，以使pv模块带312能够如在此所述地起作用。

参考图3b，pv电池300包括耦合到光活性晶片306的前表面304的多个pv模块带314。pv模块带314耦合到指状电极308并且横穿光活性晶片306纵向延伸，并横向横穿指状电极308。在一些实施例中，pv模块带314包括被锡铅合金焊料金属覆盖的导电芯(未示出)。在其它实施例中，导电芯可被任何合适的焊料金属覆盖，以使pv模块带314能够如在此所述地起作用。

在生产pv模块(例如，pv模块100)中，通过分别焊接在背表面302和前表面304上的相邻电极之间的pv模块带312和314来互连一个或多个pv电池300。在一个实施例中，通过焊接在相邻电池(未示出)的母线电极310之间的pv模块带312和焊接在相邻电池的指状电极308之间的pv模块带314来互连一个或多个pv电池300以形成pv电池(未示出)串。在另一个实施例中，通过焊接例如围绕层压板102的周边(图1和2中所示)的其它电极之间的pv模块带312和314来互连一个或多个pv电池300或者一个或多个pv电池串。在示例实施例中，在生产pv电池串中，pv模块带312和314(为简单起见，在图3a和3b的顶部和底部示出为截止)被焊接到相邻pv电池的相对表面上的电极。更具体地，pv模块带312在pv电池300的背表面302上的电极310和第一相邻pv电池(未示出)的前表面上的电极之间耦合，并且pv模块带314在pv电池300的前表面304上的电极308和第二相邻pv电池(未示出)的背表面上的电极之间耦合。

在此所述的示例实施例中，pv模块带312和/或314至少部分地遮蔽pv电池300的光活性区域。在一些情况下，这可以将光活性区域上的入射光量减少高达大约5％。当pv模块带312和/或314的表面是反射的时，入射光从带的表面反射出并离开pv电池300。从pv模块带312和/或314的表面反射处的一些光可以被层压板102的其它层116(均在图2中示出)反射回到pv电池300的光活性区域。通过纹理化pv模块带312和/或314的表面来增加反射回到pv电池300的光活性区域的光量。例如，光捕获纹理可以导致被表面反射的入射光的扩散。至少一些扩散的反射光相对于电池的表面以减小的角度离开光捕获表面，增加随后的反射将发生并且光将到达电池的光活性区域的可能性。

图4和图5示出了示例系统400，其包括纹理化基底402，用于使用纹理化基底402将光捕获纹理404施加到pv电池的pv模块带(例如，pv电池300的pv模块带312和/或314)。图4包括纹理化基底402和pv电池300，其中，pv电池300邻近前表面304处的纹理化基底402来定位，并且pv电池300的pv模块带314基本上接触纹理化基底402。图5包括通过纹理化基底402被施加到pv模块带314的至少一部分406的光捕获纹理404。

参考图4和图5，系统400能够生产包括pv电池300的pv模块(未示出)，并且能够在pv模块的制造期间通过纹理化基底402将光捕获纹理404施加到光学模块带314的部分406。纹理化基底402被示出为三角形和/或角锥形，并且可以是使系统400能够如在此所述地起作用的任何其它形状。例如，纹理化基底402可以具有任何形状，其将垂直于带314的方向而不是沿着带314的长度来反射光。如图4所示，pv模块带314(有时称为跨接带)电耦合到光活性晶片306的前表面304上的电极308(图3中所示)，并且pv模块带312(有时称为串接带)横穿pv电池300的背表面302上的母线电极310来定位，并且准备被耦合(例如，焊接)到母线电极310以制造pv模块。如图5所示，将pv模块带312焊接到背表面302上的母线电极310直接将光捕获纹理404施加到前表面304上的pv模块带314的部分406。

在示例实施例中，在包括pv电池300的pv模块的生产期间，光捕获纹理404被施加到pv模块带314的至少一部分406。pv模块带314在有时被称为跨接的过程中被电耦合到pv电池300。更具体地，pv模块带314被焊接到pv电池300的前表面304上的电极308(图3中所示)。在有时被称为串接的过程中，pv电池300被定位，以使得前表面304面向纹理化基底402，并且pv模块带314基本上接触纹理化基底402。pv模块带312横穿pv电池300的背表面302上的母线电极310来定位。pv模块带312通过将带312焊接到母线电极310而与pv电池300电耦合。

在将pv模块带312焊接到母线电极310中，施加热能以熔化带312的焊料金属涂层。去除所施加的热能，并且带312的焊料金属涂层冷却且固化。在示例实施例中，在固化之后，由焊料金属涂层释放热能。在被母线电极310覆盖的区域中，至少一些释放的热能横穿pv电池300从背表面302上的pv模块带312传递到前表面304上的pv模块带314。当足够的热能传递到pv模块带314时，相对的焊料金属被加热到超过它的共晶温度。pv模块带314的相对焊料金属回流到纹理化基底402的表面中，并在冷却到低于它的共晶温度时固化。当冷却时，纹理化基底402的浮雕被施加到pv模块带314。通过控制纹理化基底402的表面特性，光捕获纹理404被施加到pv模块带314作为纹理化基底402的浮雕。如图5所示，光捕获纹理404被施加到pv模块带314的至少一部分406。

图6a-6e是由系统生成的示例光捕获纹理600的照片说明，用于使用纹理化基底直接施加光捕获纹理，诸如系统400和纹理化基底402(均在图4和图5中示出)。示例光捕获纹理600在相关的pv模块(未示出)的生产期间被施加到pv模块带602。更具体地，当焊接pv电池604的相对侧上的其它pv模块带(未示出)时，示例光捕获纹理600被施加到接触纹理化基底402的pv模块带602的表面。在示例实施例中，pv电池604类似于图3中所示的pv电池300。在其它实施例中，pv电池604可以是使系统400能够如在此所述起作用的任何合适的pv电池。

参考图6a，光捕获纹理600包括如图4和5中所示的倒角锥纹理606。纹理化基底402是在玻璃的表面(未示出)上具有倒角锥纹理606的层压玻璃。当使用层压玻璃基底在pv电池604的背面上焊接带时，倒角锥纹理606被施加到pv模块带602。此外，倒角锥纹理606被施加到位于pv电池604的前表面上并与pv电池604的背表面上的母线电极(未示出)相对的pv模块带602的一部分。

参考图6b，光捕获纹理600包括不光滑纹理608。纹理化基底402是在玻璃的表面(未示出)上具有不光滑纹理608的非抗反射涂覆的玻璃。当使用涂覆的玻璃基底在pv电池604的对侧上焊接带时，不光滑纹理608被施加到pv模块带602。此外，不光滑纹理608被施加到位于pv电池604的前表面上并与pv电池604的背表面上的母线电极(未示出)相对的pv模块带602的一部分。

参考图6c，光捕获纹理600包括光滑纹理610。纹理化基底402是在玻璃的表面(未示出)上具有光滑纹理610的未纹理化玻璃。当使用玻璃基底在pv电池604的对侧上焊接带时，光滑纹理610被施加到pv模块带602。此外，光滑纹理610被施加到位于pv电池604的前表面上并与pv电池604的背表面上的母线电极(未示出)相对的pv模块带602的一部分。

参考图6d，光捕获纹理600包括不平坦纹理612。纹理化基底402是在夹具(fixure)的表面(未示出)上具有不平坦纹理612的焊接夹具。当使用焊接夹具在pv电池604的对侧上焊接带时，不平坦纹理612被施加到pv模块带602。此外，不平坦纹理612被施加到位于pv电池604的前表面上并与pv电池604的背表面上的母线电极(未示出)相对的pv模块带602的一部分。

参考图6e，光捕获纹理600包括图案化纹理614。纹理化基底402是在设备的表面(未示出)上具有图案化纹理614的电池串接设备(未示出)的部件。当使用电池串接设备在pv电池604的对侧上焊接带时，图案化纹理614被施加到pv模块带602。此外，图案化纹理614被施加到位于pv电池604的前表面上并与pv电池604的背表面上的母线电极(未示出)相对的pv模块带602的一部分。此外，电池串接设备包括用于焊接带的针脚。图案化纹理614在pv模块带602的那些部分之上基本上均匀，除了针脚中的一个针脚在焊接期间使得接触的位置616之外。

图7和图8是基于pv模块带的纹理来确定对于pv模块带的光散射的实验的照片说明。图7包括系统700，该系统700包括对于未纹理化pv模块带702的光散射。图8包括系统800，该系统800包括使用诸如图4和5中所示的纹理化基底402的纹理化基底(未示出)生成的纹理化pv模块带802的光散射。参考图7和图8，实验示出了对于在pv模块生产期间纹理化的pv模块带的增强的光散射。在实验中，设备用于照亮pv模块带，并且观察到所得的光散射。所得的光散射通过度量pv电池的表面上的光散射宽度来量化。

参考图7，系统700包括与pv电池704耦合的未纹理化pv模块带702。在示例实施例中，pv电池704类似于图3中所示的pv电池300。在其它实施例中，pv电池704可以是使系统700能够如在此所述地起作用的任何合适的pv电池。在生产pv模块(未示出)中，pv电池704通过焊接电池之间的pv模块带与其它pv电池(未示出)电耦合。当生产pv模块时，当在pv电池704的对侧上焊接相对的pv模块带(未示出)时，未纹理化pv模块带702产生。在示例实施例中，实验表明对于未纹理化pv模块带702的光散射706基本上为零(即，对于未纹理化pv模块带存在很少甚至没有光散射)。

参考图8，系统800包括使用纹理化基底(未示出)生成的并与pv电池804耦合的纹理化pv模块带802。在示例实施例中，pv电池804类似于图3中所示的pv电池300。在其它实施例中，pv电池804可以是使系统800能够如在此所述地起作用的任何合适的pv电池。在生产pv模块(未示出)中，pv电池804通过焊接在电池之间的pv模块带与其它pv电池(未示出)电耦合。当生产pv模块时，当在pv电池804的对侧上焊接相对的pv模块带(未示出)时，纹理化pv模块带802被生成。在示例实施例中，实验表明对于纹理化pv模块带802的光散射806为大约20mm。

参考图7和图8，对系统700和系统800进行的实验表明，纹理化pv模块带相对于未纹理化pv模块带表现增强的光散射。纹理化pv模块带(诸如纹理化pv模块带802)包括在生产pv模块时直接施加的光捕获纹理。增强了采用光捕获纹理制造的pv电池、pv模块和/或pv阵列的整体效率，同时基本上维持了生产它们的成本和/或复杂性。

在此所述的示例方法和系统生产具有纹理化太阳能模块带的太阳能电池。所得的电池能够比具有未纹理化带的电池更有效地捕获光。具有如在此所述生产的电池的太阳能模块比具有未纹理化带的模块捕获更多具有入射在电池的表面上的更大的光量，并且产生更多的电力。此外，示例方法和系统生产具有纹理化带的太阳能电池，而不增加超过生产无纹理化带的太阳能电池的成本的任何显著的额外的努力或成本。

该书面描述使用示例来公开包括最优方式的各种实施例，以使得本领域的任何技术人员能够实践这些实施例，包括制作和使用任何设备或系统以及执行任何结合的方法。可专利范围由权利要求来限定，并可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果这些其它示例具有与权利要求的文字语言没有不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的文字语言无实质差异的等同的结构元件，则这些其它示例将在权利要求的范围内。

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