太阳能光伏组件及其制备方法与流程

本发明涉及太阳能电池片制造技术领域，具体涉及一种太阳能光伏组件以及该光伏组件的制备方法。

背景技术：

太阳能光伏发电产业，由于其清洁、安全、便利及高效等特点，已成为全世界普遍关注和重点发展的新兴产业。

随着太阳能技术不断进步，大型系统电站高速增长，由于可利用光伏发电土地资源不断减少，高效晶硅电池组件的需求不断上升，未来太阳能市场发展，光伏发电将主要集中在高效晶硅电池组件的开发与应用上。

目前市场上，太阳能电池组件主流采用的是涂锡铜带互联形成的常规组件，光伏组件的核心元件是电池片，由于单个电池片不便运输、易被损坏、电压较小，需要对电池片进行封装并将电池片串联起来以达到一定要求的电压，常规组件一般是60片或72片进行串联，因电气性能的要求片与片之间需留有一定距离的间隙。照射在间隙位置上的太阳光经过多次折射、反射后，势必有一部分太阳光最终射到组件外部，以及目前市场上的电池片上均具有主栅线和细栅线，普遍采用的方法是通过细栅线进行收集电流，经过主栅线汇集电流进行传输的方式，更高效的电池组件对电池片电流传输提出了更好的要求，需要降低电池片正面电流传输电阻，降低电池片正面栅线遮光面积，因此目前电池片普遍使用的电流传输方式将不能满足更高效电池组件的要求。

技术实现要素：

有鉴于此，为了克服现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种改进的太阳能光伏组件。

为了达到上述目的，本发明采用以下的技术方案：

一种太阳能光伏组件，包括由上至下依次设置的前板、封装层、电池层以及复合型底板，所述电池层包括至少一片电池片，所述电池片的正面没有传统电池片上的主栅线，所述电池片的正面只有传统电池片上的细栅线，所述太阳能电池片的边缘开设有贯通其厚度方向的贯穿槽和/或所述太阳能电池片的内部开设有贯通其厚度方向的贯穿孔，所述贯穿槽和贯穿孔内填充有导电材料形成正面电极，所述正面电极与所述细栅线电性连接，所述正面电极由所述太阳能电池片的正面贯穿到所述太阳能电池片的背面，所述电池片的背面设置有背面电极；所述复合型底板包括与所述电池片配合的导电线路板、背板以及位于所述导电线路板和背板之间的胶膜。

贯穿槽或贯穿孔有规律地开设在多个细栅线的交汇处，一方面能够快速收集引导电流，另一方面能够避免开设过多的槽或孔，降低了电池片的光照面积，电池片的外观上也更加简洁好看。采用一体式的复合型底板，能够事先制备好，组件装配时快速、省时省力，后续也方便更换。

电池片正面没有主栅线，大大减少遮光面积，光能的吸收率大幅度增加，极大程度上增加电池片的转换效率，有效的增加了电池片的功率；电池片正面采用密集网状细栅线设计，电流收集路径更加短，降低电池片串联电阻；正负极都在电池片背面，减少了工序的复杂性，进一步的降低生产成本。

在本发明一些优选地实施方式中，所述导电线路板包括绝缘板以及设置在所述绝缘板上的导电线路，所述导电线路靠近所述电池片，所述绝缘板靠近所述胶膜，所述导电线路对应所述电池片背面上的正面电极和背面电极设置。

在本发明一些优选地实施方式中，所述贯穿槽和贯穿孔的内壁上涂覆有绝缘材料，防止导电材料与贯穿槽或贯穿孔的内壁之间产生电性接触。

导电材料选用为导电胶，具体的，其为含银量80-90％(质量百分比)的有机或者无机混合体，常温下为流体，粘度为80-110pa.s(25℃)，体积电阻率≤1.82x10^-40hm·cm，固化后呈固体，固化条件为145℃下固化5min，固化后具有一定的回弹性，其弹性数值为g'<2x10⁷pa；绝缘材料为具有良好电绝缘性能的一种复合胶，其可粘接多种金属和塑料，无需表面预处理，固化时间迅速，粘度近似值20000cps(25℃)，重叠剪切强度常温下4200psi，其作用为防止导电材料与贯穿槽或贯穿孔的内壁之间产生电性接触，绝缘材料采用喷涂的方式涂覆至贯穿槽或贯穿孔内。

在本发明一些优选地实施方式中，所述贯穿孔为圆形或矩形，所述贯穿槽为部分的圆形或矩形，所述贯穿孔和贯穿槽的尺寸为0.3mm-1.5mm。当圆形的直径足够小时，贯穿孔可以看做为一个圆点。

在一些实施例中，位于所述太阳能电池片边角处的所述贯穿槽的尺寸为所述贯穿孔尺寸的四分之一，位于所述太阳能电池片侧边处的所述贯穿槽的尺寸为所述贯穿孔尺寸的二分之一。即位于太阳能电池内部的贯穿孔为完整的圆形或矩形，位于太阳能电池片的四个边角的贯穿槽为四分之一的圆形或矩形，而位于太阳能电池片的四条侧边上的贯穿槽为二分之一的圆形或矩形。

在本发明一些优选地实施方式中，竖直方向上所述太阳能电池片的背面电极形成的竖直线与所述正面电极形成的竖直线之间的距离小于或等于10mm。

在具体的实施应用中，电池片的背面电极设计可以是常规图形，采用常规电池片丝网印刷工艺实现，但是存在背面银电极延伸方向与上下贯穿孔形成的竖直线重合的情况，此时需要将其交叉的地方做绝缘处理，或者将背面电极设计的位置整体进行偏移，以防止不同电极之间出现的电性连接。

在一些实施例中，印刷背面铝背场时，在开孔、开槽处(包括贯穿孔、贯穿槽以及背面银电极处等)留有0.5-1mm的间隔距离，一方面可以形成台阶状的空间，增加了与互联条之间的焊接力，使得焊接更加牢固和稳定，另一方面，0.5-1mm之间的距离能够防止电极与铝背场之间的电性接触。

本发明还提供了一种根据如上所述的太阳能光伏组件的制备方法，包括如下步骤：在已经具有细栅线和背面电极的电池片上开设贯穿其厚度方向的贯穿槽和/或贯穿孔；在所述贯穿槽和贯穿孔内先涂覆绝缘材料，后填充导电材料，控制所述导电材料与所述细栅线电性连接；将多个所述电池片组合形成电池层，在相邻电池片相接触的侧边上涂覆绝缘材料；在所述电池层的正面放置封装层和前板，在所述电池层的背面放置复合型底板，使得电池片背面上的正面电极和背面电极与所述复合型底板电性连接，层压后形成太阳能光伏组件。层压参数与常规组件层压参数近似，只是在保压保温阶段时间增加2min。

在本发明的一些实施例中，正面电极的形成通过将导电材料在常温下滴入贯穿槽或贯穿孔后，在145℃下固化5min，最终形成的正面电极贯穿电池片的厚度方向，且正面电极的顶部高于电池片的顶部，正面电极的底部高于电池片的底部。绝缘材料的喷涂采用对应的现有技术手段即可，在对应的部位喷涂30μm以上厚度的绝缘材料。

在本发明一些优选地实施方式中，所述复合型底板的制备包括如下步骤：依次放置导电线路板、胶膜以及背板后进行层压，得到所述复合型底板。此处的层压为在140℃的工艺腔中压合5-10min，压力参数为20-40pa。

在本发明一些优选地实施方式中，所述贯穿槽和贯穿孔的制备为利用激光和水对电池片进行交替切割使电池片沿着切割路径断开以形成所述的贯穿槽或贯穿孔，其中起始时利用激光进行切割并确保在该激光切割后电池片不断开。

通过先采用激光对预设的切割路径进行加热，之后采用水对切割路径进行冷却，通过冷热交替实现电池片沿着切割路径的断开从而形成贯穿槽或贯穿孔，由此制备的贯穿槽或贯穿孔的断面整齐、无裂纹，电池片损伤少，降低了电池片的隐裂风险。

优选地，所述交替切割的次数为1次、2次、3次或更多次，在最后一次交替切割的水切作用下，电池片沿着切割路径完全断开形成所述的贯穿槽或贯穿孔。最优选的交替切割次数为一次，能耗低、效率高，也更加有利于贯穿槽或贯穿孔断面处的规整。

优选地，在每一次的交替切割中，激光切割的路径和水切割的路径保持一致，以保证贯穿槽或贯穿孔处断面的整齐；在每一次的交替切割中，激光切割后的1-2s之内进行水切割。在每一次的交替切割中，激光切割后的1-2s之内进行水切割，间隔时间不宜过长，防止电池片过度冷却造成切割效果差、断面不规整，间隔时间短也有利于提高产能。

具体的，所述激光切割的参数如下：激光功率为15-20w，激光频率为500-600khz，激光运行速度为18000-22000cm/min；所述激光切割的时间为1-2s。所述水切割的参数如下：常温下采用去离子水进行切割，去离子水在切割时的喷射初速度为15000-20000cm/min；所述水切割的时间为1-2s。

在具体的实施例中，先采用激光对预设的切割路径进行加热，之后采用水或其他的冷却液体或气体对切割路径进行冷却，通过冷热交替实现电池片沿着切割路径的断开从而形成贯穿槽或贯穿孔，由此制备的贯穿槽或贯穿孔的断面整齐、无裂纹，电池片损伤少，降低了电池片的隐裂风险。且上述的切割方法能够用于在电池片的任意位置进行切割，如在电池片的边缘处或内部以及能够用于将一块电池片分割成两片或多片的分片电池片。

与现有技术相比，本发明的有益之处在于：本发明的太阳能光伏组件，将电池片的正面电极引到了电池片的背面，正面基本无焊带遮挡，电池片从串联到并联全部没有间距，保证相同的吸光面积下能够减少组件的面积，提升了组件功率；采用一体式的复合型底板设计，在电池片串并连接好后可以一步进行压合，大大降低了生产时间。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明优选实施例1中的太阳能电池片的正面图形设计示意图；

图2为本发明优选实施例1中的太阳能电池片的背面图形设计示意图；

图3为本发明优选实施例1中的太阳能电池片的导电线路示意图；

图4为本发明优选实施例1中的太阳能光伏组件的正面示意图；

图5为本发明优选实施例2中的太阳能电池片的正面图形设计示意图；

图6为本发明优选实施例2中的太阳能电池片的背面图形设计示意图；

图7为本发明优选实施例2中的太阳能光伏组件的正面示意图；

图8为本发明优选实施例2中的太阳能光伏组件复合型底板示意图；

图9为采用现有技术切割的太阳能电池片在贯穿槽或贯穿孔处的断面sem图一；

图10为采用现有技术切割的太阳能电池片在贯穿槽或贯穿孔处的断面sem图二；

图11为采用现有技术切割的太阳能电池片在贯穿槽或贯穿孔处的断面sem图三；

图12为本发明优选实施例1中制备得到的太阳能电池片在贯穿槽或贯穿孔处的断面sem图一；

图13为本发明优选实施例1中制备得到的太阳能电池片在贯穿槽或贯穿孔处的断面sem图二；

图14本发明优选实施例1中制备得到的太阳能电池片在贯穿槽或贯穿孔处的截面示意图；

附图中，电池片-1，贯穿槽-2，贯穿孔-3，细栅线-4，正面电极-5，背面电极-6，光伏组件-7，复合型底板-8，导电线路板-81，胶膜-82，背板-83，绝缘材料-9。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

实施例1

如图4所示，本实施例的光伏组件7，包括由上至下依次设置的前板、前封装层、电池层以及复合型底板8，电池层由多个电池片1排列形成。

本实施例的太阳能电池片1，如图1-2所示，其背面具有背面电极6，但是其正面没有主栅线，正面具有细栅线4，且细栅线4为密集网状设计，相邻细栅线4的间距1-2mm。太阳能电池片1的边缘开设有贯通其厚度方向的贯穿槽2和/或太阳能电池片1的内部开设有贯通其厚度方向的贯穿孔3，贯穿槽2和贯穿孔3内涂覆有绝缘材料9。

贯穿槽2或贯穿孔3有规律地开设在多个细栅线4的交汇处，贯穿槽2和贯穿孔3内填充有导电材料，导电材料引向太阳能电池的背面形成正面电极5，即正面电极5由太阳能电池片1的正面贯穿到太阳能电池片1的背面，如图14所示，。

本实施例中的导电材料选用为导电胶，具体的，其为含银量80-90％的有机或者无机混合体，常温下为流体，粘度为80-110pa.s(25℃)，体积电阻率≤1.82x10^-40hm·cm，固化后呈固体，固化条件为145℃下固化5min，固化后具有一定的回弹性，其弹性数值为g'<2x10⁷pa；绝缘材料9为绝缘胶，其为具有良好电绝缘性能的一种复合胶，其可粘接多种金属和塑料，无需表面预处理，固化时间迅速，粘度近似值20000cps(25℃)，重叠剪切强度常温下4200psi，其作用为防止导电材料与贯穿槽2或贯穿孔3的内壁之间产生电性接触，绝缘材料9采用喷涂的方式涂覆至贯穿槽2或贯穿孔3内。

贯穿孔3为圆形或矩形，贯穿槽2为部分的圆形或矩形，贯穿孔3和贯穿槽2的尺寸为0.3mm-1.5mm。当圆形的直径足够小时，贯穿孔3可以看做为一个圆点。位于太阳能电池片1边角处的贯穿槽2的尺寸为贯穿孔3尺寸的四分之一，位于太阳能电池片1侧边处的贯穿槽2的尺寸为贯穿孔3尺寸的二分之一。即位于太阳能电池内部的贯穿孔3为完整的圆形或矩形，位于太阳能电池片1的四个边角的贯穿槽2为四分之一的圆形或矩形，而位于太阳能电池片1的四条侧边上的贯穿槽2为二分之一的圆形或矩形。

本实施例中的贯穿孔3为直径为0.8mm的圆形，四个边角的贯穿槽2为四分之一圆，侧边的贯穿槽2为二分之一圆。如图1所示，电池片1可以划分成若干个长方形，每个长方形的边角都具有贯穿孔3或贯穿槽2。

如图8所示，复合型底板8包括与电池片1配合的导电线路板81、背板83以及位于导电线路板81和背板83之间的胶膜82。导电线路板81包括绝缘板以及设置在绝缘板上的导电线路，导电线路靠近电池片1，绝缘板靠近胶膜82，导电线路对应电池片1背面上的正面电极5和背面电极6设置，导电线路用于与正面电极5或背面电极6电性连接。

竖直方向上太阳能电池片1的背面电极6形成的竖直线与正面电极5形成的竖直线之间的距离小于或等于10mm。电池片1的背面电极6设计可以是常规图形，采用常规电池片1丝网印刷工艺实现，但是存在背面银电极延伸方向与上下贯穿孔3形成的竖直线重合的情况，此时需要将导电线路板81上的导电线路交叉的地方做绝缘处理，或者将背面电极6设计的位置整体进行偏移，以防止电极之间出现电性连接。绝缘处理可以采用如上述的绝缘材料9进行涂覆。

如图3所示，图中圆形代表电池片1正面引过来的正面电极5(为电池片1电性能上的负极)，图中长方形代表电池片1背面电极6(为电池片1电性能上的正极)，如电路垂直竖向走线时，正面电极5和背面电极6在同一个竖直线上，在电池片1串联的时候需要进行正负极的区分，连接正面电极5的单路和连接背面电极6的导电线路需要进行避让或产生交叉。如图3所示，在相互交叉时需要进行绝缘处理。如连接正面电极5的单路和连接背面电极6的电路横向走线时，由于正面电极5和背面电极6不在同一水平线上，可以直接进行连接，不需要进行避让或产生交叉。

印刷背面铝背场时，在开孔、开槽处(包括贯穿孔3、贯穿槽2以及背面电极6处等)留有0.5-1mm的间隔距离，一方面可以形成台阶状的空间，增加了与互联条之间的焊接力，使得焊接更加牢固和稳定，另一方面，0.5-1mm之间的距离能够防止电极与铝背场之间的电性接触。

通过这样的设置，使得相邻电池片1之间的间距缩小甚至没有间距，相同尺寸的光伏组件7中能够容纳更多的电池片1，如图4所示。所以本实施例中的光伏组件7长度和宽度小于常规组件10-30mm，其重量也较常规组件轻便3-6kg。

实施例2

本实施例提供了一种实施例1所述的太阳能光伏组件7的制备方法，具体包括如下步骤：

1)选取已经制备好细栅线4和背面电极6的电池片1，在其上开设贯穿其厚度方向的贯穿槽2和/或贯穿孔3。

本实施例提供的贯穿槽2或贯穿孔3的制作方法为利用激光和水对电池片1进行交替切割使电池片1沿着切割路径断开以形成贯穿槽2或贯穿孔3，其中起始时利用激光进行切割并确保在该激光切割后电池片1不断开。

本实施例中的激光切割的参数如下：激光功率为20w，激光频率为600khz，激光运行速度即激光器的移动速度为22000cm/min，单片电池片1的激光切割的时间为1s。水切割的参数如下：温度为常温，采用的水为去离子水，其在切割时候的喷射初速度为20000cm/min，单片电池片1的水切割的时间为1s。此处喷射初速度为水离开切割机的切割喷头时的速度。

本实施例中交替切割的次数为一次，一次交替切割能耗小、效率高，且更加有利于贯穿槽2或贯穿孔3处断面的整齐。在其他的一些实施例中，交替切割的次数为2次、3次或更多次，且在最后一次交替切割的水切作用下，电池片1沿着切割路径完全断开形成的贯穿槽2。

如图8-12所示，采用扫描电镜对实施例1中制备得到电池片1以及现有技术如激光切割电池片1的贯穿槽2或贯穿孔3处的断面进行扫描。从附图中可以看出，采用如激光切割制备方法开设的贯穿槽2或贯穿孔3的断面不规整、损伤大，存在裂纹；而采用本发明实施例1中的方法开设的贯穿槽2或贯穿孔3的断面整齐、无裂纹，电池片1损伤少，降低了电池片1的隐裂风险。

在每一次的交替切割中，激光切割的路径和水切割的路径保持一致，以保证贯穿槽2处断面的整齐。且在每一次的交替切割中，激光切割后的2s之内进行水切割，间隔时间不宜过长，防止电池片1过度冷却造成切割效果差，间隔时间短也有利于提高产能。

具体的，电池片1印刷结束后，将电池片1进行吸附固定，激光器开启，红外纳秒激光束对电池片1的预设部位进行划线加热，激光光斑直径大小为110μm，单片电池片1的激光加热时间为1-2s，结束后激光器关闭。接着，水刀束开启，重复对电池片1的预设部位进行划线冷却，单片电池片1的冷却时间为1-2s，且激光的划线路径与水刀束的划线路径保持一致，使得电池片1边缘的开槽部位经过冷热交替迅速断开，断面整齐损伤较小。对开槽后的电池片1进行吹扫，完成整个开槽过程。

2)在贯穿槽2和贯穿孔3内先喷涂绝缘材料9，需要均匀的喷涂在电池片1的开槽处的截面上，喷涂厚度达到30μm以上，后填充导电材料，控制导电材料与细栅线4电性连接，避免导电材料与贯穿槽2或贯穿孔3的内壁出现电性接触。

其中，正面电极5的形成通过将导电材料在常温下滴入贯穿槽2或贯穿孔3后，在145℃下固化5min，最终形成的正面电极5贯穿电池片1的厚度方向，且正面电极5的顶部高于电池片1的顶部，正面电极5的底部高于电池片1的底部，以与导电线路电性连接，如图14所示。

将多个制备好的电池片1组合形成电池层，在相邻电池片1相接触的侧边上涂覆绝缘材料9。此处的绝缘材料9也可以使用实施例1中的绝缘胶材料。

3)在电池层的正面放置封装层和前板，在电池层的背面放置复合型底板8，使得电池片1上的正面电极5和背面电极6与复合型底板8上的导电线路电性连接，层压，形成太阳能光伏组件7。该新型组件层压参数与常规组件层压参数近似，只是在保压保温阶段时间增加2min。

其中，复合型底板8的制备包括如下步骤：依次放置导电线路板81、胶膜82以及背板83后进行层压，得到复合型底板8。此处的胶膜82可以采用传统光伏组件7中的胶膜82。复合型底板8为导电线路板81、胶膜82以及背板83中间涂敷胶水，涂敷后进行升温压合，只需要在140℃工艺腔中压合5-10min，压力参数为20-40pa。

采用该制作方法制备的光伏组件7正面遮光面积大大降低，光能的吸收率大幅度增加，有效的增加了单位面积内的光电转换效率。

实施例3

如图5-7所示，本实施例中的光伏组件7、太阳能电池片1与实施例1基本类似，区别点在于：本实施例中太阳能电池片1在四个边角处以及其中两个侧边是没有开设贯穿槽2的，所以在制备光伏组件7的时候，电池片1只能纵向相互连接形成电池串，而无法横向连接。

本实施例中的贯穿槽2和贯穿孔3的制作方法与实施例1基本类似，区别点在于：本实施例中电池片1的主栅线为12根，且本实施例中的激光切割的参数如下：激光功率为15w，激光频率为500khz，激光运行速度即激光器的移动速度为18000cm/min，单片电池片1的激光切割的时间为2s。水切割的参数如下：温度为常温，采用的水为去离子水，其在切割时候的喷射初速度为15000cm/min，单片电池片1的水切割的时间为2s；且在激光切割后的1s之内进行水切割。此处喷射初速度为水离开切割机的切割喷头时的速度。

以上实施例中未有特别说明的原料均通过商购获得。没有特别提及温度的操作在室温下进行。未有特别说明的操作方法与条件可采用本领域的公知或常规的手段与条件。

实施例4

将实施例1中的光伏组件与背景技术中介绍的常规光伏组件进行对比，结果如下：

表1结果对比

从表1中可以看出，实施例1的光伏组件在设计成电池片无缝连接的时候，其单位面积内的光电转换效率进一步大大增加，单位面积转换效率明显提高，能够可有效拉低组件安装成本，助力平价上网。且本发明采用复合型底板，电池片串并连接好后可以进行一步压合，大大降低了生产时间，集成的背板设计，不会产生脱层风险，更加可靠，有效降低生产成本。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。