用于光电元件的复合电极、串联光电元件和光电模块的制作方法

本申请涉及一种复合电极，其用于接触光电元件的电导电表面。本申请进一步涉及一种用该复合电极形成的串联光电元件及光电模块。

背景技术：

现有光电技术产生电能已达到较高的转化效率，但是pv电池和pv模块的生产和终端使用相比水电、火电等传统能源依然较为复杂和昂贵。

一般使用的pv电池包括半导体元件，其具有在单晶硅或多晶硅、无定形硅和具有嵌入式p-n结的其它薄膜半导体的基础上的类型(n+n(或p)p+)的结。光电元件的一个表面通常覆盖有金属层或钝化层，金属层如铝或银或ito等透明导电氧化物层，而另一个表面被提供有抗反射层。两个表面均与电极接触，电极收集和带走所产生的电能。而光电池结构被封装在诸如玻璃的透明保护层之间而形成光电模块。

目前通用的电极全部使用丝网印刷技术或蒸镀/电镀技术生产。然而，以这种方式生产的电极具有高串联电阻，阻碍转换效率的进一步提升。

美国专利us4380112a公开了一种光电元件，其包括用于接触所述pv元件的表面的电极，所述电极包括电绝缘光学透明载体。电极的线被嵌入在电绝缘光学透明载体中以使电极线在其一侧，即内侧被暴露。pv元件的完成是通过将透明膜内表面与网格部件一起静电结合到前面半导体元件的暴露面而实现的。电绝缘、光学透明膜由玻璃制成，因此将线网格嵌入到膜中包含将该结构加压和加热到大约700℃(玻璃熔点)。金属线和半导体表面之间的永久接触由静电结合步骤形成，即被施加在玻璃+金属线+半导体夹层上，其被再次加热到高达700℃。而在制造电极和pv元件期间对结构的加热是复杂且麻烦的，因此生产成本是相对高的。而且，重复的加热步骤带来故障的危险和碎屑的产生。

中国专利cn100431175c亦公开了一种光电元件使用的电极，用于接触光电元件的电传导性表面，该电极包括：电绝缘光学透明膜和覆盖其表面的粘合剂层，粘合剂层中设置多个平行的、电传导性线，电传导性线被嵌入到粘合剂层并突出于粘合剂层的表面，电传导性线的表面低熔点的合金构成层，用于后续处理时形成良好的电接触。

但是由于光电元件表面印刷或蒸镀的电极存在线延长线方面上厚度不均、平行线之间宽度和厚度不一致导致的电极线电阻差异的情形，上述专利所采用的电极在光电模块中使用时均未考虑光电元件表面电阻率差异导致的电流效率损失和工作时光电元件的不一致性带来的性能降低或性能降低的技术问题。

技术实现要素：

本申请实施例的目的在于提供一种用于光电元件的复合电极以及利用该复合电极的串联光电元件和光电模块，用以提高复合电极以及使用的光电元件的表面电阻一致性，同时解决光电元件和光电模块由于制作工艺造成的电阻不均匀性导致的性能恶化等。

第一方面，本申请实施例提供了一种用于光电元件的复合电极，用于接触光电元件的电传导性表面，该电极包括：包含分散导电性成分的光学透明膜和覆盖其表面的聚合物粘合剂层，粘合剂层中设有多个平行的导电线体，导电线体被嵌入到粘合剂层并突出于粘合剂层的表面，导电线体突出粘合剂层的表面设有低熔点合金层，导电线体与光学透明膜中的分散导电性成分电接触。

第二方面，本申请实施例提供了一种用于光电元件的复合电极，用于接触光电元件的电传导性表面，该电极包括：包含分散导电性成分的光学透明聚合物粘合剂层，粘合剂层中设有多个平行的导电线体，导电线体被嵌入到粘合剂层并突出于粘合剂层的表面，导电线体突出粘合剂层的表面设有低熔点合金层，导电线体与粘合剂层中的分散导电性成分电接触。

进一步地，光学透明膜中的导电性成分在成型时分散在主体成分中，导电性成分为整体弥散分布在主体成分中；或采光学透明膜中的导电性成分采用模板法成型，导电性成分为为规则网状或非规则网状或其他不规则形状，导电性成分重量占主体成分重量的百分含量为1％～99％。

光学透明膜中的导电性成分包含导电高分子材料，更具体地选自聚氮化硫类高分子材料或经掺杂的共轭类高分子材料，进一步选自聚吡咯、聚乙炔、聚苯胺、聚噻吩等中的至少一种。另外，光学透明膜可以为绝缘高分子材料与导电材料形成的复合材料，其中导电材料选自导电碳材料、金属材料、复合导电材料中的至少一种。

进一步地，光学透明膜中的主体成分材料选自氟树脂、聚乙烯脂、含氟聚乙烯脂、环氧树脂和聚酰胺树脂、聚乙烯醚、丙烯酸脂、橡胶树脂、酚醛树脂、硅树脂等的一种或几种。

进一步地，光学透明膜中的主体成分材料选自聚酰胺、聚对苯二甲酸酯、聚酰亚胺、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、芳纶、聚二甲酰苯二胺、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚对苯二甲酰对苯二胺、聚丙乙烯、聚甲醛、环氧树脂、酚醛树脂、聚四氟乙烯、聚苯硫醚、聚偏氟乙烯、硅橡胶、聚碳酸酯、纤维素及其衍生物、淀粉及其衍生物、蛋白质及其衍生物、聚乙烯醇及其交联物、聚乙二醇及其交联物中的至少一种。

进一步地，聚合物粘合剂层材料选自乙烯基粘合剂材料、丙烯酸粘合剂材料、橡胶粘合剂材料、硅粘合剂材料和聚乙烯醚粘合剂材料以及环氧粘合剂材料等的一种或几种。

对应于本申请第一方面的实施例，制备光电元件的复合电极的方法包括：形成包含分散导电性成分的光学透明膜和聚合物粘合剂层，粘合剂层中设有多个平行的导电线体，导电线体被嵌入到粘合剂层并突出于粘合剂层的表面，将聚合物粘合剂层覆设于光学透明膜上，加热后光学透明膜和聚合物粘合剂层结合形成复合电极。

对应于本申请第二方面的实施例，制备光电元件的复合电极的方法包括：在光学透明聚合物粘合剂层中加入分散的导电性成分，且在粘合剂层中设有多个平行的导电线体，导电线体被嵌入到粘合剂层并突出于粘合剂层的表面，将聚合物粘合剂层加热后形成复合电极，复合电极与光电元件的电传导性表面的一侧表面可见规则或不规则的导电成分。

对应于本申请第一方面、第二方面的实施例形成的复合电极，在标准光照条件下，其可光学透明度在90％以上。

本申请第三方面的实施例，提供一种串联光电元件，在多个光电元件导电性表面敷设前述复合电极形成多个光电元件串联结构，所述导电线体突出粘合剂层的表面的低熔点合金层与光电元件导电表面的导电体在热处理条件下熔合形成欧姆接触，形成包含多个光电元件的串联光电元件。

本申请第四方面的实施例，进一步将第三方面的多组串联光电元件以阵列的方式布局形成光电模块。

本申请中复合电极的光学透明膜中的规则或不规则的导电成分，或者复合电极与光电元件的中的可见规则或不规则的导电成分，均与导电线体电连接。光电元件例如光伏电池或光电探测二极管或发光二极管等，具备至少一对平行的细长状导电体，通常是数十根平行的细长状导电体。本申请所述的复合电极的导电线体与光电元件电传导性表面直接连接，在复合电极远离光电元件的方向上，导电线体与复合电极中的导电性成分连接，导电性成分呈网状，有利于光电元件高温工作时在封装体中形成的静电被及时泄放，网状的导电性成分作为封装体的静电释放通道，极大地减小了光电模块的工作失效风险。且复合电极中导电线体的设置，有利于解决由于光电元件表面印刷或电镀导电体电阻率差异导致的电流效率损失和片内不一致性带来的性能降低的问题，提高了光电元件和光电模块表面电性能的一致性，提升了光电元件和光电模块的工作寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本申请实施例一提供的一种用于光电元件的复合电极；

图2为本申请实施例一提供的光学透明膜中导电性成分表面示意图；

图3为本申请实施例一提供的导电线体示意图；

图4为本申请实施例提供的另一种用于光电元件的复合电极。

图标：11-光学透明膜；12、41-聚合物粘合剂层；13、42-导电线体；21、22、23、24-导电性成分；31-导电线体的本体，32-低熔点合金层，光电元件40。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

请参看图1，图1为本申请实施例一提供的一种用于光电元件的复合电极，用于接触光电元件的电传导性表面，该电极包括：包含分散导电性成分的光学透明膜11和覆盖其表面的聚合物粘合剂层12，粘合剂层12中设有多个平行的导电线体13，导电线体13被嵌入到粘合剂层12并突出于粘合剂层12的表面，导电线体13在临近光学透明膜11的一侧与光学透明膜11中的分散导电性成分电接触。

光学透明膜11中的导电性成分在成型时分散在主体成分中，导电性成分为整体弥散分布在主体成分中；或如图2所示，采光学透明膜中的导电性成分21、22、23、24采用模板法成型，模板为镂空模板，如图2a-2d所示，导电性成分为为规则网状或非规则网状或其他不规则形状，导电性成分重量占主体成分重量的百分含量为1％～99％，优选为2-10％，主体成份通常为绝缘材料。光学透明膜11要求具备低金属杂质含量，特别要求金属离子的含量要低，例如na、k、li等小离子半径的金属离子。光学透明膜11以能够实现面内的分散性导电特性，并能够保证足够的透明度为佳，透明度通常要求在90％以上。在标准光照条件下，复合电极的可光学透明度也在90％以上。

光学透明膜11中的绝缘材料选自氟树脂、聚乙烯脂、含氟聚乙烯脂、环氧树脂和聚酰胺树脂、聚乙烯醚、丙烯酸脂、橡胶树脂、酚醛树脂、硅树脂等的一种或几种。

另外，光学透明膜11中的绝缘材料亦可以选自聚酰(亚)胺、聚对苯二甲酸酯、聚酰亚胺、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、芳纶、聚二甲酰苯二胺、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚对苯二甲酰对苯二胺、聚丙乙烯、聚甲醛、环氧树脂、酚醛树脂、聚四氟乙烯、聚苯硫醚、聚偏氟乙烯、硅橡胶、聚碳酸酯、纤维素及其衍生物、淀粉及其衍生物、蛋白质及其衍生物、聚乙烯醇及其交联物、聚乙二醇及其交联物中的至少一种。

光学透明膜11中的导电性成分包含导电高分子材料，更具体地选自聚氮化硫类高分子材料或经掺杂的共轭类高分子材料，进一步选自聚吡咯、聚乙炔、聚苯胺、聚噻吩等中的至少一种。另外，光学透明膜11可以为绝缘高分子材料与导电材料形成的复合材料，其中导电材料选自导电碳材料、金属材料、复合导电材料中的至少一种。

对于聚合物粘合剂层12，所选用材料的要求在于：具有高延展性、良好的绝缘性能、足够的光学透明度和热稳定性，并具有好的表面粘合能力，与粘合表面的结合具备足够的拉伸强度。例如：适宜的聚合物粘合剂层12材料选自乙烯基粘合剂材料、丙烯酸粘合剂材料、橡胶粘合剂材料、硅粘合剂材料和聚乙烯醚粘合剂材料以及环氧粘合剂材料等的一种或几种。

聚合物粘合剂层12可以是热塑性或热固性。

由于光学透明膜11中含有导电性成分。光学透明膜11在聚合物粘合剂层12的投影在聚合物粘合剂层12外轮廓内(如图1所示)，或光学透明膜11与聚合物粘合剂层12边缘对齐(未图示)，并且复合电极的轮廓线位于与之连接的光电元件的轮廓线之内。这样的设置避免了光学透明膜11与光电元件的连接处理过程中导电性成分溢出，导电性成分与光电元件侧表面和边缘表面相连，从而造成的光电元件电性能损失。

聚合物粘合剂层12中的导电线体13的选自cu、ag、al、ag/al合金等良导体材料。如图3所示，导电线体13的本体31可以全部包覆低熔点合金层32。

特别地，导电线体突出粘合剂层的表面设有低熔点合金层。低熔点合金层通常可以选用部分适宜作为焊料的金属或金属合金，如ag、b、ni、bi、cd、ga、in、pb、sn等金属或该些金属形成的低熔点合金。亦可使用由具有金属和合金粒子的有机粘合剂组成的导电材料组成。

制备如图1所示复合电极的方法包括：形成包含分散导电性成分的光学透明膜11和聚合物粘合剂层12，粘合剂层12中设有多个平行的导电线体13，导电线体13被嵌入到粘合剂层12并突出于粘合剂层12的表面，将聚合物粘合剂层12覆设于光学透明膜11上，加热后光学透明膜11和聚合物粘合剂层12结合形成复合电极，复合电极的光学透明膜11层中存在规则或不规则的导电成分。

用上述方法形成的复合电极的光学透明膜11中存在规则或不规则的导电成分，复合电极施加至光电元件导电性表面。光电元件例如光伏电池或光电探测二极管或发光二极管，具备至少一对平行的细长状导电体，通常是数十根平行的细长状导电体。本实施例所述的复合电极的导电线体13与光电元件电传导性表面直接连接，在复合电极远离光电元件的方向上，导电线体13与复合电极中的导电性成分连接，导电性成分呈网状或非规则形状。导电性成分与复合电极的导电线体电连接，有利于光电元件高温工作时在封装体中形成的静电被及时泄放。导电性成分作为封装体的静电释放通道，极大地减小了光电模块的工作失效风险。提高了光电元件和光电模块表面电性能的一致性，提升了光电元件和光电模块的工作寿命。

请参看图4，图4为本申请实施例二提供的另一种用于光电元件的复合电极，用于接触光电元件40的电传导性表面(包含垂直于导电线体42的多组平行导体，未图示)，该电极包括：包含分散导电性成分的光学透明聚合物粘合剂层41，粘合剂层41中设有多个平行的导电线体42，导电线体42被嵌入到粘合剂层41并突出于粘合剂层41的表面，导电线体42突出粘合剂层41的表面设有低熔点合金层，导电线体42与粘合剂层41中的分散导电性成分电接触。本实施例与图1所示实施例的改进之处在于，将分散导电性成分散布在聚合物粘合剂层41中。同样地，或光学透明膜11与聚合物粘合剂层12边缘对齐(未图示)，并且复合电极的轮廓线位于与之接触的光电元件40的轮廓线之内。这样的设置避免了复合电极与光电元件的连接处理过程中导电性成分溢出，导电性成分与光电元件侧表面和边缘表面相连，从而造成的光电元件电性能损失。

本实施例中聚合物粘合剂层41呈光学透明，其中主体成份为绝缘材料，导电性成分为在整个平面内为规则网状或非规则网状或其他不规则形状，导电性成分重量占主体成分重量的百分含量为1％～99％，优选为2-10％。聚合物粘合剂层41要求具备低金属杂质含量，特别要求金属离子的含量要低，例如na、k、li等小离子半径的金属离子。聚合物粘合剂层41以能够实现面内的分散性导电特性，并能够保证足够的透明度为佳，透明度通常要求在90％以上。在标准光照条件下，复合电极的可光学透明度也在90％以上。

类似地，聚合物粘合剂层41可以是热塑性或热固性。聚合物粘合剂层41，所选用材料选自乙烯基粘合剂材料、丙烯酸粘合剂材料、橡胶粘合剂材料、硅粘合剂材料和聚乙烯醚粘合剂材料以及环氧粘合剂材料等的一种或几种。

特别地，聚合物粘合剂层41选自但不限于氟树脂、聚乙烯脂、含氟聚乙烯脂、环氧树脂和聚酰胺树脂、聚乙烯醚、丙烯酸脂、橡胶树脂、酚醛树脂、硅树脂等的一种或几种。

聚合物粘合剂层41中的导电性成分包含导电高分子材料，更具体地选自聚氮化硫类高分子材料或经掺杂的共轭类高分子材料，进一步选自聚吡咯、聚乙炔、聚苯胺、聚噻吩等中的至少一种。

另外，光学透明的聚合物粘合剂层41可以为绝缘高分子材料与导电材料形成的复合材料，其中导电材料选自导电碳材料、金属材料、复合导电材料中的至少一种。

由于聚合物粘合剂层41中含有导电性成分。聚合物粘合剂层41在光电元件表面的投影在光电元件外轮廓内，以免聚合物粘合剂层41与光电元件的连接处理过程中导电性成分溢出，导电性成分与光电元件侧表面和边缘表面相连，造成光电元件电性能损失。

聚合物粘合剂层41中的导电线体42的材料选自cu、ag、al、ag/al合金等良导体材料，导电线体42可以全部包覆低熔点合金层。特别地，导电线体42突出粘合剂层41的表面设有低熔点合金层。低熔点合金层通常可以选用部分适宜作为焊料的金属或金属合金，如ag、b、ni、bi、cd、ga、in、pb、sn等金属或该些金属形成的低熔点合金。亦可使用由具有金属和合金粒子的有机粘合剂组成的导电材料组成。

制备如图4所示复合电极的方法包括：在光学透明聚合物粘合剂层41中加入分散的导电性成分，且在粘合剂层41中设有多个平行的导电线体42，导电线体42被嵌入到粘合剂层41并突出于粘合剂层41的表面，将聚合物粘合剂层41加热后形成复合电极。复合电极与光电元件40的电传导性表面的一侧表面可见规则或不规则的导电成分。优选地，复合电极中存在规则或不规则的导电成分。

复合电极的导电线体42与光电元件40电传导性表面的电导体(未图示)直接连接。对于光伏电池，表面分布的诸多平行导电体，复合电极的导电性成分跨接在光伏电池的平行导电体上形成额外的导电通道，利于修复印刷导电体不良造成的部分光生电流收集缺失，减少光电元件制程不一致性带来的效率损失。另一有益方面体现在：导电性成分跨接在光伏电池的平行导电体上利于光伏电池光生电流收集时电流再平衡，提高光伏电池效率输出的均匀性。对于其他光电元件，同样具备类似效果。

另外，在复合电极远离光电元件一面亦可见导电性成分呈网状或非规则形状，导电性成分与复合电极的导电线体电连接，有利于光电元件高温工作时在封装体中形成的静电被及时泄放，导电性成分作为封装体的静电释放通道，极大地减小了光电模块的工作失效风险。对于其他光电元件，同样具备类似效果。

综上所述，复合电极中导电线体和导电性成分的设置，有利于解决由于光电元件表面印刷或电镀导电体缺失或电阻率差异导致的电流效率损失和工艺制程不一致性带来的性能降低的问题，有利于提高了光电元件和光电模块表面电性能的一致性，提升了光电元件和光电模块的工作寿命。特别适合用于各类高效光伏电池、双面光伏电池、叠层光伏电池、叠置光伏模块等形式的光电元件提升效率、改善良率。

利用上述复合电极10、20形成串联光电元件方法如下：在光电元件导电性表面敷复合电极10、20，或先按照光电元件导电性表面形状裁剪复合电极10、20至适宜尺寸，后敷设在光电元件导电性表面；形成多个光电元件串联结构后，在热处理条件下，使导电线体突出粘合剂层的表面的低熔点合金层与光电元件导电表面的导电体熔合形成欧姆接触，最终形成包含多个光电元件的串联光电元件。

进一步，可以将多组串联光电元件以各类阵列组合的方式形成光电模块，使得光电模块具备高效率和长寿命。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。