一种低压大电流硅基薄膜太阳能电池制造技术

本实用新型专利技术涉及一种低压大电流硅基薄膜太阳能电池，属于太阳能光电转换技术领域。主要技术特征前电极区域内的单元电池节，相同极性的共用电极和前电极预埋绝缘线及绝缘线之间的缺口，由预埋绝缘线外的透明导电膜连接各前电极区域内单元电池节构成内部并联、汇流及电压输出。本实用新型专利技术的积极效果，通过激光对前电极透明导电膜区域进行刻划，直接实现薄膜太阳能电池组件分区的内部并联，形成低电压高功率输出。便于后部封装控制层压工艺，以保障产品的耐候性。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术创造涉及一种内部并联低电压输出的硅基薄膜太阳能电池及制备方法，属于太阳能光电转换
技术背景 硅基薄膜太阳能电池是光伏行业里被认为是极具潜力的光伏电池器件。硅基薄膜材料作为一种光电功能转换材料的研究历史可以一直追溯到20世纪60年代末，英国标准通讯实验室用辉光放电法制得了氢化非晶硅(a-Si:H)薄膜，发现了非晶硅薄膜的掺杂效应。1975年Dundee大学的W. E. Spear等成功实现了对非晶硅薄膜的改进和替位式掺杂，发现了氢的饱和悬挂键的作用以及非晶硅薄膜优越的光敏性能。1976年，美国RCA的D. E.Carlson等研制出了 p-i_n结构非晶娃薄膜器件,光电能量转换效率达到2. 4%,由此掀起了对非晶硅薄膜太阳能电池的研究热潮。1980年，Carlson等人将非晶硅电池器件的转换效率提升至8%，标志着达到了可用于生产的技术水平，成为最早实现产业化的薄膜电池。随着近三十年来的研究发展，非晶硅薄膜太阳能电池产业化能量转换效率已经达到10%以上，目前全世界有数十所大学、国家实验室和公司从事硅基薄膜太阳能电池的研究，其产业化技术正日趋成熟。硅基薄膜太阳能电池与传统晶硅电池相比有成本低、弱光性能好、柔韧性强、生产能耗少、污染少等优点。然而，在光伏市场上，目前多晶硅以及单晶硅太阳能电池组件仍是主流。因此，在并网和离网市场，配合太阳能电池组件工作的逆变器、蓄电池等光伏系统设备的规格大都是基于块状晶硅太阳能电池或组件系列。晶硅电池的开路电压在70V以下，而硅基薄膜电池或组件在100V以上(非晶/微晶叠层组件的开路电压甚至是在130V以上)。将针对晶硅组件低电压特性设计的逆变器等系统应用于较高电压的硅基薄膜电池组件上，势必会增加系统成本。因而，发展低电压硅基薄膜电池组件是目前薄膜光伏电池市场上的一个趋势。硅基薄膜电池开路电压较高是非晶硅薄膜材料本身以及电池组件的生产方式所决定。一方面，非晶硅材料比晶硅材料具有较低的自由载流子密度和电导率，短路电流密度也低于晶硅电池组件。所以对于相同的输出功率，非晶硅薄膜电池需要更高的开路电压来弥补较低的短路电流。另一方面在生产过程中，非晶硅薄膜太阳能电池由激光刻划，将整块电池芯板(通常称没封装的电池为芯板或芯片)分割成具有数十或上百个具有一定宽度的单元电池节，其串联后组成一个硅基薄膜电池(通常封装后为电池组件)。这样，整个电池组件的输出开路电压是各个单元电池节开路电压之和。申请号为95104992. 5的中国技术专利公开了一种内联式集成型非晶硅太阳能电池,通过激光刻划将不同单元电池节内部串联起来。为了能够降低硅基薄膜太阳能电池的输出电压，将电池板分成数个区域，汇流并联输出。申请号为201010502031. 9的中国技术专利“一种高功率低电压硅基薄膜太阳能电池及其制造方法”公开了一种将电池分区域，汇流并联连接的低电压硅基薄膜太阳能电池。虽实现了低电压，但在背电极上通过焊接导电带，将其共用阳极(阴极)并联，使背电极导电带排布变得较复杂和厚度增加(导电带与下面绝缘带加起来总厚度一般在0. 3mm以上)，会增加电池后序层压工艺封装难度。若导电带排布相互交叉，形成回路死区，则在后序层压工艺中容易形成气泡残余，影响产品耐候性能，无法通过湿漏等电性能测试，造成不良品、次品。试验证明并联区域越多，导电带排布越复杂，三个以上的区域进行并联，背电极上的导电带排布基本上不可避免地会出现回路死区。采用基于导电带连接的外部并联结构，增加了封装工艺的难度和相应生产成本
技术实现思路
本技术的目的在于改进现有技术的不足，将电池芯板分区域，将不同区域内的单元电池并联，以获得硅基薄膜太阳能电池大功率低电压输出特性。本技术的另一目的，避免因并联出现的回路死区、回路交叉等，避免和减少导电带引发的后续工艺中气泡残余，以增加硅基薄膜太阳能电池组件的耐候性。为实现本技术任务，所提出的技术解决方案是基于硅基薄膜太阳能电池PIN结各单元电池节内部串联形成的电池组件结构，其特征在于绝缘衬底的透明导电膜上设置前电极导电区域，包括前电极导电区域内单元电池节相同极性的共用电极和前电极预埋绝缘线，还包括预埋绝缘线外的透明导电膜连接各单元电池组件前电极导电区域形成内部并联输出。由激光横向刻划线垂直于纵向分布的前电极区域内的第一沟道的上下两端，分别为前电极的顶端预埋绝缘线和底端预埋绝缘线，该绝缘线在前电极区域的共用电极区域有缺口，该缺口覆盖有前电极透明导电膜层。所说的前电极区域的共用电极将整个前电极透明导电膜分成多个并联区域，该并联区域由预埋绝缘线外透明电导膜连接形成并联；以上所说的预埋绝缘线垂直于激光刻划光电转换层形成的第二沟道，该沟道与预埋绝缘线之间由一定间隙。预埋绝缘线与第二沟道的位置不会产生交叉。激光刻划背电极形成的第三沟道，沿着垂直于第三沟道方向，对应前电极预埋绝缘线位置分别刻除背电极和光电转换膜层的一条绝缘线，选择一对正负共用电极以及由第二沟道与背电极连接，形成光电性能输出。本技术实施过程中产生的积极效果主要表现在通过激光对前电极透明导电膜区域进行刻划，直接实现薄膜太阳能电池组件分区的内部并联，形成低电压高功率输出。制备电池芯板对并联的区域数目没有限制，各不同区域的内部并联已在前电极激光刻划的过程中形成。最后输出功率信号，只要选择一对不同极性的共用电极到接线盒，无需复杂的导电带，避免了回路死区的形成。便于后部封装控制层压工艺，以保障产品的耐候性。这是导电带外部并联不可能实现的。以下结合附图进一步说明本技术内部并联低电压硅基薄膜太阳能电池组件的工作原理图I (a)、是本技术的前电极激光刻划示意图。附图说明图1(b)、是相对比于图1(a)中前电极激光刻划示意图的内部并联电路示意图。图2、是本技术光电转换层激光刻线示意图。图3、是本技术背电极激光刻线以及组件绝缘线示意图。图4、是本技术的内部并联低电压组件的新版剖视图。图5、是本技术中实施例2的前电极激光刻划示意图。图6、本技术中实施例3的前电极激光刻划示意图。共用电极将整个单元电池组件分成不同的区域；相同极性的共用电极通过前电极预埋绝缘线外的透明电极内部连接，将各单元电池组件分布在不同区域形成内部并联输出，在组件的各区域内，激光刻划第一沟道、第二沟道、第三沟道将各区域内的单元电池节串联起来；不同的组件区域内，第一沟道、第二沟道、第三沟道的位置顺序不同；第二沟道不与前电极预埋绝缘线位置交叉；仅选择一对不同极性的共用电极，连接接线盒，形成光电性能输出。排布来实现组件分区域的外部并联；这样，由于避免了导电带回路死区的形成，组件在后部封装阶段，更易于控制层压工艺，提高了产品的耐候性。同时采用内部并联的结构，对并联的区域数目没有限制，甚至可以实现所有单元电池节的内部并联，这也是采用导电带外部并联的方式所不可能实现的。图1(a)其中I为传统的前电极激光刻线槽，即第一沟道，刻除将前电极透明导电膜，将整个电池芯板划分成若干单元电池节；2，4，7，9为四个选定的共用电极区域；3和8分别为顶端和底端前电极预埋绝缘线，顶端前电极预埋绝缘线3在共用电极区域7和9处留有缺口。共用电极区域7和9分别通过顶端前电极预本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孙晓宇，李毅，
申请(专利权)人：深圳市创益科技发展有限公司，
类型：实用新型
国别省市：