使用平坦金属网的太阳能电池互连方法技术

提供了一种用于使薄膜太阳能电池互连以形成太阳能电池模块的改进方法，该方法包括使用由薄金属条形成的平坦金属网在薄膜太阳能电池上提供集电栅格。该方法对于在沉积于柔性衬底上的薄膜太阳能电池之间形成互连尤其有用。与由圆形截面的元件所提供的较小切向面积相比，网格元件的矩形截面形状使得与太阳能电池的电接触面积增大。网格元件可制成为更高而不是更宽，以便改善电导率而不会成比例地增加遮光损失。可以对所述网施用各种涂层，以便改善其性能，提供耐腐蚀性，并改善其美观度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用平坦金属网的太阳能电池互连方法
本专利技术总体上涉及太阳能电池的电互连以便形成太阳能模块，更具体地涉及在柔性或刚性衬底上形成的薄膜太阳能电池。
技术介绍
目前的在柔性衬底上的薄膜太阳能电池局限于薄金属箔(通常为不锈钢)上的非晶硅以及金属箔或聚酰亚胺箔上的铜铟镓硒(CIGS)。目前，薄膜碲化镉(CdTe)太阳能电池仅被制造于玻璃上，但是关于柔性衬底实施方式的研究正在进行。为了在太阳能供电系统中有用，所有类型的太阳能电池都必须与其他类似的太阳能电池串联地电互连，以便提高电压电平，并且使I2R损失最小化——否则高电流将导致I2R损失。沉积在大块的刚性玻璃片上的电池一般使用划线系统，所述划线系统应用于不同处理步骤之间，并应用在特定位置以使电池在整个片上互连。这个程序被称为“单片集成”。这样的方法由于划线的定位和深度二者所需的精确度而难以在柔性衬底上实现。此外，柔性衬底支持卷到卷处理，如果中断该过程以实现划线操作的话，即使所述划线操作可能很容易完成，也可能使处理过程变得在经济上不令人满意，。在刚性玻璃或类似于硅晶片的金属晶片上沉积薄膜太阳能电池较不常见。常规的晶体硅或多晶硅太阳能电池形成于单个晶片上，而它们继而必须互连。通常通过使用含银油墨丝网印刷出图案来形成集电栅格和母线，所述含银油墨随后在高温(大致约700℃)下固化。硅电池具有由透明但不导电的氮化硅制成的抗反射涂层。在固化阶段期间，银渗入氮化硅涂层并形成与硅电池的欧姆接触。通常的栅格图案包含一系列间隔开几毫米的细直而平行的线，并有两条或三条更宽的线(母线)垂直于细线图案延伸。所生成的结构在母线上提供可通过常规焊接或粘结方法而贴附互连“Z”形接头的表面。通过相对较窄的栅格收集电池电流并将其传输至相对较宽的母线，所述母线继而成为通往下一电池的连接点。“Z”形接头结构提供电池之间的柔性互连，这有助于降低使用期间因热胀冷缩而造成的损害。这种方法相对于单片集成的优势在于：可以在模块构建之前根据性能对电池进行测试和分类。通过这样的方式，使得模块性能不受限于串中性能最差的电池。应用于薄膜柔性太阳能电池的所述丝网印刷方法仅获得了有限的成功。存在至少两个与这种方法相关联的问题。第一，薄膜电池无法在充分固化银墨所需的高温下保持。使用较低的固化温度，使得一些油墨载体和溶剂残留在栅格线结构中，从而导致金属颗粒无法良好地融合在一起。这些影响都会降低栅格线和母线的电导率，并限制对印刷母线的可焊性。备选地，可用导电环氧树脂形成互连，但其通常不如焊接。第二，由于有用的柔性衬底的表面光洁度通常比玻璃或硅晶片的表面光洁度粗糙得多，因此存在多得多的缺损，而如果允许导电油墨流入缺损，则所述缺损可变成分流位点。通过首先印刷碳墨之类导电性低得多的材料以在开始时填充任何缺损并继而用银墨叠印，可稍微减轻这个问题。但难以取得均匀的良好结果，这是因为除完美套准之外的任何情况都会导致额外的遮光损失和增大的潜在分流。此外，材料和设备的成本相对较高。整体通过引用而并入本文的美国专利号5,474,621提出使用金属丝线作为栅格，丝线涂覆有足够长度的碳纤维，以避免或减小被迫进入缺损的可能性。在这种方法中，在将薄膜非晶硅太阳能电池层压为模块的过程中，将金属丝线贴附至所述薄膜非晶硅太阳能电池的上电极(透明导电氧化物，或TCO)。在效果上，现有技术方法中首先印刷碳基油墨图案由导致膜/衬底缺损分流的可能性小得多的碳纤维所取代，并且同时提供针对持续重度分流电流的可熔型保护。必须选择丝线的尺寸和间距以便在不生成明显电阻损耗的情况下运载由电池生成的电流。整体通过引用而并入本文的美国专利号4,260,429和4,283,591教导了利用包含导电颗粒的聚合物来涂覆导电丝线的方法。这些方法的局限性在于：由于在分布中有较小导电颗粒而仍可能存在因缺损造成分流的问题。整体通过引用而并入本文的美国专利号6,472,594中教导了针对这些方法的改进。最近，整体通过引用而并入本文的、Wudu等人的美国专利申请公开号2010/0043863(“Wudu”)教导了一种解决方案，其中首先在透明基板上形成迹线(或丝线)图案，并继而将其施用于太阳能电池。图1a、图1b和图1c中示出了Wudu的各种教导。在图1a中，丝线520a以蛇形图案施加于基板550。该图案末端处的丝线中的回环在一个边缘上保持恰好处在基板上，但是在相对的边缘上则显著延伸越过基板。当将基板施用于电池时，所述基板覆盖电池的活性区域，而延伸的回环提供与下一电池形成电接触的区。图1b中示出了Wudu的基板和丝线的详细截面图。基板550包含两种材料：透明聚合物片550a(例如，PET薄片)和热固性粘合剂550b。丝线520部分地嵌入粘合剂中，并且包含涂覆有保护性较低电导率材料520B(如镍)的正常丝线520A(例如，铜)。图1c示出了在层压至太阳能电池510的顶部透明导电层510b之后的Wudu的基板和丝线。聚合物片的形变造成了固定丝线使其与太阳能电池510的顶部导电层电接触的力。当这种结构层压到顶部玻璃片(未示出)时，需要附加的粘合剂(例如，EVA)层。所述粘合剂必须足够厚以填充在丝线几何结构的周围。虽然上述Wudu构造代表技术上的改进，尤其是在消除油墨以及导电材料进入缺损的问题方面的改进，然而它具有仍然无法令人满意三个特征。例如，Wudu的圆丝线520仅沿图1c中所示切线1所表示的小面积与电池接触。这为在制造环境中一致地保持低接触电阻造成了实际困难。另一问题是必须相当精确地控制热粘合剂550b的厚度。如果太薄，则它可能不完全填充丝线周围的空间；如果太厚，则它可能向下溢出圆丝线，并具有足够的压力抬升丝线并破坏其与电池的电接触。与Wudu有关的又一问题是，双层基板代表着额外的材料，而这导致制造成本增加。因此，需要改进的互连系统和方法。
技术实现思路
在本专利技术的一方面，提供了用于使薄膜太阳能电池互连的改进方法，所述方法包括使用由金属条形成的平坦网来形成太阳能电池(本文也称“光伏电池”)上的集电栅格。在本专利技术的另一方面，提供了用于薄膜太阳能电池的集电栅格，所述集电栅格包括提供高集电效率和最小遮光损失的平坦金属网。在多个实施方式中，所述集电栅格包括用于与太阳能电池的导电表面相接触的薄而平坦的金属网，所述薄而平坦的金属网包括丝线状元件，所述丝线状元件以圆形、三角形、正方形、矩形、梯形、五边形或六边形配置联结起来。所述集电栅格还包括邻近所述薄而平坦的金属网的接头区域，所述接头区域用于形成与相邻太阳能电池的电连接。在本专利技术的又一方面，提供了用于使太阳能电池互连的方法，所述方法降低与电池的接触电阻，并减小在层压期间下溢力的大小。在本专利技术的另一方面，提供了用于使太阳能电池互连的方法，所述方法比由银导电油墨制成的印刷栅格线更加经济。在一个实施方式中，用于使薄膜太阳能电池互连的方法包括将薄而平坦的金属网贴附至第一薄膜太阳能电池，以便在所述第一薄膜太阳能电池上形成集电栅格。接下来，将贴附有薄而平坦的金属网的所述第一薄膜太阳能电池连接至具有平坦金属网的第二薄膜太阳能电池，以便在所述第一薄膜太阳能电池与第二薄膜太阳能电池之间形成串联的电连接。相继的薄膜太阳能电池连接至贴附有平坦金属网的第一薄膜太阳能电池和第二薄膜太本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.06.03 US 12/793,6171.一种用于使薄膜太阳能电池互连的方法，包括：(a)将薄而平坦的金属网贴附至第一薄膜太阳能电池的上表面，以在所述第一薄膜太阳能电池上形成集电栅格，其中所述薄而平坦的金属网通过扩张金属条的狭缝区域来形成并且所述金属条包括与所述狭缝区域一体形成的接头区域；(b)将所述接头区域向下弯曲到具有薄而平坦的金属网的第二薄膜太阳能电池的背面下方，使得将带有贴附的所述薄而平坦的金属网的所述第一薄膜太阳能电池连接至所述第二薄膜太阳能电池，以在所述第一薄膜太阳能电池与所述第二薄膜太阳能电池之间形成串联的电连接；(c)将相继的薄膜太阳能电池连接至带有贴附的所述薄而平坦的金属网的接头区域的所述第一薄膜太阳能电池和所述第二薄膜太阳能电池，以形成电集成的互连薄膜太阳能电池串；以及(d)将所述互连薄膜太阳能电池串集成为太阳能电池模块。2.根据权利要求1的方法，还包括在将所述薄而平坦的金属网贴附至所述第一薄膜太阳能电池之前，由薄而平坦的金属条形成所述薄而平坦的金属网。3.根据权利要求2的方法，其中所述薄而平坦的金属条的厚度介于0.002与0.010英寸之间。4.根据权利要求2的方法，其中所述薄而平坦的金属条包含铜。5.根据权利要求2的方法，其中所述薄而平坦的金属条包括一个或多个涂层。6.根据权利要求5的方法，其中所述一个或多个涂层包括镍。7.根据权利要求5的方法，其中所述一个或多个涂层包括锡。8.根据权利要求1的方法，其中所述薄而平坦的金属网包括互连区域。9.根据权利要求1的方法，其中所述薄而平坦的金属网包括丝线状元件，所述丝线状元件以正方形、矩形或梯形配置联结起来。10.根据权利要求9的方法，其中每个所述丝线状元件的宽度介于0.002与0.006英寸之间。11.根据权利要求1的方法，其中所述薄而平坦的金属网利用导电环氧树脂贴附至所述第一薄膜太阳能电池。12.根据权利要求1的方法，其中所述薄而平坦的金属网利用低熔点焊料贴附至所述第一薄膜太阳能电池。13.根据权利要求1的方法，其中所述薄而平坦的金属网与所述第一薄膜太阳能电池的组合宽度介于1.5与6.0英寸之间。14.根据权利要求1的方法，其中所述薄而平坦的金属网镀有镍。15.根据权利要求1的方法，其中所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：大卫·B·皮尔斯，布鲁斯·D·哈克特曼，利广·龚，托马斯·M·瓦勒里，丹尼斯·R·霍拉斯，
申请(专利权)人：纳沃萨恩公司，
类型：
国别省市：