專利名稱：太陽能電池串及由其組成的太陽能電池模組的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種太陽能電池串，其中包含多個相互間電氣連通的太陽能電池單元。同時本發(fā)明還涉及由根據(jù)此發(fā)明制造的電池串所組成的太陽能電池模組。
背景技術：
與薄膜太陽能電池模組所采取的單個電池單元通過單片互聯(lián)構成模組的方式不同，晶片太陽能電池通常使用單元連接件以混合結(jié)構進行連接，例如以焊帶的形式彼此間實現(xiàn)電氣連接。如此多個彼此相連的太陽能電池單元通常被稱為太陽能電池串，多個相鄰安裝、彼此電氣相連的電池串構成一個太陽能電池模組。這樣一個太陽能電池串包括兩個彼此相鄰安裝的太陽能電池單元，各由一個晶片襯底構成，各帶有一個以匯流條形式出現(xiàn)的平面電極接觸段，并在一個延展方向上至少帶有一個連接相鄰兩個電池單元電極接觸段的帶狀單元連接件。這一帶狀單元連接件具有一定寬度以及近乎垂直于電極接觸段走向的一定厚度，它將相鄰電池單元的電極相互電氣連接起來。為節(jié)約諸如硅等昂貴半導體材料的費用，制造太陽能電池單元的晶片襯底越來越薄。厚度明顯小于500 μ m的襯底，例如300 μ m和160 μ m的襯底目前已很常見。這樣的電池襯底從機械角度講越來越脆弱。使用焊帶這種帶狀單元連接件進行混合連接，在焊接過程中必然帶來嚴重的機械負荷。例如由銅帶制成的焊帶，外層包裹軟質(zhì)焊料或易于焊接的金屬層。金屬焊帶和硅的熱膨脹系數(shù)差別很大，焊接后在冷卻過程中所產(chǎn)生的機械應力足以導致晶片出現(xiàn)可見彎曲，甚至可能造成晶片斷裂。為盡量減小這一機械應力，焊帶的厚度應小于或等于所使用的晶片厚度。但是焊帶越薄，其歐姆電阻越大。為平衡傳導性能減弱的情況而加大焊帶寬度的方法同樣受到限制，因為焊帶嚴重重疊，超出電池單元上的匯流條的寬度，會進一步縮小太陽能電池單元的光線入射區(qū)域。這樣帶來的電池能效下降從設計上是需要避免的。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于，提供一種太陽能電池串，既可以應用薄晶片電池單元， 又可以盡量降低因使用單元連接件進行電氣連接對電池能效所帶來的不良影響。根據(jù)發(fā)明，帶狀單元連接件沿本太陽能電池單元到下一個電池單元的延展方向， 厚度至少階段性增加。隨單元連接件厚度的增加，晶片襯底須承受的機械應力會加大，而單元連接件的歐姆電阻會隨之下降。由于連接件的厚度不是整體增加，而只是階段性加厚，所以其造成的機械應力會限制在一定范圍內(nèi)。同時，單元連接件的串聯(lián)電阻隨之下降。首選方式是沿太陽能電池單元的電流方向增加單元連接件厚度。其優(yōu)勢體現(xiàn)在導電面積隨電流增加而擴大。帶狀單元連接件厚度增長系數(shù)應介于1. 5至3之間，理想值為2。這一系數(shù)范圍在避免過度增加機械應力的同時，已經(jīng)可以顯著提高電池串中太陽能電池單元的能效。首選方式是電池串中的電極接觸段由具有一定寬度的匯流條構成。常見的匯流條是釬焊在晶片襯底上金屬觸點。針對正面接觸的晶片太陽能電池單元，如果匯流條的數(shù)量為兩條，其寬度一般在2mm左右。如果匯流條的數(shù)量為三條，其寬度大約在1. 5mm左右。理想的單元連接件的寬度應大致小于或等于匯流條的寬度。這樣，帶狀單元連接件在匯流條上安置的位置，可以正好只與太陽能電池的匯流條重疊。從而保證不會因為帶狀單元連接件遮擋部分光線入射面而造成太陽能電池能效降低。單元連接件寬度的選擇從很大程度上取決于安裝工序中單元連接件的定位精度。此外，寬度較窄的單元連接件，因受生產(chǎn)限制，容易出現(xiàn)輕微拱起。這對于走向平直的匯流條來說，完全將單元連接件重疊其上的難度就大大增加。一種極為理想的設計方式是，帶狀單元連接件從其厚度方向上來看，包含多個彼此疊加的帶狀連接元件。這些連接元件沿延展方向在電池單元的疊加段上和相鄰電池單元的疊加段上階段性重疊。同樣，每一條帶狀連接元件的厚度最好小于或等于晶片襯底的厚度。通過這一厚度上的限制，可以將焊接工序中每條連接元件所帶來的機械應力控制在可接受的范圍內(nèi)， 從而避免了晶片襯底彎折或甚至斷裂情況的發(fā)生。此外，使用如此輕薄的焊帶作為連接元件，因其熱容量低，從而在焊接過程中所需熱能也較低。對于由連接元件構成的帶狀連接件來說，首選設計是，其疊加段和下一個疊加段在電池單元上彼此相鄰布置，并且占據(jù)每個電極接觸段延展長度的10-80 %，首選范圍為 25-35%。通過對長度的特別選擇，可對出現(xiàn)的機械應力施加影響并理想適應周邊環(huán)境條件。無論何種制造方式，首選的太陽能電池單元應為帶有光線入射面的正面接觸電池，同時其光線入射面帶有多個以匯流條形式構成的電極接觸段，并逐一配有一條帶狀單元連接件。對于串聯(lián)方式連接的太陽能電池串，其單元連接件的常見走向是由電池單元的正面到相鄰電池單元的背面。采用正面接觸電池時，尤其適當?shù)牟季址绞绞?，從電池光線入射面的俯視角度看， 在多個帶狀連接元件中，有一個向相鄰電池方向錯開安裝的下部帶狀連接元件，其位置位于沿電池單元電極接觸段方向分布的一個上部連接元件下方。由多個帶狀連接元件組成的帶狀單元連接件的模塊式構成方式，在這種布局安排下無法從光線入射面識別，從而使太陽能電池串從外觀上看起來均衡協(xié)調(diào)。當然，也可將多種不同帶狀連接元件相互配合使用。 如前文所述，帶狀連接元件可以是包裹了軟質(zhì)焊料和/或可焊接金屬層的銅帶。同樣可以考慮使用不同種類的軟質(zhì)焊料。前文描述的太陽能電池串尤其適用于制造太陽能電池模組。多個相互接通的太陽能電池串組成一個獨立而且不受天氣影響的太陽能電池模組。


本發(fā)明的其它特征和屬性將結(jié)合具體規(guī)格通過下圖所示的一種具體制造方式進一步加以說明。圖1太陽能電池串側(cè)視解，未按實際比例繪制；
圖2沿圖1中所示箭頭II方向觀看太陽能電池串的視圖；以及圖3沿圖1中所示箭頭III方向觀看太陽能電池串的視圖。
具體實施例方式圖1所示為一個未根據(jù)實際比例繪制的太陽能電池串，包含兩個正面接觸太陽能電池單元1、2，電池單元由厚度為10d、20d的晶片襯底10、20制成。在圖1的側(cè)視圖中無法看到的太陽能電池單元1的正面電極和相鄰的另一個電池單元2的背面電極通過帶狀單元連接件3彼此電氣連通。帶狀單元連接件3的延展方向基本與太陽能電池串的延展方向E 相同。每一個單元連接件3均通過一個電極接觸段11與太陽能電池單元1的電極相連，通過另一個電極接觸段21與另一個電池單元2的另外電極相連。單元連接件3由多個帶狀連接元件組成，這些元件沿連接件3的延展方向E來看互相錯開排列，部分疊加。疊加部分位于太陽能電池單元1正面的疊加段111以及另一個電池單元2背后的疊加段211。所有連接元件的厚度30d相同。因此，單元連接件3的厚度3d在疊加段111、211 之外等同于一個單一帶狀連接元件30的厚度30d。在疊加段111、211當中，單元連接件3 的厚度3d為連接元件30厚度30d的兩倍。所以，單元連接件3的厚度3d沿延展方向E有階段性增加。太陽能電池單元1、2的布局方式保證電池中的電流方向按照延展方向E流動。 如此布局從一方面可以保證單元連接件3的傳導橫截面積會隨著沿延展方向E不斷增長的電流強度而增大。另一方面，由于單元連接件3的熱容量小，焊接時所需的熱能也就少，從而減低相鄰晶片襯底10、20的熱膨脹效應。所以，在焊接完成后，單元連接件3和晶片襯底 10,20之間產(chǎn)生的機械應力就小。更高的導電能力加上更小的機械應力使太陽能電池在編入電池串后能效更高。在此處顯示的規(guī)格示例中，連接元件30的厚度30d跳躍式增長兩倍。而如果采取持續(xù)增加單元連接件厚度的方法，也可以達到同樣的預期效果。既可以在單元連接件3的整個長度上持續(xù)增加其厚度，也可以采取階段性增厚的方式。須明確說明的是，圖1中所繪太陽能電池串的尺寸在延展方向E的垂直方向顯著放大，同時在延展方向E的平行方向上顯著縮小。襯底厚度10d、20d的首選厚度應小于 500 μ m。常見選擇例如300μπι或150μπι厚，邊長(長χ寬)若干厘米的晶片。與此相應， 帶狀單元連接件3以及帶狀連接元件30的長度為若干厘米，同時其厚度30d小于或等同于前文所述的襯底厚度10d、20d。毫無疑問，一個太陽能電池串至少由兩個相互連通的太陽能電池單元1、2組成。此類組裝方式，如圖1中顯示，可以沿延展方向E多次重復。圖2為圖1中所示太陽能電池串的俯視圖，繪制角度為圖1中箭頭II所指方向。 圖中可見太陽能電池單元1、2的光線入射面及其上的正面電極110，此圖為簡易視圖且未根據(jù)實際比例繪制。電極接觸段11、11'為兩個匯流條。正面帶兩個匯流條11、11'的太陽能電池單元，其匯流條寬度IlbUlb'大約為2mm。帶三個匯流條的設計中，匯流條的寬度較窄，約為1.5mm。如圖所示，單元連接件寬度!3b、3b'應小于匯流條寬度IlbUlb'。這樣即使存在裝配誤差，單元連接件也不會遮擋太陽能電池單元1上匯流條11、11'周邊的光伏感應區(qū)域，從而避免影響電池能效。圖3為圖1中所示太陽能電池串的一個視圖，繪制角度為圖1中箭頭III所指方向。圖中可見太陽能電池單元1、2的背面，此圖為簡易視圖且未按實際比例繪制。如此處太陽能電池單元2的圖中所示，單元連接件3、3'與電極210上的匯流條即電極接觸段21、
21'相連接。在太陽能電池串中，一般情況下可按此結(jié)
參照關系表
1太陽能電池單元
10太陽能電池單元的晶片襯底
IOd襯底厚度
11,11'電極接觸段-匯流條
IlbUlb'匯流條寬度
110太陽能電池單元的電極
111太陽能電池單元上的疊加段
2相鄰太陽能電池單元
20相鄰太陽能電池單元的晶片襯底
20d襯底厚度
21,21'相鄰電極接觸段-匯流條
21b、21b'匯流條寬度
210相鄰太陽能電池單元的電極
211相鄰太陽能電池單元上的疊加段
3、3'帶狀單元連接件
3b,3b'單元連接件寬度
3d單元連接件厚度
30帶狀連接元件
30d連接元件的厚度
301上部帶狀連接元件
302下部帶狀連接元件
E單元連接件的延展方向
權利要求
1.太陽能電池串包含-由晶片襯底(10)構成的太陽能電池單元(1)，所述晶片襯底(10)帶有平面電極接觸段(11)；-與太陽能電池單元⑴相鄰的另一個太陽能電池單元O)，所述太陽能電池單元⑵ 由另一塊晶片襯底00)構成，所述晶片襯底00)帶有另一個平面電極接觸段；-沿延展方向(E)由太陽能電池單元⑴的電極接觸段(11)向另一個太陽能電池單元的另一個電極接觸段延伸的至少一個帶狀單元連接件(3)，該至少一個帶狀單元連接件03)具有單元連接件寬度(3b)和在與電極接觸段(11、21)基本垂直的方向上的單元連接件厚度，通過該單元連接件(3)，太陽能電池單元(1)的電極(110)與另一個太陽能電池單元O)的另一個電極OlO)電氣連接，其特征在于，從太陽能電池單元⑴開始向著另一個太陽能電池單元O)，帶狀單元連接件⑶的厚度(3d)沿著太陽能電池單元(1)的延展方向(E)至少分段地增加。
2.根據(jù)權利要求1所述的太陽能電池串，其特征在于，單元連接件厚度(3d)沿電流方向增加。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的太陽能電池串，其特征在于，帶狀單元連接件C3)的單元連接件厚度(3d)增大1. 5倍至3倍，優(yōu)選增大2倍。
4.根據(jù)權利要求1至3之一所述的太陽能電池串，其特征在于，電極接觸段(11)和/ 或另一個電極接觸段由具有匯流條寬度(llb、21b)的匯流條構成。
5.根據(jù)權利要求4所述的太陽能電池串，其特征在于，單元連接件C3)的單元連接件寬度(3b)基本小于或等于匯流條寬度(llb、21b)。
6.根據(jù)權利要求5所述的太陽能電池串，其特征在于，帶狀單元連接件C3)在匯流條 (11、21)上安置的位置使得該帶狀單元連接件(3)只與太陽能電池(1、2)的匯流條(11、 21)重疊。
7.根據(jù)上述權利要求之一所述的太陽能電池串，其特征在于，從單元連接件厚度(3d) 方向上看，帶狀單元連接件C3)包含多個彼此疊加的帶狀連接元件(30)，這些帶狀連接元件(30)沿延展方向(E)在太陽能電池單元(1)的疊加段(111)上以及另一個太陽能電池單元O)的另一個疊加段011)上分段重疊。
8.根據(jù)權利要求7所述的太陽能電池串，其特征在于，帶狀連接元件(30)的厚度小于或等于晶片襯底的厚度(IOd)。
9.根據(jù)權利要求7或8所述的太陽能電池串，其特征在于，疊加段(111)和另一個疊加段(211)在太陽能電池單元(1、幻上彼此相鄰布置，并且均占據(jù)相應電極接觸段(11、21) 伸展長度的10% -80%，優(yōu)選25% _；35%。
10.根據(jù)上述權利要求之一所述的太陽能電池串，其特征在于，太陽能電池單元(1、2) 被設置成帶有光線入射面的正面接觸太陽能電池，同時其光線入射面帶有多個以匯流條形式構成的電極接觸段(11、11' >21,21')，并逐一配有帶狀單元連接件(3、3')。
11.根據(jù)權利要求10所述的太陽能電池串，其特征在于，從上向下俯視太陽能電池單元⑴的光線入射面，在多個帶狀連接元件⑶中，有向另一個太陽能電池單元⑵方向偏移的下部帶狀連接元件(302)，其位置位于沿太陽能電池單元(1)電極接觸段(11)方向設置的上部連接元件(301)的下方。
12. —種太陽能電池模塊，包括多個互連的根據(jù)上述權利要求之一所述的太陽能電池串ο
全文摘要
本發(fā)明提供了一種太陽能電池串，包含由晶片襯底(10)構成的太陽能電池單元(1)，所述晶片襯底(10)帶有平面電極接觸段(11)；與太陽能電池單元(1)相鄰的另一個太陽能電池單元(2)，所述太陽能電池單元(2)由另一塊晶片襯底(20)構成，所述晶片襯底(20)帶有另一個平面電極接觸段(21)；沿延展方向(E)由太陽能電池單元(1)的電極接觸段(11)向另一個太陽能電池單元的另一個電極接觸段(21)延伸的至少一個帶狀單元連接件(3)，該至少一個帶狀單元連接件(3)具有單元連接件寬度(3b)和在與電極接觸段(11、21)基本垂直的方向上的單元連接件厚度，通過該單元連接件(3)，太陽能電池單元(1)的電極(110)與另一個太陽能電池單元(2)的另一個電極(210)電氣連接，其中，從太陽能電池單元(1)開始向著另一個太陽能電池單元(2)，帶狀單元連接件(3)的厚度(3d)沿著太陽能電池單元(1)的延展方向(E)至少分段地增加。
文檔編號H01L31/05GK102318084SQ201080007934
公開日2012年1月11日 申請日期2010年1月11日 優(yōu)先權日2009年2月16日
發(fā)明者安德里亞斯·芬尼 申請人:Q-電池公司