[发明专利]使用平坦金属网的太阳能电池互连方法

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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。