[发明专利]太阳能电池串及由其组成的太阳能电池模组

说明书

技术领域

本发明涉及一种太阳能电池串，其中包含多个相互间电气连通的太阳能电池单元。同时本发明还涉及由根据此发明制造的电池串所组成的太阳能电池模组。

背景技术

与薄膜太阳能电池模组所采取的单个电池单元通过单片互联构成模组的方式不同，晶片太阳能电池通常使用单元连接件以混合结构进行连接，例如以焊带的形式彼此间实现电气连接。如此多个彼此相连的太阳能电池单元通常被称为太阳能电池串，多个相邻安装、彼此电气相连的电池串构成一个太阳能电池模组。

这样一个太阳能电池串包括两个彼此相邻安装的太阳能电池单元，各由一个晶片衬底构成，各带有一个以汇流条形式出现的平面电极接触段，并在一个延展方向上至少带有一个连接相邻两个电池单元电极接触段的带状单元连接件。这一带状单元连接件具有一定宽度以及近乎垂直于电极接触段走向的一定厚度，它将相邻电池单元的电极相互电气连接起来。

为节约诸如硅等昂贵半导体材料的费用，制造太阳能电池单元的晶片衬底越来越薄。厚度明显小于500μm的衬底，例如300μm和160μm的衬底目前已很常见。这样的电池衬底从机械角度讲越来越脆弱。使用焊带这种带状单元连接件进行混合连接，在焊接过程中必然带来严重的机械负荷。例如由铜带制成的焊带，外层包裹软质焊料或易于焊接的金属层。金属焊带和硅的热膨胀系数差别很大，焊接后在冷却过程中所产生的机械应力足以导致晶片出现可见弯曲，甚至可能造成晶片断裂。为尽量减小这一机械应力，焊带的厚度应小于或等于所使用的晶片厚度。但是焊带越薄，其欧姆电阻越大。为平衡传导性能减弱的情况而加大焊带宽度的方法同样受到限制，因为焊带严重重叠，超出电池单元上的汇流条的宽度，会进一步缩小太阳能电池单元的光线入射区域。这样带来的电池能效下降从设计上是需要避免的。

发明内容

因此，本发明的目的在于，提供一种太阳能电池串，既可以应用薄晶片电池单元，又可以尽量降低因使用单元连接件进行电气连接对电池能效所带来的不良影响。

根据发明，带状单元连接件沿本太阳能电池单元到下一个电池单元的延展方向，厚度至少阶段性增加。

随单元连接件厚度的增加，晶片衬底须承受的机械应力会加大，而单元连接件的欧姆电阻会随之下降。由于连接件的厚度不是整体增加，而只是阶段性加厚，所以其造成的机械应力会限制在一定范围内。同时，单元连接件的串联电阻随之下降。

首选方式是沿太阳能电池单元的电流方向增加单元连接件厚度。其优势体现在导电面积随电流增加而扩大。

带状单元连接件厚度增长系数应介于1.5至3之间，理想值为2。这一系数范围在避免过度增加机械应力的同时，已经可以显著提高电池串中太阳能电池单元的能效。

首选方式是：电池串中的电极接触段由具有一定宽度的汇流条构成。常见的汇流条是钎焊在晶片衬底上金属触点。针对正面接触的晶片太阳能电池单元，如果汇流条的数量为两条，其宽度一般在2mm左右。如果汇流条的数量为三条，其宽度大约在1.5mm左右。

理想的单元连接件的宽度应大致小于或等于汇流条的宽度。这样，带状单元连接件在汇流条上安置的位置，可以正好只与太阳能电池的汇流条重叠。从而保证不会因为带状单元连接件遮挡部分光线入射面而造成太阳能电池能效降低。单元连接件宽度的选择从很大程度上取决于安装工序中单元连接件的定位精度。此外，宽度较窄的单元连接件，因受生产限制，容易出现轻微拱起。这对于走向平直的汇流条来说，完全将单元连接件重叠其上的难度就大大增加。

一种极为理想的设计方式是，带状单元连接件从其厚度方向上来看，包含多个彼此叠加的带状连接元件。这些连接元件沿延展方向在电池单元的叠加段上和相邻电池单元的叠加段上阶段性重叠。

同样，每一条带状连接元件的厚度最好小于或等于晶片衬底的厚度。通过这一厚度上的限制，可以将焊接工序中每条连接元件所带来的机械应力控制在可接受的范围内，从而避免了晶片衬底弯折或甚至断裂情况的发生。此外，使用如此轻薄的焊带作为连接元件，因其热容量低，从而在焊接过程中所需热能也较低。

对于由连接元件构成的带状连接件来说，首选设计是，其叠加段和下一个叠加段在电池单元上彼此相邻布置，并且占据每个电极接触段延展长度的10-80％，首选范围为25-35％。通过对长度的特别选择，可对出现的机械应力施加影响并理想适应周边环境条件。