高可靠性光伏器件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及改進(jìn)的光伏器件，且更特別在但非專門地涉及隨時(shí)間具有增強(qiáng)的互連可靠性和改善的阻抗特性的光伏器件。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前已知的光伏(PV)器件包括作為PV器件的部分的有效太陽能面積，在該部分中接收光子并轉(zhuǎn)化成電學(xué)可用的能量。PV器件包括從電池收集電流的與各電池偶聯(lián)的導(dǎo)電元件，且因此使電池互連。有效的目前已知的互連方案利用各電池上的絲網(wǎng)印刷墨水(screen printed ink)及連接電池的導(dǎo)電粘合劑(ECA)。ECA和導(dǎo)電墨水包括分散于基質(zhì)中的導(dǎo)電顆粒。示例的ECA包括聚合物基質(zhì)中的銀顆粒。
[0003]另一種當(dāng)前已知的互連方案包括直接置于電池的頂層上的導(dǎo)體，該頂層通常是透明導(dǎo)電氧化物(TCO)層。塑料或聚合物材料用于將導(dǎo)體按壓到TCO上。由于塑料或聚合物材料隨時(shí)間松弛，電池互連電路中的阻抗增加，從而導(dǎo)致退化的組件功率性能。
[0004]對于建筑物集成PV(BIPV)器件希望的是PV器件具有與不包括PV器件的相當(dāng)建筑物元件相似的使用壽命。BIPV系統(tǒng)的使用壽命也需要合理地長從而為客戶提供作為屋面產(chǎn)品和作為能量產(chǎn)生裝置的價(jià)值，這提供了裝置投資的回報(bào)。還希望的是構(gòu)建材料和操作可用于現(xiàn)有的產(chǎn)品和工藝，而對現(xiàn)有的產(chǎn)品和工藝只有很少的改變或沒有改變。
[0005]可以與這一技術(shù)相關(guān)的文獻(xiàn)中包括US 2008/0314432、US 2009/0235979和US2011/0197947。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本公開在一個(gè)方面中包括具有光伏(PV)元件的制品，該P(yáng)V元件包括位于PV元件的光入射側(cè)上的導(dǎo)電層。該制品進(jìn)一步包括與導(dǎo)電層電偶聯(lián)的導(dǎo)體、在導(dǎo)電層上的多個(gè)位置處位于導(dǎo)體和導(dǎo)電層之間的導(dǎo)電顆粒基質(zhì)。該制品進(jìn)一步包括位于PV元件的光入射側(cè)上的載體膜(carrier film)和非導(dǎo)電粘合劑,其中該粘合劑和導(dǎo)體位于載體膜和導(dǎo)電層之間。
[0007]本公開的另外的或可替代的方面可以進(jìn)一步特征在于以下特征的任何一種或多種:導(dǎo)電顆?；|(zhì)是印刷墨水；導(dǎo)電顆?；|(zhì)包括作為銅、銀、金、銀涂覆的銅、金涂覆的銅和/或金涂覆的銀顆粒的導(dǎo)電顆粒；導(dǎo)體包括Sn、Al、Cu、In、Sn-鍍的Cu和/或Cu合金(例如，黃銅)；導(dǎo)電顆粒基質(zhì)包括導(dǎo)電墨水，其中所述導(dǎo)體包括絲網(wǎng)(wire mesh)，所述絲網(wǎng)具有施加于其上的導(dǎo)電墨水(例如，通過絲網(wǎng)印刷到絲網(wǎng)上)，且施加于所述導(dǎo)電層上；其中導(dǎo)體包括多個(gè)導(dǎo)電元件，且其中導(dǎo)電顆?；|(zhì)進(jìn)一步位于導(dǎo)電層和所述多個(gè)導(dǎo)電層的僅一部分之間，和/或其中所述部分是導(dǎo)電元件數(shù)的1/10和9/10之間的值；其中導(dǎo)電顆?；|(zhì)進(jìn)一步位于導(dǎo)電層和包括導(dǎo)體-導(dǎo)電層表觀接觸面積(apparent contact area)的第一面積分?jǐn)?shù)(fract1n)之間；其中第一分?jǐn)?shù)包括導(dǎo)體_導(dǎo)電層表觀接觸面積的小于1%、1% -10%之間、10% -25%之間、25% -50%之間和/或50% -100%之間的值，所有端值包括在內(nèi)；其中導(dǎo)體的光學(xué)覆蓋面積(optical coverage area)包括PV元件的有效太陽能面積的分?jǐn)?shù)，其中所述分?jǐn)?shù)包括有效太陽能面積的2% -3%之間、3% -5%之間、5% -7%之間和/或7% -10%之間的值，所有端值包括在內(nèi)；其中導(dǎo)電顆粒基質(zhì)的光學(xué)覆蓋面積包括PV元件的有效太陽能面積的分?jǐn)?shù)，其中所述分?jǐn)?shù)包括有效太陽能面積的0.02% -0.1%之間、2% -10%之間、1% -2%之間、2% -3%之間、3% -5%之間、5% -7%之間和 / 或 7% -10%之間的值，所有端值包括在內(nèi)；且導(dǎo)體包括物理連續(xù)部分，其中導(dǎo)電顆?；|(zhì)在作為導(dǎo)電顆?；|(zhì)的物理不連續(xù)部分的多個(gè)位置處進(jìn)一步插置于物理連續(xù)部分和導(dǎo)電層之間。
[0008]本公開的另外的或可替代的方面是一種方法，其包括:解讀具有導(dǎo)體和導(dǎo)電層而其間沒有導(dǎo)電顆粒基質(zhì)的標(biāo)稱(nominal)PV元件的第一退化特性(first degradat1ncharacteristic);解讀具有插置于PV元件的導(dǎo)體和導(dǎo)電層之間的導(dǎo)電顆?；|(zhì)的PV元件的退化特性函數(shù)(degradat1n characteristic funct1n)和成本差分函數(shù)(costdifferential funct1n),該退化成本函數(shù)和成本差分函數(shù)是導(dǎo)電顆粒基質(zhì)的設(shè)計(jì)選擇參數(shù)的函數(shù)；和響應(yīng)于所述第一退化特性、退化特性函數(shù)、成本差分函數(shù)和設(shè)計(jì)選擇參數(shù)而提供PV元件設(shè)計(jì)。
[0009]本公開的另外的或可替代的方面可以進(jìn)一步特征在于以下特征的任何一種或多種:考慮導(dǎo)電顆?；|(zhì)的遮蔽效應(yīng)(shadowing effect);考慮導(dǎo)體的遮蔽效應(yīng)；考慮導(dǎo)電顆?；|(zhì)的材料成本；考慮導(dǎo)電顆?；|(zhì)的制造成本；考慮對功率產(chǎn)生的成本和總體組件成本的遮蔽效應(yīng)；和/或考慮隨時(shí)間產(chǎn)生的集成功率(integrated power)。
[0010]附圖簡要說明
[0011]圖1是具有位于多個(gè)導(dǎo)體之一和導(dǎo)電層之間的導(dǎo)電顆?；|(zhì)的分層PV元件的示意圖。
[0012]圖2是具有位于多個(gè)導(dǎo)體之一和導(dǎo)電層之間的導(dǎo)電顆?；|(zhì)的放大視圖。
[0013]圖3是多個(gè)導(dǎo)體元件和導(dǎo)電顆?；|(zhì)的示意圖。
[0014]圖4是形成為物理連續(xù)部分的多個(gè)導(dǎo)體元件和在形成為物理連續(xù)部分的多個(gè)位置處位于物理連續(xù)部分和導(dǎo)電層之間的導(dǎo)電顆?；|(zhì)的示意圖。
[0015]圖5是多個(gè)導(dǎo)體元件和導(dǎo)電顆?；|(zhì)的示意圖。
[0016]圖6是多個(gè)導(dǎo)體元件和導(dǎo)電顆?；|(zhì)的示意圖。
[0017]圖7a和7b是多個(gè)導(dǎo)體兀件和導(dǎo)電顆?；|(zhì)的不意圖。
[0018]圖8a和8b是多個(gè)導(dǎo)體元件和導(dǎo)電顆?；|(zhì)的示意圖。
[0019]圖9比較了具有本公開的特定特征的器件和之前已知的器件之間的數(shù)據(jù)。
[0020]圖10比較了具有本公開的特定特征的器件和之前已知的器件之間的數(shù)據(jù)。
[0021]圖11比較了具有本公開的特定特征的器件和兩個(gè)之前已知的器件之間的數(shù)據(jù)。
【具體實(shí)施方式】
[0022]參照圖1，其描繪了 PV器件100的一部分的剖視圖。器件100包括具有位于PV元件102光入射側(cè)上(在圖1中描繪的定向中垂直向上)的導(dǎo)電層106的PV元件102。圖1的實(shí)施例中的PV元件102包括結(jié)104和導(dǎo)電層106，結(jié)104包括響應(yīng)于具有與特定波長范圍對應(yīng)的能量水平的入射光子而產(chǎn)生電流的半導(dǎo)體。導(dǎo)電層106允許光子到達(dá)結(jié)104，并因此至少部分地對于與結(jié)104相關(guān)的波長范圍中的光子是透明的。示例性的和非限制性的導(dǎo)電層是透明導(dǎo)電氧化物如摻雜的金屬氧化物。
[0023]圖2中描繪的導(dǎo)電顆?；|(zhì)206可以被提供為其中具有基質(zhì)中的導(dǎo)電顆粒的材料。在一個(gè)實(shí)施例中，將所述基質(zhì)施加于導(dǎo)電層106的表面并干燥，或可以固化(例如，以特定的時(shí)間、溫度和/或濕度水平)，從而留下與導(dǎo)電層106的表面良好粘結(jié)的顆粒。顆粒包括導(dǎo)電材料。導(dǎo)電顆粒的示例性材料包括銅、銀、金、銀涂覆的(或鍍銀的)銅、鍍金的銅、鍍金的銀、銀涂覆的不銹鋼、銀涂覆的錫、銀涂覆的金屬、和/或金涂覆的金屬。在某些實(shí)施方式中，導(dǎo)電顆粒包括所描述的材料中的一種或多種，但可以包括另外的材料。在某些實(shí)施方式中，導(dǎo)電顆粒包括所描述的那些材料以外的導(dǎo)電材料，包括導(dǎo)電的、可制造成合適形式的和在PV器件100的預(yù)期操作條件下具有適宜于PV器件應(yīng)用的使用壽命的任何材料。參照圖2，導(dǎo)電顆?；|(zhì)206被提供在導(dǎo)體204b和導(dǎo)電層106之間橫跨導(dǎo)電層106表面的多個(gè)位置處。圖1和2中的實(shí)施例描繪三個(gè)導(dǎo)體的單一一個(gè)導(dǎo)體，其具有位于其下的導(dǎo)電顆?；|(zhì)206。圖1中的器件100說明了系統(tǒng)內(nèi)的單一位置處的一個(gè)實(shí)例，雖然任意數(shù)量的導(dǎo)體204可以在各個(gè)位置處或在所有位置處包括位于其下的導(dǎo)電顆?；|(zhì)206的部分。
[0024]PV元件102進(jìn)一步包括層108。參照圖2，層108包括位于導(dǎo)電層106和載體膜110之間的導(dǎo)體204a、204b，其中導(dǎo)體204a、204b與導(dǎo)電層106電偶聯(lián)。導(dǎo)體204a, 204b可以是本領(lǐng)域中已知的任何材料，包括但不限于錫、鋁、銅、銦和/或鍍錫銅。在某些實(shí)施方式中，導(dǎo)體204a、204b不包括任何貴金屬。另外地或可替代地，導(dǎo)體204a、204b包括貴金屬作為鍍層或涂層。在再進(jìn)一步的實(shí)施方式中，導(dǎo)體204a、204b不包括任何貴金屬內(nèi)容物。圖1和/或圖2的實(shí)施例中，導(dǎo)電顆?；|(zhì)206位于導(dǎo)體204b和導(dǎo)電層106之間。
[0025]制品100進(jìn)一步包括位于PV元件的光入射側(cè)上的載體膜110。制品進(jìn)一步包括具有導(dǎo)體204a、204b的層108中的粘合劑202。粘合劑202是非導(dǎo)電粘合劑。粘合劑202和導(dǎo)體204a、204b位于載體膜110和導(dǎo)電層106之間。另外地和可替代地，器件100包括光入射側(cè)上的包封層112。所述包封層為PV器件提供針對沖擊、潮濕、碰撞等的保護(hù)。包封層的進(jìn)一步細(xì)節(jié)被省略以避免模糊本公開的特征。