具有低電阻電極的太陽(yáng)能電芯的模塊制造
【專利摘要】本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例提供了一種太陽(yáng)能模塊。該太陽(yáng)能模塊包括：前側(cè)蓋、后側(cè)蓋、以及位于所述前側(cè)蓋和所述后側(cè)蓋之間的多個(gè)太陽(yáng)能電芯。每個(gè)太陽(yáng)能電芯包含：多層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)、位于所述多層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上的前側(cè)電極、以及位于所述多層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)下的后側(cè)電極。其中所述前側(cè)電極和所述后側(cè)電極各自包括金屬網(wǎng)格。每個(gè)金屬網(wǎng)格包括多個(gè)指狀件線和耦接到所示多個(gè)指狀件線的單個(gè)總線條。該單個(gè)總線條被構(gòu)造成收集來(lái)自所述多個(gè)指狀件線的電流。
【專利說(shuō)明】
具有低電阻電極的太陽(yáng)能電芯的模塊制造
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本公開總的涉及太陽(yáng)能電芯的制造。更具體地說(shuō)，本公開涉及雙面隧穿結(jié)太陽(yáng)能電芯的模塊制造。
【背景技術(shù)】
[0002]化石燃料的負(fù)面環(huán)境影響和它們不斷提高的成本導(dǎo)致對(duì)于更清潔、廉價(jià)的替代能源的迫切需求。在各種形式的替代能源中，太陽(yáng)能由于其清潔性和廣泛可獲得性而受青睞。
[0003]太陽(yáng)能電芯使用光生伏打效應(yīng)把光轉(zhuǎn)換成電。具有若干種基本的太陽(yáng)能電芯結(jié)構(gòu)，包括單個(gè)p-n結(jié)、p-1-n/n-1-p和多結(jié)。典型的單個(gè)p-n結(jié)結(jié)構(gòu)包括P型摻雜層和η型摻雜層。具有單個(gè)ρ-η結(jié)的太陽(yáng)能電芯可以是同質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電芯或異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電芯。如果P摻雜層和η摻雜層都由相同的材料(具有相等帶隙的材料)制成，則該太陽(yáng)能電芯被稱為同質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電芯。相反，異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電芯包括至少兩層不同帶隙的材料。p-1-n/n-1-p結(jié)構(gòu)包括P型摻雜層、η型摻雜層以及夾在P層和η層之間的本征(未摻雜的)半導(dǎo)體層(i層)。多結(jié)結(jié)構(gòu)包括不同帶隙的多個(gè)單結(jié)結(jié)構(gòu)堆疊在彼此上。
[0004]在太陽(yáng)能電芯中，光在p-n結(jié)附近被吸收，從而生成載流子。載流子擴(kuò)散到p-n結(jié)中并且被內(nèi)建電場(chǎng)分開，從而在器件和外部電路上產(chǎn)生電流。確定太陽(yáng)能電芯的一個(gè)重要度量就是其能量轉(zhuǎn)換效率，被定義為當(dāng)太陽(yáng)能電芯連接到電路時(shí)被轉(zhuǎn)換的電力(從吸收光轉(zhuǎn)換成電能)和收集的電力的比例。
[0005]圖1示出了一個(gè)示例性的太陽(yáng)能電芯(現(xiàn)有技術(shù))的圖。太陽(yáng)能電芯100包括η型摻雜的Si基板102，ρ+硅發(fā)射器層104，前電極網(wǎng)格106，以及Al背電極108。圖1中的箭頭表示入射的太陽(yáng)光。從圖1可以看出，Al背電極108覆蓋太陽(yáng)能電芯100的整個(gè)后側(cè)，從而阻止背側(cè)吸收光。此外，前電極網(wǎng)格106經(jīng)常包括對(duì)太陽(yáng)光不透明的金屬網(wǎng)格，從而在太陽(yáng)能電芯100的前表面上形成陰影。對(duì)于傳統(tǒng)的太陽(yáng)能電芯，前電極網(wǎng)格可以阻擋高達(dá)8%的入射太陽(yáng)光，從而顯著地減小了轉(zhuǎn)換效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本申請(qǐng)的一個(gè)實(shí)施例提供了一種太陽(yáng)能模塊。該太陽(yáng)能模塊包括:前側(cè)蓋；后側(cè)蓋；以及位于所述前側(cè)蓋和所述后側(cè)蓋之間的多個(gè)電芯。每個(gè)太陽(yáng)能電芯包含:多層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu);位于所述多層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上的前側(cè)電極；以及位于所述多層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)下的后側(cè)電極，其中所述前側(cè)電極和所述后側(cè)電極各自包括金屬網(wǎng)格，每個(gè)金屬網(wǎng)格包括多個(gè)指狀件線和耦接到所示多個(gè)指狀件線的單個(gè)總線條，該單個(gè)總線條被構(gòu)造成收集來(lái)自所述多個(gè)指狀件線的電流。
[0007]在本實(shí)施例的一個(gè)變形例中，所述單個(gè)總線條位于所述太陽(yáng)能電芯的對(duì)應(yīng)表面的中心。
[0008]在進(jìn)一步的變形例中，兩個(gè)相鄰的太陽(yáng)能電芯被從太陽(yáng)能電芯的前表面到相鄰太陽(yáng)能電芯的后表面穿行的串接條帶串接到一起。所述串接條帶被焊接到所述前表面和所述后表面上的單個(gè)總線條，所述串接條帶的寬度大致等于所述單個(gè)總線條的寬度。
[0009]在本實(shí)施例的一個(gè)變形例中，太陽(yáng)能電芯的前表面和后表面的單個(gè)總線條位于相對(duì)的邊。
[0010]在進(jìn)一步的變形例中，通過(guò)金屬接片把兩個(gè)相鄰的太陽(yáng)能電芯親接到一起，所述金屬接片被焊接到位于太陽(yáng)能電芯的邊緣的第一單個(gè)總線條以及位于相鄰太陽(yáng)能電芯的相鄰邊緣的第二單個(gè)總線條。所述金屬接片的寬度大致等于所述第一和第二單個(gè)總線條的長(zhǎng)度。
[0011]在進(jìn)一步的變形例中，所述第一單個(gè)總線條位于所述太陽(yáng)能電芯的前表面上，所述第二單個(gè)總線條位于相鄰的太陽(yáng)能電芯的后表面上。
[0012]在進(jìn)一步的變形例中，所述第一單個(gè)總線條和所述第二單個(gè)總線條位于兩個(gè)太陽(yáng)能電芯的表面的相同側(cè)。
[0013]在進(jìn)一步的變形例中，通過(guò)金屬接片把多個(gè)太陽(yáng)能電芯耦接成串，多個(gè)串串聯(lián)或并聯(lián)地電耦接。
[0014]在進(jìn)一步的變形例中，所述金屬接片的長(zhǎng)度在3和12mm之間。
[0015]在進(jìn)一步的變形例中，通過(guò)把兩個(gè)相鄰的太陽(yáng)能電芯的邊緣重疊而把該兩個(gè)相鄰的太陽(yáng)能電芯耦接到一起。該兩個(gè)相鄰的太陽(yáng)能電芯被重疊成使得第一太陽(yáng)能電芯的上邊緣總線條耦接到相鄰的第二太陽(yáng)能電芯的下邊緣總線條，從而便于兩個(gè)相鄰的太陽(yáng)能電芯之間的串聯(lián)。
[0016]在進(jìn)一步的變形例中，通過(guò)把邊緣重疊以形成串而耦接多個(gè)太陽(yáng)能電芯，多個(gè)串串聯(lián)或并聯(lián)地電耦接。
[0017]在實(shí)施例的一個(gè)變形例中，所述多層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括:基層，前側(cè)發(fā)射器或后側(cè)發(fā)射器，以及前表面場(chǎng)層或后表面場(chǎng)層。
[0018]在進(jìn)一步的變形例中，所述多層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括位于所述基層兩側(cè)的量子隧穿勢(shì)皇QTB層。
[0019]在實(shí)施例的一個(gè)變形例中，所述金屬網(wǎng)格至少包括電鍍的Cu層。
[0020]在實(shí)施例的一個(gè)變形例中，所述單個(gè)總線條的寬度在0.5和3_之間。
[0021]在實(shí)施例的一個(gè)變形例中，所述太陽(yáng)能模塊還包括多個(gè)最大功率點(diǎn)跟蹤MPPT裝置。對(duì)應(yīng)的MPPT裝置耦接到單獨(dú)的太陽(yáng)能電芯，從而便于電芯水平的最大功率點(diǎn)跟蹤。
[0022]在進(jìn)一步的變形例中，所述太陽(yáng)能模塊還包括多個(gè)最大功率點(diǎn)跟蹤MPPT裝置，其中對(duì)應(yīng)的MPPT裝置耦接到一串太陽(yáng)能電芯，從而便于串水平的最大功率點(diǎn)跟蹤。
[0023]在實(shí)施例的一個(gè)變形例中，所述前側(cè)蓋和所述后側(cè)蓋是透明的，以便所述太陽(yáng)能模塊的雙面構(gòu)造。
[0024]在實(shí)施例的一個(gè)變形例中，所述多個(gè)太陽(yáng)能電芯至少包括以下之一:5英寸太陽(yáng)能電芯;6英寸太陽(yáng)能電芯；以及5英寸或6英寸太陽(yáng)能電芯的1/8、1/6、1/4、1/3或1/2。
[0025]本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例提供了一種太陽(yáng)能電芯耦接系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括:第一太陽(yáng)能電芯和第二太陽(yáng)能電芯。每個(gè)太陽(yáng)能電芯包括前側(cè)電極和后側(cè)電極。每個(gè)電極包括多個(gè)指狀件線和耦接到所述多個(gè)指狀件線的單個(gè)總線條，所述總線條位于對(duì)應(yīng)的太陽(yáng)能電芯的邊緣。該系統(tǒng)還包括:金屬接片，把所述第一太陽(yáng)能電芯的前側(cè)電極耦接到所述第二太陽(yáng)能電芯的后側(cè)電極。
[0026]本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例提供了一種太陽(yáng)能電芯耦接系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括:第一太陽(yáng)能電芯和第二太陽(yáng)能電芯。每個(gè)太陽(yáng)能電芯包括前側(cè)電極和后側(cè)電極。每個(gè)電極包括多個(gè)指狀件線和耦接到所述多個(gè)指狀件線的單個(gè)總線條，所述總線條位于對(duì)應(yīng)的太陽(yáng)能電芯的邊緣。所述第一太陽(yáng)能電芯的邊緣與第二太陽(yáng)能電芯的邊緣重疊，使得所述第一太陽(yáng)能電芯的前側(cè)電極的總線條耦接到所述第二太陽(yáng)能電芯的后側(cè)電極的總線條。
【附圖說(shuō)明】
[0027]圖1是表示示例性太陽(yáng)能電芯(現(xiàn)有技術(shù))的視圖。
[0028]圖2是表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的示例性雙側(cè)遂穿結(jié)太陽(yáng)能電芯的視圖。
[0029]圖3A是表示傳統(tǒng)的太陽(yáng)能電芯(現(xiàn)有技術(shù))的電極網(wǎng)格的視圖。
[0030]圖3B是表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的每個(gè)表面具有單個(gè)中心總線條的示例性雙面太陽(yáng)能電芯的前面或背面的視圖。
[0031]圖3C是表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的每個(gè)表面具有單側(cè)中心總線條的雙面太陽(yáng)能電芯的截面的視圖。
[0032]圖3D是表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的示例性雙面太陽(yáng)能電芯的前表面的視圖。
[0033]圖3E是表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的示例性雙面太陽(yáng)能電芯的背面的視圖。
[0034]圖3F是表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的每個(gè)表面具有單個(gè)邊緣總線條的雙面太陽(yáng)能電芯的截面的視圖。
[0035]圖4是表示對(duì)于不同的長(zhǎng)寬比，電力損失百分比根據(jù)網(wǎng)格線(指狀件線)長(zhǎng)度變化的視圖。
[0036]圖5A是包括多個(gè)傳統(tǒng)的雙總線條太陽(yáng)能電芯的典型太陽(yáng)能面板的視圖(現(xiàn)有技術(shù))。
[0037]圖5B是表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的包括在中心具有單個(gè)總線條的多個(gè)太陽(yáng)能電芯的示例性太陽(yáng)能面板的視圖。
[0038]圖5C是表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的每個(gè)表面具有單個(gè)邊緣總線條的兩個(gè)相鄰太陽(yáng)能電芯之間的串聯(lián)連接的視圖。
[0039]圖5D是表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的一串太陽(yáng)能電芯的視圖，其中相鄰電芯的前側(cè)電極具有相同的極性。
[0040]圖5E是表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的一串太陽(yáng)能電芯的視圖，其中相鄰電芯的前側(cè)電極具有相反的極性。
[0041]圖5F是表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的每個(gè)表面具有單個(gè)邊緣總線條的兩個(gè)相鄰太陽(yáng)能電芯之間的串聯(lián)連接的視圖。
[0042]圖5G是表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的一串相鄰的邊緣重疊太陽(yáng)能電芯的側(cè)視圖。
[0043]圖5H是表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的兩個(gè)相鄰的邊緣重疊太陽(yáng)能電芯的頂視圖。
[0044]圖51是表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的兩個(gè)相鄰的邊緣重疊太陽(yáng)能電芯的底視圖。
[0045]圖5J是表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的包括在邊緣具有單個(gè)總線條的多個(gè)太陽(yáng)能電芯的示例性太陽(yáng)能面板的視圖。
[0046]圖6A是表示對(duì)于不同類型電芯、不同條帶厚度和不同面板構(gòu)造的雙總線條(DBB)以及單總線條(SBB)構(gòu)造的基于條帶電阻的電力損失的視圖。
[0047]圖6B是表示針對(duì)不同條帶/接片厚度比較串接的條帶和單個(gè)接片之間的電力損失差異的視圖。
[0048]圖7A是表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的具有雙總線條太陽(yáng)能電芯的太陽(yáng)能面板中設(shè)置最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)集成電路(I C)的示例性視圖。
[0049]圖7B是表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的具有單中心總線條太陽(yáng)能電芯的太陽(yáng)能面板中設(shè)置最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)集成電路(IC)的示例性視圖。
[0050]圖7C是表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的具有單邊緣總線條太陽(yáng)能電芯的太陽(yáng)能面板中設(shè)置最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)集成電路(IC)的示例性視圖。
[0051]圖7D是表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的實(shí)現(xiàn)電芯水平的MPPT的示例性太陽(yáng)能模塊的視圖。
[0052]圖8是表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例制備太陽(yáng)能電芯模塊的過(guò)程的流程圖。
[0053]在附圖中，相似的附圖標(biāo)記表示相同的附圖元素。
【具體實(shí)施方式】
[0054]給出下述描述以便本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠制造和使用各個(gè)實(shí)施例，并且在特定應(yīng)用及其要求的語(yǔ)境中提供這些實(shí)施例。所公開的實(shí)施例的各種修改例對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯而易見的，在不脫離本公開的精神和范圍的情況下，本文中公開的普遍原理可以應(yīng)用于其他實(shí)施例和應(yīng)用。因此，本發(fā)明不限于所示出的實(shí)施例，而是根據(jù)與本文公開的原理和特征一致的最寬泛的范圍。
[0055]
[0056]本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種高效率的太陽(yáng)能模塊。該太陽(yáng)能模塊包括雙面隧穿結(jié)太陽(yáng)能電芯，其中電鍍的Cu網(wǎng)格線用作前側(cè)電極和后側(cè)電極。為了減小遮擋和成本，單個(gè)總線條或接片被布置在太陽(yáng)能電芯的前側(cè)和后側(cè)的中心。為了減小遮擋，在一些實(shí)施例中，單個(gè)Cu總線條或接片被布置在太陽(yáng)能電芯的前側(cè)和后側(cè)的相對(duì)邊緣。指狀件和總線條都使用生成無(wú)遮擋電極的技術(shù)來(lái)制備。另外，指狀件和總線條可以包括大的長(zhǎng)寬比銅網(wǎng)格線以確保低電阻。當(dāng)多個(gè)太陽(yáng)能電芯被串接或接在一起以形成太陽(yáng)能面板時(shí)，基于總線條的位置修改傳統(tǒng)的串接/接片處理。與傳統(tǒng)的基于單面、雙總線條太陽(yáng)能電芯的太陽(yáng)能模塊相比，本發(fā)明的實(shí)施例提供了電力增益高達(dá)18%的太陽(yáng)能模塊。此外，通過(guò)在電芯水平上應(yīng)用最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)技術(shù)，由于部分遮擋的太陽(yáng)能面板而丟失的功率的30%可以被彌補(bǔ)。
[0057]雙面遂穿結(jié)太陽(yáng)能電芯
[0058]圖2是表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的示例性雙側(cè)遂穿結(jié)太陽(yáng)能電芯的視圖。雙側(cè)遂穿結(jié)太陽(yáng)能電芯200包括基底202、覆蓋基底202的兩個(gè)表面并且使表面缺陷狀態(tài)鈍化的量子隧穿勢(shì)皇(QTB)層204和206、形成前發(fā)射器208的前側(cè)摻雜的a-Si層、形成BSF層210的后側(cè)摻雜的a-Si層、前透明導(dǎo)電氧化物(TCO)層212、后TCO層214、前金屬網(wǎng)格216、以及后金屬網(wǎng)格218。注意，還可以在太陽(yáng)能電芯的后側(cè)具有發(fā)射器層并且在前側(cè)具有前表面場(chǎng)(FSF)層。在2010年 11 月12 日提交的、發(fā)明人為Jiunn Benjamin Heng、Chentao Yu、ZhengXu和Jianming Fu、名稱為 “Solar Cell with Oxide Tunneling Junct1ns” 的美國(guó)專利申請(qǐng)如.12/945，792(律師檔案號(hào)如.55?10-10021^)中可以找到有關(guān)雙側(cè)遂穿結(jié)太陽(yáng)能電芯200的細(xì)節(jié)和制作方法。該申請(qǐng)的公開通過(guò)引用而全部包含在此。
[0059]如圖2所示，雙側(cè)遂穿結(jié)太陽(yáng)能電芯200的對(duì)稱結(jié)構(gòu)確保了雙側(cè)遂穿結(jié)太陽(yáng)能電芯200在背側(cè)暴露給光的情況下可以是雙面的。在太陽(yáng)能電芯中，金屬觸點(diǎn)(例如前金屬網(wǎng)格216和后金屬網(wǎng)格218)對(duì)于收集太陽(yáng)能電芯產(chǎn)生的電流是必要的?？偟膩?lái)說(shuō)，金屬網(wǎng)格包括兩種類型的金屬線:總線條和指狀件。更具體地說(shuō)，總線條是直接連接到外部引線(例如金屬接片)的較寬的金屬帶，而指狀件是收集電流以傳遞給總線條的指狀金屬區(qū)域。金屬網(wǎng)格設(shè)計(jì)的關(guān)鍵設(shè)計(jì)權(quán)衡是與更寬間隔的網(wǎng)格相關(guān)聯(lián)的電阻損失的增大和由表面高比例的金屬覆蓋導(dǎo)致的反射和遮擋的增加。在傳統(tǒng)的太陽(yáng)能電芯中，為了防止由于指狀件的串聯(lián)電阻導(dǎo)致的電力損失，至少兩個(gè)總線條被布置在太陽(yáng)能電芯的表面以從指狀件收集電流，如圖3A所示。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)的5英寸太陽(yáng)能電芯(其可以是5X5平方英寸的方形或者具有圓角的偽方形)，通常在每個(gè)表面具有兩個(gè)總線條。對(duì)于更大的6英寸太陽(yáng)能電芯(其可以是5 X 5平方英寸的方形或者具有圓角的偽方形)，可能需要三個(gè)或更多個(gè)總線條，取決于電極材料的電阻。注意，在圖3A中，太陽(yáng)能電芯300的表面(其可以是前表面或后表面)包括多個(gè)典型的指狀件線，例如指狀件線302和304;以及布置成與指狀件線垂直的兩個(gè)總線條306和308。注意，總線條被布置成確保從指狀件上任意一點(diǎn)到總線條的距離足夠小，以使電力損失最小化。這兩個(gè)總線條和后續(xù)焊接到這些總線條以用于電芯間鏈接的金屬條帶能夠產(chǎn)生大量遮擋，從而降低了太陽(yáng)能電芯的性能。
[0060]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，前金屬網(wǎng)格和后金屬網(wǎng)格(諸如指狀件線)可以包括電鍍的Cu線(與傳統(tǒng)的Ag網(wǎng)格相比具有減小的電阻)。例如，使用電鍍或無(wú)電極電鍍技術(shù)，可以獲得電阻等于或小于5 X 10—6 Ω.cm的Cu網(wǎng)格線。在2010年7月13日提交的、發(fā)明人為JiunnBenjamin Heng、Chentao Yu、Zheng Xu和Jianming Fu、名稱為“Solar Cell with MetalGrid Fabricated by Electroplating” 的美國(guó)專利申請(qǐng)N0.12/835，670 (律師檔案號(hào)N0.SSP10-1001US)、以及在 2011 年8 月 29 日提交的、發(fā)明人為 Jiunn Benjamin Heng、Chentao Yu、Zheng Xu和Jianming Fu、名稱為“Solar Cell with Electroplated MetalGrid”的美國(guó)專利申請(qǐng)N0.13/220,532(律師檔案號(hào)N0.SSP10-1010US)中，可以找到有關(guān)電鍍銅網(wǎng)格的細(xì)節(jié)，它們的公開通過(guò)引用而全部包含與此。
[0061]電阻減小的Cu指狀件使得能夠通過(guò)減少太陽(yáng)能電芯表面上的總線條的數(shù)量來(lái)最大化總的太陽(yáng)能電芯效率的金屬網(wǎng)格設(shè)計(jì)。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，使用單個(gè)總線條來(lái)收集指狀件的電流。由于從指狀件到總線條的距離增大而導(dǎo)致的電力損失可以由減小的遮擋而得到平衡。
[0062]圖3B是表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的每個(gè)表面具有單個(gè)中心總線條的示例性雙面太陽(yáng)能電芯的前表面或后表面的視圖。在圖3B中，太陽(yáng)能電芯310的前表面或后表面包括單個(gè)總線條312和若干指狀件線，例如指狀件線314和316。圖3C是表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的每個(gè)表面具有單個(gè)中心總線條的雙面太陽(yáng)能電芯的截面的視圖。圖3C中所示的半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)可以與圖2所示的半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)類似。注意，圖3C中沒(méi)有示出指狀件線，因?yàn)榻孛嫖挥趦蓚€(gè)指狀件線之間。在圖3C所示的例子中，總線條312垂直于紙面進(jìn)出，指狀件線從左向右延伸。像前面討論的那樣，因?yàn)槊總€(gè)表面只具有一個(gè)總線條，所以從指狀件線的邊緣到總線條的距離更遠(yuǎn)。但是，消除一個(gè)總線條減少了遮擋，這不僅補(bǔ)償了由于增大的指狀件到總線條距離導(dǎo)致的電力損失，而且還提供了額外的電力增益。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)尺寸的太陽(yáng)能電芯，使用位于電芯中心的單個(gè)總線條替換兩個(gè)總線條可以產(chǎn)生1.8%的電力增益。
[0063]圖3D是表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的示例性雙面太陽(yáng)能電芯的前表面的視圖。在圖3D中，太陽(yáng)能電芯320的前表面包括多個(gè)水平的指狀件線和垂直的單個(gè)總線條322，該單個(gè)總線條322被布置在太陽(yáng)能電芯320的右邊緣。更具體地說(shuō)，總線條322接觸所有指狀件線的最右側(cè)邊緣，并且從所有指狀件線收集電流。圖3E是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的示例性雙面太陽(yáng)能電芯的后表面的視圖。在圖3E中，太陽(yáng)能電芯320的后表面包括多個(gè)水平的指狀件線和垂直的單個(gè)總線條324，該單個(gè)總線條324布置在太陽(yáng)能電芯322的左邊緣。類似于總線條322，單個(gè)的總線條324接觸所有指狀件線的最左邊緣。圖3F表示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的每個(gè)表面具有單個(gè)邊緣總線條的雙面太陽(yáng)能電芯的截面的視圖。圖3F中所示的半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)類似于圖2中所示的半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)。與圖3C類似，在圖3F中，指狀件線(未示出)從左向右延伸，總線條垂直紙面進(jìn)出。根據(jù)圖3D-3F，可以看出在該實(shí)施例中，位于雙面太陽(yáng)能電芯的前表面和后表面上的總線條被布置在電芯的相對(duì)的邊緣。這種構(gòu)造能夠進(jìn)一步改善電力增益，因?yàn)榭偩€條導(dǎo)致的遮擋出現(xiàn)在能量產(chǎn)生效率較小的位置?？偟膩?lái)說(shuō)，邊緣總線條的構(gòu)造能夠提供至少2.1 %的電力增益。
[0064]注意，每個(gè)表面單個(gè)總線條的構(gòu)造(中心總線條或邊緣總線條)不僅能夠提供電力增益，而且能夠減小制造成本，因?yàn)榭偩€條帶需要更少的金屬。此外，在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，面對(duì)太陽(yáng)的前表面上的金屬網(wǎng)格可以包括并行的金屬線(例如指狀件)，每個(gè)金屬線具有彎曲參數(shù)的截面，以確保入射到這些金屬線上的陽(yáng)光能夠被反射到太陽(yáng)能電芯的前表面上，從而進(jìn)一步減小遮擋。通過(guò)使用良好受控的、成本有效的圖案化方案電鍍涂覆有Ag或Sn的Cu，能夠?qū)崿F(xiàn)這種無(wú)遮擋的前電極。
[0065]還可以通過(guò)增大指狀件線的長(zhǎng)寬比來(lái)增加從指狀件邊緣到總線條的距離，從而減小電力損失效應(yīng)。圖4是表示對(duì)于不同的長(zhǎng)寬比，電力損失的百分比隨網(wǎng)格線(指狀件)長(zhǎng)度變化的視圖。在圖4所示的例子中，網(wǎng)格線(或指狀物)假定具有60μπι的寬度。從圖4可以看出，對(duì)于長(zhǎng)寬比為0.5的網(wǎng)格線，隨著網(wǎng)格線長(zhǎng)度從30mm增加到100mm，電力損失從3.6%變成7.5%。但是，在例如1.5的更高長(zhǎng)寬比的情況下，對(duì)于網(wǎng)格線長(zhǎng)度同樣的增加，電力損失從3.3%變成4.9%。換言之，使用高長(zhǎng)寬比的網(wǎng)格線可以進(jìn)一步改善太陽(yáng)能電芯/模塊性能。可以使用電鍍技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)這種高長(zhǎng)寬比的網(wǎng)格線。在2011年3月15日提交的、發(fā)明人為Jiunn Benjamin Heng、Chentao Yu、Zheng Xu和Jianming Fu、名稱為“Solar Cell with aShade-Free Front Electrode” 的美國(guó)專利申請(qǐng)N0.13/048，804(律師檔案號(hào)N0.SSPlO-1003US)中可以找到有關(guān)具有高長(zhǎng)寬比的無(wú)遮擋電極的細(xì)節(jié)，其公開通過(guò)引用而全部包含在此。
[0066]雙面太陽(yáng)能面板
[0067]通過(guò)典型的面板制備過(guò)程(微小改動(dòng))，每個(gè)表面具有單個(gè)總線條(在電芯中心或電芯邊緣)的多個(gè)太陽(yáng)能電芯可以被組裝以形成太陽(yáng)能模塊或面板。基于總線條的位置，需要對(duì)串接/接片過(guò)程進(jìn)行不同的改動(dòng)。在傳統(tǒng)的太陽(yáng)能模塊制備中，使用焊接到總線條上的兩個(gè)串接條帶(也成為接片條帶)把雙總線條太陽(yáng)能電芯串到一起。更具體地說(shuō)，串接條帶從一個(gè)電芯的前表面延伸到相鄰電芯的后表面，以把電芯串聯(lián)。對(duì)于電芯中心構(gòu)造中的單個(gè)總線條，串接過(guò)程非常類似，除了只需要一個(gè)串接條帶從一個(gè)電芯的前表面延伸到另一個(gè)電芯的后表面。
[0068]圖5A是表示包括多個(gè)傳統(tǒng)的雙總線條太陽(yáng)能電芯的典型的太陽(yáng)能面板的視圖。在圖5A中，太陽(yáng)能面板500包括太陽(yáng)能電芯的6 X 12陣列(具有6行并且每行中有12個(gè)電芯)。一行中的相鄰太陽(yáng)能電芯通過(guò)兩個(gè)串接條帶彼此串聯(lián)，例如串接條帶502和串接條帶504。更具體地說(shuō)，串接條帶把一個(gè)太陽(yáng)能電芯的上電極連接到下一個(gè)太陽(yáng)能電芯的下電極。在每行的末尾，串接條帶通過(guò)更寬的總線條帶(例如總線條帶506)與下一行的串接條帶連接到一起。在圖5A所示的例子中，各行串聯(lián)連接，其中相鄰的兩行在一端彼此連接?？商鎿Q的，各行可以并聯(lián)方式彼此連接到一起，其中相鄰的行在兩端彼此連接。注意，圖5A僅示出了太陽(yáng)能電芯的上側(cè)，太陽(yáng)能面板的下側(cè)可以非常類似，因?yàn)樘?yáng)能電芯的雙面特性。為了簡(jiǎn)明，圖5A中沒(méi)有示出垂直于太陽(yáng)能電芯行(或串接條帶)的方向延伸的指狀件。
[0069]圖5B是表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的包括在中心具有單個(gè)總線條的多個(gè)太陽(yáng)能電芯的示例性太陽(yáng)能面板的視圖。在圖5B中，太陽(yáng)能面板510包括太陽(yáng)能電芯的6 X 12陣列。一行中的相鄰的太陽(yáng)能電芯通過(guò)單個(gè)串接條帶(例如條帶512)彼此串聯(lián)連接到一起。像在太陽(yáng)能面板500中那樣，在相鄰行末端的單個(gè)串接條帶通過(guò)更寬的總線條帶(例如總線條帶514)連接到一起。因?yàn)橹恍枰粋€(gè)串接條帶來(lái)連接相鄰的電芯，因此與圖5A中的太陽(yáng)能面板500相比，可以顯著減少在制備太陽(yáng)能面板510中使用的總線條帶的總長(zhǎng)度。對(duì)于6英寸的電芯，連接兩個(gè)相鄰電芯的單個(gè)串接條帶的長(zhǎng)度可以為大約31cm，相比之下，雙總線條構(gòu)造需要62cm的串接條帶。注意，這種長(zhǎng)度的減小還能夠進(jìn)一步減小串聯(lián)電阻和制造成本。與圖5A類似，在圖5B中，各行串聯(lián)連接。實(shí)際上，太陽(yáng)能電芯行也可以并聯(lián)連接。同樣與圖5A類似，指狀件線沿垂直于太陽(yáng)能電芯行(或串接條帶)的方向延伸并且沒(méi)有在圖5B中示出。
[0070]把圖5B與圖5A相比，可以看出，為了把具有單個(gè)中心總線條的太陽(yáng)能電芯組裝成太陽(yáng)能面板，只需要在串接/接片過(guò)程中進(jìn)行微小的改動(dòng)。但是，對(duì)于每個(gè)表面具有單個(gè)邊緣總線條的太陽(yáng)能電芯，需要更多的改動(dòng)。圖5C示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的每個(gè)表面具有單個(gè)邊緣總線條的兩個(gè)相鄰太陽(yáng)能電芯之間的串聯(lián)連接。在圖5C中，太陽(yáng)能電芯520和太陽(yáng)能電芯522通過(guò)單個(gè)接片524彼此耦接。更具體地說(shuō)，單個(gè)接片524的一端被焊接到位于太陽(yáng)能電芯520的前表面上的邊緣總線條，該單個(gè)接片524的另一端被焊接到位于太陽(yáng)能電芯522的后表面上的邊緣總線條，從而把太陽(yáng)能電芯520和522串聯(lián)。根據(jù)圖5C，可以看出，單個(gè)接片524的寬度沿著邊緣總線條的長(zhǎng)度(在垂直于指狀件線的方向上)，并且大致與邊緣總線條的長(zhǎng)度相同，并且單個(gè)接片524的兩端被焊接到沿著其長(zhǎng)度的邊緣總線條。在一些實(shí)施例中，單個(gè)接片524的寬度可以在12和16cm之間。另一方面，單個(gè)接片524的長(zhǎng)度由封裝密度或相鄰太陽(yáng)能電芯之間的距離決定，并且可以相當(dāng)短。在一些實(shí)施例中，單個(gè)接片524的長(zhǎng)度可以在3和12_之間。在進(jìn)一步的實(shí)施例中，單個(gè)接片524的長(zhǎng)度可以在3和5mm之間。這種幾何構(gòu)造(更大的寬度和更短的長(zhǎng)度)確保了單個(gè)接片524具有非常低的串聯(lián)電阻。指狀件線(例如指狀件線526)沿著單個(gè)接盤524的長(zhǎng)度方向延伸。注意，這不同于傳統(tǒng)的雙總線條構(gòu)造和單中心總線條構(gòu)造，其中指狀件垂直于連接兩個(gè)相鄰太陽(yáng)能電芯的串接條帶。因此，需要修改傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)串接過(guò)程，把每個(gè)電芯旋轉(zhuǎn)90度，以便如圖5C所示把兩個(gè)太陽(yáng)能電芯串接。
[0071]注意，當(dāng)所有電芯的前側(cè)電極的極性相同并且所有電芯的后側(cè)電極的極性都是相反極性時(shí)，邊緣總線條構(gòu)造能夠利用從一個(gè)太陽(yáng)能電芯的前邊緣到相鄰的太陽(yáng)能電芯的后邊緣延伸的邊緣接片良好地工作。此外，當(dāng)相鄰電芯的前側(cè)電極具有不同的極性(并且類似地，相鄰電芯的后側(cè)電極也具有不同的極性)時(shí)，邊緣接片可以把一個(gè)太陽(yáng)能電芯的前側(cè)邊緣耦接到相鄰的太陽(yáng)能電芯的前側(cè)邊緣，或者把一個(gè)太陽(yáng)能電芯的后側(cè)邊緣耦接到相鄰的太陽(yáng)能電芯的后側(cè)邊緣。
[0072]可以按照這種方式耦接多個(gè)太陽(yáng)能電芯以形成一串，并且多個(gè)串可以串聯(lián)或并聯(lián)地電耦接。圖5D是表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的一串太陽(yáng)能電芯的示意圖，其中相鄰電芯的前側(cè)電極具有相同的極性。在圖中，一串太陽(yáng)能電芯(例如電芯511和513)夾在前玻璃蓋501和后蓋503之間。更具體地說(shuō)，這樣布置太陽(yáng)能電芯，使得允許所有電芯的前側(cè)電極為一個(gè)極性，并且它們的后側(cè)電極為另一個(gè)極性。金屬接片(例如接片515和517)通過(guò)把太陽(yáng)能電芯的前邊緣總線條及其相鄰太陽(yáng)能電芯的后邊緣總線條耦接到一起而把相鄰的太陽(yáng)能電芯串聯(lián)耦接。在圖5D所示的示例中，金屬接片515把太陽(yáng)能電芯511的前邊緣總線條507耦接到太陽(yáng)能電芯513的后邊緣總線條509。
[0073]圖5E是表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的一串太陽(yáng)能電芯的示意圖，其中相鄰太陽(yáng)能電芯的前側(cè)電極具有相反的極性。在圖5E中，這樣布置一串太陽(yáng)能電芯(例如電芯521和523)，使得允許相鄰的電芯的前側(cè)電極具有交替的極性，并且類似地，相鄰太陽(yáng)能電芯的后側(cè)電極也具有交替的極性。金屬接片(例如接片525和527)通過(guò)把兩個(gè)相鄰的前邊緣總線條彼此耦接并且把兩個(gè)相鄰的后邊緣總線條彼此耦接而串聯(lián)耦接相鄰的太陽(yáng)能電芯。在圖5E所示的例子中，金屬接片525把太陽(yáng)能電芯521的前邊緣總線條531耦接到太陽(yáng)能電芯523的前邊緣總線條533(其極性與邊緣總線條531的極性相反)。
[0074]除了使用單個(gè)接片串聯(lián)連接兩個(gè)相鄰的單總線條太陽(yáng)能電芯以外，還可以通過(guò)重疊對(duì)應(yīng)的邊緣總線條而在相鄰的太陽(yáng)能電芯之間建立串聯(lián)連接。圖5F是表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的在每個(gè)表面具有單個(gè)邊緣總線條的兩個(gè)相鄰太陽(yáng)能電芯之間的串聯(lián)連接的示意圖。在圖5F中，通過(guò)位于太陽(yáng)能電芯530的上表面的邊緣總線條534和位于太陽(yáng)能電芯532的下表面的邊緣總線條536把太陽(yáng)能電芯530和太陽(yáng)能電芯532耦接。更具體地說(shuō)，太陽(yáng)能電芯532的下表面與太陽(yáng)能電芯530的上表面在邊緣處部分重疊，使得下邊緣總線條536被布置在上邊緣總線條534的上面并且與之接觸。在一些實(shí)施例中，邊緣總線條534和536可以包括鍍覆(使用電鍍或無(wú)電極鍍覆技術(shù))的金屬堆疊，其包括多層金屬，例如N1、Cu、Sn、以及Ag。在2010年7月 13 日提交的、發(fā)明人為Jiunn Benjamin Heng、Chentao Yu、Zheng Xu和Jianming Fu、名稱為 “Solar Cell with Metal Grid Fabricated by Electroplating” 的美國(guó)專利申請(qǐng)N0.12/835,670(律師檔案號(hào)N0.SSP10-1001US)、以及在2011年8月29日提交的、發(fā)明人為Jiunn Benjamin Heng、Chentao Yu、Zheng Xu和Jianming Fu、名稱為“SolarCell with Electroplated Metal Grid” 的美國(guó)專利申請(qǐng)N0.13/220，532(律師檔案號(hào)N0.SSPlO-lOlOUS)中，可以找到鍍覆金屬堆疊的詳細(xì)描述，其公開通過(guò)引用而被全部包含于此。
[0075]在一些實(shí)施例中，彼此接觸的邊緣總線條被焊接到一起，以實(shí)現(xiàn)相鄰太陽(yáng)能電芯之間的串聯(lián)電連接。在進(jìn)一步的實(shí)施例中，焊接可以通過(guò)層壓處理同時(shí)進(jìn)行，在該層壓處理中，邊緣重疊的太陽(yáng)能電芯以及適當(dāng)?shù)拿芊鈩┎牧媳环胖迷谇皞?cè)蓋和后側(cè)蓋之間，密封劑材料可以包括粘合劑聚合物，例如乙烯乙酸乙烯酯(EVA)。在層壓期間，可以施加熱和壓力以固化密封劑，把太陽(yáng)能電芯密封在前側(cè)蓋和后側(cè)蓋之間。同樣的熱和壓力還可以導(dǎo)致接觸的邊緣總線條(例如總線條534和536)被焊接到一起。注意，如果邊緣總線條包括上Sn層，則在相鄰太陽(yáng)能電芯的上總線條和下總線條(例如總線條534和536)之間不必插入額外的焊接或粘接材料。還要注意，因?yàn)樘?yáng)能電芯是相對(duì)柔韌的5英寸或6英寸Si片，在層壓處理期間使用的壓力可以較大而不必?fù)?dān)心電芯會(huì)在這種壓力下?lián)p壞。在一些實(shí)施例中，在層壓處理期間施加的壓力可以大于1.0個(gè)大氣壓，例如1.2個(gè)大氣壓。
[0076]圖5G是表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的一串相鄰的邊緣重疊的太陽(yáng)能電芯的側(cè)視圖。在圖5G中，太陽(yáng)能電芯540與相鄰的太陽(yáng)能電芯542部分地重疊，后者還與太陽(yáng)能電芯544部分地重疊(在其相對(duì)端)。這樣的一串太陽(yáng)能電芯形成了與屋頂瓦片類似的圖案。注意，重疊應(yīng)當(dāng)保持為最小，以最小化由于重疊導(dǎo)致的遮擋。在一些實(shí)施例中，在太陽(yáng)能電芯的最邊緣(在上表面和下表面二者)布置單個(gè)總線條(如圖5G所示)，從而使遮擋最小化。
[0077]因?yàn)樘?yáng)能電芯是雙面的(意味著光從太陽(yáng)能電芯的上表面和下表面二者進(jìn)入)，所以希望在太陽(yáng)能電芯的上表面和下表面具有對(duì)稱布置。圖5H是表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的兩個(gè)相鄰的邊緣重疊的太陽(yáng)能電芯的頂視圖。在圖5H中，太陽(yáng)能電芯550和552在太陽(yáng)能電芯550的右邊緣彼此重疊。太陽(yáng)能電芯550的上表面(其是示圖中的表面)包括彼此平行的多個(gè)指狀件線(例如指狀件線554和556)以及垂直于指狀件線的邊緣總線條。注意，圖5H中沒(méi)有示出邊緣總線條，因?yàn)樗惶?yáng)能電芯552的左邊緣覆蓋。類似的，太陽(yáng)能電芯552的上表面包括彼此平行的多個(gè)指狀件線(例如指狀件線558和560)以及垂直于該指狀件線的邊緣總線條562。圖51是表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的兩個(gè)相鄰的邊緣重疊的太陽(yáng)能電芯的底視圖。在圖51中，太陽(yáng)能電芯550和552在太陽(yáng)能電芯550的右邊緣彼此部分重疊。太陽(yáng)能電芯550的下表面(其是示圖中的表面)包括彼此平行的多個(gè)指狀件線(例如指狀件線564和566)以及與該指狀件線垂直的邊緣總線條568。類似地，太陽(yáng)能電芯552的下表面包括彼此平行的多個(gè)指狀件線(例如指狀件線570和572)以及與該指狀件線垂直的邊緣總線條。注意，圖51中未示出邊緣總線條，因?yàn)樗惶?yáng)能電芯550的右邊緣覆蓋。在太陽(yáng)能電芯的上表面和下表面具有相同的金屬網(wǎng)格確保了雙面的功能性。
[0078]圖5J是表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的包括在邊緣具有單個(gè)總線條的多個(gè)太陽(yáng)能電芯的不例性太陽(yáng)能面板的不意圖。在圖5J中，太陽(yáng)能面板580包括太陽(yáng)能電芯的6 X 12陣列。一行中的太陽(yáng)能電芯通過(guò)單個(gè)接片(例如接片582)或通過(guò)瓦片圖案的邊緣重疊而彼此串聯(lián)連接。在行的末端，不使用更寬的總線條帶把來(lái)自相鄰電芯的串接條帶連接到一起(類似于圖5A和圖5B中所示的例子)，這里我們簡(jiǎn)單地使用充分寬的接片延伸通過(guò)相鄰行的兩個(gè)端部電芯的邊緣。例如，特別寬的接片584延伸通過(guò)電芯586和588的邊緣。對(duì)于串聯(lián)連接，特別寬的接片584可以把位于電芯586上表面的總線條與位于電芯588的下表面的總線條連接，這意味著太陽(yáng)能電芯586和588被布置為使得電芯586的上邊緣總線條與電芯588的下邊緣總線條對(duì)準(zhǔn)。注意，如果一行中的太陽(yáng)能電芯被布置成瓦片圖案，則相鄰的行可以具有相對(duì)的瓦片圖案，比如右側(cè)在上或左側(cè)在上。對(duì)于并聯(lián)連接，特別寬的接片584可以連接電芯586和588的兩個(gè)上總線條/下總線條。如果一行中的太陽(yáng)能電芯布置成瓦片圖案，則所有行的瓦片圖案保持相同。與圖5A和圖5B所示的例子不同，在圖5J中，指狀件線(未示出)沿著太陽(yáng)能電芯行的方向延伸。
[0079]串接條帶或接片還會(huì)由于其串聯(lián)電阻而引入電力損失?？偟膩?lái)說(shuō)，通過(guò)串接條帶的串聯(lián)電阻的分散的電力損失隨著電芯的尺寸而增加。此外，使用單個(gè)串接條帶來(lái)替代兩個(gè)串接條帶也增大了這種串聯(lián)電阻導(dǎo)致的電力損失，因?yàn)閱蝹€(gè)條帶的構(gòu)造意味著每個(gè)條帶具有更大的電流，而電力損失與電流的平方成比例。為了減小這種電力損失，需要減小串接條帶的串聯(lián)電阻。對(duì)于單個(gè)的中心總線條構(gòu)造，通過(guò)總線條的寬度確定條帶的寬度，其可以在0.5和3_之間。這樣，減小條帶的電阻的一種方式是增大其厚度，因?yàn)楦竦臈l帶具有更低的電阻。圖6A示出了對(duì)于不同類型的電芯、不同條帶厚度和不同面板構(gòu)造，雙總線條(DBB)構(gòu)造和單總線條(SBB)構(gòu)造的基于條帶電阻的電力損失的百分比。在圖6A所示的例子中，條帶被假設(shè)為Cu條帶。
[0080]根據(jù)圖6A，可以看出，對(duì)于200μπι厚度的條帶，對(duì)于具有單總線條(SBB)(位于中心)構(gòu)造的5英寸電芯的條帶電阻導(dǎo)致的電力損失為2.34%，相比之下，雙總線條(DBB)構(gòu)造具有1.3%的電力損失。為了把電力損失限制到小于2%以利用從消除一個(gè)總線條減小遮擋而獲得的1.8%電力增益，單個(gè)串接條帶的厚度必須至少為250μπι。對(duì)于更大的電芯，例如6英寸電芯，情況可能更糟。對(duì)于單個(gè)中心總線條構(gòu)造，需要400μηι厚度的條帶來(lái)確保在6英寸電芯中的電力損失小于3%，如電芯602和604所示。注意到，面板中電芯的數(shù)量也影響電力損失的量。
[0081]400μπι是條帶厚度的上限，因?yàn)楦竦臈l帶會(huì)在焊接處理中對(duì)電芯造成傷害。更具體地說(shuō)，更厚的條帶會(huì)導(dǎo)致電芯的翹曲，這是由于應(yīng)力以及條帶材料和半導(dǎo)體材料之間的熱力系數(shù)差導(dǎo)致的。此外，如果串接條帶太厚，還會(huì)開始浮現(xiàn)可靠性的問(wèn)題。應(yīng)用超軟的條帶可以減小應(yīng)力和翹曲問(wèn)題，但是在不放棄由總線條遮擋減少帶來(lái)的增益和條帶成本降低的情況下，需要不同的串接方案以有效的把電力損失減到小于2%。在一些實(shí)施例中，可以使用其他方法來(lái)減小應(yīng)力和翹曲，包括但不限于:在串接條帶的長(zhǎng)度內(nèi)引入卷曲件或彈簧，并且對(duì)厚的條帶進(jìn)行點(diǎn)焊。
[0082]對(duì)于單邊緣總線條構(gòu)造，因?yàn)榻悠瑢挼枚嗖⑶叶逃诖訔l帶，所以由于單個(gè)接片的串聯(lián)電阻導(dǎo)致的電力損失的量小得多。圖6Β是表示對(duì)于不同條帶/接片厚度的串接條帶和單個(gè)接片之間的電力損失差異的比較的圖。根據(jù)圖6Β，可以看出，由于單個(gè)接片的串聯(lián)電阻導(dǎo)致的電力損失遠(yuǎn)小于單個(gè)條帶的電力損失，如606欄所示。例如，由250μπι厚的單個(gè)邊緣接片導(dǎo)致的電力損失僅為0.37(對(duì)于5英寸96電芯面板布局)，以及大約1.64% (對(duì)于6英寸，60電芯面板布局)。因此，可以看出，即使對(duì)于72電芯面板的6英寸電芯，厚度250μπι的邊緣接片足夠厚，其導(dǎo)致的電力損失小于2%，使得在考慮遮擋減小的情況下能夠?qū)崿F(xiàn)總的電力增益。
[0083]影響太陽(yáng)能面板的電力輸出的另一個(gè)因素是電芯之間的錯(cuò)配，這可能由部分遮擋的太陽(yáng)能面板導(dǎo)致。為了使電力輸出最大化，可以向太陽(yáng)能面板中引入最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)裝置，以允許被部分遮擋或其它原因遮擋的面板向耦接到面板的電池充電系統(tǒng)傳遞最大功率。MPPT裝置可以管理一串電芯或單個(gè)電芯的電力輸出。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，太陽(yáng)能面板實(shí)現(xiàn)電芯水平的MPPT，意味著每個(gè)太陽(yáng)能電芯耦接至MPPT裝置，例如MPPT集成電路(IC)芯片。
[0084]在電芯水平上實(shí)現(xiàn)MPPT使得其能夠補(bǔ)償由于錯(cuò)配低效率損失的電力的30%。此夕卜，其消除了電芯分級(jí)的需求并且可以增大產(chǎn)率。這樣，通過(guò)消除安裝者匹配一個(gè)串中面板的庫(kù)存管理需求以及減小保修預(yù)留(因?yàn)樘鎿Q面板不再需要與舊系統(tǒng)匹配)，能夠顯著地改善陣列所有者的投資回報(bào)(ROI)。電芯水平的MPPT還可以增加用于安裝太陽(yáng)能陣列的可用表面積，特別是在一天中的特定時(shí)間或一年中的特定季節(jié)存在陣列的結(jié)構(gòu)性遮擋的情況下。這對(duì)于在前側(cè)和后側(cè)都受到遮擋的雙面模塊特別有用。電芯水平的MPPT還允許系統(tǒng)安裝的更大的靈活性，使得能夠使用I軸或2軸跟蹤器，并且地面安裝到高散射光背景中。在2011年10月4 日提交的、發(fā)明人為Christopher James Beitel、Jiunn Benjamin Heng、Jianming Fu、以及Zheng Xu、名稱為“Solar Panels with Integrated Cell-Level MPPTDevices”的美國(guó)專利申請(qǐng)N0.13/252,987(律師檔案號(hào)N0.SSP10-1011US)中，可以找到有關(guān)電芯水平的MPPT的細(xì)節(jié)，它的公開通過(guò)引用而全部包含與此。在另外一些實(shí)施例中，太陽(yáng)能模塊可以每串太陽(yáng)能電芯具有一個(gè)MPPT裝置，從而便于串水平的MPPT。
[0085]圖7A是表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的在具有雙總線條太陽(yáng)能電芯中放置最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)集成電路(IC)芯片的例子的圖。在圖7A所示的例子中，MPPT IC芯片(例如MPPT IC芯片702)被布置在相鄰的太陽(yáng)能電芯之間。更具體地說(shuō)，MPPT IC芯片可以被布置在兩個(gè)串接條帶之間。在一些實(shí)施例中，MPPT IC芯片可以與兩個(gè)串接條帶接觸并且便于兩個(gè)相鄰的太陽(yáng)能電芯之間的串聯(lián)連接。
[0086]圖7B是表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的把最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)集成電路(IC)芯片布置在具有單中心總線條太陽(yáng)能電芯的太陽(yáng)能面板中的例子的示意圖。與圖7A所示的例子類似，MPPT IC芯片(例如MPPT IC芯片704)被布置在兩個(gè)相鄰的太陽(yáng)能電芯之間。在一些實(shí)施例中，MPPT IC芯片是三端子裝置，其中兩個(gè)來(lái)自一個(gè)電芯的輸入端，以及一個(gè)向相鄰電芯的輸出端。兩個(gè)輸入端可以被連接到第一太陽(yáng)能電芯的上電極和下電極(通過(guò)對(duì)應(yīng)的串接條帶)，并且一個(gè)輸出端可以被連接到相鄰的太陽(yáng)能電芯的上電極或下電極，以便兩個(gè)電芯之間的串聯(lián)連接。
[0087]除了把MPPT IC芯片布置在相鄰的太陽(yáng)能電芯之間，還可以把MPPT IC芯片布置在太陽(yáng)能電芯之間的角部間隔處。圖7C是表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的具有單邊緣總線條太陽(yáng)能電芯的太陽(yáng)能面板中布置最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)集成電路(IC)芯片的例子的示意圖。在圖7C所示的例子中，MPPT IC芯片(例如MPPT IC芯片706)布置在太陽(yáng)能電芯之間的角部間隔處。在一些實(shí)施例中，MPPT IC芯片與單個(gè)接片接觸，以便于兩個(gè)相鄰芯片之間的串聯(lián)連接。注意，對(duì)于單邊緣總線條構(gòu)造，需要太陽(yáng)能電芯外部的引線來(lái)把太陽(yáng)能電芯的相對(duì)側(cè)的前電極和后電極與MPPT IC芯片的兩個(gè)輸入連接。
[0088]圖7D是表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的實(shí)現(xiàn)電芯水平的MPPT的示例性太陽(yáng)能模塊的示意圖。在圖7D中，太陽(yáng)能模塊710中的每個(gè)太陽(yáng)能電芯包括上電極和下電極，其可以是圖7B中所示的單個(gè)中心總線條。每個(gè)MPPT IC芯片包括頂部輸入端子、底部輸入端子以及底部輸出端子。例如，MPPT IC芯片712包括頂部輸入端子714、底部輸入端子716以及輸出端子718。頂部輸入端子714和底部輸入端子716親接到太陽(yáng)能電芯的頂部電極和底部電極。輸出端子718耦接到相鄰的太陽(yáng)能電芯的底部電極。在圖7D所示的例子中，太陽(yáng)能電芯(例如太陽(yáng)能電芯720)可以是雙側(cè)隧穿結(jié)太陽(yáng)能電芯。太陽(yáng)能電芯和MPPT IC芯片被埋置在粘合劑聚合物層722內(nèi)，該粘合劑聚合物層722后續(xù)會(huì)被固化?？梢杂糜谛纬烧澈蟿┚酆衔飳?22的材料包括，但不限于，乙烯乙酸乙烯酯(EVA)、丙烯酸、聚碳酸酯、聚烯烴以及熱塑料。太陽(yáng)能模塊710還包括前側(cè)蓋724和后側(cè)蓋726。對(duì)于雙面模塊，前側(cè)蓋724和后側(cè)蓋726都可以由玻璃制成。當(dāng)固化粘合劑聚合物層722時(shí)，前側(cè)蓋724和后側(cè)蓋726被層壓，把太陽(yáng)能電芯和MPPT IC芯片密封在其中，從而防止由于暴露給環(huán)境因素而導(dǎo)致?lián)p壞。在層壓之后，太陽(yáng)能模塊710可以被修剪并放置到框架728中，然后就準(zhǔn)備好連接到適當(dāng)?shù)慕泳€盒。
[0089]圖8是表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的制造太陽(yáng)能電芯模塊的過(guò)程的流程圖。在制造過(guò)程中，獲得包括多層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能電芯(操作802)。在一些實(shí)施例中，多層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)可以包括雙側(cè)隧穿結(jié)太陽(yáng)能電芯。太陽(yáng)能電芯可以具有標(biāo)準(zhǔn)尺寸，例如5英寸乘5英寸或者6英寸乘6英寸。在一些實(shí)施例中，太陽(yáng)能電芯的最小尺寸是至少5英寸。然后沉積前側(cè)金屬網(wǎng)格和后側(cè)金屬網(wǎng)格，以完成雙面太陽(yáng)能電芯制造(操作804)。在一些實(shí)施例中，沉積前側(cè)金屬網(wǎng)格和后側(cè)金屬網(wǎng)格可以報(bào)考電鍍涂覆有Ag或Sn的Cu網(wǎng)格。在進(jìn)一步的實(shí)施例中，可以使用物理氣相沉積(PVD)技術(shù)在多層結(jié)構(gòu)上沉積一個(gè)或多個(gè)種子金屬層，例如種子Cu或Ni層，從而改善電鍍的Cu層的粘和性?？梢孕纬刹煌愋偷慕饘倬W(wǎng)格，包括但不限于:中心具有單個(gè)總線條的金屬網(wǎng)格、電芯邊緣具有單個(gè)總線條的金屬網(wǎng)格。注意，對(duì)于邊緣總線條構(gòu)造，在太陽(yáng)能電芯的前表面和后表面的總線條被布置在相對(duì)的邊緣。
[0090]接下來(lái)，太陽(yáng)能電芯被串接到一起以形成太陽(yáng)能電芯串(操作806)。注意，取決于總線條構(gòu)造，可能需要修改傳統(tǒng)的串接過(guò)程。對(duì)于邊緣總線條構(gòu)造，每個(gè)太陽(yáng)能電芯需要被旋轉(zhuǎn)90度，使用與電芯邊緣一樣寬并且在3和12mm之間的單個(gè)接片來(lái)連接兩個(gè)相鄰的太陽(yáng)能電芯。在一些實(shí)施例中，單個(gè)接片的長(zhǎng)度可以在3和5mm之間。
[0091]然后，多個(gè)太陽(yáng)能電芯可以被布局成陣列，并且前側(cè)蓋可以被施加到太陽(yáng)能電芯陣列上(操作808)。對(duì)于實(shí)現(xiàn)電芯水平的MPPT的太陽(yáng)能模塊，MPPT IC芯片被布置在適當(dāng)?shù)奈恢?，包括但不限?太陽(yáng)能電芯之間的角落間隔、以及相鄰太陽(yáng)能電芯之間的位置(操作810)。然后通過(guò)修改的接片處理把不同行的太陽(yáng)能電芯彼此連接(操作812)，然后，形成MPPT IC芯片和對(duì)應(yīng)的太陽(yáng)能電芯電極之間的電連接，以實(shí)現(xiàn)完全互連的太陽(yáng)能模塊(操作814)。更具體地說(shuō)，通過(guò)典型的半導(dǎo)體手段(包括但不限于:焊料凸點(diǎn)、倒裝、通過(guò)接觸封裝等)，太陽(yáng)能電芯的上電極被連接到IC的一個(gè)端子，下電極被連接到IC的另一個(gè)端子。接下來(lái)，后側(cè)蓋被施加(操作816)，整個(gè)太陽(yáng)能模塊組件可以進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)的層壓處理，在層壓處理能夠原位密封電芯和MPPT 1C，然后進(jìn)行加框和修剪(操作820)，以及附接到接線盒(操作
822) ο
[0092]給出上述各種實(shí)施例的描述僅用于說(shuō)明和描述目的。它們不是排他性或把本發(fā)明限制在所公開的形式。因此，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員，許多修改和變型是清楚的。另外，上述公開無(wú)意限制本發(fā)明。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種太陽(yáng)能t吳塊，包括: 前側(cè)蓋； 后側(cè)蓋；以及 位于所述前側(cè)蓋和所述后側(cè)蓋之間的多個(gè)太陽(yáng)能電芯，其中，每個(gè)太陽(yáng)能電芯包含: 多層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)； 位于所述多層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上的前側(cè)電極；以及 位于所述多層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)下的后側(cè)電極，其中所述前側(cè)電極和所述后側(cè)電極各自包括金屬網(wǎng)格，每個(gè)金屬網(wǎng)格包括多個(gè)指狀件線和耦接到所示多個(gè)指狀件線的單個(gè)總線條，該單個(gè)總線條被構(gòu)造成收集來(lái)自所述多個(gè)指狀件線的電流。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能模塊，其中所述單個(gè)總線條位于所述太陽(yáng)能電芯的對(duì)應(yīng)表面的中心。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的太陽(yáng)能模塊，其中兩個(gè)相鄰的太陽(yáng)能電芯被從太陽(yáng)能電芯的前表面到相鄰太陽(yáng)能電芯的后表面穿行的串接條帶串接到一起，所述串接條帶被焊接到所述前表面和所述后表面上的單個(gè)總線條，所述串接條帶的寬度大致等于所述單個(gè)總線條的寬度。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能模塊，其中太陽(yáng)能電芯的前表面和后表面的單個(gè)總線條位于相對(duì)的邊。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的太陽(yáng)能模塊，其中通過(guò)金屬接片把兩個(gè)相鄰的太陽(yáng)能電芯耦接到一起，所述金屬接片被焊接到位于太陽(yáng)能電芯的邊緣的第一單個(gè)總線條以及位于相鄰太陽(yáng)能電芯的相鄰邊緣的第二單個(gè)總線條，所述金屬接片的寬度大致等于所述第一和第二單個(gè)總線條的長(zhǎng)度。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的太陽(yáng)能模塊，其中所述第一單個(gè)總線條位于所述太陽(yáng)能電芯的前表面上，所述第二單個(gè)總線條位于相鄰的太陽(yáng)能電芯的后表面上。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的太陽(yáng)能模塊，其中所述第一單個(gè)總線條和所述第二單個(gè)總線條位于兩個(gè)太陽(yáng)能電芯的表面的相同側(cè)。8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的太陽(yáng)能模塊，其中通過(guò)金屬接片把多個(gè)太陽(yáng)能電芯耦接成串，多個(gè)串串聯(lián)或并聯(lián)地電耦接。9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的太陽(yáng)能模塊，其中所述金屬接片的長(zhǎng)度在3和12_之間。10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的太陽(yáng)能模塊，其中通過(guò)把兩個(gè)相鄰的太陽(yáng)能電芯的邊緣重疊而把該兩個(gè)相鄰的太陽(yáng)能電芯耦接到一起，該兩個(gè)相鄰的太陽(yáng)能電芯被重疊成使得第一太陽(yáng)能電芯的上邊緣總線條耦接到相鄰的第二太陽(yáng)能電芯的下邊緣總線條，從而便于兩個(gè)相鄰的太陽(yáng)能電芯之間的串聯(lián)。11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的太陽(yáng)能模塊，其中通過(guò)把邊緣重疊以形成串而耦接多個(gè)太陽(yáng)能電芯，多個(gè)串串聯(lián)或并聯(lián)地電耦接。12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能模塊，其中所述多層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括: 基層； 前側(cè)發(fā)射器或后側(cè)發(fā)射器；以及 前表面場(chǎng)層或后表面場(chǎng)層。13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的太陽(yáng)能模塊，其中所述多層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括位于所述基層兩側(cè)的量子隧穿勢(shì)皇QTB層。14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能模塊，其中所述金屬網(wǎng)格至少包括電鍍的銅層。15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能模塊，其中所述單個(gè)總線條的寬度在0.5和3mm之間。16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能模塊，還包括多個(gè)最大功率點(diǎn)跟蹤MPPT裝置，其中對(duì)應(yīng)的MPPT裝置耦接到單獨(dú)的太陽(yáng)能電芯，從而便于電芯水平的最大功率點(diǎn)跟蹤。17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能模塊，還包括多個(gè)最大功率點(diǎn)跟蹤MPPT裝置，其中對(duì)應(yīng)的MPPT裝置耦接到一串太陽(yáng)能電芯，從而便于串水平的最大功率點(diǎn)跟蹤。18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能模塊，其中所述前側(cè)蓋和所述后側(cè)蓋是透明的，以便所述太陽(yáng)能模塊的雙面構(gòu)造。19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能模塊，其中所述多個(gè)太陽(yáng)能電芯至少包括以下之一: .5英寸太陽(yáng)能電芯； .6英寸太陽(yáng)能電芯；以及 .5英寸或6英寸太陽(yáng)能電芯的1/8、1/6、1/4、1/3或1/2。20.—種太陽(yáng)能電芯耦接系統(tǒng)，包括 第一太陽(yáng)能電芯和第二太陽(yáng)能電芯，其中每個(gè)太陽(yáng)能電芯包括前側(cè)電極和后側(cè)電極，每個(gè)電極包括多個(gè)指狀件線和耦接到所述多個(gè)指狀件線的單個(gè)總線條，所述總線條位于對(duì)應(yīng)的太陽(yáng)能電芯的邊緣；以及 金屬接片，把所述第一太陽(yáng)能電芯的前側(cè)電極耦接到所述第二太陽(yáng)能電芯的后側(cè)電極。21.—種太陽(yáng)能電芯耦接系統(tǒng)，包括: 第一太陽(yáng)能電芯和第二太陽(yáng)能電芯，其中每個(gè)太陽(yáng)能電芯包括前側(cè)電極和后側(cè)電極，每個(gè)電極包括多個(gè)指狀件線和耦接到所述多個(gè)指狀件線的單個(gè)總線條，所述總線條位于對(duì)應(yīng)的太陽(yáng)能電芯的邊緣； 其中所述第一太陽(yáng)能電芯的邊緣與第二太陽(yáng)能電芯的邊緣重疊，使得所述第一太陽(yáng)能電芯的前側(cè)電極的總線條耦接到所述第二太陽(yáng)能電芯的后側(cè)電極的總線條。22.—種太陽(yáng)能模塊裝置，包括: 前側(cè)蓋裝置，用于保護(hù)所述太陽(yáng)能模塊裝置； 后側(cè)蓋裝置，用于保護(hù)所述太陽(yáng)能模塊裝置；以及 太陽(yáng)能電芯裝置，包括: 多層半導(dǎo)體裝置，用于產(chǎn)生電力； 前側(cè)電極裝置，用于傳導(dǎo)電流； 后側(cè)電極裝置，用于傳導(dǎo)電流； 金屬網(wǎng)格裝置，用于收集電流，所述金屬網(wǎng)格裝置包括多個(gè)指狀件線裝置； 單個(gè)總線條裝置，用于收集來(lái)自所述指狀件線裝置的電流。23.—種太陽(yáng)能電芯耦接裝置，包括 第一太陽(yáng)能電芯裝置和第二太陽(yáng)能電芯裝置，其中每個(gè)太陽(yáng)能電芯裝置包括用于傳導(dǎo)電流的前側(cè)電極裝置和后側(cè)電極裝置，每個(gè)電極裝置包括多個(gè)指狀件線裝置和單個(gè)總線條裝置，該單個(gè)總線條裝置耦接到所述多個(gè)指狀件線裝置并且位于對(duì)應(yīng)的太陽(yáng)能電芯裝置的邊緣；以及 金屬接片裝置，用于把所述第一太陽(yáng)能電芯裝置的前側(cè)電極裝置耦接到所述第二太陽(yáng)能電芯裝置的后側(cè)電極裝置。24.—種太陽(yáng)能電芯耦接裝置，包括: 第一太陽(yáng)能電芯裝置和第二太陽(yáng)能電芯裝置，其中每個(gè)太陽(yáng)能電芯裝置包括前側(cè)電極裝置和后側(cè)電極裝置，每個(gè)電極裝置包括多個(gè)指狀件線裝置和單個(gè)總線條裝置，所述單個(gè)總線條裝置耦接到所述指狀件線裝置并且位于對(duì)應(yīng)的太陽(yáng)能電芯裝置的邊緣;以及 其中所述第一太陽(yáng)能電芯的前側(cè)電極裝置的總線條裝置被耦接到所述第二太陽(yáng)能電芯裝置的后側(cè)電極裝置的總線條裝置。
【文檔編號(hào)】H01L31/0747GK105874609SQ201580003510
【公開日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2015年1月9日
【發(fā)明人】王君俊, 傅建明, 徐征, 楊振凱
【申請(qǐng)人】光城公司