太陽能電池陣列的制作方法

本發明涉及太陽能電池陣列。

背景技術：

本發明屬于所謂的雙面太陽能電池領域。雙面太陽能電池是正面和背面均能用于產生電力的太陽能電池。這種太陽能電池在太陽能電池背面被散射光照明并因此從散射光產生電力時是優選采用的。

PERC(鈍化發射極背面電池)涉及可達到明顯更高效率的創新的太陽能電池技術。在PERC太陽能電池中，半導體主體在半導體主體的背面上包括結構化鈍化層，結構化鈍化層被提供來減少太陽能電池的背面觸頭上的重組損失。與此相關的連接面結構被設置在鈍化層上并通過存在于鈍化層中的連接面開口局部接觸半導體主體的背面表面。

本發明涉及具有這種雙面PERC太陽能電池分布(例如，DE 20 2015 101 360 U1中所描述的)的太陽能電池陣列。

背面連接面結構通過所謂的電池連接件與對應的焊接連接面接觸。因此，背面連接面可優選地被配置為鋁連接面，鋁連接面常常被用作絲網印刷工藝中的鋁糊(Aluminum-paste)。但問題是，由于鋁糊不應包括任何研磨玻璃料以便背面鈍化不受損，所以這種鋁糊具有對PERC太陽能電池的背面鈍化的低粘度。這種低粘度的鋁糊例如在電池連接件的所謂的條帶撕下測試(Ribbon pull-off test)中變得值得注意，其中，在帶狀電池連接件的撕下測試過程中，集電軌區域中的鋁糊有時也被無意地移除。因此，集電軌到電池連接件的鋁糊的粘度大于到鈍化層的粘度。在太陽能電池的實際運行中，這可導致在機械負 載(比如溫度波動或雪和風負載)的情況下，裂縫形成發生在集電軌或周圍觸指的鋁連接面中，因為電池連接件和太陽能電池或鋁連接面具有不同的膨脹系數。觸指中的裂縫通常平行于集電軌發展。

但在單面PERC太陽能電池中，在這樣的情況下，到焊接連接面并繼而到電池連接件的功率輸送仍被確保，因為背面鋁連接面被全部配置并因此電流仍可自由地橫向流動，這在雙面PERC太陽能電池中不再真正可用。雙面PERC太陽能電池中總存在以下風險：在電池連接件撕開的情況下，與其連接的集電軌和與其連接的觸指中的一些亦被撕開。但太陽能電池的某些區域可因此不再被電連接，從而不能(特別是連續地)再對功率輸送作出貢獻。

這是必須避免的情況。

技術實現要素：

鑒于上述，本發明的目的是提供改進的雙面PERC太陽能電池陣列。

根據本發明，該目的通過具有權利要求1和4的特征的太陽能電池陣列實現。

據此，提供了：

·一種由半導體主體中所提供的、通過電池連接件電氣互連的多個雙面PERC太陽能電池組成的太陽能電池陣列，其中結構化鈍化層被施加在所述半導體主體的背面表面上，所述半導體主體的背面表面上提供有接觸所述半導體主體的集電軌和觸指，其中各電池連接件至少部分地沿至少一個集電軌的縱向方向延伸且通過焊接接頭使所述至少一個集電軌電接觸至少一個焊接連接面，其中所述集電軌的橫向寬度至少部分地大于覆蓋該集電軌的電池連接件的橫向寬度。

·一種由半導體主體中所提供的、通過電池連接件電氣互連的多個雙面PERC太陽能電池組成的太陽能電池陣列，其中結構化鈍化 層被施加在所述半導體主體的背面表面上，所述半導體主體的背面表面上提供有接觸所述半導體主體的集電軌、冗余指和觸指，其中各冗余指電氣互連太陽能電池的多個觸指，優選地電氣互連太陽能電池的所有觸指，且被配置用于在所述太陽能電池的運行過程中在所述集電軌之外或作為對所述集電軌的補充而將電流傳導給焊接連接面，其中各電池連接件至少部分地沿至少一個集電軌的縱向方向延伸且通過焊接接頭使所述至少一個集電軌電接觸至少一個焊接連接面，其中所述集電軌的橫向寬度至少部分地小于覆蓋該集電軌的電池連接件的橫向寬度。

本發明的構思是配置雙面PERC太陽能電池陣列的集電軌使得在撕開電池連接件和與此相關聯的對應的在底下的集電軌的情況下，太陽能電池陣列的功能被幾乎完全保留，以便維持焊接連接面中的觸指的可靠的功率輸送。

根據本發明的第一方面，這通過以下來實現：集電軌在中部被配置為比電池連接件寬。在該語境中，在中部是指甚至在撕開后也可存在某些區段，在這些區段中，電池連接件比其底下的集電軌寬，但總的來說，集電軌比對應的電池連接件寬的區段占主導地位。在撕開電池連接件的情況下，在這種情況下，由于集電軌的中部的較大寬度，該集電軌的一部分會總是保持功率輸送并因此也能夠對功率輸送作出貢獻。事實上，背面集電軌的較大寬度略微降低了雙面太陽能電池的效率，但由此獲得的增強的可靠性使之被考慮。

根據本發明的第二方面，這通過以下來實現：集電軌被配置為比電池連接件窄且額外的冗余指被差不多平行于集電軌而設置。在撕開電池連接件的情況下，例如，若干觸指會與集電軌分開，但電流能經由這些冗余線被傳導給焊接連接面。因此，背面集電軌就其區域的效率被優化，同時保持較高可靠性。

有利的配置和改進從進一步的從屬權利要求以及從參考附圖展開的描述獲取。

在優選配置中，集電軌在其整個長度上比電池連接件寬，從而不僅僅是部分地比電池連接件寬。因此，集電軌特別是甚至在焊接連接面之外的區域中比電池連接件寬。

在優選配置中，為每個太陽能電池提供至少一個冗余指。冗余指有時也被稱為冗余線或冗余收集軌，冗余指表示導電接觸結構，其電氣互連太陽能電池的若干觸指，優選地電氣互連太陽能電池的所有觸指，并且其亦被配置來在該太陽能電池的運行過程中在集電軌之外或作為對集電軌的補充而將電流傳導給焊接連接面。因此，這種冗余指類似形成冗余集電軌，然而卻沒有象集電軌那樣通過焊接連接面電接觸以及通過這些焊接連接面被直接連接到電池連接件。這些冗余指額外地提高了太陽能電池陣列的可靠性。

在優選配置中，集電軌在至少焊接連接面的區域中是向外延展的。特別地，有利的是，集電軌的橫向寬度沿其縱向方向向這種向外延展的焊接連接面不斷增加。這考慮到了焊接連接面的區域中的較高的電流密度。此外，該措施因焊接連接面之外的較窄的集電軌而降低了那里的陰影損失以及那里用于集電軌的材料消耗。

在優選配置中，集電軌沿其整個縱向方向是等寬的，因此在焊接連接面的區域中亦是等寬的。

在優選配置中，冗余指至少部分地沿其中的集電軌的縱向方向被設置。優選地，冗余指被完全平行于集電軌而設置并因此不直接接觸對應的集電軌，而只通過觸指間接接觸。

在優選配置中，為每個太陽能電池提供若干冗余指，該若干冗余指彼此大體上平行地延伸。因此，可靠性被額外增強且功率損失被減少。此外，通過這種方式，冗余指和集電軌區域的效率可被優化，同時保持較高可靠性。

在優選配置中，冗余指包括至少一個互連區段，通過該至少一個互連區段，冗余指被電連接到集電軌。

優選地，焊接連接面的區域中的該冗余指被電連接到集電軌。不過在一或多個觸指故障或撕開的情況下，通過這種直接接觸，仍能確保由這些觸指所收集的電流通過冗余指貢獻于功率產生。優選地，互連的區域中的冗余指徑向地(即直接地)通向其集電軌或焊接連接面。特別優選的是，冗余指在互連的區域中相對于其中的集電軌或焊接連接面呈拱形地(即彎曲地)被引導。通過這種方式，冗余指可包括大量觸指。

在優選配置中，至少一個冗余指被提供，其被設置在各太陽能電池的集電軌和電池邊界之間。在這種情況中，觸指到集電軌的連接的故障或撕開會是最嚴重的，因為電流可由此通過另一毗鄰的集電軌被收集。通過冗余指，這可被有效防止。

在優選配置中，集電軌沿其縱向方向包括若干焊接連接面，用于電接觸電池連接件。因此，沿集電軌的電流密度被均勻劃分且功率損失被減少。

在優選配置中，至少一個集電軌被至少部分地省略和/或在兩個焊接連接面之間被中斷。另外，冗余指因此被配置并設置以便至少部分地、特別是全部地接管到焊接連接面的電流輸送。

由鋁組成的集電軌可被特別便宜地生產，例如通過鋁糊。但是，鋁對鈍化具有低粘度。現在，本發明特別有效地抵消了這些低粘度特征。因此，本發明在由鋁或含鋁合金組成的集電軌方面是特別有益的。

在優選配置中，焊接連接面包括可焊接金屬。優選地，可焊接金屬是銀或包含銀的合金。

有利的是，集電軌和/或冗余指和/或觸指至少部分地、特別是全部地通過絲網印刷工藝和/或擠壓印刷工藝和/或噴墨工藝和/或電鍍工藝被施加在太陽能電池上。這些工藝的使用已證明特別高效且便宜。

在優選配置中，至少一個冗余指包括朝著焊接連接面漸增的寬度。

只要合適，上述配置和改進可彼此隨機組合。本發明進一步的可行的配置、改進和實現還包括前面未明確提及的或下面參考示例性實施方式的特征描述的組合。特別地，本領域技術人員亦可由此增加單獨的方面作為對本發明的各基本形式的改進或附加。

附圖說明

下面借助附圖的示意圖中所列的示例性實施方式更詳細地闡釋本發明。因此，這些示出了：

圖1示出了根據本發明的雙面PERC太陽能電池陣列的剖視圖；

圖2根據第一一般示例性實施方式部分示出了根據本發明的PERC太陽能電池的背面的頂視圖；

圖3-9根據進一步的示例性實施方式部分示出了根據本發明的PERC太陽能電池的背面的頂視圖。

附圖應當給出對本發明的實施方式的廣泛理解。它們示出實施方式并與對原理闡釋和本發明構思的描述結合使用。其他實施方式和所提及的優點中的許多可鑒于附圖獲得。附圖的元件相對于彼此不是必需按比例示出。

在附圖中，相同、功能上相同以及類似的工作元件、特征和部件分別被提供相同的附圖標記，除非另有說明。

具體實施方式

圖1首先示出了根據本發明的雙面PERC太陽能電池陣列的剖視圖。

例如由單晶硅組成的半導體主體以附圖標記10表示。p摻雜半導體主體10包括正面11和背面12。

n摻雜的正面發射極13被引入在半導體主體10的正面11上，非晶氮化硅層14作為抗反射涂層被施加在正面發射極13上。此外，正面連接裝置15被提供在正面11上。正面連接裝置15包括多個集電軌、電池連接件和觸指，不作更詳細闡述。正面連接裝置15通過氮化硅層14中的開口16被連接到正面發射極13。為了極好的電連接，正面發射極13在開口16下面的區域中包括高度摻雜的n型連接17。

廣延的鈍化層18被施加在半導體主體10上的背面12上。該鈍化層18被提供來減少太陽能電池的背面連接上的重組損失。與此相關的鋁連接結構19被施加在鈍化層18上并局部接觸半導體主體的背面表面12a，其中鋁連接結構19向上延伸穿過存在于鈍化層18中的連接面開口20至表面12a。該鋁連接結構19包括多個集電軌、電池連接件、觸指等，此處不作更詳細闡述，其確切布置在下面借助圖2至8作更詳細闡釋。為了極好的電連接，連接面開口20下面的區域具有局部擴散、高度摻雜的p型連接(未示出)。

為了清楚起見，發射極結構等的確切構造在圖1中沒有更詳細的描繪，因為它們不是描述本發明的核心構思。

圖2根據第一一般示例性實施方式部分示出了根據本發明的PERC太陽能電池陣列的PERC太陽能電池的背面的頂視圖。PERC太陽能電池陣列以附圖標記21表示。

鋁連接結構被提供在半導體主體的背面上，以本身已知的方式包括集電軌30和觸指31。

在所示實施例中，觸指31被大體上彼此平行地設置并形成與半導體主體的背面表面的直接金屬-半導體接觸。這些觸指31被用來吸收因入射光的光伏效應而在半導體主體中產生的載流子。

觸指31中的每一個被電連接到至少一個集電軌30。集電軌30往往也被稱為匯流條且通常也被彼此平行地設置，這些集電軌30在所示實施例中與半導體主體的背面表面接觸。但也可以使鈍化層在集電軌下面開口，使得集電軌通過金屬-半導體接觸被直接連接到半導體主體的背面表面并因此同樣被用于從半導體主體吸收載流子。集電軌30吸收通過不同觸指31吸收的電荷流。因此，集電軌30和觸指31被用來收集并結合半導體主體10中產生的載流子。

為了傳導所收集載流子，也為了實現不同太陽能電池的互連，所謂的電池連接件32被提供，電池連接件32往往被稱為串聯連接件。電池連接件32通常不是實際的太陽能電池的部件，但卻是太陽能模塊的部件，這些電池連接件32至少部分地被設置在集電軌30上并牢固地結合到這些集電軌30。例如，為了牢固結合，這些電池連接件32可被焊接、粘結或壓合在各自的集電軌30上。

集電軌30包括至少一個焊接連接面33以提供限定的電連接。因此，焊接連接面33上的電池連接件32通過焊接接頭34被電連接到各自的集電軌30。

在所示實施例中，電池連接件32沿著與集電軌30相同的縱向方向X且在集電軌30的正上方被設置。另一方面，在所示實施例中，觸指31沿著方向Y相對于集電軌30被正交定向。

每個觸指31具有寬度B1和相對于毗鄰觸指16的距離A1。根據本發明，在所示實施例中，集電軌30沿著整個縱向方向X的寬度B2大于設置在其上的電池連接件32的寬度B3。

諸如鋁、鎳等比較便宜的材料，或者諸如銀等比較高導電性的材料可被用作用于觸指31和集電軌30的材料。優選地，諸如銀或合適的銀合金等良好的可焊接材料被用作焊接接頭34。

觸指31和集電軌30通常通過絲網印刷工藝中所施加的帶狀導電膠(例如，鋁導電膠)和這種被施加的導電膠的燒結來制造。替代 地，擠出工藝亦可被使用。電池連接件32通常通過在集電軌30上的焊接接頭34的區域中的選擇性焊接被施加。

圖3和4根據另外兩種示例性實施方式示出了根據本發明的PERC太陽能電池的背面的局部頂視圖。相較圖2中的示例性實施方式，這里的集電軌30在焊接連接面33的區域中是向外延展的(flared)。在這種向外延展的區域30a中，集電軌30具有大于焊接連接面33之外的其余區域30b中的寬度的寬度B2a。

在圖3的實施例中，從區域30b到向外延展的區域30a的過渡是呈臺階狀的。

另一方面，在圖4的實施例中，從區域30b直到向外延展的區域30a存在集電軌30的連續變寬，但焊接連接面33的區域中的寬度B2a卻保持不變。

圖5根據另一示例性實施方式示出了根據本發明的PERC太陽能電池的背面的局部頂視圖。這里，兩條平行延伸的集電軌30被示出，它們通過與其正交延伸的觸指31而接觸。相較圖3中的示例性實施方式，這里分別提供了完全平行于集電軌30延伸的冗余指35，因此冗余指35同樣穿越觸指31并通過這些觸指31被間接連接到集電軌30。在太陽能電池的運行過程中，這些冗余指35被配置用于在集電軌之外或者作為對集電軌的補充，將電流傳導給焊接連接面33。

B4表示冗余指35的寬度。冗余指35可具有不變的寬度甚或是可變的寬度，例如朝著焊接連接面33漸增的寬度B4(這里未示出)。

圖6和7根據另外兩種示例性實施方式示出了根據本發明的PERC太陽能電池的背面的局部頂視圖。相較圖5中的示例性實施方式，這里，冗余指35不是完全平行于集電軌30。相反，在這里，冗余指35具有區段35a，通過區段35a，冗余指35被直接連接到各自的集電軌30(且因此特別是在焊接連接面33的區域中被連接)。

在圖6的實施例中，各冗余指35在區段35a直接通向焊接連接面33。

在圖7所示的實施例中，各冗余指35在區段35a呈拱形地(因此彎曲地)通到焊接連接面33上。

圖8根據另一示例性實施方式示出了PERC太陽能電池的背面的局部頂視圖。相較圖2中的示例性實施方式，這里，集電軌30的寬度B2小于電池連接件32的寬度B3，為了清楚起見，這里以虛線表示電池連接件32。在圖8的示例性實施方式中，平行延伸的冗余指35接管集電軌30的集電功能的一部分。

另一示例性實施方式(這里未示出)提出，集電軌35被全部中斷或者至少省略。集電功能主要甚或全部由冗余指35接管。

圖9根據另一示例性實施方式示出了根據本發明的PERC太陽能電池的背面的局部頂視圖。相較圖2至8的前述示例性實施方式，這里，常規意義上的集電軌被全部免除(或者例如只部分免除)。集電功能主要甚或全部由冗余指35接管，使得在電池連接件32下面不用提供集電軌30或者可只提供部分可用的集電軌30。

雖然上面借助優選的示例性實施方式全面描述了本發明，但它們并不受限于這些，而是可用許多方式進行修改。

在所示實施例中，不同的觸指以及不同的集電軌和/或冗余指彼此平行地延伸，但這不是絕對必要的。此外，在所示實施例中，集電軌被設置為與各自的觸指垂直，這也不是絕對必要的。

特別地，本發明亦不受限于所提及的材料，雖然它們有時是有利的，比如鋁的使用。

同樣地，本發明亦不受限于p或n導電半導體材料或者p或n型太陽能電池的使用。不言而喻，通過恰當的變化，其他導電類型或摻雜濃度亦可被使用。

所示制造工藝也僅用于闡釋制造過程中的優點，但本發明并不受限于這些。

在本發明的語境中，上面和下面意味著離開半導體主體的各表面或者朝向半導體主體的各表面。寬度和距離數據指各自的頂視圖的投影。

附圖標記

10 半導體主體

11 正面

11a 正面表面

12 背面

12a 背面表面

13 背面發射極

14 氮化硅層，抗反射涂層

15 背面連接裝置

16 開口

17 連接

18 鈍化層

19 (鋁)連接結構

20 連接面開口

21 具有雙面PERC太陽能電池的太陽能電池陣列

30 集電軌，匯流條

30a 集電軌的向外延展的區域

30b 集電軌的區域

31 觸指

32 電池連接件，串聯連接件

33 焊接連接面

34 焊接接頭

35 冗余指

35a 冗余指的區段

X 縱向方向

Y 方向(與縱向方向正交)

A1 毗鄰觸指的距離

B1 觸指的寬度

B2 集電軌的寬度

B2a 集電軌的向外延展的寬度

B3 電池連接件的寬度

B4 冗余指的寬度