CN105428446A - 光伏模块 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种光伏模块，其具有已接受并电连接多个背接触式光伏电池的多个互连的聚合物承窝，所述多个背接触式光伏电池各自具有至少一组线性布置的背面发射极触点和至少一组线性布置的背面集电极触点。本发明也提供了用于制造此类光伏模块的工艺。

Description

光伏模块
技术领域
本发明涉及一种光伏模块，其包括多个链接的聚合物承窝，每个聚合物承窝均已接受并电连接背接触式光伏电池。本发明也涉及用于制造此类光伏模块的工艺。
背景技术
光伏电池，有时也称为太阳能电池或光敏电池，可将光(例如太阳光)转化为电能。
在实践中，将多个光伏电池串联或并联电连接在一起以形成光伏电池阵列，所述光伏电池阵列能够结合到光伏模块中。为了将由各个光敏电池传送的电压增大至合适的水平，常规上将这些电池串联连接起来。可通过如下方法来实现模块的电池之间的串联连接：将一个光伏电池的发射极触点连接至下一个(相邻)电池的集电极触点，通常通过将电导体诸如导线、条带或带焊接至相邻电池的触点来连接。
在大多数如今的光伏模块中，将光转化为电能的光伏电池为如下电池，其中发射极触点和集电极触点位于电池的相对侧上。发射极触点(常常呈H型图案的形状)位于前表面即暴露于太阳光的表面上，而集电极触点位于后侧上。图1A示出了H型光伏电池E的正面，其具有两个发射极触点(D1，D2)，也称为发射极汇流条。图1B示出了H型光伏电池E的背面，其具有两个集电极触点(F1，F1)，也称为集电极汇流条。技术人员将会认识到，发射极触点和集电极触点具有相反的极性。
连接两个电池的电导体被焊接至发射极触点和集电极触点，使得一个光伏电池的前发射极触点连接到一个或多个相邻光伏电池的后集电极触点。在工业规模上，通过自动化焊接设备(所谓的“串焊机”)将电导体施加于电池触点。
然而，电导体覆盖了电池的可用光伏表面的一部分，这继而减少了电池所能够产生的电能的量。
已经开发出了新的电池类型，其中发射极触点已被从光伏电池的正面移动至背面以便释放前表面的附加部分因而增大电池所能够产生的电能的量。此类光伏电池(其中发射极触点和集电极触点均位于电池的后侧上)通常称作“背接触式(BC)电池”，该名称涵盖了发射极穿孔卷绕式(EWT)电池、金属穿孔卷绕式(MWT)电池、背结式(BJ)电池、和叉指背接触式(IBC)电池。
从具有前发射极触点的传统H型电池转向具有后发射极触点的背接触式电池需要改变光伏模块自身的结构，例如完全重新设计电池之间的电连接。同时，光伏模块中的这些结构上的改变也需要重新设计制造设备以及改变模块的制造方法。
WO2006/123938描述了一种通过串焊来接触BC电池的方法。然而，该发明的方法需要使用大量的绝缘材料，这在经济上是令人失望的。此外，施加显著量的绝缘材料以及电池后侧上的电导体产生的局部不均匀性还将在模块制备的层合步骤期间使电池翘曲。所述翘曲在电池中引起机械应变，这导致效率降低，并且也导致裂缝的形成。
上述电池技术的改变使得期望使用背接触式电池的模块制造商不可避免地要购买新的制造设备，这为在光伏模块中采用背接触式电池带来了相当大的经济障碍。因此期望提供一种如下方法，其允许制造组装了背接触式电池的光伏模块，但无需整体地替换或显著地改变现有串焊机制造设备，因此使得所述改变在经济上更为可行。
发明内容
本发明提供了一种光伏模块，其包括前片、前包封层、各自具有正面和背面的多个背接触式光伏电池，每个背接触式光伏电池在其背面上均具有至少一组线性布置的背面发射极触点和至少一组线性布置的背面集电极触点。背接触式光伏电池中的每一个均附着到前包封层。多个链接的聚合物承窝被布置成一行或多行。每个聚合物承窝均已接受并电连接背接触式光伏电池之一。后片附着成盖住所述多个链接的聚合物承窝。
每个聚合物承窝均包括平面电绝缘聚合物基板。聚合物基板在基板的相对侧上具有正面和背面。正面位于基板的如下侧上，在所述侧上背接触式光伏电池被聚合物承窝接受。聚合物基板具有基本上对应于被承窝接受的背接触式光伏电池的形状、长度和宽度的形状、长度和宽度。聚合物承窝具有多列线性布置的穿孔，所述穿孔重合于并对齐成盖住被聚合物承窝接受的背接触式光伏电池的至少一组线性布置的背面发射极触点和至少一组线性布置的背面集电极触点。
多个电导体定位在聚合物基板的背面上。导体中的每一个均共线于聚合物基板中的一列穿孔并重合于被承窝接受并电连接的背接触式光伏电池的该组线性布置的背面发射极触点或该组线性布置的背面集电极触点。电导体各自连接至被承窝接受并电连接的背接触式光伏电池的该组发射极触点或该组集电极触点。承窝被布置成行，并且连接至被承窝接受的背接触式光伏电池的发射极触点的每个聚合物承窝的电导体电连接至承窝行中相邻承窝的电导体，相邻承窝的所述电导体连接至被相邻承窝接受的背接触式光伏电池的集电极触点。
附图说明
图1A示出了H型光伏电池的正面。
图1B示出了H型光伏电池的背面。
图2示出了MWT背接触式光伏电池的正面。
图3示出了MWT背接触式光伏电池的背面。
图4示出了IBC背接触式光伏电池的背面。
图5示出了根据一个实施例的多个背接触式光伏电池和多个聚合物承窝的分解图，它们为电互连的以形成互连的聚合物承窝和光伏电池的链接。
图6示出了背接触式光伏电池的背面上的电绝缘聚合物承窝基板的一个区段的横截面侧视图。
图7示出了根据另一个实施例的多个背接触式光伏电池和多个聚合物承窝的分解图，它们为电互连的以形成互连的聚合物承窝和光伏电池的链接。
具体实施方式
出于本公开的目的，术语“背面”或“后部”代表光伏模块中的光伏电池或光伏模块中的任何其它平面元件诸如具体地本发明的光伏模块的聚合物承窝的表面，其背离入射光，即其面朝光伏模块的后片。
出于本公开的目的，术语“正面”或“前部”代表光伏模块中的光伏电池或光伏模块中的任何其它平面元件诸如具体地本发明的光伏模块的聚合物承窝的表面，其面朝入射光，即其背离后片并面朝光伏模块的前片。
出于本公开的目的，术语“光”是指能够被光伏电池转化为电能的任何类型的电磁辐射。
出于本公开的目的，术语“光敏”和“光伏”可互换使用并且是指将辐射能(例如，光)转化为电能的属性。
出于本公开的目的，术语“光伏电池”或“光敏电池”是指能够将电磁辐射(例如，光)转化为电信号的电子装置。光伏电池包括能够吸收辐射并将其转化为电能的光敏材料层，所述光敏材料层可为有机半导体材料或无机半导体材料。本文所用术语“光伏电池”或“光敏电池”包括带有任何类型光敏层的太阳能电池，所述光敏层包括结晶硅、非晶硅、碲化镉、和铜铟镓硒(CIGS)光敏层。
出于本公开的目的，术语“背接触式电池”是指如下光伏电池，其中发射极触点和集电极触点均位于电池的后侧上，并且包括金属穿孔卷绕式(MWT)电池、背结式(BJ)电池、叉指背接触式(IBC)电池和发射极穿孔卷绕式(EWT)电池。
出于本公开的目的，术语“光伏模块”(也简称为“模块”)是指具有至少一个光伏电池的任何电子装置。
出于本公开的目的，术语“包封层”是指如下材料层，其被设计成保护光敏电池以免发生由化学因素和/或机械应力引起的劣化。
出于本公开的目的，术语“前包封层”是指位于光敏电池的正面和所述模块的前片之间的包封层。
出于本公开的目的，术语“后包封层”是指位于光敏电池的背面和所述模块的后片之间的包封层。
出于本公开的目的，术语“离聚物”是指并代表可衍生自乙烯共聚物的包含共价键和离子键的热塑性树脂。可通过由乙烯-甲基丙烯酸共聚物或乙烯-丙烯酸共聚物与无机碱发生部分中和来获得离聚物，其中所述无机碱具有元素周期表中I族、II族或III族的元素的阳离子，值得注意的是可使用钠，铝，锂，镁、和钡，或过渡金属诸如锌。术语“离聚物”和由其确定的树脂在本领域中为人们所熟知，这一点由RichardW.Rees,“IonicBondingInThermoplasticResins”,DuPontInnovation,1971，2(2)，1-4页；和RichardW.Rees,“PhysicalPropertiesAndStructuralFeaturesOfSurlynIonomerResins”,Polyelectrolytes,1976，C，177-197所证明。
出于本公开的目的，术语“发射极触点”是指并代表将光伏电池的发射极连接至电导体的电触点。就MWT背接触式光伏电池而言，发射极触点为位于电池背面上的所谓的通路触点。就IBC背接触式电池而言，发射极触点为连接IBC电池的发射极区域的金属触点。
出于本公开的目的，术语“集电极触点”是指并代表将光伏电池的集电极连接至电导体的电触点。就背接触式MWT电池而言，集电极触点成排地位于电池背面上。就IBC背接触式电池而言，集电极触点为连接IBC电池的集电极区域的金属触点。
出于本公开的目的，术语“链接”是指两个或更多个元件的非支链行状组合件。
出于本公开的目的，术语“共线”是指当沿垂直于由如本文所述的聚合物承窝的聚合物基板限定的平面的方向观察时的共线关系。
本发明提供了一种光伏模块，其包括前片；前包封层；多个背接触式光伏电池；多个链接的聚合物承窝，每个聚合物承窝均已接受并电连接背接触式光伏电池；任选的后包封层；和后片。光伏模块的每个背接触式光伏电池均被独立承窝接受。每个背接触式光伏电池在背接触式电池的背面上均具有至少一组背面发射极触点和至少一组背面集电极触点。背面发射极触点在一个优选的实施例中为线性布置的，并且背面集电极触点在一个优选的实施例中为线性布置的。每个聚合物承窝均包括平面电绝缘聚合物基板，所述基板具有多列穿孔，所述穿孔重合于并对齐成盖住被接受在承窝正面上的背接触式太阳能电池的线性布置的背面发射极触点和线性布置的背面集电极触点。多个电导体定位在每个聚合物承窝的背面上。电导体共线于承窝的平面基板中的所述多列穿孔。电导体中的每一个穿过聚合物基板中的穿孔连接至多个发射极触点或多个集电极触点。在一个实施例中，电导体附着到平面聚合物承窝基板的背面。在另一个实施例中，电导体仅仅由它们与被接受在承窝中的背接触式太阳能电池的背面上的发射极触点或集电极触点的连接保持在适当位置。除了每串电连接的电池中的第一个和最后一个光伏电池之外，连接至太阳能电池的后部上的一种极性的电池触点的每个承窝的背面上的电导体电连接至相邻承窝上的一个或多个导体，所述导体电连接至被相邻承窝接受的相邻光伏电池上的相反极性的背接触式电池。在某些优选的实施例诸如某些包括MWT电池的模块中，被相邻聚合物承窝接受并电连接的背接触式光伏电池可相对于彼此旋转180°。
出于本公开的目的，术语“线性布置的触点”是指被布置成排的多个相同类型的触点(集电极或发射极)。
用于接受并电连接背接触式光伏电池的聚合物承窝具有与被承窝接受的背接触式电池基本上类似的高度和宽度。使承窝的尺寸与要被承窝接受的太阳能电池相同使得有可能使用现有的光伏电池串焊机设备来互连承窝。每个聚合物承窝的平面电绝缘聚合物基板的形状和尺寸均对应于或略微延伸超越被聚合物承窝接受并电连接的背接触式光伏电池的长度和宽度。优选地，每个承窝基板长于或宽于被承窝接受的对应的背接触式电池不超过10mm，还更优选地长于和宽于被承窝接受的对应的背接触式电池不超过5mm。每个承窝的平面电绝缘聚合物基板的长度和宽度可延伸超越要被聚合物承窝接受并电连接的背接触式光伏电池的边缘0.5mm至5mm。在一个优选的实施例中，每个承窝的聚合物基板的边缘均延伸超越被每个承窝接受的光伏电池的边缘不超过2mm。在另一个实施例中，每个承窝的每个聚合物基板的长度和宽度均与被承窝接受的光伏电池的长度和宽度基本上相同。承窝的聚合物基板的厚度可为40μm至500μm，更优选地50μm至200μm。已发现使用具有与所述模块的光伏电池基本上相同或类似高度和宽度的承窝具有如下优点：承窝与现有的光伏模块制造设备整合良好，并且使得有可能易于将承窝正面定位在对应的背接触式光伏电池的背面上，其中承窝的穿孔取向并对齐成盖住光伏电池的背面上的触点。
聚合物承窝的平面电绝缘聚合物基板可包括PVF、PET、层合物诸如TPE(PVF/PET/EVA)层合物、TE(PVF/EVA)层合物、聚碳酸酯、丙烯酸酯聚合物诸如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)材料、或更柔性的材料，诸如含氟聚合物，例如聚氟乙烯(PVF)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、乙烯四氟乙烯(ETFE)聚合物、全氟烷氧基乙烯基聚合物(PFA)、四氟乙烯(TFE)和六氟丙烯(HFP)的FEP(氟化乙烯丙烯)共聚物、或它们的组合。一种优选的用于承窝基板的聚合物为表现出弹性体热塑性聚合物行为的材料。平面聚合物承窝基板可包括弹性体热塑性聚合物或由弹性体热塑性聚合物组成。合适的弹性体热塑性聚合物可选自具有超过在光伏模块制造工艺的层合工艺步骤中施加的温度的熔融温度的聚合物。弹性体热塑性聚合物可选自例如苯乙烯嵌段共聚物、聚烯烃共混物、弹性体合金诸如工程热塑性硫化橡胶(ETPV)、离聚物、热塑性聚氨酯、热塑性共聚酯和热塑性聚酰胺。优选地，平面电绝缘聚合物基板包含苯乙烯嵌段共聚物，诸如苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SIS)、苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS)和苯乙烯-乙烯/丙烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEPS)或热塑性共聚酯诸如聚酯-聚醚共聚物。
聚合物承窝的平面电绝缘聚合物基板可通过如下方法来获得：例如，将聚合物(例如弹性体热塑性聚合物)注塑成所期望的形状；从聚合物片(例如弹性体热塑性聚合物)切出所期望的形状；或将不同的聚合物层(例如弹性体热塑性聚合物)层合在一起。
聚合物承窝的平面电绝缘聚合物基板包括穿孔，所述穿孔重合于被包括基板的聚合物承窝接受并电连接的背接触式光伏电池的背面发射极触点和背面集电极触点。穿孔优选地具有与被承窝接受的背接触式光伏电池上的触点类似的尺寸和形状。优选地，穿孔的直径介于1mm和7mm之间且为圆形或矩形形状。在一个优选的实施例中，穿孔具有的直径不超过被承窝接受的背接触式电池的对应的电触点的直径的两倍。穿孔可通过钻孔、冲切、激光切割、模塑、蚀刻或本领域已知的其它方法来形成。优选地，当承窝定位在电池背面上时，承窝基板中的每一个或几乎每一个穿孔均对齐成盖住光伏电池后触点。因此，所述穿孔使得有可能在背接触式电池的背面发射极触点和背面集电极触点与定位在每个承窝的平面电绝缘聚合物基板的背面上的对应的电导体之间建立电触点。所述连接可为例如要穿过所述穿孔在导体和发射极触点或集电极触点之间制备的焊接连接。同时，电导体通过承窝的平面电绝缘聚合物基板的其中聚合物基板未被打孔的部位与背接触式电池电绝缘。
如果背接触式电池的背面发射极触点和背面集电极触点与定位在平面电绝缘聚合物基板的背面上的电导体之间的电接触是通过穿过所述穿孔的焊接连接制备的，则所述焊接可通过光伏领域已知的方法来实现，例如感应加热、声波振动加热或热声波振动加热、压机加热、受热辊、受热销或红外光加热。如果焊接是由受热辊实现的，则所述辊优选地加工有凹口使得所述凹口推送每个电导体穿过平面电绝缘聚合物基板的穿孔，使得在背接触式电池的所述至少一组线性布置的背面发射极触点和背面集电极触点与电导体之间实现电接触。背接触式电池的背面发射极触点和背面集电极触点与定位在平面电绝缘聚合物基板的背面上的电导体之间的电接触也可通过如下方法来实现：使用导电粘合剂穿过所述穿孔连接电导体与发射极触点或集电极触点。
电导体可为任何导电材料，例如，铜、铁、铝、锡、银、金、以及它们的合金。优选地，电导体包括由导电焊接组合物围绕的铜或铝芯。导电焊接组合物的例子为基于锡、锡-铅或锡-铅-银的焊接组合物。电导体为线性延伸的电导体，并且可呈例如变平的导线或带、圆形导线、或印刷电路的形式，并且优选地呈变平的带或导线形式。所谓线性延伸的，是指电导体沿纵长方向延伸超过10倍的其宽度，并且优选地超过20倍的其宽度。优选地，所述带为介于0.8和4mm之间宽且介于100um和250um之间厚，还更优选地介于1和2.5mm之间宽且介于120和220um之间厚。导线或带的横截面积优选地在0.04至5mm2范围内，还更优选地在0.1至2mm2范围内。在电导体包括印刷电路线的情况下，所述电路可从导电金属浆料印刷而成，诸如已被成排地丝网印刷的含铜、银或铝的导电浆料。
定位在承窝的聚合物基板的背面上的电导体优选地共线于被每个承窝接受并电连接的背接触式电池的所述至少一组线性布置的背面发射极触点或所述至少一组线性布置的背面集电极触点，并且也共线于重合于所述至少一组线性布置的背面发射极触点或背面集电极触点的平面聚合物基板的穿孔。因此，所述至少一组线性布置的背面发射极触点和背面集电极触点能够穿过所述穿孔电连接至电导体之一，例如，通过焊接或用导电粘合剂来连接。
电导***于每个承窝的平面聚合物基板的背面上，即其通过聚合物基板自身在其中聚合物基板未被打孔的区域中与位于聚合物基板的正面上的背接触式光伏电池分离并电绝缘。电导体可仅由导体和被承窝接受的背接触式太阳能电池上的触点之间的连接保持在承窝上的适当位置。另选地，所述至少一个电导体可由合适的粘合剂附着到平面聚合物基板的背面，或其可通过如下方法附着到平面聚合物基板的背面：将电导体加热至高于平面聚合物基板的聚合物(例如弹性体热塑性聚合物)的熔融温度的温度；抵靠平面聚合物基板的背面挤压电导体直到导体的温度降至平面聚合物基板的聚合物的熔融温度以下，并释放先前施加的压力。可通过光伏应用领域已知的方法将所述至少一个电导体加热至高于平面聚合物基板的聚合物的熔融温度的温度，例如感应加热、声波振动加热或热声波振动加热、压机加热、受热辊、受热销或红外光加热。
可手动地进行或使用自动化设备进行聚合物承窝的互连以通过所述至少一个电导体形成链接。适用于互连聚合物承窝的设备可为所谓的“串焊机”，其已被修改以加工聚合物承窝的平面电绝缘聚合物基板。常规上，串焊机用来将光伏电池与前侧和后侧电触点串接在一起，或所谓的“H电池”。焊接单元一般用来放置并取向光伏电池，在串接单元将光伏电池与电导体串接在一起之前，所述电导体将一个电池的前侧触点连接至相邻电池的后侧触点。当将串焊机用于本文所述的背接触式光伏电池和聚合物基板承窝时，在一个附加步骤中，电绝缘聚合物基板被放置在所取向的光伏电池之上并取向成使得每个聚合物基板承窝具有多列穿孔，所述穿孔重合于并对齐成盖住要由承窝正面接受的背接触式太阳能电池的线性布置的背面发射极触点和线性布置的背面集电极触点。在串焊机中将电绝缘聚合物基板取向在所取向的光伏电池上可手动地或通过自动化对齐机构或通过机械手来进行。
如果电导体附着到平面电绝缘聚合物基板，则串焊机可通过如下方法将电导体附着到平面电绝缘聚合物基板：将导体加热至高于平面聚合物基板的聚合物的熔融温度的温度并抵靠平面聚合物基板的背面挤压电导体直到导体的温度降至平面聚合物基板的聚合物的熔融温度以下，随后释放先前施加的压力。
可用于本发明的背接触式电池可选自MWT电池、BJ电池、IBC电池、EWT电池和在电池的后侧上具有集电极触点和发射极触点的其它电池，并且优选地为MWT或IBC电池。背接触式电池可为具有涂覆有导电焊接组合物的背面发射极触点和背面集电极触点的背接触式电池。导电焊接组合物的例子为基于锡、锡-铅或锡-铅-银的焊接组合物。本发明所公开的光伏模块的背接触式电池可为具有“对称”背接触式电池的电池，即具有相同数目的线性布置的背面发射极触点组和线性布置的背面集电极触点组的背接触式电池。在“对称”背接触式电池中，线性布置的背面发射极触点组和线性布置的背面集电极触点组优选地交替存在。图3示出了对称背接触式电池，其中线性布置的背面发射极触点组和背面集电极触点组交替存在，并且其中存在相同数目的线性布置的背面发射极触点组和线性布置的背面集电极触点组。
如果每个聚合物承窝的平面电绝缘聚合物基板包括重合于被接受并电连接的背接触式光伏电池的所述至少一组线性布置的背面集电极触点的穿孔以及重合于所述至少一组线性布置的背面发射极触点的穿孔，则重合于一个聚合物承窝的聚合物基板的该组线性布置的背面集电极触点的穿孔可被布置成共线于重合于相邻聚合物承窝的聚合物基板的一组线性布置的背面发射极触点的穿孔。光伏电池在光伏电池的平面中相对于彼此的180°旋转导致第一光伏电池的线性布置的发射极触点组对齐或共线于相邻光伏电池的线性布置的集电极触点组，使得它们可由至少一个电导体电连接，所述电导体沿链接方向为基本上直的。
图2示出了MWT光伏电池A的正面。可在所述MWT背接触式光伏电池的表面上见到的线为由导电材料诸如银构成的发射极触点线。所述线连接至多个间隔开的电通路，所述电通路可见于图2并穿过光伏电池连接至电池后部上的背面发射极触点。
图3示出了MWT光伏电池A的背面，其具有四组(B1，B2，B3，B4)线性布置的背面发射极触点b和四组(C1，C2，C3，C4)线性布置的背面集电极触点c。
图4示出了IBT光伏电池200的背面，其具有交替存在的叉指式发射极和集电极区域。发射极导体22与集电极导体24交替存在。发射极导体和集电极导体优选地由导电金属诸如银、铝、锡、以及它们的组合构成。电绝缘体26或28优选地被沉积成盖住带有开口的栅格线，所述开口仅暴露出所述极性之一。这样，电导体能够仅连接至具有所期望的极性的暴露的触点30或32。
图5示出了链接的聚合物承窝基板40的分解图，它们各自接受一排背接触式光伏电池42。可见到背接触式光伏电池42的背面在每个电池42的背面上带有线性布置的发射极触点44和集电极触点46。图5所示的电池各自具有四列线性布置的发射极触点44和三列线性布置的集电极触点46。发射极触点和集电极触点可由任何导电材料例如银、铜、铁、铝、锡、金、以及它们的合金构成。优选地，所述导体包括银。每个触点优选地具有约1至25mm2的面积和约5至30um的厚度。
图5所示的承窝基板40各自接受并电连接了背接触式电池42之一。每个承窝基板均具有与对应的背接触式电池的长度和宽度相同或基本上类似的长度和宽度。承窝基板中的每一个均具有多列穿孔或开口48和49。穿孔48被线性布置成列，其中穿孔48中的每一个均对齐成直接盖住发射极触点44之一。穿孔49被线性布置成列，其中穿孔49中的每一个均对齐成直接盖住集电极触点46之一。电导体50定位成成盖住穿孔48，并且导体52定位成成盖住穿孔49。所述导体可附着到承窝基板50或它们可由所述导体与电池42上的后触点的连接相对于基板保持在适当位置。导体50穿过穿孔48电连接至发射极触点44，并且导体52穿过穿孔49电连接至集电极触点46。所述连接可通过上述任何方法来进行，诸如通过焊接或利用导电粘合剂来进行。一个承窝基板上的导体50各自连接至导电十字形连接器54，所述连接器继而连接至相邻承窝上的导体52。十字形连接器电导体54在图5中被示出为位于相邻承窝上，但其也可另选地位于与导体50相同的承窝上。因此，一个电池上的发射极触点44电连接至一个承窝基板上的电导体50，所述电导体连接至十字形连接器电导体54，所述连接器电导体电连接至相邻承窝基板上的电导体52，而该电导体电连接至相邻电池上的集电极触点46。
图5示出了一列背接触式太阳能电池的仅一个部分。预期光伏模块将包括多列多个背接触式电池，其中在一个模块中存在多达40至200串连接的电池和对应的承窝。
图6示出了图5所示模块的一部分的横截面，其中承窝40的基板定位在背接触式电池42的背面上。发射极触点44被示出焊接至承窝开口48中的若干承窝开口的导体50。导体50优选地为如上所述的金属带。所述带被示出带有一个或多个扭结51，所述扭结能够被***到导体50中以便在所述带被焊接至电池触点时减轻电池应力。导体50被示出位于但不附着到承窝40的基板上，但当导体施加于承窝或当导体附着到发射极触点44时，导体可另选地通过粘合剂或通过软化承窝的聚合物基板材料而附着到承窝40。导体52以相同的方式附接到集电极触点46。
图7示出了一个另选的实施例，其带有背接触式光伏模块的多个MWT光伏电池(A1，A2，A3)。在MWT电池中的每一个的背面上设置了包括平面电绝缘聚合物基板(H1，H2，H3)的多个聚合物承窝(P1，P2，P3)。聚合物承窝具有穿孔I，所述穿孔重合于要被对应的承窝接受的MWT光伏电池的一组线性布置的背面发射极触点B。聚合物承窝具有穿孔K，所述穿孔对应于被对应的承窝接受的MWT光伏电池(A1，A2，A3)的一组线性布置的背面集电极触点(未示出)。
聚合物承窝基板和MWT电池通过电导体(S1，S2，S3，S4)互连以形成互连的聚合物承窝的链接T。电导体优选地为如上所述的金属带或导线。第一电池A1的背面发射极触点穿过I聚合物基板中的穿孔电连接至导体S1。第一电池A1的背面发射极触点经由导体S1电连接至相邻电池A2的背面集电极触点。导体共线于重合于MWT电池的该组线性布置的背面发射极触点的穿孔I和重合于被相邻聚合物承窝H2接受并电连接的MWT光伏电池的该组线性布置的背面集电极触点的穿孔K。为了进行示意性的说明，图7示出了带有仅一行发射极触点和仅一行集电极触点的光伏MWT电池，但预期带有多行发射极触点和集电极触点的背接触式光伏电池，比如图3所示的电池，能够电连接到具有对应数目的电导体的聚合物承窝。导体可按上文参照图6所述的方式电连接至背接触式光伏电池的发射极触点和集电极触点。
本发明的光伏模块包括前片。前片的功能是提供透明的保护层，所述保护层将允许入射光(例如，太阳光)到达所述模块中的背接触式光伏电池的正面。一般来讲，前片材料可为如下任何材料，其提供对用于所述模块的元件的保护，同时也提供对入射光的透明性。前片可由刚性材料制成，诸如玻璃、聚碳酸酯、丙烯酸酯聚合物诸如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)材料、或更柔性的材料，诸如含氟聚合物例如聚氟乙烯(PVF)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、乙烯四氟乙烯(ETFE)聚合物、全氟烷氧基乙烯基聚合物(PFA)、四氟乙烯(TFE)和六氟丙烯(HFP)的氟化的乙烯丙烯共聚物(FEP)、或它们的组合。前片可为单个材料层，或可包括多于一个相同材料层或不同材料层。
根据本发明的光伏模块也包括前包封层。根据本发明的光伏模块中的前包封层可包括常规上用于光伏模块领域的任何材料，即前包封层可包括各种透明的聚合物材料。前包封层的厚度可在例如100至2000μm，优选地200至1000μm范围内，如常规上用于光伏模块中的前包封层那样。
根据本发明的光伏模块的前包封层的位置相邻于且介于前片和背接触式光伏电池的正面之间。前包封层被设计成包封并进一步保护背接触式光伏电池的正面以免发生环境劣化和机械损坏，并且也将光敏电池粘结至前片，但同时需要具有优异的透明性，所述透明性允许入射光最大程度地到达光敏电池的正面。
优选地，前包封层包含乙烯乙酸乙烯酯共聚物、聚乙烯缩丁醛、乙烯(甲基)丙烯酸烷基酯共聚物、热塑性聚氨酯、离聚物、和/或它们的任何组合。更优选地，前包封层包含离聚物，并且优选地包含第一离聚物和不同于第一离聚物的第二离聚物的共混物或第一离聚物以及乙烯和(甲基)丙烯酸的未中和的共聚物的共混物。如果前包封层包含离聚物或离聚物的共混物，则离聚物优选地选自如下离聚物，它们基于所述离聚物的总重量计包含8重量％至25重量％的烯键式不饱和C3至C8羧酸，并且任选地包含10重量％至20重量％的丙烯酸烷基酯。
合适的离聚物以及第一离聚物和第二离聚物的共混物还描述于欧洲专利EP1781735中，该专利以引用方式并入本文。如果前包封层包含第一离聚物以及乙烯和(甲基)丙烯酸的未中和的共聚物的共混物，则基于乙烯和(甲基)丙烯酸的未中和的共聚物的总重量计，乙烯和(甲基)丙烯酸的未中和的共聚物优选地由2至15重量百分比，更优选地2至9重量百分比的(甲基)丙烯酸构成。
前包封层可包括多于一个包封材料层，其中每个层可包括与其它层相同的包封材料或不同的包封材料。前包封层还可包括UV稳定性添加剂以防止包封层的UV劣化，但此类添加剂优选地不包括在前包封层中以便允许尽可能多的光(包括UV)穿过所述包封层。
根据本发明的模块包括多个链接的聚合物承窝，其中每个聚合物承窝均接受并电连接了如上所述的背接触式光伏电池。本发明所公开的实施例的背接触式电池包括MWT电池、BJ电池、IBC电池和EWT电池，并且优选地为MWT或IBC电池。所述背接触式电池为具有如上所述的背面发射极触点和背面集电极触点的背接触式电池。
根据本发明的光伏模块能够任选地包括后包封层，并且优选地其包括后包封层。根据本发明的光伏模块中的任选的后包封层可包括常规上用于光伏模块领域的任何材料，即任选的后包封层可包括各种聚合物材料。任选的后包封层的厚度可在例如100至2000μm，优选地200至1000μm范围内，如常规上用于光伏模块中的后包封层那样。优选地，任选的后包封层包含乙烯乙酸乙烯酯共聚物、聚乙烯缩丁醛、乙烯(甲基)丙烯酸烷基酯共聚物、热塑性聚氨酯、离聚物、和/或它们的任何组合。
根据本发明的光伏模块中的后片可为常规上用于光伏模块领域的任何后片，即后片由任何刚性材料形成，并且后片的厚度可在例如500μm至2cm范围内，如常规上用于光伏模块的后片那样。后片能够由刚性材料制成，诸如玻璃、聚酰胺、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二酯、环氧树脂、丙烯酸酯聚合物诸如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、玻璃纤维强化聚酰胺或聚酯、碳纤维强化聚合物诸如任何种类的碳纤维强化聚酰胺比如聚酰胺34，6，66，6.66，6T，610，10，11，12、玻璃强化聚酯诸如PET、PEN、PETG、石棉、和陶瓷。一般来讲，后片材料可为提供电绝缘和电击保护的任何材料。后片可为单个材料层，或可包括多于一个材料层。如果所述模块的后片包括多于一个材料层，则其优选地包括由夹置在聚氟乙烯(PVF)层之间的一个或多个聚对苯二甲酸乙二酯层组成的层合物。
本发明还提供了用于制造光伏模块的工艺，所述工艺包括通过如下方法装配叠堆的步骤：将前包封层放置在前片上；将多个背接触式电池放置在所述包封层上，使电池正面位于前包封层上；将多个聚合物承窝基板放置在背接触式电池的背面上，其中承窝基板对齐成盖住电池的发射极触点和集电极触点中的每一个的穿孔；将多个电导体定位在每个承窝基板的背面上并穿过承窝基板中的穿孔将每个基板连接至电池背面上的一排发射极触点或一排集电极触点；互连相邻承窝上的导体；放置任选的后包封层以盖住承窝背面；以及放置后片以盖住承窝背面和任选的后包封层。在一种用于制造光伏模块的另选的工艺中，可通过如下方法来装配所述叠堆：将任选的后包封层放置在后片上；将多个链接的聚合物承窝(每个聚合物承窝均已接受并电连接了背接触式光伏电池)放置在任选的后包封层之上；将前包封层放置在背接触式光伏电池之上以及随后将前片放置在前包封层之上。所述叠堆的装配能够手动地进行或在装配装置例如定位机械手上自动进行。在用于制造光伏模块的工艺中，装配叠堆的步骤可预先在层合装置外进行或可在层合装置内(原位)进行，并且优选地在层合装置内进行以减少生产循环时间。
随后通过如下方法将如此装配的叠堆在层合装置中固结：将所述叠堆加热至100至225℃的温度并且使受热叠堆沿垂直于所述叠堆平面的方向经受机械压力并将层合装置中的环境压力降低至300至1200mbar，然后将所述叠堆冷却至环境温度并释放所述机械压力并重新建立层合装置中的气氛压力。就由MWT电池制成的模块而言，被相邻聚合物承窝接受并电连接的背接触式光伏电池可相对于彼此旋转180°。如果无后包封层放置在后片上，则将后片直接放置在所述多个链接的聚合物承窝上。用于制造光伏模块的自动工艺中可用的层合装置可为例如热压机。
在用于制造光伏模块的工艺中，通过在层合装置中加热所述叠堆来实现在层合装置中固结所装配的叠堆的步骤，例如，加热顶部、下部、或两者、层合装置的台板。将所述叠堆加热至100至225℃，100至180℃，且具体地120至170℃且更具体地130至150℃的温度。此类温度允许前包封层和任选的后包封层软化，围绕链接的聚合物承窝流动并附着到链接的聚合物承窝，每个聚合物承窝均已接受并电连接了背接触式光伏电池。在上述温度范围的极限内，本领域的技术人员将选择用于层合装置的温度设定值，使得其足够高以软化或熔化前包封层和任选的后包封层，但又足够低以便防止聚合物承窝软化或熔化。
在用于制造光伏模块的工艺中，还通过使所述叠堆经受垂直于所述叠堆的平面的机械压力来实现在层合装置中固结所装配的叠堆的步骤，所述压力可经由层合装置的台板来施加。在用于制造光伏模块的工艺中，还通过如下方法来实现在层合装置中固结所装配的叠堆的步骤：将层合装置中的环境压力降低至100至1200mbar或300至1200mbar，具体地500至1000mbar且更具体地600至900mbar。降低层合装置中的环境压力有利于去除气阱，所述气阱可能在装配所述叠堆的步骤期间最终形成于所述叠堆的不同层之间。
在用于制造光伏模块的工艺中，通过如下方法来完成在层合装置中固结所装配的叠堆的步骤：将所述叠堆冷却至环境温度以及释放所述机械压力并重新建立层合装置中的气氛压力。

Claims (12)

1.一种光伏模块，所述光伏模块包括：
a.前片，
b.前包封层，所述前包封层具有相对的第一侧和第二侧，所述前包封层的第一侧附着到所述前片，
c.各自具有正面和背面的多个背接触式光伏电池，每个背接触式光伏电池在其背面上均具有至少一组线性布置的背面发射极触点和至少一组线性布置的背面集电极触点，所述背接触式光伏电池中的每一个的正面附着到所述前包封层的第二侧，
d.被布置成一行或多行的多个链接的聚合物承窝，每个聚合物承窝均已接受并电连接所述背接触式光伏电池之一，
e.附着成盖住所述多个链接的聚合物承窝的后片，
其中每个聚合物承窝均包括
i.平面电绝缘聚合物基板，所述基板在所述基板的相对侧上具有正面和背面，所述正面位于所述基板的如下侧上，在所述侧上所述背接触式光伏电池被所述聚合物承窝接受，所述聚合物基板具有基本上对应于被所述承窝接受的背接触式光伏电池的形状、长度和宽度的形状、长度和宽度，所述聚合物承窝具有多列线性布置的穿孔，其中每列穿孔中的所述穿孔重合于并对齐成盖住被所述聚合物承窝接受的背接触式光伏电池的所述至少一组线性布置的背面发射极触点中的对应的发射极触点或所述至少一组线性布置的背面集电极触点中的对应的集电极触点，
ii.定位在所述聚合物基板的背面上的多个线性延伸的电导体，所述电导体中的每一个均共线于所述聚合物基板中的一列穿孔并重合于被所述承窝接受并电连接的背接触式光伏电池的所述至少一组线性布置的背面发射极触点之一或所述至少一组线性布置的背面集电极触点之一，所述电导体各自连接至被所述承窝接受并电连接的背接触式光伏电池的发射极触点或集电极触点，并且
其中所述模块的每个背接触式光伏电池均被独立承窝接受，并且所述承窝被布置成行，并且连接至被所述承窝接受的背接触式光伏电池的发射极触点的每个聚合物承窝的电导体电连接至所述承窝行中的相邻承窝的电导体，所述相邻承窝的所述电导体连接至被所述相邻承窝接受的背接触式光伏电池的集电极触点。
2.根据权利要求1所述的光伏模块，其中所述平面聚合物基板由至少一种弹性体热塑性聚合物构成。
3.根据权利要求2所述的光伏模块，其中所述至少一种弹性体热塑性聚合物为聚酯聚醚共聚物。
4.根据权利要求1所述的光伏模块，其中每行承窝中的被相邻聚合物承窝接受的背接触式光伏电池相对于彼此旋转180°。
5.根据权利要求1所述的光伏模块，其中每个聚合物承窝的所述电导体附着到所述聚合物承窝的聚合物基板的背面。
6.根据权利要求1所述的光伏模块，其中所述后片由设置在所述后片和所述多个链接的聚合物承窝之间的后包封层附着到所述多个链接的聚合物承窝。
7.根据权利要求1所述的光伏模块，其中所述承窝的聚合物基板中的穿孔中的每一个各自对齐成盖住被所述承窝接受的光伏电池上的发射极触点或集电极触点，并且每个穿孔的直径不超过所述穿孔所与之对齐的触点的直径的两倍。
8.根据权利要求1所述的光伏模块，其中每个承窝的所述聚合物基板具有边缘，所述边缘延伸超越被所述聚合物承窝接受并电连接的背接触式光伏电池的边缘不超过5mm。
9.根据权利要求8所述的光伏模块，其中每个承窝的所述聚合物基板具有边缘，所述边缘延伸超越被所述聚合物承窝接受并电连接的背接触式光伏电池的边缘不超过2mm。
10.根据权利要求8所述的光伏模块，其中所述聚合物基板具有边缘，所述边缘延伸超越被所述聚合物承窝接受并电连接的背接触式光伏电池的边缘至少0.5mm。
11.根据权利要求1所述的光伏模块，其中连接至被所述承窝接受的背接触式光伏电池的发射极触点的承窝的电导体中的每一个由十字形连接器电导体电连接至彼此，并且其中所述承窝行中的相邻承窝的电导体中的每一个电连接至所述十字形连接器电导体。
12.根据权利要求1所述的光伏模块，其中所述承窝上的导体为金属带，并且所述承窝中的每一个上的至少一个导体为扭结带。
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