CN106098809A - 一种串并联式薄膜电池组件的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种串并联式薄膜电池组件的制备方法，该方法主要是在一块TCO导电玻璃上通过激光刻线平均分成面积相同的两部分，分别为串联导电部分和并联导电部分，串联导电部分用于激光刻划串联子电池，并联导电部分用于激光刻划并联子电池，用引流条和汇流条分别把串联子电池和并联子电池连接起来，再把串联导电部分和并联导电部分连接起来，制作所需的串并联式薄膜电池组件。本发明考虑到大面积镀膜后膜层均匀性较差的缺点，结合串联电路和并联电路的特点，化解膜层差异和串联连接子电池带来的问题，还考虑到针对薄膜电池电性参数中电压偏高或电流偏高的特点进行电性参数的优化，便于后期在建设电站中对逆变器选型和电站设计等因素的影响。

Description

一种串并联式薄膜电池组件的制备方法
技术领域
本发明涉及薄膜太阳能电池的技术领域，尤其是指一种串并联式薄膜电池组件的制备方法。
背景技术
现在薄膜太阳能电池主要有非硅基薄膜电池、CIGS薄膜太阳能、CdTe薄膜电池等，薄膜电池的材料制各有差异，但其工艺制作方法基本相同，基本采用三道激光刻划成面积相同的子电池，然后通过镀膜形成串联电路，最后按装接线盒完成电池板的制作。具体为第一道激光刻划TCO导电膜，分隔为面积相同的n(n为正整数)个子电池，再采用PECVD或PVD的工艺方法镀膜，形成PN结；经过第二道激光刻划后，(第二道激光是偏移第一道激光刻划，具体偏移量根据工艺要求，一般不超过100μm，保证串联电路导通，如附图1)；然后再镀膜制作背电极膜层后经过第三道激光刻划，形成串联的子电池(第三道激光是偏移第二道激光刻划，具体偏移量根据工艺要求，一般不超过100μm，保证串联电路导通，如附图1)；然后使用引流条和汇流条将电池引出，形成电池的正负极，为后面安装接线盒做好准备；经后段工艺(后段工艺包括：涂布丁基胶、覆盖EVA膜、层压机层压电池片封装、安装接线盒，测试包装)即完成工艺制作得到串联连接的薄膜电池组件(薄膜电池的子电池连接方式如附图2)。
这样制作电池组件的激光刻线及引流条、汇流条的焊接制作，工艺相对简单，技术比较成熟。但对于薄膜电池来说，镀膜膜层面积较大，本身膜层比较薄，有的改善型膜层只有3～5nm，如果设备性能不好，膜层均匀性就较差，工艺制作中形成串联子电池，最终得到串联连接的薄膜组件。我们知道串联电路的特点：⑴电路连接特点：串联的整个电路是一个回路，各用电器依次相连，没有“分支点”；⑵用电器工作特点：各用电器相互影响，电路中一个用电器不工作，其余的用电器就无法工作。⑶电路的电流工作特点：电流有明显的“水桶效应”，串联电路电流处处相等：I总＝I1＝I2＝I3＝……＝In，即如果电路中某个子电池由于膜层均匀性较差或激光刻线不良，引起断路，那么其电阻就明显偏大导致电流明显下降，引起一连串的问题，如产品良率下降，公司成本增加；对于大面积的薄膜电池，有的电池组件电压偏高，电流偏低，有的是低电压，高电流，这样就导致在建设光伏电站时不好匹配逆变器，增加光伏电站设计的难度和建设成本等技术性问题。⑷串联电路总电压等于各处电压之和：U总＝U1+U2+U3+……+Un；⑸串联电阻的等效电阻等于各电阻之和：R总＝R1+R2+R3+……+Rn。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种串并联式薄膜电池组件的制备方法，能有效改善电池组件电性能参数，特别是出现要么电压偏高，要么电流偏高的薄膜电池电性参数；其次能有效解决此类膜层均匀性较差或某个子电池激光刻线不良引起发电功率下降的问题，特别是大面积镀膜的薄膜电池组件。
为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种串并联式薄膜电池组件的制备方法，包括以下步骤：
1)将长方形的TCO导电玻璃磨边清洗干净后，送到第一道激光设备进行刻线，第一道激光刻线平行短边刻划将TCO导电玻璃上的导电膜平均分成面积相同的两部分，分别为串联导电部分和并联导电部分，该串联导电部分用于后面激光刻划串联的子电池，该并联导电部分用于后面激光刻划并联的子电池，而平分TCO导电玻璃上的导电膜的激光线定义为中间平分线；接着，再根据需求将串联导电部分和并联导电部分各刻划出N个面积相等的导电模块，N为正整数，最后，再对每个导电模块进行激光刻划，使得每个导电模块均刻划有n+1个面积相等的子电池块，n为正整数；
2)刻划第一道激光工艺后，TCO导电玻璃经过相关的镀膜工艺后，膜层形成薄膜电池的PN结，然后传送到第二道激光设备，第二道激光先重合第一道激光刻划的中间平分线将串联导电部分和并联导电部分分隔开；如果串联导电部分和并联导电部分在第一道激光已各分隔出N个导电模块，那么还需第二道激光重合第一道激光刻划，形成N个隔开的模块；接着，再进行第二道激光刻划串联导电部分和并联导电部分的子电池块，其中，在刻划串联导电部分的子电池块时，第二道激光是偏移第一道激光刻划，具体偏移量根据工艺要求，不超过100μm，以保证串联电路导通，而在刻划并联导电部分的子电池块时，要求第二道激光线必须和子电池块的第一道激光线重合，以保证子电池块间是隔开的；
3)刻划完第二道激光工艺后，薄膜电池镀背电极膜层，完成背电极膜层制作后，薄膜电池工艺来到第三道激光设备开始刻划第三道激光，同第二道激光刻划一样，第三道激光先重合第二道激光刻划的中间平分线将串联导电部分和并联导电部分分隔开；同样，如果串联导电部分和并联导电部分在第一道激光已各分隔出N个导电模块，那么还需第三道激光重合第二道激光刻划，形成N个隔开的模块；接着，再进行第三道激光刻划串联导电部分和并联导电部分的子电池块，其中，在刻划串联导电部分的子电池块时，第三道激光是偏移第二道激光刻划，具体偏移量根据工艺要求，不超过100μm，以保证串联电路导通，而在刻划并联导电部分的子电池块时，要求第三道激光线必须和子电池块的第二道激光线重合，以保证子电池块间是隔开的；完成串联子电池和并联子电池的激光刻线；
4)薄膜电池经过退火和测试分选后，薄膜电池的工艺来到超声波焊接机处超声焊接引流条，先焊接串联导电部分的引流条，引流条平行子电池焊接，每个导电模块需要两个引流条，两个引流条的焊接位置分别位于紧贴扫边区域的内侧，所述扫边区域是指TCO导电玻璃四周边缘区域，通常四周扫边区域宽度为8mm；然后再焊接并联导电部分的引流条，引流条垂直于子电池焊接，每个导电模块需要两个引流条，两个引流条的焊接位置同样是分别位于紧贴扫边区域的内侧；
5)粘贴绝缘胶带，先粘贴串联导电部分的绝缘胶带，串联导电部分的绝缘胶带垂直于子电池粘贴，且每个导电模块都必须粘贴上；然后再粘贴并联导电部分的绝缘胶带，并联导电部分的绝缘胶带平行于子电池粘贴，同样，每个导电模块都必须粘贴上；最后，再粘贴连接串联导电部分和并联导电部分的绝缘胶带；
6)粘贴汇流条，先粘贴串联导电部分的汇流条，粘贴时从导电模块负极边引流条上开始粘贴到导电模块正极的引流条上，以此类推，一直到粘贴完所有导电模块为此，且汇流条必须粘贴在绝缘胶带上，不能和电池膜层接触，避免短路；其次，再粘贴并联导电部分的汇流条，粘贴时从导电模块负极边引流条上开始粘贴到导电模块正极的引流条上，以此类推，一直到粘贴完所有导电模块为此，且汇流条必须粘贴在绝缘胶带上，不能和电池膜层接触，避免短路；接着，再把串联导电部分的导电模块正极和并联导电部分的导电模块负极粘贴连接，且汇流条必须粘贴在绝缘胶带上，不能和电池膜层接触，避免短路，最后串联导电部分的导电模块负极和并联导电部分的导电模块正极形成为整个电池组件的正、负极；
7)汇流条的正、负极为电池的正、负极，为后面安装接线盒做好准备；经后段工艺，包括：涂布丁基胶、覆盖EVA膜、层压机层压电池片封装、安装接线盒、测试包装，即完成工艺制作得到的串并联式薄膜电池组件。
本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：
1、降低膜层影响对电池发电功率的影响。当大面积镀膜时，膜层由于设备结构和工艺控制不稳定，镀膜膜层均匀性较差。如果采用串联和并联连接的方式制作组件，可避免或减小膜层均匀性，从而减小电池内阻，提高电池发电功率。
2、可减小电池的热斑效应。由于电池内阻在电池组件发电过程中会发热，温度升高，我们把这种效应称为热斑效应。那么采用串联和并联连接后，可减小电池组件内阻，从而减小电池组件的热斑效应，提升电池的发电效率。
3、降低生产企业的生产成本和提高产品良率。
4、可有效减小激光刻线带来的“死区”(“死区”指第一道激光刻线到第三道激光刻线之间的区域面积)。由于采用串联和并联连接的方式刻线后，并联部分的三道激光刻线都是重合的，减小了死区面积，提高电池发电的有效面积。
5、优化电池组件的电性参数，更好的为光伏电站建设服务。传统的工艺制作的组件，特别是薄膜组件表现为要么电流偏高，要么电压偏高，不利于逆变器的选型和光伏电站的设计。基于串联电路和并联电路的特点采用串联和并联的方式制作组件，可优化平衡电池组件中的电流和电压参数，更好的为电站建设服务。
附图说明
图1为串联连接的激光刻线方式示意图。
图2为图1的串联连接电路示意图。
图3为并联连接的激光刻线方式示意图。
图4为图3的并联连接电路示意图。
图5为采用串联和并联连接的激光刻线示意图。
图6为图5采用串联和并联连接电路示意图。
图7为本发明的激光刻线示意图。
图8为超声焊接引流条的示意图。
图9为粘贴绝缘胶带的示意图。
图10为粘贴汇流条的示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
本实施例所述的串并联式薄膜电池组件的制备方法，包括以下步骤：
1)将长方形的TCO导电玻璃磨边清洗干净后，送到第一道激光设备进行刻线，第一道激光刻线(简称P1)平行短边刻划将TCO导电玻璃上的导电膜平均分成面积相同的两部分，分别为串联导电部分和并联导电部分，该串联导电部分用于后面激光刻划串联的子电池(如附图1所示)，该并联导电部分用于后面激光刻划并联的子电池(如附图3所示)，而平分TCO导电玻璃上的导电膜的激光线定义为中间平分线，即中间分隔线，如附图7所示；接着，再根据需求将串联导电部分和并联导电部分各刻划出N个面积相等的导电模块，N为正整数，最后，再对每个导电模块进行激光刻划，使得每个导电模块均刻划有n+1个面积相等的子电池块，n为正整数。
2)刻划第一道激光工艺后，TCO导电玻璃经过相关的镀膜工艺后，膜层形成薄膜电池的PN结，然后传送到第二道激光设备，第二道激光(简称P2)先重合第一道激光刻划的中间平分线将串联导电部分和并联导电部分分隔开；如果串联导电部分和并联导电部分在第一道激光已各分隔出N个导电模块，那么还需第二道激光重合第一道激光刻划，形成N个隔开的模块；接着，再进行第二道激光刻划串联导电部分和并联导电部分的子电池块，其中，在刻划串联导电部分的子电池块时，第二道激光是偏移第一道激光刻划，具体偏移量根据工艺要求，通常不超过100μm，以保证串联电路导通，而在刻划并联导电部分的子电池块时，要求第二道激光线必须和子电池块的第一道激光线重合，以保证子电池块间是隔开的。
3)刻划完第二道激光工艺后，薄膜电池镀背电极膜层，完成背电极膜层制作后，薄膜电池工艺来到第三道激光设备开始刻划第三道激光(简称P3)，同第二道激光刻划一样，第三道激光先重合第二道激光刻划的中间平分线将串联导电部分和并联导电部分分隔开；同样，如果串联导电部分和并联导电部分在第一道激光已各分隔出N个导电模块，那么还需第三道激光重合第二道激光刻划，形成N个隔开的模块；接着，再进行第三道激光刻划串联导电部分和并联导电部分的子电池块，其中，在刻划串联导电部分的子电池块时，第三道激光是偏移第二道激光刻划，具体偏移量根据工艺要求，通常不超过100μm，以保证串联电路导通，而在刻划并联导电部分的子电池块时，要求第三道激光线必须和子电池块的第二道激光线重合，以保证子电池块间是隔开的；完成串联子电池和并联子电池的激光刻线(如附图5所示)。
4)薄膜电池经过退火和测试分选后，薄膜电池的工艺来到超声波焊接机处超声焊接引流条，先焊接串联导电部分的引流条，引流条平行子电池焊接，每个导电模块需要两个引流条，两个引流条的焊接位置分别位于紧贴扫边区域的内侧(如附图8所示)，所述扫边区域是指TCO导电玻璃四周边缘区域，通常四周扫边区域宽度为8mm左右；然后再焊接并联导电部分的引流条，引流条垂直于子电池焊接，每个导电模块需要两个引流条，两个引流条的焊接位置同样是分别位于紧贴扫边区域的内侧。
5)粘贴绝缘胶带，先粘贴串联导电部分的绝缘胶带，串联导电部分的绝缘胶带垂直于子电池粘贴，且每个导电模块都必须粘贴上；然后再粘贴并联导电部分的绝缘胶带，并联导电部分的绝缘胶带平行于子电池粘贴(如附图9所示)，同样，每个导电模块都必须粘贴上；最后，再粘贴连接串联导电部分和并联导电部分的绝缘胶带。
6)粘贴汇流条，先粘贴串联导电部分的汇流条，粘贴时从导电模块负极边引流条上开始粘贴到导电模块正极的引流条上，以此类推，一直到粘贴完所有导电模块为此，且汇流条必须粘贴在绝缘胶带上，不能和电池膜层接触，避免短路；其次，再粘贴并联导电部分的汇流条，粘贴时从导电模块负极边引流条上开始粘贴到导电模块正极的引流条上，以此类推，一直到粘贴完所有导电模块为此，且汇流条必须粘贴在绝缘胶带上，不能和电池膜层接触，避免短路；接着，再把串联导电部分的导电模块正极和并联导电部分的导电模块负极粘贴连接，且汇流条必须粘贴在绝缘胶带上，不能和电池膜层接触，避免短路，最后串联导电部分的导电模块负极和并联导电部分的导电模块正极形成为整个电池组件的正、负极(如附图9所示)。
7)汇流条的正、负极为电池的正、负极，为后面安装接线盒做好准备；经后段工艺，包括：涂布丁基胶、覆盖EVA膜、层压机层压电池片封装、安装接线盒、测试包装，即完成工艺制作得到的串并联式薄膜电池组件(如附图10所示)。
综上所述，我们在工艺制作中采用在同一个电池组件设计为一部分为并联子电池，一部分为串联子电池，如附图5和图6所示。对比采用并联(如附图4)和串联连接(如附图2)的方式可优化电池组件电性能参数，不会出现要么电压偏高，要么电流偏高的情况，经过优化设计后好选择光伏逆变器，减小光伏电站设计的难度；对于并联部分的子电池可减小膜层均匀性较差对电性能的影响；同时并联部分可减小由于膜层均匀性较差引起的低功率问题，提高组件的功率和产品良率；并联部分还可减小由于激光刻划引起的“死区”，提高电池发电面积的利用率。本发明其实只有激光刻划、引流条和汇流条焊接和传统工艺不同，其余工艺均相同。不但不会增加成本，还能解决串联连接子电池带来的问题。如果薄膜电池衬底(如TCO导电膜玻璃)面积较大，我们还可将玻璃平分为两部分后，将串联导电部分和并联导电部分分别刻划为N个导电模块，然后再把串联导电部分和并联导电部分的N个模块刻划有n(n为正整数)条激光线，得到n+1个子电池，(在刻划为N个模块时保证模块间面积相同，然后在N个模块中刻划的n+1个子电池面积也要相同)。然后通过后面的汇流条和引流条将并联导电部分和串联导电部分连接起来。我们知道并联电路的特点：⑴电路连接特点：并联电路由干路和若干条支路组成，有“分支点”.每条支路各自和干路形成回路，有几条支路，就有几个回路，如果在镀膜中某个区域的膜层均匀性较差或激光刻线引起不良，不会对整个电路有明显影响，I总＝I1+I2+I3……+In；⑵用电器工作特点：并联电路中，一条支路中的用电器若不工作，其他支路的用电器仍能工作；⑶并联电路电阻特点：1÷R总＝1÷R1+1÷R2+…+Rn在并联电路中总电阻的倒数等于各支路电阻的倒数之和；⑷并联电路电压特点：U总＝U1＝U2＝…＝Un在并联电路中电压都相等。
本发明主要解决薄膜太阳能电池在工艺制程中薄膜均匀性较差导致转化效率较低的问题，同时在不增加产品成本的基础上提升产品质量，赢得市场。经初步计算，产品转化效率可提升1％，如按100MW/年产能计算，那每年可多发电1MW，按4元/W计算，可产生4百万元的利润。
总之，本发明充分考虑到了大面积镀膜后膜层均匀性较差的缺点，结合并联电路和串联电路的特点，化解了膜层差异和串联连接子电池带来的问题；还可根据薄膜电池的电性能参数，通过本发明解决要么电压偏高要么电流片高的特点。采用此工艺制作方法，由于后段工艺和串联连接方式相同，因此成本上没有差异，最重要的是解决了我们在生产中避免不了的问题，具有广泛的应用前景，值得推广。
以上所述实施例只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.一种串并联式薄膜电池组件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将长方形的TCO导电玻璃磨边清洗干净后，送到第一道激光设备进行刻线，第一道激光刻线平行短边刻划将TCO导电玻璃上的导电膜平均分成面积相同的两部分，分别为串联导电部分和并联导电部分，该串联导电部分用于后面激光刻划串联的子电池，该并联导电部分用于后面激光刻划并联的子电池，而平分TCO导电玻璃上的导电膜的激光线定义为中间平分线；接着，再根据需求将串联导电部分和并联导电部分各刻划出N个面积相等的导电模块，N为正整数，最后，再对每个导电模块进行激光刻划，使得每个导电模块均刻划有n+1个面积相等的子电池块，n为正整数；
2)刻划第一道激光工艺后，TCO导电玻璃经过相关的镀膜工艺后，膜层形成薄膜电池的PN结，然后传送到第二道激光设备，第二道激光先重合第一道激光刻划的中间平分线将串联导电部分和并联导电部分分隔开；如果串联导电部分和并联导电部分在第一道激光已各分隔出N个导电模块，那么还需第二道激光重合第一道激光刻划，形成N个隔开的模块；接着，再进行第二道激光刻划串联导电部分和并联导电部分的子电池块，其中，在刻划串联导电部分的子电池块时，第二道激光是偏移第一道激光刻划，具体偏移量根据工艺要求，不超过100μm，以保证串联电路导通，而在刻划并联导电部分的子电池块时，要求第二道激光线必须和子电池块的第一道激光线重合，以保证子电池块间是隔开的；
3)刻划完第二道激光工艺后，薄膜电池镀背电极膜层，完成背电极膜层制作后，薄膜电池工艺来到第三道激光设备开始刻划第三道激光，同第二道激光刻划一样，第三道激光先重合第二道激光刻划的中间平分线将串联导电部分和并联导电部分分隔开；同样，如果串联导电部分和并联导电部分在第一道激光已各分隔出N个导电模块，那么还需第三道激光重合第二道激光刻划，形成N个隔开的模块；接着，再进行第三道激光刻划串联导电部分和并联导电部分的子电池块，其中，在刻划串联导电部分的子电池块时，第三道激光是偏移第二道激光刻划，具体偏移量根据工艺要求，不超过100μm，以保证串联电路导通，而在刻划并联导电部分的子电池块时，要求第三道激光线必须和子电池块的第二道激光线重合，以保证子电池块间是隔开的；完成串联子电池和并联子电池的激光刻线；
4)薄膜电池经过退火和测试分选后，薄膜电池的工艺来到超声波焊接机处超声焊接引流条，先焊接串联导电部分的引流条，引流条平行子电池焊接，每个导电模块需要两个引流条，两个引流条的焊接位置分别位于紧贴扫边区域的内侧，所述扫边区域是指TCO导电玻璃四周边缘区域，通常四周扫边区域宽度为8mm；然后再焊接并联导电部分的引流条，引流条垂直于子电池焊接，每个导电模块需要两个引流条，两个引流条的焊接位置同样是分别位于紧贴扫边区域的内侧；
5)粘贴绝缘胶带，先粘贴串联导电部分的绝缘胶带，串联导电部分的绝缘胶带垂直于子电池粘贴，且每个导电模块都必须粘贴上；然后再粘贴并联导电部分的绝缘胶带，并联导电部分的绝缘胶带平行于子电池粘贴，同样，每个导电模块都必须粘贴上；最后，再粘贴连接串联导电部分和并联导电部分的绝缘胶带；
6)粘贴汇流条，先粘贴串联导电部分的汇流条，粘贴时从导电模块负极边引流条上开始粘贴到导电模块正极的引流条上，以此类推，一直到粘贴完所有导电模块为此，且汇流条必须粘贴在绝缘胶带上，不能和电池膜层接触，避免短路；其次，再粘贴并联导电部分的汇流条，粘贴时从导电模块负极边引流条上开始粘贴到导电模块正极的引流条上，以此类推，一直到粘贴完所有导电模块为此，且汇流条必须粘贴在绝缘胶带上，不能和电池膜层接触，避免短路；接着，再把串联导电部分的导电模块正极和并联导电部分的导电模块负极粘贴连接，且汇流条必须粘贴在绝缘胶带上，不能和电池膜层接触，避免短路，最后串联导电部分的导电模块负极和并联导电部分的导电模块正极形成为整个电池组件的正、负极；
7)汇流条的正、负极为电池的正、负极，为后面安装接线盒做好准备；经后段工艺，包括：涂布丁基胶、覆盖EVA膜、层压机层压电池片封装、安装接线盒、测试包装，即完成工艺制作得到的串并联式薄膜电池组件。
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