TW201318187A - 太陽能電池及其模組 - Google Patents

Abstract

一種太陽能電池及其模組，所述電池包含：一光電轉換單元，以及一個位於該光電轉換單元上的電極單元。該電極單元包括一主柵電極以及數個指狀電極，所述指狀電極具有一個連接該主柵電極的第一導電段，以及一個連接該第一導電段的第二導電段，第二導電段的厚度大於該第一導電段的厚度，也大於該主柵電極的厚度。該模組包含：數個如前述的太陽能電池，及數條焊接在電池上的導線。透過第一導電段與主柵電極配合而供導線焊接，避免導線架空在厚度較高的第二導電段上，從而增加電極單元與導線間的焊接面積與焊接支撐力，提升焊接穩固性。

Description

太陽能電池及其模組

本發明是有關於一種太陽能電池及其模組，特別是指一種矽晶太陽能電池及其模組。

參閱圖1，已知矽晶太陽能電池的正面電極設計，通常包含至少一條縱向延伸的主柵電極(bus bar electrode) 11，以及數條橫向連接所述主柵電極11的指狀電極(finger electrode) 12。而目前開發出一種雙重印刷技術(double printing technique)，主要是針對指狀電極12進行兩次印刷，使指狀電極12具有更高的高寬比(aspect ratio)，有助於收集更多的光電流，達到更高的轉換效率。由於用於印刷形成電極的導電漿料的價格愈來愈高，而主柵電極11的漿料耗用量又大，為了節省成本，通常並未針對主柵電極11進行雙重印刷。

所述主柵電極11可以於第一次印刷時形成，也可以於第二次印刷時形成。參閱圖2，若於第一次印刷形成主柵電極11，則第一次印刷用的網版圖案必須同時具有對應所述主柵電極11及指狀電極12的圖案，以將主柵電極11及指狀電極12的下半部121一次印刷完成，接著透過第二次印刷來形成指狀電極12的上半部122，由於指狀電極12乃為兩次印刷形成，因此其厚度大於主柵電極11的厚度。需要說明的是，所述主柵電極11的剖視圖會形成中央較低且兩側高起的形態，是因為網印方向(亦即擠刀刮壓移動的方向)平行於指狀電極12的延伸方向，並且垂直於主柵電極11的延伸方向所導致。

當電池製作完成後，必須將數個電池與其它構件封裝成為電池模組，相鄰的電池之間必須透過焊接的導線13(一般稱為ribbon)電連接，所述導線13主要是焊接在主柵電極11上與相鄰的另一電池的背面電極上，但也因為成本的考量，一般會將主柵電極11的寬度盡量縮小，並且小於導線13的寬度，又因為指狀電極12的厚度大於主柵電極11的厚度，使得在焊接時導線13會架空於指狀電極12上，導致導線13與主柵電極11之間形成虛焊，使導線13和主柵電極11焊接的支撐力不夠，在封裝模組時，容易發生電池片鬆動或導線13脫落的問題。

參閱圖3，另一種雙重印刷方式，是在第一次印刷時形成指狀電極12的下半部121，第二次印刷再同時形成指狀電極12的上半部122及所述主柵電極11，此方式製成的指狀電極12的厚度同樣大於主柵電極11的厚度，因此在後續焊接導線13時，同樣會有虛焊，以及導線13和主柵電極11焊接的支撐力不夠等問題。

參閱圖3、4，另一方面，由於指狀電極12的下半部121具有一定的厚度，如此將造成後續第二次印刷時，影響主柵電極11的印刷飽滿度，特別是在下半部121的側邊部位120，鄰近欲成型出該主柵電極11的區域110，此側邊部位120會影響網版14的架設以及擠刀15的刮壓效果(圖4箭頭示意該擠刀15的刮動方向)，導致漿料無法充分塗布於整個區域110，使主柵電極11的側邊部位印刷不飽滿，影響導電效能。

因此，本發明之目的，即在提供一種能避免虛焊、提升導線焊接面積與焊接支撐力，使導線與電極穩固結合的太陽能電池及其模組。

於是，本發明太陽能電池，包含：一個用於將光能轉換成電能的光電轉換單元，以及一個位於該光電轉換單元上的電極單元。該電極單元包括一主柵電極以及數個指狀電極，至少一指狀電極具有一個連接該主柵電極的第一導電段，以及一個位於該第一導電段的一側且朝遠離該主柵電極的方向延伸的第二導電段，該第二導電段的厚度大於該第一導電段的厚度，也大於該主柵電極的厚度。

本發明太陽能電池模組包含：數個如前述且彼此串接排列的太陽能電池，及數個各別對應每一太陽能電池而設置的導線單元，每一導線單元包括一條位於與其對應的太陽能電池的主柵電極上的導線，且該導線電連接相鄰的另一太陽能電池。

本發明之功效：透過該厚度小於第二導電段的第一導電段之設計，可以與主柵電極配合而供導線焊接，避免導線架空在厚度較高的第二導電段上，從而增加電極單元與導線間的焊接面積與焊接支撐力，提升焊接穩固性。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之二個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。在本發明被詳細描述前，要注意的是，在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。

參閱圖5、6、7，本發明太陽能電池2之第一較佳實施例包含：一個用於將光能轉換成電能的光電轉換單元21，以及二個位於該光電轉換單元21上的電極單元22。

該光電轉換單元21包括一受光面211，以及一相反於該受光面211的背面212。實際上該光電轉換單元21包括數個上下疊置且圖未示出的層體，例如一基板、一位於該基板上的射極層、一位於該射極層上的抗反射層，以及位於該基板背面的鈍化層(passivation layer)與背電場結構(back surface field,簡稱BSF)等設計。其中，該射極層為半導體材料，其主要載子(carrier)的導電形式不限，只要該射極層能與該基板形成p-n接面即可，因此當該基板為p型半導體時，該射極層為n型半導體；當該基板為n型半導體時，該射極層為p型半導體。該抗反射層的材料例如氮化矽(SiN_x)，用於降低太陽光的反射、提升光線入射率並可降低表面載子的複合速率(surface recombination velocity,簡稱SRV)。而且所述鈍化層、背電場結構也有助於提升電池的轉換效率，但該光電轉換單元21不以設置該抗反射層、該鈍化層及背電場結構為必要。由於該光電轉換單元21的結構設計非本發明的改良重點，所以不再詳述，圖中也只是用單一層體示意出。

所述兩電極單元22位於該光電轉換單元21的受光面211，並且左右相連(圖5、6的假想線L示意兩電極單元22的分界)。每一電極單元22包括一個縱向延伸的主柵電極23，以及數個互相平行並橫向連接在該主柵電極23的左右兩側的指狀電極24。在本實施例中，左側的電極單元22的右側指狀電極24，與右側的電極單元22的左側指狀電極24是一一地對應連接。

每一電極單元22的指狀電極24具有一個連接該主柵電極23的第一導電段25，以及一個自該第一導電段25朝遠離該主柵電極23的方向延伸的第二導電段26，亦即，第二導電段26連接在第一導電段25，並透過第一導電段25而電連接該主柵電極23。

需要說明的是，在印刷形成電極單元22時，網印方向(即擠刀刮壓移動的方向)平行於指狀電極24的長度延伸方向，並垂直於主柵電極23的延伸方向，因此在剖視圖中，該主柵電極23會形成中央較低且兩側高起的形態，但無論該主柵電極23上的任何一部位的厚度h1，都是小於或等於所述第一導電段25的厚度h2。而該第二導電段26的厚度h3大於該第一導電段25的厚度h2，也大於該主柵電極23的厚度h1。

本實施例的第一導電段25具有一個連接該主柵電極23的緩衝區251，以及一個連接該緩衝區251及第二導電段26的銜接區252。所述緩衝區251在縱向方向上的寬度固定為a，a亦為整個第一導電段25的最大寬度。而該銜接區252的寬度則由與該緩衝區251的連接處朝第二導電段26逐漸縮小。該第二導電段26具有一個連接該第一導電段25的端部261，該端部261受到所述緩衝區251與銜接區252的配合包圍。若是將該第二導電段26作上下區分，則該第二導電段26具有一個上區塊262與一個下區塊263。本實施例的第二導電段26為橫向延伸且寬度固定的細長線狀，而且第一導電段25的最大寬度a可以大於或等於第二導電段26的最大寬度b，在本實施例中，a>b，而為了避免a與b的差值過大而影響外觀，可設計a-b≦0.2mm，但本發明不以此為限，因為第一導電段25也可以與該第二導電段26等寬，此情形下，銜接區252不存在，且第二導電段26的端部261和緩衝區25相連接。在此以「最大寬度」來作比較是因為第一導電段25及第二導電段26也可以是寬度不固定的設計。另外，主柵電極23的寬度為c，且c≦3mm。左右對應的指狀電極24的第二導電段26的最小距離為d，且d-c≧0.01mm。

需要說明的是，電極單元22的數量不限於兩個，例如也可以為一個，或者兩個以上左右相連；抑或是可採取多個電極單元22獨立不相連的形式存在。

參閱圖6、7、8、9，本發明太陽能電池模組之第一較佳實施例，即包含數個如上述且互相串接排列的太陽能電池2、數個各別對應每一太陽能電池2而設置的導線單元3、一個位於所述太陽能電池2下方的下基板4、一個位於太陽能電池2及導線單元3上方的上基板5，及一個填充於該下基板4與該上基板5之間並包覆在太陽能電池2及導線單元3周圍的封裝膠6。其中，所述上基板5為光線入射的一側，因此必須為可透光。所述封裝膠6的材料例如乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)。

所述導線單元3都包括兩條導線31，並且各別位於與其對應的太陽能電池2的電極單元22的主柵電極23上，導線31用於電連接與其對應的太陽能電池2及相鄰的另一太陽能電池2。每一導線31的寬度為e(如圖7)，且e≦d，在本實施例中，e=d。所述導線31是利用局部點焊方式固定在主柵電極23上，而且導線31的寬度範圍涵蓋主柵電極23及指狀電極24的第一導電段25，因此導線31的局部部位也會與第一導電段25的緩衝區251焊接固定，進而增加導線31的焊接面積，提高焊固效果。而且透過所述厚度小於第二導電段26的第一導電段25的設計，使導線31能焊接在第一導電段25及主柵電極23上，又該主柵電極23與第一導電段25能提供導線31足夠的焊接支撐力，使導線31穩固結合於電池上，能有效改善以往導線焊接時架空的缺點，因此本發明能提升導線31與電極單元22間的焊接面積、避免虛焊。另外，導線31的後半段還必須與相鄰的另一太陽能電池2的背面電極連接。需要說明的是，圖9主要示意太陽能電池2與導線31間的連接關係，因此圖9的電池僅為簡單示意。

在本實施例中，所述導線31和與其對應的太陽能電池2的第一導電段25直接連接，而且導線31左右兩側是與第二導電段26相接觸。但於實施上，若採用寬度較小的導線31，則導線31與第二導電段26之間也可以不接觸。

參閱圖10、11、12，本發明太陽能電池2的製造方法，包含以下步驟：

(1)首先提供已製備完成的光電轉換單元21，由於該光電轉換單元21非本發明的改良重點，因此其製備方法亦不在此詳述。

(2)利用網印方式形成所述兩電極單元22，因此所述兩電極單元22是一同製作完成。

本步驟是第一次網印步驟，必須利用一個具有一第一網版圖案(圖未示)的第一網版(圖未示)，在該光電轉換單元21的受光面211上網印形成一個對應該第一網版圖案的第一導電圖案71，再透過烘烤步驟使該第一導電圖案71乾燥定型。

該第一導電圖案71包括兩個皆沿著一第一方向81延伸的主柵電極圖案部712，以及數個互相平行並且皆沿著一第二方向82左右延伸的第一指狀電極圖案部711。本實施例的第一方向81為縱向，第二方向82為左右向。其中，部分的第一指狀電極圖案部711位在左側主柵電極圖案部712的左側，部分的第一指狀電極圖案部711位在右側主柵電極圖案部712的右側，其它的第一指狀電極圖案部711則位在所述兩主柵電極圖案部712之間。而且第一指狀電極圖案部711之一連接主柵電極圖案部712的區塊710(圖10)，其在第一方向81上的寬度乃是較擴大的設計，可增加後續將電池組裝成模組時的導線31焊接面積。

當然，第一網版上對應於該所述區塊710的圖案也是加寬設計，再配合網印方向與第一指狀電極圖案部711的延伸方向平行(亦即平行於第二方向82)，因此可以提升漿料填充於第一指狀電極圖案部711與主柵電極圖案部712之間的填充量，使漿料布滿主柵電極圖案部712的左右兩側邊，進而增加印刷飽滿度，此即相當於提升最後形成的主柵電極23的飽滿度，從而提升主柵電極23與導線31焊接後的支撐力。

(3)本步驟是第二次網印步驟，必須利用一個具有一第二網版圖案(圖未示)的第二網版(圖未示)，在該第一導電圖案71上網印形成一個對應該第二網版圖案的第二導電圖案72，後續經過烘烤後，再透過高溫燒結(firing)即完成電極單元22的製作。

該第二導電圖案72包括數個互相平行並且皆沿著該第二方向82延伸的第二指狀電極圖案部721。所述第二指狀電極圖案部721各別與第一指狀電極圖案部711上下對應，但第二指狀電極圖案部721的延伸長度較短，而且左右相對應的兩第二指狀電極圖案部721的距離g(圖11)大於左右相對應的兩第一指狀電極圖案部711的距離f(圖10)，所述f也相當於第一主柵電極圖案部712的寬度。因此，上下對應的第一指狀電極圖案部711與第二指狀電極圖案部721的重疊部分，最後即形成指狀電極24的第二導電段26；第一指狀電極圖案部711未與第二指狀電極圖案部721重疊的部分即形成第一導電段25。

參閱圖6、12，由以上說明可知，所述第二導電段26是由兩次網印所形成；所述第一導電段25及主柵電極23是由所述兩次網印的其中一次所形成，從而使第二導電段26的厚度h3大於主柵電極23的厚度h1與第一導電段25的厚度h2。具體來說，本實施例的第二導電段26的下區塊263、該主柵電極23及所述第一導電段25都是由第一次網印所形成。

參閱圖8、9、12，本發明太陽能電池模組的製造方法，乃是將每一導線單元3的導線31各別對應所述主柵電極23而焊接，當然，導線31的局部部位也與第一導電段25焊接，並且還要將導線31與相鄰的另一太陽能電池2的背面電極焊接。另外，在上基板5與下基板4之間必須擺放兩片上下設置的封裝膠膜，而串接結合的太陽能電池2與其上的導線單元3則是位於所述兩封裝膠膜之間，經過加熱後，封裝膠膜即熔融成為所述封裝膠6，進而將電池與導線單元3固定住，最後再裝上外框，即完成模組的組裝。

綜上所述，透過厚度較小的第一導電段25，可以與主柵電極23配合而供導線31焊接，避免導線31架空在厚度較高的第二導電段26上，因此本發明可增加電極單元22與導線31間的焊接面積，提升焊接穩固性。而且在網版圖案設計上，對應於第一導電段25的緩衝區251部位乃為加寬設計，配合網印方向平行指狀電極24的延伸方向，可增加印刷後主柵電極23的飽滿度，以增強與導線31焊接後的支撐力，同時也透過加寬的緩衝區251增加焊接面積，如此同樣能提升焊接穩固性。需要說明的是，本發明不以所有的指狀電極24都必須具有第一導電段25及第二導電段26為必要，因為只要部分的指狀電極24形成有厚度較小的第一導電段25，即可達到本發明的目的。

參閱圖13，本發明太陽能電池2之第二較佳實施例，與該第一較佳實施例的結構大致相同，只是本實施例的網版印刷順序有所改變，使電極單元22的剖視形態與該第一較佳實施例略有不同，但俯視形態是相似的。而且本實施例的第二導電段26的厚度仍是大於該第一導電段25的厚度，也大於該主柵電極23的厚度。該主柵電極23的厚度同樣小於或等於第一導電段25的厚度。

參閱圖10、11、14，本實施例的製造方法與該第一較佳實施例不同的地方在於：本實施例是先印刷形成該第二導電圖案72，再於第二導電圖案72上印刷形成該第一導電圖案71，最後同樣透過高溫燒結形成電極單元22。因此本實施例的第二導電段26的上區塊262、主柵電極23及所述第一導電段25都是由第二次網印所形成。而且因為左右相對應的第二指狀電極圖案部721的距離g，大於後續將形成的第一導電圖案71的第一主柵電極圖案部712的寬度f(即如圖10、11所示的g>f)，如此可以避免第二指狀電極圖案部721的存在影響第一主柵電極圖案部712的漿料塗布過程，使第一主柵電極圖案部712在與第一指狀電極圖案部711連接的部位能被漿料填滿而印刷飽滿，從而提升最後形成的主柵電極23的印刷飽滿度。

本實施例的電極單元22的設計精神與該第一較佳實施例相同，同樣可避免導線31架空，使導線31能焊接在主柵電極23及第一導電段25上，本實施例各元件的功能以及達成的目的與該第一較佳實施例相同，不再詳述。

另外一提的是，因為第二導電段26是透過兩次印刷形成，較佳地，第二次印刷的網版圖案寬度可以大於第一次印刷的網版圖案寬度，如此有利於使漿料往中央疊高，提升印刷後的整個第二導電段26的形狀完整性及高寬比。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

2．．．太陽能電池

21．．．光電轉換單元

211．．．受光面

212．．．背面

22．．．電極單元

23．．．主柵電極

24．．．指狀電極

25．．．第一導電段

251．．．緩衝區

252．．．銜接區

26．．．第二導電段

261．．．端部

262．．．上區塊

263．．．下區塊

3．．．導線單元

31．．．導線

4．．．下基板

5．．．上基板

6．．．封裝膠

71．．．第一導電圖案

710．．．區塊

711．．．第一指狀電極圖案部

712．．．主柵電極圖案部

72．．．第二導電圖案

721．．．第二指狀電極圖案部

81．．．第一方向

82．．．第二方向

a．．．第一導電段的最大寬度

b．．．第二導電段的最大寬度

c．．．主柵電極的寬度

d．．．第二導電段的最小距離

e．．．導線的寬度

f．．．第一指狀電極圖案部的距離

g．．．第二指狀電極圖案部的距離

h1．．．主柵電極的厚度

h2．．．第一導電段的厚度

h3．．．第二導電段的厚度

L．．．假想線

圖1是一種已知太陽能電池的俯視圖；

圖2是一流程示意圖，顯示圖1太陽能電池之一正面電極的製作過程，以及該電池最後與兩條導線焊接結合；

圖3是一類似圖2的流程示意圖，主要顯示另一種製作正面電極的步驟；

圖4是一示意圖，顯示由圖3的第一道流程進入第二道流程時所須使用的裝置；

圖5是本發明太陽能電池之一第一較佳實施例的俯視圖；

圖6是該第一較佳實施例的前視剖視示意圖；

圖7是一取自圖5之區域A的放大圖；

圖8是本發明太陽能電池模組之一第一較佳實施例的局部俯視圖；

圖9是該太陽能電池模組的側視剖視示意圖；

圖10是一第一導電圖案的示意圖；

圖11是一第二導電圖案的示意圖；

圖12是一流程示意圖，顯示該第一較佳實施例的製造流程，同時顯示模組組裝過程必須與數條導線焊接；

圖13的(a)是本發明太陽能電池之一第二較佳實施例的前視剖視示意圖，(b)是該第二較佳實施例的電極單元的局部俯視示意圖；及

圖14是一流程示意圖，顯示該第二較佳實施例的製造流程，同時顯示模組組裝過程必須與數條導線焊接。

2．．．太陽能電池

21．．．光電轉換單元

211．．．受光面

212．．．背面

22．．．電極單元

23．．．主柵電極

24．．．指狀電極

25．．．第一導電段

26．．．第二導電段

262．．．上區塊

263．．．下區塊

h1．．．主柵電極的厚度

h2．．．第一導電段的厚度

h3．．．第二導電段的厚度

L．．．假想線

Claims (16)

1. 一種太陽能電池，包含：一光電轉換單元，用於將光能轉換成電能；一電極單元，位於該光電轉換單元上，並包括一主柵電極以及數個指狀電極，至少一指狀電極具有一個連接該主柵電極的第一導電段，以及一個位於該第一導電段的一側且朝遠離該主柵電極的方向延伸的第二導電段，該第二導電段的厚度大於該第一導電段的厚度，也大於該主柵電極的厚度。
2. 依據申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，其中，所述第二導電段透過第一導電段而電連接該主柵電極。
3. 依據申請專利範圍第2項所述之太陽能電池，其中，該主柵電極的厚度小於或等於所述第一導電段的厚度。
4. 依據申請專利範圍第3項所述之太陽能電池，其中，所述第二導電段是由兩次網印所形成，所述第一導電段是由所述兩次網印的其中一次所形成。
5. 依據申請專利範圍第3項所述之太陽能電池，其中，該主柵電極及所述第一導電段是由同一次網印所形成。
6. 依據申請專利範圍第5項所述之太陽能電池，其中，所述第二導電段具有一個上區塊與一個下區塊，所述下區塊、該主柵電極及所述第一導電段是由同一次網印所形成。
7. 依據申請專利範圍第5項所述之太陽能電池，其中，所述第二導電段具有一個上區塊與一個下區塊，所述上區塊、該主柵電極及所述第一導電段是由同一次網印所形成。
8. 依據申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，其中，該指狀電極的第一導電段的最大寬度大於第二導電段的最大寬度。
9. 依據申請專利範圍第8項所述之太陽能電池，其中，所述第一導電段的最大寬度為a，所述第二導電段的最大寬度為b，且a-b≦0.2mm。
10. 依據申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，其中，該第二導電段具有一個連接該第一導電段且受該第一導電段包圍的端部。
11. 依據申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，其中，該主柵電極的寬度為c，所述指狀電極位於該主柵電極的左右兩側，左右對應的指狀電極的第二導電段的最小距離為d，且d-c≧0.01mm。
12. 一種太陽能電池模組，包含：數個如申請專利範圍第1至10項中任一項所述之太陽能電池，所述太陽能電池彼此串接排列；及數個各別對應每一太陽能電池而設置的導線單元，每一導線單元包括一條位於與其對應的太陽能電池的主柵電極上的導線，且該導線電連接相鄰的另一太陽能電池。
13. 依據申請專利範圍第12項所述之太陽能電池模組，其中，所述導線和與其對應的太陽能電池的第一導電段直接連接。
14. 依據申請專利範圍第12項所述之太陽能電池模組，其中，所述導線和與其對應的太陽能電池的第二導電段不接觸。
15. 依據申請專利範圍第12項所述之太陽能電池模組，其中，每一太陽能電池的主柵電極的寬度為c，每一太陽能電池的指狀電極是連接在該主柵電極的左右兩側，左右對應的指狀電極的第二導電段的最小距離為d，且d-c≧0.01mm。
16. 依據申請專利範圍第15項所述之太陽能電池模組，其中，所述導線的寬度為e，且e≦d。