一种太阳能电池栅线电极的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种太阳能电池栅线电极，电极的形状类似叶脉，栅线电极分为多级栅线，栅线的宽度设计根据太阳电池表面所流经的光生电流大小分布所确定，流经电流大的位置栅线相应较宽，流经电流小的位置栅线相应较窄。本发明所述的叶脉形栅线电极可以时太阳电池光电流收集和传导的效率最大化，同时减少了栅线的遮光面积和制作电极的银浆耗量，有效提高太阳能电池效率和降低生产成本。
【专利说明】一种太阳能电池栅线电极
【技术领域】
[0001] 本发明涉及太阳能电池领域，尤其涉及一种太阳能电池的栅线电极。
【背景技术】
[0002] 晶硅的太阳能技术正日臻完善，高效率低成本是各大厂商一直追求的目标，也是 研发中的各项新技术的主要推动力。大量的研究工作致力于降低生产成本、提高电池效率。
[0003] 太阳能电池技术中，栅线电极是影像电池与模组效率的重要因素，电池表面栅线 的设计目的是最大限度的收集电池中的光生电荷，提高电池效率。因此通过栅线结构图形 的优化设计，减少浆料的使用，降低生产成本且减小栅线覆盖面积，同时又能够不影响光生 电荷的收集，成为栅线设计的主要挑战。
[0004] 然而在现有的栅线技术中，图形大多数为等宽的长带形，在栅极的末端不需要很 大的电荷收集能力，则长带形的栅极就浪费了银浆浆料，减少了光吸收的有效面积，也将降 低太阳能电池效率。在细栅线根部，有更多的电流在此通过，栅线则需要更大的宽度，以便 电流快速的收集到主栅线。
[0005] 为了达到减少银浆浆料、减少栅线遮光面积、提高栅线收集电荷能力的目的，以便 尽可能的改善栅线对电池片效率的影像，同时降低太阳能电池制造成本，我们借鉴树叶中 收集光合作用产物的叶脉形状，提出一种基于仿生学的栅线结构图形。经优化，我们将栅线 的形状设计成叶脉的形状，减少了遮光、提高了电荷收集能力，借助仿生学使得栅线设计实 现最优化。
【发明内容】
[0006] 为了解决现有的栅线银浆耗量高、遮光面积大、收集电荷能力不足的技术问题，本 发明借鉴仿树叶叶脉的结构来设计太阳能电池栅线图形，设计思想是：
[0007] 将栅线模仿树叶叶脉的形状，该叶脉形状可以是真实的叶脉形状，也可以是经过 演变的三角形、椭圆形、弯曲的长带形等。
[0008] 该图形一般是距离主栅线越近，宽度越大，越是栅线末端宽度越小。
[0009] 并且该栅线设计既可以用于太阳能电池的正面，也同时适用于太阳能电池的背电 极。主栅线数量优先为2至6条。
[0010] 该栅线结构可以应用于晶硅电池、非晶硅电池、薄膜电池、层叠电池等太阳能电 池。
[0011] 本发明的一种太阳能电池栅线电极，分为（或包括）多级栅线，等级由前至后依 次为主栅线、1级栅线、2级栅线……N级栅线，其中N是次级栅线（下文中也称为细栅线） 的等级总数，类似于叶脉不断分叉的结构，定义了各级分支，每一级均有多条栅线，N至少为 1，即至少包括主栅线和1级栅线；将主栅线视为0级栅线，则η级栅线与n-Ι级栅线相交 且交线只组成两个夹角，η为1至N中的任一整数值，η级栅线表述的即是1级栅线、2级栅 线……Ν级栅线中的任意一级栅线。
[0012] 在本发明的较佳实施方式中，多条主栅线间不相交，多条η级栅线间不相交。
[0013] 进一步地，多级栅线均为带状长条形。
[0014] 进一步地，带状长条形的侧边是直线段、弧线段或任意弯曲的流线型曲线段，可以 模仿树叶叶脉的形状，该叶脉形状可以是真实的叶脉形状，也可以是经过演变的三角形、椭 圆形、弯曲的长带形。
[0015] 进一步地，η级栅线的宽度，沿远离η-1级栅线方向，逐渐减小，即栅线从交点至末 梢宽度逐渐减小，类似叶脉。
[0016] 进一步地，η级栅线靠近η-1级栅线一端的端部宽度范围为50微米至500微米， 限定了位于交点处的η级栅线的端部（也称为根部）的宽度。
[0017] 进一步地，η级栅线远离η-1级栅线一端的端部宽度范围为2微米至50微米，限 定了η级栅线远离交点一端的端部（也称为末梢）的宽度。栅线的整体宽度（包括根部和 末梢）设置是根据所流经的电流大小确定的，流经电流大的位置栅线相应较宽，流经电流 小的位置栅线相应较窄。
[0018] 进一步地，η级栅线与η-1级栅线的夹角为20°至160°。
[0019] 进一步地，η级栅线的长度为0. 1毫米至150毫米，限定了除主栅线外各次级栅线 的长度。
[0020] 进一步地，η-1级栅线上的多条η级栅线，依次交替设置在η-1级栅线的两侧，每两 条为一组，每组中的η级栅线在η-1级栅线上的交点沿η-1级栅线相距距离为0、或5/2 (η+1) 毫米（5 + 2(η+1)毫米）至70/2(η+1)毫米（70 + 2(η+1)毫米）。相距距离为0时即每组中两条η 级栅线在η-1级栅线上的两个交点相重合。
[0021] 本发明将传统的细带状的栅线形状优化为仿叶脉的形状，有效降低了银浆耗量， 同时获得更强的电荷收集能力。由于叶脉形状是自然选择的结果，叶片收集光合作用产物 与太阳能电池收集光生电荷有相近的形式，我们同时使用计算机进行模拟计算，得到的结 果与叶脉相近，证实了本设计的实用性。
[0022] 以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以 充分地了解本发明的目的、特征和效果。
【专利附图】
【附图说明】
[0023] 图1是本发明的一个较佳实施例的整体结构示意图；
[0024] 图2是本发明的另一个较佳实施例的整体结构示意图，主栅线和细栅线、各细栅 线之间的夹角是直角；
[0025] 图3是本发明的一种对称型细栅线的细节图；
[0026] 图4是本发明的一种错位型细栅线的细节图；
[0027] 图5是图2中的细栅线底角标示图；
[0028] 图6是图3中的细栅线底角标示图。
【具体实施方式】
[0029] 下面结合附图和具体的实施例，进一步阐明本发明。需要说明，本实施例仅用于说 明本发明而不用于限制本发明的内容，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的 各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定。
[0030] 现有的太阳能电池技术中，无论是主栅线还是细栅线，电极形状均为宽度不变的 带状长条形，本发明的不同之处在于栅线的形状是基于树叶的脉络，可以是实际树叶脉络 的图形，也可以是由树叶脉络衍化出的栅线图形，比如：粗细不均的带状、三角形、弯曲的带 状等。对于细栅线而言，一般是靠近主栅线的一端宽度较粗，远离主栅线的一端较为细窄。
[0031] 如图1所示，是一种基于叶脉形状的仿生学的太阳能栅线电极，一般包括一条以 上的主栅线1，主栅线1的两端有尖锐端头3。类似于树叶的叶脉，本发明电极一般包含至 少两级栅线，在本实施例中包含主栅线1，1级栅线4和2级栅线2，所有细栅线，在本实施例 中即1级栅线4和2级栅线2的长度为0. 1毫米至150毫米。
[0032] 如图2所示，是本发明的栅线电极结构，与图1的差异在于主栅线和细栅线、各细 栅线之间的夹角均为直角。
[0033] 进一步说明图1和图2中不同级细栅线之间的关系，如图3所示，夹角5是η级栅 线与η-1级栅线的夹角，该夹角的范围在20°至160°之间。图1中的η级栅线与η-1级 栅线的夹角小于90度，图2中的η级栅线与η-1级栅线的夹角恰好为90度。
[0034] 再进一步说明不同级细栅线之间的关系，如图3和图4所示，两种设计的不同之处 在于图3中，两条η级栅线的根部设计在η-1级栅线同一位置，而在图4中，两条η级栅线 的根部设计在η-1级栅线不同位置，栅线间形成夹角6,错位距离7的范围在5/2 (η+1)毫米至 70/2 (η+1)毫米之间。
[0035] 进一步对细栅线的形状进行说明，所有细栅线的根部的宽度为50微米至500微 米，顶部的宽度为2微米至50微米，细栅线的形状类似于三角形或梯形。图5和图6分别 示出了图2和图3中细栅线的底角示意图，底角即栅线侧边与底边的夹角。图5中左侧为 实际设计版图，由于栅线的长度比宽度大很多，所以放大后看不出是三角形，左侧为抽象示 意图，可看出一根栅线为三角形，其中底角即夹角8。图6中细栅线的底角是夹角9,其是细 栅线侧边与底边10的夹角，底边10的位置满足，底边10至栅线末梢间的两测边长度相等 且最大。底角的范围为60°至90°。
[0036] 以上实施例以直线段的栅线为例，同样可以模仿树叶叶脉的形状，设计为弧线段 或任意弯曲的流线型曲线段。
[0037] 经不同的优化方案后，应用本发明叶脉形仿生电极，可以减少电极遮光面积10 % 到30%之间，减少相应的导电银浆使用量，有能力提高0.5%以上的太阳电池效率。
[0038] 通过上述的文字表述可以看出，采用本叶脉型仿生电极后，通过各级栅线线宽的 优化设计，可以使电子有效传导，提高太阳能电池的光电子收集能力。同时减少电极的遮光 面积，有效提高太阳能电池转化效率。不仅如此，本发明将为太阳能电池减少导电银浆的用 量，进一步减少生广成本，提1?经济效益。
[0039] 以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创 造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本【技术领域】中技术人员 依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术 方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
【权利要求】
1. 一种太阳能电池栅线电极，其特征在于，所述栅线电极分为多级栅线，等级由前至后 依次为主栅线、1级栅线、2级栅线……N级栅线，其中N是次级栅线的等级总数且所述N至 少为1 ;所述主栅线也称为0级栅线，η级栅线与n-1级栅线相交且交线只组成两个夹角，η 为1至所述Ν中的任一整数值。
2. 如权利要求1所述的栅线电极，其特征在于，所述多级栅线均为带状长条形。
3. 如权利要求2所述的栅线电极，其特征在于，所述带状长条形的侧边是直线段、弧线 段或任意弯曲的流线型曲线段。
4. 如权利要求1所述的栅线电极，其特征在于，所述η级栅线的宽度，沿远离所述n-1 级栅线方向，逐渐减小。
5. 如权利要求4所述的栅线电极，其特征在于，所述η级栅线靠近所述n-Ι级栅线一端 的端部宽度范围为50微米至500微米。
6. 如权利要求4所述的栅线电极，其特征在于，所述η级栅线远离所述n-Ι级栅线一端 的端部宽度范围为2微米至50微米。
7. 如权利要求1所述的栅线电极，其特征在于，所述η级栅线与所述n-Ι级栅线的夹角 为 20° 至 160°。
8. 如权利要求1所述的栅线电极，其特征在于，所述η级栅线的长度为0. 1毫米至150 毫米。
9. 如权利要求1所述的栅线电极，其特征在于，所述n-Ι级栅线上的多条所述η级栅 线，依次交替设置在所述n-Ι级栅线的两侧，每相邻两条为一组，每组中的所述η级栅线在 所述n-Ι级栅线上的交点沿所述n-Ι级栅线相距距离为0、或5/2 (η+1)毫米至70/2(η+1)毫米。
【文档编号】H01L31/0224GK104103698SQ201410317645
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年7月3日 优先权日:2014年7月3日
【发明者】张亚非, 刘一剑, 李忠丽, 徐东 申请人:上海交通大学