一种极性互补的晶体硅光伏电池连接组的制作方法

本发明涉及晶体硅光伏组件技术领域，具体涉及一种极性互补的晶体硅光伏电池连接组。

背景技术：

现有技术的晶体硅光伏电池连接组（以下简称电池连接组）采用极性相同的电池串联而成，需要外接分立的旁路二极管实现对电池或电池串的热斑效应保护。

一种在晶体硅光伏电池上集成制作旁路二极管的现有技术，需要“转置”旁路二极管的极性，即将旁路二极管的正电极与负电极做成与所寄生的晶体硅光伏电池相反的布置，以利于旁路二极管的接入。

为了充分利用光照面积现有技术亦有在电池片之间采用“搭接”的方法实现电池的互连，以提高光伏组件的面积利用率。

现有技术的不足在于：

1）对于将电池引出电极分别设计在电池的上表面和衬底表面的晶体硅光伏电池，因为是由相同极性的电池串联形成的电池连接组，因此串联电池的互连导体需要由电池甲的掺杂层电极折弯连接至电池乙的衬底电极，电池乙的掺杂层电极折弯连接至电池丙的衬底电极，……。这种互连方式需要在电池之间留有足够的间隙供互连导体穿越，因此组件的有效发电面积会减小，组件的光电转换效率会降低；由于互连导体从电池甲的上表面折向电池乙的衬底表面，容易在电池的边缘引入机械应力，易于引起电池片的裂纹和隐裂纹；

2）现有技术旁路二极管作为分立器件设置在外接的接线盒中，由于体积和成本限制，旁路二极管的芯片面积不可能设计的足够大，以至旁路二极管的防过流能力偏低，雷电感应往往引起旁路二极管过流烧毁致组件不能正常工作；

3）外接旁路二极管因为管芯面积较小，发热较严重，是发生火灾的重要原因；

4）容纳外接分立旁路二极管器件的接线盒体积大、结构复杂，成本较高；

5）考虑到接线盒成本和实现起来的困难，现有技术旁路二极管的数目不可能设计的太多，在复杂的安装环境中对光伏组件的热斑保护的效果不够理想。

6）采用搭接的方法实现电池的互连存在浪费电池面积，电池间机械应力较高的弊端。

例如专利号为201110007744.2的发明专利公开了一种具有旁路二极管的晶体硅太阳电池组件的制备方法,在晶体硅太阳电池的局部区域印刷浆料,经烧结后在晶体硅片局部区域形成p-n结方向与主体太阳电池p-n结方向相同的旁路二极管,再将所述的旁路二极管与主体太阳电池隔离开,制得具有旁路二极管的晶体硅太阳电池,最后通过互连条将制得的太阳电池连接成组件。上述方案中通过在晶体硅太阳电池的局部区域形成一个旁路二极管,经测试旁路二极管单向导电性能显著,该方法制备的太阳电池便于封装,通过互连条连接成组件后,组件中每一片太阳电池都并联有一个旁路二极管,当单个太阳电池被遮挡或者出现故障时将被二极管旁路,减少组件输出功率的损失,保证组件工作的稳定性。

该专利中所称晶体硅太阳电池即是本专利所称之晶体硅光伏电池。

按照该专利的说明书和附图，要实现其功能则旁路二极管的隔离技术会比较复杂，成本较高。因为，现有技术的晶体硅光伏电池，掺杂形成的pn结的深度多数只有纳米或微米数量级，而衬底的厚度约150微米左右，要将所述旁路二极管与所述晶体硅光伏电池共有的衬底隔离开而两者又不分离，则不易工业实现。若共有衬底不隔离，则根据该方案描述的结构进行线路连接后，会造成连接短路，组件不能正常工作；或去掉短路的连接，则只能对部分电池或电池串实施热斑旁路保护。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种极性互补的晶体硅光伏电池连接组及其晶体硅光伏组件，通过采用极性互补的电池连接方法和极性互补的旁路二极管连接方法实现了电池连接组中对所有电池的有效热斑保护，进一步，如果采用p电池和n电池相间串联（即与p电池直接相连结的必是n电池，与n电池直接相连接的必是p电池）的连接方法，则对于衬底电极、掺杂层电极设置在不同表面的电池，在电池串联的时候，互连导体与电池平面平行，不需要由电池甲的掺杂层电极折弯至电池乙的衬底电极，由电池乙的掺杂层电极折弯至电池丙的衬底电极，……，因此电池间不再需要互连导体穿过所需要的间隙，实现了紧密型排列。

本发明的另一个目的在于提供一种晶体硅光伏电池上集成的旁路二极管的方法和将晶体硅光伏电池上集成的旁路二极管接入电池连接组的方法，利用这些集成的旁路二极管，当晶体硅光伏组件中有电池发生热斑效应时，可以有效地旁路掉发生热斑效应的电池，以保证组件的安全和较少的功率损失。

借助于极性互补的晶体硅光伏电池与集成的旁路二极管的拓扑连接，可以方便地达到组件中所有晶体硅光伏电池或子电池串得到有效的热斑效应旁路保护的目的。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种极性互补的晶体硅光伏电池连接组，包括多个串联的晶体硅光伏电池，

所述晶体硅光伏电池包括衬底，衬底表面设有衬底电极，衬底上有掺杂层，掺杂层与衬底形成晶体硅光伏电池pn结，掺杂层表面设有掺杂层电极，衬底电极和掺杂层电极为晶体硅光伏电池pn结的两个电极；

所述晶体硅光伏电池连接组中包含有p电池和n电池两种晶体硅光伏电池；

晶体硅光伏电池中集成有旁路二极管，旁路二极管包括集成在p电池上的p旁路二极管，集成在n电池上的n旁路二极管；

所述晶体硅光伏电池连接组中包含有p旁路二极管和n旁路二极管；

多个晶体硅光伏电池划分为多个子电池串，所述子电池串的数量为1、2、3、…、z个子电池串，其中z≥2，每个子电池串中包含一片或一片以上的晶体硅光伏电池；

每一个子电池串均与其一端串联相邻的一个晶体硅光伏电池上集成的旁路二极管形成反并联连接关系，由所述晶体硅光伏电池上集成的旁路二极管为所述子电池串提供热斑效应旁路保护。

进一步，集成有旁路二极管的晶体硅光伏电池包括位于同一衬底上的掺杂层，掺杂层与衬底间形成晶体硅光伏电池pn结和旁路二极管pn结，所述晶体硅光伏电池pn结的掺杂层表面设有晶体硅光伏电池的掺杂层电极，所述旁路二极管pn结的掺杂层表面设有旁路二极管的掺杂层第二电极；所述旁路二极管pn结与所述晶体硅光伏电池pn结共用同一个衬底和衬底电极。

进一步，在所述晶体硅光伏电池和旁路二极管pn结以及对应的掺杂层之间设有隔离槽，所述隔离槽可以由激光加工或腐蚀加工得到。

进一步，晶体硅光伏电池pn结和旁路二极管pn结以及对应的掺杂层之间的隔离槽内填充有绝缘介质，该绝缘介质是在电池制造后道工序制备钝化和减反射膜时形成的。

进一步，晶体硅光伏电池pn结和旁路二极管pn结以及对应的掺杂层之间存在导电类型与衬底导电类型相同的硅材料隔离，所述与衬底导电类型相同的硅材料是在掺杂过程中事先在衬底硅片上做区域选择性掺杂所形成的。

进一步，所述旁路二极管上下两面分别所述旁路二极管上下两面分别覆盖有黑色胶膜。

进一步，设从所述晶体硅光伏电池连接组的正极到负极的各晶体硅光伏电池的编号分别为1、2、…、n，其中标号i～m(1＜i≤m＜n)的晶体硅光伏电池中设置有子电池串的热斑保护电路，所述热斑保护电路包括由标号为i的晶体硅光伏电池的正电极连接至标号为(m+1)的p电池上集成的p旁路二极管的掺杂层第二电极；或者由标号m的晶体硅光伏电池的负电极连接至标号为(i-1)的n电池上集成的n旁路二极管的掺杂层第二电极；

对标号为1～j(1≤j＜n)的首串子电池串和标号为k～n(1＜k≤n)的末串子电池串的热斑保护电路，只能从上述两种热斑保护电路中择一选用。

进一步，所述晶体硅光伏电池连接组中的各所述子电池串中仅包含一个晶体硅光伏电池，且晶体硅光伏电池连接组中各晶体硅光伏电池之间按p电池和n电池相间串联，所述晶体硅光伏电池连接组的正极线端为一n电池的掺杂层电极，该n电池的衬底电极与一p电池的衬底电极之间通过互连导体串联，该p电池的掺杂层电极与其之后连接的n电池的掺杂层电极通过互连导体串联，依次类推，……，最后晶体硅光伏电池连接组的负极线端为一p电池掺杂层电极；

所述晶体硅光伏电池连接组中的旁路二极管的连接关系：取晶体硅光伏电池连接组中集成有n旁路二极管的n电池和集成有p旁路二极管的p电池各一个，由所述n电池上集成的n旁路二极管的掺杂层第二电极接至所述p电池的掺杂层电极；互补地，由所述p电池上集成的p旁路二极管的掺杂层第二电极接至所述n电池的掺杂层电极，形成以所述n电池掺杂层电极为正极，以所述p电池掺杂层电极为负极的互补的晶体硅光伏电池电路结构，以此互补的晶体硅光伏电池电路结构为基本单元，经串联连接成完整的晶体硅光伏电池连接组。

进一步，所述p电池可以是两片以上的p电池的并联组，所述n电池可以是两片以上的n电池的并联组。

进一步，所述晶体硅光伏电池连接组的外部设有封装胶膜，所述封装胶膜包括第一封装胶膜和第二封装胶膜，第一封装胶膜位于各晶体硅光伏电池的主受光面的上方，第二封装胶膜位于各晶体硅光伏电池的次受光面或非受光面的下方，所述第一封装胶膜的外侧设有前面板，第二封装胶膜的外侧设有背面板，经层压封装后，背面板的外侧装设接线盒，所述接线盒中设有与晶体硅光伏电池连接组连通的互连导体，接线盒中没有旁路二极管，晶体硅光伏电池连接组通过封装胶膜、前面板、背面板以及接线盒构成完整的极性互补的晶体硅光伏组件。

本发明与现有技术相比较，其有益效果在于：

1)本发明方案通过旁路二极管的极性互补结构实现了旁路二极管隔离，工艺简单、连接简便，可以做到对任意小的子电池串都单独实施热斑效应旁路保护，使得光伏组件更易于适应各种复杂的安装场合，扩大光伏组件的使用范围；

2)本发明方案中的集成旁路二极管的结构与外接的分立器件旁路二极管相比较管芯面积大，抗过电流性能强，不易被雷电感应烧毁；

3)对于衬底电极和掺杂层电极分处电池的上下两面的晶体硅光伏电池，可以做到所有互联导线均不再需要穿梭于电池的两平面之间，因此，可以减小电池间互连的机械应力，减少裂纹的产生；有利于开发更薄的电池，即减少硅材料消耗又可以提高光伏电池的光电转换效率；本发明还可以减小电池排列的间隙，提高组件面积的利用率；

4)本发明方案中电池之间连线的简化有利于生产电池的机械化操作、自动化，提高产品质量、提高生产率以及降低制造成本；

5)集成设计的旁路二极管可以简化接线盒结构和体积，提高晶体硅光伏组件集成度，降低接线盒和晶体硅光伏组件成本。

6)与专利号为201110007744.2发明专利的现有技术相比，本发明采用了不同的旁路二极管与电池的隔离技术，由于采用了极性互补的电池，使得旁路二极管与所述晶体硅光伏电池的隔离技术更为简单。专利号为201110007744.2的发明如果使用本专利的所述旁路二极管与所述晶体硅光伏电池的隔离技术，则由该发明的附图可见，组件电路会发生短路，整个组件将不能工作。

附图说明

图1是集成有旁路二极管的晶体硅光伏电池的剖面结构示意图之一，电池的衬底电极和掺杂层电极分处于电池的两侧，晶体硅光伏电池与旁路二极管pn结和掺杂层之间依靠隔离槽和绝缘介质隔离；

图2是集成有旁路二极管的晶体硅光伏电池的剖面结构示意图之二，电池的衬底电极和掺杂层电极同处于电池的非主受光面，晶体硅光伏电池与旁路二极管pn结和掺杂层之间依靠衬底材料隔离；

图3是一种极性互补的晶体硅光伏电池连接组的连接关系示意图1，每一个电池组成一个子电池串；

图4为图3中一个互补的晶体硅光伏电池电路结构基本单元的等效电路；

图5是一种极性互补的晶体硅光伏电池连接组的连接关系示意图2，每20个电池组成一个子电池串；

图5-1是图5的左视图；

图6是图5的等效电路；

图7是包含本发明一种极性互补的晶体硅光伏电池连接组的晶体硅光伏组件的示意图。

附图标记：

1、晶体硅光伏电池；101、p电池；102、n电池；103、晶体硅光伏电池pn结；111、衬底；112、掺杂层；113、衬底电极；114、掺杂层电极；115、掺杂层第二电极；117、隔离槽；118、绝缘介质；12、旁路二极管，121、p旁路二极管；122、n旁路二极管；123、旁路二极管pn结；

2、电池连接组；21、子电池串；211、第一子电池串；212、第二子电池串；213、第三子电池串；22、连接导体；221、衬底电极连接导体；222、掺杂层电极连接导体；223、掺杂层第二电极连接导体；241、正电极引出端；242、负电极引出端；

3、极性互补的晶体硅光伏组件；31、前面板；32、封装胶膜；321、第一封装胶膜；322、第二封装胶膜；33、背面板；34、接线盒。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1：

结合附图1、附图3和附图4所示，

一种极性互补的晶体硅光伏电池连接组2，包括多个串联的晶体硅光伏电池1，

所述晶体硅光伏电池1包括衬底111，衬底111表面设有衬底电极113，衬底111上有掺杂层112，掺杂层112与衬底111形成晶体硅光伏电池pn结103，掺杂层112表面设有掺杂层电极114，衬底电极113和掺杂层电极114为晶体硅光伏电池pn结103的两个电极；

所述晶体硅光伏电池连接组2中包含有p电池101和n电池102两种晶体硅光伏电池1；

晶体硅光伏电池1中集成有旁路二极管12，旁路二极管12包括集成在p电池101上的p旁路二极管121，集成在n电池102上的n旁路二极管122；

所述晶体硅光伏电池连接组2中包含有p旁路二极管121和n旁路二极管122；

多个晶体硅光伏电池1划分为多个子电池串21（附图3中每个子电池串中只包含一片晶体硅光伏电池），所述子电池串21的数量为1、2、3、…、z个子电池串21，其中z≥2，每个子电池串21中包含一片或一片以上的晶体硅光伏电池1，

每一个子电池串21均与其一端串联相邻的一个晶体硅光伏电池1上集成的旁路二极管12形成反并联连接关系，由所述晶体硅光伏电池1上集成的旁路二极管12为所述子电池串21提供热斑效应旁路保护。

借助于极性互补的晶体硅光伏电池1与集成的旁路二极管12的拓扑连接，可以方便地达到组件中所有晶体硅光伏电池1或子电池串21得到有效的热斑效应旁路保护的目的。

集成有旁路二极管12的晶体硅光伏电池1包括位于同一衬底111上的掺杂层112，掺杂层112与衬底111间形成晶体硅光伏电池pn结103和旁路二极管pn结123，所述晶体硅光伏电池pn结103的掺杂层112表面设有晶体硅光伏电池1的掺杂层电极114，所述旁路二极管pn结123的掺杂层112表面设有旁路二极管12的掺杂层第二电极115；所述旁路二极管pn结123与所述晶体硅光伏电池pn结103共用同一个衬底111和衬底电极113。

在所述晶体硅光伏电池1和旁路二极管pn结123以及对应的掺杂层112之间设有隔离槽117，所述隔离槽117可以由激光加工或腐蚀加工得到。晶体硅光伏电池pn结103和旁路二极管pn结123结以及对应的掺杂层112之间的隔离槽117内填充有绝缘介质118，该绝缘介质118是在电池制造后道工序制备钝化和减反射膜时形成的。

所述p电池101可以是两片以上的p电池101的并联组，所述n电池102可以是两片以上的n电池102的并联组。

实施例2：

结合附图1、附图3和附图4所示，

晶体硅光伏电池连接组2中各晶体硅光伏电池1之间按p电池101和n电池102相间串联，所述晶体硅光伏电池连接组的正极线端241为一n电池102的掺杂层电极114，该n电池102的衬底电极113与一p电池101的衬底电极113之间通过互连导体221串联，该p电池101的掺杂层电极114与其之后连接的n电池102的掺杂层电极114通过互连导体222串联，依次类推，……，最后晶体硅光伏电池连接组2的负极线端242为一p电池101的掺杂层电极114。

实施例2中旁路二极管12的接法：取晶体硅光伏电池连接组2中集成有n旁路二极管122的n电池102和集成有p旁路二极管121的p电池101各一个，由所述n电池102上集成的n旁路二极管122的掺杂层第二电极115接至所述p电池101的掺杂层电极114；互补地，由所述p电池101上集成的p旁路二极管121的掺杂层第二电极115接至所述n电池102的掺杂层电极114，形成以所述n电池102掺杂层电极114为正极，以所述p电池101掺杂层电极114为负极的互补的晶体硅光伏电池电路结构，以此互补的晶体硅光伏电池电路结构为基本单元，经串联连接成完整的晶体硅光伏电池连接组。

实施例3：

结合附图1、附图5和附图6所示，一种极性互补的晶体硅光伏电池连接组，包括晶体硅光伏电池1、连接导体22（包括衬底电极连接导体221、掺杂层电极连接导体222和掺杂层第二电极连接导体223）以及旁路二极管12，其中晶体硅光伏电池1包括p电池101和n电池102，旁路二极管12分别为集成在p电池101上的p旁路二极管121和集成在n电池102上的n旁路二极管122。

p电池101和n电池102相间串联构成电池连接组，按照与旁路二极管12的并联关系，60个电池分为第一子电池串211、第二子电池串212、第三子电池串213共三个子电池串；

本实施例中电池连接组中电池的串联顺序为：电池连接组正极引出端241→电池p1衬底电极113→电池p1掺杂层电极114→掺杂层电极连接导体222→电池n2掺杂层电极114→电池n2衬底电极113→衬底电极连接导体221→电池p3衬底电极113→电池p3掺杂层电极114，…，→电池n60掺杂层电极114→电池n60衬底电极113→连接组负极端子242。

本实施例采用的电池衬底电极113与掺杂层电极114分处电池两个表面，使用p电池与n电池相间串联的方式组成电池连接组。

本实施例中有三个电池集成有旁路二极管，其序号分别是：n20、p41、n40，其中序号n20的n电池102上集成的n旁路二极管122与子电池串211反并联、序号p41的p电池101上集成的p旁路二极管121与子电池串212反并联、序号n40的n电池102上集成的n旁路二极管122与子电池串213反并联，所述各二极管分别为相应的所述子电池串提供热斑保护。

在本实施例中，一般地，设从所述晶体硅光伏电池连接组2中正极到负极的各晶体硅光伏电池1的编号分别为1、2、…、n，其中标号i～m(1＜i≤m＜n)的晶体硅光伏电池1中设置有子电池串21的热斑保护电路，所述热斑保护电路包括由标号为i的晶体硅光伏电池1的正电极连接至标号为(m+1)的p电池101上集成的p旁路二极管121的掺杂层第二电极115；或者由标号m的晶体硅光伏电池1的负电极连接至标号为(i-1)的n电池102上集成的n旁路二极管122的掺杂层第二电极115；

对标号为1～j(1≤j＜n)的首串子电池串21和标号为k～n(1＜k≤n)的末串子电池串21的热斑保护电路，只能从上述两种热斑保护电路中择一选用。

本实施例中，晶体硅光伏电池1是单片电池，没有并联电池。

实施例4：

结合附图2、附图3、附图4所示。

本实施例中的晶体硅光伏电池1具有全背电极结构。晶体硅光伏电池pn结103和旁路二极管pn结123以及对应的掺杂层112之间存在导电类型与衬底111导电类型相同的硅材料隔离，所述与衬底111导电类型相同的硅材料是在掺杂过程中事先在衬底111硅片上做区域选择性掺杂所形成的。所述旁路二极管12上下两面分别覆盖有黑色胶膜。

全背电极结构的晶体硅光伏电池1，即晶体硅光伏电池1的衬底电极113、掺杂层电极114、掺杂层第二电极115均处于晶体硅光伏电池1的非受光面或非主要受光面，旁路二极管12与其所集成的晶体硅光伏电池1依靠与衬底11相同导电类型的晶体硅形成隔离带117。该结构的晶体硅光伏电池1同样适用于实施例2所述的电池连接组的串联结构，获得与实施例2技术方案相同的技术效果。与实施例2中的电池连接组存在区别的是，通过该种全背电极结构的晶体硅光伏电池1所构成的该电池连接组中所包含的各衬底电极连接导体221、掺杂层电极连接导体222以及掺杂层第二电极连接导体223均位于同一平面上，且均位于晶体硅光伏电池1的非受光面或非主要受光面。

实施例5：

结合附图2、附图5、附图6所示。

将实施例3中的晶体硅光伏电池1全部换成全背电极晶体硅光伏电池1结合到实施例4的热斑保护电路方案，该热斑保护电路具有与实施例4技术方案相同的技术效果。区别在于，

1）所有连接导体22（包括衬底电极连接导体221、掺杂层电极连接导体222和掺杂层第二电极连接导体223）均位于同一平面上，且均位于晶体硅光伏电池1的背光面，所述背光面为晶体硅光伏电池1的非受光面或非主要受光面。

2）参见附图5、附图6，因为是全背电极结构的晶体硅光伏电池1，因此，除需要提供旁路二极管12的标号为n20、p21、n40电池外，其他晶体硅光伏电池1可以不考虑其衬底11的导电类型，电池同样可以做到密排列，而不需要在电池间留出供连接导体穿行的间隙。且减少了所需互补电池的数量，更利于产业化生产。

实施例6：

结合附图7所示，所述晶体硅光伏电池连接组2的外部设有封装胶膜32，所述封装胶膜32包括第一封装胶膜321和第二封装胶膜322，第一封装胶膜321位于各晶体硅光伏电池1的主受光面的上方，第二封装胶膜322位于各晶体硅光伏电池1的次受光面或非受光面的下方，所述第一封装胶膜321的外侧设有前面板31，第二封装胶膜322的外侧设有背面板33，经层压封装后，背面板33的外侧装设接线盒34，所述接线盒34中设有与晶体硅光伏电池连接组连通的互连导体，接线盒34中没有旁路二极管。晶体硅光伏电池连接组通过封装胶膜32、前面板31、背面板33以及接线盒34构成完整的极性互补的晶体硅光伏组件。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。