本发明属于太阳能光伏发电领域， 具体涉及一种太阳能光伏组件。

背景技术

光伏技术是使用大面积的 PN结来将太阳光转化为电的技术， 因此这种 PN 结也称为太阳能电池。 当这种太阳能电池被太阳照射时， 太阳光中的光子的能量 高过半导体的禁带宽度时， 将在太阳能电池中产生电子-空穴对， PN结的非对称 性确定了光生载流子的运动方向， 从而产生电流， 像普通电池一样从电池的终端 引出。

实际有很多因素制约着太阳能电池组件的转换 效率， 譬如反射率、 电极的 遮挡、 串联电阻、 光伏载流子不能完全收集、 在非活性区域的吸收、 非辐射复合 等。这其中， 在太阳能电池正电极和背电极以及电池之间连 接的欧姆电阻将明显 损耗能量， 可能导致光伏转换效率的明显下降， 这将导致发电量少于预期。

正面栅线的设计对太阳能电池的转换效率非常 关键。 一般用 p _s 来表征扩散 后的硅片表面的电阻率，则两根栅线之间的横 向电阻的功率损失由下面的公式给 出

P _s = S ² pJ ₀ ² (1) 其中 S是两条栅线之间的间距， J ₀ 是电流密度， 这公式是在当栅线之间的间距 大于栅线宽度时成立的。

正面栅线的电阻也会严重影响光伏转换效率， 电阻是 _Pm 的矩形栅线的电阻 损失是与它的长度和通过它们的电量的比值成 比例关系 （H.B. Serreze, Proc. 13 ^th IEEE Photovoltaic Spec. Conf. (IEEE, New York, 1978), p.609) ：

P _m ^ WL ³ S _Pm J ₀ ² / 3D (2) 这里 W是矩形电池的宽度， L是电池片的栅线长度， D是栅线宽度。

正面栅线的遮光损失与正面栅线几何参数有关 ， 并与最大工作电压成正比：

P _s = WU ₀ V _mp D / S (3) 通过使 P _m 和 P _s 之和最小化， 可得到最优的栅线宽度：

D _o = LSJ ₀ (p 3V _mp ) ^m (4) 同时， 可以得到总体功率损失：

P _T ^ 2WL ² (p _m J _o ³ V _mp / 3) ^m (5) 这些能量损失原则上不能被消除， 但是可以最小化。太阳能电池正面（受光 面） 接触结构已经发展成为很多细栅线和几根主栅 线组成的正面金属栅格结构 (图 1 ) ， 以减小遮光损失， 同时获得较低的串联电阻。 主栅线汇集所有细栅线 上的电流， 并为电流导出至外部电路提供途径。 主栅线的数量取决于电池尺寸， 历史的演变过程是从一条到两条到目前六寸直 角硅片上广泛应用的三条。 在未 来， 随着单体电池尺寸越来越大， 四条、 五条主栅可能成为必须。

PN结的特征规定了太阳能电池的电流方向。 为了方便太阳能电池的运输和 安装， 现有技术采用在电池片主栅线上焊接焊带的方 式将多个电池连接成串， 并 制成组件 （图 2) ， 获得较高的电压输出。 由于组件中所有的电池采用串联的方 式， 如果其中一个电池由于遮蔽、破裂、连接不良 等原因，但不仅限于这些原因， 可能不能像其它电池一样产生同样的电流，太 阳能电池组件的功率输出将显著降 低， 有时会由于不良电池两端加载的反向电压使电 池完全损坏， 从而达到组件失 效的程度。通过在每个电池或少量电池上连接 独立的相反极性的旁路二极管可以 角军决上述问题。 (M.A. Green, in Modern Semiconductor Device Physics, ed. S.M. Sze, J. Wiley & Sons, New York, 1998, Chpt.13)。 然而， 因为涉及到将大 量电池装配成面板的生产流程、相关材料、 生产成本等各种因素的制约， 在所有 电池上并联二极管变得不可能。

发明内容

为了尽可能消除现有技术中有问题的电池片对 整个组件的影响，本发明的目 的是提供一种新型设计的太阳能光伏组件，该 太阳能光伏组件在保证与电池表面 的金属栅线形成良好的电极接触与连接的前提 下，可使太阳能组件的输出功率最 大化， 实现太阳能的最大转换以及最好的电力输出。

本发明的目的通过采取以下技术方案予以实现 ： 一种有效提高输出功率的太阳能光伏组件，包 括一系列串联在一起的太阳能 电池片， 每个电池片包含一个半导体材料的基底， 导电类型为 N型或者 P型； 基底材料的正面存在一个发射极结构，这个发 射极结构包括一个使用与基底材料 相反的导电类型掺杂剂得到的掺杂薄层， 以及在掺杂薄层之上的减反射层； 基底 材料的背面存在一个铝背场结构，这个结构包 含一个使用与基底材料相同导电类 型掺杂剂得到的重掺杂薄层， 一个与重掺杂薄层形成欧姆接触的金属传导电 极； 其特征在于： 所述的每个电池片的正面具有至少 2个独立的金属接触栅线单元， 这些金属接触栅线单元之间以并联的方式连接 。

本发明所述的金属接触栅线单元由细栅线和主 栅线组成，细栅线通过与主栅 线的连接相互联系在一起， 每条细栅线与主栅线的连接角度在 45度和 90度之 间； 所述的金属接触栅线单元以矩阵形式分布，矩 阵包含一系列 NxM的小方格， 其中 N指与主栅线平行方向的子集个数， M指与主栅线垂直方向的子集个数， 这里的 N是 1， 2， 3， 4禾 B 5; M是 2、 3、 4禾口 5。

本发明所述的主栅线根数为 1〜3根， 以硅片中心为中心对称分布； 所述的 细栅线根数为 70〜120根， 细栅线平行等距分布； 所述的细栅线通过一个直线或 者曲线的边框联系在一起； 所述的主栅线采用分段式设计， 段数为 3〜12段， 各 分段之间以细线相连； 所述的细栅线的宽度在 20微米至 100微米之间， 细栅线 的高度在 5微米到 30微米之间；所述的主栅线的宽度在 0.5毫米至 2毫米之间， 主栅线的高度在 5微米至 30微米之间。

本发明的有益效果是可将有问题的电池片对整 个太阳能光伏组件的影响降 到最低， 从而达到降低由于电阻的变化导致的功率输出 的损失， 使太阳能光伏组 件的输出功率最大化。

附图说明

图 1是一般太阳能电池的正面栅线设计示意图；

图 2 是一般太阳能组件的结构图， 其中（a )是电池片连接的横截面示意图，

( b) 是 10个电池组成组件的方法示意图， （c) 是其等价的二极管示意图； 图 3 是本发明的三种典型的太阳能电池表面金属接 触栅线单元的示意图，其 中 （a) 是细栅线通过一个直线边框连接形成大方格， 细栅线垂直于主栅线且平 行等距分布， （b) 是细栅线之间通过间隔连接的方式形成多个小 长方格， 细栅 线垂直于主栅线且平行等距分布， （C ) 是细栅线之间通过首尾连接的方式形成 折线， 细栅线垂直于主栅线且平行等距分布；

图 4是本发明的具有三个金属接触栅线单元的太� �能电池的示意图， 这三个 金属接触栅线单元基本上形成了三个独立并行 的子电池；

图 5是本发明提供的三种细栅线的连接方式， 同时为了组装时便于焊接而设 计的具有两个分段接触的主栅线的太阳能电池 示意图， 其中 （a) 是细栅线通过 一个直线边框连接形成大方格， 细栅线垂直于主栅线且平行等距分布， （b) 是 细栅线之间通过间隔连接的方式形成多个小长 方格，细栅线垂直于主栅线且平行 等距分布， （c) 是细栅线之间通过首尾连接的方式形成折线， 细栅线垂直于主 栅线且平行等距分布；

图 6是本发明的具有 9个金属接触栅线单元的太阳能电池，它等同� � 9个独 立并行的子电池相互连接；

图 7 是本发明的具有 9个金属接触栅线单元的太阳能电池等价的二� �管回 路并联示意图；

图 8是本发明的金属焊带与分段式主栅线的接触� �意图；

图 9 是本发明提供的光通过反射和散射到达被焊带 所覆盖的区域的原理示 意图；

以上图中， 1、 细栅线， 2、 主栅线， 3、 电池片， 4、 焊带， 5、 二极管， 6、 金属接触栅线单元， 7、 焊点， 8、 空隙区域， 9、 光伏玻璃， 10、 热熔胶， 1 1、 电池引出线， 12电池基底。

具体实施方式

本发明提供的一种有效提高输出功率的太阳能 光伏组件，包括一系列串联在 一起的太阳能电池片， 每个电池片包含一个半导体材料的基底， 导电类型为 N 型或者 P 型； 基底材料的正面存在一个发射极结构， 这个发射极结构包括一个 使用与基底材料相反的导电类型掺杂剂得到的 掺杂薄层，以及在掺杂薄层之上的 减反射层； 基底材料的背面存在一个铝背场结构， 这个结构包含一个使用与基底 材料相同导电类型掺杂剂得到的重掺杂薄层， 一个与重掺杂薄层形成欧姆接触的 金属传导电极； 每个电池片的正面具有至少 2个独立的金属接触栅线单元，这些 金属接触栅线单元之间以并联的方式连接。 本发明金属接触栅线单元 6由细栅线 1和主栅线 2组成， 细栅线 1通过与 主栅线 2的连接相互联系在一起， 每条细栅线 1与主栅线 2的连接角度在 45度 和 90度之间； 金属接触栅线单元 6以矩阵形式分布， 矩阵包含一系列 NxM的 小方格， 其中 N指与主栅线 2平行方向的子集个数， M指与主栅线 2垂直方向 的子集个数， 这里的 N是 1， 2， 3， 4禾 B 5 _; M是 2、 3、 4禾 B 5。 图 4是 1 X 3 的设计， 图 6是 3 X 3的设计。

本发明主栅线 2根数为 1〜3根， 以硅片中心为中心对称分布； 细栅线 1根 数为 70〜120根， 细栅线 1平行等距分布； 细栅线 1通过一个直线或者曲线的边 框联系在一起； 主栅线 2采用分段式设计， 段数为 3〜12段， 各分段之间以细线 相连； 细栅线 1的宽度在 20微米至 100微米之间， 细栅线 1的高度在 5微米到 30微米之间； 主栅线 2的宽度在 0.5毫米至 2毫米之间， 主栅线 2的高度在 5 微米至 30微米之间。

依据上面所列的技术方案， 下面结合附图对本发明作出进一步详细的说明 。 为了能够减少由于单个电池片引起的功率损耗 ， 在本发明太阳能电池组件 中， 采用多个电极引出方式， 而不是如图 1所示的单个网格结构。 目前本发明并 不仅限于改变前表面的金属电极接触,也包含� �接触电池的设计，如图 3中所示的 一种图形,是基于在上述背景中所讨论的金属� �原则以及在不牺牲转换效率的前 提下获得的最小的遮光面积和最大的功率输出 所采用的三种细栅线 1和主栅线 2 的连接设计。

如图 4所示,前表面具有三个独立的金属接触栅线单� �� 6， 彼此互不影响。 因 此,一个电池片 3实际上是被分成三个互不干涉的子电池,产生� ��光生电子在直接 从一个电极流向相反的电极。 在这种三个金属接触栅线单元 6的电池片 3配置中， 当多个电池片 3结合在一起,它们的整体效率是通过三个平行� ��电极所提供，也即 每个电池片 3的一个电极只占了整个电池片的三分之一的� �流。也就是说,如果一 个电池片 3的一个电极由于某种原因产生故障而不能发� �，它也不会降低整个电 池片 3的功率， 即使最糟糕的情况,也只是损耗一个电池片 3三分之一的功率。 因 此,功率损耗与电池片 3损坏度的相关性可能大大减少。

本发明的金属接触栅线单元 6结构有很多种设计模式，比如细栅线 1可以直接 与主栅线 2相垂直连接， 也可以以一定的角度与主栅线 2相连接， 但是前提是最大 化的收集电流和降低金属接触电阻。一个太阳 能电池组件可以是一个线性阵列 (N 2)或者二维阵列 ¾1^≠1， M≠l)所组成的金属接触栅线单元 （对于整个金 属接触栅线单元而言， 其金属电极彼此是相互独立的部分） 。

前表面的主栅线 2也可以是分段设计的， 如图 5所示， 每个子电池包括多条细 栅线 1和具有 2个或多个焊点 8的分段式主栅线 2， 其中细栅线可以是多种设计， 包 括但不限于， 细栅线 1与主栅线 2成垂直或倾斜角度（角度大于等于 45度， 小于 90 度） 。

图 6所示为一个 3 X 3系列共有九个金属接触栅线单元 6的太阳能电池片 7。 其 等效并联二极管 5连接电路图如图 7所示。这个前表面设计主要由九个子电池所� � 成。在太阳光照射下， 每个电池片贡献总体电流的九分之一， 这九个部分共同组 成了一个太阳能电池片 7。类似的例子在前面论述中也说过,如果某些� ��池片由于 某些原因而导致失效，由于并联电路的特性， 该电池片所产生的反向偏压将会被 局限于此电池片中， 剩下的一部分电池片仍可以继续运行并将太阳 光转换成电 能。 因此,功率损耗与电池片损坏度的相关性可能� �大减少。

由于这些子单元电池采用并联的连接方式，如 果其中某个子单元由于一些原 因失效， 在内置的反向偏压下， 这个损坏的电池的不利影响也会局限在一定程 度 之内； 剩余的电池单元仍然可以持续的将阳光转换为 电能。 因此， 由于单个的电 池失效所导致的整体风险就被大大降低了。

此外，本发明的另一新颖之处在于主栅线 2使用了间断的接触点设计即分段 式设计而不是连续主栅焊接， 减少了栅线的遮光损失。如图 8所示， 即使电池焊 接后， 在电池片和焊带 4之间仍然存在一个开放的空隙区域 8， 可以有效地利用 入射的光能， 因此这个设计特点是非常有用的。 EVA (热熔胶） 10和光伏玻璃 9 的折射率都远大于空气，组件中一部分反射和 散射的太阳光并不会被电池立即吸 收利用， 依据斯涅尔定律， 这部分太阳光会在组件内部的 EVA 10和光伏玻璃 9 之间进行多次随机性的反射。如图 9所示，这些光线中的一部分可能会到达焊带 4下面的空隙区域 8之内， 从而光电转换获得额外的电流增益， 而在常规设计中 这个开放区域是会被金属主栅线所遮挡的。

在技术领域中， 改进是随时可能发生的。 因此， 本发明并不局限于此处所描 述的这些特定细节。只要不背离本发明设计的 范围， 各种结构和细节上的改进都 是允许的。例如， 前表面金属接触栅线单元的多种结构， 可以被应用于不同的场 合和制品上。