CN115832072B - 一种光伏标准电池模块结构及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种光伏标准电池模块结构及其制作方法，所述光伏标准电池模块结构包括标准电池、底板和外围框架，所述外围框架包围所述标准电池并且不直接接触所述标准电池，所述外围框架和所述标准电池设置于所述底板上；所述标准电池包括正面栅线电极、电池半导体层和电池背面金属电极，所述电池背面金属电极通过导电连接物连接至底板；所述正面栅线电极通过导电互连结构连接至外围框架；外围框架通过绝缘层与底板相连接；底板和外围框架均为导电材质，使得探针接触底板以及外围框架进行电池检测。根据本申请的光伏标准电池模块结构及其制作方法，在满足光伏标准电池测试准确度的条件下，避免测试探针对电池的机械损伤，延长了标准电池使用寿命。
Description
技术领域
本申请属于光伏电池封装技术领域，具体涉及一种光伏标准电池模块的结构及制作方法。
背景技术
目前量产光伏电池的电性能均通过太阳能模拟器测试，维持测试准确性必须通过定期测试标准电池校准来实现。标准电池一般有两种使用方式：一种直接使用标准电池校准，另一种将标准电池封装成模块使用。直接使用标准电池校准需要多次用探针接触电池栅线电极，电池容易受机械损伤，且电池保存期间电极会产生氧化，会受到水汽或者其他化学物质影响，造成标准电池寿命减短，性能衰减，影响测试准确度和稳定性。现有标准电池封装结构一般适用于晶硅电池，晶硅电池背电极为栅线，栅线焊接引出导线形成互联，这种方式虽然也能用于背面是整面金属的光伏电池，但浪费了电池的大导电面积和优良导热性的优势，而且现有标准电池封装结构电池和透明窗口层之间为空气，无其他填充物，长期使用会受水汽影响导致电池效率下降，同时栅线也会氧化，影响测试准确度和稳定性。
发明内容
针对于现有技术的以上问题，本申请开发一种光伏标准电池模块的结构及制作方法，用于背电极为金属结构的光伏电池，以解决标准电池在测试时容易受机械损伤，且电池保存期间电极会产生氧化，会受到水汽或者其他化学物质影响的问题。
根据本申请的一方面，提供了一种光伏标准电池模块结构，包括标准电池、底板和外围框架，
所述外围框架包围所述标准电池并且不直接接触所述标准电池，所述外围框架和所述标准电池设置于所述底板上；
所述标准电池包括正面栅线电极、电池半导体层和电池背面金属电极，所述电池背面金属电极通过导电连接物连接至底板；所述正面栅线电极通过导电互连结构连接至外围框架；外围框架通过绝缘层与底板相连接；
底板和外围框架均为导电材质，使得探针接触底板以及外围框架进行电池检测。
根据本申请的一个实施例，所述外围框架的内周边呈阶梯结构，所述正面栅线电极通过所述导电互连结构连接至阶梯结构的第一阶梯的边沿处。
根据本申请的一个实施例，所述外围框架为具有中心通孔的矩形、圆形或方形形状,所述标准电池设置于所述中心通孔中。
根据本申请的一个实施例，所述标准电池与所述外围框架之间以及标准电池上方使用透明胶填充。
根据本申请的一个实施例，所述的光伏标准电池模块结构，还包括透明盖，所述透明盖位于所述标准电池上方并支撑在所述外围框架的阶梯结构的第二阶梯处，所述透明盖、所述外围框架和所述标准电池之间填充透明胶。
根据本申请的一个实施例，所述透明盖和所述透明胶在300nm～1800nm光谱范围内透光率＞90％。
根据本申请的一个实施例，所述导电互连结构为互联片或者金属丝。
本申请另一方面提供一种光伏标准电池模块结构的制作方法，包括：
S1、材料准备：提供标准电池、透明盖板、导电底板和导电外围框架，所述标准电池结构自上而下包括正面栅线电极、电池半导体层和电池背面金属电极；
S2、绝缘：标准电池边缘做绝缘处理，导电外围框架底面涂敷绝缘胶；
S3、固定：将外围框架固定至导电底板；
S4、焊接：将电池背面金属电极涂覆导电连接物，再将其焊接至金属底板形成背电极电路连接；再将电池正面栅线电极和外围框架边沿部分通过互联技术进行电连接；
其中，电池位于外围框架中，且不与外围框架直接接触；底板以及外围框架均为导电材质，使得探针接触底板以及外围框架进行电池检测。
根据本申请的一个实施例，所述的光伏标准电池模块结构的制作方法，还包括：
S5、灌胶：在外围框架和电池之间以及电池上方用透明胶填充，然后盖上透明盖板。
根据本申请的一个实施例，所述电池正面栅线电极和外围框架互联技术包括回流焊接技术、引线接合技术、热压焊接技术或电阻焊技术。
根据本申请的光伏标准电池模块结构及其制作方法，在满足光伏标准电池测试准确度的条件下，避免测试探针对电池的机械损伤；另一方面，可隔绝氧气、水汽和其他化学物质，极大地延长了标准电池使用寿命。
附图说明
图1a是根据本申请的一个实施例的光伏标准电池模块结构的示意图；
图1b是图1a的剖面图；
图2是根据本申请的一个实施例的电池外围框架的示意图；
图3是根据本申请的一个实施例的光伏标准电池模块结构的焊接截面示意图；
图4是根据本申请的一个实施例的光伏标准电池模块结构的整体截面示意图；
图5是根据本申请的一个实施例的光伏标准电池模块结构的立体效果示意图；
图6是根据本申请的另一个实施例的光伏标准电池模块结构的电池外围框架结构示意图；
图7是根据本申请的另一个实施例的光伏标准电池模块结构的焊接截面示意图；以及
图8是根据本申请的另一个实施例的光伏标准电池模块结构的整体截面示意图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。附图中，对于功能相同或类似的部件，采用相同或类似的附标记表示。并且，对于本发明构思不直接相关的一些部件，可能省略了其图示。附图和具体实施例的描述只是为了更好地理解本发明，本发明不局限于附图所图示和说明书所描述的实施例。
本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用“包括”或者“包含”等类似的词语表示开放的意义，除了明确列举的元件、部件、部分或项目外，并不排除其他元件、部件、部分或者项目。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。“第一”、“第二”等用于区分不同部件的目的，并不表示特定的顺序。
如图1a、1b、图2-8所示，本申请提供一种光伏标准电池模块结构，包括：标准子电池、底板3-1、电池外围框架2-1。标准子电池的结构自上而下包括正面栅线电极、电池半导体层1-2和子电池背电极1-3。正面栅线电极由主栅线1-1和细栅线1-4组成。子电池背电极1-3通过导电连接物3-2连接至底板3-1；导电连接物3-2可以为锡膏或导电胶。子电池正面主栅1-1通过导电互连结构3-6连接至电池外围框架2-1的边沿部分；电池外围框架2-1通过绝缘层3-3与底板3-1相连接，且子电池位于电池外围框架2-1内，与电池外围框架2-1间隔开而不与电池外围框架直接接触。底板3-1以及电池外围框架2-1均为导电材质，探针接触底板3-1以及电池外围框架2-1进行电池检测。可选地，所述电池外围框架2-1和底板3-1采用镀银铜、无氧铜、镀层金属或者合金等导电能力优异且耐氧化的金属材料。
在上述实施例中，电池背面金属电极通过导电物与底板直接焊接相连，接触面积大，且金属导热快，可通过金属快速导热，测试时电池温度稳定，通过金属快速导热，可以使电池温度与测试环境温度保持一致，测试数据准确。并且，探针接触底板以及电池外围框架进行电池检测，并不直接接触电池，避免测试探针对电池的机械损伤，延长了标准电池使用寿命。
如图2-3、图5-6所示，电池外围框架2-1边沿呈阶梯结构，阶梯结构可包括一级或多级阶梯。子电池正面栅线电极1-1通过导电互连结构3-6连接至阶梯边沿处。可选地，外围框架2-1可以为具有中心通孔的矩形、圆形或方形形状,所述中心通孔可以为矩形、圆形或方形形状。所述标准电池设置于所述中心通孔中。导电互连结构例如为互联片或者金属丝。互联片可以为纯金属箔片、可伐合金箔片或者表面镀层箔片、涂锡铜带等。金属丝可以为金线、铝线、铜线、银线。
根据本发明的一些实施例，如图4所示，将电池与外围框架2-1之间以及电池上方使用透明胶4-4进行填充。可选地，所述透明胶在300nm～1800nm光谱范围内透光率＞90％。通过填充透明胶，模块结构能够有效保护子电池，隔绝氧气、水汽或者其他化学物质，同时避免电池受机械损伤，使标准子电池在使用周期能保持性能稳定。进一步地，如图2-4所示，光伏标准电池模块结构还包括透明盖4-1，所述透明盖4-1位于透明胶4-4上方，以保护透明胶和下方电池。
或者，如图6-8所示，所述透明盖4-1位于所述标准电池上方并支撑在所述外围框架2-1的阶梯结构的第二阶梯处，所述透明盖4-1、所述外围框架2-1和所述标准电池之间填充透明胶4-4。可选地，所述盖板选用：石英玻璃、PMMA等高透光率材料。可选地，透明盖板在300nm～1800nm光谱范围内透光率＞90％。可选地，透明盖板表面镀减反射膜。
通过使用高透光率的透明盖板和透明胶，优选在300nm～1800nm光谱范围内透光率＞90％，可使太阳能模拟器光源到达电池表面光强无衰减，光谱无偏移，保证了测试数据的准确性。
本申请的另一方面提供光伏标准电池模块结构的制作方法，制作步骤如下：
S1、材料准备：提供一标准电池、透明盖板，导电底板，导电电池外围框架；标准电池结构自上而下包括正面栅线电极、电池半导体层和子电池背电极；
S2、绝缘：标准电池边缘做绝缘处理，金属电池外围框架底面涂敷绝缘胶；
S3、固定：将电池外围框架固定至金属底板；
S4、焊接：将电池背面金属电极涂覆导电连接物，再将其焊接至金属底板形成背电极电路连接；再将电池正面主栅和电池外围框架边沿部分通过互联片或者金属丝进行电路连接；
其中，电池位于电池外围框架中，且不与电池外围框架直接接触。底板以及电池外围框架均为导电材质，使得探针接触底板以及电池外围框架进行电池检测。
在一些实施例中，制作步骤还包括以下步骤：
S5、灌胶：电池周围及上方用透明胶填充，进行真空脱泡，然后盖上透明盖板，清理溢胶，静置固化。
根据本发明的一些实施例，所述电池正面和电池外围框架互联技术包括回流焊接技术、金属线接合打线技术、热压焊接技术、电阻焊技术。
根据本发明的一些实施例，电池外围框架的框架外沿形状可以是矩形、圆形、方形等形状；框架中心通孔可以是矩形、圆形、方形等形状。
可选地，在模块上不影响测试的区域进行遮光处理，来减小测试时模块漫反射对电性能测试的影响。
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将通过具体标准电池的实例来描述本发明的构思。
实施例1
以单结砷化镓标准子电池为例，对本发明结构进行说明，但不限于仅仅只包括单结砷化镓子电池，还可包括其它光伏电池，例如晶硅太阳能电池以及其它薄膜太阳电池。
仍以图1a-1b为例，单结砷化镓标准子电池结构，包括正面主栅1-1、正面细栅1-4和背面电极1-3、半导体层1-2，其中，正面主栅1-1宽度0.5mm；单结标准子电池可选择为：GaAs单结子电池，GaInP单结子电池，InGaAs单结子电池，电池外延结构可以是正装或者倒装；电池类型包括刚性衬底电池和柔性衬底电池。
参见图3，单结子电池模块结构包括：底板3-1、电池、电池外围框架2-1，其中电池外围框架2-1以及底板3-1均为导电材质；子电池背电极1-3通过导电连接物3-2连接至底板3-1；导电连接物3-2可选地为导电胶，导电胶包括锡膏、银胶、金胶、铜胶、镍胶、铝胶、碳类导电胶、纳米碳管导电胶。电池外围框架2-1和底板3-1采用镀银铜、无氧铜、镀层金属或者合金等导电能力优异且耐氧化的金属材料。
所述子电池正面主栅1-1通过互连结构3-6连接至电池外围框架2-1内边沿处；电池外围框架2-1通过绝缘层3-3与底板相连接，子电池位于电池外围框架2-1内不与电池外围框架直接接触，使得探针接触底板以及外围框架进行电池检测。参见图3-4，互连结构可选择为互连片3-6；或者参见图7-8，互连结构可选择为金属丝7-1。
参见图4，将电池周围以及上方使用透明胶4-4进行填充；可选地，所述透明胶在300nm～1800nm光谱范围内透光率＞90％。然后，将盖板4-1盖至透明胶4-4上方。可选地，所述盖板4-1选用：石英玻璃、PMMA等高透光率材料，可选地，透明盖板在300nm～1800nm光谱范围内透光率＞90％，可选地，透明盖板表面镀减反射膜。
实施例2
以单结砷化镓标准子电池为例，对本发明结构制备方法进行说明。
S1材料准备：标准电池结构见图1a-1b，电池尺寸为10mm×10mm，主要包括正面细栅1-4、正面主栅1-1和背面金属电极1-3，电池外围框架参见图2，其内边缘为阶梯型结构。透明盖板4-1支撑在外围框架6-1的阶梯构造上，用于防止透明盖板挤压电池以及用于方便互联结构的设置；
S2绝缘：将电池边缘做绝缘处理；电池外围框架2-1底面做绝缘处理，图3中3-5和3-3位置分别为电池边缘和电池外围框架底面绝缘层；
S3固定：将电池外围框架用结构胶3-4固定至底板上；
S4焊接：如图3所示，将电池背面金属电极1-3涂覆锡膏，贴装至金属底板3-1上，正面主栅1-1涂覆锡膏，安装互联片3-6，在互联片另一端涂覆导电胶，安装至电池外围框架2-1边沿阶梯处；再将标准电池模块放入回流炉中，加热固化后，形成熔接区3-2，电池背电极1-3与金属底板3-1完成电路互联，电池正面主栅1-1通过互联片与电池外围框架2-1完成电路互联。其中，电池不与电池外围框架直接接触。
所述焊接工艺采用非接触式的回流焊接，有效避免热压焊接对电池造成的隐裂损伤，而且焊点均匀美观，锡膏熔接后形成锡合金有良好的导电性能和导热性，良好的导热性使标准电池在测试过程中温度保持稳定，增加测试数据的稳定性。
S5灌胶:在电池四周及上方填充透明胶4-4，再将标准电池模块放入真空脱泡机中去除胶内气泡，完成后将透明盖板4-1盖至外围框架支撑结构上，待透明胶完成固化即完成模块制作。
模块透明胶和石英玻璃要求：在300nm～1800nm光谱范围透光率＞90％，测试探针或者电极可以接在4-3和4-2区域。
实施例3
本申请的另一方面标准子电池标定模块的制作方法，同样以单结砷化镓标准子电池为例，采用金属线联结电池正极以及电池外围框架。
S1材料准备：标准电池结构见图1a-1b，与实施例1相同；电池外围框架参见图6，阶梯构造用于防止透明盖板挤压电池和金属线以及用于方便互联结构的设置。
S2绝缘：将电池边缘做绝缘处理；电池外围框架6-1底面做绝缘处理。
S3固定：参见图7-8，将电池外围框架6-1用结构胶固定至底板3-1上。
S4焊接：将电池背面金属电极1-3涂覆锡膏，贴装至金属底板3-1上,放入回流炉中固化，然后，如图7-8所示，正面主栅1-1应用金属线接合工艺(wire bonding)打金线7-1连接电池外围框架6-1边沿的第一阶梯处，由于金线7-1与电池保持一定角度，没有短路风险，所以电池边缘不需要绝缘处理。模块焊接截面图参见图7。其中，电池不与电池外围框架直接接触。
S5灌胶:如图8所示，在电池四周及上方填充透明胶，再将模块放入真空脱泡机中去除胶内气泡，完成后将透明盖板4-1盖至电池外围框架6-1边沿的第二阶梯上，待透明胶完成固化即完成模块制作。模块截面结构参见图8。
本发明实施例所述的结构以导电底板以及电池外围框架直接与探针接触，进行电池测试，避免探针与电池直接接触，造成对电池的伤害；同时，金属材质的底板快速导热，可以使电池温度与测试环境温度保持一致，测试数据准确。
透明胶对于电池结构的填充，有效保护子电池，隔绝氧气、水汽或者其他化学物质，同时其他避免电池受机械损伤，使标准子电池在使用周期能保持性能稳定。
上述实施例仅示例性的说明了本发明的原理及构造，而非用于限制本发明，本领域的技术人员应明白，在不偏离本发明的总体构思的情况下，对本发明所作的任何改变和改进都在本发明的范围内。本发明的保护范围，应如本申请的权利要求书所界定的范围为准。
Claims (10)
1.一种光伏标准电池模块结构，包括标准电池、底板和外围框架，
所述外围框架包围所述标准电池并且不直接接触所述标准电池，所述外围框架和所述标准电池设置于所述底板上；
所述标准电池包括正面栅线电极、电池半导体层和电池背面金属电极，所述电池背面金属电极通过导电连接物连接至底板；所述正面栅线电极通过导电互连结构连接至外围框架；外围框架通过绝缘层与底板相连接；
底板和外围框架均为导电材质，使得探针接触底板以及外围框架进行电池检测。
2.根据权利要求1所述的光伏标准电池模块结构，其中，所述外围框架的内周边呈阶梯结构，所述正面栅线电极通过所述导电互连结构连接至阶梯结构的第一阶梯的边沿处。
3.根据权利要求1所述的光伏标准电池模块结构，其中，所述外围框架为具有中心通孔的矩形或圆形形状,所述标准电池设置于所述中心通孔中。
4.根据权利要求1所述的光伏标准电池模块结构，其中，所述标准电池与所述外围框架之间以及标准电池上方使用透明胶填充。
5.根据权利要求2所述的光伏标准电池模块结构，还包括透明盖，所述透明盖位于所述标准电池上方并支撑在所述外围框架的阶梯结构的第二阶梯处，所述透明盖、所述外围框架和所述标准电池之间填充透明胶。
6.根据权利要求5所述的光伏标准电池模块结构，其中，所述透明盖和所述透明胶在300nm～1800nm光谱范围内透光率＞90％。
7.根据权利要求1所述的光伏标准电池模块结构，其中所述导电互连结构为互联片或者金属丝。
8.一种光伏标准电池模块结构的制作方法，包括：
S1、材料准备：提供标准电池、透明盖板、导电底板和导电外围框架，所述标准电池结构自上而下包括正面栅线电极、电池半导体层和电池背面金属电极；
S2、绝缘：标准电池边缘做绝缘处理，导电外围框架底面涂敷绝缘胶；
S3、固定：将外围框架固定至导电底板；
S4、焊接：将电池背面金属电极涂覆导电连接物，再将其焊接至金属底板形成背电极电路连接；再将电池正面栅线电极和外围框架边沿部分通过互联技术进行电连接；
其中，电池位于外围框架中，且不与外围框架直接接触；底板以及外围框架均为导电材质，使得探针接触底板以及外围框架进行电池检测。
9.根据权利要求8所述的光伏标准电池模块结构的制作方法，还包括：
S5、灌胶：在外围框架和电池之间以及电池上方用透明胶填充，然后盖上透明盖板。
10.根据权利要求8所述的光伏标准电池模块结构的制作方法，其中，所述电池正面栅线电极和外围框架互联技术包括回流焊接技术、引线接合技术、热压焊接技术或电阻焊技术。
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