一种用于背接触太阳能电池的铝基电路装置及其制备方法.pdf

1、(10)申请公布号 CN 103997296 A (43)申请公布日 2014.08.20 CN 103997296 A (21)申请号 201410251907.5 (22)申请日 2014.06.09 H02S 40/30(2014.01) H01L 31/18(2006.01) (71)申请人 占洪平 地址 350000 福建省福州市五一新村前街 12 号楼 1 号 (72)发明人 占洪平 (74)专利代理机构 北京恩赫律师事务所 11469 代理人 宋波 (54) 发明名称 一种用于背接触太阳能电池的铝基电路装置 及其制备方法 (57) 摘要 本发明公开了一种用于背接触太阳能电池的 铝

2、基电路装置， 其结构包括穿孔绝缘胶膜、 铝基金 属箔电路、 以及用作背接触太阳能电池组件电极 引出衬底的复合金属层。铝基金属箔电路的一侧 与穿孔绝缘胶膜热压胶合在一起， 另一侧与复合 金属层焊接在一起 ； 铝基金属箔的胶膜一侧依次 镀有金属过渡层、 金属浸润保护层， 在铝基金属箔 的另一侧刻有电路图案， 并在电极引出点相应的 位置上与复合金属层焊接。还公开了制备上述铝 基电路的方法， 包括在铝基金属箔上刻划电路图 案和在铝基金属箔镀金属过渡层及金属浸润保护 层等步骤。使用本发明的铝基电路装置在完全满 足背接触太阳能电池的需要前提下， 其成本仅有 用铜制作该电路装置的三分之一。 (51)Int.

3、Cl. 权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 7 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书5页 附图7页 (10)申请公布号 CN 103997296 A CN 103997296 A 1/1 页 2 1. 一种用于背接触太阳能电池的铝基电路装置， 其特征在于， 包括穿孔绝缘胶膜 (100)、 铝基金属箔电路 (200)、 以及用作背接触太阳能电池组件电极引出衬底 (300) 的复 合金属层， 所述铝基金属箔电路(200)的一侧与所述穿孔绝缘胶膜(100)热压胶合在一起， 另一侧与所述复合金属层焊接在一起 ； 所述铝基金属箔电路 (200) 包

4、括金属过渡层 (202)、 金属浸润保护层(201)和铝基金属箔(203)， 所述铝基金属箔(203)的胶膜一侧依次镀有所 述金属过渡层 (202)、 所述金属浸润保护层 (201)， 所述金属浸润保护层 (201) 与所述穿孔 绝缘胶膜(100)接触， 所述铝基金属箔(203)的另一侧刻有电路图案， 并在所述太阳能电池 组件电极引出点相应的位置上与复合金属层焊接。 2.根据权利要求1所述的铝基电路装置， 其特征在于， 所述铝基金属箔(203)是铝或铝 合金。 3. 根据权利要求 1 或 2 所述的铝基电路装置， 其特征在于， 所述金属浸润保护层 (201) 为镍、 银或铜， 或镍、 银、 铜

5、的合金材料。 4.根据权利要求1或2所述的铝基电路装置， 其特征在于， 所述金属过渡层(202)为一 层或多层。 5. 根据权利要求 1 或 2 所述的铝基电路装置， 其特征在于， 所述金属过渡层 (202) 为 银、 铜或镍， 或银、 铜或镍的合金材料。 6.根据权利要求1或2所述的铝基电路装置， 其特征在于， 衬底(300)为铜铝或者镍铝 的铝基复合材料， 其包括衬底铝基复合材料的铝质部分 301 和衬底铝基复合材料的铜或镍 等部分 302。 7. 一种制作权利要求 1 所述的铝基电路装置的方法， 其特征在于， 包括如下步骤 ： 在铝基金属箔 (203) 的胶膜一侧依次镀上金属过渡层 (2

6、02) 和金属浸润保护层 (201) ； 将铝基金属箔 (203) 具有金属过渡层 (202) 和金属浸润保护层 (201) 的一侧热压胶合 在穿孔绝缘胶膜 (100) 上 ； 在铝基金属箔 (203) 的另一侧加工电路图案 ； 在铝基金属箔 (203) 的另一侧与背接触太阳能电池组件电极引出点对应的位置处， 焊 接上用作电极引出衬底 (300) 的复合金属层。 8.根据权利要求7所述的制备方法， 其特征在于， 金属过渡层(202)和金属浸润保护层 (201) 采用真空镀膜的工艺， 在镀膜步骤之前， 还包括将铝基金属箔 (203) 在真空内做等离 子清洗的步骤。 9.根据权利要求7或8所述的制

7、备方法， 其特征在于， 在铝基金属箔(203)的另一侧加 工电路图案的步骤进一步包括如下步骤 ： 利用激光直接在铝基金属箔 (203) 上刻划出间距 为 0.1-2 毫米的平行曲线， 然后自动或手动去除中间的金属部分 (205)。 10. 根据权利要求 7 或 8 所述的制备方法， 其特征在于， 所述衬底 (300) 为铜铝或者镍 铝的铝基复合材料， 在铝基金属箔 (203) 的另一侧焊接衬底 (300) 的步骤进一步包括如下 步骤 ： 将衬底 (300) 的铝质部分 (301) 与铝基金属箔 (203) 直接接触， 然后使用过超声波 焊、 电阻焊或摩擦焊， 将铝质部分 (301) 与铝基金属

8、箔 (203) 焊接在一起。 权 利 要 求 书 CN 103997296 A 2 1/5 页 3 一种用于背接触太阳能电池的铝基电路装置及其制备方法 技术领域 0001 本发明涉及高效背接触太阳能电池领域， 特别涉及一种用于背接触太阳能电池组 件封装专用的新型铝基电路装置及其制备方法。 背景技术 0002 背接触太阳能电池技术是目前最有潜力的高效太阳能电池技术， 背接触太阳能电 池所有的电池正负极接触点均被移至电池背面， 部分或完全避免了由前表面导流条造成的 光遮蔽现象， 可优化电路装置大幅降低电池片组串的串联电阻所带来的损失， 可以大大提 高太阳能电池及组件整体的效率。 0003 背接触太

9、阳能电池技术通过调整电路装置的局部导电横截面， 并逐渐减小横截 面， 从而可在不损失能源的情况下节省铜和铝的使用量。这种导电横截面的适量增大可带 来组件效率的提升。 0004 背接触太阳能电池技术也被认为是将超薄太阳能电池引入组件生产的方法之一。 0005 与背接触太阳能电池技术结合相应的电路装置， 可以实现大规模贴片式生产， 大 大提高生产效率， 降低人工成本， 提高组件成品率。 0006 目前很多背接触太阳能电池组件采用的是 “伪背接触” 技术， 仅是将太阳能电池的 正负极接触点移到电池背面， 但电池片之间的串联仍在大量用人工串焊方法， 这样的不能 实现贴片式大规模生产， 而且成品率低，

10、且由于仍采用人工串焊不能有效降低太阳能电池 片的厚度， 这种 “伪背接触” 技术效率提升和降低成本的范围有限。 0007 众多太阳能电池组件厂家要采用真正背接触技术的制约因素是背接触太阳能电 池组件专用的电路装置成本比较贵， 当前成熟的背接触组件专用的电路装置都是用铜来制 作的， 所以其材料成本就很高， 再加上又从国外采购， 这样给组件厂家的成本压力就很大， 这是国内限制背接触技术发展的关键制约因素。 0008 用铝来代替铜制作背接触组件专用的电路装置可显著降低成本， 但用铝制作电路 装置存在三个明显的问题 ： 0009 一、 铝与背接触电池片之间的连接困难， 现在背接触电池片 (400) 正

11、负极簇点 (401) 与铝基电路装置之间一般依靠含银的导电胶粘结， 铝或铝合金与导电胶之间不浸润， 造成粘结性能不好， 严重的有可能根本就粘结不上， 影响产品质量 ； 0010 二、 铝表面的氧化会增加电池片组串的串联电阻， 甚至有可能在接触界面形成肖 特基势垒， 影响组件的效率 ； 0011 三、 组件封装完后， 在连接组件接线盒时， 要在电路装置的电极引出点上人工或自 动焊接涂锡铜汇流带时焊接困难， 比如用手工电烙铁焊接时， 无法用焊锡将涂锡铜汇流带 焊接在铝的表面。 发明内容 0012 本发明的目的是提供一种用于背接触太阳能电池的铝基电路装置及其制备方法， 说 明 书 CN 103997

12、296 A 3 2/5 页 4 可有效降低背接触太阳能电池组件专用电路装置的成本， 并解决了铝材料做用于背接触太 阳能电池的电路装置存在的上述三个问题。 0013 本发明提供了一种用于背接触太阳能电池的铝基电路装置， 包括穿孔绝缘胶膜 100、 铝基金属箔电路 200、 以及用作背接触太阳能电池组件电极引出衬底 300 的复合金属 层， 所述铝基金属箔电路200的一侧与所述穿孔绝缘胶膜100热压胶合在一起， 另一侧与所 述复合金属层焊接在一起 ； 所述铝基金属箔电路 200 包括金属过渡层 202、 金属浸润保护层 201和铝基金属箔203， 所述铝基金属箔203的胶膜一侧依次镀有所述金属过渡

13、层202、 所述 金属浸润保护层 201， 所述金属浸润保护层 201 与所述穿孔绝缘胶膜 100 接触， 所述铝基金 属箔 203 的另一侧刻有电路图案， 并在所述太阳能电池组件电极引出点相应的位置上与复 合金属层焊接。 0014 进一步地， 一种用于背接触太阳能电池的铝基电路装置， 所述铝基金属箔 203 是 铝或铝合金。 0015 进一步地， 一种用于背接触太阳能电池的铝基电路装置， 所述金属浸润保护层 201 为镍、 银或铜， 或镍、 银、 铜的合金材料。 0016 进一步地， 一种用于背接触太阳能电池的铝基电路装置， 所述金属过渡层 202 为 一层或多层。 0017 进一步地， 一

14、种用于背接触太阳能电池的铝基电路装置， 所述金属过渡层 202 为 银、 铜或镍， 或银、 铜或镍的合金材料。 0018 进一步地， 一种用于背接触太阳能电池的铝基电路装置， 衬底 300 为铜铝或者镍 铝的铝基复合材料， 其包括衬底铝基复合材料的铝质部分 301 和衬底铝基复合材料的铜或 镍等部分 302。 0019 本发明还提供了一种用于背接触太阳能电池的铝基电路装置的制备方法， 包括如 下步骤 ： 在铝基金属箔203的一侧依次镀上金属过渡层202和金属浸润保护层201 ； 将铝基 金属箔 203 具有金属过渡层 202 和金属浸润保护层 201 的一侧热压胶合在穿孔绝缘胶膜 100上 ；

15、 在铝基金属箔203的另一侧加工电路图案 ； 在铝基金属箔203的另一侧与背接触太 阳能电池组件电极引出点对应的位置处， 焊接上用作电极引出衬底 300 的复合金属层。 0020 进一步地， 一种用于背接触太阳能电池的铝基电路装置的制备方法， 在铝基金属 箔 203 镀金属过渡层 202 和金属浸润保护层 201 之前， 还包括将铝基金属箔 203 在真空内 做等离子清洗的步骤。 0021 进一步地， 一种用于背接触太阳能电池的铝基电路装置的制备方法， 金属过渡层 (202) 和金属浸润保护层 (201) 采用真空镀膜的工艺， 在镀膜步骤之前， 还包括将铝基金属 箔 (203) 在真空内做等离

16、子清洗的步骤。 0022 进一步地， 一种用于背接触太阳能电池的铝基电路装置的制备方法， 在铝基金属 箔 203 的另一侧加工电路图案的步骤进一步包括如下步骤 ： 利用激光直接在铝基金属箔 203 上刻划出间距为 0.1-2 毫米的平行曲线， 然后自动或手动去除中间的金属部分 205。 0023 进一步地， 一种用于背接触太阳能电池的铝基电路装置的制备方法， 所述衬底 300 为铜铝或者镍铝的铝基复合材料， 在铝基金属箔 203 的另一侧焊接衬底 300 的步骤进一步 包括如下步骤 ： 将衬底300的铝质部分301与铝基金属箔203直接接触， 然后使用过超声波 焊、 电阻焊或摩擦焊， 将铝质部

17、分 301 与铝基金属箔 203 焊接在一起。 说 明 书 CN 103997296 A 4 3/5 页 5 0024 使用本发明所提供的铝基电路装置生产出的背接触太阳能电池， 性能不变， 铝基 电路装置接触电阻小于 3 毫欧， 最终做成的太阳能电池组件的填充因子大于 75， 经过试 验表明本发明的铝基电路装置完全满足背接触太阳能电池的需要， 而其成本仅有用铜制作 该电路装置的三分之一。 0025 本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述， 并且， 部分地从说明书中变 得显而易见， 或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明 书、 权利要求书、 以及附图中所特别指出

18、的结构来实现和获得。 0026 下面通过附图和实施例， 对本发明的技术方案做进一步的详细描述。 附图说明 0027 附图用来提供对本发明的进一步理解， 并且构成说明书的一部分， 与本发明的实 施例一起用于解释本发明， 并不构成对本发明的限制。在附图中 ： 0028 图 1 为本发明一个具体实施例的结构示意图 ； 0029 图 2 为本发明一个具体实施例的立体结构示意图 ； 0030 图 3 为本发明一个具体实施例的中激光刻划铝基金属箔制作电路图案的示意图 ； 0031 图 4 为本发明所述的一种背接触太阳能电池背面示意图 ； 0032 图 5 为本发明所述的一种背接触太阳能电池绝缘胶膜示意图

19、； 0033 图 6 为本发明一个具体实施例的铝基金属箔上的电路图案示意图 ； 0034 图 7 为本发明一个具体实施例的正面示意图 ； 0035 图 8 为本发明一个具体实施例的背面示意图 ； 0036 图 9 是图 8 的局部视图 A 的放大图， 为在铝基金属箔电极引出点相应的位置超声 焊接的铝基复合材料衬底。 0037 附图标记说明 ： 100 ： 穿孔绝缘胶膜 ； 101 ： 绝缘胶膜上的穿孔 ； 200 ： 铝基金属箔电 路 ； 201 ： 金属浸润保护层 ； 202 ： 金属过渡层 ； 203 ： 铝基金属箔 ； 204 ： 绝缘带 ； 205 ： 两条激 光刻划出的中间金属部分

20、； 300 ： 衬底 ； 301 ： 衬底铝基复合材料的铝质部分 ； 302 ： 衬底铝基 复合材料的铜或镍等部分 ； 400 ： 一种背接触太阳能电池 ； 401 ： 一种背接触太阳能电池背后 引出的正负电极簇点。 具体实施方式 0038 以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明， 应当理解， 此处所描述的优选实 施例仅用于说明和解释本发明， 并不用于限定本发明。 0039 如图 1 和 2 所示， 本发明提供的一种用于背接触太阳能电池的铝基电路装置， 包 括穿孔绝缘胶膜 100， 铝基金属箔电路 200， 以及用作背接触太阳能电池组件电极引出衬底 300的复合金属层， 其中， 铝基金属箔电

21、路200的一侧与穿孔绝缘胶膜100热压胶合在一起， 另一侧与复合金属层焊接在一起 ； 铝基金属箔电路 200 包括金属过渡层 202、 金属浸润保护 层 201 和铝基金属箔 203， 其中， 一侧依次镀有金属过渡层 202 和金属浸润保护层 201， 金属 浸润保护层 201 与穿孔绝缘胶膜 100 接触， 铝基金属箔 203 的另一侧刻有电路图案， 并在所 述太阳能电池组件电极引出点相应的位置上与复合金属层焊接。 0040 由于在制作过程中， 对铝基金属箔 203 会在真空内做等离子清洗， 因此， 就不存在 说 明 书 CN 103997296 A 5 4/5 页 6 由于铝表面的氧化，

22、从而增加电池片组串的串联电阻， 也不会在接触界面形成肖特基势垒， 影响组件的效率的问题了 ； 在铝基金属箔 203 镀上金属过渡层 202 和金属浸润保护层 201 后， 再与穿孔绝缘胶膜 100 热胶和， 解决了铝基金属箔电路 200 与穿孔绝缘胶膜 100 结合不 紧密的问题 ； 铝基金属箔 203 的另一侧在所述太阳能电池组件电极引出点相应的位置上与 复合金属层焊接， 由于衬底 300 为铜铝或者镍铝的铝基， 这就解决了将涂锡铜汇流带焊接 在铝基电路装置的表面的问题。 本发明所提供的用于背接触太阳能电池的铝基电路装置完 全满足背接触太阳能电池的需要， 而其成本仅有用铜制作该电路装置的三分

23、之一。 0041 在本发明的铝基电路装置的第一个优选实施例中， 铝基金属箔 203 是铝或铝合 金。 0042 在本发明的铝基电路装置的第二个优选实施例中， 金属浸润保护层 201 为镍、 银 或铜， 或镍、 银、 铜的合金材料。金属浸润保护层 201 能有效增加铝基金属箔电路 200 与穿 孔绝缘胶膜 100 的热胶和度， 解决了两者结合不紧密的问题。 0043 在本发明的铝基电路装置的第三个优选实施例中， 金属过渡层 202 为一层或多 层。金属过渡层 202 使得金属浸润保护层 201 可以更加牢固地镀在铝基金属箔 203 上， 尤 其是采用两层结构。 0044 在本发明的铝基电路装置的

24、第四个优选实施例中， 金属过渡层 202 为银、 铜或镍， 或银、 铜或镍的合金材料。 0045 在本发明的铝基电路装置的第五个优选实施例中， 衬底 300 为铜铝或者镍铝的铝 基复合材料， 其包括衬底铝基复合材料的铝质部分 301 和衬底铝基复合材料的铜或镍等部 分 302， 这不仅有利于与铝基金属箔 203 的焊接， 还解决了将涂锡铜汇流带焊接在铝基电路 装置的表面的问题。 0046 本发明还提供了一种制备本发明所述的铝基电路装置的方法， 包括如下步骤 ： 在 铝基金属箔203的一侧依次镀上金属过渡层202和金属浸润保护层201 ； 将铝基金属箔203 具有金属过渡层 202 和金属浸润保

25、护层 201 的一侧热压胶合在穿孔绝缘胶膜 100 上 ； 在铝 基金属箔 203 的另一侧加工电路图案 ； 在铝基金属箔 203 的另一侧与背接触太阳能电池组 件电极引出点对应的位置处， 焊接上用作电极引出衬底 300 的复合金属层。 0047 在本发明的铝基电路装置的制备方法的第一个优选实施例中， 在铝基金属箔 203 镀金属过渡层 202 和金属浸润保护层 201 之前， 还包括将铝基金属箔 203 在真空内做等离 子清洗的步骤。经过该步骤， 就不存在由于铝表面的氧化， 从而增加电池片组串的串联电 阻， 也不会在接触界面形成肖特基势垒， 影响组件的效率的问题了。 0048 在本发明的铝基

26、电路装置的制备方法的第二个优选实施例中， 金属过渡层 202 和 金属浸润保护层 201 采用真空镀膜的工艺。 0049 在本发明的铝基电路装置的制备方法的第三个优选实施例中， 在铝基金属箔 203 的另一侧加工电路图案的步骤进一步包括如下步骤 ： 利用激光直接在铝基金属箔 203 上刻 划出间距为 0.1-2 毫米的平行曲线， 然后自动或手动去除中间的金属部分 205。使用该方 式， 在所加工的电路符合技术要求的前提下， 加工简单、 满足工业生产要求。 0050 在本发明的铝基电路装置的制备方法的第四个优选实施例中， 衬底 300 为铜铝或 者镍铝的铝基复合材料， 在铝基金属箔 203 的另

27、一侧焊接衬底 300 的步骤进一步包括如下 步骤 ： 将衬底 300 的铝质部分 301 与铝基金属箔 203 直接接触， 然后使用过超声波焊、 电阻 说 明 书 CN 103997296 A 6 5/5 页 7 焊或摩擦焊， 将铝质部分 301 与铝基金属箔 203 焊接在一起。衬底 300 还包括衬底铝基复 合材料的铜或镍等部分 302。 0051 图 3 为本发明一个具体实施例的中激光刻划铝基金属箔制作电路图案的示意图， 图 4 为本发明的一种背接触太阳能电池背面示意图， 图 5 为本发明所述的一种背接触太阳 能电池绝缘胶膜示意图， 图 6 为本发明一个具体实施例的铝基金属箔上的电路图案

28、示意 图， 图7为本发明一个具体实施例的正面示意图， 图8为本发明一个具体实施例的背面示意 图， 图 9 是图 8 的局部视图 A 的放大图， 为在铝基金属箔电极引出点相应的位置超声焊接的 铝基复合材料衬底。 0052 参照说明书附图 3、 4、 5、 6、 7 和 8， 针对某一型号铝基电路装置的要求， 使用本发明 所提供的铝基电路装置的制备方法， 其具体操作步骤如下 ： 制作铝基电路装置的原材料为 成卷的纯铝， 厚度优选 65 微米， 也可以采用其它厚度， 对成卷的铝箔进行清洗去除表面的 灰尘和油污， 然后进入卷对卷的磁控溅射线， 依次进行等离子清洗， 彻底去除表面油污和氧 化物， 沉积铜

29、镍合金的过渡层 202， 沉积银 / 铜的浸润保护层 201， 出机待用 ； 将成卷的绝缘 胶膜装入卷对卷打孔机， 使其打出的孔 101 与背接触电池片 400 正负电极簇点 401 一一严 格对应， 孔的大小直径约2.5毫米 ； 将成卷的穿孔绝缘胶膜100和成卷的镀好膜的铝基金属 箔 203 通过真空覆膜热压胶合在一起， 胶合时穿孔绝缘胶膜 100 与金属浸润层 201 面面相 对， 温度范围在50-140摄氏度， 压力范围0.1-5个大气压， 便于后续激光刻划工艺去除金属 条 205 ； 接下来进入裁片机， 按照尺寸裁剪， 然后进入激光刻划系统， 定位的基准为绝缘胶 膜上的穿孔 101，

30、使激光直接作用于铝基金属箔 203 上， 刻划出完整电路图案， 然后利用自 动或手工去除两条激光刻划出的中间金属部分 205， 形成绝缘带 204， 即去除两条激光刻划 出的中间金属部分后留下的空隙 ； 检测电路的绝缘性能， 接下来就要在铝基金属箔电极引 出点相应的位置超声焊接的铝基复合材料衬底 300， 以便于使用者在衬底上手工或自动焊 接涂锡的铜汇流带， 如果没有衬底 300， 那么涂锡的铜汇流带是无法直接焊接在铝基金属箔 203 上的 ； 检测包装入库。 0053 使用本发明所提供的铝基电路装置生产出的背接触太阳能电池， 性能不变， 铝基 电路装置接触电阻小于 3 毫欧， 最终做成的太阳

31、能电池组件的填充因子大于 75， 经过试 验表明本发明的铝基电路装置完全满足背接触太阳能电池的需要， 而其成本仅有用铜制作 该电路装置的三分之一。 0054 对于不同的背接触太阳能电池组件， 所使用的电路装置的型号需要与之匹配， 在 大小、 电路图案等方面也许与本发明中列举实施例中电路装置不同， 但是具体结构和制备 方法是相同的， 均在本发明的保护范围内。 0055 以上结合实施例对本发明做了具体的描述， 但不作为本发明的限定， 一切在本发 明权利要求范围内的所有修改和变化， 都落在受到本发明的保护范围之内。 说 明 书 CN 103997296 A 7 1/7 页 8 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103997296 A 8 2/7 页 9 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 103997296 A 9 3/7 页 10 图 5 说 明 书 附 图 CN 103997296 A 10 4/7 页 11 图 6 说 明 书 附 图 CN 103997296 A 11 5/7 页 12 图 7 说 明 书 附 图 CN 103997296 A 12 6/7 页 13 图 8 说 明 书 附 图 CN 103997296 A 13 7/7 页 14 图 9 说 明 书 附 图 CN 103997296 A 14