一種太陽能電池柵線電極的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種太陽能電池柵線電極，電極的形狀類似葉脈，柵線電極分為多級柵線，柵線的寬度設(shè)計根據(jù)太陽電池表面所流經(jīng)的光生電流大小分布所確定，流經(jīng)電流大的位置柵線相應(yīng)較寬，流經(jīng)電流小的位置柵線相應(yīng)較窄。本發(fā)明所述的葉脈形柵線電極可以時太陽電池光電流收集和傳導(dǎo)的效率最大化，同時減少了柵線的遮光面積和制作電極的銀漿耗量，有效提高太陽能電池效率和降低生產(chǎn)成本。
【專利說明】一種太陽能電池柵線電極

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及太陽能電池領(lǐng)域，尤其涉及一種太陽能電池的柵線電極。

【背景技術(shù)】
[0002] 晶硅的太陽能技術(shù)正日臻完善，高效率低成本是各大廠商一直追求的目標(biāo)，也是 研發(fā)中的各項新技術(shù)的主要推動力。大量的研究工作致力于降低生產(chǎn)成本、提高電池效率。
[0003] 太陽能電池技術(shù)中，柵線電極是影像電池與模組效率的重要因素，電池表面柵線 的設(shè)計目的是最大限度的收集電池中的光生電荷，提高電池效率。因此通過柵線結(jié)構(gòu)圖形 的優(yōu)化設(shè)計，減少漿料的使用，降低生產(chǎn)成本且減小柵線覆蓋面積，同時又能夠不影響光生 電荷的收集，成為柵線設(shè)計的主要挑戰(zhàn)。
[0004] 然而在現(xiàn)有的柵線技術(shù)中，圖形大多數(shù)為等寬的長帶形，在柵極的末端不需要很 大的電荷收集能力，則長帶形的柵極就浪費了銀漿漿料，減少了光吸收的有效面積，也將降 低太陽能電池效率。在細(xì)柵線根部，有更多的電流在此通過，柵線則需要更大的寬度，以便 電流快速的收集到主柵線。
[0005] 為了達(dá)到減少銀漿漿料、減少柵線遮光面積、提高柵線收集電荷能力的目的，以便 盡可能的改善柵線對電池片效率的影像，同時降低太陽能電池制造成本，我們借鑒樹葉中 收集光合作用產(chǎn)物的葉脈形狀，提出一種基于仿生學(xué)的柵線結(jié)構(gòu)圖形。經(jīng)優(yōu)化，我們將柵線 的形狀設(shè)計成葉脈的形狀，減少了遮光、提高了電荷收集能力，借助仿生學(xué)使得柵線設(shè)計實 現(xiàn)最優(yōu)化。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了解決現(xiàn)有的柵線銀漿耗量高、遮光面積大、收集電荷能力不足的技術(shù)問題，本 發(fā)明借鑒仿樹葉葉脈的結(jié)構(gòu)來設(shè)計太陽能電池柵線圖形，設(shè)計思想是：
[0007] 將柵線模仿樹葉葉脈的形狀，該葉脈形狀可以是真實的葉脈形狀，也可以是經(jīng)過 演變的三角形、橢圓形、彎曲的長帶形等。
[0008] 該圖形一般是距離主柵線越近，寬度越大，越是柵線末端寬度越小。
[0009] 并且該柵線設(shè)計既可以用于太陽能電池的正面，也同時適用于太陽能電池的背電 極。主柵線數(shù)量優(yōu)先為2至6條。
[0010] 該柵線結(jié)構(gòu)可以應(yīng)用于晶硅電池、非晶硅電池、薄膜電池、層疊電池等太陽能電 池。
[0011] 本發(fā)明的一種太陽能電池柵線電極，分為（或包括）多級柵線，等級由前至后依 次為主柵線、1級柵線、2級柵線……N級柵線，其中N是次級柵線（下文中也稱為細(xì)柵線） 的等級總數(shù)，類似于葉脈不斷分叉的結(jié)構(gòu)，定義了各級分支，每一級均有多條柵線，N至少為 1，即至少包括主柵線和1級柵線；將主柵線視為0級柵線，則η級柵線與n-Ι級柵線相交 且交線只組成兩個夾角，η為1至N中的任一整數(shù)值，η級柵線表述的即是1級柵線、2級柵 線……Ν級柵線中的任意一級柵線。
[0012] 在本發(fā)明的較佳實施方式中，多條主柵線間不相交，多條η級柵線間不相交。
[0013] 進(jìn)一步地，多級柵線均為帶狀長條形。
[0014] 進(jìn)一步地，帶狀長條形的側(cè)邊是直線段、弧線段或任意彎曲的流線型曲線段，可以 模仿樹葉葉脈的形狀，該葉脈形狀可以是真實的葉脈形狀，也可以是經(jīng)過演變的三角形、橢 圓形、彎曲的長帶形。
[0015] 進(jìn)一步地，η級柵線的寬度，沿遠(yuǎn)離η-1級柵線方向，逐漸減小，即柵線從交點至末 梢寬度逐漸減小，類似葉脈。
[0016] 進(jìn)一步地，η級柵線靠近η-1級柵線一端的端部寬度范圍為50微米至500微米， 限定了位于交點處的η級柵線的端部（也稱為根部）的寬度。
[0017] 進(jìn)一步地，η級柵線遠(yuǎn)離η-1級柵線一端的端部寬度范圍為2微米至50微米，限 定了η級柵線遠(yuǎn)離交點一端的端部（也稱為末梢）的寬度。柵線的整體寬度（包括根部和 末梢）設(shè)置是根據(jù)所流經(jīng)的電流大小確定的，流經(jīng)電流大的位置柵線相應(yīng)較寬，流經(jīng)電流 小的位置柵線相應(yīng)較窄。
[0018] 進(jìn)一步地，η級柵線與η-1級柵線的夾角為20°至160°。
[0019] 進(jìn)一步地，η級柵線的長度為0. 1毫米至150毫米，限定了除主柵線外各次級柵線 的長度。
[0020] 進(jìn)一步地，η-1級柵線上的多條η級柵線，依次交替設(shè)置在η-1級柵線的兩側(cè)，每兩 條為一組，每組中的η級柵線在η-1級柵線上的交點沿η-1級柵線相距距離為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）。相距距離為0時即每組中兩條η 級柵線在η-1級柵線上的兩個交點相重合。
[0021] 本發(fā)明將傳統(tǒng)的細(xì)帶狀的柵線形狀優(yōu)化為仿葉脈的形狀，有效降低了銀漿耗量， 同時獲得更強的電荷收集能力。由于葉脈形狀是自然選擇的結(jié)果，葉片收集光合作用產(chǎn)物 與太陽能電池收集光生電荷有相近的形式，我們同時使用計算機進(jìn)行模擬計算，得到的結(jié) 果與葉脈相近，證實了本設(shè)計的實用性。
[0022] 以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明的構(gòu)思、具體結(jié)構(gòu)及產(chǎn)生的技術(shù)效果作進(jìn)一步說明，以 充分地了解本發(fā)明的目的、特征和效果。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023] 圖1是本發(fā)明的一個較佳實施例的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024] 圖2是本發(fā)明的另一個較佳實施例的整體結(jié)構(gòu)示意圖，主柵線和細(xì)柵線、各細(xì)柵 線之間的夾角是直角；
[0025] 圖3是本發(fā)明的一種對稱型細(xì)柵線的細(xì)節(jié)圖；
[0026] 圖4是本發(fā)明的一種錯位型細(xì)柵線的細(xì)節(jié)圖；
[0027] 圖5是圖2中的細(xì)柵線底角標(biāo)示圖；
[0028] 圖6是圖3中的細(xì)柵線底角標(biāo)示圖。

【具體實施方式】
[0029] 下面結(jié)合附圖和具體的實施例，進(jìn)一步闡明本發(fā)明。需要說明，本實施例僅用于說 明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的內(nèi)容，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對本發(fā)明的 各種等價形式的修改均落于本申請所附權(quán)利要求所限定。
[0030] 現(xiàn)有的太陽能電池技術(shù)中，無論是主柵線還是細(xì)柵線，電極形狀均為寬度不變的 帶狀長條形，本發(fā)明的不同之處在于柵線的形狀是基于樹葉的脈絡(luò)，可以是實際樹葉脈絡(luò) 的圖形，也可以是由樹葉脈絡(luò)衍化出的柵線圖形，比如：粗細(xì)不均的帶狀、三角形、彎曲的帶 狀等。對于細(xì)柵線而言，一般是靠近主柵線的一端寬度較粗，遠(yuǎn)離主柵線的一端較為細(xì)窄。
[0031] 如圖1所示，是一種基于葉脈形狀的仿生學(xué)的太陽能柵線電極，一般包括一條以 上的主柵線1，主柵線1的兩端有尖銳端頭3。類似于樹葉的葉脈，本發(fā)明電極一般包含至 少兩級柵線，在本實施例中包含主柵線1，1級柵線4和2級柵線2，所有細(xì)柵線，在本實施例 中即1級柵線4和2級柵線2的長度為0. 1毫米至150毫米。
[0032] 如圖2所示，是本發(fā)明的柵線電極結(jié)構(gòu)，與圖1的差異在于主柵線和細(xì)柵線、各細(xì) 柵線之間的夾角均為直角。
[0033] 進(jìn)一步說明圖1和圖2中不同級細(xì)柵線之間的關(guān)系，如圖3所示，夾角5是η級柵 線與η-1級柵線的夾角，該夾角的范圍在20°至160°之間。圖1中的η級柵線與η-1級 柵線的夾角小于90度，圖2中的η級柵線與η-1級柵線的夾角恰好為90度。
[0034] 再進(jìn)一步說明不同級細(xì)柵線之間的關(guān)系，如圖3和圖4所示，兩種設(shè)計的不同之處 在于圖3中，兩條η級柵線的根部設(shè)計在η-1級柵線同一位置，而在圖4中，兩條η級柵線 的根部設(shè)計在η-1級柵線不同位置，柵線間形成夾角6,錯位距離7的范圍在5/2 (η+1)毫米至 70/2 (η+1)毫米之間。
[0035] 進(jìn)一步對細(xì)柵線的形狀進(jìn)行說明，所有細(xì)柵線的根部的寬度為50微米至500微 米，頂部的寬度為2微米至50微米，細(xì)柵線的形狀類似于三角形或梯形。圖5和圖6分別 示出了圖2和圖3中細(xì)柵線的底角示意圖，底角即柵線側(cè)邊與底邊的夾角。圖5中左側(cè)為 實際設(shè)計版圖，由于柵線的長度比寬度大很多，所以放大后看不出是三角形，左側(cè)為抽象示 意圖，可看出一根柵線為三角形，其中底角即夾角8。圖6中細(xì)柵線的底角是夾角9,其是細(xì) 柵線側(cè)邊與底邊10的夾角，底邊10的位置滿足，底邊10至柵線末梢間的兩測邊長度相等 且最大。底角的范圍為60°至90°。
[0036] 以上實施例以直線段的柵線為例，同樣可以模仿樹葉葉脈的形狀，設(shè)計為弧線段 或任意彎曲的流線型曲線段。
[0037] 經(jīng)不同的優(yōu)化方案后，應(yīng)用本發(fā)明葉脈形仿生電極，可以減少電極遮光面積10 % 到30%之間，減少相應(yīng)的導(dǎo)電銀漿使用量，有能力提高0.5%以上的太陽電池效率。
[0038] 通過上述的文字表述可以看出，采用本葉脈型仿生電極后，通過各級柵線線寬的 優(yōu)化設(shè)計，可以使電子有效傳導(dǎo)，提高太陽能電池的光電子收集能力。同時減少電極的遮光 面積，有效提高太陽能電池轉(zhuǎn)化效率。不僅如此，本發(fā)明將為太陽能電池減少導(dǎo)電銀漿的用 量，進(jìn)一步減少生廣成本，提1?經(jīng)濟效益。
[0039] 以上詳細(xì)描述了本發(fā)明的較佳具體實施例。應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域的普通技術(shù)無需創(chuàng) 造性勞動就可以根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思作出諸多修改和變化。因此，凡本【技術(shù)領(lǐng)域】中技術(shù)人員 依本發(fā)明的構(gòu)思在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術(shù) 方案，皆應(yīng)在由權(quán)利要求書所確定的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種太陽能電池柵線電極，其特征在于，所述柵線電極分為多級柵線，等級由前至后 依次為主柵線、1級柵線、2級柵線……N級柵線，其中N是次級柵線的等級總數(shù)且所述N至 少為1 ;所述主柵線也稱為0級柵線，η級柵線與n-1級柵線相交且交線只組成兩個夾角，η 為1至所述Ν中的任一整數(shù)值。
2. 如權(quán)利要求1所述的柵線電極，其特征在于，所述多級柵線均為帶狀長條形。
3. 如權(quán)利要求2所述的柵線電極，其特征在于，所述帶狀長條形的側(cè)邊是直線段、弧線 段或任意彎曲的流線型曲線段。
4. 如權(quán)利要求1所述的柵線電極，其特征在于，所述η級柵線的寬度，沿遠(yuǎn)離所述n-1 級柵線方向，逐漸減小。
5. 如權(quán)利要求4所述的柵線電極，其特征在于，所述η級柵線靠近所述n-Ι級柵線一端 的端部寬度范圍為50微米至500微米。
6. 如權(quán)利要求4所述的柵線電極，其特征在于，所述η級柵線遠(yuǎn)離所述n-Ι級柵線一端 的端部寬度范圍為2微米至50微米。
7. 如權(quán)利要求1所述的柵線電極，其特征在于，所述η級柵線與所述n-Ι級柵線的夾角 為 20° 至 160°。
8. 如權(quán)利要求1所述的柵線電極，其特征在于，所述η級柵線的長度為0. 1毫米至150 毫米。
9. 如權(quán)利要求1所述的柵線電極，其特征在于，所述n-Ι級柵線上的多條所述η級柵 線，依次交替設(shè)置在所述n-Ι級柵線的兩側(cè)，每相鄰兩條為一組，每組中的所述η級柵線在 所述n-Ι級柵線上的交點沿所述n-Ι級柵線相距距離為0、或5/2 (η+1)毫米至70/2(η+1)毫米。
【文檔編號】H01L31/0224GK104103698SQ201410317645
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年7月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月3日
【發(fā)明者】張亞非, 劉一劍, 李忠麗, 徐東 申請人:上海交通大學(xué)