[发明专利]具有分割式栅线图案的太阳能电池

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能电池。具体来说，本发明涉及位于太阳能电池光输入表面的电栅格图案。

背景技术

太阳能电池产生的电流通常通过形成在太阳能电池上的前端电极和背端电极提供给负载。在聚光光伏(Concentrated Photovoltaics，CPV)领域，太阳能电池能够产生大量的电流。因此，对于有着正方形或长方形光输入表面的太阳能电池，为使其能够有效地适应这样大量的电流，通常在光输入表面上形成一系列均布平行的线性电导体，这些电导体与形成在太阳能电池光输入表面相对侧上的一对汇流条相互物理连接和电气连接。该线性电导体元件可以称为栅线。

然而，栅线会在太阳能电池上形成阴影，这意味着位于栅线阴影下的太阳能材料不能够接收到光，因而，不能促生使太阳能电池产生电流的光生载流子(电子和空穴)。由于太阳能电池的材料十分昂贵，因此，设计师旨在使栅线形成的阴影最小化。于是，一方面，设计师想要的是尽可能窄和/或少的栅线。但是，另一方面，减小栅线的宽度和/或数量会由于电阻功率损耗(焦耳定律)而导致性能指标降低(例如转换效率、串联电阻和填充因子)。即，电功率以热的形式耗散(损失)：P_lost＝R_sI²，其中，R_s是线性导体的有效串联电阻，I是流经该电阻的电流。因此，设计师面临着栅线的数量和宽度与其电功率耗散间的权衡问题。

在给定光输入强度下，对于给定类型的栅线截面和电导率，存在着使太阳能电池的转换效率(和其他性能指标)最大化的最佳栅线分离。超过该最佳栅线分离，则太阳能电池的性能将由于栅线电阻功率损耗的增大而降低，因为每个单独的栅线需要支持更大的电流。一种在减少阴影的同时使各个栅线保持相同电导率的潜在策略是，使栅线更窄同时更厚，以保持原有的截面积。对于III-V族半导体三结型太阳能电池，典型的栅线截面是5-6μm宽，5-6μm长，由于其制造工艺而常形成不等边四边体形。原则上，宽1μm、高25μm的栅线和5μm×5μm的栅线具有相同的电导率，但前者形成的阴影少，因而使太阳能电池性能更好。然而，这样的栅线在实践中是难以制造的，并且可能带来严重的装配和可靠性问题，因为其容易下凹和弯曲，因此在制造或工作期间的潮湿和喷淋清洗冲洗环境下更为脆弱。在装配线上，这样的栅线将非常脆弱，易被损坏。

现有栅线设计(栅线图案)的另一个问题涉及与热膨胀不匹配相结合的局部过热，其可引起电介质断裂、脱层、金属疲劳和腐蚀等，导致性能下降，诱发潜在故障。太阳能电池应用中使用的半导体材料很容易受到此类热问题的影响，因为其光电特性可受温度影响而显著改变，而这在一定条件下可引发严重的不可控的故障。例如，位于太阳能电池某个特定区域的栅线的高电流密度所引起的局部加热将使该区域的半导体带隙减小；取决于具体操作条件，转而可由于半导体带隙宽度的减小而进一步增大电流密度，最终导致失控的严重故障。

因此，存在着改进太阳能电池的栅线设计的需求。

发明内容

本发明的目的是消除或减轻现有太阳能电池栅线图案的至少一个缺点。

在第一方面，提供了一种太阳能电池，包括：接收光的光输入表面；形成在光输入表面边缘的汇流条；形成在光输入表面上的多个元件。这些元件为电导体元件。该多个元件排列为至少两个组，该至少两个组的第一组具有第一数量的元件，该至少两个组的第二组具有第二数量的元件，所述第一数量小于第二数量，第二组形成在光输入表面上、位于汇流条和第一组之间，第二组的元件电连接至汇流条，第一组元件设置为向第二组元件提供电流传输。

第二组元件大致垂直于汇流条。进一步，太阳能电池可包含桥接电导体元件，其与第二组元件电互连。第一组元件可电连接至该桥接电导体元件。桥接电导体元件可大致为直形。第一组元件可大致相互平行。第一组元件可大致垂直于汇流条。

第一方面的太阳能电池可进一步包含多个桥接电导体元件，每个桥接电导体元件与一对第二组元件电互连。第一组元件中的每个元件可电连接至一个桥接电导体元件。每个桥接电导体元件可大致为直形。每个桥接电导体元件可以是弧形的。每个桥接电导体元件可以是V形的。

在第一方面的太阳能电池中，每个第二组元件可以具有第一端和第二端，第一端可物理连接至汇流条，第二端可物理连接至第二组另一元件的第二端。第二数量与第一数量的比率可以为2，并且第一组元件中的每一元件可有一端物理连接至一对第二端。

在第一方面的太阳能电池中，一些元件可以是具有渐细宽度的渐细元件。该渐细元件可具有沿渐细元件一段长度为直形的侧壁。