專利名稱：太陽能電池互連工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽能電池互連工藝，用于將細長太陽能電池互連起來以 形成光伏器件的太陽能電池子模塊。
背景技術(shù)：
在本說明書中，術(shù)語"細長太陽能電池"是指通常為平行六面體形狀且具 有高縱橫比的太陽能電池，其長度/比其寬度W大很多(通常大數(shù)十倍到數(shù)百 倍)。另外，細長太陽能電池的寬度比其厚度/大很多(通常大四倍到一百倍)。 太陽能電池的長度和寬度定義了用于產(chǎn)生電能的最大可用有效表面面積，而太 陽能電池的長度和厚度則定義了該電池的光學無效表面即"邊"。典型的細長太陽能電池是10-120 mm長、0.5-5 mm寬、15-400微米厚。細長太陽能電池可以由下列文獻中所描述的過程來生產(chǎn)S. Scheibenstock、 S. Keller、 P. Fath、 G. Willeke禾口 E. Bucher的"HighVo (//z.g/z Fo/fage) Cell Concept" ， Solar Energy Materials & Solar Cells Vol. 65 (2001)，第179-184頁 ("Scheibenstock");國際專利申請公報WO 02/45143( "the Sliver patent application")。后一篇文獻描述了從單個標準硅晶片中生產(chǎn)出大量很薄的(通 常小于150 pm)細長硅基片，其中所得的薄細長基片的個數(shù)和尺寸使得總的可 用表面面積大于原始硅晶片的可用表面面積。這是通過下列步驟實現(xiàn)的將垂 直于原始晶片表面的新形成的表面中的至少一個表面用作每一個細長基片的 有效或可用表面；以及將所得的細長基片以及這些基片之間除去的材料的晶片 平面中較短的維度選擇成像實用中的那么小，下文會對此進行描述。這種細長基片也被稱為"長條基片"。"SLIVER"(長條) 一詞是Origin Energy Solar集團有限公司的注冊商標，澳大利亞注冊號是933476。 Sliver專利 申請也描述了在長條基片上形成太陽能電池的過程，被稱為"長條太陽能電 池"。然而，"長條" 一詞通常是指長條基片，它可能包含一個或多個太陽能9電池也可能不包含太陽能電池。通常，細長太陽能電池可以是使用基本上任何太陽能電池制造過程在細長 基片上形成的單晶太陽能電池或多晶太陽能電池。如

圖18所示，較佳地，在分批過程中，通過對完全穿透硅晶片1804的一系列平行細長矩形槽或開口 1802 進行機械加工(最好進行各向異性濕法化學蝕刻)以便在這些開口 1802之間 定義相應(yīng)的一系列平行細長平行六面體基片或硅"長條"1806，從而形成了細 長基片。槽1802的長度小于但相似于晶片1804的直徑，使得細長基片或長條 1806通過基片上剩余的外圍部分1808 (被稱為基片框1808)而仍然連接在。 每一個長條1806被視為具有與兩個晶片表面共面的兩個邊1810，與晶片表 面相垂直的兩個(新形成的)面1812，以及連接到晶片框1808的兩個端1814。 如圖18所示，太陽能電池可以由細長基片1806形成，同時它們?nèi)匀挥删?1808保持著；然后，可以將所得的細長太陽能電池1806彼此分開并使它們從 晶片框上分離從而提供一組單獨的細長太陽能電池，同時電極通常都沿其長 邊。大量的這種細長太陽能電池可以被電互連并且被組裝到一起以形成太陽能 電源模塊。當細長基片是以這種方式形成的時候，晶片表面所在平面中的細長槽和細 長硅條(長條)的寬度通常都是0.05mm，使得每一對長條/槽有效地占據(jù)晶片 表面的一定面積即/X0.1mm，其中/是細長基片的長度。然而，因為硅晶片的 厚度通常是0.5-2 mm，所以長條的兩個新形成的面(垂直于晶片表面)的表面 面積分別都是/X0.5-2 mm，由此相對于原始晶片表面而言可用表面面積增大了 一個大小為5-20的因子(忽略晶片框的任何可用表面面積)。也可以用一種與上述相似的方式通過將晶片劃分成多個基片從而形成細 長基片，但其中所得的細長基片的有效或可用表面是原始晶片表面的相應(yīng)的細 長部分。這種細長基片的厚度等于形成它們所用的晶片的厚度，并且這種細長 基片在本文中被稱為"平板"基片。在這種情況下，平板基片的總的可用表面 面積無法大于原始晶片的面積；然而，從平板基片中形成的平板太陽能電池與 常規(guī)基于晶片的太陽能電池相比具有許多優(yōu)點。通常，平板太陽能電池具有沿 其長邊的電極，但是也可以將相反極性的電極置于其兩個面之一上(在使用時 遠離太陽而定向)。用于形成長條太陽能電池的細長硅片是很脆弱的，在安裝和電互連時需要 小心處理。另外，因為每一個長條電池的表面面積和經(jīng)濟價值都很小，所以需 要一種可靠的低成本電連接技術(shù)以使利用長條電池變得經(jīng)濟可行。用長條太陽能電池形成光伏器件的現(xiàn)有技術(shù)方案涉及用光學粘合劑將電 池粘到基片或透明基片(比如玻璃)上從而形成大陣列的長條太陽能電池。根 據(jù)特定的電池和模塊配置，相鄰的長條太陽能電池之間有規(guī)則的間隔，該間隔 從零到幾個毫米，并且在模塊區(qū)域中無論何處每平方米都可以包含一千個左右 的太陽能電池甚至多達一萬五千個長條太陽能電池。可以使用一種"挑選和放 置"機器人機器，將長條太陽能電池放置到基片上。然后，通過使用經(jīng)模板印刷、涂布(dispense)、或以其它方式轉(zhuǎn)移從而在各長條電池之間形成電互連的 導(dǎo)電樹脂，便使這些電池電互連?；蛘撸ㄟ^使己被模板印刷或被涂布到金屬化墊片或軌道上的焊膏回流， 便使已接合到基片(比如玻璃)上的長條電池電互連，其中金屬化墊片或軌道 是先前在玻璃基片上制備好的。用于在已接合到基片玻璃上的各長條之間建立電互連的過程需要若干個精確步驟制備金屬化軌道陣列；參照對齊過程、膏 體積和膏分布以足夠的準確度將焊膏涂布或模板印刷到已制備的金屬化軌道 上；接下來，在焊膏液相線以上且按一定的溫度-時間曲線分布加熱整個組件從 而使上述焊膏回流，該溫度-時間曲線分布是流量激活、焊料流動以及金屬間合 金的形成所必需的并且同時也是為使焊料流到焊料表面張力和浸潤特性所確 定的正確的體-分布所必需的，其中金屬間合金的形成是使金屬化軌道和長條電 池金屬電極恰當浸潤所必需的。盡管導(dǎo)電材料的涂布是一種可調(diào)整的備選方案且能夠適應(yīng)任何模塊尺寸 (與之相反的是模板印刷應(yīng)用，其中模板印刷和對齊準確度特性會限制面積)， 但是對于在很大的模塊面積上需要多個涂布位置的情況，上述涂布操作是緩慢 且昂貴的。在大面積上對齊和對準模板印刷位置這一方面，模板印刷存在問題， 其原因在于模板印刷材料的伸展和翹曲。此外，在使用焊料回流操作的情況下 按照良好的焊點所需的溫度-時間曲線分布在串聯(lián)或分批過程中加熱很大的熱 質(zhì)量這一做法在實際中會引起許多不可克服的困難，其中包括因為需要有一 段時間在液相線以上，所以從長條電極中溶解下來一些銀；很難迅速冷卻玻璃以在塊狀焊料中形成小晶體結(jié)構(gòu)；使焊料互連中的合金分離和金屬遷移達到最 少；在高溫下擴展周期內(nèi)也可能破壞UV-可固化光學粘合劑。通過使用汽相焊 料系統(tǒng)(比如AssconQuicky⑧汽相回流系統(tǒng))便可以解決上述回流問題中的一 些，但是其余問題使得回流操作不適于商業(yè)上可行的模塊生產(chǎn)過程。不管使用上述哪一種方法，接下來都使用像EVA這樣的封裝材料與第二 層玻璃或相似材料一起完成太陽能電池陣列的組裝并形成太陽能模塊。在使用 這種技術(shù)的情況下，形成光伏器件所遇到的最顯著困難是需要利用模板印刷 或涂布對導(dǎo)電材料(不管該材料是焊料還是某種形式的導(dǎo)電性環(huán)氧樹脂或其它 材料)進行精確排布，從而在面積相對較大的基片上的大量長條電池之間形成 電互連進而形成上述陣列。平板太陽能電池是由多晶硅或多晶硅構(gòu)成的。這些太陽能電池是用常規(guī)電 池制造過程制造的，其中的一些變化與公知的BCSC工藝相似。平板和平板狀 的太陽能電池的主要優(yōu)點是，可構(gòu)建電壓及其相關(guān)的效應(yīng)從而比常規(guī)電池更迅 速地減小電流。此外，在平板太陽能電池的一種實現(xiàn)方式中，如此形成的電池 都是雙面的。雙面太陽能電池的諸多益處抵消了在下列應(yīng)用中生產(chǎn)、處理和組 裝平板電池所帶來的額外成本平板電池在雙面模塊中的應(yīng)用；構(gòu)建集成光伏 模塊(BIPV)過程中的應(yīng)用；靜態(tài)收集器組件中的應(yīng)用；以及其太陽能集中程度 是常規(guī)太陽能輻射的30倍、50倍、甚至更高倍的收集器接收機中的應(yīng)用。晶片中所形成的平板電池所共同構(gòu)成的較厚的(即標準晶片厚度)、相對較窄的矩形陣列可以按下列兩種形式來生產(chǎn) 一種形式是在從晶片中取下時適 用作分立的太陽能電池；或者另一種形式是適于被含在形成它們的晶片中，這 些電池的每一端處的硅區(qū)域形成了物理保持結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)為電池中形成的電流提供了高阻軌跡。期刊Solar Energy Materials & Solar Cells 65 (2001)中第 179-184 頁的論文"Progress in monolithic series connection of wafer-based crystalline silicon solar cells by the novel 'High Vo' (High Voltage) cell concept"討論了單片平板型電池的一種形式?；蛘?，可以從晶片中取下這些平板太陽能電 池并且按任何期望的間距和/或電池極性進行重新組裝。盡管平板電池不像長條 電池那樣易碎，但是在安裝或電連接時仍然需要小心處理。另外，因為每一個 電池的面積和價值很小，所以需要一種可靠的低成本電連接技術(shù)以使平板電池的使用在經(jīng)濟方面更可行。
因為平板電池的有效面是從拋光的晶片表面中形成的，所以處理和組裝比 長條電池(其中有效慢電池面是垂直于晶片表面而形成的)的處理和組裝明顯 地更為直接。如果平板電池陣列打算用于最大效率應(yīng)用，則通過將該陣列與真 空設(shè)備、粘合表面、或機械夾具接合，便可以從晶片中取下整個平板電池陣列。 通過用劃片機、激光器、或通過機械劃線和斷裂來切割平板電池的末端，便將 該陣列從晶片框中取下。然后，通過使用與用于形成長條電池舟式組件所需的
相似過程，便建立了各種電連接，其中該過程還提供了平板太陽能電池舟的物 理結(jié)構(gòu)。
平板舟式子模塊組件的獨特特征包括緊密排列的平面或近平面的矩形或 近矩形太陽能電池陣列，其尺寸相似于常規(guī)正方形或近正方形太陽能電池；比 常規(guī)電池成比例地高出一個因子的子模塊電壓，該因子相似于單位組件中所包 含的平板電池的個數(shù)；比常規(guī)電池成比例地低出一個因子的子模塊電流，該因 子相似于單位組件中所包含的平板電池的個數(shù)；以及適于外部互連的電接觸，
比如將平板舟式電池串在一起以形成可被包括在平板舟式太陽能電池電源模 塊中的多種結(jié)構(gòu)。
或者，如果平板電池陣列打算用于提供增大的成本-效率應(yīng)用，則可以通過 將該陣列與真空設(shè)備、或粘合表面、或機械夾具接合，便從晶片中取下整個平 板電池陣列。通過用劃片機、或激光器、或通過機械劃線和斷裂來切割平板電 池的末端，便將該陣列從晶片框中取下。如果需要平板電池用于2X靜態(tài)收集 器，則利用一種每隔一個平板電池就進行拾取的簡單真空系統(tǒng)來操縱平板電池 陣列，從而從所拾取的電池中形成雙間隔陣列并且留下了由初始拾取操作所避 開的那些電池所形成的雙間隔陣列。然后，處理這些雙間隔陣列，以建立電互 連并且在與長條排形成過程相似的過程中形成平板筏組件的物理保持結(jié)構(gòu)。然 后，建立電互連，這一過程也提供了平板太陽能電池排的物理結(jié)構(gòu)。簡單地通 過在兩個步驟中每隔兩個平板太陽能電池進行選擇，并且完成三個子組件，便 可以形成3X靜態(tài)收集器。
平板筏模塊組件的獨特特征包括均勻間隔的平面或近平面的矩形或近矩 形太陽能電池陣列，其尺寸相似于常規(guī)正方形或近正方形太陽能電池；比常規(guī)電池成比例地高出一個因子的子模塊電壓，該因子相似于單位組件中所包含的 平板電池的個數(shù)；比常規(guī)電池成比例地低出一個因子的子模塊電流，該因子相 似于單位組件中所包含的平板電池的個數(shù)(在沒有任何靜態(tài)收集器特征的情況 下，并且這種減小的電流是簡單地通過從靜態(tài)收集器應(yīng)用中所獲得的任何有效 集中因子來修改的)；以及適于外部互連的電接觸，比如將平板筏電池串在一 起以形成可被包括在平板筏太陽能電池電源模塊中的多種結(jié)構(gòu)。
相似的是，如果平板電池陣列打算用于提供增大的成本-效率應(yīng)用，則可以 通過將該陣列與真空設(shè)備、或粘合表面、或機械夾具接合，便從晶片中取下整 個平板電池陣列。通過用劃片機、或激光器、或通過機械劃線和斷裂來切割平 板電池的末端，便將該陣列從晶片框中取下。如果需要平板電池用于2X靜態(tài) 收集器，則利用一種每隔一個平板電池就進行拾取的簡單真空系統(tǒng)來操縱平板 電池陣列，從而從所拾取的電池中形成雙間隔陣列并且留下了由初始拾取操作 所避開的那些電池所形成的雙間隔陣列。然后，處理這些雙間隔陣列，以建立 電互連并且在與長條網(wǎng)格排形成過程相似的過程中形成平板網(wǎng)格筏組件的物 理保持結(jié)構(gòu)。然后，建立電互連，這一過程也提供了平板太陽能電池網(wǎng)格排的 物理結(jié)構(gòu)。
平板網(wǎng)格筏模塊組件的獨特特征包括均勻間隔的平面或近平面的矩形或 近矩形太陽能電池陣列，其尺寸相似于常規(guī)正方形或近正方形太陽能電池；僅 由引線互連的靈活性提供的繞平行于平板太陽能電池長度方向的軸的靈活性； 比常規(guī)電池成比例地高出一個因子的子模塊電壓，該因子相似于單位組件中所 包含的平板電池的個數(shù)；比常規(guī)電池成比例地低出一個因子的子模塊網(wǎng)格排電 流，該因子相似于單位組件中所包含的平板電池的個數(shù)(在沒有任何靜態(tài)收集 器特征的情況下，并且這種減小的電流是簡單地通過從靜態(tài)收集器應(yīng)用中所獲 得的任何有效集中因子來修改的)；以及適于外部互連的電接觸，比如將平板 網(wǎng)格排電池串在一起以形成可被包括在平板網(wǎng)格排太陽能電池電源模塊中的 多種結(jié)構(gòu)。
利用平板或平板狀太陽能電池來形成光伏器件的現(xiàn)有技術(shù)方案一般局限 于專門的應(yīng)用，比如高電壓小面積太陽能電源模塊，可用于給便攜器件中的電 池充電或者用于運行小的便攜器件(比如電子計算器)，因為對相對便宜且小的太陽能電池的平板和平板狀收集、組件、或陣列進行處理、組裝并提供電連 接和物理結(jié)構(gòu)會有相對較高的成本。本發(fā)明所詳述的方案用于解決長條太陽能 電池的處理、組裝和電互連等現(xiàn)有技術(shù)方案相關(guān)聯(lián)的問題，并且直接相似地應(yīng) 用于解決與平板和平板狀太陽能電池的常規(guī)處理、組裝和電互連相關(guān)聯(lián)的問題。用于設(shè)計一種長條分離、處理和組裝問題的解決方案的相同處理和組裝原 理曾被應(yīng)用于設(shè)計一種平板電池分離、處理和組裝問題的解決方案關(guān)于在可 能的地方調(diào)整常規(guī)處理和組件裝備和工藝，"大量"電池總是成塊移動。在大 多數(shù)情況下，設(shè)計用于分離、處理和組裝平板太陽能電池的解決方案最多涉及 上述長條解決方案的一種簡單修改或定制。通常，在描述本發(fā)明的較佳實施方式的過程中，各種參照和示出將主要使 用長條電池示例來闡明上述過程和方法的有利方面。僅在分離、處理、或組裝 要求顯著或基本上不同于用于長條太陽能電池分離、處理和組裝方案的工藝和 方法時，才提供關(guān)于平板太陽能電池要求的參照和示出。太陽能電池的一個應(yīng)用是在所謂的收集器系統(tǒng)中。典型的線性光伏收集器 系統(tǒng)工作在約10到80倍的幾何電池集中比例。在這種安排下，在接收機上通 常安裝單行太陽能電池。每一個常規(guī)電池通常是2到5厘米寬，在接收機縱向 長度方向上串行連接20到40個電池。通常，光的均勻性在沿接收機長度方向 是良好的，但在橫向上較差。太陽能電池通常串行連接以提供更高的總電壓輸 出。通常，通過每個電池的四個長觸點，在頂面和底面上電流都是從中心流到 兩邊的。對每一觸點作出連接從而除去上述電流。通過恰當?shù)幕ミB在接收機的 邊緣處，實現(xiàn)了太陽能電池的串聯(lián)。然而，串行互連占據(jù)了顯著的面積。另外， 沿接收機長度方向的電流流動是電荷從每一電池的中心區(qū)域到其邊緣、再進入 外部連接、且回到相鄰電池的中心區(qū)域的橫向移動過程。結(jié)果，因較長的導(dǎo)電 路徑而出現(xiàn)了顯著的串聯(lián)阻抗損耗。期望提供一種用于減輕一種或多種上述困難的太陽能電池互連工藝，或者 至少提供一種有用的備選方案。發(fā)明內(nèi)容根據(jù)本發(fā)明，提供了一種用于形成光伏器件的太陽能電池子模塊的太陽能 電池互連工藝，該互連工藝包括下列步驟將多個細長太陽能電池安裝在一種使細長太陽能電池保持基本上縱向平 行且一般共面配置的結(jié)構(gòu)中；以及，建立通過所述結(jié)構(gòu)延伸以使所述細長太陽能電池電互連的一個或者多個 導(dǎo)電路徑；其中，所述一個或者多個導(dǎo)電路徑可采用波峰焊接的方式建立。這里所討論的筏、網(wǎng)格筏或舟的安裝結(jié)構(gòu)可以避免平板或長條太陽能電池 或者電互連因制造或者使用過程中的熱循環(huán)而遭到損壞。在舟的情況下，這是 通過將平板或者長條太陽能電池裝載在熱穩(wěn)定的基片上并提供電軌跡來獲得， 其中，可以使用常規(guī)的焊接或者無鉛焊接等許多方式中的一種或者多種方式， 釆用以分離圖形穿過基片延伸提供串聯(lián)或者并聯(lián)結(jié)構(gòu)來建立電互連。在網(wǎng)格筏 和一些筏的形式的情況下，在平板或者長條太陽能電池之間的電互連各自形成 安裝或者框架結(jié)構(gòu)，使得在網(wǎng)格筏或者筏或舟中的結(jié)構(gòu)材料之間的不同熱膨脹 不會在子模塊組件結(jié)構(gòu)的任何部件中產(chǎn)生難以接受的應(yīng)力。在各個子模塊中的長條太陽能電池或者平板太陽能電池可以根據(jù)特殊光 伏器件的需要來分割。在某些應(yīng)用中，例如，舟，沒有空間或者只要很小的空 間使得相鄰的長條或者平板太陽能電池鄰接著焊接，在舟的情況下，該焊接不 僅提供電互連，而且還提供保持太陽能電池在一起的機械支撐或者約束，以及 /或者在高效率筏或者舟的情況下，利用形成電互連的焊接也形成直接將平板或 者長條太陽能電池粘結(jié)于基片的機械機構(gòu)。在其它應(yīng)用中，諸如符或者網(wǎng)格筏，在各個平板或者長條太陽能電池之間 的空間可能是太陽能電池寬度的幾倍，并利用悍接合金在橫梁的表面上形成金 屬化軌跡來建立在相鄰電池之間的電互連。在其它應(yīng)用中，諸如網(wǎng)格符，形成 電池內(nèi)部陣列結(jié)構(gòu)的引線焊接在平板或者長條電池的電極上，以便于提供電互 連以及物理支撐和網(wǎng)格筏結(jié)構(gòu)的物理約束。特別是，平板太陽能電池可以是雙 面的，而長條電池是雙面的，并且在某些應(yīng)用中，該空間是利用于長條太陽能 電池的兩邊輻射的優(yōu)點，并在靜態(tài)收集器應(yīng)用的情況下使用適當?shù)亩ㄎ环瓷?器，或者在類似于常規(guī)雙面模塊的模塊結(jié)構(gòu)的情況下通過從兩側(cè)輻照，來確定的。在一個實施例中，基片采用一個或者多個橫梁的方式以所需陣列的形式和 使用機械夾具以大致接近于橫梁的方式來保持長條或者平板電池。橫梁為完整 的筏提供了機械穩(wěn)定性并且也是分別支撐在長條太陽能電池或者在平板太陽 能電池之間的電互連的結(jié)構(gòu)。橫梁可由硅或者其它使用的材料所制成。在一個實施例中，將長條電池或者平板電池安裝在橫梁上，就能籍助于將 較小尺寸的橫梁粘結(jié)在各個長條或者平板太陽能電池上來獲得基片的熱穩(wěn)定 性。也就是說，因為小的公用區(qū)域，橫梁的熱膨脹系數(shù)不需要嚴格匹配于長條 或者平板電池的熱膨脹系數(shù)，作為本發(fā)明的一些其它方式。理想的是，對于長 條電池的應(yīng)用，橫梁是由單晶硅所制成的，從而消除不同的膨脹問題。在多晶 平板電池的應(yīng)用情況下，理想的是，橫梁是由多晶硅所制成，從而消除不同的 膨脹問題。焊接筏橫梁較佳地具有低成本、電絕緣(本征或者籍助于絕緣材料 的涂層)、較薄以及能夠選擇性涂敷用于電連接的可焊接的金屬化導(dǎo)電路徑等 優(yōu)點。適用的基片包括硅和硼硅玻璃。通過使用焊接提供電互連和將長條電池或者平板電池分別機械固定著橫 梁所形成的子模塊在本說明書中稱之為"焊接符"，且與所使用的焊接、用于 沉積焊料和形成可焊接的電互連的工藝，或者用于構(gòu)成可焊接的筏的太陽能電池的類型無關(guān)?？珊附拥姆た梢园◣讉€乃至幾百個長條太陽能電池或者平板 太陽能電池。可焊接的筏可以采用類似于常規(guī)太陽能電池的尺寸來形成，典型的是，10cmX10cm或者甚至于15cmX 15cm乃至更長。此外，不再需要子模 塊組件一定是方形或者近似方形的。例如，可以選擇在子模塊中的長條電池或 者平板電池的數(shù)量，以便于提供所需要的子模塊電壓。這就允許在光伏器件中 所要使用的電池能夠采用目前常規(guī)太陽能電池所使用封裝和電連接的類似技術(shù)。顯著的差異是根據(jù)長條或者平板太陽能電池是采用串聯(lián)連接還是采用并聯(lián)連接，各個可焊接筏將始終具有比常規(guī)太陽能電池要得多的電壓和相對較低的電流。在另一實施例中，在本說明書中稱之為"焊接舟"的長條太陽能電池或者 平板太陽能電池分別使用焊接方法安裝在連續(xù)或者半連續(xù)的基片上，以便于提 供在相鄰太陽能電子之間的電互連以及建立太陽能電池與焊接舟的機械粘結(jié)并且還提供結(jié)構(gòu)的物理穩(wěn)定性。在本說明書中，將通過使用焊接來提供電互連 以及將長條電池或平板電池分別機械固定在基片上所形成的子模塊稱之為"焊 接舟"，它與所使用的焊接類型、用于沉積焊料和形成焊接電互連的工藝，或 者用于構(gòu)成焊接舟的太陽能電池的類型無關(guān)。焊接舟基片是熱穩(wěn)定的，因為它具有類似于太陽能電池中的硅的熱膨脹系 數(shù)，以便于避免在熱循環(huán)中的應(yīng)力。焊接舟基片較佳的具有低成本、電絕緣(本 征或者籍助于絕緣材料的涂層)、較薄以及能夠選擇性涂敷用于電連接的可焊 接的金屬化導(dǎo)電路徑等優(yōu)點。適用的基片包括硅和硼硅玻璃。這種子模塊的形 式特別用于在集中陽光下的應(yīng)用。在該實施例中，長條太陽能電池或者平板太陽能電池可以緊靠著定位或者 分開著定位。較佳的是，焊接舟基片安裝在散熱件上，使得太陽能電池能夠通 過基片的熱傳遞而冷卻。該結(jié)構(gòu)也可以根據(jù)需要合并其它粘結(jié)劑，以便于提供 散熱件的優(yōu)良機械穩(wěn)定性或者散熱件的優(yōu)良粘結(jié)性。該粘結(jié)劑也可以有助于導(dǎo) 熱，以便于增強器件的散熱件性能。在另外一個實施例中，在子模塊中的長條太陽能電池或者平板太陽能電池 之間電和機械的內(nèi)部連接是由可焊接的引線單獨形成的，并且在相鄰太陽能電 池的電極之間，消除了橫梁或者基片以及在基片上的互連金屬化電軌跡的需 要。在本說明書中，將通過使用焊接引線互連來提供電互連以及將分別長條電 池或者平板電池機械固定以形成子模塊組件的物理和電結(jié)構(gòu)所形成的子模塊 稱之為"焊接網(wǎng)格筏"，它與所使用的焊接類型、用于沉積焊料和形成焊接電 互連的工藝、所使用的引線類型或者引線設(shè)想的形狀或形式、或者用于構(gòu)成焊 接網(wǎng)格筏的太陽能電池的類型無關(guān)。長條太陽能電池和平板太陽能電池都十分用于集中陽光應(yīng)用，因為根據(jù)本 發(fā)明所構(gòu)成的焊接筏、焊接網(wǎng)格筏和焊接舟具有高的電壓容量。在集中陽光條 件下，長條太陽能電池或平板太陽能電池的最大功率電壓大約為0.7V。在收集器長條太陽能電池的情況下，電池的典型寬度大約為0.7mm。于是，電壓沿著 長條電池陣列方向每一線性厘米大約10伏的速率建立，且具有相對較小的電 流。在收集器平板太陽能電池的情況下，電池的典型寬度上升至1或2毫米。 于是，電壓沿著平板電池陣列方向每一線性厘米大約5伏的速率建立，且具有相對較小的電流。 一般來說，因為平板太陽能電池的寬度可以大于長條太陽能 電池的寬度，所以相比于長條集中接受器，在較低集中接收器的應(yīng)用中一般都 使用收集器平板組件。結(jié)果，長條太陽能電池焊接筏、焊接網(wǎng)格筏或者焊接舟以及平板太陽能電 池焊接筏、焊接網(wǎng)格筏或者焊接舟都特別用于在線性的收集器系統(tǒng)使用，以取 代常規(guī)的太陽能電池。在這一考慮中，各種長條太陽能電池或者平板太陽能電 池各自可以使用基于焊接的電互連沿著各邊的長度(連續(xù)的或者斷續(xù)的)與它 的鄰居串聯(lián)連接。使得電流沿著接收器的長度以長條太陽能電池或者平板太陽 能電池的長度的橫向方向持續(xù)流動，而不是在常規(guī)太陽能電池使用時所常發(fā)生 的那樣，是以橫向和縱向方向的混合，從本質(zhì)上來看，這會形成螺旋狀的螺旋 電流。因此，在太陽能電池(例如，長條電池或者平板電池)之間的串聯(lián)內(nèi)部 連接所占據(jù)的空間是非常小的，使得在這些連接部分中被吸收的陽光只損失很 小部分。此外，收集器應(yīng)用的極其顯著的特點是，在上述收集器應(yīng)用中所使用的在 長條太陽能電池或者平板太陽能電池之間基于焊接的電互連使得在電池和接 收器中所產(chǎn)生的電阻損耗幾乎與照明區(qū)域的寬度無關(guān)。本文所討論的互連工藝所具有的優(yōu)點是，從長條電池部分以及平板電池大 部分中流出的電流來看，僅僅只需要在各個長條太陽能電池邊緣上有電連接。 在本文所討論的焊接筏、焊接網(wǎng)格筏或者焊接舟中，在一行焊接筏、焊接網(wǎng)格 筏或者焊接舟的外側(cè)邊緣上或者沿著其外側(cè)邊緣，對應(yīng)于平板或者長條太陽能 電池的狹窄一端，不需要電連接，因為功能性電連接是籍助于在基片或者橫梁 或者引線網(wǎng)格保持結(jié)構(gòu)上或者中的導(dǎo)電路徑來提供的。這就意味著幾個平行行 的焊接筏、焊接網(wǎng)格筏或者焊接舟能夠在單個接收器中使用且在各行之間僅僅只具有狹窄的空間。該狹窄空間的寬度僅僅只需要適合于熱膨脹、電絕緣和組 裝約束即可，而不再包括如同常規(guī)收集器接收器所需要的那樣沿著收集器電池 的雙邊所延伸的寬電流母線。結(jié)果，長條太陽能電池或者平板太陽能電池收集器接收器可以相對較寬 些，直至幾十厘米，并包括幾個甚至更多行收集器電池，且具有非常高的電池 與接收器表面面積覆蓋的比率。這不僅通過改善面積的利用率來提高收集器接收器的有效效率，而且還通過顯著減小諸如電互連和母線等元件的熱吸收面積 而不是能量轉(zhuǎn)換面積的效果來減小影響接收器的熱負載能力。這特別有利于在 使用多面鏡子或者寬的鏡子將光反射到單個固定的接收器的應(yīng)用。在這種應(yīng)用 中，焊接筏、焊接網(wǎng)格筏或者焊接舟的各個行都在沿著接收器長度的縱向方向 上具有相當均應(yīng)的照明，盡管各行的照明程度是不同的。在這些應(yīng)用中，難以 控制串聯(lián)電阻并且不可能將行和電池之間的所浪費的空間最小，但如果使用常 規(guī)收集器太陽能電池，則至少是在長條或平板收集器太陽能電池的可能范圍之 內(nèi)。這不是太陽能電池接受模塊是由焊接筏、焊接網(wǎng)格筏或者焊接舟所構(gòu)成的 情況。本文所討論的子模塊的其它優(yōu)點是因為焊接筏、焊接網(wǎng)格筏或者焊接舟 可以由長條電池或者平板電池所制成，所以接收器電壓較大，從而可以消除與光伏系統(tǒng)有關(guān)的逆變器(用于將DA轉(zhuǎn)換成AD)的電壓上變換級。本發(fā)明的 其它優(yōu)點是各個焊接筏、焊接網(wǎng)格筏或者焊接舟可以與其它焊接筏、焊接網(wǎng)格 筏或者焊接舟電并聯(lián)工作，另外， 一組焊接筏、焊接網(wǎng)格筏或者焊接舟可以串 聯(lián)連接并且若干組可以相互并聯(lián)運行。這種并聯(lián)連接的能力可以大大減小非均 勻照明對接收器的輸出的影響，正如收集器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)元件形成的陰影或者在線 性集中系統(tǒng)端點上的光學損耗的實例所提出的那樣。應(yīng)該意識到的是，由本文所討論的基于焊接、無粘結(jié)劑的互連工藝所形成 的焊接筏、網(wǎng)格焊接筏或者焊接舟明顯的由于現(xiàn)有技術(shù)中的長條太陽能電池和 平板太陽能電池的使用。特別是，將長條電池或者平板電池一個一個的放入光 伏模塊中，通過使用焊接筏、焊接網(wǎng)格筏或者焊接舟就能夠避免在使用過程中 以晶片方式所保持的類似的平板太陽能電池的單片實現(xiàn)所遭遇的性能下降，其 中各個子模塊組件包括10s至100s單獨的長條太陽能電池或者單獨的平板太陽 能電池。此外，當與使用粘結(jié)劑的焊接筏、焊接網(wǎng)格筏或者焊接舟組件相比，和/ 或與使用導(dǎo)電環(huán)氧或者類似導(dǎo)電粘結(jié)材料等需要用于這些應(yīng)用的模板或涂布 工藝所建立的電互連相比，焊接筏、焊接網(wǎng)格筏或者焊接舟具有排除非常規(guī)材 料的其它優(yōu)點。這些非常規(guī)材料可以具有未知的或者未經(jīng)認可的長期穩(wěn)定性和材料性能的可靠性，這些都是在太陽能模塊應(yīng)用中所關(guān)注的。例如，盡管導(dǎo)電環(huán)氧的性能在常規(guī)應(yīng)用中有著十分熟悉的了解，但還沒有在太陽能模塊的安裝 典型條件下這種材料長期暴露的有效數(shù)據(jù)。從加速壽命時間測試中可以獲得一 些理解，但是還沒有能夠可靠確定諸如在實際現(xiàn)場應(yīng)用中長期的潮濕、UV暴 露和熱循環(huán)的相互效用的短期測試。從長條電池和平板電池的子模塊制造工藝的成本、產(chǎn)量、可靠性和魯棒性， 以及所需要的相關(guān)制造基礎(chǔ)條件的角度出發(fā)，更加重要的優(yōu)點是焊接筏、焊接 網(wǎng)格筏和焊接舟所呈現(xiàn)的消除在建立電互連和子模塊組件結(jié)構(gòu)的形成和固定 的加工工藝中所使用的任何焊接材料的模壓或者涂布方式的機遇。因為各種這 類焊接筏、焊接網(wǎng)格筏或焊接舟都很小，使得采用機械夾具組裝很便宜，該機 械夾具允許元件放置具有相當?shù)木_度。如此形成的物理結(jié)構(gòu)的完整性，以及 子模塊組件所需要的電，都是由單一快速和廉價的焊接加工工藝來提供得。并 隨后配置焊接筏、焊接網(wǎng)格筏和焊接舟所需要的數(shù)量，以便于形成具有任何所 需形狀、面積和功率的光伏模塊。這里所討論的焊接筏、焊接網(wǎng)格筏和焊接舟可以封裝和安裝在柔性材料 上，例如，乙烯-四氟乙烯共聚物，以便于形成充分利用薄的長條太陽能電池柔 性優(yōu)點的柔性光伏模塊。對于使用沿著平行于電池的軸向延伸的平板電池的焊 接筏、焊接網(wǎng)格筏和焊接舟組件也能夠具有有限的柔性。子組件可以封裝和安 裝在柔性材料上，例如，乙烯-四氟乙烯共聚物，以便于通過利用用于構(gòu)成基于 平板電池模塊的橫梁或者引線的柔性的優(yōu)點形成圍繞一個軸向的有限柔性光 伏模塊。在相鄰長條電池和平板電池之間的焊接互連是充分薄的，從而提供橫 梁所需要的撓曲。如果需要更大程度的撓曲，則為了更大的柔性焊接互連就要 制得更薄而為了提供所需的導(dǎo)體截面就要制得更寬，從而不會在內(nèi)部連接的材 料中超出限定的最大電流密度。另一種利用了那些用薄且柔性的太陽能電池和橫梁或者基片來制造的焊 接筏、焊接網(wǎng)格筏和焊接舟的柔軟性的方法是將焊接筏、焊接網(wǎng)格筏或者焊接 舟共形地安裝在剛性的彎曲的支撐結(jié)構(gòu)中?；诤附拥淖幽K組件的特殊優(yōu)點 是安裝可以在建立焊接互連之前、之中或之后任一時間來進行。這就非常難以 達到使用某種形式的機器人"搬動和放置機械"組裝太陽能電池的目的。此外， 焊接筏、焊接網(wǎng)格筏或者焊接舟可以在先前彎曲的結(jié)構(gòu)上組裝和加工，使得完成的子模塊組件具有所需要的彎曲輪廓。另外，焊接筏、焊接網(wǎng)格筏或者焊接 舟可以安裝在平板支撐結(jié)構(gòu)上，隨后再彎曲成所需要的形狀。長條電池焊接網(wǎng) 格筏或者焊接筏呈現(xiàn)出顯著的柔性。為封裝的組件可以在長條長度的平行方向 或者法線方向以10cm量級的半徑來調(diào)節(jié)，但是很顯然不能同時獲得兩個方向。 在平板電池組件的情況下，沒有曲率半徑，并且只限制于圍繞著平行于平板電 池長度的軸向的方向。適用的支撐結(jié)構(gòu)的一個實例是在建筑應(yīng)用中所使用的彎曲玻璃。另一實例 是將焊接筏、焊接網(wǎng)格筏或者焊接舟安裝在用于線性收集器的彎曲延伸的鋁接 收器。這樣做的一個優(yōu)點是在焊接筏、焊接網(wǎng)格筏或者焊接舟中的各個太陽能 電池將沿著整體長條電池的整個長度接受近似法線入射的照明，甚至包括從線 性收集器光學元件的邊緣所反射或者衍射的陽光。在這種特殊的應(yīng)用中，長條 電池比平板電池更加適用。本文所討論的焊接^、焊接網(wǎng)格筏和焊接舟的另一優(yōu)點是由便于測量子模塊組件的效率和構(gòu)成長條太陽能電池或者平板太陽能電池的總體效率所提供的。大量的單個小的太陽能電池的效率測量是不便的、耗時的以及昂貴的。本發(fā)明允許在一次操作中來測量焊接筏、焊接網(wǎng)格筏或者焊接舟的整個焊接子模塊組件的效率，從而有效的允許數(shù)十乃至數(shù)百個小的太陽能電池可以一起測量。這種方法減小了成本，從而有可能將焊接筏、焊接網(wǎng)格筏或者焊接舟一起納入性能目錄(包括失效目錄)，并且將焊接筏、焊接網(wǎng)格筏或者焊接舟適當 地用于具有不同性能特征的組裝光伏模塊。焊接子模塊組件的另一顯著優(yōu)點是焊接電互連，它不需要結(jié)構(gòu)中的粘結(jié)， 允許子模塊重新組合的可能性。在子模塊組件中的失效或者不佳的長條電池、 平板電池、長條電池組、或者平板電池組可以簡單地采用熔融焊料來替代，并 且去除失效的單個器件或多個器件或者采用好的單個電池或多個電池來替代。 重新組合或者修復(fù)的子模塊組件的電互連是通過局部焊料回流操作來建立的。 另外，可以放棄具有低于所選擇等級性能的這些焊接筏、焊接網(wǎng)格筏或者焊接 舟或其子段并重新進行測量。如果引起交叉性能的各個太陽能電池主要是在一 部分焊接筏、焊接網(wǎng)格筏或者焊接舟中并且其中部分子段具有好的性能，而另 一些子段因為性能不是十分好而可能被放棄。焊接筏、焊接網(wǎng)格筏和焊接舟也可解決在制造太陽能電池過程中所出現(xiàn)的 困難，在制造太陽能電池的過程中，在小的太陽能電池上進行一些步驟可能會 不便或者困難。例如，當電池或者電池組仍嵌入在硅晶片中時，為了在一個表 面上常見反射器，在長條太陽能電池或者電池組的一面進行金屬化是十分困難 的或者不可能的。另一實例是防反射涂層的應(yīng)用，在某些環(huán)境中，在電極已經(jīng) 完成金屬化之后，可以十分方便地進行能夠防反射涂層。然而，這會引起防反 射涂層覆蓋金屬化的風險，使得難以建立各個電池的電觸點，如果所選擇的焊 料作為建立電連接的材料并形成焊接筏、焊接網(wǎng)格筏或者焊接舟的結(jié)構(gòu)的物理 約束材料，則諸如防反射涂層和反射涂層等后續(xù)層可以在焊接筏、焊接網(wǎng)格筏 或者焊接舟組裝的過程中或者在組裝之后采用蒸發(fā)、化學蒸發(fā)沉積、噴涂沉積 或者其它方式沉積在長條或平板子模塊結(jié)構(gòu)上。所有這些其它加工工藝都可以 在不影響焊接的電內(nèi)部連接的可靠性或者功能的條件下來完成。相似的是，本文所討論的基于焊接的加工工藝可以為太陽能電池的表面電 純化提供多種方便的解決方法。電純化有時使用通過等離子體增強化學蒸發(fā)沉 積(PECVD)所沉積的諸如氮化硅的材料或者通過沉積非晶硅層來進行的。這 些涂層消除了為了獲得好的表面純化所需要的高溫加工工藝。在有些情況下， 很難或者不可能在正常的太陽能電池加工工藝的過程中進行這一步驟。例如，等離子體增強化學蒸發(fā)沉積(PECVD)所沉積的氮化硅不是共形的。因此，就很難在長條太陽能電池仍嵌入在硅晶片內(nèi)的時候成功地涂敷在其表面上。然 而，該工藝可以在焊接筏、焊接網(wǎng)格筏或者焊接舟組裝的過程中或者在組裝之后成功進行。用于太陽能線性收集器的光伏器件可以包括由長條太陽能電池或者平板 太陽能電池所構(gòu)成的多個基于焊接的筏、網(wǎng)格筏或者舟，并且子模塊組件以相 互鄰近的結(jié)構(gòu)定位，使得電流軌跡和所流動的電流大致沿著接受器的橫向發(fā)生。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于建立長條電極或者平板電極的方 法，所述長條電極或者平板電極具有減小電流密度和使電阻低于所需閾值水平 所需要的金屬厚度。在長條太陽能電池的情況下，將包含一組長條太陽能電池 的晶片加工處理程建立一層較薄的金屬化層或者薄膜，作為形成長條電極的基層。該加工工藝可以在Varian或者類似的設(shè)備中進行，金屬薄膜可以是鎳、銅、 銀或者一些其它適用的金屬，或者諸如在鋁基層上的銅或者在鋁上的鎳以及在 鎳上的銅，或者在鎳上的錫等異金屬層的一些選擇。蒸發(fā)是相當昂貴和浪費的 加工工藝，使得大面積的真空腔室也被電極材料涂敷，盡管剩余的材料可以循 環(huán)使用。通過減小蒸發(fā)薄膜的厚度來限制蒸發(fā)金屬的體積以及成本和伴隨著的 蒸發(fā)工藝。在長條電極上的蒸發(fā)金屬的薄層可以隨后進行電鍍，以便于提供所 需的低電阻和低電流密度的電極。有幾種方法可以獲得這樣的電極，包括現(xiàn)在 所常用的電解或者非電解的電鍍方法。在某些方式平板電池的情況下，例如， 在一個電池表面上具有兩個電極的平板電極，常規(guī)的絲網(wǎng)印刷技術(shù)可以用于形 成這種電極。更加方便、可靠和廉價的方法是采用焊料來電鍍薄的制備基于蒸發(fā)金屬的 電極。在晶片結(jié)構(gòu)中的長條或者平板上的金屬表面采用焊劑來涂敷并且將晶片 投入到熔融的焊料缸中以及從中取出。粘結(jié)在電極金屬基層上并形成合金的多 余焊料采用熱風割刀去除。焊料以金屬焊料合金的形成方式僅僅只粘結(jié)和涂敷 著相關(guān)電極的金屬化區(qū)域。當晶片從焊料缸中取出時，通過熱風割刀去除多余 的焊料，包括在相鄰電池電極之間形成橋的任何焊料。釆用這種電鍍電池電極的方法，很重要的是限制焊料與蒸發(fā)金屬薄膜在液 相線上的接觸時間，以便于減小在電極上的金屬薄膜的厚度，金屬薄膜會在電 鍍工藝中溶解于形成電鍍電極的液相焊料。形成電極基層所需要的蒸發(fā)金屬材 料的厚度是焊料金屬合金的類型、在蒸發(fā)電極基層表面上所使用的金屬類型、 焊料的溫度、熔融類型、在悍料缸上的晶片周圍的氣體類型，以及在液相線上 焊料與蒸發(fā)金屬薄膜接觸的時間的函數(shù)。例如，電極基層所需金屬的典型厚度，對于銀大約是l微米，對于銅大約 是3百至4百納米，對于鎳大約是1百至2百納米。如果采用不同的金屬來形 成多層基層的話，這些圖形可以充分變化，例如，在錫或者銅之下使用鎳屏蔽 層，或者在鋁基層之上使用錫或銅。在一些環(huán)境下，根據(jù)最終電極表面金屬的 選擇，快速涂敷幾十納米的金可以十分有利。用于電鍍電池電極的焊料缸典型的是，用于錫/鉛焊料的大約為265QC，而 用于無鉛焊料的則高代925^或者更高，而熱風割刀的溫度大約是正在使用的焊料的熔點溫度。熱風割刀溫度和風量回流率可以進行調(diào)整，以便于控制焊料 電鍍電極的厚度。如果需要較厚的電極，則降低和減小割刀溫度和/或風量回流 率。相反的話，如果需要較薄的電極，則提高和增加熱風割刀的溫度、接觸角 度以及風回流率。使用諸如氮氣的惰性氣體可以有助于電鍍層性能的更精確控 制。流量的選擇是由金屬的選擇、金屬表面的條件以及焊料類型所確定的。該 工藝業(yè)非常用于無鉛應(yīng)用。盡管對于業(yè)內(nèi)熟練技術(shù)人員來說，很顯然，電極材 料的無鉛焊料應(yīng)用將需要改變大多數(shù)工藝參數(shù)，包括溫度、流量類型和時間。 在一些應(yīng)用中，在熱風割刀中使用氮氣可以是十分有利的。通過將上述工藝應(yīng)用于平板太陽能電池的特殊需要可以構(gòu)成整個模擬流程。在國際專利申請PCT/AU2005/001193中提供了一種用于晶片制成的長條 電池的原始處理和分離的詳細流程以及一種將分離后的長條晶片組裝在筏、網(wǎng) 格筏和舟中的方法。本文就重復(fù)不再這些用于在所需位置上建立長條電池陣列 的方法，然而，根據(jù)本發(fā)明還有一個方面，提供了幾種保留已經(jīng)從晶片框架中 取出的長條太陽能電池的方法，并且提出了筏、網(wǎng)格筏或舟采用物理形式上未 鍵合陣列形式、或者平板陣列結(jié)構(gòu)或者排列。所提出的長條陣列在正確的電方 向上和正確的物理平板空間排列的條件中具有所需要數(shù)量的長條電池。平板排 列嵌入在完成后的焊接筏、焊接網(wǎng)格筏或者焊接舟陣列中的長條太陽能電池所 需要的相關(guān)位置和取向上。此外，詳細討論在建立分離的平板太陽能電池陣列之前的真空分離和標記 排列，這是十分理想地用于諸如平板舟的全覆蓋陣列，或者在電池之間的間隔 是電池寬度或者在所形成晶片中的間隔的一些整體倍數(shù)的間隔陣列。除了這一 嚴格限制的比率空間之外，已經(jīng)將加工工藝設(shè)計成能在具有任何所需間距的陣 列空間中制成本太陽能電池。在這一工藝中，由槽式多層盒涂布平板太陽能電 池，它類似于在筏、網(wǎng)格筏和舟構(gòu)成的平板陣列形式中的用于涂布多層長條電 池的工藝。多層盒的槽式壁形成了釆用國際專利申請PCT/AU2005/001193中所 討論的長條電池筏組件技術(shù)間隔的陣列。僅僅用于平板電層次組件所需的功能 變化是在多層盒中槽的基底上保持結(jié)構(gòu)需要柔性，以便于補償平板電池與長條 電池相比較所減小的柔性。另外一種選擇，但并不一定是優(yōu)選的，去多層例程可以用于從多層盒的各 個槽形成單層，從而在單個例程中，從盒的基層中產(chǎn)生等于該盒槽數(shù)量的平板 的平面陣列。在本發(fā)明的該形式中，去多層涉及將底層與真空頭或者粘結(jié)表面 相嚙合，將平板縱向移動到槽中，其距離稍稍大于在盒的基層上所保留唇緣， 從而平板的開放一端。這端向下移動，用于清除保留的唇緣，隨后將平板向后 縱向移動到開放端面使得仍在水平槽中的平板端面放松。水平槽尺寸使得在平 板端面的平板輪廓在具有最大尺寸容差的平板的槽中具有清潔功能，并且在兩 個最小尺寸平板的槽中不具有充分的空間，這就保證了一個，僅僅只有一個平 板可以通過去層結(jié)構(gòu)來去除。在所有的其它方面，平板電池組件的形成和呈現(xiàn)方法、平板或者近似平板組件的接受和處理，以及后續(xù)電連接方法和用于長條電池和平板電池的工藝基 本上都能相互交換，僅僅只需要諸如夾具和真空頭等小部分改動，以便于容納 在平板和長條尺寸中的物理差異。制造單獨的焊接筏、焊接網(wǎng)格筏和焊接舟的能力簡化了長條太陽能電池的 處理和組裝以及PV模塊的結(jié)構(gòu)。這些方法的釆用，主要涉及對諸如夾具、夾 子或者真空頭等僅僅一維的改變，在處理和組裝平板太陽能電池時提供了系統(tǒng) 程度的簡化。長條電池筏、網(wǎng)格筏或舟平面陣列、和平板電池筏、網(wǎng)格筏活或 舟平陣列排列的組裝都可以采用小的、廉價的器件來實現(xiàn)，這不需要諸如先前 應(yīng)用于長條太陽能電池模塊組件所必需器件的大規(guī)模精度和自動化，并且沒有 對大規(guī)模上的平板電池有更寬泛的企圖。此外，組裝太陽能模塊所需的任務(wù)，例如，排列和封裝筏、網(wǎng)格筏或舟， 與子模塊是否是由平板太陽能電池或長條太陽能電池所構(gòu)成無關(guān)，并可以采用 經(jīng)過良好改進的常規(guī)PV組裝設(shè)備來進行。其它非常吸引人的性能是長條太陽 能電池子模塊組件和平板太陽能電池子模塊組件，例如，焊接筏、焊接網(wǎng)格筏 和焊接舟，都可以使用常規(guī)的材料來制成，從而在模塊的長期可靠性方面提供 了非常多的信心。附圖的簡要說明以下將籍助于參考附圖的實例來討論本發(fā)明的較佳實施例。附圖包括圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的太陽能電池"焊接筏"子模塊的示意圖； 圖2是圖l所示的焊接筏的局部示意圖，它顯示了一種焊接電互連的形式; 圖3是類似于圖2所示的示意圖，它顯示了一種用于"焊接舟"的焊接電 互連的形式；圖4是類似于圖2和圖3所示的示意圖，它顯示了另一種在焊接筏或者焊 接舟中的焊接電互連的形式，在該形式中，在橫梁或基片上基于焊接的導(dǎo)電路 徑將長條電池的兩邊連接在一起；圖5是根據(jù)本發(fā)明的太陽能電池焊接筏或者焊接舟的端面視圖，顯示了在 基片上的長條太陽能電池的安裝、固定和電連接；圖6顯示了根據(jù)本發(fā)明在太陽能收集器系統(tǒng)中所使用的采用焊接舟形式的 太陽能電池焊接子模塊的另一實施例；圖7是在焊接工藝中用于物理保持成套電池的平面排列和用于焊接筏的橫 梁的機械夾頭和組裝夾具的平面視圖；圖8是焊接筏的照片，顯示了在橫梁上的焊接電連接，焊料和橫梁將長條 電池固定在恰當?shù)奈恢蒙?，以便于形成焊接筏子組件結(jié)構(gòu)；圖9顯示了焊接互連焊盤的詳細照片，包括焊料的分布的焊接焊盤的輪廓 和剖面是附圖詳細描述中進一步討論的重要性能；圖IO顯示了長條邊緣、長條電極以及焊接筏的焊料接合的細節(jié)；圖11顯示了焊料結(jié)合的詳細剖面圖，包括焊料、長條電極、長條以及焊接筏結(jié)合的橫梁；圖12顯示了整個焊接內(nèi)部連接以及筏橫梁的剖面，該剖面圖示說明了焊 料在焊接內(nèi)部連接中的焊料分布并且指明了在控制焊料分布結(jié)合中的金屬化 焊盤拓撲的重要性；圖13是使用焊接筏和焊接外延連接所構(gòu)成的功能小型模塊的照片，該小 型模塊驗證了在硅上的長條、焊接電互連和基于焊接的物理組裝約束的技術(shù)， 這一可工作的小型模塊僅僅只包含常規(guī)太陽能模塊材料；圖14顯示了在焊接舟組件上的焊接長條互連；圖15顯示了在焊接舟組件上的焊接長條互連的細節(jié)；圖16顯示了多層盒，它具有真空長條陣列抽取頭以及橫梁機械支撐、定位和接受平臺，用于形成長條太陽能電池筏組件；圖17顯示了多層盒的細節(jié)，同時詳細顯示了真空長條陣列抽取頭以及橫 梁機械支撐、定位和接受平臺的細節(jié)，使得所形成的長條太陽能電池筏組件處 于適當?shù)奈恢?；和，圖18是保留在晶片框架中的一組長條太陽能電池的投影示意圖，為了顯 示長條的一半已經(jīng)去除了它的四分之一。
具體實施方式
以下所討論的工藝涉及使用長條太陽能電池來形成兩個產(chǎn)品，用于合并在 一個靜止收集器太陽能電源模塊中的長條太陽能電池筏；以及用于在收集器接受中應(yīng)用的長條太陽能電池焊接筏。在這兩個產(chǎn)品形成過程中所討論的工藝同 樣可以應(yīng)用于平板太陽能電池焊接筏和平板太陽能電池焊接舟的形成，只需要 對所使用的設(shè)備作簡單的尺寸變化即可。在平板太陽能電池和長條太陽能電池 的分離、處理和組裝方法、工藝和產(chǎn)品之間的內(nèi)部互換的相同規(guī)定也用于筏、 網(wǎng)格筏和舟。國際專利申請PCT/AU2005/001193討論了用于細長基片的形成組件或者 子模塊的工藝。這類子模塊便于細長基片的處理已經(jīng)將它們組裝在較大的模塊 中。特別是，這類子模塊可以大致等于標準的基于晶片的太陽能電池的尺寸來 提供，以便于上述工藝，并且在某些情況下也允許使用標準工藝和處理設(shè)備。 已經(jīng)發(fā)現(xiàn)組件或者子模塊的三種形式特別有利。在一種形式中，為了方便稱之 為"符"的子模塊，將平行于細長太陽能電池的陣列支撐在垂直于細長太陽能 電池的橫梁上。在第二種形式中，稱之為"網(wǎng)格筏"的子模塊，將平行細長太 陽能電池的陣列通過設(shè)置在陣列平面上的連接器進行互連。在第三種形式中， 稱之為舟"子模塊，將多個平行細長太陽能電池支撐在沿著細長電池陣列之 下延伸的平面基片上。參考圖1，細長太陽能電池101，既可以是平板太陽能電池也可以是長條 太陽能電池，和橫梁102—起組裝形成子模塊組件，本文稱之為"焊接筏"IOO。 在太陽能電池101之間的空間可以在從零到各個電池的幾倍寬度的范圍之內(nèi)。 橫梁102較佳的是薄的，并且可以由任何一種電絕緣材料或者釆用電絕緣材料涂敷的材料制成，并且它能夠很容易地采用能夠焊接的金屬化導(dǎo)電路徑或焊盤 進行涂敷，正如以下所討論的。例如，薄的硅長條，30至100微米厚、l至3毫米寬和2至20厘米長用于橫梁。用于在橫梁上形成軌跡或焊盤的金屬可以是銀、鎳、錫、銅、或其它用于 能夠焊接的金屬，或者這類金屬的復(fù)合層或者金屬的其它組合使得表面上的金 屬實能夠焊接的。例如，鉻或鎳的屏蔽層可以用于橫梁或者基層的金屬，并在 上面沉積諸如銅、錫或銀等容易焊接的金屬。金屬或者金屬層可以直接通過真 空蒸發(fā)沉積應(yīng)用于橫梁，或者可以由采用能夠承受焊接溫度的粘結(jié)劑在所需位置上鍵合在橫梁表面上的小的、用于成形小片的薄片或薄墊片來制成。電池101 通過焊接機械粘結(jié)著橫梁102，且焊接形成在相鄰長條或者平板電極之間或者 在某些形式的焊接舟的情況下在電極或者部分電極之間的電內(nèi)部連接?；蛘?，橫梁102是由薄的材料制成，且該材料是不導(dǎo)電的材料或者采用適 當?shù)慕^緣材料屏蔽涂敷的導(dǎo)電材料，橫梁可以采用能夠焊接的復(fù)合材料例如， 金屬填充的環(huán)氧、金屬填充的墨水、金屬填充的聚合體或者金屬填充的涂料， 進行選擇性地涂敷，以便于形成金屬化導(dǎo)電路徑或者焊盤。在聚合體范圍內(nèi)適用的材料包括Dow Corning PM 000能夠焊接的聚合體 厚膜，它產(chǎn)生能夠"有效的"進行絲網(wǎng)印刷和涂布的材料并具有杰出導(dǎo)電性和 導(dǎo)熱性。焊盤或電內(nèi)部連接軌跡可以直接焊接而沒有其它表面特性或者金屬 化。在涂料范圍內(nèi)的其它材料包括E-KOTE3030，這是一種能夠焊接的氣干型 改良丙烯酸銀涂料。另外，能夠進行悍盤印刷、絲網(wǎng)印刷或網(wǎng)格涂布的涂料可 以直接焊接，而不需要其它表面制備或者金屬化。在導(dǎo)電環(huán)氧范圍內(nèi)的材料包 括TRA-DUCT 2902，這是一種導(dǎo)電性、填充銀的環(huán)氧粘結(jié)劑，它提供具有能 夠焊接表面的導(dǎo)電體。對于業(yè)內(nèi)熟練的技術(shù)人員來說，眾所周知，可以有大量 的適用材料來替代上述實例，并能夠提供滿意的效果。另外，常規(guī)能夠焊接的 材料，廣泛地應(yīng)用于PV工業(yè)，用于在常規(guī)電池上形成能夠焊接的表面觸點， 例如，F(xiàn)erro-Corp 3347 ND銀導(dǎo)電膏，可以用于絲網(wǎng)印刷和燒結(jié)，以便于形成 能夠焊接的表面。另外，對于這種產(chǎn)品也可以有許多其它選擇，這些都是使用 有效并被業(yè)內(nèi)熟練技術(shù)人員所熟悉的。用于焊盤或軌跡形成的這些類型的材料的優(yōu)點是焊盤位置和尺寸精度的條件明顯下降，因為焊盤可以在銀的內(nèi)部凸出，它幾乎是銀的一半且不會在焊 接過程中引起電極的橋接。另一優(yōu)點是昂貴材料使用的最小化，因為軌跡或焊 盤的唯一目的是提供能夠焊接的表面。焊盤或軌跡本身不需要傳導(dǎo)任何可感覺 到的電流，因為焊接互連的剖面可以傳導(dǎo)大量電流。例如，厚度為30至100微米、寬度為l至3毫米以及長度為2至20厘米的薄的硅長條用于橫梁。用于在橫梁上形成軌跡或者焊盤的材料。例如，金屬 填充的聚合體、涂料、環(huán)氧或者漿料，諸如掩膜噴霧、絲網(wǎng)印刷、焊盤印刷或 者模壓之類工藝中可以使用的，用于材料選擇以便于處理的表面是能夠焊接的。例如，諸如EKOTE3030的銀填充的涂料是焊盤印刷成交叉條的基片并且 在焊接工藝的制備中進行氣干。電池101是通過焊接機械粘結(jié)在橫梁102，這 也形成了電內(nèi)部連接。參考圖2，在太陽能電池101之間的串聯(lián)或者并聯(lián)電連接可以通過在相鄰 長條或者平板電極之間形成焊接橋而有效。例如，通過采用焊接橋204來連接 在相鄰電池的n觸點202和p觸點203來形成串聯(lián)連接。通過使用金屬間斷的 圖形或者將能夠焊接的材料201涂敷在橫梁上形成能夠焊接的表面就能夠形成 焊接橋201，從而用于在適當?shù)奈恢蒙媳Ａ羧廴诘暮噶弦员阌谕ㄟ^塊狀焊料與 長條或平板電極進行合金來形成電連接。該焊料，也與能夠焊接的表面形成合 金，從而具有固定焊接子模塊組件的物理限制以及提供所需電內(nèi)部連接的雙重 功能。在具體相同物理和電功能的現(xiàn)有或者其它焊接連接的電路中包括諸如旁 路二極管或者邏輯器件的電子器件。在另一種備選的實施例中，正如圖3所示，太陽能電池101可以在連續(xù)或 者半連續(xù)的基片301上組裝，以便于形成本文所稱的"焊接舟"的子模塊300。 在太陽能電池之間的空間可以在從零到各個電池寬度幾倍的范圍內(nèi)?；?01 較佳的是非導(dǎo)電材料(或者是采用絕緣材料涂敷的)，并且可以很容易地采用 金屬化軌跡201，或者能夠焊接的涂料、環(huán)氧、聚合體或者漿料201進行涂敷。 另外，可以使用順從材料，它在熱循環(huán)過程中不會對焊接舟產(chǎn)生過分的熱膨脹 失配的應(yīng)力。在上述任一實施例中，諸如長條太陽能電池或者太陽能電池之類多個小的 太陽能電池都可以用于形成光伏焊接筏、焊接網(wǎng)格筏或者焊接舟，其中焊接筏、焊接網(wǎng)格筏和焊接舟都具有與常規(guī)太陽能電池相似的尺寸并且可以直接取代 常規(guī)太陽能電池。具有子模塊組件的太陽能電池可以采用串聯(lián)或者并聯(lián)或者串 聯(lián)和并聯(lián)混合的方式相互連接，以便于傳遞所需的焊接筏、焊接網(wǎng)格筏或者焊 接舟的電壓。如果焊接筏、焊接網(wǎng)格筏或者焊接舟的電壓足夠大的話，可以焊 接筏、焊接網(wǎng)格筏或者焊接舟可以采用并聯(lián)方式來連接，則由這些焊接筏、焊 接網(wǎng)格筏或者焊接舟器件所構(gòu)成的模塊的輸出效率，由于其中一個或者多個具 有較低的電流(例如，由屏蔽陰影引起的或者子模塊失配)，而低于常規(guī)光伏 模塊。用于在橫梁或者基片上的導(dǎo)電路徑的另一用途是將一個長條或者平板的 邊緣電極根據(jù)需要分別電連接具有相同或者不同極性的其它邊緣電極。例如，長條電池一個邊緣上的n觸點可以連接著在相同電池另一邊緣上的n觸點。長條電池一個邊緣上的p觸點可以連接著在相同電池另一邊緣上的p觸點。在長 條上的n和p觸點將保持者相互之間的電絕緣，以避免對電池的短路。在這種結(jié)構(gòu)中，需要金屬化軌跡或者可焊材料來提供足夠的本征導(dǎo)電性，從而采用在 電極和軌跡各個端點之間的焊料來形成與軌跡的電連接以及將長條粘結(jié)著基 片的物理功能。這也用于采用這種結(jié)構(gòu)的平板太陽能電池。另一種選擇，在金屬化或者能夠焊接的軌跡或焊盤都在組裝筏或舟之前采 用焊料進行涂錫的情況下，可以釆用兩步焊接加工工藝。這就通過焊料的存在 來確保適當?shù)膶?dǎo)電性，因為在一步焊接工藝中，當太陽能電池己經(jīng)放置在焊盤 或者軌跡上，這些焊料不能涂敷在長條或者平板太陽能電池下的整個焊盤或者 軌跡區(qū)域。用于將相同狹窄太陽能電池的兩個邊緣連接在一起的一個原因是減小電 阻的損耗。對于集中陽光下所使用的寬長條電池或者長條電池來說，這是特別 重要的，對于在類似環(huán)境下所使用的平板太陽能電池來說，這就更加重要的。電阻損耗正比于電極之間的太陽能電池寬度的平方。如果n和p觸點在兩個太 陽能電池邊緣上，則電池的有效寬度(從電阻的目的出發(fā))為二分之一并且電 阻損耗為四分之一。于是，對于在一邊上只有n觸點和在另一邊上只有p觸點 的電池而言，則太陽能電池的有效寬度為兩倍并且還只具有相同的電阻損耗。 圖4顯示了一種結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中，焊接筏的橫梁407用于將細長的太陽能電池的相同極性的兩邊電連接在一起。類似功能可以通過使用焊接舟基片而不是橫梁來獲得。在這種情況下，使用在橫梁407上的軌跡405電連接只在長 條電池101各個邊緣上的n擴散403上的n觸點。這用于在n型擴散發(fā)射極(它 覆蓋了各個長條電池的寬面和兩面平板太陽能電池)中的電阻呈現(xiàn)出太陽能電 池的總電阻的電池。如果在基片中的電阻也是重要的考慮的話，則n和p觸點 可以存在于太陽能電池的各個邊緣并且可以采用這種方式單獨電連接。在相鄰電池101之間的串聯(lián)連接是由一個電池p擴散404上的p觸點通過 軌跡金屬化406連接相鄰電池上的n觸點來建立的。諸如長條太陽能電池的一些太陽能電池和平板太陽能電池的許多形式都 在太陽能電池的邊緣具有金屬化。在焊接筏、焊接網(wǎng)格筏或者焊接舟組裝(和 其它目的)的過程中，有時便于焊接電池在直接相鄰邊緣的太陽能電池面上說 環(huán)繞的金屬化。如何對長條電池來實現(xiàn)的細節(jié)，例如，在國際專利申請 PCT/AU2005/001193提供。參考圖5，在電池面501上具有部分金屬化的太陽能電池101允許太陽能 電池直接焊接或者電連接在橫梁或者基片503上的導(dǎo)電路徑。存在于能夠焊接 表面上的導(dǎo)電路徑可以預(yù)先采用絲網(wǎng)印刷、蒸發(fā)、焊盤印刷、模壓、涂布、噴 霧掩膜噴涂或者類似的技術(shù)涂敷在橫梁或者基片上。在太陽能電池之間的連接 502和橫梁或者基片提供電連接、熱連接，并且通過焊料連接著成角度的蒸發(fā) 電極，將長條電池或者平板電池粘結(jié)在基片或者橫梁上。如果在安裝在橫梁和基片上時太陽能電池是相互分開的話，則部分陽光就 會照射到橫梁或基片。橫梁或基片可以毛糙些或者粗糙些，如果橫梁或基片是 硅則工藝就很容易進行，并且可以采用反射材料來涂敷，只要電連接不要短路 即可，使得大部分這些陽光反射或分散，從而采用這種方法可以將大部分陽光 俘獲在光伏模塊中并且具有交叉太陽能電池的高概率。特別是，如果橫梁是遠 離長條電池或者平板電池的陽光照射面的話，就會減小橫梁的有效陰影。太陽能電池相互分開間隔是十分有利的。延伸軌跡所需要的導(dǎo)電性通過增 加根據(jù)材料的電阻性所確定的焊接內(nèi)部連接的剖面面積很容易實現(xiàn)。例如，這 將減小每平方米所需要的太陽能電池的數(shù)量。在太陽能電池前面放置反射器， 則在間隙之間通過的許多光線將被反射和預(yù)太陽能電池交叉。照射太陽能電池表面的光線將被反射，具有足夠高角度的反射是總的模塊表面的內(nèi)部反射，并 且所反射的光線在后續(xù)反射中具有高的概率照射到電池。在太陽跟蹤收集器的 情況下，與非跟蹤光伏系統(tǒng)相比，入射光的角度范圍要明顯小得多。這就允許 將所使用的反射器設(shè)計成具有比非跟蹤光伏系統(tǒng)的情況高得多的性能(從光學 的基本定律出發(fā))。太陽能電池相互分開間隔是十分有利的，以便于充分地保證光線更加均勻 地照射雙面太陽能電池的各個表面。例如，在收集器系統(tǒng)中，在雙面長條太陽 能電池或者平板太陽能電池的發(fā)射極中的電串聯(lián)電阻是大的損耗機理。如果將 一半光線控制到遠離陽光的表面上，則串聯(lián)電阻的損耗將是一半。在需要太陽能電池是熱凹陷的光伏模塊中，太陽能電池可以是熱連接的， 以及將用于創(chuàng)建太陽能電池之間電連接所使用的焊接材料電連接著橫梁或者 基片。接著，將橫梁或者層疊可以粘結(jié)著適當?shù)纳峒?。這一工藝不需要為了 獲得在太陽能電池和散熱件之間的良好熱連接而沒有電連接的薄的電絕緣層 的分別涂敷。采用與電內(nèi)部連接焊盤或者軌跡相同方式，且在電連接焊接工藝 中同時焊接，所形成的電絕緣的焊接點或者焊盤可以用于直接提供在長條電池 與基片之間或者在平板電池和基片之間的熱連接，而不需要與電路的完整性進 行妥協(xié)。硅是具有高的導(dǎo)熱性的材料。即使被集中的陽光照射時。太陽能電池的整 個表面都不需要直接連接著散熱件。熱可以在硅太陽能電池內(nèi)橫向傳遞到形成 散熱件的區(qū)域。在焊接筏和焊接舟的情況下，散熱件可以采用焊接的電互連來 實現(xiàn)，并根據(jù)需要散布絕緣的電極與基片的焊接熱連接。在太陽能電池是邊緣 于邊緣連接的情況下，不是每一個太陽能電池都需要連接著散熱件的，并且散 熱件的連接也不需要采用焊接舟形式沿著長條電池或者平板電池的整個長度。 熱可從一個太陽能電池通過電連接傳遞到另一個粘結(jié)著散熱件的太陽能電池。另一種選擇是，熱可以從太陽能電池的照射區(qū)域傳遞到可以形成散熱件的 太陽能電池的非照射區(qū)域。參考圖6，一行太陽能電池101機械鍵合著基片601， 該基片具有類似于硅的匹配熱膨脹系數(shù)。諸如長條太陽能電池的一些長條電池 的雙面特性和平板太陽能電池的雙面形式所產(chǎn)生的優(yōu)點是允許對太陽能電池 的兩個表面進行照射。太陽能電池與相鄰太陽能電池形成電傳導(dǎo)。在右角沿著電池的長度產(chǎn)生的熱傳導(dǎo)和在太陽能電池的兩端產(chǎn)生電傳導(dǎo)。熱傳入基片601并因此傳入到散熱件603 (這可以是固體或液體604)。太陽能電池的最佳長度部分是由太陽能電池在遠離散熱件一端的太陽能電池的溫度、散熱件本身的 溫度以及電池的長度所確定的。根據(jù)WO 02/45143所討論的技術(shù)來，將一組長條電池形成在晶片中。從晶 片中提取長條電池、后續(xù)處理和緩沖存儲、組裝流程以及用于形成具有正確的 取向和在相鄰長條之間具有適當空間的方法的細節(jié)由國際專利申請 PCT/AU2005/001193提供。在上述文件中提供的一種形成長條電池陣列的方法，同樣可用于平板太陽 能電池，它涉及使用真空結(jié)合工具從晶片陣列中提取和基片長條電池陣列，或 者從緩沖存儲盒中預(yù)先提取的長條電池陣列，并且將陣列移至子模塊組件的下一階段，例如，在橫梁上放置陣列，以便于形成焊接筏ioo的物理排列，例如，圖1所示。這類工具如圖16所示。筏的橫梁102是采用使用涂布、模壓印刷、 真空蒸發(fā)、絲網(wǎng)印刷、掩膜噴霧、標貼或者其它眾所周知的將所需要的金屬量、 金屬化表面或者可焊材料傳遞到所需要的位置的方法將能夠焊接的聚合體、環(huán) 氧、漿料或墨水所制備的金屬焊盤210、金屬化焊盤或者軌跡201預(yù)先制備的。 諸如圖l和圖17所示的寬松形成的子模塊陣列100隨后被機械夾住，正如圖7 所示，以便于在后續(xù)焊接工藝中保持著在長條陣列和橫梁中的相對位置和取 向。參考圖7，筏組件100被傳遞到焊接符夾具700中。焊接筏夾具700包括 平面夾具基座703，在該基座中，己經(jīng)形成了一系列相互平行間隔的延伸的凹 進或凹槽701。夾具700也包括由支撐臂705的一端所支撐著的兩個固定粱702。 各個支撐臂705的另一端粘結(jié)著鉸鏈或者樞軸704，它允許固定粱702就位旋 轉(zhuǎn)。正如以下所討論的那樣。有利的是，太陽能電池陣列IOO被傳遞到焊接筏 夾具700，在夾具上已經(jīng)在定位的凹槽701中預(yù)先放置了橫梁102且橫梁的上 表面稍微高于夾具表面。電池陣列IOO放置在橫梁102的上表面且基本相垂直， 籍助于支撐臂705和鉸鏈704將固定粱702旋轉(zhuǎn)到位，使得固定粱702相互嚙 合著陣列100中的各個細長太陽能電池的間隔部分，以便于固定陣列100和橫 梁102，并從而保持著它們的相對取向和位置。支撐臂705較佳的是凹進或彎曲的，使得臂705適合于在夾具基座703中槽或構(gòu)，從而在焊接工藝中沿著采 用選擇的波峰焊接噴泉所形成的生產(chǎn)線上臂705沒有任何部分會突出于夾住的 太陽能電池100的平面。圖7所示的機械夾具僅僅只是在焊接工藝的準備或者過程中用于未完成的 焊接筏長條陣列100和橫梁102物理固定在適當相對位置上的若干種可能的裝 置中的一種。另一種選擇包括真空夾具組件，在該真空夾具組件中，太陽能電 池陣列100采用上述用于接受橫梁的凹槽保持在平面或者近似平面上的位置 上，并且在表面和在凹槽中還包括真空通孔，其中真空保持孔與長條電池或者 平板電池和橫梁的位置相一致。另一種選擇是，省去凹槽，因為橫梁僅僅只有 30至50微米厚，所以可以采用大部分是平面表面、但在橫梁交叉的表面上稍 微彎曲些的真空方式來保持著細長電池。真空保持組件平板的優(yōu)點是在悍接工 藝的準備過程中整個太陽能電池筏表面在筏表面上是不會有阻礙的。在還有一種選擇中，在焊接工藝的準備和過程中，拆下的(即，拆焊)太 陽能電池組件和橫梁保留在粘性的表面上。該粘性表面較佳的是可重復(fù)使用 的，并且可以提供諸如硅樹脂、聚合體或者乳香材料并具有耐用和能夠清潔表 面的永久或半永久的涂層。另一種選擇，粘性表面可以是一次性使用的。這可 以是通過將UV降解的粘結(jié)劑或者溶解去除的粘結(jié)劑涂敷在組裝夾具的選擇部 分來提供，以便于在焊接工藝的準備和過程中保持著太陽能電池組件和橫梁。 另一種選擇是，在焊接工藝的準備和過程中，釆用雙面粘性類型或者類似材料 來保持拆下的太陽能電池組件和橫梁。另外一種選擇是，拆下的太陽能電池組件和橫梁可以采用Kapton粘性條 帶或者類似的耐熱粘性材料保留在組件的夾具上。Kapton條帶是耐熱的，并且 在焊接溫度下可以防止帶收縮和變形，這類收縮和變形可能會改變相鄰太陽能 電池、整個太陽能電池陣列和/或橫梁的相對位置。此外，在Kapton條帶上的 粘結(jié)材料不會在筏焊接工藝中被損壞或者降解或者它的性能由于暴露焊接溫 度而受到不利影響。當使用Kapton條帶時，拆下的太陽能電池組件和橫梁被帶 上已經(jīng)形成或者空白的印刷電路板上。印刷電路板材料設(shè)計成能夠承受焊接溫 度，以及可以多次重復(fù)使用，并且與形成夾具或基座的金屬相比較還具低的類 別熱，從而允許太陽能電池和交叉條材料迅速上升至焊接溫度并隨后又迅速下降至低于焊接溫度，以便于減小焊料和太陽能電池電極材料溫度在高于焊料液 相線的時間長度。波峰焊接工藝用于避免涂布或模壓或印刷操作，否則將用于在金屬化或能 夠焊接焊盤或者互連上沉積焊料或熔融漿料，以便于在后續(xù)回流中形成用于子 模塊焊接筏、焊接網(wǎng)格筏或者焊接舟的電互連和物理穩(wěn)定性。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)所選擇 的波峰焊接可以提供在焊接筏、焊接網(wǎng)格筏和焊接舟中沒有粘結(jié)劑的條件下建 立電互連和具有物理穩(wěn)定性的良好結(jié)果。所選擇的波峰焊接工藝使用EBSO SPA 250或EBSO SPA 400選擇波峰焊 接系統(tǒng)或者類似選擇波峰焊接機器來進行。具有可編程跟蹤橫向性能的這些機 器包括用于無鉛以及常規(guī)焊料的鈦焊料池單元，并在焊料噴泉周圍提供惰性氮 氣氛圍。有效的焊料噴嘴可以選擇熔融焊料噴泉的寬度、高度流量率以及塌陷 輪廓，以便于確保良好的焊接接合。應(yīng)該注意的是，并不一定要使用上述所選 擇的波峰焊接機器。對于業(yè)內(nèi)熟練的技術(shù)人員來說，許多實現(xiàn)選擇波峰焊接工 藝的都是顯而易見的，從基本手動的工藝到全自動的生產(chǎn)線工藝。焊接長條太陽能電池筏、網(wǎng)格筏和舟以及平板太陽能電池筏、網(wǎng)格筏和舟 的工藝都在主流電子和電路板焊接技術(shù)之外，并且提出了一些獨特和顯著的挑 戰(zhàn)。特別是，非常薄的蒸發(fā)或者電鍍的電極，對于沿著在電池與電池之間的電 極傳遞電池電流失足夠厚的，會在確保電極互連焊盤或軌跡的良好可濕性的所 需溫度上溶解于焊料，有時只要小于一秒的時間。這意味著在接合中的焊料在 液相線上的時間間隔需要保持盡可能的短，較佳的是短于一秒，更加有利的是 在0.3至0.5秒的范圍之內(nèi)。這排除了常規(guī)的回流工藝，除非長條電池電極要 電鍍足夠厚以便于消除在接合處于液相線以上的時間周期內(nèi)與電極容溶解有 關(guān)的問題。這會使得電極材料和沉積工藝成本上升到難以接受的高的程度。在長條太陽能電池的情況下，因為長條電池和橫梁都是非常薄的，通常是 在50pm至lOOpm的量級，長條電池筏、網(wǎng)格筏或者舟的熱量是非常小的。此 外，硅是優(yōu)良的熱導(dǎo)體，使得遠離浸漬在熔融焊料噴泉區(qū)域，甚至于有幾十毫 米，的橫梁的溫度仍處于焊料液相線溫度。在焊接工藝中的焊接接合點電互連 的實際溫度分布作為時間函數(shù)取決于熔融焊料的溫度，子模塊通過焊料噴泉的 橫向速度、在噴泉中的熔融焊料的寬度和深度以及流量、長條電池與橫梁之間阿熱量和導(dǎo)熱性，以及在波峰焊接工藝中夾住所安裝的筏、網(wǎng)格筏或者舟子模 塊的基座的散熱件性能。在平板太陽能電池的情況下，條件稍微不同，因為平板太陽能電池基本上較厚，但是橫梁仍舊非常之薄且在50pm至100nm的量級之內(nèi)。在這種情況下， 平板太陽能電池筏、網(wǎng)格筏或者舟的熱量仍舊非常小，但是不同于長條太陽能 電池。然而，在平板太陽能電池有效地分離成非常寬但較短的連續(xù)的情況下的 熱量是增加的。由于硅是優(yōu)良的導(dǎo)熱體，所以從焊料噴泉引入到浸漬熔融焊料 中的平板電池的熱量沿著遠離接合的電池傳導(dǎo)。在這種情況下，沿著遠離接合 點的平板電池的溫度分布仍是時間和距離的函數(shù)，但是時間函數(shù)比長條電池要 強。這些考慮仍在減小平板電池在焊料液相線上的溫度的時間方面起著非常重 要的作用，且不論它們是否具有更大的熱量。對于開發(fā)焊接工藝來說，很重要的是理解在局部焊接點之后的物理條件以 及在長條電池符、網(wǎng)格筏或者舟子模塊和平板電池筏、網(wǎng)格筏或舟的筏范圍熱 量分布作為筏、網(wǎng)格筏或舟通過焊料噴泉的時間函數(shù)。采用常規(guī)的印刷電路板 和電子焊接，焊盤和元件一般是熱絕緣的，它具有通過較差導(dǎo)體的玻璃絲纖維 板主要提供的導(dǎo)熱性。此外，與一般是相當厚的銅或者較薄的銅的溶解焊盤有 關(guān)的問題一般都不是問題，至少這里的"厚"理解為相對于在平板電池或者長 條電池上的金屬化電極的厚度。正是由于這些或者其它原因，長條電池筏、網(wǎng) 格筏或者舟子模塊和平板電池筏、網(wǎng)格筏或舟所選擇的波峰焊接的常規(guī)方法都 是不適用的。為了建立對具有非常小的熱量和高德導(dǎo)熱性的筏之類器件建立以時間為 函數(shù)的正確的工作部件溫度分布，就需要在常規(guī)的焊接參數(shù)之外增加工藝傳遞 速度。例如，對于類似于EBSO范圍之內(nèi)的選擇波峰焊接機器來說，筏、網(wǎng)格 筏或者舟子模塊的選擇波峰焊接的機器啟動參數(shù)的有效設(shè)置批量設(shè)置成常規(guī) 板所需要的大約20%,紅外預(yù)熱周期為常規(guī)元件所需的大約30%至50%。， 以及傳遞的速度比常規(guī)的選擇波峰焊接應(yīng)用的速度快大約6倍，焊料池的溫度 為265GC,并且選擇波峰焊接工藝在氮氣氛圍中進行。特別是，下列選擇波峰焊接工藝的參數(shù)是較佳的 (i) IR預(yù)熱10至40秒(且更佳的是20秒)；(ii) 傳遞的速度是250至400 mm/sec (更佳的是340至360 mm/sec);(iii) 焊料溫度250至280C (對于2。/。AgSn/Pb共溶性焊料)(更佳的是 265C);(iv) 通過3.0mm直徑噴嘴的噴泉的高度是3.2mm;(v) 工作部件浸漬在無支撐噴泉表面之下1.4mm;以及，(vi) 沉積的流量不是有EBSO選擇波峰焊接機器所量化的，而是由操作 者設(shè)置在最小可靠一致傳遞的容量附近。在焊接筏的情況下，橫梁的端點是浸漬在焊料噴泉中大約持續(xù)0.4至0.6 秒從而通過熱傳遞工藝在焊料噴泉的實際到達以及在焊盤和互連上的焊料在 通過焊接波峰的元件傳遞之前開始加熱分布。這是有效預(yù)熱時間以及作為時間 函數(shù)的焊接位置的相關(guān)溫度分布，是沿著橫梁的熱傳導(dǎo)所產(chǎn)生的，并且在焊接 波峰之前通過的冷卻分布所鏡像的在焊接波峰之前通過是可以由焊接溫度。焊 接流量、焊料噴泉的有效體積、接觸筏太陽能電池部件的噴泉的面積、傳遞的 速度、筏、網(wǎng)格筏或者舟接觸加決的面積、觸點的熱傳導(dǎo)性能以及夾具的散熱 件性能所控制的。業(yè)內(nèi)熟練的技術(shù)人員都會意識到，上述參數(shù)的可能組合提供了所適用制造 工藝的選擇范圍，具有足夠大的工藝窗口可以選擇。另一種選擇是，焊接工藝可以使用常規(guī)波峰焊接來進行，與速度、溫度和 在液相線上的時間有關(guān)的上述要求合并在常規(guī)的焊接波峰環(huán)境中。在這種情況 下，整個筏組件通過基本水平的焊接波峰，使得電極的整個長度和狹窄的電池 都在焊料中浸漬一段時間。筏、網(wǎng)格筏或者舟較佳地取向，使得長條或平板太 陽能電池對準通過的方向，以便于減小在焊接波峰中的紊亂并防止需要暴露在 焊接波峰的元件位置的"陰影"。這種方法的優(yōu)點是太陽能電池的電極可以在 相同的操作中"進行電鍍"，用于建立電連接和提供子模塊的物理保持和結(jié)構(gòu)。 缺點包括增加了操作的復(fù)雜性，難以控制子模塊的溫度分布，以及難以控制沉 積在太陽能電池電極上的焊料量。同樣，主要是溫度控制的問題，消除由焊接 子模塊的焊接表面所形成的"拖尾"和小的微滴可以是一個問題。業(yè)內(nèi)熟練的 技術(shù)人員都知道，有一些方法可以減小這些難點的影響。圖8顯示了使用長條太陽能電池構(gòu)成情況下的焊接筏子模塊800的詳細剖面。長條801通過焊接焊盤803選擇波峰焊接橫梁802。長條在沒有任何粘結(jié) 劑的條件下僅僅只通過連接著長條電極805的焊接連接804來保持在橫梁。用 于建立電連接以及保持物理子模塊結(jié)構(gòu)的焊接使用是非常重要的合可以變化 的性能。這一性能消除了一些昂貴和耗時的精確工藝步驟的需要，例如，具有 較高對準和精度要求的模壓或者涂布，以及消除了將非常規(guī)材料包含在子模塊 和焊接模塊結(jié)構(gòu)中。所消除的精確步驟包括在金屬化焊盤之間的橫梁上的精確位置上模壓或 印刷精確量的粘結(jié)劑。為了消除粘結(jié)劑的擠壓、泄漏或者在長條和橫梁之間的 燈芯材料和對電連接的干擾的可能性，位置和數(shù)量的精度是必需的。粘結(jié)劑必 須是截止，以防止搭橋。第二精確操作是在金屬化悍盤上涂布、模壓或者印刷 精確數(shù)量的焊接漿料。焊接衆(zhòng)料隨后回流形成電連接。焊接將了個的涂敷包括 更多的復(fù)雜性，因為粘結(jié)劑的存在。另一種選擇是，首先涂敷焊接漿料，這會引起在焊接漿料存在的條件下涂 敷粘結(jié)劑的問題?；亓鞑僮鞅仨毷窃谝欢〞r間限制的條件下進行，這取決于所 使用的特殊焊接漿料的條件，以及所制備的子模塊需要在可控的條件下存儲， 使得焊劑和漿料不會降解。此外，回流操作引起了以上已經(jīng)討論過的與時間、 溫度和電極溶解有關(guān)的所有難點。以上籍助于焊接漿料模壓或者涂布工藝所說明的消除精確步驟也應(yīng)用于 提供子模塊的電連接和物理保持結(jié)構(gòu)的其它方法，例如，在國際專利申請 PCT/AU2005/001193中所詳細討論的導(dǎo)電環(huán)氧。這里所討論的應(yīng)用于焊接波峰 工藝的所有其它方法都包含一些測量溶劑、識別位置和在指定位置沉積所測量 數(shù)量的材料的方法。焊接波峰工藝以低成本使用廉價、常規(guī)、可靠和很好理解 的材料、采用容易控制、快速、可靠、可重復(fù)和廉價的方式自動進行所有的這 些任務(wù)，并具有消除耗時工藝步驟和需要服務(wù)員伺候的昂貴機器等問題的其它優(yōu)點。焊接波峰工藝解決了用于平板太陽能電池或者長條太陽能電池形成的子 模塊中組裝和電連接的現(xiàn)有方法中的所有已知問題。用于金屬化焊盤的拓撲設(shè)計是工藝的另一重要性能。金屬化焊盤的形狀、 焊盤的面積以及焊盤剖面的相對面積、以及焊接溫度、速度和焊劑類型和數(shù)量的工藝參數(shù)，這些有助于控制熔融焊接的表面應(yīng)力，的控制都可以用于控制所 保持的焊料的數(shù)量和分布，以便于形成子模塊中的太陽能電池的電內(nèi)部連接和 物理保持。在焊接接合點804中的焊料的分布和數(shù)量都是重要的，以便于在長 條邊緣上獲得良好的電連接和良好的物理強度。在圖8所示樣品中的焊接接合804顯示了焊料分布的良好控制，且在長條電極的邊緣上形成焊料小珠并形成與良好焊接接合可濕性的電極表面良好的片。整個焊接接合的垂直輪廓處于長 條上表面的平面的下面。這對于減小長條子模塊的厚度和保持盡可能平面的輪 廓都是很重要的，以便于最小化在模塊層壓過程中在子模塊中引入的應(yīng)力。在 沒有這些控制機制的情況下，焊料趨向于形成在內(nèi)部連接中心中的小珠，具有 多余的焊料。在這種情況下，就難以控制在金屬化焊盤上所保持的焊料的數(shù)量， 具有多余的焊料惡化的趨勢，因為珠狀小滴的表面應(yīng)力回吸引更多的焊料形,《 小組，增加小珠的體積。這導(dǎo)致焊料的輪廓基本突出于太陽能電池平面的上表 面，并且在層壓過程中所引入的應(yīng)力會使得引起失效的橫梁斷裂，或者減弱在 層壓或模塊后續(xù)使用過程中橫梁的后續(xù)失效。圖9是在橫梁900上的焊接金屬化焊盤901的平面示意圖。焊盤大約1.4mm 長、端面上的寬度大約0.4mm，以及在中心區(qū)域兩端的寬度大約0.3mm。可以 清楚地看到由上述焊盤形狀和其它參數(shù)所控制的焊料分布。焊接的操作是在氮 氣范圍中進行的，形成清潔的表面903。較高的放大倍率顯示了焊接具有非常 小的晶體結(jié)構(gòu)，這是快速冷卻的結(jié)果。金屬化焊盤的局部溶解，在這種情況下， 可以在左側(cè)邊緣902上看到在鉻上的銀。在該區(qū)域中的分布是主要的，因為蒸 發(fā)的銀金屬在這邊緣附近是較薄的，這是由沉積過程中所使用的蒸發(fā)掩膜形成 的局部掩蔽所導(dǎo)致的。參考圖10，更加詳細地顯示了圖8所示的焊接接合。狹窄的太陽能電池 1001和電池電極1002通過焊接焊盤1003焊接在橫梁上，焊接焊盤使得太陽能 電池電極的銀具有可濕性，并以帶1004來示范。該圖像大約0.15mm寬和O.lmm 咼°圖11顯示了在太陽能電池電極上的焊接接合的詳細剖面。焊料1101抬高 了電池電極1102的上面的水平。該焊接也使得沿著橫梁1006在太陽能電池 1105下的凸出的焊盤1104的區(qū)域。焊接實現(xiàn)了電互連以及將太陽能電池1105物理粘結(jié)著橫梁1106。圖11和圖12所示剖面中所示的樣品是使用金剛石滾輪割刀在焊接焊盤中 間沿著它的長度限制焊接筏的橫梁來制備的。圖12顯示了在橫梁1202上焊接內(nèi)部連接1201的剖面的垂直輪廓。焊料 的厚度在電池電極附近增加，以便于在太陽能電池1204的邊緣上覆蓋電極1203 的整個厚度。值得注意的是，焊接輪廓始終保持在長條的上表面平面的下面。圖13顯示了完成后并具有焊接筏功能的最小模塊。該模塊具有26個長條、 lmm寬、60pm厚和60mm長串聯(lián)連接的100mm平方。該模塊僅僅只包含常規(guī) 的材料，例如，用于電連接的焊料和用于封裝的EVA，使得硅太陽能電池和硅 橫梁分開。該模塊具有13%的孔徑效率、僅僅50%的長條太陽能電池的覆蓋 以及在MPP上大約15V的工作電壓。圖14是高倍放大的焊接舟子模塊組件的平面示意圖。狹窄的太陽能電池 1401沿著以長條電池的邊緣面延伸的電極1402的整個長度電連接。焊接接合 1403也連接著狹窄的金屬化條，該金屬化條沿著基片圍繞太陽能電池的長度并 對準則在長條電極之間的縫隙。金屬化條是采用類似于建立在焊接筏橫梁上的 金屬化焊盤的方式來形成的。該圖像顯示了大約3mm寬和2mm長的焊接舟的 一部分。在焊接舟中的焊料珠的厚度可以采用用于焊接筏的方式來控制。此外，電 連接的文字和長度可以采用選擇波峰焊接機器的機械人傳遞級或者通過在基 片上的金屬化條的位置、存在與否來控制。作為另一變形，焊料可以釆用類似 于圖11所示的方式通過延伸在基片上的金屬化的寬度直接在太陽能電池的下 面。這些控制方式對于調(diào)整在收集器應(yīng)用中的焊接符的散熱件位置和有效性都 是十分有用的。加寬在太陽能電池下的焊接焊盤的導(dǎo)熱性也可以通過沿著太陽 能電池表面的金屬化條來進一步提高，這是通過在太陽能電池電極的表面上甚 至于包括太陽能電池電極上蒸發(fā)金屬來實現(xiàn)的。這不會危險到太陽能電池電極 的搭橋，這是在狹窄太陽能電池中間、圍繞著的在金屬化區(qū)域之間的電池下面 的長度且趨向于下面電極邊緣的電池長度的間隙充分寬的條件下出現(xiàn)的，也不 會與在基片上的金屬化條相層疊，并且不允許交叉電極焊接的搭橋。使用本文 所討論的這種增強的物理、熱和電連接方法，對于任何焊接舟應(yīng)用來說，包括用于收集器接受應(yīng)用的長條太陽能電池焊接舟和平板太陽能焊接舟，都能夠提高狹窄太陽能電池與基片的粘結(jié)強度、這些電池與散熱件的導(dǎo)熱性以及子模塊 的導(dǎo)電性的條件。圖15顯示了在焊接舟上的兩個細長太陽能電池1502之間的焊接電連接部分的高倍放大平面示意圖。該圖像顯示了大約0.4mm寬和0.3mm高的焊接舟 1500的一部分。在兩個相鄰太陽能電池之間的焊接接合1501大約是0.1mm寬。 如果該接合基本上是狹窄的，就難以在一個操作中完成焊接工藝，因為焊料的 粘性妨礙了選擇波峰焊接噴泉的焊料貫穿間隙且使得在基片上金屬化表面具 有可濕性。然而，接合可以使用兩步焊接工藝做的非常狹窄，在兩步焊接工藝中，在 基片上的軌跡是在第一步驟中預(yù)先涂錫的。在這種情況下，選擇波峰焊接在舟 子模塊長條的外表面上沉積焊料，這是在太陽能電池取向焊料噴泉的表面附近 的電極表面，并隨后使電極表面具有可濕性并通過毛細管的作用帶到太陽能電 池的背面，在該背面上形成與基片涂錫軌跡上的焊料接觸并形成合金。在這種 情況下，這是毛細管作用，而不是減小由熱所控制的焊料粘性和焊劑所控制的 焊料表面應(yīng)力減小，用于引導(dǎo)焊料通過小的間隙。然而，提供使用適當?shù)暮竸?和氮氣氛圍減小表面應(yīng)力有利于提供確保電極外部區(qū)域的焊料整體的可濕性 來開始毛細管作用。由于在焊料和硅之間熱膨脹的不同系數(shù)所引起的不同膨脹會產(chǎn)生子模塊 組件應(yīng)力的問題可以通過縮短沿著太陽能電池電極延伸的焊料的長度來減小 或者消除。例如，不是圍繞電極的整個長度，所延伸的焊料可以采用"虛線" 的方式通過在基片上防止金屬化或者在太陽能電池的邊緣上的金屬化電極中 創(chuàng)建間隙，或者采用這兩種方法的組合來分成為短的延伸。另一種選擇是，例 如，連續(xù)的線連接可能采用"點線"的方式來實現(xiàn)，其中，點是沿著電池的長 度分開一些距離的。在這種情況下，電、物理和熱連接抓緊了狹窄太陽能電池 的長度的一些部分。在其它情況下，在電池電極之間的電連接時常比與基片的熱和物理連接頻 繁得多，例如，通過在基片上沒有金屬化的區(qū)域，在該區(qū)域中只需要在電池之 間所需的電連接但不需要物理和熱連接?？梢杂性S多可能的變化。參考圖16，這是上面成長椅狀的多層盒，可以討論用于形成筏子模塊組件的工藝。真空頭1603，在圖17中作了詳細顯示，在多層盒1602的開槽或凹槽 位置上與以平面陣列方式保持的細長電池的下表面相嚙合。真空開啟，并且真 空頭1603垂直向下抽取，去除狹窄電池的陣列，這是隨后在橫梁支撐結(jié)構(gòu)上 沉積的。真空頭1603和橫梁支撐1701在各自直線平移級中以右角平移到另一 個，如圖17所示的橫梁支撐的直線平移級1703。咱將細長電池陣列沉積在橫 梁之后，真空頭1603進一步向下抽取，直至組件清潔真空頭的上表面。橫梁 支撐結(jié)構(gòu)1701隨后向前移動，使得細長電池陣列100能夠取出和傳遞后續(xù)焊 接工藝的夾具上。以上所討論的工藝提供了用于采用筏、網(wǎng)格筏和舟形式組裝的多個細長太 陽能電池組件的電互連和物理結(jié)構(gòu)保持，這在國際專利申請 PCT/AU2005/001193中己經(jīng)進行了討論。所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)在本文中被稱之為焊接 筏、焊接網(wǎng)格筏和焊接舟。特別是，這些允許組裝、導(dǎo)電性和建立多個薄的和/或狹窄的、細長的太陽 能電池形成子模塊的方式明顯減少在現(xiàn)有長條或者平板細長太陽能電池組件 的技術(shù)中所需要的步驟數(shù)量，并且所有的方法、流程和產(chǎn)品的形成不需要在子 模塊中引入或者使用任何粘結(jié)劑或者非常規(guī)材料并因此不會再繼續(xù)引入到相 關(guān)的太陽能模塊中。本文所討論的方法、結(jié)構(gòu)和工藝保持著在子模塊組裝過程中的細長太陽能 電池的取向和極性，提供了細長太陽能電池子模塊處理和加工工藝、后續(xù)光伏 模塊組裝工藝的明顯簡化，產(chǎn)生容易處理的焊接筏、焊接網(wǎng)格筏和焊接舟子模 塊并且可大大減少所需要的單獨組裝和加工工藝的步驟，允許用于處理和操縱 焊接筏、焊接網(wǎng)格筏和焊接舟的常規(guī)光伏模塊組裝設(shè)備的方便使用，并且允許 在制造長條太陽能電池模塊和狹窄電池太陽能模塊中僅僅只使用常規(guī)的光伏 模塊材料。以上所討論的工藝可以使用寬范圍的焊料規(guī)范，例如，低熔點錫/鉛焊料、 高熔點錫/鉛焊料，共溶性焊料合金、鉛/錫/銀焊料；整個范圍的常規(guī)無鉛焊料 以及非常規(guī)的鋅/錫、銻或銦或秘的無鉛合金。更重要的是，該工藝業(yè)用于新一代的無鉛焊料，在2006年7月1日之后，這將在EC中是必需的。此外，該工藝也能夠用于形成在子模塊組件、多組子 模塊組件、多子模塊組件和母線互連之間電互連以及在母線與母線之間的互 連，這些都是形成太陽能電源模塊的光伏器件所需要的。對于業(yè)內(nèi)熟練的技術(shù)人員而言，許多改進都是顯而易見的，并且沒有脫離 參考附圖所討論的本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于形成光伏器件的太陽能電池子模塊的太陽能電池互連工藝，該工藝包括下列步驟將多個細長太陽能電池安裝到一種使所述細長太陽能電池保持大致縱向平行且一般共面配置的結(jié)構(gòu)中；以及建立一個或多個通過所述結(jié)構(gòu)延伸以使所述細長太陽能電池電互連的導(dǎo)電路徑；其中，所述一個或多個導(dǎo)電路徑是通過波峰焊接建立的。
2. 如權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于，所述一個或多個導(dǎo)電路徑是 通過選擇性波峰焊接建立的。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的工藝，其特征在于，還包括將所述細長太 陽能電池安裝在熱穩(wěn)定支撐物上，以防止在溫度變化的過程中對所述細長太陽 能電池或所述一個或多個導(dǎo)電路徑造成損壞。
4. 如權(quán)利要求1至3中任一項所述的工藝，其特征在于，所述細長太陽 能電池和所述一個或多個導(dǎo)電路徑形成所述結(jié)構(gòu)。
5. 如權(quán)利要求1至4中任一項所述的工藝，其特征在于，所述一個或多 個導(dǎo)電路徑使所述細長太陽能電池以串聯(lián)方式電互連，以便增大所述太陽能電 池子模塊的輸出電壓。
6. 如權(quán)利要求1至5中任一項所述的工藝，其特征在于，所述一個或多 個導(dǎo)電路徑使所述細長太陽能電池以并聯(lián)方式電互連，以便減小所述子模塊輸 出的屏蔽效應(yīng)。
7. 如權(quán)利要求1至6中任一項所述的工藝，其特征在于，所述一個或多 個導(dǎo)電路徑使所述細長太陽能電池按并聯(lián)電互連的多個組進行電互連，同時每 一組中的細長太陽能電池是以串聯(lián)方式電互連的。
8. 如權(quán)利要求1至7中任一項所述的工藝，其特征在于，所安裝的細長 太陽能電池相互毗鄰。
9. 如權(quán)利要求1至8中任一項所述的工藝，其特征在于，所述細長太陽 能電池是相互分開的。
10. 如權(quán)利要求1至9中任一項所述的工藝，其特征在于，每一個細長太 陽能電池包括兩個有效面，并且在細長太陽能電池之間的間隔是基于細長太陽 能電池的有效面的照射和子模塊中的細長太陽能電池的數(shù)量來選擇的。
11. 如權(quán)利要求1至10中任一項所述的工藝，其特征在于，所述結(jié)構(gòu)包 括至少一個支撐物，所述細長太陽能電池被安裝到該支撐物上。
12. 如權(quán)利要求11所述的工藝，其特征在于，還包括在所述至少一個 支撐物上形成金屬化區(qū)域，所述金屬化區(qū)域的形狀適于使焊料主要保持在各個 金屬化區(qū)域的末端處。
13. 如權(quán)利要求12所述的工藝，其特征在于，所述各個金屬化區(qū)域的形 狀包括設(shè)置在中心區(qū)域周圍的末端區(qū)域，所述末端區(qū)域的面積基本上大于所述 中心區(qū)域的面積。
14. 如權(quán)利要求12或13所述的工藝，其特征在于，所述各個金屬化區(qū)域 具有大致為I-梁或狗骨的形狀。
15. 如權(quán)利要求12至14中任一項所述的工藝，其特征在于，所述安裝步 驟包括排列所述多個細長太陽能電池，使得相鄰細長太陽能電池的電極基本 上位于相應(yīng)金屬化區(qū)域的各個末端處。
16. 如權(quán)利要求12至15中任一項所述的工藝，其特征在于，所述建立一 個或多個導(dǎo)電路徑的步驟包括將選擇性焊接波峰噴泉涂敷在各個金屬化區(qū)域 上，以使相鄰細長太陽能電池的電極互連，所述選擇性焊接波峰噴泉所沉積的 焊料基本上在所述電極處形成小珠。
17. 如權(quán)利要求11至16中任一項所述的工藝，其特征在于，所述至少一 個支撐物能適應(yīng)所述細長太陽能電池的熱膨脹。
18. 如權(quán)利要求1至17中任一項所述的工藝，其特征在于，還包括將所 述結(jié)構(gòu)封裝在透明的封裝材料中。
19. 如權(quán)利要求1至18中任一項所述的工藝，其特征在于，所述結(jié)構(gòu)包括一個或多個橫梁，所述細長太陽能電池被安裝在所述橫梁上。
20. 如權(quán)利要求19所述的工藝，其特征在于，還包括在所述一個或多 個橫梁上形成金屬化區(qū)域，所述金屬化區(qū)域的形狀適于使焊料主要保持在各個 金屬化區(qū)域的末端處。
21. 如權(quán)利要求20所述的工藝，其特征在于，所述各個金屬化區(qū)域的形狀包括設(shè)置在中心區(qū)域周圍的末端區(qū)域，所述末端區(qū)域的面積基本上大于所述 中心區(qū)域的面積。
22. 如權(quán)利要求20或21所述的工藝，其特征在于，所述各個金屬化區(qū)域 具有大致為I-梁或狗骨的形狀。
23. 如權(quán)利要求20至22中任一項所述的工藝，其特征在于，所述安裝步 驟包括排列所述多個細長太陽能電池，使得相鄰細長太陽能電池的電極基本 上位于相應(yīng)金屬化區(qū)域的各個末端處。
24. 如權(quán)利要求20至23中任一項所述的工藝，其特征在于，所述建立一 個或多個導(dǎo)電路徑的步驟包括將選擇性焊接波峰噴泉涂敷在各個金屬化區(qū)域 上，以使相鄰細長太陽能電池的電極互連，所述選擇性焊接波峰噴泉所沉積的 焊料基本上在所述電極處形成小珠。
25. 如權(quán)利要求19至24中任一項所述的工藝，其特征在于，所述一個或 多個橫梁是硅。
26. 如權(quán)利要求19至24中任一項所述的工藝，其特征在于，所述一個或 多個橫梁包括聚合物、陶瓷、金屬或者玻璃。
27. 如權(quán)利要求1至26中任一項所述的工藝，其特征在于，所述結(jié)構(gòu)的 大小被選擇成與標準太陽能電池的相應(yīng)大小基本上相同。
28. 如權(quán)利要求1至27中任一項所述的工藝，其特征在于，所述安裝步 驟包括將所述細長太陽能電池安裝在電絕緣的連續(xù)或者半連續(xù)的支撐物上。
29. 如權(quán)利要求28所述的工藝，其特征在于，所述一個或多個導(dǎo)電路徑 形成于所述電絕緣的支撐物上。
30. 如權(quán)利要求28或29所述的工藝，其特征在于，所述電絕緣的支撐物基本上是硅。
31. 如權(quán)利要求28或29所述的工藝，其特征在于，所述電絕緣的支撐物 基本使是硼硅酸鹽玻璃、塑料或陶瓷。
32. 如權(quán)利要求28至31中任一項所述的工藝，其特征在于，所述支撐物 被安裝在散熱件上。
33. 如權(quán)利要求29至32中任一項所述的工藝，其特征在于，所述支撐物 具有相當大的導(dǎo)熱性并充當散熱件。
34. 如權(quán)利要求1至33中任一項所述的工藝，其特征在于，所述細長太 陽能電池和所述一個或多個導(dǎo)電路徑大體上構(gòu)成所述結(jié)構(gòu)。
35. 如權(quán)利要求1至34中任一項所述的工藝，其特征在于，還包括在太 陽能電池子模塊之后安裝反射器，用于將通過細長太陽能電池之間的間隙的光 線反射回細長太陽能電池從而提高光伏器件的效率。
36. 如權(quán)利要求1至35中任一項所述的工藝，其特征在于，所述各個細 長太陽能電池包括在太陽能電池的至少兩個相鄰表面上的導(dǎo)電觸點，并且所述 一個或多個導(dǎo)電路徑包括基本上平的導(dǎo)電區(qū)域，這些區(qū)域被安裝到細長太陽能 電池的導(dǎo)電觸點，從而使細長太陽能電池電互連。
37. 如權(quán)利要求1至36中任一項所述的工藝，其特征在于，還包括將一 片柔韌的材料安裝到所述結(jié)構(gòu)上，以提供有彈性的太陽能電池子模塊。
38. 如權(quán)利要求1至37中任一項所述的工藝，其特征在于，還包括將太 陽能電池子模塊共形地安裝到基本上剛性的彎曲支撐物上，以提供彎曲的太陽 能電池子模塊。
39. 如權(quán)利要求1至38中任一項所述的工藝，其特征在于，還包括將所述結(jié)構(gòu)共形地安裝到基本上剛性的平面支撐物上并且使所產(chǎn)生的組件變形，以 提供非平面的太陽能電池子模塊。
40. 如權(quán)利要求38或39所述的工藝，其特征在于，所述基本上剛性的支 撐物是透明的。
41. 如權(quán)利要求38所述的工藝，其特征在于，所述基本上剛性的彎曲支撐物是玻璃。
42. 如權(quán)利要求38所述的工藝，其特征在于，所述基本上剛性的彎曲支 撐物是用于線性收集器的彎曲擠壓的鋁接收器。
43. 如權(quán)利要求1至42中任一項所述的工藝，其特征在于，還包括處理 在太陽能電池子模塊中的各個細長太陽能電池的一個或多個面中的至少一部分。
44. 如權(quán)利要求43所述的工藝，其特征在于，所述處理包括在所述一個 或多個面的至少一部分上沉積涂層。
45. 如權(quán)利要求44所述的工藝，其特征在于，所述涂層包括防反射涂層、 鈍化涂層和金屬化中的至少一個。
46. 如權(quán)利要求1至45中任一項所述的工藝，其特征在于，還包括在線 性收集器系統(tǒng)中安裝多個太陽能電池子模塊。
47. 如權(quán)利要求46所述的工藝，其特征在于，所述一個或多個導(dǎo)電路徑 使所述細長太陽能電池以串聯(lián)方式電連接，使得所述細長太陽能電池所產(chǎn)生的 電流基本上在平行于線性收集器系統(tǒng)的縱軸的方向上流動，從而減小細長太陽 能電池的串聯(lián)阻抗。
48. 如權(quán)利要求46或47所述的工藝，其特征在于，所述子模塊的安裝包 括使太陽能電池子模塊排列在多個緊密相鄰的行中，以使其被安裝到線性收 集器系統(tǒng)的接收器，所述這些行平行于接收器的光軸。
49. 如權(quán)利要求48所述的工藝，其特征在于，所述線性收集器系統(tǒng)包括 導(dǎo)熱基片，該導(dǎo)熱基片具有位于所述系統(tǒng)的光軸附近的第一部分以及第二部 分，子模塊的安裝使得所述細長太陽能電池以彼此基本上相鄰的方式被安裝在 所述導(dǎo)熱基片的第一部分上，所述導(dǎo)熱基片的第二部分被有效地冷卻，使得在 基本上垂直于所述系統(tǒng)的光軸的方向上將所述細長太陽能電池所產(chǎn)生的熱從 所述細長太陽能電池傳導(dǎo)出去。
50. 如權(quán)利要求1至49中任一項所述的工藝，其特征在于，所述建立一 個或多個導(dǎo)電路徑的步驟包括將所述細長太陽能電池的電極浸漬在熔融的焊料中并持續(xù)短于l秒的周期。
51. 如權(quán)利要求50所述的工藝，其特征在于，所述周期是至少大約0.3 秒且最多大約O. 5秒。
52. 如權(quán)利要求50或51所述的工藝，其特征在于，在浸漬所述電極之前， 先將所述子模塊的橫梁的一端浸漬在熔融的焊料中并持續(xù)大約0. 4至0. 6秒的 周期。
53. 如權(quán)利要求1至52中任一項所述的工藝，其特征在于，還包括在所 述細長太陽能電池的邊緣上形成電極，所述形成步驟包括在所述細長太陽能電池的邊緣上沉積導(dǎo)電層；以及將所述細長太陽能電池浸漬在焊料的熔融池中，以便給所述導(dǎo)電層涂敷一 層焊料。
54. 如權(quán)利要求1至53中任一項所述的工藝，其特征在于，還包括從晶 片形成多個細長基片，并且從各個所述細長基片形成所述細長太陽能電池。
55. 如權(quán)利要求54所述的工藝，其特征在于，所述細長太陽能電池的有 效面形成在垂直于所述晶片平面表面所形成的所述細長基片的面上。
56. 如權(quán)利要求54所述的工藝，其特征在于，所述細長太陽能電池的有 效面形成在與所述晶片平面表面的各個區(qū)域相對應(yīng)的所述細長基片的面上。
57. 如權(quán)利要求1至56中任一項所述的工藝，其特征在于，還包括在太 陽能電池子模塊和另一種子模塊之間通過波峰焊接形成電互連。
58. 如權(quán)利要求1至57中任一項所述的工藝，其特征在于，還包括在光 伏器件的太陽能電池子模塊和母線之間通過波峰焊接形成電互連。
59. 如權(quán)利要求1至58中任一項所述的工藝，其特征在于，還包括在光 伏器件的多個母線之間通過波峰焊接形成電互連。
60. 如權(quán)利要求57至59中任一項所述的工藝，其特征在于，所述波峰焊 接包括選擇性波峰焊接。
61. —種采用權(quán)利要求1至60中任一項形成的太陽能電池子模塊。
62. —種光伏器件，它包括采用權(quán)利要求1至60中任一項形成的多個太 陽能電池子模塊。
全文摘要
一種用于形成光伏器件的太陽能電池子模塊的太陽能電池互連工藝，該工藝包括步驟將多個細長太陽能電池(101)安裝在橫梁(102)上的可焊材料(201)片上，橫梁(102)用于將焊料保持在恰當?shù)奈恢?，細長太陽能電池基本上縱向平行且一般共面配置；以及建立在相鄰電池之間延伸的一個或多個導(dǎo)電路徑(204)，以便于通過觸點(202，203)電互連細長太陽能電池，其中一個或多個導(dǎo)電路徑是通過波峰焊接來建立的。
文檔編號H01L31/02GK101228638SQ200680026610
公開日2008年7月23日 申請日期2006年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月17日
發(fā)明者A·W·布萊克斯, K·J·韋伯, V·A·艾文瑞特 申請人:澳大利亞國立大學