專利名稱：撓性太陽能電池互連系統(tǒng)和方法
撓性太陽能電池互連系統(tǒng)和方法本申請要求來自2010年3月10日提交的美國臨時專利申請?zhí)?1/312,620的權(quán)益，由此這兩者的全部內(nèi)容通過引用結(jié)合在此。本發(fā)明一般地涉及將太陽能電池電互連以形成太陽能電池組件的領(lǐng)域，并且更詳細(xì)地涉及形成在撓性基板上的薄膜太陽能電池。本發(fā)明公開了用于互連撓性太陽能電池的自動化方法。
背景技術(shù)：
撓性基板上的薄膜太陽能電池目前局限于在薄金屬箔(通常為不銹鋼)上的非晶硅和在金屬或聚酰亞胺箔上的ニ硒化銅銦鎵(CIGS)。無疑，將有在未來的某時可得的適合于在撓性基板上使用的其他類型的太陽能電池材料。薄膜碲 化鎘太陽能電池目前僅在玻璃上制備。為了可在太陽能動力系統(tǒng)中使用，任何類型的太陽能電池必須與其他相似的太陽能電池串聯(lián)地電互連以身高電壓水平并最小化歸因于高電流的I2R損耗。沉積在剛性玻璃板上的電池通常使用在不同的加工步驟之間并且在特定位置應(yīng)用的劃線系統(tǒng)，將電池在整個板上互連。該步驟被稱為“單塊集成”。因?yàn)閷τ趧澗€的方位(placement)和深度兩者所需的精度，這種方法難以在撓性基板上實(shí)現(xiàn)。此外，即使劃線操作可以容易地完成，如果將過程中斷以進(jìn)行劃線操作，撓性基板能夠使得卷對卷加工將會變得在經(jīng)濟(jì)上較不適宜。傳統(tǒng)的晶體或多晶硅太陽能電池形成在単獨(dú)的晶片上，之后必須將它們互連。電流收集柵極和母線通常通過將圖案用含銀的墨絲網(wǎng)印刷隨后在高溫(大約700°C )固化形成。傳統(tǒng)的柵極圖案由一系列間隔開數(shù)毫米的細(xì)直并且平行的線與兩條或三條較寬的線(母線)組成，所述較寬的線垂直于細(xì)線的圖案運(yùn)行。所得到的結(jié)構(gòu)在母線上提供可以將互連接頭通過傳統(tǒng)的焊接方法連接至其上的表面。電池電流通過相對窄的柵極收集并且將其傳遞至相對更寬的母線，之后它們成為與下ー個電池的連接點(diǎn)。該方法優(yōu)于單塊集成的益處是可以在組件建立之前對電池進(jìn)行性能測試和揀選。以這種方式，組件性能不受到串中的最低性能電池的限制。應(yīng)用至薄膜撓性太陽能電池的相同的方法僅獲得有限的成功。通常遇到至少兩個問題。首先，薄膜電池不能經(jīng)受充分地固化銀墨所需的高溫。作為較低固化溫度的結(jié)果，一些墨載體和溶劑保留在柵極線結(jié)構(gòu)中，這降低了導(dǎo)電性并且嚴(yán)重地限制了所印刷的母線的可焊性。備選地，可以用導(dǎo)電環(huán)氧樹脂類進(jìn)行互連，但是該方法在機(jī)械上和電學(xué)上劣于焊接。其次，因?yàn)榭墒褂玫膿闲曰宓谋砻婢缺炔ＡЩ蚬杈谋砻婢却植诘枚?，因此存在很多更多的缺陷，如果使?dǎo)電膜流至它們中它們可能成為分流位置。該問題可以通過以下方式一定程度地減輕首先印刷少得多的導(dǎo)電材料，如碳墨以初歩填充缺陷，并且之后用銀墨套印。非常難以獲得始終良好的結(jié)果，因?yàn)槔硐胫睾系娜魏尾蛔銓?dǎo)致額外的遮蓋損失以及增加的分流可能。此外，材料和設(shè)備的成本相對高。通過引用以其全部結(jié)合在此的美國專利號5，474，622教導(dǎo)了使用金屬線作為柵扱，但是用涂覆有足夠長度的碳纖維的線以避免被迫進(jìn)入缺陷中。在這種方法中，將線在將薄膜非晶硅太陽能電池層壓為組件的エ藝過程中連接至薄膜非晶硅太陽能電池的頂部電極(透明導(dǎo)電氧化物或TC0)。實(shí)際上，印刷基于碳的墨圖案的現(xiàn)有技術(shù)首先是用具有小得多的導(dǎo)致膜/基板缺陷中的分流的機(jī)會的碳纖維代替，并且同時提供針對持續(xù)重分流電流的熔融型保護(hù)。必須選擇線尺寸和間隔以便運(yùn)載由電池產(chǎn)生的電流而不產(chǎn)生顯著的電阻損耗。通過引用以其全部結(jié)合在此的美國專利號4，260, 429和4，283，591教導(dǎo)了用含有導(dǎo)電粒子的聚合物涂覆導(dǎo)電線。因?yàn)榉植贾懈〉膶?dǎo)電粒子，具有缺陷導(dǎo)致的分流的問題可能仍然存在，并且在美國專利號6，472，594中提出了改進(jìn)，該專利通過引用全部結(jié)合在此。與當(dāng)將導(dǎo)電柵極施加至撓性太陽能電池時其中解決可能的分流路徑的詳細(xì)方式無關(guān)，對于撓性太陽能電池尚未開發(fā)出擁有很多在剛性玻璃上單塊集成的自動化特性的全 面、自動化并且經(jīng)濟(jì)的互連方案。本發(fā)明的目的是提供改進(jìn)的互連方案，其可以被稱為適合于用于撓性太陽能電池的自動化實(shí)施的“贗(pseudo)單塊集成”。發(fā)明概述在本發(fā)明的ー個方面，提供用于互連撓性太陽能電池的改進(jìn)方法。該改進(jìn)方法包括自動化特征。在一個實(shí)施方案中，這些自動化特征與單塊集成的特征類似。本發(fā)明的另一方面，提供用于互連撓性太陽能電池的方法，所述方法與較少自動化的傳統(tǒng)方便比較非常經(jīng)濟(jì)。在本發(fā)明的多個實(shí)施方案中，提供用于互連撓性薄膜太陽能電池材料的改進(jìn)方法。在實(shí)施方案中，該方法可以用于形成ー個或多個板，從其可以切割集成的串以建立不同尺寸的組件。在ー個方面，本發(fā)明涉及一種優(yōu)選互連太陽能電池和/或用于形成包括薄膜太陽能電池材料的板的方法，所述方法包括以下步驟a)提供太陽能電池材料的多個連續(xù)條，每個所述連續(xù)條包括撓性基板、導(dǎo)電背部接觸區(qū)域、光活性區(qū)域和透明導(dǎo)電區(qū)域；b)將太陽能電池材料的所述連續(xù)條轉(zhuǎn)移至連續(xù)背板，以使得所述撓性基板接觸所述背板，并且在相鄰的條之間形成間隙；c)將絕緣材料施加在所述間隙的每ー側(cè)上的每個所述條的邊緣的預(yù)定區(qū)域上，所述絕緣材料接觸所述間隙的每ー側(cè)上的所述背板的至少一部分；d)通過選擇性地移除所述絕緣材料和所述光活性區(qū)域中的一部分，以暴露所述背部接觸區(qū)域的一部分，在布置在所述間隙的一側(cè)上的每個所述條的一端上形成多個焊接區(qū)；e)提供與太陽能電池材料的所述多個條的所述焊接區(qū)和所述透明導(dǎo)電區(qū)域電接觸的多條導(dǎo)電線；f)形成在多條導(dǎo)電線與每個焊接區(qū)之間的電連接；以及g)切割每個所述焊接區(qū)的一側(cè)上的所述線以形成切割區(qū)域，在另一方面，本發(fā)明涉及一種用于形成具有太陽能電池材料條的互連太陽能電池的加工系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括(a)切割組件，所述切割組件配置為將撓性太陽能電池材料的卷或板切條為太陽能電池材料條；(b)研磨組件，所述研磨組件在所述切割組件下游，所述研磨組件被配置為處理每個所述條的ー個或多個邊緣；
(c)電測試組件，所述電測試組件在所述研磨組件的下游，所述電測試組件被配置為連續(xù)測試所述條的電性質(zhì)；(d)不導(dǎo)電材料施加組件，所述不導(dǎo)電材料施加組件在所述電測試組件下游，所述不導(dǎo)電材料施加組件被配置為用透明絕 緣材料連續(xù)地填充在相鄰的條之間的間隙；(e)焊接區(qū)施加組件，所述焊接區(qū)施加組件在所述不導(dǎo)電材料施加組件下游，所述焊接區(qū)施加組件被配置為在每個條的邊緣部分上形成多個焊接區(qū)；和(f)線施加組件，所述線施加組件在所述焊接區(qū)施加組件下游，所述線施加組件被配置為提供跨越所述條的多個焊接區(qū)的導(dǎo)電線。在再另一方面，本發(fā)明涉及一種光伏制品，所述光伏制品包括a)太陽能電池材料的連續(xù)條，每個所述連續(xù)條包括撓性基板、導(dǎo)電背部接觸區(qū)域、光活性區(qū)域和透明導(dǎo)電區(qū)域；b)連續(xù)背板，所述連續(xù)背板被配置為使得所述撓性基板接觸所述背板，并且在相鄰的條之間形成間隙；c)絕緣材料，所述絕緣材料接觸所述間隙的每ー側(cè)上的每個所述條的邊緣和在所述間隙的每ー側(cè)上的所述背板的至少一部分兩者；d)多個焊接區(qū)，所述多個焊接區(qū)在設(shè)置在所述間隙的一側(cè)上的每個所述條的一端上，其中所述焊接區(qū)通過選擇性地移除所述絕緣材料和所述光活性區(qū)域中的一部分以暴露所述背部接觸區(qū)域的一部分形成；e)多條導(dǎo)電線，所述多條導(dǎo)電線與太陽能電池材料的所述多個條的所述焊接區(qū)和所述透明導(dǎo)電區(qū)域電接觸；f)切割區(qū)域，所述切割區(qū)域形成在每個所述焊接區(qū)的ー側(cè)上，所述切割區(qū)域包括分開的導(dǎo)電線的相鄰端，并且包括與所述焊接區(qū)和分開的導(dǎo)電線的所述相鄰端都接觸的絕緣材料。在再另ー個實(shí)施方案中，所述方法包括a)將薄膜太陽能電池材料或者從卷或者直接地并且連續(xù)地從沉積系統(tǒng)切條為預(yù)定寬度的連續(xù)條；b)連續(xù)磨光每個條的每個邊緣以移除由切條操作留下的任何分流材料(在ー個實(shí)施方案中沿每個條的一個邊緣連續(xù)地移除太陽能電池材料的小區(qū)域)；c)沿每個條連續(xù)測試材料的光電性能；d)將一系列條在所述條之間具有小空間的情況下連續(xù)層壓至背板；e)將透明電絕緣材料的珠施加并固化至條之間的小空間；f)沿每個條的ー個邊緣以分立的點(diǎn)移除少量的太陽能電池材料和絕緣材料以形成焊接區(qū)；g)將細(xì)導(dǎo)電柵極線跨越一系列條分配，并且將該線在將太陽能電池材料移除的分立位置焊接至基板(或背電極)上；h)將該線以預(yù)定圖案跨越每個電池的頂部(透明導(dǎo)電氧化物、或TC0)電極連接。i)切割在線焊接區(qū)與下一個電池之間的線，并且分配少量的可固化聚合物以形成絕緣阻擋層；j)以預(yù)定間隔重復(fù)該過程用于下ー個柵極線；
k)將互連電池材料切割為合適寬度的串用于各種組件設(shè)計；I)將串組裝為預(yù)定尺寸的組件圖案；以及m)將透明撓性頂板層壓在該串上以保持導(dǎo)電線與電池頂部電極牢固接觸。通過引用結(jié)合該說明書中提到的所有公開、專利和專利申請通過引用結(jié)合在此，結(jié)合到如同每 個單獨(dú)的公開、專利或?qū)＠暾埦唧w并且單獨(dú)地指出通過引用結(jié)合在此的相同程度。附圖
簡述本發(fā)明的新特征在所附權(quán)利要求中具體給出。通過參考給出示例性實(shí)施方案的以下詳述和參考附圖將獲得對本發(fā)明的特征和益處的更好理解，在示例性實(shí)施方案中采用了本發(fā)明的原理，在附圖中圖I是顯示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，將太陽能電池材料的卷(或連續(xù)板)切條為単獨(dú)的條，對其進(jìn)行邊緣處理并測試，以形成具有均勻性質(zhì)的太陽能電池材料卷軸的示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，示例用于形成太陽能電池材料條的備選方法的示意圖，其中將窄帶材料從每個條的ー個邊緣自動移除；圖3A是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，層壓至背板并且經(jīng)由焊接或軟焊互連的多個條的示意圖，帶有在放大圖中給出的細(xì)節(jié)；圖3B是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，電池互連的細(xì)節(jié)的截面順序視圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，圖3A中所述方法的備選方法的示意圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，適合于使用導(dǎo)電粘合劑代替焊接或軟焊互連的另一個備選方法的不意圖；并且圖6是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，顯示如何可以將互連電池切割為串并且組裝為組件的實(shí)例的示意圖。發(fā)明詳述當(dāng)結(jié)合以下描述和附圖考慮時，將明白并理解本發(fā)明的多種益處。雖然以下描述可能含有描述本發(fā)明的特定實(shí)施方案的具體細(xì)節(jié)，但這不應(yīng)該不解釋為限制本發(fā)明的范圍，而應(yīng)作為優(yōu)選實(shí)施方案的示例。對于本發(fā)明的每個方面和實(shí)施方案，如本文提出的本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的很多變化是可能的。在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以進(jìn)行多種變更和修改而不脫離其精神?，F(xiàn)在將參考附圖，其中相同的數(shù)字始終指代相同的部分。應(yīng)明白圖不一定按比例繪制。圖I顯示了示例將大面積的撓性太陽能電池材料自動連續(xù)切條和加工為預(yù)定尺寸的單獨(dú)的條的示意性頂/側(cè)透視圖。太陽能電池材料通常包括撓性基板、基板的頂部表面上的導(dǎo)電背部接觸區(qū)域、沉積在背部接觸區(qū)域上的包括一個或多個層的光活性區(qū)域以及沉積在光活性區(qū)域上的透明導(dǎo)電區(qū)域。撓性基板可以包含不導(dǎo)電材料，代表性地聚合材料如聚酰亞胺或?qū)щ姴牧?。示例性?dǎo)電基板包括金屬箔如不銹鋼或鋁或鈦箔。背部接觸區(qū)域存在于基板的表面上。背部接觸區(qū)域典型為導(dǎo)電金屬如鑰、銅、鎢或鉭，然而，在使用導(dǎo)電基板的情況下，背部接觸區(qū)域可以是所述基板的頂部表面。在使用導(dǎo)電基板的其他情況下，可以將另外的背部接觸區(qū)域(典型地Mo)施加至基板的頂部表面。光活性區(qū)域被沉積在背部接觸區(qū)域上并且包括將太陽能轉(zhuǎn)化為電能的薄膜吸收劑材料。實(shí)例包括CIGS、CdTe、GaAs、非晶硅等。光活性區(qū)域還包括促進(jìn)太陽能的有效轉(zhuǎn)化的其他層，所述其他層包括緩沖層和窗ロ層。在一個示例性實(shí)施方案中，光活性區(qū)域包括CIGS吸收劑層、CdS緩沖層和本征ZnO窗ロ層。透明導(dǎo)電區(qū)域存在于光活性區(qū)域的頂部上。用于透明導(dǎo)電區(qū)域的示例性材料包括透明導(dǎo)電氧化物如氧化銦錫或氧化鋁鋅。在所示例的 實(shí)施方案中，為了簡單，將成品撓性太陽能電池材料的輸入I顯示為卷，并且顯示為具有足夠的寬度‘W’，以容納多個單獨(dú)的條2。在其他實(shí)施方案中，不需要源材料是卷的形式，也可以從進(jìn)行電池制造中的最終步驟的設(shè)備直地出來，也可以將其作為一系列某些方便的長度的單獨(dú)的板輸入。加工在所示的箭頭方向上進(jìn)行。此外，為了方便，可以將加工過的條3進(jìn)料至下ー個加工區(qū)或者工作站而在不首先卷繞成如圖I中所示的單獨(dú)的卷軸4。然而，取決于下游加工步驟的需求，處理處于卷軸形式中的條可以是適宜的或者甚至是必須的。為了討論或說明的目的，薄膜太陽能電池材料被認(rèn)為是沉積在基板的所示的卷的外側(cè)的ー側(cè)上(在圖中的頂部)，但是可以將太陽能電池材料沉積在卷的任ー側(cè)上。在一個實(shí)施方案中，通過使用具有一系列刀5 (例如旋轉(zhuǎn)刀)或者其他切割器件(或切割部件)的切割組件開始加工，以便制備多個條2。太陽能電池條的切割邊緣可以具有來自切條操作的缺陷，所述切條操作留下架橋越過P_n結(jié)的少量導(dǎo)電材料或粒子。這些可能引起在沿電池的邊緣的多個位置中的ー些電短路(或分流)，這可能對太陽能電池的性能有害。為確保不是這樣的情況，在一個實(shí)施方案中，使用具有研磨部件的研磨組件以處理每個條的ー個或多個邊緣，以移除任意材料，如可以引起條之間的電短路的剰余材料。在一個實(shí)施方案中，設(shè)置一系列非常薄的研磨刀片6以便研磨每個條的每個邊緣。如所示，將研磨刀片設(shè)置在相對于電池的平面小于90度的角度0處有助于確保磨損在基板的電池沉積側(cè)(即，頂部)上開始并且向背側(cè)進(jìn)行。電池與刀片之間的該相對運(yùn)動傾向于使電池的被涂覆的頂側(cè)向下彎曲，從而建立促使電池的被涂覆邊緣處的磨損的微小的角度?？梢允褂贸檎婵掌骷蛳到y(tǒng)(未給出)從條移除來自通過研磨產(chǎn)生的松動粒子。這消除了可能導(dǎo)致電池中P_n結(jié)短接的任意材料。繼續(xù)參考圖I，在將電池條的邊緣清潔并除去任何電分流之后，將條送至電測試組 件并且放在如元件7所示的電測試工具或器件下。在這里，對于有限范圍的區(qū)域，如由照射開ロ限定的區(qū)域，連續(xù)地記錄短路電流和開路電壓?？梢允褂秒姵匦阅艿脑撚涗洑v史以最優(yōu)化太陽能電池組件的構(gòu)建?？梢詫⑺鶞y試的電池的條送至卷軸4上的下ー個加工工作站，或者可以將它們直接進(jìn)料至下ー個工作站而不首先卷起。在任一種情況下，有益的是在測試工作站與卷軸卷起工作站之間對電池性能數(shù)據(jù)進(jìn)行分類。這在附圖中未詳細(xì)給出，但是3a指出了其中可以將性能不足的材料(S卩，不滿足預(yù)定性能要求的材料)從條中切去并且將條在一起接合回來。在其最佳的實(shí)施方案中，可以使用該切割和接合操作以制備分級至合適的箱中的材料的完整卷軸用于之后層壓為組件。用于該操作，不將卷軸4如圖中所示沿公共軸剛性安裝。相反，卷軸可以彼此偏置(例如，使用合適的輥交替地上和下)，并且在切割并結(jié)合操作的過程中可以互換。以這種方式，任意特定的卷軸可以積累在窄范圍的性能內(nèi)測試的電池材料,這種材料可以取決于測試數(shù)據(jù)得自任意條。圖2示出備選的切條器件和方法。備選的切條器件包括ー組配置為將窄行電池材料在每隔一個的切條位置移除的研磨輪8。該行移除材料的寬度可以是大約數(shù)十密耳(在本文也稱作“毫-英寸(milli-inch)”)。在特定實(shí)施方案中，該行移除材料的寬度可以在約O. 021"至O. 080"之間。切條器件如上所述在由輪8產(chǎn)生的研磨線的中間開始切割制備電池材料條。通過研磨刀片6將電池條的邊緣去除分流位點(diǎn)，除了需要現(xiàn)在僅每隔一個的刀片，因?yàn)檠心ポ?已經(jīng)在電池材料移除區(qū)域中完成該功能。該操作產(chǎn)生太陽能電池材料條，每個條沿其一個邊緣移去了窄區(qū)材料。該條更便于卷繞至卷軸4上以進(jìn)料至下個工作站，因?yàn)樾枰獙⒁迫ゲ牧系倪吘壴谕瑯拥囊饬x上定向。換言之，需要將每隔一個卷軸翻轉(zhuǎn)?？梢詫⒃摬牧显谇懈詈徒雍喜僮髦蟹旨壱栽俅沃苽渚哂芯鶆蛐阅艿木磔S，如上所述。在一個實(shí)施方案中，可以接下來將如圖I中所示產(chǎn)生的電池條進(jìn)料至如圖3A中所示的組裝工作站用于進(jìn)一步加工。加工在由箭頭指出的方向上連續(xù)地或者以分立的步驟進(jìn)
行。在這種情況下，不需要將電池條卷繞到卷軸4中，而是可以交替地從之前的工作站直接進(jìn)料至該工作站。然而，可以通過使用如由操作3a所描述的相同等級的材料卷軸優(yōu)化組件效率。與其中引入電池條的方式無關(guān)，將電池條3以在每個條之間留下小預(yù)定間隙11 (放大圖)層壓(即，粘合)至背板10。背板10可以包括，例如，聚合材料如聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)的薄膜，其帶有分配自卷的熱塑性粘合劑薄層。也可以使用其他背板材料，并且它們不需要是透明的，因?yàn)樗鼈冊诨钚噪姵夭牧现?。如果使用金屬箔基板，必須將它們與電池的背電極充分地電絕緣，或者必須將背板絕緣以避免電池在一起短路。背板10的目的是保持電池條牢固地相對彼此在條之間具有小間隙11的情況下定位。電池條需要盡可能靠近在一起以最小化光損失，但是它們不能接觸并且電短接在一起(即，電池條應(yīng)該優(yōu)選彼此電絕緣)。如果撓性基板是磁性材料，則可以取消背板并且使用磁性工作站進(jìn)行互連操作以將條保持就位。在這種情況下，電池條應(yīng)該具有沿每個邊緣預(yù)涂覆并且固化的透明絕緣材料以防止意外短路。其他細(xì)節(jié)也將相對于下面討論的一般實(shí)例而改變，但對本領(lǐng)域技術(shù)人員將是顯而易見的。應(yīng)當(dāng)理解附圖未按比例繪制，并且將沿間隙11的細(xì)節(jié)相對于條的寬度放大。繼續(xù)參考圖3A，在將電池條粘附(例如層壓)至背板之后，在不導(dǎo)電材料施加組件中，不導(dǎo)電材料施加裝置(或部件)12將不導(dǎo)電(或不導(dǎo)電的)材料的薄窄層13施加在間隙11區(qū)域的至少一部分上。在實(shí)施方案中，該材料應(yīng)該是對日光通量透明的并且可以快速固化的。在一個實(shí)施方案中，不導(dǎo)電材料是電介質(zhì)材料。在另一個實(shí)施方案中，不導(dǎo)電材料是電絕緣(在本文也稱為“絕緣”)材料。例如，該材料可以是在紫外(UV)光或低水平的加熱的幫助下可固化的，如可以對其施加低能激光。在一個實(shí)施方案中，該材料是透明不導(dǎo)電(或絕緣)聚合物。在另一個實(shí)施方案中，該材料是電介質(zhì)材料，如電介質(zhì)粘合劑。在一些實(shí)施方案中，電介質(zhì)材料可以包括由Bekaert制造的邊緣保護(hù)密封劑(Edge ProtectionSealant) (#0812)，它可以在空氣中在數(shù)秒內(nèi)固化。在圖3A的放大圖中，將不導(dǎo)電材料(粘合劑)的薄層13表示為由虛線13a界定(或限定)。因?yàn)樵摬牧鲜峭该鞯?，對于施加的?zhǔn)確寬度存在一定的可自由決定性。它應(yīng)該覆蓋間隙11中的背板區(qū)域和間隙的每一側(cè)上每個條的邊緣的預(yù)定區(qū)域的至少一部分，以防止在進(jìn)一步處理的情況下條接觸或短路在一起，并且它應(yīng)該提供用于隨后的電池焊接操作的保護(hù)和絕緣區(qū)域。優(yōu)選地，根據(jù)一個實(shí)施方案，它填充間隙。在一個實(shí)施方案中，不導(dǎo)電材料的寬度(由虛線13a限定的區(qū)域的寬度)可以是約I毫米至數(shù)毫米，如10毫米。
接下來，繼續(xù)參考圖3A，在焊接區(qū)施加組件中，焊接區(qū)施加裝置或部件14沿每個條的一個邊緣產(chǎn)生小焊接區(qū)區(qū)域15。這可以用小旋轉(zhuǎn)端銑刀型切割器或小研磨盤或其他類似的工具完成。直徑可以典型為大約數(shù)十密耳。小型碳化物端銑刀在5至60密耳范圍的直徑中是易于獲得的，而1/64"和1/32"磨機(jī)在普通工具鋼中是標(biāo)準(zhǔn)的。備選地，焊接區(qū)區(qū)域可以經(jīng)由使用激光形成。激光的使用提供對焊接區(qū)區(qū)域的尺寸好得多的控制的益處，并且還可以減少在該區(qū)域中形成的碎片的量，所述的碎片可能導(dǎo)致太陽能電池材料的短路(或分流)。注意，焊接區(qū)被顯示為位于稍微離開電池的邊緣，以沿電池的邊緣形成沒有電池材料的通道。這更多的是為了方便而不是必需的。焊接區(qū)(以及線切割位點(diǎn)，見下文)可以位于區(qū)域13的較寬側(cè)內(nèi)的任意位置。定位的范圍在圖中由元件15a和23a示出。接下來，在形成焊接區(qū)之后，在線施加組件中，將電傳導(dǎo)(或?qū)щ?線16從線軸17 (或其他線施加部件)跨越太陽能電池條的排進(jìn)料在焊接區(qū)上并且通過示意夾具18保持并拉緊。線16可以由數(shù)種材料制成，但是鍍銅線是優(yōu)選的，歸因于優(yōu)選的電傳導(dǎo)性和成 本以及可得性。對于具有普通柵極間隔的適宜尺寸的太陽能電池，線直徑將有益地落在3至6密耳的范圍內(nèi)，然而對于本申請可以使用寬范圍的線直徑或厚度。圖中僅示出了一條配線，但可以使用多個線分配工作站。接下來，透明粘合劑材料施加裝置(或部件)19將一系列透明粘合劑滴20施加至線16并且將這些滴快速固化以將一條線(或多條線)保持就位。在將其固定就位之后，將線的兩端切割至板的寬度。板前進(jìn)至焊接或軟焊裝置(或部件)21，在此多個焊接或軟焊頭將線在預(yù)定位置22連接至焊接區(qū)15，如在圖3A的放大視圖中由X所示。必須小心以確保焊接或軟焊點(diǎn)不侵占焊接區(qū)周圍電池材料的側(cè)壁，在這里它可能產(chǎn)生電短路路徑。剛好在將線連接至焊接區(qū)之后，用一系列小刀或激光切割與焊接位置23相鄰的線，并且將小滴的清除粘合劑(如不導(dǎo)電材料13)施加至焊接和切割區(qū)域兩者，并固化以確保不出現(xiàn)線的短路或重新連接。這完成電池沿配線的互連。可以在預(yù)先選擇的間隔‘S’重復(fù)該過程，以產(chǎn)生互連太陽能電池的連續(xù)板24。圖3B示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施方案，互連步驟在電池至電池邊界橫截面處(圖3A中的A-A)以四個附圖標(biāo)記(I)至(4)的次序進(jìn)行(逐層形成)。將明自的是圖3B和附圖未按比例繪制，厚度維度(垂直)相對于長度(水平)維度極大地放大。參考圖3B，圖(I)顯示具有分隔兩電池條3的小間隙11的背板10的一部分。這里，條的兩個主要部分表示為基板31 (例如，金屬箔，如不銹鋼箔或鋁或鉭箔)和活性太陽能電池層疊體32，如CIGS或CdTe太陽能電池層疊體。在圖(2)中，已經(jīng)將不導(dǎo)電材料13施加至互連區(qū)域并固化，并且已經(jīng)形成焊接區(qū)15。不導(dǎo)電材料13還填充間隙11。在示例實(shí)施方案中，在焊接區(qū)區(qū)域15中，已經(jīng)將活性太陽能電池材料32向下移除至基板31 (在這種情況下金屬箔)，并且焊接區(qū)稍微延伸至間隙區(qū)域11中，如之前在圖3A中所示。在撓性基板是不導(dǎo)電基板的情況下，可以將活性太陽能電池材料32向下移除至施加至撓性基板上的背部接觸區(qū)域。在圖
(3)中，提供(例如，伸長)線16跨越電池，并且在線16與基板31之間進(jìn)行焊接或軟焊連接22。連接22非常示意性地示出。在真實(shí)比例下，焊接區(qū)15比基板3a的厚度寬很多倍，以使得實(shí)際上將線16向下壓至焊接區(qū)的中心以進(jìn)行接觸。在該步驟中必須小心以確保不使得線16與電池材料32在焊接區(qū)內(nèi)的任意位置接觸。圖(4)顯示在位置23(參見圖3A)切割的線16，并且將切割區(qū)域和焊接區(qū)/焊接區(qū)域兩者用透明不導(dǎo)電材料13填充并固化。這保持元件不在后續(xù)處理的過程中短路。
參考圖4，在一個實(shí)施方案中，顯示當(dāng)將原始板如圖2中所述加工時的電池互連的一種備選方法。將與圖3A中共同的那些元件相同地標(biāo)記。如之前提到的，必須將圖2中所示的交替的卷軸4翻轉(zhuǎn)以正確地定向用于層壓至背板上的條。這產(chǎn)生沒有太陽能電池材料的沿每個條的一個邊緣的窄線以暴露作為連續(xù)焊接區(qū)域的區(qū)域，即，連續(xù)焊接區(qū)。在圖4中，該區(qū)域由放大圖中線24與間隙11之間的區(qū)域表示。加工與之前的實(shí)例中的相同，除了不暴露分立的焊接區(qū)之外。相反，通過固化的電介質(zhì)(或不導(dǎo)電)材料的窄層制作焊接或軟焊連接22。該方法的益處是它消除了在將線放置在小焊接區(qū)上時對于高精度的需求，但是代價是移除否則可以收集光并產(chǎn)生能量的約1%至2%的電池區(qū)域。因?yàn)樵撛颍词剐?要布置上更高的精度，在至少一些情況下圖3A的方法可能是優(yōu)選的。另一種備選的方法在圖5中示出。在該方法中，增加另一個步驟以允許使用導(dǎo)電粘合劑，例如填充有銀的環(huán)氧樹脂，以制備互連。這是使用焊接或軟焊用于在電池之間形成互連的備選。其他方面該方法與對于圖3A描述的相同。另外的焊接區(qū)施加裝置(或部件)14a在圖5中示出。裝置14產(chǎn)生與之前描述的相似的焊接區(qū)，但是將該區(qū)域立即用絕緣粘合劑填充并快速固化。在下一個步驟中，裝置14a產(chǎn)生準(zhǔn)確地以第一個為中心的稍微更小的焊接區(qū)。在放大圖中，這由25表示。依賴于設(shè)備的精度能力，可以對焊接區(qū)的尺寸進(jìn)行一些自由調(diào)整；然而，想法是在較大的焊接區(qū)內(nèi)產(chǎn)生較小的焊接區(qū)，并且提供覆蓋在在制備第一焊接區(qū)中暴露的電池材料的側(cè)壁上的絕緣。設(shè)備越精確，特征可以越小，從而導(dǎo)致光損失越少并且太陽能電池性能和效率提高。然而，開放焊接區(qū)25不應(yīng)該小于線16的直徑。例如，如果線16具有約O. 005英寸的直徑，則焊接區(qū)25的直徑應(yīng)該是數(shù)倍大，如約2至10倍之間大，或者約4至6倍之間大。在一個實(shí)施方案中，可接受的范圍可以是約O. 020至O. 030英寸之間。代替焊接或軟焊，裝置21現(xiàn)在將小滴的導(dǎo)電粘合劑在線16上分配并固化，它也填充焊接區(qū)25的區(qū)域。因?yàn)閷?dǎo)電粘合劑在電阻上不像純金屬那么低，線上和焊接區(qū)中額外的接觸區(qū)域(與焊接比較)將接觸的總電阻降低足以至可以接受并且實(shí)際在性能上與焊接或軟焊操作可比擬。具有絕緣側(cè)壁的“雙焊接區(qū)”的構(gòu)建保持導(dǎo)電粘合劑不引起越過太陽能電池結(jié)的短路。仍然將線16在位置23切割并且如上所述絕緣。參考圖6，在本發(fā)明的一個實(shí)施方案中，示出了將互連電池的連續(xù)板24切割為單串互連電池的原理。以預(yù)定串寬度(SW)進(jìn)行切割26，并且切割平行于并且在線16之間前進(jìn)。在將母線27加至每個串的每個末端之后，可以將兩個串相對彼此顛倒并且在一端上連接以制備基本組件28。之后將透明和撓性頂板29層壓在組件上。這履行兩個功能。第一，它將頂板密封至背板并且對于操作提供更大的機(jī)械強(qiáng)度。其次，它將線推向電池的頂部電極以進(jìn)行良好的電接觸。在一個優(yōu)選的實(shí)施方案中，頂部電極與電池之間的電接觸使得將通過太陽能電池的電子重獲最小化，從而有助于優(yōu)化的器件性能。該互連方案允許在組件尺寸和電特性兩者上大量的靈活性。作為實(shí)例，組件28可以通過使用每個具有SW/2的寬度的4個串聯(lián)連接的串使其電壓加倍(但是相同的總面積和形狀)。備選地，可以使用寬度SW的4串制成兩倍尺寸的組件，并且如果將它們串聯(lián)連接，則電壓也將加倍。如果甚至需要更大的組件，而不使電壓增加，可以將子組件的適宜陣列并聯(lián)連接。因此，通過使用單個連續(xù)板配置，可以設(shè)計具有不同尺寸和電特性的非常寬范圍的組件。隨著電池材料的狹縫寬度上的變化和材料的互連卷軸的寬度和數(shù)量上的變化，可以制成多種組件。在多個實(shí)施方案中，設(shè)置控制系統(tǒng)用于控制(或自動化)包括薄膜太陽能電池材料的板的形成?？梢詫⒖刂葡到y(tǒng)配置為在卷對卷過程中控制太陽能電池材料的進(jìn)展，以及控制不導(dǎo)電材料施加部件、焊接區(qū)施加部件、透明粘合劑材料施加部件、焊接或軟焊部件和電測試部件或器件。例如，控制系統(tǒng)可以控制進(jìn)料太陽能電池材料或?qū)⑵湟龑?dǎo)到本發(fā)明的多個實(shí)施方案的多個組件的速率。作為另一個實(shí)例，控制系統(tǒng)可以控制其中焊接區(qū)施加部件14產(chǎn)生焊接區(qū)區(qū)域15的地點(diǎn)和方式。控制系統(tǒng)還可以控制多個真空設(shè)備和機(jī)器人設(shè)備用于在加工系統(tǒng)或組件之間移動部件。雖然在本文中已經(jīng)給出并描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案，但是對于本領(lǐng)域技術(shù)人員將明顯的是僅通過示例的方式提供這種實(shí)施方案。本領(lǐng)域技術(shù)人員現(xiàn)在將想到多種變更、變化和替換而不脫離本發(fā)明。應(yīng)該明白的是在實(shí)踐本發(fā)明中可以采用本文描述的本發(fā)明的實(shí)施方案的多種替代方案。意圖是以下權(quán)利要求定義本發(fā)明的范圍，并且由此覆蓋和 這些權(quán)利要求以及它們的等價物的范圍內(nèi)的方法和結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種用于制備互連太陽能電池板的方法，所述方法包括 a)提供太陽能電池材料的多個連續(xù)條，每個所述連續(xù)條包括撓性基板、導(dǎo)電背部接觸區(qū)域、光活性區(qū)域和透明導(dǎo)電區(qū)域； b)將太陽能電池材料的所述連續(xù)條粘附至連續(xù)背板，以使得所述撓性基板接觸所述背板，并且在相鄰的條之間形成間隙； c)將絕緣材料施加在所述間隙的每ー側(cè)上的每個所述條的邊緣的預(yù)定區(qū)域上，所述絕緣材料接觸在所述間隙的每ー側(cè)上的所述背板的至少一部分； d)通過選擇性地移除所述絕緣材料和所述光活性區(qū)域中的一部分，以暴露所述背部接觸區(qū)域的一部分，在布置在所述間隙的一側(cè)上的每個所述條的一端上形成多個焊接區(qū)； e)提供與太陽能電池材料的所述多個條的所述焊接區(qū)和所述透明導(dǎo)電區(qū)域電接觸的至少一條導(dǎo)電線；以及 f)切割在每個所述焊接區(qū)的一側(cè)上的所述線以形成切割區(qū)域。
2.權(quán)利要求I所述的方法，所述方法還包括在切割所述線的步驟之后，將絕緣材料施加至所述焊接區(qū)和切割區(qū)域的步驟。
3.權(quán)利要求I或2所述的方法，所述方法還包括在將所述絕緣材料施加至所述條之后將其固化的步驟。
4.權(quán)利要求1-3中的任一項(xiàng)所述的方法，其中所述絕緣材料是透明絕緣材料。
5.權(quán)利要求1-4中的任一項(xiàng)所述的方法，所述方法還包括切割在所述導(dǎo)電線的一部分之間的區(qū)域中的互連太陽能電池材料板，以形成預(yù)定寬度的太陽能電池串。
6.權(quán)利要求1-5中的任一項(xiàng)所述的方法，所述方法還包括將所述多條導(dǎo)電線連接至所述互連太陽能電池板的每一端處的接線端接線柱用于連接至外部電路的步驟。
7.權(quán)利要求1-6中的任一項(xiàng)所述的方法，所述方法還包括在所述互連太陽能電池板上提供頂部透明撓性板并且層壓所述頂部透明撓性板的步驟。
8.權(quán)利要求1-7中的任一項(xiàng)所述的方法，所述方法還包括將撓性太陽能電池材料的相對寬的卷或長板切條為太陽能電池材料的所述多個條的步驟。
9.權(quán)利要求8所述的方法，所述方法還包括處理所述切條步驟的太陽能電池材料的所述多個條的ー個或多個邊緣以移除缺陷和碎片的步驟。
10.權(quán)利要求8所述的方法，所述方法還包括在所述切條步驟之后將太陽能電池材料的所述條卷繞至卷軸上的步驟。
11.權(quán)利要求1-10中的任一項(xiàng)所述的方法，所述方法還包括沿太陽能電池材料的每個所述連續(xù)條測試電性質(zhì)的步驟。
12.權(quán)利要求11所述的方法，其中在將太陽能電池材料的連續(xù)條轉(zhuǎn)移至連續(xù)背板的步驟之前，將太陽能電池材料的所述連續(xù)條根據(jù)它們的電性質(zhì)分類。
13.一種用于形成具有太陽能電池材料條的互連太陽能電池的加工系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括 切割組件，所述切割組件配置為將撓性太陽能電池材料的卷或板切條為太陽能電池材料條； 研磨組件，所述研磨組件在所述切割組件下游，所述研磨組件被配置為處理每個所述條的ー個或多個邊緣；電測試組件，所述電測試組件在所述研磨組件的下游，所述電測試組件被配置為連續(xù)測試所述條的電性質(zhì)； 不導(dǎo)電材料施加組件，所述不導(dǎo)電材料施加組件在所述電測試組件下游，所述不導(dǎo)電材料施加組件被配置為用透明絕緣材料連續(xù)地填充在相鄰的條之間的間隙； 焊接區(qū)施加組件，所述焊接區(qū)施加組件在所述不導(dǎo)電材料施加組件下游，所述焊接區(qū)施加組件被配置為在每個條的邊緣部分上形成多個焊接區(qū)；和 線施加組件，所述線施加組件在所述焊接區(qū)施加組件下游，所述線施加組件被配置為提供跨越所述條的所述多個焊接區(qū)的導(dǎo)電線。
14.一種光伏制品，所述光伏制品包括 a)太陽能電池材料的連續(xù)條，每個所述連續(xù)條包括撓性基板、導(dǎo)電背部接觸區(qū)域、光活性區(qū)域和透明導(dǎo)電區(qū)域； b)連續(xù)背板，所述連續(xù)背板被配置為使得所述撓性基板接觸所述背板，并且在相鄰的條之間形成間隙； c)絕緣材料,所述絕緣材料接觸在所述間隙的姆ー側(cè)上的姆個所述條的邊緣和在所述間隙的姆ー側(cè)上的所述背板的至少一部分兩者； d)多個焊接區(qū)，所述多個焊接區(qū)在設(shè)置在所述間隙的一側(cè)上的每個所述條的一端上，其中所述焊接區(qū)通過選擇性地移除所述絕緣材料和所述光活性區(qū)域中的一部分以暴露所述背部接觸區(qū)域的一部分形成； e)多條導(dǎo)電線，所述多條導(dǎo)電線與太陽能電池材料的所述多個條的所述焊接區(qū)和所述透明導(dǎo)電區(qū)域電接觸； f)切割區(qū)域，所述切割區(qū)域形成在每個所述焊接區(qū)的ー側(cè)上，所述切割區(qū)域包括分開的導(dǎo)電線的相鄰端，并且包括與所述焊接區(qū)和分開的導(dǎo)電線的所述相鄰端都接觸的絕緣材料。
全文摘要
所公開的是互連撓性太陽能電池以形成具有寬范圍多種尺寸和電特性的太陽能電池組件的高度自動化方法。該方法快速并且經(jīng)濟(jì)，提供很多之前僅在剛性基板上可得的“贗單塊集成”方案的特性。
文檔編號H01L31/0392GK102792463SQ201180013233
公開日2012年11月21日 申請日期2011年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月10日
發(fā)明者丹尼斯·R·霍拉斯, 布魯斯·D·哈特曼, 戴維·B·皮爾斯, 托馬斯·M·瓦萊里, 阿瑟·C·沃爾 申請人:陶氏環(huán)球技術(shù)有限責(zé)任公司