用于太陽能電池的層壓背板的制作方法
【專利摘要】一種背接觸太陽能電池結(jié)構(gòu)，其具有光接收正面和電連接至背接觸太陽能電池半導體襯底上的基極和發(fā)射極區(qū)域的電池上圖案化基極和發(fā)射極金屬化結(jié)構(gòu)的金屬化背面。由樹脂和纖維制成且具有與所述背接觸太陽能電池半導體襯底相對匹配的熱膨脹系數(shù)的背板層壓物層附接至所述電池上基極和發(fā)射極金屬化結(jié)構(gòu)以及所述背接觸太陽能電池半導體襯底的未被所述電池上基極和發(fā)射極金屬化結(jié)構(gòu)覆蓋的部分。
【專利說明】
用于太陽能電池的層壓背板
[0001] 相關申請案交叉參考
[0002] 本申請要求2013年7月30日提交的美國臨時專利申請61 /860，216的權(quán)益，所述申 請W引用的方式整體并入本文中。
[0003] 本申請也是2012年12月28日提交的美國專利申請No. 13/807,631的部分延續(xù)案， 所述申請是進入國家階段的2012年8月9日提交的PCT/US12/00348,其要求2011年8月9日提 交的美國臨時專利申請No.61/521，743和2011年8月9日提交的美國臨時專利申請No.61/ 521，754的權(quán)益，所有所述申請都是W引用的方式整體并入本文中。
[0004] 本申請也是2012年3月28日提交的美國專利申請No. 13/433,280的部分延續(xù)案，所 述申請要求2011年3月28日提交的美國臨時專利申請No.61/468,548的權(quán)益，并且是2011年 8月5日提交的美國專利申請No. 13/204,626的部分延續(xù)案，所述申請要求2010年8月5日提 交的美國臨時專利申請No.61/370,956的權(quán)益，所有所述申請都是W引用的方式整體并入 本文中。
技術(shù)領域
[0005] 本公開大體上設及太陽能電池領域，且更具體來說是背板附接式太陽能電池。
[0006] 發(fā)明背景
[0007] 目前，結(jié)晶娃(多晶和單晶娃兩者)在光伏(PV)工業(yè)中擁有最大的市場份額，現(xiàn)在 是占整個全球PV市場份額的約85%。盡管轉(zhuǎn)移至更薄的結(jié)晶娃太陽能電池長久W來被理解 為是降低PV成本的最有力和有效的方法之一（因為太陽能電池中所用的結(jié)晶娃晶片相對較 高的材料成本占了總PV模塊成本的一部分），但利用更薄的結(jié)晶晶片因薄晶片極易碎的問 題，在晶片處理和電池加工期間的機械破損，W及由薄且易碎的娃晶片引起的所得產(chǎn)量損 失而受阻。
[000引而在薄結(jié)晶太陽能電池可W受益于永久性背板支撐時，太陽能電池制造加工常常 包括增加對薄娃太陽能電池襯底的機械應力和突出與熱膨脹錯配、粘著缺陷等有關的困難 的高溫加工。目前的太陽能電池常常包括用于保護和支撐場地中太陽能電池的太陽能電池 封裝、密封劑、模塊和密封片，但其缺乏用作在電池加工期間和在整個太陽能電池場地使用 壽命中自身用于支撐的粘結(jié)于太陽能電池吸收器的永久性附接層的內(nèi)在結(jié)構(gòu)特征。 發(fā)明概要
[0009] 因此，出現(xiàn)了對太陽能電池背板附接式背接觸太陽能電池的一種需求，其向背接 觸太陽能電池提供增強的結(jié)構(gòu)支撐。根據(jù)所公開的主題，提供了背板附接式背接觸太陽能 電池，其基本上消除或減少了與先前所開發(fā)的太陽能電池有關的缺點和問題。
[0010] 根據(jù)所公開的主題的一個方面，提供了一種具有光接收正面和金屬化背面的背接 觸太陽能電池結(jié)構(gòu)。電池上圖案化基極和發(fā)射極金屬化結(jié)構(gòu)電連接至背接觸太陽能電池半 導體襯底上的基極和發(fā)射極區(qū)域。由樹脂和纖維制成且具有與背接觸太陽能電池半導體襯 底相對匹配的熱膨脹系數(shù)的背板層壓物層附接至電池上基極和發(fā)射極金屬化結(jié)構(gòu)W及背 接觸太陽能電池半導體襯底的未被電池上基極和發(fā)射極金屬化結(jié)構(gòu)覆蓋的部分。
[0011] 所公開的主題的運些和其它方面，W及另外的新穎特點，將由本文所提供的描述 而明顯。本概述的意圖并不是所主張的主題的全面描述，而是提供所述主題的一些功能性 的簡短概述。本文所提供的其它系統(tǒng)、方法、特點和優(yōu)點對于本領域技術(shù)人員在檢查W下各 圖和詳細描述后將變得明顯。希望包括在運一描述內(nèi)的所有運類另外的系統(tǒng)、方法、特點和 優(yōu)點都是在任何權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
[0012] 附圖簡述
[0013] 所公開的主題的特點、性質(zhì)和優(yōu)點可W由下文結(jié)合附圖時所陳述的詳細描述而變 得更加明顯，附圖中，類似參考數(shù)字指示類似特點，且其中：
[0014] 圖1是包括具有纖維和樹脂含量的背板層的背板附接式背接觸太陽能電池的截面 圖；
[0015] 圖2是雙層背板附接式背接觸太陽能電池的截面圖；
[0016] 圖3是包括具有纖維和樹脂含量的背板層的兩層金屬化背板附接式背接觸太陽能 電池的截面圖；
[0017] 圖4是兩層金屬化雙層背板附接式背接觸太陽能電池的截面圖；
[0018] 圖5是放大二十倍的編織芳絕纖維襯底的照片；
[0019] 圖6是放大二十倍的非編織芳絕纖維襯底的照片；
[0020] 圖7是示出芳絕纖維預浸材料的熱膨脹系數(shù)或CTE對比樹脂含量的數(shù)據(jù)的圖；
[0021 ]圖8是概述滲合樹脂系統(tǒng)的流變概況的流變圖；
[0022] 圖9是說明硅烷與二氧化娃偶合和添加劑在樹脂內(nèi)擴散的圖解；
[0023] 圖10A、10B和10C是示出滲合樹脂系統(tǒng)的層壓過程概況的圖；
[0024] 圖11是說明對具有滲合樹脂的樣品所作的一系列測試的結(jié)果的圖；
[0025] 圖12A和是突出顯示在非真空層壓期間發(fā)生的太陽能電池結(jié)構(gòu)中的空隙的SEM 照片；
[0026] 圖13是使用起始結(jié)晶（單晶或多晶）娃晶片的高級別太陽能電池和模塊制造工藝 流程實施方案；W及
[0027] 圖14是根據(jù)所公開的主題的背板附接式背接觸太陽能電池的截面圖。
[002引發(fā)明詳述
[0029] W下描述并不是在限制性意義下進行，而是出于描述本公開的一般原理的目的來 進行的。本公開的范圍應參考權(quán)利要求來確定。本公開的示例性實施方案是在附圖中說明， 類似數(shù)字被用來指各種附圖的類似和相應部分。重要的是，提供了實施方案所公開的示例 性尺寸和計算結(jié)果作為特定實施方案的詳細描述并當根據(jù)所公開的主題形成和設計太陽 能電池時用作一般準則兩者。
[0030] 本申請?zhí)峁┝擞糜谑褂冒渲屠w維的預浸料背板結(jié)構(gòu)支撐大面積(例如面積 在約100cm2至數(shù)平方米范圍內(nèi)）、薄的（例如厚度在約數(shù)微米至數(shù)百微米范圍內(nèi)）、脆性材料 的獨特支撐解決方法。尤其是對于與高效太陽能電池中所用的用于太陽能電池的例如結(jié)晶 娃的半導體材料匹配的熱膨脹系數(shù)(CTE)開發(fā)了所公開的有機或聚合背板結(jié)構(gòu)和制造方 法。
[0031] 向本領域技術(shù)人員提供了創(chuàng)新背板和背板的層壓過程特征（用于包括(但不限于） 高效太陽能電池的應用），包括制造實施材料和方法描述。并且盡管本公開是參考例如使用 單晶娃襯底和其它所描述的制造材料的指叉式背接觸(IBC)太陽能電池的特定實施方案來 描述的，但本領域技術(shù)人員可W將本文所論述的原理應用于其它太陽能電池，包括(但不限 于)非IBC背接觸太陽能電池(例如金屬化穿繞或MWT背接觸太陽能電池）、傳統(tǒng)前接觸電池； 其它制造材料，包括可選的半導體材料(例如包括娃、神化嫁、錯、氮化嫁、其它二元和Ξ元 半導體的中的一種或組合的材料等）；技術(shù)領域;和/或無過度實驗的實施方案。
[0032] 使用背板的創(chuàng)新材料特征和加工要求來制造柔性半導體電子設備和光伏裝置并 且對于高效結(jié)晶娃太陽能電池是尤其有利的。為了支持背接觸/背結(jié)結(jié)晶娃太陽能電池，包 括由外延生長的單晶娃或由使用CZ或誘鑄多晶晶片制得的結(jié)晶娃晶片制得的那些太陽能 電池，開發(fā)了示例性設計規(guī)則。然而，應了解本文所提供的實施方案也適用于其它結(jié)晶半導 體太陽能電池和模塊。
[0033] 在最簡單實施方案之一中，背板可能是單一組件（相對較薄的合適材料的柔性 片），其直接附接(例如粘結(jié))于薄的（例如厚度在約數(shù)微米至250微米范圍內(nèi)）娃晶片或娃襯 底(或例如GaAs、GaN等其它半導體材料）。圖1是包括具有纖維和樹脂含量的背板層的背板 附接式背接觸太陽能電池的截面圖。圖2是雙層背板附接式背接觸太陽能電池的截面圖。所 提供的描述聚焦于應用于使用薄結(jié)晶娃吸收器的背接觸/背結(jié)太陽能電池;然而，應了解本 發(fā)明的實施方案適用于各種其它太陽能電池設計(例如前接觸太陽能電池)和其它半導體 吸收器材料。
[0034] 背板結(jié)構(gòu)可W實現(xiàn)兩種主要功能。第一，它是晶片或薄半導體吸收器的整個區(qū)域 上的結(jié)構(gòu)支撐，提供對于待處理和加工的晶片或薄太陽能電池吸收器足夠的機械強度而無 損傷或破損，且可W隨后層壓于最終太陽能電池模塊中而無損傷或破損。第二，背板充當介 電層或電絕緣層，由此可W在娃晶片或襯底（電池上）上的電池層接觸金屬化結(jié)構(gòu)（本文稱 為金屬-1、M1或電池上金屬化結(jié)構(gòu)）與用于提取太陽能電池功率并和其它太陽能電池互連 成模塊的第二或最后較高導電性金屬化結(jié)構(gòu)(本文稱為金屬-2或M2)之間建立連接。因此， 背板能夠?qū)崿F(xiàn)用于低成本制造高效太陽能電池和模塊的背接觸/背結(jié)太陽能電池的兩層金 屬化架構(gòu)。圖3是包括具有纖維和樹脂含量的背板層的兩層金屬化背板附接式背接觸太陽 能電池的截面圖。圖4是兩層金屬化雙層背板附接式背接觸太陽能電池的截面圖。所公開的 主題直接設及如本文所提供的預浸料背板支撐的背接觸太陽能電池和制造，W及2012年3 月28日提交并在2013年1月3日WU. S. 2009/0000715出版的美國專利申請No. 13/433，280、 2012年12月28日提交并在2013年2月14日WPCT公布No.WO 2013022479出版的美國專利申 請No. 13/807,631、2013年4月2日提交并在2013年8月22日WU.S.2013/0213469出版的美國 專利申請No. 13/822,657W及2013年4月24日提交并在2013年9月5日WU.S. 2013/0228221 出版的美國專利申請No. 13/869，928中所詳述的那些內(nèi)容，所有所述專利申請都W引用的 方式整體并入本文中。
[0035] 另外地和任選地，作為太陽能電池襯底的熱和機械解禪結(jié)構(gòu)的背板結(jié)構(gòu)可W能夠 根據(jù)用于各種電池層應用的太陽能電池放置功率半導體電子設備組件，例如用于分布式遮 蔽管理（dis化化uted shade management)的整流器開關W及在場地中的各種操作條件下 從太陽能電池提取最大功率的最大功率點追蹤(MPPT)功率優(yōu)化器。
[0036] 根據(jù)所公開的主題，背板是樹脂浸潰的纖維襯底(典型地厚度在約25微米至約250 微米范圍內(nèi)，且更尤其是在75微米至150微米范圍內(nèi)，運取決于在其它考慮因素中所期望的 柔性），其直接層壓于薄娃晶片或太陽能電池吸收器的背面。因此，提供簡單、堅固、可靠且 成本有效的太陽能電池設計。圖1和2是背板附接式背接觸太陽能電池的截面圖。
[0037] 為背板的創(chuàng)造和評估設立W下設計考慮因素并且本文提供W下設計考慮因素 W 用作詳細設計要求和背板材料選擇與測試準則。本文所提供的主要背板實施方案符合整個 最終用途產(chǎn)品認證和產(chǎn)品商業(yè)化的主要設計目標。用于支撐薄的（例如厚度在數(shù)微米至250 微米范圍內(nèi)）太陽能電池半導體吸收器材料的背板的合適材料的范圍可W通過一系列要求 (基本和任選要求)來確定，從而確保與最終用途太陽能電池應用和太陽能電池/模塊制造 工藝的相容性。邊界條件有助于界定材料選擇、材料開發(fā)和工程評估過程。背板材料和實現(xiàn) 方式的高級別標準可能包括(但不限于）W下關鍵和任選標準的組合：
[0038] -良好粘著（即粘結(jié))于用于太陽能電池襯底和純化、金屬化和模塊密封劑的各種 不同材料的粘著劑系統(tǒng)，所述材料包括例如:娃、二氧化娃、侶、氧化侶、侶/硅烷制膏、燒結(jié) 侶燒制膏、錫和例如乙酸乙締乙締醋化VA)或聚締控的模塊密封劑或用于模塊層壓的任何 其它密封劑材料。改良的粘著性緩解并防止層壓過程后背板分層的風險。
[0039] -所有構(gòu)成性背板材料應與太陽能電池制造流程中的各種環(huán)境(取決于太陽能電 池工藝流程)相容。太陽能電池工藝環(huán)境包括例如:高度真空、快速熱升溫、等離子蝕刻、熱 退火(例如高達約300°C )、濕式加工(例如濕式娃蝕亥Ij、紋理化、清潔和/或金屬電鍛，例如如 果運類濕式加工是在太陽能電池制造工藝期間在背板層壓后使用）。舉例來說，在一些情況 下，太陽能電池工藝流程可能不需要層壓后濕式加工且特定環(huán)境相容性要求將不會適用于 那些特定工藝流程。
[0040] -所有構(gòu)成性背板材料應支持相對較高的加工溫度，例如高達約250°C至300°C。在 一些情況下，背板應被設計成在高達至少350°C的加工溫度下樹脂不會熱分解。
[0041] -所有構(gòu)成性背板材料應具有合理或足夠的導熱性W促進熱化能量從太陽能電池 吸收器層熱散開。
[0042] -所有構(gòu)成性背板材料應與激光切割和鉆孔(需要時)相容(例如，能夠視需要在層 壓后對背板進行激光修整，并且能夠穿過層壓背板片實現(xiàn)通孔的激光鉆孔W用于通過形成 圖案化M2所形成的M2-M1導電介層插塞(via plug))。
[0043] -總背板系統(tǒng)必須具有與半導體襯底的CTE匹配或相對較接近的CTE，例如在結(jié)晶 娃太陽能電池的情況下結(jié)晶娃具有約2.6至2.8ppm/°C的CTE。換句話說，在整個背板厚度或 背板的膨脹控制層上的平均CTE應與半導體襯底具有相對CTE匹配。此外，在兩層金屬化結(jié) 構(gòu)的情況下，CTE匹配對于孔保護尤為重要。
[0044] -所有構(gòu)成性背板材料應不與濕化學物質(zhì)（如果太陽能電池加工需要)反應。濕化 學物質(zhì)包括例如:酸、堿、溶劑和氧化劑。此外，取決于所需或所選的太陽能電池加工方法， 運一要求可能不適用或當電池制造工藝流程實施方案不使用層壓后濕式加工(例如如果所 有濕式加工都在太陽能電池背板層壓之前已經(jīng)進行)時可能會放寬。
[0045] -總背板系統(tǒng)應具有包含的樹脂流動，因為包含的樹脂流動可W有助于防止長距 離樹脂流動。
[0046] -總背板系統(tǒng)必須提供相對較平坦的電池，例如在背板層壓期間和之后，中屯、至邊 緣的襯底彎曲/翅曲度小于±3mm。低電池彎曲有助于層壓后太陽能電池加工W完成太陽能 電池的制造 w及隨后將所得背板附接式太陽能電池高產(chǎn)量層壓成太陽能模塊。
[0047] -總背板系統(tǒng)應在溫度升溫期間相對尺寸穩(wěn)定，例如從約20°C升高至約250°C和從 約250°C降低至約20°C，相對平面度或平坦度的變化極小至無變化。
[0048] -總背板系統(tǒng)應是介電質(zhì)或相對電絕緣的且可W在太陽能電池金屬化層之間充當 有效電絕緣層(例如能夠?qū)崿F(xiàn)具有M1-M2堆疊的兩層太陽能電池金屬化結(jié)構(gòu)）。
[0049] -總背板系統(tǒng)應在IR光譜中是至少部分透明的W用于激光加工(例如激光切割）。
[0050] -總背板系統(tǒng)應能夠?qū)崿F(xiàn)增強的電池和模塊美學設計。對于受益于太陽能電池和 模塊的美學上吸引人的外觀的應用（例如住宅屋頂或汽車車頂和便攜式/可移動太陽能電 力應用)尤為重要的考慮因素。
[0051] -總背板系統(tǒng)應符合太陽能模塊的場地壽命要求，典型地對于場地中的太陽能面 板來說至少25年場地壽命。
[0052] -總背板系統(tǒng)應是成本有效的，例如具有每瓦特約$0.04或更少的背板片材料成 本。
[0053] 所提供的背板解決方法利用樹脂系統(tǒng)作為背板材料中的粘著劑/粘合劑，其在背 板片層壓于太陽能電池襯底后使電池結(jié)構(gòu)結(jié)合在一起。可供使用的樹脂系統(tǒng)包括例如環(huán)氧 樹脂、聚酷亞胺和滲合樹脂，其全部可購得且各自具有符合用于所公開的主題的應用中的 基本和/或任選標準中的某一些的性質(zhì)。而且在樹脂與如本文所描述的支撐纖維襯底組合 使用時，存在可能僅使用樹脂來進行間隙填充，也就是說使用樹脂作為間隙填充劑的獨特 情況。
[0054] 而且在使用背板的具有薄結(jié)晶娃吸收器的高效背接觸/背結(jié)(也稱為指叉式背接 觸或IBC)太陽能電池可W使用環(huán)氧樹脂和滲合樹脂系統(tǒng)來制造并且任一種當與適當纖維 襯底組合時可W用于可行且成本有效的背板解決方法時，每一種材料系統(tǒng)都有需要考慮的 特定優(yōu)點和缺點。
[0055] 環(huán)氧基樹脂系統(tǒng)常見于印刷電路板(PCB)工業(yè)中。環(huán)氧基樹脂系統(tǒng)可W向PCB應用 提供低成本、靈活的解決方法且已證明其可W有效地用于制造柔性、高效太陽能電池。環(huán)氧 樹脂有利于提供:對其它太陽能電池層的普遍良好粘著性，對于層壓溫度和壓力的寬泛層 壓過程耐受性，相對良好的耐化學性，良好的激光鉆孔均勻性，W及承受傳統(tǒng)焊接過程中局 部加熱的能力。然而，可能會限制環(huán)氧樹脂完全實現(xiàn)對于某些太陽能電池應用的所有設計 目標的能力的環(huán)氧樹脂缺點包括:在層壓期間的顯著樹脂流動(其中樹脂橫向滲透流動規(guī) 模比背板厚度大得多）、有限的高溫耐受性、35至45ppm/°C的相對較高的熱膨脹系數(shù)(CTE) (比娃的CTE高得多）、層壓后樹脂的持續(xù)固化(交聯(lián)）、高吸濕性，并且環(huán)氧樹脂可能需要機 械表面粗化來改良對一些太陽能電池層表面的粘著性。然而，已證明用環(huán)氧基樹脂背板系 統(tǒng)制造的太陽能電池符合最終用途太陽能電池應用中的所有可靠性要求。
[0056] 使用高分子量樹脂和例如熱塑性塑料(例如有機或合成熱塑性橡膠）的熱固性樹 脂的滲合樹脂系統(tǒng)也用于PCB工業(yè)，但不太常用。滲合樹脂常常被定制用于特定應用且可W 提供優(yōu)于環(huán)氧樹脂的優(yōu)點W應用于某些柔性高效太陽能電池。本文所提供的滲合樹脂系統(tǒng) 可能是"不流動"材料且具有大大延長的溫度操作窗，例如具有高分子量樹脂和熱固性樹脂 的滲合樹脂系統(tǒng)。運種滲合樹脂系統(tǒng)有利于提供:在再加熱期間重置，在層壓期間的有限的 樹脂流動（因此，有限的樹脂橫向平面內(nèi)滲透），高熱平衡能力，低吸濕性，對電池中的金屬 層(例如金屬-1層，例如圖案化侶接觸金屬化結(jié)構(gòu)）的良好粘著性，比環(huán)氧樹脂低的CTE，在 高溫下有限的另外的樹脂交聯(lián)，W及良好的耐化學性。如同環(huán)氧樹脂，不流動(或低流動)樹 脂具有缺點，包括:可能需要粘著促進劑來實現(xiàn)對二氧化娃的粘著性(粘著促進劑的添加可 能會導致化學相容性限制），不良激光通孔鉆孔均勻性(需要時），W及對于溫度和壓力較窄 的層壓過程窗。然而，使用熱塑性塑料的滲合樹脂系統(tǒng)對于一些太陽能電池背板應用來說 額外的益處是材料的熱塑性性質(zhì)允許對完全固化的層壓物進行加熱和重塑W實現(xiàn)完成部 件中的特定彎曲度目標。使用滲合樹脂系統(tǒng)（例如用熱塑性塑料滲合，例如熱塑性橡膠）制 造的高效太陽能電池 W模塊結(jié)構(gòu)制造和組裝，取得了積極成果。此外，在本文所提供的主要 實施方案和大量生產(chǎn)的高效太陽能電池的主要路徑中使用滲合樹脂系統(tǒng)。
[0057] 而且盡管樹脂單獨可能在生產(chǎn)中不是用于太陽能電池結(jié)構(gòu)支撐(例如用于薄娃太 陽能電池的支撐)的可行解決方法，但實際上將樹脂材料浸潰于纖維襯底中并且使用樹脂 和纖維的組合來實現(xiàn)所期望的最終背板材料性質(zhì)，運種材料被稱為預浸料(對于浸潰有部 分固化樹脂的纖維襯底的標準PCB工業(yè)術(shù)語是預浸料）。本文所提供的主要娃太陽能電池實 施方案使用CTE值等于娃襯底的CTE或與之相對匹配的預浸料背板。
[0058] 一般，預浸料是預浸潰有樹脂的強化材料且準備用于制造復合部件(預浸料可W 用于比濕式鋪層系統(tǒng)更快且更容易地制造復合材料）。預浸料可W通過使用被設計成確保 一致性的設備將強化纖維或織物與特別配制的預催化的樹脂組合來制造。通過被柔性襯紙 覆蓋，預浸料可W容易地被處理且在室溫下保持柔軟達一定時間（超過壽命）。此外，預浸料 的進展已經(jīng)產(chǎn)生不需要冷藏膽存的材料，具有較長保存期的預浸料，和在較低溫度下固化 的產(chǎn)品。預浸料層壓物可W通過在壓力下加熱來固化。常規(guī)預浸料是被配制用于高壓蓋固 化，而低溫預浸料可W通過在低得多的溫度下僅使用真空袋壓力而完全固化。使用預浸料 片作為印刷電路板的組成塊且可W由樹脂和低CTE纖維或粒子的組合制成。預浸料背板材 料可能并不昂貴，與太陽能電池襯底CTE匹配(典型地CTE<10ppm/°C，或CTE<5卵m/°C)，是薄 的（例如50至250微米，且更尤其是在約50至150微米范圍內(nèi)的)預浸料片，其對織構(gòu)化化學 物質(zhì)的耐化學性相對更好且在高達至少18(TC (或高達至少28(TC)的溫度下是熱穩(wěn)定的。
[0059] 使用纖維襯底來實現(xiàn)預浸材料的一般機械性質(zhì)。纖維確定了層壓的許多性質(zhì)，包 括：固化片厚度、平面內(nèi)（X和Y軸)CTE、機械強度和介電性質(zhì)。纖維襯底可W社制而成，從而 允許使用連續(xù)漉涂和浸涂法W高體積制造預浸料。襯底中所用的纖維類型的選擇對于實現(xiàn) 最終預浸料層壓物的最終性質(zhì)是至關重要的。
[0060] 芳絕纖維襯底在PCB工業(yè)中在需要低CTE和在受壓環(huán)境條件下高完成組件可靠性/ 壽命的應用中具有一席之地。本文所提供的背板層應用具有相對較低的所得預浸料CTE(W 匹配或大約匹配太陽能電池吸收器層的CTE)的芳絕纖維和樹脂的獨特且新穎組合作為永 久性熱層壓于太陽能電池的背板片材料。芳絕纖維具有獨特性質(zhì)，因為其纖維在軸向上具 有負CTE(-4.5ppm/°C)而在徑向上具有正CTE。事實上，纖維隨著溫度升高而長度減小。因 此，包括纖維加樹脂的預浸料系統(tǒng)可W進行微調(diào)W實現(xiàn)與最終應用（例如用于作為結(jié)晶半 導體太陽能電池中的背板的應用）的要求一致的特定CTE目標。芳絕可能另外有利的是其與 C02激光鉆孔和切割相容，運是具有例如本文所提供的M1/M2金屬化結(jié)構(gòu)實施方案的多層金 屬化結(jié)構(gòu)的背板附接式背接觸太陽能電池中的關鍵要求。一般，芳絕纖維襯底可W編織和 非編織(紙質(zhì))襯底獲得。
[0061] 編織芳絕纖維襯底是由W各束纖維之間精確的90°角編織成布料的纖維束組成。 運種取向提供了在X和Y方向上平衡平面內(nèi)CTE的優(yōu)點并且還提供了優(yōu)越的機械強度。然而， 編織芳絕可能在背板附接式太陽能電池應中具有若干種顯著限制，包括:相對較高的材料 成本，潛在的未來供應限制(材料被美國政府分類為戰(zhàn)略性材料并且會實行配銷），由于在 整個編織期間不同的纖維密度而引起不一致的激光鉆孔，W及填充纖維束之間的間隙和空 隙的高樹脂體積需求。圖5是放大二十倍的編織芳絕纖維襯底的照片。
[0062] 非編織芳絕纖維襯底是由壓成在X-Y平面內(nèi)具有隨機纖維取向的紙狀材料的較短 纖維組成。圖6是放大二十倍的非編織芳絕纖維襯底的照片。非編織芳絕纖維還在X和Y方向 上展現(xiàn)負CTE，但由于隨機纖維取向，收縮量略少于編織材料。機械強度可能小于編織材料， 但對于例如本文所提供的實施方案的背板附接式太陽能電池是足夠高的。當使用非編織構(gòu) 型時，對于編織芳絕材料所指出的所有上文所提的限制都可W解決。然而，非編織材料獨有 的限制包括:限于6密耳的最大片厚度和在預浸料制造期間更嚴格的加工均勻性要求。重要 的是，運些限制可能對于本文所提供的太陽能電池背板應用具有零影響或極小影響，因為 更薄的背板(例如具有在約2至6密耳或約50微米至150微米范圍內(nèi)的厚度)常常是優(yōu)選的。
[0063] 此外，使用用非編織芳絕纖維制成的預浸料的廣泛實驗支持當與相容性樹脂材料 配對時，可W實現(xiàn)與娃的直接CTE匹配。已經(jīng)顯示使用包括非編織芳絕纖維和滲合樹脂預浸 料的背板完成的背接觸娃太陽能電池符合太陽能電池產(chǎn)品可靠性要求，并且將使用非編織 芳絕纖維襯底視為背板附接式高效太陽能電池的大規(guī)模制造和商業(yè)化的主要纖維預浸料 選擇。
[0064] 在另一個實施方案中，可W使用碳纖維。碳纖維襯底在要求高強度、高剛度、高溫 耐受性和低重量的航空航天和高端消費產(chǎn)品中具有廣泛應用，但碳纖維襯底并不典型地用 于PCB工業(yè)中。碳纖維襯底僅可W編織構(gòu)型使用而且非常昂貴并且可能對于成本有效的太 陽能電池應用來說成本過高。像芳絕一樣，碳纖維具有極低CTE (典型地在l-2ppm/°C范圍 內(nèi)）且當與相容性樹脂系統(tǒng)配對時可W提供具有CTE與例如娃的半導體吸收器的相比的低 CTE層壓。然而，由于填充編織碳纖維襯底中的間隙和空隙所需的樹脂體積量，實現(xiàn)與娃的 精確CTE匹配也許是不可能的。關于碳纖維的另外一個考慮因素是導電性或缺乏完全電絕 緣，也就是說，雖然碳纖維的導電性并不高，但可能是可W在背板層壓太陽能電池設計中所 實現(xiàn)的最大效率的一個限制性因素。
[0065] 由于所指出的限制，在一些情況下，碳纖維背板襯底并不被認為很適合某些低成 本、高效太陽能電池，尤其是從成本角度考慮。然而，碳纖維背板材料可用于且適用于期望 具有極高剛度的超薄(例如厚度在約20至100微米范圍內(nèi)）背板的背板附接式太陽能電池。
[0066] 在另一個實施方案中，可W使用玻璃纖維襯底。在PCB工業(yè)中玻璃纖維襯底是最常 用于預浸料的材料。玻璃纖維給大多數(shù)應用提供了吸引人的具有成本競爭力的解決方法并 且可W與許多樹脂系統(tǒng)組合。然而，玻璃纖維預浸料在高效背板附接式太陽能電池應用中 的限制包括:在約5-7ppm/°C范圍內(nèi)的相對較高的CTE (尤其相對于娃），和激光鉆孔均勻性 (需要時）的困難。取決于另外的考慮因素，運些限制可能會使玻璃纖維襯底對于作為高效 太陽能電池結(jié)構(gòu)中的背板的應用是不太理想的。然而，在一個實施方案中，如果另一層不同 材料被夾在娃與玻璃纖維預浸料之間W解除相對CTE錯配的影響，那么由玻璃纖維制成的 預浸料可W用作太陽能電池背板。
[0067] 如先前所描述，預浸料是被在涂布操作期間已經(jīng)部分"固化"的樹脂系統(tǒng)飽和的纖 維襯底。實際上，織物襯底是在涂布機上用樹脂涂布的。具體來說，經(jīng)由裝滿樹脂在溶劑中 的溶液的平底鍋拉引材料，且然后穿過一連串"計量棒"W準確地控制沉積于織物上的樹脂 量。然后拉引樹脂飽和的織物穿過去除溶劑并使樹脂部分反應(或"B階"）的一系列溫度控 制烘箱區(qū)。
[0068] 如本文所公開的，CTE與娃匹配(或CTE大約與娃匹配)的預浸料可W充當用作支撐 例如使用薄結(jié)晶娃吸收器層的背接觸/背結(jié)太陽能電池的薄結(jié)晶半導體太陽能電池的背板 的理想材料。另外地，CTE與娃匹配的預浸料允許具有薄娃半導體層的機械強化的柔性太陽 能電池 W及在背接觸太陽能電池互連設計中形成兩層金屬化結(jié)構(gòu)。因為預浸料僅部分固 化，所W其可W永久性地直接層壓于背接觸太陽能電池的背面并在適當位置(例如在真空 熱層壓機中）完全固化。因此，預浸料樹脂形成對太陽能電池背面表面(其包括圖案化金屬- 1或Ml接觸金屬化結(jié)構(gòu)W及太陽能電池襯底的未被覆蓋的部分）的永久性粘結(jié)并消除了對 額外的粘著劑的需要，從而降低成本并改良可靠性。因為最大預浸料固化溫度遠低于250 °C，所W太陽能電池晶片不受在預浸料固化期間所達到的溫度影響。并且盡管可W使用層 壓壓力使樹脂在層壓固化期間"流動"，但適當?shù)膶訅簥A具設計減輕了晶片因壓力而開裂的 風險。
[0069] 應考慮隨后會影響背板層壓質(zhì)量的預浸料制造期間的若干種關鍵控制參數(shù)。最關 鍵的準則是實現(xiàn)樹脂和纖維的量之間的極特定比率，稱為樹脂含量(RC)并且典型地是W百 分比描述。預浸料中可實現(xiàn)的RC值范圍是由若干個因素來確定的：樹脂類型、纖維襯底類 型、在低RC側(cè)將"干纖維"的缺陷減至最少W及在高RC側(cè)將氣泡/皺紋的缺陷減至最少。已經(jīng) 制造使用RC值范圍在約20%和65%之間的薄(50至200皿厚度)預浸料片的背板附接式結(jié)晶 娃太陽能電池。RC應在預浸料片的寬度(其典型地高達50英寸)和卷的預浸料卷(數(shù)百碼）的 長度上相對較均勻W實現(xiàn)背板附接式背接觸太陽能電池應用所需的一致性。重要的是，用 于所公開的背接觸娃太陽能電池的預浸料背板是獨特的且顯著不同于傳統(tǒng)PCB工業(yè)預浸 料。舉例來說，太陽能電池背板應用的預浸料缺陷要求與PCB工業(yè)相比較不嚴格且使得制造 成本較低并降低預浸材料成本。然而，為了實現(xiàn)所需的CTE目標，RC均勻性必須維持遠低于 ± 5 %且優(yōu)選地好于預浸料制造中的± 1 %公差。
[0070] 用于背板支撐的太陽能電池的預浸料制造中的第二個關鍵因素是纖維襯底網(wǎng)上 的張力均勻性，因為其是在預浸料卷制造過程期間經(jīng)由涂布機繪制的。不均勻的張力會導 致翅曲和編織變形，兩者都不利于預浸材料一致性。舉例來說，制造成具有過度翅曲的材料 將會引起層壓太陽能電池部件中無法接受的軸向弓起。具有編織變形的材料將會展現(xiàn)層壓 部件中的扭曲。弓起和扭曲兩者都不利于實現(xiàn)更平面的部件。因此，對于在背板附接式太陽 能電池(包括(但不限于)背接觸太陽能電池）中的背板應用，預浸料卷材料必須制造成RC在 20%至65%范圍內(nèi)，而無不均勻的張力并且無過度翅曲和編織變形。
[0071] 與用于背板支撐太陽能電池的預浸料卷制造有關的第Ξ個關鍵因素是在加工之 前經(jīng)由涂布線制備纖維襯底。芳絕材料易吸濕，運不利于涂布和郎介固化過程。實際上，襯底 必須在樹脂涂布之前保持在特定低濕度條件下。運同樣的問題也出現(xiàn)在層壓于太陽能電池 背面之前的預浸料片中。如果芳絕纖維在層壓之前已經(jīng)吸收了環(huán)境水分，那么膽存不當?shù)?預浸料可能會導致層壓后分層缺陷。因此，對于背板附接式太陽能電池(包括(但不限于)背 接觸太陽能電池），預浸料卷應在纖維襯底的樹脂涂布之前在特定低濕度條件下進行制造 且預浸材料必須在太陽能電池層壓過程之前保持相對干燥。
[0072] 樹脂與纖維的比率(或樹脂含量RC)是定制用于特定應用的預浸料的一個關鍵因 素且在背板附接式太陽能電池的情況下尤其如此。在傳統(tǒng)PCB應用中，RC值可W經(jīng)過選擇W 平衡:a)用于間隙填充的總樹脂體積和b)最后層壓的CTE值。50%至75%的RC值對于PCB制 造中所用的預浸料是典型的。在運些水平下，存在足W填充板結(jié)構(gòu)中的所有間隙和空隙的 樹脂。過量的樹脂在層壓期間被擠壓出板組件且稍后在板修整期間被去除。然而，在環(huán)氧樹 月旨/編織芳絕預浸料的運些高RC值下，范圍在7和9卵m/°C之間的典型CTE值對于背板附接式 太陽能電池結(jié)構(gòu)來說過高。舉例來說，具有51%的RC的背板可能會導致在公差范圍外的太 陽能電池弓起。
[0073] 對于環(huán)氧樹脂/編織芳絕預浸料，R邱華低5%相當于CTE降低約1卵m/°C。因此，為了 實現(xiàn)接近娃的CTE值將要求環(huán)氧樹脂/編織芳絕預浸料的RC值為約25%，除非背面構(gòu)形基本 上被平面化(例如在層壓過程之前用噴涂或絲網(wǎng)印刷涂布來進行），否則運個值可能由于樹 脂不足W填充太陽能電池的金屬化背面上的間隙和空隙而被認為是過低的。
[0074] 如先前所指出的，本文所提供的背板結(jié)構(gòu)聚焦于優(yōu)選地使用"不流動"（或低流動， 或低滲透)樹脂系統(tǒng)結(jié)合非編織芳絕纖維襯底的預浸料。在運種設計下，實現(xiàn)了固化預浸料 和娃之間相對較接近的CTE匹配，因此導致相對較平坦的層壓背板附接式柔性太陽能電池。 作為實現(xiàn)預浸料和娃之間的相對CTE匹配的一個要求，已經(jīng)確定在約30%和40%的較窄范 圍內(nèi)且更具體來說約33%的目標RC值。實驗性測試和制造已經(jīng)證實約32%和更小的RC值可 能會導致負向部件翅曲，而約34%和更高的RC值可能會導致正向部件翅曲。因此，在一些情 況下，用作背板附接式娃太陽能電池的背板的芳絕纖維預浸材料的RC值的最佳范圍是在約 32%至34%范圍內(nèi)，且可能會存在RC值在值的較寬范圍內(nèi)（例如30%至45%)的余地，運取 決于層壓后太陽能電池弓起余地。圖7是示出芳絕纖維預浸材料的熱膨脹系數(shù)或CTE對比樹 脂含量的數(shù)據(jù)的圖。應注意固化的33%RC預浸料的CTE基本上或密切匹配娃的CTE。
[0075] 而且在已經(jīng)確定固化預浸料和娃之間的密切匹配CTE的特定RC要求時，另外的樹 脂含量考慮因素是適用的，運取決于間隙填充需求。當太陽能電池背面上需要極小間隙填 充時且當太陽能電池背面上需要大量間隙填充時，可W使用具有芳絕纖維預浸料背板的背 板附接式太陽能電池。
[0076] 舉例來說，在需要極小間隙填充的情況下，例如在層壓之前在太陽能電池背面上 形成相對薄層的圖案化金屬化層（金屬-1或Ml)的情況，和/或，當背面表面基本上被平面 化，例如通過涂覆絲網(wǎng)印刷或噴涂的介電層W用于表面平面化時，使用預浸料內(nèi)的樹脂總 體積將總結(jié)構(gòu)粘結(jié)在一起并填充預浸料纖維襯底內(nèi)的任何空隙。已證明具有滲合樹脂和非 編織芳絕纖維襯底的預浸料的目標33%RC符合使用1層和2層預浸料結(jié)構(gòu)的設計要求。本文 所提供的背板附接式太陽能電池可W使用單層或雙層或多層預浸料結(jié)構(gòu)(在例如2層背板 的多層的情況下，每一層可W具有不同的RC值）。對來自完成的背板層壓太陽能電池的橫截 面的分析顯示均質(zhì)的、無空隙和相對較平面的背板層壓太陽能電池結(jié)構(gòu)。此外，溫度、壓力 和固化時間的預浸料層壓過程窗相當寬，從而允許用于太陽能電池背板層壓的生產(chǎn)層壓設 備的選擇的靈活性。
[0077] 在需要大量間隙填充的情況下，例如在由較厚圖案化Ml引起的顯著背面表面構(gòu)形 的情況下，樹脂的總體積已在纖維襯底內(nèi)的樹脂和"流動"至太陽能電池背面構(gòu)形上的間隙 中的樹脂之間進行平衡。使用由滲合樹脂和非編織芳絕纖維襯底組成的預浸料的太陽能電 池背板層壓的實驗已顯示可W使用由2層預浸料(每一層具有不同的RC值)組成的預浸料結(jié) 構(gòu)來制造符合設計要求的背板附接式太陽能電池。基于本發(fā)明的實施方案，與需要間隙填 充的區(qū)域接觸的預浸料層必須具有足W填充太陽能電池背面結(jié)構(gòu)中的任何間隙W及也填 充纖維襯底內(nèi)的任何空隙的樹脂體積。對于間隙填充層可能需要約45%至約50%的RC值， 例如用于層壓于具有絲網(wǎng)印刷且高縱橫比的Ml接觸金屬化結(jié)構(gòu)的背接觸電池結(jié)構(gòu)。為了實 現(xiàn)固化預浸料和娃之間的相對CTE匹配，高RC層必須與低RC層共層壓W使得總層壓結(jié)構(gòu)具 有約33% (或在31 %至35%的總體范圍內(nèi)）的最終RC。運導致第二層具有約16%至約21 %的 RC值。運第二層預浸料必須含有足潤濕"纖維襯底的樹脂W消除空隙并密封個別芳絕纖 維并且進行可靠的樹脂與樹脂連續(xù)粘結(jié)于第一層。對來自完成的背板附接式太陽能電池的 橫截面的分析顯示已使用運種2層背板層壓構(gòu)型實現(xiàn)均質(zhì)的、無空隙太陽能電池結(jié)構(gòu)。然 而，溫度、壓力和固化時間的層壓過程窗對于運個實施方案來說相當?shù)馗矣糜趹玫?生產(chǎn)層壓設備的選擇的靈活性降低。
[0078] 可選地，可W制造單層纖維襯底W在預浸料的厚度上從一側(cè)至另一側(cè)具有不對稱 或梯形樹脂涂布W用于大量間隙填充應用。與電池結(jié)構(gòu)接觸的預浸料一側(cè)應具有足W填充 任何間隙的樹脂(較高樹脂含量或較高RC)，而預浸料另一側(cè)將具有僅足W確保纖維完全密 封的極少樹脂(較低樹脂含量或較低RC)。運種在預浸料厚度上具有分級RC的不對稱樹脂涂 布導致材料的平均(體積平均)RC為約33%且需要與上文所詳述的2層路徑相同的相對較窄 的加工窗。
[0079] 重要的是，間隙填充也可W通過在層壓期間利用高壓層壓將來自預浸料襯底的樹 脂推至間隙中來實現(xiàn)，由此導致背板具有在電池上金屬化結(jié)構(gòu)和含有芳絕纖維和滲合樹脂 (例如含有例如熱塑性橡膠的熱固性樹脂的樹脂)的第二預浸料部分之間流動的100%樹脂 含量部分。第二預浸料部分可W具有在28%范圍內(nèi)的樹脂含量，由此平衡背板的總樹脂含 量，例如平衡至39%的樹脂含量。因此，第二預浸料部分充當膨脹控制層，其與例如娃半導 體襯底的半導體襯底組合起作用。運種背板結(jié)構(gòu)在圖2和4的背板支撐的太陽能電池截面圖 中概述。
[0080] 在最廣泛層面上，用于背板層壓太陽能電池的背板是背板附接式太陽能電池的薄 娃吸收器層的結(jié)構(gòu)支撐。電池的電功能并不取決于背板的特定厚度，只要背板符合特定介 電或電絕緣要求即可。因此，目標背板厚度的選擇可能主要受太陽能電池機械穩(wěn)健性和背 板附接式產(chǎn)品成本的目標影響。背板附接式太陽能電池的最終預浸料背板厚度可能是在約 2密耳(或約50微米)至約10密耳(或約250微米)范圍內(nèi)，且在一些情況下，優(yōu)選的預浸料厚 度是在約3密耳至8密耳(或約75微米至200微米)范圍內(nèi)。
[0081] 柔性（或可彎曲）背板附接式太陽能電池可W用厚度合計為約8密耳(或約200微 米)的預浸料(例如一個預浸料層具有8密耳的厚度或兩個預浸料層各自為4密耳厚），和用 厚度合計為4密耳(或約100微米)（例如1個層是4密耳厚）的預浸料來制成。
[0082] 此外，太陽能電池制造工藝步驟可W針對預浸料厚度進行優(yōu)化。關于上述8密耳和 4密耳預浸料層，從機械穩(wěn)健性觀點來看，具有8密耳厚的背板的太陽能電池是半剛性的且 在適當處理方案下可W最小電池損傷風險手動逐步轉(zhuǎn)移。具有4密耳厚背板的太陽能電池 相對柔性較大和柔軟且可能需要嚴格處理方案W防止加工期間電池損傷，因此4密耳設計 可能更適于自動處理和轉(zhuǎn)移。另一個考慮因素是材料成本，為降低材料成本，可能需要更薄 的背板。因此，關于上述8密耳和4密耳預浸料層，背板設計可W使用4密耳解決方法來使原 材料成本降至最低。
[0083] 對于背板附接，樹脂系統(tǒng)的固化性質(zhì)是確定溫度斜坡和層壓壓力的最佳加工條件 的關鍵。圖8是概述滲合樹脂系統(tǒng)的流變概況的流變圖。流變曲線描述了隨著材料從郎介進 展至樹脂烙化至樹脂膠凝和最后至完全固化，樹脂系統(tǒng)的特定性質(zhì)。環(huán)氧樹脂系統(tǒng)已經(jīng)被 充分了解且可W優(yōu)化通過太陽能電池層壓過程來優(yōu)化間隙填充、空隙消除和均勻?qū)訅汉穸?的特定過程條件。滲合樹脂系統(tǒng)經(jīng)歷較復雜的固化周期且流變曲線對于層壓過程優(yōu)化至關 重要。
[0084] 參考圖8,圓圈曲線(η*圓圈）示出了樹脂相對于溫度的粘度變化。在運一系統(tǒng)中， 在175°C下達到最小粘度。方形(G"方形）和Ξ角形(G'^角形）曲線說明剪切儲存模數(shù)(G'） 和剪切損失模塊(護）。典型地，G'和G"線的交叉指示樹脂系統(tǒng)開始膠凝且粘度增加的點。在 某些滲合樹脂系統(tǒng)的情況下，交叉點可能不明確，但曲線說明了樹脂的膠凝在低于最小粘 度點的溫度下已經(jīng)開始。使用運一信息，已經(jīng)利用快速加熱升溫速率來快速達到最小粘度 點W便在膠凝過程進展足夠遠到阻礙樹脂流動之前樹脂可W流動至間隙和空隙中，從而開 發(fā)了層壓過程。
[0085] 玻璃轉(zhuǎn)變溫度是固化樹脂從硬的脆性狀態(tài)轉(zhuǎn)變成軟的橡膠樣狀態(tài)的點。運一參數(shù) 在PCB工業(yè)中是一個關鍵考慮因素，但在背板附接式太陽能電池中卻不太顯著。當達到Tg溫 度時，最巨大的變化是CTE相比于低于Tg點的值增加3倍至4倍。CTE增加在X-Y平面上由于纖 維襯底的約束作用而不是重要考慮因素，但在Z-軸上卻是顯著作用。在傳統(tǒng)PCB應用中，Z- 軸CTE增加導致電鍛通孔中的電連接失效。由于預浸料的Z-軸膨脹，電鍛應力足W破壞連 接。
[0086] 然而，在背板附接式太陽能電池中，運種失效模式可W得到避免。舉例來說，雖然 在太陽能電池制造流程中在層壓后可能存在相對較高溫度步驟(例如在高達約300°C的溫 度下的PECVD純化沉積），但層壓后(且因此也在M2金屬化后）的最大加工溫度限于約300°C W下。此外，完成的背板附接式太陽能電池可W在層壓成模塊組件期間暴露于接近Tg點的 溫度。模塊層壓可W使電池暴露于高達約130°C的加熱，例如W使模塊結(jié)構(gòu)中的熱固性樹脂 固化。但運種相對較低加熱事件不太可能會導致金屬化結(jié)構(gòu)(包括M2結(jié)構(gòu)）的破壞。
[0087] 在樹脂系統(tǒng)中使用添加劑在PCB工業(yè)中是常見的。舉例來說，典型的添加劑包括： 阻燃劑、粘著促進劑、交聯(lián)抑制劑/加速劑、顏料、實現(xiàn)特定CTE的填充劑、導電性或?qū)嵝运?需物質(zhì)、UV穩(wěn)定劑W及其他添加劑。樹脂系統(tǒng)經(jīng)添加劑改性W用于特定應用。太陽能電池背 板的需求獨特地不同于可能會導致添加劑調(diào)整的傳統(tǒng)預浸料應用。
[0088] 舉例來說，使用非編織芳絕纖維襯底防止了在樹脂系統(tǒng)內(nèi)使用填充劑。襯底纖維 密度足夠高，使得其充當過濾器并防止填充劑均勻分散至預浸料結(jié)構(gòu)中。纖維襯底的運種 特征限制了使用添加劑來匹配背板和太陽能電池襯底（例如娃)之間的CTE的選擇，而且還 限制了調(diào)節(jié)背板導熱性的能力。在本文所提供的背板附接式太陽能電池中并不需要填充 劑。
[0089] 第二，因為最終產(chǎn)品太陽能電池是完全密封于模塊密封劑(例如EVA、聚締控或另 一種合適的密封劑）中，所述模塊密封劑密閉地密封于太陽能電池部件中并且還用于阻斷 大部分不需要的UV光。運種密封劑消除了對在預浸料中包括阻燃劑和UV穩(wěn)定劑的需要。在 本文所提供的背板附接式太陽能電池中不使用阻化劑或穩(wěn)定劑。
[0090] 第Ξ，樹脂的粘著性質(zhì)主要依賴于樹脂的極性和其與其它材料形成分子水平粘結(jié) 的能力。環(huán)氧型樹脂的極性高并形成強粘結(jié)。利用環(huán)氧樹脂系統(tǒng)的背板在若干代背板附接 式太陽能電池設計中已經(jīng)很成功。當使用滲合樹脂系統(tǒng)時，出現(xiàn)了與粘著于娃和二氧化娃 有關的問題。因此，任選地，娃烷基粘著促進劑可W添加至樹脂系統(tǒng)中W解決粘著問題，運 取決于另外的考慮因素和結(jié)構(gòu)設計。硅烷偶合劑在娃上含有無機反應性基團且與大多數(shù)無 機襯底粘結(jié)良好，尤其是如同在所提供的背接觸太陽能電池實施方案的背面表面的情況下 襯底含有娃或侶時。圖9是說明硅烷與二氧化娃偶合和添加劑在樹脂內(nèi)擴散的圖解。當使用 硅烷時，粘著問題得W解決。因此，在一個背板附接式太陽能電池實施方案中，將硅烷粘著 促進劑添加至與金屬化太陽能電池的背面表面上的二氧化娃接觸的預浸料中。
[0091] 第四，最終產(chǎn)品太陽能電池可能需要某些美感?？蒞將顏料添加至樹脂系統(tǒng)中W 減弱芳絕纖維襯底的天然顏色。舉例來說，對顏料的要求包括:在紅外（IR)光譜中的透明 度，與C〇2激光切割和鉆孔的相容性，W及與太陽能電池制造工藝中所用的所有化學物質(zhì)的 相容性。
[0092] 因此，盡管滲合樹脂系統(tǒng)可W經(jīng)添加硅烷粘著促進劑和顏料來改性，但不需要其 它添加來滿足本文所公開的背板附接式太陽能電池結(jié)構(gòu)和應用實施方案的功能需求。
[0093] 樹脂可W用作用于填充背板附接式太陽能電池的背面金屬結(jié)構(gòu)中的間隙的獨立 組分。當背面上的Ml或接觸金屬化金屬結(jié)構(gòu)的高度相當厚(例如介于約20微米和50微米之 間），從而導致高縱橫比背接觸太陽能電池表面構(gòu)形，并且將預浸料中的樹脂用于間隙填充 劑是不可取時，運種策略最有用。實際上，各種材料可W用作有效間隙填充劑，例如多種類 型的UV可固化樹脂/粘著劑和可W使用絲網(wǎng)印刷或模板技術(shù)直接涂覆于太陽能電池上的具 有極低模數(shù)的熱固性樹脂。間隙填充材料的CTE匹配不是主要考慮因素，因為一片低CTE預 浸料也用作背板附接式太陽能電池的主要結(jié)構(gòu)支撐。預浸料CTE應與娃相對匹配，W便兩個 層(預浸料和娃太陽能電池襯底)充當間隙填充材料的約束層，也就是說，預浸料片和太陽 能電池襯底充當夾住間隙填充材料和電池上金屬化層的膨脹控制層。即使考慮成本，使用 間隙填充劑和單片預浸料也是商業(yè)化的可行選擇。
[0094] 重要的是，在一個主要實施方案中，可W使用預浸料中所用的相同樹脂系統(tǒng)作為 間隙填充劑。運需要層壓過程優(yōu)化W推動來自預浸料的樹脂在電池上金屬化結(jié)構(gòu)內(nèi)流動。 運種背板結(jié)構(gòu)概述于圖2和4的背板支撐的太陽能電池截面圖中。
[0095] 可W使用層壓過程將預浸料粘結(jié)于太陽能電池。層壓使用熱和壓力來完成預浸料 片中樹脂的固化，運使其與電池粘結(jié)。圖10A、10B和10C是示出滲合樹脂系統(tǒng)的層壓過程概 況的圖。圖10A是示出溫度概況的圖，圖10B是示出壓力概況的圖（應注意壓力在層壓過程期 間降低），且圖10C是示出真空條件的圖。下文描述過程條件的選擇的主要考慮因素 W確保 可接受的層壓結(jié)果。
[0096] 用于固化預浸料的最大溫度取決于Ξ個主要因素:達到樹脂的目標固化水平，確 定預浸料結(jié)構(gòu)的熱歷程，和實現(xiàn)有效過程周期時間。
[0097] 對于環(huán)氧樹脂或滲合樹脂系統(tǒng)來說，最小固化溫度(例如大多數(shù)制造者推薦的最 小固化溫度)常常是在180°C至19(TC范圍內(nèi)歷時90分鐘。對于環(huán)氧樹脂來說，可W使用高達 約220°C最大值的固化溫度而不損傷預浸料。滲合樹脂系統(tǒng)對高溫具有較大耐受性且層壓 可W在高達275Γ下進行。在較高溫度下，層壓應在真空或惰性氣體環(huán)境中進行W防止預浸 料樹脂因氧化而表面變暗。
[0098] 確定固化預浸料的"熱歷程"是背板附接式太陽能電池的一個重要的考慮因素。在 樹脂固化期間，預浸料結(jié)構(gòu)內(nèi)的應力條件是基于熱概況和所達到的最大溫度所設定。內(nèi)部 應力對于在200°C下層壓的部件和在250°C下層壓的部件是不同的。因為太陽能電池在層壓 后將會暴露于另外的高溫環(huán)境，所W可能有必要使部件在層壓期間暴露于較高目標溫度。 根據(jù)一般經(jīng)驗，在比部件在層壓后將會暴露的最大溫度高25°C的溫度下進行層壓。
[0099] 在較高溫度下進行層壓的一個特定優(yōu)點是樹脂將更完全地固化。樹脂中的交聯(lián)量 是時間和溫度兩者的函數(shù)。通過在高層壓溫度下加工，當使部件在制造期間暴露于高溫時， 另外的層壓后樹脂固化將會更少。
[0100] 當前層壓過程周期時間可W設置成從層壓機裝載至卸載為110至120分鐘。運種周 期持續(xù)時間被設計成使樹脂在25(TC(110分鐘周期)至275°C(120分鐘周期）的目標溫度下 完全固化。周期時間優(yōu)化高度受益于持續(xù)進行的過程工程。
[0101] 加熱和冷卻斜坡率在PCB工業(yè)中是一個重要變量。典型地，為特定樹脂系統(tǒng)定制加 熱速率W平衡烙化樹脂的流動和樹脂凝膠的開始。使用冷卻速率來管理由于各層之間的 CTE錯配而在多層PCB中積累的殘余應力。典型的推薦是：TC至rC/min的加熱斜坡和：rC至5 °C/min的冷卻斜坡。在使用滲合樹脂的背板附接式太陽能電池中，為了在膠凝發(fā)生之前達 到最大樹脂流動，積極的加熱斜坡可能是合乎需要的。已經(jīng)在高達l〇°C/min的斜坡率下獲 得極好的結(jié)果。關于冷卻，在預浸料和娃之間匹配的CTE下，對于冷卻期間殘余應力的積累 的關注較少。因此，在一些情況下，可W使用8°C/min(受工藝設備限制）的積極冷卻斜坡。
[0102] 在層壓期間所施加的壓力用于使樹脂在結(jié)構(gòu)內(nèi)分散W用于間隙填充和空隙減少。 在極低壓力下的操作產(chǎn)生預浸料結(jié)構(gòu)內(nèi)的各層和空隙之間的不良粘著性的完成的結(jié)構(gòu)。在 極高壓力下的操作產(chǎn)生均勻的結(jié)構(gòu)，但可能會使纖維襯底擠壓/變形，導致殘余應力積累在 完成的結(jié)構(gòu)中，并導致晶片開裂。在背板附接式太陽能電池中，當確定用于層壓的壓力時應 平衡Ξ個關鍵參數(shù):最小壓力、最大壓力和在層壓期間壓力如何分布。
[0103] 第一個關鍵最小壓力參數(shù)是消除間隙和空隙。間隙和空隙降低組件的結(jié)構(gòu)完整性 并已顯示會引起制造過程的產(chǎn)量損失。確定所需的最小壓力需要知道閉合預浸材料內(nèi)的空 隙所需的壓力和知道使烙融樹脂流動至層壓結(jié)構(gòu)中的間隙中所需的壓力。
[0104] 已開發(fā)了氮泄漏測試方法來找出最小壓力W確保預浸料內(nèi)的空隙閉合。實際上， 在特定壓力和溫度條件下使單層、大面積的預浸材料樣品（太陽能電池的表面積的1.5倍） 固化。然后使用加壓氮泄漏測試分析固化樣品的空隙。當空隙存在時，氮將穿過固化片泄漏 并被檢測到。流動的量確定了空隙的嚴重程度。接受標準是零空隙。圖11是說明對具有滲合 樹脂系統(tǒng)的樣品進行的一系列測試的結(jié)果的圖。運種特定調(diào)查顯示需要80psi的最小層壓 壓力W確保固化層壓物無空隙。
[0105] 第二個關鍵最小壓力參數(shù)是電池結(jié)構(gòu)內(nèi)的樹脂流動。背接觸太陽能電池設計使用 純化娃電池的背面表面上的金屬結(jié)構(gòu)（例如Ml)來進行電接觸并收集電流。運些金屬結(jié)構(gòu) (例如指叉式Ml金屬化指狀物）的高度范圍是在純化娃背面表面上方約1微米至約50微米。 因為預浸料僅接觸金屬結(jié)構(gòu)的頂部，所w其在層壓開始時是遠離電池表面懸浮著的。在過 程期間所施加的壓力必須使樹脂流動至間隙中并確保最終結(jié)構(gòu)無空隙。舉例來說，對于在 10微米高度范圍內(nèi)的金屬結(jié)構(gòu)可能需要約l(K)psi的壓力來進行間隙填充且對于較厚Ml金 屬結(jié)構(gòu)(例如在50微米高度范圍內(nèi)）可能需要約2(K)psi的壓力。
[0106] 最大壓力限制可W通過達到太陽能電池結(jié)構(gòu)的各種部件的損傷闊值來確定。舉例 來說，可能W下會遇到損傷:a)粘結(jié)于背板的薄半導體(例如娃)層，b)用于在背板層壓之前 支撐薄層的晶片載具(例如用于外延生長的薄娃半導體層的娃晶片或娃模板），或C)太陽能 電池上的金屬結(jié)構(gòu)。在一些情況下，對金屬結(jié)構(gòu)的損傷可能是口限因素或決定性因素。舉例 來說，背接觸太陽能電池金屬結(jié)構(gòu)(例如電池上基極和發(fā)射極金屬化Ml)在分層失效模式發(fā) 生之前可W耐受約30化si的最大層壓壓力。相反，示例性晶片載具和薄半導體(例如在娃模 板上外延生長的娃層）的損傷闊值可W大于8(K)psi而沒問題或極少問題。
[0107] 已經(jīng)確定在層壓周期的持續(xù)時間期間如何施加壓力與完成部件中的翅曲量之間 的緊密聯(lián)系。當加工相同部件時，在整個層壓周期期間施加壓力且保持恒定的過程將會導 致部件翅曲。然而，在層壓周期期間施加壓力且去除的過程將會使得部件無翅曲。因此，可 能需要使用在層壓期間具有不同壓力的過程來實現(xiàn)完成的太陽能電池的設計目標，如由圖 10B中所概述的層壓期間壓力下降所示。
[0108] 層壓期間的真空在PCB工業(yè)中是一個任選的層壓參數(shù)。每日用僅使用層壓壓力來 確保無空隙結(jié)構(gòu)的層壓過程來制造數(shù)百萬的PCB組件。一般來說，當預浸料中存在足夠量的 樹脂W使組件中任何夾帶的空氣容易經(jīng)由樹脂流動而流動和分散時，使用非真空過程。
[0109] 在使用"不流動"滲合樹脂的背板附接式太陽能電池中，可能需要在層壓期間使用 真空。換句話說，可能存在不足的樹脂流動來將氣泡"推"出組件，因此必須使用真空來排出 過量的空氣。圖12A和12B是突出顯示在非真空層壓期間出現(xiàn)的太陽能電池結(jié)構(gòu)中的空隙并 示出娃因夾帶的氣泡而與固化樹脂分層的部件的SEM照片。可W使用在層壓后在高溫下將 部件放至高度真空下的制造步驟W使層壓中的任何充滿空氣的氣泡破裂。圖12A和12B中所 示的部件故意不使用真空而制造的且在層壓期間空氣被夾帶在娃和預浸料層之間。對于預 浸料背板層壓于太陽能電池來說，層壓設備應具有真空能力且部件保持在真空下歷時整個 層壓周期的持續(xù)時間。
[0110] 總固化時間是確定固化層壓的機械性質(zhì)中的一個關鍵參數(shù)。較短的固化時間會面 臨使樹脂不能完全固化的風險，然后導致完成部件的不良機械性質(zhì)并在稍后太陽能電池制 造步驟中需要另外的樹脂固化。較長的固化時間是無效的且僅當固化溫度是最小值(例如 最小推薦固化溫度)時需要。對于背板附接式太陽能電池，樹脂和最大固化溫度的選擇使得 有效固化持續(xù)時間是60分鐘，運個固化時間顯著快于典型的層壓，但已顯示提供符合所有 機械要求的完全固化組件。
[0111] 在傳統(tǒng)PCB制造中，在層壓周期期間用于固持部件的壓板一般由不誘鋼制成。不誘 鋼的優(yōu)點包括例如：低CTE，極好的熱傳遞性質(zhì)，并且不誘鋼可W被機械加工成高平坦度公 差。除了壓板，將各種類型的隔板、脫模片和保形壓力轉(zhuǎn)移層添加至鋪層中W形成部件的 "書"。將運本書放至層壓機中且書中的所有部件都在同一時間進行加工。
[0112] 可W使用極類似于來自PCB工業(yè)的加工將預浸料襯底層壓于背接觸太陽能電池。 一個值得注意的例外是壓板可W由侶或不誘鋼制成。使用侶壓板的廣泛實驗已顯示其提供 極好的熱傳遞性質(zhì)且重量上輕于不誘鋼。侶的較高CTE值不會不利于符合完成的太陽能電 池產(chǎn)品的設計要求，只要書中存在解禪層即可。材料堆疊形成書對于確保各種部件的解禪 W說明CTE錯配的原因是至關重要的。
[0113] 可W調(diào)整脫模片和保形壓力轉(zhuǎn)移材料的選擇W說明在層壓期間所用的顯著較高 溫度的原因。運些高溫層的標準材料可W來源于PCB工業(yè)W有助于將制造成本降至最低。
[0114] 由結(jié)晶娃制成的太陽能電池易碎且可能會因錯誤處理而容易被損傷。然而，提供 的背板設計是穩(wěn)健的并可W具有柔性，因此使得使用極薄娃層的完成的太陽能電池容易被 處理和運輸而損傷風險極小至零。運種屬性賦予了在制造中使用簡單盒至盒轉(zhuǎn)移工具和簡 單機械自動化工具的能力。在將背板層壓于太陽能電池的娃層后，由部分破損引起的制造 產(chǎn)量損失極小。因為背板的厚度減小，所W太陽能電池變得極具柔性?？蒞調(diào)整處理實踐W 將部件折疊或折皺的風險降至最低且設置處理工具W確保其輕輕地接觸。
[0115] 所公開的預浸料背板支撐的太陽能電池結(jié)構(gòu)提供了極好的工藝中制造可靠性W 及在對于溫度和濕度的太陽能電池最終用途操作限制內(nèi)的可靠性和耐用性。運些可靠性表 現(xiàn)結(jié)果進一步支持太陽能電池設計(背板材料和層壓過程)用于高效太陽能電池的可行性。 舉例來說，使用熱循環(huán)來確定模塊承受由溫度重復變化所引起的熱錯配、疲勞和其它應力 的能力。重要的是，根據(jù)特定要求(根據(jù)國際電工委員會WIEC標準61215修訂版2實施的示 例性熱周期、濕度和濕冷凍測試）的測試已顯示預浸料背板支撐的太陽能電池已大大超過 認證要求。舉例來說，預浸料背板支撐的太陽能電池已度過需要-4(TC的模塊溫度歷時十分 鐘的最少停留時間和85°C歷時十分鐘的最少停留時間（在最大100°C/小時溫度斜坡變化 下）的標準測試的400次熱周期。使用濕度測試來確定模塊承受長期濕度滲透的影響的能 力。預浸料背板支撐的太陽能電池通過了 1，300小時的浸泡測試，其中使用在不經(jīng)邊緣密封 進行的最壞情況模塊層壓下的樣品構(gòu)型和使用已知在長期高濕度條件下允許水分滲透的 背片材料，模塊在85°C±2°C溫度和85% ±5的相對濕度下保持數(shù)小時。使用濕冷凍測試來 確定模塊承受高溫和濕度、隨后零下溫度的影響的能力。預浸料背板支撐的太陽能電池通 過了運種IEC認證測試的38個周期且樣品已顯示無問題，通過約4倍的認證要求。
[0116] 了解來自PCB工業(yè)的歷史失效模式可能對評估預浸料背板支撐的太陽能電池設計 可能會發(fā)生的潛在失效模式是有用的。太陽能電池可能會經(jīng)歷的失效的類型可W經(jīng)由可測 量的性能損失來確定。在PCB中，單一失去連接會引起整個組件失效，而在太陽能電池中，失 去連接將會降低功率輸出?？煽啃詼y試通過/失效結(jié)果是基于隨著測試持續(xù)時間所見的功 率損失的量。在PCB和太陽能電池應用中，失去電連接是歸因于可能由W下引起的接點失 效:CTE錯配、由熱或機械循環(huán)引起的疲勞斷裂或由水分滲入引起的分層。運些失效模式的 每一種都已經(jīng)在進行可靠性測試的過程中作為一個關注來研究和討論。
[0117] 為解決CTE錯配，所提供的創(chuàng)新方法確定了娃太陽能電池和預浸料背板之間的CTE 匹配。運種CTE匹配防止了在溫度變化下對電連接的應力并且消除了運種傳統(tǒng)PCB失效模 式。
[0118] 由熱和機械循環(huán)引起的失效是經(jīng)由極低CTE和選擇高于太陽能電池的操作范圍的 Tg點的樹脂的組合來解決。運些設計特征確保電連接決不受張力或剪切。舉例來說，鍛銅和 其它金屬的高CTE(約17ppm/°C )確保了其受預浸料的低CTE約束，因此當溫度上升時，保持 銅受壓縮。另外地，預浸料背板的固有柔性使其在機械裝載期間彎曲W防止層間剪切應力 的積累，運可能會引起失效。對于增加的優(yōu)勢，太陽能電池的數(shù)千個電接觸點（例如M2至Ml 的電連接)可W穿過背板中的孔來制造。芳絕纖維襯底在惡劣環(huán)境中服務多年后也已被證 明提供在防止孔位置周圍形成微裂紋方面的顯著優(yōu)勢。高孔數(shù)提供一定程度的冗余并且如 果少量連接退化，那么將使太陽能電池的25年場地預期壽命的影響減至最小。
[0119] 為解決水分滲入，滲合樹脂系統(tǒng)可W使預浸料的吸濕性相比于環(huán)氧樹脂系統(tǒng)降低 Ξ倍。結(jié)果是產(chǎn)品對高濕度環(huán)境的敏感性低，從而為產(chǎn)品在場地安裝方面增加了優(yōu)勢。在可 靠性證明期間所進行的兩種高濕度測試強烈表明濕度不是一個需要考慮的問題。
[0120] 因此，來自PCB工業(yè)的傳統(tǒng)失效模式可W經(jīng)由預浸材料選擇和太陽能電池中的電 接觸冗余來解決。
[0121] 在操作中，本文所提供的用于使用高能力、低成本預浸料背板支撐薄娃基太陽能 電池的獨特解決方法是工業(yè)改變。預浸料背板消除了處理和加工極薄娃的障礙并且打開了 達到極具競爭性產(chǎn)品成本的路徑。另外地，運種技術(shù)的潛在應用是廣泛的?？蒞在一系列太 陽能電池架構(gòu)中使用W下關鍵背板屬性:低成本、柔性、簡單制造過程和穩(wěn)健可靠性且預浸 料可W容易地被改性W與許多不同太陽能電池原材料相容。柔性電池的能力打開了除了傳 統(tǒng)模塊設計W外的許多潛在應用，包括消費者電子設備、建筑一體化PV(Building Integrated PV;BIPV)產(chǎn)品和汽車應用。
[0122] 本文所描述Ml和M2金屬化層由介電預浸料層隔開并由穿過預浸料的導電孔連接， 可選地，Ml和M2金屬化層可W由導電柱電連接。圖3和4是具有Ml和M2金屬化結(jié)構(gòu)的背接觸 太陽能電池的截面圖。接近太陽能電池(Ml)的金屬層可W使用物理方法(PVD、膏印刷)或使 用化學技術(shù)(CVD)來沉積。然后層壓預浸料層與粘合樹脂。可W在背板層壓/附接后使用機 械、化學或激光鉆孔技術(shù)來鉆孔。然后可W使用等離子瓣鍛、活性物質(zhì)等離子或濕式化學方 法來清潔孔。在一個M2制造實施方案中，使用PVD、噴墨或絲網(wǎng)印刷使頂層金屬層(M2)的晶 種層沉積，且隨后將厚的金屬電鍛于晶種層上W降低線電阻和孔中的電阻。應保護電池的 正面(例如具有抗反射涂層ARC層）W免受電鍛和蝕刻槽影響。在一個實施方案中，在濕式化 學方法步驟期間在電鍛和隨后金屬蝕刻圖案化W確定M2線期間將單面夾具附接于電池正 面。
[0123] 本文所描述的雙層金屬化背接觸太陽能電池可W在使用外延生長過程或單晶、準 單晶或多結(jié)晶娃CZ晶片形成的薄膜娃襯底上形成。W下表1和2呈現(xiàn)兩個工藝流程實施方案 W及用于由外延生長的襯底(表多孔娃/外延襯底沉積/釋放過程中的多孔層形成開始） 和由CZ晶片(表2)形成具有雙層金屬化結(jié)構(gòu)的薄結(jié)晶（具有在約5至lOOum范圍內(nèi)的厚度)背 接觸背結(jié)太陽能電池的相應加工步驟。
[0124]
[0125]
[0126] 表1.具有雙層金屬化結(jié)構(gòu)的基于外延的薄單晶（5um至lOOum)背接觸背結(jié)太陽能 電池工藝流程。
[0127]
[012 引
[0129] 表2.用于具有雙層金屬化結(jié)構(gòu)的基于CZ晶片的薄單晶、準單晶或多晶背接觸背結(jié) 太陽能電池的和諧的工藝流程。
[0130] 下文提供了一種更加詳述的基于外延的背接觸太陽能電池工藝流程。運種工藝流 程的許多方面且尤其是與金屬化有關的那些方面適用于基于非外延的背接觸太陽能電池。 W可重復使用的娃模板(例如由P型單晶娃晶片制成)開始，形成多孔娃的薄犧牲層(例如通 過電化學蝕刻過程，經(jīng)由表面改性過程，在HF/IPA濕式化學方法中，在電流存在下）。起始材 料或可重復使用的模板可W是單一結(jié)晶娃晶片，例如使用例如FZ、CZ、MCZ(磁穩(wěn)定CZ)的晶 體生長方法形成，且可W進一步包括在運類娃晶片上生長的外延層。半導體滲雜類型可W 是P或η且晶片形狀雖然最常見的是方形，但可W是任何幾何或非幾何形狀，例如準方形或 圓形。
[0131] 在形成充當高質(zhì)量外延晶種層W及后續(xù)分離/剝離層的犧牲多孔娃層后，形成薄 層(例如層厚度在數(shù)微米至約70微米范圍內(nèi)，或厚度小于約50微米)的原位滲雜單晶娃，也 稱為外延生長。例如通過在包括例如Ξ氯硅烷或TCS的娃氣體和氨氣的環(huán)境中，使用化學氣 相沉積或CVD工藝進行大氣壓力外延，可W形成原位滲雜單晶娃層。
[0132] 在背板層壓之前，直接在電池背面上形成太陽能電池基極和發(fā)射極接觸金屬化圖 案，例如使用薄層的絲網(wǎng)印刷或瓣鍛(PVD)或蒸鍛侶（或侶娃合金或Al/NiVSn堆疊）材料 層。運種第一層金屬化結(jié)構(gòu)(本文稱為Ml)定義了太陽能電池接觸金屬化圖案，例如定義了 IBC電池的基極和發(fā)射極區(qū)域的細微間距指叉式背接觸（IBC)導體指狀物。Ml層提取太陽能 電池電流和電壓并將太陽能電池電力轉(zhuǎn)移至在Ml之后形成的第二級/層較高導電性太陽能 電池金屬化結(jié)構(gòu)(本文稱為M2)。
[0133] 在完成大部分太陽能電池加工步驟后，可W將極低成本的背板層粘結(jié)于薄外延層 W用于永久性電池支撐和強化W及支撐太陽能電池的高導電性電池金屬化結(jié)構(gòu)。預浸料背 板材料可能是薄的（例如厚度在約50至250微米范圍內(nèi)且在一些情況下在50至150微米范圍 內(nèi)），具有柔性，并且電絕緣。然后分離主要加工的背接觸背結(jié)背板強化大面積（例如至少 125mm X 125mm、156mm X 156mm或更大的太陽能電池面積)太陽能電池，并從模板沿著機械 薄弱犧牲多孔娃層(例如經(jīng)由機械釋放MR工藝)剝離，而模板可W重復使用許多次W進一步 將太陽能電池制造成本降至最低。然后可W對從模板釋放后就暴露的太陽能電池向陽面進 行最后的電池加工。向陽面加工可W包括例如完成正面紋理化和純化W及抗反射涂料沉積 過程。
[0134] 在形成背板(在Ml層上或Ml層中W及周圍），隨后背板支撐的太陽能電池從模板沿 著機械薄弱的犧牲多孔娃層脫離，并完成正面紋理化和純化過程后，在背板上形成較高導 電性M2層。在背板中鉆出（例如通過激光鉆孔)通孔(在一些情況下多達數(shù)百或數(shù)千個通孔） 且所述通孔可W具有在約50至500微米范圍內(nèi)的直徑。運些通孔位于Ml的預先指定的區(qū)域 上W用于隨后經(jīng)由在運些通孔中所形成的導電插塞來進行圖案化M2和Ml層之間的電連接。 隨后或結(jié)合通孔填充和導電插塞形成，形成圖案化的較高導電性金屬化層M2(例如通過等 離子瓣鍛、電鍛、蒸鍛或其組合，使用包括侶、Al/NIV、Al/NiV/Sn或銅的M2材料）。對于在Ml 上具有細微間距IB巧旨狀物(例如數(shù)百個指狀物)的指叉式背接觸(IBC)太陽能電池，圖案化 M2層可W被設計成與Ml正交，也就是說，矩形或錐形M2指狀物基本上與Ml指狀物垂直。由于 運種正交轉(zhuǎn)變，M2層可W具有遠遠少于Ml層的IB巧旨狀物(例如M2指狀物少約10至50倍）。因 此，M2層可W更粗糖圖案形成，IB巧旨狀物寬于Ml層的。太陽能電池匯流排可W位于M2層上， 而不在Ml層上（也就是無匯流排Ml)，W消除與電池上匯流排相關的電遮蔽損失。因為基極 和發(fā)射極互連且匯流排可W位于太陽能電池背面背板上的M2層上，所W在來自太陽能電池 的背面的背板上向太陽能電池的基極和發(fā)射極末端提供電存取。
[0135] 在Ml和M2之間所形成的背板材料可W是具有足夠低的熱膨脹系數(shù)(CTE)的薄預浸 材料片W避免在薄娃層上造成過多熱誘發(fā)應力。此外，預浸料背板應符合后端電池制造工 藝的工藝集成要求，尤其是電池正面的濕式紋理化期間的耐化學性W及正面純化和ARC層 的PECVD沉積期間的熱穩(wěn)定性。電絕緣預浸料背板材料也應符合模塊層面層壓工藝和長期 可靠性要求。
[0136] 圖13是根據(jù)所公開的主題使用起始結(jié)晶（單晶或多晶）娃晶片的高級別太陽能電 池和模塊制造工藝流程實施方案。圖13示出用于使用W下兩層金屬化結(jié)構(gòu)制造背板附接式 背接觸/背結(jié)（IBC)的高級別電池工藝流程:Ml和M2。形成第一層或級圖案化電池金屬化Ml 作為在背板層壓于部分加工過的太陽能電池之前多個前端電池制造工藝中的基本上最后 工藝步驟。圖14是根據(jù)所公開的主題且可W根據(jù)W上工藝步驟制造的太陽能電池的截面 圖。
[0137] 可W使用真空層壓機將預浸料片附接于太陽能電池背面，同時仍在模板上(在電 池剝離工藝之前）。在施加熱和壓力后，薄預浸料片永久性地層壓或附接于加工過的太陽能 電池的背面。然后，例如通過使用脈沖激光劃線工具，圍繞太陽能電池(接近模板邊緣)的外 周確定剝離釋放邊界，且然后使用機械釋放或剝離工藝將背板層壓的太陽能電池與可重復 使用的模板分離。后續(xù)工藝步驟可W包括：（i)在太陽能電池向陽面完成紋理化和純化工 藝，（ii)在電池背面完成太陽能電池高導電性金屬化結(jié)構(gòu)（其可W占太陽能電池背板的一 部分）。在層壓太陽能電池背板上形成包括發(fā)射極和基極極性的高導電性金屬化M2層(例如 包括侶、銅或銀）。
[0138]提供示例性實施方案的W上描述W使本領域任何技術(shù)人員能夠制造或使用所主 張的主題。對運些實施方案的各種修改對于本領域技術(shù)人員將是明顯的，且本文所定義的 一般原理可W應用于其它實施方案而無需使用創(chuàng)新能力。因此，所主張的主題并不旨在限 于本文所示的實施方案，而是賦予與本文所公開的原理和新穎特點一致的最廣泛范圍。
【主權(quán)項】
1. 一種包括太陽光接收正面和金屬化背面的背接觸太陽能電池結(jié)構(gòu)，其還包括： 電池上圖案化基極和發(fā)射極金屬化結(jié)構(gòu)，其電連接至背接觸太陽能電池半導體襯底背 面的基極和發(fā)射極區(qū)域，所述背接觸太陽能電池半導體襯底背面的部分未被所述電池上圖 案化基極和發(fā)射極金屬化結(jié)構(gòu)覆蓋;以及 背板層壓物層，其附接至所述圖案化電池上基極和發(fā)射極金屬化結(jié)構(gòu)并附接至所述背 接觸太陽能電池襯底背面的未被所述電池上圖案化基極和發(fā)射極金屬化結(jié)構(gòu)覆蓋的區(qū)域， 所述背板層壓物包括樹脂和纖維且具有與所述背接觸太陽能電池半導體襯底相對密切匹 配的熱膨脹系數(shù)。2. 如權(quán)利要求1所述的背接觸太陽能電池結(jié)構(gòu)，其中所述背板層壓物層是纖維強化預 浸料層。3. 如權(quán)利要求1所述的背接觸太陽能電池結(jié)構(gòu)，其中所述背板層壓物層中的所述纖維 是由芳綸纖維制成。4. 如權(quán)利要求1所述的背接觸太陽能電池結(jié)構(gòu)，其中所述背板層壓物層中的所述纖維 包括非編織芳綸纖維。5. 如權(quán)利要求1所述的背接觸太陽能電池結(jié)構(gòu)，其中所述背板層壓物層中的所述纖維 包括編織芳綸纖維。6. 如權(quán)利要求1所述的背接觸太陽能電池結(jié)構(gòu)，其中所述背板層壓物層是厚度在約75μ m至ΙΟΟΟμηι范圍內(nèi)的半剛性背板。7. 如權(quán)利要求1所述的背接觸太陽能電池結(jié)構(gòu)，其中所述背板層壓物層是厚度在約50μ m至150μπι范圍內(nèi)的柔性背板。8. 如權(quán)利要求1所述的背接觸太陽能電池結(jié)構(gòu)，其中所述背板層壓物層是厚度在約25μ m至100μπι范圍內(nèi)的柔性背板。9. 如權(quán)利要求1所述的背接觸太陽能電池結(jié)構(gòu)，其中所述背板層壓物層中的所述樹脂 是包括至少兩種不同樹脂組分的摻合樹脂。10. 如權(quán)利要求1所述的背接觸太陽能電池結(jié)構(gòu)，其中所述背板層壓物層中的所述樹脂 是包括至少一種熱塑性樹脂組分的摻合樹脂。11. 如權(quán)利要求1所述的背接觸太陽能電池結(jié)構(gòu)，其中所述背板層壓物層中的所述樹脂 包括環(huán)氧樹脂或熱固性樹脂或Β階樹脂。12. 如權(quán)利要求1所述的背接觸太陽能電池結(jié)構(gòu)，其中所述背板層壓物還包括硅烷基粘 著促進劑。13. 如權(quán)利要求1所述的背接觸太陽能電池結(jié)構(gòu)，其中所述背接觸太陽能電池襯底是結(jié) 晶硅背接觸太陽能電池襯底。14. 如權(quán)利要求1所述的背接觸太陽能電池結(jié)構(gòu)，其中所述背接觸太陽能電池襯底是指 叉式背接觸太陽能電池襯底且所述電池上基極和發(fā)射極金屬化結(jié)構(gòu)是以指叉式基極和發(fā) 射極金屬化結(jié)構(gòu)指狀物的圖案來形成。15. 如權(quán)利要求1所述的背接觸太陽能電池結(jié)構(gòu)，其還包括： 多個通孔，其在所述背板層壓物中鉆出；以及 第二層基極和發(fā)射極金屬化結(jié)構(gòu)，其在所述背板層壓物上形成且經(jīng)由所述背板層壓物 中的所述通孔提供與所述電池上基極和發(fā)射極金屬化結(jié)構(gòu)的電互連。16. -種包括太陽光接收正面和金屬化背面的背接觸太陽能電池結(jié)構(gòu)，其還包括： 電池上圖案化基極和發(fā)射極金屬化結(jié)構(gòu)，其電連接至背接觸太陽能電池半導體襯底的 基極和發(fā)射極區(qū)域，所述背接觸太陽能電池襯底背面的部分未被所述電池上圖案化基極和 發(fā)射極金屬化結(jié)構(gòu)覆蓋;以及 背板層壓物層，其附接至所述電池上圖案化基極和發(fā)射極金屬化結(jié)構(gòu)并附接至所述背 接觸太陽能電池襯底背面的未被所述電池上圖案化基極和發(fā)射極金屬化結(jié)構(gòu)覆蓋的區(qū)域， 所述背板層壓物具有包括樹脂且在所述圖案化電池上基極和發(fā)射極金屬化結(jié)構(gòu)上和之間 流動并附接至所述背接觸太陽能電池襯底背面的第一部分，所述背板層壓物具有在所述第 一部分上包括樹脂和纖維且結(jié)合并相對于所述背接觸太陽能電池半導體襯底提供具有足 夠低的熱膨脹系數(shù)(CTE)的熱膨脹控制層的第二部分。17. 如權(quán)利要求16所述的背接觸太陽能電池結(jié)構(gòu)，其中所述背板層壓物層是電絕緣層。18. 如權(quán)利要求16所述的背接觸太陽能電池結(jié)構(gòu)，其中所述背板層壓物層的所述第二 部分中的所述纖維是芳綸纖維。19. 如權(quán)利要求16所述的背接觸太陽能電池結(jié)構(gòu)，其中所述背板層壓物層的所述第二 部分中的所述纖維是非編織芳綸纖維。20. 如權(quán)利要求16所述的背接觸太陽能電池結(jié)構(gòu)，其中所述背板層壓物層的所述第二 部分中的所述纖維是編織芳綸纖維。21. 如權(quán)利要求16所述的背接觸太陽能電池結(jié)構(gòu)，其中所述背板層壓物層是厚度在約 75μπι至ΙΟΟΟμπι范圍內(nèi)的剛性背板。22. 如權(quán)利要求16所述的背接觸太陽能電池結(jié)構(gòu)，其中所述背板層壓物層是厚度在約 50μηι至150μηι范圍內(nèi)的柔性背板。23. 如權(quán)利要求16所述的背接觸太陽能電池結(jié)構(gòu)，其中所述背板層壓物層是厚度在約 25μπ?至100μL?范圍內(nèi)的柔性背板。24. 如權(quán)利要求16所述的背接觸太陽能電池結(jié)構(gòu)，其中所述背板層壓物層中的所述樹 脂是包括至少兩種樹脂組分的摻合樹脂。25. 如權(quán)利要求16所述的背接觸太陽能電池結(jié)構(gòu)，其中所述背板層壓物層中的所述樹 脂是包括至少一種熱塑性樹脂組分的摻合樹脂。26. 如權(quán)利要求16所述的背接觸太陽能電池結(jié)構(gòu)，其中所述背板層壓物層中的所述樹 脂包括環(huán)氧樹脂或熱固性樹脂或Β階樹脂。27. 如權(quán)利要求16所述的背接觸太陽能電池結(jié)構(gòu)，其中所述背板層壓物還包括硅烷基 粘著促進劑。28. 如權(quán)利要求16所述的背接觸太陽能電池結(jié)構(gòu)，其中所述背接觸太陽能電池襯底是 結(jié)晶硅背接觸太陽能電池襯底。29. 如權(quán)利要求16所述的背接觸太陽能電池結(jié)構(gòu)，其中所述背接觸太陽能電池是指叉 式背接觸太陽能電池且所述電池上圖案化基極和發(fā)射極金屬化結(jié)構(gòu)是以指叉式基極和發(fā) 射極金屬化結(jié)構(gòu)指狀物的圖案來形成。30. 如權(quán)利要求16所述的背接觸太陽能電池結(jié)構(gòu)，其還包括： 多個通孔，其在所述背板層壓物中鉆出；以及 第二層基極和發(fā)射極金屬化結(jié)構(gòu)，其在所述背板層壓物上形成且經(jīng)由所述背板層壓物 中的所述通孔提供與所述電池上基極和發(fā)射極金屬化結(jié)構(gòu)的電互連。31. 如權(quán)利要求16所述的背接觸太陽能電池結(jié)構(gòu)，其中所述背板層壓物層具有在30% 至45%范圍內(nèi)的樹脂含量。32. -種在半導體襯底上形成的微電子半導體結(jié)構(gòu)，其包括： 第一層圖案化金屬化結(jié)構(gòu)，其電連接至所述半導體襯底的選定區(qū)域，所述半導體襯底 的部分未被所述第一層圖案化金屬化結(jié)構(gòu)覆蓋;以及 背板層壓物層，其附接至所述第一層圖案化金屬化結(jié)構(gòu)并附接至所述半導體襯底的未 被所述第一層圖案化金屬化結(jié)構(gòu)覆蓋的區(qū)域，所述背板層壓物具有包括樹脂且在所述第一 層圖案化金屬化結(jié)構(gòu)上和之間流動并附接至所述半導體襯底的第一部分，所述背板層壓物 具有在所述第一部分上包括樹脂和纖維且結(jié)合并相對于所述半導體襯底提供具有足夠低 的熱膨脹系數(shù)(CTE)的熱膨脹控制層的第二部分。33. -種在半導體襯底上形成的半導體器件結(jié)構(gòu)，其包括： 第一層圖案化金屬化結(jié)構(gòu)，其電連接至所述半導體襯底的選定區(qū)域，所述半導體襯底 的部分未被所述第一層圖案化金屬化結(jié)構(gòu)覆蓋;以及 背板層壓物層，其附接至所述第一層圖案化金屬化結(jié)構(gòu)并附接至所述半導體襯底的未 被所述第一層圖案化金屬化結(jié)構(gòu)覆蓋的區(qū)域，所述背板層壓物具有包括樹脂且在所述第一 層圖案化金屬化結(jié)構(gòu)上和之間流動并附接至所述半導體襯底的第一部分，所述背板層壓物 具有在所述第一部分上包括樹脂和纖維且結(jié)合并相對于所述半導體襯底提供具有足夠低 的熱膨脹系數(shù)(CTE)的熱膨脹控制層的第二部分。34. -種在半導體襯底上形成的半導體器件結(jié)構(gòu)，其包括： 第一層圖案化金屬化結(jié)構(gòu)，其電連接至所述半導體襯底的選定區(qū)域，所述半導體襯底 的部分未被所述第一層圖案化金屬化結(jié)構(gòu)覆蓋;以及 電絕緣背板層壓物層，其附接至所述第一層圖案化金屬化結(jié)構(gòu)并附接至所述半導體襯 底的未被所述第一層圖案化金屬化結(jié)構(gòu)覆蓋的區(qū)域，所述背板層壓物具有樹脂和與所述半 導體襯底相對密切匹配的熱膨脹系數(shù)(CTE)的組合。35. 如權(quán)利要求34(上文)所述的背接觸太陽能電池結(jié)構(gòu)，其還包括： 多個通孔，其在所述背板層壓物中鉆出；以及 第二層圖案化金屬化結(jié)構(gòu)，其在所述背板層壓物上形成且經(jīng)由所述背板層壓物中的所 述通孔提供與所述第一層圖案化金屬化結(jié)構(gòu)的電互連。
【文檔編號】H01L31/18GK105874612SQ201480043376
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2014年7月30日
【發(fā)明人】T·斯特卡普, M·M·莫斯勒希, K·帕萬, M·卡姆蘭, D·達頓
【申請人】索萊克賽爾公司