專利名稱：具有改進(jìn)連線的可升級(jí)的光伏電池和太陽(yáng)能電池板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)施例大體上涉及光伏電池/太陽(yáng)能電池和太陽(yáng)能電池板制造。

背景技術(shù)：
光伏(PV)電池或太陽(yáng)能電池是將太陽(yáng)光轉(zhuǎn)換成直流(DC)功率的材料結(jié)(material junction)器件。結(jié)產(chǎn)生光電壓，而器件的面積和其他參數(shù)決定了可用電流。實(shí)際的太陽(yáng)能電池板在面積方面受到大小調(diào)整，以發(fā)送所需的功率量并優(yōu)化其他應(yīng)用參數(shù)。太陽(yáng)能電池板是通過將若干個(gè)太陽(yáng)能電池拼在一起產(chǎn)生的，這些太陽(yáng)能電池的尺寸受到多個(gè)制造約束的優(yōu)化以使制造成本盡可能低。所用的單獨(dú)太陽(yáng)能電池?cái)?shù)目也是在電池板的工作電壓和電流(I)之間進(jìn)行折衷而確定的，因?yàn)檫B線(wiring)會(huì)產(chǎn)生電阻(R)并因此造成由PL＝I2·R給出的功率損耗(PL)。
PV系統(tǒng)的一種示例包括獨(dú)立系統(tǒng)，所述獨(dú)立系統(tǒng)大體上產(chǎn)生功率供直接使用或用于本地儲(chǔ)存裝置。另一種PV系統(tǒng)由適當(dāng)?shù)墓β兽D(zhuǎn)換設(shè)備連接到傳統(tǒng)的公共電網(wǎng)，以產(chǎn)生與傳統(tǒng)的公共電網(wǎng)相容的交流(AC)電?？偟膩碚f，PV系統(tǒng)能夠產(chǎn)生許多用途所用的功率，這些用途例如遠(yuǎn)程陸地應(yīng)用、導(dǎo)航輔助的電池充電、通信設(shè)備、以及消費(fèi)電子器件(例如計(jì)算器、手表、收音機(jī)等)。
通常的PV電池包括p型硅晶片或薄片，所述晶片或薄片通常厚度小于0.3mm，并在頂部具有n型硅薄層，從而形成p-n結(jié)來產(chǎn)生電場(chǎng)。在暴露于太陽(yáng)光(由來自光子的能量組成)時(shí)，PV電池的p-n結(jié)產(chǎn)生成對(duì)的自由電子和空穴。p-n結(jié)的電場(chǎng)將自由電子和空穴分開，產(chǎn)生了電壓。從n側(cè)到p側(cè)的電路使得在PV電池連接到電負(fù)載時(shí)，電子能夠流動(dòng)。功率是電壓乘以電流所得的乘積，電流是電子和空穴復(fù)合時(shí)產(chǎn)生的。優(yōu)化過的太陽(yáng)能電池通常意味著以最低的成本來產(chǎn)生最大的功率。
取決于最終應(yīng)用情況，可以考慮各種其他參數(shù)。例如，在形成p-n結(jié)之后，PV電池的一個(gè)或兩個(gè)表面可以涂敷有適當(dāng)?shù)碾娊橘|(zhì)。電介質(zhì)層用于使表面復(fù)合最小化，并在正面提供了抗反射涂層以減小光子的反射損失。PV電池的底部通常涂敷有支撐金屬(back metal)，提供了用于良好導(dǎo)電的觸點(diǎn)以及高反射性。PV電池的正面(即面向太陽(yáng)那側(cè))覆蓋有面積最小化的金屬觸點(diǎn)網(wǎng)格，用于傳輸電流并使由于經(jīng)過硅層的電阻而造成的電流損失最小化。觸點(diǎn)網(wǎng)格對(duì)太陽(yáng)光或光子造成一些阻擋是不可避免但可以盡量減小的。帶有導(dǎo)電金屬線圖案的金屬網(wǎng)格被用來收集電流。最終步驟是玻璃蓋板，蓋板保護(hù)PV電池并提供結(jié)構(gòu)增強(qiáng)作用。
目前，太陽(yáng)能電池和PV電池板是通過下述方式制造的首先用許多小的硅薄片或晶片作為材料單元，并在將它們組裝成根據(jù)各種觸點(diǎn)方案或連線方案的PV模塊和太陽(yáng)能電池板之前，將其處理成單獨(dú)的光伏電池。這些硅薄片通常是被鋸切開的p型硼摻雜硅薄片，并被預(yù)先切割成將要使用的尺寸和大小(例如10cm×10cm，或者21cm×21cm)。最初，它們的尺寸是由可用的單晶硅尺寸得到的，但是鑄造多晶硅和板條(castmulti-crystalline silicon and ribbon)技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)在形成電池所用薄板尺寸的選擇方面以及制造優(yōu)化方面帶來了更多的自由度。
切割(鋸切)或形成板條的操作會(huì)給預(yù)先切割的硅薄片表面留下?lián)p害，對(duì)硅薄片的兩個(gè)表面都執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)刻蝕處理，從而從每個(gè)表面刻蝕去約10到20微米的厚度并在這些表面上提供表面紋路。接下來，通過熱擴(kuò)散或快速熱擴(kuò)散來形成n型摻雜的硅，例如通過穿透到多達(dá)最大約0.5微米深度的磷擴(kuò)散來進(jìn)行。然后，通過噴砂、等離子體刻蝕或激光切割，在硅薄片的邊緣處執(zhí)行p-n結(jié)隔離。另外，用由電介質(zhì)材料(例如二氧化硅、二氧化鈦、或氮化硅)制成的抗反射涂層的沉積層覆蓋硅襯底的正面，該沉積層也可以作為對(duì)表面復(fù)合的阻擋。目前，氮化硅是優(yōu)選的主要電介質(zhì)膜。
通常，隨后在PV電池工業(yè)中使用絲網(wǎng)印刷厚膜技術(shù)，來將金屬材料(例如銀等)的導(dǎo)電膠分層成為期望的圖案，并將金屬材料層沉積到硅薄片/襯底的表面以形成金屬觸點(diǎn)手指或連線通道?？梢允褂闷渌谋∧ぜ夹g(shù)用于形成觸點(diǎn)或處理電極。經(jīng)常在高溫下把形成為觸點(diǎn)的沉積金屬層進(jìn)行焙燒或燒結(jié)，從而形成與下方的硅材料直接接觸的良好導(dǎo)體，并制成單一的PV電池。
太陽(yáng)能電池是通過下述方式形成的將布置成陣列并接合到保護(hù)膜和載體玻璃上的若干個(gè)單獨(dú)的PV電池拼在一起以產(chǎn)生太陽(yáng)能電池板，所述太陽(yáng)能電池板為了所需的功率輸出而進(jìn)行適當(dāng)?shù)某叽缯{(diào)整并進(jìn)行連線，以得到期望的工作電壓和電流。目前，可以使用許多不同的連線/互連方案來進(jìn)行觸點(diǎn)的圖案化以及電流收集；例如，既使用正面連線又使用背面連線的方案、使用正面電流收集而將所有觸點(diǎn)都放到背面的方案、以及其他的連線方案。正面通常表示面向太陽(yáng)的那側(cè)。
圖1A-圖1E圖示了PV電池所用的基本PV模塊制造處理。大體上，如圖1A所示，在完成單一的PV電池110之后，將金屬片104焊接到PV電池表面上的母線102。如圖1B所示，可以對(duì)每個(gè)電池用兩個(gè)或更多個(gè)金屬片104來將PV電池110上的金屬觸點(diǎn)或金屬手指108進(jìn)行連線，從而在這些PV電池110之間提供互連線路并能夠進(jìn)行散熱。無論尺寸如何，單一的PV電池通常產(chǎn)生約0.5-0.6伏特的DC電流。
在圖1C中，將串連或并聯(lián)電路中的若干個(gè)PV電池110互連成PV模塊，以產(chǎn)生更高的電壓、電流和功率電平。各個(gè)PV電池110連成串106或模塊120的互連連線是通過用各種連線方案將金屬片104和輔助片焊接和連線到一起來進(jìn)行的。一種常見結(jié)構(gòu)使用約36個(gè)相連的PV電池來得到約15伏特的最大值，這與主要應(yīng)用場(chǎng)合相容并適于12伏特的電池充電。
如圖1D和圖1E所示，PV模塊120通常堆疊有例如乙烯/醋酸乙烯共聚物(EVA)薄片122的密封劑材料，并覆蓋有正面玻璃板140和背面板130。PV模塊120還可以密封在保護(hù)性疊層或擋板中。也可以將若干個(gè)PV模塊120組裝成預(yù)先連線的電池板150或陣列160。在模塊構(gòu)造期間對(duì)有源PV器件的保護(hù)直接影響到最終PV系統(tǒng)的性能和壽命。
PV模塊或太陽(yáng)能電池板常常是通過人工組裝、連線和焊接來完成的。對(duì)于布線(tabbing)、層疊和固化當(dāng)然有機(jī)器，但是需要進(jìn)一步提高自動(dòng)化水平。此外，制造工藝造成了制造空間對(duì)于處理較大單元的連線組件而言相對(duì)不足。目前，用于制造出裝機(jī)(installed)PV系統(tǒng)的整個(gè)制造處理非常昂貴。
因此，需要提高制造工藝的可升級(jí)性(scalability)并尋找各種方式來降低制造成本。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的各個(gè)方面提供了一種方法，用于大量制造具有改進(jìn)連線的多個(gè)光伏電池和太陽(yáng)能模塊。在一個(gè)方面，提供了一種用于制造太陽(yáng)能模塊組件的方法，包括將一個(gè)或多個(gè)襯底接合到連線面上以形成太陽(yáng)能模塊組件，其中，每個(gè)襯底被設(shè)計(jì)為分離成多個(gè)光伏電池。該方法還包括在將一個(gè)或多個(gè)襯底接合到太陽(yáng)能模塊組件上之后，將各個(gè)單獨(dú)尺寸的太陽(yáng)能電池從太陽(yáng)能模塊組件上接合的一個(gè)或多個(gè)襯底進(jìn)行分離。
在另一個(gè)方面，提供了一種太陽(yáng)能模塊組件，它包括連線面和多個(gè)光伏電池，連線面上接合有一個(gè)或多個(gè)襯底，這些光伏電池位于這一個(gè)或多個(gè)襯底中的每一者上。在每個(gè)襯底上將多個(gè)光伏電池進(jìn)行分離和隔離之前，將一個(gè)或多個(gè)襯底接合到連線面上。
在另一個(gè)方面，一種用于制造太陽(yáng)能模塊組件的方法包括將一個(gè)或多個(gè)襯底接合到具有導(dǎo)體圖案的連線面上，將所述一個(gè)或多個(gè)襯底布置在連線面上，使所述一個(gè)或多個(gè)襯底與用于多個(gè)光伏電池的導(dǎo)體圖案對(duì)準(zhǔn)以形成太陽(yáng)能模塊組件，并在太陽(yáng)能模塊組件上分離各個(gè)單獨(dú)的光伏電池。每個(gè)襯底是為了制造多個(gè)光伏電池而預(yù)先指定的。接合包括將一個(gè)或多個(gè)襯底上的特征(例如過孔)電連接到連線面以及用于機(jī)械支撐的粘合劑接合。
在另一個(gè)方面，一種用于制造太陽(yáng)能模塊組件的方法包括在一個(gè)或多個(gè)襯底上圖案化多個(gè)特征、在所述一個(gè)或多個(gè)襯底的正面或背面上形成多個(gè)觸點(diǎn)、在所述一個(gè)或多個(gè)襯底上形成電流收集所用的金屬連線、將所述一個(gè)或多個(gè)襯底接合到連線面上以形成太陽(yáng)能模塊組件、以及對(duì)太陽(yáng)能模塊組件上各個(gè)單獨(dú)的光伏電池進(jìn)行分離，其中每個(gè)襯底被設(shè)計(jì)為制造多個(gè)光伏電池。



為了能夠更詳細(xì)地理解本發(fā)明的上述特征，通過參考實(shí)施例可以對(duì)上文簡(jiǎn)述的本發(fā)明有更具體的說明，附圖中圖示了這些實(shí)施例中的一些。但是應(yīng)當(dāng)注意，附圖只是圖示了本發(fā)明的典型實(shí)施例，因此不應(yīng)認(rèn)為對(duì)其范圍的限制，因?yàn)楸景l(fā)明可以采用其他等效實(shí)施方式。
圖1A-圖1E圖示了一種現(xiàn)有技術(shù)的制造處理，該處理從單獨(dú)的PV電池開始并組裝成經(jīng)過連線的PV模塊、電池板和陣列。
圖2是圖示了包括本發(fā)明一種實(shí)施例的示例性方法的處理流程圖。
圖3圖示了示例性襯底的一種實(shí)施例，該襯底被用于在其上制造多個(gè)PV電池。
圖4圖示了根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施例，布置在一種示例性連線面上的圖3所示示例性襯底。
圖5圖示了根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施例，帶有電流傳導(dǎo)連線圖案的示例性連線面的一側(cè)。

具體實(shí)施例方式 本發(fā)明提供的方法和設(shè)備將若干個(gè)PV電池直接制造成經(jīng)過尺寸調(diào)整的太陽(yáng)能模塊或太陽(yáng)能電池板。本發(fā)明的一種實(shí)施例包括使用大尺寸/規(guī)模的襯底，使得隨后在處理中可以在其上處理和隔離兩個(gè)或更多個(gè)PV電池。單獨(dú)PV電池的尺寸范圍例如可以從約10cm×10cm至21cm×21cm，例如為15.6cm×15.6cm。不過，也可以有利地使用更小或更大的尺寸/大小。相比之下，現(xiàn)有技術(shù)的方法在將處理過的PV電池單獨(dú)組裝成太陽(yáng)能模塊或太陽(yáng)能電池板之前，通常用一個(gè)硅襯底來處理成單一的PV電池。
本發(fā)明的襯底可以是適用于PV電池和太陽(yáng)能模塊制造的任何襯底類型，例如單晶硅、多晶硅、無定形硅、硅板條薄片、碲化鎘、砷化鎵等。襯底的形狀可以各種各樣，不限于方形、矩形、圓形、橢圓形等。每個(gè)襯底可以包括由適用于太陽(yáng)能電池制造的半導(dǎo)體材料產(chǎn)生的單一的p-n結(jié)、雙結(jié)、三結(jié)、隧道結(jié)、p-i-n結(jié)、或任何其他類型的p-n結(jié)。例如，可以用磷擴(kuò)散來在p型硼摻雜的硅襯底薄片上產(chǎn)生p-n結(jié)。
圖2圖示的處理流程示了本發(fā)明的一種示例性方法200。方法200包括，在步驟210，在用于兩個(gè)或更多個(gè)PV電池的大規(guī)模襯底上對(duì)多個(gè)特征進(jìn)行圖案化。合適的特征包括過孔、觸點(diǎn)、觸點(diǎn)窗口、溝槽等?？梢酝ㄟ^任何合適的圖案化技術(shù)來對(duì)所述多個(gè)特征進(jìn)行圖案化，這些技術(shù)包括但不限于干法刻蝕、濕法刻蝕、激光鉆孔、化學(xué)機(jī)械射流刻蝕、以及它們的組合。授權(quán)給Bachrach等人并轉(zhuǎn)讓給Applied Materials，Inc.的題為“Method and Apparatus for Chemical Mechanical Jet Etching ofSemiconductor Structures”的美國(guó)專利No.6,699,356中描述了化學(xué)機(jī)械射流刻蝕的一種示例，該專利通過引用而在不與本申請(qǐng)相抵觸的程度上合并在本申請(qǐng)中。根據(jù)情況，在對(duì)全尺寸的襯底上的特征進(jìn)行圖案化之前，對(duì)要在全尺寸襯底上進(jìn)行處理的多個(gè)PV電池以虛擬方式設(shè)計(jì)PV電池連線方案。連線方案的虛擬設(shè)計(jì)可以指導(dǎo)如何將這些PV電池制造成太陽(yáng)能電池板、以及如何用PV電池之間的連線來對(duì)通過PV電池的觸點(diǎn)連接而流向連線背面的電流進(jìn)行收集。
在步驟220，在襯底上沉積附加的層。例如，可以在襯底的正面和/或背面沉積一個(gè)或多個(gè)鈍化層或抗反射涂層?？梢允褂酶鞣N抗反射涂層材料，包括各種適于暴露在太陽(yáng)輻射流之下PV電池的電介質(zhì)材料(例如氮化硅、氧化鈦、無定形碳材料等)。抗反射涂層材料的吸收系數(shù)應(yīng)當(dāng)盡可能小，但也可以改變。在一種示例中，可以將厚度約70nm至約80nm的氮化硅層沉積到襯底的正面和背面以及過孔壁，并將其作為阻擋層、密封層和/或抗反射層來設(shè)置。根據(jù)情況，可以沉積額外的抗反射涂層，用于更好的折射率匹配，例如作為第二正面電介質(zhì)抗反射涂層來沉積。
在步驟230，通過成熟的半導(dǎo)體處理方法，在襯底的正面和/或背面形成觸點(diǎn)(例如電極、觸點(diǎn)窗口、連線通道等)，從而可以形成合適的半導(dǎo)體觸點(diǎn)。例如，可以在襯底上形成用于PV電池正面和背面觸點(diǎn)，并可以形成將正面和背面觸點(diǎn)連接于一起的各種過孔以收集電流和導(dǎo)電。或者，也可以使用全背面觸點(diǎn)的方式來收集電流和導(dǎo)電，留下PV電池的正面以進(jìn)行光吸收并提高性能。
在步驟240，可以用合適的連線金屬化技術(shù)在襯底的正面或背面形成電流收集連線。常常使用銀，但是鋁或銅的連線具有成本和性能方面的優(yōu)勢(shì)，并可以容易地結(jié)合到這里所述的工藝中。
作為一種示例，圖3圖示了本發(fā)明的一種示例性襯底處理，包括本發(fā)明的襯底300，襯底300經(jīng)過虛擬設(shè)計(jì)，以便處理成一個(gè)或多個(gè)PV電池310，并具有一個(gè)或多個(gè)過孔302以使襯底300正面收集到的電流通向背面。襯底300的虛擬設(shè)計(jì)還可以包括在連線背面上形成的導(dǎo)電焊盤的不同位置。焊盤用于在特征(例如一個(gè)或多個(gè)過孔302)之間提供電連接。另外，對(duì)于位于襯底300 面或背面的每個(gè)虛擬PV電池310，帶有虛擬PV電池310的襯底300還包括一個(gè)或多個(gè)觸點(diǎn)或電流收集連線304，從而在形成各個(gè)PV電池310之前，以虛擬方式設(shè)計(jì)電流收集連線304。另外，每個(gè)PV電池310還可以用虛擬方式設(shè)計(jì)成一個(gè)或多個(gè)子電池306。襯底300由虛擬的PV電池310和子電池306組成，使得在實(shí)際形成各個(gè)PV電池310時(shí)，它們經(jīng)過了優(yōu)化以產(chǎn)生最大的功率。
在圖3的示例中，襯底300可以具有約400mm×500mm的尺寸，以包括總共20個(gè)虛擬PV電池，每個(gè)虛擬PV電池具有約100mm×100mm的尺寸。作為另一種示例，襯底300可以具有約200mm×200mm的尺寸，以包括總共4個(gè)虛擬PV電池，每個(gè)虛擬PV電池具有約100mm×100mm的尺寸。作為再一個(gè)示例，襯底300可以具有約600mm×600mm的尺寸，以包括總共16個(gè)虛擬PV電池，每個(gè)虛擬PV電池具有約150mm×150mm的尺寸。本發(fā)明的一種實(shí)施例提供了襯底300上一個(gè)或多個(gè)過孔302的圖案化，該襯底已被升級(jí)到更大尺寸，以在形成各個(gè)PV電池310之前，容納兩個(gè)或更多個(gè)PV電池310和子電池306。
再參考圖2，在步驟250，根據(jù)針對(duì)實(shí)驗(yàn)室或工業(yè)的不同應(yīng)用情況，執(zhí)行不同類型PV電池所需的額外金屬化和膜沉積?？赡芟Ｍ麑⒏鞣N類型的PV電池制造成太陽(yáng)能電池板，這些PV電池包括薄膜硅電池、鈍化發(fā)射區(qū)背面局部擴(kuò)散(PERL)電池、鈍化發(fā)射區(qū)背面全擴(kuò)散(PERT)電池、區(qū)域熔化再結(jié)晶(ZMR)電池、表面紋路及用背面反射器增強(qiáng)吸收(STAR)電池等。例如，在某些情況下，可以視情況在襯底背面上執(zhí)行金屬化處理，以沉積高反射性材料。這樣，襯底容易被制造成太陽(yáng)能模塊或太陽(yáng)能電池板。
在步驟260，如上所述由本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)步驟處理過的一個(gè)或多個(gè)襯底可以被布置在制造太陽(yáng)能模塊/電池板所用的連線背面上，例如通過將一個(gè)或多個(gè)本發(fā)明的襯底拼在連線面上來進(jìn)行。連線面可以是適用于PV模塊制造的任何絕緣連線背面，例如具有合適絕緣性能和阻擋性能的塑料膜上的金屬箔或厚金屬膜。通常，可以將各種經(jīng)過尺寸升級(jí)的硅薄板一起拼成各種尺寸的太陽(yáng)能電池板和太陽(yáng)能模塊。例如，尺寸為1200mm×1200mm的太陽(yáng)能模塊可以通過將十二(12)個(gè)尺寸為400mm×500mm的硅襯底拼到連線面上而形成；或者也可以將六十(60)個(gè)尺寸為200mm×200mm的硅襯底拼在一起。每個(gè)硅襯底可以包括首先經(jīng)過虛擬設(shè)計(jì)的、期望數(shù)目的PV電池和子電池。
另外，連線背面可以在其上包括適當(dāng)?shù)膶?dǎo)體圖案，用于以最小的電阻損耗在PV電池之間傳導(dǎo)電流。背面導(dǎo)體圖案被設(shè)計(jì)成與對(duì)本發(fā)明的襯底連線方案和單獨(dú)PV電池的虛擬設(shè)計(jì)匹配。在連線背面上形成金屬導(dǎo)體層或?qū)ζ溥M(jìn)行圖案化產(chǎn)生了所需的連線。連線圖案反映了每個(gè)最終PV電池所需的連接情況。根據(jù)設(shè)計(jì)情況以及對(duì)最終太陽(yáng)能電池板的使用意圖，連線導(dǎo)體圖案包括任何合適地并聯(lián)-串連的組織/互連方式，以獲得規(guī)定的工作電壓和電流。
圖4示出了一種示例，并圖示了將根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例處理過的一個(gè)或多個(gè)襯底300布置在連線面400的一側(cè)，從而可以隨后在各個(gè)襯底300上制造PV電池310。圖4中以虛擬方式示出了一個(gè)襯底300上的PV電池310，因?yàn)榇藭r(shí)尚未在襯底上形成各個(gè)PV電池310。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，可以將所述一個(gè)或多個(gè)襯底300布置成與位于連線面400正面和/或背面的導(dǎo)體圖案對(duì)準(zhǔn)或匹配。例如，如圖5所示，可以對(duì)連線面400的背面進(jìn)行連線/互連以進(jìn)行電流收集。
在圖5中，導(dǎo)體圖案例如可以包括多個(gè)金屬片510和母線540，它們是在將襯底300布置在連線面400上之前、之后或同時(shí)制造在連線面400上的。另外，本發(fā)明的一種示例性連線方案可以包括這樣的連線面400的導(dǎo)體圖案該圖案在連線面400上制造有一個(gè)或多個(gè)負(fù)輸出引線520以及一個(gè)或多個(gè)正輸出引線530。如圖5所示，這些輸出引線在連線面400邊緣上的位置經(jīng)過優(yōu)化，例如，可以在單一電池板中使用多于一組電壓輸出。這種總體方案允許在單一PV電池板上形成各種尺寸可升級(jí)和各種數(shù)目的PV電池，以降低連線電阻并提供各種電流輸出，優(yōu)選地提供更大的電流輸出。所述一個(gè)或多個(gè)襯底中每一者上所述多個(gè)PV電池、子電池的位置需要與導(dǎo)體圖案對(duì)準(zhǔn)和匹配，以使連線電阻最小化并優(yōu)化輸出電壓。
再參考圖2，在步驟270，可以將所述一個(gè)或多個(gè)襯底(例如本發(fā)明的大尺寸硅薄片)接合到連線背面以形成太陽(yáng)能模塊組件。另外，還在連線面與PV電池的特征之間形成電連接。例如，可以用位于硅薄片/襯底上用于過孔和PV電池的特征的焊盤來接合到連線面。
將所述一個(gè)或多個(gè)襯底接合到連線面可以通過適當(dāng)?shù)募夹g(shù)來執(zhí)行，這些技術(shù)包括但不限于半導(dǎo)體封裝中公知的含鉛(Pb)或無鉛焊接、環(huán)氧樹脂粘合、熱退火、超聲退火等。在步驟280，可以將太陽(yáng)能電池板組件接合到額外的保護(hù)膜以增加機(jī)械強(qiáng)度和穩(wěn)定性。一種示例性保護(hù)膜是DuPontTM TedlarPVF(聚氟乙烯)?？梢詫⒈Ｗo(hù)膜接合到連線背面的背側(cè)，以保護(hù)其上的導(dǎo)體圖案和電輸出引線不受環(huán)境腐蝕或其他破壞，同時(shí)使總體結(jié)構(gòu)重量減輕。
在步驟290，在不對(duì)連線面進(jìn)行切割的情況下將太陽(yáng)能電池板組件上的各個(gè)PV電池分離或隔離開。本發(fā)明的一個(gè)方面提供了在將PV電池接合到連線面之后對(duì)這些PV電池進(jìn)行隔離，允許對(duì)PV電池的制造處理進(jìn)行任何期望的升級(jí)，從而大大減少制造成本和電池組件成本。
本發(fā)明的一種可替換實(shí)施例提供了在某些應(yīng)用中需要更小太陽(yáng)能電池板尺寸時(shí)的靈活方案，在該實(shí)施例中，可以將太陽(yáng)能電池板制造成大尺寸以減小制造成本，并可以將連線面切割成所需尺寸，以進(jìn)一步連線和制造成各種所需尺寸的PV模塊。
在太陽(yáng)能電池板組件上隔離各個(gè)PV電池之后，可以對(duì)輸出引線進(jìn)行進(jìn)一步連接以便測(cè)試，并可以使用一種或多種太陽(yáng)能級(jí)別的粘合劑將太陽(yáng)能電池板組件接合到適當(dāng)?shù)奶?yáng)能級(jí)別覆蓋玻璃上以進(jìn)行機(jī)械支撐。例如，可以使用乙烯/醋酸乙烯共聚物(EVA)粘合劑來將太陽(yáng)能電池板組件連接到適當(dāng)?shù)奶?yáng)能電池板支撐件(例如玻璃)以使太陽(yáng)光能夠經(jīng)過。另外，太陽(yáng)能電池板組件的邊緣可能需要適當(dāng)密封，以使太陽(yáng)能電池板能夠容易地安裝并實(shí)現(xiàn)環(huán)境方面的保護(hù)。此外，本發(fā)明的一種重要實(shí)施例由于在連線背面上以可升級(jí)方式制造大量PV電池，而給互連的連線背面提供了大電流處理能力。在另一種實(shí)施例中，當(dāng)電流收集連線位于連線背面的背面時(shí)，不需要厚的正面導(dǎo)體或正面觸點(diǎn)，該方案使得可以對(duì)正面的有源孔徑(active aperture)為使太陽(yáng)光收集最大化而進(jìn)行優(yōu)化。本發(fā)明的各種特征確保了通過用連線圖案或電流傳導(dǎo)圖案使功率因電阻造成的損失最小化，而獲得了所需的工作電壓和輸出電流；這些特征包括將大的硅薄片分離成空氣隔離的PV電池、將整個(gè)太陽(yáng)能電池板組件分離成適當(dāng)尺寸的PV電池、以及電流收集所用的背面連線/導(dǎo)體圖案等。此外，本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，在硅襯底上制造可升級(jí)PV電池是與自動(dòng)化PV模塊/電池板制造相容的，從而可以提供更為方便有效的方式來處理大量制造問題。
在工作中，一種示例性的可升級(jí)PV電池和太陽(yáng)能電池板制造方案可以包括400mm×500mm的大硅薄片，可以用正面電流收集和背面觸點(diǎn)、連線的方式將這樣的薄板處理成約20個(gè)光伏電池。通過用上述低電阻接合和連接技術(shù)將這些大硅薄片拼裝并接合到互連背面上而將硅薄片封裝成太陽(yáng)能電池板?；ミB背面為制造PV電池所用的若干個(gè)PV電池和背面觸點(diǎn)提供了與硅薄片的隔離圖案對(duì)準(zhǔn)的串并聯(lián)連線圖案。
授權(quán)給Bachrach等人并轉(zhuǎn)讓給Applied Materials，Inc.的題為“Apparatus and Method for Forming a Silicon Film across the Surface of aGlass Substrate”的美國(guó)專利No.6,818,529描述了將若干個(gè)PV電池拼裝在大尺寸襯底上的一種示例，該專利通過引用而在不與本申請(qǐng)相抵觸的程度上合并在本申請(qǐng)中。另外，下列表I-表IV列出了對(duì)各種尺寸的硅薄片的示例性拼裝及其所得的輸出功率(以瓦為單位)，這些硅薄片包括制造太陽(yáng)能電池板所用的大量PV電池。
表I.使用各種可升級(jí)尺寸的硅薄片的太陽(yáng)能電池板堆疊示例及其所得的輸出功率(以瓦為單位)
表II.使用150mm×150mm硅薄片的各種尺寸太陽(yáng)能模塊拼裝示例及其所得的輸出功率(以瓦為單位)
表III.使用200mm×200mm硅薄板的各種尺寸太陽(yáng)能模塊拼裝示例及其所得的輸出功率(以瓦為單位)
表IV.使用400mm×500mm硅薄板的各種尺寸太陽(yáng)能模塊拼裝示例及其所得的輸出功率(以瓦為單位)
盡管上文針對(duì)的是本發(fā)明的實(shí)施例，但在不脫離其基本范圍的情況下可以導(dǎo)出本發(fā)明的其他和進(jìn)一步的實(shí)施例，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求來確定。
權(quán)利要求
1.一種制造太陽(yáng)能電池板組件的方法，包括
將一個(gè)或多個(gè)襯底接合到連線面上以形成太陽(yáng)能模塊組件，每個(gè)所述襯底用于制造多個(gè)光伏電池；和
將所述太陽(yáng)能模塊組件上各個(gè)單獨(dú)的所述光伏電池分離。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述固定步驟包括在位于所述一個(gè)或多個(gè)襯底上的所述連線面與接合焊盤之間進(jìn)行電接合。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，在所述連線面與所述接合焊盤之間進(jìn)行的所述電接合步驟是通過從下列項(xiàng)構(gòu)成的組中選擇的技術(shù)來進(jìn)行的含鉛焊接、無鉛焊接、環(huán)氧樹脂粘合、熱退火、超聲退火以及它們的組合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述接合步驟包括將保護(hù)膜接合到所述連線面的背面。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述連線面包括導(dǎo)體圖案，并且將所述一個(gè)或多個(gè)襯底接合到所述連線面上的步驟還包括將所述一個(gè)或多個(gè)襯底布置在所述連線面上使所述一個(gè)或多個(gè)襯底與所述導(dǎo)體圖案對(duì)準(zhǔn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，對(duì)所述一個(gè)或多個(gè)襯底進(jìn)行布置的步驟還包括為所述一個(gè)或多個(gè)襯底中的每一者預(yù)先指定多個(gè)虛擬光伏電池。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括在所述一個(gè)或多個(gè)襯底的正面和背面上形成多個(gè)觸點(diǎn)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括在所述一個(gè)或多個(gè)襯底的背面上形成多個(gè)觸點(diǎn)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括在所述一個(gè)或多個(gè)襯底上形成電流收集金屬連線。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括在所述一個(gè)或多個(gè)襯底上圖案化多個(gè)特征。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述多個(gè)特征是由從下列項(xiàng)構(gòu)成的組中選擇的技術(shù)進(jìn)行圖案化的干法刻蝕、濕法刻蝕、激光鉆孔、化學(xué)機(jī)械射流刻蝕、以及它們的組合。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述連線面由從下述項(xiàng)構(gòu)成的組中選擇的材料制成金屬箔、金屬厚膜、以及它們的組合。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，在不切割所述連線面的情況下對(duì)所述太陽(yáng)能模塊組件上的各個(gè)單獨(dú)光伏電池進(jìn)行分離。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括將所述太陽(yáng)能模塊組件與一個(gè)或多個(gè)保護(hù)膜接合。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述保護(hù)膜包括Tedlar。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括將所述太陽(yáng)能模塊組件與一個(gè)或多個(gè)粘合劑層進(jìn)行接合并用太陽(yáng)能級(jí)別的覆蓋玻璃覆蓋所述太陽(yáng)能模塊組件。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述粘合劑層包括乙烯/醋酸乙烯共聚物。
18.一種太陽(yáng)能模塊組件，包括
連線面，其上接合有一個(gè)或多個(gè)襯底；和
多個(gè)光伏電池，位于所述一個(gè)或多個(gè)襯底中每一者上，其中，在每個(gè)所述襯底上分離和隔離所述多個(gè)光伏電池之前，所述一個(gè)或多個(gè)襯底被接合到所述連線面上。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的太陽(yáng)能模塊組件，還包括
所述連線面上的導(dǎo)體圖案，用于在所述多個(gè)光伏電池之間傳導(dǎo)電流。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的太陽(yáng)能模塊組件，其中，所述一個(gè)或多個(gè)襯底布置在所述連線面上，與用于所述一個(gè)或多個(gè)襯底上的所述多個(gè)光伏電池的所述導(dǎo)體圖案對(duì)準(zhǔn)。
21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的太陽(yáng)能模塊組件，還包括
多個(gè)觸點(diǎn)，形成于所述一個(gè)或多個(gè)襯底上。
22.一種制造太陽(yáng)能模塊組件的方法，包括
將一個(gè)或多個(gè)襯底接合到包括導(dǎo)體圖案的連線面上，每個(gè)襯底用于制造多個(gè)光伏電池；
在所述連線面上布置所述一個(gè)或多個(gè)襯底，使所述一個(gè)或多個(gè)襯底與用于所述多個(gè)光伏電池的所述導(dǎo)體圖案對(duì)準(zhǔn)以形成所述太陽(yáng)能模塊組件；和
對(duì)所述太陽(yáng)能模塊組件上各個(gè)單獨(dú)的所述光伏電池進(jìn)行分離。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中，布置所述一個(gè)或多個(gè)襯底還包括
為所述一個(gè)或多個(gè)襯底中的每一者預(yù)先指定多個(gè)虛擬光伏電池。
24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，還包括在所述一個(gè)或多個(gè)襯底上形成多個(gè)觸點(diǎn)。
25.一種制造太陽(yáng)能模塊組件的方法，包括
在一個(gè)或多個(gè)襯底上圖案化多個(gè)特征；
在所述一個(gè)或多個(gè)襯底上形成多個(gè)觸點(diǎn)；
在所述一個(gè)或多個(gè)襯底上形成電流收集金屬連線；
將所述一個(gè)或多個(gè)襯底接合到連線面，以形成所述太陽(yáng)能模塊組件，每個(gè)襯底用于制造多個(gè)光伏電池；和
對(duì)所述太陽(yáng)能模塊組件上各個(gè)單獨(dú)的所述光伏電池進(jìn)行分離。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，還包括在所述一個(gè)或多個(gè)襯底上形成多個(gè)觸點(diǎn)。
27.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，還包括將所述太陽(yáng)能模塊組件與一個(gè)或多個(gè)保護(hù)膜接合。
28.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，還包括將所述太陽(yáng)能模塊組件與一個(gè)或多個(gè)粘合劑層接合并用太陽(yáng)能級(jí)別的覆蓋玻璃覆蓋所述太陽(yáng)能模塊組件。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于制造大的可升級(jí)PV電池和太陽(yáng)能模塊/太陽(yáng)能電池板的方法和裝置。該方法包括設(shè)計(jì)用于若干個(gè)PV電池的PV電池連線方案并在大尺寸硅薄板上圖案化多個(gè)特征。若干個(gè)大規(guī)模硅薄板中每個(gè)上具有若干個(gè)PV電池，這些薄板可以固定到連線面上從而直接制造成太陽(yáng)能電池/太陽(yáng)能電池板。然后對(duì)太陽(yáng)能模塊上的每個(gè)PV電池進(jìn)行分離。本發(fā)明的方法大大降低了太陽(yáng)能模塊/太陽(yáng)能電池板的制造成本和PV組件的成本。
文檔編號(hào)H02N6/00GK101204004SQ200680017746
公開日2008年6月18日 申請(qǐng)日期2006年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月22日
發(fā)明者羅伯特·巴查遲, 文戴爾·T·博洛尼甘 申請(qǐng)人:應(yīng)用材料公司