制备光伏模块的工艺的制作方法

文档序号:6886726
专利名称:制备光伏模块的工艺的制作方法
技术领域
本发明涉及用于制造具有更好i^^急定性的太阳^il光伏模夹的方法和装置。
背景技术
太阳能电池是将太阳光直接转换为电能的光伏*。最"fii的太阳能电池 材料是单晶或多晶晶片形式的硅。但是,采用4太阳能电池产生的电能的成
本高于由更传统的方法产生电能的錄。因此,自二十 £^十^^早期以来,
为了大众使用而致力于降^^阳能电池的成本。斷氐太阳能电池的^的一种 方法A^艮能够在大面积的衬^Jl沉积太阳能电池品质的吸Jl^t料的低^^薄
g长工艺以;sjM]高产出^A^的方法制备这些恭阵。
非晶硅Si [a-Si],碲化镉[CdTe]以及(磺基)竭化-铟-铜[CIGS(S),或 Cu(In,Ga) (S, Se)2或CuIiiMGa,(SySew)k,其中(Xx《l,(Xy《1并且k约为2], ^!^t重要的薄J^阳能电处射料。

图1示出了常规IBIIIAVIA《^^光伏 电池如CIGS(S)薄g阳能电池的结构。在如玻璃片、金属片、,箔或网、或 者科箔或网的衬底11上制备辦10。在导电层13或接触层Jii长吸赠膜 12 (包括Cu(In,Ga, Al) (S,Se,Te)2种类中的材料),该导电层13或接触层是被 预先i5C^P在衬底11上將为象降的电学欧姆后触点(electrical ohmic back contact)。在图1中的太阳能电M构中的最常用的接触层或导电层13是钼 (Mo)。如果衬;^身是适当选#^#^ Mo箔的导电材料,由于衬底11可用于 器件的欧姆触点,则可不釆用导电层13。在金属箔是活性的情况下,导电层13
6也可作为扩储障层。例如,可将包^(。A1、 Ni、 Cu的材料的箔用作衬底,该 衬底^T^^^HV^Ji并且旨衬底以避免Se或S蒸气的屏障层如Mo层、W 层、Ru层、Ta层等。通常糊屏障层^^在箔的两面以对其进行WW。在 吸 12生长后,在吸J)^Ji形成透明层14如CdS、透明导电氧化物(TC0) 例如ZnO、或CdS/TC0叠层。辐射R通itt明层14 i^A教降。i^可以在逸明层 14上^^金>^8# (未示出)以剮氐糾的有效串联电阻。te的吸鹏12 的电类型是p-型,优选的透明层14的电类型是n-型。但是,也可以^Jf)n-型 吸JlfcH"^p-型窗口层。图1的M糾结构称作"衬底-类型"结构。可以这 样构成"顶衬(superstrate)-类型"结构通it^it明;t^如玻璃或透明聚 合物箔上沉积透明导电层,然后沉积Cu(In,Ga,Al) (S,Se,Te)2吸收膜,最后通 过导电层形^t教降的欧姆触点。^Lii样的顶衬结构中,M透明;t^!'JiiA 器件。可以^it过多种方法沉积的多种材料用于提供图1所示的器件的M层。 太阳能电地4有典型地小于2伏的相对低的电压。为了建立高电压电源或 发电机,将太阳能电池互连以形成电路(然后将其封装为模块)。i!E存在两种 途径将薄膜太阳能电池互连以形成电路,并且然后制备具有较高电压和/或额定 电流的模块。如^旨表面上形成薄膜H^,可实现单片集成。在单片H^ 中,在同一衬底上制备所有太阳能电池,然后通过#-个电池的负端连接^目 邻电池的jEi^ (串联)而IUA互i^同一衬紅。在图2A中示出包括串m 接的电辆件(section) 18的单片絲Cu(In,Ga,Al) (S,Se,Te)2^^薄膜 电路结构20。在这种情况下,接触层为通过触点隔离区域或触点刻线(contact scribe ) 15分隔开的接触层垫(contact layer pads) 13a的形式。化洽物薄
式。在另二方:,通i^:明层隔离ll絲透;层刻线;7^it;导电a隔为透 明层岛状物14a。如图2A中可见,每个电地部降18的接触层垫13a电连接勤目 邻电,件的透明层岛状物14a。以这种方式,#^个电^ ^^产生的电压叠加 在^以^^t来自电路结构20的总电压V。
将薄駄阳能电^^为电路的第4途径是首先制备单个太阳能电池, 然后将其通必MP鄉而互连。这种方法不是单片的,即并非所有电棘同一 衬;IUi。图2B示意地示出了将三个CIGS (S)太阳能电池10絲为电路21部件, 其中可以在具有与图1所描述的相似结构的导电箔衬;Ui制备CIGS(S)电池IO。
7电池电互连为电路(例如图2B中所 示的电路21)后,需絲该电路封装以形成环^^J^I^JL具有^^理保护的 才^:产品。图3示出了图2B的M电地被密封在保护性封装体中后的封装示例 性形式。图3的结构是在乘脉树量方面非常吸引人的柔'射狭结构。在图3 结构中通常釆用的一些层是顶部膜30、柔性密封体31和背部材料32。顶部膜 30是透明耐A/^例如由DuPont制造的TEFZEL⑧。最常用的柔性密封体是慢固化 或快固化EVA(乙基醋酸乙烯酯)。背部材料32可以是TEFZEL⑧膜、TEDLAR⑧膜 (由DuPont制造)或具有高强度的其它聚^4勿膜。应该注意,由于光^A顶部 进入,背部材料32不必需为透明的并从而可以包含iMMt^H!口金属。
虽然图3的柔性薄j^t伏才^b^斤期望并有吸引力的,^^有环4不稳 定性的铁泉。尤其是,可商购并广泛应用的顶部膜和柔性密封体对于潮气和氧 ^!半渗透的,因iH^野外乘對^fe运行;L^后可以,J ^到腐蚀和电^^化。
因此,
域的耐受性。

发明内容
在一方面,本发明涉^J于制备具有 环淑1定性的太阳能或光伏, 的方法。
在另一方面,本发明涉及具有环樹急定性的太阳能或光伏才狭。 在特定实施例中,描述了通过提供至少两个太阳能电池制备光伏模块的方 法,该至少两个太阳能电池的每个^^有顶部光照表面(i 1 luminating surface) 和两个端。接下来的步骤为,使用该至少两个太阳能电池中的每个的至少一个 端之间的导体电互连该至少两个太阳能电池以形成电路,并采用潮气P且挡^ 至少涂覆电路的对应于并包括至少两个太阳能电池的顶部光應表面的整侧以在 电路上形成防潮表面。
在另一实施例中,描述了一种制备光伏模块的方法,该方法包括采用潮气
在任f可两个太阳能电池中每个的至少一个端之间的导体电互连任何两个太阳能 电池以形成电路,并将该电路密封在封装体中。
在另外的实施例中,描述了一牧^^,其包括至少两个太阳能电池,该至
8少两个太阳能电池中的每个均具有顶部光照表面和两个端;电互连至少两个太 阳能电池的导电体,其通过在至少两个太阳能电池中的每个的至少一个端之间
的^完成该电互连,以;s^气ia^膜,该潮气阻挡蔽s少涂;a在该电i^对应 防潮表面。
在另外的实施例中,描述了这样的模块包括至少两个防潮太阳能电池, 其中每个均具有涂覆有潮气阻挡膜的光照表面;电互连^^可两个防潮太阳能电
池的#,其^MHi^r两个防潮太阳能电池中的每个的至少一个端之间的"H^ 完成该电连接以形成电路,以及将该电路密封在封装体中的密封材料。
在特定实施例中,将防潮Wt形(conformally)胁,而在其它实施例中
防潮^i-^上^i透明的。
附图的简JH兌明
通过下面本发明的M实施方案,并参考附图,本4页域"fii才支^A员将更
清楚 _明的这些以及其它方面和特征,其中
图1^Jjl用IBIIIAVIA族的吸收层的太阳能电池的截面图。
图2A是通过单片I^太阳能电池获得的电路的截面图。
图2B是通过非单片集成太阳能电池获得的电路的截面图。
图3示出了通过将图2B的电路密封在保护性封装体中获得的皿结构。
图4A和图4B示出了才娥本发明的两个不同实施方案的首先采用透明潮气
P雄层iM^覆并接着l^电路的太阳能电池。
图5A和图5B示出了根据本发明的两个不同实施例的首先^yU^电路然后
^Ml透明潮气ff雄层;jM^覆的太阳能电池。
图6示出了将图5A的电路密封获得的,结构。
M说明
^^发明的一个实施方案中,在电^Mt絲为电路然后封装为;^^之前分 别由透明的潮气P雄材料层絲电路中的每个太阳能电池。图4A示出了具有图 1中描述的所有组^层的两个示例性CIGS(S)太阳能电池40。例如,可以在柔 性箔衬底上(即图1的衬底11可为金属箔)制备太阳能电池40。由透明潮气阻
9挡材料层41絲太阳能电池40,如图4A所示,絲了包括顶部和底部表面的 整个电池40,而在图4B中覆盖了电池的顶部光照束面42,光A^斤述顶部光應 表面i^H^。该顶部光應^面42是保护以避免潮气以及有时的氧气的最M 表面。透明潮气P雄材料层41可^i^kJt^箔衬底的背部表面43上,如图4A 中所示。^H得絲潮气F雄层的太阳能电池后,i^金属带或线44进行絲 或互连,如图2B所示。为了互连, 一个电池的(-)端电连接到另一个的(+ ) 端。it可以通过^^I,线或带实现,如图4A所示。或者,可以通过M它们
各自的*并电连接一个电池的前电极(在图1中所示的M结构的情况下为 负端)与下一个的后电极直接实现电池互连。应该注意,如^齊障材料层41是
厚的且高;1^的,则需要至少部^W其^i4接点45去除以获得电池电旨 带或线间a^电接触。
在图5 (a)和5 (b)中示出的另1方法中,首先用M电互连太阳能电 池,例:fetittf^线或带,以形成如图2B中所示的电路,并且接着用透明潮气 P雄材料层41似,电路,潮气F雄材料41要么可以M整个电路,顶部 和底部,如图5A所示,要么>01^包括顶部表面的电路的-"#,iieA;斤述顶部 表面i4^器件,如图5B所示的。这种方法的一些优点在于i)由于电池已经互 连,则避免了从连接点去除阻掉材料层的步骤,ii)由于潮气阻挡材料层在太阳 能电池的互连后才沉积,阻挡材料层覆盖了包^^接点和带或线的电路的所有 部分。图5A所示的方法通过围绕整个电路的潮气阻挡层提供了全部密封ilt盖, 而图5B中的方法在最需要该保护的^H'败供密封和^A。 ^-方法都减少了潮
U氧^t过^^r^或开口扩散的可能性。
在电路由至少一M明潮气P雄材料层縣后,获得的结构为防潮电路(图 4A和4B和图5A和5B )。接着通过各种方法例如由顶部膜30、密封体31和背部 材料32密封防潮电路来制备微,如图6所示'通过该方法获得的柔'I^^具 有^:封装的防潮电路,因此更具有环,定性。应该注意,xjtii种情况下可 ^j4^用背部材料32。同样,相比图3的结构,在图6的#结构中的顶部 膜和背部材料的潮气P且掉能力并不重要,这是由于密封了整个电路的透明潮气 PH^层41的存在。还应当注意,与图2A所示相似的单片^电i^皮封装以形 ^M^:之前,也可^D透明潮气ia^层iM^覆与图2A所甜目似的该单片^结 构。
10透明潮气阻挡材料层可以包括^*#料或聚^材料中的至少一种。 一些
可以用作潮U氧气P雄层的聚杨材料是聚乙烯、聚丙烯、絲乙烯、聚 对仁甲酸乙4酯、^tjm、糾二曱絲聚(氯-对二甲苯),BCB或苯并
环丁烯,^氟氯乙烯。还可以iMl^透明环lt^M脂。无Wt料包括硅或铝 氧化物、硅或铝氮化物、^铝H^化物、非晶或多晶碳化珪、其它透明陶资、 以及碳,氧^^如SiOC。这些材料^jt:明的,因此当在太阳能电池的透明导 电触点上沉积时,它们不^iiA可测出的光损失。应该注意,聚合物和无才;t^ 气阻挡层可以以多层叠层的形式堆叠在;以 iii阻挡性能。可通过M工艺 如蒸发、'贿、电子^f,发、化学^目^^(CVD),等离子增强CVD(PECVD)、 有^4r属CVD,以及湿涂工艺诸如浸渍、喷涂、刮涂、旋涂、油墨沉积、丝网印 刷、凹版印刷、^^将层;;t^在太阳能电池或电路上。还可以在低于200。C, ^^^低于150。C的温度融化某些聚^^材料,并且在电^p电路jL^^:融物。 潮气!^雄层的厚度可从50咖到几百 变化。 一种吸引人的工艺为蒸镀,絲 有敷形和均匀;《^#彬口糾二甲苯的性能。糾二甲 "有树周知的如聚 对二甲苯-N、 ^f二甲苯-D和糾二曱苯-C的形式。特别Am^二甲苯"C是良 好的潮气阻挡材料,其可以在室温附近下以高度敷形方式蒸^^^T形状的衬 底上,有效填充,以及甚至具有高的深宽比(深度和a的比)的亚微米大 小的空洞。^t二甲苯层的厚度可以薄至50nm,但为最好性能可以采用大于 100nm的厚度。另一吸引人的用于^^潮气(f雄层的方法是旋涂、喷涂或浸资凃 覆,例如,其可用于^^V^显可固化的有才;wilii^雄层如由Silecs公司提供 的P1DX产品。PECVDA^—种可用于J5t^P;如BCB层的方法。
虽然以特定优选实施方案对本发明进行了描述,M^5域^M^员来说 对其进行的改^i显而易见的。
ii
权利要求
1. 用于制备光伏模块的方法,包括提供至少两个太阳能电池,该至少两个太阳能电池中的每个均具有顶部光照表面和两个端;采用在该至少两个太阳能电池中的每个的至少一个端之间的导体电互连该至少两个太阳能电池以形成电路,以及采用潮气阻挡膜至少涂覆该电路的对应于并且包括该至少两个太阳能电池的顶部光照表面的整侧以在电路上形成防潮表面。
2. 才M^U'j要求1的方法,其中涂覆步骤辆潮气P雄膜完全密封电路。
3. 才N^U'J要求2的方法,其中涂覆步骤敷形涂覆潮气阻挡膜。
4. 才娥^U'j要求3的方法,还包括将具有防潮表面的电路iEA包含顶部膜、 柔性密封体和背部材料的结构中的步骤。
5. 才M^权利要求2的方法,其中潮气阻挡膜对太阳iUJ^上透明的。
6. 才N^U'J要求5的方法,其中潮气阻挡膜包括聚乙烯、聚丙烯、聚笨乙 烯、糾仁甲酸乙二醇酯、^tiL胺、糾二甲苯、苯并环丁烯、fc氟氯 乙烯、氧4^、氧化铝、H/f^、氮化铝、氮氧化法、氮氧化铝、非晶或多晶 碳化法、透明陶瓷、和^^M氧^^中的至少一种。
7. 才^^U'j要求1的方法,其中涂覆步骤敷形涂覆潮气PJL^膜。
8. ##权利要求7的方法,还包括将具有防潮表面的电路iE^包含顶部膜、 柔性密封体和背部材料的结构中的步骤。
9. 才^^5U'要求1的方法,其中潮气阻挡膜对太阳ib^Ui透明的。
10. 才^t权利要求9的方法,其中潮气阻挡膜包括括聚乙烯、聚丙烯、聚 苯乙烯、糾仁曱酸乙二醇酯、^E胺、糾二曱苯、苯并环丁烯、^ 氟氯乙烯、氧化珪、氧化铝、t/ft^、氮化铝、氮氧化法、氮氧化铝、非晶或 多晶碳^^:、透明陶瓷、和^^#^氧化物中的至少一种。
11, #^拟'漆求1-的方法,其中电互连的步骤互连具有至少三个太阳能 电池的敏洛,以使#^个太阳能电池电连接到至少一个另外的太阳能电池。 12,制4^y^块的方法,包括
12. 采用潮气阻挡膜至少涂覆太阳能电ife^悉照w良面以形成防潮的太阳能电池;采用在任何两个太阳能电池中的每个的至少一个端之间的导体电互连^f可 两个太阳能电池以形成电路,以及 将该电路密封在封装体中。
13. 4財居权利要求12的方法,其中涂覆步骤采用潮气阻挡M^^上涂覆包 括i^m表面和背部表面的太阳能电池的所有表面,以及其中电互连步骤包括在潮气阻挡膜上形成开口以使##^能够在至少两个 太阳能电池中的每个的至少一个端形成电互连。
14. ##权利要求13的方法,其中潮气P雄膜对太阳iU^Uiit明的。
15. ## ']要求14的方法,其中潮气阻掉膜包旨乙烯、聚丙烯、g 乙烯、^j"苯二甲酸乙二醇酯、^b亚胺、^j"二甲苯、苯并环丁烯、聚三氟 氯乙烯、氧化硅、氧化铝、氮化硅、氮化铝、氮氧俗眭、氮氧化铅、非晶或多 晶碳化法、透明陶瓷、和碳#^氧^^中的至少一种。
16. 才娥^U']要求13的方法,其中密封步骤包括将该电路i仏包括顶部膜、 柔性密封#背部材料的结构中。
17. 4財居权利要求12的方法,其中密封步骤包括将该电路^/^包括顶部膜、 柔性密封体和背部材料的结构中。
18. 才,;K^J^"求12的方法,其中潮气卩J4i膜对太阳iUJ^Jiit明的。
19. 才財居权利要求18的方法,其中潮气F雄膜包緣乙烯、聚丙烯、絲 乙烯、^j"苯二曱酸乙二醇酯、員亚胺、^j"二甲苯、苯并环丁烯、聚三氟 氯乙烯、氧俗法、氧化铝、氮化硅、氮化铝、氮氧俗诖、氮氧化铝、非晶或多 晶碳4^、透明陶瓷、和碳#^氧4*中的至少一种。
20. 才N^5U'J^求12的方法,其中电互连步J^X连具有至少三个太阳能电 池的鲍咯,每个太阳能电池电连接到至少一个另外的太阳能电池。
21. 光^M^:,包括至少两个太阳能电池,该至少两个太阳能电池中的每个具有顶部光照表面 和两个端;电互连该至少两个太阳能电池的导电体,其采用在该至少两个太阳能电池 中的每个的至少一个端之间的"H^完成该电互连。潮气p雄膜,其至少涂覆该电路的对应于并Ai^至少两个太阳能电池的顶部^^、表面的,'J以在电路上形成防潮表面。
22. 才娥权利要求21的微,其中潮气F雄麟全密封电路。
23. 才Mt权利要求22的才狭,其中敷形涂覆潮气P雄膜。
24. 才M居权利要求23的才狭,还包括其中i!X了含有顶部it^表面的电路 的结构,该结构包括顶部膜、柔性密封体和背部材料。
25. 4 权禾'决求22的才狭,其中潮气F雄膜对太阳ibli^Jiit明的。
26. 才娥权利要求25的才狭,其中潮气F雄膜包緣乙烯、聚丙烯、絲 乙烯、^f苯二甲酸乙二醇酯、員亚胺、^f二甲苯、苯并环丁烯、聚三氟氯乙烯、氧化硅、氧化铝、氮化硅、氮化铅、氮氧化硅、氮氧化铝、非晶或多 晶碳化珪、透明陶瓷、和^^氧化物中的至少一种。
27. 才N^WJ要求21的才狭,其中敷形涂覆潮气PJL^膜。
28. 才財居权利要求27的才執,还包括其中J^v了含有顶部it^表面的电路 的结构,该结构包括顶部膜、柔性密封#背部材料。
29. 才娥权利要求21的才狭,其中潮气F雄膜对太阳ibi4^Jiit明的。
30. 才娥^U'J要求29的才狭,其中潮气P雄膜包緣乙烯、聚丙烯、絲 乙烯、f^t苯二曱酸乙二醇酯、^tiE胺、彩寸二曱苯、苯并环丁烯、聚三氟 氯乙烯、氧化珪、氧化铝、氮化硅、氮化铝、氮氧化硅、氮氧化铝、非晶或多 晶碳化珪、透明陶瓷、和^^氧化物中的至少一种。
31. 才財居权利要求21的模块,其中互连至少三个太阳能电池以成为敏咯, 每个太阳能电池电连接到至少一个另外的太阳能电池。
32. 光伏才缺,包括至少两个太阳能电池,所述两个太阳能电池中的每个#*有采用潮气阻挡 膜涂覆的itE表面;电互连任何两个防潮太阳能电池的M,其采用在^^可至少两个太阳能电 池中的每个的至少一个端之间的#完成该电互连。将电路iJ^其中的封装体。
33. 才 ;^^要求32的模块,其中采用潮气阻挡膜涂覆太阳能电池的^ 上所有的表面。
34. ^^权利要求33的模块,其中潮气阻挡膜对太阳iUJ^Jii毫明的。 才 ^1^要求34的模块,其中潮气,膜包^^^^丙烯、
35. 乙烯、^t苯二曱酸乙二醇酯、,亚胺、^ t二曱苯、苯并环丁烯、聚三氟 氯乙烯、氧化珪、氧化铝、氮化硅、氮化铅、氮氧化硅、氮氧化铝、非晶或多 晶碳化眭、透明陶瓷、和碳#^氧^^中的至少一种。
36. #^权利要求33的模块,其中封装体包括顶部膜、乘性密封体和背部 材料。
37. 才條权利要求32的模块,其中封装体包括顶部膜、乘性密封体和背部 材料。
38. 才 权利要求32的模块,其中潮气阻挡膜对太阳光^^^上透明的。
39. 才W权利要求38的才狭,其中潮气F雄膜包綠乙烯、聚丙烯、絲 乙烯、f^苯二甲酸乙二醇酯、^JE胺、^j"二曱苯、苯并环丁烯、聚三氟 氯乙烯、氧化硅、氧化铝、氮化硅、氮化铝、氮氧化硅、氮氧化铝、非晶或多 晶碳化珪、透明陶瓷、和碳#^氧化物中的至少一种。
40. 才N^权利要求32的^,其中互i^少三个太阳能电池以成为^, 使#^个太阳能电池电连接到至少一个另外的太阳能电池。
全文摘要
本发明在一个方面涉及用于制备具有更好环境稳定性的太阳能或光伏模块的方法。在另一方面,本发明涉及一种具有环境稳定性的太阳能或光伏模块。这些方法和装置采用潮气阻挡膜以在电路上,优选在太阳能电池的光照表面上,或在由多个太阳能电池构成的、包括太阳能电池的光照表面的电路的整侧上形成防潮表面。在特定实施方案中,敷形施加防潮膜,在其它实施方案中,防潮膜是基本上透明的。
文档编号H01L25/00GK101454899SQ200780011641
公开日2009年6月10日 申请日期2007年3月28日 优先权日2006年3月28日
发明者B·巴索尔 申请人:索洛动力公司
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