专利名称：用于增加光伏(pv)模块以及关联的衬底的工作表面积的方法
技术领域：
本文公开的主题一般涉及光伏(PV)模块，以及更具体地涉及用于增加这样模块的工作表面积(working surface area)的方法。ν
背景技术：
薄膜光伏(PV)模块(也称为“太阳能电池板”)正在产业中获得广泛的接受和兴趣。如众所周知的，这些模块通过在电极材料之间夹入某些类型的半导体材料而形成。碲化镉(CdTe)与硫化镉(CcK)配对作为光敏部件是特别优良材料。CdTe是具有特别适合于太阳能(日光)到电的转换的特性的半导体材料。例如，CdTe具有1.45eV的能量带隙，其使它当相比于较低带隙(l.leV)的过去在太阳能电池应用中所使用的半导体材料能够从太阳能光谱转换更多的能量。而且，CdTe当相比于较低带隙材料在较低或者漫射光条件下转换能量并且，因此，当相比于其他传统材料在一天过程中或者在低光线(如，阴天)条件下具有较长的有效转换时间。PV模块传统地由各个半导体材料以及电极层作为在玻璃衬底上的薄膜层(一般在本领域中认为少于10微米(μπι))的沉积来形成。该衬底然后经历各个处理步骤，包括激光划刻过程以限定并且隔离个体电池，围绕电池限定周长边缘区域，串联连接电池，等等。 这些步骤产生被限定在衬底的物理边缘内的多个个体太阳能电池，并且导致少于全部的衬底的原始表面积被利用。CdTe的优点不能耐受太阳能作为工业或者住宅能源的补充来源或者主要来源的可维持的商业开发以及接受度取决于大规模地生产有效的PV模块以及以成本有效的方式来减少每单元发电的总成本的能力。某些因素在这点上极大地影响了 PV模块的效率。例如，CdTe相对昂贵并且因此，材料的有效利用(即，最小浪费)是主要的成本因素(特别在衬底上限定个体电池的最终处理步骤中)。另外，该模块工作表面积的有效利用导致模块的增加的发电能力。相应地，在产业中存在持续的对减少昂贵材料的浪费以及增加PV模块的发电能力的改进处理步骤的需要。本发明适用该目的。
发明内容
本发明的方面以及优点在下面接下来的说明中被阐明，或者从本说明可以是明显的，或者可通过本发明的实践而习得。提供了用于在光伏(PV)模块的形成中处理衬底的方法，该衬底具有多个沉积在其上的薄膜层。该方法包括确定衬底的几何中心以及实施随后的处理步骤用于使用几何中心作为这样处理步骤的开始参考点来在衬底上限定个体电池。例如，在特定的实施例中，该随后的处理步骤可包括在衬底上的薄膜层中激光划刻线的图案以限定个体电池。在离衬底的几何中心所限定的距离处设置该线的图案的初始一个的位置。在另一个实施例中，其他随后的处理步骤可在衬底上围绕个体电池使用衬底的几何中心作为边界的开始参考点来限定隔离边界(例如矩形激光划刻边界)。该矩形边界的边处于离衬底的几何中心所限定的距离处，并且该边界可具有与衬底的几何中心一致的几何中心。另一随后的处理步骤可包括使用衬底的几何中心作为开始参考点在衬底上限定隔离边界以外的边缘删除区域，使得边缘删除区域具有位于离衬底的几何中心所限定距离处的边，并且可具有与基底的几何中心一致的几何中心。对以上所讨论方法的变更以及修改在本发明的范围以及精神内并且可在本文进一步被说明。本发明还包含具有某些以上所讨论的特性的衬底或者完成的PV模块。例如，这样的衬底具有几何中心以及在其薄膜层中的、在衬底上限定个体电池的线的激光划刻图案。 该线的图案与衬底的纵向中心线垂直并且定中心在该几何中心上，使得线图案参考于几何中心在相反纵向方向上延伸。激光划刻矩形隔离边界在围绕线图案的薄膜层中被限定，且该隔离边界限定个体电池的横向端部以及这些电池中的第一纵向电池以及最后纵向电池的外部线。该矩形隔离边界具有与衬底的几何中心一致的几何中心。边缘删除区围绕隔离边界被限定，并且还可定中心在衬底的几何中心上。对以上所讨论衬底的实施例的变更以及修改在本发明的范围以及精神内并且可在本文进一步被说明。本发明这些和其他特征，方面和优点参考接下来的说明以及附上的权利要求可以被更好地理解。
本发明的完整以及实现性公开(包括其最佳模式)在本说明书中参考附上的附图被阐明，其中图1是图示其上多个薄膜层以及几何中心的PV模块衬底的顶部局部剖视图。图2是带有限定个体电池的初始激光划刻图案的图1的衬底的顶部视图；图3是带有隔离激光划刻的图2的衬底的顶部视图；图4是带有其上所限定的边缘删除区域的图3的衬底的顶部视图；以及，图5是指示激光划刻区域、边缘删除区域，以及玻璃尺寸/形状公差区域的各个公差的衬底的顶部示意图。
具体实施例方式现将详细地参照本发明的实施例，其一个或者多个示例在附图中所图示。每个示例通过本发明的解说的方式而被提供，不是对本发明的限制。事实上，对本领域内技术人员而言，在本发明中可以进行各个修改以及变更而未脱离其范围或者精神是显然的。例如，作为一个实施例的部分所图示或者所描述的特征可被用于其他实施例以得到又另外的实施例。因此，目的在于本发明包含这样的修改以及变更，它们落入附上的权利要求以及其等同的范围内。图1图示了被用于光伏(PV)模块的制造中的衬底10。衬底10包括具有沉积在其上的多个薄膜层的玻璃板16。应了解，本发明不由衬底10或者薄膜层的任何特定类型所
5限制。典型CdTe PV模块可包括在CdTe层的沉积之前沉积在玻璃16上的多个薄膜层。例如，可提供其上形成透明导电氧化物(TCO)层的玻璃板16，或者该TCO层可在随后的沉积过程中被沉积。抗蚀性透明缓冲(resistive transparent buffer) (RTB)层22然后被施加在TCO层上。RTB层可以是锌-锡氧化物(ZTO)层并且可被称为“ΖΤ0层”。硫化镉(CdS) 层20被施加在RTB层上。这些各个层可在传统溅射沉积过程中被施加，该过程涉及将材料从靶(如，材料源)中喷射出，并且将所喷射出的材料沉积到衬底上以形成膜。CdTe层18 通过合适的沉积过程(例如近距离升华(CSQ过程)被沉积在CdS层上。一旦所有的各个薄膜层已经沉积在玻璃16上，为了限定各个电池、边界区域、等等，衬底10必须进一步被处理。这典型地涉及在其他过程之中的各个激光划刻步骤。如所讨论的，本发明目的在于控制这些进一步的处理步骤以增加在有用电池(live cell)中使用的衬底10的表面积，以致增加衬底10的发电能力。参考图1，衬底10 (特别地玻璃板16)的几何中心M首先被确定。该中心M可由许多技术来确定。在特定的实施例中，几何中心M由在玻璃板16的纵向边12上邻近横向端14的一个的第一对点沈的布置所确定。第二对点沈位于邻近玻璃板16的相反的横向端14的纵向边12上(如图1中所示)。这些成对的点沈可在离板16的横向端14的中点的相同后退距离处或者在不同的对称距离处被限定。虚线在相应成对的点之间被限定(如图1中所指示)并且这些线的中心点15然后被确定。虚线在这些线的中心点之间被限定并且被确定为板16的中心纵向轴线28(如图1中所示)。在将纵向轴线观延长至玻璃板 16的横向端14后，纵向轴线观的中点(边缘到边缘)然后被确定并且垂直线通过此中点被绘出并且被限定为横向中心线四。线观与四的交点被限定为几何中心对。应了解，线28和四、在边缘标记沈之间的连接线、以及边缘标记沈并未在玻璃板16上物理地限定，但是经验性地被确定并且被存储在恰当的激光划刻设备(在其中，衬底10被收纳)中。一旦玻璃板16的几何中心M已被建立，随后的处理步骤被实施用于使用几何中心M作为相应处理步骤的开始参考点来限定在衬底10上的个体的电池。例如，参考图2，初始随后的处理步骤涉及激光划刻多个线30，其限定个体电池 32(图3)的纵向边。每条线30实际上可以是在每个位置处的多个个体划刻线以隔离并且限定个体电池32的各个导电层。多个线30可被认为是相邻以及平行线的“图案”，且该图案具有末端的相反线(如图2中所描述的)。对于相对于衬底10的线30的图案的初始布置以及定位，离衬底10的几何中心M的最末端线30的距离A或者B被预定，且这些距离指示相对于几何中心M沿着纵向轴线观的最末端线30的任一条的相对位置。取决于衬底10通过激光划刻设备的处理方向，最末端线30的任一条首先被划刻，而其他线在离相邻线30所限定的距离处随后被划刻。线30垂直于纵向中心线观被激光划刻并且因此基本平行于横向中心线四。因此，应该容易理解，线30的图案的相对位置最初取决于所限定的离衬底10的几何中心M的后退距离A或者B(其距离可相同或者可不相同)。换句话说，端线30未在离衬底10的横向端14的距离处被限定，而是离衬底10的几何中心M的距离处被限定。如图2中所示，个体电池线30的纵向长度可变化。这些线的长度不需要根据进一步的处理步骤(其将隔离且限定个体电池的横向端)来精确地控制。
参考图3，在随后的处理步骤中，隔离边界36在切穿所有薄膜层的激光划刻过程中在衬底10上被限定。该激光划刻隔离边界36因此是矩形的边界，其限定了个体电池32 的纵向端，以及最外部电池32的外部限定纵向线(如图3中所描述的)。该矩形边界36还被限定成几何中心M的函数。例如，矩形隔离边界36的几何中心可与衬底10的几何中心 24 一致，或者边界36的边可在离几何中心M预定的距离处被限定。参考图3，边界36的横向边设置在离几何中心M所限定的距离C处。同样地，切穿线30的边界36的纵向边位于离几何中心M所预定的距离D处。这些预定的距离C以及D可以是它们相应边的中点， 使得边界的几何中心与衬底的几何中心M—致。因此，边界36的纵向线以及横向线的初始布置取决于衬底的几何中心对。这些线未从玻璃板16的边缘后移。图4代表其他随后的处理步骤，其中边缘删除区域38在隔离边界划刻36以外被限定。该过程典型地涉及烧蚀过程，其中爆破喷射(blasting jet)在边缘删除区域38中从玻璃板16上去除薄膜层。边缘删除区域38由内矩形边界39来限定并且延伸至玻璃板 16的边缘。如同隔离划刻线36，边缘删除边界39是具有离衬底10的几何中心M预定的距离处限定的边的矩形边界并且，在这点上，可具有与几何中心M—致的中心。在该边界横向端处的线39在离几何中心M的距离F处被限定。距离F可以是边界39的长度维度的已知中点。同样地，该边界的纵向边39在离几何中心M的距离E处(其可以是边界39 的横向方面的中点)被限定。限定边缘删除区域38的内部边缘的线39可与隔离划刻38 一致或者可以是在离隔离划刻线38微小后退距离处以考虑处理步骤的公差(如图4中所描述的)。根据本发明的方面在过程的备选实施例中，由最初在离玻璃板16的边缘12、14所限定的距离处设置线39来限定边缘删除区域38的内部界线是合适的。换句话说，在该实施例中，边缘删除区域38(特别地其限定线39)不必需取决于衬底10的几何中心M。在又另一个实施例中，横向中心线四可被限定成玻璃板16横向端(边缘)的平均轮廓，其可不与纵向中心线观成九十度。在横向端的边缘删除边界39然后可平行于该修改的横向中心线来取向，且具有相对于纵向中心线观的如以上对于纵向边界所提到的相同的中心方面。图5是在以上讨论的各个处理步骤之后的衬底10的描述并且图示了本发明的特定概念。例如，初始玻璃板16—般未完美地被定尺寸，并且公差区域42被预计。一般地， 玻璃的长度以及宽度都可在约士0. 8mm之间变化。玻璃的方度由在对角测量中的差异所限定，其典型地可在约2mm内变化。因此，只要它在长度、宽度以及方度可接受的规范内，该玻璃可具有平行四边形或者梯形的形状。图5中由公差区域42所描述的在玻璃板16中的非理想性因此在本过程中被考虑进去。仍参考图5，限定隔离边界36的激光划刻线还在公差区域44内被限定。如上所述，隔离划刻线36限定有用电池32的横向端。另外，第一个以及最后一个的电池的末端纵向边由隔离划刻36所限定。在某些实施例中，最末端电池的一个可以是“死”电池34(如图 4中所描述的)，其可比有用电池32小(窄)。因此，通过取决于衬底10的几何中心M以及隔离划刻线36来限定电池线30的图案，可以确保第一个有用电池32具有适当的尺寸。 相应划刻线(如，公差区域44)的公差不与玻璃板的公差区域42混合，其可能导致相当大减小的第一个有用电池32或者死电池34。
仍参考图5，边缘删除区域38必须具有用于随后封装目的的指定尺寸。例如，该尺寸可以是至少约9. 5mm。边缘删除区域38还具有公差区域46，其通过将边缘删除区域38 的几何中心居中地定于与衬底10的几何中心M —致(如上所讨论的)来考虑。因此从图5应当理解，如由公差区域42、44、46所反映的各个非理想性不会在本文所描述过程中变成累积的或者附加的，其中各个划刻图案是取决(或者甚至定中心)于衬底10的几何中心M，如果各个划刻图案以及过程最初参考于衬底10(特别地初始玻璃板 16)的边缘或者角落，其可能导致在本文所描述过程中变成累积的或者附加的。本发明还包含了在具有以上所述特性的PV模块制造中使用的衬底10。例如，衬底10具有几何中心M以及在衬底10上限定个体电池32的激光划刻线30的图案。划刻线30垂直于衬底10的纵向中心线28并且以离几何中心M预定的距离处或者定中心在几何中心M处来设置，使得线30的图案离几何中心M以相反的纵向方向延伸(如图2和3 中所示)。根据本发明的衬底10还可包括通过围绕线30的图案的薄膜层所限定的激光划刻矩形隔离边界36，且该隔离边界36限定了电池32的横向端以及电池32的第一纵向电池以及最后一个纵向电池的外部限定线(具体如图3中所示)。矩形隔离边界36具有位于离几何中心M所限定的距离处的边，并且可具有与衬底的几何中心M —致的中心。衬底10还可包括围绕隔离划刻线36限定成边界区域的边缘删除区域38。在特定的实施例中，该边缘删除区域被限定成具有位于离几何中心M所限定距离处的边的矩形边界，并且可在衬底10的几何中心M上定中心(具体如图4中所示)。此书面描述使用示例公开本发明(其中包括最佳模式)，并且还能使本领域的任何技术人员实践本发明，包括制作和使用任何设备或者系统，以及实施任何包含的方法。本发明的专利范围由权利要求所限定，且可包括本领域技术人员想到的其他示例。这些其他的示例如果包含与该权利要求书的字面语言无不同的结构单元，或者它们包含了与权利要求的字面语言无实质区别的等同结构单元则被规定为在该权利要求书的范围内。部件列表
权利要求
1.一种用于在光伏(PV)模块的形成中处理衬底(10)的方法，所述衬底具有多个沉积在其上的薄膜层(18、20、22)，所述方法包括确定所述衬底的几何中心04)；以及实施随后的处理步骤用于使用所述衬底的几何中心作为这样处理步骤的开始参考点来在所述衬底上限定个体电池(32)。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述随后的处理步骤包括在衬底(10)上的薄膜层中激光划刻线(30)的图案以限定个体电池(32)，所述线的图案的初始一个的位置设置在离所述衬底的几何中心04)所限定的距离处，以及进一步包括通过所述衬底的几何中心限定所述衬底的纵向轴线08)以及在垂直于所述纵向轴线处限定所述线的图案。
3.如权利要求1或2所述的方法，进一步包括实施其他随后的处理步骤以使用所述衬底的几何中心04)作为这样其他随后的处理步骤的开始参考点来围绕个体电池(30)在所述衬底上限定隔离边界(36)，所述其他随后的处理步骤包括激光划刻矩形隔离边界(36)， 其在所述衬底上限定所述个体电池(30)的纵向端以及所述个体电池的第一个以及最后一个的外部线，所述矩形隔离边界通过将所述矩形隔离边界的几何中心定位与所述衬底的几何中心一致而限定。
4.如权利要求3所述的方法，进一步包括实施进一步随后的处理步骤以使用所述衬底的几何中心04)作为这样进一步随后的处理步骤的开始参考点来在衬底(10)上限定隔离边界(36)以外的边缘删除区域(38)。
5.如权利要求4所述的方法，其中所述进一步随后的处理步骤包括通过在离所述衬底的几何中心04)所限定的距离处定位所述矩形边界(39)的边来在所述衬底上围绕所述隔离边界(36)将所述边缘删除区域(38)限定成矩形边界(39)。
6.如权利要求3所述的方法，进一步包括实施进一步随后的处理步骤以限定在所述隔离边界以外的边缘删除区域(38)，所述边缘删除区域具有从所述衬底的边缘(12、14)向内所测量的尺寸。
7.如权利要求1至6任一个所述的方法，其中所述衬底(10)的几何中心04)由以下来确定在离所述衬底的第一纵向端(14)后退所限定距离的所述衬底的纵向边(1 上限定第一对点(26)，以及在离所述衬底的第二纵向端(14)后退所限定距离的所述衬底的纵向边 (12)上限定第二对点(26)；以及确定在每对相应点中的点之间所绘的线的中心，并且绘出在中心之间的纵向线以建立所述衬底的纵向中心线08)并且将所述纵向中心线延伸至所述衬底的端，所述几何中心线04)设置在所述纵向中心线的中点处。
8.一种用于在光伏(PV)模块制造中使用的衬底(10)，所述衬底具有多个沉积在其上的薄膜层(18、20、22)，所述衬底包括几何中心(24)；在所述薄膜层中的激光划刻的线(30)的图案，其在所述衬底上限定个体电池(32)，所述线的图案与所述衬底的纵向中心线08)垂直并且参考于所述几何中心，使得所述线的图案从所述几何中心在相反的纵向方向上延伸；在所述薄膜层中围绕所述线的图案所限定的激光划刻矩形隔离边界(36)，所述隔离边界在衬底上限定所述电池(3 的横向端以及所述电池的第一纵向电池以及最后纵向电池的外部线，所述矩形隔离边界具有与所述衬底的所述几何中心04) —致的几何中心；以及，围绕所述隔离边界的边缘删除区域(38)。
9.如权利要求8所述的衬底(10)，其中所述边缘删除区域(38)包括延伸至所述衬底边缘的矩形边界，所述边缘删除区域具有与所述衬底的所述几何中心04) —致的几何中心。
10.如权利要求8所述的衬底(10)，其中所述边缘删除区域(38)包括延伸至所述衬底的边缘的矩形边界，所述边界限定在离所述衬底的横向以及纵向边缘(12、14)的设置距离处。
全文摘要
本发明为用于增加光伏(PV)模块以及关联的衬底的工作表面积的方法。一种用于在光伏(PV)模块的形成中处理衬底(10)的方法，该衬底(10)具有多个沉积在其上的薄膜层(18、20、22)。该方法包括确定衬底的几何中心(24)以及实施随后的处理步骤用于使用该衬底的几何中心作为这样处理步骤的开始参考点来在衬底上限定个体电池(32)。
文档编号H01L31/0352GK102237446SQ20111011375
公开日2011年11月9日 申请日期2011年4月21日 优先权日2010年4月22日
发明者E·J·利特尔, J·S·保罗曼, M·W·里德 申请人:初星太阳能公司