挠性太阳能电池互连系统和方法

专利名称：挠性太阳能电池互连系统和方法
挠性太阳能电池互连系统和方法本申请要求来自2010年3月10日提交的美国临时专利申请号61/312,620的权益，由此这两者的全部内容通过引用结合在此。本发明一般地涉及将太阳能电池电互连以形成太阳能电池组件的领域，并且更详细地涉及形成在挠性基板上的薄膜太阳能电池。本发明公开了用于互连挠性太阳能电池的自动化方法。
背景技术：
挠性基板上的薄膜太阳能电池目前局限于在薄金属箔(通常为不锈钢)上的非晶硅和在金属或聚酰亚胺箔上的ニ硒化铜铟镓(CIGS)。无疑，将有在未来的某时可得的适合于在挠性基板上使用的其他类型的太阳能电池材料。薄膜碲 化镉太阳能电池目前仅在玻璃上制备。为了可在太阳能动力系统中使用，任何类型的太阳能电池必须与其他相似的太阳能电池串联地电互连以身高电压水平并最小化归因于高电流的I2R损耗。沉积在刚性玻璃板上的电池通常使用在不同的加工步骤之间并且在特定位置应用的划线系统，将电池在整个板上互连。该步骤被称为“单块集成”。因为对于划线的方位(placement)和深度两者所需的精度，这种方法难以在挠性基板上实现。此外，即使划线操作可以容易地完成，如果将过程中断以进行划线操作，挠性基板能够使得卷对卷加工将会变得在经济上较不适宜。传统的晶体或多晶硅太阳能电池形成在単独的晶片上，之后必须将它们互连。电流收集栅极和母线通常通过将图案用含银的墨丝网印刷随后在高温(大约700°C )固化形成。传统的栅极图案由一系列间隔开数毫米的细直并且平行的线与两条或三条较宽的线(母线)组成，所述较宽的线垂直于细线的图案运行。所得到的结构在母线上提供可以将互连接头通过传统的焊接方法连接至其上的表面。电池电流通过相对窄的栅极收集并且将其传递至相对更宽的母线，之后它们成为与下ー个电池的连接点。该方法优于单块集成的益处是可以在组件建立之前对电池进行性能测试和拣选。以这种方式，组件性能不受到串中的最低性能电池的限制。应用至薄膜挠性太阳能电池的相同的方法仅获得有限的成功。通常遇到至少两个问题。首先，薄膜电池不能经受充分地固化银墨所需的高温。作为较低固化温度的结果，一些墨载体和溶剂保留在栅极线结构中，这降低了导电性并且严重地限制了所印刷的母线的可焊性。备选地，可以用导电环氧树脂类进行互连，但是该方法在机械上和电学上劣于焊接。其次，因为可使用的挠性基板的表面精整度比玻璃或硅晶片的表面精整度粗糙得多，因此存在很多更多的缺陷，如果使导电膜流至它们中它们可能成为分流位置。该问题可以通过以下方式一定程度地减轻首先印刷少得多的导电材料，如碳墨以初歩填充缺陷，并且之后用银墨套印。非常难以获得始終良好的結果，因为理想重合的任何不足导致额外的遮盖损失以及增加的分流可能。此外，材料和设备的成本相对高。通过引用以其全部结合在此的美国专利号5，474，622教导了使用金属线作为栅扱，但是用涂覆有足够长度的碳纤维的线以避免被迫进入缺陷中。在这种方法中，将线在将薄膜非晶硅太阳能电池层压为组件的エ艺过程中连接至薄膜非晶硅太阳能电池的顶部电极(透明导电氧化物或TC0)。实际上，印刷基于碳的墨图案的现有技术首先是用具有小得多的导致膜/基板缺陷中的分流的机会的碳纤维代替，并且同时提供针对持续重分流电流的熔融型保护。必须选择线尺寸和间隔以便运载由电池产生的电流而不产生显著的电阻损耗。通过引用以其全部结合在此的美国专利号4，260, 429和4，283，591教导了用含有导电粒子的聚合物涂覆导电线。因为分布中更小的导电粒子，具有缺陷导致的分流的问题可能仍然存在，并且在美国专利号6，472，594中提出了改进，该专利通过引用全部结合在此。与当将导电栅极施加至挠性太阳能电池时其中解决可能的分流路径的详细方式无关，对于挠性太阳能电池尚未开发出拥有很多在刚性玻璃上单块集成的自动化特性的全 面、自动化并且经济的互连方案。本发明的目的是提供改进的互连方案，其可以被称为适合于用于挠性太阳能电池的自动化实施的“赝(pseudo)单块集成”。发明概述在本发明的ー个方面，提供用于互连挠性太阳能电池的改进方法。该改进方法包括自动化特征。在一个实施方案中，这些自动化特征与单块集成的特征类似。本发明的另一方面，提供用于互连挠性太阳能电池的方法，所述方法与较少自动化的传统方便比较非常经济。在本发明的多个实施方案中，提供用于互连挠性薄膜太阳能电池材料的改进方法。在实施方案中，该方法可以用于形成ー个或多个板，从其可以切割集成的串以建立不同尺寸的组件。在ー个方面，本发明涉及一种优选互连太阳能电池和/或用于形成包括薄膜太阳能电池材料的板的方法，所述方法包括以下步骤a)提供太阳能电池材料的多个连续条，每个所述连续条包括挠性基板、导电背部接触区域、光活性区域和透明导电区域；b)将太阳能电池材料的所述连续条转移至连续背板，以使得所述挠性基板接触所述背板，并且在相邻的条之间形成间隙；c)将绝缘材料施加在所述间隙的每ー侧上的每个所述条的边缘的预定区域上，所述绝缘材料接触所述间隙的每ー侧上的所述背板的至少一部分；d)通过选择性地移除所述绝缘材料和所述光活性区域中的一部分，以暴露所述背部接触区域的一部分，在布置在所述间隙的一侧上的每个所述条的一端上形成多个焊接区；e)提供与太阳能电池材料的所述多个条的所述焊接区和所述透明导电区域电接触的多条导电线；f)形成在多条导电线与每个焊接区之间的电连接；以及g)切割每个所述焊接区的一侧上的所述线以形成切割区域，在另一方面，本发明涉及一种用于形成具有太阳能电池材料条的互连太阳能电池的加工系统，所述系统包括(a)切割组件，所述切割组件配置为将挠性太阳能电池材料的卷或板切条为太阳能电池材料条；(b)研磨组件，所述研磨组件在所述切割组件下游，所述研磨组件被配置为处理每个所述条的ー个或多个边缘；
(c)电测试组件，所述电测试组件在所述研磨组件的下游，所述电测试组件被配置为连续测试所述条的电性质；(d)不导电材料施加组件，所述不导电材料施加组件在所述电测试组件下游，所述不导电材料施加组件被配置为用透明绝 缘材料连续地填充在相邻的条之间的间隙；(e)焊接区施加组件，所述焊接区施加组件在所述不导电材料施加组件下游，所述焊接区施加组件被配置为在每个条的边缘部分上形成多个焊接区；和(f)线施加组件，所述线施加组件在所述焊接区施加组件下游，所述线施加组件被配置为提供跨越所述条的多个焊接区的导电线。在再另一方面，本发明涉及一种光伏制品，所述光伏制品包括a)太阳能电池材料的连续条，每个所述连续条包括挠性基板、导电背部接触区域、光活性区域和透明导电区域；b)连续背板，所述连续背板被配置为使得所述挠性基板接触所述背板，并且在相邻的条之间形成间隙；c)绝缘材料，所述绝缘材料接触所述间隙的每ー侧上的每个所述条的边缘和在所述间隙的每ー侧上的所述背板的至少一部分两者；d)多个焊接区，所述多个焊接区在设置在所述间隙的一侧上的每个所述条的一端上，其中所述焊接区通过选择性地移除所述绝缘材料和所述光活性区域中的一部分以暴露所述背部接触区域的一部分形成；e)多条导电线，所述多条导电线与太阳能电池材料的所述多个条的所述焊接区和所述透明导电区域电接触；f)切割区域，所述切割区域形成在每个所述焊接区的ー侧上，所述切割区域包括分开的导电线的相邻端，并且包括与所述焊接区和分开的导电线的所述相邻端都接触的绝缘材料。在再另ー个实施方案中，所述方法包括a)将薄膜太阳能电池材料或者从卷或者直接地并且连续地从沉积系统切条为预定宽度的连续条；b)连续磨光每个条的每个边缘以移除由切条操作留下的任何分流材料(在ー个实施方案中沿每个条的一个边缘连续地移除太阳能电池材料的小区域)；c)沿每个条连续测试材料的光电性能；d)将一系列条在所述条之间具有小空间的情况下连续层压至背板；e)将透明电绝缘材料的珠施加并固化至条之间的小空间；f)沿每个条的ー个边缘以分立的点移除少量的太阳能电池材料和绝缘材料以形成焊接区；g)将细导电栅极线跨越一系列条分配，并且将该线在将太阳能电池材料移除的分立位置焊接至基板(或背电极)上；h)将该线以预定图案跨越每个电池的顶部(透明导电氧化物、或TC0)电极连接。i)切割在线焊接区与下一个电池之间的线，并且分配少量的可固化聚合物以形成绝缘阻挡层；j)以预定间隔重复该过程用于下ー个栅极线；
k)将互连电池材料切割为合适宽度的串用于各种组件设计；I)将串组装为预定尺寸的组件图案；以及m)将透明挠性顶板层压在该串上以保持导电线与电池顶部电极牢固接触。通过引用结合该说明书中提到的所有公开、专利和专利申请通过引用结合在此，结合到如同每 个单独的公开、专利或专利申请具体并且单独地指出通过引用结合在此的相同程度。附图
简述本发明的新特征在所附权利要求中具体给出。通过參考给出示例性实施方案的以下详述和參考附图将获得对本发明的特征和益处的更好理解，在示例性实施方案中采用了本发明的原理，在附图中图I是显示根据本发明的实施方案，将太阳能电池材料的卷(或连续板)切条为単独的条，对其进行边缘处理并测试，以形成具有均匀性质的太阳能电池材料卷轴的示意图；图2是根据本发明的实施方案，示例用于形成太阳能电池材料条的备选方法的示意图，其中将窄带材料从每个条的ー个边缘自动移除；图3A是根据本发明的实施方案，层压至背板并且经由焊接或软焊互连的多个条的示意图，带有在放大图中给出的细节；图3B是根据本发明的实施方案，电池互连的细节的截面顺序视图；图4是根据本发明的实施方案，图3A中所述方法的备选方法的示意图；图5是根据本发明的实施方案，适合于使用导电粘合剂代替焊接或软焊互连的另一个备选方法的不意图；并且图6是根据本发明的实施方案，显示如何可以将互连电池切割为串并且组装为组件的实例的示意图。发明详述当结合以下描述和附图考虑时，将明白并理解本发明的多种益处。虽然以下描述可能含有描述本发明的特定实施方案的具体细节，但这不应该不解释为限制本发明的范围，而应作为优选实施方案的示例。对于本发明的每个方面和实施方案，如本文提出的本领域技术人员已知的很多变化是可能的。在本发明的范围内可以进行多种变更和修改而不脱离其精神。现在将參考附图，其中相同的数字始終指代相同的部分。应明白图不一定按比例绘制。图I显示了示例将大面积的挠性太阳能电池材料自动连续切条和加工为预定尺寸的单独的条的示意性顶/侧透视图。太阳能电池材料通常包括挠性基板、基板的顶部表面上的导电背部接触区域、沉积在背部接触区域上的包括一个或多个层的光活性区域以及沉积在光活性区域上的透明导电区域。挠性基板可以包含不导电材料，代表性地聚合材料如聚酰亚胺或导电材料。示例性导电基板包括金属箔如不锈钢或铝或钛箔。背部接触区域存在于基板的表面上。背部接触区域典型为导电金属如钥、铜、钨或钽，然而，在使用导电基板的情况下，背部接触区域可以是所述基板的顶部表面。在使用导电基板的其他情况下，可以将另外的背部接触区域(典型地Mo)施加至基板的顶部表面。光活性区域被沉积在背部接触区域上并且包括将太阳能转化为电能的薄膜吸收剂材料。实例包括CIGS、CdTe、GaAs、非晶硅等。光活性区域还包括促进太阳能的有效转化的其他层，所述其他层包括缓冲层和窗ロ层。在一个示例性实施方案中，光活性区域包括CIGS吸收剂层、CdS缓冲层和本征ZnO窗ロ层。透明导电区域存在于光活性区域的顶部上。用于透明导电区域的示例性材料包括透明导电氧化物如氧化铟锡或氧化铝锌。在所示例的 实施方案中，为了简单，将成品挠性太阳能电池材料的输入I显示为卷，并且显示为具有足够的宽度‘W’，以容纳多个单独的条2。在其他实施方案中，不需要源材料是卷的形式，也可以从进行电池制造中的最終步骤的设备直地出来，也可以将其作为一系列某些方便的长度的单独的板输入。加工在所示的箭头方向上进行。此外，为了方便，可以将加工过的条3进料至下ー个加工区或者工作站而在不首先卷绕成如图I中所示的单独的卷轴4。然而，取决于下游加工步骤的需求，处理处于卷轴形式中的条可以是适宜的或者甚至是必须的。为了讨论或说明的目的，薄膜太阳能电池材料被认为是沉积在基板的所示的卷的外侧的ー侧上(在图中的顶部)，但是可以将太阳能电池材料沉积在卷的任ー侧上。在一个实施方案中，通过使用具有一系列刀5 (例如旋转刀)或者其他切割器件(或切割部件)的切割组件开始加工，以便制备多个条2。太阳能电池条的切割边缘可以具有来自切条操作的缺陷，所述切条操作留下架桥越过P_n结的少量导电材料或粒子。这些可能引起在沿电池的边缘的多个位置中的ー些电短路(或分流)，这可能对太阳能电池的性能有害。为确保不是这样的情况，在一个实施方案中，使用具有研磨部件的研磨组件以处理每个条的ー个或多个边缘，以移除任意材料，如可以引起条之间的电短路的剰余材料。在一个实施方案中，设置一系列非常薄的研磨刀片6以便研磨每个条的每个边缘。如所示，将研磨刀片设置在相对于电池的平面小于90度的角度0处有助于确保磨损在基板的电池沉积侧(即，顶部)上开始并且向背侧进行。电池与刀片之间的该相对运动倾向于使电池的被涂覆的顶侧向下弯曲，从而建立促使电池的被涂覆边缘处的磨损的微小的角度。可以使用抽真空器件或系统(未给出)从条移除来自通过研磨产生的松动粒子。这消除了可能导致电池中P_n结短接的任意材料。继续參考图I，在将电池条的边缘清洁并除去任何电分流之后，将条送至电测试组 件并且放在如元件7所示的电测试工具或器件下。在这里，对于有限范围的区域，如由照射开ロ限定的区域，连续地记录短路电流和开路电压。可以使用电池性能的该记录历史以最优化太阳能电池组件的构建。可以将所测试的电池的条送至卷轴4上的下ー个加工工作站，或者可以将它们直接进料至下ー个工作站而不首先卷起。在任一种情况下，有益的是在测试工作站与卷轴卷起工作站之间对电池性能数据进行分类。这在附图中未详细给出，但是3a指出了其中可以将性能不足的材料(S卩，不满足预定性能要求的材料)从条中切去并且将条在一起接合回来。在其最佳的实施方案中，可以使用该切割和接合操作以制备分级至合适的箱中的材料的完整卷轴用于之后层压为组件。用于该操作，不将卷轴4如图中所示沿公共轴刚性安装。相反，卷轴可以彼此偏置(例如，使用合适的辊交替地上和下)，并且在切割并结合操作的过程中可以互換。以这种方式，任意特定的卷轴可以积累在窄范围的性能内测试的电池材料,这种材料可以取决于测试数据得自任意条。图2示出备选的切条器件和方法。备选的切条器件包括ー组配置为将窄行电池材料在每隔一个的切条位置移除的研磨轮8。该行移除材料的宽度可以是大约数十密耳(在本文也称作“毫-英寸(milli-inch)”)。在特定实施方案中，该行移除材料的宽度可以在约O. 021"至O. 080"之间。切条器件如上所述在由轮8产生的研磨线的中间开始切割制备电池材料条。通过研磨刀片6将电池条的边缘去除分流位点，除了需要现在仅每隔一个的刀片，因为研磨轮8已经在电池材料移除区域中完成该功能。该操作产生太阳能电池材料条，每个条沿其一个边缘移去了窄区材料。该条更便于卷绕至卷轴4上以进料至下个工作站，因为需要将移去材料的边缘在同样的意义上定向。换言之，需要将每隔一个卷轴翻转。可以将该材料在切割和接合操作中分级以再次制备具有均匀性能的卷轴，如上所述。在一个实施方案中，可以接下来将如图I中所示产生的电池条进料至如图3A中所示的组装工作站用于进一步加工。加工在由箭头指出的方向上连续地或者以分立的步骤进
行。在这种情况下，不需要将电池条卷绕到卷轴4中，而是可以交替地从之前的工作站直接进料至该工作站。然而，可以通过使用如由操作3a所描述的相同等级的材料卷轴优化组件效率。与其中引入电池条的方式无关，将电池条3以在每个条之间留下小预定间隙11 (放大图)层压(即，粘合)至背板10。背板10可以包括，例如，聚合材料如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)的薄膜，其带有分配自卷的热塑性粘合剂薄层。也可以使用其他背板材料，并且它们不需要是透明的，因为它们在活性电池材料之后。如果使用金属箔基板，必须将它们与电池的背电极充分地电绝缘，或者必须将背板绝缘以避免电池在一起短路。背板10的目的是保持电池条牢固地相对彼此在条之间具有小间隙11的情况下定位。电池条需要尽可能靠近在一起以最小化光损失，但是它们不能接触并且电短接在一起(即，电池条应该优选彼此电绝缘)。如果挠性基板是磁性材料，则可以取消背板并且使用磁性工作站进行互连操作以将条保持就位。在这种情况下，电池条应该具有沿每个边缘预涂覆并且固化的透明绝缘材料以防止意外短路。其他细节也将相对于下面讨论的一般实例而改变，但对本领域技术人员将是显而易见的。应当理解附图未按比例绘制，并且将沿间隙11的细节相对于条的宽度放大。继续参考图3A，在将电池条粘附(例如层压)至背板之后，在不导电材料施加组件中，不导电材料施加装置(或部件)12将不导电(或不导电的)材料的薄窄层13施加在间隙11区域的至少一部分上。在实施方案中，该材料应该是对日光通量透明的并且可以快速固化的。在一个实施方案中，不导电材料是电介质材料。在另一个实施方案中，不导电材料是电绝缘(在本文也称为“绝缘”)材料。例如，该材料可以是在紫外(UV)光或低水平的加热的帮助下可固化的，如可以对其施加低能激光。在一个实施方案中，该材料是透明不导电(或绝缘)聚合物。在另一个实施方案中，该材料是电介质材料，如电介质粘合剂。在一些实施方案中，电介质材料可以包括由Bekaert制造的边缘保护密封剂(Edge ProtectionSealant) (#0812)，它可以在空气中在数秒内固化。在图3A的放大图中，将不导电材料(粘合剂)的薄层13表示为由虚线13a界定(或限定)。因为该材料是透明的，对于施加的准确宽度存在一定的可自由决定性。它应该覆盖间隙11中的背板区域和间隙的每一侧上每个条的边缘的预定区域的至少一部分，以防止在进一步处理的情况下条接触或短路在一起，并且它应该提供用于随后的电池焊接操作的保护和绝缘区域。优选地，根据一个实施方案，它填充间隙。在一个实施方案中，不导电材料的宽度(由虚线13a限定的区域的宽度)可以是约I毫米至数毫米，如10毫米。
接下来，继续参考图3A，在焊接区施加组件中，焊接区施加装置或部件14沿每个条的一个边缘产生小焊接区区域15。这可以用小旋转端铣刀型切割器或小研磨盘或其他类似的工具完成。直径可以典型为大约数十密耳。小型碳化物端铣刀在5至60密耳范围的直径中是易于获得的，而1/64"和1/32"磨机在普通工具钢中是标准的。备选地，焊接区区域可以经由使用激光形成。激光的使用提供对焊接区区域的尺寸好得多的控制的益处，并且还可以减少在该区域中形成的碎片的量，所述的碎片可能导致太阳能电池材料的短路(或分流)。注意，焊接区被显示为位于稍微离开电池的边缘，以沿电池的边缘形成没有电池材料的通道。这更多的是为了方便而不是必需的。焊接区(以及线切割位点，见下文)可以位于区域13的较宽侧内的任意位置。定位的范围在图中由元件15a和23a示出。接下来，在形成焊接区之后，在线施加组件中，将电传导(或导电)线16从线轴17 (或其他线施加部件)跨越太阳能电池条的排进料在焊接区上并且通过示意夹具18保持并拉紧。线16可以由数种材料制成，但是镀铜线是优选的，归因于优选的电传导性和成 本以及可得性。对于具有普通栅极间隔的适宜尺寸的太阳能电池，线直径将有益地落在3至6密耳的范围内，然而对于本申请可以使用宽范围的线直径或厚度。图中仅示出了一条配线，但可以使用多个线分配工作站。接下来，透明粘合剂材料施加装置(或部件)19将一系列透明粘合剂滴20施加至线16并且将这些滴快速固化以将一条线(或多条线)保持就位。在将其固定就位之后，将线的两端切割至板的宽度。板前进至焊接或软焊装置(或部件)21，在此多个焊接或软焊头将线在预定位置22连接至焊接区15，如在图3A的放大视图中由X所示。必须小心以确保焊接或软焊点不侵占焊接区周围电池材料的侧壁，在这里它可能产生电短路路径。刚好在将线连接至焊接区之后，用一系列小刀或激光切割与焊接位置23相邻的线，并且将小滴的清除粘合剂(如不导电材料13)施加至焊接和切割区域两者，并固化以确保不出现线的短路或重新连接。这完成电池沿配线的互连。可以在预先选择的间隔‘S’重复该过程，以产生互连太阳能电池的连续板24。图3B示出了根据本发明的一个实施方案，互连步骤在电池至电池边界横截面处(图3A中的A-A)以四个附图标记(I)至(4)的次序进行(逐层形成)。将明自的是图3B和附图未按比例绘制，厚度维度(垂直)相对于长度(水平)维度极大地放大。参考图3B，图(I)显示具有分隔两电池条3的小间隙11的背板10的一部分。这里，条的两个主要部分表示为基板31 (例如，金属箔，如不锈钢箔或铝或钽箔)和活性太阳能电池层叠体32，如CIGS或CdTe太阳能电池层叠体。在图(2)中，已经将不导电材料13施加至互连区域并固化，并且已经形成焊接区15。不导电材料13还填充间隙11。在示例实施方案中，在焊接区区域15中，已经将活性太阳能电池材料32向下移除至基板31 (在这种情况下金属箔)，并且焊接区稍微延伸至间隙区域11中，如之前在图3A中所示。在挠性基板是不导电基板的情况下，可以将活性太阳能电池材料32向下移除至施加至挠性基板上的背部接触区域。在图
(3)中，提供(例如，伸长)线16跨越电池，并且在线16与基板31之间进行焊接或软焊连接22。连接22非常示意性地示出。在真实比例下，焊接区15比基板3a的厚度宽很多倍，以使得实际上将线16向下压至焊接区的中心以进行接触。在该步骤中必须小心以确保不使得线16与电池材料32在焊接区内的任意位置接触。图(4)显示在位置23(参见图3A)切割的线16，并且将切割区域和焊接区/焊接区域两者用透明不导电材料13填充并固化。这保持元件不在后续处理的过程中短路。
参考图4，在一个实施方案中，显示当将原始板如图2中所述加工时的电池互连的一种备选方法。将与图3A中共同的那些元件相同地标记。如之前提到的，必须将图2中所示的交替的卷轴4翻转以正确地定向用于层压至背板上的条。这产生没有太阳能电池材料的沿每个条的一个边缘的窄线以暴露作为连续焊接区域的区域，即，连续焊接区。在图4中，该区域由放大图中线24与间隙11之间的区域表示。加工与之前的实例中的相同，除了不暴露分立的焊接区之外。相反，通过固化的电介质(或不导电)材料的窄层制作焊接或软焊连接22。该方法的益处是它消除了在将线放置在小焊接区上时对于高精度的需求，但是代价是移除否则可以收集光并产生能量的约1%至2%的电池区域。因为该原因，即使需 要布置上更高的精度，在至少一些情况下图3A的方法可能是优选的。另一种备选的方法在图5中示出。在该方法中，增加另一个步骤以允许使用导电粘合剂，例如填充有银的环氧树脂，以制备互连。这是使用焊接或软焊用于在电池之间形成互连的备选。其他方面该方法与对于图3A描述的相同。另外的焊接区施加装置(或部件)14a在图5中示出。装置14产生与之前描述的相似的焊接区，但是将该区域立即用绝缘粘合剂填充并快速固化。在下一个步骤中，装置14a产生准确地以第一个为中心的稍微更小的焊接区。在放大图中，这由25表示。依赖于设备的精度能力，可以对焊接区的尺寸进行一些自由调整；然而，想法是在较大的焊接区内产生较小的焊接区，并且提供覆盖在在制备第一焊接区中暴露的电池材料的侧壁上的绝缘。设备越精确，特征可以越小，从而导致光损失越少并且太阳能电池性能和效率提高。然而，开放焊接区25不应该小于线16的直径。例如，如果线16具有约O. 005英寸的直径，则焊接区25的直径应该是数倍大，如约2至10倍之间大，或者约4至6倍之间大。在一个实施方案中，可接受的范围可以是约O. 020至O. 030英寸之间。代替焊接或软焊，装置21现在将小滴的导电粘合剂在线16上分配并固化，它也填充焊接区25的区域。因为导电粘合剂在电阻上不像纯金属那么低，线上和焊接区中额外的接触区域(与焊接比较)将接触的总电阻降低足以至可以接受并且实际在性能上与焊接或软焊操作可比拟。具有绝缘侧壁的“双焊接区”的构建保持导电粘合剂不引起越过太阳能电池结的短路。仍然将线16在位置23切割并且如上所述绝缘。参考图6，在本发明的一个实施方案中，示出了将互连电池的连续板24切割为单串互连电池的原理。以预定串宽度(SW)进行切割26，并且切割平行于并且在线16之间前进。在将母线27加至每个串的每个末端之后，可以将两个串相对彼此颠倒并且在一端上连接以制备基本组件28。之后将透明和挠性顶板29层压在组件上。这履行两个功能。第一，它将顶板密封至背板并且对于操作提供更大的机械强度。其次，它将线推向电池的顶部电极以进行良好的电接触。在一个优选的实施方案中，顶部电极与电池之间的电接触使得将通过太阳能电池的电子重获最小化，从而有助于优化的器件性能。该互连方案允许在组件尺寸和电特性两者上大量的灵活性。作为实例，组件28可以通过使用每个具有SW/2的宽度的4个串联连接的串使其电压加倍(但是相同的总面积和形状)。备选地，可以使用宽度SW的4串制成两倍尺寸的组件，并且如果将它们串联连接，则电压也将加倍。如果甚至需要更大的组件，而不使电压增加，可以将子组件的适宜阵列并联连接。因此，通过使用单个连续板配置，可以设计具有不同尺寸和电特性的非常宽范围的组件。随着电池材料的狭缝宽度上的变化和材料的互连卷轴的宽度和数量上的变化，可以制成多种组件。在多个实施方案中，设置控制系统用于控制(或自动化)包括薄膜太阳能电池材料的板的形成。可以将控制系统配置为在卷对卷过程中控制太阳能电池材料的进展，以及控制不导电材料施加部件、焊接区施加部件、透明粘合剂材料施加部件、焊接或软焊部件和电测试部件或器件。例如，控制系统可以控制进料太阳能电池材料或将其引导到本发明的多个实施方案的多个组件的速率。作为另一个实例，控制系统可以控制其中焊接区施加部件14产生焊接区区域15的地点和方式。控制系统还可以控制多个真空设备和机器人设备用于在加工系统或组件之间移动部件。虽然在本文中已经给出并描述了本发明的优选实施方案，但是对于本领域技术人员将明显的是仅通过示例的方式提供这种实施方案。本领域技术人员现在将想到多种变更、变化和替换而不脱离本发明。应该明白的是在实践本发明中可以采用本文描述的本发明的实施方案的多种替代方案。意图是以下权利要求定义本发明的范围，并且由此覆盖和 这些权利要求以及它们的等价物的范围内的方法和结构。
权利要求
1.一种用于制备互连太阳能电池板的方法，所述方法包括 a)提供太阳能电池材料的多个连续条，每个所述连续条包括挠性基板、导电背部接触区域、光活性区域和透明导电区域； b)将太阳能电池材料的所述连续条粘附至连续背板，以使得所述挠性基板接触所述背板，并且在相邻的条之间形成间隙； c)将绝缘材料施加在所述间隙的每ー侧上的每个所述条的边缘的预定区域上，所述绝缘材料接触在所述间隙的每ー侧上的所述背板的至少一部分； d)通过选择性地移除所述绝缘材料和所述光活性区域中的一部分，以暴露所述背部接触区域的一部分，在布置在所述间隙的一侧上的每个所述条的一端上形成多个焊接区； e)提供与太阳能电池材料的所述多个条的所述焊接区和所述透明导电区域电接触的至少一条导电线；以及 f)切割在每个所述焊接区的一侧上的所述线以形成切割区域。
2.权利要求I所述的方法，所述方法还包括在切割所述线的步骤之后，将绝缘材料施加至所述焊接区和切割区域的步骤。
3.权利要求I或2所述的方法，所述方法还包括在将所述绝缘材料施加至所述条之后将其固化的步骤。
4.权利要求1-3中的任一项所述的方法，其中所述绝缘材料是透明绝缘材料。
5.权利要求1-4中的任一项所述的方法，所述方法还包括切割在所述导电线的一部分之间的区域中的互连太阳能电池材料板，以形成预定宽度的太阳能电池串。
6.权利要求1-5中的任一项所述的方法，所述方法还包括将所述多条导电线连接至所述互连太阳能电池板的每一端处的接线端接线柱用于连接至外部电路的步骤。
7.权利要求1-6中的任一项所述的方法，所述方法还包括在所述互连太阳能电池板上提供顶部透明挠性板并且层压所述顶部透明挠性板的步骤。
8.权利要求1-7中的任一项所述的方法，所述方法还包括将挠性太阳能电池材料的相对宽的卷或长板切条为太阳能电池材料的所述多个条的步骤。
9.权利要求8所述的方法，所述方法还包括处理所述切条步骤的太阳能电池材料的所述多个条的ー个或多个边缘以移除缺陷和碎片的步骤。
10.权利要求8所述的方法，所述方法还包括在所述切条步骤之后将太阳能电池材料的所述条卷绕至卷轴上的步骤。
11.权利要求1-10中的任一项所述的方法，所述方法还包括沿太阳能电池材料的每个所述连续条测试电性质的步骤。
12.权利要求11所述的方法，其中在将太阳能电池材料的连续条转移至连续背板的步骤之前，将太阳能电池材料的所述连续条根据它们的电性质分类。
13.一种用于形成具有太阳能电池材料条的互连太阳能电池的加工系统，所述系统包括 切割组件，所述切割组件配置为将挠性太阳能电池材料的卷或板切条为太阳能电池材料条； 研磨组件，所述研磨组件在所述切割组件下游，所述研磨组件被配置为处理每个所述条的ー个或多个边缘；电测试组件，所述电测试组件在所述研磨组件的下游，所述电测试组件被配置为连续测试所述条的电性质； 不导电材料施加组件，所述不导电材料施加组件在所述电测试组件下游，所述不导电材料施加组件被配置为用透明绝缘材料连续地填充在相邻的条之间的间隙； 焊接区施加组件，所述焊接区施加组件在所述不导电材料施加组件下游，所述焊接区施加组件被配置为在每个条的边缘部分上形成多个焊接区；和 线施加组件，所述线施加组件在所述焊接区施加组件下游，所述线施加组件被配置为提供跨越所述条的所述多个焊接区的导电线。
14.一种光伏制品，所述光伏制品包括 a)太阳能电池材料的连续条，每个所述连续条包括挠性基板、导电背部接触区域、光活性区域和透明导电区域； b)连续背板，所述连续背板被配置为使得所述挠性基板接触所述背板，并且在相邻的条之间形成间隙； c)绝缘材料,所述绝缘材料接触在所述间隙的姆ー侧上的姆个所述条的边缘和在所述间隙的姆ー侧上的所述背板的至少一部分两者； d)多个焊接区，所述多个焊接区在设置在所述间隙的一侧上的每个所述条的一端上，其中所述焊接区通过选择性地移除所述绝缘材料和所述光活性区域中的一部分以暴露所述背部接触区域的一部分形成； e)多条导电线，所述多条导电线与太阳能电池材料的所述多个条的所述焊接区和所述透明导电区域电接触； f)切割区域，所述切割区域形成在每个所述焊接区的ー侧上，所述切割区域包括分开的导电线的相邻端，并且包括与所述焊接区和分开的导电线的所述相邻端都接触的绝缘材料。
全文摘要
所公开的是互连挠性太阳能电池以形成具有宽范围多种尺寸和电特性的太阳能电池组件的高度自动化方法。该方法快速并且经济，提供很多之前仅在刚性基板上可得的“赝单块集成”方案的特性。
文档编号H01L31/0392GK102792463SQ201180013233
公开日2012年11月21日 申请日期2011年3月10日 优先权日2010年3月10日
发明者丹尼斯·R·霍拉斯, 布鲁斯·D·哈特曼, 戴维·B·皮尔斯, 托马斯·M·瓦莱里, 阿瑟·C·沃尔 申请人:陶氏环球技术有限责任公司