为了所有目的，下列相关申请和材料全部并入本文：美国专利号8,993,364和美国公开号2013/0269748a1。
领域
本公开涉及用于在柔性聚合物片材上形成导电网格图案的系统和方法。例如，形成的网格图案可以特别适合于用作在光伏电池或模块中的收集网格(collectiongrid)或者用作低成本柔性电路，例如射频识别标签(rfid标签)。
介绍
光伏的领域通常涉及将太阳光直接转换成dc电功率的多层材料。这种转换的基本机制是光伏效应，其在1839年由antoine-césarbecquerel首先观察到，并首先由爱因斯坦在1905年的有影响力的科学论文中正确描述，他由于该论文被授予诺贝尔物理学奖。在美国，光伏(pv)设备通俗地被称为太阳能电池或pv电池。太阳能电池通常被配置为p型和n型半导体的协作夹层，其中n型半导体材料(在夹层的一“侧”上)展现过量的电子，并且p型半导体材料(在夹层的另一“侧”上)表现过量的空穴，每个空穴表示电子的缺乏。在这两种材料之间的p-n结附近，来自n型层的价电子移动到p型层中的相邻孔中，在太阳能电池内部产生小的电不平衡。这导致了在形成电子p-n结的冶金结附近的电场。
当入射光子将电池中的电子激发到导带内时，被激发的电子变成脱离半导体的原子的束缚，形成自由电子/空穴对。如上所述，因为p-n结在结附近产生电场，所以在结附近以这种方式产生的电子/空穴对趋向于分离并离开结，电子朝着在n型侧上的电极移动，并且空穴朝着在结的p型侧上的电极移动。这在电池中产生总体电荷不平衡，使得如果在电池的两侧之间提供外部导电路径，电子将沿着外部路径从n型侧移到p型侧，产生电流。实际上，可以由覆盖表面的一部分的导电网格从n型侧的表面处或附近收集电子，同时仍然允许入射光子充分进入电池内。
当适当定位的电触点被包括并且电池(或一系列电池)合并到闭合电路中时，这样的光伏结构形成工作pv设备。作为独立设备，单个传统太阳能电池不足以为大多数应用提供电力。因此，太阳能电池通常通过将一个电池的正面连接到另一个电池的背面而被布置到pv模块或“串”中，从而以电串联将各个电池的电压加在一起。通常，大量的电池串联连接以实现可用电压。因而产生的dc电流然后可以通过逆变器被馈送，在逆变器中dc电流以适当的频率变换成ac电流，该频率被选择为匹配由传统电网供应的ac电流的频率。在美国，这个频率是60赫兹(hz)，而大多数其他国家以50赫兹或60赫兹提供ac功率。
为商业用途开发的一种特定类型的太阳能电池是“薄膜”pv电池。与其他类型的pv电池(例如晶体硅pv电池)相比，薄膜pv电池需要较少的光吸收半导体材料来产生工作电池，并且因此可以降低处理成本。基于薄膜的pv电池还通过采用先前开发的用于电极层的沉积技术来提供降低的成本，其中相似的材料被广泛用在用于保护性、装饰性和功能性涂层的薄膜工业中。低成本商业薄膜产品的常见例子包括在基于聚合物的食品包装上的不透水涂层、在建筑玻璃上的装饰涂层、在住宅和商业玻璃上的低发射率热控制涂层、以及在眼镜上的划痕和抗反射涂层。采用或修改在这些其他领域中已经开发的技术允许光伏电池薄膜沉积技术的开发成本的降低。
此外，薄膜电池展示超过20％的效率，20％比得上或超过最高效晶体电池的效率。特别是，半导体材料二硒化铜铟镓(cigs)是稳定的，具有低毒性，并且真实地是薄膜，在工作的pv电池中需要小于两微米的厚度。因此，迄今为止，cigs看起来展示了对高性能、低成本薄膜光伏产品的最大潜力，并因而展示了对渗透到大容量发电市场的最大潜力。薄膜pv技术的其他半导体变形包括二硒化铜铟、二硫化铜铟、二硒化铜铟铝和碲化镉。
一些薄膜pv材料可以沉积在刚性玻璃基板上或柔性基板上。玻璃基板相对便宜，通常具有与cigs或其他吸收层相对接近地匹配的热膨胀系数，并且允许使用真空沉积系统。然而，在比较在沉积过程期间可适用的技术选项时，刚性基板在处理期间遭受各种缺点，例如对处理设备和材料存储的相当大的占地面积的需要、用于将玻璃均匀地加热至在玻璃退火温度或接近玻璃退火温度的升高的温度处的昂贵和专门的设备、基板破裂与因而产生的产量损失的高度潜在可能性、以及更高的热容量与因而产生的更高的电费和用于加热玻璃的处理时间。此外，由于玻璃的重量和易碎性质，刚性基板需要增加的运送成本。因此，对于薄膜的沉积使用玻璃基板可能不是对多层功能薄膜材料例如光伏的低成本、大批量、高产量、商业制造的最佳选择。
相反，薄柔性基板的卷到卷处理允许使用紧凑、较便宜的真空系统以及已经为其他薄膜工业开发的非专用设备。基于薄柔性基板材料的pv电池也展现出对快速加热和冷却以及对大的热梯度的相对高的耐受性(导致在处理期间破裂或失效的低可能性)，需要相对低的运送成本，并且展现出比基于刚性基板的电池更大的易安装性。与适合于供当前公开的方法和装置使用的类型的薄膜pv电池的组成和制造相关的另外细节可以在例如都为wendt等人的美国专利号6,310,281、6,372,538和7,194,197以及britt等人的美国专利号8,062,922中找到，所有这些专利特此通过引用被全部并入。
如前面所提到的，相当大数量的pv电池经常串联连接以实现可用电压并因而实现期望功率输出。这样的配置常常被称为一“串”pv电池。由于晶体基板和柔性薄膜基板的不同特性，在电池之间的电串联连接可以与针对晶体电池不同地针对薄膜电池而构造，在薄膜电池之间形成可靠的串联连接提出若干挑战。例如，直接在薄膜电池上焊接(用于连接晶体太阳能电池的传统技术)将电池的pv涂层暴露于破坏性温度，并且通常用于在薄膜电池上形成收集网格的基于有机物的银油墨可能在任何情况下都不允许通过普通的焊接材料进行牢固的粘附。因此，pv电池常常使用导电粘合剂(eca)而不是通过焊接来与附着到电池的独立电线或导电翼片连接。
然而，即使独立电线或翼片用于形成电池间连接时，沿着切割的pv电池边缘的非常薄的涂层和可能的脱落也引入使电线或翼片跨越电池边缘时的任何地方短路(功率损失)的机会。此外，通常为金属箔的上面沉积有pv涂层的导电基板可容易地由来自附着的电线和翼片的热机械应力变形。这个应力可以转移到微弱粘附的界面，这会导致电池的分层。
另外，在eca和电池背面之间或在eca和在正面上的导电网格之间的粘附力可能很弱，并且机械应力可能引起在这些位置处的收集网格的分离。此外，腐蚀可能出现在电池的背面上的钼或其他涂层与将收集网格的翼片连接到那里的太阳能电池的eca之间。这个腐蚀可导致高电阻接触或粘附失败，导致功率损失。
将薄膜pv电池与导电翼片或带连接的先进方法可以在很大程度上克服电短路和分层的问题，但是可能需要不合意地高的生产成本来这样做。此外，所有这样的方法——无论多么强大——都要求pv串的至少某个部分被导电翼片覆盖，这阻止太阳辐射射到该串的那个部分并因此降低了系统的效率。因此，需要将pv电池互连为串的改进的方法以及互连电池的改进的串。特别地，需要串及其形成的方法，其减少互连成本并减少由互连机构覆盖的每个pv电池的部分，同时维持或改善电池抵抗应力的能力。
ici(集成电池互连)技术克服了上述问题，但目前依赖于在减材工艺中形成的cu网格集合结构。通过电沉积形成的cu箔被层压在聚合物网上，并且多于90％的cu质量随后被去除。去除的cu的相对面积甚至更大。虽然被去除的cu的一部分可被回收，但该过程相对昂贵并且效率低，并且全球仅几个供应商能够提供以这种方式生产的柔性互连结构。此外，回收的铜必须被精炼和再处理，用于需要特定水平的纯度的应用。
此外，与当前网格结构的形成相关联的电镀和减材蚀刻工艺利用可以掺杂基板(影响太阳能模块性能或可靠性)的强化学池，或者对合适的基板材料施加约束。
由于所有上述原因，需要用于在柔性基板例如透明聚合物片材上形成导电网格图案的改进的装置和方法。
概述
本公开提供了与聚合物片材上的导电网格形成有关的系统、装置和方法。在一些实施例中，在透明聚合物片材上形成导电金属网格的方法可以包括将电绝缘涂层涂敷到导电圆筒，其中该涂层被图案化以暴露导电表面的与待形成的网格图案对应的圆筒的部分；至少部分地将圆筒浸入到含金属的溶液中；向导电圆筒施加电流，从而引起金属到导电表面的被暴露部分上的电沉积并在圆筒上形成导电金属网格；旋转圆筒直到导电网格与缠绕在圆筒的一部分上的透明聚合物片材接触为止；以及，在导电网格附着到片材上的状态下，将片材与圆筒分离。
在一些实施例中，一种形成光伏模块的导电收集网格的方法可以包括将电绝缘涂层涂敷到具有导电表面的滚筒上；图案化电绝缘涂层以暴露滚筒的导电表面的与网格图案对应的区域；将金属电沉积到导电表面的被暴露区域上以形成附着到导电表面的金属收集网格；使收集网格与透明聚合物片材接触，同时将收集网格附着到导电表面，从而使收集网格粘附到聚合物片材；以及在网格图案附着到聚合物片材上的状态下将透明聚合物片材与滚筒分离。
在一些实施例中，一种在透明柔性片材上形成导电网格的方法包括：提供部分地覆盖有电绝缘涂层的导电表面，其中导电表面的未覆盖部分对应于网格图案；将导电材料电沉积到导电表面的未覆盖部分上以形成附着到导电表面的导电网格；使电绝缘涂层和导电网格与透明柔性片材接触；以及在导电网格附着到透明柔性片材上的状态下，将透明柔性片材从电绝缘涂层分离。
在一些实施例中，在透明粘性聚合物片材上形成任意复杂度的导电金属网格的高速率、低成本增材方法可以包括在金属圆筒上使用电绝缘不粘涂层，绝缘涂层首先被图案化以在预选区域中暴露金属圆筒的导电表面；至少部分地将圆筒浸入化学溶液中，其中导电金属电沉积到在绝缘层中图案化的特征中；当粘性聚合物片材缠绕在所述圆筒的外圆周的一部分上时，将被电沉积到被图案化以暴露导电金属圆筒的区域中的电沉积金属网格拉到粘性聚合物片材上；以及将聚合物片材与圆筒分离，产生粘附到粘性聚合物片材上的所形成的金属网格。
特征、功能和优点可以在本公开的各种实施例中独立地实现，或者可以在又一些其他实施例中被组合，实施例的另外的细节可以参考以下描述和附图看到。
附图说明
图1是用于在透明聚合物片材上形成导电网格的说明性的装置的等距视图。
图2是根据本公开的各个方面的在透明聚合物片材上形成的说明性的导电网格图案的放大局部视图。
图3是描绘在透明聚合物片材上形成导电金属网格的说明性的方法中执行的步骤的流程图。
图4是描绘在形成光伏模块的导电收集网格的说明性的方法中执行的步骤的流程图。
图5是描绘在透明柔性片材上形成导电网格的说明性的方法中执行的步骤的流程图。
描述
概述
下面描述并在相关附图中示出用于在透明粘性聚合物片材(或任何其他合适的聚合物片材)上添加地形成导电网格的系统的各种实施例以及相关方法。除非另外规定，否则网格形成系统和/或其各种部件可以但不要求包含在本文描述、示出和/或合并的结构、部件、功能和/或变形中的至少一个。此外，结合本教导在本文描述、示出和/或合并的过程步骤、结构、组件、功能和/或变形可以但不要求被包括在其他类似的网格形成系统中。各种实施方式的下面的描述本质上仅仅是示例性的，且决不旨在限制本公开、其应用或用途。另外，如下所述，由实施例提供的优点本质上是说明性的，且并非所有实施例都提供相同的优点或相同程度的优点。
本文公开的网格形成系统克服了在一般网格形成技术中固有的几个缺点。例如，现有的铜沉积和减材蚀刻(subtractiveetching)方法导致高百分比的不可恢复的浪费和潜在的基板掺杂。相反，本文描述的增材网格形成方法导致低或可忽略的浪费，并且不使基板(即聚合物片材)遭受潜在地有害的化学池(chemicalbath)。
通常，增材网格形成系统可以包括具有涂覆有不粘绝缘层(例如聚四氟乙烯(ptfe))的导电外表面的可旋转滚筒。网格图案可以在绝缘层中形成，使得在网格图案存在的地方，下层导电表面被暴露。滚筒可以部分地浸没在含有导电金属(例如铜离子)的化学池中，滚筒的轴实质上平行于池的表面。滚筒的下部可以被浸没，而上部保持在池外，使得滚筒的旋转使滚筒的图案化的外表面进入池并随后从池出来。
可以施加电流，导致cu(或其它导电金属)到滚筒的浸没部分上的电沉积。然而，由于除了网格图案以外的表面被绝缘材料覆盖，cu仅沉积到暴露的网格图案上。
可以具有粘性表面的透明聚合物片材可以放置成与旋转滚筒的未浸没部分接触。在滚筒表面离开池后，片材可以与滚筒接触，并缠绕在滚筒的未浸没部分上。然后可以将片材在其再次进入池之前从滚筒表面移除。可以施加压力和/或热，使得片材被层压到滚筒的表面上，然后在离开时被剥离。该层压和随后的分离导致cu网格附着到聚合物片材，并从滚筒表面移除。导电涂层可以被添加到滚筒的被暴露网格图案，使得涂层用作释放层以便于网格优先附着到聚合物片材。
聚合物片材可以包括一卷聚合物片材材料，或聚合物片材的另一个实质上连续的源。因此，当滚筒旋转到化学池内和离开化学池时，聚合物片材可连续地进给到滚筒上和从滚筒离开，使得具有导电网格的连续聚合物片材由系统产生。该系统可以包括卷到卷式系统，使得金属化片材卷绕到接收辊上。
例子、组件和替代物
下面的章节描述了示例性网格形成系统以及相关系统和/或方法的选定方面。这些章节中的例子旨在说明，而不应被解释为限制本公开的整个范围。每个章节可以包括一个或多个不同的发明和/或上下文或相关信息、功能和/或结构。
说明性的装置
如图1-2所示，本公开的这个章节涉及可用于在透明聚合物片材上形成导电金属网格的说明性的装置。
图1描绘了用于在透明聚合物片材104上形成导电金属网格102的、通常以100指示的网格形成装置的例子。装置100包括镀液容器106、导电圆筒108、布置在圆筒108的部分上的压挤元件110、112、114、116以及加热器118和120。加热器118布置在圆筒108内部，在压挤元件110和112附近。加热器120布置在压挤元件110内部。
镀液容器106被配置成容纳含金属的电沉积溶液122，并且可以包括被配置为将圆筒108至少部分地接纳到溶液中的任何合适的结构和部件。例如，镀液容器可以包括被配置为容纳电沉积溶液122的壁124、126、128、130和底板132。镀液容器106形成通常以134指示的开放表面，其配置成接纳导电圆筒108。镀液容器106可以包括任何电中性材料。例如，镀液容器106可以由塑料制成。在一些情况下(未示出)，整个装置100可以被围住。
也被称为含金属的溶液的电沉积溶液122可具有任何合适的成分，其被配置为运输可电沉积的离子或可电沉积的离子的组合。例如，电沉积溶液122可以是含有铜离子、铜离子加上某种其他金属离子例如镍或铬、或任何其他合适的金属离子或离子的组合的水溶液。如在电沉积的领域中众所周知的，溶液122中的离子通常从被浸入溶液中并且用作电阳极的材料的一个或多个源(未示出)提供。
也可以被称为滚筒、卷筒和/或心轴的导电圆筒108可以包括被配置成传导所施加的电流并围绕轴旋转的任何合适的结构和部件。例如，导电圆筒108可以是具有导电表面136的不锈钢或铝圆筒。如图1所示，圆筒108可以配置成部分地在溶液122内旋转。该导电圆筒具有电绝缘涂层138，其被图案化以暴露导电表面136的部分。在一些情况下，圆筒108可以是中空的，如在图1中描绘的，而在其他情况下，圆筒在其内部中可以是实质上实心的或部分地实心的。在一些例子中，圆筒108可以围绕中心轴(未示出)旋转。在一些情况下，圆筒108的旋转可以由聚合物片材104的运动来驱动。在其他情况下，可以以某种其他方式例如通过刚性地附着到圆筒的中心轴的旋转来旋转圆筒108。
电绝缘涂层138可以包括被配置为提供电绝缘、对电沉积化学物质的惰性、对圆筒108的粘附性、在层压条件下对透明聚合物片材104的非粘附性或低粘附性、以及对层压温度(大约160℃)的耐受性的任何合适的结构和部件。例如，电绝缘涂层可以由含氟聚合物、氯氟聚合物或任何其他合适的热固性或热塑性聚合物制成。在一些例子中，电绝缘涂层138可以包括ptfe。涂层可以具有任何期望厚度，其大致对应于待创建的导电网格的期望厚度。如相对于圆筒径向地测量的，可以选择涂层厚度以控制网格的厚度。例如，涂层可以小于约50微米(即，百万分之一米)厚，并且在一些情况下涂层可以为约25至约30微米厚。
电绝缘涂层的图案化可以例如通过激光来实现，该激光用于选择性地去除绝缘涂层一直到下层导电表面。通常以140指示的因而产生的图案可以包括具有各种尺寸的线和互连区域。可以形成任何任意的图案，导致极大的设计灵活性。在一些例子中，图案140可对应于被配置为电气地互连数对相邻光伏(pv)电池的期望的导电网格102。例如，图案140可以包括下面关于图2进一步描述的分别形成网格102的网格线142、汇流条144和互连区域146的形状的精细的平行纵向线、较粗的横向线和互连区域。
压挤元件110、112、114、116被配置为对着圆筒108引导和压挤透明聚合物片材例如片材104。例如，压挤元件110、112、114、116可以包括夹辊或夹送辊(或辊)，并且可以是相邻于圆筒108布置的较小的成对圆筒。在图1所示的例子中，第一对夹送辊110和112在片材104接触表面136的期望位置处布置在导电表面136的相对侧上(即，在导电表面136的上方和下方)。换句话说，一个压挤元件(110)可以在圆筒108的外部，而另一个压挤元件(112)可以在圆筒的内部。类似地，第二对夹送辊114和116布置在第一对夹送辊下游的表面136的相对侧上，在片材104与接触表面136分离的期望位置处。因此，片材104缠绕在两对辊之间的圆筒108的一部分上。在一些例子中，圆筒108的重量可以由下压挤元件112和116支撑，和/或圆筒108的旋转可以由压挤元件驱动，压挤元件的旋转在一些情况下又可以通过片材104的运动来驱动。在一些例子中，一个或两个内辊可以不存在，例如当圆筒108被支撑在中心轴上并且压力从外辊被施加以实现层压时。
如上面指示的，在压挤元件110和导电表面136之间的第一空间形成透明片材104的入口148，而在压挤元件114和导电表面136之间的第二空间形成透明片材104的出口150。通常以152指示的圆筒106的旋转将导致压挤元件110-116的旋转(或者，在一些例子中，反之亦然)，使片材104在入口148处对着圆筒106被压挤。该旋转还允许片材104在出口150处远离圆筒106被提升。结合由夹辊产生的压挤，对聚合物片材施加合适的张力将使片材在入口点和出口点之间的中间区域154中保持对着圆筒被压挤。
除了来自压挤元件的压力之外，片材104到滚筒上的层压也可通过在片材104上(和/或圆筒108上)的粘性层和/或通过热的施加来辅助。在一些例子中，热被施加而没有额外的粘合剂。在一些例子中，使用粘合剂来便于导电网格转移到聚合物片材上。例如，可以使用热塑性粘合剂，其可以通过加热来活化。一个或多个加热器可用于这些目的中的任一个。这样的加热器可以包括被配置成相对于透明聚合物片材104产生层压温度的任何合适的设备。例如，第一加热器120可以布置在压挤元件110的内部，而第二加热器118可以布置在圆筒108的内部。加热器118和120可以包括用于产生大约160℃的温度的感应加热器元件和/或电阻元件。通常，加热器118和120可以用于升高在入口点148附近的聚合物片材、外部夹辊和/或主圆筒的温度。
如图1所示，金属网格102在圆筒108上形成，并且粘贴到、粘附到和/或层压到在中间区域154中的片材104上。当片材104在出口150处或出口150附近从滚筒剥离时，网格随即从圆筒108移除。释放层或释放表面可以被涂敷到图案140的被暴露导电表面，以便于网格材料从滚筒的释放。例如，该释放层可以包括电镀铬、镍-聚四氟乙烯、铬-聚合物和/或可以选择性地涂敷到被暴露的导电心轴表面的其他类似导电层。
金属网格102和片材104的组合形成柔性金属化片材156，该柔性金属化片材156然后例如可用于例如在柔性pv板中的进一步的pv制造。金属化片材156可以被称为金属化聚合物片材和/或导电网格层压板或网格层。
转到图2，描绘了金属化片材156的放大局部视图，其示出了根据本教导的各方面可在聚合物片材上形成的网格图案的可能细节。在这里，在聚合物片材104上示出网格102，以包括网格线142、汇流条144和互连区域146。更一般地，可使用本教导的方法和装置来在柔性基板上形成任何合适的金属化网格图案。
透明聚合物片材104配置成提供选择性粘附、柔韧性和对层压温度的耐受性。例如，当透明聚合物片材104被加热器118和120加热时，片材可粘附到在圆筒106上最新形成的金属网格102，但不粘附到电绝缘涂层138。透明聚合物片材104可以由热塑性聚合物例如热塑性聚烯烃/聚对苯二甲酸乙二醇酯(tpo/pet)等制成。
网格102由电沉积金属组成，形成网格线142、汇流条144和互连区域146。图2所示的网格几何结构仅仅是说明性的，且不应被认为是限制性的。网格线、汇流条和互连区域可以具有与期望的网格对应的不同尺寸，该期望网格被配置为电气地互连特定类型的相邻光伏电池，或者在一些情况下简单地收集由单个电池产生的电流。
在图2的实施例中，网格线142是细平行线，其在矩形环路中从汇流条144纵向延伸。网格线142通常具有在约200微米以下的宽度和在约50微米以下的厚度。
汇流条144互连网格线142。汇流条144具有实质上比网格线的宽度大的宽度，并且像网格线一样一般具有在50微米以下的厚度。网格图案的尺寸可根据需要而变化，例如以适应不同的pv电池尺寸。
互连区域146包括汇流条144的横向延伸部分。在图2的实施例中，区域146被配置为延伸出由相应的汇流条接触的第一pv电池的边界，以与相邻的第二pv电池的一部分接触。通过适当地电隔离相邻电池的这些部分并且使互连区域146与相邻电池的背触点电接触，可以使用网格102来将相邻电池串联地电互连。网格线、汇流条和互连区域将通常具有相同厚度的电沉积金属，其如前面提到的通常小于50微米并且可以对应于涂层138的厚度。
说明性的方法
本章节描述了在用于在聚合物片材上形成金属网格的各种方法中执行的步骤；见图3-5。网格形成装置100的各个方面可以在下面描述的方法步骤中被利用。在适当的情况下，可以参考之前描述的可在执行每个步骤时使用的部件和系统。这些参考用于说明，且并不意欲限制执行该方法的任何特定步骤的可能方式。
图3是示出在说明性的方法中执行的操作的流程图，并且可以不叙述该方法的完整过程或所有步骤。图3描绘了通常以200指示的方法的多个步骤，其可以根据本公开的各个方面结合网格形成系统来执行。尽管方法200的各个步骤在下面被描述并且在图3中被描绘，但是步骤不一定需要都被执行，并且在一些情况下可以以与所示的顺序不同的顺序执行。
步骤202包括将电绝缘涂层涂敷到导电圆筒，使圆筒的部分被暴露在网格图案中。例如，可以将绝缘涂层例如ptfe涂敷到导电滚筒，网格图案在涂层中形成以暴露下面的导电滚筒。网格图案可以被配置为pv电池的一个或多个电路。涂层中的网格图案可以例如通过在涂层被涂敷到滚筒之后激光蚀刻图案而形成。在其他情况下，可以在涂敷绝缘涂层之前通过化学或物理地掩蔽导电滚筒随后除去掩蔽剂来形成网格图案。
步骤204包括将导电释放层涂敷到导电圆筒的被暴露部分。例如，被暴露的这些部分，即涂层中的网格图案，可以具有被涂敷的释放材料。因此，金属将被沉积(见步骤208)到网格图案中，但是当被聚合物片材接触时，金属将较不可能保持粘附或以其他方式附着到圆筒的被暴露导电部分。合适的释放材料包括例如可通过电沉积被涂敷的铬、镍-聚四氟乙烯、铬-聚合物和/或类似材料。释放层作为薄涂层被涂敷，留下蚀刻图案，其具有与待形成的网格图案的期望厚度相似的厚度并且最终被涂敷到柔性片材。
步骤206包括至少部分地将圆筒浸入含金属的溶液中。例如，圆筒可以在径向方向上部分地被浸没，使得圆筒的整个长度但不是整个直径被浸没。尽管装置的滚筒在此被描述为圆筒，任何合适的形状可以被使用。在随后的步骤期间，圆筒可以保持如此被浸没。
步骤208包括向导电圆筒施加电流以引起导电网格的电沉积。可以使用任何合适的电沉积方法，使得含金属的溶液中的金属沉积到圆筒的网格图案中，从而形成导电网格。
步骤210包括旋转圆筒直到导电网格与透明聚合物片材接触为止。圆筒的旋转可以由任何合适的方法或设备实现。例如，可以使用机动驱动装置来例如以选定的旋转速度直接旋转圆筒。在其他情况下，聚合物片材可以例如通过卷对卷系统来运输，并且在聚合物片材和圆筒之间的摩擦可以使圆筒以由片材的运动设定的速率旋转。
步骤212包括加热透明聚合物片材。聚合物片材可以直接或间接地被加热。例如，辊或其他部件可以被加热并放置成与片材接触，由此，热被传递到片材。在其他情况下，片材可以在它与导电圆筒接触之前或之后用专用加热器被直接加热。
步骤214包括加热导电圆筒的至少一部分。例如，导电圆筒可以在相邻于导电网格与聚合物片材接触的位置的圆筒的区域中被加热。可以使用任何合适的加热机构来加热圆筒。例如，感应加热元件可以布置在圆筒附近的相邻于或极接近外表面的固定位置中。
步骤216包括对着圆筒压挤透明聚合物片材。压挤可以通过任何合适的机构来完成。例如，可以使用一对夹辊或夹送辊，一个辊在片材的外表面上并且相对的辊在圆筒的内表面上。在一些例子中，仅外辊可以用于施加压挤，其中圆筒本身提供相反的压力。在该步骤中执行压挤，以将聚合物片材层压到圆筒的外表面上。通常，导电网格将优先粘附到聚合物片材而不是导电圆筒。可以在聚合物片材上使用一种或多种粘合剂来辅助该过程。粘合剂可以是热激活的。
步骤218包括冷却透明聚合物片材。可以使用任何合适的冷却方法，例如强制空气冷却、制冷和/或类似方法。可以利用被动(例如，通过普通传导、辐射和对流的耗散)和/或主动冷却方法。这将热塑性粘合剂固化到电沉积金属网格，并且减小聚合物片材到围绕网格图案的导电圆筒的部分的粘附和/或网格图案到下层释放层的粘附。
步骤220包括在导电网格附着到片材的状态下将片材与圆筒分离。分离可以通过在横切圆柱表面的方向上推或以其他方式拉片材来执行。分离力可以由机动的机械设备例如机动的主轴、推杆或输送机来提供。通过在聚合物片材、导电网格图案和圆筒之间的粘附力的适当平衡，分离的结果将是实质上整个网格图案将粘附到聚合物片材。
图4是示出在另一说明性的方法中执行的操作的流程图，并且可以不叙述该方法的完整过程或所有步骤。图4描绘了通常以300指示的方法的多个步骤，其可以根据本公开的各个方面结合网格形成系统来执行。尽管方法300的各个步骤在下面被描述并在图4中被描绘，步骤不一定需要都被执行，并且在一些情况下可以以与所示顺序不同的顺序执行。
步骤302包括将电绝缘涂层涂敷到具有导电表面的滚筒。例如，滚筒可以具有金属表面，例如钢或铝。滚筒可具有任何适当的形状。例如，滚筒可以是圆柱形的或管状的。在一些例子中，滚筒可以具有椭圆形或多边形横截面。电绝缘涂层可以具有低摩擦、不粘的和/或电中性的特征。电绝缘涂层可以包括任何合适的材料，例如ptfe。
步骤304包括图案化电绝缘涂层以暴露与网格图案对应的滚筒的导电表面的区域。例如，涂层可被蚀刻、掩蔽或以其他方式形成为对应于pv电池或电池串的电路的网格图案。
步骤306包括将薄释放层涂层涂敷到导电表面的被暴露区域。合适的释放层可以包括铬、镍-聚四氟乙烯、铬-聚合物等，其可以通过电沉积或通过任何其他合适的方法被涂敷。释放层可以以任何期望的厚度被涂敷。例如，如果电绝缘涂层具有第一厚度，则释放层将通常具有小于第一厚度的第二厚度，并且在第一厚度与第二厚度之间的差异将类似于待形成的导电网格的期望厚度。
步骤308包括将金属电沉积到导电表面的被暴露区域上，以形成附着到导电表面的金属收集网格。可以使用任何合适的电沉积方法，以及任何合适的导电金属。例如，可以使用含有铜离子的化学池。
步骤310包括加热透明聚合物片材和/或滚筒的导电表面。如上所述，可以使用任何合适的加热器。可以执行加热以促进步骤312的层压，并且在一些情况下可以使涂敷到片材、滚筒或两者的粘合剂活化。
步骤312包括使收集网格与透明聚合物片材接触。这可以通过层压工艺来实现，其中使用压力、粘合剂和/或热将聚合物片材层压到网格。
步骤314包括冷却透明聚合物片材。如上所述，可以使用任何合适的方法，例如强制空气冷却、制冷和/或类似方法。可以利用被动(例如，耗散)和/或主动冷却方法。
步骤316包括在网格图案附着到聚合物片材的状态下将透明聚合物片材从滚筒分离。
图5是示出在另一说明性的方法中执行的操作的流程图，并且可以不叙述该方法的完整过程或所有步骤。图5描绘了通常以400指示的方法的多个步骤，其可以根据本公开的各个方面结合网格形成系统来执行。尽管方法400的各个步骤在下面被描述并在图5中被描绘，步骤不一定需要都被执行，并且在一些情况下可以以与所示顺序不同的顺序执行。
步骤402包括提供部分地覆盖有电绝缘涂层的导电表面。导电表面可以包括导电滚筒的表面。绝缘涂层可以包括一层实质上惰性的材料。
步骤404包括将释放层涂敷到导电表面的未覆盖部分上，仍将导电表面的先前未覆盖部分保持在电绝缘涂层的表面之下期望数量的深度处。合适的释放材料包括铬、镍-聚四氟乙烯、铬-聚合物和/或类似材料。
步骤406包括将导电材料电沉积到导电表面的未覆盖部分上以形成导电网格。见上面的合适的电沉积方法的讨论。
步骤408包括加热透明柔性片材。例如，步骤408可以包括例如使用一个或多个加热元件和/或加热部件来加热柔性聚合物片材。
步骤410包括使电绝缘涂层和导电网格与透明柔性片材接触。如上，该步骤可以包括可能借助于压力、粘合剂和/或热来将片材层压到涂层和网格上。
步骤412包括冷却透明柔性片材。如上所述，可以使用任何合适的方法，例如强制空气冷却、制冷和/或类似方法。可以利用被动(例如，耗散)和/或主动冷却方法。
步骤414包括在导电网格附着到片材的状态下将透明柔性片材从电绝缘涂层分离。
在另一个实施例中，在透明聚合物片材上形成导电金属网格的方法可以包括将电绝缘涂层涂敷到导电圆筒，其中该涂层被图案化以暴露与待形成的网格图案对应的圆筒的导电表面的部分。圆筒可以至少部分地浸入含金属的溶液中。可以将电流施加到导电圆筒，从而使金属电沉积到导电表面的被暴露部分上，并在圆筒上形成导电金属网格。圆筒可以旋转，直到导电网格与缠绕在圆筒的一部分上的透明聚合物片材接触为止。片材可以在导电网格附着到片材的状态下从圆筒分离。
在另一个实施例中，一种形成光伏模块的导电收集网格的方法可以包括将电绝缘涂层涂敷到具有导电表面的滚筒。电绝缘涂层可以被图案化以暴露与网格图案对应的滚筒的导电表面的区域。金属可以被电沉积到导电表面的被暴露区域上，以形成附着到导电表面的金属收集网格。当收集网格附着到导电表面时，收集网格可以与透明聚合物片材接触，从而使收集网格粘附到聚合物片材。透明聚合物片材可以在网格图案附着到聚合物片材的状态下从滚筒分离。
在另一个实施例中，在透明柔性片材上形成导电网格的方法可以包括提供部分地覆盖有电绝缘涂层的导电表面，其中导电表面的未覆盖部分对应于网格图案。导电材料可以被电沉积到导电表面的未覆盖部分上，以形成附着到导电表面的导电网格。电绝缘涂层和导电网格可以与透明柔性片材接触。透明柔性片材可以在导电网格附着到透明柔性片材的状态下从电绝缘涂层分离。
选定的例子
本章节描述了网格形成系统和方法的额外方面和特征，其没有限制地作为一系列段落被介绍，其中一些或全部段落可以为了清楚和有效而以字母数字方式指定。这些段落中的每一段可以与一个或多个其他段落和/或与来自本申请中的其他地方的公开内容以任何合适的方式组合。下面的一些段落明确地提及并进一步限制其他段落，没有限制地提供一些适当组合的例子。
a0.一种在透明聚合物片材上形成导电金属网格的方法，包括：将电绝缘涂层涂敷到导电圆筒，其中涂层被图案化以暴露与待形成的网格图案对应的圆筒的导电表面的部分；至少部分地将圆筒浸入含金属的溶液中；向导电圆筒施加电流，从而使金属电沉积到导电表面的被暴露部分上并在圆筒上形成导电金属网格；旋转圆筒，直到导电网格与缠绕在圆筒的一部分上的透明聚合物片材接触为止；以及在导电网格附着到片材的情况下将片材与圆筒分离。
a1.段落a0的方法，还包括加热透明聚合物片材，从而增加在片材和导电网格之间的粘附力。
a1a.段落a1的方法，还包括将热活化粘合剂添加到透明聚合物片材。
a2.段落a0至a1a中的任一项的方法，还包括加热圆筒的部分，透明聚合物片材缠绕在该部分上，从而增加在片材与导电网格之间的粘附力。
a3.段落a2的方法，还包括在将片材与圆筒分离之前冷却透明聚合物片材。
a4.段落a0至a3中的任一项的方法，还包括对着圆筒压挤透明聚合物片材，从而增加在片材和导电网格之间的粘附力。
a5.段落a0至a4中的任一项的方法，其中电绝缘涂层由合成含氟聚合物形成。
a6.段落a5的方法，其中电绝缘涂层由聚四氟乙烯(ptfe)形成。
a7.段落a0至a6中的任一项的方法，还包括将导电释放层涂敷到圆筒的导电表面的被暴露部分。
b0.一种形成光伏模块的导电收集网格的方法，包括：将电绝缘涂层涂敷到具有导电表面的滚筒；图案化电绝缘涂层以暴露与网格图案对应的滚筒的导电表面的区域；将金属电沉积到导电表面的被暴露区域上以形成附着到导电表面的金属收集网格；使收集网格与透明聚合物片材接触，同时将收集网格附着到导电表面，从而使收集网格粘附到聚合物片材；以及将透明聚合物片材在网格图案附着到聚合物片材的状态下与滚筒分离。
b1.段落b0的方法，其中电绝缘涂层由聚四氟乙烯(ptfe)形成。
b2.段落b0至b1中的任一项的方法，还包括加热透明聚合物片材和导电表面中的至少一个，从而增加在透明聚合物片材和收集网格之间的粘附力。
b3.段落b2的方法，还包括在将透明聚合物片材与滚筒分离之前冷却透明聚合物片材。
b4.段落b0至b3中的任一项的方法，还包括将释放层涂敷到导电表面的被暴露区域。
b5.段落b4的方法，其中释放层由选自由铬、镍-聚四氟乙烯和铬-聚合物组成的组中的材料形成。
c0.一种在透明柔性片材上形成导电网格的方法，包括：提供部分地覆盖有电绝缘涂层的导电表面，其中导电表面的未覆盖部分对应于网格图案；将导电材料电沉积到导电表面的未覆盖部分上以形成附着到导电表面的导电网格；使电绝缘涂层和导电网格与透明柔性片材接触；以及将透明柔性片材在导电网格附着到透明柔性片材的状态下从电绝缘涂层分离。
c1.段落c0的方法，其中导电表面是圆柱形的。
c2.段落c1的方法，其中导电表面被配置为旋转，使得表面的每个部分进入出现电沉积的溶液，并然后在与透明柔性片材接触之前离开溶液。
c3.段落c0至c2中的任一项的方法，还包括加热透明柔性片材以促进在片材和导电网格之间的粘附力。
c4.段落c3的方法，还包括在使将片材从电绝缘涂层脱离之前冷却透明柔性片材。
c5.段落c0至c4中的任一项的方法，还包括在电沉积导电材料之前，将释放层涂敷到导电表面的未覆盖部分上。
d0.一种在透明粘性聚合物片材上形成任意复杂度的导电金属网格的高速率低成本增材方法，可以包括在金属圆筒上使用电绝缘不粘涂层，所述绝缘涂层首先被图案化以在预选区域中暴露金属圆筒的导电表面；至少部分地将圆筒浸入化学溶液中，其中导电金属电沉积到在绝缘层中图案化的特征中；当粘性聚合物片材缠绕在圆筒的外圆周的一部分上时，将被电沉积到被图案化以暴露导电金属圆筒的区域中的电沉积金属网格拉到粘性聚合物片材上；以及将聚合物片材与圆筒分离，产生粘附到粘性聚合物片材的所形成的金属网格。
d1.段落d0的方法使用铜作为金属电沉积材料以形成导电网格。
d2.段落d0至d1中的任一项的方法，使用热塑性粘合剂，金属圆筒的一部分或聚合物片材的一部分或两者被加热以激活所述热塑性粘合剂的粘合性质，以便于将电沉积金属特征从圆筒到转移聚合物片材上。
d3.在段落d0至d2中的任一项中所述的方法，其中聚合物片材由一卷聚合物卷材代替，实现连续的卷对卷工艺。
d4.在段落d0至d3中的任一项中所述的方法，其中薄导电涂层以图案化特征被选择性地涂敷到导电圆筒上作为“释放表面”，其便于将电沉积金属图案从圆筒或心轴转移到粘性聚合物膜上。
d5.在段落d4中所述的方法，其中使用可选择性地被涂敷到被暴露导电心轴表面的电镀铬、镍-聚四氟乙烯、铬-聚合物或其他类似导电层，以图案化特征在心轴表面上形成释放表面。
e0.一种通过在金属圆筒上使用电绝缘不粘涂层在透明粘性聚合物片材上形成任意复杂性的导电金属网格的方法，所述绝缘涂层首先被图案化以在预选区域中暴露金属圆筒的导电表面，金属圆筒浸入化学溶液中，其中导电金属被电沉积到在绝缘层中图案化的特征中，其后当粘性聚合物片材缠绕在圆筒的外圆周的一部分上时，被电沉积到被图案化以暴露导电金属圆筒的区域中的电沉积金属网格从图案化圆筒脱出到粘性聚合物上，并然后与圆筒分离，产生粘附到粘性聚合物片材的所形成的金属网格。
优点、特点和益处
本文描述的网格形成系统的不同实施例提供了优于用于在聚合物片材上形成导电网格的已知解决方案的若干优点。例如，本文描述的说明性实施例允许cu仅在需要时在加成工艺中沉积，而有非常少的浪费。在一些例子中，只有cu阳极材料可被消耗，导致溶液化学品的无定限使用。
另外，且连同其它益处，由于较低的电阻和光学损耗，本文所述的说明性实施例允许提高的pv效率。
另外，且连同其它益处，本文描述的说明性实施例允许以高尺寸准确度生成任意复杂度的图案，包括汇流条和连接区域。在形成网格时，可以没有对图案连接的实质限制。
另外，且连同其它益处，本文所描述的说明性实施例允许清洁、简单的低温高吞吐量处理。这个过程可以是卷到卷的。
另外，且连同其它益处，本文描述的说明性实施例允许控制导体网格元件的横截面轮廓。
另外，且连同其它益处，本文描述的说明性实施例允许简单地通过改变图案化的滚筒来容易地改变图案。
没有已知的系统或设备可以执行这些功能或功能的组合。然而，并非在此描述的所有实施例都提供相同的优点或相同程度的优点。
结论
上面阐述的本公开可包括具有独立效用的多个不同的实例。虽然这些实例中的每个以其优选形式被公开，如在本文公开和示出的其特定实施例不应在限制性的意义上被考虑，因为很多变化是可能的。在章节标题在本公开中被使用的程度上，这样的标题仅用于组织目的。发明的主题包括本文公开的各种元件、特征、功能和/或属性的所有新颖和非显而易见的组合和子组合。下面的权利要求特别指出被视为新颖和非显而易见的某些组合和子组合。特征、功能、元件和/或属性的其它组合和子组合可以在从本申请或相关申请要求优先权的申请中被主张。不管在范围上是否比原始权利要求更宽、更窄、相等或不同，这样的权利要求也都被视为被包括在本公开的主题内。