专利名称：用于施加绝缘介电材料至光伏模块衬底的方法以及系统的制作方法
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在PV模块的加工期间将介电材料施加在衬底上的系统以及方法。
背景技术：
薄膜光伏(PV)模块(也称为“太阳能电池板”或者“太阳能模块”)正在产业中获得广泛的接受以及兴趣，特别是基于碲化镉(CdTe)与硫化镉(CcK)配对作为光敏部件的模块。这些模块典型地包括在CdTe层的沉积之前沉积在玻璃衬底上的多个膜层。例如，首先在玻璃衬底的表面上沉积透明导电氧化物(TCO)层。然后在TCO层上施加高阻透明缓冲 (RTB)层。RTB层可以是锌锡氧化物(ZTO)层并且可被称为ZTO层。在ZTO层上施加硫化镉(CcK)层。典型地在溅射沉积过程中施加这些层，溅射沉积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。然后典型地通过气相沉积过程在CdS层上沉积CdTe层。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，并且串联连接这些电池。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。该激光划刻过程使得将第一隔离划刻限定为通过光敏层以及在下面的层向下至玻璃衬底。该划刻线然后在背接触层的施加之前用介电材料来填充。用于填充隔离划刻的通常技术是光阻剂显影过程，其中液体负性光阻剂(NPR)材料通过喷涂、辊涂、丝网印刷术、或者任何其他合适的施加过程被涂覆在CdTe层上。衬底然后曝露于来自下面的光，使得在划刻中的WR材料(以及在CdTe材料中的任何针孔)曝露于光，从而促使曝露的WR聚合物以交联并且“硬化”。衬底然后在过程中“显影”，其中化学显影剂被施加在CdTe表面以溶解任何未硬化的NPR材料。换句话说，未曝露于光的NPR 材料通过显影剂从CdTe层被洗掉。以上所述的光阻剂施加过程要求数个步骤，并且因为大部分的NPR材料在显影步骤中溶解并且被洗掉而固有地效率低并且浪费，其增加了加工过程的不必要的成本。美国专利号5536333描述了过程，其中通过使衬底穿过从背光区域并且将该信息传递至计算机控制的多头传送系统来探测在半导体层中的针孔以用粘性非导电材料填充针孔。该专利然而未提供关于填充相对大的隔离划刻线的指导。相应地，在产业中存在对用于施加介电材料至划刻线的改进的系统的持续需要， 该系统减少处理步骤的数量并且充分利用介电材料。
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。根据本发明的方面的实施例包括用于将介电材料沉积至在光伏(PV)模块衬底的半导体材料层的一个或者多个中的孔隙内的方法。该孔隙可以是在层中限定的激光划刻线，或者层中的空洞或者缺陷。该方法包括将衬底的第一侧曝露于光源，使得光透过衬底以及在衬底的相反侧上的半导体材料层中的任何孔隙。探测穿透过孔隙的光并且用其控制打印机，例如喷墨打印机，打印机将介电材料印制在衬底上的所探测到光的区域中以填充孔隙。衬底与打印机可以各个方式调整。例如，可以线性方向传送衬底经过打印机，且控制打印机以相对线性方向来回的方向移动以跨衬底的宽度来填充孔隙。在备选的实施例中，可控制打印机以跨衬底的长度与宽度来移动以填充孔隙，衬底可保持固定。在特定的实施例中，透过孔隙的光由与打印机集成的光探测器探测。在备选的实施例中，分离的探测器以及关联的控制电路可生成来自所探测到的光的图案的打印图像或者文件并且将该图像或者文件传输至打印机，由此打印机将图像印制在衬底上以填充孔隙。进一步的实施例可包括执行随后的穿过衬底的透光测试的步骤以确定孔隙是否令人满意地被填充。该测试的结果还可被用作用于打印机的纠正反馈信号以解决在打印机与所探测到的光图案之间的任何校准或者配准误差。对以上所讨论过程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。本发明还包含根据以上讨论的方面的各个系统实施例。例如，示例性的系统可包括所布置的光源以使光透过衬底的第一侧，使得该光透过衬底以及在衬底的相反侧上的半导体材料层中的孔隙。该衬底可被传送经过光源，或者该光源可被带至衬底。光探测器被布置在衬底的相反侧以探测透过孔隙的光。打印机被配置成与光探测器通信以将介电材料印制在对应所探测到光的衬底的区域上以用可印制的介电材料来填充孔隙。特定的系统实施例可包括传送带，其以线性方向移动衬底以打印机，且打印机以相对线性方向来回的方向可移动以跨衬底的宽度来填充孔隙。在备选的系统实施例中，打印机可被控制以穿越衬底的长度与宽度来填充孔隙，衬底可保持固定。光探测器可与打印机形成为集成的部件或者可通过控制电路与打印机通信。例如，可探测到透过的光并且在衬底的第一位置处生成打印图像或者文件。打印机可在下游的打印位置处接收该图像或者文件以将图像印制在衬底上，从而填充生成图像的孔隙。又另一系统可包括下游的透光测试器，其配置成执行随后的穿过衬底的透光测试以确定孔隙是否通过所述系统令人满意地被填充。从该测试的结果还可被用以给所述打印机提供纠正反馈信号。对以上所讨论的系统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。附图(其包含在本说明内并且组成本说明的一部分)图示本发明的实施例并且与本说明一起用于解释本发明的原理。
对于本领域内的技术人员而言的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是光伏模块的横截面视图；图2是特别图示激光划刻线(包括以介电材料填充的划刻)的光伏模块的横截面视图；图3是用于以介电材料填充在光伏模块衬底中的孔隙的系统以及相关方法的图解视图；以及图4是用于以介电材料填充在光伏模块衬底中的孔隙的系统以及方法的备选实施例的图解视图。在本说明书以及附图中参考符号的重复使用被规定为代表相同的或者相似的特征或者元件。部件列表
10光伏(PV)模块12衬底
13衬底的第--侧14TCO层
16RTB层18CdS层
20CdTe 层22背接触层
24层压片26孔隙
27半导体层28划刻线
29划刻线30缺陷/针孔
31划刻线32光源
33光34打印机
35光36打印头
38介电材料40光探测器
42传送带44控制电路
46第二光源48第二.探测器
50系统52固ft,/干燥室
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，很明显，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。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另一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图示光伏(PV)模块10的一部分的横截面视图。模块10包括衬底12，比如玻璃片，其具有多个沉积其上的薄膜层。应理解，本发明不由衬底12或者薄膜层的任何特定类型所限制。典型地，CdTe PV模块包括在沉积CdTe层之前沉积在玻璃衬底12上的多个膜层。例如，玻璃衬底12可以提供有其上预形成的透明导电氧化物(TCO)层14，或者可在随后的沉积过程中沉积TCO层14。TCO层14允许光以极小吸收度穿过，同时还允许由模块 10产生的电流从侧旁行至不透明的金属导体(未示出)。然后在TCO层14上施加高阻透明缓冲层(RTB) 16。RTB层16可以是锌锡氧化物(ZTO)层并且可被称为“ΖΤ0层”。在RTB层16上施加硫化镉(CcK)层18。可在传统溅射沉积过程中施加这些各个层，溅射沉积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20通过任何已知的过程(比如气相输送沉积、化学气相沉积(CVD)、喷涂热解、电沉积、溅射、近空间升华(CSS)、化学浴沉积、蒸发、等等)在CdS层18上沉积。CdTe 层20是ρ-型层，其一般包括碲化镉(CdTe)，且还可包括其他材料。作为模块10的ρ型层， CdTe层20是光伏层，其与CdS层18 (如，n_型层)相互作用以通过由于其高吸收系数而吸收穿入模块10的辐射能量的大部分以及产生电子-空穴对来产生来自辐射能量的吸收的电流。CdTe层20能具有定制的带隙以吸收辐射能量(如，从约1. 4eV至约1. 5eV,比如约1.45eV)以基于辐射能量的吸收产生最大数量的电子-空穴对(具有最高的电动势(电压))。电子可从P-型侧(如，CdTe层20)跨过结行进至η-型侧(如，CdS层18)并且，反过来，空穴可从η-型侧穿至ρ-型侧。因而，在CdTe层18与CdTe层20之间形成的ρ_η结形成二极管，其中电荷不平衡导致跨ρ-η结的电场的产生。常规电流被允许在仅一个方向上流动并且使光生电子-空穴对分离。一系列形成后的处理能被应用于CdTe层20的曝露表面。这些处理能定制CdTe 层20的功能性并且使其表面制备成用于随后与背接触层22粘附。例如，CdTe层20能在充分时间内在高温下退火以产生高质量的P-型层。另外，铜能被添加至CdTe层20以获得在CdTe层20与背接触层22之间的低电阻的电接触。背接触层22 —般适用作背电接触，关于对面，TCO层14适用作前电接触。背接触层22能在CdTe层20上形成，并且在一个实施例中与CdTe层20直接接触。背接触层22 适合从一个或者多个高导电材料(例如元素镍、铬、铜、锡、铝、金、银、锝或者其合金或者其混合物)来制得。在一个特定的实施例中，背接触层22能包括石墨，比如沉积在CdTe层上的碳层，接下来是一个或者多个金属(比如以上所述的金属)层。在图1的实施例中，在背接触层22上示出层压板24(如，封装玻璃)。在示例的模块10中能包括其他部件(未示出)以用于将模块限定成多个串联连接的个体电池。来自电池的电荷经由与末端相对的电池对准的汇流条(如，母带)来收集。 汇流条连接器(如，箔带)将汇流条与接线盒连接，接线盒包括用于将模块10与负载、其他模块10、电网、以及等等连接的导线。参考图2，在个体电池与互连已由各个激光划刻线观、29、30(图2中也标示为Pl 到Ρ3)限定之后图示了以上讨论的模块10的各个层。如以上讨论的，在沉积顶部的接触层或者多个接触层M之前用介电材料38填充电池隔离划刻Pl以及希望地填充在半导体材料层中的任何其他缺陷或者针孔是有必要的。图3与4图示了用于以可印制的介电材料38填充在半导体材料层27中的孔隙沈的系统以及方法的独特实施例。参考图3，以及如以上所讨论的，孔隙沈可以是激光划刻线观或者在半导体材料层27中的针孔或者其他缺陷30。介电材料38可以是任何易流动的介电材料，其能被打印机施加。例如，介电材料38可以是绝缘墨水、树脂、环氧树脂、粘合剂、或者呈现所希望的介电特性的、能被打印机施加的任何其他类型的材料。在图3中图示的系统50利用在衬底12的第一侧13处布置的光源32。光源32朝向衬底12的第一侧13发射光(由箭头33所指示)。在衬底12的相反侧上的层27中的孔隙沈允许至少一部分的光完全透过衬底以及附连的层(如由图3中箭头35所指示)。因而，应理解，任何完全透过衬底12以及层27的光提供对层27中的孔隙沈的位置的准确指通过合适的光探测器40与关联的电路的任何方式，在相反侧探测到透过衬底12 的光。所探测到的光被用作用于打印机34的控制参数。响应所探测到的光，打印机34相对孔隙沈将打印头36配准并且以充分的量以及在表面区域图案中分配介电材料38以用介电材料38填充孔隙26。在特定的实施例中，打印头36可被设置成以一定量分配固定厚度的材料38以便确保划刻线观与任何孔隙或者空洞26被完全填充。例如，对于2微米厚的膜层，头36可被设置成分配2. 5或者3. 0微米厚度的材料38。任何流出孔隙沈以及蔓延的额外的材料 38将仅以极小量逐量增加串联电阻并且不会对模块10有害。在备选的实施例中，有效的系统将按孔隙尺寸的函数可变化地控制打印头36的分配方案。以该方式，100微米宽的划刻线以及50微米宽的针孔可在打印头50的单遍中填充。该类型的有效系统将按穿过衬底 12至探测器40的光35的量的函数(图3)来探测划刻线与孔隙的宽度。在图3中图示的实施例中，打印机34包括集成的光探测器40并且衬底12以线性方向向左移动(如由箭头所指示)。带集成光探测器40的打印机34跨衬底12的宽度垂直于衬底12的线性传送方向来回移动。当探测器40探测到从孔隙沈透过的光，打印头36 按时序分配介电材料38以填充孔隙26。应理解，本发明不限于打印系统或者打印机34的任何特定类型。在特定的实施例中，打印机34可以是喷墨打印机，其被配置成印制绝缘墨水或者其他类型的具有所希望的介电特性的易流动的绝缘介质。应了解，然而，其他传统打印技术在本发明的范围以及精神内。在备选的未特别在附图中图示的实施例中，打印机34可配置成以便跨衬底12的长度与宽度移动以探测透过的光并且填充相应的孔隙26。在该特定的实施例中，衬底12可在打印过程期间保持固定，同时打印机34在衬底12上的完全表面区域覆盖图案中移动。图4图示了备选的系统50以及关联的方法，其中通过传统传送带42的任何方式以由图4中的箭头所指示的线性方向来传送衬底12。在光源32与光探测器40之间传送衬底12，它们如以上所述地运行。光源探测器40与控制器或者控制电路44通信，控制器或者控制电路44生成打印文件或者图像，其随后被传送至在下游的打印位置处的一个或者多个打印机34。下游的打印机34简单地以打印文件所指示的图案或者图像来印制介电材料 38。打印文件可以是任何合适的与打印机34以及控制电路44兼容的数据形式。从打印位置，衬底12然后可被传送至固化或者干燥室52中，固化或者干燥室52 以任何必要的环境维护衬底12以便固化或者硬化介电材料。另外的系统以及方法实施例可包括随后的在固化室52的下游(或者上游)的测试站(如图4中所图示)。参考图4，衬底12可被传送至测试站，其中第二光源46被配置成朝向衬底12的第一侧发射光。第二光探测器48在衬底的相反侧上被安置以探测任何透过衬底的光。透过的光的探测可以是孔隙26未被介电材料38完全填充的指示。来自第二探测器48的信号可被用作接收或者拒绝衬底12的判据。另外，来自第二探测器48的信号还可提供给控制电路44作为纠正反馈信号以有必要调节打印机34以对任何导致不满意状况的校准或者配准问题进行纠正。
8
应进一步理解，本发明不限于透光/受光系统的任何类型。例如，光源32可以任何希望的频率范围来发射光以便由在衬底12的相反侧上的光探测器40探测。该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括与权利要求的字面语言无不同的结构单元，或者它们包括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权利要求的范围内。
权利要求
1.一种用于将介电材料(38)沉积至光伏(PV)模块(10)衬底(1 的一个或者多个半导体材料层(XT)中的孔隙06)内的方法，所述孔隙06)包括划刻线08)以及针孔缺陷 (30)的任何组合，所述方法包括将所述衬底的第一侧(1 曝露于光源(32)，使得光照过所述衬底和在所述衬底的相反侧上的半导体材料层中的孔隙；探测透过所述孔隙的光(3 ；以及根据探测到的光来控制打印机(34)并且以由所述打印机分配的能印制的介电材料 (38)填充所述孔隙。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述衬底(12)以线性方向被传送经过所述打印机 (34)并且所述打印机以相对所述线性方向来回的方向移动以跨所述衬底的宽度来填充所述孔隙(26)。
3.如权利要求1所述的方法，其中当所述打印机(34)沿着所述衬底的长度与宽度穿越以填充所述孔隙06)时所述衬底(1 保持固定。
4.如权利要求1所述的方法，其中透过所述孔隙06)的光由光探测器GO)来探测并且对应的打印图像或者文件被传输至下游的打印机(34)，所述下游的打印机(34)以所述介电材料(38)印制所述图像或者文件以填充所述孔隙。
5.如权利要求1所述的方法，进一步包括执行随后的穿过所述衬底(1 的透光测试以确定所述孔隙06)是否令人满意地被填充。
6.如权利要求5所述的方法，进一步包括使用来自随后的透光测试的结果作为对所述打印机(34)的反馈纠正信号。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述打印机(34)被控制以分配固定厚度的所述介电材料(38)而不管所述划刻线08)或者针孔(30)的尺寸。
8.如权利要求1所述的方法，其中所述打印机(34)被控制以按所述划刻线08)或者针孔(30)的尺寸的函数来分配可变数量的所述介电材料(38)。
9.一种用于将介电材料(38)沉积至光伏(PV)模块(10)衬底(1 的一个或者多个半导体材料层(27)中的孔隙(26)内的系统(50)，所述孔隙(26)包括划刻线(28,29,31)以及针孔缺陷(30)的任何组合，所述系统包括光源(32)，其被布置以使光透过所述衬底(1 的第一侧，使得所述光照过所述衬底和在所述衬底的相反侧上的半导体材料层(XT)中的孔隙06)；光探测器(40)，其被布置以探测透过所述孔隙的光；以及打印机(34)，其与所述光探测器通信，所述打印机被配置成将介电材料(38)印制在对应探测到光的所述衬底的区域上以用所述能印制的介电材料来填充所述孔隙。
10.如权利要求9所述的系统(50)，其中所述打印机(34)是喷墨打印机。
11.如权利要求9所述的系统(50)，进一步包括传送带(42)，其以线性方向将所述衬底(1 移过所述打印机(34)，所述打印机以相对所述线性方向来回的方向能够移动以跨所述衬底的宽度来填充所述孔隙06)。
12.如权利要求9所述的系统(50)，其中所述打印机(34)被配置成穿越所述衬底(12) 的长度与宽度来填充所述孔隙06)。
13.如权利要求9所述的系统(50)，其中所述光探测器00)是与所述打印机(34)集成的部件。
14.如权利要求9所述的系统(50)，进一步包括控制器(44)，其与所述光探测器00) 通信，所述控制器被配置成生成打印图像或者文件，其被传输至所述打印机(34)。
15.如权利要求14所述的系统(50)，其中所述控制器04)被配置成按所述孔隙06) 的尺寸的函数来改变由所述打印机(34)所分配的介电材料(38)的量。
16.如权利要求9所述的系统(50)，进一步包括下游的透光测试器，其被配置成执行随后的穿过所述衬底(1 的透光测试以确定所述孔隙06)是否通过所述系统令人满意地被填充，所述透光测试器以采用与所述打印机(34)成反馈回路的配置来给所述打印机提供纠正反馈信号。
全文摘要
本发明涉及用于施加绝缘介电材料至光伏模块衬底的方法以及系统。提供了用于将介电材料(38)沉积至光伏(PV)模块(10)衬底(12)的一个或者多个半导体材料层(27)中的孔隙(26)内的方法以及相关的系统。将衬底的第一侧曝露于光源(32)，使得光透过衬底(12)以及在衬底的相反侧上的半导体材料层(27)中的任何孔隙(26)。探测透过孔隙(26)的光并且打印机(34)按所探测到的光的图案来配准以印制介电材料(38)并且填充孔隙(26)。
文档编号H01L31/18GK102347399SQ20111021874
公开日2012年2月8日 申请日期2011年7月22日 优先权日2010年7月23日
发明者R·D·戈斯曼, S·D·费尔德曼-皮博迪, T·J·卢卡斯 申请人:初星太阳能公司