专利名称：用于制造具有背侧接触半导体电池的光生伏打模块的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于制造具有背侧接触半导体电池的光生伏打模块的方法以及具有这种背侧接触部的光生伏打模块。
背景技术：
从现有技术中已知的基于半导体的光生伏打模块由半导体电池的整体构成。在这些半导体电池中，在外部光入射的作用下产生电压。半导体电池适宜地相互接线，以便能够从光生伏打模块截取尽可能高的电流强度。从而需要半导体电池的接触和在光生伏打模块内的适宜的线路引导。在已知的光生伏打模块情况下，为了引导线路使用所谓的小带。在此一般是构造为带状的、由金属尤其是铜制成的导体段。在小带和以此接线的半导体电池之间的接触通常借助于软焊连接来实现。在此，接触部从一个半导体电池的上光有效侧引导到下一半导体电池的背离光的反向侧上。在半导体电池上，在小带和半导体电池之间的接触位置处有金属化的接触区域，在所述接触区域上进行焊接连接。为了提高这种光生伏打模块的光输出，试图将所描述的接触部完全布置到半导体电池的背离光的反向侧上。该背离光的侧于是构成相应的半导体电池的接触侧。在此，在共同的接触侧上布置的接触区域必须以不同的电势被接触。在要实现的接线和给定的几何布置中的大量半导体电池的情况下，通过该需求而对接触部的位置精度提出巨大的要求，以便可靠地避免错误电路和短路连接。在同时运行的在半导体电池和不同衬底之间的连接过程情况下半导体电池在给定的电池布置中的准确定位方面的、与之相关联的困难导致，在光生伏打模块的能量输出方面有利的背侧接触带来较复杂的制造工艺，该制造工艺首先妨碍以大批量规模经济地生产这种模块。
发明内容
根据本发明，用于制造具有背侧接触半导体电池的光生伏打模块的方法的特征在于以下方法步骤
在第一方法步骤中提供不导电的薄膜状载体。在另一步骤中，将半导体电池的接触侧放置到载体上。接着实施对载体开孔的点式穿孔，用于在半导体电池的接触区域上产生缺口。紧接其后，将接触剂(kontaktiermittel)施加到载体上用于填充缺口并且用于为半导体电池构造在载体上伸展的接触层。本发明方法的基本思想是，首先在衬底上布置半导体电池，在其接触侧用载体覆盖这些半导体电池并且在接下来的步骤中才构造半导体电池的接触部。如此实现半导体电池的接触部，使得半导体电池的接触位置被“自由钻孔”。在此实现的缺口最后用导电材料填充。最后，将用于半导体电池的接触层施加到反向的载体侧上。本发明方法的优点在于，只有当半导体电池已经当场处于载体上时，才实现背侧接触部。一方面沉积半导体电池的方法步骤与另一方面半导体电池的原本的接触步骤无关地实施。只有当每个单个半导体电池的位姿(Lage)被预先给定时，才设置接触点。因此，不必使半导体电池的位置与前面预先给定的印制导线相匹配。更确切地说，印制导线或每个单个接触点的走向取决于每个半导体电池的实际位姿。由此，在大批量制造时不可避免地出现的、每个单个半导体电池的位姿容差完全没有问题。适宜地，可以在放置半导体电池的接触侧之后实施半导体电池的层压。由此，半导体电池与载体(薄膜和玻璃)固定连接，由此这些半导体电池在随后的方法步骤中不滑动或者其位姿不能以其他方式改变。此外，由载体和层压半导体电池组成的复合物构成中间产品，所述中间产品在需要时可以容易地储备用于随后的处理步骤。在需要时可以在施加接触剂之后产生至少一个另外的接触层。在此，执行下面的方法步骤
至少分段地用绝缘覆盖层覆盖接触层。此后，实施对覆盖层、载体和/或印制导线进行开孔的逐点式穿孔用于在半导体电池的接触区域上产生缺口。紧接其后，将接触剂施加到覆盖层上用于填充缺口并且用于构造在覆盖层上伸展的另外的接触层。由此也可以毫无问题地制造在半导体电池之间的较费事的接线。 接触剂可以以不同的方式被施加。可以通过印刷、喷溅或者选择性的焊接来施加接触剂。在实施点式穿孔时，在本方法的适宜的扩展方案情况下可以实施对载体上布置的半导体电池的图像识别，其中通过图像处理和/或参考点设置来使穿孔设备直接参考每个单个半导体电池。这意味着，就地检测每个单个半导体电池的相应真实的地点和位姿，其中也可以准确地在按图像识别的位置处使为了接触而设置的分段暴露。因此在放置半导体电池时出现的位姿偏差即使所述偏差处于显著的容差宽度之内也可以毫无问题地被补偿。适宜地，通过透视装置实施图像识别，其中产生透视图像。在图像处理时对透视图像实施轮廓识别。穿孔设备在轮廓识别的结果中自动地向预确定的位置移动用于产生相应的缺口。适宜地，在使用激光钻孔设备作为穿孔设备的情况下将点式穿孔实施为激光钻孔。在设备方面设置光生伏打模块，其包括大量具有背侧接触部的半导体电池和载体，根据本发明其特征在于，所述载体被构造为薄膜或者层压塑料。所述载体在半导体电池的范围中具有以导电方式填充的缺口用于在半导体电池和在第二载体侧上伸展的由导电材料组成的印制导线之间构造接触部。导电材料适宜地被构造为导电层压结构、墨水、糊剂或者焊料。
本发明方法和本发明光生伏打模块下面应该根据实施例更详细地予以阐述。要注意的是，附图仅仅承载描述性特性并且不被确定来以任意形式限制本发明。其中
图I示出载体上的半导体电池的放置步骤的图示，
图2示出在载体上所放置的半导体电池的层压步骤，
图3示出层压半导体电池的激光钻孔的图示，
图4示出半导体电池的接触步骤的图示，图5示出具有激光钻孔的另一步骤的另一层结构的图示，
图6示出另一接触步骤的图示，
图7示出由载体和半导体电池组成的复合体的透视的原理图，
图8示出具有由漆层组成的保护层的光生伏打模块的图示，和 图9示出具有由漆系统组成的保护层的光生伏打模块的另一图示。
具体实施例方式下述示例性方法步骤根据截面图来阐述。图I示出在载体上的半导体电池的放置步骤。半导体电池I例如被构造为结晶光生伏打电池。该光生伏打电池尤其是由硅或者类似的半导体材料组成并且具有对于这种电池这里没有详细地示出的、用于太阳光能量到 电压的光生伏打能量转换的掺杂区域。每个半导体电池分别包含具有在那里所布置的接触区域3的接触侧2。接触区域通常以电镀的方式被金属化或者被印刷。为了背侧接触半导体电池和尤其是其接触侧2，设置载体4。该载体由薄膜状电绝缘材料或者薄膜状层压塑料组成。根据图I的图示如此实施放置步骤，使得半导体电池的接触侧放在载体上并且从而在放置步骤之后完全被载体覆盖。放置过程本身由放置机械装置5实施，其中半导体电池在这里存在的示例中通过吸取设备6抓住和释放。半导体电池的沉积也可以由这里未示出的用于实现有机光生伏打模块的印刷、汽化渗镀或者层压代替。在这样的制造过程情况下，作为有机半导体起作用的聚合物、尤其是具有相应电子结构的共轭聚合物或者专门的合成混合材料被施加到薄膜状载体上。由此构成的复合物可以高度灵活地、足够薄地和非常容易地进一步被处理，其中下述方法步骤可以毫无问题地被实施。在这里存在的示例情况下，在图I中所示的放置过程之后接着是在图2中所示的封装步骤。在此，位于载体上的半导体电池利用层压结构7覆盖。为了层压，例如可以动用塑料薄膜，所述塑料薄膜在真空层压过程中被施加到半导体电池上。尤其是乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)或者基于硅有机化合物(硅酮)的塑料适用于层压。两种材料可以以热塑性方式被上模半导体电池的整体。代替热塑性层压也可以使用反应性层压材料，所述反应性层压材料尤其是以名称“筑坝填充(dam and fill)”而已知。在此情况下尤其是以下材料或材料混合物，其是能浇铸的或能涂刷的，在电磁辐射的作用下以透明的方式被硬化并且在此可透光地封装载体上的半导体电池的整体。作为封装步骤的结果产生由薄膜载体、半导体电池和封装结构组成的复合物，其中半导体电池最佳地从环境影响被屏蔽。该复合物可以毫无问题地被中间存储并且作为半成品被储备并且不时地进一步被处理。由此光生伏打模块的制造工艺表现得非常灵活。在图2中所示的层压和封装过程可以可选地与到稍后光生伏打模块的这里未示出的玻璃载体上的层压相组合。在此，玻璃载体直接地被放置到层压结构上，其中层压同时地引起由半导体电池和薄膜组成的复合物连接到玻璃载体上。在这样的情况下，光生伏打模块实际上完全被预先制造，而半导体电池的下述接触是最后的制造步骤，该最后的制造步骤在时间上和在地点上可以完全与所述的准备步骤分开地来实施。对于其他方法步骤，适宜地转向在图2中所示的复合物，如在图3中所示。载体现在构成层结构的上侧。首先，在先以稍后更准确描述的透视方法扫描每个单个在复合物中布置的半导体电池。每个单个半导体电池和尤其是其接触区域的在此所确定的位姿和位置数据被转交给激光钻孔装置8。该激光钻孔装置驶向每个单个半导体电池并且在分别需要的位置处向复合物的方向辐射激光射线9。在此，产生具有在半导体电池I上的暴露的接触区域3的一系列缺口 10。在激光钻孔的步骤之后接着是在图4中所示的接触步骤。在该方法步骤情况下，用导电材料11填充缺口 10。所填充的缺口 10在此构成半导体电池的可选择的接触点。与之相关联地，导电材料沿着印制导线结构被沉积到载体的表面上。由此产生光生伏打模块的背侧接触部。印制导线结构和由导电材料组成的填充部在此构成反向接触层Ila0 从而图4不出本发明光生伏打模块20的第一实施例。光生伏打模块具有前侧21和背侧22，其中这里将前侧21理解为朝向光的侧并且将背侧22理解为光生伏打模块20的背离光的侧。为了沉积和施加接触层可以动用不同的方法。因此可以应用印刷方法，其中作为导电材料可以使用具有高导电性的墨水或糊剂、尤其是纳米Ag墨水或糊剂。同样可以进行导电材料的汽化渗镀或标绘。适宜地，在此如此进行，使得首先通过沉积导电滴点式地填满缺口。为此需要的位置数据可以直接从激光钻孔设备的位置存储器中提取。接着，在控制单元中计算出在各个接触点之间的所需要的印制导线。要计算出的印制导线被转化成控制脉冲，所述控制脉冲又被传输给用于绘图笔或汽化渗镀喷嘴的行驶机械装置。行驶机械装置现在移动绘图笔或汽化渗镀喷嘴经过载体表面上。绘图笔或汽化渗镀喷嘴在此真实地施加印制导线。所填充的缺口 10在此构成半导体电池的对于本方法的该实施方式典型的可选择的接触点。原则上可能的是，施加多个接触导线或平面。与之有关的示例在图5和6中示出。为了施加下一接触平面，前述所产生的印制导线结构用电绝缘覆盖层12至少部分地覆盖。覆盖层例如可以通过层压过程施加，其中在此可以动用对此常见的材料、尤其是EVA薄膜。也可以借助于丝网印刷方法喷溅或印刷。在在此所实现的复合物中，在激光钻孔的前述的和在图3中所示的方法步骤的重复应用中产生在半导体电池的其他接触区域3处的其他暴露的分段10并且紧接其后重新用导电材料13填充，其中由此构造出第二印制导线层13a。紧接着的接触平面的制造也能够实现在需要时所需要的对附加电子器件和电路的引入。在此，尤其是可以产生旁通二极管电路。图7示出之前已经提及的扫描过程的更准确的描述。在这里存在的示例情况下，将扫描过程实施为透视。为此设置的透视装置由用于产生穿透复合物的辐射15的可移动的辐射源14组成。作为辐射源在此可以动用X射线源。辐射15在该情况下是X射线辐射。辐射在阵列16上被捕获，其中该阵列检测位于光程中的半导体电池I的透射图像。如此确定的原始数据被传输给图像处理装置17、尤其是具有图像处理程序的计算机。图像处理装置对透视图像实施结构识别，其中在图像中所包含的形状的位置被确定、存储并且被转交给激光钻孔设备的控制单元。补充地，为此示出半导体电池的分段的示意性透视图像18。通过金属化接触区域的提高的吸收能力，这些接触区域以明显可检测的轮廓19的形式展示，所述轮廓的位置可明确地被确定。接触区域的图像识别也可以通过探测基准(Fiducials)来代替或补充。在此，将半导体电池沉积在载体上，所述半导体电池包含明确的、在X射线图像中明显示出的参考结构，其中每个要暴露的接触区域关于参考结构的位姿提前已知并且从而可以从基准的位姿中被计算出。作为基准尤其是可以使用交叉结构，所述交叉结构对于每个单个半导体电池定义局部坐标系。该坐标系通过形成图像的方法来检测。每个单个接触区域在坐标系内的位姿提前在每个半导体电池的情况下是已知的。由此，即使这些区域在透视图像中不展示轮廓，也可以分别从基准的位姿确定接触区域。 此外，根据本发明所制造的光生伏打模块20非常有利地还提供将由漆系统组成的保护层25施加到反向接触层lla、13a上的可能性。在此，由漆系统组成的保护层25不仅可以被施加到具有恰好一个接触层Ila (图8)的光生伏打模块20的背侧22而且可以被施加到具有多个接触层11a、13a (图9)的光生伏打模块20的背侧22上。迄今，通常由聚氟乙烯(Tedlar)塑料复合薄膜或者由玻璃构成防风雨的保护层。这些材料相比于漆较昂贵并且其处理不太灵活。非常有利地，可以根据需要局部地仅在确定的位置处但或者也可以整面地将保护层25施加到光生伏打模块20的背侧22上。施加由漆系统组成的保护层25在此可以通过辗压、喷射、层压薄膜或者粉末涂层来进行。漆系统在此在一种实施方式中恰好包括一个覆层。对此可替代地，漆系统可以包括多个覆层。此外，有利地可以通过由多个覆层组成的保护层25补偿光生伏打模块20的背侧22的由制造引起的、不平坦的形貌。在涂敷保护层25之后还可以在需要时执行单独的工艺步骤用于最佳地硬化和干燥所述保护层。此外，该方法提供了在保护层25中产生结构用于构成设计元素的可能性。设计元素例如可以是特殊的颜色、颜色效应、字体、数字或者还有所有类型的符号。通过本身已知的技术来将设计元素添加到保护层25中。在技术人员商业领域中，其他实施方式和变化也是可能的。这些其他实施方式和变化尤其是由从属权利要求得出。
权利要求
1.用于制造具有带有分别在接触侧(2)上设置的接触区域(3)的背侧接触半导体电池(I)的光生伏打模块(20)的方法，具有以下方法步骤 -提供不导电的薄膜状载体(4)， -将半导体电池(I)的接触侧(2)放置到载体(4)上， -实施对载体(4)开孔的点式穿孔用于在半导体电池(I)的接触侧(2)的接触区域(3)上产生缺ロ(10)， -将接触剂(11)施加到载体(4)上用于填充缺ロ( 10 )并且用于构造在载体(4)上伸展的接触层(11a)。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，在放置半导体电池(I)的接触侧(2)之后实施半导体电池(I)到载体(4)上的层压，由此半导体电池(I)用层压结构(7)覆盖，尤其是用由こ烯-醋酸こ烯酯(EVA)或者基于硅有机化合物(硅酮)的塑料组成的层压结构(7)覆盖。
3.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在施加接触剂(11)之后产生至少一个其他接触层(13a)，具有方法步骤 -至少分段进行地用绝缘覆盖层(12)覆盖接触层(11a)， -实施对覆盖层(12)、载体(4)和/或印制导线开孔的点式穿孔用于在半导体电池(I)的接触区域(3)上产生缺ロ(10)， -将接触剂(13)施加到覆盖层(12)上用于填充缺ロ并且用于构造其他在覆盖层(12)上伸展的接触层(13a)。
4.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，通过印刷、喷溅或者可选择的焊接进行接触剂(11，13)的施加。
5.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在点式穿孔时，实施对在载体(4)上所布置的半导体电池(I)的图像识别，其中通过图像处理和/或參考点设置来实施穿孔设备(8 )到每个单个半导体电池(I)上的直接參考。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，为了通过透视装置(14，16，17)识别图像产生透视图像(18)，其中在图像处理时对每个透视图像实施轮廓识别(19)并且穿孔设备(8)在轮廓识别的结果中自动地向从中确定的位置移动用于产生相应的缺ロ(10)。
7.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在使用激光钻孔设备的情况下以激光钻孔的形式实施点式穿孔。
8.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，将由漆系统组成的保护层(25)施加到反向接触层(11a，13a)。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，将保护层(25)整面地施加到光生伏打模块(20)的背侧(22)。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，施加保护层(25)通过碾压、喷射、层压薄膜或者粉末涂层来进行。
11.根据前述权利要求8至10之一所述的方法，其特征在于，所述漆系统恰好包括一个覆层。
12.根据前述权利要求8至10之一所述的方法，其特征在于，所述漆系统包括多个覆层。
13.根据前述权利要求8至12之一所述的方法，其特征在于，在保护层(25)中产生结构用于构成设计元素。
14.光生伏打模块(20)，包括大量具有背侧接触部和载体(4)的半导体电池(I)，其中载体被构造为绝缘薄膜并且半导体电池以其接触侧放在第一载体侧上，其中载体具有用于在第一载体侧上的半导体电池和至少ー个在第二载体侧上伸展的接触层(11a，13a)之间的接触的、被导电地填充的缺ロ( 10 )。
15.根据权利要求14所述的光生伏打模块(20)，其特征在于，所述导电材料(11)是导电层压结构、以墨水形式施加的痕迹、糊剂和/或焊料。
全文摘要
本发明涉及一种用于制造光生伏打模块的方法，所述光生伏打模块具有带有分别在接触侧(2)上设置的接触区域(3)的背侧接触半导体电池(1)，具有以下方法步骤提供不导电的薄膜状载体(4)，将半导体电池的接触侧放置到载体上，实施对载体开孔的激光穿孔用于在半导体电池(1)的接触侧(2)的接触区域(3)上产生缺口(10)，将接触剂(11)施加到载体上用于填充缺口并且用于构造在载体上伸展的接触层。
文档编号H01L31/048GK102822989SQ201180017973
公开日2012年12月12日 申请日期2011年4月8日 优先权日2010年4月8日
发明者U.沙夫, A.库格勒, M.齐佩尔, P.施蒂勒, M.科扬库 申请人:罗伯特·博世有限公司