电连接多个太阳能电池的方法及光伏组件的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于金属化和连接太阳能电池基板（1）的方法以及由相互电连接的多个金属化的太阳能电池（20）构成的光伏组件（100）。根据本发明，可选地设置有形成电金属触点的第二金属层（2a、2b）的太阳能电池基板（1）装配到表面上以适当的图案形成有至少一个第一金属层（3）的承载基板（4）。利用激光辐射（5、6）穿过太阳能电池基板（1）或承载基板（4）局部照射金属层（2、3）引入能量，使得金属层（2、3）被吸收的激光辐射（4、5）加热，不可逆地结合到相邻的太阳能电池基板（1）表面。通过承载基板（4）上的金属层（3）激光结合到太阳能电池基板（1），太阳能电池可被连接形成光伏组件，其中不再需要传统的利用金属带焊料焊接相邻的太阳能电池。因此无焊料焊接的划算的、特别是无银的金属层（2a、2b）可被用于接触太阳能电池（20）的太阳能电池基板（1）。
【专利说明】电连接多个太阳能电池的方法及光伏组件
【技术领域】
[0001]本发明涉及金属化和电连接多个太阳能电池的方法。本发明还涉及由此构成的光伏组件。
【背景技术】
[0002]太阳能电池基板的表面必须经常被金属化以例如允许与太阳能电池电连接，特别是能够将不同的太阳能电池电连接在一起。太阳能电池的金属化应当首先是机械上耐受的，因此，例如在例如30年的太阳能电池组件的典型寿命期间稳定，以将退化影响保持尽可能低。其次通过金属化，应当以可能的最小电阻实现太阳能电池基板的良好电接触。此夕卜，应当在工业规模上可靠地并且经济地进行金属化。
[0003]在光伏组件的生产中，多个太阳能电池预先以标准的工业工艺通过金属条一般以热方式连接在一起，并且一起连接成组件。通过金属条串联或并联的太阳能电池之间的电接触一般是通过红外焊料焊接或者传统焊料焊接实现的。
[0004]在焊料焊接工艺中，太阳能电池的层连接中或者用于将多个太阳能电池连接在一起的金属化中的热应力可导致损毁或破坏。特别是对于基于晶片的太阳能电池来说，这可能是关键的，作为降低成本的手段，基于晶片的太阳能电池的厚度应该从目前的大约200 μ m下降到将来的低于50 μ m而又具有相同的效率。对于这么薄的太阳能电池，由于晶片的易碎性，在焊料焊接期间破损率增加，因此需要开发替代的金属化方法。
[0005]例如在太阳能电池的同一表面上具有两种接触类型的新电池设计也可能需要新的降低损毁并且划算的金属化方法以及相应的电接触和电连接。
[0006]另外，使用金属条进行焊料焊接的太阳能电池的互连由于高工作复杂性以及金属化用的材料而对光伏组件的生产成本有很大贡献。为了能够例如利用金属条焊料焊接各个太阳能电池，太阳能电池必须设置有可焊料焊接的触点。作为其标准，工业太阳能电池一般利用银浆或者丝网印刷浆来金属化。由于银的原料价格强劲上升，替代材料被找来使太阳能电池金属化。然而，这些材料本身不可焊料焊接，因此以前需要应用起来复杂且昂贵的进一步的金属的可焊料焊接层。
【发明内容】
[0007]因此，需要一种可以特别克服或减少传统金属化工艺的上述缺陷的太阳能电池金属化和电连接方法，例如，将太阳能电池相互连接成光伏组件的方法。特别地，需要一种可靠且经济的太阳能电池金属化方法以及/或者容易在工业规模上实现的太阳能电池金属化方法。此外，需要一种光伏组件，特别地，这种光伏组件由于其与生产相关的结构而具有提闻的可罪性、闻效率和低生广成本。
[0008]根据独立权利要求的方法和光伏组件可以满足这些要求。在从属权利要求中限定了本发明的优选实施例。
[0009]根据本发明的第一方面，提出一种用于金属化和电连接多个太阳能电池的方法。该方法具有以下步骤:提供多个太阳能电池基板；提供承载基板，所述承载基板在一个表面上承载与该承载基板固定连接的至少一个第一金属层；放置所述太阳能电池基板，使每个太阳能电池基板的表面与所述承载基板上的所述第一金属层相邻；通过利用激光辐射局部照射，对所述金属层施加能量，使得所述激光辐射在朝向所述金属层的方向上穿过所述太阳能电池基板和/或所述承载基板中的至少一个，并且使得所述第一金属层由于所吸收的激光辐射的加热而与相邻的太阳能电池基板不可逆地连接。
[0010]本发明的该方面特别基于以下概念:已经发现，由于将太阳能电池基板的表面置于金属层上并且与金属层机械接触，然后使用激光照射金属层，使得金属层被局部强烈加热，所以太阳能电池可被金属化并因此电连接。以这种方式加热的金属层可以因此与太阳能电池基板的表面结合，即，可以产生与太阳能电池基板的表面的机械粘合且导电的不可逆连接。之所以说该连接不可逆是因为在不损毁参与该连接的至少一个部件的情况下不能再次解除该连接。如下面更详细描述的，在这种结合或连接中，该金属层中可出现短暂金属液化，该短暂金属液化可对应于激光焊接。如下面更详细解释的，与焊料焊接方法相反，不需要液化温度例如低于500°c的低熔点的附加材料。激光焊接可以是熔焊工艺的实例，在熔焊工艺中，要连接的至少一个部件或者优选地要连接的两个部件被加热到它们的液化温度以上并且在随后的熔化物固化之后可被一体地连接在一起。尽管要被连接的部件保持接触在一起并且适当地建立一个部件对另一个部件的压力，但是加热所述部件所需的能量不像例如摩擦焊接那样由机械压力提供，而是可以由激光辐射提供。作为选择，可以调节该结合工艺用的激光辐射，使得将金属层和太阳能电池基板的表面烧结在一起或者在金属层和太阳能电池基板的表面之间形成液体共熔相(liquid eutectic phase)。该激光福射可以照射为使得它透射太阳能电池基板并且/或者透射承载基板，其中所使用的激光辐射的特性应当被选择为使得各基板的材料对于该激光辐射基本上是透明的，并且因此只在金属层中发生大量的激光辐射吸收。
[0011]所提出的金属化方法可以使太阳能电池基板的金属化和电接触可靠、经济、迅速并且间单。
[0012]下面描述所提出的金属化和连接方法的实施例的进一步可能的细节和优点。
[0013]所提出的太阳能电池基板可以由任意半导体材料构成。该金属化方法特别适合于厚度例如小于200 μ m,优选小于100 μ m的薄娃晶片的金属化，因为避免了太阳能电池基板上的高机械应力。
[0014]本文中术语“太阳能电池”和“太阳能电池基板”被同样地使用。太阳能电池基板可以是部分处理过的半导体基板，在其中已经形成有pn结、电介质层和可应用于金属化的部分等。太阳能电池应当被理解为加工完成的单元，并且可以照此集成为光伏组件。
[0015]所提供的承载基板可以由各种材料构成。特别地，优选可以由不导电的材料，即，绝缘材料形成该承载基板。例如，可以将玻璃、易弯曲的聚合物或者其他非导电层用于该承载基板。该承载基板可以由薄膜构成，并且因此可以在机械上是易弯曲的，或者例如可以采取玻璃板的形式，并且因此在机械上是坚硬的。特别地，将已经例如在光伏组件的产生中使用的材料用于该承载基板可能是有利的。特别地，由乙烯醋酸乙烯酯(EVA)或者硅酮制成的膜可被用于该承载基板。
[0016]该承载基板可以具体形成为2维的，并且具有比其应用于的太阳能电池基板更大的表面，从而可以利用单个承载基板将多个太阳能电池基板金属化并电连接在一起。
[0017]在承载基板的表面上设置有金属层，并且在此将该金属层称为第一金属层。可以在与太阳能电池基板接触之前将该第一金属层施加到该承载基板。第一金属层可以直接与非金属承载基板相邻，即，不插入其他层，特别是不插入金属层。第一金属层可以沉积或施加到该承载基板，使得它固定连接到承载基板，即，在不损坏的情况下它不能脱离该承载基板。作为选择，第一金属层可以通过附着力沉积或施加到该承载基板，使得在金属层结合到太阳能电池基板表面之前它确实牢固地保留在承载基板上，但是在该结合之后，金属层对太阳能电池基板表面的附着力大于对承载基板的附着力，使得承载基板可以脱离金属层。
[0018]原则上，可以在该承载基板的整个表面上涂覆第一金属层。然而，优选地，该承载基板可以例如通过掩模只在局部涂覆有金属，或者可以局部去除最初沉积在整个表面上的金属层的多个部分，使得第一金属层由多个金属层区域的图案构成。例如，首先可以在承载基板表面的大面积上沉积金属层，然后可以例如利用激光将形成第一金属层的图案并且将要结合到太阳能电池基板的区域与周围区域分开。然后可以在要施加到电池基板的金属层的区域结合之前去除周围区域。作为选择，周围区域也可以保留在太阳能电池基板的表面上，其中在要施加到太阳能电池基板的金属层的区域结合之后，承载基板可以再与未结合的周围区域一起脱离，其中金属层的结合区域与承载基板脱离并且保留在太阳能电池基板上。
[0019]第一金属层的图案在此可以适合于使用第一金属层不仅例如用于金属化不同的太阳能电池基板，而且还用于通过第一金属层将这些太阳能电池基板电连接在一起。第一金属层在此可以具有范围从30nm至300 μ m的层厚度,优选地,范围从IOOnm至100 μ m。可以根据该金属层实现的电阻来选择第一金属层使用的层厚度。
[0020]原则上，可以将任何金属用于第一金属层。然而，优选地，可以使用经济的金属和/或低温液化的金属。例如，可以使用液线温度实际高于例如500°C的温度、例如高于570°C的金属，并且因此可以不用传统的焊料焊接方法熔化，但是该金属的液线温度例如低于1600°C并且因此可以通过激光照射相对容易地熔化。此外，例如利用传统的气相沉积方法或者印刷方法可以将该金属容易地施加到承载基板。此外，对于多个太阳能电池基板的连接，该金属应当具有足够高的电导率。第一金属层的金属不需要是可焊料焊接的。已经证明，铝用于第一金属层是有优势的。铝是公认不可焊料焊接的，但是可以使得可利用并且加工成本低，并且一段时间以来已经证明特别适合于硅太阳能电池基板的接触。可用于第一金属层的太阳能电池生产优选的其他金属还有银(Ag)、铜(Cu)、钛(Ti)、镍(Ni)、金(Au)和钯(Pd)。
[0021]作为金属化工艺的一部分，将装配有第一金属层的承载基板和要被金属化的太阳能电池基板相互靠在一起，使得要被金属化的太阳能电池基板的表面与承载基板的第一金属层相邻，即，与第一金属层机械接触或者紧邻第一金属层。
[0022]然后，将激光束引向太阳能电池基板或者承载基板，使得激光辐射到达太阳能电池基板与承载基板之间的界面，并且在此被第一金属层或者下面进一步描述的第二金属层吸收，使得由于通过吸收激光辐射而实现的加热，第一金属层不可逆地直接结合到相邻的太阳能电池基板，即，第一金属层与太阳能电池基板的半导体材料或者与设置在其上的第二金属层的金属建立连接，其中在不损坏的情况下该连接不能被分开。在下文中，这种连接有时也称为“结合连接”，并且利用激光辐射加热并且接合的工艺也称为“结合”。
[0023]激光辐射的特性，8卩，其波长、功率密度和脉冲持续时间应当被选择为使得在激光束必须首先穿过的太阳能电池基板或者承载基板的材料中，没有大量的激光辐射吸收，即，例如，不显著加热该材料。特别地，所使用的激光辐射的特性可以被选择为使得对金属层的照射不会产生导致最终完成的金属化的太阳能电池的效率下降的太阳能电池基板的有损加热。已经证明，使用脉冲激光对于低损结合是有利的。
[0024]此外，激光辐射的特性被选择为使得通过在金属层中吸收激光辐射短暂出现金属层的局部液化是有利的。
[0025]特别地，所使用的激光辐射的强度和脉冲持续时间可以被选择为使得在金属层中吸收足够大量的激光辐射，以在至少部分该时间中将金属层加热到金属层的熔化温度或液线温度以上。然后金属层短暂地局部液化，并且在随后的固化中与相邻的太阳能电池基板表面或者预先沉积在其上的第二金属层形成机械和电学上可靠的结合接触。
[0026]作为选择，激光辐射的特性可以被选择为使得金属层通过吸收被加热到不超过熔化温度或液线温度，而是超过金属层与相邻的太阳能电池基板的半导体材料形成液体共熔相的共熔温度。例如，铝的熔化温度是660°C，铝与硅形成液相的共熔温度已经达到577°C，因此利用这种特定的材料组合，较低的激光辐射吸收或者较低的激光束强度就够了。
[0027]作为进一步的选择，在特定材料组合的情况下，仅将金属层通过激光束吸收加热到出现烧结过程就够了，其中结合连接是通过第一金属层与太阳能电池基板或沉积在太阳能电池基板上的第二金属层之间的原子扩散实现的。
[0028]在激光结合过程中，特别是激光焊接或者激光烧结中，其中事先沉积在承载基板上的第一金属层结合到太阳能电池基板并且由此产生电接触，可以认为，第一金属层与相邻的太阳能电池基板的表面直接接触，并且与该材料建立不可逆的连接。
[0029]如已经指出的，作为选择，可以在太阳能电池基板的表面上形成第二金属层。该第二金属层可以覆盖太阳能电池基板的整个表面或者以一定的图案覆盖部分表面。对于太阳能电池，例如，可以在太阳能电池基板的基极或发射极区域的接触区域设置局部金属化的区域。传统上，为此通常局部气相沉积或印刷金属。对于该结合过程，可以随后引导激光束穿过太阳能电池基板或者承载基板，使得激光束在第一金属层和/或第二金属层中被吸收，并且这两个金属层中的至少一个金属层被充分加热以用于不可逆连接。
[0030]可以发现，上述金属化方法的一个重要的可能优点在于:对于太阳能电池基板的表面与相邻的第一金属层之间的结合过程，或者在太阳能电池基板上设置有第二金属层的情况下，在第一金属层和相邻的第二金属层之间，不需要插入液化温度，即，熔化温度或液线温度，比第一金属层或第一和第二金属层的金属的液化温度低并且优选充分地低，例如超过50°C，的附加材料。特别地，不需要插入导电附加材料。此外，特别地，在太阳能电池基板或者其上设置的第二金属层不可逆地接合到第一金属层的区域中，不需要提供导电材料，如焊料。换句话说，因为可以在其中一个金属层中吸收激光辐射而产生高温，所以该金属层可以例如通过直接液化，即，通过材料连接，与相邻的太阳能电池基板表面或者与相邻的第二金属层接合成一体，而不像传统的焊料焊接工艺那样需要低熔点的附加材料。因此，参与太阳能电池基板和第一金属层之间电连接的、特别是可用于多个太阳能电池基板连接的所有材料都可以是高熔点的，即，所有参与的材料的液化温度可以例如高于500°C，优选高于570°C。
[0031]对于承载基板上设置第一金属层并且太阳能电池基板上还设置第二金属层的情况，这两个金属层可以由相同的材料构成。例如，这两个金属层可以由铝构成。因此，在此可以从传统上铝不能焊料焊接这一事实受益，因为在表面上迅速形成氧化物层，该层可能例如与助焊剂分开，但是本文提出的激光结合工艺能够连接两个铝层以具有机械附着性和导电性。
[0032]术语“金属”在此应该被广义地理解，并且包括纯金属和金属混合物、金属合金以及不同金属层的堆叠。
[0033]根据本发明的另一方面，提出一种由电互连在一起的多个金属化太阳能电池构成的光伏组件。该光伏组件具有多个太阳能电池和单个承载基板。在该承载基板的表面上设置有固定连接到承载基板的第一金属层。每个太阳能电池被设置为使得表面在承载基板的金属层上并且至少局部与金属层电连接成一体。
[0034]使用上述金属化方法可以有利地生产这种光伏组件。
[0035]短语“局部连接成一体”可以理解为，设置在承载基板上的、优选与非金属承载基板直接相邻的金属层通过材料连接直接连接到太阳能电池的半导体基板表面，或者直接连接到事先施加到该表面的金属接触层，即，不插入进一步的附加材料，例如，低熔点的导电焊料。
[0036]上述金属化方法以及可以根据本发明的各个实施例相应地生产的光伏组件具有很多优点:
[0037]该方法可以几乎同时地，S卩，在单个方法步骤中，金属化、电接触和互连多个太阳能电池。代替传统上使用要被焊料焊接的金属条将多个太阳能电池连接在一起时所需的分别金属化每个太阳能电池，板状承载基板可以设置有事先在其上以适当的图案沉积的第一金属层，以使用上述激光结合方法在一共同的工艺步骤内金属化多个太阳能电池并且通过电接触将这些太阳能电池连接在一起。因此，例如用于将多个太阳能电池连接成一光伏组件的工艺可以被简化并且更划算地进行。
[0038]可以在承载基板的整个表面上或者至少在其大部分上进行金属化，其中可以实现较好的横向传导性并且因此可以节省金属化太阳能电池用的金属。
[0039]使用该激光结合技术允许使用金属化的承载基板来金属化和连接太阳能电池，而太阳能电池不必经受过多的热负荷。
[0040]此外，该激光结合技术允许直接连接多个金属，其中以这种方式特别可以将不可焊料焊接的金属电和机械地连接在一起。因此，传统上不可焊料焊接的铝可被用于金属化和连接太阳能电池。在没有附加粘合剂或焊浆的情况下，设置在承载基板上的第一金属层可以直接连接到太阳能电池基板或事先沉积在该太阳能电池基板上的第二金属层，从而可以节省两个工艺步骤和加工材料。可以省去传统上用于金属化太阳能电池基板的太阳能电池基板上的可焊料焊接的银金属化或者其他类似的金属化，因为这些金属不再需要焊料焊接。因此,可以节省大量成本。
[0041]因为当使用该激光结合方法时，单一类型的金属足以用于金属化太阳能电池基板，所以可以避免不同惰性的各种金属的接触导致的腐蚀现象。
[0042]因为还具有薄层金属层的板状承载基板用于金属化太阳能电池基板，并且该金属层结合到分布在宽阔表面上的太阳能电池基板，所以太阳能电池基板上的局部负荷可以保持很低。这对于机械上易碎的非常薄的太阳能电池基板是特别有利的。
[0043]特别地，对于将太阳能电池封装成光伏组件，通过激光照射在第一金属层中产生的孔可通过层压材料渗入这些孔中来帮助提高层压材料的附着力。
[0044]特别地，在根据本发明的方法的特定实施例中，聚合物材料层，例如乙烯醋酸乙烯酯(EVA)或硅酮膜，可以插在太阳能电池基板和承载基板之间。该层可以用于密封或填充太阳能电池基板中的任何孔洞。该层可以例如在完成的太阳能电池的封装期间变形并且/或者与封装材料的类似层接触。这样，可以在很大程度上避免例如水分渗入封装的太阳能电池组件，停留在孔洞中并导致腐蚀。在第一金属层要与太阳能电池基板的表面或者与设置在其上的第二金属层结合的区域中，该聚合物层可以例如局部间断或者在激光照射期间被局部去除。
[0045]通过适当地选择承载基板，可以实现柔性结构。因此，例如该光伏组件可以适应于广泛不同的形状或支架。
[0046]在所提出的金属化中使用自支撑的机械上稳定的承载基板的情况下，例如基于薄晶片的太阳能电池可以由该承载基板提供机械支撑，这可以降低光伏组件生产中的破损率。
[0047]注意，在此部分关于用于金属化和电连接多个太阳能电池的方法，部分关于以这种方式生产的光伏组件描述了本发明的实施例、特征和优点。然而，本领域的技术人员将会认识到，除非另外指出，否则本发明的实施例和特征可类似地转移到各自的其他发明对象。特别地，本领域的技术人员将会发现，各种实施例的特征可以以各种方式组合。
【专利附图】
【附图说明】
[0048]通过下面参照附图对示例性实施方式的描述，本发明的进一步特征和优点对本领域的技术人员来说将是显而易见的，然而，该描述不应当被理解为限制本发明。
[0049]图1示出根据本发明的一个实施例的金属化期间太阳能电池的配置；
[0050]图2示出根据本发明的一个实施例的金属化期间太阳能电池的可选配置；
[0051]图3示出根据本发明的一个实施例的金属化期间太阳能电池的另一个可选配置；
[0052]图4示出按图案金属化的承载基板的俯视图；
[0053]图5示出预先局部金属化的太阳能电池基板的俯视图；
[0054]图6示出根据本发明的一个实施例的已经使用承载基板金属化并电连接在一起的太阳能电池基板的俯视图。
[0055]附图中示出的细节是图解式示出的并且不是按比例示出的。不同的附图中相同的附图标记涉及相同或对应的特征。
【具体实施方式】
[0056]图1示出电连接在一起并且形成为光伏组件100的多个金属化太阳能电池20的配置。在所示出的例子中，太阳能电池20是基于硅晶片的太阳能电池，其中在太阳能电池基板I的背面设置有两类接触。太阳能电池的发射极区域涂覆有形成第一类接触的铝金属层2a，而基极区域涂覆有形成第二类接触的铝金属层2b。[0057]图5示出具有形成不同类型接触的金属层2a、2b的太阳能电池基板I的俯视图。
[0058]为了更清晰，附图中没有示出太阳能电池20的进一步细节，例如，不同掺杂的发射极区域和基极区域、表面钝化层等。
[0059]在金属化工艺的准备中，承载基板4被涂覆有也是由铝构成的金属层3。如图4中图示的，金属层3不覆盖承载基板4的整个表面，而是被形成为具有集合母线3a和纵向连接指3b的特定图案。承载基板4可以是薄的柔性膜，例如由传统上用于封装太阳能电池的EVA制成。作为选择，承载基板4可以是坚硬的玻璃面板。例如可以使用利用合适的掩模的气相沉积技术或者通过印刷技术将金属层3施加到承载基板4。
[0060]为了金属化太阳能电池基板I并且还将太阳能电池20连接在一起，将这些太阳能电池基板I置于承载基板4上。太阳能电池基板I在承载基板4上被定位成使得在提供的多个位置处形成不同类型接触的金属层2a、2b与沉积在承载基板4上的对应形成的金属层3的图案相邻。
[0061]然后，使用激光束6照射承载基板4的金属层3与太阳能电池基板I的金属层2a、2b相邻的连接区域7。为此，例如，可以使用例如发射波长范围为1064nm、532nm或355nm的脉冲Nd-YAG激光。已经发现，在几纳秒至几微秒范围内的激光脉冲持续时间是适当的。还已经发现，在0.lj/cm2至lOJ/cm2，优选地，0.5J/cm2至5kJ/cm2范围内的功率密度给出有利的金属化结果。因此，所使用的激光束的特性适合于承载基板4的材料，使得激光辐射6大部分不受阻碍地穿过承载基板4到达金属层3。
[0062]在金属层3中，所照射的激光辐射功率的一部分被吸收，并且因此导致加热。层3的金属在此被短暂地强烈加热，使得与太阳能电池基板I上的金属层2a、2b建立不可逆的结合连接。
[0063]为此，第一金属层3的金属可以例如被加热超过其熔点，使得在其液相下，它可以通过材料连接在太阳能电池基板I上与相邻的第二金属层2a、2b连接成一体。在此情况下，所照射的激光辐射6具有激光焊接效果。
[0064]作为选择，所照射的激光辐射6的特性可被选择为使得第一金属层3被次强地加热，从而可以通过第一金属层3与太阳能电池基板I上相邻的金属层2a、2b烧结在一起的形式产生结合连接。
[0065]如图1中所示，穿过承载基板4的激光辐射6可以由例如在相反方向上穿过太阳能电池基板I的激光辐射5补充或替换。由于太阳能电池基板I通常具有与承载基板4不同的吸收特性，所以必须相应地调整在此使用的激光辐射5的特性，以确保激光辐射5大部分穿过太阳能电池基板1，然后在沉积于其上的金属层2a、2b中被吸收。
[0066]图6图解示出图1中所示配置的多个太阳能电池20的俯视图。太阳能电池20布置在承载基板4上，如图5中所示，其中形成有金属层2a、2b，用于不同类型的接触。太阳能电池20被定位成如图4中所示，金属层区域2a、2b布置在承载基板4的相应金属化区域3b的上方。金属层2、3在此都由铝构成。上述激光结合方法在多个连接区域7处形成连接点，通过这些连接点每个太阳能电池20与设置在承载基板4上的金属层3连接成一体。外部接头8用于使该太阳能电池提供的电力可以被消费者使用。
[0067]图2和图3示出可以利用上述金属化方法，使用激光结合生产的光伏组件100的替换实施例。[0068]图2不出太阳能电池基板I的两侧布置有相应地金属化的承载基板4。例如,在相反的两个表面上形成有不同类型接触的太阳能电池20可以插在两个承载基板4之间。然后利用激光结合工艺使用激光辐射6将太阳能电池基板I前后的金属层2机械地并且电连接到承载基板4上的金属层3。对于太阳能电池的串联连接，可以在金属层3之间设置用于接触相邻的太阳能电池的内部金属接头9。为此，例如，设置在上承载基板4上的金属层3可以在两个相邻的太阳能电池20之间的区域中直接连接到设置在下承载基板4上的金属层3。
[0069]图3示出光伏组件100的进一步实施例。与图2中的实施例相同，太阳能电池20与两侧的承载基板4接触。然而，在太阳能电池基板I的后侧，除了金属层2以外还设置有电解质层10。这可以例如用于钝化太阳能电池基板I的表面。作为选择，可以以类似的方式插入聚合物材料层，该聚合物材料层可以填充或密封完成的太阳能电池中的孔洞，以防止腐蚀损坏。
[0070]已经发现，在激光结合工艺期间可以穿透例如大约IOOnm厚的这种电介质层10，并且可以实现太阳能电池基板I上的金属层2与承载基板4上的金属层3的电和机械连接。
[0071]应当指出，多个不同实施例可以用于在太阳能电池基板I上或者在承载基板4上形成第一和第二金属层2、3。此外，可以在太阳能电池基板I上的不同位置设置进一步的电介质层10，例如，在太阳能电池基板I的各表面上的金属层2上方、金属层2和太阳能电池基板I之间等。这些电介质层10可用于钝化太阳能电池基板I的表面或者作为抗反射层或者作为电绝缘层，并且不应当阻碍太阳能电池基板I和承载基板4上的金属层3之间的激光结合工艺。
[0072]最后，应当指出，在附图中所示的实施例中，在每个情况下，金属层2已经设置在太阳能电池基板I上，然后在金属化工艺期间，该金属层2可以与设置在承载基板4上的金属层3形成一体化连接。由于所使用的激光结合方法允许将铝用于太阳能电池基板I上的金属层2，所以这可以构成工业使用优选的实施例。
[0073]然而，金属层2不需要一定已经设置在太阳能电池基板I上。在实施例中(未图示出)，在激光结合工艺期间，设置在承载基板4上的金属层3还可以与太阳能电池基板I的半导体材料表面直接建立结合连接。当铝用于金属层3时，特别有利的是，铝可以甚至在其溶化温度以下，即，共熔温度以上，与太阳能电池基板I的硅形成液体共熔相，因此，甚至在较低的温度也可以在设置于承载基板4上的金属层3和太阳能电池基板I之间建立一体化的电连接。
[0074]最后，应当指出，属术语“包括”、“具有”等不排除其他元件的存在。术语“一个”也不排除多个对象的存在。权利要求中的附图标记仅是为了更容易阅读，并且绝不限制权利要求的保护范围。
[0075]附图标记列表
[0076]I 太阳能电池基板
[0077]2 第二金属层
[0078]3 第一金属层
[0079]4 承载基板
[0080]5 激光辐射[0081]6激光辐射
[0082]7连接区域
[0083]8外部接头
[0084]9内部金属接头
[0085]10电介质层
[0086]20太阳能电池
[0087]100光 伏组件
【权利要求】
1.一种用于金属化和电连接多个太阳能电池(20)的方法，其中所述方法包括: 提供多个太阳能电池基板(I); 提供承载基板(4 )，所述承载基板(4 )在一个表面上承载与该承载基板(4 )固定连接的至少一个第一金属层(3)； 放置所述太阳能电池基板(I)，使每个太阳能电池基板(I)的表面与所述承载基板(4 )上的所述第一金属层(3)相邻； 通过利用激光辐射(5、6)局部照射所述金属层(3)，对所述金属层(3)施加能量，使得所述激光辐射(5、6)在朝向所述第一金属层(3)的方向上穿过所述太阳能电池基板(I)和所述承载基板(4)中的至少一个，并且使得所述第一金属层(3)通过由于所吸收的激光辐射(5、6 )的加热而与相邻的太阳能电池基板(I)不可逆地直接连接。
2.根据权利要求1所述的方法，其中在所述太阳能电池基板(I)和相邻的第一金属层(3)之间不插入液化温度充分低于所述第一金属层(3)的金属的液化温度的附加材料，特别是导电附加材料。
3.根据权利要求1或2所述的方法,其中在至少一个太阳能电池基板(I)的一个表面上形成与所述太阳能电池基板固定连接的第二金属层(2)，并且其中通过利用激光辐射(5、6)局部照射，所述第一和第二金属层(3、2)中的至少一个被加热，以形成不可逆连接。
4.根据权利要求3所述的方法，其中在所述第一金属层(3)和所述相邻的第二金属层(2)之间不插入液化温度充分低于所述第一和第二金属层(3、2)的金属的液化温度的附加材料，特别是导电附加材料。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其中所述第一和第二金属层(3、2)由相同的金属构成。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中所述第一和第二金属层(3、2)中的至少一个具有范围从50nm至300 μ m的层厚度。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中所述激光辐射(5、6)的特性被选择为使得由于在所示第一和第二金属层(2、3)中的至少一个中吸收所述激光辐射(5、6)，短暂发生所述金属层(2、3)的局部液化。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中所述激光辐射(5、6)的特性被选择为使得对所述金属层(2、3)的照射不产生会降低各太阳能电池的效率的所述太阳能电池基板(I)的有损加热。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中用脉冲激光照射所述金属层(2、3)。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中所述承载基板(4)由不导电材料构成。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其中所述承载基板(4)由膜构成。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其中在所述太阳能电池基板和所述承载基板之间插入聚合物材料层。
13.根据权利要求2和4中任一项所述的方法，其中不插入液化温度低于500°C的导电附加材料。
14.一种多个金属化并且电连接的太阳能电池(20)的光伏组件，包括: 多个太阳能电池(20)；单个承载基板(4)，其在表面上承载固定连接到所述承载基板(4)的至少一个第一金属层(3)； 其中每个所述太阳能电池(20)被布置为表面放置于所述承载基板(4)的所述第一金属层(3)上；并且 其中每个所述太阳能电池(20 )与所述金属层(3 )至少局部一体化电连接。
15.根据权利要求14所述的光伏组件，其中在所述太阳能电池(20)和相邻的第一金属层(3)之间未插入液化温度充分低于所述第一金属层(3)的金属的液化温度的附加材料层，特别是导电附加材料 。
【文档编号】H01L31/042GK103748691SQ201280029695
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2012年6月13日 优先权日:2011年6月14日
【发明者】亨宁·舒尔特-霍克赛尔, 苏珊娜·布兰克梅耶尔, 罗尔夫·布伦德尔, 罗伯特·伯克, 托尔斯特恩·杜尔伟伯尔, 尼尔斯-彼得·哈德尔, 卡斯滕·汉佩, 叶夫根尼娅·拉瑞奥诺娃 申请人:太阳能研究所股份有限公司