光电元件、它的电极结构及其制造方法

专利名称：光电元件、它的电极结构及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种用于太阳能电池或类似器件的光电元件、它的电极结构及用于制造一种光电装置的方法。
近年来，由天气中二氧化碳含量的增加而引起的全球温度上升，即温室效应，业已成为一个巨大的问题。因此，对清洁能源的需求日益增长。核发电不会引起温室效应，但是却带来了有关放射性废料的问题。需要的是更为完全和更为清洁的能源。
在有前途的清洁能源之中，太阳能电池格外引人注意，这是由于它安全、清洁并且容易操作。
在若干种太阳能电池之中，使用无定形硅半导体的无定形硅型太阳能电池是有前途的，原因在于它们具有容易生产大面积的电池。光吸收效率高、能使用薄膜工作等优点，尽管它的光电转换效率要比晶体硅型太阳能电极更小。
图24A至24D以图解方式说明了一个用于与本发明的一个光电元件比较的常规的光电元件。图24A至24C说明形成集电极的若干步骤，而图24D是一幅沿图24D中的24D-24D线所取的横剖视图。图24A至24D的太阳能电池元件500是按照以下方式制作的，即顺序地将下部电极层502叠置在基底501的表面上、将半导体层503叠置在下部电极层502上并进一步将上部电极层504叠置于半导体层503之上。
在这样一种太阳能电池元件中，为了彻底地隔绝上下电极层之间的电气联系，将所述上部电极层的一部分505除掉，并将上部电极层504的集电极506设置在所述上部电极层的表面上(图24A)。例如，按照一种方法，利用网板印刷法将一种导电糊状物涂在形成电极的表面上并加热使之固化，这样制成了集电极506。借助于这种方法，可以以工业化方式获得行宽为100至150μm、厚度为10至20μm的电极。所述导电糊状物包括各种材料。对于无定形硅型太阳能电池(这种类型的太阳能电池不适宜高温处理)来说，常常采用聚合物糊状物，这种糊状物包括热固性树脂(例如聚酯型、环氧型，以及酚型)和细微颗粒材料(例如分散在其中的银和铜)。
在那些集电极506上设置了进一步采集由上述集电极506所产生的电能的导电条电极507(图24B)。而后，通过以点状涂一种导电粘合剂508并在空气干燥器中使之固化的方式将这些集电极506之上的导电条电极507的交叉点同所述集电极连接起来(图24C)。这样，通过对这些集电极506同导电条电极507进行导电连接制成了一个用于从上部电极504取走电能的引出电极。在太阳能电池元件500的端部敷设绝缘带509，以便确保导电条电极507与所述基底的电气隔离。
在制造这种类型的元件过程中，以下三个步骤是必须的(1)使导电条电极对准一个规定位置，(2)在若干规定位置上以点状涂一种导电粘合剂，将所述导电条电极固定，以及(3)通过在一个空气干燥器或红外炉中加热使所述导电粘合剂固化。这些步骤涉及许多工作工序并且要花费很长的工作时间，不适合批量生产，是有缺陷的。在图24A和24B所示例子中，由于所述光电元件的面积小并且集电极的数量也少，所以这些问题不那么严重。然而，在生产较大面积的光电元件的过程中，所述集电极的数量更大，并且必须使用许多所述的导电条电极。因此，在这样一种情况下，所述电连接点的数量增加并且所花费的工作时间变得更长，就生产率讲，这是不理想的。
通常家庭所需电源功率大约为每个家庭3千瓦。为了利用一种太阳能电池供给3千瓦电功率，该太阳能电池需要具有30m2那么大的接收光的面积(假设该电池的光电转换效率为10％)。这样一种大型太阳能电池必须有一条导电条，以收集所产生的电能，这就增加了该电池元件的制作步骤。所述制作步骤越多，所述电池的面积越大，该元件的缺陷出现的就越多。这些缺陷引起了分流和短路，结果降低了所述光电转换效率。如果该缺陷远离所述电极或导电条，那么由于对于流向缺陷的电流的阻抗很高所述电流的损失就相当小。相反，如果该缺陷出在所述电极或导电条的正下方，那么所述电流的损失会是很大的。
为了解决这些问题，公开了一些适合于一种大面积的太阳能电池而又不使用所述导电条的电极结构。例如，美国专利4260429公开了一种方法，按照这种方法，将一根铜导线用一种含有导电粒子的固体聚合物覆并作为一个电极安装到一个太阳能电池上。美国专利5084107公开了一种方法，按照这种方法，将一根金属线用一种导电粘合剂连接并固定到一种光电元件的电极形成表面上。按照这种方法，通过用一种低电阻损失的含导电粒子的固体聚合物(导电粘合剂)包覆一根导电导线来形成一个电极，甚至电极的长度可达10cm或更长。
然而，在本发明的发明者对所述太阳能电池的电极结构和可靠性进行研究时发现利用上述美国专利的方法所形成的那些电极在所述导线或金属器件和含导电粒子的固体聚合物或导电粘合剂之间的界面上的粘合作用是不充分的，并且电极的宽度或直径是不均匀的。在所述导线或金属器件和导电粘合剂之间的界面上不充分的粘合作用造成了起动功率损失，在长期运行过程中由于在所述界面处的剥落引起的导致转换效率下降的串联电阻的升高，以及有关可靠性方面的其他问题。此外，在上述那些元件中可能引起分流和低效率，这取决于由所述导电粘合剂形成的电极层的电阻，并且由于与水的相互作用可能引起离子材料的迁移，如果导致了在实际使用过程中由于温度引起的泄露，这些都是很不利的。
在上述美国专利中，所述涂层导线通过加热或加压被粘合，但无论是对所述装置还是对所述方法都没有专门加以显示。然而，业已发现，通常的热-压粘合方法引起了所述涂层聚合物的扩散。结果增加了屏蔽损失，并且特别是在大面积光电元件中，加到被涂覆导线上的压力变得不均匀，产生了未粘合部分，结果使所述串联电阻增加，这是很不利的。
进一步考虑电连接是为了取出所述光电元件所产生的电能。


图17是一幅从前侧(接收光侧)看去的一个光电元件的图解平面图，用于对照。图17的光电元件是由依次形成在所述基底上的一个用于支撑整个光电元件的导电基底、一个非晶体半导体层、一个电极层、若干个集电极，以及引出端构成的。该导电基底是由一种金属材料(例如不锈钢)构成的。所述半导体层是由从所述底层依次排列的一个背面反射层、一个P型半导体层、一个i型半导体层和一个n型半导体层构成的。利用一种成膜法〔例如CVD(化学蒸汽沉积)〕形成这些半导体层并叠起来，使得光可以被充分吸收并且可以被充分地转化为电能。上述电极层是一个由氧化铟或类似物质构成的透光导电膜，它既用作一个防止反射的器件，又用作一个收集电能的器件。
通过网板印刷并紧接着加热，涂覆一种含有FeCl3、AlCl3或类似化合物的蚀刻糊而形成透光导电膜。通过按一种直线形进行蚀刻，除去所述透光导电膜，形成了一个蚀刻沟槽17401。局部除掉所述透光导电膜是为了防止所述基底和在所述光电元件的有效的接收光区域上的透光导电膜之间短路的影响。这样的短路可能在切去所述光电元件的外周边时出现。
在上述光电元件的表面上，形成了集电极17402，用于有效地收集所产生的电能。集电极17402是通过利用低电阻细金属(例如铜)丝作为芯材料、在该金属线的外表面涂覆一种导电粘合剂用于粘合、使该粘合剂干燥、将该金属线切成预定长度、布置切好的金属丝、并且完全通过热压将该金属线热粘接到有效地接收光的区域的表面上这样的方式形成的。
用集电极17402收集的电能被传送到设置在所述元件两端的引出端子17403。引出端子17403是一种用低电阻金属(例如铜)制作的金属箔，它具有一个绝缘部件17404作为最下层，以使该端子金属箔与所述光电元件的表面绝缘。
集电极17402和引出端子17403之间的连接是通过点状涂覆一种导电粘合剂17405来实现的，以便确保所述连接的可靠性。
这个方法所涉及的问题包括必须有点状涂覆导电粘合剂的步骤，需要一个用于使所述导电粘合剂固化的热固化步骤，因此增加了工作步骤、花费很长的工作时间，并且为了进行这些步骤还要使用一种复杂的装置；这种导电粘合剂的成本很高；点状涂覆的导电粘合剂的隆起要求表面覆盖层具有一定的厚度，这就提高了生产成本；以及由于在涂覆导电粘合剂之前、在对所述元件进行加热过程中的氧化作用及其他原因造成所述端子材料(例如铜)的表面变质，这就不能通过涂覆导电粘合剂获得足够低的连接电阻。
本发明的意图是提供一种用于这样一种光电元件的电极结构，在所述这种光电元件中，集电极和一个引出电极之间的连接是按照一种比较简单的连接步骤完成的，但是仍然保持如同使用导电粘合剂所产生的电性能那样的电性能，并且所述这种光电元件适合于大规模生产线。本发明还打算提供一种用于生产使用上述电极的光电元件的方法。
本发明还打算提供一种可以被牢固粘接的、对于光电元件是可靠的并且是很有用的电极以及其他一些不存在上述那些问题的装置。
本发明进一步打算提供一种光电元件，这种光电元件没有起动功率损失、不会出现分流并且可以可靠地长期运行而不会出现串联电阻增加及其他缺陷。
本发明更进一步的打算是提供一种光电装置，这种光电装置可以按照较低成本进行生产，这是由于简化了组装步骤和提高了电极器件和端子器件之间电连接的可靠性而使成本降低和消耗材料减少。
本发明更进一步的打算是提供一种用于生产上述光电装置的万法。
本发明的光电装置包括至少一根设置在一个光电元件的表面上、用于收集该光电元件所产生的电能的金属线，该金属线在其全长范围内用导电粘合剂包覆并用该粘合剂固定在该光电元件上。
本发明的方法用于生产一种包括至少一根设置在一个光电元件上、用于从该元件收集电能的金属线的光电装置，该方法包括这样一个步骤围绕该金属线的整个长度预先涂覆所述导电粘合剂，并且利用该导电粘合剂将该金属线固定在一个导体上，该导体用于从该金属线收集电能并用于将该电能引至外面。
本发明的光电元件的电极包括一个做过防锈处理并在其表面上至少涂有一个导电树脂层的金属部件(例如金属线或金属棒)。
本发明的光电装置包括一个光电元件，该光电元件包括至少一对由一个半导体结和一个形成于该半导体结的光接收面上的一个半导体层上的透光的上部电极配成的对子，该光电元件的上述电极被固定在所述上部电极上。
本发明的光电元件的电极包括一种用耦合剂处理过并且在它的表面上包覆至少一个导电树脂层的金属线或金属棒。
本发明的光电装置包括一个光电元件，该光电元件包括一个用于光电转换的半导体层和一个用于收集由该半导体层产生的电能的电极，在其中，所述电极是一根通过涂覆和干燥而涂有至少一种第一导电粘合剂并且通过加压，热压或加热被固定到该光电元件的光接收面上的细金属线，设置了一个端子部件用来引出由该光电元件的光接收面上的电极所收集的电能；该电极也固定在端子部件的表面上；并且该端子器件至少在所述电极固定部分上预先涂有一种第二导电粘合剂。
本发明的光电装置包括一个光电元件，该光电元件由一个用于光电转换的半导体层和一个用于收集由该半导体层产生的电能的电极构成，用于制造本发明的光电装置的方法包括以下步骤在一根金属线上涂覆至少一种第一导电粘合剂并将该金属线干燥；通过加压、热压或加热将所述金属线作为一个电极固定在所述光电元件的光接收面上；此外还将所述金属线固定到一个用于引出由所述光电元件的光接收面上的电极所收集的电能的端子器件上；以及至少在所述电极的固定部分预先将一种第二导电粘合剂涂到该端子部件上。
用于生产由本发明的一个光电元件构成的光电装置的方法包括在一个光电元件上放置一个由一根涂有至少一层导电粘合剂的金属线构成的集电极，以及从与被放置的集电极相反的那面加热该光电元件，同时加压。
图1A和1B用图解方式说明实施例1-1的电极的结构。
图2用图解方式说明实施例1-1的光电元件。
图3用图解方式说明一个用来在用于实施例1-1的一根金属线的整个长度范围内涂覆一种导电粘合剂的装置。
图4用图解方式说明一个用于实施例1-1的用来将所述金属线用一种导电粘合剂固定到一个导体上的装置。
图5是一幅显示对照例的一个光电组件的变劣情况的附图。
图6是一幅显示涂有一种导电树脂的金属线的构造的简要剖视图。
图7是一幅被固定在本发明的光电元件的一个上部电极上的一个电极的简要剖视图。
图8以图解方式说明一个用于用一种导电树脂涂覆一根金属线的装置。
图9以图解方式说明本发明的一个光电元件的构造。
图10以图解方式说明本发明的一种三元组型光电元件的构造。
图11是一幅显示本发明的一种太阳能电池的构造的示意平面图。
图12是一幅显示由温度-湿度循环试验所得到的串联电阻的变化的附图。
图13是一幅显示由温度-湿度循环试验所得到的串联电阻的变化的附图。
图14以图解方式说明本发明的例子的一个光电元件的外观。
图15是一幅沿图14中的15-15线所取的所述光电元件的一部分的简要剖视图。
图16是一幅沿图14中的16-16线所取的所述光电元件的一部分的简要剖视图。
图17以图解方式说明用于参照的已有技术的一个光电元件的外观。
图18以图解方式说明一种适合用于形成本发明的电极的装置。
图19以图解方式说明另一种适合用于形成本发明的电极的装置。
图20以图解方式说明又一种适合用于形成本发明的电极的装置。
图21以图解方式说明一种用于形成本发明的一个电极的方法。
图22A和22B是分别根据本发明的方法和已有技术的方法形成的一种光电元件的一个集电极的简要剖视图。
图23是根据本发明的的方法形成的一个光电元件的简要剖视图。
图24A至24D说明用于对照的一个光电组件。
本发明的光电装置包括一根分布在一个光电元件上用于收集由该光电元件产生的电能的金属线，该金属线利用涂覆在该金属线整个长度范围内的一种导电粘合剂固定。
在本发明中用于收集所产生的电能的金属线在其整个长度范围内在表面上预先涂有一种导电粘合剂。在使分布于所述电极形成面上的金属线上的导电粘合剂固化时，可以同时用上述导电粘合剂将一个引出导体固定。因此，按照常规对于所述引出电极和所述集电极之间的连接所必须的以点状方式涂覆导粘合剂的步骤和使该粘合剂固化的步骤就可以省略了，这样，就明显地缩短了工作时间。
由于包括固定所述集电极和所述引出电极的那些制作步骤在本发明中是在按照对照例所示的一种常规方法固定所述集电极(印刷涂覆导电糊并使之固化)时完成的，所以元件生产步骤就被大大地简化了。
本发明光电元件的电极由一个经过防锈处理并在其表面上至少包覆一层导电树脂的金属部件(例如金属线或金属棒)构成。
本发明的光电装置包括一个光电元件，该光电元件包括至少一对由一个半导体结和一个形成在所述半导体结的光接收面上的半导体层上的透光的上部电极配成的对子，该光电元件的上述电极被固定在所述上部电极上。该光电元件的电极的固定是利用所述导电树脂完成的。
所述金属部件最好是铜或铜合金制成的。该部件最好用一种咪唑型、三唑型或硫醇型的防锈剂作过防锈处理。所述导电树脂层的电阻率的值最好是在0.1至100Ωcm范围内。
本发明的电极是在为了使涂覆有一种导电粘合剂的金属线或金属棒获得令人满意的粘合和令人满意的导电性能进行一系列试验之后找到的，并且它的特征在于对所述金属线或金属棒的防锈处理和导电树脂涂覆。
本发明的电极的卓越性能被认为是由于以下原因而获得的。具有低电阻并常常用于电气装置的铜线、铝线及类似导线是用作导体的廉价的合适的材料。然而，在环境条件(空气中的腐蚀性物质，以及湿气)下它们的表面将被氧化，特别是在严酷的温度-湿度循环条件下，所述金属和所述导电树脂层之间的粘合作用及电接触会变劣。防止金属氧化的方法包括涂覆有机材料、化学处理、形成合金、电保护、金属电镀等等。然而，用一种防锈剂对金属表面进行处理保护金属表面抵抗氧化，不改该金属表面的电性能，这无需复杂的工艺步骤，还可以使所述金属和所述导电树脂层之间形成很强的粘合作用。
本发明的光电元件的电极包括一根用一种耦合剂处理过并在其表面上涂有至少一层导电树脂的金属线或金属棒。
该金属部件最好是铜或铜合金制成的，而所述耦合剂最好是选自硅烷型耦合剂、钛酸盐型耦合剂和铝型耦合剂。所述导电树脂层的电阻率最好是分布在0.1至100Ωcm。
本发明的电极是在为了使涂敷有一种导电粘合剂的金属线或金属棒获得令人满意的粘合和令人满意的导电性能进行一系列试验之后找到的，并且它的特征在于对所述金属线或金属棒进行耦合剂处理和涂敷导电树脂。
本发明的电极的卓越的性能被认为是由于以下原因获得的。铜线、铝线和类似导线是用作导体的廉价的合适的材料。漆包线是涂有绝缘漆的金属线。然而，无机金属材料不易涂覆含有有机物质的材料。本发明的电极是一种金属材料，它是无机物，包覆有一层由有机物构成的导电树脂。在这样的结构中，具有高粘合力的均匀涂覆一般是不容易获得的。因此，在本发明中，所述无机金属材料用一种耦合剂进行处理，因此，使该金属材料的表面得以改善，适合于与有机物粘合，结果实现了所述金属表面与所述有机物质的高强度粘合，尤其是在严酷的温度-湿度交替变化条件下，使所述电极具有很高的可靠性。
本发明的光电装置包括一个光电元件，该光电元件包括一个用于光电转换的半导体层和一个用于收集由该半导体层产生的电能的电极，在其中，所述电极是一根通过涂覆和干燥涂有至少一种第一导电粘合剂的细金属线，通过加压、热压或加热被固定到该光电元件的光接收面上；一个端子部件被设置用来引出由所述光电元件表面上的电极所收集的电能；所述电极还被固定到所述端子部件的表面上；并且所述端子部件至少在电极固定部位预先涂有一种第二导电粘合剂，于是，完成了以下四项。
(1)可以省略在电极形成后涂覆一种导电粘合剂的那个步骤，于是，可以明显地降低生产成本。尽管所述导电粘合剂需要在一个分隔工艺中很容易地被涂覆到所述端子部件上，但是所述粘合剂的涂覆也可以集中地在用作所述端子部件的宽的原料上进行，而不必在单独的那些元件上进行涂覆，于是，工作步骤大大减少了。此外，由于所述连接是通过热压进行的，所以省略了接下去的热处理步骤。
(2)根据以上方法，由于使用了作用很强的导电粘合剂薄膜，可以减少所述导电粘合剂的用量。
(3)由于涂在前述端子部件上的导电粘合剂的凸起并不比前述电极高，所以，所述表面涂层材料可以做得很薄。
(4)根据以上方法，类似于对照例中所示的已有技术，可以使用一种含有一种无腐蚀性的材料(例如银)的导电粘合剂进行连接，从而保证了长期运行的可靠性。同时，所述导电粘合剂保护了由可氧化的金属(例如铜)形成的端子部件的整个表面，从而可靠地防止了在生产工艺的热处理过程中端子部件的氧化作用和生产后氧化的有害作用。
本发明的光电装置包括一个光电部件，该光电部件包括一个用于光电转换的半导体层以及一个用于收集由所述半导体层产生的电能的电极，用于生产上述光电装置的方法包括以下步骤在一根金属线上涂覆至少一种第一导电粘合剂并将该金属线干燥；通过加压、热压或加热的方式将所述金属线作为一个电极固定到所述光电元件的光接收面上；还把该金属线固定到一个端子部件上，以便引出由该光电元件面上的电极所收集的电能；以及至少在所述电极固定部分上将一种第二导电粘合剂预先涂到所述端子部件上。于是，可以完成以下两项。
(1)将所述导电粘合剂涂到所述端子部件上可以与所述电极形成过程分开进行。于是，可以提高单位时间的工作效率并且可以以较低成本进行生产。
(2)根据以上方法，可以同时将若干个单独的电极固定在所述光电元件的光接收面的表面上。于是，所述接触点的固定变得均匀和可靠，并且组装步骤得以简化，结果降低了生产成本。
如上所述，本发明简化了所述光电元件的生产工艺和生产装置，并且减少了材料(例如所述光电元件和所述表面涂层材料)，于是，降低了生产成本，并且由于初始的包覆，使所述光电元件在长期运行中的可靠性得到改善。
用于生产本发明的光电元件的集电极的方法包括在一个光电元件上设置由一根涂有至少一层导电粘合剂的金属线构成的集电极并由与被放置的集电极相反的那个表面加热该光电元件同时加压。
上述的加热温度最好是在从软化温度至一个比软化的温度高150℃的温度之间。所加压力最好是在从1至10kg/cm2的范围。
为了大规模的高效率地生产光电元件，本发明的发明者进行了综合研究。于是，业已发现一种将一根经过涂覆的导线固定在所述光电元件的光接收面上的方法，按照这种方法，所述金属线涂有一种干燥状态的导电粘合剂；经过涂覆的金属线被放置在所述光电元件的光接收面上；通过从与光接收面相反的元件的那一面加热并同时通过一种软的树脂加压使所述导电粘合剂软化。
按照本发明的方法，只有包覆所述金属线的导电粘合剂的那些必需的部分才被软化。无需喷撒导电粘合剂，并且，通过使用一种软树脂对经过涂覆的金属线加压，所述粘合作用才变得均匀。加热所述导电粘合剂的温度最好是在从其软化点至一个比所述软化点高150℃的一个范围内，借此，几乎可以不喷撒粘合剂，并且可以得到低屏蔽损失和高性能的光电元件。所加压力最好是在1至10kg/cm2范围内，于是，可以不喷撒所述导电粘合剂，并且粘合作用是稳定的和均匀的，具有很高的粘合强度。
对照实施例，本发明得到更为详细的描述。
(金属线107)用于本发明的金属线107可用于传导电流，它最好是用具有低值电限率的金属材料制成，以减少电阻损失。该金属材料典型的例子有金、银、铜、镍、铝及其合金。横断面可以是圆形、方形或呈其他形状，并且可以按要求选择。所述金属线的粗度要加以选择，以便最大限度地降低所述电阻损失和屏蔽损失之和。所述金属导线典型例子是铜导线，对于漆包线来说，为了获得一种效率高的太阳能电池，其直径应该为25至200μm。
导体106与上述金属线类似，引出电极的导体106可以是用金、银、铜、铝、镍以及它们的合金制成的，但是不限于此，并且可以是一种电镀金属(例如镀银的铜以及镀钎料的铜)。对其形状没有特别限制，并且可以呈一种线状或一种箔状。
导电粘合剂所述导电粘合剂需要具有一定的电阻率，这种电阻率在收集由所述太阳能电池所产生的电能时可以忽略不计，并且大小合适，不会引起分流。其电阻率的分布范围最好是从0.1至100Ωcm。当电阻率等于或小于0.1Ωcm时，容易出现分流，而当电阻率等于或大于100Ωcm时，其电阻损失比较大，通过将一些导电粒子分散到一种高聚物树脂中，可以获得具有以上优选的电阻率的导电粘合剂。可用作导电粒子的物质包括石墨、炭黑、In2O3、TiO2、SnO2、ITO、ZnO和通过将合适的掺杂物加到上述材料中而制备出的氧化物半导体材料。
所述导电粘合剂还要能够利用粘合作用将所述金属线固定到所述太阳能电池的电极形成面上和所述引出导体上。所述导电粘合剂进一步需要能保护所述金属线不受外部湿气的影响并且要能抗拒来自该金属的金属离子的迁移作用。由于这些原因，这种树脂是合适的，它显示出很强的粘合作用并且几乎不允许湿气透过。因此，这种树脂包括热固性树脂(例如环氧树脂、氨基甲酸乙酯树脂、丁缩醛树脂、氟塑料树脂以及它们的改性树脂)和热塑性树脂(例如丙烯酸树脂和苯乙烯树脂)。
所述导电粘合剂是通过将前述的导电粒子和前述的聚合物树脂按合适的比例混合制备出来的。当所述导电粒子材料的比例较大时，尽管电阻率比较低，但是由于所述树脂的量较少，其粘合作用也较低。相反，当树脂的比例较高时，尽管所述粘合力高，但是由于导电粒子的接触不充分，电阻率变得较高，这是很不利的。因此，所述导电粒子材料与所述聚合物树脂的比例要根据相应材料的性质适当地加以选择。
具体讲，为了获得合适的电阻率和合适的粘合力，所使用的导电粒子材料的含量应该从5％至95％(按体积计)。混合是利用一种常用的分散法(例如一个三辊磨和一个喷漆振荡器)进行的。为了有利于进行分散，可以按需要加入一种分散剂或一种耦合剂。在分散操作过程之中或之后，可以用一种适当的溶剂稀释分散体系，以便调节所述导电粘合剂的粘度。
所述导电粘合剂适合利用一种用于漆包线的涂敷成膜法加以涂敷。例如，涂有一种导电粘合剂的金属线是通过以下方式制备的用一种溶剂稀释所述导电粘合剂，以获得合适的粘度；利用一种滚轮涂敷器或类似工具将被稀释的粘合剂涂到所述金属线上，以形成导线的涂层膜；使经过涂敷的导线通过一个模具，以便得到理想的涂层膜厚度；以及利用红外加热或类似的方法将所述粘合剂加以干燥。
将涂有一种导电粘合剂的金属线粘结到所述太阳能电池的电极形成面和所述引出导体上，这通常如下所述。当所述粘合剂是一种热熔树脂型时，该粘合作用是通过使该粘合剂软化(通常是采用加热并随意加压的方式)来实地应用的。当该粘合剂是一种热固树脂型时，一种涂层膜是在不引起固化反应的情况下形成并干燥的，它是在粘合时通过加热彼此被固化的。
(光电元件)本发明的光电元件(图2)用于无定形硅型太阳能电池是较为可取的，希望这种太阳能电池是柔韧的。它还用于其他类型的太阳能电池，例如单晶硅型和多晶硅型太阳能电池非硅半导体太阳能电池以及肖特基结型太阳能电池。
基底201在一种薄膜型太阳能电池(例如无定形硅型太阳能电池)中，基底201用机械方式支撑一个半导体层并且可以用作电极。因此，基底201可以是导电的，或是电绝缘的，同时要求它具有耐热性能，可以耐受形成半导体层203时的加热温度。
用作所述基底的导电材料包括金属(例如Fe、Ni、Cr、Al、Mo、Au、Nb、Ta、V、Ti、Pt和Pb)和这些金属的合金(例如黄铜、不锈钢以及类似合金)的特别薄的片材和复合物；碳片以及镀锌钢板。用作所述基底的电绝缘材料包括耐热的合成树脂(例如聚酯树脂、聚乙烯树脂、聚碳酸酯树脂、纤维素醋酸酯树脂、聚丙烯树脂、聚氯乙烯树脂、聚亚乙烯树脂、聚苯乙烯树脂、聚酰胺树脂、聚胺树脂以及环氧树脂)的薄膜和片材；以上树脂同玻璃纤维、碳纤维、硼纤维以及金属纤维的复合物；通过溅射、蒸汽沉积、金属电镀及类似方法形成的表面包覆有一种金属和/或一种绝缘材料(例如SiO2、Si3N4、Al2O3和AlN)的上述金属薄板和上述树脂板；玻璃和陶瓷及类似材料。
下部电极202下部电极202是一个用于引出由所术半导体层产生的电能的电极，需要具有提供与所述半导体层电阻性接收的功能。因此，该材料包括一些简单的金属、合适和透光的导电氧化物(TCO)，例如Al、Ag、Pt、Au、Ni、Ti、Mo、Fe、V、Cr、Cu、不锈钢、黄铜、镍铬合金、SnO2、In2O3、ZnO和ITO。下部电极202的表面最好是平滑的。当需要不规则的反射时，可以通过纹理化处理使所述表面变粗糙。当基底201导电时，下部电极202就不是特别必要。
例如，制备下部电极可以采用金属电镀、蒸汽沉积或溅射等方法。
半导体层203半导体层203可以是通常用于薄膜太阳能电池的任何已知的半导体。本发明的太阳能电池元件的半导体层包括pin结非晶型硅层(所述非晶型层在这里包括微晶层)、pin结多晶型硅层和化合物半导体层，例如CuInSe2/CdS。非晶型硅层可以使用用于形成薄膜的起始物料气体(例如硅烷、控制导电率的膦或二硼烷气)通过等离子CVD来制备。pin结多晶型硅层可以通过由熔融硅形成薄膜的方法来形成。CuInSe2/CdS半导体层可以通过电子束蒸汽沉积、溅射、电子沉积或类似方法制备。
上部电极204上部电极204用作引出在所述半导体层中产生的电动势的电极，与下部电极202相对。上部电极204对于具有类似于无定形硅的高表面电阻的半导体是必不可少的，但是对于具有低表面电阻的晶型太阳能电池不是必不可少的。上部电极204至少对将要被所述半导体吸收的光需要是透明的，有时被称为透明电极。为了有效地吸收来自太阳或白色荧光灯的光，上部电极204的透光率最好等于或大于85％，并且其表面电阻不大于100Ω/cm2，以便使所产生的电流在所述半导体层的横向流动。具有这种性能的材料包括金属氧化物，例如SnO2、In2O3、ZnO、CdO、CdSnO4和ITO(In2O3+SnO2)。
例2-1至2-8和例3-1至3-8与例1-1至1-3类似。
用于所述金属部件的材料包括导电材料，例如铜、铜合金和金由于价格低廉，铜和铜合金是适用的。所述横剖面可以按需要选择，可以是圆形的或方形的。例如，金属线(例如在JIS(3202规定的用于漆包线的直径从25μm至/mm的铜线)是适合应用的。这种金属线是用一台拨丝机加工至所要求的尺寸。通过所述金属拨丝机的金属是刚性，可以加以退火处理，以便得到所要求的拉伸度和韧性。对所述金属线的直径要加以选择，以便将所述太阳能电池的表面电阻屏蔽损失和电阻损失降低至最低限度，该直径最好是在25至300μm范围内。导线间距要加以优选，使得对于小的导线直径窄，而对于大的导线直径宽，以便使效率达到最大。
(使用防锈剂的实施例)用于本发明的防锈剂包括咪唑型化合物、三咪型化合物和硫醇型化合物。本发明中的防锈剂不同于可以形成树脂涂层膜或油膜以便从外侧保护金属表面的通常使用的防锈漆或防锈油，但是在与铜或铜合金表面接触时形成了一种化学转化涂层。所形成的化学转化涂层是由一种可以阻滞铜表面氧化的螯合剂组成，它改善了粘合作用而不改变被处理表面的电学性能。所述防锈剂可以以一种与酸、水或有机溶剂形成的混合物的形式来加以使用。两种或更多种防锈剂可以组合起来加以使用。所形成的化学转化涂层是一种不易磨损的膜，可以长期起防锈作用。
被制作得与所述金属线相接触的导电树脂层具有以下功能保护所述金属不受湿气影响、阻滞金属离子的迁移作用、将所述金属线固定到所述太阳能电池上以及收集所产生的电能。将一种高聚物树脂和一种细微颗粒导电材料混合并使它们弥散，形成一种导电涂料，将该涂料涂在所述金属线上，并将所述涂料干燥或热固化，这样就形成了导电树脂层。为了获得上述功能，所述聚合物树脂可以是热固性的，或是热塑性的，并且最好几乎不允许湿气透过。具体讲，所述聚合物树脂包括环氧树脂、聚氨酯树脂、丁缩醛树脂、苯酚树脂、密胺树脂、醇酸树脂、聚酯树脂、聚酰亚胺树脂以及氟塑料树脂。为了使所述导电树脂层固化，可以向所述聚合物树脂中加入一种固化剂。
(使用耦合剂的实施例)。
在本发明中被优选采用的耦合剂包括硅烷型耦合剂、钛酸盐型耦合剂和铝型耦合剂。所述耦合剂具有一种与无机物质相互作用的亲水部分和一种与有机物质相互作用的有官能团部分。所述耦合剂主要用于控制不同物质之间的界面，并且不同于通常的表面活性剂，在通常的表面活性剂中所具有的功能是基于共作键的形成。所述耦合剂在一种无机物(金属)和一种有机物质(导电粘合剂中的高聚物树脂)之间起媒介作用，以便将它们牢固地联接起来。
硅烷型耦合剂是由共作键把它与所述无机物质和所述有机物质联接起来的。另一方面，钛酸盐型耦合剂和铝型耦合剂并不与所述有机物质形成共作键。然而，可以借助于改变所述元机物的表面极性和表面能提高对所于述有机物质的键合强度。为了获得最为适宜的性能，要使所述耦合剂按照最优化的量与所述金属表面反应，而所述耦合剂的量通常是通过用一种溶剂稀释所述耦合剂来进行调节的。所述溶剂包括甲醇、乙醇、异丙醇、甲苯、苯、丙酮、甲氧基乙醇、四氢呋喃、水和类似物质，所使用的溶剂是与所述耦合剂相容的，由于按照较高的浓度所述耦合剂是不活泼的，所以所述耦合剂通常是按照较低的浓度使用，最好是在从0.1％至5.0％这样的范围内。硅烷型钛酸盐型或铝型耦合剂的可水解的基团对于所述无机物的适应性需要加以考虑。所述耦合剂的有机官能团包括氨基、环氧基、羧基和亚磷酸根，这些基对于有机物的适应性也需要加以考虑。
用所述耦合剂处理所述金属线可以采用象进行漆包线涂覆一样的喷涂法、浸涂法、滚涂法以及类似方法来进行。优选采用的一个简单方法是采用让所述金属线通过一种含有一种耦合剂的毛毡或类似材料的方式的涂覆方法。为了使用所述耦合剂进行有效的处理，所述金属线的表面最好通过用一种清洁溶剂(例如丙酮、甲基乙基酮和异丙醇)进行处理的方式预先加以清理，以除去任何油性物质或铁锈，这些溶剂之所以较为可取其原因在于它们具有很高的挥发性，不会残留在所述金属表面上。在耦合剂处理之后，将所述金属在规定的条件下加以干燥，以使所述溶剂蒸发掉并同时加速所述耦合剂与所述金属的反应。所述干燥条件是根据所述耦合剂的种类和所述金属的种类选择的。
被制作得与所述金属线接触的导电树脂层完成以下功能保护所述金属不受湿气的影响、阻滞金属离子的迁移、将所述金属线固定到所述太阳能电池上并且收集所产生的电能。将一种高聚物树脂和一种细微颗粒导电材料混合并使它们弥散开形成一种导电涂料、将所述涂料涂到所述金属线上并将所述涂料干燥或加热固化，这样就形成了所述导电树脂层。为了获得以上功能，所述聚合物树脂可以是热固性的或热塑性的，并且最好是几乎不允许湿气透过。具体讲，所述聚合物树脂包括环氧树脂、聚胺酯树脂、丁缩醛树脂、苯酚树脂、密胺树脂、醇酸树脂、聚酯树脂、聚酰亚胺树脂以及氟塑料树脂。为了使所述导电树脂层固化，可以向所述聚合物树脂中加入一种固化剂。通过选择一种合适的耦合剂来改善所述导电树脂同所述金属的粘合作用。
在使用防锈剂和/或耦合剂的那些实施例的任何一个中，要求所述导电粘合剂具有在收集由所述太阳能电池产生的电能时可以忽略不计并且大小适宜不会引起分流的电阻率。所述电阻率的值的分布范围最好是从0.1至100Ωcm。具有以上优选电阻率的导电粘合剂是通过将导电粒子分散到一种高聚物树脂中得到的。用作导电粒子的材料包括炭黑、石墨、In2O3、TiO2、SnO2、ITO、ZnO和通过把一种适当的掺杂物加入以上所述那些材料中所制备的那些氧化物半导体材料。要求所述导电粒子的直径小于待形成的导电涂层的厚度。然而，由于直径过分小，所以在所述粒子的接触点处的电阻太大，以至于不能给出合乎要求的低的电阻率。因此，所述导电粒子的颗粒直径最好是在从0.02至15μm的范围内。
所述导电颗粒材料和所述聚合物树脂按照一种适宜的比例加以混合。当所述导电颗粒材料的比例较高时，尽管所述电阻率较低由于所述树脂的量比较少，所以所述涂层膜的稳定性就比较低。因此，所述导电粒子材料与所述聚合物树脂的比例要根据相应的材料的性质适当地加以选择。具体讲，所述导电粒子材料是按照从5％至95％(按体积计)的含量来使用，以便得到合适的电阻率。混合这两种材料是采用通常的分散法，例如三辊磨和涂料振荡器。在分散操作过程中或其后可以用一种适当的溶剂将所述分散体加以稀释，以便调节所述导电粘合剂的粘度。
所述导电树脂层的厚度要根据所述金属线的直径以及所期望的性能来加以选择。当该金属线的直径为100μm时，为了避免产生针孔，该厚度最好在从1至30μm范围内，以便获得足够的阻挡层功能并避免明显的屏蔽损失。
所述导电树脂层最好是用热熔型树脂制造的，以便通过加热软化被粘接到所述太阳能电池上。在粘接时可以施加适当的压力。当该导电层是热塑性的时候，该层是通过加热而软化的。当该导电层是热固性的时候，所述溶剂可以在涂金属线时通过干燥除去，而该导电层可以在粘接时固化。
图6示出了涂有一种导电树脂的一根金属线电极的横截面。图7示出了一个光电元件的一部分的横断面，在该元件中，一个电极利用一种导电树脂固定在一个上部电极上。在图6和图7中，金属线6101涂有一个导电树脂层6102。在图7中，数字7201表示一个具有层叠的上部电极的光电元件的主体。导电树脂层6102最好是与金属线6101同心地形成于其上。
所述导电树脂层可以通过浸渍加以涂覆。然而，采用一种常见的漆包线涂覆方法涂覆是适宜的。具体讲，将所述导电涂料稀释，以便得到一种适宜的粘度；将被稀释的涂料用一个滚轮涂覆器或类似的器具涂覆到所述金属线上；使该金属线通过一个模具，以便获得所希望的薄膜最度；而后利用红外加热或类似的方法加热该导线，以便使该涂料干燥并固化。
图8以图解方式说明用于用导电树脂涂覆金属线的装置的一个具体例子。该金属线可以以垂直的方式或水平的方式输送。在图8中，数字8301表示一根金属线；8302表示一个输送滚筒；8303表示拉伸装置；8304表示清理箱；8305表示一个用于进行防锈处理和/或耦合处理的箱体；8306表示一个干燥炉；8307表示一个涂覆器；8308表示一个模具；8309表示固化-干燥炉；8310表示一个厚度测试器；8311表示一个张力控制器；8312表示一个常规卷紧驱动装置；8313表示一个卷紧驱动滚筒；以及8314表示一个温度控制器。输送滚筒8302是一个其上卷有未涂金属线的绕线轮。由拉伸装置8303将张力加到贯穿所述涂覆装置的金属线上，以便使该金属线保持张紧状态。清理箱8304是一个随意采用的注有一种溶剂(例如丙酮、甲基乙基酮和异丙醇)的箱体，用于清理金属线8301的表面。箱体8305含有防锈剂和/或耦合剂；对金属线8301进行防锈处理和/或耦合处理。干燥炉8306是一个空气干燥器或红外干燥器，用于干燥涂在所述金属线上的防锈剂和/或耦合剂。
涂覆器8307是一个用于将所述导电涂料涂到金属线8301上的装置。该涂覆器贮有所述导电涂料，并且还可以带有一个用于调节粘度的溶剂供给机构，一个温度控制机构、一个导电涂料补充机构、过滤机构及其他。模具8308控制所涂导电涂料的厚度。一种市售的用于漆包线涂漆的模具适合于用作模具8308。如果需要，也可以使用毛毡。固体-干燥炉从导电涂料中除去溶剂，以使它干燥，或使所述涂料固化，它可以是一个空气干燥器或一个红外干燥器，厚度测试器8310测量并控制所涂导电涂料的厚度，而市售的外径测试器用于这种目的是适宜的。金属线输送速度或涂料粘度可以通过反馈由厚度测试器8310的所测定的膜厚度来进行控制。
张力控制器8311对所述金属线恒定地施加张力，既不使金属线松弛，也不使它变形。常规的卷紧驱动装置8312按照所述金属线与卷紧滚筒8313之间受控制的间隙卷紧金属线。由一个附图中未示出的马达驱动使卷紧滚筒8313转动，以保持规定的输送速度。
温度控制器8314如规定的那样，利用一种常规的控制方法(例如电压控制、开关控制和PID控制)控制干燥炉8306和固化干燥炉8309的温度。
图8中的装置是垂直型的。金属线的输送方向可以是垂直的，或是水平的。图8的装置进行的是单线涂覆，但也可以同时进行双线或多线涂覆处理。
所述导电树脂层可以由若干层构成，所述的电能收集、防止分流、防止离子迁移、固定电极等功能可以指定给相应的层来完成。两层或多层涂覆对于每一个涂覆步骤都可以利用绕线轴卷绕的方法来进行，或者是依次形成一系列涂层，最后用绕线轴卷起来。
现在参考图9说明本发明的光电元件。在图9中，数字9401是一个支撑基底；9402是一个下部电极；9403、9404和9405分别是一个半导体层；9406是一个上部电极；而9407是本发明的电极(栅极)。
栅极9407是由一根金属线6101和一个导电树脂层6102构成的。导电树脂层6102需要具有这样的电阻该电阻不削弱所述光电元件的效率，但是又要高得足以防止分流现象。因此，该树脂层并不是一个阻滞由太阳能电池产生的电流的电阻，而是被用作一个抗拒缺陷、防止明显泄漏的电阻。导电树脂层6102电阻率的选择要考虑到所述栅极的设计、在所述光电元件的工作点的电流密度，该电阻率最好是在0.1至100Ωcm这样的范围内。在这个范围之内，电阻是以抵消可能的分流并且对于由该光电元件产生的电流来说是微不足道的。
栅极9407被设置在光电元件9400的光接收面一侧，最好是按照合适的间隔相互平行。本发明的栅极特别适合大面积太阳能电池。例如，为了制备一个30cm见方的太阳能电池，若干个30cm长的栅极按照规定的间隔被平行设置。本发明的栅极具有可以最大限度地降低由分流引起的电泄漏的结构，不仅对于无定形硅型太阳能电池、而且对于具有半导体结〔例如pn结、加n结和肖特基(Schottky)结〕的光电元件都是很有用的。同样的结构当然也可用于使用单晶型、多晶型、非硅型或肖特基结型的半导体的那些太阳能电池。
现在，参考图9至11来说明本发明光电元件的一些实施例。
图9的图解方式说明具有单电池结构并且在与基底相反的那面上接收光的无定形硅型太阳能电池。图10以图解方式说明具有三元组结构的无定形硅型太阳能电池。图11是一幅从光入射面一侧看去的图9和图10的太阳能电池的平面图，该太阳能电池的栅极的长度大约为30cm。
尽管在图中未显示出，根据本发明的观点的这种结构当然也可应用于形成于一个透光绝缘基底上的无定形硅型太阳能电池、单晶型和薄膜多晶型太阳能电池。
支撑基底9401是一个用于机械地支撑象太阳能电池的无定形硅薄膜一样的半导体层9403、9404、9405，并且在某些情况下它还被用作一个电极。基底9401需要在形成半导体层9403、9404、9405的加热温度下是耐热的，但是可以是导电的，或是绝缘的。具体讲，所述导电材料包括金属(例如Fe、Ni、Cr、Al、Mo、Au、Nb、Ta、V、Ti、Pt、Pb和Ti)的薄片和复合物；这些金属的合金(例如黄铜、不锈钢)；碳片；镀锌铁片及类似材料。具体讲，电绝缘材料包括耐热的合成树脂(例如聚酯、聚乙烯、聚碳酸酯、醋酸纤维素、聚丙烯、聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚苯乙烯、聚酰氨、聚酰亚氨和环氧树脂)的膜或片；以上树脂与纤维(例如玻璃纤维、碳纤维、硼纤维和金属纤维)的复合物；表面利用溅射、蒸汽沉积、金属电镀或类似方法包覆不同种金属薄膜和/或绝缘薄膜(例如SiO2、Si3N4、Al2O3和AlN)的上述树脂片和金属板；以及玻璃和陶瓷。
下部电极9402是所述那些电极之一，它将在半导体层9403、9404、9405中产生的电能引出，具有一种提供同半导体层9403的电阻接触的功能。用作这种电极的材料包括单质金属、合金以及透光导电氧化物(TCO)，例如Al、Ag、Pt、Au、Ni、Ti、Mo、W、Fe、V、Cr、Cu、不锈钢、黄铜、镍铬合金、Sn2、In2O3、和ITO。下部电极9402的表面最好是平滑的。当需要不规则反射时，该表面可以采用质地处理法使之变粗糙。当基底9401是导电的情况下，下部电极9402不是必需的。例如，下部电极9402可以采用金属电镀、蒸汽沉积或溅射法来制备。
上部电极可以利用电阻加热蒸汽沉积、电子束加热蒸汽沉积、溅射、喷涂或类似的方法来制备。
在本发明中用于太阳能电池的半导体层是由无定形硅、多晶硅、单晶硅或类似材料形成的。在无定形硅型太阳能电池中，构成i层9404的半导体材料包括第四族金属型和第四族金属合金型无定形半导体，例如a-SiH、a-SiF、SiHF、a-SiGeH、a-SiGeF、a-SiGeHF、a-SiCH、a-SiCF和a-SiCHF。用于构成P-层9405或n-层9403的半导体材料是通过将电子控制剂掺入前述用于i-层9404的半导体材料得到的。用于P-型半导体的电子控制剂包括具有元素周期表的第三族元素(例如B、Al、Ga和In)的化合物。用于n-型半导体的电子控制剂包括具有元素周期表的第五族元素(例如P、N、As和Sb)的化合物。
所述无定形硅半导体层是利用包括蒸汽沉积、溅射、RF等离子CVD、微波等离子CVD、ECR、热CVD和LPCVD的已知的常规方法形成的。在工业上，RF等离子CVD是适用的，在这种方法中，用RF等离子分解的原料气沉积在一个基底上。RF等离子CVD也有缺点，这就是原料气分解效率低(大约为10％)，以及沉积速度低(每秒1至10A°)。微波等离子CVD是对RF等离子的改进，也可以应用并且没有上述缺点。用于形成薄膜的反应装置可以是浴型的或是连续型的并可以选自已知的常规装置。所述太阳能电池可以是串联电池或三元组电池，在其中两个或更多个半导体结被叠置起来，以提高光谱灵敏度和电压。
上部电极9406用作一个引出在半导体层9403、9404、9405中产生的电动势的一个电极，它与下部电极9402相对。上部电极9406对于具有高表面电阻的半导体(象无定形硅那样)是必须的，但对于具有低表面电阻的晶型太阳能电池并不是必不可少的。上部电极9406需要至少对所述半导体待吸收的光是透明的，并且有时候被称为透明电极。上部电极9406最好具有等于或大于85％的透光率，以便有效地吸收来自太阳或白色荧光灯的光，以及不大于100Ω/cm2的表面电阻，以便使所产生的电流在该半导体层的横向流动。具有这样性能的材料包括金属氧化物，例如SnO2、In2O3、ZnO、CdO、CdSnO4和ITO(In2O3+SnO2)。
用于本发明的接头11601是一个电能收集部件，它可以用一种金属(例如Cu、Ag和Pt)或其合金(见图11)制成。接头最好呈片状、带状或箔状，并且用粘合剂或类似材料粘接。
如以上所述制备的太阳能电池按照一种已知制备组件的方法加以密封，以便在户外使用时获得耐不良气候性能并保持一定的机构强度。具体讲，为了密封，就对于太阳能电池的粘合作用、耐不良气候性能和减震作用而言，EVA(乙烯-乙酸乙烯基共聚物)最适合用作粘合剂层，并且叠置一种氟塑料树脂作为表面保护层，以改善抗湿性能和进行机械性保护。氟塑料树脂包括四氟乙烯聚合物(TFE，杜邦公司生产的Teflon)、四氟乙烯-乙烯共聚物(ETFE，杜邦公司生产的Tefzel)、聚氟乙烯(杜邦公司生产的Tedler)以及聚氯氟乙烯(CTFE，Daikinkogyo生产的Neoflon)。可以将一种已知的紫外吸收剂加到这些树脂中，以改善耐不良气候性能。密封最好是通过利用一种已知的装置(例如真空层和器)在真空中对所述树脂膜和所述太阳能电池的基底加热和加压的方式来进行的。
以下详细地说明例4-1至4-3。
(半导体层)包括无定形半导体、晶型半导体和化合物半导体在内的任何光电材料都可以不受限制地加以使用。
(端子器件)
所述端子器件最好是用具有低值电阻率的金属(例如铜、银、铝和镍)来制备。含有铜成分的金属较为可取，这是因为这种端子器件电阻值低，价格低廉并且可以最大限度地降低传导损失，以获得单位面积的更大的功率。
(第一导电粘合剂)含有碳、低电阻率金属，金属氧化物或类似材料的导电粘合剂被用作所述第一导电粘合剂。含有粉末状碳的高聚物材料特别可取，这是因为它可以与所述光电元件形成电阻接触，以实现与低电阻损失的低接触电阻。
(第二导电粘合剂)含有碳，低电阻率金属、金属氧化物或类似材料的导电粘合剂被用作第二导电粘合剂。含有主要由银构成的粉末状材料或含有粉末状金属或包覆银的合金的高聚物树脂较为可取，这是由于它能够实现低电阻连接而几乎不会出现氧化和其他变劣问题。当所述端子器件是由含铜金属制成并且所述第一导电粘合剂是一种含碳高聚物树脂时，所述铜表面就能抵御接触界面上的电化学氧化变劣(阳极氧化)。然而，所述铜表面的氧化变劣可以通过使用所述第二导电粘合剂(所述第二导电粘合剂由含有主要由银构成的粉末状材料或含有粉末状金属或包覆银的合金的高聚物树脂构成)加以防止。
以下说明例5-1至5-3在这个实施例中，所述金属线是由导电性能很好的材料(例如铜、银和金)制成的。该金属线的横断面可以根据需要选择，可以是圆形的或矩形的。例如，如JisC3202规定的那样，用作漆包线的、直径范围从25μm至1mm的金属线(例如铜线)是适合使用的。这种金属线是利用拨丝机加工至所要求的直径。通过所述拨丝机的金属线是刚性的，它可以加以退火处理变得有韧性，以便获得所希望的拉伸性和韧性。对该金属线的直径要加以选择，以便将所述太阳能电池的表面电阻屏蔽损失和电阻损失之和降至最低限度，金属线的直径最好是在25至200μm范围内，金属线的间距要加以优化，对于小线径窄而对于大线径宽，以便使上述效果最大。
所述导电粘合剂可以用一种通常的漆包线涂覆方法涂覆。具体讲，将所述导电涂料加以稀释，以便获得适宜的粘度；用一种滚轮涂料器或类似器具将被稀释的涂料涂到所述金属线上；使所述金属线通过一个模具，以便得到所要求的膜厚度；并且在而后利用红外加热或类似方法加热金属线，以便使所述涂料干燥和固化。该金属线的输送方向可以是垂直的或是水平的。可以进行两个或多个导电粘合剂层涂覆，对于每一个涂层步骤可以使用绕线轴卷起，或者顺序地形成一系列涂层并最后用绕线轴卷起。涂有所述导电粘合剂的金属线以卷紧状态贮存，当用来制作太阳能电池栅极时松开。
对于上述电极来说合适的太阳能电池最好包括一个用于产生电能的半导体层、一个设置在所述半导体层的光接收面上的透光导电层、一个设置在所述透光导电层上的以上所述的本发明的第一电极以及设置在与所述光接收面相反的所述半导体层的那一面上的第二电极。前述半导体层具有一种半导体结(例如Pn-结、Pin-结和肖特基结)结构。构成其的材料包括第IV族半导体(例如晶型硅、多晶硅和无定形硅)、第II-IV族半导体(例如CdS和CdTe)和第III-V族半导体(例如GaAs)。
第一电极，即本发明的电极，被设置在所述半导体层的光接收面上，最好是平行隔开适当间隔。本发明的电极特别适合大面积太阳能电池。例如，在一个30cm见方的太阳能电池中，30cm长的栅极按照规定间隔平行放置。
图18至20示出了一些适合于制备本发明的集电极的装置。
图18是一幅真空加热装置的简要剖视图。在图18中，数字18101表示一个加热板；数字18102表示一个加热器；数字18103表示一个光电元件；数字18104表示一个树脂膜；数字18105表示一个树脂片；数字18106表示一个上室；数字18107表示一个下室；以及数字18108和18109分别表示一个排气口。加热板18101加热光电元件18103并同时通过利用树脂片18105加压进行粘合作用。当所述光电元件具有很大面积时，对该加热器要加以控制，以便使表面温度均匀。光电元件18103被放置在加热板18101上，要求使所述集电极一侧方向朝上。按照需要使用树脂膜18104，以防止所述导电粘合剂粘到树脂片18105上，并且防止油或其他成分脱离所述树脂片转移到所述光电元件上。所述树脂膜的材料最好是一种厚度大约为100μm的已知高聚物(例如PFA和ETFE)的膜。
树脂片18105具有耐热性和耐久性，并且用于保持真空和均匀加压。构成其的材料包括弹性材料；例如硅橡胶、氟橡胶和氯丁橡胶。上述片的厚度和弹性可以按要求设计，厚度最好是在1至5mm范围内。如果厚度小于1mm，压缩应力太小，以至于不能均匀地将压力加到被涂覆的金属线上。如果厚度大于5mm，则压缩应力太大，以至于不能对被涂覆的金属线充分加压，导致被涂敷金属线的粘合不好。排气口18108、18109被连接到图中未示出的真空泵上，并且上室18106和下室18107被抽成真空。如果需要的话，可以只把下室18107抽真空，而上室18106可以保持常压。
图19示出了一个不使用真空技术的加热装置。加压板19206均匀地将压力加到光电元件19203上。尽管温度控制不是必须的，但是如果需要，可以设置一个冷却装置。
图20示出了一个适合于处理长形光电元件的加热装置。在图20中，数字20304表示一个辊。通过变换类似于图19中具有树脂膜19204的树脂片19205可以形成辊20304。这种装置可以局部地施加压力，并且即使所述光电元件具有很大面积也很均匀。所加压力的分布范围最好是从1至10kg/cm2。当压力较低时，热软化的导电粘合剂不能充分地被压实，这导致与所述光电元件的粘合面积较小并且产生较高的串联电阻，而当压力较高时，热软化的光电元件被压实并被展宽，这导致屏蔽损失很高。
以上用于生产所述集电极的那些方法的特征在于通过对其上待设置电极的那一面加热的方式使被涂覆的金属线的导电粘合剂涂层软化。用于形成所述电极的那一面可以朝上或朝下，只是被涂覆的金属线的导电粘合剂要能够通过加热电极形成面而被软化。
本发明的太阳能电池的第二电极被设置在所述半导体层的背面，它是利用网板印刷、蒸汽沉积或类似方法由一种金属形成。该金属选自那些可以提供对于所述半导体的充足的电阻性能的金属。如果所述半导体层是一种无定形硅或类似材料的薄膜，那么就使用一个支撑基底，它可以是绝缘的，或是导电的。
图23是一幅这样一种太阳能电池的一个实施例的简要剖视图。在图23中，数字23601表示一个支撑基底；数字23602表示一个背侧电极；数字23603、23604和23605分别表示一个半导体层；数字23606表示一个栅极；以及数字23607表示一个透光电极。
以下参考一些附图来说明本发明的一些实施例。
实施例1-1这个例子使用不锈钢作为基底，使用无定形硅作为光电元件。图1A和1B用图解方式说明了该电极的构造。
图1A是一幅具有形成于其上的集电极的那一表面的简要的顶视图。图1B是一幅沿图1A中的1B-1B线取的横剖面的透视图。图1A和1B中的光电元件101具有一种由在表1中所示的多层膜构成的结构。表一基底或层 /厚度 下垫面不锈钢基底/125μmZnO膜 /50nm 不锈钢基底n-型a-Si层/15nm ZnO膜i-型a-Si层/400nm n-型a-Si层P-型a-Si层/10nm i-型a-Si层ITO层 /50nm P-型a-Si层而后，在光电元件101的表面上用一种含有ITO蚀刻材料(例如FeCl3)的糊网板印刷一个图案103。用纯水洗涤被印刷部分，以便除去一部分ITO层，形成一个蚀刻槽103，保证所述表面电极和所述背面电极之间的电隔离。
此外，为了保证所述表面电极和所述下部(背面)电极之间的绝缘，将一个130μm厚的聚酰亚胺绝缘带104粘到产生电能区域102毗邻所述基底的暴露面的那一部分上。
用一个耐热双面粘合带105(VHB 9460，由Sumitomo 3M K.K.生产)将一个100μm厚的铜箔(硬铜箔，由Fμkuda KinzokuK.K.生产)固定在聚酰亚胺绝缘带104的表面上，作为一个引出所述表面电极的导体。
图1A和图1B中所示的金属线107是通过预先在直径为100μm的铜线上涂一种导电粘合剂并使它干燥的方式制备的。所述导电粘合剂是由一种丙烯酸树脂和作为一个组分分散在其中的直径为3至5μm的碳黑粒子组成的。
在所述铜线上涂导电粘合剂的方法是参考图3加以描述的。铜线301从卷线轴302被拉出来，而后，穿过一个贮有所述导电粘合剂的容器303、一个模具304以及红外炉305，最后用一个卷线轴306卷起来。容器303盛有200cc导电粘合剂。所述卷线轴受到控制，以1米/分钟的速度卷线。使铜线301穿过容器303，借助于模具304涂上厚度为40至50μm的导电粘合剂，在1米长的红外炉中在120℃的内部温度下干燥，而后用上部卷线轴306卷起来。
借助于以上所述的电极结构，在本发明无定形硅的电能产生区域102中所产生的电能被用涂有所述导电粘合剂的铜线收集起来并被用固定在所述铜线上的硬铜箔引出。所述电能穿过作为背面电极的背面反射ZnO层从不锈钢基底被引出。
以下表述所述金属线和所述导体的粘合方法。如上所述，该金属线是在其整个表面上涂有所述导电粘合剂。图4说明用于制造图1所示电极结构的装置。这个装置利用热压法将所述金属线固定到所述导体上。加压板401是用一个气缸垂直驱动，并且在其中有一个加热装置。所述加压板的加压面覆盖有一种导热缓冲材料402、用于放置所述基底的支承台403在其中有个加热器用于加热所述基底。用于其中的导热缓冲材料是氟橡胶和aramid无纺布(TB型，由yamauchi K.K.生产)的叠合物。具有所述绝缘带、耐热双面粘合带和形成于其上的导体的所述光电元件的基底被放置在所述加压装置的被加热至200℃的支撑台403上。而后布置业已全部涂有热熔型导电粘合剂的铜线。接下去用衬有缓冲材料402并在2kg/cm2的压力下加热至200℃的加压面对它进行热压，以便将所述铜线固定到硬铜箔上。这个工艺步骤用于安置基底花费2秒钟时间、用于加热该基底花费5秒钟、用于布置金属线花费3秒钟、用于热压花费3秒钟、以及用于取出花费2秒钟。因此，这个步骤仅花费15秒钟时间。在常规的工艺中，点状涂覆糊状物并加以干燥大约花费1小时。因此，本发明的工艺比常规的方法更适合于大规模生产。将所述铜线固定在所述光电元件有功效的那一面上是通过预先涂覆热熔型导电粘合剂然后进行垫压的方式完成的。
表2示出了对光电装置A(在糊状物印刷后它具有一个与一个导体相连的集电极)和光电装置B(它具有一个具有本发明构造的集电极)的评价结果。结果是利用一个30cm×30cm的、分别具有如上那样形成的电极的光电元件而分别获得的。
表2光 电 装 置AB C D对照例 例1-1 例1-2 例1-3效率η (％) 7.787.827.857.72串联电阻RS(Ωcm2) 30.324.627.627.9分流电阻Rsh(KΩcm2)80.5102.1 76.492.2本发明的这个例子的光电元件B具有仅仅通过热压与所述铜箔连接的铜线。然而，这个例子的光电装置B的Rs为24.6Ωcm2，而常规类型的光电元件A的Rs为30.3Ωcm2。因而较低的串联电阻较为可取，所以具有本发明结构的集电极的光电装置被认为在导电性能方面是没有问题的。本发明的光电装置令人满意地显示出7.82％的转换效率。
此外，利用装置B进行温度-湿度循环试验，一个样品具有通过粘合固定的铜线，而另一个样品具有通过糊状物点涂覆固定的铜线。结果，本发明的光电装置B显示出变质率小于5％，表明它具有令人满意的长期工作可靠性。
因此，本发明的电极结构借助一个简单的生产工艺就能提供良好的初始性能和长期的可靠性。
实施例1-2一个光电元件的电极是按照与实施例1-1中相同的方法制造的，只是以下四点不同(1)图1A和1B中的部件104是100μm厚的银箔；(2)图1A和1B中的部件107是预先包覆30至50μm厚的热固性光电元件的、直径为100μm的铝线；(3)所述热固性导电粘合剂是含有分散在其中的封闭异氰酸酯和一种碳过滤剂的丁缩醛树脂；以及(4)用于将所述集电极固定到所述导体上的热压法是按照那些相应步骤的不同的时间分配来进行的，并且另外进行后固化步骤。
用热压方法将所述集电极固定到所述导体上要经过以下若干步骤基底安装不超过2秒钟、布线不超过3秒钟、5秒钟基底加热、10秒钟热压、取出用2秒钟，以及用IR加热器加热5秒钟进行后固化。经过这些步骤，所述铝线就被固定到所述银箔上。
具有本发明的集电极的光电装置C的串联电阻Rs为27.6Ωcm2，显示出如表2所示转化效率为7.85％。已证实，即使改变了图1A和1B中的器件104或107，所述电极结构也可以通过另外提供后固化步骤、给出很高的初始电性能而用简单的步骤来生产。此外，对于具有用粘合或糊状物点状涂覆固定的集电极的那些光电装置进行温度-湿度循环试验，并且本发明的光电装置C显示出变质率小于5％，表现出足够长期的可靠性。
实施例1-3光电元件的电极是按照与实施例1-1中相同的方法制备的，只是以下四点不同(1)图1A和1B中的器件104是镀有约1μm厚的锡的100μm厚的铝箔；(2)图1A和1B中的器件107是预先涂有40至50μm厚的一种热固性导电粘合剂的直径为100μm的银线；(3)所述热固性导电粘合剂是一种含有分散于其中的封闭异氰酸酯、石墨和ZnO的聚氨酯树脂；以及(4)在将热固性导电粘合剂涂到所述银线上时，可以改变银线的输送速度和IR炉的温度，并且将所述集电极固定到所述导体上的热压法是按照相应的那些步骤的不同时间份额来进行的。
所述金属线是按照0.5米/分的输送速度输送，并且，IR炉的温度被设定在145℃。所述集电极是经过以下步骤用热压方法被固定到所述导体上，这些步骤包括基底安装不超过2秒钟、布线不超过3秒钟，5秒钟基底加热、20秒钟热压以及在2秒钟之内取出。经过这些步骤，所述银线被固定在镀有锡的铝箔上。
具有本发明的集电极的光电装置D的串联电阻RS为27.9Ωcm2并且如图2所示显示出其转化率为7.72％。已证实，即使改变图1A和1B中的器件104或107，也可以通过选择所述金属线输出速度和IR炉温度，给出很高的初始电性能而用不同的材料来制备所述电极结构。此外，对具有用粘合方法或糊状物点状涂覆的方法固定的集电极的光电装置进行温度-湿度循环试验，并且本发明的光电装置D显示出变质率小于5％，表明具有足够长期的可靠性。
如上所述，能够同时采用固化固定金属线电极和采用前述导电粘合剂引出导体，于是，使得能够广泛地选择部件104和107，并且使所述热固性导电粘合剂以低生产成本获得足够的电性能以及长期的可靠性。
根据本发明，在常规的工艺中所必须的用于连接所述集电极和引出电极的涂覆和固化导电粘合剂的那些步骤可以省略，所述工作工艺可以简化。此外，当在所述电极形成面上布置和固化所述金属线时，可以同时用前述导电粘合剂固定引出导体，于是，可以简单地构成所述批量生产线并可以以低生产成本生产柔韧性元件。
实施例2-1在这个实施例中，对所述集电极进行防锈处理，以便即使在严酷的环境条件下也能保持太阳能电池性能。
用导电树脂涂覆所述金属是使用图8中所示装置进行的。将直径100μm的铜线8301由卷线轴8302拉出，使它通过一个拉伸装置8303，这样使该铜线拉直。使被拉直的铜线通过一个装有一块浸有丙酮的毛毡的清洗槽8304，以除去所述表面上的油污物质，而后使它通过一个装有一块浸有1，2，3-苯三唑作为苯三唑型防锈剂的毛毡的处理槽8305并进一步使它通过一个干燥炉。
接下去，使所述铜线通过一个装有一块涂层材料的涂覆器8307，这种涂层材料是利用一个涂料振动器(图中未示出)使25份(按重量计，以下同)碳黑、65份聚氨酯树脂、10份封闭的异氰酸酯(作为固化剂)分散到80份IPA和乙酸乙酯的混合溶剂中。而后，使该铜线通过一个PVF(由Osaka Diamond K.K.制造)模具8308，以除去不必要的糊状物，并使它通过一个固化-干燥炉8309。干燥炉8306和固化-干燥炉8309分别是一个红外炉SS-09(由Sakaguchi Dennetsu K.K.制造)。
经过清除油渍、除锈、喷涂涂料和干燥之后的铜线用一个卷线轴8313卷起来。所述导电树脂层的电阻率为1.0Ωcm。
对以上所制备的电极线表面进行观察。根据JIS C-3003对该电极进行迅速拉伸以引起断裂，观察断裂部位，以评价该树脂层的粘合作用。这些电极线的另一根专门保持在温度为85℃并且相对湿度为85％RH的环境试验装置中100个小时(高温高湿试验)，同样，还要观察该电极线表面的状态和该涂层的粘合作用。结果示于表3中。
实施例2-2按照与实施例2-1相同的方法制作一个电极，不同的是使用了2-烷基咪唑作为咪唑型防锈剂。所述导电树脂层的电阻率为5.3Ωcm。按照与实施例2-1相同的方法对所述表面状态和粘合作用进行评价。结果示于表3中。
实施例2-3按照与实施例2-1相同的方法制作一个电极，不同的是使用了2-巯基苯并咪唑作为硫醇型防锈剂代替咪唑型防锈剂。所述导电树脂层的电阻率为2.6Ωcm。按照与实施例2-1相同的方法评价所述表面状态和粘合作用。结果示于表3中。
实施例2-4按照与实施例2-1相同的方法制备一个电极，不同的是所述糊状物被由25份(以重量计，以下同)石墨、65份丁缩醛树脂、10份封闭的异氰酸酯(用作固化剂)和80份IPA和乙酸乙酯的混合物(用作溶剂)构成的糊状物代替。所述导电树脂层的电阻率为5.0Ωcm。按照与实施例2-1相同的方法评价所述表面状态和粘合作用。结果示于表3中。
实施例2-5按照与实施例2-1相同的方法制备一个电极，不同的是所述糊状物被由25份(按重量计，以下同)石墨、75份聚酯树脂、不加固化剂、80份IPA和乙酸乙酯的混合物(作为溶剂)构成的糊状物代替。所述导电树脂层的电阻率为5.2Ωcm。按照与实施例2-1相同的方法评价所述表面状态和粘合作用。结果示于表3中。
对照例2-1为了评估在本发明中防锈处理的效果，按照与实施例2-1相同的方法制作一个电极，不同的是不进行防锈处理。所述导电树脂层的均匀部分的电阻率为1.0Ωcm。按照与例2-1相同的方法评价所述表面状态和粘合作用。结果示于表3中。
表3初始表面状初始粘合在高温高湿度态(线宽) 作用试验后的粘合作用(外观)例 子2-1 均匀无开裂无剥落无变化2-2 均匀无开裂无剥落无变化2-3 均匀无开裂无剥落无变化2-4 均匀无开裂无剥落无变化2-5 均匀无开裂无剥落无变化对照例2-1部分不均匀部分开裂许多裂痕许多剥落物如从表3所见，利用本发明的防锈处理而制备出的电极具有均匀的涂层而无脱落，具有均匀的线宽并且该涂层的粘合作用也令人满意。即使是经过长时间严酷的高温高湿环境试验之后，该涂层的粘合作用仍然保持并无开裂和剥落，并且所述电极也极为可靠。
实施例2-6制备一种具有如图9所示的一层结构并具有一个栅长30cm的栅极的pin-结型单池结构的无定形太阳能电池9400。
业已经过充分的脱油渍和洗涤的SUS430BA的不锈钢基底9401被放置在一个DC溅射系统(图中未示出)中，在其上沉积Ag，厚度为400nm，而后沉积ZnO，厚度为400nm，形成了一个下部电极9402。该基底被输送到一台RF等离子CVD装置(图中未示出)，按照指定的顺序依次沉积若干层无定形硅半导体层，即一个n-层9403、一个i-层9404和一个P-层9405。而后，该基底被放入一个电阻加热型蒸汽沉积装置(图中未示出)中，在170℃的成膜温度下沉积厚度为70nm的ITO膜9406，形成还可用于防止反射的透光导电膜。
按照与实施例2-1相同的方法，通过脱油渍、防锈、喷涂和干燥一种导电树脂、用铜线制备一根电极线。利用一台布线装置(图中未示出)将所述电极布置在上部电极9406上，该电极的两端临时用粘合剂固定。所使用的导电树脂涂料是由25份(以重量计，以下同)碳黑、65份聚氨酯树脂、10份封闭的导氰酸酯(用作固化剂)和80份IPA和乙酸乙酯的混合溶剂构成。所述导电树脂层的电阻率为1.0Ωcm，厚度为12μm。利用借助于一台热压装置(图中未示出)涂到该金属线上的导电树脂将线电极固定在上部电极9406上，这样制备栅极9407。而后，按照与以上所述相同的方法制备所有太阳能电池的样品。
将接线片11601(它是一个其上具有5mm宽的粘合剂层的铜箔)连接到相应的太阳能电池上，并进一步通过粘合作用将阳极引出部件11602和阴极引出部件11603连接到相应的太阳能电池上，以便制备一个如图11所示30cm见方的单池。
按如下所述对具有所形成的电极的无定形太阳能电池进行封装。在无定形太阳能电池9400的两面覆盖上EVA树脂片，进一步在其上分别覆盖一个氟树脂膜ETFF(乙烯-四氟乙烯共聚物，商品名称Tefzl，由杜邦公司生产)。将具有覆盖膜的电池放入一个真空层压机中，在150℃下，对所述膜进行45分钟的真空层压。
所得的太阳能电池的初始性能是使用光通量为100mw/cm2的模拟太阳光作为AM 1.5的球面太阳光谱来测量的。结果，转化效率为6.5±0.5％，分流电阻(处于黑态)不小于50Ωcm2，串联电阻平均为9.1Ωcm2，这都是令人满意的。
这种太阳能电池的可靠性是根据在JIS C-8917中被定义为环境试验方法的温度-湿度循环试验A-2和用于晶体太阳能电池组件的耐久试验进行测试的。实际上，所述太阳能电池被放在一个恒温恒湿箱中，使其经受在相对湿度为85％的条件下温度从-40℃至+85℃变化20个循环的试验。在每10个循环之后，按照与测量初始性能相同的方法，利用以上所述模拟太阳光测量太阳能电池性能。
在经过20个循环之后，转化率平均下降3％，分流电阻(处于黑态)平均下降10％，变质率没有明显变化。串联电阻平均只上升2％(如图12所示)，并且没有观察到电极上有剥落现象。
这个例子的结果显示出本发明的太阳能电池具有优良的性能和很高的可靠性。
对照例2-2按照与实施例2-6相同的方法制备电极线材料和10个无定形太阳能电池并对后者加以封装，不同之处是对所述电极线不进行防锈处理。
按照与实施例2-6相同的方法测量初始性能。初始转化率为4.8±2.0％。串联电阻平均为15.5Ωcm2，这高于实施例2-6的太阳能电池。按照与实施例2-6相同的方式进行可靠性试验。在经过20次温度-湿度变化循环后，转化率平均下降大约17％，变质明显。串联电阻为图12所示随时间的推移而上升，并且增加至初始值的两倍，这显示出电极之间的粘合作用变劣。
实施例2-7
按照几乎与实施例2-6相同的方法制备如图10所示的三元型无定形太阳能电池10500，不同之处在于所述结构变为一种三元型并且使用微波CVD形成半导体层。
在SUS基底9401上形成由Ag和ZnO构成的下部电极9402。该电极被放在一个微波等离子CVD装置(图中未示出)中。而后，按照指定顺序形成一个n-层9403、一个i-层9404和一个p-层9405，这样形成一个底部半导体层；按照指定顺序同样形成一个n-层9413、一个i-层9414和一个p-层9415，这样形一个中部半导体层，按照指定顺序同样形成一个n-层9423，一个i-层9424和一个p-层9425，这样形成一个顶部半导体层，这样，将这些半导体层叠起来。而后，按照与实施例2-6相同的方式在170℃的成膜温度下形成厚度为70nm的ITO膜9406，该膜是一种还可以起防止反射作用的透明导电膜。
按照与实施例2-1相同的方法通过进行脱油渍、防锈、喷涂和干燥导电树脂等步骤，用一种铜线单独制备一根电极线。利用一台布线装置(图中未示出)在上部电极9406上布置电极，并且将电极的两端借助于一种粘合剂临时固定起来。所使用的导电树脂是由25份(按重量计，以下同)的粉末ITO、65份丁缩醛树脂、10份封闭的异氰酸酯(用作固化剂)和80份IPA和乙酸乙酯的混合溶剂构成的。该导电树脂层的电阻率为6.0Ωcm，厚度为15μm。
借助于一台热压装置(图中未示出)，利用涂在金属线上的导电粘合树脂将线电极固定在上部电极9406上，这样制备总共10个电极9407。向所述太阳能电池上连接一个接头11601(该接头是其上带有5mm宽的粘合剂层的铜箔)，并且进一步通过粘合作用连接一个阳极引出部件11602和一个阴极引出部件11603，以制备一个30cm见方的三元组电池(如图11所示)，而后，按照同样的方法制备10个太阳能电池样品。
按照与实施例2-6相同的方法对所得到的太阳能电池进行封装。按照与实施例2-6相同的方法测量所得到的太阳能电池的初始性能。结果，初始转化率为8.3±0.4％，串联电阻平均为32.0Ωcm2，并且这些性能的变化很小，这是令人满意的。
按照与实施例2-6相同的方法测试这种太阳能电池的可靠性。作为20次循环试验的结果，串联电阻相对于初始值平均上升2.5％，但转化率相对于初始值平均只降低1.5％，没有显示出明显的变质。
这个例子的结果显示出，本发明的太阳能电池具有优良的性能并且很可靠。
实施例2-8按照与实施例2-6相同的方法制备各种导电树脂，不同点在于聚合物树脂和固化剂的总重量与树脂中导电料子的重量之比为10∶90、20∶80、80∶20和95∶5，从而使该导电树脂层的电阻率变为0.01、0.1、100、200Ωcm，根据经验，该树脂层的厚度被控制为15μm。
按照与实施例2-7相同的方法分别制备10个图10所示的三元型电池，不同点在于使用了以上所述这些导电树脂。
按照与实施例2-7相同的方式评价这些太阳能电池。结果示于表4中。
表4电阻率(Ωcm)0.010.1 100 200初始阶段转化率(％) 8.7 8.5 8.1 6.3串联电阻(Ωcm2) 29.330.534.953.8分流电阻(KΩcm2)15.050.051.360.7可靠性试验后转化率(％) 8.6 8.4 8.0 5.4串联电阻(Ωcm2) 29.830.936.068.7分流电阻(KΩcm2)14.650.050.960.5表4显示出，通过控制所述导电树脂的电阻率不低于0.1Ωcm，分流受到抑制并且转化率保持稳定；还显示出，在该导电树脂层的电阻率不高于100Ωcm时，串联电阻较低而转化率较高。表4还显示出，在可靠性试验中，串联电阻几乎不升高，转化率几乎不下降，并且在以上电阻率范围内可靠性是比较高的。
对照例2-3按照与实施例2-7相同的方法制备三元组型电池，不同之处在于不进行防锈处理，并且在所述导电树脂中的导电充填剂被改变为颗粒银。该导电层的电阻率为5×10-5Ωm，厚度为15μm。
将所述电池样品加以封装并且按照与实施例2-7相同的方法测量其初始性能。初始转化率为6.0±2.0％，串联电阻平均为50Ωcm2，而分流电阻(处于黑暗状态)为1.0KΩcm2。
实施例3-1在这个例子中，一种耦合剂用于集电极，使该电极能耐严酷的环境条件。
如下所述那样制备电极线。用一种导电粘合剂涂覆该金属线是使用图8所述装置进行的。将直径为100μm的铜线8301从绕线轴8302拉出，利用一台拉伸装置8303将该铜线拉直。使被拉直的铜线通过一个装有一块浸过丙酮的毛毡的清洗酮8304，以除去其表面上的任何油污物质，而后，使该铜线通过一个装有一块浸有硅烷型耦合剂的毛毡的处理槽8305，以及进一步使它通过一个干燥炉8306。
接下去，使所述铜线通过一个装有涂料材料的涂层器8307，所述涂料材料是通过利用一台涂料振动器(图中未示出)将25份(按重量计，以下同)碳黑、65份聚氨酯树脂和10份封闭的异氰酸酯(用作固化剂)分散到80份IPA和乙酸乙酯中而制备成的。然后，使铜线通过一个PVF(由Osaka Diamond K.K.制造)的模具8308，以除去不必要的涂层材料，并使其通过一个固化-干燥炉8309。干燥炉8306和固化-干燥炉8309分别是一个由SakaguchiDennetsu K.K.生产的红外炉SS-09。
经过除油渍、用耦合剂处理、涂覆涂料和干燥的铜线用一个卷线轴8313卷起来。该导电树脂层的电阻率为1.0Ωcm。
观察以上所制备的电极线的表面，而后，根据JIS C-3003迅速地拉电极线使其断裂并观察断裂部分，以便评价该树脂层的粘合作用。分别将所述电极在85℃的温度和85℃的相对湿度下在一个环境试验装置中保持1000小时(高温-高温度试验)，同样地观察电极表面和粘合作用。结果示于表5中。
实施例3-2按照与实施例3-1同样的方法制备一根电极线，不同点在于所术耦合剂变为钛酸盐型耦合剂(Prennact KRTTS，由AjinomotCo.Ltd.生产)。所述导电树脂层的电阻率为1.2Ωcm。按照与例3-1相同的方法评价表面状态和粘合作用。结果示于表5中。
实施例3-3按照与实施例3-1相同的方法制备一根电极线，不同点在于所述耦合剂变为铝型耦合剂(Prennact AL-M，由AjinomotoCo.Ltd.生产)。所述导电树脂层的电阻率为1.5Ωcm。按照与例3-1同样的方法评价表面状态和粘合作用。结果示于表5中。
实施例3-4按照与实施例3-1相同的方法制备一根电极线，不同点在于所述涂料被以下一种涂料代替，这种涂料是由25份(以重量计，以下同)SnO2、65份环氧树脂、10份苯酚树脂(用作固化剂)和80份IPA和乙酸乙酯的混合物(用作溶剂)构成。所述导电树脂层的电阻率为8.8Ωccm。按照与例3-1相同的方法评价表面状态和粘合作用。结果示于表5中。
实施例3-5按照与实施例3-1相同的方法制备一根电极线，不同点在于所述涂料被一种涂料代替，这种涂料由25份(按重量计，以下同)ITO，75份聚酯树脂，不加固化剂，以及80份IPA和乙酸乙酯的混合物(用作溶剂)组成。所述导电树脂层的电阻率为7.9Ωcm。按照与例3-1相同的方法评价表面状态和粘合作用。结果示于表5中。
对照例3-1按照与实施例2-1相同的方法制备一根电极线不同点在于不进行耦合剂处理，借此研究所述耦合剂的作用。所述导电树脂层的均匀部分的电阻率为1.0Ωcm。按照与实施例3-1相同的方法评价所述表面状态和粘合作用。结果示于表5中。
表5初始表面 初始粘合 经过高温高湿状态 作用 试验之后的粘合作用(线宽)(外观)例3-1均匀 无开裂无变化无剥落3-2均匀 无开裂无变化无剥落3-3均匀 无开裂无变化无剥落3-4均匀 无开裂无变化无剥落3-5均匀 无开裂无变化无剥落对照例3-1 局部不均匀局部开裂 许多裂纹许多剥落物从表5可以看出，经过本发明的耦合剂处理而制备的电极线具有均匀的涂层而无脱落现象，线宽均匀并且涂层的粘合作用令人满意。既使经过长时间严酷的高温高湿环境试验之后，所述涂层的粘合作用仍然保持良好，并无开裂和剥落现象，并且所述电极线极为可靠。
实施例3-6制备pin-结型单池结构的太阳能电池9400，这种太阳能电池具有如图9所示的一种层结构并具有一个栅长为30cm的栅极。
将一个业已经过充分脱油污和清洗的SUS 430 BA不锈钢基底9401放入一个DC溅射系统(图中未示出)中，在其上沉积400μm厚的银并在其后沉积400μm厚的ZnO，形成一个下部电极9402。该基底被输送至一个KF等离子CVD装置(图中未示出)，按照规定的顺序按序沉积若干无定形硅半导体层，即一个n-层9403、一个i-层9404和一个p-层9405。而后，将该基底放入一个电阻加热型蒸汽沉积装置(图中未示出)中，在170℃的成膜温度下沉积膜厚度为70μm的ITO膜9406作为一个还可以用于防止反射的透光导电膜。
通过脱油渍、耦合剂处理、涂覆一种涂料并加以干燥这些方式而用一种铜线单独制备一根电极线。用一台布线装置(图中未示出)将若干根这样的电极线布置在所述上部电极9406上，并且临时用一一种粘合剂将所述电极线的两端固定。所述涂料是由25份(按重量计，以下同)碳黑、65份聚氨酯树脂，10份封闭的异氰酸酯(用作固化剂)和80份IPA和乙酸乙酯的混合溶剂构成。所述导电树脂层的电阻率为1.0Ωcm，厚度为15μm。而后，借助于一台热压装置(图中未示出)，利用涂在电极线上的导电树脂，将若干根电极线固定在上部电极9406上而制备栅极9407。而后，按照与以上同样的方法制备全部太阳能电池样品。
将一个接线片11601(一个其上具有5mm宽的粘合剂层的铜箔)连接到相应的太阳能电池上，并进一步将一个阳极引出部件11602和一个阴极引出部件11603通过粘合连接到相应的太阳能电池上，以便制备一种如图11所示的30cm见方的单池。
按如下所述封装具有这样形成的电极的无定形太阳能电池。将一种EVA树脂片覆盖在无定形太阳能电池9400的每一面上，并进一步分别于其上覆盖一种氟塑料膜ETFF(乙烯-四氟乙烯共聚物，商品名称Tefzel，由杜邦公司生产)。带有覆盖膜的电池被放入一个真空层压机中，这些膜在150℃下进行真空层压45分钟。
利用光通量为100mW/cm2的AM 1.5的球面太阳光谱的模拟太阳光测量所得到的太阳能电池的初始性能。结果，转化率为6.7±0.5％，分流电阻(处于黑暗状态)不小于50KΩcm2，而串联电阻平均为9.5Ωcm2，这是令人满意的。
这种太阳能电池的可靠性是根据在JIS C-8917中被定义为环境试验方法的温度-湿度循环试验A-2和用于晶体太阳能电池组件的耐久试验进行测试的。实际上，所述太阳能电池被放在一个恒温湿箱中，使其经受在相对湿度为85％时温度变化以-40℃至+85℃的20个循环试验。在每10个循环之后，按照与测量初始性能相同的方法，利用以上所述模拟太阳光测量太阳能电池的性能。
在经过20个循环试验之后，转化率平均下降3.2％，分流电阻(在黑暗状态)平均下降10％，变质现象不明显。如图13所示，串联电阻仅平均上升2.4％，并且在这些电极上没有观察到剥落现象。
这个例子的结果表明本发明的太阳能电池具有良好的性能并且是很可靠的。
对照例3-2按照与实施例3-1相同的方法制备一根电极线，并且按照与例3-6相同的方法制备10个无定形太阳能电池，不同点在于不进行耦合剂处理。这些样品按照与实施例3-6相同的方法进行封装。
按照与实施例3-6相同的方法测量这些样品的初始性能。初始转化率为5.8±2.1％，这低于实施例3-1的转化率，它的变化是很大的。串联电阻平均为15.5Ωcm2，这高于实施例3-6的电池的串联电阻。
按照与实施例3-6相同的方法进行可靠性试验。在经过20个温度-湿度变化循环之后，转化率大约降低17％，变质情况明显。如图13所示，串联电阻随时间推移而增加，增加到初始值的两倍，这显示出电极之间的粘合作用变劣。
实施例3-7如图10所述的三元组型无定形太阳能电池10500按照几乎与实施例3-4相同的方法来制备，不同点在于所述构造改变为三元组型，以及微波CVD被用来形成所述半导体层。
在一个SUS基底9401上形成一个由Ag和ZnO构成的下部电极。它被放入一个微波等离子CVD装置(图中未示出)中。而后，通过按规定顺序形成一个n-层9403、一个i-层9404和一个p-层9405的方式形成一个底部半导体层；同样地通过按规定顺序形成一个n-层9413、一个i-层9414和一个p-层9415的方式形成一个中间半导体层；以及同样地通过按照规定顺序形成一个n-层9423、一个i-层9424和一个p-层9425的方式形成一个顶层，这样，将所述这些半导体层叠置起来。而后，按照与实施例3-5相同的方法，在170℃的成膜温度上，形成厚度为70μm的一个ITO膜9406，这个膜是一种透光的导电膜，还用于防止反射。
按照与实施例3-1相同的方法，通过脱油渍，耦合剂处理、涂覆一种导电树脂并加以干燥的方式，用铜线单独制备电极线。利用一台布线装置(图中未示出)将若干根上述电极线布置在上部电极9406上，并且用一种粘合剂将这些电极线的两端暂时固定起来。所使用的导电树脂是由25份(按重量计，以下同)粉末状ITO、65份丁缩醛树脂、10份封闭的异氰酸酯(用作固化剂)和80份IPA和乙酸乙酯混合溶剂组成。所述导电树脂层的电阻率为7.2Ωcm，厚度为18μm。
然后借助于一台热压机(图中未示出)，利用涂在电极线上的导电树脂，将那些线状电极固定在上部电极9406上，这样制备电极9407。将接线片11601(它是其上带有5mm宽的粘合剂层的铜箔)连接到所述太阳能电池上，并且进一步利用粘合作用将一个阳极引出部件11602和一个阴极引出部件11603连接到所述太阳能电池上，制备出一个如图11所示的30cm见方的三元组电池。而后，按照与以上相同的方法制备太阳能电池样品。
按照与实施例3-6相同的方法对所得到的太阳能电池进行封装。按照与实施例3-6相同的方法测量所得到的太阳能电池的初始性能。结果，初始转化率为8.3±0.3％，分流电阻(在黑暗状态)不小于42KΩcm2，而串联电阻平均为33.0Ωcm2，这是令人满意的。
按照与实施例3-6相同的方法测试这种太阳能电池的可靠性。作为20次循环试验的结果，相对于初始值，所述串联电阻平均上升2.7％，而对于初始值转化率平均只降低1.8％，没有显示出明显的品质退化现象。
这个例子的结果表明，本发明的太阳能电池具有优良的性能并且极为可靠。
实施例3-8按照几乎与例3-6完全相同的方法制备图10所示的三元组型无定形太阳能电池，不同点在于所述聚合物树脂和固化剂的总重量与该导电树脂中导电粒子的重量之比变为10∶90、20∶80、80∶20和95∶5，借此，将所述导电树脂层的电阻率改变为0.01、0.1、100和200Ωcm。而后，制备具有相应电阻率的太阳能电池。按照与例3-7相同的方法评价这些太阳能电池。结果示于表6中。
表6电阻率(Ωcm)0.01 0.1 100 200初始状态转化率(％) 8.7 8.5 8.1 6.3串联电组(Ωcm2)29.330.534.953.8分流电阻(KΩcm2) 15.050.051.360.7可靠性试验后转化率(％) 8.6 8.4 8.0 5.4串联电组(Ωcm2)29.830.936.068.7分流电阻(KΩcm2) 14.650.050.960.0
表6显示出，通过控制所述导电树脂层的电阻率不小于0.1Ωcm，可以抑制分流并且使转化率保持稳定；还显示出，在所述导电树脂层的电阻率不大于100Ωcm时，串联电阻比较低，并且转化率比较高。表6还显示出，串联电阻几乎不升高，转化率几乎不下降，并且在上述电阻率范围内可靠性比较高。
对照例3-3按照与例实施3-7同样的方法制备三元组电池，不同点在于不进行耦合剂处理，所述导电树脂中的导电填充剂被改变为颗粒状银。所述导电层的电阻率为5×10-5Ωcm，厚度为20μm。
按照与实施例3-7相同的方法封装这些电池样品并测量它们的初始性能。其初始转化率为6.0±2.0％，这个值低于实施例3-7的转化率，并且变化幅度比较大。串联电阻平均为50Ωcm2，而分流电阻(处于黑暗状态)为1.2KΩcm2。
以下的这些例子显示出，本发明的集电极可以高效高产地进行工业规模生产。
实施例4-1在这个实施例中，含有分散于其中的粉末状碳的聚氨酯树脂被用作第一导电粘合剂，而含有粉末状银的环氧树脂被用作第二导电粘合剂。
图14说明了这个实施例的光电元件的外观。图14中的光电元件14101包括一个基底、一个用于光电转移的无定形半导体，以及一个用作电极的透光导电膜。透光导电膜有一个线状蚀刻槽14102。集电极14103收集由所述光电元件产生的电能。端子部件14104用于与一个相邻光电元件的电连接，或用于将所述电能引到外面。设置绝缘部件14105是用于使端子部件14104与所述光电元件的表面电绝缘。将用作所述光电元件的反电极的端子部件14106在接触点14106a与该光电元件的导电基底以机械方式和导电方式连接起来。
形成线状蚀刻槽14102的目的在于阻断在为了保护所述光电元件的有效的光接收区域而裁切该元件的周边时所引起的所述基底与所述透光导电膜之间的短路的影响。通过采用网板印刷或其他方法在所述透光导电膜上涂一种含有蚀刻剂(例如FeCl3和AlCl3)的蚀刻糊并利用加热方法局部除去所述透光导电膜的方式形成线状蚀刻槽14102。
通过将所述第一导电粘合剂涂到直径100μm的铜线上并将它干燥(厚度约15μm)的方式形成集电极14103。如图14所示那样布置若干根所述铜线并用热压法将它们固定在所述光电元件的表面和所述端子部件14104上。
通过用一个振动器(Skaker)将直径为几千埃的粉末状碳按35％(以重量计)的含量分散到一种聚氨酯树脂中的方式制备第一导电粘合剂。
图15是图14的光电元件沿线15-15的剖视图。图16是图14的光电元件沿线16-16的剖视图。
在图15中，基底15201是一块支撑整个光电元件的125μm厚的不锈钢板。在基底15201上，设置了一个背面反射层，在这一层上面，又设置了一个由无定形硅层构成的半导体层15202。所述背面反射层是通过用溅射法顺序沉积Al和ZnO(厚度分别为几千A°)的方式形成的。在这个例子中，由无定形硅层构成的半导体层15202是通过由基底起按照规定的顺序依次沉积n-型层、i-型层、p-型层、n-型层、i-型层和p-型层(各层厚度分别为150A°、4000A°、100A°、100A°、800A°、和100A°)的方式形成的。透光膜15203起电极层作用，在本例中，它是通过用电阻加热法在O2气氛中蒸汽沉积铟、形成厚度为700A°的氧化铟薄膜的方式形成的。
前述绝缘器件14105被粘接在透光导电膜15203的表面上。绝缘器件14105是用几十μm厚的聚酯带制成的，业已在其背面作过粘性处理。在绝缘器件14105上设置了前述端子器件14104。该端子器件是用厚125μm、宽5.5mm的铜箔制成的，业已在其背面作过粘性处理。该端子器件的表面涂有所述第二导电粘合剂(这是一种含有分散在其中的粒子直径为1至3μm的粉末状银的环氧树脂)，厚度约为10μm，该树脂在80℃下干燥，这个温度要比环氧树脂的固化温度(约150℃)低得多。
在该端子器件上涂覆所述粘合剂并加以干燥是对大约500mm的大宽幅端子器件材料进行加厚处理同步进行的，其后将该材料切成规定宽度(5.5mm)的窄条，并将切好的窄条卷在轴上。从被卷起的条上按规定的长度切取所述端子器件并将它们粘接到规定的位置上。
在透光导电膜15203的表面上和端子器件14105的导电粘合剂的表面上通过热压连续地形成集电极14103，以便提供透光导电膜15203和导电部件14103之间的电连接。
集电极线14103是通过将第一导电粘合剂15206按照15μm的厚度涂在直径为100μm的铜线15205上并在比固化起始温度(150℃)低得多的80℃下使该粘合剂15206干燥的方式制备的，并用一个轴卷起来。所使用的第一导电粘合剂15206是含有35％(按重量计)的直径为径几千A°的粉末状碳的聚氨酯树脂。
将集电极线从卷轴上抽出来，按照规定的长度切成段。将集电极线段按适宜的间隔布置在图14中所示位置上，所述电极线段在一个真空压力机中利用热压法粘接。加热温度高于第一导电粘合剂15206和第二导电粘合剂15204的软化温度，并且高于以上两种导电粘合剂的固化温度。具体讲，加热是在150℃下进行2分钟，并且通过抽真空施加1kgf/cm2的压力。借此，使这两种导电粘合剂熔合在一起，然后如图16所示那样固化，以便提供低电阻高可靠性的机械的和电的连接。
如图15所示，所述反电极的端子部件14106穿透蚀刻槽14102外侧的透光导电膜15203和半导体层15202，与导电基底15201和接触点14106a相连接。接触点14106a的连接可以采用超声波焊、电阻焊、弧焊及类似焊接方法。在本例中采用的是超声波焊。
由于所述光电元件的上述构造，集电极14103可以穿过透光导电膜15203从所述光电元件的整个表面收集由半导体层15202产生的电能，以便高效地将电能传送到端子部件14104。
表7显示出，光电装置A和光电装置B的太阳能电池的初始电性能。
表7光电装置对照 Ex.Ex.4-1 Ex.4-2 Ex.4-3有效效率η(％) 7.8 7.82 7.97.88串联电阻(Ω cm2) 28.325.1 24.1 24.680次温湿度循环试验所引起的变 3.6 1.30.80.7质退化光电装置A显示出其有效效率η为7.70％，其串联电阻为28.3Ωcm2；而光电装置B显示出其有效效率η为7.82％，其串联电阻为25.1Ωcm2。较高的有效效率和较低的串联电阻是理想的。因此，光电装置B就初始元件性能而言是优于光电装置A的。因此，具有以上两种导电粘合剂组合的本例的上述那些光电装置就初始元件性能而言是令人满意的。
根据美国的SERI标准对以上那些装置进行温度-湿度循环测试。这两种光电装置在经过该标准规定的20次循环试验后所得到的变质退化率几乎为0。到达80次循环时(这要比以上标准规定的条件要严酷的多)，光电装置A所显示出的变质退化率为3.6^而光电装置B的变质退化率为1.3％。因此，它们的耐久性得到显著提高。于是，使用本例的组合的这两种导电粘合剂光电装置保证了长期使用的可靠性。
在这个实施例里，铜被用作所述集电极的芯材料。然而，凡是体积电阻率适合于本发明的用意的金属都可以使用。例如，银或镍的细金属线是很适用的。
在这个实施例中，将一种导电粘合剂涂在所述铜线的周围表面上。然而，可以按层涂覆二种或多种导电粘合剂。
实施例4-2按照与实施例4-1相同的方法制备光电装置C，不同之处在于实施例4-1中的第一和第二导电粘合剂分别被改换为另外的粘合剂。
这个实施例中的第一导电粘合剂是通过用一个振动器在足够长的时间内将直径为几百nm的碳黑分散到一种丙烯酸型热塑性树脂和少量MEK(用于调节粘度)中(碳黑的量按重量计以丙烯酸树脂为基础为30％)而制备出来的这种第一导电粘合剂被涂在直径为100μm的铜线的表面上并在80℃温度下进行干燥，得到了一种集电极线材料。
这个实施例的第二导电粘合剂是一种银糊材料，这是通过将直径大约为5μm的粉末状银分散到同样的丙烯酸型热塑性树脂中而制备的。将这种第二导电粘合剂按100μm的厚度涂在用作端子部件的铜箔上并在80℃温度下干燥。
将所述集电极线段连接到电极固定面和其上业已涂有第二导电粘合剂的端子部件上。这种连接是通过在150℃、加1kgf/cm2压力条件下加热2分钟而完成的，借此，使这些丙烯酸树脂熔在一起并在所述端子器件部分固化，形成了高可靠性低电阻的机械和导电连接。
应用了组合的上述两种导电粘合剂的光电装置C的初始有效效率η为7.9％，串联电阻为24.1Ωcm2(表7)。因此，由含有分散在其中的碳黑的热塑性丙烯酸树脂构成的第一导电粘合剂和由通过将粉末状银分散到热塑性丙烯酸树脂中而制备的银糊构成的第二导电粘合剂被认为是有用的而又不存在初始元件特性方面的问题。如实施例14那样，对光电装置C进行同样的温度-湿度循环试验。在该试验进行80次循环后，发现它的变质退化率达0.8％那么低，这显示出就长期可靠性而言，连接是极为良好的。
实施例4-3按照与实施例4-1同样的方法制备光电装置D，不同点在于例4-1中的第一和第二导电粘合剂分别被变换为其他的粘合剂。
在这个实施例中，第一导电粘合剂是通过用一个振荡器进行足够时间的处理，将30％(按重量计，以丙烯酸树脂为基础)的碳黑(直径为几百nm)分散到丙烯酸型热塑性树脂和少量MEK(用于调节粘度)中而制备出来的。与第一导电粘合剂分开，通过将35％(按重量计)的直径为几百nm的的微细颗粒状碳分散到环氧树脂中的方式制备一种碳糊材料。
在直径100μm的铜线的表面上，涂厚度为5μm的上述碳-环氧树脂糊状材料，并在150℃下固化。在其上再涂厚度为10μjm的以上第一导电粘合剂，并在80℃下干燥，以便得到一种集电极材料。提供碳-环氧树脂糊的目的是为了抑制金属离子从铜线迁移到导电粘合剂上。
这个实施例的第二导电粘合剂是一种银的糊状材料，它是通过将直径约5μm的粉末状银分散到与用于第一导电粘合剂的相同的丙烯酸型热塑性树脂之中而制备成的。将这种第二导电粘合剂按100μm的厚度涂在一根用作端子器件的100μm厚的铜箔的表面上，并在80℃下进行干燥。
将以上得到的集电极线段连接到电极固定面和其上业已涂有第二种导电粘合剂的端子器件上。通过在150℃和加有1kgf/cm2压力的条件下加热2分钟的方式来完成这种连接，借此，将这些丙烯酸树脂熔在一起并在端子器件部分固化，形成一种具有高可靠性低电阻的机械的和导电的连接。
应用了以上组合的两种导电粘合剂的光电装置D的初始有效效率η为7.88％，串联电阻为24.6Ωcm2(表7)。因此，由含有分散在其中的碳黑的热塑性丙烯酸型树脂构成的第一导电粘合剂，由通过将粉末状银分散到热塑性丙烯酸树脂中制成的银糊构成的第二导电粘合剂以及设置在所述铜线和所述第一导电粘合剂之间的碳-环氧树脂糊层被认为是很有用的而又不存在初始元件性能方面的问题。对光电装置D进行与例4-1相同的温度-湿度循环试验。在这种试验进行80次循环之后，发现变质退化率只有0.7％那么低，这表明就长期可靠性而言，这种连接是极为良好的。
根据以上方法，在电极形成后涂覆导电粘合剂的这一步骤(这在对照例中是必不可少的)可以被省略掉，这就大大地降低了生产成本。尽管还是要在一个分开的工序中将所述导电粘合剂涂在所述端子器件上，但该粘合剂的涂覆可以与其他项目集中在一块进行，借此，工作步骤明显地减少了。此外，由于这种连接是采用热压法进行的，所以接下去的热处理步骤也可以省略。
如以上这些例子中所示那样，这种导电粘合剂在薄膜状态下可以充分发挥作用，这使得能够减少所使用的该导电粘合剂的量。
所述表面涂层材料可以做得很薄，因为涂在前述端子器件上的导电粘合剂不能凸出高于前述电极。
如以上这些实施例中所示那样，用于连接的导电粘合剂可以用几乎不腐蚀的金属(例如银)来制备，这种连接的可靠性可以保持很长时间。此外，与已有技术相比较，所述导电粘合剂保护由可氧化的金属(例如铜)形成的端子部件的整个表面，防止所述端子部件在生产工艺的热处理过程中被氧化，清除生产后由氧化引起的有害作用，并且保证可靠性。
将导电粘合剂涂在端子器件上，这个步骤与形成电极的那些步骤分开进行.这样，单位时间的生产效率可以提高，并且生产成本也可以降低。
如在以上这些实施例中所示那样，相应的那些电极采取集中处理的方式被固定在所述光电元件的光接收面上。于是，使接触点的固定变得均匀可靠，可以简化该光电元件的组装工艺，以降低生产成本。
因此，本发明使得能够简化所述光电元件的生产工艺和生产设备，并且使得能够减少使用诸如导电粘合剂和表面涂层材料这样一些材料。
以下的实施例5-1至5-3表明应用本发明的集电极的生产设备和生产工艺提高了大规模生产中这种光电元件的产量和可靠性。
实施例5-1通过分散35份(按重量计，以下同)碳黑59份聚氨酯树脂(用作粘合剂)、9.5份异氰酸酯(用作固化剂)、和由12份二丁醚乙酸酯和8份甲基乙基酮构成的溶剂混合物，制备出用于涂覆金属线的热固性导电粘合剂。这种导电粘合剂在干燥之后其软化温度为110℃。
利用一台由本发明的发明者组装的导线涂层装置，使该导线通过所述导电粘合剂，利用这种方式将该导电粘合剂涂到一根直径为100μm的铜线上。被涂覆的导电粘合剂用红外干燥器在120℃下干燥。
被涂覆的导线21402的那些线段被放置在如图21所示的具有30cm×35cm有效面积的光电元件21401上的集电极形成位置上。所述那些线段在对相应的线段两端加有张力的条件下用一种瞬间粘合剂或紫外固化粘合剂21404固定在所述光电元件上的蚀刻槽21403外侧的那些点上。带有固定于其上的线段的光电元件被放在图18所示的真空热压机的加热板18101上，它的集电极形成面朝上。上部室18106通过孔18108被抽真空，下部室18107通过孔18109被抽真空。此后，将空气由空气孔18110引入上部室18106，大气压力将所述那些线段压在温度为200℃的加热板上30秒。按照JIS C8913标准(测量晶型太阳能电池的输出)、利用光通量为100mW/cm2的AM 1.5的模拟球面太阳光谱，测量所得到的元件的太阳能电池性能。结果示于表7中。
对照例5-1按照与例5-1相同的方法形成集电极，不同之处在于在真空热压机的加热板18106 上所述电极形成面方向朝下。按照与例5-1相同的方法评价所得到的元件的太阳能电池性能。结果示于表7中。
用一台光学显微镜观察电极形成后实施例5-1和对照例5-1的电极部分的横截面。图22A以图解形式显示了实施例5-1的一个电极横截面；图22B显示了对照例5-1的一个电极的横截面，其中数字22501表示所述导电粘合剂；22502表示一根金属线段；22503表示一个光电元件。
如表7和图22A和22B所示，实施例5-1的样品的屏蔽损失和串联电阻比较低，转化效率比对照例5-1高25％。其原因在于这样的因素，即在对照例5-1中，与所述加热板接触的导电粘合剂被过分地软化并压平，与实施例5-1中的导电粘合剂相比较，不能充分地粘接到电极形成面上。
表7转化效率串联电阻短路电流(％) (Ωcm2) JSC(MA/cm2)例5-18024 7.0对照例5-16.0 53 5.9
实施例5-2使用图19所示的热压机、利用与实施例5-1相同的涂层金属线和相同的光电元件，形成集电极。
将其上加有张力的被涂层的线段固定到所述光电元件上。将该元件放在图19所示的热压机的加热板19201上，集电极形成面朝上，用加热板加热到250℃的温度持续30秒，在1kg/cm2压力下从上侧压。将此线段的端部切掉。按照与实施例5-1相同的方法评价该光电元件。结果示于表8中。
按照与以上相同的方法单独制备另一个光电元件，不同之处在于不使用硅胶片19205，按照与以上相同的方法对其进行评价。结果示于表8中。
表8转化效率串联电阻短路电流(％) (Ωcm2) JSC(mA/cm2)使用橡胶 8.0 25 7.0不使用橡胶 7.2 33 6.8
如表8所示，当使用硅橡胶时，可以将压力均匀地加到集电极上，于是，所述导电粘合剂均匀地粘到电极形成面上。因此，它的串联电阻比较低，转化效率大约高出10％。
如上所述，使用弹性树脂(例如硅橡胶)加压可以使粘合均匀。
实施例5-3利用图20所示的热压机，在具有比例5-1和5-2的光电元件大1倍的大面积(60cm×25cm)的较大光电元件上形成集电极。除去光接收面的尺寸不同外，被涂覆的线和光电元件都是相同的。
将其上加有张力的被涂覆的线段固定到所述光电元件上。将元件放在图20所示的热压机的加热板20301上，集电极形成面朝上，用所述加热板将电极形成面加热至250℃的温度，在10kg/cm2的压力下驱动辊20304从上侧加压。按照与实施例5-1相同的方法评价所得到的光电元件。结果示于表9中。
为了进行比较，利用图18所示的热压机制备相同的光电元件。将其上加有张力的被涂覆的线段固定在大面积光电元件上。将该元件放在图18所示的加热板18101上，集电极形成面朝上，用所述加热板将电极形成面加热至250℃并持续30秒钟，在1kg/cm2压力下从上侧加压。将所述线段的端部切掉。按照与实施例5-1相同的方法评价该光电元件。结果示于表9中。
如表9所示，在光电元件较大时，通过使用辊加压，可以获得较低的串联电阻和较高的转化效率。这被认为是由于使用了所述辊而实现了在整个元件上均匀加压，即使该元件面积较大，也能将所述导电粘合剂均匀地粘附到电极形成面上。
表9转化效率串联电阻短路电流(％)(Ωcm2) JSC(mA/cm2)辊型 7.9 26 7.0板型 7.2 35 6.8如上所述，通过将集电极线段放在光电元件上，向该集电极上加压，从反面加热该光电元件，形成所述集合电极，可以使集合电极的宽度变得很小，屏蔽损失可以降低。由于利用上述方法均匀加压的结果，所述金属线段被充分粘接，于是提供了低串联电阻和高转化效率。
此外，通过在从其软化温度至比其软化温度高的150℃的范围内选择加热所述导电粘合剂的温度和/或在从1kg/cm2至10kg/cm2的范围内选择压力，可以获得更令人满意的性能。
通过按照实施例2-1至2-8对金属线进行防锈处理和按照实施例3-1至3-8对金属线进行耦合剂处理，使集电极适合于利用如实施例4-1至4-3和5-1至5-3所示的工序形成光电装置，使可靠性进一步得到改善。
权利要求
1.一种光电装置，包括一根被设置在一个光电元件的一个面上、用于收集由该光电元件产生的电能的金属线，该金属线围绕其整个长度被涂有一种导电粘合剂并且用该粘合剂固定在该元件上。
2.根据权利要求1所述的光电装置，其特征在于所述金属线是由至少一种选自铜、银、金、镍和铝的金属制成。
3.根据权利要求1所述的光电装置，其特征在于所述导电粘合剂是由一种热熔型树脂构成。
4.根据权利要求1所述的光电装置，其特征在于所述导电粘合剂是由一种热固性树脂构成。
5.根据权利要求1所述的光电装置，其特征在于该光电装置还进一步包括一个用于从所述金属线收集电能的导体，该导体是由至少一种选自铜、银、金、铝、铅和锡的金属制成。
6.一种用于制造一种包括一根设置在一个光电元件上用于收集由该元件产生的电能的金属线的光电装置的方法，该方法包括围绕该金属线的整个长度预先涂覆导电粘合剂并用该导电粘合剂固定该金属线的步骤，所述金属线带有一个用于从该金属线收集电能并将该电能引至外面的导体。
7.一个光电元件的电极，包括进行过防锈处理并在其表面上涂有至少一种导电树脂层的一根金属线或一根金属棒。
8.根据权利要求7所述的光电元件的电极，其特征在于所述金属线或金属棒是用铜或铜合金制成的。
9.根据权利要求7所述的光电元件的电极，其特征在于所述防锈是利用咪唑型防锈剂、三唑型防锈剂和硫醇型防锈剂之中的任意一种进行的。
10.根据权利要求7所述的光电元件的电极，其特征在于所述导电树脂层的电阻率的分布范围是从0.1至100Ωcm。
11.一种光电装置，由一个光电元件构成，该光电元件包括至少一对由一个半导体结和一个形成在该半导体结的光接收面上的半导体层上的透光上部电极组成的对于，在该上部电极上固定着权利要求7至10之中任意一项所述的光电元件的电极。
12.根据权利要求11所述的光电装置，其特征在于所述光电元件的电极是利用所述导电粘合剂层被固定在所述上部电极上。
13.一种光电元件的电极，包括一根用一种耦合剂处理过并在其表面上涂有至少一种导电树脂层的金属线或金属棒。
14.根据权利要求13所述的光电元件的电极，其特征在于所述金属线或金属棒是用铜或铜合金制成的。
15.根据权利要求13所述的光电元件的电极，其特征在于所述耦合剂选自硅烷型耦合剂、钛酸盐型耦合剂和铝型耦合剂。
16.根据权利要求13所述的光电元件的电极，其特征在于所述导电粘合剂层的电阻率分布在从0.1至100Ωcm的范围内。
17.一种光电装置，由一个光电元件构成，该光电元件包括至少一对由一个半导体结和一个形成在该半导体结的光接收面上的一个半导体层上的透光上部电极组成的对子，在该上部电极上固定着权利要求13至16之中任意一项所述的光电元件的电极。
18.根据权利要求17所述的光电装置，其特征在于所述光电元件的电极是利用所述导电粘合剂被固定在所述上部电极上。
19.一种光电装置，由一个光电元件构成，该光电元件包括一个用于光电转换的半导体层和一个用于收集由该半导体层产生的电能的电极，在其中，所述电极是通过涂覆和干燥方式涂有至少一种第一导电粘合剂的细金属线并且通过加压热压或加热方式被固定在所述光电元件的光接收面上，一个端子部件被设置用于引出由所述光电元件的面上的电极收集的电能；所述电极还被固定在该端子部件的表面上；所述端子部件至少在电极固定部分预先涂有一种第二导电粘合剂。
20.根据权利要求19所述的光电装置，其特征在于所述端子部件是用一种至少含有铜作为组成成份的金属制成。
21.根据权利要求19所述的光电装置，其特征在于所述第一导电粘合剂是一种含有分散于其中的粉末状碳的高聚物树脂。
22.根据权利要求19所述的光电装置，其特征在于所述第二导电粘合剂是一种含有主要由银构成的粉末状物质或在其表面涂有银的粉末状合金的高聚物树脂。
23.一种用于生产由一种光电元件构成的光电装置的方法，所述光电元件包括一个用于光电转换的半导体层和一个用于收集由该半导体层产生的电能的电极，该方法包括以下步骤在一根金属线上涂覆至少一种第一导电粘合剂并将该金属线加以干燥；通过加压、热压或加热的方式将该金属线作为电极固定在该光电元件的光接收面上；还将该金属线固定在用于引出由该光电元件的面上的电极所收集的电能的端子部件上；以及至少在电极固定部分预先将第二导电粘合剂涂在该端子部件上。
24.一种用于生产由一个光电元件构成的光电装置的方法，包括如下步骤在光电元件上设置一些由涂有至少一层导电粘合剂的金属线构成的集电极，以及从与被放置的集电极相反的一面加热该光电元件同时加压将该金属线固定到该光电元件上。
25.根据权利要求24所述的用于生产光电装置的方法，其特征在于是在由所述导电粘合剂的软化温度到比软化温度高的150℃之间的一个温度下对该光电元件进行加热。
26.根据权利要求24所述的用于生产光电元件的方法，其特征在于加压是在从1至10kg/cm2之间的一个压力下进行的。
全文摘要
本发明提供了一种光电装置，该光电装置包括至少一根位于光电元件的一个表面上用于收集由该光电元件产生的电能的金属线，该金属线在其整个长度的范围内被涂覆了一种导电粘合剂并被固定在该光电元件上，在低成本高可靠性地生产光电装置过程中生产该光电装置无需涂覆和固化该导电粘合剂。
文档编号H01L31/0224GK1150338SQ95107160
公开日1997年5月21日 申请日期1995年5月19日 优先权日1994年5月19日
发明者藤崎达雄, 长谷部明男, 村上勉, 都筑幸司, 一濑博文, 高田健司, 竹山祥史, 新仓谕 申请人:佳能株式会社