專利名稱：薄層太陽能電池的串接方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于制造太陽能模塊的薄層太陽能電池的串接方法。
背景技術(shù)：
制造不同構(gòu)造的薄層太陽能電池的方法是已知的。它們可以在硬質(zhì)載體，例如玻璃上，也可以在薄膜，即由金屬或聚合物構(gòu)成的薄的、彈性的載體上發(fā)生離折。圖1中結(jié)合基于薄膜的CIGS薄層太陽能電池示出了薄層太陽能電池的原理構(gòu)造，其包括例如由膜1 構(gòu)成的載體或基底；金屬背面接觸層2，其例如主要包括鉬層；例如由CIGS構(gòu)成的吸附層 3 ；例如由硫化鎘構(gòu)成的緩沖層4 ；例如由固有的氧化鋅構(gòu)成的隧道式觸點(diǎn)；和透明的前側(cè)電極，該前側(cè)電極由透明的氧化物導(dǎo)體、如氧化錫銅(ITO)或夾雜著鋁的氧化鋅構(gòu)成。隧道式觸點(diǎn)和前側(cè)電極(也稱作透明正面接觸層)共同地作為層5示出。有利地，為制造太陽能電池在層離析時(shí)進(jìn)行連續(xù)過程進(jìn)程。另外已知ー種以單片整合的形式實(shí)現(xiàn)薄層太陽能電池的串接方法。例如文獻(xiàn)US 5，593，901示出了這樣的方法。對(duì)于單片整合的連接必須如所述，在構(gòu)造太陽能電池及其連接時(shí)交替進(jìn)行涂層和結(jié)構(gòu)化處理步驟。薄層太陽能電池的單層的離析因此通過多個(gè)結(jié)構(gòu)化處理步驟被打斷。為避免離析過程的中斷，在文獻(xiàn)W02008/157807A2中建議了，使所有結(jié)構(gòu)化處理步驟在制成完整的層組合結(jié)構(gòu)之后進(jìn)行，并將其用導(dǎo)電的聚合物膏或絕緣的聚合物膏進(jìn)行填充(圖2)。圖3示出了基于現(xiàn)有技術(shù)的流程。出發(fā)點(diǎn)是在圖3(a)中示出的由基底1、背面接觸層2、光活性層3、緩沖層4和透明正面接觸層5構(gòu)成的層組合結(jié)構(gòu)。如圖3(b)所示，該層組合結(jié)構(gòu)經(jīng)過結(jié)構(gòu)化處理，并在此劃分為單個(gè)節(jié)段。單個(gè)節(jié)段的數(shù)目首先可以任意選擇。每個(gè)單個(gè)節(jié)段需要三個(gè)結(jié)構(gòu)化處理步驟。下面，憑借圖3(b)闡明各個(gè)結(jié)構(gòu)化處理步驟。結(jié)構(gòu)化處理A將透明的正面接觸層5完全分離，從而使緩沖層4或吸收層3可見。結(jié)構(gòu)化處理B將背面接觸層2之上的所有層分開，并由此使這些層露出。通過結(jié)構(gòu)化處理C， 完整的層組合結(jié)構(gòu)、包括基底上的背面接觸層被完全分離。為了實(shí)現(xiàn)通過結(jié)構(gòu)化處理過程限定的單個(gè)節(jié)段之間的串接，必須實(shí)現(xiàn)ー個(gè)節(jié)段的背面接觸層與后繼的節(jié)段的正面接觸層的連接。在現(xiàn)有技術(shù)中，該連接通過導(dǎo)電的聚合物膏形成，該聚合物膏被填入經(jīng)結(jié)構(gòu)化處理的溝槽B(見圖3(d))中。結(jié)構(gòu)化處理A用干，防止與正面接觸層鄰接的單個(gè)節(jié)段的短路。 結(jié)構(gòu)化處理C實(shí)現(xiàn)了同樣的目的，然而是用于相鄰的單個(gè)節(jié)段的背面接觸層。結(jié)構(gòu)化處理 A和C用絕緣的聚合物膏進(jìn)行填充(見圖3(c))。已知的技術(shù)方案具有一系列的缺陷，具體分為兩個(gè)方面。第一方面在圖3(b)中示出的全部三個(gè)結(jié)構(gòu)化處理(A、B和C)被引入層組合結(jié)構(gòu)的不同深度——結(jié)構(gòu)化處理步驟A直至緩沖層，結(jié)構(gòu)化處理步驟B直至背面接觸層，結(jié)構(gòu)化處理步驟 C直至基底。必須為每個(gè)結(jié)構(gòu)化處理步驟設(shè)置自己用的參數(shù)，以完全去除相應(yīng)的層，而不損傷位于其下面的層，或者使用額外的技木。由于對(duì)于結(jié)構(gòu)化處理A、B和C要分開不同的層次序，因而有必要使用3組參數(shù)或者直至3種不同的技術(shù)。如果結(jié)構(gòu)化處理過程例如以機(jī)械方式憑借劃線針進(jìn)行，那么一組參數(shù)可以包括例如針的作用力、針的穿越速度、針尖的半徑和針的穿過數(shù)。通常情況下，透明的正面接觸層5在緩沖層4上或在吸收層3上的粘附力要高于吸收層3在背面接觸層2上的粘附力。因此，例如憑借劃線針將緩沖層上的透明的正面接觸層去除在技術(shù)上是高要求的。類似地有問題的是，通過激光射線將透明的正面接觸層去除。例如，如果使用波長(zhǎng)為532nm的激光，可以在透明的正面接觸層中幾乎不吸收能量，這是因?yàn)?，在這個(gè)波長(zhǎng)條件下透明的正面接觸層通常具有高透光性。因此，激光射出的能量的大部分被緩沖層和吸收層所吸收，并立刻例如導(dǎo)致這些層熔化，這會(huì)由于在這些層出現(xiàn)短路而導(dǎo)致故障。為了應(yīng)對(duì)該問題，可以選擇波長(zhǎng)較小的激光，例如，常見透明的正面接觸層在266nm的波長(zhǎng)條件下展現(xiàn)了較高的吸收性能，由此，激光放出的射線可以良好地在透明的正面接觸層中得到吸收。該激光的短波長(zhǎng)通過“頻率轉(zhuǎn)化”由更大波長(zhǎng)的激光生成。這樣的“頻率轉(zhuǎn)化”以昂貴的、部分壽命有限的光學(xué)設(shè)備為前提。另一方面，這樣的“頻率轉(zhuǎn)化”總會(huì)導(dǎo)致激光強(qiáng)度的降低并由此導(dǎo)致批量生產(chǎn)過程中生產(chǎn)量的降低。結(jié)構(gòu)化處理步驟A將兩個(gè)鄰接節(jié)段的正面接觸層分離。在現(xiàn)有技術(shù)中，緩沖和吸收層不曾分離。吸收層通常涉及半導(dǎo)體材料，該材料同樣是導(dǎo)電的。盡管該半導(dǎo)體層的橫向?qū)щ娐释ǔＣ黠@低于透明的正面接觸層和背面接觸層的橫向?qū)щ娐?，但也不是小得可忽略不?jì)。造成困難的還有，現(xiàn)代的吸收器半導(dǎo)體層越來越實(shí)施為小電阻，由此也導(dǎo)致橫向?qū)щ娐试黾?。顯而易見存在這樣的錯(cuò)覺，即絕緣通過分離透明的正面接觸層就可以實(shí)現(xiàn)。完全可能的是，盡管對(duì)透明的正面接觸層進(jìn)行分離，一如既往地，在兩個(gè)鄰接的單個(gè)節(jié)段的透明正面接觸層之間、經(jīng)吸收層和填充在結(jié)構(gòu)化處理溝槽B中的導(dǎo)電聚合物膏、仍存在電連接(見圖3(d))。由此存在短路，而單個(gè)節(jié)段的電連接在串接方面于功能上顯著受到妨礙。第二方面在現(xiàn)有技術(shù)中，首先進(jìn)行層組合結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)化處理，接著，如上所述，通過絕緣的和導(dǎo)電的聚合物膏對(duì)生成的溝槽進(jìn)行填充。對(duì)于在涂覆導(dǎo)電的和絕緣的聚合物膏時(shí)的定位精確性以及在涂覆后聚合物膏的延伸重要的是，在結(jié)構(gòu)化處理時(shí)、在確認(rèn)結(jié)構(gòu)化處理溝槽的間距時(shí)必須考慮上述這些方面。通過注意所有的公差，單個(gè)結(jié)構(gòu)化處理步驟的間距相互出于過程安全性的視角被選擇得更大。結(jié)構(gòu)化處理區(qū)域和溝槽的填充對(duì)于生成載流子不作出貢獻(xiàn)。由此，用現(xiàn)有技術(shù)，在生成載流子過程中，對(duì)有價(jià)值的活性太陽能電池表面未加利用，并由此降低了太陽能電池的效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，對(duì)結(jié)構(gòu)化處理這樣進(jìn)行設(shè)計(jì)，S卩，首先簡(jiǎn)化過程并由此降低成本，此外還避免單個(gè)節(jié)段的連接位上的短路(第一方面)。本發(fā)明的目的還在于，將通過連接單個(gè)節(jié)段而生成的非活性太陽能電池表面降至最低，并由此提高太陽能電池的效率(第
二方面)O第一方面由此實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明的目的，即在結(jié)構(gòu)化處理步驟A中，不僅穿透透明的正面接觸層，而且穿透所有位于金屬背面接觸層之上的層(見圖4)。由此，結(jié)構(gòu)化處理步驟A和B在技術(shù)上一致，由此可以為A和B使用同樣的參數(shù)或在結(jié)構(gòu)化處理時(shí)使用同樣的技術(shù)。此外，兩個(gè)相鄰的節(jié)段發(fā)生短路的危險(xiǎn)通過吸收層3加以避免。單個(gè)太陽能電池節(jié)段的連接已知通過在結(jié)構(gòu)化處理溝槽B中使用導(dǎo)電聚合物膏來進(jìn)行，相反，使經(jīng)結(jié)構(gòu)化處理的溝槽A和C用絕緣的聚合物膏進(jìn)行填充。第二方面為使太陽能電池的非活性表面最小化，根據(jù)本發(fā)明，提供了工藝流程的改動(dòng)。在對(duì)經(jīng)結(jié)構(gòu)化處理的溝槽B和C進(jìn)行填充之后，再進(jìn)行結(jié)構(gòu)化處理A。由此，例如通過使用照相系統(tǒng)識(shí)別出填充在溝槽B中的導(dǎo)電聚合物膏的輪廓。由此，結(jié)構(gòu)化處理A可以任意地緊密靠近導(dǎo)電聚合物膏的邊棱設(shè)置。用絕緣膏對(duì)經(jīng)結(jié)構(gòu)化處理的溝槽A進(jìn)行填充不再是必要的。在第二方面提及的技術(shù)途徑由此一方面使非活性表面的份額最小化，而且另一方面節(jié)約絕緣的聚合物膏(見圖5上)


圖1示出了 CIGS薄層太陽能電池的構(gòu)造；圖2示出了現(xiàn)有技術(shù)；圖3示出了現(xiàn)有技術(shù)的工藝流程；圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的連接的構(gòu)造；圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的串接的變換方式，上方側(cè)視圖，左下結(jié)構(gòu)化處理A相對(duì)于由導(dǎo)電膏構(gòu)成的填充物的曲線邊沿的調(diào)整，右下結(jié)構(gòu)化處理A相對(duì)于由導(dǎo)電膏構(gòu)成的填充物的邊沿的位置設(shè)置；圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的第一方面的工藝流程；圖7示出了第一方面的工藝流程的實(shí)施例；圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的第二方面的工藝流程；圖9示出了第一方面的工藝流程的實(shí)施例；圖10示出了根據(jù)本發(fā)明的串接的變換方式；圖11示出了額外涂覆有導(dǎo)電接觸爪的根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)造的變換方式。附圖標(biāo)記說明1 基底，載體2背面基礎(chǔ)層(例如，金屬層)3光活性層，吸收層4緩沖層5隧道式觸點(diǎn)和透明前側(cè)電極(例如，導(dǎo)電氧化物)6絕緣層(例如，絕緣的聚合物膏)7導(dǎo)電層(例如，填充有金屬顆粒的聚合物膏)8 接觸爪
具體實(shí)施例方式根據(jù)本發(fā)明的串接方法的工藝流程
6
第一方面出發(fā)點(diǎn)是基底，用對(duì)于薄層太陽能電池所必要的單層進(jìn)行涂層(見圖1和圖6(a))。在基底上的這些層接著進(jìn)行結(jié)構(gòu)化處理。在此，將這些層劃分為單個(gè)節(jié)段。根據(jù)各個(gè)單個(gè)節(jié)段主要具有3種結(jié)構(gòu)化處理(A、B和C(見圖6(b))。在此，結(jié)構(gòu)化處理A和B將層3、4和5完全分開，從而使層2可見。結(jié)構(gòu)化處理C使層2、3、4和5完全分離，從而使基底1可見。對(duì)層的分離在此可以例如以機(jī)械方式用劃線針進(jìn)行。在此可以找到對(duì)單一層進(jìn)行蝕刻的理想?yún)?shù)。由此，例如針的力、針的穿越速度、針尖的半徑或針的穿過數(shù)可以進(jìn)行調(diào)整。結(jié)構(gòu)化處理A和B的參數(shù)在此可以如此選擇，即要避免對(duì)層2造成傷害，但要確保完全去除層3、4和5。對(duì)結(jié)構(gòu)化處理C的參數(shù)如此選擇，即要確保層2的完全分離，而不對(duì)基底1的功能造成影響。理想情況下，對(duì)于結(jié)構(gòu)化處理C，基底在表面不受到蝕刻。然而，只要基底的穩(wěn)定性不受影響，對(duì)基底的表面蝕刻就不成問題。溝槽A、B和C的暴露根據(jù)本發(fā)明可以使用激光射線、或通過結(jié)合使用平版印刷術(shù)與濕化學(xué)蝕刻或與基于真空的干燥-蝕刻技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。節(jié)段的3種結(jié)構(gòu)化處理的間距主要由對(duì)結(jié)構(gòu)化處理溝槽的填充以及對(duì)導(dǎo)電和絕緣的聚合物膏的延伸的定位精確性而得到確定，并應(yīng)當(dāng)在使非光活性表面最小化方面得到優(yōu)化。接著結(jié)構(gòu)化處理A和C，用絕緣聚合物膏(溝槽A和C)和導(dǎo)電聚合物膏(溝槽B)對(duì)生成的溝槽進(jìn)行填充。為填充溝槽，可采用具有用壓力輸送的藥筒的分配器、或者采用具有操縱閥的分配器、或者采用具有噴射閥的分配器，其中，最后一個(gè)系統(tǒng)確保了批量生產(chǎn)過程中的更高的生產(chǎn)量。而且創(chuàng)造性地，同樣采用絲網(wǎng)印刷技術(shù)或相關(guān)技術(shù)。絕緣的聚合物膏在此填充溝槽A和C (見圖6 (c))。對(duì)溝槽A和C的填充在此如此進(jìn)行，即，使絕緣的聚合物膏不會(huì)抵達(dá)溝槽B。此外，對(duì)溝槽A和C必須進(jìn)行完全填充，而不再存在未填充的溝槽部分。接著，使導(dǎo)電膏在溝槽B中溢出并覆蓋溝槽C而進(jìn)行涂覆(見圖6(d))。填充在溝槽中的聚合物膏必須在涂覆之后對(duì)應(yīng)于制造商說明進(jìn)行干燥。這一步需要根據(jù)膏的聚合物組系在循環(huán)空氣干燥爐中或通過UV照射進(jìn)行。由此在一個(gè)節(jié)段的背面接觸層和鄰接的節(jié)段的正面接觸層之間制成了電連接(見圖6(d))。導(dǎo)電的聚合物膏必須在此經(jīng)非導(dǎo)電的對(duì)溝槽C的填充而溢出，從而對(duì)透明的正面接觸層形成電接觸。最終接觸透明的正面接觸層的面積有多大，取決于透明的正面接觸層和導(dǎo)電聚合物膏的類型。在此必須對(duì)電損失和活性電池表面的色調(diào)明暗層次進(jìn)行優(yōu)化。第一方面的實(shí)施例通過圖7描述該實(shí)施例。使用工藝流程構(gòu)建5emX5cm的由彼此串接的薄層太陽能電池構(gòu)成的單元。應(yīng)當(dāng)提及的是，串接的太陽能電池的大小是示例性的，根據(jù)本發(fā)明，可以采用任意大小。出發(fā)點(diǎn)是作為基底1的15-75 μ m厚的聚酰亞胺膜。通過磁控管濺射對(duì)該膜整面地例如用鉬進(jìn)行約0. 2-2 μ m厚的涂層處理。該鉬層用作太陽能電池的背面接觸層2。然而也可將不同金屬或金屬層用作背面接觸層。在該鉬層上接著通過在真空中共蒸發(fā)而離析元素銅、銦、鎵和硒。然而，也可以使用其它已知技術(shù)用于使CIGS層離析。這些技術(shù)包括連續(xù)式離析、電離析、印刷技術(shù)或離子放射支持的離析。然后，在該1-2 μ m厚的Cu (In, Ga) Se2層(吸收層，光活性層幻上用濕化學(xué)方式涂覆一層薄的(10至IOOnm)硫化鎘層。該CdS層也可以通過基于真空的技術(shù)制成。同樣具有創(chuàng)造性的是，使用可能無Cd的緩沖層。在該緩沖層上通過射頻(RF)濺射涂覆一層薄的(10至IOOnm)的固有氧化鋅層(i-&i0)4。最后，濺射一層約0.5-3 μ m厚的摻雜鋁的氧化鋅層(Al:&i0)。i_ZnO層和Al ZnO層為了簡(jiǎn)化一起作為正面接觸層5制成。Al: ZnO層還可以由ITO構(gòu)成。單個(gè)層的制造可以在批量工藝中或者在連續(xù)工藝中(例如滾輪到滾輪)進(jìn)行離析。將設(shè)置了上述涂層的聚亞酰胺帶例如切割為5cmX5cm的大小，然后作為出發(fā)點(diǎn)用于對(duì)層的結(jié)構(gòu)化處理和接著的串接過程(見圖7(a))。5cmX5cm的大小的經(jīng)涂層的聚亞酰胺膜在圖7(b)中示出，設(shè)置有18個(gè)平行的結(jié)構(gòu)化處理，其中，每三個(gè)結(jié)構(gòu)化處理分為一組。結(jié)構(gòu)化處理線的順序(見圖7(b))是ABCABC...等。以結(jié)構(gòu)化處理A開始。該結(jié)構(gòu)化處理例如以機(jī)械方式用劃線針來實(shí)現(xiàn)。劃線針自身固定在x-y-z-工作臺(tái)上并由計(jì)算機(jī)支持進(jìn)行控制。取決于層3、4和5的材料特性，劃線針的操作參數(shù)(例如針尖半徑、針尖壓制力、針尖的穿越速度和針尖的穿過數(shù))這樣進(jìn)行調(diào)整，從而使層3、4和5沿著結(jié)構(gòu)化處理線完全去除，而在此不對(duì)層2造成損害。在該情況下，結(jié)構(gòu)化處理線的長(zhǎng)度為5cm(經(jīng)涂層基底的長(zhǎng)度)。該線的寬度大體上通過針尖半徑來確定。在該實(shí)施例中，線寬度為70 μ m，另外典型的線寬度為約10至100 μ m。在第一結(jié)構(gòu)化處理A結(jié)束之后，進(jìn)行結(jié)構(gòu)化處理B。該結(jié)構(gòu)化處理以約300 μ m的距離平行于結(jié)構(gòu)化處理A進(jìn)行錯(cuò)置。然而，該錯(cuò)置距離還可以為50-500 μ m。由于結(jié)構(gòu)化處理A和B在技術(shù)上是相同的，因此結(jié)構(gòu)化處理B就按照結(jié)構(gòu)化處理A的樣式進(jìn)行。在結(jié)構(gòu)化處理B結(jié)束后進(jìn)行結(jié)構(gòu)化處理C。該結(jié)構(gòu)化處理以300 μ m的距離平行于結(jié)構(gòu)化處理B進(jìn)行錯(cuò)置。然而，該錯(cuò)置距離還可以為50-500 μ m。結(jié)構(gòu)化處理C在示出的實(shí)施例中通過劃線針來進(jìn)行。不同于結(jié)構(gòu)化處理A和B，對(duì)參數(shù)這樣進(jìn)行調(diào)整，以額外分離出層3、4和5，也使層2切開。如果結(jié)構(gòu)化處理C結(jié)束，重復(fù)上述結(jié)構(gòu)化處理步驟A、B和C，其中，下一組結(jié)構(gòu)化處理例如以約7mm的距離平行于第一組結(jié)構(gòu)化處理而錯(cuò)置進(jìn)行。第三組結(jié)構(gòu)化處理再以7mm的距離相對(duì)于第二組而錯(cuò)置進(jìn)行，并以此類推。一共進(jìn)行六組，每組具有三條結(jié)構(gòu)化處理線(見圖7(b))。應(yīng)該提及，結(jié)構(gòu)化處理組的間距可以位于3至15mm之間，另外還取決于正面接觸層的電學(xué)特性。同樣，在所有結(jié)構(gòu)化處理步驟中，首先使溝槽A在5cm基底上形成，然后進(jìn)行結(jié)構(gòu)化處理步驟B和C，或者可以以其它任意順序進(jìn)行。在結(jié)構(gòu)化處理線結(jié)束之后，對(duì)生成的溝槽進(jìn)行填充。首先，對(duì)溝槽A和C用絕緣聚合物膏通過計(jì)算機(jī)控制的分配器的輔助在x-y-z工作臺(tái)上進(jìn)行填充(見圖7(c))。該填充這樣進(jìn)行，即，使絕緣膏不會(huì)流入溝槽B并將其封閉。此外，對(duì)溝槽A和C的填充必須用絕緣膏無間隙地進(jìn)行。這一點(diǎn)對(duì)于溝槽C特別重要，這是因?yàn)?，該溝槽接著?huì)被導(dǎo)電膏所覆蓋，導(dǎo)電膏在它這一側(cè)對(duì)于沒有完全絕緣的溝槽C而言會(huì)滲入其中，并由此會(huì)導(dǎo)致兩個(gè)節(jié)段的短路。絕緣的聚合物膏可以由商業(yè)渠道從不同的制造商處獲得。涂覆的膏的線厚度一方面取決于膏的流動(dòng)特性。另一方面，線厚度可以經(jīng)分配器的參數(shù)(位于藥筒處的壓力、涂覆速度、藥筒開口的直徑等)受到影響。典型的線寬度位于1500至300 μ m范圍。對(duì)溝槽的填充在此經(jīng)溝槽的整個(gè)長(zhǎng)度(在此為5cm)進(jìn)行。在將所有溝槽A和C用絕緣膏填充之后，必須將絕緣膏根據(jù)制造商說明通過循環(huán)空氣干燥爐、或用IR-或UV-照射進(jìn)行時(shí)效硬化處理。在對(duì)絕緣膏進(jìn)行時(shí)效硬化處理之后，對(duì)所有溝槽B用導(dǎo)電膏進(jìn)行的填充可以在分配器的輔助下來進(jìn)行(見圖7(d))。在此，線厚度一方面取決于膏的流動(dòng)特性。另一方面，線厚度可以經(jīng)分配器的參數(shù)(位于藥筒處的壓力、涂覆速度、藥筒開口的直徑等)受到影響。導(dǎo)電膏的涂覆在此必須這樣進(jìn)行，即，使溝槽B被完全填滿，而沒有因此在溝槽A的絕緣填充物之上溢出，這是因?yàn)?，否則會(huì)發(fā)生節(jié)段短路。另外，在任何情況下，導(dǎo)電膏必須經(jīng)對(duì)溝槽C的絕緣填充物之上引導(dǎo)流出，并由此確保了后繼節(jié)段的正面接觸層的接觸。導(dǎo)電填充的典型的線寬度位于400至700 μ m,并另外還取決于溝槽B和C的間距。導(dǎo)電膏可以從商業(yè)渠道由不同制造商處獲得。在將溝槽B用導(dǎo)電膏進(jìn)行填充之后，將導(dǎo)電膏根據(jù)制造商說明通過循環(huán)空氣干燥爐、或用IR-或UV-照射進(jìn)行時(shí)效硬化處理。第二方面不同于第一方面的工藝流程，首先在層組合結(jié)構(gòu)(見圖8(a))中只進(jìn)行結(jié)構(gòu)化處理B和C(見圖8(b))。接著，用絕緣膏填充溝槽C(見圖8(c))。絕緣膏根據(jù)制造商說明進(jìn)行干燥，此后，導(dǎo)電聚合物膏填充在溝槽B中，并經(jīng)溝槽C的填充物之上用導(dǎo)電聚合物膏進(jìn)行填充(見圖8(d))。接著，進(jìn)行結(jié)構(gòu)化處理A(見圖8(e))。為使非光活性表面最小化，在此有利的是，將結(jié)構(gòu)化處理A盡量置于導(dǎo)電聚合物膏的填充物的邊沿。這一點(diǎn)可以這樣實(shí)現(xiàn)，即，使導(dǎo)電膏的填充物的邊沿憑借例如光學(xué)識(shí)別(相機(jī))而獲取(見圖5并比較圖5下方現(xiàn)有技術(shù))。關(guān)鍵在于，在溝槽B和C填充之后才進(jìn)行結(jié)構(gòu)化處理A。由于導(dǎo)電聚合物膏通常通過摻入金屬顆粒實(shí)現(xiàn)其導(dǎo)電性，所以通過在顆粒上反射光得到了對(duì)太陽能電池材料的良好的對(duì)比度，這是因?yàn)樘柲茈姵夭牧衔展?。?jù)此，根據(jù)由導(dǎo)電膏構(gòu)成的填充物的邊沿的位置和形狀，可以使結(jié)構(gòu)化處理A—方面盡可能緊密靠近邊沿。另一方面，結(jié)構(gòu)化處理A能夠?qū)τ蓪?dǎo)電膏構(gòu)成的填充物的邊沿的形狀作出補(bǔ)償。后兩種的可能性使非活性表面的范圍最小化，并由此提高太陽能電池的效率。另外，還節(jié)約了工藝步驟(用絕緣膏對(duì)溝槽A進(jìn)行填充)，并由此降低了生產(chǎn)成本。第二方面的實(shí)施例憑借圖9闡明該實(shí)施例。使用工藝流程構(gòu)建例如5cmX5cm的由彼此串接的薄層太陽能電池構(gòu)成的單元。出發(fā)點(diǎn)是在第一方面的實(shí)施例描述中闡明的層結(jié)構(gòu)和層制造。將設(shè)置了上述涂層的聚亞酰胺帶例如切割為5cmX5cm的大小，然后作為出發(fā)點(diǎn)用于對(duì)層的結(jié)構(gòu)化處理和接著的串接過程。5cmX5cm的大小的經(jīng)涂層的聚亞酰胺膜在圖9(b)中示出，首先進(jìn)行12個(gè)平行的結(jié)構(gòu)化處理，其中，每?jī)蓚€(gè)結(jié)構(gòu)化處理分為一組。結(jié)構(gòu)化處理線的順序(見圖9(b))是BCBC...等。以結(jié)構(gòu)化處理B開始。該結(jié)構(gòu)化處理例如以機(jī)械方式用劃線針來實(shí)現(xiàn)。劃線針自身固定在x-y-z-工作臺(tái)上并由計(jì)算機(jī)支持進(jìn)行控制。取決于層3、4和5的材料特性，劃線針的操作參數(shù)(例如針尖半徑、針尖壓制力、針尖的穿越速度和針尖的穿過數(shù))這樣進(jìn)行調(diào)整，從而使層3、4和5沿著結(jié)構(gòu)化處理線完全去除，而在此不對(duì)層2造成損害。在該情況下，結(jié)構(gòu)化處理線的長(zhǎng)度為5cm(經(jīng)涂層基底的長(zhǎng)度)。該線的寬度大體上通過針尖半徑來確定。在該實(shí)施例中，線寬度為70μπι，另外典型的線寬度為約10至100 μ m。在第一結(jié)構(gòu)化處理B結(jié)束之后，進(jìn)行結(jié)構(gòu)化處理C。該結(jié)構(gòu)化處理以300 μ m的距離平行于結(jié)構(gòu)化處理B進(jìn)行錯(cuò)置。該錯(cuò)置距離可為50-500 μ m。結(jié)構(gòu)化處理C例如同樣通過劃線針來進(jìn)行。不同于結(jié)構(gòu)化處理B，對(duì)參數(shù)這樣進(jìn)行調(diào)整，以額外分離出層3、4和5，也
9使層2切開。如果結(jié)構(gòu)化處理C結(jié)束，重復(fù)上述結(jié)構(gòu)化處理步驟B和C，其中，下一組結(jié)構(gòu)化處理例如以約7. 5mm的距離平行于第一組結(jié)構(gòu)化處理而錯(cuò)置進(jìn)行。第三組結(jié)構(gòu)化處理再以7mm相對(duì)于第二組而錯(cuò)置進(jìn)行，并以此類推。一共進(jìn)行六組，每組具有兩條結(jié)構(gòu)化處理線(見圖9(b))。應(yīng)該提及，結(jié)構(gòu)化處理組的間距可以位于3至15mm之間，另外還取決于正面接觸層的電學(xué)特性以及溝槽B和C的間距和寬度。同樣，在所有結(jié)構(gòu)化處理步驟中，首先使溝槽B在5cm基底上形成，然后進(jìn)行結(jié)構(gòu)化處理步驟C，或者可以以其它任意順序進(jìn)行。在結(jié)構(gòu)化處理線結(jié)束之后，對(duì)生成的溝槽進(jìn)行填充。首先，對(duì)溝槽C用絕緣聚合物膏通過計(jì)算機(jī)控制的分配器的輔助在x-y-z工作臺(tái)上進(jìn)行填充(見圖9(c))。該填充這樣進(jìn)行，即，使絕緣膏不會(huì)流入溝槽B并將其封閉。此外，對(duì)溝槽C的填充必須用絕緣膏無間隙地進(jìn)行。這一點(diǎn)特別重要，這是因?yàn)?，該溝槽接著?huì)被導(dǎo)電膏所覆蓋，導(dǎo)電膏在它這一側(cè)對(duì)于沒有完全絕緣的溝槽C而言會(huì)滲入其中并，由此會(huì)導(dǎo)致兩個(gè)節(jié)段的短路。絕緣的聚合物膏可以由商業(yè)渠道從不同的制造商處獲得。涂覆的膏的線厚度一方面取決于膏的流動(dòng)特性。另一方面，線厚度可以經(jīng)分配器的參數(shù)(位于藥筒處的壓力、涂覆速度、藥筒開口的直徑等)受到影響。典型的線寬度位于1500至300 μ m范圍。對(duì)溝槽的填充在此經(jīng)溝槽的整個(gè)長(zhǎng)度(在此為5cm)進(jìn)行。在將溝槽C用絕緣膏填充之后，必須將絕緣膏根據(jù)制造商說明通過循環(huán)空氣干燥爐、或用IR-或UV-照射進(jìn)行時(shí)效硬化處理。在對(duì)絕緣膏進(jìn)行時(shí)效硬化處理之后，對(duì)所有溝槽B用導(dǎo)電膏進(jìn)行的填充可以在分配器的輔助下來進(jìn)行(見圖9(d))。在此，線厚度一方面取決于膏的流動(dòng)特性。另一方面，線厚度可以經(jīng)分配器的參數(shù)(位于藥筒處的壓力、涂覆速度、藥筒開口的直徑等)受到影響。導(dǎo)電膏的涂覆在此必須這樣進(jìn)行，即，在任何情況下，導(dǎo)電膏經(jīng)對(duì)溝槽C的絕緣填充物之上引導(dǎo)流出，并由此確保了后繼節(jié)段的正面接觸層的接觸。導(dǎo)電填充的典型的線寬度位于400至700 μ m,并另外還取決于溝槽B和C的間距。導(dǎo)電膏可以從商業(yè)渠道由不同制造商處獲得。在將溝槽B用導(dǎo)電膏進(jìn)行填充之后，將導(dǎo)電膏根據(jù)制造商說明通過循環(huán)空氣干燥爐、或用IR-或UV-照射進(jìn)行時(shí)效硬化處理。一旦對(duì)導(dǎo)電膏進(jìn)行了時(shí)效硬化處理，就可以進(jìn)行結(jié)構(gòu)化處理A。結(jié)構(gòu)化處理A在此位于溝槽B的填充物的左側(cè)(圖9(e))。結(jié)構(gòu)化處理A例如以機(jī)械方式使用劃線針進(jìn)行。結(jié)構(gòu)化處理A—方面應(yīng)該盡可能緊密靠近溝槽B的填充物。另一方面，在此有利的是，使結(jié)構(gòu)化處理A的延伸與溝槽B的填充物的輪廓相匹配。為此有必要的是，對(duì)溝槽B的填充物的輪廓進(jìn)行識(shí)別和評(píng)估。這一點(diǎn)可以憑借照相系統(tǒng)連同光學(xué)評(píng)估來實(shí)現(xiàn)，該照相系統(tǒng)同樣固定在x-y-z工作臺(tái)上。填充物的輪廓的數(shù)據(jù)一旦出現(xiàn)，劃線針的軌跡就可以為結(jié)構(gòu)化處理A作出調(diào)整，從而使光學(xué)損失(通過分離光活性面)最小化。根據(jù)本發(fā)明的工藝流程的變換所有結(jié)構(gòu)化處理還可以憑借激光或者光平版印刷方式結(jié)合使用蝕刻技術(shù)(濕化學(xué)法或基于真空的干燥蝕刻方法)而實(shí)現(xiàn)。同樣可以結(jié)合所有述及的方法。通常，可將層組合結(jié)構(gòu)以本發(fā)明的方法進(jìn)行串接，該組合結(jié)構(gòu)既可以位于硬質(zhì)的、又可以位于撓性的基底上?；自诖丝梢允墙^緣的或?qū)щ姷?。?duì)于導(dǎo)電基底的情況(例如金屬膜)，必須在該基底上涂覆絕緣層(即在基底1和背面接觸層2之間)，從而避免背面接觸層上單個(gè)節(jié)段的短路，該短路會(huì)對(duì)隨后的串接的功能造成巨大干擾。這里，結(jié)構(gòu)化處理C的參數(shù)可以這樣進(jìn)行選擇，S卩，使絕緣層受到蝕刻或者殘留在基底上，關(guān)鍵之處在于，使背面接觸層被完全切開。用絕緣聚合物膏對(duì)溝槽A和C進(jìn)行的填充還可以通過用絕緣材料(例如SiOx)通過真空離析或電離析進(jìn)行的涂層加以代替。用導(dǎo)電聚合物膏對(duì)溝槽B進(jìn)行的填充可以通過用導(dǎo)電材料(例如銀)通過真空離析或電離析進(jìn)行的涂層加以代替。通常還有可能，為對(duì)溝槽A、B和C進(jìn)行填充，將涂覆聚合物膏的方法與真空離析和電離析的方法相結(jié)合。結(jié)構(gòu)化處理A、B和C原則上可以這樣緊密設(shè)置，即沒有任何層組合結(jié)構(gòu)存在于結(jié)構(gòu)化處理的溝槽之間(見圖10(i))。在本發(fā)明的實(shí)施過程中，對(duì)于溝槽A和B的結(jié)構(gòu)化處理步驟通過單一結(jié)構(gòu)化處理步驟加以代替。除了降低制造費(fèi)用，這一點(diǎn)還有這樣的優(yōu)點(diǎn)，即降低了太陽能電池的非活性面，并由此提高了太陽能電池的效率。同樣還有可能，省去額外用絕緣聚合物膏進(jìn)行填充的生產(chǎn)步驟(見圖10(ii)，類似于圖5)。然而，還可以使兩條溝槽這樣緊密設(shè)置，即沒有任何層堆疊結(jié)構(gòu)存在于線之間(見圖 10(iii))。用絕緣膏或?qū)щ姼鄬?duì)溝槽進(jìn)行填充可以除了用分配器之外還通過絲網(wǎng)印刷、打字蠟紙印刷、墨汁噴射或噴涂法(使用蒙片)來實(shí)現(xiàn)。通常，可以考慮使用單個(gè)方法的結(jié)合方案。除了基于聚合物的絕緣和導(dǎo)電膏，也可以使用基于硅樹脂和丙烯酸酯的膏組系。除了用導(dǎo)電聚合物膏對(duì)結(jié)構(gòu)化處理B進(jìn)行填充之外，還可以使導(dǎo)電聚合物膏例如以單個(gè)接觸爪的形式涂覆在太陽能電池的活性表面上，以支持正面接觸層的導(dǎo)電性，由此能夠相互擴(kuò)大單個(gè)節(jié)段的間距，并由此在對(duì)串聯(lián)電阻損失和太陽能活性表面的色調(diào)明暗層次進(jìn)行優(yōu)化之后能夠達(dá)到太陽能活性表面的最大值(見圖11)。本發(fā)明的方法原則上可以在撓性基底上使用任意類型的薄層太陽能電池。下列類型作為示例 二硒化銅銦鎵、二硒化銅銦、二硒化銅鎵(或者用硫取代硒) 無定形硅 碲化鎘 微晶硅· 申化鎵
權(quán)利要求
1.一種薄層太陽能電池的串接方法，所述薄層太陽能電池由基底、背面接觸層、吸收層、緩沖層、透明的正面接觸層構(gòu)成，其中，將溝槽引入這樣的層組合結(jié)構(gòu)中并制造電接觸， 其特征在于，涂覆在硬質(zhì)和撓性的基底上的層組合結(jié)構(gòu)根據(jù)圖6劃分出三個(gè)溝槽A、B和C， 其中，溝槽A和B在層組合結(jié)構(gòu)中一直引至背面接觸層，而溝槽C 一直引至基底，溝槽A和 C形成為絕緣的，而溝槽B形成為導(dǎo)電的，并將電池節(jié)段串接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄層太陽能電池的串接方法，其特征在干，為對(duì)薄層太陽能電池的層組合結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)化處理，對(duì)溝槽A和B使用同樣的參數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的薄層太陽能電池的串接方法，其特征在干，結(jié)構(gòu)化處理用劃線針、用激光射線或以照相平版印刷法進(jìn)行。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3所述的薄層太陽能電池的串接方法，其特征在干，用導(dǎo)電膏或絕緣膏對(duì)所述溝槽進(jìn)行填充。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4所述的薄層太陽能電池的串接方法，其特征在干，使用基于聚合物的、或基于硅樹脂或丙烯酸酯的膏組系。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、4和5所述的薄層太陽能電池的串接方法，其特征在于，為用導(dǎo)電膏或絕緣膏對(duì)生成的溝槽進(jìn)行填充使用分配器，所述分配器具有壓カ輸送藥筒或具有操縱閥或具有噴射閥。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、4和5所述的薄層太陽能電池的串接方法，其特征在干，通過絲網(wǎng)印刷、打字蠟紙印刷、墨汁噴射或使用蒙片的噴涂法對(duì)溝槽進(jìn)行填充。
8.根據(jù)權(quán)利要求1、4和5所述的薄層太陽能電池的串接方法，其特征在干，溝槽的絕緣效應(yīng)通過絕緣材料的真空離析和電離析來實(shí)現(xiàn)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1、4、5和8所述的薄層太陽能電池的串接方法，其特征在干，通過結(jié)合以下方式，即對(duì)溝槽A用分配器進(jìn)行膏涂覆，對(duì)溝槽C用SiOx通過真空離析進(jìn)行處理，將絕緣層弓I入這兩個(gè)待填充溝槽。
10.根據(jù)權(quán)利要求1、4和5所述的薄層太陽能電池的串接方法，其特征在干，溝槽中的電連接通過導(dǎo)電材料的真空離析或電離析實(shí)現(xiàn)，所述電連接將ー個(gè)節(jié)段的背面接觸層與相繼節(jié)段的正面接觸層相連接。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄層太陽能電池的串接方法，其特征在于，導(dǎo)電的聚合物膏經(jīng)溝槽C的不導(dǎo)電填充物之上這樣進(jìn)行伸展，以實(shí)現(xiàn)正面接觸層的電接觸。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至11所述的薄層太陽能電池的串接方法，其特征在干，所述導(dǎo)電聚合物膏作為接觸爪涂覆在活性太陽能電池表面上。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的薄層太陽能電池的串接方法，其特征在干，所述接觸爪由另ー種與導(dǎo)電聚合物膏不同的導(dǎo)電材料構(gòu)成。
14.一種薄層太陽能電池的串接方法，所述薄層太陽能電池由基底、背面接觸層、吸收層、緩沖層、透明的正面接觸層構(gòu)成，將溝槽引入這樣的層組合結(jié)構(gòu)中并制造電接觸，其特征在干，該層組合結(jié)構(gòu)根據(jù)圖8劃分出三個(gè)溝槽A、B和C，其中，溝槽B—直引至背面接觸層，而溝槽C 一直引至基底，溝槽C用絕緣膏進(jìn)行填充，而溝槽B用導(dǎo)電膏這樣進(jìn)行填充， 即，經(jīng)溝槽C的填充物之上加以覆蓋，接著再引入溝槽A。
15.一種薄層太陽能電池的串接方法，所述薄層太陽能電池由基底、背面接觸層、吸收層、緩沖層、透明的正面接觸層構(gòu)成，將溝槽引入這樣的層組合結(jié)構(gòu)中并制造電接觸，其特征在干，所述層組合結(jié)構(gòu)根據(jù)圖8劃分出兩個(gè)溝槽B、C，其中，溝槽B—直引至背面接觸層， 而溝槽C 一直引至基底，溝槽C用絕緣膏進(jìn)行填充，而溝槽B用導(dǎo)電膏這樣進(jìn)行填充，即，經(jīng)溝槽C的填充物之上加以覆蓋。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的薄層太陽能電池的串接方法，其特征在干，所述溝槽B的左側(cè)額外地用絕緣膏進(jìn)行填充。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的薄層太陽能電池的串接方法，其特征在干，后繼地將溝槽A 通過所述層組合結(jié)構(gòu)一直弓I至背面接觸層。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種薄層太陽能電池的串接方法。本發(fā)明的目的在于，這樣提供一種結(jié)構(gòu)化處理方法，其可以實(shí)現(xiàn)可靠而有效的連接，避免短路，并提高太陽能電池的可用面積。通過權(quán)利要求1和14實(shí)現(xiàn)了該目的，該技術(shù)方案適于批量生產(chǎn)。
文檔編號(hào)H01L31/0224GK102598268SQ201080047461
公開日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2010年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月20日
發(fā)明者亞歷山大·布勞恩, 克里斯蒂安·沙伊特, 卡斯滕·奧特, 安德列亞斯·拉姆, 斯特芬·拉格諾瓦 申請(qǐng)人:太陽能光電股份公司