專利名稱：用于增加光伏(pv)模塊以及關(guān)聯(lián)的襯底的工作表面積的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本文公開的主題一般涉及光伏(PV)模塊，以及更具體地涉及用于增加這樣模塊的工作表面積(working surface area)的方法。ν
背景技術(shù)：
薄膜光伏(PV)模塊(也稱為“太陽能電池板”)正在產(chǎn)業(yè)中獲得廣泛的接受和興趣。如眾所周知的，這些模塊通過在電極材料之間夾入某些類型的半導(dǎo)體材料而形成。碲化鎘(CdTe)與硫化鎘(CcK)配對作為光敏部件是特別優(yōu)良材料。CdTe是具有特別適合于太陽能(日光)到電的轉(zhuǎn)換的特性的半導(dǎo)體材料。例如，CdTe具有1.45eV的能量帶隙，其使它當(dāng)相比于較低帶隙(l.leV)的過去在太陽能電池應(yīng)用中所使用的半導(dǎo)體材料能夠從太陽能光譜轉(zhuǎn)換更多的能量。而且，CdTe當(dāng)相比于較低帶隙材料在較低或者漫射光條件下轉(zhuǎn)換能量并且，因此，當(dāng)相比于其他傳統(tǒng)材料在一天過程中或者在低光線(如，陰天)條件下具有較長的有效轉(zhuǎn)換時(shí)間。PV模塊傳統(tǒng)地由各個(gè)半導(dǎo)體材料以及電極層作為在玻璃襯底上的薄膜層(一般在本領(lǐng)域中認(rèn)為少于10微米(μπι))的沉積來形成。該襯底然后經(jīng)歷各個(gè)處理步驟，包括激光劃刻過程以限定并且隔離個(gè)體電池，圍繞電池限定周長邊緣區(qū)域，串聯(lián)連接電池，等等。 這些步驟產(chǎn)生被限定在襯底的物理邊緣內(nèi)的多個(gè)個(gè)體太陽能電池，并且導(dǎo)致少于全部的襯底的原始表面積被利用。CdTe的優(yōu)點(diǎn)不能耐受太陽能作為工業(yè)或者住宅能源的補(bǔ)充來源或者主要來源的可維持的商業(yè)開發(fā)以及接受度取決于大規(guī)模地生產(chǎn)有效的PV模塊以及以成本有效的方式來減少每單元發(fā)電的總成本的能力。某些因素在這點(diǎn)上極大地影響了 PV模塊的效率。例如，CdTe相對昂貴并且因此，材料的有效利用(即，最小浪費(fèi))是主要的成本因素(特別在襯底上限定個(gè)體電池的最終處理步驟中)。另外，該模塊工作表面積的有效利用導(dǎo)致模塊的增加的發(fā)電能力。相應(yīng)地，在產(chǎn)業(yè)中存在持續(xù)的對減少昂貴材料的浪費(fèi)以及增加PV模塊的發(fā)電能力的改進(jìn)處理步驟的需要。本發(fā)明適用該目的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的方面以及優(yōu)點(diǎn)在下面接下來的說明中被闡明，或者從本說明可以是明顯的，或者可通過本發(fā)明的實(shí)踐而習(xí)得。提供了用于在光伏(PV)模塊的形成中處理襯底的方法，該襯底具有多個(gè)沉積在其上的薄膜層。該方法包括確定襯底的幾何中心以及實(shí)施隨后的處理步驟用于使用幾何中心作為這樣處理步驟的開始參考點(diǎn)來在襯底上限定個(gè)體電池。例如，在特定的實(shí)施例中，該隨后的處理步驟可包括在襯底上的薄膜層中激光劃刻線的圖案以限定個(gè)體電池。在離襯底的幾何中心所限定的距離處設(shè)置該線的圖案的初始一個(gè)的位置。在另一個(gè)實(shí)施例中，其他隨后的處理步驟可在襯底上圍繞個(gè)體電池使用襯底的幾何中心作為邊界的開始參考點(diǎn)來限定隔離邊界(例如矩形激光劃刻邊界)。該矩形邊界的邊處于離襯底的幾何中心所限定的距離處，并且該邊界可具有與襯底的幾何中心一致的幾何中心。另一隨后的處理步驟可包括使用襯底的幾何中心作為開始參考點(diǎn)在襯底上限定隔離邊界以外的邊緣刪除區(qū)域，使得邊緣刪除區(qū)域具有位于離襯底的幾何中心所限定距離處的邊，并且可具有與基底的幾何中心一致的幾何中心。對以上所討論方法的變更以及修改在本發(fā)明的范圍以及精神內(nèi)并且可在本文進(jìn)一步被說明。本發(fā)明還包含具有某些以上所討論的特性的襯底或者完成的PV模塊。例如，這樣的襯底具有幾何中心以及在其薄膜層中的、在襯底上限定個(gè)體電池的線的激光劃刻圖案。 該線的圖案與襯底的縱向中心線垂直并且定中心在該幾何中心上，使得線圖案參考于幾何中心在相反縱向方向上延伸。激光劃刻矩形隔離邊界在圍繞線圖案的薄膜層中被限定，且該隔離邊界限定個(gè)體電池的橫向端部以及這些電池中的第一縱向電池以及最后縱向電池的外部線。該矩形隔離邊界具有與襯底的幾何中心一致的幾何中心。邊緣刪除區(qū)圍繞隔離邊界被限定，并且還可定中心在襯底的幾何中心上。對以上所討論襯底的實(shí)施例的變更以及修改在本發(fā)明的范圍以及精神內(nèi)并且可在本文進(jìn)一步被說明。本發(fā)明這些和其他特征，方面和優(yōu)點(diǎn)參考接下來的說明以及附上的權(quán)利要求可以被更好地理解。


本發(fā)明的完整以及實(shí)現(xiàn)性公開(包括其最佳模式)在本說明書中參考附上的附圖被闡明，其中圖1是圖示其上多個(gè)薄膜層以及幾何中心的PV模塊襯底的頂部局部剖視圖。圖2是帶有限定個(gè)體電池的初始激光劃刻圖案的圖1的襯底的頂部視圖；圖3是帶有隔離激光劃刻的圖2的襯底的頂部視圖；圖4是帶有其上所限定的邊緣刪除區(qū)域的圖3的襯底的頂部視圖；以及，圖5是指示激光劃刻區(qū)域、邊緣刪除區(qū)域，以及玻璃尺寸/形狀公差區(qū)域的各個(gè)公差的襯底的頂部示意圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)將詳細(xì)地參照本發(fā)明的實(shí)施例，其一個(gè)或者多個(gè)示例在附圖中所圖示。每個(gè)示例通過本發(fā)明的解說的方式而被提供，不是對本發(fā)明的限制。事實(shí)上，對本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員而言，在本發(fā)明中可以進(jìn)行各個(gè)修改以及變更而未脫離其范圍或者精神是顯然的。例如，作為一個(gè)實(shí)施例的部分所圖示或者所描述的特征可被用于其他實(shí)施例以得到又另外的實(shí)施例。因此，目的在于本發(fā)明包含這樣的修改以及變更，它們落入附上的權(quán)利要求以及其等同的范圍內(nèi)。圖1圖示了被用于光伏(PV)模塊的制造中的襯底10。襯底10包括具有沉積在其上的多個(gè)薄膜層的玻璃板16。應(yīng)了解，本發(fā)明不由襯底10或者薄膜層的任何特定類型所
5限制。典型CdTe PV模塊可包括在CdTe層的沉積之前沉積在玻璃16上的多個(gè)薄膜層。例如，可提供其上形成透明導(dǎo)電氧化物(TCO)層的玻璃板16，或者該TCO層可在隨后的沉積過程中被沉積?？刮g性透明緩沖(resistive transparent buffer) (RTB)層22然后被施加在TCO層上。RTB層可以是鋅-錫氧化物(ZTO)層并且可被稱為“ΖΤ0層”。硫化鎘(CdS) 層20被施加在RTB層上。這些各個(gè)層可在傳統(tǒng)濺射沉積過程中被施加，該過程涉及將材料從靶(如，材料源)中噴射出，并且將所噴射出的材料沉積到襯底上以形成膜。CdTe層18 通過合適的沉積過程(例如近距離升華(CSQ過程)被沉積在CdS層上。一旦所有的各個(gè)薄膜層已經(jīng)沉積在玻璃16上，為了限定各個(gè)電池、邊界區(qū)域、等等，襯底10必須進(jìn)一步被處理。這典型地涉及在其他過程之中的各個(gè)激光劃刻步驟。如所討論的，本發(fā)明目的在于控制這些進(jìn)一步的處理步驟以增加在有用電池(live cell)中使用的襯底10的表面積，以致增加襯底10的發(fā)電能力。參考圖1，襯底10 (特別地玻璃板16)的幾何中心M首先被確定。該中心M可由許多技術(shù)來確定。在特定的實(shí)施例中，幾何中心M由在玻璃板16的縱向邊12上鄰近橫向端14的一個(gè)的第一對點(diǎn)沈的布置所確定。第二對點(diǎn)沈位于鄰近玻璃板16的相反的橫向端14的縱向邊12上(如圖1中所示)。這些成對的點(diǎn)沈可在離板16的橫向端14的中點(diǎn)的相同后退距離處或者在不同的對稱距離處被限定。虛線在相應(yīng)成對的點(diǎn)之間被限定(如圖1中所指示)并且這些線的中心點(diǎn)15然后被確定。虛線在這些線的中心點(diǎn)之間被限定并且被確定為板16的中心縱向軸線28(如圖1中所示)。在將縱向軸線觀延長至玻璃板 16的橫向端14后，縱向軸線觀的中點(diǎn)(邊緣到邊緣)然后被確定并且垂直線通過此中點(diǎn)被繪出并且被限定為橫向中心線四。線觀與四的交點(diǎn)被限定為幾何中心對。應(yīng)了解，線28和四、在邊緣標(biāo)記沈之間的連接線、以及邊緣標(biāo)記沈并未在玻璃板16上物理地限定，但是經(jīng)驗(yàn)性地被確定并且被存儲在恰當(dāng)?shù)募す鈩澘淘O(shè)備(在其中，襯底10被收納)中。一旦玻璃板16的幾何中心M已被建立，隨后的處理步驟被實(shí)施用于使用幾何中心M作為相應(yīng)處理步驟的開始參考點(diǎn)來限定在襯底10上的個(gè)體的電池。例如，參考圖2，初始隨后的處理步驟涉及激光劃刻多個(gè)線30，其限定個(gè)體電池 32(圖3)的縱向邊。每條線30實(shí)際上可以是在每個(gè)位置處的多個(gè)個(gè)體劃刻線以隔離并且限定個(gè)體電池32的各個(gè)導(dǎo)電層。多個(gè)線30可被認(rèn)為是相鄰以及平行線的“圖案”，且該圖案具有末端的相反線(如圖2中所描述的)。對于相對于襯底10的線30的圖案的初始布置以及定位，離襯底10的幾何中心M的最末端線30的距離A或者B被預(yù)定，且這些距離指示相對于幾何中心M沿著縱向軸線觀的最末端線30的任一條的相對位置。取決于襯底10通過激光劃刻設(shè)備的處理方向，最末端線30的任一條首先被劃刻，而其他線在離相鄰線30所限定的距離處隨后被劃刻。線30垂直于縱向中心線觀被激光劃刻并且因此基本平行于橫向中心線四。因此，應(yīng)該容易理解，線30的圖案的相對位置最初取決于所限定的離襯底10的幾何中心M的后退距離A或者B(其距離可相同或者可不相同)。換句話說，端線30未在離襯底10的橫向端14的距離處被限定，而是離襯底10的幾何中心M的距離處被限定。如圖2中所示，個(gè)體電池線30的縱向長度可變化。這些線的長度不需要根據(jù)進(jìn)一步的處理步驟(其將隔離且限定個(gè)體電池的橫向端)來精確地控制。
參考圖3，在隨后的處理步驟中，隔離邊界36在切穿所有薄膜層的激光劃刻過程中在襯底10上被限定。該激光劃刻隔離邊界36因此是矩形的邊界，其限定了個(gè)體電池32 的縱向端，以及最外部電池32的外部限定縱向線(如圖3中所描述的)。該矩形邊界36還被限定成幾何中心M的函數(shù)。例如，矩形隔離邊界36的幾何中心可與襯底10的幾何中心 24 一致，或者邊界36的邊可在離幾何中心M預(yù)定的距離處被限定。參考圖3，邊界36的橫向邊設(shè)置在離幾何中心M所限定的距離C處。同樣地，切穿線30的邊界36的縱向邊位于離幾何中心M所預(yù)定的距離D處。這些預(yù)定的距離C以及D可以是它們相應(yīng)邊的中點(diǎn)， 使得邊界的幾何中心與襯底的幾何中心M—致。因此，邊界36的縱向線以及橫向線的初始布置取決于襯底的幾何中心對。這些線未從玻璃板16的邊緣后移。圖4代表其他隨后的處理步驟，其中邊緣刪除區(qū)域38在隔離邊界劃刻36以外被限定。該過程典型地涉及燒蝕過程，其中爆破噴射(blasting jet)在邊緣刪除區(qū)域38中從玻璃板16上去除薄膜層。邊緣刪除區(qū)域38由內(nèi)矩形邊界39來限定并且延伸至玻璃板 16的邊緣。如同隔離劃刻線36，邊緣刪除邊界39是具有離襯底10的幾何中心M預(yù)定的距離處限定的邊的矩形邊界并且，在這點(diǎn)上，可具有與幾何中心M—致的中心。在該邊界橫向端處的線39在離幾何中心M的距離F處被限定。距離F可以是邊界39的長度維度的已知中點(diǎn)。同樣地，該邊界的縱向邊39在離幾何中心M的距離E處(其可以是邊界39 的橫向方面的中點(diǎn))被限定。限定邊緣刪除區(qū)域38的內(nèi)部邊緣的線39可與隔離劃刻38 一致或者可以是在離隔離劃刻線38微小后退距離處以考慮處理步驟的公差(如圖4中所描述的)。根據(jù)本發(fā)明的方面在過程的備選實(shí)施例中，由最初在離玻璃板16的邊緣12、14所限定的距離處設(shè)置線39來限定邊緣刪除區(qū)域38的內(nèi)部界線是合適的。換句話說，在該實(shí)施例中，邊緣刪除區(qū)域38(特別地其限定線39)不必需取決于襯底10的幾何中心M。在又另一個(gè)實(shí)施例中，橫向中心線四可被限定成玻璃板16橫向端(邊緣)的平均輪廓，其可不與縱向中心線觀成九十度。在橫向端的邊緣刪除邊界39然后可平行于該修改的橫向中心線來取向，且具有相對于縱向中心線觀的如以上對于縱向邊界所提到的相同的中心方面。圖5是在以上討論的各個(gè)處理步驟之后的襯底10的描述并且圖示了本發(fā)明的特定概念。例如，初始玻璃板16—般未完美地被定尺寸，并且公差區(qū)域42被預(yù)計(jì)。一般地， 玻璃的長度以及寬度都可在約士0. 8mm之間變化。玻璃的方度由在對角測量中的差異所限定，其典型地可在約2mm內(nèi)變化。因此，只要它在長度、寬度以及方度可接受的規(guī)范內(nèi)，該玻璃可具有平行四邊形或者梯形的形狀。圖5中由公差區(qū)域42所描述的在玻璃板16中的非理想性因此在本過程中被考慮進(jìn)去。仍參考圖5，限定隔離邊界36的激光劃刻線還在公差區(qū)域44內(nèi)被限定。如上所述，隔離劃刻線36限定有用電池32的橫向端。另外，第一個(gè)以及最后一個(gè)的電池的末端縱向邊由隔離劃刻36所限定。在某些實(shí)施例中，最末端電池的一個(gè)可以是“死”電池34(如圖 4中所描述的)，其可比有用電池32小(窄)。因此，通過取決于襯底10的幾何中心M以及隔離劃刻線36來限定電池線30的圖案，可以確保第一個(gè)有用電池32具有適當(dāng)?shù)某叽纭?相應(yīng)劃刻線(如，公差區(qū)域44)的公差不與玻璃板的公差區(qū)域42混合，其可能導(dǎo)致相當(dāng)大減小的第一個(gè)有用電池32或者死電池34。
仍參考圖5，邊緣刪除區(qū)域38必須具有用于隨后封裝目的的指定尺寸。例如，該尺寸可以是至少約9. 5mm。邊緣刪除區(qū)域38還具有公差區(qū)域46，其通過將邊緣刪除區(qū)域38 的幾何中心居中地定于與襯底10的幾何中心M —致(如上所討論的)來考慮。因此從圖5應(yīng)當(dāng)理解，如由公差區(qū)域42、44、46所反映的各個(gè)非理想性不會在本文所描述過程中變成累積的或者附加的，其中各個(gè)劃刻圖案是取決(或者甚至定中心)于襯底10的幾何中心M，如果各個(gè)劃刻圖案以及過程最初參考于襯底10(特別地初始玻璃板 16)的邊緣或者角落，其可能導(dǎo)致在本文所描述過程中變成累積的或者附加的。本發(fā)明還包含了在具有以上所述特性的PV模塊制造中使用的襯底10。例如，襯底10具有幾何中心M以及在襯底10上限定個(gè)體電池32的激光劃刻線30的圖案。劃刻線30垂直于襯底10的縱向中心線28并且以離幾何中心M預(yù)定的距離處或者定中心在幾何中心M處來設(shè)置，使得線30的圖案離幾何中心M以相反的縱向方向延伸(如圖2和3 中所示)。根據(jù)本發(fā)明的襯底10還可包括通過圍繞線30的圖案的薄膜層所限定的激光劃刻矩形隔離邊界36，且該隔離邊界36限定了電池32的橫向端以及電池32的第一縱向電池以及最后一個(gè)縱向電池的外部限定線(具體如圖3中所示)。矩形隔離邊界36具有位于離幾何中心M所限定的距離處的邊，并且可具有與襯底的幾何中心M —致的中心。襯底10還可包括圍繞隔離劃刻線36限定成邊界區(qū)域的邊緣刪除區(qū)域38。在特定的實(shí)施例中，該邊緣刪除區(qū)域被限定成具有位于離幾何中心M所限定距離處的邊的矩形邊界，并且可在襯底10的幾何中心M上定中心(具體如圖4中所示)。此書面描述使用示例公開本發(fā)明(其中包括最佳模式)，并且還能使本領(lǐng)域的任何技術(shù)人員實(shí)踐本發(fā)明，包括制作和使用任何設(shè)備或者系統(tǒng)，以及實(shí)施任何包含的方法。本發(fā)明的專利范圍由權(quán)利要求所限定，且可包括本領(lǐng)域技術(shù)人員想到的其他示例。這些其他的示例如果包含與該權(quán)利要求書的字面語言無不同的結(jié)構(gòu)單元，或者它們包含了與權(quán)利要求的字面語言無實(shí)質(zhì)區(qū)別的等同結(jié)構(gòu)單元則被規(guī)定為在該權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。部件列表
權(quán)利要求
1.一種用于在光伏(PV)模塊的形成中處理襯底(10)的方法，所述襯底具有多個(gè)沉積在其上的薄膜層(18、20、22)，所述方法包括確定所述襯底的幾何中心04)；以及實(shí)施隨后的處理步驟用于使用所述襯底的幾何中心作為這樣處理步驟的開始參考點(diǎn)來在所述襯底上限定個(gè)體電池(32)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述隨后的處理步驟包括在襯底(10)上的薄膜層中激光劃刻線(30)的圖案以限定個(gè)體電池(32)，所述線的圖案的初始一個(gè)的位置設(shè)置在離所述襯底的幾何中心04)所限定的距離處，以及進(jìn)一步包括通過所述襯底的幾何中心限定所述襯底的縱向軸線08)以及在垂直于所述縱向軸線處限定所述線的圖案。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，進(jìn)一步包括實(shí)施其他隨后的處理步驟以使用所述襯底的幾何中心04)作為這樣其他隨后的處理步驟的開始參考點(diǎn)來圍繞個(gè)體電池(30)在所述襯底上限定隔離邊界(36)，所述其他隨后的處理步驟包括激光劃刻矩形隔離邊界(36)， 其在所述襯底上限定所述個(gè)體電池(30)的縱向端以及所述個(gè)體電池的第一個(gè)以及最后一個(gè)的外部線，所述矩形隔離邊界通過將所述矩形隔離邊界的幾何中心定位與所述襯底的幾何中心一致而限定。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，進(jìn)一步包括實(shí)施進(jìn)一步隨后的處理步驟以使用所述襯底的幾何中心04)作為這樣進(jìn)一步隨后的處理步驟的開始參考點(diǎn)來在襯底(10)上限定隔離邊界(36)以外的邊緣刪除區(qū)域(38)。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述進(jìn)一步隨后的處理步驟包括通過在離所述襯底的幾何中心04)所限定的距離處定位所述矩形邊界(39)的邊來在所述襯底上圍繞所述隔離邊界(36)將所述邊緣刪除區(qū)域(38)限定成矩形邊界(39)。
6.如權(quán)利要求3所述的方法，進(jìn)一步包括實(shí)施進(jìn)一步隨后的處理步驟以限定在所述隔離邊界以外的邊緣刪除區(qū)域(38)，所述邊緣刪除區(qū)域具有從所述襯底的邊緣(12、14)向內(nèi)所測量的尺寸。
7.如權(quán)利要求1至6任一個(gè)所述的方法，其中所述襯底(10)的幾何中心04)由以下來確定在離所述襯底的第一縱向端(14)后退所限定距離的所述襯底的縱向邊(1 上限定第一對點(diǎn)(26)，以及在離所述襯底的第二縱向端(14)后退所限定距離的所述襯底的縱向邊 (12)上限定第二對點(diǎn)(26)；以及確定在每對相應(yīng)點(diǎn)中的點(diǎn)之間所繪的線的中心，并且繪出在中心之間的縱向線以建立所述襯底的縱向中心線08)并且將所述縱向中心線延伸至所述襯底的端，所述幾何中心線04)設(shè)置在所述縱向中心線的中點(diǎn)處。
8.一種用于在光伏(PV)模塊制造中使用的襯底(10)，所述襯底具有多個(gè)沉積在其上的薄膜層(18、20、22)，所述襯底包括幾何中心(24)；在所述薄膜層中的激光劃刻的線(30)的圖案，其在所述襯底上限定個(gè)體電池(32)，所述線的圖案與所述襯底的縱向中心線08)垂直并且參考于所述幾何中心，使得所述線的圖案從所述幾何中心在相反的縱向方向上延伸；在所述薄膜層中圍繞所述線的圖案所限定的激光劃刻矩形隔離邊界(36)，所述隔離邊界在襯底上限定所述電池(3 的橫向端以及所述電池的第一縱向電池以及最后縱向電池的外部線，所述矩形隔離邊界具有與所述襯底的所述幾何中心04) —致的幾何中心；以及，圍繞所述隔離邊界的邊緣刪除區(qū)域(38)。
9.如權(quán)利要求8所述的襯底(10)，其中所述邊緣刪除區(qū)域(38)包括延伸至所述襯底邊緣的矩形邊界，所述邊緣刪除區(qū)域具有與所述襯底的所述幾何中心04) —致的幾何中心。
10.如權(quán)利要求8所述的襯底(10)，其中所述邊緣刪除區(qū)域(38)包括延伸至所述襯底的邊緣的矩形邊界，所述邊界限定在離所述襯底的橫向以及縱向邊緣(12、14)的設(shè)置距離處。
全文摘要
本發(fā)明為用于增加光伏(PV)模塊以及關(guān)聯(lián)的襯底的工作表面積的方法。一種用于在光伏(PV)模塊的形成中處理襯底(10)的方法，該襯底(10)具有多個(gè)沉積在其上的薄膜層(18、20、22)。該方法包括確定襯底的幾何中心(24)以及實(shí)施隨后的處理步驟用于使用該襯底的幾何中心作為這樣處理步驟的開始參考點(diǎn)來在襯底上限定個(gè)體電池(32)。
文檔編號H01L31/0352GK102237446SQ20111011375
公開日2011年11月9日 申請日期2011年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月22日
發(fā)明者E·J·利特爾, J·S·保羅曼, M·W·里德 申請人:初星太陽能公司