具有絕緣通孔的高效太陽能電池的制作方法

文檔序號：6887255閱讀：220來源：國知局

專利名稱：具有絕緣通孔的高效太陽能電池的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及光電子裝置，更具體而言，涉及例如太陽能電池的光電子裝置的制造。
背景技術：
光電子裝置能夠?qū)⑤椛淠苻D(zhuǎn)換成電能，或反過來。這些裝置通常包括夾在兩個電極之間的活性層，這兩個電極有時候被稱為前電極和后電極，其中至少一個電極通常是透明的。該活性層通常包括一種或
多種半導體材料。在發(fā)光裝置例如發(fā)光二極管(LED)中，施加到兩個電極之間的電壓會導致電流流過該活性層。該電流導致該活性層發(fā) 光。在光致電壓裝置例如太陽能電池中，該活性層從光吸收能量，然后將該能量轉(zhuǎn)換成電能，該電能表現(xiàn)為兩個電極之間的電壓和/或電流。大規(guī)模這樣的太陽能電池的陣列具有取代依靠礦物燃料的燃燒的傳統(tǒng)發(fā)電廠的潛力。然而，為了讓太陽能電池成為對傳統(tǒng)發(fā)電的具有成本效率的取代方式，每瓦特發(fā)電量的成本必須比當前電網(wǎng)費用有竟爭力。當前來看，要實現(xiàn)該目標還存在大量技術挑戰(zhàn)。
大多數(shù)傳統(tǒng)太陽能電池依靠硅基半導體。在典型的硅基太陽能電池中，在p型硅層上沉積n型硅層(有時候被稱為發(fā)射極層)。鄰近p 型層和n型層之間的結(jié)吸收的輻射產(chǎn)生電子和空穴。電子被接觸n型層的電極收集，而空穴被接觸p型層的電極收集。由于光線必須到達該結(jié)，所以至少一個電極必須至少部分透明。許多當前的太陽能電池設計采用例如氧化銦錫(ITO)的透明導電氧化物(TCO)作為透明電極。
與現(xiàn)有太陽能制造技術中的另一個問題是，單個光電子裝置僅能夠產(chǎn)生比較小的電壓。因此，通常需要將若干個裝置串聯(lián)電連接以獲得較高電壓，從而可以利用與高壓、低電流操作(例如，利用比較高的電壓經(jīng)電路的功率傳輸，它減小在利用比較高的電流經(jīng)電路進行功率傳輸期間會發(fā)生的電阻性損耗)相關聯(lián)的有效性。
之前已經(jīng)開發(fā)出若干種設計來將太陽能電池互連成模塊。例如，
早期光致電壓模塊制造者試圖釆用"疊瓦式排列(shingline)，，方案來互連太陽能電池，其中一個電池的底部放置在下一個電池的頂緣，這類似于在房頂上擺放瓦。不幸的是，焊料和硅晶片材料不兼容。硅和焊料之間不同的熱膨脹系數(shù)和晶片的剛度導致焊料接點隨溫度循環(huán)而過早損壞。
串聯(lián)互連光電子裝置的另一個問題源自與透明電極中采用的 TCO關聯(lián)的高電阻率。該高電阻率限制了串聯(lián)連接的單個電池的尺寸。為了承栽從一個電池到下一個電池的電流，透明電極通常會增補形成在TCO層上的總線和指狀件(finger)的導電格柵(grid)。然而，該指狀件和總線產(chǎn)生遮蔽，從而減小電池的總體效率。為了減小因電阻和遮蔽導致的效率損耗，電池必須相對小。因此，必須將大量小電池連接在一起，這需要在電池之間設置大量互連和更大空間。制造大量小電池的陣列相對較難且昂貴。而且，利用撓性太陽能模塊，疊瓦式排列也不可取，因為大量瓦的互連相對較復雜、耗時且耗勞力，因此在模塊安裝過程中會增加成本。
為了克服該缺陷，已利用電隔離導電接觸件開發(fā)光電子裝置，其中該電隔離導電接觸件按照以下線路經(jīng)過電池從透明"前，，電極、經(jīng) 活性層和"后"電極、到位于后電極下面的電隔離電極。美國專利 3，903，427公開了一種在硅基太陽能電池中使用這種接觸件的示例。雖然該技術沒有減小電阻性損耗以及能夠改進太陽能電池裝置的總體效率，但是硅基太陽能電池的成本依然偏高，這是因為在制造電池時
采用真空處理技術，以及采用厚的單晶體硅晶片的成本偏高。
這導致太陽能電池研究者和制造者開發(fā)不同類型的太陽能電池，以使得和傳統(tǒng)的硅基太陽能電池相比，可以以更加低廉的成本和更大的規(guī)模制造太陽能電池。這種太陽能電池的示例包括具有包括硅(例如，用于無定形、微晶體或多晶體硅電池)、有機低聚物或聚合物(用于有機太陽能電池)、雙分子層或穿插層(interpenetrating)或無機和有機材料(用于混合有機/無機太陽能電池)、液體或凝膠基電解質(zhì)中的染色敏化氧化鈦納米顆粒(用于Graetzel電池)、銅銦鎵硒(用于CIG太陽能電池)的活性吸收劑層的電池；其活性層包括CdSe、 CdTe及上述的組合物的電池，其中活性材料以包括但是不限于下述形式的若干形式的任一形式存在塊體(bulk)材料、微顆粒、納米顆?；蛄孔狱c。許多這些類型的電池能夠構(gòu)造在撓性基底(例如，不銹鋼箔片)上。雖然能夠在非真空環(huán)境中制造這些類型的活性層，但是電池內(nèi)和電池間電連接通常需要真空沉積一個或多個金屬導電層。
例如，圖1A示出現(xiàn)有技術太陽能電池陣列1的一部分。該陣列 1構(gòu)造在撓性絕緣基底2上。穿過基底2形成串聯(lián)互連孔4，以及例如通過賊射工藝，在基底的前表面和孔的側(cè)壁上沉積底部電極層6。然后在選定位置穿過底部電極和基底形成集電孔8，接著在底部電極 6的上方以及串聯(lián)互連孔4和集電孔8的側(cè)壁沉積一個或多個半導體層10。然后利用覆蓋串聯(lián)互連孔4的遮蔽掩模沉積透明導體層12。然后在基底2的后側(cè)上沉積第二金屬層14，從而經(jīng)集電孔與透明導體層12電接觸，并經(jīng)串聯(lián)互連孔在電池之間提供串聯(lián)互連。在該前側(cè) 和后側(cè)上的激光劃片16、 18將整體裝置分離成各個電池。
圖1B示出另一種現(xiàn)有技術陣列20，它是陣列1的變型。陣列 20也構(gòu)造在撓性絕緣基底22上。穿過基底22形成串聯(lián)互連孔24, 以及例如通過濺射工藝，在基底22的前后表面和孔24的側(cè)壁上沉積底部電極層26。然后在選定位置穿過底部電極和基底形成集電孔28，接著在前側(cè)的底部電極26的上方以及串聯(lián)互連孔24和集電孔28和側(cè)壁的上沉積一個或多個半導體層30和透明導電層32。然后利用覆蓋除集電孔28之外的其它所有部分的遮蔽掩模，在基底22的后側(cè)上沉積第二金屬層34，從而與透明導體層32電接觸。在該前側(cè)和后側(cè) 上的激光劃片36、 38將整體裝置分離成各個電池。
如圖1A-1B所示制造太陽能電池陣列具有兩個重大缺陷。首先，通過濺射工藝沉積金屬層，而濺射工藝屬于真空技術。在大規(guī)模滾動式(roll-to-roll)制造環(huán)境下，實施真空技術相對較慢、困難且昂貴。第二，制造過程產(chǎn)生整體陣列，并且不可能為了產(chǎn)量(yield)對各個電池進行分類。這意味著，僅僅很少的壞電池能夠損壞該陣列，因此增加成本。此外，制造過程對于孔的形態(tài)和尺寸非常敏感。由于從前到后的導電沿孔的側(cè)壁進行，即使將孔做大也不能增加足夠的導電率。因此，存在窄的瓶頸(process window),它能夠增加制造成本并減小有用裝置的產(chǎn)量。而且，雖然對于無定形硅半導體層采用真空沉積符合實際，但是對于基于例如銅、銦、鎵和硒或硫的組合物的高效太陽能電池(有時候也稱為"CIGS電池，，)而言是不符合實際的。為了沉積 CIGS層，必須按照精確控制的比率來沉積三種或四種元素。這就極難利用真空沉積過程來實現(xiàn)。
因此，在本領域中需要一種克服上述缺陷的光電子裝置結(jié)構(gòu)以及用于制造這種電池的對應方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實施例解決了至少部分上述缺陷。本發(fā)明使用一種經(jīng)改進的克服已知裝置缺點的結(jié)構(gòu)，從而在光致電壓裝置中形成的通孔中使用絕緣材料。通過本發(fā)明的不同實施例，至少這些以及此處所描述的其他目的的一部分將被實現(xiàn)。
在本發(fā)明的一個實施例中，該裝置包括一個帶高效后電極配置的太陽能電池，其中該太陽能電池包括至少一個透明導體、一個光致電壓層、至少一個底部電極和至少一個后電極。該裝置可包括多個安裝在太陽能電池中的透明導體上之導電指狀件。該裝置可包括多個連接至導電指狀件的填充通孔，其中該通孔穿過至少一個透明導體、一個光致電壓層和至少一個底部電極，其中該通孔有一個將電荷從透明導體傳導至后電極的傳導核心。通孔絕緣層可把每個通孔中的傳導核心與底部電極分開，其中通過噴霧涂布通孔而形成該絕緣層。
應了解，后導體可與底部電極電氣絕緣，并通過填充通孔而被連接，這些通孔彼此間隔足夠近，從而降低了上部電極的導電率要求，且不再需要以遮蔽母線的面積。視需要，可通過噴霧涂布通孔而形成
該絕緣層。該絕緣層厚度可在大約20至大約100微米之間。通過非限制性示例，該絕緣層可由至少一種以下材料制成乙烯基醋酸乙烯脂(EVA)、聚乙烯醇(PVOH)、聚醋酸乙烯酯(PVA)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和/或一種Tg低于大約150°C的熱塑性聚合體。視需要，也可使用其他電絕緣材料。光致電壓層可由形成P-N結(jié)的至少兩個離散層構(gòu)成，其中至少一個層包括基于CIS的材料。每個填充通孔各自直徑大體上為大約1mm或更小。該絕緣層可覆蓋通孔的側(cè)壁以及每個通孔周圍透明導體的一部分，其中該部分位于從通孔邊緣起大約2倍通孔直徑的范圍內(nèi)。
在本發(fā)明的另一個實施例中，提供了一種形成一個帶高效后電極配置的太陽能電池的方法，其中該太陽能電池包括至少一個透明導體、一個光致電壓層和至少一個底部電極?？尚纬啥鄠€穿過該透明導體、一個光致電壓層和底部電極的通孔?？赏坎纪滓栽诿總€孔中的側(cè)壁上形成絕緣層。該方法可包括用一個傳導核心填充每個通孔，該核心與透明導體電氣相連，并通過通孔中的絕緣層而與底部電極電氣絕緣?？稍O有一個后電極，并與實質(zhì)上每個通孔中的傳導核心相連。
應了解，該涂布步驟可包括使用一個源，以從太陽能電池的下面噴涂絕緣材料，從而基本上完全避免在透明導體上覆蓋有絕緣材料。涂布也可包括從太陽能電池的下面噴涂絕緣材料，以便不用蒙上透明導體即可將沉積在透明導體上的材料減至最少。涂布也可包括從太陽能電池的上面噴涂絕緣材料，并蒙上透明導體以將沉積在透明導體上的材料減至最少。視需要，該涂布步驟可包括噴涂足夠數(shù)量的絕緣材料以覆蓋通孔壁，而不完全填滿通孔。涂布也可包括噴涂足夠數(shù)量的絕緣材料以覆蓋通孔壁，并覆蓋底部電極的底面以形成一個底部絕緣層。涂布也可包括通過在通孔中應用噴霧劑而形成一個絕緣層。
在本發(fā)明的另一個實施例中，涂布包括通過應用一種絕緣噴霧劑而形成一個絕緣層，該絕緣噴霧劑由一種純電介性質(zhì)的成分和一種膠粘組分組成。涂布可包括在太陽能電池一側(cè)的幾乎完全一致的涂層上使用氣體沖擊，以將絕緣材料引入每個通孔中。涂布也可包括在噴涂通孔之后使用氣體沖擊以清除被絕緣材料堵塞的任何通孔。涂布可包括通過在太陽能電池的一側(cè)印刷上一層幾乎完全一致的絕緣材料，并使用氣體沖擊將該絕緣材料引入每個通孔中，且在對應于每個通孔的一致絕緣層中產(chǎn)生開口，從而在每個通孔中形成絕緣層。該方法也可包括使用沖孔裝置穿刺通過至少一個透明導體、一個光致電壓層和至少一個底部電極從而形成多個通孔。而且，該方法可包括在太陽能電池中的透明導體上形成多個導電指狀件。涂布也可包括通過在太陽能電池的一側(cè)印刷上一層幾乎完全一致的絕緣材料，并在太陽能電池的另一側(cè)使用抽吸將一致涂層的絕緣材料拉入每個通孔中，且在對應于每個通孔的一致絕緣層中產(chǎn)生開口，從而在每個通孔中形成絕緣層。
通過參考說明書的其余部分和附圖，將會進一步理解本發(fā)明的性質(zhì)和優(yōu)點。

圖1A是根據(jù)現(xiàn)有技術的太陽能電池陣列的一部分的截面示意
圖1B是根據(jù)現(xiàn)有技術的替換太陽能電池陣列的一部分的截面示
意圖2A是根據(jù)本發(fā)明的實施例的光電子裝置的陣列的一部分的垂
直截面示意圖。
圖2B是圖1A的陣列的平面示意圖。
圖2C-2E是用于圖解圖2A-2B所示類型的光電子裝置的替換軌跡圖形的平面示意圖。
圖3是用于說明根據(jù)本發(fā)明的實施例的光電子裝置陣列的制造過程的一系列示意圖。
圖4是用于說明根據(jù)本發(fā)明的替換實施例的光電子裝置陣列的制造過程的分解示意圖。
圖5A是用于說明根據(jù)本發(fā)明的另一個替換實施例的光電子裝置陣列的制造過程的分解示意圖。
圖5B是示出圖5A的陣列的一部分的截面示意圖。圖6A-6I是用于說明根據(jù)本發(fā)明的實施例的電接觸件的形成過程的截面示意圖。
圖7-9顯示根據(jù)本發(fā)明的實施例的不同軌跡圖形。圖10顯示根據(jù)本發(fā)明的實施例的形成通孔的裝置。圖11A-11D顯示根據(jù)本發(fā)明的實施例形成絕緣層的一種方法。圖12A-12C顯示根據(jù)本發(fā)明的實施例形成絕緣層的一種方法。圖13A-13C顯示根據(jù)本發(fā)明的實施例形成絕緣層的一種方法。圖14A-14C顯示根據(jù)本發(fā)明的實施例形成絕緣層的一種方法。圖15A-15C顯示根據(jù)本發(fā)明的實施例形成絕緣層的一種方法。圖16A-16B顯示根據(jù)本發(fā)明的實施例形成絕緣層的一種方法。
具體實施例方式
應了解，前述一般描述和以下的具體描述僅為示例性和解釋性的，并不對本發(fā)明所要求的權(quán)利施加任何限制。應注意的是，如在本說明書和所附權(quán)利要求書中所用的那樣，單數(shù)形式"一個"("a"、 "an" 和"the，，)包括其復數(shù)形式，除非上下文明確說明不是這樣。因此，例如提到"一種材料"時，其可包括多種材料的混合，提到"一種化合物，，時，其可包括多種化合物，或類似等等。除了它們與本說明書明確陳述的內(nèi)容相矛盾的部分，這里所引用的文獻通過引用被完全結(jié)合于此。
在本說明書和其后的權(quán)利要求書中，將提到多個必須被定義為帶有以下含義的術語
"視需要的"或"視需要地"意指隨后描述的情況可能或可能不發(fā) 生，以致該描述包括該情況發(fā)生的例子和該情況不發(fā)生的例子。例如，如果一種裝置視需要地包括勢壘膜的一種特征，這意指該勢壘膜特征可能或可能不存在，而且因此，該描述既包括其中裝置擁有該勢壘膜特征的結(jié)構(gòu)，也包括該勢壘膜特征不存在的結(jié)構(gòu)。圖2A-2B示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的光電子裝置的陣列100。在一些實施例中，可以考慮在光電子裝置陣列100中進行串聯(lián)互連。陣列100包括第一裝置模塊101和第二裝置模塊111。這些裝置模塊 101、 111可以是光致電壓裝置，例如太陽能電池，或者發(fā)光裝置，例如發(fā)光二極管。在優(yōu)選實施例中，裝置模塊101、 lll是太陽能電池。第一和第二裝置模塊101、 111連接到絕緣載體基底103,絕緣載體基底103可以由例如大約50微米厚的塑料材料制成，例如聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)。該載體基底103可以進而連接到更厚的結(jié)構(gòu)隔板 105，以便于將陣列100安裝到例如屋頂?shù)膽敉馕恢?，結(jié)構(gòu)隔板105 例如由熱塑性聚烯經(jīng)(TPO)或三元乙丙橡膠(EPDM)之類的聚合屋頂隔板材料制成。
可以從包含層疊在一起的若干層的較長片上截取大約4英寸長 12英寸寬的裝置模塊101、 111。每個裝置模塊IOI、 lll通常包括接觸到底部電極104、 114的裝置層102、 U2和位于底部電極104、 114 和導電底板108、 118之間的絕緣層106、 116。應當理解的是，在本發(fā)明的一些實施例中，底板108、 118可以描述為后側(cè)頂部電極108、 118。底部電極104、 114;絕緣層106、 116和底板108、 118構(gòu)成基底Sp S2以支持裝置層102、 112。
與通過在絕緣基底上沉積薄金屬層來形成基底的現(xiàn)有技術的電池不同，本發(fā)明的實施例采用基于撓性塊體導電材料比如箔片的基底 S,、 S2。雖然例如箔片的塊體材料厚于現(xiàn)有技術的真空沉積金屬層，但是它們更加廉價，更容易獲得并且更易于加工。優(yōu)選地，至少底部電極104、 114由金屬箔片例如鋁箔片制成。此外，可以采用銅、不銹鋼、鈦、鉬或其它合適的金屬箔片。作為示例，底部電極104、 114 和底板108、 118可以由大約1微米至大約200微米厚的鋁箔片制成，優(yōu)選為大約25微米至大約IOO微米厚；絕緣層106、 116可以由大約 1微米至大約200微米厚的塑料箔片材料例如聚對苯二甲酸乙二醇酯 (PET)制成，優(yōu)選為大約10微米至大約50微米厚。視需要，底板108、 118可由不銹鋼、銅、鈦、鉬、鋼、鋁、任何前述材料的鍍銅形式、任何前述材料的鍍銀形式、任何前述材料的鍍金形式、或其中的任何
組合組成。在一個實施例中，除了其它以外，底部電極104、 114;絕緣層106、 116和底板108、 118層疊在一起，形成起始基底Sp S2。雖然底部電極104、 114和底板108、 118都可以使用箔片制作，但是還可以釆用絕緣層106、 116的背面上的網(wǎng)柵作為底板。利用導電墨水或涂料可以將這種格柵印制到絕緣層106、 116的背面上。其中，合適的導電墨水或涂料的一個示例是Dow Corning PI — 2000高導電銀墨水，它可從密歇根州米德蘭市(midland michigan)的Dow Corning 公司獲得。Dow 0)1^叫@是密歇根州米德蘭市的Dow Corning公司的注冊商標。而且，通過陽極氧化用作底部電極104、 114和/或底板 108、 118的箔片的表面，或者通過本領域公知的噴涂、涂層或印刷技術涂敷絕緣涂層，來形成絕緣層106、 116。
裝置層102、112通常包括設置在透明導電層109和底部電極104 之間的活性層107。作為示例，裝置層102、 112可以是大約2微米厚。至少第一裝置101包括透明導電層109和底板108之間的一個或多個電接觸件120。電接觸件120形成為穿過透明導電層109、活性層107、底部電極104和絕緣層106。電接觸件120提供透明導電層109和底板108之間的導電路徑。電接觸件120與活性層107、底部電極104 和絕緣層106電隔離。
接觸件120均可以包括穿過活性層107、透明導電層109、底部電極104和絕緣層106的通孔。每個通孔的直徑可以是大約0.1毫米至大約1.5毫米，優(yōu)選為0.5毫米至大約1毫米。通過沖孔或鉆孔，例如通過機械、激光或電子束鉆孔，或者通過這些工藝的組合，來形成上述通孔。絕緣材料122涂敷到通孔的側(cè)壁，從而通過絕緣材料122 形成到底板108的通道。絕緣材料122的厚度可以為大約1微米至大約200微米，優(yōu)選為大約IO微米至大約200微米。
絕緣材料122應當優(yōu)選為至少IO微米厚，以確保完全覆蓋它后面暴露的導電表面。可以通過多種印刷工藝，包括例如經(jīng)環(huán)形噴嘴進行噴墨印刷或散布，來形成絕緣材料122。由導電材料制成的插塞124至少部分填充該通道，并在透明導電層109和底板108之間形成電接觸?？梢灶愃频赜∷⒃搶щ姴牧?。合適的材料和方法例如是焊料噴墨印刷(被稱為"焊料噴射(solderjet)"，它由德克薩斯州普萊諾市(Piano, Texas)的Mkrofab公司制造，該公司售賣用于該目的的設備)。如果時間允許隨后進行去除可能或可能不存在的溶劑和固化，則還可以采用本領域公知用于電子封裝的導電粘接材料的印刷。插塞124可以具有大約5微米至大約500微米的直徑，優(yōu)選為大約25微米至大約100 微米之間。
作為非限制性示例，在其它實施例中，裝置層102、 112可以為大約2微米厚，底部電極104、 114可以由大約100微米厚的鋁箔片制成；絕緣層106、 116可以由塑料材料制成，例如大約25微米厚的聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET);以及后側(cè)頂部電極108、 118可以由大約25微米厚的鋁箔片形成。裝置層102、 112可以包括設置在透明導電層109和底部電極104之間的活性層107。在該實施例中，至少第一裝置101包括透明導電層109和后側(cè)頂部電極108之間的一個或多個電接觸件120。電接觸件120形成為穿過透明導電層109、活性層 107、底部電極104和絕緣層106。電接觸件120提供透明導電層109 和后側(cè)頂部電極108之間的導電路徑。電接觸件120與活性層107、底部電極104和絕緣層106電隔離。
可以通過利用其它界面形成工藝例如超聲波焊接來協(xié)助形成導電插塞124和基底108之間的良好接觸。一種有用的工藝示例是形成金柱塊(stud b畫p),例如在2003年10月1曰的"Semiconductor International(半導體國際)"中由作者J.Jay Wimer發(fā)表的"3-D Chip Scale with Lead-Free Process(具有無鉛過程的3D芯片刻度)"中得以描述，通過引用將該文章并入這里?？梢栽谠撝鶋K的頂部印刷普通焊料或?qū)щ娔蛘辰觿?br> 在形成通孔的過程中，避免頂部電極109和底部電極104之間的短接是重要的。因此，通過激光燒蝕靠近通孔唇緣(lip)的少量材料，即數(shù)微米深和數(shù)微米寬，可以有利地補充例如鉆孔或沖孔的機械切除工藝。此外，可以釆用化學蝕刻工藝來去除直徑比通孔略大的透明導體?？梢岳缤ㄟ^利用噴墨印刷或刻版印花在合適位置印刷蝕刻劑滴，來定位蝕刻。
避免短路的另一種方法是，在沉積透明導電層109之前，在活性層107的頂部沉積絕緣材料的薄層。該絕緣層優(yōu)選為幾微米厚，可以是l至IOO微米的范圍。由于它僅在形成通孔的區(qū)域上(以及略微超過通孔邊界的區(qū)域)進行沉積，因此它的出現(xiàn)不會干擾光電子裝置的運行。在本發(fā)明的一些實施例中，該層可以類似于2004年3月25日提交的、授予Karl Pichler的美國專利申請序號No.10/810，072中所述的結(jié)構(gòu)，通過引用將該美國專利并入這里。當通過該結(jié)構(gòu)鉆出或沖孔出孔時，在透明導電層109和底部電極104之間存在絕緣層，與這些層以及機械切除工藝的精度相比，該絕緣層相對較厚，因此不會出現(xiàn)短路。
用于該層的材料可以是任何方便的絕緣體，優(yōu)選為能夠數(shù)字(例如噴墨)印刷的絕緣體。熱塑性聚合物例如尼龍PA6(熔點(m.p.)223攝氏度)、乙縮醛(m.p.l65攝氏度)、PBT(結(jié)構(gòu)類似于PET，只是用丁基替代了乙基)(m.p.217攝氏度)、以及聚丙烯(m.p.W5攝氏度)都是這些絕緣體的示例，但是上述示例均不是可用材料的窮舉列表。這些材料還可以用于絕緣層122。雖然噴墨印刷是形成絕緣體島的理想方法，
內(nèi)。二、、 '、 ,、，、
在形成通孔的過程中，在至少兩個初始隔離部件中構(gòu)造光電子裝置是有用的，其中一個初始隔離部件由絕緣層106、底部電極104和它上方的層102構(gòu)成，而第二個初始隔離部件由底板108構(gòu)成。在通過復合結(jié)構(gòu)106/104/102形成通孔之后且填充通孔之前，將這兩個部件層疊在一起。在形成該疊層和通孔之后，將底板108層疊到該復合物，以及如上所述填充通孔。
雖然噴射印刷焊料或?qū)щ娬辰觿┌ㄓ糜谛纬蓪щ娡撞迦?124的有用材料，但是也可以通過機械裝置來形成該插塞。因此，例如，合適直徑的導線可以設置在該通孔中，被迫接觸到底板108，以及在期望高度切除，從而形成插塞124，這類似于形成金柱塊。備選地，可以通過機器人臂將該尺寸的預形成銷插入到該孔中。這種銷或導線可以被固定就位，并通過在設置銷之前印刷非常薄的導電粘接劑層，以輔助或確保它們到基底的電連接。通過這種方式，消除了導電粘接劑的厚插塞的干燥時間長的問題。該銷上面可以設置有略微沖孔到底板108中的端梢或鋸齒，這進一步有助于接觸。這種銷可以設置有已經(jīng)存在的絕緣，如同絕緣導線或涂層導線那樣(例如，通過蒸氣沉積或氧化)。在涂敷絕緣材料之前，可以將它們設置在通孔中，從而更易于導入該材料。
如果該銷由適當硬度的金屬制成，且具有略微錐形的端梢，則它可以用于在沖孔步驟中形成通孔。替代采用沖孔或鉆孔工藝，將該銷插入到復合物106/104/102中，插入深度為使得該端梢剛好穿透底部；然后，當基底108層疊到該復合物時，該端梢略微穿過其中，以及形成良好接觸。例如通過引導通過銷剛好適配的管道的機械壓力或空氣壓力，這些銷可以插入到未沖孔基底中。
在與導電材料124電接觸的透明導電層109上，設置例如由鋁、鎳或銀制成的一個或多個導電軌跡126。如圖2B所示，軌跡l26互連多個接觸件120，從而減小總的薄層電阻。作為示例，接觸件120 彼此之間的間距大約為l厘米，其中軌跡126將每個接觸件與最靠近的接觸件連接，或者在某些情況下與其周圍的透明導體連接。優(yōu)選地，選擇軌跡126的數(shù)量、寬度和間距，以使得接觸件120和軌跡126覆蓋小于裝置模塊101的表面的大約1%。軌跡126的寬度可以在大約 1微米至大約200微米之間，優(yōu)選為大約5微米至大約50微米之間。軌跡126的中心間距為大約0.1毫米至大約10毫米之間，優(yōu)選為大約 0.5毫米至大約2毫米之間。更寬的導線需要更大的間隔來避免過量遮蔽損耗。可以采用軌跡126的多種圖形或取向，只要這些線彼此大致等距即可(例如，在因數(shù)2以內(nèi)(to within a factor of two))。在圖2C 中示出從接觸件120散開的軌跡126的替換圖形。在如圖2D所示的另一個替換圖形中，軌跡126形成"分水呤，，圖形，其中從接觸件120 輻射出較粗軌跡，從較粗軌跡又分支出較細軌跡126。在圖2E所示的另一個替換圖形中，軌跡126形成從接觸件120散開的矩形圖形。應了解，在本發(fā)明的一些實施例中，垂直線會比水平線細。連接到每個接觸件的軌跡126的數(shù)量可以大于或小于圖2E所示的數(shù)量。一些實施例具有再多一個、再多兩個、再多三個等等。圖2B、 2C、 2D和 2E所示的示例中所示的軌跡圖形僅用于示例，而不限制在本發(fā)明的實施例中采用的其它可能軌跡圖形。注意到，由于導電底板108、 118 承載從一個裝置模塊到下一個裝置模塊的電流，所以導電軌跡126可以包括"指狀件"而避免粗"總線"。這減小了因總線導致的遮蔽量，并且還為裝置陣列IOO提供了更為美觀的外觀。
在由相對厚、高導電率、撓性塊體導體底部電極104、 114和底板108、 118構(gòu)成的基底S" S2上構(gòu)造裝置模塊101、 111，以及穿過透明導電層109、活性層130、底部電極104、 114和絕緣層106、 116 形成隔離的電接觸件120,使得裝置模塊IOI、 lll相對較大。因此，陣列IOO可以由比現(xiàn)有技術陣列需要更少串聯(lián)互連的更少裝置模塊構(gòu) 成。例如，裝置模塊IOI、 lll可以為大約l厘米至大約30厘米長，大約1厘米至大約30厘米寬。還可以根據(jù)需要制成更小的電池(例如，長度小于1厘米和/或?qū)挾刃∮?厘米)。
注意到，由于底板108、 118承栽從一個裝置模塊到下一個裝置模塊的電流，所以不必像現(xiàn)有技術那樣使得軌跡126的圖形包含粗總線。相反，軌跡126的圖形僅需要提供足夠?qū)щ姷?指狀件，，來承載電流至接觸件120即可。在沒有總線的情況下，暴露更大部分的活性層 102、 112，這會增大效率。此外，沒有總線的軌跡126的圖形可以更加美，見。
通過回切第二裝置模塊的底板118和絕緣層116以暴露底部電極 114的一部分，可以實現(xiàn)第一裝置模塊101的底板108和第二裝置模塊111的底部電極114之間的電接觸。圖2B示出用于回切底板118 和絕緣層116的一種方式的示例。具體而言，在絕緣層116的邊緣形成凹槽ll7。凹槽117和底板118中的類似卻略大的凹槽119對準。凹槽ll7、 ll9對準暴露了第二裝置模塊111的底部電極114的一部分。
可以通過不同方式在第一裝置模塊101的底板108和第二裝置模塊111的底部電極114的暴露部分之間實現(xiàn)電接觸。例如，如圖2A 所示，可以在載體基底103的一部分上方以對準凹槽117、 119的圖形設置薄導電層128。
該薄導電層可以例如是導電(填充)聚合物或銀墨水。該導電層可以極薄，例如大約l微米厚。用于測定薄導電層128的最小厚度的通用標準是在該層中耗散的部分功率(fractional power) p-(J/V)p(L /d) 大約是10"或更小，其中J是電流密度，V是電壓，L。是薄導電層 128的長度(約為第一和第二裝置模塊之間間隙的寬度)，而p和d分別是薄導電層128的電阻率和厚度。在該種情況下，因此而損失的功率遠小于被產(chǎn)生功率的1%,所以可忽略不計。通過數(shù)字示例的方式，對于許多應用場合，(J/V)約為0.06A/Vcm2。如果L0 = 400微米=0.04 厘米，則p約等于l(T4(p/d)。因此，即使電阻率p約為lCr5歐姆厘米(大約比良好塊體導體小十倍)，d小于大約1微米(10"厘米)厚也可以滿足標準。因此，大多數(shù)任何可能印刷厚度的相對電阻性聚合物導體也可以運用。
第一裝置模塊101可以附接到載體基底103，以使得底板108與薄導電層128電接觸，而留下一部分薄導電層128被暴露。然后在薄導電層128的暴露部分和第二裝置模塊111的底部電極114的暴露部分之間實現(xiàn)電接觸。例如，在薄導電層128上和底部電極114的暴露部分對準的位置，設置導電材料129(例如，更導電的粘接劑)的凸塊。該導電材料129的凸塊足夠高，從而當?shù)诙b置模塊lll附接到載體基底時可以接觸到底部電極114的暴露部分。可以選擇凹槽117、 119 的尺寸，以使得薄導電層128基本上不可能接觸到第二裝置模塊111 的底板118，這種接觸是不希望發(fā)生的。例如，底部電極114的邊緣可以相對于絕緣層116回切，回切量CB!大約為400孩t米。底板118可以相對于絕緣層116回切，回切量CB2遠遠大于CB!。
裝置層102、 112優(yōu)選為能夠大規(guī)模制造的類型，例如能夠在巻到巻(roll to roll)加工系統(tǒng)中大規(guī)模制造。有大量不同類型的裝置結(jié)構(gòu) 可以用于裝置層102、 112。作為示例，而不喪失通用性，圖1A中的插圖示出裝置層102中的CIGS活性層107和相關層的結(jié)構(gòu)。作為示例，活性層107可以包括基于包含IB、 IIIA和VIA族元素的材料的吸收劑層130。優(yōu)選地，吸收劑層130包括銅(Cu)作為IB族元素、鎵 (Ga)和/或銦(In)和/或鋁作為IIIA族元素，以及硒(Se)和/或硫(S)作為 VIA族元素。在于2001年7月31日授予Eberspacher等人的美國專利6268014以及Bulent Basol等人提交的、2004年11月4日公開的美國專利申請公開號No. US 2004- 0219730 Al中公開了這些材料(有時候稱為CIGS材料)的示例，通過引用將這些美國專利結(jié)合于此。窗層132通常用作吸收劑層130和透明導電層109之間的連接配合部。作為示例，窗層132可以包括硫化鎘(CdS)、硫化鋅(ZnS)或者硒化鋅 (ZnSe)或這些化合物的兩種或更多種的組合。可以例如通過化學浴槽沉積或化學表面沉積來沉積這些材料的層達大約50納米至大約100 納米的厚度。不同于底部電極的金屬層134可以設置在底部電極l(M 和吸收劑層130之間，以抑制金屬從底部電極104的擴散。例如，如果底部電極104由鋁制成，則層134可以是鉬層。這可有助于攜帶電子負荷并提供特定的保護品質(zhì)。而且，其材料與層13的材料類似的另一層135也可被設于層134和鋁層104之間。此材料可與層13的材料一樣，或者它可以是從為層13所列材料表中選出的另一種材料。視需要，另一層137也可被設于層104的另一側(cè)。該材料可與層135 的材料一樣，或者它可以是從為層13所列材料表中選出的另一種材料。類似于層135和/或137的保護層可設于這里所描述的任何實施例上的箔片周圍，比如但不限于圖5和6中所示。
雖然為了示例描述了 CIGS太陽能電池，但是本領域技術人員會意識到，串聯(lián)互連技術的實施例可以應用于幾乎所有類型的太陽能電池結(jié)構(gòu)。這種太陽能電池的示例包括但不限于基于無定形硅的電池、Graetzel電池結(jié)構(gòu)(其中，利用電荷轉(zhuǎn)移染料單層涂敷由幾納米大小的二氧化鈦顆粒構(gòu)成的光學透明膜，以為集光而敏化該膜)、具有無機多孔半導體模板其中由有機半導體材料填充孔的納米結(jié)構(gòu)層(例如，參見
美國專利申請/〉開號US2005-0121068 Al，通過引用將該專利申請結(jié) 合于此)、聚合物/混合物電池結(jié)構(gòu)、有機染料、和/或C6。分子和/或其它小分子、微晶硅電池結(jié)構(gòu)、隨機設置的納米桿和/或散布在有機基質(zhì) 中的無機材料的四角錐體、量子點基電池、或者上述的組合。而且，
電子裝置。、、'、、1 P 、、 '' ，
可替換地，光電子裝置101、 lll可以是發(fā)光裝置，例如有機發(fā) 光二極管(OLED)。 OLED的示例包括基于發(fā)光聚合物(LEP)的裝置。在這種情況下，活性層107可以包括聚-3，4-亞乙二氧基-噻吩(poly (3，4) Ethylendioxythiophene):聚磺苯乙烯(PEDOT: PSS)，它可以通過例如濕涂敷等工藝在底部電極104、 114上沉積到通常為50至200納米之間的厚度，然后進行烘烤以去除水分。PEDOT: PSS可以從德國萊沃庫森(Leverkusen， Germany)的拜耳(bayer)公司獲得。然后將聚芴 (polyfluorene)基LEP沉積在PEDOT: PSS層上(通過例如濕涂敷)達大約60 - 70納米的厚度。合適的聚芴基LEP可以從Dow Chemicals Company (Dow化學品)公司獲得。
透明導電層109可以例如是透明導電氧化物(TCO)，比如氧化鋅 (ZnO)或摻雜有鋁的氧化鋅(ZnO:Al)，它可以利用多種方法來沉積，包括但不限于賊射、蒸鍍、CBD、電鍍、CVD、 PVD、 ALD等等。可替換地，透明導電層109可以包括透明導電聚合層，例如摻雜的 PEDOT(聚-3，4—亞乙二氧基-噻吩)的透明層，它可以通過旋涂、浸漬或噴涂等工藝來沉積。PSS: PEDOT是基于由二醚橋接的噻吩雜環(huán) (heterocyclic thiophene ring bridged by a diether)的摻雜導電聚合物。摻雜有聚磺苯乙烯(poly(styrenesulfonate))(PSS)的PEDOT的水分散體可以由馬薩諸塞州牛頓市的H.C. Starck生產(chǎn)的、商標為Baytron P 的產(chǎn)品獲得。Baytron⑧是德國萊沃庫森的Bayer Aktiengesellschaft(下文稱為拜耳公司)公司的注冊商標。除了其導電特性之外，PSS:PEDOT 還可以用作平面化層，這可以改進裝置性能。使用PEDOT的一個潛在缺陷在于典型涂層的酸特性，這可以作為使PEDOT可以化學攻擊太陽能電池中的其它材料、與之發(fā)生反應或者使其退化的原因?？梢?通過陰離子交換過程來去除PEDOT中的酸性成分。無酸性的PEDOT 可以從市場上買到。此外，可以從卡羅拉多州的Wheat Ridge的TDA 材料購買到類似材料，例如01igotronTM和AedotronTM。
可以利用可固化聚合物例如環(huán)氧樹脂或硅烷來填充第一裝置模塊101和第二裝置模塊111之間的間隙。可選的密封層(未示出)可以覆蓋陣列100，以提供環(huán)境抵抗性，例如，防止暴露于水或空氣。該密封層還可以吸收紫外光，從而保護下面的層。合適的密封層材料的例子包括一個或多個含氟聚合物層，例如THV(例如，Dyneon的 THV220氟化三元共聚物，即四氟乙烯、六氟丙烯和偏二氟乙烯的氟化熱塑性(fluorothermoplastic)聚合物)、Tefzel⑧(DuPont)、 Tefdel、乙烯基醋酸乙烯脂(EVA, ethylene vinyl acetate)、熱塑性塑料、聚酰亞胺、聚酰胺、塑料與玻璃的納米疊層復合物(例如，在被共同轉(zhuǎn)讓的、 Brian Sagar和Martin Roschdsen的、題為"INORGANIC/ ORGANIC HYBRID NANOLAMINATE BARRIER FILM (無機/有機混雜納米疊層勢壘膜)，，的共同未決美國專利申請公開US 2005-0095422 Al中所迷的勢壘膜，通過引用將該美國專利申請結(jié)合于此)，以及上述材料的組合。
有許多種用于制造根據(jù)本發(fā)明的實施例的互連裝置的不同方法。例如，圖3示出一種這樣的方法。在該方法中，該裝置構(gòu)造在連續(xù)裝置片材202上，該連續(xù)裝置片材包括底部電極和透明導電層之間的活性層，例如，如上參照圖2A-2B所述。裝置片材202還被圖案化形成具有接觸件203,類似于圖2A所示的接觸件120?？梢酝ㄟ^如上所述的導電軌跡(未示出)來電連接接觸件203。絕緣層204和底板206 還構(gòu)造成連續(xù)片材。在圖3所示的示例中，已經(jīng)回切了絕緣層204，以例如形成和底板層206中的類似凹槽207對準的凹槽205。底板層206中的凹槽大于絕緣層204中的凹槽。裝置片材202、絕緣層204 和底板層層疊在一起，形成疊層208，其中絕緣層204位于裝置片材 202和底板206之間。然后沿與凹槽205、 207交叉的虛線將疊層208 切成兩個或更多個裝置模塊A、 B。然后在載體基底211上設置導電粘接劑210(例如，導電聚合物或銀墨水)的圖形。模塊粘附到載體基底211上。導電粘接劑210的更大區(qū)域212與模塊A的底板206電接觸。導電粘接劑210的指狀件214從該更大區(qū)域212伸出。指狀件214 和模塊B的凹槽205、 207對準?？梢栽谥笭罴?14上設置額外的導電粘接劑，以便于經(jīng)凹槽205、 207與模塊B的底部電極電接觸。優(yōu) 選地，指狀件214窄于底板206的凹槽207，從而導電粘接劑210不會與模塊B的底板206不期望地電接觸。
在圖3所示的實施例中，裝置片材、絕緣層和底板在切成各個模塊之前層疊在一起。在替換實施例中，首先切割這些層，然后再裝配成模塊(例如，通過層疊)。例如，如圖4所示，第一和第二裝置模塊 A，、 B，可以分別由預切裝置層302A、 302B;絕緣層304A、 304B和底板306A、 306B分別層疊形成。每個裝置層302A、 302B包括透明導電層和底部電極之間的活性層。至少一個裝置層302A包括上述類型的電接觸件303A(和可選的導電軌跡)。
在該示例中，通過簡單地使得模塊B的底板層306B短于絕緣層 304B，使得絕緣層304B向外伸出底板層306B的邊緣，從而回切模塊B的底板層306B。類似地，通過使得絕緣層304B短于裝置層302B，或者更具體而言，短于裝置層302B的底部電極，從而回切絕緣層 304B。在將預切層層疊在一起形成模塊A，、 B，之后，這些模塊附接到栽體基底308，以及在模塊A，的底板306A和模塊B，的裝置層302B 的底部電極之間進行電連接。在圖4所示的示例中，通過導電粘接劑 310以突出部分312進行連接，該突出部分接觸到底部電極，同時避免不必要地接觸到模塊B，的底板306B。
圖5A-5B示出圖4所示方法的變型，它減少了導電粘接劑的利用量。第一和第二模塊A"、 B"由預切裝置層402A、 402B;絕緣層404A、 4(MB和底板層406A、 406B裝配而成，然后附接到載體基底 408。隔離的電接觸件403A穿過裝置層402A、底部電極405A和絕緣層406A實現(xiàn)電接觸，如圖5B所示。模塊B"的絕緣層404B和底板 406B的前緣相對于裝置層402B被回切，如上參照圖4所述。然而，為了便于電接觸，模塊A"的底板406A的后緣延伸超過裝置層402A 和絕緣層404A的后緣。因此，模塊B"的裝置層402B與模塊A，，的底板406A重疊。底板406A的暴露部分407A上的導電粘接劑的脊狀部412與裝置層402B的底部電極405B的暴露部分電接觸，如圖5B 所示。
在上述方法的優(yōu)選實施例中，可以例如如上所述構(gòu)造各個模塊，然后按領域分類。例如，可以測試兩個或更多個裝置模塊的一個或多個性能特性，例如光電子效率、開路電壓、短路電流、填充系數(shù)等等。滿足或超過性能特性的驗收標準的裝置模塊可以用于陣列中，而那些不滿足驗收標準的則被棄用。驗收標準的示例包括光電子效率或開路電壓的門限值或可接受范圍。通過單獨對裝置模塊進行分類并將它們形成為陣列，可以比整體構(gòu)造裝置陣列獲得更高的產(chǎn)量。
在對透明導電層和底板之間的電接觸件120的討論中，形成通孔，它涂敷有絕緣材料以及填充有導電材料。在替換實施例中，利用底部電極的一部分作為電接觸件的一部分，可以實現(xiàn)到透明導電層和底板之間的連接。圖6A-6H示出如何實現(xiàn)這一點的示例。具體而言，開始時的結(jié)構(gòu)為結(jié)構(gòu)500(如圖6A所示)，它具有透明導電層502(例如， Al:ZnO， i:ZnO)、活性層504(例如，CIGS)、底部電極506(例如，100um Al)、絕緣層508(例如，50umPET)、以及底板510(例如，25um Al)。優(yōu)選地，底板510是薄鋁帶的形式，利用絕緣粘接劑作為絕緣層508 將它疊層到底部電極506。這能夠大大簡化制造過程并減小材料成本。
在如圖6B所示的一個或多個位置，在底部電極506和底板之間實現(xiàn)電連接部512。例如，利用激光焊接，穿過絕緣層508形成點焊。通過在單個步驟中進行電連接來使得該過程有吸引力?？商鎿Q地，通過鉆出穿過底板510和絕緣層508至底部電極的盲孔，然后利用導電材料例如焊料或?qū)щ娬辰觿﹣硖畛湓撁た?，來形成電連接部512。
如圖6C所示，在電連接部512的周圍形成閉環(huán)(例如，圓圏)形式的溝槽514。該閉環(huán)溝槽514切割穿過透明導電層502、活性層504 和底部電極506，到達底板510。溝槽514將底部電極506、活性層 504和透明導電層502的一部分與結(jié)構(gòu)500的其它部分隔離?？梢圆?用例如激光加工的技術來形成溝槽514。如果利用一個激光束進行激光焊接形成電連接部512，并且利用第二激光束形成溝槽514，這兩個激光束可以從結(jié)構(gòu)500的相反兩側(cè)彼此預對準。在兩束激光預對準的情況下，可以在單個步驟中形成電連接部512和溝槽514，從而增強總體加工速度。
形成隔離溝槽的過程會導致透明導電層502和底部電極506之間的電短路511、 517。為了電隔離形成在溝槽514的外側(cè)壁513上的不期望的短路511，穿過透明導電層和活性層至底部電極506形成隔離溝槽516，如圖6D所示。隔離溝槽516圍繞閉環(huán)溝槽514,并且使該溝槽的外側(cè)壁513上的短路511與結(jié)構(gòu)500的其它部分電隔離。利用激光刻劃工藝形成隔離溝槽516。較小厚度的被刻劃的材料可以減小因形成隔離溝槽516導致的不期望的短路的可能性。
注意到，并非透明導電層502和底部電極506之間的所有短路都是不期望的。沿溝槽514的內(nèi)側(cè)壁515的電短路517可以提供到電連接部512的期望電路徑的一部分。如果存在足夠多的期望短路，則可以實現(xiàn)如圖6E-6F所示的電接觸件。首先，絕緣材料518沉積到閉環(huán)溝槽514和隔離溝槽516中，例如，沉積成中間有孔的"圓環(huán)形"圖形，如圖6E所示。接著，在結(jié)構(gòu)500中包括由溝槽514圍繞的隔離部分和非隔離部分的那些部分上方，沉積導電指狀件520，如圖6F 所示?？梢砸允沟锰峁┳銐蚱矫婊谋砻嬉员氵m用于形成導電指狀件 520的方式沉積絕緣材料518。然后在溝槽514外部的非隔離部分中的透明導電層502和底板510之間，經(jīng)指狀件520、隔離部分內(nèi)的透明導電層、溝槽514的內(nèi)側(cè)壁上的電短路517、溝槽514內(nèi)部的底部電極506的部分和電連接部512，形成電接觸。此外，如果短路517沒有提供足夠的電接觸，則鉆孔和填充過程可以提供指狀件520和底部電極506的隔離部分之間的電接觸。在圖 6G-6I所示的替換實施例中，當絕緣材料518，如圖6G所示沉積時，該絕緣材料518，覆蓋該隔離部分。覆蓋隔離部分的絕緣材料518，可以例如通過激光加工或例如鉆孔或沖孔的機械過程來去除，同時去除透明導電層502和活性層504的對應部分，從而經(jīng)開口 519暴露底部電極506，如圖6H所示。導電材料520，形成導電指狀件，如上所述。該導電材料經(jīng)開口 519接觸到暴露的底部電極506，并實現(xiàn)如圖61所示的期望電接觸。
注意到，參照圖6A-6I的上述技術可以有多種變型。例如，在一些實施例中，在形成閉環(huán)溝槽以及利用絕緣材料將其填充之后實現(xiàn) 電連接部512是可取的。用于形成電接觸的上述過程具有若干優(yōu)點。加工步驟得以簡化。更加容易沉積絕緣層，而不用擔心會覆蓋底板。該過程產(chǎn)生用于沉積指狀件520、 520，的平坦表面。經(jīng)激光焊接，可以在底部電極506和底板510之間獲得可靠的電接觸。而且，可以隔離電短路，而不會危及100%產(chǎn)量。
現(xiàn)參見圖7，現(xiàn)在將描述本發(fā)明的另一實施例。本發(fā)明的此實施
例涉及為光致電壓電池提供低成本結(jié)構(gòu)和材料，該電池面向射入陽光的導體產(chǎn)生低遮蔽和電阻性損耗，并促進串聯(lián)互連。
傳統(tǒng)上，透明導體(TC)層特別是有溶液涂布的TC層的電阻率在光致電壓裝置中引起的電損失過高。解決此電阻率問題的一種已知方法是在TC上加上一層薄導電軌跡。該軌跡可用電阻率比如在大約1-50x10-6歐姆厘米左右的高導電金屬制成。在使用常規(guī)軌跡的已知裝置中，在如此優(yōu)化結(jié)構(gòu)中的面積(遮蔽)損失大約為11%，而 TC薄層電阻為40歐姆/平方時，總損失大約為19%。不幸地，即使是印刷的軌跡、指狀件或格柵，仍有兩個原因造成效率損失。首先，指狀件是不透明的，因此在其下面的光致電壓材料上形成遮蔽。第二，指狀件有有限的電阻，會造成一些功率損耗。這些因素有一個最佳點，因為將遮蔽降至最小意味著更窄的指狀件，而將電阻降至最小意味著更大的指狀件。而且，制造非常小的指狀件是不現(xiàn)實的，因為它們需要昂貴的技術。盡管可以用真空沉積的金屬得到最大導電率的軌跡，該方法要求昂貴的沉積系統(tǒng)以及圖形。
現(xiàn)參見圖1和7，盡管本發(fā)明的結(jié)構(gòu)極大地降低了 TC對導電率的要求，更大的降低仍將是有利的，這可通過提供比常規(guī)使用更窄(因此較少阻礙光線)的指狀件達到。通過適當配置此類指狀件、軌跡或格柵的大小和形狀，對薄層電阻高達大約200歐姆/平方的TC，可得到大約為10%或更少的小損失，而該電阻已超過常規(guī)結(jié)構(gòu)要求的10 倍大。在另一個實施例中，指狀件遮蔽和電阻造成的總損失大約是5% 或更少。ZnO或者TC的厚度可被減少到-50 - 250 nm。
參見圖7，軌跡626可與EWT結(jié)構(gòu)的多個通孔620互連以減少總薄層電阻。應了解，可如圖7所示，并如前述圖2B-2D所示使用軌跡626的多種圖形或取向。通過非限制性示例，通孔620可彼此相距大約l厘米，而軌跡626則將每個接觸件與最靠近的接觸件相連，或者在某些情況下，與圍繞其的透明導體相連。軌跡626的寬度可在大約1微米和大約200微米之間，優(yōu)選地在大約5微米和大約50微米之間。較寬的線意味著較大的分隔，以便避免過量遮蔽損失。
計算表明，對典型商業(yè)可得的軌跡材料，例如但不限于電阻率在 1 - 10 x 10-5歐姆厘米范圍內(nèi)的導電環(huán)氧樹脂，線寬是一個關鍵因子，最好是小至大約25微米的寬度，這將在lmm間隔時帶來大約2.5% 的遮蔽損失。線段的垂直厚度可在大約1至20微米之間的高度。在本發(fā)明的一個實施例中，線段間隔理想地為大約1至大約2 mm左右，而長度大約為0.5mm。軌跡的薄層電阻可低于大約150m歐姆/平方，且理想地為不超過大約50 m歐姆/平方。在這些值左右的軌道寬度、間隔、長度、厚度和電阻率的多種組合可被用來實現(xiàn)相當小的總損失。作為非限制性示例，在其他有較大線寬的實施例中，指狀件、軌跡或格柵的截面面積之大小使得它們得到大約10%或更少的總損失。總截面面積可減少的電損失足夠補償與任何線寬增大而帶來的遮蔽增加相關的損失。在一個實施例中，軌跡的截面面積的大小設定成使指狀件的薄層電阻在大約150m歐姆/平方和大約50m歐姆/平方之間。在大體上所有情況下，印刷此類軌跡的優(yōu)點為所要求的透明導體厚度和 /或?qū)щ娐蚀蠓鶞p少，由此帶來了材料和制造設備成本以及透明導體光學％傳輸損失的重大減少。
在本發(fā)明的另一實施例中，為了在適當制備的基底上得到25微米的線寬，多種技術，比如但不限于凹版印刷可被用于提供所想要的線寬。也可使用絲網(wǎng)印刷提供從大約5至大約25微米或更大的線高，從而在維持導電率的同時引起線寬的第三維變化性。在一個實施例中，在非絲網(wǎng)印刷軌跡的范圍中，該線高可為從大約1至大約10微米。在另一個實施例中，在非絲網(wǎng)印刷軌跡的范圍中，該線高可為從大約2至大約6微米。而在另一個實施例中，該線高可在從大約3至大約5微米的范圍中。因為絲網(wǎng)印刷典型地使用有較高粘度的材料，它比其他技術能得到較厚的沉積，且當適當應用時，能提供小于50 微米寬的窄線。
圖8和圖9示出其他可能的軌跡配置。例如，圖8示出多個交叉軌跡626會聚于通孔620。一個六角形軌跡630也可^皮用來與從通孔 620延伸出的多個軌跡626交叉。線寬可處于上面討論的范圍中以得到所想要的值。在一個非限制性示例中，線段可被設成公稱寬度為大約60im寬的線，但可寬至大約150-大約200im。薄層電阻可是大約l歐姆/平方。圖形也可包括具有更寬的線寬以用于軌跡626特定段的凸塊632。視需要，某些軌跡圖形可不帶凸塊632。圖9示出一種圖形，其中多個軌跡626從通孔620呈輻射形伸展出去。應了解，使用這些圖形的本發(fā)明的實施例的線寬可在大約5至大約50微米的范圍內(nèi)。在另一個實施例中，線寬可在大約70和大約IIO微米之間；薄層電阻是大約50歐姆/平方。某些實施例的線寬可在大約20至大約30微米之間以提供大約10%或更少的總損失。
現(xiàn)參見圖10,現(xiàn)在將描述本發(fā)明的另一個實施例。應了解，為了使EWT太陽能電池配置經(jīng)濟可行，需要一種在基底中快速制造大量小通孔的方法。一條實際生產(chǎn)線要求達到大約每分鐘數(shù)平方米的產(chǎn)量。在硅晶片中這么做將是非常不現(xiàn)實的。在本發(fā)明的實施例中，用同時沖出許多通孔的機械沖孔設備或者用激光燒灼可在幾千分之一
英寸厚的金屬箔片中以這些速度有利地制成通孔。圖10示出用于本發(fā)明的一種沖孔設備650的實施例。它包括沖孔設備650，其可包括多個穿刺件652以同時產(chǎn)生多個通孔。在其他實施例中，激光裝置654 (以虛線示出)可視需要被用于在基底656中燒灼多個通孔。而又一個實施例可包括但不限于單獨地而不是以同時批量方式產(chǎn)生各個通孔的沖孔、激光或其他成孔裝置。
薄膜太陽能電池的頂部導體經(jīng)常由ZnO的一種摻雜形式組成，其為一種較易碎的材料，當受一種沖孔器的剪力時，它很干凈地裂開，而不變形。如果此種或任何其他所用的TC變形以致有很大可能性在 TC和底部導體(其僅為1-2微米垂直距離遠)之間形成電接觸，則有必要在沖孔前去除TC。在ZnO的情況中，這可通過短暫接觸溫和的酸例如醋酸(盡管也可使用其他酸)來完成。通過一個液滴分配器將酸印刷入聚合體絲網(wǎng)中的孔中，該絲網(wǎng)被暫時貼在裝置箔片的頂部，并通過張力被保持在原位直到通過清洗去除酸。如果通過激光燒灼形成通孔，則該去除過程特別有用，因為激光加熱易于同時融化 ZnO和所有其周圍的材料，并可能引起短路。
盡管不限于下列范圍，當有數(shù)個參數(shù)值的一個范圍可以選擇時，通孔的直徑最好不應超過l mm,并應優(yōu)選地更小。例如，如果通孔的直徑是l mm且通孔間隔為10mm，由通孔面積引起的部分損失為 0.8%，在直徑是0.5mm時，其為0.2%。但是，在直徑是1.5mm時，該損失是1.8%。
現(xiàn)參見圖11A-11D,現(xiàn)在將描述本發(fā)明的另一方面。圖11A為截面示意圖，示出透明導體700、光致電壓層702、底部電極704、絕緣層706和墊層708。為易于圖解，光致電壓層702被表示為一個單一層，但應了解，它可包括多個層，比如但不限于圖2A所示的裝置。圖11A中的此裝置為一個帶有未絕緣通孔710的中間裝置。圖 11A-11D示出根據(jù)本發(fā)明絕緣通孔710的一種方法。如圖IIA所示，箭頭712示出將要噴涂絕緣材料的方向。此噴涂可使用多種技術，包括但不限于噴霧技術來完成。箭頭712示出噴涂實際上從該中間太陽能電池裝置的一個"下側(cè)，，而來。在此特定實施例中，整個裝置被翻轉(zhuǎn) 過來以便進行噴涂程序(即透明導體700處于堆疊的底部)。應了解，在其他實施例中，噴涂可從其他方向或從兩側(cè)按順序或同時進行。也可不如圖IIA所示把整個堆疊翻轉(zhuǎn)過來而進行絕緣材料的噴涂。絕緣材料可以是EVA、 PVOH、 PVA、 PVP和/或另一種絕緣材料，比如任何對金屬箔片704和718有良好粘性的熱塑性聚合體。EVA優(yōu)選地以在水中大約40 - 65 %重量比的乳狀液使用。在噴涂后，在60-90 度以Tg < 150°C干燥大約卯秒。
現(xiàn)參見圖IIB，如箭頭712所示的絕緣材料噴涂生成至少覆蓋通孔710側(cè)壁的絕緣層714。絕緣層714可視需要被過量噴涂以覆蓋透明導體700的某些部分，從而確保絕緣層使通孔710的側(cè)壁被完全絕緣。過量噴涂部分716也可改善絕緣層714對層堆疊的粘性。
圖11C示出墊層708可被去除以去除絕緣材料714的底層。視需要，應了解層708可實際上包括多個離散層，比如但不限于一個墊層、一個粘結(jié)層和一個墊層。這可產(chǎn)生一個對與其接觸的材料有著更好脫離和/或粘結(jié)性能的墊層。一種墊層材料可與一種特定材料，而不是其他材料，有更好的相互作用。這使得墊層可被優(yōu)化以得到所想要的性質(zhì)。另外，層708可帶有多個離散層，包括一個墊層、一個粘結(jié) 層、一個PET或電絕緣層、一個粘結(jié)層和一個墊層的配置，其通過含有該PET或電絕緣層保證電絕緣。
圖11D示出當墊層708被去除后，后電極718可被設于堆疊的下側(cè)?，F(xiàn)在固化該堆疊以使后電極與絕緣層有良好的粘結(jié)。在EVA 的情況下，在150C進行大約20分鐘的該固化。應了解，在本發(fā)明的一些實施例中，后電極718可以是覆蓋整個后面的一種材料的箔片。通孔710被一種導電材料720填充，而指狀件722與導電材料720相連。
現(xiàn)參見圖12A-12C，現(xiàn)在將描述本發(fā)明的另一實施例。如圖12A所示，將要被噴涂絕緣材料的層堆疊不包括前圖11A中所示的墊層 708。在本實施例中，該絕緣材料也帶有一種粘性。因此，在形成絕緣層740后不需要將其從下側(cè)去除，且不再需要墊層708和絕緣層 706。箭頭712示出可使用一種或多種技術，比如但不限于噴霧技術，噴涂該絕緣材料以覆蓋通孔710的側(cè)壁和層706的下側(cè)。
圖12B示出，絕緣層740形成覆蓋通孔710的側(cè)壁且沿層706 的基本上整個后側(cè)的一個層。這簡化了步驟數(shù)，因為不再需要步驟去除墊層或以前設置的絕緣層。后電極層718 (圖12C)可被直接設于層740上。
圖12C示出，一旦可設置后電極層718且增加導電材料720以通過軌跡722形成一個電連接，透明導體層700被連接至后電極718, 同時通過絕緣層740與底部電極704絕緣。
現(xiàn)參見圖13A-13B，現(xiàn)在將描述本發(fā)明的另一實施例。本發(fā)明的此實施例描述沿通孔的側(cè)壁形成絕緣層的另一種方法。如圖13A所示，沿層704的后側(cè)形成幾乎完全一致的絕緣材料層750。視需要，該層750帶有粘性以便附上后電極層770。層750流入通孔并覆蓋其側(cè)壁，覆蓋厚度與其在底部電極704上的厚度相當。側(cè)壁涂層的精確厚度在某種程度上取決于通孔的縱橫比(通孔直徑與箔片厚度的比例)以及涂層溶液的粘度。在一個實施例中，有充足的材料沿通孔 710的壁提供厚度在大約20至大約IOO微米之間的一個層。應了解，從層750來的一些材料也會填充通孔710的部分或全部。為易于圖解，層750被描繪成延伸過通孔。由箭頭752指示的一個氣體源可被用來引導或流動該材料從層750進入通孔710。視需要，該源可吹氣體、惰性氣體或空氣。另外，應了解，真空源754 (以虛線顯示)可被用來代替吹氣或與該氣體源組合使用。
可使層750形成有足夠的厚度，以使有充足的材料流入通孔并覆蓋側(cè)壁，而不會太薄且不填滿整個通孔。在一個實施例中，裝置的層厚度可在大約50-100微米的范圍內(nèi)。在另一個實施例中，裝置的層厚度可在大約50-100微米的范圍內(nèi)。在另一方面，層750中有足夠的材料以大約20至大約100微米的厚度在通孔的側(cè)壁上形成絕緣材料涂層。
如圖13B所示，當通過把材料拉至通孔710的側(cè)壁以形成絕緣層750時，通孔710保持通暢。通孔710保持通暢以允許導電材料720 被填入通孔710中。這種印刷一致層的方法可允許沿通孔壁形成較厚的絕緣層750。
圖13C示出，后電極層770可被連至層750。通孔710被導電材料720填充，并被連至指狀件722，而該指狀件把透明導體700電氣連接至后電極770。
當然應了解，使用噴涂的方法和使用空氣沖擊的方法(通過正和 /或負壓)是可通過單個或多個步驟而組合的。作為非限制性示例，絕緣材料的噴涂應用可隨后用空氣沖擊加以處理(通過正和/或負壓)，以確保該噴涂應用中任何可能閉塞通孔的材料被引導至涂布該通孔側(cè)壁或確保側(cè)壁被完全涂布。視需要，在另一個非限制性示例中，如果絕緣層未達到想要的厚度，可通過噴涂絕緣材料到至少通孔的側(cè)壁上來補充使用一致涂布及空氣沖擊技術而被應用的絕緣材料。在又一個非限制性示例中，絕緣材料的一個初始層可被噴涂至通孔的側(cè)壁上，然后可使用空氣沖擊技術加一個一致涂層以加厚該絕緣層。在其他實施例中，可使用兩個噴涂步驟以達到層厚度。另一實施例使用兩個涂布步驟(在每次涂層后使用空氣沖擊)以達到想要的層厚度。
現(xiàn)參見圖14A-14B,現(xiàn)在將描述本發(fā)明的另一個實施例。圖14A 示出，在層704上加一個絕緣材料層760。在此實施例中，添加材料層760的方式是幾乎所有的通孔被層760的材料堵塞或至少部分填充。在其他實施例中，通孔僅有一部分被堵塞。通過非限制性示例，層760的材料可以是EVA、 PVOH、 PVA、 PVP、 UV固化絕緣油墨， Tg小于大約150。C的熱塑性聚合體，或者這些材料的組合。該材料的厚度可以大體上與圖12-13中所提范圍相同。可使用多種基于溶液的涂布技術以沉積材料760，包括但不限于濕涂、噴涂、旋涂、刮刀涂布、接觸印刷、頂部輸入反向印刷、底部輸入反向印刷、噴嘴輸入反向印刷、凹版印刷、顯微照相凹版印刷、反向顯微照相凹版印刷、
直接印刷、滾涂、狹縫模具式涂布、meyer棍涂布、模唇直接涂布、雙模唇直接涂布、毛細管涂布、噴墨印刷、噴射沉積、噴涂沉積等等，以及以上和/或相關技術的組合。
視需要，可被用來沉積薄膜的噴頭包括例如超聲噴嘴噴頭、空氣霧化噴嘴噴頭和霧化噴嘴噴頭。在超聲噴頭中，圓盤形的陶瓷壓電傳感器把電能轉(zhuǎn)換成機械能。該傳感器從作為振蕩器/放大器組合的電源接受高頻信號形式的電輸入。在空氣霧化噴頭中，噴嘴混合空氣和液體流以生成完全霧化的噴射。在霧化噴頭中，噴嘴使用加壓液體的能量以霧化該液體，并隨后生成噴射。
如圖14A所示，通孔710可被材料760至少部分堵塞。在此實施例中，該通孔的部分堵塞在通孔710中提供過量材料以確保有足夠的材料760來覆蓋通孔710的側(cè)壁。氣體和/或蒸汽可被強行通過通孔 710以"清空"被堵塞的通孔，但仍舊在通孔710的側(cè)壁上留下一些材料760。源752可吹出氣體、惰性氣體或空氣在被閉塞的通孔中生成一個開孔。在本發(fā)明的一些實施例中，空氣刀、持續(xù)空氣噴射、射流空氣、脈沖空氣、非脈沖空氣和/或其他空氣沖擊技術可被用來打開通孔710的閉塞。在以上任何一種技術中，其他類型的氣體，比如但不限于惰性氣體，可被用來代替空氣。視需要，源752可位于目標表面之上或其下面。視需要，可使用兩個或更多的源。作為非限制性示例，可在目標表面上面和下面同時提供按順序、同時、或以其他時間安排方式運行的源752和753。源752和753可使用相同或不同類型的氣體。視需要，源752和/或753可有不同的取向。在僅使用一個源的實施例中，該源可被取向為以正交或一個角度向目標吹氣。同樣地，該單個源可以在目標表面之上或其下面。帶有超過一個源的一些實施例可以有源向目標正交吹氣，其他源以一個角度向目標吹氣，同時一些實施例可以同時使用一個正交取向的源和一個非正交取向的源。
圖14B示出，當通孔710不被堵塞時，材料760將延伸進入通孔710并覆蓋其中至少一部分側(cè)壁。視需要，材料760將覆蓋通孔710中幾乎所有的側(cè)壁。如圖所示，清空通孔710將在通孔的上面和下面都留下材料760。如圖所示，清空通孔710可生成材料760的一個部分762,該部分覆蓋在通孔710周圍。這提供額外的材料以防止不想要的電氣短路。
圖14C示出被添加的額外材料層以完成本發(fā)明的此實施例。通孔710被導電材料720填充，且導電指狀件722被接至導電材料720。后電極層770可被接至層760。導電材料720被接至指狀件722，其將透明導體700電氣連接至后電極770。應了解，后電極770可由一種或多種下列材料組成不銹鋼、銅、鈦、鉬、鋼、鋁、任何前述材料的鍍銅形式、任何前述材料的鍍銀形式、任何前述材料的鍍金形式、或其中的任何組合。
現(xiàn)參見圖15A-15C，現(xiàn)在將描述本發(fā)明的另一實施例。此實施例示出，絕緣層780可被加至電極層704上。圖15A示出添加絕緣層 780的各種方法，類似圖14A所示。圖15B示出額外的絕緣材料層784 (以虛線顯示)可視需要被添加至絕緣層780。在一個實施例中，額外的層784可以由與層780 —樣的材料組成。備選地，在其他實施例中，層784可由不同材料組成。視需要，層784可以由乙烯基醋酸乙烯脂(EVA)、聚乙烯醇(PVOH)、聚醋酸乙烯酯(PVA)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、 UV固化絕緣油墨和/或一種Tg低于大約150°C的熱塑性聚合體組成。圖15C示出可被添加的其他層。在一個實施例中，UV 油墨可以是一種UV固化氨基甲酸乙酯人造橡膠，比如但不限于 Master Bond Inc.的Master Bond UV15X曙5。通孔710被導電材料720 填充，且導電指狀件722被接至導電材料720。后電極層770可4皮接至層780。
現(xiàn)參見圖16A-16B,現(xiàn)在將描述本發(fā)明的另一實施例。圖16A 示出打開被堵塞的通孔的一種機械方法。這可以包括將機械探頭、針頭、針、棒或者其他突出物伸入或穿過被閉塞的通孔710。圖16A示出帶多個用于穿透閉塞的探頭789的一個旋轉(zhuǎn)裝置788。此類機械技術可被用來打開這里所示的任何被閉塞的通孔，包括圖13-15中所描述的那些。圖16A也示出，絕緣材料7卯可以一種方式來填充通孔 710而幾乎不覆蓋周圍表面。這可允許更為精確的材料使用。通過非限制性示例，可通過噴墨技術、針沉積、橡膠滾軸、刮刀、點滴技術或者其中的組合將材料790沉積入通孔710中。
圖16B示出，在此實施例中，清空閉塞將沿通孔710的側(cè)壁留下一層材料790。在一些實施例中，這可以提供足夠的電絕緣。視需要，在其他實施例中也可使用額外的絕緣材料。通過非限制性示例，額外的絕緣材料可以是以圖13、 14或15所示方法被溶液沉積在材料 790上。這將覆蓋材料790以確保不同導電層之間足夠的耐電壓。此第二種材料可以與材料790相同。備選地，它們可以是不同的材料，優(yōu)選為兩者均為電絕緣。備選地，可以現(xiàn)使用以下之一乙烯基醋酸乙烯脂(EVA)、聚乙烯醇(PVOH)、聚醋酸乙烯酯(PVA)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、 UV固化絕緣油墨和/或一種Tg低于大約150°C的熱塑性聚合體。此后，與上述所列材料不同的一種材料(或其他電絕緣體) 可以被用在層790之上。
盡管本發(fā)明通過這里的特定實施例被加以描述和說明，本領域技術人員將會理解可以作出各種改變、變更、修改、替換、刪除或添加程序及協(xié)議，而不偏離本發(fā)明的精神和范圍。例如，對任何上述實施例，噴涂絕緣材料的使用也可以與其他印刷技術組合以向太陽能電池上添加各種材料層。在一個實施例中，絕緣材料可由噴涂技術提供，同時填充通孔可通過印刷來完成，反之亦然。應了解，本發(fā)明的方法和裝置可被改裝以便用于其他裝置，其通孔穿過一層或多層此類裝置。為易于圖解，這里的通孔被示為圓形，但在其他實施例中，它們可以是方形、長方形、多邊形、橢圓形、三角形、其他形狀，或者前述形狀之組合。也應了解，任何這里的噴涂、空氣沖擊或涂布技術均可以被配置用于從輥到輥型的基底或箔片處理系統(tǒng)。
而且，濃度、數(shù)量和其他數(shù)值數(shù)據(jù)可以一種范圍格式在這里表示。應了解，這樣的范圍格式僅是為了方便和簡潔而使用的，應靈活地理解這些范圍以不僅僅包括被明確表達為范圍極限的數(shù)值，同時也包括該范圍內(nèi)的所有單個數(shù)值或次范圍，如同每個數(shù)值或次范圍均被明確
表達。例如，大約1 nm至大約200 nm的一個尺寸范圍應,皮理解為不僅僅包括被明確表達為范圍極限的大約1 nm和大約200 nm，也包括各個單個尺寸，比如2 nm、 3 nm、 4 nm和次范圍，比如10 nm至 50 nm、 20 nm至100 nm，等等...
提供這里所討論或引用的公開文獻僅僅只是為了列出在本申請的提交日之前的現(xiàn)有技術公開內(nèi)容。這里的任何內(nèi)容都不應解釋為承認本發(fā)明沒有資格先于先前發(fā)明的這一公開。而且，提供的公開文獻的日期可能不同于實際
公開日期，這需要獨立驗證。這里涉及的所有公開文獻都通過引用結(jié)合于此，以公開和描述了和這些公開文獻引述的結(jié)構(gòu)和/或方法相關的內(nèi)容。例如，2005年1月20日提交的美國專利申請No.ll/039053以及2005年8月16日提交的美國專利申請 No.ll/207157為所有目的而被通過引用完全結(jié)合于此。2006年3月 10日提交的題為"具有絕緣通孔的高效太陽能電池"的美國臨時專利申請No.60/781,165以及2006年4月4曰提交的美國專利申請 No.11/278，645 (律師檔案號碼NSL-061 )也為所有目的而被通過引用完全結(jié)合于此。
雖然上述內(nèi)容對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行了完整描述，但是可以進行多種改變、變型和等價。因此，本發(fā)明的范圍不應當參照上述描述來確定，而是應當參照所附權(quán)利要求及其等同物的全部范圍來確定。任何特征，無論是否優(yōu)選，都可以和任何其它特征相結(jié)合，無論這些該其它特征是否優(yōu)選。在下面的權(quán)利要求中，不定冠詞"一個，，("a" 或"an")是指該冠詞后的一個或多個該部件的數(shù)量，除非有特別聲明。權(quán)利要求不應當理解為包括裝置加功能的限定，除非在給定權(quán)利要求中采用短語"用于......的裝置"來明確陳述這種限定。
權(quán)利要求
1. 一種裝置，包括一種太陽能電池，包括至少一個透明導體、一個光致電壓層和多個通孔。
2. —種裝置，包括一種太陽能電池，具有高效后電極配置，其中該太陽能電池包括至少一個透明導體、一個光致電壓層、至少一個底部電極和至少一個后電極；多個安裝在該太陽能電池中的透明導體上之導電指狀件；多個與該導電指狀件相連的填充通孔，其中該填充通孔通過至少一個透明導體、光致電壓層和至少一個底部電極；其中每個填充通孔有一個將電荷從透明導體傳導至后電極的傳導核心；和一個將每個填充通孔中的傳導核心與底部電極絕緣的絕緣層。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中通過對通孔進行噴霧涂布而形成該絕緣層。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中通過使用一種粘性材料而形成該絕緣層。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中后導體可與底部電極電氣絕緣，并通過填充通孔而被連接，這些通孔彼此間隔足夠近，從而降低了上部電極的導電率要求，且不再需要以遮蔽母線的面積。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中該絕緣層厚度在大約20至大約100微米之間。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中該絕緣層可由至少一種以下材料制成EVA、 PVOH、 PVA、 PVP和/或一種Tg低于大約150°C 的熱塑性聚合體。
8. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中該光致電壓層由形成P-N 結(jié)的至少兩個離散層構(gòu)成，其中至少一個層包括基于CIS的材料。。
9. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中填充通孔直徑為大約1 mm 或更小。
10. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，微米或更小。
11. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，以及每個通孔周圍透明導體的一部分，大約2倍通孔直徑的范圍內(nèi)。其中填充通孔直徑為大約650其中該絕緣層覆蓋通孔的側(cè)壁其中該部分位于從通孔邊緣起
12. —種方法，包括形成包括至少一個透明導體、一個光致電壓層和至少一個底部電極的太陽能電池；形成通過至少一個透明導體、一個光致電壓層和至少一個底部電極的多個通孔；和涂布通孔以在每個孔中的側(cè)壁上形成絕緣層。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中涂布包括通過噴霧噴涂一種粘在側(cè)壁上的材料而形成該絕緣層。
14. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中有一種高效后電極配置。
15. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，另包括用一個傳導核心填充每個通孔，該核心與透明導體電氣相連，并通過通孔中的絕緣層而與底部電極電氣絕緣；和在基本上每個通孔中形成一個與傳導核心相連的后電極。
16. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中涂布包括使用一個從太陽能電池的下面噴涂絕緣材料的源，以基本上完全避免在透明導體上覆蓋有絕緣材料。
17. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中涂布包括從太陽能電池的下面噴涂絕緣材料，以便不用蒙上透明導體即可將沉積在透明導體上的材料減至最少。
18. 根椐權(quán)利要求12所述的方法，其中涂布包括從太陽能電池的上面噴涂絕緣材料，并蒙上透明導體以將沉積在透明導體上的材料減至最少。
19. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中涂布包括噴涂足夠數(shù)量的絕緣材料以覆蓋通孔壁，而不完全填滿通孔。
20. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中涂布包括噴涂足夠數(shù)量的絕緣材料以覆蓋通孔壁，并覆蓋底部電極的底面以形成一個底部絕緣層。
21. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中通過使用一種粘性材料而形成該絕緣層。
22. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中涂布包括通過在通孔中應用噴霧劑而形成一個絕緣層。
23. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中涂布包括通過應用一種絕緣噴霧劑而形成一個絕緣層，該絕緣噴霧劑由一種純電介性質(zhì)的成分和一種膠粘組分組成。
24. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中涂布包括在用絕緣材料噴涂通孔并在噴涂之后使用氣體沖擊以清除被絕緣材料堵塞的任何通孔。
25. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中涂布包括在太陽能電池一側(cè)的幾乎完全一致的涂層上使用氣體沖擊，以將絕緣材料引入每個通孔中。
26. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中涂布包括通過在太陽能電池的一側(cè)印刷上一層幾乎完全一致的絕緣材料，并使用氣體沖擊將該絕緣材料引入每個通孔中，且在對應于每個通孔的一致絕緣層中產(chǎn) 生開口，從而在每個通孔中形成絕緣層。
27. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，另包括在太陽能電池中的透明導體上形成多個導電指狀件。
28. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中涂布包括通過在太陽能電池的一側(cè)印刷上一層幾乎完全一致的絕緣材料，并在太陽能電池的另一側(cè)使用抽吸將一致涂層的絕緣材料拉入每個通孔中，且在對應于每個通孔的一致絕緣層中產(chǎn)生開口，從而在每個通孔中形成絕緣層。
29. —種方法，包括形成包括至少一個透明導體、一個光致電壓層和多個通孔的太陽能電池；涂布通孔以在每個孔中的側(cè)壁上形成絕緣層。
30. 根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其中該絕緣層可由至少一種以下材料制成EVA、 PVOH、 PVA、 PVP、 UV固化絕緣油墨和/或一種Tg低于大約150°C的熱塑性聚合體。
31. 根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，其中在絕緣層上形成一個第二絕緣層且該第二絕緣層的材料與絕緣層的材料不同。
32. 根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，其中在絕緣層上形成一個第二絕緣層且該第二絕緣層的材料與絕緣層的材料不同，并從由以下材料中選出EVA、 PVOH、 PVA、 PVP、 UV固化絕緣油墨和/或一種 Tg低于大約150°C的熱塑性聚合體。
全文摘要
本發(fā)明提供了用于高效太陽能電池的方法和裝置。在一個實施例中，該裝置包括一個帶高效后電極配置的太陽能電池，其中該太陽能電池包括至少一個透明導體、一個光致電壓層、至少一個底部電極和至少一個后電極。該裝置可包括多個安裝在太陽能電池中的透明導體上之導電指狀件。該裝置可包括多個連接至導電指狀件的填充通孔，其中該通孔穿過該透明導體、光致電壓層和底部電極，其中該通孔有一個將電荷從透明導體傳導至后電極的傳導核心。通孔絕緣層可把每個通孔中的傳導核心與底部電極分開，其中可用多種技術，包括但不限于對通孔進行噴霧涂布而形成該絕緣層。
文檔編號H01L31/042GK101443921SQ200780016606
公開日2009年5月27日申請日期2007年3月10日優(yōu)先權(quán)日2006年3月10日
發(fā)明者D·洛坤, G·A·米勒, J·R·希茨, S·考申請人:納米太陽能公司

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