產生兩個或更多個薄膜基互連光伏電池的改進方法
【專利摘要】本發(fā)明基于生產兩個或更多個薄膜基互連光伏電池的方法，包括步驟：a)提供包含柔性導電襯底、至少一個光電活性層、頂部透明導電層和頂部透明層上的承載結構的光伏制品；b)形成一個或多個穿過光伏制品的層的第一通道；c)向導電襯底施加絕緣層并跨越一個或多個第一通道；d)除去承載結構；e)對一個或多個第一通道形成穿過絕緣層的附加部分；f)形成相對于一個或多個第一通道偏移并穿過絕緣層以暴露柔性導電襯底的導電表面的一個或多個第二通道；g)經一個或多個第二通道向柔性導電襯底的導電表面施加第一導電材料；h)向第一絕緣層施加導電膜，該膜經第一導電材料與柔性導電襯底電連通；J)在頂部透明導電層上并通過一個或多個第一通道施加第二導電材料，將步驟b的光伏制品的層與導電膜電連接；j)形成一個或多個穿過導電膜的第三通道；k)在導電膜下施加第二絕緣層；l)形成一個或多個穿過光伏制品的層的第四通道，從而產生兩個或更多個互連光伏電池。
【專利說明】產生兩個或更多個薄膜基互連光伏電池的改進方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及產生兩個或更多個薄膜基互連光伏電池的改進方法，更具體涉及從包含柔性導電襯底、至少一個光電活性層和頂部透明導電層的光伏制品產生兩個或更多個薄膜基互連光伏電池的改進方法。
【背景技術】
[0002]嘗試改進光伏器件、特別是薄膜基互連光伏電池的制造已經是近來很多研究與開發(fā)的主題。特別感興趣的是能夠制造各種形狀和尺寸的薄膜基互連光伏電池而同時保持高效生產和相對低的資本投入，從而使得最終的產品價格更實惠。開發(fā)這些可幫助制造更實惠的最終產品而同時仍然產生優(yōu)質產品的方法和技術已經是行業(yè)的目標。
[0003]在一個應用中，這些薄膜基互連光伏電池用作較大的光伏器件的發(fā)電部件。相對低成本的薄膜基互連光伏電池可用的形狀和尺寸可能限制較大的光伏器件和器件系統(tǒng)的設計，并從而限制它們可能的市場。為了使得這全套組件適合消費者需要以及為了得到市場的廣泛認可，所述系統(tǒng)的建造和安裝應該是經濟的。本發(fā)明最終可以幫助促進較低的產能成本，使得PV技術相對于其他發(fā)電裝置更有競爭力。
[0004]據(jù)認為，制造薄膜基互連光伏電池的現(xiàn)有技術依靠在完成光伏制品之前實施互連步驟的方法和技術，例如其中至少一個刻劃(scribe)或切割(cut)在制品制造過程中完成。
[0005]可與這種技術相關的文獻包括以下著作和美國專利文獻:F.Kessler 等，“Flexible and monolithicalIy integrated CIGS-modules”，MRS668:H3.6.1-H3.6.6 (2001) ；4, 754，544 ；4, 697，041 ；5, 131，954 ；5, 639，314 ；6，372，538 ；7, 122，398和2010/1236490，其全部為了所有目的通過引用并入本文。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明涉及解決了至少一個或多個在以上段落中描述的問題的PV器件。
[0007]因此，按照本發(fā)明的一個方面，設想了生產兩個或更多個薄膜基互連光伏電池的方法，包括以下步驟:a)提供光伏制品，其包含:柔性導電襯底、至少一個光電活性層、頂部透明導電層和布置在頂部透明層之上的承載結構；b)形成一個或多個穿過所述光伏制品的層的第一通道；c)向所述導電襯底施加絕緣層并跨越所述一個或多個第一通道；d)除去所述承載結構；e)對所述一個或多個第一通道形成穿過所述絕緣層的附加部分；f)形成一個或多個第二通道，其相對于所述一個或多個第一通道偏移并穿過所述絕緣層以暴露所述柔性導電襯底的導電表面；g)經由所述一個或多個第二通道向所述柔性導電襯底的導電表面施加第一導電材料；h)向所述絕緣層施加導電膜，其中所述膜經由所述第一導電材料與所述柔性導電襯底電連通；i)在所述頂部透明導電層之上并穿過所述一個或多個第一通道施加第二導電材料，因而將步驟b的光伏制品的層與所述導電膜電連接；j)形成一個或多個穿過所述導電膜的第一分隔通道；k)在所述導電膜之下施加第二絕緣層；1)形成穿過所述光伏制品的層的一個或多個第二分隔通道，從而產生兩個或更多個互連光伏電池。
[0008]本發(fā)明的特征還可以在于本文中描述的特征之一或任何組合，所述特征例如包括用電絕緣材料至少部分填充所述一個或多個第二分隔通道的步驟；所述電絕緣材料包括氧化硅、氮化硅、氧化鈦、氧化鋁、非導電環(huán)氧樹脂、硅氧烷、聚酯、聚芴、聚烯烴、聚酰亞胺、聚酰胺、聚乙烯或其組合等等；所述絕緣層包括聚酯、聚烯烴、聚酰亞胺、聚酰胺、聚乙烯；所述形成步驟通過刻劃、切割、燒蝕或其組合進行；所述光伏制品電池是卷的形式；所述第二絕緣層起到底部承載膜的功能；所述形成步驟的通道的寬度在1- 5000微米之間；通過上述方法形成光伏制品。
[0009]應該理解，以上提及的方面和實例是非限制性的，因為其他方面和實例也存在于本文中顯示和描述的本發(fā)明內的。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1A顯示光伏制品的層。
[0011]圖1B顯示具有第一通道的光伏制品的層。
[0012]圖1C顯示了具有不同位置的第一通道和絕緣層的光伏制品的層。
[0013]圖1D顯示了具有第一通道、所述第一通道的附加部分、第二通道和絕緣層的光伏制品的層。
[0014]圖1E顯示了具有第一通道、所述第一通道的附加部分、在其中具有導電材料的第二通道和絕緣層的光伏制品的層。
[0015]圖1F顯示了具有第一通道、所述第一通道的附加部分、在其中具有導電材料的第二通道、在導電膜中的第三通道和絕緣層的光伏制品的層。
[0016]圖1G顯示了具有第一通道、所述第一通道的附加部分、在其中具有導電材料的第二通道、在導電膜中的第三通道和兩個絕緣層的光伏制品的層。
[0017]圖1H顯示了具有第四通道的光伏器件。
[0018]圖1I顯示了具有多個通道的光伏器件。
【具體實施方式】
[0019]本發(fā)明涉及從包含柔性導電襯底、至少一個光電活性層和頂部透明導電層的光伏制品10產生兩個或更多個薄膜基互連光伏電池(例如，如圖1所示)的改進方法。設想本發(fā)明提供了獨特的制造方案，其允許從已經基本上制成的光伏制品產生和互連光伏電池(例如兩個或更多個)。本發(fā)明可以允許以相對低的資本投入且在光伏制品制造生產線內不需要專用設備或方法來制造具有獨特形狀和尺寸的薄膜基互連光伏電池。本公開教導了本發(fā)明的方法，以及說明了可以用作本發(fā)明方法的輸入的一些通常的光伏制品的結構。本文中討論的所公開的光伏制品不應該被認為限制本發(fā)明的方法，而是考慮其他可能的基礎光伏制品。
[0020]方法
[0021]設想本發(fā)明的方法功能在于采用基礎光伏制品10，并將它轉變成互連光伏電池100，其與所述基礎制品的制造無關。圖1A是制品10和本發(fā)明的方法的代表性例子。本發(fā)明的方法包括至少以下步驟:a)提供光伏制品，所述光伏制品包含:柔性導電襯底、至少一個光電活性層、頂部透明導電層和布置在頂部透明層之上的承載結構；b)形成一個或多個穿過所述光伏制品的層的第一通道；C)向所述導電襯底施加絕緣層并跨越所述一個或多個第一通道；d)除去所述承載結構；e)對所述一個或多個第一通道形成穿過所述絕緣層的附加部分；f)形成一個或多個第二通道，其相對于所述一個或多個第一通道偏移并穿過所述絕緣層以暴露所述柔性導電襯底的導電表面；g)經由所述一個或多個第二通道向所述柔性導電襯底的導電表面施加第一導電材料；h)向所述絕緣層施加導電膜，其中所述膜經由所述第一導電材料與所述柔性導電襯底電連通；i)在所述頂部透明導電層之上并通過所述一個或多個第一通道施加第二導電材料，因而將步驟b的光伏制品的層與所述導電膜電連接；j)形成一個或多個穿過所述導電膜的第三通道；k)在所述導電膜之下施加第二絕緣層；1)形成一個或多個穿過所述光伏制品的層的第四通道，從而產生兩個或更多個互連光伏電池。任選的步驟可以包括一個或多個以下步驟:用保護層封裝；形成與外部電器裝置的互連；封裝成組件形式(例如屋頂板)；或如美國公布2011/0100436所述用作光伏電池的部分。
[0022]光伏制品10
[0023]設想在本發(fā)明的方法/工藝開始時提供光伏制品10。制品10是通過本發(fā)明的方法/工藝生成多個互連光伏電池100的基礎。所述制品應該由至少三個層構成(從所述制品的底部向頂部列舉):柔性導電襯底110、至少一個光電活性層120和頂部透明導電層130。還設想(并且優(yōu)選)制品10包括布置在所述頂部透明層之上的承載結構230。所述承載結構是可除去的，在去除過程中可至少以不損害所述制品的其余部分的方式除去。設想在本申請內公開的襯底或層可以包含單層，但是它們中的任何一個可根據(jù)需要獨立地由多個亞層形成。還可以提供當前已知或今后開發(fā)的常規(guī)用于光伏制品中的附加層。設想用于本發(fā)明的當前已知的光伏制品可以包括=IB-1IIB族硫屬元素化物型電池(例如銅銦鎵硒化物，銅銦硒化物，銅銦鎵硫化物，銅銦硫化物，銅銦鎵硒化物硫化物等等)、非晶硅、II1-V(即GaAs)、I1-1V(即CdTe)、銅鋅錫硫化物、有機光伏器件、納米粒子光伏器件、染料敏化的太陽能電池及其組合。
[0024]根據(jù)現(xiàn)在已知或今后發(fā)展的幫助增強各層之間的粘附的常規(guī)實踐，在制品10上可以使用附加的任選層(未顯示)。另外，還可以在柔性導電襯底110的背面上提供一個或多個阻擋層(未顯示)以幫助將器件10與環(huán)境隔離和/或使器件10電隔離。
[0025]在一種優(yōu)選實施方式中，作為用于本發(fā)明方法/工藝中的基礎而提供的光伏制品10是作為IB-1IIB族硫屬元素化物器件的光伏制品。圖2顯示了可以在本發(fā)明方法中使用的光伏制品10的一種實施方式。在下面描述的層中，設想層22和24 —起構成所述柔性導電襯底，層20是所述至少一個光電活性層的部分，和層30是頂部透明導電層的部分。這一制品10包含整合載體22、背面電接觸24和硫屬元素化物吸收體20的襯底。制品10還包含緩沖區(qū)28，所述緩沖區(qū)包含η-型硫屬元素化物組成，例如硫化鎘基材料。所述緩沖區(qū)優(yōu)選具有15至200nm的厚度。所述制品還可以包含任選的正面電接觸窗口區(qū)26。在隨后形成透明導電區(qū)30期間，該窗口區(qū)保護所述緩沖區(qū)。所述窗口優(yōu)選由鋅、銦、鎘或錫的透明氧化物形成，并通常認為至少有些電阻性。該層的厚度優(yōu)選是10至200nm。所述制品還包含透明導電區(qū)30。這些組成在圖2中各自顯示為包括單層，但是它們中的任何一個可根據(jù)需要獨立地由多個亞層形成。也可以提供當前已知或今后發(fā)展的常規(guī)用于光伏電池中的附加層(沒有顯示)。在本文中偶爾使用時，所述電池的頂部12被認為是接收入射光16的那一側。在吸收體上形成硫化鎘基層的方法還可以用于串聯(lián)電池結構中，其中兩個電池構建在彼此的頂部，其各具有吸收不同波長輻射的吸收體。
[0026]柔性導電襯底110/導電膜112
[0027]設想光伏制品10具有至少一個所述制品構建于其上的柔性導電襯底110。它功能在于提供所述制品的其他層布置于其上的基礎。其作用還在于提供電接觸。設想所述襯底可以是單層(例如不銹鋼)或者可以是許多材料的多層復合體，導電和非導電層。導電材料的例子包括金屬(例如Cu、Mo、Ag、Au、Al、Cr、N1、T1、Ta、Nb和W)、導電聚合物、這些的組合等等。在一種優(yōu)選實施方式中，所述襯底由厚度在約ΙΟμπι和200μπι之間的不銹鋼構成。還優(yōu)選所述襯底是柔性的，“柔性”定義為可繞著直徑0.1米的圓筒彎曲而沒有性能降低或臨界損壞的“柔性”物品、元件或層(以按照本發(fā)明的可用厚度)。
[0028]在圖2顯示的器件中，所述柔性導電襯底包含層22和24。載體22可以是柔性襯底。載體22可以由范圍廣泛的材料形成。這些包括金屬、金屬合金、金屬間組合物、塑料、紙、紡織或無紡織物、它們的組合等等。不銹鋼是優(yōu)選的。柔性襯底是優(yōu)選的以能夠最大化利用薄膜吸收體和其他層的柔性。
[0029]背面電接觸24提供制品10與外部電路電耦合的便利方式。接觸24可以由范圍廣泛的導電材料形成，所述材料包括Cu、Mo、Ag、Al、Cr、N1、T1、Ta、Nb、W、這些的組合等等的一種或多種。摻有Mo的導電組合物是優(yōu)選的。所述背面電接觸24還可以有助于將吸收體20與載體22隔離以最小化載體成分遷移到吸收體20中。例如，背面電接觸24可有助于阻斷不銹鋼載體22的Fe和Ni成分遷移到吸收體20中。如果Se用于形成吸收體20的話，背面電接觸24還可通過例如防御Se來保護載體22。
[0030]光電活件層120
[0031]設想所述光伏制品具有至少一個光電活性層120。該層通常布置在柔性導電襯底110之上和頂部透明導電層130之下。該層的功能在于利用入射光16的輸入并將它轉化為電力。設想該層可以是材料單層或者可以是許多材料的多層復合體，其組成可以取決于光伏制品10的類型(例如銅硫屬元素化物型電池、非晶硅、II1-V(即GaAs) ,I 1-1V (BP CdTe)、硫化銅鋅錫、有機光伏器件、納米顆粒光伏器件、染料敏化的太陽能電池及其組合)。
[0032]IB-1IIB族硫屬元素化物(例如銅硫屬元素化物)電池是優(yōu)選的。在這種情況下，吸收體包含含有銅、銦、鋁和/或鎵中至少一種的硒化物、硫化物、碲化物和/或這些的組合。更通常存在Cu、In、Ga和Al中的至少兩種或甚至至少三種。硫化物和/或硒化物是優(yōu)選的。一些實施方式包括銅和銦的硫化物或硒化物。另外的實施方式包括銅、銦和鎵的硒化物或硫化物。鋁可以用作附加的或替代的金屬，通常替代一部分或全部的鎵。具體的例子包括但是不限于銅銦硒化物、銅銦鎵硒化物、銅鎵硒化物、銅銦硫化物、銅銦鎵硫化物、銅鎵硒化物、銅銦硫化物硒化物、銅鎵硫化物硒化物、銅銦鋁硫化物、銅銦鋁硒化物、銅銦鋁硫化物硒化物、銅銦鋁鎵硫化物、銅銦鋁鎵硒化物、銅銦鋁鎵硫化物硒化物和銅銦鎵硫化物硒化物。吸收體材料還可以用其他材料摻雜，例如Na、Li等，以增強性能。此外，許多硫屬元素化物材料可以摻入作為對電子性質沒有顯著有害效應的少量雜質的至少一些氧。該層可以通過濺射、蒸發(fā)或任何其他已知的方法形成。該層的厚度優(yōu)選為0.5至3微米。
[0033]在銅硫屬元素化物電池中，為了理解在什么層中形成通道，任選的緩沖和窗口層可以視為活性層120或透明導電層130的部分。然而，優(yōu)選緩沖層被認為是活性層120的部分，而窗口層被認為是透明導電層130的部分。
[0034]頂部誘明導電層130
[0035]設想所述光伏制品10具有至少一個頂部透明導電層130。該層通常布置在光電活性層120之上并可以代表所述制品的最外表面(通常是首先接受入射光16的表面)。該層優(yōu)選是透明的，或至少半透明的，并允許所需波長的光到達光電活性層120。設想該層可以是材料單層或者可以是許多材料的多層復合體，其組成可以取決于光伏制品10的類型(例如銅硫屬元素化物型電池(例如銅銦鎵硒化物、銅銦硒化物、銅銦鎵硫化物、銅銦硫化物、銅銦鎵硒化硫化物等等)、非晶硅、II1-V(即GaAs)、I1-1V(即CdTe)、硫化銅鋅錫、有機光伏器件、納米顆粒光伏器件、染料敏化的太陽能電池及其組合)。然而，優(yōu)選透明導電層130是非常薄的金屬膜(使得它對光至少有些透明)或透明導電氧化物?？梢允褂梅N類廣泛的透明導電氧化物、非常薄的導電透明金屬膜或這些的組合，但是優(yōu)選透明導電氧化物。這樣的TCO的例子包括氟摻雜的氧化錫、氧化錫、氧化銦、氧化銦錫(ITO)、招摻雜的氧化鋅(AZO)、氧化鋅、這些的組合等等。TCO層通過濺射或其它合適的沉積技術方便地形成。所述透明導電層優(yōu)選具有10至1500nm以及更優(yōu)選100至300nm的厚度。
[0036]誦道
[0037]設想在本方法中將在制品10中“形成”多個通道以產生所述兩個或更多個薄膜基互連光伏電池。這些通道功能在于將所述制品分隔成單個電池，或提供導電材料180的路徑，并可以是多種形狀和尺寸。設想所述通道可以通過許多方法形成，例如通過機械刻劃、激光燒蝕、刻蝕(濕或干式)、光刻法或行業(yè)內通用的從襯底選擇性除去材料的其他方法。所述通道可以根據(jù)可能所期望的和形成哪種通道(例如第一、第二或第三通道)而具有不同的寬度、深度和型面。優(yōu)選的電池大小將是邊大于0.7cm，優(yōu)選大于1cm并更優(yōu)選大于20cm。電池優(yōu)選邊小于2米并更優(yōu)選小于1.5米。電池可以具有一個較短的邊和一個較長的邊。通常，電池越小，具有越小的通道可能是理想的。優(yōu)選地，人們通常會希望最大化電池100的功率密度，或換句話說將間隙尺寸(通道尺寸)最小化到所述組件面積的約5%或更小，從而提供95%或更大的可產生電的活性PV表面。因此，根據(jù)電池100的尺寸和期望的功率密度，具有寬范圍的通道寬度可能是優(yōu)選的。還設想所述通道可以按照下面說明的次序(例如優(yōu)選首先第一通道，其次第二通道，第三通道等等)或如果需要的話以任何其他次序引入所述制品。
[0038]第一通道140/附加部分141
[0039]設想第一通道140穿過制品10的整體、或至少層110、120和130而形成。所述第一通道功能在于將所述制品的兩個部分彼此既物理又電隔離(例如形成兩個電池100)。優(yōu)選所述第一通道具有的寬度允許成品電池在彎曲時通道沒有閉合。另外，在一個步驟中，第一通道140的附加部分141被制成通過絕緣層150，其通常在所述第一通道形成之后布置在所述結構上(雖然可以用不同的順序實行)。在一種優(yōu)選實施方式中，所述第一通道具有的寬度FCff可以是約14 111至500(^111。優(yōu)選所述寬度大于約10 μ m，更優(yōu)選大于約25 μ m，和最優(yōu)選大于約50 μ m,并優(yōu)選寬度小于約400 μ m,更優(yōu)選小于約300 μ m,和最優(yōu)選小于約200 μ m。值得注意的是，附加部分141可以具有比第一通道更小、相同尺寸或更大的寬度。
[0040]第二通道 160[0041]設想第二通道160穿過第一絕緣層150 (和可能存在于它下面或上面的任何附加層)而形成并達到暴露所述柔性導電襯底的至少一部分(例如至少它的導電部分)的深度。所述第二通道起到允許所述至少兩個薄膜基互連光伏電池電互連的物理通路的功能(例如，參見施加導電材料步驟)。設想所述第一和第二通道在幾何結構上相互偏移，從而最小化所述第一和第二通道合并變成通孔的機會。在優(yōu)選實施方式中，偏移量FFStj可以是約I μ m至5000 μ m。優(yōu)選所述偏移量大于約10 μ m,更優(yōu)選大于約25 μ m,最優(yōu)選大于約50 μ m，并優(yōu)選偏移量小于約400 μ m，并更優(yōu)選小于約300 μ m，最優(yōu)選小于約200 μ m。在優(yōu)選實施方式中，所述第二通道的深度至少暴露所述柔性導電襯底的一部分并能進入到所述柔性導電襯底中，但不完全穿過它，且最重要的是暴露導電材料(參見施加導電材料步驟)。還優(yōu)選第二通道的寬度使得成品電池在彎曲時通道沒有閉合。在一種優(yōu)選實施方式中，所述第二通道的寬度SCw可以是約I μπι至5000 μπι。優(yōu)選所述寬度大于約10 μ m，更優(yōu)選大于約25 μ m,最優(yōu)選大于約50 μ m,并優(yōu)選寬度小于約400 μ m,并更優(yōu)選小于約300 μ m,最優(yōu)選小于約200 μ m。
[0042]第三通道170/第四通道172
[0043]設想第三通道170穿過導電膜112 (和可能存在于所述層下面或上面的任何附加層)并到達第一絕緣層150而形成，達到暴露所述第一絕緣層的至少一部分的深度(但是部分穿過層150是可接受的)。所述第三通道功能在于將所述導電膜112的兩個部分彼此既物理又電隔離。設想在幾何結構上，所述第三通道相對于第一和第二通道偏移。在優(yōu)選實施方式中，所述偏移量TFSq可以是約I μπι至5000 μπι。優(yōu)選寬度大于約10 μ m，更優(yōu)選大于約25 μ m,最優(yōu)選大于約50 μ m,并優(yōu)選寬度小于約400 μ m,更優(yōu)選小于約300 μ m,最優(yōu)選小于約200μπι。在優(yōu)選實施方式中，所述第三通道具有的寬度允許成品電池在彎曲時通道沒有閉合。在一種優(yōu)選實施方式中，所述第三通道具有的寬度TCw可以是約I μ m至5000 μ m。優(yōu)選所述寬度大于約10 μ m,更優(yōu)選大于約25 μ m,最優(yōu)選大于約50 μ m,并優(yōu)選寬度小于約400 μ m,并更優(yōu)選小于約300 μ m,最優(yōu)選小于約200 μ m。
[0044]設想第四通道172穿過層130、120、110和150 (和可能存在于所述層下面或上面的任何附加層)并到達第一絕緣層150而形成，達到暴露所述第一絕緣層的至少一部分這樣的深度(但是部分穿過層150是可接受的)。所述第四通道功能在于物理和電隔離成品電池100的兩個部分。設想在幾何結構上，所述第四通道相對于第一和第二通道偏移，并布置在它們之間。在優(yōu)選實施方式中，所述偏移量？5()可以是約I μπι至500 μπι。優(yōu)選所述偏移量大于約10 μ m,更優(yōu)選大于約25 μ m,最優(yōu)選大于約50 μ m,并優(yōu)選寬度小于約400 μ m,更優(yōu)選小于約300 μ m，最優(yōu)選小于約200 μ m。在優(yōu)選實施方式中，所述第四通道具有的寬度允許成品電池在彎曲時通道沒有閉合。在一種優(yōu)選實施方式中，所述第四通道具有的寬度FCff可以是約I μ m至5000 μ m。優(yōu)選所述寬度大于約10 μ m,更優(yōu)選大于約25 μ m,最優(yōu)選大于約50 μ m,并優(yōu)選寬度小于約400 μ m,更優(yōu)選小于約300 μ m,最優(yōu)選小于約200 μ m。
[0045]形成通道
[0046]設想可以通過許多方法實現(xiàn)制品10的各個層的“形成”，例如以上在“通道”段落中所描述的方法。在一種優(yōu)選實施方式中，利用機械刻劃制造“切割”。例如，關于機械刻劃，金鋼石頭的尖筆或刀刃可以與器件接觸并經過所述器件的表面拖曳，從而物理撕開尖筆路徑中的下層材料。[0047]設想利用金鋼石頭的尖筆或適當?shù)牡度羞M行的機械刻劃對較軟的半導體材料例如CdTe、二硒化銅銦鎵(CIGS)和a-S1:H可發(fā)揮作用。據(jù)認為膜的撕開對于具有低附著力的膜例如氧化鋅(ZnO)是個特別的問題。較硬的膜(例如玻璃上的鑰)的機械刻劃總是引起玻璃的劃痕，這于是造成后續(xù)加工中斷裂的風險增加。
[0048]還認為用機械刻劃遇到的大部分問題對于激光刻劃不會發(fā)生。在最近完成的激光系統(tǒng)的調查中(如應用于CdTe-基和CIS基PV組件中使用的薄膜材料的)(參見:http://www.1aserfocusworId.com/articles/print/volume-36/issue-l/features/photovoltaics-laser-scribing-creates-monolithic-thin film-arrays.html,其通過弓I用并入)已經發(fā)現(xiàn)，用多種多樣的脈沖激光器，例如Nd:YAG(燈-泵浦、二極管泵浦、Q-開關和鎖模)、銅蒸氣以及氯化氙和氟化氪準分子激光器，可以得到良好的刻劃。據(jù)認為當選擇激光器時，注意用于太陽能電池中的膜的特定材料性質(吸收系數(shù)，熔融溫度，熱擴散率等等)可能是重要的。
[0049]絕緣片/層150/152:承載結構230
[0050]設想在成品電池100的區(qū)域中可以布置一個或多個絕緣層150/152。通常，絕緣層的一個功能可以是對該層覆蓋的部分提供防護屏障(例如環(huán)境和/或電)，從而阻擋污垢、水分，隔離其他層(例如電絕緣)等等。它還可以起到將電池100保持在一起的功能，近似于將兩個相鄰的電池“粘”在一起。“層”可以是跨越整個電池100的實體層，或可以局限于僅僅某些區(qū)域。在一個例子中，層152可以基本上跨越電池100的整個底部或僅僅局部存在于通道區(qū)域周圍。
[0051]在優(yōu)選實施方式中，成品電池包含兩個絕緣層150/152。第一絕緣層(或膜)150布置在導電襯底或膜之間，第二層(或膜)152布置在電池100的底部。這些層150、152優(yōu)選由相同的材料構成并具有相同的幾何和物理性質，但是設想它們不是必然如此?？赡芾硐氲氖?，第二層152可以較厚或可以是獨立的片段，起到將兩個相鄰的電池100 “粘”在一起的功能。
[0052]在優(yōu)選實施方式中，所述絕緣層150/152可具有約10nm至1000 μπι的厚度ILT。優(yōu)選所述厚度大于約Iym,更優(yōu)選大于約25 μ m,最優(yōu)選大于約75 μ m,并優(yōu)選厚度小于約500 μ m,更優(yōu)選小于約200 μ m,最優(yōu)選小于約100 μ m。
[0053]所述絕緣層可以包含適合提供如上所述的保護的任何數(shù)量的材料。優(yōu)選的材料包括:氧化硅、氮化硅、碳化硅、氧化鈦、氧化鋁、氮化鋁、氧化硼、氮化硼、碳化硼、金鋼石樣碳、環(huán)氧樹脂、硅氧烷、聚酯、聚芴、聚烯烴、聚酰亞胺、聚酰胺、聚乙烯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、含氟聚合物、聚對二甲苯、聚氨酯、乙烯乙酸乙烯酯或其組合等等。
[0054]還設想在所述制品或電池的頂部提供與所述絕緣層相似(至少可能類似的材料)的層。這個層可以起到承載結構230的作用，其可以幫助移動或封裝所述制品和/或電池。如果提供承載結構的話，它應該是可以容易地除去的，使得可以進行所述切割(例如形成所述通道)或者成品電池可以安裝在較大的PV裝置中。
[0055]所述承載結構可以包含適合提供如上所述的功能性的多種材料。優(yōu)選的材料包括對于所述絕緣層列舉的材料。
[0056]電絕緣材料(電池的頂部)
[0057]設想任選地一些電絕緣材料(未顯示)可以布置在所述第四通道內。這種材料可以起到對所述材料覆蓋的部分提供防護屏障(例如環(huán)境和/或電)的作用，從而阻擋污垢、水分等等。所述電絕緣材料可以包括適合提供如上所述的保護的多種材料。優(yōu)選的材料包括:氧化硅、氮化硅、碳化硅、氧化鈦、氧化鋁、氮化鋁、氧化硼、氮化硼、碳化硼、金鋼石樣碳、環(huán)氧樹脂、硅氧烷、聚酯、聚芴、聚烯烴、聚酰亞胺、聚酰胺、聚乙烯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、含氟聚合物、聚對二甲苯、聚氨酯、乙烯乙酸乙烯酯或其組合等等。
[0058]導電材料180
[0059]設想導電材料180在所述方法中用于互連所述光伏電池100。在本發(fā)明中，所述材料可以與第二通道結合使用并且應該與柔性導電襯底110的導電部分和頂部透明導電層130的頂部接觸。此外，其可以用于通過通道160連接兩個導電層110/112。所述導電材料可以包含適合提供導電性的多種材料并包括:所述導電材料可能期望至少包括導電金屬例如鎳、銅、銀、鋁、錫等等和/或其組合。在一種優(yōu)選實施方式中，所述導電材料包括銀。還設想導電性膠粘劑(ECA)可以是例如行業(yè)中已知的任何導電性膠粘劑。這樣的ECA經常是包含具有導電聚合物的熱固性聚合物基質的組合物。這樣的熱固性聚合物包括但不限于具有包含環(huán)氧、氰酸酯、馬來酰亞胺、酚、酸酐、乙烯基、烯丙基或氨基官能性的材料或其組合。導電性填充顆?？梢允抢玢y、金、銅、鎳、鋁、碳納米管、石墨、錫、錫合金、鉍或其組合。優(yōu)選的是具有銀顆粒的環(huán)氧基ECA。導電材料區(qū)可以通過幾種已知方法之一形成，包括但不限于絲網印刷、噴墨印刷、凹板印刷、電鍍、濺射、蒸發(fā)等等。
[0060]由這種方法形成的互連電池可以被封裝或包裝在防護材料內(密封劑、膠粘劑、玻璃、塑料膜或片等等)并且制成的電互連電池可與功率變換器或其他電子器件電連接以形成可以安裝在野外或結構物上以產生和傳輸電能的光伏組件。
[0061]除非另外說明，本文中描繪的各種結構的尺寸和幾何形狀不意圖限制本發(fā)明，并且其他尺寸或幾何形狀是可能的。多個結構元件可以由單個整體結構提供?；蛘撸瑔蝹€整體結構可以被分成單獨的多個元件。另外，雖然本發(fā)明的特征可能只在一個說明性實施方式的內容中描述，但是對于任何給定的應用而言，這樣的特征可以與其他實施方式的一個或多個其他特征組合。從上文還要領會，本文中獨特結構的制造及其操作也構成本發(fā)明的方法。
[0062]使用術語“包含”或“包括”來描述本文中的要素、成分、元件或步驟的組合也考慮了基本由所述要素、成分、元件或步驟組成的實施方式。
[0063]多個要素、成分、元件或步驟可以由單個整合的要素、成分、元件或步驟來提供?；蛘撸瑔蝹€整合的要素、成分、元件或步驟可以分成單獨的多個要素、成分、元件或步驟。描述要素、成分、元件或步驟時公開的“一”或“一個”不打算排除另外的要素、成分、元件或步驟。本文中所有提到的屬于某個族的元素或金屬參看由CRC Press, Inc.1989年出版和有版權的元素周期表。對一個或多個族的任何引用應該是在該元素周期表中利用IUPAC的編號系統(tǒng)來反映的一個或多個族。
【權利要求】
1.生產兩個或更多個薄膜基互連光伏電池的方法，所述方法包括以下步驟: a)提供光伏制品，其包含:柔性導電襯底、至少一個光電活性層、頂部透明導電層和布置在所述頂部透明層之上的承載結構； b)形成一個或多個穿過所述光伏制品的層的第一通道； c)向所述導電襯底施加第一絕緣層并跨越所述一個或多個第一通道； d)除去所述承載結構； e)對所述一個或多個第一通道形成穿過所述第一絕緣層的附加部分； f)形成一個或多個第二通道，其相對于所述一個或多個第一通道偏移并穿過所述第一絕緣層以暴露所述柔性導電襯底的導電表面； g)經由所述一個或多個第二通道向所述柔性導電襯底的導電表面施加第一導電材料； h)向所述第一絕緣層施加導電膜，其中所述膜經由所述第一導電材料與所述柔性導電襯底電連通； i)在所述頂部透明導電層之上并通過所述一個或多個第一通道施加第二導電材料，因而將步驟b的光伏制品的層與所述導電膜電連接； j)形成一個或多個穿過所述導電膜的第三通道； k)在所述導電膜之下施加第二絕緣層； I)形成一個或多個穿過所述光伏制品的層的第四通道，從而產生兩個或更多個互連光伏電池。
2.權利要求1所述的方法，其還包括用電絕緣材料至少部分填充所述一個或多個第四通道的步驟。
3.權利要求2所述的方法，其中所述電絕緣材料包括氧化硅、氮化硅、氧化鈦、氧化鋁、非導電環(huán)氧樹脂、硅氧烷、聚酯、聚芴、聚烯烴、聚酰亞胺、聚酰胺、聚乙烯或其組合。
4.權利要求1-3任一項所述的方法，其中所述絕緣層包括聚酯、聚烯烴、聚酰亞胺或聚酰胺。
5.前述權利要求任一項所述的方法，其中所述形成步驟通過刻劃、切割、燒蝕或其組合進行。
6.前述權利要求任一項所述的方法，其中所述光伏制品電池是卷的形式。
7.前述權利要求任一項所述的方法，其中所述第二絕緣層起到底部承載膜的功能。
8.前述權利要求任一項所述的方法，其中所述形成步驟的通道的寬度為從I至5000微米。
9.一種光伏制品，其通過權利要求1至8任一項的方法形成。
【文檔編號】H01L27/142GK104040718SQ201280066124
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2012年12月11日 優(yōu)先權日:2012年1月5日
【發(fā)明者】R·K·菲斯特, M·E·米爾斯 申請人:陶氏環(huán)球技術有限責任公司