专利名称：薄膜太阳能电池互连的利记博彩app
技术领域：
本发明大体上涉及使两个或更多薄膜太阳能电池互连的方法，并涉及薄膜太阳能 电池组件。
背景技术：
外部支撑材料(如玻璃)上的薄膜太阳能电池正受到越来越多的关注。薄膜具有 显著地减少光电(PV)组件制造成本的潜力，这是因为相比于传统的基于硅片的组件，它们 只需要小部分半导体材料。而且，薄膜太阳能电池具有以下优势可以在很大面积的(约 Im2)支撑材料上制造薄膜太阳能电池、使生产过程成流线型、以及进一步减少生产成本是 可能的。为使得能够从太阳能电池提取能量，需要创建到设备的负极端子和正极端子的接 触，并且导电路径(通常由金属制成)需要传递来自设备的电流和电压。因此，所有太阳能 电池都具有建造这种接触和导电路径的金属化处理。由于薄膜PV组件很大的尺寸，所以将 很大的(约Im2)初始薄膜太阳能电池划分成较小的单元电池、然后将它们互连成串以使欧 姆损耗保持在可容忍水平是很重要的。在20世纪70年代和80年代，外部支撑材料(主要是玻璃)上的研究已经确定了 以约200°C在PEVCD(等离子体增强的化学气相沉积)上沉积氢化非晶硅(a-Si:H)作为基 线薄膜 PV 技术(见，例如 K. Kuwano、S. Tsuda,M. Onishi,H. Nishikawa,S. NakanoJP T. Imai 的 Japanese Journal of Applied Physics (日本应用物理学期刊)，1980，vol. 20，p. 213)。 对于低成本PV发电，该技术具有多个优秀的特点，包括半导体材料的高光吸收系数(能够 有300nm或更小的非常薄的吸收层厚度)、以低温(约200°C )沉积在刚性或柔性基板上的 很大面积的硅二极管、以及单独电池的整体串联。a-Si:H未能占据全球PV市场主要份额的 唯一原因是大面积的单结PV组件的6%或更低的低稳定平均效率。图1中示出了如何使相邻a_Si:H太阳能电池互连的典型方法。该方法基于两个 基本要求(i)支撑材料100(玻璃)是不导电的；(ii)太阳能电池102的每个单独层(P+， i，n+)具有非常高的薄层电阻(大于105Ω/平方)，确保当背部TCO(透明导电氧化)层106 沉积在每个电池的暴露侧壁区域上时，太阳能电池102被微弱地分流。太阳能电池处理开 始于前面或玻璃层TCO层108的沉积，随后是第一系列平行划片(“划片1”)，其限定了单 独的太阳能电池。然后，沉积形成太阳能电池102的三个半导体层。下一步是第二系列平 行划片(“划片2”)，其穿过沉积的半导体层并由此局部地暴露埋置的TCO层108。然后， 接着是背部电极(背部TC0106和金属110)的毯式沉积。最后，第三系列平行划片(“划片 3”)穿过背部电极(TC0106和金属110)和半导体层，消除了电流的分流路径并造成玻璃窗 格100上所有太阳能电池102的串联。如果太阳能电池的重掺杂层具有良好的横向导电率(即，阱的薄层电阻低于IO4 欧姆/平方)，那么图1的方案是不可用的，这是因为所有太阳能电池102将通过沉积在 电池102的暴露的侧壁区上的TCO层106被严重地分流。多晶硅是属于这种分类的半导 体材料。Basore (P· A· Basore，Simplified processing and improved efficiency ofcrystalline silicon on glass modules (玻璃组件上晶体硅的简化处理和提高效率)， Proc. 19th European Photovoltaic Solar Energy Conference (欧洲光电太阳能源会 议)，Paris, 2004, p. 455(WIP, Munich, 2004))已经公开了基于多晶硅形成串联的薄膜PV 组件的方法。该技术被称为CSG(用于玻璃上的晶体硅)。为了实现陷光，使用通过浸渍涂 敷处理对硼硅玻璃覆板的两面均都进行织构，该浸渍涂敷处理留下嵌入在溶胶-凝胶基质 中的单层硅质颗粒。氮化矽抗反射涂层沉积在一个表面上，随后使用PEVCD以45nm/分钟 沉积具有n+pp+结构的a-Si。涂覆硅的玻璃薄板分批烘干炉中被加热几个小时达到600°C， 以实现固相结晶。通过短暂(约1分钟)加热c-Si到超过900°C，使用快速热退火(RTA) 处理来退火结晶缺陷。大部分剩余缺陷通过暴露给原子氢而钝化。设备建造开始于使用 脉冲激光将硅层分割成一系列相邻的、约6mm宽的条状电池。然后使该模块被载有白色颜 料的酚醛树脂的薄层覆盖，以使其反射率更高，从而提高电池的陷光。然后形成η-型接触 (“坑”)的开口。这包括将开口蚀刻到树脂层(使用喷墨打印头)，随后是硅的化学蚀刻。 然后使用相同的喷墨处理形成P-型接触(“凹痕”)的开口。溅射的铝的毯式沉积提供了 到η+和ρ+硅层的电接触。然后使用激光脉冲将铝薄膜切成多个单独衬垫。每个金属衬垫 使一个电池中P型接触的一条线与下一个电池中η型接触线串连。注意的是，这种金属化 和互连方案不包括TCO层。发明人认为Basore技术的一个潜在问题是需要创建很多坑和凹痕。例如，对于面 积为Im2的太阳能组件，需要形成几百万个坑和凹痕。发明人认为另一个潜在问题是所有 坑和凹痕需要准确地定位在整个组件上，这给关于玻璃薄板和构图工具(如喷墨、激光器) 的对准带来重大挑战。本发明的实施方式寻求解决上述问题中至少之一。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了使外部支撑基板上的两个或更多薄膜太阳能电池 互连的方法，该方法包括步骤将一个薄膜太阳能电池的空气侧电极导线接合到相邻薄膜 太阳能电池的基板侧电极，使得所述薄膜太阳能电池串联。导线接合包括使用一个或多个圆形导线、扁平导线和带。空气侧电极包括空气侧母线和连接到该空气侧母线的多个空气侧指状部电极，基 板侧电极包括基板侧母线和连接到基板侧母线的多个基板侧指状部电极。该方法可包括将所述一个太阳能电池的空气侧母线导线接合到所述相邻太阳能 电池的基板侧母线。该方法可进一步包括将串联的薄膜太阳能电池中的第一薄膜太阳能电池的基板 侧电极导线接合到第一外部母线，并将串联的薄膜太阳能电池中的最后薄膜太阳能电池的 空气侧电极导线接合到第二外部母线。该方法可进一步包括在串联的薄膜太阳能电池中的第一薄膜太阳能电池和最后 薄膜太阳能电池上提供各自的导电带，使得导电带与串联的薄膜太阳能电池中的第一薄膜 太阳能电池和最后薄膜太阳能电池的表面电绝缘，并将串联的薄膜太阳能电池的第一薄膜 太阳能电池的基板侧电极和串联的薄膜太阳能电池的最后薄膜太阳能电池的空气侧电极 导线接合到各自的导电带。导电带可通过各自不导电的粘结剂粘附到串联的薄膜太阳能电池的第一薄膜太阳能电池和最后薄膜太阳能电池。该方法可进一步包括封装导线接合形成的连接。串联的薄膜太阳能电池的整个空气侧表面可以被封装。根据本发明的第二方面，提供了薄膜太阳能电池组件，其包括两个或更多薄膜太 阳能电池；以及在一个薄膜太阳能电池的空气侧电极和相邻薄膜太阳能电池的基板侧电极 之间的导线接合形成的电连接，使得所述薄膜太阳能电池串联。导线接合形成的电连接可包括一个或多个圆形导线、扁平导线和带。空气侧电极可包括空气侧母线和连接到空气侧母线的多个空气侧指状部电极，基 板侧电极可包括基板侧母线和连接到基板侧母线的多个基板侧指状部电极。导线接合形成的连接可在所述一个太阳能电池的空气侧母线和所述相邻太阳能 电池的基板侧母线之间。基板侧母线可提供导线接合形成的连接的各自衬垫面积。一个或多个基板侧电极可包括加宽的电极部分，以提供所述导线接合形成的连接 的各自衬垫面积。太阳能电池组件可进一步包括在串联的薄膜太阳能电池中的第一薄膜太阳能电 池的基板侧电极和太阳能电池组件的第一外部母线之间的导线接合形成的连接，以及在串 联的薄膜太阳能电池中的最后薄膜太阳能电池的空气侧电极和太阳能电池组件的第二外 部母线之间的导线接合形成的连接。太阳能电池组件可进一步包括在串联的薄膜太阳能电池中的第一薄膜太阳能电 池和最后薄膜太阳能电池上各自的导电带，使得导电带与串联的薄膜太阳能电池中的第一 薄膜太阳能电池和最后薄膜太阳能电池的表面电绝缘，以及到所述各自的导电带的、所述 串联的薄膜太阳能电池的所述第一薄膜太阳能电池的所述基板侧电极和所述串联的薄膜 太阳能电池的所述最后薄膜太阳能电池的所述空气侧的电极导线接合形成的连接。导电带可通过各自不导电的粘结剂粘附到串联的薄膜太阳能电池的第一薄膜太 阳能电池和最后薄膜太阳能电池。太阳能电池组件可进一步包括对导线接合形成的连接的封装。串联的薄膜太阳能电池的整个空气侧表面可被封装。
根据下列描述，仅以示例方式并结合附图，本发明的实施方式对本领域的技术人 员将更加容易理解且是显而易见的，其中图1示出了图示现有技术如何使相邻a-Si :H太阳能电池互连的示意性截面图；图2示出了使用根据示例的实施方式的导线接合电池互连的小型组件的示意性 空气侧俯视图；图3是示出作为示例的实施方式中导线接合的数量的函数的部分功率损耗的图 表；图4示出了使用根据示例的实施方式的、附接有外部引线的导线接合电池互连的 小型组件的示意性空气侧俯视图；图fe至5j示出了图示根据本发明示例的实施方式、建造相互交叉的多晶硅薄膜太阳能电池的制造工艺的示意性截面图；图6示出了在图5j所示步骤之后结构的俯视(空气侧)图；图7示出了对三个单独太阳能电池(A、B和C)以及在使用根据示例的实施方式的 导线接合互连后所产生的小型组件所测量的电流-电压(I-V)曲线图；以及图8示出了根据示例的实施方式的样本小型组件的示意性空气侧俯视图。
具体实施例方式本发明的示例性实施方式提供了薄膜光伏(PV)组件制造的方法。特别地，所描述 的示例性实施方式提供了使外部支撑基板上单独的、相互交叉的薄膜太阳能电池互连的方 法，采用导线接合或相关联的方法(例如，带式接合)、随后通过喷涂耐用材料使导线或带 式接合的薄膜太阳能电池封装。在图2中示意性地示出了使用导线接合电池互连的小型组件200的空气侧俯视 图。导线接合还用于将一列中的第一太阳能电池202和最后太阳能电池204连接到较大外 部母线206、208。这些外部母线206、208用于将厚金属导线210附接(例如通过锡焊)到 PV组件200，以利用来自PV组件200的光伏输出。在图2中示出了 4电池相互交叉的小型组件，每个母线对214、216具有例如212 等11个导线接合(黑线)。注意的是，电池的特征不成比例，且相比于实际PV组件，黑色导 线接合线在视觉上明显更厚。根据本示例的实施方式制造的PV组件经历以下步骤-p-n 结形成；-使用两个相互交叉的梳状电极，对电池级金属化；-使用激光划片使电池分离；-使用导线接合使电池互连；-用作环境保护层的耐用涂层(例如，白色环氧树脂)，施加在导线接合的表面。在一个实施例中，考虑用于完全超声波导线接合、具有150 μ m2面积的导线接合技 术，以及一行四个、每个的面积为4cmXlcm的相互交叉的太阳能电池。每个电池的发射极 母线214是150 μ m宽以提供用于导线接合的衬垫面积，且4cm长，导致1.5%的部分屏蔽损 耗。能够放置在母线上的导线接合的最大数量是4cm/150ym=沈6。将这个数量的导线接 合放置在母线上在大多数情况下可能是不切实际的。在下面，考虑更少数量的导线接合放 置在母线上的效果。在宽度等于Wwb的一致发射极母线上的部分功率损耗为
权利要求
1.一种使外部支撑基板上的两个或更多薄膜太阳能电池互连的方法，所述方法包括步骤将一个薄膜太阳能电池的空气侧电极导线接合到相邻薄膜太阳能电池的基板侧电极， 使得所述薄膜太阳能电池串联。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述导线接合包括使用一个或多个圆形导线、扁平 导线和带。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述空气侧电极包括空气侧母线和连接到所述 空气侧母线的多个空气侧指状部电极，所述基板侧电极包括基板侧母线和连接到所述基板 侧母线的多个基板侧指状部电极。
4.如权利要求3所述的方法，包括将所述一个太阳能电池的所述空气侧母线导线接合 到所述相邻太阳能电池的所述基板侧母线。
5.如前述权利要求中的任一项所述的方法，进一步包括将串联的薄膜太阳能电池中的 第一薄膜太阳能电池的基板侧电极导线接合到第一外部母线，并将所述串联的薄膜太阳能 电池中的最后薄膜太阳能电池的所述空气侧电极导线接合到第二外部母线。
6.如权利要求1至4中的任一项所述的方法，进一步包括在所述串联的薄膜太阳能 电池中的第一薄膜太阳能电池和最后薄膜太阳能电池上提供各自的导电带，使得所述导电 带与所述串联的薄膜太阳能电池中的所述第一薄膜太阳能电池和所述最后薄膜太阳能电 池的表面电绝缘，并将所述串联的薄膜太阳能电池的所述第一薄膜太阳能电池的基板侧电 极和所述串联的薄膜太阳能电池的所述最后薄膜太阳能电池的空气侧电极导线接合到所 述各自的导电带。
7.如权利要求6所述的方法，其中，所述导电带通过各自不导电的粘结剂粘附到所述 串联的薄膜太阳能电池的所述第一薄膜太阳能电池和所述最后薄膜太阳能电池。
8.如前述权利要求中的任一项所述的方法，进一步包括封装所述导线接合形成的连接。
9.如权利要求8所述的方法，其中，所述串联的薄膜太阳能电池的整个空气侧表面被 封装。
10.一种薄膜太阳能电池组件，包括 两个或更多薄膜太阳能电池；以及在一个薄膜太阳能电池的空气侧电极和相邻薄膜太阳能电池的基板侧电极之间的导 线接合形成的电连接，使得所述薄膜太阳能电池串联。
11.如权利要求10所述的太阳能电池组件，其中，所述导线接合形成的电连接包括一 个或多个圆形导线、扁平导线和带。
12.如权利要求10或11所述的太阳能电池组件，其中，所述空气侧电极包括空气侧母 线和连接到所述空气侧母线的多个空气侧指状部电极，所述基板侧电极包括基板侧母线和 连接到所述基板侧母线的多个基板侧指状部电极。
13.如权利要求12所述的太阳能电池组件，其中，所述导线接合形成的连接在所述一 个太阳能电池的所述空气侧母线和所述相邻太阳能电池的所述基板侧母线之间。
14.如权利要求12或13所述的太阳能电池组件，其中，所述基板侧母线提供用于所述 导线接合形成的连接的各自衬垫面积。
15.如权利要求12或13所述的太阳能电池组件，其中，一个或多个所述基板侧电极包 括加宽的衬垫部分，以提供用于所述导线接合形成的连接的各自衬垫面积。
16.如前述权利要求中的任一项所述的太阳能电池组件，进一步包括在所述串联的薄膜太阳能电池中的第一薄膜太阳能电池的基板侧电极到所述太阳能 电池组件的第一外部母线之间的导线接合形成的连接；以及在所述串联的薄膜太阳能电池中的最后薄膜太阳能电池的空气侧电极和所述太阳能 电池组件的第二外部母线之间的导线接合形成的连接。
17.如权利要求10至15中的任一项所述的太阳能电池组件，进一步包括在所述串联的薄膜太阳能电池中的第一薄膜太阳能电池和最后薄膜太阳能电池上各 自的导电带，使得所述导电带与所述串联的薄膜太阳能电池中的所述第一薄膜太阳能电池 和所述最后薄膜太阳能电池的表面电绝缘；以及所述串联的薄膜太阳能电池的所述第一薄膜太阳能电池的所述基板侧电极和所述串 联的薄膜太阳能电池的所述最后薄膜太阳能电池的所述空气侧电极到各自的导电带的、导 线接合形成的连接。
18.如权利要求17所述的太阳能电池组件，其中，所述导电带通过各自不导电的粘结 剂粘附到所述串联的薄膜太阳能电池的所述第一薄膜太阳能电池和所述最后薄膜太阳能 电池。
19.如权利要求10至18中的任一项所述的太阳能电池组件，进一步包括用于所述导线 接合形成的连接的封装。
20.如权利要求19所述的太阳能电池组件，其中，所述串联的薄膜太阳能电池的整个 空气侧表面被封装。
全文摘要
薄膜太阳能电池，以及使外部支撑基板上的两个或更多薄膜太阳能电池互连的方法。所述方法包括步骤将一个薄膜太阳能电池的空气侧电极导线接合到相邻薄膜太阳能电池的基板侧电极，使得所述薄膜太阳能电池串联。
文档编号H01L31/05GK102150284SQ200980122980
公开日2011年8月10日 申请日期2009年6月16日 优先权日2008年6月17日
发明者佩尔·英格马尔·维登伯格, 彼得·贾洛斯拉弗·格莱斯, 阿米恩·格哈德·阿波尔勒 申请人:新加坡国立大学