製備光伏模塊的工藝的製作方法

2023-07-27 14:10:11 3

專利名稱：製備光伏模塊的工藝的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於製造具有更好i^^急定性的太陽^il光伏模夾的方法和裝置。
背景技術：
太陽能電池是將太陽光直接轉換為電能的光伏*。最"fii的太陽能電池 材料是單晶或多晶晶片形式的矽。但是，採用4太陽能電池產生的電能的成
本高於由更傳統的方法產生電能的錄。因此，自二十 ￡^十^^早期以來，
為了大眾使用而致力於降^^陽能電池的成本。斷氐太陽能電池的^的一種 方法A^艮能夠在大面積的襯^Jl沉積太陽能電池品質的吸Jl^t料的低^^薄
g長工藝以;sjM]高產出^A^的方法製備這些恭陣。
非晶矽Si [a-Si]，碲化鎘[CdTe]以及(磺基)竭化-銦-銅[CIGS(S)，或 Cu(In，Ga) (S， Se)2或CuIiiMGa,(SySew)k，其中(Xx《l，(Xy《1並且k約為2]， ^!^t重要的薄J^陽能電處射料。

圖1示出了常規IBIIIAVIA《^^光伏 電池如CIGS(S)薄g陽能電池的結構。在如玻璃片、金屬片、,箔或網、或 者科箔或網的襯底11上製備辦10。在導電層13或接觸層Jii長吸贈膜 12 (包括Cu(In，Ga， Al) (S，Se，Te)2種類中的材料)，該導電層13或接觸層是被 預先i5C^P在襯底11上將為象降的電學歐姆後觸點(electrical ohmic back contact)。在圖1中的太陽能電M構中的最常用的接觸層或導電層13是鉬 (Mo)。如果襯;^身是適當選#^#^ Mo箔的導電材料，由於襯底11可用於 器件的歐姆觸點，則可不釆用導電層13。在金屬箔是活性的情況下，導電層13
6也可作為擴儲障層。例如，可將包^(。A1、 Ni、 Cu的材料的箔用作襯底，該 襯底^T^^^HV^Ji並且旨襯底以避免Se或S蒸氣的屏障層如Mo層、W 層、Ru層、Ta層等。通常糊屏障層^^在箔的兩面以對其進行WW。在 吸 12生長後，在吸J)^Ji形成透明層14如CdS、透明導電氧化物(TC0) 例如ZnO、或CdS/TC0疊層。輻射R通itt明層14 i^A教降。i^可以在逸明層 14上^^金>^8# (未示出)以剮氐糾的有效串聯電阻。te的吸鵬12 的電類型是p-型，優選的透明層14的電類型是n-型。但是，也可以^Jf)n-型 吸JlfcH"^p-型窗口層。圖1的M糾結構稱作"襯底-類型"結構。可以這 樣構成"頂襯(superstrate)-類型"結構通it^it明;t^如玻璃或透明聚 合物箔上沉積透明導電層，然後沉積Cu(In，Ga，Al) (S，Se，Te)2吸收膜，最後通 過導電層形^t教降的歐姆觸點。^Lii樣的頂襯結構中，M透明;t^!'JiiA 器件。可以^it過多種方法沉積的多種材料用於提供圖1所示的器件的M層。 太陽能電地4有典型地小於2伏的相對低的電壓。為了建立高電壓電源或 發電機，將太陽能電池互連以形成電路(然後將其封裝為模塊)。i!E存在兩種 途徑將薄膜太陽能電池互連以形成電路，並且然後製備具有較高電壓和/或額定 電流的模塊。如^旨表面上形成薄膜H^，可實現單片集成。在單片H^ 中，在同一襯底上製備所有太陽能電池，然後通過#-個電池的負端連接^目 鄰電池的jEi^ (串聯)而IUA互i^同一襯紅。在圖2A中示出包括串m 接的電輛件(section) 18的單片絲Cu(In,Ga,Al) (S，Se,Te)2^^薄膜 電路結構20。在這種情況下，接觸層為通過觸點隔離區域或觸點刻線(contact scribe ) 15分隔開的接觸層墊(contact layer pads) 13a的形式。化洽物薄
式。在另二方:，通i^:明層隔離ll絲透;層刻線;7^it;導電a隔為透 明層島狀物14a。如圖2A中可見，每個電地部降18的接觸層墊13a電連接勤目 鄰電,件的透明層島狀物14a。以這種方式，#^個電^ ^^產生的電壓疊加 在^以^^t來自電路結構20的總電壓V。
將薄駄陽能電^^為電路的第4途徑是首先製備單個太陽能電池， 然後將其通必MP鄉而互連。這種方法不是單片的，即並非所有電棘同一 襯;IUi。圖2B示意地示出了將三個CIGS (S)太陽能電池10絲為電路21部件， 其中可以在具有與圖1所描述的相似結構的導電箔襯;Ui製備CIGS(S)電池IO。
7電池電互連為電路(例如圖2B中所 示的電路21)後，需絲該電路封裝以形成環^^J^I^JL具有^^理保護的 才^:產品。圖3示出了圖2B的M電地被密封在保護性封裝體中後的封裝示例 性形式。圖3的結構是在乘脈樹量方面非常吸引人的柔'射狹結構。在圖3 結構中通常釆用的一些層是頂部膜30、柔性密封體31和背部材料32。頂部膜 30是透明耐A/^例如由DuPont製造的TEFZEL⑧。最常用的柔性密封體是慢固化 或快固化EVA(乙基醋酸乙烯酯)。背部材料32可以是TEFZEL⑧膜、TEDLAR⑧膜 (由DuPont製造)或具有高強度的其它聚^4勿膜。應該注意，由於光^A頂部 進入，背部材料32不必需為透明的並從而可以包含iMMt^H!口金屬。
雖然圖3的柔性薄j^t伏才^b^斤期望並有吸引力的，^^有環4不穩 定性的鐵泉。尤其是，可商購併廣泛應用的頂部膜和柔性密封體對於潮氣和氧 ^!半滲透的，因iH^野外乘對^fe運行;L^後可以，J ^到腐蝕和電^^化。
因此，
域的耐受性。

發明內容
在一方面，本發明涉^J於製備具有 環淑1定性的太陽能或光伏, 的方法。
在另一方面，本發明涉及具有環樹急定性的太陽能或光伏才狹。 在特定實施例中，描述了通過提供至少兩個太陽能電池製備光伏模塊的方 法，該至少兩個太陽能電池的每個^^有頂部光照表面(i 1 luminating surface) 和兩個端。接下來的步驟為，使用該至少兩個太陽能電池中的每個的至少一個 端之間的導體電互連該至少兩個太陽能電池以形成電路，並採用潮氣P且擋^ 至少塗覆電路的對應於並包括至少兩個太陽能電池的頂部光應表面的整側以在 電路上形成防潮表面。
在另一實施例中，描述了一種製備光伏模塊的方法，該方法包括採用潮氣
在任f可兩個太陽能電池中每個的至少一個端之間的導體電互連任何兩個太陽能 電池以形成電路，並將該電路密封在封裝體中。
在另外的實施例中，描述了一牧^^,其包括至少兩個太陽能電池，該至
8少兩個太陽能電池中的每個均具有頂部光照表面和兩個端；電互連至少兩個太 陽能電池的導電體，其通過在至少兩個太陽能電池中的每個的至少一個端之間
的^完成該電互連，以;s^氣ia^膜，該潮氣阻擋蔽s少塗;a在該電i^對應 防潮表面。
在另外的實施例中，描述了這樣的模塊包括至少兩個防潮太陽能電池， 其中每個均具有塗覆有潮氣阻擋膜的光照表面；電互連^^可兩個防潮太陽能電
池的#，其^MHi^r兩個防潮太陽能電池中的每個的至少一個端之間的"H^ 完成該電連接以形成電路，以及將該電路密封在封裝體中的密封材料。
在特定實施例中，將防潮Wt形(conformally)脅，而在其它實施例中
防潮^i-^上^i透明的。
附圖的簡JH兌明
通過下面本發明的M實施方案，並參考附圖，本4頁域"fii才支^A員將更
清楚 _明的這些以及其它方面和特徵，其中
圖1^Jjl用IBIIIAVIA族的吸收層的太陽能電池的截面圖。
圖2A是通過單片I^太陽能電池獲得的電路的截面圖。
圖2B是通過非單片集成太陽能電池獲得的電路的截面圖。
圖3示出了通過將圖2B的電路密封在保護性封裝體中獲得的皿結構。
圖4A和圖4B示出了才娥本發明的兩個不同實施方案的首先採用透明潮氣
P雄層iM^覆並接著l^電路的太陽能電池。
圖5A和圖5B示出了根據本發明的兩個不同實施例的首先^yU^電路然後
^Ml透明潮氣ff雄層;jM^覆的太陽能電池。
圖6示出了將圖5A的電路密封獲得的，結構。
M說明
^^發明的一個實施方案中，在電^Mt絲為電路然後封裝為;^^之前分 別由透明的潮氣P雄材料層絲電路中的每個太陽能電池。圖4A示出了具有圖 1中描述的所有組^層的兩個示例性CIGS(S)太陽能電池40。例如，可以在柔 性箔襯底上(即圖1的襯底11可為金屬箔)製備太陽能電池40。由透明潮氣阻
9擋材料層41絲太陽能電池40，如圖4A所示，絲了包括頂部和底部表面的 整個電池40，而在圖4B中覆蓋了電池的頂部光照束面42，光A^斤述頂部光應 表面i^H^。該頂部光應^面42是保護以避免潮氣以及有時的氧氣的最M 表面。透明潮氣P雄材料層41可^i^kJt^箔襯底的背部表面43上，如圖4A 中所示。^H得絲潮氣F雄層的太陽能電池後，i^金屬帶或線44進行絲 或互連，如圖2B所示。為了互連， 一個電池的(-)端電連接到另一個的(+ ) 端。it可以通過^^I,線或帶實現，如圖4A所示。或者，可以通過M它們
各自的*並電連接一個電池的前電極(在圖1中所示的M結構的情況下為 負端)與下一個的後電極直接實現電池互連。應該注意，如^齊障材料層41是
厚的且高;1^的，則需要至少部^W其^i4接點45去除以獲得電池電旨 帶或線間a^電接觸。
在圖5 (a)和5 (b)中示出的另1方法中，首先用M電互連太陽能電 池，例:fetittf^線或帶，以形成如圖2B中所示的電路，並且接著用透明潮氣 P雄材料層41似,電路，潮氣F雄材料41要麼可以M整個電路，頂部 和底部，如圖5A所示，要麼>01^包括頂部表面的電路的-"#，iieA;斤述頂部 表面i4^器件，如圖5B所示的。這種方法的一些優點在於i)由於電池已經互 連，則避免了從連接點去除阻掉材料層的步驟，ii)由於潮氣阻擋材料層在太陽 能電池的互連後才沉積，阻擋材料層覆蓋了包^^接點和帶或線的電路的所有 部分。圖5A所示的方法通過圍繞整個電路的潮氣阻擋層提供了全部密封ilt蓋， 而圖5B中的方法在最需要該保護的^H'敗供密封和^A。 ^-方法都減少了潮
U氧^t過^^r^或開口擴散的可能性。
在電路由至少一M明潮氣P雄材料層縣後，獲得的結構為防潮電路(圖 4A和4B和圖5A和5B )。接著通過各種方法例如由頂部膜30、密封體31和背部 材料32密封防潮電路來製備微，如圖6所示'通過該方法獲得的柔'I^^具 有^:封裝的防潮電路，因此更具有環，定性。應該注意，xjtii種情況下可 ^j4^用背部材料32。同樣，相比圖3的結構，在圖6的#結構中的頂部 膜和背部材料的潮氣P且掉能力並不重要，這是由於密封了整個電路的透明潮氣 PH^層41的存在。還應當注意，與圖2A所示相似的單片^電i^皮封裝以形 ^M^:之前，也可^D透明潮氣ia^層iM^覆與圖2A所甜目似的該單片^結 構。
10透明潮氣阻擋材料層可以包括^*#料或聚^材料中的至少一種。 一些
可以用作潮U氧氣P雄層的聚楊材料是聚乙烯、聚丙烯、絲乙烯、聚 對仁甲酸乙4酯、^tjm、糾二曱絲聚(氯-對二甲苯)，BCB或苯並
環丁烯，^氟氯乙烯。還可以iMl^透明環lt^M脂。無Wt料包括矽或鋁 氧化物、矽或鋁氮化物、^鋁H^化物、非晶或多晶碳化珪、其它透明陶資、 以及碳,氧^^如SiOC。這些材料^jt:明的，因此當在太陽能電池的透明導 電觸點上沉積時，它們不^iiA可測出的光損失。應該注意，聚合物和無才;t^ 氣阻擋層可以以多層疊層的形式堆疊在；以 iii阻擋性能。可通過M工藝 如蒸發、'賄、電子^f，發、化學^目^^(CVD),等離子增強CVD(PECVD)、 有^4r屬CVD，以及溼塗工藝諸如浸漬、噴塗、刮塗、旋塗、油墨沉積、絲網印 刷、凹版印刷、^^將層;;t^在太陽能電池或電路上。還可以在低於200。C, ^^^低於150。C的溫度融化某些聚^^材料，並且在電^p電路jL^^:融物。 潮氣!^雄層的厚度可從50咖到幾百 變化。 一種吸引人的工藝為蒸鍍，絲 有敷形和均勻;《^#彬口糾二甲苯的性能。糾二甲 "有樹周知的如聚 對二甲苯-N、 ^f二甲苯-D和糾二曱苯-C的形式。特別Am^二甲苯"C是良 好的潮氣阻擋材料，其可以在室溫附近下以高度敷形方式蒸^^^T形狀的襯 底上，有效填充，以及甚至具有高的深寬比(深度和a的比)的亞微米大 小的空洞。^t二甲苯層的厚度可以薄至50nm，但為最好性能可以採用大於 100nm的厚度。另一吸引人的用於^^潮氣(f雄層的方法是旋塗、噴塗或浸資凃 覆，例如，其可用於^^V^顯可固化的有才;wilii^雄層如由Silecs公司提供 的P1DX產品。PECVDA^—種可用於J5t^P;如BCB層的方法。
雖然以特定優選實施方案對本發明進行了描述，M^5域^M^員來說 對其進行的改^i顯而易見的。
ii
權利要求
1. 用於製備光伏模塊的方法，包括提供至少兩個太陽能電池，該至少兩個太陽能電池中的每個均具有頂部光照表面和兩個端；採用在該至少兩個太陽能電池中的每個的至少一個端之間的導體電互連該至少兩個太陽能電池以形成電路，以及採用潮氣阻擋膜至少塗覆該電路的對應於並且包括該至少兩個太陽能電池的頂部光照表面的整側以在電路上形成防潮表面。
2. 才M^U'j要求1的方法，其中塗覆步驟輛潮氣P雄膜完全密封電路。
3. 才N^U'J要求2的方法，其中塗覆步驟敷形塗覆潮氣阻擋膜。
4. 才娥^U'j要求3的方法，還包括將具有防潮表面的電路iEA包含頂部膜、 柔性密封體和背部材料的結構中的步驟。
5. 才M^權利要求2的方法，其中潮氣阻擋膜對太陽iUJ^上透明的。
6. 才N^U'J要求5的方法，其中潮氣阻擋膜包括聚乙烯、聚丙烯、聚笨乙 烯、糾仁甲酸乙二醇酯、^tiL胺、糾二甲苯、苯並環丁烯、fc氟氯 乙烯、氧4^、氧化鋁、H/f^、氮化鋁、氮氧化法、氮氧化鋁、非晶或多晶 碳化法、透明陶瓷、和^^M氧^^中的至少一種。
7. 才^^U'j要求1的方法，其中塗覆步驟敷形塗覆潮氣PJL^膜。
8. ##權利要求7的方法，還包括將具有防潮表面的電路iE^包含頂部膜、 柔性密封體和背部材料的結構中的步驟。
9. 才^^5U'要求1的方法，其中潮氣阻擋膜對太陽ib^Ui透明的。
10. 才^t權利要求9的方法，其中潮氣阻擋膜包括括聚乙烯、聚丙烯、聚 苯乙烯、糾仁曱酸乙二醇酯、^E胺、糾二曱苯、苯並環丁烯、^ 氟氯乙烯、氧化珪、氧化鋁、t/ft^、氮化鋁、氮氧化法、氮氧化鋁、非晶或 多晶碳^^:、透明陶瓷、和^^#^氧化物中的至少一種。
11， #^擬'漆求1-的方法，其中電互連的步驟互連具有至少三個太陽能 電池的敏洛，以使#^個太陽能電池電連接到至少一個另外的太陽能電池。 12，制4^y^塊的方法，包括
12. 採用潮氣阻擋膜至少塗覆太陽能電ife^悉照w良面以形成防潮的太陽能電池；採用在任何兩個太陽能電池中的每個的至少一個端之間的導體電互連^f可 兩個太陽能電池以形成電路，以及 將該電路密封在封裝體中。
13. 4財居權利要求12的方法，其中塗覆步驟採用潮氣阻擋M^^上塗覆包 括i^m表面和背部表面的太陽能電池的所有表面，以及其中電互連步驟包括在潮氣阻擋膜上形成開口以使##^能夠在至少兩個 太陽能電池中的每個的至少一個端形成電互連。
14. ##權利要求13的方法，其中潮氣P雄膜對太陽iU^Uiit明的。
15. ## ']要求14的方法，其中潮氣阻掉膜包旨乙烯、聚丙烯、g 乙烯、^j"苯二甲酸乙二醇酯、^b亞胺、^j"二甲苯、苯並環丁烯、聚三氟 氯乙烯、氧化矽、氧化鋁、氮化矽、氮化鋁、氮氧俗眭、氮氧化鉛、非晶或多 晶碳化法、透明陶瓷、和碳#^氧^^中的至少一種。
16. 才娥^U']要求13的方法，其中密封步驟包括將該電路i仏包括頂部膜、 柔性密封#背部材料的結構中。
17. 4財居權利要求12的方法，其中密封步驟包括將該電路^/^包括頂部膜、 柔性密封體和背部材料的結構中。
18. 才,;K^J^"求12的方法，其中潮氣卩J4i膜對太陽iUJ^Jiit明的。
19. 才財居權利要求18的方法，其中潮氣F雄膜包緣乙烯、聚丙烯、絲 乙烯、^j"苯二曱酸乙二醇酯、員亞胺、^j"二甲苯、苯並環丁烯、聚三氟 氯乙烯、氧俗法、氧化鋁、氮化矽、氮化鋁、氮氧俗詿、氮氧化鋁、非晶或多 晶碳4^、透明陶瓷、和碳#^氧4*中的至少一種。
20. 才N^5U'J^求12的方法，其中電互連步J^X連具有至少三個太陽能電 池的鮑咯，每個太陽能電池電連接到至少一個另外的太陽能電池。
21. 光^M^:，包括至少兩個太陽能電池，該至少兩個太陽能電池中的每個具有頂部光照表面 和兩個端；電互連該至少兩個太陽能電池的導電體，其採用在該至少兩個太陽能電池 中的每個的至少一個端之間的"H^完成該電互連。潮氣p雄膜，其至少塗覆該電路的對應於並Ai^至少兩個太陽能電池的頂部^^、表面的，'J以在電路上形成防潮表面。
22. 才娥權利要求21的微，其中潮氣F雄麟全密封電路。
23. 才Mt權利要求22的才狹，其中敷形塗覆潮氣P雄膜。
24. 才M居權利要求23的才狹，還包括其中i!X了含有頂部it^表面的電路 的結構，該結構包括頂部膜、柔性密封體和背部材料。
25. 4 權禾'決求22的才狹，其中潮氣F雄膜對太陽ibli^Jiit明的。
26. 才娥權利要求25的才狹，其中潮氣F雄膜包緣乙烯、聚丙烯、絲 乙烯、^f苯二甲酸乙二醇酯、員亞胺、^f二甲苯、苯並環丁烯、聚三氟氯乙烯、氧化矽、氧化鋁、氮化矽、氮化鉛、氮氧化矽、氮氧化鋁、非晶或多 晶碳化珪、透明陶瓷、和^^氧化物中的至少一種。
27. 才N^WJ要求21的才狹，其中敷形塗覆潮氣PJL^膜。
28. 才財居權利要求27的才執，還包括其中J^v了含有頂部it^表面的電路 的結構，該結構包括頂部膜、柔性密封#背部材料。
29. 才娥權利要求21的才狹，其中潮氣F雄膜對太陽ibi4^Jiit明的。
30. 才娥^U'J要求29的才狹，其中潮氣P雄膜包緣乙烯、聚丙烯、絲 乙烯、f^t苯二曱酸乙二醇酯、^tiE胺、彩寸二曱苯、苯並環丁烯、聚三氟 氯乙烯、氧化珪、氧化鋁、氮化矽、氮化鋁、氮氧化矽、氮氧化鋁、非晶或多 晶碳化珪、透明陶瓷、和^^氧化物中的至少一種。
31. 才財居權利要求21的模塊，其中互連至少三個太陽能電池以成為敏咯， 每個太陽能電池電連接到至少一個另外的太陽能電池。
32. 光伏才缺，包括至少兩個太陽能電池，所述兩個太陽能電池中的每個#*有採用潮氣阻擋 膜塗覆的itE表面；電互連任何兩個防潮太陽能電池的M，其採用在^^可至少兩個太陽能電 池中的每個的至少一個端之間的#完成該電互連。將電路iJ^其中的封裝體。
33. 才 ;^^要求32的模塊，其中採用潮氣阻擋膜塗覆太陽能電池的^ 上所有的表面。
34. ^^權利要求33的模塊，其中潮氣阻擋膜對太陽iUJ^Jii毫明的。 才 ^1^要求34的模塊，其中潮氣,膜包^^^^丙烯、
35. 乙烯、^t苯二曱酸乙二醇酯、，亞胺、^ t二曱苯、苯並環丁烯、聚三氟 氯乙烯、氧化珪、氧化鋁、氮化矽、氮化鉛、氮氧化矽、氮氧化鋁、非晶或多 晶碳化眭、透明陶瓷、和碳#^氧^^中的至少一種。
36. #^權利要求33的模塊，其中封裝體包括頂部膜、乘性密封體和背部 材料。
37. 才條權利要求32的模塊，其中封裝體包括頂部膜、乘性密封體和背部 材料。
38. 才 權利要求32的模塊，其中潮氣阻擋膜對太陽光^^^上透明的。
39. 才W權利要求38的才狹，其中潮氣F雄膜包綠乙烯、聚丙烯、絲 乙烯、f^苯二甲酸乙二醇酯、^JE胺、^j"二曱苯、苯並環丁烯、聚三氟 氯乙烯、氧化矽、氧化鋁、氮化矽、氮化鋁、氮氧化矽、氮氧化鋁、非晶或多 晶碳化珪、透明陶瓷、和碳#^氧化物中的至少一種。
40. 才N^權利要求32的^，其中互i^少三個太陽能電池以成為^， 使#^個太陽能電池電連接到至少一個另外的太陽能電池。
全文摘要
本發明在一個方面涉及用於製備具有更好環境穩定性的太陽能或光伏模塊的方法。在另一方面，本發明涉及一種具有環境穩定性的太陽能或光伏模塊。這些方法和裝置採用潮氣阻擋膜以在電路上，優選在太陽能電池的光照表面上，或在由多個太陽能電池構成的、包括太陽能電池的光照表面的電路的整側上形成防潮表面。在特定實施方案中，敷形施加防潮膜，在其它實施方案中，防潮膜是基本上透明的。
文檔編號H01L25/00GK101454899SQ200780011641
公開日2009年6月10日 申請日期2007年3月28日 優先權日2006年3月28日
發明者B·巴索爾 申請人:索洛動力公司