用於製造光伏器件的系統及方法

2023-08-09 04:47:11 3

專利名稱：用於製造光伏器件的系統及方法
技術領域：
本發明涉及光伏器件以及用於製造並裝配該器件的方法。
技術背景光伏器件是通常用於將太陽能輻射轉換為電能的半導體器件。目前， 因為太陽能光伏系統的較高成本，尚未在供電應用領域廣泛使用這些系 統。高成本部分歸咎於通常用在這些器件中的純單晶矽的相對較高成本。 在製造這些器件時會大量地浪費這種矽，由此增大了材料成本。此外，對 於很多應用領域而言，光伏處理本身的成本並非很低。已經研究了矽的替 代材料，但已經發現要麼製造低效能的器件，要麼製造的成本較高。現有 太陽能電池面板也通常利用機械進行裝配以將大量電池(cell)在襯底上 精確定位，這會非常昂貴並極耗時間。這些電池的長度在處理期間也會導 致收縮(jam)、聚集(cluster)以及破損(break)等問題。發明內容提供根據本發明的各種實施例的系統及方法以製造並裝配各種光伏器 件。在一個上述實施例中，通過將掩膜層沉積在大致平坦的晶伴材料(例 如矽、鍺以及砷化鎵)件上來形成光伏電池。對所述晶體材料件進行蝕刻 以在所述晶體材料中形成多個大致平行的槽。所述槽形成多個大致平坦條，每一個條均大致從所述晶體材料件的一邊沿所述條的方向向所述晶體 材料件的另一邊延伸。各個條的寬度均大致與所述晶體材料件的厚度相 同。所述條可從所述晶體材料件分離；並且被切片以形成多個大致矩形電 池。每一個條均可具有層，其具有與所述各個條的塊摻雜相反的摻雜。可 以使用合適的處理，例如POCl3擴散來形成層。在各個矩形電池的頂表面 及底表面上，或在電池的側面上可形成觸點。在一個實施例中，在各個矩 形電池的第一側形成第一組觸點並在第二側形成第二組觸點。對各組觸點 的數量及位置其中至少一者進行選擇以提供正確的觸點連接，而無論所述 各個電池相對於連接器件的取向如何。.所述掩膜層可包括用於形成平行槽的非矩形圖案區域。所述掩膜層還 可包括用於形成所述選擇的槽的圖案區域，使得形成的條使用所述晶體材料件的表面的至少80%。在一個實施例中，可對所述多個條進行切片以形 成具有約20: 1或更小邊緣比。各個條的表面上還可沉積抗反射塗料，或 者對各個條的至少一個表面進行紋理處理。可將每一個切片電池布置在諸如導電襯底、低溫襯底及/或柔性襯底的 襯底上。然後可在一個實施例中沉積額外層以形成多結器件。襯底上的電 池的至少一部分可利用並聯、串聯、並聯-串聯以及串聯-並聯連接來進行 連接。在一個實施例中，通過上述方法形成的光伏電池包括矩形電晶體芯， 其具有形成二極體的至少兩個相反摻雜區域。所述管芯可具有約2mm或 更小的寬度，約40mm或更小的長度，以及約100/mi或更小的厚度。該電 池還包括成對觸點，其布置在所述電晶體芯的相對邊緣，例如在所述管芯 的頂邊緣及底邊緣其中一者上或者被布置在所述管芯的相對側邊緣上。所 述成對觸點可以是所述電晶體芯的第一邊緣上的第一組觸點以及所述晶體 管芯的第二邊緣上的第二組觸點中的一部分，所述第一邊緣與所述第二邊 緣相對，由此允許所述電晶體芯被布置在位於任意取向的大致共面光伏電 池的陣列中。在一個實施例中，所述矩形電晶體芯大致呈方形。所述管芯由大致平坦<1， 1， O取向矽件形成。可在所述電晶體芯的至少一個表面上沉積抗 反射塗料，並且/或者至少一個表面被紋理處理。
例如，可以使用上述電池形成一種太陽能電池模組，其包括襯底，其 具有容納部陣列；以及位於所述容納部陣列內的多個矩形光伏電池。每一
個光伏電池均可具有約2mm或更小的寬度，約40mm或更小的長度，以 及約100/mi或更小的厚度。每一個光伏電池還可具有位於所述光伏電池兩 個相對邊緣上的觸點。該模組還包括互連結構布線，其將所述多個矩形光 伏電池的觸點電連接。所述觸點例如可被布置在每一個光伏電池的頂部及 底部上或者相對側邊緣上。所述觸點可包括第一，緣上的至少一個第一 觸點以及第二邊緣上的至少一個第二觸點，所述第一及第二觸點被布置在 不同邊緣位置，使得所述第一及第二觸點中每一者均與所述互連結構布線 中希望的線相連，而無論所述各個容納部中所述光伏電池的取向如何。
所述互連結構布線可將所述容納部陣列中的所述多個光伏電池劃分為 子模組。所述互連結構布線還可將各個模組中的所述光伏電池並聯連接， 並將所述子模組中至少一部分串聯連接。所述互連結構布線還可將各個模 組中的所述光伏電池串聯連接，並將所述子模組中至少一部分並聯連接。 可以使用層疊層來保持所述容納部陣列中的所述多個光伏電池。
通過本說明書中的描述及附圖，本領域的技術人員將了解其他實施


將參考附圖描述根據本發明的各種實施例，其中 圖l示出了根據本發明的一個實施例的光伏電池組件； 圖2示出了根據本發明的一個實施例的光伏電池的陣列； 圖3 (a)及圖3 (b)示出了根據本發明的一個實施例可以使用的槽 圖案；
圖4示出了根據本發明的一個實施例可以使用的電池形成方法的步 驟； '
圖5示出了根據本發明的一個實施例用於布置條片(sliver)的柵格(grid);
圖6示出了根據本發明的一個實施例的光伏電池組件；
圖7示出了根據本發明的一個實施例的對過孔(via)的蝕刻；
圖8示出了根據本發明的一個實施例的光伏電池的正視圖9示出了根據本發明的一個實施例的具有堆疊互連結構的嵌入襯底
的兩個電池的側視圖10示出了根據本發明的一個實施例的具有互連結構的電池的4x4
示例陣列；
圖11示出了根據本發明的一個實施例的處於一個可能方向上的圖7 的電池的正/後視圖，其中一組互連線堆疊，並且每根線均具有電勢；
圖12示出了根據本發明的一個實施例處於豎列的一組三個電池，其 中各個電池均處於相同方向；
圖13示出了根據本發明的一個實施例的單一電池以及其中插入電池 的鍵槽；而
圖14示出了根據本發明的一個實施例的一組四列電池，其中在列之 間互連有光伏電池組件。
具體實施例方式
根據本發明的各種實施例的系統及方法可克服對製造光伏器件及器件 製造方法的上述及其他限制。根據一個實施例的處理通過蝕刻超薄小管芯 (die)(包括將光子轉換為電能以及連接至各種電子系統所需的結構)來 利用處理中使用的材料的晶體結構(例如<1, 1, O取向矽晶體)的優點。 通過製造大致沿晶片長度方向延伸的條片，如下所述去除(mimis)任何 分裂的條(bar)，然後將這些條片切片成方形或矩形電池，可以如上所述 使用如此取向的矽晶體來製造高長寬比電池。 一個實施例中的矩形電池具 有約20: 1或更小(在一個實施例中優選為3: 1或更小)的邊緣比(例
如，長度寬度)。根據各種實施例的處理也可包括用於迅速將這些電池
裝配在襯底上以及將允許管芯以隨機取向裝配的互連結構布線進行結合的 步驟。上述處理在形成光伏器件時更有利，並比現有處理更簡單、更廉價。
根據本發明的各種實施例的製造光伏器件及模組的方法可以每能量轉 換面積的高效低成本方式來製造器件。這些方法還可相對於其他太陽能電 池製造技術而言使各種材料的利用率最大化。可以使用類似方法(包括著 重於簡便低成本的方法以及更複雜但可以低溫膏及材料完成的方法)，由 此極大地擴大了可使用的襯底及材料的數量。例如，低溫襯底可使用處於 300° C或更低溫度的膏及材料。
在一個實施例中，利用<1, 1， o矽晶體來將各個電池製造為矩形圖
案。在圖1的組件100中示出了這種光伏電池102的一個示例。本示例中 形成的電池為前/後並且左/右對稱，使得前後視圖大致相同。該特定視圖 示出了塊材料104，其中厚度主要由用於形成管芯的矽晶片或其他材料的 厚度決定。對於一些實施例，期望地是該厚度大於標準矽晶片的厚度。如 下所述，該電池102具有上摻雜區域106及下摻雜區域108。諸如 "前"、"後"、"上"及"下"的取向及方向僅為了便於並簡化說明， 並不意在推論出對方向或取向有任何要求。
在根據一個實施例的電池中，上區域106及下區域108是磷摻雜區 域、或具有中心塊硼摻雜區域104的n型區i或、或p型區域。該圖並未依 比例繪製，這些區域中每一個通常相對於塊矽104更薄。至少在一些實施 例中，優選地是晶片較厚，因為具有較大電池可更有效並需要更少處理， 較厚晶片也會需要較長蝕刻，這會導致不希望的底切(undercut)量。在 一個實施例中，塊矽晶片的厚度可以是約l-2mm量級。應當理解，磷摻雜 僅是示例，且根據各種實施例的裝置可使用第一摻雜型的塊摻雜層(或區 域)與第二摻雜型的射極摻雜層(或區域)，其中射極摻雜相對於塊摻雜 是相反摻雜，並且其中射極摻雜處於位於器件表面處的淺射極層中。
如下所述，抗反射塗層110形成在電池周圍。抗反射塗層例如可以是 氮化物層或氧化物層。本示例中的下摻雜區域108在其形成時為n型區 域，而當25-4(^m厚鋁膏層112印刷或以其他方式施加至電池並燒結，膏 會穿過抗反射塗層110以及p摻雜，由此鋁膏可有效地接觸p主體(p-body)塊層104，變為p連接(p-connection)，並有效地使下層108的n型摻雜反型(negate)。
如下所述，該組件還包括可選的下膏層114 (例如10-15/mi銀膏層) 以及襯底116。在電池102頂部是另一膏層118 (例如具有特殊抗反射塗 層(ARC)穿透性能的10-20/xm層或銀膏)，使得上述層穿透進入ARC 層110並與頂n型層106接觸。可以在組件的頂部上塗附10-20/mi的常規 銀膏120層(其不會穿透ARC (例如，熱塑性銀膏或焊膏))以將各個電 池的頂部電極與相鄰電池互連。在另一實施例中，在電池側面塗附絕緣 膏，並在絕緣膏上塗附膏層118。在另一實施例中，在電池下方及其側面 周圍提供絕緣膏以增大電池與襯底組件之間的粘附力。絕緣層並未設計成 會影響電池電氣特性，而是設計為有助於更牢固地將組件保持在一起。
圖2示出了電池陣列的一部分的俯視圖200，示出了具有ARC穿透特 性的薄銀膏層118的寬度(在本示例中約300/mi)、以及電池陣列的頂銀 膏或焊膏層120。在附圖中示出參考標號以便於並簡化理解，而並不意在 構成對各種不同實施例的限制。
第一處理方法
根據一個實施例的用於製造上述電池(在此情況下為矩形電池)的處 理始於<1, 1, 0〉取向矽的晶片。矽可以極純、摻雜有N或P型摻雜物、並/ 或例如呈2mm厚並且直徑至少100mm (例如，150mm)的晶片的形式。 矽梨晶(boule)具有晶片平整度(wafer flat)，並以相對高精度進行切 割。切割的規範通常在土0.5。內，但根據各種實施例也可在士0.1。內進行切 割。因為要相對於晶體取向來對準並蝕刻這些晶片，故在形成電池時少量 偏移將會最終導致電池的一側變薄，因此要求較嚴的公差。可使用適當處 理(例如，piranha清潔處理)來清潔晶片。例如也可通過兩次拋光表面並 在需要時使邊緣變圓來拋光晶片。
在一個實施例中，將約2,0(WA厚的氮化矽掩模層沉積在晶片的所有 側面上。然後可對晶片進行準備以進行光刻膠沉積，例如通過首先附塗六 甲基二矽氮甲垸(HMDS)底漆以作為光刻膠的粘附促進劑。然後可將光 刻膠旋塗在器件的前及後側，同時或不同時將光刻膠施加在前側及後側。 在一個實施例中，使用具有三個腳的較大板面的夾具。將掩膜板中的一個布置在夾具上，使得也具有三個腳的掩膜板將兩個腳上的晶片平面與第三 腳上的晶片邊緣對準，由此將晶片與掩膜對準。然後可將另一掩膜布置在 其上，其位於主要元件的腳上。由此夾具裝置具有落在晶片頂部及底部上 的前掩膜及後掩膜，使得可同時曝光兩側。然後可以同時曝光前側及後 側，使得在烘烤之後可對晶片進行蝕刻。
可以使用上述處理來在晶片的前側及後側形成一組平行槽，儘管一些 實施例會僅使用晶片的前側或後側上的槽。圖3 (a)中示出了根據一個實 施例的用於槽的圖案區域。從圖中可見，未從矩形區域，而從成形以利用
工件302 (例如晶片或結晶塊)大致全部材料的圖案區域304來形成槽。 利用具有圓形工件的矩形圖案會導致浪費大量工件材料。利用與工件的尺 寸及形狀大致匹配的圖案可允許形成大致在工件寬度上延伸的長細槽，由 此幾乎可使用工件的全部材料。這還會使得從晶片產生的表面積的極度增 大，大大增大了從單一晶片電池可獲得的活性表面積。
在本示例中，在工件為呈圓形的矽晶片的情況下，與工件的外邊緣對 應，用於槽的圖案區域大致為圓形。由此允許使用工件的絕大部分材料來 形成槽(以及生成的材料條)。在一個實施例中，在圖案區域中至少使用 工件80%的材料。使用的材料量取決於工件的材料以及工件的厚度，因為 會需要在晶片邊緣周圍保持足夠的材料不被蝕刻，以提供框架來將工件保 持為一體而不會破損。
在圖案區域304中，如圖3 (b)中的工件302的一部分的放大視圖所
示，可以形成用於各個平行槽的圖案。可以看到，對一組相鄰槽進行蝕刻 以大致延伸至工件的邊緣。本示例中的槽具有120/mi的標稱間隔，具有 25jmi的開口。然後，在蝕刻通過晶片之後，生成條的厚度通常為約70/xm 或更小的量級。在一些實施例中，在蝕刻處理期間，在晶片中形成至少一 個劃分條306或穩定條(例如通過使用於蝕刻槽的掩膜改變)。如圖所 示，該劃分條306可大致垂直於各個平行槽304。可在晶片中心下方，並/ 或在晶片上以規則間距來形成劃分條。這些條將晶片劃分為多個區域，使 得各個槽不會在晶片的整個長度上延伸。這不僅有助於防止各個形成的條 破損，還減小了蝕刻槽的錯位的影響。因此，劃分條減小了對需與晶體取向精確對準的長槽的公差的要求。額外的區域劃分進一步減小了對嚴格公 差的要求。
在其他實施例中，可以在現存處理中使用其他材料層來形成支撐結 構，例如通過增加氧化物或氮化物層，然後進行蝕刻以為一系列條產生支 撐器件。但是，形成劃分條作為槽蝕刻處理的一部分節省了額外步驟、材 料及複雜性。此外，對在槽蝕刻步驟期間形成的劃分條的使用有助於減小 本說明書中其他部分描述的難以滿足的公差。
利用劃分條的潛在缺陷在於一些晶片會不能被電池所使用。向下通過 晶片的蝕刻通常會有些歪斜，使得會損失掉晶片中間下方(或其他間隔) 的小區域。在一個示例中為25/mi寬度槽。當最終切割形成的條(例如沿
示出的切割線308)以形成各個電池時，通常將切割線308布置在各個分 割條的任一側上以確保通過蝕刻從劃分線306形成的材料的角度不會影響 各個電池任何一個的最終形狀。這進一步減小了晶片的產量。
在使器件的前側及後側圖案化以進行深層蝕刻處理之後，通過適當的 顯影及烘烤處理來對圖案化光刻膠進行顯影及烘烤，可將曝光氮化物層蝕 刻至矽。然後去除光刻膠。前側與後側圖案大致相同，並對準使得如上所 述前側及後側槽對齊。在另一實施例中，將二氧化矽層沉積在氮化物上。 利用氫氟酸溼法蝕刻來對氧化層進行蝕刻，然後，氮化物層使用氧化物層 作為掩膜，並使用熱磷酸來對氮化物層進行溼法蝕刻。
然後可在溼法浴液(例如使用水中40%重量比的氫氧化鉀(KOH)的 溶液的各向異性溼法蝕刻浴室)中對器件進行深蝕刻。可以可選地增加異 丙醇以改進矽表面的表面質量。上述蝕刻可以從一個方向(例如晶片的前 側) 一直進行通過晶片，或者可從晶片的前側及後側開始(在兩側使用氮 化物掩膜)並在中間匯合。通過在兩側開始，蝕刻會耗費較少時間並會存 在較少底切。
深蝕刻對一些實施例非常重要。當使用諸如相對熱的KOH溶液的溶 液時，在溼法蝕刻方面會存在一些問題。例如，不均勻蝕刻會產生不同性 能的電池。此外，必需將前側與後側蝕刻對準以滿足較小公差的要求。
蝕刻處理(可包括除KOH溼法蝕刻之外其他任意數量的蝕刻處理)可產生通過晶片的數個槽。使用大致方形電池而非現有技術中的細條形的 優點在於幾乎可以使用整個晶片。當使用必須為相同尺寸的條片時，晶片 的可使用面積最有效地為方形，這意味著在現有系統中會浪費約一半圓形 矽晶片。當使用矩形電池時，蝕刻進入隨後被切片為各個電池的晶片的條
片可以具有各個不同長度。獲得的電池可以較小，例如為約40mm或更小 的量級，並且在一些實施例中長度為6mm或更小的量級，並可具有20: 1 或更小的邊緣比。因為在現有系統中用於布置電池的拾取及布置工具需要 過多時間來裝配電池面板，故很多現有處理不適用於上述小電池。但是， 利用這裡描述的平行裝配工具，可以實現在經濟性及操作性兩方面均優的 對上述電池的模組的快速裝配。
形成的條片可在晶片的大致整個長度上延伸，僅在邊緣周圍留下薄 緣，以及任何需要保持條片平行的支撐結構。由此可提供對材料使用率兩 倍的改進。在一個實施例中，具有100/mi蝕刻間距的常規2mmxl50mm直 徑晶片可製造超過84,000方形電池或略微呈矩形電池。
圖4示出了示例性方法400的步驟(包括一些上述步驟)，用於形成 用來形成光伏電池的條片。在該方法中，獲得晶體材料的工件，該材料極 純，並且有選擇摻雜402。根據材料的已知晶向來對工件進行定向404。 在圖案大致覆蓋工件的全部側面的情況下，將至少一個掩膜層(例如氮化 矽掩膜層)沉積在工件的前側及後側406。然後將光刻膠材料塗附至工件 的前側及後側408。然後對工件前側及後側上的光刻膠進行曝光並顯影， 使得在晶片的前側及後側均形成一組平行槽，並且槽大致從工件的一個邊 緣向另一邊緣延伸410。在該蝕刻步驟期間，還可如上所述來形成至少一 條劃分線。在任何需要的顯影及/或烘烤處理完成之後，可以對工件進行掩 膜層蝕刻及深蝕刻以蝕刻通過工件，由此在工件中形成一系列平行條 412。在蝕刻之後，可以去除任何剩餘光刻膠414。用於各種不同實施例的 一系列其他步驟進一步將狹窄區域形成在大致完成形成光伏器件的器件 中。然後，可以對條片進行切片以形成條416。
一旦通過深蝕刻在晶片中已經形成條片，'則希望至少在一些實施例中 對條片的一側或兩側進行紋理處理(texture)。在一種方法中，對諸如超薄氮化物層或其他掩膜材料進行沉積，其極薄使得對下層矽的覆蓋並不完 全，留下了很多小開口。然後，對下層矽的各向同性蝕刻在掩膜中開口下 方的區域內產生空腔，由此對矽表面進行紋理處理。因為紋理處理趨於彎 曲入射光線使得光線在電池中行進較長路徑，由此可改進獲得的電池的效 能，故紋理處理是有利的。但是，紋理處理會增加額外成本，這會與獲得 的改進量相互平衡。
可以使用P0C13擴散步驟或者類似處理步驟來形成具有與塊矽的塊摻 雜相反的摻雜，由此在器件的整個表面上建立二極體區域。例如可在圖1 的剖視圖中觀察到。在一個實施例中，P0Cl3及氧作為處於大氣壓力下的
通常處於較高溫度(從約800-1150GC中任意溫度)的氣體流入。為了
POCl3擴散，通過適當地混合上述氣體，可使磷擴散在矽中並可在矽的表
面上形成磷玻璃(PSG) 。 POCl3擴散在電池中形成不同的摻雜區域106 及108，即，電池的前側及後側或者通過深蝕刻形成的條片的側壁。因為 POCl3及氧會在頂表面及底表面上重新生成氧化物(PSG)，故POCl3擴 散可在器件上形成玻璃或釉層(glaze)(在要設置觸點時可將其從器件的 前側及後側去除)。因此，可以進行對二極體特性的更多測量以測量器件 的特性。
在POCl3沉積步驟期間，將原始氮化物掩膜保持在適當位置以防止 POCl3沉積在電池的邊緣的狹窄區域上非常重要。
為了降低器件的表面的反射，可以沉積一層設計為抗反射塗層或ARC 的材料。在KOH或其他深蝕刻之後，表面可以相對較光滑。當用於諸如 太陽能電池的應用領域中時， 一些入射在電池上的光會從前及後表面反 射。對於各種不同的應用領域，這種反射會是不希望的。降低反射量的一 種方法是沉積ARC。在使用POCl3以形成結(junction)的情況下，通過 在POCl3沉積期間或緊接在POCl3沉積之後適當地增加氧化材料，可以沉 積ARC層。對於大致由二氧化矽構成的電介質材料而言，通常深度為
ioooA。
替代磷玻璃(PSG) ARC或二氧化矽ARC,可以在電池表面上沉積 氮化矽ARC。 PSG及剩餘氮化物被剝離且在此階段可以增加750A的氮化矽層作為ARC。這種氮化物ARC可具有接近理想的特性，其中反射損失 低至1%。也可使用其他降低反射的方法，例如使具有不同光學指標的材 料流入電池表面與任何其他會在光伏模組的結構中出現的光學界面之間的 空間內。
然後可將條或條片切片片為各個電池。因為將條片切片為矩形電池或 "電池單元"會損壞條片，可以使用額外一組步驟來防止對條片的損壞。 在一個實施例中，可通過在條片之間的縫隙內填充諸如蠟的材料來改進晶
片條片的結構完整性。可以方便地去除諸如CrystalBond的蠟並在中等溫 度使其"熔化"，使得蠟可方便地流入晶片以填充縫隙或空腔。蠟允許條 片被切片或鋸成各個電池而不會損壞。然後可在室溫下在丙酮中去除蠟， 丙酮溶解CrystalBond並留下電池。
也可使用其他蠟，但其通常要求在有毒溶劑中的高溫加熱處理。也可 使用其他聚合物或可流動材料，例如聚合物及低熔點材料。可以使用任何 類型的合適可選擇性去除的填充物來對深蝕刻晶片中的縫隙進行填充。在 其他實施例中，可將條片附著至通常用於保持晶片的產業中所稱的"藍帶 (blue tape)"。在安裝在藍帶或其他附著材料上時或在定位在帶層之間 時可將條片進行切片。如果在條片兩側均使用附著材料，則可僅切割一側 的材料。
面板組件
一旦形成單個電池，就可使用額外處理步驟來利用電池形成面板或其 他光伏器件。在一個實施例中，組件固定裝置具有由柔性襯底上的升起邊 緣構成的矩形柵格圖案。柔性襯底可以是任何合適的襯底，例如可從美國 德拉瓦州的Wilmington的DuPont公司商購的諸如Mylar⑧的聚酯膜。升起 邊緣可由環氧塗料、金屬製成或印入Mylar⑧。在另一實施例中，固定裝 置由印刷電路板材料製成且升起區域是電鍍導體。
在另一實施例中，例如對於大致平行電池組，可以使用導電襯底，例 如不鏽鋼襯底。該導電襯底可包括將不希望導電的區域遮蔽起來的絕緣 體。可在後側將全部平行連接的情況下使用上述襯底。
在一個實施例中，可利用幹法震動處理來將電池502安裝在襯底上。在上述處理中，可隨機或成條或大量地封裝管芯，且可在組件固定裝置柵
格500上使管芯幹法流動(dry flow)，例如示出的用於填充圖5中柵格的
較小區域，儘管應當理解可使電池流動以填充在整個柵格內或柵格的選定 區域內。可通過小量震動使管芯流動，並在組件固定裝置柵格中的目標容 納部內流動。組件固定裝置柵格的表面可以有略微傾斜以允許重力輔助電 池的流動。可以利用這種處理來以快速且相對廉價的方式來組裝這些電池 的較大面板。
但是，常規幹法裝配工具可能不適用於上述處理。因為電池極薄，且 表面積對質量比較大，電池有粘附裝配夾具的表面中的趨勢。夾具的常規 旋轉運動不足以將管芯從表面分離。對衝擊震動組裝工具(其以周期間隔 施加突然的運動加速)的使用可破壞該粘附力並實現管芯的旋轉運動使得 其可以裝配到柵格圖案中。
在根據一個實施例的處理中，利用子模組(為了方便起見其可以是諸
如4"x4"至8"x9"子模組的任何合適尺寸)將各個電池形成為面板。可將電 池布置在平行組，然後將其串聯布置以產生任何希望的電壓。在一個示例 中，平行形成4"x4"電池，產生約0.5V電壓，或者形成串聯的兩個0.5V 電池的8"x9"電池。這大致等同於常規製造的串聯的兩個6"晶片。
在另一實施例中，可以串聯連接數個電池，然後並聯連接數組這些電 池以形成高壓陣列。將串聯組並聯連接的優點在於電池的缺失通常會導致 短路。如果存在一長串電池(例如二十個0.5V的電池)，則電池10V串 的電池缺失會導致電壓下降至9.5V。但是，如果電池串與另一電池串並 聯，則這些電池串的平均輸出將大致為10V與9.5V之間。在另一示例 中，在較大陣列為0.5V的情況下， 一個電池的短路會導致使整個陣列幾 乎沒有輸出。就此而言，"串聯-並聯"陣列具有一些優點。
在本示例中，儘管也可使用諸如硼矽酸鹽玻璃陶片等其他合適的襯 底，但使用硼矽酸鹽玻璃作為襯底。硼矽酸鹽具有其熱膨脹係數極低(幾 乎與矽相同)的優點，由此使矽與玻璃的熱膨脹完全一致。使用這種玻璃 的原因在於使這些膏中的一些燒結，需要使系統達到相對較高溫度，例如 約7Q(A:。諸如鈉鈣玻璃的其他類型的玻璃會在較低^_度下開始流動，並具有相對較高的熱膨脹係數，因此當將電池附著至常規玻璃並使電池達到 上述較高溫度時，任何鎖定的電池均趨於在冷卻而作用在電池上極大的力 而爆裂或損壞。
首先，將銀膏層沉積在襯底上，其變為跨接(tabbing)膏。當製造最
終模組時，可將跨接導體從一個子模組焊接至另一子模組，並通過焊接而 串聯互連至銀膏層。銀膏被布置在玻璃上並在其燒結溫度(在一個示例中
為約650-70(^C)下燒結。
在一個實施例中，將環形絕緣膏塗附在各個電池下方的區域中並進行 乾燥。然後例如通過印刷將鋁膏圖案塗附在銀膏上。在仍然潮溼的情況 下，該襯底被排列並布置在柵格對準管芯上。溼膏粘附至管芯並將其從組 裝夾具除去。該組件允許以低溫乾燥。然後主要在隨後其上將印刷導體的 區域中對填充電池之間空間的填充電介質膏進行印刷。然後使膏乾燥。能 夠在燒結時穿透ARC的銀膏在電池的頂部上被印刷為細線，被乾燥，然 後組件例如在700QC的高溫下燒結。
此時，電池起能量轉換器件的作用並可被測試。
在另一實施例中，在穿透銀膏上印刷諸如熱塑性銀膏或錫銀焊膏的低 溫銀膏以將頂部導體連接至相鄰電池，然後固化或燒結。
一旦切片為單個方形或矩形電池並組裝為子模組，則由諸如上述示例 晶片的晶片製成的電池(通常具有20%的效能)可利用全部太陽能輻射產 生超過67watts的功率。具有來自5個晶片的相同效能的切成常規太陽能 電池晶片的類似體積的單晶矽材料例如將產生約17watts的功率。由此實 現對相同量的矽4倍的能量改進。
上述處理的另一優點在於僅需在一個晶片上進行上述處理步驟(儘管 其與常規電池所需的處理同樣複雜)，而必須在多達二十個晶片上進行類 似處理以獲得相同輸出功率的器件。由此可進一步節省處理成本。
第二示例性形成方法
根據另一實施例的示例處理可製造圖6所示的光伏電池600。如下所 述，該電池具有在頂部具有n型區域606並在晶片的底部具有p型區域 604的塊層602。應當理解，這裡使用的諸如"頂"及"底"的描述僅用于澄清及說明，而不應構成對任何實施例的實際取向的限制。還示出了該
電池具有襯底608以及相對的POCl3層610、 612。
處理始於具有<1, 1,0〉取向矽的矩形晶片。矽例如可以極純，摻雜有n 型或p型雜質，並/或呈2mm厚並具有150mm直徑的晶片的形式。可利用 合適的處理(例如piranha清潔處理)來清潔晶片。可以使用旋塗玻璃 (SOG)處理來在晶片的頂部上形成硼摻雜SOG接觸區域。然後可將晶 片布置在熔爐或擴散爐中經過適當的變溫及恆溫時段(業內公知)，然後 從熔爐去除以例如通過使用緩衝氧化物蝕刻(Buffered Oxide Etch (BOE))溶液將SOG蝕刻掉。通常在完成對晶片的硬化烘烤的30分鐘 內開始BOE蝕刻。然後可以測量晶片的片電阻率。可以使用類似處理來 在晶片的底部上形成磷摻雜SOG接觸區域，隨後進行烘烤及蝕刻步驟。 然後可測量擴散層的阻抗、以及二極體特性(通過晶片)。因為在塊矽的 相對兩側上存在兩個相對摻雜區域，故可以測量通過晶片的二極體特性。
晶片的底部上的SOG磷可以是與SOG硼區域相對極性的摻雜區域。 在一個實施例中，可在同時或大致同時將兩SOG區域旋塗。然後可同時 實現兩個SOG區域的熔爐驅動。雖然上述方法可節省時間及金錢，但需 要解決一些汙染問題。
晶體矽會具有相對較低基體阻抗，但形成在厚矽晶片的頂部及底部上 的接觸區域會具有過低的阻抗。在一個實施例中，接觸區域的阻抗可在每 平方幾歐姆的範圍內，而現存系統僅可達到每平方數十歐姆。因為使用了 將在器件的較大區域上延伸的較小觸點，例如連接至板的小金屬器件，故 摻雜區域會需要摻雜觸點、低阻抗觸點。
可在器件的各個側面沉積氮化物層。然後例如通過塗附六甲基二矽氮 甲烷(HMDS)主要用作用於光刻膠的粘附促進劑，可為光刻膠沉積來準 備晶片。然後可將光刻膠旋塗在晶片的前側上。蝕刻通過頂部氮化物的將 產生過孔的圖案在頂部光刻膠中被曝光。該圖案轉換為氮化物，但氮化物 蝕刻並未全部延伸通過氮化物，而通常為氮化物厚度的1/2。如圖7的側 視圖700所示，類似的過孔圖案被曝光並蝕刻在晶片的後側上，但形成過 孔槽702以在形成在晶片頂部上的槽之間對準。此外，因為還需要氮化物層，故氮化物蝕刻也僅部分延伸通過晶片。在上述實施例中，可在氮化物 層上沉積氧化物層以允許溼法蝕刻處理將光刻膠圖案轉化為氮化物層。
然後可為深蝕刻處理使器件的頂部圖案化，其中圖案化光刻膠通過適 當的烘烤處理而被烘烤。將對曝光的頂部氮化物層進行蝕刻直到矽，並隨 後去除光刻膠。可以對晶片的底部使用類似處理，其中使用溶劑基底漆處 理(例如，HMDS底漆處理)來為光刻膠沉積準備晶片，然後將光刻膠旋 塗在器件的前側上並且為深蝕刻對器件的底部進行圖案化。可以烘烤光刻 膠並將底部氮化物層蝕刻直到矽。然後可去除光刻膠。
在根據另一實施例的處理中，可將光刻膠塗附至晶片的頂部及底部， 其中大致同時進行圖案化。例如，可將晶片布置在夾具裝置中使得掩膜可 下落在頂部及底部上，使得可以同時對兩側進行曝光。可在烘烤之前對光 刻膠進行顯影。對過孔蝕刻圖案及深蝕刻圖案兩者使用上述處理。
然後可在溼法浴液(例如使用水中40%重量比的氫氧化鉀(KOH)的 溶液的各向異性溼法蝕刻浴液)中對器件進行深蝕刻。上述蝕刻可從一個 方向(例如晶片的前側)進行直至通過晶片，或者可始於晶片的前側及後 側(在兩側均使用氮化物掩膜)並在中間匯合。通過始於兩側，蝕刻可花 費較少時間，且會存在較少的底切。
在一些實施例中深蝕刻非常重要。當使用諸如相對熱的KOH溶液的 溶液時，在溼法蝕刻方面會存在一些問題。例如，不均勻蝕刻會產生不同 性能的電池。此外，必需將前側與後側蝕刻對準以滿足較小公差的要求。
蝕刻處理(可包括除KOH溼法蝕刻處理之外其他任意數量的蝕刻處 理)可產生通過晶片的數個槽。使用大致方形電池而非現有技術中的細條 片的優點在於幾乎可以使用整個晶片。當使用全部為相同尺寸的條片時， 晶片的可使用面積最有效地為方形，這意味著在現有系統中會浪費約一半 圓形矽晶片。當使用矩形電池時，隨後被切片為各個電池的蝕刻進入晶片 的條片可以具有各個不同長度。因此，形成的條片可在晶片的大致整個長 度上延伸，僅在邊緣周圍留下薄緣，以及任何需要保持條片平行的支撐結 構。由此可提供對材料使用率兩倍的改進。在一個實施例中，具有lOO^m 蝕刻間距的常規2mmxl50mm直徑晶片可製造超過84,000方形電池或略微呈矩形電池。
如上所述，可以使用紋理處理來降低反射。因此可以POCl3擴散步驟 或者類似處理步驟來形成具有與塊矽的塊摻雜相反的摻雜的層，由此在器 件的整個表面上建立二極體區域。P0C13擴散在電池中形成不同的摻雜區 域，g卩，電池的前側及後側或者通過深蝕刻形成的條片的側壁。因為 POCl3會在頂表面及底表面上重新生成氧化物，故POCl3擴散可在器件上
形成玻璃或釉層(glaze)(在要設置觸點時可將其從器件的前側及後側去
除)。因此，可以進行對二極體特性的更多測量以測量器件的特性。
如上所述，可以設計來自POCl3擴散的PSG以生成ARC層。或者， 可以去除PSG並增加類似厚度的熱氧化物或其他材料以形成ARC。
然後可以對過孔槽中的剩餘氮化物進行蝕刻，例如通過使用上述熱磷 酸。將氮化物蝕刻直至矽。該蝕刻也可去除任何氮化物深蝕刻掩膜的任何 懸掛氮化物。
在一個實施例中，金屬觸點被絲網印刷在晶片的頂部及底部上，被對 準印刷進入過孔槽。可以利用鋁或銀或銀/鋁合成膏來印刷p摻雜接觸區 域。可利用銀膏來印刷n摻雜接觸區域。
在另一實施例中，作為組裝處理的一部分來對金屬觸點進行印刷。在 另一實施例中，n摻雜接觸區域過孔並未被圖案化及蝕刻。相反，採用能 夠通過氮化物層燒結的銀膏來與下層重摻雜接觸區域進行接觸。
在另一實施例中，p摻雜接觸區域過孔並未被圖案化及蝕刻。相反， 採用能夠通過氮化物層燒結的鋁膏或鋁/銀合成膏來與下層重摻雜接觸區域 進行接觸。在採用了 POCl3步驟以形成前/後二極體區域的情況下，需要注 意防止該塗附步驟允許膏滲漏至沉積有POCl3的區域，否則器件會短路。
一旦形成了接觸區域，就如上所述可將條片切片為各個電池。然後可 如上所述形成面板。例如，在採用使兩個金屬觸點先於切片印刷在晶片上 的觸點的處理實施例中，產生可採用僅需要低溫處理的後續面板組裝處理 的優點。這使得可以使用更多可用的襯底類型，例如塑料。
可以使用不同組襯底來支撐電池，例如薄柔性襯底及相對更厚的剛性 更大的襯底。這些剛性襯底例如可以是切割為成品面板的尺寸的1A6"至1/4"的丙烯酸片。可將該薄柔性材料布置在可具有用於支撐並保護組件的 前側及/或後側的子組件中。對特定應用領域而言，柔性器件是有利的。
如上所述將分離的電池裝配在組件固定裝置柵格上。獨立地，首先利 用絕緣線圖案(例如環氧塗料)來對襯底進行印刷。然後在絕緣線之間， 並以略大的厚度印刷導體線圖案(例如使用低溫熱塑性銀膏或環氧銀 膏)。絕緣線防止導體線接觸，並在將電池布置在導體上時形成止擋。在 導體膏仍然潮溼時，將襯底布置在具有組裝電池的組件固定裝置柵格上。 溼膏粘附至電池並允許電池轉移至襯底。然後對膏進行固化或乾燥。
在另一實施例中，採用印刷熱塑或環氧銀膏小點的額外步驟來在過孔 邊緣處在電池上進行印刷，以確保實現從電池上的接觸區域到下層金屬互 連線的連接。
第三示例性形成方法
在根據另一實施例用於形成電池的處理中，從諸如矽晶體 的晶體材料將電池製造為對稱方形或矩形圖案。圖8示出了這種光伏電池 800的示例。本示例中的電池為前/後並且左/右對稱，使得前後視圖大致相
同。該特定視圖示出了塊材料802，其中厚度主要由用於形成管芯的矽晶
片或其他材料的厚度決定。對於一些實施例，優選地是該厚度大於標準矽
晶片的厚度。如下所述，該電池800具有上摻雜區域804及下摻雜區域 806、以及多個接觸區域808、 810、 812。
在根據一個實施例的電池中，頂區域804是硼摻雜區域而底區域806 是磷摻雜區域。該圖並未依比例繪製，這些區域中每一者通常相對於塊矽 802的厚度更薄。至少在一些實施例中，優選地是晶片較厚，因為具有較 大電池可更有效並需要更少處理，較厚晶片也會需要較長蝕刻，這會導致 不希望的底切(undercut)量。在一個實施例中，塊矽晶片的厚度可以是 約l-2mm量級。
根據一個實施例用於製造這種電池(在此情況下為方形或矩形電池) 的處理始於具有上述特性的<1， 1， O取向矽的晶片。可利用合適的處理 (例如piranha清潔處理)來清潔晶片。可以使用旋塗玻璃(SOG)處理 來在晶片的頂部上形成硼摻雜SOG接觸區域。然後可將晶片布置在熔爐或擴散爐中經過適當的變溫及恆溫時段(業內公知)，然後從熔爐去除以
例如通過使用緩衝氧化物蝕刻(Buffered Oxide Etch (BOE))溶液將 SOG蝕刻掉。通常在完成對晶片的硬化烘烤的30分鐘內開始BOE蝕亥ij。 然後可以測量晶片的片電阻率。可以使用類似處理來在晶片的底部上形成 磷慘雜SOG接觸區域，隨後進行烘烤及蝕刻步驟。然後可測量擴散層的 阻抗，以及二極體特性(通過晶片)。因為在塊矽的相對兩側上存在兩個 相對摻雜區域，故可以測量通過晶片的二極體特性。
晶片的底部上的SOG磷可以是與SOG硼區域相對極性的摻雜區域。 在一個實施例中，可在同時或大致同時將兩SOG區域旋塗。然後可同時 實現對兩個SOG區域的熔爐驅動。雖然上述方法可節省時間及金錢，但 需要解決一些汙染問題。
晶體矽會具有相對較低基體阻抗，但形成在厚矽晶片的頂部及底部上 的接觸區域會具有過低的阻抗。在一個實施例中，接觸區域的阻抗可在每 平方數歐姆的範圍內，而現存系統僅可達到每平方數十歐姆。因為使用了 將在器件的較大區域上延伸的較小觸點，例如連接至板的小金屬器件，故 摻雜區域會需要摻雜觸點、低阻抗觸點。
可在器件的各個側面沉積氮化物層。然後例如通過塗附六甲基二矽氮 甲垸(HMDS)主要用作用於光刻膠的粘附促進劑，可為光刻膠沉積來準 備晶片。然後可將光刻膠旋在晶片的前側上。可為深蝕刻處理使器件的頂 部圖案化，其中圖案化光刻膠通過適當的烘烤處理而被烘烤。將對曝光的 頂部氮化物層進行蝕刻直到矽，並隨後去除光刻膠。可以對晶片的底部使 用類似處理，其中使用溶劑基底漆處理(例如，HMDS底漆處理)來為光 刻膠沉積準備晶片，然後將光刻膠旋在器件的前側上並且為深蝕刻對器件 的底部進行圖案化。可以烘烤光刻膠並將底部氮化物層蝕刻直到矽。然後 可去除光刻膠。
在根據另一實施例的處理中，可將光刻膠塗附至晶片的頂部及底部， 其中大致同時進行圖案化。例如，可將晶片布置在夾具裝置中使得掩膜可 下落在頂部及底部上，使得可以同時對兩側進行曝光。可在烘烤之前對光 刻膠進行顯影。然後可在溼法浴液(例如使用異丙醇中40%重量比的氫氧化鉀 (KOH)的溶液的各向異性溼法蝕刻浴液)中對器件進行深feil刻，由此趨 於減慢蝕刻。上述蝕刻可以從一個方向(例如晶片的前側)進行通過晶 片，或者可從晶片的前側及後側開始(在兩側使用氮化物掩膜)並在中間 匯合。通過在兩側開始，蝕刻會耗費較少時間並會存在較少底切。
深蝕刻對一些實施例非常重要。當使用諸如相對熱的KOH溶液的溶
液時，在溼法蝕刻方面會存在一些問題。例如，不均勻蝕刻會產生不同性 能的電池。此外，必需將前側與後側蝕刻對準以滿足較小公差的要求。
蝕刻處理(可包括除KOH溼法蝕刻處理之外其他任意數量的蝕刻處 理)可產生通過晶片的數個槽。使用大致方形電池而非現有技術中的細條 的優點在於幾乎可以使用整個晶片。當使用必須為相同尺寸的條時，晶片 的可使用面積最有效地為方形，這意味著在現有系統中會浪費約一半圓形 矽晶片。當使用矩形電池時，隨後被切片為各個電池的蝕刻進入晶片的條 片可以具有各個不同長度。因此，這些條片可在晶片的大致整個長度上延 伸，僅在邊緣周圍留下薄緣、以及任何需要保持條片平行的支撐結構。由 此可提供對材料使用率兩倍的改進。在一個實施例中，具有100/mi蝕刻間 距的常規2mmxl50mm直徑晶片可製造超過84，000方形電池或略微呈矩形 電池。
一旦通過深蝕刻在晶片中已經形成條片，則希望至少在一些實施例中 對條片的一側或兩側進行紋理處理(texture)。在KOH或其他深蝕刻之 後，表面可以相對較光滑。當用於諸如太陽能電池的應用領域中時， 一些 入射在電磁上的光會從前及後表面反射。對於各種不同的應用領域，這種 反射會是不希望的。降低反射量的一種方法是對至少一個表面進行紋理處 理。但是，紋理處理會增加額外成本，這會與獲得的改進量相互平衡。也 可使用其他方法來降低反射，例如使材料流入電池表面與任何其他光學界 面之間的空間內。
可以使用POCL擴散步驟或類似處理步驟來形成具有與塊矽的塊慘雜 相反的摻雜，由此在器件的整個表面上建立二極體區域。例如可在圖9的 剖視圖中觀察到。POCL擴散在電池中形成不同的摻雜區域902，即，電池的前側及後側或者通過深蝕刻形成的條片的側壁。因為POCL會在頂表 面及底表面上重新生成一些氧化物，故POCL擴散可在器件上形成玻璃或
釉層(glaze)(在要設置觸點時可將其從器件的前側及後側去除)。為了 使摻雜物延伸至希望的深度並降低晶體缺陷，可以使用業界公知的至少一 個趕回(redrive)步驟。可以通過在烙爐中保溼來進行趕回步驟，或者可 與幹法或溼法熱氧化步驟組合以使晶片的曝光區域鈍化(passivate)。這 有助於使晶體缺陷最小化。因此，可以進行對二極體特性的更多測量以測 量器件的特性。
可以使用諸如遮蔽掩膜的掩膜來形成用於器件的接觸區域。遮蔽掩膜 是具有開口、槽、或其他形成於其中的圖案特徵的諸如矽或金屬材料中的 圖案。可以使遮蔽掩膜附在器件的頂部及/或底部上。可以通過諸如噴霧蝕 刻的蝕刻處理來利用遮蔽掩膜以去除掩膜開口區域下方諸如熱氧化物的任 何絕緣物。可以利用遮蔽掩膜來在器件的頂部及底部上沉積諸如鋁的金屬 以形成接觸區域808、 810、 812。還可使用金屬的組合，例如在器件一側 為鋁而在另一側為Cr/Ni。
一旦形成接觸區域，就可將條片切片為各個電池。因為將條片切片為 方形電池或"電池單元(squiver)"會損壞條片，可以使用額外一組歩驟 來防止對條片的損壞。在一個實施例中，可通過在條片之間的縫隙內填充 諸如蠟的材料來改進晶片條片的結構完整性。可以方便地去除諸如 CrystalBond的蠟並在中等溫度使其"熔化"，使得蠟可方便地流入晶片以 填充縫隙或空腔。蠟允許條片被切片或鋸成各個電池而不會損壞。然後可 在室溫下在丙酮中去除蠟。也可使用其他蠟，但其通常要求在有毒溶劑中 的高溫加熱處理。也可使用其他聚合物或可流動材料，例如聚合物及低熔 點材料。可以使用任何合適可選擇性去除的填充物類型來對深蝕刻晶片中 的縫隙進行填充。在其他實施例中，可將條片附著至通常用於保持晶片的 產業中所稱的"藍帶(blue tape)"。在安裝在藍帶或其他附著材料上時 或在定位在帶層之間時可將條片切片。如果在條片兩側均使用附著材料， 則可僅切割一側的材料。 '
當切片條片時，根據一個實施例可在各個管芯中至少切割一個槽口。這些槽口有助於確保在最終面板或器件中對管芯的希望的對準。在其他實 施例中，取向並不重要，由此無需槽口。 附加組裝處理
一旦形成電池，可以使用附加處理來形成面板或其他使用電池的光伏 器件。在一個實施例中，電池與流體混合，然後電池與液體的漿液流動到 襯底上。襯底可以是任何合適的襯底，例如其中已經進行壓陷處理以配合 電池的清潔塑料帶。可以使用不同組襯底來支撐電池，例如薄柔性襯底及 相對更厚的剛性更大的襯底。這些剛性襯底例如可以是切割為成品面板的 尺寸的1/8"至1/4"的丙烯酸片。可將該薄柔性材料布置在可具有用於支撐 並保護組件的前側及/或後側的子組件中。對特定應用領域而言，柔性器件 是有利的。
容納電池的襯底可具有數個特徵，例如形成在其中的槽或凹入。這些 槽/凹入可以利用玻璃料或薄絕緣材料或者導體/互連結構(其可形成用於 電池的框架)壓制而成。例如，如圖10所示，可以將大致方形凹入壓入 帶以保持電池陣列1000。槽也可呈縱列，或與襯底的平面垂直的列，使得
當材料流入時，器件可以呈縱列堆疊在彼此頂部。例如，槽可以是100mm 長、2mm寬，使得2mmx4mm尺寸的管芯可堆疊在該槽中。在此情況下， 僅可布置管芯使得管芯的長軸與槽的長軸匹配。管芯可堆疊在彼此頂部直 至槽被填滿。在另一示例中，槽可具有100mm長度及4mm寬度的尺寸， 其中管芯可進行堆疊使得管芯的長軸可與槽的長軸對準。但是，管芯的短 軸與槽的長軸對準也是可行的，由此會形成不希望的縫隙。在此情況下， 可以使用額外機構來使管芯排布至優選取向。襯底也可具有較大開口，電 池可流入其中並通過堆疊裝滿。
可以由加熱時使框架(frame)回流並變平的材料來製造包圍管芯的框 架。然後可以減小框架與管芯之間的空間，由此將管芯握緊並鎖止在位。 例如，可以將可形變材料沉積在待用作槽的邊緣的襯底上。在管芯流入這 些槽中之後，可以加熱槽邊緣以使該脊(ridge)材料軟化，由此允許材料 圍繞管芯回流。脊材料也可膨脹，進而將電池鎖止在位。還存在其他方法 來裝載管芯，將在這裡進行描述，根據這裡的描述，這些方法對本領域的技術人員將變的清楚並被了解。
然後，射流自身組裝處理可將電池裝載在帶中可用的凹入的大部分中 (如果不是全部)。很多射流裝配系統中使用的方法及材料均為業界所公
知，例如授權於Smith等人的美國專利號6,623,579，發明名稱為 "Methods and Apparatus for Fluidic Self Assembly"所描述的方法及材料， 通過引用將其內容包含在本說明書中。
在另一實施例中，可利用幹法震動處理來將電池安裝在襯底上。在上 述處理中，可隨機或成條或大量地封裝管芯，且可以較小震動使管芯在襯 底上幹法流動(dry flow)，並流入襯底中的目標容納部內。可以向襯底 的表面有略微傾斜以允許重力輔助電池的流動。可以利用這種處理來以快 速且相對廉價的方式來組裝這些電池的較大面板。
在其他實施例中，可以使用射流處理與震動處理的組合來將電池安裝 在襯底上。在使用射流組裝時，如業界所知，可以去除流體並使電池/襯底 乾燥。流體可以是單一流體，例如去離子水，或者可具有任何數量的其他 希望特性。例如，流體可具有表面活性特性，其改進了流體及電池的流 動，並改進了管芯在彼此上的流動。也可利用將管芯吸引至特定位置的材 料來使襯底中的凹入圖案化，使得當管芯到位時管芯趨於保持在該位置。
安裝處理可以是不關連的，其中襯底是獨立面板，或者是連續供應 的，其中襯底是通過供應電池的處理區域被供應的材料形成的連續帶。
可具有預鑽形成的接觸過孔的覆蓋片可被層疊至襯底以將電池保持在 位。如果未預鑽孔，則可通過雷射器或類似裝置來後鑽孔。在一些現存系 統中，支持物(backing)布置在電池以及鑽出的孔上，但對於現有技術中 的長條而言這種處理很困難，其中層疊輥或其他處理部件會易於因不均勻 壓力等因素而損壞長條。
然後，電池可具有例如圖11所示形成的互連圖案1100。例如使用諸 如銀環氧化物的一些導電膏，可以絲網印製、噴墨印刷、或沉積互連件以 流過並進入接觸過孔。也可使用業界所知的其他技術來沉積互連結構(諸 如使用圖案化輥)。 '
如圖10所示，導電膏可被烘烤成為柔性牢固形式，由此將電池連接成可具有很多並聯電池的組。這些組中的一些可以串聯連接以將帶的電壓 提升至更高的水平。然後可將帶最終切割以形成完成的帶組件。
在替代實施例中，在很多可靠方案中，襯底可具有已經絲網印製在互 連襯底上的互連結構，例如FR4印刷電路材料。方形或矩形凹入圖案可絲 網印製在互連結構上以形成其中方形或矩形電池可流動的區域。然後可將
具有電池的襯底布置在沉積在導電材料上的化學浴液(chemical bath) 中。該導電材料將電池上與互連結構下的觸點橋接。在沉積之後，可以清 洗並乾燥組件。
在另一實施例中，可利用互連矩陣來裝配太陽電池。例如可以編織出 開口織物矩陣(例如可類似於窗口絲網(window screen))具有與電池單 元的尺寸大致匹配的精確尺寸。調節織物中的開口以匹配電池單元的尺寸 可提供與電池單元良好的配合，並可將電池單元大致保持在位。該矩陣可 以是任何合適的互連膜，由能夠裝配電池單元而不會損壞或汙染電池單元 的任何合適的材料製成。可以使用這種織物作為導電互連結構及/或作為支 撐結構。在一個示例中，可在膜的一個軸線上使用導電線，其中在其他軸 線上使用絕緣線。利用上述方法，可以方便地對電池單元平行布線。在另 一示例中，可以使用兩種(或更多)不同材料以允許電池單元自對準。這 些材料可以分別具有憎水性及親水性，並可具有對稱的單一軸線。在另一 示例中，可由多達四種不同材料來形成互連織物以為各個電池單元均提供 多個互連結構。使用開口織物作為互連結構，即使僅實現一條連接，也可 允許在電池單元的後側及/或前側進行簡單的絲網印製以提供額外連接。通 常，太陽能電池模組結構僅需來自各個太陽電池的兩條連接。
一旦切片為單個方形或矩形電池並組裝為模組，則由諸如上述示例晶 片的晶片製成的電池(通常具有20%的效能)可利用全部太陽能輻射產生 超過67watts的功率。具有來自5個晶片的相同效能的切成常規太陽電池 晶片的類似體積的單晶矽材料例如將產生約17watts的功率。由此實現對 相同量的矽4倍的能量改進。
上述處理的另一優點在於僅需在一個晶片上進行上述處理步驟(儘管 其與常規電池所需的處理同樣複雜)，而必須在五個晶片上進行類似處理以獲得相同的器件。由此可進一步節省處理成本。
上述數個實施例的主要優點在於使用了大致方形的電池。通過將兩個 觸點布置在方形電池的一側而將另一觸點布置在另一側，可以成功地實現 襯底凹入中電池的任意取向。無論管芯被如何旋轉或翻動，管芯將總是與 觸點(其與和互連結構進行接觸的正確極性相關)排齊。也可以僅使用經
過全部這些器件的單一類型互連結構，由此無論各個電池如何旋轉或翻 動，該特定觸點布線均可正常工作。由此例如可大大簡化流體組件處理， 僅需要將管芯布置至凹入，而不考慮管芯的取向。
在一個示例中，使用了第一組及第二組分隔側觸點，其在提供正常連 接的情況下允許電池取向改變。第一組側觸點與第二組側觸點的布置不 同，使得一側的兩個側觸點與另一側的三個側觸點之間的縫隙相對布置。 如果當布置成模組時電池下方存在五個觸點線，則電池可以任意翻動，而 觸點仍然僅接觸正確的觸點線。
在其他實施例中，可將電池製造為略微矩形結構。例如，具有1.5: 1、 2: 1、 3: 1或4: 1的高寬比的結構可在各種系統及/或應用領域中具 有特定優點。但是，在上述情況下，並未完全對稱。這些管芯將不能對任 何旋轉均適用，而是例如必須與凹入的矩形凹入的取向匹配，使得對於方 形電池而言自裝配處理會更長且更困難。但是，在自裝配處理中，矩形形 狀可確保太陽電池管芯將在優選取向上裝載，例如圖12所示的0度的取
向1200或者180度取向(或者取決於位於90度或270度位置的長軸的取 向)。在管芯相對於Z軸對稱的情況下，管芯還可上下顛倒翻滾。這種方 法可允許互連結構被簡化，會需要較少數量的處理晶片切割，並會大致上 消除填充問題。
在一些實施例中，可利用由管芯自身內及/或襯底凹入內的導電材料或 絕緣物形成的鍵槽或突起來製造電池。如圖13的示例1300所示，槽可與 管芯頂部及底部上的接觸突起匹配。以此方式，管芯可裝入與槽匹配的凹 入中。可將管芯翻轉，但其將總是具有與鍵槽匹配的取向。在本實施例 中，因為管芯不能以該取向裝載，故無需具有可與管芯的頂部及底部進行 接觸的互連結構。在本實施例中僅使用了三條中心互連線。其他實施例可具有沿管芯的邊緣以及襯底中的凹入對準的多個槽及/或 突起。其可以對稱，由此允許管芯正常取向或翻轉。 其他晶體材料
儘管對於特定取向的矽在此描述了很多示例，但應當理解，根據本說 明書中的教導及啟示，本領域技術人員可以使用多種其他材料及取向。例 如，可以利用諸如鍺的材料來製造電池。利用這種電池，也可通過沉積很 多不同材料層來形成效能高的多的多結電池。上述方法的優點在於對處理 的較大改進，例如對處理方面的20倍改進。例如，可以沿數個其他晶片 將具有較大表面積的晶片安裝在熔爐內，並可使各種不同氣體流入熔爐以 沉積材料來製造器件。目前，對於單個晶片進行上述處理，每一個晶片僅 具有特定表面積。在布置薄晶片的相同的槽內可布置厚晶片，例如可形成
約2mm高或寬的2mm厚量級的晶片。上述處理可使用更多氣體來填充更 大表面積來結束，但工具自身可以是小的多的工作，可以更廉價，並需要 更少的行程(run)。由此實現更高的產量及更有效的電池。 光學聚焦器
當上述光伏電池被設置與業界所知的光學聚焦器一同使用時，可獲得 額外的優點。例如，與圖14所示的方形或矩形電池列1400相對，可將起 大批透鏡作用的全息圖案壓印在清潔塑料襯底的一側中。這種聚焦器可將 太陽能輻射聚焦在電池列陣列上。未使用陣列來覆蓋全部區域，器件可僅 包括圖14所示的電池的列或行陣列1402。這可減少所需電池的數量，由 此降低器件的成本。圖14中的示例使用相同面積不使用聚焦器的系統所 需電池的數量的1/4。不同於會使用Fresnel透鏡的常規聚焦器，上述聚焦 器可將太陽能輻射聚焦在太陽可與模組相關的角度範圍上。聚焦器自身會 帶來損耗，但對於示出的示例，聚焦器具有75%的效能，該系統可實現對 矽的全部使用，相較於常規矽電池，對於相同功率輸出，其低了12倍。
在一些實施例中，可以使用光伏材料，其具晶體結構，具有能夠對材 料的表面成直角有利地進行蝕刻的蝕刻劑。在一些實施例中，可以使用諸 如Bosch矽蝕刻處理的幹法蝕刻處理來將晶片切割成塊。在一些實施例 中，可以使用雷射器來將光伏材料切割成塊。在一些實施例中，可以使用狹窄高壓液流來將光伏材料切割成塊。
應當理解，根據以上描述，上述實施例的多種改變示例對本領域技術 人員而言都是清楚的。因此，本發明並不限於這裡示出並描述的本發明的 上述具體實施例及方法。相反，本發明的範圍由以下權利要求及其等同範 圍所界定。
權利要求
1. 一種形成光伏電池的方法，包括以下步驟 將掩膜層沉積在大致平面的晶體材料件上；並且對所述晶體材料件進行蝕刻以在所述晶體材料中形成多個大致平行的 槽，所述槽形成多個大致平麵條，每一個條均大致從所述晶體材料件的一 邊沿所述條的方向向所述晶體材料件的另一邊延伸，各個條的寬度均大致 與所述晶體材料件的厚度相同。
2. 根據權利要求1所述的方法，還包括 將所述條從所述晶體材料件分離；並且 對所述條進行切片以形成多個矩形電池。
3. 根據權利要求1所述的方法，其中從由矽、鍺以及砷化鎵構成的組中選擇所述晶體材料。
4. 根據權利要求1所述的方法，還包括在所述多個條中每一個條上均形成具有與所述各個條的塊摻雜相反的 摻雜的層。
5. 根據權利要求4所述的方法，其中-形成具有與所述各個條的塊摻雜相反的摻雜的層的步驟包括在所述各 個條上進行POCl3擴散。
6. 根據權利要求2所述的方法，還包括 在各個矩形電池的頂表面及底表面上形成觸點。
7. 根據權利要求2所述的方法，還包括 在各個矩形電池的相對側上形成觸點。
8. 根據權利要求7所述的方法，其中在相對側上形成觸點的步驟包括在各個矩形電池的第一側形成第一組 觸點並在第二側形成第二組觸點，對各組觸點的數量及位置其中至少一者 進行選擇以提供正確的觸點連接，而無論所述各個電池相對於連接器件的 取向如何。
9. 根據權利要求1所述的方法，其中-使用所述掩膜層來在所述晶體材料中形成平行槽的非矩形區域。
10. 根據權利要求1所述的方法，其中沉積掩膜層的步驟包括將所述掩膜層沉積在大致平面<1， 1， 0〉取向 矽上。
11. 根據權利要求l所述的方法，還包括對所述多個條進行切片以形成具有約20: 1或更小邊緣比的矩形電池。
12. 根據權利要求1所述的方法，其中所述掩膜層包括用於形成所選擇的槽的圖案區域，使得得到的所述條使用所述晶體材料件的表面的至少80%。
13. 根據權利要求1所述的方法，還包括 將抗反射塗料沉積在各個條的表面上。
14. 根據權利要求1所述的方法，還包括 對各個條的至少一個表面進行紋理處理。
15. 根據權利要求2所述的方法，還包括將各個矩形電池布置在襯底上。
16. 根據權利要求15所述的方法，其中所述襯底為導電襯底、低溫襯底以及柔性襯底其中至少一者。
17. 根據權利要求15所述的方法，還包括 沉積額外層以形成多結器件。
18. 根據權利要求15所述的方法，還包括通過從並聯、串聯、並聯-串聯以及串聯-並聯連接中選擇的方法來對 所述電池的至少一部分進行連接。
19. 一種光伏電池，包括矩形電晶體芯，其具有形成二極體的至少兩個相反摻雜區域，所述管芯具有約2mm或更小的寬度、約40mm或更小的長度、以及約100/mi或 更小的厚度；以及成對觸點，其布置在所述電晶體芯的相對邊緣。
20. 根據權利要求19所述的光伏電池，其中所述成對觸點被布置在所述管芯的頂邊緣及底邊緣其中一者上或者被 布置在所述管芯的相對側邊緣上。
21. 根據權利要求19所述的光伏電池，其中所述成對觸點是所述電晶體芯的第一邊緣上的第一組觸點以及所述晶 體管芯的第二邊緣上的第二組觸點中的一部分，所述第一邊緣與所述第二 邊緣相對，由此允許所述電晶體芯被布置在位於任意取向的大致共面光伏 電池的陣列中。
22. 根據權利要求19所述的光伏電池，其中 所述矩形電晶體芯大致呈方形。
23. 根據權利要求19所述的光伏電池，其中所述矩形電晶體芯由大致平面<1， 1， o取向矽形成。
24. 根據權利要求19所述的光伏電池，還包括在所述電晶體芯的至少一個表面上的抗反射塗層。
25. 根據權利要求19所述的光伏電池，其中所述電晶體芯的至少一個表面被紋理處理。
26. —種太陽能電池模組，包括 襯底，其具有容納部陣列；位於所述容納部陣列內的多個矩形光伏電池，每一個光伏電池均具有約2mm或更小的寬度、約40mm或更小的長度、以及約100/mi或更小的 厚度，每一個光伏電池還具有位於所述光伏電池兩個相對邊緣上的觸點； 以及互連結構布線，其將所述多個矩形光伏電池的觸點電連接。
27. 根據權利要求26所述的太陽能電池模組，其中 所述觸點被布置在每一個光伏電池的頂部及底部上。
28. 根據權利要求26所述的太陽能電池模組，其中 所述觸點被布置在每一個光伏電池的相對側邊緣上。
29. 根據權利要求28所述的太陽能電池模組，其中 電池上的所述觸點包括第一邊緣上的至少一個第一觸點以及第二邊緣上的至少一個第二觸點，所述第一及第二觸點被布置在不同邊緣位置，使得所述第一及第二觸點中每一者均與所述互連結構布線中期望的線相連， 而無論各個容納部中所述光伏電池的取向如何。
30. 根據權利要求26所述的太陽能電池模組，其中 所述襯底為導電襯底、低溫襯底以及柔性襯底其中至少一者。
31. 根據權利要求26所述的太陽能電池模組，其中所述互連結構布線將所述容納部陣列中的所述多個光伏電池劃分為子 模組。
32. 根據權利要求31所述的太陽能電池模組，其中所述互連結構布線將各個模組中的所述光伏電池並聯連接，並將所述 子模組中至少一部分串聯連接。
33. 根據權利要求31所述的太陽能電池模組，其中所述互連結構布線將各個模組中的所述光伏電池串聯連接，並將所述 子模組中至少一部分並聯連接。
34. 根據權利要求26所述的太陽能電池模組，還包括層疊層，其能夠保持所述容納部陣列中的所述多個光伏電池。
全文摘要
可使用大致覆蓋晶體工件的可用表面積的圖案區域來製造用於光伏電池的管芯。可將條蝕刻在工件中，大致在工件整個長度上延伸。然後可切片上述條以形成具有與工件的厚度大致相同的寬度，並具有約20∶1或更小邊緣比的管芯。上述處理可使轉換面積最大化，由此從光伏轉換材料的給定體積中獲取更多能量。可將觸點布置在管芯的相對邊緣上以形成光伏電池，在一些實施例中，無論太陽面板的取向如何，該光伏電池均可正常工作。
文檔編號H01L31/00GK101313409SQ200680043927
公開日2008年11月26日 申請日期2006年9月21日 優先權日2005年9月23日
發明者湯姆·拉斯特 申請人:湯姆·拉斯特