用於由電絕緣材料形成的無電阻層的方法和裝置的製作方法

2023-05-09 04:35:46

專利名稱：用於由電絕緣材料形成的無電阻層的方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及導電層，更具體地說，涉及用於光伏裝置的導電層。
背景技術：
在較便宜、輕質且柔性的基底上製備光伏吸收層可以提高太陽能電池的性能並降低其生產成本。鋁箔就是這樣的基底。可惜的是，儘管其成本低廉，把鋁箔用作太陽能電池生產中的基底卻有很多困難。在該行業中，一般認為採用現有技術不適合把鋁用於太陽能電池生產，這部分是因為其溫度特性(CTE)。例如，一些熟知光伏吸收層沉積技術包括蒸發、 濺射、化學氣相沉積等等。這些沉積工藝通常是在高溫下完成，且需要較長的時間。當進行沉積時，這兩種因素均會對鋁基底造成損壞。當該基底材料受熱發生變化和/或由於沉積工藝的熱量導致的不利化學反應，就會直接產生此類損壞。因此，通常使用非常穩定的基底材料製造薄膜太陽能電池。在過去，鋁和鋁箔因為這些限制而不被使用。而且，還有幾種因素使得Al基底在基於CIGS的太陽能電池製造中發生退化。首先，在長期受熱的情況下，在鍍Mo的Al基底中的離散層會融合併形成該裝置的背接觸，這就降低了所預期的該Mo層的電子功能。其次，該Mo層的界面形態在加熱過程中被改變，這會通過改變該Mo層表面的成核形式從而不利地影響隨後的CIGS顆粒生長。第三，在長期受熱的情況下，Al會遷移進入該CIGS吸收層，破壞半導體的功能。第四，通常存在於Al箔中的雜質(如Si、Fe、Mn、Ti、Si和V)會隨著移動的Al —起遷移，並經長期加熱而擴散進入太陽能電池中，這會破壞電池的電子和光電子功能。第五，當義較長時間地在較高溫度下暴露於Al中時，可形成不穩定的硒化鋁。在潮溼空氣中，硒化鋁會與水蒸氣反應形成氧化鋁和硒化氫。硒化氫是一種極毒氣體，對其形成不加以控制會造成安全危害。由於所有的這些原因，高溫沉積、退火和硒化對鋁或鋁合金製成的基底是不適用的。為了解決這些問題中的一部分，已經有技術可以在鋁箔上提供各種類型的保護層。可惜的是，這些工藝通常幹擾或極大地削弱鋁箔作為基底的一些優點。例如，相對於鋁箔的低成本，有些保護層的成本過高。因此，儘管可能通過在鋁箔上沉積各種其他層而提供保護，與這些額外步驟相關的成本及與一些奇特保護層相關的材料成本削弱了使用鋁箔而產生的成本優勢。另外，在一些太陽能電池配置中，鋁箔基底可被用作電荷載體，這對使用背接觸的太陽能電池配置來說是極富優勢的，其中該基底所提供的大面積比電池前側的電荷載體或總線棒可承載更大的電流。不過，鋁箔成為太陽能電池電荷載體的能力被可用於該鋁箔基底上的保護層削弱。這些保護材料有時採用電絕緣材料。儘管可採用額外的處理步驟來處理此問題，這些額外步驟會增加材料成本和/或加工成本，從而削弱了鋁箔基底的成本優勢。因此，本領域中需要經改善的基底和材料層以用於製造太陽能電池。

發明內容
本發明的至少部分實施例解決了現有技術的上述缺陷。本發明的實施例針對傳統保護層的缺陷而設計，以實現低成本、高產出的處理環境。應了解，本說明書中的工藝步驟和/或保護層適用於導電金屬基底，該基底可為柔性或剛性的。還應了解，本發明的一些實施例適用於可經陽極化處理的導電金屬基底。還應了解，本說明書中的實施例適用於其他行業所用的基底，並不限於光伏裝置應用。在本發明的一個實施例中提供有一種系統，該系統使用卷到卷式(reel to reel) 陽極化處理工藝以控制鋁箔基底兩側鋁膜的膜厚和形態。應了解，在一側形成氧化鋁不幹擾該基底另一側的導電性。在一些實施例中，不需使用導電材料進行進一步摻雜、濺射、力口層或處理即可實現導電性。通過參考本說明書的以下部分及附圖，將可更清楚地理解本發明的性質和優點。


圖1A-1E是本發明不同實施例的側橫剖面視圖。圖2是本發明一個實施例的另一橫剖面視圖。圖3是本發明一個實施例的另一橫剖面視圖。圖4是本發明一個實施例的另一橫剖面視圖。圖5是本發明一個實施例中形成陽極化處理層的示意圖。圖6和圖7是本發明實施例中的太陽能電池的側橫剖面視圖。圖和8b是本發明實施例的其他橫剖面視圖。
具體實施例方式應了解，以上的一般說明和以下的具體說明僅是示例性、解釋性的，並不限制本發明的保護範圍。請注意，在本說明書及所附權利要求書中，單數形式的「一」及「該」包括其複數形式，除非上下文中很清楚地說明不是這樣。因此，例如，「一種材料」可包括多種材料的混合物，「一種化合物」可包括多種化合物，等等。本說明書中引用的參考文獻通過引用將該參考文獻整體併入本說明書中，除非它們與本說明書中明確說明的內容相矛盾。在本說明書及所附權利要求書中，所使用的多個術語被定義為具有以下的含義「可選的，，或「可選地」指隨後所描述的情況可能或可能不發生，這樣，該描述既包括發生所述情況的示例，也包括不發生所述情況的示例。例如，如果某一裝置可選地具有阻擋膜的特徵，這即意味著該阻擋膜的特徵可能或可能不存在，且因此該描述既包括裝置具有該阻擋膜特徵的結構，也包括不具有該阻擋膜特徵的結構。本發明的實施例實現了薄膜吸收層的製備，例如但不限於在鋁箔基底上的CIGS。 根據本發明的實施例，可將通過溶液沉積在鋁基底上形成的包含IB和IIIA族元素的新生吸收層從環境溫度加熱至一從大約200°C至大約600°C的平臺溫度範圍進行退火處理。將溫度維持在該平臺溫度範圍大約0. 1分鐘至大約15分鐘，隨後降溫。在另一實施例中，將溫度維持在該平臺溫度範圍大約0. 1分鐘至大約5分鐘。在另一實施例中，將溫度維持在該平臺溫度範圍大約0. 1分鐘至大約30分鐘。在另一實施例中，將溫度維持在該平臺溫度範圍大約0. 1分鐘至大約60分鐘。或者，可調節該退火溫度在某一溫度範圍內波動，而不是維持在特定平臺溫度處。圖Ia描繪了部分製成的光伏裝置100，其一般包括基底102、可選的底電極104和新生吸收層106。作為非限制性示例，該基底102可用諸如鋁的金屬製成。在其它實施例中，諸如但不限於不鏽鋼、鉬、鈦、銅、噴塗金屬的塑料膜或上述材料的組合可被用作該基底 102。替代基底包括但不限於陶瓷、玻璃等等。任何這些基底均可採用箔、薄片、卷等等的形狀，或這些形狀的組合。根據表麵條件及基底材料的不同，清潔和/或使該基底表面變平滑可能會有幫助。作為非限制性示例，該鋁箔基底102可為大約5微米至一百微米或更厚，且可具有任何合適的寬度和長度。該鋁箔基底102可由鋁或鋁基合金製成。或者，該鋁箔基底102可通過在聚合體箔基底上噴塗金屬而製成，其中該聚合體選自聚酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚醚醯亞胺、聚醚碸、聚醚醚酮、聚醯亞胺和/或上述材料的組合。作為示例，該基底102可為適合於卷到卷式(roll-to-roll)系統處理的長鋁箔片材形式。該底電極104由導電材料製成，該材料與新生吸收層106的處理相兼容。作為示例，該底電極104可為比如大約0. 01至5微米厚的鉬層，可選地為大約0. 1至1. 0微米厚。 可選地，在其他實施例中，該底電極104可薄很多，例如在大約5nm至大約IOOnm的範圍內， 可選地為IOnm至50nm。這些更薄的電極104可與較厚的阻擋層103 —起使用。該底電極層可通過濺射或蒸發，或者通過化學氣相沉積(CVD)、原子層沉積(ALD)、溶膠-凝膠塗層、 電鍍等等沉積而成。可選地，還應了解，有些基底可包括在非鋁基底的一側或多側鍍鋁。因此，有些實施例可具有不鏽鋼、碳鋼、鉬、鈦、銅、塑料膜、陶瓷、玻璃等等的核，或者前述材料的組合可被用作該基底102。使用本說明書所述的任一真空和/或非真空技術在至少一側沉積形成鋁層。有些實施例可選地可在基底的兩側鍍鋁。另外，其他實施例可在基底的所有側面鍍鋁。該鋁層的總厚度通常小於最終基底總厚度的大約50%。可選地，該鋁層的總厚度通常小於最終基底總厚度的大約40%。可選地，該鋁層的總厚度通常小於最終基底總厚度的大約30%。可選地，該鋁層的總厚度通常小於最終基底總厚度的大約20%。可選地，該鋁層的總厚度通常小於最終基底總厚度的大約10%。可選地，還應了解，有些基底可包括在非鋁金屬基底的一側或多側(採用導電材料，諸如但不限於銅、銀、金等)鍍金屬。因此，有些實施例可具有不鏽鋼、碳鋼、鉬、鈦、銅、 塑料膜、陶瓷、玻璃等等的核，或者前述材料的組合可被用作該基底102。使用本說明書所述的任一真空和/或非真空技術在至少一側沉積形成所述導電材料層。有些實施例可選地可在基底的兩側鍍該同種或不同的金屬材料。另外，其他實施例可在基底的所有側面鍍導電材料。該導電材料層的總厚度通常小於最終基底總厚度的大約50%。可選地，該導電材料層的總厚度通常小於最終基底總厚度的大約40%。可選地，該導電材料層的總厚度通常小於最終基底總厚度的大約30%。可選地，該導電材料層的總厚度通常小於最終基底總厚度的大約20%。可選地，該導電材料層的總厚度通常小於最終基底總厚度的大約10%。前側保護鋁和鉬可以且經常互相擴散入對方，從而對裝置100造成不利的電子和/或光電效應。為了禁止該互相擴散並為基底102提供保護，可在該鋁箔基底102和鉬底電極104 之間加入中間界面層103。該界面層可由多種材料中任一種組成，包括但不限於鉻、釩、鎢和玻璃，或者化合物，例如氮化物(包括但不限於氮化鈦、氮化鉭、氮化鎢、氮化鉿、氮化鈮、 氮化鋯氮化釩、氮化矽或氮化鉬)、氧氮化物(包括但不限於Ti、Ta、V、W、Si、Zr、Nb、Hf或 Mo的氧氮化物)、氧化物(包括但不限於Ti、Ta、V、W、Si、Zr、Nb、Hf或Mo的氧化物)和/或碳化物(包括但不限於Ti、Ta、V、W、Si、Zr、Nb、Hf或Mo的碳化物)。該材料可選用導電材料。在一個實施例中，從上所選的材料可為導電擴散阻擋材料。該層的厚度可在IOnm 至50nm的範圍內，或在IOnm至30nm的範圍內。可選地，該層的厚度可在大約50nm至大約 IOOOnm的範圍內。可選地，該層的厚度可在大約IOOnm至大約750nm的範圍內。可選地，該層的厚度可在大約IOOnm至大約500nm的範圍內。可選地，該層的厚度可在大約IlOnm至大約300nm的範圍內。在一個實施例中，該層103的厚度至少為IOOnm或更厚。在另一實施例中，該層103的厚度至少為150nm或更厚。在一個實施例中，該層103的厚度至少為200nm 或更厚。有些實施例可使用不同材料的兩層或更多層的層103，例如但不限於兩種氮化物、 一種氮化物/ 一種碳化物，或前述材料的其他組合，其中一層可被選用於改善背側反射性。 可使用多種手段中的任意一種沉積該層103，包括但不限於濺射、蒸發、CBD、電鍍、CVD、PVD、 ALD等等。可選地，有些實施例可包括另一層，例如但不限於在該層103之上並在該底電極層104之下的鋁層。可選地，該層不是Al，而是以下的一種或多種Cr、Ti、Ta、V、W、Si、&、 Nb、Hf和/或Mo。有些可把選自該列表的一種或多種材料用於層103。該層可比該層103 厚。可選地，其可與該層103厚度相同或更薄。在該層103之上並在該底電極層104之下的該層的厚度可在IOnm至50nm的範圍內，或在IOnm至30nm的範圍內。可選地，該層的厚度可在大約50nm至大約IOOOnm的範圍內。可選地，該層的厚度可在大約IOOnm至大約 750nm的範圍內。可選地，該層的厚度可在大約IOOnm至大約500nm的範圍內。可選地，該層的厚度可在大約IlOnm至大約300nm的範圍內。可使用多種手段中的任意一種沉積該層 104，包括但不限於濺射、蒸發、CBD、電鍍、CVD, PVD, ALD等等。可選地，有些實施例可包括另一層150，例如但不限於在該基底102之上並在該阻擋層103之下的鋁層或氧化鋁層。可選地，該層不是Al，而是以下的一種或多種Cr、Ti、Ta、 V、W、Si、Zr、Nb、Hf和/或Mo。有些可把選自該列表的一種或多種材料用於層103。該層可比該層103厚。可選地，其可與該層103厚度相同或更薄。在該基底102之上並在該阻擋層103之下的該層的厚度可在IOnm至150nm的範圍內、50至IOOnm的範圍內或在IOnm 至50nm的範圍內。可選地，該層的厚度可在大約50nm至大約IOOOnm的範圍內。可選地， 該層的厚度可在大約IOOnm至大約750nm的範圍內。可選地，該層的厚度可在大約IOOnm 至大約500nm的範圍內。可選地，該層的厚度可在大約IlOnm至大約300nm的範圍內。如果該層150由氧化鋁層組成，將在下面更詳細地討論該層的細節。應了解，上述層(或本文中的其他層)中的任一層均可通過熟知真空和/或非真空技術沉積形成。真空技術包括濺射、蒸發、CBD、電鍍、CVD、PVD、ALD等等。非真空技術可包括溼塗布、噴塗布、旋轉塗布、刮刀塗布、接觸印刷、頂部加料反面印刷、底部加料反面印刷、噴嘴加料反面印刷、凹版印刷、微凹版印刷、反面微凹版印刷、間隙直接印刷、輥筒塗布、 狹縫塗布、邁耶棒塗布、機頭直接塗布、雙機頭直接塗布、毛細管塗布、噴墨印刷、噴射沉積、 噴霧沉積等等，以及上述和/或相關技術的組合。背側保護除了保護該基底102的前側表面外，還應了解，該基底102的背側表面也可具有一個或多個保護層。在不局限於任何特定理論的前提下，在一個實施例中，具有該背側層保護以防止機械損壞(刮、劃等)和/或防止該基底102的裸露背側表面與製造光伏裝置所涉及的處理氣體或化學品發生化學反應。例如，該層103可被置於該鋁箔102的一側或可選地置於其兩側(如圖Ia中的虛線所示)。在背側，該保護層可被標為層105。可使用多種手段中的任意一種沉積該層105， 包括但不限於濺射、蒸發、CBD、電鍍、CVD、PVD、ALD等等。如果在該鋁箔102的兩側均有層， 則應了解，該保護層可以是相同材料，或者可選地，它們可為選自前述材料的不同材料。這可包括一種材料，例如但不限於Cr、Ti、Ta、V、W、Si、&、Nb、Hf和/或Mo，或者化合物，例如氮化物(包括氮化鉭、氮化鎢、氮化鈦、氮化矽、氮化鋯和/或氮化鉿)、氧化物(包括但不限於Al2O3或SiO2)、碳化物(包括SiC)和/或上述材料的任何單個或多個組合。有些可把選自該列表的一種或多種材料用於層103。作為示例，可選地，該底側層105可為大約0. 1至大約5微米厚，可選地為大約0. 1至1. 0微米厚。可選地，在其他實施例中，該層可薄很多， 例如在大約5nm至大約IOOnm的範圍內。其可為多孔的、部分多孔的，或者完全緻密的。在有些實施例中，該背側氧化鋁層在有些或所有區域是多孔的，如其前側那樣。有的實施例想要該緻密部分作為保護，而其他實施例則想要其硬度。該經陽極化處理的部分的孔隙率是其生長速度和層厚的函數。現參見圖lb，此實施例示出其中層105的厚度或質量佔主導地位，而層102更像是該層105上的一個表面或鍍層。這樣，層105經由其增加的厚度和/或固有材料強度為整個基底在高峰平臺處理溫度下提供更高的硬度。在一個實施例中，層102提供比該層105 高的材料導電性。這樣，這兩層具有不同的材料性質，其中一層為0.5米至3米寬的網格在 520和600C之間的處理溫度下提供更高的力學強度，而第二層則在正常工作條件溫度下為太陽能電池提供更高的導電性。在一個非限制性示例中，該高導電性材料包括鋁，而具有更高力學強度的該層則是不鏽鋼。在一個實施例中，其厚度為大約10-50%鋁，而其餘部分是不鏽鋼。可選地，其厚度為大約5-20%鋁，而其餘部分是不鏽鋼。可選地，其厚度為大約 20-60%鋁，而其餘部分是不鏽鋼。可選地，其厚度為大約25-75%鋁，而其餘部分是不鏽鋼。 可選地，其厚度為大約40-60%鋁，而其餘部分是不鏽鋼。可選地，其厚度為大約50-80% 鋁，而其餘部分是不鏽鋼。在一個實施例中，所有層的總體厚度為大約0.050mm至0.3mm。 可選地，該總體厚度為大約0. 080mm至0. 2mm。可選地，該總體厚度為大約0. IOmm至0. 2mm。 可選地，該總體厚度為大約0. IOmm至0. 4mm。在一個實施例中，製造工藝包括在該基底的上表面和一條並置的循環帶表面之間沉積熔化材料的鍍層工藝，該循環帶持續不斷地沿基底移動的方向移動，並與其平行，同時在一對滑動蹄之間的所述表面之間橫向限定該熔化材料，所述表面沿所述路徑的傾斜度為與水平成30°和70°之間的角度，所述帶表面在所述路徑的上端趨近該基底帶的所述上表面，從而在所述上端形成該熔化材料的一個堆，該帶表面在沿所述路徑的一較低位置從該基底的所述上表面延伸開，而該基底繼續沿所述傾斜路徑朝低於所述位置的方向移動。 該工藝可包括沿所述路徑冷卻所述表面之間的該熔化材料，以便將該材料的鍍層以固化形式施加到該基底的所述表面上，並將該層與該基底結合。現參見圖lc，下面將說明本發明的另一實施例。此實施例與圖Ib所示實施例相似，除了其底側也包括鋁層102和可選地包括層150之外。在該底側上的該鋁層102的厚度可與該頂側層102的厚度相同、更薄，或可選地，更厚。很多實施例可在該底側上具有更薄的該層以節省材料，不過不排除其他厚度。可選地，有些不用層150，而是使用一個層103和/或104來代替層150，或可選地，與該層150相連。如果與該層150相連使用，很多實施例可將這些層置於該層150之下，不過不排除諸如上述配置的其他配置。現參見圖ld，此實施例示出更厚的鋁層102，同時在底側使用較薄的鋁層113。在一個實施例中，該鋁質量也不同，因為有些實施例不使用該背側層113負載電流，而是僅用其幫助在該基底背側形成該層150。可選地，該層113不超過層102厚度的70%。可選地，該層113不超過層102厚度的僅60%。可選地，該層113不超過層102厚度的僅50%。可選地，該層113不超過層102厚度的僅40%。可選地，該層113不超過層102厚度的僅30%。 可選地，該層113不超過層102厚度的僅20%。可選地，該層113不超過層102厚度的僅 10%。現參見圖le，在此實施例中，就相對厚度而言，層102和105的厚度非常接近。圖 Ie還示出，可通過層103而不像其他實施例那樣通過層150提供背側保護，因為此處沒有使用背側鋁層。可選地，有些實施例可把銅、銀、金或其他具有比不鏽鋼高的導電性的材料 (包括其合金)，而不是鋁材用於層102。應了解，本說明書中的任何實施例均可經機械整平或化學拋光以去除層105上的峰或在層102完成後，減少凸起和凹陷，這些凸起和凹陷最初可具有在500-2000nm或甚至更大範圍內的高度或深度。有些實施例可提供柔性的導電基底，其具有包括突起表面部分和凹陷表面部分的頂表面；在該柔性導電基底的頂表面上設置的導電緩衝層，其中該導電緩衝層為高導電性層，其大體上填充凹陷表面部分，同時部分暴露突起表面部分中的一些； 設置在該緩衝或填充層及突起表面部分中的所述一些上的接觸層，使得該接觸層與突起表面部分中的所述一些進行物理和電氣接觸；及形成在該接觸層上的吸收層。可選地，該接觸層的一些實施例由鎢、鉭、鉬、鈦、鉻、釕、銥和鋨中的一種組成。本說明書中的層104中的任一種都可是這樣。可使用多種手段中的任意一種沉積該高導電層，包括但不限於溶液沉積、 電鍍、濺射、蒸發、CBD、電鍍、CVD、PVD、ALD等等，視該層是否需要共形(conformal)或不共形而定。導電層現參見圖2，下面將說明本發明的另一實施例。此實施例通過陽極化處理在載流基底上生成一個或多個保護層。此保護層可設在該載流基底的背側和/或前側。不過在形成該保護層的過程中，該工藝通常同時在該基底的另一側(該側並不是直接處理對象)生成同樣材料的層。此另一層由相同材料組成，不過可選地，其沉積條件可為選定用以控制提供不同的層厚、孔隙率和/或配置。對陽極化處理而言，此沉積或生長過程在該基底102的兩側均生成一個氧化鋁層。應了解，本發明的實施例不僅限於諸如氧化鋁的任何一種材料。也可使用其它類型的材料，諸如但不限於Cr、Ti、Ta、V、W、Si、Zr、Nb、Hf和/或Mo的氧化物。有些可把選自該列表的一種或多種用於層103。本發明的此實施例包括導電基底102，其能夠負載電流且在其頂側和底側均由電絕緣材料覆蓋，其中在該基底102 —側的材料為充分地薄，使得電荷仍然能穿過該層，並由該基底帶走。可選地，在此一側的該材料僅在該層上分散的和/或預選的位置為充分地薄， 而該層的其他位置則具有較大的厚度。換言之，整個該層本身可具有較大的最大厚度，同時在選定位置具有小很多的最小厚度。例如，該變薄的區域僅在孔隙的底部。可選地，這些可為預選的區域，例如但不限於特定的接觸區域，其在沉積過程中和/或之後被變薄、蝕刻或以其他方式減少厚度。此種區域可在基底上均勻分布、隨機分布或僅處於特定的選定區域。 可選地，這些變薄的區域可具有任何幾何形狀，例如但不限於其輪廓為圓形、六邊形、多邊形、橢圓形、其他形狀和/或前述形狀的一種或多種組合的區域。當這樣的由電絕緣材料組成的薄層150按照本文所述配置時，其是導電的。這個結果讓人出乎意料，因為人們不認為它是導電的。通常的情況是，即使常規的50nm厚的氧化鋁或類似電絕緣材料層將提供足夠的電阻，使得整個層可被認為是電絕緣的，並提供充分高水平的電阻從而相當地降低太陽能電池的性能。但是，此處採用薄層150的實施例的太陽能電池與不帶該電絕緣材料薄層150但在其他方面一樣的太陽能電池的性能相等，在有些情況下甚至更好。仍請參見圖2，在此非限制性示例中，在該基底的兩側均形成電絕緣材料層，但是導電的一側具有不超過50nm的最大厚度。可選地，該最大厚度為大約60nm或更少。可選地，該最大厚度為大約70nm或更少。可選地，該最大厚度為大約IOOnm或更少。在該基底 102兩側的層150和105通常是在同一工藝中同時形成的。這對減少處理步驟和提高處理產出均有好處。可選地，該層150和105可在其各自側以不同的速率形成。在一個實施例中，該層150被配置具有多個孔隙。該層150的形態可使得其不成為電阻。其最小厚度是由孔隙的底壁厚度確定的。可根據孔徑、孔隙之間邊到邊的空間和/或孔隙深度控制孔隙率。作為非限制性示例，上述該實施例可具有其他配置。例如，可把層150的最大厚度選在 5至IOOnm之間。可把孔隙率選在大約10到70nm孔徑之間。可選地，圖2顯示，該層150隨後可被另一材料152填充。在此特定實施例中，材料152通常為導電材料，但不排除使用其他材料。有些實施例可使用半導體材料。作為非限制性示例，導電形態的材料152可為過渡金屬氮化物、鉬、鉻等等。可通過真空沉積工藝把此材料152填入孔隙中。可選地，可通過諸如溶液沉積的非真空工藝把此材料152填入孔隙中。材料152可部分填滿孔隙、全部填滿孔隙或過度填滿孔隙。有些實施例可共形地塗布該孔隙。可選地，有些實施例可使用濺射工藝施加材料152和/或額外的材料(在材料152 之上和/或之下)，因為該種工藝可有利地在電絕緣材料的薄層150上提供額外的壓力。此額外的壓力可有利於材料152更深地滲入層150中。可選地，該濺射工藝可在該薄層上生成縫隙、小孔和/或缺陷，同時把導電材料沉積入薄層150上的這些縫隙、小孔和/或缺陷中。這可使得導電材料更深地滲入電絕緣材料的薄層150中。即使該薄層150的電阻早已可忽略不計，此額外的壓力和導電材料仍可改善路徑和載荷能力。可選地，也可使用諸如ALD的其他真空工藝來填充缺陷，這些缺陷通過給電絕緣材料施加額外的壓力而形成。可選地，此真空沉積或其他類型的沉積可在施加壓力的步驟之後進行，而該施加壓力的步驟可在薄層150上生成縫隙、小孔和/或缺陷。可選地，可不採用施加壓力的步驟而沉積該材料152。仍請參見圖2，位於該基底102底側的層105的厚度可在從大約500至5000nm的範圍內。在本發明的此實施例中，此層105包含與層150所用材料一樣的材料。這是有利的，因為這樣就可以同時形成層103和150。不過應了解，由於基底前側和後側的處理條件實質上是彼此隔絕的，可分別控制這些層103和150各自的特徵。有些實施例可使用密封、
10基底邊緣密封、遮罩和/或專門形狀的裝有浴200的容器來進一步調整一側的處理條件， 而不影響另一側的處理條件，與此同時把該基底置於同一浴或處理溶液200中。該基底的寬度不限於任何特定尺寸，並可與寬度至少為100mm、至少為300mm、至少為500mm、至少為 750mm、至少為Im或更寬的基底一起使用。該基底的寬度可至少為50微米。可選地，其可至少為100微米。可選地，其可至少為150微米。可選地，其可至少為200微米或更寬。儘管根據描述，該基底由鋁組成，應了解，也可使用其他材料，例如但不限於鋁合金、鈦或鈦合金，或者其他元素和合金。可選地，有些實施例可使用由材料組合組成的基底， 例如，一個實施例具有鋁上表面、鋁下表面和由不同材料和/或合金組成的核心，例如但不限於鋼、不鏽鋼、碳鋼、銅、鉬、聚醯亞胺等等。作為示例，在該核心基底上的金屬層可為Al 金屬(如99. 99%純)，其通過下列技術被塗布至該金屬核心上蒸發、電子束蒸發、濺射、鍍層、離子鍍、液相或氣相沉積、其他等離子輔助沉積方法、電子沉積/鍍層等等；一般地，任何可生成諸如鋁的所需金屬或合金的均勻薄層的技術。可選地，其他實施例可使用Cr、Ti、 Ta、V、W、Si、Zr、Nb、Hf、Mo 和 / 或其他等等。填充孔隙現參見圖3和圖4，圖中本發明的其他實施例採用不同的材料和/或以不同的配置填充孔隙。例如，圖3所示的實施例中，至少一些孔隙160完全穿透該薄層150。孔隙160 被材料152填充。如圖3所示，此材料152不僅填充孔隙160，它還在孔隙160的上方生成大體上連續或互相連接的層。材料152的這種在孔隙上的配置也可適用於本說明書中的任一實施例，包括其中薄層150的孔隙沒有穿透至基底102的那些實施例。在圖4所示的另一實施例中，孔隙中沉積有夾層170。如圖4所示，此夾層170可不完全地填充孔隙。在一個實施例中，該夾層170可為共形層，如圖4所示。可選地，此夾層170可填滿或大體上填滿孔隙。當用於夾層170的材料為透明時，其也可作為有效的抗反射腔。可選地，有些實施例可把透明材料用於層150，這也可提供抗反射腔，從而把光線限制在其中。纖現參見圖5，現在將描述用於形成這些層的設備實施例。圖5示出一個製造工藝實施例，其可以對在基底的兩側同時形成的兩層分別進行控制。如圖5所示，該基底102被置於適合於在基底的兩側沉積和/或生長所述層的電解質或其他液體的浴200中。在卷到卷式工藝中，該基底可以恆速和/或變速通過該浴200。在本實施例中，該浴200的深度足以容納該基底102、第一陰極202和第二陰極204。此工藝的實施例將在基底102被置於該浴中時在該基底102的兩側形成同樣材料的層。可通過各種機制實現對該基底各側的處理條件分別進行控制。例如，可在陰極204 上設置屏蔽210，以限制其對該基底102上側上的層生長的影響。可選地，如需控制該基底背側的處理條件，也可在陰極202上使用屏蔽(未圖示)。在一個實施例中，此屏蔽210被配置成使得被沉積到該基底非目標側的材料數量減到最低程度。在有些實施例中，該屏蔽 210可被設置成如圖5所示的繞該陰極彎曲。在其他實施例中，其可為直的，而沒有彎曲。 任何犧牲陽極材料可被用作製造此屏蔽的材料。可選地，有些實施例可僅通過前側和背側陰極之間的不同距離來控制兩側的工藝。因此，通過更靠近背側陰極而不是前側陰極，或者相反，即可改變該箔各側上的層厚。例如，在圖5所示的位置221處，該金屬箔離當中的一個陰極比離另一個陰極要近很多。控制工藝條件的另一機制是為該基底102和容納浴200的容器選擇合適的尺寸。 根據圖5所示的此實施例，容納浴200的容器壁和該基底的邊緣220之間的距離被降至最小程度。這可通過改變該基底尺寸、浴容器尺寸實現，或通過在該浴容器上引入鰭狀結構或幾何形狀以減小與該基底的間隙。總歸會有一些電流繞著該基底的邊緣從一側到另一側。 最高電流可出現在這些邊緣上。邊緣220離該浴容器壁的近距離將減少渦流線的數量，這些渦流線繞著該基底102的前側表面彎曲併到達該表面。作為非限制性示例，對750mm寬的基底，此近距離可為沿各邊3英寸或更少。可選地，其他實施例可完全或在選定區域遮蔽該前側，以實現對材料沉積的選擇性控制。在例如具有共同專利權人的美國專利申請第10/443，456號(其通過引用而被完整併入此說明書以用於所有用途)中，描述了用於形成具有納米級孔隙的多孔層的陽極化處理技術。對於某些應用來說，經常需要孔隙直徑為大約Inm至lOOnm，而孔隙密度在每平方米大約IO12個孔至每平方米大約IO"5個孔。在有些實施例中，該孔可一直抵達該基底 102。或者，可在孔112的底部保持一層經陽極化處理的金屬，使得該孔不延伸至該基底，並具有最小底壁厚度。在一個實施例中，該底壁厚度可為大約IOnm或更小，而整層的厚度可為30nm至300nm厚。可選地，在有些實施例中，該底壁厚度可為大約5nm而整層的厚度為大約30nm至200nm厚。可選地，在有些實施例中，該底壁厚度可為大約15nm而整層的厚度為大約30nm至300nm厚。可選地，在有些實施例中，該底壁厚度可為大約IOnm而整層的厚度為大約50nm至200nm厚。可選地，在有些實施例中，該底壁厚度可為大約15nm而整層的厚度為大約70nm至200nm厚。此整層厚度提供更大的強度，同時提供充足的阻擋性能，可在工藝氣體中加熱超過500C的處理過程中，把化學作用降至最低程度並維持5-10分鐘。可選地，在另一實施例中，此整層厚度提供更大的強度，同時提供充足的阻擋性能，可在工藝氣體中加熱超過500C 的處理過程中，把化學作用降至最低程度並維持10-20分鐘。在一個實施例中，提供有缺陷的阻擋層，只要其能在處理溫度下的處理過程中提供上述時間長度的充足保護即可。現參見圖8a和圖8b，在一個實施例中，層150可為具有無孔底壁的多孔氧化物層， 其底壁厚度與總層厚的比率在大約1 20至1 5的範圍內。可選地，在有些實施例中， 其可在大約3 5至大約3 20的範圍內。在一個實施例中，該阻擋層層厚800可在大約 5-30nm的範圍內，可選地為5_20nm，可選地為5_10nm。有些可選地可薄於5nm。孔徑802 可選為在5至IOOnm之間。孔隙率可選為在直徑大約10至70nm之間。可選地，經陽極化處理的層厚804可為20nm至300nm，不過在有些實施例中，只要該底壁厚度在5至30nm的範圍內，不排除更厚的厚度。可選地，孔間距806可在50至IOOOnm之間，不過不排除更大的距離。壁厚808視上述孔直徑和孔間距而定。如圖8b所示，在有些實施例中，底壁厚度與經陽極化處理的層厚的比率較高，在 1 7至1 20的範圍內或更高，這可提高該層承受在添加層103或104時產生的彎曲壓力的能力，如圖所示，彎曲的虛線821和823表示彎曲能力。可選地，在不局限於任何特定理論的前提下，該底壁包括在處理中可出現的裂縫， 但這些裂縫足夠細，而且其中一些被來自層103的導電材料填充，這樣它們不形成化學相互擴散所需的足夠路徑，但仍可提供通過該層150底壁的電氣路徑。
作為非限制性示例，可在160V並在指定時間長度中，例如數分鐘，在低於10°C的 5-10% H3PO4中，對鋁金屬層102進行陽極化處理。電壓可在從大約0.001V至大約250V 的範圍內。可選地，一旦該陽極化處理完成，除了其他方法外，在孔隙底部生成穿孔底面的一種方法是逐步降低陽極化處理電壓，比如按照大約0. 3V或現有電壓的大約5% (取較大者)的步幅從160V降至0. IV，該模式可生成多孔氧化鋁層，其孔隙直徑範圍為大約低於10 至大約450nm。如欲進一步擴大孔隙，可把經陽極化處理的樣品浸在例如30°C，5% (體積) 磷酸溶液中5-60分鐘，這既可以擴大孔徑，也可以去除在大多數陽極氧化鋁膜上出現的典型阻擋層。通常在陽極化處理後，採用一塗布步驟以填充薄層150中的孔隙。在本發明的此實施例中跳過該孔隙填充步驟，孔隙在陽極化處理步驟之後保持開放。還應了解，也可通過電解質改變孔隙率。例如，可使用H2SO4而不是磷酸，也不排除使用其他物質。在一個示例中，處理條件為大約10米/分鐘，170F ；在一個實施例中，該實施例使用較高電壓。在另一實施例中，該方法可包括一預清洗階段，其在70-80F下使用ph在大約6. 5 至10的範圍內的鹼性清洗劑。有些實施例可使用預蝕刻。可選地，有些實施例可不採用此類預蝕刻，而採用清洗。一個實施例中的陽極化處理使用硫酸，pH. 0. 5-1. 5，10-20A/ft2, 65-80F, Al含量<40g/l。有些實施例可使用硝酸去汙。可選地，有些沒有去汙步驟，因為這會擴大該層中的孔隙。有些實施例可採用封閉步驟(通常為放在水中煮沸)。可選地， 有些實施例沒有此封閉步驟，因為這會通過氫氧化物關閉孔隙。該工藝可包括使用清洗和乾燥步驟，該步驟用加熱去離子水在140-160F進行清洗。可通過氣刀+ 加熱來完成該幹
O在另一實施例中，該方法可包括預清洗階段，其在70-80F下使用ph在大約7. 5至 10的範圍內的鹼性清洗劑。在該預清洗後採用清洗步驟。一個實施例中的陽極化處理使用硫酸，pH. 0. 5-1. 5，10-20A/ft2，65-80F，Al含量< 40g/l。不採用去汙步驟，因為這會擴大該層中的孔隙。不採用放在水中煮沸作為封閉步驟，因為這會通過氫氧化物關閉孔隙。該工藝可包括使用清洗和乾燥步驟，該步驟用加熱去離子水在140-160F進行清洗。可通過氣刀HR加熱來完成該乾燥。在另一實施例中，該方法可包括預清洗階段，其在70-80F下使用ph在大約7. 5至 10的範圍內的鹼性清洗劑。有些實施例可使用預蝕刻。一個實施例中的陽極化處理使用 H3PO4,pH. 0. 5-1. 5，10-20A/ft2，65-80F，Al含量< 40g/l。有些實施例可使用硝酸去汙。可選地，有些沒有去汙步驟，因為這會擴大該層中的孔隙。不採用封閉步驟，因為這會通過氫氧化物關閉孔隙。該工藝可包括使用清洗和乾燥步驟，該步驟用加熱去離子水在140-160F 進行清洗。可通過氣刀HR加熱來完成該乾燥。阻擋性能可選地，應了解，儘管該層150的最小厚度較小，該層150仍可提供擴散阻擋性能。 在一個示例中，如果該層150由50nm的氧化鋁組成，該層能阻擋至少鋁和鐵的擴散。主要是當該基底102在處理過程中被加熱至100°C以上時，需要該層150的阻擋性能。該基底102 在加熱狀態下的時間越長，該層150就應該越厚。在本實施例中，該層150的厚度為50nm， 足夠在最高溫度525°C抵擋不超過20分鐘。可選地，該層150的厚度為50nm，足夠在最高溫度500°C抵擋不超過30分鐘。當然，這些示例僅是示例性的，而不是限制性的。
可選地，該層150可與一較薄的擴散阻擋材料層一起使用，而不是完全替代阻擋層。在前面就層103討論過此類擴散阻擋材料。其減小的厚度可在小於1微米的範圍內。 可選地，其減小的厚度可小於500nm。可選地，其減小的厚度可小於400nm。可選地，其減小的厚度可小於300nm。可選地，其減小的厚度可小於200nm。可選地，其減小的厚度可小於 IOOnm0可選地，其減小的厚度可小於500nm。本發明的一個實施例完全取消Ti和TiN作為一層，取消此層可降低成本。高效電池配置應了解，如圖1所示及如上所述製造的裝置可適用於高效電池配置，具體詳情將在下面圖6和圖7中說明。需要使用無電阻層150 (在圖6和圖7中標誌為層335)，以便電流可通過層304。圖6示出本發明的一個實施例中的光電裝置陣列300。在有些實施例中，可認為在光電子裝置的陣列300中，彼此互相串聯。該陣列300包括第一裝置模塊301和第二裝置模塊311。裝置模塊301、311可為諸如太陽能電池的光伏裝置或諸如發光二極體的發光裝置。在一個優選實施例中，裝置模塊301、311為太陽能電池。該第一和第二裝置模塊301、 311附在絕緣載體基底303上，其可由諸如聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)的塑料材料製成， 厚度為例如大約50微米。而該載體基底303則可依次附在更厚的結構膜305上，該膜例如由諸如熱塑性聚烯烴(TPO)或三元乙丙橡膠(EPDM)的聚合物屋頂膜材料構成，以方便把該陣列300安裝在諸如屋頂的室外位置。作為非限制性示例，該裝置模塊301、311可為大約4英寸長、12英寸寬，它們可從長很多的片材上切下，而該片材包含被層壓在一起的數層。各個該裝置模塊301、311—般包括裝置層302、312，其與底電極304、314相接觸，並包括位於底電極304、314與導電背平面308、318之間的絕緣層306、316。應了解，在本發明的一些實施例中，該背平面308、318 可被描述為背側頂電極308、318。基底Sp S2的該底電極304、314、絕緣層306、316和背平面308、318支持該裝置層302、312。在現有技術的電池中，通過在絕緣基底上沉積薄金屬層形成基底，與此相比，本發明的實施例採用基於諸如箔的柔性體導電材料的基底Si、S20儘管諸如箔的散裝材料比現有技術中經真空沉積的金屬層厚，它們卻更便宜、更容易獲得，並更容易加工。優選地，至少該底電極304、314由諸如鋁箔的金屬箔製成。或者，可使用銅、不鏽鋼、鈦、鉬或其他合適的金屬箔。作為示例，該底電極304、314和背平面308、318可由大約1微米至大約200微米厚的鋁箔製成，優選為大約25微米至大約100微米厚；該絕緣層306、316可由諸如聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)的大約1微米至大約200微米厚的塑料箔材料製成，優選為大約10 微米至大約50微米厚。在一個實施例中，除了其他配置外，該底電極304、314、絕緣層306、 316和背平面308、318被疊加在一起形成起始基底S1, &。儘管箔可同時被用於該底電極 304、314和該背平面308、318，也可能在該絕緣層306、316的背面採用細網作為背平面。可通過導電油墨或漆把這樣的網印刷在該絕緣層306、316的背面。其中合適的導電漆或油墨的一個示例是Dow Coming PI-2000高導電銀油墨，該產品由位於密西根州米德蘭的道康寧公司提供。Dow Coming 是位於密西根州米德蘭的道康寧公司的註冊商標。另外， 可通過陽極化處理用於該底電極304、314或該背平面308、318或兩者的箔表面，或通過經本領域中的熟知噴塗、塗布或印刷技術施加絕緣塗層而形成該絕緣層306、316。
該裝置層302、312 —般包括活性層307，其位於透明導電層309和該底電極304之間。作為示例，該裝置層302、312可為大約2微米厚。至少該第一裝置301包括位於該透明導電層309和該背平面308之間的一個或多個電接觸320。穿過該透明導電層309、該活性層307、該底電極304和該絕緣層306形成該電接觸320。該電接觸320在該透明導電層 309和該背平面308之間提供一條導電通道。該電接觸320與該活性層307、該底電極304 和該絕緣層306電絕緣。該電接觸320可各自包括穿過該活性層307、該透明導電層309、該底電極304和該絕緣層306的通孔。各通孔直徑可為大約0. 1毫米至大約1. 5毫米，優選地為0. 5毫米至大約1毫米。可通過衝擊或鑽孔，例如通過機械、雷射或電子束鑽孔或通過這些技術的組合形成該通孔。用絕緣材料322塗布通孔側壁，以形成穿過該絕緣材料322至該背平面308 的通道。該絕緣材料322的厚度可在大約1微米和大約200微米之間，優選地在大約10微米和大約200微米之間。優選地，該絕緣材料322應至少有10微米厚，以確保能完全覆蓋其後裸露的導電錶面。可通過包括例如噴墨印刷或環狀噴嘴配送的多種印刷技術形成該絕緣材料322。由導電材料製成的塞子3M至少部分塞入該通道，並在該透明導電層309和該背平面308之間形成電接觸。同樣地，該導電材料可被印製。例如，焊劑的噴墨印刷(位於德克薩斯州柏拉諾的Microfab公司稱之為「solderjet」，該公司出售可用於此用途的設備)即為合適的材料和方式。也可以使用本領域熟知的用於電子器件包裝的導電粘合材料的印刷，只要隨後有時間去除溶劑並固化即可。該塞子3M直徑可在大約5微米和大約500微米之間，優選地在大約25微米和大約100微米之間。作為非限制性示例，在其他實施例中，該裝置層302、312可為大約2微米厚，該底電極304、314可由大約100微米厚的鋁箔製成；該絕緣層306、316可由大約25微米厚的諸如聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)的塑料材料製成；而該背側頂電極308、318可由大約25微米厚的鋁箔製成。該裝置層302、312可包括活性層307，其位於透明導電層309和該底電極 304之間。在此實施例中，至少該第一裝置301包括位於該透明導電層309和該背側頂電極 308之間的一個或多個電接觸320。穿過該透明導電層309、該活性層307、該底電極304和該絕緣層306形成該電接觸320。該電接觸320在該透明導電層309和該背側頂電極308 之間提供一條導電通道。該電接觸320與該活性層307、該底電極304和該絕緣層306電絕緣。可採用諸如超聲焊接的其他形成界面的技術幫助在該導電塞子3M和該基底308 之間形成良好的接觸。一項有用技術的示例為例如J.Jay Wimer在「三維晶片級無鉛工藝」 (Semiconductor International，2003年10月1日)中所描述的金球凸點製作技術， 其經引用被併入本說明書中。可在該凸點上印刷普通焊劑或導電油墨或粘合劑。在形成通孔的過程中，重要的是避免在該頂電極309和該底電極304之間形成短路。因此，對於諸如鑽孔或衝擊的機械切除技術，可額外用雷射燒蝕在靠近通孔口部處去除一小塊數微米深、數微米寬的材料，這種補充技術是有利的。有些實施例可僅採用雷射去除工藝。或者，可採用化學蝕刻工藝去除透明導體，所去除面積的直徑略大於該通孔。例如， 可通過噴墨印刷或模版印刷把蝕刻劑滴印刷至合適的位置，從而把蝕刻限制在局部位置。避免短接的另一方法包括在沉積該透明導電層309之前，在該活性層307上沉積絕緣材料薄層。優選地，此絕緣層為數微米厚，並可在1至100微米的範圍內。因為它僅沉積在要形成通孔的區域(並稍稍超過該通孔的邊線)，它的存在不影響該光電子裝置的操作。在本發明的一些實施例中，該層的結構與於2004年3月25日提交並授予Karl Pichler 的美國專利申請序號10/810,072中所述結構相似，該專利申請經引用被併入本說明書中。 當穿過此結構鑽孔或衝孔時，在該透明導電層309和該底電極304之間有一層絕緣體，其相對這些層以及相對機械切除工藝的精度而言較厚，因此不會出現短接。可用任何方便的絕緣體作為此層的材料，優選地為可被數字(如噴墨)印製的材料。其示例包括熱塑性聚合物，比如尼龍PA6(熔點(m.p.)223°C )、乙縮醛(m.p.l65°C)、 PBT (結構上與PET相似，但用丁基替代乙基)(m. p. 217。C )和聚丙烯(m. p. 165°C )，但這絕不是可用材料的全部列表。這些材料也可被用於該絕緣層322。儘管噴墨印刷可令人滿意地形成絕緣體島，本發明的範圍中也包括其他印刷或沉積方法(包括常規照相平版印刷)。在形成通孔的過程中，通過至少兩個最初分開的組分製造該光電子裝置，這樣的方法很有用，其中一個組分由絕緣層306、底電極304和其上的層302組成，而第二個組分由該背平面308組成。然後，在形成穿過複合結構306/304/302的通孔後，但在填充該通孔前，將這兩個組分疊加在一起。在此疊加和通孔形成之後，該背平面308就被疊加至此複合結構，而該通孔就如上所述被填充。儘管噴射印製的焊劑或導電粘合劑包含可用於形成該導電通孔塞子324的材料， 也可以通過機械手段形成此塞子。因此，例如，把一根具有適當直徑的絲放在該通孔中，強制其與該背平面308接觸，在所需要的高度割斷以形成該塞子324，其方式類似金球凸點製作技術。或者，可通過機械手把具有該尺寸的預製針腳放入該孔中。可把該針腳或絲固定在位，並在放置該針腳之前，通過印製非常薄的一層導電粘著劑幫助或確保其與該基底的電連接。這樣，就解決了導電粘著劑的粗塞子需要很長時間乾燥的問題。該針腳上可具有尖端或鋸齒，它們稍微刺入該背平面308，以進一步幫助接觸。此類針腳可具有早已存在的絕緣，比如絕緣絲或塗層絲(比如通過氣相沉積或氧化反應)。可在施加該絕緣材料之前把它們放入通孔中，這樣就更容易引入此材料。如果該針腳由合適的硬金屬製成，並具有稍呈錐形的頂端，則其可在衝孔步驟中用來形成該通孔。該針腳代替衝頭或鑽頭而被插入該複合結構306/304/302至一定深度， 使得其頂端正好穿透底部；然後，當基底308被疊加至此複合結構時，該頂端稍微刺入該基底並形成良好接觸。例如，可通過可恰好放入該針腳的管子施加機械壓力或空氣壓力，使得這些針腳刺入未鑽孔的基底。在由較厚的、高導電的、柔性體導電底電極304、314及背平面308、318製成的基底 Si、S2上製備該裝置模塊301、311，並穿過該透明導電層309、該活性層330、該底電極304、 314和該絕緣層306、316形成該絕緣電接觸320，這樣該裝置模塊301、311較大。因此，與現有技術陣列相比，該陣列300可由較少的裝置模塊製成，需要較少的互相串聯。例如，該裝置模塊301、311的長度可在大約1釐米和大約30釐米之間，寬度在大約1和大約30釐米之間。如需要，也可製造較小的電池(如，小於1釐米長和/或1釐米寬)。請注意，因為背平面308、318從一個裝置把電流載至下一個裝置，跡線3 的模式不需要像現有技術那樣包含粗母線以達到該目的。與之相反，跡線326的模式僅需要提供足夠的導電「指狀物」將電流載至該接觸320。當沒有母線時，該活性層302、312有更大的
16裸露部分，其提高了效率。另外，不帶母線的跡線326的模式會更加美觀。通過截短該第二裝置模塊的該背平面318和絕緣層316以暴露該底電極314的一部分，可實現該第一裝置模塊301的背平面308與第二裝置模塊311的底電極314的電接觸。圖6示出除了其他方法外，截短該背平面318和絕緣層316的一種方法示例。具體而言，可在該絕緣層316的一個邊緣上形成缺口 317。該缺口 317與該背平面318上相似的、 但略大的缺口 319對齊。缺口 317、319的對齊使得第二裝置模塊311的底電極314出現部分裸露。可採用多種不同的方法在該第一裝置模塊301的背平面308與第二裝置模塊311 的底電極314的裸露部分之間產生電接觸。例如，如圖6所示，可在載體基底303的一部分上設置薄導電層328。該薄導電層可為例如導電(被填充)聚合物或銀油墨。該導電層可以是非常薄， 例如大約1微米厚。決定該薄導電層328的最小厚度的通用標準是，在此層內消耗的分數功率P= (J/V) P (L0Vd)為大約10_5更少，其中J是電流密度，V是電壓，L。是該薄導電層 3 的長度(大約是第一和第二裝置模塊之間空隙的寬度)，P和d分別是該薄導電層328 的電阻率和厚度。作為數值示例，對於很多應用來說，(J/V)是大約0.06A/Vcm2。如果L。= 400微米=0.04cm，則ρ大約等於10_4(p/d)。因此，即使電阻率P是大約10_5 Ω cm(這比良好體導體大約小十倍)，d可以是大約1微米(IO-4Cm)厚。因此，即使對一具有相對較大電阻的聚合物導體，其在幾乎任何合理的厚度下都可以使用。可選地，如圖7所示，該層308可延伸到達層314的底側，並通過各種方法形成電接觸，這些方法包括使用導電油墨或環氧樹脂，或使用雷射焊接把層308直接焊至層314。現回去參見圖6，該第一裝置模塊301可被附在載體基底303上，使得該背平面 308與該薄導電層3 形成電接觸，同時使該薄導電層328的一部分裸露。然後，可在該薄導電層328的裸露部分和該第二裝置模塊311的底電極314的裸露部分之間形成電接觸。 例如，可在該薄導電層3 上放置一個導電材料凸塊329(如，更導電的粘著劑)，其放置位置對準該底電極314的裸露部分。當該第二裝置模塊311被附在載體基底上時，該導電材料凸塊329的高度使其足夠與該底電極314的裸露部分接觸。可選擇缺口 317、319的尺寸， 使得該薄導電層3 基本沒有可能與該第二裝置模塊311的背平面318發生不良接觸。例如，相對於該絕緣層316，可把該底電極314的邊緣切除大約為400微米的切除額CB115相對於該絕緣層316，可把該背平面318的邊緣切除比CB1大很多的切除額CB2。優選地，該裝置層302、312的類型可以比如在卷到卷式系統中被大規模製造。有很多不同類型的裝置結構可被用於該裝置層302、312。作為示例且不限制一般性，圖6中的插圖示出了在該裝置層302中的CIGS活性層307和相關層的結構。作為示例，該活性層 307可包括基於含IB、IIIA和VIA族元素的材料的吸收層330。優選地，該吸收層330包括IB族的銅(Cu)、IIIA族的鎵(Ga)和/或銦(In)和/或鋁，及VIA族的硒(Se)和/或硫(S)元素。於2001年7月31日授予Eberspacher等人的美國專利6，268, 014和於2004 年11月4日公告並授予Bulent Basol的美國專利申請公告號US2004-0219730A1中描述了此類材料(有時被稱為CIGS材料)的示例，這兩者均通過引用被併入本說明書中。通常在該吸收層330和該透明導電層309之間設有窗口層332作為接合配合。作為示例，該窗口層332可包括硫化鎘OMS)、硫化鋅( 或硒化鋅( ),或其中兩種或更多的一些組合。例如，可通過化學浴沉積或化學表面沉積把這些材料層沉積至大約50nm至大約IOOnm 的厚度。可在該底電極304和該吸收層330之間設有由不同於該底電極的金屬製成的接觸層334，以防止金屬從該底電極304擴散出來。例如，如果該底電極304由鋁製成，則該接觸層334可為鉬層。這可幫助負載電負荷並提供特定的保護特性。另外，還可在層334和鋁層304之間設置另一層335，其材料與層103的材料相似。該材料可以與層103的材料相同，或者它可以是選自供層103選擇的材料列表中的另一種材料。可選地，還可在層304的另一側設置另一層337。其材料可以與層335的材料相同，或者它可以是選自供層103選擇的材料列表中的另一種材料。可在本說明書中的任何實施例中的箔周圍設置與層335和/ 或337類似的保護層。儘管作為示例，在此描述了 CIGS太陽能電池，本領域的技術人員應認識到，互相串聯技術的實施例可被應用於幾乎任何類型的太陽能電池結構。此類太陽能電池的示例包括但不限於基於非晶矽的電池、Graetzel電池結構(其中，在由數納米大小的二氧化鈦微粒構成的光透明薄膜上塗布單層電荷轉移染料以敏化該薄膜，以用於集光)、具有無機多孔半導體模板的納米結構層，其孔被有機半導體材料填充(參見，例如，美國專利申請公告 US2005-0121068A1，其通過引用被併入本說明書中)、聚合物/共混電池結構、有機染料、和 /或C6tl分子、和/或其他小分子、微晶矽電池結構、隨機放置的納米棒和/或散布在有機基質中的無機材料四腳體、基於量子點的電池或上述的組合。另外，此處所述互相串聯技術的實施例可被用於太陽能電池以外的光電子裝置。該透明導電層309可以是例如諸如氧化鋅(SiO)或摻雜鋁的氧化鋅(ZnOAl)的透明導電氧化物(TCO)，其通過多種手段中的任一種被沉積，該多種手段包括但不限於濺射、蒸發、CBD、電鍍、CVD、PVD、ALD等等。或者，該透明導電層309可包括透明導電聚合物層，如經摻雜的PEDOT (聚-3，4-乙烯二氧噻吩)透明層，其可通過旋轉塗布、浸塗或噴塗等等沉積。PSS:PED0T是基於由二醚連接的雜環噻吩環的經摻雜的導電聚合物。可從位於麻薩諸塞州牛頓的H. C. Starck獲得摻雜有聚磺化苯乙搖(PSQ的PEDOT的水分散劑，該產品
的商品名稱是Baytron P。Baytron 是位於德國勒沃庫森的拜耳股份公司(下稱「拜耳」) 的註冊商標。除了其導電性能之外，PSS:PED0T還可被用作平面化層，其可改善裝置性能。 使用PEDOT的一個潛在缺點是通常塗層的酸性特徵，這可能成為PEDOT化學攻擊、反應或以其它方式降解太陽能電池中其他材料的一個源頭。可通過陰離子交換方法去除PEDOT中的酸性成分。可從市場上買到非酸性的PED0T。或者，可從位於科羅拉多州威特瑞傑的TDA材料公司購買相似材料，例如Oligotron 和Aedotron 。可利用諸如矽烷的可固化聚合物環氧樹脂來填充第一裝置模塊301和第二裝置模塊311之間的間隙。可選的密封層(未示出)可覆蓋陣列300，以提供環境抵抗性，例如，防止暴露於水或空氣中。該密封層還可以吸收紫外光，從而保護下面的各層。合適的密封層材料的例子包括一個或多個含氟聚合物層，比如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聚合物)、Tefzel (DuPont)、 Tefdel、乙烯基醋酸乙烯脂(EVA)、熱塑性塑料、聚醯亞胺、聚醯胺、塑料與玻璃的納米疊層複合物(例如，在被共同轉讓的、授予Brian Sager和Martin Roscheisen的、題為「無機/ 有機混雜納米疊層勢壘膜」的共同待決美國專利申請公開US 2005-0095422A1中所述的勢壘膜，其經引用被併入本說明書中)，以及上述材料的組合。
現已通過參照特定實施例描述並圖示了本發明，但是本領域的技術人員應了解， 在不偏離本發明精神和範圍的前提下，可對程序和協議作出各種改變、更改、修改、替換、刪除或添加。例如，對於任一上述實施例，應了解，其不被限制於在層150和吸收層之間採用一些材料層。有些實施例可具有一層或多層幹涉層。其他實施例在層150和吸收層的背側之間可不具有額外的材料層。而且，本領域的技術人員應認識到，本發明的任一實施例可被應用於幾乎任何類型的太陽能電池材料和/或結構。例如，太陽能電池10中的該吸收層可以是由以下材料構成的吸收層矽、非晶矽、銅-銦-鎵-硒(對(165太陽能電池)丄(1%丄(11^、01(111，&1) (S， Se) 2、Cu (In, Ga, Al) (S, Se, Te) 2、(Cu, Au, Ag) (In, Ga, Al) (S, Se, Te) 2、Cu-In、In_Ga、Cu-Ga> Cu-In-Ga, Cu-In-Ga-S, Cu-In-Ga-Se、其他吸收材料、II-VI 材料、IB-VI 材料、CuZn^Te、 CuTe、ZnTe、IB-IIB-IVA-VIA吸收材料，或其它合金，和/或上述材料的組合，其中活性材料以數種形式中的任一種存在，包括但不限於散裝材料、微顆粒、納米微粒或量子點。可通過真空或非真空工藝形成該CIGS電池。有關工藝可為一級、兩級或多級CIGS處理技術。另夕卜，其他可能的吸收層可基於非晶矽(摻雜或不摻雜)、具有無機多孔半導體模板的納米結構層，其孔被有機半導體材料填充(參見，例如，美國專利申請公告US 2005-0121068A1，其通過引用被併入本說明書中)、聚合物/共混電池結構、有機染料、和/或C6tl分子、和/或其他小分子、微晶矽電池結構、隨機放置的納米棒和/或散布在有機基質中的無機材料四腳體、基於量子點的電池、或上述的組合。這些類型的電池當中有很多可以在柔性基底上製造。另外，本說明書中以範圍的格式提出濃度、數量和其他數值數據。應了解，僅為了方便和簡潔起見才使用此種範圍格式，其應被靈活地解釋為不僅包括被明確列舉作為此類範圍極限的數值數據，還包括該範圍內的所有單個數值或次範圍，如同各數值及次範圍被明確列舉。例如，大約Inm至大約200nm的厚度範圍應被理解為不僅包括被明確列舉的限值大約Inm和大約200nm，還包括單個尺寸，比如2nm、3nm、4nm，及次範圍，例如IOnm至 50nm、20nm 至 lOOnm，等等....提供此處所討論或引用的出版物的目的僅是為了提供其早於本發明申請提交日期的披露。本說明書中的任何內容均不得被解釋為承認本發明無權通過先前發明而先於此類出版物發生。另外，所提供的出版物日期可能與實際出版的日期不符，這可能需要加以獨立核實。通過引用把本說明書中提到的所有出版物併入本說明書中，以便披露並描述與被引用的出版物內容相關的結構和/或方法。例如，美國專利申請NSL-038和NSL-092通過引用被整體併入本說明書以用於各種用途。於2009年4月M日提交的美國臨時專利申請序號61172357和於2009年6月9日提交的美國臨時專利申請序號61185559通過引用被整體併入本說明書以用於各種用途。下面列出有關前述內容的本發明的各個方面方面1 一種沉積方法。方面2.如方面1所述的方法，所述方法包括提供適合載有電流的基底；分別控制在該基底兩側同時形成的材料的膜特徵，以便在該基底的一側提供該材料的第一層，在該基底的另一側提供第二層，而該第一層比該第二層厚很多，其中該材料是電絕緣的，但該第二層被配置成對從該基底通過該第二層或相反方向的電流不具有相當的電阻。方面3.如方面1所述的方法，所述方法包括在沉積過程中，在該基底的至少一側屏蔽陰極以形成材料厚度較薄的第二層。方面4.如方面3所述的方法，所述方法包括其中該第二層具有平均最大厚度為大約50nm或更小。方面5.如方面3所述的方法，所述方法包括其中該第二層具有的平均最小厚度足以使得該第二層成為導電的。方面6.如方面1所述的方法，其中該材料包括氧化鋁，但該第二層為導電的。方面7.如方面1所述的方法，其中該第二層具有多個孔隙，其中該第二層的總最大厚度為50nm至lOOnm，並具有總最小厚度為至少5nm。方面8.如方面1所述的方法，其中該基底由鋁組成。方面9.如方面1所述的方法，其中該材料為電絕緣的，當被用於該第二層配置中除外，其中，儘管其由該電絕緣的材料組成，該第二層是導電的。方面10.如方面1所述的方法，包括在該基底的一側形成電絕緣層，不在該基底的另一側使用遮罩，而該另一側仍保持導電性。方面11.如方面1所述的方法，包括將基底浸入浴中，以在該基底的一側形成電絕緣層，不在該基底的另一側使用遮罩，而該另一側仍保持導電性。方面12如方面1所述的方法，包括將基底浸入浴中，以在該基底的一側形成電絕緣層，不在該基底的另一側使用遮罩，而在該另一側同時形成導電層。方面13.如方面1所述的方法，還包括在該第二層上濺射沉積一層導電金屬。方面14.如方面14所述的方法，其中該導電金屬層的厚度小於30nm，可選地為 20nm或更小。方面15.如方面14所述的方法，其中該導電金屬層的厚度小於常規厚度。方面16. —種太陽能電池，其包括鋁基底，其具有經陽極化處理的電絕緣背側層以及經陽極化處理的導電前側層；在該經陽極化處理的導電前側層上的導電層；在該導電層上的薄膜光伏吸收層；及在該光伏吸收層上的接合配合層。方面17.如方面17所述的太陽能電池，其中該經陽極化處理的導電前側層具有多個孔隙。方面18.如方面18所述的太陽能電池，其中該孔隙的直徑為30至200nm。方面19.如方面18所述的太陽能電池，其中該孔隙的底壁為至少5nm厚。方面20. —種方法，其包括提供經延長的柔性導電基底；分別控制在該基底兩側形成的材料的膜特徵，以便在該基底的一側提供該材料的第一層，在該基底的另一側提供第二層，而該第一層比該第二層厚很多，該第二層被配置成具有低電阻，而該第一層被配置成具有高電阻，其中該第一層和第二層被同時形成並由同種材料組成；
在該第二層上施加壓力以在該第二層上形成更多的缺損；及在這些缺損中填入導電材料。可選地，本發明提供了一種基底，該基底具有帶第一材料的第一區域和帶第二材料的第二區域，其中該第一和第二材料彼此不同，且其中該第一和第二材料選自以下一種或多種(a)提升力學強度且具有較低導電性的材料，(b)具有高導電性但在520C或更高的溫度下軟化的材料，(c)阻止化學相互擴散的材料，(d)可在其上生長多孔氧化物，其中該氧化物體材料具有的體電阻率為1000歐姆-釐米。可選地，該體電阻率可大於大約10000 歐姆-釐米。可選地，該材料可為二氧化矽。以上全面描述了本發明的優選實施例，但是可對它們進行各種替代和修改。因此， 不應參照以上描述來決定本發明的範圍，而是應參照所附權利要求書及其全部等同物來決定本發明的範圍。任何特徵，(不論是否為優選)均可與任何其他特徵(不論是否為優選) 相結合。在權利要求書中，不定冠詞「a」或「an」指其後物件的數量為一或審多，另有明確說明的除外。本發明的權利要求書不應被理解為具有方法+功能的限制，除非在某一權利要求中通過術語「...的方法」明確地列舉出此類限制。
權利要求
1.一種沉積方法。
2.如權利要求1所述的方法，所述方法包括 提供適合載有電流的基底；分別控制在該基底兩側同時形成的材料的膜特徵，以便在該基底的一側提供該材料的第一層，在該基底的另一側提供第二層，而該第一層比該第二層厚很多，其中該材料是電絕緣的，但該第二層被配置成對從該基底通過該第二層或相反方向的電流不具有相當的電阻。
3.如權利要求1所述的方法，所述方法包括在沉積過程中，在該基底的至少一側屏蔽陰極以形成材料厚度較薄的第二層。
4.如權利要求3所述的方法，所述方法包括 其中該第二層具有平均最大厚度為50nm或更小。
5.如權利要求3所述的方法，所述方法包括其中該第二層具有的平均最小厚度足以使得該第二層成為導電的。
6.如權利要求1所述的方法，其中該材料包括氧化鋁，但該第二層為導電的。
7.如權利要求1所述的方法，其中該第二層具有多個孔隙，其中該第二層的總最大厚度為50nm至lOOnm，並具有總最小厚度為至少5nm。
8.如權利要求1所述的方法，其中該基底由鋁組成。
9.如權利要求1所述的方法，其中該材料為電絕緣的，當被用於該第二層配置中除外， 其中，儘管其由該電絕緣的材料組成，該第二層是導電的。
10.如權利要求1所述的方法，包括在該基底的一側形成電絕緣層，不在該基底的另一側使用遮罩，而該另一側仍保持導電性。
11.如權利要求1所述的方法，包括將基底浸入浴中，以在該基底的一側形成電絕緣層，不在該基底的另一側使用遮罩，而該另一側仍保持導電性。
12.如權利要求1所述的方法，包括將基底浸入浴中，以在該基底的一側形成電絕緣層，不在該基底的另一側使用遮罩，而在該另一側同時形成導電層。
13.如權利要求1所述的方法，還包括在該第二層上濺射沉積一層導電金屬。
14.如權利要求14所述的方法，其中該導電金屬層的厚度小於25nm。
15.如權利要求14所述的方法，其中該導電金屬層的厚度小於常規厚度。
16.一種太陽能電池，其包括鋁基底，其具有經陽極化處理的電絕緣背側層以及經陽極化處理的導電前側層； 在該經陽極化處理的導電前側層上的導電層； 在該導電層上的薄膜光伏吸收層；及在該光伏吸收層上的接合配合層。
17.如權利要求17所述的太陽能電池，其中該經陽極化處理的導電前側層具有多個孔隙。
18.如權利要求18所述的太陽能電池，其中該孔隙的直徑為5nm至lOOnm。
19.如權利要求18所述的太陽能電池，其中該孔隙的底壁為至少5nm厚。
20.一種方法，其包括 提供經延長的柔性導電基底；分別控制在該基底兩側形成的材料的膜特徵，以便在該基底的一側提供該材料的第一層，在該基底的另一側提供第二層，而該第一層比該第二層厚很多，該第二層被配置成具有低電阻，而該第一層被配置成具有高電阻，其中該第一層和第二層被同時形成並由同種材料組成； 在該第二層上施加壓力以在該第二層上形成更多的缺損；及在這些缺損中填入導電材料。
全文摘要
一種提供載流基底的方法，該方法也為在該基底兩側同時形成的材料提供分別控制的膜特徵，以便在該基底的一側提供該材料的第一層，在其另一側提供第二層，而該第一層比該第二層厚很多。該變薄層是由電絕緣材料形成的，但其被配置成對通過該層的電流不具有相當的電阻。
文檔編號H01L31/042GK102549766SQ201080028048
公開日2012年7月4日 申請日期2010年4月26日 優先權日2009年4月24日
發明者保羅.安德裡亞尼, 沃爾夫.厄埃亭 申請人:保羅.安德裡亞尼, 沃爾夫.厄埃亭