CN109314154B - 太阳能电池的辊到辊金属化 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了使用辊到辊箔基金属化方法制造太阳能电池、太阳能电池串列和太阳能模块的方法。本发明所公开的方法包括在第一辊装置上提供至少一个太阳能电池晶片以及将金属箔输送到所述第一辊装置的步骤。可将所述金属箔耦接到所述第一辊装置上的所述太阳能电池晶片，以产生所述金属箔与所述太阳能电池晶片的统一配对。本发明公开了太阳能收集设备及其制造方法，所述制造方法由于利用高通量箔金属化工艺简化了制造工艺，因此能够降低制造成本。

Description

太阳能电池的辊到辊金属化
背景技术
光伏(PV)电池(常被称为太阳能电池)是熟知的将太阳辐射直接转换为电能的装置。一般来讲，使用半导体加工技术在晶片的表面附近形成p-n结，从而在半导体晶片或基板上制造太阳能电池。照射在晶片的表面上并进入晶片内的太阳辐射在晶片块体中形成电子和空穴对。所述电子和空穴对迁移至晶片中的p掺杂区和n掺杂区，从而在掺杂区之间产生电压差。将掺杂区连接至太阳能电池上的导电区，以将电流从电池引导至与其耦接的外部电路。
效率是太阳能电池的重要特性，因其直接与太阳能电池发电能力有关。同样，制备太阳能电池的效率直接与此类太阳能电池的成本效益有关。因此，提高太阳能电池效率的技术或提高制造太阳能电池效率的技术是普遍需要的。本公开的一些实施例允许通过提供制造太阳能电池结构的新工艺而提高太阳能电池的制造效率。
附图简略说明
以下附图以举例而非限制方式进行说明。为了简明起见，不一定在结构出现的每一附图中都标出给定结构的每个特征。相同的参考标号不一定表示相同的结构。相反，可使用同一参考标号或不同参考标号来表示类似的特征或具有类似功能的特征。附图未按比例绘制。
图1示出了根据本公开的实施例制造太阳能电池或太阳能电池串列的方法中的操作；
图2示出了根据本公开的实施例制造太阳能电池或太阳能电池串列的方法；
图3A和图3B示出了根据本公开的实施例的太阳能电池；
图4示出了根据本公开的实施例制造太阳能电池串列或太阳能模块的方法中的操作；
图5示出了根据本公开的实施例制造太阳能电池串列或太阳能模块的方法；
图6示出了根据本公开的实施例制造太阳能电池串列或太阳能模块的方法；
图7示出了根据本公开的实施例制造太阳能电池串列或太阳能模块的方法；
图8示出了根据本公开的实施例的太阳能电池串列；
图9示出了根据本公开的实施例的太阳能模块。
具体实施方式
以下具体实施方式在本质上只是说明性的，而并非意图限制本申请的主题的实施例或此类实施例的用途。如本文所用，词语“示例性”意指“用作示例、实例或举例说明”。本文描述为示例性的任何实施方式未必理解为相比其他实施方式是优选的或有利的。此外，并不意图受前述技术领域、背景技术、发明内容或以下具体实施方式中提出的任何明示或暗示的理论的约束。
以下描述中还仅为了参考的目的使用了某些术语，因此这些术语并非意图进行限制。例如，诸如“上部”、“下部”、“上方”和“下方”之类的术语是指附图中提供参考的方向。诸如“正面”、“背面”、“后面”、“侧面”、“轴向”和“侧向”之类的术语描述部件的某些部分在一致但任意的参照系内的取向和/或位置，通过参考描述所讨论的部件的文字和相关的附图可以清楚地了解所述取向和/或位置。此类术语可包括上面具体提及的词语、它们的衍生词语以及类似意义的词语。相似地，除非上下文中明确指明，否则术语“第一”、“第二”和其他此类涉及结构的数值术语并不含有次序或顺序的意思。
术语—以下段落提供了本公开(包括所附权利要求书)中存在的术语的定义和/或语境：
本说明书包括提及“一个实施例”或“某个实施例”。短语“在一个实施例中”或“在某个实施例中”的出现不一定是指同一实施例。特定的特征、结构或特性可以任何与本公开一致的合适方式进行组合。
术语“包括”是开放式的。如在所附权利要求书中所用，该术语并不排除其他结构或步骤。
各个单元或部件可被描述或声明成“配置为”执行一项或多项任务。在此类语境下，“配置为”用于通过指示所述单元/部件包括在操作期间执行一项或多项那些任务的结构而暗示结构。因此，可以说是将所述单元/部件配置成即使当指定的单元/部件目前不在操作(例如，未开启/激活)时也可执行任务。详述某一单元/电路/部件“配置为”执行一项或多项任务明确地意在对该单元/部件而言不援用35U.S.C.§112第六段。
如本文所用，术语“第一”、“第二”等用作其之后的名词的标记，而并不暗示任何类型的顺序(例如，空间、时间和逻辑等)。例如，提及“第一”封装剂层并不一定暗示该封装剂层是某一序列中的第一个封装剂层；相反，术语“第一”用于区分该封装剂与另一封装剂(例如“第二”封装剂)。
除非本公开另有明确要求，否则术语“一”和“一个”被定义为一个或多个。
以下描述是指元件或节点或特征被“连接”在一起。如本文所用，除非另外明确指明，否则“耦接”意指一个元件/节点/特征直接或间接连接至另一个元件/节点/特征(或直接或间接与其连通)，并且不一定是机械连接。
如本文所用，“阻止”用于描述减小影响或使影响降至最低。当组件或特征被描述为阻止行为、运动或条件时，它完全可以彻底地防止某种结果或后果或未来的状态。另外，“阻止”还可以指减少或减小可能会发生的某种后果、性能和/或效应。因此，当部件、元件或特征被称为阻止结果或状态时，它不一定完全防止或消除该结果或状态。
如本文所用，术语“实质上”被定义为在很大程度上但不一定完全是所指定内容(并且包括所指定内容；例如，“实质上为90度”包括90度，“实质上平行”包括平行)，如本领域中普通技术人员能够理解的。在任何公开的实施例中，术语“实质上”、“大约”和“约”可用“在所指定内容的一定百分比内”代替，其中该百分比包括0.1％、1％、5％和10％。
如本文所用，“区域”可用于说明具有可定义特性但不一定有固定边界的物体或材料的离散区域、体积、部分或位置。
在以下描述中，给出了许多具体细节，诸如具体的操作，以便提供对本公开的实施例的透彻理解。对本领域的技术人员将显而易见的是，可在没有这些具体细节的情况下实践本公开的实施例。在其他实例中，没有详细地描述熟知的技术，以避免不必要地使本发明的实施例难以理解。除非本公开或实施例的性质明确禁止，否则即使未描述或说明，一个实施例的一个或多个特征可应用于其他实施例。
虽然本文所述的许多例子是背接触式太阳能电池，但其技术和结构也同样适用于其他(例如，前接触式)太阳能电池。此外，虽然依据太阳能电池描述了本公开的很多内容，但本发明所公开的技术和结构同样适用于其他半导体结构(例如，硅晶片，或大面积发光二极管，或通常而言的基板)。
本文描述了使用辊到辊箔基金属化方法制造太阳能电池的方法及所得的太阳能电池。在下面的描述中，阐述了诸如具体的工艺流程操作的许多具体细节，以便提供对本公开实施例的透彻理解。对本领域的技术人员将显而易见的是，可在没有这些具体细节的情况下实践本公开的实施例。在其他实例中，没有详细地描述熟知的技术，以避免不必要地使本公开的实施例难以理解。此外，应当理解在图中示出的多种实施例是示例性的展示并且未必按比例绘制。
本发明公开了制造太阳能电池、太阳能电池串列和太阳能模块的方法。在一个实施例中，制造太阳能电池的方法包括在第一辊装置上提供至少一个晶片或基板。在某个实施例中，在第一辊装置上提供太阳能电池的硅基板。太阳能电池可包括晶片或基板中和/或晶片或基板上方的多个半导体区域。该方法进一步包括将金属箔输送到第一辊装置的步骤。金属箔接触第一辊装置上的太阳能电池的晶片。另外，该方法包括以下步骤：将金属箔耦接到晶片以提供金属箔与晶片的统一配对，从而形成金属化太阳能电池。
本发明还公开了利用辊到辊箔基金属化方法制造的太阳能电池、太阳能电池串列和太阳能模块。在某个实施例中，太阳能电池包括晶片或基板。在某个实施例中，多个半导体区域被设置在基板中和/或基板上方。太阳能电池包括耦接到晶片的图案化金属箔。在某个实施例中，图案化金属箔包括对应于所述多个半导体区域和/或与所述多个半导体区域对准的电隔离的区域。
本文所述的一个或多个实施例提供了辊到辊箔基金属化方法。优势包括由于利用高通量箔金属化工艺简化了制造工艺，因此降低了太阳能电池、太阳能电池串列和太阳能模块的制造成本。本文所述的辊到辊箔基金属化方法能够在无需电镀的情况下实现低成本、高效的太阳能电池金属化。
图1为根据本公开的实施例的流程图100，该流程图列出制造太阳能电池的一种方法中的操作。参见流程图100中的操作102及对应的图2，一种制造太阳能电池或太阳能电池串列的方法包括在第一辊装置120上提供至少一个太阳能电池的晶片112。第一辊装置120沿在122中大体示出的第一输送路径旋转太阳能电池晶片112。为了方便描述，沿第一辊装置120的特定位置处的各个晶片由112a、112b和112n指示。
在某个实施例中，太阳能电池的每个晶片112包括单晶硅基板。例如，太阳能电池的晶片112包括n型或p型单晶硅基板。在其他实施例中，太阳能电池的晶片112包括p型或n型多晶硅基板。在其他实施例中，太阳能电池的晶片112包括非晶硅基板。在一个实施例中，晶片的厚度小于300μm。又如，晶片的厚度小于150μm。在一些实施例中，晶片厚度可介于50-300μm之间。
在某个实施例中，太阳能电池的每个晶片112包括在正常操作期间面向太阳以收集太阳辐射的正面114以及背对所述正面的背面116。如图2所示，正面114接触第一辊装置120。在一个实施例中，太阳能电池112为背接触式太阳能电池，但其技术和结构也同样适用于其他(例如，前接触式)太阳能电池。
在某个实施例中，每个太阳能电池112包括基板上和/或基板上方的多个半导体区域。例如，太阳能电池112可包括基板上和/或基板上方的交替的n型和p型多晶硅半导体区域。
在一些实施例中，一种制造太阳能电池的方法包括在基板中和/或基板上方形成多个半导体区域。例如，图3A示出了根据一个实施例的太阳能电池晶片112。太阳能电池晶片112包括基板111中和/或基板111上方的多个半导体区域113/115。在一些实施例中，可包括作为半导体区域113/115和基板111之间的居间材料的薄介电材料117。基板111具有与背表面相对的光接收表面114，多个半导体区域113/115在所述背表面上方形成。在某个实施例中，如图3A所示，所述多个半导体区域113/115中的每个彼此间隔开。在特定的实施例中，所述多个半导体区域113/115为多个交替的n型半导体区域113和p型半导体区域115。
在某个实施例中，基板111为单晶硅基板，诸如块体单晶n型掺杂硅基板。然而，应当理解，基板111可以是设置在整个太阳能电池基板上的层，诸如多晶硅层。在某个实施例中，薄介电层117为厚约2纳米或更小的隧穿氧化硅层。在一个此类实施例中，术语“隧穿介电层”是指非常薄的介电层，通过该介电层可实现电传导。不受任何具体理论的束缚，传导可由于量子隧穿和/或通过介电层中的薄点直接物理连接的较小区域的存在而造成。在一个实施例中，隧穿介电层为薄氧化硅层或包括薄氧化硅层。
在某个实施例中，在所述多个半导体区域113/115为多个交替的n型半导体区域113和p型半导体区域115的情况下，交替的n型半导体区域113和p型半导体区域115分别为通过例如使用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)工艺形成的多晶硅区域。在一个此类实施例中，n型多晶硅区113掺杂有n型杂质诸如磷。P型多晶硅区204掺杂有P型杂质诸如硼。如图3A所示，交替的n型半导体区域113和p型半导体区域115可具有形成于两者之间的沟槽118，这些沟槽118部分延伸到基板111中。在某个实施例中，绝缘层119被设置在沟槽118中并且介于并且部分处于交替的n型半导体区域113和p型半导体区域115上，如图3A中所示。在一些实施例中，在交替的n型半导体区域113和p型半导体区域115可形成底部抗反射涂层(BARC)材料或其他保护层(诸如非晶硅层)。
在某个实施例中，光接收表面114是纹理化光接收表面，如图3A所示。在一个实施例中，采用基于氢氧化物的湿式蚀刻剂对基板111的光接收表面114进行纹理化处理，并且也可对沟槽118表面进行纹理化处理，同样如图3A所示。应当理解，将光接收表面纹理化的时间安排可以变化。例如，可在薄介电层117形成之前或之后进行纹理化处理。在某个实施例中，纹理化表面可为具有规则或不规则形状的表面，该表面用于散射入射光，从而减少从太阳能电池的光接收表面114反射离开的光量。再次参见图3A，附加实施例可包括在光接收表面114上形成钝化层和/或抗反射涂层(ARC)(共同示为层212)。应当理解，形成钝化层和/或ARC层的时间安排可以变化。
在某个实施例中，所述多个半导体区域113/115由形成于基板111上方的多晶硅层形成，该基板可为单晶硅基板或多晶硅基板，如上文所述。然而，在另一个实施例中，基板111为单晶硅基板，该单晶硅基板具有形成于其中的多个半导体区域113/115，与形成于不同于基板111的半导体层中相反。
可在绝缘层119中形成多个触点开口。所述多个触点开口可便于接触多个n型掺杂多晶硅区113和多个p型掺杂多晶硅区115。在一个实施例中，通过激光烧蚀形成多个触点开口。在一个实施例中，通向n型掺杂多晶硅区113的触点开口具有与通向p型掺杂多晶硅区115的触点开口基本相同的高度。
在某个实施例中，第一辊装置120为细长的柱体装置，包括如图2所示的圆形横截面。在其他实施例中，第一辊装置包括多个实质上平坦的表面，所述多个实质上平坦的表面的尺寸被设定成保持太阳能电池的单个晶片。第一辊装置120可包含任何所需的材料，例如金属、塑料、陶瓷、石墨或它们的组合。第一辊装置120被配置为围绕轴旋转，并且可由为第一辊装置120提供动力的电机驱动。在一个实施例中，电机提供动力以稳定地旋转第一辊装置120。在其他实施例中，第一辊装置120可间歇性地旋转或以分度方式旋转。第一辊装置的分度运动的大小可根据需要进行调整。在一些实施例中，辊装置包括单个辊；然而，在其他实施例中，辊装置可包括多个辊。
第一辊装置的直径和宽度可为任何所需的尺寸。在一个实施例中，第一辊装置的尺寸被设定成将多个晶片保持、支撑和/或维持在太阳能模块的预定电池串列矩阵或布置中。在若干实施例中，电池的数量或电池串列的长度在任何时间都大于维持在第一辊装置上的电池的数量。例如，电池串列可包括10个或更多个太阳能电池，其中第一辊装置每次保持9个电池，如图2所示。
在某个实施例中，第一辊装置的尺寸基于晶片或太阳能电池的尺寸来确定。作为非限制性示例，晶片的宽度可为12-16cm。在一个实施例中，太阳能电池串列中相邻电池之间的间隙可小于2mm。在另一个实施例中，太阳能电池串列中相邻电池之间的间隙可小于1mm，例如约0.5mm。
在一个实施例中，可在加热至预定温度的第一辊120上提供晶片。第一辊装置120可将热能传递给与第一辊装置120接触的晶片112a-n。在一些实施例中，晶片112可在与第一辊装置120接触之前被加热或“预热”。可采用任何所需的加热机制，例如传导、对流、辐射(例如红外辐射)和/或感应加热。
参见流程图100中的操作104及对应的图2，一种制造太阳能电池或太阳能电池串列的方法包括沿第二输送路径122'将金属箔132从第二辊装置130输送到第一辊装置120。如图2所示，连续长度的金属箔132从第二辊装置130展开并且沿第二输送路径122'传送到第一辊装置120，以沿第一输送路径122接触太阳能电池112n的晶片的背面116。如图所示，第二输送路径122'在太阳能电池112n的位置处与第一输送路径合并。在一些实施例中，可采用一种或多种导辊沿第二输送路径122'将金属箔从第二辊装置导向第一辊装置。在各种实施例中，沿第二输送路径将箔132加热至预定温度。在一个实施例中，在第二辊装置130中将箔加热至预定温度。可采用任何所需的加热机制，例如传导、对流、辐射(例如红外辐射)和/或感应加热。
在各种实施例中，金属箔132为具有小于200μm的厚度的铝(Al)箔。又如，金属箔具有在约5-100微米范围内的厚度。在一个实施例中，金属箔为包含铝和第二元素(诸如但不限于铜、锰、硅、镁、锌、锡、锂或它们的组合)的铝合金箔。在一个实施例中，铝箔为回火级(temper grade)箔，例如但不限于F级(自由状态)、O级(全软)、H级(应***化)或T级(热处理)。在一个实施例中，铝箔为阳极氧化铝箔。在一些实施例中，金属箔选自由以下项组成的组：铝、铜、镍、锰、硅、镁、锌、锡、锂或它们的组合。
在某个实施例中，第二辊装置为细长的柱体装置，包括如图2所示的圆形横截面。如图所示，第二辊装置130为金属箔卷，其被连续展开并输送到第一辊装置120以接触太阳能电池112n的晶片。第二辊装置130可包含任何所需的材料，例如金属、塑料、陶瓷、石墨或它们的组合。第二辊装置130被配置为围绕轴旋转，并且可由提供动力的电机驱动以旋转第二辊装置130。对本领域(例如，幅材复卷领域)的技术人员显而易见的是，第二辊装置能够以任何所需的方式旋转，以便维持箔区段132上的张力。例如，可采用离合器和反向旋转电机或者与张力测量装置结合的制动器诸如“跳动”辊。参见流程图100中的操作106及对应的图2，一种制造太阳能电池或太阳能电池串列的方法包括将金属箔耦接到晶片以提供金属箔与晶片的统一配对，从而形成金属化太阳能电池或太阳能电池串列。在一个实施例中，通过施加朝向第一辊装置120上的晶片112n的机械力140，将金属箔固定地耦接到或接合到太阳能电池112n的晶片的背面116，如图2所示。例如，可向接合头、接合辊、接合板或接合桨施加朝向太阳能电池112n的机械力140。在其他实施例中，操作106包括激光焊接工艺，其中通过使激光束照射到金属箔132上以将该金属箔焊接到晶片112n，将金属箔132耦接到或接合到晶片112n。在其他实施例中，可采用超声接合或焊接工艺将金属箔132耦接到晶片112n。可使用任何所需的机制将金属箔接合到晶片。在一个实施例中，所得的接合的特征可在于具有大于4焦耳/平方厘米的界面结合能。
在某个实施例中，将金属箔耦接到太阳能电池的晶片112n以制备太阳能电池串列150，该太阳能电池串列包括介于所述多个太阳能电池中的每个之间的金属箔互连件。在一些实施例中，步骤106包括向金属箔施加力，使得金属箔和晶片表面之间出现剪切力，以将金属箔的大部分与晶片的表面电连接。在一些实施例中，方法包括在所述多个电池之间的金属箔互连件处分配导电粘合剂的步骤。
在某个实施例中，通过扁平接合头将金属箔的平行板压到晶片上可能不会在晶片和金属箔之间产生最佳接合。相反，尽管不受理论束缚，但是根据本文所述的一个或多个实施例，在步骤106施加第一点力或压力然后施加剪切力或压力可提供改善的耦合或接合。不受任何具体理论的束缚，但这种方法使金属箔在界面处局部拉伸，在一些实例中破坏钝化氧化物并且使金属箔“粘附”到底层晶片。
在各种实施例中，所述多个晶片在流程图100的步骤102和/或步骤106之前和/或期间被加热至预定温度。在一个实施例中，可在加热至预定温度的第一辊120上提供晶片。第一辊装置120可将热能传递给与第一辊装置120接触的晶片112a-n。在一些实施例中，晶片112可在与第一辊装置120接触之前被加热或“预热”。可采用任何所需的加热机制，例如传导、对流、辐射(例如红外辐射)和/或感应加热。
在各种实施例中，金属箔132在流程图100的步骤104和/或步骤106之前和/或期间被加热至预定温度。在一个实施例中，金属箔132可在将金属箔132输送到第一辊装置120之前或期间被加热。例如，第二辊装置130可将热能传递给金属箔132。在一些实施例中，金属箔132可在输送到第一辊装置120的过程中被加热。
在若干实施例中，太阳能电池112n和/或金属箔132在将金属箔耦接到太阳能电池112n的步骤106期间被加热至预定温度。在某个实施例中，太阳能电池112n和金属箔132在耦接或接合步骤106期间被加热至预定接合温度。例如，可向加热的接合头、加热的接合辊、加热的接合板或加热的接合桨施加朝向太阳能电池112n的机械力140。如上文所述，第一辊装置120可被加热以便向晶片和/或箔传热。
太阳能电池的晶片和/或金属箔以及辊装置可被加热至任何所需的温度。在一些实施例中，预定温度可在约100-600℃的范围内。又如，预定温度可在约350-580℃的范围内。
图1和图2示出了根据一个实施例使用辊到辊箔基金属化方法制造太阳能电池的方法。除非另外指明，否则除了依次增加100之外，图4-9的步骤和部件类似。
图4示出了流程图200，该流程图列出了根据本公开的实施例制造太阳能电池串列或太阳能模块的方法中的操作。流程图200中的可选操作由虚线指示。参见流程图200中的操作202及对应的图5，一种制造太阳能电池串列或太阳能模块的方法包括在第一辊装置220上提供多个太阳能电池212。第一辊装置220沿在222中大体示出的第一输送路径旋转太阳能电池212。
在一个实施例中，第一辊装置包括多个实质上平坦的表面，所述多个实质上平坦的表面的尺寸被设定成维持、保持或支撑太阳能电池的单个晶片。例如，第一辊装置220包括八个实质上平坦的表面，这些表面限定八边形横截面，然而，可采用任何所需构造的任何所需数量的实质上平坦的表面。如图5所示，第一辊装置220的每个实质上平坦的表面的尺寸被设定成保持太阳能电池212的单个晶片。在其他实施例中，第一辊装置的实质上平坦的表面的尺寸可被设定成将多个晶片保持为任何所需的构造。第一辊装置220被配置为围绕轴旋转(例如，如图5所示的顺时针方向)，以沿第一输送路径222传送太阳能电池212。
在某个实施例中，第一辊装置可通过任何所需的夹紧、抓持或可释放的耦接装置或技术来维持、保持或支撑晶片。例如，将气流引向电池，可使用具有机电抓持元件的夹持机构和/或用于使对象保持在原位的真空接口。在一些实施例中，在第一辊装置上提供晶片包括施加真空吸力以使晶片保持在第一辊装置上，其中第一辊装置包括用于排出空气以通过导管或通道产生真空吸力的导管或通道；从而使太阳能电池的晶片保持在第一辊装置上的适当位置。
参见流程图200中的操作204及对应的图5，一种制造太阳能电池串列或太阳能模块的方法包括将金属箔232从第二辊装置230输送到第一辊装置220。如图2所示，连续长度的金属箔232从第二辊装置230展开并且传送到第一辊装置220，以沿第一输送路径222接触太阳能电池212。如图所示，第二输送路径222'在太阳能电池212n的位置处与第一输送路径合并。可采用多个导辊234沿第二输送路径222’将金属箔232从第二辊装置230导向第一辊装置220。在某个实施例中，金属箔232在第一辊装置220的两个基本平坦的区段之间的角部或边缘235上以一定角度张紧或拉伸，如图6所示。边缘235可限定箔235，从而避免形成平面外起伏。可使用任何合适的机构和/或结构防止箔232在耦接到晶片212n之前形成褶皱。
参见流程图100中的操作206及对应的图5，一种制造太阳能电池串列或太阳能模块的方法包括将金属箔232耦接到太阳能电池的晶片的位置212n处，以提供金属箔232与晶片212n的统一配对。在步骤206中，可将金属箔232耦接到所述多个太阳能电池212以制备太阳能电池串列250，该太阳能电池串列包括介于所述多个太阳能电池212中的每个之间的金属箔互连件。在一个实施例中，通过施加朝向第一辊装置220的机械力，将金属箔232固定地耦接到太阳能电池212n。在一个实施例中，通过扁平接合头将金属箔232的平行板施加到晶片212n。在其他实施例中，接合辊可在金属箔232的表面上滚动，同时直接施加朝向第一辊装置220的力，从而将金属箔232接合到太阳能电池212n的晶片。
不受任何具体理论的束缚，但平行板压制可能无法在晶片和金属箔之间产生最佳接合。相反，根据本文所述的一个或多个实施例，在步骤206施加第一点力或压力然后施加剪切力或压力可提供改善的耦合或接合。不受任何具体理论的束缚，但这种方法使金属箔在界面处局部拉伸，在一些实例中破坏钝化氧化物并且使金属箔“粘附”到底层晶片。
如图5所示，通过包括接合辊244的接合头242向太阳能电池212n施加机械力。接合头被配置为沿246所示的方向引导接合辊背向太阳能电池212n。在各种实施例中，根据所需的的耦接机构和/或构造，接合头或辊的方向可为相反的方向或者垂直于方向246。
在若干实施例中，在步骤206中将金属箔耦接到太阳能电池212n期间，将太阳能电池212n和/或金属箔232加热至预定温度。例如，将接合头和/或接合辊加热至在约100-600℃范围内的预定温度。又如，预定接合温度可在约350-580℃的范围内。可执行此类热压方法将铝(或其他金属)箔直接热压接合到太阳能电池的基板或晶片上。在一个实施例中，可将金属箔耦接到底部抗反射涂层(BARC)材料或其他保护层(诸如非晶硅层)。另外，可采用热压接合以使金属箔直接接合到溅镀的金属晶种层。
在各种实施例中，用于制造太阳能电池的电触点的最终金属化层为金属箔层，诸如铝金属箔。可对金属箔进行图案化，以提供用于太阳能电池的半导体区域的电触点、金属化结构和/或指状物。例如，可在多个半导体区域113/115之间的位置处对金属箔132进行图案化，如图3B所示。金属箔132包括电隔离的区域，这些电隔离的区域为金属化结构，各自与交替的半导体区域113/115发生电接触。
在一些实施例中，金属箔在耦接到太阳能电池晶片之前被“预图案化”或图案化，使得包括电隔离的区域的图案的金属箔被输送到第一辊装置并且在接触时与太阳能电池的所需区域对准。然而，在其他实施例中，金属箔可在耦接到太阳能电池的晶片之后被图案化。
如本文所用，电隔离是指物理分离金属箔和/或金属晶种层的部分，使得跨凹槽、凹痕和/或沟槽的电传导成为不可能或不切实际的。然而，金属化结构或指状物可连接以便通过其他路径传导电流，所述路径为例如可以任何所需的构造提供的电缆诸如汇流条。
在一些实施例中，金属箔可在步骤206中将金属箔接合到太阳能电池的步骤期间或实质上同时被图案化。在其他实施例中，金属箔可在图4的流程图200中的可选步骤208中被图案化。在一个实施例中，图案化是一种连续工艺，采用图案化辊装置或具有大致弯曲或弧形横截面的旋转切割模具来隔离金属箔区域，以在每个太阳能电池上形成金属化结构并且/或者切割多余的金属箔以限定相邻太阳能电池之间的互连件。又如，将旋转模具、柔性模具或刚性平面模具压入金属箔中以形成图案。在图5中示出的示例中，图案化辊260在太阳能电池串列250上滚动，同时在太阳能电池串列250的金属箔232上施加机械力。
在一些实施例中，图案化辊260包括具有任何所需的形状、尺寸或构造的切机刀片。图案化辊和/或旋转切割模具的切机刀片可设置在任何所需的图案或构造，以在图案化操作期间电隔离金属箔区域、电隔离金属晶种区域和/或切割多余的金属箔。
图案化不一定在接合步骤206之前或与接合步骤206同时完成。例如，图案化步骤可为制造之后在电池串列250上执行的单独的丝网印刷或模切步骤。
在某个实施例中，电池串列250包括在相邻太阳能电池212之间保持完整的金属箔232的至少一部分。相邻太阳能电池212之间的金属箔232可为太阳能电池串列或太阳能模块的导电互连件。在一些实施例中，金属箔可在太阳能电池之间的位置处被图案化或切割，同时仍然保持电池之间的导电箔互连件，例如以提供应变消除元件。在一些实施例中，在预定数量的连续太阳能电池形成电池串列后，相邻太阳能电池之间的箔可实质上被完全切断，例如以制备多个电池串列，其中每个太阳能电池串列为8-16个太阳能电池长。然而，在需要单个太阳能电池的其他实施例中，可在每个太阳能电池之间切断金属箔。
在图4的流程图200中的可选步骤210中，形成太阳能电池串列或太阳能模块的方法包括使太阳能电池串列中的所述多个太阳能电池通过至少一个平坦化辊装置以引入平面取向。在图7的示例性实施例中，使太阳能电池串列250通过第三辊装置270，该第三辊装置包括位于太阳能电池串列250的每一侧的两个辊272/274。第三辊装置接触并且挤压太阳能电池串列250以引入围绕平行于第一输送路径222的第一轴线280的平面取向。另外，使太阳能电池串列250穿过第四大直径辊装置276，该第四大直径辊装置位于太阳电池串列250中与金属箔相背对的一侧。第四辊装置接触并且挤压太阳能电池串列250以引入围绕垂直于第一输送路径222的第二轴线282的平面取向。可使太阳能电池串列通过任意所需数量的平坦化辊装置，这些平坦化辊装置包括任意数量的辊并且具有任何所需的取向或尺寸以引入平面取向。在各种实施例中，晶片或太阳能电池的特征可在于预定的曲率实质上等于第一辊装置的曲率。
不受任何具体理论的束缚，但由于太阳能电池串列的箔和晶片的热特性不均匀，因此加热或退火操作(例如在耦接金属箔和晶片时)可导致太阳能电池串列在冷却到室温期间发生弯曲或翘曲。因此，太阳能电池串列可按照任何次序通过任意所需数量的平坦化装置，以围绕任何合适的轴线引入平面取向。在一些实施例中，可在第一辊装置上提供太阳能电池晶片之前通过施加力使晶片变形为初始取向，使太阳能电池晶片“预弯曲”或“预张紧”。
本发明公开了一种太阳能或光伏模块及其制造方法。制造太阳能模块的方法包括在第一辊装置上提供多个太阳能电池的步骤，该第一辊装置被配置为将所述多个太阳能电池保持在太阳能模块的预定的电池串列布置中。例如，图8示出了太阳能电池串列350，该太阳能电池串列包括多个通过金属箔332互连的太阳能电池312。太阳能电池串列250可由封装剂392封装成任何期望的电池串列布置，以形成光伏层压体或模块352。图9示出了太阳能层压体或模块352，其包括封装在覆板(例如玻璃)394和背板396之间的太阳能电池串列350。
上述说明和实例提供了说明性实施例的结构和用途的完整说明。尽管上文以一定程度的特殊性或参照一个或多个单个实施例描述了某些实施例，但本领域技术人员可在不脱离本发明范围的情况下对本公开的实施例作出多种改变。因此，所述方法和***的各个说明性实施例并非意在限于本公开的具体形式。相反，这些实施例包括权利要求书范围内的所有修改和替代，并且不同于所示实施例的实施例可包括所述实施例的部分或全部特征。例如，可省略元件或将其组合成单一结构，并且/或者可替换连接。此外，在合适的情况下，上述任何实例的各方面可与所述的其他任何实例的各方面组合，以形成具有相当或不同性质和/或功能并且解决相同或不同问题的更多实例。同样，应当理解，上述益处和优点可涉及一个实施例，或者可涉及多个实施例。例如，可使用不同的结构构型、材料和/或控制生产步骤来实践和/或实施本发明的方法和***的实施例。权利要求书并非意在包括、也不应当被理解为包括方法或步骤功能用语限制，除非在给定的权利要求中分别用短语“用于……的方法”或“用于……的步骤”清楚地列举出此类限制。

Claims (17)

1.一种制造太阳能电池串列的方法，所述方法包括：
沿第一输送路径在旋转的第一辊装置上提供多个太阳能电池；所述多个太阳能电池中的每个包括在正常运行期间面向太阳以收集太阳辐射的正面以及背对所述正面的背面；所述多个太阳能电池的所述正面接触所述第一辊装置；其中所述多个太阳能电池中的每个进一步包括单晶硅基板上的多个交替的n型和p型多晶硅半导体区域；
将铝箔从第二辊装置直接输送到所述第一辊装置但不接触所述第一辊装置，其中所述铝箔沿所述第一输送路径接触所述第一辊装置上的所述多个太阳能电池的所述背面；
通过向接合头施加朝向所述第一辊装置的机械力，将所述铝箔接合到所述多个太阳能电池的所述背面；其中所述多个太阳能电池形成太阳能电池串列，所述太阳能电池串列包括介于所述多个太阳能电池中的每个之间的铝箔互连件；
在介于所述多个交替的n型和p型多晶硅半导体区域之间的位置处使所述铝箔图案化，以电隔离所述铝箔的区域；
使所述太阳能电池串列通过第三辊装置，其中所述第三辊装置接触所述太阳能电池串列以引入围绕平行于所述第一输送路径的第一轴线的平面取向；
使所述太阳能电池串列通过第四辊装置，其中所述第四辊装置接触所述太阳能电池串列以围绕垂直于所述第一输送路径的第二轴线引入平面取向。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括加热所述多个太阳能电池、所述铝箔或它们的组合的步骤。
3.一种制造太阳能电池的方法，所述方法包括：
在第一辊装置上提供多个太阳能电池；所述太阳能电池在所述太阳能电池的背面上包括多个交替的n型和p型半导体区域；
将连续长度的金属箔直接输送到所述第一辊装置但不接触所述第一辊装置，其中所述金属箔接触所述第一辊装置上的所述太阳能电池；
将所述金属箔耦接到所述太阳能电池的背面上的半导体区域，以提供所述金属箔与所述太阳能电池的电连接，其中所述多个太阳能电池形成太阳能电池串列，所述太阳能电池串列包括介于所述多个太阳能电池中的每个之间的金属箔互连件。
4.根据权利要求3所述的方法，其中在所述第一辊装置上提供所述太阳能电池的步骤包括在加热至预定温度的所述第一辊装置上提供所述太阳能电池。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述预定温度在100-600℃的范围内。
6.根据权利要求3所述的方法，进一步包括：在所述第一辊装置上提供所述太阳能电池之前加热所述太阳能电池的步骤、在将所述金属箔输送到所述第一辊装置之前加热所述金属箔的步骤、或它们的组合。
7.根据权利要求3所述的方法，其中在第一辊装置上提供多个太阳能电池的步骤包括施加真空吸力以使所述太阳能电池保持在所述第一辊装置上。
8.根据权利要求3所述的方法，其中将金属箔输送到所述第一辊装置的步骤包括将铝箔输送到所述第一辊装置。
9.根据权利要求3所述的方法，其中将所述金属箔耦接到所述太阳能电池的背面的步骤包括向接合头施加朝向所述第一辊装置的机械力。
10.根据权利要求3所述的方法，其中将所述金属箔耦接到所述太阳能电池的背面上的半导体区域的步骤包括使激光束照射到所述金属箔以将所述金属箔焊接到所述太阳能电池。
11.根据权利要求3所述的方法，进一步包括在介于所述多个半导体区域之间的位置处使所述金属箔图案化以电隔离所述金属箔的区域的步骤。
12.根据权利要求3所述的方法，进一步包括使所述多个太阳能电池通过至少一个平坦化辊装置以引入平面取向的步骤。
13.根据权利要求3所述的方法，其中在第一辊装置上提供多个太阳能电池的步骤包括在具有多个实质上平坦的表面的第一辊装置上提供所述太阳能电池，所述多个实质上平坦的表面的尺寸设定成保持单个晶片。
14.根据权利要求3所述的方法，其中在第一辊装置上提供多个太阳能电池的步骤包括在具有柱体横截面的第一辊装置上提供所述太阳能电池。
15.根据权利要求3所述的方法，进一步包括在第一辊装置上提供所述太阳能电池之前施加力以使所述多个太阳能电池变形为初始取向的步骤。
16.一种制造太阳能模块的方法，所述方法包括：
在第一辊装置上提供多个太阳能电池，所述第一辊装置被配置为将所述多个太阳能电池保持成太阳能模块的预定的电池串列布置；所述多个太阳能电池中的每个在所述太阳能电池的背面上包括多个交替的n型和p型半导体区域；
将金属箔直接输送到所述第一辊装置但不接触所述第一辊装置，其中所述金属箔接触所述第一辊装置上的所述多个太阳能电池；
将所述金属箔耦接到所述多个太阳能电池的背面上的所述半导体区域，以提供所述金属箔与所述多个太阳能电池的电连接，其中所述电池串列布置包括介于所述多个太阳能电池中的每个之间的金属箔互连件；
封装所述电池串列布置以形成光伏层压体。
17.根据权利要求16所述的制造太阳能模块的方法，进一步包括在介于所述多个半导体区域之间的位置处使所述金属箔图案化以电隔离所述金属箔的区域的步骤。
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