CN101228638A - 太阳能电池互连工艺 - Google Patents

Abstract

一种用于形成光伏器件的太阳能电池子模块的太阳能电池互连工艺，该工艺包括步骤：将多个细长太阳能电池(101)安装在横梁(102)上的可焊材料(201)片上，横梁(102)用于将焊料保持在恰当的位置，细长太阳能电池基本上纵向平行且一般共面配置；以及建立在相邻电池之间延伸的一个或多个导电路径(204)，以便于通过触点(202，203)电互连细长太阳能电池，其中一个或多个导电路径是通过波峰焊接来建立的。

Description

太阳能电池互连工艺

技术领域

本发明涉及一种太阳能电池互连工艺，用于将细长太阳能电池互连起来以形成光伏器件的太阳能电池子模块。

背景技术

在本说明书中，术语“细长太阳能电池”是指通常为平行六面体形状且具有高纵横比的太阳能电池，其长度l比其宽度w大很多(通常大数十倍到数百倍)。另外，细长太阳能电池的宽度比其厚度t大很多(通常大四倍到一百倍)。太阳能电池的长度和宽度定义了用于产生电能的最大可用有效表面面积，而太阳能电池的长度和厚度则定义了该电池的光学无效表面即“边”。典型的细长太阳能电池是10-120mm长、0.5-5mm宽、15-400微米厚。

细长太阳能电池可以由下列文献中所描述的过程来生产：S.Scheibenstock、S.Keller、P.Fath、G.Willeke和E.Bucher的“HighVo(High Voltage)CellConcept”，Solar Energy Materials&Solar Cells Vol.65(2001)，第179-184页(″Scheibenstock″)；国际专利申请公报WO 02/45143(“the Sliver patentapplication”)。后一篇文献描述了从单个标准硅晶片中生产出大量很薄的(通常小于150μm)细长硅基片，其中所得的薄细长基片的个数和尺寸使得总的可用表面面积大于原始硅晶片的可用表面面积。这是通过下列步骤实现的：将垂直于原始晶片表面的新形成的表面中的至少一个表面用作每一个细长基片的有效或可用表面；以及将所得的细长基片以及这些基片之间除去的材料的晶片平面中较短的维度选择成像实用中的那么小，下文会对此进行描述。

这种细长基片也被称为“长条基片”。“SLIVER”(长条)一词是OriginEnergy Solar集团有限公司的注册商标，澳大利亚注册号是933476。Sliver专利申请也描述了在长条基片上形成太阳能电池的过程，被称为“长条太阳能电池”。然而，“长条”一词通常是指长条基片，它可能包含一个或多个太阳能电池也可能不包含太阳能电池。

通常，细长太阳能电池可以是使用基本上任何太阳能电池制造过程在细长基片上形成的单晶太阳能电池或多晶太阳能电池。如图18所示，较佳地，在分批过程中，通过对完全穿透硅晶片1804的一系列平行细长矩形槽或开口1802进行机械加工(最好进行各向异性湿法化学蚀刻)以便在这些开口1802之间定义相应的一系列平行细长平行六面体基片或硅“长条”1806，从而形成了细长基片。槽1802的长度小于但相似于晶片1804的直径，使得细长基片或长条1806通过基片上剩余的外围部分1808(被称为基片框1808)而仍然连接在。每一个长条1806被视为具有：与两个晶片表面共面的两个边1810，与晶片表面相垂直的两个(新形成的)面1812，以及连接到晶片框1808的两个端1814。如图18所示，太阳能电池可以由细长基片1806形成，同时它们仍然由晶片框1808保持着；然后，可以将所得的细长太阳能电池1806彼此分开并使它们从晶片框上分离从而提供一组单独的细长太阳能电池，同时电极通常都沿其长边。大量的这种细长太阳能电池可以被电互连并且被组装到一起以形成太阳能电源模块。

当细长基片是以这种方式形成的时候，晶片表面所在平面中的细长槽和细长硅条(长条)的宽度通常都是0.05mm，使得每一对长条/槽有效地占据晶片表面的一定面积即l×0.1mm，其中l是细长基片的长度。然而，因为硅晶片的厚度通常是0.5-2mm，所以长条的两个新形成的面(垂直于晶片表面)的表面面积分别都是l×0.5-2mm，由此相对于原始晶片表面而言可用表面面积增大了一个大小为5-20的因子(忽略晶片框的任何可用表面面积)。

也可以用一种与上述相似的方式通过将晶片划分成多个基片从而形成细长基片，但其中所得的细长基片的有效或可用表面是原始晶片表面的相应的细长部分。这种细长基片的厚度等于形成它们所用的晶片的厚度，并且这种细长基片在本文中被称为“平板”基片。在这种情况下，平板基片的总的可用表面面积无法大于原始晶片的面积；然而，从平板基片中形成的平板太阳能电池与常规基于晶片的太阳能电池相比具有许多优点。通常，平板太阳能电池具有沿其长边的电极，但是也可以将相反极性的电极置于其两个面之一上(在使用时远离太阳而定向)。

用于形成长条太阳能电池的细长硅片是很脆弱的，在安装和电互连时需要小心处理。另外，因为每一个长条电池的表面面积和经济价值都很小，所以需要一种可靠的低成本电连接技术以使利用长条电池变得经济可行。

用长条太阳能电池形成光伏器件的现有技术方案涉及用光学粘合剂将电池粘到基片或透明基片(比如玻璃)上从而形成大阵列的长条太阳能电池。根据特定的电池和模块配置，相邻的长条太阳能电池之间有规则的间隔，该间隔从零到几个毫米，并且在模块区域中无论何处每平方米都可以包含一千个左右的太阳能电池甚至多达一万五千个长条太阳能电池。可以使用一种“挑选和放置”机器人机器，将长条太阳能电池放置到基片上。然后，通过使用经模板印刷、涂布(dispense)、或以其它方式转移从而在各长条电池之间形成电互连的导电树脂，便使这些电池电互连。

或者，通过使已被模板印刷或被涂布到金属化垫片或轨道上的焊膏回流，便使已接合到基片(比如玻璃)上的长条电池电互连，其中金属化垫片或轨道是先前在玻璃基片上制备好的。用于在已接合到基片玻璃上的各长条之间建立电互连的过程需要若干个精确步骤：制备金属化轨道阵列；参照对齐过程、膏体积和膏分布以足够的准确度将焊膏涂布或模板印刷到已制备的金属化轨道上；接下来，在焊膏液相线以上且按一定的温度-时间曲线分布加热整个组件从而使上述焊膏回流，该温度-时间曲线分布是流量激活、焊料流动以及金属间合金的形成所必需的并且同时也是为使焊料流到焊料表面张力和浸润特性所确定的正确的体-分布所必需的，其中金属间合金的形成是使金属化轨道和长条电池金属电极恰当浸润所必需的。

尽管导电材料的涂布是一种可调整的备选方案且能够适应任何模块尺寸(与之相反的是模板印刷应用，其中模板印刷和对齐准确度特性会限制面积)，但是对于在很大的模块面积上需要多个涂布位置的情况，上述涂布操作是缓慢且昂贵的。在大面积上对齐和对准模板印刷位置这一方面，模板印刷存在问题，其原因在于模板印刷材料的伸展和翘曲。此外，在使用焊料回流操作的情况下按照良好的焊点所需的温度-时间曲线分布在串联或分批过程中加热很大的热质量这一做法在实际中会引起许多不可克服的困难，其中包括：因为需要有一段时间在液相线以上，所以从长条电极中溶解下来一些银；很难迅速冷却玻璃以在块状焊料中形成小晶体结构；使焊料互连中的合金分离和金属迁移达到最少；在高温下扩展周期内也可能破坏UV-可固化光学粘合剂。通过使用汽相焊料系统(比如Asscon Quicky汽相回流系统)便可以解决上述回流问题中的一些，但是其余问题使得回流操作不适于商业上可行的模块生产过程。

不管使用上述哪一种方法，接下来都使用像EVA这样的封装材料与第二层玻璃或相似材料一起完成太阳能电池阵列的组装并形成太阳能模块。在使用这种技术的情况下，形成光伏器件所遇到的最显著困难是：需要利用模板印刷或涂布对导电材料(不管该材料是焊料还是某种形式的导电性环氧树脂或其它材料)进行精确排布，从而在面积相对较大的基片上的大量长条电池之间形成电互连进而形成上述阵列。

平板太阳能电池是由多晶硅或多晶硅构成的。这些太阳能电池是用常规电池制造过程制造的，其中的一些变化与公知的BCSC工艺相似。平板和平板状的太阳能电池的主要优点是，可构建电压及其相关的效应从而比常规电池更迅速地减小电流。此外，在平板太阳能电池的一种实现方式中，如此形成的电池都是双面的。双面太阳能电池的诸多益处抵消了在下列应用中生产、处理和组装平板电池所带来的额外成本：平板电池在双面模块中的应用；构建集成光伏模块(BIPV)过程中的应用；静态收集器组件中的应用；以及其太阳能集中程度是常规太阳能辐射的30倍、50倍、甚至更高倍的收集器接收机中的应用。

晶片中所形成的平板电池所共同构成的较厚的(即标准晶片厚度)、相对较窄的矩形阵列可以按下列两种形式来生产：一种形式是在从晶片中取下时适用作分立的太阳能电池；或者另一种形式是适于被含在形成它们的晶片中，这些电池的每一端处的硅区域形成了物理保持结构，该结构为电池中形成的电流提供了高阻轨迹。期刊Solar Energy Materials&Solar Cells 65(2001)中第179-184页的论文“Progress in monolithic series connection of wafer-basedcrystalline silicon solar cells by the novel′High Vo′(High Voltage)cell concept”讨论了单片平板型电池的一种形式。或者，可以从晶片中取下这些平板太阳能电池并且按任何期望的间距和/或电池极性进行重新组装。尽管平板电池不像长条电池那样易碎，但是在安装或电连接时仍然需要小心处理。另外，因为每一个电池的面积和价值很小，所以需要一种可靠的低成本电连接技术以使平板电池的使用在经济方面更可行。

因为平板电池的有效面是从抛光的晶片表面中形成的，所以处理和组装比长条电池(其中有效慢电池面是垂直于晶片表面而形成的)的处理和组装明显地更为直接。如果平板电池阵列打算用于最大效率应用，则通过将该阵列与真空设备、粘合表面、或机械夹具接合，便可以从晶片中取下整个平板电池阵列。通过用划片机、激光器、或通过机械划线和断裂来切割平板电池的末端，便将该阵列从晶片框中取下。然后，通过使用与用于形成长条电池舟式组件所需的相似过程，便建立了各种电连接，其中该过程还提供了平板太阳能电池舟的物理结构。

平板舟式子模块组件的独特特征包括：紧密排列的平面或近平面的矩形或近矩形太阳能电池阵列，其尺寸相似于常规正方形或近正方形太阳能电池；比常规电池成比例地高出一个因子的子模块电压，该因子相似于单位组件中所包含的平板电池的个数；比常规电池成比例地低出一个因子的子模块电流，该因子相似于单位组件中所包含的平板电池的个数；以及适于外部互连的电接触，比如将平板舟式电池串在一起以形成可被包括在平板舟式太阳能电池电源模块中的多种结构。

或者，如果平板电池阵列打算用于提供增大的成本-效率应用，则可以通过将该阵列与真空设备、或粘合表面、或机械夹具接合，便从晶片中取下整个平板电池阵列。通过用划片机、或激光器、或通过机械划线和断裂来切割平板电池的末端，便将该阵列从晶片框中取下。如果需要平板电池用于2X静态收集器，则利用一种每隔一个平板电池就进行拾取的简单真空系统来操纵平板电池阵列，从而从所拾取的电池中形成双间隔阵列并且留下了由初始拾取操作所避开的那些电池所形成的双间隔阵列。然后，处理这些双间隔阵列，以建立电互连并且在与长条排形成过程相似的过程中形成平板筏组件的物理保持结构。然后，建立电互连，这一过程也提供了平板太阳能电池排的物理结构。简单地通过在两个步骤中每隔两个平板太阳能电池进行选择，并且完成三个子组件，便可以形成3X静态收集器。

平板筏模块组件的独特特征包括：均匀间隔的平面或近平面的矩形或近矩形太阳能电池阵列，其尺寸相似于常规正方形或近正方形太阳能电池；比常规电池成比例地高出一个因子的子模块电压，该因子相似于单位组件中所包含的平板电池的个数；比常规电池成比例地低出一个因子的子模块电流，该因子相似于单位组件中所包含的平板电池的个数(在没有任何静态收集器特征的情况下，并且这种减小的电流是简单地通过从静态收集器应用中所获得的任何有效集中因子来修改的)；以及适于外部互连的电接触，比如将平板筏电池串在一起以形成可被包括在平板筏太阳能电池电源模块中的多种结构。

相似的是，如果平板电池阵列打算用于提供增大的成本-效率应用，则可以通过将该阵列与真空设备、或粘合表面、或机械夹具接合，便从晶片中取下整个平板电池阵列。通过用划片机、或激光器、或通过机械划线和断裂来切割平板电池的末端，便将该阵列从晶片框中取下。如果需要平板电池用于2X静态收集器，则利用一种每隔一个平板电池就进行拾取的简单真空系统来操纵平板电池阵列，从而从所拾取的电池中形成双间隔阵列并且留下了由初始拾取操作所避开的那些电池所形成的双间隔阵列。然后，处理这些双间隔阵列，以建立电互连并且在与长条网格排形成过程相似的过程中形成平板网格筏组件的物理保持结构。然后，建立电互连，这一过程也提供了平板太阳能电池网格排的物理结构。

平板网格筏模块组件的独特特征包括：均匀间隔的平面或近平面的矩形或近矩形太阳能电池阵列，其尺寸相似于常规正方形或近正方形太阳能电池；仅由引线互连的灵活性提供的绕平行于平板太阳能电池长度方向的轴的灵活性；比常规电池成比例地高出一个因子的子模块电压，该因子相似于单位组件中所包含的平板电池的个数；比常规电池成比例地低出一个因子的子模块网格排电流，该因子相似于单位组件中所包含的平板电池的个数(在没有任何静态收集器特征的情况下，并且这种减小的电流是简单地通过从静态收集器应用中所获得的任何有效集中因子来修改的)；以及适于外部互连的电接触，比如将平板网格排电池串在一起以形成可被包括在平板网格排太阳能电池电源模块中的多种结构。

利用平板或平板状太阳能电池来形成光伏器件的现有技术方案一般局限于专门的应用，比如高电压小面积太阳能电源模块，可用于给便携器件中的电池充电或者用于运行小的便携器件(比如电子计算器)，因为对相对便宜且小的太阳能电池的平板和平板状收集、组件、或阵列进行处理、组装并提供电连接和物理结构会有相对较高的成本。本发明所详述的方案用于解决长条太阳能电池的处理、组装和电互连等现有技术方案相关联的问题，并且直接相似地应用于解决与平板和平板状太阳能电池的常规处理、组装和电互连相关联的问题。

用于设计一种长条分离、处理和组装问题的解决方案的相同处理和组装原理曾被应用于设计一种平板电池分离、处理和组装问题的解决方案：关于在可能的地方调整常规处理和组件装备和工艺，  “大量”电池总是成块移动。在大多数情况下，设计用于分离、处理和组装平板太阳能电池的解决方案最多涉及上述长条解决方案的一种简单修改或定制。

通常，在描述本发明的较佳实施方式的过程中，各种参照和示出将主要使用长条电池示例来阐明上述过程和方法的有利方面。仅在分离、处理、或组装要求显著或基本上不同于用于长条太阳能电池分离、处理和组装方案的工艺和方法时，才提供关于平板太阳能电池要求的参照和示出。

太阳能电池的一个应用是在所谓的收集器系统中。典型的线性光伏收集器系统工作在约10到80倍的几何电池集中比例。在这种安排下，在接收机上通常安装单行太阳能电池。每一个常规电池通常是2到5厘米宽，在接收机纵向长度方向上串行连接20到40个电池。通常，光的均匀性在沿接收机长度方向是良好的，但在横向上较差。太阳能电池通常串行连接以提供更高的总电压输出。通常，通过每个电池的四个长触点，在顶面和底面上电流都是从中心流到两边的。对每一触点作出连接从而除去上述电流。通过恰当的互连在接收机的边缘处，实现了太阳能电池的串联。然而，串行互连占据了显著的面积。另外，沿接收机长度方向的电流流动是电荷从每一电池的中心区域到其边缘、再进入外部连接、且回到相邻电池的中心区域的横向移动过程。结果，因较长的导电路径而出现了显著的串联阻抗损耗。

期望提供一种用于减轻一种或多种上述困难的太阳能电池互连工艺，或者至少提供一种有用的备选方案。

发明内容

根据本发明，提供了一种用于形成光伏器件的太阳能电池子模块的太阳能电池互连工艺，该互连工艺包括下列步骤：

将多个细长太阳能电池安装在一种使细长太阳能电池保持基本上纵向平行且一般共面配置的结构中；以及，

建立通过所述结构延伸以使所述细长太阳能电池电互连的一个或者多个导电路径；

其中，所述一个或者多个导电路径可采用波峰焊接的方式建立。

这里所讨论的筏、网格筏或舟的安装结构可以避免平板或长条太阳能电池或者电互连因制造或者使用过程中的热循环而遭到损坏。在舟的情况下，这是通过将平板或者长条太阳能电池装载在热稳定的基片上并提供电轨迹来获得，其中，可以使用常规的焊接或者无铅焊接等许多方式中的一种或者多种方式，采用以分离图形穿过基片延伸提供串联或者并联结构来建立电互连。在网格筏和一些筏的形式的情况下，在平板或者长条太阳能电池之间的电互连各自形成安装或者框架结构，使得在网格筏或者筏或舟中的结构材料之间的不同热膨胀不会在子模块组件结构的任何部件中产生难以接受的应力。

在各个子模块中的长条太阳能电池或者平板太阳能电池可以根据特殊光伏器件的需要来分割。在某些应用中，例如，舟，没有空间或者只要很小的空间使得相邻的长条或者平板太阳能电池邻接着焊接，在舟的情况下，该焊接不仅提供电互连，而且还提供保持太阳能电池在一起的机械支撑或者约束，以及/或者在高效率筏或者舟的情况下，利用形成电互连的焊接也形成直接将平板或者长条太阳能电池粘结于基片的机械机构。

在其它应用中，诸如筏或者网格筏，在各个平板或者长条太阳能电池之间的空间可能是太阳能电池宽度的几倍，并利用焊接合金在横梁的表面上形成金属化轨迹来建立在相邻电池之间的电互连。在其它应用中，诸如网格筏，形成电池内部阵列结构的引线焊接在平板或者长条电池的电极上，以便于提供电互连以及物理支撑和网格筏结构的物理约束。特别是，平板太阳能电池可以是双面的，而长条电池是双面的，并且在某些应用中，该空间是利用于长条太阳能电池的两边辐射的优点，并在静态收集器应用的情况下使用适当的定位反射器，或者在类似于常规双面模块的模块结构的情况下通过从两侧辐照，来确定的。

在一个实施例中，基片采用一个或者多个横梁的方式以所需阵列的形式和使用机械夹具以大致接近于横梁的方式来保持长条或者平板电池。横梁为完整的筏提供了机械稳定性并且也是分别支撑在长条太阳能电池或者在平板太阳能电池之间的电互连的结构。横梁可由硅或者其它使用的材料所制成。

在一个实施例中，将长条电池或者平板电池安装在横梁上，就能籍助于将较小尺寸的横梁粘结在各个长条或者平板太阳能电池上来获得基片的热稳定性。也就是说，因为小的公用区域，横梁的热膨胀系数不需要严格匹配于长条或者平板电池的热膨胀系数，作为本发明的一些其它方式。理想的是，对于长条电池的应用，横梁是由单晶硅所制成的，从而消除不同的膨胀问题。在多晶平板电池的应用情况下，理想的是，横梁是由多晶硅所制成，从而消除不同的膨胀问题。焊接筏横梁较佳地具有低成本、电绝缘(本征或者籍助于绝缘材料的涂层)、较薄以及能够选择性涂敷用于电连接的可焊接的金属化导电路径等优点。适用的基片包括硅和硼硅玻璃。

通过使用焊接提供电互连和将长条电池或者平板电池分别机械固定着横梁所形成的子模块在本说明书中称之为“焊接筏”，且与所使用的焊接、用于沉积焊料和形成可焊接的电互连的工艺，或者用于构成可焊接的筏的太阳能电池的类型无关。可焊接的筏可以包括几个乃至几百个长条太阳能电池或者平板太阳能电池。可焊接的筏可以采用类似于常规太阳能电池的尺寸来形成，典型的是，10cm×10cm或者甚至于15cm×15cm乃至更长。此外，不再需要子模块组件一定是方形或者近似方形的。例如，可以选择在子模块中的长条电池或者平板电池的数量，以便于提供所需要的子模块电压。这就允许在光伏器件中所要使用的电池能够采用目前常规太阳能电池所使用封装和电连接的类似技术。显著的差异是：根据长条或者平板太阳能电池是采用串联连接还是采用并联连接，各个可焊接筏将始终具有比常规太阳能电池要得多的电压和相对较低的电流。

在另一实施例中，在本说明书中称之为“焊接舟”的长条太阳能电池或者平板太阳能电池分别使用焊接方法安装在连续或者半连续的基片上，以便于提供在相邻太阳能电子之间的电互连以及建立太阳能电池与焊接舟的机械粘结并且还提供结构的物理稳定性。在本说明书中，将通过使用焊接来提供电互连以及将长条电池或平板电池分别机械固定在基片上所形成的子模块称之为“焊接舟”，它与所使用的焊接类型、用于沉积焊料和形成焊接电互连的工艺，或者用于构成焊接舟的太阳能电池的类型无关。

焊接舟基片是热稳定的，因为它具有类似于太阳能电池中的硅的热膨胀系数，以便于避免在热循环中的应力。焊接舟基片较佳的具有低成本、电绝缘(本征或者籍助于绝缘材料的涂层)、较薄以及能够选择性涂敷用于电连接的可焊接的金属化导电路径等优点。适用的基片包括硅和硼硅玻璃。这种子模块的形式特别用于在集中阳光下的应用。

在该实施例中，长条太阳能电池或者平板太阳能电池可以紧靠着定位或者分开着定位。较佳的是，焊接舟基片安装在散热件上，使得太阳能电池能够通过基片的热传递而冷却。该结构也可以根据需要合并其它粘结剂，以便于提供散热件的优良机械稳定性或者散热件的优良粘结性。该粘结剂也可以有助于导热，以便于增强器件的散热件性能。

在另外一个实施例中，在子模块中的长条太阳能电池或者平板太阳能电池之间电和机械的内部连接是由可焊接的引线单独形成的，并且在相邻太阳能电池的电极之间，消除了横梁或者基片以及在基片上的互连金属化电轨迹的需要。在本说明书中，将通过使用焊接引线互连来提供电互连以及将分别长条电池或者平板电池机械固定以形成子模块组件的物理和电结构所形成的子模块称之为“焊接网格筏”，它与所使用的焊接类型、用于沉积焊料和形成焊接电互连的工艺、所使用的引线类型或者引线设想的形状或形式、或者用于构成焊接网格筏的太阳能电池的类型无关。

长条太阳能电池和平板太阳能电池都十分用于集中阳光应用，因为根据本发明所构成的焊接筏、焊接网格筏和焊接舟具有高的电压容量。在集中阳光条件下，长条太阳能电池或平板太阳能电池的最大功率电压大约为0.7V。在收集器长条太阳能电池的情况下，电池的典型宽度大约为0.7mm。于是，电压沿着长条电池阵列方向每一线性厘米大约10伏的速率建立，且具有相对较小的电流。在收集器平板太阳能电池的情况下，电池的典型宽度上升至1或2毫米。于是，电压沿着平板电池阵列方向每一线性厘米大约5伏的速率建立，且具有相对较小的电流。一般来说，因为平板太阳能电池的宽度可以大于长条太阳能电池的宽度，所以相比于长条集中接受器，在较低集中接收器的应用中一般都使用收集器平板组件。

结果，长条太阳能电池焊接筏、焊接网格筏或者焊接舟以及平板太阳能电池焊接筏、焊接网格筏或者焊接舟都特别用于在线性的收集器系统使用，以取代常规的太阳能电池。在这一考虑中，各种长条太阳能电池或者平板太阳能电池各自可以使用基于焊接的电互连沿着各边的长度(连续的或者断续的)与它的邻居串联连接。使得电流沿着接收器的长度以长条太阳能电池或者平板太阳能电池的长度的横向方向持续流动，而不是在常规太阳能电池使用时所常发生的那样，是以横向和纵向方向的混合，从本质上来看，这会形成螺旋状的螺旋电流。因此，在太阳能电池(例如，长条电池或者平板电池)之间的串联内部连接所占据的空间是非常小的，使得在这些连接部分中被吸收的阳光只损失很小部分。

此外，收集器应用的极其显著的特点是，在上述收集器应用中所使用的在长条太阳能电池或者平板太阳能电池之间基于焊接的电互连使得在电池和接收器中所产生的电阻损耗几乎与照明区域的宽度无关。

本文所讨论的互连工艺所具有的优点是，从长条电池部分以及平板电池大部分中流出的电流来看，仅仅只需要在各个长条太阳能电池边缘上有电连接。在本文所讨论的焊接筏、焊接网格筏或者焊接舟中，在一行焊接筏、焊接网格筏或者焊接舟的外侧边缘上或者沿着其外侧边缘，对应于平板或者长条太阳能电池的狭窄一端，不需要电连接，因为功能性电连接是籍助于在基片或者横梁或者引线网格保持结构上或者中的导电路径来提供的。这就意味着几个平行行的焊接筏、焊接网格筏或者焊接舟能够在单个接收器中使用且在各行之间仅仅只具有狭窄的空间。该狭窄空间的宽度仅仅只需要适合于热膨胀、电绝缘和组装约束即可，而不再包括如同常规收集器接收器所需要的那样沿着收集器电池的双边所延伸的宽电流母线。

结果，长条太阳能电池或者平板太阳能电池收集器接收器可以相对较宽些，直至几十厘米，并包括几个甚至更多行收集器电池，且具有非常高的电池与接收器表面面积覆盖的比率。这不仅通过改善面积的利用率来提高收集器接收器的有效效率，而且还通过显著减小诸如电互连和母线等元件的热吸收面积而不是能量转换面积的效果来减小影响接收器的热负载能力。这特别有利于在使用多面镜子或者宽的镜子将光反射到单个固定的接收器的应用。在这种应用中，焊接筏、焊接网格筏或者焊接舟的各个行都在沿着接收器长度的纵向方向上具有相当均应的照明，尽管各行的照明程度是不同的。在这些应用中，难以控制串联电阻并且不可能将行和电池之间的所浪费的空间最小，但如果使用常规收集器太阳能电池，则至少是在长条或平板收集器太阳能电池的可能范围之内。这不是太阳能电池接受模块是由焊接筏、焊接网格筏或者焊接舟所构成的情况。

本文所讨论的子模块的其它优点是：因为焊接筏、焊接网格筏或者焊接舟可以由长条电池或者平板电池所制成，所以接收器电压较大，从而可以消除与光伏系统有关的逆变器(用于将DA转换成AD)的电压上变换级。本发明的其它优点是各个焊接筏、焊接网格筏或者焊接舟可以与其它焊接筏、焊接网格筏或者焊接舟电并联工作，另外，一组焊接筏、焊接网格筏或者焊接舟可以串联连接并且若干组可以相互并联运行。这种并联连接的能力可以大大减小非均匀照明对接收器的输出的影响，正如收集器系统结构元件形成的阴影或者在线性集中系统端点上的光学损耗的实例所提出的那样。

应该意识到的是，由本文所讨论的基于焊接、无粘结剂的互连工艺所形成的焊接筏、网格焊接筏或者焊接舟明显的由于现有技术中的长条太阳能电池和平板太阳能电池的使用。特别是，将长条电池或者平板电池一个一个的放入光伏模块中，通过使用焊接筏、焊接网格筏或者焊接舟就能够避免在使用过程中以晶片方式所保持的类似的平板太阳能电池的单片实现所遭遇的性能下降，其中各个子模块组件包括10s至100s单独的长条太阳能电池或者单独的平板太阳能电池。

此外，当与使用粘结剂的焊接筏、焊接网格筏或者焊接舟组件相比，和/或与使用导电环氧或者类似导电粘结材料等需要用于这些应用的模板或涂布工艺所建立的电互连相比，焊接筏、焊接网格筏或者焊接舟具有排除非常规材料的其它优点。这些非常规材料可以具有未知的或者未经认可的长期稳定性和材料性能的可靠性，这些都是在太阳能模块应用中所关注的。例如，尽管导电环氧的性能在常规应用中有着十分熟悉的了解，但还没有在太阳能模块的安装典型条件下这种材料长期暴露的有效数据。从加速寿命时间测试中可以获得一些理解，但是还没有能够可靠确定诸如在实际现场应用中长期的潮湿、UV暴露和热循环的相互效用的短期测试。

从长条电池和平板电池的子模块制造工艺的成本、产量、可靠性和鲁棒性，以及所需要的相关制造基础条件的角度出发，更加重要的优点是焊接筏、焊接网格筏和焊接舟所呈现的消除在建立电互连和子模块组件结构的形成和固定的加工工艺中所使用的任何焊接材料的模压或者涂布方式的机遇。因为各种这类焊接筏、焊接网格筏或焊接舟都很小，使得采用机械夹具组装很便宜，该机械夹具允许元件放置具有相当的精确度。如此形成的物理结构的完整性，以及子模块组件所需要的电，都是由单一快速和廉价的焊接加工工艺来提供得。并随后配置焊接筏、焊接网格筏和焊接舟所需要的数量，以便于形成具有任何所需形状、面积和功率的光伏模块。

这里所讨论的焊接筏、焊接网格筏和焊接舟可以封装和安装在柔性材料上，例如，乙烯-四氟乙烯共聚物，以便于形成充分利用薄的长条太阳能电池柔性优点的柔性光伏模块。对于使用沿着平行于电池的轴向延伸的平板电池的焊接筏、焊接网格筏和焊接舟组件也能够具有有限的柔性。子组件可以封装和安装在柔性材料上，例如，乙烯-四氟乙烯共聚物，以便于通过利用用于构成基于平板电池模块的横梁或者引线的柔性的优点形成围绕一个轴向的有限柔性光伏模块。在相邻长条电池和平板电池之间的焊接互连是充分薄的，从而提供横梁所需要的挠曲。如果需要更大程度的挠曲，则为了更大的柔性焊接互连就要制得更薄而为了提供所需的导体截面就要制得更宽，从而不会在内部连接的材料中超出限定的最大电流密度。

另一种利用了那些用薄且柔性的太阳能电池和横梁或者基片来制造的焊接筏、焊接网格筏和焊接舟的柔软性的方法是将焊接筏、焊接网格筏或者焊接舟共形地安装在刚性的弯曲的支撑结构中。基于焊接的子模块组件的特殊优点是安装可以在建立焊接互连之前、之中或之后任一时间来进行。这就非常难以达到使用某种形式的机器人“搬动和放置机械”组装太阳能电池的目的。此外，焊接筏、焊接网格筏或者焊接舟可以在先前弯曲的结构上组装和加工，使得完成的子模块组件具有所需要的弯曲轮廓。另外，焊接筏、焊接网格筏或者焊接舟可以安装在平板支撑结构上，随后再弯曲成所需要的形状。长条电池焊接网格筏或者焊接筏呈现出显著的柔性。为封装的组件可以在长条长度的平行方向或者法线方向以10cm量级的半径来调节，但是很显然不能同时获得两个方向。在平板电池组件的情况下，没有曲率半径，并且只限制于围绕着平行于平板电池长度的轴向的方向。

适用的支撑结构的一个实例是在建筑应用中所使用的弯曲玻璃。另一实例是将焊接筏、焊接网格筏或者焊接舟安装在用于线性收集器的弯曲延伸的铝接收器。这样做的一个优点是在焊接筏、焊接网格筏或者焊接舟中的各个太阳能电池将沿着整体长条电池的整个长度接受近似法线入射的照明，甚至包括从线性收集器光学元件的边缘所反射或者衍射的阳光。在这种特殊的应用中，长条电池比平板电池更加适用。

本文所讨论的焊接筏、焊接网格筏和焊接舟的另一优点是由便于测量子模块组件的效率和构成长条太阳能电池或者平板太阳能电池的总体效率所提供的。大量的单个小的太阳能电池的效率测量是不便的、耗时的以及昂贵的。本发明允许在一次操作中来测量焊接筏、焊接网格筏或者焊接舟的整个焊接子模块组件的效率，从而有效的允许数十乃至数百个小的太阳能电池可以一起测量。这种方法减小了成本，从而有可能将焊接筏、焊接网格筏或者焊接舟一起纳入性能目录(包括失效目录)，并且将焊接筏、焊接网格筏或者焊接舟适当地用于具有不同性能特征的组装光伏模块。

焊接子模块组件的另一显著优点是焊接电互连，它不需要结构中的粘结，允许子模块重新组合的可能性。在子模块组件中的失效或者不佳的长条电池、平板电池、长条电池组、或者平板电池组可以简单地采用熔融焊料来替代，并且去除失效的单个器件或多个器件或者采用好的单个电池或多个电池来替代。重新组合或者修复的子模块组件的电互连是通过局部焊料回流操作来建立的。另外，可以放弃具有低于所选择等级性能的这些焊接筏、焊接网格筏或者焊接舟或其子段并重新进行测量。如果引起交叉性能的各个太阳能电池主要是在一部分焊接筏、焊接网格筏或者焊接舟中并且其中部分子段具有好的性能，而另一些子段因为性能不是十分好而可能被放弃。

焊接筏、焊接网格筏和焊接舟也可解决在制造太阳能电池过程中所出现的困难，在制造太阳能电池的过程中，在小的太阳能电池上进行一些步骤可能会不便或者困难。例如，当电池或者电池组仍嵌入在硅晶片中时，为了在一个表面上常见反射器，在长条太阳能电池或者电池组的一面进行金属化是十分困难的或者不可能的。另一实例是防反射涂层的应用，在某些环境中，在电极已经完成金属化之后，可以十分方便地进行能够防反射涂层。然而，这会引起防反射涂层覆盖金属化的风险，使得难以建立各个电池的电触点，如果所选择的焊料作为建立电连接的材料并形成焊接筏、焊接网格筏或者焊接舟的结构的物理约束材料，则诸如防反射涂层和反射涂层等后续层可以在焊接筏、焊接网格筏或者焊接舟组装的过程中或者在组装之后采用蒸发、化学蒸发沉积、喷涂沉积或者其它方式沉积在长条或平板子模块结构上。所有这些其它加工工艺都可以在不影响焊接的电内部连接的可靠性或者功能的条件下来完成。

相似的是，本文所讨论的基于焊接的加工工艺可以为太阳能电池的表面电纯化提供多种方便的解决方法。电纯化有时使用通过等离子体增强化学蒸发沉积(PECVD)所沉积的诸如氮化硅的材料或者通过沉积非晶硅层来进行的。这些涂层消除了为了获得好的表面纯化所需要的高温加工工艺。在有些情况下，很难或者不可能在正常的太阳能电池加工工艺的过程中进行这一步骤。例如，等离子体增强化学蒸发沉积(PECVD)所沉积的氮化硅不是共形的。因此，就很难在长条太阳能电池仍嵌入在硅晶片内的时候成功地涂敷在其表面上。然而，该工艺可以在焊接筏、焊接网格筏或者焊接舟组装的过程中或者在组装之后成功进行。

用于太阳能线性收集器的光伏器件可以包括由长条太阳能电池或者平板太阳能电池所构成的多个基于焊接的筏、网格筏或者舟，并且子模块组件以相互邻近的结构定位，使得电流轨迹和所流动的电流大致沿着接受器的横向发生。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于建立长条电极或者平板电极的方法，所述长条电极或者平板电极具有减小电流密度和使电阻低于所需阈值水平所需要的金属厚度。在长条太阳能电池的情况下，将包含一组长条太阳能电池的晶片加工处理程建立一层较薄的金属化层或者薄膜，作为形成长条电极的基层。该加工工艺可以在Varian或者类似的设备中进行，金属薄膜可以是镍、铜、银或者一些其它适用的金属，或者诸如在铝基层上的铜或者在铝上的镍以及在镍上的铜，或者在镍上的锡等异金属层的一些选择。蒸发是相当昂贵和浪费的加工工艺，使得大面积的真空腔室也被电极材料涂敷，尽管剩余的材料可以循环使用。通过减小蒸发薄膜的厚度来限制蒸发金属的体积以及成本和伴随着的蒸发工艺。在长条电极上的蒸发金属的薄层可以随后进行电镀，以便于提供所需的低电阻和低电流密度的电极。有几种方法可以获得这样的电极，包括现在所常用的电解或者非电解的电镀方法。在某些方式平板电池的情况下，例如，在一个电池表面上具有两个电极的平板电极，常规的丝网印刷技术可以用于形成这种电极。

更加方便、可靠和廉价的方法是采用焊料来电镀薄的制备基于蒸发金属的电极。在晶片结构中的长条或者平板上的金属表面采用焊剂来涂敷并且将晶片投入到熔融的焊料缸中以及从中取出。粘结在电极金属基层上并形成合金的多余焊料采用热风割刀去除。焊料以金属焊料合金的形成方式仅仅只粘结和涂敷着相关电极的金属化区域。当晶片从焊料缸中取出时，通过热风割刀去除多余的焊料，包括在相邻电池电极之间形成桥的任何焊料。

采用这种电镀电池电极的方法，很重要的是限制焊料与蒸发金属薄膜在液相线上的接触时间，以便于减小在电极上的金属薄膜的厚度，金属薄膜会在电镀工艺中溶解于形成电镀电极的液相焊料。形成电极基层所需要的蒸发金属材料的厚度是焊料金属合金的类型、在蒸发电极基层表面上所使用的金属类型、焊料的温度、熔融类型、在焊料缸上的晶片周围的气体类型，以及在液相线上焊料与蒸发金属薄膜接触的时间的函数。

例如，电极基层所需金属的典型厚度，对于银大约是1微米，对于铜大约是3百至4百纳米，对于镍大约是1百至2百纳米。如果采用不同的金属来形成多层基层的话，这些图形可以充分变化，例如，在锡或者铜之下使用镍屏蔽层，或者在铝基层之上使用锡或铜。在一些环境下，根据最终电极表面金属的选择，快速涂敷几十纳米的金可以十分有利。

用于电镀电池电极的焊料缸典型的是，用于锡/铅焊料的大约为265℃，而用于无铅焊料的则高代925℃或者更高，而热风割刀的温度大约是正在使用的焊料的熔点温度。热风割刀温度和风量回流率可以进行调整，以便于控制焊料电镀电极的厚度。如果需要较厚的电极，则降低和减小割刀温度和/或风量回流率。相反的话，如果需要较薄的电极，则提高和增加热风割刀的温度、接触角度以及风回流率。使用诸如氮气的惰性气体可以有助于电镀层性能的更精确控制。流量的选择是由金属的选择、金属表面的条件以及焊料类型所确定的。该工艺业非常用于无铅应用。尽管对于业内熟练技术人员来说，很显然，电极材料的无铅焊料应用将需要改变大多数工艺参数，包括温度、流量类型和时间。在一些应用中，在热风割刀中使用氮气可以是十分有利的。

通过将上述工艺应用于平板太阳能电池的特殊需要可以构成整个模拟流程。

在国际专利申请PCT/AU2005/001193中提供了一种用于晶片制成的长条电池的原始处理和分离的详细流程以及一种将分离后的长条晶片组装在筏、网格筏和舟中的方法。本文就重复不再这些用于在所需位置上建立长条电池阵列的方法，然而，根据本发明还有一个方面，提供了几种保留已经从晶片框架中取出的长条太阳能电池的方法，并且提出了筏、网格筏或舟采用物理形式上未键合阵列形式、或者平板阵列结构或者排列。所提出的长条阵列在正确的电方向上和正确的物理平板空间排列的条件中具有所需要数量的长条电池。平板排列嵌入在完成后的焊接筏、焊接网格筏或者焊接舟阵列中的长条太阳能电池所需要的相关位置和取向上。

此外，详细讨论在建立分离的平板太阳能电池阵列之前的真空分离和标记排列，这是十分理想地用于诸如平板舟的全覆盖阵列，或者在电池之间的间隔是电池宽度或者在所形成晶片中的间隔的一些整体倍数的间隔阵列。除了这一严格限制的比率空间之外，已经将加工工艺设计成能在具有任何所需间距的阵列空间中制成本太阳能电池。在这一工艺中，由槽式多层盒涂布平板太阳能电池，它类似于在筏、网格筏和舟构成的平板阵列形式中的用于涂布多层长条电池的工艺。多层盒的槽式壁形成了采用国际专利申请PCT/AU2005/001193中所讨论的长条电池筏组件技术间隔的阵列。仅仅用于平板电层次组件所需的功能变化是在多层盒中槽的基底上保持结构需要柔性，以便于补偿平板电池与长条电池相比较所减小的柔性。

另外一种选择，但并不一定是优选的，去多层例程可以用于从多层盒的各个槽形成单层，从而在单个例程中，从盒的基层中产生等于该盒槽数量的平板的平面阵列。在本发明的该形式中，去多层涉及将底层与真空头或者粘结表面相啮合，将平板纵向移动到槽中，其距离稍稍大于在盒的基层上所保留唇缘，从而平板的开放一端。这端向下移动，用于清除保留的唇缘，随后将平板向后纵向移动到开放端面使得仍在水平槽中的平板端面放松。水平槽尺寸使得在平板端面的平板轮廓在具有最大尺寸容差的平板的槽中具有清洁功能，并且在两个最小尺寸平板的槽中不具有充分的空间，这就保证了一个，仅仅只有一个平板可以通过去层结构来去除。

在所有的其它方面，平板电池组件的形成和呈现方法、平板或者近似平板组件的接受和处理，以及后续电连接方法和用于长条电池和平板电池的工艺基本上都能相互交换，仅仅只需要诸如夹具和真空头等小部分改动，以便于容纳在平板和长条尺寸中的物理差异。

制造单独的焊接筏、焊接网格筏和焊接舟的能力简化了长条太阳能电池的处理和组装以及PV模块的结构。这些方法的采用，主要涉及对诸如夹具、夹子或者真空头等仅仅一维的改变，在处理和组装平板太阳能电池时提供了系统程度的简化。长条电池筏、网格筏或舟平面阵列、和平板电池筏、网格筏活或舟平阵列排列的组装都可以采用小的、廉价的器件来实现，这不需要诸如先前应用于长条太阳能电池模块组件所必需器件的大规模精度和自动化，并且没有对大规模上的平板电池有更宽泛的企图。

此外，组装太阳能模块所需的任务，例如，排列和封装筏、网格筏或舟，与子模块是否是由平板太阳能电池或长条太阳能电池所构成无关，并可以采用经过良好改进的常规PV组装设备来进行。其它非常吸引人的性能是长条太阳能电池子模块组件和平板太阳能电池子模块组件，例如，焊接筏、焊接网格筏和焊接舟，都可以使用常规的材料来制成，从而在模块的长期可靠性方面提供了非常多的信心。

附图的简要说明

以下将籍助于参考附图的实例来讨论本发明的较佳实施例。附图包括：

图1是根据本发明实施例的太阳能电池“焊接筏”子模块的示意图；

图2是图1所示的焊接筏的局部示意图，它显示了一种焊接电互连的形式；

图3是类似于图2所示的示意图，它显示了一种用于“焊接舟”的焊接电互连的形式；

图4是类似于图2和图3所示的示意图，它显示了另一种在焊接筏或者焊接舟中的焊接电互连的形式，在该形式中，在横梁或基片上基于焊接的导电路径将长条电池的两边连接在一起；

图5是根据本发明的太阳能电池焊接筏或者焊接舟的端面视图，显示了在基片上的长条太阳能电池的安装、固定和电连接；

图6显示了根据本发明在太阳能收集器系统中所使用的采用焊接舟形式的太阳能电池焊接子模块的另一实施例；

图7是在焊接工艺中用于物理保持成套电池的平面排列和用于焊接筏的横梁的机械夹头和组装夹具的平面视图；

图8是焊接筏的照片，显示了在横梁上的焊接电连接，焊料和横梁将长条电池固定在恰当的位置上，以便于形成焊接筏子组件结构；

图9显示了焊接互连焊盘的详细照片，包括焊料的分布的焊接焊盘的轮廓和剖面是附图详细描述中进一步讨论的重要性能；

图10显示了长条边缘、长条电极以及焊接筏的焊料接合的细节；

图11显示了焊料结合的详细剖面图，包括焊料、长条电极、长条以及焊接筏结合的横梁；

图12显示了整个焊接内部连接以及筏横梁的剖面，该剖面图示说明了焊料在焊接内部连接中的焊料分布并且指明了在控制焊料分布结合中的金属化焊盘拓扑的重要性；

图13是使用焊接筏和焊接外延连接所构成的功能小型模块的照片，该小型模块验证了在硅上的长条、焊接电互连和基于焊接的物理组装约束的技术，这一可工作的小型模块仅仅只包含常规太阳能模块材料；

图14显示了在焊接舟组件上的焊接长条互连；

图15显示了在焊接舟组件上的焊接长条互连的细节；

图16显示了多层盒，它具有真空长条阵列抽取头以及横梁机械支撑、定位和接受平台，用于形成长条太阳能电池筏组件；

图17显示了多层盒的细节，同时详细显示了真空长条阵列抽取头以及横梁机械支撑、定位和接受平台的细节，使得所形成的长条太阳能电池筏组件处于适当的位置；和，

图18是保留在晶片框架中的一组长条太阳能电池的投影示意图，为了显示长条的一半已经去除了它的四分之一。

具体实施方式

以下所讨论的工艺涉及使用长条太阳能电池来形成两个产品，用于合并在一个静止收集器太阳能电源模块中的长条太阳能电池筏；以及用于在收集器接受中应用的长条太阳能电池焊接筏。在这两个产品形成过程中所讨论的工艺同样可以应用于平板太阳能电池焊接筏和平板太阳能电池焊接舟的形成，只需要对所使用的设备作简单的尺寸变化即可。在平板太阳能电池和长条太阳能电池的分离、处理和组装方法、工艺和产品之间的内部互换的相同规定也用于筏、网格筏和舟。

国际专利申请PCT/AU2005/001193讨论了用于细长基片的形成组件或者子模块的工艺。这类子模块便于细长基片的处理已经将它们组装在较大的模块中。特别是，这类子模块可以大致等于标准的基于晶片的太阳能电池的尺寸来提供，以便于上述工艺，并且在某些情况下也允许使用标准工艺和处理设备。已经发现组件或者子模块的三种形式特别有利。在一种形式中，为了方便称之为“筏”的子模块，将平行于细长太阳能电池的阵列支撑在垂直于细长太阳能电池的横梁上。在第二种形式中，称之为“网格筏”的子模块，将平行细长太阳能电池的阵列通过设置在阵列平面上的连接器进行互连。在第三种形式中，称之为：舟“子模块，将多个平行细长太阳能电池支撑在沿着细长电池阵列之下延伸的平面基片上。

参考图1，细长太阳能电池101，既可以是平板太阳能电池也可以是长条太阳能电池，和横梁102一起组装形成子模块组件，本文称之为“焊接筏”100。在太阳能电池101之间的空间可以在从零到各个电池的几倍宽度的范围之内。横梁102较佳的是薄的，并且可以由任何一种电绝缘材料或者采用电绝缘材料涂敷的材料制成，并且它能够很容易地采用能够焊接的金属化导电路径或焊盘进行涂敷，正如以下所讨论的。例如，薄的硅长条，30至100微米厚、1至3毫米宽和2至20厘米长用于横梁。

用于在横梁上形成轨迹或焊盘的金属可以是银、镍、锡、铜、或其它用于能够焊接的金属，或者这类金属的复合层或者金属的其它组合使得表面上的金属实能够焊接的。例如，铬或镍的屏蔽层可以用于横梁或者基层的金属，并在上面沉积诸如铜、锡或银等容易焊接的金属。金属或者金属层可以直接通过真空蒸发沉积应用于横梁，或者可以由采用能够承受焊接温度的粘结剂在所需位置上键合在横梁表面上的小的、用于成形小片的薄片或薄垫片来制成。电池101通过焊接机械粘结着横梁102，且焊接形成在相邻长条或者平板电极之间或者在某些形式的焊接舟的情况下在电极或者部分电极之间的电内部连接。

或者，横梁102是由薄的材料制成，且该材料是不导电的材料或者采用适当的绝缘材料屏蔽涂敷的导电材料，横梁可以采用能够焊接的复合材料例如，金属填充的环氧、金属填充的墨水、金属填充的聚合体或者金属填充的涂料，进行选择性地涂敷，以便于形成金属化导电路径或者焊盘。

在聚合体范围内适用的材料包括Dow Corning PM 000能够焊接的聚合体厚膜，它产生能够“有效的”进行丝网印刷和涂布的材料并具有杰出导电性和导热性。焊盘或电内部连接轨迹可以直接焊接而没有其它表面特性或者金属化。在涂料范围内的其它材料包括E-KOTE3030，这是一种能够焊接的气干型改良丙烯酸银涂料。另外，能够进行焊盘印刷、丝网印刷或网格涂布的涂料可以直接焊接，而不需要其它表面制备或者金属化。在导电环氧范围内的材料包括TRA-DUCT 2902，这是一种导电性、填充银的环氧粘结剂，它提供具有能够焊接表面的导电体。对于业内熟练的技术人员来说，众所周知，可以有大量的适用材料来替代上述实例，并能够提供满意的效果。另外，常规能够焊接的材料，广泛地应用于PV工业，用于在常规电池上形成能够焊接的表面触点，例如，Ferro-Corp 3347 ND银导电膏，可以用于丝网印刷和烧结，以便于形成能够焊接的表面。另外，对于这种产品也可以有许多其它选择，这些都是使用有效并被业内熟练技术人员所熟悉的。

用于焊盘或轨迹形成的这些类型的材料的优点是焊盘位置和尺寸精度的条件明显下降，因为焊盘可以在银的内部凸出，它几乎是银的一半且不会在焊接过程中引起电极的桥接。另一优点是昂贵材料使用的最小化，因为轨迹或焊盘的唯一目的是提供能够焊接的表面。焊盘或轨迹本身不需要传导任何可感觉到的电流，因为焊接互连的剖面可以传导大量电流。

例如，厚度为30至100微米、宽度为1至3毫米以及长度为2至20厘米的薄的硅长条用于横梁。用于在横梁上形成轨迹或者焊盘的材料。例如，金属填充的聚合体、涂料、环氧或者浆料，诸如掩膜喷雾、丝网印刷、焊盘印刷或者模压之类工艺中可以使用的，用于材料选择以便于处理的表面是能够焊接的。例如，诸如EKOTE3030的银填充的涂料是焊盘印刷成交叉条的基片并且在焊接工艺的制备中进行气干。电池101是通过焊接机械粘结在横梁102，这也形成了电内部连接。

参考图2，在太阳能电池101之间的串联或者并联电连接可以通过在相邻长条或者平板电极之间形成焊接桥而有效。例如，通过采用焊接桥204来连接在相邻电池的n触点202和p触点203来形成串联连接。通过使用金属间断的图形或者将能够焊接的材料201涂敷在横梁上形成能够焊接的表面就能够形成焊接桥201，从而用于在适当的位置上保留熔融的焊料以便于通过块状焊料与长条或平板电极进行合金来形成电连接。该焊料，也与能够焊接的表面形成合金，从而具有固定焊接子模块组件的物理限制以及提供所需电内部连接的双重功能。在具体相同物理和电功能的现有或者其它焊接连接的电路中包括诸如旁路二极管或者逻辑器件的电子器件。

在另一种备选的实施例中，正如图3所示，太阳能电池101可以在连续或者半连续的基片301上组装，以便于形成本文所称的“焊接舟”的子模块300。在太阳能电池之间的空间可以在从零到各个电池宽度几倍的范围内。基片301较佳的是非导电材料(或者是采用绝缘材料涂敷的)，并且可以很容易地采用金属化轨迹201，或者能够焊接的涂料、环氧、聚合体或者浆料201进行涂敷。另外，可以使用顺从材料，它在热循环过程中不会对焊接舟产生过分的热膨胀失配的应力。

在上述任一实施例中，诸如长条太阳能电池或者太阳能电池之类多个小的太阳能电池都可以用于形成光伏焊接筏、焊接网格筏或者焊接舟，其中焊接筏、焊接网格筏和焊接舟都具有与常规太阳能电池相似的尺寸并且可以直接取代常规太阳能电池。具有子模块组件的太阳能电池可以采用串联或者并联或者串联和并联混合的方式相互连接，以便于传递所需的焊接筏、焊接网格筏或者焊接舟的电压。如果焊接筏、焊接网格筏或者焊接舟的电压足够大的话，可以焊接筏、焊接网格筏或者焊接舟可以采用并联方式来连接，则由这些焊接筏、焊接网格筏或者焊接舟器件所构成的模块的输出效率，由于其中一个或者多个具有较低的电流(例如，由屏蔽阴影引起的或者子模块失配)，而低于常规光伏模块。

用于在横梁或者基片上的导电路径的另一用途是将一个长条或者平板的边缘电极根据需要分别电连接具有相同或者不同极性的其它边缘电极。例如，长条电池一个边缘上的n触点可以连接着在相同电池另一边缘上的n触点。长条电池一个边缘上的p触点可以连接着在相同电池另一边缘上的p触点。在长条上的n和p触点将保持者相互之间的电绝缘，以避免对电池的短路。在这种结构中，需要金属化轨迹或者可焊材料来提供足够的本征导电性，从而采用在电极和轨迹各个端点之间的焊料来形成与轨迹的电连接以及将长条粘结着基片的物理功能。这也用于采用这种结构的平板太阳能电池。

另一种选择，在金属化或者能够焊接的轨迹或焊盘都在组装筏或舟之前采用焊料进行涂锡的情况下，可以采用两步焊接加工工艺。这就通过焊料的存在来确保适当的导电性，因为在一步焊接工艺中，当太阳能电池已经放置在焊盘或者轨迹上，这些焊料不能涂敷在长条或者平板太阳能电池下的整个焊盘或者轨迹区域。

用于将相同狭窄太阳能电池的两个边缘连接在一起的一个原因是减小电阻的损耗。对于集中阳光下所使用的宽长条电池或者长条电池来说，这是特别重要的，对于在类似环境下所使用的平板太阳能电池来说，这就更加重要的。电阻损耗正比于电极之间的太阳能电池宽度的平方。如果n和p触点在两个太阳能电池边缘上，则电池的有效宽度(从电阻的目的出发)为二分之一并且电阻损耗为四分之一。于是，对于在一边上只有n触点和在另一边上只有p触点的电池而言，则太阳能电池的有效宽度为两倍并且还只具有相同的电阻损耗。

图4显示了一种结构，在该结构中，焊接筏的横梁407用于将细长的太阳能电池的相同极性的两边电连接在一起。类似功能可以通过使用焊接舟基片而不是横梁来获得。在这种情况下，使用在横梁407上的轨迹405电连接只在长条电池101各个边缘上的n扩散403上的n触点。这用于在n型扩散发射极(它覆盖了各个长条电池的宽面和两面平板太阳能电池)中的电阻呈现出太阳能电池的总电阻的电池。如果在基片中的电阻也是重要的考虑的话，则n和p触点可以存在于太阳能电池的各个边缘并且可以采用这种方式单独电连接。

在相邻电池101之间的串联连接是由一个电池p扩散404上的p触点通过轨迹金属化406连接相邻电池上的n触点来建立的。

诸如长条太阳能电池的一些太阳能电池和平板太阳能电池的许多形式都在太阳能电池的边缘具有金属化。在焊接筏、焊接网格筏或者焊接舟组装(和其它目的)的过程中，有时便于焊接电池在直接相邻边缘的太阳能电池面上说环绕的金属化。如何对长条电池来实现的细节，例如，在国际专利申请PCT/AU2005/001193提供。

参考图5，在电池面501上具有部分金属化的太阳能电池101允许太阳能电池直接焊接或者电连接在横梁或者基片503上的导电路径。存在于能够焊接表面上的导电路径可以预先采用丝网印刷、蒸发、焊盘印刷、模压、涂布、喷雾掩膜喷涂或者类似的技术涂敷在横梁或者基片上。在太阳能电池之间的连接502和横梁或者基片提供电连接、热连接，并且通过焊料连接着成角度的蒸发电极，将长条电池或者平板电池粘结在基片或者横梁上。

如果在安装在横梁和基片上时太阳能电池是相互分开的话，则部分阳光就会照射到横梁或基片。横梁或基片可以毛糙些或者粗糙些，如果横梁或基片是硅则工艺就很容易进行，并且可以采用反射材料来涂敷，只要电连接不要短路即可，使得大部分这些阳光反射或分散，从而采用这种方法可以将大部分阳光俘获在光伏模块中并且具有交叉太阳能电池的高概率。特别是，如果横梁是远离长条电池或者平板电池的阳光照射面的话，就会减小横梁的有效阴影。

太阳能电池相互分开间隔是十分有利的。延伸轨迹所需要的导电性通过增加根据材料的电阻性所确定的焊接内部连接的剖面面积很容易实现。例如，这将减小每平方米所需要的太阳能电池的数量。在太阳能电池前面放置反射器，则在间隙之间通过的许多光线将被反射和预太阳能电池交叉。照射太阳能电池表面的光线将被反射，具有足够高角度的反射是总的模块表面的内部反射，并且所反射的光线在后续反射中具有高的概率照射到电池。在太阳跟踪收集器的情况下，与非跟踪光伏系统相比，入射光的角度范围要明显小得多。这就允许将所使用的反射器设计成具有比非跟踪光伏系统的情况高得多的性能(从光学的基本定律出发)。

太阳能电池相互分开间隔是十分有利的，以便于充分地保证光线更加均匀地照射双面太阳能电池的各个表面。例如，在收集器系统中，在双面长条太阳能电池或者平板太阳能电池的发射极中的电串联电阻是大的损耗机理。如果将一半光线控制到远离阳光的表面上，则串联电阻的损耗将是一半。

在需要太阳能电池是热凹陷的光伏模块中，太阳能电池可以是热连接的，以及将用于创建太阳能电池之间电连接所使用的焊接材料电连接着横梁或者基片。接着，将横梁或者层叠可以粘结着适当的散热件。这一工艺不需要为了获得在太阳能电池和散热件之间的良好热连接而没有电连接的薄的电绝缘层的分别涂敷。采用与电内部连接焊盘或者轨迹相同方式，且在电连接焊接工艺中同时焊接，所形成的电绝缘的焊接点或者焊盘可以用于直接提供在长条电池与基片之间或者在平板电池和基片之间的热连接，而不需要与电路的完整性进行妥协。

硅是具有高的导热性的材料。即使被集中的阳光照射时。太阳能电池的整个表面都不需要直接连接着散热件。热可以在硅太阳能电池内横向传递到形成散热件的区域。在焊接筏和焊接舟的情况下，散热件可以采用焊接的电互连来实现，并根据需要散布绝缘的电极与基片的焊接热连接。在太阳能电池是边缘于边缘连接的情况下，不是每一个太阳能电池都需要连接着散热件的，并且散热件的连接也不需要采用焊接舟形式沿着长条电池或者平板电池的整个长度。热可从一个太阳能电池通过电连接传递到另一个粘结着散热件的太阳能电池。

另一种选择是，热可以从太阳能电池的照射区域传递到可以形成散热件的太阳能电池的非照射区域。参考图6，一行太阳能电池101机械键合着基片601，该基片具有类似于硅的匹配热膨胀系数。诸如长条太阳能电池的一些长条电池的双面特性和平板太阳能电池的双面形式所产生的优点是允许对太阳能电池的两个表面进行照射。太阳能电池与相邻太阳能电池形成电传导。在右角沿着电池的长度产生的热传导和在太阳能电池的两端产生电传导。热传入基片601并因此传入到散热件603(这可以是固体或液体604)。太阳能电池的最佳长度部分是由太阳能电池在远离散热件一端的太阳能电池的温度、散热件本身的温度以及电池的长度所确定的。

根据WO 02/45143所讨论的技术来，将一组长条电池形成在晶片中。从晶片中提取长条电池、后续处理和缓冲存储、组装流程以及用于形成具有正确的取向和在相邻长条之间具有适当空间的方法的细节由国际专利申请PCT/AU2005/001193提供。

在上述文件中提供的一种形成长条电池阵列的方法，同样可用于平板太阳能电池，它涉及使用真空结合工具从晶片阵列中提取和基片长条电池阵列，或者从缓冲存储盒中预先提取的长条电池阵列，并且将阵列移至子模块组件的下一阶段，例如，在横梁上放置阵列，以便于形成焊接筏100的物理排列，例如，图1所示。这类工具如图16所示。筏的横梁102是采用使用涂布、模压印刷、真空蒸发、丝网印刷、掩膜喷雾、标贴或者其它众所周知的将所需要的金属量、金属化表面或者可焊材料传递到所需要的位置的方法将能够焊接的聚合体、环氧、浆料或墨水所制备的金属焊盘210、金属化焊盘或者轨迹201预先制备的。诸如图1和图17所示的宽松形成的子模块阵列100随后被机械夹住，正如图7所示，以便于在后续焊接工艺中保持着在长条阵列和横梁中的相对位置和取向。

参考图7，筏组件100被传递到焊接筏夹具700中。焊接筏夹具700包括平面夹具基座703，在该基座中，已经形成了一系列相互平行间隔的延伸的凹进或凹槽701。夹具700也包括由支撑臂705的一端所支撑着的两个固定粱702。各个支撑臂705的另一端粘结着铰链或者枢轴704，它允许固定粱702就位旋转。正如以下所讨论的那样。有利的是，太阳能电池阵列100被传递到焊接筏夹具700，在夹具上已经在定位的凹槽701中预先放置了横梁102且横梁的上表面稍微高于夹具表面。电池阵列100放置在横梁102的上表面且基本相垂直，籍助于支撑臂705和铰链704将固定粱702旋转到位，使得固定粱702相互啮合着阵列100中的各个细长太阳能电池的间隔部分，以便于固定阵列100和横梁102，并从而保持着它们的相对取向和位置。支撑臂705较佳的是凹进或弯曲的，使得臂705适合于在夹具基座703中槽或构，从而在焊接工艺中沿着采用选择的波峰焊接喷泉所形成的生产线上臂705没有任何部分会突出于夹住的太阳能电池100的平面。

图7所示的机械夹具仅仅只是在焊接工艺的准备或者过程中用于未完成的焊接筏长条阵列100和横梁102物理固定在适当相对位置上的若干种可能的装置中的一种。另一种选择包括真空夹具组件，在该真空夹具组件中，太阳能电池阵列100采用上述用于接受横梁的凹槽保持在平面或者近似平面上的位置上，并且在表面和在凹槽中还包括真空通孔，其中真空保持孔与长条电池或者平板电池和横梁的位置相一致。另一种选择是，省去凹槽，因为横梁仅仅只有30至50微米厚，所以可以采用大部分是平面表面、但在横梁交叉的表面上稍微弯曲些的真空方式来保持着细长电池。真空保持组件平板的优点是在焊接工艺的准备过程中整个太阳能电池筏表面在筏表面上是不会有阻碍的。

在还有一种选择中，在焊接工艺的准备和过程中，拆下的(即，拆焊)太阳能电池组件和横梁保留在粘性的表面上。该粘性表面较佳的是可重复使用的，并且可以提供诸如硅树脂、聚合体或者乳香材料并具有耐用和能够清洁表面的永久或半永久的涂层。另一种选择，粘性表面可以是一次性使用的。这可以是通过将UV降解的粘结剂或者溶解去除的粘结剂涂敷在组装夹具的选择部分来提供，以便于在焊接工艺的准备和过程中保持着太阳能电池组件和横梁。另一种选择是，在焊接工艺的准备和过程中，采用双面粘性类型或者类似材料来保持拆下的太阳能电池组件和横梁。

另外一种选择是，拆下的太阳能电池组件和横梁可以采用Kapton粘性条带或者类似的耐热粘性材料保留在组件的夹具上。Kapton条带是耐热的，并且在焊接温度下可以防止带收缩和变形，这类收缩和变形可能会改变相邻太阳能电池、整个太阳能电池阵列和/或横梁的相对位置。此外，在Kapton条带上的粘结材料不会在筏焊接工艺中被损坏或者降解或者它的性能由于暴露焊接温度而受到不利影响。当使用Kapton条带时，拆下的太阳能电池组件和横梁被带上已经形成或者空白的印刷电路板上。印刷电路板材料设计成能够承受焊接温度，以及可以多次重复使用，并且与形成夹具或基座的金属相比较还具低的类别热，从而允许太阳能电池和交叉条材料迅速上升至焊接温度并随后又迅速下降至低于焊接温度，以便于减小焊料和太阳能电池电极材料温度在高于焊料液相线的时间长度。

波峰焊接工艺用于避免涂布或模压或印刷操作，否则将用于在金属化或能够焊接焊盘或者互连上沉积焊料或熔融浆料，以便于在后续回流中形成用于子模块焊接筏、焊接网格筏或者焊接舟的电互连和物理稳定性。已经发现所选择的波峰焊接可以提供在焊接筏、焊接网格筏和焊接舟中没有粘结剂的条件下建立电互连和具有物理稳定性的良好结果。

所选择的波峰焊接工艺使用EBSO SPA 250或EBSO SPA 400选择波峰焊接系统或者类似选择波峰焊接机器来进行。具有可编程跟踪横向性能的这些机器包括用于无铅以及常规焊料的钛焊料池单元，并在焊料喷泉周围提供惰性氮气氛围。有效的焊料喷嘴可以选择熔融焊料喷泉的宽度、高度流量率以及塌陷轮廓，以便于确保良好的焊接接合。应该注意的是，并不一定要使用上述所选择的波峰焊接机器。对于业内熟练的技术人员来说，许多实现选择波峰焊接工艺的都是显而易见的，从基本手动的工艺到全自动的生产线工艺。

焊接长条太阳能电池筏、网格筏和舟以及平板太阳能电池筏、网格筏和舟的工艺都在主流电子和电路板焊接技术之外，并且提出了一些独特和显著的挑战。特别是，非常薄的蒸发或者电镀的电极，对于沿着在电池与电池之间的电极传递电池电流失足够厚的，会在确保电极互连焊盘或轨迹的良好可湿性的所需温度上溶解于焊料，有时只要小于一秒的时间。这意味着在接合中的焊料在液相线上的时间间隔需要保持尽可能的短，较佳的是短于一秒，更加有利的是在0.3至0.5秒的范围之内。这排除了常规的回流工艺，除非长条电池电极要电镀足够厚以便于消除在接合处于液相线以上的时间周期内与电极容溶解有关的问题。这会使得电极材料和沉积工艺成本上升到难以接受的高的程度。

在长条太阳能电池的情况下，因为长条电池和横梁都是非常薄的，通常是在50μm至100μm的量级，长条电池筏、网格筏或者舟的热量是非常小的。此外，硅是优良的热导体，使得远离浸渍在熔融焊料喷泉区域，甚至于有几十毫米，的横梁的温度仍处于焊料液相线温度。在焊接工艺中的焊接接合点电互连的实际温度分布作为时间函数取决于熔融焊料的温度，子模块通过焊料喷泉的横向速度、在喷泉中的熔融焊料的宽度和深度以及流量、长条电池与横梁之间阿热量和导热性，以及在波峰焊接工艺中夹住所安装的筏、网格筏或者舟子模块的基座的散热件性能。

在平板太阳能电池的情况下，条件稍微不同，因为平板太阳能电池基本上较厚，但是横梁仍旧非常之薄且在50μm至100μm的量级之内。在这种情况下，平板太阳能电池筏、网格筏或者舟的热量仍旧非常小，但是不同于长条太阳能电池。然而，在平板太阳能电池有效地分离成非常宽但较短的连续的情况下的热量是增加的。由于硅是优良的导热体，所以从焊料喷泉引入到浸渍熔融焊料中的平板电池的热量沿着远离接合的电池传导。在这种情况下，沿着远离接合点的平板电池的温度分布仍是时间和距离的函数，但是时间函数比长条电池要强。这些考虑仍在减小平板电池在焊料液相线上的温度的时间方面起着非常重要的作用，且不论它们是否具有更大的热量。

对于开发焊接工艺来说，很重要的是理解在局部焊接点之后的物理条件以及在长条电池筏、网格筏或者舟子模块和平板电池筏、网格筏或舟的筏范围热量分布作为筏、网格筏或舟通过焊料喷泉的时间函数。采用常规的印刷电路板和电子焊接，焊盘和元件一般是热绝缘的，它具有通过较差导体的玻璃丝纤维板主要提供的导热性。此外，与一般是相当厚的铜或者较薄的铜的溶解焊盘有关的问题一般都不是问题，至少这里的“厚”理解为相对于在平板电池或者长条电池上的金属化电极的厚度。正是由于这些或者其它原因，长条电池筏、网格筏或者舟子模块和平板电池筏、网格筏或舟所选择的波峰焊接的常规方法都是不适用的。

为了建立对具有非常小的热量和高德导热性的筏之类器件建立以时间为函数的正确的工作部件温度分布，就需要在常规的焊接参数之外增加工艺传递速度。例如，对于类似于EBSO范围之内的选择波峰焊接机器来说，筏、网格筏或者舟子模块的选择波峰焊接的机器启动参数的有效设置批量设置成常规板所需要的大约20％，红外预热周期为常规元件所需的大约30％至50％。，以及传递的速度比常规的选择波峰焊接应用的速度快大约6倍，焊料池的温度为265℃，并且选择波峰焊接工艺在氮气氛围中进行。

特别是，下列选择波峰焊接工艺的参数是较佳的：

(i)IR预热10至40秒(且更佳的是20秒)；

(ii)传递的速度是250至400mm/sec(更佳的是340至360mm/sec)；

(iii)焊料温度250至280C(对于2％Ag Sn/Pb共溶性焊料)(更佳的是265C)；

(iv)通过3.0mm直径喷嘴的喷泉的高度是3.2mm；

(v)工作部件浸渍在无支撑喷泉表面之下1.4mm；以及，

(vi)沉积的流量不是有EBSO选择波峰焊接机器所量化的，而是由操作者设置在最小可靠一致传递的容量附近。

在焊接筏的情况下，横梁的端点是浸渍在焊料喷泉中大约持续0.4至0.6秒从而通过热传递工艺在焊料喷泉的实际到达以及在焊盘和互连上的焊料在通过焊接波峰的元件传递之前开始加热分布。这是有效预热时间以及作为时间函数的焊接位置的相关温度分布，是沿着横梁的热传导所产生的，并且在焊接波峰之前通过的冷却分布所镜像的在焊接波峰之前通过是可以由焊接温度。焊接流量、焊料喷泉的有效体积、接触筏太阳能电池部件的喷泉的面积、传递的速度、筏、网格筏或者舟接触加决的面积、触点的热传导性能以及夹具的散热件性能所控制的。

业内熟练的技术人员都会意识到，上述参数的可能组合提供了所适用制造工艺的选择范围，具有足够大的工艺窗口可以选择。

另一种选择是，焊接工艺可以使用常规波峰焊接来进行，与速度、温度和在液相线上的时间有关的上述要求合并在常规的焊接波峰环境中。在这种情况下，整个筏组件通过基本水平的焊接波峰，使得电极的整个长度和狭窄的电池都在焊料中浸渍一段时间。筏、网格筏或者舟较佳地取向，使得长条或平板太阳能电池对准通过的方向，以便于减小在焊接波峰中的紊乱并防止需要暴露在焊接波峰的元件位置的“阴影”。这种方法的优点是太阳能电池的电极可以在相同的操作中“进行电镀”，用于建立电连接和提供子模块的物理保持和结构。缺点包括增加了操作的复杂性，难以控制子模块的温度分布，以及难以控制沉积在太阳能电池电极上的焊料量。同样，主要是温度控制的问题，消除由焊接子模块的焊接表面所形成的“拖尾”和小的微滴可以是一个问题。业内熟练的技术人员都知道，有一些方法可以减小这些难点的影响。

图8显示了使用长条太阳能电池构成情况下的焊接筏子模块800的详细剖面。长条801通过焊接焊盘803选择波峰焊接横梁802。长条在没有任何粘结剂的条件下仅仅只通过连接着长条电极805的焊接连接804来保持在横梁。用于建立电连接以及保持物理子模块结构的焊接使用是非常重要的合可以变化的性能。这一性能消除了一些昂贵和耗时的精确工艺步骤的需要，例如，具有较高对准和精度要求的模压或者涂布，以及消除了将非常规材料包含在子模块和焊接模块结构中。

所消除的精确步骤包括在金属化焊盘之间的横梁上的精确位置上模压或印刷精确量的粘结剂。为了消除粘结剂的挤压、泄漏或者在长条和横梁之间的灯芯材料和对电连接的干扰的可能性，位置和数量的精度是必需的。粘结剂必须是截止，以防止搭桥。第二精确操作是在金属化焊盘上涂布、模压或者印刷精确数量的焊接浆料。焊接浆料随后回流形成电连接。焊接将了个的涂敷包括更多的复杂性，因为粘结剂的存在。

另一种选择是，首先涂敷焊接浆料，这会引起在焊接浆料存在的条件下涂敷粘结剂的问题。回流操作必须是在一定时间限制的条件下进行，这取决于所使用的特殊焊接浆料的条件，以及所制备的子模块需要在可控的条件下存储，使得焊剂和浆料不会降解。此外，回流操作引起了以上已经讨论过的与时间、温度和电极溶解有关的所有难点。

以上籍助于焊接浆料模压或者涂布工艺所说明的消除精确步骤也应用于提供子模块的电连接和物理保持结构的其它方法，例如，在国际专利申请PCT/AU2005/001193中所详细讨论的导电环氧。这里所讨论的应用于焊接波峰工艺的所有其它方法都包含一些测量溶剂、识别位置和在指定位置沉积所测量数量的材料的方法。焊接波峰工艺以低成本使用廉价、常规、可靠和很好理解的材料、采用容易控制、快速、可靠、可重复和廉价的方式自动进行所有的这些任务，并具有消除耗时工艺步骤和需要服务员伺候的昂贵机器等问题的其它优点。

焊接波峰工艺解决了用于平板太阳能电池或者长条太阳能电池形成的子模块中组装和电连接的现有方法中的所有已知问题。

用于金属化焊盘的拓扑设计是工艺的另一重要性能。金属化焊盘的形状、焊盘的面积以及焊盘剖面的相对面积、以及焊接温度、速度和焊剂类型和数量的工艺参数，这些有助于控制熔融焊接的表面应力，的控制都可以用于控制所保持的焊料的数量和分布，以便于形成子模块中的太阳能电池的电内部连接和物理保持。在焊接接合点804中的焊料的分布和数量都是重要的，以便于在长条边缘上获得良好的电连接和良好的物理强度。在图8所示样品中的焊接接合804显示了焊料分布的良好控制，且在长条电极的边缘上形成焊料小珠并形成与良好焊接接合可湿性的电极表面良好的片。整个焊接接合的垂直轮廓处于长条上表面的平面的下面。这对于减小长条子模块的厚度和保持尽可能平面的轮廓都是很重要的，以便于最小化在模块层压过程中在子模块中引入的应力。在没有这些控制机制的情况下，焊料趋向于形成在内部连接中心中的小珠，具有多余的焊料。在这种情况下，就难以控制在金属化焊盘上所保持的焊料的数量，具有多余的焊料恶化的趋势，因为珠状小滴的表面应力回吸引更多的焊料形成小组，增加小珠的体积。这导致焊料的轮廓基本突出于太阳能电池平面的上表面，并且在层压过程中所引入的应力会使得引起失效的横梁断裂，或者减弱在层压或模块后续使用过程中横梁的后续失效。

图9是在横梁900上的焊接金属化焊盘901的平面示意图。焊盘大约1.4mm长、端面上的宽度大约0.4mm，以及在中心区域两端的宽度大约0.3mm。可以清楚地看到由上述焊盘形状和其它参数所控制的焊料分布。焊接的操作是在氮气范围中进行的，形成清洁的表面903。较高的放大倍率显示了焊接具有非常小的晶体结构，这是快速冷却的结果。金属化焊盘的局部溶解，在这种情况下，可以在左侧边缘902上看到在铬上的银。在该区域中的分布是主要的，因为蒸发的银金属在这边缘附近是较薄的，这是由沉积过程中所使用的蒸发掩膜形成的局部掩蔽所导致的。

参考图10，更加详细地显示了图8所示的焊接接合。狭窄的太阳能电池1001和电池电极1002通过焊接焊盘1003焊接在横梁上，焊接焊盘使得太阳能电池电极的银具有可湿性，并以带1004来示范。该图像大约0.15mm宽和0.1mm高。

图11显示了在太阳能电池电极上的焊接接合的详细剖面。焊料1101抬高了电池电极1102的上面的水平。该焊接也使得沿着横梁1006在太阳能电池1105下的凸出的焊盘1104的区域。焊接实现了电互连以及将太阳能电池1105物理粘结着横梁1106。

图11和图12所示剖面中所示的样品是使用金刚石滚轮割刀在焊接焊盘中间沿着它的长度限制焊接筏的横梁来制备的。

图12显示了在横梁1202上焊接内部连接1201的剖面的垂直轮廓。焊料的厚度在电池电极附近增加，以便于在太阳能电池1204的边缘上覆盖电极1203的整个厚度。值得注意的是，焊接轮廓始终保持在长条的上表面平面的下面。

图13显示了完成后并具有焊接筏功能的最小模块。该模块具有26个长条、1mm宽、60μm厚和60mm长串联连接的100mm平方。该模块仅仅只包含常规的材料，例如，用于电连接的焊料和用于封装的EVA，使得硅太阳能电池和硅横梁分开。该模块具有13％的孔径效率、仅仅50％的长条太阳能电池的覆盖以及在MPP上大约15V的工作电压。

图14是高倍放大的焊接舟子模块组件的平面示意图。狭窄的太阳能电池1401沿着以长条电池的边缘面延伸的电极1402的整个长度电连接。焊接接合1403也连接着狭窄的金属化条，该金属化条沿着基片围绕太阳能电池的长度并对准则在长条电极之间的缝隙。金属化条是采用类似于建立在焊接筏横梁上的金属化焊盘的方式来形成的。该图像显示了大约3mm宽和2mm长的焊接舟的一部分。

在焊接舟中的焊料珠的厚度可以采用用于焊接筏的方式来控制。此外，电连接的文字和长度可以采用选择波峰焊接机器的机械人传递级或者通过在基片上的金属化条的位置、存在与否来控制。作为另一变形，焊料可以采用类似于图11所示的方式通过延伸在基片上的金属化的宽度直接在太阳能电池的下面。这些控制方式对于调整在收集器应用中的焊接筏的散热件位置和有效性都是十分有用的。加宽在太阳能电池下的焊接焊盘的导热性也可以通过沿着太阳能电池表面的金属化条来进一步提高，这是通过在太阳能电池电极的表面上甚至于包括太阳能电池电极上蒸发金属来实现的。这不会危险到太阳能电池电极的搭桥，这是在狭窄太阳能电池中间、围绕着的在金属化区域之间的电池下面的长度且趋向于下面电极边缘的电池长度的间隙充分宽的条件下出现的，也不会与在基片上的金属化条相层叠，并且不允许交叉电极焊接的搭桥。使用本文所讨论的这种增强的物理、热和电连接方法，对于任何焊接舟应用来说，包括用于收集器接受应用的长条太阳能电池焊接舟和平板太阳能焊接舟，都能够提高狭窄太阳能电池与基片的粘结强度、这些电池与散热件的导热性以及子模块的导电性的条件。

图15显示了在焊接舟上的两个细长太阳能电池1502之间的焊接电连接部分的高倍放大平面示意图。该图像显示了大约0.4mm宽和0.3mm高的焊接舟1500的一部分。在两个相邻太阳能电池之间的焊接接合1501大约是0.1mm宽。如果该接合基本上是狭窄的，就难以在一个操作中完成焊接工艺，因为焊料的粘性妨碍了选择波峰焊接喷泉的焊料贯穿间隙且使得在基片上金属化表面具有可湿性。

然而，接合可以使用两步焊接工艺做的非常狭窄，在两步焊接工艺中，在基片上的轨迹是在第一步骤中预先涂锡的。在这种情况下，选择波峰焊接在舟子模块长条的外表面上沉积焊料，这是在太阳能电池取向焊料喷泉的表面附近的电极表面，并随后使电极表面具有可湿性并通过毛细管的作用带到太阳能电池的背面，在该背面上形成与基片涂锡轨迹上的焊料接触并形成合金。在这种情况下，这是毛细管作用，而不是减小由热所控制的焊料粘性和焊剂所控制的焊料表面应力减小，用于引导焊料通过小的间隙。然而，提供使用适当的焊剂和氮气氛围减小表面应力有利于提供确保电极外部区域的焊料整体的可湿性来开始毛细管作用。

由于在焊料和硅之间热膨胀的不同系数所引起的不同膨胀会产生子模块组件应力的问题可以通过缩短沿着太阳能电池电极延伸的焊料的长度来减小或者消除。例如，不是围绕电极的整个长度，所延伸的焊料可以采用“虚线”的方式通过在基片上防止金属化或者在太阳能电池的边缘上的金属化电极中创建间隙，或者采用这两种方法的组合来分成为短的延伸。另一种选择是，例如，连续的线连接可能采用“点线”的方式来实现，其中，点是沿着电池的长度分开一些距离的。在这种情况下，电、物理和热连接抓紧了狭窄太阳能电池的长度的一些部分。

在其它情况下，在电池电极之间的电连接时常比与基片的热和物理连接频繁得多，例如，通过在基片上没有金属化的区域，在该区域中只需要在电池之间所需的电连接但不需要物理和热连接。可以有许多可能的变化。

参考图16，这是上面成长椅状的多层盒，可以讨论用于形成筏子模块组件的工艺。真空头1603，在图17中作了详细显示，在多层盒1602的开槽或凹槽位置上与以平面阵列方式保持的细长电池的下表面相啮合。真空开启，并且真空头1603垂直向下抽取，去除狭窄电池的阵列，这是随后在横梁支撑结构上沉积的。真空头1603和横梁支撑1701在各自直线平移级中以右角平移到另一个，如图17所示的横梁支撑的直线平移级1703。咱将细长电池阵列沉积在横梁之后，真空头1603进一步向下抽取，直至组件清洁真空头的上表面。横梁支撑结构1701随后向前移动，使得细长电池阵列100能够取出和传递后续焊接工艺的夹具上。

以上所讨论的工艺提供了用于采用筏、网格筏和舟形式组装的多个细长太阳能电池组件的电互连和物理结构保持，  这在国际专利申请PCT/AU2005/001193中已经进行了讨论。所产生的结构在本文中被称之为焊接筏、焊接网格筏和焊接舟。

特别是，这些允许组装、导电性和建立多个薄的和/或狭窄的、细长的太阳能电池形成子模块的方式明显减少在现有长条或者平板细长太阳能电池组件的技术中所需要的步骤数量，并且所有的方法、流程和产品的形成不需要在子模块中引入或者使用任何粘结剂或者非常规材料并因此不会再继续引入到相关的太阳能模块中。

本文所讨论的方法、结构和工艺保持着在子模块组装过程中的细长太阳能电池的取向和极性，提供了细长太阳能电池子模块处理和加工工艺、后续光伏模块组装工艺的明显简化，产生容易处理的焊接筏、焊接网格筏和焊接舟子模块并且可大大减少所需要的单独组装和加工工艺的步骤，允许用于处理和操纵焊接筏、焊接网格筏和焊接舟的常规光伏模块组装设备的方便使用，并且允许在制造长条太阳能电池模块和狭窄电池太阳能模块中仅仅只使用常规的光伏模块材料。

以上所讨论的工艺可以使用宽范围的焊料规范，例如，低熔点锡/铅焊料、高熔点锡/铅焊料，共溶性焊料合金、铅/锡/银焊料；整个范围的常规无铅焊料以及非常规的锌/锡、锑或铟或铋的无铅合金。

更重要的是，该工艺业用于新一代的无铅焊料，在2006年7月1日之后，这将在EC中是必需的。此外，该工艺也能够用于形成在子模块组件、多组子模块组件、多子模块组件和母线互连之间电互连以及在母线与母线之间的互连，这些都是形成太阳能电源模块的光伏器件所需要的。

对于业内熟练的技术人员而言，许多改进都是显而易见的，并且没有脱离参考附图所讨论的本发明的范围。

Claims (62)

1.一种用于形成光伏器件的太阳能电池子模块的太阳能电池互连工艺，该工艺包括下列步骤：

将多个细长太阳能电池安装到一种使所述细长太阳能电池保持大致纵向平行且一般共面配置的结构中；以及

建立一个或多个通过所述结构延伸以使所述细长太阳能电池电互连的导电路径；

其中，所述一个或多个导电路径是通过波峰焊接建立的。

2.如权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述一个或多个导电路径是通过选择性波峰焊接建立的。

3.如权利要求1或2所述的工艺，其特征在于，还包括：将所述细长太阳能电池安装在热稳定支撑物上，以防止在温度变化的过程中对所述细长太阳能电池或所述一个或多个导电路径造成损坏。

4.如权利要求1至3中任一项所述的工艺，其特征在于，所述细长太阳能电池和所述一个或多个导电路径形成所述结构。

5.如权利要求1至4中任一项所述的工艺，其特征在于，所述一个或多个导电路径使所述细长太阳能电池以串联方式电互连，以便增大所述太阳能电池子模块的输出电压。

6.如权利要求1至5中任一项所述的工艺，其特征在于，所述一个或多个导电路径使所述细长太阳能电池以并联方式电互连，以便减小所述子模块输出的屏蔽效应。

7.如权利要求1至6中任一项所述的工艺，其特征在于，所述一个或多个导电路径使所述细长太阳能电池按并联电互连的多个组进行电互连，同时每一组中的细长太阳能电池是以串联方式电互连的。

8.如权利要求1至7中任一项所述的工艺，其特征在于，所安装的细长太阳能电池相互毗邻。

9.如权利要求1至8中任一项所述的工艺，其特征在于，所述细长太阳能电池是相互分开的。

10.如权利要求1至9中任一项所述的工艺，其特征在于，每一个细长太阳能电池包括两个有效面，并且在细长太阳能电池之间的间隔是基于细长太阳能电池的有效面的照射和子模块中的细长太阳能电池的数量来选择的。

11.如权利要求1至10中任一项所述的工艺，其特征在于，所述结构包括至少一个支撑物，所述细长太阳能电池被安装到该支撑物上。

12.如权利要求11所述的工艺，其特征在于，还包括：在所述至少一个支撑物上形成金属化区域，所述金属化区域的形状适于使焊料主要保持在各个金属化区域的末端处。

13.如权利要求12所述的工艺，其特征在于，所述各个金属化区域的形状包括设置在中心区域周围的末端区域，所述末端区域的面积基本上大于所述中心区域的面积。

14.如权利要求12或13所述的工艺，其特征在于，所述各个金属化区域具有大致为I-梁或狗骨的形状。

15.如权利要求12至14中任一项所述的工艺，其特征在于，所述安装步骤包括：排列所述多个细长太阳能电池，使得相邻细长太阳能电池的电极基本上位于相应金属化区域的各个末端处。

16.如权利要求12至15中任一项所述的工艺，其特征在于，所述建立一个或多个导电路径的步骤包括：将选择性焊接波峰喷泉涂敷在各个金属化区域上，以使相邻细长太阳能电池的电极互连，所述选择性焊接波峰喷泉所沉积的焊料基本上在所述电极处形成小珠。

17.如权利要求11至16中任一项所述的工艺，其特征在于，所述至少一个支撑物能适应所述细长太阳能电池的热膨胀。

18.如权利要求1至17中任一项所述的工艺，其特征在于，还包括将所述结构封装在透明的封装材料中。

19.如权利要求1至18中任一项所述的工艺，其特征在于，所述结构包括一个或多个横梁，所述细长太阳能电池被安装在所述横梁上。

20.如权利要求19所述的工艺，其特征在于，还包括：在所述一个或多个横梁上形成金属化区域，所述金属化区域的形状适于使焊料主要保持在各个金属化区域的末端处。

21.如权利要求20所述的工艺，其特征在于，所述各个金属化区域的形状包括设置在中心区域周围的末端区域，所述末端区域的面积基本上大于所述中心区域的面积。

22.如权利要求20或21所述的工艺，其特征在于，所述各个金属化区域具有大致为I-梁或狗骨的形状。

23.如权利要求20至22中任一项所述的工艺，其特征在于，所述安装步骤包括：排列所述多个细长太阳能电池，使得相邻细长太阳能电池的电极基本上位于相应金属化区域的各个末端处。

24.如权利要求20至23中任一项所述的工艺，其特征在于，所述建立一个或多个导电路径的步骤包括：将选择性焊接波峰喷泉涂敷在各个金属化区域上，以使相邻细长太阳能电池的电极互连，所述选择性焊接波峰喷泉所沉积的焊料基本上在所述电极处形成小珠。

25.如权利要求19至24中任一项所述的工艺，其特征在于，所述一个或多个横梁是硅。

26.如权利要求19至24中任一项所述的工艺，其特征在于，所述一个或多个横梁包括聚合物、陶瓷、金属或者玻璃。

27.如权利要求1至26中任一项所述的工艺，其特征在于，所述结构的大小被选择成与标准太阳能电池的相应大小基本上相同。

28.如权利要求1至27中任一项所述的工艺，其特征在于，所述安装步骤包括将所述细长太阳能电池安装在电绝缘的连续或者半连续的支撑物上。

29.如权利要求28所述的工艺，其特征在于，所述一个或多个导电路径形成于所述电绝缘的支撑物上。

30.如权利要求28或29所述的工艺，其特征在于，所述电绝缘的支撑物基本上是硅。

31.如权利要求28或29所述的工艺，其特征在于，所述电绝缘的支撑物基本使是硼硅酸盐玻璃、塑料或陶瓷。

32.如权利要求28至31中任一项所述的工艺，其特征在于，所述支撑物被安装在散热件上。

33.如权利要求29至32中任一项所述的工艺，其特征在于，所述支撑物具有相当大的导热性并充当散热件。

34.如权利要求1至33中任一项所述的工艺，其特征在于，所述细长太阳能电池和所述一个或多个导电路径大体上构成所述结构。

35.如权利要求1至34中任一项所述的工艺，其特征在于，还包括在太阳能电池子模块之后安装反射器，用于将通过细长太阳能电池之间的间隙的光线反射回细长太阳能电池从而提高光伏器件的效率。

36.如权利要求1至35中任一项所述的工艺，其特征在于，所述各个细长太阳能电池包括在太阳能电池的至少两个相邻表面上的导电触点，并且所述一个或多个导电路径包括基本上平的导电区域，这些区域被安装到细长太阳能电池的导电触点，从而使细长太阳能电池电互连。

37.如权利要求1至36中任一项所述的工艺，其特征在于，还包括将一片柔韧的材料安装到所述结构上，以提供有弹性的太阳能电池子模块。

38.如权利要求1至37中任一项所述的工艺，其特征在于，还包括将太阳能电池子模块共形地安装到基本上刚性的弯曲支撑物上，以提供弯曲的太阳能电池子模块。

39.如权利要求1至38中任一项所述的工艺，其特征在于，还包括将所述结构共形地安装到基本上刚性的平面支撑物上并且使所产生的组件变形，以提供非平面的太阳能电池子模块。

40.如权利要求38或39所述的工艺，其特征在于，所述基本上刚性的支撑物是透明的。

41.如权利要求38所述的工艺，其特征在于，所述基本上刚性的弯曲支撑物是玻璃。

42.如权利要求38所述的工艺，其特征在于，所述基本上刚性的弯曲支撑物是用于线性收集器的弯曲挤压的铝接收器。

43.如权利要求1至42中任一项所述的工艺，其特征在于，还包括处理在太阳能电池子模块中的各个细长太阳能电池的一个或多个面中的至少一部分。

44.如权利要求43所述的工艺，其特征在于，所述处理包括在所述一个或多个面的至少一部分上沉积涂层。

45.如权利要求44所述的工艺，其特征在于，所述涂层包括防反射涂层、钝化涂层和金属化中的至少一个。

46.如权利要求1至45中任一项所述的工艺，其特征在于，还包括在线性收集器系统中安装多个太阳能电池子模块。

47.如权利要求46所述的工艺，其特征在于，所述一个或多个导电路径使所述细长太阳能电池以串联方式电连接，使得所述细长太阳能电池所产生的电流基本上在平行于线性收集器系统的纵轴的方向上流动，从而减小细长太阳能电池的串联阻抗。

48.如权利要求46或47所述的工艺，其特征在于，所述子模块的安装包括：使太阳能电池子模块排列在多个紧密相邻的行中，以使其被安装到线性收集器系统的接收器，所述这些行平行于接收器的光轴。

49.如权利要求48所述的工艺，其特征在于，所述线性收集器系统包括导热基片，该导热基片具有位于所述系统的光轴附近的第一部分以及第二部分，子模块的安装使得所述细长太阳能电池以彼此基本上相邻的方式被安装在所述导热基片的第一部分上，所述导热基片的第二部分被有效地冷却，使得在基本上垂直于所述系统的光轴的方向上将所述细长太阳能电池所产生的热从所述细长太阳能电池传导出去。

50.如权利要求1至49中任一项所述的工艺，其特征在于，所述建立一个或多个导电路径的步骤包括：将所述细长太阳能电池的电极浸渍在熔融的焊料中并持续短于1秒的周期。

51.如权利要求50所述的工艺，其特征在于，所述周期是至少大约0.3秒且最多大约0.5秒。

52.如权利要求50或51所述的工艺，其特征在于，在浸渍所述电极之前，先将所述子模块的横梁的一端浸渍在熔融的焊料中并持续大约0.4至0.6秒的周期。

53.如权利要求1至52中任一项所述的工艺，其特征在于，还包括在所述细长太阳能电池的边缘上形成电极，所述形成步骤包括：

在所述细长太阳能电池的边缘上沉积导电层；以及

将所述细长太阳能电池浸渍在焊料的熔融池中，以便给所述导电层涂敷一层焊料。

54.如权利要求1至53中任一项所述的工艺，其特征在于，还包括从晶片形成多个细长基片，并且从各个所述细长基片形成所述细长太阳能电池。

55.如权利要求54所述的工艺，其特征在于，所述细长太阳能电池的有效面形成在垂直于所述晶片平面表面所形成的所述细长基片的面上。

56.如权利要求54所述的工艺，其特征在于，所述细长太阳能电池的有效面形成在与所述晶片平面表面的各个区域相对应的所述细长基片的面上。

57.如权利要求1至56中任一项所述的工艺，其特征在于，还包括在太阳能电池子模块和另一种子模块之间通过波峰焊接形成电互连。

58.如权利要求1至57中任一项所述的工艺，其特征在于，还包括在光伏器件的太阳能电池子模块和母线之间通过波峰焊接形成电互连。

59.如权利要求1至58中任一项所述的工艺，其特征在于，还包括在光伏器件的多个母线之间通过波峰焊接形成电互连。

60.如权利要求57至59中任一项所述的工艺，其特征在于，所述波峰焊接包括选择性波峰焊接。

61.一种采用权利要求1至60中任一项形成的太阳能电池子模块。

62.一种光伏器件，它包括采用权利要求1至60中任一项形成的多个太阳能电池子模块。

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