CN101313409A - 用于制造光伏器件的系统及方法 - Google Patents

Abstract

可使用大致覆盖晶体工件的可用表面积的图案区域来制造用于光伏电池的管芯。可将条蚀刻在工件中，大致在工件整个长度上延伸。然后可切片上述条以形成具有与工件的厚度大致相同的宽度，并具有约20∶1或更小边缘比的管芯。上述处理可使转换面积最大化，由此从光伏转换材料的给定体积中获取更多能量。可将触点布置在管芯的相对边缘上以形成光伏电池，在一些实施例中，无论太阳面板的取向如何，该光伏电池均可正常工作。

Description

用于制造光伏器件的系统及方法

关联申请

本申请要求于2005年9月23日递交的美国临时专利申请号60/720,084以及于2005年10月13日递交的美国临时专利申请号60/726,520的优先权，通过引用将以上两文献之内容均包含于本说明书中。

技术领域

本发明涉及光伏器件以及用于制造并装配该器件的方法。

背景技术

光伏器件是通常用于将太阳能辐射转换为电能的半导体器件。目前，因为太阳能光伏系统的较高成本，尚未在供电应用领域广泛使用这些系统。高成本部分归咎于通常用在这些器件中的纯单晶硅的相对较高成本。在制造这些器件时会大量地浪费这种硅，由此增大了材料成本。此外，对于很多应用领域而言，光伏处理本身的成本并非很低。已经研究了硅的替代材料，但已经发现要么制造低效能的器件，要么制造的成本较高。现有太阳能电池面板也通常利用机械进行装配以将大量电池(cell)在衬底上精确定位，这会非常昂贵并极耗时间。这些电池的长度在处理期间也会导致收缩(jam)、聚集(cluster)以及破损(break)等问题。

发明内容

提供根据本发明的各种实施例的系统及方法以制造并装配各种光伏器件。在一个上述实施例中，通过将掩膜层沉积在大致平坦的晶体材料(例如硅、锗以及砷化镓)件上来形成光伏电池。对所述晶体材料件进行蚀刻以在所述晶体材料中形成多个大致平行的槽。所述槽形成多个大致平坦条，每一个条均大致从所述晶体材料件的一边沿所述条的方向向所述晶体材料件的另一边延伸。各个条的宽度均大致与所述晶体材料件的厚度相同。所述条可从所述晶体材料件分离；并且被切片以形成多个大致矩形电池。

每一个条均可具有层，其具有与所述各个条的块掺杂相反的掺杂。可以使用合适的处理，例如POCl₃扩散来形成层。在各个矩形电池的顶表面及底表面上，或在电池的侧面上可形成触点。在一个实施例中，在各个矩形电池的第一侧形成第一组触点并在第二侧形成第二组触点。对各组触点的数量及位置其中至少一者进行选择以提供正确的触点连接，而无论所述各个电池相对于连接器件的取向如何。

所述掩膜层可包括用于形成平行槽的非矩形图案区域。所述掩膜层还可包括用于形成所述选择的槽的图案区域，使得形成的条使用所述晶体材料件的表面的至少80％。在一个实施例中，可对所述多个条进行切片以形成具有约20∶1或更小边缘比。各个条的表面上还可沉积抗反射涂料，或者对各个条的至少一个表面进行纹理处理。

可将每一个切片电池布置在诸如导电衬底、低温衬底及/或柔性衬底的衬底上。然后可在一个实施例中沉积额外层以形成多结器件。衬底上的电池的至少一部分可利用并联、串联、并联-串联以及串联-并联连接来进行连接。

在一个实施例中，通过上述方法形成的光伏电池包括矩形晶体管芯，其具有形成二极管的至少两个相反掺杂区域。所述管芯可具有约2mm或更小的宽度，约40mm或更小的长度，以及约100μm或更小的厚度。该电池还包括成对触点，其布置在所述晶体管芯的相对边缘，例如在所述管芯的顶边缘及底边缘其中一者上或者被布置在所述管芯的相对侧边缘上。所述成对触点可以是所述晶体管芯的第一边缘上的第一组触点以及所述晶体管芯的第二边缘上的第二组触点中的一部分，所述第一边缘与所述第二边缘相对，由此允许所述晶体管芯被布置在位于任意取向的大致共面光伏电池的阵列中。

在一个实施例中，所述矩形晶体管芯大致呈方形。所述管芯由大致平坦<1，1，0>取向硅件形成。可在所述晶体管芯的至少一个表面上沉积抗反射涂料，并且/或者至少一个表面被纹理处理。

例如，可以使用上述电池形成一种太阳能电池模组，其包括衬底，其具有容纳部阵列；以及位于所述容纳部阵列内的多个矩形光伏电池。每一个光伏电池均可具有约2mm或更小的宽度，约40mm或更小的长度，以及约100μm或更小的厚度。每一个光伏电池还可具有位于所述光伏电池两个相对边缘上的触点。该模组还包括互连结构布线，其将所述多个矩形光伏电池的触点电连接。所述触点例如可被布置在每一个光伏电池的顶部及底部上或者相对侧边缘上。所述触点可包括第一侧边缘上的至少一个第一触点以及第二边缘上的至少一个第二触点，所述第一及第二触点被布置在不同边缘位置，使得所述第一及第二触点中每一者均与所述互连结构布线中希望的线相连，而无论所述各个容纳部中所述光伏电池的取向如何。

所述互连结构布线可将所述容纳部阵列中的所述多个光伏电池划分为子模组。所述互连结构布线还可将各个模组中的所述光伏电池并联连接，并将所述子模组中至少一部分串联连接。所述互连结构布线还可将各个模组中的所述光伏电池串联连接，并将所述子模组中至少一部分并联连接。可以使用层叠层来保持所述容纳部阵列中的所述多个光伏电池。

通过本说明书中的描述及附图，本领域的技术人员将了解其他实施例。

附图说明

将参考附图描述根据本发明的各种实施例，其中：

图1示出了根据本发明的一个实施例的光伏电池组件；

图2示出了根据本发明的一个实施例的光伏电池的阵列；

图3(a)及图3(b)示出了根据本发明的一个实施例可以使用的槽图案；

图4示出了根据本发明的一个实施例可以使用的电池形成方法的步骤；

图5示出了根据本发明的一个实施例用于布置条片(sliver)的栅格(grid)；

图6示出了根据本发明的一个实施例的光伏电池组件；

图7示出了根据本发明的一个实施例的对过孔(via)的蚀刻；

图8示出了根据本发明的一个实施例的光伏电池的正视图；

图9示出了根据本发明的一个实施例的具有堆叠互连结构的嵌入衬底的两个电池的侧视图；

图10示出了根据本发明的一个实施例的具有互连结构的电池的4×4示例阵列；

图11示出了根据本发明的一个实施例的处于一个可能方向上的图7的电池的正/后视图，其中一组互连线堆叠，并且每根线均具有电势；

图12示出了根据本发明的一个实施例处于竖列的一组三个电池，其中各个电池均处于相同方向；

图13示出了根据本发明的一个实施例的单一电池以及其中插入电池的键槽；而

图14示出了根据本发明的一个实施例的一组四列电池，其中在列之间互连有光伏电池组件。

具体实施方式

根据本发明的各种实施例的系统及方法可克服对制造光伏器件及器件制造方法的上述及其他限制。根据一个实施例的处理通过蚀刻超薄小管芯(die)(包括将光子转换为电能以及连接至各种电子系统所需的结构)来利用处理中使用的材料的晶体结构(例如<1，1，0>取向硅晶体)的优点。通过制造大致沿晶片长度方向延伸的条片，如下所述去除(minus)任何分裂的条(bar)，然后将这些条片切片成方形或矩形电池，可以如上所述使用如此取向的硅晶体来制造高长宽比电池。一个实施例中的矩形电池具有约20∶1或更小(在一个实施例中优选为3∶1或更小)的边缘比(例如，长度∶宽度)。根据各种实施例的处理也可包括用于迅速将这些电池装配在衬底上以及将允许管芯以随机取向装配的互连结构布线进行结合的步骤。上述处理在形成光伏器件时更有利，并比现有处理更简单、更廉价。

根据本发明的各种实施例的制造光伏器件及模组的方法可以每能量转换面积的高效低成本方式来制造器件。这些方法还可相对于其他太阳能电池制造技术而言使各种材料的利用率最大化。可以使用类似方法(包括着重于简便低成本的方法以及更复杂但可以低温膏及材料完成的方法)，由此极大地扩大了可使用的衬底及材料的数量。例如，低温衬底可使用处于300℃或更低温度的膏及材料。

在一个实施例中，利用<1，1，0>硅晶体来将各个电池制造为矩形图案。在图1的组件100中示出了这种光伏电池102的一个示例。本示例中形成的电池为前/后并且左/右对称，使得前后视图大致相同。该特定视图示出了块材料104，其中厚度主要由用于形成管芯的硅晶片或其他材料的厚度决定。对于一些实施例，期望地是该厚度大于标准硅晶片的厚度。如下所述，该电池102具有上掺杂区域106及下掺杂区域108。诸如“前”、“后”、“上”及“下”的取向及方向仅为了便于并简化说明，并不意在推论出对方向或取向有任何要求。

在根据一个实施例的电池中，上区域106及下区域108是磷掺杂区域、或具有中心块硼掺杂区域104的n型区域、或p型区域。该图并未依比例绘制，这些区域中每一个通常相对于块硅104更薄。至少在一些实施例中，优选地是晶片较厚，因为具有较大电池可更有效并需要更少处理，较厚晶片也会需要较长蚀刻，这会导致不希望的底切(undercut)量。在一个实施例中，块硅晶片的厚度可以是约1-2mm量级。应当理解，磷掺杂仅是示例，且根据各种实施例的装置可使用第一掺杂型的块掺杂层(或区域)与第二掺杂型的射极掺杂层(或区域)，其中射极掺杂相对于块掺杂是相反掺杂，并且其中射极掺杂处于位于器件表面处的浅射极层中。

如下所述，抗反射涂层110形成在电池周围。抗反射涂层例如可以是氮化物层或氧化物层。本示例中的下掺杂区域108在其形成时为n型区域，而当25-40μm厚铝膏层112印刷或以其他方式施加至电池并烧结，膏会穿过抗反射涂层110以及p掺杂，由此铝膏可有效地接触p主体(p-body)块层104，变为p连接(p-connection)，并有效地使下层108的n型掺杂反型(negate)。

如下所述，该组件还包括可选的下膏层114(例如10-15μm银膏层)以及衬底116。在电池102顶部是另一膏层118(例如具有特殊抗反射涂层(ARC)穿透性能的10-20μm层或银膏)，使得上述层穿透进入ARC层110并与顶n型层106接触。可以在组件的顶部上涂附10-20μm的常规银膏120层(其不会穿透ARC(例如，热塑性银膏或焊膏))以将各个电池的顶部电极与相邻电池互连。在另一实施例中，在电池侧面涂附绝缘膏，并在绝缘膏上涂附膏层118。在另一实施例中，在电池下方及其侧面周围提供绝缘膏以增大电池与衬底组件之间的粘附力。绝缘层并未设计成会影响电池电气特性，而是设计为有助于更牢固地将组件保持在一起。

图2示出了电池阵列的一部分的俯视图200，示出了具有ARC穿透特性的薄银膏层118的宽度(在本示例中约300μm)、以及电池阵列的顶银膏或焊膏层120。在附图中示出参考标号以便于并简化理解，而并不意在构成对各种不同实施例的限制。

第一处理方法

根据一个实施例的用于制造上述电池(在此情况下为矩形电池)的处理始于<1，1，0>取向硅的晶片。硅可以极纯、掺杂有N或P型掺杂物、并/或例如呈2mm厚并且直径至少100mm(例如，150mm)的晶片的形式。硅梨晶(boule)具有晶片平整度(wafer flat)，并以相对高精度进行切割。切割的规范通常在±0.5°内，但根据各种实施例也可在±0.1°内进行切割。因为要相对于晶体取向来对准并蚀刻这些晶片，故在形成电池时少量偏移将会最终导致电池的一侧变薄，因此要求较严的公差。可使用适当处理(例如，piranha清洁处理)来清洁晶片。例如也可通过两次抛光表面并在需要时使边缘变圆来抛光晶片。

在一个实施例中，将约2,00θ

厚的氮化硅掩模层沉积在晶片的所有侧面上。然后可对晶片进行准备以进行光刻胶沉积，例如通过首先附涂六甲基二硅氮甲烷(HMDS)底漆以作为光刻胶的粘附促进剂。然后可将光刻胶旋涂在器件的前及后侧，同时或不同时将光刻胶施加在前侧及后侧。在一个实施例中，使用具有三个脚的较大板面的夹具。将掩膜板中的一个布置在夹具上，使得也具有三个脚的掩膜板将两个脚上的晶片平面与第三脚上的晶片边缘对准，由此将晶片与掩膜对准。然后可将另一掩膜布置在其上，其位于主要元件的脚上。由此夹具装置具有落在晶片顶部及底部上的前掩膜及后掩膜，使得可同时曝光两侧。然后可以同时曝光前侧及后侧，使得在烘烤之后可对晶片进行蚀刻。

可以使用上述处理来在晶片的前侧及后侧形成一组平行槽，尽管一些实施例会仅使用晶片的前侧或后侧上的槽。图3(a)中示出了根据一个实施例的用于槽的图案区域。从图中可见，未从矩形区域，而从成形以利用工件302(例如晶片或结晶块)大致全部材料的图案区域304来形成槽。利用具有圆形工件的矩形图案会导致浪费大量工件材料。利用与工件的尺寸及形状大致匹配的图案可允许形成大致在工件宽度上延伸的长细槽，由此几乎可使用工件的全部材料。这还会使得从晶片产生的表面积的极度增大，大大增大了从单一晶片电池可获得的活性表面积。

在本示例中，在工件为呈圆形的硅晶片的情况下，与工件的外边缘对应，用于槽的图案区域大致为圆形。由此允许使用工件的绝大部分材料来形成槽(以及生成的材料条)。在一个实施例中，在图案区域中至少使用工件80％的材料。使用的材料量取决于工件的材料以及工件的厚度，因为会需要在晶片边缘周围保持足够的材料不被蚀刻，以提供框架来将工件保持为一体而不会破损。

在图案区域304中，如图3(b)中的工件302的一部分的放大视图所示，可以形成用于各个平行槽的图案。可以看到，对一组相邻槽进行蚀刻以大致延伸至工件的边缘。本示例中的槽具有120μm的标称间隔，具有25μm的开口。然后，在蚀刻通过晶片之后，生成条的厚度通常为约70μm或更小的量级。在一些实施例中，在蚀刻处理期间，在晶片中形成至少一个划分条306或稳定条(例如通过使用于蚀刻槽的掩膜改变)。如图所示，该划分条306可大致垂直于各个平行槽304。可在晶片中心下方，并/或在晶片上以规则间距来形成划分条。这些条将晶片划分为多个区域，使得各个槽不会在晶片的整个长度上延伸。这不仅有助于防止各个形成的条破损，还减小了蚀刻槽的错位的影响。因此，划分条减小了对需与晶体取向精确对准的长槽的公差的要求。额外的区域划分进一步减小了对严格公差的要求。

在其他实施例中，可以在现存处理中使用其他材料层来形成支撑结构，例如通过增加氧化物或氮化物层，然后进行蚀刻以为一系列条产生支撑器件。但是，形成划分条作为槽蚀刻处理的一部分节省了额外步骤、材料及复杂性。此外，对在槽蚀刻步骤期间形成的划分条的使用有助于减小本说明书中其他部分描述的难以满足的公差。

利用划分条的潜在缺陷在于一些晶片会不能被电池所使用。向下通过晶片的蚀刻通常会有些歪斜，使得会损失掉晶片中间下方(或其他间隔)的小区域。在一个示例中为25μm宽度槽。当最终切割形成的条(例如沿示出的切割线308)以形成各个电池时，通常将切割线308布置在各个分割条的任一侧上以确保通过蚀刻从划分线306形成的材料的角度不会影响各个电池任何一个的最终形状。这进一步减小了晶片的产量。

在使器件的前侧及后侧图案化以进行深层蚀刻处理之后，通过适当的显影及烘烤处理来对图案化光刻胶进行显影及烘烤，可将曝光氮化物层蚀刻至硅。然后去除光刻胶。前侧与后侧图案大致相同，并对准使得如上所述前侧及后侧槽对齐。在另一实施例中，将二氧化硅层沉积在氮化物上。利用氢氟酸湿法蚀刻来对氧化层进行蚀刻，然后，氮化物层使用氧化物层作为掩膜，并使用热磷酸来对氮化物层进行湿法蚀刻。

然后可在湿法浴液(例如使用水中40％重量比的氢氧化钾(KOH)的溶液的各向异性湿法蚀刻浴室)中对器件进行深蚀刻。可以可选地增加异丙醇以改进硅表面的表面质量。上述蚀刻可以从一个方向(例如晶片的前侧)一直进行通过晶片，或者可从晶片的前侧及后侧开始(在两侧使用氮化物掩膜)并在中间汇合。通过在两侧开始，蚀刻会耗费较少时间并会存在较少底切。

深蚀刻对一些实施例非常重要。当使用诸如相对热的KOH溶液的溶液时，在湿法蚀刻方面会存在一些问题。例如，不均匀蚀刻会产生不同性能的电池。此外，必需将前侧与后侧蚀刻对准以满足较小公差的要求。

蚀刻处理(可包括除KOH湿法蚀刻之外其他任意数量的蚀刻处理)可产生通过晶片的数个槽。使用大致方形电池而非现有技术中的细条形的优点在于几乎可以使用整个晶片。当使用必须为相同尺寸的条片时，晶片的可使用面积最有效地为方形，这意味着在现有系统中会浪费约一半圆形硅晶片。当使用矩形电池时，蚀刻进入随后被切片为各个电池的晶片的条片可以具有各个不同长度。获得的电池可以较小，例如为约40mm或更小的量级，并且在一些实施例中长度为6mm或更小的量级，并可具有20∶1或更小的边缘比。因为在现有系统中用于布置电池的拾取及布置工具需要过多时间来装配电池面板，故很多现有处理不适用于上述小电池。但是，利用这里描述的平行装配工具，可以实现在经济性及操作性两方面均优的对上述电池的模组的快速装配。

形成的条片可在晶片的大致整个长度上延伸，仅在边缘周围留下薄缘，以及任何需要保持条片平行的支撑结构。由此可提供对材料使用率两倍的改进。在一个实施例中，具有100μm蚀刻间距的常规2mm×150mm直径晶片可制造超过84,000方形电池或略微呈矩形电池。

图4示出了示例性方法400的步骤(包括一些上述步骤)，用于形成用来形成光伏电池的条片。在该方法中，获得晶体材料的工件，该材料极纯，并且有选择掺杂402。根据材料的已知晶向来对工件进行定向404。在图案大致覆盖工件的全部侧面的情况下，将至少一个掩膜层(例如氮化硅掩膜层)沉积在工件的前侧及后侧406。然后将光刻胶材料涂附至工件的前侧及后侧408。然后对工件前侧及后侧上的光刻胶进行曝光并显影，使得在晶片的前侧及后侧均形成一组平行槽，并且槽大致从工件的一个边缘向另一边缘延伸410。在该蚀刻步骤期间，还可如上所述来形成至少一条划分线。在任何需要的显影及/或烘烤处理完成之后，可以对工件进行掩膜层蚀刻及深蚀刻以蚀刻通过工件，由此在工件中形成一系列平行条412。在蚀刻之后，可以去除任何剩余光刻胶414。用于各种不同实施例的一系列其他步骤进一步将狭窄区域形成在大致完成形成光伏器件的器件中。然后，可以对条片进行切片以形成条416。

一旦通过深蚀刻在晶片中已经形成条片，则希望至少在一些实施例中对条片的一侧或两侧进行纹理处理(texture)。在一种方法中，对诸如超薄氮化物层或其他掩膜材料进行沉积，其极薄使得对下层硅的覆盖并不完全，留下了很多小开口。然后，对下层硅的各向同性蚀刻在掩膜中开口下方的区域内产生空腔，由此对硅表面进行纹理处理。因为纹理处理趋于弯曲入射光线使得光线在电池中行进较长路径，由此可改进获得的电池的效能，故纹理处理是有利的。但是，纹理处理会增加额外成本，这会与获得的改进量相互平衡。

可以使用POCl₃扩散步骤或者类似处理步骤来形成具有与块硅的块掺杂相反的掺杂，由此在器件的整个表面上建立二极管区域。例如可在图1的剖视图中观察到。在一个实施例中，POCl₃及氧作为处于大气压力下的通常处于较高温度(从约800-1150℃中任意温度)的气体流入。为了POCl₃扩散，通过适当地混合上述气体，可使磷扩散在硅中并可在硅的表面上形成磷玻璃(PSG)。POCl₃扩散在电池中形成不同的掺杂区域106及108，即，电池的前侧及后侧或者通过深蚀刻形成的条片的侧壁。因为POCl₃及氧会在顶表面及底表面上重新生成氧化物(PSG)，故POCl₃扩散可在器件上形成玻璃或釉层(glaze)(在要设置触点时可将其从器件的前侧及后侧去除)。因此，可以进行对二极管特性的更多测量以测量器件的特性。

在POCl₃沉积步骤期间，将原始氮化物掩膜保持在适当位置以防止POCl₃沉积在电池的边缘的狭窄区域上非常重要。

为了降低器件的表面的反射，可以沉积一层设计为抗反射涂层或ARC的材料。在KOH或其他深蚀刻之后，表面可以相对较光滑。当用于诸如太阳能电池的应用领域中时，一些入射在电池上的光会从前及后表面反射。对于各种不同的应用领域，这种反射会是不希望的。降低反射量的一种方法是沉积ARC。在使用POCl₃以形成结(junction)的情况下，通过在POCl₃沉积期间或紧接在POCl₃沉积之后适当地增加氧化材料，可以沉积ARC层。对于大致由二氧化硅构成的电介质材料而言，通常深度为1000

替代磷玻璃(PSG)ARC或二氧化硅ARC，可以在电池表面上沉积氮化硅ARC。PSG及剩余氮化物被剥离且在此阶段可以增加750

的氮化硅层作为ARC。这种氮化物ARC可具有接近理想的特性，其中反射损失低至1％。也可使用其他降低反射的方法，例如使具有不同光学指标的材料流入电池表面与任何其他会在光伏模组的结构中出现的光学界面之间的空间内。

然后可将条或条片切片片为各个电池。因为将条片切片为矩形电池或“电池单元”会损坏条片，可以使用额外一组步骤来防止对条片的损坏。在一个实施例中，可通过在条片之间的缝隙内填充诸如蜡的材料来改进晶片条片的结构完整性。可以方便地去除诸如CrystalBond的蜡并在中等温度使其“熔化”，使得蜡可方便地流入晶片以填充缝隙或空腔。蜡允许条片被切片或锯成各个电池而不会损坏。然后可在室温下在丙酮中去除蜡，丙酮溶解CrystalBond并留下电池。

也可使用其他蜡，但其通常要求在有毒溶剂中的高温加热处理。也可使用其他聚合物或可流动材料，例如聚合物及低熔点材料。可以使用任何类型的合适可选择性去除的填充物来对深蚀刻晶片中的缝隙进行填充。在其他实施例中，可将条片附着至通常用于保持晶片的产业中所称的“蓝带(blue tape)”。在安装在蓝带或其他附着材料上时或在定位在带层之间时可将条片进行切片。如果在条片两侧均使用附着材料，则可仅切割一侧的材料。

面板组件

一旦形成单个电池，就可使用额外处理步骤来利用电池形成面板或其他光伏器件。在一个实施例中，组件固定装置具有由柔性衬底上的升起边缘构成的矩形栅格图案。柔性衬底可以是任何合适的衬底，例如可从美国特拉华州的Wilmington的DuPont公司商购的诸如Mylar

的聚酯膜。升起边缘可由环氧涂料、金属制成或印入Mylar

在另一实施例中，固定装置由印刷电路板材料制成且升起区域是电镀导体。

在另一实施例中，例如对于大致平行电池组，可以使用导电衬底，例如不锈钢衬底。该导电衬底可包括将不希望导电的区域遮蔽起来的绝缘体。可在后侧将全部平行连接的情况下使用上述衬底。

在一个实施例中，可利用干法震动处理来将电池502安装在衬底上。在上述处理中，可随机或成条或大量地封装管芯，且可在组件固定装置栅格500上使管芯干法流动(dry flow)，例如示出的用于填充图5中栅格的较小区域，尽管应当理解可使电池流动以填充在整个栅格内或栅格的选定区域内。可通过小量震动使管芯流动，并在组件固定装置栅格中的目标容纳部内流动。组件固定装置栅格的表面可以有略微倾斜以允许重力辅助电池的流动。可以利用这种处理来以快速且相对廉价的方式来组装这些电池的较大面板。

但是，常规干法装配工具可能不适用于上述处理。因为电池极薄，且表面积对质量比较大，电池有粘附装配夹具的表面中的趋势。夹具的常规旋转运动不足以将管芯从表面分离。对冲击震动组装工具(其以周期间隔施加突然的运动加速)的使用可破坏该粘附力并实现管芯的旋转运动使得其可以装配到栅格图案中。

在根据一个实施例的处理中，利用子模组(为了方便起见其可以是诸如4″×4″至8″×9″子模组的任何合适尺寸)将各个电池形成为面板。可将电池布置在平行组，然后将其串联布置以产生任何希望的电压。在一个示例中，平行形成4″×4″电池，产生约0.5V电压，或者形成串联的两个0.5V电池的8″×9″电池。这大致等同于常规制造的串联的两个6″晶片。

在另一实施例中，可以串联连接数个电池，然后并联连接数组这些电池以形成高压阵列。将串联组并联连接的优点在于电池的缺失通常会导致短路。如果存在一长串电池(例如二十个0.5V的电池)，则电池10V串的电池缺失会导致电压下降至9.5V。但是，如果电池串与另一电池串并联，则这些电池串的平均输出将大致为10V与9.5V之间。在另一示例中，在较大阵列为0.5V的情况下，一个电池的短路会导致使整个阵列几乎没有输出。就此而言，“串联-并联”阵列具有一些优点。

在本示例中，尽管也可使用诸如硼硅酸盐玻璃陶片等其他合适的衬底，但使用硼硅酸盐玻璃作为衬底。硼硅酸盐具有其热膨胀系数极低(几乎与硅相同)的优点，由此使硅与玻璃的热膨胀完全一致。使用这种玻璃的原因在于使这些膏中的一些烧结，需要使系统达到相对较高温度，例如约700℃。诸如钠钙玻璃的其他类型的玻璃会在较低温度下开始流动，并具有相对较高的热膨胀系数，因此当将电池附着至常规玻璃并使电池达到上述较高温度时，任何锁定的电池均趋于在冷却而作用在电池上极大的力而爆裂或损坏。

首先，将银膏层沉积在衬底上，其变为跨接(tabbing)膏。当制造最终模组时，可将跨接导体从一个子模组焊接至另一子模组，并通过焊接而串联互连至银膏层。银膏被布置在玻璃上并在其烧结温度(在一个示例中为约650-700℃)下烧结。

在一个实施例中，将环形绝缘膏涂附在各个电池下方的区域中并进行干燥。然后例如通过印刷将铝膏图案涂附在银膏上。在仍然潮湿的情况下，该衬底被排列并布置在栅格对准管芯上。湿膏粘附至管芯并将其从组装夹具除去。该组件允许以低温干燥。然后主要在随后其上将印刷导体的区域中对填充电池之间空间的填充电介质膏进行印刷。然后使膏干燥。能够在烧结时穿透ARC的银膏在电池的顶部上被印刷为细线，被干燥，然后组件例如在700℃的高温下烧结。

此时，电池起能量转换器件的作用并可被测试。

在另一实施例中，在穿透银膏上印刷诸如热塑性银膏或锡银焊膏的低温银膏以将顶部导体连接至相邻电池，然后固化或烧结。

一旦切片为单个方形或矩形电池并组装为子模组，则由诸如上述示例晶片的晶片制成的电池(通常具有20％的效能)可利用全部太阳能辐射产生超过67watts的功率。具有来自5个晶片的相同效能的切成常规太阳能电池晶片的类似体积的单晶硅材料例如将产生约17watts的功率。由此实现对相同量的硅4倍的能量改进。

上述处理的另一优点在于仅需在一个晶片上进行上述处理步骤(尽管其与常规电池所需的处理同样复杂)，而必须在多达二十个晶片上进行类似处理以获得相同输出功率的器件。由此可进一步节省处理成本。

第二示例性形成方法

根据另一实施例的示例处理可制造图6所示的光伏电池600。如下所述，该电池具有在顶部具有n型区域606并在晶片的底部具有p型区域604的块层602。应当理解，这里使用的诸如“顶”及“底”的描述仅用于澄清及说明，而不应构成对任何实施例的实际取向的限制。还示出了该电池具有衬底608以及相对的POCl₃层610、612。

处理始于具有<1，1，0>取向硅的矩形晶片。硅例如可以极纯，掺杂有n型或p型杂质，并/或呈2mm厚并具有150mm直径的晶片的形式。可利用合适的处理(例如piranha清洁处理)来清洁晶片。可以使用旋涂玻璃(SOG)处理来在晶片的顶部上形成硼掺杂SOG接触区域。然后可将晶片布置在熔炉或扩散炉中经过适当的变温及恒温时段(业内公知)，然后从熔炉去除以例如通过使用缓冲氧化物蚀刻(Buffered Oxide Etch(BOE))溶液将SOG蚀刻掉。通常在完成对晶片的硬化烘烤的30分钟内开始BOE蚀刻。然后可以测量晶片的片电阻率。可以使用类似处理来在晶片的底部上形成磷掺杂SOG接触区域，随后进行烘烤及蚀刻步骤。然后可测量扩散层的阻抗、以及二极管特性(通过晶片)。因为在块硅的相对两侧上存在两个相对掺杂区域，故可以测量通过晶片的二极管特性。

晶片的底部上的SOG磷可以是与SOG硼区域相对极性的掺杂区域。在一个实施例中，可在同时或大致同时将两SOG区域旋涂。然后可同时实现两个SOG区域的熔炉驱动。虽然上述方法可节省时间及金钱，但需要解决一些污染问题。

晶体硅会具有相对较低基体阻抗，但形成在厚硅晶片的顶部及底部上的接触区域会具有过低的阻抗。在一个实施例中，接触区域的阻抗可在每平方几欧姆的范围内，而现存系统仅可达到每平方数十欧姆。因为使用了将在器件的较大区域上延伸的较小触点，例如连接至板的小金属器件，故掺杂区域会需要掺杂触点、低阻抗触点。

可在器件的各个侧面沉积氮化物层。然后例如通过涂附六甲基二硅氮甲烷(HMDS)主要用作用于光刻胶的粘附促进剂，可为光刻胶沉积来准备晶片。然后可将光刻胶旋涂在晶片的前侧上。蚀刻通过顶部氮化物的将产生过孔的图案在顶部光刻胶中被曝光。该图案转换为氮化物，但氮化物蚀刻并未全部延伸通过氮化物，而通常为氮化物厚度的1/2。如图7的侧视图700所示，类似的过孔图案被曝光并蚀刻在晶片的后侧上，但形成过孔槽702以在形成在晶片顶部上的槽之间对准。此外，因为还需要氮化物层，故氮化物蚀刻也仅部分延伸通过晶片。在上述实施例中，可在氮化物层上沉积氧化物层以允许湿法蚀刻处理将光刻胶图案转化为氮化物层。

然后可为深蚀刻处理使器件的顶部图案化，其中图案化光刻胶通过适当的烘烤处理而被烘烤。将对曝光的顶部氮化物层进行蚀刻直到硅，并随后去除光刻胶。可以对晶片的底部使用类似处理，其中使用溶剂基底漆处理(例如，HMDS底漆处理)来为光刻胶沉积准备晶片，然后将光刻胶旋涂在器件的前侧上并且为深蚀刻对器件的底部进行图案化。可以烘烤光刻胶并将底部氮化物层蚀刻直到硅。然后可去除光刻胶。

在根据另一实施例的处理中，可将光刻胶涂附至晶片的顶部及底部，其中大致同时进行图案化。例如，可将晶片布置在夹具装置中使得掩膜可下落在顶部及底部上，使得可以同时对两侧进行曝光。可在烘烤之前对光刻胶进行显影。对过孔蚀刻图案及深蚀刻图案两者使用上述处理。

然后可在湿法浴液(例如使用水中40％重量比的氢氧化钾(KOH)的溶液的各向异性湿法蚀刻浴液)中对器件进行深蚀刻。上述蚀刻可从一个方向(例如晶片的前侧)进行直至通过晶片，或者可始于晶片的前侧及后侧(在两侧均使用氮化物掩膜)并在中间汇合。通过始于两侧，蚀刻可花费较少时间，且会存在较少的底切。

在一些实施例中深蚀刻非常重要。当使用诸如相对热的KOH溶液的溶液时，在湿法蚀刻方面会存在一些问题。例如，不均匀蚀刻会产生不同性能的电池。此外，必需将前侧与后侧蚀刻对准以满足较小公差的要求。

蚀刻处理(可包括除KOH湿法蚀刻处理之外其他任意数量的蚀刻处理)可产生通过晶片的数个槽。使用大致方形电池而非现有技术中的细条片的优点在于几乎可以使用整个晶片。当使用全部为相同尺寸的条片时，晶片的可使用面积最有效地为方形，这意味着在现有系统中会浪费约一半圆形硅晶片。当使用矩形电池时，随后被切片为各个电池的蚀刻进入晶片的条片可以具有各个不同长度。因此，形成的条片可在晶片的大致整个长度上延伸，仅在边缘周围留下薄缘，以及任何需要保持条片平行的支撑结构。由此可提供对材料使用率两倍的改进。在一个实施例中，具有100μm蚀刻间距的常规2mm×150mm直径晶片可制造超过84,000方形电池或略微呈矩形电池。

如上所述，可以使用纹理处理来降低反射。因此可以POCl₃扩散步骤或者类似处理步骤来形成具有与块硅的块掺杂相反的掺杂的层，由此在器件的整个表面上建立二极管区域。POCl₃扩散在电池中形成不同的掺杂区域，即，电池的前侧及后侧或者通过深蚀刻形成的条片的侧壁。因为POCl₃会在顶表面及底表面上重新生成氧化物，故POCl₃扩散可在器件上形成玻璃或釉层(glaze)(在要设置触点时可将其从器件的前侧及后侧去除)。因此，可以进行对二极管特性的更多测量以测量器件的特性。

如上所述，可以设计来自POCl₃扩散的PSG以生成ARC层。或者，可以去除PSG并增加类似厚度的热氧化物或其他材料以形成ARC。

然后可以对过孔槽中的剩余氮化物进行蚀刻，例如通过使用上述热磷酸。将氮化物蚀刻直至硅。该蚀刻也可去除任何氮化物深蚀刻掩膜的任何悬挂氮化物。

在一个实施例中，金属触点被丝网印刷在晶片的顶部及底部上，被对准印刷进入过孔槽。可以利用铝或银或银/铝合成膏来印刷p掺杂接触区域。可利用银膏来印刷n掺杂接触区域。

在另一实施例中，作为组装处理的一部分来对金属触点进行印刷。在另一实施例中，n掺杂接触区域过孔并未被图案化及蚀刻。相反，采用能够通过氮化物层烧结的银膏来与下层重掺杂接触区域进行接触。

在另一实施例中，p掺杂接触区域过孔并未被图案化及蚀刻。相反，采用能够通过氮化物层烧结的铝膏或铝/银合成膏来与下层重掺杂接触区域进行接触。在采用了POCl₃步骤以形成前/后二极管区域的情况下，需要注意防止该涂附步骤允许膏渗漏至沉积有POCl₃的区域，否则器件会短路。

一旦形成了接触区域，就如上所述可将条片切片为各个电池。然后可如上所述形成面板。例如，在采用使两个金属触点先于切片印刷在晶片上的触点的处理实施例中，产生可采用仅需要低温处理的后续面板组装处理的优点。这使得可以使用更多可用的衬底类型，例如塑料。

可以使用不同组衬底来支撑电池，例如薄柔性衬底及相对更厚的刚性更大的衬底。这些刚性衬底例如可以是切割为成品面板的尺寸的1/16”至1/4”的丙烯酸片。可将该薄柔性材料布置在可具有用于支撑并保护组件的前侧及/或后侧的子组件中。对特定应用领域而言，柔性器件是有利的。

如上所述将分离的电池装配在组件固定装置栅格上。独立地，首先利用绝缘线图案(例如环氧涂料)来对衬底进行印刷。然后在绝缘线之间，并以略大的厚度印刷导体线图案(例如使用低温热塑性银膏或环氧银膏)。绝缘线防止导体线接触，并在将电池布置在导体上时形成止挡。在导体膏仍然潮湿时，将衬底布置在具有组装电池的组件固定装置栅格上。湿膏粘附至电池并允许电池转移至衬底。然后对膏进行固化或干燥。

在另一实施例中，采用印刷热塑或环氧银膏小点的额外步骤来在过孔边缘处在电池上进行印刷，以确保实现从电池上的接触区域到下层金属互连线的连接。

第三示例性形成方法

在根据另一实施例用于形成电池的处理中，从诸如<1，1，0>硅晶体的晶体材料将电池制造为对称方形或矩形图案。图8示出了这种光伏电池800的示例。本示例中的电池为前/后并且左/右对称，使得前后视图大致相同。该特定视图示出了块材料802，其中厚度主要由用于形成管芯的硅晶片或其他材料的厚度决定。对于一些实施例，优选地是该厚度大于标准硅晶片的厚度。如下所述，该电池800具有上掺杂区域804及下掺杂区域806、以及多个接触区域808、810、812。

在根据一个实施例的电池中，顶区域804是硼掺杂区域而底区域806是磷掺杂区域。该图并未依比例绘制，这些区域中每一者通常相对于块硅802的厚度更薄。至少在一些实施例中，优选地是晶片较厚，因为具有较大电池可更有效并需要更少处理，较厚晶片也会需要较长蚀刻，这会导致不希望的底切(undercut)量。在一个实施例中，块硅晶片的厚度可以是约1-2mm量级。

根据一个实施例用于制造这种电池(在此情况下为方形或矩形电池)的处理始于具有上述特性的<1，1，0>取向硅的晶片。可利用合适的处理(例如piranha清洁处理)来清洁晶片。可以使用旋涂玻璃(SOG)处理来在晶片的顶部上形成硼掺杂SOG接触区域。然后可将晶片布置在熔炉或扩散炉中经过适当的变温及恒温时段(业内公知)，然后从熔炉去除以例如通过使用缓冲氧化物蚀刻(Buffered Oxide Etch(BOE))溶液将SOG蚀刻掉。通常在完成对晶片的硬化烘烤的30分钟内开始BOE蚀刻。然后可以测量晶片的片电阻率。可以使用类似处理来在晶片的底部上形成磷掺杂SOG接触区域，随后进行烘烤及蚀刻步骤。然后可测量扩散层的阻抗，以及二极管特性(通过晶片)。因为在块硅的相对两侧上存在两个相对掺杂区域，故可以测量通过晶片的二极管特性。

晶片的底部上的SOG磷可以是与SOG硼区域相对极性的掺杂区域。在一个实施例中，可在同时或大致同时将两SOG区域旋涂。然后可同时实现对两个SOG区域的熔炉驱动。虽然上述方法可节省时间及金钱，但需要解决一些污染问题。

晶体硅会具有相对较低基体阻抗，但形成在厚硅晶片的顶部及底部上的接触区域会具有过低的阻抗。在一个实施例中，接触区域的阻抗可在每平方数欧姆的范围内，而现存系统仅可达到每平方数十欧姆。因为使用了将在器件的较大区域上延伸的较小触点，例如连接至板的小金属器件，故掺杂区域会需要掺杂触点、低阻抗触点。

可在器件的各个侧面沉积氮化物层。然后例如通过涂附六甲基二硅氮甲烷(HMDS)主要用作用于光刻胶的粘附促进剂，可为光刻胶沉积来准备晶片。然后可将光刻胶旋在晶片的前侧上。可为深蚀刻处理使器件的顶部图案化，其中图案化光刻胶通过适当的烘烤处理而被烘烤。将对曝光的顶部氮化物层进行蚀刻直到硅，并随后去除光刻胶。可以对晶片的底部使用类似处理，其中使用溶剂基底漆处理(例如，HMDS底漆处理)来为光刻胶沉积准备晶片，然后将光刻胶旋在器件的前侧上并且为深蚀刻对器件的底部进行图案化。可以烘烤光刻胶并将底部氮化物层蚀刻直到硅。然后可去除光刻胶。

在根据另一实施例的处理中，可将光刻胶涂附至晶片的顶部及底部，其中大致同时进行图案化。例如，可将晶片布置在夹具装置中使得掩膜可下落在顶部及底部上，使得可以同时对两侧进行曝光。可在烘烤之前对光刻胶进行显影。

然后可在湿法浴液(例如使用异丙醇中40％重量比的氢氧化钾(KOH)的溶液的各向异性湿法蚀刻浴液)中对器件进行深蚀刻，由此趋于减慢蚀刻。上述蚀刻可以从一个方向(例如晶片的前侧)进行通过晶片，或者可从晶片的前侧及后侧开始(在两侧使用氮化物掩膜)并在中间汇合。通过在两侧开始，蚀刻会耗费较少时间并会存在较少底切。

深蚀刻对一些实施例非常重要。当使用诸如相对热的KOH溶液的溶液时，在湿法蚀刻方面会存在一些问题。例如，不均匀蚀刻会产生不同性能的电池。此外，必需将前侧与后侧蚀刻对准以满足较小公差的要求。

蚀刻处理(可包括除KOH湿法蚀刻处理之外其他任意数量的蚀刻处理)可产生通过晶片的数个槽。使用大致方形电池而非现有技术中的细条的优点在于几乎可以使用整个晶片。当使用必须为相同尺寸的条时，晶片的可使用面积最有效地为方形，这意味着在现有系统中会浪费约一半圆形硅晶片。当使用矩形电池时，随后被切片为各个电池的蚀刻进入晶片的条片可以具有各个不同长度。因此，这些条片可在晶片的大致整个长度上延伸，仅在边缘周围留下薄缘、以及任何需要保持条片平行的支撑结构。由此可提供对材料使用率两倍的改进。在一个实施例中，具有100μm蚀刻间距的常规2mm×150mm直径晶片可制造超过84,000方形电池或略微呈矩形电池。

一旦通过深蚀刻在晶片中已经形成条片，则希望至少在一些实施例中对条片的一侧或两侧进行纹理处理(texture)。在KOH或其他深蚀刻之后，表面可以相对较光滑。当用于诸如太阳能电池的应用领域中时，一些入射在电磁上的光会从前及后表面反射。对于各种不同的应用领域，这种反射会是不希望的。降低反射量的一种方法是对至少一个表面进行纹理处理。但是，纹理处理会增加额外成本，这会与获得的改进量相互平衡。也可使用其他方法来降低反射，例如使材料流入电池表面与任何其他光学界面之间的空间内。

可以使用POCL扩散步骤或类似处理步骤来形成具有与块硅的块掺杂相反的掺杂，由此在器件的整个表面上建立二极管区域。例如可在图9的剖视图中观察到。POCL扩散在电池中形成不同的掺杂区域902，即，电池的前侧及后侧或者通过深蚀刻形成的条片的侧壁。因为POCL会在顶表面及底表面上重新生成一些氧化物，故POCL扩散可在器件上形成玻璃或釉层(glaze)(在要设置触点时可将其从器件的前侧及后侧去除)。为了使掺杂物延伸至希望的深度并降低晶体缺陷，可以使用业界公知的至少一个赶回(redrive)步骤。可以通过在熔炉中保湿来进行赶回步骤，或者可与干法或湿法热氧化步骤组合以使晶片的曝光区域钝化(passivate)。这有助于使晶体缺陷最小化。因此，可以进行对二极管特性的更多测量以测量器件的特性。

可以使用诸如遮蔽掩膜的掩膜来形成用于器件的接触区域。遮蔽掩膜是具有开口、槽、或其他形成于其中的图案特征的诸如硅或金属材料中的图案。可以使遮蔽掩膜附在器件的顶部及/或底部上。可以通过诸如喷雾蚀刻的蚀刻处理来利用遮蔽掩膜以去除掩膜开口区域下方诸如热氧化物的任何绝缘物。可以利用遮蔽掩膜来在器件的顶部及底部上沉积诸如铝的金属以形成接触区域808、810、812。还可使用金属的组合，例如在器件一侧为铝而在另一侧为Cr/Ni。

一旦形成接触区域，就可将条片切片为各个电池。因为将条片切片为方形电池或“电池单元(squiver)”会损坏条片，可以使用额外一组步骤来防止对条片的损坏。在一个实施例中，可通过在条片之间的缝隙内填充诸如蜡的材料来改进晶片条片的结构完整性。可以方便地去除诸如CrystalBond的蜡并在中等温度使其“熔化”，使得蜡可方便地流入晶片以填充缝隙或空腔。蜡允许条片被切片或锯成各个电池而不会损坏。然后可在室温下在丙酮中去除蜡。也可使用其他蜡，但其通常要求在有毒溶剂中的高温加热处理。也可使用其他聚合物或可流动材料，例如聚合物及低熔点材料。可以使用任何合适可选择性去除的填充物类型来对深蚀刻晶片中的缝隙进行填充。在其他实施例中，可将条片附着至通常用于保持晶片的产业中所称的“蓝带(blue tape)”。在安装在蓝带或其他附着材料上时或在定位在带层之间时可将条片切片。如果在条片两侧均使用附着材料，则可仅切割一侧的材料。

当切片条片时，根据一个实施例可在各个管芯中至少切割一个槽口。这些槽口有助于确保在最终面板或器件中对管芯的希望的对准。在其他实施例中，取向并不重要，由此无需槽口。

附加组装处理

一旦形成电池，可以使用附加处理来形成面板或其他使用电池的光伏器件。在一个实施例中，电池与流体混合，然后电池与液体的浆液流动到衬底上。衬底可以是任何合适的衬底，例如其中已经进行压陷处理以配合电池的清洁塑料带。可以使用不同组衬底来支撑电池，例如薄柔性衬底及相对更厚的刚性更大的衬底。这些刚性衬底例如可以是切割为成品面板的尺寸的1/8”至1/4”的丙烯酸片。可将该薄柔性材料布置在可具有用于支撑并保护组件的前侧及/或后侧的子组件中。对特定应用领域而言，柔性器件是有利的。

容纳电池的衬底可具有数个特征，例如形成在其中的槽或凹入。这些槽/凹入可以利用玻璃料或薄绝缘材料或者导体/互连结构(其可形成用于电池的框架)压制而成。例如，如图10所示，可以将大致方形凹入压入带以保持电池阵列1000。槽也可呈纵列，或与衬底的平面垂直的列，使得当材料流入时，器件可以呈纵列堆叠在彼此顶部。例如，槽可以是100mm长、2mm宽，使得2mm×4mm尺寸的管芯可堆叠在该槽中。在此情况下，仅可布置管芯使得管芯的长轴与槽的长轴匹配。管芯可堆叠在彼此顶部直至槽被填满。在另一示例中，槽可具有100mm长度及4mm宽度的尺寸，其中管芯可进行堆叠使得管芯的长轴可与槽的长轴对准。但是，管芯的短轴与槽的长轴对准也是可行的，由此会形成不希望的缝隙。在此情况下，可以使用额外机构来使管芯排布至优选取向。衬底也可具有较大开口，电池可流入其中并通过堆叠装满。

可以由加热时使框架(frame)回流并变平的材料来制造包围管芯的框架。然后可以减小框架与管芯之间的空间，由此将管芯握紧并锁止在位。例如，可以将可形变材料沉积在待用作槽的边缘的衬底上。在管芯流入这些槽中之后，可以加热槽边缘以使该脊(ridge)材料软化，由此允许材料围绕管芯回流。脊材料也可膨胀，进而将电池锁止在位。还存在其他方法来装载管芯，将在这里进行描述，根据这里的描述，这些方法对本领域的技术人员将变的清楚并被了解。

然后，射流自身组装处理可将电池装载在带中可用的凹入的大部分中(如果不是全部)。很多射流装配系统中使用的方法及材料均为业界所公知，例如授权于Smith等人的美国专利号6,623,579，发明名称为“Methods and Apparatus for Fluidic Self Assembly”所描述的方法及材料，通过引用将其内容包含在本说明书中。

在另一实施例中，可利用干法震动处理来将电池安装在衬底上。在上述处理中，可随机或成条或大量地封装管芯，且可以较小震动使管芯在衬底上干法流动(dry flow)，并流入衬底中的目标容纳部内。可以向衬底的表面有略微倾斜以允许重力辅助电池的流动。可以利用这种处理来以快速且相对廉价的方式来组装这些电池的较大面板。

在其他实施例中，可以使用射流处理与震动处理的组合来将电池安装在衬底上。在使用射流组装时，如业界所知，可以去除流体并使电池/衬底干燥。流体可以是单一流体，例如去离子水，或者可具有任何数量的其他希望特性。例如，流体可具有表面活性特性，其改进了流体及电池的流动，并改进了管芯在彼此上的流动。也可利用将管芯吸引至特定位置的材料来使衬底中的凹入图案化，使得当管芯到位时管芯趋于保持在该位置。

安装处理可以是不关连的，其中衬底是独立面板，或者是连续供应的，其中衬底是通过供应电池的处理区域被供应的材料形成的连续带。

可具有预钻形成的接触过孔的覆盖片可被层叠至衬底以将电池保持在位。如果未预钻孔，则可通过激光器或类似装置来后钻孔。在一些现存系统中，支持物(backing)布置在电池以及钻出的孔上，但对于现有技术中的长条而言这种处理很困难，其中层叠辊或其他处理部件会易于因不均匀压力等因素而损坏长条。

然后，电池可具有例如图11所示形成的互连图案1100。例如使用诸如银环氧化物的一些导电膏，可以丝网印制、喷墨印刷、或沉积互连件以流过并进入接触过孔。也可使用业界所知的其他技术来沉积互连结构(诸如使用图案化辊)。

如图10所示，导电膏可被烘烤成为柔性牢固形式，由此将电池连接成可具有很多并联电池的组。这些组中的一些可以串联连接以将带的电压提升至更高的水平。然后可将带最终切割以形成完成的带组件。

在替代实施例中，在很多可靠方案中，衬底可具有已经丝网印制在互连衬底上的互连结构，例如FR4印刷电路材料。方形或矩形凹入图案可丝网印制在互连结构上以形成其中方形或矩形电池可流动的区域。然后可将具有电池的衬底布置在沉积在导电材料上的化学浴液(chemical bath)中。该导电材料将电池上与互连结构下的触点桥接。在沉积之后，可以清洗并干燥组件。

在另一实施例中，可利用互连矩阵来装配太阳电池。例如可以编织出开口织物矩阵(例如可类似于窗口丝网(window screen))具有与电池单元的尺寸大致匹配的精确尺寸。调节织物中的开口以匹配电池单元的尺寸可提供与电池单元良好的配合，并可将电池单元大致保持在位。该矩阵可以是任何合适的互连膜，由能够装配电池单元而不会损坏或污染电池单元的任何合适的材料制成。可以使用这种织物作为导电互连结构及/或作为支撑结构。在一个示例中，可在膜的一个轴线上使用导电线，其中在其他轴线上使用绝缘线。利用上述方法，可以方便地对电池单元平行布线。在另一示例中，可以使用两种(或更多)不同材料以允许电池单元自对准。这些材料可以分别具有憎水性及亲水性，并可具有对称的单一轴线。在另一示例中，可由多达四种不同材料来形成互连织物以为各个电池单元均提供多个互连结构。使用开口织物作为互连结构，即使仅实现一条连接，也可允许在电池单元的后侧及/或前侧进行简单的丝网印制以提供额外连接。通常，太阳能电池模组结构仅需来自各个太阳电池的两条连接。

一旦切片为单个方形或矩形电池并组装为模组，则由诸如上述示例晶片的晶片制成的电池(通常具有20％的效能)可利用全部太阳能辐射产生超过67watts的功率。具有来自5个晶片的相同效能的切成常规太阳电池晶片的类似体积的单晶硅材料例如将产生约17watts的功率。由此实现对相同量的硅4倍的能量改进。

上述处理的另一优点在于仅需在一个晶片上进行上述处理步骤(尽管其与常规电池所需的处理同样复杂)，而必须在五个晶片上进行类似处理以获得相同的器件。由此可进一步节省处理成本。

上述数个实施例的主要优点在于使用了大致方形的电池。通过将两个触点布置在方形电池的一侧而将另一触点布置在另一侧，可以成功地实现衬底凹入中电池的任意取向。无论管芯被如何旋转或翻动，管芯将总是与触点(其与和互连结构进行接触的正确极性相关)排齐。也可以仅使用经过全部这些器件的单一类型互连结构，由此无论各个电池如何旋转或翻动，该特定触点布线均可正常工作。由此例如可大大简化流体组件处理，仅需要将管芯布置至凹入，而不考虑管芯的取向。

在一个示例中，使用了第一组及第二组分隔侧触点，其在提供正常连接的情况下允许电池取向改变。第一组侧触点与第二组侧触点的布置不同，使得一侧的两个侧触点与另一侧的三个侧触点之间的缝隙相对布置。如果当布置成模组时电池下方存在五个触点线，则电池可以任意翻动，而触点仍然仅接触正确的触点线。

在其他实施例中，可将电池制造为略微矩形结构。例如，具有1.5∶1、2∶1、3∶1或4∶1的高宽比的结构可在各种系统及/或应用领域中具有特定优点。但是，在上述情况下，并未完全对称。这些管芯将不能对任何旋转均适用，而是例如必须与凹入的矩形凹入的取向匹配，使得对于方形电池而言自装配处理会更长且更困难。但是，在自装配处理中，矩形形状可确保太阳电池管芯将在优选取向上装载，例如图12所示的0度的取向1200或者180度取向(或者取决于位于90度或270度位置的长轴的取向)。在管芯相对于Z轴对称的情况下，管芯还可上下颠倒翻滚。这种方法可允许互连结构被简化，会需要较少数量的处理晶片切割，并会大致上消除填充问题。

在一些实施例中，可利用由管芯自身内及/或衬底凹入内的导电材料或绝缘物形成的键槽或突起来制造电池。如图13的示例1300所示，槽可与管芯顶部及底部上的接触突起匹配。以此方式，管芯可装入与槽匹配的凹入中。可将管芯翻转，但其将总是具有与键槽匹配的取向。在本实施例中，因为管芯不能以该取向装载，故无需具有可与管芯的顶部及底部进行接触的互连结构。在本实施例中仅使用了三条中心互连线。

其他实施例可具有沿管芯的边缘以及衬底中的凹入对准的多个槽及/或突起。其可以对称，由此允许管芯正常取向或翻转。

其他晶体材料

尽管对于特定取向的硅在此描述了很多示例，但应当理解，根据本说明书中的教导及启示，本领域技术人员可以使用多种其他材料及取向。例如，可以利用诸如锗的材料来制造电池。利用这种电池，也可通过沉积很多不同材料层来形成效能高的多的多结电池。上述方法的优点在于对处理的较大改进，例如对处理方面的20倍改进。例如，可以沿数个其他晶片将具有较大表面积的晶片安装在熔炉内，并可使各种不同气体流入熔炉以沉积材料来制造器件。目前，对于单个晶片进行上述处理，每一个晶片仅具有特定表面积。在布置薄晶片的相同的槽内可布置厚晶片，例如可形成约2mm高或宽的2mm厚量级的晶片。上述处理可使用更多气体来填充更大表面积来结束，但工具自身可以是小的多的工作，可以更廉价，并需要更少的行程(run)。由此实现更高的产量及更有效的电池。

光学聚焦器

当上述光伏电池被设置与业界所知的光学聚焦器一同使用时，可获得额外的优点。例如，与图14所示的方形或矩形电池列1400相对，可将起大批透镜作用的全息图案压印在清洁塑料衬底的一侧中。这种聚焦器可将太阳能辐射聚焦在电池列阵列上。未使用阵列来覆盖全部区域，器件可仅包括图14所示的电池的列或行阵列1402。这可减少所需电池的数量，由此降低器件的成本。图14中的示例使用相同面积不使用聚焦器的系统所需电池的数量的1/4。不同于会使用Fresnel透镜的常规聚焦器，上述聚焦器可将太阳能辐射聚焦在太阳可与模组相关的角度范围上。聚焦器自身会带来损耗，但对于示出的示例，聚焦器具有75％的效能，该系统可实现对硅的全部使用，相较于常规硅电池，对于相同功率输出，其低了12倍。

在一些实施例中，可以使用光伏材料，其具晶体结构，具有能够对材料的表面成直角有利地进行蚀刻的蚀刻剂。在一些实施例中，可以使用诸如Bosch硅蚀刻处理的干法蚀刻处理来将晶片切割成块。在一些实施例中，可以使用激光器来将光伏材料切割成块。在一些实施例中，可以使用狭窄高压液流来将光伏材料切割成块。

应当理解，根据以上描述，上述实施例的多种改变示例对本领域技术人员而言都是清楚的。因此，本发明并不限于这里示出并描述的本发明的上述具体实施例及方法。相反，本发明的范围由以下权利要求及其等同范围所界定。

Claims (34)

1.一种形成光伏电池的方法，包括以下步骤：

将掩膜层沉积在大致平面的晶体材料件上；并且

对所述晶体材料件进行蚀刻以在所述晶体材料中形成多个大致平行的槽，所述槽形成多个大致平面条，每一个条均大致从所述晶体材料件的一边沿所述条的方向向所述晶体材料件的另一边延伸，各个条的宽度均大致与所述晶体材料件的厚度相同。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括：

将所述条从所述晶体材料件分离；并且

对所述条进行切片以形成多个矩形电池。

3.根据权利要求1所述的方法，其中：

从由硅、锗以及砷化镓构成的组中选择所述晶体材料。

4.根据权利要求1所述的方法，还包括：

在所述多个条中每一个条上均形成具有与所述各个条的块掺杂相反的掺杂的层。

5.根据权利要求4所述的方法，其中：

形成具有与所述各个条的块掺杂相反的掺杂的层的步骤包括在所述各个条上进行POCl₃扩散。

6.根据权利要求2所述的方法，还包括：

在各个矩形电池的顶表面及底表面上形成触点。

7.根据权利要求2所述的方法，还包括：

在各个矩形电池的相对侧上形成触点。

8.根据权利要求7所述的方法，其中：

在相对侧上形成触点的步骤包括在各个矩形电池的第一侧形成第一组触点并在第二侧形成第二组触点，对各组触点的数量及位置其中至少一者进行选择以提供正确的触点连接，而无论所述各个电池相对于连接器件的取向如何。

9.根据权利要求1所述的方法，其中：

使用所述掩膜层来在所述晶体材料中形成平行槽的非矩形区域。

10.根据权利要求1所述的方法，其中：

沉积掩膜层的步骤包括将所述掩膜层沉积在大致平面<1，1，0>取向硅上。

11.根据权利要求1所述的方法，还包括：

对所述多个条进行切片以形成具有约20∶1或更小边缘比的矩形电池。

12.根据权利要求1所述的方法，其中：

所述掩膜层包括用于形成所选择的槽的图案区域，使得得到的所述条使用所述晶体材料件的表面的至少80％。

13.根据权利要求1所述的方法，还包括：

将抗反射涂料沉积在各个条的表面上。

14.根据权利要求1所述的方法，还包括：

对各个条的至少一个表面进行纹理处理。

15.根据权利要求2所述的方法，还包括：

将各个矩形电池布置在衬底上。

16.根据权利要求15所述的方法，其中：

所述衬底为导电衬底、低温衬底以及柔性衬底其中至少一者。

17.根据权利要求15所述的方法，还包括：

沉积额外层以形成多结器件。

18.根据权利要求15所述的方法，还包括：

通过从并联、串联、并联-串联以及串联-并联连接中选择的方法来对所述电池的至少一部分进行连接。

19.一种光伏电池，包括：

矩形晶体管芯，其具有形成二极管的至少两个相反掺杂区域，所述管芯具有约2mm或更小的宽度、约40mm或更小的长度、以及约100μm或更小的厚度；以及

成对触点，其布置在所述晶体管芯的相对边缘。

20.根据权利要求19所述的光伏电池，其中：

所述成对触点被布置在所述管芯的顶边缘及底边缘其中一者上或者被布置在所述管芯的相对侧边缘上。

21.根据权利要求19所述的光伏电池，其中：

所述成对触点是所述晶体管芯的第一边缘上的第一组触点以及所述晶体管芯的第二边缘上的第二组触点中的一部分，所述第一边缘与所述第二边缘相对，由此允许所述晶体管芯被布置在位于任意取向的大致共面光伏电池的阵列中。

22.根据权利要求19所述的光伏电池，其中：

所述矩形晶体管芯大致呈方形。

23.根据权利要求19所述的光伏电池，其中：

所述矩形晶体管芯由大致平面<1，1，0>取向硅形成。

24.根据权利要求19所述的光伏电池，还包括：

在所述晶体管芯的至少一个表面上的抗反射涂层。

25.根据权利要求19所述的光伏电池，其中：

所述晶体管芯的至少一个表面被纹理处理。

26.一种太阳能电池模组，包括：

衬底，其具有容纳部阵列；

位于所述容纳部阵列内的多个矩形光伏电池，每一个光伏电池均具有约2mm或更小的宽度、约40mm或更小的长度、以及约100μm或更小的厚度，每一个光伏电池还具有位于所述光伏电池两个相对边缘上的触点；以及

互连结构布线，其将所述多个矩形光伏电池的触点电连接。

27.根据权利要求26所述的太阳能电池模组，其中：

所述触点被布置在每一个光伏电池的顶部及底部上。

28.根据权利要求26所述的太阳能电池模组，其中：

所述触点被布置在每一个光伏电池的相对侧边缘上。

29.根据权利要求28所述的太阳能电池模组，其中：

电池上的所述触点包括第一边缘上的至少一个第一触点以及第二边缘上的至少一个第二触点，所述第一及第二触点被布置在不同边缘位置，使得所述第一及第二触点中每一者均与所述互连结构布线中期望的线相连，而无论各个容纳部中所述光伏电池的取向如何。

30.根据权利要求26所述的太阳能电池模组，其中：

所述衬底为导电衬底、低温衬底以及柔性衬底其中至少一者。

31.根据权利要求26所述的太阳能电池模组，其中：

所述互连结构布线将所述容纳部阵列中的所述多个光伏电池划分为子模组。

32.根据权利要求31所述的太阳能电池模组，其中：

所述互连结构布线将各个模组中的所述光伏电池并联连接，并将所述子模组中至少一部分串联连接。

33.根据权利要求31所述的太阳能电池模组，其中：

所述互连结构布线将各个模组中的所述光伏电池串联连接，并将所述子模组中至少一部分并联连接。

34.根据权利要求26所述的太阳能电池模组，还包括：

层叠层，其能够保持所述容纳部阵列中的所述多个光伏电池。

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