CN101884113B - 具有细的指状物的光电板和电池及其制造方法 - Google Patents

具有细的指状物的光电板和电池及其制造方法 Download PDF

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Abstract

一种光电池，具有光敏衬底和与衬底欧姆接触的多个指状物。指状物中的至少一个具有小于大约95微米的平均宽度。电池还具有与指状物欧姆接触的多条母线。母线的间隔小于大约38毫米的至少两条母线与至少一个指状物(即，具有小于大约95微米的平均宽度的指状物)相交。

Description

具有细的指状物的光电板和电池及其制造方法
优先权
本专利申请要求以下美国临时专利申请的优先权：
申请号61/012,795、2007年12月11日提交、指定代理人案号3253/135并且署名Brown Williams、Christopher E.Dubé以及AndrewGabor为共同发明人的名称为“PHOTOVOLTAIC CELL WITH FINEFINGERS AND METHOD OF MANUFACTURE OF THE SAME”；
申请号61/046,045、2008年4月18日提交、指定代理人案号3253/162并署名Brown Williams为唯一发明人的名称为“PHOTOVOLTAIC CELL WITH TABS FOR REFLECTING LIGHTTOWARD SUB STRATE”；
申请号61/079,178、2008年7月9日提交、指定代理人案号3253/164并且署名Christopher E.Dubé、Stephen Fox、Andrew Gabor以及BrownWilliams为共同发明人的名称为“EFFICIENT PHOTOVOLTAICCELL”；
所述三个临时美国专利申请的公开在此以参考的方式全文并入。
相关申请
本专利申请涉及以下美国专利申请：
美国专利申请No._________，与本专利申请相同的日期提交，指定代理人案号3253/182，署名Brown Williams为发明人，并且名称为“SHAPED TAB CONDUCTORS FOR A PHOTOVOLTAIC CELL”，该美国专利申请的公开在此以参考的方式全文并入。
技术领域
本发明大体上涉及光电池和面板，尤其地，本发明涉及利用细的指状物的光电池效率。
背景技术
光电池将光转化成电能。为此，光电池具有当暴露于光时产生诸如电子这样的电荷载流子的掺杂衬底。与衬底耦联的导体(在本领域中称作“接头(tab)”)将这些电子传导至另一装置，从而产生电流。作为示例，一种普通的电池技术通过在衬底上形成多个导电指状物来收集电荷载流子。指状物将收集的电荷载流子传导至一个或多个接头，以便输送至另一装置。
当任何指状物断裂(即，当间断沿任何指状物形成时)或者当指状物另外地具有某种间断时，问题出现。这在将指状物丝网印刷到衬底上时尤其成问题。如果这种情况出现，电子可能不得不行进较远以达到另一不太接近的接头，从而损失能量。这些现象不理想地降低电池效率。
本领域的技术人员通过形成相对宽的坚固指状物来解决该问题。例如，对于发明人的知识，当前技术状态的商业上可接受的电池指状物印刷过程不形成比大约100-120微米窄(即具有小于大约100-120微米的平均宽度)的指状物。形成具有这样的大的宽度指状物常常理想地减小断裂的影响。
通常来说，对于给定的高度而言宽的指状物比较窄的指状物更加导电。因此，宽的指状物将从电池输送改善的电流一提供商业上可接受的性能。然而，不理想的是宽的指状物具有另一问题，即，它们覆盖电池的顶表面的面积比由较窄的指状物所覆盖的面积大。因此，如为本领域的技术人员所知的，这样的较大的覆盖必定减小照在电池的光敏顶表面的光的量，从而抵消借助于增强的指状物导电性的效率增益。
发明内容
根据本发明的一个实施例，光电池具有光敏衬底和与衬底欧姆接触的多个指状物。指状物中的至少一个指状物具有小于大约95微米的平均宽度。电池还具有与指状物欧姆接触的多条母线。母线的间隔小于大约38毫米的至少两条母线与至少一个指状物(即，具有小于大约95微米的平均宽度的指状物)相交。
作为下限，至少两条母线可间隔大于等于大约六毫米。此外，在某些应用中，衬底上没有母线与另一相邻的母线可间隔超过大约38毫米。例如，多条母线可大致相等地间隔开不超过大约15毫米的给定距离。
许多不同衬底中的任一衬底可满足需求。例如，衬底可以是由掺杂多晶硅(例如具有小于等于大约300微米的厚度的丝线带晶片(stringribbon wafer))形成的片状晶体。各母线和各指状物均可由丝网印刷的导电材料形成。此外，多个指状物优选地仅由单层导电材料形成。
多个相交的指状物中的每一个均可具有小于等于大约二十微米的平均高度、和小于等于大约六十微米的平均宽度。可选地，多个指状物中的每一个均可具有小于等于大约65微米的平均宽度。以相似的方式，至少一个指状物可具有大于等于大约35微米的平均宽度。
电池还可具有与多条母线欧姆接触的多个接头。多个接头还可具有与衬底形成锐角的大体上的平面表面。指状物、接头和母线一起可构造成覆盖不超过衬底的顶表面的大约6％。
母线中的至少一条可以是间断的，并因此可由多个间隔开的焊盘形成。以相似的方式，指状物中的至少一个可具有重复的间断，并因此可以是(故意)间断的。
为了将接头(例如从另一电池)固定至衬底的底面，光电池还可将导电片材固定至衬底的底面。因此，将接头固定在导电片材与衬底的底面之间。
根据本发明的另一实施例，制造光电池的方法设置具有顶面的光敏衬底，和将多个指状物沉积到衬底的顶面上，并且所述多个指状物与衬底欧姆接触。多个指状物分别具有小于大约95微米的平均宽度。在沉积指状物之前、之后、或同时，该方法还将多条母线沉积在衬底的顶面上，以与多个指状物相交。多条母线具有大于大约95微米的外部尺寸。将所述多条母线中的至少两条沉积在衬底的顶面上，使得它们间隔不超过大约38毫米。
如由权利要求18所限定的方法，其中沉积多个指状物包括将不超过一层的导电材料沉积到衬底上，以形成指状物。
在形成母线之后，该方法还可(例如通过使接头连接至合适的母线)使接头电连接至一层指状物中的至少一个指状物。在说明性实施例中，该方法利用丝网印刷过程沉积多个指状物。
如由权利要求18所限定的方法，其中沉积多个指状物包括横跨衬底的正面而沉积大致连续线状的导电材料，以形成单一的大致连续的指状物。
该方法可通过如下方式沉积多个指状物：横跨衬底的正面而沉积大致连续线状的导电材料，以形成单一的大致连续的指状物。该单一的大致连续的指状物可具有在沉积多个指状物之后形成的不规则的断裂。可选地，可通过沉积具有规则间隔开的间断(即规则的重复间断)的导电材料的线来沉积多个指状物。
根据本发明的另一实施例，光电池具有光敏衬底、以及与衬底欧姆接触的多个间隔开的焊盘。多个焊盘形成多条间断的母线，并分别具有大于100微米的外部尺寸。多个焊盘的组中的每一焊盘均具有从该焊盘延伸的邻接指状部分。每个这样的邻接指状部分均具有小于等于95微米的平均宽度。
附图说明
本领域的技术人员将从通过参考紧接在下面概括的附图而描述的“具体实施方式”更充分地意识到本发明的各种实施例的优点。
图1A示意性地示出利用根据本发明的说明性实施例构成的电池的光电板。
图1B示意性地示出根据本发明的说明性实施例构成的一对光电池。
图2A示意性地示出根据本发明的说明性实施例构成的光电池的顶视图。
图2B示意性地示出根据本发明的说明性实施例构成的光电池的底视图。
图3示意性地示出图2的光电池在其接头被去除的情况下的顶视图。
图4示意性地示出图2的光电池中的指状物和母线的放大图。
图5示出根据本发明的说明性实施例而形成光电池的过程。
图6示意性地示出根据本发明的说明性实施例的光电池的一部分。
图7A示意性地示出图6的光电池的更小的一部分的横截面图。
图7B示意性地示出用于将接头固定至母线的可选布置的横截面图。
图8示意性地示出具有间断的指状物的可选实施例的顶视图。
图9示意性地示出两光电池的侧视图，两光电池根据本发明的说明性实施例将导电片材用于连接两光电池的接头。
图10示出根据本发明的说明性实施例电连接图9的两光电池的过程。
图11示意性地示出在执行图10的步骤1002时的导电片材和一个电池。
具体实施方式
在说明性实施例中，光电池具有平均宽度小于大约95微米的指状物。这样的设计能通过具有横跨电池顶面的相对高的数量的母线(即相对密集定位的母线)来容许指状物意外的断裂。另外，发明人惊奇地发现，当与细的指状物一起使用时，不管指状物是否断裂，与相邻母线间隔不超过大约38毫米的母线明显改善电池效率。
为了进一步改善性能，各种实施例由多个不相连的部件形成母线和/或指状物。例如，母线可由与指状物电接触的多个规则间隔开的焊盘形成。以下讨论说明性实施例的细节。
图1A示意性地示出光电模块6(也称为光电板6或太阳能电池板6)，其可结合根据本发明的说明性实施例构成的电池。其中，光电模块6在刚性框架内具有多个电互连的光电池。模块6还可具有保护电池的封装层(未示出)和玻璃顶层(未示出)、以及进一步保护电池并提供背部支撑的背衬(backskin)(未示出)。
应重申的是，图1A所示的模块6仅用作实际模块的示意图。因此，电池的数量以及理所当然电池布局能在以下说明的范围内显著地改变。
图1B示意性地示出根据本发明的说明性实施例构成并连接至第二光电池10A的光电池10。作为示例，所述两个电池10和10A均可位于图1A的模块6内。两电池10和10A可以相同的方式或以不同的方式构成。在示出的示例中，第一和第二光电池10和10A串联连接以组合它们的功率。
其中，光电池10具有掺杂衬底12，该掺杂衬底12在其顶面和底面/顶表面和底表面14A和14B上具有多个导体，以收集并向诸如另一光电池或外部负载这样的外部装置传输电/电流。更具体地说，图2A示意性地示出光电池10的顶视图，而图2B示意性地示出相同的光电池10的底视图。如所示，顶表面14A具有抗反射涂层16以俘获更多的入射光、以及沉积/整体的导电材料的图案以俘获电流。
具体地，导电材料包括沿衬底12大体上在长度方向上(从图形的视角水平地)横过的细的指状物18、以及大体上沿衬底12的宽度(从图形的视角垂直地)横过的多个间断的母线20。如所示并且以下所讨论的，每一母线沿它们的长度均具有规则间隔开的间断。在所示的示例中，母线20大体上以大约垂直于指状物18的图案布置。
然而，可选实施例可沿不同的取向形成母线20和指状物18。例如，指状物18、母线20、或两者能够以横跨衬底12的顶面14A的随机方式、以与所示的指状物18和母线20成某一角度、或者以根据应用所需要的某一其它图案横过。
光电池10还具有电学地并且物理地连接至母线20的多个接头导体22(一般称为“接头22”)。例如，接头22可由银、或镀银铜线形成，以增强导电性。接头22向可连接至外部负载或另一光电池(例如，如图1所示)的金属带24传输由指状物18收集的电子。
衬底12的顶面14A的照明产生载流子，即空穴和电子。如此，用于改善电池效率的一个目标是使对顶面14A的部分进行遮蔽/覆盖的部件的数量最小。如以下更详细地讨论的，指状物18、母线20、和接头22尤其地构造成逼近该目标。
衬底12的底面14B不接收光，因此可被完全覆盖以使其收集电荷载流子的效率最高。因此，如图2B所示，衬底12的底面14B具有底表面金属覆盖26(例如铝)，该底表面金属覆盖26具有成形为与在先提及的金属带24的形状对应的暴露的底部接触件28。因此，光电池10通过使相似的光电池的金属带24连接至该光电池10的底部接触件28、和/或通过使该光电池10的金属带24连接至相似的光电池的底部接触件28来串联地与相似的光电池连接。底部接触件28可由带24电连接至的一个或多个小的焊盘具体化。
根据说明性实施例，指状物18比本领域中已知的指状物细得多。例如，一些或所有的指状物18可具有大致小于大约120微米的(平均)厚度。实际上，一些实施例具有小于大约60微米的指状物厚度。在试验和仿真期间，发明人发现当与适当构成的母线20一起使用时，具有低到大约80微米、以至低到40微米的厚度的指状物18仍能产生令人满意的商业上可接受的结果。为此，在有意义的试验和投资之后，发明人令人惊奇的发现，他们的具有非常细的指状物18的电池设计比具有较宽的指状物但不同的母线布置的电池设计充分容许较多的指状物断裂。
实际上，如上所述，发明人发现当细的指状物(即低于大约95微米的平均宽度)和与它们的最近/相邻的母线仅间隔开大约38毫米的母线一起使用时，细的指状物具有明显改善的效率。更具体地说，对于发明人的知识，没有现有技术的电池设计已成功地将细的指状物结合到商业上可行的装置(即，具有当前有利的每瓦的成本的装置)中。其他人尝试了但失败了。例如，有些人企图通过将电镀技术用于形成具有两层或更多层的指状物来提高指状物的导电性。然而，不理想的是，这样的过程非常复杂，并且向电池的每瓦成本添加过分增加的成本。本领域的其他人简单地讲授远离利用细的指状物，并且简单地要求在100微米与1000微米之间的指状物。
在大量试验之后，发明人发现他们能使用具有小于100微米、以至小于95微米(例如60微米以至40微米)的平均宽度的细的指状物，只要母线横跨顶面而足够密集地定位即可。另外，本领域当前不能利用细的指状物在有竞争力的定价点获得在商业上可行的电池。具体地，如先前所指出的，发明人发现使母线(与相邻的母线)仅间隔开大约38毫米明显改善效率，并经得起与细的指状物相关的指状物断裂。测试表明在母线具有其它较小的相应间隔、诸如大约30毫米、大约15毫米、大约10毫米、和大约7.5毫米的情况下，结果进一步改善。当然，如果母线变得太密集，则它们阻挡太多的光。因此，发明人还确定如果母线不比大约6毫米更靠近，则电池将提供所期望的结果。
发明人认识到在80毫米×150毫米的电池上的七条、八条、九条、或更多(例如十五条以上)的紧密间隔开的母线20的使用能实现该有利的结果。因此，该增加数量的母线20进一步减小在衬底12的边缘与最近的母线20之间的指状物段30(以下讨论)的尺寸。结果，功率损失(即“欧姆”或“焦耳”损失)将较低，并且较少的电子被捕获在这些区域中，如此还改善电池效率。
换一种说法，母线20与指状物18相交以形成指状物段30。例如，两条母线20可与单条指状物18相交，以在两条母线20之间形成指状物段30。作为另一示例，单条母线20可与指状物18相交，以在衬底12的边缘与相交的母线20之间形成指状物段30。在前一情况下，母线20之间的距离优选地非常短(例如在大约7与15毫米之间，但分开小于等于大约38毫米)。如果这样的指状物段30断裂，则在断裂的任一侧上的电子没有移动以达到其最近的母线20之一的长的距离。应指出的是，如果单条指状物段30具有两处断裂，则仍可捕获一些电子。
然而，可选的实施例不需要这样的细的指状物18。例如，即使当与高导电性的指状物段30、或相对宽(例如具有大于大约120微米的宽度或具有两个或更多的层)的指状物18一起使用时，多条母线20或间断的母线20(以下讨论)仍将改善效率。
为本发明人所知的现有技术的母线通常被形成为与多个指状物18欧姆接触的单一邻接导体。为了确保母线从衬底12输送最大数量的电子，这样的母线可横过所有的指状物18(也与说明性实施例的情况下一样)。然而，不理想的是，这样的母线相当程度地覆盖衬底12的顶面14A，这是与使这样的覆盖最小的上述目标对立的结果。
发明人通过在仍维持它们的母线20的功能性的同时在它们的母线20中产生大致的间断来解决该问题。具体地，图3示意性地示出衬底12的顶面14A，同时接头22被去除以更清楚地示出母线20。图4示意性地示出在一条母线20耦联至接头22的情况下多个指状物18和两条母线20的放大图。如所示，各母线20说明性地由多个单独的电隔离(横跨衬底12的顶表面14A)的导电区域32形成，所述导电区域32分别与单个指状物18连接/结合。导电区域32可具有足以与接头32(以下讨论)耦联的任何形状和尺寸。
例如，图4示意性地示出如由与指状物18欧姆接触的多个电隔离焊盘(在此同样用附图标记“32”指示)形成的母线20。应指出的是，尽管以“电隔离”为特征，但这些焊盘32可通过衬底12具有某种电连接。然而，这样的连接不是诸如焊盘32与指状物18之间的直接连接。
焊盘32具有的尺寸确保常规的焊接或相似的过程能容易地使接头22以高度可靠且有效的方式(以下参考图6、7A和7B更详细地讨论)连接至所述焊盘32。作为示例，图4的各焊盘32具有500微米的宽度和200微米的(较短)长度。这样的尺寸以合理的公差为与相对细的接头22(例如具有大约150-220微米的宽度的接头22)的连接提供足够的焊接部位。在有些实施例中，焊盘32为具有大约150至200微米之间的直径的圆。因此，各母线20包括多个规则间隔开的焊盘32。换句话说，焊盘32间隔开大致恒定的量(母线20具有周期重复的间断)。
在讨论并在图2A和2B中示出的示例中，光电池10具有带有19个接头的19条母线和40个指状物。因此，每条母线均具有40个焊盘(即每个指状物一个焊盘)。如果衬底12为80毫米乘150毫米，则指状物为60微米宽和150毫米长，接头为150微米宽和80mm长，而焊盘分别为500微米宽和200微米长，于是在衬底12的顶表面14A上出现以下的遮蔽：
·指状物遮蔽：40个指状物×0.06mm的宽度×150mm的长度＝360平方毫米＝3％的遮蔽；
·焊盘遮蔽：40个指状物×19条母线×0.2mm的长度×0.5mm的宽度＝76平方毫米＝大约0.6％的遮蔽；
·接头遮蔽：0.15mm的宽度×80mm的长度×19个接头＝228平方毫米＝大约1.9％的遮蔽。
然而，为了确定总的遮蔽，必须计算并从以上三个计算面积的和减去焊盘32与接头22之间的重叠面积。该重叠面积确定如下：
·重叠面积：焊盘0.2mm的长度×接头0.15mm的宽度×40个焊盘×19个接头指状物＝22.8平方毫米。
因此：
·接头和焊盘的总遮蔽：76平方毫米+228平方毫米(减去)22.8平方毫米＝281.2平方毫米；
·总遮蔽(为简单起见，忽略接头与指状物的重叠)：360平方毫米+76平方毫米+228平方毫米(减去)22.8平方毫米＝641.2平方毫米＝大约5.3％的遮蔽。
相反，具有连续的500微米宽、80mm长的母线的对应电池仅具有母线遮蔽如下(如果使用19条母线)：
·遮蔽：0.5mm的宽度×80mm的长度×19条母线＝760平方毫米＝6.3％的遮蔽。
由于这样的接头22安装在它们的母线20之上和之内，所以该遮蔽还包括接头遮蔽。因此，说明性的间断的母线的实施例通过在该示例中的母线20有利地减小衬底覆盖达到超过60％。当然，总遮蔽还必须包括指状物遮蔽，这必定增加以上计算出的现有技术的母线20的遮蔽量(6.3％)。应重申的是，这些特定的数字是说明性的，并且不用于限制本发明的各种实施例。因此，应意识到的是，说明性实施例能将衬底顶表面14A的由于接头22、母线20和指状物18一起的总遮蔽减小至小于大约6％(例如在大约5％与6％之间)。
因此，诸如以上讨论并在图中示出的间断母线20在覆盖衬底12的顶面14A明显较小的面积的同时，基本提供与现有技术的母线相同的功能。此外，如为本领域的技术人员所知的，衬底12的顶表面14A的金属化常常使紧接在表面14A之下的衬底12的电学品质退化。因此，间断的母线20明显减小的覆盖面积应进一步减小该不利后果的可能性。
应指出的是，间断的母线20的尺寸、形状、和构造不一定局限于以上讨论的实施例。例如，其中由焊盘32形成的具有较大或较小的宽度或不同的形状的母线20仍能满足各种应用。另外，一些母线20具有不规则间隔开的焊盘32。因此，特定示例的讨论仅用于说明性用途，而不用于限制本发明的所有实施例。
本发明的有些实施例不需要间断的母线20。例如，有些实施例可具有全部邻接的母线20、或邻接的母线20与间断的母线20的组合。
图5示出根据本发明的说明性实施例形成光电池10的过程。应指出的是，为简单起见，该描述的过程是用于形成光电池10的实际过程明显简化的版本。因此，本领域的技术人员应理解的是，该过程可具有在图5中未明确示出的另外的步骤。此外，一些步骤可以与所示顺序不同的顺序执行、或者大致同时执行。本领域的技术人员应能改变过程，以使它们适合于特定的需求。
该过程从形成掺杂衬底12的步骤500开始。为此，该过程可形成适合于预期目的的任何一种掺杂衬底。说明性的实施例形成诸如由Marlboroug Massachusetts的Evergreen Solar，Inc.生产的p型掺杂的丝线带晶片(string ribbon wafer)。如为本领域的技术人员所知的，丝线带晶片通常非常薄、诸如数量级为大约150与300微米之间。
在清洁晶片的表面14A和14B之后，该过程通过使顶表面14A降低光泽来继续步骤502。该步骤应降低能使激励带电载流子的光的量最小的反射。为此，常规过程在衬底顶表面14A上形成微观纹理、给予其“灰白”外观。
接下来，该过程使结扩散到衬底12中(步骤504)。具体地，利用P型丝线带晶片的实施例可将非常薄的N型材料层形成于衬底12的顶面14A。例如，该层可具有大约0.3微米的厚度。连同其它方式，该过程可通过将磷化合物喷射到晶片的顶面14A上来涂覆该层，然后在熔炉中加热整个衬底12。当然，结可由其它方式形成，因此，仅为说明性目的讨论所提及的技术。
在从熔炉去除衬底12之后，该过程通过将上述电隔离的抗反射涂层16沉积至衬底12的顶面14来继续步骤506。以与提及的纹理相类似的方式，抗反射涂层16的主要功能是增加耦合到光电池10中的光的量。抗反射涂层16可由诸如氮化硅这样的常规材料形成。
然后过程继续处理衬底12的底表面14B的步骤508。为此，常规的丝网印刷法首先在衬底12上由银膏形成底部接触件28，然后掩模该底部接触件28以形成(例如由铝形成的)底表面金属覆盖26。
在处理底表面14B的同时、之前、或之后，该过程通过形成指状物18和母线20的阵列来开始处理顶表面14A(步骤510)。为此，说明性的实施例在衬底12的顶表面14A的掩模上丝网印刷高导电性膏。掩模具有用于指状物18和母线20的预期的图案。说明性的实施例仅沉积一层导电材料，但有些实施例能沉积多层。为了增强导电性，各种实施例将银膏用于形成指状物18和母线20。
该步骤可将指状物18沉积为大致连续线状的导电材料。因此，这样形成的指状物18沿它们的长度应没有断裂。然而，任凭在处理期间或之后的这些努力，任何指状物18可沿它们的长度形成一个或多个断裂(称为“非故意的断裂”)。因此，得到的指状物18继而常常具有一个或多个不规则间隔开的断裂。这样的断裂还可具有不规则的形状。
因此，即使通过过程形成为没有断裂的指状物18具有一个或多个这样的断裂，也不认为它们是间断的。换句话说，沿它们的长度设计有间隔/间断/断裂的指状物不管它们是规则还是不规则地间隔开的、都被认为是间断的。以对应的方式，沿它们的长度没有设计间隔/间断/断裂的指状物被认为是连续的——即使它们具有上述的非故意的断裂。相同的间断和连续的要求同样适用于母线。
应指出的是，丝网印刷的讨论仅用于说明性的用途。通过利用其它的技术，能应用各种所讨论的部件中一些或全部。连同其它技术，这样的实施例可使用喷墨印刷或空气喷气印刷。
在丝网印刷两表面14A和14B之后，该过程使衬底12通过处于高温的熔炉达短的时间量。例如，该过程可使衬底12通过处于850℃的熔炉达大约1秒钟。该短但迅速的加热有效地凝固导电性膏，并使导电性膏“烧过”抗反射涂层16。换句话说，导电性膏穿过抗反射涂层16以与衬底12欧姆接触。因此，指状物18和母线12以使它们相应的电流-电压曲线大致为线性的方式接触衬底12。同样有重要意义的是如下事实：抗反射涂层16的绝缘品质防止两相邻焊盘32之间横跨顶表面14A的直接的电连接。当然，如上所述，相邻的焊盘32可具有通过衬底12的某一电连接，但这样的连接不是由布线、接头22、或其它直接的电通路所提供的直接的电连接类型。
然后，该过程继续将接头22固定至母线20的步骤512。为此，常规过程首先可将焊料丝网印刷到每个焊盘32上，然后将加热板用于使焊料熔化。在该阶段，母线20的各焊盘32均具有用于接纳接头22的焊球。因此，使在张力作用下保持一行接头22的脚手架向下运动，以使各焊球与接头22接触。然后，焊球冷却，从而将接头22固定至焊盘32。在该过程中利用焊球的一个优点是不管焊盘32和衬底12的外形的不规则性，焊球都能可靠地与接头22连接。
应指出的是，接头22仅经由焊盘32与衬底12间接地连接。绝缘的抗反射涂层/层16防止接头22经由衬底12的顶表面14A的任何其它部分与衬底12直接电连接。
该过程通过使金属带24(见图2A)固定于接头22而结束于步骤514。任何实现该连接的常规方式应满足需求、诸如常规的焊接技术。
接头22可以许多不同方式中的任一方式成形。例如，接头22可具有诸如常规布线的横截面形状这样的大体上圆形的横截面形状。关于该实施例的另外的信息，见上述指定代理人档案号3253/182、署名Brown Williams为发明人、并且名称为“SHAPED TAB CONDUCTORSFOR APHOTOVOLTAIC CELL”的共同未决的美国专利申请。
具体地，根据说明性实施例，接头22具有与顶表面14A通常形成锐角的至少一个大体上的平面侧面。更具体地说，图6示意性地示出一个这样的具有至少两个接头22的实施例，所述至少两个接头22具有矩形的、大体上菱形的横截面形状。如所示，接头22具有分别与顶表面14A形成锐角A和B的至少两个表面。该取向有利地将从顶表面14A向上发射的一些光反射回顶表面14A，从而改善电池效率。另外，该取向可允许更多的光达到衬底的表面。
角度A和B可相同或不同。例如，两角度A和B可为45度。作为另一示例，在角度B可为40度的同时，角度A可为60度。因此，在这样的示例中，在两相关接头表面之间形成的角度为80度。角度A和B优选地分别大于大约零度但小于大约90度。
接头的与顶表面14A形成该关系的表面可通常为平面的、或者某一其它形状。例如，接头22可具有带有大体上提供相似效果的凹度(未示出)的表面。该凹度可具有非常大的有效半径、或者相对小的有效半径。在任一情况下，凹度可限定横跨其开口的平面。以与以上所讨论的大致平面表面相类似的方式，该平面可与表面14A形成锐角。
应指出的是，接头22的一些平面可以是非平面的(例如具有大体上的凸状、即弯曲的形状)。此外，各种实施例可具有许多不同的横截面形状。例如，一些实施例可具有与任何数量的不同多角形的横截面形状相类似的横截面形状、诸如三角形和八角形。实际上，一些实施例可使用不规则形状的接头22。因此，菱形或矩形接头22的讨论仅用于说明性用途。
如上所述，说明性实施例将接头22焊接至母线20。图7A和7B示意性地示出将接头22焊接至母线20的两种不同的方式。具体地，图7A示意性地示出图6的布置横过一个接头22的横截面视图。如所示，焊料仅接触接头22的底部——其未完全封装接头22的整个部分。该情形与图7B所示的实施例形成对比，在图7B所示的实施例中，焊料完全封装接头22的整个部分。
然而，在两个提及的实施例中的焊料仅接触各接头22的特定部分(称为“焊点”)。因此，接头22的大部分暴露，并因此不被封装。因此，接头22的暴露的所述部分应提供上述大部分的光反射效益。具体地，接头22的未暴露的所述部分应比具有一般圆形横截面形状的常规接头更多地将光反射回顶面14A。
按以上参考其它实施例所讨论的方式，不管衬底12和/或母线22/32的外形的不规则性，焊料都与接头22可靠地连接。
如上所述，各种实施例更容易容许指状物18中的断裂，并且重要地是能够实现该细的指状物在商业上的使用。图8示意性地示出具有多个间断的指状物18的上述可选实施例。具体地，在该实施例中的各指状物18具有分别与母线20相交的多个指状部分18A。
换一种说法，各焊盘32具有从该焊盘32延伸的至少一个邻接的指状部分18A。在说明性实施例中，焊盘32具有大于大约100微米(例如大约500微米)的某一外部尺寸，而邻接指状部分(即邻接焊盘32)具有小于大约95微米的平均厚度。图8所示的指状部分18A形成间断的指状物18。然而，其它实施例的邻接指状部分可连接以形成连续的指状物18。
如为本领域的技术人员所知的，电子具有扩散长度；即电子在其寿命期间能行进的长度。在某些实施例中该距离为大约1毫米。因此，(图8中的实施例的)给定指状物18的各指状部分18A之间的间隔优选地小于等于大约两个扩散长度；即在该情况下大约2毫米。仅作为示例，间隔可在大约0.5与大约2毫米之间。当然，间隔可小于大约0.5毫米或大于2毫米。
作为另一示例，在各母线20与其相邻的母线20间隔大约9.8毫米的系统中，各指状部分18A可具有大约7.8毫米的长度。因此，对于该电池10上给定的指状物18而言，各指状部分18A距其相邻的指状部分18A大约2毫米。应重申的是，这些特定的数字和示例的讨论是说明性的，并且不用于限制本发明的各种实施例。
在相关的实施例中，单个电池10上的一些指状物18是间断的，而在相同电池10上的其它指状物18不是间断的。以相似的方式，一些指状物18可能不会延伸完全横跨电池10的顶面14A。尤其地，一条母线20可具有40个相交的指状部分18A，而另一条母线20可具有35个相交的指状部分18A。
间断的指状物18可通过大量常规技术中的任一常规技术形成，诸如以上所讨论的用于形成间断指状物18的常规技术。例如，常规的丝网印刷处理可形成间断的指状物18。
因此，该实施例及相关的可选实施例进一步使顶面14A的覆盖最小化，这使得更多的光能够接触电池10。因此，当与具有连续指状物18(即没有特意设计的断裂的指状物)的实施例相比较时，将改善电池效率。实际上，可以预料的是，当与诸如间断的母线的实施例、平面接头的实施例、和/或导电片材的实施例(以下紧接讨论)这样的其它实施例相结合时，效率更进一步改善。
各种实施例在进一步降低制造成本的同时，提供进一步改善效率和可靠性的附加优化。图9-11示出将诸如导电箔这样的导电片材45用于使接头22与电池10的底面14B物理连接的又一这样的优化。
具体地，图9示意性地示出如上所述利用导电片材45的两电池10的侧视图。如所示，一组接头22(即一个或多个接头22)从电池10中的一电池10的顶面14A延伸至紧邻的电池10的底面14B。导电片材45将这些接头固定至底面14B。应指出的是，仅用于说明性用途，因为图9使导电片材45与接头22间隔开，该接头22对应地与电池10的底侧间隔开，所以图9是稍微分解的视图。在成品中不应存在这样的间隔。
导电片材45可以是本领域已知的各种不同的导电片材中的任一导电片材。其中，导电片材45可以是由导电材料形成的箔。例如，箔可具有大约40微米的厚度，并且由相对纯的铜形成。为了与接头22物理连接、并且最终与电池10的底面14B连接，导电片材45的顶表面应具有诸如导电粘合剂或环氧树脂这样的某种粘附材料。该粘附材料可大致横跨导电片材45的整个顶表面形成、或形成在预先指定的位置。
例如，导电粘合剂或环氧树脂可由加载有片状银粉的丙烯酸树脂形成，并且大致可展开横跨导电片材45的整个顶表面。可选地，粘结剂或环氧树脂可由镀镍玻璃纤维形成。当然，取决于应用需求，其它的粘结剂或环氧树脂应满足需求。
图10示出根据参考图9所讨论的本发明实施例的使相邻的太阳能电池10电连接的简化的说明性过程。以与以上参考图5所讨论的过程相类似的方式，该描述的过程是用于使两相邻电池10连接的实际过程的明显简化版本。因此，本领域的技术人员应理解的是，该过程可具有在图10中未明确示出的另外的步骤。此外，一些步骤可以与所示顺序不同的顺序执行、或者大致同时执行。本领域的技术人员应能改变过程，以使它们适合于特定的需求。
在开始该过程之前，可处理电池10的背面14B，以实现与衬底12直接的电连接。实现以上情形的一项技术是蚀刻多个孔穿过背面介电层(未示出)直到衬底12。其中，这样的介电层可由氮化硅、氧化硅/氮化硅堆叠、或其它介电材料形成。在形成孔之后，该过程向孔添加铝(未示出)以实现电接触。添加铝的该过程还可在电池10的背面14A上留下薄的铝层。
然后，该过程从将接头22固定至电池10的顶面14A的步骤1000开始。这可以与图5的步骤512相类似的方式完成，该步骤512描述将焊料用于使接头22与母线20连接。然而，其它的技术可使接头22连接至母线20。
在完成步骤1000之前、期间、或之后，该过程将接头22固定至导电片材45。为此，如图11所示，接头22具有允许它们在第一电池10的顶部边缘上延伸、并至少延伸至导电片材45的顶表面的边缘的长度。导电粘合剂应将接头22充分地固定至导电片材45。
可选地，一些实施例可使接头22延伸横跨导电片材45的顶表面的大致整个宽度、延伸横跨导电片材45的顶表面的宽度的一半、或横跨宽度延伸至某一其它的点。从电学的观点，在何处将接头22物理地固定至导电片材45是无关紧要的。然而，从机械的观点，可能有利的是使布线延伸横跨导电片材45的宽度的明显再多一些的部分，以确保可靠的连接。
该过程结束于步骤1004，如图9所示，该步骤1004将导电片材45的顶表面固定至电池10的底面14B。当连接时，导电片材45与电池10的底面14B上的金属层(例如铝层)紧密接触。该紧密接触使导电片材45与铝电连接，这样使该导电片材45与衬底12电连接。
如所示，导电片材45的宽度可小于电池10的宽度。可选地，导电片材45的宽度可与电池10的宽度为相同的大小。在其它实施例中，导电片材45的形状不一定与电池10的形状对应。例如，导电片材45可具有圆形形状，而电池10具有矩形形状。
如上所述，导电片材45提供许多优点。主要地，该导电片材45提供实现相对简单的可靠的机械连接。另外，该导电片材在电池10的底面14B上提供高导电性和低损耗。此外，在电池10的背面上不需要具有银焊盘(银焊盘通常提供坚固的焊接点)，因此进一步改善效率并简化制造。
另一益处涉及许多太阳能电池10易碎的性质。具体地，许多太阳能电池10的衬底12当在野外时断裂或裂缝。如为本领域的技术人员所知的，裂缝能隔离电池10的部分，从而阻碍通过电池10的该部分形成的电子贡献于电池功率。因此，本领域的技术人员常常试图通过使接头22延伸大致横跨电池10的底面14B的整个宽度来解决该问题。
导电片材45的使用通过确保来自提及的隔离部分的载流子继续与电池10的其余部分电连接来消除该需求。实际上，可以预料导电片材45提供比接头22的常规使用好的传导。除提供该可靠性改进之外，由于不再需要使接头22延伸横跨电池10大致的大部分，所以这样的实施例还必定减少用于接头22的布线的量。因此，该减少的布线的使用进一步使制造成本最小化。
有些实施例在无导电片材45的情况下简单地将导电粘合剂用于使接头22连接至电池10的底面14B。
因此，说明性实施例将通过一个因素或多个因素的组合改善电池效率，(其中)包括：
·较细的指状物18的使用，
·较大数量连续的和/或间断的母线20，
·取向和成形为将光反射回表面14A的接头22，
·间断的指状物18，和/或
·将接头22固定至电池10的底面14B的导电片材45。
尽管以上的讨论公开了本发明的各种示例性实施例，但显然的是，在不偏离本发明的真实范围的情况下，本领域的技术人员能做出将实现本发明的一些优点的各种变型。此外，应指出的是，各种实施例可在有或没有其它公开的实施例的情况下使用/实现。

Claims (53)

1.一种光电池，包括：
光敏衬底；
与所述衬底欧姆接触的多个指状物，所述指状物中的至少一个指状物具有小于95微米的平均宽度；
与所述指状物欧姆接触的多条母线，
所述母线中的至少两条母线与所述指状物中的至少一个指状物相交，所述至少两条母线间隔小于38毫米，
其中，所述光电池还包括与所述多条母线欧姆接触的多个第一接头，所述多个第一接头具有与所述衬底形成锐角的平面表面。
2.根据权利要求1所述的光电池，其中所述至少两条母线间隔大于等于六毫米。
3.根据权利要求1所述的光电池，其中在所述衬底上没有母线与另一相邻的母线间隔超过38毫米。
4.根据权利要求1所述的光电池，其中所述多条母线相等地间隔开给定距离，所述给定距离不超过15毫米。
5.根据权利要求1所述的光电池，其中所述衬底包括由掺杂多晶硅形成的片状晶片。
6.根据权利要求5所述的光电池，其中所述衬底包括丝线带晶片。
7.根据权利要求1所述的光电池，其中与母线相交的多个指状物中的每一个均具有小于等于二十微米的平均高度和小于等于六十微米的平均宽度。
8.根据权利要求1所述的光电池，其中所述母线中的至少一条母线是间断的并包括多个间隔开的焊盘。
9.根据权利要求1所述的光电池，其中所述指状物中的至少一个指状物具有重复的间断。
10.根据权利要求1所述的光电池，其中各母线和各指状物均包括丝网印刷的导电材料。
11.根据权利要求1所述的光电池，其中所述多个指状物中的每一个均具有小于等于65微米的平均宽度。
12.根据权利要求1所述的光电池，其中所述衬底具有底面，所述光电池还包括：
导电片材，所述导电片材固定至所述衬底的所述底面；以及
第二接头，所述第二接头位于所述导电片材与所述衬底的所述底面之间。
13.根据权利要求1所述的光电池，其中所述衬底具有小于等于300微米的平均厚度。
14.根据权利要求1所述的光电池，所述衬底具有包含所述指状物和所述母线的顶表面，所述指状物、所述第一接头和所述母线一起覆盖不超过所述衬底的所述顶表面的6％。
15.根据权利要求1所述的光电池，其中所述至少一个指状物具有大于等于35微米的平均宽度。
16.根据权利要求1所述的光电池，其中所述多个指状物仅包括单层导电材料。
17.根据权利要求1所述的光电池，其中所述多条母线中的至少一条具有100微米与500微米之间的宽度。
18.根据权利要求1所述的光电池，其中所述多条母线中的至少两条母线间隔开6mm与15mm之间。
19.一种制造光电池的方法，所述方法包括：
设置具有顶面的光敏衬底；
将多个指状物沉积到所述衬底的所述顶面上，并且所述多个指状物与所述衬底欧姆接触，所述多个指状物每一个均具有小于95微米的平均宽度；以及
将多条母线沉积在所述衬底的所述顶面上以与所述多个指状物相交，所述多条母线具有大于95微米的外部尺寸，所述多条母线中的至少两条母线沉积在所述衬底的所述顶面上，使得它们分开不超过38毫米，
其中所述光电池包括与所述多条母线欧姆接触的多个第一接头，所述多个第一接头具有与所述衬底形成锐角的平面表面。
20.根据权利要求19所述的方法，其中沉积多个指状物包括将不超过一层的导电材料沉积到所述衬底上，以形成所述指状物。
21.根据权利要求20所述的方法，还包括将所述第一接头电连接至一层指状物中的至少一个指状物。
22.根据权利要求20所述的方法，其中所述导电材料包括基于银的材料。
23.根据权利要求19所述的方法，其中沉积多个指状物包括将所述指状物丝网印刷到所述衬底的所述顶面上。
24.根据权利要求19所述的方法，其中所述多条母线间隔开大于等于六毫米。
25.根据权利要求19所述的方法，其中所述衬底上没有母线与另一相邻的母线间隔超过38毫米。
26.根据权利要求19所述的方法，其中所述设置包括设置由多晶硅形成的丝线带晶片。
27.根据权利要求19所述的方法，其中沉积多个指状物包括横跨所述衬底的正面而沉积连续线状的导电材料，以形成单一的连续的指状物。
28.根据权利要求27所述的方法，其中单一的连续的指状物具有在沉积所述多个指状物之后形成的不规则的断裂。
29.根据权利要求19所述的方法，其中沉积多个指状物包括沉积导电材料的线，以具有规则间隔开的间断。
30.根据权利要求19所述的方法，其中沉积多条母线包括将十五条母线沉积在所述衬底的所述顶面上。
31.根据权利要求19所述的方法，其中沉积多条母线包括将多个间隔开的焊盘沉积在所述衬底的所述顶面上。
32.根据权利要求19所述的方法，其中所述衬底具有底面，所述方法还包括：
将导电片材固定至所述衬底的所述底面；以及
将第二接头固定在所述导电片材与所述衬底的所述底面之间。
33.根据权利要求19所述的方法，其中沉积多个指状物包括将所述多个指状物沉积为具有大于等于35微米的平均宽度。
34.一种光电池，包括：
光敏衬底；
与所述衬底欧姆接触的多个电流收集装置，所述收集装置中的至少一个具有小于95微米的平均宽度；
与所述电流收集装置欧姆接触的多个接头连接装置，
所述接头连接装置中的至少两个接头连接装置与多个电流收集装置相交，所述至少两个接头连接装置间隔小于38毫米，
其中所述光电池还包括与所述多个接头连接装置欧姆接触的多个第一接头，所述多个第一接头具有与所述衬底形成锐角的平面表面。
35.根据权利要求34所述的光电池，其中所述至少两个接头连接装置间隔大于等于六毫米。
36.根据权利要求34所述的光电池，其中所述衬底上没有接头连接装置与另一相邻的接头连接装置间隔超过38毫米。
37.一种光电池，包括：
光敏衬底；
与所述衬底欧姆接触的间隔开的多个焊盘，所述多个焊盘形成多条间断的母线，所述多个焊盘中的每一个均具有大于100微米的外部尺寸，
所述多个焊盘构成的组中的每一焊盘均具有从所述每一焊盘延伸的邻接指状部分，每一邻接指状部分均具有小于等于95微米的平均宽度，
其中所述光电池还包括与所述多条母线欧姆接触的多个第一接头，所述多个第一接头具有与所述衬底形成锐角的平面表面。
38.根据权利要求37所述的光电池，其中所述指状部分形成包括重复间断的间断指状物。
39.根据权利要求37所述的光电池，其中第一焊盘的第一指状部分具有第一端，第二焊盘的第二指状部分具有第二端，所述第一端与所述第二端间隔不超过两倍电子扩散长度。
40.根据权利要求37所述的光电池，其中所述母线中的至少两条母线间隔开小于38毫米。
41.根据权利要求37所述的光电池，其中所述焊盘的所述组的所述指状部分形成单一连续的指状物。
42.根据权利要求41所述的光电池，其中所述单一连续的指状物具有至少一个不规则的间断。
43.根据权利要求37所述的光电池，其中每一焊盘和每一指状部分均包括丝网印刷的导电材料。
44.根据权利要求37所述的光电池，其中所述衬底包括丝线带晶片。
45.根据权利要求37所述的光电池，其中所述指状部分仅具有单层导电材料。
46.根据权利要求37所述的光电池，其中多个指状部分中的每一个均具有小于等于二十微米的平均高度和小于等于六十微米的平均宽度。
47.根据权利要求37所述的光电池，其中所述指状部分中的每一个均具有小于65微米的平均宽度。
48.根据权利要求37所述的光电池，其中所述衬底具有底面，所述光电池还包括：
导电片材，所述导电片材固定至所述衬底的所述底面；以及
第二接头，所述第二接头位于所述导电片材与所述衬底的所述底面之间。
49.根据权利要求37所述的光电池，还包括将所述第一接头固定至所述多个焊盘的焊料。
50.根据权利要求37所述的光电池，其中所述间断的母线的组均具有100微米与500微米之间的宽度。
51.一种光电板，包括：
多个电连接的光电池，
所述光电池中的至少一个包括：
光敏衬底；
与所述衬底欧姆接触的多个指状物，所述指状物中的至少一个具有小于95微米的平均宽度；以及
与所述指状物欧姆接触的多条母线，
所述母线中的至少两条母线与所述多个指状物相交，所述至少两条母线间隔小于38毫米，
其中所述光电池还包括与所述多条母线欧姆接触的多个第一接头，所述多个第一接头具有与所述衬底形成锐角的平面表面。
52.根据权利要求51所述的光电板，其中所述至少两条母线间隔大于等于六毫米。
53.根据权利要求51所述的光电板，其中所述衬底上没有母线与另一相邻的母线间隔超过38毫米。
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