CN101926009B - 自动化太阳能电池电连接设备 - Google Patents
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Abstract
本发明一般涉及安置在自动化太阳能电池制造系统内的自动化太阳能电池电连接装置。自动化太阳能电池连接装置包括用于在制造完备的太阳能电池装置期间将接线盒自动地附装到复合太阳能电池结构的模块和工艺。自动化太阳能电池电连接模块可包括用于安置复合太阳能电池结构的复合太阳能电池结构传送器、用于将粘合剂施加到接线盒的粘合剂分配模块、用于将焊剂施加到接线盒中的电连接接头的焊剂分配器、用于定位复合太阳能电池结构上的特征的显示系统、用于将接线盒安置到复合太阳能电池结构上的机械手、用于在接线盒和太阳能电池之间制造电连接的加热元件、用于将灌注材料分配到接线盒中的灌注材料分配组件、和用于控制模块的功能的系统控制器。
Description
发明背景
发明领域
本发明的实施方式一般涉及太阳能电池生产线中使用的模块的设计和布局。本发明的实施方式一般还涉及可用于形成太阳能电池装置中电连接的设备和工艺。
现有技术
光伏(photovoltaic，PV)装置或太阳能电池是将太阳光转换成直流(DC)电功率的装置。典型的薄膜PV装置或薄膜太阳能电池具有一个或多个p-i-n结。每个p-i-n结都包括一个p型层、一个本征型层和一个n型层。当太阳能电池的p-i-n结暴露到太阳光(由来自光子的能量构成)下时，太阳光通过PV效应被转换成电。太阳能电池可被铺成较大的太阳能阵列。通过连接多个太阳能电池并通过特定框架和连接器将该多个太阳能电池结合到面板中而建立太阳能阵列。
通常，薄膜太阳能电池包括有源区域(active region)或者光电转换单元、和被设置成前电极和/或背电极的透明导电氧化物(TCO)膜。光电转换单元包括p型硅层、n型硅层和夹在p型与n型硅层之间的本征型(i型)硅层。包括微晶硅膜(μc-Si)、非晶硅膜(a-Si)、多晶硅膜(poly-Si)和类似物的几种类型的硅膜可用于形成光电转换单元的p型、n型和/或i型层。背面(backside)电极可含有一个或多个导电层。
随着传统能源价格上涨，需要一种使用低成本太阳能电池装置产生电的低成本方式。常规太阳能电池制造工艺劳动强度高且具有可能影响生产线生产量、太阳能电池成本和装置成品率(yield)的很多干扰。常规太阳能电池制造工艺包括很多手工操作，可使得所形成的太阳能电池装置特性从一个装置到另一个装置是变化的。在典型的太阳能电池电连接工艺中，所形成的电引线被手工安置在一软管(hosing)内，该软管被手工粘接到太阳能电池。这些手工工艺劳动强度大，浪费时间且成本高。此外，随着太阳能电池基板尺寸的持续增加，实施这些手工操作所需的占用空间(floor spacing)以及技术人员的数量也增加，这导致所有者极大的整体成本(overall cost)。而且，随着太阳能电池尺寸的增加，在中心位置手工制作电连接明显变得更加困难。因此，需要太阳能电池制造系统中的自动化电连接模块。
发明内容
在本发明的一个实施方式中，一种太阳能电池电连接模块包括：被构造成接收接线盒(junction box)的接收区域；与接线盒接收区域相邻设置并被构造成保持和操纵接线盒的机械臂；被构造成将粘合剂施加(apply)到接线盒的密封剂表面的粘合剂分配组件；被构造成扫描太阳能电池装置和定位太阳能电池装置上的位置特征的显示系统(vision system)；具有被构造成拾取(pickup)、操纵(manipulate)和放置接线盒组件到太阳能电池装置上的钳起元件(gripping element)的机械钳；被构造成在接线盒和太阳能电池装置之间建立电连接的加热元件；和被构造成从显示系统接收信号和将信号发送给机械钳的系统控制器。
在另一实施方式中，一种太阳能电池电连接模块包括：被安置成从外部源接收接线盒并将接线盒传送到模块的接线盒接收区域的接线盒传送器；被安置成从模块的接线盒接收区域接收接线盒并为从粘合剂分配模块接收粘合剂而安置接线盒的机械臂；由台架(gantry)支撑的头部组件，其中台架被定位在太阳能电池装置传送器的上方，其中头部组件包括显示系统、机械钳和加热组件；附装(attach)到头部组件上并被构造成在第一方向上移动头部组件的传动装置(actuator)；和被构造成从显示系统接收信号并将信号发送到头部组件的系统控制器。
在本发明的再一实施方式中，一种将接线盒附装到太阳能电池装置的方法包括：从接线盒传送器接收接线盒到接线盒接收区域中；从接收区域取回接线盒并操纵接线盒的方位(oriention)；将粘合剂施加到接线盒的密封剂表面；通过机械钳拾取接线盒；通过太阳能电池装置传送器在第一方向上移动太阳能电池装置；用显示系统扫描太阳能电池装置以定位设置在太阳能电池装置上的暴露的引线；通过头部组件和传动装置在第二方向上移动接线盒，同时旋转地(rotationally)重新定向(reorient)接线盒；通过由显示系统提供的信息来安置接线盒，以将接线盒内的电连接点与太阳能电池装置上暴露的电引线对准；将接线盒放置到太阳能电池装置上；使用由显示系统提供的信息安置加热元件以使加热元件与这些电连接点接触；以及加热这些电连接点和这些电引线以在这些电连接点和这些电引线之间建立电连接。
附图说明
由此，通过参考实施方式可获得可详细理解本发明的上述特征的方式、本发明更具体的描述、以上的简要概述，一些实施方式于附图中示出。但是应当注意，由于本发明可允许其他等效实施方式，附图仅示出了本发明的典型实施方式，因此附图不应理解为限制本发明的范围。
图1图解了根据在此描述的一个实施方式的用于形成太阳能电池装置的工艺流程。
图2图解了根据在此描述的一个实施方式的太阳能电池生产线的平面图。
图3A是根据在此描述的一个实施方式的薄膜太阳能电池装置的侧面剖面图。
图3B是根据在此描述的一个实施方式的薄膜太阳能电池装置的侧面剖面图。
图3C是根据在此描述的一个实施方式的复合(composite)太阳能电池结构的平面图。
图3D是根据在此描述的一个实施方式的薄膜太阳能电池装置的平面图。
图3E是沿着图3D的断面A-A的侧面剖面图。
图3F是根据在此描述的一个实施方式的薄膜太阳能电池装置的侧面剖面图。
图4A是根据在此描述的一个实施方式的接线盒附装模块的示意性正等轴测视图(isometric view)。
图4B是图4A中描述的组件头部的一个实施方式的示意性正视图。
图5图解了根据在此描述的一个实施方式的处理流程。
为了便于理解，可能的情况下使用相同的参考数字表示图中共用的相同元件。可以预期，一个实施方式的元件和特征可有益地结合到其他实施方式中而无需进一步叙述。
具体实施方式
本发明一般涉及一种安置在自动化太阳能电池生产线中的自动化太阳能电池电连接模块。自动化太阳能电池生产线一般是用于形成太阳能电池装置的自动设备和自动处理模块的装备(arrangement)。自动化太阳能生产线一般包括基板接收模块、具有至少一个处理腔室以在基板表面上沉积含硅层的一个或多个吸收层沉积集群工具(cluster too1)、用于在基板表面上沉积背面接触(back contact)层的一个或多个背面接触沉积腔室、适合于从基板表面去除材料的一个或多个材料去除腔室、基板分割模块(sectioning module)、用于准备(prepare)基板表面和边缘的模块(诸如边缘消除模块(deletionmodule))、太阳能电池封装装置(encapsulation device)、适合于加热和暴露复合基板至高于大气压的压力下的压热(autoclave)模块、用来附装用于将太阳能电池连接到外部部件的连接元件的接线盒附装模块、和适合于测试所形成的太阳能电池装置并证明所形成的太阳能电池装置合格的一个或多个质量验证(quality assurance)模块。
图1图解了一工艺流程100的一个实施方式，工艺流程100包含多个步骤(即步骤102-142)，每一个步骤都用于使用在此描述的新颖的太阳能电池生产线200来形成太阳能电池装置。不意欲使工艺顺序100中的配置、处理步骤数目和处理步骤顺序限制在此描述的本发明的范围。图2是生产线200的一个实施方式的平面图，意在图解一些通过系统的工艺流程和典型工艺处理模块以及系统设计的其他相关方面，并且因此不意在限制在此描述的本发明的范围。
系统控制器290可用于控制存在于太阳能电池生产线200中的一个或多个部件。系统控制器290使整个太阳能电池生产线200的控制和自动化便利了，并通常包括中央处理器(CPU)(未示出)、存储器(未示出)和配套电路(supportcircuit)(或者I/O)(未示出)。CPU可以是任一种形式的计算机处理器中的一种，所述计算机处理器用在工业设置(industrial setting)中用于控制各种系统功能、基板移动、腔室工艺和配套硬件(例如传感器，机械手(robot)，电动机，灯等)，并监控所述工艺(例如基板支持温度、电源变量(variables)、腔室工艺时间、I/O信号等)。存储器连接到CPU，且可为本地或远程的诸如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、软盘、硬盘、或任何其他形式的数字存储器之类易得到的(readily available)存储器中的一种或多种。软件指令和数据能被编码并存储在存储器中，用于指示CPU。配套电路也连接到CPU，用于以常规方式支持处理器。配套电路可包括高速缓冲存储器(cache)、电源、时钟电路(clock circuit)、输入/输出电路、子系统、和类似物。
可由系统控制器290读取的程序(或计算机指令)确定可对基板执行哪些任务。优选地，该程序是系统控制器290可读的软件，该软件包括用于执行涉及到监控、移动、支持和/或安置基板的任务连同太阳能电池生产线200中执行的各种腔室工艺菜单(recipe)步骤和各种工艺菜单任务一起的代码。在一个实施方式中，系统控制器290也包含多个可编程逻辑控制器(PLC’s)和一物料搬运(material handling)系统控制器(例如，PLC或标准计算机)，其中可编程逻辑控制器用于局部控制太阳能电池生产中的一个或多个模块，物料搬运系统控制器处理完整的太阳能电池生产线的更高级别的重大移动(higher level strategic moving)、工作调度(scheduling)和运行。
能使用图1中图解的工艺流程和太阳能电池生产线200中示出的部件形成和测试的太阳能电池300的实例图解在图3A-3E中。图3A是能在下述系统中形成并得到分析的单结非晶或微晶硅太阳能电池300的简化示意图。
如图3A中所示，单结非晶或微晶硅太阳能电池300朝光源或太阳辐射301定向。太阳能电池300一般包括基板302，诸如玻璃基板、聚合物基板、金属基板或其它合适的基板，且在该基板302上形成有薄膜。在一个实施方式中，基板302为尺寸约为2200mm×2600mm×3mm的玻璃基板。太阳能电池300还包括形成在基板302之上的第一透明导电氧化物(TCO)层310(例如氧化锌(ZnO)，氧化锡(SnO))、形成在第一TCO层310之上的第一p-i-n结320、形成在第一p-i-n结320之上的第二TCO层340、和形成在第二TCO层340之上的背面接触层350。为了通过增强光收集(trapping)改善光吸收，基板和/或形成在基板上的一个或多个薄膜可通过湿法(wet)工艺、等离子体工艺、离子工艺和/或机械工艺而被任选地构造结构(texture)。例如，在图3A中示出的实施方式中，对第一TCO层310构造结构，并且随后沉积在第一TCO层310上的薄膜一般仿照第一TCO层310下面表面的构形(topography)。
在一个结构中，第一p-i-n结320可包括p型非晶硅层322、形成在p型非晶硅层322之上的本征型非晶硅层324、和形成在本征型非晶硅层324之上的n型微晶硅层326。在一个实例中，p型非晶硅层322可形成至约
与约
之间的厚度，本征型非晶硅层324可形成至约
与约之间的厚度，以及n型微晶硅层326可形成至约
至与约
之间的厚度。背面接触层350可包括但不限于选自由Al、Ag、Ti、Cr、Au、Cu、Pt、它们的合金、以及它们的组合物组成的组的材料。
图3B是一太阳能电池300的实施方式的示意图，该太阳能电池300是朝光或太阳辐射301定向的多结太阳能电池。太阳能电池300包括基板302，诸如玻璃基板、聚合物基板、金属基板或其它合适的基板，在基板302上形成有薄膜。太阳能电池300可进一步包括形成在基板302之上的第一透明导电氧化物(TCO)层310、形成在第一TCO层310之上的第一p-i-n结320、形成在第一p-i-n结320之上的第二p-i-n结330、形成在第二p-i-n结330之上的第二TCO层340、和形成在第二TCO层340之上的背面接触层350。
在图3B中示出的实施方式中，对第一TCO层310构造结构，且随后沉积在第一TCO层310上的薄膜一般仿照第一TCO层310下面表面的构形。第一p-i-n结320可包括p型非晶硅层322、形成在p型非晶硅层322之上的本征型非晶硅层324、和形成在本征型非晶硅层324之上的n型微晶硅层326。在一个实例中，p型非晶硅层322可形成至约与约
之间的厚度，本征型非晶硅层324可形成至约
与约
之间的厚度，以及n型微晶硅层326可形成至约
与约
之间的厚度。
第二p-i-n结330可包括p型微晶硅层332、形成在p型微晶硅层332之上的本征型微晶硅层334、和形成在本征型微晶硅层334之上的n型非晶硅层336。在一个实例中，p型微晶硅层332可形成至约
与约之间的厚度，本征型微晶硅层334可形成至约
与约
之间的厚度，以及n型非晶硅层336可形成至约
与约
之间的厚度。背面接触层350可包括但不限于选自由Al、Ag、Ti、Cr、Au、Cu、Pt、它们的合金、以及它们的组合物组成的组的材料。
图3C是示意性地图解附装接线盒之前所形成的太阳能电池300的后表面(rear surface)实例的平面图。图3D是附装接线盒之后所形成的太阳能电池300的后表面的平面图，在生产线200中已经对太阳能电池300进行了生产和测试。图3E是图3D中示出的太阳能电池300的一部分的侧面剖面图(见断面A-A)。虽然图3E示出了与图3A中所描述结构相似的单个结电池的断面，但是不意欲限制在此描述的本发明的范围。
如图3C、3D和3E中所示，太阳能电池300可包括基板302、太阳能电池装置元件(例如参考数字310-350指代的元件)、一个或多个内部电连接(例如侧通路(side buss)355，交叉通路(cross buss)356)、粘接材料层360、背面玻璃基板361和具有盖370A的接线盒370。
如图3C中所示，背面玻璃基板361可包括用于暴露出交叉通路356的引线362的开口363。如图3D中所示，接线盒370可包括两个接线盒端子371、372，这两个端子具有经由引线362通过侧通路355和交叉通路356电连接到太阳能电池300的连接点354，接线盒端子371、372全部都与太阳能电池300的有源区域和背面接触层350电连通(communication)。接线盒370也可包括用于定位、放置和附装接线盒的基准特征(datum feature)358，如随后将描述的那样。
为了避免与下面讨论中对基板302特别实施的动作有关的混淆，具有一个或多个沉积层(例如参考数字310-350指代的)和/或设置在其上的一个或多个内部电连接(例如侧通路355，交叉通路356)的基板302通常被称作装置基板303。类似地，已经使用粘接材料360粘接到背面玻璃基板361上的装置基板303被称作复合太阳能电池结构304。
图3F是示出用于在太阳能电池300内部形成单个电池382A-382B的各划分区域(scribed region)的太阳能电池300的示意性剖面。如图3F中所示，太阳能电池300包括透明基板302、第一TCO层310、第一p-i-n结320、和背面接触层350。可实施三个激光划片(laser scribing)步骤以产生沟槽(trench)381A、381B和381C，它们通常是形成高效太阳能电池装置所需要的。尽管在基板302上一起形成，但是可由形成在背面接触层350和第一p-i-n结320中的绝缘沟槽381C使单个电池382A和382B相互隔离。此外，沟槽381B形成在第一p-i-n结320中，以使背面接触层350与第一TCO层310电接触。在一个实施方式中，绝缘沟槽381A通过在沉积第一p-i-n结320和背面接触层350之前激光划片去除第一TCO层310的一部分而形成。类似地，在一个实施方式中，沟槽381B通过在沉积背面接触层350之前激光划片去除第一p-i-n结320的一部分而在第一p-i-n结320中形成。虽然图3F中示出了单结型太阳能电池，但是不意欲使该结构限制在此描述的本发明的范围。
总的太阳能电池形成工艺流程(process sequence)
参考图1和2，工艺流程100通常始于步骤102，其中基板302被装载到存在于太阳能电池生产线200中的装载模块202中。在一个实施方式中，在“未加工的(raw)”状态接收基板302，该状态下，基板302的边缘、整体尺寸和/或清洁度尚未被很好地控制。接收“未加工的”基板302降低了在形成太阳能装置之前准备和存储基板302的成本，并由此降低了太阳能电池装置成本、设施成本以及最终形成的太阳能电池装置的生产成本。但是，典型地，有利的是，在步骤102中将具有已经沉积在基板302表面上的透明导电氧化物(TCO)层(例如第一TCO层310)的“未加工的”基板302接收到系统中之前，接收该“未加工的”基板302。如果诸如TCO层之类的导电层未沉积在“未加工的”基板表面上，则需要在基板302表面上实施下面将要讨论的正面接触沉积(front contact deposition)步骤(步骤107)。
在一个实施方式中，将基板302或303以按序方式装载到太阳能电池生产线200中，由此不使用盒子(cassette)或批量式基板装载系统。需要基板从盒子中卸载、被处理、然后在移动到该工艺流程中下一步骤之前返回到盒子的盒子式和/或批量装载式系统，浪费时间且降低了太阳能电池生产线的产量。使用批量处理不利于本发明的某些实施方式，诸如由单个基板制造多个太阳能电池装置。此外，批量式工艺流程的使用通常防止了经过生产线的基板的异步流(asynchronous flow)的使用，这可在稳定状态处理期间和当为了维修或者由于故障情况导致一个或多个模块被降低(bring down)时，提供改善的基板产量。通常，由于基板的排队等待(queuing)和装载需要大量的开销时间(overhead time)，因此当一个或多个处理模块为了维修而被降低时，或者甚至在正常操作期间，基于批量或盒子的方案不能实现在此描述的生产线产量。
在下一步骤，步骤104中，准备基板302的表面以防止工艺中随后的产率问题。在步骤104的一个实施方式中，基板被插入到前端基板接合(substrateseaming)模块204中，前端基板接合模块204用于准备基板302或303的边缘以降低随后工艺期间发生诸如碎屑(chipping)或颗粒产生之类的损伤(damage)的可能性。对基板302或303的损伤能影响装置产率和制造可用太阳能电池装置的成本。在一个实施方式中，前端基板接合模块204用于使得基板302或303的边缘变圆或成斜角(round or bevel)。在一个实施方式中，使用金刚石浸渍(diamond impregnated)带或盘来研磨基板302或303的边缘的材料。在另一实施方式中，使用磨轮(grinding wheel)、喷砂(gritblasting)或激光烧蚀(laser ablation)技术从基板302或303的边缘去除材料。
接下来将基板302或303传送到清洁模块206，其中对基板302或303实施步骤106或基板清洁步骤以去除在基板302或303表面上存在的任何污染物。常见污染物可包括在基板形成工艺(例如玻璃制造工艺)期间和/或装运或存储基板302或303期间沉积在基板302或303上的物质。典型地，清洁模块206使用湿法化学擦洗(wet chemical scrubbing)和清洗步骤去除任何不需要的污染物。
在一个实例中，清洗基板302或303的工艺可如下发生。首先，基板302或303从传送台或自动化装置281进入到清洁模块206的污染物去除部分。通常，系统控制器290为进入到清洁模块206的每个基板302或303建立时序。污染物去除部分可使用干燥的圆柱形刷结合真空系统从基板302表面移去(dislodge)或抽出(extract)污染物。接下来，清洁模块206内的传送器将基板302或303传送到预清洗部分，这里喷射管从DI水加热器将一例如50℃温度下的热DI水分配到基板302或303的表面上。通常，由于装置基板303具有设置于装置基板303上的TCO层，且由于TCO层通常为电子吸收材料，因此DI水用于避免TCO层的离子化和任何可能的污染物的痕迹。接下来，清洗后的基板302、303进入到洗涤(wash)部分。在洗涤部分中，用刷子(诸如聚酰胺纤维(perlon))和热水湿法清洁基板302或303。在一些情况下，使用清洁剂剂(例如AlconoxTM，CitrajetTM，DetojetTM，TranseneTM，和Basic HTM)、表面活性剂、pH调节剂和其他清洁化学剂以从基板表面清洁和去除不希望的污染物和颗粒。水再循环系统再循环热水流。接下来，在清洁模块206的最后清洗部分中，在环境温度(ambient temperature)下用水清洗基板302或303以去除污染物的任何痕迹。最后，在干燥部分中，使用鼓风机用热空气干燥基板302或303。在一种结构中，在完成干燥工艺时，使用消电离条(deionization)从基板302或303去除电荷。
在下一步骤或步骤108中，分离的电池通过划片工艺彼此电隔离。TCO表面上和/或裸玻璃表面上的污染物颗粒会干扰划片工序。在激光划片中，例如，如果激光束遇到颗粒，则激光束可能不能划出连续的线，导致电池之间短路。此外，划片后在电池的所划图案中和/或TCO上存在的任何颗粒碎屑都会引起分流(shunting)和各层之间的不均匀性。因此，通常需要定义明确的(well-defined)且维护良好的(well-maintained)工艺以确保在整个生产工艺中去除污染物。在一个实施方式中，清洁模块206可从California(加利福尼亚)的Santa Clara的Applied Materials(应用材料公司)的Energy andEnvironment Solutions(能源和环境解决)部门获得。
参考图1和2，在一个实施方式中，在实施步骤108之前，基板302被传送到前端处理模块(图2中未示出)，其中对基板302实施正面接触形成工艺或步骤107。在一个实施方式中，前端处理模块与以下讨论的处理模块218相似。在步骤107中，一个或多个基板正面接触形成步骤可包括一个或多个准备、蚀刻、和/或材料沉积步骤以在裸太阳能电池基板302上形成正面接触区域。在一个实施方式中，步骤107包括一个或多个PVD步骤，该一个或多个PVD步骤用来在基板302的表面上形成正面接触区域。在一个实施方式中，正面接触区域包含透明导电氧化物(TCO)层，TCO层可包含选自由锌(Zn)、铝(Al)、铟(In)和锡(Sn)组成的组中的金属元素。在一个实例中，使用氧化锌(ZnO)来形成正面接触层的至少一部分。在一个实施方式中，前端处理模块是可从加利福尼亚的Santa Clara的应用材料公司获得的ATONTM PVD5.7工具，其中实施一个或多个处理步骤以沉积正面接触区域。在另一实施方式中，使用一个或多个CVD步骤在基板302的表面上形成正面接触区域。
接下来，将装置基板303传送到划片模块208，其中对装置基板303实施步骤108或正面接触隔离步骤以使装置基板303表面的不同区域相互电隔离。在步骤108中，通过使用诸如激光烧蚀工艺之类的材料去除步骤，从装置基板303表面去除材料。步骤108的成功标准是实现良好的电池至电池(cell-to-cell)和电池至边缘(cell-to-edge)的隔离，同时最小化划片面积。
在一个实施方式中，使用钕:钒酸盐(vanadate)(Nd:YVO4)激光源从装置基板303表面烧蚀材料以形成将装置基板303的一个区域与下一区域电隔离的线。在一个实施方式中，在步骤108期间实施的激光划片工艺使用1064nm波长脉冲激光对设置在基板302上的材料进行构图，以隔离构成太阳能电池300的每一个单个电池(例如参考电池382A和382B)。在一个实施方式中，使用可从加利福尼亚Santa Clara的应用材料公司获得的5.7m2的基板激光划片模块来提供简单可靠的光学系统(optics)和基板运动，用于装置基板303表面的各区域的精确的电隔离。在另一实施方式中，使用喷水切割工具或金刚石划片来隔离装置基板303表面上的各个区域。
理想的是，通过使用有效的(active)温度控制硬件组件来保证进入划片模块208的装置基板303的温度是处于约20℃和约26℃之间范围内的温度，其中该温度控制硬件组件可包括电阻加热器和/或冷却器(chiller)部件(例如热交换器、热电(thermoelectric)装置)。在一个实施方式中，理想的是将装置基板303的温度控制到约25+/-0.5℃。
接下来，在实施电池隔离步骤之后(步骤108)之后，将装置基板303传送到清洁模块210，其中对装置基板303实施步骤110或预沉积基板清洁步骤以去除存在于装置基板303表面上的任何污染物。典型地，在实施电池隔离步骤之后，清洁模块210使用湿法化学擦洗和清洗步骤以去除存在于装置基板303表面上的任何不需要的污染物。在一个实施方式中，对装置基板303实施与上述的步骤106中描述的工艺相似的清洁工艺，以去除装置基板303表面上的任何污染物。
接下来，装置基板303被传送到处理模块212，其中对装置基板303实施包括一个或多个光吸收沉积(photoabsorber deposition)步骤的步骤112。在步骤112中，一个或多个光吸收沉积步骤可包括用于形成太阳能电池装置的各个区域的一个或多个准备、蚀刻和/或材料沉积步骤。步骤112通常包括用于形成一个或多个p-i-n结的一系列子处理步骤。在一个实施方式中，一个或多个p-i-n结包括非晶硅和/或微晶硅材料。通常，在存在于处理模块212中的一个或多个集群工具(例如集群工具212A-212D)中实施这一个或多个处理步骤，以在形成于装置基板303上的太阳能电池装置中形成一个或多个层。在一个实施方式中，装置基板303在被传送给一个或多个集群工具212A-212D之前，被传送到贮料器(accumulator)211A。在一个实施方式中，如果形成包括多个结的太阳能电池装置，诸如图3B中示出的串联结(tandem junction)太阳能电池300，则处理模块212中的集群工具212A适合于形成第一p-i-n结320，且集群工具212B-212D构造成形成第二p-i-n结330。
在处理流程100的一个实施方式中，在已经实施了步骤112之后实施冷却(cool down)步骤或者步骤113。通常采用冷却步骤来稳定装置基板303的温度，从而确保可重复随后处理步骤中每个装置基板303经历的处理条件。通常，退出(exiting)处理模块212退的装置基板303的温度可变化很多度摄氏度并且超出了温度50℃，这会引起随后处理步骤和太阳能电池性能的易变性。
在一个实施方式中，在存在于一个或多个贮料器211中的一个或多个基板支撑位置实施冷却步骤113。在生产线的一个结构中，如图2中所示，处理后的装置基板303可被安置在一个贮料器211B中达所需时间段，以控制装置基板303的温度。在一个实施方式中，在继续进行经生产线的下游处理(downstream)之前，使用系统控制器290来控制装置基板303经过贮料器211的安置、定时和移动以控制装置基板303的温度。
接下来，装置基板303被传送给划片模块214，其中对装置基板303实施步骤114或互连形成步骤以使装置基板303表面的各个区域相互电隔离。在步骤114中，通过使用诸如激光烧蚀工艺之类的材料去除步骤，从装置基板303表面去除材料。在一个实施方式中，使用钕:钒酸盐(Nd:YVO4)激光源从基板表面烧蚀材料，以形成使一个太阳能电池与下一个电隔离的线。在一个实施方式中，使用可从应用材料公司获得的5.7m2的基板激光划片模块来实施精确的划片工艺。在一个实施方式中，在步骤108期间实施的激光划片工艺使用532nm波长的脉冲激光对设置在装置基板303上的材料进行构图，以隔离构成太阳能电池300的单个电池。如图3E中所示，在一个实施方式中，通过使用激光划片工艺在第一p-i-n结320层中形成沟槽381B。在另一实施方式中，使用喷水切割工具或金刚石划片来隔离太阳能电池表面上的各个区域。
理想的是，通过使用有效的温度控制硬件组件来确保进入划片模块214的装置基板303的温度在约20℃和约26℃之间范围内的温度，其中该有效的温度控制硬件组件可包括电阻加热器和/或冷却器部件(例如热交换器，热电装置)。在一个实施方式中，理想的是将基板温度控制到约25+/-0.5℃。
在一个实施方式中，太阳能电池生产线200具有安置在划片模块214之后的至少一个贮料器211。在生产期间，如果处理模块218下降(go down)或不能跟上(keep up with)划片模块214的生产量，则可使用贮料器211C来向处理模块218提供备好的基板源的基板，和/或提供能存储来自处理模块212的基板的收集区域。在一个实施方式中，通常理想的是，监控和/或有效地控制退出贮料器211C的基板的温度，以确保背面接触形成步骤120的结果是可重复的。在一方面，理想的是，确保退出贮料器211C或者到达处理模块218的基板的温度是处于约20℃和约26℃之间范围内的温度。在一个实施方式中，理想的是，控制基板温度至约25+/-0.5℃。在一个实施方式中，理想的是，安置能够保持至少约80个基板的一个或多个贮料器211C。
接下来，装置基板303被传送到处理模块218中，其中对装置基板303实施一个或多个基板背面接触形成步骤或步骤118。在步骤118中，一个或多个基板背面接触形成步骤可包括用于形成太阳能电池装置的背面接触区域的一个或多个准备、蚀刻和/或材料沉积步骤。在一个实施方式中，步骤118通常包括用于在装置基板303的表面上形成背面接触层350的一个或多个PVD步骤。在一个实施方式中，使用一个或多个PVD步骤来形成包括选自由锌(Zn)、锡(Sn)、铝(Al)、铜(Cu)、银(Ag)、镍(Ni)和钒(V)组成的组中的金属层的背面接触区域。在一个实例中，使用氧化锌(ZnO)或镍钒合金(NiV)来形成背面接触层305的至少一部分。在一个实施方式中，使用可从加利福尼亚的Santa Clara的应用材料公司获得的ATONTM PVD5.7工具来实施这一个或多个处理步骤。在另一实施方式中，使用一个或多个CVD步骤在装置基板303的表面上形成背面接触层350。
在一个实施方式中，太阳能电池生产线200具有安置在处理模块218之后的至少一个贮料器211。在生产期间，如果划片模块220下降或不能跟上处理模块218的生产量，则贮料器211D可用于向划片模块220提供备好的基板源的基板，和/或提供可存储来自处理模块218的基板的收集区域。在一个实施方式中，通常理想的是，监控和/或有效地控制退出贮料器211D的基板的温度，以确保背面接触形成步骤120的结果是可重复的。在一方面，理想的是，确保退出贮料器211D或者到达划片模块220的基板温度是处于约20℃和约26℃之间范围内的温度。在一个实施方式中，理想的是，控制基板温度至约25+/-0.5℃。在一个实施方式中，理想的是，安置能够保持至少约80个基板的一个或多个贮料器211C。
接下来，装置基板303被传送到划片模块220中，其中对装置基板303实施步骤120或背面接触隔离步骤，以使基板表面上包括的多个太阳能电池彼此电隔离。在步骤120中，通过使用诸如激光烧蚀工艺之类的材料去除步骤从基板表面去除材料。在一个实施方式中，使用钕:钒酸盐(Nd:YVO4)激光源从装置基板303表面烧蚀材料，以形成使一个太阳能电池与下一个电隔离的线。在一个实施方式中，使用可从应用材料公司获得的5.7m2的基板激光划片模块对装置基板303的所需区域精确地划片。在一个实施方式中，在步骤120期间实施的激光划片工艺使用532nm波长的脉冲激光对设置在装置基板303上的材料进行构图，以隔离构成太阳能电池300的各单个电池。如图3E中所示，在一个实施方式中，通过使用激光划片工艺，在第一p-i-n结320和背面接触层350中形成沟槽381C。
理想的是，通过使用有效的温度控制硬件组件来确保进入划片模块220的装置基板303的温度在约20℃和约26℃之间范围内的温度，其中该有效的温度控制硬件组件包括电阻加热器和/或冷却器部件(例如热交换器，热电装置)。在一个实施方式中，理想的是，将基板温度控制至约25+/-0.5℃。
接下来，将装置基板303传送到质量验证模块222，其中对装置基板303实施步骤122或质量验证和/或分流去除(shunt removal)步骤，以确保形成在基板表面上的装置满足所需质量标准且在一些情况下校正所形成装置中的缺陷。在步骤122中，通过使用一个或多个基板接触探针，使用探测装置测量所形成的太阳能电池装置的质量和材料特性。
在一个实施方式中，质量验证模块222将低能级光投射到太阳能电池的p-i-n结，并使用一个或多个探针来测量电池的输出以确定所形成的太阳能电池装置的电特性。如果所述模块检测到所形成的装置中的缺陷，则所述模块能采取校正动作以修复装置基板303上所形成的太阳能电池中的缺陷。在一个实施方式中，如果发现短路或其它类似的缺陷，则理想的是，在基板表面上的区域之间产生反向偏压(reverse bias)以控制和/或校正太阳能电池装置的一个或多个有缺陷地形成的区域。在校正工艺期间，反向偏压通常输送足够高的电压以使太阳能电池中的缺陷得以校正。在一个实例中，如果在装置基板303的按推测应隔离的区域之间发现短路，则反向偏压的量值(magnitude)可升高至可使得隔离的区域之间范围内的导电元件变相(change phase)、分解(decompose)或以某种方式改变从而消除或减少电短路的量级的水平。
在工艺流程100的一个实施方式中，质量验证模块222和工厂自动化系统一起用于解决在质量验证测试期间在所形成的装置基板303中发现的质量问题。在一种情况下，装置基板303可被发送回处理流程中的上游以允许对该装置基板303重新实施一个或多个制造步骤(例如背面接触隔离步骤(步骤120))，从而校正处理后的装置基板303的一个或多个质量问题。
接下来，可选地将装置基板303传送到基板划分(sectioning)模块224，其中使用基板划分步骤124将装置基板303切割成多个较小的装置基板303从而形成多个较小的太阳能电池装置。在步骤124的一个实施方式中，装置基板303被插入到基板划分模块224中，基板划分模块224使用CNC玻璃切割工具精确地切割和划分装置基板303从而形成所需尺寸的太阳能电池装置。在一个实施方式中，装置基板303被插入到使用玻璃划片工具来精确地对装置基板303的表面进行切划(score)的划分模块224。然后所述装置基板303沿着所切划的线断裂，从而产生完成太阳能电池装置所需的尺寸和数量的各部分。
在一个实施方式中，步骤102-122能配置成使用适合于对诸如2200mm×2600mm×3mm的玻璃装置基板303之类的大的装置基板303实施工艺步骤的设备，而且前方的(onward)步骤124能适合于制造各种较小尺寸的太阳能电池装置，而不需其他设备。在另一实施方式中，步骤124被设置在工艺流程100中步骤122之前，以便最初的大装置基板303能被划分以形成随后一次一个或成组(即，一次两个或更多个)受到测试和特征化的多个单个太阳能电池。这种情况下，步骤102-121被配置成使用适合于对诸如2200mm×2600mm×3mm的玻璃基板之类的大装置基板303实施工艺步骤的设备，而且前方的步骤124和122适合于制造各种较小尺寸的模块，而不需要其他设备。
往回参考图1和2，接下来装置基板303被传送到接合机(seamer)/边缘消除(edge deletion)模块226，其中基板表面和边缘准备步骤126用于准备装置基板303的各表面以防止工艺中稍后的产率问题。在步骤126的一个实施方式中，将装置基板303插入到接合机/边缘消除模块226中以准备装置基板303的边缘，从而定形和准备装置基板303的边缘。对装置基板303边缘的损伤会影响装置产率和生产可用的太阳能电池装置的成本。在另一实施方式中，使用接合机/边缘消除模块226从装置基板303边缘去除所沉积的材料(例如10mm)，从而提供能用于在装置基板303和背部(backside)玻璃之间形成可靠密封的区域(即以下讨论的步骤134-136)。从装置基板303边缘去除材料也可有益于防止最终形成的太阳能电池中的电短路。
在一个实施方式中，使用磨轮从装置基板303的边缘研磨所沉积的材料。在另一实施方式中，使用双磨轮从装置基板303的边缘去除所沉积的材料。在再一实施方式中，使用喷砂或激光烧蚀技术从装置基板303的边缘去除所沉积的材料。在一个方面，使用接合机/边缘消除模块226来利用成型的磨轮、成角度或已对准的(aligned)砂带磨光机(blet sander)和/或磨料轮(abrasivewheel)使得装置基板303的边缘变圆或成斜角。
接下来，将装置基板303传送到预筛(pre-screen)模块228，其中对装置基板303实施可选择的预筛步骤128以确保形成在基板表面上的装置满足所需的质量标准。在步骤128中，使用光发射源和探测装置来利用一个或多个基板接触探针测量所形成的太阳能电池装置的输出。如果模块228检测到所形成的装置中的缺陷，则模块228能采取校正动作或者该太阳能电池可被废弃。
接下来，将装置基板303传送到清洁模块230，其中对装置基板303实施步骤130或预层叠(pre-lamination)基板清洁步骤，从而在实施步骤122-128之后去除存在于基板303的表面上的任何污染物。通常，清洁模块230使用湿法化学擦洗和清洗步骤，以在实施电池隔离步骤之后去除存在于基板表面上的任何不希望的污染物。在一个实施方式中，对基板303实施与在步骤106中所述的工艺相似的清洁工艺，以去除基板303的表面上的任何污染物。
接下来，将基板303传送到粘接导线附装(bonding wire attach)模块231，其中对基板303实施步骤131或粘接导线附装步骤。步骤131用于将连接各外部电部件所需的各导线/引线附装到所形成的太阳能电池装置。通常，粘接导线附装模块231是自动化的导线粘接工具，其可靠且快速地形成大量互连，这些互连常常是形成在生产线200中形成的大太阳能电池所需的。
在一个实施方式中，粘接导线附装模块231用于在所形成的背面接触区域上形成侧通路355(图3C)和交叉通路356(步骤118)。在该结构中，侧通路355可以是能够贴附(affixed)、粘接和/或熔合(fuse)到存在于背面接触区域中的背面接触层350以形成良好电接触的导电材料。在一个实施方式中，侧通路355和交叉通路356每一个都包括金属带，诸如铜带、涂敷了镍的银带、涂敷了银的镍带、涂敷了锡的铜带、涂敷了镍的铜带或者能够承载太阳能电池传递的电流并可靠粘接到背面接触区域中的金属层的其它导电材料。在一个实施方式中，金属带宽度在约2mm和约10mm之间，且厚度在约1mm和约3mm之间。
通过使用诸如绝缘带之类的绝缘材料357能够将在结点处电连接到侧通路355的交叉通路356与太阳能电池的背面接触层电隔离。每个交叉通路356的端部通常都具有一个或多个引线362，该一个或多个引线362用于将侧通路355和交叉通路356连接到存在于接线盒370中的电连接，该接线盒用于将所形成的太阳能电池连接到其他外部电部件。
在接下来的步骤，步骤132中，准备粘接材料360(图3E)和“背面玻璃”基板361，用于传送到太阳能电池形成工艺(即工艺流程100)中。在玻璃贮存(lay-up)模块232中实施准备工艺，玻璃贮存模块232包括材料准备模块232A、玻璃装载模块232B和玻璃清洁模块232C。通过使用层叠工艺将背面玻璃基板361粘接到在上述步骤102-130中形成的装置基板303上(以下讨论的步骤134)。在步骤132的一个实施方式中，准备聚合材料以将该聚合材料放置于背面玻璃基板361和装置基板303上所沉积的层之间，以形成气密密封(hermetic seal)，从而防止在太阳能电池寿命期间外界环境破坏太阳能电池。
参考图2，步骤132包括一系列子步骤，其中在材料准备模块232A中准备粘接材料360，然后将粘接材料360放置在装置基板303之上，将背面玻璃基板361装载到装载模块232B中并通过清洁模块232C洗涤，然后将背面玻璃基板361放置在粘接材料360和装置基板303之上。
在一个实施方式中，材料准备模块232A适合于接收片状形式的粘接材料360和实施一个或多个切割操作从而提供诸如聚乙烯醇缩丁醛(PolyvinylButyral，PVB)或者乙烯基醋酸乙烯酯(Ethylene Vinyl Acetate，EVA)之类的粘接材料，该粘接材料具有适合在装置基板303上形成的太阳能电池和背部玻璃之间形成可靠的密封的尺寸。通常，当使用是聚合的粘接材料360时，理想的是控制太阳能电池生产线200的温度(例如16-18℃)和相对湿度(例如RH 20-22％)，这里粘接材料360存储和集成到太阳能电池装置中以确保粘接模块234中形成的粘接的属性是可重复的且聚合材料的尺寸(dimension)是稳定的。通常理想的是，在用于温度和湿度受控区域(例如，T＝6-8℃；RH＝20-22％)之前存储粘接材料。
当形成大的太阳能电池时，被粘接的装置中各部件的公差和(tolerancestack up)(步骤134)是个问题。因此，对切割工艺的公差和粘接材料特性的精确控制确保形成可靠的气密密封。在一个实施方式中，由于PVB的UV稳定性、抗湿性、热循环、良好的US耐火等级(fire rate)、符合(compliancewith)国际建筑条例(Intl Building Code)、低成本和可重复使用的(reworkable)热塑特性的缘故，使用PVB是有利的。
在步骤132的一部分中，使用自动化机械装置将粘接材料360传送和安置在装置基板303的背面接触层350、侧通路355(图3C)和交叉通路356(图3C)元件之上。然后将装置基板303和粘接材料360安置成接收背面玻璃基板361，通过使用与用来安置粘接材料360相同的自动化机械装置或通过使用第二自动化机械装置，可将背面玻璃基板361放置于装置基板303和粘接材料360上。
在一个实施方式中，在将背面玻璃基板361安置在粘接材料360之上之前，对背面玻璃基板361实施一个或多个准备步骤，以确保良好地形成随后的密封工艺和最后的太阳能产品。在一种情况下，背面玻璃基板361以“未加工的”状态被接收，在该状态下，基板361的边缘、整体尺寸和/或清洁度未得到很好地控制。接收“未加工的”基板降低了在形成太阳能装置之前准备和存储基板的成本，且由此降低了太阳能电池装置成本、设施成本和最终形成的太阳能电池装置的生产成本。在步骤132的一个实施方式中，在实施背面玻璃基板清洁步骤之前，在接合模块(例如接合模块204)中准备背面玻璃基板361表面和边缘。在步骤132的下一个子步骤中，将背面玻璃基板361传送到清洁模块232C中，其中对基板361实施基板清洁步骤以去除存在于基板361表面上的任何污染物。常见的污染物可包括在基板形成工艺(例如玻璃制造工艺)期间和/或在基板361的运载期间沉积在基板361上的物质。典型地，清洁模块232C使用湿法化学擦洗和清洗步骤以去除任何如以上所讨论的不希望的污染物。然后通过使用自动化机械装置将准备好的背面玻璃基板361安置在粘接材料和装置基板303之上。
接下来，将装置基板303、背面玻璃基板361和粘接材料360传送给粘接模块234，其中实施步骤134或层叠步骤以将背部玻璃基板361粘接到在上面讨论的步骤102-130中形成的装置基板上。在步骤134中，诸如聚乙烯醇缩丁醛(PVB)或者乙烯基醋酸乙烯酯(EVA)之类的粘接材料360被夹在背部玻璃基板361和装置基板303之间。使用各种加热元件和粘接模块234中存在的其他装置将热和压力施加至该结构以形成粘接和密封而成的装置。由此装置基板303、背面玻璃基板361和粘接材料360形成了复合太阳能电池结构304(图3D)，该复合太阳能电池结构304至少部分地封装了太阳能电池装置的有源区域。在一个实施方式中，在背面玻璃基板361中形成的至少一个孔保持至少部分未被粘接材料360覆盖，从而使得侧面通路355或交叉通路356的部分保持暴露，以便在后续步骤(即步骤138)中能对太阳能电池结构304的这些区域制作电连接。
接下来，将复合太阳能电池结构304传送到压热模块236中，其中对复合太阳能电池结构304实施步骤136或压热步骤，以去除在粘接结构中收集的气体和确保在步骤134期间形成良好的粘接。在步骤134中，粘接后的太阳能电池结构304被插入到压热模块的处理区域中，在这里传送热和高压气体以降低收集的气体量并改善装置基板303、背面玻璃基板和粘接材料360之间的粘接特性。在压热下实施的工艺也有益于确保玻璃和粘接层(例如PVB层)中的应力得到更好的控制从而防止以后由于在粘接/层叠工艺期间引发的应力导致气密密封失效或者玻璃失效。在一个实施方式中，理想的是，加热装置基板303、背面玻璃基板361和粘接材料360至引起所形成的太阳能电池结构304中一个或多个部件中的应力松弛(stress relaxation)的温度。
接下来，复合太阳能电池结构304被传送到接线盒附装模块238，其中对复合太阳能电池结构304实施接线盒附装步骤138。在步骤138期间使用的接线盒附装模块238用于将接线盒370安装在复合太阳能电池结构304上(图3D)。所安装的接线盒370用作将要连接到所形成的太阳能电池诸如其他太阳能电池或电力网(power grid)的外部电气部件与步骤131期间所形成的诸如引线362之类的内部电连接点之间的接口。在一个实施方式中，接线盒370包括一个或多个接线盒端子371、372，以使所形成的太阳能电池能被容易地且系统地连接到其它外部装置从而传递所产生的电功率。示范性的接线盒附装模块226和用于将接线盒370附装到复合太阳能电池结构304的典型的工艺流程480的更加详细的描述在下面标题为“接线盒附装模块和工艺”的部分中列出。
接下来，太阳能电池结构304被传送到装置测试模块240，其中对太阳能电池结构304实施装置筛选(screening)和分析步骤140以确保太阳能电池结构304表面上所形成的装置满足所需的质量标准。在一个实施方式中，装置测试模块240是太阳能模拟器(solar simulator)模块，该太阳能模拟器模块用于验证和测试一个或多个所形成的太阳能电池的输出。在步骤140中，通过使用一个或多个适合于制作与接线盒370中的端子的电接触的自动化部件，使用光发射源和探测装置来测量所形成的太阳能电池装置的输出。
接下来，将太阳能电池结构304传输到支撑结构模块241，其中对太阳能电池结构304实施支撑结构装配(support structure mounting)步骤141，以提供具有附装到使用步骤102-140形成的太阳能电池结构304上的一个或多个装配元件的完整太阳能电池装置，提供能够在用户端快速地安装和容易地装配的完整太阳能电池装置。
接下来，将太阳能电池结构304传送到卸载模块242，其中对基板实施步骤142或装置卸载步骤以从太阳能电池生产线200移走所形成的太阳能电池。
在太阳能电池生产线200的一个实施方式中，生产线中的一个或多个区域被安置在清洁室(clean room)环境中，以减少或防止污染物影响太阳能电池装置的产率和可用寿命。在一个实施方式中，如图2中所示，等级10000(class10000)的清洁室空间250设置在用于实施步骤108-118和步骤130-134的模块周围。
接线盒附装模块和工艺
在步骤138期间实施的处理流程500和接线盒附装模块238用于将接线盒370(图3D)安装到部分地形成的太阳能电池上(图3C)。所安装的接线盒370用作将要连接所形成的太阳能电池诸如其他太阳能电池或电力网的外部电气部件与在步骤131期间形成的诸如交叉通路356的引线362之类的内部电连接点之间的接口。在一个实施方式中，接线盒370包括一个或多个连接点(例如图3D中的参考数字371，372所指代的)，以使所形成的太阳能电池能容易地且系统地连接到其它外部装置从而传递所产生的电功率。示范性的接线盒附装模块238及其使用方法描述在2008年1月25日提交的序列号为No.61/023,810的美国临时专利申请中，在此通过参考将该美国临时专利申请并入本文。
图4A图解了可对实施处理流程500有用的接线盒附装模块238的实施方式，描述如下。图4A是示出该模块内存在的一些公用部件(common component)的接线盒附装模块238的一个实施方式的正等轴测图。在一个实施方式中，接线盒附装模块238包括主结构400、粘合剂分配组件402、灌注(potting)材料分配组件403、接线盒传送组件404、台架系统405、头部组件406、焊剂(flux)分配组件412、和传送系统401。主结构400可包括支撑构架(truss)或支撑结构408，该支撑构架或支撑结构408适合于支撑和保持用于实施处理流程500的各部件。在一个实施方式中，传送系统401包括多个传统的传送带401A，该传送带401A被装配到支撑结构408以使得复合太阳能电池结构304能被安置和通过接线盒附装模块238被传送。如图4A中所示，复合太阳能电池结构304能沿着路径Ai被传送到接线盒附装模块238中，并沿着路径Ao退出接线盒附装模块238。
在一个实施方式中，也由支撑结构408支撑的台架系统405包括结构部件405B和用于在安置于传送系统401上的复合太阳能电池结构304之上移动和安置头部组件406的自动化硬件。台架系统405可包括诸如伺服电动机控制带和滑轮系统之类的传动装置405A，该传动装置405A适合于可控地将头部组件406安置在复合太阳能电池结构304之上。在一个实施方式中，头部组件406的安置通过系统控制器290控制。
在一个实施方式中，接线盒传送组件404被构造成从操作者或自动化供应装置404A接收诸如接线盒370和接线盒盖370A之类的一个或多个接线盒部件，并以自动方式将该一个或多个接线盒部件传送给接线盒附装模块238的接收区域411。一旦将一个或多个接线盒部件安置在接收区域411中，头部组件406就可接收、移去这些部件并将这些部件放置在被安置于传送系统401上的复合太阳能电池结构304上。在一个实施方式中，接线盒传送组件404适合于从供应装置404A接收接线盒部件的托盘410(tray)并使用传送器404B将托盘410移动(沿着路径“B”)到接收区域411。传送器404B可适合于通过从系统控制器290发出的命令移动和安置从供应装置404A接收到的部件。
在一个实施方式中，台架系统405包括机械臂组件407。机械臂组件407可被构造成从安置在接收区域411中的托盘410拾取接线盒370并将接线盒370移动到用于分配粘合剂和/或焊剂的位置中，如以下所讨论的那样。
在一个实施方式中，粘合剂分配组件402包括适合于将诸如热熔室温硬化(room temperature vulcanizing，RTV)粘合剂之类的粘合剂传送到接线盒附装模块238的一个部分的部件，接线盒附装模块238的这一个部分例如是分配头部组件403A中的喷嘴，这里粘合剂可被设置在接线盒370的密封剂接收表面上。在一个实施方式中，粘合剂分配组件402是自动化的且适合于使用电阻加热元件和加压流体传送系统(pressurized fluid delivery system)加热和分配粘合剂材料。加压流体传送系统可使用加压气体或其它机械手段传送加热的粘合剂至分配头部组件403A而至接线盒370。粘合剂材料的精确和自动分配改善了装置产率，减少了劳动量，降低了每个所形成装置的材料成本，并使得工艺结果的可重复性更强。
在一个实施方式中，焊剂分配组件412包括适合于将焊剂材料传送至接线盒附装模块238的一个部分的部件，接线盒附装模块238的这一个部分例如是分配头部组件403A中的喷嘴，这里焊剂材料被分配到接线盒370中的电连接354(图3D)和交叉通路356的引线362(图3C)上从而改善了步骤510期间焊料(solder material)的润湿，如下所讨论的那样。在一个实施方式中，焊剂材料用于促进电连接345和引线362之间的较低电阻和较强焊料粘接。
在一个实施方式中，灌注材料分配组件403包括适合于使用分配喷嘴427传送诸如两部分RTV(two part RTV)材料之类的灌注材料至接线盒370的内部区域365(图3D)的部件，其中已经通过使用台架系统405和从系统控制器290发出的命令将该分配喷嘴427精确地安置在接线盒370和复合太阳能电池结构304之上。在一个实施方式中，在已经将接线盒370密封地装配到复合太阳能电池结构304之后形成接线盒370的内部区域365。在一个实施方式中，通过使用系统控制器290，将灌注材料的两部分中的每一部分所需的量同时传送到接线盒370的内部区域365。在一个实施方式中，在通过分配喷嘴427分配之前，先混合该灌注材料的两部分。在所形成的太阳能电池装置300的可用寿命期间，灌注材料可用于隔离复合太阳能电池结构304的有源区域和位于接线盒370中的电连接354以不被外界破坏。以自动化方式对灌注材料的精确安置和受控分配可改善装置产率，减少劳动量以及每个所形成装置的材料成本，并使得工艺结果可重复性更强。
图4B是图4A中所述头部组件406的放大的、示意性的正视图。在一个实施方式中，头部组件406包括显示系统421、机械钳422、热电极(thermode)组件423、盖取回机械手(lid retrieving robot)426和分配喷嘴427。如上所述，在一个实施方式中，可使用传动装置405A和系统控制器290沿着台架系统405的长度方向将头部组件406安置在所需位置。在一个实施方式中，显示系统421和系统控制器290适合于当台架系统405移动头部组件406(y-方向移动)时，和当传送系统401移动复合太阳能电池结构304(x-方向)时，通过设置在显示系统421中的照相机421A跨复合太阳能电池结构304进行扫描，定位复合太阳能电池结构304上的一个或多个特征。
在一个实施方式中，显示系统421通常包括照相机421A和能够定位、通信和存储存在于所形成的复合太阳能电池结构304中的特征的位置的其它电子部件。例如，显示系统421可用于发现复合太阳能电池结构304(图3C)的背面玻璃基板361中存在的开口363和交叉通路356的暴露的引线362的位置。
一旦复合太阳能电池结构304上的所需特征被显示系统421定位，已经由机械钳422接收到的接线盒370就可被安置在复合太阳能电池结构304上，而且接线盒370与复合太阳能电池结构304之间的电连接可被可靠地制作(以下讨论的步骤510)。在一个实施方式中，机械钳422包括适合于接收、保持和安置接线盒370的机械钳起(gripping)部件。
在一个实施方式中，机械钳422包括适合于匹配位于接线盒370上的两个或更多个基准表面(datum surface)358(图3D)的钳起元件422A、422B。在一个实施方式中，机械钳422被装配在头部组件406上，以从机械臂407拾取接线盒370，并根据基于由显示系统421接收到的位置信息而由系统控制器290发出的命令，使用基准表面358精确地放置接线盒370。在一个实施方式中，机械钳422被构造成相对于复合太阳能电池结构304旋转地操纵接线盒370，从而根据显示系统421检测的复合太阳能电池结构304的尺寸、方向和位置来适当地有角度地定向接线盒370。
在一个实施方式中，热电极组件423包括两个或更多个热装置，所述热装置用于传递热量以在位于接线盒370中的电连接354(图3D)与交叉通路356的引线362(图3C)之间形成良好的电连接。操作中，热电极组件423和复合太阳能电池结构304被安置成使得接线盒370中的电连接354接收到足够的热量，以引起设置在电连接354和/或引线362上的任何焊料和/或焊剂材料融化并形成坚固的(robust)电连接。在另一实施方式中，热电极423可适合于将焊剂材料传送到电连接354和引线362之间的接合处，从而改善在焊料接合点形成期间焊料的润湿。在一个实施方式中，热电极423包括诸如电阻加热元件之类的两个元件424、425，元件424、425适合于同时形成两个电连接354(图3D)与两根引线362(图3C)之间的电连接。在一个实施方式中，热电极组件423包括温度传感器和控制器，以为了在复合太阳能电池结构引线362与接线盒电连接354之间一致地产生电连接而确保达到适当温度。在一个实施方式中，热电极组件423电接地，以消除(dissipate)复合太阳能电池结构304中可能存在的任何电能。
在一个实施方式中，盖取回机械手426适合于在已经制得所有电连接和已经将灌注材料安置在接线盒370的内部区域365之后从接收区域411接收接线盒盖370A并将线盒盖370A安置在接线盒370之上。盖取回机械手426可包括一个或多个真空末端执行装置(end-effector)426A，该真空末端执行装置426A适合于当通过头部组件406、台架405和系统控制器290在接线盒370之上操控(maneuver)盖接收机械手426时接收和保持接线盒盖370A。在一个实施方式中，盖取回机械手426被构造成相对于复合太阳能电池结构304旋转地对准接线盒盖370A，以相对于接线盒370的布置(placement)而适当地有角度地定向接线盒盖370A。
参考图1、4A和5，在步骤138中，处理流程500用于完成接线盒附装工艺。如上所述，本发明的实施方式可包括用于在太阳能电池上形成外部连接点的方法和装置，以使得能够容易地和系统地将所形成的太阳能电池连接到外部装置，例如其它太阳能电池或电力网，以产生电功率。图5示出了工艺流程500的一个实施方式，工艺流程500包括用于形成至太阳能电池装置的电连接的多个步骤(即步骤502-514)。不意欲使工艺流程500中的配置、处理步骤的数量以及处理步骤的顺序限制在此描述的本发明的范围。
在一个实施方式中，工艺流程500通常始于步骤502，其中通过使用传送组件404，将一个或多个接线盒370和/或一个或多个接线盒盖370A移动到接线盒附装模块238的接收区域411，如上所讨论的那样。
在步骤504中，准备接线盒370以用于安装在已经通过上述工艺流程100的步骤134和/或136处理了的复合太阳能电池结构304上。在步骤504期间，将诸如热熔RTV粘合剂之类的粘合剂材料设置在接线盒370的密封剂接收表面上。在一个实施方式中，机械臂407从安置在接收区域411中的托盘410接收接线盒370并将接线盒370移动到分配头部组件403A，该分配头部组件403A将粘合剂分配在接线盒370的密封剂表面上。在步骤504的一个实施方式中，焊剂材料也可通过分配头部组件403A施加至每个电连接354。
在步骤506中，显示系统421连同台架组件405、头部组件406、传送系统401和系统控制器290一起扫描复合太阳能电池结构304，以定位形成在背面玻璃基板361中的开口363和交叉通路356的引线362。在一个实施方式中，显示系统421内的照相机421A和系统控制器290内的存储器用于自动地定位和存储所述开口363和所述引线362的位置，使得接线盒附装模块238中的其它自动的机械部件能可靠地实施剩下的附装步骤。
在步骤508中，接线盒370被设置在复合太阳能电池结构304上，该复合太阳能电池结构304被安置在传送系统401上以使得存在于密封剂接收表面上的粘合剂材料能够在包含在背面玻璃基板361中的开口363周围形成密封。在一个实施方式中，在步骤508期间，接线盒370被机械钳422从臂407拾取，且通过使用在步骤506期间由显示系统421接收到的信息而被精确地定向和安置在交叉通路356的引线362和开口363之上。在一个实施方式中，机械钳422的钳起部件422A、422B适合于接收接线盒370上的基准表面358，以为接线盒370相对于引线362和开口363的正确的对准(alignment)和定向做准备。在一个实施方式中，机械钳422被构造成相对于复合太阳能电池结构304以各种角度位置(angular position)旋转地对准接线盒370，角度位置由复合太阳能电池结构304的尺寸、位置和方向限定。在一个实施方式中，机械钳422适合于在安装期间将接线盒370和粘合剂材料推靠在(urge against)背面玻璃基板361的表面。推动力可以足够大以获得粘合剂材料的均匀散布以及获得引线362与电连接454之间的良好接触。在一个实施方式中，为了防止对复合太阳能电池基板304的损伤，可提供支撑平台(未示出)以在机械钳422将接线盒370和粘合剂材料推靠在背面玻璃基板361的表面的同时，支撑和啮合(engage)复合太阳能电池结构304的一个或多个区域。
在步骤510中，热电极组件423被安置(X、Y和Z方向)成将热传送给接线盒370中的电连接354和交叉通路356的引线362以形成坚固的电连接。在一个实施方式中，热电极组件423的加热元件424、425同时引起在引线362和/或电连接354上存在的焊料和/或焊剂融化并在接线盒370和复合太阳能电池结构304之间形成可靠和坚固的电连接。在一个实施方式中，电探测电连接以确保引线362和电连接354之间的连续性。
在步骤512中，通过使用设置在头部组件406上的分配喷嘴427、台架系统405、传送系统401和系统控制器290，在接线盒370的内部区域365填充所需量的灌注材料。通常使用诸如聚合材料之类的灌注材料来隔离步骤510期间形成的电连接和太阳能电池的有源区域，以使该电连接和太阳能电池的有源区域在所形成的太阳能电池装置寿命期间不受环境影响。
在步骤514中，接线盒盖370A被放置在接线盒370上以使接线盒370的内部区域365与外部环境进一步隔离。在一个实施方式中，盖取回机械手426被构造成相对于复合太阳能电池结构304旋转地对准接线盒盖370A，从而相对于接线盒370的布置适当地有角度地定向接线盒盖370A。在一个实施方式中，电探测接线盒端子371、372，以确保复合太阳能结构引线362和接线盒电连接354之间的连续性。在完成该工艺流程500之后，将太阳能电池传送到装置测试模块240中，在这里能实施步骤140。
虽然前面已经涉及到本发明的实施方式，但是在不脱离本发明的基本范围的情况下还可设计出本发明的其它和进一步的实施方式，其范围通过随附的权利要求书确定。
Claims (18)
1.一种太阳能电池电连接模块，包括：
接收区域，所述接收区域被构造成接收接线盒；
机械臂，所述机械臂设置成与所述接收区域相邻并被构造成保持和操纵所述接线盒；
粘合剂分配组件，所述粘合剂分配组件被构造成将粘合剂施加到所述接线盒的密封剂表面；
显示系统，所述显示系统被构造成扫描太阳能电池装置并定位所述太阳能电池装置上的位置特征；
机械钳，所述机械钳具有被构造成拾取所述接线盒、操纵所述接线盒和将所述接线盒放置到所述太阳能电池装置上的钳起元件；
加热元件，所述加热元件被构造成在所述接线盒和所述太阳能电池装置之间建立电连接；和
系统控制器，所述系统控制器被构造成从所述显示系统接收信号并将信号发送到所述机械钳和所述加热元件。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池电连接模块，还包括太阳能电池装置传送器，所述太阳能电池装置传送器设置在所述机械钳下方，并且所述太阳能电池装置传送器被构造成在第一方向上移动所述太阳能电池装置。
3.根据权利要求2所述的太阳能电池电连接模块，还包括附装到所述机械钳上的传动装置，所述传动装置被构造成在第二方向上移动所述机械钳，其中所述第二方向基本上垂直于所述第一方向。
4.根据权利要求3所述的太阳能电池电连接模块，还包括焊剂分配组件，所述焊剂分配组件具有被构造成将焊剂施加到所述接线盒上的电连接接头上的喷嘴。
5.根据权利要求3所述的太阳能电池电连接模块，还包括灌注材料分配组件，所述灌注材料分配组件具有被构造成将聚合材料施加到所述电连接周围的喷嘴。
6.一种太阳能电池电连接模块，包括：
接线盒传送器，所述接线盒传送器安置成从外部源接收接线盒并将所述接线盒传送到所述模块的接收区域；
机械臂，所述机械臂被安置成从所述模块的所述接收区域接收所述接线盒并为从粘合剂分配模块接收粘合剂而安置所述接线盒；
由台架支撑的头部组件，其中所述台架位于太阳能电池装置传送器上方，并且其中所述头部组件包括：
显示系统；
机械钳；和
加热组件；
传动装置，所述传动装置附装到所述头部组件，并且所述传动装置被构造成在第一方向上移动所述头部组件；和
系统控制器，所述系统控制器被构造成从所述显示系统接收信号并将信号发送给所述头部组件。
7.根据权利要求6所述的太阳能电池电连接模块，其中所述太阳能电池装置传送器被构造成在第二方向上移动所述太阳能电池装置，其中所述第二方向基本上垂直于所述第一方向。
8.根据权利要求7所述的太阳能电池电连接模块，其中所述显示系统包括照相机和显示控制器，所述照相机被构造成扫描安置在太阳能电池装置传送器上的太阳能电池装置，所述显示控制器被构造成通过从照相机发出的信号定位设置于太阳能电池装置上的电引线。
9.根据权利要求8所述的太阳能电池电连接模块，其中所述机械钳被构造成从所述机械臂接收所述接线盒、操纵所述接线盒的位置和方向、并将所述接线盒放置在所述太阳能电池装置上。
10.根据权利要求9所述的太阳能电池电连接模块，其中所述加热组件被构造成将热施加到设置在太阳能电池装置上的电引线。
11.根据权利要求10所述的太阳能电池电连接模块，其中所述头部组件还包括灌注材料分配喷嘴，所述灌注材料分配喷嘴被构造成将聚合材料施加到包围设置在所述太阳能电池装置上的所述电引线的区域。
12.根据权利要求11所述的太阳能电池电连接模块，其中所述头部组件还包括盖取回机械手，所述盖取回机械手被构造成从所述接收区域接收接线盒盖并将所述盖放置在所述接线盒上
13.根据权利要求12所述的太阳能电池电连接模块，还包括焊剂分配喷嘴，所述焊剂分配喷嘴安置成将焊剂施加至所述接线盒中的电连接。
14.一种将接线盒附装到太阳能电池装置的方法，包括：
从接线盒传送器接收所述接线盒到接线盒接收区域中；
从所述接收区域取回所述接线盒并操纵所述接线盒的方位；
将粘合剂施加至所述接线盒的密封剂表面；
通过机械钳拾取所述接线盒；
通过太阳能电池装置传送器在第一方向上移动太阳能电池装置；
通过显示系统扫描所述太阳能电池装置以定位设置在所述太阳能电池装置上的暴露的引线；
通过头组件和传动装置在第二方向上移动所述接线盒，同时旋转地重新定向所述接线盒；
通过由所述显示系统提供的信息来安置所述接线盒，以将所述接线盒内的电连接点与太阳能电池装置上所暴露的电引线对准；
将所述接线盒放置到所述太阳能电池装置上；
使用由所述显示系统提供的信息安置加热元件，以使所述加热元件与这些电连接点接触；以及
加热这些电连接点和这些电引线以在这些电连接点和这些电引线之间建立电连接。
15.根据权利要求14所述的方法，还包括使用由所述显示系统提供的信息安置灌注材料分配喷嘴，以使所述灌注材料分配喷嘴与所述接线盒的开口区域连通，并分配所述灌注材料去填充所述接线盒。
16.根据权利要求15所述的方法，还包括从所述接收区域取回盖，以及通过使用由所述显示系统提供的信息将所述盖放置在所述接线盒的所述开口区域之上。
17.根据权利要求16所述的方法，其中同时加热这些电连接点。
18.根据权利要求17所述的方法，还包括经由焊剂分配组件将焊剂施加至这些电连接点。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| US2381008P | 2008-01-25 | 2008-01-25 | |
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