CN102089892A - 用于在太阳能电池上形成电连接的设备与方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的实施例提供用于在太阳能电池生产线中于太阳能电池基板上形成电连接的模块与工艺。该模块大体上提供基板搬运系统、基板安置系统、跨越总线附接组件以及侧总线附接组件。该模块可提供自动调整模块以接收及处理各种尺寸的太阳能电池基板的适应性。

Description

用于在太阳能电池上形成电连接的设备与方法
发明背景
发明领域
本发明的实施例大体涉及在生产线中于太阳能电池上形成电连接的设备与方法。
相关技术的说明
光伏(PV)装置或太阳能电池是将太阳光转换为直流(DC)电力的装置。典型的薄膜型PV装置或薄膜太阳能电池具有一或多个p-i-n结。每一p-i-n结包含p型层、本征型层及n型层。当太阳能电池的p-i-n结暴露于太阳光(由光子能量组成)下时，太阳光经由PV效应转换为电。太阳能电池可铺成更大的太阳能电池阵列。该太阳能电池阵列通过连接若干太阳能电池，并用特定框架及连接器将它们结合到面板中来制造。
通常，薄膜太阳能电池包括有源区域(active region)或光电转换单元，以及设置作为正面电极和/或背面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型硅层与n型硅层之间的本征型(i型)硅层。可利用若干类型的硅膜，包括微晶硅膜(μc-Si)、非晶硅膜(a-Si)、多晶硅膜(多晶Si)及其类似物来形成光电转换单元的p型层、n型层和/或i型层。背面电极可含有一或多个导电层。需要经改良的工艺来形成具有良好界面接触、低接触电阻及高总体效能的太阳能电池。
随着传统能源价格上涨，需要使用低成本太阳能电池装置来以低成本方式产生电。常规太阳能电池制造工艺为高劳动密集型的，且具有可以影响生产线产能、太阳能电池成本及装置成品率的很多干扰。举例而言，常规太阳能电池电连接工艺需要将已形成的电引线人工安置并连接至太阳能电池装置的背面电极。这些人工工艺是劳动密集、耗时且高成本的。
此外，随着太阳能电池的尺寸增加(例如Generation 8模块，其为2.2m×2.6m的模块)，电引线对太阳能电池的连接(特别是在太阳能电池的中心)对于技术人员而言会变得渐渐难以撷取与执行。
因此，需要在自动太阳能电池生产线中于太阳能电池上形成电连接的改良的设备与工艺。
发明内容
本发明的一个实施例中，一种接合线附接模块包含：一具有一输送机系统的基板搬运系统，用以接收进入该接合线附接模块的一太阳能电池基板并且将该太阳能电池基板传送出该接合线附接模块；一安置系统，其具有包含一摄影机的一影像系统；一跨越总线组件，其具有一运动组件，该运动组件用以接收来自该系统控制器的指令并且将跨越总线材料安置成横跨该太阳能电池基板的一背接触表面，以致该跨越总线材料与该太阳能电池基板的该背接触表面绝缘；以及一侧总线组件，其用以将侧总线材料沿该太阳能电池基板的一边缘区域安置及附着至该太阳能电池基板的该背接触表面。在一实施例中，该影像系统用以扫描该太阳能电池基板以及向一系统控制器发送关于在该太阳能电池基板上一个或多个特征结构的位置的信号。在一实施例中，该侧总线材料将该太阳能电池基板的该边缘区域电连接至一跨越总线导线。
在另一实施例中，一种接合线附接模块包含：一具有多个输送带的基板搬运系统，用以接收进入该接合线附接模块的一太阳能电池基板，将该太阳能电池基板在该接合线附接模块内前移，并且将该太阳能电池基板传送出该接合线附接模块；一安置系统，其具有带至少一个摄影机的一影像系统；一跨越总线组件；以及一侧总线组件，其包括两个分配模块以及两个侧总线材料沉积元件，其中每一侧总线材料沉积元件用以朝该太阳能电池基板的该背接触表面供给各自一段侧总线材料，并且沿该太阳能电池基板的相对边缘区域安置该侧总线材料，以致侧总线材料的每一段将该太阳能电池基板的各自的边缘区域电连接至该跨越总线材料。在一实施例中，该影像系统用以扫描该太阳能电池基板以及向一系统控制器发送关于在该太阳能电池基板上一个或多个特征结构的位置的信号。在一实施例中，该跨越总线组件包括：一材料供给组件，其用以朝该太阳能电池基板的一背接触表面供给一绝缘材料；一材料分配组件，其用以接收来自该材料供给组件的该绝缘材料并且将该绝缘材料附着至该太阳能电池基板的该背接触表面；一跨越总线材料供给组件，其用以朝该太阳能电池基板的该背接触表面供给该跨越总线材料；一跨越总线材料分配组件，用以接收来自该跨越总线材料供给组件的该跨越总线材料，并且将该跨越总线材料附着至该绝缘材料；以及一运动组件，其用以接收来自该系统控制器的指令并且安置该材料分配组件以及该跨越总线材料分配组件。
在本发明的又一实施例中，一种在一太阳能电池上形成一电连接的方法包含以下步骤：于一接合线附接模块的一基板搬运系统上接收一太阳能电池基板；感测该太阳能电池基板在该基板搬运系统上的位置；相对该太阳能电池基板的至少一个边缘水平安置该太阳能电池基板；透过包含至少一个摄影机的一影像系统定位该太阳能电池基板上的至少一个特征结构；从该影像系统发送一信号给一系统控制器；响应从该系统控制器接收的指令，以一夹持元件握取该太阳能电池基板，且使该太阳能电池基板前移至该接合线附接模块的一跨越总线组件区域；透过从该系统控制器接收的指令，将跨越总线材料附接至该跨越总线组件区域中该太阳能电池基板的一背接触表面；透过从该系统控制器接收的指令，在该接合线附接模块的一侧总线组件区域中，沿该太阳能电池基板的一边缘区域该将侧总线材料附接至该背接触表面，其中该侧总线材料将该太阳能电池基板的该背接触表面电连接至该跨越总线材料；以及将该太阳能电池基板传送出该接合线附接模块。在一实施例中，该跨越总线材料与该太阳能电池基板的该背接触表面绝缘。
附图简要说明
为了更详细了解本发明的上述特征，参照具体实施例可更具体地说明以上所简述的发明，其中部分具体实施例绘示于附图中。然而，应注意的是，附图仅绘示本发明的典型实施例，因此不被视为限制本发明的范围，本发明可允许其它同等有效的实施例。
图1绘示根据本文所述一个实施例用于形成太阳能电池装置的工艺顺序。
图2绘示根据本文所述一个实施例的太阳能电池生产线的平面图。
图3A为根据本文所述一个实施例的薄膜太阳能电池装置的侧剖面图。
图3B为根据本文所述一个实施例的薄膜太阳能电池装置的侧剖面图。
图3C为根据本文所述一个实施例的复合太阳能电池结构的平面图。
图3D为沿图3C的断面A-A的侧剖面图。
图3E为根据本文所述一个实施例的薄膜太阳能电池装置的侧剖面图。
图4A为根据本发明一个实施例的接合线附接模块的示意性平面图。
图4B为根据本发明一个实施例的侧总线沉积元件的一部分及焊接模块的侧视图。
图5绘示在生产太阳能电池期间用于在装置基板上形成电连接的处理顺序的一个实施例。
详细说明
本发明的实施例提供用于在太阳能电池生产线中于太阳能电池基板上形成电连接的模块及工艺。该模块大体上提供一基板搬运系统、一基板安置系统、一跨越总线附接组件(cross-buss attachment assembly)以及一侧总线附接组件(side-buss attachment assembly)。该模块可提供自动调整模块以接收及处理各种尺寸的太阳能电池基板的适应性。
图1绘示工艺顺序100的一个实施例，该工艺顺序100含有多个步骤(即，步骤102-142)，每一步骤用以使用本文所述的新型太阳能电池生产线200来形成太阳能电池装置。工艺顺序100中的配置、处理步骤数目及处理步骤的次序并非意欲限制本文所述的本发明范围。图2是生产线200的一个实施例的平面图，该图意欲图解经由系统的典型处理模块及工艺流程以及该系统设计的其它相关方面，并且因此并非意欲限制本文所述的本发明范围。
系统控制器290可用来控制在太阳能电池生产线200中所见的一或多个部件。系统控制器290促进整个太阳能电池生产线200的控制及自动化，且系统控制器290通常包括中央处理单元(CPU)(未示出)、存储器(未示出)及支持电路(或I/O)(未示出)。CPU可为任何形式的计算机处理器之一，该些计算机处理器用于工业设定以控制各种系统功能、基板移动、腔室工艺及支持硬件(例如，传感器、机器人、电动机、灯等)，并监控工艺(例如，基板支持温度、电源变量、腔室工艺时间、I/O信号等)。存储器连接至CPU，且可为本地或远程的一或多种易获得的存储器，如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、软盘、硬盘或任何其它形式的数字储存器。可将软件指令及数据编码并储存于存储器中以指示CPU。支持电路也连接至CPU，以用常规方式来支持处理器。支持电路可包括高速缓存、电源、时钟电路、输入/输出电路、子系统及类似电路。
可由系统控制器290读取的程序(或计算机指令)判定可对基板执行哪些任务。较佳地，该程序为系统控制器290可读取的软件，其包括代码以执行与监控、移动、支撑和/或安置基板相关的任务，以及在太阳能电池生产线200中执行的各种工艺配方任务和各种腔室工艺配方步骤。在一实施例中，系统控制器290也含有多个可编程逻辑控制器(PLC’s)和一物料搬运系统控制器(例如，PLC或标准计算机)，该可编程逻辑控制器用以局部控制太阳能电池生产中的一或多个模块；该物料搬运系统控制器处理整个太阳能电池生产线的较高级别的策略性移动、排程及运行。
图3A至图3E绘示可使用图1所示的工艺顺序及太阳能电池生产线200中示出的部件来形成并测试太阳能电池300的实例。图3A为可在下文所述系统中形成并得以分析的单结非晶硅太阳能电池300的简化示意图。
如图3A所示，单结非晶硅太阳能电池300朝向光源或太阳辐射301定向。太阳能电池300通常包括基板302，如玻璃基板、聚合物基板、金属基板或其它适合的基板，基板之上形成有薄膜。在一实施例中，基板302为尺寸约为2200mm×2600mm×3mm的玻璃基板。太阳能电池300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(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之上的背接触层350。为了通过增强光捕获来改善光吸收，基板和/或形成于其之上的一或多个薄膜可任选地通过由湿式、等离子体、离子和/或机械工艺来构造结构(texture)。举例而言，在图3A所示的实施例中，对第一TCO层310构造结构，且随后沉积在其上的薄膜都通常遵照该薄膜下方的表面的表面形貌。
在一种结构中，第一p-i-n结320可包括p型非晶硅层322；形成于p型非晶硅层322之上的本征非晶硅层324，及形成于本征非晶硅层324之上的n型微晶硅层326。在一实例中，p型非晶硅层322可形成为约60
Figure BPA00001211902800051
与约300
Figure BPA00001211902800052
之间的厚度，本征非晶硅层324可形成为约1,500
Figure BPA00001211902800053
与约3,500
Figure BPA00001211902800054
之间的厚度，而n型微晶硅层326可形成为约100与约400之间的厚度。背接触层350可包括选自由Al、Ag、Ti、Cr、Au、Cu、Pt、Ni、Mo、导电碳、其合金及其组合所组成组的材料，但不限于此。
图3B为太阳能电池300的一实施例的示意图，该太阳能电池300为经定向朝向光或太阳辐射301的多结太阳能电池。太阳能电池300包括基板302，如玻璃基板、聚合物基板、金属基板或其它适合的基板，基板之上形成有薄膜。太阳能电池300可进一步包括形成于基板302之上的第一透明导电氧化物(TCO)层310；形成于第一TCO层310之上的第一p-i-n结320；形成于第一p-i-n结320之上的第二p-i-n结330；形成于第二p-i-n结330之上的第二TCO层340；以及形成于第二TCO层340之上的背接触层350。
在图3B所示的实施例中，对第一TCO层310构造结构，且沉积于其上的后成薄膜通常遵照该薄膜下方的表面的表面形貌。第一p-i-n结320可包括p型非晶硅层322；形成于p型非晶硅层322之上的本征非晶硅层324；以及形成于本征非晶硅层324之上的n型微晶硅层326。在一实例中，p型非晶硅层322可形成为约60
Figure BPA00001211902800061
与约300之间的厚度，本征非晶硅层324可形成为约1,500
Figure BPA00001211902800063
与约3,500
Figure BPA00001211902800064
之间的厚度，且n型微晶硅层326可形成为约100
Figure BPA00001211902800065
与约400
Figure BPA00001211902800066
之间的厚度。
第二p-i-n结330可包括p型微晶硅层332；形成于p型微晶硅层332之上的本征微晶硅层334，以及形成于本征微晶硅层334之上的n型非晶硅层336。在一实例中，p型微晶硅层332可形成为约100与约400
Figure BPA00001211902800068
之间的厚度，本征微晶硅层334可形成为约10,000
Figure BPA00001211902800069
与约30,000
Figure BPA000012119028000610
之间的厚度，而n型非晶硅层336可形成为约100
Figure BPA000012119028000611
与约500
Figure BPA000012119028000612
之间的厚度。背接触层350可包括选自由Al、Ag、Ti、Cr、Au、Cu、Pt、Ni、Mo、导电碳、其合金及其组合所组成组的材料，但不限于此。
图3C为示意性地绘示已形成的前述太阳能电池300的后表面的一实例的平面图，该太阳能电池300已在生产线200中被生产并被测试。图3D为图3C所示太阳能电池300的一部分的侧面剖视图(见断面A-A)。尽管图3D所绘示的单结电池的横断面与图3A所述的结构相似，但是这并不意欲限制本文所述的本发明范围。
如图3C及图3D所示，太阳能电池300可含有基板302；太阳能电池装置元件(例如，标号310-350)；一或多个内部电连接(例如，侧总线355、跨越总线356)；粘接材料层360；背玻璃基板361及接线盒370。接线盒370通常可含有两个接线盒端子371、372，这两个端子经由侧总线355及跨越总线356电连接至太阳能电池300的引线362，侧总线355及跨越总线356与背接触层350及太阳能电池300的有源区域电联通。为了避免与下文论述的在基板302上特定执行的动作相混淆，通常将具有一或多个沉积层(例如，标号310-350)和/或一或多个设置于其上的内部电连接(例如，侧总线355、跨越总线356)的基板302称为装置基板303。类似地，将已使用粘接材料360粘接至背玻璃基板361的装置基板303称为复合太阳能电池结构304。
图3E为太阳能电池300的示意性剖面图，其绘示出在太阳能电池300中形成单个电池382A至382B的各种刻划区域。如在图3E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及背接触层350。可执行三个激光刻划步骤以产生沟槽381A、381B及381C，这些沟槽通常是形成高效太阳能电池装置所需的。尽管单个电池382A及382B一起形成于基板302上，但是它们通过在背接触层350及第一p-i-n结320中形成的绝缘沟槽381C而彼此隔离。此外，沟槽381B形成于第一p-i-n结320中，以使得背接触层350与第一TCO层310电接触。在一个实施例中，在沉积第一p-i-n结320及背接触层350之前，通过激光刻划移除第一TCO层310的一部分来形成绝缘沟槽381A。类似地，在一个实施例中，在沉积背接触层350之前，通过激光刻划移除第一p-i-n结320的一部分，以在第一p-i-n结320中形成沟槽381B。尽管图3E绘示单结型太阳能电池，但此结构并不意欲限制本文所描述的本发明范围。
总的太阳能电池形成工艺顺序
参阅图1及图2，工艺顺序100通常始于步骤102，其中将基板302装载至太阳能电池生产线200中的装载模块202中。在一个实施例中，基板302以“未加工的”状态被接收，该状态下，尚未对基板302的边缘、整体尺寸和/或清洁度进行良好控制。接收该“未加工的”基板302降低了在形成太阳能装置之前制备并储存基板302的成本，并因此降低了太阳能电池装置成本、设备成本及最终形成的太阳能电池装置的生产成本。然而，通常在步骤102中接收具有透明导电氧化物(TCO)层(如第一TCO层310)的“未加工的”基板302是有利的，该透明导电氧化物(TCO)层在系统接收该基板302之前已沉积于基板302表面上。若未将导电层(如TCO层)沉积于“未加工的”基板的表面上，则需要在基板302的表面上执行前接触沉积步骤(步骤107)，该步骤将在下文论述。
在一个实施例中，基板302或303以依序方式装载到太阳能电池生产线200中，因而不需匣式或批次式基板装载系统。匣式和/或批次式装载系统需要将基板从卡匣卸载、处理、然后在移到工艺顺序的下一步骤前返回卡匣，这浪费时间且降低了太阳能电池生产线的产量。批次式处理的使用并不利于本发明的某些实施例，例如从单一基板制造多个太阳能电池装置。此外，使用批次式工艺顺序一般会阻止使用异步流的基板通过生产线，该异步流可在稳态处理期间、以及当一或多个模块因维修或故障状态而中断时提供较佳的基板产量。一般而言，由于基板的排序与装载需要大量的操作时间，因此批次式或匣式方案并不能在当一或多个处理模块因维修而中断时或甚至在正常运作期间达到本文所述的生产线的产量。
在下一步骤(步骤104)中，制备基板302的表面，以防止随后工艺中的良率问题。在步骤104的一个实施例中，将基板插入前端基板接缝形成模块(front end substrate seaming module)204，其用以制备基板302或303的边缘以减小在后续工艺期间发生损坏(如，剥落或颗粒产生)的可能性。基板302或303的损坏可影响装置良率及生产可用太阳能电池装置的成本。在一个实施例中，前端接缝形成模块204用以使基板302或303的边缘成圆形或斜角。在一实施例中，使用嵌有金刚石的皮带或圆盘来从基板302或303边缘研磨材料。在另一实施例中，使用研磨轮、粗砂喷砂或激光烧蚀技术来基板302或303边缘移除材料。
接着，将基板302或303输送至清洁模块206，其中对基板302或303执行步骤106或基板清洁步骤，以移除在基板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/或基板302或303运输或储存期间沉积于基板302或303上的物质。通常，清洁模块206使用湿式化学擦洗及冲洗步骤来移除任何不想要的污染物。
在一实例中，以下述方式进行基板302或303的清洁工艺。首先，基板302或303从传送台或自动装置281进入清洁模块206的污染物移除区段。一般而言，系统控制器290建立了每一个基板302或303进入清洁模块206的时序。污染物移除区段可利用干燥的圆柱状刷件与真空系统使基板302表面的污染物移动并被逐出。接下来，清洁模块206内的输送机将基板302或303传送至一预冲洗区段，在该预冲洗区段，喷洒管将来自去离子(DI)水加热器的诸如温度为50℃的热DI水分配至基板302或303的表面上。一般而言，由于装置基板303上配置有一TCO层，且由于TCO层一般为电子吸收材料，因此DI水用来避免任何痕量的可能污染物与TCO层的离子化。接着，经冲洗后的基板302、303进入清洗区段；在清洗区段中，以刷件(例如贝纶(Perlon))与热水湿式清洁基板302或303。在一些情形下，使用洗洁剂(例如AlconoxTM、CitrajetTM、DetojetTM、TranseneTM与Basic HTM)、表面活性剂、pH调节剂、以及其它清洁化学物质来清洁并移除基板表面上不想要的污染物和颗粒。水循环系统会循环热水。接着，在清洁模块206的最后冲洗区段中，于室温下以水漂洗基板302或303，以移除任何痕量的污染物。最后，在干燥区段中，使用鼓风机以热空气来干燥基板302或303。在一种结构中，在干燥工艺完成时利用去离子化杆件来移除基板302或303上的电荷。
在下一步骤(或步骤108)中，透过刻划工艺使分开的电池彼此电绝缘。在TCO层表面上和/或裸露玻璃表面上的污染物颗粒会妨碍刻划工序。举例而言，在激光刻划中，当激光束遇到颗粒时，其可能无法刻划出连续的线，造成电池间的短路。此外，在刻划之后存在于所刻划图案和/或电池的TCO上的任何颗粒状碎片会造成层间的分路(shutting)与不均匀性。因此，需要一种定义明确且维护良好的工艺来确保可于整个生产工艺中移除污染物。在一实施例中，清洁模块206可购自美国加州圣克拉拉(Santa Clara)的Applied Materials 的Energy and Environment Solutions部门。
参阅图1及图2，在一实施例中，在执行步骤108之前，将基板302输送至前端处理模块(未绘示于图2中)，其中在基板302上执行前接触形成工艺或步骤107。在一实施例中，前端处理模块与下文论述的处理模块218类似。在步骤107中，一或多个基板前接触形成步骤可包括一或多个准备、蚀刻和/或材料沉积步骤，以在裸太阳能电池基板302上形成前接触区域。在一实施例中，步骤107包含一或多个PVD步骤，其用以在基板302的表面上形成前接触区域。在一实施例中，前接触区域含有透明导电氧化物(TCO)层，其可含有选自由锌(Zn)、铝(Al)、铟(In)及锡(Sn)所构成的群组的金属元素。在一实例中，使用氧化锌(ZnO)来形成至少一部分的前接触层。在一实施例中，前端处理模块为可购自加州圣克拉拉的Applied Materials的ATONTM PVD5.7工具，其中执行一或多个处理步骤以沉积前接触区域。在另一实施例中，使用一或多个CVD步骤来在基板302的表面上形成前接触区域。
接着，将装置基板303输送至刻划模块208，其中对装置基板303执行步骤108或前接触隔离步骤，以使装置基板303表面的不同区域彼此电性隔离。在步骤108中，通过使用材诸如激光烧蚀工艺的材料移除步骤从装置基板303表面移除材料。步骤108的成功标准为达到良好的电池-电池以及电池-边缘的隔离，并使刻划面积最小化。
在一实施例中，使用Nd:钒酸盐(Nd:YVO4)激光源自装置基板303表面烧蚀材料，以形成使装置基板303的一个区域与下一区域电性隔离的刻线。在一实施例中，于步骤108期间所执行的激光刻划工艺使用1064nm波长的脉冲激光对基板302上设置的材料进行构图，从而隔离组成太阳能电池300的各个独立电池(例如，参考电池382A及382B)。在一实施例中，使用可购自加州圣克拉拉的Applied Materials，Inc.的5.7m2基板激光刻划模块来提供简单可靠的光学系统及基板运动，以用于装置基板303表面区域的精确的电性隔离。在另一实施例中，使用水射流切割工具或金刚石刻划器来隔离装置基板303表面上的各个区域。
期望利用主动式温度控制硬件组件来确保进入刻划模块208的装置基板303的温度在约20℃至约26℃的范围，该主动式温度控制硬件组件可含有电阻加热器和/或冷却器部件(例如热交换器、热电装置)。在一实施例中，期望控制装置基板303的温度为约25±0.5℃。
接着，将装置基板303输送至清洁模块210，其中对装置基板303执行步骤110或预沉积基板清洁步骤，以移除在执行电池隔离步骤(步骤108)后存在于装置基板303表面上的任何污染物。通常，清洁模块210使用湿式化学擦洗及冲洗步骤，以移除在执行电池隔离步骤之后存在于装置基板303上的任何非期望的污染物。在一实施例中，对装置基板303执行清洁工艺(类似于上述步骤106中所述的工艺)以移除装置基板303表面上的任何污染物。
接着，将装置基板303输送至处理模块212，其中对装置基板303执行包含一或多个光吸收剂沉积步骤的步骤112。在步骤112中，一或多个光吸收剂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或多个准备、蚀刻和/或材料沉积步骤。步骤112通常包括用以形成一或多个p-i-n结的一系列子处理步骤。在一实施例中，一或多个p-i-n结包括非晶硅材料和/或微晶硅材料。一般而言，在处理模块212中的一或多个群集工具(如群集工具212A-212D)中执行该一或多个处理步骤，以在装置基板303上所形成的太阳能电池装置中形成一或多层。在一实施例中，在将装置基板303转移至群集工具212A至212D中的一或多个之前，将其转移至蓄存器(accumulator)211A。在一实施例中，在太阳能电池装置包括多个结(如，在图3B中所示的串联结太阳能电池300)的情形下，处理模块212中的群集工具212A适于形成第一p-i-n结320，且群集工具212B至212D用于形成第二p-i-n结330。
在工艺顺序100的一实施例中，在执行步骤112之后执行冷却步骤或步骤113。冷却步骤通常用以稳定装置基板303的温度，以确保在后续处理步骤中每一装置基板303所经历的处理条件为可重复的。通常，离开处理模块212的装置基板303可变化若干摄氏度，且温度可能超过50℃，如此可导致后续处理步骤及太阳能电池效能的可变性。
在一实施例中在一或多个蓄存器211中存在的一或多个基板支撑位置执行冷却步骤113。如图2所示，在一种生产线构造中，可将处理后的装置基板303安置于蓄存器211B之一并持续所期望的时段，以控制装置基板303的温度。在一实施例中，使用系统控制器290经由(多个)蓄存器211来控制装置基板303的安置、定时及移动，以在继续进行生产线下游工艺前控制装置基板303的温度。
接着，将装置基板303输送至刻划模块214，其中对装置基板303执行步骤114或互连形成步骤，以使装置基板303表面的各个区域彼此电性隔离。在步骤114中，通过使用诸如激光烧蚀工艺的材料移除步骤自装置基板303表面移除材料。在一实施例中，使用Nd: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太阳能电池电性隔离的刻线。在一实施例中，使用可购自Applied Materials，Inc.的5.7m2基板激光刻划模块来执行精确的刻划工艺。在一实施例中，于步骤108期间执行的激光刻划工艺使用532nm波长的脉冲激光，对设置于装置基板303上的材料进行构图，从而隔离组成太阳能电池300的单个电池。如图3E所示，在一实施例中，通过使用激光刻划工艺在第一p-i-n结320层中形成沟槽381B。在另一实施例中，使用水射流切割工具或金刚石刻划器来隔离太阳能电池表面上的各个区域。
可能期望利用主动式温度控制硬件组件来确保进入刻划模块208的装置基板303的温度在约20℃至约26℃的范围，该主动式温度控制硬件组件可含有电阻加热器和/或冷却器部件(例如热交换器、热电装置)。在一实施例中，期望将装置基板303的温度控制为约25±0.5℃。
在一实施例中，太阳能电池生产线200具有安置于(多个)刻划模块214之后的至少一个蓄存器211。在生产期间，可使用蓄存器211C来向处理模块218提供准备好的基板，和/或如果处理模块218减慢或跟不上刻划模块214的生产量，那么可使用蓄存器211C来提供一收集区域，该收集区域可储存来自处理模块212的基板。在一实施例中，通常希望监控和/或主动控制离开蓄存器211C的基板的温度，以确保背接触形成步骤120的结果是可重复的。在一个方面，期望确保离开蓄存器211C或抵达处理模块218的基板温度介于约20℃至约26℃的范围。在一实施例中，期望将基板温度控制为约25±0.5℃。在一实施例中，期望安置能保持至少约80个基板的一或多个蓄存器211C。
接着，将装置基板303输送至处理模块218，其中对装置基板303执行一或多个基板背接触形成步骤或步骤118。在步骤118中，一或多个基板背接触形成步骤可包括用于形成太阳能电池装置的背接触区域的一或多个准备、蚀刻和/或材料沉积步骤。在一实施例中，步骤118通常包括一或多个PVD步骤，用以在装置基板303的表面上形成背接触层350。在一实施例中，使用一或多个PVD步骤形成含有一金属层的背接触区域，该金属层选自以下物质构成的群组：锌(Zn)、锡(Sn)、铝(Al)、铜(Cu)、银(Ag)、镍(Ni)、钒(V)、钼(Mo)及导电碳。在一实例中，使用氧化锌(ZnO)或镍钒合金(NiV)来形成至少一部分背接触层350。在一实施例中，使用可购自加州圣克拉拉的Applied Materials的ATONTM PVD 5.7工具来执行一或多个处理步骤。在另一实施例中，使用一或多个CVD步骤来在装置基板303的表面上形成背接触层350。
在一实施例中，太阳能电池生产线200具有安置于处理模块218之后的至少一个蓄存器211。在生产期间，可使用蓄存器211D来向刻划模块220提供准备好的基板，和/或如果刻划模块220减慢或跟不上处理模块218的生产量，那么可使用蓄存器211D来提供一收集区域，该收集区域可储存来自处理模块218的基板。在一实施例中，通常需要监控和/或主动控制离开蓄存器211D的基板的温度，以确保背接触形成步骤120的结果是可重复的。在一方面，期望确保离开蓄存器211D或到达刻划模块220的基板的温度介于约20℃至约26℃的范围。在一实施例中，期望控制基板温度为约25±0.5℃。在一实施例中，期望安置可保留至少约80个基板的一或多个蓄存器211C。
接着，将装置基板303输送至刻划模块220，其中对装置基板303执行步骤120或背接触隔离步骤，以使基板表面上含有的多个太阳能电池彼此电性隔离。在步骤120中，通过使用诸如激光烧蚀工艺的材料移除步骤从基板表面移除材料。在一实施例中，使用Nd:钒酸盐(Nd:YVO4)激光源自装置基板303表面烧蚀材料，以形成使一个太阳能电池与下一太阳能电池电性隔离的刻线。在一实施例中，使用可购自Applied Materials，Inc.的5.7m2基板激光刻划模块来精确地刻划装置基板303的期望区域。在一实施例中，于步骤120期间执行的激光刻划工艺使用532nm波长的脉冲激光，以对设置于装置基板303上的材料构图，从而隔离组成太阳能电池300的单个电池。如图3E所示，在一实施例中，通过使用激光刻划工艺在第一p-i-n结320及背接触层350中形成沟槽381C。
接着，将装置基板303输送至质量保证模块222，其中对装置基板303执行步骤122或质量保证和/或分路(shunt)移除步骤，以确保在基板表面上形成的装置达到所期望的质量标准，并在某些情况下校正所形成的装置中的缺陷。在步骤122中，使用探测装置，通过使用一或多个基板接触探针来测量所形成的太阳能电池装置的质量及材料特性。
在一实施例中，质量保证模块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气特性。若该模块检测到所形成的装置中的缺陷，则其可采取校正行动以校正装置基板303上所形成的太阳能电池中的缺陷。在一实施例中，若发现有短路或其它类似缺陷，则可能希望在基板表面上的区域间产生反向偏压，以控制和/或校正一或多个有缺陷地形成的太阳能电池装置的区域。在校正工艺期间，反向偏压通常传送足够高的电压以校正太阳能电池中的缺陷。在一实例中，如果在装置基板303的按推测应隔离的区域中发现有短路，则可将反向偏压值提升至使得在隔离区域之间的区域中的导电元件改变相位、分解或以某种方式改变以消除或减小电气短路的量级的水平。
在处理工艺100的一个实施例中，一起使用质量保证模块222与工厂自动系统以解决在质量保证测试期间在所形成的装置基板303中发现的质量问题。在一种情况中，装置基板303可返送回处理顺序的上游，以对装置基板303重新执行一或多道制造步骤(例如背接触隔离步骤(步骤120))，从而校正处理后的装置基板303的一或多个质量问题。
接着，任选地将装置基板303输送至基板剖切模块224，其中使用基板剖切步骤124将装置基板303切为多个较小的装置基板303，以形成多个较小的太阳能电池装置。在步骤124的一实施例中，将装置基板303插入基板剖切模块224，该基板剖切模块224使用CNC玻璃切割工具来精确地切割及剖切装置基板303，以形成期望尺寸的太阳能电池装置。在一实施例中，将装置基板303插入剖切模块224，使用玻璃刻划工具来精确地划线装置基板303的表面。随后沿划线断开装置基板303，以形成完成太阳能电池装置所需的期望尺寸及数量的部分。
在一实施例中，步骤102至122可经配置以使用适于在诸如2200mm×2600mm×3mm的玻璃装置基板303的大型装置基板303上执行工艺步骤的设备，且前面的步骤124可适于制造各种较小尺寸的太阳能电池装置而无需使用额外设备。在另一实施例中，步骤124在工艺顺序100中的位置在步骤122之前，致使最初的大型装置基板303可以被剖切以形成多个单个太阳能电池，该些单个太阳能电池随后一次一个地或作为一个群组(即，一次两个或两个以上)来进行测试及表征。在此情况下，步骤102-121经配置以使用适于在诸如2200mm×2600mm×3mm的玻璃基板的大型装置基板303上执行工艺步骤的设备，且前面的步骤124及步骤122适于制造各种较小尺寸的模块而无需使用额外设备。
再参阅图1及图2，随后将装置基板303输送至接缝形成机(seamer)/边缘消除模块226，其中使用基板表面及边缘制备步骤126来制备装置基板303的各表面，以防止随后工艺中的良率问题。在步骤126的一实施例中，将装置基板303插入接缝形成机/边缘消除模块226，以制备装置基板303的边缘，从而定形并制备装置基板303的边缘。装置基板303边缘的损坏可能影响装置良率及生产可用太阳能电池装置的成本。在另一实施例中，使用接缝形成机/边缘消除模块226自装置基板303的边缘移除沉积的材料(例如，10mm)，以提供可用来在装置基板303与背面玻璃之间形成可靠密封的区域(即下文论述的步骤134-136)。从装置基板303边缘移除材料也可用于防止最终形成的太阳能电池中的电短路。
在一实施例中，使用研磨轮来研磨装置基板303的边缘区域的沉积材料。在另一实施例中，使用双研磨轮来移除装置基板303的边缘的沉积材料。另一实施例中，使用粗砂喷砂或激光烧蚀技术来从装置基板303的边缘移除沉积材料。在一实施例中，为了减少可能由喷砂处理所导入的潜在污染粒子量，用一个以上的研磨轮比用喷砂处理好。在一方面中，接缝形成机/边缘消除模块226通过使用成型的研磨轮、具角度的且已对准的带式砂磨机和/或磨料轮来使装置基板303的边缘呈圆形或斜角。
接着，将装置基板303输送至预筛选模块228，其中对装置基板303执行可选择的预筛选步骤128，以确保形成于基板表面上的装置达到所期望的质量标准。在步骤128中，使用发光源及探测装置，以通过使用一或多个基板接触探针来测量所形成的太阳能电池装置的输出。若模块228检测到所形成的装置中有缺陷，那么其可采取校正行动或可报废该太阳能电池。
接着，将装置基板303输送至清洁模块230，其中对装置基板303执行步骤130或预层叠基板清洁步骤，以移除执行步骤122至128之后在基板303表面上所见的任何污染物。通常，清洁模块230使用湿式化学擦洗及冲洗步骤，以移除在执行电池隔离步骤之后在基板表面上所见的任何非期望的污染物。在一实施例中，在基板303上执行类似于步骤106所述工艺的清洁工艺以移除任何在基板303表面上的污染物。
接着，将基板303输送至接合线附接模块231，其中对基板303执行接合线附接步骤131。步骤131用以将连接各种外部电性部件所需的各种导线/引线附接至所形成的太阳能电池300。接合线附接模块231为自动化导线接合工具，其可靠地并快速地形成在生产线200中生产大型太阳能电池300所需的诸多互连。
在一实施例中，使用接合线附接模块231在所形成的背接触区域上形成侧总线355(图3C)及跨越总线356。在此构造中，侧总线355可包含能够贴附、粘接、和/或融合到背接触区域中的背接触层350以形成坚固的电性接触的导电材料。在一实施例中，侧总线355及跨越总线356各自包含金属带，如铜带、镀镍银带、镀银镍带、镀锡铜带、镀镍铜带或其它可承载太阳能电池300所产出的电流，且能够可靠地粘接到背接触区域的背接触层350的导电材料。在一实施例中，金属带的宽度介于约2mm与约10mm之间，且厚度介于约1mm至约3mm之间。
通过使用绝缘材料357(如绝缘带)可以将在结上电连接至侧总线355的跨越总线356与太阳能电池300的背接触层350电性隔离。每一跨越总线356的端部通常具有一或多个引线362用以将侧总线355及跨越总线356与接线盒370中的电连接相连，该接线盒370用以将所形成的太阳能电池300连接至其它外部电性部件。示例性的接合线附接模块231更详细地描述于下文标题为“接合线附接模块及工艺”的部分。
在下一步骤(步骤132)中，制备粘接材料360(图3D)及“背面玻璃”基板361，以传送至太阳能电池形成工艺(即工艺顺序100)中。在玻璃布置模块(glass lay-up module)232中执行制备工艺，玻璃布置模块232包括材料制备模块232A、玻璃装载模块232B及玻璃清洁模块232C。通过使用层叠工艺将背玻璃基板361粘接至以上步骤102-130所形成的装置基板303上(下文论述的步骤134)。在步骤132的一实施例中，准备将聚合材料置放在装置基板303上的沉积层与背玻璃基板361之间以形成气密密封，从而防止环境在太阳能电池的寿命期间侵蚀太阳能电池。
参阅图2，步骤132包括一系列子步骤，其中在材料制备模块232A中制备粘接材料360，随后将粘接材料360置放在装置基板303之上，将背玻璃基板361装载于装载模块232B中并通过清洁模块232C清洗，随后将背玻璃基板361置放于粘接材料360及装置基板303之上。
在一实施例中，材料制备模块232A适于接收呈薄片状的粘接材料360，且适于执行一或多个切割操作以提供粘接材料，如聚乙烯醇缩丁醛(PVB)或乙烯醋酸乙烯酯(EVA)，该粘接材料经调整尺寸而在背面玻璃与装置基板303上形成的太阳能电池之间形成可靠的密封。一般而言，当使用聚合粘接材料360时，理想的是控制太阳能电池生产线200(粘接材料360于其中储存并整合至太阳能电池装置中)的温度(例如，16℃-18℃)及相对湿度(例如，RH20％-22％)，以确保形成于粘接模块234中的粘接属性为可重复的，并确保聚合材料的尺寸为稳定的。通常期望在使用前将粘接材料储存于温湿受控区(例如，T＝6℃-8℃；RH＝20％-22％)。
在形成大型太阳能电池时，被粘接的装置(步骤134)中各部件的容限堆栈量会是个问题。因此，准确控制粘接材料的性质与切割工艺的容限确保了形成可靠的密封。在一实施例中，使用PVB是有利的，这是因为其UV稳定性、抗湿性、热循环性、良好的US耐火等级、符合国际建筑技术规则(International Building Code)、低成本及可重复使用的热塑性质的缘故。
在步骤132的一部分中，使用自动化机械装置将粘接材料360输送并安置在装置基板303的背接触层350、侧总线355(图3C)及跨越总线356(图3C)元件上。随后安置装置基板303及粘接材料360以接收背玻璃基板361，该背玻璃基板361可通过使用与安置粘接材料360相同的自动化机械装置或使用第二自动化机械装置而置放于装置基板303及粘接材料360上。
在一实施例中，在将背玻璃基板361安置于粘接材料360上之前，对背玻璃基板361执行一或多个制备步骤，以确保理想地形成后续密封工艺及最终的太阳能产品。在一个情形下，背玻璃基板361以“未加工的”状态被接收，其中基板361的边缘、总尺寸和/或清洁度并未受到良好控制。接收“未加工的”基板降低了在形成太阳能装置之前制备并储存基板的成本，且因此降低了太阳能电池装置成本、设备成本及最终形成的太阳能电池装置的生产成本。在步骤132的一实施例中，在执行背玻璃基板清洁步骤之前，在接缝形成模块(例如，接缝形成机204)中制备背玻璃基板361表面及边缘。在步骤132的下一子步骤中，将背玻璃基板361输送至清洁模块232C，其中对基板361执行基板清洁步骤，以移除基板361表面上所见的任何污染物。常见的污染物包括在基板形成工艺(例如玻璃制造工艺)中和/或在基板361运送期间沉积在基板361上的材料。通常，如上文所述，清洁模块232C使用湿式化学擦洗及冲洗步骤来移除任何非期望的污染物。随后通过使用自动化机械装置，将制备好的背玻璃基板361安置在粘接材料及装置基板303上。
接着，将装置基板303、背玻璃基板361及粘接材料360输送至粘接模块234，其中执行步骤134或层叠步骤将背玻璃基板361粘接到在上文所述步骤102-130中形成的装置基板。在步骤134中，粘接材料360，如聚乙烯醇缩丁醛(PVB)或乙烯醋酸乙烯酯(EVA)夹在背玻璃基板361与装置基板303之间。使用粘接模块234中存在的各种发热元件及其它装置对结构加热并加压，以形成粘接且密封的装置。因此，装置基板303、背玻璃基板361及粘接材料360形成复合太阳能电池结构304(图3D)，其至少部分地将太阳能电池装置的有源区域封入其中。在一实施例中，在背玻璃基板361中形成的至少一个孔洞保持至少部分未被粘接材料360覆盖，以允许部分的跨越总线356或侧总线355保持暴露，以便在后续步骤(即步骤138)中可对太阳能电池结构304的这些区域进行电连接。
接着，将复合太阳能电池结构304输送至热压模块236，其中对复合太阳能电池结构304执行步骤136或热压步骤，以移除在粘接结构中捕集的气体以及确保在步骤134期间形成良好的粘接。在步骤134中，将经粘接的太阳能电池结构304插入热压模块的处理区域，在这里传送热和高压气体以降低捕集气体量，从而改良装置基板303、背玻璃基板与粘接材料360之间的粘接性质。在热压器中执行的工艺适用于确保对玻璃及粘接层(例如PVB层)中的应力进行更好的控制，以防止由在粘接/层叠工艺期间产生的应力所导致的未来密封失效或玻璃损坏。在一实施例中，可能需要将装置基板303、背玻璃基板361及粘接材料360加热至可使所形成的太阳能电池结构304中的一或多个部件的应力松弛的温度。
接着，将太阳能电池结构304输送至接线盒附接模块238，其中对形成的太阳能电池结构304执行接线盒附接步骤138。在步骤138期间使用的接线盒附接模块238用以将接线盒370(图3C)安装于部分形成的太阳能电池上。所安装的接线盒370作为将要连接至所形成的太阳能电池的外部电性部件(如，其它太阳能电池或电网)，与在步骤131期间所形成的内部电连接点(如引线)之间的接口。在一实施例中，接线盒370包括一或多个接线盒端子371、372，以使得可将所形成的太阳能电池容易地且系统地连接至其它外部装置以传送所产生的电力。
接着，将太阳能电池结构304输送至装置测试模块240，其中对太阳能电池结构304执行装置筛选及分析步骤140，以确保形成于太阳能电池结构304表面上的装置达到所期望的质量标准。在一实施例中，装置测试模块240为太阳能模拟器模块，其用以量化及测试一或多个所形成的太阳能电池的输出。在步骤140中，使用发光源及探测装置，以通过使用适于与接线盒370中的端子形成电性接触的一或多个自动化部件来测量所形成的太阳能电池装置的输出。若该模块检测到所形成的装置中有缺陷，则其可采取校正行动或可报废该太阳能电池。
接着，将太阳能电池结构304输送至支撑结构模块241，其中对太阳能电池结构304执行支撑结构安装步骤141，以提供完整的太阳能电池装置，该太阳能电池装置具有附接至使用步骤102-140形成的太阳能电池结构304的一或多个安装元件，该完整的太阳能电池装置可容易地安装并迅速地安置于客户端。
接着，将太阳能电池结构304输送至卸载模块242，其中对基板执行步骤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的一实施例中，将生产线中的一或多个区域安置于清洁室环境中，以减少或防止污染物影响太阳能电池装置良率及可用寿命。如图2所示，在一实施例中，将10,000级清洁室空间250置放于用来执行步骤108至118及步骤130至134的模块周围。
接合线附接模块与工艺
如上文所指出，在接合线附接步骤131中，执行一或多个工艺步骤，如图5所示的处理顺序500以形成电性引线362(图3C)，该引线362将允许完全形成的太阳能电池300容易地且系统地连接至外部装置，以传送太阳能所产生的电力。
图4A至图4B绘示接合线附接模块231的一实施例，其用于执行于下文中详述的处理顺序500。图4A为根据本发明的一实施例的接合线附接模块231的示意性平面图。在一实施例中，接合线附接模块231包括由系统控制器290控制的基板搬运系统420、跨越总线组件410及侧总线组件430。
在一般操作中，将装置基板303沿路径Ai传送至接合线附接模块231中。随后装置基板303经由基板搬运系统420通过跨越总线组件410及侧总线组件430。装置基板303随后沿路径Ao离开接合线附接模块231。
在一实施例中，基板搬运系统420包括支撑桁架(support truss)，或支撑结构(未示出)，其安置于下方且适于支撑并保持用于执行下文中详述的处理顺序500的各种部件。在一实施例中，基板搬运系统420包括输送机系统421，该输送机系统421具有多个常规的自动输送带421A，用于以受控及自动的方式来安置并传送接合线附接模块231中的装置基板303。
在一实施例中，输送机系统421也包括多个无摩擦支撑元件421B，它们安装至支撑结构且经安置邻接自动输送带421A，以允许支撑、移动并安置装置基板303，而使得在装置基板对准和/或粘接工艺期间，装置基板表面受到的接触及磨损最小。在一实施例中，将常规的自动输送带421A安装于可移动结构上，该可移动结构允许通过移动自动输送带421A来将装置基板303配置于无摩擦支撑元件421B上和/或自无摩擦支撑元件421B移除。无摩擦支撑元件421B可包括气体容纳风管(gas receiving plenum)，其具有一或多个风管表面，该风管表面中形成有多个孔洞。
在操作中，该些孔洞适于将气体(例如，空气、N2)自气体容纳风管传送至设置于风管表面之上的装置基板303的表面。该些孔洞所传送的气体因此用以“无摩擦地”支撑风管表面上的装置基板303，以使得可移动并对准装置基板303而无需接触或磨损装置基板303的表面。与仅使用自动输送带系统421相比，使用无摩擦支撑元件421B也允许更精确地控制装置基板303的移动，这是因为大型装置基板303在对准(于下文详述的步骤530及540)期间的通常很小的X方向及Y方向移动对于阻碍对准的摩擦力是敏感的。
在一实施例中，基板搬运系统420也包括多个对准及夹持元件以用于对准、安置和/或移动接合线附接模块231中的装置基板303。在一实施例中，基板搬运系统420包括前边缘粗停机(leading edge rough stop)425A、一或多个后边缘粗停机425B及用于在处理期间保持及移动装置基板303的一或多个夹持元件425C。在一实施例中，前边缘粗停机425A、一或多个后边缘粗停机425B及一或多个夹持元件425C各自可在垂直方向(Z方向)及X-Y方向(图4A)上移动，以便在处理期间有效地安置且有角度地对准被保留的装置基板303。
在一实施例中，使用各种配置的前边缘粗停机425A及后边缘粗停机425B来安置在接合线附接模块231中处理的各种尺寸的装置基板303。即，当用接合线附接模块231处理各种不同尺寸的装置基板303时，可将尺寸适当的后边缘停机425B与前边缘粗停机425A结合使用。举例而言，一台后边缘停机425B可适合于全尺寸装置基板，如2200mm×2600mm×3mm，而另一后边缘停机425B可适合于四分之一尺寸的面板，如1100mm×1300mm×3mm。
在一实施例中，基板搬运系统420也包括一或多个基准测定元件(datum finding element)，如一或多个Y轴基准元件424A及推动器元件424B，以用于将装置基板303的边缘对准接合线附接模块231中的已知位置。在操作中，在装置基板303的前边缘已由前边缘粗停机425A中所含有的实体停机和/或一或多个传感器定位之后，推动器元件424B将装置基板303压向Y轴基准元件424A，以将装置基板303对准接合线附接模块231中的已知Y位置。
在一实施例中，基板搬运系统420也包括影像系统(vision system)426，以用于将装置基板303的有源区域精确地对准跨越总线组件410及侧总线组件430中的元件，以使得可将跨越总线356(图3C)及侧总线355精确地安置在装置基板303上。在一实施例中，影像系统426及系统控制器290通过用影像系统426扫描装置基板而适于定位装置基板303上的一或多个特征结构。在一实施例中，影像系统426包括至少一个摄影机以及其它电子部件，以定位、储存及传达装置基板303上的特征结构的位置。
举例而言，影像系统426可用以定位形成于沉积在装置基板303上的层中的各种刻线特征结构(例如，在步骤108、步骤114及步骤120中的激光刻划)。由于步骤102中所接收的装置基板303中存在容差，因此刻线特征结构的位置可相对于装置基板303的边缘变化。此变化性可影响跨越总线356及侧总线355的置放，以及太阳能电池形成工艺100的整体装置产率。一旦影像系统426定位出装置基板303上的期望刻线特征结构，则可通过使用基板搬运系统420来重新安置装置基板303，以允许将跨越总线356及侧总线355相对于刻线特征结构置放于期望的位置。
仍参阅图4A，跨越总线组件410通常用以将跨越总线356及绝缘材料357(图3C)沉积于装置基板303的背接触层350上。在一实施例中，跨越总线组件410包括运动组件414、材料供给组件416及跨越总线供给组件415。运动组件414用以将分配组件916沿横向“B“(即，±Y方向)安置，以使得可将跨越总线356沉积于背接触层350的表面上。
在一实施例中，运动组件414包括常规致动器，其用以通过使用系统控制器290所发出的指令来控制材料供给组件416的移动。为了防止跨越总线356元件使太阳能电池300的有源区域短路，将具有电绝缘性质的绝缘材料357置放于跨越总线356下方。
在一实施例中，绝缘材料分配组件417接收来自材料供给组件416的绝缘材料，且将绝缘材料分配至装置基板303的背接触层350上。在一实施例中，跨越总线分配组件418接收来自跨越总线供给组件415的跨越总线356，且将跨越总线分配至绝缘材料上。在一实施例中，绝缘材料357在其两侧面上沉积有黏着剂材料，以使得可通过使用一或多个施加元件(如辊)来将绝缘材料的一个侧面贴附至装置基板303的表面，且可通过使用(多个)施加元件来将跨越总线356贴附至绝缘材料357的另一侧面。在另一实施例中，绝缘材料357具有仅沉积于其一侧面上的黏着剂材料，以使得可经由(多个)施加元件来将绝缘材料357贴附至装置基板的表面；且跨越总线356具有沉积于其一侧面上的黏着剂材料，以使得可经由(多个)施加元件来将跨越总线356粘接至绝缘材料357表面。在一实施例中，在施加之前，经由保护条来保护具有黏着剂的绝缘材料357的侧面，当将绝缘材料357分配至装置基板303的背接触层350上时移除该保护条。
在一实施例中，侧总线组件430具有两个分配模块432、两个侧总线沉积元件431以及两个焊接模块433，用以当装置基板303经由接合线附接模块231在方向“Ai“上移动时，大体上同时在装置基板303上形成两个侧总线355(图3C)。在操作中，各分配模块432用以将焊剂材料分配于背接触层350的期望区域上。接着，侧总线沉积元件431大体上同时在装置基板303的相对边缘，于一部分被分配的焊剂材料之上沉积侧总线355。焊接模块433随后将侧总线355融合至背接触层350和跨越总线356。在一实施例中，多个分离的焊接点434B(图4B)以期望的节距安置，以将侧总线355的区域融合至背接触层350。
图4B为焊接模块433及侧总线沉积元件431之一的一部分的侧视图，其绘示了根据本发明的一实施例当在“Ai“方向上依次定位或持续移动装置基板303时，用以将侧总线355附接于装置基板303的表面上的元件。在操作中，通过使用供料抓持器435以及辊436安置一段侧总线355，以致粘接组件434中的多个分离的焊接点434B可沿该段侧总线355局部加热各点，以形成多个介于侧总线355与背接触层350之间的电连接。在一实施例中，通过使用一个以上的垂直致动器434B，六个粘接组件434垂直安置以同时使多个焊接点434B与侧总线355接触。当下使用多个焊接点434B可改善接合线附接模块231的处理量，因为它们允许一次附接长段的侧总线355。附接长段的侧总线355使得将侧总线355与背接触层350加热至用于在每一接合区域形成良好电连接的期望温度所需的时间的影响最小化。每一焊接点434B之间沿方向“Ai”的距离可设置成确保粘接的侧总线355中的电阻不会影响所形成的太阳能电池300的性能。在一实施例中，焊接点434间隔约10mm至约50mm。在一实施例中，焊接模块433也包括多个冷却喷嘴434C，该些冷却喷嘴经安置以在执行粘接工艺后、从侧总线355表面分离焊接点434B之前，传递冷却流体(例如室温气体)至每一粘接区域。
在一替代性实施例中，侧总线组件430使用导电黏着剂(如银环氧树脂)而非焊剂以将侧总线355贴附至背接触层与跨越总线356。在此实施例中，分配模块432分配导电黏着剂至背接触层350的期望区域上。接着，侧总线沉积元件431在装置基板303的相对边缘上，于一部分被分配的导电粘着剂之上基本上同时沉积侧总线355。在一实施例中，导电黏着剂于升高的温度(如约80℃至约150℃)固化介于约80秒至约180秒的时间段。在一实施例中，该固化可于压力下执行。
参考图1、图4A至4B与图5，在步骤131中，使用一系列的子程序步骤(或处理顺序500)来完成接合线附接工艺。如上文所详述，本发明的实施例可包括用于电性装配太阳能电池300以使得可将接线盒370附接至外部装置来接收太阳能所产生的电力的方法及装置。图5绘示根据处理顺序100在生产太阳能电池300期间于装置基板303上形成电连接的处理顺序500。本文所述处理顺序100中的处理顺序的配置、处理步骤的数目、处理步骤的次序及处理顺序500的安排并非意欲限制本文所描述的本发明范围。
处理顺序500通常始于步骤510，其中通过使用机械化装置来将一或多个装置基板303移动至接合线附接模块231的输入区域，以使得自动输送带421A可接收并安置装置基板303。自动输送带421A也可适于接收已按照步骤102-130处理过的多个装置基板303。可由系统控制器290发送到耦接于自动输送带421A的一或多个驱动机构的指令来控制装置基板303的移动。
在步骤520中，装置基板303可沿自动输送带421A移动，直到前边缘粗停机425A中含有的可移动硬停机元件及光学传感器或位置传感器感测到装置基板303的前边缘为止。前边缘通常是装置基板303与运动方向“Ai”垂直的边缘，且该边缘首先进入到前边缘粗停机435A(图4A)的范围中。
在步骤530中，可将装置基板303下降至一气垫上，该气垫由流经在多个无摩擦支撑元件421B中形成的多个孔洞的气体所产生。在一实施例中，通过使用适于举升及降低自动输送带421A的一或多个致动器将装置基板303下降至气垫上。一旦将装置基板303安置于气垫上，即可通过使用推动器元件424B来将装置基板与Y轴基准元件424A对准。在一实施例中，控制Y轴基准元件424A及推动器元件424B中的伺服电动机，以将装置基板安置于接合线附接模块231中的期望位置上。
接着，可升举尺寸适当的后边缘粗停机425B，以啮合装置基板303的后边缘。在一实施例中，后边缘粗停机425B推动装置基板抵靠前边缘粗停机425A。在一实施例中，对Y轴基准元件424A、后边缘粗停机425B及前边缘粗停机425A的伺服控制允许在X方向及Y方向上安置装置基板303，以使得可在后续步骤中进行精密调整或校正。
在步骤540中，可在形成于装置基板303上的特征结构与接合线附接模块231中的自动化部件之间达成精确定位及对准。在一实施例中，相对于接合线附接模块231中的自动化部件来进行刻线沟槽381C(图3C)的X方向、Y方向及角度对准。可通过使用影像系统426所收集的数据以及由系统控制器290发送至经伺服控制的Y轴基准元件424A、后边缘粗停机425B及前边缘粗停机425A的控制信号，来调整装置基板303的X方向、Y方向及角度对准。
在步骤550中，一旦对准装置基板303，装置基板303即可由夹持元件425C握取并保持。在一实施例中，一旦夹持元件425C握取装置基板303的一部分，那么Y轴基准元件424A、后边缘粗停机425B及前边缘粗停机425A即从装置基板303脱离且被收回。在一实施例中，随后使用夹持元件425C沿已知路径移动装置基板303经过接合线附接模块231，以使得可在后续步骤中精确贴附跨越总线356及侧总线355元件。在一实施例中，夹持元件425C的移动是由接收自系统控制器290的指令来控制。在一实施例中，在夹持元件425C握取装置基板303的一部分后，使用影像系统426来复查装置基板303的位置，以确保装置基板303仍处于期望的对准位置。
在步骤560中，可经由接收自系统控制器290的指令来将绝缘材料357及跨越总线356安置于装置基板303的背接触层350上的期望位置。在一实施例中，将一或多段绝缘材料357及两个跨越总线356安置于装置基板303表面上，以形成用以自侧总线355向接线盒370(图3C)传送电流的引线362。
在一实施例中，步骤560包括两个主要步骤。第一步，将绝缘材料357置放于跨越总线356与背接触层350之间，以防止跨越总线356使太阳能电池300的有源区域短路。在此步骤中，绝缘材料分配组件417将一或多段期望的绝缘材料357分配于装置基板303的表面上。第二步，跨越总线分配组件418将一或多段期望的跨越总线356分配于绝缘材料357的表面上。
在一实施例中，分配跨越总线356的工艺包括以下步骤：将一侧面上设置有黏着剂的跨越总线356压至绝缘材料357的表面上；以及当将期望长度的跨越总线356安置于绝缘材料357的表面上时，接着切断跨越总线356。如图3C所示，此步骤可能需要将两段跨越总线356材料及一或多段绝缘材料357贴附至装置基板303，以允许形成两条电性隔离引线362，该引线362经由各个侧总线355分别连接至装置基板的有源区域。在一实施例中，可通过使用接收自系统控制器290的指令来自动调整太阳能电池的跨越总线356及绝缘材料357的置放及实体配置。
在步骤570中，透过接收来自系统控制器290的指令，侧总线355可安置并且粘接至背接触层350以及跨越总线356。在一实施例中，每一侧总线355增量地粘接背接触层350是透过以下步骤达成：首先透过分配模块432将焊剂材料或导电黏着剂施加至背接触层350的表面；之后透过侧总线沉积元件431在该焊剂材料或导电黏着剂之上施用各侧总线355；然后，通过使用粘接组件434(在焊接的情况中)、或者热和/或压力(在导电黏着剂的情况中)在侧总线355与背接触层350之间形成分离的电连接点。
在一实施例中，增加长度的两个侧总线355同时附接至装置基板303的相对边缘是通过以下步骤达成：将装置基板303以期望方向“Ai”(图4A及图4B)前移，然后通过施用由焊接点434B所传递的热将侧总线355粘接至后接触层350。在此配置中，该增加的长度可经设定以沿该段侧总线355提供焊接点434B的规律间隔。
在步骤580中，夹持元件425C释放装置基板303，且自动输送带421A经举升以自无摩擦支撑元件421B接收装置基板303。在自动输送带421A接收装置基板303之后，关闭流向无摩擦支撑元件421B的气流，且自动输送带421A将装置基板303移向处理顺序100中的下一模块。可由系统控制器290发送至耦接于自动输送带421A的一或多个驱动机构的指令来控制装置基板303的移动。
尽管以上内容针对本发明的实施例，但是可在不脱离本发明的基本范围的情况下设计本发明的其它及进一步实施例，且本发明的范围由的权利要求所决定。

Claims (15)

1.一种接合线附接模块，包括：
一具有输送机系统的基板搬运系统，用以接收太阳能电池基板进入该接合线附接模块，并且将该太阳能电池基板传送出该接合线附接模块；
一安置系统，其具有包括摄影机的影像系统，其中该影像系统用以扫描该太阳能电池基板并将关于在该太阳能电池基板上一个或多个特征结构的位置的信号发送给一系统控制器；
一具有运动组件的跨越总线组件，用以接收来自该系统控制器的指令，并且横跨该太阳能电池基板的背接触表面来安置跨越总线材料，以致该跨越总线材料与该太阳能电池基板的背接触表面绝缘；以及
一侧总线组件，其用以将侧总线材料沿该太阳能电池基板的边缘区域安置并且贴附至该太阳能电池基板的背接触表面，其中，该侧总线材料将该太阳能电池基板的该边缘区域电连接至一跨越总线导线。
2.权利要求1的模块，其中该跨越总线组件进一步包括：
一绝缘材料供给组件，其用以将一绝缘材料供给至该太阳能电池基板的背接触表面；
一绝缘材料分配组件，其用以接收来自该绝缘材料供给组件的绝缘材料，并且将该绝缘材料贴附至该太阳能电池基板的背接触表面；
一跨越总线材料供给组件，其用以将该跨越总线材料供给至该绝缘材料；以及
一跨越总线材料分配组件，其用以接收来自该跨越总线材料供给组件的该跨越总线材料，并且将该跨越总线材料贴附至设置在该太阳能电池基板上的绝缘材料，其中该运动组件用以透过来自该系统控制器的指令安置该绝缘材料供给组件以及该跨越总线材料供给组件。
3.权利要求1的模块，其中该侧总线组件包括一材料分配模块以及一侧总线沉积元件，并用以将该侧总线材料供给至该太阳能电池基板的背接触表面并且沿该太阳能电池基板的该边缘区域安置该侧总线材料。
4.权利要求3的模块，其中该材料分配模块用以将一导电黏着剂分配至该太阳能电池基板的背接触表面上，以及该侧总线沉积元件用以将该侧总线材料安置于该导电黏着剂上并且固化该导电黏着剂。
5.权利要求3的模块，其中该材料分配模块用以分配一焊剂材料至该太阳能电池基板的背接触表面上，并且该侧总线沉积元件用以将该侧总线材料安置于该焊剂材料上，其中该侧总线组件进一步包括一焊接模块，该焊接模块包括用以将该侧总线材料与该太阳能电池基板的背接触表面融合的多个粘接组件，且其中每一粘接组件包括用于接触该侧总线材料的焊接点以及用于使该焊接点朝该侧总线材料前移并且从该侧总线材料收回该焊接点的致动器。
6.权利要求1的模块，其中该安置系统进一步包括：
多个无摩擦支撑元件，其安置于邻接该输送器系统处，其中该些无摩擦支撑元件包括一气体容纳风管，该气体容纳风管具有多个孔洞形成于其中及一气体流过其中的一或多个风管表面；
一前边缘粗停机，用以当其于该接合线附接模块内前移时，安置该太阳能电池基板的该前边缘；
一后边缘粗停机，用以当其于该接合线附接模块内前移时，安置该太阳能电池基板的该后边缘；
一基准元件，用以安置该太阳能电池基板的一侧边缘；
一推动器元件，用以将该太阳能电池基板推抵该基准元件；以及
一夹持元件，用以握取及前移该太阳能电池基板，其中该夹持元件用以接收来自该系统控制器的指令，以基于该影像系统发送的信号安置该太阳能电池基板。
7.一种接合线附接模块，包括：
一具有多个输送带的基板搬运系统，用以接收进入该接合线附接模块的太阳能电池基板，将该太阳能电池基板在该接合线附接模块内前移，并且将该太阳能电池基板传送出该接合线附接模块；
一安置系统，其具有带至少一个摄影机的一影像系统，其中该影像系统用以扫描该太阳能电池基板并且向一系统控制器发送关于在该太阳能电池基板上一个或多个特征结构的位置的信号；
一跨越总线组件，包括：
一材料供给组件，其用以朝该太阳能电池基板的背接触表面供给一绝缘材料；
一材料分配组件，其用以接收来自该材料供给组件的该绝缘材料并且将该绝缘材料附着至该太阳能电池基板的该背接触表面；
一跨越总线材料供给组件，其用以朝该太阳能电池基板的该背接触表面供给该跨越总线材料；
一跨越总线材料分配组件，用以接收来自该跨越总线材料供给组件的该跨越总线材料，并且将该跨越总线材料附着至该绝缘材料；以及，
一运动组件，其用以接收来自该系统控制器的指令并且安置该材料分配组件以及该跨越总线材料分配组件；以及
一侧总线组件，包括两个分配模块以及两个侧总线材料沉积元件，其中每一侧总线材料沉积元件用以朝该太阳能电池基板的该背接触表面供给各自的一段侧总线材料，并且沿该太阳能电池基板的相对边缘区域安置该侧总线材料，以致每段侧总线材料将该太阳能电池基板的各自的边缘区域电连接至该跨越总线材料。
8.权利要求7的模块，其中该安置系统进一步包括：
安置于邻接该输送带处的多个无摩擦支撑元件，其中该些无摩擦支撑元件包括一气体容纳风管，该气体容纳风管具有多个孔洞形成于其中及一气体流过其中的一或多个风管表面；
一前边缘粗停机，用以安置该太阳能电池基板的该前边缘；
多个后边缘粗停机，每一者用以安置多个不同尺寸的太阳能电池基板的该后边缘；
一基准元件，用以安置该太阳能电池基板的一侧边缘；
一推动器元件，用以将该太阳能电池基板推抵该基准元件；以及
一夹持元件，用以握取该太阳能电池基板及在该接合线附接模块内前移该太阳能电池基板。
9.权利要求8的模块，其中每一分配模块用以将一导电黏着剂分配至该太阳能电池基板的该背接触表面上，以及该侧总线组件用以将每段侧总线材料安置于该导电黏着剂上并且固化该导电黏着剂。
10.权利要求8的模块，其中每一分配模块用以分配一焊剂材料至该太阳能电池基板的该背接触表面上，并且该侧总线组件用以将每段侧总线材料安置于该焊剂材料上，且其中该侧总线组件进一步包括多个焊接模块，该些焊接模块用以将每段该侧总线材料与该太阳能电池基板融合。
11.一种在太阳能电池上形成电连接的方法，包括：
在一接合线附接模块的基板搬运系统上接收一太阳能电池基板；
感测该太阳能电池基板在该基板搬运系统上的位置；
相对该太阳能电池基板的至少一个边缘水平安置该太阳能电池基板；
透过包括至少一个摄影机的影像系统来定位该太阳能电池基板上的至少一个特征结构；
从该影像系统发送信号给一系统控制器；
响应从该系统控制器接收的指令，以夹持元件握取该太阳能电池基板，且使该太阳能电池基板前移至该接合线附接模块的一跨越总线组件区域；
透过从该系统控制器接收的指令，将跨越总线材料附接至该跨越总线组件区域中该太阳能电池基板的背接触表面，其中该跨越总线材料与该太阳能电池基板的背接触表面绝缘；
透过从该系统控制器接收的指令，在该接合线附接模块的一侧总线组件区域中，沿该太阳能电池基板的一边缘区域该将侧总线材料附接至该背接触表面，其中该侧总线材料将该太阳能电池基板的该背接触表面电连接至该跨越总线材料；以及，
将该太阳能电池基板传送出该接合线附接模块。
12.权利要求11的方法，其中附接该跨越总线材料的步骤进一步包括：
当一材料分配组件透过一运动组件前移时，将一绝缘材料黏着至该太阳能电池基板的的背接触表面；以及
当一跨越总线材料分配组件透过该运动组件前移时，将该跨越总线材料黏着至该绝缘材料，其中该运动组件是透过由该系统控制器发送的信号控制。
13.权利要求12的方法，其中附接该侧总线材料之步骤进一步包括：
当该太阳能电池基板透过至少该夹持元件前移穿过该接合线附接模块时，透过一材料分配模块沿该太阳能电池基板的一边缘区域将一材料分配至该背接触表面上；
当该太阳能电池基板透过至少该夹持元件前移穿过该接合线附接模块时，透过一侧总线沉积元件将该侧总线材料安置于该太阳能电池基板的背接触表面上的该材料上；以及
当该太阳能电池基板前移穿过该接合线附接模块时，将该侧总线材料附接该太阳能电池基板的该背接触表面。
14.权利要求13的方法，其中通过该材料分配模块所分配的该材料是导电黏着剂，且其中附接该侧总线材料的步骤进一步包括固化该导电黏着剂。
15.权利要求13的方法，其中通过该材料分配模块所分配的该材料是一焊剂材料，且其中附接该侧总线材料的步骤进一步包括：透过多个接合组件，将该侧总线材料焊接至该太阳能电池基板的背接触表面。
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