CN102576777A - 用于制造部分透明的太阳能电池板的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

描述了一种制造部分透明的基于透明玻璃或塑料衬底的薄膜太阳能电池板的方法，通过使用喷墨印刷头向顶电极层施加刻蚀剂液体的微滴而在电极层中形成多个小孔，从而穿过所有不透明层形成较小的透光小孔的阵列。然后这些小孔可用作刻蚀穿过下面的有源层(如果不透明)的孔洞的接触掩模。在该第二步骤中，可使用喷墨印刷头或喷射或将电池板浸渍在刻蚀剂中来施加刻蚀剂。

Description

用于制造部分透明的太阳能电池板的方法和设备
技术领域
本发明涉及一种制造部分透明的薄膜太阳能电池板的新方法。
背景技术
需要将太阳能电池板集成到建筑物结构中。这样做的一个想法与用太阳能电池板替代窗户有关。如果传统的建筑物窗户被基于玻璃的太阳能电池板所替代，或将柔性太阳能电池板施加到现有的建筑物窗玻璃中，那么它们必须具有一定程度的透明度，且它们允许获得连续的视野。一般认为，需要5-20％的透明度。目前这可以通过若干途径来实现。
在一种情况中，使用不透明的方形晶体硅或多晶硅太阳能电池，它们在一个或两个方向上相互分离，以允许光穿过间隙。因为电池的尺寸一般为100-150mm，且电池之间需要建立电连接，因此这种方法形成了复杂的窗户结构从而不能够获得连续的视野。
在另一种情况中，使用激光切割穿过硅太阳能电池的孔，以形成一定的透明度。例如，德国Konstanz的Sunways AG在125×125mm的太阳能电池中切割出64个约5×5mm的方形孔，从而得到约10％的光透明度。这种穿孔的方法较慢且成本高，另外还不能够形成连续的视野。
在另一种情况下，类似于在多个电池之间形成串联互连的方法，通过激光划线穿过不透明层，从而使大型不透明的薄膜太阳能电池板被制成为部分地光学透过。为获得所需的通常在5至20％范围内的光学透明度，在垂直于电池互连划线的方向上沿电池板形成多个平行的激光划线。为了在经济可行的时间内(即能够与制造互连划线所花费的时间相比)执行这种工艺，并能够形成所需的光学透过，需要使划线比互连划线宽许多。这种较宽的划线容易被看见，不能够形成连续的视野。美国专利6858461描述了一种方法，其中划线线条的方向垂直于互连划线。该线条还被制成为具有分等级的间距，从而在一个维度上形成变化的光学透明度。
上述方法中没有一个能够容易地制造具有连续视野的部分透光的太阳能电池板。为了连续的视野，需要使光学透过结构不可见，从而使整个电池板呈现为部分透明。达到上述目的的一种方法是以小区域阵列的形式移除不透明覆层，该小区域要小到在距离电池板的一个适当距离处肉眼不可见。美国专利4795500描述了在太阳能电池板中使用穿过太阳能电池板的不透明层的圆形、三角形、正方形、六边形和多边形孔洞的规则阵列。在该发明中，在包括施加抗蚀剂层(该层被曝光并显影以形成接触掩模)的光刻步骤后，通过选择性化学刻蚀不透明层而形成孔洞。这类方法较慢且成本高，并且由于需要掩模来限定孔洞图案，因此难以改变孔洞的形状、间距和均匀性。
因此可以看到，为了生产部分透明的可被容易地以窗口、遮阳篷、采光屋顶的形式集成到建筑物上的太阳能电池板，且使太阳能电池板在外观上充分满足美学要求并能够呈现2D图像，需要一种新的高速、低成本的方法。这种方法披露于此。
US2007/0007627A1讨论了使用墨水喷射头向薄膜晶体硅太阳能电池板施加刻蚀液体微滴，用以形成到硅层相反侧的n+和p+区域的接触。每一刻蚀液体微滴在施加到电池板有源硅层顶部上的有机抗蚀剂层中形成一个小孔。接下来，这些小孔在下一刻蚀步骤中被用作掩模以形成部分地穿过硅层而延伸到较低的掺杂区的路径。然后向这些路径施加金属层以形成与较低的掺杂区的电接触。
应该理解的是，此处所指的喷墨印刷头是指具有一个或多个喷嘴的印刷头，液体微滴在预定的时间从所述喷嘴喷出，例如在计算机程序的控制下。在喷墨印刷机中所使用的印刷头适用于此。这种印刷头是公知的，因此不再描述。
本发明的目的是克服现有技术的限制并提供一种部分透明的太阳能电池板，且该太阳能电池板具有更大的机会提供美学设计，另外还提供一种形成这种电池板的新方法和设备。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供一种形成部分透明的薄膜太阳能电池板的方法，所述电池板包括多个层，其中的一层或多层不透明或半透明，通过在所述电池板的不透明或半透明层中的一层或多层中提供未连接的孔洞阵列来提供穿过所述电池板的透明或半透明通道阵列，由喷墨印刷头向所述电池板的至少第一层上释放第一刻蚀剂液体微滴，由此所述第一刻蚀剂液体刻蚀出穿过所述第一层的孔洞，从而形成该孔洞阵列，控制印刷头相对于电池板的移动和/或微滴的体积，从而改变孔洞的间隔和/或尺寸，由此可选择性地控制所述电池板的透光系数，从而使该透光系数可在一维或二维上变化。
根据本发明的第二方面，提供一种形成部分透明的薄膜太阳能电池板的设备，该薄膜太阳能电池板包括：多个层，其中的一层或多层不透明或半透明，通过在所述电池板的不透明或半透明层中的一层或多层中提供未连接的孔洞阵列来提供穿过所述电池板的透明或半透明通道阵列，该设备包括：喷墨印刷头，用于喷射第一刻蚀剂液体微滴；机台系统，用于使所述印刷头相对于所述电池板扫描；以及控制装置，被布置为可选择性地控制来自所述印刷头的微滴的喷出速率、扫描速度和/或每个微滴的体积，从而使所述电池板的透光系数被可选择性地控制以便在一维或二维上变化。
本发明包括一种改善不透明薄膜太阳能电池板以形成部分透明区域的方法，通过使用例如用在喷墨印刷机中的印刷头，于需要穿过电池板形成光透过通道的区域沉积刻蚀液微滴，从而在电池板的至少一不透明或半透明层中形成规则或不规则的未连接的孔洞的二维阵列。
因此本发明可使基于沉积在玻璃或聚合物衬底上的薄膜材料的太阳能电池板具有一定程度的透明度，该透明度可在穿过电池板表面的一维或二维上连续变化。均匀的部分透射率使太阳能电池板能够以窗户或采光屋顶的方式结合到建筑物中，从而允许可控量的光进入建筑物但同时产生电，且可变的部分透射率可允许电池板显示图像或部分图像。
该特征提供了部分透明度且所述图像优选地足够小到人眼不可见，例如直径范围在0.1mm至0.15mm之间的孔洞。这种尺寸(或更小)的孔洞足够小，不易被人眼所见。但是，也可使用更大的孔洞。
因此，这种电池板可被容易地以窗口、遮阳篷、采光屋顶的形式集成到建筑物上，且在能够呈现2D半色调图像方面可充分满足美学要求。
本发明的一个重要的优选特征是在印刷头在电池板上移动时，喷墨印刷头形成的孔洞的间距可变，由此电池板的透光系数可变，从而可形成图像。
电池板中的孔洞在垂直于印刷头的运动方向的方向上的间距可变，以改变电池板该方向中的光学透明度，在处理过程中，在平行于印刷头的运动方向的方向上，孔洞之间的间距可调，以提供光学透过上的渐变或跃变。
可通过相对于垂直于电池板表面的轴倾斜印刷头而改变孔洞在垂直于印刷头的运动方向的方向上的间距，从而使喷嘴在运动方向上的有效间距相对于印刷头的固有间距减少。另外，还可通过使用小于所有数目的喷嘴而在该方向上改变该间距。通过控制喷嘴的触发速率而改变孔洞在平行于印刷头运动方向的方向上的间距。因此，在两个方向上的孔洞间距可从仅仅维持孔洞未连接的最小值(对于规则的2D孔洞阵列，该最小值为稍大于孔洞直径的距离)变化到孔洞直径许多倍的值。
例如，对于直径为0.1mm的圆形孔洞的矩形的2D阵列、在垂直于印刷头运动方向的方向上的间距为0.3mm、在正交方向中的值是类似的情况下，区域透明度为8.7％。如果两个方向上的间距降低到0.15mm和0.12mm，区域透明度分别增加到35％和54.5％。对于这种2D矩形阵列，在孔洞开始接触并互连之前光学透明度可增加到接近78％。
因为喷墨印刷头在电池板表面上移动时微滴被输送的间隔是被精确控制的，因此可将孔洞定位在沿运动方向上的任一所需位置。这意味着除了矩形2D孔洞阵列，还可以制造任意其他规则阵列，诸如三角形、六边形等。
对于圆形孔洞的三角形阵列的情况，可形成非常高的光学透明度。对于三角形阵列中的直径0.1mm的孔洞，孔洞中心之间的距离为0.15mm和0.12mm的情况，光学透明度分别为40％和63％。在孔洞开始接触并互连之前光学透明度可增加到接近90％。
因为微滴从喷墨印刷头释放的时机和速率是可变的，同时该印刷头是运动的，因此还可制造不规则或随机2D阵列，其中的孔洞没有固定的间距。该特征在形成符合美学的图像方面具有较大的灵活性，该图像在太阳能电池板上呈现半色调外观。
改变均一尺寸的孔洞的2D间距仅仅是改变太阳能电池板的光学透明度的一种方式。可以使用另一种方法，包括改变孔洞的尺寸。这可以通过改变微滴中的刻蚀剂的体积(和/或在给定点释放多于一个的微滴)来实现。可在一个或两个轴上对孔洞尺寸和孔洞间距相结合地改变，从而以更灵活的方式控制电池的透明度。
例如，对于尺寸为1.3×1.1m的具有不透明涂层的太阳能电池板，为了达到约20％的光学透明度，需要在不透明涂层的整个区域上制造直径为0.15mm、间距为0.3mm的圆形孔洞阵列。通过双轴运动系统，在电池板表面上移动单个Dimatix Spectra G3(商标)印刷头。该印刷头平行于电池板的长边连续地移动通过多次，每通过一次后该印刷头向侧向平行电池板的短边移动，以进入电池板的新的区域。印刷头围绕垂直于电池板表面的轴旋转，从而使印刷头上的一排喷嘴与电池板的短边呈53.8°，以将喷嘴的固有间距0.508mm降低到在垂直于运动方向的方向上的有效间距0.3mm。在这种情况下，印刷头上的128个喷嘴每次通过覆盖的条带的宽度为38.4mm。这意味着为了覆盖1.1m的宽度，印刷头需要沿着电池板的长度通过29次。如果整个过程需要在合理的时间(诸如50秒)内完成，那么每次沿电池板的长度通过所允许的时间仅为1.7秒，这意味着印刷头相对于电池板的速度需要接近1m/秒。这样的印刷头速度在喷嘴触发速率方面没有问题，因为微滴沿印刷头运动方向的间隔为0.3mm，1m/秒的速度需要喷嘴的触发频率为3.33kHz。这完全在印刷头的能力范围内。
但是，从运动系统的角度考虑，不希望较高的印刷头运动速度，因为在每次通过的结尾需要较高的加速速率和减速速率以确保转向时间并确保使机台过额移动最小化。因此，刻蚀使用一个以上的喷墨头，以将印刷头速度降低到可接受的级别。在上述例子中，使用两个平行的印刷头可将最大所需速度降低到低于0.5m/s，这可显著地降低移动系统的负荷。当使用多于一个的印刷头时，优选地，印刷头单独地以固定的间距安装在相同的结构上，从而使它们一起移动，且使每个印刷头独立地处理电池板的一块区域。对于两个印刷头的情况，每个印刷头覆盖半个电池板区域，且印刷头具有半个电池板宽度(在该例子中为550mm)的间距。可替代地，印刷头可直接相邻地安装，以印刷较宽的条带。
另一例子中，尺寸为600×1200mm的太阳能电池板，为了达到约8.7％的光学透明度，需要均匀地穿孔形成直径为0.1mm、在两个方向上的间距为0.3mm的孔。
在这种情况中，用单个具有256个固有间距为0.397mm的喷嘴的Trident 256(商标)印刷头来处理电池板。该印刷头平行于电池板的长边移动并围绕垂直于电池板表面的轴旋转，从而使印刷头上的一排喷嘴与电池板的短边呈40.9°，以将喷嘴在垂直于运动方向的方向上的有效间距降低到0.3mm，以匹配在该方向上所需的孔洞间距。在这种情况中，每次通过所覆盖的条带的宽度为76.8mm。
沿电池板长度每次通过后，印刷头向侧向移动一个条带的宽度以进入电池板的新的区域。需要通过8次来覆盖宽度为600mm的整个电池板。如果印刷头以0.4m/秒的速度移动，每次沿电池板长度通过需要3秒，假设在每次通过的末尾的转向时间为0.5秒，那么覆盖整个电池板需要的时间为28秒。在这种情况下，为了达到所需的0.3mm的孔洞间距，喷嘴的触发频率为1.33kHz。
作为该基于喷墨的穿孔技术如何被按比例增加以处理较大电池板的例子，考虑2.2×2.4m太阳能电池板的情况，为了获得约12.5％的光学透明度，需要均匀规则的直径为0.1mm的孔洞阵列，且该阵列与电池板的边缘对齐，2D间距为0.25mm。在这种情况中，使用四个KM1024(商标)印刷头，每个印刷头具有两行喷嘴，包含512个喷嘴，间距为0.141mm。每个印刷头上只有一行喷嘴被使用，因为沿该行的喷嘴固有间距小于垂直于运动方向的方向上的所需孔洞间距，因此仅使用沿该行的交替的喷嘴。因此沿印刷头的固有间距变成了0.282mm，且印刷头围绕垂直于电池板表面的轴旋转从而使印刷头上的一排喷嘴与垂直于印刷头运动方向的电池板边缘呈27.6°的角度。这将有效间距降低到所需的0.25mm。经过这种倾斜后，每个印刷头每次通过所覆盖的条带的宽度为64mm。四个印刷头安装在平行于电池板短边的一条线上，该线垂直于运动方向，且印刷头间距设定为550mm，该间距为电池板宽度的四分之一，因此每个印刷头覆盖电池板表面的四分之一。排成行的四个印刷头沿电池板长度需要通过9次来完成对整个电池板区域的完全覆盖。对于印刷头沿电池板长度的0.5m/秒的速度，每次通过整个电池板的2.4m的长度需要4.8秒，加上每次通过所需的转向时间0.5秒，使整个电池板处理时间变成48秒。
在上述例子中，使用一个、两个或四个印刷头仅被用于示出处理过程。可根据电池板的尺寸和所需的处理时间使用任意数量的印刷头。
本发明的一个重要特征是可在太阳能电池板上通过改变2维上的光学透过而形成图像。在使用多个印刷头的情况中，每个单元具有单独的控制系统，从而使运动方向上的孔洞间距独立可调。另外，如果印刷头具有所谓的“灰度”性能，印刷头上的多个喷嘴中的每个喷嘴配送的微滴体积独立可调，以独立地改变孔洞尺寸。那么每个印刷头形成最终整个电池板图像的其自身的部分。
对于高效工作的太阳能电池板来说，串联互连的各个单独的电池相对于彼此均衡地具有类似电阻和电学性能是很重要的。这意味着在通过移除不透明涂层的区域来制造部分透明的电池板时，确保在单个电池板中从每个电池移除的总面积相类似是很重要的。当以上述方法形成部分透明度时，不同电池区域之间的这些孔洞的尺寸和间距不同以形成2D半色调图像，需要注意确保电池之间的电平衡。这可以通过控制印刷头和机台的操作(例如通过合适的软件)来实现，从而调整每个电池内的单个微滴的尺寸、间距和位置，以使得所形成的孔洞阵列构成覆盖多个电池的2D半色调图像，同时保持每个电池中形成的孔洞总面积基本在同一级别。通过这种方法，电池的电阻保持平衡，整个太阳能电池板的电学性能不受影响。因此改变所形成的孔洞的尺寸和间距的能力不仅使得能够形成半色调图像，还能使得这些图像能够以允许每个电池中的孔洞总面积以谨慎控制的方式形成。
当半色调图像延伸穿过多个电池时，可以通过例如在远离图像的区域中、图像的较暗和/或较少部分所在的电池中提供附加的透明度来补偿电池之间的差异，从而使每个电池的电性能基本类似。
尽管每个电池的电性能最好相类似，但是在一些情况中，确保每个电池的电性能的变化在预定范围(例如各个电池间的变化最大为10％)内就足够了。
在一些情况中，为了形成穿过电池板的透明或半透明通道，刻蚀出穿过太阳能电池板的一层或更多层的孔洞是必要或需要的。在这种情况下，可使用一种或更多种刻蚀剂液体。以上述方法形成的孔洞可用作向下层施加第二刻蚀剂的接触掩模。可通过将电池板(或其部分)浸渍在第二刻蚀剂中来施加第二刻蚀剂，或通过使用喷墨印刷头(以与所描述的第一刻蚀剂类似的方法)向第一刻蚀剂形成的孔洞中施加第二刻蚀剂的方式施加第二刻蚀剂，或者以喷射的形式施加第二刻蚀剂，使其流入到第一刻蚀剂形成的孔洞中。还可用类似的方法通过形成在上层中的孔洞向下面的一层或更多层施加其他的刻蚀剂(如果必要或需要的话)。
通过下面的描述和说明书所附权利要求，本发明其他优选特征将变得清晰。
附图说明
通过参考附图，仅以示例性的方式进一步描述本发明，其中：
图1为示出了典型的薄膜太阳能电池板的结构的示意图；
图2至图8为示出了根据本发明的优选实施例的这种薄膜太阳能电池板的层的刻蚀的示意图；
图9和图10示出了可以该方法形成在太阳能电池板中的孔洞图案的放大平面图；
图11示出了定位在薄膜太阳能电池板上方以向电池板施加刻蚀剂微滴的喷墨印刷头的平面示意图。
具体实施方式
图1示出了典型的薄膜太阳能电池板的结构，该薄膜太阳能电池板包括衬底1、上电极2和下电极3以及夹在上电极2和下电极3之间的有源层4。层2、3和4中的至少一层是不透明的。对于太阳光穿过衬底1到达有源层4的所谓的“覆板(superstrate)”型太阳能电池板，衬底1是透明的，例如玻璃或塑料，下电极3也是透明的，上电极2是不透明的且有源层是不透明的(或者在一些情况中为半透明的)。在太阳光直接进入各层的堆叠体的所谓的“衬底(substrate)”型太阳能电池板，下电极3是不透明的，上电极2是透明的，有源层4是不透明的(或者在一些情况中为半透明的)。
所生产的多数薄膜太阳能电池板为“覆板”型，因此按照这种类型的电池板来进一步描述本发明。但是，通过使用合适的刻蚀剂材料，本发明中描述的技术也可被用于“衬底”型电池板。
图1还示出了互连结构5，其在上电极2和下电极3之间提供电连接，并在互连结构5两侧的上电极2部分之间提供电绝缘，以及在在互连结构5两侧的下电极3部分之间提供电绝缘。这种互连结构是公知的，因此不再描述。
如图2所示，本发明的一个实施例涉及一种形成穿过不透明的上电极2以及不透明或半透明有源层4的小孔洞6的方法，以允许光穿过这些孔洞并因此形成穿过太阳能电池板的透明(或半透明)通道。
图3至图8示出了刻蚀出穿过层2和层4的孔洞6的方法。
图3示出了从喷墨印刷头上的喷嘴8喷出的第一刻蚀剂溶液的微滴，该喷墨印刷头位于电池板上方以在层2上形成刻蚀剂微滴9。针对不同的上电极层的第一刻蚀剂液体的例子如下：
1)磷酸(H3PO4)、乙酸(CH3COOH)和水的混合物，用于掺杂的锌氧化物(ZnO:Al)和金属，诸如铝和银。
2)氢氟酸(HF)、过氧化氢(H2O2)和水的混合物，用于铟锡氧化物(ITO)。
3)盐酸(HCl)、过氧化氢(H2O2)和水的混合物，用于掺杂的锌氧化物(ZnO:Al)和锡氧化物(SnO2)。
4)氢氧化钠(NaOH)的水溶液，用于铝。
5)硝酸(HNO3)、盐酸(HCl)和水的混合物，用于银和掺杂的锌氧化物(ZnO:Al)。
6)硫酸(H2SO4)、硝酸(HNO3)和水的混合物，用于钼。
7)盐酸(HCl)、过氧化氢(H2O2)和水的混合物，用于钼。
图4示出了通过印刷头8相对于电池板的移动而在上层2上形成离散的刻蚀剂微滴9的过程。
刻蚀剂被选择为溶解上层2以在该微滴覆盖的区域中形成穿过其的孔洞10，如图5所示，并溶解层4以使孔洞10还被刻蚀穿过该层，如图6所示。
如果下电极层3是不透明的，就可能像是“衬底”型太阳能电池板的情况，刻蚀剂被选择为还刻蚀穿过下电极层3，从而使该孔洞被形成为穿过层2、3和4，如图7所示。如果下电极层3是透明的，则所刻蚀的孔洞无需穿过该层，在这种情况下，选择刻蚀剂以刻蚀形成层2、4的材料而不刻蚀形成层3的材料。
如果有源层为半透明的，那么仅穿过上电极层形成孔洞足以达到穿过电池板的足够的透过。
图8中示出了另一可替代方案。在这种情况下，所用的第一刻蚀剂刻蚀穿过上电极层2但不穿过有源层4。
另外，形成在上电极层2中的孔洞10被用作第二刻蚀剂11的接触掩模，该第二刻蚀剂例如通过浸渍被施加在整个上层2上。第二刻蚀剂11被选择为刻蚀穿过有源层4和下电极层2(如果其为不透明的)，但是不影响构成上电极层2的材料。针对不同的有源层的第二刻蚀剂液体的例子如下：
1)氢氧化钠(NaOH)或者氢氧化钾(KOH)的水溶液，用于非晶、微晶或多晶硅。
2)氢氟酸(HF)、硝酸(HNO3)和水的混合物，用于非晶、微晶或多晶硅。
3)硝酸(HNO3)、磷酸(HCl)和水的混合物，用于碲化镉(CdTe)或铜铟镓硒(CIGS)。
4)硫酸(H2SO4)、过氧化氢(H2O2)和水的混合物，用于碲化镉(CdTe)或铜铟镓硒(CIGS)。
5)硫酸(H2SO4)、重铬酸钾(K2Cr2O7)和水的混合物，用于碲化镉(CdTe)或铜铟镓硒(CIGS)。
在另一情况中，下电极层是不透明的，因此需要刻蚀，通过喷墨印刷头释放第一刻蚀剂以刻蚀穿过上电极层2并穿过有源层4。形成在上电极层和有源层中的孔洞10被用作第二刻蚀剂11的接触掩模，该第二刻蚀剂例如通过浸渍被施加在整个上层2上。选择第二刻蚀剂11以刻蚀穿过不透明的下层3但是不影响构成上电极层2或有源层4的材料。
在又一情况中，下电极层是不透明的，因此需要刻蚀，通过喷墨印刷头释放第一刻蚀剂以刻蚀穿过上层2但不穿过有源层4。另外，形成在上层2中的孔洞10被用作第二刻蚀剂11的接触掩模，该第二刻蚀剂例如通过浸渍被施加在整个上层2上。第二刻蚀剂11被选择为刻蚀穿过有源层4但是不影响构成上电极层2的材料。因此形成在上层和有源层中的孔洞然后被用作第三刻蚀剂的接触掩模，该第三刻蚀剂例如通过浸渍被施加在整个上电极层2上。第三刻蚀剂被选择为刻蚀穿过不透明的下电极层但是不影响构成上电极层2或有源层4的材料。针对不同的下电极层的第三刻蚀剂液体的例子如下：
1)磷酸(H3PO4)、乙酸(CH3COOH)和水的混合物，用于金属，诸如铝和银。
2)氢氧化钠(NaOH)的水溶液，用于铝。
3)硫酸(H2SO4)、硝酸(HNO3)和水的混合物，用于钼。
4)盐酸(HCl)、过氧化氢(H2O2)和水的混合物，用于钼。
在上述情况中，第二和/或第三刻蚀剂还可通过喷墨印刷头施加，而不是在刻蚀剂中的浸渍。在这种情况中，以来自喷墨印刷头的微滴的形式将第二(和/或第三刻蚀剂)施加到由第一刻蚀剂形成的孔洞中。这可由相同的印刷头实现(例如如果每个印刷头可提供有两种或三种不同的刻蚀剂液体的话)或由安装在与第一印刷头相同的结构上的单独的印刷头来实现。
一旦第一刻蚀剂已经在上层(以及已经被冲洗的电池板)中形成孔洞，第二(和/或第三)刻蚀剂可在印刷头的多个单独的通路中被施加在太阳能电池板上方。控制印刷头在电池板表面的移动的控制系统确保第二(和/或第三)刻蚀剂微滴相对于第一刻蚀剂形成的孔洞的正确对准。在每次刻蚀步骤之后需要冲洗电池板，以移除多余的刻蚀剂和被溶解的材料，这可以在远离通过印刷头施加刻蚀剂的设备的位置进行。因此，第二和第三刻蚀剂液体可通过安装在单独的设备上的喷墨印刷头施加。在这种情况中，在这些第二(和/或第三)刻蚀剂喷墨机构上配备合适的控制系统，以定位电池板中已有的孔洞的位置，该机台控制系统能够调节印刷头在电池板表面上的运动，从而使第二(和/或第三)刻蚀剂微滴相对于已有的孔洞准确地对准。
还可通过在太阳能电池板上喷涂刻蚀剂液体来施加第二和/或第三刻蚀剂，从而使其流入由第一刻蚀剂形成的孔中。因为这种情况下，电池板整个(或部分地)被浸入第二和/或第三刻蚀剂，因此可免于使第二和/或第三刻蚀剂的施加相对于第一刻蚀剂形成的孔洞正确对准。
通过以上述方法在电池板的不透明或半透明层中形成小透明孔而在薄膜太阳能电池板中形成部分的透明的设备可包括：
a.印刷头，能够根据需要释放多个第一刻蚀剂液体的微滴以化学刻蚀无机上电极层；
b.安装系统，相对于电池板保持印刷头，使得印刷头喷出的第一刻蚀剂微滴落在电池板表面；
c.线性机台系统，用于在印刷头和电池板表面之间形成相对运动，该运动优选为在两个正交轴上的运动，这两个轴均平行于电池板表面；
d.第一控制系统，用于相对于电池板移动印刷头，并驱动印刷头的电子控制装置，从而使第一刻蚀剂液体的各个微滴施加到电池板表面的所需位置；以及
e.第二控制系统，用于控制微滴的喷出速率和/或体积。
操作该设备，使第一刻蚀剂溶液的多个微滴被施加到整个或部分电池板表面的所需位置，然后进行第一刻蚀步骤，由此留在电池板表面上的第一刻蚀液微滴与顶电极层的材料反应以在顶电极层的对应于微滴的位置形成孔洞，从而局部地暴露下面的半导体层。然后第一刻蚀液微滴被用于在下面的半导体层中刻蚀出孔洞，如果下电极层是不透明的金属，则第一刻蚀液微滴还可用于刻蚀穿过该层，从而使刻蚀的孔洞穿过每一不透明层，由此穿过电池板形成透光通道。
可替代地，在第一刻蚀液已经刻蚀穿过顶电极层后，可执行第二刻蚀步骤，在该步骤中，顶电极层(以及形成于此的孔洞)被用作第二刻蚀液的接触掩模，施加第二刻蚀液以刻蚀出穿过下面的半导体层(如果下电极层也不透明，还穿过下电极层)的孔洞。如上所述，第二刻蚀剂可由印刷头、喷射或浸渍来施加。
可替代地，在第一刻蚀剂液体已经刻蚀出穿过顶电极层的孔洞，且第二刻蚀剂液体已经刻蚀出穿过下面半导体层的孔洞后，可执行第三刻蚀步骤，在该步骤中，顶电极层和有源层(以及形成于此的孔洞)被用作第三刻蚀剂的接触掩模，施加该第三刻蚀剂以刻蚀出穿过不透明的下电极层的孔洞。同样的，第三刻蚀剂可由上述的印刷头、喷射或浸渍来施加。
其他的布置也是可以的，例如第一刻蚀剂可刻蚀穿过上电极和半导体层，第二刻蚀剂穿过下电极(如果该下电极是不透明的)。
图9和图10分别示出了显示喷墨微滴的位置和尺寸可如何变化以形成半色调图像的放大平面图。
图11示出了用在上述类型的设备中的喷墨印刷头12的喷嘴板的平面示意图。图11示出了定位在太阳能电池板11上方的印刷头12，并示出了该印刷头12关于印刷头12相对于电池板11的运动方向(X)呈何种角度，以此降低喷嘴8的有效印刷间距，从而使刻蚀剂微滴落入垂直于该运动方向的方向(Y)上的正确位置。
太阳能电池板11安装在线性机台上，从而使其能够沿X轴往复移动，喷墨印刷头12安装在机台系统上位于电池板11上方，以使其能够沿Y轴往复移动。以这种方式，使电池板11的整个表面均可被印刷头12覆盖。图中的右手侧示出了印刷头12和其下方的电池板11的局部放大示意图。
印刷头12具有沿印刷头12的长度间距为P1的喷嘴8的行。印刷头12围绕与电池板表面11垂直的轴旋转，从而使喷嘴所在直线的法线与电池板11的运动方向(X)之间的夹角为A。在这种情况下，喷嘴8向电池板表面11上喷出刻蚀剂微滴以在层中形成若干行15的孔洞10，该若干行15平行于电池板的运动方向X且在Y方向上的间距为P2，该间距P2小于喷嘴间距P1，间距P2由下式给出：
P2＝P1×Cos A
图11还示出了利用印刷头与运动方向X之间的夹角，各行孔洞之间的在Y方向上的行间距是如何由印刷头12的几何形状来确定(并由此固定)的，而由来自每个喷嘴的微滴生产的孔洞可以形成为沿行15(沿X方向)具有不规则的间距(如图所示)，因为每个喷嘴8可在任意时刻喷出刻蚀剂微滴。
因此所述的设备提供了一种改进不透明薄膜太阳能电池板的方法，以通过形成穿过不透明薄膜的小的透明(或半透明)通道阵列而构成部分透明的区域，这借助于具有多个喷嘴、根据需要滴进的喷墨印刷头将合适的刻蚀剂液体的独立的微滴释放到电池板上实现。刻蚀剂液体可被用于刻蚀出提供穿过不透明(或半透明层)的光透过的孔洞，和/或可被用于形成刻蚀穿过一层或多层下层(可以为不透明或半透明的)的孔洞的接触掩模。
优选地，刻蚀液体的每一单独微滴刻蚀出穿过顶部导电无机或金属电极层(无论该顶层为透明、半透明或不透明的)的独立小孔。然后这些小孔作为接下来的刻蚀步骤的掩模，由此下层有源层和下电极层(如果有源层和下电极层两者之一不透明)被刻蚀以形成穿过电池板的透光通道。可替代地，单一刻蚀剂液体可被用于刻蚀顶电极层和底层。
可以有多种不同的方式产生太阳能电池板与印刷头之间的所需相对移动。在电池板上方移动支架从而在一个或两个轴上移动印刷头的过程中，电池板可保持静止。可替代地，印刷头可被保持为静止，电池板在一个或两个轴上移动。如果需要的话，可以在一个轴上移动电池板，在垂直的轴上移动印刷头。
此处描述的方法形成了穿过薄膜太阳能电池板的不透明层的透明开口，电池板大致被分成多个串联连接的独立电池，在电池边缘制造电接触。

Claims (16)

1.一种形成部分透明的薄膜太阳能电池板的方法，所述电池板包括多个层，其中的一层或多层不透明或半透明，通过在所述电池板的不透明或半透明层中的一层或多层中提供未连接的孔洞阵列来提供穿过所述电池板的透明或半透明通道阵列，由喷墨印刷头向所述电池板的至少第一层上释放第一刻蚀剂液体微滴，由此所述第一刻蚀剂液体刻蚀出穿过所述第一层的孔洞，从而形成该孔洞阵列，控制印刷头相对于电池板的移动和/或微滴的体积，从而改变孔洞的间隔和/或尺寸，由此可选择性地控制所述电池板的透光系数，从而使该透光系数可在一维或二维上变化。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一层不透明或半透明。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中选择第一刻蚀剂液体，使其刻蚀穿过至少所述第一层但不穿过不透明或半透明的第二层，其中第二刻蚀剂液体被施加到所述电池板上以通过形成在所述第一层中的孔洞而在所述第二层中刻蚀出孔洞。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述第二刻蚀剂液体通过在所述第二刻蚀剂液体中浸渍至少所述第一和第二层而被施加到所述电池板上，或者作为来自喷墨印刷头或通过喷射的微滴而施加到所述电池板上。
5.根据前述任一权利要求所述的方法，其中每个孔洞通过所述第一刻蚀剂液体的单个微滴而形成。
6.根据前述任一权利要求所述的方法，其中所述印刷头相对于所述电池板扫描，且通过改变微滴喷射速率和/或扫描速度来改变所形成的孔洞的间隔。
7.根据前述任一权利要求所述的方法，其中所述透光系数在二维上变化，从而在所述电池板上形成半色调图像。
8.根据前述任一权利要求所述的方法，其中所述电池板包括多个互连的太阳能电池，每个电池上的透光系数的变化被布置为每个电池的电性能相对于其他电池在预定的范围内。
9.根据权利要求7和8所述的方法，其中半色调图像延伸穿过多个所述电池，且在图像的较暗和/或较少部分所在的电池中提供附加的透明度，从而使每个电池的所述电性能在所述预定范围内。
10.根据前述任一权利要求所述的方法，其中所述微滴尺寸被选择为使得所形成的孔洞足够小到不容易被肉眼可见。
11.一种形成部分透明的薄膜太阳能电池板的设备，该薄膜太阳能电池板包括：多个层，其中的一层或多层不透明或半透明，通过在所述电池板的不透明或半透明层中的一层或多层中提供未连接的孔洞阵列来提供穿过所述电池板的透明或半透明通道阵列，该设备包括：喷墨印刷头，用于喷射第一刻蚀剂液体微滴；机台系统，用于使所述印刷头相对于所述电池板扫描；以及控制装置，被布置为可选择性地控制来自所述印刷头的微滴的喷出速率、扫描速度和/或每个微滴的体积，
由此使所述电池板的透光系数被选择性地控制从而在一维或二维上变化。
12.根据权利要求11所述的设备，其中所述印刷头包括一排喷嘴，所述印刷头的角度为使得所述一排喷嘴的垂线与所述电池板和所述喷墨头之间的相对运动的方向成一定角度。
13.根据权利要求11或12所述的设备，其中提供有一个以上的印刷头，所述印刷头被安装为相互之间呈固定的间距，从而被所述机台系统一起移动。
14.根据权利要求11、12或13所述的设备，其中所述控制装置包括：第一控制系统，用于相对于所述电池板移动所述印刷头，并驱动所述印刷头的电子控制装置，从而使所述第一刻蚀剂液体的各个微滴施加到所述电池板表面的所需位置；以及第二控制系统，用于控制所述微滴的喷出速率和/或体积。
15.一种基本如上参考一幅或多幅附图描述的用于形成部分透明的薄膜太阳能电池板的方法。
16.一种基本如上参考附图中的一幅或多幅附图所描述和/或如附图中的一幅或多幅附图所示的用于形成部分透明的薄膜太阳能电池板的设备。
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