CN102906875B - 用于带有点状互连和通孔的薄膜模块的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

一种制造单片集成光电子模块设备(100)的方法，该单片集成光电子模块设备(100)包括至少两个串联互连的光电子部件(104，106，108)。该方法包括在以(a，b，c)或(c，b，a)为顺序的3层堆叠的绝缘衬底或覆盖层(110)上沉积和划线：(a)后接触电极(122，124，126，128)，(b)半导电层(130)，以及(c)前接触部件(152，154，156，158)。将通孔(153，155，157)钻出，因此该钻孔工艺的热在所述通孔的表面导致金属化，向所述通孔的半导电层的表面(132、134、136、138)给予导电性，由此通过将第一前接触部件(154，156)连接到第二后接触部件(124，126)在光电子部件(104，106，108)之间建立串联互连的电气路径。

Description

用于带有点状互连和通孔的薄膜模块的方法和设备
技术领域
本发明涉及单片光电子器件例如光伏模块，并更特别地涉及在光伏模块光电子部件及其到汇流条的连接之间的电气互连。
背景技术
各种还称为薄膜太阳能模块的薄膜光伏模块一般由数个电气互连的光电子部件构成。这样的部件可以是光电子器件例如光伏电池和额外部件例如二极管以及其他电子器件。光伏模块通常还包括电气互连部件例如电池到电池连接器和汇流条。
多层薄膜技术使得若干光电子部件和相关联部件能够在相同衬底上单片集成和互连。使用层沉积和划线技术的顺序原位产生该集成。薄膜光电子或光伏部件或器件基本上由三种材料层的堆叠构成：一个导电后接触电极层、一个半导电光伏材料层也称为吸收体、以及另一导电前接触电极层，所述前接触电极层通常是透明的。基于半导电材料例如Cu(In，Ga)Se2(CIGS)或CdTe的光伏电池展现了与传统的基于晶圆的硅光伏器件或太阳能电池相比更为便宜的太阳能电力、较低的能量回收期、以及改进的寿命周期影响的高潜力。
与基于晶圆的光伏器件相比，单片光伏模块可以具有较低的成本，这是因为薄膜使用的材料量减少，单片集成的劳动成本减少，以及大量光伏模块自动生产的简化例如使用卷对卷制造技术。可以通过增加光伏部件暴露于光的相对面积例如通过减少由以下部件占用的面积获得进一步节省：经由光伏电池的前接触电极收集电流的前接触栅格、在光电子部件之间的电气互连、以及汇流条。光伏模块产量还可以由于生产步骤数的减少而增加，例如通过减少在薄膜单片光伏模块中描绘和构造光电子部件的互连所需要的划线操作的数目来提高成品率。
已经研发了试图减少由电气部件遮蔽光伏部件或在曝光侧上方的面积占用所引起的损失的光伏模块。例如，美国专利No.7,649,141描述了带有还称为通孔的激光钻孔卷绕导电孔的薄硅晶圆，该通孔将前接触部件连接到后接触部件，由此以高电流收集效率的益处避免由铺设在前接触表面上的栅格部件遮蔽。美国专利No.7,276,724描述了由于例如使用激光烧蚀的通孔形成和添加导电材料以便在前电极和后侧顶电极之间驱动电流并驱动到第二邻接模块的串联互连的光电子器件模块。美国专利No.7,276,724使用激光钻孔以便构建圆形隔离沟槽，并提到这可以导致在沟槽外周上不希望，但在内周上希望的前和后接触之间的短路。美国专利No.7,276,724描述了用于光电子器件模块的串联互连的设计，每个模块都包括在100微米厚的后接触电极上的器件层，自身由绝缘层从后侧顶电极分离，所述光电子器件模块附着到绝缘载体衬底。
尽管卷绕通孔对减少遮蔽并增加相对暴露表面是高度有利的，但其制造的问题是其通常需要钻孔和随后的金属化。这需要可能增加成本并减少产量的额外生产步骤。可以用在本发明中描述的单片光电子模块生产方法避免这些步骤中的一些。
发明内容
在单片光伏模块生产的领域中的一个问题涉及以曝光面积的最小的光伏部件的互连，同时提供最大可能的电流吞吐量和最高的成品率。互连光伏部件的设计典型地需要烧蚀的和接触加工步骤，该加工步骤可以随着部件数目而降低生产率。因此本发明的一个目的是提供一种生产成本降低和成品率更高的互连薄膜单片光伏模块设备的方法。
本发明的一个进一步的目的是提供一种在可以包括光伏电池、二极管、栅格和汇流条的单片光伏模块的光电子部件之间形成互连的方法。同样上本发明的进一步的目的的是提供可以使用卷对卷生产方法制造的单片光伏模块设备。本发明的更进一步的目的是以单片光伏模块实施方案的形式提供从该方法形成的设备，该设备利用该方法来增强所述光伏模块的光到电变换。
本发明的一个实施方案通过提供一个单片光伏模块来构建。该模块可以包括一个衬底或一个覆盖层，连续的层在其上沉积并且烧蚀轨迹在其上划线，可能地继之以放置一个导电前接触栅格、继之以放置电气汇流条、继之以将该模块封装在至少两层的保护材料里面。本领域的普通技术人员将推断可以修改该前接触栅格放置和汇流条放置的顺序。
本发明利用一种划线方法，该方法优选地使用一个激光器，其中与该划线工艺关联的热导致半导电材料层的划线腔的内表面的永久金属化，由此使得能够设计和生产成本有效的串联互连光电子部件和随后的单片光电子模块设备。该方法由此提供一系列包括互连部件例如光伏部件、二极管、任选的前接触栅格、以及汇流条的单片光电子模块设备。
更详细地，本发明的一个主要方面提供了一种制造包括至少两个串联互连的光电子部件例如光伏部件、二极管、或发光二极管部件的单片集成光电子模块的方法，该方法从将一个初始电气绝缘层安置在一个层堆叠下面作为一个衬底，或安置在该层堆叠的顶部上作为一个覆盖层而开始，如果所述初始绝缘层为一个衬底配置被安置则通过以顺序(a)、(b)、(c)进行的以下步骤产生该层堆叠，或如果所述初始绝缘层为一个覆盖层配置被安置则通过以顺序(c)、(b)、(a)进行的以下步骤产生该层堆叠。
根据本发明的方法包括以下步骤：
(a)将称为后接触层的一个导电层沉积到所述初始绝缘层上或沉积到来自步骤(b)的该半导电层上；将在此称为后接触凹槽的至少一个凹槽切割进入后接触层，以便将所述绝缘层或所述半导电层的至少一条连续线暴露，由此提供被电气断开的至少一个第一和至少一个第二后接触部件；
(b)将包括至少一个半导电光电子活性层的至少一个半导电层沉积到在先前步骤(a)或(c)中沉积的层上，由此填满所述凹槽，并且其中所述半导电光电子活性层由例如CdTe或一种ABC2材料制成，其中A表示由国际纯粹与应用化学联合会定义的包括Cu和Ag的化学元素周期表的第11族中的元素，B表示包括In、Ga和A1的周期表的第13族中的元素，并且C表示包括S、Se和Te的周期表的第16族中的元素；以及
(c)将至少一个导电前接触层沉积到在先前步骤(b)中沉积的层上或沉积到所述绝缘层上；将其中称为前接触凹槽的至少一个凹槽切割进入所述前接触层，从而使得将在先前步骤中沉积的所述层的至少一条连续线暴露，由此提供被电气断开的至少一个第一和至少一个第二前接触部件。所述第一和第二前接触部件包括覆盖对应的第一和第二后接触部件的一部分。
根据本发明的方法进一步包括为所述第二后接触部件中的至少一个钻出穿过在步骤(b)和(c)沉积的层的至少一个电池到电池通孔的步骤，从而使得所述电池到电池通孔将所述后接触层和/或绝缘层的一部分暴露，使用生成热的钻孔工艺从而使得所述钻孔工艺的热通过导致表面金属化来导致所述半导体层内所述电池到电池通孔的该表面的化学成分的永久变化，因此所述电池到电池通孔的该表面变得导电，以便在所述第一前接触部件中的至少一个和至少一个对应第二后接触部件之间建立一条电气路径，由此实现至少两个串联互连的光电子部件。
优选地，钻出该电池到电池通孔以便延伸穿过所述后接触部件。
该方法还优选进一步包括使用至少一个导电粘合部件放置形成一个汇流条的至少一个导电体的步骤，因此一条电气路径在所述汇流条和至少一个后接触部件、所述表面金属化和/或所述前接触部件之间建立。
本发明方法还优选地包括以下步骤：
钻出在此称为汇流条到后接触通孔的至少一个第一通孔，以便将所述后接触部件中的至少一个的一部分暴露；
使用至少一个导电粘合部件放置形成一个第一汇流条的至少一个第一导电体，因此一条电气路径在所述第一汇流条和所述后接触部件之间建立；
钻出在此称为汇流条到前接触通孔，经过所述前接触部件中的至少一个的至少一个第二通孔，并从而使得没有所述汇流条到前接触通孔经过由所述汇流条到后接触通孔暴露的后接触部件；以及
使用至少一个导电粘合部件放置形成一个第二汇流条的至少一个导电体，因此一条电气路径在所述第二汇流条和所述前接触部件之间建立。
该方法还可以包括将由至少一条金属化迹线制成的至少一个金属化栅格部件沉积到所述衬底配置的所述前接触部件上，其中所述金属化栅格部件从至少一个所述通孔延伸，用金属化材料填满所述通孔中的至少一个。
根据另一主要方面，本发明提供了一种单片集成光电子模块设备，该设备包括至少两个串联连接的光电子部件，例如光伏部件、二极管或发光二极管部件，所述光电子模块包括作为一个衬底安置在以下(a)、(b)、(c)的层堆叠下面，或作为一个覆盖层安置在该层堆叠的顶部的一个电气绝缘层；
(a)包括至少一个第一和至少一个第二导电前接触部件的一个层，所述第一和第二前接触部件由使得所述第一和第二前接触部件电气分离的一个凹槽分离；
(b)包括至少一个半导电光电子活性层的一个层，其中所述半导电层中的至少一个是例如由CdTe或一种ABC2材料制成，其中A表示由国际纯粹与应用化学联合会定义的包括Cu和Ag的化学元素周期表的第11族中的元素，B表示包括In、Ga和A1的周期表的第13族中的元素，并且C表示包括S、Se和Te的周期表的第16族中的元素；
(c)包括沉积到所述电气绝缘层上的至少一个第一和至少一个第二导电后接触部件的一个层，其中所述第一和第二后接触部件由使得所述后接触部件电气分离的一个后接触凹槽分离，由此实现每个都包括所述前接触部件、至少一个所述半导电层、以及所述后接触部件的堆叠的第一和第二分离光电子部件；
所述光电子模块进一步包括经过所述第一前接触部件中的至少一个和所述半导电层的至少一个通孔，由此将至少一个所述第二后接触部件的一部分暴露，并且其中通过例如在该半导电光电子活性层的CdTe或所述ABC2材料中所含有的金属元素的金属化，在所述半导电光电子活性层的高度的所述通孔的该表面具有成分变化，这样的永久金属化是通过由钻出所述通孔所产生的局部加热可获得的，所述永久金属化在所述第一前接触部件和所述第二后接触部件之间建立一条电气路径，并在一个第一光电子部件和一个第二光电子部件之间实现一个串联互连。
优选地，该通孔延伸穿过所述后接触部件。
前述通孔可以安置在平行于所述后接触凹槽的至少一行中，从而使得最接近行在距所述后接触凹槽至少5微米更优选50微米的距离。
同样，该通孔可以成形为位于距所述前接触凹槽至少50微米的距离的线段，并从而使得至少一个第二后接触部件包括在所述第一前接触部件下面经过，并到达所述通孔的一个指形延伸部分，因此实现至少一个离体串联互连。
该设备可以进一步包括由沉积到至少一个所述前接触部件上的至少一条金属化迹线制成的至少一个金属化栅格部件，所述金属化迹线从至少一个通孔延伸。
优选地，该金属化栅格部件中的至少一个呈现一个图案，其中所述通孔之一位于所述图案的中心处。同样，可以用有助于在所述前接触部件中的至少一个和所述后接触部件之间的电气接触的导电材料填满该通孔中的至少一个。
该设备可以进一步包括：至少一个第一导电体，该第一导电体形成由至少一个导电粘合部件连接的一个第一汇流条，因此一条电气路径在所述第一汇流条和所述后接触部件之间建立；至少一个汇流条到前接触通孔，该通孔经过所述前接触部件中的至少一个，从而使得没有所述汇流条到前接触通孔经过由所述汇流条到后接触通孔暴露的后接触部件；以及至少一个第二导电体，该第二导电体形成由至少一个导电粘合部件连接的一个第二汇流条，因此一条电气路径在所述第二汇流条和所述前接触部件之间建立。
实施方案披露了关于衬底或覆盖层、非遮蔽汇流条、电流收集栅格的大小和数目、封装材料、通孔的深度和/或形状和/或位置和/或数目的变化。
该设备有利地封装在至少一块前板和至少一块后板内，所述前板优选具有玻璃或更优选地具有热塑聚合物材料。
附图说明
图1A示出了从本发明的实施方案的上方观看的分解图，示出了包括以下部件的单片光伏模块：由金属化点状通孔串联互连的三个光伏电池、经金属化汇流条通孔连接的汇流条、以及金属化前接触栅格迹线。
图1B至图1H示出了展示在衬底上的沉积和划线顺序以便形成在图1A中所呈现的实施方案的剖面示意图。图1H还示出了所产生的模块的封装。
图2A至图2D示出了在图1A至图1H中所描绘的实施方案的变化的剖面图，但其中使用覆盖层代替衬底。
图3A至图3B示出了没有金属化前接触栅格线的在图1A至图1H中所描绘的实施方案的变化的分解和剖面图。
图4示出了在图3A至图3B中所描绘的实施方案的变化的剖面示意图，但其中通孔钻入后接触部分。
图5A至图5B示出了带有点状互连的单片光伏模块的另一实施方案的分解和剖面图，其中通孔是狭长的，比在图1A至图1H中的通孔更中心地位于其相对应的太阳能电池中，并由径向金属化的前接触栅格线供料。
具体实施方式
图1A到5B描绘了本发明的四个示例性实施方案，每个实施方案都展示了怎样使用本发明的一个技术变化。本领域的普通技术人员将认识到在附图中所展示的各种部件的比例已改变以便改善清晰度。此外，在附图中部件的数目和面积是高度可变的，并在工业生产的框架中放大。
图1A示出了包括三个串联互连的光电子器件104、106、108的单片光伏模块100的实施方案的分解图。所述光电子器件104、106、108可以是光伏器件、二极管或发光二极管。所述光伏模块100的实施方案含有所述光电子器件中的至少一个，优选地含有所述光电子器件中的若干个。在优选实施方案中，所述光电子器件是还称为太阳能电池的光伏器件。光电子器件的所述光伏模块在电气绝缘衬底110上单片地制造。通过在图1A至图1H中随后详述的方法，用若干个材料层涂覆所述衬底。光伏模块100因此包括分离的导电电极122、124、126、128的后接触层。所述后接触层由半导电光伏材料层130覆盖，该半导电光伏材料层自身由分为多个部件的两个层覆盖：由部件142、144、146、148所表示的缓冲层，以及由部件152、154、156、158所表示的前接触层。所述缓冲层部件和所述前接触层部件由凹槽151分离通过所述缓冲层和所述前接触层，以便设计邻接的和电气分离的部件的图案，由此提供光电子器件104、106、108。电气互连通孔155经过所述前接触层和所述缓冲层，并作为导电金属化通孔138继续加深通过半导电光伏层130的整个厚度，因此在第一所述光电子器件的所述前接触层与第二所述光电子器件的所述后接触层之间建立了一条导电路径。光电子部件的串联互连由钻穿所述光伏模块100的整个厚度的延伸通孔153、157在模块100的串联互连路径的每个电气末端完成，由此刺穿后接触部件122、128并继续通过衬底110。可以添加多个金属化前接触栅格部件164、166、168以便有利地提高前接触电导率。然后经相对应的导电附着172、178(例如使用导电胶)将电气汇流条182、188电气连接到相对应的后接触部件122、128。
图1B到1H是描绘了制造在图1A中所描绘的单片光伏模块100的方法或过程的剖面图。该过程包括材料层沉积、划线、前接触栅格沉积、汇流条的附着、以及封装的顺序。沉积到模块的衬底上的薄膜材料的总厚度典型地约为3到5微米。
图1B示出了连续材料层有待沉积到其上的电气绝缘衬底110。所述电气绝缘衬底可以具有各种电气绝缘材料，优选地具有薄且柔软的材料以便容许卷对卷生产，更优选地具有可以经受约400-600℃的温度的热稳定材料，例如聚酰亚胺。所述电气绝缘衬底初始地用导电层120涂覆。还称为后接触的所述导电层可以具有各种导电材料，优选地具有接近该导电层铺设到其上的所述衬底110并接近有待随后铺设到该导电层上的其他材料的热膨胀系数(CTE)。更优选地，所述导电层具有高光学反射率。最优选地，所述导电层不以化学上破坏性的方式与有待随后铺设到其上的其他材料反应。在普通实践中，层120在称为喷溅的工艺中沉积，并普遍地由Mo制成，尽管还可以有利地使用其他材料，例如掺锡氧化铟(ITO)、ZrN、TiN、Ti、W、Ta以及Nb。
图1C示出了加工步骤，其中凹槽121切割进入后接触层120，以便将衬底的至少一条连续线暴露，由此提供电气分离的一组第一后接触部件122、124、126和分别对应的一组第二后接触部件124、126、128。所述加工步骤称为划线或图案化步骤P1。可以使用机械划线刀片优选地使用激光器例如纳米或微微米激光器更优选地使用脉冲激光器来完成图案化步骤P1。除了位于模块末端的后接触部件122、128之外，其他后接触部件124、126优选地具有相等的面积和形状。
图1D展示了其中还称为吸收层的至少一个所述半导电光伏层130沉积到所述后接触部件上由此还将图1C的凹槽121填满的下一加工步骤。层130优选地由CdTe或一种ABC2材料制成，其中A表示由国际纯粹与应用化学联合会定义的包括Cu或Ag的化学元素周期表的第11族中的元素，B表示包括In、Ga和/或A1的周期表的第13族中的元素，并且C表示包括S、Se或Te的周期表的第16族中的元素。优选的半导电光伏层具有例如所谓CIGS型，由此含有Cu、In、Ga和Se2。可以使用各种技术例如电沉积、印刷或汽相沉积来沉积层130。随后基本透明的层包括例如由CdS或ZnS材料制成的所谓半导电缓冲层140，以及例如由ZnO:Al材料或掺锡氧化铟(ITO)材料制成的前接触导电氧化物(TCO)层150。
图1E展示了其中将两种类型的通孔行：电池到电池通孔155和汇流条通孔153、157划线的加工步骤。其中优选地用激光器例如纳米或微微米激光器更优选地用脉冲激光器将所述通孔行155、153、157钻出或划线的所述加工步骤称为划线或图案化步骤P2。以在制造工艺结束将是第一电池例如电池104和第二电池例如电池106的位置之间建立串联互连的目的钻出电池到电池通孔155。对于所述第二后接触部件124、126中的每个，将至少一个电池到电池通孔155钻穿所述导电前接触层150并钻穿所述半导电活性层130，从而使得所述电池到电池通孔155足够深，以便将所述第二后接触部件124、126中的至少一个的一部分暴露，并从而使得当被钻孔时沿所述电池到电池通孔155的表面所产生的热导致所述半导电层130、140内所述表面的化学成分的永久变化，其中导致表面金属化134、136。所述电池到电池通孔155的表面因此变得导电，由此在所述导电前接触层150和所述第二后接触部件124、126之间建立电气路径。例如，在CIGS型半导电光伏层的情况下，所述电池到电池通孔的导电表面是富铜的，并且在CdTe型半导电光伏层的情况下，所述电池到电池通孔的导电表面是富镉的。然而，在图1E中通过钻孔将所述后接触部件124、126暴露但不必需通过钻孔工艺烧蚀。图1E示出了带有对称锥形剖面形状的通孔，但本领域的普通技术人员将容易推断大量各种通孔形状是可能的。通孔形状的变化在图5A和5B中呈现。此外，因为通孔进一步延伸穿过后接触部件122、128并延伸穿过所述衬底110，所以形成所述汇流条通孔153、157的方法是用来形成所述电池到电池通孔155的变体。由于使用相似于所述电池到电池通孔155的方法，例如激光划线钻出所述汇流条通孔153、157，所以金属化通孔表面132、138形成并因此在所述前接触层150和所述后接触部件122、128之间相对应地提供导电路径。为了是有效的，必须每后接触部件122、144、126、128形成所述通孔中的至少一个。然而，实际上，例如使得能够增加电流吞吐量，可以每一所述后接触部件形成每个通孔中的若干个，以便有利地传送更多电流。
图1F展示了加工步骤，其中将还称为前接触凹槽151的凹槽切割穿过所述前接触层150，并延伸足够深以便将所述半导电层130、140中的至少一个的连续线暴露，由此将所述前接触层分离成电气断开的第一汇流条前接触部件152、第一前接触部件154、156、以及第二前接触部件156、158，并从而使得每第一前接触部件154、156至少一个所述电池到电池通孔155建立从大部分覆盖所述第一后接触部件122、124的所述第一前接触部件154、156到所述第二后接触部件124、126的串联互连电气路径，由此实现三个串联互连的光电子部件104、106、108。所述加工步骤称为划线或图案化步骤P3。可以使用机械划线刀片优选地使用激光器例如纳米或微微米激光器更优选地使用脉冲激光器来完成图案化步骤P3。
从图1E和1F，本领域的普通技术人员可以推断所述划线步骤P2(用于通孔)和P3(用于凹槽)可以有利地组合成单个划线步骤P(通孔+凹槽)，其中使用例如至少一种激光划线工具将所述电池到电池通孔155、所述汇流条通孔153、157、以及所述凹槽151划线。为制造电池到电池接触，使用汽相沉积的用于单片光伏模块的常规方法在于沉积所述缓冲层140、划线步骤P2直到所述后接触层、沉积所述前接触层150、并然后执行高精度划线步骤P3以便分离所述前接触部件。该逐步顺序可以包括一次或多次破坏真空。本发明因此提供了一种有利的方法，其中不需要在所述缓冲层140和所述前接触层150的沉积之间破坏真空，由此节省时间、能量并降低成本。一个进一步的优点是本发明提供了不需要与常规方法具有同样高精度的更大划线加工窗口，由此由于更低错误率因此允许使用精度较低且较便宜的激光划线工具、允许更快划线步骤、并提供更高产量。本发明的更多优点是所述汇流条通孔153、157使得汇流条能够在不引起遮蔽损失的情况下放置在半导电光伏层后面(图1H)，而且可以在沉积所有层之后决定所述汇流条通孔的位置，由此供应更大的汇流条联网选项。
图1G示出了一个剖面图，其中添加金属化前接触迹线164、166、168的栅格以便提高相对应的所述前接触部件154、156、158的电导率。所述前接触迹线可以由银或可能在多个步骤中与金属电镀或其他处理组合地被丝网印刷、电镀、分配、喷墨印刷、或受到物理汽相沉积(PVD)的其他化合物制成。所述前接触迹线可以延伸进入通孔，以便进一步提高所述前接触部件154、156、158和相对应的金属化通孔表面134、136、138之间的电导率。光电子模块因此包括三个光电子电池104、106、108。
图1H示出了使用相对应的导电粘合部件172、178添加汇流条182、188。在普通实践中，所述导电粘合部件是可以穿透汇流条通孔153、157的导电胶的分段，以便确保在汇流条182和后接触部件122之间建立电气路径，而且因此在汇流条188和前接触158之间提高电导率。在图1H中，还由在后接触128的高度的所述半导电衬底130的所述栅格迹线168和所述金属化通孔138确保该电气路径。最终，所述光电子模块100封装在至少一块前板(190)和至少一块底板(192)内，前板190优选地具有玻璃或更优选地具有透明或半透明的热塑聚合物材料。
图2A到2D是示出了制造除使用透明覆盖层之外相似于先前模块100的单片光电子模块100的方法的剖面图。换言之，现在将模块100设计为使得到达其光伏部件的光在由吸收层130电气变换之前首先经过透明覆盖层。
图2A示出了例如由聚酰亚胺制成的透明且电气绝缘的覆盖层110，导电材料中的至少一个前接触层150沉积到该覆盖层110上。
图2B示出了其中将前接触凹槽151划线从而将所述前接触层150分离成前接触部件152、154、156的步骤。所述前接触凹槽151连续暴露覆盖层110，由此确保前接触部件152、154、156之间没有导电路径。
图2C示出了至少一个半导电缓冲层140的沉积，继之以沉积至少一个光伏半导电层130。所述光伏半导电层130优选地由CdTe材料制成，但其他材料例如所述ABC2材料也是可能的。这继之以沉积导电后接触层。然后将后接触凹槽121划线，以便将后接触层分离成后接触部件122、124、126、128。所述后接触凹槽121至少延伸直到所述半导电光伏层130的表面，因此在所述后接触部件122、124、126、128之间没有直接导电路径。然而，所述后接触凹槽121绝对不能如此深地延伸以至将所述前接触部件152、154、156进一步分段。还优选地使用激光划线工艺将电池到电池通孔155和汇流条通孔153、157划线，因此由划线所导致的局部热导致所述通孔155、157的内表面134、136、138永久地变得导电，如在图1E的描述中所解释。钻出所述电池到电池通孔155和汇流条通孔157，以便在大部分覆盖相对应的第一后接触部件122、124、126的第一前接触部件152、154、156和第二后接触部件124、126、128之间建立串联互连。本领域的普通技术人员将推断可以在单个划线步骤中将凹槽121和通孔155、157划线。
图2D示出了使用相对应的导电粘合部件172、178添加汇流条182、188。在普通实践中，所述导电粘合部件是可以穿透汇流条通孔157的导电胶的分段，以便在汇流条188和前接触156之间提高电导率。
图3A和3B示出了表示图1A至图1H的实施方案100的变体的单片光伏模块100的分解图和剖面图，其中所述前接触栅格迹线164、166、168不存在。该光伏模块100因此非常相似于前述光伏模块100。所述光伏模块100包括用被划线成分离的后接触部件122、124、126、128的导电后接触层涂覆的衬底110。连续层包括半导电光伏层130，继之以被划线成相对应的缓冲部件142、144、146、148和前接触部件152、154、156、158的缓冲层和前接触层。优选使用激光器将所述前接触和所述缓冲部件钻孔，从而产生直到所述后接触部件的表面的通孔155，以及一直通过所述衬底110的所述通孔153、157，由此产生导电金属化通孔表面132、134、136、138。汇流条182、188经相对应的导电附着172、178电气连接到相对应的后接触部件122、128。剖面图3B示出了例如由导电胶制成的导电附着172、178必须分别地至少延伸到后接触122、128。尽管所述通孔在图3A中展示为沿凹槽151或沿汇流条182、188的轴的单行，但本领域的普通技术人员将推断可以在模块100的表面上许多位置钻出数个通孔。因为不使用前接触栅格，由此与用来制造先前实施方案100的方法相比移除了一个制造加工步骤，所以该实施方案100可以是有利的。因为前接触栅格迹线在光伏模块的情况下引起可以减少光伏电产生的遮蔽损失，所以该实施方案100还可以是有利的。
图4示出了表示图3A和3B的实施方案的变体的单片光伏模块100的剖面图，其中通孔155钻穿所述前接触部件154、156、相对应的缓冲部件144、146、其中还形成相对应的热处理内通孔表面134、136的所述半导电光伏层130、以及钻穿相对应的后接触部件124、126，直到衬底110的表面。因为与先前模块相比制造该单片光电子模块100需要较低精度，所以所形成的实施方案是有利的。精度的所述降低有利地允许使用较低精度和较便宜的划线工具、减少制造时间、降低划线工艺的失败率并因此提高成品率。
图5A和5B示出了呈现图1A至图1H的实施方案100的变体的单片光伏模块100的实施方案的分解图和剖面图，其中通孔153、155、157可以延长并更中心地位于前接触部件152、154、156、158上。生产该实施方案的方法非常相似于用来生产先前实施方案的方法。用经历划线路径121的导电层涂覆衬底110，这些划线路径产生后接触部件122、124、126、128。图5A示出了所述划线路径121不是直线，以便允许随后所产生通孔的前述定位变化。所述划线路径121用被设计成在后来沉积和划线的第一前接触部件下面经过的指形延伸部分来绘制第二后接触部件。然后将半导电光伏层130沉积，继之以应用缓冲层和前接触层。然后优选地使用局部生热划线工具例如激光器将通孔155划线穿过所述前接触层、所述缓冲层、以及所述半导电光伏层，直到所述后接触部件124、126的表面。还优选地使用局部生热划线工具例如激光器将通孔153、157划线穿过所有前述层和所述衬底。如在图1E中，所述局部生热划线工具在所述半导电光伏层130向狭长通孔153、155、157的表面给予导电性，由此产生金属化通孔表面132、134、136、138。然后将所述前接触层和缓冲层划线成电气分离的前接触部件152、154、156、158、以及缓冲部件142、144、146、148。可以然后添加已图案化的金属化前接触栅格部件164、166、168，以便有利地增加前接触电导率。本领域的普通技术人员将推断可以不同地设计在图5A和5B中所展示的所述栅格部件164、166、168的图案，因此所导致的光伏模块100提供所希望的有关发电和成本的最优性能。汇流条182、188经相对应的导电附着172、178连接到相对应的后接触部件122、128。因为以下原因，所导致的实施方案是有利的：所述通孔可以是狭长的并因此使用扫描装置例如扫描激光器将所述通孔更有效划线，还所述通孔可以有利地是狭长的以便每通孔提供更导电的表面，以便在前后接触之间驱动更多电流，由于所述通孔在所述前接触部件上的更中心位置，因此还可以设计更有效的遮蔽最小化栅格部件。
由本发明所披露的示例性实施方案和方法尤其对互连光电子部件的光伏模块的卷对卷生产有利。本领域的普通技术人员将容易推断怎样为单片光电子模块的低成本和大规模生产放大和修改所展示的示例性实施方案。本发明的主要益处是提供了若干有利的示例性光电子模块实施方案和对应的方法，其中例如在图1A至图1H的基于衬底的实施方案的背景下，将光伏部件互连的金属化电池到电池通孔155、使得非遮蔽汇流条能够连接到模块的金属化汇流条通孔153、157、以及将部件分离的凹槽151可以在相同生产步骤中制造，由此有利地减小生产复杂性、时间、成本和工具的数目。

Claims (24)

1.一种制造包括至少两个串联互连的光电子部件的单片集成光电子模块的方法，包括以下步骤：
将至少一个连续的后接触凹槽切割进入后接触层，其中切割所述至少一个连续的后接触凹槽形成彼此电气断开的至少一个第一后接触部件和至少一个第二后接触部件；
将至少一个连续的前接触凹槽切割进入前接触层，以形成彼此电气断开的至少一个第一前接触部件和至少一个第二前接触部件，并且其中至少一个第一或至少一个第二前接触部件的至少一部分分别覆盖至少一个第二或第一后接触部件；
形成至少一个半导体层，其包括：至少一个半导体光电子活性层，其中所述至少一个半导体层的一部分安置在所述前接触层与所述后接触层之间，并且所述至少一个半导体光电子活性层包括CIGS型ABC2材料，其中A包括铜，B包括铟和镓，并且C包括硒；以及
钻出至少一个电池到电池通孔，其中所述钻出至少一个电池到电池通孔和所述切割至少一个连续的前接触凹槽在形成所述前接触层、所述至少一个半导体层和所述后接触层之后执行，并且其中在钻孔工艺中生成的热导致:
所述前接触层的一部分和所述至少一个半导体层的一部分被去除以形成所述电池到电池通孔，其中所述后接触层的一部分暴露于所形成的电池到电池通孔中，
一个或多个所述半导体层在所述电池到电池通孔中的表面的化学成分永久变化，其中在去除所述至少一个半导体层的一部分期间，导电永久金属化富铜CIGS型ABC2材料形成在所述电池到电池通孔的表面上，以及
因此在至少一个所述第一前接触部件和至少一个所述第二后接触部件之间在所述电池到电池通孔的表面上形成一条导电路径，由此形成至少两个串联互连的光电子部件。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一个电池到电池通孔延伸穿过所述至少一个第一后接触部件或所述至少一个第二后接触部件。
3.根据权利要求1所述的方法，进一步包括使用至少一个导电粘合部件放置形成一个汇流条的至少一个导电体的步骤，因此一条电气路径在所述汇流条和至少一个所述第一或第二后接触部件、所述导电永久金属化富铜CIGS型ABC2材料和/或第一或第二前接触部件之间建立。
4.根据权利要求1所述的方法，进一步包括将由至少一条金属化迹线制成的至少一个金属化栅格部件沉积到所述至少一个第一前接触部件和所述至少一个第二前接触部件上，其中所述金属化栅格部件从至少一个电池到电池通孔延伸。
5.根据权利要求1所述的方法，进一步包括用导电材料填满所述至少一个电池到电池通孔。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述钻出至少一个电池到电池通孔和所述切割至少一个连续的前接触凹槽在同一步骤中执行。
7.根据权利要求6所述的方法，进一步包括顺序地沉积所述半导体层和沉积所述前接触层，而不将所述半导体层暴露于空气中。
8.一种制造包括至少两个串联互连的光电子部件的单片集成光电子模块的方法，包括：
将至少一个连续的后接触凹槽切割进入后接触层，其中切割所述至少一个连续的后接触凹槽形成彼此电气断开的至少一个第一后接触部件和至少一个第二后接触部件；
将至少一个连续的前接触凹槽切割进入前接触层，以形成彼此电气断开的至少一个第一前接触部件和至少一个第二前接触部件，并且其中至少一个第一或至少一个第二前接触部件的至少一部分分别覆盖至少一个第二或第一后接触部件；
形成至少一个半导体层，其包括：至少一个半导体光电子活性层，其中所述至少一个半导体层的一部分安置在所述前接触层与所述后接触层之间，并且所述至少一个半导体光电子活性层包括CIGS型ABC2材料，其中A包括铜，B包括铟和镓，并且C包括硒；
钻出至少一个电池到电池通孔，其中在钻孔工艺中生成的热导致:
通过使导电永久金属化富铜CIGS型ABC2材料形成在所述电池到电池通孔的表面上，使一个或多个所述半导体层在所述电池到电池通孔中的表面的化学成分永久变化，以及在至少一个所述第一前接触部件和至少一个所述第二后接触部件之间形成一条导电路径，由此形成至少两个串联互连的光电子部件；
钻出至少一个汇流条到后接触通孔，以便将至少一个所述第一或第二后接触部件的一部分暴露；
形成第一汇流条，从而在所述第一汇流条和至少一个所述第一或第二后接触部件的暴露部分之间建立电气路径；
钻出经过至少一个所述第一或第二前接触部件的至少一个汇流条到前接触通孔，其中所述至少一个汇流条到前接触通孔经过由所述至少一个汇流条到后接触通孔暴露的第一或第二后接触部件；以及
使用至少一个导电粘合部件形成第二汇流条，从而在所述第二汇流条和第一或第二前接触部件的暴露部分之间建立电气路径。
9.一种单片集成光电子模块，包括：
前接触层，包括至少一个第一导电前接触部件和至少一个第二导电前接触部件，所述第一导电前接触部件和所述第二导电前接触部件通过前接触凹槽彼此电隔离；
半导体层，包括至少一个半导体光电子活性层，其中所述至少一个半导体光电子活性层包括CIGS型ABC2材料，其中A包括铜，B包括铟和镓，并且C包括硒；
后接触层，包括至少一个第一导电后接触部件和至少一个第二导电后接触部件，其中所述第一导电前接触部件和所述第二导电后接触部件通过后接触凹槽彼此电隔离；
至少两个串联互连的光电子部件，其中所述至少两个串联互连的光电子部件中的每一个包括第一光电子部件和第二光电子部件，第一光电子部件和第二光电子部件各自包括所述半导体层的至少一部分、第一或第二导电前接触部件的至少一部分以及第一或第二导电后接触部件的至少一部分，
其中所述单片集成光电子模块进一步包括至少一个通孔，其经过至少一个所述第一导电前接触部件和至少一个半导体光电子活性层的至少一部分，从而暴露至少一个所述第二导电后接触部件的一部分，以及
其中在所述至少一个半导体光电子活性层的高度，所述至少一个通孔的表面包括在形成所述至少一个通孔时形成的导电永久金属化富铜CIGS型ABC2材料，并且在所述至少一个通孔的表面上，所述导电永久金属化富铜CIGS型ABC2材料形成在所述至少一个第一导电前接触部件和所述至少一个第二导电后接触部件之间的导电路径，从而实现第一光电子部件和第二光电子部件之间的串联互连。
10.根据权利要求9所述的单片集成光电子模块，其中所述至少一个通孔延伸穿过所述至少一个第二导电后接触部件。
11.根据权利要求9所述的单片集成光电子模块，其中所述至少一个通孔包括位于平行于后接触凹槽的至少一行中的多个通孔，从而使得所述至少一行在距所述后接触凹槽至少5微米的距离。
12.根据权利要求9所述的单片集成光电子模块，其中所述至少一个通孔包括位于距前接触凹槽至少50微米的距离的线段，并从而使得所述至少一个第二导电后接触部件包括在所述至少一个第一导电前接触部件下面经过并到达所述通孔的指形延伸部分，因此实现至少一个串联互连。
13.根据权利要求9所述的单片集成光电子模块，进一步包括由沉积到至少一个所述第一或第二导电前接触部件上的至少一条金属化迹线制成的至少一个金属化栅格部件，所述金属化迹线从至少一个通孔延伸。
14.根据权利要求13所述的单片集成光电子模块，其中所述金属化栅格部件中的至少一个呈现一个图案，其中所述通孔之一位于所述图案的中心处。
15.根据权利要求9所述的单片集成光电子模块，其中导电材料填满所述至少一个通孔。
16.根据权利要求9所述的单片集成光电子模块，其中该单片集成光电子模块封装在至少一块前板和至少一块后板内，所述前板具有玻璃或热塑聚合物材料。
17.根据权利要求9所述的单片集成光电子模块，进一步包括至少一个汇流条到后接触通孔，其包括至少一个所述第一或第二导电后接触部件的暴露部分。
18.一种单片集成光电子模块设备，包括至少两个串联互连的光电子部件，其中所述单片集成光电子模块包括：
前接触层，包括至少一个第一导电前接触部件和至少一个第二导电前接触部件，所述第一导电前接触部件和所述第二导电前接触部件通过前接触凹槽彼此电隔离；
半导体层，包括至少一个半导体光电子活性层，其中所述至少一个半导体光电子活性层包括CIGS型ABC2材料，其中A包括铜，B包括铟和镓，并且C包括硒；
后接触层，包括至少一个第一导电后接触部件和至少一个第二导电后接触部件，其中所述第一导电前接触部件和所述第二导电后接触部件通过后接触凹槽彼此电隔离；
其中所述至少两个串联互连的光电子部件中的每一个包括第一光电子部件和第二光电子部件，第一光电子部件和第二光电子部件各自包括第二层的至少一部分、所述第一或第二导电前接触部件的至少一部分以及第一或第二导电后接触部件的至少一部分，以及
其中所述单片集成光电子模块进一步包括至少一个通孔，其经过至少一个所述第一导电前接触部件和至少一个半导体光电子活性层的至少一部分，从而暴露至少一个第二导电后接触部件的一部分，以及其中
在所述至少一个半导体光电子活性层的高度，所述至少一个通孔的表面包括在形成所述至少一个通孔时形成的导电永久金属化富铜CIGS型ABC2材料，并且
所述导电永久金属化富铜CIGS型ABC2材料形成在至少一个所述第一导电前接触部件和至少一个所述第二导电后接触部件之间的导电路径，从而实现第一光电子部件和第二光电子部件之间的串联互连，
至少一个汇流条到后接触通孔，该汇流条到后接触通孔将至少一个所述第一或第二导电后接触部件的一部分暴露；
至少一个第一导电体，该第一导电体形成第一汇流条，从而在所述第一汇流条和第一或第二导电后接触部件的暴露部分之间建立电气路径；
至少一个汇流条到前接触通孔，该汇流条到前接触通孔经过至少一个所述第一或第二导电前接触部件，其中所述汇流条到前接触通孔不经过由所述汇流条到后接触通孔暴露的第一或第二导电后接触部件；以及
至少一个第二导电体，该第二导电体形成由至少一个导电粘合部件连接的第二汇流条，从而在所述第二汇流条和至少一个所述第一或第二导电前接触部件之间形成电气路径。
19.一种单片集成光电子模块，包括多个串联互连光电子部件，所述多个串联互连光电子部件包括第一光电子部件和第二光电子部件，其中第一光电子部件和第二光电子部件各自包括：
第一导电前接触部件和第二导电前接触部件的至少一部分，其中第一导电前接触部件和第二导电前接触部件各自包括前接触层的部分，所述前接触层的部分通过前接触凹槽彼此电隔离；
第一导电后接触部件和第二导电后接触部件的至少一部分，其中第一后接触部件和第二后接触部件各自包括后接触层的部分，所述后接触层的部分通过后接触凹槽彼此电隔离；
半导体层的至少一部分，包括至少一个半导体光电子活性层，其中所述至少一个半导体光电子活性层包括CIGS型ABC2材料，其中A包括铜，B包括铟和镓，并且C包括硒，并且所述半导体层被安置在所述前接触层与所述后接触层之间；并且
至少一个通孔，其经过第一导电前接触部件的至少一部分和至少一个半导体光电子活性层的至少一部分，并且暴露所述后接触层，其中在所述至少一个半导体光电子活性层的高度上，所述通孔的表面包括：
在通孔形成工艺期间形成的永久金属化富铜CIGS型ABC2材料，并且在所述至少一个通孔的表面上，所述导电永久金属化富铜CIGS型ABC2材料形成在所述第一导电前接触部件和所述第二导电后接触部件之间的导电路径，从而实现第一光电子部件和第二光电子部件之间的串联互连。
20.根据权利要求19所述的单片集成光电子模块，其中所述至少一个通孔包括位于平行于后接触凹槽的至少一行中的多个通孔，从而使得最接近的行在距所述后接触凹槽至少5微米的距离。
21.根据权利要求19所述的单片集成光电子模块，进一步包括由沉积到至少一个所述第一或第二导电前接触部件上的至少一条金属化迹线制成的至少一个金属化栅格部件，所述金属化迹线从至少一个通孔延伸。
22.根据权利要求19所述的单片集成光电子模块，其中至少一个所述通孔由导电材料填满，所述导电材料构成至少一个所述第一或第二导电前接触部件与至少一个所述第一或第二导电后接触部件之间的电接触。
23.根据权利要求19所述的单片集成光电子模块，被封装在至少一块前板和至少一块后板内，所述前板具有玻璃或热塑聚合物材料。
24.根据权利要求19所述的单片集成光电子模块，进一步包括至少一个汇流条到后接触通孔，其包括至少一个所述第一或第二导电后接触部件的暴露部分。
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