CN104350599A - 用于制造相互连接的光电元件的方法以及相互连接的光电元件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于制造串联连接的光电元件的方法以及按照该方法制造的相互连接的光电元件。在第一步骤中，制作非导电层，其带有所引入的光电材料以及至少一条位于该层中的第一走线或线材(2)。优选地，所述光电材料是核或者粒子的形式。所述第一走线或线材(2)既可以从初始时就是可导电的也可以后来进行这样的处理，使得该第一走线或线材通过该处理变成可导电的。所述层的第一和第二有源光电区域(1a、1b、1c)与所述第一走线或线材(2)电性连接，使得它们能够彼此串联地电性连接。通过所述走线，可以以简单的方式划分所述层的区域，由此通过技术上简单的方式获得多个光电元件。由此可以进行连续的制造。

Description

用于制造相互连接的光电元件的方法以及相互连接的光电元件
本发明涉及一种用于制造优选为串联连接的光电元件的方法，以及按照该方法制造的电性连接的光电元件。光电元件将光转换成电流，或者反之将电流转换成光。例如，光电元件可以是太阳能电池(如薄膜太阳能电池)、光电检测仪或者发光二极管。
例如基于非晶硅的薄膜太阳能电池由一系列的单层，即基板和涂覆于其上的后接触层、有源层(包括可能的缓冲层或者其他必要的层)以及前接触层构成。如果需要的话，在涂覆各层之后例如可以借助于激光或者机械的方式来对这些单层进行图案化，以便在各层中获得分区。
在专利文献WO2007/085343A1中公布了一种用于制造相互连接的太阳能电池的方法，其中，在沉积室中将基板施加到朝向沉积装置的方向上拱曲的支承面上。该基板处于机械的预应力下，或者以与支承面一致的方式拱曲。待涂覆的层的图案化可以借助于张紧的线材完成，该线材以规定的力朝着在拱曲的支承面上放置的基板放置，并且遮掩已经涂覆的材料层或者基板。通过遮掩，后续待涂覆的材料层被图案化。
在专利文献WO2010/000581A1中公布了一种用于制造单核膜的方法，其中提供了一个由粘合剂构成的层。光电有源粒子通过穿过该层的表面的方式而引入该层中。接着将粘合剂固化。如果这些粒子随后与该层的两个面电性接触，那么就制成了例如太阳能电池。
本发明的一个目的是提供一种方法，其可以技术上简单地制作彼此电性连接的光电元件。此外，本发明的一个目的是提供能够以简单的方式制作的彼此电性连接的光电元件。
为了实现上述目的，该方法包括如权利要求1所述的特征。
在第一步骤中，制作带有至少一条位于其中的第一走线或线材的层。该第一走线或线材既可以从初始时就是可导电的，也可以后来进行这样的处理，使得第一走线或线材通过该处理而变成可导电的。该层的第一和第二光电有源区与第一走线或线材如此地电性连接，使得它们能够优选地彼此串联地电性连接。通过这条走线，可以以简单的方式划分该层的区域，由此可以通过技术上简单的方式获得多个光电元件。由此可以进行连续的制造。尤其是，可以以调整适应的形式实施在专利文献WO2010/000581A1中公开的方法。只要后续有一些不同的说明，就需要且只需要进行调整适应。如此一来，在专利文献WO2010/000581A1中公开的方法通过以下方式进一步地扩展，即，其中所说明的制成幅面状或者条纹状的导电材料通过在连续制造时由辊展开的第一走线或线材来提供。只要后续没有不同的说明，就可以优选地采用在专利文献WO2010/000581A1中所说的材料。因此，专利文献WO2010/000581A1所公开的内容通过引用结合于本发明中。
在一个实施例中，将至少一条第一走线或线材通过穿透层表面的方式引入例如1至100微米厚的可以作为膜的层中，确切的说尤其是通过以下方式，即该第一走线或线材从层表面中于至少一个面上凸出，优选地从两个层表面中凸出。在此情况下，第一走线或线材尤其可以由辊展开，以便进行特别简单的制造。在一个实施例中，膜也可以同样地由辊展开，以便进行连续的制造。
如果将第一走线或线材通过穿透表面的方式放入层中，例如压入到层中，那么随后从该表面凸出的线材区域不会受到层材料的污染，并且由此可以有益地进行电性接触而无需清洁步骤。
该层可以由光电材料、即一种能够将光转换成电流或者反之将电流转换成光的材料构成。
优选地，在一个实施例中，将光电材料引入非导电的层或膜中，确切的说尤其是以在专利文献WO2010/000581A1中公开的方式，或者在将第一走线或线材引入层或膜中以前该膜就已经包含了光电材料。由此可以提供一种层或膜，例如在前述的国际专利申请中所公开的单核膜，其由于第一走线或线材而使得被引入的光电材料能够穿透该层或该膜形成电性接触。
优选地，引入到由非导电材料构成的层中的光电材料具有粒子的形式。在本发明的一个实施例中，将这些粒子以穿过层的表面的方式从一面引入层中，确切的说尤其是只是部分地引入层中，使得这些粒子相对于表面凸出。优选地，粒子的直径大于层的厚度。尤其是，在此实施例中将这些粒子如此地引入，使得这些粒子从层的两个面凸出。
在一个实施例中，粒子的直径处在例如2微米与110微米之间，例如在63微米与75微米之间。有益的是粒子尺寸分布较小。优选地，粒子直径的偏差仅仅不超过20微米，更优选地不超过15微米，以便可靠地电性接触尽可能所有的粒子。通过这种方式，至少基本上完全使用了粒子材料。
由第一走线或线材以技术上简单的方式提供了一种电导体，其能够将一个光电元件的后接触部与一个相邻的光电元件的前接触部连接。尤其是，在引入第一走线或线材之后，接着这样地施加后接触部和前接触部，使得它们与第一走线或线材导电式地连接。如果是一种初始时还不导电的线材，那么将其制成导电的，确切的说通常在施加后接触部和/或前接触部之前将其制成导电的。如果该走线或线材仅仅从层或者膜的一面于表面中凸出，那么另一面在需要时适当地暴露，例如通过碾磨，以便能够通过后接触部或者前接触部来电性接触第一走线或线材。该第一走线可以由金属构成。然而如下也是足够的，通过以下方式用导电材料对第一走线或线材的表面进行涂覆，即可以从层中穿出提供电导体的方式。
在一个实施例中，第一走线用于仅从一面接触光电元件，优选地仅从背面接触光电元件，以便例如使在前面上的光线入射或者光线射出的干扰最小化。这样，光电元件具有例如彼此电性隔绝的后接触部，以及彼此电性连接的前接触部。此外，还有一条或者多条第一线材，其将与前接触部电性连接但不与后接触部电性连接的光电元件彼此隔开，并且其使得从光电元件的背面不仅可以电性接触后接触部，而且还可以电性接触前接触部。
该层可以位于一个例如由玻璃构成的基板上或者另一层上。有益的是，该层以及必要时的基板，连同可能已有的其他层一起是柔性的，这样可以简化和加速生产。尤其是，可以通过以下方式进行连续的生产，即将该层连同基板和其他层一起作为卷带来提供，或者将其做成卷带。尤其有益的是，基于快速生产的目的，基板作为例如可由辊展开的连续卷带。该柔性基板可以例如由金属或者聚合物构成，且尤其作为薄膜。
在一个优选的实施例中，为了能够将第一走线或线材引入层中，该层的材料可以是还未完全固化的聚合物。如果第一走线或线材例如被压入聚合物中或者由于重力的原因沉入该层中，那么聚合物材料应该是流动的、粘性的或者至少塑性的。在引入之后，接着才将层材料完全地固化。优选地，层材料的固化在引入第一走线或线材之前已经通过以下方式进行，即该材料的情况是粘性的直至塑性的。由此可以实现或者至少有助于在将第一走线或线材引入粘性的或者塑性的材料之后该第一走线是固定的，以便保持其位置。
优选地，第一走线或线材的直径大于层或膜的厚度。该实施例使得通过将第一线材从一面引入膜中的方式，该线材可以从层或膜的两个面上凸出。该层或膜可以例如位于一个塑性的底层上，例如在一种粘性材料层上。如果将第一走线或线材例如压入层或膜的相对的表面中，确切的说至少当将第一走线或线材部分地压入塑性的底层中时，那么第一走线或线材最终会到达底层，并且从层或膜的两面中凸出。如果在之后一个的时刻将底层去除，例如洗去，那么可以为了串联连接而从两面电性接触第一走线或线材。尤其是，对于此实施例，可以避免像例如碾磨或者刻蚀那样除掉材料，这可能伴随有损伤。通过技术上尤其简单和优良的方式，能够提供一种贯通层或膜的电性接触。
在本发明的一个优选的实施例中，至少一条第一走线、优选地多条第一走线通过以下方式从前面凸出，即，使得沿着走线方向上入射的光被该走线反射回至少一个相邻的光电有源区中。效率由此得以改善。该走线或线材的横截面优选成使得所期望的反射因此尽可能地最大化。三角形的、五边形的、圆形的或者椭圆的横截面是适合的，以便可以所期望的方式进行反射。尤其是，在此实施例中，该走线或线材具有金属的并且因此可以好地进行反射的表面。
在本发明的一个优选的实施例中，在引入第一走线或线材之后，接着将由光电材料构成的粒子从一侧引入(例如压入)层中。如此可以实现，不会因为已在层中存在的粒子而妨碍将线材引入层中。由此可以更好地避免生产缺陷。
优选地，将例如由半导体构成的粒子以穿过层表面(所述第一走线或线材从中凸出)的方式引入。如果第一走线或线材从层或膜的上表面中凸出，那么该走线或线材将光电粒子有利地转入其中光电粒子能够作用的膜的区域中。这样尤其可靠地避免了粒子阻碍第一走线或者必要时被制成可导电的线材的之后的电性接触。
在一个实施例中，如果已经将第一走线引入层中，那么该层的光电有源区可以随后以在专利文献WO2010/000581A中公开的方式彼此串联地连接。然而在本发明的另一个实施例中，光电有源区还可以通过针对晶体太阳能电池而优选的方式共同地构造一个贯通的太阳能电池。在另一个应用中，嵌入的接触允许前接触部经过背面进行转移，正如在所谓的“穿孔卷绕式”(wrap-through)接触中使用的那样。
在另一个优选的实施例中，通过嵌入的一条或者多条第一走线或线材，相邻的电极接触发光的半导体层或者半导体粉末层。由于嵌入的一条或者多条第一走线或线材的良好导电能力使得电流导入(对于太阳能电池的情况是电流导出)没有额定的电能损失，这对于两种应用都是有益的。尤其是，在发光元件中使用时，它可以保障非常稳定的电压供电，该电压供电特别在用于大面积地产生光的应用中可以保障非常均匀的且因此而有益的稳定性。
在本发明的一个实施例中，例如为了串联连接至少两个光电元件而设置至少一条第二走线或线材，其适合于施加在层或膜的相应的表面上，以便为了串联连接光电元件而对后接触部或前接触部进行图案化。如果随后为了制作电接触而将材料沉积在带有第二走线的表面上，那么任意一个第二走线可起到掩膜的作用，利用该掩膜可以进行图案化。在一个实施例中，第二走线的作用是，将两个相邻放置的光电元件非直接地通过例如后接触部彼此电性连接，以及就此范围彼此电性隔绝并保持电性隔绝。
在另一个实施例中，使用一条或者多条第二走线或线材来施加后接触部，使得后接触部与一条或者多条第二走线或线材电性隔绝。尤其是，在本实施例中，在有源层的前面上以无需设置第二走线的方式沉积电极材料，确切的说尤其是沉积透明的电极材料，使得所沉积的电极材料将所有的有源层与所述的一条或者多条第一走线彼此电性连接在一起。
优选地，所述至少一条被引入的第二走线与所述至少一条第一走线或线材邻接。那么相对于所述第一走线或线材，图案化可以较佳的方式进行。通过这种方式，一方面有源的、也即光电材料可以最佳地应用于后续的元件中。另一方面，该第一走线还用于精确地调校第二走线相对于第一走线的位置。这使得该方法得以明显地简化。
如果将第二走线或线材施加在层或膜的表面，那么可以随后施加用于后接触部或者前接触部的材料。接着可以在一个实施例中去除第二走线或线材，确切的说至少当第二走线或线材可导电时去除第二走线或线材。如此可以实现所期望的图案化。
在本发明的一个实施例中，分别将一条第二走线或线材邻接地放置在第一走线的两侧。接着施加用于触点的材料，优选的是用于后接触部的材料。这两个第二走线的作用是使得所施加的触点、尤其是后接触部在最终的产品中与第一走线电性隔绝。
有益的是，第二走线或线材是不导电。那么由于第二线材将导电区域彼此电性隔绝，因此可以有益地省去了一个制造步骤，即，省去了在施加用于后接触部或前接触部的材料之后接着去除第二走线的步骤。
在一个实施例中，为了特别可靠地避免后接触部或者前接触部的材料会在施加时落到层或膜的表面与第二线材之间，需要将第二线材压在膜的表面上。优选的，该第二线材通过提供拱曲的膜以及该走线在张紧的状态下在拱曲面上延伸开来的方式产生压力，也即通过在专利文献WO2007/085343A1中公开的方式产生压力。
优选地，例如可以由金属或者聚合物构成的第二走线或线材具有小的热扩张系数和/或伸展系数。优选地，该热扩张系数和/或伸展系数小于第一线材的扩展系数和/或伸展系数。这使得能够更好地确保第二走线在层表面上的位置。
触点的厚度原则上小于第二走线的直径。优选地，第二走线或线材的直径最少是前接触部或者后接触部的厚度的两倍，以便使前接触部或后接触部彼此可靠地电性隔绝。
优选地，第二线材与第一线材之间的距离小于1mm，以便获得好的效率。
如果光电有源区域彼此串联连接，那么系统一般以已知的方式进行封装，以便保护元件不受外部(例如湿度)的影响。尤其是，可以获得这样串联连接的太阳能电池。
图1显示了层1的截面示意图，该层优选地由一种没有完全固化的聚合材料构成。在层1中以规则的间距压入了优选由金属构成的第一走线2，确切地说是通过以下方式，即第一走线2最后相对于层1的两个表面凸出。
在第一制造步骤结束之后，接着如在图2中显示的那样，将第二走线3放置在层1的表面上，确切地说是分别与第一走线2邻接的方式。有利的是，第二走线3的直径非常小，确切的说尤其是甚至小于走线2的直径，以便能够以尽可能最好的方式使用光电材料。
在放置第二走线3之后，接着将电极材料，像例如氧化铟锡(ITO)，如在图3中显示的那样沉积在表面上。可以垂直于该表面进行沉积。然而有益的是，在一个实施例中，当第二走线位于第一走线的左边时，确切的说尤其当第二走线或线材3由一种非导电材料构成时，可以以小于90度的角度如在图3中通过箭头指示的那样从右上方向左下方进行沉积，反之亦然。这种沉积方向有助于在沉积之后不必再接着去除第二走线或线材3，以便电触点可以适当地彼此电性隔绝。
在图4中显示了第二走线或线材3已被去除的情况。随后可以通过同样的方式在另一面设置触点，以便最后得到在图5中显示的物体。该物体包括三个光电元件，其各自带有一个光电有源区1a、1b、1c，每个光电有源区带有一个导电的前接触部4和一个导电的后接触部5，其与第一走线2电性接触或者不接触，使得通过光电有源区1a、1b、1c，三个光电元件彼此电性串联地连接。
在图5中显示了光电元件的系统，这些光电元件各自包含一个光电有源区1a、1b、1c。第一走线或线材2划分了层1的光电有源区1a、1b、1c。第一走线或线材2借助于后接触部5和前接触部4串联连接光电有源区1a、1b、1c。尤其是，前接触部由一种透明的材料构成，以便让光线从外部进入到光电有源区1a、1b、1c，反之亦然。
如果层1的材料不是光电材料，那么需要在层1中添加光电材料，确切的说优选粒子形状的光电材料。尤其是，当存在图1中显示的状态且层1的材料还可以流动时，即尤其在聚合材料完全固化之前，将粒子引入。优选地，粒子的直径比层1的厚度稍大，以便粒子如第一走线或线材2那样能够以相同的方式从两个表面凸出以用于形成接触。

Claims (11)

1.用于制造电性连接的、尤其是串联连接的光电元件的方法，其特征在于：
制作层(1)，其带有至少一条位于该层中的第一走线或线材(2)，所述第一走线或线材是可导电的或者被制成可导电的；以及
将所述层(1)的第一和第二光电有源区(1a，1b，1c)与所述至少一条第一线材(2)电性连接，使得所述两个光电有源区(1a，1b，1c)彼此电性连接，确切的说是优选地彼此串联连接。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
将所述第一走线或线材(2)穿过所述层(1)的表面而引入，使得所述第一走线或线材(2)部分地从所述表面凸出。
3.根据上述任意一项权利要求所述的方法，其特征在于：
在尤其由非导电材料构成的所述层中引入由光电材料构成的粒子，确切的说尤其是在引入至少一条第一走线或线材(2)之后，接着引入由光电材料构成的粒子。
4.根据上述任意一项权利要求所述的方法，其特征在于：
所述层是柔性的，和/或放置在柔性的基板的上面或者上方。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：
当所述层的材料是仅部分地固化的聚合物时，将所述第一走线或线材(2)压入所述第一层中。
6.尤其根据上述任意一项权利要求所述的方法，其中提供带有至少一个导电区域的光电有源层(1)，该导电区域是第一走线或线材(2)或者是带状的，并且使所述层的两个光电区域彼此隔绝，其特征在于：
为了电性连接、尤其是串联连接所述层的至少两个光电区域而设置至少一条第二走线或线材(3)，其适合于施加在层或者膜的相应的表面上，以便对经由沉积而设置的后接触部或者前接触部进行图案化，从而电性连接、优选串联连接光电区域。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：
为所述至少一条第二走线或线材(3)提供接触面，其中所述接触面尤其是所述第一走线或线材(2)的从所述表面凸出的区域。
8.尤其根据上述任意一项权利要求所述的方法，其特征在于：
将第二走线(3)与相对于所述层表面凸出的第一线材接触，并且随后将电性的接触材料沉积在所述层(1)上。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于：
为了制造后接触部或前接触部，在涂覆导电材料之后，接着将所述至少一条第二走线或线材(3)去除。
10.光电元件、尤其是太阳能电池的系统，各光电元件能够根据上述任意一项权利要求所述的方法制造，包括一个光电有源区(1a、1b、1c)，带有可导电的第一走线或线材(2)，该第一走线或线材将所述层(1)划分成光电有源区，以及借助于后接触部(5)和前接触部(4)电性地串联连接。
11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于：
至少一条优选地带有金属表面的第一走线或线材从有源层区凸出，并且被制成其能够将入射在该走线或线材上的光向着有源层区的方向反射。
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