CN105474411A - 太阳能电池模块中的太阳能电池的互连 - Google Patents

太阳能电池模块中的太阳能电池的互连 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种太阳能电池模块，所述太阳能电池模块包括串联连接的太阳能电池(200)。太阳能电池(200)包括载体(107)，所述载体(107)附接到所述太阳能电池(200)的背面。太阳能电池(200)附接到顶盖(301)，并且形成穿过所述太阳能电池(200)的所述载体(107)的通路。利用所述通路中的金属连接件(304)将太阳能电池(200)电连接到所述太阳能电池模块中的相邻太阳能电池(200)。

Description

太阳能电池模块中的太阳能电池的互连
技术领域
本文所述的主题的实施例整体涉及太阳能电池和太阳能电池模块。
背景技术
太阳能电池是为人们所熟知的用于将太阳辐射转换成电能的装置。太阳能电池具有正面以及与正面相背对的背面，所述正面在正常操作过程中面向太阳以收集太阳辐射。照射在太阳能电池上的太阳辐射产生可用于为外部电路(诸如负载)供电的电荷。太阳能电池可以电连接以形成太阳能电池阵列。太阳能电池阵列可以封装以形成太阳能电池模块，所述太阳能电池模块可随后与其他太阳能电池模块一起部署在野外。
发明内容
在一个实施例中，太阳能电池模块包括串联连接的太阳能电池。太阳能电池包括载体，所述载体附接到太阳能电池的背面。太阳能电池附接到透明顶盖，并且形成穿过太阳能电池的载体的通路。通路填充有金属连接件，所述金属连接件将太阳能电池电连接到太阳能电池模块中的相邻太阳能电池。
本领域的普通技术人员在阅读包括附图和权利要求书的本公开全文之后，本公开的这些和其他特征对于他们而言将显而易见。
附图说明
当结合以下附图考虑时，通过参见具体实施方式和权利要求书可以更完全地理解所述主题，其中在所有附图中，类似的附图标记是指类似的元件。附图未按比例绘制。
图1-图5示意性地示出了根据本公开实施例的太阳能电池的制造的剖视图。
图6-图9示意性地示出了根据本公开实施例的太阳能电池模块的制造的剖视图。
图10和图11示出了根据本公开实施例正制造的太阳能电池模块中的太阳能电池的平面图。
图12示出了根据本公开实施例的制造太阳能电池模块的方法的流程图。
具体实施方式
以下具体实施方式本质上只是例示性的，并非意图限制所述主题的实施例或此类实施例的应用和用途。如本文所用，词语“示例性”意指“用作例子、实例或举例说明”。本文描述为示例性的任何实施未必理解为相比其他实施是优选的或有利的。此外，并不意图受前述技术领域、背景技术、发明内容或以下具体实施方式中提出的任何明示或暗示理论的约束。
本说明书包括对“一个实施例”或“实施例”的提及。短语“在一个实施例中”或“在实施例中”的出现不一定是指同一实施例。特定的特征、结构或特性可以任何与本公开一致的合适方式加以组合。
如本文所用的“第一”、“第二”等这些术语用作其之后的名词的标记，而并不暗示任何类型的顺序(例如，空间、时间和逻辑等)。例如，提及“第一”通路并不一定暗示该通路是某一序列中的第一个通路；相反，术语“第一”用于区分该通路与另一通路(例如“第二”通路)。
“基于”。如本文所用，该术语用于描述影响确定结果的一个或多个因素。该术语并不排除可影响确定结果的另外因素。也就是说，确定结果可以仅基于那些因素或至少部分地基于那些因素。考虑短语“基于B确定A”。尽管B可以是影响A的确定结果的因素，但这样的短语并不排除A的确定结果还基于C。在其他实例中，A可以仅基于B来确定。
“耦接”-以下描述是指“耦接”在一起的元件或节点或特征。如本文所用，除非另外明确指明，否则“耦接”意指一个元件/节点/特征直接或间接接合至另一个元件/节点/特征(或直接或间接与其连通)，并且不一定是机械接合。
图1-图5示意性地示出了根据本公开实施例的太阳能电池的制造的剖视图。在图1-图5的例子中，正制造的太阳能电池为薄外延硅全背接触太阳能电池，因为太阳能电池的P型和N型掺杂区以及电连接到P型和N型掺杂区的金属触点全部位于太阳能电池的背面上。正制造的太阳能电池的基板为外延硅层，而非硅晶片。太阳能电池具有多个P型和N型掺杂区，但仅一些P型和N型掺杂区示于以下例子中。为了图示的清楚性，未示出另外的P型和N型掺杂区及太阳能电池的其他特征。
首先参见图1，牺牲硅层102形成于操作晶片101的背面表面上。操作晶片101可包括纯硅、掺杂或复合硅晶片。操作晶片101有利于在太阳能电池背面上的器件元件的加工过程中操作太阳能电池，所述器件元件诸如为P型和N型掺杂区以及连接到P型和N型掺杂区的金属触点。操作晶片101不是太阳能电池的基板并且在后续释放工艺中与太阳能电池分开。
牺牲层102可包含多孔硅，所述多孔硅通过使操作晶片101的背面表面有偏向性地暴露于氢氟酸浴中而形成。牺牲层102还可包含具有例如锗掺杂和/或碳掺杂的硅，所述锗掺杂和/或碳掺杂任一者均可通过外延沉积或化学气相沉积(CVD)工艺形成。牺牲层102相对较薄，例如大约近似700微米，以有利于随后从正制造的太阳能电池释放操作晶片101。应当理解，牺牲层102的厚度和组成可有所变化，这取决于太阳能电池制造工艺的细节。例如，牺牲层102可在一些实施例中薄至10微米。
可通过无切口(kerfless)外延生长工艺，使外延硅层103直接在牺牲层102的背面表面上生长。外延硅层103也被称为“薄硅膜”，因为其与硅晶片相比相对较薄。例如，外延硅层103可生长到20μm至150μm(例如，50μm)的厚度。
图2示出了在正制造的太阳能电池的背面(参见箭头112)上形成的P型和N型掺杂区(被标记为“P”和“N”)。背面与正面(参见箭头113)相背对。太阳能电池的正面也被称为“向阳面”，因为其在正常操作过程中朝向太阳以收集太阳辐射。
P型和N型掺杂区可形成于外延硅层103之内或之外。例如，P型和N型掺杂区可通过使P型和N型掺杂剂扩散到外延硅层103中来形成。又如，P型和N型掺杂区可形成于多晶硅层中，所述多晶硅层形成于外延硅层103的背面表面上。P型和N型掺杂剂然后扩散到多晶硅中以形成P型和N型掺杂区。多晶硅也可预掺杂有P型和N型掺杂剂。
一个或多个电介质层104可形成于P型和N型掺杂区上。例如，充当背面抗反射涂层(例如，氮化硅)的电介质层104可形成于P型和N型掺杂区上。暴露P型和N型掺杂区的接触孔穿过电介质层104形成。金属触点105形成于接触孔中以电连接到相应的P型和N型掺杂区。可在形成金属触点105的金属化工艺过程中形成金属焊盘(例如，参见图6-图11，焊盘203)或连接多个金属触点的其他节点。可通过电镀、溅射、印刷或其他金属化工艺形成金属触点105。操作晶片101有利于在形成P型和N型掺杂区、电介质层104及金属触点105过程中操作正制造的太阳能电池。
图3示出了载体107，所述载体附接到太阳能电池的背面上。在图3的例子中，将粘结剂106施加到太阳能电池的背面上、电介质层104上以及金属触点105上。然后将载体107压贴在粘结剂106上，从而将载体107粘结到太阳能电池的背面。载体107可包括具有足够刚性以及在一些实施例中平坦的结构，以在后续释放工艺过程中支承太阳能电池。载体107可包含光学透明的电介质材料以允许在激光工艺中对齐(例如，自动光学检查(AOI)对齐)以形成穿过载体107的通路。例如，载体107可包含约1μm至250μm厚的聚酰亚胺。载体107还可包含有机材料(例如，聚对苯二甲酸乙二醇酯)、具有树脂和纤维的复合材料、无机材料(例如，碳化硅)等等。在其中载体107包含不透明材料的实施例中，可将基准标记形成于载体107上以用于对齐。还可通过对齐载体107或外延硅层103的边缘来执行对齐。载体107可具有比太阳能电池的器件部分略宽的区域(例如，参见图6)。即，载体107可具有延伸超过太阳能电池的器件部分的周边的区域。需指出的是，与层间电介质不同，载体107在其顶部上不具有金属指状物。如图3所示，金属触点105(其可包括太阳能电池的金属指状物)介于载体107与掺杂区之间。
图4示出了操作晶片101正从正制造的太阳能电池的其余部分释放。在图4的例子中，机械或电化学释放工艺损坏牺牲层102以将操作晶片101与外延硅层103分开。释放工艺可部分或完全破坏牺牲层102以从外延硅层103释放操作晶片101。释放工艺可为选择性蚀刻工艺，包括例如湿法蚀刻工艺。载体107有利地允许在释放工艺过程中操作太阳能电池并且保护太阳能电池的背面，包括金属触点105。粘结剂106还在释放工艺及其他后续加工过程中，包括在太阳能电池正面的纹理化过程中，为金属触点105提供额外保护。
牺牲层102的多个部分可在释放工艺后保留在外延硅层103的表面和/或操作晶片101的表面上。保留在操作晶片101上的牺牲层102可重新用于生长另一个太阳能电池的另一个外延硅层。在这种情况下，在重新使用之前，可洗涤或清洁牺牲层102。牺牲层102也可被完全溶解，从而要求在操作晶片101上形成新牺牲层以便重新使用。
图5示出了将太阳能电池的正面表面纹理化以形成纹理化的正面表面108。纹理化工艺可在外延硅层103的表面上形成无规棱锥，或在牺牲层102未从外延硅层103完全移除的情况下，在牺牲层102的表面上形成无规棱锥。纹理化工艺可包括湿法或干法蚀刻工艺，包括缓冲氧化物蚀刻(BOE)，以形成纹理化正面表面108。可用于纹理化工艺的一种蚀刻剂为例如氢氧化钾。纹理化正面表面108可具有规则的重复图案，诸如三棱锥或四棱锥，或可具有随机确定的图案。
载体107有利地在纹理化工艺和其他正面加工(包括在正面上形成钝化区)过程中，保护太阳能电池的背面(其包括金属触点105)。在一些实施例中，可在小于400℃的温度下执行纹理化工艺。一般来讲，在与载体107的材料相容的温度下执行纹理化工艺。例如，在采用包含聚酰亚胺的载体107时，可在小于或等于大约200℃的温度下执行纹理化工艺。
在图5中，所制造的太阳能电池，现在称为“太阳能电池200”，包括器件部分201和载体107。器件部分201包括太阳能电池200的主要电气元件，包括外延硅层103、P型和N型掺杂区及金属触点105。载体107保留在太阳能电池200的背面上，被粘结到器件部分201的背面表面。图5示意性地示出了太阳能电池制造工艺(也被称为“电池级”制造)结束时的太阳能电池200。
虽然太阳能电池本身是有用的，但太阳能电池通常与其他太阳能电池一起封装成太阳能电池模块。在“模块级”制造时，太阳能电池串联连接到其他太阳能电池并且包封在保护性封装中以保护太阳能电池免受环境条件影响。薄外延硅太阳能电池的一个问题是，它们相对较难操作，尤其是在金属化以将太阳能电池电连接在一起的过程中。下文将更显而易见的是，载体107不仅在电池级制造过程中保护太阳能电池并有利于操作太阳能电池，而且有利于在模块级操作太阳能电池以及有利于将太阳能电池电连接到其他太阳能电池。另外，载体107不必从器件部分201移除，从而有利地消除了剥离步骤。
图6-图9示意性地示出了根据本公开实施例的太阳能电池模块的制造的剖视图。
参见图6，封装剂302放置在正制造的太阳能电池模块的透明顶盖301上。在一个实施例中，透明顶盖301包含玻璃。多个太阳能电池200放置在封装剂302上，其中太阳能电池200的正面接触封装剂302。通过例如将太阳能电池200、封装剂202和透明顶盖201层合在一起，而将太阳能电池200与封装剂202和透明顶盖201一起封装。当部署在野外时，太阳能电池模块被取向成使得透明顶盖301面向太阳以允许太阳辐射到达太阳能电池200的正面。
每个太阳能电池200包括具有附接的载体107的器件部分201，如之前所讨论。为了图示的清楚性，P型和N型掺杂区及器件部分201的其他之前所讨论的特征未在图6-图9中示出。太阳能电池模块通常具有多个太阳能电池，但为了图示的清楚性，图6-图9中仅示出了两个。
图6还示意性地示出了每个太阳能电池200的金属焊盘203(即，203-1、203-2)。金属焊盘203提供相对较大的区域，所述区域为太阳能电池200的多个掺杂区提供公共连接节点。在一个实施例中，太阳能电池200的P型掺杂区电连接到金属焊盘203-1，并且太阳能电池200的N型掺杂区电连接到金属焊盘203-2。太阳能电池200的金属焊盘203-2电连接到另一个太阳能电池200的金属焊盘203-1，从而将这两个太阳能电池200串联连接在一起。
图7示出了形成穿过载体107的通路303。通路303暴露金属焊盘203，从而实现到金属焊盘203以及太阳能电池200的相应掺杂区的电连接。在一个实施例中，通路303通过激光工艺形成。更具体地讲，激光束可入射到载体107上以形成通路303。光学透明的载体107有利于通过用于形成通路303的激光系统对金属焊盘203进行定位(例如，通过AOI对齐)。金属焊盘203可在形成通路303过程中充当激光挡板，从而有利地防止激光损坏底层结构。
图10示意性地示出了在执行激光工艺以形成穿过载体107的通路303之后太阳能电池200的平面图。如图10所示，通路303可穿过载体107形成于相应的金属焊盘203上面。在图10的例子中，每个太阳能电池200具有六个通路303，每个金属焊盘203对应一个通路。应当理解，通路和金属焊盘的数量可有所变化，这取决于太阳能电池的细节。
应当理解，通路303还可在电池级结合到载体107中，而非在模块级形成通路303。即，载体107可在放置在透明顶盖301上之前已经具有通路303。例如，载体107可包括如形成于太阳能电池200的背面上的通路303。更具体地讲，载体107可印刷(例如，通过丝网印刷)在太阳能电池200的背面上以包括通路303。在该例子中，载体107可包含可印刷的有机物，诸如聚酰亚胺。在将具有通路303的载体107印刷在太阳能电池200的背面上之后，将太阳能电池200放置在封装剂302上。
继续参见图8，形成金属连接件304以穿过通路303将一个太阳能电池200电连接到相邻太阳能电池200。在图8的例子中，金属连接件304填充第一太阳能电池200的第一载体107的通路303以及第二太阳能电池200的第二载体107的通路303。金属连接件304在第一和第二载体107的通路303之间延伸，以将第一太阳能电池200的金属焊盘203-2电连接到第二太阳能电池200的金属焊盘203-1。金属连接件304因此将第一太阳能电池200的N型掺杂区电连接到第二太阳能电池200的P型掺杂区，从而将第一和第二太阳能电池200串联地电连接。
在一个实施例中，可通过在通路303中填充导电糊剂(例如，银糊剂)来形成金属连接件304。可将导电糊剂施加到载体107上以填满并连接相邻太阳能电池200的通路303，从而在相同步骤中形成金属连接件304。例如，导电糊剂可印刷(例如，通过丝网印刷)到通路303中以及太阳能电池200之间以形成金属连接件304。或者，金属连接件304还可包括导电带，所述导电带施加并压制在通路303中以及相邻太阳能电池200之间。在另一个实施例中，在第一步骤中，用导电糊剂或其他金属填充通路303，并且在第二步骤中，将导电带或金属互连件电连接到已填充的通路303以形成相邻太阳能电池200之间的金属连接件304。图11示意性地示出了在形成金属连接件304之后太阳能电池200的平面图。
继续参见图9，后盖306附接到太阳能电池200的背面。后盖306可包括卷带或塑料片材等，其例如为太阳能电池模块提供底部保护。
图12示出了根据本公开实施例的制造太阳能电池模块的方法的流程图。图12的方法可在一些实施例中包括与图示相比更多或更少的方框。
在图12的例子中，第一载体附接到第一太阳能电池并且第二载体附接到第二太阳能电池(步骤401)。第一载体和第二载体可包含透明电介质材料。第一载体可附接到第一太阳能电池的背面，并且第二载体可附接到第二太阳能电池的背面。之后，第一太阳能电池和第二太阳能电池附接到太阳能电池模块的透明顶盖，且它们各自的载体处于适当位置(步骤402)。例如，第一太阳能电池和第二太阳能电池的正面可放置在封装剂上，封装剂又继而放置在透明顶盖上。然后通过例如层合，将第一太阳能电池和第二太阳能电池、封装剂及透明顶盖封装在一起。
可形成穿过第一载体的第一组通路，并且可形成穿过第二载体的第二组通路(步骤403)。可在将第一太阳能电池和第二太阳能电池附接到太阳能电池模块的透明顶盖之后，分别形成穿过第一载体和第二载体的第一组通路和第二组通路。还可在将第一太阳能电池和第二太阳能电池附接到透明顶盖之前，将第一组通路和第二组通路与它们各自的载体形成在一起。每个通路可暴露相应太阳能电池的底层金属焊盘。
第一太阳能电池穿过第一组通路和第二组通路串联连接到第二太阳能电池(步骤404)。例如，每个通路可填充有导电材料，并且相邻太阳能电池的已填充的通路可电连接。然后可通过附接到太阳能电池背面的后盖，来覆盖太阳能电池模块的后部(步骤405)。
尽管上面已经描述了具体实施例，但即使相对于特定的特征仅描述了单个实施例，这些实施例也并非旨在限制本公开的范围。除非另有说明，否则本公开中所提供的特征的例子旨在为说明性的而非限制性的。以上描述旨在涵盖将对本领域的技术人员显而易见的具有本公开的有益效果的那些替代形式、修改形式和等效形式。
本公开的范围包括本文所公开的任何特征或特征组合(明示或暗示)，或其任何概括，不管它是否减轻本文所解决的任何或全部问题。因此，可以在本申请(或要求本申请之优先权的申请)的审查期间对任何此类特征组合提出新的权利要求。具体地讲，参考所附权利要求书，来自从属权利要求的特征可与独立权利要求的那些特征相结合，以及来自相应的独立权利要求的特征可以按任何适当的方式组合，而并非只是以所附权利要求中所枚举的特定的组合。

Claims (20)

1.一种制造太阳能电池模块的方法，所述方法包括：
将第一载体附接到第一太阳能电池；
将第二载体附接到第二太阳能电池；
将具有所述第一载体的所述第一太阳能电池和具有所述第二载体的所述第二太阳能电池附接到太阳能电池模块的顶盖；
形成穿过所述第一载体的第一组通路并且形成穿过所述第二载体的第二组通路；以及
穿过所述第一组通路和所述第二组通路将所述第一太阳能电池连接到所述第二太阳能电池。
2.根据权利要求1所述的方法，其中穿过所述第一组通路和所述第二组通路连接所述第一太阳能电池包括：
在所述第一组通路中的第一通路与所述第二组通路中的第二通路之间形成金属连接件。
3.根据权利要求2所述的方法，其中在所述第一组通路中的所述第一通路与所述第二组通路中的所述第二通路之间形成所述金属连接件包括将导电糊剂放置在所述第一组通路和所述第二组通路中。
4.根据权利要求2所述的方法，其中在所述第一组通路中的所述第一通路与所述第二组通路中的所述第二通路之间形成所述金属连接件包括将导电带施加到所述第一组通路和所述第二组通路。
5.根据权利要求1所述的方法，其中将具有所述第一载体的所述第一太阳能电池和具有所述第二载体的所述第二太阳能电池附接到所述太阳能电池模块的所述顶盖包括将所述第一太阳能电池和所述第二太阳能电池附接到所述太阳能电池模块的玻璃顶盖。
6.根据权利要求1所述的方法，还包括：
在将所述第一载体附接到所述第一太阳能电池之后但在将所述第一太阳能电池附接到所述透明顶盖之前，将所述太阳能电池的正面表面纹理化。
7.根据权利要求1所述的方法，其中将具有所述第一载体的所述第一太阳能电池和具有所述第二载体的所述第二太阳能电池附接到所述太阳能电池模块的所述顶盖包括将所述第一太阳能电池和所述第二太阳能电池放置在位于所述顶盖上的封装剂上。
8.根据权利要求7所述的方法，还包括层合所述第一太阳能电池、所述第二太阳能电池、所述封装剂以及所述顶盖。
9.根据权利要求1所述的方法，其中形成穿过所述第一载体的所述第一组通路包括：
将激光引导到所述第一载体上。
10.根据权利要求1所述的方法，还包括：
在将所述第一载体附接到所述第一太阳能电池之前，将粘结剂施加到所述第一太阳能电池的背面表面上；
其中将所述第一载体附接到所述第一太阳能电池包括将所述第一载体粘结到所述第一太阳能电池的所述背面表面。
11.根据权利要求1所述的方法，
其中在将所述第一太阳能电池和所述第二太阳能电池附接到所述太阳能电池模块的所述顶盖之后，执行形成穿过所述第一载体的所述第一组通路并且形成穿过所述第二载体的所述第二组通路。
12.一种太阳能电池模块，包括：
第一太阳能电池，所述第一太阳能电池耦接到具有第一组通路的第一载体；
第二太阳能电池，所述第二太阳能电池耦接到具有第二组通路的第二载体，所述第一太阳能电池和所述第二太阳能电池由金属连接件进行串联连接，所述金属连接件穿过所述第一组通路电连接到所述第一太阳能电池的金属焊盘，并且穿过所述第二组通路电连接到所述第二太阳能电池的金属焊盘；以及
透明顶盖，其中所述第一太阳能电池和所述第二太阳能电池附接到所述透明顶盖。
13.根据权利要求12所述的太阳能电池模块，其中所述金属连接件包括导电带。
14.根据权利要求12所述的太阳能电池模块，其中所述金属连接件包括导电糊剂。
15.根据权利要求12所述的太阳能电池模块，还包括：
位于所述太阳能电池模块的后部的盖。
16.一种制造太阳能电池的方法，所述方法包括：
将第一太阳能电池和第二太阳能电池层合到太阳能电池模块的玻璃盖；
在将所述第一太阳能电池和所述第二太阳能电池层合到所述玻璃盖之后，形成穿过所述第一太阳能电池的第一载体的第一通路并且形成穿过所述第二太阳能电池的第二载体的第二通路；以及
将导电材料放置在所述第一通路和所述第二通路中，以穿过所述第一通路和所述第二通路将所述第一太阳能电池的金属焊盘电连接到所述第二太阳能电池的金属焊盘。
17.根据权利要求16所述的方法，其中将所述导电材料放置在所述第一通路和所述第二通路中包括将导电糊剂放置在所述第一通路和所述第二通路中。
18.根据权利要求16所述的方法，其中形成穿过所述第一太阳能电池的所述第一载体的所述第一通路包括将激光束入射到所述第一载体上。
19.根据权利要求16所述的方法，还包括：
在将所述第一太阳能电池和所述第二太阳能电池层合到所述太阳能电池模块的所述玻璃盖之前，将粘结剂施加到所述第一太阳能电池的背面表面上；以及
将所述第一载体粘结到所述第一太阳能电池的所述背面表面。
20.根据权利要求19所述的方法，还包括：
从所述第一太阳能电池的正面表面移除操作晶片；以及
在将所述第一载体粘结到所述第一太阳能电池的所述背面表面时，将所述第一太阳能电池的所述正面表面纹理化。
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