CN107634108A - 积体薄膜太阳能晶胞电池的互连 - Google Patents

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Abstract

本发明申请涉及积体薄膜太阳能晶胞电池的互连。多个挠性薄膜光伏晶胞电池，以电连接方式形成串行，并层压于一实质透明的上片，该上片面朝该光伏晶包电池的一面具有一导电的格状图案。该光伏模块的制造方法，包括整合互连多个光伏晶胞电池。该方法可包括以持续处理方式而协调、整合以及登录多个基材卷。

Description

积体薄膜太阳能晶胞电池的互连
本申请是申请日为2013年04月17日，申请号为201380019972.9，发明名称为“积体薄膜太阳能晶胞电池的互连”的申请的分案申请。
相关申请案的交互参照
本申请案根据2012年4月17日的美国临时申请号61/625,553而主张优先权，其全文经结合以作为参考。本申请案亦以参照方式结合下列专利和申请案全文：美国专利号8,062,922、美国专利号7,194,197、美国专利号6,690,041、美国专利号6,372,538、美国专利号6,310,281以及美国专利申请公开号2012/0000502。
技术领域
本发明申请涉及积体薄膜太阳能晶胞电池的互连。
背景技术
光伏材料的领域通常相关于可直接将阳光转换成直流电力的多层次材料。此转换的基本机制系为光伏效应，由Antoine-César Becquerel首先于1839年发现，并由爱因斯坦在一篇1905研讨会科学论文中正确说明，爱因斯坦并因此而获得诺贝尔物理学奖。在美国，光伏装置系被称为太阳能晶胞电池或PV晶胞电池而为大众所周知。太阳能晶胞电池通常系组构为p型半导体和n型半导体合成的夹板，其中该n型半导体基材(在该夹板的一个＂面＂上)陈列大量的电子，而该p型半导体基材(在该夹板的另一个＂面＂上)陈列大量的电洞，每一个电洞皆不具有电子。在两种基材之间的p-n接合处附近，来自n型半导体层的价电子会移动至相邻的p型半导体层，而在太阳能晶胞电池内部产生小型的电力不平衡。此结果会在形成电子p-n接合处的锻铸接合处附近形成电场。
当入射光子将晶胞电池中的电子推动至导电带时，该经推动的电子会与该半导体的该原子分离，产生一对自由的电子/电洞组合。因为，如前所述，p-n接合处会在接合处附近产生电场，以此方式在接合处附近产生的电子/电洞组合，常常会分离并远离该接合处，其中电子会朝n型的一侧上的电极移动，而电洞会朝接合处的p型的一侧上的电极移动。如此会造成晶胞电池中的整体电流不平衡，于是若于该晶胞电池的两面之间提供一外部导电路径，电子将可沿着该外部导电路径从该n型侧移动返回该p型侧，而产生电流。在实际的实施中，可从n型侧的表面或其附近而藉由覆盖该表面一部分的一导电格状图案而收集电子，而同时仍允许入射光子有足够的进入晶胞电池的通路。
这种光伏结构，当其包括了经适当定位的电接触，且晶胞电池(或一序列的电池)中系结合于一封闭的电回路，会形成一可运作的PV装置。作为独立作业的装置，一单独的传统太阳能电池不足以为大多数的应用供电。因此，太阳能电池常排列成PV模块，或藉由连接一个晶胞电池的前侧与另一个晶胞电池的背侧而形成「串行」，从而一起增加电串行中的该些个别晶胞电池的电压。标准的状况下，一个串行中有大量的经连接的晶胞电池，来实现可用的电压。经此而产生的直流电流则可通过一反相器而送出，该直流电在此变换为一适当频率的交流电流，该交流电流系经选择而符合一传统电力网所提供的交流电流。在美国，此频率为60Hz(赫兹)，而大部分其他国家提供50Hz或60Hz的交流电。
为商业用途而发展的一种特定类型的太阳能晶胞电池系为「薄膜」PV晶胞电池。和其他类型的PV晶胞电池例如硅晶型PV晶胞电池相较之下，薄膜PV晶胞电池需要较少的光吸收半导体材料来制成可用的晶胞电池，因此可以减少处理成本。薄膜型PV晶胞电池也藉由使用过去为电极层发展的沉积技术而减少成本，此技术系为广泛地用于制膜(保护性薄膜、装饰性薄膜以及功能性的包覆膜等)产业。低成本商业薄膜产品的常见范例包括：聚合物基础的食物包装上的防水包膜、建筑玻璃上的装饰性包膜、住宅和商业玻璃上的低放射率热能控制包膜，以及用于眼镜的防刮和抗反射包膜。采用或修改该些其他领域的技术，使PV晶胞电池薄膜设置技术得以减少研发成本。
此外，薄膜晶胞电池亦展示了接近20％的效率，此结果堪与效率最好的硅晶晶胞电池匹敌，甚至超越其效率。尤其是，半导体材料硒化铜铟镓(CIGS)系为稳定、低毒性的薄膜，在运作的PV晶胞电池中只占用少于两微米的厚度。因此，时至今日硒化铜铟镓已展现出高效能、低成本薄膜产品，以及进入大量发电市场的最大潜力。其他用于薄膜PV技术的各种半导体包括：铜铟硒(copper indium diselenide，CIS)、铜铟硫(copper indiumdisulfide，CuInS)、铜铟铝(copper indium aluminum diselenide)，以及碲化镉(cadmiumtelluride)。
某些薄膜PV材料可沉积于强化玻璃基材或挠性基材上。玻璃基材系相对较不昂贵，一般而言具有较接近于硒化铜铟镓(CIGS)或其他吸收层的热膨胀系数，并可用于真空沉积系统。然而，比较沉积过程中适用的技术选项时，强化玻璃的基材在处理过程中会产生各种缺陷，例如：其处理设备和材料的仓储都需要大量的地面空间、需要昂贵的特殊设备用于将玻璃平均加热而提升其温度至或接近玻璃的退火温度、基材具有破裂的高危险性，造成良率的牺牲，而较高的热容量则造成加热玻璃需要较高的电费成本。此外，因为强化玻璃的重量以及易碎的性质，其运输成本也会因而增加。因此，将玻璃基材用于薄膜的沉积，对于光伏材料这种需要低成本、大量、高良率的商业用途多功能薄膜而言，可能不是最好的选择。
相反地，薄挠性基材的卷对卷处理可允许使用简约、较不昂贵的真空系统，以及已由其他制膜产业所研发的非专用性设备。以薄型挠性基材为基础的PV晶胞电池亦展现了对急速加热和冷却以及热梯度相对较高的耐力(因此在处理过程中较不易破裂或失败)，只需要相对较低的运输成本，并展现了比强化玻璃为基材的光伏晶胞电池较简便的安装方式。关于适用于目前所揭示方法和其设备的薄膜PV光伏晶胞电池的组成和制造，可见于例如，Wendt等人的美国专利编号6,310,281、6,372,538及7,194,197，以及Britt等人的美国专利编号8,062,922。
如前所述，PV光伏晶胞电池常以大量串接的方式而实现可用的电压，以及所需的电力输出。此组构方式通常称为PV光伏晶胞电池的「串行」。鉴于硅晶基材和挠性薄膜基材的不同性质，挠性薄膜晶胞电池和硅晶晶胞电池可能以不同的方式而电串接，而在薄膜晶胞电池之间形成稳定可靠的串接则具有数种挑战。例如，直接在薄膜晶胞电池上进行软焊(用于连接硅晶太阳能晶胞电池的传统技术)会使晶胞电池的PV包覆膜暴露于具有破坏性的温度下，而用于在薄膜晶胞电池上形成格状图案集合的有机银墨，以任何普通软焊材料，可能无法稳固地黏着。因此，PV晶胞电池通常以导电黏着剂(electrically conductiveadhesive，ECA)黏着缆线或导电突片来连接晶胞电池，而非藉由软焊方式。
然而，即使使用缆线或突片形成晶胞电池之间的互连，极薄的包膜和沿着PV晶胞电池切割边缘的潜在剥落可能性，都会在有缆线或突片越过晶胞电池边缘时，可能造成短路(失去电力)。此外，PV包膜所沉积的导电基材通常系为金属箔片，可能轻易受到所黏着的缆线和突片的热机械压力而变形。此压力可转移到不稳固黏着的接口上，可能造成晶胞电池的接口脱落。此外，在导电黏着剂和晶胞电池背侧之间的黏着，或导电黏着剂和正面的导电格状图案的黏着，可能不稳固，而机械压力可能造成缆线和突片在这些位置分离。另外，在晶胞电池背侧及连接突片与太阳能晶胞电池的导电黏着剂的钼或其他包材可发生腐蚀。此腐蚀可造成高电阻的接触或黏着失败，引起失去电力。
进阶的连接薄膜PV晶胞电池与导电突片或导电带的方法，可大幅解决短路和接口脱落的问题，但可能需要额外的高生产成本。尤有甚者，所有这些方法(无论如何稳定)皆需要以一导电突片覆盖至少某部分的PV串行，从而阻隔阳光射线冲击串行的该部位，因而降低了系统的效率。总结而言，有必要改善将PV晶胞电池互连成串行的方法，以改善互连晶胞电池的串行。特别是，该些串行及其形成的方法，需要降低互连处理过程的成本，以及降低每一个PV晶胞电池上该互连机制所覆盖的破裂处，同时保持或增进该晶胞电池承受压力的能力。
发明内容
光伏模块的组构包括：多个挠性薄膜光伏晶胞电池，以电连接方式形成串行，并层压于一实质透明的上片，该上片面朝该光伏晶包电池的一面具有一导电的格状图案。该每个光伏晶胞电池的光活性组成物的一部分为可移除而露出其下方的导电基材，以使该些光伏晶胞电池互连(藉由将与一个光伏晶胞电池的上表面接触的该导电格状图案，连接于一相邻光伏晶胞电池的导电基材的上侧)。
本文亦说明了该光伏模块的制造方法，包括整合互连多个光伏晶胞电池。该方法包括将该光伏晶胞电池的特定部分予以电隔离的步骤，以促进该些光伏晶胞电池的互连，藉由涂去而移除或修改该些光伏晶胞电池中的该光活性材料，而露出特定区域中其下方的导电基材，或呈现足够的光活性材料以供导电，而与该导电材料形成电连接。例如，根据本发明，可包括对一光学性透明的上片施加一导电格状图案、将该些光伏晶胞电池与该上片对齐，并以镭射焊接或以适当组构方式而将该些光伏晶胞电池固定于该上片。镭射焊接的步骤可将现有的半导体材料转换成具有低欧姆电阻的材料(例如，每平方公分0.1微欧姆或更低)，以允许该导电格状图案及其所焊接的该光伏晶胞电池的导电基材的电连接。
本发明申请还涉及以下方面：
1)一种制造光伏模块的方法，其特征在于，其包含：
将一光活性组成物施加于一导电基材，以产生一光伏材料的连续片；
将该光伏材料切割为分立的至少第一和第二光伏晶胞电池；
将该光活性组成物的一部分自该第一光伏晶胞电池移除，而在该第一光伏晶胞电池的前侧建立多个经电隔离的互连区域；
将该些光伏晶胞电池与一透光性上片接触而放置，并藉此将该上片的一导电格状图案放置成电该接触每个光伏晶胞电池的该光活性组成物；以及
藉由将与该第二光伏晶胞电池的光活性组成物为电接触的该格状图案的一部分连接于该第一光伏晶胞电池的互连区域内的该基材的一部分，而电互连该些光伏晶胞电池。
2)如1)所述的方法，其特征在于，将该光活性组成物的一部分自该第一光伏晶胞电池移除的步骤，包括以镭射切割每个互连区域的一周缘。
3)如2)所述的方法，其特征在于，该方法还包含以镭射切割每一个光伏晶胞电池的一周缘部分。
4)如1)所述的方法，其特征在于，将该光活性组成物的一部分自该第一光伏晶胞电池移除的步骤，包括：将该光活性组成物自该电隔离的互连区域擦除。
5)如1)所述的方法，其特征在于，电互连该些光伏晶胞电池的步骤包括：将与该第二光伏晶胞电池光活性组成物为电接触的该格状图案的该部分，镭射焊接于该第一光伏晶胞电池的互连区域内的该基材的一部分。
6)如5)所述的方法，其特征在于，该镭射焊接造成该光活性组成物自该经电隔离的互连区域被擦除。
7)如1)所述的方法，其特征在于，将该些分立的光伏晶胞电池施加于该上片的步骤，包括：保留每个光伏晶胞电池延伸超出该格状图案的一露出区域。
8)如1)所述的方法，其特征在于，该上片包括设置于一构造层之上的黏着层。
9)如1)所述的方法，其特征在于，该光活性组成物包括一硒化铜铟镓所形成的p型半导体层，以及一硫化镉所形成的n型半导体层。
10)一种光伏模块，其特征在于，其包含：
一透光性的上片，包括设置于该上片的一面上的一导电格状图案；以及
电互连的分立的第一及第二光伏晶胞电池，设置于上片，该上片具有与该些光伏晶胞电池相接触的导电格状图案，该每个光伏晶胞电池包括施加于一导电基材的一光活性组成物；
其中该第一光伏晶胞电池包括多个经电隔离的互连区域，至少围绕该互连区域的周缘不具有光活性组成物；以及
其中该格状图案为藉由接触该些互连区域中的该第一光伏晶胞电池的导电基材，以及接触该第二光伏晶胞电池的光活性组成物，而与该些电池电互连。
11)如10)所述的方法，其特征在于，该些经电隔离的互连区域的实质整体区域内不具有光活性组成物。
12)如10)所述的方法，其特征在于，该些第一和第二光伏晶胞电池各包括一延伸超出该格状图案的露出区域。
13)如10)所述的方法，其特征在于，该光伏模块为挠性的，且该光活性组成物包括一硒化铜铟镓所形成的p型半导体薄膜层，以及一硫化镉所形成的n型半导体薄膜层。
14)如10)所述的方法，其特征在于，该格状图案包括一延伸横跨该第二光伏晶胞电池的母线，以及自该母线延伸出的多个互连突片，每个突片经组构而在该些互连区域的其中一个与该第一光伏晶胞电池的导电基材接触。
15)如14)所述的方法，其特征在于，该光伏模块还包含一条电介质，设置于该母线及该第二光伏晶胞电池之间。
16)一种制造光伏模块的方法，其特征在于，其包含：
将一光活性组成物以一卷对卷处理方式施加于一导电基材，以产生一挠性的光伏材料的连续片；
镭射切割该光活性组成物而使该导电基材露出，从而在该连续片内形成多个经电隔离的实质矩形区域，以及在每个矩形区域内形成多个经电隔离的互连区域；
将该光伏材料切割成多个分立的电池，其中每个电池包括该多个矩形区域的其中一个以及对应的多个经电隔离的互连区域；
藉由将一导电图案施加于一透光性聚合物片而形成一前侧片，该导电图案包括多个经电隔离的集合的格状区段、以及自该每一个格状区段延伸出的多个互连突片；以及
将该些分立的电池置于该前侧片材上，以使该每个电池的光活性组成物与该些集合的格状区段的其中一个电接触，并使该每个电池的该些互连区域与自格状区段的另一个延伸出的互连突片实体接触。
17)如16)所述的方法，其特征在于，该些格状区段的每一个包括一母线、以及自该对应的母线延伸出的每个格状区段所延伸出的互连突片，以及还包含一步骤：在放置该些分立电池之前，施加一电介质而覆盖每个母线，而不覆盖该些互连突片。
18)如17)所述的方法，其特征在于，针对该些每一对相邻的第一和第二光伏晶胞电池，放置该些光伏晶胞电池的步骤包括：将该第一光伏晶胞电池的一前导边缘重迭放置于该些电介质的其中一个，并将该第二光伏晶胞电池的一后接边缘重迭放置于该同一个电介质，而在该第一光伏晶胞电池和该第二光伏晶胞电池之前形成一间隔。
19)如16)所述的方法，其特征在于，该方法还包含以镭射焊接将该些互连突片焊接于该互连区域，而使该些互连突片与该些互连区域之间电接触。
20)如19)所述的方法，其特征在于，该方法还包含：在镭射焊接该些互连突片至该些互连区域之前，在该些光伏晶胞电池与该前侧片之间形成一初步黏着。
通过下列详细说明和相关图式，本领域的多种其他装置、中介对象以及生产方法，将可为显而易见。
附图说明
图1系根据本发明一态样的一光伏晶胞电池的一透视图。
图2系根据本发明一态样的一卷光活性材料的一透视图，该光活性材料的一光敏性层具有部分被划开。
图3系根据本发明一态样的该光活性材料的一透视图，如图 2所示该光活性材料被切割为数卷。
图4系根据本发明一态样的一分立式光伏晶胞电池的一透视图，该光伏晶胞电池为切割自图3所示的该光活性材料卷的其中之一。
图5系根据本发明一态样的一光学地透明上片的一透视图，其具有一导电格状图案施加于该上片。
图6系根据本发明一态样的另一光学地透明上片的一透视图，其具有一导电格状图案及多条电介质施加于该上片。
图7系根据本发明一态样的多个分立式光伏晶胞电池的一透视图，该些光伏晶胞电池系设置于一光学地透明上片以及该上片的一导电格状图案。
图8A系如图7所示的该些光伏晶胞电池、该上片及该导电格状图案的多个部分的放大图，其中显示该些光伏晶胞电池之间的一互连区域的细节。图8B系如图8A所示的该组合的一分解图。
图9系相似于图8B的一放大分解图，显示根据本发明一态样的该导电格状图案的一变化。
图10系根据本发明一态样的两个相邻的光伏晶胞电池的俯视图，该些光伏晶胞电池系设置于一上片以及一导电格状图案。
图11系根据本发明一态样的一光伏模块的生产方法的一流程图。
图12系根据本发明一态样的施加于该两个相邻的光伏晶胞电池的背侧上的一电介质材料的一等角示意图。
图13系施加于如图12所示的该些相邻的光伏晶胞电池的一旁通二极管组合的一等角示意图。
图14系根据本发明一态样的该旁通二极管的生产方法，以及将其施加于该些光伏晶胞电池的一流程图。
图15A系根据本发明一态样的一等角视图，显示一旁通二极管的该组合中的一第一中介质制造物。
图15B系根据本发明一态样的一等角视图，显示一旁通二极管的该组合中的制造一第二中介质制造物。
图15C系根据本发明一态样的一等角视图，显示一旁通二极管的该组合中的制造一第三中介质制造物。
图15D系根据本发明一态样的一等角视图，显示一实质完成组合的旁通二极管。
图16系根据本发明一态样的一部分分解等角视图，显示该旁通二极管经组合于该些经互连的光伏晶胞电池。
图17系如图16所示的该组合的一部分分解等角视图，显示该组合的反对侧。
具体实施方式
本发明提供以可扩充、有效率的处理方式将挠性薄膜光伏(PV)晶胞电池互连的方法与装置。具体而言，本发明的范例为相关于将挠性光伏晶胞电池以卷对卷方式而组合于一挠性带电流的背膜上。该背膜可为一导电基材，其上设置有多个光活性材料。
根据本发明，将薄膜光伏晶胞电池于一挠性基材包装中互连的方法与系统，可包括多个光伏晶胞电池的一串行，以及包覆该些光伏晶胞电池的一透明上片。电气导电路径的建立，是藉由将一个光伏晶胞电池的一上面或「向阳」面连接于相邻的光伏晶胞电池的该光活性材料之下的该导电基材的上面。该些互连接的光伏晶胞电池的该光活性材料的多个部分，可经划开或移除，以露出其下的导电基材而促进互连。一导电格状图案可施加于该上片，并经组构而形成相邻的两个光伏晶胞电池的电连接，该二个光伏晶胞电池系放置为以该导电格状图案相接触。
图1系根据本发明一态样，显示一光伏晶胞电池，大致标示为10。该光伏晶胞电池10包括多个分立、互连的光伏部分12、14、16及18。根据本发明，二或更多个分立的光伏晶胞电池(例如光伏晶胞电池10)中的任何数量，可经互连而形成一模块。该每个光伏晶胞电池通常包括：一导电基材，其上设置有多个薄膜层，多层中包括光活性材料例如相邻接的硫化镉(CdS)薄膜层以及一硒化铜铟镓(CIGS)薄膜成，而形成一p-n接合。更多关于可用于与本发明结合说明的该些示例性光伏晶胞电池的制造和构成的详细信息，系揭示于美国专利编号8,062,922，其内文已经结合而为参考。
该光伏晶胞电池10亦包括一光学地透明的上表面20，其迭加于该光活性表面。一导电格状图案22系经组构而自该光伏晶胞电池的一上表面而收集游离的电子。多个母线24亦可施加于该光伏晶胞电池上方并与该导电格状图案互连，以增进该导电格状图案的电子收集效率。该光伏晶胞电池10将自大量的薄膜、挠性光伏材料而切割。
图2描述具有一光伏材料卷30的形式的一制造物。该光伏材料卷30的材料包括一导电基材及迭加于该基材的多种薄膜层，并且可视为可被切割为分立光伏晶胞电池(如图1所示的光伏晶胞电池10)的材料的一连续卷。该光伏材料卷30的材料包括多个部位32，迭加于该导电基材的该些薄膜层在该些部位被涂去、划开或者移除，以露出其下的基材。举例而言，该些材料的迭加薄膜层可自该材料的该些部位32通过镭射切割而移除。具有基材露出的该些部位32可作为各种用途，其将说明如下。
图3描述具有多个光伏材料卷40的形式的另一中介质制造物。该些光伏材料卷40系藉由切割或割裂该光伏材料卷30而形成，其根据比较图3与图2，应为显而易见的。图4描述形式为一分立光伏晶胞电池50的又另一个中介质制造物，其系藉由以宽度方向横向切割该些光伏材料卷40的其中一个而形成。该光伏晶胞电池50可用于一经互连的光伏晶胞电池模块中，其详细说明如下。
图4更详细地描述该些部位32，迭加于该导电基材的该些薄材料在该些部位被移除。具体而言，该些部位32包括紧接于该光伏晶胞电池50的外周缘内的一周缘轮廓部位52，以及多个内缘轮廓部位54。该周缘轮廓部位52助于将该光伏晶胞电池50自相邻的该些晶胞电池电隔离，并助于避免可发生于晶胞电池边缘附近的未预期的短路。该些内缘轮廓部位54在该每个光伏晶胞电池的该前侧界定出经电隔离的互连区域，以促进相邻的光伏晶胞电池的互连，详细说明如下。
图5描述一实质光学地透明的上片60，其包括一基材62及一导电格状图案集合，该集合大致标示为64，并为施加于该基材62。举例而言，该基材62可由一透明聚合物而建构，而该导电格状图案集合64可由一适当的导电金属例如铜或银而建构，其可为印刷、蚀刻、电镀或者施加于该基材62。该导电格状图案集合64大致包括多个「指线」66的集合，多个母线68，以及自每个母线延伸出的多个互连突片70。
图6系一放大图，描述另一实质光学地透明的上片60'的一部分。如图5所示的上片60，图6亦包括一基材62'及一导电格状图案集合，该集合大致标示为64'，并为施加于该基材62'。亦相似于该上片60，该上片60'的该导电格状图案集合64'包括多个「指线」66'的集合，多个母线68'，以及自每个母线延伸出的多个互连突片70'。然而，如图6所述，该些指线66'、该些母线68'以及该些互连突片70'在该上片60'中，系较在该上片60中的相应部位略有不同。
更具体而言，该些格状图案的指线66'形成多个封闭的矩形循环30，而非仅为延伸自该母线的个别线型，该母线68'包括释放机械性压力螺旋线部位69'，以及该些互连突片70'，其包括互连基线71'(在图6中描述为圆形)。图6亦显示半透明的电介质条72'，其为黏着于该上片60'，并覆盖该些母线68'。该些电介质条可以相似方式施加于该上片60。该些基线71'以及该些电介质条72'的功能将说明如下。
根据本发明的态样，图7以及图8A至图8B描述又另一个中介质制造物，大致标示为80。更具体而言，图7显示该中介质80的一透视图，图8A显示该中介质一部位的一放大透视图，而图8B显示图8A中所示，该中介质对象的该部位的分解图。
该中介质对象80包括多个光伏晶胞电池82a、82b、82c，各自可实质地与先前所述(如图4所示)的该光伏晶胞电池50相似。该些光伏晶胞电池82经放置于一实质光学地透明的上片，大致标示为84，该上片与该上片60及该上片60'相似(如图5至图6所示)。图7及图8A-图8B所示，皆描述自该光伏晶胞电池接触该上片的一侧的相对侧的物件80，亦即，图7至图8系为透视通过该透明上片。
该上片84包括一透明聚合物层86，其上已印刷一导电格状图案，大致标示为88。在图8A至图8B中可清楚检视，该导电格状图案88，包括该些母线90以及自该每个母线延伸出的该些网格线92。该些网格线92形成多个封闭路径，而非仅形成自该母线延伸的个别线型。如此则在该格状图案中提供某些重复，用于预防在沿一特定网格线的导电路径中断的状况，例如，若该网格线受到毁损。
多个互连突片94为自该网格线延伸出的一侧的一相对侧上的每个母线延伸而出。该些母线90、该些网格线92以及该些突片94，共同形成一连续的电气导电格状图案88。在该格状图案88施加于该聚合物层86之后，该些电介质条96可施加而覆盖该些母线。如此可避免在该光伏晶胞电池边缘接近该些母线的区域产生分流。
图8A至图8B亦描述该些相邻的光伏晶胞电池82a以及该些光伏晶胞电池82b可如何电互连成串行。具体而言，该光伏晶胞电池82b系设置于其互连区域，大致标示为98，该每个光伏晶胞电池与该格状图案88的至少一个该互连突片94重迭。典型地，自图7应为显而易见者，该每个光伏晶胞电池将与该格状图案的该些互连突片重迭。由于该些互连区域的该经划开的周缘100，该些区域98系与该光伏晶胞电池82b的剩余的光活性上表面为电隔离。然而，该光伏晶胞电池82b与图8A至图8B所示的该互连突片94电接触的任何部位，也将会与对应的母线90及该格状图案88的该些网格线92电接触，以及与相邻的光伏晶胞电池82a的该光活性上表面电接触。如此则达成该些相邻接的光伏晶胞电池的电连接串行，以下将提供更具体详细的说明。
在某些状况下，该些光伏晶胞电池与该格状图案的集合之间的实体接触以及电接触，可藉由一可能发生的层压步骤而达成，其典型地亦涉及设置于该些光伏晶胞电池之下及/或该上片之上的一或多个额外的封装层。然而在其他状况下，在该光伏晶胞电池以及该格状图案之间加入一黏着层可增进其寿命。此黏着层(图未示)可为施加于该些光伏晶胞电池、该格状图案，或两者皆是。使用可热处理的黏着剂，具有能在模块层压处理过程中自动处理的优点。大致而言，一适当的黏着剂为实质光学地透明，以利最多阳光射线可接触该些光伏晶胞电池。该黏着剂亦可为导电性的。
图9系相似于图8B的一放大分解图，除了在图9中，该光伏晶胞电池82b的该互连区域98已电连接于该格状图案88的该互连突片94，如包含该光伏晶胞电池互连区域以及该格状图案互连突片的该圆形区域110所示。举例而言，该光伏晶胞电池82b的该些互连区域98的该些中央部位可为镭射焊接于该些对应的互连突片94的该些中央部位。镭射焊接大致地造成该些互连突片与该光伏晶胞电池82b的该导电基材电接触，例如藉由热熔、蒸气、涂去或者穿透该光伏晶胞电池82b的基材上方的该些光活性层。另外，镭射焊接的步骤可将该些光活性层转换成具有低欧姆电阻的材料(例如，每平方公分0.1微欧姆或更低)，以允许该导电格状图案与下方的该光伏晶胞电池82b的该导电基材的电连接。
此外，该镭射焊接的操作可造成该些互连突片及/或该基材的金属共同熔化至某程度，以使该些突片及该基材接合为熔态的金属混合体并冷却。在任何状况下，作为镭射焊接的结果，与该光伏晶胞电池82b的光活性构成物电接触的该格状图案88，系经设置而与该光伏晶胞电池82b的该基材电接触，该基材系位于该光伏晶胞电池82b的该些互连区域内。如此可提供该光伏晶胞电池82a的「向阳」面与该光伏晶胞电池82b的反极侧的电互连，亦即，该些光伏晶胞电池82a与光伏晶胞电池82b系电互连为串行。相似地，图7中的该些每一对相邻接的光伏晶胞电池82可电互连为串行。
根据本发明的实施例，可使用多种类型的镭射而将该些光伏晶胞电池镭射焊接于一连接格状图案的互连突片，而最适用的镭射则视该光伏晶胞电池的该些薄膜层、该光伏晶胞电池的基材、及/或该导电格状图案的组成与厚度而定。例如，镭射焊接一30μm厚的不锈钢光伏晶胞电池基材于一37μm厚的铜互连格状图案突片，一种适当类型的镭射系为续波纤维镭射，以接近1070nm的一波长放射，而其电力约为30至70瓦，集中为具有约30-80μm直径的光束，以约每秒400-800mm的频率、以一圆形直径约1-4mm扫描，以产生一相似大小的焊接。该镭射将典型地被引导而首先冲击该光伏晶胞电池的背侧，虽然在某些状况下该镭射可引导自该光伏组合的该相对侧，亦即先冲击该透明上片而非该基材。
将一个光伏晶胞电池的该「向阳」面或上侧电连接于一相邻接光伏晶胞电池的该导电基材上方(以及反极侧)的大致处理过程，可以多种另外的方式而实现。举例而言，图10描述一光伏模块的各部分，大致标示为200，其中一对相邻接的光伏晶胞电池202a与202b已经过电互连为串行。该些光伏晶胞电池202a与202b的互连系与如前所述该些光伏晶胞电池82a与82b的互连大致相似，除了在模块200中的该些晶胞电池的该些互连区域系为在该些晶胞电池为互连之前即已被移除，而非如下所述，作为互连处理过程的一部分。
具体而言，该些光伏晶胞电池202a与202b的每一个包括一导电基材，该导电基材之上迭加有一光活性组成物，例如n-型和p-型半导体材料的相邻接薄膜层。如前所述，其他材料的薄膜层，例如一背侧接触层，及/或一背侧保护层，亦可设置于该基材的一面或两面上。根据本发明，一背侧保护层不需要为导电性的，因为与背侧电极的电连接系透过该晶胞电池基材的前侧而完成。举例而言，一低成本、稳定的包覆膜，例如氧化物或氮化物，可用于保护该光伏晶胞电池的背侧。该光活性材料已被从每个光伏晶胞电池的多个部位划开，而电隔离该些光伏晶胞电池的边缘部位，包括该光伏晶胞电池202a的一互连区域208，并露出该导电基材。一般而言，每个光伏晶胞电池上会有数个此类的互连区域。
该些光伏晶胞电池202a与202b系设置于一互连组件上，该互连组件大致标示为210，其包括一具有导电格状图案的光学透光性上片212，该导电格状图案大致标示为214并设置于该上片朝向该些光伏晶胞电池的一侧，以及一电介质条216，覆盖于该格状图案的一部位，该部位包括一母线218，该电介质216系用于当该些光伏晶胞电池202a与202b经设置为在该些互连组件上彼此接近时，预防可能发生的短路(或「分流」)。
在图10中透视的部位是由该上片212的上方开始，该上片的较远侧上设置有该格状图案以及该些光伏晶胞电池。该格状图案214系藉由在该格状图案的一互连突片220与在每个互连区域208中的该光伏晶胞电池202b的该导电基材之间提供电接触，以及直接接触该光伏晶胞电池202a的该光活性组成物，而使该些相邻接的晶胞电池电互连。该互连区域中的该光伏晶胞电池202b的导电基材系与该光伏晶胞电池202b的上侧或「向阳」面为经电隔离，并从而共享该光伏晶胞电池202b的光活性组成物的底面的电极。格状图案214将该光伏晶胞电池202b的此电极与该光伏晶胞电池202a的上侧或「向阳」侧电连接，而在该二个相邻接的光伏晶胞电池之间形成串行的电连接。
虽然该些光伏晶胞电池202a与202b通常在如图10所示设置于该位置时即已互连，通常仍可使用一额外的互连步骤而形成一更为可靠的电连接。举例而言，可使用镭射焊接而将每个互连区域208的一中央部位连接于该对应的互连突片220。如前所述，在某些状况下，该光伏晶胞电池组合可从该导电基材侧而予以镭射焊接，而在其他状况下该光伏晶胞电池组合可从该上片侧而予以镭射焊接。在任一状况下，镭射焊接大致用于藉由将该基材的金属部位予以熔化成金属混合体，其稍后将凝固而形成一稳固的实体电连接，而在该基材的金属部位以及该些互连突片之间形成稳固的连接。
更大致而言，根据本发明，该些光伏晶胞电池可藉由在每个光伏晶胞电池上产生电隔离的互连区域而为互连，其中每个经电隔离的互连区域的特征在于该互连区域的至少一部位内缺少光活性组成物。如图7至图9所示及如前所述，该些经电隔离的互连区域的每一个，其特征可在于，在互连接该些相邻接的光伏晶胞电池之前，该互连区域的一周缘的周围缺少该光活性组成物。在进行镭射切割操作而将光活性组成物自该每个光伏晶胞电池的边缘部位移除的某些状况中，该同一镭射切割操作可将该光活性组成物自该周缘区域移除。
在该些互连区域经电隔离之后，可藉由镭射切割或修改、穿透、热熔及/或涂去该经电隔离的互连区域的中央部位中的该光活性组成物的某部分，而在该对应的光伏晶胞电池的基材与一迭加连接的格状图案之间形成电连接，该格状图案将与该相邻接光伏晶胞电池的该上侧或「向阳」面电接触。在此状况下，该互连操作本身(例如，镭射焊接)将造成自该些互连区域额外多移除光活性材料。
另外，如图10中所示，以及如前所述，该光活性组成物可在该些光伏晶胞电池相对于该连接的格状图案而放置之前即被移除，例如，在进行镭射切割操作而将光活性组成物自该每个光伏晶胞电池的边缘部位移除的某些状况中，该同一镭射切割操作可将该光活性组成物自该互连区域中切割。在此状况中，该些经电隔离的互连区域的个别特征在于，该互连区域的实质整体区域内不具有光活性组成物。仍可使用如镭射焊接等额外的互连操作，而在该互连区域中，在该基材以及该连接格状图案的该些互连突片之间形成可靠的实体连接及电连接。图11系根据本发明一态样的一光伏模块的生产方法(大致标示为300)的一流程图。在该方法300中，预期已制造出适当的光活性材料包括设于一导电基材上的一光活性组成物，并已可结合于一模块中。然而，在某些状况下，该方法300可包括制造所述的光活性材料的先期步骤，其范例可参见结合于本发明的参考引用文件。用于该方法300中的该光伏材料，大致称为一光伏「网」。
在步骤302，该光伏材料网系为经镭射切割而移除该光活性组成物而在特定区域露出该导电基材。具体而言，如前所述，例如在图2中，该网可经切割而界定个别光伏晶胞电池的周缘部位，以及界定该些互连区域的内周缘部位。在某些状况下，如前所述(参见图10)，该光活性组合物可自该些互连区域完全切割移除。在步骤302中所执行的切割，为该些互连区域实施电隔离，为后续的切割操作提供多个参考线，并隔离出个别的光伏晶胞电池用于电压测试。
在步骤304，该些切割线所界定出的光伏晶胞电池区域系为已经过电压测试。此步骤通常在一卷对卷处理中完成，其藉由使该些光伏晶胞电池发光并同时测试导入于每个光伏晶胞电池或经选择的光伏晶胞电池的上方和下方的电压。此步骤系为一种质量管理的形式，可允许将该些光伏晶胞电池根据效能而予以分类，或在极端状况下，予以舍弃。
在步骤306，该光伏材料网系为如前所述分离成多个卷，例如图3所示。如此可允许将该网切格为希望的宽度，用于不同的产品或应用，因为光伏晶胞电池的宽度系由该卷的宽度所界定。在步骤308，该些光伏材料卷系为如前所述切割成多个个别的光伏晶胞电池，例如图4所示。如此可允许基于在步骤302中所切割出的该些基线，而将该些卷切割为所希望的任何大小。步骤308可以一「进行并重复」的动作而执行，以使该些光伏晶胞电池得以在该光活性组成物无动作或接近无动作时被切割。
在步骤310，制备一前片(亦可称为上片)。制备该前片大致包括：将一导电基材格状图案施加于一实质光学地透明的平面材料(例如一透明聚合物材料)的一侧的步骤。该前片可为由一热塑料层所建构。举例而言，在一特定范例中，一适当的热塑料层可包括一离子聚合物沙林(杜邦公司产品)。该前片系一起始基材例如(PET)的透明片，在此特定范例中，其具有约50微米的一厚度。该PET的一侧接受该离子聚合物的平均地挤出式包层，约100微米的厚度。之后，格状图案则以如下所述方式施加于该前片。
该格状图案大致会包括多个母线、多个网格线以及多个互连突片，如前所述，该些互连突片经组构而使设置为与该格状图案接触的该些相邻接的光伏晶胞电池电互连。举例而言，图5至图10所述的任何状图案皆可适用。该格状图案可以一导电金属例如铜建构而成，并可以任何适用的方法予以施加，例如印刷。另外，该前片上的该格状图案可使用一「抗蚀刻」图案而界定，然后所有其他区域的铜则可以化学蚀刻方式移除。在该蚀刻步骤之后，铜仅会留在希望形成导电格状图案及/或用于反相极体结构的导电路径的区域上，其详细步骤说明如下。该前片材料会在该些已移除该铜的所有区域(亦即，格状结构的周围)保持露出的状态。
制备前片的步骤310中，亦可包括在刚格状图案的母线上施加多个电介质材料条，以利于避免光伏晶胞电池的该些边缘触碰或位于该些母线附近时，造成电流分流。该些电介质条通常为实质透明，并可藉由例如一转印处理或任何其他适当的处理方式而予以施加。同时，作为制备该前片步骤的一部分，该电介质可藉由例如，一快速紫外线固化处理方式而进行固化。
在步骤312，步骤306中的该些光伏晶胞电池将会被置于步骤308中的该些经制备的前片上的适当位置。此步骤可藉由一「提取和放置」动作而执行，其中该前片以一个光伏晶胞电池的长度向前移动，并在该光伏晶胞电池定位于该前片上时停止，然后重复该动作。该些光伏晶胞电池将大致地就位，以使其可如前所述，藉由该前片的连接格状图案，而电互连为串行。具体而言，该每个光伏晶胞电池将被放置为其表面与该前片的该些网格线接触，并与该前片的该格状图案的该互连突片重迭的该光伏晶胞电池的该一或多个经电隔离的互连区域接触。
在步骤312的放置步骤期间或之后，该每个光伏晶胞电池可藉由例如，少量的黏着剂或热熔埋植(heat staking)，暂时结合而放置，如步骤314中所表示。热熔埋植可藉由，例如使用多个镭射二极管、一镭射或热气喷射的直接热能而完成，该热能可经引导集中于少数位置上，例如，直径1至2公分的位置，而将该前片的一相邻接薄膜层熔化而结合至该光伏晶胞电池上。该经部分组合的「预先层压」结构，亦可经穿透一对轧辊而将该前片与该光伏薄膜层一起压制，使其在少数位置黏合，以供其在卷起时足以保持该组合。
在某些状况下，在该热熔埋植之外，亦可在将该光伏晶胞电池放置于该前片上之前，将一薄层的黏着剂施加于该光伏晶胞电池，及/或该前片上。该黏着剂通常可在一后续的层压步骤而加工处理，但可在层压之前足够地黏着，以保持该些光伏晶胞电池在制造过程中，稳固地黏置于该前片上。在该处理过程的后续步骤中，该整个组合将经过最后的层压，在此其将被重新熔化，使其所有部位皆完整黏合。
在步骤316，该每个光伏晶胞电池的互连区域下方的导电基材的该些部位通常系藉由镭射焊接，而实体连接及电连接于该前片格状图案的该些互连突片。如前所述，镭射焊接该每个互连区域的中央一小部位，经发现将造成迭加于该光伏晶胞电池的该些光伏晶胞电池薄膜层被修改、穿透或涂去，而使该光伏晶胞电池的基材与相关联的互连突片为电连接。此外，镭射焊接可使该些互连突片与该光伏晶胞电池具有强固的实体接合。镭射焊接可从该组合的该光伏晶胞电池侧或从该前片侧的其中任一侧执行。适当的镭射及镭射焊接操作的详细技术规格已于本文先前描述。
步骤318中，制备一背片。该背片将设置于该些光伏晶胞电池的该导电基材之下，并可用于例如隔离及/或保护该光伏组合的背侧等用途。例如，该背片可包括抗腐蚀的材料，例如铬、钼或其适合的合金。该背片亦可包括一或多个聚合物层，该聚合物层可由例如聚酯(PET)、聚萘二甲酸乙二酯(PEN)、聚醚醚酮(PEEK)、聚酰亚胺(polymide)或氟塑料(ETFE)等材料建构而成。在一优选实施例中，该背片系包括一层热塑料材料，例如一离子聚合物。在一特定范例中，该背片可包括一层厚度约50微米的PET，其表面横向施加有一约100微米的离子聚合物挤压涂层。在该步骤318的一部分，可在该背片打出孔洞或形成孔洞，以允许测试及/或在该组合的导电背侧提供用于电连接的通路。
在该步骤320，该组合系为经层压而形成一实质完整的模块。在该前片及该背片系放置于该光伏晶胞电池的该些相对侧上肢后，该层压可以一单一的卷对卷操作方式而执行，或者可以二或更多个分别的操作方式而执行。举例而言，该前片可在该背片放置定位之前，被层压于该些光伏晶胞电池上，然后在将该背片层压于该些光伏晶胞电池上。此外，即使在该前片与该背片已经层压为光伏细胞电池之后，仍可执行额外的层压。举例而言，可提供另外的组件，例如接点引线、一全天候前侧蒸气屏障或玻璃盖及一全天候背侧蒸气屏障，然后可执行最后的层压操作，而完成组合。
在步骤322，该模块系经冷却及光浴化(light soaked)，然后在步骤324，该模块系为经测试而评量光伏晶胞电池的表现。最后，在步骤326，该模块可经切割或裁切而从其边缘移出多余的层，然后根据表现及容量分等，并包装出货。
以上该些步骤可以各种顺序执行，在某些状况下可忽略或替换某些步骤。例如，该测试可在层压一背片至该些光伏晶胞电池的背侧之后，但在层压最后防水层之前执行。相似地，藉由将一背片层压至该些光伏晶胞电池而形成的「预先层压」，可在层压最后的防水层之前切割为最后的模块大小。亦可进行其他各种变化。根据前述，多种方法系以本发明为中心，具体由如上所述的该些方法步骤而执行。
本发明下一部份说明使用薄膜旁通二极管，搭配前述的光伏组合，以及制造方法(如图12至图17所示)。为产生实用的电压，个别的光伏晶胞电池在光伏模块中系以串行方式连接。由于在一串行回路中所有位置的电流必须相同，该每个光伏晶胞电池系被强制须产生或传导与整体串行相同的电流。当一或多个光伏晶胞电池被「遮蔽(shaded)」而减少其产生的电流时，将产生潜在问题，。例如，当串行中的其他光伏晶胞电池保持暴露于阳光下，一光伏晶胞电池可能确实地被遮蔽，或一光伏晶胞电池可能因为其他原因而停止以完整效能运作。具有任何合理数量的光伏晶胞电池的一串行，具有一够高的电压来跨越单一、经遮蔽的光伏晶胞电池的反向击穿电压(reverse breakdown voltage)。在此状况下，其他光伏晶胞电池将会以一「反向」的方式，使该串行电流强制通过该经遮蔽的光伏晶胞，至该PV光伏晶胞电池所形成的该些二极管。
如此通常将会对该经遮蔽的光伏晶胞电池造成无法弥补的损坏(在发生该反向击穿电压的位置造成一永久的电流分流)，并会在尔后即使该遮蔽已被移除时，仍会有永久的电力输出损失。除此之外，经遮蔽的该光伏晶胞电池中发生该反向击穿电压的位置，可出现一「高热点(hot spot)」，造成该PV包的损坏，或甚至造成起火而产生安全性危险。
因为电流强制通过该光伏晶胞电池所产生的光伏晶胞电池潜在的损坏风险，是所有光伏系统的特征，包括硅晶型和薄膜型皆是。典型地，光伏模块会结合旁通二极管以保护每个光伏晶胞电池、光伏晶胞电池的群组，或反向电流的该模块，从而以其随后的损坏而将事件分类。一光伏模块通常已加入为商业用途制造的硅晶半导体或萧基半导体，其通常于一电子封装中并具有导片或轴向引脚。在大部分延伸案例中，一或多个二极管系为横跨每个光伏晶胞电池而被加入(以反向电极)。
该标准方法的缺陷乃在于大幅增加成本、增加制造的复杂度、具有多个脆弱的连接，以及增加失败位置。另一项缺点系该些分立式的旁通二极管装置会在其本身内造成高热点，此系由于在旁通操作期间的显著小量的散热。过高的温度可造成该旁通二极管失败、或损坏该光伏模块封装。
对于薄膜挠性光伏产品而言，该些产品系预期具有较轻重量，则会产生数种更多缺陷，因为该些分立式的旁通二极管具有实质较厚的厚度(常为2至5厘米)。此结果是，将该些组件封装于该光伏模块的该保护性封装内，必将实质地增加该封装的厚度(以及成本与重量，并减少其可挠度)。层压处理的复杂度和速度会受到在该经层压的封装内包含该些分立式二极管的不利影响，产生必须处理的固定「块状突起」，而不造成损坏。
题为「Monolithically Integrated Diodes in Thin Film PhotovoltaicDevices」的美国专利编号6690041(其全文经结合以为参考)，说明一方法，使用该薄膜光伏材料的一小区域，邻接于该每个光伏晶胞电池，并使用切割及单片制造方法互连而形成一一体成形的旁通二极管。此方法避免加入分立式旁通二极管的成本支出，并维持产品的轻薄、连续特性，允许整体模块具有一重量非常轻、低成本、薄层压的封装。
然而，美国专利号6,690,041的方法具有消耗前侧区域的缺点，亦即，该区域在其他状况下将会用于产生电力。该旁通二极管所需的区域系由散热性所控制，且可为重要的区域。先前的方法也需要该旁通二极管与该光伏材料属于相同材料，并具有相对繁复的排列，其中一个光伏晶胞电池的该二极管系位于一箱邻接的光伏晶胞电池上。本发明所说明的概念保持美国专利号6,690,041的所有优点，但避免了如上所述的该些缺点。
图12至图13系为根据本发明一态样描述一光伏组合的制造过程中，结合一旁通二极管的中间阶段的等角示意图，该组合大致标示为600。该组合600包括多个光伏晶胞电池602a、602b、602c，其每一个皆为如前所述的一薄膜光伏晶胞电池，例如一基于CIGS的光伏晶胞电池，该电池经设置于不锈钢基材上。该组合600的该些光伏晶胞电池，如前所述可通过黏着于一前片(未示于图12及图13)而固定于其相对位置。
一电介质图案604系为印刷于或者施加于该些光伏晶胞电池602的背侧(亦即，与该些光伏晶胞电池的该导电基材接触)，跨越一对相邻接的光伏晶胞电池，例如该些光伏晶胞电池602b与602c。虽然该电介质图案604在图12至图13中系显示为仅黏着于该些光伏晶胞电池602b与602c，该电介质图案可为大致地重复跨越该每一对相邻接的光伏晶胞电池。
如图13所示，一薄膜二极管，大致标示为606，则系施加于该电介质图案604的背侧，并如该电介质图案跨越相同的该些相邻接的光伏晶胞电池。该薄膜二极管606，其结构将于下详细说明，包括一正极部位608，该部位部分地被一负极部位610予以覆加。该电介质图案604及该薄膜二极管606的形状设置为使该二极管606的该正极部位608接触该些相邻接的光伏晶胞电池(图13中为光伏晶胞电池602c)的其中一个的背侧，而该二极管606的该负极部位610则接触该些相邻接的光伏晶胞电池的另一个的背侧。更具体而言，该电介质图案604包括一或多个切除部份612，该些切除部分使该薄膜二极管606的该正极部位608对该一个光伏晶胞电池的导电基材露出，以及包括一或多个切除部分614，该些切除部分使该薄膜二极管606的该负极部位610对该邻接的光伏晶胞电池的导电基材露出。因为该一个光伏晶胞电池的前侧系为电串连于该邻接的光伏晶胞电池的背侧(如图6至图10及所附说明所示)，该二极管606系为有效地电连接于该同一光伏晶胞电池的前侧和背侧。其结果系为该二极管606作为一重量相对较轻的旁通二极管而运作，不需要减少该光伏组合的露出的「向阳面」区域，并且不会产生难以处理且可能难以进行层压的块状突起。
图14系根据本发明一态样的该薄膜旁通二极管组合的生产方法，大致标示为650，以及将其施加于该些光伏晶胞电池的一流程图。在步骤652，一薄膜p型半导体材料系设置于一导电基材上。举例而言，该薄膜二极管的该p型半导体材料可为硒化铜铟镓，或CIGS，并设置于一不锈钢基材或钼基材上。或者，该薄膜二极管的该p型半导体材料可为铜铟硒，或CIS，并亦设置于一不锈钢基材或钼基材上。使用CIS会减少该半导体的带隙(band gap)，并可改善该旁通二极管的效能表现。
接着可在步骤654中可藉由设置另外的薄膜材料层而形成一可用的二极管。举例而言，步骤654可包括在制造主要光伏晶胞电池材料中包括设置硫化镉(CdS)，然后再设置一透明的导电氧化物(TCO)。或者，该p型半导体层可接一铝、锡或其他金属的金属化，用于接触一n型萧基二极管而减少正向电压的下降，并可避免提高该附加的Cds及TCO层的成本以及复杂度。
步骤652及654，典型地系以一卷对卷的处理方式而执行，以产生一薄膜二极管材料卷或「网」，其在多个态样中相似于该些光伏晶胞电池的一薄膜光伏材料网。然而，如下所述，该薄膜二极管材料之后将以用于旁通二极管的特定方式而处理。
在步骤656，该薄膜二极管材料的背侧(导电侧)施加有一双面导电胶带，且在步骤658，该二极管材料系以宽度而分割，例如，分割为多个相对窄的二极管材料卷。在步骤660，该二极管材料系为黏着于一典型地由铜构成的导电箔，其具有较该二极管材料宽的宽度。该导电胶带将该二极管材料黏着于一该铜箔，造成一二极管材料条系位于延伸超过该二极管材料横向侧的一铜箔上。
在步骤662，另一层双面导电胶带系施加于该二极管组合的上侧，而覆盖该二极管材料与该铜箔。在步骤664，该二极管组合系经单一化为个别的旁通二极管，该每个旁通二极管可在步骤666中施加于一个别的光伏晶胞电池，如前所述并如图12所示。在步骤656及步骤662中皆有施加的该导电胶带可为「z轴」导电胶带，表示其仅为以垂直于该胶带的平面方向而实质地导电。如此可利于避免该胶带可能造成的电短路。
图15A至图15D显示在制造过程的多个中继阶段中的一薄膜旁通二极管组合，大致标示为700。该旁通二极管组合700，可使，例如如前所述的制造方法650，以及如图15A至图15D所示该制造过程的中继阶段，对应于该方法650的该些步骤，如下所述。具体而言，图15A显示一二极管材料702，例如在一不锈钢基材上的基于CIS的半导体材料，其经切割或分割为相对较窄的卷，并具有一导电胶带704黏着于该材料的背侧(基材侧)。如此会在方法650的步骤658中，对应于该二极管组合的状态。图15B显示一二极管材料702与一导电胶带704黏着于一铜箔706。如此会在方法650的步骤660中，对应于该二极管组合的状态。图15C显示另一个导电胶带层707施加于图15B的该组合，对应于该二极管组合在方法650的步骤662的状态。图15D显示如图15C所示的组合，在其经切过或单一化为一具有希望尺寸的薄膜二极管708，对应于该二极管组合在方法650的步骤662之后的状态。
本发明亦思考了建构薄膜旁通二极管，以及将其结合于该些光伏膜组的方法。举例而言，基于CIS或基于CIGS薄膜二极管材料的一连续带，可以如前所述的方法制造，但是系以另外的方式来组合于旁通二极管中及/或黏着于相邻接的光伏晶胞电池上。
图16至图17描述一光伏模块，大致标示为800，其结合一另外连接的旁通二极管。在此范例中，一对光伏晶胞电池802a及802b系为藉由一前片804而电互连(该前片包括一导电格状图案，大致标示为806)，施加于一实质光学透明的平面片808(例如一透明的聚合物材料)的一侧。该格状图案806包括多个母线810、多个网格线812以及多个互连突片或垫片814，其全部皆与如前所述范例(例如图8A至图8B以及图9中的格状图案88)中，相对应的部分实质相似。然而，图16至图17中的格状图案亦包括了母线延伸段815，其每一个皆自该组合的该些母线的其中一个延伸而出。该母线延伸段815系用于将该旁通二极管连接至该光伏晶胞电池，如下所述。
该些光伏晶胞电池802a及802b系经放置而藉由该格状图案而电互连成串行，如前所述。具体而言，该光伏晶胞电池的该些互连区域816可镭射焊接于该格状图案的该些互连突片814，如该些焊接圆圈818，而使该光伏晶胞电池802b的该背侧与该光伏晶胞电池802a的前侧进行电连接。
该组合800亦包括旁通二极管820a及820b，其每个皆分别黏着于该些光伏晶胞电池802a及802b的其中一个。该每个旁通二极管包括一经适当修改的薄膜半导体材料822(如前所述)，设置于一不锈钢或其他适当的导电材料基材上。参考如图16至图17所示的该旁通二极管820b的具体范例，该旁通二极管820b的该前侧或半导体侧系为与该对应光伏晶胞电池802b的该背侧或基材侧电接触，而形成该二极管的负极。该二极管延伸超该光伏晶胞电池的该边缘，而至该相关联的母线延伸段815。
该二极管820b重迭于该母线延伸段的一部分系为藉由一横跨该二极管宽度方向的切割线826，而与该二极管重迭于该光伏晶胞电池802b的部分电隔离，该切割线826系为穿透该二极管基材。该二极管重迭于该母线延伸段的部分然后系经镭射焊接于该母线延伸段，其会修改、涂去或者穿透该二极管的该半导体材料，并在该二极管的该基材侧或背侧与该母线延伸段之间形成一电连接，如该些焊接圆形828所表示。因为该母线延伸段系为该格状图案806的一部分，所以其系为电连接于该光伏晶胞电池802b的前侧或「向阳」侧。因此，该二极管820b的该背侧系电连接于该光伏晶胞电池802b的前侧，而形成该二极管的正极。该二极管820a会以具体相同的方式而与该光伏晶胞电池802a电连接。根据本发明，该旁通二极管可在该「预先层压」阶段便利地层压。
如上所述的概念，主要已在具有薄膜CIGS光伏层的挠性基材的情境中说明。应理解的是，许多概念亦可准备好而搭配其他薄膜装置有效地使用及处理，例如，基于碲化镉(cadmium telluride)，以及基于强固硅胶的光伏装置。
本文所揭示的各种结构组件，可藉由任合适用的材料或材料的组合建构而成，例如金属、塑料、尼龙、橡胶，或任何其他具有足够结构强度的材料，以承担使用时所造成的负担。该些材料的选择是基于其耐久度、弹性、重量，及/或美学质量而背选取。
下列所附专利申请范围，特别地指出了经导入本发明的某些组合及次组合，系为有新颖性及非显而易见的特性。以该些各种组件、性质、功能及/或特性的其他组合及次组合实施的发明可以本发明或一相关的申请案申请优先权。此类经修改或新的专利申请范围，其中该些申请范围，无论导向不同的发明或相同的发明，以及无论是否较该些原始申请范围为不同、较宽、较窄、相同等，皆应视为包括在本发明的主题内。

Claims (15)

1.一种制造光伏模块的方法，包含：
将一光活性组成物以一卷对卷处理方式施加于一导电基材，以产生一光伏材料的连续片；
将光伏材料的该连续片切割为多个分立的卷；
将每个卷切割为多个分立的光伏晶胞电池；
将光活性组成物自一个第一光伏晶胞电池移除，以建立该第一光伏晶胞电池的一个互连区域，该互连区域与设置于该互连区域之外的光活性组成物电隔离；
将该第一光伏晶胞电池和一个第二光伏晶胞电池与一透光性上片接触而放置，并藉此将该上片的一导电格状图案放置成电接触每个光伏晶胞电池的光活性组成物的部分，每个光伏晶胞电池的光活性组成物的部分包括该第一光伏晶胞电池在该互连区域内的光活性组成物的部分；
将该第一光伏晶胞电池和第二光伏晶胞电池热熔埋植到该上片以将该些光伏晶胞电池相对于该上片保持在固定位置；
通过引导镭射以首先冲击该第一光伏晶胞电池的基材的背侧将该上片镭射焊接于该第一光伏晶胞电池的该互连区域的一部分，从而电互连该些光伏晶胞电池；
将一下片靠近该些光伏晶胞电池的基材并靠近该上片的边缘部分而放置；以及
将该上片和该下片层压至该些光伏晶胞电池。
2.如权利要求1所述的方法，其中将光活性组成物自该光伏材料移除的步骤，包括以镭射切割该互连区域的一周缘部分。
3.如权利要求1所述的方法，其中将该第一光伏晶胞电池和该第二光伏晶胞电池与该上片接触而放置的步骤，包括：保留每个光伏晶胞电池延伸超出该上片的该格状图案的一露出区域。
4.如权利要求1所述的方法，还包括使该些光伏晶胞电池发光并测量导入于每个光伏晶胞电池的上侧和下侧之间的电压。
5.一种制造光伏模块的方法，包含：
将一光活性组成物以一卷对卷处理方式施加于一导电基材，以产生一挠性的光伏材料的连续片；
将包括该导电基材的光伏材料切割为第一光伏晶胞电池和第二光伏晶胞电池；
镭射切割该第一光伏晶胞电池的该光活性组成物而形成一个互连区域，该互连区域与该第一光伏晶胞电池的围绕该互连区域的光活性组成物电隔离；
提供一前片，该前片包括被布置在一透光性聚合物片上的一导电图案，该导电图案包括经电隔离的第一集合格状区段和第二集合格状区段、以及自该第二集合格状区段延伸出的互连区段；
将该第一光伏晶胞电池和第二光伏晶胞电池置于该前片上，以使该第二光伏晶胞电池的光活性组成物的上表面与该第二集合格状区段电接触，并使该第一光伏晶胞电池的互连区域与自该第二集合格状区段延伸出的互连区段电接触；以及
通过引导镭射以首先冲击该第一光伏晶胞电池的导电基材的背侧将该前片镭射焊接于该互连区域，以形成自该第二集合格状区段延伸出的互连区段与该第一光伏晶胞电池的导电基材之间的电连接，并从而形成该第一光伏晶胞电池的导电基材与该第二光伏晶胞电池的光活性组成物的上表面之间的电连接。
6.如权利要求5所述的方法，其中该第二集合格状区段包括一母线，且该互连区段自该母线延伸，以及所述方法还包含：在将该些光伏晶胞电池置于该前片上之前，施加一电介质条而覆盖该母线，而不覆盖该互连区段。
7.如权利要求6所述的方法，其中将该些光伏晶胞电池置于该前片上的步骤包括：将该第一光伏晶胞电池的一前导边缘重迭放置于该电介质条，并将该第二光伏晶胞电池的一后接边缘重迭放置于该电介质条，而在该第一光伏晶胞电池和该第二光伏晶胞电池之间形成一间隔。
8.如权利要求5所述的方法，还包含：在将该前片镭射焊接于该互连区域之前，在该些光伏晶胞电池与该前片的导电图案之间形成一初步黏着。
9.如权利要求8所述的方法，其中形成该初步黏着的步骤通过将该些光伏晶胞电池热熔埋植到该前片来执行。
10.如权利要求5所述的方法，其中将该光伏材料切割为第一光伏晶胞电池和第二光伏晶胞电池的步骤包括将光伏材料的该连续片切割为光伏材料的多个卷，每个卷具有对应于该些光伏晶胞电池的一希望宽度的宽度，以及超过该些光伏晶胞电池的希望长度的长度，并且然后将光伏材料的每个卷切割为多个分立的光伏晶胞电池，每个光伏晶胞电池具有希望的宽度和希望的长度。
11.如权利要求5所述的方法，还包括将保护性背片层压至该些光伏晶胞电池的导电基材，并层压至该前片的边缘部分，该前片的该边缘部分延伸超出该些光伏晶胞电池的边缘。
12.一种组合光伏模块的方法，包括：
提供分立的、实体上分离的第一光伏晶胞电池和第二光伏晶胞电池，每个光伏晶胞电池包括由光活性组成物覆盖的导电基材；
将光活性组成物自第一光伏晶胞电池的一部分移除，以建立一个互连区域，该互连区域与设置于该互连区域之外的光活性组成物电隔离；
将该第一光伏晶胞电池和第二光伏晶胞电池与一透光性上片接触而放置，并藉此将该上片的一导电格状图案放置成电接触每个光伏晶胞电池的光活性组成物的部分，每个光伏晶胞电池的光活性组成物的部分包括该第一光伏晶胞电池在该互连区域内的光活性组成物的一部分；
引导镭射以冲击该第一光伏晶胞电池的基材的背侧，由此通过将与该第二光伏晶胞电池的光活性组成物电接触的该格状图案的一部分电连接至位于该第一光伏晶胞电池的该互连区域内的该基材的一部分而电互连该第一光伏晶胞电池和第二光伏晶胞电池。
13.如权利要求12所述的方法，还包括在引导镭射以冲击该第一光伏晶胞电池的基材的背侧之前，将该第一光伏晶胞电池和第二光伏晶胞电池热熔埋植到该上片。
14.如权利要求12所述的方法，其中将光活性组成物自第一光伏晶胞电池的一部分移除以建立一个互连区域的步骤，包括以镭射切割定义该互连区域的的一周缘。
15.如权利要求12所述的方法，还包括在将该第一光伏晶胞电池和第二光伏晶胞电池与透光性上片接触而放置之前，使该些光伏晶胞电池发光并测量导入于每个光伏晶胞电池的上侧和下侧之间的电压。
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