CN110739361A - 光伏器件互连件、含其的光伏器件及形成互连件的方法 - Google Patents

光伏器件互连件、含其的光伏器件及形成互连件的方法 Download PDF

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Abstract

一种光伏器件互连件包含第一连接区域、第二连接区域和设置在第一连接区域和第二连接区域之间的重叠区域。该互连件包括第一介电层，设置在该第一连接区域和该重叠区域中；第二介电层，设置在该第二连接区域中，并且在该重叠区域中与该第一介电层重叠；包括线或金属箔的导电元件，所述导电元件设置在该第一介电层的上表面；以及纳米线导电网，设置在该第二介电层的下表面，并且该纳米线导电网与该重叠区域中的该导电元件电连接。

Description

光伏器件互连件、含其的光伏器件及形成互连件的方法
领域
本披露整体上涉及光伏器件互连件、含其的光伏器件、及形成其的方法
背景
目前正在开发光伏电池(例如，太阳能电池)作为“绿色”能源的一种来源。然而，太阳能电池的根本缺陷是以阵列的方式安装和电连接太阳能电池所涉及的困难和费用。
概要
根据本披露的不同实施方式，提供了一种光伏器件互连件，具有第一连接区域，第二连接区域和设置在该第一和第二连接区域之间的重叠区域，该互连件包括：第一介电层，设置在该第一连接区域和该重叠区域中；第二介电层，设置在该第二连接区域中，并且与该重叠区域中的该第一介电层重叠；包括线或金属箔的导电元件，设置在该第一介电层的上表面；以及纳米线导电网，设置在该第二介电层的下表面，并且与该重叠区域中的导电元件电连接。
根据本披露的不同实施方式，提供了一种制造光伏器件互连件的方法，包括：在透明的第一介电层上设置包括导电线或金属箔的导电元件；将纳米线溶液涂敷到透明的第二介电层上，以在该第二介电层上形成纳米线导电网；将该第一和第二介电层部分地重叠；并且将这些第一和第二电介质层的重叠部分彼此粘合，使得该导电元件的一部分与该网的一部分电接触。
附图说明
图1A是根据本披露的不同实施方式的光伏器件的垂直截面图，图1B是图1A器件的一个实施方式的俯视图，以及图1C是图1A器件的另一个实施方式的俯视图。
图2A-2C是根据本披露的不同实施方式示出了制造互连件的方法的垂直截面图。
图3是根据本披露的不同实施方式的两个连接的光伏器件100A，
100B的垂直截面图。
图4示出了用于形成如图1A所示的太阳能电池的示例性装置。
详细说明
附图未按比例绘制。一个元件的多个实例可以在对该元件的单个实例做出展示的地方进行重复，除非另外明确地描述或清楚地指出元件的重复不存在。诸如“第一”，“第二”和“第三”之类的序数词仅用于标识类似的元件，并且在本披露的说明书和权利要求书中可能采用不同的序数词。如本文所用的，位于一个第二元件“上”的一个第一元件可位于该第二元件表面的外侧上或该第二元件的内侧上。如本文所用的，一个第一元件“直接”位于一个第二元件“上”，如果在该第一元件的表面和第二元件的表面之间存在一个直接的物理接触的话。如本文所使用的，如果元件的结构部件由于其物理和/或电特性而本质上(inherently)能够执行一种功能，则该元件“构造”为执行该功能。
同样将理解的是，当元件或层被称为在另一元件或层“上”或“连接到”另一元件或层时，它可以直接在另一元件或层上或直接连接到另一元件或层，或者可以存在多个中间元件或层。相反，当元件被称为“直接在…上”或“直接连接到”另一元件或层时，没有中间元件或层存在。将理解的是，出于本披露的目的，“X，Y和Z中的至少一个”可以被解释为仅X，仅Y，仅Z，或者两个或更多个项X，Y和Z的任意组合。(例如，XYZ、XYY、YZ、ZZ)。
本文中的范围可以表示为从“约”一个特定值，和/或到“约”另一个特定值。当表示为这样的范围时，示例包括从该一个特定值和/或到该另一个特定值。类似地，当通过使用先行词“约”将值表示为近似值时，将理解该特定值形成另一情况。在一些实施方式中，“约X”的值可以包括+/-1％X的多个值。将进一步理解，这些范围每个的端点既在与另一个端点有关的方面，又在独立于另一个端点的方面是显著的。在本文中，元素的“基本上所有”可以指范围为该元素总量从98-100％的元素的量。另外，当组分被称为“基本上不含”某元素时，该组分可以完全不含该元素，或者可以包括痕量(例如，1％或更少)的元素。
“薄膜”光伏材料是指在一个供应结构支撑的衬底上作为一个层来沉积的多晶或非晶的光伏材料。薄膜光伏材料与单晶半导体材料的区别在于有着较高的制造成本。一些提供高转换效率的薄膜光伏材料包括含硫族元素化合物半导体材料，诸如铜铟镓硒(“CIGS”)。
薄膜光伏电池(也称为太阳能电池)可以使用基于溅射、蒸发或化学气相沉积(CVD)技术的卷对卷涂布系统来制造。薄箔衬底，诸如箔网衬底，由一个卷以线性带状方式供给，穿过一系列单独的真空室或一个单个分开的真空室(在这里薄箔衬底接收所需的层)以形成薄膜光伏电池。在这样的一种系统中，可以在一个卷上供应一个具有有限长度的箔。新卷的末端可以偶联到前一个卷的末端，以提供一个连续进给的箔层。
图1A是根据本披露的不同实施方式的光伏器件100的垂直截面图，图1B是图1A器件100的一个实施方式的俯视图，以及图1C是图1A器件100的另一个实施方式的俯视图。
参照图1A-1C，该器件100可包括太阳能电池10、衬底12和互连件25。该太阳能电池10可以完全覆盖该衬底12。该衬底12可以由导电材料形成，例如金属或金属合金箔。例如，该衬底12可以由铝、钛或诸如不锈钢的金属合金形成。该衬底12可以通过切割金属网衬底来形成，该金属网衬底通过包括一个或多个工艺模块的一个系统来进行进给，如下面详细讨论的。该衬底12可以包括该电池10的阳极电极的一部分。因此，该电池10的阳极可以称为背电极。任选地，该导电衬底12可以是导电或绝缘聚合物箔。还任选地，该衬底12可以是聚合物箔和金属箔的堆叠。该衬底12的厚度可以在从100微米至2mm的范围内，但是也可以采用更小和更大的厚度。
太阳能电池
太阳能电池10可包括第一电极20(例如，阳极)、p掺杂半导体层30、n掺杂半导体层40、第二电极50(例如，阴极)和可选的抗反射(AR)层。该阳极20、该阴极50、该p掺杂半导体层30、该n掺杂半导体层40和该可选AR层可以是处于多种膜的堆叠形式，这多种膜形成了一种光伏结构。
该阳极20可以包括任一合适的导电层，或多个层的堆叠。例如，该阳极20可以包括一个金属层，该金属层可以是，例如，钼。任选地，可以替代使用钼和钠和/或氧掺杂钼的层的堆叠，如美国专利号8,134,069中所述的，将其通过引用以其全文结合在此。该阳极20具有的厚度可以在从500nm至1微米的范围内，但是也可以采用更小和更大的厚度。
该p掺杂半导体层30可以包括p型钠掺杂铜铟镓硒(CIGS)，其用作半导体吸收层。该p掺杂半导体层30的厚度可以是在从1微米至5微米的范围内，但是也可以采用更小和更大的厚度。
该n掺杂半导体层40包括一种n掺杂半导体材料，例如CdS，ZnS，ZnSe，或一种替代的金属硫化物或金属硒化物。该n掺杂半导体层40的厚度典型是小于该p掺杂半导体层30的厚度，并且可以是在从50nm至100nm的范围内，但是也可以采用更小和更大的厚度。在该p掺杂半导体层30和该n掺杂半导体层40之间的结是p-n结。该n掺杂半导体层40可以是一种对于至少部分的太阳辐射而言实质上是透明的材料。该n掺杂半导体层40也称缓冲层。其他半导体材料，如GaAs、硅、CdTe等，可用于p掺杂和/或n掺杂半导体层30，40。
该阴极50可以由一个或多个透明导电材料层形成。示例性透明导电材料包括：ZnO、氧化铟锡(ITO)、Al掺杂的ZnO(“AZO”)，或者更高电阻率的AZO和更低电阻率的ZnO、ITO和/或AZO层的组合或堆叠。
该可选的AR层可以减少离开该光伏电池10的顶表面而反射的光的量，该光伏电池的顶表面是位于该衬底12的相对侧的表面。在一个实施方式中，该AR层可以是在该第二电极50的顶表面上直接沉积的涂层。任选地或另外地，透明盖玻璃或聚合物层可以设置在最终产品中的光伏电池上，并且可以在透明盖玻璃的任一侧上或两侧上形成抗反射涂层。
太阳能电池互连件
该互连件25可以是柔性的，并且该互连件25的至少一部分可以是光学透明的。例如，该互连件25的一部分可具有至少75％的光学透明度，诸如至少80％，至少85％或至少90％。该互连25可以包括第一介电层14、第二介电层16和导电混合层18，如图1A和2C所示。该互连件25可以具有第一接触区域C1，第二接触区域C2和重叠区域O，如图1A和2C所示。在该第一接触区域C1中，混合层18可以暴露在该互连25的上表面上，使得该混合层18可以电连接到第二电池(未在图1A中示出)的底部第一(例如，阳极)电极，并且这些电池可以串联电连接。在第二接触区域C2中，该混合层18可以暴露在该互连件25的下表面上，并且该暴露的表面可以和该电池10接触，使得混合层18电连接到该电池10的顶部第二(例如，阴极)电极50。这些介电层14、16可以在该重叠区域O中彼此重叠，以覆盖该混合层18的相对侧。
这些介电层14、16可以由介电材料形成，诸如聚合物等。在一些实施方式中，这些介电层14、16中的一个或多个可以是实质上光学透明的。在一些实施方式中，该介电层14、16中的一个或多个可由柔性材料形成，例如透明聚合物膜、透明非聚合物膜、透明低聚物膜或其组合。在不同实施方式中，该第一介电层14可具有比该第二介电层16更小的表面积。
在一些实施方式中，该混合层18可以是由两种或更多种电导体形成的柔性层。例如，该混合层18可以包括导电元件15和导电纳米线网17。该导电元件15可以由非透明材料形成。例如，该导电元件15可以包括导电线15A，如图1B所示，或导电金属箔15B，如图1C所示。
如图1B所示，该线15A可以以迂回曲折方式布置，并且可以在垂直于局部长度方向的平面中具有非矩形且基本均匀的截面形状。例如，该线15A可具有基本上圆形的截面形状或椭圆形截面形状。该线15A的厚度定义为非矩形和实质上均匀的截面形状的最大尺寸，该厚度可以在从30微米至3mm的范围内。在一个实施方式中，该线15A的厚度可以在从约60微米至约1.5mm的范围内。在一个实施方式中，该线15A的厚度可以在从约120微米至约750微米的范围内。在非矩形且实质上均匀的截面形状是圆形的情况下，最大横向尺寸可以是之字形导电线15A的直径。任选地，该线15A可具有矩形截面形状。在其他实施方式中，可以使用除该导线15A之外的导体，诸如导电迹线或条带来代替该导电线15A。
该网17的纳米线可以由导电材料形成，诸如金属，包括银、镍、铜或其组合。在一些实施方式中，这些纳米线可以由碳纳米管或导电金属氧化物形成，诸如氧化镍或氧化银。这些纳米线具有的平均直径范围可以是从约10nm至约500nm，诸如从约20nm至400nm。这些纳米线具有的平均长宽比范围可以是从约10至1000，例如从约20至750。可以对该网17中的纳米线的浓度进行控制使得该网17是光学透明的。
图2A-2C是根据本披露的不同实施方式示出了制造互连件25的方法的垂直截面图。参照图2A，可以通过将该导电元件15设置在该第一介电层14的表面上，并通过在该第二介电层16的表面上形成该网17来形成该互连件25。例如，可以通过将该导电金属线15A附着到该第一介电层14形成该导电元件15，如图1B所示。可以以迂回曲折方式延伸穿过该互连件25的第一接触区域C1和重叠区域O来施加该线15A。可以使用粘合剂将该导电元件15附着到该第一介电层14。在其他实施方式中，该导电元件15可以通过该将金属箔15B附着到该第一介电层14而形成，如图1C所示
在一些实施方式中，可以通过将纳米线沉积到该第二介电层16的表面来形成该网17。例如，可以在卷对卷工艺中使用夹缝式挤压涂布将纳米线溶液涂敷到第二介电层16上。在其他实施方式中，该纳米线溶液可以通过丝网印刷、凹版印刷、移印、喷墨印刷、柔性版涂布、喷涂、超声喷涂或任何其它合适的涂布方法进行涂敷。在一些实施方式中，这些纳米线可以覆盖该第二电介质层16的整个表面。在其他实施方式中，该第二电介质层16的表面的外围区域可以保持不涂覆纳米线。在一些实施方式中，该纳米线溶液可以包括配置成将该纳米线附着到该第二电介质层16的粘合剂。在其他实施方式中，可以在沉积这些纳米线之后施加粘合剂。
如图2B和2C所示，可以将该电介质层14、16中的一个进行翻转，然后可以将这些电介质层14、16重叠，使得该导电元件15和该网17在该重叠区域O中彼此电接触以形成混合层18，并且完成该互连件25。在一些实施方式中，粘合剂可用于在重叠区域O处连接这些介电层14、16和/或将该导电元件15和该网17连接到这些介电层14、16。
在不同实施方式中，可以以一个提供实质上透明的导电网的浓度来涂敷该网17的纳米线。例如，该网17可以具有至少80％的光学透明度，诸如，至少85％或者至少90％。该网17可以具有小于约20Ω/sq的薄层电阻，例如小于约10Ω/sq。在一些实施方式中，这些纳米线可以覆盖该第二介电层16的一个表面的至少约12％的表面积，诸如至少约20％，或至少约25％，诸如12％至40％。在其他实施方式中，在该第二介电层16的部分D1对应于如图2A所示的重叠区域O上纳米线浓度可以更高。特别地，该纳米线浓度可以在部分D1中更高，以在该导电元件15和该网17之间提供一个低电阻电连接。例如，D1部分中的纳米线浓度可以比该第二介电层16的剩余部分(如对应于该接触区域C2的一部分)上的纳米线浓度高约15％至约100％，诸如高约25％至约75％，或高约50％。
图3是根据本披露的不同实施方式的两个连接的光伏器件10A、10B的垂直截面图。器件100A、100B类似于图1A中的器件100，并且类似的参考编号表示相似的元件。
参照图3，器件100A、100B以“平铺的”(例如，“盖瓦的”)构造进行设置，其中该器件100A的太阳能电池10通过互连件25电连接到该器件100B的太阳能电池10。特别地，该器件100A的互连件25通过该衬底12将该器件100A的阳极电连接到该器件100B的阴极，使得这些电池10串联地连接。该互连件25的柔性允许该互连件25从该器件100B的电池10的顶部延伸到该器件100A的电池10的下部。
可以使用一种粘合剂将该互连件25粘合至这些电池10和/或该衬底12，该粘合剂可以涂敷，例如，在接触区域C1、C2处。粘合剂还可以涂敷在该重叠区域O处以将该互连件25的介电层14、16进行连接。在一些实施方式中，该互连件25的至少该第二接触区域C2具有至少80％的光学透射率，诸如至少85％，或者至少90％。而在其他实施方式中，该互连件25的整体可以具有至少80％的光学透射率，诸如至少85％，或者至少90％。
如图3所示，该第一接触区域C1可以与该器件100A的下表面的至少一部分接触，以与该衬底12建立一个合适的低电阻电连接。而在其他实施方式中，该第一接触区域C1可以完全覆盖该器件100A的下部。该重叠区域O可以设置在这些器件110A、100B之间。
在一些实施方式中，该导电元件15可以从该第一介电层14的边缘凹进(recessed)，并且该网17可以从该第二介电层16的边缘凹进，以防止该导电元件15和该网17与除了例如该器件100A的该衬底12和该器件100B的阴极之外的多个元件建立电接触。
尽管图3中示出的这些电池10是横向间隔开的，但在不同的实施方式中，这些电池10的部分可以垂直重叠，使得这些电池10不是横向间隔开的。例如，在一些实施方式中，该互连件25的重叠区域O可以部分地覆盖器件100B的电池10。换言之，该第一介电层14的一部分可以设置在该器件100B的电池10的上表面。相应地，该第一介电层14可以防止导电元件15与该器件100B的电池10的除了其阴极的多个部分之间的接触。
该互连件25的构造可以改变，因此，不限于上述构造。其他互连件构造可以在申请号为15/189,818的美国专利中找到，将其通过引用以其全文结合在此。为清楚起见，器件100A、100B横向分开示出。然而，器件100A、100B可以按照盖瓦构造横向地重叠，使得该器件100B的衬底12的底表面边缘与该器件100A的太阳能电池10的顶表面边缘重叠。
根据本披露的不同实施方式，当该互连件包含除设置在电池10的上表面的纳米线之外的导电材料(例如互连线)时，在该互连件25中使用纳米线允许减少可能形成的多个气隙。此类气隙可能由于反光额外干涉产生了光学损耗并且导致电池效率降低。此类气隙还可以允许水分渗透。因此，与常规互连件相比，纳米线的使用提供了意想不到的益处。进一步地，使用诸如导电线或金属箔的导电元件在该互连件25与这些光伏电池底部接触的这些区域中提供成本相对低廉的电连接，在这些光伏电池的底部，降低的光学透射率不会影响电池效率。
太阳能电池形成
图图4示出了用于在图1A所展示的衬底12上形成太阳能电池10的示例性装置1000。参照图4，该装置1000包括输入单元101，第一工艺模块200，第二工艺模块300，第三工艺模块400，第四工艺模块500和输出单元800，它们被顺序连接以适应导电网衬底13以一个网状箔衬底层的形式连续流动通过该装置。该装置1000也可以包括位于输出单元800下游的互连模块900。这些模块101、200、300、400、500可以包括在2016年4月5日发布的美国专利号9,303,316中描述的模块，将其通过引用以其全文结合在此，或者任何其他合适的模块。这些第一、第二、第三和第四工艺模块200、300、400、500可分别通过第一、第二、第三和第四真空泵280、380、480、580达到真空状态。这些第一、第二、第三和第四真空泵280、380、480、580可分别为这些第一、第二、第三和第四工艺模块200、300、400、500每个提供一个适当水平的相应基础压力，该基础压力可以是在从1.0×10-9托至1.0×10-2托的范围内，并且优选在从1.0×10-9托至1.0×10-5托的范围内。
每相邻对的工艺模块200、300、400、500使用一个真空连接单元99来互连，该真空连接单元可包括一个真空管和一个可选的狭缝阀，该狭缝阀能够在该网状衬底13不存在时起隔离作用。该输入单元101可以采用一个密封连接单元97连接到该第一工艺模块200。最后一个工艺模块，诸如第四工艺模块500，可以采用另一个密封连接单元97连接到该输出单元800。
该网状衬底13可以是一个金属或聚合物的网状箔，其被送入具有工艺模块200、300、400、500的系统中，作为一个网用于在其上沉积多个材料层以形成光伏电池10。该网状衬底13可以从一个入口侧(即，在该输入模块101处)进给，在不停止的情况下连续地移动通过该装置1000，并且在一个出口侧(即，在该输出模块800处)离开该装置1000。该网状衬底13可以，以一个网的形式，设置于一个输入卷轴111上，该输入卷轴设于该输入模块101中。
该网状衬底13，如呈现为一个金属或聚合物网状箔，通过输入侧的多个卷120、输出侧的多个卷820和这些工艺模块200、300、400、500中的多个附加卷(未示出)、多个真空连接单元99，或多个密封连接单元97、或其他设备，而移动通过该装置1000。可以使用多个附加的引导卷。一些卷120,820可以是弯曲的以将该网13展开，一些可以移动以使网转向，一些卷可以向多个伺服控制器提供网的张力反馈，并且其他可以是仅将网运行到理想位置的惰卷。
该输入模块101可以构造为允许通过由焊接、钉合或其他合适手段毗连的多个箔来连续进给该网状衬底13。该网状衬底13的多个卷可以设置在多个输入卷轴111上。可以提供一个连接装置130以将该网状衬底13的每个卷的一末端毗连到该网状衬底13的下一卷的开始端。在一个实施方式中，该连接装置130可以是电焊机或订书机。可以采用一个累加器装置(未示出)来将该网状衬底13连续进给到该装置1000中，同时该连接装置130将两卷该网状衬底13进行毗连，如专利号为7,516,164的美国专利所描述。
在一个实施方式中，该输入模块101可以执行多个预处理步骤。例如，可以在该输入模块101中的网状衬底13上进行预清洁处理。在一个实施方式中，该网状衬底13可以经过一个加热器阵列(未示出)，该加热器阵列配置为至少提供足够的热量以去除吸附在该网状衬底13表面上的水。在一个实施方式中，该网状衬底13可以经过一个构造为圆柱旋转磁控管的辊。在这种情况下，当该网状衬底13在该卷/磁控管的周围经过时，可以通过DC、AC或RF溅射来连续清洁该网状衬底13的前表面。来自该网状衬底13的溅射材料可以被捕获在一个一次性使用的遮蔽件上。可选地，可以采用另一个辊/磁控管来清洁该网状衬底13的后表面。在一个实施方式中，可以用线性离子枪替代磁控管来进行该网状衬底13的前表面和/或后表面的溅射清洁。任选地或可选地，可以在将该网状衬底13的卷载入到该输入模块101之前进行一个清洁处理。在一个实施方式中，可以在该输入模块101中进行电晕辉光放电处理，而不引入电偏压。
该输出模块800可以包括切割装置840，该切割装置840被构造为将该网状衬底13切割成多个导电衬底12。在任选方案中，该网状衬底13可以缠绕在输出线轴上。
在一个实施方式中，该输入模块101和该输出模块800可以始终保持在空气环境中，同时在层沉积期间这些工艺模块200、300、400、500保持在真空状态。可以在该输出模块800内可选的水处理模块890中用去离子水处理该网状衬底13，如公开号为2017/0317227A1的美国专利中所述的，将其通过引用以其全文结合在此。在一个实施方式中，该水处理模块890包含去离子水喷射装置860，其构造成将去离子水喷射到该透明导电氧化物层50的物理暴露表面。
如下详细讨论的，当该网状衬底13顺序通过这些第一、第二、第三和第四工艺模块(200、300、400、500)时，这些第一、第二、第三和第四工艺模块(200、300、400、500)中每个都可以沉积一个相应的材料层以形成光伏电池10(图1A中示出)。
该第一工艺模块200包括第一溅射靶210，其包括第一电极(例如，图1A所示的光伏电池10中的电极20)的材料。可以提供第一加热器270以将该网状衬底13加热到沉积该第一电极20的一个最佳温度。在一个实施例中，可以在该第一工艺模块200中使用多个第一溅射源210和多个第一加热器270。在一个实施例中，至少一个第一溅射靶210可以安装在双圆柱旋转磁控管或平面磁控溅射源或RF溅射源上。在一个实施例中，该至少一个第一溅射靶210可以包括：钼靶、钼-钠和/或钼-钠-氧靶，如美国专利号8,134,069中所述的，将其通过引用以其全文结合在此。
将上面沉积有第一电极20的一部分网状衬底13移动到该第二工艺模块300中。沉积一种p掺杂的含硫族元素化合物半导体材料以形成该p掺杂半导体层30，诸如钠掺杂的CIGS吸收层。在一个实施方式中，可以使用反应性交流(AC)磁控管溅射在一种溅射气氛中在一个减压下沉积该p掺杂的含硫族元素化合物半导体材料，该溅射气氛包括氩和一种含硫族元素的气体。在一个实施方式中，可以在该第二工艺模块300中提供多个金属组分靶310，这些金属组分靶包括具有p掺杂的含硫族元素化合物半导体材料的金属组分。
如本文所用的，含硫族元素化合物半导体材料的“金属组分”是指含硫族元素化合物半导体材料的非硫族化物组分。例如，在铜铟镓硒(CIGS)材料中，这些金属组分包括：铜、铟和镓。这些金属组分靶310可以包括在该含硫族元素化合物半导体材料中待沉积的所有非金属材料的合金。例如，如果该含硫族元素化合物半导体材料是一种CIGS材料，则这些金属成分靶310可包括铜、铟和镓的合金。可以使用两个以上的靶310。
在该第二工艺模块300上可以提供至少一个含硫族元素气体源320(如，一个硒蒸发器)和至少一个气体分配歧管322，以向该第二工艺模块300提供一种含硫族元素的气体。
总体上说，该第二工艺模块300可以设置有多组含硫族元素化合物半导体材料沉积单元。需要沿着网状衬底13的路径能够提供尽可能多的含硫族元素化合物半导体材料沉积单元，以便实现含p掺杂的硫族元素化合物半导体材料的所需厚度。第二真空泵380的数量与这些沉积单元的数量可以一致或不一致。第二加热器370的数量可以这些与沉积单元的数量相当或不相当。
该含硫族元素气体源320包括含硫族元素气体的源材料。可以对含硫族元素气体的种类进行选择以使得能对待沉积的含硫族元素化合物半导体材料的靶进行沉积。例如，如果要沉积一种CIGS材料用于p掺杂半导体层30的话，则可以，例如，从硒化氢(H2Se)和硒蒸气中选择含硫族元素气体。在该含硫族元素气体是硒化氢的情况下，该含硫族元素气体源320可以是一个硒化氢圆柱体。在该含硫族元素气体是硒蒸气的情况下，该含硫族元素气体源320可以是一个可以被加热产生硒蒸气的扩散室(effusion cell)。第二加热器370每个都可以是辐射加热器，该辐射加热器将该网状衬底13的温度保持在沉积温度，该沉积温度可以在从400℃至800℃的范围内，例如从500℃至700℃的范围内，这对于CIGS沉积是优选的。
在沉积该含硫族元素化合物半导体材料的过程中，硫族元素的结合决定了该p掺杂半导体层30中含硫族元素化合物半导体材料的特性和质量。当以气相在升高温度下供应该含硫族元素气体时，这些来自该含硫族元素气体的硫族元素原子可以通过吸收和随后的体扩散而结合到该沉积的膜中。该过程称为硫化(chalcogenization)，其中发生了复杂的相互作用从而形成了含硫族元素化合物半导体材料。该p掺杂半导体层30中的p型掺杂是通过以下方式引发的：控制自这些金属组分靶310沉积的硫族元素原子的量相对于非硫族元素原子(诸如CIGS材料中的铜原子、铟原子和镓原子)的量的缺少程度。
在一个实施方式中，每个金属组分靶310可以与一个相应的磁控管
(未明确示出)一起使用，来沉积一种具有相应组成的含硫族元素化合物半导体材料。在一个实施方式中，这些金属组分靶310的组成可以沿着该网状衬底13的路径逐渐改变，使得在该第二工艺模块300中可以沉积一种分级的含硫族元素化合物半导体材料。例如，如果将一种CIGS材料沉积为该p掺杂半导体层30的含硫族元素化合物半导体材料，则，该沉积的CIGS材料的镓的原子百分比可以随着该网状衬底13前行通过该第二工艺模块300而增加。在这种情况下，可以将该光伏电池10的p掺杂半导体层30中的p掺杂CIGS材料进行分级，使得p掺杂CIGS材料的带隙随着距该第一电极20和该p掺杂半导体层30之间界面的距离而增加。
在一个实施方式中，这些金属组分靶310的总数可以是在从3到20的范围内。在一个展示性实施例中，可以将该沉积的含硫族元素化合物半导体材料的组成进行分级，使得该p掺杂CIGS材料的带隙随着距该第一电极20和该p掺杂半导体层30之间界面的距离而逐渐地或逐步地变化。
尽管本披露使用了在该第二工艺模块300中采用多个金属组分靶310的一个实施例进行描述，但是在此明确设想了以下多个实施方式：每个或一组金属组分靶310替换为一对两个溅射源(诸如铜靶和铟镓合金靶)，或者一组三个超靶(诸如，铜靶、铟靶和镓靶)。
根据本披露的一个方面，在该网状基底13之内或之上提供含钠材料。在一个实施方式中，可以通过以下方式将钠引入到该沉积的含硫族元素化合物半导体材料中：通过在该第一工艺模块200中采用含钠金属(例如，钠钼合金)沉积该第一电极20，通过提供一个包含钠作为杂质的网状基底13，和/或通过在沉积时在靶310中包含钠来给层30中提供钠，和/或通过向模块300中提供含钠蒸汽。
使其上沉积有该第一电极20和该p掺杂半导体层30的网状衬底13的一部分随后进入该第三工艺模块400。在该第三工艺模块400中沉积一种n掺杂半导体材料，以形成图1A的光伏电池10中所展示的n掺杂半导体层40。该第三工艺模块400可以包括例如第三溅射靶410(如，CdS靶)和磁控管(未明确示出)。该第三溅射靶410可包括例如旋转AC磁控管、RF磁控管或平面磁控管。加热器470可以位于该模块400中。
随后，在该p型吸收层30上沉积诸如n型CdS窗口层的n型半导体层40，以形成p-n结。钠原子从该网状基底13和/或从该第一电极20扩散到该沉积的半导体材料中，以形成材料堆叠30、40，该材料堆叠包括原子浓度大于1×1019/cm3的钠。尤其是，在沉积含硫族元素化合物半导体材料期间，提供在该第一电极20或该网状衬底13中的钠可以扩散到该沉积的含硫族元素化合物半导体材料中。该沉积的含硫族元素化合物半导体材料中的钠浓度可以在从1.0×1019/cm3至5×1020/cm3的范围内。这些钠原子倾向于在含硫族元素化合物半导体材料的生长表面附近以高浓度堆积，因此导致这些钠原子随着沉积过程的进行而向前行进。
因此，在该网状衬底13上形成了包括p-n结的一个材料堆叠30、40。在一个实施例中，该材料堆叠30、40可以包括p掺杂金属硫族化物半导体层(作为p掺杂半导体层30)和n掺杂金属硫族化物半导体层(作为n掺杂半导体层40)的一个堆叠。在一个实施例中，该p掺杂金属硫族化物半导体层可包括铜铟镓硒化物(CIGS)，并且该n掺杂金属硫族化物半导体层可包括选自金属硒化物、金属硫化物(例如，CdS)及其合金的材料。该材料堆叠30、40可包括原子浓度大于1×1019/cm3(诸如约1×1020/cm3)的钠。
在其上沉积有该第一电极20、该p掺杂半导体层30和该n掺杂半导体层40的网状衬底13的一部分随后进入该第四工艺模块500。在该第四工艺模块500中沉积一种透明导电氧化物材料以形成该第二电极，该第二电极包括图1A的光伏电池10中所展示的透明导电层50。该第四工艺模块400可以包括例如第四溅射靶510、加热器570和磁控管(未明确示出)。该第四溅射靶510可以包括，例如，ZnO、AZO或ITO靶和旋转AC磁控管、RF磁控管或平面磁控管。在包括p-n结的材料堆叠30、40上沉积一个透明导电氧化物层50。在一个实施方式中，该透明导电氧化物层50可以包括一种选自锡掺杂的铟氧化物、铝掺杂的锌氧化物和氧化锌的材料。在一个实施例中，该透明导电氧化物层50具有的厚度可以在从60nm至1,800nm的范围内。
随后，该网状衬底13进入该输出模块800。在一个实施方式中。在一个实施方式中，可以通过如图4所展示的喷射将去离子水施加到该透明导电氧化物层50的物理暴露表面。该喷射操作可以采用至少一个喷射装置860进行，该至少一个喷射装置被构造为将流体(例如去离子水)喷射在该透明导电氧化物层50的物理暴露表面上，该透明导电氧化物层50位于经处理的网状衬底13的前表面上。该喷射装置860可包括一个或多个喷嘴或喷头，例如一排或多排喷嘴，这些喷嘴将水喷射到位于该网状衬底13上的层50上。可采用重力将喷射的去离子水保持在该透明导电氧化物层50表面上。例如，该网状衬底13可以处于一个斜度，使得该去离子水停留在该透明导电氧化物层50的表面上。
可以对各种输出侧卷820的位置进行调整以将该喷射的去离子水保持在该透明导电氧化物层50的表面上。去离子水罐850可以用作待供应到该至少一个喷射装置860的去离子水的储存器。任选地，可以使用连接到离子交换树脂或电去离子装置的一个水管代替该去该离子水罐850，以将去离子水供应到该喷射装置860(例如，一个或多个喷嘴，或一个或多个喷头)。
可以采用至少一个干燥器870以便从该透明导电氧化物层50的表面去除残留的去离子水。该干燥器870可以包括风扇或鼓风机，该风扇或鼓风机被构造为将过滤的空气(或惰性气体，例如氮气)吹向该透明导电氧化物层50的表面。在一个实施例中，可以结合重力，例如，通过向下和/或向外引导空气流(远离该网状衬底13的中心)对来自该至少一个该干燥器870的过滤空气的方向进行引导以使该残留的去离子水从该透明导电氧化物层50的前表面脱落。任选地，该干燥器870可包括加热器，该加热器加上或代替风扇或鼓风机使水蒸发。然后可以通过该切割装置840切割该网状衬底13。
在一个实施方式中，可以将去离子水施加到该透明导电氧化物层的物理暴露表面持续足够长的时间，以允许钠原子从该透明导电氧化物层50的本体(即，内部)内大量扩散以到达层50的外表面，以便从外表面被冲洗掉。钠在该透明导电氧化物层50、该p掺杂半导体层30和该n掺杂半导体层40内是一种快速扩散物。在一个实施方式中，可以将该去离子水施加到该透明导电氧化物层的物理暴露表面上持续从5秒至10分钟范围内的时间。在一个实施方式中，可以将该去离子水施加到该透明导电氧化物层的物理暴露表面上持续从20秒至3分钟范围内的时间。
在一个实施方式中，在高于50摄氏度的升高温度下施加该去离子水。在一个实施方式中，在范围从50摄氏度至100摄氏度的升高温度下施加该去离子水。在一个实施方式中，在范围从60摄氏度至95摄氏度的升高温度下施加该去离子水。在一个实施方式中，在范围从70摄氏度至80摄氏度的升高温度下施加该去离子水。在一个实施例中，可采用流体加热器874(例如，电阻加热器)和/或衬底加热器872将流体(例如，由该喷射装置860提供的水)和/或该网状衬底13的温度维持在范围从50摄氏度至100摄氏度的升高温度。该流体加热器可以位于该罐850附近和/或该喷射装置860附近，以通过该喷射装置860在移动中的网状衬底13上对由该罐850提供的流体进行加热。在另一个实施例中，该水处理模块890可以省略。
互连模块900位于该网状衬底13的移动方向上该流体处理模块890的下游。该互连模块900被构造为，在通过该切割装置840将该网状衬底13切割成多个单独的太阳能电池10之后，应用该导电互连件25将相邻的光伏电池10电连接。例如，可以使用处理工具904(例如拾取和放置臂或其他工具)将第一和第二太阳能电池10A、10B以及该互连件25放置在支撑件(例如桌台或传送器902)上，使得该互连件25与这些电池10重叠。例如，可以先将该第二电池10B放置在该支撑件902上，然后将该互连件25放置在该第二电池10B的第二电极50上方，使得该互连件25的一部分悬挂到该第二电池10B的侧面，然后将该第一电池10A的衬底12侧面放置在该互连件25的悬挂到该第二电池10B侧的部分上，以将这些第一电池10和该第二电池10B串联电连接。这些介电层14、16可以具有相应的顶部和底部粘合表面(这些表面面对该混合层18和相应的电池10A、10B)以将该互连件25物理连接到电池10A、10B。该处理工具904可以将这些介电层14、16和这些电池10A、10B压合在一起，以将这些粘合表面附着到这些电池10A、10B。也可以使用其他合适的互连模块900。
虽然把溅射描述为将所有太阳能电池层沉积到该网状衬底13上的优选方法，但是也可以通过MBE、CVD、蒸发、电镀等来沉积一些层。
应理解，本发明不限于以上描述和在此展示的这个或这些实施方式和这个或这些实施例，而是包括任何和所有落入所附权利要求范围内的变体。例如，从权利要求和说明书中明显看出，并非所有方法步骤都需要以所展示或要求保护的精确顺序来进行，而是以允许适当形成本披露这些实施方式的光伏电池的任何顺序来进行。

Claims (20)

1.一种光伏器件互连件，具有第一连接区域、第二连接区域和设置在所述第一连接区域和所述第二连接区域之间的重叠区域，所述互连件包括：
第一介电层，设置在所述第一连接区域和所述重叠区域中；
第二介电层，设置在所述第二连接区域中，并且在所述重叠区域中与所述第一介电层重叠；
包括线或金属箔的导电元件，设置在所述第一介电层的上表面；以及
纳米线导电网，设置在所述第二介电层下表面，并且在所述重叠区域电连接到所述导电元件。
2.如权利要求1所述的互连件，其中所述第一介电层和所述第二介电层包括一种柔性透明介电材料。
3.如权利要求2所述的互连件，其中所述第一介电层和所述第二介电层各自包括：透明聚合物膜、透明非聚合物膜、透明低聚物膜、或其组合。
4.如权利要求1所述的互连件，其中所述纳米线包括：导电金属氧化物纳米线、金属纳米线、或碳纳米管。
5.如权利要求1所述的互连件，其中所述纳米线包括：银、镍、或铜、或其组合。
6.如权利要求1所述的互连件，其中：
所述纳米线具有的平均长宽比的范围是从约10至约1000；并且
所述纳米线具有的平均直径的范围是从约10nm至约500nm。
7.如权利要求1所述的互连件，其中
在所述第一连接区域中，所述导电元件的上表面暴露在所述第二介电层的外部；并且
在所述第二连接区域中，所述网的下表面暴露在所述第二介电层的外部。
8.如权利要求1所述的互连件，其中所述网在所述重叠区域中比在所述第二连接区域中具有的纳米线浓度更高。
9.如权利要求1所述的互连件，其中所述网具有至少85％的光学透明度。
10.如权利要求1所述的互连件，其中：
所述导电元件包括所述线；并且
所述线的直径的范围是从约60微米到约1.5mm；并且
所述线以迂回曲折方式延伸通过所述第一接触区域和所述重叠区域。
11.如权利要求1所述的互连件，其中所述第一介电层的表面积小于所述第二介电层的表面积。
12.一种光伏器件，包括：
如权利要求1所述的互连件；
导电衬底；以及
第一太阳能电池，设置在所述衬底的上表面上，所述第一太阳能电池包括设置在阴极和阳极之间的吸收层，
其中，在所述第二连接区域中，所述网是电连接到所述第一太阳能电池的上表面的。
13.如权利要求12所述的光伏器件，其中所述第一介电层是使用粘合剂而附着到所述第一太阳能电池并且附着到所述第二介电层。
14.如权利要求12所述的光伏器件，其中：
所述吸收层包括p型掺杂铜铟镓硒材料；
所述阴极包括透明导电材料；
所述阳极包括金属；并且
所述太阳能电池进一步包括缓冲层，所述缓冲层包括n掺杂的半导体材料，所述缓冲层设置在所述吸收层和所述阴极之间。
15.如权利要求12所述的光伏器件，进一步包括设置在导电衬底的上表面上的第二太阳能电池，所述第二太阳能电池包括设置在阳极和阴极之间的吸收层，
其中所述导电元件在所述第一连接区域中是电连接到所述第二太阳能电池的所述衬底的下表面的。
16.如权利要求15所述的光伏器件，其中所述导电元件是经由所述第二太阳能电池的所述衬底电连接到所述第二太阳能电池的所述阳极的。
17.如权利要求15所述的光伏器件，其中所述第一介电层的一部分设置在所述第一太阳能电池的所述上表面上。
18.一种制造光伏器件互连件的方法，包括：
在透明的第一介电层上设置导电元件，所述导电元件包含导电线或导电金属箔；
将纳米线溶液涂敷到透明的第二介电层上，以在所述第二介电层上形成纳米线导电网；
将所述第一介电层和所述第二介电层部分地重叠；并且
将所述第一介电层和所述第二介电层的重叠部分彼此粘附，使得所述导电元件的一部分与所述网的一部分电接触。
19.如权利要求18所述的方法，其中：
将所述纳米线溶液涂敷到所述第一介电层的上表面和所述第二介电层的上表面；并且
所述方法进一步包括在将所述第一介电层和所述第二介电层部分地重叠之前将所述第二介电层进行翻转。
20.如权利要求18所述的方法，其中，涂敷到与所述第一介电层重叠的所述第二介电层的一部分上的纳米线浓度高于涂敷到所述第二介电层的剩余部分上的纳米线浓度。
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