CN110785858A - 太阳能电池接合 - Google Patents

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Abstract

一种接合设备包括热源、第一板、第二板和致动机构。所述第一板与所述热源耦接。所述第一板和第二板是导热的，并且被构造成覆盖整个太阳能电池。所述致动机构在打开位置与关闭位置之间移动所述接合设备。在所述关闭位置时，所述第一板和所述第二板接触所述太阳能电池的相反表面。所述第二板被构造成散热，使得当处于关闭位置时，所述第二板具有比所述第一板低的温度。所述第一板和所述第二板对所述太阳能电池施加力，当所述接合设备处于所述关闭位置或者向所述关闭位置移动时，在所述太阳能电池的第一端处的力不同于在所述太阳能电池的第二端处的力。

Description

太阳能电池接合
相关申请
本申请要求2017年6月20日提交的标题为“Solar Cell Bonding”的第15/627,890号美国非临时专利申请的优先权；后者要求2016年6月27日提交的标题为“Solar CellBonding”的第62/354,976号美国临时专利申请的优先权；这两个申请出于所有的目的特此以引用的方式并入。
背景技术
太阳能电池是将光子转换成电能的装置。由电池产生的电能通过与半导体材料耦接的电触点被收集，并且经由与模块中的其它光伏电池互连进行传递。实现太阳能电池金属化最常见的方式是，将银膏丝网印刷到电池上，然后跨丝网印刷的汇流条焊接条带(ribbon)。条带用于以串联方式将多个太阳能电池串接(即，电互连)在一起以形成太阳能模块。条带也被称为搭接条带、互连线、光伏线或其它类似的术语。
第8,916,038号美国专利“Free-Standing Metallic Article forSemiconductors”和第8,936,709号美国专利“Adaptable Free-Standing MetallicArticle for Semiconductors”中公开了太阳能电池金属化的另一种类型，其中使用单一金属制品从太阳能电池的光入射表面收集电流，并且将电池互连在一起。为了将太阳能电池以阵列形式连接在一起，使用电池与电池互连件将电池前表面上的每一金属制品与相邻电池背表面上的金属制品电耦接，所述互连件可以是金属制品之一的一部分。
由于可再生能源仍然是为不断增长的人口提供能源需求的重要领域，因此有必要改善太阳能电池的成本和制造效率。
发明内容
在一些实施方案中，接合设备包括热源、第一板、第二板和致动机构。所述第一板与所述热源耦接。所述第一板和所述第二板各自是导热的，并且被构造成覆盖整个太阳能电池。所述致动机构被构造成在打开位置与关闭位置之间移动所述接合设备。在所述打开位置中，所述第一板和所述第二板是分开的，并且在所述关闭位置中，所述第一板和所述第二板接触所述太阳能电池的相反表面。所述第二板被构造成散热，使得当所述接合设备处于所述关闭位置时，所述第二板具有比所述第一板低的温度。所述第一板和所述第二板被构造成对所述太阳能电池施加力。当所述接合设备处于所述关闭位置或者向所述关闭位置移动时，在所述太阳能电池的第一端处的力不同于在所述太阳能电池的第二端处的力。
在一些实施方案中，接合设备包括热源、第一板、第二板和致动机构。所述第一板与所述热源耦接。所述第一板和所述第二板各自是导热的，并且被构造成覆盖整个太阳能电池。所述致动机构被构造成在打开位置与关闭位置之间移动所述接合设备。在所述打开位置中，所述第一板和所述第二板是分开的，并且在所述关闭位置中，所述第一板和所述第二板接触所述太阳能电池的相反表面。所述第一板和所述第二板被构造成当处于所述关闭位置时在彼此不同的温度下操作。所述第一板和所述第二板被构造成对所述太阳能电池施加力。当所述接合设备处于所述关闭位置或者向所述关闭位置移动时，在所述太阳能电池的第一端处的力不同于在所述太阳能电池的第二端处的力。
在一些实施方案中，接合设备包括热源、第一板、第二板和致动机构。所述第一板与所述热源耦接。所述第一板和所述第二板各自是导热的，并且被构造成覆盖整个太阳能电池。所述致动机构被构造成在打开位置与关闭位置之间移动所述接合设备。在所述打开位置中，所述第一板和所述第二板是分开的，并且在所述关闭位置中，所述第一板和所述第二板接触所述太阳能电池的相反表面。所述第二板被构造成散热，使得当所述第一板处于所述关闭位置时，所述第二板具有比所述第一板低的温度。所述第一板和所述第二板被构造成当所述接合设备处于所述关闭位置或者向所述关闭位置移动时在所述太阳能电池的第一端处比在所述太阳能电池的第二端处施加更大的力。
附图说明
图1是具有条带金属化的常规太阳能电池的顶视图。
图2是如现有技术中已知用于太阳能电池的金属化的单一金属制品的透视图。
图3是根据一些实施方案的太阳能电池接合设备的侧视示意图。
图4是根据一些实施方案的接合设备的实施方案的前透视图。
图5A和5B是根据一些实施方案分别处于打开位置和关闭位置的接合设备的侧视示意图。
图6A和6B是根据一些实施方案的接合设备的另外的实施方案的侧视示意图。
图7是根据一些实施方案的接合组件的板的实施方案的分解组件视图。
图8是接合设备的另一实施方案的透视图，该接合设备包括夹送辊系统和气流。
图9是根据一些实施方案的图8的接合设备的加热板的侧透视图。
图10A-10C示出图8的接合设备在各操作阶段中的视图。
图11A-11B分别是图8的加热板的详细顶视图和透视图。
图12A-12C示出根据一些实施方案的对齐特征件的透视图和详细视图。
图13A-13C示出根据一些实施方案的另外的对齐特征件的透视图和详细视图。
图14是使用本公开的接合设备将金属化元件接合到太阳能电池上的方法的流程图。
具体实施方式
在太阳能产业中，电连接太阳能电池的常规方法是将由涂有焊料的铜制成的导电金属条带或线材焊接到位于电池的前部和背部两者上的银沉积焊盘上。条带从太阳能电池的表面收集电流，并充当用于模块中的太阳能电池的管道，使得可以利用来自太阳能模块的能量。附接条带或线材的过程可能非常复杂、昂贵和耗时，并且以连续方式完成；也就是说，首先在太阳能电池的一面(前面或背面)上进行，然后在相反面上进行。
常规的接合过程开始于将涂有焊料的条带引入到电池的顶部或底部银焊盘上，并且以一侧至另一侧(side to side)扫掠动作(相对于太阳能电池纵向或横向地)焊接条带。然后对电池的相反面重复所述过程。当前的工艺采用热空气焊接、物理触碰条带的单独焊铁或聚焦的红外线。所有这些方法都耗时、昂贵，并且本质上对脆弱的太阳能电池条件苛刻。苛刻是由于点冲击损坏或热膨胀不均匀所致。这两个问题都会导致电池开裂和/或破损。由于在接合电池的一面然后接合另一面的连续过程中必须重复所述过程两次，因此这些问题变得更加严重。常规方法升级也是昂贵的。例如，如果行业中越来越多地使用附接条带(或线材)，则标准设施需进行昂贵且耗时的机器升级以扩增条带的数量。常规方法对变化的电池尺寸或切割电池变型也没有灵活性。必须针对每种电池改换变更设施，这会产生制造停机时间以及设施成本。
本公开描述同时接合或焊接太阳能电池的前部和背部金属化元件两者的单循环。前部金属化元件在光伏电池的光入射表面上。金属化可以是例如用于从太阳能电池收集电流并且将电池互连的常规条带或线材或其它类型的金属栅格或制品。本发明的方法和系统允许用一种工具将范围广泛的金属化类型(如尺寸、形状和数量)与各种类型的切割电池形状接合。因此，可以实现任何太阳能电池上的大面积或小面积阵列群接合而无需昂贵的工具升级或停机时间。
图1示出具有条带金属化的常规太阳能电池10。图示为单晶电池的太阳能电池10具有焊接于电池10的表面的三个条带15。电池10的表面具有银指状物17，其充当由电池产生的电流的管道，其中条带15从所述指状物收集能量。当在用于太阳能模块的电池的阵列中使用时，条带15延伸超过电池的边缘以允许将电池通常互连至下一个电池的背面以进行串联连接。常规电池10的背面(未示出)通常具有不连续的银焊盘，条带被焊接到所述银焊盘。在大多数搭接件-串接件(tabber-stringer)操作中，将条带15铺设在电池10的前表面上并焊接到所述前表面，然后在后续的制造步骤中，将条带焊接到串中的相邻电池的背面。
图2示出如第8,916,038号美国专利及第8,936,709号美国专利中公开的另一种类型的金属化，这两个专利均特此以引用的方式并入，其中单一金属制品为太阳能电池的整个表面提供金属化。在图2中，示出了前部金属制品20、半导体晶片22和背部金属制品24。前部金属制品20将被安装在晶片22的光入射表面上，而背部金属制品24将被安装到晶片22的背表面。前部金属制品20的互连元件26将与太阳能模块中的相邻电池的背部金属制品24电耦接。
在本公开中，提供了可将金属化同时接合至太阳能电池的前表面和背表面两者的设备。该系统将前部金属化元件和背部金属化元件两者与太阳能电池的银附接焊盘对齐，然后在单个热和压力步骤中将叠层(即，前部金属化、晶片和背部金属化)附接在一起。施加的热可以是感应热、辐射热、电阻热、热空气或其它热源。可以仅对太阳能电池的一面施加热，如顶部，或者同时对顶部和底部施加。可例如通过机械或气动方式施加压力。该系统被构造成以跨光伏电池施加的受控压迫动作将热从一个边缘均匀地散布到另一边缘。可例如通过不平行的板、有差别的弹簧力或变化密度的泡沫块来完成这种不均匀的压迫动作。这样导致力有差别，即在光伏电池的一端处施加的力与在相反端处施加的力相比大小不同。
本发明的实施方案也将前部附接所需的较高热量与背部附接所需的较低热量分离，以保护脆弱的背部银焊盘，同时仍施加足够的热和压力以附接背部。这全都在一个热、压力和时间步骤中完成。通过在一个步骤中完成金属化的前部附接和背部附接，得以控制所有材料中的热失配。这样消除了在太阳能电池制造期间发生的开裂的来源。本发明的实施方案也通过将所有步骤合而为一消除了通过若干步骤移动电池的危险。由于一个大热压迫(其包括对整个前表面和对背部的压迫)的性质原因，也降低了点源开裂的可能性。
图3示出根据一些实施方案的太阳能电池接合设备100的简化侧视示意图。设备100包括第一板110、第二板120和与第一板110耦接的热源130。第一板110和第二板120由导热材料制成，以使热量能够传递至太阳能电池部件，以熔化诸如焊料的接合材料，并将部件附接在一起。用于第一板和第二板110和120的导热材料可以是例如铜、铝、金、黄铜、青铜或石英。在此实施方案中图示为杠杆140的致动机构用于打开和关闭设备100，如由箭头150所指示。设备100示出处于打开位置，使得可将太阳能电池部件插在第一板110与第二板120之间用于接合。在已装载要接合的部件后，使用致动机构140将第一板110和第二板120一起向关闭位置移动，第一板110的接触表面111和第二板120的接触表面121在所述关闭位置处接触并对电池部件的相反表面施加压力。在一些实施方案中，通过致动机构140移动第一板110，而第二板120保持静止。在其它实施方案中，可通过致动机构140或通过两个单独的致动机构来移动第一板110和第二板120两者。
在图3的实施方案中，第一板110和第二板120在第一板110的边缘112处且在第二板120的边缘122处通过连结部160以铰接方式耦接在一起。连结部160包括铰链162，其在使板110和120在打开位置与关闭位置之间移动时将第一板110相对于第二板120以不平行方式对齐。例如，当致动机构使接合设备从打开位置向关闭位置移动时，第一板110和第二板120可以彼此不平行，第一板在太阳能电池的第一端附近更靠近第二板。在其它实施方案中，连结部160可用于使第一板和第二板110和120彼此平行地对齐。连结部160还包括垂直杆164，其可允许第一板110相对于第二板120垂直移位。在一些实施方案中，垂直杆164也可实现绕其纵向轴线的旋转移动，这可便于从设备100上装载和卸载太阳能电池部件。例如，图4是一实施方案中的接合设备102的平面图，其中第一板110和第二板120在打开位置中横向旋转并彼此移位。太阳能电池部件200图示为在接合设备102内，准备好将在板110与120之间压迫太阳能电池200时进行接合。板110和120可被垂直地升高和降低，以在打开位置与关闭位置之间移动，并且还可以包括旋转连结部(在此实施方案中未示出)，以使板110和120彼此不平行地成角度。
可以使用其它类型的机构使本公开的接合设备在打开位置与关闭位置之间移动，诸如但不限于连杆、齿轮、线性滑块和气压缸。除了杠杆140之外的致动机构可包括例如电子控制器、按钮和滑轮。
返回到图3，热源130可以是任何类型的热源，如电阻热、红外线、热空气或感应线圈。可以选择适应所使用的焊料的熔化温度的热源，如操作温度在25-500C范围内的热源。在一些实施方案中，热源可具有快速攀升时间，如不到一秒攀升至操作温度。虽然热源130被示出为安装在第一板110上，但在一些实施方案中，可将热源130以适合热源类型的任何方式结合到接合设备100中。比如，对于电阻加热，可将加热元件嵌入第一板110内，其中控制面板位于别处，如与图示的接合设备100附接或分开。在另外的实施方案中，第二热源170可与第二板120耦接，其中第二热源170与热源130可为相同或不同类型(例如，电阻、红外线等)。在图3的实施方案中，第二热源170图示为嵌入第二板120内。
在各种实施方案中，可将本发明的接合设备设计成适应许多电池构造和电池设计。例如，可将第一板110和第二板120的表面积设计成用于任何尺寸的电池、用于各种数目的条带，甚至设计成同时接合多个电池。例如，板110和120可具有用以覆盖要由该设备接合的最大预期电池的长度和宽度，使得同一设备也可适应较小尺寸的电池。在其它实施方案中，可包括器具(fixture)以辅助使金属化元件与半导体晶片上的银指状物/焊盘对齐。器具可与板110和120成一体，或者可以是可移除的插入件。
图5A-5B是操作中的接合设备100的侧视图，为了清楚起见，仅示出了设备100的第一板110和第二板120。已将太阳能电池200的部件装载到设备100中以用于接合，其中所述部件包括前部金属化元件210、半导体晶片220和背部金属化元件230。在一些实施方案中，前部金属化元件210包括互连元件215，其厚度(图5A中的垂直高度)可大于前部金属化元件210的位于晶片220的表面之上的主要部分。在其它实施方案中，互连元件215可以不存在。前部金属化元件210和背部金属化元件230可以是如图1中的常规条带或如图2中的栅格型制品。金属化元件210和230可具有预涂覆于其上的焊料，或者可以在被插入接合设备100中之前在次级过程中施加焊料。
在图5A中，设备100示出为处于打开位置，其中第一板110和第二板120是分开的，使得可以将太阳能电池200的部件装载到设备100中。为了启动接合过程，在将第一板110向关闭位置移动之前诸如由热源130对其进行加热。在第一板110如箭头151所指示的那样朝太阳能电池200移动时，来自第一板110的热将前部金属化元件和背部金属化元件210和230上的焊料熔化。第一板110朝着第二板120铰接，这可能同时涉及角向运动和垂直移位。因为第一板110和第二板120成角度一起移动，其中在板110和120向关闭位置移动时，板的边缘112和122比相反的边缘113和123更靠近在一起，所以熔化的焊料从边缘112与122之间的较薄间隙区域流向边缘113与123之间的较厚间隙区域，从而产生相等的回流长度。第一板110和第二板120相对于彼此成角度的构造导致对太阳能电池200施加力，其中当接合设备100向关闭位置移动时，施加到太阳能电池200的第一端202的力不同于施加到太阳能电池200的第二端203的力。在此实施方案中，力在太阳能电池200的第一端202处比在第二端203处高。在板一起移动时，第一板110和第二板120的不平行对齐也适应互连元件215的高度增加，从而再次使得在焊料跨太阳能电池表面流动时，焊料能从金属化的较厚区域流向较薄区域。
在图5B中，设备100处于关闭位置，其中板110和120彼此面对，并与太阳能电池200的相反表面直接接触。第一板110的第一接触表面111接触太阳能电池200的前表面，并且第二板120的第二接触表面121接触背表面。在关闭位置中，热量继续施加到太阳能电池200以实施接合过程。热量从热源130通过第一板110流向太阳能电池200，然后流向第二板120。在加热进行时，从第一板110和第二板120对太阳能电池200施加压力，以促进牢固接合并防止金属化元件由于热膨胀而剥离。
图6A和6B是另外的实施方案的简化侧视图，其中可由接合设备产生差别力。为了清楚起见，在图6A-6B中未示出加热源和将第一板和第二板110和120耦接在一起的致动机构。在图6A中，接合设备104的第一板110包括偏置部件180的阵列，其中偏置部件180定位在当处于关闭位置时将接触太阳能电池200的整个表面区域上。为了图示清楚，偏置部件180不一定是按比例绘制的。在此实施方案中，每个偏置部件180包括在一端处与第一板110耦接的偏置元件181和与偏置元件181的相反端耦接的帽182。偏置元件181提供偏置力，并且可以是例如压缩弹簧或诸如泡沫的可压缩材料。帽182(在一些实施方案中可省略)改善太阳能电池200的接触表面，诸如如果偏置元件181的端部不平坦或者没有提供足够的接触面积来接触太阳能电池的话。例如，帽182可以是具有平坦端面的圆柱形件，其中端面的直径大于偏置元件181的直径。作为示例实施方案，图6A的偏置部件180图示为弹簧加载销。热量从第一板110通过偏置阵列180向太阳能电池200传递，使得偏置部件180面对太阳能电池的端部成为第一板110的接触表面111。可能用于偏置元件181和/或帽182的材料包括但不限于铜、陶瓷和石英。用于帽182的另外的材料包括但不限于聚四氟乙烯(PTFE)、
Figure BDA0002325762480000101
和聚醚醚酮(PEEK)。
偏置部件180被构造成通过跨阵列配置以变化的偏置力而跨太阳能电池200产生差别力。跨太阳能电池200的表面施加的不均匀力有助于促进焊料回流，如上面结合不平行板进行说明的那样。例如，跨表面减小的力可辅助焊料从力较高的端部流向力较低的另一端部，从而导致焊料厚度更均匀。在图6A的实施方案中，如由箭头的大小所指示的那样，在太阳能电池200的第一端202附近的第一偏置元件的第一偏置力183a大于在太阳能电池200的第二端203附近的第二偏置元件的第二偏置力183c。中间的偏置元件具有第三偏置力183b，其值介于偏置力183a与183c之间。在一些实施方案中，偏置力的差别可表示为压力，例如从板的一端到另一端差别为大约0.010-0.020lbs/in2，如差别为0.015lbs/in2。在一些实施方案中，除了具有彼此不同的弹簧力之外或代替具有彼此不同的弹簧力的是，弹簧加载销可具有跨表面的可变间距。例如，在一个区域中的销之间的较宽间距与在另一区域中间隔更紧密的销相比，施加在太阳能电池上的力更小。具有跨阵列180变化的偏置力(如高于第二偏置元件的第二偏置力的第一偏置力)的这种构造产生跨太阳能电池200的变化力，而不要求板110和120在向关闭位置移动时彼此不平行。因此，当接合设备处于关闭位置时而不是当将接合设备向关闭位置移动(如不平行板的情况)时，变化的力可被施加到太阳能电池。在有多个偏置部件180的示例方案中，第一板和第二板110和120可以平行方式彼此朝向移动，或者它们可以相对于彼此形成角度。要注意的是，虽然已描述将力部件结合到第一板110中，但在其它实施方案中，可将力部件结合到第二板120中，或者结合到第一板110和第二板120两者中。
图6B示出另一接合系统106的实施方案，其中加热板110包括用以跨太阳能电池200产生差别力的可压缩块190。可压缩块190可以是例如泡沫材料，如陶瓷、石英、PTFE、Vespel、Torlon和PEEK。泡沫可覆盖有诸如含氟聚合物的不粘涂层或片材，以有助于防止太阳能电池粘附至加热板110。在于太阳能电池200的第一端202与第二端203之间延伸的方向上，可压缩块190在整个长度191上具有密度梯度。密度梯度使可压缩块190跨太阳能电池施加差别力。与图6A中的偏置部件180的阵列类似，可压缩块190在太阳能电池200的第一端202附近具有力193a，在块190的中间区域中具有较小的力193b，并且在太阳能电池200的第二端203附近具有最小的力193c。偏置力的差别是由跨块190的密度梯度产生的，其中块190具有与力193a对应的第一密度，其高于与力193c对应的第二密度。密度梯度可以阶梯方式或以连续方式出现。密度梯度可导致在板的一端与另一端之间例如大约0.010-0.020lbs/in2(如0.015lbs/in2差别)的压力差。
在任何上述实施方案中，可使用各种机构保持板110和120处于关闭位置，这些机构例如但不限于夹具、封闭框架结构或可以机械、气动或者液压方式操作的致动器。
除了对太阳能电池施加压力之外，第一板110和第二板120两者还被设计成在太阳能电池的表面之上施加均匀的加热。在大致均匀的温度下操作防止跨太阳能电池200的表面形成热应力。在一些实施方案中，第一板具有第一均匀温度，所述第一均匀温度不同于第二板的第二均匀温度。也就是说，第一板和第二板可以被构造成当处于关闭位置时在彼此不同的温度下操作。虽然将以在高于第二板的温度下操作第一板的情况来描述本公开中的各种实施方案，但其它实施方案可利用在低于第二板的温度下操作的第一板，诸如如果将太阳能电池的前部金属化放入面向第二(底部)板的接合组件中的话。
在一些实施方案中，第二板120被构造成在低于第一板110的温度的温度下操作。例如，第一板和第二板均可具有热源，其中加热器在彼此不同的温度下操作，以在太阳能电池的板所接触的侧面上实现不同的焊接温度。在另一示例中，第一板110可具有热源，而第二板120没有热源。在其中第二板120没有自身热源的此类实施方案中，第二板可被构造成散热，使得在加热过程期间第二板120在低于第一板110(其由热源130主动加热)的温度下操作。以这种方式，可以控制背部金属化元件230的焊接温度以适应与正面不同的焊料要求。在太阳能电池的正面上通常使用优质银，而在背面上通常使用较低成本的银混合物。本发明的接合设备使得能够同时对太阳能电池的正面和背面、而且以对每一面适当的不同温度施加热量。此外，因为太阳能电池中的热应力减轻，所以可使用较高温度的焊料，如温度在250-350C的焊料。因为接合设备可以适应范围广泛的温度，所以可使用各种类型的焊料，例如各种比例的铅-锡、聚合物或锡。
图7示出用以获得均匀但比第一板110低的操作温度的第二板120的实施方案的分解组件视图。在此实施方案中，第二板120包括叠置在一起的三个层，即基板124、网125和导热片126。导热片126在图7中示出为诸如金属的固体材料片。将第二板120放置成导热片126朝太阳能电池定向。片126具有高导热率以跨太阳能电池的表面实现均匀的温度。网125提供热隔断以散热，并导致第二板120与第一板110相比操作温度更低，同时仍然导热，以维持均匀的温度。基板124是绝热材料，用以控制和维持由片126提供给太阳能电池的有效温度。例如在一个实施方案中，基板124是硅酮橡胶，网125是铜，且片126是钛。网125可为栅网或格型构造或者任何其它相交或不相交的设计，如具有线性和/或弯曲元件。
图8是接合设备的另一实施方案的透视图，其中在加热系统中利用气流，并且在致动机构中使用夹送辊系统。接合设备300包括第一板310、第二板320和热源330。热源330可以是例如灯组件。在其它实施方案中，可以将热源330结合到第一板310和/或第二板320中，如先前在图3中所示的那样。接合设备300还包括以框架结构实施的致动机构340，所述框架结构在所述结构的两端处具有顶部和底部夹送辊342。第一板和第二板310和320在其外表面上具有夹送辊导引件344，其中导引件344是夹送辊342可行进到其中的平行凹槽。图8中还示出了分别在第一板310和第二板320中的O形环密封件311和321，以及排气导管350和滑动密封件352，以上全都将在下面进行更详细的描述。
图9示出处于打开位置的第一板310和第二板320，其中太阳能电池200被装载到所述板之间的空间中。板310和320用弹簧加载连结部360耦接在一起。在此连结部360实施为蛤壳式连结部。其它实施方案包括例如垂直气动升降件(分离式)或多连结铰链(不均匀分离的)。
图10A-10C示出第一板310被装载到接合设备300的致动机构340中的各阶段。图10A是特写透视图，其中板310和320的左边缘被初始插入致动机构340中，并且仍处于打开位置。在如由箭头301所指示将板310和320插入设备300中时，夹送辊342a的辊穿过辊导引件344以将蛤壳对齐，并增加弹簧力以关闭板组件。图10A还示出了排气350中的通气狭槽351，这随后将结合图11A-11D进行描述。在图10B中，如通过板310的右边缘是水平的并且被夹送辊342a关闭所见，板已被完全插入。图10C提供组件的完整透视图，其中板310和320处于关闭位置，由夹送辊342a和342b(对应的辊在下面，在此视图中看不见)保持关闭。要注意的是，左夹送辊组件342b也迫使盖(即，第一板310)关闭，从而给组件增加更多的夹紧力。
图11A-11B示出在一实施方案中的第一板和第二板310和320的两个视图，其中气流既用作热源又用于辅助焊接过程。图11A示出板310或320的拐角部分的顶视图线框，并且图11B示出叠置在一起的板310和320的透视图。如图11A中所示，在此实施方案中，板310和320具有在O形环密封件311/321处终止的内部流动导管370。流动导管370图示为圆柱形垂直相交的管网络，虽然其它的形状和布局也是可能的。导管370包括沿其长度在板310/320的内表面(面向太阳能电池的表面)上的孔375。
从气体源引入诸如空气的气体，并使其流过滑动密封件352(图8)和O形环密封件311/321进入导管370。空气从导管370被强制通过铰接板310和320中的孔375。因此，气体源与第一板和第二板流体耦接，并且流动导管370被构造成当第一板处于关闭位置时将气体从气体源递送到太阳能电池。在此实施方案中，第一板和第二板310和320由诸如铜的导热材料制成，以跨板的表面实现基本上均匀的温度。空气通过狭缝376带走焊剂蒸气，并且排气管350中的通气狭槽351(图10B)将蒸气从组件中排空。流过导管370的空气被热源330加热，并且也将有助于对太阳能电池上的焊点均匀施热。第二(下部)板320中的空气可用于在必要时冷却下部板320，其中可由例如通过导管370的气体流速来控制第二板320的温度。在整个附接过程期间气体流过板310和320，并且也可用于在过程完成后冷却接合设备100。
图12A-12C和图13A-13C示出可与本文公开的接合设备一起使用的对齐器具的实施方案，其中插图是特写截面视图。图12A展示具有对齐凹坑(pocket)的下部板320，所述对齐凹坑是为太阳能电池部件成形的凹进区域。图12A的插图示出与凹坑410和420对应的阶梯状区域。凹坑420围绕凹坑410形成。在图12B中，背部金属化元件412已被放入凹坑410中，并且在图12C中，半导体晶片422已被放在凹坑420中，在背部金属化元件412之上。因此，凹坑410和420使背部金属化元件412与晶片422对齐，这对于使太阳能电池部件的特定焊接区域适当地接合在一起是重要的。
图13A示出使用另外的对齐器具将前部金属化元件放入接合设备中。在图13B中，将销430结合到第二板320中，其充当用于前部金属化元件的对齐特征件。前部金属化元件被制作成在互连元件215中带有销430插入其中的孔口。销430在第一板310中具有对应的过盈凹坑440以辅助将前部金属化元件固定在接合设备中。
可将图12A-12C和图13A-13C的对齐特征件机加工到接合设备的板中，或者制造为单独的部件并组装到设备中。在一些实施方案中，对齐器具可以是可移除的，使得可针对不同的太阳能电池尺寸或阵列对接合设备可互换地进行构造。
图14是使用本公开的接合设备在太阳能电池上接合金属化元件的流程图500的实施方案。在步骤510中，提供接合设备，所述接合设备具有第一板和第二板。第一板和第二板的尺寸设定为覆盖整个太阳能电池。在打开位置中，第一板和第二板是分开的，并且在关闭位置中，第一板和第二板接触太阳能电池的相反表面。在步骤520中，将太阳能电池部件装载到接合设备中。太阳能电池部件包括前部金属化元件、半导体晶片和背部金属化元件。金属化元件可以是常规的条带，或者可以是在半导体晶片的整个表面之上提供金属化的单一金属制品。金属制品可包括电池与电池互连元件。
在步骤530中，热源对第一板施加热量。在一些实施方案中，第二板也可包括其自身的热源。在第一板变热时，从第一板辐射的热量使金属化元件上的焊料开始熔化。然后在步骤540中，例如通过使第一板朝第二板移动来使接合设备从打开位置向关闭位置移动。在关闭位置时，整个太阳能电池在单一过程中被接合在一起，所述单一过程经所需的时间段对前部金属化和背部金属化两者施加热和压力。第一板和第二板被构造成对太阳能电池施加力以实现受控的焊料回流，其中当接合设备处于关闭位置或向关闭位置移动时，在太阳能电池的第一端处的力与在太阳能电池的第二端处的力大小不同。在一些实施方案中，力的大小从太阳能电池的第一端到太阳能电池的第二端减小。在一些实施方案中，第一板不与第二板平行。板的不平行对齐辅助促进跨太阳能电池的均匀焊料流。在关闭位置中，板是平行的并且直接接触太阳能电池。在其它实施方案中，可通过具有变化的偏置力的多个偏置元件或具有密度梯度的可压缩块来产生由接合设备跨电池施加的力。
第一板和第二板被构造成当处于关闭位置时在彼此不同的温度下操作。例如，第二板可以被构造成散热，使得当第一板处于关闭位置时，第二板具有比第一板低的温度。第一板和第二板被构造成在接触太阳能电池的表面上具有均匀的温度。此外，第一板和第二板的温度可以被调整为适应用于金属化元件的特定类型的焊料。在一些实施方案中，第二板可利用多个材料层来散热，如定位在基板与导热片之间的网。在一些实施方案中，第一板和/或第二板可使用诸如空气的气流来控制板的温度。在步骤550中，从接合设备中取出接合的太阳能电池。
已经详细参考了所公开的发明的实施方案，附图中已示出发明的一个或多个示例。每一示例均以解释本技术而不是限制本技术的方式提供。实际上，虽然说明书已就本发明的具体实施方案进行了详细描述，但应理解的是，本领域技术人员在获得对前述内容的了解后可以很容易地构想出这些实施方案的替代形式、变化形式和等同形式。比如，作为一个实施方案的一部分图示或描述的特征可与另一实施方案一起使用，以得到更进一步的实施方案。因此，本发明的主题旨在涵盖所附权利要求及其等同方案范围内的所有这类修改和变化形式。本领域普通技术人员在不背离所附权利要求中更具体阐述的本发明范围的情况下可以实施本发明的这些及其它修改和变化形式。此外，本领域普通技术人员应理解的是，前面的描述仅作为示例，并不旨在限制本发明。

Claims (20)

1.一种接合设备，其包括：
热源；
与所述热源耦接的第一板，所述第一板是导热的，并且被构造成覆盖整个太阳能电池；
第二板，所述第二板是导热的，并且被构造成覆盖所述整个太阳能电池；和
被构造成在打开位置与关闭位置之间移动所述接合设备的致动机构，其中在所述打开位置中，所述第一板和所述第二板是分开的，并且在所述关闭位置中，所述第一板和所述第二板接触所述太阳能电池的相反表面；
其中所述第二板被构造成散热，使得当所述接合设备处于所述关闭位置时，所述第二板具有比所述第一板低的温度；并且
其中所述第一板和所述第二板被构造成对所述太阳能电池施加力，当所述接合设备处于所述关闭位置或者向所述关闭位置移动时，在所述太阳能电池的第一端处的力不同于在所述太阳能电池的第二端处的力。
2.如权利要求1所述的接合设备，其中当所述致动机构使所述接合设备从所述打开位置向所述关闭位置移动时，所述第一板和所述第二板彼此不平行。
3.如权利要求1所述的接合设备，其中所述第一板或所述第二板中的至少一者包括多个偏置元件，其中所述多个偏置元件中的第一偏置元件具有第一偏置力，所述第一偏置力高于所述多个偏置元件中的第二偏置元件的第二偏置力。
4.如权利要求1所述的接合设备，其中所述第一板或所述第二板中的至少一者包括可压缩块，所述可压缩块跨所述可压缩块的长度具有密度梯度。
5.如权利要求1所述的接合设备，其中所述力从所述太阳能电池的所述第一端到所述第二端减小。
6.如权利要求1所述的接合设备，其中：
所述第一板具有第一接触表面，并且所述第二板具有第二接触表面，在所述关闭位置中，所述第一接触表面和所述第二接触表面接触所述太阳能电池的相反表面；
所述第一接触表面被构造成跨所述第一接触表面在第一均匀温度下操作；并且
所述第二接触表面被构造成跨所述第二接触表面在第二均匀温度下操作。
7.如权利要求1所述的接合设备，其中所述第二板包括：
基板；
与所述基板耦接的网；和
与所述网耦接的导热片，其中所述导热片朝所述太阳能电池定向。
8.如权利要求1所述的接合设备，其还包括与所述第一板和所述第二板流体耦接的气体源；
其中所述第一板和所述第二板各自包括流动导管，所述流动导管被构造成当所述第一板处于所述关闭位置时将气体从所述气体源递送到所述太阳能电池。
9.一种接合设备，其包括：
热源；
与所述热源耦接的第一板，所述第一板是导热的，并且被构造成覆盖整个太阳能电池；
第二板，所述第二板是导热的，并且被构造成覆盖所述整个太阳能电池；和
被构造成在打开位置与关闭位置之间移动所述接合设备的致动机构，其中在所述打开位置中，所述第一板和所述第二板是分开的，并且在所述关闭位置中，所述第一板和所述第二板接触所述太阳能电池的相反表面；
其中所述第一板和所述第二板被构造成当处于所述关闭位置时在彼此不同的温度下操作；并且
其中所述第一板和所述第二板被构造成对所述太阳能电池施加力，当所述接合设备处于所述关闭位置或者向所述关闭位置移动时，在所述太阳能电池的第一端处的力不同于在所述太阳能电池的第二端处的力。
10.如权利要求9所述的接合设备，其中当所述致动机构使所述接合设备从所述打开位置向所述关闭位置移动时，所述第一板和所述第二板彼此不平行。
11.如权利要求9所述的接合设备，其中所述第一板或所述第二板中的至少一者包括多个偏置元件，其中所述多个偏置元件中的第一偏置元件具有第一偏置力，所述第一偏置力高于所述多个偏置元件中的第二偏置元件的第二偏置力。
12.如权利要求9所述的接合设备，其中所述第一板或所述第二板中的至少一者包括可压缩块，所述可压缩块跨所述可压缩块的长度具有密度梯度。
13.如权利要求9所述的接合设备，其中所述力从所述太阳能电池的所述第一端到所述第二端减小。
14.如权利要求9所述的接合设备，其还包括与所述第二板耦接的第二热源。
15.如权利要求9所述的接合设备，其中：
所述第一板具有第一接触表面，并且所述第二板具有第二接触表面，在所述关闭位置中，所述第一接触表面和所述第二接触表面接触所述太阳能电池的相反表面；
所述第一接触表面被构造成跨所述第一接触表面在第一均匀温度下操作；并且
所述第二接触表面被构造成跨所述第二接触表面在第二均匀温度下操作。
16.如权利要求9所述的接合设备，其中所述第二板包括：
基板；
与所述基板耦接的网；和
与所述网耦接的导热片，其中所述导热片朝所述太阳能电池定向。
17.一种接合设备，其包括：
热源；
与所述热源耦接的第一板，所述第一板是导热的，并且被构造成覆盖整个太阳能电池；
第二板，所述第二板是导热的，并且被构造成覆盖所述整个太阳能电池；和
被构造成在打开位置与关闭位置之间移动所述接合设备的致动机构，其中在所述打开位置中，所述第一板和所述第二板是分开的，并且在所述关闭位置中，所述第一板和所述第二板接触所述太阳能电池的相反表面；
其中所述第二板被构造成散热，使得当所述第一板处于所述关闭位置时，所述第二板具有比所述第一板低的温度；并且
其中所述第一板和所述第二板被构造成当所述接合设备处于所述关闭位置或者向所述关闭位置移动时在所述太阳能电池的第一端处比在所述太阳能电池的第二端处施加更大的力。
18.如权利要求17所述的接合设备，其中当所述致动机构使所述接合设备从所述打开位置向所述关闭位置移动时，所述第一板和所述第二板彼此不平行，所述第一板在所述太阳能电池的所述第一端附近更靠近所述第二板。
19.如权利要求17所述的接合设备，其中所述第一板或所述第二板中的至少一者包括多个偏置元件，其中所述多个偏置元件中靠近所述太阳能电池的所述第一端的第一偏置元件具有第一偏置力，所述第一偏置力大于所述多个偏置元件中靠近所述太阳能电池的所述第二端的第二偏置元件的第二偏置力。
20.如权利要求17所述的接合设备，其中所述第一板或所述第二板中的至少一者包括可压缩块，所述可压缩块在所述太阳能电池的所述第一端附近具有第一密度，所述第一密度高于在所述太阳能电池的所述第二端附近的第二密度。
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