CN111095576B - 以卷对卷工艺生产薄膜光伏电池模块的方法和配置成使用该方法的设备 - Google Patents

以卷对卷工艺生产薄膜光伏电池模块的方法和配置成使用该方法的设备 Download PDF

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Abstract

一种用于使用特定设备以卷对卷工艺在衬底膜中生产薄膜光伏电池模块的方法，该模块包括在下电极层和上电极层之间具有光伏层的衬底，该设备包括带式输送机和沿着带式输送机的传送方向布置在相应位置的划线站和印刷站，以在光伏电池之间形成互连结构，该互连结构包括结构元件布置，该结构元件布置具有一个或多个导电划线和隔离划线以及连接相邻薄膜光伏电池的导电主体。方法包括：由加工站在移动衬底膜中形成互连结构；测量结构元件并确定每个结构元件的参数；基于确立与功能缺陷相关联的定位误差的参数，基于该误差，校正一个或多个加工站和/或带式输送机的设置。

Description

以卷对卷工艺生产薄膜光伏电池模块的方法和配置成使用该 方法的设备
技术领域
本发明涉及一种以卷对卷工艺生产包括薄膜光伏电池的光伏模块的方法。此外，本发明涉及一种被配置成使用这种方法的设备。此外，本发明涉及一种计算机程序产品。
背景技术
在包括薄膜光伏电池的光伏模块的卷对卷制造中，在形成为(半)连续带或(半)连续箔的衬底上，形成夹在至少上电极层和下电极层之间的光伏层的分层结构。
因为衬底是(半)连续的，所以通过应用划线的布置，衬底上的分层结构被分成单个PV电池。在这种布置中，通过用导电材料或隔离材料填充划线，或者使用开口划线，划线相应地被配置成导电线或隔离线。此外，可以在衬底的其他区域上直接形成导电线或隔离线。此外，该布置可以包括导电主体，该导电主体提供相邻单个PV电池的互连。
典型地，在卷对卷工艺中，划线由使用激光扫描仪的划线站形成，该激光扫描仪产生一个或多个激光束来切割分层结构中的划线。可以控制各个划线的深度。另外，可以控制表面的结构和/或线的形状。
导电线或隔离线的形成是通过印刷站来完成的，该印刷站用导电墨水、相变墨水、可溶解墨水或隔离墨水填充和或印刷来修改划线和周围的电极。以同样的方式，可以印刷导电主体以在相邻的PV电池之间形成互连桥。
划线站和印刷站沿着衬底的传送路径定位，并且每个被布置成在衬底通过时提供它们各自的功能。
由于划线和印刷墨水线的形成是连续和重复的过程，因此随着时间的推移，由于这些过程中的一个或多个的变化，可能会出现误差。这种误差可能由例如设备漂移、光电材料特性或导电墨水或隔离墨水的特性的变化引起。此外，当衬底在这些过程中移动时，传送速度的不充分稳定性可能影响生产过程。
WO 2010/135321公开了一种用于太阳能电池生产线控制和过程分析的方法和设备，其中组合工具系统适于通过接受大的未加工的衬底并执行多次沉积、材料去除、清洁、切片、结合和各种检查和测试过程来形成薄膜太阳能电池装置，以形成多个完整的、功能性的和经过测试的太阳能电池装置，然后这些太阳能电池装置可以被运送给最终用户以安装在期望的位置来发电。
WO 2010/068331公开了一种用于丝网印刷图案对准的视觉系统，该视觉系统用于太阳能电池形成过程，该过程包括在衬底面上以期望图案形成的重掺杂区域上形成金属接触件。检查系统和支持硬件用于在图案化的重掺杂区域上可靠地定位类似形状或图案化的金属接触结构，以允许形成欧姆接触件。金属接触结构，例如指状物和母线，形成在重掺杂区域上，从而可以在这两个区域之间形成高质量的电连接。
本发明的目的是克服或减轻现有技术的一个或多个缺点。
发明内容
该目的通过一种用于以卷对卷工艺在衬底上的衬底膜中生产薄膜光伏电池模块的方法来实现，该模块包括衬底，衬底膜包括沉积在下电极层和上电极层之间的光伏层，该方法通过使用包括带式输送机和多个加工站的设备来实现，其中加工站包括划线站和印刷站，并且按次序沿着带式输送机的传送方向布置在相应的位置，以便在光伏电池之间形成互连结构，该互连结构包括结构元件布置，该结构元件布置包括一条或多条导电划线、一条或多条隔离划线和用于在相邻薄膜光伏电池之间提供连接的导电主体，
其中该方法包括：
a)在传送方向上沿着带式输送机以预定速度传送衬底；
b)当衬底通过加工站时：通过加工站使用用于激活和去激活加工站各自功能的定时，在衬底膜中形成互连结构和/或可选地在衬底膜的远离互连结构的部分上形成包括导电划线测试线、隔离划线测试线和导电印刷测试线的伸长测试结构的测试图案，其中每条测试线与各自的加工站相关联；
c)随后测量互连结构中的每个结构元件并确定每个结构元件的结构参数，和/或如果形成了测试图案，则测量每个伸长测试结构并确定每个测试结构的结构参数，每个结构元件和/或每个测试结构的结构参数选自包括相对位置、宽度、宽度方差、线边缘的相对位置的群组；
d)基于确立定位误差的结构参数，该定位误差与串联互连结构中功能缺陷的出现相关联，以及
e)基于确立的定位误差，提供加工站和/或带式输送机中的一个或多个的设置的校正。
有利地，本发明提供了一种方法，该方法使用光伏电池的结构参数来校正生产光伏电池的卷对卷工艺的设置。校正涉及与定位误差有关的结构参数。定位误差根据功能缺陷进行分类，这些功能缺陷可能是由于加工站在卷对卷工艺中执行的任何两个过程之间的未对准而产生的。
该方法允许使用从互连结构的线形元件或加工站形成的测试图案导出的结构参数。
根据实施方式，该方法提供如下步骤：测量带式输送机的预定速度的漂移；基于测量的漂移确定定时校正；以及使用定时校正来调整每个加工站的激活和去激活的定时，或者基于测量的漂移来调整带式输送机的速度，其中该设备包括带式输送机的带上的标记和用于感测带上的标记的感测装置，其中由来自感测装置的信号测量漂移。
以这种方式，该方法提出可以在与加工站引起的任何定位误差或未对准相同的控制回路中调整过程的设置。
根据实施方式，本发明提出至少在预定位置处的通孔布置在带式输送机的带中作为标记，并且漂移的测量包括：
通过至少一个通孔在带的第一表面处产生由光源产生的光信号，并且在带的与第一表面相对的第二表面处由光检测器检测光信号的定时。
光源可以是划线站的激光扫描仪产生的激光束。
光信号的定时可以用来测量激光束的位置c.q.。有利的是，这提供了直接链接到划线站的反馈。
如果出现超过预定阈值的位置变化或偏差，则该方法提出对带式输送机的设置或加工站的激活或去激活的定时设置进行校正。
根据一方面，本发明提供了一种设备，其包括带式输送机、进给站、收集站、加工站、带传感器和控制器；该控制器包括处理单元和存储器，其中处理单元耦接到存储器；控制器与带式输送机、进给站、收集站、加工站和带式传感器通信连接，用于控制存储器；控制器与带式输送机、进给站、收集站、加工站和带式传感器各自的功能；
该加工站包括至少一个划线站、至少一个用于印刷隔离墨水的印刷站和至少一个用于印刷选自包括导电墨水、相变墨水和可溶解墨水的群组的墨水的印刷站；
该系统被布置成以卷对卷工艺在衬底膜中生产薄膜光伏电池，该衬底膜包括衬底或载体层，光伏层沉积在下电极层和上电极层之间，其中加工站按次序布置在沿着带式输送机的传送方向的相应位置，以便在光伏电池之间形成串联互连结构，
其中控制器被配置成接收所确立的定位误差，其与串联互连结构中功能缺陷的出现相关联，并且基于所确立的定位误差，向加工站和/或带式输送机中的一个或多个提供设置校正。
根据一方面，本发明提供了根据权利要求20所述的计算机程序产品。
附图说明
下面将参照附图更详细地解释本发明，附图中示出了本发明的说明性实施方式。附图仅用于说明的目的，而不是对本发明概念的限制。本发明的范围仅由所附权利要求中给出的定义来限定。
图1示出了用于以卷对卷工艺生产光伏电池的设备的示意性布局；
图2示出了可以形成光伏电池的分层结构的横截面；
图3A和图3B示出了处于不同制造阶段的光伏电池的互连结构的示例的透视图；
图4A、图4B和图4C示出了根据本发明实施方式的相应方法的框图；
图5示意性地示出了用于以卷对卷工艺生产光伏电池的衬底膜上的测试图案；
图6A、图6B示意性地示出了互连结构中的结构元件位置的概率密度函数，以及
图7.1至图7.18示出了根据定位误差确定功能缺陷的示意图。
具体实施方式
图1示出了根据本发明实施方式的用于以卷对卷工艺生产薄膜光伏电池模块的设备的示意性布局。
由附图标记1表示的设备包括带式输送机2、进给站4、收集站6、加工站8、10、12、带传感器14、控制器16。
在一些实施方式中，设备1还包括图像记录系统18，例如电子照相机。
加工站包括至少一个划线站8、至少一个用于印刷隔离墨水的印刷站10和至少一个用于印刷墨水的印刷站10。根据包括薄膜光伏电池的光伏模块的设计，这种墨水可以选自包括导电墨水和/或相变墨水和/或可溶解墨水的群组。
替代地或附加地，对于如上所述的印刷站，加工站可以具有附加的功能站，包括涂布站(用于结构化和/或非结构化涂布)、层压站、旋转丝网印刷站、取放站和分配站。本领域技术人员将理解，生产光伏模块所需的其他类型的功能站可以另外包括在这种卷对卷生产设备中，并且可以是本发明的一部分。
控制器16与带式输送机2、进给站4、收集站6、加工站8、10、12和带传感器14通信连接，用于控制它们各自的功能，这将在下面更详细地描述。
在设备1上，可以执行用于在衬底(或载体层)上制造薄膜光伏电池的卷对卷工艺。将包含光伏材料并设置在衬底上的分层结构的半成品带20引入到设备中。
将参照图2和图3A以及图3B描述半成品的示例。
半成品带20从进给站4被引入到带式输送机2上，并在通过加工站8、10、12时在收集站6的方向T上被传送。
在带式输送机的传送方向上，半成品带20首先通过包括激光扫描仪S的划线站8，该激光扫描仪被布置成通过从衬底上的分层结构去除材料而在分层结构中产生一条或多条划线。如将参考图3A和图3B描述的，划线用作所谓的P1、P2和P3线的基础。
接下来，半成品带通过至少一个隔离墨水印刷站10，该隔离墨水印刷站10被布置成在一部分(即，第一数量)的划线中印刷隔离墨水。此外，隔离墨水印刷站10可以被配置成在分层结构的顶面上印刷隔离墨水元件，例如隔离墨水线。这种隔离墨水元件可以印刷在与印刷在第一数量的划线中的一条或多条隔离墨水线相邻的位置。
随后，半成品带通过至少一个印刷站12，该印刷站12被布置成在第二部分(即，第二数量)的划线中印刷导电墨水或可去除墨水。此外，导电墨水印刷站12可以被配置成在分层结构的顶面上印刷导电墨水元件，例如导电墨水线或导电或功能墨水主体。这种导电或功能墨水元件可以印刷在与印刷在第二数量的划线中的一条或多条导电墨水线相邻的位置。替代这种施加导电墨水的方法，还可以施加可去除的墨水作为剥离化合物。
在通过加工站之后，经过加工的半成品20在收集站6被收集，并被转移到后加工设施(未示出)。在这种后加工设备中，例如可以进行导电墨水的低温烧结步骤。如果需要TCO互连作为P1划线上的连接，则在后加工中形成图案化的TCO层。
组合起来，划线站、隔离墨水印刷站和导电墨水印刷站被布置成形成分层结构的各个部分，每个部分用作(薄膜)光伏电池，并通过在每对相邻光伏电池之间形成互连结构来提供光伏电池的(串联)连接。
根据本发明的实施方式，划线站、隔离墨水印刷站和导电墨水印刷站被额外地配置成用于在半成品的与由加工站8、10、12形成的光伏电池间隔开的部分形成包括划线测试线、隔离墨水测试线和导电墨水测试线的测试图案。隔离墨水测试线可以设置在一条或多条划线测试线中和/或在间隔开的部分中的分层结构的顶面上。同样，导电墨水测试线可以设置在一条或多条划线测试线中和/或在间隔开的部分中的分层结构的顶面上。
该设备包括带传感器14，其被布置成测量来自移动带的定时信号，以便测量带式输送机构的任何漂移。
根据实施方式，带传感器14包括带式输送机2的带上的标记和用于感测带上的标记的感测装置14b，其中从来自感测装置的定时信号中导出漂移。
在另一个实施方式中，标记14a包括在带中的预定位置处的通孔，感测装置14b包括在带的第一表面处的光源S，例如在上方，光源S被布置成当通孔14a通过感测装置14时使用激光扫描器通过通孔14a产生光信号，以及在带的与第一表面相对的第二表面处的光检测器D，例如在传送带下方，光检测器D被布置成当来自激光扫描仪的光信号通过带传输时检测该光信号的定时。从检测到的定时产生定时信号。
因此，提供了一种以卷对卷工艺在衬底膜中生产薄膜光伏电池的设备，该衬底膜包括衬底或载体层，沉积在下电极层和上电极层之间的光伏层，该设备包括带式输送机、进给站、收集站、加工站、带感测装置和控制器；该控制器包括处理单元和存储器，其中处理单元耦接到存储器；控制器与带式输送机、进给站、收集站、加工站和带感测装置通信连接，用于控制它们各自的功能；该加工站包括至少一个划线站、至少一个用于印刷隔离墨水的印刷站和至少一个用于印刷选自包括导电墨水、相变墨水和可溶解墨水的墨水的印刷站；其中加工站按次序沿着带式输送机的传送方向布置在相应的位置，以便在光伏电池之间形成串联互连结构，其中带式输送机的带设有通孔，并且带感测装置包括位于带的一个表面上方的光源和位于带的相对表面上方的光检测器，其中光源和光检测器在这样的位置对准，即如果通孔在光源和光检测器之间，则光源在光检测器的视线内。
图2示出了分层结构24的横截面，从该分层结构可以形成薄膜光伏电池。
分层结构24放置在衬底或载体层26上。分层结构24包括顶部电极层28、与衬底26相邻的底部电极层30。分层结构24具有光电活性层32和与底部电极层30相邻的阻挡层34，阻挡层34介于顶部电极层28和底部电极层30之间。
衬底26可以是刚性的(例如玻璃)或柔性的衬底。衬底26可以是透明的或不透明的。
在一些实施方式中，顶部电极层28可以包括(本征)ZnO层，或者可选地包括ZnO2Al层和ZnO层的叠层。可以在光电活性层32和顶部电极层28之间使用CdS(硫化镉)或替代材料的结层，使得ZnO层邻接CdS层或替代材料层，并且如果存在的话，则ZnO2Al层邻接ZnO层。在后加工期间形成的透明导电氧化物层29布置在顶部电极层28上。
衬底26最初可以作为薄的、易弯的并且可能是透明的箔片被供应到卷上。然后可以通过高速制造工艺对衬底26进行处理，以将分层结构24沉积到衬底26上。制造工艺可以在大气条件下进行，并且不需要真空。
在一些实施方式中，光电活性层32可以包括CIGS((二)硒化铜铟镓)层。替代地，光电活性层32可以包括钙钛矿材料，包括但不限于钙钛矿材料(APbI3)，其中“A”由三种或两种不同的阳离子(下文中：三阳离子钙钛矿或双阳离子钙钛矿)或MAPbl3钙钛矿(MAPbl3钙钛矿：甲基铵碘化铅钙钛矿)或不同的钙钛矿材料组成，例如，不含Pb。替代地，光电活性层32可以包括CIGS层和一种或多种钙钛矿的组合。
底部电极层30包括钼层。阻挡层34包括MoSe2层。MoSe2层在底部电极层30和光电活性层32之间形成界面层。替代地，底部电极层可以包括另一种导电材料。
图3示出了用于光伏电池的互连结构50的示例的透视图。
如参考图1所解释的，互连结构50是通过如上所述的设备的至少(一个或多个)划线站、(一个或多个)隔离墨水印刷站和(一个或多个)(导电)墨水印刷站的组合形成的。
如示例所示，一对相邻光伏电池(这里表示为第一光伏电池52和第二光伏电池54)之间的互连结构50包括由P1、P2和P3划线对分层结构的中断。
在第一光伏电池52一侧，布置了从分层结构24的顶面56延伸到衬底26的表面的P1划线。P1划线填充有隔离墨水36，该隔离墨水36另外突出并覆盖紧挨着P1划线的顶面的部分58。
在第二光伏电池54一侧，布置了从顶面56延伸到底部电极层30的水平的P3划线。P3划线填充有隔离墨水36，该隔离墨水36另外突出并覆盖紧挨着P3划线的顶面的部分60。
在P1和P3划线的中间布置了P2划线。P2划线从顶面延伸到底部电极层30，并填充有导电墨水38。此外，导电主体38B设置在第一光伏电池52的顶面和P2划线之间。以这种方式，顶部电极层28串联连接到第二光伏电池54的底部电极层30。P1划线在第一光伏电池52的底部电极层和第二光伏电池54的底部电极层之间提供隔离。P3划线在第一光伏电池52的顶部电极层和第二光伏电池54的顶部电极层之间提供隔离。
本领域技术人员已知，由于由任何加工站引起的互连结构50中的定位误差，可能在P1划线、P2划线、P3划线、一条或多条导电墨水线和/或一条或多条隔离墨水线中的任何两条之间发生定位误差或未对准。这些定位误差中的任何一个都可能导致功能缺陷，即可能对互连结构50的功能产生不利影响。
例如，P2划线位移到P1划线和P3划线之间的区域之外的位置(所有隔离墨水线和导电墨水主体都在正确的位置)，会导致光伏电池的损失，因为第一和第二光伏电池52、54之间没有连接。
此外，如果隔离墨水36不能有效地密封P1划线，则导电墨水38可以穿透P1划线，从而连接P1和P2划线。这导致P1划线中的(钼)电极的修复以及第一和第二光伏电池的完全分流。定位误差将导致以这种方式连接的第一和第二光伏电池充当电阻器。
此外，从顶部透明导电氧化物到P2划线的导电墨水的接触可能在几个方面出错。例如，导电墨水主体38B没有桥接P1划线，或者P2划线没有填充导电墨水38。在这些情况下，在第一光伏电池52的顶部电极层和第二光伏电池54的底部电极层之间没有连接，导致第一和第二光伏电池52、54的隔离。
另一个定位误差包括导电墨水主体38B桥接P2划线，在第一光伏电池的顶部电极层和第二光伏电池的顶部电极层上延伸。类似地，如果P1划线(部分地)填充有导电墨水38，并且通过(正确形成的)导电墨水主体38B连接到P2划线。或者如果P3划线部分地填充有导电墨水38并且连接到通常填充有导电墨水38的P2划线。后三种可能性引起第一和第二光伏电池52、54的分流。
图4A、图4B和图4C示出了根据本发明实施方式的方法的框图。
为了克服定位误差，本发明的方法提出测量互连结构的结构元件的结构参数，这些结构元件包括所形成的互连结构的P1、P2、P3划线、隔离墨水线和导电墨水线。
替代地，结构参数可以从测试图案中的包括测试划线、测试隔离墨水线和测试导电墨水线的结构测试元件或其边缘的位置获得。
结构参数包括(相对)位置、宽度和边缘的位置。此外，结构参数包括位置、宽度和边缘的位置的一个或多个方差。
测量结构参数可以以本领域技术人员已知的许多方式来进行，例如，用(电子)显微镜以(电子)光学方式进行、用电阻以电学方式进行，或者例如用轮廓仪以机械方式进行。
根据测量的结构参数，确定定位误差。通过考虑互连结构中哪个结构元件(或其一个或多个边缘)相对移位，可以根据功能缺陷对定位误差进行分类，例如以上述方式分类。
此外，通过考虑一个或多个测量的结构参数的方差，可以估计相关功能缺陷发生的概率。
根据测量的定位误差和功能缺陷的性质，提供一个或多个加工站的设置的校正。
这些设置可以涉及用于激活和去激活相应功能的相关加工站的相对定时，以便减少互连结构的结构元件的定位误差。还可以校正设置以适应或修改互连结构中结构元件的宽度或结构元件的一个或两个边缘的位置。
在另一实施方式中，仅当缺陷发生的概率水平超过预定阈值水平时，才执行一个或多个加工站的设置的校正。这样做的优点是，如果出现特定缺陷的机会很小，可以避免对设备中的加工站和执行的制造过程进行不必要的调整。
在图4A中，示出了该方法的第一实施方式400。
该方法包括第一步骤，其中将具有分层结构的衬底的半成品引入到设备中。
在半成品移动407通过设备的同时执行的多个步骤410-420中，由划线站形成410用于P1、P2和P3划分的划线，随后由隔离墨水印刷站在P1和P3中及其顶部形成415隔离墨水线，并且通过导电墨水印刷站在P2中将导电墨水线与导电墨水主体38B一起印刷420在隔离的P1划线的表面上。
接下来，该方法包括如上所述的结构参数的测量425。根据本发明，结构参数的测量可以用在线或离线模式进行。
在在线进行测量的实施方式中，设备1设置有图像记录装置或照相机18，其被配置成在互连结构形成之后记录半成品的图像。
照相机拍摄的图像被自动或手动加工，以获得互连结构的结构元件的结构参数值。
替代地，结构参数的测量可以通过分析半成品样本或测试样本来离线进行。
在在线和离线测量中，样本可以包括互连结构50和/或由测试图案中的测试线组成的结构。
根据结构参数的数据，确定430定位误差，可选地包括相关的方差。
由于定位误差通常是相对于主要结构元件的，所以相对于主要结构元件确定435用于校正一个或多个加工站的设置的调整值。优选地，由主要或最稳定的加工步骤形成的结构元件被定义为主要结构元件。在示例性实施方式中，最稳定的加工步骤涉及由划线站形成P1划线。在这种情况下，可以相对于P1划线的位置来校正其他加工站的设置。
在最后一个步骤440中，通过调整加工站来进行一个或多个加工站的设置的校正。调整可以由操作者手动完成，或者例如由通信耦接到加工站的控制器装置16自动进行。
该过程400可以根据需要重复。
在自动分析和自动调整加工站的设置的情况下，该方法提供了这样的优点，即加工站可以在制造过程中被控制，这允许在定位误差发生后几乎立即在加工中进行校正。
在图4B中，示出了该方法的第二实施方式450。
该方法的第二实施方式在很大程度上对应于第一实施方式，但是替代地或附加地相对于第一实施方式，当半成品在设备中移动407时，在附加步骤412、417、422中，在半成品的一部分中形成测试图案，该测试图案包括作为结构测试元件的划线测试线、隔离墨水测试线和导电墨水测试线。在第二实施方式中，现在(也)相对于结构测试元件的结构参数确定430定位误差。同样，加工站的分析和/或调整可以手动或自动进行。
应用测试图案来确定定位误差的优点在于，在测试图案的设计中，可以避免互连结构50的重叠特征，例如桥接第一光伏电池52和第二光伏电池54之间的P1划线的导电墨水主体38B，这简化了对结构测试元件的测量。
该过程450可以根据需要重复。
在图4C中，示出了在设备包括带传感器14的情况下由设备1执行的方法的框图500。该方法可以结合图4A和图4B所示的任何方法来实施，但是也可以独立于这些方法中的任何一种。
在第一步骤510中，该方法包括测量与带式输送机2的带的移动相关的信号。如上所述，在一个实施方式中，设备1包括带传感器14，具有光源S(在实施方式中为激光扫描仪)和光检测器14b、D，它们彼此相对放置，带布置在它们之间。带具有至少一个通孔，当带移动时，该通孔在光源S和光检测器D之间通过。以这种方式，获得了定时信号。
在下一步骤520中，如本领域技术人员所知，可以根据定时信号确定相对于带移动速度的漂移(值)。
最后，在步骤530中，对带漂移的调整或校正被提供给包括用于导电墨水和隔离墨水的划线站和印刷站的加工站，其中调整是基于确定的漂移(值)。此外，调整或校正可以提供给其它可能存在的加工站，例如涂布站(用于结构化/非结构化涂布)、层压站、旋转丝网印刷站、取放站和分配站，如上所述。
该过程500可以根据需要重复。
图5示意性地示出了用于以卷对卷工艺生产光伏电池的衬底膜上的测试图案600、601、602。
如上参考图4A至图4C所述，使用测试图案来确定定位误差避免了分析互连结构50的结构元件的困难，其中重叠的特征使测量变得复杂。此外，使用测试图案允许测试图案可以使用电测量或者甚至暗和亮的IV测量来评估。
为此，在本发明的实施方式中，该方法提出在半成品的一部分中，例如在半成品的边缘上，形成测试图案600、601、602。
测试图案包括第一部分和第二部分，第一部分包括垂直延伸即平行于传送方向的测试线，第二部分包括水平延伸即垂直于传送方向的测试线。垂直和水平方向中的每一个方向上的测试线包括P1、P2、P3划线测试线(左侧部分600)，P1、P2、P3划线测试线，其中P1和P3填充有隔离墨水，表示为隔离墨水测试线(中央部分601)，P1、P2、P3划线测试线，其中P1、P3填充有隔离墨水(线36-2)，P2填充有导电墨水，导电墨水也覆盖P1划线上方的区域，导电墨水印刷表示为导电墨水测试线38-2(图5的右侧部分602)。
图6A和图6B示意性地示出了互连结构中结构元件位置的概率密度函数。
如上所述，每个测量的结构元件由包括这些测量特征的测量位置、宽度(边缘位置)和方差的结构参数来描述。
在图6A和图6B中，示出了由相应划线P1、P2、P3的边缘P11、P12；P21、P22；P31、P32表示的P1、P2、P3划线的示例横截面配置。每个边缘由概率密度函数来表示，该函数由中心位置和宽度分布来定义，该宽度分布由沿着相应划线长度的边缘位置的方差来导出。
使用划线站的激光位置和光斑尺寸(划线宽度)的正态分布，可以使用概率密度函数(PDF)对这些边缘进行建模并使其可见。PDF数据基于激光脉冲位置和宽度的测量值，以及在重叠情况下形成的沿标准线长的变化。
在图6A中，以P1、P2和P3边缘为例示出了PDF，其中边缘的方差与划线的间距相比相对较小。在图6A中，P1和P2之间的间距X1为50μm，P2和P3之间的间距X2为50μm。P1的宽度是30μm。P2和P3的宽度是20μm。每条划线位置的方差是2μm。每条划线的宽度的方差是2μm。
然而，如果方差变得更大，则P2划线的边缘和P3划线的相对边缘之间可能发生重叠。
可能出现两种情况：在第一种情况下，由于P2重叠，P3划线中的隔离墨水的宽度减小，但是如果隔离墨水保留在P3划线中，则没有影响。根据密度函数的重叠，可以计算出功能缺陷的概率。在图6B所示的第二种情况下，方差大很多，以至于P2在P3上的重叠实际上是完全的，并且P3划线中可能没有隔离墨水。同样，这种情况下功能缺陷的概率可以根据密度函数计算出来。
在图6B中，作为示例，P1和P2之间的间距为X1＝50μm，P2和P3之间的间距为X2＝50μm。P1的宽度是30μm。P2和P3的宽度是20μm。每条划线的位置方差是10μm。每条划线的宽度方差是10μm。
可以理解，如果测量结果表明方差相对较大并且密度函数重叠太多，则P1、P2和p3划线之间的较大间距可以降低功能缺陷的概率。
注意，根据概率密度函数，可以如下估计每米分流的数量。划线激光器(激光扫描仪)的脉冲频率和喷墨印刷机的激发频率形成了要查看的最小时间范围。但实际上，划线激光器不会在其分布范围内随机发射，喷墨印刷机会因墨水粘附和润湿而形成一条线。这意味着可能形成分流的单一事件的频率比划线激光器和喷墨印刷机的频率低得多。我们可以通过使用潜在的分流密度来规避这一点，并利用它来计算更大群组中的缺陷概率。潜在分流密度在此定义为概率密度函数乘以喷墨印刷机和激光系统的最大频率除以激光扫描速度(激光)或(带速)，以计算每毫米分流的数量。这些单一事件不会自动产生分流。但如果把它们集中到更大的区域，情况就会是这样。最小分流尺寸的概率可以与实际测量数据拟合，以便找到形成分流所需的最小数量的潜在分流。
注意，如果分流彼此靠近，其损害要小于两个分流相距较远的情况。消除这种情况的最好方法是对每个小分流使用无效长度。如果第二分流在这个无效长度内，则额外分流仅是无效长度的一半。如果所有无效长度的总和大于电池长度的一定百分比，则该电池被称为无效。
图7.0至图7.18示出了根据定位误差确定功能缺陷的示意图。从图3可以得出，为了确定互连结构50是否起作用，主要要求是第一光伏电池52的顶部电极层连接到第二光伏电池54的底部电极层。基于这一点，互连结构50可以通过列举从第一光伏电池52的顶部和/或底部电极层到第二光伏电池54的顶部和/或底部电极层的连接的所有组合来分类。
在图7.0至图7.18中，第一光伏电池的一个或多个电极层和第二光伏电池的一个或多个电极层之间的所有可能的连接组合都以示意性侧视图的形式示出。
图7.0至图7.18中的每一个示出了由顶部电极层28和底部电极层30示意性表示的第一光伏电池52。同样，由顶部电极28’层和底部电极层30’示意性表示的第二光伏电池54被示出为与第一光伏电池52相邻，由互连结构50所处的中间区域隔开。
在每个图7.0至图7.18中，通过导电墨水元件的连接由一条或多条线70、71、72、73、74、75表示。
图7.0示出了连接70第一光伏电池52的顶部电极层28与第二光伏电池54的底部电极层30’的功能互连结构50。
图7.1示出了互连方案，其中第一光伏电池52的底部电极层30与第二光伏电池54的顶部电极层28’连接70。这样得到互连结构50中的附加电阻。
图7.2描绘了互连方案，其中第一光伏电池52的顶部电极层28与第二光伏电池54的顶部电极层28’连接。这样得到电池消除。
图7.3描绘了互连方案，其中第一光伏电池52的底部电极层30与第二光伏电池54的底部电极层30’连接。这样也会得到电池消除。
图7.4和图7.5描绘了第二光伏电池54或第一光伏电池52中的分流。如果同一光伏电池52；54内的顶部电极层28；28’和底部电极层30；30’互连72；73，则发生分流。
图7.6至图7.11描绘了发生双重分流的互连方案。
在图7.6中，在第一光伏电池52中，顶部电极层28连接73到底部电极层30，并且在第二光伏电池54中，顶部电极层28’连接72到底部电极层30’。
在图7.7中，第一光伏电池52的顶部电极层28和底部电极层30都连接70、75到第二光伏电池54的底部电极层30’。
在图7.8中，第二光伏电池54的顶部电极层28’和底部电极层30’都连接74、75到第一光伏电池52的底部电极层30。
在图7.9中，第二光伏电池54的顶部电极层28’和底部电极层30’都连接70、71到第一光伏电池52的顶部电极层28。
在图7.10中，第一光伏电池52的顶部电极层28和底部电极层30都连接71、74到第二光伏电池52的顶部电极层28’。
在图7.11中，第一光伏电池52的顶部电极层28连接74到第二光伏电池54的底部电极层30’，而第一光伏电池52的底部电极层30连接70到第二光伏电池54的顶部电极层28’。此外，连接70、74可以在它们之间互连。
图7.12至图7.15描绘了所谓的三重分流。在图7.12中，第一光伏电池52的顶部电极层28连接71到第二光伏电池54的顶部电极层28’。第一光伏电池52的底部电极层30连接75到第二光伏电池54的底部电极层30’。第二光伏电池54的顶部电极层28’与第二光伏电池54的底部电极层30’连接72。
在图7.13中，第一光伏电池52的顶部电极层28连接73到第二光伏电池54的顶部电极层28’。第一光伏电池52的底部电极层30连接75到第二光伏电池54的底部电极层30’。第一光伏电池52的顶部电极层28与第一光伏电池52的底部电极层30连接72。
在图7.14中，第一光伏电池52的底部电极层30连接75到第二光伏电池54的底部电极层30’。第一光伏电池52的顶部电极层28与第一光伏电池52的底部电极层30连接73。第二光伏电池54的顶部电极层28’与第二光伏电池54的底部电极层30’连接72。
在图7.15中，第一光伏电池52的顶部电极层28连接71到第二光伏电池54的顶部电极层28’。第一光伏电池52的顶部电极层28与第一光伏电池52的底部电极层30连接73。第二光伏电池54的顶部电极层28’与第二光伏电池54的底部电极层30’连接72。
图7.16描绘了四重分流。第一光伏电池52的顶部电极层28连接71到第二光伏电池54的顶部电极层28’。第一光伏电池52的顶部电极层28与第一光伏电池52的底部电极层30连接73。第二光伏电池54的顶部电极层28’与第二光伏电池54的底部电极层30’连接72。第一光伏电池52的底部电极层30与第二光伏电池54的底部电极层30’连接75。
图7.17描绘了完全隔离，其中第一光伏电池52和第二光伏电池54之间不存在连接。
图7.18描绘了修复，其中第一光伏电池52的顶部电极层28连接71到第二光伏电池54的顶部电极层28’，并且第一光伏电池52的底部电极层30连接75到第二光伏电池54的底部电极层30’。
已经参照优选实施方式描述了本发明。在阅读和理解前面的详细描述后，其他人将会想到明显的修改和变更。本发明旨在被解释为包括所有这些修改和变更，只要它们在所附权利要求的范围内。
本领域技术人员将理解，根据本发明构思，光伏电池和/或互连结构和/或测试图案的其他布置是可以想到的，例如，倒置结构光伏电池或串联光伏电池。
特别地，可以进行本发明各个方面的特定特征的组合。通过添加关于本发明的另一方面描述的特征，可以进一步有利地增强本发明的一个方面。
在本文件及其权利要求中，动词“包括”及其变形以其非限制性意义使用，意味着包括单词后面的项目，而不排除未具体提及的项目。此外，用不定冠词“一”或“一个”对元件的引用不排除存在不止一个元件的可能性，除非上下文明确要求存在一个且只有一个元件。因此，不定冠词“一”或“一个”通常指“至少一个”。
在前面对附图的描述中，已经参照本发明的特定实施方式描述了本发明。然而，很明显，在不脱离所附权利要求中概括的本发明的范围的情况下，可以对其进行各种修改和变化。
此外，在不脱离本发明的基本范围的情况下，可以进行修改以使衬底膜或光伏电池的材料或物质适应本发明的教导。如上所述的光伏材料和/或衬底材料可以包含结构或组成的变型或修改。

Claims (20)

1.一种通过使用包括带式输送机和多个加工站的设备，以卷对卷工艺在衬底上的衬底膜中生产薄膜光伏电池模块的方法，所述模块包括所述衬底，所述衬底膜包括沉积在下电极层和上电极层之间的光伏层，其中，所述加工站包括划线站和印刷站，并且按次序沿着所述带式输送机的传送方向被布置在相应的位置，以便在所述光伏电池之间形成互连结构，所述互连结构包括结构元件布置，所述结构元件布置包括一条或多条导电划线、一条或多条隔离划线和用于在相邻薄膜光伏电池之间提供连接的导电主体，
其中，所述方法包括：
a)在所述传送方向上沿着所述带式输送机以预定速度传送所述衬底；
b)当所述衬底通过所述加工站时：
使用激活和去激活所述加工站各自的功能的定时，通过所述加工站在所述衬底膜中形成所述互连结构和/或在所述衬底膜的远离所述互连结构的部分上形成伸长测试结构的测试图案，所述测试图案包括导电划线测试线、隔离划线测试线和导电印刷测试线，其中每条所述测试线与相应的加工站相关联；
c)随后测量所述互连结构中的每个所述结构元件，并确定每个所述结构元件的结构参数，和/或如果形成了所述测试图案，则测量每个所述伸长测试结构并确定每个所述伸长测试结构的结构参数，每个所述结构元件和/或每个所述测试结构的结构参数选自包括相对位置、宽度、宽度方差、线边缘的相对位置的群组；
d)基于所述结构参数确立定位误差，所述定位误差与所述互连结构中功能缺陷的出现相关联
以及
e)基于所确立的定位误差，提供所述加工站和/或所述带式输送机中的一个或多个的设置的校正。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述设置包括来自包括用于光学加工站的光学设置、用于加工站的驱动器的驱动器设置、用于印刷站的印刷设置、用于带式输送机的驱动器的设置以及用于检查站的设置的群组的一个或多个设置。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，确立所述定位误差包括基于所述结构参数的测量值来确定每对线的重叠。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述方法包括基于所述重叠和基于所述带式输送机的预定速度，向所述一个或多个加工站提供激活和/或去激活的定时的校正。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述加工站之一是主加工站，并且相对于所述主加工站的激活和去激活的定时，对每个其他加工站进行激活和/或去激活的定时的校正。
6.根据权利要求4至5中任一项所述的方法，其还包括：
测量所述带式输送机的所述预定速度的漂移；
基于所测量的漂移确定定时校正；
以及使用所述定时校正来调整每个加工站的激活和去激活的定时，
其中，所述设备包括在所述带式输送机的带上的标记和用于感测所述带上的所述标记的感测装置，其中，所述漂移从来自所述感测装置的定时信号中导出或由所述定时信号测量。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述方法包括在所述带中的预定位置提供通孔作为所述标记，并且所述漂移的测量包括：
通过所述通孔在所述带的第一表面产生由光源产生的光信号，以及
由光检测器在所述带的与所述第一表面相对的第二表面检测所述光信号的定时。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述测试图案包括在所述传送方向上延伸的垂直隔离划线测试线、垂直导电划线测试线和垂直导电印刷测试线，以及垂直于所述传送方向延伸的水平隔离划线测试线、水平导电划线测试线和水平导电印刷测试线。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，分别通过基于位置和线宽以及所述位置的方差的概率密度函数来描述所述测试图案中的每条线，所述位置、线宽和方差从所述结构参数中导出。
10.根据权利要求3所述的方法，其中，基于每对线或每对测试线中每条线或测试线的边缘的相对位置确立相应每对线或每对测试线之间的重叠。
11.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法包括：
为每对线或测试线形成所述加工站的定位误差分类，并将所述分类存储在查找表或存储器中。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述分类与分流相关联，并且所述方法包括：基于特定分类来预先确定控制所述设备的控制动作，并且将所预先确定的控制动作存储在所述查找表或所述存储器中。
13.根据权利要求9所述的方法，其中，所述功能缺陷是来自包括相邻光伏电池之间的单、双、三或四重分流的群组的功能缺陷。
14.根据权利要求9所述的方法，其包括：
通过使用成对的线或测试线中每条线的概率密度函数来估计所述定位误差的概率。
15.根据权利要求9所述的方法，其中，确立所述定位误差包括基于所述结构参数的测量值来确定每对线的重叠，并且其中，所述方法还包括：
基于所确立的定位误差的概率，确定是否需要所述一个或多个加工站的所述设置的校正，
并且仅当需要所述校正时，将所述校正应用于所述一个或多个加工站。
16.一种设备，其包括带式输送机(2)、进给站(4)、收集站(6)、加工站(8、10、12)、带传感器(14)和控制器(16)；所述控制器(16)包括处理单元和存储器，其中，所述处理单元耦接到所述存储器；所述控制器与所述带式输送机(2)、所述进给站(4)、所述收集站(6)、所述加工站(8、10、12)和所述带传感器(14)通信连接，用于控制所述带式输送机(2)、所述进给站(4)、所述收集站(6)、所述加工站(8、10、12)和所述带传感器(14)各自的功能；
所述加工站包括至少一个划线站(8)、用于印刷隔离墨水的至少一个印刷站(10)和用于印刷选自包括导电墨水、相变墨水、可溶解或可去除墨水的群组的另一种墨水的至少一个印刷站(10)；
所述设备被布置成以卷对卷工艺在衬底上的衬底膜中生产薄膜光伏电池模块，所述模块包括所述衬底，所述衬底膜包括沉积在下电极层和上电极层之间的光伏层，其中，所述加工站按次序沿着所述带式输送机的传送方向被布置在相应位置，以便在所述光伏电池之间形成互连结构，
其中，所述控制器被配置成接收与所述互连结构中的功能缺陷的出现相关联的所确立的定位误差，
并且基于所述确立的定位误差，向所述加工站和/或所述带式输送机中的一个或多个提供设置的校正。
17.根据权利要求16所述的设备，其中，所述带式输送机的带设有通孔，
并且所述带传感器包括在所述带的一个表面上方的光源和在所述带的相对表面上方的光检测器，
其中，所述光源和所述光检测器在这样的位置对准，即如果所述通孔在所述光源和所述光检测器之间，则所述光源在所述光检测器的视线内。
18.根据权利要求17所述的设备，其中，所述光源包括所述至少一个划线站的激光束源。
19.根据权利要求17或18所述的设备，其中，所述控制器被配置成使用所述带传感器来测量相对于所述带式输送机的预定速度的漂移；
基于所测量的漂移确定定时校正；
并且使用所述定时校正来调整每个加工站的激活和去激活的定时。
20.一种计算机程序产品，其包括存储计算机可执行指令的计算机可读存储介质，所述计算机可执行指令当由根据权利要求16所述的设备的处理单元执行时，使得所述设备的控制器接收与所述互连结构中的功能缺陷的出现相关联的所确立的定位误差，
并且基于所述确立的定位误差，向所述加工站和/或所述带式输送机中的一个或多个提供设置的校正。
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