CN114072973A - 形成装置结构的方法 - Google Patents

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Abstract

一种形成装置结构的方法包括：提供装置部件，所述装置部件具有前表面和后表面，并且在所述表面中的至少一个上具有至少一个导电区；提供接触片材，所述接触片材包括聚合物材料和具有非环形横截面形状的至少一个导电元件，所述至少一个导电元件以使得表面部分被暴露的方式嵌入所述聚合物材料中；将粘结材料施加到所述暴露表面部分和所述导电区中的至少一个中的任一者或两者；相对于所述装置部件定位所述接触片材，使得所述粘结材料位于所述至少一个导电区和所述暴露表面部分之间；以及激活所述粘结材料，使得在所述至少一个导电区和所述暴露表面部分之间形成粘结和导电耦合。

Description

形成装置结构的方法
技术领域
本发明涉及一种形成装置结构的方法。
背景技术
用于将太阳光转换成电的大多数太阳能模块包括硅基太阳能电池阵列。各个太阳能电池通常使用掺杂的晶体硅晶片制造，并且包括电子收集区和空穴收集区。这些载流子收集区可以通过固态扩散或通过施加表面层来形成，当太阳能电池被照射时，该表面层可以选择性地收集一种载流子极性。为了从太阳能电池中提取光生电载流子，通常形成包括金属电极(或触点)的传导区与电池的电子和空穴接触区接触。然后可以将导线粘结或连接到这些金属电极上，使得各个太阳能电池能够连接到以串联或并联电气布置配置的太阳能电池阵列中。这样铺置并互连的电池然后可以用密封剂层压成太阳能模块，该太阳能模块可以安装在现场以通过吸收太阳能来发电。
大多数硅基太阳能模块的太阳能电池通过将跨接线(tabbing wire)焊接到形成在太阳能模块中的太阳能电池中的每个太阳能电池上的金属汇流条区而互连。这些汇流条区通常与较薄的金属轨道或指状物的阵列接触，所述较薄的金属轨道或指状物垂直于汇流条取向并且用于从下面的硅中提取光生电流。包括传导指状物和汇流条的电极栅包括电池级金属化，并且通常通过在太阳能电池上丝网印刷包含银或铝的金属浆料而形成。栅格电极也可以通过电镀金属诸如镍、铜(Cu)和/或银(Ag)来形成，这可以导致降低的金属材料成本和非常窄的金属指状物，然而由于是不太成熟的工艺所以不太常用。
焊接工艺需要局部加热和压力，这可能导致硅晶片中的微裂纹，并且当使用薄硅晶片(例如，<160μm)以降低硅材料成本时，这尤其令人担忧。这种互连工艺的另一个不希望的方面是，通常用于互连模块中的相邻电池的传导跨接线被涂覆铅(Pb)基合金，以确保低熔点并降低可以执行焊接的温度。由于铅对人类和其他物种的有害作用，不希望在制造的产品中使用铅。可以替代地使用无铅焊料；然而，这些合金通常需要在较高温度下焊接，这也是不希望的。
尽管多年来焊接汇流条互连一直是工业上接受的互连太阳能电池的方式，但是由于较大的面积和提高的能量转换效率，在最近制造的电池中获得的增加的光生电流使得降低由于串联电阻引起的功率损耗更具挑战性。这个问题可以通过增加电池上汇流条的数量来解决。通过这种适配，由于在指状物和汇流条两者中流动的电流的幅度与仅具有两个或三个汇流条的太阳能电池中的电流的幅度相比减小，所以可以减小由于串联电阻引起的功率损耗。此外，由于指状物可以更薄并且因此需要更少的Ag，所以可以降低电池金属化成本。
然而，由于对较薄汇流条的对准的更严格的要求，这些性能和成本优势被自动化跨接工艺的增加的复杂性所抵消。此外，汇流条的粘附可受到每个单独汇流条的减小的电池接触面积的影响。
为了解决这些挑战，已经开发了许多替代的互连方法，其不需要在太阳能电池表面上形成汇流条接触区。在一种替代方法中，将涂覆有低熔点合金的Cu线阵列排列成阵列并粘附到粘合剂聚合物上。然后，可以将该包含导线的聚合物片材放置在金属化电池上，在层压工艺期间，在太阳能电池的金属指状物和合金涂覆的导线之间发生粘结。
一种替代的基于导线的互连工艺是MultiBB。MultiBB工艺不需要将Cu线保持在粘合剂聚合物中。相反，提供了将导线定位在金属化电池阵列上的跨接设备，并且导线和电池之间的粘结通过红外焊接实现。已经报道了这些基于导线的互连方案的其他变型。例如，在GTAT的Merlin技术中，将自由形式的金属导线网放置在电池表面上，其中在层压工艺期间发生粘结。Meyer等人报道了一种多导线架线方法，该方法使用在上部和下部卷绕线阵列之间延伸的垂直布置的线网。在后一种情况下，使用焊接来实现粘结，并且采用机械致动器来切断导线以防止电短路(Meyer等人,Manufacturable Multiwire Stringing and CellInterconnection for silicon Cells and Modules,IEEE Photovoltaics SpecialistConference 2017,Washington,DC)。
在所有这些替代的基于导线的互连工艺中，消除了在电池上形成汇流条接触区的需要。这对于太阳能电池装置性能是有益的，因为金属接触区处的电载流子复合速率比涂覆有介电材料的表面处的高得多。此外，通过能够比用现有的跨接线(其宽度范围为0.8mm至1.5mm)可能的更接近地定位导线，能够显著地减小指状物的长度(即，汇流条之间的距离)。这种基于导线的互连的特征对于丝网印刷金属化和电镀铜金属化两者都是有利的。对于丝网印刷的电池金属化，它可以减少所需的浆料厚度，从而减少所需Ag的量并因此减少所需Ag的成本。对于电镀的电池金属化，需要电镀较少的金属，这可以改善金属的粘附性并减少电镀时间。此外，使用圆形导线代替互连导线的平接片可以导致模块的下层电池中的光捕获增加，因为照射到弯曲表面上的光线以更倾斜的角度反射回前玻璃，导致光线被完全内部反射回电池的可能性更高，从而增加了被太阳能电池吸收的可能性，从而导致光电流增加。
然而，这些替代工艺也可能存在一些缺点。通常，与更传统使用的焊接跨接线相比，它们导致硅太阳能模块生产商的互连成本增加。由于使用含铟金属合金和粘合剂聚合物片材(在SWCT的情况下)，以及在制造商的工厂执行互连工艺所需的昂贵的专有跨接设备或机械致动器，这些成本可能增加。
导线处理设备所需的部分复杂性是由于使用连续预制导线而产生的。对于在两个表面上具有电极的最常生产的太阳能电池的串联互连，导线必须从一个电池的p型表面延伸到相邻电池的n型表面(即，从电池的前表面到后表面)。因此，跨接设备必须包括导线切割和粘结功能或者复杂电池布局能力。
导线的使用还限制了互连布置的灵活性。历史上，太阳能模块已经使用旁路二极管，通过提供与电池串并联的替代电流路径来减轻局部遮蔽的影响，这可以防止功率在未遮蔽的电池中耗散并引起局部加热。随着基于模块的电子器件的成本降低，串DC/DC优化器和不同的串联/并联配置可用作旁路二极管的替代。如果串级DC/DC优化器可以以允许它们在故障时被替换的方式被集成到模块中，则这可以提供优于旁路二极管被集成在封装的太阳能模块内的情况的益处。因此，有机会以这样的方式设计互连电路，即可以省去旁路二极管，以有利于更灵活、故障时可替换的模块级电路。
在层压期间依赖于金属合金粘结的基于导线的互连方案的高成本部分是因为合金涂覆导线的整个表面必须用金属合金材料涂覆。这一因素导致材料成本的增加，如果必须使用昂贵的金属(例如铟)来实现与太阳能电池上的金属指状物的可靠粘结，这可能是相当可观的。
需要对太阳能模块的制造工艺进行改进。
发明内容
在本发明的第一方面中，提供了一种形成装置结构的方法，该方法包括：
提供至少一个装置部件，所述至少一个装置部件具有前装置部件表面和后装置部件表面，并且在所述装置部件表面中的至少一个上具有至少一个导电区；
提供至少一个接触片材，所述至少一个接触片材包括聚合物材料和至少一个导电元件，所述至少一个导电元件具有非圆形横截面形状并且以使得所述至少一个导电元件的表面部分被暴露的方式嵌入所述聚合物材料中；
将粘结材料施加到所述暴露表面部分和所述装置部件表面中的所述至少一个上的所述导电区中的至少一个中的任一者或两者；
相对于所述至少一个装置部件定位所述至少一个接触片材，使得所述粘结材料位于所述至少一个导电区和所述暴露表面部分之间；以及
激活粘结材料，使得在所述至少一个导电区和暴露表面部分之间形成粘结和导电耦合。
在一个实施方案中，所述至少一个导电元件包括至少一个突起部和/或至少一个凹陷部，所述至少一个突起部和/或所述至少一个凹陷部被布置成使得，当所述至少一个导电元件被嵌入到聚合物材料中时，该聚合物材料至少部分地包围所述至少一个突起部和/或至少部分地填充所述至少一个凹陷部，其中所述至少一个突起部和/或所述至少一个凹陷部具有锚定功能，这有助于将所述至少一个导电元件固定在所述至少一个接触片材的聚合物材料内。
所述至少一个导电元件可以具有多边形横截面形状。
在一个实施方案中，提供所述至少一个接触片材包括：
提供包含聚合物材料的片材；
在包含聚合物材料的所述片材内形成至少一个凹陷部部分，所述至少一个凹陷部部分被布置成接纳所述至少一个导电元件；
提供所述至少一个导电元件；
将所述至少一个传导元件放置在相应的凹陷部部分中；以及
向所述聚合物材料施加热，并且随后允许所述聚合物材料冷却，使得所述至少一个传导元件和所述聚合物材料彼此粘附，并且所述至少一个导电元件被嵌入所述聚合物材料中，并且所述导电元件的所述表面部分被暴露。
提供所述至少一个接触片材还可以包括：
提供包含聚合物材料的片材，包含所述聚合物材料的所述片材具有至少一个凹陷部部分，所述至少一个凹陷部部分被布置成接纳所述至少一个导电元件；
提供所述至少一个导电元件；
将所述至少一个传导元件放置在相应的凹陷部部分中；以及
向所述聚合物材料施加热，并且随后允许所述聚合物材料冷却，使得所述至少一个传导元件和所述聚合物材料彼此粘附，并且所述至少一个导电元件被嵌入所述聚合物材料中，并且所述导电元件的所述表面部分被暴露。
将所述至少一个导电元件放置到相应的凹陷部部分中可以包括将所述至少一个导电元件压配合到该相应的凹陷部部分中。
在替代实施方案中，提供所述至少一个接触片材包括：
提供包含聚合物材料的片材；
提供导电元件；
提供导热压印装置，所述导热压印装置被布置为接纳所述传导元件；
使用所述压印装置将所述导电元件热压到所述片材中，使得所述聚合物材料粘附到所述导电元件，由此将所述导电元件嵌入所述聚合物材料中，使得所述导电元件的表面部分被暴露；以及
将所述导热压印装置与所述导电元件分离。
在一个实施方案中，所述至少一个装置部件在前装置部件表面和后装置部件表面的每一者处具有至少一个导电区，并且该方法还包括：
提供前接触片材，所述前接触片材包括聚合物材料和至少一个导电元件，所述至少一个导电元件具有非圆形横截面形状并且被嵌入所述聚合物材料中使得所述至少一个导电元件的表面部分被暴露；
提供后接触片材，所述后接触片材包括聚合物材料和至少一个导电元件，所述至少一个导电元件具有非圆形横截面形状并且被嵌入所述聚合物材料中使得所述至少一个导电元件的表面部分被暴露；
相对于所述至少一个装置部件定位前接触片材和后接触片材，使得前接触片材和后接触片材中的每一者的所述至少一个传导元件的暴露表面部分分别面向前装置部件表面和后装置部件表面上的传导区；
将粘结材料施加到：(i)所述前接触片材的所述至少一个导电元件的所述暴露表面部分和所述至少一个装置部件的所述前装置部件表面的所述至少一个导电区中的任一者或两者上，以及(ii)所述后接触片材的所述至少一个导电元件的所述暴露表面部分和所述至少一个装置部件的所述后装置部件表面的所述至少一个导电区中的任一者或两者上；
相对于所述至少一个装置部件定位所述前接触片材和所述后接触片材，使得所述粘结材料位于所述前装置部件表面的所述至少一个导电区和所述前接触片材的所述暴露表面部分之间以及所述后装置部件表面的所述至少一个导电区和所述后接触片材的所述暴露表面部分之间；以及
激活所述粘结材料，使得所述粘结材料形成导电耦合，其中所述前接触片材和所述后接触片材的所述导电元件分别电耦合到所述前装置部件表面和所述后装置部件表面的导电区。
在该实施方案中，所述至少一个装置部件可以包括具有第一前装置部件表面和第一后装置部件表面的第一装置部件和具有第二前装置部件表面和第二后装置部件表面的相邻的第二装置部件，第一装置部件和相邻的第二装置部件中的每一者被定位在前接触片材和后接触片材之间，其中前接触片材和后接触片材被布置并且方法被实施为使得第一装置部件和第二装置部件通过前片材和/或后片材的传导元件互连，诸如串联或并联互连。
该方法可以包括在前片材的至少一个导电元件和后片材的至少一个导电元件之间形成导电粘结，前片材的至少一个导电元件在使用中电耦合到第一前装置部件表面的至少一个导电区，后片材的至少一个导电元件在使用中以使得第一装置部件和相邻的第二装置部件串联电互连的方式电耦合到第二后装置部件表面的至少一个导电区。
在一个实施方案中，装置结构是太阳能模块，并且该装置部件或每个装置部件是太阳能电池。
在一个实施方案中，激活粘结材料包括向所述至少一个接触片材施加热。
在第二方面，本发明提供一种装置结构，该装置结构包括：
至少两个相邻装置部件，每个装置部件具有前装置部件表面和后装置部件表面，并且每个装置部件在装置部件表面的至少一个上具有导电区；
至少一个前接触片材，所述至少一个前接触片材包括聚合物材料和至少一个传导元件，所述至少一个传导元件具有非圆形横截面形状并且被嵌入所述聚合物材料中，使得所述传导元件的一部分被暴露；以及
至少一个后接触片材，所述至少一个后接触片材包括聚合物材料和至少一个传导元件，所述至少一个传导元件具有非圆形横截面形状并且被嵌入聚合物材料中，使得传导元件的一部分被暴露；
其中所述至少两个相邻装置部件被定位在所述前接触片材与所述后接触片材之间；
其中所述前接触片材和所述后接触片材的所述导电元件被粘结并电耦合到所述至少两个相邻装置部件的相应导电区，使得所述至少两个相邻装置部件串联电互连；以及
其中使用根据本发明第一方面的方法形成装置结构。
在一个实施方案中，所述至少一个前接触片材的所述至少一个导电元件包括至少一个突起部和/或至少一个凹陷部，所述至少一个突起部和/或所述至少一个凹陷部被布置成使得，当所述至少一个导电元件被嵌入到聚合物材料中时，该聚合物材料至少部分地包围所述至少一个突起部和/或至少部分地填充所述至少一个凹陷部，其中所述至少一个突起部和/或所述至少一个凹陷部具有锚定功能，这有助于将所述至少一个导电元件固定在所述至少一个接触片材的聚合物材料内。
替代地或同时地，所述至少一个后接触片材的所述至少一个导电元件可以包括至少一个突起部和/或至少一个凹陷部，所述至少一个突起部和/或所述至少一个凹陷部被布置成使得，当所述至少一个导电元件被嵌入到聚合物材料中时，该聚合物材料至少部分地包围所述至少一个突起部和/或至少部分地填充所述至少一个凹陷部，其中所述至少一个突起部和/或所述至少一个凹陷部具有锚定功能，这有助于将所述至少一个导电元件固定在所述至少一个接触片材的聚合物材料内。
所述至少一个前接触片材的所述至少一个导电元件和/或所述至少一个后接触片材的所述至少一个导电元件可以具有多边形横截面形状。
在一个实施方案中，装置结构是太阳能模块，并且所述至少两个相邻装置部件是太阳能电池。
根据本发明的第三方面，提供了一种用于定位在装置部件的表面上以及电耦合到装置部件的表面的结构化连接器，该连接器由导电材料形成并且在侧部部分和/或底部部分中具有凹陷部和/或突起部，由此该连接器被布置成使得当连接器被部分地嵌入聚合物接触片材的聚合物材料中时，聚合物材料至少部分地填充突起部之间的凹陷部或空间，并且凹陷部和/或突起部具有锚定功能，这有助于将连接器固定在聚合物接触片材的聚合物材料内。
在整个说明书中，术语“结构化的”用于表示非圆形的横截面形状。
在一个实施方案中，连接器具有对应于至少两个重叠的三角形部分的轮廓的横截面形状，每个三角形部分具有轴线并且被定向成使得三角形部分中的一个的轴线与所述至少一个其他三角形部分的轴线重合。
该连接器可以具有轴线以及在侧部部分和底部部分中的凹陷部和/或突起部，所述凹陷部和/或突起部被布置成使得连接器在垂直于该轴线的横截面平面中的形状具有三重旋转对称性。
在本发明的第四方面中，提供了一种装置，该装置用于将结构化导线的一部分嵌入聚合物材料中，使得结构化导线的第一纵向部分沿着结构化导线的长度的至少一部分暴露，并且结构化导线的第二纵向部分沿着结构化导线的相同长度部分嵌入聚合物材料中，该装置具有主体部分，该主体部分具有用于接纳结构化导线的第一纵向部分的细长凹陷部，并且细长凹陷部具有与结构化导线的第一纵向部分的形状近似的形状，该主体部分被布置用于加热结构化导线，使得当结构化导线的第一纵向部分被接纳在凹陷部中时，装置可加热结构化导线，并且当结构化导线的第二纵向部分接触或压靠聚合物材料时，聚合物材料局部熔化，使得结构化导线的第二纵向部分可穿透到聚合物材料中，由此在聚合物材料固化(例如，通过冷却聚合物材料或中断聚合物材料的加热)之后，结构化导线的第二纵向部分被嵌入聚合物材料内。
该装置可包括通孔，该通孔从细长凹陷部的底部部分穿过主体部分，使得通孔可用于接近结构化导线的第一纵向部分，并且当结构化导线的第二纵向部分被嵌入在聚合物材料内时将结构化导线推出细长凹陷部。
此外，该装置可被布置成使得真空抽吸可将结构化导线的第一纵向部分保持在主体部分的细长凹陷部内。该装置还可以被布置成使得在需要时可以增加该凹陷部的至少一部分内的空气压力以将该第一纵向部分推出该细长凹陷部。
附图说明
尽管任何其他形式可以落在发明内容中阐述的本公开的范围内，但是现在将参考附图仅以示例的方式描述具体实施方案，在附图中：
图1(a)是描绘太阳能电池的已知结构的透视图的示意图；
图1(b)是描绘用于使用现有太阳能电池连接器连接光伏模块中的相邻太阳能电池的已知配置的横截面视图的示意图；
图2是示出对于采用光散射带(LSR)和光转向带(LDR)的连接器作为光入射角的函数的电流的潜在增益的曲线图；
图3(a)-(b)是描绘根据本发明实施方案提供的结构化连接器的横截面视图的示意图；
图4是示出与图2的LSR和LDR相比，根据图3的实施方案提供的结构化连接器的作为光入射角的函数的电流的潜在增益的曲线图；
图5(a)和图5(c)是描绘根据本发明另一实施方案提供的结构化连接器的横截正视图的示意图；
图5(b)和图5(d)是描绘图5(a)和图5(c)的结构化连接器的顶视图的示意图；
图6是描绘根据本发明另一实施方案提供的结构化连接器的横截面正视图的示意图；
图7(a)-(c)是描绘根据本发明的实施方案的用于连接光伏模块中的相邻太阳能电池的各种工艺的横截面正视图的示意图；
图8(a)-(d)是描绘用于将涂覆材料施加到图3的结构化连接器上的各种涂覆工艺的示意图；
图9是根据本发明的一个方面形成装置结构的方法的流程图；
图10是以透视分解图描绘包括使用图9的方法根据本发明的实施方案形成的光伏模块的元件的示意图；
图11是根据本发明实施方案的形成光伏模块的方法的流程图；
图12是根据本发明的实施方案的用于将结构化连接器嵌入到装置结构的接触片材的聚合物材料中的方法的流程图；
图13(a)-(c)至图15(a)-(c)是根据本发明的实施方案的已知连接器的和用于将相应连接器嵌入接触片材的聚合物材料中的装置的示意性透视图和横截面图；
图16(a)-(c)是根据本发明的实施方案的结构化连接器的和用于将该结构化连接器嵌入接触片材的聚合物材料中的装置的示意性透视图和横截面图；
图17(a)-(c)是示出根据本发明的实施方案的用于将结构化连接器嵌入接触片材的聚合物材料中的装置和方法的示意图；
图18(a)是描绘已知连接器的横截面正视图的示意图；
图18(b)是描绘根据本发明另一实施方案提供的结构化连接器的横截面正视图的示意图；
图19(a)-(c)是根据图18(b)的实施方案提供的结构化连接器的和根据本发明的实施方案用于将结构化连接器嵌入接触片材的聚合物材料中的装置的示意性透视图和横截面图；
图20(a)-(c)至图21(a)-(c)是根据本发明的另外的实施方案的结构化连接器的和用于将相应的结构化连接器嵌入接触片材的聚合物材料中的装置的示意性透视图和横截面图；
图22(a)-(b)是根据本发明另一实施方案提供的结构化连接器的横截面正视图的示意图；以及
图23(a)-(c)是描绘根据本发明另一实施方案提供的结构化连接器的横截面正视图的示意图。
具体实施方式
因此，本发明的实施方案总体上涉及结构化连接器，即具有非圆形横截面形状的连接器，用于定位在装置部件诸如太阳能电池的表面上以及电耦合到该表面，由此该结构化连接器还允许在装置结构诸如光伏模块内连接装置部件诸如太阳能电池。
此外，将描述用于形成装置结构的方法的实施方案，该方法允许通过根据本发明的实施方案提供的结构化连接器互连装置结构内的装置部件。
在下面的描述中，将特别地关于用于互连光伏模块内的太阳能电池的太阳能电池结构化连接器来描述结构化连接器的实施方案。还将描述关于形成光伏模块的方法的结构化连接器的实施方案。
然而，应当理解，本发明的实施方案不限于作为太阳能电池的装置部件和作为光伏模块的装置结构。对其他装置部件和结构(诸如光学装置部件和结构)或任何电气或电子装置部件和结构的应用也被认为在本发明的范围内。
此外，应当理解，尽管参考硅太阳能电池和硅光伏模块描述了本发明的实施方案，但是包含其他光伏材料的太阳能电池和模块也被认为在本发明的范围内。
参考图1至图11，现在将描述用于在装置结构诸如光伏模块内互连装置部件诸如太阳能电池的结构化连接器的实施方案。
图1(a)示出了太阳能电池100的已知结构，并且图1(b)示出了使用现有太阳能电池连接器将光伏模块的相邻太阳能电池互连的已知配置110。
太阳能电池100通常具有前表面120和后表面130，前表面120和后表面130中的每一者包括电触点或金属指状物140、140'。太阳能电池连接器为导电元件，其通常被布置成将一个太阳能电池(诸如太阳能电池100)的前表面120上的电触点140连接到另一相邻太阳能电池100’的后表面130上的电触点140’。连接结构110示出了使用太阳能电池连接器155、155’互连相邻太阳能电池150、150'、150”。
现有的太阳能电池连接器可以具有各种横截面形状。例如，现有太阳能电池连接器的最常见设计包括具有矩形横截面的扁平带或具有圆形横截面的导线。
在使用中，当太阳能电池连接器被定位在太阳能电池的相应表面上以及电耦合到太阳能电池的相应表面时，首先是密封剂片材，然后是包含玻璃材料和/或聚合物材料的覆盖片材，可以被定位在太阳能电池和连接器上以形成光伏模块。
具有矩形横截面形状的扁平带存在以下缺点：当带被定位在太阳能电池的表面上以及电耦合到太阳能电池的表面时，其中带的底部部分接触太阳能电池的表面，在使用中由带的顶表面以法向入射角(相对于太阳能电池的表面)接收的光通常在覆盖片材的逃逸锥内直接反射回覆盖片材，从而导致高光学损耗，并且因此影响电流的产生和光伏模块的功率增强。然而，这种光学损耗通过较大的接触面积来平衡，该较大的接触面积可以减小从太阳能电池流入连接器的电流的电阻。具有矩形横截面形状的连接器的低纵横比还用于使太阳能电池的硅晶片中的应力最小化。高应力可导致在硅晶片中形成微裂纹，这降低了光伏模块的耐久性并因此降低了寿命。随着减小硅晶片厚度以降低材料成本的趋势，减小由连接器的形状引起的硅晶片中的应力变得越来越重要。
具有圆形横截面形状的连接器使得当其被定位在太阳能电池的表面上以及电耦合到太阳能电池的表面时，法向入射光的大部分在使用中可以被转向或散射回太阳能电池的表面，这允许减小有效光学宽度。然而，法向入射光的一部分也被直接反射回玻璃和/或聚合物覆盖片材的限定逃逸锥内的密封剂片材和/或玻璃和/或聚合物覆盖片材，这导致光学损耗。此外，由这种圆形或圆连接器在太阳能电池的电触点上提供的接触面积相对较小，这可能导致连接器在电触点上的不良粘附并导致高电阻率和高电阻损耗。
具有相应的矩形和圆形横截面形状的连接器的上述限制可以通过使用这样的连接器来解决，该连接器被特别地构造以改善光学性能，允许用于低电阻互连的足够的接触面积，并且最小化在模块的硅晶片中产生的热机械应力。
第一种设计方法是使用光散射带(LSR)连接器，其在连接器的一个表面上具有散射图案，该连接器具有低纵横比的基本上矩形的横截面形状。LSR连接器的示例是沿着带表面对准的一系列相对平坦的V形槽。
当被定位在太阳能电池的表面上以及电耦合到太阳能电池的表面(LSR的底部部分接触太阳能电池的表面)时，LSR允许相对于太阳能电池的表面以法向入射的方向照射并由LSR的顶表面部分接收的光以超出逃逸锥的角度朝向密封剂片材和/或玻璃和/或聚合物覆盖片材散射，使得光随后被内部反射回太阳能电池的暴露表面。
另一种方法是使用光转向带(LDR)结构化连接器。当被定位在太阳能电池的表面上以及电耦合到太阳能电池的表面(LDR的底部部分接触太阳能电池的表面)时，LDR允许相对于太阳能电池的表面以法向入射的方向照射并在使用中由LDR的侧表面部分接收的光直接朝向太阳能电池的暴露表面转向。LDR连接器的示例是具有三角形横截面的连接器，其中光可以从连接器的两个面中的每个面转向，而第三面与太阳能电池电接触。
LSR和LDR是结构化连接器的示例，其典型地允许将所有法向入射光重定向到太阳能电池的暴露表面，这在标准测试条件下对于评估和确定光伏模块的功率增强是有利的。然而，在实际使用中，光伏模块从变化的入射角接收太阳辐射，并且在这种变化的入射角下太阳能电池连接器的性能通常决定光伏模块的电力产量。
参考图2的曲线图200，示出了分别针对LSR和LDR获得的作为光相对于太阳能电池表面的入射角的函数的电流的潜在增益的曲线210和220。观察到，虽然LSR和LDR提供从0°入射角(相对于太阳能电池表面的法向入射)到约30°的类似增益，但随着入射角随后增加，电流的潜在增益对于LSR和LDR两者都减小。具体地，LSR的电流增益从约28°的入射角开始减小，对于该入射角，在连接器的顶部部分处的V形槽的表面处接收的光以接近玻璃和/或聚合物覆盖片材的逃逸锥内的角度反射。LDR的电流增益从约49°的入射角开始减小，在该角度处，在三角形连接器的侧表面处接收的光可以在平行于太阳能电池表面的方向上转向，或者以接近逃逸锥内的角度朝向玻璃和/或聚合物覆盖片材返回。
然而，除了对于相对宽范围的入射角(从0°到大约49°)在电流增益方面保持相对有效之外，LDR具有相对小的传导横截面积，其比具有与LDR相同宽度和高度的矩形横截面形状的连接器所提供的传导横截面积小大约50％，并且比具有圆形横截面形状的连接器所提供的传导横截面积小约50％。因此，与其他已知结构化连接器相比，LDR可能导致更高的电阻损耗，并且降低电效率。可进一步要求LDR更庞大，以便减少这样的电阻损耗，然而，这将导致更大的高度，并且可能在层压工艺(用于太阳能电池和连接器的封装，以及光伏模块的形成)期间在密封剂片材和/或玻璃和/或聚合物覆盖片材中引起更高的应力，并且还可能导致太阳能电池中增加的内应力。
本发明的实施方案总体上寻求提供结构化连接器，该结构化连接器具有这样的结构，该结构允许改善连接器的电流增益，该电流增益作为相对于相应装置部件的表面在连接器的表面处接收的光的入射角的函数，同时改善连接器的传导性并减少由于封装工艺进入装置部件以及在太阳能电池的情况下进入密封剂片材和/或玻璃和/或聚合物覆盖片材的应力。
图3(a)-(b)示出了根据本发明的实施方案提供的结构化连接器300的横截面视图，该结构化连接器用于定位在装置部件诸如太阳能电池的表面上、电耦合到该表面。结构化连接器300在图3(a)-(b)中示出，其定位在装置部件320的表面310上以及电耦合到装置部件的表面。结构化连接器300具有用于接触装置部件320的表面310的底部部分330，由导电材料形成并且包括：
i)至少一个光转向表面部分，诸如n光转向表面部分340，所述至少一个光转向表面部分相对于装置部件320的表面310定向，使得在使用中，相对于装置部件320的表面310以法向入射的方向照射的光被所述至少一个光转向表面部分接收，使得所接收的光朝向装置部件320的暴露的相邻表面310'转向，以及
ii)至少一个光散射表面部分，诸如光散射表面部分375，所述至少一个光散射表面部分相对于装置部件320的表面310定向，使得在使用中，相对于表面310以法向入射的方向照射的光由所述至少一个光散射表面部分接收，使得所接收的光在远离装置部件320的方向上散射。
具体地，根据图3(a)和图3(b)中所示的具体实施方案，结构化连接器300具有非圆形横截面形状，并且当定位以及电耦合到装置部件320的表面310时，具有相对于装置部件320的表面310定向的两个平坦光转向表面部分340、345，使得在使用中，相对于表面310以法向入射的方向照射的光385被平坦光转向表面部分340、345接收并直接朝向暴露的相邻表面310’转向(转向光385”)。连接器300还具有两个平坦光散射表面部分375、375'，所述两个平坦光散射表面部分相对于装置部件320的表面310定向，使得在使用中，相对于表面310以法向入射的方向照射的光385由平坦光散射表面部分375、375'接收并且在远离装置部件320的方向上散射(散射光385')。在一个具体实施方案中，装置部件320和结构化连接器300被玻璃和/或聚合物覆盖片材覆盖和/或封装在玻璃和/或聚合物覆盖片材之间，诸如图3(a)和图3(b)中所示的覆盖片材305。在使用中，由光散射表面部分375、375'接收的光385远离装置部件320朝向玻璃(和/或聚合物)覆盖片材305的表面散射，其中光385被内部反射回装置部件320的相邻表面310'。
应当理解，在整个说明书中使用的术语“平坦的”不应在严格意义上解释，并且光转向表面部分和光散射表面部分可以是基本上平坦的，即平坦到一定程度以实现根据本发明实施方案的光散射和光转向效果。
在本发明的具体实施方案中，装置部件320是并且现在将被称为太阳能电池，并且结构化连接器300是并且现在将被无差别地称为‘结构化太阳能电池连接器’、‘结构化连接器’和/或‘结构化导线’。
如图3(b)所示，光转向表面部分340、345中的每个被定位在结构化连接器300的相对侧部部分350、355中的相应一个处，并且当结构化连接器300被定位在表面310上时，相对于太阳能电池320的表面310或平行于太阳能电池320的表面310的平面以钝角外角b1定向。钝角外角b1通常在45度至90度的范围内。
此外，如图3(b)所示，光散射表面部分375、375’中的每个被定位在结构化连接器300的顶部部分360处，并且当结构化连接器300被定位在表面310上时，相对于太阳能电池320的表面310或平行于太阳能电池的表面的平面以锐角内角b2定向。锐角内角b2通常在0度至45度的范围内。
虽然可以改变角度b1和b2的值以便实现给定的转向和散射性质，但是本发明人基于计算机模拟已经发现b1的最佳值是60°并且b2的最佳值是30°，以便实现结构化连接器300的最佳散射和转向性质以及最佳电流增益。
两个光散射表面部分375、375'在顶部部分360处形成沿着结构化连接器300延伸的凹陷部370，该凹陷部被定位在相对侧部部分350、355之间。
在本具体实施方案中，凹陷部370被特别地配置成使得平坦光散射表面部分375、375’在顶部部分360处形成沿着结构化连接器300延伸的v形槽，其中平坦光散射表面部分375、375'在凹陷部370的底部380处相交。此外，如图3(a)和图3(b)所示，平坦光转向表面部分340与平坦光散射表面部分375相交，并且平坦光转向表面部分345与平坦光散射表面部分375'相交。
如图3(a)-(b)所示，结构化连接器300包括构成上相对侧部部分的相对侧部部分350、355，以及构成下相对侧部部分的相对侧部部分350'、355'。当下侧部部分350'与上侧部部分350相交并且下侧部部分355'与上侧部部分355相交时，下相对侧部部分与相应的上侧部部分相交。结构化连接器300被布置成使得当被定位在太阳能电池320的表面310上时，下相对侧部部分350'、355’被定向成基本上垂直于太阳能电池320的表面310。
因此，结构化连接器300包括基部390和上部395，基部具有由下相对侧部部分350'、355'和底部部分330形成的矩形(或基本矩形)横截面形状，上部由上相对侧部部分350、355和顶部部分360形成。上部395通常具有横截面三角形(或基本上三角形)形状，该横截面三角形形状的顶部顶点由v形槽开口裁剪，从而在顶部部分360中形成凹陷部370。在本实施方案中，上部395限定连接器相对于基部390的顶表面的高度h1，h1在约0.1mm至约0.5mm的范围内。基部390限定相对于太阳能电池320的表面310的高度h2’，在约0mm至0.5mm的范围内。特别地，可以改变高度h1和h2'以实现结构化连接器300的特定光散射和光转向性质。上部395的高度h1特别地确定光散射和光转向的量(由于(i)平坦光转向表面部分340、345相对于太阳能电池320的表面310的钝角外角，以及(ii)平坦光散射表面部分375、375'相对于彼此的锐角内角)，并且因此对连接器300的光学性能具有影响。
此外，本发明人已经发现，最佳高度h2’约为0.2mm，而最佳高度h1约为LDR高度的一半，LDR高度通常约为0.4mm。基部390和上部395分别的高度h1和h2'限定结构化连接器300的总高度h2，该总高度h2在0.1mm到0.8mm的范围内。该总高度影响在光伏模块的制造工艺期间施加到太阳能电池320和封装玻璃(和/或聚合物)覆盖片材的应力。结构化连接器300的横截面积也影响结构化连接器300的传导性。具体地，结构化连接器300被配置为具有与LDR的横截面积相似的横截面积，然而具有与LDR不同的更大高度，这允许减小在光伏模块的制造工艺期间施加到太阳能电池320的应力。
图4示出了曲线图400，其示出了与已知的太阳能电池连接器LSR和LDR(电流增益曲线440和460)相比，对于结构化的太阳能电池连接器300获得的作为光的入射角(相对于太阳能电池的表面)的函数的电流的潜在增益的曲线420。可以观察到，在大约法向入射时，结构化连接器300的表现类似于LSR和LDR，并且随着入射角的增加，结构化连接器300允许实现针对LSR和LDR实现的相应电流增益值之间的电流增益值。特别地，对于60°和90°之间的入射角，结构化连接器300的表现类似于LDR。因此，本发明的结构化连接器300允许保持与LDR类似的光学和电气性能，而结构化连接器300的可调节高度还使得能够在光伏模块的制造期间实现太阳能电池的减小的应力。因此，根据本发明的实施方案的结构化连接器300允许在平衡功率增强效率和向太阳能电池和密封剂片材和/或玻璃/聚合物覆盖片材施加应力方面实现平衡的优化性能。
图5(a)-(d)示出了根据本发明的另外的实施方案提供的结构化连接器的横截面正视图。
具体地，图5(a)示出了用于定位在太阳能电池(未示出)的表面上以及电耦合到太阳能电池的表面的太阳能电池结构化连接器500的横截面正视图，类似于结构化连接器300，结构化连接器500具有用于接触太阳能电池表面的底部部分510。结构化连接器500由导电材料形成。图5(b)示出了结构化连接器500的对应顶视图。
结构化连接器500包括两个光转向表面部分520、530，所述两个光转向表面部分可以是平坦的，并且当结构化连接器500被定位在太阳能电池的表面上时，每个光转向表面部分相对于太阳能电池的表面以钝角外角b3定向。结构化连接器500还包括位于光转向表面部分520、530之间的顶部部分560处的多个光散射表面部分575、575'、576、576'、577、577'。每个光散射表面部分575、575'、576、576'、577、577'可以是平坦的，并且相对于太阳能电池的表面以锐角内角定向。多个光散射表面部分575、575'、576、576'、577、577’在结构化连接器500的顶部部分560处形成沿着结构化连接器500延伸的多个相邻且平行的凹陷部570。所述多个光散射表面部分被布置成使得相邻且平行的凹陷部570在顶部部分560处沿着结构化连接器500形成相邻且平行的v形槽。
类似于结构化连接器300，光转向表面部分520、530可以相对于太阳能电池的表面以45度至90度范围内的钝角外角b3定向。结构化连接器500的光散射表面部分相对于彼此具有钝角，并且当结构化连接器500被定位在太阳能电池的表面上时，光散射表面部分中的每一个相对于太阳能电池的表面或平行于太阳能电池的表面的平面具有在0度到45度的范围内的锐角内角b4。
此外，结构化连接器500具有基部580和上部590，基部具有由下相对侧部部分540、550和底部部分510形成的矩形横截面，上部由上相对侧部部分或光转向表面部分520、530和顶部部分560形成。基部580具有高度h4，并且上部590具有高度h3。
图5(c)示出了用于定位在太阳能电池(未示出)的表面上以及电耦合到太阳能电池的表面的太阳能电池结构化连接器500'的横截面正视图，并且图5(d)示出了结构化连接器500的对应顶视图。
结构化连接器500'具有与限定结构化连接器500的特征部基本相同的特征部，然而，尽管相邻且平行的凹陷部或v形槽570彼此平行地布置并且在平行于结构化连接器500的纵向方向的方向上延伸，但是在结构化连接器500'的替代实施方案中，相邻的v形槽570彼此平行地延伸并且当结构化连接器500’被定位在太阳能电池的表面上时分别相对于在垂直于太阳能电池的表面的结构化连接器500'的纵向方向上延伸的平面成角度b5定向。
对于结构化连接器500、500’两者，与已知的LDR相比以及与结构化连接器300相比，在结构化连接器的顶部部分处的所述多个凹陷部和基部部分允许增加连接器的横截面积，这允许实现结构化连接器500、500'的显著增强的传导性，同时与其他现有太阳能电池连接器相比保持相对最佳的光学性能。
图6示出了根据本发明另一实施方案的结构化太阳能电池连接器600。
在该实施方案中，结构化连接器600具有呈现与结构化连接器300的特征部基本相似的一些特征部的结构。结构化连接器600具有非圆形横截面形状，并且具有可以是平坦的光散射表面部分680、680'，并且在光转向表面部分620、630之间的结构化连接器600的顶部部分处限定凹陷部或v形槽610。光转向表面部分620、630限定上侧部部分。然而，与结构化连接器300相比，下侧部部分640、650被裁剪以限定与v形槽610基本相同的凹陷部或v形槽660、670。结构化连接器600具有沿结构化连接器600的纵向方向定向的轴线x，并且凹陷部610、660、670被布置成使得结构化连接器600在垂直于轴线x的平面中的横截面形状具有三重旋转对称性。
结构化连接器600可以替代地初始在垂直于轴线x的平面中具有三角形横截面形状，其中对应的横截面形状是等边三角形(在每个角处具有60°的角度b6)，并且其中三个基本上相同的v形槽或凹陷部610、660和670形成在等边三角形的三个角处，使得结构化连接器600在垂直于轴线x的平面中的横截面形状具有三重旋转对称性。
结构化连接器600具有高度h5，并且平坦光散射表面部分680、680’中的每个相对于平行于相应v形槽的底部的平面以角度b7定向。可以改变高度h5和角度b7以实现特定的光散射和光转向特性质。
根据本发明的实施方案提供的结构化连接器通常包含具有相对高导电性材料的材料，并且可以包含金属元素，诸如铜、银、铝或金属元素的合金。结构化连接器可以替代地或同时地包含其他高导电材料，并且可以例如包含传导聚合物。
对于光伏模块的制造，可以使用在光伏模块内互连太阳能电池的各种方法。
例如，如本领域中已知的，可以使用‘太阳能搭接件和串接件’方法。在该示例中，连接器被定位成使得连接器被放置成与第一太阳能电池的前表面上的电触点接触，并且第二太阳能电池然后被定位成与第一太阳能电池相邻，其中第二太阳能电池的后表面被放置在连接器的顶部部分上，使得连接器接触第二太阳能电池的后表面上的电触点。因此，连接器将第一太阳能电池的前表面上的电触点连接到第二太阳能电池的后表面上的电触点。图7(a)示出了用于互连太阳能电池的这种方法700的示例。连接器710和720(各自对应于连接器诸如结构化连接器300、500或600)以如上所述的方式相对于相邻太阳能电池730、730'和730”定位，即其中连接器710将太阳能电池730的前表面上的电触点连接到相邻太阳能电池730'的后表面上的电触点，并且连接器720将太阳能电池730'的前表面上的电触点连接到相邻太阳能电池730”的后表面上的电触点。
参考图7(b)和图7(c)，连接太阳能电池的其他替代方法可包括以下方法。
首先转到图7(b)，连接器可以被设计和制造为沿着连接器具有两个结构化的轮廓，其中所述两个轮廓中的每个沿着连接器的长度的一半延伸。连接器的长度被确定为适于连接两个太阳能电池740、740'。更具体地，连接器具有(i)根据连接器300、500或600的结构中的一个的第一轮廓750，第一轮廓750被定位在太阳能电池740的前表面上，以及(ii)对应于“扁平带”的第二轮廓760，第二轮廓760被定位在太阳能电池740'的后表面上，由此太阳能电池740的前表面上的电触点连接到相邻太阳能电池740'的后表面上的电触点。
在另一示例中，参考图7(c)，可使用两组连接器来实现两个太阳能电池765、765’的连接。提供第一组连接器，其中该连接器具有根据结构化连接器300、500或600中的一个的第一轮廓770，并且其中第一轮廓770被定位在太阳能电池765的前表面上。提供第二组连接器，其中该连接器具有对应于具有矩形横截面形状的扁平带的第二轮廓780，并且其中第二轮廓780被定位在太阳能电池765’的后表面上。第一组连接器中的每个和第二组连接器中的每个具有比连接器被定位所在的太阳能电池的宽度更长的长度，使得相应连接器在两个太阳能电池765、765'之间在‘电池间区’处重叠。在形成光伏模块期间，相应的第一连接器和第二连接器可在‘电池间区’中连接在一起，使得太阳能电池765的前表面上的电触点连接到相邻太阳能电池765'的后表面上的电触点，并且使得能够传导由太阳能电池产生的电流。
太阳能电池连接器(诸如结构化连接器300、500、600)可以在接触太阳能电池的电触点之前涂覆有涂覆材料，以便改善光学和焊接性质。
图8(a)-(d)示出了各种涂覆工艺，其可用于根据所需的连接性质，用材料诸如低熔点金属合金(焊料、传导膜或ECA带)涂覆根据本发明的实施方案提供的结构化连接器的至少表面部分。在图8(a)-(d)中，示出了结构化连接器800，然而应当理解，也可以以类似的方式将涂层施加到结构化连接器300、500和600以及根据本发明的其他实施方案提供的任何结构化连接器的表面上，以便实现相同的效果。
特别地，涂覆材料的布局和厚度可以变化。例如，如图8(a)所示，涂覆材料810可以以厚度t1施加到结构化连接器800的所有表面上，以实现改善的反射和焊接性质。替代地，涂覆材料810可以以厚度t2部分地施加到选定表面上，诸如仅结构化连接器800的底部部分830，如图8(b)所示。在又一替代实施方案中，涂覆材料810可以以不同的厚度施加在结构化连接器800的不同表面上。例如，如图8(c)所示，涂覆材料810的具有厚度t4的层840可被施加在结构化连接器800的底部部分830上，和涂覆材料810的具有厚度t3的较薄层850可被施加在结构化连接器800的顶部部分860上。如图8(d)所示，另一实施方案包括用具有所需厚度的两种或更多种不同涂覆材料的层涂覆连接器的相应表面。例如，顶部部分860涂覆有具有第一给定厚度t5的第一给定涂覆材料880的层，并且结构化连接器800的底部部分830涂覆有具有第二给定厚度t6的第二给定涂覆材料870的层。
根据本发明的另一个实施方案并且如将参考图9至图21进一步描述的，结构化连接器(诸如结构化太阳能电池连接器300、500或600)可以在连接到太阳能电池的电触点用于形成光伏模块之前，以使得结构化连接器的表面部分被暴露的方式嵌入到接触片材的聚合物材料中。在该实施方案中，在形成聚合物接触片材之前和/或之后，可以根据图8(a)-(d)所示的各种涂覆工艺将涂覆材料施加到结构化连接器上。
例如，可以涂覆嵌入到聚合物材料中的结构化连接器的表面部分以形成反射表面，其中被聚合物材料包围的结构化连接器的表面部分可以涂覆有反射涂层，诸如Ag、Al、Sn焊料和高反射金属薄膜、多层介电膜、金属箔或银涂覆的反射布。反射涂层可以通过气刀、辊压或压延、PVD(溅射、PLD、ALD)、CVD、电镀、热浸镀锌、喷涂和具有粘合剂的金属箔来施加。然后可以用低熔点焊料、传导膜或ECA带涂覆当嵌入接触片材的聚合物材料中时结构化连接器的暴露的表面部分，该低熔点焊料、传导膜或ECA带可以粘结到其他材料，诸如太阳能电池上的金属指状物。太阳能电池的前表面和后表面的金属指状物或导电区可替代地或另外涂覆有低熔点焊料、传导膜或ECA带。
类似于反射涂层，低熔点焊料可以通过气刀、辊轧或压延、电镀、热浸镀锌、喷涂或经由拖曳焊接(拖曳加热的烙铁头与来自焊丝的熔融焊料)来施加。可以直接施加商品化的ECA带或传导膜。
参考图9，示出了形成装置结构诸如光伏模块的方法900的流程图。在步骤910，方法900包括提供至少一个装置部件，诸如具有前表面和后表面的太阳能电池，前表面和后表面中的每一者包括至少一个导电区。在步骤930，方法900包括提供至少一个接触片材，其包括聚合物材料和至少一个结构化导电元件，所述至少一个结构化导电元件以使得所述至少一个结构化导电元件的表面部分被暴露的方式嵌入聚合物材料中。
在方法900的实施方案中，所述至少一个结构化导电元件通常对应于至少一个结构化连接器，诸如结构化连接器300、500或600或根据本发明的实施方案提供的任何其他结构化连接器。
在步骤950，方法900包括将粘结材料施加到暴露表面部分和所述至少一个装置部件或太阳能电池的前表面和后表面的导电区中的至少一个中的任一者或两者。
在步骤970，方法900包括相对于所述至少一个装置部件或太阳能电池定位所述至少一个接触片材，使得粘结材料位于所述一个或多个装置部件或太阳能电池的所述至少一个导电区和所述至少一个结构化导电元件或连接器的暴露表面部分之间。
在步骤990，方法900包括激活粘结材料，使得在所述至少一个导电区和暴露表面部分之间形成粘结和导电耦合。
在一个具体实施方案中，激活粘结材料包括向所述至少一个接触片材施加热和压力，诸如层压与太阳能电池和光伏模块的前片材接触的所述至少一个接触片材。
在太阳能电池和光伏模块形成的情况下，激活粘结材料使得所述至少一个结构化传导元件电耦合到所述至少一个导电区，并且使得能够传导由所述至少一个太阳能电池产生的电流。
现在将参考图10和图11关于光伏模块的形成更详细地描述方法900的具体实施方案。
图10示出了以透视分解图描绘了包括根据方法900的实施方案形成的光伏模块1000的元件的示意图。提供两个相邻的太阳能电池1030、1030'，太阳能电池1030、1030’中的每个具有涂覆有表面介电层的前表面和后表面，该表面介电层用作抗反射涂覆(ARC)层。在太阳能电池1030和1030'的前表面和后表面的每一者上存在导电电极，该导电电极分别包括线性导电指状物1032和1034的阵列。
太阳能电池1030和1030'上的传导电极可以通过将金属浆料诸如银丝网印刷在太阳能电池1030、1030'的表面介电层上而形成。然后，太阳能电池通常通过穿过高温带式炉而“烧制”，在该高温带式炉中，太阳能电池经历700℃至850℃范围内的温度达数秒钟。该工艺使得包括金属指状物1032、1034的丝网印刷金属电极穿透介电层并与下面的太阳能电池紧密接触。
替代地，可通过首先使用激光烧蚀介电层以形成薄的线性开口，然后将金属堆叠沉积到太阳能电池1030、1030’的暴露区上来在太阳能电池1030、1030’上形成包括指状物1032、1034的导电电极，金属堆叠优选地包括镍层、铜层和银或锡的覆盖层。金属堆叠的沉积可通过化学镀(electro-less plating)、通过使用相应太阳能电池1030、1030’的光感应电流、或通过将外部偏压或电流提供到电池的另一表面使得太阳能电池中的任何半导体结为正向偏压来实现。本发明的实施方案中的银覆盖层应具有至少80nm的厚度，并且优选地厚于100nm，以为下面的铜提供足够的涂覆。
当使用锡作为覆盖层时，优选层厚度的厚度大于1μm，并且更优选地大于2μm。可以使用上述用于镍和铜的电镀工艺来施加覆盖层。替代地，可以通过浸镀或置换电镀形成较薄的覆盖层，其中铜的表面层被覆盖金属的薄层电化学置换。
在如图10所示的本实施方案中，太阳能电池1030、1030'是双面太阳能电池1030、1030'以形成双面光伏模块1000。双面模块由于其将来自太阳能电池的两个表面的光转换成电的能力而可提供许多益处。例如，它们在高反射环境中提供了优点，因为入射到地面或背景上的光可以经由它们的后表面被反射到模块中，导致能量转换效率被反照率因子增强，对于高反射表面，反照率因子可以高达30％。
然而，应当理解，本发明的实施方案不限于双面太阳能电池和双面光伏模块，并且还可应用于单面太阳能电池。
此外，应当理解，尽管本实施方案是关于包括两个太阳能电池的光伏模块描述的，但是根据方法900形成的光伏模块可以包括相邻的各个太阳能电池的阵列。
还提供两个接触片材1020和1040以形成双面光伏模块，对于该双面光伏模块，从太阳能电池1030和1030’的两个表面提取电流。接触片材1020、1040中的每个包括聚合物材料和多个结构化导电元件或连接器1025、1045。结构化连接器1025、1045以使得连接器1025、1045中的每个的表面部分被暴露的方式嵌入聚合物材料中。
应当理解，形成装置结构的方法900也可以使用已知的连接器来执行，诸如具有圆形横截面形状的连接器(导线)或具有矩形截面形状的带或LSR和LDR。
如前所述，优选地，结构化连接器包括一个或多个金属元件。然而，也可使用替代材料(例如，传导聚合物)。连接器1025和连接器1045在相应的接触片材1020、1040上等距间隔开，以在相应的接触片材1020、1040的至少一个表面上形成相应的连接器图案。
然后将粘结材料施加到结构化连接器1025的暴露表面部分上，以及施加到结构化连接器1045的暴露表面部分上。替代地或同时地，可将粘结材料施加到太阳能电池1030的前表面和/或后表面的导电指状物1032上，和/或施加到太阳能电池1030'的前表面和/或后表面的导电指状物1034上。
为了根据方法900形成光伏模块1000，太阳能电池1030、1030’被定位在接触片材1020、1040之间，使得接触片材1040(在下文中将被称为前接触片材1040)面向太阳能电池1030、1030'的前表面，并且接触片材1020(在下文中将被称为后接触片材1020)面向太阳能电池1030、1030'的后表面。更具体地，结构化连接器1045的暴露表面部分面向太阳能电池1030、1030'的前表面，并且结构化连接器1025的暴露表面部分面向太阳能电池1030、1030'的后表面。在本具体实施方案中，当太阳能电池1030、1030’被定位在后接触片材1020和前接触片材1040之间时，结构化连接器1025、1045分别垂直于相邻太阳能电池的线性导电指状物1032、1034定向。根据太阳能电池1030、1030'的电子和空穴收集层的不同传导性，线性传导指状物1032、1034的间距可在太阳能电池的前表面和后表面上不同。然而，太阳能电池1030、1030'上的线性指状物1032和1034的间距和厚度可经调整以限制由于串联电阻引起的功率损耗。该优化工艺取决于下面的太阳能电池接触层的传导性、用于导电指状物1032和1034的材料(例如，金属)的电阻率、指状物的横截面积、以及所收集的电流在被收集在接触片材1020、1040的连接器1025、1045中之前必须在指状物中行进的距离。在本具体实施方案中，光电模块1000被布置成使得电流在被传送到相应的结构化连接器1025、1045中之前必须沿着传导指状物1032、1034流动的距离等于结构化连接器1025、1045之间的间距的一半。
此外，前接触片材1040和后接触片材1020相对于太阳能电池1030、1030’被定位成使得所施加的粘结材料位于导电指状物1032与结构化连接器1025、1045的相应暴露表面部分之间以及导电指状物1034与结构化连接器1025、1045的相应暴露表面部分之间。然后通过在施加压力的情况下加热接触片材1020、1040的聚合物材料来激活粘结材料，由此在连接器1025、1045的图案与太阳能电池1030、1030'的相应导电指状物1032、1034之间形成粘结。根据本发明的实施方案，粘结使得结构化连接器1025、1045中的每个分别电耦合到导电指状物1032、1034中的至少一个。
如图10所示，前接触片材1040还包括互连接片1028，该互连接片也以使得互连接片1028的至少表面部分被暴露的方式嵌入聚合物材料中。连接器图案的每个结构化连接器1025电耦合到互连接片1028。类似地，后接触片材1020包括类似的互连接片1048，该互连接片也以使得互连接片1048的至少表面部分被暴露的方式嵌入聚合物材料中。金属图案的每个结构化连接器1045耦合到互连接片1048。在光伏模块1000的制造期间，粘结材料也被施加到互连接片1048和/或互连接片1028上，并且前接触片材1040和后接触片材1020相对于太阳能电池1030、1030'定位，使得互连接片1028、1048优选地相对于彼此对准，并且所施加的粘结材料位于互连接片1028、1048之间。当通过加热接触片材1020、1040的聚合物材料并施加压力来激活粘结材料时，在互连接片1028、1048之间形成粘结，由此连接器1025连接到连接器1045，并且太阳能电池1030的后表面的传导指状物1032连接到太阳能电池1030'的前表面的传导指状物1034，使得太阳能电池1030、1030'串联连接，并且允许由太阳能电池1030、1030'产生的电流在太阳能电池1030、1030'之间传导。
尽管互连元件1028、1048被示出为连续的线性接片，但是应当理解，互连元件1028、1048可以替代地包括接片或元件的阵列。
在替代布置中，互连接片1028和1048未嵌入到聚合物片材1020和1040中，而是将单独的互连接片精确地放置在片材1020的连接器1025的端部上，并且在激活工艺期间，互连接片粘结到聚合物片材1020的连接器1025的端部和聚合物片材1040的连接器1045的起点两者。
在另一个替代实施方案中，结构化连接器1025和结构化连接器1045可以被布置成使得当接触片材1020、1040相对于相邻太阳能电池1030、1030'定位时，结构化连接器1025和1045重叠。在该实施方案中，粘结材料被施加到结构化连接器1025的面向结构化连接器1045的部分的至少部分上，和/或施加到结构化连接器1045的面向结构化连接器1025的部分的部分上，使得当粘结材料被激活时，在重叠的结构化连接器1025和1045之间形成粘结。
在图10中描述的示例中，可包含玻璃或聚合物材料的覆盖片材1010和1050被另外定位以分别覆盖接触片材1020、1040，并且整个光伏模块组合件然后在130℃与170℃之间，更优选地在150℃的层压温度下层压8至15分钟。层压压力在400mbar-900mbar之间，更优选地在500mbar-700mbar之间。在此层压步骤期间，激活粘结材料，其中在连接器1025、1045与太阳能电池1030、1030’的相应导电指状物1032、1034之间形成粘结，并且随着聚合物材料在加热时软化，接触片材1020、1040进一步包封或封装太阳能电池1030、1030’。层压步骤可以例如执行大约10分钟，以用于封装太阳能电池1030、1030'并且密封光伏模块1000以防止在现场操作期间湿气进入。因此，后接触片材1020和前接触片材1040将太阳能电池1030、1030'封装在模块1000中，并且在下文中可以被称为后封装聚合物接触片材1020和前封装聚合物接触片材1040。
粘结材料可包含在低于层压温度(即，低于160℃)的温度下熔化的金属合金、或导电粘合剂(ECA)浆料或带。例如，粘结材料可以包含熔点为138℃的Sn58Bi42焊料合金、DowCorning PV-5802有机硅基ECA或来自Adhesive Research的EL-9032ECA带。
应当理解，尽管结构化连接器1025、1045已经被描述为以图案布置并且分别在垂直于导电指状物1032、1034的方向的方向上对准，但是可以设想进一步允许将结构化连接器和相应导电指状物电耦合的任何其他配置、布置和取向。
此外，应当理解，虽然太阳能电池1030、1030'已经被描述为在它们相应的前表面和后表面上包括多个导电指状物1032、1034，但是太阳能电池可以替代地涂覆有传导氧化物，该传导氧化物优选地是基本上透明的并且在层压期间与接触片材1020、1040的结构化连接器1025和1045形成低电阻电接触。
参考图11，示出了根据方法900的实施方案制造光伏模块组合件诸如光伏模块1000的一般制造工艺1100的流程图。在第一步骤1110中，铺置背片材诸如覆盖片材1110。背片材可以是用于单面模块的轻质不透明复合材料。替代地，玻璃材料或透明聚合物材料可用于双面模块。优选地，使用具有集成的抗反射和光散射能力的‘太阳能玻璃’。
然后，在步骤1120，封装聚合物接触片材诸如接触片材1020被定位在背片材上，该封装聚合物接触片材包括聚合物材料和如方法900(图9)所述嵌入其中并涂覆粘结材料的导电连接器1025。例如，接触片材可以从辊(roll)在背片材上延伸，然后一旦在背片材上对准，就切割成一定大小，或者接触片材可以简单地作为预切割片材铺置。光学对准系统用于使用设置在布局组合件表面上的对准标记将聚合物接触片材的表面与背片材对准，传导金属图案的面向上的暴露表面部分准备与光伏模块的太阳能电池粘结。
在步骤1130处，使用“拾取和放置”自动化将太阳能电池(诸如太阳能电池1030、1030’)以布局图案布置在封装聚合物接触片材上。优选地，布局放置精度为10μm±3μm，并且更优选为10μm±1μm，然而，如果需要更高的处理吞吐量，则为了更快的放置可以牺牲放置精度。
一旦铺置了所有太阳能电池，在步骤1140，第二封装聚合物接触片材诸如接触片材1040被定位在太阳能电池上。如果太阳能电池的前表面和后表面两者都需要电接触，如对于双面太阳能电池，则第二封装聚合物接触片材也包含嵌入聚合物材料中并涂覆有粘结材料的导电连接器。然后在步骤1150，在第二接触片材上铺置前片材。前片材可包含玻璃或基本上透明的透明聚合物材料。
然后将整个组合件移动到层压机中，在步骤1160，在层压机中层压该整个组合件。可针对所使用的封装聚合物材料的类型和用于涂覆接触片材的导电结构化连接器和/或太阳能电池的传导区(例如，金属指状物)的粘结材料的类型定制层压工艺。例如，电镀和印刷的金属合金可能需要不同的粘结条件，并且因此层压工艺必须调整到这些要求。另外，如果使用ECA，则层压工艺也可能需要适应ECA的粘结要求。
在层压之后，在步骤1170将通常容纳在一个或多个接线盒内的框架和模块电子部件添加到光伏模块组合件，以完成光伏模块的制造。
因此，形成光伏模块的方法900的实施方案可由光伏模块生产商简单地通过以下方式执行：(i)购买预制的聚合物接触片材(即，包括嵌入其中的所述至少一个结构化导电元件或连接器的接触片材)；以及(ii)使用自动化太阳能电池放置技术根据方法900执行光伏模块布局工艺。
此外，用于形成光伏模块的方法900的实施方案消除了执行作为最终产品制造线的一部分的导线处理工艺的需要，这进一步允许简化用于互连光伏模块中的太阳能电池的工艺，并且进一步允许简化光伏模块的制造工艺。
虽然已经描述了形成双面光伏模块的工艺，但是应当理解，相同的工艺可以用于互连包括完全金属化后表面的单面太阳能电池，前提条件是完全金属化的太阳能电池后表面可与聚合物接触片材上的粘结材料充分粘结。例如，如果太阳能电池的后表面包含丝网印刷和“烧制”的铝，则该表面可能需要包含包括另一种金属诸如银的粘结区，或者在可实现粘结之前进行预处理。这种预处理的选项包括锌化处理(zincating)和使用锡垫技术，诸如由Schmid商业化的锡垫技术。通过后铝电极的图案灵活性和高传导性而成为可能的另一选项是具有不同的导电图案(例如，较少的连接器)，该导电图案粘结到太阳能电池的前表面和后表面。由于后铝电极非常导电且不透明，因此在聚合物接触片材中可以使用较少的更宽的连接器，其中使用ECA实现粘结。
从上面的描述还应当清楚，互连工艺也可应用于叉指式背接触(IBC)电池。例如，它可以用于实现IBC电池的电池互连方法，该IBC电池如在Z.Li等人在“Electrical andoptical analysis of polymer rear insulation layers for back contact cells”(发表在Energy Procedia,77,744-751)和U.Romer等人在“Decoupling the metal layer ofback contact solar cells–optical and electrical benefits”(发表在EnergyProcedia,77,744-751)中所述的金属化。
嵌入到接触片材1020、1040的聚合物材料中的结构化连接器1025、1045可以具有多边形横截面形状，诸如连接器300、500或600的横截面形状，并且可以具体形成为具有允许实现期望的光学和电流承载性质的非圆形横截面形状，这将参考图18(b)至图23更详细地描述。
参考图12至图17，现在将描述用于将连接器嵌入聚合物材料中以形成接触片材的方法。连接器可以以已知连接器的形式提供，诸如具有矩形、圆形或三角形横截面形状的连接器，以及以结构化连接器的形式提供，诸如根据本发明的实施方案提供的结构化连接器300、500或600。
在图12的流程图中示出了根据本发明的实施方案的一种嵌入方法1200。在步骤1220中，通过将导线挤压或拉伸通过具有所需大小和形状的一系列模具，然后将获得的导线退火以使它们变软，从而形成具有给定横截面形状的连接器或金属导线。
连接器或金属导线的表面的部分优选地被涂覆(在步骤1240)以形成反射表面，该反射表面可以改善光伏模块中的光重定向。关于图8(a)-(d)描述了可能的涂覆方法。然后任选地在聚合物材料中形成有助于嵌入金属导线的沟槽或凹陷部部分，并且将该沟槽或凹陷部部分与连接器的期望位置对准。然后在步骤1260中将连接器放置到相应的沟槽或凹陷部部分中以形成接触片材，由此将连接器嵌入到聚合物材料中并且暴露连接器的相应表面部分。可以通过激光烧蚀或使用局部熔化聚合物并使聚合物变形的加热的压印机形成沟槽。应当理解，接触片材1020、1040可以替代地设置有已经形成在聚合物材料中的沟槽或凹陷部部分，沟槽或凹陷部部分被布置成接纳连接器或结构化导线。
替代地，可将连接器放置在聚合物材料上并且在步骤1260，通过在75℃-85℃之间的温度，且更优选地80℃的温度下层压连接器和聚合物材料的组合件5-15分钟，并且更优选地10分钟来直接嵌入连接器。尽管由于连接器在布局和层压之间的可能移动，连接器的放置精度可能受到这种方法的限制，但是当需要少量连接器和/或需要较低的对准精度时，这种低成本的嵌入方法可能是合适的。
通过真空抽吸将连接器放置和保持在导热嵌入工具中，可以实现对连接器在聚合物材料中的对准和定向的改进控制。然后通过施加局部热将连接器嵌入聚合物材料中。下面进一步参考图13至图18中连接器的不同横截面几何形状更详细地描述该工艺。
最后，在步骤1280中，嵌入连接器的暴露表面部分涂覆有粘结材料以准备用于光伏模块制造。粘结材料优选地为焊料，并且通过局部加热来施加，加热还熔化连接器附近的聚合物材料，并且用于使聚合物围绕连接器流动，由此在冷却时，连接器嵌入聚合物材料中并且形成接触片材。
图13至图15描绘出了用于多种已知连接器横截面形状或几何形状的单个连接器嵌入工具。参考图3中描述的实施方案，图16(a)-(c)描绘了根据本发明的具体实施方案的用于具有横截面形状或几何形状的结构化连接器的单个连接器嵌入工具。对于图13至图16中的每一个，图(a)示出了保持在嵌入工具中并与真空管线对准的连接器的横截面；图(b)示出了保持连接器的嵌入工具的3D透视图；并且图(c)示出了连接器和嵌入工具在垂直于连接器和嵌入工具的纵向方向的平面中的横截面视图。
具体地，在图13、图14和图15中，连接器1320、1440和1550分别表示具有三角形、圆形和矩形横截面形状的已知连接器。前面已经描述了这些横截面几何形状的限制。
图16(a)-(c)示出了具有山脊状横截面形状的连接器1660，其部分地类似于图3所示的连接器300的结构。这种山脊状结构提供了如上参考图3至图6所述的光转向表面和光散射表面，并且如上所述，有利地允许减小施加到相应太阳能电池上的应力，并且进一步使得光能够更有效地反射到相应太阳能电池上。另外，参考连接器300和连接器1660(与LDR相比)描述的山状结构的更大高度进一步允许减小施加到聚合物材料的应力，这可以有助于光伏模块的显著改进的总体性能。
如图13至图16所示，嵌入工具具有沟槽或凹陷部部分，该沟槽或凹陷部部分被布置成保持该连接器的平坦底部表面并且确保该连接器被对准成具有顶表面部分和侧表面部分，所述顶表面部分和侧表面部分将被嵌入聚合物材料中并且被设计用于在光伏模块中的有效光捕获、相对于聚合物材料正确地定向。
图17(a)-(c)然后示出了方法900的具体实施方案，其中通过使用嵌入工具1700将一件结构化连接器嵌入到聚合物材料中来形成金属化聚合物接触片材(在本说明书中也称为‘密封剂’或‘金属化密封剂’)。
嵌入工具1700适于接纳和保持具有山脊结构的连接器1720(类似于连接器1660)。连接器1720被放置在嵌入工具1700中并通过真空抽吸保持在适当位置，使得山脊表面结构被暴露。然后将具有连接器1720的嵌入工具1700热压到聚合物材料1780上，其中聚合物材料1780围绕结构化连接器1720的暴露表面结构流动并粘附到其上。然后释放将连接器1720保持在嵌入工具1700中的真空，并且将工具1700与连接器1720分离，如图17(c)所示，由此，在聚合物材料1780冷却时，将结构化连接器1720嵌入到聚合物材料1780中，暴露连接器1720的表面部分1740，并且形成接触片材。
图18(a)示出了已知LDR连接器1800的横截面正视图，该LDR连接器具有三角形横截面形状并且被嵌入在聚合物材料1810中以形成如上所述的接触片材1820。箭头表示当连接器1800被嵌入聚合物材料1810中并被聚合物材料部分地包围时施加到连接器1800的相对侧部部分1825、1825'上的力。聚合物材料1810向侧部部分1825、1825’上施加压力，使得LDR连接器1800被“推出”聚合物材料1810，这影响将连接器1800固定在聚合物材料1810内的工艺。
本发明的另一实施方案提供了一种结构化连接器，其具有当形成接触片材1820时允许有助于将连接器固定在聚合物材料1810内的结构。
具体地，提供了一种结构化连接器，其具有非圆形横截面形状并且包括至少一个突起部和/或至少一个凹陷部，当连接器嵌入聚合物材料中时，所述至少一个突起部和/或至少一个凹陷部具有锚定功能。连接器的非圆形横截面形状可以是多边形横截面形状。然而，应当理解，本发明的实施方案不限于具有多边形横截面形状的结构化导电元件或连接器，并且不为圆形的任何形状(包括非多边形和多边形横截面形状)的导电元件或连接器都被认为在本发明的范围内。
所述至少一个突起部和/或所述至少一个凹陷部被布置成使得当该连接器被嵌入该聚合物材料中时，该聚合物材料至少部分地围绕所述至少一个突起部和/或至少部分地填充所述至少一个凹陷部。所述至少一个突起部和/或至少一个凹陷部的存在允许有助于将相应的连接器固定在接触片材的聚合物材料内。
图18(b)示出了嵌入在聚合物材料1810中以形成如上所述的接触片材1820的结构化连接器1830的横截面正视图。箭头表示当结构化连接器1830被嵌入聚合物材料1810中并被聚合物材料部分地包围时施加到结构化连接器1830的相对侧部部分上的力。用于定位在太阳能电池(未示出)的表面上以及电耦合到太阳能电池的表面的结构化连接器1830最初具有类似于连接器1800的横截面形状的三角形横截面形状，并且在相对侧部部分1825、1825'中具有凹陷部1840、1845，凹陷部在相对侧部部分1825、1825'处限定突起部1850、1855。因此，结构化连接器1830被布置成使得当结构化连接器1830被嵌入聚合物接触片材1820的聚合物材料1810中时，聚合物材料1810至少部分地填充突起部1850、1855之间的凹陷部或空间1840、1845，并且凹陷部1840、1845和/或突起部1850、1855具有如箭头1870的方向所示的锚定功能，这有助于将连接器1830固定在聚合物接触片材的聚合物材料内。包括突起部1850、1855的结构化连接器1830的顶部具有高度h6，并且结构化连接器1830具有总高度h7，该高度h6和h7可以变化，以实现结构化连接器2030在聚合物材料2010中的给定嵌入。
更具体地，结构化连接器2030具有对应于两个重叠的三角形部分2060、2065的轮廓的横截面形状，每个三角形部分具有轴线x1、x2并且被定向成使得三角形部分2060的轴线x1与另一个三角形部分2065的轴线x2重合。
图19(a)-(c)至图21(a)-(c)描绘了用于结构化连接器的单个连接器嵌入工具，该结构化连接器具有非圆形横截面形状，并且设置有具有锚定功能的凹陷部和/或突起部，用于当结构化连接器被嵌入聚合物材料中时有助于结构化连接器与聚合物材料的粘附，如参考图18(b)关于连接器1830所描述的。类似于图13至图16，图19(a)、图20(a)和图21(a)各自示出了保持在该嵌入工具中并且与真空管线对准的连接器的横截面；图19(b)、图20(b)和图21(b)示出了保持连接器的嵌入工具的3D透视图；并且图19(c)、图20(c)和图21(c)示出了连接器和嵌入工具在垂直于连接器和嵌入工具的纵向方向的平面中的横截面视图。图19(a)-(c)特别地描绘了用于结构化连接器1970的单个连接器嵌入工具1950，该结构化连接器具有与参考图18(b)描述的连接器1830的横截面/几何形状基本相同的横截面形状/几何形状。图20至图21描绘了保持在连接器嵌入工具(诸如嵌入工具1950)的沟槽中的另外的连接器2080、2190，连接器2080、2190具有相应的非圆形横截面形状，在侧部、顶部和/或底部表面部分中具有凹陷部和/或突起部，以在相应的连接器2080、2190被嵌入到接触片材(未示出)的聚合物材料中时提供锚定点，并且有助于将相应的结构化连接器固定在接触片材的聚合物材料内以用于形成装置结构，诸如例如光伏模块。如上参考图18(b)所述，当相应的连接器2080、2190被嵌入在聚合物材料中时，聚合物材料将至少部分地填充突起部之间的凹陷部或空间并且至少部分地围绕突起部，这将有助于将结构化连接器2080、2190固定在接触片材的聚合物材料内。
在太阳能电池和光伏模块形成的上下文中，与现有的基于连接器的互连工艺类似，本发明的实施方案不需要在太阳能电池的前表面和后表面上形成汇流条区，从而能够实现更高的电池电压。然而，本发明的实施方案提供了额外的益处，即用于形成装置结构(诸如光伏模块)的材料成本可以显著降低。此外，例如使用嵌入工具的嵌入方法1200在连接器横截面形状方面提供了更大的灵活性，其中通过并入光结构化特征和反射涂层可以实现增强的光捕获。另外，与使用具有例如圆形横截面形状的连接器(例如在上述multiBB技术中所采用的)时相比，使用特别设计的连接器几何形状(山脊结构或提供如参考图18(b)至图21所描述的锚定部分的结构)还可减少可在光伏模块中互连的下面的太阳能电池中逐渐产生的应力。
用于应用到本发明实施方案的聚合物材料可以优选地包含高度防水的材料，诸如POE、热塑性聚烯烃(TPO)、有机硅(诸如Dow Corning Sylgard 184)、基于离聚物的密封剂(诸如DuPont的PV5400和PV8400)、或乙烯乙酸乙烯酯(EVA)。
此外，应当注意，除了太阳能电池的封装之外，包括聚合物材料和嵌入其中的结构化连接器或导电元件的接触片材还可用于其他应用，并且可例如用于形成电气或电子电路或传感器或天线元件。
本发明人已经进一步发现，包括当嵌入聚合物材料中时具有锚定功能的附加凹陷部和/或突起部(与结构化连接器1830和2080相比)的结构化连接器可以进一步允许：(i)改进结构化连接器与聚合物材料(诸如聚合物材料1810)之间的嵌入的可靠性，以及(ii)提供结构化连接器与聚合物材料1810的改进的粘附性。图22(a)和图22(b)分别示出了根据本发明另一实施方案提供的结构化连接器2200和2210的横截面正视图。连接器2200和2210中的每一者具有分别对应于三个重叠的三角形部分2215、2220、2225和2215'、2220'、2225'的轮廓的横截面形状。每个三角形部分分别具有轴线x1、x2、x3和x1'、x2'、x3'，并且被定向成使得：(i)三角形部分2215的轴线x1与三角形部分2220和2225的相应轴线x2和x3重合，并且(ii)三角形部分2215'的轴线x1'与三角形部分2220'和2225'的相应轴线x2'和x3'重合。
本发明人还发现，通过提供一种结构化连接器，可以进一步有助于形成其中嵌入有一个或多个连接器的接触片材，该结构化连接器包括至少一个凹陷部和/或突起部，所述至少一个凹陷部和/或突起部在相对侧部部分和底部部分中的每一者中具有锚定功能，在底部部分中的该凹陷部和/或突起部或每个凹陷部和/或突起部与在相对侧部部分和底部部分中的每一者中的该凹陷部和/或突起部或每个凹陷部和/或突起部基本相同。
图23(a)-(c)示出了结构化连接器2300、2310和2320的横截面正视图。结构化连接器2300包括在相对侧部部分2315、2315'和底部部分2325中的每一者中的两个基本上相同的凹陷部2305、2305'。基本上相同的凹陷部2305、2305'是具有彼此平行的侧壁2330、2335的狭槽。结构化连接器2300具有轴线x，并且相对侧部部分2315、2315'和底部部分2325中的凹陷部2305、2305’被布置成使得结构化连接器2300在垂直于轴线x的横截面平面中的形状具有三重旋转对称性。
结构化连接器2310包括在相对侧部部分2345、2345'和底部部分2350中的每一者中的一个凹陷部2340，凹陷部2340在部分2345、2345'和2350中的每一者中基本上相同。凹陷部2340表示‘任意’狭槽，其中狭槽的侧壁彼此不平行，使得相应的突起部2355、2355'限定在相对侧部部分2345、2345'和底部部分2350中的每一者上。以与结构化连接器2300相同的方式，结构化连接器2310具有轴线x'，并且凹陷部2340和突起部2355、2355'被布置在相对侧部部分2315、2315'和底部部分2325上，使得结构化连接器2310在垂直于轴线x'的横截面平面中的形状具有三重旋转对称性。
连接器2320包括在相对侧部部分2365、2365'和底部部分2370中的每一者中的一个凹陷部2360，凹陷部2360在部分2365、2365'和2370中的每一者中基本上相同。凹陷部2360表示基本上矩形的狭槽，其中狭槽的侧壁彼此平行。以与结构化连接器2300和2310相同的方式，连接器2320具有轴线x”，并且凹陷部2360被布置在相对侧部部分2365、2365'和底部部分2370上，使得结构化连接器2320在垂直于轴线x”的横截面平面中的形状具有三重旋转对称性。
如图23(b)中通过光线2380所示，在使用中，当结构化连接器被定位在太阳能电池上时，‘任意’狭槽诸如具有非平行侧壁的狭槽2340可以导致相对于太阳能电池的表面以法向入射的方向照射的光被捕获在围绕突起部2355、2355'的区域中，或者甚至被反射回玻璃(和/或聚合物)片材的逃逸锥内的玻璃(和/或聚合物)片材。然而，如图23(c)所示，具有平行侧壁的狭槽允许相对于太阳能电池表面以法向入射的方向照射的光在围绕狭槽的区域之外的方向上反射，该方向与没有狭槽时的方向(即在三角形连接器的实施方案中)相同。因此，结构化连接器2320允许在聚合物材料中的改进的嵌入和锚定以形成接触片材，以及保持最佳的光学和电气性能。另外，图23(c)中所示的角度b8应等于或大于结构化连接器2320的底角b9，以便提供结构化连接器2320的最小深宽比。
应当理解，还可以设想，结构化连接器的相对侧部部分和/或底部部分可以包括多于两个的凹陷部，并且可以具有适于实现给定光学性能的任何其他形状。
当嵌入接触片材的聚合物材料中以及耦合到太阳能电池的电触点以形成光伏模块时，在此结合图16至图23描述的结构化连接器、所形成的接触片材和太阳能电池然后可以进一步封装在玻璃和/或聚合物覆盖片材中以形成光伏模块。
另外，应当注意，这里根据本发明的具体实施方案描述的结构化连接器可以替代地不嵌入接触片材的聚合物材料中。然后可以将太阳能电池与结构化连接器简单地封装在玻璃和/或聚合物覆盖片材中。例如，结构化连接器还可以用于根据连接光伏模块内的太阳能电池的各种已知方法诸如‘太阳能搭接件和串接件’方法制造光伏模块。
在以下的权利要求中和在本发明前面的描述中，除了当上下文由于表达语言或必要暗示而另有要求之为，词语“包括/包含(comprise)”或变型诸如“包括/包含(comprises,comprising)”以包括性含义使用，即在本发明的各个实施方案中指定存在说明的特征。
对于本领域技术人员明显的修改和变化被确定为在本发明的范围内。
还应当理解，如果本文引用了任何现有技术公布，则这种引用不构成承认该公布在澳大利亚或任何其他国家形成本领域公知常识的一部分。

Claims (25)

1.一种形成装置结构的方法，所述方法包括：
提供至少一个装置部件，所述至少一个装置部件具有前装置部件表面和后装置部件表面，并且在所述装置部件表面中的至少一个上具有至少一个导电区；
提供至少一个接触片材，所述至少一个接触片材包括聚合物材料和至少一个导电元件，所述至少一个导电元件具有非圆形横截面形状并且以使得所述至少一个导电元件的表面部分被暴露的方式嵌入所述聚合物材料中；
将粘结材料施加到所述暴露表面部分和所述装置部件表面中的所述至少一个上的所述导电区中的至少一个中的任一者或两者；
相对于所述至少一个装置部件定位所述至少一个接触片材，使得所述粘结材料位于所述至少一个导电区和所述暴露表面部分之间；以及
激活所述粘结材料，使得在所述至少一个导电区和所述暴露表面部分之间形成粘结和导电耦合。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述至少一个导电元件包括至少一个突起部和/或至少一个凹陷部，所述至少一个突起部和/或所述至少一个凹陷部被布置成使得，当所述至少一个导电元件被嵌入到所述聚合物材料中时，所述聚合物材料至少部分地包围所述至少一个突起部和/或至少部分地填充所述至少一个凹陷部，其中所述至少一个突起部和/或所述至少一个凹陷部具有锚定功能，这有助于将所述至少一个导电元件固定在所述至少一个接触片材的所述聚合物材料内。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中所述至少一个导电元件具有多边形横截面形状。
4.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中提供所述至少一个接触片材包括：
提供包含聚合物材料的片材；
在包含聚合物材料的所述片材内形成至少一个凹陷部部分，所述至少一个凹陷部部分被布置成接纳所述至少一个导电元件；
提供所述至少一个导电元件；
将所述至少一个传导元件放置在相应的凹陷部部分中；以及
向所述聚合物材料施加热，并且随后允许所述聚合物材料冷却，使得所述至少一个传导元件和所述聚合物材料彼此粘附，并且所述至少一个导电元件被嵌入所述聚合物材料中，并且所述导电元件的所述表面部分被暴露。
5.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其中提供所述至少一个接触片材包括：
提供包含聚合物材料的片材，包含所述聚合物材料的所述片材具有至少一个凹陷部部分，所述至少一个凹陷部部分被布置成接纳所述至少一个导电元件；
提供所述至少一个导电元件；
将所述至少一个传导元件放置在相应的凹陷部部分中；以及
向所述聚合物材料施加热，并且随后允许所述聚合物材料冷却，使得所述至少一个传导元件和所述聚合物材料彼此粘附，并且所述至少一个导电元件被嵌入所述聚合物材料中，并且所述导电元件的所述表面部分被暴露。
6.如权利要求4或5所述的方法，其中将所述至少一个导电元件放置到相应的凹陷部部分中包括将所述至少一个导电元件压配合到所述相应的凹陷部部分中。
7.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其中提供所述至少一个接触片材包括：
提供包含聚合物材料的片材；
提供导电元件；
提供导热压印装置，所述导热压印装置被布置为接纳所述传导元件；
使用所述压印装置将所述导电元件热压到所述片材中，使得所述聚合物材料粘附到所述导电元件，由此将所述导电元件嵌入所述聚合物材料中，使得所述导电元件的表面部分被暴露；以及
将所述导热压印装置与所述导电元件分离。
8.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述至少一个装置部件在所述前装置部件表面和所述后装置部件表面的每一者处具有至少一个导电区，并且所述方法还包括：
提供前接触片材，所述前接触片材包括聚合物材料和至少一个导电元件，所述至少一个导电元件具有非圆形横截面形状并且被嵌入所述聚合物材料中使得所述至少一个导电元件的表面部分被暴露；
提供后接触片材，所述后接触片材包括聚合物材料和至少一个导电元件，所述至少一个导电元件具有非圆形横截面形状并且被嵌入所述聚合物材料中使得所述至少一个导电元件的表面部分被暴露；
相对于所述至少一个装置部件定位所述前接触片材和所述后接触片材，使得每个所述前接触片材和所述后接触片材的所述至少一个传导元件的所述暴露表面部分分别面向所述前装置部件表面和所述后装置部件表面上的所述传导区；
将粘结材料施加到：(i)所述前接触片材的所述至少一个导电元件的所述暴露表面部分和所述至少一个装置部件的所述前装置部件表面的所述至少一个导电区中的任一者或两者上，以及(ii)所述后接触片材的所述至少一个导电元件的所述暴露表面部分和所述至少一个装置部件的所述后装置部件表面的所述至少一个导电区中的任一者或两者上；
相对于所述至少一个装置部件定位所述前接触片材和所述后接触片材，使得所述粘结材料位于所述前装置部件表面的所述至少一个导电区和所述前接触片材的所述暴露表面部分之间以及所述后装置部件表面的所述至少一个导电区和所述后接触片材的所述暴露表面部分之间；以及
激活所述粘结材料，使得所述粘结材料形成导电耦合，其中所述前接触片材和所述后接触片材的所述导电元件分别电耦合到所述前装置部件表面和所述后装置部件表面的导电区。
9.如权利要求8所述的方法，其中所述至少一个装置部件包括具有第一前装置部件表面和第一后装置部件表面的第一装置部件和具有第二前装置部件表面和第二后装置部件表面的相邻的第二装置部件，所述第一装置部件和所述相邻的第二装置部件中的每一者被定位在所述前接触片材和所述后接触片材之间，其中所述前接触片材和所述后接触片材被布置并且所述方法被实施为使得所述第一装置部件和所述第二装置部件通过所述前片材和/或所述后片材的传导元件互连。
10.如权利要求9所述的方法，其包括在所述前片材的至少一个导电元件和所述后片材的至少一个导电元件之间形成导电粘结，所述前片材的所述至少一个导电元件在使用中电耦合到所述第一前装置部件表面的至少一个导电区，所述后片材的所述至少一个导电元件在使用中以使得所述第一装置部件和所述相邻的第二装置部件串联电互连的方式电耦合到所述第二后装置部件表面的至少一个导电区。
11.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述装置结构是太阳能模块，并且所述装置部件或每个装置部件是太阳能电池。
12.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中激活所述粘结材料包括向所述至少一个接触片材施加热。
13.一种装置结构，其包括：
至少两个相邻装置部件，每个装置部件具有前装置部件表面和后装置部件表面，并且每个装置部件在所述装置部件表面的至少一个上具有导电区；
至少一个前接触片材，所述至少一个前接触片材包括聚合物材料和至少一个传导元件，所述至少一个传导元件具有非圆形横截面形状并且被嵌入所述聚合物材料中，使得所述传导元件的一部分被暴露；以及
至少一个后接触片材，所述至少一个后接触片材包括聚合物材料和至少一个传导元件，所述至少一个传导元件具有非圆形横截面形状并且被嵌入所述聚合物材料中，使得所述传导元件的一部分被暴露；
其中所述至少两个相邻装置部件被定位在所述前接触片材与所述后接触片材之间；
其中所述前接触片材和所述后接触片材的所述导电元件被粘结并电耦合到所述至少两个相邻装置部件的相应导电区，使得所述至少两个相邻装置部件串联电互连；以及
其中所述装置结构是使用根据权利要求1至12中任一项所述的方法形成的。
14.如权利要求13所述的装置结构，其中所述至少一个前接触片材的所述至少一个导电元件包括至少一个突起部和/或至少一个凹陷部，所述至少一个突起部和/或所述至少一个凹陷部被布置成使得，当所述至少一个导电元件被嵌入到所述聚合物材料中时，所述聚合物材料至少部分地包围所述至少一个突起部和/或至少部分地填充所述至少一个凹陷部，其中所述至少一个突起部和/或所述至少一个凹陷部具有锚定功能，这有助于将所述至少一个导电元件固定在所述至少一个接触片材的所述聚合物材料内。
15.如权利要求13或14所述的装置结构，其中所述至少一个后接触片材的所述至少一个导电元件包括至少一个突起部和/或至少一个凹陷部，所述至少一个突起部和/或所述至少一个凹陷部被布置成使得，当所述至少一个导电元件被嵌入到所述聚合物材料中时，所述聚合物材料至少部分地包围所述至少一个突起部和/或至少部分地填充所述至少一个凹陷部，其中所述至少一个突起部和/或所述至少一个凹陷部具有锚定功能，这有助于将所述至少一个导电元件固定在所述至少一个接触片材的所述聚合物材料内。
16.如权利要求13至15中任一项所述的装置结构，其中所述至少一个前接触片材的所述至少一个导电元件具有多边形横截面形状。
17.如权利要求13至16中任一项所述的装置结构，其中所述至少一个后接触片材的所述至少一个导电元件具有多边形横截面形状。
18.如权利要求13至17中任一项所述的装置结构，其中所述装置结构是太阳能模块，并且所述至少两个相邻装置部件是太阳能电池。
19.一种结构化连接器，所述结构化连接器用于定位在装置部件的表面上以及电耦合到所述装置部件的所述表面，所述连接器由导电材料形成并且在侧部部分和/或底部部分中具有凹陷部和/或突起部，由此所述连接器被布置成使得当所述连接器被部分地嵌入聚合物接触片材的聚合物材料中时，所述聚合物材料至少部分地填充所述突起部之间的所述凹陷部或空间，并且所述凹陷部和/或所述突起部具有锚定功能，这有助于将所述连接器固定在所述聚合物接触片材的所述聚合物材料内。
20.如权利要求19所述的结构化连接器，其中所述连接器具有对应于至少两个重叠的三角形部分的轮廓的横截面形状，每个三角形部分具有轴线并且被定向成使得所述三角形部分中的一个的所述轴线与所述至少一个其他三角形部分的所述轴线重合。
21.如权利要求19或20所述的连接器，其中所述连接器具有轴线以及在侧部部分和底部部分中的凹陷部和/或突起部，所述凹陷部和/或所述突起部被布置成使得所述连接器在垂直于所述轴线的横截面平面中的形状具有三重旋转对称性。
22.一种装置，所述装置用于将结构化导线的一部分嵌入聚合物材料中，使得所述结构化导线的第一纵向部分沿着所述结构化导线的长度的至少一部分暴露，并且所述结构化导线的第二纵向部分沿着所述结构化导线的相同长度部分嵌入所述聚合物材料中，所述装置具有主体部分，所述主体部分具有用于接纳所述结构化导线的所述第一纵向部分的细长凹陷部，并且所述细长凹陷部具有与所述结构化导线的所述第一纵向部分的形状近似的形状，所述主体部分被布置用于加热所述结构化导线，使得当所述结构化导线的所述第一纵向部分被接纳在所述凹陷部中时，所述装置可加热所述结构化导线，并且当所述结构化导线的第二纵向部分接触或压靠所述聚合物材料时，所述聚合物材料局部熔化，使得所述结构化导线的所述第二纵向部分能穿透到所述聚合物材料中，由此在所述聚合物材料固化(例如，通过冷却所述聚合物材料或中断所述聚合物材料的加热)之后，所述结构化导线的所述第二纵向部分被嵌入所述聚合物材料内。
23.如权利要求22所述的装置，其包括通孔，所述通孔从所述细长凹陷部的底部部分穿过所述主体部分，使得所述通孔能用于接近所述结构化导线的所述第一纵向部分，并且当所述结构化导线的所述第二纵向部分被嵌入在所述聚合物材料内时将所述结构化导线推出所述细长凹陷部。
24.如权利要求22或23所述的装置，其中所述装置被布置成使得真空抽吸能将所述结构化导线的所述第一纵向部分保持在所述主体部分的所述细长凹陷部内。
25.如权利要求22至24中任一项所述的装置，其中所述装置被布置成使得在需要时能增加所述凹陷部的至少一部分内的空气压力以将所述第一纵向部分推出所述细长凹陷部。
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