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TECHNISCHER BEREICH
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Ausführungsformen des hierin beschriebenen Gegenstands betreffen im Allgemeinen Solarzellen. Insbesondere betreffen Ausführungsformen des Gegenstands die Trennung von Solarzellen von einem Wafer.
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HINTERGRUND
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Solarzellen sind gut bekannte Vorrichtungen zum Umwandeln von Solarstrahlung in elektrische Energie. Eine Solarzelle weist eine Vorderseite, die im Normalbetrieb der Sonne zugewandt ist, um Sonnenstrahlung zu sammeln, und eine der Vorderseite gegenüberliegende Rückseite auf. Von der Solarzelle empfangene Sonnenstrahlung erzeugt elektrische Ladungen, die genutzt werden können, um einen externen Stromkreis, wie beispielsweise eine Last, mit Strom zu versorgen.
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Auf demselben Wafer kann eine Mehrzahl von Solarzellen hergestellt werden. Der Wafer kann eine rechteckige, pseudo-quadratische oder eine andere Form aufweisen. Irgendwann im Herstellungsverfahren werden die Solarzellen vom Wafer getrennt. Beispielsweise kann ein Laserstrahl verwendet werden, um einzelne Solarzellen aus dem Wafer zu schneiden.
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KURZDARSTELLUNG
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In einer Ausführungsform schließt ein Verfahren zum Herstellen von Solarzellen das Verwenden eines ersten Laserstrahls ein, um eine Nut zwischen einer ersten Solarzelle und einer zweiten Solarzelle zu schneiden, die auf einem Wafer benachbart sind. Ein Beschichtungspulver wird in der Nut abgelagert. Das Beschichtungspulver kann in Form eines Sol-Gels, einer Tinte oder einer Paste gemischt werden, um die Verwendung während des Herstellungsverfahrens zu erleichtern. Unter Verwendung eines zweiten Laserstrahls wird das Beschichtungspulver in der Nut geschmolzen, um eine Beschichtungsschicht auf einer Fläche der Nut zu bilden. Nach dem Schmelzen des Beschichtungspulvers wird die erste Solarzelle entlang der Nut physisch von der zweiten Solarzelle getrennt.
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In einer anderen Ausführungsform umfasst ein Solarmodul eine erste Solarzelle und eine zweite Solarzelle, die elektrisch in Reihe geschaltet sind. Eine Kante der zweiten Solarzelle erstreckt sich über eine Lichtempfangsfläche der ersten Solarzelle, und eine Kante der ersten Solarzelle erstreckt sich über eine Rückfläche der zweiten Solarzelle. Auf jeder der zuvor erwähnten Kanten der ersten und zweiten Solarzelle wird eine Beschichtungsschicht gebildet, die eine Passivierung bereitstellt. Ein Einkapselungsmaterial kapselt mindestens die erste und die zweite Solarzelle ein.
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In noch einer anderen Ausführungsform schließt ein Verfahren zum Herstellen von Solarzellen das Bilden einer Nut zwischen einer ersten Solarzelle und einer zweiten Zelle ein, die auf einem Wafer gebildet werden. Ein Beschichtungspulver wird in der Nut abgelagert. Das Beschichtungsmaterial wird in der Nut geschmolzen, um eine Beschichtungsschicht auf einer Fläche der Nut zu bilden. Nach dem Schmelzen des Beschichtungsmaterials wird die erste Solarzelle physisch von der zweiten Solarzelle getrennt.
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Diese und andere Merkmale der vorliegenden Offenbarung werden Durchschnittsfachleuten beim Lesen der Gesamtheit dieser Offenbarung, die die begleitenden Zeichnungen und Ansprüche einschließt, leicht ersichtlich.
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Figurenliste
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Ein vollständigeres Verständnis des Gegenstands kann durch Bezugnahme auf die ausführliche Beschreibung und die Ansprüche abgeleitet werden, wenn sie in Verbindung mit den folgenden Figuren betrachtet werden, wobei sich gleiche Bezugszeichen in allen Figuren auf ähnliche Elemente beziehen. Die Figuren sind nicht maßstabsgetreu gezeichnet.
- 1 stellt eine Draufsicht auf eine Vorderseite eines Wafers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
- 2 stellt eine Draufsicht auf eine Rückfläche des Wafers von 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
- 3-9 stellen Querschnittsansichten dar, die ein Verfahren zum Trennen von Solarzellen von einem Wafer gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulichen.
- 10 stellt eine Draufsicht auf eine Vorderseite von Solarzellen dar, die von dem Wafer von 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung getrennt wurden.
- 11 stellt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Trennen von Solarzellen von einem Wafer gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
- 12 stellt eine Seitenansicht von geschindelten Solarzellen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
- 13 stellt eine Draufsicht auf geschindelte Solarzellen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
- 14-17 stellen Querschnittsansichten dar, die ein Verfahren zum Herstellen eines Solarmoduls gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulichen.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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In der vorliegenden Offenbarung werden zahlreiche spezifische Details bereitgestellt, wie beispielsweise Beispiele von Vorrichtungen, Verfahrensparametern, Materialien, Verfahrensschritten und Strukturen, um ein gründliches Verständnis von Ausführungsformen der Erfindung zu ermöglichen. Durchschnittsfachleute werden jedoch erkennen, dass die Erfindung ohne eines oder mehrere der spezifischen Details praktiziert werden kann. In anderen Fällen werden gut bekannte Details nicht dargestellt oder beschrieben, um zu vermeiden, dass Aspekte der Erfindung unklar werden.
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1 stellt eine Draufsicht einer vorderen (d. h. Lichtempfangs-) Seite 104 eines Wafers 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Im Beispiel von 1 wird eine Mehrzahl von Streifen von Solarzellen 101 auf dem Wafer 100 hergestellt. Acht Solarzellen 101 sind in 1 zu Veranschaulichungszwecken dargestellt. Wie zu erkennen ist, hängt die Anzahl von Solarzellen auf einem Wafer von der Größe des Wafers, den Einzelheiten der Solarzellen und/oder anderen Faktoren ab. Der Wafer 100 ist dahingehend veranschaulicht, dass er eine rechteckige Form aufweist, aber kann auch eine pseudo-quadratische, quadratische oder andere Form aufweisen.
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2 stellt eine Draufsicht auf eine Rückfläche 105 des Wafers 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Die Rückseite 105 liegt der Vorderseite 104 gegenüber.
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3-9 stellen Querschnittsansichten dar, die ein Verfahren zum Trennen von Solarzellen von einem Wafer gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulichen. Im Beispiel von 3-9 sind eine Solarzelle 101-1 und eine Solarzelle 101-2 benachbarte Solarzellen 101 auf dem Wafer 100.
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In einer Ausführungsform wird eine Lasermaschine (nicht dargestellt) verwendet, um die nachstehend beschriebenen Laserstrahlen zu erzeugen. Die Lasermaschine kann beispielsweise eine im Handel erhältliche Laser-Wafer-Zerteilungsmaschine umfassen. Der Wafer 100 kann in situ, d. h. in einer Ladung, in der Lasermaschine bearbeitet werden, um die Solarzellen 101 vom Wafer 100 zu trennen.
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Unter Bezugnahme zunächst auf 3 stellt der Wafer 100 ein Substrat 110 für die Solarzellen 101 bereit. In einer Ausführungsform umfasst das Substrat 110 monokristallines Silicium. Innerhalb des Substrats 110 sind eine Back Surface Field (BSF) -Schicht 112 vom P-Typ, eine Schicht 113 vom P-Typ und eine Emitterschicht 114 vom N-Typ gebildet. Der Dotierungstyp und die Funktionen der Schichten können in Abhängigkeit von den Besonderheiten der Solarzellen 101 variieren. Metallkontakte und andere Schichten, die auf oder innerhalb des Substrats 110 gebildet sind, sind aus Gründen der Klarheit der Veranschaulichung nicht dargestellt. Wie zu erkennen ist, kann die Schicht 113 in einigen Ausführungsformen ein N-Typ mit entsprechenden Änderungen der Polarität/Dotierung der anderen Schichten sein.
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Im Beispiel von 3 werden Gräben 115 gebildet, um durch die Emitterschicht 114 zwischen benachbarten Solarzellen 101 hindurchzuschneiden. Die Gräben 115 können beispielsweise durch Laserbearbeitung oder Maskierungs- und Nassätztechniken gebildet werden. Die Gräben 115 erleichtern die Trennung der Solarzellen 101 und isolieren beschädigte Spaltkanten von den Solarzellen.
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Im Beispiel von 3 wird ein Laserstrahl 120 auf der Rückfläche 105 des Wafers 100 gescannt, um eine Nut 150 zwischen den Solarzellen 101-1 und 101-2 zu bilden. Unter Bezugnahme auf 4 sind eine oder mehrere Eigenschaften (z. B. Leistung, Wellenlänge, Geschwindigkeit usw.) des Laserstrahls 120 so eingestellt, dass die Nut 150 nicht vollständig durch die Schicht 113 geht. In einer Ausführungsform verläuft die Nut 150 vollständig durch die Schicht 112 und in die Schicht 113 hinein, ist jedoch nicht tief genug, um die Emitterschicht 114 auszuhöhlen. Beispielsweise kann der Laserstrahl 120 eine Wellenlänge von 1064 nm, eine Leistung von 180 W und eine Geschwindigkeit von ungefähr 8-10 m/s aufweisen und kann den Wafer ungefähr 6-8 Mal schneiden. Es versteht sich, dass die Eigenschaften des Laserstrahls 120 in Abhängigkeit von den Einzelheiten der Solarzellen 101 variieren können.
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Im Beispiel von 5 wird ein Beschichtungspulver 160 in der Nut 150 abgelagert. Das Beschichtungspulver 160 kann in Abhängigkeit von der Zusammensetzung und Form des Beschichtungspulvers 160 durch Sprühen, durch Siebdruck oder durch ein anderes geeignetes Ablagerungsverfahren abgelagert werden. Beispielsweise kann das Beschichtungspulver 160 in eine Paste umgewandelt werden, die dann durch Spritzen in der Nut 150 abgelagert wird. Im Allgemeinen kann das Beschichtungspulver 160 in Form eines Sol-Gels, einer Tinte oder einer Paste gemischt werden, um die Verwendung während des Herstellungsverfahrens zu erleichtern.
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Wie nachstehend deutlicher wird, wird das Beschichtungspulver 160 anschließend geschmolzen, um eine Beschichtung auf den Kanten der getrennten Solarzellen zu bilden. Das Beschichtungspulver 160 kann so ausgewählt werden, dass die resultierende Kantenbeschichtung Mikrorisse füllt, um die Zugfestigkeit an Kanten einzelner Solarzellen zu erhöhen. Das Beschichtungspulver 160 kann eine Legierung, ein Aluminiumoxid, Siliciumdioxid (SiO2), Boroxid (B2O3), Bornitrid (BN), Galliumoxid (Ga2O3), Magnesiumfluorid (MgF2), Polymer oder ein anderes geeignetes Material umfassen. Ein Bor oder Aluminium umfassendes Beschichtungspulver 160 stellt einen zusätzlichen Vorteil des Dotierens einer Kante bereit, wenn es mit einem Laserstrahl höherer Temperatur erhitzt wird, wodurch eine Flächenpassivierung an der Kante bereitgestellt wird, um Leistungsverlust zu verringern. Das Beschichtungspulver 160 ermöglicht somit das Bilden einer Passivierungsschicht an Kanten der Solarzellen 101 als Teil des Trennungsverfahrens. Die Erfinder haben herausgefunden, dass ein Beschichtungspulver 160, das eine Partikelgröße von weniger als 10 Mikrometer aufweist, die Zugfestigkeit einer Kante sehr effektiv erhöht und ein dotiertes Beschichtungspulver 160 (z. B. mit Aluminiumoxid) nicht nur freie Bindungen von Siliciumflächen passiviert, sondern auch als elektrisches Flächenfeld dient, das Minoritätsladungsträgerelektronen von der Kante abstößt.
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Im Beispiel von 6 schmilzt ein Laserstrahl 170 das Beschichtungspulver 160, das zu einer Beschichtungsschicht 180 auf der Fläche der Nut 150 erstarrt, wie in 7 dargestellt. Eine oder mehrere Eigenschaften des Laserstrahls 170 werden so eingestellt, dass der Laserstrahl 170 das Beschichtungspulver 160 schmilzt. Beispielsweise kann der Laserstrahl 170 im Vergleich zum Laserstrahl 120 auf ein niedrigeres Leistungsniveau eingestellt werden, sodass das Beschichtungspulver 160 geschmolzen wird, ohne die Struktur der Solarzellen 101 weiter zu verändern. Beispielsweise kann der Laserstrahl 170 eine Wellenlänge von 1064 nm, eine Leistung von 80 W und eine Geschwindigkeit von ungefähr 8-10 m/s aufweisen und kann den Wafer ungefähr 1-3 Mal schneiden. Danach kann ein Waschschritt durchgeführt werden, um alle verbleibenden Beschichtungspulverrückstände zu entfernen.
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Im Beispiel von 8 wird ein Laserstrahl 190 verwendet, um die Solarzellen 101-1 und 101-2 physisch voneinander zu trennen. Eine oder mehrere Eigenschaften des Laserstrahls 190 werden so eingestellt, dass der Laserstrahl 190 die Trennung der Solarzelle 101-1 von der Solarzelle 101-2 erleichtert. Beispielsweise kann der Laserstrahl 190 ähnlich wie der Laserstrahl 120 konfiguriert sein, mit Einstellungen, um den Trennungsschritt nach Bedarf zu bewirken.
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Anstelle des Laserstrahls 190 können die Solarzellen 101-1 und 102 aus
7 auch durch mechanische Kraft entlang der Nut 150 physisch voneinander getrennt werden, da die Nut 150 bereits mehr als 50 % der Waferdicke schneidet. Beispielsweise kann der Wafer 100 gegen eine gekrümmte Fläche gebogen werden, um die Solarzellen 101-1 und 101-2 entlang der Nut 150 zu trennen, wie in der internationalen PCT-Veröffentlichung Nr.
WO 2015183827 A2 beschrieben. Eine Ritzlinie an der Nut 150 kann je nach Zustand der Fläche der Nut 150 notwendig sein oder nicht. Es versteht sich, dass die Solarzellen 101-1 und 101-2 auch unter Verwendung anderer geeigneter Trennungsverfahren getrennt werden können, einschließlich durch thermische Lasertrennung (TLS, Thermal Laser Separation).
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9 stellt die Solarzellen 101-1 und 101-2 nach der Trennung dar.
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10 stellt eine Draufsicht auf eine Vorderseite der Solarzellen 101-1 und 101-2 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Im Beispiel von 10 weisen die Kanten der Solarzellen 101-1 und 101-2 entlang der Trennungsnuten die Beschichtungsschicht 180 auf, die als Kantenbeschichtung dient. 10 stellt die Solarzellen 101-1 und 101-2 als einzelne Solarzellen dar, die von anderen Solarzellen 101 des Wafers 100 getrennt wurden. Das vorstehend beschriebene Verfahren kann für jede Solarzelle 101 des Wafers 100 durchgeführt werden. Wie zu erkennen ist, weist eine Kante einer Solarzelle 101 nicht notwendigerweise die Beschichtung 180 auf, wenn entlang der Kante keine Nut 150 gebildet wurde, wie dies bei Seitenkanten und Kanten an den äußersten Enden des Wafers 100 der Fall sein kann.
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11 stellt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 200 zum Trennen von Solarzellen von einem Wafer gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Das Verfahren 200 kann als Teil eines Solarzellenherstellungsverfahrens durchgeführt werden.
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Bei dem Verfahren 200 wird ein Wafer, der eine Mehrzahl von Solarzellen aufweist, in eine Lasermaschine geladen (Schritt 201). Unter Verwendung eines ersten Laserstrahls wird eine Nut entlang einer Linie zwischen benachbarten Solarzellen der Mehrzahl von Solarzellen geschnitten (Schritt 202). In der Nut wird ein Beschichtungspulver abgelagert (Schritt 203). Unter Verwendung eines zweiten Laserstrahls wird das Beschichtungspulver geschmolzen, um eine Beschichtungsschicht auf einer Fläche der Nut zu bilden (Schritt 204). Die benachbarten Solarzellen werden danach entlang der Nut physisch voneinander getrennt (Schritt 205), wobei die Beschichtungsschicht als Kantenbeschichtung dient. Die vorstehend beschriebenen Schritte werden durchgeführt, um die Mehrzahl von Solarzellen von dem Wafer zu trennen. Danach wird die Mehrzahl von Solarzellen aus der Lasermaschine entladen (Schritt 206).
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12 ist eine Seitenansicht von geschindelten Solarzellen 101 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 12 stellt die Beschichtungsschichten 180 an Kanten der Solarzellen 101 dar, wo eine Trennung durchgeführt wurde. Andere Strukturen der Solarzellen 101 sind aus Gründen der Klarheit der Veranschaulichung nicht dargestellt.
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In einer Ausführungsform sind die getrennten Solarzellen 101 geschindelt, um die Solarzellen 101 elektrisch in Reihe zu schalten, um eine Hyperzelle oder eine in Reihe geschaltete Kette von Solarzellen zu bilden. Zu Veranschaulichungszwecken sind nur vier Solarzellen 101 dargestellt. Wie in
12 dargestellt, sind die Solarzellen 101 so angeordnet, dass sie sich an Verbindungsbereichen überlappen (siehe
12, 301), um in Reihe geschaltete Solarzellen 101 zu bilden. Die Verbindungsbereiche können Kontaktpads, elektrisch leitfähige Klebstoff (ECA) -Schichten, Löcher und/oder andere Verbindungsstrukturen einschließen, um eine Schicht 113 vom P-Typ (siehe
3) einer Solarzelle 101 mit einer Emitterschicht 114 des N-Typs einer benachbarten Solarzelle 101 zu verbinden. Die vorstehend erwähnte internationale PCT-Veröffentlichung Nr.
WO 2015183827 A2 offenbart auch ein geeignetes Schindelungsverfahren, das mit Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. Es ist jedoch anzumerken, dass die in dieser Offenbarung vorgestellte Kantenbeschichtungstechnik auch mit nicht überlappenden halbgeschnittenen oder mehrfach geschnittenen Zellen verwendet werden könnte, die mit leitfähigen Fotovoltaikbändern oder -drähten verbunden sind.
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Im Beispiel von 12 befindet sich eine Beschichtungsschicht 180 an einer Kante einer Solarzelle 101, die sich über eine Fläche einer benachbarten Solarzelle 101 erstreckt. Dies ist in 13 weiter veranschaulicht, die eine Draufsicht auf eine Solarzelle 101-1 und eine Solarzelle 101-2 darstellt, die zusammengeschindelt wurden. Im Beispiel von 13 weist die Solarzelle 101-1 eine Kante 311-1 und eine Kante 311-2 auf. In ähnlicher Weise weist die Solarzelle 101-2 eine Kante 311-3 (unter der Solarzelle 101-1 wie gesehen) und eine Kante 311-4 auf. Jede der Kanten 311-1, 311-2, 311 -3 und 311-4 weist eine Beschichtungsschicht 180 auf. Die anderen Kanten (d. h. entlang der Seiten) der Solarzellen 101-1 und 101-2 müssen nicht unbedingt eine Beschichtungsschicht 180 aufweisen. Es ist anzumerken, dass sich die Kante 311-2 über eine Fläche (z. B. Rückfläche) der Solarzelle 101-2 erstreckt, die Kante 311-3 sich über eine Fläche (z. B. Lichtempfangsfläche) der Solarzelle 101-1 erstreckt, die Kante 311-4 sich über eine Fläche einer nachfolgenden benachbarten Solarzelle 101 (nicht dargestellt) erstreckt, usw.
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14-17 stellen Querschnittsansichten dar, die ein Verfahren zum Herstellen eines Solarmoduls veranschaulichen, das die Solarzellen 101 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einschließt.
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Unter Bezugnahme zunächst auf 14 wird ein Einkapselungsmaterial 402 auf einer transparenten Schicht 401 platziert, die in einer Ausführungsform Glas umfasst. Die Solarzellen 101 wiederum werden auf dem Einkapselungsmaterial 402 platziert. Die Solarzellen 101 können überlappt werden, um eine schindelförmige Anordnung zu bilden, bevor sie zwischen Einkapselungsmaterialien platziert werden. In einer Ausführungsform weisen die Vorderseiten (siehe Pfeil 104) der Solarzellen 101 in Richtung des Einkapselungsmaterials 402 und der transparenten Schicht 401.
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Im Beispiel von 15 wird eine Schicht aus Einkapselungsmaterial 406 auf den Rückseiten der Solarzellen 101 platziert und eine Rückschicht 407 wird wiederum auf dem Einkapselungsmaterial 406 platziert. Die Einkapselungsmaterialien 402 und 406 können Silikon, Ethylenvinylacetat (EVA), Polyolefinelastomer (POE) oder andere geeignete Einkapselungsmaterialien umfassen, die üblicherweise in der Fotovoltaikindustrie verwendet werden. Die Einkapselungsmaterialien 402 und 406 werden hierin zu Veranschaulichungszwecken als Bögen beschrieben. Die Einkapselungsmaterialien 402 und 406 können auch ein flüssiges Einkapselungsmaterial sein. Die Rückschicht 407 kann eine Unterschicht umfassen, die üblicherweise in der Fotovoltaikindustrie verwendet wird, wie beispielsweise Glas oder Kunststofffolie. Die Rückschicht 407 ist in Richtung der Rückseiten der Solarzellen 101 angeordnet, während die transparente Schicht 401 in Richtung der Vorderseiten der Solarzellen 101 angeordnet ist.
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Im Beispiel von 16 werden die transparente Schicht 401, das Einkapselungsmaterial 402, die geschindelten Solarzellen 101, das Einkapselungsmaterial 406 und die Rückschicht 407 laminiert, um ein Solarmodul 450 zu bilden. Im Beispiel von 16 stellt die Bezeichnung „410“ die Einkapselungsmaterialien 402 und 406 nach dem Laminieren dar. Das Laminieren kann durch Einsetzen der vorstehend genannten Komponenten, wie in 15 angeordnet, in einer Laminiermaschine durchgeführt werden. Im Beispiel von 16 sind die Rückschicht 407 und die transparente Schicht 401 die äußersten Komponenten des Solarmoduls 450. Wie im Beispiel von 17 dargestellt, kann das Solarmodul 450 einen Rahmen 451 einschließen, der dem Solarmodul eine mechanische Unterstützung bereitstellt.
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Obwohl spezifische Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung bereitgestellt wurden, versteht es sich, dass diese Ausführungsformen Veranschaulichungszwecken dienen und nicht einschränkend sind. Viele zusätzliche Ausführungsformen werden dem Durchschnittsfachmann beim Lesen dieser Offenbarung offensichtlich sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2015183827 A2 [0021, 0027]