DE102021005913A1 - Solarzellen-Wafer-Draht-Bonding-System und -Verfahren - Google Patents

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Vergil Rodriguez Sandoval
Emmanuel C. Abas
Yafu LIN
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Maxeon Solar Pte Ltd
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Abstract

Ein Draht-Bonding-System befestigt Drähte an einem Solarzellen-Wafer. Das Draht-Bonding-System schließt ein Zuführungsrohr ein, durch das ein Draht gezogen wird. Rollen berühren den Draht durch Öffnungen im Zuführungsrohr, um die Bewegung des Drahtes zu erleichtern. Das Draht-Bonding-System schließt eine Lötheizerspitze und einen Drahtschneider ein. Der Solarzellen-Wafer wird auf einer Plattform platziert, die den Solarzellen-Wafer bewegt. Das System weist mehrere Bahnen zum gleichzeitigen Befestigen mehrerer Drähte an dem Solarzellen-Wafer in parallelen Vorgängen auf.

Description

  • QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
  • Diese Anmeldung beansprucht den Nutzen der vorläufigen U.S.-Anmeldung Nr. 63/124,970 , eingereicht am 14. Dezember 2020, die durch Bezugnahme in vollem Umfang hierin einbezogen ist.
  • TECHNISCHER BEREICH
  • Ausführungsformen des hierin beschriebenen Gegenstands betreffen im Allgemeinen Solarzellenherstellungssysteme und -verfahren.
  • HINTERGRUND
  • Solarzellen sind gut bekannte Vorrichtungen zum Umwandeln von Licht 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.
  • Solarzellen können aus einem Silicium-Wafer hergestellt werden. Beispielsweise kann ein Solarzellen-Wafer dotiert, metallisiert, gespalten usw. werden, um eine Mehrzahl von Solarzellen zu ergeben. Einzelne Solarzellen können elektrisch verbunden und mit anderen Komponenten laminiert werden, wie beispielsweise Glas, Vergussmasse, Rückseitenfolie usw., um ein Solarmodul zu bilden.
  • Trotz ihrer weit verbreiteten Akzeptanz müssen Solarzellen immer noch kostengünstig und mit hohem Durchsatz hergestellt werden, um mit anderen Energiequellen wirtschaftlich konkurrieren zu können. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen ein System und ein Verfahren zum Befestigen von Drähten an Solarzellen.
  • KURZDARSTELLUNG
  • In einer Ausführungsform ist ein Draht-Bonding-System konfiguriert, um Drähte an einem Solarzellen-Wafer zu befestigen. Das Draht-Bonding-System kann eine bewegliche Plattform, ein beheiztes Zuführungsrohr, eine Lötheizerspitze und einen Drahtschneider einschließen. Die Plattform trägt und bewegt den Solarzellen-Wafer. Ein am Solarzellen-Wafer zu befestigender Draht kommt von einer Drahtquelle und wird durch das Zuführungsrohr gezogen. Rollen berühren den Draht durch Öffnungen im Zuführungsrohr, um mindestens die anfängliche Bewegung des Drahtes zu erleichtern. Die Lötheizerspitze berührt den Draht, um den Draht an den Solarzellen-Wafer zu löten, und der Drahtschneider schneidet den Draht auf eine vorbestimmte Länge. Das System weist mehrere Bahnen zum gleichzeitigen Befestigen mehrerer Drähte an dem Solarzellen-Wafer in parallelen Vorgängen auf.
  • In einer anderen Ausführungsform schließt ein Verfahren zum Befestigen von Drähten an einem Solarzellen-Wafer das Löten eines ersten Abschnitts von jedem einer ersten Mehrzahl von Drähten auf einen Solarzellen-Wafer ein. In einem ersten Indizierungsfall wird der Solarzellen-Wafer bewegt, um die erste Mehrzahl von Drähten über den Solarzellen-Wafer zu ziehen. Nach dem Bewegen des Solarzellen-Wafers im ersten Indizierungsfall wird ein zweiter Abschnitt von jedem der ersten Mehrzahl von Drähten auf den Solarzellen-Wafer gelötet. Jeder der ersten Mehrzahl von Drähten wird dann geschnitten. In einem zweiten Indizierungsfall wird der Solarzellen-Wafer bewegt, um einen Spalt zwischen der ersten Mehrzahl von Drähten und einer folgenden zweiten Mehrzahl von Drähten auf dem Solarzellen-Wafer zu erzeugen. In einem folgenden Lötschritt kann die erste Mehrzahl von Drähten entlang von Längen der ersten Mehrzahl von Drähten auf den Solarzellen-Wafer gelötet werden.
  • Diese und andere Merkmale der vorliegenden Offenbarung werden dem Durchschnittsfachmann beim Lesen der Gesamtheit dieser Offenbarung, die die begleitenden Zeichnungen und Ansprüche einschließt, leicht ersichtlich.
  • Figurenliste
  • 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 Hyperzelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
    • 2 stellt eine vergrößerte seitliche Querschnittsansicht einer Grenzfläche zwischen überlappenden Solarzellen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
    • 3 stellt einen vergrößerten oberen Abschnitt einer Solarzelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
    • 4 stellt eine Vorderansicht einer Hyperzelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
    • 5 stellt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen einer Hyperzelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
    • 6 stellt ein schematisches Diagramm eines Solarzellen-Wafer-Draht-Bonding-Systems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
    • 7 stellt eine Draufsicht eines Solarzellen-Wafer-Draht-Bonding-Systems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
    • 8 stellt eine vergrößerte Seitenansicht einer Draht-Bonding-Kopfanordnung und einer Drahtzuführung eines Solarzellen-Wafer-Draht-Bonding-Systems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
    • 9-14 veranschaulichen ein Verfahren zum Befestigen von Drähten an einem Solarzellen-Wafer gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 15 stellt Drähte dar, die gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung an einem Solarzellen-Wafer befestigt wurden.
    • 16 stellt Solarzellen-Wafer mit in Reihe befindlichen und versetzten Drähten gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar.
    • 17 stellt eine vergrößerte Seitenansicht einer Draht-Bonding-Kopfanordnung und einer Drahtzuführung eines Solarzellen-Wafer-Draht-Bonding-Systems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
    • 18 stellt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Befestigen von Drähten an einem Solarzellen-Wafer gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • In der vorliegenden Offenbarung werden zahlreiche spezifische Details bereitgestellt, wie beispielsweise Beispiele von Systemen, Komponenten und Verfahren, um ein gründliches Verständnis von Ausführungsformen der Erfindung bereitzustellen. 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.
  • 1 stellt eine Hyperzelle 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Im Beispiel von 1 umfasst die Hyperzelle 100 eine Mehrzahl von Solarzellen 120, die in einer schindelförmigen Anordnung angeordnet sind, wobei eine eine andere überlappt (siehe Pfeil 103), wie schindelförmige Ziegel auf einem Dach. Die schindelförmige Anordnung verbindet die Solarzellen 120 in Reihe, um die Hyperzelle 100 zu bilden. Jede Solarzelle 120 weist eine Halbleiterdiodenstruktur und elektrische Kontakte zu der Halbleiterdiodenstruktur auf, durch die in den Solarzellen 120 erzeugter elektrischer Strom, wenn sie durch Licht beleuchtet werden, einer externen Last bereitgestellt werden kann.
  • In einer Ausführungsform ist jede Solarzelle 120 eine kristalline Siliciumsolarzelle, die eine Vorderseite (Sonnenseite) mit Vorderseiten-Metallisierungsmustern und einer Rückseite mit Rückseiten-Metallisierungsmustern aufweist. Die Metallisierungsmuster der Vorderseite und der Rückseite stellen einen elektrischen Kontakt zu gegenüberliegenden Seiten eines n-p-Übergangs der Solarzelle 120 bereit. Das Metallisierungsmuster der Vorderseite ist auf einer Halbleiterschicht mit n-Leitfähigkeit angeordnet, und das Metallisierungsmuster der Rückseite ist auf einer Halbleiterschicht mit p-Leitfähigkeit angeordnet. Es versteht sich, dass ein oder mehrere Aspekte der Solarzellen 120 variiert werden können, ohne die Vorzüge der vorliegenden Erfindung zu beeinträchtigen. Beispielsweise kann das Metallisierungsmuster der Vorderseite auf einer Halbleiterschicht mit p-Leitfähigkeit angeordnet sein, und das Metallisierungsmuster der Rückseite kann auf einer Halbleiterschicht mit n-Leitfähigkeit angeordnet sein.
  • 2 stellt eine vergrößerte Querschnittsansicht einer Grenzfläche (siehe 1, 103) zwischen überlappenden Solarzellen 120 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Eine Solarzelle 120 kann ein Halbleitersubstrat 102, eine Sammelschiene 110, Finger 106 und Drähte 108 einschließen. Das Halbleitersubstrat 102 kann eine Halbleiterschicht mit n-Leitfähigkeit auf der Vorderseite und eine Halbleiterschicht mit p-Leitfähigkeit auf der Rückseite umfassen. Freie Elektronen in der Halbleiterschicht 102 bewegen sich von der Halbleiterschicht 102 durch die Finger 106 zu den Drähten 108 und dann zur Sammelschiene 110. Von der Sammelschiene 110 können sich die Elektronen zu einer benachbarten verbundenen Solarzelle 120 bewegen, wodurch Strom durch die Hyperzelle 100 erzeugt wird.
  • In einer Ausführungsform werden die Metallisierungsmuster der Vorderseite einschließlich der Sammelschiene 110 und/oder der Finger 106 aus für solche Zwecke verwendeter Silberpaste gebildet und beispielsweise durch Siebdruckverfahren aufgebracht. Es versteht sich, dass die Sammelschiene 110 und/oder die Finger 106 auch aus anderen geeigneten Materialien und Aufbringverfahren gebildet werden können. In den Figuren sind nur einige der Sammelschienen 110, Drähte 108 und Finger 106 beschriftet, um Unübersichtlichkeit in den Figuren zu minimieren. Im Beispiel von 2 schließt das Rückseiten-Metallisierungsmuster der Solarzelle 120 ein Kontaktpad 116 ein. Das Kontaktpad 116 kann das gleiche Material umfassen und auf die gleiche Weise wie die Sammelschienen 110 und/oder Finger 106 gebildet sein. Ein elektrisch leitfähiger Klebstoff (ECA, electrically conductive adhesive) 118 verbindet das Kontaktpad 116 einer Solarzelle 120 mit der Sammelschiene 110 einer benachbarten Solarzelle 120, um eine elektrische Reihenverbindung zwischen den Solarzellen 120 zu erzeugen.
  • 3 stellt einen vergrößerten oberen Abschnitt einer Solarzelle 120 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Im Beispiel von 3 sind die Finger 106 in paralleler Ausrichtung zu der Sammelschiene 110 angeordnet, und die Drähte 108 sind in senkrechter Ausrichtung zu der Sammelschiene 110 und den Fingern 106 angeordnet. Die Sammelschiene 110, die Drähte 108 und die Finger 106 sind elektrisch miteinander verbunden, die in einer Ausführungsform elektrisch mit einer Halbleiterschicht mit n-Leitfähigkeit verbunden sind. Es versteht sich, dass die Konstruktion der Sammelschienen 110, Finger 106 und Drähte 108 variiert werden kann, um unterschiedlichen Hyperzellenkonstruktionen zu entsprechen.
  • 4 stellt eine Vorderansicht der Hyperzelle 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Im Beispiel von 4 ist die Hyperzelle 100 nur zu Veranschaulichungszwecken so dargestellt, dass sie drei schindelförmige Solarzellen 120 aufweist. Wie zu erkennen ist, hängt die Anzahl von Solarzellen in einer Hyperzelle von den Einzelheiten der Hyperzelle ab. Wie in 4 veranschaulicht, weist jede Solarzelle 120 eine Mehrzahl von Drähten 108 auf, wobei jeder Draht 108 Enden aufweist, die an der Solarzelle 120 abschließen. Die Sammelschienen 110 und Finger 106 können durch Drucken oder andere Aufbringverfahren gebildet werden. Im Gegensatz dazu werden die Drähte 108 einzeln aus einer Drahtquelle gezogen, auf den Vorderseiten der Solarzellen 120 platziert (im Gegensatz zu aufgebracht) und dann an die Finger 106 und Sammelschienen 110 gelötet. Dementsprechend kann das Befestigen von Drähten 108 an Solarzellen 120 ein kostspieliger und zeitaufwendiger Vorgang sein.
  • 5 stellt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 251 zum Herstellen einer Hyperzelle 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Im Beispiel von 5 wird ein Solarzellen-Wafer in einem Solarzellen-Wafer-Draht-Bonding-System aufgenommen (Schritt 252). In einer Ausführungsform weist der im Draht-Bonding-System aufgenommene Solarzellen-Wafer bereits Sammelschienen, Finger und eine Halbleiterdiodenstruktur auf. Das Draht-Bonding-System befestigt Drähte an dem Solarzellen-Wafer (Schritt 253), bevor der Solarzellen-Wafer in einzelne Streifen von Solarzellen gespalten wird. Der Solarzellen-Wafer wird danach aus dem Draht-Bonding-System entfernt. In einem Lasersystem oder einem anderen Werkzeug werden Ritzlinien auf dem Solarzellen-Wafer gebildet (Schritt 254). Der Ritzschritt kann durch Scannen eines Laserstrahl auf dem Solarzellen-Wafer erfolgen, um darauf Ritzlinien zu bilden. Die Ritzlinien erleichtern das Spalten des Solarzellen-Wafers in einem nachfolgenden Schritt, um einzelne Streifen von Solarzellen zu bilden. ECAs werden danach auf Kontaktpads des Solarzellen-Wafers gedruckt (Schritt 255). Der Solarzellen-Wafer wird dann entlang der Ritzlinien gespalten, um Streifen von Solarzellen zu erhalten (Schritt 256), die dann zu einer Hyperzelle geschindelt werden (Schritt 257). Die geschindelten Solarzellen können danach gehärtet werden.
  • 6 stellt ein schematisches Diagramm eines Solarzellen-Wafer-Draht-Bonding-Systems 200 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. 6 stellt eine Draufsicht, eine Seitenansicht und eine Vorderansicht des Draht-Bonding-Systems 200 dar. Das Draht-Bonding-System 200 ist konfiguriert, um eine Mehrzahl von Drähten 108 (siehe beispielsweise 3) auf einem Solarzellen-Wafer 250 zu befestigen. Die Drähte 108 werden an dem Solarzellen-Wafer 250 befestigt, bevor der Solarzellen-Wafer 250 in einzelne Streifen von Solarzellen 120 gespalten wird.
  • Das Draht-Bonding-System 200 schließt eine Plattform 210 ein, die auf einer X-Achsen-(vorne und hinten) Translationsbühne 211 und einer Y-Achsen- (links und rechts) Translationsbühne 212 läuft. Motoren und Führungen der Translationsbühnen sind aus Gründen der Klarheit der Veranschaulichung nicht dargestellt. Der Solarzellen-Wafer 250 wird auf der Plattform 210 platziert. Das Betätigen der Translationsbühnen 211 und 212 bewegt die Plattform 210 und somit den Solarzellen-Wafer 250 entlang einer XY-Ebene, die parallel zum Boden ist. Dies ermöglicht die Befestigung der Drähte 108 in Reihe oder versetzt.
  • Das Draht-Bonding-System 200 schließt eine Drahtzuführung 240 ein, die konfiguriert ist, um eine Mehrzahl von Drähten 108 aufzunehmen, die an dem Solarzellen-Wafer 250 befestigt werden sollen. Eine Draht-Bonding-Kopfanordnung 230 kann eine Mehrzahl von Bahnen aufnehmen, wobei jede Bahn konfiguriert ist, um einen einzelnen Draht 108 auf dem Solarzellen-Wafer 250 zu platzieren, daran zu löten und zu schneiden.
  • Die Kopfanordnung 230 und die Zuführung 240 sind auf einem Block 220 montiert, der durch eine Säule 221 betätigt wird. Jedes Ende des Blocks 220 ist mit einer Säule 221 gekoppelt, aber der Klarheit der Veranschaulichung halber ist nur eine Säule 221 dargestellt. Die Säule 221 ist konfiguriert, um den Block 220 (und somit die Kopfanordnung 230 und die Zuführungsvorrichtung 240) entlang der Z-Achse (auf und ab) zu bewegen und den Block 220 (siehe Theta) zu drehen, um den Winkel der Kopfanordnung 230 und der Zuführungsvorrichtung 240 relativ zu der Ebene des Solarzellen-Wafers 250 zu ändern. Die Säule 221 kann Translations- und Rotationsmotoren und entsprechende Führungen (nicht dargestellt) umfassen.
  • 7 stellt eine Draufsicht des Draht-Bonding-Systems 200 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Das Draht-Bonding-System 200 schließt einen Computer 270 ein, der ein Steuerprogramm 271 zum Steuern des Betriebs des Draht-Bonding-Systems 200 ausführt. Der Computer 270 kann Schnittstellenanschlüsse zum Kommunizieren mit Motorsteuerungen, Wandlern, Sensoren und anderen Steuerkomponenten des Draht-Bonding-Systems 200 einschließen. Der Computer 270 und die Steuerkomponenten des Draht-Bonding-Systems 200 können unter Verwendung geeigneter Komponenten implementiert werden, die üblicherweise auf dem Gebiet der industriellen Steuerung und Automatisierung verwendet werden.
  • Wie in 7 veranschaulicht, weist das Draht-Bonding-System 200 eine Mehrzahl von Bahnen zum Befestigen einer Mehrzahl von Drähten 108 auf dem Solarzellen-Wafer 250 auf, der von der Plattform 210 getragen wird. Eine Drahtquelle stellt eine Mehrzahl von Drähten 108 bereit, die in entsprechende Zuführungsrohre (siehe 8, 304) der Drahtzuführung 240 (siehe Pfeil 261) eingeführt wird. In einer Ausführungsform stellt die Drahtquelle Kupferdrähte 108 bereit, die mit Zinn und Blei beschichtet sind. Die Drähte 108 können durch eine saubere Flussmittellösung (nicht dargestellt) gezogen werden, bevor sie an den Solarzellen-Wafer 250 im Draht-Bonding-System 200 gelötet werden.
  • Auf jeder Bahn des Draht-Bonding-Systems 200 wird ein Draht 108 in Richtung der X-Achse (siehe Pfeil 262) durch die Drahtzuführung 240 bewegt und durch eine entsprechende Heizerspitze 231 (siehe auch 8, 231) gelötet, und durch einen entsprechenden Schneider 232 (siehe auch 8, 232) geschnitten. Im Beispiel von 7 befindet sich der Schneider 232 neben der Heizerspitze 231. Die Mehrzahl von Bahnen ermöglicht es, dass eine Mehrzahl von Drähten 108 gleichzeitig in parallelen Vorgängen an dem Solarzellen-Wafer 250 befestigt wird, wodurch der Durchsatz erhöht wird. Das Draht-Bonding-System 200 kann skaliert werden, um Hyperzellenkonstruktionen mit weniger oder mehr Drähten 108 und/oder unterschiedlichen Solarzellen-Wafer-Abmessungen aufzunehmen.
  • 8 stellt eine vergrößerte Seitenansicht einer Draht-Bonding-Kopfanordnung 230 und einer Drahtzuführung 240 des Draht-Bonding-Systems 200 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. 8 stellt eine einzelne Bahn zum Befestigen eines Drahtes 108 an dem Solarzellen-Wafer 250 dar. Wie zuvor angemerkt, weist das Draht-Bonding-System 200 mehrere Bahnen zum gleichzeitigen Befestigen mehrerer Drähte 108 in parallelen Vorgängen auf.
  • Im Beispiel von 8 umfasst die Drahtzuführung 240 ein Zuführungsrohr 304 und eine Mehrzahl von motorisierten Rollen 303. In einer Ausführungsform wird das Zuführungsrohr 304 erhitzt und kann einen Draht 108 aufnehmen, der einen Durchmesser im Bereich von 100 µm bis 600 µm aufweist. Das Zuführungsrohr 304 kann einen Eintrittsdurchmesser aufweisen, der größer ist als der Durchmesser des Drahtes 108, um das Einführen des Drahtes zu erleichtern, und einen Austrittsdurchmesser, der etwas größer (z. B. etwa 5 % größer) als der Durchmesser des Drahtes 108 ist. Das Zuführungsrohr 304 befindet sich in einem Winkel relativ zum Solarzellen-Wafer 250. Der Draht 108 kommt von der Drahtquelle, tritt an einem Ende in das Zuführungsrohr 304 ein und tritt aus dem Zuführungsrohr 304 an einem gegenüberliegenden Ende in der Nähe der Kopfanordnung 230 aus. Das Zuführungsrohr 304 weist Öffnungen auf, durch die die Rollen 303 den Draht 108 im Zuführungsrohr 304 berühren. Im Beispiel von 8 berührt ein Paar gegenüberliegender Rollen 303 den Draht 108, um die Bewegung des Drahtes 108 in dem Zuführungsrohr 304 zu erleichtern. Die Rollen 303 können mit (nicht dargestellten) Motoren mit einem Bremssystem gekoppelt sein. Die Motoren können gesteuert werden, um die Rollen 303 anzutreiben, um die Drähte 108 durch das Zuführungsrohr 304 zu schieben oder zu ziehen. Zur Veranschaulichung sind zwei Paare gegenüberliegender Rollen 303 dargestellt.
  • Im Beispiel von 8 befindet sich ein Austrittsende des Zuführungsrohrs 304 unter der Kopfanordnung 230 in der Nähe eines Befestigungspunkts (siehe 305), wo der Draht 108 an den Solarzellen-Wafer 250 gelötet wird. In einer Ausführungsform kann sich der Befestigungspunkt auf einer Sammelschiene oder einem Lötpad befinden. Die Kopfanordnung 230 schließt eine Lötheizerspitze 231 und einen Schneider 232 ein. An dem Befestigungspunkt wird die Heizerspitze 231 erhitzt (z. B. durch Impulsheizen), um den Draht 108 an den Befestigungspunkt auf dem Solarzellen-Wafer 250 zu löten. Das unter Verwendung der Heizerspitze 231 durchgeführte Löten kann ein anfänglicher Lötschritt (auch als „Löten der ersten Stufe“ bezeichnet) sein, um den Draht 108 auf dem Solarzellen-Wafer 250 auszurichten und anzuheften. Der Schneider 232 ist konfiguriert, um den Draht 108 nach dem Löten zu schneiden. Die Plattform 210 (siehe 6), die den Solarzellen-Wafer 250 trägt, wird nach vorne bewegt (siehe Pfeil 311), um den Solarzellen-Wafer 250 nach Bedarf relativ zu der Kopfanordnung 230 und der Drahtzuführung 240 zu bewegen.
  • Ein abschließender Lötschritt (auch als „zweite Lötstufe“ bezeichnet) kann dem anfänglichen Lötschritt folgen. Der letzte Lötschritt kann den Draht 108 an den Solarzellen-Wafer 250 entlang einer Länge des Drahtes 108 löten, die während des anfänglichen Lötschritts nicht an den Solarzellen-Wafer 250 gelötet wurde. Der letzte Lötschritt kann beispielsweise durch Infrarotlöten nach der Kopfanordnung 230 durchgeführt werden. Der letzte Lötschritt kann in einer beheizten Kammer, wie beispielsweise einem Ofen, durchgeführt werden. Der letzte Lötschritt kann auch in einer dedizierten Lötstation durchgeführt werden, die in das Draht-Bonding-System 200 integriert oder davon getrennt ist. Der letzte Lötschritt kann das Platzieren des Solarzellen-Wafers 250 auf einer beheizten Plattform, wobei die Drähte 108 von der Plattform weg weisen, und dann das Drücken der Drähte 108 (z. B. unter Verwendung einer abgerundeten Spitze oder einer Metallrolle) in Richtung der Plattform beinhalten. Der Solarzellen-Wafer 250 kann auch so platziert werden, dass die Drähte 108 einem beheizten Spannfutter zugewandt sind, und dann auf den Solarzellen-Wafer 250 heruntergedrückt werden, damit die Drähte 108 das Spannfutter berühren.
  • 9-14 veranschaulichen ein Verfahren zum Befestigen von Drähten an einem Solarzellen-Wafer gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren wird zu Veranschaulichungszwecken unter Verwendung von Komponenten des Draht-Bonding-Systems 200 erläutert. Es versteht sich, dass das Verfahren auch unter Verwendung anderer Komponenten durchgeführt werden kann, ohne die Vorzüge der vorliegenden Erfindung zu beeinträchtigen.
  • Im Beispiel von 9-14 werden die Schritte des Verfahrens sequenziell durchgeführt. In einem ersten Schritt, der durch 9 veranschaulicht wird, wird ein Draht 108 durch das Zuführungsrohr 304 (siehe Pfeil 312) zugeführt. Die Rollen 303 erleichtern mindestens die anfängliche Bewegung des Drahtes 108 im Zuführungsrohr 304. Ein erstes Ende des Drahtes 108 tritt aus dem Zuführungsrohr 304 in der Nähe der Kopfanordnung 230 aus.
  • In einem zweiten Schritt, der durch 10 veranschaulicht wird, wird die Heizerspitze 231 abgesenkt, um das erste Ende des Drahtes 108 mit einem ersten Befestigungspunkt auf dem Solarzellen-Wafer 250 zu berühren und daran zu löten (z. B. durch Impulsheizen). Die Heizerspitze 231 wird danach wieder in ihre neutrale Position angehoben.
  • In einem dritten Schritt, der durch 11 veranschaulicht wird, wird der Draht 108 durch das Zuführungsrohr 304 bewegt (siehe Pfeil 313) und der Solarzellen-Wafer 250 wird indiziert, um sich um eine vorbestimmte Distanz vorwärts zu bewegen (siehe Pfeil 314), wodurch eine vorbestimmte Länge des Drahtes 108 über den Solarzellen-Wafer 250 gezogen wird. Beispielsweise kann der Solarzellen-Wafer 250 indiziert werden, um sich für sechs bis zwei Schnitte auf dem Solarzellen-Wafer 250 um eine Distanz von 30 mm bis 70 mm zu bewegen, wobei ein Schnitt einen durchgehenden Draht 108 bereitstellt. Die Gesamtlänge eines Drahtes 108 hängt von der Konstruktion der Hyperzelle ab. Im dritten Schritt wird der Draht 108 hauptsächlich aufgrund der Bewegung des Solarzellen-Wafers 250 gezogen. Wie angemerkt, wird der Solarzellen-Wafer 250 auf der Plattform 210 getragen, die bewegt wird, um den Solarzellen-Wafer 250 zu bewegen.
  • In einem vierten Schritt, der durch 12 veranschaulicht wird, wird die Heizerspitze abgesenkt, um den Draht 108 zu berühren und an einen zweiten Befestigungspunkt auf dem Solarzellen-Wafer 250 zu löten. Die Heizerspitze 231 wird danach wieder in ihre neutrale Position angehoben. In diesem Beispiel wird der Draht 108 an zwei Befestigungspunkte geheftet, die sich an gegenüberliegenden Enden eines Drahtes 108 befinden. Es versteht sich, dass der Draht 108 auch an zusätzliche Befestigungspunkte auf dem Solarzellen-Wafer gelötet werden kann, beispielsweise an einem dritten Befestigungspunkt zwischen dem ersten und zweiten Befestigungspunkt. In einem fünften Schritt, der durch 13 veranschaulicht wird, wird der Schneider 232 abgesenkt, um den Draht 108 zu schneiden, wodurch ein zweites Ende des Drahtes 108 an dem zweiten Befestigungspunkt gebildet wird. Der Schneider 232 wird danach wieder in seine neutrale Position angehoben. Zu diesem Zeitpunkt weist der Draht 108 eine vorbestimmte Gesamtlänge mit einem ersten und zweiten Ende auf, die an den Solarzellen-Wafer 250 gelötet werden.
  • In einem sechsten Schritt, der durch 14 veranschaulicht ist, wird der Solarzellen-Wafer 250 indiziert, um sich um eine vorbestimmte Distanz vorwärts zu bewegen (siehe Pfeil 315), wodurch ein Spalt mit einer vorbestimmten Spaltlänge zwischen dem Draht 108 und dem nächstfolgenden Draht 108 erzeugt wird. Die Anzahl der Spalte und die Länge der Spalte hängen von der Konstruktion der Hyperzelle ab. Beispielsweise kann das Draht-Bonding-System 200 zwei Spalte erzeugen. Ein Spalt innerhalb eines Solarzellen-Wafers kann eine Spaltlänge von 0,5 mm bis 3 mm aufweisen, und ein Spalt zwischen Solarzellen-Wafern kann eine Spaltlänge von 2 mm bis 6 mm aufweisen. Vom sechsten Schritt geht das Verfahren zurück zum ersten Schritt (siehe 9) um den nächstfolgenden Draht 108 auf dem Solarzellen-Wafer 250 zu befestigen. Wie zu erkennen ist, ist das Verfahren in der Lage, die Drähte 108 kontinuierlich und ohne Verschwendung von Drahtmaterial zu befestigen, wodurch Materialkosten und Befestigungszeit minimiert werden.
  • 15 stellt Drähte 108 dar, die gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung an einem Solarzellen-Wafer 250 befestigt wurden. Aus Gründen der Klarheit der Veranschaulichung sind nur zwei Drähte 108 dargestellt. Im Beispiel von 15 sind die Drähte 108 senkrecht zu den Fingern 106. Die Drähte 108 werden während der anfänglichen Lötschritte an die Befestigungspunkte 320 gelötet, wie in 10 und 12 veranschaulicht. Ein Befestigungspunkt 320 kann beispielsweise eine Sammelschiene oder ein Lötpad sein. Im Beispiel von 15 ist der Draht 108 auch an einen Befestigungspunkt 320 im mittleren Abschnitt des Drahtes 108 gelötet. Während eines letzten Lötschritts werden die Längen L1 und L2 des Drahtes 108 an den Solarzellen-Wafer 250 gelötet. Ein Spalt G1 wird zwischen dem Draht 108 und einem nachfolgenden Draht 108 erzeugt, wenn der Solarzellen-Wafer 250 bewegt wird, um den Draht 108 nach dem Schneiden zu ziehen, wie in 14 veranschaulicht.
  • Die Drähte 108 können entlang gerader oder versetzter Bahnen befestigt werden. 16 stellt einen Solarzellen-Wafer 250-1 dar, bei dem die Drähte 108 entlang gerader Bahnen befestigt sind. In dem Solarzellen-Wafer 250-1 liegt ein Draht 108 in Reihe mit dem nächstfolgenden Draht 108. 16 stellt auch einen Solarzellen-Wafer 250-2 dar, bei dem die Drähte 108 entlang versetzter Bahnen befestigt sind. In dem Solarzellen-Wafer 250-2 sind ein Draht 108 und ein nächstfolgender Draht 108 versetzt. Die Drähte 108 können an versetzten Bahnen befestigt werden, indem der Solarzellen-Wafer 250 oder die Kopfanordnung 230 und die Drahtzuführung 240 nach Bedarf entlang der Y-Achse bewegt werden.
  • Das Draht-Bonding-System 200 kann angepasst werden, um die Bedürfnisse unterschiedlicher Hyperzellenkonstruktionen zu erfüllen. Beispielsweise kann das Draht-Bonding-System 200 angepasst werden, um unterschiedliche Drahtstärken aufzunehmen. 17 stellt eine vergrößerte Seitenansicht einer Drahtzuführung 240-1 des Draht-Bonding-Systems 200 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Die Drahtzuführung 240-1 ist eine Ausführungsform der Drahtzuführung 240 (siehe 8), die dünnere Drähte 108 aufnehmen kann, z. B. 100 µm bis 400 µm Durchmesser.
  • Im Beispiel von 17 ist das Zuführungsrohr 407 ein Kapillarrohr, das einen dünnen Draht 108 aufnimmt. Wie bei dem zuvor beschriebenen Zuführungsrohr 304 weist das Zuführungsrohr 407 Öffnungen auf, durch die motorisierte Rollen 405 und 406 den Draht 108 im Zuführungsrohr 407 berühren. Im Beispiel von 17 sind die Rollen 405 Gummirollen, während die Rollen 406 gerillte Rollen sind. Ein Paar gegenüberliegender Rollen 405 und Rollen 406 erleichtert die Bewegung des Drahtes 108 durch das Zuführungsrohr 407. Wie in einer vergrößerten Ansicht 409 von 17 dargestellt, kann eine Rolle 406 eine V-förmige Nut aufweisen. Der Draht 108 geht durch einen Raum (siehe 408) zwischen der Rolle 405 und der V-förmigen Nut der Rolle 406 hindurch, wodurch der dünne Draht 108 in der richtigen Ausrichtung gehalten wird. 18 stellt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 500 zum Befestigen von Drähten an einem Solarzellen-Wafer gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Das Verfahren 500 kann unter Verwendung zuvor beschriebener Komponenten durchgeführt werden. Es versteht sich, dass auch andere Komponenten verwendet werden können, ohne die Vorzüge der vorliegenden Erfindung zu beeinträchtigen.
  • Bei dem Verfahren 500 wird ein Draht durch ein Zuführungsrohr eines Solarzellen-Wafer-Draht-Bonding-Systems geführt (Schritt 501). An einem Austrittsende des Zuführungsrohrs wird ein erster Abschnitt des Drahtes an einen ersten Befestigungspunkt auf einem Solarzellen-Wafer gelötet (Schritt 502). Der Solarzellen-Wafer wird danach vorwärts bewegt, wodurch der Draht durch das Zuführungsrohr und über den Wafer gezogen wird (Schritt 503). Ein zweiter Abschnitt des Drahtes am Ausgang des Zuführungsrohrs wird an einen zweiten Befestigungspunkt auf dem Wafer gelötet (Schritt 504). Im Allgemeinen kann der Draht an eine Mehrzahl von Befestigungspunkten auf den Wafer gelötet werden, wie beispielsweise an zwei, drei usw. Befestigungspunkten. Der Draht wird danach geschnitten, um eine kontinuierliche Länge des Drahtes auf dem Solarzellen-Wafer zu bilden (Schritt 505). Der Solarzellen-Wafer wird dann vorwärts bewegt, um einen Spalt zwischen dem Draht und einem nächstfolgenden Draht zu erzeugen, der an dem Solarzellen-Wafer befestigt wird (Schritt 506). Der Rest des Drahtes, wie beispielsweise Abschnitte des Drahtes, die nicht an Befestigungspunkte gelötet wurden, wird dann an den Solarzellen-Wafer gelötet (Schritt 507).
  • Es wurden ein Draht-Bonding-System für Solarzellen-Wafer und ein Verfahren zum Befestigen von Drähten an einem Solarzellen-Wafer offenbart. 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.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 63/124970 [0001]

Claims (20)

  1. Verfahren zum Befestigen von Drähten an einem Solarzellen-Wafer, das Verfahren umfassend: Löten eines ersten Abschnitts von jedem einer ersten Mehrzahl von Drähten auf einen Solarzellen-Wafer; in einem ersten Fall Bewegen des Solarzellen-Wafers, um die erste Mehrzahl von Drähten über den Solarzellen-Wafer zu ziehen; nach dem Bewegen des Solarzellen-Wafers in dem ersten Fall, Löten eines zweiten Abschnitts von jedem der ersten Mehrzahl von Drähten auf den Solarzellen-Wafer; Schneiden von jedem der ersten Mehrzahl von Drähten; und in einem zweiten Fall Bewegen des Solarzellen-Wafers, um einen Spalt zwischen der ersten Mehrzahl von Drähten und einer zweiten Mehrzahl von Drähten auf dem Solarzellen-Wafer zu erzeugen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: Löten der ersten Mehrzahl von Drähten auf den Solarzellen-Wafer entlang einer Länge von jedem der ersten Mehrzahl von Drähten.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der erste Abschnitt von jedem der ersten Mehrzahl von Drähten an einen entsprechenden Befestigungspunkt auf dem Solarzellen-Wafer gelötet wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Befestigungspunkt eine Sammelschiene ist.
  5. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Befestigungspunkt ein Lötpad ist.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Löten des ersten Abschnitts von jedem der ersten Mehrzahl von Drähten auf die Solarzelle umfasst: Ziehen von jedem der ersten Mehrzahl von Drähten durch ein entsprechendes Zuführungsrohr einer Mehrzahl von Zuführungsrohren; und Löten des ersten Abschnitts von jedem der ersten Mehrzahl von Drähten an ein Austrittsende des entsprechenden Zuführungsrohrs der Mehrzahl von Zuführungsrohren.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Schneiden von jedem der ersten Mehrzahl von Drähten umfasst: Schneiden von jedem der ersten Mehrzahl von Drähten am Austrittsende des entsprechenden Zuführungsrohrs der Mehrzahl von Zuführungsrohren.
  8. Solarzellen-Wafer-Draht-Bonding-System, umfassend: eine bewegliche Plattform, die einen Solarzellen-Wafer trägt; eine Mehrzahl von Zuführungsrohren, wobei jedes Zuführungsrohr der Mehrzahl von Zuführungsrohren konfiguriert ist, um einen Draht einer Mehrzahl von Drähten aufzunehmen; für jedes Zuführungsrohr der Mehrzahl von Zuführungsrohren eine Lötheizerspitze, die in der Nähe eines Austrittsendes des Zuführungsrohrs angeordnet ist, wobei die Heizerspitze konfiguriert ist, um einen durch das Zuführungsrohr gezogenen Draht an den Solarzellen-Wafer zu löten; und für jedes Zuführungsrohr der Mehrzahl von Zuführungsrohren einen Schneider, der konfiguriert ist, um einen durch das Zuführungsrohr gezogenen Draht zu schneiden.
  9. System nach Anspruch 8, ferner umfassend: für jedes Zuführungsrohr der Mehrzahl von Zuführungsrohren, eine Mehrzahl von Rollen, die einen Draht in dem Zuführungsrohr berühren.
  10. System nach Anspruch 9, wobei die Mehrzahl von Rollen ein Paar gegenüberliegender Rollen einschließt.
  11. System nach Anspruch 10, wobei das Paar gegenüberliegender Rollen einschließt: eine erste Rolle; und eine zweite Rolle, wobei die zweite Rolle eine Nut einschließt, die einen Raum zum Aufnehmen eines Drahtes mit der ersten Rolle bildet.
  12. System nach Anspruch 11, wobei die erste Rolle eine Gummirolle ist und die zweite Rolle eine V-Nut aufweist.
  13. System nach Anspruch 8, wobei die Mehrzahl von Zuführungsrohren Kapillarrohre umfasst.
  14. System nach Anspruch 8, wobei die Heizerspitze einen Impulsheizer umfasst.
  15. System nach Anspruch 8, wobei der Schneider neben der Heizerspitze angeordnet ist.
  16. Verfahren zum Befestigen von Drähten an einem Solarzellen-Wafer, das Verfahren umfassend: Zuführen eines Drahtes durch ein Zuführungsrohr; Positionieren eines ersten Endes des Drahtes auf dem Solarzellen-Wafer; Löten des ersten Endes des Drahtes an einen ersten Befestigungspunkt auf dem Solarzellen-Wafer; Bewegen des Solarzellen-Wafers, während der Draht durch das Zuführungsrohr gezogen wird; nach dem Bewegen des Solarzellen-Wafers Löten des Drahtes an einen zweiten Befestigungspunkt auf dem Solarzellen-Wafer; nach dem Löten des Drahtes an den zweiten Befestigungspunkt auf dem Solarzellen-Wafer, Schneiden des Drahtes, um ein zweites Ende des Drahtes zu bilden; und Bewegen des Solarzellen-Wafers, um einen Spalt zwischen dem Draht und einem nächstfolgenden Draht zu erzeugen, der an dem Solarzellen-Wafer befestigt werden soll.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Bewegen des Solarzellen-Wafers, während der Draht durch das Zuführungsrohr gezogen wird, umfasst: Platzieren des Solarzellen-Wafers auf einer Plattform; und Indizieren der Plattform.
  18. Verfahren nach Anspruch 16, wobei der Draht mit dem nächstfolgenden Draht in einer Linie liegt.
  19. Verfahren nach Anspruch 16, wobei der Draht von und dem nächstfolgenden Draht versetzt ist.
  20. Verfahren nach Anspruch 16, wobei der Draht durch ein Kapillarrohr geführt wird.
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