TW200837969A - Interconnect technologies for back contact solar cells and modules - Google Patents

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200837969 九、發明說明： <相關申請案> 本案要請求2006年12月22日申請之Νο· 60/871，717美 國臨&^專利案的優先權和利益，其名稱為“無匯流條射極捲 5牙太〜此電池和模組”，内容併此附送。 【發β月所屬拉:掏"領域^】 發明領域 本發明係有關用於背面接觸太陽能電池的互連技術， 尤係有關藉最小化或免除匯流條和凸耳來改良太陽能電池 1〇模組之效率及/或減少其柵極電阻的技術。 發明背景 请注意以下的論述提及許多的公開和參考資料。該等 公開文獻的論述係被提供作為更完整的科學原理之背旦、 15而非要被釋為承認該等公開文獻係為供作判定可專利性之 用的習知技術。 【明内】 發明概要 本發明係為一種背面接觸太陽能電池模組，該模組勺 20含多數的背面接觸太陽能電池；多數的導電互接物果、、且匕 接物會延伸一或更多太陽能電池的長度，並電連接於气= 太陽能電池背面内部上的多個接合位置；及絕緣材料佈二 在該等互接物和該等太陽能電池上之不同於該等接合^ 的位置之間；其中該等互接物包含一任意狀結構位:或靠 5 200837969 近該各接合位置處。該等太陽能電池較好係為無匯流條。 該互接物較好包含-金屬箱或帶，而具有一大約⑴滿 之間的厚度。該互接物較好包含被塗覆一可焊接金屬塗層 _ °該w或帶較好係被冲壓或肋成-最終的互接物 I 5形狀。該互接物的實心區域包含—選自包含矩形、三角形 和鑽石形之組群的大致形狀。該任意狀結構係可擇地位在 該互接物的實心區域外部並附接於該互接物之一邊緣，或 φ 附接於一設在該互接物之一實心區域内的開孔之一邊緣。 該絕緣材料係較好在該模組組合之前層合於該互接物，且 1〇較好包含一EPE的三合層。至少有一部份該絕緣材料較好會 在該太陽能電池組合之時熔化，而使該互接物熔接於該太 %能電池。該絕緣材料可擇地包含一增黏劑。 本發明亦為一種用以組合一太陽能電池模組的方法， 該方法包含以下步驟··排列多數的太陽能電池；佈設眾多 - 15含有多數任意狀結構的導電性互接物於該等太陽能電池 • 上，每一互接物皆會延伸通過二或更多個太陽能電池；及 加熱該等太陽能電池和互接物，而使該等互接物的某些部 份焊接於該二或更多太陽能電池之背面内部上的接合位 置。該方法較好更包含由一金屬箔片或帶模切或冲出該互 20接物之最終形狀的步驟。該方法可擇地更包含在將該等互 接物佈设於該等太陽能電池的步驟之前，先將一絕緣體佈 設在太陽能電池上的步驟，其中佈設一絕緣體的步驟較好 包含一選自下列組群的方法··沈積、網幕印刷、噴墨印刷、 帶貼、層合，及機械式地嵌入一個別的絕緣體。該方法較 6 200837969 好更包含一步驟係熔化一佈設於該等互接物與太陽能電池 之間的絕緣體，而該絕緣體不會被設在或靠近該等接合位 置處。該熔化步驟可擇地發生於該加熱步驟期間。該方法 較好更包含令該等任意狀結構調適當加熱步驟時所產生之 5 應力的步驟。 、本發明之-目的係為減少或免除在背面接觸太陽能電 池中之匯流條及/或凸耳的需要。 、本發日月之-優點係可轉準的背面接觸太陽能電池更 為減少串聯電阻。 1〇 本發明之其它的目的、優點和新穎特徵，及進一步的 可利用範圍，將會被一部份配合所附圖式詳述於以下說明 中，且有部份將可為專業人士檢閱以下說明而清楚瞭解， 或亦可實施本發明而得知。本發明的目的和優點係可利用 所附申請專利範圍中詳細陳明的器材與組合物等來實現和 15獲得。 、 圖式簡單說明 所附圖式係被併入並構成本說明書的一部份，而示出 本發明的若干實施例，並與描述内容一起用來說明本發明 2的原理。该等圖式係僅用以例示本發明之一較佳實施例， 而非要被釋為限制本發明。在該等圖式中： 第1圖係為具有平行又交的負和正極性柵線等（即叉交 的背面觸點或IBC)之背面接觸電池的示意圖。第1A圖示出 目月丨』使用的技術，其在電池邊緣設有匯流條用以收集電池 及附接電互接物。第1B係為一變化設計，其在該電池的邊 7 200837969 第2圖係為一IBC電池的示意圖，其會在電池的邊緣引 取電机，並具有一縮減的匯流條面積。第2a圖示出一沒有

’ 5 2設。第2B圖示出一IBC電池，其柵線係在端部被製成較 寬或擴張的，以方便電互接物的連接。第2C圖示出該等使 用一互接物(例如鍍錫銅帶)之電池的電連接，其有許多細互 • 接細構(“梳齒）來匹配該1BC電池中的栅線。第2D圖示出一 細梳齒Cu互接物在一基材上(例如一可挽電路或一挽性互 接物）以便於處理。第2E圖示出—耽電池具有—可擇的細 匯流條和作為電互接物的接結導線。 一第3圖係為一具有縮減面積之内部匯流條的IBC電池之 丁 ^圖5亥等匯流條具有縮小的廓形以減少太陽能電池中 的串聯電阻損耗，而含有較寬的區域(“接墊”)可供電互接物

的連接（第3A圖） 3B圖），以防p 4 圖）以防止當電互接物例如銅帶被敷設時（第3 c圖)致使

8 200837969 池。第6B和6C圖分別示出較短和較長連接臂之間的差異。 第6D和6E圖分別示出較多和較少連接臂之間的差異。 第7A圖示出本發明之多種冲製的嵌入和凸出島互接 物。第7B圖示出本發明之各種不同冲製的嵌入和凸互 5 接物之應力測量值。 山 第8圖示出本發明之一編織的互接物。

第9Α圖係為-適用於製造互接物之導線布材料的示音 圖，乃示出平面凸紋。第9Β圖係為一銅導線布的照片。^ 9C圖不出―電池係以含有冲孔的導線布來匯流。 1〇 第1G圖不出—在電池邊緣來引取電流的IBC電池。其基 本的私池結構起始於平行的又交柵線(第丨则）。—絕緣體 層較好被敷設在電池邊緣處的柵線上，並有開孔只會曝露 在各邊緣之一種極性點（第1_)。一導電層會被沈積或印 刷/、一力月b如同匯流條和電互接物區域(第圖）。該等“十” 15號表示該金屬層會電接觸底下的栅線之處。 一 :Θ係為以内#收集電流的無匯流條背面接觸電池 士 ^圖’、最簡單的電池結構起始於一無匯流排的1BC (第1A圖）冑絕緣體較好被沈積在柵線上，並有開 嫌"路A種極性點（第UB圖一電互接物（圖中為銅 V)現可被敷設來只連接於鱗露的極轉此圖）。 第12圖示出可擇的互接物。第12A圖示出-電池係以波 紋帶互接物來匯流。第Ι2β圖示出一波紋帶顯示凸出平面外 的應力雜第12(：圖不出_無匯流條太陽能電池具有實施 各種凸指造型的撓性電路。 20 9 200837969 第13圖為-無匯流條背面接觸電池以_層合導線接合 法來互接的示意圖。其最簡單的電池起始於—肌電池（第 13A圖）“巴緣墊杈好係被印刷成使該等導線只會互接於 -種極佳（第13B圖）。被覆以—適當低溫合金的導線嗣可被 5使用=如—層合製程來接合於曝露的栅線(第13C圖）。 第14圖為-具有隔離的接觸或接收點之無匯流條背面 接觸電池的示意圖。它們較好係在—導線層合製程時被互 接；或可擇地，該等互接物亦可包含—分開沈積的金屬箱， 其不會電連接於該太陽能電池。 10 【實施方式】 較佳實施例之詳細說明 本發明係有關用以互連背面接觸太陽能電池和模組的 技術。射極包捲貫穿（EWT)太陽能電池係為一種背面接觸 太陽能電池結構。其特徵係會有比標準電池更高的效率， 15因為免除了會減少光吸收率之設在正面上的電流收集柵 線。该正面上的電流收集接面（“射極”)於該射極漫射時係捲 繞穿過該矽基材中的孔洞。一相關的背面接觸電池結構 (“背接面電池”)亦不會在正面上設有任何柵極，而令其負極 和正極的電流收集接面皆設在背面上。另一種相關的背面 20接觸電池結構(“金屬化物捲穿，，，或MWT)會捲繞金屬柵而 由正面穿過孔洞伸至背面。 矽太陽能電池會被電連接在一起來形成—可產生電力 的電迴路。傳統的矽太陽能電池以直狀銅扁平帶來互接將 會造成甚大的損耗一由於電阻而損失大約2·5至3%的電 200837969 月b ’及另外由於反射光又會損失3至5%。傳統的正面栅極 太陽能電池不能使用具有較大截面的銅互接物，因為較寬 的帶會造成較大的光損失，而較厚的帶會太硬而造成應 力。但疋月面接觸太陽能電池會使用一相較於具有正面 5栅極之傳統電池不同的造型來將該等太陽能電池互接成電 迴路。其光損失會被消除，且互接物所產生的電損耗能被 製成非常的小，因為該互接物的尺寸並不會如傳統的正面 桃極太陽能電池中考量光損失而受到限制。該背面接觸太 陽能電池上的電流收集柵和互接物的最佳化能同時地提供 10較低的串聯電阻損耗和較高的效率，而該互接物的最佳化 旎使應力隶小化乃可促成較長的產品壽命。 一用於電流收集柵EWT和背接面背面接觸太陽能電池 的簡單造型係使用叉交的負極和正極柵（見第1八圖）。電流 會被引取至二具有該等叉交栅線的匯流條。該等匯流條可 15包含用以附接電極(“凸耳”)的區域，以將該等太陽能電池組 合成一電路。該等凸耳必須大得足以包容組合工具中的對 準公差。 利用此柵極造型會有兩個問題。第一，該太陽能電池 在匯流條和凸耳上方的區域，及在該太陽能電池邊緣處， 20將會由於較長的電流收集路徑長度而有較高的串聯電阻。 此損耗可藉最小化該匯流條的面積來減少，但仍需有一最 小的面積以使匯流條中的電阻最小化，及用以附接電極。 該柵極造型的第二個問題係栅線的串聯電阻。即使電 流係僅由電池邊緣被引取，但電流必須通過該電池的整個 11 200837969 長度，因此該栅極必須被製成非常地導電，典型是使用一 厚金屬。太陽能電池—般係使用網幕印刷塗敷的銀㈣作 為該導電柵極，當需要一厚導體時此將會非常昂貴。網幕 印席/的Ag柵極在一較高溫度時亦會被棋烤，此將會在薄石夕 5太陽此％池中造成應力。該等柵極能藉在電池内部使用添 加的匯流條和凸接點而來縮成長度（見第_)。在此例中 的匯流條寬度係比Cu互接物更寬，以防止具有相反極性的 拇電短路。但是，此造型會由於添加的匯流條、凸耳和前 述的互接區域而造成添加的串聯電阻損耗。一通過一具有 H)第關之造型的背面接觸電池之長度來接合的平直銅帶互 接物’由於該♦太陽能電池與銅互接物之熱脹係數的差 異，故亦會造成可觀的應力。傳統之具有正面拇極的電池 會有銅互接物焊接在正面和背面上而可平衡應力，其有助 於減少整體應力。因此該太陽能電池與該互接物之間的電 連接處(典型為-焊接點），則背面接觸相對於正面拇極的太 陽能電池會產生更多的疲乏。所以，為背面接觸電池所設 計的互接物必須解決單面之焊接點相關的議題，以及應力 和串聯電阻的考量。 因匯流條和栅線所致生的損耗乃可藉新的電池造型來 2〇減少’其能大大地減少被匯流條所覆蓋的面積。而在互接 物中的損耗則能藉新的互接物設計來減少，其能解決電池 凹脊、焊接塾應力，及互接物疲乏的問題。該“無匯流條” 背面接觸電池係可藉個別地接觸電流收集概而完全消㈣ 12 200837969 [在電池邊緣引取電流以縮減匯流條] 本發明之一第一實施例係大大地減少匯流條和凸接墊 的尺寸，而使用標準的又交柵極造型，並在電池邊緣引取 一 包流。該匯流條必須具有充分的導電性能以最小的電阻損 ^ 5耗來將電流帶到被引取之點處。該匯流條的導電性要求， 及其面積，係可藉增加引取電流之點的數目而被減少。此 方法亦較好利用某些可使用甚少面積來供電附接的互接技 • 術。雖此造型可大大地減少匯流條所生的損耗，但其仍須 要較厚的柵線，因為電流係在該電池的邊緣被引取。假使 10該等電極接觸每一個別的栅線，則該造型能夠完全地免除 匯流條（第2A圖）。該等栅線可擇地在電池邊緣處加寬或擴 張，例如形成接墊，以便於互接（第2B圖）。然而，一較小 的匯流條通常對增加柵線之間的裕度乃是較佳的。 該等電池之間的互接物（電極)較好是在許多點處形成 〜 15接觸，並能以許多方式來達成，包括但不限於： ^ △具有許多微小電極之冲壓的鑛錫銅帶。該等微小電 極係為造成許多互接點所需者，但當使用自動組合工具時 其可能會難以處理（第2C圖）。該等微小電極較好並不共 線，俾有助於最小化應力。 20 △在一可撓基材(“撓性電路”)上之圖案化的鑛錫銅電 路（第2D圖）。此元件可能會比具有微小電極之個別的銅帶 更容易以自動組合工具來處理。 △各電池之間的導線接結（第2E圖）。導線接結係為電 子工業用以封裝半導體晶片之十分習知的技術。導線接結 13 200837969 之一附加優點係該等細導線在該光生伏打模組封裝體中幾 乎看不見(可改善美感）’且只會造成非常小的應力。 這些笔極月b被使用十分習知的技術，譬如焊接、塗敷 導電性黏劑，或熔接等來電附接。 5 [由電池内部引取電流以縮減匯流條] 該等匯流條和凸接墊可選擇地被置設在電池邊緣或在 電池内部。此電池造型之一例係被示於第1B圖中。此造型 相較於在電池邊緣引取電流者之一優點係可縮減柵線長度 一利用較短的栅線則其柵極電阻和金屬面積將會大大地減 10少。雖非必要，但第1B圖示出該等匯流條比電池之間的電 互接物更覓，因此該等電極不會使負極和正極短路。該等 电極典型包含覓度為2至3mm的扁平銅帶。此造型的問題係 由於匯流條上方區域的高電阻而會有一較大的損耗，並有 較大的焊接墊應力。 15 這些損耗能藉減少該等匯流條的面積而被減少。該匯 流條寬度能被製得較細，因為電流是在許多點處引取，故 會在该匯流條的各區域中造成較小的電流。接墊1〇較好沿 該匯流條佈設以便於電互接（第3韻）。但是，該銅電極現 將典型比該匯流條更寬，而可能使負極和正極短路。此乃 20可藉添加絕緣體20包圍該匯流條以阻止電互接物30接觸到 太陽能電池栅線而來防止（第3B*3C圖），或者亦可使相反 極性的栅線遠離於匯流排，並令該匯流條帶保持得夠窄， 俾使忒等極點之間的短路不會發生。在第圖中之各、，， 點係為該互接物電連接於底下的柵線之點處。 14 200837969 不同於一平直的銅帶導線，該互接物可包含一圖案具 有特徵細構以最小化對電池造成的應力（即凹彎），或對該互 接物與電池之間的電接點所造成的應力（即接點的疲乏）。該 薄的銅圖案層亦能被整合於一可撓的帶基材(“撓性電路，，) 5上以便於處理。該銅互接物或撓性電路可在該銅層上包含 該圖案化的絕緣層，此將可免除對該太陽能電池上之一圖 案化絕緣體的需要。該銅得可擇地包含一薄Sn或其它的焊 料合金層俾易於電組合。該互接物能以導電黏劑、焊接、 熔接，或其它方法來被電附接。該等方法之不同例子會被 10 呈現。 [互接物設計] 互接物之設計的重要議題是要減少或最小化(a)該電池 上的應力’（b)電接點上的應力，（c)串聯電阻，及(句成本。 s玄互接物杈好係被設計成能將應力隔離於該互接物的小造 15型細構中（共平面或凸出平面外的應力釋放環圈），或使用具 有較大本質可撓性的可擇互接材料。 ' 許多種新穎的互接物可配合於此所述之本發明的實施 例來被使用。該互接物較好包含一扁平銅帶，其較好=有 -金屬塗層，譬如Sn或Sn/Ag，俾可供焊接。該互接物二擇 20地包含-介電層例如於前所述者。此概念係不同於一挽性 電路的構思，其中該介電質較好是預先層合於該互接物， 並被冲出或模切成-料卷。第4圖示出互接物包含有多數的 任意狀物200、210、220等，在本實施例中稱為“凸出島”、。 此設計能供使用-預先層合的互接物，故而接合於該太陽 15 200837969 能電池上之電觸點（例如焊接墊或焊接點)的接合區域240較 好是沒有介電塗層230。該介電塗層230較好是能將該互接 物的其餘部份與該太陽能電池電隔離。或者一條該絕緣體 結構物可被置設在該互接物與太陽能電池之間而成為一個 5 別層，其典型係直接塗佈於該太陽能電池上。該電連接可 藉導電黏劑、焊接、熔接或其它目前公知的方法來達成。 該互接物較好係在兩端呈推拔狀，如圖所示。因為電流會

冶δ亥互接物的長度線性地增加，一推拔的互接物能減少銅 或其它金屬的總質量（而得最小化應力和成本），並可隨著電 10流增加而具有一增大的銅截面。第4圖亦示出兩個穿插或套 合的互接物250和260在例如被冲壓由一銅片釋離之前的狀 態；即兩條互接物材料能在一製程中被冲出，而保存成排 的材料。 在本例中的應力釋除係藉共平面的應力消釋任意狀結 15構或環圈來提供，即靠近焊接墊區域的小對稱“υ”形細構 專。其應力較好分擔於該焊接塾區域兩側上的二支撐“u” 形細構之間。該“凸出島，，互接物設計能較佳地享有減少串 聯電阻的優點，因其能使用大於約0.005”的銅厚度而不會負 面地影響焊接點應力或應力消釋細構；在焊料重流後該太 20 陽能電池的㈣較少；該銅互接物的熱疲乏和破裂較少； 且^接墊應力會保持在-可接受的水準。該互接物厚度較 好是在大約5mils至6mils之間，但亦可擇在約11^1至8111出 之間’惟其亦可為l〇mils或更大。第5圖示出一連串的電池 以=出島式互接物來互接。其中該等互接物較好延伸多個 太陽能電池的長度。 16 25 200837969 一變化的冲壓式互接物設計，如第6圖所示，包含多數 的敗入島”300設在一銅帶的寬度中；此設計亦可消減應力 而保持平直的邊緣輪廓，故能確保與工業標準電池串接設 . 備有較大的相容性，其係典型被設計來供處理各種不同寬 穿 的貝^ f者。於此所谓之凸出和嵌入係指與主匯流條的 排列對準。第6A圖示出嵌人島互相物延伸通過多個太陽能 私池。小接臂31〇等較好係大致垂直於該互接物長度，其能 • 較佳地提供撓性來吸收應力。第6C圖中所示相對於第6B圖 者較長的接臂，典型能提供更大的應力消釋，但須要較寬 1〇的原料。增加接臂的數目（如在第6D圖中所示多過第诏圖中 的杈少接臂）能提供更大的撓性而不需要較寬的材料。應力 消釋亦可藉減少接臂寬度來被改善。該接臂寬度較好是介 於約0.1mm至imm之間，且更好是由約〇 1至〇 4mm。工具 的造型典型會限制能被大量冲出之應力消釋細構的最小尺寸。 - 15 多種能夠達到類似之應力消釋的其它凸出或嵌入島造 Φ 型係被不於第7A圖中。有些該等造型和其它者，曾被針對 兩種不同的銅厚度來測試焊接墊應力。其結果係被示於第 7B圖中此刀析係將溫度循環所生應力造成的熱循環疲乏 如IEC 61215所界定者納入考量。如在本說明書和申請專利 20範圍中所用的“任意狀結構，，乃意指一細薄的應力消釋細 構、結構、股線、導線、延伸物、環圈、或類似物等，其 係附接（較好是但不一定在該結構兩端的二個位置）於該互 接物的實體（或實心區域），如第4〜7圖中所示。 該凸出或嵌入島設計的另一優點係可改善焊料重流致 17 200837969 使電池凹曲的管理。所有背面接觸電池的製造皆需要在一 表面上完成互接。此會對該連接物設計造成一對管理熱機 械應力以得長時間可靠性，以及針對可製造性的凹曲管理 . 之甚大需求。過度的凹曲典型會在該電池、串列、及後續 5的層合製程之材料處理中產生較大的變異。這些變異典型 會造成機器對該模組較減少的產出和增加的成本。該“島，， a汁包括令烊接區域與帶送電流的較大匯流條分開，而得 φ 減少凹曲並增加應力釋放。 種可擇的互接物，如第8圖所示，乃包含導電編織 物其較好含有許多細小的股線能沿多個方向撓曲。該編 織物可擇地被定寸成一比接墊更寬的區域，而得減少鋪設 時對準的需求，因為在任何指定接墊處皆僅有少數的股線 必須被接合於該電池以帶送電流一很短距離至該編織物本 體。在接合時張力可被機械地控制來減少初始應力以及封 - 15裝密度，其將會影響包封材料的滲透。 鲁 導電的導線布或網幕’如第9圖所示，亦具有固有的應 力消除特性，其包含許多導電股線比傳統的條帶更小甚多 (典型為0.02”至0.020”），而各股線皆具有眾多的彎折垂直於 該電池平面可提供平面外的應力消釋（第从圖）。張力可在 2〇製造時被控制以造成較高的波峰和波谷，俾產生較佳的應 變吸收能力；各波峰和波谷係較好被一橫線支撑，以防止 在層合過程中扁平化。其網孔可被定向在一與該電池的互 接方向偏斜的角度，以使其不會有單一股線被焊接於多個 接塾，或者，開隙或孔洞亦可被冲製在各接塾位置之間來 18 200837969 沿該互接物長度中斷股線，如第9C圖所示，而得改善應力 消釋。在此例中，該等垂直的股線會將電流從該接墊帶至 該連續本體。 該導線布網孔數可被選擇來尋求導電性、應力消釋、 5和包封物滲透的平衡。某些材料例如彈性纖維可被用作為 支撐橫線，其較好係能容許沿互接方向的線更自由地膨脹 和收縮。或者，一熱塑性或熱固性纖維亦可被使用，其在 包封時將會回流，而留下許多細線沿該互接方向延伸。不 同類型的織紋，例如Twill Square，Plain Dutch，或逐變密 1〇度的Twill Dutch等皆能提供較緊密的股線封裝和較佳的導 黾性。该導線直徑可被選擇來最小化串聯電阻和應力。導 線布在一串接工具中的處理可藉機械抓夾或刺穿來達成， 或者，真空處理細構亦能被添加來填入所擇位置的網孔 中 ’丨電質亦可被圖案化於該等線布互接物上來提供適 15當的真空處理。裸銅已被得知能與EVA相容，且典型係以 鋼的錫塗層來控制，其亦具有可焊接的優點。導線布對此 能提供一種優點，因沿該互接物周緣保留曝露的銅面積會 比一實心冲壓的互接物更小甚多。 一導線網互接物亦可藉提供一較大數目的較小接合點 2〇 (即導線）而來減少個別互接點的面積，故得能減少該太陽能 電池上之用於匯流條和接墊的面積。該等匯流條和接墊會 減少太陽能電池的效率，因此減少太陽能電池上之該等部 份的面積將可增加該太陽能電池的效率。 金屬網係可使用不同的網孔數(每叶的導線數目）和導 19 200837969 線直徑。在該網中的導線亦可藉滾壓來被接合，以使導線 不會與该網分開或在網内分離。滾壓過的網典型會較硬一 些，因此滾壓次數亦必須針對該網的應力和物理完整性來 被最佳化。美感上，導線網會較不易被該光生伏打模組的 5觀看者明顯看到，故可提供一較佳感覺的外觀。 該互接材料亦可另擇地包含其它的多孔材料，例如膨 脹金屬網或其它類似材料。 [絕緣體] 用來隔離該互接物與太陽能電池的絕緣體可包含任何 材料不响疋無機或有機化合物，包括但不限於一介電質， 一父叉介電f，EVA，㈣，聚醯胺（譬如Kapton)，氧化銘 或焊罩。氧化銘或-類似材料不利地需要—高溫洪烤步 驟，財為70(TC或更高，此在與銀的洪烤結合時可能造成 該太陽能電池的分流。此問題能藉共烘烤銀和交又介電質 15兩者絲解決，但在此情況下材料的相容性係為—主要議題。 該絕緣體可為帶狀或在該互接物與電池間之一個別 層’其能藉層合或該領域中已知的其它方法來鋪設。該絕 緣體亦可藉印刷技術例如網幕印刷，嘴墨印刷，或其它的 圖案化沈積技術來沈積在該太陽能電池上。由於含有較大 2〇的解，該絕緣體可包含一黏性帶，例如一具有一黏劑的 介電帶譬如聚對苯二甲酸乙二醋(PET)，或玻璃纖維帶。如 月’】所述;’針對凸出或嵌入島互接物’該絕緣體係較好直接 層合於該互接物。使用一包含EVA/介電質/陳的三合層社 構，-般俗稱咖(該“P”代表作為介電f的聚自旨或ρΕτ)= 20 200837969 會較佳，因其有長時間的耐用性，可靠性，及與包封物的 相容性。EVA即是乙烯醋酸乙烯酯。該三合層較好具有 大約0·0005”0·010”之間的總厚度，且更妤約為〇 〇〇1，，至 0·005”，又最好約為〇.〇〇3,，。各EVA層較好具有—大約 5 0·0005”至0·003”之間的厚度，且更好為約ο·οοι，，。該八、 - /1冤層 較好具有一大約0.0005”至〇·〇〇2”之間的厚度，且更好為約 0.001”。其它的高性能塑膠，比如ΡΕΝ、聚醯亞胺，或ρ朽 • 亦可適用於該介電質。該等EVA層能被以一烯烴或離聚物 之類的包封物來替代。該EVA可包含一熱塑性或_熱固眭 10塑膠，其通常不須要使用一UV保護封裝物，或添加 吸收劑或阻蔽式胺光穩定劑(HALS)，但典型包含— 尋占著促 進黏劑，譬如胺基矽燒。 該二合層結構較好是能夠承受焊料重流溫度並容易兮 互接物的定位。其亦較好能在層合之後可靠地熔化接合而 —15對該太陽能電池介面和互接物提供機械支撐。即是，該eva • 叙好會溶化並填滿該導體和太陽能電池之間的間隙。一增 黏劑可被添加於該等EVA層來改善對該互接物及該太陽能 電池的定位。該增黏劑含量較好係在約1〇%至8〇%之間，且 更好約在10 %至15 %之間以便於製造。該增黏劑亦可被添加 2〇於缺口附近的一或更多個別位置（通常為該焊接點的位 置，或該互接物與太陽能電池之間的電連接處），來保持一 接合線以阻止焊接時過分的重流。 該二合層典型係藉將EVA押出於PET上，再以第二次押 出塗層將第二EVA層敷設於該介電層上而來構成。其構造 21 200837969 並不限於三層，但較好具有一可溶化接合層。例如’該結 構可包含EVA/PET/EVA/PET/EVA層等或類似物，其中該 PET及/或EVA能被以類似的材料來替代，如前所述。此類 型的絕緣體構件典型係被鋪設於該電池的匯流條上，且較 5 好有孔洞被冲入該結構中來曝露所須的極點。該絕緣體亦 可預先層合於一任意狀互接物上，如後所述，以便於處理’ 尤其是最少化或免除該三合層的處理。該介電質亦可被摻 以一反射塗料譬如Ti〇2，以使穿過該電池的光子能在第二 次通過時被吸收。 10 [以邊緣引取和層間介電質來縮減匯流條]

在一邊緣引取構造中由匯流條和凸接墊所造成的損耗 乃可藉將該匯流條置設於一絕緣體上而被大大地減少。該 電池設計較好包含平行的負極和正極柵，其較好係延伸該 太陽能電池的全部長度來最大化電流的收集（第10A圖）。絕 緣體40較好係沈積在該電池之各收集邊緣處的拇線上；絕 緣體4〇較好包含開孔5〇等僅位在各邊緣處之一種極性點上 20 (第10B圖）。然後，導電材料6〇，較好包含一金屬或合金， 會被沈積在該圖案化的介電質上，俾提供更多的導電性及 -較大的面積以供附接電互接物(㈣⑽）。該金屬會透過 在被以十字標純置處的開孔電接觸於料栅線。該金屬 沈積較好能與該絕緣體的物理性質相容。該絕緣體和上芦 的匯流條製法之财被提供於後。財幻目較於前述邊緣 引取實施狀4關，-較大的_祕❹於該等凸 耳，此可使該等太陽能電池組合成_電路時更容易自動化。 22 200837969 [利用内部電流引取的無匯流條EWT電池] 所需的金屬厚度和栅極電阻可藉由沿該電池内部的多 數點而非僅在電池的邊緣來引取電流而被大大地減少。雖 匯流條和凸接墊亦能被設在電池的内部，但它們會因先前 5所述的理由而減低效率。為了該等原因，最好能完全消除 該等匯流條。

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20 一用於該接觸金屬和電流收集柵的簡單構造包含平行 _線(第11A圖）。在此實施例中，該電互接物較好連接於 每撕線，而不接觸相反極性者。因此，電絕緣體係較 好設在該等柵線上以防止電池的短路。該等負極(“N”)和正 = (“P”)栅較好含有間斷的區域(“接塾，，)具有比柵線更大的 又X便於電互接。該絕緣體可擇地能被以—圖案化沈積 技術例如網幕印刷或噴墨印刷來直接敷設於太陽能電池 ^該絕緣體較好係如前所述，或者可呈—圖案被沈積在 乂等栅線上❿4如僅透過開孔8〇等來曝露要被對應的電 互接物接觸的極點’如第ηΒ圖所示。每一電互接物只會接 觸-指定極_(且較好是全㈣)栅線。該電互接物可包含 銅W線90’如第llc圖所示，或者_任意狀互接物，其可 包t小造型細構等以減少應力及/或可具有較低的電阻和 較南的製造效率。該互接物亦可包含-撓性電路，其可呈 有某些製収率上料點。該電互接物可被㈣領域中習 的手&來附接，包括但不限於焊接，低溫粉末燒結 使用導電黏劑等。 / 同；第lie圖之銅帶的導電層可被呈一圖案沈積 23 200837969 在該絕緣體上。此導電層能有效地發揮如一匯流條的功 效’並提供一寬廣的面積以供該電互接物的附接，但係實 貝電隔離於該太陽能電池，因此不會使該電池造成損耗。 — 該導電層較好具有可被以和該絕緣體相容之夠低溫度來沈 5矛貝及處理的能力。該導電層較好包含一金屬或合金，並可 送擇地包含一金屬微粒與接合劑的複合物，譬如氧化物軟 兗料(例如金屬墨汁，比如Ag網幕印刷膏），或有機接合劑(如 • ♦電黏劑）。或者，該導電材料可包含-能在低温燒結的奈 米微粒金屬墨汁。用以沈積該導電層的方法可包括但不限 10於網幕印刷，噴墨印刷，和料薄膜沈積。 4互接物，言如銅帶導線或撓性電路，可擇地可包含 -圖案化絕緣體，俾能免除在該太陽能電池上製設一圖案 化絕緣體的需要。或者，一層間介電質(ILD)，交叉介電質， 或-介於具有電導體的各層之間的絕緣層亦可被使用。此 • 15 I法能造成—較小的接觸面積和非常低的串聯電阻，因為 • 該金屬導電層和互接物可具有一任意造型。 -無匯流條互接物之—實施例包含_扁平導電帶，其 係洋凸或呈波紋狀的，而較好具有一節距匹配於相同極性 之栅線的間距，如第12A和12B圖所示。另一種可擇方式， 20如第12C圖所示，係在該互接物材料例如扁平銅帶或繞^ 路互接物中造成小切痕，而留下凸指等較好以如同交替： 性的間距來間隔分開。或者，如前述的導電編織物，^電 導線布，或其它的互接物亦可被使用。 [導線層合互接物或柵] 24 200837969 標準的矽太陽能電池可使用塗覆一低溫合金的導線來 電互接’該合金會在層合時被接合於該太陽能電池上的金 屬化物。此技術亦可被應用於背面接觸的矽太陽能電池。 例如，一印刷的絕緣體可被佈設在平行柵線100、105上， 5成為多數的接墊11〇(第13A和13B圖）。對該等柵線和各太陽 能電池間之互接物的電連接，則較好是在層合製程中使用 覆有一低溫合金的導線120等（第13C圖）來完成。該等導線 φ 將只會連接於對應的單一極性，因為另一極性係被覆以一 絕緣墊，其會阻止電連接。例如，導線120會電連接於柵線 0 ’但不連接栅線1〇5，其係具有相反的極性。同樣地， 導線125會電連接於柵線105，但不連接柵線1〇〇。在本實施 例中’該導線互連製法會取代先前實施例的Cu帶或撓性電 路互接物。 在本發明的另一實施例中，一導線層合的栅極可完全 • 15取代该太陽能電池上的柵線。在本實施例中，該太陽能電 • 池上的金屬較好僅是作為Si-金屬觸點，而非當作導電栅。 因此該等觸點的造型可選擇為不連續的，其可用新的直接 圖案化技術，包括但不限於影罩薄膜沈積或模版印刷等能 被使用。薄膜金屬化物典型具有非常低的Si-金屬接觸電 20阻。該太陽能電池上的金屬觸點130現將僅須要大得足以包 容導線層合製程中的公差。不傳先前的實施例，該等不連 續的觸點容許其造型能被調整，因此不需要一沈積的絕緣 層’如第14圖所示。即是，各導線135皆會與具有相同極性 的金屬觸點130電接觸。 25 200837969 該無匯流條的EWT電池並非本生地具有一連續橫越今 太陽能電池之大部份表面的金屬化物。一連續的太陽能電 池金屬化物圖案會限制能被使用之直接圖案化沈積技術的 種類。例如，模版印刷會具有比網幕印刷更佳的印刷特性， 5因為墨汁沈積沒有網幕的阻礙。但是，該模版不能有一連 續的圖案，否則其實體將不會穩定。同樣地，薄膜金屬化 物沈積在用一影罩沈積時能被直接圖案化一但該影罩不能 具有一連續圖案，否則其罩體將不會物理性地穩定。一般 而言，此類的沈積技術會以不連續的小特徵細構來實施較佳。 1〇 溥膜金屬化物通常具有較佳的接觸電阻特性。該金屬 化物亦可針對特定的技術目的而在一料疊中包含若干不同 的至屬層例如’接觸該;^的最下層可針對最佳的接觸電 P來k擇，而上$層則可針對黏性、導電性、電互接，及/ 或其它的特性來選擇。 15 [單片模組總成]

20 單片杈組總成係指組合該太陽能電池電路和包封該 生伏打模組全在-單—步驟中完成。其製造成本典型會 使用傳統結晶碎太陽能電池的標準光生伏打模級總成 ΈΙ為裳私步驟的數目減少。在任何構態中，—光生 ==的月片皆會提供環境保護。在單片模組總成中， 路:且月片亦包含—圖案化的電路(“單片背片”)。該圖案化 法w擇也匕3圖案化的絕緣體以協助防止非故意的 ”包封物材料係可與該單片背片整合或包含— 的材料在層合步驟之料被加入。 26 200837969 :匯流條的謝電池係極適合於單片模組總成。在上 mr’其互接物通常係在背片層合之前分開地沈 =ϊ 該電池上，此乃可針對各種功能來最佳

10 該層合步驟之後被使用而來形成該互接物（例藉由焊劑重 流’導電黏劑的固化等），以供用於某些需要比層合溫度更 1中材料和製程，但需要更多的製造步驟。在單片模組總 ，該背片較好包含-電路被„化來重疊該太陽能電 池上的接觸區。該電路可擇地可包含—圖案化的絕緣體， 以使其只能在具有正確極性的柵線上電接觸該電池。該電 附接得以導電_、焊劑、或其它手段來達成。該等材料 車又好會在典型的層合過程中形成該電互接物。或者，一局 部化的加熱源(例如一雷射，感應加#器，聚焦燈等）亦可在 高溫度的製法(例如高溫焊劑）。在層合之後的雷射焊接已被 揭述可供用於使用傳統太陽能電池的光生伏打模組之組 15 合。 、 光生伏打模組典型係使用一熱固性材料例如乙烯醋酸 乙烯酯(EVA)來作為包封物。此材料典型是在大約15〇它的 最高溫度層合。對本發明而言，乃可使用一具有較高層合 溫度的包封材料，譬如一熱塑性塑膠，來促進該電互接物 20的形成將會較為有利。又，熱塑性材料，譬如聚胺基甲酸 乙酯，被用作該包封物將能比熱固性材料例如EVA更容易 整合於一單片模組總成製程中，因為它們不會變相。 雖本發明已特別參照該等較佳實施例來被詳細說明， 但其它實施例亦能達到相同的結果。本發明的各種變化修 27 200837969 正將可為該領域的專業人士容易得知，故期能涵蓋所有該 專憂化和專效實施。所有引述於上及/或附件中，和在對應 申請案中的參考資料、中請案、專利與公告案的全部揭露 内容，皆會併此附送。 5 【圖式I簡專^ 明】 第1圖係為具有平行又交的負和正極性柵線等（即叉交 的背面觸點或IBC)之背面接觸電池的示意圖。第1A圖示出 目前使用的技術，其在電池邊緣設有匯流條用以收集電池 及附接電互接物。第1B係為-變化設計，其在該電池的邊 10 緣和内部設有匯流條。 第2圖係為-IBC電池的示意圖，其會在電池的邊緣引 取電流，並具有一縮減的匯流條面積。第2A圖示出一沒有 匯流條的IBd電池邊緣的細匯流射觀擇地冗餘 。β又。第2Bg|〒出-IBC電池，其柵線係在端部被製成較 is見或擴張的，以方便電互接物的連接。第2C圖示出該等使 用一互接物（例如鍍錫銅帶)之電池的電連接，其有許多細互 接、、，田構（梳齒）來匹配該IBC電池中的栅線。第2D圖示出一 細梳齒Cu互接物在-基材上（例如一可撓電路或一撓性互 接物）以便於處理。第糊示出_耽電池具有—可擇的細 20匯流條和作為電互接物的接結導線。 -第3圖係為-具有縮減面積之内部匯流條的電池之 示意圖。該等匯流條具有縮小的靡形以減少太陽能電池中 的串聯電阻損耗，而含有較寬的區域(“接墊”)可供電互接物 的連接（第3·。該内部匯流條萌可被塗覆一電絕緣層（第 200837969 3B圖）’以防止當電互接物例如銅帶被肢時（第冗圖）致使 該等栅極短路。 第4圖不出一些内部收集電流之無匯流條或縮減匯流 钫之㈢面接觸電池的凸出島互接物設計。該設計可容多個 5 i"邊集點具有_推拔的匯流條，其係參酌考量熱機械應 力以及溫度循環所致生的疲乏。 第5圖不出凸出島互接物連接多個太陽能電池的各種 不同視圖。 第6A圖不出本發明的嵌入島互接物延伸通過多個電 1〇池。第6B*6C圖分別示出較短和較長連接臂之間的差異。 第6D和6E圖分別示出較多和較少連接臂之間的差異。 第7A圖示出本發明之多種冲製的嵌入和凸出島互接 物。第7B圖示出本發明之各種不同冲製的嵌入和凸出島互 接物之應力測量值。 15 第8圖示出本發明之一編織的互接物。 第9A圖係為一適用於製造互接物之導線布材料的示意 圖，乃示出平面凸紋。第9B圖係為一銅導線布的照片。第 9C圖示出一電池係以含有冲孔的導線布來匯流。 第10圖示出一在電池邊緣來引取電流的IBC電池。其基 20本的電池結構起始於平行的叉交柵線（第10A圖)。一絕緣體 層較好被敷設在電池邊緣處的栅線上，並有開孔只會曝露 在各邊緣之一種極性點（弟10B圖）。一導電層會被沈積或印 刷，其功能如同匯流條和電互接物區域（第10C圖）。該等“十” 號表示該金屬層會電接觸底下的柵線之處。 29 200837969 第11圖係為以内部收隼雷供的 矛口 1叹木甩肌的無匯流條背面接觸電池 之示意圖。其最簡單的電池結構起始於—無匯流排的肌 結構(第11A®)…電絕緣體較好被沈積在柵線上，並有開 孔只會曝露出-種極性點（第11BgI)。—電互接物（圖中為銅 帶)現可被敷設來只連接於該曝露的極點（第nc圖）。 第12圖示出可擇的互接物。第12八圖示出一電池係以波 紋帶互接物來匯流。第12B圖示出-波紋帶顯示凸出平面外

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的應力消釋。第1·示出—無匯流條太陽能電池具有實施 各種凸指造型的撓性電路。 第13圖為-錢流條背面接觸電池以—層合導線接名 法來互接的^意®。其最簡單的電池起騎-肌電池 13A圖）。電絕緣墊較好係被印刷成使該等導線只會互接於 -種極佳⑻_)。被覆以―適當低溫合金的導細可相 使用例如-層合製程來接合於曝露的柵線⑻㈣）。 第14圖為-具有隔離的接觸或接收點之無匯流條背通 接觸電池的示意圖。它們較好係在_導線層合製程時齡 ^或可擇地，鱗互接物亦可包含—分開沈積的金屬猪 其不會電連接於該太陽能電池。 【主要元件符號說明】 10，110…接墊 20，40··.絕緣體 30...電互接物 50，80…開孔 60···導電材料 70…電絕緣體 90···銅帶導線 100，105...柵線 120，125，135.··導線 130···金屬觸點 30 200837969 200,210,220…凸出島 230.. .介電塗層 240.. .接合區域 250，260…互接物 300...嵌入島 310…接臂

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Claims (1)

1. 200837969 十、申請專利範圍： 1. 一種背面接觸太陽能電池模纽，該模组包含： 多數的背面接觸太陽能電池； =數的導電互接物，各互接物皆會延伸—或多個太 月⑷也的長度，並電連接於該各太陽能電池背面内部 上的多個接合位置，·及 絕緣材料佈設在該等互接物與該一或多個太陽能 電池之不同於該等接合位置的位置之間； 其中該等互接物包含一任意狀結構位在或靠近該 各接合位置。 2·如申請專利範圍第旧之模組，其中該等太陽能電池係 無匯流條。 3.如申請專利範圍第旧之模組，其中該互接物包含一金 屬箔或帶。 15 4.如申請專利範圍第3項之模組，其中該互接物包含一厚 度係在大約lmil與約8mils之間。 5·如申請專利範圍第3項之模組，其中該互接物包含被覆 以一可焊接金屬塗層的銅。 6. 如申明專利範圍弟3項之模組，其中所述的箔或帶係被 20 冲壓或模切成一最終的互接物形狀。 7. 如申請專利範圍第1項之模組，其中該互接物的實心區 域包含一大致形狀係選自下列組群：矩形、三角形、和 鑽石形。 8.如申請專利範圍第丨項之模組，其中該任意狀結構係在 32 200837969 該互接物之一實心區域的外部，並附接於該互接物之一 邊緣。 9·如申請專利範圍第1項之模組，其中該任意狀結構係附 接於一設在該互接物之一實心區域内之開孔的邊緣。 5 ι〇·如申請專利範圍第1項之模組，其中該絕緣材料係在該 模組組合之前先層合於該互接物。 u•如申請專利範圍第1項之模組，其中該絕緣材料包含一 EPE三合層。 12·如申請專利範圍第1項之模組，其中該絕緣材料的至少 1〇 一部份會在該太陽能電池組合時熔化，而使該互接物熔 接於該太陽能電池。 13.如申請專利範圍第丨項之模組，其中該絕緣材料包含一 增黏劑。 14· 一種用以組合一太陽能電池模組的方法，該方法包含以 15 下步驟： 排列多數的太陽能電池； 佈設數個含有多數任意狀結構的導電互接物於該 等太陽能電池上’該各互接物會延伸通過二或更多個太 陽能電池；及 2 0 加熱該等太陽能電池和互接物，而使該等互接物的 某些部份焊接於該二或更多個太陽能電池之背 面内部 上的接合位置。 15·如申請專利範圍第14項之模組，更包含在該佈設步驟之 鈾先層合一絕緣體於該等互接物的步驟。 25 I6·如申請專利範圍第15項之模組，其中該絕緣體並不層合 33 200837969 於該等互接物要被焊接的部份。 17. 如申請專利範圍第15之模組，更包含由一金屬箔或帶冲 壓或模切出該互接物之一最終形狀的步驟。 18. 如申請專利範圍第14項之模組，更包含在將該等互接物 5 佈設於該等太陽能電池上的步驟之前先佈設一絕緣體 於該太陽能電池上的步驟，而該佈設一絕緣體的步驟包 含一選自下列組群的方法：沈積、網幕印刷、喷墨印刷、 帶貼、層合、及機械地嵌入一個別的絕緣體。 19. 如申請專利範圍第14項之模組，更包含熔化一佈設於該 10 等互接物和太陽能電池間之絕緣體的步驟，該絕緣體並 不設在或靠近該等接合位置。 20. 如申請專利範圍第19項之模組，其中該熔化步驟係在該 加熱步驟期間發生。 21. 如申請專利範圍第14項之模組，更包含令該等任意狀結 15 構調適當該加熱步驟時所生應力的步驟。 34