TWI760409B - 太陽能電池接合 - Google Patents
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Abstract
一種接合設備包括一熱源、一第一板、一第二板及一致動機構。該第一板耦接至該熱源。該第一板及該第二板係導熱的且經組配來覆蓋整個太陽能電池。該致動機構使該接合設備在一打開位置與一閉合位置之間移動。在該閉合位置中，該第一板及該第二板接觸該太陽能電池之相反表面。該第二板經組配來散熱，使得當處於該閉合位置中時，該第二板具有與該第一板相比更低的溫度。該第一板及該第二板向該太陽能電池施加力，當該接合設備處於該閉合位置中或向該閉合位置移動時，該力在該太陽能電池之一第一末端處與在該太陽能電池之一第二末端處不同。
Description
本申請案主張2017年6月20日申請之名為「Solar Cell Bonding」之美國非臨時專利申請案第15/627,890號之優先權，該案主張2016年6月27日申請之名為「Solar Cell Bonding」之美國臨時專利申請案第62/354,976號之優先權；該等兩個申請案出於所有目的在此以引用之方式併入。
本發明係有關於太陽能電池接合。
太陽能電池係將光子轉化成電能之裝置。由電池產生之電能經由耦接至半導體材料之電觸點來收集，並且經由與模組中之其他光伏電池之互連來傳遞。太陽能電池金屬化最通常藉由將銀糊膏絲網印刷至電池上、然後跨絲網印刷之匯流條焊接帶狀物來達成。帶狀物用於為太陽能模組以串列方式將多個太陽能電池串接(即，電互連)在一起。帶狀物亦被稱為跳接帶狀物、互連線、光伏線或其他類似的術語。
美國專利第8,916,038號「Free-Standing Metallic Article for Semiconductors」及美國專利第8,936,709號「Adaptable Free-Standing Metallic Article for Semiconductors」中揭示了另一種類型之太陽能電池金屬化，其中使用單一金屬物品來從太陽能電池之光入射表面收集電流並且將電池互連在一起。為了將太陽能電池在陣列中連接在一起，使用電池間互連件將電池之前表面上之每一金屬物品電耦接至相鄰電池之後表面上之金屬物品，該電池間互連件可為該等金屬物品中之一者。
因為再生能源仍舊係滿足不斷增加之人口之能源需求的重要領域，所以需要改良太陽能電池之成本及製造效率。
在一些實施例中，一種接合設備包含一熱源、一第一板、一第二板及一致動機構。該第一板耦接至該熱源。該第一板及該第二板各自係導熱的且經組配來覆蓋整個該太陽能電池。該致動機構經組配來使該接合設備在一打開位置與一閉合位置之間移動。在該打開位置中，該第一板及該第二板係分開的，且在該閉合位置中，該第一板及該第二板接觸該太陽能電池之相反表面。該第二板經組配來散熱，使得當該接合設備處於該閉合位置中時，該第二板具有與該第一板相比更低的溫度。該第一板及該第二板經組配來向該太陽能電池施加力。當該接合設備處於該閉合位置中或向該閉合位置移動時，該力在該太陽能電池之一第一末端處與在該太陽能電池之一第二末端處不同。
在一些實施例中，一種接合設備包含一熱源、一第一板、一第二板及一致動機構。該第一板耦接至該熱源。該第一板及該第二板各自係導熱的且經組配來覆蓋整個該太陽能電池。該致動機構經組配來使該接合設備在一打開位置與一閉合位置之間移動。在該打開位置中，該第一板及該第二板係分開的，且在該閉合位置中，該第一板及該第二板接觸該太陽能電池之相反表面。該第一板及該第二板經組配來在處於該閉合位置中時與彼此在不同的溫度下操作。該第一板及該第二板經組配來向太陽能電池施加力。當該接合設備處於該閉合位置中或向該閉合位置移動時，在該太陽能電池之一第一末端處的該力與在該太陽能電池之一第二末端處的該力不同。
在一些實施例中，一種接合設備包含一熱源、一第一板、一第二板及一致動機構。該第一板耦接至該熱源。該第一板及該第二板各自係導熱的且經組配來覆蓋整個該太陽能電池。該致動機構經組配來使該接合設備在一打開位置與一閉合位置之間移動。在該打開位置中，該第一板及該第二板係分開的，且在該閉合位置中，該第一板及該第二板接觸該太陽能電池之相反表面。該第二板經組配來散熱，使得當該第一板處於該閉合位置中時，該第二板具有與該第一板相比更低的溫度。該第一板及該第二板經組配來在該接合設備處於該閉合位置中或向該閉合位置移動時，在該太陽能電池之一第一末端處比在該太陽能電池之一第二末端處施加一更高的力。
在太陽能業內，電連接太陽能電池之習知方法係將由塗有焊料之銅製成之傳導性金屬帶狀物或線焊接至位於電池之前面及後面兩者上的銀沈積墊上。帶狀物從太陽能電池之表面收集電流並充當用於模組中之太陽能電池之管道，使得可利用來自太陽能模組之能量。附接帶狀物或線之過程可能係很複雜的、高成本的且耗時的，並且係以串列方式完成；即，首先在太陽能電池之一側(前側或後側)上，然後在相反側上。
習知接合過程開始於：將塗有焊料之帶狀物引入至電池之頂部或底部銀墊上，並在一側到另一側的掃掠動作中(例如，相對於太陽能電池縱向地或橫向地)焊接該帶狀物。然後對於電池之相反側重複該過程。當前過程使用熱空氣焊接、實體地觸碰帶狀物之單獨的焊鐵，或聚焦的紅外光。所有此等方法係耗時的、高成本的且本質上對脆弱的太陽能電池不利的。該不利係由於點衝擊損壞或熱膨脹不均勻性。此等問題兩者均導致電池之破裂及/或破損。由於在接合電池之一側然後接合另一側的串列過程中必須重複該過程兩次，此等問題加重。習知方法的升級成本亦係高的。例如，若行業發展到越來越多地附接帶狀物(或線)，則標準裝備需要進行成本高且耗時的機器升級以擴大帶狀物之數目。習知方法亦對變化的電池大小或切割電池變型沒有靈活性。裝備必須針對每種電池變化排列進行轉化，這會導致製造停機時間及裝備成本。
本揭示案描述同時接合或焊接太陽能電池之前部及後部金屬化元件兩者的單個循環。前部金屬化元件位於光伏電池之光入射表面上。金屬化可為例如用於從太陽能電池收集電流並且將電池互連起來之習知的帶狀物或線、或其他類型之金屬網格或物品。本發明之方法及系統允許利用一個工具將大範圍之金屬化類型(諸如大小、形狀及品質)接合至各種類型之切割電池形狀。因此，可達成任何太陽能電池上之大面積或小面積陣列群接合而無需高成本工具升級或停機時間。
圖1展示具有帶狀物金屬化之習知太陽能電池10。被示出為單晶電池之太陽能電池10具有焊接至電池10之表面的三個帶狀物15。電池10之表面具有充當用於由電池產生之電流之管道的銀指狀物17，其中帶狀物15從該等指狀物收集能量。當在用於太陽能模組之電池陣列中使用時，帶狀物15延伸超過電池之邊緣以允許將電池通常互連至下一個電池之後側以用於串聯連接。習知電池10之後側(未展示)通常具有離散的銀墊，帶狀物焊接至該等銀墊。在大多數跳接件-串接件(tabber-stringer)操作中，將帶狀物15放至電池10之前表面上並將其焊接至該前表面，隨後在後續的製造步驟中，將帶狀物焊接至串中的相鄰電池之後側。
圖2展示諸如美國專利第8,916,038號及美國專利第8,936,709號中所揭示之另一種類型之金屬化，該等兩個專利在此以引用之方式併入，其中單一金屬物品為太陽能電池之整個表面提供金屬化。在圖2中，展示了前部金屬物品20、半導體晶圓22及後部金屬物品24。前部金屬物品20將安裝於晶圓22之光入射表面上，而後部金屬物品24將安裝於晶圓22之後表面。前部金屬物品20之互連元件26將電耦接至太陽能模組中之鄰近電池之後部金屬物品24。
在本揭示案中，提供可將金屬化同時接合至太陽能電池之前表面及後表面兩者的設備。該系統將前部金屬化元件及後部金屬化元件兩者與太陽能電池之銀附接墊對準，然後在單個熱量及壓力步驟中將堆疊(即，前部金屬化、晶圓及後部金屬化)附接在一起。所施加之熱量可為感應、輻射、電阻式、熱空氣或其他熱源。熱量可施加至太陽能電池之僅一側，諸如頂部，或同時施加至頂部及底部。壓力可諸如藉由機械或氣動構件來施加。該系統經組配來在跨光伏電池施加之受控按壓動作中從一個邊緣至另一個邊緣均勻地散佈熱量。此不均勻的按壓動作可例如藉由不平行的板、有差異的彈簧力或具有變化密度的泡沫塊來達成。此導致差異力，即，在光伏電池之一末端處與在相反末端處相比有所不同的一定量的施加力。
本發明之實施例亦將前部附接所需之較高熱量與後部附接所需之較低熱量分離以保護脆弱的後部銀墊，同時仍施加足夠的熱量及壓力來附接後部。此係在一個熱量、壓力及時間步驟中全部完成。藉由在一個步驟中完成金屬化之前部附接及後部附接，所有材料中之熱失配得到控制。此移除了在太陽能電池製造期間發生之破裂的來源。藉由將所有步驟組合到一個中，本發明之實施例亦移除了將電池移動通過若干步驟之不利。由於一個大的熱按壓(其包括對於整個前表面及對於後表面之按壓)的性質，點源破裂之可能性亦得到減小。
圖3展示根據一些實施例之太陽能電池接合設備100之簡化側視圖示意圖。設備100包括第一板110、第二板120及耦接至第一板110之熱源130。第一板110及第二板120由導熱材料製成以實現至太陽能電池組件之熱傳遞，從而熔化諸如焊料之接合材料並將組件附接在一起。用於第一板110及第二板120之導熱材料可為例如銅、鋁、金、黃銅、青銅或石英。在此實施例中被示出為杠桿140之致動機構用於打開及閉合設備100，如箭頭150所指示。設備100被展示為處於打開位置中，使得太陽能電池組件可插入於第一板110與第二板120之間以用於接合。在已裝載將要接合之組件之後，使用致動機構140來使第一板110及第二板120一起移動至閉合位置，在此閉合位置中，第一板110之接觸表面111及第二板120之接觸表面121相接觸並向電池組件之相反表面施加壓力。在一些實施例中，第一板110藉由致動機構140移動，而第二板120保持靜止。在其他實施例中，第一板110及第二板120兩者藉由致動機構140或藉由兩個單獨的致動機構來移動。
在圖3之實施例中，第一板110及第二板120在第一板110之邊緣112處且在第二板120之邊緣122處藉由接頭160鉸接地耦接在一起。接頭160包括鉸鏈162，當使板110及120在打開位置與閉合位置之間移動時，該鉸鏈162使第一板110相對於第二板120以不平行方式對準。例如，當致動機構使接合設備從打開位置移動至閉合位置時，第一板110及第二板120可能彼此不平行，在太陽能電池之第一末端附近，第一板更靠近第二板。在其他實施例中，接頭160可用於使第一板110及第二板120彼此平行地對準。接頭160亦包括垂直桿164，其可允許第一板110相對於第二板120的垂直移位。在一些實施例中，垂直桿164亦可實現關於其縱軸之旋轉移動，此旋轉移動可促進裝載太陽能電池組件及太陽能電池組件從設備100卸載。例如，圖4係一實施例中之接合設備102之平面圖，在該實施例中，第一板110及第二板120在打開位置中相對於彼此橫向旋轉並移位。太陽能電池組件200被示出為在接合設備102內，為在太陽能電池200將在板110及120之間被按壓時進行接合做好準備。板110及120可被垂直地升高及降低以在打開位置與閉合位置之間移動，並且亦可包括旋轉接頭(在此實施例中未展示)以使板110及120成角度，從而彼此不平行。
其他類型之機構可用於使本揭示案之接合設備在打開位置與閉合位置之間移動，諸如但不限於連桿組、齒輪、線性滑塊及氣壓缸。除杠桿140之外的致動機構可包括例如電子控件、按鈕及滑輪。
返回至圖3，熱源130可為任何類型之熱源，諸如電阻熱、紅外線、熱空氣或感應線圈。熱源可被選擇來適應所使用焊料之熔化溫度，諸如操作溫度在25-500 C範圍內的熱源。在一些實施例中，熱源可具有爬升至操作溫度的快速爬升時間，諸如少於一秒。儘管熱源130被展示為安裝至第一板110上，但在一些實施例中，熱源130可以任何適合於熱源類型之方式併入至接合設備100中。例如，對於電阻式加熱，加熱元件可嵌入於第一板110內，而控製面板位於其他地方，諸如附接至所示出之接合設備100或與該接合設備100分離。在另外的實施例中，第二熱源170可耦接至第二板120，其中第二熱源170與熱源130可為相同或不同類型(例如，電阻式、紅外線等)。在圖3之實施例中，第二熱源170被示出為嵌入於第二板120內。
在各種實施例中，本發明之接合設備可被設計來適應許多電池組態及電池設計。例如，第一板110及第二板120之表面區域可針對任何大小的電池、針對各種數目之帶狀物加以設計，並且甚至可被設計來一次接合多個電池。例如，板110及120可具有覆蓋預期將要由設備接合之最大電池之長度及寬度，使得同一設備亦可適應更小大小的電池。在其他實施例中，可包括器具以輔助使金屬化元件與半導體晶圓上之銀指狀物/墊對準。器具可與板110及120成一體或可為可移除的插入件。
圖5A至圖5B係在操作中的接合設備100之側視圖，為清晰起見，其僅展示設備100之第一板110及第二板120。太陽能電池200之組件已裝載至設備100中以用於接合，其中該等組件包括前部金屬化元件210、半導體晶圓220及後部金屬化元件230。在一些實施例中，前部金屬化元件210包括互連元件215，該互連元件215可具有之厚度(圖5A中之垂直高度)大於前部金屬化元件210之位於晶圓220之表面之上的主要部分。在其他實施例中，互連元件215可能不存在。前部金屬化元件210及後部金屬化元件230可為習知帶狀物(如在圖1中)或網格型物品(如在圖2中)。金屬化元件210及230可具有預先塗佈至其上之焊料，或者焊料可在插入至接合設備100中之前在次級過程中施加。
在圖5A中，設備100被展示為處於打開位置中，其中第一板110及第二板120係分開的，使得可將太陽能電池200之組件裝載至設備100中。為了開始接合過程，在使第一板110移動至閉合位置之前，諸如從熱源130加熱第一板110。當使第一板110朝向太陽能電池200移動(如箭頭151所指示)時，來自第一板110之熱量熔化前部金屬化元件210及後部金屬化元件230上之焊料。第一板110朝向第二板120關節式連接，此可涉及角向運動及垂直移位。因為第一板110及第二板120以一定角度移動到一起，使得當使板110及120移動至閉合位置時，邊緣112及122比該等板之相反邊緣113及123更靠近在一起，所以熔化的焊料從邊緣112及122之間的較薄間隙區域流動至邊緣113及123之間的較厚間隙區域，從而導致相等的回流長度。第一板110及第二板120相對於彼此成角度的組態導致向太陽能電池200施加力，其中當接合設備100移動至閉合位置時，施加至太陽能電池200之第一末端202的力與施加至太陽能電池200之第二末端203的力不同。在此實施例中，該力在太陽能電池200之第一末端202處比在第二末端203處高。第一板110及第二板120在該等板移動到一起時的不平行對準亦適應互連元件215之增加的高度，從而在焊料跨太陽能電池表面流動時再次使得焊料能夠從金屬化之較厚區域流動至較薄區域。
在圖5B中，設備100處於閉合位置中，其中板110及120面向彼此並且與太陽能電池200之相反表面直接接觸。第一板110之第一接觸表面111接觸太陽能電池200之前表面，且第二板120之第二接觸表面121接觸後表面。在閉合位置中，繼續向太陽能電池200施加熱量以實施接合過程。熱量從熱源130流動通過第一板110，流動至太陽能電池200，然後流動至第二板120。在加熱發生的同時，從第一板110及第二板120向太陽能電池200施加壓力以促進牢固的接合並防止金屬化元件由於熱膨脹而脫離。
圖6A及圖6B係另外的實施例之簡化側視圖，其中可由接合設備產生差異力。為了清晰起見，圖6A-圖6B中未展示加熱源及將第一板110及第二板120耦接在一起之致動機構。在圖6A中，接合設備104之第一板110包括偏壓組件180之陣列，其中偏壓組件180跨當處於閉合位置中時將會接觸太陽能電池200之表面區域定位。為了圖示的清晰起見，偏壓組件180未必按比例繪製。在此實施例中，每一偏壓組件180包括在一末端處耦接至第一板110之偏壓元件181，及耦接至偏壓元件181之相反末端的帽182。偏壓元件181提供偏壓力且可為例如壓縮彈簧或諸如泡沫之可壓縮材料。諸如在偏壓元件181之末端不均勻或未提供足夠的接觸區域來接觸太陽能電池之情況下，帽182 (在一些實施例中可省略)改良太陽能電池200之接觸表面。例如，帽182可為具有平坦端面之圓柱形件，其中端面之直徑大於偏壓元件181之直徑。作為例示性實施例，圖6A之偏壓組件180被示出為彈簧加載式銷。熱量從第一板110經由偏壓陣列180傳遞至太陽能電池200，使得偏壓組件180之面向太陽能電池之末端變成第一板110之接觸表面111。用於偏壓元件181及/或帽182之可能的材料包括但不限於銅、陶瓷及石英。用於帽182之額外材料包括但不限於聚四氟乙烯(PTFE)、Vespel®
、Torlon®
及聚醚醚酮(PEEK)。
偏壓組件180經組配來藉由組配有跨陣列變化之偏壓力而跨太陽能電池200產生差異力。跨太陽能電池200之表面施加之不均勻的力輔助促進焊料回流，如上文關於不平行的板所解釋。例如，跨表面減小的力可輔助焊料從具有較高力的末端流動至具有較低力的另一末端，從而導致更均勻的焊料厚度。在圖6A之實施例中，在太陽能電池200之第一末端202附近的第一偏壓元件之第一偏壓力183a大於在太陽能電池200之第二末端203附近的第二偏壓元件之第二偏壓力183c，如箭頭之大小所指示。中間的偏壓元件具有第三偏壓力183b，其具有介於偏壓力183a與183c之間的值。在一些實施例中，偏壓力之差異可表達為例如從板之一個末端到另一末端有大致0.010-0.020 lbs/in2
之差異(諸如0.015 lbs/in2
之差異)之壓力。在一些實施例中，除了或替代具有彼此不同的彈簧力，彈簧加載式銷可跨表面具有可變間距。例如，在一個區中的銷之間的較寬間距與在另一個區中的間隔較為靠近在一起之銷相比，將導致較少的力施加在太陽能電池上。具有跨陣列180變化之偏壓力(諸如高於第二偏壓元件之第二偏壓力的第一偏壓力)的此組態導致跨太陽能電池200變化之力，而不要求板110及120在移動至閉合位置時彼此不平行。因此，變化的力可是在接合設備處於閉合位置中時而非在使接合設備移動至閉合位置時(如同不平行的板之情況)向太陽能電池施加的。在具有複數個偏壓組件180之實例中，第一板110及第二板120可以平行方式朝向彼此移動，或它們可相對於彼此成角度。請注意，儘管力組件已被描述為併入第一板110中，但在其他實施例中，力組件可併入第二板120中或併入第一板110及第二板120兩者中。
圖6B展示另一接合系統106之實施例，其中加熱板110包括可壓縮塊190以跨太陽能電池200產生差異力。可壓縮塊190可為例如泡沫材料，諸如陶瓷、石英、PTFE、Vespel、Torlon及PEEK。泡沫可覆蓋有諸如氟聚合物之非黏性塗層或片材，以幫助防止太陽能電池黏附至加熱板110。在於太陽能電池200之第一末端202與第二末端203之間延伸的方向上，可壓縮塊190跨長度191具有密度梯度。密度梯度致使可壓縮塊190跨太陽能電池施加差異力。類似於圖6A中之偏壓組件180之陣列，可壓縮塊190在太陽能電池200之第一末端202附近具有力193a，在塊190之中間區處具有較少的力193b，且在太陽能電池200之第二末端203附近具有最少的力193c。偏壓力之差異係由跨塊190之密度梯度產生，其中塊190具有對應於力193a之第一密度，該第一密度高於對應於力193c之第二密度。密度梯度可以逐步方式或以連續方式發生。密度梯度可導致板之一個末端與另一末端之間的例如為大致0.010-0.020 lbs/in2
之差異(諸如0.015 lbs/in2
之差異)之壓力差。
在以上實施例中之任一者中，可使用各種機構將板110及120保持在閉合位置中，該等機構諸如但不限於夾子、圍封框架結構或可以機械方式、氣動方式或液壓方式操作之致動器。
除了向太陽能電池施加壓力，第一板110及第二板120兩者還被設計來在太陽能電池的表面之上施加均勻的加熱。在大致均勻的溫度下操作防止跨太陽能電池200之表面形成熱應力。在一些實施例中，第一板所具有之第一均勻溫度與第二板之第二均勻溫度不同。即，第一板及第二板可經組配來在處於閉合位置中時與彼此在不同的溫度下操作。儘管本揭示案中之各種實施例將在第一板在與第二板相比更高的溫度下操作的情況下進行描述，但諸如在太陽能電池之前部金屬化係面向第二(底部)板被置於接合總成中的情況下，其他實施例可利用在與第二板相比更低的溫度下操作的第一板。
在一些實施例中，第二板120經組配來在比第一板110之溫度低的溫度下操作。例如，第一板及第二板均可具有熱源，其中加熱器與彼此在不同的溫度下操作以在太陽能電池之與板接觸的側面上達成不同的焊接溫度。在另一實例中，第一板110可具有熱源，而第二板120則沒有。在第二板120不具有其自己的熱源之此種實施例中，第二板可經組配來散熱，使得第二板120在加熱過程期間在與第一板110(其由熱源130主動加熱)相比更低的溫度下操作。以此方式，後部金屬化元件230之焊接溫度可受到控制以適應與前側不同的焊料要求。高品質銀通常用於太陽能電池之前側上，而較低成本的銀混合物通常用於後側上。本發明之接合設備使得能夠同時地、但在適合於每一側之不同溫度下向太陽能電池之前側及後側施加熱量。此外，因為太陽能電池中之熱應力得到減輕，所以可使用更高溫度之焊料，諸如溫度為250-350 C之焊料。由於接合設備可適應之大範圍之溫度，可使用各種類型之焊料，諸如各種比率之鉛錫、聚合物或錫。
圖7展示第二板120之一實施例之分解組裝圖，以達成均勻但與第一板110相比更低的操作溫度。在此實施例中，第二板120包括堆疊在一起之三個層：基板124、網125及導熱片材126。導熱片材126在圖7中被展示為諸如金屬之材料的實心片材。第二板120置放成導熱片材126朝向太陽能電池取向。片材126具有高導熱性以跨太陽能電池之表面達成均勻的溫度。網125提供熱隔斷以散熱並導致第二板120之與第一板110相比更低的操作溫度，同時仍係導熱的，以維持均勻的溫度。基板124係熱絕緣材料以控制並維持由片材126提供給太陽能電池之有效溫度。在一個實施例中，例如，基板124為矽橡膠，網125為銅，且片材126為鈦。網125可為絲網或晶格型組態，或任何其他相交或非相交設計，諸如具有線性及/或彎曲元件之設計。
圖8係接合設備之另一實施例之透視圖，其中在加熱系統中利用氣流且在致動機構中使用夾滾輪系統。接合設備300包括第一板310、第二板320及熱源330。熱源330可為例如燈總成。在其他實施例中，熱源330可併入第一板310及/或第二板320中，如先前在圖3中所示出。接合設備300亦包括體現為框架結構之致動機構340，該框架結構在該結構之兩個末端處具有頂部及底部夾滾輪342。第一板310及第二板320在其外表面上具有夾滾輪導件344，其中導件344係夾滾輪342可行進至其中的平行凹槽。圖8中亦展示了分別在第一板310及第二板320中之O形環密封件311及321，以及排氣管道350及滑塊密封件352，所有上述元件將在下文中更詳細地描述。
圖9展示處於打開位置中之第一板310及第二板320，其中太陽能電池200裝載至該等板之間的空間中。板310及320由彈簧加載式接頭360耦接在一起。接頭360在此處體現為蛤殼式接頭。其他實施例包括例如垂直氣動升降機(不連貫的)或多接頭鉸鏈(不均勻的、不連貫的)。
圖10A至圖10C展示第一板310被裝載至接合設備300之致動機構340中的各階段。圖10A係近距離透視圖，其中板310及320之左邊緣被初始插入致動機構340中且仍處於打開位置中。當板310及320如箭頭301所指示被插入設備300中時，夾滾輪342a之滾輪橫貫滾輪導件344以對準蛤殼且添加彈簧力以使板總成閉合。圖10A亦展示了排氣管350中之通風槽351，隨後將關於圖11A至圖11D對其進行描述。在圖10B中，該等板已經完全插入，如藉由板310之右邊緣係水平的且由夾滾輪342a閉合所看出。圖10C提供總成之全面透視圖，其中板310及320處於閉合位置中，由夾滾輪342a及342b (在下側上具有對應的滾輪，在此視圖中不可見)保持閉合。請注意，左側夾滾輪總成342b亦迫使蓋子(即，第一板310)閉合，從而向總成添加更多的夾緊力。
圖11A至圖11B示出一實施例中之第一板310及第二板320之兩個視圖，其中氣流既用作熱源又用來輔助進行焊接過程。圖11A展示板310或320之轉角部分之頂視圖線框，且圖11B展示堆疊在一起之板310及320之透視圖。如圖11A中所展示，在此實施例中，板310及320具有在O形環密封件311/321處終止的內部流動管道370。流動管道370被示出為圓柱形的、垂直相交的管之網絡，儘管其他形狀及佈局係可能的。管道370沿著其長度在板310/320之內表面(面向太陽能電池之表面)上包括孔375。
諸如空氣之氣體從氣體源被引入，且經由滑塊密封件352 (圖8)及O形環密封件311/321流入管道370中。空氣從管道370被迫通過鉸接的板310及320中之孔375。因此，氣體源流體地耦接至第一板及第二板，且流動管道370經組配來在第一板處於閉合位置中時將氣體從氣體源輸送至太陽能電池。在此實施例中，第一板310及第二板320由諸如銅之導熱材料製成，以跨板之表面達成大體均勻的溫度。空氣經由縫376帶走通量，且排氣管350中之通風槽351 (圖10B)將蒸汽從總成排出。流過管道370之空氣由熱源330加熱且亦將幫助向太陽能電池上之焊料接頭均勻地施加熱量。第二(下部)板320中之空氣可用於在必要時冷卻下部板320，其中第二板320之溫度可由例如通過管道370之氣流速率加以控制。氣體在整個附接過程期間流過板310及320，且亦可用來在該過程完成之後冷卻接合設備100。
圖12A至圖12C及圖13A至圖13C展示可與本文中揭示之接合設備一起使用的對準器具之實施例，其中插圖係近距離剖視圖。圖12A演示具有對準凹穴之下部板320，該等對準凹穴係成形用於太陽能電池組件之凹陷區域。圖12A之插圖展示對應於對準凹穴410及420之階梯狀區域。凹穴420係圍繞凹穴410形成的。在圖12B中，後部金屬化元件412已置於凹穴410中，且在圖12C中，半導體晶圓422已置於凹穴420中、位於後部金屬化元件412之上。因此，凹穴410及420使後部金屬化元件412與晶圓422對準，此係重要的，以便將太陽能電池組件之特定焊接區域適當地接合在一起。
圖13A展示使用另外的對準器具置於接合設備中之前部金屬化元件。在圖13B中，銷430併入第二板320中，該等銷430充當用於前部金屬化元件之對準特徵。前部金屬化元件被製作為具有互連元件215中之孔隙，銷430可插入該等孔隙中。銷430在第一板310中具有對應的干涉凹穴440以幫助將前部金屬化元件固定在接合設備中。
圖12A至圖12C及圖13A至圖13C之對準特徵可加工至接合設備之板中，或製造為單獨的組件且被組裝至設備中。在一些實施例中，對準器具可為可移除的，使得接合設備可針對不同太陽能電池大小或陣列被可互換地組配。
圖14係用於使用本揭示案之接合設備在太陽能電池上接合金屬化元件之流程圖500的實施例。在步驟510中，提供接合設備，該接合設備具有第一板及第二板。第一板及第二板之大小經設計來覆蓋整個太陽能電池。在打開位置中，第一板及第二板係分開的，且在閉合位置中，第一板及第二板接觸太陽能電池之相反表面。在步驟520中，將太陽能電池組件裝載至接合設備中。太陽能電池組件包括前部金屬化元件、半導體晶圓級後部金屬化元件。金屬化元件可為習知帶狀物，或可為在半導體晶圓之整個表面之上提供金屬化之單一金屬物品。金屬物品可包括電池間互連元件。
在步驟530中，熱源向第一板施加熱量。在一些實施例中，第二板亦可包括其自己的熱源。當第一板受到加熱時，從第一板輻射之熱量致使金屬化元件上之焊料開始熔化。然後在步驟540中，諸如藉由使第一板朝向第二板移動來使接合設備從打開位置移動至閉合位置。在閉合位置中，在單個過程中將整個太陽能電池接合在一起，該過程在所需時間段內向前部金屬化及後部金屬化兩者施加熱量及壓力。第一板及第二板經組配來向太陽能電池施加力以達成受控的焊料回流，其中當接合設備處於閉合位置中或向閉合位置移動時，在太陽能電池之第一末端處之力的量與在太陽能電池之第二末端處之力不同。在一些實施例中，力的量從太陽能電池之第一末端向太陽能電池之第二末端減小。在一些實施例中，第一板不平行於第二板。該等板之不平行對準輔助促進跨太陽能電池之均勻的焊料回流。在閉合位置中，該等板係平行的且直接接觸太陽能電池。在其他實施例中，接合設備跨電池施加之力可由具有變化的偏壓力之複數個偏壓元件或具有密度梯度之可壓縮塊產生。
第一板及第二板經組配來在處於閉合位置中時與彼此在不同的溫度下操作。例如，第二板可經組配來散熱，使得當第一板處於閉合位置中時，第二板具有與第一板相比更低的溫度。第一板及第二板經組配成在接觸太陽能電池之表面上具有均勻的溫度。此外，第一板及第二板之溫度可經定製以適應用於金屬化元件之特定類型之焊料。在一些實施例中，第二板可利用多個材料層來散熱，諸如定位在基板與導熱片材之間的網。在一些實施例中，第一板及/或第二板可使用諸如空氣之氣流來控制板之溫度。在步驟550中，從接合設備移除經接合之太陽能電池。
已詳細參考所揭示的本發明之實施例，附圖中已示出該等實施例之一或多個實例。每一實例均以解釋本技術而非限制本技術之方式提供。事實上，儘管已參照本發明之特定實施例詳細描述本說明書，但應理解，熟習此項技術者在獲得對前述內容之理解後，可容易構想出此等實施例之替代形式、變化形式及等效物。例如，作為一個實施例之部分所示出或描述的特徵可與另一實施例一起使用，以產生更進一步的實施例。因此，意欲本發明標的涵蓋所附申請專利範圍及其等效物之範疇內的所有此類修改及變化形式。在不脫離所附申請專利範圍中更特定闡述的本發明之範疇的情況下，熟習此項技術者可實踐本發明之此等及其他修改及變化形式。此外，一般技藝人士將瞭解，前述描述僅為舉例說明，且不意欲限制本發明。
10‧‧‧太陽能電池15‧‧‧帶狀物17‧‧‧銀指狀物20‧‧‧金屬物品22‧‧‧半導體晶圓24‧‧‧後部金屬物品26、215‧‧‧互連元件100、102、104、300‧‧‧接合設備106‧‧‧接合系統110、120、310、320‧‧‧板111‧‧‧第一接觸表面112、122‧‧‧邊緣113、123‧‧‧相反邊緣121‧‧‧第二接觸表面124‧‧‧基板125‧‧‧網126‧‧‧導熱片材130、170、330‧‧‧熱源140‧‧‧致動機構；杠桿150、151、301‧‧‧箭頭160、360‧‧‧接頭162‧‧‧鉸鏈164‧‧‧垂直桿180‧‧‧偏壓組件181‧‧‧偏壓元件182‧‧‧帽183a‧‧‧第一偏壓力183b‧‧‧第三偏壓力183c‧‧‧第二偏壓力190‧‧‧塊191‧‧‧長度193a-c‧‧‧力200‧‧‧太陽能電池組件202、203‧‧‧端210、230‧‧‧金屬化元件215‧‧‧互連元件220、422‧‧‧晶圓230‧‧‧後部金屬化元件311、321‧‧‧O形環密封件340‧‧‧致動機構342‧‧‧底部夾滾輪342a、342a、342b‧‧‧夾滾輪344‧‧‧夾滾輪導件350‧‧‧排氣管道351‧‧‧通風槽352‧‧‧滑塊密封件370‧‧‧流動管道375‧‧‧孔376‧‧‧縫410、420、440‧‧‧凹穴412‧‧‧後部金屬化元件430‧‧‧銷500‧‧‧流程圖520-550‧‧‧步驟
圖1係具有帶狀物金屬化之習知太陽能電池之頂視圖。
圖2係如先前技術中已知的用於太陽能電池金屬化之單一金屬物品之透視圖。
圖3係根據一些實施例之太陽能電池接合設備之側視圖的示意圖。
圖4係根據一些實施例之接合設備之一實施例的前透視圖。
圖5A及圖5B係分別處於打開位置及閉合位置中之根據一些實施例之接合設備的示意性側視圖。
圖6A及圖6B係根據一些實施例之接合設備之另外實施例的示意性側視圖。
圖7係根據一些實施例之接合總成之板的一實施例的分解組裝圖。
圖8係接合設備之另一實施例之透視圖，該接合設備包括夾滾輪系統及氣流。
圖9係根據一些實施例之圖8之接合設備之加熱板的側面透視圖。
圖10A至圖10C展示圖8之接合設備在各種操作階段中之視圖。
圖11A至圖11B分別係圖8之加熱板之詳細的頂視圖及透視圖。
圖12A至圖12C展示根據一些實施例之對準特徵之透視圖及詳細視圖。
圖13A至圖13C展示根據一些實施例之額外對準特徵之透視圖及詳細視圖。
圖14係用於使用本揭示案之接合設備將金屬化元件接合至太陽能電池上之方法的流程圖。
100‧‧‧接合設備
110、120‧‧‧板
111‧‧‧第一接觸表面
112、122‧‧‧邊緣
121‧‧‧第二接觸表面
130、170‧‧‧熱源
140‧‧‧致動機構；杠桿
150‧‧‧箭頭
160‧‧‧接頭
162‧‧‧鉸鏈
164‧‧‧垂直桿
Claims (24)
- 一種接合設備，其包含：一熱源；一第一板，其耦接至該熱源，該第一板係導熱的且經組配來覆蓋一整個太陽能電池；一第二板，該第二板係導熱的且經組配來覆蓋該整個太陽能電池；及一致動機構，其經組配來使該接合設備在一打開位置與一閉合位置之間移動，其中在該打開位置中該第一板及該第二板係分開的，且在該閉合位置中該第一板及該第二板接觸該太陽能電池之相反表面；其中該第二板經組配來散熱，使得當該接合設備處於該閉合位置中時，該第二板具有與該第一板相比更低的溫度；並且其中該第一板及該第二板經組配來向該太陽能電池施加一力，當該接合設備處於該閉合位置中或向該閉合位置移動時，在該太陽能電池之一第一末端處的該力與在該太陽能電池之一第二末端處的該力不同。
- 如請求項1之接合設備，其中當該致動機構使該接合設備從該打開位置移動至該閉合位置時，該第一板及該第二板彼此不平行。
- 如請求項1之接合設備，其中該第一板或該第二板中之至少一者包含複數個偏壓元件，其中該等複數個偏壓元件中之一第一偏壓元件具有一第一偏壓力，該第一偏壓力高於該等複數個偏壓元件中之一第二偏壓元件之一第二偏壓力。
- 如請求項1之接合設備，其中該第一板或該第二板中之至少一者包含一可壓縮塊，該可壓縮塊跨該可壓縮塊之一長度具有一密度梯度。
- 如請求項1之接合設備，其中該力從該太陽能電池之該第一末端向該第二末端減小。
- 如請求項1之接合設備，其中：該第一板具有一第一接觸表面且該第二板具有一第二接觸表面，在該閉合位置中，該第一接觸表面及該第二接觸表面接觸該太陽能電池之該等相反表面；該第一接觸表面經組配來在跨該第一接觸表面之一第一均勻溫度下操作；並且該第二接觸表面經組配來在跨該第二接觸表面之一第二均勻溫度下操作。
- 如請求項1之接合設備，其中該第二板包含：一基板；一網，其耦接至該基板；及一導熱片材，其耦接至該網，其中該導熱片材朝向該太陽能電池取向。
- 如請求項1之接合設備，其進一步包含一氣體源，該氣體源流體地耦接至該第一板及該第二板；其中該第一板及該第二板各自包含流動管道，該等流動管道經組配來在該第一板處於該閉合位置中時將氣體從該氣體源輸送至該太陽能電池。
- 如請求項1之接合設備，其中當該接合設備向該閉合位置移動時，在該太陽能電池之一前側上的一焊料和在該太陽能電池之一後側上的一焊料朝向該太陽能電池之該第二末端流動。
- 如請求項1之接合設備，其中該熱源係一紅外線熱源。
- 一種接合設備，其包含：一熱源；一第一板，其耦接至該熱源，該第一板係導熱的且經組配來覆蓋一整個太陽能電池；一第二板，該第二板係導熱的且經組配來覆蓋該整個太陽能電池；及 一致動機構，其經組配來使該接合設備在一打開位置與一閉合位置之間移動，其中在該打開位置中該第一板及該第二板係分開的，且在該閉合位置中該第一板及該第二板接觸該太陽能電池之相反表面；其中該第一板及該第二板經組配來在處於該閉合位置中時與彼此在不同的溫度下操作；並且其中該第一板及該第二板經組配來向該太陽能電池施加一力，當該接合設備處於該閉合位置中或向該閉合位置移動時，在該太陽能電池之一第一末端處的該力與在該太陽能電池之一第二末端處的該力不同。
- 如請求項11之接合設備，其中當該致動機構使該接合設備從該打開位置移動至該閉合位置時，該第一板及該第二板彼此不平行。
- 如請求項11之接合設備，其中該第一板或該第二板中之至少一者包含複數個偏壓元件，其中該等複數個偏壓元件中之一第一偏壓元件具有一第一偏壓力，該第一偏壓力高於該等複數個偏壓元件中之一第二偏壓元件之一第二偏壓力。
- 如請求項11之接合設備，其中該第一板或該第二板中之至少一者包含一可壓縮塊，該可壓縮塊跨該可壓縮塊之一長度具有一密度梯度。
- 如請求項11之接合設備，其中該力從該太陽能電池之該第一末端向該第二末端減小。
- 如請求項11之接合設備，其進一步包含一第二熱源，該第二熱源耦接至該第二板。
- 如請求項11之接合設備，其中：該第一板具有一第一接觸表面且該第二板具有一第二接觸表面，在該閉合位置中，該第一接觸表面及該第二接觸表面接觸該太陽能電池之該等相反表面； 該第一接觸表面經組配來在跨該第一接觸表面之一第一均勻溫度下操作；並且該第二接觸表面經組配來在跨該第二接觸表面之一第二均勻溫度下操作。
- 如請求項11之接合設備，其中該第二板包含：一基板；一網，其耦接至該基板；及一導熱片材，其耦接至該網，其中該導熱片材朝向該太陽能電池取向。
- 如請求項11之接合設備，其中該熱源係一紅外線熱源。
- 一種接合設備，其包含：一熱源；一第一板，其耦接至該熱源，該第一板係導熱的且經組配來覆蓋一整個太陽能電池；一第二板，該第二板係導熱的且經組配來覆蓋該整個太陽能電池；及一致動機構，其經組配來使該接合設備在一打開位置與一閉合位置之間移動，其中在該打開位置中該第一板及該第二板係分開的，且在該閉合位置中該第一板及該第二板接觸該太陽能電池之相反表面；其中該第二板經組配來散熱，使得當該第一板處於該閉合位置中時，該第二板具有與該第一板相比更低的溫度；並且其中該第一板及該第二板經組配來在該接合設備處於該閉合位置中或向該閉合位置移動時，在該太陽能電池之一第一末端處比在該太陽能電池之一第二末端處施加一更高的力。
- 如請求項20之接合設備，其中當該致動機構使該接合設備從該打開位置移動至該閉合位置時，該第一板及該第二板彼此不平行，在該太陽能電池之該第一末端附近，該第一板更靠近該第二板。
- 如請求項20之接合設備，其中該第一板或該第二板中之至少一者包含複數個偏壓元件，其中該等複數個偏壓元件中之在該太陽能電池之該第一末端附近的一第一偏壓元件具有一第一偏壓力，該第一偏壓力高於該等複數個偏壓元件中之在該太陽能電池之該第二末端附近的一第二偏壓元件之一第二偏壓力。
- 如請求項20之接合設備，其中該第一板或該第二板中之至少一者包含一可壓縮塊，該可壓縮塊在該太陽能電池之該第一末端附近具有一第一密度，該第一密度高於在該太陽能電池之該第二末端附近的一第二密度。
- 如請求項20之接合設備，其中該熱源係一紅外線熱源。
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