專利名稱：用于光電電池的電極、光電電池和光電模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電極，其用于接觸電傳導(dǎo)性表面，具體而言用于接觸作為光電電池或太陽(yáng)電池的一部分的一個(gè)或多個(gè)光電(PV)元件。本發(fā)明進(jìn)一步涉及用該電極生產(chǎn)的光電電池。
背景技術(shù)：
使用光電技術(shù)產(chǎn)生電能已達(dá)到高標(biāo)準(zhǔn)。然而，PV電池和PV模塊的生產(chǎn)仍相當(dāng)復(fù)雜且昂貴。而且，使用具有大約17％的最大效率的PV模塊的能量產(chǎn)生效率相當(dāng)?shù)?。從?jīng)濟(jì)學(xué)的觀點(diǎn)來(lái)看，使用光電技術(shù)產(chǎn)生電功率僅在它被一些財(cái)力支持和/或資助的當(dāng)前條件下可接受，例如被德國(guó)所謂的100000屋頂計(jì)劃或美國(guó)加利福尼亞的類似計(jì)劃所支持。這樣，在光電技術(shù)領(lǐng)域，仍存在對(duì)降低生產(chǎn)成本和提高使用PV元件和PV模塊的能量產(chǎn)生效率的苛刻要求。
一般使用的PV電池包括半導(dǎo)體元件，其具有在單晶硅或多晶硅、無(wú)定形硅和具有嵌入式p-n結(jié)的其它薄膜半導(dǎo)體的基礎(chǔ)上的類型(n+n(或p)p+)的結(jié)。元件的一個(gè)表面通常覆蓋有金屬層，如鋁或不銹鋼，而另一個(gè)表面被提供有抗反射敷層。兩個(gè)表面均與電極接觸，該電極收集和帶走所產(chǎn)生的電能。該結(jié)構(gòu)被嵌入在諸如玻璃的透明保護(hù)層之間。
電極全部是使用絲網(wǎng)印刷技術(shù)生產(chǎn)的。然而，以這種方式生產(chǎn)的電極可具有高串聯(lián)電阻。除此之外，當(dāng)采用該技術(shù)時(shí)，需要昂貴的裝置和設(shè)備用于生產(chǎn)并且成本降低受到限制。
根據(jù)專利US 5 759 291 A(Inchinose等)，一種半導(dǎo)體元件(晶片)是公知的，其具有借助于傳導(dǎo)性粘合劑而固定到元件表面的并聯(lián)金屬接觸或電流收集線(電極)，傳導(dǎo)性粒子被分散于所述粘合劑中。這些電極線并聯(lián)設(shè)置在沿所述元件的邊緣行進(jìn)的連接導(dǎo)體之間。對(duì)于這種類型的電極，半導(dǎo)體表面和線之間的歐姆接觸電阻是相對(duì)高的，這導(dǎo)致高能量損失和低效率，特別是在被集中的太陽(yáng)輻射下。而且，這種PV電池的生產(chǎn)相當(dāng)復(fù)雜。
根據(jù)專利US 5 084 107 A(Deguchi等)，類似的太陽(yáng)電池和太陽(yáng)電池陣列是公知的，其中金屬電極線借助于粘合劑材料而粘附到光電元件的表面。在所述粘合劑中，傳導(dǎo)性粒子被分散。同樣對(duì)于該電極結(jié)構(gòu)，生產(chǎn)成本以及線和元件表面之間的接觸電阻相當(dāng)高。
根據(jù)專利US 5 158 618 A(Rubin等)，一種電極結(jié)構(gòu)是公知的，其中接觸線按照使它們從聚合物塊部分地突出的方式被嵌入透明聚合物塊中。所述電極從一側(cè)或兩側(cè)接觸所述元件并被夾在諸如玻璃的透明保護(hù)層之間。由于電極線例如被配置為線圈，它們僅在線和PV元件表面之間點(diǎn)接觸。這樣，同樣在此情況下，PV電池的串聯(lián)電阻是相對(duì)高的。而且生產(chǎn)成本相對(duì)高，這是因?yàn)閷?duì)這種類型的太陽(yáng)電池和PV模塊的自動(dòng)生產(chǎn)是不可能的。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的目的是提供一種電極，其以低生產(chǎn)成本實(shí)現(xiàn)電極和傳導(dǎo)性表面之間，具體而言是電極和光電元件的表面或多個(gè)表面之間的較低接觸電阻。
本發(fā)明進(jìn)一步的目的是提供一種PV電池，其通過(guò)使用這樣的電極允許降低PV電池和PV模塊的組合串聯(lián)電阻和制造成本并提高其效率。
本發(fā)明通過(guò)提供一種電極而實(shí)現(xiàn)了這些目的，所述電極用于接觸電傳導(dǎo)性表面，具體而言用于接觸光電元件的至少一個(gè)表面，該電極包括電絕緣光學(xué)透明膜；粘合劑層，其被提供在所述膜的一個(gè)表面上；以及第一多個(gè)基本上平行的、電傳導(dǎo)性線，其被嵌入到粘合劑層，所述線的表面的一部分從粘合劑層突出并且至少在從粘合劑層突出的表面上覆蓋了由具有低熔點(diǎn)的合金構(gòu)成的敷層，其中所述第一多個(gè)線被電連接于第一終端棒。
優(yōu)選地，基本上相互平行的第二多個(gè)線被設(shè)置在透明膜和所述第一多個(gè)線之間，第一和第二多個(gè)線一起形成網(wǎng)格，并且所述第二多個(gè)線被電連接于第二終端棒。
在進(jìn)一步的優(yōu)選實(shí)施例中，第一和第二終端棒彼此電連接。
終端棒可被提供在所述線的相應(yīng)端。
在所述實(shí)施例中，終端棒優(yōu)選地在光電元件的輪廓之外被提供于第一線或第一和第二多個(gè)線的相對(duì)端，所述線待連接到所述元件的表面。
第一和第二終端棒優(yōu)選地被連接以形成一個(gè)角度。
在進(jìn)一步的優(yōu)選實(shí)施例中，終端棒被形成為U形框架，所述兩個(gè)多數(shù)之一的線被連接到基座，而另一個(gè)多數(shù)的線被連接到U的自由腿。
在實(shí)施例中，當(dāng)終端棒被提供在第一或第一和第二多個(gè)線的相對(duì)端時(shí)，終端棒優(yōu)選地在待連接的兩個(gè)相鄰光電元件的長(zhǎng)度上延伸并且臺(tái)階被提供于它們的中心，從而使多個(gè)終端棒可裝配在一起以形成一行，其中終端棒的一半被分別設(shè)置在相鄰終端棒下部的一半或上部的一半的以下或以上，其中在終端棒之間提供了絕緣膜。
此外，終端棒可被形成為封閉框架，所述框架的開(kāi)口區(qū)域(窗口)超過(guò)對(duì)應(yīng)光電元件的尺度。
進(jìn)一步的優(yōu)選實(shí)施例使終端棒形成為具有兩個(gè)相鄰窗口的雙框架，其開(kāi)口區(qū)域超過(guò)對(duì)應(yīng)光電元件的尺度。
該框架可包括兩個(gè)金屬框架，其之間提供有絕緣膜。
在進(jìn)一步的優(yōu)選實(shí)施例中，臺(tái)階被提供于雙框架的中心棒中以使多個(gè)框架可被裝配在一起以形成一行，其中雙框架的一半被分別設(shè)置在相鄰雙框架的下部的一半或上部的一半的以下或以上。
縫隙(slot)可被提供在雙框架的中心棒中，并且所述縫隙平行于所述臺(tái)階，從而使一旦完成PV模塊，可切割電極的橫貫線。
最后，金屬棒可橫跨在框架的至少一個(gè)窗口上而設(shè)置，所述棒被與對(duì)應(yīng)金屬框架整體連接。
本發(fā)明進(jìn)一步通過(guò)提供依照任何一個(gè)上述實(shí)施例的多個(gè)電極來(lái)實(shí)現(xiàn)以上目的，其中電極被形成為無(wú)端的連續(xù)條，其可被切割至一個(gè)長(zhǎng)度，該長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)于待連接以便于形成PV模塊的相鄰光電元件的陣列的長(zhǎng)度，其中在所述條的縱向方向上行進(jìn)的線以對(duì)應(yīng)于PV電池的距離的距離被切割。
優(yōu)選地，無(wú)端終端棒可沿透明膜的邊緣的至少一個(gè)被提供，其中再次優(yōu)選地，沿透明膜的每個(gè)邊緣設(shè)置梳狀終端棒，其齒分別從兩個(gè)相鄰光電元件之間的一側(cè)越過(guò)第一多個(gè)線的寬度，并且交替與對(duì)應(yīng)光電元件的上側(cè)和下側(cè)電接觸并與另一個(gè)表面隔離。
本發(fā)明進(jìn)一步通過(guò)提供包括依照任何一個(gè)前述實(shí)施例的至少一個(gè)電極或一個(gè)電極條的PV電池或PV模塊而實(shí)現(xiàn)以上目的，所述PV電池或PV模塊包括一個(gè)或多個(gè)光電電池，其具有至少一個(gè)其表面上的電傳導(dǎo)性、抗反射、光學(xué)透明敷層，第一多個(gè)線借助于合金而焊接到所述敷層上和相應(yīng)的終端棒或終端框架上。
當(dāng)?shù)谝缓偷诙鄠€(gè)線被設(shè)置成形成網(wǎng)格時(shí)，第一和第二多個(gè)線優(yōu)選地借助于合金在其交叉點(diǎn)結(jié)合在一起并且結(jié)合到相應(yīng)的終端棒或終端框架上。
依照本發(fā)明的電極提供了與待被接觸的表面的緊密和可靠的歐姆接觸，并且提供了PV電池或PV模塊的低8到10倍的組合串聯(lián)電阻的實(shí)現(xiàn)，這不僅提高了PV元件的效率而且允許它們?cè)?到10倍集中的太陽(yáng)輻射下工作。這具體涉及那些實(shí)施例，在其中第一和第二多個(gè)線被相對(duì)于彼此以網(wǎng)格形式被設(shè)置并且被連接到成角度或成矩形地形成的連接導(dǎo)體。同時(shí)，在生產(chǎn)期間，自動(dòng)程度和產(chǎn)出能力可基本上被增加。


以下通過(guò)附圖中說(shuō)明的實(shí)施例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。
圖1是在生產(chǎn)PV電池期間在加熱和/或加壓步驟之前的PV電池的示意等角局部視圖，
圖2是在生產(chǎn)PV電池期間在加熱和/或加壓步驟之后的PV電池的示意等角局部視圖，圖3是接觸線的網(wǎng)格的示意等角視圖，圖4是用于生產(chǎn)膜型粘合劑光學(xué)透明電極的裝置的示意等角視圖，圖5A是用圖4的裝置生產(chǎn)的電極的視圖，圖5B示出圖5A的橫截面A-A，圖5C是具有橫向于圖5A的線方向行進(jìn)的線的電極條的視圖，圖5D示出圖5C的橫截面A-A，圖6A示出具有線網(wǎng)格的電極條的視圖，圖6B示出圖6A的橫截面B-B，圖6C示出圖6A的橫截面A-A，圖7以示意等角分解圖示出在加熱和加壓之前的PV電池的基本元件，圖8是在加熱和加壓之前的PV電池的元件的第二實(shí)施例的示意等角分解圖，圖9A是PV電池的第三實(shí)施例的視圖，圖9B示出圖9A的光電元件的橫截面A-A，圖10A是以條形式設(shè)置的幾個(gè)PV電池的視圖，所述PV電池被并聯(lián)連接于彼此，圖10B示出圖10A的截面A-A，圖10C示出圖10A的截面B-B，圖11A是處于條形式并具有形成網(wǎng)格的電極的幾個(gè)PV電池的視圖，所述PV電池被并聯(lián)連接于彼此，圖11B示出圖11A的截面A-A，圖12A示出以條形式設(shè)置的PV電池陣列的進(jìn)一步實(shí)施例，其中PV電池被串聯(lián)連接，圖12B示出圖13A的截面A-A，圖13是具有以網(wǎng)格形式設(shè)置的電極線的電極條的進(jìn)一步實(shí)施例的視圖，其中PV電池亦被串聯(lián)連接于彼此，圖14A是分別具有用于形成一個(gè)PV電池的單電極部分的無(wú)端電極的視圖，圖14B示出圖12A的截面A-A，圖15A是以條形式串聯(lián)設(shè)置的PV電池陣列的視圖，圖15B示出圖15A的截面A-A，圖15C示出圖15A的截面B-B，圖16A示出以條形式串聯(lián)設(shè)置的幾個(gè)PV電池的進(jìn)一步實(shí)施例，圖16B示出圖16A的截面A-A，圖16C示出圖16A的截面B-B，圖17是具有串聯(lián)連接的PV電池的PV模塊的元件的示意分解圖，圖18示出類似于圖17中所示的PV模塊的進(jìn)一步實(shí)施例，并且圖19示出類似于圖17中所示的PV模塊的進(jìn)一步實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式
圖1示出半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)S，例如硅(n+n(或p)p+)，其上表面(總是關(guān)于圖中的描述)被覆蓋有抗反射、透明、電傳導(dǎo)性敷層4，如例如氧化銦錫(ITO)。元件S亦可由薄膜PV元件構(gòu)成。元件S的下表面被敷有金屬敷層(例如鋁)或可替換地敷有抗反射、透明、電傳導(dǎo)性敷層4。元件S和上部敷層4與金屬敷層(未示出)或第二下部ITO敷層4一起形成一個(gè)單元，以下被稱為晶片3。晶片3的兩個(gè)表面與金屬線1接觸，該金屬線被敷有由具有低熔點(diǎn)的合金構(gòu)成的敷層2。線1可被完全敷有合金敷層2或在面對(duì)待被接觸的表面的側(cè)或多側(cè)上僅被部分涂敷。在以下，經(jīng)涂敷的線被稱為第一多個(gè)線5’。它們與晶片3的表面或多個(gè)表面直接接觸。
圖2示出在加壓和加熱到高達(dá)120°之后的圖1的設(shè)置。合金敷層2的材料已略微軟化并濕化敷層4，并且與所述敷層和線5’處于歐姆接觸。相同情況涉及元件S的下側(cè)不被提供有抗反射、透明、電傳導(dǎo)性敷層4而是提供有金屬敷層的情況。線5’的距離不需要是均勻的，即平行的線5’可以以兩個(gè)或多個(gè)線5’的多數(shù)來(lái)設(shè)置而具有線和多個(gè)線之間的不同距離。
線的橫截面形式和尺寸被選擇成使通過(guò)線的電電流收集、線中的電流密度、PV電池的串聯(lián)電阻和線5’所遮蔽的晶片區(qū)域的尺寸最優(yōu)。如圖1和2中所示，不同的橫截面形式可被選擇用于線5’，例如圓形、矩形、三角形等。當(dāng)然，分別對(duì)于特定的PV電池或PV模塊的線5’，僅一個(gè)橫截面形式被選擇。
圖3示出第一多個(gè)線5’和第二多個(gè)線5”的線網(wǎng)格6，其中第一和第二多個(gè)線5’、5”通常相互垂直。線5”至少在面對(duì)線5’的表面上亦被覆蓋有合金敷層2。然而，如果第一多個(gè)線5’上的合金材料的量對(duì)于交叉點(diǎn)處兩個(gè)多數(shù)的線的安全機(jī)械和電連接是足夠的，則第二多個(gè)線5”上的合金敷層可被省略。至于線5”的距離和橫截面形式和面積的選擇，將應(yīng)用針對(duì)線5’的設(shè)置和尺寸相同的考慮。當(dāng)然，對(duì)于線5”，可選擇與線5’不同的橫截面形式和尺寸。
圖4示出用于生產(chǎn)膜型粘合劑光學(xué)透明電極的裝置的示意圖。一開(kāi)始，經(jīng)合金涂敷的線5’被纏繞在幾個(gè)滾輪(roll)7上，其數(shù)量等于PV電池的寬度除以第一多個(gè)平行行進(jìn)線5’之間的所需距離。例如，在PV電池的寬度為100mm且線之間的距離為4mm時(shí)，需要26個(gè)滾輪7。滾輪7被緊固在軸8上，使得有可能形成線5’的平行線，它們行進(jìn)通過(guò)框架9中的對(duì)應(yīng)開(kāi)口?？蚣?中的開(kāi)口之間的距離由平行線5’之間所要求的距離來(lái)確定。框架9中的開(kāi)口的尺寸和形式必須對(duì)應(yīng)于線5’的橫截面區(qū)域的尺寸和形式。
平行線5’被設(shè)置在聚合物膜10上，該膜從鼓12供應(yīng)。面對(duì)線5’的膜10的表面被敷有透明粘合劑11。其上放置線5’的膜10的總寬度超過(guò)一個(gè)或一個(gè)陣列的幾個(gè)晶片3的寬度，使得在膜10的每側(cè)上，1.5到2cm的區(qū)域仍沒(méi)有線5’(圖5A)。膜10由鼓12引導(dǎo)于可旋轉(zhuǎn)滾筒(roller)13的表面上并被鼓15牽引，其同時(shí)牽引線5’。線5’借助于設(shè)置在可旋轉(zhuǎn)滾筒13之上的另一個(gè)滾筒14而壓在膜10上。同時(shí)，膜10由滾筒13和14加熱，使得粘合劑11軟化，線5’浸入粘合劑11中并在冷卻之后保持被固定于膜10并嵌入在粘合劑11中。推薦聚合物膜的相對(duì)側(cè)應(yīng)由粘合劑材料打底以允許保護(hù)層之間的進(jìn)一步PV電池封裝。
圖5A和5B詳細(xì)示出該過(guò)程的結(jié)果，也就是透明電極16。沿聚合物膜10延伸的線5’被嵌入在粘合劑1 1中并被壓到膜10上。線5’的表面的一部分從粘合劑11的表面突出。在圖5B中，在左邊和右邊，線5’的其它可能橫截面形式被再次描述。
類似于圖4的生產(chǎn)裝置可被用于生產(chǎn)聚合物膜10，其具有橫向于膜10的初始方向而設(shè)置的嵌入的線5’(圖5C、5D)。聚合物膜10的寬度因此必須對(duì)應(yīng)于PV電池或PV模塊的所需長(zhǎng)度。在第一多個(gè)線5’被嵌入在膜10之后，它可被切成橫向于膜10的初始延伸的段。
線5’和/或5”的距離不需要是均勻的，即平行線5’和/或5”可以以兩個(gè)或多個(gè)線的組來(lái)設(shè)置，同時(shí)具有不同的每個(gè)組中的線之間的距離和這樣的組的數(shù)量。
圖6A示出電極16，其包括透明聚合物膜10以及第一和第二多個(gè)線5’和/或5”的線網(wǎng)格。僅有被更接近地放置于聚合物膜10放置的線5”浸入粘合劑11中(亦見(jiàn)圖6B和6C)。接觸到晶片3的表面或若干表面的上部線5’不浸入，至少不完全浸入粘合劑11中(在生產(chǎn)這種類型的電極16的過(guò)程中，滾輪7承載線網(wǎng)格6，而不使用框架9(圖4))。在此時(shí)，線5’、5”已可被焊接在一起。然而，通常這是在組裝電極16和晶片3時(shí)進(jìn)行的。
對(duì)于聚合物膜10，各種各樣的材料可被使用材料必須具有高延展性、好的絕緣特性、光學(xué)透明度和熱穩(wěn)定性，抗收縮性并具有好的粘合能力。這樣的材料的實(shí)例是cellophane、人造絲、醋酸纖維素、氟樹(shù)脂、聚砜、環(huán)氧樹(shù)脂和聚酰胺樹(shù)脂。待使用的適合材料亦是透明聚合物膜Mylar。待優(yōu)選使用的材料是基于含氟聚合物的那些；例如聚氟乙烯膜Tedlar和改性ETFE含氟聚合物樹(shù)脂Tefzel。這些材料不僅用在光電產(chǎn)業(yè)中，而且亦用于一般目的和用于層壓目的的電工產(chǎn)品。
具有從大約90-110℃的軟化溫度范圍并具有對(duì)預(yù)先打底的聚合物膜和晶片2的表面的好的粘合的各種各樣的材料適用于粘合劑11。優(yōu)選材料是丙烯酸粘合劑材料、橡膠粘合劑材料、硅粘合劑材料和聚乙烯醚粘合劑材料以及環(huán)氧粘合劑材料。待最優(yōu)選使用的材料是例如由HI-SHEETINDUSTRIES，LTD供給的乙烯-醋酸乙烯酯和由Dupont供給的那些68080聚甲基丙烯酸甲酯、68040甲基丙烯酸共聚物、68070甲基丙烯酸共聚物。
粘合劑層11必須足夠厚以提供對(duì)電極與晶片3的可靠連接。然而，粘合劑層的厚度不應(yīng)超過(guò)線5’的厚度，從而使線5’的部分從粘合劑11突出，該部分被敷有合金2并且不浸入粘合劑11中，其可在以后形成與晶片3的電傳導(dǎo)性表面的直接歐姆接觸(圖5A、5D、6B、6C)。
聚合物膜10必須足夠厚以使當(dāng)附著線5’、5”時(shí)在施加粘合劑11并且它在壓力和熱下被牽引時(shí)它足夠穩(wěn)定。同時(shí)，它應(yīng)當(dāng)盡可能薄以實(shí)現(xiàn)高彈性和透明度以便于光通過(guò)它。優(yōu)選地，聚合物膜11的厚度范圍在10和50μm之間。如前所述，優(yōu)選的是聚合物膜的相對(duì)側(cè)被用粘合劑材料打底。
在圖5和6中，示出了聚合物膜10具有粘合劑11和線5’(或具有線5’、5”的網(wǎng)格6)，其中合金敷層2從粘合劑11的表面突出，從而形成連續(xù)或無(wú)端的膜型光學(xué)透明粘合劑電極16。
本發(fā)明的電極16可適用于生產(chǎn)PV電池和PV模塊。因此，需要不同類型的金屬桿或棒和連接以從電極16收集電流并進(jìn)一步傳輸它。因此明智的是通過(guò)幾滴膠或通過(guò)短暫的局部加熱將金屬桿或棒附著于電極16，由此將金屬桿或棒結(jié)合或固定于電極16的粘合劑11。必須以以下方式設(shè)計(jì)金屬棒之間的距離和不同類型的連接使晶片3之間有足夠的空間，從而使當(dāng)在組裝晶片3和電極16期間它們?cè)诟哌_(dá)160℃加熱下熱膨脹時(shí)它們將不直接電接觸到構(gòu)造元件。
圖7示出在借助于加壓和加熱來(lái)組裝之前PV電池的展開(kāi)描述。電極16分別設(shè)置在晶片3以上和以下。在電極16的線5’的縱向延伸的橫向方向上，在晶片3的兩個(gè)相對(duì)側(cè)設(shè)置了第一終端棒20和第二終端棒22，其分別在其上側(cè)和下側(cè)被提供有由具有低熔點(diǎn)的電傳導(dǎo)性合金構(gòu)成的敷層21。上部電極16的線5’從晶片3的右邊界一直延伸到第二終端棒22的左邊緣。相反，下部電極16的線5’從晶片3的右邊緣延伸到第一終端棒20的右邊緣。在加熱和加壓之后，上部電極16的線5’處于與左邊的第二終端棒22的歐姆接觸，而下部電極16的線5’處于與終端棒20的下側(cè)和晶片3的下側(cè)的歐姆接觸。
具有低熔點(diǎn)的電傳導(dǎo)性合金2、21可通過(guò)普通焊料或在不同金屬，如Ag、Bi、Cd、Ga、In、Pb、Sn、Ti等的基礎(chǔ)上專門開(kāi)發(fā)的那些來(lái)表示。亦有可能使用由具有金屬和合金粒子的有機(jī)粘合劑組成的導(dǎo)電材料組成。
圖8示出類似結(jié)構(gòu)，但具有成角度形成的終端棒20、22和具有以網(wǎng)格6的形式設(shè)置的線5’、5”的電極16。在加壓和加熱之后，下部電極16的網(wǎng)格6處于與右邊的第一成角度形成的終端棒20和晶片3的下側(cè)的歐姆接觸，而上部電極16的網(wǎng)格6處于與第二成角度形成的終端棒22和晶片3的上側(cè)的歐姆接觸。
圖9A和9B示出PV電池，其中終端棒以三層層壓框架17的形式配置，在該框架的窗口中容納了對(duì)應(yīng)的晶片3。線5’在框架17的兩個(gè)相對(duì)側(cè)之間行進(jìn)，作為加熱和加壓的結(jié)果，它們被焊接到所述側(cè)上。
如在圖9B中更詳細(xì)描述的，框架17包括兩個(gè)金屬框架18，其間設(shè)置了優(yōu)選為雙側(cè)的粘合劑絕緣膜19。分別在兩個(gè)框架18的外側(cè)，傳導(dǎo)性合金敷層21被應(yīng)用。當(dāng)線5’上的材料量對(duì)于框架17和線5’之間的可靠歐姆接觸足夠時(shí)，該敷層可被省略。在此情況下，推薦涂錫于框架17。
該實(shí)施例亦適合于與網(wǎng)格形式的電極16一起使用，其中第二多個(gè)線5”(未示出)與第一多個(gè)線5’垂直并且處于與圖9中所述的框架17的對(duì)應(yīng)側(cè)的歐姆接觸。
以下實(shí)施例說(shuō)明借助于以無(wú)端條形式生產(chǎn)的本發(fā)明的電極16，PV電池陣列如何串聯(lián)和彼此并聯(lián)連接以構(gòu)成PV模塊。
圖10A、10B和10C示出無(wú)端電極16，該電極具有梳狀終端棒23，其在線5’外部的縱向棒24，在無(wú)端電極16的縱向延伸的方向上與它們平行。縱向棒24與橫向行進(jìn)的橫向棒25(梳子的“齒”)整體連接，它們分別從一個(gè)或另一個(gè)方向突出到晶片3之間的空間中。
如圖10B中所示，(圖10A的橫截面A-A)，左橫向棒25的上表面被提供有絕緣膜19，而在下表面應(yīng)用了由電傳導(dǎo)性合金構(gòu)成的敷層21。對(duì)于右橫向棒25，絕緣膜19被淀積在下表面上并且由傳導(dǎo)性合金構(gòu)成的敷層21被淀積在上表面上。
圖10C示出圖10A的橫截面B-B。
在被示出于圖10A、10B和10C的實(shí)施例中，以那種方式設(shè)置的PV電池彼此并聯(lián)連接，這是因?yàn)橄鄳?yīng)的左橫向棒25被電連接到晶片3的下側(cè)而相應(yīng)的右橫向棒25被與位于其右側(cè)上的晶片3的上側(cè)電連接。
圖11A和11B示出這樣的實(shí)施例，其中類似于圖9A和9B的PV電池并聯(lián)連接以三層框架17的形式配置，該框架從串聯(lián)設(shè)置的金屬框架18的無(wú)端陣列和設(shè)置在這些框架18之間的絕緣聚合物膜19層壓。在框架18的外側(cè)，在低溫下熔化的傳導(dǎo)性敷層21被淀積。該敷層21處于與電極16的線5’和5”的歐姆接觸。
在該實(shí)施例中，晶片3被放置在框架17的“窗口”內(nèi)并且PV電池借助于上部和下部電極16而彼此并聯(lián)連接。
圖12A和12B示出幾個(gè)PV電池的串聯(lián)連接。在與具有周期性中斷的線5’的電極16的縱向延伸的橫向方向上行進(jìn)的終端棒25分別在其上側(cè)和下側(cè)上被提供有敷層21。因此，上部電極16的線5’提供終端棒25的上側(cè)和設(shè)置在其右側(cè)上的晶片3的上側(cè)之間的歐姆接觸，而下部電極16的線5’提供每個(gè)終端棒25的下側(cè)和設(shè)置在其左側(cè)上的晶片3的下側(cè)之間的歐姆接觸。
圖13示出無(wú)端電極16，其中PV電池的串聯(lián)連接借助于U形金屬終端棒26來(lái)實(shí)現(xiàn)。在縱向方向上行進(jìn)的終端棒的棒24與線5”歐姆接觸，并且在與電極16的橫向方向上行進(jìn)的其橫向棒25與線5’歐姆接觸。晶片3被放置在U形金屬終端棒26的空間內(nèi)和上部和下部電極16之間。
晶片3與線5’的連接類似于圖12B中所示。
圖14A和14B示出如可被用于如圖12A和12B中所述的PV電池串聯(lián)連接并類似地用于圖13的設(shè)置的電極16。線5’的每個(gè)都被穿孔29中斷，其分別包括僅一個(gè)線5’或幾個(gè)線5’。當(dāng)然，當(dāng)穿孔29僅中斷一個(gè)線5’時(shí)，與幾個(gè)相鄰線被穿孔的情況相比，電極16的堅(jiān)固性仍較好。在后者的情況下，推薦將一條透明粘合劑聚合物膜(未示出)在與電極16的縱向延伸的橫向方向上應(yīng)用于電極16的打孔部分上。
類似地，在圖13的實(shí)施例中，在縱向方向上行進(jìn)的終端棒24亦可與線5’一起被中斷。這樣，分別在晶片3的上側(cè)和下側(cè)，可使用相同的電極16，其相對(duì)于彼此僅偏移一個(gè)寬度，該寬度是橫向棒25和接下來(lái)的晶片3的邊緣之間的距離的寬度。
用于帶走電能的基本上不同構(gòu)造的連接參照?qǐng)D15到19來(lái)描述，依照?qǐng)D15設(shè)置的基本元件是層壓的三層雙框架27，其包括兩個(gè)金屬框架(優(yōu)選為銅箔)28和在這些框架之間提供的絕緣膜19。在雙框架27的中心棒中并且與其平行，提供了臺(tái)階。所述臺(tái)階的高度對(duì)應(yīng)于金屬箔的厚度，即大約0.2到0.3mm(圖15A、15B和15C)。如從圖15B看到的，金屬框架28被疊放在相對(duì)于彼此而偏移的位置中，即金屬框架28的左上部被設(shè)置在左相鄰框架28的右下部。在相鄰雙框架27的兩個(gè)疊放的金屬框架28之間提供的絕緣膜19在其端處在向上或向下的方向上彎曲并且一直延伸到框架27構(gòu)造的表面。晶片3被放置在框架27的“窗口”內(nèi)。上部和下部打孔電極16的線5’處于與晶片3的表面以及每個(gè)框架窗口的相應(yīng)左和右棒的歐姆接觸。線5”被與線5’和框架的相應(yīng)上和下棒電連接。如果有必要，與線5’接觸的金屬框架28的表面被敷有具有低熔點(diǎn)的合金敷層21或者僅被涂錫。
這樣，有可能串聯(lián)互連任何數(shù)量的PV電池的陣列。
圖16A、16B和16C示出類似但基本上簡(jiǎn)化的構(gòu)造，其中非打孔電極16對(duì)應(yīng)于圖5C和5D中所示。在此情況下，使用具有臺(tái)階的縱向棒32。這些縱向棒32象如圖15B和15C中所述的框架28那樣被排列。
圖17以表示整個(gè)陣列的展開(kāi)描述示出兩個(gè)疊放的金屬框架28，其具有中部的臺(tái)階并且被設(shè)置在相對(duì)于彼此而偏移的位置中。該設(shè)置的特殊特點(diǎn)在于橫向棒31橫跨在相應(yīng)的右下窗口上，所述棒31與金屬框架28整體連接。在該實(shí)施例中，棒31接管本發(fā)明的下部電極16的線5’的功能，即在完成的PV電池中，它們處于與位于它們以上的晶片3的相應(yīng)下表面的歐姆接觸。
為了完成串聯(lián)連接PV電池的無(wú)端陣列，在其末端提供了簡(jiǎn)單框架30，其中在陣列左端提供的簡(jiǎn)單框架30亦被提供有棒31。
該構(gòu)造通過(guò)具有電極網(wǎng)格6的上部電極16來(lái)完成，其線5’被打孔，并且在加熱和加壓之后與晶片3的上表面以及框架28和30連接。下部電極16具有在縱向方向上行進(jìn)的穿孔線5”部分或線5”區(qū)(field)，所述線部分或線區(qū)在所完成的PV電池中與棒31和框架30連接。在此，它們接管線5”的功能，即僅與晶片3的下表面間接連接的線的功能。
圖18示出類似于圖17的實(shí)施例，其差別在于不是下部電極16而是被施加了粘合劑11的透明聚合物膜10被提供。
最后，在圖19中，類似于圖17和18的實(shí)施例被示出。上部電極16具有不中斷的網(wǎng)格6。為了使電極6的線5’可在完成PV電池的串聯(lián)連接之后被打孔，在框架28的左棒和中心棒中以及上部和下部框架30的左棒和右棒中提供了縫隙33。該縫隙33平行于臺(tái)階。這些縫隙33允許上部電極16的線5’在組裝PV模塊之后被整個(gè)切割。縫隙33的寬度以以下方式考慮在打孔之后線5’保持永久中斷并且彼此隔離。
權(quán)利要求
1.一種電極，用于接觸電傳導(dǎo)性表面，具體而言用于接觸光電元件(晶片3)的至少一個(gè)表面，該電極包括電絕緣光學(xué)透明膜(10)；粘合劑層(11)，其被提供在所述膜(10)的一個(gè)表面上；以及第一多個(gè)基本上平行的、電傳導(dǎo)性線(5’)，其被嵌入到粘合劑層(11)中，所述線(5’)的表面的一部分從粘合劑層(11)突出并且至少在從粘合劑層(11)突出的表面上覆蓋了由具有低熔點(diǎn)的合金構(gòu)成的敷層(2)，其中所述第一多個(gè)線(5’)被電連接于第一終端棒(20)。
2.權(quán)利要求1的電極，其中基本上相互平行的第二多個(gè)線(5”)被設(shè)置在透明膜(10)和所述第一多個(gè)線(5’)之間，第一和第二多個(gè)線(5’、5”)一起形成網(wǎng)格(6)，并且所述第二多個(gè)線(5”)被電連接于第二終端棒(22)。
3.權(quán)利要求2的電極，其中第一和第二終端棒(20、22)彼此電連接。
4.任何一個(gè)前述權(quán)利要求的電極，其中終端棒(20、22)被提供在所述線(5’、5”)的相應(yīng)端。
5.權(quán)利要求4的電極，其中終端棒(20、22)在光電元件(晶片3)的輪廓之外被提供于第一線或第一和第二多個(gè)線(5’、5”)的相對(duì)端，所述線(5’、5”)待連接到所述元件的表面。
6.權(quán)利要求1到5的任何一個(gè)的電極，其中第一和第二終端棒(20、22)被連接以形成一個(gè)角度(圖8)。
7.權(quán)利要求1到5的任何一個(gè)的電極，其中終端棒(20、22)被形成為U形框架，所述兩個(gè)多個(gè)線之一的線(5’)被連接到基座，而另一多個(gè)線(5”)被連接到U的自由腿(圖13)。
8.權(quán)利要求5的電極，特征在于終端棒(32)在待連接的兩個(gè)相鄰光電元件(3)的長(zhǎng)度上延伸并且在它們的中心提供有臺(tái)階，使得多個(gè)終端棒(32)可裝配在一起形成一行，其中終端棒(32)的一半被相應(yīng)地設(shè)置在相鄰終端棒(32)下部一半或上部一半的以下或以上，其中在終端棒(32)之間提供了絕緣膜(19)(圖16)。
9.權(quán)利要求5的電極，其中終端棒被形成為封閉框架(17)，所述框架(17)的開(kāi)口區(qū)域(窗口)超過(guò)對(duì)應(yīng)光電元件(3)的尺度(圖9)。
10.權(quán)利要求5的電極使終端棒形成為具有兩個(gè)相鄰窗口的雙框架(17)，其開(kāi)口區(qū)域超過(guò)對(duì)應(yīng)光電元件(3)的尺度。
11.權(quán)利要求9或10的電極，其中框架(17)包括兩個(gè)金屬框架(18)，其之間提供有絕緣膜(19)。
12.權(quán)利要求10或11的電極，其中臺(tái)階被提供于雙框架(17)的中心棒中，以使多個(gè)框架(17)能夠被裝配在一起形成一行，其中雙框架(17)的一半被相應(yīng)地設(shè)置在相鄰雙框架(17)的下部一半或上部一半的以下或以上。
13.權(quán)利要求11或12的電極，其中在雙框架(28)的中心棒中提供有縫隙(33)，所述縫隙平行于所述臺(tái)階，從而使得一旦完成PV模塊，就可切割電極(16)的橫貫線(5’)。
14.權(quán)利要求9到13的任何一個(gè)的電極，其中金屬棒(31)橫跨在框架的至少一個(gè)窗口上，所述棒(31)被與對(duì)應(yīng)金屬框架(18)整體連接。
15.任何一個(gè)前述權(quán)利要求的多個(gè)電極，其中電極被形成為無(wú)端的連續(xù)條，其可被切割為一個(gè)長(zhǎng)度，該長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)于待連接以便于形成PV模塊的相鄰光電元件(3)的陣列的長(zhǎng)度，其中在所述條的縱向方向上行進(jìn)的線(5’)以對(duì)應(yīng)于PV電池的距離的距離被切割(圖14)。
16.權(quán)利要求15的電極條，其中無(wú)端終端棒(22)沿透明膜(10)的邊緣的至少一個(gè)被提供。
17.權(quán)利要求16的電極條，其中沿透明膜(10)的每個(gè)邊緣設(shè)置梳狀終端棒(23)，其齒(25)分別從兩個(gè)相鄰光電元件(3)之間的一側(cè)越過(guò)第一多個(gè)線(5’)的寬度，并且交替與對(duì)應(yīng)光電元件(3)的上側(cè)和下側(cè)電接觸并與另一個(gè)表面隔離。
18.一種PV電池或PV模塊，其包括依照任何一個(gè)前述權(quán)利要求的至少一個(gè)電極(16)或一個(gè)電極條(16)，所述PV電池或PV模塊包括一個(gè)或多個(gè)光電電池(3)，其具有至少一個(gè)其表面上的電傳導(dǎo)性、抗反射、光學(xué)透明敷層(4)，第一多個(gè)線(5’)借助于合金(2)而焊接到所述敷層(4)上和相應(yīng)的終端棒(20)或終端框架(17)上。
19.權(quán)利要求18的PV電池或PV模塊，包括權(quán)利要求2的電極(16)，其中第一和第二多個(gè)線(5’、5”)借助于合金(2)在其交叉點(diǎn)結(jié)合在一起并且結(jié)合到相應(yīng)的終端棒或終端框架上。
全文摘要
描述了一種電極，用于接觸電傳導(dǎo)性表面，具體而言用于接觸光電元件晶片3的至少一個(gè)表面，該電極包括電絕緣光學(xué)透明膜10；粘合劑層11，其被提供在所述膜10的一個(gè)表面上；以及第一多個(gè)基本上平行的、電傳導(dǎo)性線5’，其被嵌入到粘合劑層11，所述線5’的表面的一部分從粘合劑層11突出并且至少在從粘合劑層11突出的表面上覆蓋了由具有低熔點(diǎn)的合金構(gòu)成的敷層2，其中所述第一多個(gè)線5’被電連接于第一終端棒20。多個(gè)所述電極可被形成為無(wú)端的連續(xù)條，其可被切割至一個(gè)長(zhǎng)度，該長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)于待連接以便于形成PV模塊的相鄰光電元件3的陣列的長(zhǎng)度，其中在所述條的縱向方向上行進(jìn)的線5’以對(duì)應(yīng)于PV電池的距離的距離被切割。包括如上所述的至少一個(gè)電極16或一個(gè)電極條16的PV電池或PV模塊可包括一個(gè)或多個(gè)光電電池3，其具有至少一個(gè)其表面上的電傳導(dǎo)性、抗反射、光學(xué)透明敷層4，第一多個(gè)線5’借助于合金2而焊接到所述敷層4上和相應(yīng)的終端棒20或終端框架17上。
文檔編號(hào)H01L31/0224GK1679174SQ03820175
公開(kāi)日2005年10月5日 申請(qǐng)日期2003年8月21日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月29日
發(fā)明者利奧尼德·B·魯賓, 喬治·L·魯賓 申請(qǐng)人:達(dá)伊4能量有限公司