專利名稱：具有絕緣通孔的高效太陽能電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光電子裝置，更具體而言，涉及例如太陽能電池的光 電子裝置的制造。
背景技術(shù)：
光電子裝置能夠?qū)⑤椛淠苻D(zhuǎn)換成電能，或反過來。這些裝置通常 包括夾在兩個(gè)電極之間的活性層，這兩個(gè)電極有時(shí)候被稱為前電極和 后電極，其中至少一個(gè)電極通常是透明的。該活性層通常包括一種或
多種半導(dǎo)體材料。在發(fā)光裝置例如發(fā)光二極管(LED)中，施加到兩個(gè) 電極之間的電壓會(huì)導(dǎo)致電流流過該活性層。該電流導(dǎo)致該活性層發(fā) 光。在光致電壓裝置例如太陽能電池中，該活性層從光吸收能量，然 后將該能量轉(zhuǎn)換成電能，該電能表現(xiàn)為兩個(gè)電極之間的電壓和/或電 流。大規(guī)模這樣的太陽能電池的陣列具有取代依靠礦物燃料的燃燒的 傳統(tǒng)發(fā)電廠的潛力。然而，為了讓太陽能電池成為對(duì)傳統(tǒng)發(fā)電的具有 成本效率的取代方式，每瓦特發(fā)電量的成本必須比當(dāng)前電網(wǎng)費(fèi)用有竟 爭力。當(dāng)前來看，要實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)還存在大量技術(shù)挑戰(zhàn)。
大多數(shù)傳統(tǒng)太陽能電池依靠硅基半導(dǎo)體。在典型的硅基太陽能電 池中，在p型硅層上沉積n型硅層(有時(shí)候被稱為發(fā)射極層)。鄰近p 型層和n型層之間的結(jié)吸收的輻射產(chǎn)生電子和空穴。電子被接觸n型 層的電極收集，而空穴被接觸p型層的電極收集。由于光線必須到達(dá) 該結(jié)，所以至少一個(gè)電極必須至少部分透明。許多當(dāng)前的太陽能電池 設(shè)計(jì)采用例如氧化銦錫(ITO)的透明導(dǎo)電氧化物(TCO)作為透明電極。
與現(xiàn)有太陽能制造技術(shù)中的另一個(gè)問題是，單個(gè)光電子裝置僅能 夠產(chǎn)生比較小的電壓。因此，通常需要將若干個(gè)裝置串聯(lián)電連接以獲 得較高電壓，從而可以利用與高壓、低電流操作(例如，利用比較高的電壓經(jīng)電路的功率傳輸，它減小在利用比較高的電流經(jīng)電路進(jìn)行功率 傳輸期間會(huì)發(fā)生的電阻性損耗)相關(guān)聯(lián)的有效性。
之前已經(jīng)開發(fā)出若干種設(shè)計(jì)來將太陽能電池互連成模塊。例如，
早期光致電壓模塊制造者試圖釆用"疊瓦式排列(shingline)，，方案來互 連太陽能電池，其中一個(gè)電池的底部放置在下一個(gè)電池的頂緣，這類 似于在房頂上擺放瓦。不幸的是，焊料和硅晶片材料不兼容。硅和焊 料之間不同的熱膨脹系數(shù)和晶片的剛度導(dǎo)致焊料接點(diǎn)隨溫度循環(huán)而 過早損壞。
串聯(lián)互連光電子裝置的另一個(gè)問題源自與透明電極中采用的 TCO關(guān)聯(lián)的高電阻率。該高電阻率限制了串聯(lián)連接的單個(gè)電池的尺 寸。為了承栽從一個(gè)電池到下一個(gè)電池的電流，透明電極通常會(huì)增補(bǔ) 形成在TCO層上的總線和指狀件(finger)的導(dǎo)電格柵(grid)。然而，該 指狀件和總線產(chǎn)生遮蔽，從而減小電池的總體效率。為了減小因電阻 和遮蔽導(dǎo)致的效率損耗，電池必須相對(duì)小。因此，必須將大量小電池 連接在一起，這需要在電池之間設(shè)置大量互連和更大空間。制造大量 小電池的陣列相對(duì)較難且昂貴。而且，利用撓性太陽能模塊，疊瓦式 排列也不可取，因?yàn)榇罅客叩幕ミB相對(duì)較復(fù)雜、耗時(shí)且耗勞力，因此 在模塊安裝過程中會(huì)增加成本。
為了克服該缺陷，已利用電隔離導(dǎo)電接觸件開發(fā)光電子裝置，其 中該電隔離導(dǎo)電接觸件按照以下線路經(jīng)過電池從透明"前，，電極、經(jīng) 活性層和"后"電極、到位于后電極下面的電隔離電極。美國專利 3，903，427公開了 一種在硅基太陽能電池中使用這種接觸件的示例。雖 然該技術(shù)沒有減小電阻性損耗以及能夠改進(jìn)太陽能電池裝置的總體 效率，但是硅基太陽能電池的成本依然偏高，這是因?yàn)樵谥圃祀姵貢r(shí)
采用真空處理技術(shù)，以及采用厚的單晶體硅晶片的成本偏高。
這導(dǎo)致太陽能電池研究者和制造者開發(fā)不同類型的太陽能電池， 以使得和傳統(tǒng)的硅基太陽能電池相比，可以以更加低廉的成本和更大 的規(guī)模制造太陽能電池。這種太陽能電池的示例包括具有包括硅(例 如，用于無定形、微晶體或多晶體硅電池)、有機(jī)低聚物或聚合物(用于有機(jī)太陽能電池)、雙分子層或穿插層(interpenetrating)或無機(jī)和有 機(jī)材料(用于混合有機(jī)/無機(jī)太陽能電池)、液體或凝膠基電解質(zhì)中的染 色敏化氧化鈦納米顆粒(用于Graetzel電池)、銅銦鎵硒(用于CIG太 陽能電池)的活性吸收劑層的電池；其活性層包括CdSe、 CdTe及上 述的組合物的電池，其中活性材料以包括但是不限于下述形式的若干 形式的任一形式存在塊體(bulk)材料、微顆粒、納米顆粒或量子點(diǎn)。 許多這些類型的電池能夠構(gòu)造在撓性基底(例如，不銹鋼箔片)上。雖 然能夠在非真空環(huán)境中制造這些類型的活性層，但是電池內(nèi)和電池間 電連接通常需要真空沉積一個(gè)或多個(gè)金屬導(dǎo)電層。
例如，圖1A示出現(xiàn)有技術(shù)太陽能電池陣列1的一部分。該陣列 1構(gòu)造在撓性絕緣基底2上。穿過基底2形成串聯(lián)互連孔4，以及例 如通過賊射工藝，在基底的前表面和孔的側(cè)壁上沉積底部電極層6。 然后在選定位置穿過底部電極和基底形成集電孔8，接著在底部電極 6的上方以及串聯(lián)互連孔4和集電孔8的側(cè)壁沉積一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體 層10。然后利用覆蓋串聯(lián)互連孔4的遮蔽掩模沉積透明導(dǎo)體層12。 然后在基底2的后側(cè)上沉積第二金屬層14，從而經(jīng)集電孔與透明導(dǎo)體 層12電接觸，并經(jīng)串聯(lián)互連孔在電池之間提供串聯(lián)互連。在該前側(cè) 和后側(cè)上的激光劃片16、 18將整體裝置分離成各個(gè)電池。
圖1B示出另一種現(xiàn)有技術(shù)陣列20，它是陣列1的變型。陣列 20也構(gòu)造在撓性絕緣基底22上。穿過基底22形成串聯(lián)互連孔24, 以及例如通過濺射工藝，在基底22的前后表面和孔24的側(cè)壁上沉積 底部電極層26。然后在選定位置穿過底部電極和基底形成集電孔28， 接著在前側(cè)的底部電極26的上方以及串聯(lián)互連孔24和集電孔28和 側(cè)壁的上沉積一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體層30和透明導(dǎo)電層32。然后利用覆 蓋除集電孔28之外的其它所有部分的遮蔽掩模，在基底22的后側(cè)上 沉積第二金屬層34，從而與透明導(dǎo)體層32電接觸。在該前側(cè)和后側(cè) 上的激光劃片36、 38將整體裝置分離成各個(gè)電池。
如圖1A-1B所示制造太陽能電池陣列具有兩個(gè)重大缺陷。首 先，通過濺射工藝沉積金屬層，而濺射工藝屬于真空技術(shù)。在大規(guī)模滾動(dòng)式(roll-to-roll)制造環(huán)境下，實(shí)施真空技術(shù)相對(duì)較慢、困難且昂貴。 第二，制造過程產(chǎn)生整體陣列，并且不可能為了產(chǎn)量(yield)對(duì)各個(gè)電 池進(jìn)行分類。這意味著，僅僅很少的壞電池能夠損壞該陣列，因此增 加成本。此外，制造過程對(duì)于孔的形態(tài)和尺寸非常敏感。由于從前到 后的導(dǎo)電沿孔的側(cè)壁進(jìn)行，即使將孔做大也不能增加足夠的導(dǎo)電率。 因此，存在窄的瓶頸(process window),它能夠增加制造成本并減小 有用裝置的產(chǎn)量。而且，雖然對(duì)于無定形硅半導(dǎo)體層采用真空沉積符 合實(shí)際，但是對(duì)于基于例如銅、銦、鎵和硒或硫的組合物的高效太陽 能電池(有時(shí)候也稱為"CIGS電池，，)而言是不符合實(shí)際的。為了沉積 CIGS層，必須按照精確控制的比率來沉積三種或四種元素。這就極 難利用真空沉積過程來實(shí)現(xiàn)。
因此，在本領(lǐng)域中需要一種克服上述缺陷的光電子裝置結(jié)構(gòu)以及 用于制造這種電池的對(duì)應(yīng)方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施例解決了至少部分上述缺陷。本發(fā)明使用一種經(jīng)改 進(jìn)的克服已知裝置缺點(diǎn)的結(jié)構(gòu)，從而在光致電壓裝置中形成的通孔中 使用絕緣材料。通過本發(fā)明的不同實(shí)施例，至少這些以及此處所描述 的其他目的的一部分將被實(shí)現(xiàn)。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，該裝置包括一個(gè)帶高效后電極配置的 太陽能電池，其中該太陽能電池包括至少一個(gè)透明導(dǎo)體、 一個(gè)光致 電壓層、至少一個(gè)底部電極和至少一個(gè)后電極。該裝置可包括多個(gè)安 裝在太陽能電池中的透明導(dǎo)體上之導(dǎo)電指狀件。該裝置可包括多個(gè)連 接至導(dǎo)電指狀件的填充通孔，其中該通孔穿過至少一個(gè)透明導(dǎo)體、一 個(gè)光致電壓層和至少一個(gè)底部電極，其中該通孔有一個(gè)將電荷從透明 導(dǎo)體傳導(dǎo)至后電極的傳導(dǎo)核心。通孔絕緣層可把每個(gè)通孔中的傳導(dǎo)核 心與底部電極分開，其中通過噴霧涂布通孔而形成該絕緣層。
應(yīng)了解，后導(dǎo)體可與底部電極電氣絕緣，并通過填充通孔而被連 接，這些通孔彼此間隔足夠近，從而降低了上部電極的導(dǎo)電率要求，且不再需要以遮蔽母線的面積。視需要，可通過噴霧涂布通孔而形成
該絕緣層。該絕緣層厚度可在大約20至大約100微米之間。通過非 限制性示例，該絕緣層可由至少一種以下材料制成乙烯基醋酸乙烯 脂(EVA)、聚乙烯醇(PVOH)、聚醋酸乙烯酯(PVA)、聚乙烯吡咯烷 酮(PVP)和/或一種Tg低于大約150°C的熱塑性聚合體。視需要，也 可使用其他電絕緣材料。光致電壓層可由形成P-N結(jié)的至少兩個(gè)離散 層構(gòu)成，其中至少一個(gè)層包括基于CIS的材料。每個(gè)填充通孔各自直 徑大體上為大約1mm或更小。該絕緣層可覆蓋通孔的側(cè)壁以及每個(gè) 通孔周圍透明導(dǎo)體的一部分，其中該部分位于從通孔邊緣起大約2倍 通孔直徑的范圍內(nèi)。
在本發(fā)明的另 一個(gè)實(shí)施例中，提供了 一種形成一個(gè)帶高效后電極 配置的太陽能電池的方法，其中該太陽能電池包括至少一個(gè)透明導(dǎo) 體、 一個(gè)光致電壓層和至少一個(gè)底部電極?？尚纬啥鄠€(gè)穿過該透明導(dǎo) 體、 一個(gè)光致電壓層和底部電極的通孔。可涂布通孔以在每個(gè)孔中的 側(cè)壁上形成絕緣層。該方法可包括用一個(gè)傳導(dǎo)核心填充每個(gè)通孔，該 核心與透明導(dǎo)體電氣相連，并通過通孔中的絕緣層而與底部電極電氣 絕緣?？稍O(shè)有一個(gè)后電極，并與實(shí)質(zhì)上每個(gè)通孔中的傳導(dǎo)核心相連。
應(yīng)了解，該涂布步驟可包括使用一個(gè)源，以從太陽能電池的下面 噴涂絕緣材料，從而基本上完全避免在透明導(dǎo)體上覆蓋有絕緣材料。 涂布也可包括從太陽能電池的下面噴涂絕緣材料，以便不用蒙上透明 導(dǎo)體即可將沉積在透明導(dǎo)體上的材料減至最少。涂布也可包括從太陽 能電池的上面噴涂絕緣材料，并蒙上透明導(dǎo)體以將沉積在透明導(dǎo)體上 的材料減至最少。視需要，該涂布步驟可包括噴涂足夠數(shù)量的絕緣材 料以覆蓋通孔壁，而不完全填滿通孔。涂布也可包括噴涂足夠數(shù)量的 絕緣材料以覆蓋通孔壁，并覆蓋底部電極的底面以形成一個(gè)底部絕緣 層。涂布也可包括通過在通孔中應(yīng)用噴霧劑而形成一個(gè)絕緣層。
在本發(fā)明的另 一個(gè)實(shí)施例中，涂布包括通過應(yīng)用 一種絕緣噴霧劑 而形成一個(gè)絕緣層，該絕緣噴霧劑由一種純電介性質(zhì)的成分和一種膠 粘組分組成。涂布可包括在太陽能電池一側(cè)的幾乎完全一致的涂層上使用氣體沖擊，以將絕緣材料引入每個(gè)通孔中。涂布也可包括在噴涂 通孔之后使用氣體沖擊以清除被絕緣材料堵塞的任何通孔。涂布可包 括通過在太陽能電池的一側(cè)印刷上一層幾乎完全一致的絕緣材料，并 使用氣體沖擊將該絕緣材料引入每個(gè)通孔中，且在對(duì)應(yīng)于每個(gè)通孔的 一致絕緣層中產(chǎn)生開口，從而在每個(gè)通孔中形成絕緣層。該方法也可 包括使用沖孔裝置穿刺通過至少一個(gè)透明導(dǎo)體、 一個(gè)光致電壓層和至 少一個(gè)底部電極從而形成多個(gè)通孔。而且，該方法可包括在太陽能電 池中的透明導(dǎo)體上形成多個(gè)導(dǎo)電指狀件。涂布也可包括通過在太陽能 電池的一側(cè)印刷上一層幾乎完全一致的絕緣材料，并在太陽能電池的 另一側(cè)使用抽吸將一致涂層的絕緣材料拉入每個(gè)通孔中，且在對(duì)應(yīng)于 每個(gè)通孔的一致絕緣層中產(chǎn)生開口 ，從而在每個(gè)通孔中形成絕緣層。
通過參考說明書的其余部分和附圖，將會(huì)進(jìn)一步理解本發(fā)明的性 質(zhì)和優(yōu)點(diǎn)。


圖1A是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的太陽能電池陣列的一部分的截面示意
圖1B是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的替換太陽能電池陣列的一部分的截面示
意圖2A是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的光電子裝置的陣列的一部分的垂
直截面示意圖。
圖2B是圖1A的陣列的平面示意圖。
圖2C-2E是用于圖解圖2A-2B所示類型的光電子裝置的替換 軌跡圖形的平面示意圖。
圖3是用于說明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的光電子裝置陣列的制造 過程的一系列示意圖。
圖4是用于說明根據(jù)本發(fā)明的替換實(shí)施例的光電子裝置陣列的 制造過程的分解示意圖。
圖5A是用于說明根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)替換實(shí)施例的光電子裝置陣列的制造過程的分解示意圖。
圖5B是示出圖5A的陣列的一部分的截面示意圖。 圖6A-6I是用于說明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電接觸件的形成過 程的截面示意圖。
圖7-9顯示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的不同軌跡圖形。 圖10顯示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的形成通孔的裝置。 圖11A-11D顯示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例形成絕緣層的一種方法。 圖12A-12C顯示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例形成絕緣層的一種方法。 圖13A-13C顯示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例形成絕緣層的一種方法。 圖14A-14C顯示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例形成絕緣層的一種方法。 圖15A-15C顯示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例形成絕緣層的一種方法。 圖16A-16B顯示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例形成絕緣層的一種方法。
具體實(shí)施例方式
應(yīng)了解，前述一般描述和以下的具體描述僅為示例性和解釋性 的，并不對(duì)本發(fā)明所要求的權(quán)利施加任何限制。應(yīng)注意的是，如在本 說明書和所附權(quán)利要求書中所用的那樣，單數(shù)形式"一個(gè)"("a"、 "an" 和"the，，)包括其復(fù)數(shù)形式，除非上下文明確說明不是這樣。因此，例 如提到"一種材料"時(shí)，其可包括多種材料的混合，提到"一種化合物，， 時(shí)，其可包括多種化合物，或類似等等。除了它們與本說明書明確陳 述的內(nèi)容相矛盾的部分，這里所引用的文獻(xiàn)通過引用被完全結(jié)合于 此。
在本說明書和其后的權(quán)利要求書中，將提到多個(gè)必須被定義為帶 有以下含義的術(shù)語
"視需要的"或"視需要地"意指隨后描述的情況可能或可能不發(fā) 生，以致該描述包括該情況發(fā)生的例子和該情況不發(fā)生的例子。例如， 如果一種裝置視需要地包括勢(shì)壘膜的一種特征，這意指該勢(shì)壘膜特征 可能或可能不存在，而且因此，該描述既包括其中裝置擁有該勢(shì)壘膜 特征的結(jié)構(gòu)，也包括該勢(shì)壘膜特征不存在的結(jié)構(gòu)。圖2A-2B示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的光電子裝置的陣列100。 在一些實(shí)施例中，可以考慮在光電子裝置陣列100中進(jìn)行串聯(lián)互連。 陣列100包括第一裝置模塊101和第二裝置模塊111。這些裝置模塊 101、 111可以是光致電壓裝置，例如太陽能電池，或者發(fā)光裝置，例 如發(fā)光二極管。在優(yōu)選實(shí)施例中，裝置模塊101、 lll是太陽能電池。 第一和第二裝置模塊101、 111連接到絕緣載體基底103,絕緣載體基 底103可以由例如大約50微米厚的塑料材料制成，例如聚對(duì)苯二甲 酸乙二醇酯(PET)。該載體基底103可以進(jìn)而連接到更厚的結(jié)構(gòu)隔板 105，以便于將陣列100安裝到例如屋頂?shù)膽敉馕恢?，結(jié)構(gòu)隔板105 例如由熱塑性聚烯經(jīng)(TPO)或三元乙丙橡膠(EPDM)之類的聚合屋頂 隔板材料制成。
可以從包含層疊在一起的若干層的較長片上截取大約4英寸長 12英寸寬的裝置模塊101、 111。每個(gè)裝置模塊IOI、 lll通常包括接 觸到底部電極104、 114的裝置層102、 U2和位于底部電極104、 114 和導(dǎo)電底板108、 118之間的絕緣層106、 116。應(yīng)當(dāng)理解的是，在本 發(fā)明的一些實(shí)施例中，底板108、 118可以描述為后側(cè)頂部電極108、 118。底部電極104、 114;絕緣層106、 116和底板108、 118構(gòu)成基 底Sp S2以支持裝置層102、 112。
與通過在絕緣基底上沉積薄金屬層來形成基底的現(xiàn)有技術(shù)的電 池不同，本發(fā)明的實(shí)施例采用基于撓性塊體導(dǎo)電材料比如箔片的基底 S,、 S2。雖然例如箔片的塊體材料厚于現(xiàn)有技術(shù)的真空沉積金屬層， 但是它們更加廉價(jià)，更容易獲得并且更易于加工。優(yōu)選地，至少底部 電極104、 114由金屬箔片例如鋁箔片制成。此外，可以采用銅、不 銹鋼、鈦、鉬或其它合適的金屬箔片。作為示例，底部電極104、 114 和底板108、 118可以由大約1微米至大約200微米厚的鋁箔片制成， 優(yōu)選為大約25微米至大約IOO微米厚；絕緣層106、 116可以由大約 1微米至大約200微米厚的塑料箔片材料例如聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯 (PET)制成，優(yōu)選為大約10微米至大約50微米厚。視需要，底板108、 118可由不銹鋼、銅、鈦、鉬、鋼、鋁、任何前述材料的鍍銅形式、任何前述材料的鍍銀形式、任何前述材料的鍍金形式、或其中的任何
組合組成。在一個(gè)實(shí)施例中，除了其它以外，底部電極104、 114;絕 緣層106、 116和底板108、 118層疊在一起，形成起始基底Sp S2。 雖然底部電極104、 114和底板108、 118都可以使用箔片制作，但是 還可以釆用絕緣層106、 116的背面上的網(wǎng)柵作為底板。利用導(dǎo)電墨 水或涂料可以將這種格柵印制到絕緣層106、 116的背面上。其中， 合適的導(dǎo)電墨水或涂料的一個(gè)示例是Dow Corning PI — 2000高導(dǎo)電 銀墨水，它可從密歇根州米德蘭市(midland michigan)的Dow Corning 公司獲得。Dow 0)1^叫@是密歇根州米德蘭市的Dow Corning公司 的注冊(cè)商標(biāo)。而且，通過陽極氧化用作底部電極104、 114和/或底板 108、 118的箔片的表面，或者通過本領(lǐng)域公知的噴涂、涂層或印刷技 術(shù)涂敷絕緣涂層，來形成絕緣層106、 116。
裝置層102、112通常包括設(shè)置在透明導(dǎo)電層109和底部電極104 之間的活性層107。作為示例，裝置層102、 112可以是大約2微米厚。 至少第一裝置101包括透明導(dǎo)電層109和底板108之間的一個(gè)或多個(gè) 電接觸件120。電接觸件120形成為穿過透明導(dǎo)電層109、活性層107、 底部電極104和絕緣層106。電接觸件120提供透明導(dǎo)電層109和底 板108之間的導(dǎo)電路徑。電接觸件120與活性層107、底部電極104 和絕緣層106電隔離。
接觸件120均可以包括穿過活性層107、透明導(dǎo)電層109、底部 電極104和絕緣層106的通孔。每個(gè)通孔的直徑可以是大約0.1毫米 至大約1.5毫米，優(yōu)選為0.5毫米至大約1毫米。通過沖孔或鉆孔， 例如通過機(jī)械、激光或電子束鉆孔，或者通過這些工藝的組合，來形 成上述通孔。絕緣材料122涂敷到通孔的側(cè)壁，從而通過絕緣材料122 形成到底板108的通道。絕緣材料122的厚度可以為大約1微米至大 約200微米，優(yōu)選為大約IO微米至大約200微米。
絕緣材料122應(yīng)當(dāng)優(yōu)選為至少IO微米厚，以確保完全覆蓋它后 面暴露的導(dǎo)電表面?？梢酝ㄟ^多種印刷工藝，包括例如經(jīng)環(huán)形噴嘴進(jìn) 行噴墨印刷或散布，來形成絕緣材料122。由導(dǎo)電材料制成的插塞124至少部分填充該通道，并在透明導(dǎo)電層109和底板108之間形成電接 觸?？梢灶愃频赜∷⒃搶?dǎo)電材料。合適的材料和方法例如是焊料噴墨 印刷(被稱為"焊料噴射(solderjet)"，它由德克薩斯州普萊諾市(Piano, Texas)的Mkrofab公司制造，該公司售賣用于該目的的設(shè)備)。如果 時(shí)間允許隨后進(jìn)行去除可能或可能不存在的溶劑和固化，則還可以采 用本領(lǐng)域公知用于電子封裝的導(dǎo)電粘接材料的印刷。插塞124可以具 有大約5微米至大約500微米的直徑，優(yōu)選為大約25微米至大約100 微米之間。
作為非限制性示例，在其它實(shí)施例中，裝置層102、 112可以為 大約2微米厚，底部電極104、 114可以由大約100微米厚的鋁箔片 制成；絕緣層106、 116可以由塑料材料制成，例如大約25微米厚的 聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET);以及后側(cè)頂部電極108、 118可以由大 約25微米厚的鋁箔片形成。裝置層102、 112可以包括設(shè)置在透明導(dǎo) 電層109和底部電極104之間的活性層107。在該實(shí)施例中，至少第 一裝置101包括透明導(dǎo)電層109和后側(cè)頂部電極108之間的一個(gè)或多 個(gè)電接觸件120。電接觸件120形成為穿過透明導(dǎo)電層109、活性層 107、底部電極104和絕緣層106。電接觸件120提供透明導(dǎo)電層109 和后側(cè)頂部電極108之間的導(dǎo)電路徑。電接觸件120與活性層107、 底部電極104和絕緣層106電隔離。
可以通過利用其它界面形成工藝?yán)绯暡ê附觼韰f(xié)助形成導(dǎo) 電插塞124和基底108之間的良好接觸。 一種有用的工藝示例是形成 金柱塊(stud b畫p),例如在2003年10月1曰的"Semiconductor International(半導(dǎo)體國際)"中由作者J.Jay Wimer發(fā)表的"3-D Chip Scale with Lead-Free Process(具有無鉛過程的3D芯片刻度)"中得以 描述，通過引用將該文章并入這里?？梢栽谠撝鶋K的頂部印刷普通焊 料或?qū)щ娔蛘辰觿?br> 在形成通孔的過程中，避免頂部電極109和底部電極104之間的 短接是重要的。因此，通過激光燒蝕靠近通孔唇緣(lip)的少量材料， 即數(shù)微米深和數(shù)微米寬，可以有利地補(bǔ)充例如鉆孔或沖孔的機(jī)械切除工藝。此外，可以釆用化學(xué)蝕刻工藝來去除直徑比通孔略大的透明導(dǎo) 體?？梢岳缤ㄟ^利用噴墨印刷或刻版印花在合適位置印刷蝕刻劑 滴，來定位蝕刻。
避免短路的另一種方法是，在沉積透明導(dǎo)電層109之前，在活性 層107的頂部沉積絕緣材料的薄層。該絕緣層優(yōu)選為幾微米厚，可以 是l至IOO微米的范圍。由于它僅在形成通孔的區(qū)域上(以及略微超過 通孔邊界的區(qū)域)進(jìn)行沉積，因此它的出現(xiàn)不會(huì)干擾光電子裝置的運(yùn) 行。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，該層可以類似于2004年3月25日提 交的、授予Karl Pichler的美國專利申請(qǐng)序號(hào)No.10/810，072中所述的 結(jié)構(gòu)，通過引用將該美國專利并入這里。當(dāng)通過該結(jié)構(gòu)鉆出或沖孔出 孔時(shí)，在透明導(dǎo)電層109和底部電極104之間存在絕緣層，與這些層 以及機(jī)械切除工藝的精度相比，該絕緣層相對(duì)較厚，因此不會(huì)出現(xiàn)短 路。
用于該層的材料可以是任何方便的絕緣體，優(yōu)選為能夠數(shù)字(例 如噴墨)印刷的絕緣體。熱塑性聚合物例如尼龍PA6(熔點(diǎn)(m.p.)223攝 氏度)、乙縮醛(m.p.l65攝氏度)、PBT(結(jié)構(gòu)類似于PET，只是用丁基 替代了乙基)(m.p.217攝氏度)、以及聚丙烯(m.p.W5攝氏度)都是這些 絕緣體的示例，但是上述示例均不是可用材料的窮舉列表。這些材料 還可以用于絕緣層122。雖然噴墨印刷是形成絕緣體島的理想方法，
內(nèi)。 二 、、 '、 ,、，、
在形成通孔的過程中，在至少兩個(gè)初始隔離部件中構(gòu)造光電子裝 置是有用的，其中一個(gè)初始隔離部件由絕緣層106、底部電極104和 它上方的層102構(gòu)成，而第二個(gè)初始隔離部件由底板108構(gòu)成。在通 過復(fù)合結(jié)構(gòu)106/104/102形成通孔之后且填充通孔之前，將這兩個(gè)部 件層疊在一起。在形成該疊層和通孔之后，將底板108層疊到該復(fù)合 物，以及如上所述填充通孔。
雖然噴射印刷焊料或?qū)щ娬辰觿┌ㄓ糜谛纬蓪?dǎo)電通孔插塞 124的有用材料，但是也可以通過機(jī)械裝置來形成該插塞。因此，例如，合適直徑的導(dǎo)線可以設(shè)置在該通孔中，被迫接觸到底板108，以 及在期望高度切除，從而形成插塞124，這類似于形成金柱塊。備選 地，可以通過機(jī)器人臂將該尺寸的預(yù)形成銷插入到該孔中。這種銷或 導(dǎo)線可以被固定就位，并通過在設(shè)置銷之前印刷非常薄的導(dǎo)電粘接劑 層，以輔助或確保它們到基底的電連接。通過這種方式，消除了導(dǎo)電 粘接劑的厚插塞的干燥時(shí)間長的問題。該銷上面可以設(shè)置有略微沖孔 到底板108中的端梢或鋸齒，這進(jìn)一步有助于接觸。這種銷可以設(shè)置 有已經(jīng)存在的絕緣，如同絕緣導(dǎo)線或涂層導(dǎo)線那樣(例如，通過蒸氣沉 積或氧化)。在涂敷絕緣材料之前，可以將它們?cè)O(shè)置在通孔中，從而更 易于導(dǎo)入該材料。
如果該銷由適當(dāng)硬度的金屬制成，且具有略微錐形的端梢，則它 可以用于在沖孔步驟中形成通孔。替代采用沖孔或鉆孔工藝，將該銷 插入到復(fù)合物106/104/102中，插入深度為使得該端梢剛好穿透底部； 然后，當(dāng)基底108層疊到該復(fù)合物時(shí)，該端梢略微穿過其中，以及形 成良好接觸。例如通過引導(dǎo)通過銷剛好適配的管道的機(jī)械壓力或空氣 壓力，這些銷可以插入到未沖孔基底中。
在與導(dǎo)電材料124電接觸的透明導(dǎo)電層109上，設(shè)置例如由鋁、 鎳或銀制成的一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)電軌跡126。如圖2B所示，軌跡l26互 連多個(gè)接觸件120，從而減小總的薄層電阻。作為示例，接觸件120 彼此之間的間距大約為l厘米，其中軌跡126將每個(gè)接觸件與最靠近 的接觸件連接，或者在某些情況下與其周圍的透明導(dǎo)體連接。優(yōu)選地， 選擇軌跡126的數(shù)量、寬度和間距，以使得接觸件120和軌跡126覆 蓋小于裝置模塊101的表面的大約1%。軌跡126的寬度可以在大約 1微米至大約200微米之間，優(yōu)選為大約5微米至大約50微米之間。 軌跡126的中心間距為大約0.1毫米至大約10毫米之間，優(yōu)選為大約 0.5毫米至大約2毫米之間。更寬的導(dǎo)線需要更大的間隔來避免過量 遮蔽損耗?？梢圆捎密壽E126的多種圖形或取向，只要這些線彼此大 致等距即可(例如，在因數(shù)2以內(nèi)(to within a factor of two))。在圖2C 中示出從接觸件120散開的軌跡126的替換圖形。在如圖2D所示的另一個(gè)替換圖形中，軌跡126形成"分水呤，，圖形，其中從接觸件120 輻射出較粗軌跡，從較粗軌跡又分支出較細(xì)軌跡126。在圖2E所示 的另 一個(gè)替換圖形中，軌跡126形成從接觸件120散開的矩形圖形。 應(yīng)了解，在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，垂直線會(huì)比水平線細(xì)。連接到每 個(gè)接觸件的軌跡126的數(shù)量可以大于或小于圖2E所示的數(shù)量。 一些 實(shí)施例具有再多一個(gè)、再多兩個(gè)、再多三個(gè)等等。圖2B、 2C、 2D和 2E所示的示例中所示的軌跡圖形僅用于示例，而不限制在本發(fā)明的 實(shí)施例中采用的其它可能軌跡圖形。注意到，由于導(dǎo)電底板108、 118 承載從一個(gè)裝置模塊到下一個(gè)裝置模塊的電流，所以導(dǎo)電軌跡126可 以包括"指狀件"而避免粗"總線"。這減小了因總線導(dǎo)致的遮蔽量，并 且還為裝置陣列IOO提供了更為美觀的外觀。
在由相對(duì)厚、高導(dǎo)電率、撓性塊體導(dǎo)體底部電極104、 114和底 板108、 118構(gòu)成的基底S" S2上構(gòu)造裝置模塊101、 111，以及穿過 透明導(dǎo)電層109、活性層130、底部電極104、 114和絕緣層106、 116 形成隔離的電接觸件120,使得裝置模塊IOI、 lll相對(duì)較大。因此， 陣列IOO可以由比現(xiàn)有技術(shù)陣列需要更少串聯(lián)互連的更少裝置模塊構(gòu) 成。例如，裝置模塊IOI、 lll可以為大約l厘米至大約30厘米長， 大約1厘米至大約30厘米寬。還可以根據(jù)需要制成更小的電池(例如， 長度小于1厘米和/或?qū)挾刃∮?厘米)。
注意到，由于底板108、 118承栽從一個(gè)裝置模塊到下一個(gè)裝置 模塊的電流，所以不必像現(xiàn)有技術(shù)那樣使得軌跡126的圖形包含粗總 線。相反，軌跡126的圖形僅需要提供足夠?qū)щ姷?指狀件，，來承載電 流至接觸件120即可。在沒有總線的情況下，暴露更大部分的活性層 102、 112，這會(huì)增大效率。此外，沒有總線的軌跡126的圖形可以更 加美，見。
通過回切第二裝置模塊的底板118和絕緣層116以暴露底部電極 114的一部分，可以實(shí)現(xiàn)第一裝置模塊101的底板108和第二裝置模 塊111的底部電極114之間的電接觸。圖2B示出用于回切底板118 和絕緣層116的一種方式的示例。具體而言，在絕緣層116的邊緣形成凹槽ll7。凹槽117和底板118中的類似卻略大的凹槽119對(duì)準(zhǔn)。 凹槽ll7、 ll9對(duì)準(zhǔn)暴露了第二裝置模塊111的底部電極114的一部 分。
可以通過不同方式在第一裝置模塊101的底板108和第二裝置模 塊111的底部電極114的暴露部分之間實(shí)現(xiàn)電接觸。例如，如圖2A 所示，可以在載體基底103的一部分上方以對(duì)準(zhǔn)凹槽117、 119的圖 形設(shè)置薄導(dǎo)電層128。
該薄導(dǎo)電層可以例如是導(dǎo)電(填充)聚合物或銀墨水。該導(dǎo)電層可 以極薄，例如大約l微米厚。用于測(cè)定薄導(dǎo)電層128的最小厚度的通 用標(biāo)準(zhǔn)是在該層中耗散的部分功率(fractional power) p-(J/V)p(L /d) 大約是10"或更小，其中J是電流密度，V是電壓，L。是薄導(dǎo)電層 128的長度(約為第一和第二裝置模塊之間間隙的寬度)，而p和d分 別是薄導(dǎo)電層128的電阻率和厚度。在該種情況下，因此而損失的功 率遠(yuǎn)小于被產(chǎn)生功率的1%,所以可忽略不計(jì)。通過數(shù)字示例的方式， 對(duì)于許多應(yīng)用場(chǎng)合，(J/V)約為0.06A/Vcm2。如果L0 = 400微米=0.04 厘米，則p約等于l(T4(p/d)。因此，即使電阻率p約為lCr5歐姆厘 米(大約比良好塊體導(dǎo)體小十倍)，d小于大約1微米(10"厘米)厚也可 以滿足標(biāo)準(zhǔn)。因此，大多數(shù)任何可能印刷厚度的相對(duì)電阻性聚合物導(dǎo) 體也可以運(yùn)用。
第一裝置模塊101可以附接到載體基底103，以使得底板108與 薄導(dǎo)電層128電接觸，而留下一部分薄導(dǎo)電層128被暴露。然后在薄 導(dǎo)電層128的暴露部分和第二裝置模塊111的底部電極114的暴露部 分之間實(shí)現(xiàn)電接觸。例如，在薄導(dǎo)電層128上和底部電極114的暴露 部分對(duì)準(zhǔn)的位置，設(shè)置導(dǎo)電材料129(例如，更導(dǎo)電的粘接劑)的凸塊。 該導(dǎo)電材料129的凸塊足夠高，從而當(dāng)?shù)诙b置模塊lll附接到載體 基底時(shí)可以接觸到底部電極114的暴露部分?？梢赃x擇凹槽117、 119 的尺寸，以使得薄導(dǎo)電層128基本上不可能接觸到第二裝置模塊111 的底板118，這種接觸是不希望發(fā)生的。例如，底部電極114的邊緣 可以相對(duì)于絕緣層116回切，回切量CB!大約為400孩t米。底板118可以相對(duì)于絕緣層116回切，回切量CB2遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于CB!。
裝置層102、 112優(yōu)選為能夠大規(guī)模制造的類型，例如能夠在巻 到巻(roll to roll)加工系統(tǒng)中大規(guī)模制造。有大量不同類型的裝置結(jié)構(gòu) 可以用于裝置層102、 112。作為示例，而不喪失通用性，圖1A中的 插圖示出裝置層102中的CIGS活性層107和相關(guān)層的結(jié)構(gòu)。作為示 例，活性層107可以包括基于包含IB、 IIIA和VIA族元素的材料的 吸收劑層130。優(yōu)選地，吸收劑層130包括銅(Cu)作為IB族元素、鎵 (Ga)和/或銦(In)和/或鋁作為IIIA族元素，以及硒(Se)和/或硫(S)作為 VIA族元素。在于2001年7月31日授予Eberspacher等人的美國專 利6268014以及Bulent Basol等人提交的、2004年11月4日公開的 美國專利申請(qǐng)公開號(hào)No. US 2004- 0219730 Al中公開了這些材料(有 時(shí)候稱為CIGS材料)的示例，通過引用將這些美國專利結(jié)合于此。窗 層132通常用作吸收劑層130和透明導(dǎo)電層109之間的連接配合部。 作為示例，窗層132可以包括硫化鎘(CdS)、硫化鋅(ZnS)或者硒化鋅 (ZnSe)或這些化合物的兩種或更多種的組合。可以例如通過化學(xué)浴槽 沉積或化學(xué)表面沉積來沉積這些材料的層達(dá)大約50納米至大約100 納米的厚度。不同于底部電極的金屬層134可以設(shè)置在底部電極l(M 和吸收劑層130之間，以抑制金屬從底部電極104的擴(kuò)散。例如，如 果底部電極104由鋁制成，則層134可以是鉬層。這可有助于攜帶電 子負(fù)荷并提供特定的保護(hù)品質(zhì)。而且，其材料與層13的材料類似的 另一層135也可被設(shè)于層134和鋁層104之間。此材料可與層13的 材料一樣，或者它可以是從為層13所列材料表中選出的另 一種材料。 視需要，另一層137也可被設(shè)于層104的另一側(cè)。該材料可與層135 的材料一樣，或者它可以是從為層13所列材料表中選出的另一種材 料。類似于層135和/或137的保護(hù)層可設(shè)于這里所描述的任何實(shí)施例 上的箔片周圍，比如但不限于圖5和6中所示。
雖然為了示例描述了 CIGS太陽能電池，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì) 意識(shí)到，串聯(lián)互連技術(shù)的實(shí)施例可以應(yīng)用于幾乎所有類型的太陽能電 池結(jié)構(gòu)。這種太陽能電池的示例包括但不限于基于無定形硅的電池、Graetzel電池結(jié)構(gòu)(其中，利用電荷轉(zhuǎn)移染料單層涂敷由幾納米大小的 二氧化鈦顆粒構(gòu)成的光學(xué)透明膜，以為集光而敏化該膜)、具有無機(jī)多 孔半導(dǎo)體模板其中由有機(jī)半導(dǎo)體材料填充孔的納米結(jié)構(gòu)層(例如，參見
美國專利申請(qǐng)/〉開號(hào)US2005-0121068 Al，通過引用將該專利申請(qǐng)結(jié) 合于此)、聚合物/混合物電池結(jié)構(gòu)、有機(jī)染料、和/或C6。分子和/或其 它小分子、微晶硅電池結(jié)構(gòu)、隨機(jī)設(shè)置的納米桿和/或散布在有機(jī)基質(zhì) 中的無機(jī)材料的四角錐體、量子點(diǎn)基電池、或者上述的組合。而且，
電子裝置。 、 、'、、1 P 、 、 '' ，
可替換地，光電子裝置101、 lll可以是發(fā)光裝置，例如有機(jī)發(fā) 光二極管(OLED)。 OLED的示例包括基于發(fā)光聚合物(LEP)的裝置。 在這種情況下，活性層107可以包括聚-3，4-亞乙二氧基-噻吩(poly (3，4) Ethylendioxythiophene):聚磺苯乙烯(PEDOT: PSS)，它可以通過例 如濕涂敷等工藝在底部電極104、 114上沉積到通常為50至200納米 之間的厚度，然后進(jìn)行烘烤以去除水分。PEDOT: PSS可以從德國萊 沃庫森(Leverkusen， Germany)的拜耳(bayer)公司獲得。然后將聚芴 (polyfluorene)基LEP沉積在PEDOT: PSS層上(通過例如濕涂敷)達(dá) 大約60 - 70納米的厚度。合適的聚芴基LEP可以從Dow Chemicals Company (Dow化學(xué)品)公司獲得。
透明導(dǎo)電層109可以例如是透明導(dǎo)電氧化物(TCO)，比如氧化鋅 (ZnO)或摻雜有鋁的氧化鋅(ZnO:Al)，它可以利用多種方法來沉積， 包括但不限于賊射、蒸鍍、CBD、電鍍、CVD、 PVD、 ALD等等。 可替換地，透明導(dǎo)電層109可以包括透明導(dǎo)電聚合層，例如摻雜的 PEDOT(聚-3，4—亞乙二氧基-噻吩)的透明層，它可以通過旋涂、浸漬 或噴涂等工藝來沉積。PSS: PEDOT是基于由二醚橋接的噻吩雜環(huán) (heterocyclic thiophene ring bridged by a diether)的摻雜導(dǎo)電聚合物。 摻雜有聚磺苯乙烯(poly(styrenesulfonate))(PSS)的PEDOT的水分散 體可以由馬薩諸塞州牛頓市的H.C. Starck生產(chǎn)的、商標(biāo)為Baytron P 的產(chǎn)品獲得。Baytron⑧是德國萊沃庫森的Bayer Aktiengesellschaft(下文稱為拜耳公司)公司的注冊(cè)商標(biāo)。除了其導(dǎo)電特性之外，PSS:PEDOT 還可以用作平面化層，這可以改進(jìn)裝置性能。使用PEDOT的一個(gè)潛 在缺陷在于典型涂層的酸特性，這可以作為使PEDOT可以化學(xué)攻擊 太陽能電池中的其它材料、與之發(fā)生反應(yīng)或者使其退化的原因。可以 通過陰離子交換過程來去除PEDOT中的酸性成分。無酸性的PEDOT 可以從市場(chǎng)上買到。此外，可以從卡羅拉多州的Wheat Ridge的TDA 材料購買到類似材料，例如01igotronTM和AedotronTM。
可以利用可固化聚合物例如環(huán)氧樹脂或硅烷來填充第一裝置模 塊101和第二裝置模塊111之間的間隙。可選的密封層(未示出)可以 覆蓋陣列100，以提供環(huán)境抵抗性，例如，防止暴露于水或空氣。該 密封層還可以吸收紫外光，從而保護(hù)下面的層。合適的密封層材料的 例子包括一個(gè)或多個(gè)含氟聚合物層，例如THV(例如，Dyneon的 THV220氟化三元共聚物，即四氟乙烯、六氟丙烯和偏二氟乙烯的氟 化熱塑性(fluorothermoplastic)聚合物)、Tefzel⑧(DuPont)、 Tefdel、 乙烯基醋酸乙烯脂(EVA, ethylene vinyl acetate)、熱塑性塑料、聚酰 亞胺、聚酰胺、塑料與玻璃的納米疊層復(fù)合物(例如，在被共同轉(zhuǎn)讓的、 Brian Sagar和Martin Roschdsen的、題為"INORGANIC/ ORGANIC HYBRID NANOLAMINATE BARRIER FILM (無機(jī)/有機(jī)混雜納米 疊層勢(shì)壘膜)，，的共同未決美國專利申請(qǐng)公開US 2005-0095422 Al中所 迷的勢(shì)壘膜，通過引用將該美國專利申請(qǐng)結(jié)合于此)，以及上述材料的 組合。
有許多種用于制造根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的互連裝置的不同方法。 例如，圖3示出一種這樣的方法。在該方法中，該裝置構(gòu)造在連續(xù)裝 置片材202上，該連續(xù)裝置片材包括底部電極和透明導(dǎo)電層之間的活 性層，例如，如上參照?qǐng)D2A-2B所述。裝置片材202還被圖案化形 成具有接觸件203,類似于圖2A所示的接觸件120?？梢酝ㄟ^如上所 述的導(dǎo)電軌跡(未示出)來電連接接觸件203。絕緣層204和底板206 還構(gòu)造成連續(xù)片材。在圖3所示的示例中，已經(jīng)回切了絕緣層204， 以例如形成和底板層206中的類似凹槽207對(duì)準(zhǔn)的凹槽205。底板層206中的凹槽大于絕緣層204中的凹槽。裝置片材202、絕緣層204 和底板層層疊在一起，形成疊層208，其中絕緣層204位于裝置片材 202和底板206之間。然后沿與凹槽205、 207交叉的虛線將疊層208 切成兩個(gè)或更多個(gè)裝置模塊A、 B。然后在載體基底211上設(shè)置導(dǎo)電 粘接劑210(例如，導(dǎo)電聚合物或銀墨水)的圖形。模塊粘附到載體基 底211上。導(dǎo)電粘接劑210的更大區(qū)域212與模塊A的底板206電接 觸。導(dǎo)電粘接劑210的指狀件214從該更大區(qū)域212伸出。指狀件214 和模塊B的凹槽205、 207對(duì)準(zhǔn)?？梢栽谥笭罴?14上設(shè)置額外的導(dǎo) 電粘接劑，以便于經(jīng)凹槽205、 207與模塊B的底部電極電接觸。優(yōu) 選地，指狀件214窄于底板206的凹槽207，從而導(dǎo)電粘接劑210不 會(huì)與模塊B的底板206不期望地電接觸。
在圖3所示的實(shí)施例中，裝置片材、絕緣層和底板在切成各個(gè)模 塊之前層疊在一起。在替換實(shí)施例中，首先切割這些層，然后再裝配 成模塊(例如，通過層疊)。例如，如圖4所示，第一和第二裝置模塊 A，、 B，可以分別由預(yù)切裝置層302A、 302B;絕緣層304A、 304B和 底板306A、 306B分別層疊形成。每個(gè)裝置層302A、 302B包括透明 導(dǎo)電層和底部電極之間的活性層。至少一個(gè)裝置層302A包括上述類 型的電接觸件303A(和可選的導(dǎo)電軌跡)。
在該示例中，通過簡單地使得模塊B的底板層306B短于絕緣層 304B，使得絕緣層304B向外伸出底板層306B的邊緣，從而回切模 塊B的底板層306B。類似地，通過使得絕緣層304B短于裝置層302B， 或者更具體而言，短于裝置層302B的底部電極，從而回切絕緣層 304B。在將預(yù)切層層疊在一起形成模塊A，、 B，之后，這些模塊附接 到栽體基底308，以及在模塊A，的底板306A和模塊B，的裝置層302B 的底部電極之間進(jìn)行電連接。在圖4所示的示例中，通過導(dǎo)電粘接劑 310以突出部分312進(jìn)行連接，該突出部分接觸到底部電極，同時(shí)避 免不必要地接觸到模塊B，的底板306B。
圖5A-5B示出圖4所示方法的變型，它減少了導(dǎo)電粘接劑的利 用量。第一和第二模塊A"、 B"由預(yù)切裝置層402A、 402B;絕緣層404A、 4(MB和底板層406A、 406B裝配而成，然后附接到載體基底 408。隔離的電接觸件403A穿過裝置層402A、底部電極405A和絕緣 層406A實(shí)現(xiàn)電接觸，如圖5B所示。模塊B"的絕緣層404B和底板 406B的前緣相對(duì)于裝置層402B被回切，如上參照?qǐng)D4所述。然而， 為了便于電接觸，模塊A"的底板406A的后緣延伸超過裝置層402A 和絕緣層404A的后緣。因此，模塊B"的裝置層402B與模塊A，，的 底板406A重疊。底板406A的暴露部分407A上的導(dǎo)電粘接劑的脊?fàn)?部412與裝置層402B的底部電極405B的暴露部分電接觸，如圖5B 所示。
在上述方法的優(yōu)選實(shí)施例中，可以例如如上所述構(gòu)造各個(gè)模塊， 然后按領(lǐng)域分類。例如，可以測(cè)試兩個(gè)或更多個(gè)裝置模塊的一個(gè)或多 個(gè)性能特性，例如光電子效率、開路電壓、短路電流、填充系數(shù)等等。 滿足或超過性能特性的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)的裝置模塊可以用于陣列中，而那些 不滿足驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)的則被棄用。驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)的示例包括光電子效率或開路 電壓的門限值或可接受范圍。通過單獨(dú)對(duì)裝置模塊進(jìn)行分類并將它們 形成為陣列，可以比整體構(gòu)造裝置陣列獲得更高的產(chǎn)量。
在對(duì)透明導(dǎo)電層和底板之間的電接觸件120的討論中，形成通 孔，它涂敷有絕緣材料以及填充有導(dǎo)電材料。在替換實(shí)施例中，利用 底部電極的一部分作為電接觸件的一部分，可以實(shí)現(xiàn)到透明導(dǎo)電層和 底板之間的連接。圖6A-6H示出如何實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)的示例。具體而言， 開始時(shí)的結(jié)構(gòu)為結(jié)構(gòu)500(如圖6A所示)，它具有透明導(dǎo)電層502(例如， Al:ZnO， i:ZnO)、活性層504(例如，CIGS)、底部電極506(例如，100um Al)、絕緣層508(例如，50umPET)、以及底板510(例如，25um Al)。 優(yōu)選地，底板510是薄鋁帶的形式，利用絕緣粘接劑作為絕緣層508 將它疊層到底部電極506。這能夠大大簡化制造過程并減小材料成本。
在如圖6B所示的一個(gè)或多個(gè)位置，在底部電極506和底板之間 實(shí)現(xiàn)電連接部512。例如，利用激光焊接，穿過絕緣層508形成點(diǎn)焊。 通過在單個(gè)步驟中進(jìn)行電連接來使得該過程有吸引力?？商鎿Q地，通 過鉆出穿過底板510和絕緣層508至底部電極的盲孔，然后利用導(dǎo)電材料例如焊料或?qū)щ娬辰觿﹣硖畛湓撁た?，來形成電連接部512。
如圖6C所示，在電連接部512的周圍形成閉環(huán)(例如，圓圏)形 式的溝槽514。該閉環(huán)溝槽514切割穿過透明導(dǎo)電層502、活性層504 和底部電極506，到達(dá)底板510。溝槽514將底部電極506、活性層 504和透明導(dǎo)電層502的一部分與結(jié)構(gòu)500的其它部分隔離?？梢圆?用例如激光加工的技術(shù)來形成溝槽514。如果利用一個(gè)激光束進(jìn)行激 光焊接形成電連接部512，并且利用第二激光束形成溝槽514，這兩 個(gè)激光束可以從結(jié)構(gòu)500的相反兩側(cè)彼此預(yù)對(duì)準(zhǔn)。在兩束激光預(yù)對(duì)準(zhǔn) 的情況下，可以在單個(gè)步驟中形成電連接部512和溝槽514，從而增 強(qiáng)總體加工速度。
形成隔離溝槽的過程會(huì)導(dǎo)致透明導(dǎo)電層502和底部電極506之間 的電短路511、 517。為了電隔離形成在溝槽514的外側(cè)壁513上的不 期望的短路511，穿過透明導(dǎo)電層和活性層至底部電極506形成隔離 溝槽516，如圖6D所示。隔離溝槽516圍繞閉環(huán)溝槽514,并且使該 溝槽的外側(cè)壁513上的短路511與結(jié)構(gòu)500的其它部分電隔離。利用 激光刻劃工藝形成隔離溝槽516。較小厚度的被刻劃的材料可以減小 因形成隔離溝槽516導(dǎo)致的不期望的短路的可能性。
注意到，并非透明導(dǎo)電層502和底部電極506之間的所有短路都 是不期望的。沿溝槽514的內(nèi)側(cè)壁515的電短路517可以提供到電連 接部512的期望電路徑的一部分。如果存在足夠多的期望短路，則可 以實(shí)現(xiàn)如圖6E-6F所示的電接觸件。首先，絕緣材料518沉積到閉 環(huán)溝槽514和隔離溝槽516中，例如，沉積成中間有孔的"圓環(huán)形"圖 形，如圖6E所示。接著，在結(jié)構(gòu)500中包括由溝槽514圍繞的隔離 部分和非隔離部分的那些部分上方，沉積導(dǎo)電指狀件520，如圖6F 所示?？梢砸允沟锰峁┳銐蚱矫婊谋砻嬉员氵m用于形成導(dǎo)電指狀件 520的方式沉積絕緣材料518。然后在溝槽514外部的非隔離部分中 的透明導(dǎo)電層502和底板510之間，經(jīng)指狀件520、隔離部分內(nèi)的透 明導(dǎo)電層、溝槽514的內(nèi)側(cè)壁上的電短路517、溝槽514內(nèi)部的底部 電極506的部分和電連接部512，形成電接觸。此外，如果短路517沒有提供足夠的電接觸，則鉆孔和填充過程 可以提供指狀件520和底部電極506的隔離部分之間的電接觸。在圖 6G-6I所示的替換實(shí)施例中，當(dāng)絕緣材料518，如圖6G所示沉積時(shí)， 該絕緣材料518，覆蓋該隔離部分。覆蓋隔離部分的絕緣材料518，可以 例如通過激光加工或例如鉆孔或沖孔的機(jī)械過程來去除，同時(shí)去除透 明導(dǎo)電層502和活性層504的對(duì)應(yīng)部分，從而經(jīng)開口 519暴露底部電 極506，如圖6H所示。導(dǎo)電材料520，形成導(dǎo)電指狀件，如上所述。 該導(dǎo)電材料經(jīng)開口 519接觸到暴露的底部電極506，并實(shí)現(xiàn)如圖61所 示的期望電接觸。
注意到，參照?qǐng)D6A-6I的上述技術(shù)可以有多種變型。例如，在 一些實(shí)施例中，在形成閉環(huán)溝槽以及利用絕緣材料將其填充之后實(shí)現(xiàn) 電連接部512是可取的。用于形成電接觸的上述過程具有若干優(yōu)點(diǎn)。 加工步驟得以簡化。更加容易沉積絕緣層，而不用擔(dān)心會(huì)覆蓋底板。 該過程產(chǎn)生用于沉積指狀件520、 520，的平坦表面。經(jīng)激光焊接，可 以在底部電極506和底板510之間獲得可靠的電接觸。而且，可以隔 離電短路，而不會(huì)危及100%產(chǎn)量。
現(xiàn)參見圖7，現(xiàn)在將描述本發(fā)明的另一實(shí)施例。本發(fā)明的此實(shí)施
例涉及為光致電壓電池提供低成本結(jié)構(gòu)和材料，該電池面向射入陽光 的導(dǎo)體產(chǎn)生低遮蔽和電阻性損耗，并促進(jìn)串聯(lián)互連。
傳統(tǒng)上，透明導(dǎo)體(TC)層特別是有溶液涂布的TC層的電阻 率在光致電壓裝置中引起的電損失過高。解決此電阻率問題的一種已 知方法是在TC上加上一層薄導(dǎo)電軌跡。該軌跡可用電阻率比如在大 約1-50x10-6歐姆厘米左右的高導(dǎo)電金屬制成。在使用常規(guī)軌跡的 已知裝置中，在如此優(yōu)化結(jié)構(gòu)中的面積(遮蔽)損失大約為11%，而 TC薄層電阻為40歐姆/平方時(shí)，總損失大約為19%。不幸地，即使 是印刷的軌跡、指狀件或格柵，仍有兩個(gè)原因造成效率損失。首先， 指狀件是不透明的，因此在其下面的光致電壓材料上形成遮蔽。第二， 指狀件有有限的電阻，會(huì)造成一些功率損耗。這些因素有一個(gè)最佳點(diǎn)， 因?yàn)閷⒄诒谓抵磷钚∫馕吨闹笭罴?，而將電阻降至最小意味著更大的指狀件。而且，制造非常小的指狀件是不現(xiàn)實(shí)的，因?yàn)樗鼈冃?要昂貴的技術(shù)。盡管可以用真空沉積的金屬得到最大導(dǎo)電率的軌跡， 該方法要求昂貴的沉積系統(tǒng)以及圖形。
現(xiàn)參見圖1和7，盡管本發(fā)明的結(jié)構(gòu)極大地降低了 TC對(duì)導(dǎo)電率 的要求，更大的降低仍將是有利的，這可通過提供比常規(guī)使用更窄(因 此較少阻礙光線)的指狀件達(dá)到。通過適當(dāng)配置此類指狀件、軌跡或 格柵的大小和形狀，對(duì)薄層電阻高達(dá)大約200歐姆/平方的TC，可得 到大約為10%或更少的小損失，而該電阻已超過常規(guī)結(jié)構(gòu)要求的10 倍大。在另 一個(gè)實(shí)施例中，指狀件遮蔽和電阻造成的總損失大約是5% 或更少。ZnO或者TC的厚度可被減少到-50 - 250 nm。
參見圖7，軌跡626可與EWT結(jié)構(gòu)的多個(gè)通孔620互連以減少 總薄層電阻。應(yīng)了解，可如圖7所示，并如前述圖2B-2D所示使用軌 跡626的多種圖形或取向。通過非限制性示例，通孔620可彼此相距 大約l厘米，而軌跡626則將每個(gè)接觸件與最靠近的接觸件相連，或 者在某些情況下，與圍繞其的透明導(dǎo)體相連。軌跡626的寬度可在大 約1微米和大約200微米之間，優(yōu)選地在大約5微米和大約50微米 之間。較寬的線意味著較大的分隔，以便避免過量遮蔽損失。
計(jì)算表明，對(duì)典型商業(yè)可得的軌跡材料，例如但不限于電阻率在 1 - 10 x 10-5歐姆厘米范圍內(nèi)的導(dǎo)電環(huán)氧樹脂，線寬是一個(gè)關(guān)鍵因子， 最好是小至大約25微米的寬度，這將在lmm間隔時(shí)帶來大約2.5% 的遮蔽損失。線段的垂直厚度可在大約1至20微米之間的高度。在 本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，線段間隔理想地為大約1至大約2 mm左右， 而長度大約為0.5mm。軌跡的薄層電阻可低于大約150m歐姆/平方， 且理想地為不超過大約50 m歐姆/平方。在這些值左右的軌道寬度、 間隔、長度、厚度和電阻率的多種組合可被用來實(shí)現(xiàn)相當(dāng)小的總損失。 作為非限制性示例，在其他有較大線寬的實(shí)施例中，指狀件、軌跡或 格柵的截面面積之大小使得它們得到大約10%或更少的總損失?？偨?面面積可減少的電損失足夠補(bǔ)償與任何線寬增大而帶來的遮蔽增加 相關(guān)的損失。在一個(gè)實(shí)施例中，軌跡的截面面積的大小設(shè)定成使指狀件的薄層電阻在大約150m歐姆/平方和大約50m歐姆/平方之間。在 大體上所有情況下，印刷此類軌跡的優(yōu)點(diǎn)為所要求的透明導(dǎo)體厚度和 /或?qū)щ娐蚀蠓鶞p少，由此帶來了材料和制造設(shè)備成本以及透明導(dǎo)體光 學(xué)％傳輸損失的重大減少。
在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，為了在適當(dāng)制備的基底上得到25微 米的線寬，多種技術(shù)，比如但不限于凹版印刷可被用于提供所想要的 線寬。也可使用絲網(wǎng)印刷提供從大約5至大約25微米或更大的線高， 從而在維持導(dǎo)電率的同時(shí)引起線寬的第三維變化性。在一個(gè)實(shí)施例 中，在非絲網(wǎng)印刷軌跡的范圍中，該線高可為從大約1至大約10微 米。在另一個(gè)實(shí)施例中，在非絲網(wǎng)印刷軌跡的范圍中，該線高可為從 大約2至大約6微米。而在另一個(gè)實(shí)施例中，該線高可在從大約3至 大約5微米的范圍中。因?yàn)榻z網(wǎng)印刷典型地使用有較高粘度的材料， 它比其他技術(shù)能得到較厚的沉積，且當(dāng)適當(dāng)應(yīng)用時(shí)，能提供小于50 微米寬的窄線。
圖8和圖9示出其他可能的軌跡配置。例如，圖8示出多個(gè)交叉 軌跡626會(huì)聚于通孔620。 一個(gè)六角形軌跡630也可^皮用來與從通孔 620延伸出的多個(gè)軌跡626交叉。線寬可處于上面討論的范圍中以得 到所想要的值。在一個(gè)非限制性示例中，線段可被設(shè)成公稱寬度為大 約60im寬的線，但可寬至大約150-大約200im。薄層電阻可是大 約l歐姆/平方。圖形也可包括具有更寬的線寬以用于軌跡626特定 段的凸塊632。視需要，某些軌跡圖形可不帶凸塊632。圖9示出一 種圖形，其中多個(gè)軌跡626從通孔620呈輻射形伸展出去。應(yīng)了解， 使用這些圖形的本發(fā)明的實(shí)施例的線寬可在大約5至大約50微米的 范圍內(nèi)。在另一個(gè)實(shí)施例中，線寬可在大約70和大約IIO微米之間； 薄層電阻是大約50歐姆/平方。某些實(shí)施例的線寬可在大約20至大 約30微米之間以提供大約10%或更少的總損失。
現(xiàn)參見圖10,現(xiàn)在將描述本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例。應(yīng)了解，為 了使EWT太陽能電池配置經(jīng)濟(jì)可行，需要一種在基底中快速制造大 量小通孔的方法。 一條實(shí)際生產(chǎn)線要求達(dá)到大約每分鐘數(shù)平方米的產(chǎn)量。在硅晶片中這么做將是非常不現(xiàn)實(shí)的。在本發(fā)明的實(shí)施例中，用 同時(shí)沖出許多通孔的機(jī)械沖孔設(shè)備或者用激光燒灼可在幾千分之一
英寸厚的金屬箔片中以這些速度有利地制成通孔。圖10示出用于本 發(fā)明的一種沖孔設(shè)備650的實(shí)施例。它包括沖孔設(shè)備650，其可包括 多個(gè)穿刺件652以同時(shí)產(chǎn)生多個(gè)通孔。在其他實(shí)施例中，激光裝置654 (以虛線示出)可視需要被用于在基底656中燒灼多個(gè)通孔。而又一 個(gè)實(shí)施例可包括但不限于單獨(dú)地而不是以同時(shí)批量方式產(chǎn)生各個(gè)通 孔的沖孔、激光或其他成孔裝置。
薄膜太陽能電池的頂部導(dǎo)體經(jīng)常由ZnO的一種摻雜形式組成， 其為一種較易碎的材料，當(dāng)受一種沖孔器的剪力時(shí)，它很干凈地裂開， 而不變形。如果此種或任何其他所用的TC變形以致有很大可能性在 TC和底部導(dǎo)體(其僅為1-2微米垂直距離遠(yuǎn))之間形成電接觸，則 有必要在沖孔前去除TC。在ZnO的情況中，這可通過短暫接觸溫和 的酸例如醋酸(盡管也可使用其他酸)來完成。通過一個(gè)液滴分配器 將酸印刷入聚合體絲網(wǎng)中的孔中，該絲網(wǎng)被暫時(shí)貼在裝置箔片的頂 部，并通過張力被保持在原位直到通過清洗去除酸。如果通過激光燒 灼形成通孔，則該去除過程特別有用，因?yàn)榧す饧訜嵋子谕瑫r(shí)融化 ZnO和所有其周圍的材料，并可能引起短路。
盡管不限于下列范圍，當(dāng)有數(shù)個(gè)參數(shù)值的一個(gè)范圍可以選擇時(shí)， 通孔的直徑最好不應(yīng)超過l mm,并應(yīng)優(yōu)選地更小。例如，如果通孔 的直徑是l mm且通孔間隔為10mm，由通孔面積引起的部分損失為 0.8%，在直徑是0.5mm時(shí)，其為0.2%。但是，在直徑是1.5mm時(shí)， 該損失是1.8%。
現(xiàn)參見圖11A-11D,現(xiàn)在將描述本發(fā)明的另一方面。圖11A為 截面示意圖，示出透明導(dǎo)體700、光致電壓層702、底部電極704、絕 緣層706和墊層708。為易于圖解，光致電壓層702被表示為一個(gè)單 一層，但應(yīng)了解，它可包括多個(gè)層，比如但不限于圖2A所示的裝置。 圖11A中的此裝置為一個(gè)帶有未絕緣通孔710的中間裝置。圖 11A-11D示出根據(jù)本發(fā)明絕緣通孔710的一種方法。如圖IIA所示，箭頭712示出將要噴涂絕緣材料的方向。此噴涂可使用多種技術(shù)，包 括但不限于噴霧技術(shù)來完成。箭頭712示出噴涂實(shí)際上從該中間太陽 能電池裝置的一個(gè)"下側(cè)，，而來。在此特定實(shí)施例中，整個(gè)裝置被翻轉(zhuǎn) 過來以便進(jìn)行噴涂程序(即透明導(dǎo)體700處于堆疊的底部)。應(yīng)了解， 在其他實(shí)施例中，噴涂可從其他方向或從兩側(cè)按順序或同時(shí)進(jìn)行。也 可不如圖IIA所示把整個(gè)堆疊翻轉(zhuǎn)過來而進(jìn)行絕緣材料的噴涂。絕緣 材料可以是EVA、 PVOH、 PVA、 PVP和/或另一種絕緣材料，比如 任何對(duì)金屬箔片704和718有良好粘性的熱塑性聚合體。EVA優(yōu)選地 以在水中大約40 - 65 %重量比的乳狀液使用。在噴涂后，在60-90 度以Tg < 150°C干燥大約卯秒。
現(xiàn)參見圖IIB，如箭頭712所示的絕緣材料噴涂生成至少覆蓋通 孔710側(cè)壁的絕緣層714。絕緣層714可視需要被過量噴涂以覆蓋透 明導(dǎo)體700的某些部分，從而確保絕緣層使通孔710的側(cè)壁被完全絕 緣。過量噴涂部分716也可改善絕緣層714對(duì)層堆疊的粘性。
圖11C示出墊層708可被去除以去除絕緣材料714的底層。視 需要，應(yīng)了解層708可實(shí)際上包括多個(gè)離散層，比如但不限于一個(gè)墊 層、 一個(gè)粘結(jié)層和一個(gè)墊層。這可產(chǎn)生一個(gè)對(duì)與其接觸的材料有著更 好脫離和/或粘結(jié)性能的墊層。 一種墊層材料可與一種特定材料，而不 是其他材料，有更好的相互作用。這使得墊層可被優(yōu)化以得到所想要 的性質(zhì)。另外，層708可帶有多個(gè)離散層，包括一個(gè)墊層、 一個(gè)粘結(jié) 層、 一個(gè)PET或電絕緣層、 一個(gè)粘結(jié)層和一個(gè)墊層的配置，其通過 含有該P(yáng)ET或電絕緣層保證電絕緣。
圖11D示出當(dāng)墊層708被去除后，后電極718可被設(shè)于堆疊的 下側(cè)。現(xiàn)在固化該堆疊以使后電極與絕緣層有良好的粘結(jié)。在EVA 的情況下，在150C進(jìn)行大約20分鐘的該固化。應(yīng)了解，在本發(fā)明的 一些實(shí)施例中，后電極718可以是覆蓋整個(gè)后面的一種材料的箔片。 通孔710被一種導(dǎo)電材料720填充，而指狀件722與導(dǎo)電材料720相 連。
現(xiàn)參見圖12A-12C，現(xiàn)在將描述本發(fā)明的另一實(shí)施例。如圖12A所示，將要被噴涂絕緣材料的層堆疊不包括前圖11A中所示的墊層 708。在本實(shí)施例中，該絕緣材料也帶有一種粘性。因此，在形成絕 緣層740后不需要將其從下側(cè)去除，且不再需要墊層708和絕緣層 706。箭頭712示出可使用一種或多種技術(shù)，比如但不限于噴霧技術(shù)， 噴涂該絕緣材料以覆蓋通孔710的側(cè)壁和層706的下側(cè)。
圖12B示出，絕緣層740形成覆蓋通孔710的側(cè)壁且沿層706 的基本上整個(gè)后側(cè)的一個(gè)層。這簡化了步驟數(shù)，因?yàn)椴辉傩枰襟E去 除墊層或以前設(shè)置的絕緣層。后電極層718 (圖12C)可被直接設(shè)于 層740上。
圖12C示出， 一旦可設(shè)置后電極層718且增加導(dǎo)電材料720以 通過軌跡722形成一個(gè)電連接，透明導(dǎo)體層700被連接至后電極718, 同時(shí)通過絕緣層740與底部電極704絕緣。
現(xiàn)參見圖13A-13B，現(xiàn)在將描述本發(fā)明的另一實(shí)施例。本發(fā)明的 此實(shí)施例描述沿通孔的側(cè)壁形成絕緣層的另一種方法。如圖13A所 示，沿層704的后側(cè)形成幾乎完全一致的絕緣材料層750。視需要， 該層750帶有粘性以便附上后電極層770。層750流入通孔并覆蓋其 側(cè)壁，覆蓋厚度與其在底部電極704上的厚度相當(dāng)。側(cè)壁涂層的精確 厚度在某種程度上取決于通孔的縱橫比(通孔直徑與箔片厚度的比 例)以及涂層溶液的粘度。在一個(gè)實(shí)施例中，有充足的材料沿通孔 710的壁提供厚度在大約20至大約IOO微米之間的一個(gè)層。應(yīng)了解， 從層750來的一些材料也會(huì)填充通孔710的部分或全部。為易于圖解， 層750被描繪成延伸過通孔。由箭頭752指示的一個(gè)氣體源可被用來 引導(dǎo)或流動(dòng)該材料從層750進(jìn)入通孔710。視需要，該源可吹氣體、 惰性氣體或空氣。另外，應(yīng)了解，真空源754 (以虛線顯示)可被用 來代替吹氣或與該氣體源組合使用。
可使層750形成有足夠的厚度，以使有充足的材料流入通孔并覆 蓋側(cè)壁，而不會(huì)太薄且不填滿整個(gè)通孔。在一個(gè)實(shí)施例中，裝置的層 厚度可在大約50-100微米的范圍內(nèi)。在另一個(gè)實(shí)施例中，裝置的層厚 度可在大約50-100微米的范圍內(nèi)。在另一方面，層750中有足夠的材料以大約20至大約100微米的厚度在通孔的側(cè)壁上形成絕緣材料涂 層。
如圖13B所示，當(dāng)通過把材料拉至通孔710的側(cè)壁以形成絕緣 層750時(shí)，通孔710保持通暢。通孔710保持通暢以允許導(dǎo)電材料720 被填入通孔710中。這種印刷一致層的方法可允許沿通孔壁形成較厚 的絕緣層750。
圖13C示出，后電極層770可被連至層750。通孔710被導(dǎo)電材 料720填充，并被連至指狀件722，而該指狀件把透明導(dǎo)體700電氣 連接至后電極770。
當(dāng)然應(yīng)了解，使用噴涂的方法和使用空氣沖擊的方法(通過正和 /或負(fù)壓)是可通過單個(gè)或多個(gè)步驟而組合的。作為非限制性示例，絕 緣材料的噴涂應(yīng)用可隨后用空氣沖擊加以處理(通過正和/或負(fù)壓)， 以確保該噴涂應(yīng)用中任何可能閉塞通孔的材料被引導(dǎo)至涂布該通孔 側(cè)壁或確保側(cè)壁被完全涂布。視需要，在另一個(gè)非限制性示例中，如 果絕緣層未達(dá)到想要的厚度，可通過噴涂絕緣材料到至少通孔的側(cè)壁 上來補(bǔ)充使用一致涂布及空氣沖擊技術(shù)而被應(yīng)用的絕緣材料。在又一 個(gè)非限制性示例中，絕緣材料的一個(gè)初始層可被噴涂至通孔的側(cè)壁 上，然后可使用空氣沖擊技術(shù)加一個(gè)一致涂層以加厚該絕緣層。在其 他實(shí)施例中，可使用兩個(gè)噴涂步驟以達(dá)到層厚度。另一實(shí)施例使用兩 個(gè)涂布步驟(在每次涂層后使用空氣沖擊)以達(dá)到想要的層厚度。
現(xiàn)參見圖14A-14B,現(xiàn)在將描述本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例。圖14A 示出，在層704上加一個(gè)絕緣材料層760。在此實(shí)施例中，添加材料 層760的方式是幾乎所有的通孔被層760的材料堵塞或至少部分填 充。在其他實(shí)施例中，通孔僅有一部分被堵塞。通過非限制性示例， 層760的材料可以是EVA、 PVOH、 PVA、 PVP、 UV固化絕緣油墨， Tg小于大約150。C的熱塑性聚合體，或者這些材料的組合。該材料 的厚度可以大體上與圖12-13中所提范圍相同?？墒褂枚喾N基于溶液 的涂布技術(shù)以沉積材料760，包括但不限于濕涂、噴涂、旋涂、刮刀 涂布、接觸印刷、頂部輸入反向印刷、底部輸入反向印刷、噴嘴輸入反向印刷、凹版印刷、顯微照相凹版印刷、反向顯微照相凹版印刷、
直接印刷、滾涂、狹縫模具式涂布、meyer棍涂布、模唇直接涂布、 雙模唇直接涂布、毛細(xì)管涂布、噴墨印刷、噴射沉積、噴涂沉積等等， 以及以上和/或相關(guān)技術(shù)的組合。
視需要，可被用來沉積薄膜的噴頭包括例如超聲噴嘴噴頭、空氣 霧化噴嘴噴頭和霧化噴嘴噴頭。在超聲噴頭中，圓盤形的陶瓷壓電傳 感器把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。該傳感器從作為振蕩器/放大器組合的電源 接受高頻信號(hào)形式的電輸入。在空氣霧化噴頭中，噴嘴混合空氣和液 體流以生成完全霧化的噴射。在霧化噴頭中，噴嘴使用加壓液體的能 量以霧化該液體，并隨后生成噴射。
如圖14A所示，通孔710可被材料760至少部分堵塞。在此實(shí) 施例中，該通孔的部分堵塞在通孔710中提供過量材料以確保有足夠 的材料760來覆蓋通孔710的側(cè)壁。氣體和/或蒸汽可被強(qiáng)行通過通孔 710以"清空"被堵塞的通孔，但仍舊在通孔710的側(cè)壁上留下一些材 料760。源752可吹出氣體、惰性氣體或空氣在被閉塞的通孔中生成 一個(gè)開孔。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，空氣刀、持續(xù)空氣噴射、射流 空氣、脈沖空氣、非脈沖空氣和/或其他空氣沖擊技術(shù)可被用來打開通 孔710的閉塞。在以上任何一種技術(shù)中，其他類型的氣體，比如但不 限于惰性氣體，可被用來代替空氣。視需要，源752可位于目標(biāo)表面 之上或其下面。視需要，可使用兩個(gè)或更多的源。作為非限制性示例， 可在目標(biāo)表面上面和下面同時(shí)提供按順序、同時(shí)、或以其他時(shí)間安排 方式運(yùn)行的源752和753。源752和753可使用相同或不同類型的氣 體。視需要，源752和/或753可有不同的取向。在僅使用一個(gè)源的實(shí) 施例中，該源可被取向?yàn)橐哉换蛞粋€(gè)角度向目標(biāo)吹氣。同樣地，該 單個(gè)源可以在目標(biāo)表面之上或其下面。帶有超過一個(gè)源的一些實(shí)施例 可以有源向目標(biāo)正交吹氣，其他源以一個(gè)角度向目標(biāo)吹氣，同時(shí)一些 實(shí)施例可以同時(shí)使用一個(gè)正交取向的源和一個(gè)非正交取向的源。
圖14B示出，當(dāng)通孔710不被堵塞時(shí)，材料760將延伸進(jìn)入通 孔710并覆蓋其中至少一部分側(cè)壁。視需要，材料760將覆蓋通孔710中幾乎所有的側(cè)壁。如圖所示，清空通孔710將在通孔的上面和下面 都留下材料760。如圖所示，清空通孔710可生成材料760的一個(gè)部 分762,該部分覆蓋在通孔710周圍。這提供額外的材料以防止不想 要的電氣短路。
圖14C示出被添加的額外材料層以完成本發(fā)明的此實(shí)施例。通 孔710被導(dǎo)電材料720填充，且導(dǎo)電指狀件722被接至導(dǎo)電材料720。 后電極層770可被接至層760。導(dǎo)電材料720被接至指狀件722，其 將透明導(dǎo)體700電氣連接至后電極770。應(yīng)了解，后電極770可由一 種或多種下列材料組成不銹鋼、銅、鈦、鉬、鋼、鋁、任何前述材 料的鍍銅形式、任何前述材料的鍍銀形式、任何前述材料的鍍金形式、 或其中的任何組合。
現(xiàn)參見圖15A-15C，現(xiàn)在將描述本發(fā)明的另一實(shí)施例。此實(shí)施例 示出，絕緣層780可被加至電極層704上。圖15A示出添加絕緣層 780的各種方法，類似圖14A所示。圖15B示出額外的絕緣材料層784 (以虛線顯示)可視需要被添加至絕緣層780。在一個(gè)實(shí)施例中，額 外的層784可以由與層780 —樣的材料組成。備選地，在其他實(shí)施例 中，層784可由不同材料組成。視需要，層784可以由乙烯基醋酸乙 烯脂(EVA)、聚乙烯醇(PVOH)、聚醋酸乙烯酯(PVA)、聚乙烯吡咯 烷酮(PVP)、 UV固化絕緣油墨和/或一種Tg低于大約150°C的熱塑性 聚合體組成。圖15C示出可被添加的其他層。在一個(gè)實(shí)施例中，UV 油墨可以是一種UV固化氨基甲酸乙酯人造橡膠，比如但不限于 Master Bond Inc.的Master Bond UV15X曙5。通孔710被導(dǎo)電材料720 填充，且導(dǎo)電指狀件722被接至導(dǎo)電材料720。后電極層770可4皮接 至層780。
現(xiàn)參見圖16A-16B,現(xiàn)在將描述本發(fā)明的另一實(shí)施例。圖16A 示出打開被堵塞的通孔的一種機(jī)械方法。這可以包括將機(jī)械探頭、針 頭、針、棒或者其他突出物伸入或穿過被閉塞的通孔710。圖16A示 出帶多個(gè)用于穿透閉塞的探頭789的一個(gè)旋轉(zhuǎn)裝置788。此類機(jī)械技 術(shù)可被用來打開這里所示的任何被閉塞的通孔，包括圖13-15中所描述的那些。圖16A也示出，絕緣材料7卯可以一種方式來填充通孔 710而幾乎不覆蓋周圍表面。這可允許更為精確的材料使用。通過非 限制性示例，可通過噴墨技術(shù)、針沉積、橡膠滾軸、刮刀、點(diǎn)滴技術(shù) 或者其中的組合將材料790沉積入通孔710中。
圖16B示出，在此實(shí)施例中，清空閉塞將沿通孔710的側(cè)壁留 下一層材料790。在一些實(shí)施例中，這可以提供足夠的電絕緣。視需 要，在其他實(shí)施例中也可使用額外的絕緣材料。通過非限制性示例， 額外的絕緣材料可以是以圖13、 14或15所示方法被溶液沉積在材料 790上。這將覆蓋材料790以確保不同導(dǎo)電層之間足夠的耐電壓。此 第二種材料可以與材料790相同。備選地，它們可以是不同的材料， 優(yōu)選為兩者均為電絕緣。備選地，可以現(xiàn)使用以下之一乙烯基醋酸 乙烯脂(EVA)、聚乙烯醇(PVOH)、聚醋酸乙烯酯(PVA)、聚乙烯吡 咯烷酮(PVP)、 UV固化絕緣油墨和/或一種Tg低于大約150°C的熱塑 性聚合體。此后，與上述所列材料不同的一種材料(或其他電絕緣體) 可以被用在層790之上。
盡管本發(fā)明通過這里的特定實(shí)施例被加以描述和說明，本領(lǐng)域技 術(shù)人員將會(huì)理解可以作出各種改變、變更、修改、替換、刪除或添加 程序及協(xié)議，而不偏離本發(fā)明的精神和范圍。例如，對(duì)任何上述實(shí)施 例，噴涂絕緣材料的使用也可以與其他印刷技術(shù)組合以向太陽能電池 上添加各種材料層。在一個(gè)實(shí)施例中，絕緣材料可由噴涂技術(shù)提供， 同時(shí)填充通孔可通過印刷來完成，反之亦然。應(yīng)了解，本發(fā)明的方法 和裝置可被改裝以便用于其他裝置，其通孔穿過一層或多層此類裝 置。為易于圖解，這里的通孔被示為圓形，但在其他實(shí)施例中，它們 可以是方形、長方形、多邊形、橢圓形、三角形、其他形狀，或者前 述形狀之組合。也應(yīng)了解，任何這里的噴涂、空氣沖擊或涂布技術(shù)均 可以被配置用于從輥到輥型的基底或箔片處理系統(tǒng)。
而且，濃度、數(shù)量和其他數(shù)值數(shù)據(jù)可以一種范圍格式在這里表示。 應(yīng)了解，這樣的范圍格式僅是為了方便和簡潔而使用的，應(yīng)靈活地理 解這些范圍以不僅僅包括被明確表達(dá)為范圍極限的數(shù)值，同時(shí)也包括該范圍內(nèi)的所有單個(gè)數(shù)值或次范圍，如同每個(gè)數(shù)值或次范圍均被明確
表達(dá)。例如，大約1 nm至大約200 nm的一個(gè)尺寸范圍應(yīng),皮理解為不 僅僅包括被明確表達(dá)為范圍極限的大約1 nm和大約200 nm，也包括 各個(gè)單個(gè)尺寸，比如2 nm、 3 nm、 4 nm和次范圍，比如10 nm至 50 nm、 20 nm至100 nm， 等等...
提供這里所討論或引用的公開文獻(xiàn)僅僅只是為了列出在本申請(qǐng) 的提交日之前的現(xiàn)有技術(shù)公開內(nèi)容。這里的任何內(nèi)容都不應(yīng)解釋為承 認(rèn)本發(fā)明沒有資格先于先前發(fā)明的這一公開。而且，提供的公開文獻(xiàn) 的日期可能不同于實(shí)際
公開日期，這需要獨(dú)立驗(yàn)證。這里涉及的所有 公開文獻(xiàn)都通過引用結(jié)合于此，以公開和描述了和這些公開文獻(xiàn)引述 的結(jié)構(gòu)和/或方法相關(guān)的內(nèi)容。例如，2005年1月20日提交的美國專 利申請(qǐng)No.ll/039053以及2005年8月16日提交的美國專利申請(qǐng) No.ll/207157為所有目的而被通過引用完全結(jié)合于此。2006年3月 10日提交的題為"具有絕緣通孔的高效太陽能電池"的美國臨時(shí)專利 申請(qǐng)No.60/781,165以及2006年4月4曰提交的美國專利申請(qǐng) No.11/278，645 (律師檔案號(hào)碼NSL-061 )也為所有目的而被通過引 用完全結(jié)合于此。
雖然上述內(nèi)容對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了完整描述，但是可以 進(jìn)行多種改變、變型和等價(jià)。因此，本發(fā)明的范圍不應(yīng)當(dāng)參照上述描 述來確定，而是應(yīng)當(dāng)參照所附權(quán)利要求及其等同物的全部范圍來確 定。任何特征，無論是否優(yōu)選，都可以和任何其它特征相結(jié)合，無論 這些該其它特征是否優(yōu)選。在下面的權(quán)利要求中，不定冠詞"一個(gè)，，("a" 或"an")是指該冠詞后的一個(gè)或多個(gè)該部件的數(shù)量，除非有特別聲明。 權(quán)利要求不應(yīng)當(dāng)理解為包括裝置加功能的限定，除非在給定權(quán)利要求 中采用短語"用于......的裝置"來明確陳述這種限定。
權(quán)利要求
1. 一種裝置，包括一種太陽能電池，包括至少一個(gè)透明導(dǎo)體、一個(gè)光致電壓層和多個(gè)通孔。
2. —種裝置，包括一種太陽能電池，具有高效后電極配置，其中該太陽能電池包括 至少一個(gè)透明導(dǎo)體、 一個(gè)光致電壓層、至少一個(gè)底部電極和至少一個(gè) 后電極；多個(gè)安裝在該太陽能電池中的透明導(dǎo)體上之導(dǎo)電指狀件；多個(gè)與該導(dǎo)電指狀件相連的填充通孔，其中該填充通孔通過至少一個(gè)透明導(dǎo)體、光致電壓層和至少一個(gè)底部電極；其中每個(gè)填充通孔有一個(gè)將電荷從透明導(dǎo)體傳導(dǎo)至后電極的傳導(dǎo)核心；和一個(gè)將每個(gè)填充通孔中的傳導(dǎo)核心與底部電極絕緣的絕緣層。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中通過對(duì)通孔進(jìn)行噴霧涂布 而形成該絕緣層。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中通過使用一種粘性材料而 形成該絕緣層。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中后導(dǎo)體可與底部電極電氣 絕緣，并通過填充通孔而被連接，這些通孔彼此間隔足夠近，從而降 低了上部電極的導(dǎo)電率要求，且不再需要以遮蔽母線的面積。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中該絕緣層厚度在大約20至 大約100微米之間。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中該絕緣層可由至少一種以 下材料制成EVA、 PVOH、 PVA、 PVP和/或一種Tg低于大約150°C 的熱塑性聚合體。
8. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中該光致電壓層由形成P-N 結(jié)的至少兩個(gè)離散層構(gòu)成，其中至少一個(gè)層包括基于CIS的材料。。
9. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中填充通孔直徑為大約1 mm 或更小。
10. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置， 微米或更小。
11. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置， 以及每個(gè)通孔周圍透明導(dǎo)體的一部分， 大約2倍通孔直徑的范圍內(nèi)。其中填充通孔直徑為大約650其中該絕緣層覆蓋通孔的側(cè)壁 其中該部分位于從通孔邊緣起
12. —種方法，包括形成包括至少一個(gè)透明導(dǎo)體、一個(gè)光致電壓層和至少一個(gè)底部電 極的太陽能電池；形成通過至少一個(gè)透明導(dǎo)體、 一個(gè)光致電壓層和至少一個(gè)底部電 極的多個(gè)通孔；和涂布通孔以在每個(gè)孔中的側(cè)壁上形成絕緣層。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中涂布包括通過噴霧噴涂 一種粘在側(cè)壁上的材料而形成該絕緣層。
14. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中有一種高效后電極配置。
15. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，另包括 用一個(gè)傳導(dǎo)核心填充每個(gè)通孔，該核心與透明導(dǎo)體電氣相連，并通過通孔中的絕緣層而與底部電極電氣絕緣；和在基本上每個(gè)通孔中形成一個(gè)與傳導(dǎo)核心相連的后電極。
16. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中涂布包括使用一個(gè)從太 陽能電池的下面噴涂絕緣材料的源，以基本上完全避免在透明導(dǎo)體上 覆蓋有絕緣材料。
17. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中涂布包括從太陽能電池 的下面噴涂絕緣材料，以便不用蒙上透明導(dǎo)體即可將沉積在透明導(dǎo)體 上的材料減至最少。
18. 根椐權(quán)利要求12所述的方法，其中涂布包括從太陽能電池 的上面噴涂絕緣材料，并蒙上透明導(dǎo)體以將沉積在透明導(dǎo)體上的材料 減至最少。
19. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中涂布包括噴涂足夠數(shù)量 的絕緣材料以覆蓋通孔壁，而不完全填滿通孔。
20. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中涂布包括噴涂足夠數(shù)量 的絕緣材料以覆蓋通孔壁，并覆蓋底部電極的底面以形成一個(gè)底部絕 緣層。
21. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中通過使用一種粘性材料 而形成該絕緣層。
22. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中涂布包括通過在通孔中應(yīng)用噴霧劑而形成一個(gè)絕緣層。
23. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中涂布包括通過應(yīng)用一種 絕緣噴霧劑而形成一個(gè)絕緣層，該絕緣噴霧劑由一種純電介性質(zhì)的成分和一種膠粘組分組成。
24. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中涂布包括在用絕緣材料 噴涂通孔并在噴涂之后使用氣體沖擊以清除被絕緣材料堵塞的任何 通孔。
25. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中涂布包括在太陽能電池 一側(cè)的幾乎完全一致的涂層上使用氣體沖擊，以將絕緣材料引入每個(gè) 通孔中。
26. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中涂布包括通過在太陽能 電池的一側(cè)印刷上一層幾乎完全一致的絕緣材料，并使用氣體沖擊將 該絕緣材料引入每個(gè)通孔中，且在對(duì)應(yīng)于每個(gè)通孔的一致絕緣層中產(chǎn) 生開口，從而在每個(gè)通孔中形成絕緣層。
27. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，另包括在太陽能電池中的透 明導(dǎo)體上形成多個(gè)導(dǎo)電指狀件。
28. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中涂布包括通過在太陽能 電池的一側(cè)印刷上一層幾乎完全一致的絕緣材料，并在太陽能電池的 另 一側(cè)使用抽吸將一致涂層的絕緣材料拉入每個(gè)通孔中，且在對(duì)應(yīng)于 每個(gè)通孔的一致絕緣層中產(chǎn)生開口 ，從而在每個(gè)通孔中形成絕緣層。
29. —種方法，包括形成包括至少一個(gè)透明導(dǎo)體、一個(gè)光致電壓層和多個(gè)通孔的太陽能電池；涂布通孔以在每個(gè)孔中的側(cè)壁上形成絕緣層。
30. 根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其中該絕緣層可由至少一種 以下材料制成EVA、 PVOH、 PVA、 PVP、 UV固化絕緣油墨和/或 一種Tg低于大約150°C的熱塑性聚合體。
31. 根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，其中在絕緣層上形成一個(gè)第 二絕緣層且該第二絕緣層的材料與絕緣層的材料不同。
32. 根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，其中在絕緣層上形成一個(gè)第 二絕緣層且該第二絕緣層的材料與絕緣層的材料不同，并從由以下材 料中選出EVA、 PVOH、 PVA、 PVP、 UV固化絕緣油墨和/或一種 Tg低于大約150°C的熱塑性聚合體。
全文摘要
本發(fā)明提供了用于高效太陽能電池的方法和裝置。在一個(gè)實(shí)施例中，該裝置包括一個(gè)帶高效后電極配置的太陽能電池，其中該太陽能電池包括至少一個(gè)透明導(dǎo)體、一個(gè)光致電壓層、至少一個(gè)底部電極和至少一個(gè)后電極。該裝置可包括多個(gè)安裝在太陽能電池中的透明導(dǎo)體上之導(dǎo)電指狀件。該裝置可包括多個(gè)連接至導(dǎo)電指狀件的填充通孔，其中該通孔穿過該透明導(dǎo)體、光致電壓層和底部電極，其中該通孔有一個(gè)將電荷從透明導(dǎo)體傳導(dǎo)至后電極的傳導(dǎo)核心。通孔絕緣層可把每個(gè)通孔中的傳導(dǎo)核心與底部電極分開，其中可用多種技術(shù)，包括但不限于對(duì)通孔進(jìn)行噴霧涂布而形成該絕緣層。
文檔編號(hào)H01L31/042GK101443921SQ200780016606
公開日2009年5月27日 申請(qǐng)日期2007年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月10日
發(fā)明者D·洛坤, G·A·米勒, J·R·希茨, S·考 申請(qǐng)人:納米太陽能公司