用于帶有點狀互連和通孔的薄膜模塊的方法和設備的制作方法

專利名稱：用于帶有點狀互連和通孔的薄膜模塊的方法和設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及單片光電子器件例如光伏模塊，并更特別地涉及在光伏模塊光電子部件及其到匯流條的連接之間的電氣互連。
背景技術：
各種還稱為薄膜太陽能模塊的薄膜光伏模塊一般由數個電氣互連的光電子部件構成。這樣的部件可以是光電子器件例如光伏電池和額外部件例如二極管以及其他電子器件。光伏模塊通常還包括電氣互連部件例如電池到電池連接器和匯流條。多層薄膜技術使得若干光電子部件和相關聯部件能夠在相同襯底上單片集成和 互連。使用層沉積和劃線技術的順序原位產生該集成。薄膜光電子或光伏部件或器件基本上由三種材料層的堆疊構成一個導電后接觸電極層、一個半導電光伏材料層也稱為吸收體、以及另一導電前接觸電極層，所述前接觸電極層通常是透明的。基于半導電材料例如Cu(In, Ga) Se2 (CIGS)或CdTe的光伏電池展現了與傳統的基于晶圓的硅光伏器件或太陽能電池相比更為便宜的太陽能電力、較低的能量回收期、以及改進的壽命周期影響的高潛力。與基于晶圓的光伏器件相比，單片光伏模塊可以具有較低的成本，這是因為薄膜使用的材料量減少，單片集成的勞動成本減少，以及大量光伏模塊自動生產的簡化例如使用卷對卷制造技術。可以通過增加光伏部件暴露于光的相對面積例如通過減少由以下部件占用的面積獲得進一步節省經由光伏電池的前接觸電極收集電流的前接觸柵格、在光電子部件之間的電氣互連、以及匯流條。光伏模塊產量還可以由于生產步驟數的減少而增加，例如通過減少在薄膜單片光伏模塊中描繪和構造光電子部件的互連所需要的劃線操作的數目來提高成品率。已經研發了試圖減少由電氣部件遮蔽光伏部件或在曝光側上方的面積占用所引起的損失的光伏模塊。例如，美國專利No. 7，649，141描述了帶有還稱為通孔的激光鉆孔卷繞導電孔的薄硅晶圓，該通孔將前接觸部件連接到后接觸部件，由此以高電流收集效率的益處避免由鋪設在前接觸表面上的柵格部件遮蔽。美國專利No. 7，276，724描述了由于例如使用激光燒蝕的通孔形成和添加導電材料以便在前電極和后側頂電極之間驅動電流并驅動到第二鄰接模塊的串聯互連的光電子器件模塊。美國專利No. 7，276，724使用激光鉆孔以便構建圓形隔離溝槽，并提到這可以導致在溝槽外周上不希望，但在內周上希望的前和后接觸之間的短路。美國專利No. 7，276，724描述了用于光電子器件模塊的串聯互連的設計，每個模塊都包括在100微米厚的后接觸電極上的器件層，自身由絕緣層從后側頂電極分離，所述光電子器件模塊附著到絕緣載體襯底。盡管卷繞通孔對減少遮蔽并增加相對暴露表面是高度有利的，但其制造的問題是其通常需要鉆孔和隨后的金屬化。這需要可能增加成本并減少產量的額外生產步驟。可以用在本發明中描述的單片光電子模塊生產方法避免這些步驟中的一些
發明內容
在單片光伏模塊生產的領域中的一個問題涉及以曝光面積的最小的光伏部件的互連，同時提供最大可能的電流吞吐量和最高的成品率。互連光伏部件的設計典型地需要燒蝕的和接觸加工步驟，該加工步驟可以隨著部件數目而降低生產率。因此本發明的一個目的是提供一種生產成本降低和成品率更高的互連薄膜單片光伏模塊設備的方法。本發明的一個進一步的目的是提供一種在可以包括光伏電池、二極管、柵格和匯流條的單片光伏模塊的光電子部件之間形成互連的方法。同樣上本發明的進一步的目的的是提供可以使用卷對卷生產方法制造的單片光伏模塊設備。本發明的更進一步的目的是以單片光伏模塊實施方案的形式提供從該方法形成的設備，該設備利用該方法來增強所述光伏模塊的光到電變換。本發明的一個實施方案通過提供一個單片光伏模塊來構建。該模塊可以包括一個襯底或一個覆蓋層，連續的層在其上沉積并且燒蝕軌跡在其上劃線，可能地繼之以放置一個導電前接觸柵格、繼之以放置電氣匯流條、繼之以將該模塊封裝在至少兩層的保護材料里面。本領域的普通技術人員將推斷可以修改該前接觸柵格放置和匯流條放置的順序。·本發明利用一種劃線方法，該方法優選地使用一個激光器，其中與該劃線工藝關聯的熱導致半導電材料層的劃線腔的內表面的永久金屬化，由此使得能夠設計和生產成本有效的串聯互連光電子部件和隨后的單片光電子模塊設備。該方法由此提供一系列包括互連部件例如光伏部件、二極管、任選的前接觸柵格、以及匯流條的單片光電子模塊設備。更詳細地，本發明的一個主要方面提供了一種制造包括至少兩個串聯互連的光電子部件例如光伏部件、二極管、或發光二極管部件的單片集成光電子模塊的方法，該方法從將一個初始電氣絕緣層安置在一個層堆疊下面作為一個襯底，或安置在該層堆疊的頂部上作為一個覆蓋層而開始，如果所述初始絕緣層為一個襯底配置被安置則通過以順序(a)、
(b)、(C)進行的以下步驟產生該層堆疊，或如果所述初始絕緣層為一個覆蓋層配置被安置則通過以順序(C)、(b)、(a)進行的以下步驟產生該層堆疊。根據本發明的方法包括以下步驟(a)將稱為后接觸層的一個導電層沉積到所述初始絕緣層上或沉積到來自步驟
(b)的該半導電層上；將在此稱為后接觸凹槽的至少一個凹槽切割進入后接觸層，以便將所述絕緣層或所述半導電層的至少一條連續線暴露，由此提供被電氣斷開的至少一個第一和至少一個第二后接觸部件；(b)將包括至少一個半導電光電子活性層的至少一個半導電層沉積到在先前步驟(a)或(C)中沉積的層上，由此填滿所述凹槽，并且其中所述半導電光電子活性層由例如CdTe或一種ABC2材料制成，其中A表示由國際純粹與應用化學聯合會定義的包括Cu和Ag的化學元素周期表的第11族中的元素，B表示包括In、Ga和Al的周期表的第13族中的元素，并且C表示包括S、Se和Te的周期表的第16族中的元素；以及(C)將至少一個導電前接觸層沉積到在先前步驟(b)中沉積的層上或沉積到所述絕緣層上；將其中稱為前接觸凹槽的至少一個凹槽切割進入所述前接觸層，從而使得將在先前步驟中沉積的所述層的至少一條連續線暴露，由此提供被電氣斷開的至少一個第一和至少一個第二前接觸部件。所述第一和第二前接觸部件包括覆蓋對應的第一和第二后接觸部件的一部分。根據本發明的方法進一步包括為所述第二后接觸部件中的至少一個鉆出穿過在步驟(b)和(C)沉積的層的至少一個電池到電池通孔的步驟，從而使得所述電池到電池通孔將所述后接觸層和/或絕緣層的一部分暴露，使用生成熱的鉆孔工藝從而使得所述鉆孔工藝的熱通過導致表面金屬化來導致所述半導體層內所述電池到電池通孔的該表面的化學成分的永久變化，因此所述電池到電池通孔的該表面變得導電，以便在所述第一前接觸部件中的至少一個和至少一個對應第二后接觸部件之間建立一條電氣路徑，由此實現至少兩個串聯互連的光電子部件。優選地，鉆出該電池到電池通孔以便延伸穿過所述后接觸部件。該方法還優選進一步包括使用至少一個導電粘合部件放置形成一個匯流條的至少一個導電體的步驟，因此一條電氣路徑在所述匯流條和至少一個后接觸部件、所述表面金屬化和/或所述前接觸部件之間建立。本發明方法還優選地包括以下步驟
鉆出在此稱為匯流條到后接觸通孔的至少一個第一通孔，以便將所述后接觸部件中的至少一個的一部分暴露；使用至少一個導電粘合部件放置形成一個第一匯流條的至少一個第一導電體，因此一條電氣路徑在所述第一匯流條和所述后接觸部件之間建立；鉆出在此稱為匯流條到前接觸通孔，經過所述前接觸部件中的至少一個的至少一個第二通孔，并從而使得沒有所述匯流條到前接觸通孔經過由所述匯流條到后接觸通孔暴露的后接觸部件；以及使用至少一個導電粘合部件放置形成一個第二匯流條的至少一個導電體，因此一條電氣路徑在所述第二匯流條和所述前接觸部件之間建立。該方法還可以包括將由至少一條金屬化跡線制成的至少一個金屬化柵格部件沉積到所述襯底配置的所述前接觸部件上，其中所述金屬化柵格部件從至少一個所述通孔延伸，用金屬化材料填滿所述通孔中的至少一個。根據另一主要方面，本發明提供了一種單片集成光電子模塊設備，該設備包括至少兩個串聯連接的光電子部件，例如光伏部件、二極管或發光二極管部件，所述光電子模塊包括作為一個襯底安置在以下(a)、(b)、(C)的層堆疊下面，或作為一個覆蓋層安置在該層堆疊的頂部的一個電氣絕緣層；(a)包括至少一個第一和至少一個第二導電前接觸部件的一個層，所述第一和第二前接觸部件由使得所述第一和第二前接觸部件電氣分離的一個凹槽分離；(b)包括至少一個半導電光電子活性層的一個層，其中所述半導電層中的至少一個是例如由CdTe或一種ABC2材料制成，其中A表示由國際純粹與應用化學聯合會定義的包括Cu和Ag的化學元素周期表的第11族中的元素，B表示包括In、Ga和Al的周期表的第13族中的元素，并且C表示包括S、Se和Te的周期表的第16族中的元素；(C)包括沉積到所述電氣絕緣層上的至少一個第一和至少一個第二導電后接觸部件的一個層，其中所述第一和第二后接觸部件由使得所述后接觸部件電氣分離的一個后接觸凹槽分離，由此實現每個都包括所述前接觸部件、至少一個所述半導電層、以及所述后接觸部件的堆疊的第一和第二分離光電子部件；所述光電子模塊進一步包括經過所述第一前接觸部件中的至少一個和所述半導電層的至少一個通孔，由此將至少一個所述第二后接觸部件的一部分暴露，并且其中通過例如在該半導電光電子活性層的CdTe或所述ABC2材料中所含有的金屬元素的金屬化，在所述半導電光電子活性層的高度的所述通孔的該表面具有成分變化，這樣的永久金屬化是通過由鉆出所述通孔所產生的局部加熱可獲得的，所述永久金屬化在所述第一前接觸部件和所述第二后接觸部件之間建立一條電氣路徑，并在一個第一光電子部件和一個第二光電子部件之間實現一個串聯互連。優選地，該通孔延伸穿過所述后接觸部件。 前述通孔可以安置在平行于所述后接觸凹槽的至少一行中，從而使得最接近行在距所述后接觸凹槽至少5微米更優選50微米的距離。同樣，該通孔可以成形為位于距所述前接觸凹槽至少50微米的距離的線段，并從而使得至少一個第二后接觸部件包括在所述第一前接觸部件下面經過，并到達所述通孔的一個指形延伸部分，因此實現至少一個離體串聯互連。該設備可以進一步包括由沉積到至少一個所述前接觸部件上的至少一條金屬化跡線制成的至少一個金屬化柵格部件，所述金屬化跡線從至少一個通孔延伸。優選地，該金屬化柵格部件中的至少一個呈現一個圖案，其中所述通孔之一位于所述圖案的中心處。同樣，可以用有助于在所述前接觸部件中的至少一個和所述后接觸部件之間的電氣接觸的導電材料填滿該通孔中的至少一個。該設備可以進一步包括至少一個第一導電體，該第一導電體形成由至少一個導電粘合部件連接的一個第一匯流條，因此一條電氣路徑在所述第一匯流條和所述后接觸部件之間建立；至少一個匯流條到前接觸通孔，該通孔經過所述前接觸部件中的至少一個，從而使得沒有所述匯流條到前接觸通孔經過由所述匯流條到后接觸通孔暴露的后接觸部件；以及至少一個第二導電體，該第二導電體形成由至少一個導電粘合部件連接的一個第二匯流條，因此一條電氣路徑在所述第二匯流條和所述前接觸部件之間建立。實施方案披露了關于襯底或覆蓋層、非遮蔽匯流條、電流收集柵格的大小和數目、封裝材料、通孔的深度和/或形狀和/或位置和/或數目的變化。該設備有利地封裝在至少一塊前板和至少一塊后板內，所述前板優選具有玻璃或更優選地具有熱塑聚合物材料。


圖IA示出了從本發明的實施方案的上方觀看的分解圖，示出了包括以下部件的單片光伏模塊由金屬化點狀通孔串聯互連的三個光伏電池、經金屬化匯流條通孔連接的匯流條、以及金屬化前接觸柵格跡線。圖IB至圖IH示出了展示在襯底上的沉積和劃線順序以便形成在圖IA中所呈現的實施方案的剖面示意圖。圖IH還示出了所產生的模塊的封裝。圖2A至圖2D示出了在圖IA至圖IH中所描繪的實施方案的變化的剖面圖，但其中使用覆蓋層代替襯底。圖3A至圖3B示出了沒有金屬化前接觸柵格線的在圖IA至圖IH中所描繪的實施方案的變化的分解和剖面圖。圖4示出了在圖3A至圖3B中所描繪的實施方案的變化的剖面示意圖，但其中通孔鉆入后接觸部分。
圖5A至圖5B示出了帶有點狀互連的單片光伏模塊的另一實施方案的分解和剖面圖，其中通孔是狹長的，比在圖IA至圖IH中的通孔更中心地位于其相對應的太陽能電池中，并由徑向金屬化的前接觸柵格線供料。
具體實施例方式圖IA到5B描繪了本發明的四個示例性實施方案，每個實施方案都展示了怎樣使用本發明的一個技術變化。本領域的普通技術人員將認識到在附圖中所展示的各種部件的比例已改變以便改善清晰度。此外，在附圖中部件的數目和面積是高度可變的，并在工業生產的框架中放大。圖IA示出了包括三個串聯互連的光電子器件104、106、108的單片光伏模塊100的實施方案的分解圖。所述光電子器件104、106、108可以是光伏器件、二極管或發光二極管。所述光伏模塊100的實施方案含有所述光電子器件中的至少一個，優選地含有所述光電子器件中的若干個。在優選實施方案中，所述光電子器件是還稱為太陽能電池的光伏器件。光電子器件的所述光伏模塊在電氣絕緣襯底110上單片地制造。通過在圖IA至圖IH 中隨后詳述的方法，用若干個材料層涂覆所述襯底。光伏模塊100因此包括分離的導電電極122、124、126、128的后接觸層。所述后接觸層由半導電光伏材料層130覆蓋，該半導電光伏材料層自身由分為多個部件的兩個層覆蓋由部件142、144、146、148所表示的緩沖層，以及由部件152、154、156、158所表示的前接觸層。所述緩沖層部件和所述前接觸層部件由凹槽151分離通過所述緩沖層和所述前接觸層，以便設計鄰接的和電氣分離的部件的圖案，由此提供光電子器件104、106、108。電氣互連通孔155經過所述前接觸層和所述緩沖層，并作為導電金屬化通孔138繼續加深通過半導電光伏層130的整個厚度，因此在第一所述光電子器件的所述前接觸層與第二所述光電子器件的所述后接觸層之間建立了一條導電路徑。光電子部件的串聯互連由鉆穿所述光伏模塊100的整個厚度的延伸通孔153、157在模塊100的串聯互連路徑的每個電氣末端完成，由此刺穿后接觸部件122、128并繼續通過襯底110。可以添加多個金屬化前接觸柵格部件164、166、168以便有利地提高前接觸電導率。然后經相對應的導電附著172、178(例如使用導電膠)將電氣匯流條182、188電氣連接到相對應的后接觸部件122、128。圖IB到IH是描繪了制造在圖IA中所描繪的單片光伏模塊100的方法或過程的剖面圖。該過程包括材料層沉積、劃線、前接觸柵格沉積、匯流條的附著、以及封裝的順序。沉積到模塊的襯底上的薄膜材料的總厚度典型地約為3到5微米。圖IB示出了連續材料層有待沉積到其上的電氣絕緣襯底110。所述電氣絕緣襯底可以具有各種電氣絕緣材料，優選地具有薄且柔軟的材料以便容許卷對卷生產，更優選地具有可以經受約400-600°C的溫度的熱穩定材料，例如聚酰亞胺。所述電氣絕緣襯底初始地用導電層120涂覆。還稱為后接觸的所述導電層可以具有各種導電材料，優選地具有接近該導電層鋪設到其上的所述襯底110并接近有待隨后鋪設到該導電層上的其他材料的熱膨脹系數(CTE)。更優選地，所述導電層具有高光學反射率。最優選地，所述導電層不以化學上破壞性的方式與有待隨后鋪設到其上的其他材料反應。在普通實踐中，層120在稱為噴濺的工藝中沉積，并普遍地由Mo制成，盡管還可以有利地使用其他材料，例如摻錫氧化銦(ITO)、ZrN、TiN、Ti、W、Ta 以及 Nb。
圖IC示出了加工步驟，其中凹槽121切割進入后接觸層120，以便將襯底的至少一條連續線暴露，由此提供電氣分離的一組第一后接觸部件122、124、126和分別對應的一組第二后接觸部件124、126、128。所述加工步驟稱為劃線或圖案化步驟Pl。可以使用機械劃線刀片優選地使用激光器例如納米或微微米激光器更優選地使用脈沖激光器來完成圖案化步驟P1。除了位于模塊末端的后接觸部件122、128之外，其他后接觸部件124、126優選地具有相等的面積和形狀。圖ID展示了其中還稱為吸收層的至少一個所述半導電光伏層130沉積到所述后接觸部件上由此還將圖IC的凹槽121填滿的下一加工步驟。層130優選地由CdTe或一種ABC2材料制成，其中A表示由國際純粹與應用化學聯合會定義的包括Cu或Ag的化學元素周期表的第11族中的元素，B表示包括In、Ga和/或Al的周期表的第13族中的元素，并且C表示包括S、Se或Te的周期表的第16族中的元素。優選的半導電光伏層具有例如所謂CIGS型，由此含有Cu、In,Ga和Se”可以使用各種技術例如電沉積、印刷或汽相沉積來沉積層130。隨后基本透明的層包括例如由CdS或ZnS材料制成的所謂半導電緩沖層140，以及例如由ZnO = Al材料或摻錫氧化銦(ITO)材料制成的前接觸導電氧化物(TCO)層150。
圖IE展示了其中將兩種類型的通孔行電池到電池通孔155和匯流條通孔153、157劃線的加工步驟。其中優選地用激光器例如納米或微微米激光器更優選地用脈沖激光器將所述通孔行155、153、157鉆出或劃線的所述加工步驟稱為劃線或圖案化步驟P2。以在制造工藝結束將是第一電池例如電池104和第二電池例如電池106的位置之間建立串聯互連的目的鉆出電池到電池通孔155。對于所述第二后接觸部件124、126中的每個，將至少一個電池到電池通孔155鉆穿所述導電前接觸層150并鉆穿所述半導電活性層130，從而使得所述電池到電池通孔155足夠深，以便將所述第二后接觸部件124、126中的至少一個的一部分暴露，并從而使得當被鉆孔時沿所述電池到電池通孔155的表面所產生的熱導致所述半導電層130、140內所述表面的化學成分的永久變化，其中導致表面金屬化134、136。所述電池到電池通孔155的表面因此變得導電，由此在所述導電前接觸層150和所述第二后接觸部件124、126之間建立電氣路徑。例如，在CIGS型半導電光伏層的情況下，所述電池到電池通孔的導電表面是富銅的，并且在CdTe型半導電光伏層的情況下，所述電池到電池通孔的導電表面是富鎘的。然而，在圖IE中通過鉆孔將所述后接觸部件124、126暴露但不必需通過鉆孔工藝燒蝕。圖IE示出了帶有對稱錐形剖面形狀的通孔，但本領域的普通技術人員將容易推斷大量各種通孔形狀是可能的。通孔形狀的變化在圖5A和5B中呈現。此夕卜，因為通孔進一步延伸穿過后接觸部件122、128并延伸穿過所述襯底110，所以形成所述匯流條通孔153、157的方法是用來形成所述電池到電池通孔155的變體。由于使用相似于所述電池到電池通孔155的方法，例如激光劃線鉆出所述匯流條通孔153、157，所以金屬化通孔表面132、138形成并因此在所述前接觸層150和所述后接觸部件122、128之間相對應地提供導電路徑。為了是有效的，必須每后接觸部件122、144、126、128形成所述通孔中的至少一個。然而，實際上，例如使得能夠增加電流吞吐量，可以每一所述后接觸部件形成每個通孔中的若干個，以便有利地傳送更多電流。圖IF展示了加工步驟，其中將還稱為前接觸凹槽151的凹槽切割穿過所述前接觸層150，并延伸足夠深以便將所述半導電層130、140中的至少一個的連續線暴露，由此將所述前接觸層分離成電氣斷開的第一匯流條前接觸部件152、第一前接觸部件154、156、以及第二前接觸部件156、158，并從而使得每第一前接觸部件154、156至少一個所述電池到電池通孔155建立從大部分覆蓋所述第一后接觸部件122、124的所述第一前接觸部件154、156到所述第二后接觸部件124、126的串聯互連電氣路徑，由此實現三個串聯互連的光電子部件104、106、108。所述加工步驟稱為劃線或圖案化步驟P3。可以使用機械劃線刀片優選地使用激光器例如納米或微微米激光器更優選地使用脈沖激光器來完成圖案化步驟P3。從圖IE和1F，本領域的普通技術人員可以推斷所述劃線步驟P2(用于通孔)和P3(用于凹槽)可以有利地組合成單個劃線步驟P (通孔+凹槽)，其中使用例如至少一種激光劃線工具將所述電池到電池通孔155、所述匯流條通孔153、157、以及所述凹槽151劃線。為制造電池到電池接觸，使用汽相沉積的用于單片光伏模塊的常規方法在于沉積所述緩沖層140、劃線步驟P2直到所述后接觸層、沉積所述前接觸層150、并然后執行高精度劃 線步驟P3以便分離所述前接觸部件。該逐步順序可以包括一次或多次破壞真空。本發明因此提供了一種有利的方法，其中不需要在所述緩沖層140和所述前接觸層150的沉積之間破壞真空，由此節省時間、能量并降低成本。一個進一步的優點是本發明提供了不需要與常規方法具有同樣高精度的更大劃線加工窗口，由此由于更低錯誤率因此允許使用精度較低且較便宜的激光劃線工具、允許更快劃線步驟、并提供更高產量。本發明的更多優點是所述匯流條通孔153、157使得匯流條能夠在不引起遮蔽損失的情況下放置在半導電光伏層后面(圖1H)，而且可以在沉積所有層之后決定所述匯流條通孔的位置，由此供應更大的匯流條聯網選項。圖IG示出了一個剖面圖，其中添加金屬化前接觸跡線164、166、168的柵格以便提高相對應的所述前接觸部件154、156、158的電導率。所述前接觸跡線可以由銀或可能在多個步驟中與金屬電鍍或其他處理組合地被絲網印刷、電鍍、分配、噴墨印刷、或受到物理汽相沉積(PVD)的其他化合物制成。所述前接觸跡線可以延伸進入通孔，以便進一步提高所述前接觸部件154、156、158和相對應的金屬化通孔表面134、136、138之間的電導率。光電子模塊因此包括三個光電子電池104、106、108。圖IH示出了使用相對應的導電粘合部件172、178添加匯流條182、188。在普通實踐中，所述導電粘合部件是可以穿透匯流條通孔153、157的導電膠的分段，以便確保在匯流條182和后接觸部件122之間建立電氣路徑，而且因此在匯流條188和前接觸158之間提高電導率。在圖IH中，還由在后接觸128的高度的所述半導電襯底130的所述柵格跡線168和所述金屬化通孔138確保該電氣路徑。最終，所述光電子模塊100封裝在至少一塊前板(190)和至少一塊底板(192)內，前板190優選地具有玻璃或更優選地具有透明或半透明的熱塑聚合物材料。圖2A到2D是示出了制造除使用透明覆蓋層之外相似于先前模塊100的單片光電子模塊100的方法的剖面圖。換言之，現在將模塊100設計為使得到達其光伏部件的光在由吸收層130電氣變換之前首先經過透明覆蓋層。圖2A示出了例如由聚酰亞胺制成的透明且電氣絕緣的覆蓋層110，導電材料中的至少一個前接觸層150沉積到該覆蓋層110上。圖2B示出了其中將前接觸凹槽151劃線從而將所述前接觸層150分離成前接觸部件152、154、156的步驟。所述前接觸凹槽151連續暴露覆蓋層110，由此確保前接觸部件152、154、156之間沒有導電路徑。
圖2C示出了至少一個半導電緩沖層140的沉積，繼之以沉積至少一個光伏半導電層130。所述光伏半導電層130優選地由CdTe材料制成，但其他材料例如所述ABC2材料也是可能的。這繼之以沉積導電后接觸層。然后將后接觸凹槽121劃線，以便將后接觸層分離成后接觸部件122、124、126、128。所述后接觸凹槽121至少延伸直到所述半導電光伏層130的表面，因此在所述后接觸部件122、124、126、128之間沒有直接導電路徑。然而，所述后接觸凹槽121絕對不能如此深地延伸以至將所述前接觸部件152、154、156進一步分段。還優選地使用激光劃線工藝將電池到電池通孔155和匯流條通孔153、157劃線，因此由劃線所導致的局部熱導致所述通孔155、157的內表面134、136、138永久地變得導電，如在圖IE的描述中所解釋。鉆出所述電池到電池通孔155和匯流條通孔157，以便在大部分覆蓋相對應的第一后接觸部件122、124、126的第一前接觸部件152、154、156和第二后接觸部件124、126、128之間建立串聯互連。本領域的普通技術人員將推斷可以在單個劃線步驟中將凹槽121和通孔155、157劃線。圖2D示出了使用相對應的導電粘合部件172、178添加匯流條182、188。在普通實 踐中，所述導電粘合部件是可以穿透匯流條通孔157的導電膠的分段，以便在匯流條188和前接觸156之間提高電導率。圖3A和3B示出了表示圖IA至圖IH的實施方案100的變體的單片光伏模塊100的分解圖和剖面圖，其中所述前接觸柵格跡線164、166、168不存在。該光伏模塊100因此非常相似于前述光伏模塊100。所述光伏模塊100包括用被劃線成分離的后接觸部件122、124、126、128的導電后接觸層涂覆的襯底110。連續層包括半導電光伏層130，繼之以被劃線成相對應的緩沖部件142、144、146、148和前接觸部件152、154、156、158的緩沖層和前接觸層。優選使用激光器將所述前接觸和所述緩沖部件鉆孔，從而產生直到所述后接觸部件的表面的通孔155，以及一直通過所述襯底110的所述通孔153、157，由此產生導電金屬化通孔表面132、134、136、138。匯流條182、188經相對應的導電附著172、178電氣連接到相對應的后接觸部件122、128。剖面圖3B示出了例如由導電膠制成的導電附著172、178必須分別地至少延伸到后接觸122、128。盡管所述通孔在圖3A中展示為沿凹槽151或沿匯流條182、188的軸的單行，但本領域的普通技術人員將推斷可以在模塊100的表面上許多位置鉆出數個通孔。因為不使用前接觸柵格，由此與用來制造先前實施方案100的方法相比移除了一個制造加工步驟，所以該實施方案100可以是有利的。因為前接觸柵格跡線在光伏模塊的情況下引起可以減少光伏電產生的遮蔽損失，所以該實施方案100還可以是有利的。圖4示出了表示圖3A和3B的實施方案的變體的單片光伏模塊100的剖面圖，其中通孔155鉆穿所述前接觸部件154、156、相對應的緩沖部件144、146、其中還形成相對應的熱處理內通孔表面134、136的所述半導電光伏層130、以及鉆穿相對應的后接觸部件124、126，直到襯底110的表面。因為與先前模塊相比制造該單片光電子模塊100需要較低精度，所以所形成的實施方案是有利的。精度的所述降低有利地允許使用較低精度和較便宜的劃線工具、減少制造時間、降低劃線工藝的失敗率并因此提高成品率。圖5A和5B示出了呈現圖IA至圖IH的實施方案100的變體的單片光伏模塊100的實施方案的分解圖和剖面圖，其中通孔153、155、157可以延長并更中心地位于前接觸部件152、154、156、158上。生產該實施方案的方法非常相似于用來生產先前實施方案的方法。用經歷劃線路徑121的導電層涂覆襯底110，這些劃線路徑產生后接觸部件122、124、126、128。圖5A示出了所述劃線路徑121不是直線，以便允許隨后所產生通孔的前述定位變化。所述劃線路徑121用被設計成在后來沉積和劃線的第一前接觸部件下面經過的指形延伸部分來繪制第二后接觸部件。然后將半導電光伏層130沉積，繼之以應用緩沖層和前接觸層。然后優選地使用局部生熱劃線工具例如激光器將通孔155劃線穿過所述前接觸層、所述緩沖層、以及所述半導電光伏層，直到所述后接觸部件124、126的表面。還優選地使用局部生熱劃線工具例如激光器將通孔153、157劃線穿過所有前述層和所述襯底。如在圖IE中，所述局部生熱劃線工具在所述半導電光伏層130向狹長通孔153、155、157的表面給予導電性，由此產生金屬化通孔表面132、134、136、138。然后將所述前接觸層和緩沖層劃線成電氣分離的前接觸部件152、154、156、158、以及緩沖部件142、144、146、148。可以然后添加已圖案化的金屬化前接觸柵格部件164、166、168，以便有利地增加前接觸電導率。本領域的普通技術人員將推斷可以不同地設計在圖5A和5B中所展示的所述柵格部件164、166、 168的圖案，因此所導致的光伏模塊100提供所希望的有關發電和成本的最優性能。匯流條182、188經相對應的導電附著172、178連接到相對應的后接觸部件122、128。因為以下原因，所導致的實施方案是有利的所述通孔可以是狹長的并因此使用掃描裝置例如掃描激光器將所述通孔更有效劃線，還所述通孔可以有利地是狹長的以便每通孔提供更導電的表面，以便在前后接觸之間驅動更多電流，由于所述通孔在所述前接觸部件上的更中心位置，因此還可以設計更有效的遮蔽最小化柵格部件。由本發明所披露的不例性實施方案和方法尤其對互連光電子部件的光伏模塊的卷對卷生產有利。本領域的普通技術人員將容易推斷怎樣為單片光電子模塊的低成本和大規模生產放大和修改所展示的示例性實施方案。本發明的主要益處是提供了若干有利的示例性光電子模塊實施方案和對應的方法，其中例如在圖IA至圖IH的基于襯底的實施方案的背景下，將光伏部件互連的金屬化電池到電池通孔155、使得非遮蔽匯流條能夠連接到模塊的金屬化匯流條通孔153、157、以及將部件分離的凹槽151可以在相同生產步驟中制造，由此有利地減小生產復雜性、時間、成本和工具的數目。
權利要求
1.一種制造包括至少兩個串聯互連的光電子部件(104，106)例如光伏部件、二極管、或發光二極管部件的單片集成光電子模塊(100)的方法，該方法從將一個初始電氣絕緣層(110)安置在一個層堆疊下面作為一個襯底或安置在該層堆疊的頂部上作為一個覆蓋層而開始，如果所述初始絕緣層為一個襯底配置被安置則通過以順序(a)、(b)、(C)進行的以下步驟產生該層堆疊，或如果所述初始絕緣層為一個覆蓋層配置被安置則通過以順序(C)、(b)、(a)進行的以下步驟產生該層堆疊，該方法包括通過以下步驟生產所述層堆疊 (a)將稱為后接觸層的一個導電層(120)沉積到所述絕緣層(110)上或沉積到來自步驟(b)的半導電層(130，140)上；將在此稱為后接觸凹槽的至少一個凹槽(121)切割進入所述后接觸層(120)，以便將所述絕緣層(110)或所述半導電層(130，140)的至少一條連續線暴露，由此提供被電氣斷開的至少一個第一和至少一個第二后接觸部件(122，124，126，128)； (b)將包括至少一個半導電光電子活性層(130)的至少一個半導電層(130，140)沉積到在先前步驟(a)或(c)中沉積的層(120，150)上，由此填滿所述凹槽(121，151)，并且其中所述半導電光電子活性層(130)由例如CdTe或一種ABC2M料制成，其中A表示由國際純粹與應用化學聯合會定義的包括Cu和Ag的化學元素周期表的第11族中的元素，B表示包括In、Ga和Al的周期表的第13族中的元素，并且C表示包括S、Se和Te的周期表的第16族中的元素；以及 (c)將至少一個導電前接觸層(150)沉積到在先前步驟(b)中沉積的層(130，140)或沉積到所述絕緣層(110)上；將其中稱為前接觸凹槽的至少一個凹槽(151)切割進入所述前接觸層(150)，從而使得將在先前步驟中沉積的所述層(130，140)的至少一條連續線暴露，由此提供被電氣斷開的至少一個第一和至少一個第二前接觸部件(154，156，158)，所述第一和第二前接觸部件(154，156，158)包括覆蓋對應的第一和第二后接觸部件(122，124，126，128)的一部分； 所述方法進一步包括為所述第二后接觸部件(124，126)中的至少一個鉆出穿過在步驟(b)和(c)沉積的層的至少一個電池到電池通孔(155)的步驟，從而使得所述電池到電池通孔(155)將所述后接觸層(120)和/或絕緣層(110)的一部分暴露，使用生成熱的鉆孔工藝從而使得所述鉆孔工藝的熱通過導致表面金屬化(134，136)來導致所述一個或多個半導體層(130，140)內所述電池到電池通孔(155)的表面的化學成分的永久變化，因此所述電池到電池通孔(155)的表面變得導電，以便在所述第一前接觸部件(154，156)中的至少一個和至少一個對應的第二后接觸部件(124，126)之間建立一條電氣路徑，由此實現至少兩個串聯互連的光電子部件(104，106)。
2.根據權利要求I所述的方法，其中鉆出所述電池到電池通孔(155)以便延伸穿過所述后接觸部件(124，126)。
3.根據權利要求I或2所述的方法，進一步包括使用至少一個導電粘合部件(172，178)放置形成一個匯流條(182，188)的至少一個導電體的步驟，因此一條電氣路徑在所述匯流條(182，188)和至少一個所述后接觸部件(122，128)、所述表面金屬化(136)和/或所述前接觸部件(156)之間建立。
4.根據權利要求I至3中任意一項所述的方法，進一步包括以下步驟 鉆出在此稱為匯流條到后接觸通孔(153)的至少一個第一通孔(153)，以便將所述后接觸部件(122)中的至少一個的一部分暴露； 使用至少一個導電粘合部件(172)放置形成一個第一匯流條(182)的至少一個第一導電體，因此一條電氣路徑在所述第一匯流條(182)和所述后接觸部件(122)之間建立； 鉆出在此稱為匯流條到前接觸通孔(157)經過所述前接觸部件(158)中的至少一個的至少一個第二通孔(157)，并從而使得沒有所述匯流條到前接觸通孔(157)經過由所述匯流條到后接觸通孔(153)暴露的后接觸部件(122);以及 使用至少一個導電粘合部件(178)放置形成一個第二匯流條(188)的至少一個導電體，因此一條電氣路徑在所述第二匯流條(188)和所述前接觸部件(158)之間建立。
5.根據權利要求I至4中任意一項所述的方法，進一步包括將由至少一條金屬化跡線制成的至少一個金屬化柵格部件(164，166，168)沉積到所述襯底配置的所述前接觸部件(154，156，158)上，其中所述金屬化柵格部件(164，166，168)從至少一個所述通孔(155，157)延伸。
6.根據權利要求I至5中任意一項所述的方法，進一步包括用導電材料填滿所述通孔(153，155，157)中的至少一個的步驟。
7.一種單片集成光電子模塊設備(100)，該設備包括至少兩個串聯連接的光電子部件(104，106，108)，例如光伏部件、二極管或發光二極管部件，所述光電子模塊包括作為一個襯底安置在以下(a)、(b)、(c)的層堆疊下面，或作為一個覆蓋層安置在該層堆疊的頂部的一個電氣絕緣層(110)； (a)包括至少一個第一和至少一個第二導電前接觸部件(152，154，156，158)的一個層，所述第一和第二前接觸部件由使得至少一個第一和至少一個第二前接觸部件(152，154,156,158)電氣分離的一個凹槽(151)分離； (b)包括至少一個半導電光電子活性層(130，140)的一個層，其中所述半導電層(130)中的至少一個是例如由CdTe或一種ABC2材料制成，其中A表示由國際純粹與應用化學聯合會定義的包括Cu和Ag的化學元素周期表的第11族中的元素，B表示包括In、Ga和Al的周期表的第13族中的元素，并且C表示包括S、Se和Te的周期表的第16族中的元素； (c)包括沉積到所述電氣絕緣層(110)上的至少一個第一和至少一個第二導電后接觸部件(122，124，126，128)的一個層，其中所述第一和第二后接觸部件由使得所述第一和第二后接觸部件(122，124，126，128)電氣分離的一個后接觸凹槽(121)分離，由此實現每個都包括所述前接觸部件、至少一個所述半導電層、以及所述后接觸部件的堆疊的第一和第二分離光電子部件(104，106)； 所述光電子模塊進一步包括經過所述第一前接觸部件(154，156)中的至少一個和所述半導電層(130，140)的至少一個通孔(155)，由此將至少一個所述第二后接觸部件(124，126)的一部分暴露，并且其中通過例如在所述半導電光電子活性層(130)的CdTe或所述ABC2材料中所含有的金屬元素的金屬化，在所述半導電光電子活性層(130)的高度的所述通孔的表面(134，136)具有成分變化，這樣的永久金屬化是通過由鉆出所述通孔(155)所產生的局部加熱可獲得的，所述永久金屬化在所述第一前接觸部件(154，156)和所述第二后接觸部件(124，126)之間建立一條電氣路徑，并在一個第一光電子部件(104)和一個第二光電子部件(106)之間實現一個串聯互連。
8.根據權利要求7所述的設備，其中所述通孔(155)延伸穿過所述后接觸部件(124，126)。
9.根據權利要求7或8所述的設備，其中所述通孔(155)安置在平行于所述后接觸凹槽(121)的至少一行中，從而使得該最接近行在距所述后接觸凹槽(121)至少5微米更優選50微米的距離。
10.根據權利要求7至9中任意一項所述的設備，其中經過所述第一正接觸部件(154，156)中的至少一個的至少一個通孔(155)成形為位于距所述前接觸凹槽(151)至少50微米的距離的線段，并從而使得至少一個第二后接觸部件包括在所述第一前接觸部件下面經過并到達所述通孔(155)的一個指形延伸部分，因此實現至少一個離體串聯互連。
11.根據權利要求7至10中任意一項所述的設備，進一步包括由沉積到至少一個所述前接觸部件(155，156，158)上的至少一條金屬化跡線制成的至少一個金屬化柵格部件(164，166，168)，所述金屬化跡線從至少一個通孔(155，157)延伸。
12.根據權利要求11所述的設備，其中所述金屬化柵格部件(164，166，168)中的至少一個呈現一個圖案，其中所述通孔(155，157)之一位于所述圖案的中心處。
13.根據權利要求7至12中任意一項所述的設備，其中用有助于在所述前接觸部件(152，154，156，158)中的至少一個和所述后接觸部件(122，124，126，128)之間的電氣接觸的導電材料填滿所述通孔(153，155，157)中的至少一個。
14.根據權利要求7至13中任意一項所述的設備，進一步包括 至少一個匯流條到后接觸通孔(153)，該匯流條到后接觸通孔將所述后接觸部件(122)中的至少一個的一部分暴露； 至少一個第一導電體，該第一導電體形成由至少一個導電粘合部件(172)連接的一個第一匯流條(182)，因此一條電氣路徑在所述第一匯流條(182)和所述后接觸部件(122)之間建立； 至少一個匯流條到前接觸通孔(157)，該匯流條到前接觸通孔經過所述前接觸部件(158)中的至少一個，從而使得沒有所述匯流條到前接觸通孔(157)經過由所述匯流條到后接觸通孔(153)暴露的后接觸部件(122);以及 至少一個第二導電體，該第二導電體形成由至少一個導電粘合部件(178)連接的一個第二匯流條(188)，因此一條電氣路徑在所述第二匯流條(188)和所述前接觸部件(158)之間建立。
15.根據權利要求7至14中任意一項所述的設備，該設備封裝在至少一塊前板(190)和至少一塊后板(192)內，所述前板(190)優選具有玻璃或更優選地具有熱塑聚合物材料。
全文摘要
一種制造單片集成光電子模塊設備(100)的方法，該單片集成光電子模塊設備(100)包括至少兩個串聯互連的光電子部件(104，106，108)。該方法包括在以(a，b，c)或(c，b，a)為順序的3層堆疊的絕緣襯底或覆蓋層(110)上沉積和劃線(a)后接觸電極(122，124，126，128)，(b)半導電層(130)，以及(c)前接觸部件(152，154，156，158)。將通孔(153，155，157)鉆出，因此該鉆孔工藝的熱在所述通孔的表面導致金屬化，向所述通孔的半導電層的表面(132、134、136、138)給予導電性，由此通過將第一前接觸部件(154，156)連接到第二后接觸部件(124，126)在光電子部件(104，106，108)之間建立串聯互連的電氣路徑。
文檔編號H01L31/05GK102906875SQ201180025060
公開日2013年1月30日 申請日期2011年5月27日 優先權日2010年5月28日
發明者羅杰·齊爾特納, 羅蘭·科恩, 戴維·布雷莫, 比約恩·凱勒 申請人:弗立澤姆公司