CN102834924A - 制造带有背侧接触的半导体电池的光伏模块的方法和光伏模块 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种制造带有背侧接触的半导体电池（1）的光伏模块的方法，所述半导体电池（1）具有分别设置在接触侧（2）的接触区（3），该方法包括方法步骤：提供薄膜状的不导电衬底（4），其在第一衬底侧上带有至少一侧的并且至少逐部分地导电的衬底镀膜（5），把所述半导体电池的接触侧置于第二衬底侧上，实施穿过所述衬底和所述衬底镀膜的局部穿孔，以在所述半导体电池（1）的接触区（3）上产生所述衬底中的豁口（10），敷设接触媒介（11），用以填充所述豁口（10）并且用于形成在所述第一衬底侧上的衬底镀膜与所述第二衬底侧上的半导体电池之间的接触。

Description

制造带有背侧接触的半导体电池的光伏模块的方法和光伏模块

技术领域

本发明涉及一种制造带有背侧接触的半导体电池的光伏模块的方法和一种光伏模块。

现有技术

由现有技术所公知的基于半导体的光伏模块由半导体电池的全体组成。在它们中在一个外部的光入射的作用下产生一个电压。所述半导体电池最好相互连接，以能够从所述光伏模块取出尽可能高的电流强度。因此需要所述半导体电池的一种接触和所述光伏模块内部的一种有利的布线。

在公知的光伏模块中为了布线而使用所谓的导线带（Bändchen）。在此一般而言是带形成的金属制尤其是铜制的导线部分。在一个导线带同与之连接的半导体电池之间的接触通常借助于一种软焊接连接进行。在此所述接触从一个半导体电池的一个上部的光活性侧通到下一个半导体电池的一个背光的背侧。在所述导线带与所述半导体电池之间的接触位置上金属化接触区处于所述半导体电池上，在所述接触区进行所述焊接连接。

为了提高这种光伏模块的光收益，人们力图把所述的接触完全地安排在所述半导体电池的背光的背侧。于是所述背光侧就形成相应的半导体电池的一个接触侧。在此必须接触有着不同电位的、安排在共同的接触侧上的一些接触区。在一个要实现的连接且一个既有的几何安排中的许多个半导体电池的情况下，由于以上的需要对所述接触的精度提出了很高的要求，以可靠地避免错误连接和短路连接。鉴于在一个既有的电池安排中精确定位所述半导体电池的与之相关联的困难导致，所述在所述光伏模块的电能收益方面有利的背侧接触导致一种较复杂的制造过程，其首先是妨碍大规模生产这种模块。

发明内容

用于制造一种带有背侧接触的半导体电池的光伏模块的方法，所述半导体电池具有分别设置在一接触侧的接触区，该方法包括以下方法步骤：

提供一种薄膜状的不导电衬底，其在一第一衬底侧上带有至少一侧的并且至少逐部分地导电的衬底镀膜（Trägerbeschichtung）。然后把所述半导体电池的接触侧置于一第二衬底侧上。随后实施穿过所述衬底和所述导电衬底镀膜的局部穿孔，以在所述半导体电池的接触区上产生所述衬底中的豁口。作为接下来的步骤敷设接触媒介（Kontaktiermittel），用以填充所述豁口并且用于形成在所述第一衬底侧上的衬底镀膜与所述第二衬底侧上的半导体电池之间的接触。

从而着手于一种衬底薄膜，其至少在一侧有一导电的镀膜。把所述半导体电池置于另一个衬底侧上。从而其接触侧直接处在所述衬底上。接着通过一个穿孔精确地露出所述半导体电池的要电接触的接触区。在此于所述衬底中产生的豁口被导电地填充并且从而在所述接触区与所述衬底镀膜之间形成一种选择性接触。

在穿孔过程中所述半导体电池可以通过塑料条带（例如通过所谓的EVA带）固定。有利地使用一种塑料，用所述塑料在需要时还进行所述光伏模块或者其部件的层压。

所述方法的一大优点在于，在大型技术制造过程中时而出现的投放所述半导体电池时的位置不精确性就不成问题了。在所述半导体电池与所述导电的衬底镀膜之间的接触的实际位置在直接发生所述接触时才确定。由此可以用比较宽裕的制造公差进行所述半导体电池的安放工序。

有利地在一个实施方式中，在所述衬底上安放了所述半导体电池以后进行一个层压步骤，以层压所述半导体电池。由此所述半导体电池与衬底牢固地连接并且在后续的方法步骤中不改变其位置。此外所述衬底与层压了的半导体电池的整体形成一种复合结构，所述复合结构可以不成问题地存放并准备好用于后续的方法步骤。

作为可供选择的替代方案，在相同的层压步骤中还可以层压所述光伏模块的一个衬底玻璃。

不成问题地可以制造其它的接触层。有利地在敷设所述接触媒介之后产生至少一个其它的接触层，其中实施以下的方法步骤：

至少逐部分地用一种绝缘的保护层对所接触的衬底镀膜进行覆盖。接着实施一个穿通所述保护层、所述衬底和/或所述衬底镀膜的局部穿孔，以在所述半导体电池的接触区上产生豁口。然后在所述保护层上敷设一种接触媒介用以填充所述豁口并用于形成延伸在所述保护层上的接触层。

为在相应的接触层中敷设所述接触媒介可以使用各种方法。可以是一种印刷、一种喷涂或者是一种焊接。在实施所述焊接时通过一个焊接托架向要填充的豁口处传送一种焊接材料并且在熔解后填充该处。在一个有利的实施方式中，把所述选择性的焊接实施为一种激光焊接。在此通过施用激光进行所述熔解。

有利地在实施所述局部穿孔时，对安排在所述衬底上的半导体电池进行图像识别，其中通过一种图像处理和/或一种基准点设定，进行一个穿孔装置对每一单个的半导体电池的一种直接标定。

从而现场探测每一单个半导体电池各自的实际位置，其中为接触规定的部分的所述露出也精确地在根据图像鉴别出的位置上进行。由此在安放所述半导体电池时的较大位置公差不对本来的接触过程起不利的作用。

在一个有利的实施方式的情况下，通过一种透视装置进行所述图像识别。所述装置产生一个透视图像。在此在图像处理时在每个透视图像上实施一个轮廓识别并且所述穿孔装置按所述轮廓识别的结果自动地移动到一个从中确定的位置以产生相应的豁口。

在一个有利的实施方式中所述局部穿孔以一种激光钻孔的形式用一个激光钻孔装置实施。由此可以非常精确且无接触地进行所述穿孔。

装置方面是一种光伏模块，包含一个设有背侧接触和一个衬底的半导体电池总体，本发明的特征在于，所述衬底形成为一个薄膜或者一个层片，其中所述衬底在所述半导体电池的区域中具有一个用一种导电材料填充的豁口以形成安排在所述衬底一侧上的半导体电池与延伸在所述衬底另一侧上的导电材料制成的导电条之间的一种接触。

所述导电材料有利地形成为一种导电叠层、一种墨、一种膏剂或者一种焊料。

附图说明

下面借助于实施例详细地说明根据本发明的方法和根据本发明的光伏模块。要注意的是，附图只有阐述性并且不打算以任何方式限制本发明。在附图中：

图1示出所述半导体电池在所述衬底上的安放步骤的图示，

图2示出安放在所述衬底上的半导体电池的叠片步骤的图示，

图3示出所述衬底的局部穿孔的图示，

图4示出借助于一种焊料引入的接触的图示，

图5示出用所述局部穿孔的另一种步骤的另一种层构成的图示，

图6示出另一种接触步骤的图示，

图7示出用于所述接触区域的位置确定的一种透视方法的图示。

具体实施方式

图1示出所述半导体电池在所述衬底上的一种安放步骤。此处示出的半导体电池1例如形成为晶体的光伏电池。它们由硅或者一种可比的半导体材料组成并且具有对这种电池没有在图中详细示出的掺杂区用于从太阳能向电压的能量转换。每个半导体电池都有一个带有在其处安排的接触区3的接触侧2。所述接触区通常是电镀金属化的。定位通常诉诸于在图中没有示出的定位装置。

为了背侧接触所述半导体电池并且尤其是其接触侧2而设有一个衬底4。所述衬底由一个薄膜状电绝缘材料或者一个不导电的薄膜制成的层片组成。所述半导体电池在所述衬底上的固定借助于一个塑料薄膜4a进行。该塑料薄膜例如由条状敷设的一个带条形式的乙烯-乙酸乙烯（EVA）组成。

作为可供选择的替代方案所述半导体电池还可以不导电地与所述衬底粘接。在这样一种情况下所述衬底具有一个粘合表面，所述粘合表面在图中没有分开示出。与此相关的实施方式下面参照图5至7说明。

衬底4设有一个在此处单侧敷设的导电的衬底镀膜5。该镀膜可以实施成蒸镀的金属层或者一个以一个层片的形式与所述衬底连接的金属薄膜。所述衬底镀膜可以全面地形成也可以分段地形成。在图示的实施例中所述镀膜以大面积区域的形式实施，所述区域由一排沟槽6划分开。所述镀膜例如由铜或一种可比的良导电材料组成，用之可以降低要接触的半导体电池的串联电阻。在该例中所述半导体电池处于所述衬底的电绝缘侧。

取代于所述半导体这种投放还可以实施图中没有示出的印刷、蒸镀或者层压一种适用的材料以实现有机的电池。在这样一种制造过程中在薄膜状的衬底上敷设一种担当有机半导体的聚合物，尤其是带有一个对应的电子结构的共轭聚合物或者一种专用合成材料。由此形成的复合结构是高挠性的，充分地薄并且非常易于加工，在此可以同样不成问题地实施以下说明的方法步骤。

导电的衬底镀膜也可以采用其它导电材料，尤其是导电聚合物或者导电氧化物，例如采用氧化铟锌（ITO）。然而就部分而言其电导率与金属化物相比较是低的。

在此处所说明的实施例中，图1所示的安放过程后续接一个图2中所示的封装步骤。在此用一个叠层7覆盖处于所述衬底上的半导体电池。所述叠层例如可以借助于一个真空层压过程中敷设的塑料薄膜。对于所述层压尤其适用乙烯-乙酸乙烯（EVA）。这两种材料可以热塑地溢过所述半导体电池的总体。如果用与譬如所述起固定所述半导体电池作用的塑料薄膜或带4a相同的材料实施所述层压是有利的。

作为热塑层压的可供选择的替代方案，还可以使用以“dam and fill”的名称等公知的反应性的层压材料。为此尤其是涉及可浇铸的或者可涂抹的、在电磁射线和/或热的作用下透明地固化并且在此透光地封装所述半导体电池的总体的材料或者材料混合物。此处可以使用一种基于有机硅化合物（Silikon硅烷）的塑料。

视要求而定，在图2中所示的层压过程和封装过程可以与以后的光伏模块的图中没有示出的玻璃衬底上的贴合（Aulaminieren）进行结合。在此，所述玻璃衬底直接安放在所述叠层上，其中所述叠层同时引起所述半导体电池和所述薄膜的复合结构粘附在所述玻璃衬底上。在这样一种情况下后续的方法步骤在一个几乎完成的光伏模块上实施，在其上然后只要再产生一个背侧接触了。

对于进一步的方法步骤把图2中所示的复合结构有利地转动，如在图3中所示。此后，所述衬底4，尤其是其导电的衬底镀膜5，形成其上侧。

现在把所述复合结构于预定的位置上局部穿孔。在图示的例子中所述局部穿孔通过一个激光钻孔装置8进行。该激光钻孔装置驶向安排在所述半导体电池上并且由所述衬底覆盖的接触区3并且沿着所述复合结构的方向在各个所要求的位置照射出一个激光束9。在由此触及的点上各自产生一个豁口10，以此各自露出一个接触区3。所述豁口既可以点状地形成也可以以一条线或者一个面的形式形成。这两者都可以通过激光钻孔装置以一种非常简单的方式达到。

在由所述半导体电池和衬底组成的复合结构上为所述局部穿孔预设的位置事先通过一个下文在详细说明的透视方法在图像探测的框架内测定。所述激光钻孔装置借助于在此测定的位置数据并且从而驶向每一单个的位置。因此由于制造过程引起的所述半导体电池的可能的位置差在此不起任何作用并且被完全地补偿。

图4示出后续的，所述半导体电池的背侧接触。在该方法步骤中用一种导电材料填充此前产生的豁口10。在此用导电的衬底镀膜5在所述半导体电池上形成所述接触区的接触。

在该图中所示的例子中把导电材料以一种焊接膏或者一种焊球形成的焊滴10a的形式借助于一个焊接托架10b传送到为此设置的豁口10并且投放之。然后进行所述接触区和所述焊接膏或者所述焊球的一种选择性熔化，其中在所述接触区3与所述导电的衬底镀膜5之间形成一种接触11。为此可以采用一种激光焊接方法。事实表明，穿孔时在所述衬底中产生的孔洞事先做一个单独的金属化是有利的，以保证由所述焊料达到完善的浸润。所述金属化可以通过一种蒸镀、印刷或者喷涂实施。

取代于所述焊接还可以进行一种膏剂或者导电墨的点状或者线状的加印或者投放。所述每个接触过程都可以图像控制地进行，其中在此可以使用已经为所述局部穿孔利用的图像识别单元和/或在此获取的位置数据。

在这样一种情况下例如所述激光钻孔装置可以在一个为此确定的位置造成豁口，把在此触及的位置提交给所述焊接装置的一个调整装置，此时在刚才产生的豁口产生所述接触。从而在这样一个方法流程中所述穿孔和所述接触在一个唯一的工作过程中进行。

这里要指出，对于用导电材料填充所述豁口10，原则上可以考虑所有能够保证半导体电池1上的接触区3与导电的衬底镀膜5的可靠的电接触11的方法。从而作为刚才已经阐述的措施的可供选择的替代方案，可以使用其它有利的方法进行所述接触，尤其是使用喷涂方法。

合适的方法例如计有冷气体喷涂、用等离子喷射的等离子喷涂、用线或者小杆的火焰喷涂（Flammspritzen mit Draht oder Stab）、用粉末的火焰喷涂、塑料火焰喷涂、高速火焰喷涂（HVOF）、爆轰喷涂、激光喷涂、光弧喷涂或者还有PTA（Plasma Transferred Arc: 等离子转移弧），在以下各段中详细说明上述方法中的一些方法。

在冷气体喷涂的情况下把一种加热了的过程气体在一个喷头的一个炽热喷口（Lavalduese）中通过膨胀加速到超音速并且在此形成为一种气体射束，在所述射束中以冷却的颗粒形式注入所述导电材料作为喷涂材料。所述颗粒由此本身受到加速并且以较高的动能撞击到所述要接触的位置上。于是在碰撞时所述颗粒作为致密、牢固贴附的层而形成所希望的接触。与其它的热喷涂方法相比，该方法中有利之处在于不要求任何事先的熔焊或者熔化。所述过程气体的温度还在所述喷涂材料的熔点之下，从而有利地不改变所述喷涂材料也就是所述导电材料的组织结构。所述衬底的热负荷消除到很低。此外在多数情况下一个明确可控的喷涂射束几何形态保证了无需掩模地敷设所述导电材料。最后，由此还达到几乎没有喷涂损耗。

如果取而代之借助于等离子喷涂实现所述接触，就从一个带有一个等离子源的等离子头发出一个等离子流，即所谓的等离子喷气，在所述等离子流中以粉末-颗粒形式注入所述导电材料作为喷涂材料。所述等离子喷气卷走所述粉末-颗粒并且把它们抛到要接触的位置上。有利的是所述等离子喷涂可以选择性地在标准大气中、惰性气体环境中、在真空中进行，需要时可以在水下进行。

这两种可供选择的替代方法“冷气体喷涂”或者“等离子喷涂”具有以下的共同优点：这两种方法都可以在适中的温度进行。还可以采用譬如铝或者铁那样的在“焊接”方法的情况下几乎不能处理的导电材料。此外首先是铝比铜明显地成本上有利并且从而为所述接触提供了一种合理化潜力。还消除了在要接触的位置提供可焊接面的必要性。从而可以取消用于提供可焊接面的一种银膏。从中又得出为所谓的背面场（BSF）提供多个面的可能性。

在冷气体喷涂或者等离子喷涂的情况下所述喷头的定位对应于图4中焊接托架10b的定位，也就是说，在图4中焊接托架10b带有焊接头用带有喷头或者带有等离子头代替。可以同样地用与前文对焊接托架10b已经说明了的相同措施把所述喷头或者等离子头从当前的位置操纵到下一个位置。

原则上可以敷设至少另一个接触线条或者接触面。一个相关的例子在图5和图6中示出。为了敷设各自的下一个接触线条，用一种电绝缘的保护层12覆盖此前产生的接触11。该保护层例如可以通过一种层压工序敷设，其中在此可以诉诸于通常为此使用的材料，尤其是一种EVA薄膜。在此创立的复合结构中重复地使用前文说明且在图3示出的穿孔的方法步骤尤其是激光钻孔，用以在其它接触区3产生其它的豁口10。它们此后接着用另一个导电材料13填充并且相互连接，其中由此形成一个第二导电条层。

为投放和敷设所述导电材料13可以诉诸各种方法。除了所说明的激光焊接方法之外还可以使用一种印刷方法，其中使用一种高电导率的墨或者膏剂（尤其是一种纳米银墨或者纳米银膏）作导电材料。

此外还可以使用各种的，以上说明的喷涂方法投放和敷设所述导电材料13。由此产生填充了的豁口10和一个第二导电条层。

同样可以进行所述导电材料的蒸镀或者绘制所述导电材料。在此有利的是做得首先通过投放导电的滴填满所产生的豁口。为此所需要的位置数据如所说明从所述激光钻孔装置的一个位置存储器或者一个控制单元取出。接着计算出各个接触点之间的导电条。把所计算出的路径翻译成控制脉冲，再把所述控制脉冲向一个绘图针或者一个蒸镀喷口的一个开动机构传输。于是所述开动机构在所述保护层12上方移动所述绘图针或者蒸镀喷口。在此所述绘图针或者蒸镀喷口沿着所设定的路径敷设所述导电材料13。在此它们产生用于安排所述半导体电池的第二接触面。

明确的是，参照图5和图6说明的方法原则上可以多次地实施。在此还可以附加地敷设原则上任意多的接触面并且从而达到所述半导体电池的复杂的连接。可以附加地嵌入附加的电子器件，尤其是二极管，例如，以在所述半导体电池之间产生旁路二极管电路。

图7是一个前文已经提及的透视过程的图示。为此设置的透视装置由一个可操纵的射线源14组成，以产生一个穿透所述复合结构的射线15。在此可以借助一个X光源作射线源。

所述射线用一个阵列16检测，其中所述阵列采集处于射线径迹中的半导体电池1的透视图像。如此采集的原始数据向一个图像处理装置17（尤其是一个带有一个图像处理程序的计算机）传送。

所述图像处理装置对所述透视图像进行一个结构识别，其中探测含在所述图像中的形状的位置，存储并且向所述激光钻孔装置和/或所述焊接装置的一个控制单元以及一个用于敷设所述接触面的对应的其它装置传送。

补充地，为此示出一个半导体电池的一部分的一个示意的透视图18。由于金属化了的接触区提高的吸收能力，所述金属化的接触区以能够明显可确认的轮廓19的形式显现出，其位置可清楚地确定。

所述接触区的图像识别还可以通过检测一个基准点取代或者补充。在此把所述半导体电池投放在所述衬底上，所述半导体电池含有在X射线图像中可以清楚地显现出的基准结构，其中每个要露出的接触区相对所述基准结构的位置事先知道，并且从而可以从所述基准点的位置计算出。作为基准点可以采用特殊的十字结构，所述十字结构为每一单个的接触区定义一个局部的坐标系统。该坐标系统可以通过发出图像的方法探测。每一单个的接触区在所述坐标系统内的位置事先在每个半导体电池处知晓。由此可以各自从所述基准点的位置确定所述接触区的位置，即使这些区在所述透视图像中显现不出轮廓。

借助于实施例说明了根据本发明的方法和以此产生的光伏模块的结构。在所属领域一般技术人员的范围内可以有其它的实施方式和变例。这些尤其可以由从属权利要求给出。

Claims (12)

1.一种用于制造带有背侧接触的半导体电池（1）的光伏模块的方法，所述半导体电池（1）具有分别设置在接触侧（2）的接触区（3），该方法包括以下方法步骤：

-提供薄膜状的不导电衬底（4），其在第一衬底侧上带有至少一侧的并且至少逐部分地导电的衬底镀膜（5），

-把所述半导体电池的接触侧置于第二衬底侧上，

-实施穿过所述衬底和所述衬底镀膜的局部穿孔，以在所述半导体电池（1）的接触区（3）上产生所述衬底中的豁口（10），

-敷设接触媒介（11），用以填充所述豁口（10）并且用于形成在所述第一衬底侧上的衬底镀膜与所述第二衬底侧上的半导体电池之间的接触。

2.如权利要求1所述的方法，

其特征在于，

在所述衬底（4）上安放了所述接触侧（2）之后，通过层压覆盖所述半导体电池（1）。

3.如以上权利要求中任一项所述的方法，

其特征在于，

在敷设所述接触媒介（11）之后产生至少一个其它的接触层，具有方法步骤：

-至少逐部分地用绝缘的保护层（12）对所接触的衬底镀膜进行覆盖，

-实施穿通所述保护层、所述衬底和/或所述导电衬底镀膜的局部穿孔，以在所述半导体电池（2）的接触区（3）上产生豁口（10），

-在所述保护层上敷设接触媒介（13），以填充所述豁口并用于形成所述延伸在所述保护层上的其它的接触层。

4.如以上权利要求中任一项所述的方法，

其特征在于，

通过印刷、喷涂或者是焊接进行所述接触媒介（11、13）的敷设。

5.如权利要求4所述的方法，

其特征在于，

在进行所述焊接时，通过焊接托架向要填充的豁口（10）处传送焊接材料并且在熔解后填充该处。

6.如权利要求4或5所述的方法，

其特征在于，

所述焊接被实施为激光焊接，其中通过施用激光进行所述选择性的熔解。

7.如权利要求1至3中任一项所述的方法，

其特征在于，

通过喷涂进行所述接触媒介（11、13）的敷设。

8.如权利要求7所述的方法，

其特征在于，

所述喷涂方法通过冷气体喷涂、用等离子喷射的等离子喷涂、用线或者杆的火焰喷涂、用粉末的火焰喷涂、塑料火焰喷涂、高速火焰喷涂（HVOF）、爆轰喷涂、激光喷涂、光弧喷涂或者还有PTA（Plasma Transferred Arc）实现。

9.如以上权利要求中任一项所述的方法，

其特征在于，

在实施所述局部穿孔时，对安排在所述衬底（4）上的半导体电池（1）进行图像识别，其中通过图像处理和/或基准点设定来进行穿孔装置对每一单个半导体电池的直接标定。

10.如权利要求9所述的方法，

其特征在于，

为进行所述图像识别通过透视装置（14、16、17）产生透视图像，其中在图像处理时在每个透视图像上实施轮廓识别（19）并且所述穿孔装置（8）按所述轮廓识别的结果自动地移动到从中确定的位置以产生相应的豁口（10）。

11.如以上权利要求中任一项所述的方法，

其特征在于，

以激光钻孔的形式用激光钻孔装置实施所述局部穿孔。

12.一种光伏模块，该光伏模块包含多个带有背侧接触和衬底（4）的半导体电池（1），其特征在于，

所述衬底被形成为薄膜或者层片，其中所述衬底在所述半导体电池的区域中具有用导电材料填充的豁口（10）用于形成在第一衬底侧上的半导体电池与延伸在第二衬底侧上的导电条之间的接触。

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