[发明专利]用于改进薄膜太阳能电池互连的系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及光电设备，更具体地涉及用于在薄膜光电设备中改进互连 (interconnect)的系统和方法。

背景技术

薄膜太阳能模块提供一种有吸引力的方式在具有合理效率的条件下降低 成本。这些模块由多种材料制成，这些材料包括非晶硅锗、铜铟镓硒(CIGS) 和碲化镉。太阳能模块的通用特征是在诸如玻璃板的大面积绝缘体上的沉积。

这些模块的另一个通用特征是使用划线器(scribe)和互连以将大面积沉 积层分为一些单元和/或子单元。图1示出了以这种方式分割的典型的模块的 俯视图。如图1所示，模块100分为多个单元102(即长条)，其通过互连104 串联(例如，在该图中，以水平方向电连接在一起)。使用划线器和导体在模 块中形成互连，以下将进行更详细的说明。然而，应该注意到模块100的长度 L可以是1米或更长。同时，通常几乎覆盖模块整个长度L的互连宽度，典型 地在700-1000μm左右，并且单元的宽度(即长条)通常约为1cm。熟悉本领 域的技术人员应该理解，图1为典型模块的简化图，并且模块还包括图1中未 示出的其它无源和有源元件，诸如电极和终端。

将模块分为单元有几个原因，一个主要原因是产生的串联互连提供高电压 输出(相当于单个单元电压和)，同时减小了电流(相当于单个单元的电流)， 并且低电流减小了用于这些单元中的相对高阻抗的透明传导的串联效果。更具 体地，通过Ohm定律，P＝IV＝I²R(P＝电流I流过阻抗R时消耗的功率)， 从而电流平方的减小，减小了串联电阻之间的功率损失。

图2A-F示出了传统互连工艺流程的示例。这些流程用于由诸如CIGS的 材料制成的模块，图2A-F从图1中横跨互连线104的透视横截面图示出了用 于显著扩大图1的106部分的工艺流程。

在图2A的第一步骤中，诸如钼的传导金属202利用真空溅射系统沉积在 诸如玻璃204的衬底上。图2B中的第二步骤，横跨模块(如上面所提到的， 该切割长度可以大于1米)在线形切口206内对金属202激光划线。如图2C 所示，随后沉积CIGS半导体层208。如图2D所示，第二划线210平行第一 划线，将CIGS层隔离为几个独立的单元。如图2E所示，随后沉积透明导电 氧化物(TCO)212；在一个示例中，TCO由ZnO组成。最后，如图2F所示， 进行第三划线以形成串联连接216，其中来自层212的沉积的ZnO将一个单元 218的顶部连接到下一个单元220的底部。

在其它单元设计中，诸如使用非晶硅的那些，逆序沉积这些层。图3A-F 示出了用于这种设计的传统工艺的一个示例。通常该工艺使用相同数量的划 线，但TCO和金属的沉积顺序相反。具体地，在图3A中，TCO层302首先 沉积在玻璃304上。接下来，在图3B中，横跨模块(如上面所提到的，该切 割长度可以大于1米)在线形切口306中对TCO层302激光划线。如图3C 所示，随后沉积半导体层308(例如非晶硅)。如图3D所示，平行于第一划 线306的第二划线310将半导体层隔离为独立的单元。如图3E所示，随后沉 积诸如铝的金属层312以形成背面接触。最后，如图3F所示，在金属层312 中进行第三划线314，其形成串联连接316，其中来自层312的Al将一个单元 318连接到另一个单元320。

图4中示意性示出了图2和3中的传统工艺流程。如图4所示，有三个真 空沉积402、406、410，每一个分别经过划线步骤404、408和412。传统工艺 和诸如上面所提到的那些模块具有一些缺点。参考K.Brecl等人“A Detailed Study of Monolithic Contacts and Electrical Losses in a Large-area Thin-film Module(大面积薄膜模块中的单块接触和电气损失的详细研究)”Prog. Photovolt.Res.Appl.，Vol.13，pp.297-310(2005)。