[发明专利]制备光伏模块的工艺

说明书

优先权要求 

本申请要求在2006年3月28日提交的申请号为60/786902、题为“用于制备光伏模块的工艺”的美国临时申请的优先权，并且将其以引用的方式并入本文。 

发明领域

本发明涉及用于制造具有更好环境稳定性的太阳能或光伏模块的方法和装置。 

背景技术

太阳能电池是将太阳光直接转换为电能的光伏器件。最普通的太阳能电池材料是单晶或多晶晶片形式的硅。但是，采用硅基太阳能电池产生的电能的成本高于由更传统的方法产生电能的成本。因此，自二十世纪七十年代早期以来，为了大众使用而致力于降低太阳能电池的成本。降低太阳能电池的成本的一种方法是发展能够在大面积的衬底上沉积太阳能电池品质的吸收材料的低成本薄膜生长工艺以及采用高产出低成本的方法制备这些器件。 

非晶硅Si[a-Si]，碲化镉[CdTe]以及(磺基)硒化-铟-铜[CIGS(S)，或Cu(In，Ga)(S，Se)₂或CuIn_(1-x)Ga_x(S_ySe_(1-y))_k，其中0≤x≤1，0≤y≤1并且k约为2]，是三种重要的薄膜太阳能电池材料。图1示出了常规IBIIIAVIA族化合物光伏电池如CIGS(S)薄膜太阳能电池的结构。在如玻璃片、金属片、绝缘箔或网、或者导体箔或网的衬底11上制备器件10。在导电层13或接触层上生长吸收薄膜12(包括Cu(In，Ga，Al)(S，Se，Te)₂种类中的材料)，该导电层13或接触层是被预先沉积在衬底11上并作为器件的电学欧姆后触点(electrical ohmic backcontact)。在图1中的太阳能电池结构中的最常用的接触层或导电层13是钼(Mo)。如果衬底本身是适当选择的诸如Mo箔的导电材料，由于衬底11可用于器件的欧姆触点，则可不采用导电层13。在金属箔是活性的情况下，导电层13 也可作为扩散屏障层。例如，可将包含如Al、Ni、Cu的材料的箔用作衬底，该衬底具有沉积在衬底上并且保护衬底以避免Se或S蒸气的屏障层如Mo层、W层、Ru层、Ta层等。通常将该屏障层沉积在箔的两面以对其进行良好保护。在吸收膜12生长后，在吸收膜上形成透明层14如CdS、透明导电氧化物(TCO)例如ZnO、或CdS/TCO叠层。辐射R通过透明层14进入器件。还可以在透明层14上沉积金属栅格(未示出)以降低器件的有效串联电阻。优选的吸收膜12的电类型是p-型，优选的透明层14的电类型是n-型。但是，也可以采用n-型吸收材料和p-型窗口层。图1的优选器件结构称作“衬底-类型”结构。可以这样构成“顶衬(superstrate)-类型”结构：通过在透明覆层如玻璃或透明聚合物箔上沉积透明导电层，然后沉积Cu(In，Ga，Al)(S，Se，Te)₂吸收膜，最后通过导电层形成对器件的欧姆触点。在这样的顶衬结构中，光从透明覆层侧进入器件。可以将通过多种方法沉积的多种材料用于提供图1所示的器件的各种层。 

太阳能电池具有典型地小于2伏的相对低的电压。为了建立高电压电源或发电机，将太阳能电池互连以形成电路(然后将其封装为模块)。这里存在两种途径将薄膜太阳能电池互连以形成电路，并且然后制备具有较高电压和/或额定电流的模块。如果在绝缘表面上形成薄膜器件，可实现单片集成。在单片集成中，在同一衬底上制备所有太阳能电池，然后通过将一个电池的负端连接至相邻电池的正端(串联)而集成或互连在同一衬底上。在图2A中示出包括串联连接的电池部件(section)18的单片集成Cu(In，Ga，Al)(S，Se，Te)₂化合物薄膜电路结构20。在这种情况下，接触层为通过触点隔离区域或触点刻线(contactscribe)15分隔开的接触层垫(contact layer pads)13a的形式。化合物薄膜也为通过化合物层隔离区域或化合物层刻线16分隔开的化合物层带12a的形式。在另一方面，通过透明层隔离区域或透明层刻线17将透明导电层分隔为透明层岛状物14a。如图2A中可见，每个电池部件18的接触层垫13a电连接至相邻电池部件的透明层岛状物14a。以这种方式，将每个电池部件产生的电压叠加在一起以提供来自电路结构20的总电压V。