[发明专利]通过薄单晶外延硅器件的光伏模组的制造

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2011年8月3日提交的序号为61/514,641和于2012年5月25日提交的序号为61/652,063的美国临时专利申请的权益，其整体通过援引纳入本文。

技术领域

本发明一般涉及光伏模组的制造，更具体地说，涉及用于外延沉积薄单结晶硅太阳能电池的模组制造，包括柔性模组和高电压模组。

背景

降低硅基光伏制造成本需要大幅减少硅的用量。实现此目标的一种方法为使用非常薄的硅晶片来制造太阳能电池。这些薄的硅晶片（厚度小于50微米）是利用一种非常高效地使用硅的工艺来制造。该工艺包括在单晶硅衬底上外延沉积薄单晶硅晶片，该单晶硅衬底被阳极蚀刻以产生薄的（小于2微米）多孔硅剥离层，其允许单晶外延生长，还允许薄硅晶片从硅衬底剥离或剥落以产生非常薄的高质量单晶硅晶片。然而，这些非常薄的单晶硅晶片机械上易碎，并为处理、加工、测试和封装合成的太阳能电池以制造光伏模组方面带来挑战。

本领域需要新颖和改进的方法和设备来处理、加工、测试和封装非常薄的硅晶片及太阳能电池。

传统的柔性和重量轻的光伏已基于薄膜技术，例如非晶硅和铜铟硒化物（CIGS）。这些技术的显著问题为其相对较低的能量转换效率（通常非晶硅为6～8％而CIGS为10～11％）。此外，这些产品的可靠性和长期稳定性成问题，尤其是由于潮湿导致的降级。晶体硅晶片基的光伏具有高效率（>15％至～18％的模组效率与>20％的电池效率）、有基于30年以上的现场试验的高可靠性、以及使用地球上的既丰富且无毒的原料。然而，用于重量轻且柔性应用的常规晶体硅光伏存在显著问题：要求以低成本制造薄硅片；在电池和模组制造过程中要处理薄的硅；以及晶片厚度通常约为180微米，使得晶片非柔性以及在弯曲时会受损，并且如果晶片机械上变薄以允许柔性，则制造成本会大大地增加，使这种产品在市场上没有竞争力。

市场上有许多应用要求小尺寸（比如1平方英尺及更小）的太阳能模组，以便用于便携式设备的高级充电技术，包括太阳能供电的手持设备、手机、太阳能充电器、无线电源装置、燃料电池充电产品和公共充电站。这些模组需要为便携式设备提供恰当的“高电压”（需要6V、12V和24V的电压）。电池充电应用也如是。为了在小型模组中实现这些电压，各个太阳能电池必须要小（约在4至8平方厘米之间）并且串联连接。

本领域需要新颖和改进的柔性电池结构和方法和设备来处理、加工、测试和封装非常薄的硅晶片及太阳能电池。

发明概述

本发明提供用于制造包含众多机械上易碎的薄太阳能电池的光伏模组的方法，包括小于50微米厚的光伏器件。本发明叙述了用于处理、加工、测试和封装该些机械上易碎的太阳能电池的方法，其不涉及处理不支持的薄硅晶片。本文所述的太阳能电池包括外延单晶硅太阳能电池；此外，本发明的启示和原理可以应用于包含其它半导体（例如锗、砷化镓等等）的非常薄的外延太阳能电池。此外，本发明包括包含薄玻璃的光伏模组、包含多层层压薄玻璃的模组、以及还有包含代替玻璃的聚合物片材（诸如特氟纶（））的模组。

根据本发明的方面，光伏模组，可以包括：多个太阳能电池，以及模组后板，其中每一太阳能电池包括：光伏器件，具有位于所述光伏器件的前侧上的汇流条；附连于前侧汇流条的前接头片；与所述光伏器件的所述前侧结合的上覆层，其中所述前接头片在所述光伏器件和所述上覆层之间；以及与所述光伏器件的后侧连接的后接头片；以及其中所述多个太阳能电池布置成平面阵列和电互连，以及其中所述模组后板与所述多个太阳能电池的平面阵列的底侧结合。该上覆层可以是玻璃或聚合物片。另外，模组顶板可与所述上覆层的顶面结合。光伏模组可用足够薄且柔性的部件构成，从而使模组可折迭起来。

根据本发明的其它方面，一种制造包含众多非常薄硅太阳能电池的光伏模组的方法可包括：阳极氧化单晶硅衬底；在硅衬底的阳极化表面上生长非常薄的外延硅；处理外延硅的暴露表面以形成所述太阳能电池的前侧结构；将接头片附连于所述前侧；使所述太阳能电池的前侧与薄玻璃上覆层结合；使所述太阳能电池从硅衬底剥离；处理外延硅的暴露表面以形成所述太阳能电池的后侧结构；测试太阳能电池，以确定响应于曝光的特征电流-电压曲线；基于电流-电压特征将太阳能电池分类入槽内；使所述太阳能电池与来自同一槽的其它太阳能电池组装在一起以及使它们互连以形成太阳能电池阵列；将所述阵列层压到模组后板以形成光伏模组；以及使模组进行耐候处理。其中所述耐候处理可包括将保护玻璃板层压到模组顶部或者用密封剂充填在太阳能电池之间的间隙。