專利名稱：制備光電化學(xué)電池陣列的原電極陣列的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光電池陣列，且特別涉及用于制造光電池陣列的方法。
背景技術(shù)：
在用于制造光電池陣列的原電極的一種工藝中，在導(dǎo)電體(例如金屬幅材)的表 面形成凸起的輪廓，用以建立與反電極的電連接。將涂層(例如氧化物涂層)施加到或以其 他方式形成在導(dǎo)電體表面上，以構(gòu)成光電池陣列的一個組成部分，例如絕緣層或染料載體。 隨后加熱導(dǎo)電體以便干燥涂層。 該涂層可被施加在導(dǎo)電體的凸起的輪廓上，但必須隨后去除該涂層以便能夠形成 與反電極的良好電連接。 實際上，即使將涂層僅施加到導(dǎo)電體上的選定區(qū)域而不施加到所述凸起的輪廓 上，加熱工序也傾向于使導(dǎo)電體的包括所述凸起的輪廓的整個表面上形成電絕緣氧化層或 類似的涂層。同樣地，必須去除形成在所述凸起的輪廓上的涂層以便能夠形成與反電極的 良好的電連接。 通常，不能夠以機(jī)械方式(例如拋光或研磨)去除涂層而不導(dǎo)致對下面的導(dǎo)電體 的損壞。

發(fā)明內(nèi)容
針對這種背景，本發(fā)明的目的是提供一種制備原電極的方法，該方法允許從導(dǎo)電 體表面的選定區(qū)域去除涂層或表面層，同時避免損壞導(dǎo)電體。 根據(jù)本發(fā)明，提供一種制備用于光電池陣列中的原電極陣列的方法，該方法包括 如下步驟(a)在導(dǎo)電體的表面的第一區(qū)域中形成凸起的輪廓，用以建立與反電極陣列的 一個或多個電連接；(b)在導(dǎo)電體的表面施加涂層，以構(gòu)成光電池陣列的一個組成部分； (c)加熱導(dǎo)電體以便干燥涂層；以及(d)向?qū)щ婓w的表面的第一區(qū)域施加激光輻射，由此去 除在步驟(b)中形成在該第一區(qū)域上的任何涂層，并且去除在步驟(c)中形成在該第一區(qū) 域上的任何的反應(yīng)產(chǎn)物。 激光輻射的使用允許準(zhǔn)確和精確地從第一區(qū)域去除涂層和反應(yīng)產(chǎn)物而不損壞別
處的涂層。另外，在施加激光輻射之后，在導(dǎo)電體表面上極少或沒有殘留物殘留。 第一區(qū)域例如可包括沿導(dǎo)電體表面的一個或多個軌道。導(dǎo)電體可采用幅材的形式。 該方法的步驟(b)可由僅在導(dǎo)電體表面的不同于第一區(qū)域的第二區(qū)域施加涂層 的操作構(gòu)成。在這種情況下，并且當(dāng)?shù)谝粎^(qū)域包括沿導(dǎo)電體表面的一個或多個軌道時，第二 區(qū)域可以選擇性地包括由第一區(qū)域中一個或多個軌道之間的區(qū)域所限定的一個或多個軌 道。 步驟(b)可改為包括在導(dǎo)電體的大體整個表面上施加涂層。這一選項之所以可行 是因為在本發(fā)明中激光輻射的使用允許從第一區(qū)域準(zhǔn)確和精細(xì)地去除涂層。在本方法的這種表現(xiàn)方式中，不需要提供諸如擠壓設(shè)備之類復(fù)雜的設(shè)備，用以僅將涂層施加到導(dǎo)電體表 面的第二區(qū)域。 在本方法的一種精細(xì)的表現(xiàn)方式中，步驟(d)包括相對于激光輻射源沿傳送方向 傳送導(dǎo)電體，并使激光輻射沿垂直于該傳送方向的方向掃描整個第一區(qū)域?？商鎿Q地，步驟 (d)可包括相對于激光輻射源沿傳送方向傳送導(dǎo)電體，并同時將激光輻射施加到第一區(qū)域 的橫貫垂直于傳送方向延伸的線狀區(qū)域的那些部分。
導(dǎo)電體可包括鈦。涂層可包括二氧化鈦。 本方法尤其適用于制造撓性光電池陣列的電極，因此，本發(fā)明擴(kuò)展到一種制造用 于撓性光電池陣列的原電極的方法，其包括前述的制備原電極陣列的方法；以及一種制造 撓性光電池陣列的方法，其包括前述的制備原電極陣列的方法。


現(xiàn)在將參考附圖描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例，其中 圖1示出了制造光電池的總體工藝； 圖2示出了制造光電池陣列的原電極陣列的工序； 圖3示出了在原電極陣列的鈦幅材上壓印圖案所涉及的工序； 圖4示出了原電極的鈦幅材通過壓紋輥的軌跡； 圖5示出了當(dāng)沿壓紋輥的軸線觀察時壓紋輥的各個公(凸起的)輪廓和母(凹入
的)輪廓，這些輪廓在原電極陣列的鈦幅材上形成小的近似球形的凸部； 圖6示出了用于清潔原電極陣列的鈦幅材的工序； 圖7是用于清潔壓紋的鈦幅材的設(shè)備的剖視圖； 圖8示出了用于以二氧化鈦來涂覆鈦幅材的工序； 圖9 (a)是用于以二氧化鈦和染料來涂覆鈦幅材的擠壓頭的分解圖； 圖9 (b)是擠壓頭的一個可替代實施例的分解圖，該擠壓頭具有兩個供給孔； 圖10示出了當(dāng)鈦幅材被引導(dǎo)通過擠壓機(jī)時二氧化鈦漿料或染料的流動路徑； 圖11示出了用于將壓力施加于擠壓頭的裝置； 圖12示出了利用激光對涂覆后的鈦幅材進(jìn)行的清潔； 圖13示出了用于利用釕基染料將二氧化鈦層涂覆于鈦幅材上的工序； 圖14示出了用于在涂覆后的鈦幅材上施加染料層的設(shè)置； 圖15示出了制造根據(jù)本發(fā)明實施例的原電極陣列的最后階段(finalstage); 圖16(a)和圖16(b)示出了用于圖15的設(shè)備中的第一和第二可替代類型的動態(tài)
張緊裝置； 圖17示出了制造根據(jù)本發(fā)明的實施例的反電極陣列的最后階段； 圖18示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的原電極陣列與反電極陣列是如何結(jié)合在一起
的； 圖19(a)至圖19(c)是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的光電池陣列在制造中的不同階 段的剖視圖； 圖20示出了根據(jù)本發(fā)明的又一實施例的原電極陣列與反電極陣列如何結(jié)合在一 起；
圖21是最終的層壓處理的剖視圖； 圖22(a)示出了如何形成根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的光電池陣列的外部電連接 裝置； 圖22(b)是圖22(a)所示的電連接裝置的一部分沿X_X線剖切的剖視圖； 圖23(a)是組裝前的原電極陣列與反電極陣列的兩個相鄰的電池的一部分的分
解剖視圖； 圖23(b)是組裝后的原電極陣列與反電極陣列經(jīng)層壓后兩個相鄰電池的一部分 的剖視圖； 圖24是示出根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的組裝后的光電池陣列的部件尺寸的剖視 圖； 圖25示出了組裝后的光電池陣列的總體外觀； 圖26(a)是當(dāng)沿輥的軸線觀察時用于輥的定位的對準(zhǔn)度精密調(diào)節(jié)器的視圖；以及 圖26(b)是帶有對準(zhǔn)度精密調(diào)節(jié)器的輥的等軸測圖。
具體實施例方式
參考圖l，用于制造光電池陣列的工藝包括用于形成原電極陣列的工序100 ;用 于形成對應(yīng)的反電極陣列的工序200 ;用于組裝這兩個電極陣列(兩者之間具有電解質(zhì)) 的工序300 ;以及用于密封組裝后的電極陣列的邊緣并層壓被密封組件的工序400。
在優(yōu)選實施例中，所形成的被密封組件包括i^一對起作用的電極和在陣列的側(cè)邊 緣處用于建立外部電接觸的一對假電極(dummy electrode)。優(yōu)選地，在該對假電極之間沒 有電解質(zhì)。 圖2更詳細(xì)地示出了用于形成原電極陣列的工序100。該工序有五個獨立的工段 壓紋工段110 ;清潔工段120 ;二氧化鈦(Ti02)涂覆工段130 ;釕基染料涂覆工段140，該釕 基染料用作光電池陣列中的吸光材料；以及將所形成的被涂覆幅材切割成多個條帶，并將 這些條帶附連到絕緣基板的切割工段150。 圖3更詳細(xì)地示出了壓紋工序中所用的設(shè)備。在該工序中，由包括兩個獨立的拆 巻單元的拆巻工段111將一巻厚度為0. 05mm的鈦幅材拆巻，并經(jīng)由邊緣引導(dǎo)機(jī)構(gòu)112供 給到焊接工段113，焊接工段113設(shè)置為將一巻鈦幅材的尾緣和后續(xù)的一巻鈦幅材的前緣 (leading edge)焊接在一起。隨后將鈦幅材供給到壓紋工段114，鈦幅材在壓紋工段114處 被壓出多個凹槽(dimple)構(gòu)成的圖案(下文中對此有更詳細(xì)描述)，并隨后被供給到切割 工段115，在切割工段115處，在與先前在焊接工段113處形成的結(jié)合點基本相同的位置切 割鈦幅材。隨后，將壓紋的鈦幅材經(jīng)由另一個邊緣引導(dǎo)機(jī)構(gòu)116供給到復(fù)巻工段117，復(fù)巻 工段117將壓紋的鈦幅材再巻繞到兩個獨立的復(fù)巻單元之一上的紙板成形器(cardboard former)上。 設(shè)置兩個獨立的拆巻單元、焊接工段113、切割工段115以及兩個獨立的復(fù)巻單元 的原因是為了使壓紋操作能夠在連續(xù)的鈦幅材上進(jìn)行，而無需將每巻鈦幅材手動供應(yīng)通過 壓紋工段114。因此，在焊接工段113處，將第一巻鈦幅材的尾緣焊接到第二巻鈦幅材的前 緣，并且當(dāng)焊接的結(jié)合點隨后到達(dá)切割工段115時在相同的位置切割幅材。其后，將第三巻 鈦幅材安裝到空出的復(fù)巻單元上，并使該第三巻鈦幅材的前緣能夠隨后焊接到第二巻的尾
5緣。為了使鈦幅材能夠以恒定的速度供給到壓紋工段，即便是在焊接過程中，在壓紋工段 114的上游和下游也均設(shè)有輥構(gòu)成的緩沖裝置。然而，在可替代的設(shè)置中，省略了上述緩沖 裝置，并且允許壓紋處理的速度變化。 圖4更詳細(xì)地示出了壓紋工段114。鈦幅材1141沿箭頭1144指示的方向以大約 每分鐘20m(0. 33ms—1)的速度供給到由第一壓紋輥1142和第二壓紋輥1143所限定的壓輥 間隙(nip)內(nèi)。壓輥間隙的尺寸選擇為與厚度為0.05mm的鈦幅材嚙合，并由此選擇優(yōu)選處 于0. 01mm到0. lOmm范圍內(nèi)的值。壓紋輥1142、 1143形成有48條壓紋圖案線，用于在鈦幅 材1141上形成對應(yīng)的凹槽的平行線(不過為清晰起見，圖4中僅示出了少數(shù)線)。如在圖 4中可看到的，鈦幅材1141僅占用壓紋輥1142、 1143的寬度的一半。因而，鈦幅材1141與 壓紋圖案的48條線中的24條線嚙合。這一有利特征使得壓紋輥1142、 1143在位于其中的 一個或兩個輥1142U143的一側(cè)上的壓紋圖案發(fā)生缺陷的情況下仍可繼續(xù)被使用。因此設(shè) 置使鈦幅材對準(zhǔn)的裝置(未示出)，以便在發(fā)生這種缺陷的情況下，能夠簡便地將幅材與壓 紋圖案的另一側(cè)重新對準(zhǔn)，使得壓紋工序能夠持續(xù)進(jìn)行而不會出現(xiàn)顯著的中斷。
圖5更詳細(xì)地示出了壓紋輥1142、 1143的表面。第一壓紋輥1142的表面形成有 凸起的(公)壓紋圖案，該凸起的(公)壓紋圖案呈近似球形的凸部1145的陣列形式，上 述凸起的壓紋圖案對應(yīng)于凹入的(母)壓紋圖案，該凹入的(母)壓紋圖案呈相應(yīng)的近似 球形的凹部1146的陣列形式。為清晰起見，圖5中所示的壓紋圖案的尺寸被相對于壓紋輥 1142、 1143的尺寸放大。通過使鈦幅材1141在第一壓紋輥1142與第二壓紋輥1143之間穿 過，在鈦幅材1141上形成凹槽1147的陣列。凹槽1147形成為矩形陣列，其中，相鄰的凹槽 之間沿鈦幅材1141的行進(jìn)方向的間隔顯著小于相鄰的凹槽之間沿鈦幅材的寬度方向的間 隔。因此，凹槽1147形成為多條線，其中凹槽均勻地分隔開并通常相隔大約lmm，并且各線 相隔12.25mm。凹槽1147用于在組裝后的陣列內(nèi)的各光電池的兩個電極之間建立電連接。
在壓紋工序開始之前，為了在壓紋輥1142、 1143的下游形成連續(xù)長度的幅材，將 長約15米的不銹鋼制頭部幅材焊接到第一巻鈦幅材的前緣并供給到壓紋輥H42、1143之 間(在該階段這兩個壓紋輥相互分離)，借以避免未被壓紋的鈦幅材1141若非如此的話則 必然會在該下游位置出現(xiàn)的浪費。不銹鋼制頭部幅材的長度由整個壓紋工段114的物理設(shè) 置決定，壓紋工段114包括設(shè)置于壓紋輥1142U143下游的橋部，這為復(fù)巻工段117的兩個 獨立的復(fù)巻單元提供了空間。實際上，頭部幅材的長度通常在20m到30m之間。如上所述， 當(dāng)?shù)谝粠嗏伔挠帽M時，就在焊接工段113將第一巻幅材的尾緣焊接到下一巻鈦幅材的前 緣，從而使得壓紋工序一旦開始就是連續(xù)的。在操作中，焊接工段113在幅材上的一位置處 打孔，該位置為將第一巻鈦幅材的尾端焊接到下一巻鈦幅材的前緣的位置，且隨后該孔被 切割工段115上的傳感器檢測到，進(jìn)而使鈦幅材在該點處被切割并使一不銹鋼尾部被焊接 到鈦幅材的尾端。因此，在隨后的鈦幅材的加工工序中，鈦幅材在前端和尾端均附連有不銹 鋼幅材部。 然而，已發(fā)現(xiàn)由于上述兩種金屬的熱膨脹率不同，后續(xù)的對鈦幅材的熱處理(下 文中對此有更詳細(xì)的描述)可導(dǎo)致幅材在前端和尾端的不銹鋼幅材部分焊接到鈦幅材的 位置處產(chǎn)生波狀變形(buckling)。 因此，在可替代的配置中，使用鈦幅材本身的頭部和尾部的幅材部分代替不銹鋼 的頭部和尾部的幅材部分。雖然這樣看起來會浪費昂貴的鈦，然而，一旦在最終加工階段的末尾將頭部和尾部從每個鈦幅材巻的主要被加工部分去除后，頭部和尾部自然能夠被再度 利用。另外，當(dāng)所述頭部和尾部在其使用壽命結(jié)束時，它們可通過例如熔化而回收并形成為 新的幅材。 在鈦幅材被壓紋之后，可選擇將經(jīng)過壓紋的幅材傳送到清潔工段120，圖6中更詳 細(xì)地示出了清潔工段120。該清潔工段用于去除油、殘留物以及其它的污染物，并且該清 潔工段依次包括拆巻機(jī)121、邊緣引導(dǎo)機(jī)構(gòu)122、清潔單元123、漂浮式干燥機(jī)(floatation drier) 124、邊緣引導(dǎo)機(jī)構(gòu)125以及復(fù)巻機(jī)126。在操作中，將經(jīng)過壓紋的鈦幅材拆巻，并經(jīng) 由邊緣引導(dǎo)機(jī)構(gòu)122傳送入清潔單元123。參考圖7，清潔單元123包括液體清潔劑的洗浴 池1231以及沖洗室1232，其中液體清潔劑例如為以LiquiNox(注冊商標(biāo))的商標(biāo)名稱銷 售的液體清潔劑。洗浴池1231和沖洗室1232均被加熱到85°C。經(jīng)過壓紋的鈦幅材1233 被引導(dǎo)穿過池1231中的清潔劑，并跨越分隔壁1234進(jìn)入沖洗室1232內(nèi)。隨后，將去離子 水(de-ionized water)從噴嘴1235噴灑到幅材1233上，并在沖洗室1232的底部經(jīng)由排 泄口 1236進(jìn)行收集以備再利用。在本發(fā)明的一些實施例中省去了清潔工段120。
為避免交叉污染，在壁1234的上游較短距離處，在幅材1233的路徑的上方和下方 分別設(shè)置第一排氣刀1237和第二排氣刀1238，并且這些氣刀用于迫使幅材1233上的任何 清潔劑殘留物返回到池1231中。 隨后，將沖洗過的鈦幅材1233浸入乙醇池(未示出)中，并供給到使幅材1233干 燥的漂浮式干燥單元124(見圖6)。在漂浮式單元124中，在兩個輥之間的張力下保持幅材 1233的同時，朝向幅材1233的上方和下方，供給加熱到8(TC和12(TC之間的空氣。
隨后，將干燥后的鈦幅材經(jīng)由邊緣引導(dǎo)結(jié)構(gòu)125供給到復(fù)巻站(station) 126。
返回參閱圖2，經(jīng)過壓紋及清潔的鈦幅材隨后被供給到用于在鈦幅材上沉積二氧 化鈦(Ti02)層的涂覆站130，在圖8中更詳細(xì)地示出了該涂覆站130。拆巻機(jī)131經(jīng)由邊 緣引導(dǎo)機(jī)構(gòu)132將幅材供給到擠壓站133(下文中對此有更詳細(xì)的描述)。在擠壓站133， 含1102的水基漿(water-based paste)被從加壓容器中擠出到幅材上，并以在相鄰的各排 壓紋凹槽之間延伸的條帶的形式沉積。 在優(yōu)選實施例中，所述漿包含(a)作為增厚劑的羥丙基纖維素(HPC)，其具有能 夠分解而不會在幅材上留下不希望有的殘留物的優(yōu)點；表面活性劑(例如在TX-100的標(biāo)記 下銷售的表面活性劑)，其能夠減小所述漿的表面張力，從而讓Ti02更容易進(jìn)入鈦箔上的表 面槽中；以及生物殺滅劑，其用于殺滅經(jīng)常會在HPC中發(fā)現(xiàn)的霉菌和真菌。沉積在幅材上的 Ti02漿的厚度取決于擠壓頭的形狀(具體地為擠壓梳的厚度，這將在下文中描述)、幅材移 動經(jīng)過擠壓頭的速度、及所述漿的粘度。 隨后，在三個工段134、135、136中將1102漿干燥。第一工段134包括加熱到約 6(TC的紅外線爐，該紅外線爐從內(nèi)部烘干所述漿，由此防止在涂層表面上出現(xiàn)有害的氣泡。 可選地，第一工段134也可改為包括諸如在前面參考圖6描述的漂浮式干燥機(jī)。第二工段 135包括漂浮式干燥機(jī)爐，其中幅材被懸置并借助紅外線照射和溫度為18(TC左右的熱空 氣烘干。第三工段136包括紅外線燒結(jié)爐，該紅外線燒結(jié)爐使得Ti02從漿中凝固到下面的 鈦幅材的表面上。隨后，在經(jīng)由邊緣引導(dǎo)件138將被涂覆幅材供給到復(fù)巻機(jī)139之前，使被 涂覆幅材進(jìn)入冷卻工段137。 圖9(a)更詳細(xì)地示出了第一實施例的擠壓頭的部件。擠壓頭1331包括不銹鋼擠壓器本體1332、不銹鋼擠壓器梳(extruder comb) 1333以及不銹鋼蓋板1334。附連于 擠壓器本體1332的每一端部的是設(shè)有聚四氟乙烯(PTFE)密封襯墊1336的相應(yīng)的不銹鋼 端板1335。盡管實際上在優(yōu)選實施例中擠壓頭的梳1333具有24個擠壓通道(extrusion channel)，但為清晰起見，圖示的梳1333僅帶有十個擠壓通道。擠壓器梳1333的每個齒的 遠(yuǎn)端形成有一相應(yīng)的凹口 1337，并且這些凹口與位于擠壓器本體1332的一個側(cè)面上的對 應(yīng)的槽1338對準(zhǔn)。這使鈦幅材上的凹槽的壓紋線能夠無阻塞地通過擠壓頭1331。這些凹 口還有助于擠壓頭的正確組裝。形成在擠壓器本體1332中的單個中央供給孔1339使Ti02 槳能夠進(jìn)入形成在擠壓器本體1332中的兩個供給通道1340的其中一個通道內(nèi)。
圖9(b)示出了一可替代的實施例。在該實施例中，同樣僅示出為帶有十個通道、 但是實際具有24個通道的擠壓梳1333是由諸如PTFE或聚乙烯之類的軟塑料(flexible plastic)材料制成的。使用高壓水流使軟塑料材料形成期望的形狀。由于梳1333所用的 彈性材料彌補了擠壓器本體1332和蓋板1334中的任何輕微缺陷，因此提高了防止Ti02漿 泄漏的密封質(zhì)量。 在該實施例中，在擠壓器本體1332的中央?yún)^(qū)域周圍對稱地設(shè)置有兩個或更多的 供給孔1339，以代替圖9(a)的實施例中的單個供給孔1339。這種增加對稱布置的供給孔 的設(shè)置減小了1102漿內(nèi)的壓力差，且由此而提供了對所施加的1102涂層的厚度的更大程度 的控制。應(yīng)認(rèn)識到，這種設(shè)置提供了兩個獨立的優(yōu)點(a)由于借助兩個孔，所述漿僅需分 布于擠壓頭的一半寬度上，而借助僅一個孔時，所述漿必須分布于擠壓頭的整個寬度上，因 此與僅帶有單個供給孔的設(shè)置相比，這種設(shè)置由于減小了 1102漿行進(jìn)的距離，因而減小了 壓力差；以及(b)每個供給孔1339中僅進(jìn)入一半量的所述漿，因此行進(jìn)速率減半并且壓力 差降低。 另外，利用涂有橡膠的軟木襯墊1336代替第一實施例的PTFE襯墊1336。已發(fā)現(xiàn) 涂有橡膠的軟木可提高襯墊1336的密封質(zhì)量，倘若不銹鋼擠壓器本體1332和不銹鋼端板 1335在組裝工序中承受塑性變形，則通常需要這種密封質(zhì)量。 參考圖IO，鈦幅材1341通過擠壓頭1331的移動方向由箭頭1342指示示。擠壓 頭內(nèi)的Ti02漿的流動方向由箭頭1342指示，并且箭頭1344指示當(dāng)Ti02漿被轉(zhuǎn)移到鈦幅材 1341時1102漿的流動方向。 在優(yōu)選的設(shè)置中，如圖11中示意性示出的，借助外部夾具1345對擠壓頭1331施 加壓力的程度，是通過采用微調(diào)螺絲(vernier screw) 1346形式的精密螺旋裝置來控制的。 通過精確地控制施加于擠壓頭1331的壓力，可進(jìn)而控制施加到鈦箔上的Ti02涂層的厚度 施加的壓力越大，則涂層越薄。 在優(yōu)選實施例中，依據(jù)在擠壓頭1331的下游位置處感測到的涂層厚度，來自動地 控制由夾具1345施加壓力的程度。例如，可利用光學(xué)手段，例如通過感測輻射束(例如光) 在涂層表面上反射之后的的位置，來感測上述厚度。 已發(fā)現(xiàn)，燒結(jié)工藝會在鈦箔的處于各二氧化鈦涂層軌道之間的區(qū)域上形成不希望 有的氧化層。由于這些區(qū)域包括壓紋的凹槽，所以不可能在不冒損壞凹槽的風(fēng)險的情況下 利用傳統(tǒng)的研磨技術(shù)去除氧化層。然而，已發(fā)現(xiàn)可通過使高功率激光束掃過待去除的氧化 物的區(qū)域的表面來有效地去除不希望有的氧化物層。這種激光清潔所提供的精度允許在不 影響二氧化鈦涂層軌道的情況下去除不希望有的氧化層。此外，這種方法不會在鈦箔的表
8面上留下否則的話還需要去除的殘留物，因而是清潔的。另外，激光還可用于為質(zhì)量控制的 目的而在鈦箔的背面打標(biāo)記。 圖12中示出了這種設(shè)置。在被涂覆鈦幅材1393的行進(jìn)路徑(由箭頭1392表 示)的上方安裝有激光器1391。該幅材包括有涂覆有二氧化鈦的軌道1394以及中間軌道 (intervening track) 1305，中間軌道1395包含在燒結(jié)工序中不符合期望地覆蓋了二氧化 鈦層的壓紋凹槽。激光器1391沿掃描線1396照射輻射束，但僅使得包含壓紋凹槽的中間 軌道1395被照射。這既可以通過用掃描頭或分束器使激光束掃過幅材的整個寬度，并相應(yīng) 地調(diào)節(jié)其強(qiáng)度來實現(xiàn)，也可以通過利用諸如光導(dǎo)纖維裝置使激光束僅直射在中間軌道1395 上來實現(xiàn)。在任一種情況下，都將激光束的能量和頻率選擇和/或控制成，使輻射能夠從鈦 幅材1393的表面燒蝕掉氧化層，并且在圖12中激光束的下游可看到所得到的清潔后的中 間軌道1397。 在可替代的設(shè)置中，使用結(jié)構(gòu)簡單的擠壓頭將鈦箔的整個表面涂覆二氧化鈦漿， 并隨后利用與上文所述相同的三個工段進(jìn)行干燥。其后，通過使用高功率激光器從各軌道 之間的區(qū)域去除二氧化鈦而限定出多個軌道。這種設(shè)置具有不需要具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的擠壓 頭的優(yōu)點，但應(yīng)認(rèn)識到，在鈦箔的整個上表面將需要涂覆更大量的二氧化鈦漿。在優(yōu)選實 施例中，二氧化鈦涂層構(gòu)成的每個軌道的寬度是9. Omm，并且每對相鄰的軌道之間的間隔是 3. 5mm，從而使得在該實施例中的鈦槳的增加量將達(dá)到約40%。 參考圖13，隨后將含有釕染料的涂層施加到被Ti02涂覆的Ti幅材上。復(fù)巻機(jī)141 經(jīng)由邊緣引導(dǎo)件142將被Ti02涂覆的Ti幅材供給到染料涂覆站143。在一個實施例中，Ti 幅材隨后經(jīng)由使染料涂層干燥的兩個真空單元144被傳送到以超聲方式清潔幅材的第一 洗浴池145，并隨后被傳送到含有溶劑清潔劑的第二洗浴池146。在另一實施例中，省去真 空單元144、超聲洗浴池145以及溶劑洗浴池146。作為替代，Ti幅材被傳送入使染料能夠 滲透或吸收Ti02涂層的吸收區(qū)，并隨后被傳送到去除多余染料的攪動沖洗池。
隨后，漂浮式單元147使用與上面參照漂浮式干燥機(jī)124(見圖6)描述的原理相 同的原理將所述幅材干燥。干燥后的被涂覆鈦箔隨后經(jīng)由邊緣引導(dǎo)機(jī)構(gòu)148被供給到復(fù)巻 機(jī)149。 應(yīng)認(rèn)識到，可使用與用于將Ti02漿施加到Ti幅材的擠壓頭相同的擠壓頭，將涂層 施加到被Ti02涂覆的Ti幅材，在這種情況下，染料涂覆站143與擠壓站133基本上相同。
然而，考慮到染料的易爆炸的揮發(fā)性溶劑所引發(fā)的危險，優(yōu)選使用精度可控的配 量閥的兩個線性陣列來施加染料，如圖14所示。 參考圖14，使涂覆有二氧化鈦條帶1432的鈦幅材1431沿箭頭1433指示的方向通 過染料涂覆站1434，染料涂覆站1434包括排列成兩個線性陣列1436、 1437的多個電磁控制 配量閥。在圖14中示出了 24個配量閥，但是在一優(yōu)選實施例中，設(shè)置22個配量閥。染料 源被供給到22個閥1435中的每個閥，閥1435則將染料施加到每個二氧化鈦條帶1432的 中央?yún)^(qū)域。染料被吸收進(jìn)二氧化鈦內(nèi)并由此分布于每個二氧化鈦條帶1432的整個寬度上， 但也可通過調(diào)節(jié)配量閥的針頭與被涂覆幅材1431之間的間隔來控制分布。
配量閥1435可以是隔膜閥。每個閥1435的端部包括以一定角度切割出(或稱"斜 切"出)的針，而這在本申請中是尤其有利的。為了使所有22個閥1435位于橫越被涂覆鈦 幅材1431的兩個線性陣列中，將閥1435設(shè)置為相對于幅材1431成一定角度，使得處于兩個陣列的每一陣列中的閥例如閥1435 (a)每隔一個就沿下游方向取向，而位于中間的閥例 如閥1435(b)則沿上游方向取向。此外，每個閥1435的針端的傾斜切口使得每個針的針口 能夠設(shè)置成基本上平行于被涂覆幅材1431，并位于被涂覆幅材1431上方的較短距離處。
染料經(jīng)過每個閥1435的速率是通過(a)染料供給到每個閥1435的壓力以及(b) 對閥1435進(jìn)行手動微調(diào)來控制的。還可通過選擇每個閥所用的針的口徑來控制該速率。當(dāng) 使用不同粘性的染料時，使用可更換的針是尤其有利的。 在引導(dǎo)幅材通過涂覆工序時，以每單位幅材寬度346Nm—1的張力保持幅材。我們 發(fā)現(xiàn)這樣足以控制幅材的運動，但不足以引起涂層破裂。在典型的應(yīng)用中，幅材的寬度為 0. 306m，所施加的實際張力為106N。 位于染料涂覆機(jī)143上游的邊緣引導(dǎo)機(jī)構(gòu)142(見圖13)是被動的純機(jī)械式引導(dǎo) 機(jī)構(gòu)，其采用固定在將幅材朝向染料涂覆機(jī)143傳送的輥上的一對引導(dǎo)輪的形式。該輥的 橫向位置是借助螺旋測微計(micrometer screw gauge)來調(diào)節(jié)的。 上文和下文所提及的邊緣引導(dǎo)機(jī)構(gòu)可采用下列兩種形式中的一種或者為如上所 述的純機(jī)械式裝置，或者為電動伺服系統(tǒng)，在該電動伺服系統(tǒng)中能夠感測出幅材的一個或 兩個邊緣的任何未對準(zhǔn)狀況，并將所得到的信號反饋回一電動機(jī)，該電動機(jī)使幅材重新對 準(zhǔn)。 在染料涂覆機(jī)143的上游設(shè)置純機(jī)械式邊緣引導(dǎo)機(jī)構(gòu)142的原因是為了消除當(dāng)邊 緣引導(dǎo)機(jī)構(gòu)142為電驅(qū)動時可能引起的著火和/或爆炸。 應(yīng)認(rèn)識到，可在幅材通過染料涂覆站之前或之后應(yīng)用上文參照圖12描述的激光 清潔處理。 圖15示出了制造原電極陣列的下一個工段。被涂覆鈦幅材151沿箭頭152指示 的方向被傳送到切割頭153，切割頭153包括由23個旋轉(zhuǎn)切割刀片構(gòu)成的線性陣列，所述 旋轉(zhuǎn)切割刀片排列為用以將被涂覆鈦幅材151切割成24個條帶154，每個條帶154的寬度 均為12. 25mm，條帶154將形成最終制成的光電池陣列中的原電極。然而，在切割工序開始 之前，使用打孔工具在期望的23個橫向位置處，在被涂覆鈦箔151的整個寬度上手動切割 出23個最初的縱向狹槽。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這樣能克服撓性的切割刀片漂離其期望的橫向位置的 傾向。最終形成的24個條帶154中，每一個條帶的邊緣都由未被涂覆的鈦組成，并且每個 條帶154都具有與其兩個邊緣之一相鄰地延伸的、相應(yīng)的壓紋凹槽線。
隨后，將條帶154供給到第一圓柱形導(dǎo)輥155和第二圓柱形導(dǎo)輥156，每個導(dǎo)輥的 外形設(shè)置為形成24個間隔開的平行通道，用以引導(dǎo)被涂覆鈦幅材154的相應(yīng)的24個條帶。 雖然每對相鄰?fù)ǖ乐g的間隔僅為0. 25mm，但應(yīng)認(rèn)識到，這仍然造成最外端的條帶與最內(nèi) 端的條帶之間的路徑長度的差異。為克服這一問題，在第一導(dǎo)輥155與第二導(dǎo)輥156之間 設(shè)置動態(tài)張緊裝置(dynamic tensioning device) 157，而這起到雙重作用(a)對于已從被 涂覆鈦箔的中央切下的那些條帶154而言，與已從邊緣切下的那些條帶相比，在切割頭153 與第二圓柱形導(dǎo)輥156之間限定出更長的路徑長度；(b)對24個條帶154中的每個條帶施 加基本上相同的張力。 動態(tài)張緊裝置157可采取兩種不同形式中的一種。在第一種設(shè)置中，如圖16(a) 所示，裝置157包括由24個獨立控制的跳動輥(dancer) 1571構(gòu)成的線性陣列，跳動輥1571 被支撐在框架1572的下方并被豎直向下(即，沿箭頭1573指示的方向)加偏壓。每個跳動輥1571包括由PTFE制成的半圓柱形致動器1574，半圓柱形致動器1574的圓形部面向 下方并由此處于與被涂覆鈦幅材的條帶154的上表面接觸的位置。每個跳動輥1571還包 括壓力彈簧1575，借助第一螺釘1576調(diào)節(jié)壓力彈簧1575的偏壓力。此外，借助第二螺釘 1577調(diào)節(jié)跳動輥的行程長度，即跳動輥能夠移動的最大豎直距離，第二螺釘1577將跳動輥 1571附連到框架1572。框架1572的高度以氣動方式調(diào)控，這使得施加到被涂覆鈦幅材的 24個條帶154的總體張力能夠得到調(diào)節(jié)。 在圖16(b)示出的第二設(shè)置中，上文參考圖16(a)描述的24個跳動輥1571被 相應(yīng)的張緊構(gòu)件1578取代，張緊構(gòu)件1578包括被支撐用以在臂1580下方旋轉(zhuǎn)的塑料輪 (plastics wheel) 1579，臂1580本身設(shè)置為繞限定一樞軸線1582的軸1581樞轉(zhuǎn)。利用附 連到臂1580的上表面的重物1583，在臂1580的距樞軸線1582的最大垂直距離處施加張 力，以使施加的扭矩最大化。通過這種設(shè)置，由于被涂覆鈦幅材的條帶154中的一個條帶的 運動引起輪1579旋轉(zhuǎn)，因此輪1579的表面與條帶154之間的摩擦極小，由此減小了以下兩 方面的可能性(a)對條帶154的損壞；以及(b)對輪1579表面的磨損。此夕卜，由于臂1580 對于繞水平軸線樞轉(zhuǎn)而言是自由的，因此不太可能因移動的條帶154沿條帶154的行進(jìn)方 向?qū)ρb置157施加力的傾向，而導(dǎo)致對動態(tài)張緊裝置157產(chǎn)生任何損害，因為該力僅使裝置 157繞軸線1582樞轉(zhuǎn)。 返回參閱圖15，切割后的被涂覆鈦條帶154隨后以壓紋凹槽朝上的狀態(tài)被傳送到 兩個輥158U59之間限定出的壓輥間隙內(nèi)。來自輥161的由聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET) 構(gòu)成的幅材160也被供給到該壓輥間隙的處于切割后的被涂覆鈦條帶154下面的位置，PET 幅材160將形成原電極陣列的基板。PET幅材160預(yù)先形成有四排寬5mm、長20mm的圓形 細(xì)長孔162，而這些孔沿該幅材的寬度設(shè)置成這些孔與被涂覆鈦箔的第1、第12、第13、第24 個條帶154對齊，以便在最終制成的光電池陣列中暴露這些條帶154的部分，這樣就能直接 建立對位于所制成的光電池陣列的每一側(cè)邊緣的暴露的鈦箔的直接電連接。PET幅材160 帶有一熱粘合劑層，因此條帶154被輥158、159壓抵在熱粘合劑上。輥158、159被加熱以 使熱粘合劑活化，從而將條帶154粘附到PET幅材160。條帶154由此被附連到下面的PET 幅材160上，其中位于相鄰的各對條帶154之間的保持為0. 25mm的間隔將構(gòu)成原電極陣列 中的絕緣軌道，該絕緣軌道將該陣列內(nèi)的相應(yīng)的原電極分隔開。 在可替代的設(shè)置中，利用(當(dāng)沿垂直于輥軸線的方向觀察時)形成有凸面的輥代 替上文參照圖15所描述的帶有通道的輥。在這種設(shè)置中，該輥的表面輪廓使被涂覆鈦幅材 的條帶154變成彼此橫向地間隔，并且還防止各條帶154中產(chǎn)生不同的張力。切割出的條 帶154隨后被供給到形成有一系列大約2mm高的豎直脊部(ridge)的導(dǎo)輥，上述脊部用于 在切割出的條帶154被設(shè)置于下面的PET基板160上之前將切割出的條帶154保持在期望 的橫向位置。 圖23(a)的下半部分示出了最終形成的原電極陣列的結(jié)構(gòu)，下文中將對此作更詳 細(xì)的描述，其中每一相鄰對的被涂覆鈦層501的條帶均被鄰近壓紋凹槽502線的絕緣間隙 503分隔。如可從示出了組裝在一起從而形成光電池陣列的原電極陣列與反電極陣列的圖 23(b)中看到的，凹槽起到以下雙重作用限定原電極與反電極之間的間隔；以及在組裝后 的光電池陣列中的各電極之間建立電連接。 圖17中示出了用于形成反電極陣列的工序。涂覆有導(dǎo)電層例如氧化銦錫(ITO)的
11聚萘二甲酸乙二醇酯(polyethylene naphthalate， PEN)幅材201從供給巻202被傳送并 被引導(dǎo)通過一排24根劃刻銷203，劃刻銷203由鎢制成并形成有碳化鎢尖端，且劃刻銷203 被加熱到150°C。這些劃刻銷203用于沿以12. 50mm(12. 50mm是最終形成的光電池陣列的 每個電池的寬度)距離間隔開的24條平行線，劃刻被涂覆PEN層的表面，以便去除ITO涂 層并由此暴露出下面的PEN基板，從而使每個電池內(nèi)在相同的位置處具有單一一條線。這 些線用作圖23(a)和圖23(b)中的附圖標(biāo)記510所表示的絕緣軌道，下文中將對此作更詳 細(xì)的描述。 隨后，將絕緣纖維204設(shè)置于劃刻后的被涂覆PEN基板201上。纖維204是從由48 個線軸206構(gòu)成的4X 12的陣列205來供給的，在每個線軸206上纏繞有一定供給量的絕緣 纖維204。優(yōu)選地，每根纖維204均由芳綸(aramid)材料制成，例如以Kevlar (注冊商標(biāo)) 的商標(biāo)名稱銷售的對位芳綸(para-aramid)合成材料制成，并涂覆有含樹脂的熱熔熱塑性 聚合物粘合劑。48根纖維204各自的對位芳綸芯部構(gòu)成多條單獨的絲線并具有50 m的直 徑。纖維204中，24根纖維的樹脂涂層具有100 m的厚度，而其余24根纖維204的涂層的 厚度是50 ii m，因此最終形成的這兩類被涂覆纖維204的外徑分別為150 y m和250 y m。
劃刻后的幅材201連同48根絕緣纖維204 —起被供給到纖維對準(zhǔn)頭(fibre alignment head) 207，在纖維對準(zhǔn)頭207中，48根纖維204中的每一根纖維在適合的橫向 位置處橫向?qū)?zhǔn)于相應(yīng)的一對導(dǎo)銷(未示出)之間，以便設(shè)置于下面的涂層PEN基板上。 纖維204為成對設(shè)置，每一對纖維中的纖維204之間的間隔遠(yuǎn)小于相鄰的對之間的間隔。 典型地，每一對纖維中的纖維204之間的間隔約為lmm，而相鄰的纖維對之間的間隔約為 12. 5mm。具有較小外徑的24根被涂覆纖維204直接設(shè)置于PEN基板中的24條劃刻線上， 而具有較大外徑的24根被涂覆纖維204形成緊鄰較細(xì)的纖維204延伸的平行線。
隨后，使對準(zhǔn)的纖維204通過一排四個熱氣刀208的下方，所述熱氣刀將加熱到 8(TC與15(TC之間的空氣吹到纖維204上。加熱的纖維204隨后被供給到兩個加熱的輥 209、210之間所限定的壓輥間隙，輥209、210熔化粘性樹脂涂層并由此將纖維204結(jié)合于涂 層PEN基板。熱氣刀208的作用是預(yù)先加熱纖維204，以使得粘性樹脂更易于被加熱的輥 209 、210熔化。 在可替代的實施例中，使用空氣噴嘴代替氣刀。 如從圖23(a)和圖23(b)可更清楚地看到的，上述纖維將形成為最終制成的光電 池陣列中位于原電極陣列與反電極陣列之間的絕緣隔離物，下文中將對此作更詳細(xì)地描 述，圖中顯示直徑較小的纖維508處于與PEN絕緣基板506上的劃刻出的絕緣線510對準(zhǔn) 的位置，而直徑較大的纖維509與纖維508平行地延伸。在光電池陣列中，每對纖維中的兩 根纖維沿著形成在原電極上的相應(yīng)的壓紋凹槽線的兩側(cè)延伸。 隨后，利用選定的一排或多排、每排十個均勻分隔的液壓操縱切割頭(未示出)， 將帶有附著的纖維的被涂覆PEN基板切割成期望的寬度。該期望的寬度代表著最終形成的 陣列中所需的光電池的數(shù)量。隨后，在復(fù)巻站將加工完成的反電極陣列纏繞到一個巻上。
在這一工段，完成獨立的原電極陣列與反電極陣列的制作?，F(xiàn)在將這兩個電極陣 列結(jié)合在一起，并以電介質(zhì)填充這兩個電極陣列之間限定的最終通道，現(xiàn)在將參照圖18進(jìn) 行描述。 為了將這兩個電極陣列結(jié)合在一起，將原電極陣列301和反電極陣列302沿由箭頭303、304指示的相應(yīng)方向傳送到限定在三對相對的輥305、306之間的豎直路徑的頂部， 通過將一定供給量的熱油注入到各個輥305、306內(nèi)的通道307中來加熱這三對相對的輥 305、306。每對輥305、306中的一個輥具有彈性的涂有橡膠的表面。同時，將一定供給量的 液體電解質(zhì)從一排噴嘴308噴射到限定在反電極的各對纖維之間的通道中，這些通道現(xiàn)在 位于原電極陣列301與反電極陣列302之間。在一個示例中，設(shè)置22個噴嘴。可使用單個 蠕動泵(peristaltic pump)將電解質(zhì)供給到所有22個噴嘴。然而，這種設(shè)置不允許對電 解質(zhì)從每個噴嘴308進(jìn)入其相應(yīng)的通道的流量進(jìn)行獨立的控制。因此，噴嘴308由一排或 多排與上文參照圖14描述的在染料涂覆站中使用的配量閥類似的電磁控制配量閥形成。 使用位于配量閥308下游的反射式光學(xué)傳感器309感測22個通道內(nèi)的電解質(zhì)的液面，并利 用從光學(xué)傳感器309輸出的信號來控制電解質(zhì)進(jìn)入通道中的流動速率。通過獨立地控制從 22個配量閥的每個閥排出的電解質(zhì)的量來實現(xiàn)對進(jìn)入每個通道中的電解質(zhì)流量的控制。然 而，也可通過調(diào)節(jié)兩個電極陣列301 、302在三對輥305、306之間的傳送速率，來控制填充所 述通道的總速率。 每對輥305、306的表面形成有與電極幅材301、302相應(yīng)地設(shè)置的、相對的脊部，使 得成對的被涂覆纖維在相對的脊部之間受到擠壓，從而使纖維上的樹脂粘性涂層符合原電 極結(jié)構(gòu)的形狀，這可從圖23(a)和圖23(b)中更清楚地看到。 在替代性的實施例中，將48根被涂覆的絕緣纖維設(shè)置于原電極陣列上、而不是反 電極陣列上。在這種設(shè)置中，將原電極陣列連同這48根纖維一起供給到兩個加熱的輥之間 所限定的壓輥間隙，這兩個加熱的輥熔化粘性樹脂涂層，并將纖維結(jié)合于鈦幅材的沿著壓 紋凹槽線的每一側(cè)延伸的多對平行線的相應(yīng)位置上。如同上述的將纖維設(shè)置于反電極陣列 上的設(shè)置，設(shè)置熱氣刀的一線性陣列，以緊靠著壓輥間隙的上游將熱空氣吹向纖維，并用來 預(yù)先加熱纖維，使得粘性樹脂更易于被加熱的輥所熔化。圖19(a)示出了原電極陣列171的 最終形成的結(jié)構(gòu)，從圖19(a)中可看到，絕緣纖維172U73的涂層已部分熔化，使得每對纖 維中，兩根纖維中較細(xì)的纖維172牢固地附連到下面的鈦幅材條帶174 ;而兩根纖維中較粗 的纖維173則沿著形成于原電極171中的各鈦條帶174的端部之間的絕緣軌道175延伸， 并牢固地附連到下面的相鄰鈦條帶174的端部區(qū)域而且還附連到PET基板176。每對相鄰 的纖維172、 173設(shè)置于在相應(yīng)的壓紋凹槽177線兩側(cè)延伸的線上。 通過這種設(shè)置，在圖20所示的工序中，當(dāng)原電極為水平取向時，電介質(zhì)沉積到形 成于交替的被涂覆絕緣纖維對172、 173之間的通道中。在這種設(shè)置中，原電極陣列171從 供給巻178被傳送到電解質(zhì)填充站179，在電解質(zhì)填充站179，當(dāng)原電極陣列171處于水平 取向時，將電解質(zhì)沉積在原電極陣列171上。與上面參考圖14進(jìn)行的描述類似，由排列成 一個或多個線性陣列的22個電磁控制配量閥供給電解質(zhì)。由于原電極陣列171是水平設(shè) 置的，電解質(zhì)將在重力作用下填充到交替的被涂覆纖維對之間的通道內(nèi)。在填充工序中，使 用一排22個光學(xué)色度傳感器180感測在22個通道內(nèi)的電解質(zhì)的液面，光學(xué)色度傳感器180 沿原電極陣列171的傳送方向設(shè)置于電解質(zhì)填充站179的下游。傳感器180是狀況響應(yīng)式 (condition-responsive)傳感器，這是由于其設(shè)置為用以探測顏色的變化，而在原電極陣 列內(nèi)的被染料涂覆的二氧化鈦層一旦被電解質(zhì)覆蓋時就會發(fā)生顏色變化。對電解質(zhì)沉積速 率的控制是通過以下一種或兩種調(diào)節(jié)來實現(xiàn)的(a)調(diào)節(jié)電解質(zhì)的流動速率和(b)調(diào)節(jié)原 電極陣列被傳送通過電解質(zhì)填充站179的速度。圖19(b)示出了剛填充電解質(zhì)之后的原電極陣列171的結(jié)構(gòu)，從中可看到，電解質(zhì)181填充了限定在交替的絕緣纖維對172、 173之間 的通道。 反電極陣列182由涂有例如氧化銦錫(IT0)的導(dǎo)電層的聚萘二甲酸乙二醇酯 (PEN)幅材形成，并且反電極陣列182從供給巻183經(jīng)過24個劃刻銷構(gòu)成的線性陣列184 來傳送；線性陣列184與上文描述的設(shè)置相同，用以形成24個平行的絕緣軌道。經(jīng)劃刻后 的反電極陣列182隨后與填充有電解質(zhì)的原電極陣列171 —起被傳送到第一對加熱的輥 1831、 1841之間所限定的壓輥間隙，該壓輥間隙使兩個電極陣列171、 182變成密封在一起。 使用上文描述類型的機(jī)械式邊緣引導(dǎo)機(jī)構(gòu)實現(xiàn)原電極陣列171與反電極陣列182之間的對 準(zhǔn)。雖然在該情況下，原電極陣列171已形成有被涂覆纖維172、173，但兩個電極陣列171、 182之間的對準(zhǔn)仍然是必要的，為的是使形成在反電極陣列182上的24個絕緣軌道185與 原電極陣列171上的相應(yīng)的24個較細(xì)的纖維172對準(zhǔn)。在這種設(shè)置中，這種對準(zhǔn)是通過將 劃刻銷179的陣列安裝到一機(jī)架(未示出)，并使電解質(zhì)填充站179也附連到該機(jī)架上來 實現(xiàn)的，從而使得原電極陣列171與反電極陣列182的相互對準(zhǔn)變得不那么重要。隨后將 被密封電極陣列171、 182傳送到第二對輥186、 187之間，第二對輥186、 187將兩個電極陣 列171、182壓緊到在兩個電極陣列171、182之間形成期望的間隔的程度。優(yōu)選地，使兩個 電極陣列位置盡可能相互靠近，但不致靠近到導(dǎo)致兩個電極陣列171U82跨越電解質(zhì)而短 路的程度。第二對輥186、187還用于迫使任何多余的電解質(zhì)順著相應(yīng)的通道沿電極陣列 171、182運動的上游方向流動。圖19(c)中示出了最終形成的電極組件的結(jié)構(gòu)，從中可看 到，反電極陣列182的導(dǎo)電的IT0層188與原電極陣列171的其中一個壓紋凹槽177直接 電接觸，并且被涂覆絕緣纖維172、173用于將電解質(zhì)保持在預(yù)先形成的通道內(nèi)并從而與壓 紋凹槽177的區(qū)域隔絕。 在又一種設(shè)置中，將48根纖維中較粗的24根纖維直接設(shè)置于形成在原電極陣列 中的絕緣軌道上，而將48根纖維中較細(xì)的24根纖維直接設(shè)置于形成在反電極陣列中的絕 緣軌道上。相應(yīng)的纖維的設(shè)置方法如上文所述。通過這種設(shè)置，使所有的纖維更容易對準(zhǔn)。
在另一個實施例中，并不使用涂有熱熔粘合劑的Kevlar纖維作為絕緣隔離物，而 是僅使用熱熔粘合劑，在此情況下，將一定供給量的熱熔粘合劑預(yù)先加熱，并隨后直接擠到 以下之一或者兩者的表面上(a)原電極陣列的鄰近壓紋凹槽線延伸的平行線，或(b)反電 極陣列182的同樣的對應(yīng)位置處的平行線。在這種設(shè)置中，僅壓紋凹槽用于限定原電極陣 列與反電極陣列之間的間隔。 在上述另一個實施例的一個變型中，熱熔粘合劑是以50 ii m直徑的二氧化硅玻璃 的球形珠的形式來供給的，當(dāng)將熱熔粘合劑沉積在原電極陣列或反電極陣列其中之一上 時，上述球形珠用于與壓紋凹槽線共同限定上述兩個電極陣列之間在組裝后的光電池陣列 中的間隔。 在用于形成兩個電極陣列的組件的每一個上述設(shè)置中，隨后使用裁切機(jī)手動將電 極組件切割成所需的長度。 為了防止電解質(zhì)從兩個電極幅材之間的通道的端部逸出，通過將組件放置在邊緣 密封臺上，并將加熱到18(TC的熱熔粘合劑涂覆于每個邊緣，將切口長度的前緣和尾緣密 封。 在將邊緣密封之后，使用圖21中示出的層壓站層壓最終形成的被密封組件。將被密封組件401供給到兩個輥402、403之間所限定的壓輥間隙，每個輥的表面是彈性的。設(shè) 置兩個保護(hù)性層壓巻404， 一個保護(hù)性層壓巻位于輥402、403的上方，另一個保護(hù)層壓巻位 于輥402、403的下方。層壓巻404設(shè)置在巻軸上并具有面向外的粘合劑層，該粘合劑層覆 蓋有可去除的保護(hù)層405。兩個層壓層404經(jīng)由去除保護(hù)層405的站而供給到兩個輥402、 403之間的壓輥間隙。隨后每個層壓層404在粘性表面面向加熱器406的狀態(tài)下行進(jìn)通過 相應(yīng)的輻射加熱器406，以使得粘合劑活化。將被密封組件手動地饋入兩個輥402、403之間 的壓輥間隙，使得層壓層404的上表面和下表面附連。 一旦最終形成的層壓后組件通過層 壓站，就將層壓層404的尾緣去除。兩個輥402、403的彈性有效地防止了在層壓層404的下方形成氣泡。
為了設(shè)立層壓站，首先使層壓層404進(jìn)入兩個輥402、403之間的壓輥間隙，而不去 除覆蓋粘合劑的保護(hù)層。這使得層壓層能夠?qū)?zhǔn)(而這本來會因存在暴露出來的粘合劑層 受到妨礙)，并且還防止粘合劑與輥402、403接觸。 層壓層起到防潮層(moisture barrier)作用，并保護(hù)光電池免受有害的紫外線輻 射的影響。 在撓性光電池陣列的制造中，最后的工序是將相應(yīng)的電端子連接到該陣列的每個 側(cè)邊，而這種連接是通過去除覆蓋PET基板中的細(xì)長槽的層壓部的選定區(qū)域以暴露出下面 的鈦箔，并將適合的電連接器附連到暴露出的鈦表面來實現(xiàn)的。如上所述，兩個光電池中位 于側(cè)部邊緣上的一個或全部兩個電池不是有效的，并僅作為用以允許建立外部電連接的假 電池。 在圖22(a)和圖22(b)中示出的替代性的設(shè)置中，通過在陣列內(nèi)的第一個電池和 最末一個電池5021中各自形成相應(yīng)的孔5011，并在兩個孔5011內(nèi)均巻繞金屬圈5031，來 實現(xiàn)巻曲式連接。外部連接則通過將相應(yīng)的端子5041直接焊接到上述兩個巻曲的金屬圈 5031來實現(xiàn)，或者通過將每個金屬圈5031與其相應(yīng)的端子5041巻繞在一起來實現(xiàn)。
圖22(a)和圖22(b)示出了形成在含有電解質(zhì)的電池5021中的巻曲式連接。但 是，在優(yōu)選的實施例(未示出)中，假電池5021不包含電解質(zhì)或染料涂層。此外，可省略原 電極陣列中最靠近組裝后的陣列的邊緣(示出于圖22(a)和圖22(b)中的陣列的右側(cè))的 凹槽線，可在該位置僅設(shè)置一根被涂覆纖維、或最優(yōu)選地設(shè)置單獨一條熱熔粘合劑線來取 代圖22(a)和圖22(b)所示的兩根被涂覆纖維。 由于假電池5021中優(yōu)選不含有電解質(zhì)，所以不存在電解質(zhì)發(fā)生任何不希望有的 泄漏或電解質(zhì)對電連接產(chǎn)生任何腐蝕性破壞的危險。以這種方式，可有效地建立與鈦幅材 的構(gòu)成假電池5021的一部分的內(nèi)部條帶的外部電連接。此外，通過這種設(shè)置，原電極陣列 的PET基板不必形成有細(xì)長孔。 圖23(a)是一實施例中光電池陣列在組裝前的兩個相鄰電池的一部分的分解剖 視圖，在該實施例中被涂覆絕緣纖維設(shè)置于反電極陣列上。這些電池的原電極包括鈦幅材 501的條帶，每個條帶具有一條沿幅材的一個邊緣的凹槽502的壓紋線，各鈦條帶被絕緣間 隙503分隔。鈦幅材501的每個條帶均部分地覆蓋有由二氧化鈦和釕染料構(gòu)成的層504。 鈦條帶501形成在下面的連續(xù)的PET基板505上。 反電極陣列由連續(xù)的絕緣基板506形成，絕緣基板506由PEN制成并覆蓋有由ITO 構(gòu)成的導(dǎo)電層507，并且絕緣基板506具有相對細(xì)的被涂覆纖維508和相對粗的被涂覆纖維
15509，較細(xì)的纖維508與形成在ITO導(dǎo)電層507中的絕緣軌道510對準(zhǔn)。 圖23(b)是經(jīng)組裝和層壓之后的光電池陣列的兩個相鄰的電池的一部分的剖視
圖，其中兩個絕緣基板505、506的外表面各自覆蓋有相應(yīng)的層壓層511。 圖24示出了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選的實施例的制作完成的光電池陣列的部件的尺
寸。該圖中的圖形不是按比例繪制的，為清晰起見，擴(kuò)大了豎直的尺寸。 圖25示出了制作完成的12個光電池構(gòu)成的陣列的整體外觀。在此情況下，使得
外部電連接線701通過沿原電極陣列的PET基板的側(cè)邊緣形成的兩個細(xì)長孔702連接到鈦
幅材。應(yīng)認(rèn)識到，所制成的陣列可包括不同數(shù)量的光電池。例如在一個優(yōu)選實施例中，所制
成的陣列包括ll個光電池。 某些輥需要對準(zhǔn)調(diào)整。圖26(a)和圖26(b)示出了如何實現(xiàn)這種對準(zhǔn)調(diào)整。固定 的安裝塊601借助安裝螺栓603剛性附連到導(dǎo)軌602?？烧{(diào)整的安裝塊604借助上螺紋栓 (threaded bolt)和下螺紋栓605可滑動地附連到固定的安裝塊601，上述螺紋栓605容置 在固定的塊601中相應(yīng)的凈孔(clearance bore) 606以及可調(diào)整的塊604中相應(yīng)的螺紋孔 607內(nèi)。通過使螺紋栓605順時針旋轉(zhuǎn)，引起可調(diào)整的安裝塊604朝向固定的塊601移動。 第三螺紋栓608被容置在固定的安裝塊601中位于上螺紋栓與下螺紋栓605之間的螺紋孔 609內(nèi)，并從固定的安裝塊601朝向可調(diào)整的塊604延伸。第三螺紋栓608具有六角形頭 部610，該頭部610通過緊靠可調(diào)整的塊604的表面而充當(dāng)終點止動裝置(end-stop)。將 第三螺紋栓608旋轉(zhuǎn)一定的量，以使得六角形頭部610限定可調(diào)整的塊604的一個期望位 置；并將上螺栓與下螺栓605緊固，以使可調(diào)整的塊604朝向固定的塊601移動，直到可調(diào) 整的塊緊靠六角形頭部610為止，在該點可調(diào)整的塊604即處于上述期望位置。隨后可使 用固定螺栓611將可調(diào)整的塊604剛性附連到導(dǎo)軌602。 當(dāng)需要調(diào)整輥612的軸線的位置時，利用相應(yīng)的各對固定的和可調(diào)整的安裝塊 601、604，并且將輥612的端部613安裝在兩個可調(diào)整的塊604中的相應(yīng)的凹部內(nèi)，如圖 16(b)所示。應(yīng)認(rèn)識到，通過這種設(shè)置，能夠相對于固定的導(dǎo)軌602精確地對準(zhǔn)輥612的軸線。 應(yīng)認(rèn)識到，根據(jù)以上所述工序制造的軟性光電池陣列具有廣泛的應(yīng)用，例如 (a)通過使光電池陣列漂浮在水面上并使陣列接受光源照射而產(chǎn)生電能； (b)通過使光電池陣列漂浮在水面上并使陣列接受光源(例如日光或甚至月光)
照射，并利用由陣列產(chǎn)生的電能給利用反向滲透的脫鹽工序提供能量來淡化海水水體； (c)通過使光電池陣列漂浮在水面上來減小來自水體表面的蒸發(fā)量；以及 (d)通過使光電池陣列漂浮在游泳池的水面上，并將陣列的輸出端連接到電加熱
器來加熱游泳池。
1權(quán)利要求
一種制備用于光電池中的原電極陣列的方法，該方法包括如下步驟(a)在導(dǎo)電體的表面的第一區(qū)域中形成凸起的輪廓，用以建立與反電極陣列的一個或多個電連接；(b)在所述導(dǎo)電體的表面施加涂層，以構(gòu)成所述光電池陣列的一個組成部分；(c)加熱所述導(dǎo)電體以便干燥所述涂層；以及(d)向所述導(dǎo)電體的表面的所述第一區(qū)域施加激光輻射，由此去除在步驟(b)中形成在該第一區(qū)域上的任何涂層，并去除在步驟(c)中形成于該第一區(qū)域上的任何反應(yīng)產(chǎn)物。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一區(qū)域可包括沿所述導(dǎo)電體表面的一個或 多個軌道。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中步驟(b)由僅將涂層施加到所述導(dǎo)電體表面 的不同于所述第一區(qū)域的第二區(qū)域的操作構(gòu)成。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，當(dāng)權(quán)利要求3從屬于權(quán)利要求2時，其中所述第二區(qū)域 包括由所述第一區(qū)域的一個或多個軌道之間的區(qū)域所限定的一個或多個軌道。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中步驟(b)包括將涂層施加到所述導(dǎo)電體的大 體整個表面。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1到5中任一項所述的方法，其中步驟(d)包括沿相對于激光輻射源 的傳送方向傳送所述導(dǎo)電體、并且使所述激光輻射沿垂直于所述傳送方向的方向掃描整個 所述第一區(qū)域的操作。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1到5中任一項所述的方法，其中步驟(d)包括相對于激光輻射源沿 傳送方向傳送所述導(dǎo)電體，并同時將所述激光輻射施加到所述第一區(qū)域的橫貫垂直于所述 傳送方向延伸的線狀區(qū)域的那些部分。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1到7中任一項所述的方法，其中所述導(dǎo)電體采用幅材的形式。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1到8中任一項所述的方法，其中所述導(dǎo)電體包括鈦。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1到9中任一項所述的方法，其中所述涂層包括二氧化鈦。
11. 一種制造用于撓性光電池陣列的原電極的方法，該方法包括如權(quán)利要求1到10中 任一項所述的制備原電極陣列的方法。
12. —種制造撓性光電池陣列的方法，該方法包括如權(quán)利要求1到11中任一項所述的 制備原電極陣列的方法。
全文摘要
本發(fā)明涉及制備用于光電池陣列中的原電極陣列的方法，該方法包括如下步驟(a)在導(dǎo)電體表面的第一區(qū)域中形成凸起的輪廓，用以建立與反電極陣列的一個或多個電連接；(b)在導(dǎo)電體表面施加涂層，以構(gòu)成光電池陣列的一個組成部分；(c)加熱導(dǎo)電體以便干燥涂層；以及(d)向?qū)щ婓w表面的第一區(qū)域施加激光輻射，由此去除在步驟(b)中形成于該第一區(qū)域上的任何涂層，并去除在步驟(c)中形成于該第一區(qū)域上的任何反應(yīng)產(chǎn)物。
文檔編號H01G9/20GK101755316SQ200880011241
公開日2010年6月23日 申請日期2008年2月4日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月2日
發(fā)明者凱文·丹尼爾·泰伯, 安東尼·大衛(wèi)·瓊斯 申請人:G24創(chuàng)新有限公司