專利名稱：用于互連的薄膜太陽能電池模塊的制造的自動(dòng)組裝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及一種用于將太陽光轉(zhuǎn)化為電能的薄膜太陽能電池，并且更具體地涉及一種用于將太陽能電池互連以形成光伏模塊或串(string)的方法和設(shè)備。置量光伏領(lǐng)域一般地涉及將日光輻射或太陽光能轉(zhuǎn)化為直流(DC)電用于產(chǎn)生電能的多層材料。這些光伏材料通常 稱為太陽能電池，并且商業(yè)上可以以薄膜外形制造，如將一個(gè)或多個(gè)光伏材料的薄層和支持層以特定圖案和順序沉積至基板上。薄膜太陽能電池提供數(shù)個(gè)益處。一個(gè)這樣的益處是這些組合物具有用于吸收入射光的高截面。換言之，非常薄的光伏層可以捕獲相對(duì)高的百分比的入射光。例如，在很多薄膜太陽能電池器件中，光伏層可以具有約Iym至約4μπι的范圍內(nèi)的厚度。這些薄層允許結(jié)合這些層的器件是柔性的。薄膜特有的柔韌性進(jìn)一步使得包括多個(gè)器件的太陽能電池材料能夠如在柔性料片上以連續(xù)方式制造。這與較低柔性的太陽能電池，如包含晶體硅的那些相反，例如典型地作為分立的單獨(dú)太陽能電池制造和加工的那些。因?yàn)閱蝹€(gè)的傳統(tǒng)太陽能電池典型地不能產(chǎn)生足以用于大部分應(yīng)用的電，可以將數(shù)個(gè)太陽能電池以稱為光伏模塊或“串”的構(gòu)造彼此電和物理連接。這種模塊或串設(shè)計(jì)為以特定電壓提供電，其中所產(chǎn)生的電正比于到達(dá)模塊的太陽光的量。多個(gè)模塊可以依次彼此連接以形成陣列。通常，模塊或陣列的面積越大，將產(chǎn)生越多的電。這些模塊和陣列可以以串聯(lián)或者并聯(lián)電排列連接以產(chǎn)生所需的電壓和電流組合。尤其是，電連接可以是串聯(lián)以獲得所需的輸出電壓和/或并聯(lián)以提供所需量的電流源容量。此外，半導(dǎo)體結(jié)形成光電壓，而器件的面積和其他參數(shù)決定可得的電流?？缮藤彽奶柲茈姵匕逡虼嗽O(shè)計(jì)為具有適當(dāng)?shù)拿娣e和構(gòu)造以釋放特定量的功率并優(yōu)化其他應(yīng)用參數(shù)。光伏陣列通常與建筑物結(jié)合，其中這些陣列可以結(jié)合至建筑結(jié)構(gòu)中，以某種方式安裝至建筑物上(例如，附著至屋頂結(jié)構(gòu))，或與建筑物結(jié)構(gòu)分離地定位但通過電纜或電源連接至建筑物。在一些情況下，該陣列作為新建筑物的構(gòu)造的一部分建造，并且在其他情況下，將該陣列改造至現(xiàn)有的建筑物中。對(duì)于一個(gè)實(shí)例，開發(fā)了結(jié)合有光伏電池的瓦，其中使用這些瓦代替?zhèn)鹘y(tǒng)的屋頂瓦片。在另一個(gè)應(yīng)用中，可以將太陽能電池結(jié)合至建筑物的墻板中，如可以結(jié)合至側(cè)墻結(jié)構(gòu)中或可以附著至現(xiàn)有的側(cè)墻材料的嵌板這種瓦和/或墻板可以結(jié)合至家用和工業(yè)建筑兩者中作為用于該結(jié)構(gòu)的電能的主要或次要來源。作為制造薄膜太陽能電池模塊或串的工藝的一部分，必須進(jìn)行數(shù)個(gè)加工步驟以將多個(gè)太陽能電池彼此連接，這可以稱為互連工藝。這種互連工藝需要可以是例如線或扁絲(這在本文中也稱為并且在本領(lǐng)域中也已知為帶)的互連元件以及太陽能電池的精確放置，以便獲得可以在采用這些串的后面的工藝中使用的機(jī)械魯棒的太陽能電池串。線帶相對(duì)于太陽能電池的該精確放置還需要作為粘合劑起作用的導(dǎo)電環(huán)氧樹脂的分配的精確調(diào)節(jié)。為確?？梢匀菀椎卦谙掠喂に囍刑峁┨柲茈姵卮瑱C(jī)械容差的精確控制是重要的。在用于互連薄膜太陽能電池的工藝中確保高準(zhǔn)確性和精度與對(duì)于剛性基板的類似工藝比較可以是有挑戰(zhàn)性的操作，尤其是歸因于由薄膜太陽能電池的柔性本性提供的附加的自由度。因此，對(duì)于提供用于以有效并且準(zhǔn)確的方式電連接多個(gè)太陽能電池的自動(dòng)薄膜太陽能電池互連裝置和方法存在需要。附圖簡述將參考附圖進(jìn)一步解釋本發(fā)明，其中遍及數(shù)個(gè)視圖相同的結(jié)構(gòu)通過相同的數(shù)字引用，并且其中

圖1是本發(fā)明的太陽能電池互連系統(tǒng)的透視圖；圖2是圖1的太陽能電池互連系統(tǒng)的前視圖；圖3是圖1的太陽能電池互連系統(tǒng)的側(cè)視圖；圖4是圖1的太陽能電池互連系統(tǒng)的頂視圖；圖5是圖1的系統(tǒng)的帶卷處理機(jī)和展開模塊的透視圖；圖6是圖1的系統(tǒng)的分配和電池互連模塊的透視圖；圖7是圖1的系統(tǒng)的固化爐模塊的透視圖；圖8是圖1的互連系統(tǒng)的互連傳送機(jī)系統(tǒng)的透視圖；圖9是可以使用本發(fā)明的方法和系統(tǒng)與其他太陽能電池互連的類型的單獨(dú)的太陽能電池的頂視圖；圖10是圖9中所示類型的單獨(dú)的太陽能電池的頂視圖，并且進(jìn)一步示出一個(gè)示例粘合劑施用圖案；圖11是前導(dǎo)帶的頂視圖并顯示示例粘合劑分配區(qū)；圖12是互連帶的頂視圖并顯示示例粘合劑分配區(qū)；圖13是本發(fā)明的示例五電池互連的太陽能電池串的頂視圖；圖14是為了示例的清楚所示的不具有收集柵格圖案并且僅具有單個(gè)的互連帶、拖后帶和前導(dǎo)帶的五太陽能電池的示意圖；圖15是根據(jù)本發(fā)明的底部墊板的頂視圖；并且圖16是用于在將直的線材料提供至粘合劑分配臺(tái)中使用的示例真空系統(tǒng)的側(cè)視圖。本發(fā)明涉及使用“串和片”型方式的互連的太陽能電池組件的制造，所述制造需要互連帶和太陽能電池以預(yù)定構(gòu)造的精確放置。為了實(shí)現(xiàn)這點(diǎn)，對(duì)自動(dòng)太陽能電池串制造系統(tǒng)提供本發(fā)明的系統(tǒng)和方法，所述制造系統(tǒng)采用熱穩(wěn)定的粘合劑固化載體組件(例如，傳送器或更優(yōu)選墊板組件)結(jié)構(gòu)，并且提供以所需程度的精度重復(fù)地制造薄膜太陽能電池互連的串的能力。所述的互連設(shè)備通常包括底部載體(例如，傳送機(jī)帶或輥或其他元件但優(yōu)選墊板)、至少一個(gè)頂部載體(優(yōu)選多個(gè)頂部墊板)，用于傳遞頂部載體(例如，墊板)的機(jī)器人、輸送系統(tǒng)(優(yōu)選用于將墊板組件輸送通過粘合劑固化和/或加熱系統(tǒng)的傳送機(jī)系統(tǒng))、粘合劑分配系統(tǒng)、帶(例如，線帶)進(jìn)料系統(tǒng)、一個(gè)或多個(gè)顯示(vision)系統(tǒng)以及用于將電池放置在所述底部載體(例如，底部墊板)上的電池放置系統(tǒng)，盡管全部的這些部件對(duì)于每個(gè)系統(tǒng)并不都是必須的。所述載體(例如，墊板)的物理特征，包括用于固定所述墊板的接口機(jī)械接合和對(duì)準(zhǔn)特征，以及用于固定所述帶和粘合劑的對(duì)準(zhǔn)特征如針或凹槽的使用，對(duì)提供所述互連的太陽能電池組件的機(jī)械容差的精確控制是有益的。這種針或凹槽可以提供接口機(jī)械接合和/或?qū)?zhǔn)特征和用于所述太陽能電池組件的粘合劑固化。因此，本發(fā)明的所述制造系統(tǒng)可以一般地稱為基于墊板的光伏串組件系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種制造電互連的太陽能電池組件的方法，所述方法包括以下步驟(a)提供第一光伏電池；(b)至少將第一互連元件定位在頂部載體(例如，墊板)的對(duì)準(zhǔn)特征(例如，凹槽)中并且面對(duì)第一電池的頂表面；(C)將第一互連元件粘附至第一電池的頂表面上的預(yù)定位置，其中第一互連元件的長度延伸超過第一電池的后緣；(d)將第一互連元件的延伸超過第一電池的后緣的長度的部分定位在底部載體(例如，墊板)的第一對(duì)準(zhǔn)特征(例如，凹槽)中；和(e)至少將第一互連元件的定位在底部載體的第一對(duì)準(zhǔn)特征中的長度的部分粘附至第二電池的底表面上的預(yù)定位置，從而建立多個(gè)光伏電池串。步驟(C)還可以包括在第一電池的頂表面上的預(yù)定位置和第一互連元件的表面上的預(yù)定位置中的至少一個(gè)上施用粘合劑，并且步驟(e)還可以包括在第二電池的底表面上的預(yù)定位置和第一互連元件的定位在所述底部載體的第一對(duì)準(zhǔn)特征中的長度的部分中的至少一個(gè)上施用粘合劑。以上步驟提供電池的相鄰對(duì)的互連；然而，太陽能電池模塊或串將通常還適宜地設(shè)置有前導(dǎo)帶和/或拖后帶以提供所述模塊或串與所述模塊內(nèi)的其他導(dǎo)電元件如端子條和母線條的電連接，以便利用由所述太陽能電池組件收集的太陽能。在需要拖后帶的情況下，所述方法還可以包括以下步驟將至少一個(gè)拖后元件定位在頂部載體(例如，墊板)的對(duì)準(zhǔn)特征(例如，凹槽)中并且面對(duì)所述串的所述最終電池的頂表面；以及將所述至少一個(gè)拖后元件粘附至所述最終電池的所述頂表面上的預(yù)定位置，其中所述至少一個(gè)拖后元件的每一個(gè)的一部分延伸超過所 述最終電池的后緣。在需要前導(dǎo)帶的情況下，所述方法還可以包括以下步驟將至少一個(gè)前導(dǎo)元件定位在底部載體(例如，墊板)的對(duì)準(zhǔn)特征(例如，凹槽)中并且面對(duì)第一電池的底表面；和將所述至少一個(gè)前導(dǎo)元件粘附至第一電池的底表面上的預(yù)定位置，其中所述至少一個(gè)前導(dǎo)元件的每一個(gè)的一部分延伸超過第一電池的前緣。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種將前導(dǎo)和拖后元件連接至其他的導(dǎo)電元件如端子條或母線條的方法，以使得當(dāng)通過所述載體組件(例如，墊板組件)將所述太陽能電池和帶固定在原位時(shí)進(jìn)行所述連接。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種用于組裝薄膜太陽能電池互連串的系統(tǒng)。所述的系統(tǒng)包括電池傳輸設(shè)備；下部載體(例如，墊板)，所述下部載體(例如，墊板)在其頂表面中包括對(duì)準(zhǔn)特征(例如，多個(gè)凹槽)；上部載體系統(tǒng)(例如，多個(gè)上部墊板)，所述上部載體系統(tǒng)的每一個(gè)包括在其一個(gè)表面具有對(duì)準(zhǔn)特征(例如，多個(gè)凹槽)的表面或板；粘合劑分配系統(tǒng)；帶供應(yīng)機(jī)構(gòu)；以及用于移動(dòng)線帶和頂部載體(例如，墊板)的系統(tǒng)。迸述現(xiàn)在參考附圖并且以圖1-4開始，示例了基于墊板的光伏或太陽能電池互連系統(tǒng)10的一個(gè)實(shí)施方案，其通常包括帶卷處理機(jī)和展開模塊100、分配和電池互連模塊200、固化爐模塊300以及互連墊板/串傳送機(jī)系統(tǒng)400。雖然系統(tǒng)10的模塊和設(shè)備通常示例為以線性構(gòu)造排列，可以同時(shí)操作設(shè)備模塊的特定組件以使得太陽能電池可以不簡單地沿直線路徑移動(dòng)通過包括相繼的加工步驟的系統(tǒng)。換言之，多個(gè)操作可以至少部分地同時(shí)進(jìn)行以便增加用于構(gòu)造和固化每個(gè)太陽能電池串的通過時(shí)間。光伏電池的卷可以是柔性形式的任意光伏電池。實(shí)例包括IB-1IIA硫?qū)倩?例如硒化銅銦鎵(CIGS)、硫硒化銅銦(CISS)等)、非晶硅、柔性基板上的碲化鎘以及砷化鎵電池。光伏電池可以包括吸收太陽光射線中包含的光能并且之后將該光能光伏轉(zhuǎn)化為電能的光伏吸收器層。在示例實(shí)施方案中，吸收器層優(yōu)選為含有硫?qū)倩锏奈掌鲄^(qū)域。吸收器可以是單個(gè)整體層也可以由一個(gè)或多個(gè)層形成。硫?qū)倩镂掌鲗涌梢越Y(jié)合有至少一個(gè)IB-1IIB-硫?qū)倩?，如包含銅、銦和/或鎵中的至少一個(gè)的IB-1IIB-硒化物、IB-1IIB-硫化物和IB-1IIB-硒化物-硫化物。在很多實(shí)施方案中，這些材料可以以多晶形式存在。有益地，這些材料可以展現(xiàn)允許吸收器是非常薄的和柔性的光吸收的截面。在示例實(shí)施方案中，吸收器層可以具有約I μ m至約5 μ m的范圍內(nèi)的厚度，并且更具體地可以在約2 μ m至約3 μ m的范圍內(nèi)。在再另一個(gè)示例實(shí)施方案中，具有光伏性質(zhì)的CIGS材料可以由式Culn(1_x)GaxSe(2_y)Sy表示，其中X是O至I并且y是O至2。可以使用硒化銅銦和硒化銅銦鎵。吸收器層可以通過使用一個(gè)或多個(gè)各種技術(shù)如蒸發(fā)、濺射、電沉積、噴霧、燒結(jié)等中的任意合適的方法形成。這里公開的太陽或光伏電池通常包括其上以特定方式沉積多個(gè)薄層光伏材料和其他活性組件的柔性基板?；蹇梢杂蓪挿秶脑试S連續(xù)光伏元件的形成的柔性材料形成。這些包括聚合物、金屬、金屬合金、金屬間組合物、紙、紡織或無紡織物，這些的組合等。在一個(gè)實(shí)施方案中，使用導(dǎo)電基板如不銹鋼。還可以包括數(shù)個(gè)層作為光伏電池的一部分，包括背側(cè)電接觸區(qū)域、緩沖區(qū)域和透明導(dǎo)電氧化物(TCO)層。這些 區(qū)域的每一個(gè)可以是單個(gè)的整體層也可以由一個(gè)或多個(gè)層形成。電接觸層可以由寬范圍的導(dǎo)電材料形成，所述導(dǎo)電材料包括Cu、Mo、Ag、Al、Cr、N1、T1、Ta、Nb、W，這些的組合等中的一個(gè)或多個(gè)。在示例性實(shí)施方案中可以使用結(jié)合Mo的導(dǎo)電組合物。當(dāng)基于硫?qū)倩锊牧蠒r(shí)，與具有同質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的基于硅的半導(dǎo)體電池相反，電池可以設(shè)置有異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)。在吸收器區(qū)域與由緩沖層緩沖的TCO層之間可以形成異質(zhì)結(jié)。還可以存在任選的窗口層。這些區(qū)域的每一個(gè)可以是單個(gè)的整體層也可以由一個(gè)或多個(gè)層形成。緩沖層通常包括具有合適的帶隙的η型半導(dǎo)體材料以有助于在最接近吸收器區(qū)域與緩沖層之間的界面處形成P-η結(jié)。示例緩沖層材料包括CdS或ZnS，而示例TCO層可以是氧化銦錫或氧化鋁鋅?？梢允褂醚趸\作為任選的窗口層。每個(gè)層的厚度依賴于材料的選擇并且依賴于用于形成每個(gè)層所選擇的特定涂布過程。單獨(dú)的電池可以單獨(dú)地形成也可以從包括沿材料的長度彼此相鄰的多個(gè)光伏制品的柔性基板切出。光伏或太陽能電池20的一個(gè)示例實(shí)施方案在圖9中示例，其包括具有頂表面22、相反的底表面24、前緣26以及大體與前緣26相反的后緣28的基本上平面的和矩形的材料片。每個(gè)電池20可以具有與提供至互連系統(tǒng)10的其他電池等同或類似的大小，雖然應(yīng)明白的是單獨(dú)的電池可以是至少彼此略微不同的。
在本發(fā)明的實(shí)施方案中，每個(gè)電池20的頂表面22通常配置為包括收集結(jié)構(gòu)體或柵格，其包括一個(gè)或多個(gè)相對(duì)窄的導(dǎo)電條或母線30，其可以是大約垂直于材料的前緣和/或后緣26、28。這些母線30可以與通常平行于前緣和/或后緣26、28的方向延伸的多個(gè)集電極條或指狀物32相鄰或鄰接。這些集電極條32可以顯著地比母線30更薄。一同使用集電極條32和母線30用于電子的收集，如用于光伏工藝的工業(yè)中已知的。收集柵格可以由寬范圍的導(dǎo)電材料形成，但最適宜地是由一種或多種金屬、金屬合金或金屬間組合物形成。示例材料包括Ag、Al、Cu、Cr、N1、Ti等中的一種或多種,其可以單獨(dú)地或彼此組合地使用。對(duì)于一個(gè)特定的實(shí)例，母線30和集電極條32可以由導(dǎo)電銀墨層制成。在另一個(gè)示例實(shí)施方案中，收集柵格具有包含鎳和銀的雙層構(gòu)造。圖10是圖9的電池20的另一個(gè)頂視圖，進(jìn)一步示例通常在與母線30相鄰的電池20的前緣26的電介質(zhì)或電絕緣材料區(qū)域34。電絕緣材料34可以涂布至頂部和底表面22、24中的一個(gè)或兩個(gè)，和/或可以沿電池20的前緣26涂布。用于在下面描述的步驟中將涂布的粘合劑的一個(gè)示例圖案或分配區(qū)也在圖10中示例并且指定為附圖標(biāo)記36。該示例粘合劑分配區(qū)36從與電絕緣材料34相鄰的點(diǎn)并且沿著每個(gè)母線30向后緣28延伸，但在達(dá)到后緣28之前終止，從而在后緣28與粘合劑區(qū)36的末端之間留下空間。使用粘合劑以在電池的頂部或底表面與互連元件之間形成電連接。粘合劑優(yōu)選為導(dǎo)電粘合劑如導(dǎo)電環(huán)氧樹脂。可以是圖9和10中示例的類型的太陽能電池20可以分批或堆疊提供，并且手動(dòng)地或自動(dòng)地提供至卸載臺(tái)，其通常為電池互連模塊200的一部分并且在圖6中示例。可以將太陽能電池20在箱或疊層中提供至互連系統(tǒng)，其可以包括通過光伏性能分類的數(shù)個(gè)太陽能電池。提供在箱中的電池可以通過操作器單獨(dú)地手動(dòng)裝載，或者可以使用工業(yè)機(jī)器人204以將單獨(dú)的電池從箱中揀出并放置在檢測(cè)區(qū)中。之后可以使用顯示系統(tǒng)202以引導(dǎo)工業(yè)機(jī)器人204精確拾起光伏電池并將其在適當(dāng)?shù)姆较蚍胖弥疗巾斦婵諅魉蜋C(jī)206上。在一個(gè)實(shí)施方案中，顯示系統(tǒng)202包括攝取電池頂表面的照片的相機(jī)，其將關(guān)于電池的準(zhǔn)確方向的信息傳送至機(jī)器人204，以使得機(jī)器人可以將其拾起并將其以精確定位的方向放置在傳送機(jī)206上。
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之后電池可以沿傳送機(jī)206移動(dòng)以使得可以將粘合劑經(jīng)由粘合劑分配頭208分配或施用至光伏電池20的頂表面上。示例了三個(gè)這種粘合劑分配頭208，其可以同時(shí)將粘合劑施用至三個(gè)分開的區(qū)域，如上述粘合劑分配區(qū)34。粘合劑分配頭208可以包括通常以單個(gè)珠狀物或小球的線性陣列的形式提供粘合劑的分配單元。當(dāng)將帶和墊板放置至粘合劑的珠狀物的陣列上時(shí)，分立的粘合劑區(qū)域?qū)⑾蚱渌至⒌膮^(qū)域散布，直到它們彼此連接以形成連續(xù)或相對(duì)連續(xù)的粘合劑條。以這種方式，可以經(jīng)由單個(gè)珠狀物的體積和頻率的調(diào)節(jié)精確地控制粘合劑的最終寬度和厚度，從而減輕散布超過帶的外邊緣的過量粘合劑的出現(xiàn)。在一個(gè)示例實(shí)施方案中，粘合劑分配頭是噴射分配器。在將粘合劑施用至光伏電池的頂表面的同時(shí)，當(dāng)將帶從帶卷處理機(jī)的軸102和展開模塊100展開時(shí)可以將粘合劑施用至帶的一側(cè)，如圖5中所示。帶可以是扁線，如銅線，或更優(yōu)選例如鍍錫銅線，雖然可以使用其他材料用于帶。在該構(gòu)造中，提供三個(gè)分離的帶軸102以便提供用于放置在三個(gè)粘合劑分配區(qū)34上所需的三個(gè)帶。在特定的示例實(shí)施方案中，用于產(chǎn)生最終互連的組件需要三個(gè)不同類型和長度的帶(例如，互連帶、前導(dǎo)帶或拖后帶，如下面將描述的)。在本文描述的實(shí)施方案中，將粘合劑分別施用至前導(dǎo)和互連帶40和41上的粘合劑分配區(qū)42和44，如圖11和12中所示。雖然該示例實(shí)施方案包括將粘合劑施用至太陽能電池20上的粘合劑分配區(qū)34和前導(dǎo)和拖后帶40和41上的粘合劑分配區(qū)42和44，明白的是粘合劑可以備選地或另外地施用至將放置在那些粘合劑分配區(qū)34上的帶，其通常將與母線30 —致和/或在前導(dǎo)和互連帶所定位的預(yù)定位置施用至電池的底部。在另一個(gè)實(shí)施方案中，帶可以設(shè)置有在將帶放置在墊板的凹槽中的過程中或之后允許帶粘附至太陽能電池的頂部和底表面的前體。作為實(shí)例，可以使用涂布有當(dāng)施加壓力時(shí)，例如當(dāng)將頂部墊板放置在電池上時(shí)與電池的表面形成粘合的壓敏粘合劑的帶。在另一個(gè)實(shí)施方案中，帶可以包括允許帶經(jīng)由熱的施加粘合至電池的頂部和底表面的焊料涂層。依賴于對(duì)于互連的太陽能電池組件中的帶(例如，互連帶、前導(dǎo)帶或拖后帶，如下面將描述的)的所需用途，帶展開操作還可以包括將帶切割為特定預(yù)定長度。切割操作可以或者在帶卷處理機(jī)和展開模塊100中發(fā)生，或者在電池互連模塊200中發(fā)生。為了將帶以用于連接至它們各自的太陽能電池的通常平的和直的構(gòu)造提供，互連模塊200可以設(shè)置有真空固定設(shè)備，如圖16中所示的固定設(shè)備220。在該實(shí)施方案中，固定設(shè)備220包括板226，所述板226具有帶遠(yuǎn)端凹槽224和多個(gè)真空孔(未顯示)的突部222，其可以有助于確保當(dāng)將帶從軸展開并移動(dòng)越過凹槽224時(shí)將帶固定在精確的方向。帶卷處理機(jī)和展開模塊100還包括當(dāng)將帶引入至互連系統(tǒng)200中時(shí)用于從帶移除翹曲的機(jī)構(gòu)。這確?？梢栽谥付ㄈ莶顑?nèi)制造最終互連組件。在示例實(shí)施方案中，帶矯直機(jī)構(gòu)包括在切割之前使所述帶進(jìn)料通過，以減少帶材料的翹曲的多個(gè)輥。在一個(gè)實(shí)施方案中，帶矯直機(jī)構(gòu)包括通過由放置至帶的未纏繞部分上的移動(dòng)“跳動(dòng)”輥提供的定位反饋致動(dòng)的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的軸展開器。當(dāng)帶材料移動(dòng)通過該機(jī)構(gòu)時(shí)該跳動(dòng)輥可以對(duì)它提供張力。在帶在下方通過或已通過跳動(dòng)輥之后，可以使用多種輥型材料矯直機(jī)構(gòu)以當(dāng)帶離開展開模塊100時(shí)正確地將其定位。根據(jù)本發(fā)明，可以與機(jī)器人結(jié)合使用精確伺服系統(tǒng)和氣動(dòng)控制致動(dòng)器以使用具有多個(gè)頂部墊板的相對(duì)大的底部墊板將多個(gè)太陽能電池互連為串。尤其是，底部墊板240示例在圖15中，可以大小合適為 在互連過程中容納互連的太陽能電池的完整串。底部墊板中凹槽的寬度為近似等于帶的寬度并提供用于確保跨越電池的寬度的多個(gè)帶在O.1mm容差內(nèi)平行的機(jī)構(gòu)。墊板還可以提供機(jī)械接合和對(duì)準(zhǔn)特征，其有助于墊板的正確組裝并且還有助于在組件傳輸通過在后的加工步驟(例如，爐固化)的過程中保持墊板對(duì)準(zhǔn)的精度。凹槽的深度配置為近似等于帶的厚度，加上粘合劑的所需的最終厚度。在特定實(shí)施方案中，底部墊板還包括墊板的邊緣中的缺口，所述缺口使得能夠?qū)|板夾住，以用于在互連組件的制造過程中將其保持在一定位置。底部墊板也可以由用于施加真空的多個(gè)孔組成，以確保在互連的串的組裝的過程中將電池固定在原位，也可以備選地或另外地包括用于將電池固定在原位的其他特征。典型地對(duì)于單獨(dú)的電池的每一個(gè)提供一個(gè)上部墊板，其中每個(gè)上部墊板的寬度為近似等于單獨(dú)的太陽能電池的寬度。例如，對(duì)于五個(gè)電池的太陽能電池組件，提供一個(gè)下部墊板并且提供五個(gè)上部墊板。頂部墊板包括具有包括凹槽的延伸部分的頂板。凹槽可以配置有多個(gè)孔用于施加用于在帶傳遞過程中固定帶的真空，或者可以備選地或另外地包括用于將帶固定在指定位置的其他特征，如夾子、磁體等。頂部墊板中的凹槽的每一個(gè)的寬度為近似等于帶的每一個(gè)的寬度。在電池、帶和墊板的初始組裝之后，互連帶可以存在于底部墊板和頂部墊板兩者的凹槽中，從而提供確?？缭诫姵氐膶挾鹊亩鄠€(gè)帶在指定容差(例如，O.1mm容差)內(nèi)平行的機(jī)構(gòu)。凹槽的深度配置為近似等于帶的厚度，加上粘合劑的所需的最
終厚度。圖14示意性地示例了在構(gòu)造包括五個(gè)太陽能電池的太陽能電池串中可以與太陽能電池一起使用的多種帶。為了配置用于將第一太陽能電池60與第二太陽能電池62互連的墊板，將第一互連帶64定位在頂部墊板的凹槽中以使得它面對(duì)太陽能電池60的頂表面。將粘合劑施用至第一電池的任一個(gè)頂表面(例如，沿母線中的一個(gè))，沿帶64的表面的一部分，或這些表面的兩個(gè)上。使帶與電池的頂表面與帶64的延伸超過電池60的后緣68的部分66彼此接觸。部分66定位在底部墊板的凹槽中，以使得它面對(duì)第二太陽能電池62的底表面。將粘合劑沿帶64的一部分66施用至第二電池的任一個(gè)底表面或施用在這些表面的兩個(gè)上。之后使帶部分66和第二電池62彼此接觸以將帶粘附至第二太陽能電池62的底部。該過程可以用三個(gè)帶同時(shí)進(jìn)行，例如，如為沿相鄰的太陽能電池的三個(gè)母線互連電池所需要的。此外，也可以重復(fù)互連兩個(gè)相鄰的太陽能電池的過程用于將其他相鄰的電池彼此連接(例如，連接第二和第三太陽能電池，第三和第四電池等)。在太陽能電池陣列的很多實(shí)施方案中，陣列的一端包括拖后帶并且陣列的另一端包括前導(dǎo)帶。這些帶提供模塊或串與其他設(shè)備的電連接，以便利用由太陽能電池陣列收集的太陽能。為了將前導(dǎo)帶70連接至圖14的太陽能電池陣列，將前導(dǎo)帶70定位在底部墊板的凹槽中并面對(duì)第一電池60的底表面。將粘合劑沿前導(dǎo)帶70的一部分施用至任一個(gè)第一電池的底表面，或施用在這些表面的兩者上。之后使前導(dǎo)帶和第一太陽能電池60的底表面彼此接觸，以將前導(dǎo)帶70粘附至太陽能電池60。將帶70的一部分定位至延伸超過太陽能電池60的前緣67。類似地，為了將拖后帶78連接至串的最終太陽能電池76，將拖后帶78定位在頂部墊板的凹槽中并面對(duì)電池76的頂表面。將粘合劑沿拖后帶78的一部分施用至電池76的頂表面，或者施用這些表面的兩者上。之后使拖后帶78與電池76的頂表面彼此接觸以將拖后帶78粘附至電 池76。將帶78的一部分定位至延伸超過電池76的后緣80。在完成互連過程之后，將完全互連的串和它們相應(yīng)的頂部和底部墊板傳送通過爐，如圖7中示例的紅外固化爐模塊300，以便固化粘合劑。爐可以設(shè)置有一系列的紅外燈，例如，其在不同的區(qū)域中可以具有相同的或不同的強(qiáng)度。對(duì)于一個(gè)實(shí)例，對(duì)于互連的串可以適宜的是最初進(jìn)行低強(qiáng)度固化，可以在固化過程的末端將其升高至更高水平。對(duì)于另一個(gè)實(shí)例，適宜的是對(duì)互連的串最初進(jìn)行相對(duì)高強(qiáng)度的固化，可以在固化過程的末端將其降低至較高水平。換言之，爐區(qū)可以設(shè)計(jì)為對(duì)于所使用的特定粘合劑提供最優(yōu)化固化條件，并且預(yù)期的是強(qiáng)度是可變的，以使得可以是對(duì)于不同的粘合劑和或其上施用有粘合劑的基板調(diào)節(jié)。在一個(gè)示例實(shí)施方案中，監(jiān)控粘合劑的固化溫度并使用來自經(jīng)由反射的紅外能量測(cè)量墊板溫度的溫度傳感器的反饋控制。如用箭頭302、304所示，在示例實(shí)施方案中，具有互連的太陽能電池的墊板系統(tǒng)將在第一方向302移動(dòng)通過爐直至它達(dá)到一端，并且之后圖8的傳遞傳送機(jī)或互連傳送機(jī)系統(tǒng)400將墊板系統(tǒng)移動(dòng)至爐的另一側(cè)，以使得它可以在相反的方向304并且向后朝向電池互連模塊200移動(dòng)。傳送機(jī)系統(tǒng)400包括第一傳送機(jī)部分410和第二傳送機(jī)部分420。傳送機(jī)系統(tǒng)400是采用以將墊板送回通過爐的傳遞傳送機(jī)。盡管在該實(shí)施方案中，傳送機(jī)系統(tǒng)400在爐外部，因?yàn)橐恍┙M件不能耐受爐溫度，但是預(yù)期的是可以將這些組件替換為耐熱的以使得傳送機(jī)可以完全或部分地定位在爐內(nèi)。根據(jù)墊板遵循的該示例路徑，在墊板離開爐之后，將它們傳送回互連模塊200用于它們?cè)诮M裝另一個(gè)太陽能電池串中再使用。備選地，互連系統(tǒng)可以包括在爐模塊300末端的第二互連模塊200，或者在爐模塊300的末端處的卸下模塊。尤其是，一旦具有太陽能電池串的墊板系統(tǒng)返回至互連模塊200，互連模塊200的工業(yè)機(jī)器人可以移除頂部墊板并且將它們定位用于在另一個(gè)互連組件操作中使用。機(jī)器人也用于從加熱并熱穩(wěn)定化的底部墊板將完整的并固化的太陽能電池串卸載至操作者卸下臺(tái)。之后可以將太陽能電池串層疊或以其他方式儲(chǔ)存用于傳送至另一個(gè)位置，如用于太陽能電池串至例如太陽能屋頂電池板的結(jié)合。然而，可能的是配置系統(tǒng)以使得該串僅在一個(gè)方向上移動(dòng)通過爐。在這種情況下，爐將具有更長的占地并且意味著其將需要被提供用于將墊板輸送回至電池互連模塊200用于下面的操作中使用。互連系統(tǒng)還可以配置有用于將另外的導(dǎo)電元件連接至前導(dǎo)和拖后帶的末端的系統(tǒng)。導(dǎo)電元件可以包括母線條或端子條和為將互連的太陽能電池組件連接至外部電路可以需要的其他導(dǎo)電元件。在示例實(shí)施方案中，前導(dǎo)帶連接至第一端子條，而拖后帶在互連的太陽能電池組件的相反端連接至第二端子條。在另外的示例實(shí)施方案中，第一端子條和第二端子條彼此電連接。前導(dǎo)和拖后帶連接至其他導(dǎo)電元件如端子條的可能方法可以包括軟焊和焊接。在示例實(shí)施方案中，連接過程經(jīng)由激光焊接進(jìn)行。在另外的示例實(shí)施方案中，導(dǎo)電元件的連接可以當(dāng)墊板仍然在原位時(shí)與互連組件進(jìn)行，如在互連的串完成之后或在固化過程之后，在電池和帶由墊板組件固定在原位的同時(shí)。這使得最終互連組件可以包括在指定容差內(nèi)制造的端子條。已經(jīng)參考其至少一個(gè)實(shí)施方案描述了本發(fā)明。這里引用的任何專利或?qū)＠暾?qǐng)的內(nèi)容通過引用以它們的全部內(nèi)容結(jié)合在此。以上詳述和實(shí)例僅為了理解的清楚而給出。不應(yīng)從其理解任何不必的限定。對(duì)于本 領(lǐng)域技術(shù)人員顯見的是在所描述的實(shí)施方案中可以進(jìn)行許多改變而不脫離本發(fā)明的范圍。因此，本發(fā)明的范圍不應(yīng)限定為本文所描述的結(jié)構(gòu)，而是僅由權(quán)利要求的語言描述的結(jié)構(gòu)和這些結(jié)構(gòu)的等價(jià)物限定。
權(quán)利要求
1.一種制造電互連的太陽能電池組件的方法，所述方法包括以下步驟(a)提供第一光伏電池；(b)至少將第一互連元件定位在頂部載體的對(duì)準(zhǔn)特征中并且面對(duì)第一電池的頂表面；(c)將第一互連元件粘附至第一電池的頂表面上的預(yù)定位置，其中第一互連元件的長度延伸超過第一電池的后緣；(d)將第一互連元件的延伸超過第一電池的后緣的長度的一部分粘附至第二電池的底表面。
2.權(quán)利要求1所述的方法，所述方法還包括在粘附步驟(d)之前，將第一互連元件的延伸超過第一電池的后緣的長度的一部分定位在底部載體的第一對(duì)準(zhǔn)特征中，其中所述粘附步驟(d)還包括至少將第一互連元件的定位在所述底部載體的第一對(duì)準(zhǔn)特征中的長度的一部分粘附至第二電池的底表面上的預(yù)定位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1-2中的任一項(xiàng)所述的方法，其中步驟(c)還包括在第一電池的頂表面上的預(yù)定位置和第一互連元件的表面上的預(yù)定位置中的至少一個(gè)上施用粘合劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中的任一項(xiàng)所述的方法，其中步驟(d)還包括在第二電池的底表面上的預(yù)定位置和第一互連元件的定位在所述底部載體的第一對(duì)準(zhǔn)特征中的長度的一部分中的至少一個(gè)上施用粘合劑。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中的任一項(xiàng)所述的方法，所述方法還包括以下步驟(e)將至少一個(gè)在后的互連元件定位在頂部載體的對(duì)準(zhǔn)特征中并面對(duì)在互連元件已經(jīng)連接在其底表面上的電池串中最后的電池的頂表面；(f)將所述至少一個(gè)在后的互連元件粘附至所述的互連元件已經(jīng)連接在其底表面上的串中最后的電池的頂表面上的預(yù)定位置，其中所述至少一個(gè)在后的互連元件的長度延伸超過所述的互連元件已經(jīng)連接在其底表面上的電池串中最后的電池的后緣；(g)將所述至少一個(gè)在后的互連元件的延伸超過所述的互連元件已經(jīng)連接在其底表面上的電池串中最后的電池的后緣的長度的一部分定位在底部載體的第一對(duì)準(zhǔn)特征中；以及(h)至少將所述至少一個(gè)在后的互連元件的定位在所述底部載體的第一對(duì)準(zhǔn)特征中的長度的一部分粘附至電池的底表面上的預(yù)定位置，該電池位于所述的互連元件已經(jīng)連接在其底表面上的電池串中最后的電池所連接的串中的電池的相鄰處，其中所述電池串包括第一電池和在該串中與第一電池間隔最遠(yuǎn)的最終電池。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中的任一項(xiàng)所述的方法，所述方法還包括以下步驟(i)將至少一個(gè)拖后元件定位在頂部載體的對(duì)準(zhǔn)特征中并且面對(duì)串中的最終電池的頂表面；以及U)將所述至少一個(gè)拖后元件粘附至所述最終電池的頂表面上的預(yù)定位置，其中所述至少一個(gè)拖后元件的每一個(gè)的一部分延伸超過所述最終電池的后緣。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中的任一項(xiàng)所述的方法，所述方法還包括以下步驟(k)將至少一個(gè)前導(dǎo)元件定位在底部載體的對(duì)準(zhǔn)特征中并且面對(duì)第一電池的底表面；(I)將所述至少一個(gè)前導(dǎo)元件粘附至第一電池的底表面上的預(yù)定位置，其中所述至少一個(gè)前導(dǎo)元件的每一個(gè)的一部分延伸超過第一電池的前緣。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中的任一項(xiàng)所述的方法，其中所述頂部和底部載體各自包括多個(gè)對(duì)準(zhǔn)特征，并且其中所述方法還包括對(duì)跨越第一和第二電池的寬度彼此間隔的多個(gè)互連元件同時(shí)進(jìn)行步驟(a)至(h)。
9.根據(jù)權(quán)利要求6-8中的任一項(xiàng)所述的方法，其中所述頂部載體包括多個(gè)對(duì)準(zhǔn)特征， 并且其中所述方法還包括對(duì)跨越最終電池的寬度彼此間隔的多個(gè)拖后元件同時(shí)進(jìn)行步驟(i)至(j)，和/或?qū)缭降谝浑姵氐膶挾缺舜碎g隔的多個(gè)前導(dǎo)元件同時(shí)進(jìn)行步驟(k)至 ⑴。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9中的任一項(xiàng)所述的方法，其中每個(gè)光伏電池包括至少一個(gè)電絕緣區(qū)域，所述至少一個(gè)電絕緣區(qū)域位于與該光伏電池的后緣最接近的預(yù)定位置。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-10中的任一項(xiàng)所述的方法，其中每個(gè)光伏電池包括收集結(jié)構(gòu)體， 所述收集結(jié)構(gòu)體包括安置成大體上垂直于每個(gè)光伏電池的前緣和后緣中的至少一個(gè)的至少一條母線，和/或安置成大體上垂直于所述至少一條母線的多個(gè)指狀物。
12.根據(jù)權(quán)利要求1-11中的任一項(xiàng)所述的方法，其中粘附包括將導(dǎo)電粘合劑施用至每一個(gè)光伏電池和所述互連元件和前導(dǎo)元件上的預(yù)定位置。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述粘合劑是通過施用各個(gè)珠狀物的陣列和/ 或使用噴射分配方法施用粘合劑中的至少一個(gè)而施用的。
14.根據(jù)權(quán)利要求1-13中的任一項(xiàng)所述的方法，其中所述對(duì)準(zhǔn)特征中的至少一個(gè)包括在所述頂部和底部載體的至少一個(gè)中的凹槽。
15.根據(jù)權(quán)利要求1-14中的任一項(xiàng)所述的方法，其中所述載體的至少一個(gè)是墊板。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中每個(gè)凹槽的深度近似等于每個(gè)互連元件的定位在所述凹槽中的部分的厚度加上施用在每個(gè)元件上的粘合劑的所需最終厚度。
17.根據(jù)權(quán)利要求1-16中的任一項(xiàng)所述的方法，其中每個(gè)載體包括保持元件，所述保持元件用于將所述互連元件保持在由所述對(duì)準(zhǔn)特征中的一個(gè)限定的指定位置。
18.根據(jù)權(quán)利要求1-17中的任一項(xiàng)所述的方法，所述方法還包括使用多軸機(jī)器人，所述多軸機(jī)器人用于將具有任一個(gè)互連元件的一部分的頂部載體相對(duì)于任一個(gè)電池的頂表面定位。
19.根據(jù)權(quán)利要求3-18中的任一項(xiàng)所述的方法，所述方法還包括以下步驟通過將所述電互連的太陽能電池和所述頂部和底部載體輸送通過固化爐，固化在施用到至少一個(gè)電池的至少一個(gè)表面上之后的粘合劑。
20.一種用于組裝薄膜太陽能電池互連串的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括電池傳輸設(shè)備；底部墊板，所述底部墊板在其頂表面中包括多個(gè)凹槽；多個(gè)頂部墊板，所述多個(gè)頂部墊板的每一個(gè)包括在其表面的一個(gè)中具有多個(gè)凹槽的板；粘合劑分配系統(tǒng)；帶供應(yīng)機(jī)構(gòu)；以及用于移動(dòng)帶和頂部墊板的系統(tǒng)。
全文摘要
一種制造電互連的太陽能電池組件的方法，所述方法包括以下步驟至少將第一互連元件(64)定位在頂部載體的對(duì)準(zhǔn)特征中并面對(duì)第一光伏電池(60)的頂表面；將第一互連元件粘附至第一電池的頂表面上的位置，其中第一互連元件的長度延伸超過第一電池的后緣(68)；并且將第一互連元件的延伸超過第一電池的后緣的長度的一部分粘附至第二電池(62)的底表面。一方面，提供用于組裝太陽能電池串的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括電池傳輸設(shè)備、包括凹槽的底部墊板、多個(gè)包括凹槽的頂部墊板、粘合劑分配系統(tǒng)、帶供應(yīng)機(jī)構(gòu)以及用于移動(dòng)帶和頂部墊板的系統(tǒng)。
文檔編號(hào)H01L31/18GK103053032SQ201180037291
公開日2013年4月17日 申請(qǐng)日期2011年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月30日
發(fā)明者馬蒂·W·德格魯特, 納拉揚(yáng)·拉梅什, 佐久間實(shí), 達(dá)斯汀·M·沙拉穆特, 邁克爾·E·米爾斯, 戴維·J·佩爾孔 申請(qǐng)人:陶氏環(huán)球技術(shù)有限責(zé)任公司