光伏背板的激光圖案化的制作方法
【專利摘要】公開(kāi)了使用激光發(fā)射在金屬箔層壓板上形成電路的方法。金屬箔層壓板包括層壓在載體(180)上的導(dǎo)電金屬箔(120)。圖案化過(guò)程在金屬箔上產(chǎn)生電路而不損害載體。圖案化的金屬箔層壓板可以例如用作背接觸式光伏電池的背板或用作RFID標(biāo)簽的天線。
【專利說(shuō)明】光伏背板的激光圖案化
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002] 本申請(qǐng)要求2012年2月3日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)?zhí)?1/594,621的權(quán)益，將 其通過(guò)引用以其全文并入本文。
[0003] 領(lǐng)域
[0004] 本主題涉及從銅或鋁層壓箔生產(chǎn)導(dǎo)電圖案的方法和過(guò)程。更具體來(lái)說(shuō)，本主題涉 及用于背接觸式光伏模塊的背板組件以及利用激光圖案化制造這種組件的方法。此外，本 主題涉及具有導(dǎo)電圖案的板組件以及用于生產(chǎn)這種板組件的方法，這些組件可以在制造復(fù) 雜形成的電路、天線、電池以及其他利用金屬導(dǎo)體的專門應(yīng)用中使用。
[0005] 背景
[0006] -種新型的光伏（PV)模塊包括電連接到導(dǎo)電背板或構(gòu)件上的各種硅晶片。不像 傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)，這種類型的光伏電池使用激光鉆的通孔，這些通孔將前表面載體集電結(jié)與背 板表面上的電極柵連接。因此，背接觸式硅電池只使用在背板表面上共平面的觸點(diǎn)（如在 美國(guó)專利5, 468, 652和5, 951，786中描述的，兩者均被授予Gee)并且避免了制造從正面到 背面引線連接的困難。這種共平面連接允許在光伏模塊中所有的電池在單一步驟中電連 接。這些電池的連接被稱為單片式模塊裝配（MMA)。
[0007] 在背板上形成功能電路的電路和電極可以由任何導(dǎo)電元件制成，其中銅和鋁由于 其相對(duì)高的電導(dǎo)率、低成本、和可得性是優(yōu)選的材料。
[0008] 為了在背板上產(chǎn)生電路，常規(guī)的工業(yè)過(guò)程典型地從箔層壓板（laminate)開(kāi)始，其 中導(dǎo)電金屬箔層壓有載體。然后該導(dǎo)電箔通過(guò)使用化學(xué)蝕刻而圖案化?；瘜W(xué)蝕刻可能是一 種繁瑣的過(guò)程，這在美國(guó)和許多其他國(guó)家變得越來(lái)越少用。用于進(jìn)行這些過(guò)程的設(shè)施現(xiàn)在 主要位于亞洲。
[0009] 激光圖案化是近年來(lái)考慮的。然而，保護(hù)金屬箔下面的載體片免受激光的損害是 一個(gè)強(qiáng)大的技術(shù)挑戰(zhàn)。因此，對(duì)以下利用激光圖案化的方法存在一種需要，這種方法著手解 決前述的目的并且提供了一種可以在任何地方實(shí)施的經(jīng)濟(jì)可行且環(huán)境友好的方法。
[0010] 概述
[0011] 本發(fā)明的方法、組件和裝置解決了與之前已知的系統(tǒng)和方法相關(guān)的困難和缺點(diǎn)。
[0012] 在一個(gè)方面，提供了一種使用激光器形成柔性電路的方法。方法包括提供金屬箔 層壓板，其中金屬箔被層壓在載體上。方法還包括使用激光器將金屬箔圖案化以形成電路 而不損害載體。
[0013] 在另一個(gè)方面，提供了另一種使用激光器形成柔性電路的方法。方法包括提供金 屬箔層壓板，其中金屬箔被層壓在載體上。方法還包括選擇激光器以及一組操作參數(shù)，使得 圖案化過(guò)程不會(huì)引起對(duì)載體的損害。方法還包括使用所選擇的激光器將該屬箔圖案化，以 產(chǎn)生適合于形成具有最小切口寬度的電路的圖案。
[0014] 在仍然另外的方面，提供了通過(guò)所述方法形成的光伏導(dǎo)電背板。
[0015] 而且，在又另一個(gè)方面，提供了包括通過(guò)所述方法形成的背板的光伏模塊。
[0016] 在仍另一個(gè)方面，提供了一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)被配置用于使用激光器從金屬箔形成 柔性電路。系統(tǒng)包括激光源以及一金屬箔層壓板卷。金屬箔層壓板包括布置在載體上的 金屬箔。激光源被配置為在一組操作參數(shù)下運(yùn)行，包括光束尺寸、光束形狀、光束強(qiáng)度曲線 (profile)、波長(zhǎng)、功率、脈沖能量、頻率、速度以及其組合，使得電路以至少400mm/s并且優(yōu) 選大于1. 2m/s并且更優(yōu)選2m/s的速度形成并且載體貫穿形成電路過(guò)程保持完整。
[0017] 如將認(rèn)識(shí)到的，本主題能夠具有其他不同的實(shí)施方式并且其若干細(xì)節(jié)能夠在各個(gè) 方面進(jìn)行改變，其均不背離本主題。因此，附圖和說(shuō)明書應(yīng)認(rèn)為是說(shuō)明性的而不是限制性 的。
[0018] 附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明
[0019] 通過(guò)參照以下本主題的當(dāng)前優(yōu)選示例性實(shí)施方式的更詳細(xì)說(shuō)明結(jié)合附圖，本主題 的這些以及其他目的和優(yōu)點(diǎn)將變得更完全明白和理解，在附圖中：
[0020] 圖1A是箔層壓板在圖案化之前的平面示意圖。
[0021] 圖1B是單模塊電路的圖案化的箔層壓板的平面示意圖。
[0022] 圖1C是多模塊電路的圖案化的箔層壓板的平面示意圖。
[0023] 圖2是根據(jù)本主題的優(yōu)選實(shí)施方式片材組件的示意截面圖。
[0024] 圖3示意地描繪用于制造根據(jù)本主題的片材組件的優(yōu)選實(shí)施方式方法。
[0025] 圖4示意地描繪用于制造根據(jù)本主題的片材組件的另一種優(yōu)選實(shí)施方式方法。
[0026] 圖5圖解激光束與塑料材料的相互作用。
[0027] 圖6圖解在波長(zhǎng)光譜下PET膜的吸光度。
[0028] 圖7呈現(xiàn)在膜的背面具有氟化涂層的PET膜的反射度。
[0029] 圖8是圖解不同金屬的反射率的圖。
[0030] 圖9A是方形頂帽和高斯光束斑的照片。
[0031] 圖9B是在兩個(gè)方向上具有強(qiáng)度的方形頂帽曲線的圖。
[0032] 圖10A是示出了方形纖維遞送纜線的細(xì)焦點(diǎn)的照片。
[0033] 圖10B是圖10A的中心三條線的詳細(xì)照片。
[0034] 圖10C是圓纖維遞送纜線的詳細(xì)照片。
[0035] 圖10D是圖10C的中心三條線的詳細(xì)照片。
[0036] 圖11A是銅箔在紅外激光器燒蝕后的顯微照片。
[0037] 圖11B是銅箔在綠色激光器燒蝕后的顯微照片。
[0038] 圖12A和12B是本文描述的不同評(píng)估中使用的固定光束聚焦組件的示意圖。
[0039] 圖13A是具有整合到本文描述的系統(tǒng)中的固定光束聚焦的紅外激光器的前視圖。
[0040] 圖13B是圖13A中描繪的系統(tǒng)的示意性透視圖。
[0041] 圖14是根據(jù)本主題通過(guò)使用激光燒蝕的方法圖案化的單板的照片。
[0042] 圖15A是在25 μ m銅上高速度燒蝕的SEM圖像的頂視圖。
[0043] 圖15B是圖15A中的圖像的SEM截面圖。
[0044] 圖16A是在32 μ m銅上高速度燒蝕的SEM圖像的頂視圖。
[0045] 圖16B是圖16A中的圖像的SEM截面圖。
[0046] 圖17A是從輪廓內(nèi)切下的樣品的SEM圖像的頂視圖。
[0047] 圖17B是圖17A中的圖像的SEM截面圖。
[0048] 圖18是示出了本文描述的評(píng)估中將輔助氣體從空氣改變成氬氣的作用的顯微照 片。
[0049] 圖19是示出了本文描述的另一個(gè)評(píng)估中將輔助氣體從空氣改變成氬氣的作用的 顯微照片。
[0050] 圖20是示出了對(duì)于35 μ m(左側(cè)顯微照片）和25 μ m(右側(cè)顯微照片）的箔厚度 有利的系統(tǒng)設(shè)置的結(jié)果的顯微照片。
[0051] 圖21A是示出了以高速度使用圓纖維的燒蝕試驗(yàn)的結(jié)果的顯微照片。
[0052] 圖21B是示出了以低速度使用圓纖維的兩種不同設(shè)置的燒蝕試驗(yàn)的結(jié)果的顯微 照片。
[0053] 實(shí)施方式詳細(xì)說(shuō)明
[0054] 本文公開(kāi)的裝置和方法通過(guò)實(shí)施例并且參照附圖詳細(xì)說(shuō)明。除非另外指出，附圖 中相同的數(shù)字表示貫穿附圖相同、相似或相應(yīng)的元件的參考符號(hào)。要理解的是可以對(duì)所公 開(kāi)并且描述的實(shí)施例、安排、配置、部件、元件、裝置、方法、材料、等進(jìn)行改變并且這些改變 對(duì)于特定的應(yīng)用可能是期望的。在本公開(kāi)中，特定的形狀、材料、技術(shù)、安排、等的任何確定 (identification)涉及所呈現(xiàn)的具體實(shí)施例亦或僅僅是此種形狀、材料、技術(shù)、安排、等的總 體說(shuō)明。具體的細(xì)節(jié)或?qū)嵤├拇_定并不旨在是并且不應(yīng)理解為是強(qiáng)制性的或限制性的， 除非如此具體地指定。
[0055] 總體而言，本主題提供了一種形成具有圖案化的導(dǎo)電金屬箔的片材組件的方法。 方法包括提供載體并且在載體上沉積粘合劑，接著將導(dǎo)電金屬箔層壓在粘合劑層上。方法 進(jìn)一步包括根據(jù)第一指定圖案設(shè)計(jì)使用激光器將導(dǎo)電金屬箔圖案化。任選地，方法還包括 根據(jù)第二指定圖案設(shè)計(jì)將夾層電介質(zhì)（ILD)沉積在導(dǎo)電金屬箔層壓板上。任選地，方法進(jìn) 一步包括根據(jù)第二指定圖案設(shè)計(jì)將銀層沉積在沒(méi)有被夾層電介質(zhì)覆蓋的導(dǎo)電金屬箔上。還 考慮了代替或除了沉積銀層之外，可以沉積一個(gè)或多個(gè)其他材料層，例如金、錫、鋅、其合金 以及有機(jī)可焊性保護(hù)劑（0SP)。
[0056] 本主題還包括根據(jù)第一指定圖案設(shè)計(jì)在圖案化步驟之后移除或剝?nèi)?dǎo)電金屬箔 的至少部分。在某些方法中，還有可能在圖案化步驟之前移除或剝?nèi)?dǎo)電金屬箔的至少部 分。
[0057] 此外，本主題包括在載體上沉積粘合劑步驟之前選擇兩階段固化粘合劑，例如具 有第一階段A固化以及第二階段B固化。并且本主題可以進(jìn)一步包括在層壓步驟之前或之 后進(jìn)行粘合劑的階段A固化。而且本主題可以進(jìn)一步包括在剝?nèi)ゲ襟E之后進(jìn)行粘合劑的階 段B固化。進(jìn)行粘合劑的階段B固化也可以在激光燒蝕步驟之后進(jìn)行。
[0058] 圖1A、1B和1C是金屬箔層壓板在激光圖案化之前和之后的平面示意圖。圖1A圖 解了在激光固化之前的箔層壓板100。箔層壓板包括結(jié)合到載體180上的金屬箔120。金 屬箔120可以是與載體180相同尺寸的，或者比載體180相對(duì)更小，在這種情況下，在層壓 板的平面視圖上還示出了不含金屬箔的載體119的多余區(qū)域。箔區(qū)域的尺寸可以等于或基 本上等于形成電路所要求的尺寸，或者可以比形成電路所要求的尺寸相對(duì)更大。形成電路 所必需的區(qū)域以數(shù)字111指定。
[0059] 圖1B是作為被圖案化的層壓板的結(jié)果的導(dǎo)電背板190的平面視圖。根據(jù)對(duì)于電 路第一預(yù)定的設(shè)計(jì)圖案在箔120上形成無(wú)金屬區(qū)域170,區(qū)域?qū)⒉蛛x成兩個(gè)電不相連的 區(qū)域126和128。無(wú)金屬區(qū)域的作用是電絕緣用于將區(qū)域126與區(qū)域128斷開(kāi)連接或電分 離。無(wú)金屬區(qū)域170的具體配置可以是適合于避免這些分開(kāi)的金屬箔之間的電連通（即， 短路）并且提供與硅電池的適合連接來(lái)完成電路的任何配置或形狀。當(dāng)箔的原始尺寸大于 形成電路所要求的尺寸時(shí)，優(yōu)選地還形成第二分離線171以限定用于形成電路所要求的區(qū) 域。區(qū)域119內(nèi)多余的箔優(yōu)選地從載體剝?nèi)ァ榱嗽诰哂卸嘟佑|墊的硅電池與圖案化的箔 連接時(shí)形成完整的電路，任選的是在對(duì)應(yīng)于接觸墊的位置在圖案化的箔上形成電極124。電 極可以通過(guò)任何適當(dāng)?shù)姆椒ㄐ纬?，例如通過(guò)將銀沉淀到電極的位置處。為了避免金屬箔與 硅電池之間的電短路，可以在箔表面上沉積任選的絕緣層以覆蓋除電極124的位置之外的 箔區(qū)域。
[0060] 在制造太陽(yáng)能模塊中，硅電池將會(huì)通過(guò)電極124與圖案化的導(dǎo)電箔接觸。封裝層 將會(huì)通過(guò)與箔層壓板在周邊末端區(qū)域或沿著周長(zhǎng)結(jié)合而形成密封的空間以包圍硅電池和 導(dǎo)電箔。在區(qū)域119內(nèi)的箔可以被剝?nèi)ヒ允沟媒Y(jié)合更容易并且更持久，并且在帶電的導(dǎo)體 與太陽(yáng)能模塊的框架之間形成電隔離。
[0061] 圖1C是具有五個(gè)導(dǎo)電區(qū)域的導(dǎo)電板195的平面視圖。通過(guò)本文描述的激光方法形 成的圖案將四個(gè)太陽(yáng)能電池并聯(lián)或串聯(lián)地連接到一起并且將產(chǎn)生的電能傳到外部連接物。 每個(gè)導(dǎo)電區(qū)域，描繪為190a、190b、190c、190d和190e (底部區(qū)域）通過(guò)無(wú)金屬區(qū)域與其他 導(dǎo)電區(qū)域分離或隔離，如之前所描述的。
[0062] 圖2提供了具有圖案化的導(dǎo)電金屬箔的優(yōu)選實(shí)施方式片材組件的示例性截面圖。 片材組件200包括載體基片210,層壓板粘合劑層230,圖案化導(dǎo)電金屬層220,圖案化導(dǎo)電 金屬層具有一個(gè)或多個(gè)由分離開(kāi)多個(gè)金屬區(qū)域的無(wú)金屬區(qū)域270提供的不相連的區(qū)域，在 對(duì)應(yīng)于電極的位置或區(qū)域上任選的銀（Ag)層224,以及在剩余區(qū)域（即，沒(méi)有對(duì)應(yīng)于電極 位置的金屬層的區(qū)域）覆蓋金屬層220的電介質(zhì)層240。粘合劑層230可以保留或可以移 除。優(yōu)選地，粘合劑層230保留并且不使用金屬層220蝕刻。電介質(zhì)層本文總體上是指夾 層電介質(zhì)（ILD)。為了進(jìn)一步提高電路的導(dǎo)電性和穩(wěn)定性，可以在電極以及箔表面上沉積另 外的層。美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)61/451，661描述了此種方法并且通過(guò)引用以其全文并入本文。
[0063] 載體基片210為片材組件提供機(jī)械強(qiáng)度和保護(hù)。載體基片210還為完成的太陽(yáng)能 模塊提供機(jī)械和介電保護(hù)。用于基片的材料的實(shí)例包括但不限于聚酯膜、聚對(duì)苯二甲酸乙 二酯膜、聚酰亞胺膜、聚酰胺（尼龍）膜、聚（萘二甲酸乙二酯）（PEN)、或紙材料，例如卡片 紙、磅紙、等等。在本主題的一個(gè)示例性實(shí)施方式中，載體可以進(jìn)一步在與粘合劑側(cè)相反的 一側(cè)上包括涂層。還考慮了載體可以在一側(cè)或兩側(cè)上包括涂層。涂層可以提供所期望的特 性，例如防污、抗劃痕或其他特性。涂層還可以用來(lái)阻擋或阻礙UV電磁輻射的傳輸并且降 低或防止其他試劑的濕氣進(jìn)入。國(guó)際專利申請(qǐng)PCT/US2010/060372(將其內(nèi)容并入本文作 為參考）描述了用于這種目的的氟化涂層，本文指定為FP。
[0064] 粘合劑層230將導(dǎo)電金屬層220與載體基片210粘合。粘合劑層可以是結(jié)構(gòu)粘合 劑例如基于環(huán)氧樹(shù)脂的可固化粘合劑，或壓敏粘合劑，例如丙烯酸基或橡膠基壓敏粘合劑。 優(yōu)選的是粘合劑是兩階段固化的粘合劑。典型地，這種粘合劑特征在于具有第一階段固化 或"階段A"，接著第二階段固化或"階段B"固化。當(dāng)進(jìn)行階段A固化時(shí)，粘合劑在金屬箔與 載體之間提供了足夠的粘附，使得可以在箔層壓板上進(jìn)行激光圖案化。當(dāng)在移除或剝?nèi)ゲ?想要的一個(gè)或多個(gè)金屬箔部分之后進(jìn)行階段B固化時(shí)，粘合劑在圖案化的箔與載體之間提 供了永久性粘合。
[0065] 導(dǎo)電金屬層220可以由提供令人滿意的電導(dǎo)率和穩(wěn)定性的任何金屬制成。示例性 的金屬箔包括銅箔和鋁箔。還考慮了可以使用這些金屬的組合，例如在其中銅層覆蓋鋁層 的至少部分的層狀安排中。當(dāng)使用鋁箔時(shí)，優(yōu)選另外的處理以在形成可靠的導(dǎo)電連接之前 在箔表面上除去天然存在的氧化物層。這可以在連接時(shí)或連接之前進(jìn)行。由于氧化層移除 的新暴露的鋁表面優(yōu)選由更穩(wěn)定的導(dǎo)電材料保護(hù)，如例如在太陽(yáng)能模塊制造中在導(dǎo)電連接 之前移除氧化物的情況下。一種示例性的導(dǎo)電材料是薄銅層，薄銅層可以是在鋁表面上電 鍍的。盡管指出了電鍍，要理解的是沉積金屬（例如銅）可以通過(guò)其他的技術(shù)，例如濺射或 無(wú)電鍍覆、或印刷導(dǎo)電材料（例如銀）來(lái)進(jìn)行。這種銅層的厚度可以是微米或亞微米范圍 的。處理鋁表面的不同方法已經(jīng)在未決的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)61/451，661中進(jìn)行了公開(kāi)，將其通 過(guò)引用以其全文并入本文。在鋁表面上的處理可以在與載體膜層壓之前，或?qū)訅褐筮M(jìn)行。 當(dāng)使用銅箔時(shí)，它有時(shí)候由更穩(wěn)定的導(dǎo)電材料（例如銀）或有機(jī)可焊性保護(hù)劑（0SP)來(lái)保 護(hù)。銀可以在激光圖案化之前，亦或之后施加在銅上。0SP可以在圖案化之前施加在銅上。 0SP涂層已經(jīng)證明為通常銀覆蓋的觸點(diǎn)提供了優(yōu)異的結(jié)果，并且已經(jīng)通過(guò)了數(shù)千小時(shí)的最 難的環(huán)境測(cè)試。這是與銅箔一起使用而沒(méi)有任何銀鍍覆的優(yōu)選方案，并且因此提供更經(jīng)濟(jì) 的方案。優(yōu)選地將導(dǎo)電金屬層220圖案化，使得在層220與另一個(gè)電模塊部件對(duì)齊或者另 外結(jié)合時(shí)形成完整的電路，所述另一個(gè)電模塊部件例如RFID芯片、用于RFID標(biāo)簽的RFID 帶、或用于光伏模塊的晶體硅（c-Si)電池。要理解的是，可以考慮廣泛的部件，例如開(kāi)關(guān)、 晶體管、電阻器、電容器、揚(yáng)聲器、顯示器、以及其他電子部件。
[0066] 圖2中的圖案化的導(dǎo)電金屬層，例如層220可以使用如在圖3中示意性示出的以 下優(yōu)選實(shí)施方式方法300生產(chǎn)。在操作或步驟310開(kāi)始，在步驟320中提供基片層、粘合劑 和導(dǎo)電金屬箔220 (參見(jiàn)圖2)。然后在步驟330中將粘合劑層沉積在基片層上。粘合劑可以 通過(guò)狹縫涂覆、輥涂、絲網(wǎng)印刷、數(shù)字印刷、或其他類型的圖案印刷方法施用到載體基片上。 然后可以在步驟340中通過(guò)粘合劑層將導(dǎo)電金屬箔層壓到基片層上。然后可以在步驟350 中通過(guò)激光切割方法根據(jù)預(yù)定的第一圖案來(lái)圖案化金屬箔。該預(yù)定的第一圖案形成了所期 望的電路并且確保了在圖案化的導(dǎo)電箔完成時(shí)不會(huì)發(fā)生電短路。該方法已經(jīng)在未決的美國(guó) 臨時(shí)專利申請(qǐng)61/354, 380、61/354, 388和61/354, 393中進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，將它們?nèi)客ㄟ^(guò) 引用以其全文并入本文。在步驟360中，根據(jù)預(yù)定的第二圖案將ILD層沉積在金屬箔表面 上。該第二圖案覆蓋了金屬箔的大部分區(qū)域，其中僅電極所在區(qū)域留下未被覆蓋。然后在 步驟370,將銀層沉積在沒(méi)有被任何ILD覆蓋的金屬箔上以形成與硅電池的接觸墊連接的 電極。該方法在380結(jié)束。要理解的是在許多應(yīng)用中步驟360和370是任選的。此外，步 驟370還可以利用有機(jī)可焊性保護(hù)劑（0SP)或?qū)щ姴牧稀?br> [0067] 在圖2中描繪的優(yōu)選實(shí)施方式組件中每個(gè)層的厚度如下。載體基片210的厚度是 從1約密耳（25. 4微米）至約25密耳（635微米）。粘合劑層230的厚度是從約1微米至 約40微米。金屬箔220的厚度可以是從約10微米至約200微米。銀層240的厚度可以是 從約0. 05微米至約10微米。電介質(zhì)材料224的厚度可以是從約5微米至約50微米。 [0068] 現(xiàn)在參見(jiàn)圖4,示意性地圖解了生產(chǎn)用于背接觸式光伏背板的柔性電路的另一種 優(yōu)選實(shí)施方式方法400。在操作或步驟410開(kāi)始，在步驟420中提供了基片層，例如圖2中 的層210,兩階段粘合劑，例如圖2中的層230,和導(dǎo)電金屬箔，例如圖2中的層220。然后 在步驟430中將兩階段粘合劑層沉積在基片層上。粘合劑可以通過(guò)狹縫涂覆、輥涂、絲網(wǎng)印 刷、數(shù)字印刷、或其他類型的圖案印刷方法施用到載體基片上。接著，在步驟440進(jìn)行階段 A固化以在載體與箔之間產(chǎn)生足夠的粘合用于在下一步中進(jìn)行加工。這還可以在層壓步驟 之后發(fā)生。在許多應(yīng)用中，這將可能在層壓步驟之前發(fā)生。然后可以在步驟450中通過(guò)粘 合劑層將導(dǎo)電金屬箔層壓到基片層上。然后可以在步驟460中通過(guò)激光切割方法根據(jù)預(yù)定 的第一圖案來(lái)圖案化金屬箔。作為第一圖案的部分，在圖lb中圍繞箔朝向?qū)訅喊逯苽浞指?物，例如線170以從用于電路的箔部分分離出多余的箔區(qū)域。圖案確保了當(dāng)多光伏電池連 接到具有正確連通性的光伏背板上時(shí)所形成的電路正常運(yùn)行并且避免了電短路。接著在步 驟470,將圍繞層壓板邊緣的多余箔剝?nèi)?。然后在步驟480中進(jìn)行階段B固化以永久性地粘 合箔與載體。在步驟490中，根據(jù)預(yù)定的第二圖案將任選的ILD層沉積在金屬箔表面上。該 第二圖案優(yōu)選地覆蓋了金屬箔的大部分區(qū)域，其中僅電極所在區(qū)域留下未被覆蓋。用于夾 層電介質(zhì)的代表性材料包括UV可固化的電介質(zhì)墨。用于夾層電介質(zhì)材料的優(yōu)選特征包括 對(duì)導(dǎo)電表面的高粘合，一致的并且可靠的介電特性以及高熱/尺寸穩(wěn)定性。優(yōu)選地，夾層電 介質(zhì)材料是墨形式?？梢允褂玫湫偷腎LD墨，例如從Henkel AG，Dusseldorf，Germany可商 購(gòu)的；以及 SunTronic Dielectric 680(CFSN6052)，SunChemical, Norton Hill, Midsomer Norton Bath, BA34RT, England。優(yōu)選地，將夾層電介質(zhì)材料通過(guò)絲網(wǎng)印刷法施加到導(dǎo)體上。 然后將所施加的夾層電介質(zhì)材料經(jīng)受UV固化步驟，例如通過(guò)暴露到650mJ/m 2強(qiáng)度的UV光。 所期望的目標(biāo)厚度是約10至約30微米并且最優(yōu)選地約15微米以確保該層是無(wú)針孔或無(wú) 其他缺陷的。
[0069] 然后在步驟500,將任選的銀層沉積在沒(méi)有被任何ILD覆蓋的金屬箔區(qū)域上以形 成與硅電池的接觸墊連接的電極。方法400在步驟510結(jié)束。步驟490和500僅是優(yōu)選實(shí) 施方式之一的一部分。它們?nèi)缰爸赋龅氖侨芜x的。步驟490和/或500中的一者或兩者 可以或可以不在其他優(yōu)選實(shí)施方式中使用。
[0070] 激光圖案化方法
[0071] 為了激光圖案化適合于形成電路的工業(yè)應(yīng)用，方法必須滿足許多要求。為了與常 規(guī)化學(xué)蝕刻方法相比降低成本，這些要求還包括以下項(xiàng)。方法的速度必須相對(duì)快以與常規(guī) 的蝕刻方法競(jìng)爭(zhēng)。例如，線性速度優(yōu)選地大于lm/s，并且優(yōu)選地1. 5m/s至大于2m/s。本主題 包括更快的速度，例如大于2m/s。在某些應(yīng)用中，以至少400mm/s的速度進(jìn)行圖案化。在其 他應(yīng)用中，以至少1，〇〇〇mm/s的速度進(jìn)行圖案化。并且，在還其他應(yīng)用中，以至少2, 000mm/s 的速度進(jìn)行圖案化。所產(chǎn)生的圖案應(yīng)在分開(kāi)的區(qū)域之間提供良好的電絕緣。例如，在圖1B 中無(wú)金屬箔的區(qū)域170優(yōu)選地具有最小寬度或空隙，本文稱為"切口"。當(dāng)空隙不夠?qū)挄r(shí)，可 能發(fā)生電短路。此外，燒蝕的金屬液滴或顆?？赡艹练e并且累積而在由激光燒蝕形成的空 隙上架橋并且還導(dǎo)致電短路。目前使用化學(xué)蝕刻的工業(yè)實(shí)踐產(chǎn)生了一個(gè)或多個(gè)毫米級(jí)別的 空隙。使用激光燒蝕產(chǎn)生更寬的空隙要求更高的激光功率、非常大的激光光斑尺寸、多次的 激光燒蝕并且導(dǎo)致更慢的制造速度。最小的切口是約50微米。在某些應(yīng)用中，最小的切口 寬度是約200微米或更大。載體應(yīng)該在整個(gè)圖案化過(guò)程中保持沒(méi)有任何損害，因?yàn)檩d體的 主要作用是保護(hù)片材組件免受濕度、UV和其他環(huán)境侵蝕。
[0072] 在圖案化過(guò)程中箔層壓板上存在的另外的層可以是例如在載體背側(cè)（與粘合劑 側(cè)相反）上的涂層，用于另外的強(qiáng)度或保護(hù)。這種另外的層還可以沉積在載體的兩側(cè)上。
[0073] 在進(jìn)行優(yōu)選實(shí)施方式方法中，所使用的一個(gè)或多個(gè)層表現(xiàn)出某些特征。理想的激 光器是其中暴露于激光發(fā)射時(shí)金屬材料表現(xiàn)出相對(duì)高程度的能量吸收；并且其中粘合劑、 載體和/或其他層表現(xiàn)出相對(duì)低程度的能量吸收的激光器。低吸收可以通過(guò)對(duì)激光束的高 反射或高透明度來(lái)實(shí)現(xiàn)，如在圖5中示意性地圖解的。
[0074] 盡管激光束能量在燒蝕導(dǎo)電材料時(shí)降低，如果吸收的能量大于某一個(gè)量的話則到 達(dá)并且穿過(guò)聚合物基片的剩余能量可能足以損害基片。這取決于所使用的聚合物以及其厚 度。在圖6中呈現(xiàn)的測(cè)量圖解了對(duì)于250微米厚的相對(duì)透明的聚對(duì)苯二甲酸乙二酯（PET) 膜在一系列波長(zhǎng)下的吸光度。在給定波長(zhǎng)下的吸光度（Abs)近似為：Abs = Log(IAli/Is 。在約lOOOnm，透射模式中測(cè)量的吸光度是約0· 14 (72%透射），而在約500nm至約600nm 范圍內(nèi)，吸收是約〇. 30 (僅50%透射）。PET吸收在可見(jiàn)光譜中相對(duì)低并且當(dāng)使用約lOOOnm 的波長(zhǎng)時(shí)將甚至更低。
[0075] 圖7示出了涂覆有氟化涂層的PET膜的吸光度，即"FP"，對(duì)于相同的光譜但是以 擴(kuò)散模式測(cè)量。圖7示出了對(duì)于所有可見(jiàn)波長(zhǎng)到近或短IR(高達(dá)llOOnrn)的吸光度沒(méi)有變 化。這些測(cè)量證明了當(dāng)燒蝕頂部金屬箔時(shí)對(duì)于沒(méi)有損害層壓板材料所考慮的激光波長(zhǎng)應(yīng)是 在可見(jiàn)至短IR波長(zhǎng)內(nèi)。盡管已知的是UV激光器對(duì)于銅或鋁產(chǎn)生了比其他類型的激光器更 高的吸光度，但是UV激光器是不合適的，因?yàn)樗鼈冞€損害了多層組件中的組分，例如當(dāng)用 作載體時(shí)的PET。
[0076] 為了確定對(duì)銅和鋁燒蝕優(yōu)選的激光器，考慮了不同類型的固態(tài)激光器。此類激光 器通過(guò)波長(zhǎng)、脈沖（或連續(xù)）、脈沖持續(xù)時(shí)間、功率和頻率進(jìn)行分類。還考慮了不同類型的活 性介質(zhì)：棒激光器、微晶激光器、板條激光器、纖維激光器、薄盤激光器以及最近的短纖維棒 型激光器。
[0077] 圖8示出了鋁、銅、金和銀的反射率。在大于約700nm的波長(zhǎng)（大多數(shù)可商購(gòu)的纖 維激光器的基波）下，銅和鋁表現(xiàn)出大于約95%的相對(duì)高的反射率。在通過(guò)將那些激光器 頻率加倍獲得的綠色范圍波長(zhǎng)下，鋁的反射率保持相同，而銅的反射率下降到約50%。由 Jeff Hecht在"Understanding Lasers (了解激光器）"的第10章中給出的吸收測(cè)量在表 1中示出。
[0078] 表1-鋁和銅在不同波長(zhǎng)下的吸收
[0079]
【權(quán)利要求】
1. 使用激光器形成柔性電路的方法，所述方法包括： 提供金屬箔層壓板，其中將金屬箔層壓在載體上； 使用激光器將所述金屬箔圖案化以形成電路而不損害所述載體。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述金屬箔層壓板進(jìn)一步包含粘合劑，并且所述金 屬箔通過(guò)所述粘合劑層壓在所述載體上。
3. 如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述粘合劑是兩階段固化粘合劑。
4. 如權(quán)利要求3所述的方法，進(jìn)一步包括： 在圖案化之前進(jìn)行所述粘合劑的階段A固化； 在所述圖案化步驟之后移除多余的金屬箔；并且 進(jìn)行所述粘合劑的階段B固化。
5. 如權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述激光器選自IR激光器、UV激光器和 綠色激光器。
6. 如權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的方法，其中圖案化包括通過(guò)使用所述激光器燒蝕所 述金屬箔形成無(wú)金屬區(qū)域。
7. 如權(quán)利要求6所述的方法，其中所述無(wú)金屬區(qū)域限定最小切口寬度。
8. 如權(quán)利要求7所述的方法，其中所述最小切口寬度是50微米。
9. 使用激光器形成柔性電路的方法，所述方法包括： 提供金屬箔層壓板，其中將金屬箔層壓在載體上； 選擇激光器以及一組操作參數(shù)，使得所述圖案化過(guò)程不會(huì)引起對(duì)所述載體的損害； 使用所選擇的激光器對(duì)所述金屬箔進(jìn)行圖案化，以產(chǎn)生適合于形成具有最小切口寬度 的電路的圖案。
10. 如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述激光器類型選自IR激光器、UV激光器和綠色 激光器。
11. 如權(quán)利要求9所述的方法，其中該組操作參數(shù)包括光束尺寸、光束形狀、光束強(qiáng)度 曲線、波長(zhǎng)、功率、脈沖能量、頻率、速度以及其組合。
12. 如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述載體是聚合物材料，所述方法進(jìn)一步包括： 在圖案化所述金屬箔之前，防止對(duì)所述聚合物載體的損害。
13. 如權(quán)利要求12所述的方法，其中通過(guò)粘合劑將所述金屬箔層壓在所述載體上并且 防止對(duì)所述聚合物載體的損害通過(guò)將至少一種添加劑結(jié)合到所述粘合劑中而進(jìn)行，所述粘 合劑減少激光傳播到所述載體中。
14. 如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述添加劑反射激光。
15. 如權(quán)利要求14所述的方法，其中所述添加劑選自無(wú)機(jī)添加劑和有機(jī)添加劑。
16. 如權(quán)利要求12所述的方法，其中防止對(duì)所述聚合載體的損害通過(guò)將金屬層沉積在 所述載體上進(jìn)行，使得所述金屬層布置在所述金屬箔與所述載體之間。
17. 如權(quán)利要求16所述的方法，其中所述金屬層是鋁。
18. 如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述激光器發(fā)射具有在綠色范圍內(nèi)波長(zhǎng)的光，并 且防止對(duì)所述載體的損害通過(guò)將至少部分所述發(fā)射光反射離開(kāi)所述載體進(jìn)行。
19. 如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述最小切口寬度是50微米。
20. 如權(quán)利要求1-19中任一項(xiàng)所述的方法，其中在所述電路上的指定位置形成多個(gè)電 極，所述方法進(jìn)一步包括： 在除了對(duì)于電極指定的位置外的電路上沉積夾層電介質(zhì)層；并且 在對(duì)于電極指定的位置處沉積保護(hù)的并且導(dǎo)電的材料。
21. 如權(quán)利要求20所述的方法，其中所述夾層電介質(zhì)層是UV可固化的電介質(zhì)墨。
22. 如權(quán)利要求20所述的方法，其中沉積所述夾層電介質(zhì)層通過(guò)絲網(wǎng)印刷法進(jìn)行。
23. 如權(quán)利要求20-22中任一項(xiàng)所述的方法，進(jìn)一步包括： 沉積所述夾層電介質(zhì)層之后，將所述夾層電介質(zhì)層固化。
24. 如權(quán)利要求23所述的方法，其中固化所述夾層電介質(zhì)層通過(guò)將所述夾層電介質(zhì)層 暴露于UV光進(jìn)行。
25. 如權(quán)利要求20-24中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述保護(hù)材料是銀。
26. 如權(quán)利要求1-25中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述金屬箔選自銅箔、鋁箔及其組合。
27. 如權(quán)利要求26所述的方法，其中所述金屬箔是鋁箔并且所述鋁箔包括天然存在的 氧化物層，所述方法進(jìn)一步包括： 在預(yù)定區(qū)域移除所述天然存在的氧化物層； 在其中已經(jīng)移除了至少部分所述天然存在的氧化物層的所述預(yù)定區(qū)域沉積另一個(gè)金 屬層。
28. 如權(quán)利要求26所述的方法，其中所述金屬箔是在鋁的至少部分上覆蓋銅層的鋁 箔。
29. 如權(quán)利要求26所述的方法，其中所述金屬箔是銅箔，所述方法進(jìn)一步包括： 通過(guò)在所述銅箔上沉積銀層或有機(jī)可焊性保護(hù)劑層來(lái)保護(hù)所述銅箔。
30. 如權(quán)利要求26所述的方法，其中所述金屬箔是鋁箔，所述方法進(jìn)一步包括： 通過(guò)在所述鋁箔上沉積銅層來(lái)保護(hù)所述鋁箔； 通過(guò)在所述銅層上沉積銀層或有機(jī)可焊性保護(hù)劑層來(lái)保護(hù)所述銅層。
31. 如權(quán)利要求29-30中任一項(xiàng)所述的方法，其中保護(hù)在圖案化之前進(jìn)行。
32. 如權(quán)利要求29-30中任一項(xiàng)所述的方法，其中保護(hù)在圖案化之后進(jìn)行。
33. 如權(quán)利要求1-32中任一項(xiàng)所述的方法，其中圖案化以至少400mm/s的速度進(jìn)行。
34. 如權(quán)利要求33所述的方法，其中圖案化以至少1，000mm/s的速度進(jìn)行。
35. 如權(quán)利要求34所述的方法，其中圖案化以至少2, 000mm/s的速度進(jìn)行。
36. 光伏導(dǎo)電背板，其由權(quán)利要求1-35中任一項(xiàng)所述的方法形成。
37. 光伏模塊，包括： c-Si電池；以及 背板，其中所述背板由權(quán)利要求1-36中任一項(xiàng)所述的方法形成。
38. 配置為使用激光器從金屬箔層壓板形成柔性電路的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括： 激光源； 金屬箔層壓板卷，其中將金屬箔布置在載體上，并且所述激光源被配置為在一組操作 參數(shù)下運(yùn)行，包括光束尺寸、光束形狀、光束強(qiáng)度曲線、波長(zhǎng)、功率、脈沖能量、頻率、速度以 及其組合，使得所述電路在至少400mm/s的速度下形成并且所述載體貫穿形成所述柔性電 路過(guò)程保持完整。
【文檔編號(hào)】H05K1/03GK104247579SQ201280072071
【公開(kāi)日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2012年9月7日 優(yōu)先權(quán)日:2012年2月3日
【發(fā)明者】K·坎, F·B·沃茲尼克, M·扎永奇科夫斯基, S·W·斐古遜, M·羅斯 申請(qǐng)人:艾利丹尼森公司