柔性聚合物片材的金属化制造技术

技术编号:18501961 阅读:34 留言:0更新日期:2018-07-21 23:12
导电网格形成系统、装置和相关方法,可以包括:具有导电表面的滚筒、涂覆所述表面的绝缘层、以及在绝缘层中形成以暴露导电表面的部分的网格图案。滚筒表面可旋转到化学池内和从化学池旋转出来,使得金属网格电沉积在导电表面的被暴露部分中。聚合物片材可以被层压到滚筒的表面,且然后被移除,使得金属网格附着到聚合物片材并且随着聚合物片材被移除。可以在该过程的各个步骤中使用热、压力和/或粘合剂,以便于金属网格优先粘附到聚合物片材。

Metallization of flexible polymer sheet

A conducting grid forming system, device, and related methods can include a roller with a conductive surface, an insulating layer coated on the surface, and a grid pattern formed in the insulating layer to expose the part of the conductive surface. The surface of the drum can be rotated to the chemical tank and rotated from the chemical pool, so that the metal mesh is deposited on the exposed part of the conductive surface. The polymer sheet can be laminated to the surface of the roller, and then removed, so that the metal mesh is attached to the polymer sheet and removed with the polymer sheet. Heat, pressure and / or adhesives can be used in each step of the process so that the metal mesh is preferentially adhered to the polymer sheet.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】柔性聚合物片材的金属化交叉引用为了所有目的,下列相关申请和材料全部并入本文:美国专利号8,993,364和美国公开号2013/0269748A1。领域本公开涉及用于在柔性聚合物片材上形成导电网格图案的系统和方法。例如,形成的网格图案可以特别适合于用作在光伏电池或模块中的收集网格(collectiongrid)或者用作低成本柔性电路,例如射频识别标签(RFID标签)。介绍光伏的领域通常涉及将太阳光直接转换成DC电功率的多层材料。这种转换的基本机制是光伏效应,其在1839年由Antoine-CésarBecquerel首先观察到,并首先由爱因斯坦在1905年的有影响力的科学论文中正确描述,他由于该论文被授予诺贝尔物理学奖。在美国,光伏(PV)设备通俗地被称为太阳能电池或PV电池。太阳能电池通常被配置为p型和n型半导体的协作夹层,其中n型半导体材料(在夹层的一“侧”上)展现过量的电子,并且p型半导体材料(在夹层的另一“侧”上)表现过量的空穴,每个空穴表示电子的缺乏。在这两种材料之间的p-n结附近,来自n型层的价电子移动到p型层中的相邻孔中,在太阳能电池内部产生小的电不平衡。这导致了在形成电子p-n结的冶金结附近的电场。当入射光子将电池中的电子激发到导带内时,被激发的电子变成脱离半导体的原子的束缚,形成自由电子/空穴对。如上所述,因为p-n结在结附近产生电场,所以在结附近以这种方式产生的电子/空穴对趋向于分离并离开结,电子朝着在n型侧上的电极移动,并且空穴朝着在结的p型侧上的电极移动。这在电池中产生总体电荷不平衡,使得如果在电池的两侧之间提供外部导电路径,电子将沿着外部路径从n型侧移到p型侧,产生电流。实际上,可以由覆盖表面的一部分的导电网格从n型侧的表面处或附近收集电子,同时仍然允许入射光子充分进入电池内。当适当定位的电触点被包括并且电池(或一系列电池)合并到闭合电路中时,这样的光伏结构形成工作PV设备。作为独立设备,单个传统太阳能电池不足以为大多数应用提供电力。因此,太阳能电池通常通过将一个电池的正面连接到另一个电池的背面而被布置到PV模块或“串”中,从而以电串联将各个电池的电压加在一起。通常,大量的电池串联连接以实现可用电压。因而产生的DC电流然后可以通过逆变器被馈送,在逆变器中DC电流以适当的频率变换成AC电流,该频率被选择为匹配由传统电网供应的AC电流的频率。在美国,这个频率是60赫兹(Hz),而大多数其他国家以50赫兹或60赫兹提供AC功率。为商业用途开发的一种特定类型的太阳能电池是“薄膜”PV电池。与其他类型的PV电池(例如晶体硅PV电池)相比,薄膜PV电池需要较少的光吸收半导体材料来产生工作电池,并且因此可以降低处理成本。基于薄膜的PV电池还通过采用先前开发的用于电极层的沉积技术来提供降低的成本,其中相似的材料被广泛用在用于保护性、装饰性和功能性涂层的薄膜工业中。低成本商业薄膜产品的常见例子包括在基于聚合物的食品包装上的不透水涂层、在建筑玻璃上的装饰涂层、在住宅和商业玻璃上的低发射率热控制涂层、以及在眼镜上的划痕和抗反射涂层。采用或修改在这些其他领域中已经开发的技术允许光伏电池薄膜沉积技术的开发成本的降低。此外,薄膜电池展示超过20%的效率,20%比得上或超过最高效晶体电池的效率。特别是,半导体材料二硒化铜铟镓(CIGS)是稳定的,具有低毒性,并且真实地是薄膜,在工作的PV电池中需要小于两微米的厚度。因此,迄今为止,CIGS看起来展示了对高性能、低成本薄膜光伏产品的最大潜力,并因而展示了对渗透到大容量发电市场的最大潜力。薄膜PV技术的其他半导体变形包括二硒化铜铟、二硫化铜铟、二硒化铜铟铝和碲化镉。一些薄膜PV材料可以沉积在刚性玻璃基板上或柔性基板上。玻璃基板相对便宜,通常具有与CIGS或其他吸收层相对接近地匹配的热膨胀系数,并且允许使用真空沉积系统。然而,在比较在沉积过程期间可适用的技术选项时,刚性基板在处理期间遭受各种缺点,例如对处理设备和材料存储的相当大的占地面积的需要、用于将玻璃均匀地加热至在玻璃退火温度或接近玻璃退火温度的升高的温度处的昂贵和专门的设备、基板破裂与因而产生的产量损失的高度潜在可能性、以及更高的热容量与因而产生的更高的电费和用于加热玻璃的处理时间。此外,由于玻璃的重量和易碎性质,刚性基板需要增加的运送成本。因此,对于薄膜的沉积使用玻璃基板可能不是对多层功能薄膜材料例如光伏的低成本、大批量、高产量、商业制造的最佳选择。相反,薄柔性基板的卷到卷处理允许使用紧凑、较便宜的真空系统以及已经为其他薄膜工业开发的非专用设备。基于薄柔性基板材料的PV电池也展现出对快速加热和冷却以及对大的热梯度的相对高的耐受性(导致在处理期间破裂或失效的低可能性),需要相对低的运送成本,并且展现出比基于刚性基板的电池更大的易安装性。与适合于供当前公开的方法和装置使用的类型的薄膜PV电池的组成和制造相关的另外细节可以在例如都为Wendt等人的美国专利号6,310,281、6,372,538和7,194,197以及Britt等人的美国专利号8,062,922中找到,所有这些专利特此通过引用被全部并入。如前面所提到的,相当大数量的PV电池经常串联连接以实现可用电压并因而实现期望功率输出。这样的配置常常被称为一“串”PV电池。由于晶体基板和柔性薄膜基板的不同特性,在电池之间的电串联连接可以与针对晶体电池不同地针对薄膜电池而构造,在薄膜电池之间形成可靠的串联连接提出若干挑战。例如,直接在薄膜电池上焊接(用于连接晶体太阳能电池的传统技术)将电池的PV涂层暴露于破坏性温度,并且通常用于在薄膜电池上形成收集网格的基于有机物的银油墨可能在任何情况下都不允许通过普通的焊接材料进行牢固的粘附。因此,PV电池常常使用导电粘合剂(ECA)而不是通过焊接来与附着到电池的独立电线或导电翼片连接。然而,即使独立电线或翼片用于形成电池间连接时,沿着切割的PV电池边缘的非常薄的涂层和可能的脱落也引入使电线或翼片跨越电池边缘时的任何地方短路(功率损失)的机会。此外,通常为金属箔的上面沉积有PV涂层的导电基板可容易地由来自附着的电线和翼片的热机械应力变形。这个应力可以转移到微弱粘附的界面,这会导致电池的分层。另外,在ECA和电池背面之间或在ECA和在正面上的导电网格之间的粘附力可能很弱,并且机械应力可能引起在这些位置处的收集网格的分离。此外,腐蚀可能出现在电池的背面上的钼或其他涂层与将收集网格的翼片连接到那里的太阳能电池的ECA之间。这个腐蚀可导致高电阻接触或粘附失败,导致功率损失。将薄膜PV电池与导电翼片或带连接的先进方法可以在很大程度上克服电短路和分层的问题,但是可能需要不合意地高的生产成本来这样做。此外,所有这样的方法——无论多么强大——都要求PV串的至少某个部分被导电翼片覆盖,这阻止太阳辐射射到该串的那个部分并因此降低了系统的效率。因此,需要将PV电池互连为串的改进的方法以及互连电池的改进的串。特别地,需要串及其形成的方法,其减少互连成本并减少由互连机构覆盖的每个PV电池的部分,同时维持或改善电池抵抗应力的能力。ICI(集成电池互连)技术克服了上述问题,但目前依赖于在减材工艺中形成的Cu网格集合结构。通过电沉积形成的C本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种在透明聚合物片材上形成导电金属网格的方法,包括:将电绝缘涂层涂敷到导电圆筒,其中所述涂层被图案化以暴露与待形成的网格图案对应的所述圆筒的导电表面的部分;至少部分地将所述圆筒浸入含金属的溶液中;向所述导电圆筒施加电流,以使金属电沉积到所述导电表面的被暴露部分上并在所述圆筒上形成导电金属网格;旋转所述圆筒,直到所述导电网格与缠绕在所述圆筒的一部分上的透明聚合物片材接触为止;以及在所述导电网格附着到所述片材的状态下,将所述片材与所述圆筒分离。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.10.02 US 14/873,6021.一种在透明聚合物片材上形成导电金属网格的方法,包括:将电绝缘涂层涂敷到导电圆筒,其中所述涂层被图案化以暴露与待形成的网格图案对应的所述圆筒的导电表面的部分;至少部分地将所述圆筒浸入含金属的溶液中;向所述导电圆筒施加电流,以使金属电沉积到所述导电表面的被暴露部分上并在所述圆筒上形成导电金属网格;旋转所述圆筒,直到所述导电网格与缠绕在所述圆筒的一部分上的透明聚合物片材接触为止;以及在所述导电网格附着到所述片材的状态下,将所述片材与所述圆筒分离。2.根据权利要求1所述的方法,还包括加热所述透明聚合物片材,以增加在所述片材和所述导电网格之间的粘附力。3.根据权利要求2所述的方法,还包括将热活化粘合剂添加到所述透明聚合物片材。4.根据权利要求2所述的方法,还包括在将所述片材与所述圆筒分离之前,冷却所述透明聚合物片材。5.根据权利要求1所述的方法,还包括对着所述圆筒压挤所述透明聚合物片材,以增加在所述片材和所述导电网格之间的粘附力。6.根据权利要求1所述的方法,其中所述电绝缘涂层由合成含氟聚合物形成。7.根据权利要求1所述的方法,还包括将导电释放层涂敷到所述圆筒的导电表面的被暴露部分。8.一种形成光伏模块的导电收集网格的方法,包括:将电绝缘涂层涂敷到具有导电表面的滚筒;图案化所述电绝缘涂层以暴露与网格图案对应的所述滚筒的所述导电表面的区域;将金属电沉积到所述导电表面的被暴露区域上以形成附着到所述导电表面的金属收集网格;在所述收集网格附着到所述导电表面的同时使所述收集网格与透明聚合物片材接触,以使所述收集网格粘附到所述聚合物片材;以及在所述网格图案附着到所述聚合物片材的状态下将所述透明聚合物片材与所述滚筒分离。9.根据权利要求8所述的方法,其中所述电绝缘涂层由选自由聚四氟乙烯(PTFE)、全氟烷氧...

【专利技术属性】
技术研发人员:斯科特·维德曼
申请(专利权)人:环球太阳能公司
类型:发明
国别省市:美国,US

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