柔性聚合物片材的金属化制造技术

本发明专利技术公开了柔性聚合物片材的金属化。导电网格形成系统、装置和相关方法可以包括滚筒，其具有导电表面、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。滚筒表面可以旋转进出化学浴器，使得金属网格电沉积在导电表面的被暴露部分中。聚合物片材可以层压到滚筒的表面上且然后被移除，使得金属网格附着到聚合物片材上，并且与聚合物片材一起被移除。可在该过程的各个步骤中利用热、压力和/或粘合剂，以便于金属网格优先粘附到聚合物片材上。

Metallization of flexible polymer sheet

【技术实现步骤摘要】
柔性聚合物片材的金属化交叉引用下面的相关申请和材料为了所有的目的被全部并入本文：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，所形成的网格图案可以特别适合用作在光伏电池或模块中的收集网格，或者用作低成本柔性电路，例如射频识别标签(RFID标签)。引言光伏学的领域通常涉及将阳光直接转换成DC电功率的多层材料。这种转换的基本机制是由Antoine-CésarBecquerel于1839年首次观察到并由爱因斯坦在他被授予诺贝尔物理学奖的1905年的开创性科学论文中首次被正确描述的光伏效应。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)展示过量的电子，而p型半导体材料(在夹层的另一“侧”上)展示过量的空穴，每个空穴都表示电子的缺乏。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型层中的相邻空穴中，在太阳能电池内部产生小的电不平衡。这导致在形成电子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中时，被激发的电子变得从半导体的原子释放，产生自由电子/空穴对。如上所述，因为p-n结在结附近产生电场，所以以这种方式在结附近产生的电子/空穴对往往会从结分离并移动开，电子朝着在n型侧上的电极移动，且空穴朝着在结的p型侧上的电极移动。这在电池中产生总的电荷不平衡，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型侧移动回到p型侧，产生电流。实际上，可以通过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。当适当定位的电触头被包括并且电池(或一系列电池)被合并到闭合电路中时，这种光伏结构形成工作的光伏设备。作为独立设备，单个常规太阳能电池不足以为大多数应用供电。作为结果，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成PV模块或“串”，从而电串联地将单独电池的电压加在一起。通常，相当大数量的电池串联连接以实现可用电压。然后，因而得到的DC电流可以通过逆变器被馈送，在逆变器中它被转换成在适当频率处的AC电流，该频率被选择为与由传统电网提供的AC电流的频率匹配。在美国，这个频率是60赫兹(Hz)，且大多数其他国家提供在50赫兹或60赫兹处的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制造工作电池，且因此可以降低处理成本。基于薄膜的PV电池还通过对电极层采用先前开发的沉积技术来提供降低的成本，其中类似的材料在薄膜工业中广泛用于保护、装饰和功能涂层。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辐射热控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开发的技术允许PV电池薄膜沉积技术的开发成本的减少。此外，薄膜电池展示超过20％的效率，其比得上或超过最有效的晶体电池的效率。特别是，半导体材料铜铟镓硒(CIGS)是稳定的，具有低毒性，并且真正是薄膜，在工作的PV电池中需要小于2微米的厚度。作为结果，迄今为止，CIGS似乎展示了对高性能、低成本薄膜PV产品和因而对渗透大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铜铟硒、铜铟硫、铜铟铝硒和碲化镉。一些薄膜PV材料可以沉积在刚性玻璃衬底上或在柔性衬底上。玻璃衬底相对便宜，通常具有与CIGS或其他吸收层相对紧密匹配的热膨胀系数，并且允许真空沉积系统的使用。然而，当比较在沉积过程期间可应用的技术选项时，刚性衬底在处理期间遭受各种缺点，例如对用于处理设备和材料储存的相当大的占地面积的需要、用于将玻璃均匀地加热到在玻璃退火温度处或附近的升高的温度的昂贵和专业化的设备、带有由此引起的产量损失的衬底断裂的高可能性、以及具有用于加热玻璃的由此引起的较高电费成本和处理时间的较高热容量。此外，由于玻璃的重量和易碎性质，刚性衬底需要增加的运送成本。作为结果，用于薄膜的沉积的玻璃衬底的使用可能不是对多层功能薄膜材料例如光伏的低成本、大体积、高产量、商业制造的最佳选择。相反，薄柔性衬底的辊对辊处理允许使用紧凑、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。基于薄柔性衬底材料的PV电池还对快速加热和冷却以及大的热梯度展示相对高的耐受性(导致在处理期间断裂或故障的低可能性)，需要比较低的运送成本，并且展示比基于刚性衬底的电池更大的安装容易性。关于适合于与目前公开的方法和装置一起使用的类型的薄膜PV电池的组成和制造的其他细节可以在例如Wendt等人的美国专利号6,310,281、6,372,538和7,194,197和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引入。如前面所提到的，相当大数量的PV电池常常串联连接以实现可用电压并因而实现期望功率输出。这种配置常常被称为一“串”PV电池。由于晶体衬底和柔性薄膜衬底的不同性质，对于薄膜电池比对于晶体电池，可以不同地构造在电池之间的电串联连接，并且在薄膜电池之间形成可靠的串联连接提出了几个挑战。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)使电池的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的银油墨可能在任何情况下都不允许通过普通焊接材料进行的强粘附。因此，PV电池常常用独立的电线或导电凸片(tab)连接，这些电线或导电凸片用导电粘合剂(ECA)而不是通过焊接附着到电池上。然而，即使当独立的电线或凸片被用于形成电池间连接时，极薄的涂层和沿切割的PV电池边缘的潜在片状剥落在电线或凸片越过电池边缘的任何地方引入短路(功率损耗)的机会。此外，沉积有PV涂层的导电衬底(其通常是金属箔)可能容易被来自附接的电线和凸片的热机械应力变形。这种应力可以转移到弱粘附界面，其可导致电池的分层。此外，在ECA和电池背面之间或者在ECA和正面上的导电网格之间的粘附可能很弱，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，腐蚀可出现在电池背面上的钼或其他涂层和将收集网格的凸片连接到太阳能电池的ECA之间。这种腐蚀可能导致高电阻接触或粘附故障，导致功率损耗。将薄膜PV电池与导电凸片或带连接的先进方法可以很大程度地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么做。此外，所有这样的方法——不管有多么鲁棒——都要求PV串的至少某个部分被导电凸片覆盖，这阻止太阳辐射射到串的那个部分，且因而降低系统的效率。作为结果，需要将PV电池互连成串的改进的方法以及改进的互连电池串。特别地，存在对减少互连成本并减少被互连机构覆盖的每个PV电池的部分同时保持或提高电池抵抗应力的能力的串及其形成方法的需求。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网格收集结构。通过电沉积形成的Cu箔被层压在聚合物网上，且大于90％的Cu质量随后被去除。被去除的Cu的相对面积甚至更大。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制造图案化圆筒的方法，包括：将激光射在导电圆筒的表面上，以在所述表面上产生微观裂缝的图案；以及将电绝缘涂层施加到所述圆筒上，其中所述涂层被图案化以暴露所述圆筒的所述表面的对应于要形成的网格图案的部分。

【技术特征摘要】
2018.04.02 US 15/942,8431.一种制造图案化圆筒的方法，包括：将激光射在导电圆筒的表面上，以在所述表面上产生微观裂缝的图案；以及将电绝缘涂层施加到所述圆筒上，其中所述涂层被图案化以暴露所述圆筒的所述表面的对应于要形成的网格图案的部分。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述网格图案被配置为一个或多个光伏电池的一个或多个电路。3.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。4.根据权利要求3所述的方法，其中所述激光是脉冲激光，并且将所述激光射在所述表面上包括在所述表面上扫描所述激光。5.一种制造图案化滚筒的方法，包括：通过在滚筒的导电表面上扫描脉冲激光来粗糙化所述表面；将合成含氟聚合物涂层施加到所述滚筒；以及图案化所述合成含氟聚合物涂层以暴露所述滚筒的所述导电表面的对应于预定网格图案的区域。6.根据权利要求5所述的方法，其中图案化所述合成含氟聚合物涂层以暴露所述滚筒的所述导电表面的区域包括使用激光器来选择性地去除所述合成含氟聚合物涂层的部分。7.根据权利要求5所述的方法，其中所述网格图案被配置为光伏电池的一个或多个电路。8.根据权利要求5所述的方法，其中所述网格图案对应于被配置为使相邻光伏电池对电互连的导电网格。9.根据权利要求5所述的方法，其中所述合成含氟聚合物涂层由选自由聚四氟乙烯(PTFE)、全氟烷氧基(PFA)、氟化乙烯...

【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