用以改善效率的薄膜光电模块配线制造技术

本发明专利技术涉及将薄膜光电模块中的多个电池连接在一起的配置及配线。根据一实施方面，在基板上表面的一平面上制造多个电池，且在一平行平面上图案化出配线，以及形成多个导孔以提供电池平面及配线平面之间的连接。在一实施例中，配线平面位于基板的背面，而导孔则贯穿基板。在另一实施例中，配线平面位于该电池平面及绝缘层下方的基板上表面，并且这些导孔贯穿绝缘层。在另一实施例中，形成在该上表面的电池平面包含可透过透明基板而照亮的覆板电池，且在该电池平面及上部配线平面之间具有绝缘体。根据另一实施方面，在配线平面中的粗总线连接能携带大电流且不会阻挡照射在电池上的光线。根据进一步的实施方面，配线平面能使用并联电池连接以避免上述的遮光问题。此外，这些连接可以数种方法配线，并允许使用串－并联配置，例如，局部区域可以是并联连接而较大区域为串联连接。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】有关申请的交叉参照本申请请求2006年7月25日申请且题目为「用以改善效率的薄膜光电模块配线」的美国申请序号11/492,277的优先权，并且将其内容并入本案中以供参考。
本专利技术涉及制造用于薄膜光电(TF PV)模块中的互连的方法，更明确而言，涉及在与具有电池的上表面相平行的平面上设置的改良的互连。
技术介绍
薄膜光电模块提供了许多优于其它形式的光电模块(如硅晶片模块)的的优点，例如制造成本较低并且限购材料的消耗较少。然而，薄膜光电模块具有某些缺点，例如与其它系统构件不兼容、随时间老化、因遮蔽及不均匀而造成损失以及效率较低。结论是，撇开它们固有的优点不谈，与硅模块约90％的市场占有率相比，薄膜光电模块仅有约10％的市场占有率。为了更深入地说明现有技术的缺点，以下说明一种用于形成及配置薄膜光电模块的常规方法。数层薄膜材料层被沉积在大基板表面上，该大基板通常是玻璃。在此处理期间，最常使用的方法是用激光以固定的间隔制造出一组刻线(scribes)，但偶尔会使用机械划线。刻线结合连续沉积会形成多个很长的串联的光电区域(photovoltaic regions)。如图1A所示，接着可将大玻璃基板切割成约150厘米×80厘米的区段以形成模块100。举例来说，使用激光划线时，亦将基板表面上四周的薄膜移除，从而将电池102与边缘隔开。最后，将端子104结合至末端电池102-L及102-R。介于这些电池102之间的串联连接是需要的，因为这将通过电池数目而降低操作电流。举例来说，一个效率为10％的1平方米(m2)模块可产生100瓦的功率。在典型为0.9伏特的操作电压下，这将需要110安培的电流，远超过薄-->膜导体在无过量欧姆损失的情况下所能携带的电流。将该模块划分成各约1厘米宽的100个电池，可使电流降至1.1安培并将欧姆损失(＝I2R)减低10,000倍。不过，介于各个电池之间的串联连接亦引入了某些限制条件。如图1B所示，各电池102可视为具有电流产生器112的二极管110。为了简化说明，在此模型中忽略掉电阻组件。如所示，电池在形成处理期间是串联连接的。在第n个电池中产生的光电流(photocurrent)为ILn。如果所有电池恰好产生相同的光电流，则该模块在输出端所输出的电流就是此电流。然而，若其中一个位于串联列中的电池产生较小的电流，其将限制该模块输出的电流。这可能起因于多个因素，例如遮蔽效应(shadowing)等。举例来说，在一天的开始及结束时，物体投射的长影子可能不均匀地落在一模块上。其它因素包含处理差异(例如沉积系统中的不均匀性)及随时间老化等等。提到处理差异，已知小模块的效率通常比大模块的效率要高，因为在一小面积中比在一大面积中更容易达到良好的均匀性，所以小模块比大模块具有更小的电流限制性差异。不管是何种因素导致如此，这种电流限制亦可能损坏模块。正常来说，光电电池在正向偏压(forward bias)下工作。例如，若在一串电池中的其中一个电池因为遮蔽作用而使电流受限，则该电池可能变成反向偏压至使其反向导通的一点，即促使电池发生反向击穿(reverse breakdown)。过量的反向偏压可能损坏该电池。为此原因，使用硅晶片的模块具有内建的保护二极管。然而，要在薄膜模块中安装这类二极管是困难的，因为要使用激光划线来形成这类二极管的端子并不容易。另一妨碍采用常规的薄膜光电模块的问题是，各个电池之间的互连区域在尺寸、形状及性质等方面实际上是有所限制的。因为激光划线导致边缘损坏，故较佳地使各电池的宽度相对较大些，例如为厘米量级。制造较窄的电池亦将需要更多划线时间并增加成本。再者，划线步骤是一种烧蚀处理(ablativeprocess)，所以制造长而直的刻线最为容易，而以制造接触垫、曝露出下层的区域或具有复杂二维形状的区域最为困难。本案受让人所拥有同在审查中的申请案第______(AMAT-010937)号中，揭示用来配置薄膜光电模块的改良方法而显著地提升技术发展水平，其包含将-->一个模块划分为多个子模块并且用配线按并联(parallel)及/或串-并联(series-parallel)的组合方式将这些子模块连接在一起，将该文献全文并入本案中以供参照。这些技术在面对诸如处理不均匀性及遮蔽等不利条件时能改善模块效能。同在审查中的申请案的一实施方面中，可使用光刻处理、蚀刻及沉积处理，例如同在审查中的申请案第11/394,723及11/395,080号中所述这些处理，在模块中进行分割并形成串联互连，并进一步将模块划分为多个子模块。这类处理能用来形成更窄的电池，并有助于形成这类独特的模块内连。下文更进一步说明同在审查中的申请案所提供的某些优点。举例来说，考虑图2A及图2B所示，在PSPICE上建立出电池模型的简单串联及并联配置方式。图2A的电路是十个电池串联连接，这些电池中的最后一个有2/3被遮蔽了，所以其正常电流为其它电池的1/3。图2A上方的IV曲线为此电路的IV曲线。图2B的电路包含十个并联连接的相同电池，其IV曲线亦显示于电路图上方。注意到该串联模块具有衰退的IV特性，而该并联模块具有正常的IV特性。通过估计这些配置的电压与功率之间的关系，可观察到类似结果。在没有遮蔽时，两者的估计功率同为42.5毫瓦(mW)。如图3所示，当遮蔽掉2/3时，串联模块的输出功率衰减24％，而并联模块则衰减7％。因此，通过使用如同在审查中的申请案所述的并联配置，能显著减少因例如遮蔽及电流衰减等缺陷所造成的损失。虽然与完全串联连接的模块相比，使用并联连接提供了多项优势，但是这些优势的表现是短暂的。举例来说，在与活性区域位于同一侧的玻璃基板上提供子模块之间的并联配线(wiring)可能很困难。这些配线可能阻挡光线，从而削减并联配线的可能优势。此外，相比于完全串联的模块而言，并联配线需要在一更有限的区域中容纳可能产生的更多电流，需要较大的总线(bus)结构，其亦可能减少活性区域或阻挡活性区域。更甚者，电流增加会使可能的电阻性损失成为更重要的考虑因素，因此这类配线不应引入额外电阻。因此，需要一种线路图，其可完全展现出同在审查中的申请案的薄膜光电模块配置及内部互连技术的优势。-->
技术实现思路
本专利技术涉及将薄膜光电模块中的多个电池连接在一起的配置及配线方式。根据一实施方面，在一基板上表面的一平面上制造多个电池，且在一平行平面上使配线图案化，以及形成多个导孔(vias)以提供该电池平面及该配线平面之间的连接。在一实施例中，配线平面位于基板的背面，而导孔则贯穿该基板。在另一实施例中，配线平面在位于该电池平面及一绝缘层下方的基板上表面上，且这些导孔贯穿该绝缘层。在另一实施例中，形成在该上表面上的电池平面包含多个能透过一透明基板而被照亮的覆板电池(superstrate cells)，并且在电池平面及上部配线平面之间具有一绝缘体。根据另一实施方面，在配线平面中的粗总线连接(heavy bus bar connections)可携带大电流且不会阻挡住照射在电池上的光线。根据进一步实施方面，配线平面使用可避免遮光问题的并联电池连接，如上文所述。此外，这些连接可以数种方法进行配线，并允许使用串-并联配置，举例来说，局部区域可采用并本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种薄膜光电模块，其包含：　多个薄膜光电电池，其形成于基板上的第一层中；　多个互连，其位于这些电池之间，且形成于该基板上与该第一层隔开的第二层中。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2006-7-25 11/492,2771.一种薄膜光电模块，其包含：多个薄膜光电电池，其形成于基板上的第一层中；多个互连，其位于这些电池之间，且形成于该基板上与该第一层隔开的第二层中。2.如权利要求1所述的模块，其中该第一层位于该基板的上表面，而该第二层位于该基板的背面。3.如权利要求1所述的模块，其中该第一层及第二层位于该基板的上表面，且通过绝缘层而隔开。4.如权利要求2所述的模块，更包含多个导孔，这些导孔贯穿该基板，并将这些电池连接至这些互连。5.如权利要求3所述的模块，更包含多个导孔，这些导孔贯穿该绝缘层，并将这些电池耦合至这些互连。6.如权利要求4所述的模块，其中这些导孔是由铸模于该基板中的多个结构所组成。7.如权利要求4所述的模块，其中这些导孔是由激光钻孔所组成。8.如权利要求2所述的模块，其中该基板是金属，且这些导孔包含绝缘体以使导孔和基板电性隔离。9.如权利要求1所述的模块，其中这些互连将这些电池中的一部分电池串联连接在一起。10.如权利要求1所述的模块，其中这些互连将这些电池中的一部分电池并联连接在一起。11.如权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：PG柏登，D伊格尔沙姆，
申请(专利权)人：应用材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]