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CN105164816A - 光伏互连系统、装置和方法 - Google Patents

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Abstract

光伏模块可以包括多个柔性薄膜光伏电池，其通过具有嵌入式导线网格图案的基本透明顶片串联地电连接。提供制造包括集成式多电池互连的光伏模块的方法，该方法包括使用折叠导电带和介质带串行连接共享背片的电池。

Description

光伏互连系统、装置和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求在2013年1月28日提交的美国临时专利申请序列号61/757636的优先权，其通过引用并入本文。本申请还通过引用并入下列美国专利、美国出版物和外国申请的全部内容：5681402、5759291、4574160、4617420、4888061、4652693、5391235、6803513、5457057、5181968、7276724、5547516、5735966、6239352、6310281、6372538、6414235、6459032、6690041、7194197、7507903、7635810、7732243、7851700、7868249、7898053、7898054、7989692、7989063、8062922、20100147356、20120000510、20120000502、20120006378、20030121228A1、20030127128A1、20040069340、20050176270、20060032752、20060174930、20060180195、20080011350、20080227236、20080257399、20080314433、20090107538、20090111206、20090145551、20090169722、20090163374、20090223552、20090293941、20100108118、20100193367、20100218824、20100224230、20100229942、20100269902、20110056537、20110067754、20110070678、2012000052、20130269748、12/482699、WO2005077062和WO2009006230。
引言
光伏领域主要涉及将太阳光直接转换为直流电的多层材料。这种转换的基本机理是安东尼·亨利·贝克勒尔(Antoine-CesarBecquerel)在1839年首先观察到的光伏效应，并由爱因斯坦在1905年在其被授予诺贝尔物理学奖的开创性科学论文中首先正确描述。在美国，光伏(PV)器件一般称为太阳能电池或光伏电池。太阳能电池通常构造成p型和n型半导体的配合夹层结构，其中，n型半导体材料(在夹层结构的一“面”上)表现出过量电子，以及p型半导体材料(在夹层结构的另一“面”上)表现出过量空穴，每个空穴表示缺乏电子。靠近两种材料之间的p-n结，来自n型层的价电子移到p型层中的相邻空穴中，在太阳能电池中形成小电失衡。这在形成电子p-n结的冶金结附近产生电场。
当入射光子将电池中的电子激发到导电带中时，所激发电子从半导体的原子变成游离的，从而形成自由电子/空穴对。因为如上所述，p-n结在所述结附近形成电场，以这种方式靠近所述结形成的电子/空穴对倾向于脱离并离开所述结，其中，电子移向所述结的n型面上的电极，空穴移向p型面上的电极。这在电池中形成总体电荷不平衡，使得如果在电池的两面之间设置外部导电路径，电子将沿着该外部路径从n型面移回到p型面，从而形成电流。在实践中，电子可以通过覆盖n型面的表面的一部分的导电网格从该表面或接近该表面收集，同时仍然允许入射光子充分进入电池。
当包含适当定位的电触点并且电池(或一系列电池)并入闭合的电路时，此类光伏结构形成工作的光伏器件。作为独立的器件，单一的常规太阳能电池不足以给大多数应用供电。结果，太阳能电池通常通过前面的一个电池连接到后面的另一个电池布置成光伏模块或“串”，从而将各个电池的电压电串联在一起。通常，相当数量的电池串联连接以实现有用的电压。随后，所得直流电流可以通过逆变器馈送，其中，直流电流在该逆变器变换为适当频率的交流电流，该频率经选择以匹配由常规电网供应的交流电流的频率。在美国，这个频率是60赫兹(Hz)，，以及大多数其他国家提供50Hz或60Hz的交流电流。
已经开发出来商用的一种特殊类型的太阳能电池是一种“薄膜”光伏电池。与其他类型的光伏电池诸如晶体硅光伏电池相比，薄膜光伏电池需要更少的吸光半导体材料以形成工作电池，并因此可以降低处理成本。通过采用先前开发的用于电极层的沉积技术，薄膜类光伏电池也提供降低的成本，其中，在所述沉积技术中，类似材料广泛用在薄膜行业的保护、装饰和功能涂层。低成本商用薄膜产品的常见示例包括在聚合物类食品包装上的防水涂层、建筑玻璃上的装饰涂层、住宅和商用玻璃上的低辐射热控涂层以及眼镜上的防刮伤防反光涂层。采用或更改已在这些其他领域中开发的技术允许降低光伏电池薄膜沉积技术的开发成本。
而且，薄膜电池的效率接近20％，这比得上或超过最高效的结晶电池的效率。具体地，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，工作光伏电池需要的厚度小于两微米。结果，到目前为止，似乎证明CIGS最有可能具有高性能是低成本的薄膜光伏产品，并因此渗透到大容量发电市场。用于薄膜光伏技术的其他半导体变体包括铜铟硒、铜铟硫、硒化铜铟铝和碲化镉。
某些薄膜PV材料可以沉积在刚性玻璃基板或柔性基板上。玻璃基板是相对便宜的，通常具有与CIGS或其他吸收层相对接近匹配的热膨胀系数，并允许使用真空沉积系统。不过，当比较可用于沉积过程期间的技术选项时，刚性基板在处理过程中有各种缺点，诸如处理设备和材料存储需要相当大的地面空间，将玻璃均匀加热升温到或接近玻璃退火温度的昂贵和专用设备，基板断裂导致合格率损失的高可能性，以及加热玻璃的更高热容量所产生的更高电力成本。此外，由于玻璃的重量和断裂特性，刚性基板需要增加的运输成本。结果，使用玻璃基板用于薄膜的沉积可能不是多层功能性薄膜材料诸如光伏材料的低成本、大容量、高产出、商业制造的最佳选择。
相反，薄型柔性基板的卷对卷处理允许使用紧凑、不怎么昂贵的真空系统和已经开发用于其他薄膜行业的非专用设备。基于薄的柔性基板材料的光伏电池也表现出对快速加热和冷却以及大的热梯度的相对高耐受性(在处理过程中产生低可能性的断裂或失效)，需要相对低的运输成本，并且比基于刚性基板的电池表现出更容易安装。可以在例如由Wendt等人在美国专利号6310281、6372538和7194197和Britt等人在美国专利号8062922中发现关于适合用于本发明所公开的方法和设备的一类薄膜光伏电池的组成和制造的另外细节，上述全部专利通过引用并入本文。
如先前所指出的，相当数量的PV电池往往串联连接以实现有用的电压，并因此实现预期的电输出。此类构造往往称为光伏电池“串”。由于晶体基板和柔性薄膜基板的不同特性，薄膜电池比晶体电池可能构造出电池之间的不同电串联连接，以及形成薄膜电池之间的可靠串联连接构成了几个挑战。例如，在薄膜电池上直接焊接(用于连接晶体太阳能电池的传统技术)将电池的光伏涂层暴露给破坏性的温度，并且通常用于形成薄膜电池上的收集网格的有机类银油墨可能在任何情况下不允许普通焊接材料的强粘合。因此，光伏电池往往用独立导线PV或用导电性胶粘剂(ECA)附接到电池的导电片而不是焊接来连接。
不过，即使当独立导线或导电片用于形成电池件连接时，在导线或导电片跨接在电池边缘上的情况下，极薄的涂层和沿切割光伏电池边缘的潜在剥落引入短路(电损失)的机会。此外，光伏涂层沉积在其上面的导电基板可能很容易被来自附接导线和导电片的热-机械应力变形，其中，所述导电基板通常是金属箔。这个应力可以传递到弱粘合界面，这会产生电池的脱层。
另外，ECA与电池背面之间或ECA与正面上的导电网格之间的粘附力会变弱，并且机械应力可能导致收集网格在这些位置的分离。而且，在电池背面上的钼或其他涂层与将收集网格的导电片连接到太阳能电池的ECA之间会发生腐蚀。这种腐蚀可能产生高电阻触点或粘附力失效，从而导致电损失。
用导电片或导电带连接薄膜光伏电池的高级方法可以极大克服电短路和脱层的问题，但是可能令人不快地需要高生产成本来做到这点。而且，所有此类方法-不管如何健全-均需要光伏电池串的至少某些部分被导电片覆盖，这阻止太阳辐射照射该部分电池串并因此降低系统的效率。结果，需要一种用于将光伏电池互连为电池串以及用于改进互连电池的串的改进方法。具体地，需要一种用于光伏电池串和在形成光伏电池串时降低互连成本并降低被互连机构覆盖的每个光伏电池的小部分同时保持或提高电池抵御应力的能力的方法。
ICI(集成电池互连)技术克服上述问题，但是目前依赖在脱除工艺中形成的铜网格收集结构。铜电沉积在聚合物网状物上，并且超过90％的铜随后被去除。在网格区域中去除的相对区域甚至更大。虽然去除的铜的一部分可以回收，但是这个过程是相对昂贵和低效的，并且世界范围内只有少数供应商能够供应以所描述的方法生产的柔性互连结构。
另外，与形成当前的网格结构相关联的电镀和脱除蚀刻工艺采用可以掺杂基板的强化学槽(影响太阳能模块性能或可靠性)或对合适的基板材料设置限制。
发明内容
根据本教义的导线ICI方法用嵌入在前片中的铜导线替换铜网格材料。这种方法的好处包括铜导线是便宜的，并且可广泛地从很多制造商商购获得各种尺寸阵列。而且，用于处理铜导线的设备是普通和便宜的。
根据本教义的各方面的光伏模块结构包括多个柔性薄膜光伏电池，其电串联连接并层压至基本透明的顶片或前片，该顶片或前片具有面向电池的嵌入式导线网格图案。每个电池的光敏组合物的一部分可以被去除以暴露下面的导电基板，从而允许通过将接触一个电池顶面的嵌入式导线网格图案与电连接到相邻电池的导电基板的顶面的导电条电连接来互连电池。
也描述制造包括集成的多电池互连件的光伏模块的方法。该方法包括通过抹去、去除或以其他方式更改电池中的光敏材料以暴露某些区域中的下面导电基板，或使光敏材料足以导电形成与导电基板的电连接，来电隔离电池的某些部分以促进电池的互连的步骤。
例如，根据本教义的方法可以包括在透光前片的粘合层中嵌入导线网格图案，穿过第一电池的光敏组合物划线以电隔离布置在光敏组合物下面的导电基板的顶面上的多个互连区域，制备包括布置在介电条上的导电条的互连带，向第一电池应用互连带，使得导电条接触第一电池的互连区域，将导电条电连接到第一电池的导电基板顶面，折叠导电条，以便其围绕介电条缠绕，使第一电池和第二电池与前片的嵌入式导电网格图案对准，并通过将嵌入式导线图案置于电接触第二电池的光敏组合物和电连接到第一电池的导电基板顶面的导电条，串联地电互连第一电池和第二电池。
在一些情况下，将导电条电连接到第一电池的导电基板的顶面可涉及通过布置在互连区域中的光敏组合物，将导电条激光焊接到导电基板的顶面。激光焊接可以将现有的半导体材料诸如光敏组合物转换为具有低欧姆电阻的材料(例如，每平方厘米0.1毫欧或更小的电阻)，因此允许导电条与要焊接的电池的导电基板之间的电连接。
通过下面的具体实施方式和相关附图，很多其他装置、中间制品和制造方法将是明显的。
附图说明
图1是根据本教义的方面具有嵌入式导线网格的透光前片的底面的顶部平面图。
图2是沿图1的线2-2截取的前片的横截面视图。
图3是根据本教义的方面的多个互连带的顶部平面图。
图4是沿图3的线4-4截取的图3的互连带的横截面视图。
图5是以网状物形式的光伏材料的长度的顶部平面图。
图6A是从图5的网状物切割并经划线电隔离多个互连区域和环绕多个电池区域上的多个互连区域的光敏组合物的光伏材料的一部分的顶部平面图。
图6B是在图6A中示出的光伏材料的一部分的放大顶部平面图。
图6C是沿图6B中的线6C-6C截取的光伏材料的横截面视图。
图7是用于图3的互连带卷到卷应用于图6A的互连区域的设备的示意侧视图。
图8是图3的互连带应用于图6A的光伏区域的互连区域的顶部平面图。
图9是互连带中的三个导电指应用于图8中示出的三个互连区域的放大顶部平面图。
图10是电连接到所述互连区域中的一个互连区域的互连带的一个导电指沿图9中的线10-10截取的横截面视图。
图11A是类似于图9的放大顶部平面图，但是示出互连带被折叠到折叠位置，以将互连带的导电汇流排放置在导电指和相邻互连区域之间的光敏组合物两者上面。
图11B是沿图11A的线11B-11B截取的横截面视图，其示出在折叠位置的互连带。
图11C是沿图11A的线11C-11C截取的横截面视图，其示出夹在汇流排与相邻互连区域之间的光敏组合物之间的互连带的介质层。
图12是包括图6A的电池区域但是互连带在折叠位置的光伏材料的一部分的类似于图8的顶部平面图。
图13是从图12的光伏材料的一部分切割的三个离散光伏电池的顶部平面图。
图14A是包括图1的前片的光伏模块的顶部平面图，以及图13的光伏电池被翻转、对准于并应用于该前片的底面，以串联地电互连电池。
图14B是图14A的光伏模块的放大平面图。
图14C是沿图14B的线14C-14C截取的光伏模块的横截面视图，其示出相邻光伏电池的电互连。
图14D是类似于图14C的横截面视图，但是示出用未折叠互连带电互连相邻的光伏电池。
图15是具有所应用的终止条带的图14A的光伏模块的顶部平面图。
图16是示出制备有包括二极管的旁路串的背片的示意顶部平面图。
图17是沿图16的通过背片的旁路串的线17-17截取的背片的示意横截面视图。
图18是应用于类似于图15的光伏模块的光伏模块的图16的背片的示意顶部平面图。
图19是沿图18的线19-19截取的背片的示意横截面视图，该背片应用于电互连的相邻光伏电池。
图20A-20B是根据本教义的方面，当在一起观察时，示出制造光伏模块的方法的流程图。
图21A-21B是根据本教义的方面，当在一起观察时，示出制造光伏模块的另一方法的流程图。
图22A-22B是根据本教义的方面，当在一起观察时，示出制造光伏模块的又一方法的流程图。
具体实施方式
提供用于互连柔性、薄膜光伏(PV)电池的系统、装置和方法。根据本教义，互连薄膜光伏电池的系统和方法可以包括一系列光伏电池和覆盖电池的透明顶部或前片。建立将一个电池的顶面或“阳光”面连接到在相邻电池的光敏材料下面的导电基板顶部的导电通路。互连电池的光敏材料的一部分可以被划掉或以其他方式去除，以暴露下面的导电基板和促进互连。顶片可以包括嵌入在透明粘合剂中并经构造形成被置于和网格接触的相邻电池之间的电连接的铜导线。
图1和图2示出根据本教义的方面的在10指示的基本透光或透射式顶片(或前片)。顶片10包括基板12和在14指示的多个导电网格(或图案)。基板12可以从透明绝缘聚合物膜，除了其他聚合物之外，诸如聚对苯二甲酸乙酯(PET)、聚萘二甲酸乙二酯(PEN)、聚醚醚酮(PEEK)、聚酰胺或乙烯-四氟乙烯(ETFE)构成，或从另外合适的透光和/或非导电材料构成。
相邻的每对导电网格14由在18指示的网格间隙隔开。每个网格间隙18之间的距离可以对应于应用于前片10的光伏电池的宽度，如下面所描述的。网格间隙18可以通过从连续长度的导线去除导线的一段来构成。例如，网格间隙18可以通过在附接到片10之前剪切连续长度的导线或通过在附接到顶片10之前或之后激光切割连续长度的导线来产生。可以改变(或定制)网格间隙18的大小以对应于特定的串长度或串中的光伏电池的数量。透光顶片10可以卷对卷准备以促进光伏模块的装配，如下面所述的。
如图2所示，前片10可以具有底面(或表面)10a和顶面(或表面)10b。如图1和2所示，导电网格14的导线20可以嵌入在前片10中(例如，导线20可以通过底面10a延伸)，使得只有导线20的一部分通过底面10a突出并离开顶面10b。例如，导线网格或图案(例如，导线20)可以在正交于前片10的底面10a的方向具有厚度T1(例如，在平行于正交于底面10a的方向的方向)，并且厚度T1的至少10％可以通过底面10a延伸并嵌入在前片10中。
导线20通过前片的底面延伸的厚度T1的精确分数可以改变。例如，在各个不同实施例中，导线20的厚度T1的从5％到95％的任何部分可以通过底面10a延伸并嵌入在前片10中。而且，在某些情况下，不同的导线可以设置不同的厚度，或以不同的深度嵌入在前片中，以便某些导线比其他导线进一步从前片突出。
通过导线20嵌入在前片10中，可以相对高效和/或便宜地构成适合于提供完全电池前面串行互连的ICI构造的导电收集网格。例如，其厚度通常大于先前的电镀收集网格的厚度的嵌入式导线图案可以从前片的底部表面突出与先前的电镀收集网格突出的一样多。
如图1和2所示，每个导电网格14包括嵌入在包含在前片10中的粘合层22中的多个导线20。如图所示，粘合层22的底面形成前片10的底面10a。导线之间的间距可以是任何合适量，相邻导线之间的示例性范围是3-7毫米。
在某些实施例中，一个或多个导电网格可以包括一条或多条导线。例如，一个或多个导电网格可以包括通过单一导线形成的环状线结构，如在美国临时专利申请序列号61/757636中所示出的，该临时专利申请已通过引用并入本文。
如图2所示，一条或多条导线20嵌入在粘合层22中以产生嵌入式导线网格。粘合层22布置在透光基板12的底面12a上(在这里，示为PET层)。粘合层22在正交于基板12的底面12a的方向具有厚度T2。T1也在正交于底面12a的方向延伸。如图所示，T1和T2具有相同的数量级(即，T2大于或等于T1的10％，以及T1大于或等于T2的10％)。
如图2所示，一条或多条导线20的T1的少量与透光基板12相反地从粘合层22突出，以及大多数T1嵌入在粘合层22中。
导线20可以例如通过压力、通过热量或通过压力和热量的组合嵌入在粘合层22中。粘合层22可以从透光、光透射、非导电和/或紫外线稳定(紫外线稳定)粘合剂构成。
在某些实施例中，底面10a可以是粘合剂的层或粘合膜。例如，导线20可以嵌入在基板12中，并且可以完全经过粘合层以从前片10的底面10a突出。
导线20可以由铜(Cu)或任何其他合适的导电材料制成，并且可以涂以导电的实质上非氧化材料以防止形成高电阻氧化物(例如，在铜上)。例如，铜导线20可以涂以锡、银或适合防止形成高电阻氧化物的任何其他涂料。导线20(包括任何导电的实质上非氧化涂料)的直径(或厚度)可以与粘合层22的厚度在相同的数量级。在某些实施例中，导线20可以从32AWG电线构成。如图2所示，当导线20嵌入在粘合层22中时，其直径足以保持局部裸露。
图3示出多个互连带(或条)，少量这些互连带中的每个在40指示。每个互连带40包括基板(或介质条)42，以及布置在基板上的导电条44。每个导电条44包括导电汇流排46和多个导电指(或互连片)48。如图所示，每个导电指48从汇流排46延伸。
多个互连带40可以卷对卷制备并沿切割线50切成条状以形成互连带40的不同长度、卷或卷筒。
图4示出沿图3的线4-4截取的互连带40的横截面。如图所示，导电条44是导电层(在这里示为铜层)，以及介质条42包括第一粘合层52、基板54和第二粘合层56。导电条44具有底面44a和顶面44b。介质条42布置在导电条44的顶面44b上。当互连带40应用于互连相邻的PV电池时，术语“底部”和“顶部”指示面44a和44b的方向。因此，当在实际使用时，互连带40将相对于图4中的方向颠倒定向。
互连带的导电层可以通过铜或某些其他合适的导电材料的电沉积来形成。例如，一盎司的铜可以经沉积形成具有1.4毫米的厚度的铜层。电镀铜层时，铜层可以抗蚀刻形成汇流排46和互连片48(参见图3)。另选地，铜层可以直接电沉积为箔形式，并随后在卷对卷过程中附接到基板。
第一和第二粘合层52、56可以由UV稳定、非导电和/或透明粘合剂构成。例如，粘合层52、56可以是压敏粘合剂或可以是热塑性的。基板54可以是光透射和/或透光的。例如，基板54可以是透明的聚合物，除了其他之外，可以是诸如PET、PEN、PEEK、聚酰胺或ETFE。图4示出作为PET层的层54。另选地，互连带42可以只包括布置在粘合剂(例如，介质粘合剂)诸如粘合膜上的导电层或导电条。
图5示出在80大体所指示的一段光伏材料的薄膜，该薄膜可以来自卷或“网状物”。光伏材料80可以是通过向导电基板80b应用光敏组合物80a所产生的连续长度的柔性光伏材料。例如，光敏组合物可以包括硫化镉(CdS)和铜铟镓硒(CIGS)的相邻层以形成p-n结。关于可以结合本教义使用的示例性光伏电池(或材料)的组合物和制造的更多细节在例如美国专利号8062922中公开，该专利已通过引用并入本文。
光伏材料80可以沿开缝线82切割或切开以形成光伏材料的多个卷筒，诸如第一卷筒83和第二卷筒84，每个卷筒包括一个或多个电池区域。例如，卷筒84可以包括分别大体在84a、84b和84c指示的第一、第二和第三光伏电池区域。开缝线82与光伏材料80的纵向边缘之间的距离或每个卷筒的宽度可以是光伏电池的最终宽度。例如，一旦电池区域84a-c已切割成离散的光伏电池(参见图13)，每个电池的宽度可以对应于在图5中示出的卷筒84的宽度。作为从未划线光伏材料80形成卷筒的替代，材料可以首先以下述的方式划线，并随后在划线后切割成卷筒。
图6A-6C示出包括多个互连区域(或区或区段)的光伏材料的卷筒84，所述多个互连区域中的一些互连区域在90指示。图5的卷筒83可以以与卷筒84相同的方式制备。在图6A-6C中，光敏组合物已从光伏材料的一部分划开以通过暴露导电基板92(参见图6B和6C)在电池区域上形成多个互连区域90，其中，导电基板92布置在光敏组合物下面。互连区域90可以稍微大于导电指48(参见图3)。
在某些实施例中，光伏材料的卷筒84的周界也可以划开以促进电隔离。每个互连区域90可以通过划开、清除或以其他方式从光伏材料的导电基板92的顶面92a去除光敏组合物来形成或产生(参见图6C)，以电隔离每个互连区域90和布置在互连区域90外面的顶面92a的光敏组合物94。例如，一个或多个划线(在图6A中指示为96以及在图6B和6C中通常指示为96)可以电隔离布置在导电基板92的顶面92a上的一个或多个互连区域90和环绕互连区域90的光敏组合物94。例如，卷筒84可以经激光通过光敏组合物的所有层向下到基板92的顶面92a(例如，钼层)形成图案。激光形成图案可以提供干净、无分流、无颗粒的划线。
电池区域84a-c的每个导电基板(或导电背片)92可以是光伏材料80的导电基板80b的一部分(参见图5)。
如图6A所示，与相邻互连区域90电隔离的光伏组合物94布置在第一电池区域84a上、第二电池区域84b上和第三电池区域84c上的相邻互连区域90之间。
在某些实施例中，一个或多个互连区域90可以包括光敏组合物98(参见图6B和6C)，其与环绕所述一个或多个互连区域的光敏组合物94电隔离。换句话说，光敏组合物98可以在形成电隔离区域90的划线操作后保留。组合物94、98中的每个以及所去除的光敏组合物可以是在光伏材料80切割成卷筒之前应用于光伏材料80的导电基板的光敏组合物的一部分(参见图5)。
在其他实施例中，一个或多个互连区域可以不包括任何剩下的光敏组合物。例如，形成互连区域90，诸如在划线操作中，可能涉及去除互连区域中的所有光敏组合物。
从顶面92a去除光敏组合物(参见图6C)也可以描述为在卷筒的电池区域可以被切割成多个离散的光伏电池诸如在图12和13中指示的第一、第二和第三电池时，从导电基板的顶面或一个或多个光伏电池的导电背片去除光敏组合物。
在某些实施例中，整个电池周界或边只可以向下形成图案或划线至基板92的顶面92a。美国专利申请20120000502和20130269748描述此类周界和边形成图案的进一步细节，这两个专利申请通过引用并入本文。
图7根据本教义的方面简要示出大体指示为100的用于互连带或互连条(例如，图3是互连条40)卷对卷应用于电池区域的互连区域(例如，图6A-6C的互连区域90)的设备。互连条40应用于互连区域90还可以描述为在光伏材料随后被切割为离散电池时，或在某些情况下，在应用互连条之前光伏材料可以切割成离散电池时，互连条40应用于离散电池。
设备可以包括互连带40的卷102，和包括多个互连区域的光伏材料的卷104。卷102的互连带可以如关于图3和4所述进行准备。卷104的光伏材料84可以如关于图5和6A-6C所述进行准备。互连带(或互连带)40和光伏材料84可以在安置辊106相会，在该安置辊，互连带40的导电指48(参见图3)可以与光伏材料84上的互连区域90(参见图6A-6C)对准。对准机构诸如目视系统(未示出)可以用于对准导电指和互连区域。
在安置辊106，互连带40可以应用于互连区域，使得导电条44(参见图3)的导电指48(参见图3)经引入接触互连区域90(参见图6A-6C和8-10)。互连带40可以例如通过热铆接临时结合就位。热铆接可以通过例如使用来自激光二极管、激光的直接热或热空气射流来完成，所述热量或热空气射流可以被引导在例如直径为1cm到2cm的少量点，以熔化互连带40的相邻层并将其结合到光伏材料84。
在某些情况下，替代热铆接或除了热铆接以外，薄的粘合层可以应用于光伏材料84以将互连带40粘合到光伏材料84。例如，互连带40的第一粘合层52(参见图3和4)可以将互连带40粘合到光伏材料84。这种粘合剂通常在随后的层压步骤中固化，但是在将模块保持在一起的层压之前足以粘合。
如图7所示，设备100包括互连装置108。互连装置108可以通过互连区域90(参见图6A-6C)将每个导电指48(参见图3)电连接到光伏材料84的导电基板的顶面92a(参见图6B和6C)。例如，互连装置108可以是激光焊接设备，其经构造将导电条电连接到互连区域。
激光焊接通常可以导致互连区域90中的光伏材料98(参见图6A-6C)转换为具有低欧姆电阻的材料，如在美国专利申请2013/0269748中所描述的，该专利申请通过引用并入本文。激光焊接通常可以导致互连带40的导电指48(参见图3)的材料、基板92的材料(参见图6B和6C)和/或所转换的光伏材料98在某种程度混合，以通过互连区域90(参见图6A-6C)将导电指48(参见图3)电连接到光伏材料84的导电基板的顶面92a(参见图6B和6C)。随着材料混合和冷却，互连带40的导电指和光伏材料84的导电基板的顶面有效接合。
互连装置108可以在互连带40已应用于光伏材料84的电池区域之后将互连带40电连接到光伏材料84。在装配过程中的这个阶段的光伏电池装配在图8-10中进一步描述。
如图7所示，设备100包括指示为110的折叠装置。折叠装置110可以经构造将互连带40折叠到折叠位置(参见图11A)以提供导电表面，前片的嵌入式导线网格(参见图1和2)可以与该导电表面形成电接触。例如，互连带40的汇流排可以在互连带40的激光焊接部分和/或布置在相邻互连区域之间的光伏材料84区域上面折叠，如在图11A-11C中进一步描述的。另选地，折叠互连带40的步骤可以通过暴露导电条的顶面的一部分而被排除，如下面关于图10和14D所进一步描述的。
如图7所示，设备100包括收卷辊112。在折叠后，应用于光伏材料84的互连带40的光伏电池模块可以通过收卷辊112聚集(缠绕)以完成卷对卷装配。在通过收卷辊112聚集之前，可以实现在线电池测试。
图8-10示出指示为120的光伏模块，其可以通过图7的设备例如在装置108的电连接之后但是在装置110折叠之前来生产。如图所示，模块120包括应用于光伏材料84的电池区域84a-c的互连带40。互连带40应用于光伏材料84可以产生被夹在光伏材料84的“阳光”面(例如，光敏组合物80a-参见图5)与互连带40的介质条42之间的导电条44。
图9是光伏模块120的一部分的详细视图，其示出与由划线96定义的互连区域90对准、应用于该互连区域和电连接到该互连区域的导电指48。互连带40应用于光伏材料84可以导致介质条42的粘合剂粘合到在第一和第二互连区域之间诸如相邻的互连区域90之间的光伏材料94。如图所示，导电指48比互连区域90更小。电连接件122(例如，由图7的装置108在模块120上产生)可以将导电条44电连接到在这些区域的光敏组合物下面的电池区域84a-c的基板部分的顶面。如将在后面所描述的，互连带40可以沿线124折叠以提供用于嵌入式导线网格的电触点。
图10是沿图9的线10-10截取的横截面，其示出导电条44至光伏材料84的基板92的顶面92a的电连接件122，该电连接件支持光敏组合物94和98。图10示出作为粘合层的介质层42，不过，跨导电条44的顶面44b延伸的介质层42可以包括夹在两个粘合层之间的基板，如图4所示。
如图10所示，导电条44的底面44a靠近光伏材料84布置(例如，导电条44示为布置在互连区域90上)。布置在导电条44的顶面44b上的介质条42跨互连区域90延伸并且可以基本填充划线96，从而进一步电隔离互连区域90和布置在互连区域90外面并环绕该互连区域的光敏组合物(或材料)94。如图所示，当互连带40应用于光伏材料84时，介质条的粘合剂完全填充划线96。
导电指48与互连区域90接触，互连区域90通过划线96与光敏组合物94电隔离。导电条44的汇流排46借助电连接件122电连接到光伏材料(光敏电池)84的基板(或导电背片)92的顶面92a，其中，导电指48从该汇流排延伸。电连接件122可以是低电阻光伏材料或如图7所述的混合材料的激光焊接区域，或可以是经形成或设置将导电条44电连接到基板92的任何材料。如所指示的，电连接件122包括在互连区域90中已被转换为具有低欧姆电阻材料的材料的光敏材料98的一部分，如先前所述。
图10示出未受电连接件122影响的介质层，不过在某些情况下，诸如通过激光焊接，形成电连接件122可以涉及删除或改变介质层42的一部分并贯穿导电指48。
返回参考图9，其示出折叠线124，互连带40可以沿该折叠线折叠到折叠位置，如上面关于图7所描述的，并且在下面就图11A-11C进一步描述。折叠互连带40可以提供用于前片的嵌入式导线网格(参见图1和2)接触光伏电池的连接件的导电表面。
另选地，互连带40可以保持未折叠，如在图9和10中所示，并且通过贯穿介质条42可以使前片的嵌入式导线网格与导电条44电接触。例如，通过去除介质条42的聚合物和/或粘合层(参见图4)，可以在介质条42中形成通孔或贯穿孔，以暴露导电条44的顶面44b的一部分(参见图14D)。前片的嵌入式导线网格随后可以借助通孔或贯穿孔接触导电条44。
这些通孔或贯穿孔可以通过任何合适的设备或方法来形成。例如，通孔可以在互连带应用于光伏材料之前或之后通过激光形成图案、激光切割、模切或掩模和蚀刻。所述通孔可以是穿过互连带的长度延伸的单一通孔，或可以是隔开以与嵌入式导线网格的多个导线配准的多个通孔。
图11A-11C示出在图8-10中示出的光伏电池模块的一部分，但是该光伏电池模块带有在折叠位置的互连带40，如在图7中所述。例如，沿图9的线124折叠互连带40可以将汇流排46放置在导电指48上面，放置在互连区域中的光敏组合物98上面(参见图11B)，和/或相邻的互连区域之间的光敏组合物94上面(参见图11A和11C)。
如图11A所示，互连带40应用于电池区域涉及第一导电指应用于第一互连区域(例如，在远右手侧上的互连区域90)，以及第二导电指应用于包含在电池区域中的第二互连区域(例如，在视图中心的互连区域90)，折叠到折叠位置的互连带40将汇流排46放置在第一和第二互连区域之间的光敏组合物94上面。
如图11B所示，当互连带40折叠到折叠位置时，导电条的底面44a保持与互连区域90和电连接件122接触。如在图11B中示出的导电条44的这个下部可以保持基本平行于基板92并且可以对应于导电指48。对应于汇流排46的导电条的一部分可以垂直于基板92并离开基板92延伸，并且可以在介质条42上面折叠以将汇流排46放置就位于导电指48上面和布置在相邻互连区域90之间的光敏组合物94上面。
如图11B所示，折叠位置对应于围绕介质条42缠绕的导电条44，并且介质条42被包封或夹在汇流排46和导电指48之间。
如果介质条42包括夹在两个粘合层之间的基板，如图4所示，则折叠位置可以对应于折叠在其自身上面的第一粘合层52，并且位于基板54的两个部分之间，在此情况下，第二粘合层56(参见图4)可以是基本填充图11B中的划线96的粘合剂。
包含在介质条42中的粘合剂可以将互连带保持在折叠位置。例如，如图11B所示，介质条42的粘合剂可以粘合其自身(和/或汇流排46)以将汇流排46保持在导电指48正上方的位置。
如图11C所示，在图11A的相邻互连区域90之间的点(或沿整个长度)，在折叠位置的互连带40可以将介质条42夹在导电条44(例如，汇流排)与光敏材料94之间。如图所示，折叠位置可以对应于导电条44的底面44a布置成关于导电条44的顶面44b与光敏组合物94相对。例如，图11C示出对应于在相邻互连区域之间导电条的顶面44b定位在光敏材料94与导电条的底面44a之间的折叠位置。
图12示出光伏模块120，如先前所述，其包括电池区域84a-c以及在电连接到互连区域的、处于折叠位置的互连带40。图12示出切割线130，如图13所示，在所述切割线处可以切割光伏模块120，以形成多个离散的(或单独的)光伏电池，该光伏电池包括第一电池132(例如，对应于第一电池区域84a)、第二电池134(例如，对应于第二电池区域84b)和第三电池136(对应于第三电池区域84c)。电池132、134和136中的每个可以包括布置在导电基板(导电背片)92的一部分的顶面上的光敏组合物94的一部分。
图14A、14B和15示出指示为140的光伏模块。如图所示，光伏模块140包括前片10和第一、第二和第三电池132、134和136。在图14A、14B和15中，前片10示为具有正交于视图的底面10a(参见图2)，以及电池132、134和136，所述电池翻转，以便它们的太阳面面向嵌入式导线20通过其突出的前片10的底面10a。
图14A示出电池132、134和136，所述电池与网格14对准以便导线20串联地电互连所述电池。例如，多个离散光伏电池132、134、136可以应用于前片10的底面10a，使得导线20接触一个光伏电池(例如，电池132)的导电条(例如，汇流排46)，并且也接触相邻电池(例如，电池134)的光伏材料。因此，具有嵌入式导线网格14的前片10可以互连一个电池的导电条和相邻电池的光伏材料。换句话说，将光伏电池放置在前片上可以形成对应电池的基板与嵌入式连接网格之间的电连接，而该嵌入式连接网格又与相邻电池的顶面或“阳光”面电接触。
如上所述，各个光伏电池132、134和136被定位在前片10的导电网格上，各光伏电池的光伏材料面向顶片10的网格导线。具有视觉的拾取和放置机器人可以用于放置电池。光伏电池132、134和136可以被切割到对应于导电网格14的宽度的长度。
正如从先前的附图是明显的，电池132、134和136可以在导电条44被布置在第一电池132、第二电池134、第三电池136或任何其他合适数量的电池的相应互连区域上之后串联地电互连。例如，第一导线网格14可以放置成与第二电池134的光敏组合物94和与导电条44电接触(参见图13和14B)，其中，导电条44已经布置在与第一电池132相关联的互连区域上。同样，通过被放置成与第一电池132的光敏组合物94电接触并与已布置在与第三电池132相关联的互连区域上的导电条44(参见图13和14B)电接触的第二导线网格14，第三电池136可以与电池132和134串联地电互连。图14C是沿图14B中的线14C-14C截取的光伏模块140的横截面视图，其示出电池132和134的电互连。图14C已翻转，以便在视图中，电池的“阳光”面向上。包括基板12和在粘合层22中的嵌入式导线20的前片10覆盖相邻的离散光伏第一和第二电池132和134。
如图所示，导线20(在图14C的左手侧)电接触光伏电池132的导电条44的汇流排46和光伏电池134的光敏材料94。在某些实施例中，光敏材料94可以包括导线20可以直接接触的顶层TCO。TCO可以是电池134的负极端子。因为导电条44电连接到电池132的基板92(例如，电池132的正极端子)，如图8-10所述，在电池134的光敏材料94与电池132的基板92之间进行电连接以串联地电互连这些相邻的电池。电池136(或任何其他编号的合适电池)可以与电池132至电池134相同的方式电互连到电池132。
前片10和放置在其上面的电池可以层压在一起。粘合层22和/或介质条42可以保持在层压中所形成的前片10和电池之间的压力接触，以保持嵌入式导线20与一个电池的光敏组合物的电接触以及与通过互连区域电连接到第二电池的导电基板的顶面的导电条的电接触。
图14D是类似于图14C的横截面，但是示出指示为150的光伏模块的另一实施例，其中，导电条44处于未折叠位置，如在图8-10中所述。类似于图14C，导线20可以接触第一电池132的导电条44和第二电池134的光敏材料94。通过贯穿介质条42，导线20可以接触导电条44而无需导电条44放置在折叠位置，如在图9-10中所述。介质条42中的通孔或贯穿孔可以允许导线20接触光伏电池132的导电条44，从而将电池132的基板92电连接到相邻电池134的光敏组合物94。如图14D所示，通孔通过介质条42的中间部分形成以暴露在介质条42的两个相对部分之间的导电条44的顶面44b的一部分。当导线20接触导电条44的裸露部分时，诸如此类的通孔构造可以产生夹在导线20与导电条44之间的介质条42的一部分。在其他实施例中，通孔可以从导电条44的最左边缘向导电条44的中间部分形成，使得当导线20与导电条44形成电接触时，介质条42的一部分未布置在导线20与导电条44之间。
在某些实施例中，电互连电池132和134可以涉及将导电条44(例如，在未折叠位置，如图14D所示)直接电接触电池134的光敏组合物94(例如，通过将汇流排直接放置在TCO顶部上)，在此情况下，接触电池134的组合物94的导线20可以邻接或靠近导电条44布置以促进电子采集。
图15示出图14A的光伏模块140，其中，该光伏模块带有应用于电池132、134和136的串的相对端的终止条带152。终止条带152可以热铆接就位。在图15中示出的结构可以与背片或不与背片真空层压。具有视觉的拾取和放置机器人或具有切削工具/抓具的固定卷筒或任何其他合适的设备可以放置终止条带152。条带152可以由铜制成，并且可以经涂覆(例如，用锡、银或其他材料)以防止形成高电阻氧化物。
条带152可以覆盖从相邻电池下面退出的每个网格导线，以确保在层压后对应的条带与网格导线之间的低电阻接触。
条带152可以经引出至模块140的一个或多个侧面(例如，条带可以从一个纵向侧面延伸，如图所示)，或通过前片10中的缝切口引入或通过所应用的背片诸如图16-19的背片200中的缝切口引入。背片200在下面更详细描述。如果未包含背片，则可以使用释放衬垫。
模块140可以沿线154切割，或可以存储在卷筒上并在以后切割。指示为156和158的区段可以经预构造以省略网格导线或具有定制的网格导线长度。
本公开的下一部分描述根据本教义的集成旁路二极管结合先前描述的光伏模块和制造该光伏模块的方法的用法。
一般来说，各个光伏电池在光伏模块中串联连接以产生有用的电压。由于在串联电路中的所有点的电流必须相同，每个电池被迫产生或传导与整个串相同的电流。每逢一个或多个电池被“遮蔽”时，出现潜在的问题，从而降低它们的产生电流。例如，一个电池可能会被遮蔽，而在该串中的其他电池保持裸露于阳光，或由于某些其他原因，一个电池可能停止以全容量运转。任何适当数量的电池的串具有足以超出单个被遮蔽电池的反向击穿电压的高电压。在此情况下，其他电池迫使以“反向”方向流过被遮蔽电池的串电流至由光伏电池形成的二极管。
这通常导致被遮蔽电池的不可逆损坏(在反向击穿部位的永久分流)，以及随后导致功率输出的永久损失，甚至当消除阴影时。而且，会在被遮蔽电池的反向击穿部位出现“热斑”，从而导致光伏包装的损坏，或甚至导致由于火灾隐患的安全危险。
由于被迫流过该电池的电流造成的电池损坏的可能性是包括晶体硅和薄膜类型的光伏系统的特征。通常，光伏模块并入旁路二极管以防止每个电池、电池组或模块的反向电流并因此防止击穿事件和随之而来的损坏。商业生产的硅半导体或肖特基二极管通常添加到光伏模块中，该硅半导体或肖特基二极管通常在具有接头片或轴向引线的标准电子封装中。在最广泛的情况下，一个或多个二极管跨每个光伏电池添加(以相反极性)。
标准方法的缺点是明显增加成本、添加制造的复杂性、多重脆弱连接和添加失效点。另一个缺点是由于在旁路操作过程中在小体积中的明显热扩散，这些离散旁路二极管器件形成热斑。过量的温度可能导致旁路二极管失效，或损坏光伏模块包装。
对于旨在轻量化的薄膜柔性光伏产品，由于离散的旁路二极管是具有相当厚度的(往往在2-5mm)，会出现几个很严重的缺点。结果，在光伏模块的保护性包装内密封这些部件必然增加相当量的包装厚度(并因此增加成本和重量以及减少的灵活性)。层压过程的复杂程度和速度受层压包装包含离散二极管的不利影响，使得必须没有产生损坏地间歇处理“隆起”。
题为“薄膜光伏器件中的单片集成二极管(MonolithicallyIntegratedDiodesinThinFilmPhotovoltaicDevices)”的美国专利号6690041描述一种使用相邻于每个电池并使用划线互连的薄膜光伏材料的小区域形成集成的旁路二极管的方法和单片制造方案。这个方法避免了添加离散旁路二极管的费用，并保持产品的薄、连续特性，从而允许整个模块的非常轻量化、低成本、薄的层压包装。
不过，美国专利号6690041的方案不利之处在于它占用前面面积，即用于发电的面积。旁路二极管所需的面积受限于散热并且会是相当大的。以前的方案也需要旁路二极管是与光敏材料相同的材料，并且造成用于一个电池的旁路二极管位于相邻的电池上的某种程度的麻烦布局。
根据本教义在光伏模块中并入旁路二极管可以保留在美国专利号6690041中公开的二极管的所有优点，还能避免上面提到的缺点。
图16和17示出根据本公开的方面指示为200的背片，其可选经准备和应用于光伏模块的背面(即，“非阳光”面，或导电基板面)。背片200包括布置在基板206上指示为202和204的第一和第二旁路串。
如图所示，串204的构造类似于串202。例如，串204的部件可以类似于串202的部件，以及串204可以以与串202构造到基板206的方式相同的方式来构造到基板206。因此，串202的下面描述也可以应用于串204。
旁路二极管202包括多个旁路二极管(例如，分别指示为208、210、212和214的第一、第二、第三和第四旁路二极管)。二极管208、210、212和214中的每个包括阳极部216和阴极部218。
旁路串202包括导电条带段(或条)220、222和224。条带段220、222和224可以是由合适的导电材料诸如铜制成的离散条带。
导电条带段可以将一个电池的阴极部与相邻电池的阳极部电连接。例如，如在图17中最佳看到的，二极管208的阴极部218通过导电条带220电连接到二极管210的阳极部216，二极管210的阴极部218通过导电条带222电连接到二极管212的阳极部216，以及二极管212的阴极部218通过导电条带224电连接到二极管214的阳极部216。
旁路串202包括多个绝缘条226。绝缘条226可以是绝缘带的区段或任何其他合适的电绝缘材料。每个绝缘条226可以覆盖(或在其上面延伸)二极管的一部分和条带段的一部分。例如，如图16和17所示，一个绝缘条226覆盖二极管208的所有阴极部218，覆盖二极管208的阳极部216的一部分，以及覆盖近旁二极管208的条带段220的一部分。如图所示，其他绝缘条类似构造到其他对应的二极管和条带段。
基板206可以由一个或多个非导电材料制成，诸如布置在非导电结构层上的非导电粘合剂。例如，图17示出基板206，其包括支持粘合层230的结构层228，粘合层230可以将串202粘合到结构层228和/或背片200粘合到光伏模块的背面(例如，粘合到电池的导电基板)。粘合层230可以是介质粘合层，并且结构层228可以从任何合适的结构材料或其他合适的结构和/或非导电材料构成，所述任何合适的结构材料可以是诸如透明聚合物，除了其他聚合物之外，还可以是诸如PET、PEN、PEEK、聚酰胺或ETFE。
背片200的每个旁路二极管可以接近相邻的光伏电池布置，以便第一旁路二极管的阳极部电连接到一个相邻电池的背面，以及第一旁路二极管的阴极部电连接到另一相邻电池的背面。因为一个电池的前面可以与相邻电池的背面串行电连接(例如，如关于图14A-14D所述)，该二极管可以有效电连接到相同电池的前面和背面。结果是该二极管可以充当旁路二极管而没有减少光伏模块的裸露“阳光面”的面积，并且没有形成可能难以层压的难处理隆起。
背片200的旁路二极管可以是薄膜旁路二极管并且可以包括布置在二极管的侧面的介质图案，其连接到光伏电池串以促进正确的电连接。如图16所示，根据电池电流要求，可以采用多个旁路串。例如，图16示出背片200，其包括可以随后应用于光伏电池的背面的两个旁路串(参见图18)。另选地，在某些实施例中，一个旁路串可能是足够的。在其他实施例中，背片200可以包括不止两个旁路串。
背片200可以准备为片或在卷到卷过程中形成的卷。背片200可以切割为与应用于光伏模块的光伏电池的宽度相对应的尺寸，如下面所述。
图18示出应用于指示为300的光伏模块的背面的背片200。在图18中，前片10的底部表面10a背对图18的视图的法向方向。
如图所示，模块300类似于图14A和15的模块。例如，模块300包括第一、第二和第三离散光伏电池302、304和306，每个电池包括在折叠位置并布置在互连区域上的互连带40。
电池302、304和306可以由从前片10的底部表面10a突出的嵌入式导线网格串行电互连，如先前所描述的。虽然所述电池和嵌入式导线网格在下面的图18中是前片10的顶部表面，所述电池和导线网格被示为实线以简化附图，并且也是因为在这里前片10被示为透光的。
在图18中，背片200经对准，使得旁路串202和204的每个二极管靠近相邻的光伏电池布置，诸如，二极管212靠近相邻的电池302和304布置。绝缘条226经布置靠近每个二极管，如在图19中进一步描述和示出的，以防止关联的旁路二极管的阳极部和阴极部两者或者两个端子接触相同的电池背面，这将导致电短路。绝缘条226可以在邻近光伏电池的侧面上具有粘合剂涂层，以消除光伏电池和绝缘条之间的空隙空间。
另选地，一个或多个旁路二极管可以包括绝缘外壳，在此情况下，可能不需要一个或多个绝缘条226。例如，一个或多个旁路二极管可以从第一相邻电池延伸到第二相邻电池。二极管的阳极部可以电连接到(或可以接触)第一相邻电池的导电基板的背面。二极管的阴极部可以电连接到(或可以接触)第二相邻电池的导电基板的背面。二极管的绝缘外壳可以电绝缘二极管的阴极部，避免其电连接到第一相邻电池的导电基板的背面，并且可以电绝缘二极管的阳极部，避免其电连接到第二相邻电池的导电基板的背面。
如图18所示，具有集成的旁路二极管(即，串202和204的旁路二极管)的背片200可以附接到第一电池302、第二电池304和第三电池306的导电基板的底面。例如，背片200和光伏模块300可以被层压或以其他方式附接，这与背片200的粘合剂的组合可以确保旁路串202和204以及光伏模块300的电池之间的可靠接触。
图19是沿图18的线19-19截取的横截面视图，该图示出经应用电互连到相邻光伏电池302和304的背片200，类似于在图14C中示出的。电池302的基板92直接接触导电条带224，以及电池304的基板92直接接触导电条带222。如图所示，二极管212的阳极部216通过直接电接触并通过条带段222电连接到光伏电池304的基板92，以及二极管212的阴极部218通过条带段224电连接到光伏电池302的基板92。
导电条带可以构造在背片200上，以直接压力接触光伏模块的太阳能串的背面或非阳光面，如条带222和224在图19中所连接的那样。
在图19中，阳极部216电接触电池304的基板92，但是在某些实施例中，阳极部216可以不电接触基板92。例如，二极管210可以布置在电池302和304之间的间隙中，使得阳极部仅经由导电条带222电连接到电池304的基板92，如在图19中，阴极部电连接到电池302的基板92的方式一样。
如图所示，电池302的基板92通过互连区域90经由导线20和导电条44电连接到光伏电池304的光敏材料94，如在上面关于类似实施例所描述的。因此，二极管210可以有效电连接到基板92和光伏电池304的光敏材料94两者。
如在图19中最佳看到的，绝缘条226可以经布置接近并覆盖阴极部218，以确保阴极部218和阳极部216不因两者电接触相同的导电基板92而短路。绝缘条226也可以覆盖阳极部216的少部分以确保电隔离。
图20A-20B示出根据本教义的方面，当在一起观察时，制造光伏模块的方法500。
方法500可以包括步骤502：向导电基板应用光敏组合物以产生包括第一和第二电池区域的柔性光伏材料的连续片。柔性光伏材料的连续片可以是光伏材料的卷或卷筒，通常可以称为光伏“网状物”。
方法500可以包括步骤504：穿过光敏组合物划出一个或多个划线，以电隔离布置在导电基板的顶面上的一个或多个互连区域和环绕所述一个或多个互连区域的光敏组合物。例如，光伏网状物可以在卷对卷过程中划线(例如，激光形成图案)，以便去除光敏组合物以在卷、卷筒的电池区域上或在卷的多个电池区域上形成电隔离的互连区域，以在以后分割为具有划线电池区域的卷筒。
方法500可以包括步骤506：将光伏材料切割为分别对应于第一和第二电池区域的第一和第二离散光伏电池，每个电池区域包括布置在导电背片的顶面上的光敏组合物，其中，每个导电背片是导电基板的一部分，以及第一电池区域包括一个或多个互连区域的第一互连区域。切割光伏网状物可以包括将电池区域切割为离散的光伏电池。光伏网状物可以在光敏组合物被划线以形成电隔离的互连区域之后或之前进行切割。在某些实施例中，光伏模块可以进一步(或部分)装配，如下面所述在被分割或切割为各个电池之前所进行的装配。
在方法500的某些实施例中，步骤504可以在步骤506之后执行。例如，穿过光敏组合物划线可以涉及穿过已被切割为离散电池的一个或多个电池区域上的光敏组合物来划线。在其他实施例中，步骤506可以在步骤504之后执行。
方法500可以包括步骤508：制备包括布置在介质条上的导电条的互连带。互连带可以通过电沉积导电材料以在介质条上形成导电条来准备。导电条可以是电沉积的铜。介质条可以是粘合剂，或可以是在聚合物的每面上具有粘合剂的聚合物。互连带可以在片或卷中准备，每个片或卷包括多个互连带。互连带的卷或片可以被分割为各个卷筒或互连带的长度。互连带的导电条可以包括导电汇流排和可以从汇流排延伸的多个导电指。
方法500可以包括步骤510：向第一电池区域应用互连带，使得导电条接触第一互连区域。步骤510可以涉及：向第一互连区域应用导电条的第一导电指，并且向包含在第一电池区域中的一个或多个互连区域的第二互连区域应用导电条的第二导电指。步骤510可以涉及将互连带热铆接到多个互连区域以将互连带临时保持就位。
在某些实施例中，步骤510可以在步骤506之前执行。例如，步骤510可以涉及向光伏材料的第一电池区域应用互连带，所述第一电池区域对应于随后可以被切割为第一离散电池的第一电池。
在其他实施例中，步骤510可以在步骤506之后执行。例如，互连带可以在第一电池区域已从光伏材料切割之后应用于第一电池区域。
方法500可以包括步骤512：通过第一互连区域将导电条电连接到第一电池区域的导电背片的顶面。导电条的导电指可以通过激光焊接电连接到导电背片。步骤512可以涉及将互连区域的光伏材料转换为具有低欧姆电阻的材料。所转换的光伏材料可以与导电条和/或导电背片混合以形成电连接。
在某些实施例中，步骤512可以在步骤506之前执行。例如，步骤512可以涉及在第一和第二电池区域被切割为第一和第二离散电池之前将导电条电连接到第一电池区域的导电背片。
在其他实施例中，步骤510可以在步骤506之后执行。例如，在第一和第二电池区域已被切割为第一和第二离散电池之后，互连带可以电连接到对应于第一离散电池的第一电池区域的导电背片。
方法500可以包括将互连带折叠到折叠位置的步骤514，该折叠位置对应于围绕介质条缠绕的导电条。步骤514可以涉及将汇流排放置在第一和第二互连区域之间的光敏组合物上面。放置汇流排可以涉及在第一和第二互连区域之间将介质条夹在汇流排和光敏组合物之间。
在某些实施例中，步骤514可以在步骤506之前执行。例如，步骤514可以涉及将互连带折叠到光伏材料的第一和第二电池区域上的折叠位置，以及步骤506可以涉及将光伏材料和在折叠位置的互连带切割为第一和第二离散光伏电池。在其他实施例中，步骤506可以在步骤514之前执行。
方法500还可以包括通过包含在介质条中的粘合剂将互连带保持在折叠位置中的步骤，该步骤可以涉及将介质条的粘合剂粘合到在第一和第二互连区域之间的光敏材料。粘合剂粘合到光敏材料可以涉及填充一个或多个划线，该划线将第一和第二互连区域与第一和第二互连区域之间的光敏材料电隔离。
方法500可以包括步骤516：制备包括嵌入式导线图案的透光前片。步骤516可以包括制备布置在透光基板的底面上的透光粘合层。所述导线图案可以在正交于透光基板的底面的方向具有厚度。所述导线图案的厚度的大部分可以嵌入在透光的粘合层中。
方法500可以包括步骤518：通过将导线图案放置为与第二离散电池(对应于第二电池区域)的光敏组合物电接触和与电连接到第一离散电池(对应于第一电池区域)的导电背片的顶面的导电条电接触，电互连第一和第二离散电池。步骤518可以包括将光伏电池放置在透光基板的底面上。应用于一个电池的导电条的汇流排可以电互连到相邻电池的光敏组合物。多个相邻光伏电池可以串联连接。
图21A-21B示出根据本教义的方面，当在一起观察时，制造光伏模块的方法600。
方法600可以包括步骤602：将包括第一和第二电池区域的柔性光伏材料的连续片切割为第一和第二离散光伏电池。第一和第二电池区域中的每个可以包括布置在导电基板的顶面上的光敏组合物。柔性光伏材料的连续片可以来自可以称为光伏网状物的卷或卷筒。光伏网状物可以包括多个电池区域，所述多个电池区域可以在以后经切割形成多个离散光伏电池。
方法600可以包括步骤604：通过从第一电池区域的导电基板顶面去除光敏组合物，以电隔离第一互连区域和布置在第一互连区域外面的第一电池区域的光敏组合物，在第一电池区域上形成第一互连区域。光敏组合物可以通过向下到导电基板划线光敏组合物来去除。
在方法600的某些实施例中，步骤604可以在步骤602之前执行。例如，在步骤604中去除光敏组合物可以涉及在光伏材料切割为第一和第二离散电池之前去除光伏材料。
方法600可以包括步骤606：制备包括导电条和介质条的互连条。导电条可以具有顶面和底面。介质条可以布置在导电条的顶面上。导电条可以包括导电汇流排和从导电汇流排延伸的多个导电指。
方法600可以包括步骤608：向第一互连区域应用导电条的底面的一部分。导电条的底面的该部分可以是多个导电指中的一个。所应用的导电条和光伏材料的电池的互连区域或电池区域可以经热铆接将它们临时保持在所应用的位置。
在方法600的某些实施例中，步骤608可以在步骤602之前执行。例如，向第一互连区域应用导电条的底面的该部分可以涉及在光伏材料已被切割为第一和第二离散电池之前向第一互连区域应用该部分。
在其他实施例中，步骤602可以在步骤610之前执行。例如，第一和第二电池区域可以在应用导电条之前被切割为第一和第二离散电池。
方法600可以包括步骤610：通过第一互连区域将导电条电连接到第一电池区域的导电基板的顶面。方法610可以涉及：通过第一互连区域中的光敏材料，将导电条激光焊接到第一电池区域的导电基板的顶面。电连接导电条和导电基板的顶面可以涉及包括基板、导电条和光敏材料的材料的混合。
在方法600的某些实施例中，步骤610可以在步骤602之前执行。例如，通过第一互连区域将导电条电连接到第一电池区域的导电基板可以涉及在第一和第二电池区域已切割为第一和第二离散电池之前，将导电条电连接到第一电池区域的导电基板。
在其他实施例中，步骤602可以在步骤610之前执行。例如，在导电条电连接到第一电池区域的导电基板之前，第一和第二电池区域可以被切割为第一和第二离散电池。
方法600可以包括贯穿介质条以暴露导电条的顶面的一部分的步骤612。导电条的顶面可以通过在介质条中形成通孔或贯穿孔来暴露。介质条的贯穿孔可以允许光敏电池的互连，而无需互连带折叠以暴露导电条。
方法600可以包括制备透光前片的步骤614。前片可以包括嵌入式导线网格。步骤614可以涉及在粘合层中嵌入一条或多条导线以产生嵌入式导线网格。粘合层可以布置在透光基板的底面上。粘合层可以在正交于透光基板的底面的方向具有厚度。一条或多条导线可以在正交于透光基板的底面的方向具有厚度。粘合层的厚度以及一条或多条导线的厚度可以具有相同的数量级。
例如在步骤614中，在粘合层中嵌入一条或多条导线可以涉及允许一条或多条导线的少量厚度与透光基板相对地从粘合层突出。导线网格的一条或多条导线可以是铜导线，该铜导线涂以导电的基本不氧化材料以防止形成高电阻氧化物。
方法600可以包括步骤616：通过将嵌入式导线网格置于电接触导电条的顶面的一部分和第二离散电池的光敏组合物(对应于第二电池区域)，串联地电互连第一和第二离散电池。嵌入式导线网格可以借助介质条中的通孔或贯穿孔接触导电条。
方法600还可以包括将带有集成旁路二极管的背片附接到第一和第二离散电池的导电基板底面的步骤。
图22A-22B示出根据本教义的方面，当在一起观察时，制造光伏模块的方法700。
方法700可以包括步骤702：向导电基板应用光敏组合物以产生包括第一和第二电池区域的光伏材料的连续片。柔性光伏材料的连续片可以是光伏材料的卷或卷筒，通常可以称为光伏“网状物”。除了第一和第二电池区域以外，光伏网状物还可以包括多个电池区域。
方法700可以包括步骤704：将光伏材料切割成分别对应于第一和第二电池区域的第一和第二离散光伏电池。第一和第二电池区域中的每个可以包括布置在导电基板的一部分的顶面上的光敏组合物。步骤704可以涉及切割光伏网状物的区域以形成各个光伏电池。光伏网状物可以在向基板应用光敏组合物之后切割。另选地，光伏网状物可以在光伏模块如下所述进一步装配之后切割为各个电池，与单独切割光伏电池相反，装配可以发生在光伏网状物的每个电池区域。
方法700可以包括步骤706：通过从第一电池区域的导电基板一部分的顶面去除光敏组合物的一部分，以电隔离第一互连区域和布置在第一互连区域外面的第一电池区域的光敏组合物，在第一电池区域上形成第一互连区域。步骤706可以涉及划开光敏组合物。多个互连区域可以在卷对卷过程中通过划线光伏网状物的电池区域来形成。
在方法700的某些实施例中，步骤706可以在步骤704之前执行。例如，形成第一互连区域可以涉及在光敏材料切割为各个电池之前从光伏网状物的电池区域去除光敏组合物的一部分。
方法700可以包括在第一互连区域上布置第一导电条的步骤708。导电条可以具有顶面和底面。导电条可以包括导电汇流排和从汇流排延伸的多个导电指。导电指的底面可以布置在第一互连区域上。所述互连区域和导电条可以热铆接以临时保持它们彼此的位置。导电条还可以包括布置在其顶面上的介质条，介质条可以包括粘合剂。
在方法700的某些实施例中，步骤700可以在步骤704之前执行。例如，在第一互连区域上布置第一导电条可以涉及在光伏材料的第一电池区域的互连区域上布置第一导电条。
方法700可以包括步骤710：将第一导电条电连接到第一电池区域的导电基板的一部分。方法710可以涉及：通过布置在第一互连区域中的光敏材料，将第一导电条激光焊接到第一电池区域的导电基板的该部分的顶面。
方法700可以包括步骤712：在将第一导电条布置在第一互连区域上之后，通过将嵌入在前片中的第一导线网格置于电接触第一导电条和电接触第二离散电池的光敏组合物，电互连第一和第二离散电池。如上所述，第二离散电池对应于第二电池区域，因此，第二电池区域的光敏组合物可以描述为第二离散电池的光敏组合物。步骤712可以串联地电连接第一和第二离散电池。
步骤712可以涉及将第一导电条和第二离散电池的光敏组合物与前片的底面接触。第一导线网格的导线可以在正交于前片的底面的方向具有厚度。导线厚度的至少25％可以通过前片的底面延伸。前片的底面可以是粘合层。
方法700还可以包括步骤：通过从第二电池区域的导电基板一部分的顶面去除光敏组合物的一部分，以电隔离第二互连区域和布置在第二互连区域外面的第二电池的光敏组合物，在第二电池区域上形成第二互连区域。
方法700还可以包括在第二互连区域上布置第二导电条的步骤。
方法700还可以包括步骤：将第二导电条电连接到第二电池区域的导电基板的一部分。
方法700还可以包括步骤：在将第二导电条布置在第二互连区域上之后，通过将嵌入在前片的底面中并从该底面突出的第二导线网格置于电接触第二导电条和电接触第三离散电池的光敏组合物，电互连第二和第三离散电池。
方法700还可以包括将第三离散电池的导电基板以及第一和第二离散电池的导电基板的一部分粘合到背片，所述背片包括通过导电条带电连接到第二旁路二极管的第一旁路二极管。每个旁路二极管可以具有阳极部和二极管部。例如，第一旁路二极管的阳极部可以电连接到第一电池的导电基板，以及第一旁路二极管的阴极部可以电连接到第二电池的导电基板。因为如上所述，第二离散电池的光敏材料电连接到第一离散电池的导电基板，第一旁路二极管可以实际上连接到第二离散电池的光敏材料和导电基板两者，从而充当旁路。第一和第二旁路二极管可以形成具有导电条带的旁路串的一部分。一个或多个旁路串可以电接触光伏电池的串的导电基板，实际上在每个电池的导电基板和光敏材料之间定位一二极管。

Claims (20)

1.一种制造光伏模块的方法，包括：
向导电基板应用光敏组合物以产生包括第一电池区域和第二电池区域的柔性光伏材料的连续片；
穿过所述光敏组合物划线，以电隔离布置在所述导电基板的顶面上的一个或多个互连区域和环绕所述一个或多个互连区域的光敏组合物；
将所述光伏材料切割为分别对应于所述第一电池区域和所述第二电池区域的第一离散光伏电池和第二离散光伏电池，每个电池区域包括布置在导电背片的顶面上的光敏组合物，其中，每个导电背片是所述导电基板的一部分，并且所述第一电池区域包括所述一个或多个互连区域的第一互连区域；
制备包括布置在介质条上的导电条的互连带；
向所述第一电池区域应用所述互连带，使得所述导电条接触所述第一互连区域；
通过所述第一互连区域将所述导电条电连接到所述第一电池区域的导电背片的顶面；
将所述互连带折叠到折叠位置，所述折叠位置对应于围绕所述介质条缠绕的导电条；
制备包括嵌入式导线图案的透光前片；以及
通过将所述导线图案放置为与所述第二离散电池的光敏组合物电接触和与电连接到所述第一离散电池的导电背片的顶面的导电条电接触，来电互连所述第一离散电池和所述第二离散电池。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，向所述第一电池区域应用所述互连带涉及向所述第一互连区域应用所述导电条的第一导电指，并且向包含在所述第一电池区域中的一个或多个互连区域中的第二互连区域应用所述导电条的第二导电指，所述导电条包括汇流排，所述第一导电指和所述第二导电指从所述汇流排延伸，并且其中，折叠所述互连带涉及将所述汇流排放置在所述第一互连区域和所述第二互连区域之间的光敏组合物上面。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，放置所述汇流排涉及在所述第一互连区域和所述第二互连区域之间将所述介质条夹在所述汇流排与所述光敏组合物之间。
4.根据权利要求3所述的方法，还包括通过包含在所述介质条中的粘合剂将所述互连带保持在所述折叠位置。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，向所述第一电池区域应用所述互连带涉及将所述介质条的粘合剂粘合到在所述第一互连区域和所述第二互连区域之间的光敏材料。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，将所述粘合剂粘合到所述光敏材料涉及实质上填充一个或多个划线，所述一个或多个划线将所述第一互连区域和所述第二互连区域与在所述第一互连区域和所述第二互连区域之间的光敏材料电隔离。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，制备所述前片包括制备布置在透光基板的底面上的透光粘合层，所述导线图案具有在正交于所述透光基板的底面的方向上的厚度，所述导线图案的所述厚度的大部分嵌入在所述透光粘合层中。
8.一种制造光伏模块的方法，包括：
将包括第一电池区域和第二电池区域的柔性光伏材料的连续片切割为分别对应于所述第一电池区域和所述第二电池区域的第一离散光伏电池和第二离散光伏电池，每个电池区域包括布置在导电基板的顶面上的光敏组合物；
通过从所述第一电池区域的导电基板的顶面去除光敏组合物，以电隔离第一互连区域和布置在所述第一互连区域外面的所述第一电池区域的光敏组合物，来在所述第一电池区域上形成所述第一互连区域；
制备包括导电条和介质条的互连条，所述导电条具有顶面和底面，所述介质条布置在所述导电条的顶面上；
向所述第一互连区域应用所述导电条的底面的一部分；
通过所述第一互连区域将所述导电条电连接到所述第一电池区域的导电基板的顶面；
贯穿所述介质条以暴露所述导电条的顶面的一部分；
制备透光前片，所述前片包括嵌入式导线网格；以及
通过将所述嵌入式导线网格放置成与所述导电条的顶面的一部分电接触和与所述第二离散电池的光敏组合物电接触，来串联地电互连所述第一离散电池和所述第二离散电池。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，将所述导电条电连接到所述第一电池区域的导电基板的顶面涉及将所述导电条通过在所述第一互连区域中的光敏材料激光焊接到所述第一电池区域的导电基板的顶面。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，制备所述前片涉及在粘合层中嵌入一条或多条导线以产生所述嵌入式导线网格，所述粘合层布置在透光基板的底面上，所述粘合层具有在正交于所述透光基板的底面的方向上的厚度，所述一条或多条导线具有在正交于所述透光基板的底面的方向上的厚度，所述粘合层的厚度和所述一条或多条导线的厚度具有相同的数量级。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，在所述粘合层中嵌入所述一条或多条导线涉及允许所述一条或多条导线的少量厚度与所述透光基板相对地从所述粘合层突出。
12.根据权利要求8所述的方法，其中，所述导线网格的一条或多条导线是铜导线，所述铜导线涂以导电的基本不氧化材料以防止形成高电阻氧化物。
13.根据权利要求8所述的方法，还包括将带有集成旁路二极管的背片附接到所述第一离散电池和所述第二离散电池的导电基板的底面。
14.一种制造光伏模块的方法，包括：
向导电基板应用光敏组合物以产生包括第一电池区域和第二电池区域的光伏材料的连续片；
将所述光伏材料切割为分别对应于所述第一电池区域和所述第二电池区域的第一离散光伏电池和第二离散光伏电池，每个电池区域包括布置在所述导电基板的一部分的顶面上的光敏组合物；
通过从所述第一电池区域的导电基板的一部分的顶面去除所述光敏组合物的一部分，以电隔离第一互连区域和布置在所述第一互连区域外面的所述第一电池区域的光敏组合物，来在所述第一电池区域上形成所述第一互连区域；
将第一导电条布置在所述第一互连区域上；
将所述第一导电条电连接到所述第一电池区域的导电基板的一部分；以及
在将所述第一导电条布置在所述第一互连区域上之后，通过将嵌入在前片中的第一导线网格放置成与所述第一导电条电接触和与所述第二离散电池的光敏组合物电接触，来电互连所述第一离散电池和所述第二离散电池。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，电互连所述第一离散电池和所述第二离散电池涉及串联地电连接所述第一离散电池和所述第二离散电池。
16.根据权利要求14所述的方法，其中，电连接所述第一导电条涉及：将所述第一导电条通过布置在所述第一互连区域内的光敏材料激光焊接到所述第一电池区域的导电基板的所述部分的顶面。
17.根据权利要求14所述的方法，其中，电互连所述第一离散电池和所述第二离散电池涉及：将所述第一导电条和所述第二离散电池的光敏组合物与所述前片的底面接触，所述第一导线网格的导线具有在正交于所述前片的底面的方向上的厚度，所述导线的厚度的至少25％延伸通过所述前片的底面。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述前片的底面是粘合层。
19.根据权利要求18所述的方法，还包括：
通过从所述第二电池区域的导电基板的一部分的顶面去除所述光敏组合物的一部分，以电隔离第二互连区域和布置在所述第二互连区域外面的所述第二电池区域的光敏组合物，来在所述第二电池区域上形成所述第二互连区域；
在所述第二互连区域上布置第二导电条；
将所述第二导电条电连接到所述第二电池区域的导电基板的一部分；并且
在将所述第二导电条布置在所述第二互连区域上之后，通过将嵌入在所述前片的底面中并从所述前片的底面突出的第二导线网格放置成与所述第二导电条电接触和与第三离散电池的光敏组合物电接触，来将对应于所述第二电池区域的第二离散电池电互连到所述第三离散光伏电池。
20.根据权利要求19所述的方法，还包括将所述第三离散电池的导电基板以及所述第一离散电池和所述第二离散电池的导电基板的一部分粘合到背片，所述背片包括通过导电条带电连接到第二旁路二极管的第一旁路二极管。
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