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TW201308640A - 將一施覆的基材作線型構造化以製造薄層太陽電池模組的方法 - Google Patents

將一施覆的基材作線型構造化以製造薄層太陽電池模組的方法 Download PDF

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Abstract

一種將一施覆的基材作線型構造化以製造薄層太陽電池模組的方法,其中在一上層構造化平面內產生與一下層構造化平面內已有溝槽之分佈相匹配的溝槽,為此需用推導自該等已有溝槽之相片的控制因子沿y向控制構造化工具(8),並且使該基材(1)在該構造化工具(8)下方來回移動。僅在正向送料時拍攝用以偵測已有溝槽的相片。在正向及反向送料時開設溝槽。

Description

將一施覆的基材作線型構造化以製造薄層太陽電池模組的方法
本發明係關於一種在施覆有薄層的基材上開設線型溝槽以製造薄層太陽電池模組的方法。
其中,形成過渡區之構造化線條間的距離應儘量保持最小,以便將對於薄層太陽電池模組獲得能量無貢獻的過渡區最小化。
同類型方法請參閱WO 2010/144778 A2。
薄層太陽電池模組以剛性或柔性平面基材為載體,其上施覆薄層。
製造薄層太陽電池模組時,一般需先在基材上平面施覆第一層,而後以規定間距線型移除該第一層,從而形成深度等於該第一層之厚度的p1溝槽(第一構造化平面)。
隨後平面施覆用以充填p1溝槽之第二層。在儘量靠近p1溝槽處形成與之平行的p2溝槽,將該等p2溝槽內的第二層而非第一層移除(第二構造化平面)。
平面施覆用以充填p2溝槽之第三層後,分別在靠近p2溝槽及p1溝槽處形成p3溝槽,將該等p3溝槽內的第二及第三層而非第一層移除(第三構造化平面)。
彼此相距最近的p1溝槽、p2溝槽及p3溝槽共同構成將薄層太陽電池模組之單個功能區(亦稱結構單元)隔開的過渡區。
先前技術中存在多種基於機械、化學或熱力效應之溝 槽開設工藝。同一過渡區之溝槽應當在不重疊不交叉情況下保持儘可能小的間距。
不論採用何種溝槽開設工藝,基材需至少在施覆層時接受熱處理,以便實現永久性變形,進而實現已開設溝槽之變形。
故溝槽間距有其下限,此下限確保不同構造化平面之溝槽雖發生最大程度之變形,亦不會相互重疊或交叉。
在溝槽分佈為常規定向之情況下,規定標稱溝槽分佈之安全間距約為100 μm至200 μm。也即,構造化工具如刻劃針或雷射束平行於薄層太陽電池模組外緣以一定間距為同一過渡區之溝槽劃線,該等間距視具體溝槽寬度而定彼此大約相差100 μm至200 μm。由此得出過渡區最小寬度大於200 μm至400 μm。沿加工方向以交替方向開設溝槽。
為能提供過渡區較窄而效率更佳之薄層太陽電池模組,DE 10 2006 051 555 A1提出在開設新溝槽之前或之後測定已有溝槽之分佈,並在開設新溝槽時依照已有溝槽的分佈調節該新溝槽之分佈。
由此得一新溝槽,其溝槽分佈與同一過渡區內相鄰溝槽之溝槽分佈相對應。如此便可將溝槽間距減至最小,從而滿足隔離要求。
已有溝槽的分佈較佳以光學方式測定,既可自基材底面亦可自基材的施覆頂面進行該光學偵測,既可在開設新溝槽之前亦可在開設新溝槽期間進行該光學偵測。
使用能追蹤已有溝槽之分佈的溝槽位置感測器實施溝 槽偵測。用溝槽位置感測器的位置控制接收點,該接收點以明確間距追蹤溝槽位置感測器,在該接收點上構造化工具對準基材。作為溝槽位置感測器的替代方案,亦可為部分製成之薄層太陽電池模組的較大部分拍攝相片,再用該些相片測定接收點以形成地圖。
用溝槽位置感測器偵測溝槽之缺點在於,溝槽位置感測器必須位於接收點之前,也即,僅能在其中一加工方向上開設溝槽,或者須使用兩溝槽位置感測器,或者說其中一溝槽位置感測器須作永久性轉換處理。
對部分製成之薄層太陽電池模組的較大部分進行溝槽偵測要求所用攝影機的接收器矩陣具有極高之像素數,以便在為相應大小之目標區域拍攝相片時獲得足夠高之解析度,相關攝影機遂成為極其昂貴之測量器材。
DE 10 2008 059 763 A1揭露一種依照先前加工平面內單獨一溝槽之分佈在一當前加工平面內開設溝槽的方法,用感測器偵測該先前溝槽之分佈,再據此得出適用於後續加工平面之所有溝槽的校正值。藉此雖能檢出先前溝槽相對於理想直線之變形,但無法檢出先前溝槽間之偏差。
EP 0 482 240 A1亦揭露一種依照先前加工平面內已有溝槽之分佈在一當前加工平面內開設溝槽的方法。為此需用偵測元件觀測該已有溝槽並產生校正信號,再用該校正信號控制工具。此工具同樣須至少稍後於該偵測元件設置,以便在偵測信號控制下形成平行於該已有溝槽之溝槽。因此,使用偵測器時須將溝槽產生的方向變化考慮在 內,設置兩偵測器或者僅沿其中一加工方向進行加工。
WO 2008/056 116 A1所揭露的構造化方法同樣用固定於構造化工具之感測器以光學方式偵測先前加工平面內已有溝槽之分佈與位置。對相鄰溝槽之偵測先於構造化,同時在當前加工平面內進行溝槽構造化。將被偵測溝槽的分佈與位置予以暫存並在下一構造化過程中用來使下一溝槽對齊已有溝槽。亦即在構造化過程中,會連續在每次構造化時皆偵測一次先前加工平面。
WO 2010/144 778 A2亦關於一種按照已有溝槽之分佈為薄層太陽電池模組開設線型溝槽的方法。用攝影機偵測至少一先前溝槽之位置以刻劃出第一相鄰溝槽,而後用攝影機偵測該第一相鄰溝槽之位置,以便據此在靠近第二先前溝槽處開設第二相鄰溝槽。
在沿加工方向對薄層太陽電池模組進行第一掃描運動時,用攝影機偵測至少一已有溝槽之分佈,以便在下一掃描運動中按照該至少一被偵測溝槽的分佈形成另一溝槽。在以相反加工方向進行第二掃描運動時,同樣用攝影機偵測至少一已有溝槽之分佈,以便在下一掃描運動中按照該至少一被偵測溝槽的分佈形成另一溝槽,此為可選方案。藉此在掃描運動中以與已有溝槽相同之方向產生新溝槽。此方法特徵在於,在後續掃描運動中始終對剛形成的溝槽進行偵測,藉此測定溝槽間距以作校準之用。
在工具(在此為雷射束)相對於攝影機之佈置方式方面有兩種方案可供選擇。
其一,將攝影機整合於掃描器並用同一分光器將光路及雷射束對準工具。此方案看似僅理論上可行,具體而言,即攝影機偵測與雷射開槽可同時進行。
另一方案係將攝影機與掃描器固定於同一支架上且相對錯位分佈。故此方案實際操作時同樣存在上文闡述以不同方向進行加工時所提出的問題。
本發明之目的在於對將一薄層太陽電池模組作構造化的方法進行改良,以提高時間效率及經濟效益。
本發明關於一種將一施覆的基材作線型構造化以製造薄層太陽電池模組的方法,其中在一包含多個結構平面之多層大面積型基材中開設沿x向分佈的溝槽,為此需使該基材在多個送料過程中水平沿x向在兩端位間來回移動,在該基材(1)上方可在該等送料過程之間沿y向移動至不同位置的構造化工具(8)至少在部分送料過程中對該基材(1)產生作用,從而分別在一上層構造化平面內產生一溝槽,該構造化工具在控制信號控制下沿y向偏轉,拍攝用以偵測一下層構造化平面內已有溝槽的相片,用該等相片推導控制信號以形成與已有溝槽之分佈相匹配的溝槽,其中,僅在正向送料時拍攝用以偵測已有溝槽的相片,在正向及反向送料時開設溝槽。
較佳在每次正向送料時皆偵測該下層結構平面內由第n溝槽與第n+1溝槽組成的溝槽對,在該上層結構平面內形成第n-1溝槽並在隨後之反向送料時形成第n溝槽。
下文藉實施例對本發明作詳細說明。
圖1為先前技術中適於用來實施該方法之裝置的簡圖。
該裝置包括兩前後等高設置的傳送帶2、3、沿x向進行輸送且設有抓持器5的輸送裝置4、固定式門架6及分析控制單元9,該門架上裝有至少一加工頭10,該加工頭位於傳送帶2、3上方,包含攝影機7及構造化工具8且可沿y向移動。加工頭原則上亦可設在傳送帶下方,然此方案在技術上缺點多過優點,以下不再作詳細介紹。
上述元件所採用的相對佈置方式使得被放置於其中一傳送帶2、3之工件(在此為基材1)可被抓持器5抓持後,由輸送裝置4沿x向送往另一傳送帶2、3。
與此同時可藉由垂直對準傳送帶2、3所構成之支撐面的攝影機7對平放於該支撐面的基材1進行光學偵測,從而在送料過程中為一覆蓋基材1總長的條型區段拍攝相片。攝影機7在基材1上的目標區域寬度大於同一構造化平面內兩相鄰溝槽(溝槽對)間之規定距離,因而基材1每在攝影機下方穿過一次(下稱“送料”),攝影機7便能偵測兩已存在於基材1上之溝槽。
為了使攝影機7能成對偵測基材1上的溝槽,該攝影機以可沿y向移動之方式安裝在門架6上,亦即可處於與基材1寬度及溝槽間距有關之規定位置。
構造化工具8同樣以可沿y向在規定位置間移動之方式安裝在門架6上。構造化工具8可在送料過程中沿y向 在有限範圍內圍繞該些位置偏轉,從而描述一軌跡,該軌跡沿x向分佈,但在y向上可在有限範圍內偏離直線。
分析控制單元9與攝影機7及構造化工具8連接,用於根據攝影機7此前所偵測之已有溝槽的形狀偏差對構造化工具8進行控制。
如前文所述,該方法係按照已有之P1構造化溝槽開設p2構造化溝槽,或者按照p1或p2構造化溝槽開設p3構造化溝槽。p1、p2及p3構造化分別指一構造化平面內之構造化,其中p3構造化在p2構造化之上,p2構造化在p1構造化之上。
下文將參照圖2a至圖2d詳細說明該方法之第一實施例。
基材1已在之前的製程中被施覆第一層,此第一層為一接觸層(例如,鉬),隨後設置由規定間距之溝槽構成的p1結構,再施覆第二層,該第二層為一光電層(例如,CuInS2)。在該第二層中開設與已有溝槽相對應的其他溝槽(p2結構)。新開設溝槽應與p1結構保持儘可能精確的平行性,與p1結構間之距離公差應保持±10 μm。
製造p2結構時,需用第一傳送帶2將基材1送入裝置並在第一端位上用抓持器5將基材固定於輸送裝置4。基材1可在輸送裝置4協助下沿x向在第一端位與第二端位間移動,第二端位係為基材被放置於第二傳送帶3之位置。
自第一端位至第二端位之送料下稱正向送料,自第二端位至第一端位之送料下稱反向送料,以示區別。
基材1於第一正向送料時從門架6下方穿過,在此過程中攝影機7偵測第一溝槽對,即第一及第二p1溝槽。每次用攝影機7拍攝相片時,皆可從為溝槽對之被偵測溝槽段所拍攝的相片中獲得校正值,此校正值為相關溝槽段中各溝槽偏離理想直線之程度。獲知攝影機7之矩陣接收器相對於基材1的相對位置後,可將被偵測溝槽的校正值分配給基材1於拍攝相片時之位置。將該等校正值儲存於分析控制單元9,以便在後續送料(即,在上層構造化平面內產生溝槽)過程中用該些校正值來產生與位置有關的溝槽控制因子。將該些校正值分配給每次拍攝相片時自同一起點出發分別由一規定距離所確定的位置。
在接下來的第一反向送料過程中用構造化工具8開設第一p2溝槽。構造化工具8較佳採用透過雷射光學系統而聚焦於基材1之雷射束。作為替代方案亦可使用機械刻劃工具。
構造化工具8在控制因子控制下沿y向偏轉,從而使所產生的溝槽平行於第一p2溝槽。在此過程中,用推導自第一p1溝槽的控制因子實施控制。
開始第二正向送料之前,攝影機7沿y向移動至對準第三及第四p1溝槽之位置。構造化工具8同樣沿y向移動並對準第二p1溝槽。與第一正向送料一般,此時係偵測第二溝槽對即第三及第四p1溝槽並按上述方式對所拍攝的相片進行處理。同時開設第二p2溝槽。在此過程中,用推導自第二p1溝槽的控制因子實施控制。
而後如上文所述在每次正向送料時皆分別偵測一溝槽對(即第n p1溝槽及第n+1 p1溝槽),開設第n-1 p2溝槽並且在反向送料時僅產生第n p2溝槽,直至製成全部之p2構造化溝槽。
始終自同一端位出發進行溝槽偵測,能使攝影機7之位置同步觸發(即,自第一端位出發每次皆為等距觸發攝影機)變得更為簡單。
此外,始終自同一起點出發,亦能簡化根據已有溝槽之相片計算控制因子(位置相關變量)的計算工作。
無需拍攝相片的反向送料所需時間較佳可全部用作計算時間。故每次送料時可處理更多相片,此能提高控制信號精度。
該裝置可用於加工不同長度之基材1且始終以同一起點為參照計算控制因子,從而免去了繁瑣的匹配計算工作。
圖3對上述處理流程再次作了簡單介紹。其中,已有溝槽用點線表示,被偵測溝槽用虛線表示,後續形成的溝槽用實線表示。指向附圖右側的箭頭表示正向送料,指向附圖左側的箭頭表示反向送料。
採用上述方法可實現時間效率更佳之單溝槽對應(Einzelspur-Mapping),所謂“單溝槽對應”係指每個後續形成的溝槽皆與被選定之已有溝槽相對應。
圖4為該方法之改良型實施方案,其中,門架6上同時安裝使用多個包含攝影機7與構造化工具8之加工單元,以達到加快構造化速度之目的。每個加工單元僅在基 材1上偵測一特定區段。
區段加工係同時進行,加工方式與加工整個基材1相似,詳情可參閱第一實施例。
相應地,正向送料時偵測由第n溝槽與第n+1溝槽組成的溝槽對及由第m溝槽與第m+1溝槽組成的溝槽對,凡若不涉及第一正向送料者,則形成第n-1溝槽與第m-1溝槽。反向送料時僅形成第n溝槽與第m溝槽,而不偵測溝槽對。該第n溝槽與第m溝槽之間距等於該等區段的寬度。
1‧‧‧基材
2‧‧‧第一傳送帶
3‧‧‧第二傳送帶
4‧‧‧輸送裝置
5‧‧‧抓持器
6‧‧‧門架
7‧‧‧攝影機
8‧‧‧構造化工具
9‧‧‧分析控制單元
10‧‧‧加工頭
圖1為適於用來實施該方法之裝置的簡圖;圖2為該方法以薄層太陽電池模組在圖1所示裝置內之位置變化為參照的處理步驟;圖3為該方法第一實施例之處理步驟及各處理步驟所得結果;及圖4為該方法第二實施例之處理步驟及各處理步驟所得結果。

Claims (2)

  1. 一種將一施覆的基材作線型構造化以製造薄層太陽電池模組的方法,其中在一包含至少一下層構造化平面之多層大面積型基材中開設沿x向分佈的溝槽,為此需使該基材在多個送料過程中水平沿x向在兩端位間來回移動,在該基材(1)上方可在該等送料過程之間沿y向移動至不同位置的構造化工具(8)在該等送料過程中分別在一上層構造化平面內產生一溝槽,該構造化工具在控制信號控制下沿y向偏轉,拍攝用以偵測該下層構造化平面內已有溝槽的相片,用該等相片推導控制信號以形成與已有溝槽之分佈相匹配的溝槽,其中,僅在正向送料時拍攝用以偵測已有溝槽的相片,在正向及反向送料時開設溝槽。
  2. 如申請專利範圍第1項之方法,其特徵在於,每次正向送料時皆偵測該下層結構平面內由第n溝槽與第n+1溝槽組成的溝槽對,在該上層結構平面內形成第n-1溝槽並在隨後之反向送料時形成第n溝槽。
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