用于光伏器件中的薄膜通孔段的方法技术

用于薄膜光电子器件(100、200)中的通孔和单片互连的方法，其中至少一个线段通孔(163、165、165’、167)通过激光钻孔形成并且穿过前接触层(150、152、154、156、158)和半导体有源层(130)，以及其中激光钻孔使得在通孔的内表面(135)处形成导电的永久金属化的富铜CIGS型合金的CIGS型壁(132、134、136、138)，从而在前接触的至少一部分与背接触层(120、124、126、128、129)的一部分之间形成导电通路，在前接触层的表面处形成凸块形凸起部分(155)，形成背接触层的凸起部分(125、127、127’)，以及可选地形成覆盖前接触层(150)的一部分的富铜CIGS型合金(155’)的凸起部分。薄膜CIGS器件包括可通过所述方法获得的至少一个线段通孔。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及诸如光伏模块的电池之间的薄膜光电子器件中的通孔和单片互连。
技术介绍
薄膜光伏模块通常由许多电互连的光电子部件组成。这种部件可以是光电子器件(诸如光伏电池)和额外的可选部件(诸如二极管以及其它电子器件)。光伏模块通常还包括电互连部件(诸如电池至电池连接器)和母线。多层薄膜技术使若干光电子部件和相关联的部件能够在同一衬底上单片集成和互连。使用一系列层沉积和刻划技术(scribing technique)在原位产生该集成。薄膜光电子或者光伏部件或器件基本上由三个材料层的叠层组成：导电背接触电极层、半导体光伏材料层(也称为吸收体)和另一个导电前接触电极层，所述前接触层通常是透明的。与传统基于晶片的硅光伏器件或者太阳能电池相比，基于半导体材料(诸如Cu(In,Ga)Se2(缩写为CIGS))的光伏电池显示出太阳能电力成本较低、能量回收时间较少和改进的寿命周期影响(life-cycle impact)的高潜能。与基于晶片的光伏器件相比，单片光伏模块可以由于用于形成薄膜(薄膜形成光伏部件的一部分)的材料量减少、单片集成劳务成本减少以及自动化生产大量光伏模块的便利(例如使用卷对卷(roll-to-roll)制造技术)而具有较低的成本。可以通过增大曝露于光的光伏部件的相对面积(例如，通过减小由收集光伏电池的前接触电极上的电流的前接触栅格、光电子部件之间的电互连以及母线所占据的面积)以获得额外的节省。光伏模块生产量还可以由于生产步骤数量的减少(例如，通过减少勾画和构造薄膜单片光伏模块中的光电子部件的互连需要的刻划操作数量)而增大。美国专利号7276724描述了由于形成绕通型通孔(例如，使用激光烧蚀)、添加导电材料以驱动电极之间的电流以及添加导电材料至相邻模块而串联互连的光电子器件模块。绕通型通孔通常需要钻进和后续金属化。这需要可能增加成本以及降低产量的额外的生产步骤。利用WO2011/148346的单片光电子模块生产方法得以避免这些步骤中的一些，该方法描述了形成具有富铜CIGS型壁的通孔，所述富铜CIGS型壁是通过吸收体层的CIGS材料的部分熔融得到的。对于一些应用，需要包括形状为线段和其变型的通孔的薄膜光电子器件以及形成该薄膜光电子器件的方法。
技术实现思路
单片光伏模块生产领域中的问题涉及可靠地制造光伏部件(诸如光伏电池)之间的高导电通孔互连。此处提供的实施例可以包括用以以降低的成本和高产量可靠地使薄膜单片光伏模块装置的电池互连的方法。该方法还可以用于制造单片光伏模块的各种部件之间的互连，各种部件可以包括光伏电池、二极管、栅格和母线。该方法的速度和大处理窗口对使用卷对卷生产方法进行单片光伏模块装置的工业生产是有利的。此处提供的公开的实施例还可以包括具有通孔线段的薄膜光电子器件以及可靠地高速地制造这种线段的方法。使用激光器制造单片互连的领域中的问题是处理窗口需要非常小心地调节激光刻划参数，当激光刻划在柔性衬底上形成的光伏材料时更需要这样。在激光刻划在柔性衬底上形成的光伏材料时强调的另一个的问题是单片互连在重复制造时可能呈现的单片互连的导电性的差异。又一个问题是激光刻划可能损坏各种光伏材料层以及导致材料发生裂纹和从柔性衬底局部脱层。这在用脉冲激光器进行刻划时尤其如此。因此，本公开的实施例可以利用优选为使用激光器的刻划方法，在使用激光器的刻划方法中，由刻划处理生成的热量使围绕刻划空腔的材料层转变以使导电性增大，从而能够设计和生产有成本效率的串联互连的光电子部件和后续的单片光电子模块装置。本专利技术的一个实施例通过以下步骤得到：提供薄膜光伏材料，诸如CIGS电池或者其中可能已经用电池对背接触层进行了图案化的模块；以及将线段通孔刻划到薄膜材料中以在背接触层的一部分与前接触层的一部分之间形成至少一个导电单片互连。因此，本公开的实施例可以提供制造单片集成光电子模块的方法，该制造单片集成光电子模块的方法包括形成至少一个薄膜CIGS器件的方法，所述形成至少一个薄膜CIGS器件的方法包括在所述薄膜CIGS器件的区域中形成至少一个线段通孔，所述器件包括至少一个前接触层、一个半导体光电子有源层、一个背接触层和一个衬底；以及其中至少一个线段通孔通过由至少一个激光器进行钻孔形成并且穿过至少一个半导体光电子有源层和至少一个前接触层的至少一个部分；以及其中由至少一个激光器钻孔使得在内衬于所述至少一个线段通孔的内表面的有源层的层级处形成导电的永久金属化的富铜CIGS型合金的至少一个CIGS型壁，所述CIGS型合金通过钻孔处的CIGS半导体光电子有源层的化学组成的永久性改变而产生，在至少一个前接触层的至少一个部分与至少一个背接触层的至少一个部分之间形成导电通路，沿着所述线段通孔的内表面的边缘在前接触层的表面处形成前接触凸块形凸起部分，以及在所述线段通孔的内表面的基底处形成朝向前接触层凸起的背接触层的凸起部分。在所述方法中，至少一个通孔的形成可以去除背接触层在通孔内的一部分，从而曝露衬底的一部分。此外，至少一个通孔的形成可以去除背接触层在通孔内的一部分，从而曝露衬底的一部分，以及其中背接触层的一部分的凸起使得在衬底的曝露部分的外围处形成背接触层的至少一部分的至少一个槽形向上卷曲部。更确切地，至少一个通孔的形成可以包括在衬底的曝露部分的外围处形成背接触层的至少第一部分的至少一个槽形仅向上卷曲部以及形成背接触层的至少第二部分的至少一个槽形向上且向后(curl-up-and-back)卷曲部。在所述方法中，衬底可以是聚酰亚胺。更详细地，可以用至少一个连续波激光器进行至少一个通孔的钻孔。此外，可以用在所述薄膜CIGS器件上形成具有不对称激光光斑图的至少一个激光器形成至少一个通孔。更确切地，在衬底的层级处测量的用于至少一个通孔的钻孔的激光功率可以包括在向通孔传递激光功率的时间的一部分内逐渐增大的激光功率。此外，由至少一个激光器进行至少一个通孔的钻孔可以包括在薄膜CIGS器件的表面处移动至少一个激光光斑，其中在与所述通孔的钻孔开始相对应的末端处，在向通孔传递激光功率的距离的功率增大距离部分上存在逐渐增大的激光功率。根据从器件的曝光侧看时的显微镜检查，至少一个通孔的钻孔可以形成勾勒(describe)椭圆形图案的CIGS型合金的内表面，该椭圆形图案具有在与所述通孔线段的钻孔开始相对应的末端处比在结束末端处更小的曲率半径。在实践中，由至少一个激光器进行的至少一个通孔的钻孔可以包括移动至少一个连续波激光器的至少一个激光光斑，使得传递至通孔的至少一个部分的激光能量包括在1J/m与8J/m之间。更具体地，由至少一个激光器进行的至少一个通孔的钻孔可以包括激光提供(laser-provided)的通量(fluence)在从5×108J/m2至41×108J/m2的范围中的时间间隔。更确切地，由至少一个激光器进行的至少一个通孔的钻孔可以包括激光提供的稳定状态通量在从7.5×108J/m2至11×108J/m2的范围中的时间间隔。此外，可以用至少一个皮秒脉冲激光器进行至少一个通孔的钻孔。对于更大的制造生产量，可以在将相邻的烧蚀线激光器刻划到前接触层中的同时完成至少一个通孔的钻孔。以更广的方式，形成所述薄膜CIGS器件可以包括形成包括所述薄膜CIGS器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种形成至少一个薄膜CIGS器件(100、200)的方法，包括：在所述薄膜CIGS器件的区域中形成至少一个线段通孔(163、165、165’、167)，所述器件包括至少：‑一个前接触层(150、152、154、156、158)；‑一个半导体光电子有源层(130)；‑一个背接触层(120、124、126、128、129)；‑一个衬底(110)；并且其中至少一个线段通孔：‑通过由至少一个激光器钻孔以形成；‑穿过至少一个半导体光电子有源层和至少一个前接触层的至少一个部分；以及其中由至少一个激光器钻孔使得：‑在内衬于所述至少一个线段通孔的内表面(135)的有源层的层级处由导电的永久金属化的富铜CIGS型合金形成至少一个CIGS型壁(134、134’、132、136、138)，所述CIGS型合金通过钻孔处的CIGS半导体光电子有源层的化学组成的永久性改变而产生；‑在至少一个前接触层的至少一个部分与至少一个背接触层的至少一个部分之间形成导电通路；‑沿着所述线段通孔的内表面(135)的边缘在前接触层的表面处形成前接触凸块形凸起部分(155)；‑形成朝向前接触层凸起的背接触层的凸起部分(125、127、127’)。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.12.31 EP PCT/EP2014/025031;2014.01.31 IB PCT/1.一种形成至少一个薄膜CIGS器件(100、200)的方法，包括：在所述薄膜CIGS器件的区域中形成至少一个线段通孔(163、165、165’、167)，所述器件包括至少：-一个前接触层(150、152、154、156、158)；-一个半导体光电子有源层(130)；-一个背接触层(120、124、126、128、129)；-一个衬底(110)；并且其中至少一个线段通孔：-通过由至少一个激光器钻孔以形成；-穿过至少一个半导体光电子有源层和至少一个前接触层的至少一个部分；以及其中由至少一个激光器钻孔使得：-在内衬于所述至少一个线段通孔的内表面(135)的有源层的层级处由导电的永久金属化的富铜CIGS型合金形成至少一个CIGS型壁(134、134’、132、136、138)，所述CIGS型合金通过钻孔处的CIGS半导体光电子有源层的化学组成的永久性改变而产生；-在至少一个前接触层的至少一个部分与至少一个背接触层的至少一个部分之间形成导电通路；-沿着所述线段通孔的内表面(135)的边缘在前接触层的表面处形成前接触凸块形凸起部分(155)；-形成朝向前接触层凸起的背接触层的凸起部分(125、127、127’)。2.根据权利要求1所述的方法，其中至少一个通孔的形成使得去除背接触层在通孔内的一部分，从而曝露衬底的一部分。3.根据权利要求1至2中的任一项所述的方法，其中至少一个通孔的形成使得去除背接触层在通孔内的一部分，从而曝露衬底的一部分，以及其中背接触层的一部分的凸起使得在衬底的曝露部分的外围(117)处形成背接触层的至少一部分的至少一个槽形向上卷曲部(127、127’)。4.根据权利要求3所述的方法，其中至少一个通孔的形成包括在衬底的曝露部分的外围(117)处形成背接触层的至少第一部分的至少一个槽形仅向上卷曲部(127’)以及形成背接触层的至少第二部分的至少一个槽形向上且向后卷曲部(127)。5.根据权利要求1至4中的任一项所述的方法，其中用至少一个连续波激光器进行至少一个通孔的钻孔。6.根据权利要求1至5中的任一项所述的方法，其中用在所述薄膜CIGS器件上形成具有不对称激光光斑图的激光光斑的至少一个激光器形成至少一个通孔。7.根据权利要求1至6中的任一项所述的方法，其中在衬底的层级处测量的用于至少一个通孔的钻孔的激光功率包括在向通孔传递激光功率的时间的一部分内逐渐增大的激光功率(515)。8.根据权利要求1至7中的任一项所述的方法，其中由至少一个激光器进行的至少一个通孔的钻孔包括在薄膜CIGS器件的表面处移动至少一个激光光斑，其中在与所述通孔的钻孔的开始相对应的末端(105)处，存在向通孔传递激光功率的距离(410)的功率增大距离部分(405)上的逐渐增大的激光功率(415)。9.根据权利要求1至8中的任一项所述的方法，其中根据从器件的曝光侧看时的显微镜检查，至少一个通孔的钻孔形成勾勒椭圆形图案的CIGS型合金的内表面(135)，所述椭圆形图案具有在与所述通孔线段的钻孔的开始相对应的末端(105)处比在结束末端(106)处更小的曲率半径。10.根据权利要求1至9中的任一项所述的方法，其中由至少一个激光器进行的至少一个通孔的钻孔包括移动至少一个连续波激光器的至少一个激光光斑，使得传递至所述通孔的至少一个部分的激光能量包括在1J\...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·齐特纳，T·内特，
申请(专利权)人：弗里索姆股份公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH