专利名称：薄膜太阳能接线盒灌封材料的真空填充处理的制作方法
技术领域：
本文公开的实施例总体上涉及一种接线盒贴附模块和方法，其有益于为贴附接线盒到太阳能电池器件建立有效的灌封材料(密封材料)填充环境。
背景技术：
光电(PV)器件或者太阳能电池是将太阳光能量直接转换成为电流的器件。PV器件或者太阳能电池包括接线盒、器件基板和粘合到器件基板的背玻璃基板，其中该器件基板是具有一个或多个沉积层和设置在该基板上的诸如侧端总线和交叉总线的一个或多个内部电连接元件的基板。该接线盒用作器件基板的内部电连接元件与连接到该器件基板的诸如其他的太阳能电池或者电力网等外部电学元件之间的接口。因为所述太阳电池通常暴露于天气的影响下，例如雨，雪，风等等，因此特别需要所述接线盒具有不受气候影响的性质，包括抗湿气、水或温差的性质。因此，在将接线盒贴附到背玻璃基板之后，需要在所述接线盒的开口区域中填充密封材料，从而提供用以抵挡环境侵袭的保护以及提供部件的电绝缘。所述接线盒必须被设计和加工成满足所有的IEC(国际电工委员会)以及UL(美国保险商实验所Underwriters Laboratories)技术规范以及检测。如果没有用所述密封材料适当填充接线盒的开口区域以使该开口区域中孔隙极少或没有孔隙，则存在环境检测不合格和太阳电池可靠性与性能降低的较高风险，因而不能满足IEC和UL标准。在常规的灌封材料填充工艺中，通过使用配置在接线盒贴附模块的头组件上的分配管口，将密封材料填充到所述接线盒的所述开口区域中。然而，由于所述密封材料粘度相对较高，普通的技术工人难以流畅地将密封材料注入到所述接线盒的开口区域中，因而可能在密封材料中产生孔隙。因此，需要提供一种以极少形成或不形成孔隙的方式在接线盒中填充密封材料的接线盒贴附模块和方法。
发明内容
根据本发明的一方面，一种接线盒贴附模块包括分配管口、围封体和真空源。该围封体设置在分配管口周围并且自该分配管口延伸出，其中该围封体具有位于其开口端的密封部分。该真空源连接到该围封体，其中该真空源被配置成在包围贴附到太阳能电池器件的接线盒的开口区域的围封体内部建立真空，从而有利于经由分配管口将密封材料注入到该接线盒的开口区域中。在另一个方面，该接线盒贴附模块包括架台系统和头组件。该头组件安装在该架台系统上，其中该头组件包括分配管口。在另一个方面，该接线盒贴附模块包括可视系统、机械夹具和加热组件。该可视系统被配置成扫描该太阳能电池器件和将电引线定位在该太阳能电池器件上。该机械夹具具有夹持元件，该夹持元件被配置成利用来自该可视系统的信息夹取、操纵和放置该接线盒到太阳能电池器件上，使该接线盒内的电接头接触该电引线。该加热组件包括加热元件，其中该加热元件被配置成接触该电接头，以便在设置于该接线盒的开口区域中的该电接头和该电引线之间形成接合。在另一个方面，提供一种贴附接线盒到太阳能电池器件的方法。该方法包括涂敷粘合密封剂到接线盒的密封表面；经由机械夹具夹取该接线盒；将该接线盒设置到该太阳能电池器件上，使该接线盒内的电接头接触该太阳能电池器件上的电引线，并使该接线盒由该粘合密封剂贴附到该太阳能电池器件；将加热元件设置成与该电接头或电引线接触， 从而在设置于接线盒的开口区域中的电接头和电引线之间形成接合；设置具有围封体的分配管口，该围封体和该接线盒的开口区域连通；只要该围封体的密封部分接触该接线盒，就控制包围接线盒的开口区域的围封体内部的第一压力，使得第一压力低于该围封体外部的第二压力；和当第一压力低于第二压力时，经由该分配管口分配用于填充该接线盒的开口区域的密封材料。在另一个方面，该方法包括相对于该围封体外部的第二压力在该围封体内部建立真空。
因此，下面参考实施例更详细地说明上文中简要概括的本发明，以便具体理解本发明的上述特征的方式，其中一些实施例在附图中举例示出。但是应当注意，由于本发明允许其他等效的实施例，附图仅仅举例说明本发明典型的实施例，因此不认为其限制了本发明的范围。图IA是根据一个实施例的器件基板的示意性侧截面图。图IB是根据一个实施例的复合太阳能电池结构的平面示意图。图IC是根据一个实施例的薄膜太阳电池的平面示意图。图2A是示出根据一个实施例的接线盒贴附模块的示意性等轴视图。图2B是图2A中描述的头组件的一个实施例的示意性前视图。图2C是图2A中描述的头组件的另一个实施例的示意性前视图。图3示出了根据一个实施例的用于贴附接线盒到复合太阳能电池结构的处理顺序。图4示出了根据一个实施例的用于进行灌封材料填充的步骤的处理顺序。为了便于理解，只要可能，可使用相同参考数字表示图中共用的相同元件。可预期，一个实施例中公开的元件实质上可用在其他实施例中而无需特别说明。
具体实施例方式本文公开的实施例大体上涉及到使用具有分配管口的接线盒贴附模块，该分配管口具有与接线盒的开口区域连通的围封体(enclosure)，以在包围接线盒的开口区域的围封体内部建立真空，从而以极少形成或不形成孔隙的方式将密封材料从分配管口流畅地注入到接线盒的开口区域中。图IA至图IC中示出了可使用根据本发明实施例的接线盒贴附进行处理的太阳能电池的实例。
参考图IA至图1C，图IA是根据一个实施例的器件基板103的示意性侧截面图；图 IB是示出根据一个实施例的复合太阳能电池结构104背面的示意性平面图；图IC是示出根据一个实施例的太阳能电池100背面的示意性平面图，其中复合太阳能电池结构104是在贴附接线盒170之前的太阳能电池100，器件基板103是在粘合背玻璃基板161之前的复合太阳能电池结构104。如图IA中所示，使器件基板103 (太阳能电池)朝向太阳幅射101，该器件基板103 包括基板102、形成在基板上方的第一透明导电氧化物(TCO)层110、形成在第一TCO层110 上方的至少一个p-i-n结120、形成在p-i-η结120上方的第二 TCO层140、和形成在第二 TCO层140上方的背接触层150。在一种结构中，p-i-n结120可包括ρ型非晶硅层122、形成在P型非晶硅层122上方的本征型非晶硅层124、形成在本征型非晶硅层IM上方的η型非晶硅层126。如图IB中所示，复合太阳能电池结构104包括器件基板103、背玻璃基板161、和用于粘合器件基板103至背玻璃基板161的粘合材料层(未示出)。诸如侧端总线155和交叉总线156的一个或多个内部电连接元件形成在器件基板103的背接触层150上。交叉总线156在结点处电连接到侧端总线155，可以使用绝缘材料157将交叉总线156与背接触层 150电隔离。每个交叉总线156的端部一般具有用于连接侧端总线155和交叉总线156至接线盒170(如图IC中所示)中的电连接元件的电引线162。背玻璃基板161可包括用于暴露出交叉总线156的引线162的开口 163。绝缘沟槽181C形成在背接触层150和p-i-n 结120(图1A)上以隔离共同形成在基板102(图1A)上的单个电池(未示出)。如图IC中所示，接线盒170包括两个具有电接头154的接线盒端子171和172，所述接线盒端子171和172经由引线162通过侧端总线155和交叉总线156电连接到太阳能电池100(复合太阳能电池结构104)，这些电学元件全部都与太阳能电池100的背接触层 150和有源区电连接。接线盒170用作太阳能电池100和诸如其他太阳能电池或电力网的外部电学元件之间的接口。在一个实施例中，两个接线盒端子171和172可允许太阳能电池100容易地且系统化地连接到其他外部设备以传送所产生的电功率。图2A至图2C中示出了用于贴附接线盒170至太阳能电池100(复合太阳能电池结构104)的接线盒贴附模块的实施例。参考图2A，图2A是示出根据一个实施例的接线盒贴附模块238的示意性等轴视图。接线盒贴附模块238包括主体结构200、粘合剂分配组件202、灌封材料分配组件203、 接线盒传送组件204、架台系统205、头组件206、焊接剂分配组件212和传送系统201，上述组件和系统全部由系统控制器290监控和控制。在一个实施例中，主体结构200包括适合用于支撑和保持接线盒贴附模块238的各个系统的支撑结构208，传送系统201包括安装在支撑结构208上的传送带201A，以便能够沿着路径Ai至路径A。经由接线盒贴附模块238定位和传送复合太阳能电池结构104(图 1B)。由支撑结构208支撑的架台系统205包括结构部件205B和传动装置205A，传动装置 205A用于在置于传送系统201上的复合太阳能电池结构104的上方移动头组件206。在一个实施例中，接线盒传送组件204被配置成从自动供应设备204A接收诸如接线盒170和接线盒盖170A(图1C)的接线盒部件，和将接收到的接线盒部件传送至接线盒贴附模块238的接收区域211。头组件206用于接收接线盒170和接线盒盖170A，并将接线盒170和接线盒盖170A放置到位于传送系统201上的复合太阳能电池结构104上。在一个实施例中，接线盒传送组件204用于接收接线盒部件的托盘(tray) 210，并利用传送器 204B沿着路径B将该托盘210移动至接收区域211。在一个实施例中，架台系统205包括机械臂组件207。机械臂组件207被配置成自托盘210拾取接线盒170，并将该接线盒170移动到用于分配粘合剂和焊接剂的位置。粘合剂分配组件202包括适合用于将粘合剂传送至分配头组件203A中的管口的部件，以便将粘合剂设置在接线盒170的密封表面上。焊接剂分配组件212包括适合用于将焊接剂材料传送到分配头组件203A中的管口的部件，以便在接线盒170中的电接头巧4上(图1C)和/ 或交叉总线156(图1B)的引线162上分配焊接剂材料，以改善其间焊接材料的润湿性。在一个实施例中，密封材料分配组件203包括适合用于使用设置在头组件206上的分配管口 227将诸如两组分(two part)室温硫化(RTV)材料的密封材料传送至接线盒 170的开口区域165(图1C)的部件。在使用经由分配头组件203A自粘合剂分配组件202 传送的粘合剂将接线盒贴附到复合太阳能电池结构104上之后，形成接线盒170的开口区域165。在一个实施例中，通过使用系统控制器290将所需量的密封材料的两种组分中的每一种同时传送到接线盒170的开口区域165。参考图2B，图2B是图2A中所示的头组件206的一个实施例的放大示意性前视图。 在一个实施例中，安装在架台系统205上的头组件206包括分配管口 227、设置在分配管口 227周围的围封体观0、可视系统221、机械夹具222、加热组件223和盖取回机械226。围封体280具有位于围封体观0的开口端的密封部分观2，其中该密封部分282可由弹性材料或其他任何适合于提供低压差密封的材料形成。围封体280经由端口 284和贯穿架台系统206的真空管286连接到真空源观8。在一个实施例中，一旦围封体观0的密封部分282 接触接线盒170或者背玻璃基板161的包围接线盒170的区域，真空源288就被系统控制器290配置成在包围贴附到太阳能电池100 (复合太阳能电池结构104)的接线盒170的开口区域165的围封体观0内部建立较低压力(诸如真空)。在包围接线盒170的开口区域 165的围封体观0内部的较低压力或真空建立起基本防止在所分配的灌封材料中形成孔隙和/或气泡的环境。由此，能够用密封材料致密填充接线盒170的开口区域165，并且使填充在接线盒170的区域165(直到被填充密封材料之后才暴露)中的密封材料中存在极少的或者不存在孔隙。参考图2C，图2C是图2A中所示的头组件206的另一实施例的放大示意性前视图。 在一个实施例中，围封体280是由弹性材料形成的圆顶状结构。弹性围封体280与接线盒 170或者背玻璃基板161的围绕接线盒170的区域共形，以在开口 165中建立低压环境。在一个实施例中，包括照相机221A的可视系统221被配置成扫描太阳能电池器件 100和将电引线162定位在太阳能电池器件100上。在一个实施例中，包括照相机221A的可视系统221和系统控制器四0适合用于扫描复合太阳能电池结构104，并且适合用于在架台系统205移动头组件206 (y方向移动)和传送系统201移动复合太阳能电池结构104(x 方向)时对电引线162和开口 163进行定位。在一个实施例中，机械夹具222包括适合用于与位于接线盒170上的基准面 158 (图2C)紧密结合的夹持元件222A和222B，夹持元件222A和222B可被配置成利用来自可视系统221的信息夹取、操纵和放置接线盒170到太阳能电池器件100上，从而将接线盒170内的电接头154精确定位为与电引线162接触。在一个实施例中，加热组件223包括诸如电阻加热元件的加热元件2M和225。该加热元件2 可被配置成同时接触两个电接头IM和两个电引线161，通过加热引起位于电接头与电引线间的焊接材料回流，从而形成设置在接线盒170的开口区域165中的电接头 154和电引线161之间的接合。在一个实施例中，盖取回机械2 适合用于自接收区域211接收接线盒盖170A，并且适合用于在接线盒170的区域165填充了密封材料之后将接线盒盖170A放置在接线盒 170上方。盖取回机械2 可包括一个或多个真空末端执行器(end effector) 2^A，真空末端执行器226A适合用于在盖取回机械2 运行时接收和固持(hold)接线盒盖170A。参考图1、2A_2C和3，图3示出了根据一个实施例的用于贴附接线盒170至复合太阳能电池结构104的处理顺序300。图3中示出的结构、处理步骤数量以及处理步骤顺序不意于限制本文描述的发明范围。在一个实施例中，处理顺序300通常始于步骤302，在该步骤302中使用接线盒传送组件204移动一个或多个接线盒170和/或一个或多个接线盒盖170A至接线盒贴附模块238的接收区域211。在步骤304中，制备用于组装在太阳能电池100(复合太阳能电池结构104)上的接线盒170。在步骤304期间，将粘合密封剂涂覆到接线盒170的密封表面。在一个实施例中，机械臂组件207自托盘210接收接线盒170并移动接线盒170至分配头组件203A，分配头组件203A将粘合密封剂经由管口分配到接线盒170的密封表面上。在一个实施例中，还经由分配头组件203A中的另一管口将焊接材料涂覆到电接头154。在步骤306中，与架台系统205、头组件206、传送系统201和系统控制器290关联的可视系统221扫描复合太阳能电池结构104，以设置形成在背玻璃基板161中的电引线 162和开口 163的位置。在步骤308中，接线盒170被机械夹具222夹取起来并经由头组件206和传动装置 205A在第二方向(y方向)上移动，从而将接线盒170设置到经由传送系统201在第一方向 (χ方向上)移动的太阳能电池器件100(复合太阳能电池结构104)上，使得在接线盒170 的密封表面上的粘合密封剂能够围绕着背面玻璃基板161中所包含的开口形成密封。在一个实施例中，夹持元件222A和222B接收基准面158，从而使得接线盒170内的电接头IM 恰当地与复合太阳能电池结构104上的电引线162接触。在一个实施例中，夹持元件222A 和222B在安装期间将接线盒170和粘合密封剂压向背玻璃基板161的表面，从而获得粘合密封剂的均勻散布以及电引线162和电接头IM之间的良好接触。在步骤310中，加热组件223的加热元件2 和225被设置成与电接头1M或者电引线162接触，并且向电接头154施加足够的热量，以便引起位于电接头154和电引线162 之间的焊接材料和焊接剂回流并在接线盒170和复合太阳能电池结构104之间形成接合。 在一个实施例中，使用可视系统221所提供的信息来进行设置加热元件2M和225的步骤 310。之后，进行灌封材料填充步骤312，从而用密封材料填充接线盒170的开口区域 165。参考图4，图4示出了用于进行灌封材料填充操作的步骤312的处理顺序400。在步骤402中，具有围封体观0的分配管口 227被设置成与接线盒170的开口区域165连通，其中围封体观0的密封部分282被设置成与接线盒170的开口区域165周围的区域接触。在一个实施例中，使用可视系统221所提供的信息来进行设置分配管口 227的步骤。在步骤404中，一旦围封体280的密封部分282与接线盒170或者背玻璃基板161 接触，在包围接线盒170的开口区域165的围封体观0内部的压力被控制成低于围封体280 外部的压力。在一个实施例中，起动真空源观8以抽空围封体观0内部的空气，从而相对于围封体280外部压力在围封体观0内部建立真空。在步骤406中，当围封体观0内部的压力低于围封体280外部的压力时，经由分配管口 227分配用于填充接线盒170的开口区域165的密封材料。诸如聚合物材料的密封材料通常用于将太阳能电池100的有源区和电连接元件与环境侵袭隔离。由于本发明的实施例能够创建低压条件(例如围封体280中的真空)，因此灌封材料可致密地填充接线盒170 的开口区域165，使得填充在接线盒170的区域165(直到被填充密封材料之后才开放)中的密封材料中形成极少的或者不形成孔隙。在步骤408中，在接线盒170的区域165被填充了密封材料之后，围封体观0内部的压力恢复回围封体280外部的压力，然后从接线盒170去除围封体观0。往回参考图2C和3，在步骤314中，将接线盒盖170A设置并贴附到接线盒170上， 使得接线盒170的区域165能进一步与外界环境隔离。在一个实施例中，盖取回机械2 被配置成相对于复合太阳能电池结构104旋转地调整接线盒盖170A，从而以适当角度相对于接线盒170的方位对接线盒盖170A进行定向。虽然前述内容涉及到本发明的实施例，但是可设计出本发明的其他以及进一步的实施例而不会超出其基本范围，且本发明的范围由随后的权利要求确定。附图中的参考数字100太阳能电池204Α自动供应设备102基板204Β传送器103器件基板205架台系统104复合太阳能电池结构205Α传动装置110 第一TCO层35205Β结构部件120 p-i-n结206头组件122 ρ-型非晶硅层207机械臂组件124本征型非晶硅层208支撑结构126 η型非晶硅层210托盘140 第二TCO层40211接收区域150背接触层221可视系统154电接头222机械夹具155侧端总线222Α夹持元件156交叉总线223加热组件157绝缘材料45224加热元件158基准面225加热元件161背玻璃基板226盖取回机械170接线盒226Α真空末端执行器170A接线盒盖227分配管口171接线盒端子50280围封体172接线盒端子282密封部分181C绝缘沟槽284端口200主体结构286真空管201传送系统288真空源201Α传送带55290系统控制器
202粘合剂分配组件302-314步骤
203密封材料分配组件400-408步骤 203A分配头组件 204接线盒传送组件
权利要求
1.一种接线盒贴附模块，包括 分配管口 ；围封体，设置在所述分配管口周围且自所述分配管口延伸，其中所述围封体具有位于所述围封体的开口端的密封部分；和真空源，连接到所述围封体，其中所述真空源被配置成在包围贴附到太阳能电池器件的接线盒的开口区域的围封体内部建立真空，从而利于经由所述分配管口将密封材料注入到所述接线盒的开口区域中。
2.如权利要求1所述的模块，其中所述围封体由弹性材料形成。
3.如权利要求1所述的模块，其中所述围封体的密封部分由弹性材料形成。
4.如权利要求1所述的模块，其中所述围封体是圆顶状结构。
5.如权利要求1所述的模块，还包括 架台系统；头组件，安装在所述架台系统上，其中所述头组件包括所述分配管口。
6.如权利要求5所述的模块，其中所述真空源经由贯穿所述架台系统的真空管连接到所述围封体。
7.如权利要求5所述的模块，其中所述头组件还包括可视系统，被配置成扫描所述太阳能电池器件并将电引线定位在所述太阳能电池器件上；具有夹持元件的机械夹具，所述夹持元件被配置成利用来自所述可视系统的信息夹取、操纵和放置所述接线盒到所述太阳能电池器件上，以使所述接线盒内的电接头与所述电引线接触；和包括加热元件的加热组件，其中所述加热元件被配置成接触所述电接头，以便在设置于所述接线盒的开口区域中的所述电接头和所述电引线之间形成接合。
8.一种将接线盒贴附到太阳能电池器件的方法，包括 将粘合密封剂涂覆到接线盒的密封表面上；由机械夹具夹取所述接线盒；将所述接线盒设置在所述太阳能电池器件上，使得所述接线盒内的电接头与所述太阳能电池器件上的电引线接触，并且使所述接线盒由所述粘合密封剂贴附到所述太阳能电池器件；将加热元件设置成与所述电接头或者电引线接触，从而在设置于所述接线盒的开口区域中的电接头和电引线之间形成接合；将具有围封体的分配管口设置成与所述接线盒的开口区域连通； 一旦所述围封体的密封部分与所述接线盒接触，就控制在包围所述接线盒的开口区域的围封体内部的第一压力，使得所述第一压力低于所述围封体外部的第二压力；和当所述第一压力低于所述第二压力时，经由所述分配管口分配用于填充所述接线盒的开口区域的密封材料。
9.如权利要求8所述的方法，其中控制所述围封体内部的第一压力的步骤还包括相对于所述围封体外部的第二压力在所述围封体内部建立真空。
10.如权利要求8所述的方法，其中控制所述围封体内部的第一压力的步骤包括起动真空源以控制所述围封体内部的第一压力。
11.如权利要求8所述的方法，还包括用可视系统扫描太阳能电池器件以定位设置在所述太阳能电池器件上的电引线。
12.如权利要求8所述的方法，其中设置所述加热元件的步骤是通过利用可视系统所提供的信息而进行的。
13.如权利要求8所述的方法，其中设置所述分配管口的步骤是通过利用可视系统所提供的信息而进行的。
14.如权利要求8所述的方法，还包括经由传送系统在第一方向上移动所述太阳能电池器件；和经由加热组件和传动装置在第二方向上移动所述接线盒。
15.如权利要求14所述的方法，还包括 提供设置在头组件上的分配管口。
16.如权利要求8所述的方法，还包括将所述围封体内部的压力恢复为所述围封体外部的第二压力； 自所述接线盒移除所述围封体；和将接线盒盖设置在所述接线盒上。
全文摘要
提供一种用于真空填充接线盒的方法和一种接线盒贴附模块。根据本发明的一个实施例，一种接线盒贴附模块包括分配管口、围封体和真空源。围封体被设置在分配管口周围并自分配管口延伸，其中围封体具有位于其开口端的密封部分。真空源连接到围封体，其中真空源被配置成在包围贴附到太阳能电池器件的接线盒的开口区域的围封体内部建立真空，从而利于经由分配管口将密封材料注入到接线盒的开口区域中。
文档编号H01L31/048GK102237424SQ201110097729
公开日2011年11月9日 申请日期2011年4月15日 优先权日2010年5月5日
发明者丹尼·卡姆·托恩·卢, 埃里克·本森, 杰弗里·S·沙利文 申请人:应用材料股份有限公司