太阳能模块
文献发布时间:2024-04-18 19:58:26
技术领域
本发明涉及太阳能模块的领域。
背景技术
EP 1 918 994 A1描述一种薄膜太阳能模块,其具有基底和沉积在其上的三个薄层,其被分成通过过渡区域彼此分离的结构单元。在用光进行辐照时,在结构单元中发生光能转化为电能,而借助过渡区域进行结构单元的电互连和接触。为此,薄膜太阳能模块在过渡区域中具有迹线,在所述迹线中薄层的材料被去除并且必要时由其他材料替代,例如位于其上的层的材料或导体,例如银。在过渡区域,多条迹线以特定顺序彼此并置。并置的迹线不得相互交叉,因为否则会出现电短路,所述电短路会使结构单元中的一个或多个不可用。在每次沉积薄层时,基底都会被加热,并且由此永久变形。由于这种变形,以前直线伸展的迹线扭曲。为了能够以改进的效率制造薄膜太阳能模块,在引入新迹线之前或期间确定现有迹线的走向,并且在引入新迹线时,相对于现有迹线的走向调节新迹线的走向。
发明内容
鉴于上述情况,可能需要一种运行提供具有改善特性的太阳能模块及其制造方法的技术。
这种需求可以通过独立权利要求来满足。一些有利的实施方式在从属权利要求中说明。
根据本文公开的主题的第一方面,提供一种太阳能模块。
根据第一方面的一个实施方式,提供一种太阳能模块,所述太阳能模块具有:多组激光加工迹线,其中每个组具有第一类型的激光加工迹线和第二类型的激光加工迹线;其中太阳能模块具有沿纵向方向延伸至少20cm长度的模块区域;其中每个激光加工迹线具有沿着激光加工迹线变化的宽度;其中对于每个激光加工迹线,相关激光加工迹线的纵向部段内的宽度限定每个纵向部段的平均宽度;其中模块区域内的纵向部段的至少一部分的平均宽度限定宽度变化;并且其中宽度变化小于10μm,和/或宽度变化小于限定宽度变化的纵向部段的平均宽度的平均值的50%。
根据第一方面的又一实施方式,提供一种太阳能模块,所述太阳能模块具有:多组激光加工迹线,其中每个组具有第一类型的激光加工迹线和第二类型的激光加工迹线;其中太阳能模块具有沿纵向方向延伸至少20cm长度的模块区域;其中对于每个组,相关组的第一类型的激光加工迹线和第二类型的激光加工迹线彼此间具有中心距离,所述中心距离在模块区域内变化并且所述中心距离限定相关组的距离变化;其中对于多组的至少一部分,距离变化小于15μm,和/或距离变化小于限定距离变化的中心距离的平均值的90%。
根据第一方面的另一实施方式,提供一种太阳能模块,所述太阳能模块具有:多组激光加工迹线,其中每个组具有第一类型的激光加工迹线和第二类型的激光加工迹线;其中太阳能模块具有沿纵向方向延伸至少20cm长度的模块区域;其中两个组的第一类型的激光加工迹线彼此间具有中心距离,所述中心距离在模块区域内变化并且限定组距离变化;其中对于多组的至少一部分,相邻组的第一类型的激光加工迹线之间的组距离变化小于15μm;和/或对于多组的至少一部分,相邻组的第一类型的激光加工迹线之间的组距离变化小于限定组距离变化的中心距离的平均值的5%。
根据第一方面的另一实施方式,提供一种太阳能模块,所述太阳能模块具有:多组激光加工迹线,其中每个组具有第一类型的激光加工迹线和第二类型的激光加工迹线;其中太阳能模块的表面具有第一部位和第二部位;其中表面的布置在第一部位和第二部位之间的表面部段距离穿过第一部位和第二部位的假想直线大于100μm;特别地其中第一部位和第二部分分别位于组之一的模块区域中并且模块区域在纵向方向上具有至少20cm的长度。
根据在此公开的主题的第二方面,提供一种用于制造太阳能模块的方法。
根据第二方面的一个实施方式,提供一种用于制造根据第一方面或其至少一个实施方式的太阳能模块的方法,所述方法具有:使用激光辐射产生多组激光加工迹线;引起小于10μm的宽度变化,和/或,通过以下中的至少一项使宽度变化小于限定宽度变化的纵向部段的平均宽度的平均值的50%:(i)监控激光辐射的功率;(ii)调节激光辐射的功率;(iii)沿着激光辐射的传播方向确定激光辐射的焦点位置;(iv)沿着沿传播方向调节激光辐射的焦点位置。
根据第二方面的另一实施方式,提供一种用于制造根据第一方面或其至少一个实施方式的太阳能模块的方法,所述方法具有:使用激光辐射产生多组激光加工迹线;通过以下中的至少一项引起小于15μm的距离变化和/或对于多组中的至少一部分小于中心距离的平均值的90%的距离变化:(i)监控激光辐射的功率;(ii)调节激光辐射的功率;(iii)沿着激光辐射的传播方向确定激光辐射的焦点位置;(iv)沿着沿传播方向调节激光辐射的焦点位置。
根据第二方面的另一实施方式,提供一种用于制造根据第一方面或其至少一个实施方式的太阳能模块的方法,所述方法具有:使用激光辐射产生多组激光加工迹线;还具有以下中的至少一项:
(a)监控激光辐射的功率;
(b)调节激光辐射功率;
(c)沿着激光辐射的传播方向确定激光辐射的焦点位置;
(d)沿着沿传播方向调节激光辐射的焦点位置;
(e)使用景深大于20μm、例如大于100μm的激光辐射(根据一个实施方式,激光辐射的景深在20μm至1000μm之间);
(f)检测输出激光辐射的机器部件和太阳能模块之间的距离;
(g)以大于10Hz、例如大于50Hz、大于200Hz、大于1000Hz或大于2000Hz的检测频率检测输出激光辐射的机器部件和太阳能模块之间的距离(根据一个实施方式,检测频率在10Hz至2500Hz之间)
(h)调节输出激光辐射的机器部件和太阳能模块之间的距离;
(i)以小于100ms,例如小于50ms、小于10ms、小于5ms、小于2ms或小于0.5ms的循环时间调节输出激光辐射的机器部件和太阳能模块之间的距离(根据一个实施方式,循环时间在0.1ms和100ms之间的范围内),例如5ms;
(j)将太阳能模块空间定位到机械限定的约束位置中。
尽管在此本文提到现有技术的特点缺点,但是所要求保护的主题并不旨在限于解决现有技术的一些或全部所提出的缺点的实现方式。此外,即使在此公开的主题的特定优点在本公开中提及或者实施,所要求保护的主题不应限于具有这些优点中的一些或全部的实施方式。
在本申请中,术语“特别”总是表示可选的特征。此外,表述“A和/或B”通常总是包括“仅A”、“仅B”还有“A和B”。在特征列表的表述中,“至少一个”始终包括各个特征以及特征的任意组合。例如,表述“特征A和B中的至少一个”包括特征“仅A”、“仅B”还有“A和B”。类似地,表述“特征A或B中的至少一个”也包括特征“仅A”、“仅B”、以及“A和B”。类似地,表述“特征A、B中的至少一个”也包括特征“仅A”、“仅B”还有“A和B”。
在此,用%符号进行百分比说明。使用以下单位:米=m;厘米=cm,毫米=mm,微米=μm;纳米=nm;赫兹=Hz;秒=s;毫秒=ms。
根据第一方面的一个实施方式,太阳能模块具有多组激光加工迹线。根据另一实施方式,每个组具有第一类型的激光加工迹线和第二类型的激光加工迹线。
根据另一实施方式,太阳能模块具有沿纵向方向延伸至少20cm长度的模块区域。根据另一实施方式,模块区域在纵向方向上延伸至少40cm的长度,例如至少50cm的长度或70cm的长度。根据另一实施方式,在纵向方向上,模块区域在激光加工迹线的整个范围延伸。
根据一个实施方式,每个激光加工迹线具有沿着激光加工迹线变化的宽度。例如,每个激光加工迹线在纵向方向上延伸并且宽度沿着激光加工迹线的纵向方向变化。根据一个实施方式,针对每个激光加工迹线,相关的激光加工迹线的纵向部段内的(变化的)宽度限定相关的纵向部段的平均宽度。
例如,根据一个实施方式,通过以下方式确定激光加工迹线的每个纵向部段的平均宽度:例如在所述纵向部段中以等距步长测量激光加工迹线的宽度并从测量值中计算算术平均值。根据一个实施方式,为了计算纵向部段的平均宽度考虑相同长度。例如,根据一个实施方式,每个迹线被分成相同长度的纵向部段,并且针对每个纵向部段确定激光加工迹线在纵向部段中的平均宽度。
根据一个实施方式,纵向部段的至少一部分(例如至少50%)(例如纵向部段的一部分或所有纵向部段)的平均宽度限定如下宽度变化,所述宽度变化小于10μm和/或所述宽度变化小于限定宽度变化的纵向部段的平均宽度的平均值的50%。换言之,根据一个实施方式,宽度变化(其基于模块区域内的纵向部段的至少一部分(例如至少50%)确定)小于10μm。例如,根据一个实施方式,第一类型的激光加工迹线的纵向部段的至少一部分的宽度变化小于10μm。根据另一实施方式(例如替代地或附加地),第二类型的激光加工迹线的纵向部段的至少一部分的宽度变化小于10μm。根据另一实施方式(上述第二替代方案),宽度变化小于限定宽度变化的纵向部段的平均宽度的平均值的50%。换言之,平均值由限定宽度变化的纵向部段的平均宽度形成(即,所述纵向部段用于确定宽度变化)。
根据另一实施方式,如本文公开的主题的实施方式中所限定的宽度变化小于5μm,例如小于3μm或甚至小于2μm。
根据另一实施方式,如本文公开的主题的实施方式中所限定的宽度变化小于限定宽度变化的纵向部段的平均宽度的平均值的30%,例如小于20%、小于10%、小于5%、小于3%、或甚至小于1%。根据另一实施方式,该百分比处于0.1%和50%之间的区间中、例如处于在1%和30%之间的区间中。
根据一个实施方式,“纵向部段的至少一部分”的比例包括至少50%、例如至少60%、至少70%、至少80%或至少90%的纵向部段的比例。根据一个实施方式,该比例为100%。在上面的示例中,这例如意味着:所有相关的纵向部段的宽度变化(例如第一类型的激光加工迹线的所有纵向部段的宽度变化)小于10μm。
根据一个实施方式,表述“多组的至少一部分”包括多组的至少50%,例如至少60%、至少70%、至少80%或至少90%。根据一个实施方式,组的比例是100%(即规定的尺寸适用于太阳能模块的多组中的所有组。
根据一个实施方式,表述“多个激光加工迹线的至少一部分”包括多个激光加工迹线的至少50%、例如至少60%、至少70%、至少80%或至少90%。根据一个实施方式,激光加工迹线的比例为100%(即规定的尺寸适用于多组太阳能模块的所有激光加工迹线)。
根据一个实施方式,(太阳能模块的)激光加工迹线通过激光辐射产生。根据另一实施方式,通过以下中的至少一项使得宽度变化小于10μm和/或宽度变化小于限定宽度变化的纵向部段的平均宽度的平均值的50%:(i)监控激光辐射的功率;(ii)调节激光辐射的功率;(iii)沿着激光辐射的传播方向确定激光辐射的焦点位置;(iv)沿着沿传播方向调节激光辐射的焦点位置。
根据一个实施方式,纵向部段的长度在200μm和10mm之间的区间内,例如在1mm和5mm之间的区间内。例如,根据一个实施方式,纵向部段的长度(即,相关的激光加工迹线的宽度在所述长度之上取平均值)选择成,使得例如对例如由激光脉冲的脉冲叠加产生的激光加工迹线的宽度的变化求平均值,并且由此被消除以用于进一步观察。
根据一个实施方式,每个激光加工迹线包括多个叠加的加工光斑,其中每个加工光斑通过借助激光光斑加工太阳能模块产生。例如,根据一个实施方式,纵向部段的长度至少等于加工光斑的单倍直径。
根据一个实施方式,叠加的加工光斑形成激光加工迹线的边缘的具有周期长度的周期轮廓,并且其中纵向部段的长度大于周期长度。例如,根据一个实施方式,纵向部段的长度大于两倍周期长度或大于三倍周期长度。
根据一个实施方式,对于每个激光加工迹线,相关的激光加工迹线的纵向部段限定相关加工迹线在模块区域内的最小平均宽度和最大平均宽度。根据一个实施方式,在对相关的激光加工迹线的宽度在纵向部段之上分别取平均之后,在所述实施方式中,最小平均宽度和最大平均宽度分别是在相关的纵向部段上取平均的平均值。
根据一个实施方式,本文所限定和使用的宽度变化包括唯一的宽度变化或两个或更多个不同的宽度变化。换言之,太阳能模块(或方法)实现如本文所述的唯一的宽度变化,或太阳能模块(或方法)实现如本文所描述的两个或更多个宽度变化。在此,每个宽度变化可以根据本文描述的一个或多个实施方式来限定。
根据一个实施方式,宽度变化包括第一宽度变化,其中每个激光加工迹线的第一宽度变化等于相同的激光加工迹线的最大平均宽度和最小平均宽度之间的差。根据另一实施方式,第一类型的激光加工迹线中的至少一部分的第一宽度变化(例如第一类型的激光加工迹线的至少50%)小于10μm。根据另一实施方式,第一类型的激光加工迹线的至少一部分(例如,第一类型的激光加工迹线的至少50%)的第一宽度变化小于限定第一宽度变化的纵向部段的平均宽度的平均值的50%。
根据一个实施方式,宽度变化包括第二宽度变化,其中每个激光加工迹线的第二宽度变化等于相关的激光加工迹线在模块区域中的纵向部段的平均宽度的标准偏差。根据另一实施方式,第一类型的激光加工迹线的至少一部分的第二宽度变化(例如第一类型的激光加工迹线的至少50%)小于10μm。
根据一个实施方式,第一类型的激光加工迹线的至少一部分(例如,第一类型的激光加工迹线的至少50%)的第二宽度变化小于限定第二宽度变化的纵向部段的平均宽度的平均值的50%。
根据另一实施方式,第二类型的激光加工迹线的至少一个部分(例如至少50%)的第一宽度变化小于10μm,和/或第二类型的激光加工迹线的至少一部分的宽度变化小于限定第一宽度变化(对于第二类型的激光加工迹线的相关比例)的纵向部段的平均宽度的平均值的50%。
根据一个实施方式,第二类型的激光加工迹线的至少一部分(例如,至少50%)(例如,第二类型的激光加工迹线的至少50%)的第一宽度变化小于10μm。根据另一实施方式,第二类型的激光加工迹线的至少一部分(例如第二类型的激光加工迹线的至少50%)的第一宽度变化小于限定宽度变化的纵向部段的平均宽度的平均值的50%。
根据一个实施方式,第二类型的激光加工迹线的至少一部分(例如第二类型的激光加工迹线的至少50%)的第二宽度变化小于10μm。根据另一实施方式,第二类型的激光加工迹线的至少一部分(例如第二类型的激光加工迹线的至少50%)的第二宽度变化小于限定宽度变化的纵向部段的平均宽度的平均值的50%。
根据另一实施方式,第一类型激光加工迹线在模块区域内的至少一部分(例如第一类型的激光加工迹线的至少50%)的纵向部段限定模块区域中的最小平均宽度和最大平均宽度。根据另一实施方式,宽度变化包括第三宽度变化,并且第三宽度变化等于最大平均宽度与最小平均宽度之间的差。根据一个实施方式,第三宽度变化小于10μm,和/或第三宽度变化小于限定第三宽度变化的纵向部段的平均宽度的平均值的50%。
根据另一实施方式,宽度变化包括第四宽度变化,其中第四宽度变化等于第一类型的激光加工迹线的至少一部分(例如第一类型的激光加工迹线的至少50%)的纵向部段的平均宽度的标准偏差。根据另一实施方式,第四宽度变化小于10μm。根据另一实施方式,第四宽度变化小于限定第四宽度变化的纵向部段的平均宽度的平均值的50%。
根据一个实施方式,用于模块区域的每个激光加工迹线具有小于300μm的,例如小于200μm的、小于100μm的、小于50μm的、小于20μm的、小于10μm的、小于5μm的或小于2μm的平均宽度。根据一个实施方式,每个激光加工迹线具有处于1μm至300μm之间范围内的平均宽度。根据一个实施方式,模块区域的平均宽度作为平均值求出。
根据一个实施方式,对于每个组,相关组的第一类型的激光加工迹线和第二类型的激光加工迹线彼此具有中心距离,所述中心距离在模块区域内变化并且所述中心距离对于相关组限定距离变化。在此,中心距离通常是相关的激光加工迹线的中心(即,半宽)之间的距离,例如第一类型的激光加工迹线的中心和第二类型的激光加工迹线的中心之间的距离。
根据一个实施方式,对于多组的至少一部分,距离变化小于15μm。根据另一实施方式,对于多组中的至少一部分,距离变化小于10μm或小于5μm。
根据一个实施方式,组中的两个组的第一类型的激光加工迹线彼此间具有最小距离,所述最小距离在模块范围内变化并且限定组距离变化。根据另一实施方式,对于多组的至少一部分,相邻组的第一类型的激光加工迹线之间的组距离变化小于15μm。根据另一实施方式,对于多组中的至少一部分,相邻组的第一类型的激光加工迹线之间的组距离变化小于限定组距离变化的中心距离(即,在所述实施方式中,各两个相邻组的第一类型的激光加工迹线之间的中心距离)的平均值的5%。
根据一个实施方式,对于多组的至少一部分,距离变化小于限定距离变化的中心距离的平均值的90%。根据另一实施方式,对于多组的至少一部分,距离变化小于限定距离变化的中心距离的平均值的70%(例如小于50%或小于30%)。根据另一实施方式,对于多组的至少一部分,距离变化小于限定距离变化的中心距离的平均值的20%(例如小于10%或小于5%)。例如,根据一个实施方式,对于多组的至少一部分,距离变化小于限定距离变化的中心距离的平均值的1%。
根据一个实施方式,“对于多组的至少一部分”的距离变化的说明包括对于多组的至少50%、例如至少60%、至少70%、至少80%或至少90%的距离变化(例如小于15μm)。根据一个实施方式,组的指定距离变化适用的比例是100%(即,指定距离变化适用于这些组太阳能模块的多组。
根据一个实施方式,对于多组中的每个组,模块区域的中心距离限定最小距离和最大距离,并且相关组的距离变化等于最大距离和最小距离之间的差。
根据另一实施方式,对于每个组,相关组的距离变化等于模块区域中的中心距离的标准偏差。
根据另一实施方式,在所有组(多组)中,在(同一组的)第一类激光加工迹线和第二类激光加工迹线之间的最大中心距离小于200μm,例如小于100μm,例如小于50μm,例如小于20μm,例如小于10μm,例如小于3μm。
根据一个实施方式,对于多组中的所有组,距离变化小于15μm和/或对于多组中的所有组,距离变化小于限定距离变化的中心距离的平均值的90%。
如上所解释的那样,根据一个实施方式,除了或代替通过激光加工迹线在模块区域中的最大宽度和最小宽度的差限定的(最大的)宽度变化之外,也可以使用(统计的)宽度变化,所述宽度变化通过激光加工迹线在该模块区域中的宽度的标准偏差来限定。
类似地,根据一个实施方式,除了或代替对于(每个)组通过第一类型的激光加工迹线和第二类型的激光加工迹线在模块区域中的最大距离和最小距离的差限定的(最大)距离变化,也可以使用(统计的)距离变化,所述距离变化通过该组的第一类型的激光加工迹线和第二类型的激光加工迹线在模块区域中的距离的标准偏差限定。
根据一个实施方式,太阳能模块的表面具有其第一部位和第二部位,其中该表面的布置在第一部位和第二部位之间的表面部段与穿过第一部位和第二部位的假想直线的最大距离大于100μm。
根据一个实施方式,第一部位和第二部位处于太阳能模块的未处理过的表面部段。例如,根据一个实施方式,第一部位和第二部位布置在第一类型的激光加工迹线和第二类型的激光加工迹线之间。根据另一实施方式中,第一部位和第二部位可以布置在激光加工迹线之一中,例如布置在第一激光加工迹线中或布置在第二激光加工迹线中。
根据一个实施方式,第一部位和第二部位分别位于组之一的模块区域中,其中该模块区域具有在纵向方向上至少为20cm的长度。根据一个实施方式,模块区域还根据本文公开的实施方式中的一个或多个来构成。
根据一个实施方式,表面部段距假想直线的最大距离大于500μm,例如大于2mm、大于5mm或大于10mm。
根据一个实施方式,太阳能模块具有载体基底和载体基底上的层系统,其中该层系统具有多个层。根据另一实施方式,通过从多个层中的至少一层去除层材料来形成每个激光加工迹线。
根据一个实施方式,太阳能模块具有以下特征中的至少一个:
载体基底由玻璃构成,例如由平板玻璃构成;
载体基底的厚度位于1mm至4mm之间的范围内;
层系统具有导电层和光电有源层;
该层系统的厚度位于100nm至100μm之间。
根据另一实施方式,多个激光加工迹线中的每个激光加工迹线具有如下之一:(i)层系统的至少一层中的材料凹陷部;(ii)层系统的至少一层中的材料凹陷部,所述材料凹陷部用其他层之一的材料填充。换言之,每个激光加工迹线是层系统的至少一个层中的材料凹陷部,其中材料凹陷部可以用另一层的材料填充。
在此强调的是:太阳能模块除了本文描述的激光加工迹线外,还具有其他(未描述的)激光加工迹线。在这方面,表述“每个激光加工迹线”是指本文描述的每个激光加工迹线,而不是指太阳能模块的可能存在的、其他的、但本文未描述的激光加工迹线。
根据一个实施方式,基底在边缘区域中没有层系统。根据一个实施方式,边缘区域距基底的棱边具有距离,其中该距离可位于0mm至20mm之间的范围内。例如,基底直至基底的棱边可以没有层系统(对应于距棱边0mm的距离)。去除边缘区域中的层系统(由此暴露边缘区域中的载体基底)也称为“脱层”。根据一个实施方式,边缘区域距基底棱边的距离处于1mm和20mm之间,例如在1mm和15mm之间的范围内。
根据一个实施方式,边缘区域的宽度在1mm和20mm之间,例如在2mm和10mm之间。根据一个实施方式,边缘区域的宽度为3mm。
根据一个实施方式,太阳能模块具有大于0.2m的尺寸。根据一个实施方式,太阳能模块具有小于3m的尺寸。例如,太阳能模块在一个实施方式中具有在0.2m和3m之间的范围内的尺寸。根据另一实施方式,太阳能模块具有大于0.3m的尺寸。根据又一实施方式,太阳能模块具有大于0.5m的尺寸。根据一个实施方式,太阳能模块具有大于0.8m的尺寸。根据另一实施方式,太阳能模块具有小于2m的尺寸。根据一个实施方式,太阳能模块的尺寸是太阳能模块的长度。
一般而言,说明“尺寸处于具有下限和上限的范围内”仅意味着:该尺寸位于该区间内,并且其本身并不表明该尺寸受到何种波动。
根据进一步的实施方式,模块区域具有至少0.5m的长度。根据一个实施方式,模块区域在激光加工迹线的整个范围(在纵向方向上)延伸或者在太阳能模块的整个范围(在纵向方向上)延伸。
根据一个实施方式,激光加工迹线是线性的。
根据一个实施方式,每个组在一定宽度上延伸,其中该宽度(本文中也称为组宽度)小于200μm。根据一个实施方式,组宽度在10μm和1mm之间的范围内。例如,组宽度在10μm和200μm之间的范围内,例如在20μm和150μm之间的范围内或在25μm和100μm之间的范围内。根据一个实施方式,组宽度小于150μm,例如小于或等于100μm。
根据一个实施方式,激光加工迹线组彼此具有一定距离,其中该距离处于4mm和20mm之间的范围内。根据一个实施方式,激光加工迹线组的距离限定太阳能模块的太阳能电池的尺寸。因此,根据一个实施方式,太阳能模块具有尺寸在4mm至20mm之间的范围内的太阳能电池。因此,根据一个实施方式,太阳能电池的尺寸太阳能电池的宽度。
根据一个实施方式,激光加工迹线的至少一部分(例如每个激光加工迹线)在其边缘处具有相对于太阳能模块的未加工表面的凸起。根据一个实施方式,对于相关的激光加工迹线(例如对于每个激光加工迹线),模块区域内的凸起的高度相对于未加工表面变化。根据另一实施方式,在所有激光加工迹线中,模块区域内的凸起的最大高度小于2μm,例如小于1μm或小于500nm。根据一个实施方式,模块区域内的凸起的最大高度小于200nm,例如小于100nm。
根据第二方面的一个实施方式,用于制造诸如在此描述的太阳能模块(即,根据本文公开的主题的一个或多个实施方式的太阳能模块)的方法具有:使用激光辐射产生多组激光加工迹线。
根据一个实施方式,小于10μm的宽度变化和/或小于限定宽度变化的纵向部段的平均宽度的平均值的50%的宽度变化通过以下中的至少一项引起:(i)监控激光辐射的功率;(ii)调节激光辐射的功率;(iii)沿激光辐射传播方向确定激光辐射焦点位置;(iv)沿传播方向调节激光辐射焦点位置。
根据一个实施方式,距离变化小于15μm和/或对于多组中的至少一部分的距离变化小于限定距离变化的中心距离的平均值的90%通过以下中的至少一项引起:(i)监控激光辐射的功率;(ii)调节激光辐射的功率;(iii)沿激光辐射传播方向确定激光辐射焦点位置;(iv)沿传播方向调节激光辐射焦点位置。
根据一个实施方式,一组的第一类型激光加工迹线和第二类型激光加工迹线在时间上依次产生。例如,根据一个实施方式,在一组的第一类型激光加工迹线的产生和第二类型激光加工迹线的产生之间工艺处理太阳能模块,例如设有层系统的一层。根据另一实施方式,确定第一类型的激光加工迹线的已经存在的迹线部段的位置,并且基于已经存在的迹线部段的所确定的位置来确定第二类型的激光加工迹线的要创建的迹线部段的相对位置。
根据一个实施方式,以0.5m/s至8m/s范围内的速度产生激光加工迹线(例如,第一类型的激光加工迹线和/或第二类型的激光加工迹线)。根据另一实施方式,速度在1m/s和5m/s之间的范围内。例如,产生激光加工迹线的速度(也称为划线速度)为2.5m/s。
根据一个实施方式,借助在300nm至1090nm之间的范围内的激光波长产生激光加工迹线(例如第一类型的激光加工迹线和/或第二类型的激光加工迹线)。
例如激光波长为355nm、515nm、532nm、1030nm、1064nm、1070nm或1090nm。
根据一个实施方式,该方法包括以下中的至少一项:
确定检测频率大于10赫兹(Hz)的相对位置(根据一个实施方式,检测频率大于100Hz,例如大于或大于1000Hz;检测频率根据一个实施方式处于10Hz和2000Hz之间的范围内,例如为200Hz);
以不超过50mm的步长确定相对位置(根据一个实施方式,步长至多20mm,例如至多5mm)
在产生第二类型的激光加工迹线期间确定第一类型的激光加工迹线的已经存在的迹线部段的位置,特别地其中在距通过相对位置限定的加工部位不超过20cm(例如最多5cm、最多1cm、最多5mm或最多1mm)的距离处确定已经存在的迹线部段的位置,其中在确定已经存在的迹线部段的位置期间在加工部位处产生第二类型的激光加工迹线的要创建的迹线部段(换言之,位置确定部位与借助与之相适应的激光功率加工的部位之间的距离为最高20cm(例如最大5cm、最大1cm、最大5mm或最大1mm));
将激光辐射定位到相对位置中,其中确定相对位置并相应地将激光辐射定位到相对位置中以本文描述的周期时间进行(例如,以小于100ms的周期时间进行)。
根据一个实施方式,该方法还包括以下的至少之一项:
(a)监控激光辐射的功率;
(b)调节激光辐射的功率;
(c)沿着激光辐射传播方向确定激光辐射焦点位置;
(d)沿着激光辐射传播方向调节激光辐射焦点位置;
(e)使用景深大于20μm、例如大于100μm的激光辐射(根据一个实施方式,激光辐射的景深在20μm和1000μm之间的范围内)
(f)检测输出激光辐射的机器部件和太阳能模块之间的距离;
(g)以大于10Hz、例如大于50Hz、大于20200Hz、大于1000Hz或大于2000Hz的检测频率来检测在输出激光辐射的机器部件与太阳能模块之间的距离(根据一个实施方式,检测频率位于10Hz到2500Hz之间的区间内);
(h)调节输出激光辐射的机器部件与太阳能模块之间的距离;
(i)以小于100ms,例如小于50ms、小于10ms、小于5ms、小于2ms或小于0.5ms的循环时间来调节输出激光辐射的机器部件与太阳能模块之间的距离(根据一个实施方式,周期时间在0.1ms和100ms之间的范围内),例如5ms;
(j)将太阳能模块空间定位到机械限定的约束位置中。
根据一个实施方式,为了执行本文公开的方法和为了制造本文公开的太阳能模块,可以使用激光加工设备和以在官方文件号为DE 102022 109 318.2的德国专利申请中所描述的方式来运行激光加工设备。官方文件号为DE 10 2022 109 318.2的该德国专利申请的全部内容通过引用并入本文。
根据所公开的实施方式,即使对于仅部分组或激光加工迹线距离变化和/或宽度变化保持在在本文描述的范围内,这对于无差错的激光加工迹线组(例如,具有不叠加的激光加工迹线的组)是足够的。因此,本文公开的主题的实施方式允许有效地制造高效太阳能模块,其激光加工迹线组仅占太阳能模块面积的非常小的比例。
根据第一方面的实施方式,太阳能模块设计用于提供本文公开的一个或多个实施方式的功能和/或提供对于本文公开的一个或多个实施方式、特别是第一方面或第二方面的实施方式所需的功能。
根据第二方面的实施方式,该方法设计用于:提供本文公开的一个或多个实施方式的功能和/或提供对于本文公开的一个或多个实施方式、特别是第一方面或第二方面的实施方式所需的功能。
除非另有说明,数值可理解为包括±5%的窗口,即例如根据一个实施方式,100μm的数据包括(100μm±5%)=[0.95μm,1.05μm]区间内的数据;并且50%的百分比数据根据一个实施方式包括50%±5%=[47.5%,52.5%]的区间内的百分比数据。根据一个实施方式,数值应被理解为包括±10%的窗口。
在下文中描述在此公开的主题的示例性的实施方式,其中例如参考太阳能模块和方法。应当强调的是:当然,不同的方面、实施方式和示例的特征的任意组合是可行的。特别地,参考方法描述了一些实施方式,而参考太阳能模块描述其他实施方式。然而,本领域技术人员从前面和后面的描述、权利要求和附图中得出:除非另有说明,否则不同的方面、实施方式和示例特征可以组合并且这种特征组合被视为由本申请公开。例如,甚至与方法相关的特征也可以和与设备相关的特征组合,反之亦然。
根据一个实施方式,本文公开的方法可以限定本文公开的设备的借助该方法制造的太阳能模块的功能,而没有限制于设备特定的特征。在这方面,本文公开的每个太阳能模块旨在隐含地公开仅通过所公开的功能限定的相应方法。相反,每个在此公开的方法都隐含地公开了为该方法执行的结果的相应的太阳能模块。
从当前优选的实施方式的下面的示例性描述中得出本公开的其他的优点和特征,然而所要求保护的发明不限于所述实施方式。本文件的附图中的各个图仅被视为示意性的而非按比例绘制的。
附图说明
图1示出根据本文公开的主题的实施方式的太阳能模块。
图2示意性地示出根据本文公开的主题的实施方式的激光加工迹线的详细视图。
图3示意性地示出根据本文公开的主题的实施方式的太阳能模块。
图4沿着图3中的线IV-IV示出图3中的太阳能模块的表面的梯度。
具体实施方式
需要注意的是:在不同的附图中,相似或相同的元件或部件设有相同的附图标记,或者设有仅在第一位数字或附加字母方面不同的附图标记。与另一图中的对应的特征或部件相同或至少功能相同的这些特征或部件仅在它们首次出现在下文中时才被详细描述,并且该描述在随后出现这些特征和部件(或相应的附图标记)时不再重复。
应当理解,除非另有说明,下面描述的且设有附图标记的元件的示例性的实施方式在相关的附图中示出并且根据下面的描述来配置。
图1示出根据本文公开的主题的实施方式的太阳能模块100。
根据一个实施方式,太阳能模块100具有多组激光加工迹线102,其中每个组103具有第一类型104的激光加工迹线102和第二类型106的激光加工迹线102(在图1中示出唯一的组103)。根据另一实施方式,太阳能模块具有模块区域108,在所述模块区域的边界上在图1中以110示意性地说明并且所述模块区域具有至少20cm的长度112。如本文已经解释的那样,模块区域不是太阳能模块的物理特征,而仅仅是受到就本文公开的主题(例如(在一组内)确定宽度变化、距离变化或组距离变化(即不同组之间的距离变化))的更详细观察的区域。根据一个实施方式,模块区域可以任意地定位在太阳能模块上。根据一个实施方式,纵向方向是模块区域内多组激光加工迹线的平均方向。
根据一个实施方式,每个激光加工迹线102具有沿着相关的激光加工迹线102变化的宽度113,例如如图1所示。根据另一实施方式,激光加工迹线102在相关的激光加工迹线102的纵向部段内的宽度113限定每个纵向部段(图1中未示出)的平均宽度,其中在模块区域108内,纵向部段的至少一部分(例如至少50%的纵向部段)的平均宽度限定宽度变化。
根据一个实施方式,对于每个激光加工迹线102,相关的激光加工迹线102在模块区域108内的纵向部段具有相关的激光加工迹线102的最小平均宽度114和最大平均宽度116。如上所说明并且如下面参考图2和图3更详细解释的那样,术语“平均宽度”表示在相关纵向部段上取平均的激光加工迹线宽度。
根据一个实施方式,每个激光加工迹线102的宽度变化等于相同激光加工迹线102的最大平均宽度116和最小平均宽度114之间的差。这种宽度变化在本文中也称为第一宽度变化。根据一个实施方式,第一类型的激光加工迹线的至少一部分(例如至少50%的激光加工迹线)的(第一)宽度变化小于10μm和/或小于限定宽度变化的纵向部段的平均宽度的平均值的50%。
此外,根据另一实施方式,宽度变化通过相关激光加工迹线在模块区域108中的纵向部段的平均宽度的标准偏差给出。所述宽度变化在本文中也被称为第二宽度变化。
根据一个实施方式,宽度变化可以包括第一宽度变化和第二宽度变化,即根据一个实施方式,太阳能模块100或其激光加工迹线具有处于所公开的值范围内的第一宽度变化和第二宽度变化。
根据另一实施方式,对于每个组,相关组的第一类型104的激光加工迹线102和第二类型106的激光加工迹线102彼此间具有中心距离118,所述中心距离在模块区域108内变化并且对于相关的组103限定距离变化。
根据一个实施方式,距离变化通过最大(中心)距离120和最小(中心)距离122之间的差来定义。
根据另一实施方式,相关组103的距离变化等于模块区域108中的中心距离118的标准偏差。
如参考宽度变化所解释的那样,距离变化还可以包括多个“距离变化”(所述距离变化例如被称为用于差值形成的第一距离变化和用于标准偏差的第二距离变化),所述距离变化由激光加工迹线102分别以所公开的值范围来实现。
图2示意性地示出根据本文公开的主题的实施方式的激光加工迹线102(例如图1的第一类型104的激光加工迹线102)的详细视图。
根据一个实施方式,每个加工迹线102具有多个叠加的加工光斑,其中一些在图2中以124中表示。在此,加工光斑的形状描述用于制造激光加工迹线的激光光斑的形状。例如,加工光斑124可以是圆形或近似圆形,例如如图2中所示。通过部分地叠加加工光斑124,例如如图2所示,叠加的加工光斑124形成曲线伸展的轮廓126,所述轮廓在图2中通过较粗的线示出。在恒定脉冲叠加的情况下,得到具有周期长度的周期性轮廓。
如已经参考图1所提到的那样,根据一个实施方式,在纵向部段128之上对激光加工迹线102的宽度取平均,并由此对于每个纵向部段128限定或确定平均宽度。如果纵向部段128的长度适当地设计尺寸,则消除了由于叠加的加工光斑124而由曲线走向的轮廓引起的宽度变化。例如,纵向部段的长度129可以等于加工光斑124的直径,或其整数倍。
图3示意性地示出根据本文公开的主题的实施方式的太阳能模块200。
图3示出两组激光加工迹线,第一组103和第二组203。根据一个实施方式,每个组具有至少两个激光加工迹线102,例如,如图3所示,三个激光加工迹线102。每个组具有第一类型104的激光加工迹线102、第二类型106的激光加工迹线和第三类型130的激光加工迹线,例如如图3所示。
根据一个实施方式,第一类型104的激光加工迹线102的至少一部分(例如,至少50%),例如包括但不限于第一组103和第二组203的第一类型104的激光加工迹线102的纵向部段,限定相关比例的第一类型104的激光加工迹线之中(例如第一类型104的全部激光加工迹线之中)的最小平均宽度132和最大平均宽度134。因此,使用第一类型104的相关的激光加工迹线的所有纵向部段128的平均宽度来确定最小平均宽度132和最大平均宽度134,并且与参考图1描述的实施方式相反,不是仅使用唯一的激光加工迹线102的纵向部段128。纵向部段128中的一些在图3中标记为128。根据一个实施方式,宽度变化(这里也称为第三宽度变化)等于最大平均宽度134和最小平均宽度132之间的差。
此外,根据另一实施方式,宽度变化通过第一类型104的激光加工迹线102的至少一部分(例如至少50%)在模块区域108中的纵向部段128的平均宽度的标准偏差给定。所述宽度变化在此也被称为第四宽度变化。
根据一个实施方式,第三宽度变化和/或第四宽度变化也位于本文公开的值范围内。
根据一个实施方式,组中的两个组103、203的第一类型104的激光加工迹线102彼此间具有中心距离136,所述中心距离在模块区域108内变化并限定组距离变化,即不同组的激光加工迹线102的距离变化。根据一个实施方式,限定组距离变化的激光加工迹线102是不同类型组的。根据另一实施方式,限定组间距变化的激光加工迹线102是相同类型的,例如第一类型104。根据一个实施方式,限定组间距变化的两个组是相邻的组,即最近的邻组。根据另一实施方式,限定组距离变化的两个组是次近的邻组或者甚至彼此更远的邻组。
根据一个实施方式,对于多组中的至少一部分,相邻组的第一类型的激光加工迹线之间的组距离变化小于15μm。
根据另一实施方式,对于组中的至少一部分,相邻组的第一类型的激光加工迹线之间的组距离变化小于限定组距离变化的中心距离的平均值的5%。
类似于参照图1描述的同一组中的第一类型104的激光加工迹线和第二类型106的激光加工迹线106之间的距离变化,组距离变化也可以作为(例如两个相邻组的第一类型的激光加工迹线的)最大中心距离和最小中心距离之差,也确定为中心距离的标准偏差(分别在模块区域108中)。
根据一个实施方式,太阳能模块200的表面201具有第一部位138和第二部位140,例如如图3所示。根据一个实施方式,第一部位和第二部位位于组中的一个、例如组203的模块区域108中,例如如图3所示。根据一个实施方式,第一部位和第二部位可以位于模块区域108或其边缘。
图4沿着图3中的线IV-IV示出图3中的太阳能模块200的表面201的走向。
根据一个实施方式,表面的布置在第一部位138和第二部位140之间的表面部段142距穿过第一部位138和第二部位140的假想直线144具有最大距离146。根据一个实施方式,最大距离146大于100μm,例如大于300μm。
显然地,对激光辐射的引用也可以类似地借助沿着辐射路径输出激光辐射的激光设备的引用来限定,并且反之亦然。在这方面,在本文中,对激光辐射的任何引用类似于公开对激光设备和激光辐射的辐射路径的引用。
需要注意的是:本文描述的实施方式仅为本公开的可能的实施方式的有限选择。因此可行的是:以合适的方式将不同实施方式的特征彼此组合,使得对于本领域技术人员可以借助这里明确公开的实施方式来将不同实施方式的多种组合视作为是公开的。还应该提到的是:诸如“一”或“一个”的术语不排除复数。诸如“包含”或“具有”的术语不排除其他的特征或方法步骤。因此,根据一个实施方式,术语“包括”或“包含”意指“包括但不限于具有”。根据另一个实施方式,术语“具有”或“包括”代表“由……构成”。根据一个实施方式,术语“设计用于”包括但不限于包括“配置用于”的含义。
还应当指出的是:权利要求中的附图标记不应被解释为限制权利要求的范围。此外,应当注意:说明书中的附图标记以及说明书对附图的引用不应被解释为限制说明书的范围。相反,附图仅说明本文公开的主题的多个实施方式的特点组合的示例性的实施方案仅示出示例性的实施方案,其中实施方式的任何其他组合同样是可行的并且随本申请可视作为是公开的。
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