光电池阵列 【技术领域】
本发明涉及光电池阵列(photovoltaic cell array)，并且特别涉及用于制造光电池阵列的方法。
背景技术
在一种类型的光电池阵列中，原电极(primary electrode)阵列和反电极(counter-electrode)阵列共同限定一个串联连接的电池序列，每个电池均包含与相邻电池的电解质不直接电接触的绝缘的电解质。在制造这种电池阵列的过程中，必须将电解质材料沉积在每个电池中。为了达到电池阵列的最优性能，重要的是电解质层要具有相对均匀的、预定的厚度。
通常，电解质材料呈液体形态并且可能相对粘稠。因此，期望提供这样一种制造光电池阵列的方法，该方法使电解质能够容易地沉积于阵列中的电池内，同时确保电解质层达到所需的厚度。
【发明内容】
根据本发明，提供一种制造下述类型的光电池阵列的方法，该类型的光电池阵列包括共同限定一个串联连接的电池序列的原电极阵列和反电极阵列，每个电池均包含与相邻电池的电解质不直接电接触的绝缘的电解质，该方法包括：(a)将电解质沉积在各个电池中；以及(b)感测被沉积的电解质的液面。
通过以这种方式感测沉积的电解质的液面，本发明能够确保电池中的电解质达到期望的厚度，从而在这一方面使最终得到的电池阵列的性能最优化。
优选地，分别独立地感测每个电池中的电解质的液面。可使用一个或多个光学色度传感器(optical colorimetric sensor)方便地感测电解质的液面。可替代地，或者额外地，可使用一个或多个光学反射传感器(optical reflectivesensor)感测电解质的液面。
该方法可进一步包括根据所感测到的电解质的液面来控制电解质的沉积速率。例如，如果在指定的时刻感测到的电解质的液面过低，则可提高电解质的沉积速率以补偿电解质的液面。类似地，如果感测到的电解质的液面过高，则可相应地降低沉积速率。
优选地，对于每个电池使用独立的相应的分配器来沉积电解质。电解质可通过使用一个或多个电磁控制配量阀(solenoid-controlled dosing valve)来沉积。
可通过相应的一对绝缘轨道来限定所述一个电极阵列中的每个电池。例如，每个绝缘轨道可包括热熔粘合剂，热熔粘合剂还用于使原电极阵列与反电极阵列附连粘附在一起。每个绝缘轨道还可包括绝缘纤维。可替代地，或者额外地，每个绝缘轨道可进一步包括多个用于限定原电极阵列与反电极阵列之间的间隔的玻璃球体(glass sphere)。
【附图说明】
现在将参考附图描述本发明的优选实施例，其中：
图1示出了制造光电池的总体工艺；
图2示出了制造光电池阵列的原电极阵列的工序；
图3示出了在原电极阵列的钛幅材上压印图案所涉及的工序；
图4示出了原电极的钛幅材通过压纹辊的轨迹；
图5示出了当沿压纹辊的轴线观察时压纹辊的各个公(凸起的)轮廓和母(凹入的)轮廓，这些轮廓在原电极阵列的钛幅材上形成小地近似球形的凸部；
图6示出了用于清洁原电极阵列的钛幅材的工序；
图7是用于清洁压纹的钛幅材的设备的剖视图；
图8示出了用于以二氧化钛来涂覆钛幅材的工序；
图9(a)是用于以二氧化钛和染料来涂覆钛幅材的挤压头的分解图；
图9(b)是挤压头的一个可替代实施例的分解图，该挤压头具有两个供给孔；
图10示出了当钛幅材被引导通过挤压机时二氧化钛浆料或染料的流动路径；
图11示出了用于将压力施加于挤压头的装置；
图12示出了利用激光对涂覆后的钛幅材进行的清洁；
图13示出了用于利用钌基染料将二氧化钛层涂覆于钛幅材上的工序；
图14示出了用于在涂覆后的钛幅材上施加染料层的设置；
图15示出了制造根据本发明实施例的原电极阵列的最后阶段(finalstage)；
图16(a)和图16(b)示出了用于图15的设备中的第一和第二可替代类型的动态张紧装置；
图17示出了制造根据本发明的实施例的反电极阵列的最后阶段；
图18示出了根据本发明的实施例的原电极阵列与反电极阵列是如何结合在一起的；
图19(a)至图19(c)是根据本发明的优选实施例的光电池阵列在制造中的不同阶段的剖视图；
图20示出了根据本发明的又一实施例的原电极阵列与反电极阵列如何结合在一起；
图21是最终的层压处理的剖视图；
图22(a)示出了如何形成根据本发明的优选实施例的光电池阵列的外部电连接装置；
图22(b)是图22(a)所示的电连接装置的一部分沿X-X线剖切的剖视图；
图23(a)是组装前的原电极阵列与反电极阵列的两个相邻的电池的一部分的分解剖视图；
图23(b)是组装后的原电极阵列与反电极阵列经层压后两个相邻电池的一部分的剖视图；
图24是示出根据本发明的优选实施例的组装后的光电池阵列的部件尺寸的剖视图；
图25示出了组装后的光电池阵列的总体外观；
图26(a)是当沿辊的轴线观察时用于辊的定位的对准度精密调节器的视图；以及
图26(b)是带有对准度精密调节器的辊的等轴测图。
【具体实施方式】
参考图1，用于制造光电池阵列的工艺包括：用于形成原电极阵列的工序100；用于形成对应的反电极阵列的工序200；用于组装这两个电极阵列(两者之间具有电解质)的工序300；以及用于密封组装后的电极阵列的边缘并层压被密封组件的工序400。
在优选实施例中，所形成的被密封组件包括十一对起作用的电极和在阵列的侧边缘处用于建立外部电接触的一对假电极(dummy electrode)。优选地，在该对假电极之间没有电解质。
图2更详细地示出了用于形成原电极阵列的工序100。该工序有五个独立的工段：压纹工段110；清洁工段120；二氧化钛(TiO2)涂覆工段130；钌基染料涂覆工段140，该钌基染料用作光电池阵列中的吸光材料；以及将所形成的被涂覆幅材切割成多个条带，并将这些条带附连到绝缘基板的切割工段150。
图3更详细地示出了压纹工序中所用的设备。在该工序中，由包括两个独立的拆卷单元的拆卷工段111将一卷厚度为0.05mm的钛幅材拆卷，并经由边缘引导机构112供给到焊接工段113，焊接工段113设置为将一卷钛幅材的尾缘和后续的一卷钛幅材的前缘(leading edge)焊接在一起。随后将钛幅材供给到压纹工段114，钛幅材在压纹工段114处被压出多个凹槽(dimple)构成的图案(下文中对此有更详细描述)，并随后被供给到切割工段115，在切割工段115处，在与先前在焊接工段113处形成的结合点基本相同的位置切割钛幅材。随后，将压纹的钛幅材经由另一个边缘引导机构116供给到复卷工段117，复卷工段117将压纹的钛幅材再卷绕到两个独立的复卷单元之一上的纸板成形器(cardboard former)上。
设置两个独立的拆卷单元、焊接工段113、切割工段115以及两个独立的复卷单元的原因是为了使压纹操作能够在连续的钛幅材上进行，而无需将每卷钛幅材手动供应通过压纹工段114。因此，在焊接工段113处，将第一卷钛幅材的尾缘焊接到第二卷钛幅材的前缘，并且当焊接的结合点随后到达切割工段115时在相同的位置切割幅材。其后，将第三卷钛幅材安装到空出的复卷单元上，并使该第三卷钛幅材的前缘能够随后焊接到第二卷的尾缘。为了使钛幅材能够以恒定的速度供给到压纹工段，即便是在焊接过程中，在压纹工段114的上游和下游也均设有辊构成的缓冲装置。然而，在可替代的设置中，省略了上述缓冲装置，并且允许压纹处理的速度变化。
图4更详细地示出了压纹工段114。钛幅材1141沿箭头1144指示的方向以大约每分钟20m(0.33ms-1)的速度供给到由第一压纹辊1142和第二压纹辊1143所限定的压辊间隙(nip)内。压辊间隙的尺寸选择为与厚度为0.05mm的钛幅材啮合，并由此选择优选处于0.01mm到0.10mm范围内的值。压纹辊1142、1143形成有48条压纹图案线，用于在钛幅材1141上形成对应的凹槽的平行线(不过为清晰起见，图4中仅示出了少数线)。如在图4中可看到的，钛幅材1141仅占用压纹辊1142、1143的宽度的一半。因而，钛幅材1141与压纹图案的48条线中的24条线啮合。这一有利特征使得压纹辊1142、1143在位于其中的一个或两个辊1142、1143的一侧上的压纹图案发生缺陷的情况下仍可继续被使用。因此设置使钛幅材对准的装置(未示出)，以便在发生这种缺陷的情况下，能够简便地将幅材与压纹图案的另一侧重新对准，使得压纹工序能够持续进行而不会出现显著的中断。
图5更详细地示出了压纹辊1142、1143的表面。第一压纹辊1142的表面形成有凸起的(公)压纹图案，该凸起的(公)压纹图案呈近似球形的凸部1145的阵列形式，上述凸起的压纹图案对应于凹入的(母)压纹图案，该凹入的(母)压纹图案呈相应的近似球形的凹部1146的阵列形式。为清晰起见，图5中所示的压纹图案的尺寸被相对于压纹辊1142、1143的尺寸放大。通过使钛幅材1141在第一压纹辊1142与第二压纹辊1143之间穿过，在钛幅材1141上形成凹槽1147的阵列。凹槽1147形成为矩形阵列，其中，相邻的凹槽之间沿钛幅材1141的行进方向的间隔显著小于相邻的凹槽之间沿钛幅材的宽度方向的间隔。因此，凹槽1147形成为多条线，其中凹槽均匀地分隔开并通常相隔大约1mm，并且各线相隔12.25mm。凹槽1147用于在组装后的阵列内的各光电池的两个电极之间建立电连接。
在压纹工序开始之前，为了在压纹辊1142、1143的下游形成连续长度的幅材，将长约15米的不锈钢制头部幅材焊接到第一卷钛幅材的前缘并供给到压纹辊1142、1143之间(在该阶段这两个压纹辊相互分离)，借以避免未被压纹的钛幅材1141若非如此的话则必然会在该下游位置出现的浪费。不锈钢制头部幅材的长度由整个压纹工段114的物理设置决定，压纹工段114包括设置于压纹辊1142、1143下游的桥部，这为复卷工段117的两个独立的复卷单元提供了空间。实际上，头部幅材的长度通常在20m到30m之间。如上所述，当第一卷钛幅材用尽时，就在焊接工段113将第一卷幅材的尾缘焊接到下一卷钛幅材的前缘，从而使得压纹工序一旦开始就是连续的。在操作中，焊接工段113在幅材上的一位置处打孔，该位置为将第一卷钛幅材的尾端焊接到下一卷钛幅材的前缘的位置，且随后该孔被切割工段115上的传感器检测到，进而使钛幅材在该点处被切割并使一不锈钢尾部被焊接到钛幅材的尾端。因此，在随后的钛幅材的加工工序中，钛幅材在前端和尾端均附连有不锈钢幅材部。
然而，已发现由于上述两种金属的热膨胀率不同，后续的对钛幅材的热处理(下文中对此有更详细的描述)可导致幅材在前端和尾端的不锈钢幅材部分焊接到钛幅材的位置处产生波状变形(buckling)。
因此，在可替代的配置中，使用钛幅材本身的头部和尾部的幅材部分代替不锈钢的头部和尾部的幅材部分。虽然这样看起来会浪费昂贵的钛，然而，一旦在最终加工阶段的末尾将头部和尾部从每个钛幅材卷的主要被加工部分去除后，头部和尾部自然能够被再度利用。另外，当所述头部和尾部在其使用寿命结束时，它们可通过例如熔化而回收并形成为新的幅材。
在钛幅材被压纹之后，可选择将经过压纹的幅材传送到清洁工段120，图6中更详细地示出了清洁工段120。该清洁工段用于去除油、残留物以及其它的污染物，并且该清洁工段依次包括拆卷机121、边缘引导机构122、清洁单元123、漂浮式干燥机(floatation drier)124、边缘引导机构125以及复卷机126。在操作中，将经过压纹的钛幅材拆卷，并经由边缘引导机构122传送入清洁单元123。参考图7，清洁单元123包括液体清洁剂的洗浴池1231以及冲洗室1232，其中液体清洁剂例如为以LiquiNox(注册商标)的商标名称销售的液体清洁剂。洗浴池1231和冲洗室1232均被加热到85℃。经过压纹的钛幅材1233被引导穿过池1231中的清洁剂，并跨越分隔壁1234进入冲洗室1232内。随后，将去离子水(de-ionized water)从喷嘴1235喷洒到幅材1233上，并在冲洗室1232的底部经由排泄口1236进行收集以备再利用。在本发明的一些实施例中省去了清洁工段120。
为避免交叉污染，在壁1234的上游较短距离处，在幅材1233的路径的上方和下方分别设置第一排气刀1237和第二排气刀1238，并且这些气刀用于迫使幅材1233上的任何清洁剂残留物返回到池1231中。
随后，将冲洗过的钛幅材1233浸入乙醇池(未示出)中，并供给到使幅材1233干燥的漂浮式干燥单元124(见图6)。在漂浮式单元124中，在两个辊之间的张力下保持幅材1233的同时，朝向幅材1233的上方和下方，供给加热到80℃和120℃之间的空气。
随后，将干燥后的钛幅材经由边缘引导结构125供给到复卷站(station)126。
返回参阅图2，经过压纹及清洁的钛幅材随后被供给到用于在钛幅材上沉积二氧化钛(TiO2)层的涂覆站130，在图8中更详细地示出了该涂覆站130。拆卷机131经由边缘引导机构132将幅材供给到挤压站133(下文中对此有更详细的描述)。在挤压站133，含TiO2的水基浆(water-based paste)被从加压容器中挤出到幅材上，并以在相邻的各排压纹凹槽之间延伸的条带的形式沉积。
在优选实施例中，所述浆包含：(a)作为增厚剂的羟丙基纤维素(HPC)，其具有能够分解而不会在幅材上留下不希望有的残留物的优点；表面活性剂(例如在TX-100的标记下销售的表面活性剂)，其能够减小所述浆的表面张力，从而让TiO2更容易进入钛箔上的表面槽中；以及生物杀灭剂，其用于杀灭经常会在HPC中发现的霉菌和真菌。沉积在幅材上的TiO2浆的厚度取决于挤压头的形状(具体地为挤压梳的厚度，这将在下文中描述)、幅材移动经过挤压头的速度、及所述浆的粘度。
随后，在三个工段134、135、136中将TiO2浆干燥。第一工段134包括加热到约60℃的红外线炉，该红外线炉从内部烘干所述浆，由此防止在涂层表面上出现有害的气泡。可选地，第一工段134也可改为包括诸如在前面参考图6描述的漂浮式干燥机。第二工段135包括漂浮式干燥机炉，其中幅材被悬置并借助红外线照射和温度为180℃左右的热空气烘干。第三工段136包括红外线烧结炉，该红外线烧结炉使得TiO2从浆中凝固到下面的钛幅材的表面上。随后，在经由边缘引导件138将被涂覆幅材供给到复卷机139之前，使被涂覆幅材进入冷却工段137。
图9(a)更详细地示出了第一实施例的挤压头的部件。挤压头1331包括不锈钢挤压器本体1332、不锈钢挤压器梳(extruder comb)1333以及不锈钢盖板1334。附连于挤压器本体1332的每一端部的是设有聚四氟乙烯(PTFE)密封衬垫1336的相应的不锈钢端板1335。尽管实际上在优选实施例中挤压头的梳1333具有24个挤压通道(extrusion channel)，但为清晰起见，图示的梳1333仅带有十个挤压通道。挤压器梳1333的每个齿的远端形成有一相应的凹口1337，并且这些凹口与位于挤压器本体1332的一个侧面上的对应的槽1338对准。这使钛幅材上的凹槽的压纹线能够无阻塞地通过挤压头1331。这些凹口还有助于挤压头的正确组装。形成在挤压器本体1332中的单个中央供给孔1339使TiO2浆能够进入形成在挤压器本体1332中的两个供给通道1340的其中一个通道内。
图9(b)示出了一可替代的实施例。在该实施例中，同样仅示出为带有十个通道、但是实际具有24个通道的挤压梳1333是由诸如PTFE或聚乙烯之类的软塑料(flexible plastic)材料制成的。使用高压水流使软塑料材料形成期望的形状。由于梳1333所用的弹性材料弥补了挤压器本体1332和盖板1334中的任何轻微缺陷，因此提高了防止TiO2浆泄漏的密封质量。
在该实施例中，在挤压器本体1332的中央区域周围对称地设置有两个或更多的供给孔1339，以代替图9(a)的实施例中的单个供给孔1339。这种增加对称布置的供给孔的设置减小了TiO2浆内的压力差，且由此而提供了对所施加的TiO2涂层的厚度的更大程度的控制。应认识到，这种设置提供了两个独立的优点：(a)由于借助两个孔，所述浆仅需分布于挤压头的一半宽度上，而借助仅一个孔时，所述浆必须分布于挤压头的整个宽度上，因此与仅带有单个供给孔的设置相比，这种设置由于减小了TiO2浆行进的距离，因而减小了压力差；以及(b)每个供给孔1339中仅进入一半量的所述浆，因此行进速率减半并且压力差降低。
另外，利用涂有橡胶的软木衬垫1336代替第一实施例的PTFE衬垫1336。已发现涂有橡胶的软木可提高衬垫1336的密封质量，倘若不锈钢挤压器本体1332和不锈钢端板1335在组装工序中承受塑性变形，则通常需要这种密封质量。
参考图10，钛幅材1341通过挤压头1331的移动方向由箭头1342指示示。挤压头内的TiO2浆的流动方向由箭头1342指示，并且箭头1344指示当TiO2浆被转移到钛幅材1341时TiO2浆的流动方向。
在优选的设置中，如图11中示意性示出的，借助外部夹具1345对挤压头1331施加压力的程度，是通过采用微调螺丝(vernier screw)1346形式的精密螺旋装置来控制的。通过精确地控制施加于挤压头1331的压力，可进而控制施加到钛箔上的TiO2涂层的厚度：施加的压力越大，则涂层越薄。
在优选实施例中，依据在挤压头1331的下游位置处感测到的涂层厚度，来自动地控制由夹具1345施加压力的程度。例如，可利用光学手段，例如通过感测辐射束(例如光)在涂层表面上反射之后的的位置，来感测上述厚度。
已发现，烧结工艺会在钛箔的处于各二氧化钛涂层轨道之间的区域上形成不希望有的氧化层。由于这些区域包括压纹的凹槽，所以不可能在不冒损坏凹槽的风险的情况下利用传统的研磨技术去除氧化层。然而，已发现可通过使高功率激光束扫过待去除的氧化物的区域的表面来有效地去除不希望有的氧化物层。这种激光清洁所提供的精度允许在不影响二氧化钛涂层轨道的情况下去除不希望有的氧化层。此外，这种方法不会在钛箔的表面上留下否则的话还需要去除的残留物，因而是清洁的。另外，激光还可用于为质量控制的目的而在钛箔的背面打标记。
图12中示出了这种设置。在被涂覆钛幅材1393的行进路径(由箭头1392表示)的上方安装有激光器1391。该幅材包括有涂覆有二氧化钛的轨道1394以及中间轨道(intervening track)1305，中间轨道1395包含在烧结工序中不符合期望地覆盖了二氧化钛层的压纹凹槽。激光器1391沿扫描线1396照射辐射束，但仅使得包含压纹凹槽的中间轨道1395被照射。这既可以通过用扫描头或分束器使激光束扫过幅材的整个宽度，并相应地调节其强度来实现，也可以通过利用诸如光导纤维装置使激光束仅直射在中间轨道1395上来实现。在任一种情况下，都将激光束的能量和频率选择和/或控制成，使辐射能够从钛幅材1393的表面烧蚀掉氧化层，并且在图12中激光束的下游可看到所得到的清洁后的中间轨道1397。
在可替代的设置中，使用结构简单的挤压头将钛箔的整个表面涂覆二氧化钛浆，并随后利用与上文所述相同的三个工段进行干燥。其后，通过使用高功率激光器从各轨道之间的区域去除二氧化钛而限定出多个轨道。这种设置具有不需要具有复杂结构的挤压头的优点，但应认识到，在钛箔的整个上表面将需要涂覆更大量的二氧化钛浆。在优选实施例中，二氧化钛涂层构成的每个轨道的宽度是9.0mm，并且每对相邻的轨道之间的间隔是3.5mm，从而使得在该实施例中的钛浆的增加量将达到约40％。
参考图13，随后将含有钌染料的涂层施加到被TiO2涂覆的Ti幅材上。复卷机141经由边缘引导件142将被TiO2涂覆的Ti幅材供给到染料涂覆站143。在一个实施例中，Ti幅材随后经由使染料涂层干燥的两个真空单元144被传送到以超声方式清洁幅材的第一洗浴池145，并随后被传送到含有溶剂清洁剂的第二洗浴池146。在另一实施例中，省去真空单元144、超声洗浴池145以及溶剂洗浴池146。作为替代，Ti幅材被传送入使染料能够渗透或吸收TiO2涂层的吸收区，并随后被传送到去除多余染料的搅动冲洗池。
随后，漂浮式单元147使用与上面参照漂浮式干燥机124(见图6)描述的原理相同的原理将所述幅材干燥。干燥后的被涂覆钛箔随后经由边缘引导机构148被供给到复卷机149。
应认识到，可使用与用于将TiO2浆施加到Ti幅材的挤压头相同的挤压头，将涂层施加到被TiO2涂覆的Ti幅材，在这种情况下，染料涂覆站143与挤压站133基本上相同。
然而，考虑到染料的易爆炸的挥发性溶剂所引发的危险，优选使用精度可控的配量阀的两个线性阵列来施加染料，如图14所示。
参考图14，使涂覆有二氧化钛条带1432的钛幅材1431沿箭头1433指示的方向通过染料涂覆站1434，染料涂覆站1434包括排列成两个线性阵列1436、1437的多个电磁控制配量阀。在图14中示出了24个配量阀，但是在一优选实施例中，设置22个配量阀。染料源被供给到22个阀1435中的每个阀，阀1435则将染料施加到每个二氧化钛条带1432的中央区域。染料被吸收进二氧化钛内并由此分布于每个二氧化钛条带1432的整个宽度上，但也可通过调节配量阀的针头与被涂覆幅材1431之间的间隔来控制分布。
配量阀1435可以是隔膜阀。每个阀1435的端部包括以一定角度切割出(或称“斜切”出)的针，而这在本申请中是尤其有利的。为了使所有22个阀1435位于横越被涂覆钛幅材1431的两个线性阵列中，将阀1435设置为相对于幅材1431成一定角度，使得处于两个阵列的每一阵列中的阀例如阀1435(a)每隔一个就沿下游方向取向，而位于中间的阀例如阀1435(b)则沿上游方向取向。此外，每个阀1435的针端的倾斜切口使得每个针的针口能够设置成基本上平行于被涂覆幅材1431，并位于被涂覆幅材1431上方的较短距离处。
染料经过每个阀1435的速率是通过(a)染料供给到每个阀1435的压力以及(b)对阀1435进行手动微调来控制的。还可通过选择每个阀所用的针的口径来控制该速率。当使用不同粘性的染料时，使用可更换的针是尤其有利的。
在引导幅材通过涂覆工序时，以每单位幅材宽度346Nm-1的张力保持幅材。我们发现这样足以控制幅材的运动，但不足以引起涂层破裂。在典型的应用中，幅材的宽度为0.306m，所施加的实际张力为106N。
位于染料涂覆机143上游的边缘引导机构142(见图13)是被动的纯机械式引导机构，其采用固定在将幅材朝向染料涂覆机143传送的辊上的一对引导轮的形式。该辊的横向位置是借助螺旋测微计(micrometer screw gauge)来调节的。
上文和下文所提及的边缘引导机构可采用下列两种形式中的一种：或者为如上所述的纯机械式装置，或者为电动伺服系统，在该电动伺服系统中能够感测出幅材的一个或两个边缘的任何未对准状况，并将所得到的信号反馈回一电动机，该电动机使幅材重新对准。
在染料涂覆机143的上游设置纯机械式边缘引导机构142的原因是为了消除当边缘引导机构142为电驱动时可能引起的着火和/或爆炸。
应认识到，可在幅材通过染料涂覆站之前或之后应用上文参照图12描述的激光清洁处理。
图15示出了制造原电极阵列的下一个工段。被涂覆钛幅材151沿箭头152指示的方向被传送到切割头153，切割头153包括由23个旋转切割刀片构成的线性阵列，所述旋转切割刀片排列为用以将被涂覆钛幅材151切割成24个条带154，每个条带154的宽度均为12.25mm，条带154将形成最终制成的光电池阵列中的原电极。然而，在切割工序开始之前，使用打孔工具在期望的23个横向位置处，在被涂覆钛箔151的整个宽度上手动切割出23个最初的纵向狭槽。已经发现这样能克服挠性的切割刀片漂离其期望的横向位置的倾向。最终形成的24个条带154中，每一个条带的边缘都由未被涂覆的钛组成，并且每个条带154都具有与其两个边缘之一相邻地延伸的、相应的压纹凹槽线。
随后，将条带154供给到第一圆柱形导辊155和第二圆柱形导辊156，每个导辊的外形设置为形成24个间隔开的平行通道，用以引导被涂覆钛幅材154的相应的24个条带。虽然每对相邻通道之间的间隔仅为0.25mm，但应认识到，这仍然造成最外端的条带与最内端的条带之间的路径长度的差异。为克服这一问题，在第一导辊155与第二导辊156之间设置动态张紧装置(dynamic tensioning device)157，而这起到双重作用：(a)对于已从被涂覆钛箔的中央切下的那些条带154而言，与已从边缘切下的那些条带相比，在切割头153与第二圆柱形导辊156之间限定出更长的路径长度；(b)对24个条带154中的每个条带施加基本上相同的张力。
动态张紧装置157可采取两种不同形式中的一种。在第一种设置中，如图16(a)所示，装置157包括由24个独立控制的跳动辊(dancer)1571构成的线性阵列，跳动辊1571被支撑在框架1572的下方并被竖直向下(即，沿箭头1573指示的方向)加偏压。每个跳动辊1571包括由PTFE制成的半圆柱形致动器1574，半圆柱形致动器1574的圆形部面向下方并由此处于与被涂覆钛幅材的条带154的上表面接触的位置。每个跳动辊1571还包括压力弹簧1575，借助第一螺钉1576调节压力弹簧1575的偏压力。此外，借助第二螺钉1577调节跳动辊的行程长度，即跳动辊能够移动的最大竖直距离，第二螺钉1577将跳动辊1571附连到框架1572。框架1572的高度以气动方式调控，这使得施加到被涂覆钛幅材的24个条带154的总体张力能够得到调节。
在图16(b)示出的第二设置中，上文参考图16(a)描述的24个跳动辊1571被相应的张紧构件1578取代，张紧构件1578包括被支撑用以在臂1580下方旋转的塑料轮(plastics wheel)1579，臂1580本身设置为绕限定一枢轴线1582的轴1581枢转。利用附连到臂1580的上表面的重物1583，在臂1580的距枢轴线1582的最大垂直距离处施加张力，以使施加的扭矩最大化。通过这种设置，由于被涂覆钛幅材的条带154中的一个条带的运动引起轮1579旋转，因此轮1579的表面与条带154之间的摩擦极小，由此减小了以下两方面的可能性：(a)对条带154的损坏；以及(b)对轮1579表面的磨损。此外，由于臂1580对于绕水平轴线枢转而言是自由的，因此不太可能因移动的条带154沿条带154的行进方向对装置157施加力的倾向，而导致对动态张紧装置157产生任何损害，因为该力仅使装置157绕轴线1582枢转。
返回参阅图15，切割后的被涂覆钛条带154随后以压纹凹槽朝上的状态被传送到两个辊158、159之间限定出的压辊间隙内。来自辊161的由聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)构成的幅材160也被供给到该压辊间隙的处于切割后的被涂覆钛条带154下面的位置，PET幅材160将形成原电极阵列的基板。PET幅材160预先形成有四排宽5mm、长20mm的圆形细长孔162，而这些孔沿该幅材的宽度设置成这些孔与被涂覆钛箔的第1、第12、第13、第24个条带154对齐，以便在最终制成的光电池阵列中暴露这些条带154的部分，这样就能直接建立对位于所制成的光电池阵列的每一侧边缘的暴露的钛箔的直接电连接。PET幅材160带有一热粘合剂层，因此条带154被辊158、159压抵在热粘合剂上。辊158、159被加热以使热粘合剂活化，从而将条带154粘附到PET幅材160。条带154由此被附连到下面的PET幅材160上，其中位于相邻的各对条带154之间的保持为0.25mm的间隔将构成原电极阵列中的绝缘轨道，该绝缘轨道将该阵列内的相应的原电极分隔开。
在可替代的设置中，利用(当沿垂直于辊轴线的方向观察时)形成有凸面的辊代替上文参照图15所描述的带有通道的辊。在这种设置中，该辊的表面轮廓使被涂覆钛幅材的条带154变成彼此横向地间隔，并且还防止各条带154中产生不同的张力。切割出的条带154随后被供给到形成有一系列大约2mm高的竖直脊部(ridge)的导辊，上述脊部用于在切割出的条带154被设置于下面的PET基板160上之前将切割出的条带154保持在期望的横向位置。
图23(a)的下半部分示出了最终形成的原电极阵列的结构，下文中将对此作更详细的描述，其中每一相邻对的被涂覆钛层501的条带均被邻近压纹凹槽502线的绝缘间隙503分隔。如可从示出了组装在一起从而形成光电池阵列的原电极阵列与反电极阵列的图23(b)中看到的，凹槽起到以下双重作用：限定原电极与反电极之间的间隔；以及在组装后的光电池阵列中的各电极之间建立电连接。
图17中示出了用于形成反电极阵列的工序。涂覆有导电层例如氧化钢锡(ITO)的聚萘二甲酸乙二醇酯(polyethylene naphthalate，PEN)幅材201从供给卷202被传送并被引导通过一排24根划刻销203，划刻销203由钨制成并形成有碳化钨尖端，且划刻销203被加热到150℃。这些划刻销203用于沿以12.50mm(12.50mm是最终形成的光电池阵列的每个电池的宽度)距离间隔开的24条平行线，划刻被涂覆PEN层的表面，以便去除ITO涂层并由此暴露出下面的PEN基板，从而使每个电池内在相同的位置处具有单一一条线。这些线用作图23(a)和图23(b)中的附图标记510所表示的绝缘轨道，下文中将对此作更详细的描述。
随后，将绝缘纤维204设置于划刻后的被涂覆PEN基板201上。纤维204是从由48个线轴206构成的4×12的阵列205来供给的，在每个线轴206上缠绕有一定供给量的绝缘纤维204。优选地，每根纤维204均由芳纶(aramid)材料制成，例如以Kevlar(注册商标)的商标名称销售的对位芳纶(para-aramid)合成材料制成，并涂覆有含树脂的热熔热塑性聚合物粘合剂。48根纤维204各自的对位芳纶芯部构成多条单独的丝线并具有50μm的直径。纤维204中，24根纤维的树脂涂层具有100μm的厚度，而其余24根纤维204的涂层的厚度是50μm，因此最终形成的这两类被涂覆纤维204的外径分别为150μm和250μm。
划刻后的幅材201连同48根绝缘纤维204一起被供给到纤维对准头(fibre alignment head)207，在纤维对准头207中，48根纤维204中的每一根纤维在适合的横向位置处横向对准于相应的一对导销(未示出)之间，以便设置于下面的涂层PEN基板上。纤维204为成对设置，每一对纤维中的纤维204之间的间隔远小于相邻的对之间的间隔。典型地，每一对纤维中的纤维204之间的间隔约为1mm，而相邻的纤维对之间的间隔约为12.5mm。具有较小外径的24根被涂覆纤维204直接设置于PEN基板中的24条划刻线上，而具有较大外径的24根被涂覆纤维204形成紧邻较细的纤维204延伸的平行线。
随后，使对准的纤维204通过一排四个热气刀208的下方，所述热气刀将加热到80℃与150℃之间的空气吹到纤维204上。加热的纤维204随后被供给到两个加热的辊209、210之间所限定的压辊间隙，辊209、210熔化粘性树脂涂层并由此将纤维204结合于涂层PEN基板。热气刀208的作用是预先加热纤维204，以使得粘性树脂更易于被加热的辊209、210熔化。
在可替代的实施例中，使用空气喷嘴代替气刀。
如从图23(a)和图23(b)可更清楚地看到的，上述纤维将形成为最终制成的光电池阵列中位于原电极阵列与反电极阵列之间的绝缘隔离物，下文中将对此作更详细地描述，图中显示直径较小的纤维508处于与PEN绝缘基板506上的划刻出的绝缘线510对准的位置，而直径较大的纤维509与纤维508平行地延伸。在光电池阵列中，每对纤维中的两根纤维沿着形成在原电极上的相应的压纹凹槽线的两侧延伸。
随后，利用选定的一排或多排、每排十个均匀分隔的液压操纵切割头(未示出)，将带有附着的纤维的被涂覆PEN基板切割成期望的宽度。该期望的宽度代表着最终形成的阵列中所需的光电池的数量。随后，在复卷站将加工完成的反电极阵列缠绕到一个卷上。
在这一工段，完成独立的原电极阵列与反电极阵列的制作。现在将这两个电极阵列结合在一起，并以电介质填充这两个电极阵列之间限定的最终通道，现在将参照图18进行描述。
为了将这两个电极阵列结合在一起，将原电极阵列301和反电极阵列302沿由箭头303、304指示的相应方向传送到限定在三对相对的辊305、306之间的竖直路径的顶部，通过将一定供给量的热油注入到各个辊305、306内的通道307中来加热这三对相对的辊305、306。每对辊305、306中的一个辊具有弹性的涂有橡胶的表面。同时，将一定供给量的液体电解质从一排喷嘴308喷射到限定在反电极的各对纤维之间的通道中，这些通道现在位于原电极阵列301与反电极阵列302之间。在一个示例中，设置22个喷嘴。可使用单个蠕动泵(peristaltic pump)将电解质供给到所有22个喷嘴。然而，这种设置不允许对电解质从每个喷嘴308进入其相应的通道的流量进行独立的控制。因此，喷嘴308由一排或多排与上文参照图14描述的在染料涂覆站中使用的配量阀类似的电磁控制配量阀形成。使用位于配量阀308下游的反射式光学传感器309感测22个通道内的电解质的液面，并利用从光学传感器309输出的信号来控制电解质进入通道中的流动速率。通过独立地控制从22个配量阀的每个阀排出的电解质的量来实现对进入每个通道中的电解质流量的控制。然而，也可通过调节两个电极阵列301、302在三对辊305、306之间的传送速率，来控制填充所述通道的总速率。
每对辊305、306的表面形成有与电极幅材301、302相应地设置的、相对的脊部，使得成对的被涂覆纤维在相对的脊部之间受到挤压，从而使纤维上的树脂粘性涂层符合原电极结构的形状，这可从图23(a)和图23(b)中更清楚地看到。
在替代性的实施例中，将48根被涂覆的绝缘纤维设置于原电极阵列上、而不是反电极阵列上。在这种设置中，将原电极阵列连同这48根纤维一起供给到两个加热的辊之间所限定的压辊间隙，这两个加热的辊熔化粘性树脂涂层，并将纤维结合于钛幅材的沿着压纹凹槽线的每一侧延伸的多对平行线的相应位置上。如同上述的将纤维设置于反电极阵列上的设置，设置热气刀的一线性阵列，以紧靠着压辊间隙的上游将热空气吹向纤维，并用来预先加热纤维，使得粘性树脂更易于被加热的辊所熔化。图19(a)示出了原电极阵列171的最终形成的结构，从图19(a)中可看到，绝缘纤维172、173的涂层已部分熔化，使得每对纤维中，两根纤维中较细的纤维172牢固地附连到下面的钛幅材条带174；而两根纤维中较粗的纤维173则沿着形成于原电极171中的各钛条带174的端部之间的绝缘轨道175延伸，并牢固地附连到下面的相邻钛条带174的端部区域而且还附连到PET基板176。每对相邻的纤维172、173设置于在相应的压纹凹槽177线两侧延伸的线上。
通过这种设置，在图20所示的工序中，当原电极为水平取向时，电介质沉积到形成于交替的被涂覆绝缘纤维对172、173之间的通道中。在这种设置中，原电极阵列171从供给卷178被传送到电解质填充站179，在电解质填充站179，当原电极阵列171处于水平取向时，将电解质沉积在原电极阵列171上。与上面参考图14进行的描述类似，由排列成一个或多个线性阵列的22个电磁控制配量阀供给电解质。由于原电极阵列171是水平设置的，电解质将在重力作用下填充到交替的被涂覆纤维对之间的通道内。在填充工序中，使用一排22个光学色度传感器180感测在22个通道内的电解质的液面，光学色度传感器180沿原电极阵列171的传送方向设置于电解质填充站179的下游。传感器180是状况响应式(condition-responsive)传感器，这是由于其设置为用以探测颜色的变化，而在原电极阵列内的被染料涂覆的二氧化钛层一旦被电解质覆盖时就会发生颜色变化。对电解质沉积速率的控制是通过以下一种或两种调节来实现的：(a)调节电解质的流动速率和(b)调节原电极阵列被传送通过电解质填充站179的速度。图19(b)示出了刚填充电解质之后的原电极阵列171的结构，从中可看到，电解质181填充了限定在交替的绝缘纤维对172、172之间的通道。
反电极阵列182由涂有例如氧化铟锡(ITO)的导电层的聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)幅材形成，并且反电极阵列182从供给卷183经过24个划刻销构成的线性阵列184来传送；线性阵列184与上文描述的设置相同，用以形成24个平行的绝缘轨道。经划刻后的反电极阵列182随后与填充有电解质的原电极阵列171一起被传送到第一对加热的辊1831、1841之间所限定的压辊间隙，该压辊间隙使两个电极阵列171、182变成密封在一起。使用上文描述类型的机械式边缘引导机构实现原电极阵列171与反电极阵列182之间的对准。虽然在该情况下，原电极阵列171已形成有被涂覆纤维172、173，但两个电极阵列171、182之间的对准仍然是必要的，为的是使形成在反电极阵列182上的24个绝缘轨道185与原电极阵列171上的相应的24个较细的纤维172对准。在这种设置中，这种对准是通过将划刻销179的阵列安装到一机架(未示出)，并使电解质填充站179也附连到该机架上来实现的，从而使得原电极阵列171与反电极阵列182的相互对准变得不那么重要。随后将被密封电极阵列171、182传送到第二对辊186、187之间，第二对辊186、187将两个电极阵列171、182压紧到在两个电极阵列171、182之间形成期望的间隔的程度。优选地，使两个电极阵列位置尽可能相互靠近，但不致靠近到导致两个电极阵列171、182跨越电解质而短路的程度。第二对辊186、187还用于迫使任何多余的电解质顺着相应的通道沿电极阵列171、182运动的上游方向流动。图19(c)中示出了最终形成的电极组件的结构，从中可看到，反电极阵列182的导电的ITO层188与原电极阵列171的其中一个压纹凹槽177直接电接触，并且被涂覆绝缘纤维172、173用于将电解质保持在预先形成的通道内并从而与压纹凹槽177的区域隔绝。
在又一种设置中，将48根纤维中较粗的24根纤维直接设置于形成在原电极阵列中的绝缘轨道上，而将48根纤维中较细的24根纤维直接设置于形成在反电极阵列中的绝缘轨道上。相应的纤维的设置方法如上文所述。通过这种设置，使所有的纤维更容易对准。
在另一个实施例中，并不使用涂有热熔粘合剂的Kevlar纤维作为绝缘隔离物，而是仅使用热熔粘合剂，在此情况下，将一定供给量的热熔粘合剂预先加热，并随后直接挤到以下之一或者两者的表面上：(a)原电极阵列的邻近压纹凹槽线延伸的平行线，或(b)反电极阵列182的同样的对应位置处的平行线。在这种设置中，仅压纹凹槽用于限定原电极阵列与反电极阵列之间的间隔。
在上述另一个实施例的一个变型中，热熔粘合剂是以50μm直径的二氧化硅玻璃的球形珠的形式来供给的，当将热熔粘合剂沉积在原电极阵列或反电极阵列其中之一上时，上述球形珠用于与压纹凹槽线共同限定上述两个电极阵列之间在组装后的光电池阵列中的间隔。
在用于形成两个电极阵列的组件的每一个上述设置中，随后使用裁切机手动将电极组件切割成所需的长度。
为了防止电解质从两个电极幅材之间的通道的端部逸出，通过将组件放置在边缘密封台上，并将加热到180℃的热熔粘合剂涂覆于每个边缘，将切口长度的前缘和尾缘密封。
在将边缘密封之后，使用图21中示出的层压站层压最终形成的被密封组件。将被密封组件401供给到两个辊402、403之间所限定的压辊间隙，每个辊的表面是弹性的。设置两个保护性层压卷404，一个保护性层压卷位于辊402、403的上方，另一个保护层压卷位于辊402、403的下方。层压卷404设置在卷轴上并具有面向外的粘合剂层，该粘合剂层覆盖有可去除的保护层405。两个层压层404经由去除保护层405的站而供给到两个辊402、403之间的压辊间隙。随后每个层压层404在粘性表面面向加热器406的状态下行进通过相应的辐射加热器406，以使得粘合剂活化。将被密封组件于动地馈入两个辊402、403之间的压辊间隙，使得层压层404的上表面和下表面附连。一旦最终形成的层压后组件通过层压站，就将层压层404的尾缘去除。
两个辊402、403的弹性有效地防止了在层压层404的下方形成气泡。
为了设立层压站，首先使层压层404进入两个辊402、403之间的压辊间隙，而不去除覆盖粘合剂的保护层。这使得层压层能够对准(而这本来会因存在暴露出来的粘合剂层受到妨碍)，并且还防止粘合剂与辊402、403接触。
层压层起到防潮层(moisture barrier)作用，并保护光电池免受有害的紫外线辐射的影响。
在挠性光电池阵列的制造中，最后的工序是将相应的电端子连接到该阵列的每个侧边，而这种连接是通过去除覆盖PET基板中的细长槽的层压部的选定区域以暴露出下面的钛箔，并将适合的电连接器附连到暴露出的钛表面来实现的。如上所述，两个光电池中位于侧部边缘上的一个或全部两个电池不是有效的，并仅作为用以允许建立外部电连接的假电池。
在图22(a)和图22(b)中示出的替代性的设置中，通过在阵列内的第一个电池和最末一个电池5021中各自形成相应的孔5011，并在两个孔5011内均卷绕金属圈5031，来实现卷曲式连接。外部连接则通过将相应的端子5041直接焊接到上述两个卷曲的金属圈5031来实现，或者通过将每个金属圈5031与其相应的端子5041卷绕在一起来实现。
图22(a)和图22(b)示出了形成在含有电解质的电池5021中的卷曲式连接。但是，在优选的实施例(未示出)中，假电池5021不包含电解质或染料涂层。此外，可省略原电极阵列中最靠近组装后的阵列的边缘(示出于图22(a)和图22(b)中的阵列的右侧)的凹槽线，可在该位置仅设置一根被涂覆纤维、或最优选地设置单独一条热熔粘合剂线来取代图22(a)和图22(b)所示的两根被涂覆纤维。
由于假电池5021中优选不含有电解质，所以不存在电解质发生任何不希望有的泄漏或电解质对电连接产生任何腐蚀性破坏的危险。以这种方式，可有效地建立与钛幅材的构成假电池5021的一部分的内部条带的外部电连接。此外，通过这种设置，原电极阵列的PET基板不必形成有细长孔。
图23(a)是一实施例中光电池阵列在组装前的两个相邻电池的一部分的分解剖视图，在该实施例中被涂覆绝缘纤维设置于反电极阵列上。这些电池的原电极包括钛幅材501的条带，每个条带具有一条沿幅材的一个边缘的凹槽502的压纹线，各钛条带被绝缘间隙503分隔。钛幅材501的每个条带均部分地覆盖有由二氧化钛和钌染料构成的层504。钛条带501形成在下面的连续的PET基板505上。
反电极阵列由连续的绝缘基板506形成，绝缘基板506由PEN制成并覆盖有由ITO构成的导电层507，并且绝缘基板506具有相对细的被涂覆纤维508和相对粗的被涂覆纤维509，较细的纤维508与形成在ITO导电层507中的绝缘轨道510对准。
图23(b)是经组装和层压之后的光电池阵列的两个相邻的电池的一部分的剖视图，其中两个绝缘基板505、506的外表面各自覆盖有相应的层压层511。
图24示出了根据本发明的优选的实施例的制作完成的光电池阵列的部件的尺寸。该图中的图形不是按比例绘制的，为清晰起见，扩大了竖直的尺寸。
图25示出了制作完成的12个光电池构成的阵列的整体外观。在此情况下，使得外部电连接线701通过沿原电极阵列的PET基板的侧边缘形成的两个细长孔702连接到钛幅材。应认识到，所制成的阵列可包括不同数量的光电池。例如在一个优选实施例中，所制成的阵列包括11个光电池。
某些辊需要对准调整。图26(a)和图26(b)示出了如何实现这种对准调整。固定的安装块601借助安装螺栓603刚性附连到导轨602。可调整的安装块604借助上螺纹栓(threaded bolt)和下螺纹栓605可滑动地附连到固定的安装块601，上述螺纹栓605容置在固定的块601中相应的净孔(clearance bore)606以及可调整的块604中相应的螺纹孔607内。通过使螺纹栓605顺时针旋转，引起可调整的安装块604朝向固定的块601移动。第三螺纹栓608被容置在固定的安装块601中位于上螺纹栓与下螺纹栓605之间的螺纹孔609内，并从固定的安装块601朝向可调整的块604延伸。第三螺纹栓608具有六角形头部610，该头部610通过紧靠可调整的块604的表面而充当终点止动装置(end-stop)。将第三螺纹栓608旋转一定的量，以使得六角形头部610限定可调整的块604的一个期望位置；并将上螺栓与下螺栓605紧固，以使可调整的块604朝向固定的块601移动，直到可调整的块紧靠六角形头部610为止，在该点可调整的块604即处于上述期望位置。随后可使用固定螺栓611将可调整的块604刚性附连到导轨602。
当需要调整辊612的轴线的位置时，利用相应的各对固定的和可调整的安装块601、604，并且将辊612的端部613安装在两个可调整的块604中的相应的凹部内，如图16(b)所示。应认识到，通过这种设置，能够相对于固定的导轨602精确地对准辊612的轴线。
应认识到，根据以上所述工序制造的软性光电池阵列具有广泛的应用，例如：
(a)通过使光电池阵列漂浮在水面上并使阵列接受光源照射而产生电能；
(b)通过使光电池阵列漂浮在水面上并使阵列接受光源(例如日光或甚至月光)照射，并利用由阵列产生的电能给利用反向渗透的脱盐工序提供能量来淡化海水水体；
(c)通过使光电池阵列漂浮在水面上来减小来自水体表面的蒸发量；以及
(d)通过使光电池阵列漂浮在游泳池的水面上，并将阵列的输出端连接到电加热器来加热游泳池。