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技術 太陽電池相互接続

出願人 サンパワーコーポレイション
発明者 パス、トーマスピー.ハーレイ、ガブリエルカヴラク、ダビッドフレデリックジョールシーウェル、リチャードハミルトン
出願日 2015年9月22日 (5年3ヶ月経過) 出願番号 2017-515216
公開日 2017年9月28日 (3年2ヶ月経過) 公開番号 2017-528919
状態 特許登録済
技術分野 光起電力装置
主要キーワード 蝶ネクタイ形状 張り出し縁 モジュール材料 ゼロ角度 オープンエンド型 連続片 高降伏強度 ダイヤモンド領域
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図面 (16)

課題・解決手段

太陽電池は、太陽電池の半導体領域に結合された第1の降伏強度を有する第1の部分を有する導電箔を備えることができる。太陽電池は、導電箔の第2の部分を含む相互接続構造によって別の太陽電池と相互接続されてもよく、相互接続構造は、第1の降伏強度より高い第2の降伏強度を有する。

概要

背景

光起電力電池は、太陽電池として一般に知られており、太陽放射電気エネルギー直接変換するための周知の装置である。一般に、太陽電池は、半導体処理技術を使用して半導体ウェハ上又は基板上に作製され、基板の表面近くp−n接合が形成される。太陽放射が基板の表面に衝突して基板内に入ると、基板のバルク内に電子正孔対が生成される。電子正孔対が基板内のpドープ及びnドープ領域まで移動する結果、ドープ領域間に電圧差が発生する。ドープ領域は太陽電池上の導電性領域に接続されて、電池から外部回路電流を送る。

太陽電池を直列相互接続して太陽電池列を提供することができ、次に太陽電池列を直列に接続してモジュールを構成することができる。いくつかの例では、太陽電池の相互接続は困難な場合がある。

概要

太陽電池は、太陽電池の半導体領域に結合された第1の降伏強度を有する第1の部分を有する導電箔を備えることができる。太陽電池は、導電箔の第2の部分を含む相互接続構造によって別の太陽電池と相互接続されてもよく、相互接続構造は、第1の降伏強度より高い第2の降伏強度を有する。

目的

用語
以下のパラグラフは、本開示(添付の「特許請求の範囲」を含む)で見出される用語に関する、定義及び/又はコンテキストを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
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請求項1

光起電力(「PV」)モジュールであって、第1の降伏強度を有する第1の部分と第2の部分とを有する第1の導電箔を含む第1の太陽電池であって、前記第1の部分が、前記第1の太陽電池の半導体領域の上に配設され、かつ前記第1の太陽電池の半導体領域に結合され、前記第2の部分が前記第1の太陽電池の縁部を越えて突出する、第1の太陽電池と、第2の太陽電池に結合された相互接続構造と、を備え、前記相接続構造が、前記第2の部分を含み、前記第1の降伏強度より高い第2の降伏強度を有する、PVモジュール

請求項2

第3の部分と第4の部分とを有する第2の導電箔を含む第2の太陽電池であって、前記第3の部分が、前記第2の太陽電池の半導体領域の上に配設され、かつ前記第2の太陽電池の半導体領域に結合される、第2の太陽電池を更に備え、前記相互接続構造が、前記第2の導電箔の前記第4の部分に結合された前記第1の導電箔の前記第2の部分を含む、請求項1に記載のPVモジュール。

請求項3

前記相互接続構造が、前記第2の部分と前記第4の部分とに結合された追加材料を更に含み、前記追加材料、前記第2の部分及び前記第4の部分が、共に、前記第2の降伏強度を有する、請求項2に記載のPVモジュール。

請求項4

前記追加材料が、前記第1の太陽電池と前記第2の太陽電池との間に配設されて前記第1の太陽電池と前記第2の太陽電池との間に間隔を提供する、請求項3に記載のPVモジュール。

請求項5

前記追加材料が、1つ又は複数の溶接部によって前記第2の部分と前記第4の部分とに結合される、請求項3に記載のPVモジュール。

請求項6

前記第1の導電箔及び前記第2の導電箔が、アルミニウムを含み、前記追加材料が、前記第1の導電箔及び前記第2の導電箔のアルミニウムより高い降伏強度を有するアルミニウムを含む、請求項3に記載のPVモジュール。

請求項7

前記追加材料が、応力緩和機能を有する、請求項3に記載のPVモジュール。

請求項8

前記追加材料が、前記第2の部分及び前記第4の部分の少なくとも一部の周り巻き付けられる、請求項3に記載のPVモジュール。

請求項9

前記第1の導電箔が、50マイクロメートル以下の厚さを有する、請求項1に記載のPVモジュール。

請求項10

前記第2の部分が、前記第1の太陽電池の前記縁部を越えて2mm未満突出している、請求項1に記載のPVモジュール。

請求項11

光起電力(「PV」)モジュールを組み立てる方法であって、第1の導電箔の第1の部分を、第1の基板内又は該第1の基板の上に配設された第1の半導体領域に結合する工程と、第2の導電箔の第1の部分を、第2の基板内又は該第2の基板の上に配設された第2の半導体領域に結合する工程と、前記第1の導電箔の第2の部分を前記第2の導電箔の第2の部分に結合して、前記第1の導電箔の前記第1の部分及び前記第2の導電箔の前記第1の部分より高い降伏強度を有する相互接続構造を形成する工程と、を含む、方法。

請求項12

相互接続材料を前記第1の導電箔の前記第2の部分及び前記第2の導電箔の前記第2の部分に結合して、より高い降伏強度を有する前記相互接続構造を形成する工程を更に含む、請求項11に記載の方法。

請求項13

前記相互接続材料を結合する工程は、前記相互接続材料を前記第1の導電箔の前記第2の部分及び前記第2の導電箔の前記第2の部分に溶接することを含む、請求項12に記載の方法。

請求項14

前記第1の基板と前記第2の基板との間に隙間を形成するように前記相互接続材料を配置する工程を更に含む、請求項12に記載の方法。

請求項15

二重焼き戻し技法を前記第1の導電箔に適用して、異なる降伏強度を有する前記第1の半導体領域及び前記第2の半導体領域を形成する工程を更に含む、請求項11に記載の方法。

請求項16

前記第1の導電箔の前記第1の部分を前記第1の半導体領域に結合する前記工程が、加熱接合技法を実行することを含み、更に、前記加熱接合技法の実行中に前記第1の導電箔の前記第2の部分を冷却して、前記第1の導電箔の前記第2の部分が、前記第1の導電箔の前記第1の部分より高い降伏強度を有するようにする工程を含む、請求項11に記載の方法。

請求項17

光起電力(「PV」)モジュールであって、第1及び第2の太陽電池を備え、前記第1及び第2の太陽電池のそれぞれは、基板と、前記基板内又は前記基板の上に配設された半導体領域と、前記半導体領域の上に配設され、かつ前記半導体領域に結合された、第1の降伏強度を有する第1の部分を有する導電箔と、前記第1の降伏強度より高い第2の降伏強度を有する相互接続と、を備え、前記相互接続が、前記第2の太陽電池の前記導電箔の第2の部分に結合された前記第1の太陽電池の前記導電箔の第2の部分を含む、PVモジュール。

請求項18

前記相互接続が、前記導電箔の前記第2の部分に結合された追加材料を更に含む、請求項17に記載のPVモジュール。

請求項19

前記追加材料が、前記相互接続の応力緩和を提供するように成形される、請求項18に記載のPVモジュール。

請求項20

前記導電箔が、アルミニウムを含む、請求項17に記載のPVモジュール。

背景技術

0001

光起電力電池は、太陽電池として一般に知られており、太陽放射電気エネルギー直接変換するための周知の装置である。一般に、太陽電池は、半導体処理技術を使用して半導体ウェハ上又は基板上に作製され、基板の表面近くp−n接合が形成される。太陽放射が基板の表面に衝突して基板内に入ると、基板のバルク内に電子正孔対が生成される。電子正孔対が基板内のpドープ及びnドープ領域まで移動する結果、ドープ領域間に電圧差が発生する。ドープ領域は太陽電池上の導電性領域に接続されて、電池から外部回路電流を送る。

0002

太陽電池を直列相互接続して太陽電池列を提供することができ、次に太陽電池列を直列に接続してモジュールを構成することができる。いくつかの例では、太陽電池の相互接続は困難な場合がある。

図面の簡単な説明

0003

いくつかの実施形態による、基板の上に形成されたエミッタ領域上に形成された導電性コンタクトを有する例示的な太陽電池の一部の断面図である。
いくつかの実施形態による、基板内に形成されたエミッタ領域上に形成された導電性コンタクトを有する例示的な太陽電池の一部の断面図である。

0004

いくつかの実施形態による、基板の上に形成されたエミッタ領域上に形成された導電性コンタクトを有する例示的な太陽電池の一部の断面図である。
いくつかの実施形態による、基板内に形成されたエミッタ領域上に形成された導電性コンタクトを有する例示的な太陽電池の一部の断面図である。

0005

いくつかの実施形態による、様々な例示的な太陽電池相互接続の断面図である。
いくつかの実施形態による、様々な例示的な太陽電池相互接続の断面図である。
いくつかの実施形態による、様々な例示的な太陽電池相互接続の断面図である。
いくつかの実施形態による、様々な例示的な太陽電池相互接続の断面図である。

0006

いくつかの実施形態による、様々な例示的な太陽電池相互接続の上視図である。
いくつかの実施形態による、様々な例示的な太陽電池相互接続の上視図である。

0007

いくつかの実施形態による、太陽電池を相互接続する例示的な方法を示すフローチャートである。

0008

いくつかの実施形態による、異なる降伏強度を有する導電箔領域を形成する例示的な方法を示すフローチャートである。

0009

いくつかの実施形態による、異なる降伏強度を有する導電箔領域を形成する例示的な手順を示す断面図である。
いくつかの実施形態による、異なる降伏強度を有する導電箔領域を形成する例示的な手順を示す断面図である。
いくつかの実施形態による、異なる降伏強度を有する導電箔領域を形成する例示的な手順を示す断面図である。

実施例

0010

以下の発明を実施するための形態は、本質的には、単なる例示に過ぎず、本出願の主題の実施形態、あるいはそのような実施形態の適用及び使用を限定することを意図するものではない。本明細書で使用するとき、「例示的(exemplary)」という語は、「実施例、実例、又は例示としての役割を果たすこと」を意味する。本明細書で例示的として説明される実装形態はいずれも、必ずしも他の実装形態よりも好ましいか又は有利なものとして解釈されるべきではない。更には、前述の「技術分野」、「背景技術」、「発明の概要」、又は以下の「発明を実施するための形態」で提示される、明示又は暗示されるいずれの理論によっても、束縛されることを意図するものではない。

0011

本明細書は、「一実施形態(one embodiment)」又は「一実施形態(an embodiment)」への言及を含む。「一実施形態では(in one embodiment)」又は「一実施形態では(in an embodiment)」という語句出現は、必ずしも、同じ実施形態を指すものではない。特定の機構、構造、又は特性を、本開示と矛盾しない任意の好適な方式で組み合わせることができる。

0012

用語
以下のパラグラフは、本開示(添付の「特許請求の範囲」を含む)で見出される用語に関する、定義及び/又はコンテキストを提供する。

0013

「備える」。この用語は、オープンエンド型である。添付の「特許請求の範囲」で使用されるとき、この用語は、付加的な構造又は段階を排除するものではない。

0014

「〜ように構成された」。様々なユニット又は構成要素が、タスクを実行する「ように構成された」として記述又は特許請求されることがある。そのようなコンテキストでは、「〜ように構成された」は、それらのユニット/構成要素が、動作中にそれらのタスクを実行する構造を含むことを示すことによって、その構造を含意するために使用される。それゆえ、ユニット/構成要素は、指定のユニット/構成要素が現時点で動作可能ではない(例えば、オンアクティブではない)場合であっても、そのタスクを実行するように構成されていると言うことができる。ユニット/回路/構成要素が、1つ又は複数のタスクを実行する「ように構成された」と記載することは、そのユニット/構成要素に関して、米国特許法第112条第6項が適用されないことを、明示的に意図するものである。

0015

「第1の」、「第2の」など。本明細書で使用するとき、これらの用語は、それらが前に置かれる名詞に対する指標として使用されるものであり、いずれのタイプの(例えば、空間的、時間的、論理的などの)順序付けも暗示するものではない。例えば、導電箔の「第1」部分に関する言及は、この部分が順序において最初の部分であることを必ずしも意味しない。代わりに、「第1」という用語は、この部分を別の部分(例えば、「第2」の部分)から区別するために使用される。

0016

「基づく」。本明細書で使用されるとき、この用語は、決定に影響を及ぼす、1つ又は複数の因子を説明するために使用される。この用語は、決定に影響を及ぼし得る、更なる因子を排除するものではない。すなわち、決定は、単にそれらの因子のみに基づく場合もあり、又は、それらの因子に少なくとも部分的に基づく場合もある。「Bに基づいてAを決定する」という語句を考察する。Bは、Aの決定に影響を及ぼす因子とすることができるが、そのような語句は、Aの決定がCにもまた基づくものであることを排除するものではない。他の場合には、単にBのみに基づいて、Aを決定することができる。

0017

「結合された」−以下の説明は、要素又はノード又は機構が一体に「結合された」ことについて言及する。本明細書で使用するとき、明示的に別段の定めがある場合を除き、「結合された」とは、1つの要素/ノード/機構が、別の要素/ノード/機構に、直接的又は間接的に連結される(又は、それと直接的若しくは間接的に連絡する)ことを意味するものであり、これは、必ずしも機械的なものではない。

0018

「抑制する」−本明細書で使用するとき、抑制する、とは、効果を低減又は最小化することを説明するために使用される。構成要素又は機構が、作用、動作、若しくは条件を抑制するとして説明される場合、それは、完全に、その結果若しくは成果、又は将来の状態を阻止し得るものである。更に、「抑制する」はまた、さもなければ生じ得るであろう成果、性能、及び/又は効果を、低減又は減少させることにも言及することができる。したがって、構成要素、要素、又は機構が、結果又は状態を抑制するとして言及される場合、これらの構成要素、要素、又は機構は、その結果若しくは状態を完全に阻止又は排除する必要はない。

0019

更には、特定の用語法はまた、以下の説明において参照目的のためにのみ使用される場合があり、それゆえ、限定的であることを意図されていない。例えば、「上部」、「下部」、「上方」、及び「下方」などの用語は、参照された図面内での方向を指す。「前部」、「後方」、「後部」、「側部」、「外側」、及び「内側」などの用語は、説明中の構成要素について記述する本文及び関連図面の参照によって明らかにされる、一貫性はあるが任意の基準系内における、構成要素の諸部分の向き及び/又は位置を記述するものである。そのような用語法は、具体的に上述された語、それらの派生語、及び類似の意味の語を含み得る。

0020

本明細書で述べる例の多くは、バックコンタクト太陽電池であるが、この技術及び構造は、他の(例えば、フロントコンタクト)太陽電池にも同様に適用される。更に、理解を容易にするため、本開示の大部分は、太陽電池に関して説明されるが、開示される技術及び構造体は、他の半導体構造体(例えば、一般的に、シリコンウェハ)に等しく適用される。

0021

太陽電池相互接続と太陽電池相互接続を形成する方法が本明細書で説明される。以下の説明では、本開示の実施形態の完全な理解を提供するために、特定のプロセスフロー操作などの多数の具体的詳細が記載される。これらの具体的な詳細なしに、本開示の実施形態を実践することができる点が、当業者には明らかとなるであろう。他の場合には、本開示の実施形態を不必要に不明瞭にしないために、リソグラフィ技術などの周知の製造技術は、詳細には説明されない。更には、図に示される様々な実施形態は、例示的な表現であって、必ずしも原寸に比例して描写されるものではないことを理解されたい。

0022

本明細書は、最初に、開示される相互接続によって相互接続され得る例示的な太陽電池について述べ、次に相互接続構造の様々な実施形態をより詳細に説明する。本明細書は、その後で、相互接続構造を形成するための例示的な方法の説明を含む。全体を通して様々な例が提供される。

0023

第1の太陽電池の例では、導電箔を用いてコンタクト(例えば裏面コンタクト)を、太陽電池の基板の上方に形成されたエミッタ領域を有する太陽電池に対して作製する。例えば、図1Aは、本開示の実施形態による、基板の上方に形成されたエミッタ領域上に形成された導電性コンタクトを有する太陽電池の一部の断面図である。様々な実施形態では、導電箔は、より詳細に後述されるように、導電性コンタクトの導電箔より高い降伏強度を有する相互接続構造を形成するためにも使用される。

0024

導電箔を太陽電池に結合し隣接電池の導電箔を相互接続するにはいくつかの課題がある。一例として、太陽電池とモジュールの信頼性と寿命を低下させ得るラチェッティングが起こる可能性がある。ラチェッティングは、箔の非平面ひずみを特徴とする金属の塑性変形の形であり、これにより、現場で信頼性の問題が生じる可能性がある。別の例として、材料間(例えば、シリコンと金属間)の熱応力不一致によってウェハ反りが生じ、ウェハ反りは、処理(例えば、アラインメント)及び取り扱いの問題を引き起こすことがある。金属の降伏応力と、ラチェッティングと反り両方への影響とは、反対の関係にある。例えば、高い降伏応力の金属は、ラチェッティングには問題ないが、反りには問題となる。この逆のことは、低い降伏応力の金属に当てはまる。開示される構造及び技術は、ウェハ反りとラチェッティングを抑制し、その結果、得られた太陽電池とモジュールの寿命と性能を改善することができる。

0025

図1Aを参照すると、太陽電池100Aの一部は、複数のn型ドープポリシリコン領域220、複数のp型ドープポリシリコン領域222、及びトレンチ216によって露出された基板200の部分の上に配設されたパターン形成誘電層224を含む。導電性コンタクト228は、誘電層224内に配設された複数のコンタクト開口内に配設され、複数のn型ドープポリシリコン領域220、及び複数のp型ドープポリシリコン領域222に結合される。

0026

一実施形態では、複数のn型ドープポリシリコン領域220及び複数のp型ドープポリシリコン領域222は、太陽電池100Aのエミッタ領域を提供することができる。したがって、一実施形態では、導電性コンタクト228が、エミッタ領域上に配設される。一実施形態では、導電性コンタクト228は、バックコンタクト太陽電池のバックコンタクトであり、太陽電池100Aの受光面と反対側(図1Aで201として示される方向)の太陽電池の表面に位置する。更に、一実施形態では、エミッタ領域を薄い又はトンネル誘電層202上に形成する。

0027

いくつかの実施形態では、図1Aに示されるように、バックコンタクト太陽電池の製造は、基板上に薄い誘電層202を形成することを含むことができる。一実施形態では、薄い誘電層は、二酸化シリコンから構成され、約5〜50オングストロームの範囲内の厚さを有する。一実施形態では、薄い誘電層は、トンネル酸化物層として機能する。一実施形態では、基板は、バルク単結晶シリコン基板、例えばn型ドープ単結晶シリコン基板である。しかし別の実施形態では、基板には太陽電池基板全体上に配設された多結晶シリコン層が含まれる。

0028

トレンチ216は、n型ドープポリシリコン(又はアモルファスシリコン)領域220とp型ドープポリシリコン領域222との間に形成され得る。トレンチ216の一部が、テクスチャ特徴を有するようにテクスチャ化されてもよい。誘電層224は、複数のn型ドープポリシリコン領域220、複数のp型ドープポリシリコン領域222、及びトレンチ216によって露出された基板200の部分の上に形成され得る。一実施形態では、誘電層224の下面は、複数のn型ドープポリシリコン領域220、複数のp型ドープポリシリコン領域222、及び基板200の露出部分と共形となるように形成され得、誘電層224の上面は、実質的に平坦である。特定の実施形態では、誘電層224は、反射防止膜(ARC)層である。

0029

誘電層224内に複数のコンタクト開口が形成されてもよい。複数のコンタクト開口は、複数のn型ドープポリシリコン領域220、及び複数のp型ドープポリシリコン領域222に対する露出を提供することができる。一実施形態において、複数のコンタクト開口は、レーザーアブレーションによって形成される。一実施形態では、n型ドープポリシリコン領域220に対するコンタクト開口は、p型ドープポリシリコン領域222に対するコンタクト開口と実質的に同じ高さを有する。

0030

バックコンタクト太陽電池のコンタクトを形成することは、複数のコンタクト開口226内に、複数のn型ドープポリシリコン領域220と複数のp型ドープポリシリコン領域222とに結合された導電性コンタクト228を形成することを含み得る。したがって、一実施形態では、導電性コンタクト228は、バルクN型シリコン基板200の受光面201と反対側の、バルクN型シリコン基板200の表面上又は表面の上に形成される。特定の実施形態では、導電性コンタクトは、基板200の表面の上の領域(222/220)に形成される。

0031

更に図1Aを参照すると、導電性コンタクト228は、導電箔134を含むことができる。種々の実施形態では、導電箔は、アルミニウム、銅、他の導電材料、及び/又はこれらの組み合わせでよい。いくつかの実施形態では、図1Aに示されるように、導電性コンタクト228はまた、導電箔134とそれぞれの半導体領域との間に、領域130及び132(図1A)などの1つ又は複数の導電性(金属又は他のもの)領域を含むことができる。例えば、第1の導電性領域130は、印刷又はブランケット付着(例えば、スパッタ蒸着など)することができる(例えば、アルミニウム、アルミニウム/シリコン合金など)を含むことができる。

0032

一実施形態では、導電箔134と1つ又は複数の導電性領域130及び132は、太陽電池の半導体領域に溶接熱圧縮、又は他の方法で結合され、それにより太陽電池100Aのエミッタ領域と電気接触され得る。本明細書で述べるとき、いくつかの実施形態では、図1A及び図1Bに示されるように、1つ又は複数の導電性領域(例えば、スパッタ、蒸着又は印刷されたアルミニウム、ニッケル、銅など)が、導電箔とエミッタ領域との間にあってもよい。熱圧縮された導電箔は、本明細書では、塑性変形が起こりうる温度で加熱され、箔がエミッタ領域及び/又は導電性領域により容易に付着できるような十分な力で機械的圧力が加えられた導電箔を指すために使用される。

0033

いくつかの実施形態では、導電箔134は、純粋Alか合金(例えば、Al/シリコン(Al/Si)合金箔)かに関わらず、アルミニウム(Al)箔であってよい。一実施形態では、導電箔134はまた、非Al金属を含むことができる。そのような非Al金属は、Al粒子との組み合わせで使用されてもよく、又はAl粒子の代わりに使用されてもよい。開示内容のほとんどにおいて金属箔及び金属導電性領域について説明しているが、いくつかの実施形態では、非金属導電箔(例えば、導電性カーボン)及び非金属導電性領域を、金属箔及び金属導電性領域に加えて又はそれらの代わりに、同様に使用することができることに注意されたい。本明細書で説明するように、金属箔には、他にも例があるが、Al、Al−Si合金、スズ、銅、及び/又は銀を含めることができる。いくつかの実施形態では、導電箔は5マイクロメートル厚未満(例えば1マイクロメートル未満)とすることができ、一方で他の実施形態では、箔は他の厚さ(例えば、15マイクロメートル、25マイクロメートル、37マイクロメートル、50マイクロメートル未満など)とすることができる。いくつかの実施形態では、箔の種類(例えば、アルミニウム、銅、スズなど)が、太陽電池全体に生じる十分な電流輸送を実現するのに必要な箔の厚さに影響を与える可能性がある。更に、1つ又は複数の追加の導電性領域130及び132を有する実施形態では、箔は、そのような追加の導電性領域がない実施形態よりも薄くすることができる。

0034

更に、様々な実施形態では、導電箔の種類及び/又は厚さは、太陽電池に結合された導電箔の部分、及び太陽電池の縁部に張り出しておりかつ相互接続構造の一部である導電箔の部分の降伏強度に影響を与え得る。

0035

種々の実施形態では、導電性領域130及び132は、金属ペースト(例えば、ペーストが印刷可能となるような金属粒子及びバインダを含むペースト)から、金属粉(例えば、バインダを伴わない金属粒子、Al粒子の粉末、Al粒子の層及びCu粒子の層)から、又は金属ペーストと金属粉との組み合わせから形成することができる。金属ペーストを用いる一実施形態では、ペーストを基板上に印刷すること(例えば、スクリーン印刷インクジェット印刷など)によってペーストを付与してもよい。ペーストには、ペーストの送達を容易にするための溶媒が含まれていてもよく、また他の要素(例えばバインダ又はガラスフリット)が含まれていてもよい。

0036

種々の実施形態では、(導電箔と導電性領域とを互いに結合する前及び/又は後に)金属粒子を焼成焼結とも言われる)して、金属粒子を互いに合着することができ、これにより、導電性を高めて線路抵抗下げることができ、その結果、太陽電池の性能が向上する。しかし、焼成又は接合プロセスからの熱によっても、導電箔の降伏強度が低下することがあり、これにより、ラチェッティングによってソーラーモジュールの信頼性と寿命が低下することがある。したがって、本明細書に開示される技術及び構造は、反りを抑制するように十分に低い降伏強度を太陽電池の上の導電箔に提供し、またラチェッティングを抑制するように十分に高い降伏強度を相互接続構造の箔に提供することもできる。

0037

ここで図1Bを参照すると、一実施形態による、基板内に形成されたエミッタ領域上に形成された導電性コンタクトを有する例示的な太陽電池の一部の断面図が示されている。例えば、この第2の例示的電池では、図1Aの例と同様に、導電箔を使用して、太陽電池の基板内に形成されたエミッタ領域を有する太陽電池のためのコンタクト(例えば、裏面コンタクト)を作製することができる。

0038

図1Bに示されるように、太陽電池100Bの一部は、複数のn型ドープ拡散領域120の上、複数のp型ドープ拡散領域122の上、及び基板100の一部(例えば、バルク結晶シリコン基板)上に配設されたパターン形成誘電層124を含む。導電性コンタクト128は、誘電層124内に配設される複数のコンタクト開口内に配設され、複数のn型ドープ拡散領域120、及び複数のp型ドープ拡散領域122に連結されている。一実施形態では、拡散領域120及び122は、シリコン基板の領域にn型ドーパント及びp型ドーパントをそれぞれドープすることによって形成される。更に、複数のn型ドープ拡散領域120、及び複数のp型ドープ拡散領域122は、一実施形態では、太陽電池100Bのエミッタ領域を提供することができる。したがって、一実施形態では、導電性コンタクト128が、エミッタ領域上に配設される。一実施形態において、導電性コンタクト128は、バックコンタクト太陽電池のためのバックコンタクトであり、受光面と反対側の(例えば、図1Bにおいて示される、テクスチャ化された受光面101の反対側の)太陽電池の表面上に位置する。

0039

一実施形態では、図1Bを再び参照すると、図1Aのものと同様に、導電性コンタクト128は、導電箔134を含むことができ、いくつかの実施形態では、1つ又は複数の追加の導電性領域(例えば、導電性領域130及び132)を含むことができる。導電箔134、及び1つ又は複数の導電性領域は、太陽電池の半導体領域、及び/又は箔と半導体領域との間の1つ又は複数の導電性領域に結合(例えば、溶接、熱圧縮、又は他の方法で)され、したがって太陽電池100Aのエミッタ領域と電気接触することができる。図1Aの導電性コンタクトの説明は、図1Bの導電性コンタクトに等しく当てはまるが、説明を明瞭にするために繰り返さない。

0040

ここで図2Aを参照すると、示される太陽電池は、図2Aの例示的な太陽電池が1つ又は複数の追加の導電性領域(図1Aの領域130及び132)を含まないことを除き、図1Aの太陽電池と同じ特徴を備える。代わりに、導電箔134は、太陽電池の半導体領域に直接接合される。

0041

同様に、図2Bに示される太陽電池は、図2Bの例示的な太陽電池が1つ又は複数の追加の導電性領域(図1Bの領域130及び132)を含まないことを除き、図1Bの太陽電池と同じ特徴を備える。代わりに、導電箔134は、太陽電池の半導体領域に直接接合される。

0042

本明細書では特定の材料について説明しているが、いくつかの材料を他の材料と容易に置き換えてもよく、他のそのような実施形態は本開示の実施形態の趣旨及び範囲内にとどまる。例えば、一実施形態では、異なる材料基板(例えばIII−V族材料基板)を、シリコン基板の代わりに用いることができる。

0043

種々の実施形態では、形成されたコンタクトが、図1B及び図2Bに記載されたように、バルク基板上に直接形成される必要はないことに注意されたい。例えば、一実施形態では、図1A及び図2Aに記載されたように、上記に記載されるもののような導電性コンタクトが、バルク基板の上方に(例えば、裏面に)形成された半導体領域上に形成される。

0044

様々な実施形態では、図1A図1B図2A図2Bの太陽電池の導電箔は、電池の縁部を越えて突出し、隣接電池の張り出し領域に結合して2個の電池を相互接続することができる張り出し領域(例えば、タブ)を備える。いくつかの実施形態では、特定の太陽電池の張り出し部分は、その縁部より2mm未満突出してもよい。

0045

ここで図3図8を参照すると、ラチェッティングとウェハ反りを抑えるように構成された太陽電池相互接続構造の様々な例が示されている。

0046

図3は、相互接続構造によって互いに結合された2つの太陽電池、太陽電池300a及び300bを示す。図示した例では、導電箔の部分302aが、太陽電池300aに結合され、別の導電箔の部分302bが、太陽電池300bに結合される。相互接続構造は、導電箔の張り出し部分304a及び304bを有することができる。図示されるように、張り出し部分304a及び304bは、レーザ若しくは電気溶接はんだ付け、又は他の何らかの技術によって形成され得る、1つ又は複数の接合部306によって結合され得る。様々な実施形態では、太陽電池の上に配設され、かつ太陽電池に結合された導電箔の部分は、相互接続構造の降伏応力よりも低い降伏応力を有する。したがって、より低い降伏応力の金属を含む導電箔の部分は、ウェハに結合された部分であり、ウェハ反りを抑制するのに役立ち得る。また、相互接続構造を形成するために使用される箔の部分は、より高い降伏応力金属であってよく、ラチェッティングを抑制することができる。したがって、そのような箔は、ウェハ反りとラチェッティングの両方を抑制することができる。二重焼き戻し導電箔を形成する1つの例示的な技術は、図10図13に記載される。

0047

図4は、別の例の相互接続構造を示す。図3と同様に、導電箔の部分402aが、太陽電池400aに結合され、別の導電箔の部分402bが、太陽電池400bに結合される。図3対照的に、図4の相互接続構造は、張り出し部分404a及び張り出し部分404bに結合され、かつ張り出し部分404aと張り出し部分404bとの間にある追加材料408を含む。一実施形態では、追加材料408は、相互接続構造の集合的降伏強度がラチェッティングを抑制するのに十分に高くなるような材料であってよい。一実施形態では、太陽電池の上に配設され、かつ太陽電池に結合された部分及び張り出し部分を含む導電箔は、反りを抑制するために低い降伏強度を有する。しかしながら、追加材料は、張り出し部分の低い降伏強度箔に追加されたときに集合的相互接続構造がラチェッティングを抑制するのに十分に高い降伏強度を有するように、十分に高い降伏強度を有することができる。

0048

追加材料408が張り出しタブの間に位置決めされた様々な実施形態では、図4のように、追加材料408は、導電材料である。これは、張り出しタブ(例えば、軟質アルミニウム張り出しタブ、及び硬質アルミニウム追加材料)と同じ材料でも、又は異なる材料でもよい。

0049

図5は、太陽電池を相互接続する際に使用される別の例示的相互接続構造を示す。相互接続構造は、追加材料508が張り出し部分504aと504bの間にないことを除き、図4の相互接続構造に類似している。代わりに、図5の例では、追加材料508は、太陽電池500aと500bとの間に配設され、太陽電池間一貫した間隔又は隙間を提供及び/又は維持することができる。バックコンタクト太陽電池の場合、追加材料508は、相互接続構造の太陽側に位置し、ソーラーモジュールの太陽側から見ることができる。したがって、一実施形態では、追加材料508を着色するか、モジュールの前方から見えるような相互接続構造の可視部が、太陽電池に類似の色になりしたがって融合するように、他の方法で作製することができる。

0050

いくつかの実施形態では、追加材料508は導電材料であってよく、又はいくつかの例では、追加材料508を張り出しタブに結合(例えば、溶接、はんだ付け、巻き付け、結び付けなど)することができる限り、また、相互接続構造が、全体的に、ラチェッティングを抑制するのに十分な降伏強度を有する限り、非導電材料であってよい。

0051

様々な他の例も存在する。例えば、一実施形態では、追加材料は、張り出しタブの前側又は張り出しタブの間ではなく、追加材料は、張り出しタブの裏側にあってよい。別の実施形態では、追加材料を張り出しタブの周りに巻き付け、次に張り出しタブに結合して相互接続構造を形成することができる。

0052

図4及び図5の例では、追加材料は、太陽電池に対して非ゼロ角度で示される。いくつかの実施形態では、追加材料が、相互接続構造が太陽電池の平面からわずかに外れるように結合されてもよく、その結果、相互接続構造の張力緩和され、それによりラチェッティングが更に抑制される。応力緩和相接続構造の他の例も存在する。そのような1つの例を図6に示す。図6に示されるように、追加材料608は、追加材料が各張り出しタブに別々に結合されるような曲がり(例えば、c形の曲がり)を有する。そのような相互接続構造によって、張力緩和が改善され、更にラチェッティングが抑制され得る。図示される追加材料は二軸曲がりを示しているが、いくつかの実施形態では、曲がりは、三軸曲がりであってもよい。

0053

相互接続構造の追加材料は、様々な形状であり得る。相互接続構造は、単純なリボンチャネル形状(例えば、剛性を高めるため)、蝶ネクタイ形状(モジュールの審美性ダイヤモンド領域内の接続のため)であり得る。追加材料は、接合又は信頼性を修正する他の材料又は特性を有することができる。そのような材料又は特性には、腐食防止のため、又は箔(例えば、追加材料上のはんだ被膜)への結合に使用するための被覆(例えば、金属、酸化物又は窒化物)、モジュール材料(例えば、カプセル材料)又は張り出し部分(例えば、はんだ材料被覆)に接着するための接着特性、又は異なる膨張及び収縮特性のための複数の層が挙げられる。

0054

図7及び図8は、様々な実施形態による、例示的な相互接続された太陽電池を示す。説明を容易にするために、太陽電池700及び710上の金属は、パターン(例えば、フィンガパターン)形成されたようには示されていない。図示されるように、太陽電池700及び710は、太陽電池の角部において複数の相互接続構造720を介して相互接続される。右端の点線は、左側太陽電池の導電箔からの張り出しタブの縁部を示し、左端の点線は、右側太陽電池の導電箔からの張り出しタブの縁部を示す。いくつかの実施形態では、接合部730は、溶接、はんだ付け又は何らかの他の結合であってよく、重なり張り出しタブが互いに結合された位置であってよい。

0055

図8の例に示されるように、太陽電池をそれぞれの角部で相互接続する代わりに、太陽電池は、太陽電池の重なり張り出し縁部820において、複数の相互接続接合部830で接続される。一実施形態では、1つ又は複数の相互接続接合部830は、硬質箔の個別片などの追加材料の個別片に対応することができる。又は、一実施形態では、追加材料の連続片が、重なり縁部の上にあっても、その縁部の間にあっても、又はその縁部の下にあってもよく、相互接続接合部830の位置で重なり張り出し縁部に結合される。しかしながら、いくつかの実施形態では、図3の実施形態と同じように、追加材料は使用されない。そのような実施形態では、接合部730及び830は、単に、1つの張り出し箔が別の張り出し箔に結合された領域であってよい。

0056

一実施形態では、1つ又は複数の応力緩和機能が、形成された後に相互接続構造に追加されてもよい。例えば、一実施形態では、応力を更に緩和する1つ又は複数の緩和切欠きが相互接続構造に形成されてもよい。

0057

ここで図9を参照すると、いくつかの実施形態による、太陽電池相互接続領域を形成するための方法を示すフローチャートが示されている。種々の実施形態では、図9の方法には、図示したものよりも多い(又は少ない)ブロックが含まれていてもよい。例えば、いくつかの実施形態では、ブロック908で示されるような相互接続材料の張り出しタブへの結合は行われなくてもよい。

0058

902に示されるように、導電箔の一部分が、太陽電池に結合されてもよい。例えば、一実施形態では、太陽電池の上に配設された導電箔の一部分が、太陽電池の半導体領域に結合されてもよい。結合は、他の技術の中でも特に、レーザ又は熱溶接、はんだ付け、熱圧着によって達成され得る。

0059

904に示されるように、別の導電箔の一部分を別の太陽電池に結合することができる。一実施形態では、ブロック902の記述と同様に、他の太陽電池の上に配設された他の導電箔の一部分を、他の太陽電池の半導体領域に結合することができる。ブロック902の場合と同じように、結合は、他の技術の中でも特に、レーザ又は熱溶接、はんだ付け、熱圧着によって達成され得る。様々な実施形態では、ブロック902及び904は、連続的に行われてもよく、又は実質的に同時に処理されてもよい。

0060

906において、導電箔の他の部分を互いに結合して相互接続構造を形成することができる。一実施形態では、他の部分は、太陽電池の縁部を越えて突出する張り出し部分である。図3図8に様々な例が示される。張り出し部分は、少なくとも部分的に重なってもよく、重なり領域が、溶接、はんだ付け、又は他の方法で互いに結合されて、そのため、電池が、電気的かつ機械的に相互接続され得る。

0061

いくつかの実施形態では、箔の張り出し部分は、ウェハ反りとラチェッティングを抑制することができるように、太陽電池の上に配設され、かつ太陽電池に結合された箔の部分よりも高い降伏強度を有することができる。一実施形態では、箔は、張り出し部分が硬質箔になり太陽電池部分が軟質箔になるように、二重焼き戻しされるように製作又は修正され得る。図10図13は、二重焼き戻しされる箔を修正した1つの例示的実施形態を示す。

0062

しかしながら、いくつかの実施形態では、908に示されるように、追加材料を張り出し箔部分に結合して、より高い降伏強度を有する相互接続を形成することができる。例えば、一実施形態では、追加材料は、張り出し箔部分の間に配置されてもよく、又は張り出し箔部分及び追加材料の前側若しくは裏側に配置されてもよく、両方の張り出し箔部分を互いに結合して、共に相互接続を形成してもよい。1つの単純な例として、張り出し部分は、箔の太陽電池部分と同じ低い降伏強度の軟質箔であってよいが、追加材料は、相互接続構造全体がラチェッティングを抑制するのに十分な高降伏強度を有するように十分高い降伏強度を有してもよい。

0063

一実施形態では、ブロック906及び908における2つの張り出し部分の結合と追加材料の結合は、実質的に同時に行われてもよく、又はブロック906が最初に行われてもよく、又はブロック908が最初に行われてもよい。一例として、追加材料を最初に張り出し部分の1つに溶接し、次に他の張り出し部分を、既に溶接された張り出し部分と追加材料とに溶接してもよい。他の変形も存在する。

0064

いくつかの実施形態では、追加材料は導電性であるが、他の実施形態では、追加材料は、導電性でなくてもよく、又は箔ほど導電性でなくてもよい。そのような実施形態では、張り出し部分は、張り出し部分の間の追加材料なしに互いに直接接触してもよい。そのような実施形態では、追加材料は、機械的完全性を提供し、またラチェッティングを抑制するのに十分な降伏強度を可能にすることができるが、一方の電池から他方の電池に電流を流すことに依拠されなくてもよい。

0065

ここで図10を参照すると、いくつかの実施形態による、二重焼き戻し導電箔を形成するための方法を示すフローチャートが示されている。種々の実施形態では、図10の方法には、図示したものよりも多い(又は少ない)ブロックが含まれていてもよい。

0066

1002に示されるように、加熱接合技法を実行して導電箔の一部を太陽電池に結合することができる。図9のブロック902及び904と同様に、一実施形態では、太陽電池の上に配設された導電箔の一部分を太陽電池の半導体領域に結合することができる。加熱接合技法には、熱圧着接合及び加熱溶接が挙げられる。熱圧着接合の場合、導電箔を摂氏200度を超える温度に加熱することができ、機械力を(例えば、板、ローラなどによって)少なくとも1psiの圧力で印加することができる。

0067

一実施形態では、図10の方法で使用される導電箔は、加熱接合技法が適用される前には、高い降伏強度を有する硬質箔である。1つの例示的な硬質箔は、7020シリーズアルミニウム箔であるが、他の硬質Al箔又は他の非Al箔を使用することができる。

0068

1004に示されるように、導電箔の第2の部分は、太陽電池の縁部を越えて突出する張り出し部分に対応する部分であってよく、ブロック1002の加熱接合技法の間に冷却することができる。ブロック1002及び1004の結果として、本来硬くより高い降伏強度の導電箔が、太陽電池に結合されたときに軟化され、太陽電池の上の部分でより低い降伏強度の箔に変質されてウェハ反りを抑制するが、相互接続された後、箔の張り出し部分の硬さを実質的に保持してラチェッティングを抑制する。

0069

張り出し部分を固定して冷却することは、特に張り出し部分が太陽電池の縁部を越えて2mm以下しか突出しない場合があるときに、困難な場合がある。一実施形態では、より大きい張り出し部分が、二重焼き戻し処理中に存在してもよく、張り出し部分は、箔が焼き戻しされた後に切り取られてもよい。例えば、二重焼き戻し処理中に、張り出し部分が、ウェハの縁部を越えて約10mm突出して、張り出し部分が、張り出し部分を固定して保持するのに十分になるようにしてもよい。二重焼き戻し処理の後、張り出し部分を小さい長さ(例えば、長さ2mm、1mmなど)に切り取ることができる。

0070

図11図13は、例示的な二重焼き戻し技法の一部分の断面図を示す。図11に示されるように、ウェハ1102は、ウェハチャックなどの表面1100上に位置してもよい。一実施形態では、表面1100は、箔が太陽電池に結合しやすくなるように、処理中に加熱されてもよい。硬質箔1104は、ウェハ1102上(例えば、バックコンタクト太陽電池ではウェハの裏側)に配置され、クランプ1106a及び1106bによって固定されてもよい。図示されていないが、箔は、適所でかつ十分にぴんと張った状態で、押し付けられるか、吸引されるか、又は他の方法で機械的に保持され得る。

0071

図12は、太陽電池の上の箔の部分に塗布されたホットボンド1108を示す。同時に、ホットボンド1108からの熱が、張り出し部分の降伏強度を低下させるほど箔の張り出し部分に伝わらないように、クランプ1106a及び1106bを冷却(例えば、空気冷却、水又は冷媒冷却など)することができる。

0072

代わりに、図13で示されるように、得られた箔は、太陽電池1102の上に配設され、かつ太陽電池1102に接合された低い降伏強度部分1110と、高い降伏強度の張り出し部分1112a及び1112bとを有し、各部分をそれぞれの隣接太陽電池の張り出し部分に結合して、電池を電気的に相互接続するが、ラチェッティングを抑制するのに十分に硬くすることもできる。一実施形態では、相互接続構造は、単に、互いに結合された高い降伏強度の張り出し部分であってもよく、又は本明細書に記載されたような追加材料を含んでもよい。

0073

具体的な実施形態が上述されてきたが、これらの実施形態は、特定の機構に関して単一の実施形態のみが説明される場合であっても、本開示の範囲を限定することを意図するものではない。本開示で提供される機構の例は、別段の定めがある場合を除き、制約的であることよりも、むしろ例示的であることを意図するものである。上記の説明は、本開示の利益を有する当業者には明らかとなるような、変更、修正、及び等価物包含することを意図するものである。

0074

本開示の範囲は、本明細書で対処される問題のいずれか又は全てを軽減するか否かにかかわらず、本明細書で(明示的又は暗示的に)開示される、あらゆる機構若しくは機構の組み合わせ、又はそれらのあらゆる一般化を含む。したがって、本出願(又は、本出願に対する優先権を主張する出願)の実施の間に、任意のそのような機構の組み合わせに対して、新たな請求項を形式化することができる。具体的には、添付の「特許請求の範囲」を参照して、従属請求項からの機構を、独立請求項の機構と組み合わせることができ、それぞれの独立請求項からの機構を、任意の適切な方式で、単に添付の請求項で列挙される具体的な組み合わせのみではなく、組み合わせることができる。

0075

一実施形態では、光起電力(「PV」)モジュールは、第1の降伏強度を有する第1の部分と第2の部分とを有する第1の導電箔を含む第1の太陽電池を備え、第1の部分は、第1の太陽電池の半導体領域の上に配設され、かつ第1の太陽電池の半導体領域に結合され、第2の部分は第1の太陽電池の縁部を越えて突出する。PVモジュールは、また、第2の太陽電池に結合された相互接続構造を備え、相互接続構造は、第2の部分を含み、第1の降伏強度より高い第2の降伏強度を有する。

0076

一実施形態では、PVモジュールは、第3の部分と第4の部分とを有する第2の導電箔を含む第2の太陽電池を更に備え、第3の部分は、第2の太陽電池の半導体領域の上に配設され、かつ第2の太陽電池の半導体領域に結合され、相互接続構造は、第2の導電箔の第4の部分に結合された第1の導電箔の第2の部分を含む。

0077

一実施形態では、相互接続構造は、第2の部分と第4の部分とに結合された追加材料を更に含み、追加材料、第2の部分及び第4の部分は、共に、第2の降伏強度を有する。

0078

一実施形態では、追加材料は、第1の太陽電池と第2の太陽電池との間に配設されて第1の太陽電池と第2の太陽電池との間に間隔を提供する。

0079

一実施形態では、追加材料は、1つ又は複数の溶接部によって第2の部分と第4の部分とに結合される。

0080

一実施形態では、第1及び第2の導電箔は、アルミニウムを含み、追加材料は、第1及び第2の導電箔のアルミニウムより高い降伏強度を有するアルミニウムを含む。

0081

一実施形態では、追加材料は、応力緩和機能を有する。

0082

一実施形態では、追加材料は、第2の部分及び第4の部分の少なくとも一部の周りに巻き付けられる。

0083

一実施形態では、第1の導電箔は、50マイクロメートル以下の厚さを有する。

0084

一実施形態では、第2の部分は、第1の太陽電池の縁部を越えて2mm未満突出する。

0085

一実施形態では、光起電力(「PV」)モジュールを組み立てる方法は、第1の導電箔の第1の部分を、第1の基板内又はその第1の基板の上に配設された第1の半導体領域に結合する工程と、第2の導電箔の第1の部分を、第2の基板内又はその第2の基板の上に配設された第2の半導体領域に結合する工程と、第1の導電箔の第2の部分を第2の導電箔の第2の部分に結合して、第1の導電箔の第1の部分及び第2の導電箔の第1の部分より高い降伏強度を有する相互接続構造を形成する工程と、を含む。

0086

一実施形態では、方法は、相互接続材料を第1の導電箔の第2の部分及び第2の導電箔の第2の部分に結合して、より高い降伏強度を有する相互接続構造を形成する工程を更に含む。

0087

一実施形態では、相互接続材料を結合する工程は、相互接続材料を第1の導電箔の第2の部分及び第2の導電箔の第2の部分に溶接することを含む。

0088

一実施形態では、方法は、第1の基板と第2の基板との間に隙間を形成するように相互接続構造材料を配置する工程を更に含む。

0089

一実施形態では、方法は、二重焼き戻し技法を第1の導電箔に適用して、異なる降伏強度を有する第1及び第2の領域を形成する工程を更に含む。

0090

一実施形態では、第1の導電箔の第1の部分を第1の半導体領域に結合する前記工程は、加熱接合技法を実行することを含み、方法は、更に前記加熱接合技法の実行中に第1の導電箔の第2の部分を冷却して、第1の導電箔の第2の部分が、第1の導電箔の第1の部分より高い降伏強度を有するようにする工程を含む。

0091

一実施形態では、光起電力(「PV」)モジュールは、第1及び第2の太陽電池を備える。太陽電池のそれぞれは、基板と、基板内又はその基板の上に配設された半導体領域と、半導体領域の上に配設され、かつ半導体領域に結合された、第1の降伏強度を有する第1の部分を有する導電箔と、第1の降伏強度より高い第2の降伏強度を有する相互接続と、を備え、相互接続が、第2の太陽電池の導電箔の第2の部分に結合された第1の太陽電池の導電箔の第2の部分を含む。

0092

一実施形態では、相互接続は、導電箔の第2の部分に結合された追加材料を更に含む。

0093

一実施形態では、追加材料は、相互接続の応力緩和を提供するように成形される。

0094

一実施形態では、導電箔は、アルミニウムを含む。

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