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技術 太陽電池金属被覆のための損傷緩衝体

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.
出願日 2016年2月2日 (5年9ヶ月経過) 出願番号 2017-533837
公開日 2018年3月1日 (3年8ヶ月経過) 公開番号 2018-506178
状態 特許登録済
技術分野 光起電力装置
主要キーワード 金属フィンガー 金属被覆プロセス オープンエンド型 導電炭素 溶接レーザ P型ドープ領域 酸化チタン材料 赤外線レーザビーム
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (12)

課題・解決手段

太陽電池構造体は、基板に又は基板の上方に配設された半導体領域を含む。 損傷緩衝体を半導体領域の上方に配設することができる。 第1及び第2の導電層は、損傷緩衝体の上方の場所にて共に接合することができる。

概要

背景

光起電力電池は、太陽電池としても知られており、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製造され、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導く。

概要

太陽電池構造体は、基板に又は基板の上方に配設された半導体領域を含む。 損傷緩衝体を半導体領域の上方に配設することができる。 第1及び第2の導電層は、損傷緩衝体の上方の場所にて共に接合することができる。

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

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請求項1

基板と、前記基板に又は前記基板の上方に配設された半導体領域と、前記半導体領域の上方に配設された第1の損傷緩衝体と、前記第1の損傷緩衝体の上方に配設された第1の導電層と、前記第1の導電層の上方に配設された第2の導電層と、を備える太陽電池であって、前記第1の導電層及び第2の導電層は、前記第1の損傷緩衝体の上方の第1の場所にて共に接合されている、太陽電池。

請求項2

前記第1の導電層及び第2の導電層は、前記第1の場所にて溶接継手によって共に接合されている、請求項1に記載の太陽電池。

請求項3

前記接合された第1及び第2の導電層の第1の部分は、前記第1の損傷緩衝体の上方の第2の場所にて、前記接合された第1及び第2の導電層の第2の部分から分離されている、請求項1又は2に記載の太陽電池。

請求項4

前記半導体領域の上方に配設された第2の損傷緩衝体を更に備える、請求項1から3の何れか一項に記載の太陽電池。

請求項5

前記接合された第1及び第2の導電層の第1の部分は、前記第2の損傷緩衝体の上方の第1の場所にて、前記接合された第1及び第2の導電層の第2の部分から分離されている、請求項4に記載の太陽電池。

請求項6

前記第1の導電層及び第2の導電層は、また、前記第2の損傷緩衝体の上方の第1の場所にて共に接合されている、請求項4又は5に記載の太陽電池。

請求項7

前記第2の損傷緩衝体は、前記第1の損傷緩衝体と材料の異なる組成、又は、異なる厚さを含む、請求項4から6の何れか一項に記載の太陽電池。

請求項8

前記第1の導電層及び第2の導電層は、櫛型接点フィンガーを含み、前記第2の場所は、前記櫛型接点フィンガーのそれぞれの間に配設されている、請求項3に記載の太陽電池。

請求項9

前記第2の導電層は、金属箔である、請求項1から8の何れか一項に記載の太陽電池。

請求項10

前記半導体領域は、交互のN型及びP型半導体領域を含み、前記第1の損傷緩衝体は、前記交互のN型及びP型半導体領域のそれぞれの領域間の場所と整合して配設されている、請求項1から9の何れか一項に記載の太陽電池。

請求項11

太陽電池を製造する方法であって、基板に又は基板の上方に配設された半導体領域上に第1の損傷緩衝体を形成する工程と、前記第1の損傷緩衝体上に及び前記半導体領域上に第1の導電層を形成する工程と、前記第1の導電層上に第2の導電層を形成する工程と、前記第1の損傷緩衝体上の第1の場所にて、前記第2の導電層を前記第1の導電層に接合する工程と、を含む、方法。

請求項12

前記第1の導電層及び第2の導電層をパターニングする工程を更に含む、請求項11に記載の方法。

請求項13

前記第1の導電層及び第2の導電層をパターニングする前記工程は、前記第1の損傷緩衝体上の第2の場所にて実行される、請求項12に記載の方法。

請求項14

前記第1の導電層及び第2の導電層をパターニングする前記工程は、前記半導体領域上に形成された第2の損傷緩衝体上の第1の場所にて実行される、請求項12又は13に記載の方法。

請求項15

パターニングする前記工程は、前記損傷緩衝体の少なくとも1つの部分を除去する工程を含む、請求項11から14の何れか一項に記載の方法。

請求項16

接合する前記工程は、前記第1の場所にて、前記第2の導電層を前記第1の導電層にレーザ溶接する工程を含む、請求項11から15の何れか一項に記載の方法。

請求項17

前記第1の損傷緩衝体を前記半導体領域上に形成する前記工程は、前記第1の損傷緩衝体を含む複数の溶接損傷緩衝体を印刷する工程を含む、請求項11から16の何れか一項に記載の方法。

請求項18

複数のパターン損傷緩衝体を前記半導体領域上に印刷する工程を更に含む、請求項17に記載の方法。

請求項19

前記複数の溶接損傷緩衝体を印刷する前記工程は、前記複数のパターン損傷緩衝体を印刷する前記工程と共に順次実行される、請求項18に記載の方法。

請求項20

基板と、前記基板に又は前記基板の上方に配設された交互のN型及びP型半導体領域と、前記交互のN型及びP型半導体領域のそれぞれの領域と整合する複数の接合損傷緩衝体と、前記損傷緩衝体の上方に配設された導電層と、前記導電層の上方に配設された導電箔と、を備える太陽電池であって、前記導電層及び導電箔は、前記複数の接合損傷緩衝体の上方の場所にて共に接合されている、太陽電池。

背景技術

0001

光起電力電池は、太陽電池としても知られており、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製造され、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導く。

図面の簡単な説明

0002

発明を実施するための形態、及び特許請求の範囲を、以下の図面と併せて考察し、参照することによって、本主題のより完全な理解を得ることができる。同様の参照番号は図面全体を通じて同様の要素を指す。図面は原寸に比例していない。

0003

本開示の実施形態による太陽電池の製造方法を概略的に図示する断面図である。
本開示の実施形態による太陽電池の製造方法を概略的に図示する断面図である。
本開示の実施形態による太陽電池の製造方法を概略的に図示する断面図である。
本開示の実施形態による太陽電池の製造方法を概略的に図示する断面図である。
本開示の実施形態による太陽電池の製造方法を概略的に図示する断面図である。
本開示の実施形態による太陽電池の製造方法を概略的に図示する断面図である。
本開示の実施形態による太陽電池の製造方法を概略的に図示する断面図である。

0004

様々な実施形態による、太陽電池の断面図である。

0005

本開示の実施形態による太陽電池の製造方法のフロー図である。

0006

本開示の実施形態による、モジュールベルでの金属箔パターニングを概略的に図示する断面図である。
本開示の実施形態による、モジュールレベルでの金属箔のパターニングを概略的に図示する断面図である。

実施例

0007

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使用を限定することを意図するものではない。「例示的(exemplary)」という語は、本明細書で使用するとき、「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。

0008

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。特定の特徴、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。

0009

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。

0010

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

0011

「〜ように構成された」。様々なユニット又は構成要素が、1つ又は複数のタスクを実行する「ように構成された」として記述又は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、動作中にそのタスク又は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。

0012

「第1の」、「第2の」など。これらの用語は、本明細書で使用するとき、それらが前に置かれる名詞のための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の」部分に関する言及は、この部分が順序で最初の部分であることを必ずしも意味しない。代わりに、用語「第1の」は、この部分を別の部分(例えば、「第2の」部分)と区別するために使用される。

0013

「基づく」。この用語は、本明細書で使用されるとき、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。

0014

「結合された」−以下の説明は、要素若しくはノード又は特徴が一体に「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/特徴が、別の要素/ノード/特徴に、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。

0015

「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。構成要素又は特徴が、作用、動作、又は条件を抑制するもの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完全に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言及することができる。したがって、構成要素、要素、又は特徴が、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、又は特徴は、その結果又は状態を完全に阻止又は排除する必要はない。

0016

更には、特定の用語はまた、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。

0017

本明細書で説明する例の多くは、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)太陽電池にも等しく適用される。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は、他の半導体構造体(例えば、一般的に、シリコンウェハ)にも等しく適用される。

0018

太陽電池、及び、太陽電池を形成する方法を本明細書で説明する。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な詳細が記載される。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。

0019

図をここで参照すると、図1図7は、本開示の実施形態による太陽電池を製造する方法を概略的に図示する断面図である。図1図7の例示的な太陽電池は、N型及びP型ドープ領域、並びに、N型及びP型ドープ領域に結合された金属フィンガーが、太陽電池の裏側(典型的な設備において前部受光側の反対側)にあるという点において、全バックコンタクト型太陽電池である。

0020

図1をまず参照すると、太陽電池構造体100が、本開示の実施形態により例示されている。図1の実施例では、太陽電池構造体100は、半導体領域、例えば、太陽電池基板101内に又は太陽電池基板101の外部に形成することができる交互のN型ドープ領域及びP型ドープ領域を含む。例えば、N型及びP型ドープ領域は、N型及びP型ドーパントをそれぞれ太陽電池基板101内に拡散する工程で形成されてもよい。別の実施例では、N型及びP型ドープ領域は、太陽電池基板101の上方に形成される、ポリシリコン等の材料の別の層に形成される。その実施例では、(N型及びP型ドープ領域を分離する溝を有する場合もあれば、有さない場合もある)ポリシリコンでN型及びP型ドープ領域を形成するために、N型及びP型ドーパントは、太陽電池基板101内の代わりに、ポリシリコンに拡散される。太陽電池基板101は、例えば、単結晶シリコンウェハ(例えば、n型ドープ単結晶シリコン基板)を備えてもよい。図示されていないが、トンネル酸化物などの誘電体が、基板上、及びポリシリコンの下に配設されてもよい。

0021

図1の実施例では、「N」及び「P」の表示は、N型及びP型ドープ領域、又はN型及びP型ドープ領域への電気的接続を概略的に表す。より具体的には、表示「N」は、露出したN型ドープ領域、又はN型ドープ領域への露出した金属接続部を概略的に表す。同様に、表示「P」は露出したP型ドープ領域、又はP型ドープ領域への露出した金属接続を概略的に表す。したがって、太陽電池構造体100は、N型及びP型ドープ領域へのコンタクトホールが形成された後であるが、N型及びP型ドープ領域への金属接点フィンガーを形成する金属被覆プロセスの前の製造中の太陽電池の構造を表してもよい。例えば、コンタクトホールは、金属被覆がコンタクトホールを通ってドープ領域に到達することができるように、シリコン基板上に配設された誘電体層(例えば、二酸化シリコン)内に形成することができる。

0022

図1の実施例では、N型及びP型ドープ領域は、太陽電池構造体100の裏側にあり、太陽電池構造体100の裏側は、前側の反対側にあり、前側は、通常の動作中に太陽放射を集めるために太陽の方に向けられる。

0023

図2を次に参照すると、一部の実施形態では、複数の損傷緩衝体103を、太陽電池構造体100の表面上に又は該表面の上方に形成することができる。一実施形態では、損傷緩衝体は、基板上の誘電体層上に形成することができる。図2の実施例では、損傷緩衝体103は、隣接するP型及びN型ドープ領域のそれぞれのドープ領域間の場所と整合して形成することができる。

0024

認識することができるように、損傷緩衝体は、また、太陽電池構造体100の詳細に応じて他の領域上に形成することができる。例えば、図8に示すように、損傷緩衝体111は、P型及びN型ドープ領域と整合して形成することができ、損傷緩衝体103は、P型及びN型ドープ領域間の場所と整合して形成することができる。図8の実施例では、ボンディング溶接による損傷を抑制する別個の損傷緩衝体(例えば、溶接損傷緩衝体とも呼ばれる損傷緩衝体111)、及び、パターニングによる損傷を抑制する別個の損傷緩衝体(例えば、パターン損傷緩衝体とも呼ばれる損傷緩衝体103)を使用することができる。図8の別個の損傷緩衝体は、損傷緩衝体を分離する間隙を伴って例示されているが、他の実施形態では、別個の損傷緩衝体は、互いに当接(して、図2図7に図示するモノリシック構造と類似なように見える)するか、又は、少なくとも部分的に重なり合うことができる。他の実施形態では、図2図7に示すように、損傷緩衝体は、別個の溶接及びパターン損傷緩衝体を必要としなくてよいように、ボンディング及びパターニングの両方による損傷を抑制するのに十分に幅広とすることができる。

0025

一実施形態では、損傷緩衝体103(及び/又は111)は、印刷(例えば、スクリーン印刷)するか、又は、その他の方法で太陽電池構造体100上に形成することができる。例えば、損傷緩衝体は、代替的に、スピンコーティングによって又は堆積(例えば、化学蒸着)によって、次に、パターニング(例えば、マスキング及びエッチング)によって形成することができる。一部の実施形態において、損傷緩衝体は、光吸収体焼成可能な誘電体など、又は、反射体と共に誘電材料を含むことができる。特定の実施例として、損傷緩衝体は、1〜10ミクロンの厚さまで太陽電池構造体100上でスクリーン印刷されるポリイミドを(例えば、酸化チタン材料(titanium oxide filters)とともに)含むことができる。概して、損傷緩衝体は、導電層104への導電箔105のボンディング(例えば、溶接)において、又は、導電箔105及び/又は導電層104(図6及び図7を参照のこと)のパターニングにおいて採用されたレーザ又は他の工具からの、金属コンタクト層(例えば、ドープ領域、誘電体、溝、シリコン基板など)の下にある太陽電池構造体の損傷を(例えば、吸収又は反射によって)抑制することができる厚さ及び組成を有することができる。

0026

更に詳細に後述するように、別個の損傷緩衝体がパターニングによる損傷を抑制するために使用される損傷緩衝体よりも、溶接による損傷を抑制するために使用される実施形態では、溶接損傷緩衝体の組成、厚さ、及び/又は他の特性は、例えば、溶接及びパターニングプロセスの異なる特性(例えば、持続時間、パルス波長)の可能性に対応するために、パターン損傷緩衝体のそれと異なる場合がある。

0027

図2の実施例では、損傷緩衝体103は、太陽電池構造体100の交互のN型及びP型の太陽電池構造体のそれぞれの間の場所と整合して配設される。以下でより明らかになるように、その後の金属被覆プロセスでは、損傷緩衝体が損傷緩衝体下の基本的な構造体の損傷を抑制することができるように損傷緩衝体の上方の場所にて、導電箔を別の導電層に接合することができる。更に、一部の実施形態では、導電箔及び導電層は、(溶接継手の下の同じ損傷緩衝体であるのか、パターニング専用の異なる損傷緩衝体であるかを問わず)損傷緩衝体の上方の場所にてパターニングすることができる。上述し、かつ、図8で更に詳細に説明するように、別個の接合及びパターン損傷緩衝体を一部の実施形態では使用することができる。更に、一部の実施形態では、接合損傷緩衝体は、材料の異なる組成、異なる厚さを含むか、又は、パターン損傷緩衝体と異なる及び/又は別個のプロセスで形成することができる。様々な実施形態で、損傷緩衝体は、有利なことに、そうではない場合は太陽電池のプレ金属構造体を損傷することがあり得るボンディング及びパターニングプロセスによる(例えば、レーザビームによる)損傷を抑制することができる。

0028

図3に示すように、導電層104を太陽電池構造体100上に形成することができる。導電層104は、金属フィンガーとも呼ばれるその後に形成される導電接点のために、N型及びP型ドープ領域と電気的接続を提供することもできる。

0029

一実施形態では、導電層104は、損傷緩衝体103及び/又は111にわたって共形である連続ブランケット金属コーティングを含む。例えば、導電層104は、他の実施例間で、アルミニウム、アルミニウム−シリコン合金、錫、ニッケル、銅、導電炭素、若しくは銀のうち1つ又は複数を含んでもよく、100オングストローム〜10ミクロン(例えば、0.3ミクロン〜2ミクロン)の厚さまで、スパッタリング、堆積、又は、何らかの他のプロセスによって損傷緩衝体103及び/又は111、N型ドープ領域及びP型ドープ領域上に形成されてもよい。概して、導電層104は、導電箔105に接合することができ、また、N型又はP型ドープ領域を含むエミッタ領域に良好に接着することができる材料を含む。例えば、導電層104は、アルミニウム導電箔105への溶接を容易にするためにアルミニウムを含んでもよい。本明細書の図7で説明するように、金属層104及び/又は導電箔105は、導電箔105のパターニング中にN型ドープ領域をP型ドープ領域から分離するために、その後にパターニングすることができる。

0030

導電層は層と呼ばれるが、一部の実施例では、前に形成された太陽電池構造体上の連続層ではない場合がある。例えば、導電層は、フィンガーパターン(例えば、櫛型フィンガーパターン)など、パターンで形成されてもよい。様々な実施形態で、導電層は、パターンで印刷するか、又は、堆積し、その後、パターニング(例えば、マスキング及びエッチング)することができる。しかし、様々な実施形態で、導電層が予めパターニング(例えば、所望のパターンで印刷)されない場合、開示する技術は、図7にて更に詳細に説明するように、導電層及び導電箔を同じ処理ステップでパターニングすることによって処理ステップを省くことができる。

0031

図4を次に参照すると、導電箔105は、太陽電池構造体100のほぼ上方に位置している。一実施形態では、導電箔105は、アルミニウム、又は、アルミニウム合金など予め製造された薄い(例えば、12〜50ミクロン)金属のシートを備える。

0032

引き続き図5では、金属箔105が、太陽電池構造体100上に載置されている。太陽電池構造体100上に堆積又はコーティングされる金属とは異なり、導電箔105は、予め製造されたシートである。一実施形態では、導電箔105は、アルミニウムのシートを含む。導電箔105は、太陽電池構造体100上に形成されていないという点において、太陽電池構造体100上に載置されている。一実施形態では、導電箔105は、導電層104に取り付けることによって太陽電池構造体100上に載置される。取り付けプロセスは、導電箔105が導電層104と密接に接触するように、導電層104に導電箔105を押圧することを含んでもよい。取り付けプロセスにより、結果として、導電箔105は、導電層104の特徴(例えば、隆起)にわたって共形であってもよい。真空強制空気機械プレス、又は他の機構を使用して、導電箔105を導電層104に押圧して、10ミクロン未満の間隙を溶接中に導電層104と導電箔105との間で取得してもよい。

0033

図6は、導電箔105が導電層104に電気的に接合された後の太陽電池構造体100を示す。図6の実施例では、導電箔105は、導電箔105が導電層104に押圧されている間にレーザビーム(例えば、赤外線レーザ)を導電箔105上に指向することによって損傷緩衝体(例えば、図6の損傷緩衝体103、又は、図8の溶接損傷緩衝体111)の上の場所にて導電層104に溶接される。レーザ溶接プロセスでは、導電箔105を導電層104に電気的に接合する溶接継手106を生成する。導電箔105が製造プロセスのこの段階ではパターニングされていないため、導電箔105は、それでも太陽電池構造体100のN型及びP型ドープ領域を電気的に接続している。

0034

接合部を、損傷緩衝体の上の場所にて導電箔から導電層まで形成することによって、プレ金属構造体の光学及び/又は機械的損傷を抑制することができる。

0035

引き続き図7では、導電箔105は、金属フィンガー108及び109を形成するためにパターニングされている。一実施形態では、導電箔105は、損傷緩衝体103の上にある導電箔105及び(導電層104がまだパターニングされない場合)導電層104の部分をアブレートすることによってパターニングされる。一実施形態では、導電箔105及び導電層104は、レーザビームを使用してアブレートされてもよく、レーザビームは、溶接レーザと異なるレーザ工具又は異なるレーザ構成であってもよい。例えば、一実施形態において、溶接は、赤外線レーザビームを使用して実行されてもよく、一方、パターニングは、紫外線レーザビームを使用して実行されてもよい。レーザアブレーションプロセスは、導電箔105を少なくとも2つの別々のピースに切断してもよく(107を参照のこと)、一方のピースはN型ドープ領域に電気的に接続される金属フィンガー108であり、他方のピースはP型ドープ領域に電気的に接続される金属フィンガー109である。レーザアブレーションプロセスは、導電層104及び導電箔105を通るN型及びP型ドープ領域の電気的接続を切断することができる。導電箔が導電層上に載置される前に導電層がまだパターニングされていない実施形態では、導電箔105及び導電層104は、同じステップでパターニングすることができ、これは、有利なことに、製造コストを低減することができる。

0036

一部の実施形態では、レーザアブレーションプロセスは、終わりまでずっと導電箔105及び導電層104を切断するレーザビームを使用する。レーザアブレーションプロセスのプロセスウィンドウによっては、レーザビームは、また、損傷緩衝体103の部分、ただし、損傷緩衝体103を通らない部分を切断してもよい。損傷緩衝体103は、プレ金属構造体(例えば、ドープ領域、不活性化層酸化物、基板など)など、そうではない場合には太陽電池構造体100に到達して損傷する恐れがあるレーザビームを有利なことに阻止又は抑制することができる。損傷緩衝体103は、有利なことに、導電層104への導電箔105の取り付け中になど、太陽電池構造体100を機械的損傷から保護することもできる。損傷緩衝体103(及び、使用される場合には損傷緩衝体111)は、完成した太陽電池内に残すことができるので、それらの使用は、導電箔105のパターニング後の更なる除去ステップを必ずしも伴うというわけではない。

0037

図8をここで参照すると、別の例示的な太陽電池の断面図が示されている。図8の実施例では、異なる損傷緩衝体は、溶接に使用されるよりも、パターニングに使用されている。図示するように、溶接損傷緩衝体111及びパターン損傷緩衝体103は、それぞれ、溶接及びパターニングプロセス中にプレ金属構造体の損傷を抑制することができる。上述したように、溶接損傷緩衝体111は材料、厚さ、形状、又は、溶接レーザにより堅牢であるように設計される他の特性(例えば、赤外線波長パルス持続時間など)を含むことができる。同様に、パターン損傷緩衝体103は、材料、厚さ、形状、又は、パターニングレーザにより堅牢であるように設計される他の特性(例えば、紫外線、パルス持続時間など)を含むことができる。

0038

上記を考慮して、当業者には、本開示の実施形態は今まで実現されなかった追加の利点を提供すると理解されよう。金属フィンガーを形成する金属箔の使用は、金属フィンガーの堆積又はメッキを伴う金属被覆プロセスと比較すると相対的に費用効率が高い。損傷緩衝体は、レーザ溶接プロセス及びレーザアブレーションプロセスを同じ処理場においてその位置で、即ち、次々と実行することを可能にすることができる。損傷緩衝体は、導電箔105が太陽電池構造体100の上にある間に導電箔105を導電層104に溶接し、導電箔105をパターニングするための1つ又は複数のレーザビームの使用を可能にすることもできる。更に、エッチング及び他の化学系のパターニングプロセスと違って、レーザを使用して金属箔105をパターニングすると、製造中の太陽電池上に形成され得る残留物、つまり、寿命信頼性、及び効率に影響を与えかねない残留物の量が最小限に抑えられる。

0039

図9をここで参照すると、一部の実施形態による、太陽電池を製造する方法を示すフローチャートが示されている。様々な実施形態で、図9の方法は、例示よりも更なる(又はより少数の)ブロックを含んでもよい。例えば、一部の実施形態では、溶接及びパターン損傷緩衝体の両方の役割を果たすのに十分に幅広である損傷緩衝体を形成する代わりに、別個の溶接及びパターン損傷緩衝体を形成してもよい。

0040

様々な実施形態で、図9の方法は、N型及びP型ドープ領域を有する太陽電池構造体に実行してもよい。図9の方法は、太陽電池の製造中の電池レベルにて、又は、太陽電池が他の太陽電池と接続及び梱包されたときのモジュールレベルにて実行されてもよい。

0041

902にて、1つ又は複数の損傷緩衝体(例えば、溶接損傷緩衝体)を、太陽電池構造体の基板に又は該基板の上方に配設された半導体領域上に形成することができる。一部の実施形態では、溶接損傷緩衝体のそれぞれは、それぞれ、太陽電池構造体のN型ドープ領域の上に、又は、P型ドープ領域の上に形成することができる。単一の損傷緩衝体が溶接及びパターン損傷緩衝体の役割を果たすのに十分に幅広である実施形態では、損傷緩衝体は、それぞれのN型及びP型ドープ領域間の領域と整合して形成され、また、N型又はP型ドープ領域に部分的に重なり合うことができる。

0042

本明細書で説明するように、一部の実施形態では、別個の接合/溶接損傷緩衝体及びパターン損傷緩衝体を使用することができる。そのような実施形態では、溶接及びパターン損傷緩衝体の両方は、半導体領域上に形成することができ、溶接損傷緩衝体は、それぞれのP型又はN型ドープ領域の上に配設され、パターン損傷緩衝体は、P型及びN型ドープ領域間の領域と整合して、又は、そうではない場合には該領域の上に配設される。上述したように、一部の実施形態では、別個の接合/溶接損傷緩衝体とパターン損傷緩衝体との間に間隙がなくてもよい。その代わりに、そのような実施形態では、接合/溶接損傷緩衝体は、隣接するパターン損傷緩衝体に当接する、及び/又は少なくとも部分的に重なり合うことができる。

0043

様々な実施形態で、損傷緩衝体は、例えば、スクリーン印刷、スピンコーティングによって、又は、堆積及びパターニングによって形成することができる。損傷緩衝体は、単一のステップで又は順次実行することができる。例えば、一部の実施形態では、溶接損傷緩衝体及びパターン損傷緩衝体は、例えば、材料の組成、厚さなど、少なくとも1つの点において異なる可能性がある。したがって、所望の損傷緩衝体の特性(例えば、組成、厚さ)に応じて、異なる形成技術を使用することができる。例えば、1つの形式の損傷緩衝体(例えば、溶接)について、スクリーン印刷が、堆積及びパターニングよりも良く機能する場合があり、その一方で、異なる形式の損傷緩衝体(例えば、パターン)について、その反対が当てはまる場合がある。あるいは、別の実施例として、溶接及びパターン損傷緩衝体の両方が、材料の異なる組成及び/又は厚さだけでスクリーン印刷される場合がある。そのような実施例では、溶接及びパターン損傷緩衝体は、特定の工具によっては順次又は同時に形成される場合がある。

0044

904にて、導電層(例えば、他の実施例間では、アルミニウム、ニッケル、銅、銀、錫を含むことができる金属層)が、損傷緩衝体上に、及び、損傷緩衝体間にさらされる太陽電池構造体の表面上に形成され得る。一実施形態では、導電層はブランケット堆積によって形成される連続的及び共形の層である。他の実施形態では、導電層は、フィンガーパターンでなどのパターンで形成される。パターンでの導電層の形成は、他の実施例間では、印刷によって実行することができる。

0045

906にて、導電箔(例えば、他の実施例間ではアルミ箔などの金属箔)を、溶接損傷緩衝体の上方の(又は、幅広の損傷緩衝体が溶接及びパターンの両方の損傷緩衝に使用される場合には共通の損傷緩衝体の上方の)場所にて導電層に接合する。一実施形態では、導電箔は、赤外線レーザなどのレーザビームを使用して金属層に溶接される。非レーザ系溶接又は他の技術も導電層に導電箔を接合するために採用されてもよいことに留意されたい。

0046

908に示すように、導電箔及び導電層は、導電層がまだパターニングされていない場合にはパターニングすることができる。一実施形態では、レーザビームを用いて、パターン損傷緩衝体の上(又は、共通の損傷緩衝体の上)にある導電箔及び導電層の部分をアブレートすることができる。レーザアブレーションプロセスは、導電箔を別個の導電フィンガー(例えば、櫛型フィンガー)にパターニングし、また、導電層をパターニングしてP型及びN型ドープ領域を分離することができる。

0047

一部の実施形態では、導電箔のパターニングは、太陽電池が他の太陽電池と共に梱包されるときにモジュールレベルにて実行することができる。その実施例では、導電箔105は、複数の太陽電池構造体100の導電層104に取り付けることができる。これは図10に概略的に図示されており、導電箔105Aは2つ以上の太陽電池構造体100の導電層104に取り付けられている。導電箔105Aは、導電箔105Aが複数の太陽電池構造体100に及ぶことを除けば、先に論じた導電箔105と同じである。本明細書で説明するように、導電箔は、溶接損傷緩衝体の上方の場所にて2つの太陽電池の導電層に接合することができる。

0048

図11に示すように、導電箔105Aは、太陽電池構造体100上にある間にレーザアブレーションによってパターニングすることができる。レーザアブレーションプロセスは、本明細書で説明するように、導電箔105Aを導電フィンガー108及び109にパターニングすることができる。一部の実施形態では、導電箔105Aは、太陽電池構造体100を物理的に分離するためにパターニング後に切断することができる。パターニング後、金属箔105Aの複数の部分はまた、隣接する太陽電池構造体100同士をつなぎ合わせるように適所留置してもよい。

0049

一実施形態では、導電箔105Aのレーザアブレーションでは、隣接する太陽電池構造体100同士の対向型の金属フィンガー間の接続が残る。これは図11の実施例で概略的に図示されており、導電箔105は、1つの太陽電池構造体100のP型金属フィンガー109が隣接する太陽電池構造体100のN型金属フィンガー108に接続されたままとなり、これによって太陽電池構造体100を直列で電気的に接続するようにパターニングされている。これは、有利なことにモジュールレベルにて製造ステップを省くことができる。なぜなら、導電箔105Aのパターニングは、太陽電池構造体100のつなぎ合わせと組み合わせることができるからである。

0050

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、特定の特徴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特徴の例は、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。

0051

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、あらゆる特徴若しくは特徴の組み合わせ、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)の審査の間に、任意のそのような特徴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、従属請求項からの特徴を、独立請求項の特徴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特徴を、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。

0052

一実施形態では、太陽電池は、基板、基板内に又は基板の上方に配設された半導体領域、半導体領域の上方に配設された第1の損傷緩衝体、損傷緩衝体の上方に配設された第1の導電層、第1の導電層の上方に配設された第2の導電層を含み、第1及び第2の導電層は、損傷緩衝体の上方の第1の場所にて共に接合される。

0053

一実施形態では、第1及び第2の導電層は、第1の場所にて溶接継手によって共に接合される。

0054

一実施形態では、接合された第1及び第2の導電層の第1の部分は、第1の損傷緩衝体の上方の第2の場所にて、接合された第1及び第2の導電層の第2の部分から分離される。

0055

一実施形態では、太陽電池は、半導体領域の上方に配設された第2の損傷緩衝体を更に含む。

0056

一実施形態では、接合された第1及び第2の導電層の第1の部分は、第2の損傷緩衝体の上方の第1の場所にて、接合された第1及び第2の導電層の第2の部分から分離される。

0057

一実施形態では、第1及び第2の導電層は、また、第2の損傷緩衝体の上方の第1の場所にて共に接合される。

0058

一実施形態では、第2の損傷緩衝体は、第1の損傷緩衝体と材料の異なる組成、又は、異なる厚さを含む。

0059

一実施形態では、第1及び第2の導電層は、櫛型接点フィンガーを備え、第2の場所は、櫛型接点フィンガーのそれぞれの間に配設される。

0060

一実施形態では、第2の導電層は、金属箔である。

0061

一実施形態では、半導体領域は、交互のN型及びP型半導体領域を含み、損傷緩衝体は、交互のN型及びP型半導体領域のそれぞれの領域間の場所と整合して配設される。

0062

一実施形態では、太陽電池を製造する方法は、第1の損傷緩衝体を基板に又は基板の上方に配設された半導体領域上に形成することと、第1の導電層を第1の損傷緩衝体上に及び半導体領域上に形成することと、第2の導電層を第1の導電層上に形成することと、第1の損傷緩衝体の上の第1の場所にて、第2の導電層を第1の導電層に接合することとを含む。

0063

一実施形態では、方法は、第1及び第2の導電層をパターニングすることを更に含む。

0064

一実施形態では、上記第1及び第2の導電層をパターニングすることは、第1の損傷緩衝体の上の第2の場所にて実行される。

0065

一実施形態では、上記第1及び第2の導電層をパターニングすることは、半導体領域上に形成された第2の損傷緩衝体の上の第1の場所にて実行される。

0066

一実施形態では、上記パターニングすることは、損傷緩衝体の少なくとも1つの部分を除去することを含む。

0067

一実施形態では、上記接合することは、第1の場所にて、第2の導電層を第1の導電層にレーザ溶接することを含む。

0068

一実施形態では、上記第1の損傷緩衝体を半導体領域上に形成することは、第1の損傷緩衝体を含む複数の溶接損傷緩衝体を印刷することを含む。

0069

一実施形態では、方法は、複数のパターン損傷緩衝体を半導体領域上に印刷することを更に含む。

0070

一実施形態では、上記複数の溶接損傷緩衝体を印刷することは、上記複数のパターン損傷緩衝体を印刷することで順次実行される。

0071

一実施形態において、太陽電池は基板、基板内に又は基板の上方に配設された交互のN型及びP型半導体領域、交互のN型及びP型半導体領域のそれぞれの領域と整合する複数の接合損傷緩衝体、損傷緩衝体の上方に配設された導電層、及び、導電層の上方に配設された導電箔を含み、導電層及び導電箔は、複数の接合損傷緩衝体の上方の場所にて共に接合される。

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