BR112015022204B1

BR112015022204B1 - método de formação de um componente elétrico para uma célula fotovoltaica

Info

Publication number: BR112015022204B1
Application number: BR112015022204A
Authority: BR
Inventors: De La Fuente Vornbrock Alejandro; Rudin Arthur; Chari Arvind; Tanner David; Xu Dong; Prabhu Gopal; Brainard Robert; Babayan Steve; Murali Venkatesan; Subbaraman Venkateswaran
Original assignee: Gtat Corp; Merlin Solar Tech Inc
Priority date: 2013-03-13
Filing date: 2014-02-26
Publication date: 2020-04-07
Also published as: MY186052A; CN105027299B; EP2973741A4; JP2016510955A; CN105027299A; US8936709B2; JP6417387B2; EP2973741A1; US20140262793A1; WO2014158585A1; KR20150132278A; BR112015022204A2; KR102215506B1

Abstract

resumo patente de invenção: "artigo metálico, independente, adaptável para semicondutores". a presente invenção refere-se a um artigo metálico independente e método de fabricação são divulgados em que um artigo metálico é eletroformado em um mandril eletricamente condutor. o artigo metálico tem uma pluralidade de elementos eletroformados que são configurados para servir como um conduto elétrico para uma célula fotovoltaica. um primeiro elemento eletroformado tem pelo menos um de: a) uma largura não uniforme ao longo de um primeiro comprimento do primeiro elemento; b) uma mudança na direção de conduto ao longo do primeiro comprimento do primeiro elemento; c) um segmento de expansão ao longo do primeiro comprimento do primeiro elemento; d) uma primeira largura que é diferente de uma segunda largura de um segundo elemento na pluralidade de elementos eletroformados; e) primeira altura que é diferente de uma segunda altura do segundo elemento na pluralidade de elementos eletroformados; e f) uma superfície de topo que é texturizada.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para MÉTODO DE FORMAÇÃO DE UM COMPONENTE ELÉTRICO PARA UMA CÉLULA FOTOVOLTAICA.

PEDIDOS RELACIONADOS [001] O presente pedido reivindica prioridade para Pedido de Patente dos Estados Unidos N° 14/079.540, intitulado Adaptable FreeStanding Metallic Article for Semiconductors, depositado em 13 de novembro de 2013, que é uma continuação em parte de Pedido de Patente dos Estados Unidos N° 13/798.123 de Babayan e colaboradores, intitulado Adaptable Free-Standing Metallic Article for Semiconductors e depositado em 13 de março de 2013, ambos os quais são de propriedade do cessionário do presente pedido e são aqui incorporados através de referência. Este pedido também está relacionado com o Pedido de Patente dos Estados Unidos N° 14/079.544 de Brainard e colaboradores, intitulado Adaptable FreeStanding Metallic Article for Semiconductors e depositado em 13 de novembro de 2013, que é de propriedade do cessionário do presente pedido e é aqui incorporado através de referência.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO [002] Uma célula solar é um dispositivo que converte fótons em energia elétrica. A energia elétrica produzida pela célula é coletada através de contatos elétricos acoplados ao material semicondutor e é roteada através de interconexões com outras células fotovoltaicas em um módulo. O modelo de célula padrão de uma célula solar tem um material semicondutor, usado para absorver a energia solar que entra e convertê-la em energia elétrica, colocada abaixo de uma camada de revestimento antidepressivo (ARC) e acima de uma folha traseira de metal. O contato elétrico é feito, tipicamente, para a superfície semicondutora com pasta através de fogo, que é uma pasta de metal que é aquecida de tal modo que a pasta se difunde através da câmara de

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ARC e contata a superfície da célula. A pasta, em geral, é modelada em um conjunto de garras e barras que, então, será soldado com fita em outras células para criar um módulo. Outro tipo de célula solar tem um material semicondutor intercalado entre camadas de óxido condutoras transparentes (TCO’s), que são, então, revestidas com uma camada fina de pasta condutora, que também é configurada em um padrão de garra/ barramento.

[003] Em ambos os tipos de células, a pasta de metal, que é, tipicamente prata, trabalhos para permitir o fluxo de corrente na direção horizontal (paralelo à superfície da célula), permitindo que conexões entre as células solares sem feitas em direção à criação de um módulo. A metalização da célula solar é feita, mais comumente, por impressão em tela de uma pasta prata na célula, curando a pasta e, em seguida, soldando a fita através dos barramentos impressos em tela. Contudo, a prata é cara em relação aos outros componentes de uma célula solar e pode contribuir com uma alta percentagem para o custo global.

[004] Para reduzir o custo da prata, métodos alternativos para a metalização de células solares são conhecidos na técnica. Por exemplo, tentativas têm sido feitas para substituir a prata por cobre, através de cobreamento diretamente na célula solar. Contudo, uma desvantagem do cobreamento é a contaminação da célula com cobre, o que afeta a confiabilidade. A produção e o rendimento do chapeamento também podem ser problemas, quando revestindo diretamente na célula, devido às muitas etapas requeridas para o chapeamento, tais como a deposição de camadas de iniciação., aplicação de máscaras e ataque químico ou laser riscando longe das áreas revestidas para formar os padrões desejados. Outros métodos para a formação de condutos elétricos em células solares incluem a utilização de disposições de fios paralelos ou folhas poliméricas encerrando fios eletricamente condutores e colocando-os em uma célula.

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SUMÁRIO DA INVENÇÃO [005] Um artigo metálico independente e método de fabricação são divulgados em que um artigo metálico é eletroformado em um mandril eletricamente condutor. O artigo metálico tem uma pluralidade de elementos eletroformados que são configurados para servir como um conduto elétrico para uma célula fotovoltaica. Um primeiro elemento eletroformado tem pelo menos um de: a) uma largura não uniforme ao longo de um primeiro comprimento do primeiro elemento; b) uma mudança na direção de conduto ao longo do primeiro comprimento do primeiro elemento; c) um segmento de expansão ao longo do primeiro comprimento do primeiro elemento; d) uma primeira largura que é diferente de uma segunda largura de um segundo elemento na pluralidade de elementos eletroformados; e) primeira altura que é diferente de uma segunda altura do segundo elemento na pluralidade de elementos eletroformados; e f) uma superfície de topo que é texturizada.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [006] Cada um dos aspectos e modalidades da invenção aqui descrita pode ser usado sozinho ou em combinação uns com os outros. Os aspectos e as modalidades serão agora descritos com referência aos desenhos anexos.

[007] A Figura 1 mostra uma vista em perspectiva de um mandril de eletroformação exemplificative em uma modalidade.

[008] As Figuras 2A - 2C representam vistas seccionais transversais de estágios exemplificativos de estágios exemplificativos na produção de um artigo metálico independente eletroformado.

[009] As Figuras 3A - 3B são vistas de topo de duas modalidades de artigos metálicos.

[0010] A Figura 3C é uma vista seccional transversal da seção A-A da Figura 3B.

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4/36 [0011] As Figuras 3D - 3E são vistas seccionais transversais parciais de outras modalidades do corte transversal da Figura 3B.

[0012] As Figuras 3F - 3G são vistas de topo de modalidades de artigos metálicos com elementos de interconexão.

[0013] A Figura 4 proporciona uma vista de topo de um artigo metálico com recursos adaptáveis, em uma modalidade.

[0014] A Figura 5 é um corte transversal parcial exemplificative da seção C da Figura 4.

[0015] A Figura 6 é uma vista de topo detalhada de uma área de interconexão, em uma modalidade.

[0016] As Figuras 7A - 7B são cortes verticais da seção D da Figura 4, em certas modalidades.

[0017] A Figura 8 mostra uma vista de topo de um artigo metálico para o lado frontal de uma célula fotovoltaica, com modalidades de recursos adaptáveis.

[0018] A Figura 9 é uma vista de topo detalhada de uma linha de grade exemplificativa com uma largura afunilada ao longo do seu comprimento.

[0019] As Figuras 10A - 10E são esquemas simplificados de várias modalidades de segmentos de expansão.

[0020] A Figura 11 mostra uma vista de topo de um artigo metálico para o lado posterior de uma célula fotovoltaica, com modalidades de recursos adaptáveis.

[0021 ] A Figura 12 ilustra uma interconexão de célula-a-célula entre uma malha frontal e uma malha traseira exemplificativas.

[0022] A Figura 13 mostra células fotovoltaicas exemplificativas com artigos metálicos, formando um conjunto de módulo.

[0023] A Figura 14 é um fluxograma de um método exemplificative para formação de módulos fotovoltaicos, usando artigos metálicos da presente exposição.

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DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES [0024] A metalização de células solares é obtida, convencionalmente, com pastas de prata impressas em tela na superfície da célula e interconexões de célula-a-célula que utilizam fitas revestidas de solda. Para uma dada relação de aspecto de um conduto de metal, a resistência elétrica é inversamente proporcional a sua área ocupada. Portanto, a metalização da célula ou o desenho de interconexão de célula-a-célula, usualmente, faz uma troca entre sombreamento e resistência para a saída de energia do módulo de célula solar mais otimizada. Os artigos metálicos da presente exposição, que também serão referidos como grades ou malhas, podem ser usados para substituir pasta de prata convencional e fitas revestidas com solda e ter recursos adaptáveis que permitem o desacoplamento de fatores que, convencionalmente requerem trocas entre exigências funcionais.

[0025] No Pedido de Patente dos Estados Unidos N° 13/798.123, de Babayan e colaboradores, condutos elétricos para semicondutores, tais como células fotovoltaicas, são fabricados como um artigo metálico independente eletroformado. Os artigos metálicos são produzidos separadamente de uma célula solar e pode incluir múltiplos elementos, tais como garras e barramentos, que podem ser transferidos estavelmente como uma peça unitária e facilmente alinhados com um dispositivo semicondutor. Os elementos do artigo metálico são formados integralmente um com o outro no processo de eletroformação. O artigo metálico é fabricado em um mandril de eletroformação, que gera uma camada de metal padronizada que é moldada para uma célula solar ou outro dispositivo semicondutor. Por exemplo, o artigo metálico pode ter linhas de grade com relações de aspecto de altura para largura que minimizam o sombreamento para uma célula solar. O artigo metálico pode substituir a metalização de barramento convencional e colocação de fita para metalização de célula, interconexão de célula-a

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6/36 célula e confecção de módulo. A capacidade de produzir a camada de metalização para uma célula fotovoltaica como um componente independente, que pode ser transferido estavelmente entre etapas de processamento, proporciona várias vantagens em custos de material e fabricação.

[0026] A Figura 1 representa uma vista em perspectiva de uma porção de um mandril de eletroformação exemplificativo 100 em uma modalidade do Pedido de Patente dos Estados Unidos N° 13/798.123. O mandril 100 pode ser feito de material eletricamente condutor, tal como aço inoxidável, cobre, alumínio anodizado, titânio ou molibdênio, níquel, liga de níquel - ferro (por exemplo, Invar), cobre ou quaisquer combinações desses metais e pode ser projetado com área suficiente para permitir altas correntes de revestimento e permitir alta produtividade. O mandril 100 tem uma superfície externa 195 com um padrão preformado que compreende elementos padrão 110 e 112 e pode ser personalizado para uma forma desejada do elemento de conduto elétrico a ser produzido. Nesta modalidade, os elementos padrão 110 e 112 são ranhuras ou sulcos com uma seção retangular, embora, em outras modalidades, os elementos padrão 110 e 112 possam ter outras formas seccionais transversais. Os elementos padrão 110 e 112 são representados como segmentos de interseção para formar um padrão do tipo grade, em que conjuntos de linhas paralelas se intersectam perpendicularmente nesta modalidade.

[0027] Os elementos padrão 110 têm uma altura Ή’ e largura W, onde a relação de altura para largura define uma relação de aspecto. Pelo uso dos elementos padrão 110 e 112 no mandril 100 para formar um artigo metálico, as partes metálicas eletroformadas podem ser moldadas para aplicações fotovoltaicas. Por exemplo, a relação de aspecto pode estar entre cera de 0,01 e cerca de 10, conforme desejado, para satisfazer as restrições de sombreamento de uma célula solar.

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7/36 [0028] A relação de aspecto, assim como a forma secional transversal e o layout longitudinal dos elementos padrão, podem ser projetados para satisfazer especificações desejadas, tais como capacidade de corrente elétrica, resistência em série, perdas de sombreamento e layout de célula. Qualquer processo de eletroformação pode ser usado. Por exemplo, o artigo metálico pode ser formado por um processo de eletrogalvanização. Em particular, como a eletrogalvanização, em geral, é um processo isotrópico, confinar a eletrogalvanização com um mandril padrão para personalizar a forma das partes é um aperfeiçoamento significativo para eficiência máxima. Além disso, embora certas formas seccionais transversais possam ser instáveis quando da colocação das mesmas em uma superfície semicondutora, os padrões personalizados que podem ser produzidos através do uso de um mandril permitem que recursos, tais como linhas de interconexão, proporcionem estabilidade para esses condutos. Em algumas modalidades, por exemplo, os padrões preformados põem ser configurados como uma grade contínua com linhas de interseção. Esta configuração não só proporciona estabilidade mecânica à pluralidade de elementos eletroformados que formam a grade, mas também permite uma baixa resistência em série uma vez que a corrente é dispersa através de mais condutos. Uma estrutura do tipo grade também pode aumentar a resistência de uma célula. Por exemplo, se uma porção da grade se tornar rompida ou não funcional, a corrente elétrica pode circular em torno da área rompida devido à presença do padrão da grade.

[0029] As Figuras 2A - 2C são vistas seccionais transversais simplificadas de estágios exemplificativos na produção de uma peça com camada de metal usando um mandrila, como divulgado no Pedido de Patente dos Estados Unidos N° 13/798.123. Na Figura 2A, um mandril 102, com elementos padrão 110 e 115, é proporcionado. O

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8/36 elemento padrão 115 tem uma seção transversal vertical, que é afunilada, sem mais larga em direção à superfície externa 105 do mandril 102. A seção transversal vertical afunilada pode proporcionar certos benefícios funcionais, tais como aumento da quantidade de metal para aperfeiçoar a condutividade elétrica ou auxiliar na remoção da peça eletroformada do mandril 102. O mandril 102 é submetido a um processo de eletroformação, em que elementos eletroformados exemplificativos 150, 152 e 154 são formados dentro dos elementos padrão 110 e 115, conforme mostrado na Figura 2B. Os elementos eletroformados 150, 152 e 154 podem ser, por exemplo, cobre apenas ou ligas de cobre. Em outras modalidades, uma camada de níquel pode ser revestida no mandril 102 primeiro, seguida por cobre, de modo que o níquel proporciona uma barreira contra a contaminação do dobre de um dispositivo semicondutor acabado. Uma camada adicional de níquel pode ser revestida, opcionalmente, através do topo dos elementos eletroformados para encapsular o cobre, conforme representado pela camada de níquel 160 sobre o elemento eletroformado 150, na Figura 2B.Em outras modalidades, múltiplas camadas podem ser revestidas dentro dos elementos padrão 110 e 115, usando vários metais, conforme desejado, para obter as propriedades necessárias do artigo metálico a ser produzido.

[0030] Na Figura 2B, os elementos eletroformados 150 e 154 são mostrados como sendo formados em nível com a superfície externa 105 do mandril 102. O elemento eletroformado 152 ilustra outra modalidade em que os elementos podem ser sobrerrevestidos. Para o elemento eletroformado 152, a eletrogalvanização continua até que o metal se estenda acima da superfície 105 do mandril 102. A porção sobrerrevestida, que, tipicamente, se formará como um topo arredondado, devido à natureza isotrópica da eletroformação, pode servir como um cabo para facilitar a extração do elemento eletroformado

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152 do mandril 102. O topo arredondado do elemento eletroformado 152 também pode proporciona vantagens ópticas em uma célula fotovoltaica, por exemplo, sendo uma superfície refrativa para auxiliar na coleta de luz. Ainda em outras modalidades não mostradas, um artigo metálico pode ter porções que são formadas no topo da superfície de mandril 105, tal como um barramento, além daquelas que são formadas dentro dos padrões preformados 110 e 115.

[0031] Na Figura 2C, os elementos eletroformados 150, 152 e 154 são removidos do mandril 102 como um artigo metálico independente 180. Note que as Figuras 2A - 2C demonstram três tipos diferentes de elementos eletroformados 150, 152 e 154. Em várias modalidades, os elementos eletroformados dentro do mandril 102 podem ser todos do mesmo tipo ou podem ter diferentes combinações de padrões eletroformados. O artigo metálico 180 pode incluir elementos de interseção 190, como seriam formados pelos padrões de elementos transversais 112 da Figura 1. Os elementos de interseção 190 podem auxiliar na fabricação do artigo metálico 180 uma peça unitária, independente, de modo que ele pode ser facilmente transferida para outras etapas de processamento, ao mesmo tempo em que mantém os elementos individuais 150, 152 e 154 alinhados uns com os outros. As etapas de processamento adicionais podem incluir etapas de revestimento para o artigo metálico independente 180 e etapas de montagem para incorporá-lo em um dispositivo semicondutor. Através da produção da camada de metal de um semicondutor como uma peça independente, a produtividade de fabricação do conjunto semicondutor global não será afetada pela produtividade da camada de metal. Além disso, a camada de metal pode ser submetida à temperaturas e processos separados das outras camadas semicondutoras. Por exemplo, a camada de metal pode ser submetida a processos em alta temperatura ou banhos químicos que não afetarão o resto do conjunto de semicondutores.

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10/36 [0032] Após o artigo metálico 180 ser removido do mandril 102 na Figura 2C, o mandril 102 pode ser reutilizado para produzir partes adicionais. Ser capaz de reutilizar o mandril 102 proporciona uma redução de custo significativa, comparado com as técnicas correntes, onde a eletrogalvanização é realizada diretamente em uma célula solar. Em métodos de eletrogalvanização direta, máscaras ou mandris são formados na própria célula e, assim, devem ser construídos e frequentemente destruídos em cada célula. Ter um mandril reutilizável reduz as etapas de processamento e economiza nos custos em comparação com as técnicas que requerem padronização e, então, revestindo um dispositivo semicondutor. Em outros métodos convencionais uma camada de iniciação impressa fina é aplicada a uma superfície semicondutora para começar o processo de revestimento. Contudo, métodos da camada de iniciação resultam em baixos rendimentos. Em contraste, métodos de mandril reutilizável conforme aqui descritos podem utilizar mandris de metal espesso, os quais permitem alta capacidade de corrente, resultando em altas correntes de revestimento e, assim, altas produtividades. Espessuras de mandril de metal podem estar, por exemplo, entre 0,2 a 5 mm.

[0033] As Figuras 3A e 3B ilustram vistas de topo de camadas de metal exemplificativas 300a e 300b que podem ser produzidas pelos mandris de eletroformação aqui descritos. As camadas de metal 300a e 300b incluem elementos eletroformados aqui concretizados como garras substancialmente paralelas 310, os quais têm sido formados por ranhuras substancialmente paralelas em um mandril eletricamente condutor. A camada de metal 300b também inclui elementos eletroformados aqui concretizados como garras horizontais 320 que intersectam garras verticais 310, onde as garras 310 e 320 se intersectam em um ângulo aproximadamente, perpendicular. Em outras modalidades, as garras 310 e 320 podem se intersectar em outros

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11/36 ângulos, enquanto ainda formam uma grade contínua ou padrão de malha. As camadas de metal 330a e 300b também incluem um elemento de quadro 330, que pode servir como um barramento para coletar corrente das garras 310 e 320. Ter um barramento integralmente formado como parte do artigo metálico pode proporcionar aperfeiçoamentos de fabricação. No presente, métodos de alto volume de produção de módulo, conexões de células, frequentemente, são obtidos através de soldagem manual de fitas de metal nas células. Isso, comumente, resulta em células rompidas ou danificadas devido à manipulação e à tensão transmitida para as células pelas fitas de solda. Além disso, o processo de soldagem manual resulta em altos custos de produção relacionados com o trabalho. Desse modo, tendo um barramento ou fita já formado e conectado à camada de metalização, como é possível com os artigos metálicos eletroformados aqui descritos, permite métodos de fabricação automatizados, de baixo custo.

[0034] O elemento de quadro 330 também pode proporcionar estabilidade mecânica, de modo que camadas de metal 300a e 300b são peças unitárias, independentes, quando removidas de um mandril. Isto é, as camadas de metal 300a e 300b são unitárias pelo fato de que são um componente único, com as garras 310 e 320 permanecendo conectadas, quando afastadas de uma célula fotovoltaica ou outro conjunto semicondutor. O elemento de quadro 330 pode, além disso, auxiliar na manutenção do espaçamento e do alinhamento entre elementos de garra 310 e 320 para quando devem ser presos a uma célula fotovoltaica. O elemento de quadro 330 é mostrado nas Figuras 3A - 3B como se estendendo através de uma borda de camadas de metal 300a e 300b. Contudo, em outras modalidades, um elemento de quadro pode se estender apenas parcialmente através de uma borda ou pode limitar mais de uma borda ou pode ser configurado como uma ou mais abas em uma borda ou pode residir dentro da própria grade. Além

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12/36 disso, o elemento de quadro 330 pode ser eletroformado ao mesmo tempo que as garras 310 e 320 ou, em outras modalidades, pode ser eleformado em uma etapa separada, após as garras 310 e 320 terem sido formadas.

[0035] A Figura 3C mostra um corte transversal da camada de metal 300b tomado na seção A-A da Figura 3B. As garras 310, nesta modalidade, são mostradas como tendo relações de aspecto maiores do que 1, tal como cerca de 1 a cerca de 5 e tal como, aproximadamente, 2, nesta Figura; Ter uma altura seccional transversal maior do que a largura reduz o impacto do sombreamento da camada de metal 300b em uma célula fotovoltaica. Em várias modalidades, apenas uma porção das garras 310 e 320 pode ter uma relação de aspecto maior do que 1, ou uma maior parte das garras 310 e 320 pode ter uma relação de aspecto maior do que 1. Em outra modalidade, algumas ou todas as garras 310 e 320 podem ter uma relação de aspecto muito menor do que 1. A altura Ή das garras 310 pode oscilar de, por exemplo, cerca de 5 microns a cerca de 200 microns ou cerca de 10 microns a cerca de 300 microns. A largura W das garras 310 podem oscilar de, por exemplo, cerca de 10 microns a cerca de 150 microns. A distância entre garras paralelas 310 tem um passo P. medido entre a linha central de cada garra. Em algumas modalidades, o passo pode oscilar, por exemplo, entre cerca de 1 mm e cerca de 25 mm. Nas Figuras 3B e 3C, as garras 310 e 320 têm larguras e passos diferentes, mas são, aproximadamente, equivalentes, em altura. Em outras modalidades, as garras 310 e 320 podem ter larguras, alturas e passos diferentes uns dos outros ou podem ter algumas características que são as mesmas ou podem ter todas as mesmas características. Os valores podem ser escolhidos de acordo com fatores, tais como o tamanho da célula fotovoltaica, a quantidade de sombreamento para uma eficiência desejada ou se o artigo metálico tem que ser acoplado à

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13/36 parte frontal ou à parte traseira da célula. Em algumas modalidades, as garras 310 podem ter um passo entre cerca de 1,5 mm e cerca de 25 mm. As garras 310 e 320 são formadas em mandris tendo ranhuras que têm, substancialmente, a mesma forma e espaçamento que as garras 310 e 320. O elemento de quadro 330 pode ter a mesma altura que as garras 310 e 320 ou pode ser uma peça mais fina, conforme indicado pela linha tracejada na Figura 3C. Em outras modalidades, o elemento de quadro 330 pode ser formado acima dos elementos de garra 310 e 320.

[0036] A Figura 3C também mostra que as garras 310 e 320 podem ser substancialmente coplanares uma com a outra, pelo fato de que as garras 310 e as garras 320 têm uma maior parte de suas áreas seccionais transversais que sobrepõem uma à outra. Comparado com as malhas convencionais, que são tecidas umas sobre e sob as outras, uma frade coplanar, conforme representado na Figura 3C pode proporcionar um perfil mais baixo do que fios circulares em sobreposição da mesma área seccional transversal. As linhas coplanares, que se intersectam, de camada de metal 300b também são formadas integralmente umas com as outras, durante o processo de eletroformação que proporciona mais robustez ao artigo independente de camada de metal 300b. Isto é, os elementos integrais são formados como uma peça e não são unidos uns aos outros a partir de componentes separados. As Figuras 3D e 3E mostram outras modalidades de elementos coplanares, que se intersectam. Na Figura 3D, a garra 310 é mais curta em altura do que a garra 320, mas é posicionada dentro da altura seccional transversal da garra 320. As garras 310 e 320 têm superfícies de fundo 312 e 322, respectivamente, que são alinhadas nesta modalidade, de modo a proporcionar uma superfície uniforme para a montagem em uma superfície semicondutora. Na modalidade da Figura 3E, a garra 310 tem uma

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14/36 altura maior do que a garra 320 e se estende além da superfície de topo da garra 320. A maior parte da área seccional transversal da garra 310 sobrepõe toda a seção transversal da garra 320 e, portanto, as garras 310 e 320 são coplanares, conforme definido nesta exposição.

[0037] As Figuras 3F e 3G mostram outras modalidades em que os artigos metálicos eletroformados permitem as interconexões entre células fotovoltaicas em um módulo. Um módulo típico tem muitas células, como entre 36 - 60, conectadas em série. As conexões são feitas pela anexação da parte frontal de uma célula à parte traseira da célula seguinte, usando fita de cobre revestida com solda. A anexação da fita dessa maneira requer uma fita que é fina, de modo que a fita possa se curvar em torno das células sem romper as bordas das células. Como uma fita já é estreita, o uso de uma fita fina aumenta a resistência ainda mais. As interconexões também requerem, tipicamente, três fitas separadas, cada uma soldada separadamente. Na modalidade da Figura 3F, um artigo metálico 350 tem elementos de interconexão que foram eletroformados integralmente com uma primeira região de grade 370. Elementos de interconexão 360 têm uma primeira extremidade acoplada à grade 370 e são configurados para se estenderem além da superfície de uma célula fotovoltaica para permitir a conexão a uma célula vizinha. Os elementos de interconexão 360 substituem a necessidade de que uma fita separada seja soldada entre as células, assim, reduzindo os custos de fabricação e permitindo automação possível. Na modalidade mostrada, elementos de interconexão 360 são segmentos lineares, embora outras configurações sejam possíveis. Também, o número de elementos de interconexão 360 pode variar conforme desejado, tal como proporcionando múltiplos elementos 360 para reduzir a resistência. Os elementos de interconexão 360 podem ser curvados ou em ângulo após a eletroformado, tal como permitir uma conexão da frente para trás entre as células ou podem ser fabricados

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15/36 no mandril para ficarem em ângulo em relação à grade 370.

[0038] A extremidade oposta de elementos de interconexão 360 pode ser acoplada a uma segunda região 380, onde a segunda região 380 também pode ser eletroformada em um mandril eletricamente condutor como parte do artigo metálico 350. Na Figura 3F, a segunda região 380 é configurada como uma aba - por exemplo, um barramento - que pode, então, ser conectada eletricamente a um conduto elétrico 390 de uma célula vizinha. O conduto 390 é configurado aqui como um arranjo de elementos, mas outras configurações são possíveis. A grade 370 pode, por exemplo, servir como um conduto elétrico em uma superfície frontal de uma primeira célula, enquanto a grade 390 pode ser um conduto elétrico em uma superfície posterior de uma segunda célula. Na modalidade da Figura 3G, um artigo metálico 355 tem uma malha em lugar de um tipo barramento de conexão. O artigo metálico 355 inclui primeira região 370, elementos de interconexão 360 e segunda região 390 que foram todos eletroformados como um componente único, de modo que as conexões intercélulas já são proporcionadas pelo artigo metálico 355. Desse modo, os artigos metálicos 350 e 355 proporcionam condutos elétricos não só em uma superfície de uma célula fotovoltaica, mas também as interconexões entre células.

[0039] Artigos metálicos fabricados por um mandril de eletroformação permitem que recursos sejam moldados ainda mais para satisfazer necessidades funcionais e de fabricação desejadas de uma célula fotovoltaica particular. Por exemplo, formas individuais de elementos dentro do artigo metálico podem ser customizadas ou elementos em uma região do artigo metálico podem ser projetados com recursos geometricamente diferentes dos elementos em outra região. Os recursos personalizados aqui descritos podem ser usados individualmente ou em combinação um com o outro. O uso de um

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16/36 mandril de eletroformação desvincula as restrições dimensionais da peça global eletroformada de modo que os recursos podem ser otimizados para uma área particular dentro do artigo metálico. Além disso, os artigos metálicos produzidos pelos presentes métodos permitem a moldagem para um tipo particular de célula, tal como residenciais de custo menor versus células de alta eficiência. Os recursos dos artigos metálicos também permitem a integração de componentes de interconexão, de modo que células solares que utilizam os artigos metálicos como condutos elétricos são de módulopronto. A metalização proporcionada pelos artigos metálicos aqui descritos proporcionam um volume de metalização superior e resistência menor do que metalizações de células tradicionais com a mesma área ocupada, enquanto reduz custos comparado com metalização baseada em prata e baseada em fita. Os artigos metálicos também facilitam desenhos de células fotovoltaicas leves e tolerantes ao decaimento.

[0040] A Figura 4 mostra uma vista de topo de um artigo metálico 400 com modalidades de vários recursos adaptados para uma célula fotovoltaica. Um substrato semicondutor 402 é mostrado em linhas tracejadas para demonstrar a colocação de artigo metálico em uma célula fotovoltaica, onde o artigo metálico 400 é configurado aqui como uma grade para o lado frontal da célula. Contudo, os recursos aqui descritos podem ser aplicados a um conduto elétrico para o lado posterior de uma célula fotovoltaica. Nesta exposição, referência aos materiais semicondutores na formação de um dispositivo semicondutor ou célula fotovoltaica pode incluir silício amorfo, silício cristalino ou qualquer outro material semicondutor adequado para uso em uma célula fotovoltaica. Os artigos metálicos também podem ser aplicados a outros tipos de dispositivos semicondutores que não células fotovoltaicas. O substrato semicondutor 402 é mostrado na Figura 4

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17/36 como uma célula monocristalina com cantos arredondados, também referida como forma pseudoquadrada. Em outras modalidades, o substrato semicondutor pode ser multicristalino, com uma forma completamente quadrada. O substrato semicondutor 402 pode ter linhas de conduto elétrico (não mostradas) em sua superfície, como garras de prata, que conduzem corrente gerada pelo substrato 402. As garras de prata podem ser impressas em tela no substrato semicondutor de acordo com métodos convencionais. Por exemplo, as garras de prata podem ser linhas que são perpendiculares à direção das linhas de grade 410. Os elementos de artigo metálico 400, então, servem como condutos elétricos para conduzir corrente elétrica das garras de prata. Nesta modalidade da Figura 4, as linhas de grade 410 (horizontais, na Figura 4) e 420 (verticais, na Figura 4) de artigo metálico 400 são eletricamente acopladas ao substrato semicondutor 402, como através de soldagem, pra coleta e distribuir a corrente para elementos de interconexão 430 e 440. Conforme descrito nas Figuras 3F - 3G, os elementos de interconexão permitem conexões de célula-a-célula para um módulo solar. A fabricação de artigo metálico 400 com um metal, tal como cobre, reduz o custo, comparado com uma célula em que prata é usada para todos os condutos elétricos e também pode aperfeiçoar a eficiência da célula devido à condutividade aperfeiçoada.

[0041] As linhas de grade 410 e 420 da Figura 4 são mostradas como aproximadamente perpendiculares uma à outra, porém, em outras modalidades, podem estar em ângulos não perpendiculares uma à outra. Embora ambas, as linhas de grade 410 e as linhas de grade de interseção 420, são capazes de conduzir corrente elétrica, as linhas de grade 410 proporcionam o curso de menor resistência aos elementos de interconexão 430 e 440 e funcionarão como os condutores primários de corrente elétrica. Assim, as linhas de grade 410 também serão referidas como barramentos, enquanto as linhas de grade de interseção

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420 podem ser referidas como membros transversais. Os membros transversais 420 proporcionam um suporte mecânico para o artigo metálico independente 400, tanto em termos de resistência quanto na manutenção de especificações dimensionais da grade. Contudo, membros transversais 420 também podem servir como condutos elétricos, tal como no fornecimento de redundância, se um barramento 410 falhar. Em algumas modalidades, as linhas de grade 410 e 420 podem ter larguras 412 e 422, respectivamente, que diferem uma da outra, tal como para otimizar a resistência mecânica ou obter um fator de preenchimento desejado para a célula. Por exemplo, a largura 412 das linhas de grade 410 pode ser menor do que a largura 422 de linhas de grade 420, de modo que as linhas de grade 420, de modo que as linhas de grade 420 são moldadas para se obter um fator de preenchimento tão alto quanto possível. Em outras modalidades, certas linhas de grade 410 podem ter larguras diferentes de outras linhas de grade 410, tal como para direcionar a resistência mecânica ou a capacidade elétrica de uma zona particular. O passo dos barramentos 410 também pode variar dos membros transversais 420 ou pode variar um do outro em diferentes regiões dentro do artigo metálico 400 para satisfazer as exigências de condução do dispositivo requeridas. Em algumas modalidades, um passo de malha mais grosseira ou mais fina pode ser escolhido com base, por exemplo, nos desenhos de garras de prata da pastilha, a precisão do processo de impressão em tela em prata ou o tipo de célula que está sendo usado.

[0042] As linhas de grade 410 e 420 também incluem elementos de borda 450 e 455, que estão configurados para serem localizados perto do perímetro de uma célula solar. Por exemplo, os elementos de borda 450 e 455 podem estar localizados 1 - 3 mm das bordas da pastilha 402. Como os elementos de borda 450 e 455 formam o perímetro do artigo metálico 400, os elementos de borda 450 e 455 podem ser mais largos

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19/36 do que outras linhas de grade 410 e 420 no interior do artigo metálico 400, para proporcionar um suporte estrutural adicional. Elementos de borda 455 são configurados como barramentos de canto na modalidade da Figura 4, que formam um ângulo do elemento de borda principal 450. Isto é, o elemento de borda 450 tem uma mudança na direção do conduto, ao longo do comprimento, de modo a acomodar uma forma pseudoquadrada, nesta modalidade. Essa mudança na direção pode ser formada integralmente pelo mandril de eletroformação e pode incluir a moldagem da largura do barramento de canto 455 para aperfeiçoar a resistência mecânica e reduzir perdas resistivas. Barramentos mais largos 450 e 455 455 no perímetro de artigo metálico 400 também pode aperfeiçoar a resistência da ligação quando da fixação do artigo metálico 400 no substrato semicondutor 402.

[0043] Elementos de interconexão 430 e 440 estão perto de uma borda do artigo metálico 400 e pode ter também larguras 432 e 442 que são diferentes de outras áreas do artigo metálico 400. Por exemplo, o elemento de interconexão 430 pode ter uma largura 432 que é maior do que a largura 412 das linhas de grade 410. Desse modo, a largura 432 é desvinculada das restrições de largura na face da célula e permite menor resistência elétrica, sem afetar a área ativa da célula. Como o processo de eletroformação é isotrópico, uma largura aumentada 432 pode resultar em uma altura mais fina dos elementos de interconexão 430. A Figura 5 mostra um corte transversal vertical da seção C na Figura 4, mostrando uma diferença de altura exemplificativa entre os elementos 410 e 430. Na Figura 5, a linha de grade 410 tem uma altura 414 que é maior do que a altura 434 do elemento de interconexão 430. Isto é, a linha de grade 410 na borda da pastilha é mais estreita e mais alta, em comparação com a interconexão 430, que é mais larga e mais fina. A interconexão 430 mais fina pode aperfeiçoar a resistência à falha pela fadiga - tal como a flexão durante o transporte e a exposição às

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20/36 forças ambientais - enquanto minimizando a perda de tensão através do fornecimento de uma grande área de superfície para fluxo de corrente. Por exemplo, em algumas modalidades, a espessura, ou a altura 434, da interconexão 430 pode ser 40 - 120 pm, tal como 100- 150 pm.

[0044] A Figura 6 mostra uma vista de topo detalhada de um elemento de interconexão exemplificative 600, similar ao elemento de interconexão 440m da Figura 4. O elemento de interconexão 600 serve como uma almofada de solda entre células solares. Note que o desenho do tipo placa de interconexão 600 tem uma grande área de superfície, em comparação com fitas de solda convencionais, tais como 5 vezes ou 10 vezes mais do que as células convencionais, em que três fitas de barramento são usadas. Em consequência, o desenho da interconexão 600 aperfeiçoa a eficiência no nível do módulo através do fornecimento de baixa resistência em série e queda de tensão mínima. Por exemplo, a largura 602 do elemento de interconexão 600 pode ser 5 -10 mm, tal como 6 - 8 mm, comparado com uma largura de 50 - 100 pm para as linhas de grade 410 e 420 da Figura 4. O comprimento 606 do elemento de interconexão 600 pode se aproximar do comprimento de borda de uma célula fotovoltaica, tal como toda a borda de uma célula multicristalina ou o comprimento entre cantos de uma célula monocristalina. O elemento de interconexão 600 também pode servir como um auxiliar de fabricação para a remoção do artigo metálico (por exemplo, artigo metálico 400 da Figura 4) do mandril de eletroformação. Os elementos de interconexão 610 podem ser curvados ou em ângulo após a eletroformado, tal como para permitir uma conexão de frente para trás entre as células. Os elementos de interconexão 600 e 610 podem ser formados integralmente com as linhas de grade 410 e 420, o que pode reduzir o custo de fabricação por meio da eliminação das etapas de junção. Em outras modalidades, os elementos de interconexão 600 e/ou 610 podem ser formados como uma peça

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21/36 separada e, então, unidos às linhas de grade 410 e 420, de modo a permitir a permutabilidade de elementos de interconexão com diferentes desenhos de grades.

[0045] Os elementos de interconexão 600 e 610 podem ter alturas - isto 'em, espessuras - que são diferentes do resto do artigo metálico 400, similar à diferença de altura das linhas de grade 410 410 e do elemento de interconexão 430 mostrado na Figura 5. Em algumas modalidades, por exemplo, os elementos de interconexão 610 podem ter uma altura de 50 - 70 pm e o elemento de interconexão 600 pode ter uma altura de 40 - 100 pm. Como os elementos de interconexão 610 proporcionam conexões mecânicas, bem como elétricas, entre as células em um módulo, os elementos 610 podem ser moldados com uma espessura específica para satisfazer exigências de testagem de flexão. O número de elementos 610 também pode ser aumentado em comparação com as fixações de fita simples de células convencionais, a fim de aperfeiçoar a confiabilidade e a resistência à testagem de flexão. Um número aumentado de elementos de interconexão 610 também proporciona mais área de conduto elétrico e, assim, menos resistência. Em algumas modalidades, foi verificado que um artigo metálico, tendo 15-30 elementos de interconexão 610, com uma altura de 50 - 70 pm, resiste muito mais do que dez a cem vezes os ciclos de flexão à falha em comparação com fitas de solda de cobre convencionais de 150 pm de espessura.

[0046] A Figura 6 mostra um recurso adicional do elemento de interconexão 600 pelo fato de que as aberturas 620 estão presentes. As aberturas 620 são aberturas através da espessura do elemento de interconexão 600, na forma circular, oval ou outras de furos ou fendas. Essas aberturas 620 permitem a liberação de ar preso durante a laminação de um conjunto de célula fotovoltaica, assim, facilitando o encapsulamento livre de vazios. As linhas tracejadas 650a e 650b

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22/36 representam a colocação de substratos semicondutores em uma modalidade, onde o substrato 650a represente a fixação ao lado frontal de uma célula fotovoltaica, enquanto o substrato 650b é a fixação ao lato traseiro de uma célula adjacente. O substrato 650a pode ser posicionado, por exemplo, com uma folga 651 de 0,5 -1,5 mm da borda frontal 605 do elemento de interconexão 600, enquanto o substrato 650b pode ser posicionado, por exemplo, uma folga 652 de 1,5 - 2,5 mm da borda 605. Como pode ser visto na Figura 6, pelo menos uma porção de aberturas 620 permanece exposta entre as células, permitindo que um material de laminação de módulo, tal como acetato de etileno vinil (EVA) penetre o elemento de interconexão 600 para resistência mecânica. As aberturas 620 também proporcionam um caminho para que quaisquer bolhas de ar dentro do material de laminação escapem. O número e os tamanhos das aberturas 620 podem ser escolhidos para facilitar o processo de laminação enquanto equilibra a quantidade de material necessário no elemento de interconexão 600 para satisfazer as exigências de resistência elétrica e resistência mecânica. Em algumas modalidades, o número de aberturas 620 pode oscilar de, por exemplo, 1 a 10, com aberturas 620 tendo uma largura 622 de 0,5 - 5 mm, tal como 1 - 3 mm e comprimento 624 de 1 - 6 mm, tal como 3 - 5 mm. As aberturas 620 podem ter cantos interiores que são arredondados para maximizar a durabilidade enquanto permite o fluxo de encapsulante. [0047] As Figuras 7A - 7B mostram seções transversais verticais de elementos eletroformados 710 e 720, tais como tomadas através da largura da linha de grade 410, conforme mostrado na seção D, na Figura

4. As seções transversais 710 e 720 são similares aos elementos eletroformados 150 e 152 da Figura 2B e são apresentadas nas Figuras 7A - 7B para demonstrar recursos personalizados que podem ser incorporados nas superfícies de topo de artigos metálicos na presente exposição. Na Figura 7A, o elemento 710 tem um seção transversal

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23/36 retangular com uma superfície de topo 715, onde topo se refere à superfície de luz incidente, quando montado em uma célula fotovoltaica. A superfície de topo 715 pode ser configurada para contribuir para as propriedades óticas das linhas de grade, de modo a promover a reflexão de luz e, assim acentuar a eficiência da célula. Em algumas modalidades, a texturização pode ser transmitida, por exemplo, tendose um padrão texturizado incorporado no mandril de eletroformação. Isto é, o padrão preformado 110 da Figura 1 pode ter um padrão de textura formado no mandril 100, onde a superfície de topo 715 será a superfície produzida pelo fundo do padrão preformado 110. Em outra modalidade, a texturização pode ser produzida pelo próprio processo de eletroformação. Em um processo exemplificative, uma alta corrente de eletrogalvanização pode ser usada para uma rápida taxa de eletroformação, tal como da ordem se 1 a 3 pm/ minuto. Essa taxa rápida pode resultar na superfície exposta - na superfície externa 105 do mandril de eletroformação 100 - sendo áspera.

[0048] Ainda em outras modalidades, uma superfície de topo de configuração personalizada pode ser um acabamento de superfície particular que é criado após a formação da parte eletroformada. Por exemplo, a Figura 7B mostra um elemento sobrerrevestido 720 tendo uma camada de revestimento 722 em sua superfície de topo 725. O revestimento 722 pode incluir uma ou mais camadas de metais, incluindo, mas não assim limitado, níquel, prata, estanho, chumbo estanho ou uma solda. O revestimento 722 pode, por exemplo, produzir uma superfície lisa para aperfeiçoar a refletividade da superfície de topo arredondada 725. A aplicação de solda como um revestimento na superfície de topo 725, ou 715, também pode auxiliara permitir o refluxo de solda para a ligação, além de proporcionar benefícios ópticos.

[0049] Embora o elemento 710 seja mostrado com uma seção transversal retangular e o elemento 729 seja mostrado com uma base

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24/36 retangular e topo arredondado, outras formas seccionais transversais são possíveis, tais como um hemisfério ou retângulo alongado com chanfros arredondados. Essas formas seccionais transversais podem ser as mesmas por todo o artigo metálico ou variar entre diferentes zonas do artigo metálico. Quaisquer bordas curvadas ou arredondadas da superfície de topo podem ser utilizadas para defletir luz incidente para a célula ou refletir luz, a fim de permitir reflexão interna total, se no interior de um módulo de célula solar padrão. As superfícies podem ser revestidas com metal altamente refletor, tal como prata ou estando, para acentuar a deflexão e a reflexão, assim, reduzindo a área de sombreamento de malha efetiva para menos do que sua área ocupada. [0050] A Figura 8 mostra uma vista de topo de uma modalidade de outro artigo metálico 800, mostrando novos recursos que podem ser moldados. O artigo metálico 800 tem linhas de grade de interseção 810 e 820, formando uma configuração de malha através da maior parte do artigo metálico 800, com elementos de interconexão 830 e 840 em uma extremidade da malha. As linhas de grade 810 têm uma largura que não é uniforme ao longo do seu comprimento, com a largura não uniforme sendo projetada no mandril de eletroformação em que o artigo metálico 800 é fabricado. Nas modalidade da Figura 8, a largura 812a é menor do que a largura 812b mais perto do elemento de interconexão 840, que é a extremidade de coleta de corrente da célula. Essa largura aumentada 812b acomoda a corrente elétrica mais alta nesta extremidade à medida que a corrente é recolhida pelo artigo metálico através de sua superfície. Desse modo, a largura aumentada 812b reduz as perdas resistivas. A altura da linha de grade 810 também pode ser ajustada conforme desejado nas áreas de largura aumentada, conforme descrito previamente.

[0051] A quantidade de não uniformidade através do comprimento de uma linha de grade pode ser projetada de modo que um fator de

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25/36 preenchimento desejado de uma célula fotovoltaica seja mantido, Por exemplo, a Figura 9 mostra uma linha de grade linear exemplificativa 900 tendo uma largura nominal 910. A largura nominal 910 pode ser, por exemplo, 50 a 300 pm. Nesta modalidade, a largura 908 perto de uma extremidade da linha de grade 900, tal como longe da área de interconexão 940, pode ser reduzida em 10 - 30%, comparado com a largura nominal 910. A largura 912 perto da área de interconexão 940 pode ser aumentada em 10 - 30%, comparado com a largura nominal 910. Desse modo, a linha de grade 910 tem um afunilamento simétrico, com uma redução na largura em uma extremidade e uma largura aumentada na outra extremidade, resultando no mesmo fator de preenchimento que uma linha de grade tendo a largura nominal através de todo o seu comprimento.

[0052] As larguras não uniformes das Figuras 8 e 9 podem ocorrer continuamente através do comprimento da grade em algumas modalidades, ou podem ocorrer através de uma ou mais porções em outras modalidades. Em modalidades adicionais, a largura da linha de grade 810 pode aumentar e diminuir através de diferentes porções. Em lugar de ter uma taxa única de afunilamento. Adicionalmente, o recurso de ter uma largura não uniforme ao longo do comprimento pode estar presente em uma, algumas ou em todas as linhas de grade de um artigo metálico.

[0053] Retornando à Figura 8, as linhas de grade 810 e 829 mostram outro recurso projetado, em que o perfil longitudinalmente pode ser alterado na forma além de variar em largura. Na Figura 8, as linhas de grade 810 e 820 são configuradas com um padrão não linear que permite as linhas de grade se expandam longitudinalmente, assim, servindo como um segmento de expansão. Os padrões são formados pelo mandril de eletroformação em que o artigo metálico 800 é criado. Na modalidade da Figura 8 ambas as linhas de grade, 810 e 820, têm

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26/36 um padrão do tipo onda, orientado paralelo ao plano do artigo metálico 800 de modo que o artigo metálico apresenta uma superfície plana para junção a uma célula fotovoltaica. O padrão de onda pode ser configurado como, por exemplo, uma onda senoidal ou outra forma curvada ou geometrias. O padrão de onda proporciona comprimento extra entre os pontos de solda para permitir que o artigo metálico 800 se expanda e contraia, de modo a proporcionar alívio de tensão para diferenças em coeficientes de expansão térmica (CTE) entre o artigo metálico e o substrato semicondutor ao qual é unido. Por exemplo, um cobre tem um CTE em torno de cinco vezes o do silício. Desse modo, um artigo metálico de cobre soldado a um substrato de silício experimentará tensão significativa durante as etapas de aquecimento e de resfriamento envolvidas com a fabricação do subconjunto em uma célula solar acabada.

[0054] O padrão de onda é projetado para permitir expansão e contração suficientes do artigo metálico 800, tais como curvatura ou ruptura devido às diferenças de CTE. As dimensões do segmento de expansão são escolhidas para acomodar as diferenças em CTE dos materiais específicos que estão sendo usados. Em algumas modalidades, o padrão de onda porter, por exemplo, uma amplitude de 200 - 300 pm e um comprimento de onda de 1 - 10 mm para proporcionar comprimento adicional, comparado com um segmento completamente linear. O segmento de expansão também pode permitir tamanhos menores de junção de soldas, o que, consequentemente, reduz o sombreamento, uma vez que a tensão reduzida requer menos resistência da junta de solda. Tamanhos de juntas menores também podem permitir janelas maiores do processo de ligação, aperfeiçoando a capacidade de fabricação e o custo. Note que, embora na Figura 8 todas as linhas de grade 810 e 820 são configuradas como segmentos de expansão. Ainda em outras modalidades, apenas uma certa porção

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27/36 de uma linha de grade única pode ser configurada como um segmento de expansão, enquanto o restante do comprimento é linear.

[0055] As Figuras 10A - 10E são vistas de topo de várias configurações de segmentos de expansão em outras em outras modalidades. As linhas de grade de metal são mostradas como linhas únicas nessas Figuras para clareza. Além disso, embora apenas uma porção das linhas de grade seja mostrada, toda a linha de grade pode ter o mesmo padrão, ou, alternativamente, o restante da linha de grade pode ter um padrão diferente e pode variar em largura. Na Figura 10A, os barramentos 1010a têm um padrão de onda enquanto os elementos transversais 1020a são lineares. Este desenho proporciona um alívio de tensão de CTE unidimensional na direção dos barramentos 1010a. Os pontos em que os barramentos 1010a e os elementos transversais 1020a se intersectam serão referidos como nós 1030a. As almofadas de solda 1040a represente almofadas de solda de prata, estanho ou similares na pastilha semicondutora à qual os barramentos 1010a serão presos. As almofadas de solda 1040a são mostradas nessas Figuras como áreas distintas; contudo, em outras modalidades, elas podem ser linhas que se estendem parcial ou continuamente através de uma pastilha semicondutora. Na Figura 10A, as almofadas de solda 1040a podem ser posicionadas para se alinhar com nós 1030a, ou em outra parte, nas linhas de grade 1010a e 1020a.

[0056] A Figura 10B é idêntica à Figura 10A, exceto que as áreas de ligação 1050b foram formadas nos barramentos 1010b. As áreas de ligação 1050b proporcionam área de superfície aumentada para junção às almofadas de solda 1040b, de modo a aumentar a resistência da ligação e alargar as tolerâncias de fabricação. As áreas de ligação 1050b podem ser configuradas, por exemplo, como uma almofada circular, conforme mostrado, ou uma escora que se estende do barramento 1010b ou outras formas. Note que na Figura 10A e na

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Figura 10B, a direção dos elementos de expansão é permutável. Isto é, os elementos transversais 1020a/b podem ser configurados com o padrão de onda, enquanto os barramentos 1010a/b podem ser lineares. [0057] Na Figura 10C, ambos, os barramentos 1010c e os elementos transversais 1020c, são configurados como segmentos de expansão, assim, permitindo alívio de tensão bidimensional. Os barramentos 1010c são unidos às almofadas de solda 1040c entre os nós 1030c. Os barramentos 1010c e elementos transversais 1020c têm ambos padrões de onda, onde os períodos 1011c dos barramentos 1010c é o mesmo que o período 1021c dos elementos transversais 1020c. Contudo, a amplitude 1012c do barramento 1010c é diferente maior nesta modalidade - do que a amplitude 1022c do elemento transversal 1020c. Desse modo, é visto que os barramentos 1010c e os elementos transversais 1020c podem ser moldados individualmente um do outro. Em outras modalidades, certos barramentos 1010c dentro de um artigo metálico podem ter amplitudes diferentes e outros períodos que não os barramentos 1010c. Similarmente, os elementos transversais 1020c podem ter amplitudes e períodos diferentes uns dos outros.

[0058] A Figura 10D mostra ainda outra configuração de segmento de expansão, em que os barramentos 1010d têm seções em arco 1011 d com seções retas intervenientes 1013d entre os nós 1030d. Os elementos transversais 1020d são lineares nesta modalidade. As transições entre seções retas e arqueadas 1011 d e 1013d podem ser projetadas para serem curvas, visto que uma ausência de cantos pontiagudos pode facilitar a remoção do artigo metálico do mandril de eletroformação e reduzir os pontos de tensão. Nesta modalidade, as seções retas 1013d têm um comprimento para se estender através da almofada de solda 1040d. As seções retas 1013d podem reduzir a quantidade de tensão em almofadas de solda 1040d, já que a tensão

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29/36 será aplicada ao longo de linhas de grade 1010d em apenas uma direção. As seções retas 1013d também podem reduzir as tolerâncias de fabricação requeridas no alinhamento de barramentos 1010d om almofadas de solda 1040d. Em outras modalidades, os barramentos 1010d podem incluir também porções retas nos nós 1030d, para reduzir a tensão nas interseções entre as linhas de grade 1010d e 1020d.

[0059] A Figura 10E mostra uma outra modalidade em que os barramentos 1010e e os elementos transversais 1020e têm seções retas 1013e e 1023e se alternando entre porções curvadas 1011e e 1021e. A modalidade da Figura 10E permite que um artigo metálico proporcione alívio de tensão de CTE nas direções de X e de Y, ao mesmo tempo em que também proporciona juntas perpendiculares nos nós 1030e.

[0060] A Figura 11 é uma vista de topo de um artigo metálico exemplificative 1100 para um lado posterior de uma célula solar. Nesta modalidade, o artigo metálico 1100 tem linhas de grade 410 1110 e 1120 intersectando aproximadamente perpendicular uma à outra e uniformemente espaçadas. Em outras modalidades, as linhas de grade 410 1110 e 1120 podem se intersectar em ângulos não perpendiculares e podem ter passos variados. As linhas de grade 410 1110 e 1120 são configuradas com segmentos de expansão ao longo de todo o seu comprimento, embora em outras modalidades a linhas de grade 410 1110 e 1120 possam ser lineares ao longo de uma porção ou de todo o seu comprimento. O artigo metálico 1100 é simétrico, horizontal e verticalmente, permitindo que uma célula fotovoltaica seja girada em qualquer orientação para conexão a uma célula vizinha. Na Figura 11, as linhas de grade 1110 e 1120 têm larguras 1112 e 1122, respectivamente, que são mais largas do que no lado frontal de uma célula. Por exemplo, as larguras 1112 e 1122 podem ter 0,5 - 2 mm, comparado com as larguras das linhas de grade do lado frontal de 50 a

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300 pm. Desse modo, o artigo metálico 1100 pode proporcionar 2 - 5 vezes mais cobre do que a malha do lado frontal e tem resistência muito baixa com queda mínima de tensão. O artigo metálico 1100 também pode ser feito mais fino, tal como com metade da espessura, de células padrão.

[0061] O artigo metálico 1100 também pode ter uma borda mais larga, para servir como uma plataforma de soldagem. Os elementos de borda 1130 e os elementos de canto 1140, que formam o perímetro do artigo metálico 1100 podem ter larguras que são as mesmas ou diferentes das linhas de grade 410 1110 e 1120. Na modalidade da Figura 11, as almofadas de solda 1150 são configuradas nos nós onde as linhas de grade 410 1110 e 1120 encontram o perímetro )por exemplo, elementos de borda 1130 e elementos de canto 1140) do artigo metálico 1100. As almofadas de solda 1150 proporcionam uma área de superfície maior do que as linhas de grade 410 1110 e 1120 para alinhamento com as zonas de solda na superfície de uma célula solar. As almofadas de solda 1150 nesta modalidade também incluem escoras radiais 1160, de modo a proporcionar alívio de tensão nos nós e área adicional para ligação.

[0062] A Figura 12 mostra uma interconexão de célula-a-célula de frente para trás exemplificativa entre duas células fotovoltaicas, usando artigos metálicos da presente exposição. A célula 1200 tem um artigo metálico 1210 montado no lado frontal, onde o artigo metálico 1210 inclui um elemento de interconexão 1220 em uma borda. O artigo metálico 1210 pode ser, por exemplo, as grades metálicas da Figura 4 ou da Figura 8. A interconexão 1220 é unida ao lado posterior da célula 1250, que tem um artigo metálico 1260 configurado como uma malha de lado traseiro similar à da Figura 11. A junção pode ser obtida, por exemplo, através de soldagem, solda forte, ultrassônica, adesivo condutor ou outros métodos de ligação elétrica. A interconexão 1220 é

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31/36 ligada ao barramento 1270 do artigo metálico 1260 para uma conexão em série de células 1200 e 1250.

[0063] A Figura 13 ilustra um conjunto 1300 de células fotovoltaicas 1310,1320,1330 e 1340 em uma modalidade, como seria montado para um módulo. Quatro células são mostradas na Figura 13, embora qualquer número de células - tal como 36 - 60 - possa ser utilizado em um módulo, conforme desejado. Cada par de células vizinhas é unido, conforme descrito em relação à Figura 12. Contudo, na modalidade da Figura 13, cada célula adjacente é girada 90° da célula anterior. Por exemplo, a célula 1320 é girada 90° no sentido horário da célula 1310 para conexão à célula 1330 e a célula 1330 é girada 90° no sentido horário da célula 1320 para conexão à célula 1340. A célula 1310 na Figura 13 proporciona um terminal positivo 1350 para o módulo 1300, enquanto a célula 1340 proporciona o terminal negativo 1355. Desse modo, os desenhos de malhas que foram divulgados no interior podem ser projetados com uma simetria que permite várias orientações em uma célula, permitindo que células no interior de um módulo sejam conectadas em qualquer sequência, conforme desejado. As células 1310, 1320, 1330 e 1340 são montadas com uma folga 1360 entre elas - similar às folgas 651 e 652 da Figura 6. A folga 1360 permite a flexão do módulo global e também auxilia com o fluxo de material de laminação, quando encapsulando o módulo acabado.

[0064] A Figura 14 é um fluxograma ilustrativo 1400 de um método para a fabricação de um módulo de células solares, usando artigos metálicos, conforme descrito acima. Na etapa 1410, um artigo metálico é eletroformado usando um mandril eletricamente condutor. O mandril tem um ou mais padrões preformados em que formam o artigo metálico. Em algumas modalidades, o artigo metálico é configurado para servir como um conduto elétrico dentro de uma célula fotovoltaica. Em certas modalidades, o artigo metálico pode incluir recursos integrais para

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32/36 permitir conexões entre células fotovoltaicas de um módulo solar. Em outras modalidades, recursos de interconexão podem ser fabricados separadamente e unidos ao artigo metálico. Se formados separadamente, os recursos de interconexão podem ser formados, por exemplo, através de eletroformação ou estampagem de material em folha. Pelo menos uma porção do artigo metálico eletroformado acabado é criada dentro dos padrões preformados. O artigo metálico tem uma pluralidade de elementos eletroformados com recursos personalizados, que podem incluir um ou mais de: a) uma largura não uniforme ao longo de um primeiro comprimento do primeiro elemento; b) uma mudança na direção de conduto ao longo do primeiro comprimento do primeiro elemento; c) um segmento de expansão ao longo do primeiro comprimento do primeiro elemento; d) uma primeira largura que é diferente de uma segunda largura de um segundo elemento na pluralidade de elementos eletroformados; e) primeira altura que é diferente de uma segunda altura do segundo elemento na pluralidade de elementos eletroformados; e f) uma superfície de topo que é texturizada. O artigo metálico pode ser configurado para funcionar como linhas de grade elétricas, barramentos, interconexões de célulaa-célula e almofadas de solda para uma célula fotovoltaica.

[0065] A etapa 1410 pode incluir o contato da superfície externa do mandril de eletroformação com uma solução compreendendo um sal de um primeiro metal, onde o primeiro metal pode ser, por exemplo, cobre ou níquel. O primeiro metal pode formar todo o artigo metálico ou pode formar um precursor metálico para camadas de outros metais. Por exemplo, uma solução de um sal compreendendo um segundo metal pode ser revestida sobre o primeiro metal. Em algumas modalidades, o primeiro metal pode ser níquel e o segundo metal pode ser cobre, onde o níquel proporciona uma barreira para a difusão do cobre. Um terceiro metal pode, opcionalmente, ser revestido sobre o segundo metal de

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33/36 cobre, que foi revestido sobre um primeiro metal de níquel. Nessa estrutura de três camadas, o conduto de cobre é encapsulado por níquel para proporcionar uma barreira contra a contaminação do cobre em um dispositivo semicondutor. Parâmetros do processo de eletroformação na etapa 1410 podem ser, por exemplo, correntes que oscilam de 1 a 3000 amps por pé quadrado ASF) e tempos de revestimento oscilando de, por exemplo, 1 minuto a 200 minutos. Outros metais eletricamente condutores podem ser aplicados para promover adesão, promover a umedecibilidade, servir como uma barreira de difusão ou aperfeiçoar o contato elétrico, tal como estanho, ligas de estanho, índio, ligas de índio, ligas de bismuto, tungstate de níquel ou tungstato de cobalto níquel.

[0066] Após o artigo metálico ser formado, o artigo metálico é separado na etapa 1420 do mandril eletricamente condutor para se tornar uma peça unitária, independente. A separação pode envolver o levantamento ou descascar o artigo do mandril, tal como manualmente ou com o auxílio de ferramentas, como manipulação de vácuo. O descascamento também pode ser facilitado pelo uso do elemento de interconexão - tal como o elemento 600 da Figura 6 - como um cabo, para iniciar e levantar o artigo metálico. Em outras modalidades, a remoção pode incluir choque mecânico ou térmico ou energia ultrassônica para auxiliar na liberação da parte fabricada do mandril. O artigo metálico independente, então, está pronto para ser formado em uma célula fotovoltaica ou outro dispositivo semicondutor, através de anexação e acoplamento elétrico do artigo, como será descrito abaixo. A transferência do artigo metálico para as várias etapas de fabricação pode ser feita sem necessidade de um elemento de suporte.

[0067] Na etapa 1430, o artigo metálico é acoplado a um substrato semicondutor, mecânica e eletricamente. A etapa 1430 pode incluir o acoplamento de uma grade frontal ao lado frontal de uma pastilha semicondutora e acoplamento de uma grade traseira ao lado posterior

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34/36 da pastilha. O acoplamento pode ser por soldagem, tal como soldagem manual ou automatizada. A solda pode ser aplicada em pontos específicos, tais como almofadas de solda de prata que foram impressas na pastilha. Em algumas modalidades, a solda pode ter sido pré-aplicada em todo ou em algum do artigo metálico, tal como através de revestimento ou imersão. A solda pré-aplicada pode, então, ser recirculada durante o processo de acoplamento da etapa 1430. Em outras modalidades, a solda pode ser uma solda ativa e pode permitir a ligação nas porções não metalizadas da pastilha, conforme descrito no Pedido de Patente Provisório dos Estados Unidos 61/868.436, intitulado Using na Active Solder to Couple a Metallic Article to a Photovoltaic Cell, depositado em 21 de agosto de 2013, de propriedade da cessionária do presente pedido e aqui incorporado através de referência.

[0068] A junção do artigo metálico ao semicondutor na etapa 1430 pode utilizar, por exemplo, técnicas de processamento ultrassônico, infravermelho, barra a quente ou térmico rápido. A ligação pode ser realizada em uma junta de uma vez ou uma região da pastilha ou toda a pastilha de uma vez. O artigo metálico pode incluir segmentos de expansão para reduzir a curvatura ou ruptura que podem ocorrer das tensões térmicas induzidas durante os processos de ligação.

[0069] A pastilha semicondutor pode passar por etapas de processamento adicionais antes ou após a etapa 1430, de modo a aplicar revestimentos antirreflexão. Os revestimentos específicos serão dependentes do tipo de célula que está sendo produzido e pode incluir, por exemplo, revestimentos dielétricos antirrefletivos, tais como nitretos ou óxidos condutores transparentes, tais como óxido de índio - estanho. [0070] As células fotovoltaicas preparadas são, então, conectadas juntas na etapa 1440. As interconexões podem ser realizadas conforme descrito em relação às Figuras 12 e 13 para uma conexão em série de

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35/36 frente para trás. Em outras modalidades, as células podem ser cabeadas em paralelo com conexões de frente para frente e de trás para trás.

[0071] Na etapa 1450, um conjunto de módulo é laminado em conjunto. Em algumas modalidades, o conjunto pode incluir uma folha de suporte, tal como um filme de fluoreto de polivinila (PVF) com um material de laminação (por exemplo, EVA) colocado na folha de suporte. As células fotovoltaicas são colocadas na folha de EVA e outra folha de EVA no topo das células. Finalmente, uma folha de vidro fica sobre o topo da folha de EVA. Toda a pilha de camadas é colocada em um laminador, onde calor e vácuo são aplicados para laminar o conjunto. Para completar o módulo, as conexões elétricas das células são cabeadas a uma caixa de junção.

[0072] Pode ser visto que o artigo metálico eletroformado independente descrito aqui é aplicável aos vários tipos e pode ser inserido em diferentes pontos dentro da sequência de fabricação de uma célula solar. Além disso, os condutos elétricos eletroformados podem ser utilizados na superfície dianteira ou na superfície traseira de uma célula solar, ou ambos. Além disso, embora as modalidades aqui tenham sido descritas principalmente com relação às aplicações fotovoltaicas, os métodos e dispositivos também podem ser aplicados a outras aplicações em semicondutores, como camadas de redistribuição (RDL's) ou circuitos flex. Além disso, as etapas de fluxograma podem ser realizadas em sequências alternadas e podem incluir etapas adicionais não mostradas. Embora as descrições tenham sido feitas para células de tamanho completo, elas também podem ser aplicáveis em células com metade do tamanho ou um quarto do tamanho. Por exemplo, o desenho do artigo metálico pode ter um layout para acomodar a célula tendo apenas um ou dois cantos chanfrados em lugar de todos os quatro cantos sendo chanfrados como em um pseudoquadrado completo monocristalino.

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36/36 [0073] Embora a especificação tenha sido descrita em detalhes com relação às modalidades específicas da invenção, será apreciado que aqueles habilitados na técnica, mediante a obtenção de uma compreensão do precedente, podem prontamente conceber alterações, variações e equivalentes a essas modalidades. Essas e outras modificações e variações na presente invenção podem ser postas em prática por aqueles de habilidade comum na técnica, sem afastamento do escopo da presente invenção, a qual é apresentada mais particularmente nas reivindicações anexas. Além disso, aqueles de habilidade comum na técnica apreciarão que a descrição precedente é à guisa de exemplo apenas e não é pretendido limitar a invenção.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Método de formação de um componente elétrico para uma célula fotovoltaica (1200), o método caracterizado pelo fato de compreender:

eletroformação de um artigo metálico (800) em um mandril eletricamente condutor (102), em que o mandril eletricamente condutor (102) tem uma superfície externa compreendendo pelo menos um padrão preformado (110, 112), em que o artigo metálico (800) compreende uma pluralidade de elementos eletroformados formados pelo padrão preformado (110, 112); e separação do artigo metálico (800) do mandril eletricamente condutor (102), em que a pluralidade de elementos eletroformados são interconectados de modo que o artigo metálico (800) forme uma peça unitária independente quando separado do mandril eletricamente condutor (102);

em que a pluralidade de elementos eletroformados são configurados para servir como um conduto elétrico para a célula fotovoltaica (1200); e em que a pluralidade de elementos eletroformados compreende um primeiro elemento (810, 430) configurado com pelo menos um de:

a) uma largura não uniforme ao longo de um primeiro comprimento do primeiro elemento (810); b) uma mudança na direção de conduto ao longo do primeiro comprimento do primeiro elemento (810); c) um segmento de expansão (1010b) ao longo do primeiro comprimento do primeiro elemento (810); d) uma primeira largura que é diferente de uma segunda largura de um segundo elemento (820, 410) na pluralidade de elementos eletroformados; e) uma primeira altura que é diferente de uma segunda altura do segundo elemento (410) na pluralidade de elementos eletroformados; e f) uma superfície de topo

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2/4 (715) que é texturizada.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o primeiro elemento (810) ter o segmento de expansão (1010b) ao longo do primeiro comprimento do primeiro elemento (810).
3. Método, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de o segmento de expansão (1010b) ter uma geometria que é orientada em um plano paralelo à célula fotovoltaica (1200).
4. Método, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de as dimensões do segmento de expansão (1010b) serem escolhidas para acomodar uma diferença no coeficiente de expansão térmica entre o artigo metálico (800) e um substrato semicondutor (402) da célula fotovoltaica (1200).
5. Método, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de o segmento de expansão (1010b) ser configurado como um padrão de onda.
6. Método, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de o padrão de onda compreender um comprimento de onda de 1 - 10 mm e uma amplitude de 200 - 300 pm para acomodar uma diferença no coeficiente de expansão térmica entre artigo metálico (800) e um substrato semicondutor (402) da célula fotovoltaica (1200).
7. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o primeiro elemento (430) ter a primeira altura que é diferente da segunda altura do segundo elemento (410) na pluralidade de elementos eletroformados.
8. Método, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de:

o primeiro elemento (430) ser uma interconexão de célula-a-célula (430);

o segundo elemento (410) ser uma linha de grade para uma superfície da célula fotovoltaica (1200); e

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3/4 a primeira altura ser menor do que a segunda altura.
9. Método de formação de um componente elétrico para uma célula fotovoltaica (1200), o método caracterizado pelo fato de compreender as etapas de:

eletroformação de um artigo metálico (800) em um mandril eletricamente condutor (102), em que o mandril eletricamente condutor (102) tem uma superfície externa compreendendo pelo menos um padrão preformado (110, 112), em que o artigo metálico (800) compreende uma pluralidade de elementos eletroformados, formados pelo padrão preformado (110, 112); e separação do artigo metálico (800) do mandril eletricamente condutor (102), em que a pluralidade de elementos eletroformados são interconectados de modo que o artigo metálico (800) forma uma peça unitária independente, quando separado do mandril eletricamente condutor (102);

em que a pluralidade de elementos eletroformados são configurados para servir como um conduto elétrico para uma célula fotovoltaica (1200);

em que um primeiro elemento (810) na pluralidade de elementos eletroformados é uma interconexão de célula-a-célula (430, 600) tendo uma primeira altura; e em que um segundo elemento (410) na pluralidade de elementos eletroformados é uma linha de grade para uma superfície da célula fotovoltaica (1200), o segundo elemento (410) tendo uma segunda altura e um perfil longitudinal, o perfil longitudinal compreendendo um segmento de expansão (1010b, 1010c) ao longo de pelo menos uma porção de um segundo comprimento do segundo elemento (410);

em que o segmento de expansão (1010b, 1010c) é configurado para acomodar uma diferença em coeficiente de expansão

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4/4 térmica entre o artigo metálico (800) e o substrato semicondutor (402) da célula fotovoltaica (1200), e em que a primeira altura é menor do que a segunda altura.
10. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de:

o primeiro elemento tem uma primeira largura;

o segundo elemento tem uma segunda largura; e a primeira largura é maior do que a segunda largura.
11. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de a interconexão de célula-a-célula (600) compreender uma abertura (620) através de sua espessura.
12. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de o segmento de expansão (1010b, 1010c) ser configurado como um padrão de onda.
13. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de o perfil longitudinal compreender uma largura afunilada ao longo do segundo elemento (410).
14. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de a pluralidade de elementos eletroformados compreender adicionalmente um terceiro elemento (420) configurado com um segmento de expansão (1020c) ao longo de pelo menos uma porção de um terceiro comprimento do terceiro elemento (420), e em que os segmentos de expansão (1010c, 1020c) do segundo e terceiro elementos (410, 420) permitem alívio de tensão bidimensional.
15. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de o segundo elemento (410) compreender adicionalmente uma pluralidade de áreas de ligação (1050b), com o segmento de expansão (1010b) estando entre as áreas de ligação (1050b).