BR112016017717B1 - Método para formar pelo menos um dispositivo de cigs de película delgada e o mesmo - Google Patents

Método para formar pelo menos um dispositivo de cigs de película delgada e o mesmo Download PDF

Info

Publication number
BR112016017717B1
BR112016017717B1 BR112016017717-7A BR112016017717A BR112016017717B1 BR 112016017717 B1 BR112016017717 B1 BR 112016017717B1 BR 112016017717 A BR112016017717 A BR 112016017717A BR 112016017717 B1 BR112016017717 B1 BR 112016017717B1
Authority
BR
Brazil
Prior art keywords
contact layer
cigs
laser
hole
via hole
Prior art date
Application number
BR112016017717-7A
Other languages
English (en)
Other versions
BR112016017717A2 (pt
Inventor
Roger Ziltener
Thomas Netter
Original Assignee
Flisom Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Flisom Ag filed Critical Flisom Ag
Publication of BR112016017717A2 publication Critical patent/BR112016017717A2/pt
Publication of BR112016017717B1 publication Critical patent/BR112016017717B1/pt

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/042—PV modules or arrays of single PV cells
    • H01L31/0445—PV modules or arrays of single PV cells including thin film solar cells, e.g. single thin film a-Si, CIS or CdTe solar cells
    • H01L31/046—PV modules composed of a plurality of thin film solar cells deposited on the same substrate
    • H01L31/0463—PV modules composed of a plurality of thin film solar cells deposited on the same substrate characterised by special patterning methods to connect the PV cells in a module, e.g. laser cutting of the conductive or active layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0236—Special surface textures
    • H01L31/02366—Special surface textures of the substrate or of a layer on the substrate, e.g. textured ITO/glass substrate or superstrate, textured polymer layer on glass substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/036—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes
    • H01L31/0392—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes including thin films deposited on metallic or insulating substrates ; characterised by specific substrate materials or substrate features or by the presence of intermediate layers, e.g. barrier layers, on the substrate
    • H01L31/03923—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes including thin films deposited on metallic or insulating substrates ; characterised by specific substrate materials or substrate features or by the presence of intermediate layers, e.g. barrier layers, on the substrate including AIBIIICVI compound materials, e.g. CIS, CIGS
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/06—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers
    • H01L31/072—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PN heterojunction type
    • H01L31/0749—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PN heterojunction type including a AIBIIICVI compound, e.g. CdS/CulnSe2 [CIS] heterojunction solar cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/541—CuInSe2 material PV cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)

Abstract

método para segmentos de via de película delgada em dispositivos fotovoltaicos. trata-se de um método para vias e interconexões monolíticas em dispositivos optoeletrônicos de película delgada (100, 200) em que pelo menos um orifício de via de segmento linear (163, 165, 165', 167) é formado por perfuração a laser e passa através das camadas de contato frontal (150, 152, 154, 156, 158) e camada ativa semicondutora (130), e em que a perfuração a laser causa a formação de uma parede do tipo cigs (132, 134, 136, 138) da liga do tipo cigs rica em cobre metalizada permanentemente condutora eletricamente na superfície interna (135) do orifício de via, formando, assim, uma trajetória condutora entre pelo menos uma porção de camada de contato frontal e uma porção de camada de contato traseiro (120, 124, 126, 128, 129), formando uma porção elevada com formato de saliência (155) na superfície da camada de contato frontal, formação de uma porção elevada (125, 127, 127') da camada de contato traseiro, e, opcionalmente, a formação de uma porção elevada de liga do tipo cigs rica em cobre (155') que reveste uma porção da camada de contato frontal (150). um dispositivo de cigs de película delgada compreende pelo menos um orifício de via de segmento linear obtenível pelo método.

Description

CAMPO DA TÉCNICA
[001]A presente invenção refere-se a vias e interconexões monolíticas em dispositivos optoeletrônicos de película delgada, tal como entre células de módulos fotovoltaicos.
FUNDAMENTOS DA TÉCNICA
[002]Em geral, os módulos fotovoltaicos de película delgada são compostos por uma série de componentes optoeletrônicos eletricamente interconectados. Esses componentes podem ser dispositivos optoeletrônicos, tais como células fotovoltaicas e componentes opcionais adicionais, como diodos e outros dispositivos eletrônicos. Geralmente, os módulos fotovoltaicos também incluem componentes eletricamente interconectados, como conectores célula à célula e barras coletoras.
[003]As tecnologias de película delgada de múltiplas camadas permitem a integração monolítica e interconexão de vários componentes optoeletrônicos e com-ponentes associados em um mesmo substrato. Essa integração é produzida in situ usando uma sequência de deposição em camada e técnicas de gravação. Os com-ponentes ou dispositivos optoeletrônicos e fotovoltaicos de película delgada são es-sencialmente compostos por uma pilha de três camadas de material: uma camada de eletrodo de contato traseiro condutora, uma camada de material fotovoltaica se- micondutora, também conhecida como o absorvedor, e outra camada de eletrodo de contato frontal condutora, sendo que a dita camada de contato frontal geralmente é transparente. As células fotovoltaicas com base em material semicondutor, como Cu(In,Ga)Se2, que é abreviado CIGS, mostram um alto potencial para eletricidade solar menos dispendiosa, tempo de recuperação de energia inferior, e impacto aper-feiçoado na vida útil comparado a dispositivos fotovoltaicos de silício baseado em wafer tradicionais ou células solares.
[004]Comparados a dispositivos fotovoltaicos baseados em wafer, os módu-los fotovoltaicos monolíticos podem ter custos menores graças a quantidades de material reduzido usadas para formar as películas delgadas que formam parte dos componentes fotovoltaicos, custos reduzidos com trabalho de integração monolítica, e facilidade de produção automática de grandes quantidades de módulos fotovoltai- cos, por exemplo, usando técnicas de fabricação em rolos. Economias adicionais podem ser obtidas aumentando-se a área relativa dos componentes fotovoltaicos expostos à luz, por exemplo, reduzindo-se a área ocupada por redes de contato frontal que coletam corrente pelo eletrodo de contato frontal de célula fotovoltaica, interconexões elétricas entre componentes optoeletrônicos e barras coletoras. Os rendimentos de produção de módulo fotovoltaico também podem ser aumentados graças a uma redução no número de etapas de produção, por exemplo, reduzindo- se o número de operações de gravação necessárias para delinear e estruturar as interconexões de componentes optoeletrônicos em módulos fotovoltaicos monolíti-cos de película delgada.
[005]A patente U.S. no 7.276.724 descreve módulos de dispositivo optoele- trônico interconectados em série graças à formação de vias encapsulados, por exemplo, usando ablação a laser, e a adição de material condutor para acionar cor-rente entre eletrodos, bem como módulos adjacentes. Vias encapsulados geralmente requerem perfuração e metalização subsequente. Isso requer etapas de produção adicionais que podem agregar custos e reduzir rendimento. Algumas dessas etapas são evitadas com o método de produção de módulo optoeletrônico monolítico de WO2011/148346 que descreve a formação de orifícios de via com paredes do tipo CIGS ricas em cobre derivadas a partir do derretimento parcial do material de CIGS da camada absorvedora.
[006]Para algumas aplicações, há uma necessidade por um dispositivo op- toeletrônico de película delgada e um método de formar o mesmo que compreende orifícios de via conformados como segmentos lineares e variações dos mesmos.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
[007]Um problema no campo da produção de módulos fotovoltaicos monolí-ticos se refere à fabricação confiável de interconexões de orifício de via altamente condutoras entre componentes fotovoltaicos, tais como células fotovoltaicas. As mo-dalidades proporcionadas no presente documento podem incluir um método para interconectar confiavelmente células de aparelhos de módulo fotovoltaico monolítico de película delgada em custos reduzidos e alto rendimento de produção. O método também pode ser usado para fabricar interconexões entre vários componentes de módulos fotovoltaicos monolíticos que podem compreender células fotovoltaicas, diodos, redes e barras coletoras. A velocidade e a janela de processamento grande do método são vantajosas à produção industrial de aparelhos de módulo fotovoltaico monolítico usando métodos de produção em rolos. As modalidades da revelação proporcionadas no presente documento podem compreender, ainda, um dispositivo optoeletrônico de película delgada que tem segmentos lineares de orifício de via e um método de fabricar confiavelmente esses segmentos lineares em alta velocidade.
[008]Um problema no campo de fabricação de interconexões monolíticas que usa lasers é que a janela de processamento requer um ajuste bastante cuidadoso de parâmetros de gravação a laser, ainda mais quando os materiais fotovoltaicos de gravação a laser forem formados em um substrato flexível.
[009]Um problema adicional, que é acentuado quando os materiais fotovol- taicos de gravação a laser forem formados em um substrato flexível, é que as inter- conexões monolíticas podem exibir variações na capacidade de repetição fabricada de sua condutividade.
[010]Ainda outro problema é que a gravação a laser pode danificar várias camadas de material fotovoltaico e causar rachaduras e delaminação local em ca-mada dos materiais do substrato flexível. Isso é especialmente verdadeiro ao gravar com lasers pulsados.
[011]Logo, as modalidades da revelação podem obter vantagem de um mé-todo de gravação, usando, de preferência, um laser, onde o calor gerado pelo pro-cesso de gravação transforma localmente as camadas de material que circundam as cavidades gravadas a fim de causar uma condutividade aumentada, permitindo, as-sim, o design e a produção de componentes optoeletrônicos interconectados em sé-rie com boa relação custo-benefício e aparelhos de módulo optoeletrônico monolítico subsequentes.
[012]Uma modalidade da presente invenção é criada proporcionando-se um material fotovoltaico de película delgada, tal como uma célula de CIGS ou um módu-lo onde a camada de contato traseiro pode ter sido padronizada com células, e gra-vando-se orifícios de via de segmento linear no material de película delgada a fim de formar pelo menos uma interconexão monolítica condutora entre uma porção da ca-mada de contato traseiro e uma porção da camada de contato frontal.
[013]Logo, as modalidades da revelação podem proporcionar um método de fabricar módulos optoeletrônicos monoliticamente integrados que incluem um méto-do de formar pelo menos um dispositivo de CIGS de película delgada, que compre-ende formar pelo menos um orifício de via de segmento linear em uma região dos ditos dispositivos CIGS de película delgada, sendo que os ditos dispositivos compre-endem pelo menos uma camada de contato frontal, uma camada ativa optoeletroni- camente semicondutora, uma camada de contato traseiro, e um substrato; e em que pelo menos um orifício de via de segmento linear é formado perfurando-se através de pelo menos um laser e passa através de pelo menos uma porção de pelo menos uma camada de contato frontal e pelo menos camada ativa optoeletronicamente se- micondutora; e em que a perfuração através de pelo menos um laser causa a forma-ção de pelo menos uma parede do tipo CIGS de uma liga do tipo CIGS rica em cobre metalizada permanentemente condutora eletricamente no nível da camada ativa que forra a superfície interna do dito pelo menos um orifício de via de segmento line-ar, sendo que a dita liga do tipo CIGS resulta a partir de uma mudança permanente na composição química da camada ativa optoeletronicamente semicondutora de CIGS onde o orifício é perfurado, formando uma trajetória eletricamente condutora entre pelo menos uma porção de pelo menos uma camada de contato frontal e pelo menos uma porção de pelo menos uma camada de contato traseiro, formando uma porção elevada em formato de saliência de contato frontal na superfície da camada de contato frontal ao longo da borda da superfície interna do dito orifício de via de segmento linear, e formando uma porção elevada da camada de contato traseiro elevada em direção à camada de contato frontal na base da superfície interna do dito orifício de via de segmento linear.
[014]No dito método, a formação de pelo menos um orifício de via pode cau-sar a remoção de uma porção de camada de contato traseiro dentro do orifício de via, expondo, assim, uma porção de substrato. Adicionalmente, a formação de pelo menos um orifício de via pode causar a remoção de uma porção de camada de con-tato traseiro dentro do orifício de via, expondo, assim, uma porção de substrato, e em que a elevação de uma porção da camada de contato traseiro causa a formação de pelo menos uma torção ascendente em formato de calha de pelo menos uma porção da camada de contato traseiro na periferia da porção exposta do substrato. Mais precisamente, a formação de pelo menos um orifício de via pode compreender formar pelo menos uma torção somente em formato de calha de pelo menos uma primeira porção e formar pelo menos uma torção ascendente e posterior em formato de calha de pelo menos uma segunda porção da camada de contato traseiro na peri-feria da porção exposta do substrato. No dito método, o substrato pode ser poliimida. Em maiores detalhes, a perfuração de pelo menos um orifício de via pode ser através de pelo menos um laser de onda contínua. Adicionalmente, a formação de pelo menos um orifício de via pode ser através de pelo menos uma formação de laser, no dito dispositivo de CIGS de película delgada, um ponto de laser tendo um diagrama de ponto de laser assimétrico. Mais precisamente, a potência de laser medida no nível do substrato para perfuração de pelo menos um orifício de via pode compreen-der um aumento progressivo na potência de laser em relação a uma porção do tem-po onde a potência de laser é entregue ao orifício de via. Adicionalmente, a perfura-ção de pelo menos um orifício de via através de pelo menos um laser pode compre-ender mover pelo menos um ponto de laser na superfície do dispositivo de CIGS de película delgada em que na extremidade correspondente ao início da perfuração do dito orifício de via há um aumento progressivo na potência de laser em relação a uma porção de distância de aumento de potência da distância onde a potência de laser é entregue ao orifício de via. A perfuração de pelo menos um orifício de via po-de formar, mediante uma inspeção microscópica quando observado a partir do lado exposto à luz do dispositivo, uma superfície interna da liga do tipo CIGS que descre-ve um padrão oval que tem um raio de curvatura que seja menor na extremidade correspondente ao início da perfuração do dito segmento linear de orifício de via do que na extremidade final. Na prática, a perfuração de pelo menos um orifício de via através de pelo menos um laser pode compreender mover pelo menos um ponto de laser de pelo menos um laser de onda contínua de modo que a energia de laser en-tregue a pelo menos uma porção do orifício de via esteja compreendida entre 1 J/m e 8 J/m. De modo mais específico, a perfuração de pelo menos um orifício de via através de pelo menos um laser pode compreender um intervalo de tempo onde a fluência proporcionada por laser se encontra na faixa de 5 x 108 J/m2 a 41 x 108 J/m2. Mais precisamente, a perfuração de pelo menos um orifício de via através de pelo menos um laser pode compreender um intervalo de tempo onde a fluência em estado estacionário proporcionada por laser se encontra na faixa de 7,5 x 108 J/m2 a 11 x 108 J/m2. Da mesma forma, a perfuração de pelo menos um orifício de via pode ser através de pelo menos um laser de pulso de picossegundo. Para um maior ren- dimento de fabricação, a perfuração de pelo menos um orifício de via pode ser reali-zada ao mesmo tempo que a gravação a laser de uma linha de ablação adjacente na camada de contato frontal. De modo mais abrangente, formar o dito dispositivo de CIGS de película delgada pode compreender formar pelo menos uma linha tracejada que compreende uma pluralidade de ditos orifícios de via de segmento linear em uma região do dito dispositivo de CIGS de película delgada.
[015]Uma modalidade da revelação também pertence a um dispositivo de CIGS de película delgada, que pode ser obtenível pelo método descrito, que com-preende pelo menos um orifício de via de segmento linear em uma região do dito dispositivo de CIGS de película delgada, sendo que o dito dispositivo compreende pelo menos uma camada de contato frontal, uma camada ativa optoeletronicamente semicondutora, uma camada de contato traseiro, e um substrato; e em que pelo me-nos um orifício de via passa através de pelo menos uma porção de pelo menos uma camada de contato frontal e pelo menos uma camada ativa optoeletronicamente se- micondutora, compreende pelo menos uma parede do tipo CIGS formada por uma liga do tipo CIGS rica em cobre metalizada permanentemente condutora eletrica-mente no nível da camada ativa que forra a superfície interna do dito pelo menos um orifício de via, sendo que a dita liga do tipo CIGS resulta a partir de uma mudança permanente na composição química da camada ativa optoeletronicamente semicon- dutora de CIGS causada quando o orifício for perfurado, compreende uma trajetória eletricamente condutora entre pelo menos uma porção de pelo menos uma camada de contato frontal e pelo menos uma porção de pelo menos uma camada de contato traseiro, compreende uma porção elevada com formato de saliência de contato fron-tal na superfície da camada de contato frontal ao longo da borda da superfície inter-na do dito orifício de via de segmento linear, e compreende uma porção elevada da camada de contato traseiro elevada em direção à camada de contato frontal.
[016]No dito dispositivo, uma porção do substrato pode ser exposta dentro do orifício de via. Adicionalmente, uma porção do substrato pode ser exposta dentro do orifício de via e pelo menos uma porção elevada da camada de contato traseiro podem formar pelo menos uma torção ascendente em formato de calha na periferia da porção exposta do substrato. Ademais, pelo menos um orifício de via pode compreender pelo menos uma torção somente ascendente em formato de calha de pelo menos uma primeira porção e pelo menos uma torção ascendente e posterior em formato de calha de pelo menos uma segunda porção da camada de contato traseiro na periferia da porção exposta do substrato. De modo mais específico, o substrato pode ser poliimida. Em maiores detalhes, mediante uma inspeção microscópica a partir do lado exposto à luz do dispositivo, o formato da superfície interna da parede do tipo CIGS pode ter um raio de curvatura que seja menor na extremidade do segmento linear de orifício de via identificável como correspondente a onde a perfuração do dito orifício de via começa do que na extremidade final. Adicionalmente, pelo menos um orifício de via de segmento linear pode compreender pelo menos uma porção elevada de liga do tipo CIGS condutora que pelo menos reveste uma porção da superfície da camada de contato frontal. De modo mais abrangente, o dito dispositivo pode compreender pelo menos uma linha tracejada em uma região do dito dispo-sitivo de CIGS de película delgada, sendo que a dita linha tracejada compreende uma pluralidade dos ditos orifícios de via de segmento linear.
[017]As modalidades da revelação também podem compreender um módulo optoeletrônico monoliticamente integrado que compreende barras coletoras sem sombreamento, vários tamanhos e números de redes coletoras de corrente, material de encapsulamento, e variações na profundidade e/ou formato e/ou local e/ou número de vias.
Vantagens
[018]As modalidades da revelação proporcionadas no presente documento podem vantajosamente solucionar vários problemas no campo de fabricação de dis- positivos fotovoltaicos de película delgada, e, de modo mais específico, fabricação em rolos de dispositivos fotovoltaicos ou métodos de componentes optoeletrônicos interconectados, tais como módulos fotovoltaicos flexíveis. Para dispositivos fotovol- taicos flexíveis de película delgada fabricados usando uma ou mais modalidades ou métodos descritos no presente documento, as vantagens obteníveis em relação a dispositivos convencionais podem incluir:- Janela de processo de gravação a laser maior,- Maior capacidade de repetição do processo de gravação a laser,- Eficiência de conversão fotovoltaica maior,- Maior resistência de interconexões monolíticas,- Maior rendimento de fabricação,- Maior faixa de designs,- Maior confiabilidade de módulo fotovoltaico,- Menores custos de fabricação.
[019]As vantagens arroladas proporcionadas acima não devem ser conside-radas como necessárias ao uso com uma ou mais modalidades descritas no presen-te documento, e não são destinadas a serem limitantes ao escopo da invenção des-crita no presente documento.
[020]Um dos benefícios das modalidades descritas no presente documento inclui a formação de orifícios de via de segmento linear, que pode ser especialmente útil para interconexões monolíticas em dispositivos de película delgada, bem como proporcionar conexões a barras coletoras e mesmo a barras coletoras sem sombre- amento.
BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS
[021]As Figuras 1A-1B mostram vistas em corte transversal de modalidades de orifícios de via de segmento linear em dispositivos CIGS de película delgada com superfícies de parede de orifício de via do tipo CIGS elevadas.
[022]A Figura 2 mostra uma vista em corte transversal de um módulo de CIGS de película delgada que compreende uma pluralidade de orifícios de via de segmento linear.
[023]A Figura 3 mostra uma vista de topo, ou vista do lado exposto à luz, do módulo de CIGS de película delgada que compreende uma pluralidade de orifícios de via de segmento linear mostrados na Figura 2.
[024]As Figuras 4A-4B mostram uma vista de topo, ou vista do lado exposto à luz, de um orifício de via de segmento linear e um gráfico da energia a laser cor-respondente usada para gravar a laser o orifício de via de segmento linear.
[025]A Figura 5 é um gráfico de energia a laser versus tempo usado para gravar uma sequência de orifícios de via de segmento linear.
[026]As Figuras 6A a 6E apresentam uma variação das Figuras 2, 1A, 1B, e 4A, respectivamente, em que as superfícies de parede de orifício de via do tipo CIGS elevadas são mais extensivas e se formam sobre a camada de contato frontal.
DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES ESPECÍFICAS
[027]As Figuras 1A a 1B descrevem duas modalidades exemplificadoras da revelação proporcionada no presente documento, sendo que cada figura é represen-tativa de uma variação técnica de como o método para formar orifícios de via de segmento linear é realizado para formar módulos optoeletrônicos monoliticamente integrados. Um indivíduo versado na técnica avaliará que as escalas dos vários componentes representados nas figuras foram ajustadas por motivos de clareza, e, logo, não são destinados a serem limitados ao escopo da invenção proporcionada no presente documento. Adicionalmente, o número e áreas dos compostos nas figu-ras são esquematicamente mostrados e, logo, podem ser adicionalmente ajustados ou adaptados para formar um módulo optoeletrônico monoliticamente integrado em condição adequada para produção industrial. A maioria dos recursos descritos nas Figuras 1A e 1B também se aplica às Figuras 6B e 6C, sendo que as diferenças são que as modalidades das Figuras 6B e 6C compreendem pelo menos uma porção elevada de liga do tipo CIGS 155' que reveste pelo menos em parte a superfície da camada de contato frontal 150 e que a saliência da porção elevada de contato frontal 155 das Figuras 1A e 1B é numerada como 157 nas Figuras 6B e 6C.
[028]A Figura 1A mostra um corte transversal de uma porção do dispositivo de película delgada 100 onde um orifício de via de segmento linear 165 foi gravado, de preferência, usando um laser. O dispositivo de película delgada compreende pelo menos um substrato eletricamente isolante 110, pelo menos uma camada de contato traseiro eletricamente condutora 120, pelo menos uma camada absorvedora 130, opcionalmente, pelo menos uma camada de tampão 140, e pelo menos uma camada de contato frontal eletricamente condutora 150.
[029]O substrato eletricamente isolante 110 pode ser rígido ou flexível e ser de uma variedade de materiais ou materiais revestidos, tais como vidro, metal reves-tido, metal revestido com plástico, plástico, plástico revestido, como plástico revestido com metal, ou vidro flexível. Um material de substrato flexível preferencial é po- liimida visto que é bastante flexível, suporta as temperaturas necessárias para fabri-cação de dispositivos optoeletrônicos de alta eficiência, requer menos processamen-to que os substratos de metal revestidos, e exibe coeficientes de expansão térmica que sejam compatíveis àqueles de camadas de material fotovoltaico depositadas sobre o mesmo. Substratos de poliimida industrialmente disponíveis se encontram ordinariamente disponíveis em espessuras que variam de 7 μm a 150 μm, podem suportar temperaturas de cerca de 400 a 600°C, e permitem uma produção em rolos.
[030]Pelo menos uma camada de contato traseiro eletricamente condutora 120 reveste o substrato 110. De preferência, a camada de contato traseiro 120 tem uma refletância óptica alta e é comumente feita a partir de molibdênio (Mo) embora vários outros materiais de película delgada, como calcogenetos de metal, calcogene- tos de molibdênio, selenetos de molibdênio (como MoSe2), Mo dopado com sódio (Na), Mo dopado com potássio (K)-, Mo dopado com Na e K, calcogenetos de metal de transição, óxido de índio dopado com estanho (ITO), óxidos de índio dopados ou não-dopados, óxidos de zinco dopados ou não-dopados, nitretos de zircônio, óxidos de estanho, nitretos de titânio, titânio (Ti), tungstênio (W), tântalo (Ta), ouro (Au), pra-ta (Ag), cobre (Cu) e nióbio (Nb) também possam ser usados ou vantajosamente incluídos.
[031]Pelo menos uma camada absorvedora 130 reveste a camada eletrica-mente condutora 120. A camada absorvedora 130 é tipicamente feita a partir de um material ABC, em que A representa elementos no grupo 11 da tabela periódica de elementos químicos conforme definido pela União Internacional de Química Pura e Aplicada incluindo cobre (Cu) ou prata (Ag), B representa elementos no grupo 13 da tabela periódica incluindo índio (In), gálio (Ga) ou alumínio (Al), e C representa ele-mentos no grupo 16 da tabela periódica incluindo enxofre (S), selênio (Se) ou telúrio (Te). Um exemplo de um material ABC, como um material ABC2, é o semicondutor Cu(In,Ga)Se2 também conhecido como CIGS.
[032]Opcionalmente, pelo menos uma camada de tampão semicondutora 140 reveste a camada absorvedora 130. A dita camada de tampão ordinariamente tem uma lacuna de banda de energia maior que 1,5 eV e é feita, por exemplo, de CdS, Cd(S,OH), CdZnS, sulfetos de índio, sulfetos de zinco, selenetos de gálio, se- lenetos de índio, compostos de (índio, gálio)-enxofre, compostos de (índio, gálio)- selênio, óxidos de estanho, óxidos de zinco, Zn(Mg,O)S, material de Zn(O,S), ou variações dos mesmos.
[033]Pelo menos uma camada condutora transparente 150 reveste a camada de tampão 140. A dita camada condutora transparente, também conhecida como contato frontal, compreende ordinariamente uma camada de óxido condutor transpa-rente (TCO), feita, por exemplo, a partir de variações dopadas ou não-dopadas de materiais, tais como óxidos de índio, óxidos de estanho ou óxidos de zinco.
[034]O orifício de via de segmento linear 165 é uma microestrutura de pelí-cula delgada ordinariamente formada após depositar a camada de contato frontal 150. De preferência, o orifício de via de segmento linear 165 é gravado usando pelo menos um laser, de preferência, pelo menos um laser de onda contínua, de modo que o calor local causado pela gravação induza o material de CIGS no nível da ca-mada absorvedora de CIGS 130 que forra a superfície interna do dito orifício de via de segmento linear 165 a se tornar permanentemente eletricamente condutor, for-mando, assim, uma parede do tipo CIGS 134. O material de parede do tipo CIGS 134 resulta a partir de uma transformação local termicamente induzida do material de CIGS da camada absorvedora 130. A transformação termicamente induzida pode ser descrita como um derretimento parcial e uma vaporização parcial dos compostos químicos do material de CIGS, resultando, assim, na parede do tipo CIGS 134 sendo formada por uma liga do tipo CIGS rica em cobre.
[035]Um indivíduo versado na técnica pode observar e quantificar as micro- estruturas de película delgada e a distribuição de materiais usando microscopia de varredura eletrônica, espectroscopia de raios X dispersiva de energia (EDS), e um software de processamento de imagens. A caracterização da espectroscopia de raios X dispersiva de energia (EDS) da liga do tipo CIGS rica em cobre sugere que a mesma compreende pelo menos seleneto de cobre e cobre.
[036]Portanto, a dita liga do tipo CIGS forma uma parede do tipo CIGS meta-lizada 134 do orifício de via de segmento linear 165. A parede do tipo CIGS metali-zada 134 se estende dentro do orifício de via de segmento linear 165 na direção da espessura de película delgada a partir da camada de contato traseiro 120 até pelo menos a camada de contato frontal 150. Portanto, a parede do tipo CIGS metalizada 134 proporciona uma trajetória eletricamente condutora entre a camada de contato traseiro 120 e a camada de contato frontal 150. A resistividade da parede do tipo CIGS 134 se encontra ordinariamente em uma faixa entre aquela do cobre, que tem uma resistividade de cerca de 1,68 x 10 8 Q.m, e cerca de 2 x 102 Q.m, com valores satisfatórios dentro de uma faixa de cerca de 1,9 x 103 Q.m a 2,1 x 103 Q.m.
[037]Portanto, controlando-se a energia entregue durante um processo de gravação a laser, um orifício de via segmentado 165 pode ser desejavelmente for-mado. O calor local gerado pelo processo de gravação, preferencialmente usando pelo menos um laser, de preferência, pelo menos um laser de onda contínua, tam-bém induzir a formação de pelo menos uma porção elevada 125 da camada de con-tato traseiro 120 elevando-se em direção à camada de contato frontal 150. A porção elevada 125 pode proporcionar um contato mecânico e elétrico aperfeiçoado com a parede do tipo CIGS 134.
[038]Adicionalmente, o calor local gerado pelo processo de gravação pode opcionalmente causar a formação de uma porção elevada de contato frontal 155 na superfície da camada de contato frontal 150. A porção elevada de contato frontal se assemelha ordinariamente a uma saliência ao longo da maior parte da periferia do orifício de via. O formato da saliência ordinariamente se mescla à superfície interna 135 da parede do tipo CIGS do orifício de via 134 e, em direção ao lado externo, pode se mesclar progressivamente ou formar uma junção de ângulo obtuso 159 com a camada de contato frontal. O corte transversal do lado externo da saliência pode, por exemplo, ser modelado por uma função de saliência opcionalmente truncada: y = exp(-l/(l-x2)) para Ixl < 1 (ou Ixl « 1 se truncado), y = 0 caso contrário. A dita porção elevada de contato frontal 155 pode compreender índio difundido a partir da camada absorvedora subjacente 130. O dito índio pode estar presente como resultado da radiação e difusão térmica a partir do local onde a energia a laser é aplicada e a par-tir da radiação térmica a partir de um efeito de chapa quente causado pela presença da camada de contato traseiro subjacente 120 durante o processo de gravação a laser, induzindo, assim, o índio a se difundir a partir da camada absorvedora 130 na camada de contato frontal 150.
[039]A Figura 1B mostra um corte transversal de uma variação da Figura 1 A, onde uma porção do substrato 110 fica exposta dentro do orifício de via 165' e pelo menos uma porção elevada da camada de contato traseiro 120 forma uma torção ascendente em formato de calha 127, 127' na periferia 117 da porção exposta do substrato. A exposição do substrato 110 e a formação da torção ascendente em formato de calha 127, 127' da camada de contato traseiro 120 podem conferir uma janela de fabricação de gravação a laser maior, um rendimento de produção maior, e uma resistência mecânica maior que a modalidade apresentada na Figura 1A. a Fi-gura 1B apresenta duas variações de paredes do tipo CIGS 134, 134' e porções ele-vadas correspondentes das torções em formato de calha 127, 127' da camada de contato traseiro 120. A variação na parede do tipo CIGS 134 e na porção elevada de contato traseiro das torções em formato de calha 127 é caracterizada pelo fato de que sua porção elevada se torce ascendente e posteriormente, formando, assim, uma torção do tipo ascendente e posterior 127, circundando, assim, e se mesclando possivelmente localmente ao material da superfície interna 134 para formar um composto não-homogêneo que compreende cobre, seleneto de cobre, e molibdênio. A variação na superfície interna 134' e na porção elevada de contato traseiro da tor-ção ascendente em formato de calha 127' é caracterizada pelo fato de que a porção elevada se torce, mas não se torce posteriormente, formando, assim, uma torção do tipo somente ascendente 127', e compreende uma mescla menor de materiais do que na torção ascendente e posterior 127.
[040]As duas variações de parede do tipo CIGS 134, 134' e porções elevadas da torção ascendente em formato de calha 127, 127' podem se apresentar em orifícios de via separados ou no mesmo orifício de via. Por exemplo, pelo menos uma porção de um lado longo de um orifício de via 165' pode ser representativa das variações 134, 127 enquanto pelo menos uma porção do outro lado longo pode ser representativa das variações 134', 127'. Comparando-se à Figura 1A, a formação da porção elevada da torção ascendente em formato de calha 127, 127' da camada de contato traseiro 120 pode, em algumas modalidades, resultar em uma elevação comparativamente maior da superfície interna 134, 134' e também uma elevação opcionalmente maior da porção elevada de contato frontal 155.
[041]As torções em formato de calha 127, 127' podem ser vantajosas para aumentar a condutividade e resistência do orifício de via contra a delaminação da camada de película delgada. Em vigor, as torções em formato de calha 127, 127' formam soldas, que compreendem ordinariamente uma distribuição não-homogênea de molibdênio, cobre, e, possivelmente, seleneto de cobre, que reforça localmente a ligação das camadas de película delgada entre si, especialmente a ligação da ca-mada ativa optoeletronicamente semicondutora de CIGS não-fundida adjacente à camada de molibdênio de contato traseiro. Os orifícios de via ou ranhuras monoliti- camente interconectadas fabricadas de acordo com a técnica anterior, especialmen-te aquelas fabricadas usando lasers pulsados ao invés de lasers de onda contínua, podem exibir uma resistência mecânica menor, ordinariamente reconhecível por de- laminações, flanqueamento, e rachaduras nas camadas de película delgada dos dispositivos fotovoltaicos.
[042]A formação das variações 134, 127 e 134', 127' pode ser vantajosa para projetar adaptações locais da condutividade de um segmento de orifício de via ou, se o segmento de orifício de via for longo o suficiente, as adaptações locais da con- dutividade ao longo do comprimento de um segmento de orifício de via variando-se a altura 1273 e a largura 1275 da torção, a largura da liga do tipo CIGS rica em cobre 1345, e a proporção de índio difundida na porção elevada com formato de saliência 155 do contato frontal 150. Por exemplo, pode ser vantajoso em uma modalidade ter um lado de um segmento de orifício de via, tal como o lado que está mais próximo a maior parte da área de contato frontal exposta à luz da célula, ser mais condutor do que o outro lado, tal como o lado que está mais próximo às ranhuras de camada de contato frontal 151 (mostradas na Figura 2 e na Figura 3). Da mesma forma, pode ser vantajoso adaptar a condutividade dos lados de um segmento de via a fim de apresentar uma compatibilidade com variações em condutividade local em uma su-perfície da célula, tais como as variações produzidas pela presença, proximidade, ou união dos componentes de rede condutora de contato frontal. Uma modalidade pode compreender, por exemplo, segmentos de orifício de via de vários comprimentos, possivelmente segmentos de orifício de via que descrevem curvas, onde qualquer um dos lados de qualquer um dos segmentos de via compreende uma combinação de variações 134, 127 e 134', 127'.
[043]Um método para fabricar pelo menos um segmento linear de orifício de via que compreende pelo menos uma dentre as ditas variações pode compreender a utilização de um ponto de laser onde, ao considerar o diagrama de ponto de laser na superfície do dispositivo como sendo gravado a laser, a região da intensidade lumi-nosa a laser maior do ponto de laser não fica localizada simetricamente em relação ao centro do diagrama de ponto de laser. A assimetria do diagrama de ponto de laser pode, por exemplo, ser obtido por ajustes de um conformador de feixe de laser ou um expansor de ponto de laser posicionado dentro da trajetória óptica do feixe de laser. Selecionando-se ou controlando-se a posição da região de maior intensidade de laser dentro do ponto de laser, um individuo versado na técnica pode selecionar ou controlar a formação de variações de torção 127 e 127'. Um indivíduo versado na técnica também pode desejavelmente variar a posição da região de maior intensida-de de laser dentro do ponto de laser a fim de variar a formação dos orifícios de via de segmento linear, tal como para formar uma pluralidade de torções em formato de calha de características variadas dentro de pelo menos um orifício de via de seg-mento linear.
[044]A Figura 2 mostra um corte transversal de um módulo fotovoltaico de CIGS de película delgada 200 que compreende uma pluralidade de orifícios de via de segmento linear 163, 165, 165', 167. Os orifícios de via de segmento linear 165 permitem interconexões monolíticas em série entre células adjacentes do módulo fotovoltaico. Os orifícios de via de segmento linear 163, 167 permitem uma interco- nexão elétrica de componentes de camada de contato frontal ou camada de contato traseiro a uma barra coletora subjacente 182, 188. Pelo menos um orifício de via de segmento linear 163, 165, 165', 167 compreende uma parede do tipo CIGS rica em cobre 132, 134, 136, 138 resultando a partir da transformação termicamente induzida do material de CIGS da camada absorvedora, conforme descrito para pelo menos uma das Figuras 1A-1B, e pelo menos uma porção elevada 125, 127, da camada de contato traseiro. Qualquer um dos ditos orifícios de via 163, 165, 165', 167 pode compreender opcionalmente pelo menos uma porção elevada de contato frontal 155 formada sobre um componente de camada de contato frontal 156 conforme também mostrado nas Figuras 1A-1B. Qualquer um dos orifícios de via 163, 165, 165', 167 pode compreender opcionalmente pelo menos um componente de camada de contato traseiro 128 formado por uma torção ascendente em formato de calha 127, 127' conforme também mostrado na Figura 1B.
[045]De modo similar à descrição da Figura 1A, o módulo fotovoltaico 200 compreende pelo menos um substrato eletricamente isolante 110, pelo menos uma camada de contato traseiro eletricamente condutora, aqui representada pelos com-ponentes de camada de contato traseiro 124, 126, 128, 129, pelo menos uma cama-da absorvedora 130, opcionalmente pelo menos uma camada de tampão, aqui re-presentada pelos componentes de camada de tampão 142, 144, 146, 148, e pelo menos uma camada de contato frontal eletricamente condutora, aqui representada pelos componentes de camada de contato frontal 152, 154, 156, 158. As ranhuras de camada de contato traseiro 121 que formam os componentes de camada de contato traseiro eletricamente separada são ordinariamente gravadas a laser antes da deposição da camada absorvedora. As ranhuras de camada de contato frontal 151 que formam pelo menos os componentes de camada de contato frontal eletricamen-te separada são ordinariamente gravadas a laser, de preferência, com um laser pul-sado, com mais preferência, com um laser pulsado de picossegundo, e as ditas ra-nhuras podem se estender em profundidade à superfície dos ditos componentes de camada de contato traseiro.
[046]Os orifícios de via de segmento linear 165 estabelecem uma intercone- xão monolítica entre pelo menos um primeiro componente de camada de contato frontal 154, 156, e pelo menos um segundo componente de camada de contato tra-seiro 126, 128. Os ditos orifícios de via podem ser gravados antes, após, ou ao mesmo tempo que a gravação das ranhuras de camada de contato frontal 151. Adi-cionalmente, a mesma fonte de laser pode ser usada para gravar os orifícios de via 165 e as ranhuras de camada de contato frontal 151.
[047]Os orifícios de via de segmento linear 163, 167 permitem um contato elétrico a pelo menos uma barra coletora 182, 188. Os orifícios de via 163, 167 po-dem ser gravados mais profundos que os orifícios de via 165, 165', a fim de ablar uma porção do substrato 110. Uma pasta condutora 172, 178 pode ser usada para estabelecer uma trajetória elétrica entre as camadas de película delgada dos orifícios de via 163, 167, e as barras coletoras 182, 188, respectivamente. A dita pasta condutora também pode ser usada como uma carga em pelo menos um orifício de via 163, 165, 165', 167 para aumentar a condutividade da conexão proporcionada pela superfície interna 132, 134, 136, 138 dentro do dito orifício de via 163, 165, 165', 167.
[048]A Figura 3 mostra uma vista de topo esquemática ou uma vista em planta, ou vista do lado exposto à luz, do módulo de CIGS de película delgada 200 que compreende uma pluralidade de orifícios de via de segmento linear 163, 165, 165', 167, com orientações alternadas, sendo que o corte transversal da mesma é mostrado na Figura 2. As linhas 210 dos orifícios de via de segmento linear 163, 165' foram gravadas na direção 101 e os orifícios de via de segmento linear 165, 167 fo-ram gravados na direção contrária 102. A direção de gravação é reconhecível pelo fato de que a extremidade correspondente ao início da perfuração 105 de um orifício de via de segmento linear tem um raio de curvatura que seja menor na extremidade final 106. O comprimento e o formato da extremidade correspondente ao início da perfuração 105 são resultado do movimento do laser e do aumento progressivo da potência do laser. O aumento progressivo da potência do laser é preferencial para produzir a liga do tipo CIGS condutora enquanto minimiza os riscos de rachaduras indesejadas e delaminações que são frequentemente produzidas ao usar lasers pul-sados. Para alguns parâmetros de gravação a laser e dispositivos CIGS de película delgada, a direção de gravação também pode ser reconhecida pelo fato de que a extremidade correspondente ao início da perfuração 105 tem uma superfície interna mais alongada 135 da parede do tipo CIGS 132, 134, 136, 138 do que na extremi-dade correspondente ao final da perfuração 106. Os orifícios de via de segmento linear 163, 165, 165', 167 também podem ser caracterizados pelo fato de que uma porção do comprimento do orifício de via na extremidade correspondente ao início da perfuração 105 é mais estreita do que a largura média do orifício de via, excluindo a porção na extremidade final 106. Os orifícios de via de segmento linear 165' também é ilustrado com uma vista de topo da torção ascendente em formato de calha 127 ou 127' do componente de camada de contato traseiro 128 e da porção visível do substrato 110. As ranhuras de camada de contato frontal 151 revelam porções da camada absorvedora 130. As ranhuras de camada de contato frontal 151 que se-param os componentes de contato frontal podem ser fabricadas na mesma etapa de produção usada para fabricar orifícios de via de segmento linear, reduzindo, assim, vantajosamente a complexidade, tempo, custos e número de ferramentas de produ-ção.
[049]Muito embora os orifícios de via de segmento linear possam ser grava-dos em qualquer direção, pode ser vantajoso que uma velocidade de fabricação au-mentada grave uma primeira linha de orifícios de via de segmento linear em uma primeira direção 101 e, então, uma segunda linha de orifícios de via de segmento linear, tal como uma linha adjacente, em uma segunda direção oposta 102. Adicio-nalmente, os orifícios de via de segmento linear podem ter variações diferentes, con-forme apresentado na descrição das Figuras 1A-1B, da Figura 2, e da Figura 3, di-mensões diferentes, tal como comprimento e/ou largura, e têm separações diferentes seja entre orifícios de via de segmento linear em uma dada linha ou entre as linhas dos orifícios de via de segmento linear.
[050]A Figura 4A mostra uma vista de topo, ou vista do lado exposto à luz, de uma modalidade de um orifício de via de segmento linear 165' e a Figura 4B é um gráfico da potência de laser correspondente 400 usada para gravar a laser o orifício de via de segmento linear. O orifício de via de segmento linear 165' é gravado a laser no dispositivo de película delgada 100 na direção 101. Na Figura 4A, a potência de laser usada forma um orifício de via que compreende uma torção ascendente em formato de calha elevada 127 da camada de contato traseiro 120 na periferia 117 da porção exposta do substrato. A torção 127 pode compreender porções de variações de torção ascendente e posterior 127 ou torção somente ascendente 127' mostrada na Figura 1B. O substrato subjacente 110 também é visível como resultado da abla-ção parcial da camada de contato traseiro 120. A Figura 4A também ilustra uma pa-rede do tipo CIGS 134 tampada por ao menos uma porção elevada de contato frontal 155 que cobre uma porção da camada de contato frontal 150. Também visível na Figura 4A encontra-se, a uma porção de distância de aumento de potência de laser 405, uma superfície interna 135 da parede do tipo CIGS 134 que é mais alongada do que o resto da periferia do orifício de via. Nessa dita porção de distância de aumento de potência de laser 405 que segue a extremidade correspondente ao início da per- furação 105 que a porção do orifício de via é ordinariamente mais estreita que a lar-gura média do orifício de via, excluindo o comprimento final 406 que leva à extremi-dade final 106.
[051]O gráfico na Figura 4B mostra como a representação gráfica 400 da po-tência de laser versus distância compreende ordinariamente uma porção de aumen-to de potência de laser 415. A dita porção de aumento de potência de laser começa a partir de um nível de potência que esteja entre sem potência e um nível de potência que não forme qualquer vestígio de gravação e termine com a potência de laser em um nível que permita a formação de qualquer segmento de orifício de via similar àquele apresentado na descrição das Figuras 1A, 1B, 6B e 6C. O aumento na po-tência de laser é ordinariamente controlado através do controlador de laser, mas também pode ser obtido por meio de obturadores mecânicos ou optoeletrônicos. O aumento na potência de laser como uma função da distância é ordinariamente pro-gressivo e ordinariamente conformado como um aclive ou uma resposta gradual de um modelo de sistema de primeira ou segunda ordem amortecido. O ponto de laser se move ordinariamente durante a dita porção de distância de aumento de potência de laser por uma distância 405. No entanto, a potência de laser pode ser opcional-mente ajustada para aumentar sem o movimento do ponto de laser. A porção de dis-tância de aumento de potência de laser é ordinariamente seguida por uma porção de potência constante onde o ponto de laser pode se mover em qualquer comprimento e gravar ou traçar qualquer padrão no dispositivo fotovoltaico de película delgada 100, 200. O dito padrão compreende ordinariamente pelo menos um segmento line-ar, mas também pode compreender voltas, uma sequência conectada de segmentos, ou descrever curvas. A gravação do orifício de via termina com uma etapa de redu-ção de potência de laser 416 que forma a extremidade final 106 do orifício de via de segmento linear. A potência de laser é, então, reduzida, de modo ordinariamente ab-rupto, até um nível, ordinariamente abaixo da potência limiar de ablação, que não forma nenhuma gravação do orifício de via, de preferência, qualquer vestígio de gra-vação.
[052]Resumindo, a porção de aumento de potência de laser 415 forma o iní-cio da extremidade de perfuração 105 enquanto a etapa de redução da potência de laser 416 forma a extremidade final 106. A taxa na qual a energia é fornecida duran-te a porção de aumento de potência de laser 415 é um parâmetro importante para formar com sucesso um orifício de via com uma parede do tipo CIGS altamente con-dutora 134, 134' e a torção ascendente em formato de calha 127, 127'. Exemplos de alguns parâmetros de processo de gravação a laser desejáveis serão discutidos em maiores detalhes abaixo. Uma taxa muito alta pode resultam em delaminações de camada, ablação de camada excessiva, e orifícios de via irregulares que podem re-duzir a eficiência fotovoltaica do dispositivo como um todo, contribuem para flanque- amento de camadas de película delgada, causar pontos de falha, e encurtar a vida útil do dispositivo. Uma etapa de redução de potência de laser abrupta 416 permitirá ordinariamente a formação de uma extremidade final sucessivamente condutora 106. O ato repentino da redução de potência de laser não é uma exigência, mas po-de ser vantajosa quando a saída do laser for controlada por um controlador eletrôni-co ou comutador que pode impor uma duração mínima, tal como uma duração mais branda, entre as saídas de potência de laser em um nível que permita a gravação.
[053]A Figura 5 é um gráfico de potência de laser versus tempo onde dois orifícios de via de segmento linear são gravados em partes diferentes, por exemplo, de um módulo de CIGS de película delgada 200. A escala do gráfico é diferente da-quela da Figura 4B. O gráfico ilustra uma sequência de gravação de orifício de via de segmento linear para gravar pelo menos um orifício de via de segmento linear. Conforme ilustrado pela representação gráfica de potência de laser 500, a sequência para gravar pelo menos um orifício de via de segmento linear compreende pelo menos uma porção de tempo de aumento de potência de laser 515, onde a potência de laser aumenta progressivamente para iniciar a gravação de um primeiro orifício de via de segmento linear. O aumento na potência de laser como uma função de tempo é preferencialmente progressiva e ordinariamente conformada como um aclive ou uma resposta gradual de um modelo de sistema de primeira ou segunda ordem amortecido. A porção de tempo de aumento de potência de laser 515 pode ser usada para formar uma porção de início que seja menor em formato do que aquela na porção de distância de aumento de potência de laser 405 que é ilustrada nas Figu-ras 3 e 4A. Então, a potência de laser alcança opcionalmente um estado estacioná-rio. Então, a sequência ordinariamente compreende uma porção de redução de po-tência de laser 516, ordinariamente com uma etapa de redução de potência de laser abrupta, ordinariamente a um nível de potência de laser que esteja abaixo da potên-cia limiar de ablação. Então, o mesmo é seguido por um nível de potência porção reduzido 517, que é ordinariamente mantido em um nível que não forma um orifício de via, ou, de preferência, nenhum vestígio de gravação. A sequência de gravação de orifício de via de segmento linear é, então, repetida por quantas segmentos linea-res forem necessários. Devido à grande janela de processamento, o nível de potên-cia de laser, a duração de gravação a laser, a duração de porção de aumento e re-dução de potência de laser e perfis não precisam ser iguais em todos os orifícios de via de segmento linear, conforme ilustrado na Figura 5.
[054]Muito embora não seja necessário fabricar orifícios de via de segmento linear para dispositivos fotovoltaicos de película delgada, um indivíduo versado na técnica que possa desejar ajustar o processo de fabricação será capaz de fabricar números maiores de orifícios de via de segmento linear em alta velocidade e proce-der para medir a resistência específica de cada orifício de via. O indivíduo versado na técnica também pode preparar e cortar as porções dos orifícios de via tendo ca-racterísticas específicas, tais como variações de torção ascendente e posterior 127 ou torção somente ascendente 127', altura 1273 e largura 1275 da torção, e uma extensão em camada 1345 da liga do tipo CIGS rica em cobre a fim de medir a resis-tência específica do orifício de via porção e selecionar, de modo subsequente, o formato de ponto de laser mais apropriado e a posição da região de maior intensida-de de laser dentro do ponto de laser. Um processo satisfatório produz um valor médio para resistividade da parede do tipo CIGS em 3,2 x '0-3 Q.m, com mais preferência, em 2 x 0-3 Q.m, com desvio padrão de 0,06.
[055]Como um exemplo, a porção de tempo de aumento de potência de laser 515 que usa um laser de onda contínua que entrega um ponto de laser de diâmetro de 6 W e 50 μmi à superfície do dispositivo dura, de preferência, entre 10 μs e 4 us para uma velocidade de varredura a laser entre 3 m/s e 5 m/s, e, de preferência, entre 50 μs e 7 μs para uma velocidade de varredura a laser entre 0,5 m/s e 3 m/s. A taxa de aumento de potência de laser correspondente medida na superfície do dispositivo se encontra, portanto, na faixa entre cerca de 1 x 108 W/m.s-2 e 17 x 108 W/m s 2. Para uma velocidade de varredura a laser preferencial de cerca de 3,7 m/s, a porção de tempo de aumento de potência de laser preferencial 515 dura cerca de 7 μs com um aumento em potência de laser conformada como uma resposta gradual de um modelo de sistema de primeira ou segunda ordem amortecido. Uma etapa de redução de potência de laser preferencial 416 é uma redução abrupta de potência de laser a um nível abaixo da potência limiar de ablação.
[056]A porção de distância de aumento de potência de laser 405, 415 tem ordinariamente pelo menos 5 μm de comprimento. A porção de potência em estado estacionário ou constante a laser pode ser ajustada para uma potência medida, por exemplo, de cerca de 7 W, na superfície do dispositivo a ser gravado e uma veloci-dade de varredura a laser, por exemplo, de cerca de 3,7 m/s. Nesse caso, a potência de laser é medida na superfície do dispositivo a ser gravado a laser usando uma po-tência de laser meter com um sensor de termopilha capaz de obter medições de 10 μW até 30 kW. Um indivíduo versado na técnica pode escolher uma potência de la ser maior, possivelmente em combinação com uma velocidade maior do ponto de gravação a laser. A potência de laser em estado estacionário é ordinariamente ajus-tada para uma potência medida na faixa de 0,2 W a 20 W, de preferência, de 2 W a 10 W, com mais preferência, de 5 W a 8 W. O comprimento de onda de laser se en-contra ordinariamente na faixa de 532 nm a 1064 nm. O diâmetro de ponto de gra-vação a laser se encontra ordinariamente na faixa de 5 μm e 1000 μm, de preferên-cia, entre 5 μm e 300 μm, com mais preferência, entre 30 μm e 50 μm.
[057]De preferência, uma sequência de gravação de orifício de via de seg-mento linear pode formar orifícios de via de segmento linear que têm, por exemplo, cerca de 200 μm de comprimento com uma seção de cerca de 50 μm entre a extre-midade final de um primeiro orifício de via e a extremidade de início de um segundo orifício de via. Ordinariamente, o comprimento do orifício de via 410 pode estar na faixa de 50 μm a 0,1 m, de preferência, na faixa de 50 μm a 1000 μm, com mais pre-ferência, na faixa de 180 μm a 220 μm, e uma separação na faixa de 10 μm a 1000 μm, de preferência, na faixa de 10 μm a 100 μm, com mais preferência, na faixa de 40 μm a 60 μm. Um indivíduo versado na técnica pode preferir especificar uma razão de comprimento com gravação e sem gravação que pode estar na faixa de 1:1 a 100:1, de preferência, 4:1. A largura de segmento linear 411, que compreende a su-perfície interna 135 da parede do tipo CIGS 134 e porção elevada de contato frontal 155 que reveste uma porção da camada de contato frontal 150, está ordinariamente na faixa de 10 μm a 100 μm, de preferência, na faixa de 25 μm a 75 μm, com mais preferência, na faixa de 45 μm a 55 μm, por exemplo, em cerca de 50 μm. Referindo-se à Figura IB, a saliência da porção elevada de contato frontal 155 na superfície da camada de contato frontal 150 tem uma largura de corte transversal 1555 medida a partir da borda de contato frontal próxima à superfície interna da parede do tipo CIGS à junção de mescla externa ou ângulo obtuso onde a mesma se encontra com a camada de contato frontal está ordinariamente na faixa de 3 μm a 25 μm, de prefe- rência, na faixa de 10 μm a 15 μm, por exemplo, em cerca de 12 μm. A espessura 1553 da porção elevada de contato frontal acima da superfície placa da camada de contato frontal se encontra na faixa de 0,5 μm a 6 μm, de preferência, na faixa de 1 μm a 3 μm, com mais preferência, na faixa de 1,5 μm a 2,5 μm, por exemplo, em cerca de 2 μm. A altura 1273 da torção ascendente em formato de calha da camada de contato traseiro 127, 127', medida a partir da superfície do substrato 110, está ordinariamente na faixa de 0,5 μm a 10 μm, de preferência, na faixa de 0,5 μm a 5 μm, com mais preferência, na faixa de 2 μm a 4 μm, por exemplo, em cerca de 3 μm.
[058]A velocidade de varredura a laser está ordinariamente na faixa de 0,1 m/s a 200 m/s, de preferência, na faixa de 0,5 m/s a 100 m/s, com mais preferência, na faixa de 0,5 m/s a 6 m/s. A energia entregue perfurando-se em potência de laser em estado estacionário ordinariamente varia de 1 J/m a 8 J/m, de preferência, de 1,5 J/m a 2,2 J/m. A fluência de laser em estado estacionário está ordinariamente na faixa de 5 x 108 J/m2 a 41 x 108 J/m2, de preferência, de 7,5 x 108 J/m2 a 11 x 108 J/m2. Embora os orifícios de via de segmento linear sejam, de preferência, gravados usando um laser de onda contínua, um indivíduo versado na técnica pode usar um laser pulsado, como um laser de picossegundo.
[059]A composição de microestruturas gravadas a laser pode ser analisada usando um sistema de análise de difração de raios X (XRD). A presença de torções em formato de calha da camada de contato traseiro é CARACTERIZADA por ao menos um pico em contagens na faixa entre 58,5 26° e 59,5 26°, de preferência em 58,7 26°, com mais preferência, em 58,66 26° correspondente à presença de Mo com uma orientação de índice de Miller (220). O dito pico em contagens é maior em pelo menos 5% do que o número de contagens para dispositivos CIGS de película delgada que não compreendem vias nem gravações fabricadas de acordo com as modalidades da presente invenção. Uma película delgada de Mo que não é torcida ordinariamente tem uma orientação de índice de Miller (111). A torção ascendente em formato de calha pode se mesclar ou formar uma liga com CIGS fundido, com-preendendo, assim, cobre e especialmente seleneto de cobre com concentrações não-uniformes na torção.
[060]A Figura 6A é uma variação da Figura 2 e mostra um corte transversal de um módulo fotovoltaico de CIGS de película delgada 200 que compreende uma pluralidade de orifícios de via de segmento linear 163, 165, 165', 167. Os orifícios de via de segmento linear 165 permitem interconexões monolíticas em série entre célu-las adjacentes do módulo fotovoltaico. Os orifícios de via de segmento linear 163, 167 permitem uma interconexão elétrica de componentes de camada de contato frontal ou contato traseiro a uma barra coletora subjacente 182, 188. Pelo menos um orifício de via de segmento linear 163, 165, 165', 167, compreende uma parede do tipo CIGS rica em cobre 132, 134, 136, 138 resultando a partir da transformação termicamente induzida do material de CIGS da camada absorvedora, conforme des-crito para pelo menos uma das Figuras 6B-6C, e pelo menos uma porção elevada 125, 127, da camada de contato traseiro. Qualquer um dos ditos orifícios de via 163, 165, 165', 167 pode opcionalmente compreender pelo menos uma porção elevada da liga do tipo CIGS 155' formada em um componente de camada de contato frontal 156 conforme também mostrado nas Figuras 6B-6C. Qualquer orifício de via 163, 165, 165', 167 pode compreender opcionalmente pelo menos um componente de camada de contato traseiro 128 formado por uma torção ascendente em formato de calha 127, 127', conforme também mostrado na Figura 1B ou 6C. Em outros aspec-tos, a Figura 6A corresponde á descrição dada para a Figura 2. A diferença entre a Figura 6A e a Figura 2 é que a Figura 6A compreende uma porção elevada da liga do tipo CIGS 155' formada em um componente de camada de contato frontal 156.
[061]As Figuras 6B e 6C descrevem duas modalidades exemplificadoras dos dispositivos que compreendem pelo menos uma porção elevada da liga do tipo CIGS 155' que reveste pelo menos parcialmente a superfície da camada de contato frontal 150. A porção elevada da liga do tipo CIGS ordinariamente induz uma saliência da porção elevada de contato frontal 157 ao longo da maior parte da periferia do orifício de via. A dita saliência da porção elevada de contato frontal 157 pode se mesclar à porção elevada da liga do tipo CIGS 155' e, em direção ao lado externo, pode se mesclar progressivamente ou formar uma junção de ângulo obtuso 159 com a ca-mada de contato frontal. A porção elevada de contato frontal 157 das Figuras 6B e 6C corresponde à porção elevada de contato frontal 155 das Figuras 1A e 1B. Em outros aspectos, a Figura 6B corresponde à descrição dada para a Figura 1A.
[062]A Figura 6C mostra um corte transversal de uma variação da Figura 6B, onde uma porção do substrato 110 fica exposta dentro do orifício de via 165' e pelo menos uma porção elevada da camada de contato traseiro 120 forma uma torção ascendente em formato de calha 127, 127' na periferia 117 da porção exposta do substrato. Expor o substrato 110 e formar a torção ascendente em formato de calha 127, 127' da camada de contato traseiro 120 pode conferir uma janela de fabricação de gravação a laser grande, um rendimento de produção maior, e uma resistência mecânica maior que a modalidade apresentada na Figura 6B. A Figura 6C apresenta duas variações das paredes do tipo CIGS 134, 134' e porções elevadas correspondentes da torção ascendente em formato de calhas 127, 127' da camada de contato traseiro 120. As ditas variações são similares àquelas descritas para a Figura 1B, sendo que a diferença é que a formação da porção elevada da torção ascendente em formato de calha 127, 127' da camada de contato traseiro 120 pode, em algumas modalidades, resultar em uma elevação comparativamente maior da superfície interna 134, 134' como porções elevadas da liga do tipo CIGS 155' e também uma elevação da porção elevada de contato frontal 157. Em outros aspectos, a Figura 6C corresponde à descrição dada para a Figura 1A.
[063]A formação das variações 134, 127 e 134', 127' pode ser vantajosa para projetar adaptações locais da condutividade de um segmento de orifício de via ou, se o segmento de orifício de via for longo o suficiente, as adaptações locais da con- dutividade ao longo do comprimento de um segmento de orifício de via variando-se a altura 1273 e a largura 1275 da torção, a largura da liga do tipo CIGS rica em cobre 1345, a largura do rebordo da liga do tipo CIGS condutora 1355, e a quantidade de índio difundida na porção elevada com formato de saliência 155 do contato frontal 150. Por exemplo, pode ser vantajoso em uma modalidade ter um lado de um seg-mento de orifício de via, tal como o lado que seja mais próximo à maior parte de uma área de contato frontal exposta à luz da célula, como sendo mais condutora do que outro lado, tal como o lado que seja mais próximo às ranhuras de camada de contato frontal 151 (mostradas nas Figuras 2, 3 e 6A). Da mesma forma, pode ser vantajoso adaptar a condutividade dos lados de um segmento de via a fim de apresentar uma compatibilidade com variações em condutividade local em uma superfície da célula, tais como variações produzidas pela presença, proximidade, ou união de componen-tes de rede condutiva de contato frontal. Uma modalidade pode compreender, por exemplo, segmentos de orifício de via de vários comprimentos, possivelmente seg-mentos de orifício de via que descrevem curvas, onde qualquer um dos lados de qualquer um dos segmentos de via compreende uma combinação de variações 134, 127 e 134', 127'.
[064]A Figura 6D mostra uma vista de topo, ou vista do lado exposto à luz, de uma modalidade de um orifício de via de segmento linear 165' da Figura 6C e Figura 4B é um gráfico da potência de laser correspondente 400 usado para gravar a laser o orifício de via de segmento linear. O orifício de via de segmento linear 165' é gravado a laser no dispositivo de película delgada 100 na direção 101. Na Figura 6D, a potência de laser usada forma um orifício de via que compreende uma torção ascendente em formato de calha elevada 127 da camada de contato traseiro 120 na periferia 117 da porção exposta do substrato. A torção 127 pode compreender por-ções de variações de torção ascendente e posterior 127 ou torção somente ascen- dente 127' mostradas na Figura 6C. O substrato subjacente 110 também é visível como resultado da ablação parcial da camada de contato traseiro 120. A Figura 6D também ilustra uma parede do tipo CIGS 155' que reveste uma porção da camada de contato frontal 150. Também visível na Figura 6D se encontra, dentro de uma porção de distância de aumento de potência de laser 405, uma superfície interna 135 da parede do tipo CIGS 134 que seja mais alongada do que o resto da periferia do orifício de via. No interior da dita porção de distância de aumento de potência de laser 405 que segue a extremidade correspondente até o início da perfuração 105 que a porção do orifício de via é ordinariamente mais estreita do que a largura média do orifício de via, excluindo o comprimento de extremidade 406 que leva à extremi-dade final 106. O contorno da junção de ângulo obtuso 159 marca o limite externo do orifício de via de segmento linear. Em outros aspectos, a Figura 6D corresponde à descrição dada para as Figuras 1A e 4A.
[065]A Figura 6E apresenta uma imagem de um dispositivo de película del-gada 200 que compreende um orifício de via de segmento linear 165, 165' adquirido com um microscópio com uma câmera. Uma porção de um segundo orifício de via de segmento linear também é visível na esquerda da imagem. Portanto, ambos os orifícios de via de segmento linear são parte de uma linha de orifícios de via de seg-mento linear 210 conforme apresentado na Figura 3. Destacadas na Figura 6E en-contram-se os locais da extremidade do início da perfuração 105, a extremidade final da perfuração 106, pelo menos um local de uma porção elevada da liga do tipo CIGS 155', e pelo menos um local de uma torção ascendente em formato de calha 127, 127' do componente de camada de contato traseiro 128. Portanto, a direção de gravação é da esquerda para direita. Um indivíduo versado na técnica perceberá que recursos do orifício de via de segmento linear 165' na esquerda da direção de gravação 101, destacada na elipse 8001, são mais finos que aqueles na direita da dita direção de gravação, destacada na elipse 8002. Portanto, o orifício de via de segmento linear 165' apresenta uma assimetria em relação à direção de gravação 101. O contorno da junção de ângulo obtuso 159 marca o limite externo do orifício de via de segmento linear.
[066]Um indivíduo versado na técnica pode desejar medir características de um orifício de via de segmento linear 165, 165'. Por exemplo, pelo menos uma das medidas da largura do rebordo 1355 da porção elevada da liga do tipo CIGS condu-tora 155' e medidas da largura de uma torção 1275 da camada de contato traseiro 120, 124, 126, 128, 129 pode proporcionar uma indicação que o dito orifício de via de segmento linear é corretamente formado. As ditas medidas podem proporcionar, por exemplo, uma avaliação visual que uma interconexão monolítica satisfatória a partir de uma camada de contato traseiro até uma camada de contato frontal é alcançada através da liga condutora que resulta a partir de uma mudança permanente na composição química da camada ativa optoeletronicamente semicondutora onde o orifício de via de segmento linear é perfurado. A largura do rebordo da liga do tipo CIGS condutora 1355 se encontra na faixa de cerca de 3 μm a cerca de 15 μm, de preferência, de cerca de 5 μm a cerca de 20 μm, com mais preferência, de cerca de 8 μm a cerca de 12 μm. A largura de uma torção 1275 da camada de contato traseiro se encontra na faixa de cerca de 2 μm a cerca de 15 μm, de preferência, de cerca de 4 μm a cerca de 10 μm, com mais preferência, de cerca de 6 μm a cerca de 8 μm.
[067]Outra medida de interesse para avaliar quão bem formado é um orifício de via de segmento linear 165, 165' se refere, por exemplo, à distância que separa recursos opostos em relação a uma linha central do orifício de via de segmento line-ar de acordo com a direção de gravação. Os recursos opostos podem, por exemplo, ser torções em formato de calha 127, 127', a superfície interna 135 das paredes do tipo CIGS, a junção de ângulo obtuso 159 na camada de contato frontal, ou a largura da porção exposta do substrato 110 do orifício de via de segmento linear sendo con-siderado. Por exemplo, o indivíduo versado na técnica pode formar uma avaliação da qualidade de gravação medindo-se os ditos raios de curvatura no início da extre-midade de perfuração 105 e na extremidade final 106, com base no contorno visível formado pelos ditos recursos. Por exemplo, o raio de curvatura baseado no contorno da junção de ângulo obtuso 159 se encontra, na extremidade do início da perfuração 105 na faixa de cerca de 7 μm a cerca de 40 μm, de preferência, de cerca de 12 μm a cerca de 25 μm, com mais preferência, de cerca de 15 μm a cerca de 20 μm. Na extremidade final da perfuração 106, o raio de curvatura e com base no contorno da junção de ângulo obtuso 159 se encontra na faixa de cerca de 10 μm a cerca de 50 μm, de preferência, de cerca de 20 μm a cerca de 35 μm, com mais preferência, de cerca de 23 μm a cerca de 30 μm.

Claims (12)

1. Método para formar pelo menos um dispositivo de CIGS de película del-gada (100, 200), compreendendo:formar pelo menos um orifício de via de segmento linear (163, 165, 165', 167) em uma região de dito dispositivo de CIGS de película delgada, o dito dispositivo compreendendo pelo menos:- uma camada de contato frontal (150, 152, 154, 156, 158);- uma camada ativa optoeletronicamente semicondutora de CIGS (130);- uma camada de contato traseiro (120, 124, 126, 128, 129);- um substrato (110);e em que pelo menos um orifício de via de segmento linear:- é formado por perfuração através de pelo menos um laser;- passa através de pelo menos uma porção da pelo menos uma camada de contato frontal e da pelo menos uma camada ativa optoeletronicamente semicondu- tora;e em que a perfuração por pelo menos um laser causa:- a formação de pelo menos uma parede do tipo CIGS (134, 134', 132, 136, 138) de liga do tipo CIGS rica em cobre metalizada permanentemente condutora eletricamente no nível da camada ativa que forra a superfície interna (135) de dito pelo menos um orifício de via de segmento linear, a dita liga do tipo CIGS resultante de uma mudança permanente na composição química da camada ativa optoeletroni- camente semicondutora de CIGS onde o orifício é perfurado, de modo que a parede do tipo CIGS metalizada forneça uma trajetória eletricamente condutora entre pelo menos uma porção da pelo menos uma camada de contato frontal e pelo menos uma porção da pelo menos uma camada de contato traseiro;- a formação de uma porção elevada com formato de saliência de contato frontal (155) na superfície da camada de contato frontal ao longo da borda da super- fície interna (135) de dito orifício de via de segmento linear;- a formação de uma porção elevada (125, 127, 127') da camada de contato traseiro elevada em direção à camada de contato frontal,CARACTERIZADO pelo fato de que a perfuração de pelo menos um orifício de via é com pelo menos um laser de onda contínua e em que a formação do pelo menos um orifício de via através do laser de onda contínua causa a remoção de uma porção da camada de contato traseiro dentro do orifício de via, expondo, assim, uma porção de substrato e em que a elevação de uma porção da camada de contato traseiro causa a formação de pelo menos uma torção ascendente em formato de calha (127, 127') de pelo menos uma porção da camada de contato traseiro na periferia (117) da porção exposta do substrato.
2. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a formação do pelo menos um orifício de via compreende a formação de pelo menos uma torção somente ascendente em formato de calha (127') de pelo menos uma primeira porção e a formação de pelo menos uma torção ascendente e posterior em formato de calha (127) de pelo menos uma segunda porção da camada de contato traseiro na periferia (117) da porção exposta do substrato.
3. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, CARACTERIZADO pelo fato de que a formação do pelo menos um orifício de via é com pelo menos um laser de onda contínua que forma, em dito dispositivo de CIGS de película delgada, um ponto de laser tendo um diagrama de ponto de laser assimétrico, e, além disso em particular, em que a potência de laser medida no nível do substrato para perfuração de pelo menos um orifício de via compreende um aumento progressivo em potência de laser (515) ao longo de uma porção do tempo onde a potência de laser é entregue ao orifício de via.
4. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, CARACTERIZADO pelo fato de que a perfuração do pelo menos um orifício de via compreende mover pelo menos um ponto de laser de pelo menos um laser de onda contínua na superfície do dispositivo de CIGS de película delgada, em que na ex-tremidade correspondente ao início da perfuração (105) de dito orifício de via existe um aumento progressivo em potência de laser (415) ao longo de uma porção de dis-tância de aumento de potência (405) da distância (410) onde a potência de laser é entregue ao orifício de via, ou em que a perfuração de pelo menos um orifício de via forma, mediante inspeção microscópica quando observada a partir do lado exposto à luz do dispositivo, uma superfície interna (135) da liga do tipo CIGS que descreve um padrão oval que tem um raio de curvatura que é menor na extremidade corres-pondente até o início da perfuração (105) de dito segmento linear de orifício de via do que na extremidade final (106).
5. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, CARACTERIZADO pelo fato de que a perfuração do pelo menos um orifício de via compreende mover pelo menos um ponto de laser de pelo menos um laser de onda contínua de modo que a energia a laser entregue a pelo menos uma porção do orifício de via esteja compreendida entre 1 J/m e 8 J/m; um intervalo de tempo onde a fluência proporcionada por laser está na faixa de 5 x 108 J/m2 a 41 x 108 J/m2; ou um intervalo de tempo onde a fluência em estado estacionário proporcionada por laser está na faixa de 7,5 x 108 J/m2 a 11 x 108 J/m2.
6. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, CARACTERIZADO pelo fato de que a perfuração do pelo menos um orifício de via é realizada ao mesmo tempo que a gravação a laser de uma linha de ablação adjacente na camada de contato frontal.
7. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, CARACTERIZADO pelo fato de que a formação de dito dispositivo de CIGS de película delgada (100, 200) compreende a formação de pelo menos uma linha tracejada (210) que compreende uma pluralidade de ditos orifícios de via de segmento linear (163, 165, 165', 167) em uma região de dito dispositivo de CIGS de película delgada.
8. Dispositivo de CIGS de película delgada (100, 200), em particular, obtível pelo método, conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 7, compre-endendo pelo menos um orifício de via de segmento linear (163, 165, 165', 167) em uma região de dito dispositivo de CIGS de película delgada, o dito dispositivo com-preendendo pelo menos:- uma camada de contato frontal (150, 152, 154, 156, 158);- uma camada ativa optoeletronicamente semicondutora de CIGS (130);- uma camada de contato traseiro (120, 124, 126, 128, 129);- um substrato (110);e em que pelo menos um orifício de via de segmento linear:- passa através de pelo menos uma porção da pelo menos uma camada de contato frontal e da pelo menos uma camada ativa optoeletronicamente semicondu- tora;- compreende pelo menos uma parede do tipo CIGS (134, 134', 132, 136, 138) formada de liga do tipo CIGS rica em cobre metalizada permanentemente con-dutora eletricamente no nível da camada ativa que forra a superfície interna (135) de dito pelo menos um orifício de via de segmento linear, a dita liga do tipo CIGS resul-tante de uma mudança permanente na composição química da camada ativa optoe- letronicamente semicondutora de CIGS causada quando o orifício for perfurado, de modo que a parede do tipo CIGS metalizada forneça uma trajetória eletricamente condutora entre pelo menos uma porção da pelo menos uma camada de contato frontal e pelo menos uma porção da pelo menos uma camada de contato traseiro;- compreende uma porção elevada com formato de saliência de contato frontal (155) na superfície da camada de contato frontal ao longo da borda da superfície interna (135) de dito orifício de via de segmento linear;- compreende uma porção elevada (125, 127, 127') da camada de contato traseiro elevada em direção à camada de contato frontal;e em que uma porção de substrato fica exposta dentro do orifício de via;CARACTERIZADO pelo fato de que pelo menos uma porção elevada da camada de contato traseiro forma pelo menos uma torção ascendente em formato de calha (127, 127') na periferia (117) da porção exposta do substrato.
9. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADO pelo fato de que pelo menos um orifício de via de segmento linear compreende pelo menos uma torção somente ascendente em formato de calha (127') de pelo menos uma primeira porção e pelo menos uma torção ascendente e posterior em formato de calha (127) de pelo menos uma segunda porção da camada de contato traseiro na periferia (117) da porção exposta do substrato.
10. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 8 ou 9, CARACTERIZADO pelo fato de que, mediante inspeção microscópica a partir do lado exposto à luz do dispositivo, o formato da superfície interna (135) da parede do tipo CIGS (134, 134', 132, 136, 138) tem um raio de curvatura que é menor na extremidade (105) do segmento linear de orifício de via identificável correspondente a onde a perfuração de dito orifício de via começa em relação à extremidade final (106).
11. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 10, CARACTERIZADO pelo fato de que pelo menos um orifício de via de segmento linear compreende pelo menos uma porção elevada de liga do tipo CIGS condutora (155') que pelo menos reveste uma porção da superfície da camada de contato fron-tal (150).
12. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 11, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende pelo menos uma linha tracejada (210) em uma região de dito dispositivo de CIGS de película delgada (100, 200), a dita linha tracejada compreendendo uma pluralidade de ditos orifícios de via de segmento linear (163, 165, 165', 167).
BR112016017717-7A 2014-01-31 2015-01-26 Método para formar pelo menos um dispositivo de cigs de película delgada e o mesmo BR112016017717B1 (pt)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
IB2014058708 2014-01-31
IBPCT/IB2014/058708 2014-01-31
EP2014025031 2014-12-31
EPPCT/EP2014/025031 2014-12-31
PCT/IB2015/050555 WO2015114498A1 (en) 2014-01-31 2015-01-26 Method for thin-film via segments in photovoltaic device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
BR112016017717A2 BR112016017717A2 (pt) 2017-08-08
BR112016017717B1 true BR112016017717B1 (pt) 2022-01-25

Family

ID=52434916

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
BR112016017717-7A BR112016017717B1 (pt) 2014-01-31 2015-01-26 Método para formar pelo menos um dispositivo de cigs de película delgada e o mesmo

Country Status (8)

Country Link
US (2) US10096731B2 (pt)
EP (1) EP3100307B1 (pt)
KR (1) KR102235190B1 (pt)
CN (1) CN106258012B (pt)
BR (1) BR112016017717B1 (pt)
HU (1) HUE046935T2 (pt)
MY (1) MY179233A (pt)
WO (1) WO2015114498A1 (pt)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10734538B2 (en) 2015-12-15 2020-08-04 Flisom Ag Structuring of a photovoltaic apparatus
US20190013418A1 (en) * 2015-12-15 2019-01-10 Flisom Ag Solar module busbar
WO2017118905A1 (en) 2016-01-06 2017-07-13 Flisom Ag Flexible photovoltaic apparatus
CN107785442A (zh) * 2016-08-31 2018-03-09 北京铂阳顶荣光伏科技有限公司 太阳能薄膜电池及其制备方法
EP3648173B1 (en) * 2018-10-30 2023-05-24 IMEC vzw Thin-film photovoltaic module with integrated electronics and methods for manufacturing thereof
CN111900218B (zh) * 2020-07-10 2023-05-12 唐山科莱鼎光电科技有限公司 用于制备薄膜太阳能电池第二道刻线的方法

Family Cites Families (55)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4697041A (en) 1985-02-15 1987-09-29 Teijin Limited Integrated solar cells
US4965655A (en) 1987-12-10 1990-10-23 Minnesota Mining And Manufacturing Company Interconnected semiconductor devices
JPH0243776A (ja) 1988-08-03 1990-02-14 Fuji Electric Corp Res & Dev Ltd 薄膜太陽電池の製造方法
JPH02268472A (ja) 1989-04-10 1990-11-02 Showa Shell Sekiyu Kk 光起電力装置およびその製造方法
JPH03124067A (ja) 1989-10-07 1991-05-27 Showa Shell Sekiyu Kk 光起電力装置およびその製造方法
US7732243B2 (en) 1995-05-15 2010-06-08 Daniel Luch Substrate structures for integrated series connected photovoltaic arrays and process of manufacture of such arrays
US6011215A (en) 1997-12-18 2000-01-04 United Solar Systems Corporation Point contact photovoltaic module and method for its manufacture
JPH11312815A (ja) * 1998-04-28 1999-11-09 Matsushita Electric Ind Co Ltd 薄膜太陽電池の製造方法
JP2000124488A (ja) * 1998-10-15 2000-04-28 Matsushita Electric Ind Co Ltd 薄膜太陽電池の製造方法
US7635810B2 (en) 1999-03-30 2009-12-22 Daniel Luch Substrate and collector grid structures for integrated photovoltaic arrays and process of manufacture of such arrays
US6300593B1 (en) 1999-12-07 2001-10-09 First Solar, Llc Apparatus and method for laser scribing a coated substrate
US6372538B1 (en) 2000-03-16 2002-04-16 University Of Delaware Fabrication of thin-film, flexible photovoltaic module
US6559411B2 (en) 2001-08-10 2003-05-06 First Solar, Llc Method and apparatus for laser scribing glass sheet substrate coatings
US7512297B2 (en) 2003-05-02 2009-03-31 John Farah Polymide substrate bonded to other substrate
US7170001B2 (en) 2003-06-26 2007-01-30 Advent Solar, Inc. Fabrication of back-contacted silicon solar cells using thermomigration to create conductive vias
US7649141B2 (en) 2003-06-30 2010-01-19 Advent Solar, Inc. Emitter wrap-through back contact solar cells on thin silicon wafers
US7122398B1 (en) 2004-03-25 2006-10-17 Nanosolar, Inc. Manufacturing of optoelectronic devices
US7276724B2 (en) 2005-01-20 2007-10-02 Nanosolar, Inc. Series interconnected optoelectronic device module assembly
US7838868B2 (en) 2005-01-20 2010-11-23 Nanosolar, Inc. Optoelectronic architecture having compound conducting substrate
US20070186971A1 (en) 2005-01-20 2007-08-16 Nanosolar, Inc. High-efficiency solar cell with insulated vias
JP4681352B2 (ja) 2005-05-24 2011-05-11 本田技研工業株式会社 カルコパイライト型太陽電池
DE102005042072A1 (de) 2005-06-01 2006-12-14 Forschungsverbund Berlin E.V. Verfahren zur Erzeugung von vertikalen elektrischen Kontaktverbindungen in Halbleiterwafern
US9211609B2 (en) * 2005-12-28 2015-12-15 Intel Corporation Laser via drilling apparatus and methods
US20080023065A1 (en) 2006-07-25 2008-01-31 Borden Peter G Thin film photovoltaic module wiring for improved efficiency
US7999174B2 (en) * 2006-10-09 2011-08-16 Solexel, Inc. Solar module structures and assembly methods for three-dimensional thin-film solar cells
TW200840068A (en) 2007-01-22 2008-10-01 Solopower Inc Roll-to-roll integration of thin film solar modules
WO2008157807A2 (en) 2007-06-20 2008-12-24 Ascent Solar Technologies, Inc. Array of monolithically integrated thin film photovoltaic cells and associated methods
WO2009067526A2 (en) 2007-11-19 2009-05-28 Sheats James R High-efficiency, high current solar cell and solar module
US20090145472A1 (en) * 2007-12-10 2009-06-11 Terra Solar Global, Inc. Photovoltaic devices having conductive paths formed through the active photo absorber
KR101368904B1 (ko) 2007-12-31 2014-02-28 주성엔지니어링(주) 박막형 태양전지 및 그 제조방법
US20090229666A1 (en) 2008-03-14 2009-09-17 Jason Stephan Corneille Smoothing a metallic substrate for a solar cell
US20090301543A1 (en) 2008-06-04 2009-12-10 Solexant Corp. Thin film solar cells with monolithic integration and backside contact
CA2731288A1 (en) 2008-06-13 2009-12-17 Solibro Research Ab Selective removal and contacting of thin film solar cells
US20100000589A1 (en) * 2008-07-03 2010-01-07 Amelio Solar, Inc. Photovoltaic devices having conductive paths formed through the active photo absorber
US20110171757A1 (en) 2008-09-22 2011-07-14 Ulvac, Inc. Method of manufacturing photovoltaic cell
WO2010039245A1 (en) 2008-09-30 2010-04-08 Global Solar Energy, Inc. Thin film solar cell string
SE533596C2 (sv) 2008-10-14 2010-11-02 Atricon Ab Förfarande och skivfixtur för montage av byggskivor
JP5180781B2 (ja) * 2008-11-05 2013-04-10 三菱重工業株式会社 光電変換装置の製造方法および光電変換装置
CA2782560A1 (en) 2009-11-30 2011-06-03 Mathew Rekow Method and apparatus for scribing a line in a thin film using a series of laser pulses
US8759664B2 (en) 2009-12-28 2014-06-24 Hanergy Hi-Tech Power (Hk) Limited Thin film solar cell strings
US8263494B2 (en) 2010-01-25 2012-09-11 Stion Corporation Method for improved patterning accuracy for thin film photovoltaic panels
US8928105B2 (en) * 2010-05-28 2015-01-06 Flisom Ag Method and apparatus for thin film module with dotted interconnects and vias
US20130000715A1 (en) 2011-03-28 2013-01-03 Solexel, Inc. Active backplane for thin silicon solar cells
US20120074109A1 (en) 2010-09-29 2012-03-29 General Electric Company Method and system for scribing a multilayer panel
US8329496B2 (en) 2010-10-14 2012-12-11 Miasole Dithered scanned laser beam for scribing solar cell structures
DE102010048522A1 (de) 2010-10-14 2012-04-19 Manz Automation Ag Optisches System mit kaskadierten, verstellbaren Strahlteilern
US8048706B1 (en) 2010-10-14 2011-11-01 Miasole Ablative scribing of solar cell structures
US20120094425A1 (en) 2010-10-14 2012-04-19 Miasole Ablative scribing of solar cell structures
FR2972294B1 (fr) * 2011-03-02 2013-04-26 Commissariat Energie Atomique Procede de gravure chimique selective
WO2012135052A1 (en) 2011-03-25 2012-10-04 Kevin Michael Coakley Foil-based interconnect for rear-contact solar cells
CN103094408B (zh) * 2011-10-31 2016-01-27 香港中文大学 太阳能电池及其制造方法以及太阳能电池图案
US8841157B2 (en) * 2012-01-04 2014-09-23 Esi-Pyrophotonics Lasers Inc Method and structure for using discontinuous laser scribe lines
US20130199606A1 (en) * 2012-02-06 2013-08-08 Applied Materials, Inc. Methods of manufacturing back surface field and metallized contacts on a solar cell device
KR101832230B1 (ko) * 2012-03-05 2018-04-13 엘지전자 주식회사 태양 전지 및 이의 제조 방법
EP2834847B1 (en) * 2012-04-03 2021-06-02 Flisom AG Thin-film photovoltaic device with wavy monolithic interconnects

Also Published As

Publication number Publication date
US10096731B2 (en) 2018-10-09
HUE046935T2 (hu) 2020-03-30
EP3100307A1 (en) 2016-12-07
US20160359065A1 (en) 2016-12-08
KR102235190B1 (ko) 2021-04-02
WO2015114498A1 (en) 2015-08-06
US20190157482A1 (en) 2019-05-23
MY179233A (en) 2020-11-02
KR20160117470A (ko) 2016-10-10
US10566479B2 (en) 2020-02-18
EP3100307B1 (en) 2019-09-18
BR112016017717A2 (pt) 2017-08-08
CN106258012A (zh) 2016-12-28
CN106258012B (zh) 2018-07-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
BR112016017717B1 (pt) Método para formar pelo menos um dispositivo de cigs de película delgada e o mesmo
EP2577732B1 (en) Method and apparatus for thin film module with dotted interconnects and vias
PT1319254E (pt) Método para a produção de um contacto metálico semicondutor atrvés de uma camada dieléctrica.
US20120103416A1 (en) Solar cell apparatus and method for manufacturing the same
US20100210040A1 (en) Method and apparatus for reducing the effect of shunting defects on thin film solar cell performance
CN102246316B (zh) 光电转换装置及其制造方法
JP2009135453A5 (pt)
EP3240652B1 (en) Apparatus for laser scribing
CN108140686A (zh) 太阳能电池单元的制造方法
Schultz et al. Laser-based series interconnection of chalcopyrite und perovskite solar cells: Analysis of material modifications and implications for achieving small dead area widths
JP6635924B2 (ja) 光起電デバイスの薄膜ビアセグメントのための方法
CN103988315B (zh) 太阳能电池装置及其制造方法
KR20140105019A (ko) 2개 이상의 박막계 상호연결된 광전지의 개선된 제조 방법
WO2013026463A1 (en) Laser scribing process
EP2538453A1 (en) Solar power generating device, and method for manufacturing same
CN115004378B (zh) 制造光伏器件的方法
US8466447B2 (en) Back contact to film silicon on metal for photovoltaic cells
KR101220015B1 (ko) 태양전지 및 이의 제조방법
EP1090430B1 (en) Metal film interrupting process
TWI574426B (zh) 太陽能電池及其製作方法
AU744262B2 (en) Metal film interrupting process
Petsch et al. Laser micromachining of organic LEDs
JP2009064910A (ja) インターコネクタ付き太陽電池および太陽電池モジュール

Legal Events

Date Code Title Description
B06U Preliminary requirement: requests with searches performed by other patent offices: procedure suspended [chapter 6.21 patent gazette]
B09A Decision: intention to grant [chapter 9.1 patent gazette]
B16A Patent or certificate of addition of invention granted [chapter 16.1 patent gazette]

Free format text: PRAZO DE VALIDADE: 20 (VINTE) ANOS CONTADOS A PARTIR DE 26/01/2015, OBSERVADAS AS CONDICOES LEGAIS.