BR112016024710B1 - Ligações para metalização de célula solar - Google Patents

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Abstract

ligações para metalização de célula solar. uma célula solar pode incluir um substrato e uma região semicondutora disposta dentro ou acima do substrato. a célula solar pode incluir também um contato condutivo disposto sobre a região semicondutora, sendo que o contato condutivo inclui uma lâmina condutiva ligada à região de semicondutor.

Description

Antecedentes da invenção
[0001] Células fotovoltaicas, comumente conhecidas como célula solares, são dispositivos bem conhecidos para a conversão direta de radiação solar em energia elétrica. De modo geral, as células solares são fabricadas sobre uma pastilha ou substrato semicondutor com o uso de técnicas de processamento de semicondutores para formar uma junção p-n próxima a uma superfície do substrato. A radiação solar que incide sobre a superfície do substrato e penetra em seu interior cria pares de elétron-buraco (espaços vazios sem elétrons) no volume do substrato. Os pares de elétron-buraco migram para as regiões de dopagem tipo p e de dopagem tipo n no substrato, gerando assim um diferencial de tensão entre as regiões dopadas. As regiões dopadas são conectadas às regiões condutivas na célula solar para direcionar uma corrente elétrica da célula para um circuito externo.
[0002] A eficiência é uma importante característica de uma célula solar, já que está diretamente relacionada à capacidade da célula solar gerar energia. Da mesma forma, a eficiência na produção de células solares está diretamente relacionada à relação custo-benefício de tais células solares. Consequentemente, técnicas para aumentar a eficiência de células solares, ou técnicas para aumentar a eficiência na fabricação de células solares, são desejáveis de modo geral. Algumas modalidades da presente revelação permitem maior eficiência de fabricação da célula solar ao fornecer processos inovadores para a fabricação de estruturas de célula solar. Algumas modalidades da presente revelação possibilitam células solares mais eficientes ao fornecerem estruturas de célula solar inovadoras.
Breve descrição dos desenhos
[0003] As Figuras 1A e 2A ilustram vistas em seção transversal de uma porção de células solares exemplificadoras que têm contatos condutivos formados nas regiões emissoras formadas acima de um substrato, de acordo com algumas modalidades.
[0004] As Figuras 1B e 2B ilustram vistas em seção transversal de uma porção de células solares exemplificadoras que têm contatos condutivos formados sobre regiões emissoras formadas em um substrato, de acordo com algumas modalidades.
[0005] A Figura 3 é um fluxograma que ilustra um método exemplificador para formar um contato condutivo, de acordo com uma modalidade.
[0006] As Figuras 4A e 4B ilustram vistas em seção transversal da formação de um contato condutivo em uma modalidade com uma primeira região de metal bombardeado ionicamente.
[0007] A Figura 5 é um fluxograma que ilustra um método exemplificador para formar um contato condutivo, de acordo com uma modalidade.
[0008] As Figuras 6A e 6B ilustram vistas em seção transversal da formação de um contato condutivo em uma modalidade com uma primeira região de metal bombardeado ionicamente.
[0009] As Figuras 7A e 7B ilustram vistas em seção transversal da formação de um contato condutivo em uma modalidade com uma primeira região de metal impressa.
[0010] A Figura 8 ilustra vistas em seção transversal de várias sequências de padronização exemplificadoras para padronização da lâmina (e em algumas instâncias regiões de metal) para formar um contato condutivo.
[0011] As Figuras 9 e 10 ilustram vistas em seções transversais de várias sequências de exemplo para aplicar pressão seletivamente na formação de um contato condutivo.
[0012] As Figuras 11A-11C ilustram vistas em seção transversal de uma sequência exemplificadora para aplicar pressão seletivamente na formação de um contato condutivo.
[0013] As Figuras 12A-12C ilustram vistas em seção transversal de uma sequência exemplificadora para aplicar pressão seletivamente na formação de um contato condutivo.
[0014] As Figuras 13-16 ilustram vistas em seção transversal de várias sequências de exemplo para formar um contato condutivo em modalidades nas quais uma porção adicional de metal é adicionada à lâmina condutiva.
[0015] As Figuras 17A e 17B ilustram vistas em seção transversal de uma estrutura de célula solar tendo uma região intermetálica.
Descrição detalhada
[0016] A descrição detalhada a seguir tem natureza meramente ilustrativa e não se destina a limitar as modalidades do assunto do presente pedido ou os usos de tais modalidades. Como usado aqui, o termo “exemplificador” significa “servir como um exemplo, caso ou ilustração”. Qualquer implementação aqui descrita como exemplificadora não deve ser necessariamente considerada como preferencial ou vantajosa em relação a outras implementações. Além disso, não há intenção de se limitar por qualquer teoria expressa ou implícita apresentada no campo técnico anteriormente mencionado, antecedentes, resumo ou pela descrição detalhada a seguir.
[0017] Este relatório descritivo inclui referências a “uma modalidade”, independentemente da palavra “uma” representar um numeral ou um artigo. A uso da frase “em uma modalidade”, independentemente da palavra “uma” representar um numeral ou um artigo, não se refere necessariamente à mesma modalidade. Recursos, estruturas ou características específicos podem ser combinados de qualquer maneira adequada consistente com essa descrição.
Terminologia
[0018] Os parágrafos a seguir fornecem definições e/ou contexto para termos encontrados nesta revelação (inclusive nas reivindicações anexas): - “Compreendendo”. O termo é amplo. Conforme usado nas reivindicações anexas, esse termo não exclui estrutura ou etapas adicionais. - “Configurado para”. Várias unidades ou componentes podem ser descritas(os) ou reivindicadas(os) como “configuradas(os) para” realizar uma tarefa ou tarefas. Em tais contextos, “configurado para” é usado para conotar estrutura ao indicar que as unidades/componentes incluem uma estrutura que desempenha aquela tarefa ou tarefas durante o funcionamento. Como tal, pode-se dizer que a unidade/componente é configurada(o) para executar a tarefa mesmo quando a unidade/componente especificada(o) não está em estado operacional no momento (por exemplo, não está ligada(o)/ativa(o)). A menção de que uma unidade/circuito/componente é “configurada(o) para” executar uma ou mais tarefas se destina expressamente a não invocar a 35 U.S.C. §112, sexto parágrafo, para aquela unidade/componente. - “Primeiro”, “Segundo” etc. Como usados aqui, esses termos são usados como marcadores para substantivos por eles precedidos, e não implicam qualquer tipo de ordenação (por exemplo, espacial, temporal, lógica etc.). Por exemplo, a referência a uma “primeira” porção condutiva de um contato condutivo não implica necessariamente que essa porção condutiva é a primeira porção condutiva em uma sequência; em vez disso, o termo “primeira” é usado para diferenciar essa porção condutiva de outra porção condutiva (por exemplo, uma “segunda” porção condutiva). - “Com base em” ou “baseado(a) em”. Como usado aqui, esse termo é usado para descrever um ou mais fatores que afetam uma determinação. Esse termo não exclui fatores adicionais que possam afetar uma determinação. Ou seja, uma determinação pode ser baseada exclusivamente nesses fatores ou ter como base, pelo menos em parte, esses fatores. Considere a frase “determinar A com base em B”. Enquanto B pode ser um fator que afeta a determinação de A, tal frase não exclui a determinação de A também ser baseada em C. Em outros casos, A pode ser determinado com base exclusivamente em B. - “Acoplado” - A descrição a seguir se refere a elementos ou nós ou recursos que são “acoplados” entre si. Como usado aqui, a não ser que seja indicado expressamente ao contrário, “acoplado” significa que um elemento/nó/recurso está direta ou indiretamente unido a (ou direta ou indiretamente se comunica com) outro elemento/nó/recurso, e não necessariamente de maneira mecânica.
[0019] Além disso, determinada terminologia pode também ser usada na descrição a seguir com o propósito de referência apenas, e, dessa forma, não se destina a ser limitadora. Por exemplo, termos como “superior”, “inferior”, “acima”, e “abaixo” se referem a direções nos desenhos aos quais se faz referência. Termos como “frontal”, “posterior”, “traseiro”, “lateral”, “afastado do centro” e “próximo ao centro”, descrevem a orientação e/ou localização de porções do componente dentro de uma estrutura de referência consistente, porém arbitrária, que é se torna clara por referência ao texto e aos desenhos associados que descrevem o componente em discussão. Tal terminologia pode incluir as palavras especificamente mencionadas acima, derivadas das mesmas e palavras de importância similar.
[0020] Embora muitos dos exemplos aqui descritos sejam células solares de contato traseiro, as técnicas e estruturas também são aplicadas igualmente a outras células solares (por exemplo, de contato frontal). Além disso, embora grande parte da revelação seja descrita em termos de células solares para facilitar o entendimento, as técnicas e estruturas aqui reveladas aplicam-se igualmente a outras estruturas semicondutoras (por exemplo, a pastilhas de silício de modo geral).
[0021] Os contatos condutivos da célula solar e métodos para formar contatos condutivos da célula solar serão agora descritos. Na descrição a seguir, são fornecidos vários detalhes específicos, como operações específicas de fluxo de processo, a fim de fornecer um entendimento completo das modalidades da presente revelação. Ficará evidente para o versado na técnica que as modalidades da presente revelação podem ser praticadas sem esses detalhes específicos. Em outras instâncias, técnicas bem conhecidas de fabricação, como técnicas de litografia, não serão descritas em detalhes para não obscurecer desnecessariamente as modalidades da presente revelação. Além disso, deve-se compreender que as várias modalidades mostradas nas figuras são representações ilustrativas e não estão necessariamente desenhadas em escala.
[0022] Este relatório descritivo descreve primeiramente células solares exemplificadoras que podem incluir os contatos condutivos revelados, seguido de uma explicação mais detalhada de várias modalidades de estruturas de contato condutivo. O relatório descritivo inclui, portanto, uma descrição de métodos exemplificadores para formar os contatos condutivos revelados. Vários exemplos são fornecidos ao longo da descrição do relatório.
[0023] Em uma primeira célula solar exemplificadora, uma película condutiva é usada para fabricar contatos, como contatos traseiros, para uma célula solar que tem regiões emissoras formadas acima de um substrato da célula solar. Por exemplo, a Figura 1A ilustra uma vista em seção transversal de uma porção de uma célula solar que tem contatos condutivos formados nas regiões emissoras formadas acima de um substrato, de acordo com uma modalidade da presente revelação.
[0024] Com referência à Figura 1A, uma porção de célula solar 100A inclui uma camada dielétrica dotada de um padrão 224 disposta acima de uma pluralidade de regiões de polisilício com dopagem tipo n 220, uma pluralidade de regiões de polisilício com dopagem tipo p 222 e sobre porções de substrato 200 expostas por trincheiras 216. Os contatos condutivos 228 estão dispostos em uma pluralidade de aberturas de contato dispostas na camada dielétrica 224 e são acoplados à pluralidade de regiões de polisilício com dopagem tipo n 220 e à pluralidade de regiões de polisilício com dopagem tipo p 222.
[0025] Em uma modalidade, a pluralidade de regiões de polisilício com dopagem tipo n 220 e a pluralidade de regiões de polisilício com dopagem tipo p 222 podem fornecer regiões emissoras para a célula solar 100A. Assim, em uma modalidade, os contatos condutivos 228 estão dispostos nas regiões emissoras. Em uma modalidade, os contatos condutivos 228 são contatos traseiros de uma célula solar de contato traseiro e estão situados sobre uma superfície da célula solar oposta a uma superfície de recepção de luz (direção indicada como 201 na Figura 1A) da célula solar 100A. Além disso, em uma modalidade, as regiões emissoras são formadas sobre uma camada dielétrica delgada ou em túnel 202.
[0026] Em algumas modalidades, conforme mostrado na Figura 1A, a fabricação de uma célula solar de contato traseiro pode incluir a formação da camada dielétrica delgada 202 sobre o substrato. Em uma modalidade, uma camada dielétrica delgada é composta por dióxido de silício e tem uma espessura aproximadamente na faixa de 5 a 50 Angstroms (A). Em uma modalidade, a camada dielétrica delgada opera como uma camada de óxido em túnel. Em uma modalidade, o substrato é um substrato de silício monocristalino em volume, como um substrato de silício monocristalino com dopagem tipo n. Entretanto, em uma outra modalidade, o substrato inclui uma camada de silício policristalina disposta sobre um substrato global de célula solar.
[0027] As trincheiras 216 podem ser formadas entre as regiões de polisilício (ou silício amorfo) com dopagem tipo n 220 e as regiões de polisilício com dopagem tipo p 222. As porções das trincheiras 216 podem ser texturizadas para ter recursos texturizados. A camada dielétrica 224 pode ser formada acima da pluralidade de regiões de polisilício com dopagem tipo n 220, da pluralidade de regiões de polisilício com dopagem tipo p 222 e das porções de substrato 200 expostas por trincheiras 216. Em uma modalidade, uma superfície inferior da camada dielétrica 224 pode ser formada em conformidade com a pluralidade de regiões de polisilício com dopagem tipo n 220, a pluralidade de regiões de polisilício com dopagem tipo p 222 e as porções expostas do substrato 200, enquanto uma superfície superior da camada dielétrica 224 é substancialmente plana. Em uma modalidade específica, a camada dielétrica 224 é uma camada de revestimento antirreflexivo.
[0028] Uma pluralidade de aberturas de contato pode ser formada na camada dielétrica 224. A pluralidade de aberturas de contato pode fornecer exposição à pluralidade de regiões de polisilício com dopagem tipo n 220 e à pluralidade de regiões de polisilício com dopagem tipo p 222. Em uma modalidade, a pluralidade de aberturas de contato é formada pela ablação por laser. Em uma modalidade, as aberturas de contato com as regiões de polisilício com dopagem tipo n 220 têm substancialmente a mesma altura que as aberturas de contato com as regiões de polisilício com dopagem tipo p 222.
[0029] A formação de contatos para a célula solar de contato traseiro pode incluir a formação de contatos condutivos 228 na pluralidade de aberturas de contato 226 e acoplados à pluralidade de regiões de polisilício com dopagem tipo n 220 e à pluralidade de regiões de polisilício com dopagem tipo p 222. Assim, em uma modalidade, os contatos condutivos 228 são formados sobre ou acima de uma superfície de um substrato de silício tipo N em volume 200 oposta a uma superfície de recepção de luz 201 do substrato de silício tipo N em volume 200. Em uma modalidade específica, os contatos condutivos são formados nas regiões (222/220) acima da superfície do substrato 200.
[0030] Ainda com referência à Figura 1A, os contatos condutivos 228 podem incluir uma lâmina condutiva 134. Em várias modalidades, a lâmina condutiva pode incluir alumínio, cobre, outros materiais condutivos, e/ou uma combinação destes. Em algumas modalidades, conforme mostrado na Figura 1A, contatos condutivos 228 podem também incluir uma ou mais regiões condutivas (metálicas ou não), tais como as regiões 130 e 132 na Figura 1A, entre a lâmina condutiva 134 e uma região semicondutora respectiva. Por exemplo, uma primeira região condutiva 130 pode incluir (por exemplo, alumínio, liga de alumínio/silício etc.), que pode ser impressa, ou depositada em camada (por exemplo, bombardeada ionicamente, evaporada etc.). Em uma modalidade, uma segunda região condutiva pode ser uma região de ligação para promover uma ligação melhorada entre as regiões de metal, lâmina condutiva e região semicondutora. Exemplo de regiões de ligação pode incluir o silício (Si), níquel (Ni), germânio (Ge), materiais de lantanídeos, ligas de alumínio e Si, Ni, Ge ou materiais lantanídeos etc. Em várias modalidades, a segunda região condutiva pode ser depositada sobre a primeira região condutiva ou sobre a lâmina antes da célula e a lâmina serem colocadas em contato. Em uma modalidade, conforme descrito aqui neste documento, uma fase/zona/região intermetálica pode ser formada de pelo menos uma porção da segunda região de metal 132 e a lâmina condutiva 134, o que pode permitir uma temperatura mais baixa e/ou menor pressão durante a termocompressão.
[0031] Em uma modalidade, a lâmina condutiva 134 e uma ou mais regiões condutivas 130 e 132 podem ser termicamente comprimidas contra a região semicondutora da célula solar e portanto, em contato elétrico com as regiões emissoras da célula solar 100A. Conforme descrito aqui neste documento, em algumas modalidades, conforme mostrado nas Figuras 1A e 1B, uma ou mais regiões condutivas (por exemplo, alumínio bombardeado ionicamente, evaporado ou alumínio, níquel, cobre impresso, etc.) podem existir entre a lâmina condutiva termicamente comprimida e as regiões emissoras. A lâmina condutiva termicamente comprimida é usada aqui neste documento para se referir a uma lâmina condutiva que tenha sido aquecida a uma temperatura na qual a deformação plástica pode ocorrer e na qual pressão mecânica tenha sido aplicada com força suficiente para que a lâmina possa aderir mais facilmente às regiões do emissor e/ou regiões condutivas.
[0032] Em algumas modalidades, a lâmina condutiva 134 pode ser uma lâmina de alumínio (Al), como alumínio puro ou como uma liga (por exemplo, uma lâmina de liga de alumínio/silício(Al/Si)). Em uma modalidade, a lâmina condutiva 134 pode incluir também metal que não seja alumínio. Tal metal que não é alumínio pode ser usado em combinação com ou em lugar de partículas de alumínio. Por exemplo, em uma modalidade, a lâmina condutiva 134 é uma lâmina de alumínio revestido de cobre, o que pode melhorar o soldabilidade e/ou que pode ajudar a permitir um processo de revestimento subsequente. Embora grande parte da revelação descreva a lâmina de metal e as regiões metálicas condutivas, note que em algumas modalidades, a lâmina condutiva não metálica (por exemplo, carbono condutivo) e regiões metálicas não condutivas podem ser usadas da mesma forma além de ou em vez da lâmina de metal e regiões condutivas de metais. Conforme descrito aqui, a lâmina de metal pode incluir liga de Al, Al- Si, estanho, cobre e/ou prata, entre outros exemplos. Em algumas modalidades, a lâmina condutiva pode ter espessura menor que 5 microns (por exemplo, menos de 1 mícron), enquanto em outras modalidades, a lâmina pode ter outras espessuras (por exemplo, 15 mícrons, 25 mícrons, 37 mícrons etc.). Em algumas modalidades, o tipo de lâmina (por exemplo, alumínio, cobre, estanho etc.) pode influenciar a espessura da lâmina necessária para alcançar transporte suficiente de corrente na célula solar. Além disso, nas modalidades contendo uma ou mais regiões condutivas adicionais 130 e 132, a lâmina pode ser mais fina do que em modalidades que não tenham aquelas regiões condutivas adicionais.
[0033] Em várias modalidades, a lâmina condutiva 134 pode ter uma ou mais características de alívio de tensão que podem ajudar a reduzir o risco e o nível de curvatura da pastilha. Detalhes adicionais sobre as características do alívio de tensão são aqui descritos.
[0034] Em várias modalidades, as regiões condutivas 130 e 132 podem ser formadas a partir de uma pasta de metal (por exemplo, uma pasta que inclui as partículas de metal e também um ligante, de modo que a pasta seja imprimível), a partir de um pó de metal (por exemplo, partículas de metal sem um ligante, um pó de partículas de alumínio, uma camada de partículas de alumínio e uma camada de partículas de cobre), ou a partir de uma combinação de pasta de metal e pó de metal. Em uma modalidade na qual é utilizada a pasta de metal, esta pode ser aplicada por meio de impressão (por exemplo, serigrafia, impressão por jato de tinta, etc.) da mesma sobre o substrato. A pasta pode incluir um solvente para facilitar sua aplicação e pode incluir também outros elementos, como ligantes ou frita de vidro.
[0035] Em várias modalidades, as partículas de metal das regiões condutivas 130 e 132 podem ter uma espessura de aproximadamente 1 a 500 mícrons. Por exemplo, para uma modalidade na qual as partículas de metal são estampadas, as partículas de metal estampadas podem ter uma espessura de aproximadamente 1 a 10 mícrons.
[0036] Em várias modalidades, as partículas de metal podem ser fundidas (antes e/ou após a lâmina condutiva e as regiões condutivas serem comprimidas termicamente), também chamado de sinterização, para aglutinar as partículas de metal juntas, o que pode aumentar a condutividade e reduzir a resistência da linha, melhorando, assim, o desempenho da célula solar. Deve-se notar que durante o processo de compressão térmica pode ocorrer também alguma aglutinação das partículas. Conforme descrito aqui, as estruturas e as técnicas reveladas podem melhorar as propriedades elétricas do contato condutivo de uma célula solar e/ou reduzir seu custo.
[0037] Embora grande parte da revelação descreva o uso de técnicas de termocompressão e estruturas (incluindo lâmina condutiva) em vez de metal revestido, em algumas modalidades, metal adicional pode ser revestido na lâmina condutiva 130. Por exemplo, níquel ou cobre podem ser revestidos de acordo com uma técnica de revestimento químico ou eletrolítico. Observe que em uma modalidade, o zinco pode ser adicionado, por exemplo, em um processo de Zincate, para permitir o revestimento em alumínio. Vários exemplos de modalidades que podem auxiliar a facilitar o revestimento são aqui descritos.
[0038] Agora com referência à Figura 1B, é ilustrada uma vista em seção transversal de uma porção de uma célula solar exemplificadora, que tem contatos condutivos formados sobre regiões emissoras formadas em um substrato, de acordo com uma modalidade. Por exemplo, nessa segunda célula exemplificadora, a lâmina condutiva termicamente comprimida pode ser usada para fabricar contatos, como contatos traseiros, para uma célula solar que tem regiões emissoras formadas em um substrato da célula solar.
[0039] Conforme mostrado na Figura 1B, uma porção de célula solar 100B inclui uma camada dielétrica dotada de um padrão 124 disposta acima de uma pluralidade de regiões de difusão com dopagem tipo n 120, uma pluralidade de regiões de difusão com dopagem tipo p 122 e sobre porções de substrato 100, como um substrato de silício cristalino em volume. Os contatos condutivos 128 estão dispostos em uma pluralidade de aberturas de contato disposta na camada dielétrica 124 e são acoplados à pluralidade de regiões de difusão com dopagem tipo n 120 e à pluralidade de regiões de difusão com dopagem tipo p 122. Em uma modalidade, as regiões de difusão 120 e 122 são formadas por meio da dopagem das regiões de um substrato de silício com dopantes tipo n e dopantes tipo p, respectivamente. Além disso, a pluralidade de regiões de difusão com dopagem tipo n 120 e a pluralidade de regiões de difusão com dopagem tipo p 122 podem, em uma modalidade, fornece regiões emissoras para célula solar 100B. Assim, em uma modalidade, os contatos condutivos 128 estão dispostos nas regiões emissoras. Em uma modalidade, os contatos condutivos 128 são contatos traseiros para uma célula solar de contato traseiro e estão situados sobre uma superfície da célula solar oposta a uma superfície receptora de luz, por exemplo, oposta a uma superfície texturizada de recepção de luz 101, conforme descrito na Figura 1B.
[0040] Em uma modalidade, referindo-se novamente a Figura 1B e semelhante à modalidade da Figura 1A, contatos condutivos 128 podem incluir uma lâmina condutiva 134 e em algumas modalidades, um ou mais regiões condutivas adicionais, tais como as regiões condutivas 130 e 132. A lâmina condutiva 134 e uma ou mais regiões condutivas podem ser comprimidas termicamente contra a região semicondutora da célula solar e/ou uma ou mais regiões condutivas entre a lâmina e a região semicondutora e, portanto, em contato elétrico com as regiões emissoras da célula solar 100A. A descrição do contato condutivo da Figura 1A aplica-se igualmente ao contato condutivo da Figura 1B, mas não é repetida por clareza da descrição.
[0041] Agora com referência à Figura 2A, a célula solar ilustrada inclui as mesmas características da célula solar da Figura 1A, exceto pelo fato de que a célula solar exemplificadora da Figura 2A não inclui uma ou mais das regiões condutivas adicionais (regiões 130 e 132 da Figura 1A). Em vez disso, a lâmina condutiva 134 é termicamente comprimida e ligada diretamente à região semicondutora da célula solar.
[0042] Da mesma forma, a célula solar ilustrada da Figura 2B inclui as mesmas características da célula solar da Figura 1B, exceto pelo fato de que a célula solar de exemplo da Figura 2B não inclui uma ou mais regiões condutivas adicionais (regiões 130 e 132 da Figura 1B). Em vez disso, a lâmina condutiva 134 é termicamente comprimida diretamente contra a região semicondutora da célula solar.
[0043] Embora certos materiais sejam aqui descritos, alguns materiais podem ser prontamente substituídos por outras modalidades sem que se afaste do espírito e do escopo das modalidades da presente revelação. Por exemplo, em uma modalidade, um substrato de material diferente, como um substrato de material do grupo III-V, pode ser usado em vez de um substrato de silício.
[0044] Deve-se notar que em várias modalidades, os contatos formados não precisam ser formados diretamente sobre um substrato em volume, conforme descrito para as Figuras 1B e 2B. Por exemplo, em uma modalidade, contatos condutivos como aqueles descritos anteriormente são formados sobre regiões semicondutoras formadas acima (por exemplo, em um lado traseiro) como substrato em volume, conforme descrito para as Figuras 1A e 2A.
[0045] O uso de partículas comprimidas termicamente pode reduzir a resistência do contato e melhorar a condutividade do contato condutivo e, como resultado, melhorar o desempenho da célula solar. Além disso, as partículas deformadas podem aumentar a coesão das partículas e a adesão das partículas à célula solar. Além disso, em uma modalidade na qual são usadas partículas de alumínio (seja em uma primeira ou segunda região condutiva ou como parte da lâmina condutiva), a deformação das partículas de alumínio pode romper a camada de óxido formada ao redor das partículas de alumínio, aumentando ainda mais a condutividade das partículas de alumínio deformadas. Quando as partículas são deformadas, a área de contato entre as partículas aumenta, auxiliando assim a interdifusão de átomos durante a sinterização, o que, por fim, melhora a condutividade e a coesão das partículas.
[0046] Agora com referência à Figura 3, é mostrado um fluxograma que ilustra um método para formar um contato condutivo, de acordo com algumas modalidades. Em várias modalidades, o método da Figura 3 pode incluir blocos adicionais (ou menos blocos) além dos ilustrados. Por exemplo, em algumas modalidades, a soldagem da lâmina, como mostrado no bloco 306, pode não ser executada.
[0047] Como mostrado em 302, uma lâmina condutiva pode ser colocada sobre uma região semicondutora. Conforme descrito aqui neste documento, a lâmina condutiva pode ser uma lâmina de alumínio, lâmina de cobre, lâmina de alumínio revestido com cobre, entre outros exemplos. Embora descrito como lâmina, note-se que a lâmina não precisa necessariamente ter a forma de uma folha, mas pode ser pré-modelada na forma de fios, fitas, dedos etc. A Figura 4A ilustra um exemplo da seção transversal de uma lâmina condutiva 404 sendo posicionada sobre a pastilha 400. Note-se que em algumas modalidades, a lâmina condutiva 404 pode sobrepor-se completamente à pastilha 400, em contraste com a ilustração da Figura 4A. Além disso, note-se que para facilidade de ilustração, as regiões reais semicondutivas não são ilustradas na Figura 4A, mas as regiões semicondutivas das Figuras 2A ou 2B aplicam-se igualmente à ilustração da Figura 4A. Como mostrado na Figura 4A, a lâmina condutiva 404 pode ser posicionada sobre regiões dielétricas 402a, 402b, 402c e 402d.
[0048] Em uma modalidade, a lâmina condutiva pode ser aspirada ou então mantida firmemente à superfície da pastilha para auxiliar a assegurar um ajuste adequado da lâmina à pastilha. Por exemplo, a superfície sobre a qual a pastilha se situa (por exemplo, placa 410 na Figura 4B) pode incluir vários furos, através dos quais o ar é removido da interface da lâmina/pastilha.
[0049] Em 304, uma técnica de termo-compressão pode ser aplicada à lâmina condutiva. A técnica de termo-compressão pode incluir aquecimento e aplicação de força mecânica à lâmina. O aquecimento da lâmina pode reduzir a quantidade de força mecânica necessária ao reduzir a tensão de ruptura da lâmina e auxiliar a melhorar a ligação. Em algumas modalidades, o aquecimento da lâmina condutiva pode incluir aquecer a lâmina a temperaturas acima de 200 graus Celsius e a aplicação de força mecânica pode incluir aplicar pressão de pelo menos 7 kPa (1 psi).
[0050] Em uma modalidade, força mecânica pode incluir compressão vertical e/ou força mecânica lateral. Força mecânica pode ser aplicada por uma ferramenta 412, tal como um rolo, placa, rodo, entre outras ferramentas. As ferramentas podem ser fabricadas em grafite, ter um revestimento de grafite, ou ser feitas a partir de ou possuir um revestimento de outro material, como Marinite A ou Marinite C ou outro material, de modo que a ferramenta não irá aderir à lâmina durante a termo-compressão. Como um exemplo de uma ferramenta, em uma modalidade, a lâmina condutiva pode ser pressionada entre duas placas substancialmente paralelas que são submetidas a pressão para forçar a pastilha e a lâmina juntos. Em outra modalidade, a lâmina e a pastilha podem ser pressionadas juntas usando membranas flexíveis com fluido pressurizado do outro lado da membrana. A prensagem por fluido pressurizado pode ser prensagem isostática de bolsa seca ou bolsa úmida, que pode ser prensagem isostática a frio ou a quente.
[0051] Em várias modalidades, pode-se aplicar aquecimento e força mecânica juntos ou o aquecimento pode ocorrer primeiro, seguido pela aplicação de força mecânica. Por exemplo, em uma modalidade, a pastilha 400 pode ser colocada sobre uma superfície quente 410, como uma chapa quente regulada a aproximadamente 400-500 graus Celsius como mostrado na Figura 4B. Em uma modalidade, a ferramenta 412 pode ser aquecida, além de ou em vez do aquecimento da superfície sobre a qual a pastilha está posicionada. Note-se que aproximadamente 400-500 graus é um exemplo usado para uma lâmina com base de alumínio na faixa de 20-40 mícrons, mas existem outros exemplos. Por exemplo, para uma lâmina de um tipo e espessura diferentes, uma temperatura diferente e tempo suficiente para amolecer a lâmina podem ser usados. Além disso, conforme descrito aqui neste documento, ao usar uma segunda região condutiva a partir da qual pode ser formada uma fase intermetálica, uma temperatura mais baixa e menor força podem ser usadas para a termo-compressão.
[0052] Em uma modalidade, além de ou em vez de formar uma ligação por termo-compressão, agitação ultra-sônica da interface lâmina-material inicial pode ser usada, o que pode resultar em uma ligação mais forte ou reduzir a temperatura de processamento necessária para a ligação.
[0053] Em uma modalidade, a temperatura utilizada para aquecer a lâmina condutiva e/ou regiões condutivas pode ser semelhante a uma temperatura utilizada em um processo de recozimento de gás formado (“FGA” - Formed Gas Anneal) para a fabricação de uma célula solar. Consequentemente, em uma modalidade, o aquecimento da lâmina e/ou a aplicação de força mecânica podem ser realizados durante o processo FGA na mesma ferramenta, o que pode resultar em menor número de peças de equipamento de fabricação e economia de tempo durante o processo de fabricação.
[0054] Em algumas modalidades, a ferramenta, placas e/ou a superfície podem ser feitas de um material que tenha menor probabilidade de formar uma ligação com a lâmina condutiva ou pastilha. Por exemplo, em uma modalidade na qual a lâmina condutiva inclui alumínio, a ferramenta pode incluir grafite para tornar a ferramenta em si menos propensa a aderir ou ligar-se à lâmina.
[0055] Em algumas modalidades, a lâmina condutiva pode expandir-se mais do que a pastilha, de modo que, ao refrigerar, o conjunto da pastilha/lâmina pode curvar-se conforme a lâmina se contrai mais do que a pastilha. Para ajudar a aliviar a curvatura da pastilha, uma ou mais características de alívio de tensão podem ser adicionadas à lâmina. Por exemplo, em uma modalidade, a força mecânica pode ser seletivamente aplicada (por exemplo, desigualmente distribuída). Uma força seletiva pode ser aplicada com uma ferramenta padronizada, que em algumas modalidades pode ser uma placa padronizada ou matriz padronizada. Ao padronizar o campo de pressão aplicado contra a lâmina, regiões da lâmina podem ser alternadamente unidas, fortemente e fracamente. Áreas fracamente ligadas podem ser mais facilmente removidas da célula por ataque químico, ablação por laser, corte, uma combinação de ataque químico, ablação, e/ou corte etc.
[0056] Em algumas modalidades, a lâmina pode ser ligada à pastilha em pontos ou linhas discretas (fortemente ligadas) com a lâmina dobrando-se em afastamento do plano da pastilha em outros pontos (fracamente ligados). As regiões da lâmina fracamente ligadas podem deslaminar da pastilha, permitindo a deformação plástica (contração) dessas regiões, o que pode aliviar a tensão do sistema e reduzir o dobramento da pastilha. Vários exemplos das características de alívio de tensão e matriz padronizada podem ser vistos nas Figuras 9, 10, 11A-11C e 12A-12C. Como um exemplo específico, como mostrado nas Figuras 11A-11C, pode-se aplicar força em um padrão que se aproxima do padrão de dedo da célula solar, que pode não só criar características de alívio de tensão, mas também pode concentrar a força mecânica nas regiões correspondentes aos contatos de modo que a força mecânica total aplicada à célula como um todo pode ser reduzida. Outras características de alívio de tensão podem incluir perfurações ou fendas na lâmina, entre outros exemplos.
[0057] Em algumas modalidades, material condutivo adicional pode ser adicionado na parte superior da lâmina condutiva. Por exemplo, uma lâmina condutiva adicional pode ser adicionada antes ou após a aplicação de aquecimento e força mecânica. Como um exemplo específico, uma região de cobre (por exemplo, uma pasta, lâmina ou pó de cobre) pode ser adicionada na lâmina condutiva e termicamente comprimida juntamente com a lâmina condutiva e substrato de modo que a porção mais externa do contato seja cobre, o que pode tornar a soldagem mais eficaz, por exemplo, para interligar as várias células solares. Em outra modalidade, o material condutivo adicional pode incluir metal revestido, como o cobre.
[0058] Em 306, a lâmina condutiva pode ser soldada em algumas modalidades. Em outras modalidades, a soldagem no bloco 306 pode não ser executada. Em uma modalidade, a lâmina condutiva pode ser soldada nas regiões de semicondutores da célula solar sem executar a técnica de termo-compressão no bloco 304. Em outra modalidade, a lâmina condutiva pode ser soldada às regiões semicondutoras após executar o bloco 304. A soldagem pode ser feita por solda a laser, soldagem por atrito ou outros tipos de solda e pode ser aplicada como solda por ponto (por exemplo, nos locais correspondentes aos dedos) e pode aumentar a resistência das ligações.
[0059] Como mostrado em 308, a lâmina condutiva pode ser padronizada. Existem inúmeros exemplos de padronização e serão descritos mais detalhadamente abaixo. Por exemplo, a padronização em 308 pode incluir uma padronização de cobertura e ataque químico, padronização para um canal e decapar, padronização para encobrir, um canal e decapar, entre outros exemplos. Em uma modalidade na qual uma ligação por termo- compressão é substancialmente contínua sobre uma grande área da pastilha, um ataque químico úmido pode ser usado como um método de padronização com um risco reduzido de aprisionamento de química de ataque químico na estrutura.
[0060] Agora com referência à Figura 5, é mostrado um fluxograma que ilustra um método para formar um contato condutivo, de acordo com algumas modalidades. Em várias modalidades, o método da Figura 5 pode incluir blocos adicionais (ou menos blocos) além dos ilustrados. Por exemplo, em algumas modalidades, a soldagem da lâmina, como mostrado no bloco 508, pode não ser executada. Ou, em algumas modalidades, a aplicação da técnica de termo-compressão em 506 pode não ser executada. Além disso, em várias modalidades, a descrição do método da Figura 3 aplica-se igualmente à descrição do método da Figura 5. Consequentemente, por clareza de explicação, alguma descrição deste método não é repetida.
[0061] Como mostrado em 502, uma primeira região de metal (ou região condutiva não metálica) pode ser formada sobre uma região semicondutora. Em uma modalidade, a primeira região de metal pode ser uma pasta, partículas, ou uma camada fina contínua etc, e pode ser formada em uma variedade de maneiras, como por exemplo por bombardeamento iônico, impressão de metal (por exemplo, impresso em um padrão, como um padrão de dedo), evaporação, ou então depósito etc. A primeira região de metal pode incluir metais, solventes, ligantes, modificadores de viscosidade etc. Exemplos de metais são alumínio, alumínio-silício, outras ligas de alumínio, entre outros exemplos.
[0062] Em várias modalidades, a espessura da primeira região de metal pode ser inferior a 5 mícrons, e em uma modalidade, pode ser menor do que 1 mícron.
[0063] Em uma modalidade, uma ou mais regiões adicionais podem ser formadas sobre a primeira região de metal (por exemplo, por bombardeamento iônico, impressão, evaporação etc.). Em uma modalidade, a região adicional (por exemplo, um segundo metal ou região condutiva não metálica) pode incluir uma região de ligação que pode formar uma fase intermetálica ou liga com a lâmina condutiva. Exemplos de tal região de ligação incluem níquel, germânio, silício, metais lantanídios, ou uma liga de pelo menos alumínio com um desses materiais. Em uma modalidade, a região de ligação pode formar a fase intermetálica em uma temperatura abaixo do ponto de fusão da lâmina condutiva (por exemplo, para uma modalidade em que a lâmina condutiva é uma lâmina de alumínio, abaixo do ponto de fusão do alumínio). Ao formar a fase intermetálica ou a liga, uma ligação suficiente pode ser formada entre a lâmina, a fase intermetálica, a primeira região de metal, e o substrato mesmo com uma temperatura mais baixa de termo-compressão e/ou menor pressão. Consequentemente, ao usar menor pressão e uma temperatura mais baixa, pode ser reduzido o risco de danos à pastilha. Além disso, a fase intermetálica pode permitir ignorar a técnica de termo-compressão completamente e fornece uma ligação suficiente por meio de outra técnica, como a soldagem. Consequentemente, em uma modalidade, a lâmina e a segunda região de metal podem ser soldadas, e ao fazer assim, forma-se então uma fase intermetálica.
[0064] Em uma modalidade, a primeira e segunda regiões de metal podem ser formadas com a mesma ferramenta (por exemplo, ferramenta PVD, ferramenta CVD etc.) e, portanto, soma-se pouco tempo de processamento e custos ao processo de fabricação.
[0065] Em uma modalidade na qual região de metal adicional é um material inicial impresso, a primeira região de metal pode ser queimada para volatizar solventes e qualquer modificador de viscosidade, bem como ativar quaisquer ligantes. Após a queima, as partículas da pasta podem ser ligadas umas às outras e ao substrato. A queima pode ser executada antes ou depois da termo-compressão.
[0066] Como mostrado em 504, uma lâmina condutiva pode ser colocada sobre a primeira região de metal e em modalidades nas quais regiões adicionais de metal estão sobre a primeira região de metal, sobre a região adicional de metal. Conforme descrito aqui neste documento, a lâmina condutiva pode ser uma lâmina de alumínio, lâmina de cobre, lâmina de alumínio revestido com cobre, entre outros exemplos. Além disso, conforme descrito aqui neste documento, várias camadas de lâmina condutiva podem ser usadas (por exemplo, uma camada de lâmina de alumínio, e uma camada de lâmina de cobre etc.).
[0067] Em uma modalidade, uma técnica de termo-compressão pode ser aplicada à lâmina condutiva como mostrado em 506 e conforme descrito no bloco 304 da Figura 3.
[0068] Em 508, em uma modalidade, a lâmina condutiva pode ser soldada conforme descrito no bloco 306 da Figura 3.
[0069] Como mostrado em 510, a lâmina e quaisquer regiões de metal (por exemplo, primeira, segunda etc.) podem ser padronizados conforme descrito no bloco 308 da Figura 3 e conforme descrito aqui neste documento.
[0070] As Figuras 6A e 6B ilustram vistas em seção transversal da formação de um contato condutivo em uma modalidade com uma primeira região de metal bombardeado ionicamente. Como mostrado na Figura 6A, a lâmina condutiva 604 é colocada sobre a primeira região de metal 606, que é formada pela pastilha 600. Como mostrado, a primeira região de metal é bombardeada ionicamente de modo que pelo menos uma porção desta esteja entre regiões dielétricas 602a-d e pelo menos uma porção desta esteja sobre aquelas regiões dielétricas. Note que em algumas modalidades, a lâmina condutiva 604 pode sobrepor-se completamente à pastilha 600. Além disso, note-se que para facilidade de ilustração, as regiões semicondutoras reais não são ilustradas na Figura 6A, mas as regiões semicondutoras da Figura 1A ou 1B aplicam-se igualmente à ilustração da Figura 6A.
[0071] Como mostrado na Figura 6B, a pastilha 600 é posicionada sobre uma superfície quente, como por exemplo a chapa aquecida 610 regulada a aproximadamente 400-500 graus Celsius. Aplica-se então pressão pela ferramenta 612, para aplicar a porção de compressão da técnica de termo- compressão. Existem também outros exemplos de técnicas de termo- compressão, como descrito aqui neste documento. Por exemplo, a ferramenta 612 pode aplicar calor bem como pressão, em vez de, ou além da placa de aplicação de calor.
[0072] As Figuras 7A e 7B ilustram vistas em seções transversais da formação de um contato condutivo em uma modalidade com uma primeira região de metal impresso como material inicial. Em contraste com a Figura 6A, a primeira região de metal 706 na Figura 7A é uma região de material inicial impresso que não cobre toda a superfície da pastilha 700. Por exemplo, o padrão no qual a região de material inicial é impressa pode estar sob a forma de dedo, de modo que a primeira região de metal 706 não precisa necessariamente ser padronizada. Embora as regiões dielétricas das Figuras 6A e 6B não sejam ilustradas na Figura 7A, por motivo de clareza, estas regiões podem estar presentes, no entanto, no exemplo da Figura 7A também. Observe que nas Figuras 7A e 7B, as partículas da primeira região de metal 706 foram especificamente ilustradas, mas um especialista entenderá que a estrutura da primeira região de metal 706 é similar à estrutura das outras regiões de metal aqui descritas.
[0073] A Figura 7B ilustra a aplicação da termo-compressão à primeira região de metal 706 e lâmina condutiva 704. Como mostrado, as partículas da primeira região de metal 706 podem ser deformadas, o que pode fazer com que as mesmas adiram melhor umas às outras e ao substrato e diminuam a resistência da linha, aumentando, assim, a condutividade e o desempenho da célula solar. Como é o caso com o exemplo das Figuras 6A- 6B e 7A-7B, existem outros exemplos para aquecer e aplicar pressão. Por exemplo, em vez de ou além de usar uma chapa quente 710, a ferramenta 712 pode ser aquecida. Ou, a ferramenta e o conjunto podem ser colocados em um forno (por exemplo, como parte de um processo FGA ou outro processo).
[0074] A Figura 8 ilustra vistas em seções transversais de vários exemplos de sequências de padronização para padronização da lâmina (e em algumas instâncias regiões de metal para formar um contato condutivo. Embora a Figura 8 ilustre três sequências de padronização, outras podem existir. As três primeiras vistas podem aplicar-se a todas as três sequências. Como mostrado, uma primeira região de metal 806 é formada sobre a pastilha 800 e uma lâmina condutiva é colocada sobre a primeira região de metal 806. Conforme descrito aqui neste documento, observa-se que a primeira região de metal 806 pode não estar presente em algumas modalidades (por exemplo, como mostrado nas Figuras 2A, 2B e 3). E nota-se que em algumas modalidades, uma ou mais regiões de metal adicionais podem estar presentes. Técnicas de padronização similares podem aplicar-se independentemente de uma região ou regiões de metal estarem presentes entre a lâmina condutiva e a região semicondutora.
[0075] A sequência de padronização mais à esquerda ilustra uma sequência de cobertura, ranhura e ataque químico. Como mostrado, uma cobertura não-padronizada 816 (por exemplo, uma resistência, filme não-padronizado ao ataque químico etc.) é aplicada à lâmina condutiva 804, por exemplo, em substancialmente toda a superfície da lâmina condutiva. A cobertura 816 é então padronizada conforme mostrado na próxima vista na sequência, seja por ablação a laser, ranhuramento mecânico, ou outro processo. Em uma modalidade, a lâmina condutiva pode também ser padronizada ou ranhurada, por exemplo por ablação a laser. Em seguida, um ataque químico é aplicado e a cobertura é removida com a célula resultante com contatos condutivos ilustrados na sequência final.
[0076] A sequência de padronização do meio é semelhante à sequência de cobertura, ranhura e ataque químico exceto pelo fato de que a cobertura 816 é aplicada (por exemplo, impressa) em um padrão específico, em vez de uma cobertura de manta. Como mostrado, um ataque químico é aplicado e depois a cobertura 816 é removida com a célula resultante com contatos condutivos ilustrados na vista final da sequência.
[0077] A sequência mais à direita ilustra uma técnica de padronização de ranhura e ataque químico que não inclui a aplicação de uma cobertura (manta, padronizada ou não). Como mostrado, a lâmina condutiva real 804 pode ser ranhurada em locais correspondentes às regiões dielétricas 802 (e onde se deseja a separação entre os dedos). Em uma modalidade, o ranhuramento a laser desses locais pode remover a maior parte da espessura nesses locais. Consequentemente, a ranhura não corta inteiramente a lâmina, em vez disso, deixando uma porção intacta. É aplicado então um ataque químico, que remove a porção restante da ranhura, separando assim a lâmina (e quaisquer regiões de metal entre a lâmina e a região semicondutora) no padrão.
[0078] Semelhante ao exemplo de ranhura e ataque químico, em uma modalidade, a lâmina condutiva 804 pode incluir um revestimento resistente ao ataque químico em sua superfície externa. O revestimento resistente ao ataque químico pode ser padronizado por laser ou outro método, seguido por uma ou mais etapas de ataques químicos.
[0079] As estruturas de termo-compressão reveladas podem oferecer muitas vantagens ao levar em consideração as várias técnicas de padronização. Por exemplo, devido ao fato de a lâmina condutiva (e, se aplicável, regiões condutivas) ser comprimida substancialmente de modo uniforme em toda a célula solar, um ataque químico úmido pode ser usado com um risco reduzido de aprisionar um ataque químico na célula solar, ao contrário de técnicas nas quais as regiões da lâmina ou do metal deixam lacunas nas quais o ataque químico poderia ficar aprisionado.
[0080] As Figuras 9 e 10 ilustram vistas em seções transversais de várias sequências de exemplo para aplicar pressão seletivamente na formação de um contato condutivo. Os exemplos das Figuras 9 e 10 ilustram a primeira região de metal 906, mas nota-se que em outras modalidades, ela pode ser omitida. Uma pressão seletiva é aplicada, como mostrado pelas setas para baixo, por uma matriz padronizada 912/1012 ou outra ferramenta para aplicar pressão seletivamente para ligar regiões selecionadas da lâmina, regiões condutivas e uma região semicondutora. Por exemplo, as regiões selecionadas podem corresponder ao que, em última análise, são os contatos condutivos ou os dedos da célula solar. Conforme ilustrado, a pressão seletiva pode resultar em uma ou mais características de alívio de tensão 918/1018 que podem ajudar a aliviar a tendência da pastilha em dobrar-se, conforme descrito aqui neste documento. Observa-se que as características de alívio de tensão 918/1018 podem não ser ligadas à primeira região condutiva, conforme ilustrado, ou podem ser fracamente ligadas em comparação com outras regiões.
[0081] Além disso, em modalidades nas quais as regiões semicondutivas são separadas por uma estrutura de trincheira, a aplicação de pressão seletiva pode reduzir o risco de que as bordas das regiões semicondutoras se rompam e, portanto, reduzem o risco de que existam porções não passivadas indesejadas da região semicondutora (o que poderia existir se uma porção suficiente da borda se rompesse).
[0082] Semelhante às técnicas de padronização ilustradas na Figura 8, várias técnicas de padronização de exemplo são ilustradas nas Figuras 9 e 10. Vários detalhes descritos na Figura 8 não serão repetidos na descrição das Figuras 9 e 10. Em uma modalidade, a técnica de padronização mostrada no lado esquerdo da Figura 9 ilustra a aplicação de uma cobertura padronizada 916, seguida por um ataque químico (que remove a porção da lâmina e a primeira região de metal não coberta pela cobertura 916) e a remoção da cobertura 916.
[0083] A técnica de padronização mostrada no lado direito da Figura 9 ilustra uma ranhura e uma técnica de ataque químico similar à técnica de ranhura e ataque químico da Figura 8. Como mostrado, as regiões da lâmina entre as áreas semicondutoras respectivas são ranhuradas (por exemplo, por ablação a laser). Embora mostrado como uma ranhura completa das regiões da lâmina, em algumas modalidades, o ranhuramento pode remover menos do que toda a espessura da lâmina no local ranhurado. Ou, em algumas modalidades, toda a espessura da lâmina no local ranhurado pode ser removida e uma porção da primeira região de metal também pode ser removida. A vista final no lado direito da Figura 9 ilustra a célula solar resultante depois de aplicar um ataque químico. Quando comparada com o exemplo de cobertura e ataque químico da Figura 8, a ranhura ilustrada e o ataque químico de exemplo podem resultar em dedos mais largos e pode também resultar em pelo menos uma porção da característica do alívio de tensão restante na célula. Nota-se, no entanto, que uma área mais larga da ranhura pode ser usada em outros exemplos de modo que a largura dos dedos em uma ranhura e o exemplo de ataque químico podem ser substancialmente semelhantes àquele exemplo da cobertura e ataque químico.
[0084] A Figura 10 ilustra uma sequência principal semelhante como na Figura 9, mas com duas técnicas diferentes de padronização da Figura 9. A técnica de padronização à esquerda da Figura 10 ilustra uma técnica de cobertura não-padronizada, semelhante à técnica de cobertura não- padronizada da Figura 8, considerando que a técnica de padronização à direita da Figura 10 ilustra uma técnica de cobertura, ranhura e ataque químico semelhante à Figura 8.
[0085] Nos vários exemplos das Figuras 8-10, a técnica de cobertura não- padronizada, ranhura e ataque químico podem permitir o uso de escolhas alternativas de cobertura (por exemplo, uma folha de PET, que não pode ser impressa) e pode resultar em menor ataque químico da superfície superior do dedo deixando mais metal intacto nos dedos. Além disso, a técnica de cobertura, ranhura e ataque químico pode permitir menor carregamento de metal no banho de ataque químico.
[0086] As Figuras 11A-11C ilustram vistas em seção transversal de um exemplo de uma sequência para aplicar pressão seletivamente na formação de um contato condutivo. Os exemplos da Figura 11A-11C ilustram a aplicação de pressão seletiva na lâmina condutiva 1100 para obter um padrão de dedo em que o metal da lâmina condutiva é substancialmente paralelo ao metal correspondente na primeira região de metal 1102. Tal padrão é referido aqui neste documento como um bom padrão M2.
[0087] As Figuras 12A-12C ilustram vistas em seção transversal de um exemplo de uma sequência para aplicar pressão seletivamente na formação de um contato condutivo. Os exemplos das Figuras 12A-12C ilustram a aplicação de pressão seletiva na lâmina condutiva 1200 para obter um padrão de dedo em que o metal da lâmina condutiva é substancialmente perpendicular ao metal correspondente na primeira região de metal 1202. Tal padrão é referido aqui neste documento como um padrão M2 grosseiro. Como mostrado, para obter tal padrão, um dielétrico a alta temperatura 1206 pode ser formado sobre a primeira região condutiva 1202 correspondente a um tipo de metal oposto de onde a lâmina dedo 1200 se encontra. Por exemplo, para as regiões nas quais os dedos do tipo “p” da lâmina condutiva sobrepõem-se às primeiras regiões de metal tipo “n”, o dielétrico 1206 pode ser aplicado aquelas primeiras regiões de metal tipo “n”. E para as áreas onde os dedos tipo “n” da lâmina condutiva se sobrepõem às primeiras regiões metal tipo “p”, o dielétrico 1206 pode ser aplicado a essas primeiras regiões de metal tipo “p”.
[0088] Embora as Figuras 11A-11C e 12A-12C ilustrem os conceitos de padrões M2 finos e grosseiros usando a aplicação de pressão seletiva, em outras modalidades, a aplicação de pressão substancialmente distribuída de modo uniforme pode ser usada para obter os padrões M2 finos e grosseiros ilustrados.
[0089] As Figuras 13-16 ilustram vistas em seções transversais de várias sequências de exemplo para formar um contato condutivo em modalidades nas quais uma porção adicional de metal é adicionada à lâmina condutiva.
[0090] A Figura 13 ilustra uma lâmina condutiva 1304 com uma camada condutiva 1316 no topo. Em várias modalidades, a camada condutiva adicional 1316 pode ser uma camada bombardeada ionicamente ou evaporada, pode ser um revestimento da lâmina condutiva, ou pode ser uma lâmina separada que é termicamente comprimida durante a compressão térmica da lâmina ou soldada em algumas modalidades.
[0091] Em uma modalidade, a lâmina condutiva 1304 é uma lâmina de alumínio com uma camada condutiva adicional 1316 de cobre. Como mostrado, uma cobertura de revestimento 1312 pode ser aplicada em um determinado padrão sobre a camada condutiva adicional 1316. Cobre 1308 e/ou estanho 1310 pode ser revestido na camada condutiva adicional 1316. Um processo de ataque químico pode então ser aplicado ao remover a cobertura de revestimento 1302 e atacar as camadas de metal 1316, 1304 e 1306 em um ácido adequado ou uma série de ácidos, resultando na remoção da cobertura, e várias camadas de metal resultando na célula solar padronizada na vista final da Figura 13.
[0092] Ao usar uma superfície de cobre como a camada condutiva adicional, pode ser executado o revestimento com cobre e/ou solda das interconexões de célula a célula.
[0093] A Figura 14 ilustra uma lâmina condutiva 1404 com uma camada condutiva adicional 1416 como no exemplo da Figura 13. Diferente da Figura 13, o exemplo na Figura 14 não inclui uma região de metal adicional (como na primeira região de metal 1306 na Figura 13). Em vez disso, a lâmina condutiva 1404 pode fazer contato direto com o silício entre aberturas nas regiões dielétricas 1402. As vistas restantes da Figura 14 são semelhantes às da Figura 13; portanto, a descrição aplica-se igualmente às vistas da Figura 14.
[0094] A Figura 15 ilustra uma lâmina condutiva 1504 com regiões condutivas adicionais 1516 como blocos de ligação, tais como blocos de ligação soldáveis. Vários exemplos de regiões condutivas adicionais incluem lâmina de cobre, lâmina de níquel, entre outros materiais soldáveis. Como mostrado, existem regiões condutivas adicionais 1516 nos blocos de ligação, como mostrado na Figura 15. Os blocos de ligação podem ser termo- comprimidos na lâmina condutiva 1504, ou podem ser soldados ou ligados de outra forma à lâmina condutiva 1504. A sequência de padronização ilustrada no lado esquerdo da Figura 15 ilustra uma técnica de padronização de cobertura e de ataque, considerando que no lado direito da Figura 15 ilustra-se uma técnica de padronização de ranhura e ataque, sendo que ambos são descritos aqui neste documento.
[0095] A Figura 16 ilustra um processo no qual é aplicada uma cobertura de cobre na lâmina de cobre revestida. Como mostrado, uma cobertura de ataque químico de cobre 1602 pode ser aplicada à camada de cobre adicional 1616, seguida por um ataque de porções de cobre (por exemplo, por cloreto férrico, peróxido/HCl, ou outros químicos de ataque de cobre etc.) seguido por um ataque de porções da lâmina condutiva restante, resultando na estrutura na vista final da Figura 16.
[0096] Em uma modalidade, o revestimento da lâmina pode ser padronizado (por exemplo, padronizado por laser) para formar uma cobertura de cobre de ataque químico, que pode ser usada como uma cobertura dura para resistir ao ataque químico para ataque KOH de alumínio.
[0097] As Figuras 17A e 17B ilustram vistas em seção transversal de uma estrutura de célula solar contendo uma região intermetálica. As Figuras 17A e 17B ilustram uma estrutura de célula solar semelhante às estruturas das Figuras 1A e 1B contendo a primeira e segunda regiões de metal 1706 e 1708 e uma lâmina condutiva 1704. Como mostrado, ambas as estruturas contêm uma zona/fase/região intermetálica 1710, conforme descrito aqui neste documento, que é formada a partir da segunda região de metal 1706 e da lâmina condutiva 1704. A diferença entre as Figuras 17A e 17B é que a Figura 17A ilustra a lâmina condutiva termicamente comprimida e a primeira e segunda regiões de metal para formar a fase intermetálica 1710 considerando que a Figura 17B ilustra o uso de calor (por exemplo, calor de laser) para localmente fundir o metal para formar a fase intermetálica 1710.
[0098] Em uma modalidade, a segunda região de metal 1708 pode ser níquel, germânio ou silício. Em várias modalidades, a espessura da primeira região de metal 1706 pode ser menor que 5 mícrons (por exemplo, menor que 1 mícron), e a lâmina condutiva 1704 pode ter entre 10 e 100 mícrons (por exemplo, 30-60 mícrons).
[0099] Em uma modalidade, a espessura da segunda região de metal 1708 é escolhida de modo que a resistência da ligação da junta intermetálica resultante seja elevada e que o volume da lâmina condutiva convertida em fase intermetálica seja limitado para não reduzir sua resistência mecânica ou sua condutividade elétrica.
[00100] Para o exemplo da Figura 17A, a formação de zona intermetálica pode ser pelo menos parcialmente dependente da espessura da segunda região condutiva. No exemplo da Figura 17B, o volume que é afetado pela formação intermetálica pode ser dependente da espessura da lâmina condutiva e a dimensão lateral da zona de fusão 1715. Assim, em algumas modalidades, a espessura da segunda região condutiva e a dimensão lateral da zona de fusão 1715 podem ser usadas para definir a relação entre a concentração dos dois metais na mistura intermetálica e um valor que é adequado para produzir uma junta mecanicamente estável.
[00101] Ao usar uma segunda região de metal que permite a criação de uma zona intermetálica, uma temperatura mais baixa e/ou menor pressão pode ser usada, reduzindo, portanto, o risco de danificar a célula solar.
[00102] Embora as modalidades específicas tenham sido descritas acima, essas modalidades não se destinam a limitar o escopo da presente revelação, mesmo quando apenas uma única modalidade for descrita com relação a uma característica específica. Exemplos de características fornecidos na revelação destinam-se a ser ilustrativos, ao invés de restritivos, a menos que indicado em contrário. A descrição acima tem por objetivo abranger tais alternativas, modificações e equivalentes como ficaria evidente a um versado na técnica tendo o benefício da presente revelação.
[00103] O escopo da presente revelação inclui qualquer recurso ou combinação de recursos descritos aqui (seja explicita ou implicitamente), ou qualquer generalização dos mesmos, mitigando ou não qualquer dos problemas tratados na presente invenção. Consequentemente, novas reivindicações podem ser formuladas durante o processo deste pedido (ou de um pedido reivindicando prioridade ao mesmo) para qualquer uma dessas combinações de recursos. Em particular, com referência às reivindicações anexas, recursos das reivindicações dependentes podem ser combinados com aqueles das reivindicações independentes e recursos das respectivas reivindicações independentes podem ser combinados de qualquer maneira adequada e não apenas nas combinações específicas enumeradas nas reivindicações anexas.
[00104] Em uma modalidade, uma célula solar inclui um substrato, uma região semicondutora disposta no ou acima do substrato, e uma lâmina condutiva termicamente compactada na região semicondutora.
[00105] Em uma modalidade, a célula solar inclui ainda um primeiro metal entre a lâmina condutiva e a região semicondutora.
[00106] Em uma modalidade, a célula solar inclui ainda um segundo metal entre a lâmina condutiva e o primeiro metal.
[00107] Em uma modalidade, a célula solar inclui ainda uma fase intermetálica do segundo metal e a lâmina condutiva.
[00108] Em uma modalidade, a lâmina condutiva inclui alumínio.
[00109] Em uma modalidade, a lâmina condutiva é uma lâmina de alumínio revestida de cobre.
[00110] Em uma modalidade, a célula solar inclui ainda uma região de contato para acoplar a célula solar a outra célula solar, em que a região de contato inclui um tipo diferente de metal do que a lâmina condutiva.
[00111] Em uma modalidade, um método de fabricar uma célula solar inclui posicionar uma lâmina condutiva sobre uma região semicondutora disposta no ou acima de um substrato, aquecer a lâmina condutiva e aplicar a força mecânica na lâmina condutiva aquecida para formar uma ligação condutiva para a célula solar.
[00112] Em uma modalidade, o referido aquecimento da lâmina condutiva e a referida aplicação de força mecânica são executadas pela mesma ferramenta.
[00113] Em uma modalidade, a célula solar inclui ainda a referida aplicação de força mecânica ser executada usando uma matriz padronizada.
[00114] Em uma modalidade, o método inclui ainda formar uma característica de alívio de tensão.
[00115] Em uma modalidade, o método inclui ainda formar uma região soldável sobre a lâmina condutiva, em que a região soldável inclui um material diferente daquele da lâmina condutiva.
[00116] Em uma modalidade, o referido aquecimento da lâmina e a referida aplicação de força mecânica são realizados como parte de processo de recozimento por gás.
[00117] Em uma modalidade, a referida aplicação de força mecânica é realizada substancialmente de modo uniforme em toda a lâmina condutiva correspondente ao substrato.
[00118] Em uma modalidade, o método inclui ainda, após a referida aplicação de força mecânica, a soldagem a laser da ligação condutiva.
[00119] Em uma modalidade, o método inclui ainda regiões de ranhuramento e ataque químico da lâmina para formar os dedos de contato para a célula solar.
[00120] Em uma modalidade, um método de fabricar uma célula solar inclui formar uma primeira região de metal sobre uma região semicondutora disposta em ou acima de um substrato, colocando uma lâmina condutiva sobre a primeira região de metal, ligando a lâmina condutiva à primeira região do metal e padronizando a lâmina condutiva e a primeira região de metal.
[00121] Em uma modalidade, o método inclui ainda formar uma segunda região de metal sobre a primeira região de metal, sendo que a referida ligação inclui ligar a lâmina condutiva ao primeiro e segundo metal, e sendo que a referida padronização inclui a padronização da lâmina condutiva e a primeira e segunda regiões de metal.
[00122] Em uma modalidade, a referida ligação inclui formar um composto intermetálico a partir da lâmina condutiva e da segunda região de metal.
[00123] Em uma modalidade, o método inclui ainda aplicar uma técnica de agitação ultrassônica na lâmina condutiva e primeira região de metal.
[00124] Em uma modalidade, a referida padronização da lâmina condutiva inclui imprimir uma cobertura sobre regiões da lâmina condutiva e aplicar um ataque químico.
[00125] Em uma modalidade, a referida padronização da lâmina condutiva inclui regiões de ranhuramento a laser da lâmina condutiva para remover a maioria da espessura das regiões e aplicar um ataque químico.
[00126] Em uma modalidade, a referida padronização da lâmina condutiva inclui aplicar uma cobertura não-padronizada em toda a lâmina condutiva, padronizar a cobertura não-padronizada e aplicar um ataque químico.
[00127] Em uma modalidade, a referida padronização da lâmina condutiva inclui padronização a laser de um revestimento resistente ao ataque ácido da lâmina condutiva e aplicar um ataque químico.

Claims (15)

1. Método de fabricação de uma célula solar, caracterizado por compreender: posicionar uma lâmina condutiva (134, 404, 604, 704, 804, 1304, 1404, 1504, 1704)sobre uma região semicondutora disposta em ou sobre um substrato (100, 200, 400, 600, 700, 800, 900, 1000, 1100, 1200, 1300, 1400, 1500, 1600, 1700), aquecer a lâmina condutiva; aplicar força mecânica na lâmina condutiva aquecida para formar uma ligação condutiva para a célula solar e a referida padronização da lâmina condutiva incluir padronização a laser de um revestimento resistente ao ataque químico da lâmina condutiva e aplicar um ataque químico.
2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por pelo fato de o referido aquecimento da lâmina condutiva e a referida aplicação de força mecânica serem executados por uma mesma ferramenta.
3. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por pelo fato de a referida aplicação de força mecânica ser executada usando uma matriz padronizada.
4. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por o referido aquecimento da lâmina e a referida aplicação de força mecânica serem executados como parte de processo de recozimento em gás.
5. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por a referida aplicação de força mecânica ser realizada de modo uniforme em toda a lâmina condutiva correspondente ao substrato.
6. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a lâmina condutiva incluir alumínio e ser uma lâmina de alumínio revestida de cobre.
7. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o aquecimento da lâmina condutiva poder incluir o aquecimento da lâmina a temperaturas acima de 200 °C.
8. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por aplicação de força mecânica poder incluir a aplicação pressão de pelo menos 7 kPa (1 psi).
9. Método de fabricação de uma célula solar, compreendendo a formação uma primeira região de metal (606, 706, 806, 906, 1102, 1202, 1306, 1706) sobre uma região semicondutora disposta em ou acima de um substrato (600, 700, 800, 800, 900, 1100, 1200, 1300, 1700), o posicionamento de uma lâmina condutiva (604, 704, 704, 804, 1304, 1704) sobre a primeira região de metal, união da lâmina condutiva na primeira região de metal, e a padronização da lâmina condutiva e a primeira região de metal caracterizado por padronização da lâmina condutiva incluir padronização a laser de um revestimento resistente ao ataque químico da lâmina condutiva e aplicar um ataque químico.
10. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por a união da lâmina condutiva na primeira região de metal compreende o aquecimento da lâmina condutiva e aplicação de força mecânica para unir a lâmina condutiva na primeira região de metal.
11. Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado por a referida aplicação de força mecânica ser executada usando uma matriz padronizada.
12. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 ou 11, caracterizado por o referido aquecimento da lâmina e a referida aplicação de força mecânica serem executados como parte de processo de recozimento em gás.
13. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 10 a 12, caracterizado por a referida aplicação de força mecânica ser realizada de modo uniforme em toda a lâmina condutiva correspondente ao substrato.
14. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 9 a 13, caracterizado por compreender ainda a formação de uma segunda região de metal (132, 1706, 1708) sobre a primeira região de metal, sendo que a referida ligação inclui ligar a lâmina condutiva ao primeiro e segundo metal, e sendo que a referida padronização inclui a padronização da lâmina condutiva e a primeira e segunda regiões de metal.
15. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 9 a 13, caracterizado por a referida ligação incluir a formação de um composto intermetálico a partir da lâmina condutiva e a segunda região de metal.
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