JP2004503112A - 部分透過性光起電モジュール - Google Patents

Abstract

支持基板と、該基板上のフロント接点層と、半導体材料の１層又は複数の層と、金属を含むバック接点層と、を含み、バック接点層は金属がない領域を有し、こうして光が電池を通過するようにさせる光起電性電池。

Description

【０００１】
本出願は、２０００年７月６日出願の米国仮出願Ｕ． Ｓ． Ｐｒｏｖｉｓｉｏｎａｌ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｎｏ． ６０／２１６，４１５、２０００年７月２４日出願の６０／２２０，３４６及び２０００年７月２８日出願の６０／２２１，６２７の利益を享受する。
【０００２】
【発明の属する技術分野】
本発明は、部分透過性光起電力電池及びモジュール並びにこれらの製造方法に関する。特に、本発明は、透明性が光起電力電池のバック接点層の少なくとも一部を除去することにより与えられるものである部分透過性アモルファスシリコン光起電力電池及びモジュールに関する。本発明は、さらに、バック接点の除去が、前面又は背面から見たときにデザイン又はロゴが見えるように、光起電モジュール上のデザイン又はロゴを形成するために用いられ得る光起電モジュールに関する。
【０００３】
慣用の薄膜光起電力電池は、典型的に、基板上にデポジットされた例えばスズ酸化物などの金属酸化物からなるフロント接点と、ｐ−ｉ−ｎすなわちＰＩＮ接合と、例えばアルミニウムなどの金属からなる背面すなわちバック接点と、を含む。ｐ−ｉ−ｎすなわちＰＩＮ接合は、ｐ−層を形成するｐ−タイプドーパントでドープされた半導体物質の層と、真性すなわちｉ−層を形成するドープされていない半導体物質の層と、ｎ−層を形成するｎ−タイプドーパントでドープされた半導体物質の層と、を含む。基板上の入射光は、基板、フロント接点、及びｐ−ｉ−ｎ接合を通過する。光は、バック接点により反射されてｐ−ｉ−ｎ接合に戻って入る。しかし、バック接点は一般に光起電力電池の全面をカバーするから、バック接点がアルミニウムなどの金属からなり且ついかなる光も透過又は通過させない場合には、電池は不透明である。しかし、ある用途においては、光が電池を透過するようにさせながら光エネルギーを電気エネルギーに効率的に変換する光起電力電池であることが望ましい。さらに、光起電力電池を製造する効果的な方法が望ましい。このような能力を有する光起電力電池は、窓、日よけ（サンスクリーン）、天蓋、そのほか光起電力電池を通して見ることが望ましい用途あるいは電池への多量の入射光が電池を通過することが望ましい用途などの光起電力電池の用途において非常に望ましい。本発明は、このような光起電力電池、このような電池を含むモジュール、及びこれらの効率的な製造を提供する。
【０００４】
【発明の概要】
本発明は、モノリシック基板上の光起電デバイスを製造する方法であり、以下の工程：
（ａ）モノリシック基板上に、透明な導電性酸化物膜をデポジットして、フロント接点層を形成する工程；
（ｂ）レーザービームでフロント接点層内に実質的に平行な第１の溝をレーザー刻印して、モノリシック基板上に電極セグメントを形成する工程；
（ｃ）フロント電極セグメント上に、半導体物質の一層又は複数の層をデポジットして形成し、第１の溝を半導体物質で充填する工程；
（ｄ）半導体物質の一層又は複数の層内に、第１の溝に対して実質的に平行な位置に、第２の溝をレーザー刻印する工程；
（ｅ）半導体物質の一層又は複数の層上の金属を含むバック接点層をデポジットして形成し、第２の溝を金属で充填して、フロント電極セグメントにバック接点層を接続する１の直列接続を形成する工程；
（ｆ）レーザービームで、バック接点層内に、第２の溝に対して実質的に平行な位置に、第３の溝をレーザー刻印する工程；
（ｇ）第２の溝の方向を横断する方向に、バック接点層内に溝をレーザー刻印する工程
を含む。
【０００５】
さらに本発明は、モノリシック基板上に光起電デバイスを製造する方法であり、以下の工程：
（ａ）モノリシック基板上に透明導電性酸化物膜をデポジットして、フロント接点層を形成する工程；
（ｂ）レーザービームで、フロント接点層内に実質的に平行な第１の溝をレーザー刻印して、モノリシック基板上にフロント電極セグメントを形成する工程；
（ｃ）フロント電極セグメント上に半導体物質の一層又は複数の層をデポジットして形成し、第１の溝を半導体物質で充填する工程；
（ｄ）第１の溝に対して実質的に平行な位置に、半導体物質の一層又は複数の層内に第２の溝をレーザー刻印する工程；
（ｅ）半導体物質の層上に金属を含むバック接点層をデポジットして形成し、第２の溝を金属で充填してフロント電極セグメントをバック接点層に接続する１の直列接続を形成する工程；
（ｆ）レーザービームで、第２の溝に対して実質的に平行な位置に、バック接点層内に第３の溝をレーザー刻印する工程；
（ｇ）レーザーを用いてバック接点の区域を選択的に除去して、所望のデザイン、レタリング、ロゴ又は他の輪郭を光起電デバイスに付与する工程
を含む。
【０００６】
本発明はさらに、支持基板と、基板上のフロント接点層と、半導体物質の一層又は複数の層と、金属を含むバック接点層と、を含む光起電力電池であり、該バック接点層は金属を含まない領域を有し、電池に光を通過させる。
【０００７】
本発明はさらに、直列に接続された複数の電池と、少なくとも１層のアモルファス半導体層と、金属接点層と、該直列に接続された複数の電池を接続する相互接続と、を含む部分透過性光起電モジュールの製造方法であり、該方法は、金属接点を少なくとも貫通して複数のレーザー刻印をレーザー刻印して、相互接続の方向を横断する方向に刻印を位置づけることを含む。
【０００８】
本発明はさらに、直列に接続された複数の電池と、少なくとも１層のアモルファス半導体層と、金属接点層と、該直列に接続された複数の電池を接続する相互接続と、を含む光起電モジュールの製造方法であり、該方法は、金属が選択的に除去されたモジュールの部分に光を貫通させる目的で、レーザーを用いて金属接点の部分を選択的に除去することを含む。
【０００９】
本発明はさらに、直列に接続された複数の電池と、少なくとも１層のアモルファス半導体層と、金属接点層と、該直列に接続された複数の電池を接続する相互接続と、を含む部分透過性光起電モジュールであり、該モジュールは、相互接続の方向を横断する方向に位置づけられた金属接点層を少なくとも貫通する複数の刻印を含む。
【００１０】
［発明の詳細な説明］
放射線、特に太陽放射線を有用な電気エネルギーに変換する光起電力電池は、例えば米国特許Ｕ．Ｓ． Ｐａｔｅｎｔ Ｎｏ． ４，０６４，５２１に開示されているアモルファスシリコンＰＩＮ構造体などのある種の半導体構造体を２個の電極の間にサンドウィッチすることにより製造することができる。一方の電極は、典型的には透明であり、太陽放射線を半導体物質に到達させることができる。この「フロント」電極（又は接点）は、薄膜、例えば、厚み１０μｍ未満のスズ酸化物などの金属酸化物などの透明な導電性酸化物物質からなり、通常は、ガラス又はプラスチック製の透明な支持基板と光起電半導体物質との間に形成されている。フロント電極とは反対側の半導体物質の表面に形成されている「バック」又は「リア」電極（又は接点）は、一般的に、例えばアルミニウムもしくは銀などの金属薄膜又は金属薄膜及び半導体物質と金属薄膜との間の亜鉛酸化物などの金属酸化物薄膜を含む。金属酸化物は、ホウ素又はアルミニウムでドープされていてもよく、典型的には低圧化学蒸着によりデポジットされる。
【００１１】
図１は、例えばガラスなどの透明な基板１４上に形成され、基板１４に太陽放射線又は他の光１６を通過させる複数の直列に接続された光起電力電池１２（１列の光起電力電池は１個のモジュールである）を含む薄膜光起電モジュール１０を示す。各光起電力電池１２は、透明な導電性酸化物のフロント電極１８と、例えば水素添加アモルファスシリコンなどの半導体物質からなる透明な光起電要素２０と、アルミニウムなどの金属のバック又はリア電極２２と、を含む。光起電要素２０は、例えばＰＩＮ構造体を含むものでもよい。隣接するフロント電極１８同士は、光起電要素２０の半導体物質で充填されている第１の溝２４によって分離されている。第１の溝２４内の誘電性半導体物質は、隣接するフロント電極１８同士を電気的に絶縁する。隣接する光起電要素２０は、バック電極２２の金属で充填されており１個の電池のフロント電極と隣接する電池のバック電極との間に一列の直列接続を提供する第２の溝２６によって分離されている。これらの接続は、本明細書において「相互接続」という。隣接するバック電極２２同士は、第３の溝２８によって互いに電気的に絶縁されている。
【００１２】
本発明者らは、光起電力電池及びモジュールを通過する光の透過が、好ましくはレーザー刻印プロセスによって、バック接点から金属を除去することにより達成され得ることを開示する。本発明者らはさらに、本発明のレーザー刻印方法によるバック接点からの金属の除去が、光起電モジュール上に記載的パターン又はロゴを付与する態様で達成され得ることを開示する。加えて、本発明者らは、光起電モジュールの一方の側面から他方の側面に至り、相互接続を横断、好ましくは相互接続の方向に直交するように配置された溝をバック接点に形成することによって、非常に優れた光起電性能を有する部分透過性光起電モジュールを製造することができることを開示する。
【００１３】
図１の薄膜光起電モジュールは、典型的にはデポジッション及びパターンニング方法により製造される。半導体物質を基板上にデポジットする適切な技術の一例は、例えば、米国特許Ｕ．Ｓ． Ｐａｔｅｎｔ Ｎｏ．４，０６４，５２１に記載されているようなシラン中のグロー放電である。隣接する光起電力電池同士を分離する溝を形成するものとして数種のパターンニング技術が慣用的に知られており、レジストマスクによるシルクスクリーンニング、ポジ又はネガのフォトレジストによるエッチング、 機械的スクライビング、放電スクライビング及びレーザー刻印（スクライビング）を挙げることができる。シルクスクリーンニング及び特にレーザー刻印方法は、薄膜アモルファスシリコン光起電モジュールを含む薄膜半導体デバイスを製造する実際的で費用効果的な大量生産プロセスとして出現した。レーザー刻印は、典型的なシルクスクリーニングによる溝が幅約３００〜５００μｍであるのに比較して、幅２５μｍ未満の幅を有する分離溝を形成することによって多重電池（ｍｕｌｔｉ−ｃｅｌｌ）デバイス内の隣接する電池を分離することができるので、シルクスクリーンニングを凌駕するさらなる利点を有する。よって、レーザー刻印で製造された光起電モジュールは、シルクスクリーンニングにより製造されたモジュールよりも大きなパーセンテージの電気製造に携わる表面活性を有し、よって高い効率を有する。光起電モジュールの層をレーザー刻印する方法は米国特許Ｕ． Ｓ． Ｐａｔｅｎｔ Ｎｏ． ４，２９２，０９２に開示されている。
【００１４】
図１を参照する。レーザー刻印を用いる多重電池（ｍｕｌｔｉ−ｃｅｌｌ）光起電モジュールの製造方法は、透明な基板１４上に透明な導電性酸化物の連続膜をデポジットすること、複数の第１の溝２４を刻みつけて、透明な導電性酸化物膜を複数のフロント電極１８に分離すること、半導体物質の連続膜を複数のフロント電極１８の頂部及び第１の溝２４内に作ること、第１の溝 ２４ に平行に且つ隣接して第２の溝２６を刻みつけて、半導体物質を個々の光起電要素２０（すなわち「セグメント」）に分離し、第２の溝の底部にてフロント電極１８の部分を露出させること、複数のセグメント２０の上及び第２の溝２６内に金属の連続膜を作り、金属が複数のフロント電極１８と電気接続、すなわち相互接続を形成するようにさせること、及び第２の溝２６に平行に且つ隣接して第３の溝２８を刻みつけて、隣接するバック電極２２同士を分離して電気的に絶縁させること、を含む。図１に示すように、第３の溝２８は、光起電力電池のバック接点側又は面から金属性バック電極内に刻みつけられている。モジュールの最初及び最後の電池（ｃｅｌｌ）は、一般に、モジュールをワイヤ（電線）又はその他の電気的導電性要素に接続させる手段を提供する母線を有する。母線は、一般に、最初と最後の電池の外側の長い部分の全長に沿って存在する。
【００１５】
本発明者らは、図１に示すような光起電力電池及びモジュールが、バック接点を刻みつけることによって部分透過性を得ることができることを開示する。本発明者らはさらに、光起電力電池又はモジュールを見たときにロゴ又は記号が非常に目立つように、電池又はモジュールがロゴ又は他の記号を有することができるべく、レーザー、好ましくはコンピュータ制御されたレーザーを用いることによって、光起電力電池又はモジュール上の特定のパターンでバック接点を除去できることを開示する。したがって、光起電力電池又はモジュールは、電流発生手段として、及び広告又は識別手段などの情報源として機能する。本発明者らはさらに、光起電力電池上にロゴもしくは他のデザイン又は情報を有する必要性にかかわらず、光を透過させる光起電モジュールが望ましい場合に、そのようなモジュールを製造する高効率な製造手段は、レーザーによる刻印、あるいはバック接点を通過して光起電モジュールの相互接続の方向を横断する方向に線を形成するか又はホールを相互連結させることを含むことを開示する。好ましくは、そのような刻印 線は、相互接続の方向に直交するかもしくは直交に近い状態で交差する。そのような刻印線が、光起電モジュール内の直列電池の最初と最後の電池の母線まで延びるが母線と交差しない状態で、光起電モジュールを完全に横断することもまた好ましい。バック接点上に作られるそのような刻印の数は、透過性の程度を決定するであろう。もちろん、各刻印に対して、電池の面積の多くは光起電不活性となる。しかし、本発明者らは、上述の態様で作られた刻印、特に刻印が連結された一列のホールを含み線を形成する場合には、光起電活性損失量が最小になることを知見した。
【００１６】
【好ましい実施形態の記述】
本明細書の一部を構成する添付図面は、少なくとも１種の本発明の実施形態を示し、以下の記載と共に本発明の理論を説明する。
【００１７】
さて、添付図面に示す例に基づいて本発明の好まし実施形態を詳細に説明する。
図２（ｇ）は、参照符号１１０で概略的に示されている多重電池薄膜光起電モジュールの一部の概略断面図である。光起電モジュール１１０は、平坦で透明な基板１１４上に形成された直列に接続された複数の光起電力電池１１２からなる。作動時に、光起電モジュール１１０は、好ましくはガラスからなる基板１１４を通過する光、特に太陽放射線１１６に応答して電気を発生する。各光起電力電池１１２は、透明な導電性酸化物のフロント電極セグメント１１８と、例えば、水素添加アモルファスシリコンなどの半導体物質からなる光起電要素１２０と、金属、好ましくはアルミニウム、及び場合によっては亜鉛酸化物などの金属酸化物を含むバック電極１２２と、を含む。隣接するフロント電極セグメント１１８同士は、光起電要素１２０の半導体物質で充填されている第１の溝１２４によって分離されている。隣接する光起電要素１２０同士は、第２の溝１２６によって分離されており、さらには第３の溝１２８によっても分離されている。半導体物質の不活性部分１３０は、第２の溝１２６と第３の溝１２８との間に位置づけられている。不活性部分１３０は、光１１６を電気に変換するために寄与しないという意味で「不活性」である。第２の溝１２６は、バック電極１２２の物質で充填されていて、１個の電池のフロント電極と隣接する電池のバック電極との間に、１の直列接続を提供する。これらの接続を相互接続という。第３の溝１２８の頂部に位置するギャップ１２９は、隣接するバック電極１２２同士を分離して電気的に絶縁する。図２（ｇ）に示すように、一列の光起電力電池１１２は、モジュールを構成する。モジュールは、多数の個々の電池を有し得る。２個以上のモジュールは、平行に連結されて、光起電デバイスの電流を増加させることができる。モジュールによって発生した電流を使用するデバイスにモジュールを連結させるために、一列の光起電力電池１１２を用いる場合には、 最初と最後の電池の接続は、ワイヤ（電線）又は他の導電性要素を取り付けることによって可能となるはずである。一般に、導電性帯すなわち「母線」がモジュール内の最初と最後の電池の外側（すなわち、溝に平行）に加えられる。これらの母線は、モジュールが光に暴露される際に発生した電流を利用するデバイスに電気接続させるために用いられる。
【００１８】
本発明の好ましい方法において、バック接点の一部は、レーザーにより選択的に除去又は融除されて、バック接点上にデザインを形成し、あるいは刻印されて部分透過性光電モジュールを作る。刻印は、マスキング及びエッチングなどの任意の手段又は機械的スクライビングによってなされてもよい。しかし、本発明者らは、バック接点の一部を除去する好ましい方法はレーザーを用いることであることを開示する。上述のように、バック接点の金属の選択的除去は、デザイン、レタリング又はロゴを光起電モジュールに付与する態様で達成することができる。こうして、シェーディング、テクスチャー又は三次元効果を達成することができる。光起電モジュールに加えられるべき特定のデザイン又はレタリング又はその他の輪郭は、コンピュータその他の記憶装置に保存可能であり、このような保存された情報を製造プロセス中に再度呼び出して、レーザーを放射してバック接点の適切な部分を選択的に除去し、モジュール上にパターンを刻みつけることによって、迅速に且つ正確に、所望のデザイン、レタリング、ロゴその他の輪郭を光起電モジュール上に再生することができる。
【００１９】
透明性だけが所望でデザインが不要である場合には、上述の技術の１種以上によって再度、バック接点を刻みつけて、バック接点の少なくとも幾分かを除去することができる。好ましくは、この手順を良好に行うためにレーザー刻印プロセスを用いる。好ましくは、このような刻印は、相互接続と交差するパターンにてモジュールを横断する線又は溝、すなわち相互接続に平行であるよりはむしろ交差する部分透過性を作るための刻印線を刻みつけることによってなされる。好ましくは、光起電モジュールの部分透過性を作るために用いられる刻印線又は溝は、相互接続の方向に直交する。好ましくは、部分透過性を作るための刻印線は、互いに平行である。光起電モジュールの部分透過性を作るために光起電モジュールに加えられる刻印の数は、所望の透過度に応じて変えることができる。さらに、各刻印の幅も所望の透過度に応じて変えることができる。一般に、刻印によって除去されるバック接点の量は、バック接点の面積の約５０％以下、より好ましくはバック接点の約２０％以下、最も好ましくはバック接点の約１０％以下である。 上述したように、除去されるバック接点の量が多いほど、より透明な光起電モジュールになるであろう。しかし、除去される接点が多いほど、太陽光その他の光源に暴露された際のモジュールの電流発生効率は低下するであろう。一般に、刻印線の間隔は、約０．５〜約５ｍｍであり、より好ましくは約０．５〜約２ｍｍであり、最も好ましくは約０．５〜約１．０ ｍｍである。各刻印線の幅は、好ましくは約０．５〜約０．０１ ｍｍであり、より好ましくは約０．２〜約０．０５ｍｍである。刻印線は、例えばレーザービームが直線ビーム（リニアビーム）として投射され、線を形成するためにレーザー刻印技術が用いられる場合には、実線であってもよい。刻印線は、ホール列又は段の形態であってもよい。ホールの形状は、円形、正方形又は矩形など任意の形状でよい。好ましくは、刻印線が小さなホール列の場合には、ホールは、母線を含まない光起電モジュールの表面の全部又は一部を横断する連続刻印を形成するように、好ましくは連結又は重複している。最も好ましくは、少なくとも約０．０１ｍｍ直径、好ましくは約０．１〜約０．２ ｍｍ直径を有する円形ホール形態である。本発明者らは、円形ホール、特に相互連結された円形ホールの場合に、光起電デバイスの出力損失を最小化し、光透過率を最大化することを導き出した。
【００２０】
光起電モジュールに付与されたデザインその他の輪郭を有する本発明の光起電モジュールを形成するため、もしくは部分透過性である本発明の光起電モジュールを形成するために、バック接点の部分を除去するためにレーザーを用いる場合には、バック接点の所望の区域を除去するために用いられるレーザーは、好ましくは連続発振レーザー、又はより好ましくはパルスレーザーである。レーザーは、ＫｒＦもしくはＡｒＣＩレーザーなどのエキシマレーザーなどの紫外線レーザー、又はＮｄ−ＹＡＧ、Ｎｄ−ＹＬＦ及びＮｄ−ＹＶ０_４レーザーの第三又は第四高調波でもよい。さらに、レーザーは、可視又は赤外レーザーであってもよい。最も好ましくは、用いられるレーザーは、可視レーザーであり、好ましくは緑色レーザー、例えば、周波数が２倍になったＮｄ−ＹＡＧ、Ｎｄ−ＹＬＦもしくはＮｄ−ＹＶ０_４レーザーである。レーザーは、バック接点の頂部に向けられてもよく、バック接点がレーザーにより直接、融除又は除去されてもよい。好ましい技術において、レーザービームは、透明な基板を貫通して及び透明なＰＩＮ成分層を貫通して、バック接点を融除する。好ましい作動方法において、レーザーは、高いレーザービームエネルギーの短パルスを用いることによって衝撃波を発生させるために用いられる。 本発明者らは、これがバック接点の除去を増強して、短絡を減少させることを知見した。バック接点の除去後、特にレーザー方法を用いた後、光起電力電池を好ましくは超音波浴を用いて、洗浄することが好ましい。洗浄プロセスは、刻印パターンの縁部に沿って汚染粒子及び溶融物質を除去し、こうして短絡を減少させる。本発明者らは、洗浄、特に高出力超音波洗浄が、洗浄を行わない場合には損失するであろう電池出力の３％程度を回復させることを知見した。光起電モジュール１１０を形成する方法を図２（ａ）〜２（ｇ）を参照しながら説明する。
【００２１】
本発明の方法において、例えば、インジウム−スズ−オキサイド、亜鉛酸化物、カドミウムスズ酸塩又は好ましくはスズ酸化物（ＣＴＯ）、好ましくはフッ化スズ酸化物などの透明な導電性酸化物をガラスなどの基板上にデポジットしてフロント接点層１３２を形成するか、あるいは既にデポジットされた導電性スズ酸化物を有するガラスを適切なガラス供給者から入手してもよい。透明な導電性酸化物層は、好ましくは約１０，０００Å未満の厚みである。スズ酸化物層は、滑らかな表面又はテクスチャード表面を有し得る。テクスチャード表面は、最大量の電力発生効率が望ましい本発明の光起電デバイスの用途に好ましい。しかし、部分透過性光起電力電池又はモジュールを通過する光のゆがみが最小量であることが望ましい場合には、滑らかなスズ酸化物表面が好ましい。このような低いゆがみの部分透過性光起電力電池及びモジュールは、窓として又は透過光のゆがみを最小化することが望ましい他の用途において、特に有用である。次に、導電性物質の帯、好ましくは銀（Ａｇ）含有物質をＣＴＯ層１３２の２本の両側の外側縁部上にデポジットして母線を形成する。
【００２２】
必要であれば、導電性物質の熱硬化に続いて、フロント接点層１３２をレーザー刻印して刻印線１２４を形成する。刻印線１２４のレーザー刻印に続いて、図２（ｃ）〜２（ｇ）及び本明細書に記載されている光起電モジュール製造の残りの工程は、下記のように行われる。
【００２３】
図２（ａ）〜２（ｇ）において、フロント接点層１３２は示されているが母線手段は示されていないことに留意されたい。しかし、母線手段は、図２（ｃ）〜２（ｇ）に示す工程が行われた後、上述の態様で、フロント接点層１３２上に配置されることは理解されるであろう。
【００２４】
図２（ｃ）に示すように、半導体物質の実質的に連続な薄膜１３４からなる光起電領域は、フロント電極１１８を覆って第１の溝１２４内に作られる。第１の溝１２４を充填する半導体物質は、隣接するフロント電極１１８同士の間を電気的に絶縁する。好ましくは、光起電領域は、約３０Å〜約２５０Å、好ましくは約１５０Å未満、典型的には約１００Åの厚みを有する適切なｐ−層と、２０００〜４５００Åの厚みのｉ−層と、約２００〜４００Åのｎ−層とからなる慣用のＰＩＮ構造（図示せず）内の水素添加アモルファスシリコンからなり、典型的には厚みが最大約５０００Åである。デポジッションは、好ましくは、例えば、米国特許Ｕ．Ｓ． Ｐａｔｅｎｔ Ｎｏ． ４，０６４，５２１に記載されているようなシラン又はシランと水素との混合物中でのグロー放電により行われる。あるいは、半導体物質は、ＣｄＳ／ＣｕｌｎＳｅ_２及びＣｄＴｅであってもよい。半導体層は、単一のＰＩＮタイプ層を含むこともできる。しかし、本発明の光起電デバイスは、他の半導体層、例えば、タンデム接合構造又はトリプル接合構造でもよい。本発明の光起電デバイス及びその製造方法に有用な適切な半導体層は、例えば、本明細書に参照として組み入れられる英国特許出願Ｕｎｉｔｅｄ Ｋｉｎｇｄｏｍ Ｐａｔｅｎｔ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｎｏ． ９９１６５３１．８（公開Ｎｏ． ２３３９９６３、２０００年２月９日）に記載されている。
【００２５】
次いで、半導体膜１３４は、レーザーで刻まれて、半導体物質が線の第２の所定パターンに沿って融除されて、図２（ｄ）に示すように、半導体膜１３４を複数の光起電要素１２０に分割する第２の溝１２６を形成する。フロント電極１１８は、第２の溝１２６の底部で露出する。刻印は、フロント電極１１８の導電性酸化物に影響を与えずに半導体物質を融除するレベルまで出力密度が典型的には減少される点を除いて、透明導電性酸化物層１３２を刻むために用いたレーザーと同じレーザーで行われてもよい。半導体膜１３４のレーザー刻印は、基板１１４の一方の側から行うことができる。第２の溝１２６は、好ましくは第１の溝１２４に隣接して且つ平行に刻まれて、好ましくは約２０〜約１０００μｍ幅である。
【００２６】
図２（ｅ）に示すように、銀、モリブデン、白金、スチール、鉄、ニオブ、チタン、クロム、ビスマス、アンチモン又は好ましくはアルミニウムなどの金属１３６の薄膜は、光起電要素１２０を覆って第２の溝１２６内に作られる。第２の溝１２６を充填する導電性物質は、膜１３６と第２の溝１２６の底部にて露出したフロント電極１１８の部分との間に、電気接続を提供する。導電性膜１３６は、例えばスパッタリングその他の周知技術によって形成される。膜１３６の厚みは、意図されたモジュールの用途に依存する。例えば、１２−ボルト蓄電池を充填するに十分な電力を発生させるためのモジュールとしては、金属膜１３６は、典型的にはアルミニウムからなり、約２０００−６０００Åの厚みである。
【００２７】
次の工程は、金属膜１３６をレーザーで刻みつけて、線のパターンに沿って金属を融除し、膜１３６を複数のバック電極に分割する直列の溝を形成することである。このような方法の一つとして、例えば、米国特許Ｕ．Ｓ． Ｐａｔｅｎｔ Ｎｏ． ４，２９２，０９２に教示されているように、バック電極を形成するために慣用的に用いられているアルミニウム及び他の金属の高い反射性ゆえに、バック電極を刻むために用いられるレーザーは通常、半導体膜１３４内に第２の溝１２６を刻むために用いられる出力密度よりも大幅に高い、しばしば１０〜２０倍高い出力密度で作動される。
【００２８】
例えば、金属膜１３６がアルミニウムから形成されており約７０００Åの厚さである場合、及び約０．５３μｍの波長を有しＴＥＭ． Ｓｕｂ． ００ （球状）モードで作動する周波数が２倍になったネオジウム：ＹＡＧレーザー放射光でアルミニウムが直接融除されるべき場合に、レーザーは典型的には約０．２５μｍに焦点決めされ、約３００ｍＷで作動させる。短パルスの継続は、平均レーザー出力要求を減少させる。同じレーザーを用いて、半導体膜１３４を融除して第２の溝１２６を形成する場合には、好ましくは１００μｍに焦点をずらし（ｄｅｆｏｃｕｓｅｄ）、約３６０ｍＷで作動させる。レーザーは、アルミニウムの直接融除のためのわずかに低い出力で作動するであろうが、単位面積あたりの単位秒あたりの光子数、すなわちレーザーの出力密度もまた、レーザービームのスポットサイズの因子である。所定の出力レベルに対して、出力密度は、スポットの半径の二乗に反比例して変化する。ゆえに、上述の例において、アルミニウム膜の直接融除に必要なレーザー出力密度は、アモルファスシリコン膜を融除するために必要な出力密度の約１３倍である。
【００２９】
アルミニウムの直接融除に必要な出力密度でのレーザー作動によって、下層の半導体物質が損傷されることを防止することは困難である。特に、溶融金属が刻まれた溝内に流入して隣接するバック電極を電気的に接続するので、あるいは溶融金属が下層の半導体物質に拡散して光起電要素を横断する短絡を作るので、光起電力電池は短絡するようになるかもしれない。加えて、下層の半導体物質がアモルファスシリコンからなる場合には、下層のアモルファスシリコン物質が再結晶化するかもしれない。さらに、アモルファスシリコンＰＩＮ構造体において、ｎ−層又はｐ−層からのドーパントが、ｉ−層の再結晶化したアモルファスシリコン内に拡散するかもしれない。
【００３０】
したがって、金属膜１３６の製造後、金属膜１３６下層の光起電領域１２０は、好ましくは、第２の溝１２６に平行で且つ隣接する第３の線の所定のパターンに沿って半導体物質を融除するに十分であるが、フロント電極１１８の導電性酸化物又は膜１３６の金属を融除するには不十分な出力密度で作動するレーザーで刻まれる。特に、レーザーは、構造的に脆弱で、第３の線に沿って位置づけられた金属膜の部分を通ってバーストして、第３の線に沿って金属膜内に実質的に連続するギャップを形成し、金属膜を複数のバック電極に分離する微粒子群を製造する出力レベルで作動されなければならない。レーザービームが参照符号１３８で概略的に示されている図２（ｅ）に示すように、下層の半導体物質の融除による金属膜１３６のレーザーパターンニングは、基板１１４を貫通して行われる。
【００３１】
第３の線のパターンに沿って光起電領域１２０の半導体物質を融除することによって、図２（ｆ）に示すように、半導体物質内に第３の溝又は刻印１２８を形成する。第３の溝１２８は、好ましくは幅約１００μｍであり、半導体物質の不活性部１３０によって、第２の溝１２６から離隔されている。上述のように、第３の溝１２８内での以前の（ｆｏｒｍｅｒｌｙ）半導体物質の融除は、微粒子群、例えば、アモルファスシリコンの融除に起因する粒子状シリコンを製造し、微粒子群は構造的に脆弱で融除された半導体物質が下層にある金属膜１３６の部分を貫通してバーストされ、膜１３６を複数のバック電極１２２に分離するギャップ１２９を形成する。
【００３２】
ギャップ１２９は、好ましくは、図２（ｆ）の平面に対して直交する線に沿って見た場合に実質的に連続である。金属膜１３６内に連続ギャップ１２９を製造するために必要なレーザーパラメータは、もちろん、金属膜の厚みや物質、レーザーの特性波長、レーザーの出力密度、レーザーのパルス速度及びパルス持続時間、及び刻み供給速度などの多数の因子に依存する。波長が約０．５３μｍの周波数が２倍になったネオジウム：ＹＡＧレーザー放射光で、下層のアモルファスシリコン膜を約６０００Åの厚みで融除することによって、約２０００〜６０００Åの厚みを有するアルミニウム膜をパターン化するために、レーザーのパルス速度が約５ｋＨｚである場合、供給速度は約１３ｃｍ／ｓｅｃであり、レーザーはＴＥＭ． Ｓｕｂ． ００（球状）モードで約１００μｍに焦点決めすることができ、約３２０〜３７０ｍＷで作動し得る。上記条件下で、レーザーを約３２０ｍＷ未満で作動させると、金属膜１３６の部分は、第３の溝１２８を横断するブリッジとして残り、隣接する電池の間に短絡を生じさせるかもしれない。レーザーを約３７０ｍＷを超えて作動させると、連続ギャップ１２９は製造されるが、得られるモジュールの性能は、完全な因子によって測定した場合に（ａｓ ｍｅａｓｕｒｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｆｉｌｌ ｆａｃｔｏｒ）、劣化するかもしれない。性能劣化の正確な原因は現在のところ知られていないが、本発明者らは、より高いレーザー出力レベルが第３の溝１２８が融除された後に残るアモルファスシリコン光起電要素の部分の溶融を引き起こすかもしれないと考えている。加えて、増加した出力密度によって、レーザーがフロント電極１１８を切断し、直列抵抗を増加させ、出力密度が十分に高い場合には、隣接する電池の間の直列を切断することによってモジュールを作動不能にするかもしれない。
【００３３】
本発明の光起電力電池を形成する次の工程は、バック接点から追加の金属を除去することである。上述のように、この金属は、予め選択されたパターンで除去されて、レタリング、ロゴ、又は他の視認可能な輪郭を光起電力電池上に形成することができる。さらに、バック接点の追加の金属を除去して、光起電力電池の透明性を増加させることもできる。バック接点の金属は、好ましくはレーザーにより除去される。レタリング、ロゴ又は他の輪郭が所望である場合には、例えばバック接点の複数のホールのパターンを用いて、金属を所望のパターンで除去する。ホールは、円形でも、四角形でもあるいは他の形状でもよい。ホールは、互いに連結されていてもあるいは連結されていなくてもよく、いくつかのホールだけが連結されていてもよい。透明度が所望である場合には、金属は、好ましくは、相互接続の方向に対して光起電力電池を横断するように、好ましくは相互接続の方向に直交する溝又は刻印として除去又は融除される。図３及び５は、光起電モジュール内の１個の透明な刻印又は溝１４０の三次元代表例を示す。図３は、追加の刻印１４０を除いて図１と同じである。図５は、追加の刻印１４０を除いて図４と同じである。図１及び３における符号は、同じ要素に引用する。図２（ｇ）、４及び５における符号は、同じ要素に引用する。実際のモジュールにおいて、所望の透明度レベルを提供するために、このような溝の数は増加するであろうし、上述のような間隔、形状及びサイズである。図３に示すように、溝１４０は、金属層２２だけを貫通して半導体層２０まで延在する。図５に示すように、溝１４０は、金属バック接点層１２２から第１の接点１１８まで下方に延在する。図５において、溝は直線側面溝として表されている。しかし、上述のように、この溝は、多数のホールが連結された直列ホールであってもよい。
【００３４】
本発明の部分透過性光起電モジュール及び電池もしくはデザイン、ロゴ、レタリングその他の輪郭を有する本発明の光起電モジュールを形成するために、レーザー刻印によるバック接点層の除去は、図２、４及び５のギャップ又は１２８及び１２９を製造する上述の技術を用いて達成することができるが、好ましい方法は、例えば約１０〜２０ｍ／ｓｅｃの迅速な刻み速度で、例えば０．１〜約０．２ｍｍのスポットサイズを有する好ましくは約２０〜１００ｋＨｚのＮｄ：ＹＶ０_４レーザーなどの高い繰り返し速度の高出力レーザーを用いることである。このような条件は、例えば、約１分未満で５％透過率を有する部分透過性光起電モジュール４８インチ×２６インチ（１．２２ｍ×０．６６ｍ）を形成するために用いることができる。レーザービームは、望遠鏡を通過し、ガルバノメータにより制御されたＸＹ走査ミラーに向けられる。ＸＹ走査ミラーは、Ｘ及びＹ軸内にレーザービームを屈折させる。望遠鏡は、ビームを光起電モジュール上で焦点決めし、この方法により約５〜２０ｍ／ｓｅｃの刻み速度が達成される。高出力エキシマレーザー及び筒状光を用いる別の方法において、全体の刻印線は単一のレーザーパルス内に作られ得る。
【００３５】
図６は、光起電モジュールの部分としてデザイン又はロゴを代表する単語「ｌｏｇｏ」を有する本発明の一実施形態を示す。図６において、１は本発明の光起電モジュールの一区域である。図６において、２はモジュール内の１個の電池の部分であり、図示されたそのような電池の１１個の区域があるが、１個のモジュールはより少数の電池又はより多数の電池を有することができる。図６には示していないが、各電池は、図４に示したような層状構造体を有することもできる。つまり、図６における各電池２は、図４に示す電池１１２に対応するものでもよい。図６において、黒い線３及び文字「Ｌ」、「ｏ」、「ｇ」、及び「ｏ」を形成する「ドット」は、金属バック接点又はリア接点が存在しないモジュールの領域を表す。ゆえに、モジュールの背後からの光源でモジュールを見るときに、モジュールのこれらの領域は光を透過する。線３及び「ｌｏｇｏ」を綴る文字は、モジュールを見る人にとって視認可能である。図６中の線３は、バック接点又はリア接点を分離する刻印又は溝を表すので、モジュール内の各電池に１個のバック接点又はリア接点がある。刻印線又は溝３は、図４中の溝１２８に対応するものでもよい。図６中の文字４、５、６及び７は、例えば、バック接点又はリア接点内の金属層の選択的除去により、あるいは本明細書に記載するプロセスの１種以上などのレーザー刻印プロセスにより形成されたバック接点又はリア接点内のホールのパターンである。図６において、図６中の４として識別される文字「Ｌ」は、円形ホールの１パターンであり、それらのいくつかは互いに連結されているか又はオーバーラップしている。図６中の５として識別される文字「ｏ」は、円形ホールの１パターンにより同様に形成されている。図６中６として識別される文字「ｇ」は、円形ホールの１列により形成されていて、ホールのいくつかは連結されている。図６中７として識別される文字「ｏ」もまた、金属バック接点層内に１のホール列により形成されていて、すべてのホールは互いにオーバーラップしている。図６において文字を形成するホールは、例えば、約０．１〜約０．２ｍｍの直径を有する。図６において、モジュールの区域は、モジュールの基板側から見える。つまり、図６において、モジュールは、光−電流変換用のモジュールに入る光を同じ側面から見るものである。
【００３６】
本発明の別の実施形態において、スペースよりはむしろ溝又は刻印線が光起電力電池及びモジュールの表面を均一に横断して、本発明の部分透過性光起電力電池及びモジュールを形成し、部分透過性を作る刻印又は溝がバンド内でグループ化され得る。各バンド内では、各刻印線が近接しているが離れている。近接しているが離れている刻印線のバンドは、部分的に透過させるために刻印又は溝がないか、あっても少数の刻印又は溝を有するバンドと互い違いになっていてもよい。このような態様で互い違いのバンドで形成された光起電モジュールは、「ベネチアンブラインド様（Ｖｅｎｅｔｉａｎ Ｂｌｉｎｄ−ｌｉｋｅ）」の外観を有する。このような光起電モジュールは、審美的に見える。このような実施形態の一つにおいて、高い透過率バンド、例えば約０．５〜２ｃｍ幅で透過率２０〜４０％のバンドは、不透明なバンド、例えば、約５％未満、より好ましくは約１％未満の透過率を有し、約０．５〜約１．０ｃｍの幅を有する不透明なバンドと互い違いになっている。ベネチアンブラインド様光起電デバイスは、さらに、光起電パネルの細片、例えば基板としてのプラスチック又は金属上に作られた光起電デバイスの細片をガラス又はその他の透明な基板上にちりばめることによっても作ることができる。
【００３７】
本発明の別の実施形態において、本発明の部分透過性光起電力電池及びモジュールは、部分透過性を付与するために用いられる刻印又は溝に対する他の配列又は形状を有するものでもよい。本発明のモジュールは、モジュール内の刻印間の距離がモジュール全体又はモジュールの一部だけで段階的になっている部分透過性を付与する刻印又は溝を有するものでもよい。例えば、モジュールの一方の端部からモジュールの他方の端部へと進むにつれ、上述したような部分透過性を提供するために用いられる刻印間の距離又はスペースを段階的に増加又は減少させてもよい。例えば、線形的に、平方根的に、あるいは対数的に、その他適切な段階付けでよい。よって、得られるモジュールは、モジュールの一方の端部から他方の端部へと進む光透過率の段階的なレベル、例えばモジュールの一方の端部では１〜約５％の光透過率で、モジュールの他方の端部では１０〜約５０％の透過率を有する。モジュールの一方の端部上の最初の２個の刻印は、約０．２〜約１ｍｍほど分離していてもよく、介在する刻印間の距離が段階的に、好ましくは、線形的、平方根的又は対数的に徐々に増加しながら、モジュールの他方の端部上の最後の２個の刻印は約０．５〜約５ｍｍほど分離していてもよい。段階が対数的である場合には、例えば、最初の刻印は第２の刻印からｌｏｇ（２）ｍｍほど分離していて、第２の刻印と第３の刻印との間のスペースはｌｏｇ（３）ｍｍであり、第３の刻印と第４の刻印との間のスペースはｌｏｇ（４）ｍｍであり、以後同様に増える。別の実施形態において、部分透過性を付与するために用いられる刻印又は溝は、上述のように、刻印がないかあっても少数の刻印を有するバンドによって分離される複数の刻印を有するバンド内でグループ化されてもよく、複数の刻印を有するバンド内では、各刻印間の距離は上述のように段階的になっている。また別の実施形態において、本発明のモジュールは、上述するように等間隔で互いに離隔しているか又は上述のように段階的に離隔しいている複数の刻印を有するバンドを有する。このようなバンドは、刻印がないかあるいは少数の刻印を有するバンドによって分離されておおり、刻印がないかあるいは少数の刻印を有するバンドはモジュールの一方の端部から他方の端部へと段階的になっている幅を有する。このような段階付けは、例えば、線形、平方根又は対数その他の適切な段階付けでよい。複数の刻印又は少数のバンドを有するかもしくは刻印がないかのいずれかである上述のバンドは、任意の所望の幅を有することができる。しかし、このようなバンドの幅は、一般に約０．２〜約５ｃｍである。本明細書において、バンドを記載する際の少数の刻印を有するとは、約５％、好ましくは約１％未満の透過率を有するバンドを好ましくは意味する。本明細書において、透過率とは、モジュール又はモジュールの領域を通過するモジュール上又はモジュールの領域への入射光のパーセンテージを意味する。
【００３８】
本発明の光起電モジュールを形成するためのレーザー刻印に続いて、モジュールをアニールすることが好ましい。本発明者らは、モジュールをアニールすることで、モジュールの性能を改良すること、例えば短絡損失を減少することを開示する。例えば、刻印されたモジュールを空気中で１５０〜約１７５℃の温度で０．５〜約１．０時間、アニールしてもよい。
【００３９】
上述のように、部分透過性光起電力電池及びモジュール、特に本発明の部分透過性光起電力電池及びモジュール、もしくはロゴ、デザイン、記述的パターン、記号その他の輪郭を含む電池又はモジュール、特に本発明により作られたそのような電池及びモジュール、又は別個の若しくは同一のこれらの電池又はモジュールの組み合わせ（すなわち、部分透過性を付与する刻印、並びに同電池若しくはモジュール上のロゴ、デザイン、記述的パターン、記号などを付与する刻印を有するモジュール）は、天蓋（ｃａｎｏｐｙ）を形成するに適している。特に好ましい用途において、これらの電池及びモジュールは、ガソリン、ディーゼルその他の燃料を自己の自動車、トラックその他の車両に供給するために消費者が使用するステーションなどの燃料充填ステーションを覆う天蓋の部分を形成するか、同天蓋の部分である。部分透過性光起電力電池及びモジュールは、この目的のために特に有用である。なぜなら、これらは光、特に太陽光を部分的に透過させ、消費者その他の燃料ユーザーに自然光を与え、天蓋下で所望の操作を行わせ、同時に、例えば太陽光から電流を発生させるために天蓋を用いることができ、燃料充填ステーションその他のユーザーに電力を提供することができるからである。例えば、電気の全部又は一部が燃料充填ステーションで利用されない場合に、発生させた電流を局地的な電力送電系統に分配することもできる。よって、本発明の天蓋は、雨、雪その他の要素からの保護、並びに太陽の熱及び放射からの保護を提供し、さらに天蓋の下にいる消費者その他の人間が自然光を受けて車両に燃料を供給するなどの目的とする操作を進めさせる光透過を与え、及び／又は天蓋の下にいる消費者その他の人間の頭上でロゴ、デザイン、記述的パターン、記号（文字など）などを提供することができる。
【００４０】
燃料充填ステーションに有用な本発明の天蓋は、部分透過性電池又はモジュール、好ましくは本発明の部分透過性電池及びモジュール及び／又はロゴ、デザイン、記述的パターン、記号などを有する電池及びモジュールを含む天蓋の表面のわずかなパーセンテージだけを有するものでもよい。例えば、天蓋の総表面積の約１０％〜表面積の約９９％でもよい。しかし、光起電力電池又はモジュールを含む天蓋の面積の量は制限されず、天蓋の総表面積の５０％を超えてもよい。例えば、少なくとも７０％、あるいは少なくとも７５％もしくは少なくとも８０％又は９０％をカバーしてもよい。いくつかの用途においては、天蓋の表面積の少なくとも９５％が、部分透過性光起電力電池又はモジュール、好ましくは本発明の部分透過性光起電力電池又はモジュールの１種以上である。本明細書において、各電池又はモジュールを透過する光の量は、天蓋を透過すべき光の所望の量に応じて変わり得る。
【００４１】
部分透過性光起電力電池及びモジュール、特に本発明の部分透過性光起電力電池及び／又はロゴ、デザイン、記述的パターン、記号などを含む電池若しくはモジュールを含む燃料充填ステーションを覆う天蓋は、任意の形状を有し得る。例えば、平坦でも、上方もしくは下方に湾曲していてもよい。傾斜面上であるが平坦な天蓋であってもよい。傾斜面は、太陽光の電気への変換を最大化するように、太陽の高度の違いを考慮して調節可能であってもよい。天蓋の固定屋根タイプの形状であってもよい。
【００４２】
例えば、光起電力電池及びモジュールは、例えば、金属、プラスチックその他の適切な物質から作られた１個以上のフレーム内の天蓋上に載置してもよい。あるいは、例えば、天蓋に取り付けられ天蓋の一部となるガラス又はプラスチックなどの透明な基板上に載置してもよい。
【００４３】
図７は、上方向に延在する湾曲部を有する湾曲形状天蓋、平坦な天蓋、及び傾斜すなわちある角度を有する平坦な天蓋の例を示す図である。図７において、１は天蓋であり、２は好ましくは部分透過性光起電力電池又は好ましくはモジュール、好ましくは本発明の部分透過性光起電力電池又はモジュール及び／又は部分的に透明な刻印を有する電池又はモジュールとして同電池又はモジュールから離隔しているかもしくは同じ電池又はモジュール上にあるロゴ、デザイン、記述的パターン、記号（文字など）などを有する電池又はモジュールであり、３は電池又はモジュールを保持するフレームであり、４は燃料充填ステーションを覆う天蓋を支持する柱である。本明細書に記載されている天蓋は、特に燃料充填ステーションを覆う天蓋として有用である。これらはさらに、天蓋を通過する光透過を有すること及び電力を発生することができる天蓋を有することが望ましい他の操作をカバーするにも有用である。
【００４４】
２０００年７月６日に出願した米国仮特許出願Ｐｒｏｖｉｓｉｏｎａｌ Ｐａｔｅｎｔ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｎｏ． ６０／２１６，４１５、２０００年７月２４日に出願した米国仮特許出願Ｐｒｏｖｉｓｉｏｎａｌ Ｐａｔｅｎｔ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｎｏ． ６０／２２０，３４６及び２０００年７月２８日に出願した米国仮特許出願Ｐｒｏｖｉｓｉｏｎａｌ Ｐａｔｅｎｔ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｎｏ． ６０／２２１，６２７を全体として本明細書に参照として組み入れる。
【００４５】
【実施例】
実施例１
５％透過率の線パターンを有する部分透過性光起電（ＰＶ）モジュールを薄膜アモルファスシリコン ＢＰ Ｓｏｌａｒ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ＰＶ モジュール（２６インチ×４８インチ、ＭＶ）から以下のようにして作った。
【００４６】
用いた装置は、１００ｋＨｚ及び約１０Ｗ出力で作動可能な高出力Ｎｄ：ＹＶ０_４レーザーと；高出力レーザー用途用のコートされたミラーを有するＸＹスキャナと；レーザー集束レンズと；ビームエクスパンダー及び２個のミラーである。ＸＹスキャナーは、Ｘ軸及びＹ軸ミラーの組み合わせであり、それぞれ検流計により制御される。集束レンズは、レーザー焦点精度の調節を行うマイクロメーター上に載置した。レーザーからのレーザービームをビームエクスパンダーによって平行にして、次いで２個のミラーによって集束レンズに向けた。焦点決めされたレーザービームをＸＹ走査ミラーによって加工面に投射した。検流計は、ビームをＰＶモジュール上の所望の位置に位置づけた。レーザービームをモジュールのガラス基板側から向けた。マイクロメータ制御集束レンズを用いて、レンズ位置を調節してモジュール全体を均一に加工した。 ＸＹスキャナはコンピュータにより制御した。Ｘミラー位置及びＹミラー位置を制御することにより、ＰＶプレート上のレーザービーム位置を正確に制御した。５％線パターンに対して、ビームは、相互接続の方向に対して垂直なＸ方向に沿って走査された。刻印線は、ＰＶモジュール上の１本の母線から他の母線まで約２ｍｍ離れて延在していた。レーザー刻印線は、ＰＶモジュールのアルミニウムバック接点及び半導体物質を除去したが、フロント接点を無傷のまま残した。集束レンズ（ＸＹミラーも）とＰＶモジュール表面との間の距離は、約１８００ｍｍであり、用いたレーザーの平均出力は約８Ｗであり、レーザーパルス反復率は５０ｋＨｚであった。ＰＶモジュール表面におけるレーザーのスポットサイズは、直径約０．１５ｍｍであった。走査速度は約７．５ｍ／ｓｅｃであり、全体のＰＶモジュールは、５％透過率を有する（入射光の約５％がモジュールを通過する）ＰＶモジュールを製造することが１分未満で完了した。
【００４７】
レーザー刻印後、部分透過性ＰＶモジュールを水を用いる高出力超音波タンク内で洗浄し、次いで１７５℃で１時間乾燥しアニールした。上記操作は、ガラス基板上に形成された薄膜モジュールに第２のガラスプレートをシーリグする前に行った。
実施例２
１０％透過率線パターンを有する部分透過性光起電（ＰＶ）モジュールを下記のようにレーザー調製した。
【００４８】
刻印線の間隔を約１ｍｍに減少させた以外は、実施例１と同様に行った。
実施例３
実施例１における集束レンズに代えて、ダイナミック集束ユニットを用いた。ダイナミック集束は、レーザー走査中ずっと、加工面にレーザーを確実に集束させ、ＰＶモジュールを横断してより均一に被覆した。
実施例４
より骨の折れる製造のために（ｆｏｒ ｍｏｒｅ ｒｏｂｕｓｔ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ）、２枚のレーザーミラーを取り除いて、レーザービーム、ビームエクスパンダー、集束系（集束レンズ又はダイナミック集束ユニット）及びＸＹスキャナー入口を同軸にした点を除いて実施例１及び３を繰り返した。
実施例５
ＰＶモジュール（相互接続に直交する刻印線を含む部分透過性モジュール又は非透明なモジュールのいずれか）上にロゴ、デザイン、その他のパターンを作るために、ロゴ、デザインその他のパターンをベクトルフォーマットに、ＨＰグラフィック言語（ｈｐｇｌ）を用いて転写した。実施例１に記載した装置を用いて、コンピュータは、ベクトルファイル（ｖｅｃｔｏｒ ｆｉｌｅ）に従って、レーザービームをモジュール上の位置に向けた。レーザーは、ＰＶモジュールの部分を透明にするベクトルファイル及びコンピュータにより指示されたバック接点を融除（除去）し、モジュール上に輪郭付けされたロゴ、デザイン又は他のパターンを有するモジュールを形成した。
【図面の簡単な説明】
【図１】
図１は、公知の方法により製造された典型的な薄膜光起電モジュールの概略斜視図である。
【図２】
図２（ａ）〜２（ｇ）は、別のタイプの薄膜光起電モジュールを製造する方法における工程を示す概略断面図である。
【図３】
図３は、単一のレーザー刻印が図１の光起電モジュールのバック接点上に位置づけられて、光起電力電池及びモジュールの部分透過性を提供する本発明の一実施形態の概略斜視図である。
【図４】
図４は、図２（ｇ）のモジュールの概略斜視図である。
【図５】
図５は、図４の光起電モジュールのバック接点上に位置づけられたただ一つのレーザー刻印が部分透過性を提供し、刻印が光起電モジュールの基板側から向けられたレーザーにより形成されていることを示す本発明の一実施形態の概略斜視図である。
【図６】
図６は、光起電デバイスの金属背面すなわちバック接点層内に形成された「ｌｏｇｏ」を有する本発明の薄膜光起電デバイスの一区域の図である。
【図７】
図７は、本発明の光起電デバイスを用いて構成することができる天蓋の図である。

Claims (48)

1. 直列接続された複数の電池と、少なくとも１層のアモルファス半導体層と、金属接点層と、該直列接続された複数の電池を接続させる相互接続と、を含む部分的に透過性である薄膜光起電性モジュールの製造方法であって、少なくとも該金属接点層を貫通して複数のレーザー刻印をレーザーにより刻む工程と、該レーザー刻印を該相互接続の方向を横断する方向に位置づける工程と、を含む方法。
2. さらに、モジュール内の最初と最後の電池に隣接して位置づけられている母線を含み、前記レーザー刻印が、光起電性モジュールの該母線を含まない表面を横断して延在する請求項１に記載の方法。
3. 前記レーザー刻印は、半導体材料を融除するレーザーを用いて形成され、半導体材料は金属接点層を貫通してバーストして刻印を形成する請求項１に記載の方法。
4. 半導体材料を融除するために用いたレーザーは、Ｎｄ−ＹＡＧ、Ｎｄ−ＹＦＬ及びＮｄ−ＹＶＯ_４レーザーからなる群より選択される請求項１に記載の方法。
5. 各刻印は、約０．０１〜約０．５ｍｍの幅を有し、互いに約０．５〜約５ｍｍ離隔している請求項１に記載の方法。
6. 各刻印は、約０．０５〜約０．２ｍｍの幅を有する請求項５に記載の方法。
7. 刻印は、互いに約０．５〜約２ｍｍ離隔している請求項６に記載の方法。
8. 金属接点層の面積の約５０％以下がレーザー刻印を含む請求項６に記載の方法。
9. 金属接点層の面積の約２０％以下がレーザー刻印を含む請求項６に記載の方法。
10. レーザー刻印は、相互接続の方向に直交する方向に位置づけられている請求項１に記載の方法。
11. 刻印は、複数のホールが相互に連結されてなる一列のホールの形態である請求項１に記載の方法。
12. ホールは円形で、約０．１〜約０．２ｍｍの直径を有する請求項１１に記載の方法。
13. 刻印は互いに平行である請求項１に記載の方法。
14. わずかな刻印を有するか又は刻印を持たないボンドによって分離されている近接しているが離れている刻印のバンドとして、刻印はグループ化されている請求項１に記載の方法。
15. 各刻印は、約０．０５〜約０．２ｍｍの幅を有し、互いに約０．５〜約２ｍｍだけ離れている請求項１４に記載の方法。
16. レーザー刻印は、互いに離隔しており、その間隔はモジュールの少なくとも一部において徐々に変化する請求項１に記載の方法。
17. 直列に接続された複数の電池と、少なくとも１のアモルファス半導体層と、金属接点層と、該著くれるに接続された複数の電池を接続する相互接続とを含む部分透過性光起電モジュールの製作方法であって、（ａ）少なくとも金属接点を通して、相互接続の方向を横断する方向に、複数の刻印をレーザー刻印する工程、及び（ｂ）光起電モジュールに、デザイン、レタリング、ロゴ又は他の記載パターンを付与するために、予め選択されたパターンで少なくとも金属接点の部分を選択的に除去する工程からなる群より選択される少なくとも１工程を含む方法。
18. 予め選択されたパターンで、少なくとも金属接点の部分を選択的に除去して、光起電モジュールにデザイン、レタリング、ロゴ又は他の記載パターンを付与する工程を含む請求項１７に記載の方法。
19. 金属接点は、複数のホールの１パターンをレーザー刻印することにより除去される請求項１８に記載の方法。
20. 複数のホールは連結されている請求項１９に記載の方法。
21. ホールは、円形で約０．１〜約０．２ｍｍの直径を有する請求項２０に記載の方法。
22. 直列に接続された複数の電池と、少なくとも１のアモルファス半導体層と、金属接点層と、該直列に接続された複数の電池を接続する相互接続とを含む光起電モジュールの製作方法であって、金属を選択的に除去するモジュールに光を透過させる目的でレーザーを用いて、金属接点の部分を選択的に除去する工程を含む方法。
23. 除去された金属の部分は、複数のホールの形態である請求項２２に記載の方法。
24. 少なくとも数個のホールは連結されている請求項２３に記載の方法。
25. ホールは円形である請求項２６に記載の方法。
26. レーザーを用いて、金属接点層を貫通してバーストする半導体物質を融除して、金属を除去する請求項２２に記載の方法。
27. モジュールは、少なくとも約５％の透過率を有する請求項２２に記載の方法。
28. 直列に接続された複数の電池と、少なくとも１のアモルファス半導体層と、金属接点層と、該直列に接続された複数の電池を接続する相互接続とを具備し、相互接続の方向を横断する方向に位置づけられた金属接点層を少なくとも貫通する複数の刻印を含む薄膜部分透過性光起電モジュール。
29. 各刻印は、約０．０１〜約０．５ｍｍの幅を有する請求項２８に記載のモジュール。
30. 各刻印は、約０．０５〜約０．２ｍｍの幅を有する請求項２９に記載のモジュール。
31. 刻印は、互いに約０．５〜約５ｍｍだけ離隔している請求項３０に記載のモジュール。
32. 少なくとも約１０％の透過率を有する請求項２８に記載のモジュール。
33. 少なくとも約２０％の透過率を有する請求項２８に記載のモジュール。
34. 刻印は、連結されたホールの形態である請求項２８に記載のモジュール。
35. ホールは円形であり、約０．０１〜約０．２ｍｍの直径を有する請求項３４に記載のモジュール。
36. モジュール内の最初と最後の電池に隣接して位置づけられている母線を含み、レーザー刻印は母線を含まない光起電モジュールの表面を横断して延在する請求項２８に記載のモジュール。
37. 直列に接続された複数の電池と、少なくとも１のアモルファス半導体層と、金属接点層と、該直列に接続された複数の電池を接続する相互接続とを含み、金属接点層に形成され且つ金属接点層を貫通して延在するレタリング、ロゴ又は他の記載パターンを含む光起電モジュール。
38. 記載パターンは、複数のホールの１パターンをレーザー刻印することにより形成されたものである請求項３７に記載の光起電モジュール。
39. ホールの少なくとも一部は連結されている請求項３８に記載の光起電モジュール。
40. ホールは円形であり、約０．０１〜約０．２ｍｍの直径を有する請求項３８に記載の光起電モジュール。
41. 請求項２８に記載の光起電モジュールを含む窓。
42. 請求項２８に記載の光起電モジュールを含む日よけ及び天蓋。
43. わずかな刻印を有するか又は刻印を持たないバンドによって分離されている近接しているが離れている刻印のバンドとしてグループ化されている請求項２８に記載の光起電モジュール。
44. 刻印の少なくとも一部の間の距離が徐々に変化する請求項２８に記載の光起電モジュール。
45. 基板上の光起電デバイスを製作する方法であって、
    （ａ）透明な導電性酸化物膜を基板上にデポジットして、フロント接点層を形成する工程と；
    （ｂ）フロント接点層内に実質的に平行な第１の溝をレーザービームでレーザー刻印して、基板上にフロント電極セグメントを形成する工程と；
    （ｃ）フロント電極セグメント上に、半導体物質の一層又は複数の層をデポジットして形成し、第１の溝を半導体物質で充填する工程と；
    （ｄ）第１の溝に対して実質的に平行な位置で、半導体物質の一層又は複数の層内に第２の溝をレーザー刻印する工程と；
    （ｅ）半導体物質の一層又は複数の層上の金属を含むバック接点層をデポジットして形成し、第２の溝を金属で充填してフロント電極セグメントとバック接点層とを接続する１の直列接続を形成する工程と；
    （ｆ）第２の溝に対して実質的に平行な位置に、レーザービームで第３の溝をレーザー刻印する工程と；
    （ｇ）第２の溝の方向を横断する方向で、バック接点層内に溝をレーザー刻印する工程と
    を含む方法。
46. 基板上の光起電デバイスを製作する方法であって、
    （ａ）基板上に、透明な導電性酸化物膜をデポジットして、フロント接点層を形成する工程と；
    （ｂ）レーザービームでフロント接点層内に実質的に平行な第１の溝をレーザー刻印して、基板上にフロント電極セグメントを形成する工程と；
    （ｃ）フロント電極セグメント上に半導体物質の一層又は複数の層をデポジットして形成し、第１の溝を半導体物質で充填する工程と；
    （ｄ）第１の溝に対して実質的に平行な位置で、半導体物質の一層又は複数の層内に第２の溝をレーザー刻印する工程と；
    （ｅ）半導体物質の層上に金属を含むバック接点層をデポジットして形成し、第２の溝を金属で充填してフロント電極セグメントとバック接点層とを接続する１の直列接続を形成する工程と：
    （ｆ）レーザービームで、第２の溝に対して実質的に平行な位置で、バック接点層内に第３の溝をレーザー刻印する工程と；
    （ｇ）レーザーを用いてバック接点の区域を選択的に除去して、所望のデザイン、レタリング、ロゴ又は他の輪郭を光起電デバイスに付与する工程と
    を含む方法。
47. さらに、複数のレーザー刻印をレーザー刻印した後に、モジュールをアニーリングする工程を含む請求項１に記載の方法。
48. さらに、複数のレーザー刻印をレーザー刻印した後に、モジュールを超音波洗浄する工程を含む請求項１に記載の方法。