JP2008544502A - 太陽電池の相互接続プロセス - Google Patents

Abstract

【構成】光起電力装置のための太陽電池サブモジュールを形成するための太陽電池相互接続プロセスは、複数の細長太陽電池（１０１）を、はんだ付け可能材料（２０１）上の水平梁（１０２）上に装着するステップを含み、この材料（２０１）ははんだ、細長太陽電池を、実質的に長手の平行なかつ概略共面構成において維持し、プロセスは、さらにコンタクト（２０２，２０３）を介して細長太陽電池を電気的に相互接続するために、隣接電池間に延びる１つまたはそれ以上の導電通路（２０４）を確立する工程を含み、その１つまたはそれ以上の導電通路はウェーブはんだ付けによって確立される。
【効果】細長太陽電池サブモジュールの取り扱いおよび処理、後続する光起電力モジュールアセンブリのプロセスを簡単化する。
【選択図】 図２

Description

この発明は、光起電力装置のための太陽電池サブモジュールを形成するために細長太陽電池（elongate solar cell）を相互接続するための、太陽電池の相互接続プロセスに関する。

この明細書では、「細長太陽電池」という用語は、概略的には、平行６面体の形状でかつ長さｌ（小文字「エル」）が幅ｗよりかなり大きい（典型的には、数十倍から数百倍大きい）高アスペクト比を有する太陽電池に適用される。さらに、細長太陽電池の幅はその厚みｔよりかなり大きい（典型的には、４倍から１００倍大きい）。太陽電池の長さと幅が電力発生のための最大利用可能な活性または使用可能表面領域（太陽電池の活性「表面」）を規定し、これに対して、太陽電池の長さと厚みがセルの光学的に不活性な表面または「エッジ」を規定する。典型的な細長太陽電池は、長さ１００−１２０ｍｍ、幅０．５−５ｍｍ、厚さμｍである。

細長太陽電池は、非特許文献１および特許文献１に記述されているようなプロセスによって製造され得る。特許文献１（「スライバ（Sliver）特許出願」）は、単一の標準的なシリコンウェハから大量の薄い（概略１５０μｍ＞）細長シリコン基板を製造するためのプロセスを記述し、そこでは、結果的に得られた薄い細長基板の数および寸法が、合計の利用可能表面積が元のシリコンウェハの表面積よりも大きくなるようにされている。このことは、以下に説明するように、元のウェハ表面に直交する新たに形成した表面の少なくとも１つを各細長基板の活性もしくは利用可能表面として使用し、かつ結果的に生じた細長基板およびでき得る限り小さくされたこれらの基板の間から除去された材料の両方のウェハ平面においてより短い寸法を選択することによって、達成される。

このような細長基板は「スライバ（sliver）基板」ともと呼ばれる。この用語「SLIVER」は、オリジンエナジソーラ株式会社（Origin Energy Solar Pty Ltd.）のオーストラリア登録商標第９３３４７６号による登録商標である。スライバ特許出願はまたスライバ基板上に「スライバ太陽電池」と呼ばれる太陽電池を形成するためのプロセスを記述する。しかしながら、用語「スライバ」（sliver：細長い小片）は、１つまたはそれ以上の太陽電池を含んでも含まなくても、スライバ基板と呼ぶ。

一般的に、細長太陽電池は、本質的に任意の太陽電池製造プロセスを使用して細長基板上に形成される単結晶太陽電池もしくは多結晶太陽電池であり得る。図１８に示すように、細長基板は、シリコンウェハ１８０４を完全に貫通する一連の平行な細長い矩形の溝もしくは開口１８０２を、その開口１８０２の間のシリコンの対応する一連の平行な細長い平行６面体の基板もしくはスライバ１８０６を規定するために、機械加工（好ましくは異方性（anisotropic）湿式ケミカルエッチングによって）することによるバッチ処理で形成される。溝１８０２の長さは、ウェハ１８０４の直径と同じようではあるけれどもそれより短く、そのために細長基板もしくはスライバ１８０６は、ウェハフレーム１８０８と呼ばれるウェハの残留周辺部分１８０８によって一緒に結合されたままとなる。各スライバ１８０６は２つのウェハ表面、すなわちウェハ表面に垂直な２つの（新たに形成された）面１８１２に対して共面となる（coplanar）２つのエッジ１８１０、およびウェハフレーム１８０８に取り付けられる２つの端部１８１４を有するものと考えられる。図１８に示すように、太陽電池は、ウェハフレーム１８０８によって保持されたまま細長基板１８０６から形成され得て、結果的に得られた細長太陽電池１８０６は、次いで互いからもウェハフレームからも分離され、典型的にはそれらの長いエッジに沿った電極を有する、１組の個別の細長太陽電池を提供する。大量のこれらの細長太陽電池は、太陽電力モジュールを形成するために、電気的に相互接続されかつ一緒に組み立てられ得る。

この方法で細長基板が形成されるとき、ウェハ表面の平面における細長い溝の幅および細長シリコンストリップ（スライバ）はともに、典型的には、０．０５ｍｍであり、そのために、各スライバ／溝の組は、ウェハ表面からｌ×０．１ｍｍ（ｌは細長基板の長さ）の表面積を事実上消費する。しかしながら、シリコンウェハの厚みは典型的には０．５‐２ｍｍであるので、スライバの２つの新たに形成された面（ウェハ表面に垂直な）の各々の表面積はｌ×０．５‐２ｍｍであり、それゆえに、ウェハフレームの利用可能表面積を無視すれば、元のウェハ表面に対して５‐２０％の率（factor）だけ利用可能表面積における増加をもたらす。

細長基板はまた上で説明したとほぼ同様の態様でウェハを複数の基板に分割することによって形成され得るが、その場合には、結果的に得られた細長基板の活性もしくは使用可能表面が元のウェハ表面の対応する細長い部分に対応する。このような細長基板は、そこからそれらが形成されるウェハの厚みに等しい厚みを有し、それはここでは「プランク（plank:厚板）」基板と呼ぶ。この場合、プランク基板の合計使用可能表面積は元のウェハの表面積より大きくなることはないが、プランク基板から形成されるプランク太陽電池は従来の、ウェハベースの（wafer-based）太陽電池に対して利点を有している。プランク太陽電池は典型的にはその長いエッジに沿った電極を有するが、またその代わりに、その表面の１つ（使用の際に太陽から離れて配向される）の上に反対極の電極を持つようにしてもよい。
シェーベンストック（S. Scheibenstock）、ケラー（S. Keller）、ファス（P. Fath）、ウィレケ（G. Willeke）およびバウチャ（E. Bucher）による、「太陽エネルギ材料および太陽電池（Solar Energy Materials & Solar Cells）」Ｖｏｌ．６５（２００１）、１７９‐１８４ページ 国際公開公報ＷＯ０２／４５１４３「ハイボ(HighVo)（高電圧）の太陽電池概念」

スライバ太陽電池を形成するシリコンの細長いスライスは割れやすく、組み立ておよび電気的な相互接続に関連して注意深い取り扱いが必要である。さらに、各スライバ電池の表面積および経済指標（economic value）は小さく、スライバ電池の使用を経済的に成功させるためには、信頼できる低コストでの電気接続技術が必要となる。

光起電力装置を形成するためにスライバ太陽電池を使用する従来技術のアプローチは、スライバ太陽電池の大きなアレイを形成するために、光学的接着剤を使用してガラスのような基板または透明基板に電池を貼り付ける必要があった。スライバ太陽電池はゼロから数ｍｍの範囲を採る隣接電池との間の一定の間隔を有し、特定の電池やモジュールの構成にもよるが、モジュール面積の単位面積当たりおよそ１０００のスライバ太陽電池から多くは１５０００ものスライバ太陽電池を含むことがある。「ピックアンドプレース式（pick and place）」ロボット機械を、基板上にスライバ太陽電池を位置決めするために使用することができる。電池は次いで、スライバ電池間の電気的な相互接続を形成するために、ステンシル印刷され、塗布されあるいは他の方法で転移される、導電性エポキシを使用して電気的に相互接続される。別の方法では、ガラスのような基板上に貼り付けられたスライバ電池が、ガラス基板上に予め準備された金属化パッドまたはトラック（track：軌道）上にステンシル印刷されもしくは塗布されたはんだペーストをリフローさせることによって、電気的に相互に接続される。基板ガラス上に貼り付けられたスライバ間の電気的な相互接続を確立するためのこのプロセスは、金属化したトラックアレイを準備する工程、その準備した金属化トラック上に、アラインメント、ペースト量、およびペースト分布に関して十分な精度をもってはんだペーストを塗布したり印刷したりする工程、次いではんだ溶融温度以上に全体のアセンブリを加熱することによってそして、フラックスの活性化、はんだフロー、および金属化トラックとスライバ電池の金属電極の適宜の湿潤（wetting：ぬれ）のために必要な金属間化合の合金形成のために、そしてはんだの表面張力およびぬれ性によって決まる適切なバルク分布（correct bulk-distribution）へはんだを流すために、必要な要求温度‐時間プロファイルではんだペーストをリフローさせる工程などの、いくつかの精密な工程が要求される。

導電性材料を塗布することは秤で計ることができる代替方法であり、任意のモジュールサイズに適合させることもできるが、領域がステンシルやアラインメントの精度によって制限されるステンシル印刷に対して、塗布動作は遅く、大きなモジュール面積にわたる必要な塗布位置の数に対しては高価である。ステンシル印刷は、そのステンシル材料の伸張や歪みのために、大面積にわたる印刷場所のアラインメントや見当（registration）に伴う問題がある。さらに、はんだリフロー操作を用いる良好なはんだ接合のために要求される温度−時間プロファイルに従ってインラインでまたはバッチ処理において大きな熱容量を加熱することは、実際上は、克服できない困難性を引き起こす。たとえば、溶融温度以上で必要とされる時間が原因で生じるスライバ電極からの銀の溶解、バルクはんだにおいて小さな結晶構造を形成するためにガラスを急速に冷却することについての困難性、はんだ相互接続における合金分離および金属マイグレーションを最少化すること、および長期間高温下での紫外線硬化光学接着剤に対する考えられるダメージなどの問題がある。上記のリフローの問題のいくつかは、Asscon Quicky （登録商標）気相リフローシステムのような気相はんだシステムを使うことによって解決できる。しかしながら、他の問題は、リフロー動作を商業的に利益が上がるモジュール製造のために適合できなくしている。

上記の方法のどれが用いられようとも、ＥＶＡ（エチレンビニルアセテート）のような封止材料が、太陽電池のアセンブリを完成させて太陽電池モジュールを作るために、ガラスまたは類似の材料の第２層とともに使用される。この技術を用いて光起電力装置を形成する最も重大な困難性は、ステンシル印刷を用いても塗布方法を用いても、アレイを形成するために比較的大きな面積の基板上の大量のスライバ電極間の電気的な相互接続を形成するために、導電性材料（これがはんだであるか、導電性エポキシもしくは類似の材料であるかに拘わらず）の精密な配置が必要になることである。

プランク太陽電池が多結晶シリコンあるいは単結晶シリコンから形成される。太陽電池は、周知のＢＣＳＣプロセスに類似するいくつかの変形はあるものの、従来の電池製造プロセスを使って製造される。プランクおよびプランク類似の太陽電池の第１の利点は電圧を大きくでき、かつしたがって電流を減じることに関連する効果すなわち高速化が従来の電池に比べて可能な点である。さらに、プランク太陽電池の１つの実現方法において、電池は両面タイプのものとして形成される。両面太陽電池の利益は、両面モジュール、建物一体型光起電力モジュール（ＢＩＰＶ）、静止型集光器（static concentrator）アセンブリにおける応用、および通常の太陽の放射の３０倍あるいは５０倍もしくはそれ以上までの太陽光集光を有する集光器レシーバ（receiver）におけるプランク電池応用を通しての、プランク電池を製造し、取り扱いあるいは組み立てるための余分なコストを相殺する。

ウェハに形成されたプランク電池の、標準的なウエハの厚みを有する狭い矩形のアレイは、ウェハから取り外されるときスタンドアロンの太陽電池としての使用に適した形式で、あるいは、電池中に形成された電流のための高抵抗経路を提供する物理的な保持構造を形成する電池の各端部におけるシリコンの領域を有してプランク電池がその中に形成されるウェハに含まれるに適した形式で、製造され得る。モノリシックプランク型電池の１つの形式が、雑誌「太陽エネルギ材料および太陽電池」６５（２００１）１７９‐１８４ページにおける「新規なハイボ（高電圧）電池概念によるウェハベースの結晶シリコン太陽電池のモノリシック直列接続における進歩」“Progress in monolithic series connection of wafer-based crystalline silicon solar cells by the novel ‘High Vo’ (High Voltage) cell concept”という論文において議論されている。あるいは、プランク太陽電池はウェハから取り外せかつ任意の所望の間隔および／または電池極性に従って再組み立てされ得る。プランク電池はスライバ電池のように壊れやすいものではないが、組み立て中あるいは電気的な相互接続中における注意深い取り扱いを要求する。加えて、各電池の面積や値が小さいので、プランク電池の使用を経済的に利益が上がるようにするためには、信頼性があり低コストでの電気的接続技術が要求される。

プランク電池の活性面が研磨されたウェハ表面から形成されるので、取り扱いや組み立てがスライバ電池の取り扱いや組み立てに比べて非常に簡単であり、そこでは活性の遅い電池面がウェハ表面に対して垂直に形成される。プランク電池アレイを最大限効率的な応用のために意図すると、真空装置、接着表面あるいは機械的クランプでアレイを係合することによって、プランク電池の全体のアレイをウェハから取り外すことができる。ダイシングソー、レーザ、あるいは機械的なけがき分割（scribing and fracture）でプランク電池の端部を切断することによって、アレイは、ウェハフレームから取り外される。電気的な相互接続が次いで、スライバ電池ボート(boat：小舟)アセンブリを形成するのに必要なものと類似のプロセスを使って確立される。そのプロセスはまた、プランク太陽電池ボートの物理的な構造を提供する。

プランクボートのサブモジュールアセンブリの特有の特徴は、従来の四角のあるいは近四角（near-square）太陽電池と類似の寸法の密封止プラナ（close-packed planar）または矩形の近プラナ（near-planar）アレイあるいは近矩形（near-rectangular）太陽電池、ユニットアセンブリに含まれるプランク電池の数に相当する係数に比例して従来の電池より高いサブモジュール電圧、ユニットアセンブリに含まれるプランク電池の数に相当する係数に比例して従来の電池より低いサブモジュール電流、およびプランクボートの太陽電池電力モジュールに含まれ得る構造を形成するためにプランクボートを一緒に結線するような外部相互接続に好適する電気的コンタクトを含む。

代わって、もしプランク電池アレイが増加したコスト効率の応用を提供するように意図されると、真空装置あるいは接着表面もしくは機械的クランプでアレイを係合することによって、プランク電池の全体のアレイをウェハから取り外すことができる。アレイは、ダイシングソーあるいはレーザを用いてもしくは機械的なけがきおよび分割によってプランク電池の端部を切断することによって、ウェハフレームから取り外される。プランク電池がたとえば２倍（２Ｘ）の静止型集光器に必要とされる場合、プランク電池アレイは、次いで、２番目のプランク電池毎にピックアップする単純な真空システムを使って処理され、ピックアップされた電池からダブルスペースの（double-spaced：１行おきの）アレイを形成し、そして最初のピックアップ動作によって通過された電池によって形成されるダブルスペースのアレイをそのままにしておく。これらのダブルスペースのアレイはともに次いで電気的相互接続を確立するために、そしてスライバのラフト（raft: いかだ）形式と類似の処理において、プランクラフトサブアセンブリの物理的な保持構造を形成するために処理される。電気的相互接続が次いで確立され、プランク太陽電池ラフトの物理的な構造を提供する。２工程で３番目毎のプランク太陽電池を選択したとえば３つのサブアセンブリを完成することによって３倍（３Ｘ）静止型集光器サブアセンブリを形成することができる。

プランクラフトサブモジュールアセンブリの独自の特徴は、従来の四角形または近四角形太陽電池と類似の大きさの均一に間隔が隔てられたプラナまたは近プラナアレイ、ユニットアセンブリに含まれるプランク電池の数に類似する係数に比例して従来の電池より高いサブモジュール電圧、ユニットアセンブリに含まれるプランク電池の数に類似する係数に比例して従来の電池より低いサブモジュール電流（任意の静止型集光器がない場合には、静止型集光器の応用から得られる効果的な集光器の係数によって単純に変更されたこの減じられた電流）、およびプランクラフト太陽電池電力モジュールに含まれ得る構造を形成するためにプランクラフトを一緒に結線するような外部相互接続に適した電気的コンタクトを含む。

同様に、もしプランク電池アレイが増加されたコスト効率の応用を提供するように意図されたとすると、プランク電池の全体のアレイは、真空装置もしくは接着表面あるいは機械的なクランプでアレイを係合することによって、ウェハから取り外され得る。このアレイは、ダイシングソーまたはレーザでもしくは機械的なけがき分割によってプランク電池の端部を切断することによって、ウェハフレームから取り外される。もし、プランク電池が２倍（２Ｘ）静止型集光器のために必要なら、たとえば、プランク電池のアレイは、２番目毎のプランク電池をピックアップしてピックアップした電池からダブルスペースのアレイを形成し、最初のピックアップ動作によって通過された電池によって形成されるダブルスペースのアレイをそのままにする、そのような単純な真空システムを使って処理される。これらのダブルスペースのアレイは両方とも、次いで、電気的相互接続を確立するためにそしてスライバメッシュ(mesh：網目状)ラフト形態に類似するプロセスでプランクメッシュラフトサブアセンブリの物理的な保持構造を形成するために処理される。電気的相互接続はその後確立され、プロセスは、プランク太陽電池メッシュラフトの物理的な構造を提供する。

プランクメッシュラフトサブモジュールアセンブリの特有の特徴は、従来の四角形または近四角形太陽電池に類似する寸法の均一に間隔が隔てられた矩形もしくは近矩形の太陽電池のプラナまたは近プラナアレイ、ワイヤ相互接続における柔軟性によってもっぱら与えられるプランク太陽電池の長さと平行に走る軸の周りの柔軟性、ユニットアセンブリに含まれるプランク電池の数に類似する係数で比例して従来の電池より高いサブモジュール電圧、ユニットアセンブリに含まれるプランク電池の数に類似する係数で比例して従来の電池より低いサブモジュールメッシュラフト電流（任意の静止型集光器がない場合には、静止型集光器の応用から得られる有効な集光器の係数によって単純に変更されたこの減じられた電流）、およびプランクメッシュラフト太陽電池電力モジュールに含まれ得る構造を形成するためにプランクメッシュラフトを一緒に接続するような外部相互接続に適する電気的接点を含む。

光起電力装置を形成するためにプランクおよびプランク類似の太陽電池を使用するについての従来技術のアプローチは、おおむね、携帯型装置における電池を充電するためのあるいは電卓のような小型の携帯型装置を動かすための高電圧小面積の太陽電池電力モジュールに限定される。なぜなら、取り扱い、組み立ておよび比較的安価な小型太陽電池のプランクあるいはプランク類似集電器（collections）、アセンブリもしくはアレイへの電気的接続および物理的構造を付与するためのコストが比較的高いからである。取り扱い、組み立ておよびスライバ太陽電池の電気的相互接続に対する従来技術のアプローチに関連する問題を解決するこの発明において詳しく述べられているアプローチは、プランクおよびプランク類似太陽電池の従来の取り扱い、組み立ておよび電気的相互接続に関連する問題の解決に対して直接の類似した応用を有する。

スライバ分離、取り扱い、および組み立ての問題への解法を考案するために実施された同じ処理および組み立て原理が、プランク電池分離、処理および組み立て問題、可能な場合に従来の取り扱いおよび組み立て機器およびプロセスを適合させることに関して「大量」の電池をいつも大量に移動させること、に対する解法を考案することにも適用された。多くの場合、プランク太陽電池を分離し取り扱いしそして組み立てるために考案された解決策は、せいぜい、スライバの解決策の単純な変形かもしくはそれのカスタマイズを含む。

概略的に言えば、この発明の好ましい実施例を説明する際に、プロセスおよび方法の有利な局面を明確にするために、説明および図解は主としてスライバ電池の例を使用するであろう。プランク太陽電池に対する説明および図解は分離、取り扱い、あるいは組み立てがスライバ太陽電池の分離、取り扱いおよび組み立ての解決策のためのプロセスおよび方法とかなり大きく相違する場合にのみ提供される。太陽電池の１つの応用はいわゆる集光器システムである。典型的なリニア光起電力集光器システムは約１０‐８０倍の幾何学的な電池集光比（concentration ratio）で動作する。このような配置において、１列の太陽電池の配置は通常レシーバ上に取り付けられる。各従来の電池は、典型的には、２‐５cmの幅で２０‐４０個の電池がレシーバの長手方向の長さに沿って直列に接続される。光の均一性はレシーバの長さに沿っては概ね良好であるが、横方向には悪い。太陽電池は通常より高い全体の電圧出力を与えるために、直列に接続される。電流は、典型的には中央から、電池毎に４つの長いコンタクトを通って、上下両面の各電池の２つのエッジに流れる。電流を取り除くためにこれらのコンタクトの各々に対して接続がなされる。太陽電池の直列接続はレシーバのエッジにおいて適宜の相互接続によって達成される。しかしながら、直列相互接続は大きな面積を占める。さらに、レシーバの長さに沿った電流の流れは、各電池の中央領域からエッジまでにわたって電荷を外部接続中に移動させかつ隣接電池の中央領域へ戻すプロセスである。結果として、長い導電経路のゆえに、大きな直列抵抗損失が生じている。

上記した困難性の１つまたはそれ以上を軽減する太陽電池の相互接続プロセスを提供すること、あるいは少なくとも有用な代替方法を提供することが望まれている。

この発明によれば、光起電力装置のための太陽電池サブモジュールを形成するための太陽電池相互接続プロセスが提供され、そのプロセスは、
複数の細長太陽電池を構造物中に装着するステップを含み、その構造物は細長太陽電池を実質的に長手方向に並列でかつ概ね共面形状で保持し、さらに
細長太陽電池を電気的に相互接続するために、構造物を通って延びる１つまたはそれ以上の導電性通路を確立するステップを含み、その１つまたはそれ以上の導電性通路はウェーブはんだ付け(wave soldering)によって確立される。

ここで言うラフト、メッシュラフトあるはボートの装着構造物は、プランクまたはスライバ太陽電池もしくは電気的な相互接続に対するダメージが製造もしくは使用の期間中熱サイクルを結果的に生じるのを防止する。ボートの場合では、これは、熱的適応性のある基板上にプランクまたはスライバ太陽電池を組み立て、それらの数多くの形式の１つまたはそれ以上における従来のはんだ付けまたは鉛フリーはんだを使って、電気的に導電性通路を付与することによって達成され、その導電性通路は個々のパターンにおいて基板を横切って延び、そのパターンは電気的相互接続を確立するために直列のまたは並列の形状を提供する。メッシュラフト、およびラフトの或る形式の場合においては、メッシュラフトまたはラフトまたはボートにおける構成材料の間における差動的熱膨張がサブモジュールアセンブリ構造の任意の部分において容認できない応力を生じないように、プランク電池もしくはスライバ電池間の電気的相互接続がそれぞれ組み立てもしくは枠組み構造を形成する。

各サブモジュールにおけるスライバ太陽電池もしくはプランク太陽電池は、特定の光起電力装置のための要件に従って間隔を隔てられ得る。ボートのような或る応用では、隣接スライバもしくはプランクは、電気的相互接続だけでなくボートの場合において太陽電池を一緒に保持する機械的支持または拘束を提供する、はんだにそれぞれ当接するように間隔はほとんどないかあってもごくわずとされ、そして／または電気的相互接続を形成するはんだはまた高効率のラフトもしくはボートの場合の構造物にプランクまたはスライバ太陽電池を直接取り付ける機械的構造物を形成する。

ラフトまたはメッシュラフトのような他の応用において、各プランクもしくはスライバ太陽電池間の間隔は太陽電池の幅の数倍もの大きさであり得て、水平梁の表面上の金属化トラックに合金化したはんだによって確立された隣接電池間の電気的相互接続を有する。メッシュラフトのような他の応用においては、電池間（inter-cell）アレイの構造物を構成するワイヤが、プランクまたはスライバ電池電極にはんだ付けされ、電気的相互接続およびメッシュラフト構造の物理的支持および物理的拘束を提供する。特に、プランク太陽電池は両面的であってもよく、かつスライバ太陽電池は両面的であり、或る応用においては、間隔は、静止型集光器応用の場合に適宜位置決めされた反射体の使用によって、もしくは従来の両面モジュールに似ているモジュール構造の場合における両側からの照射によってスライバ太陽電池の両側の輻射を利用するように決定される。

或る実施例では、基板は１つまたはそれ以上の水平梁（horizontal beam）の形式を採り、所望のアレイ構成においてかつ機械的な治具を使ってその水平梁に近接してスライバ電池もしくはプランク電池が水平梁に保持される。水平梁は完成されたラフトのための機械的な安定性およびスライバ太陽電池またはプランク太陽電池間の電気的相互接続をそれぞれ支持する構造物を提供する。水平梁はシリコンもしくは他の任意の適宜の材料から作ることができる。

スライバ電池もしくはプランク電池が水平梁に取り付けられる実施例の場合、基板の熱的適応性は個々のスライバもしくはプランク太陽電池へ接着した水平梁の小さい寸法によって達成される。すなわち、小さい共通領域のために、水平梁の熱膨張係数をこの発明の他の形式についてはスライバもしくはプランク電池の熱膨張係数と厳密に一致させる必要がないのである。理想的には、スライバ電池応用については、水平梁は差動的膨張問題を除去するために結晶シリコンから形成される。多結晶プランク電池応用の場合、水平梁は理想的には、差動的膨張問題を除去するために多結晶シリコンから形成されてもよい。はんだラフトの水平梁は好ましくは低コストで、電気的に絶縁して（本来的にもしくは絶縁材料でコーティングする方法で）、薄くそして電気的相互接続のためのはんだ付け可能な金属化した導電性トラックで選択的にコーティングされ得る。適当な基板はシリコンおよびホウケイ酸ガラスを含む。

はんだによって形成され、電気的相互接続を提供しかつスライバ電池またはプランク電池をそれぞれ水平梁に固着するサブモジュールは、この明細書では、「はんだラフト」と呼ばれる。ただし、この用語は、使用されるはんだのタイプ、はんだを堆積してはんだ付けされた電気的相互接続を形成するのに使用するプロセス、あるいはそのはんだラフトを構成するのに使用する太陽電池のタイプの如何に拘わらず用いられる。はんだラフトは２、３百個から７、８百個（few to several hundred）のスライバ太陽電池あるいはプランク太陽電池を含むことができる。はんだラフトは、従来の太陽電池と同じように、典型的には、１０ｃｍ×１０ｃｍまたは１５ｃｍ×１５ｃｍあるいはそれより大きいサイズで形成され得る。さらに、サブモジュールアセンブリが四角形あるいは近四角形である必要はない。サブモジュール内のスライバ電池あるいはプランク電池の数はたとえば、所望するサブモジュール電圧を提供するために選択され得る。このことによって、従来の太陽電池で現在用いられている封止および電気的接続のための技術と同様の技術を用いて光起電力装置に電池を使用することができる。大きな違いは、スライバまたはプランク太陽電池が直列接続されるのか並列接続されるのかによるが、典型的な従来の太陽電池より高い電圧およびそれに対応して低い電流を有する。

この明細書で「はんだボート」と呼ばれる他の実施例では、スライバ太陽電池あるいはプランク太陽電池がそれぞれはんだを使って連続もしくは半連続基板上に組み立てられ、そのはんだは隣接太陽電池間の電気的相互接続を付与し、はんだボート基板への太陽電池の機械的な取り付けを確立し、また構造の物理的安定性を提供する。はんだを使って形成されて電気的相互接続を提供しかつスライバ電池またはプランク電池をそれぞれ基板に機械的に固定するサブモジュールは、この明細書では、「はんだボート」と呼ばれ、それは使用されるはんだのタイプ、はんだを堆積してはんだ付けされた電気的相互接続を形成するのに使用するプロセスあるいははんだボートを構成するのに使用される太陽電池のタイプの如何に拘わらない。

はんだボート基板は、熱サイクルの間、応力を回避するために、基板が太陽電池におけるシリコンと類似する熱膨張係数を有する限りにおいて熱的に両立できる。はんだボート基板は好ましくは低コストで、電気的に絶縁していて（本来的にか、あるいは絶縁材料でコーティングする方法によって）、薄くかつ電気的接続のためのはんだ付け可能な金属化された導電性トラックで選択的にコーティングされ得る。適宜の基板はシリコンおよびホウケイ酸ガラスを含む。サブモジュールの形式は、特に、集光された太陽光での応用に適する。

この実施例において、スライバ太陽電池もしくはプランク太陽電池は接近して位置決めされてもよく、間隔を隔てて設けられてもよい。好ましくは、はんだボート基板は、太陽電池が基板を通しての熱転移を介して冷却されるように、ヒートシンク上に組み立てられる。この構造は、ヒートシンクもしくはヒートシンク付属品の格別な機械的安定性を付与するためにもし必要ならば、追加の接着剤を含んでもよい。接着剤はまた、装置のヒートシンク特性を増強するために熱伝導性を手助けするようにしてもよい。

他の実施例において、サブモジュールのスライバ太陽電池もしくはプランク太陽電池間の電気的かつ機械的相互接続は、それらにそして隣接太陽電池の電極間にはんだ付けされるワイヤだけで形成され、水平梁や基板あるいは基板上の相互接続用の金属化電気的トラックを設ける必要はない。はんだ付けされたワイヤによる相互接続を用いて電気的相互接続を付与し、スライバ電池あるいはプランク電池をそれぞれ機械的に取り付け、サブモジュールアセンブリの物理的および電気的構造を形成するサブモジュールは、この明細書において、「はんだメッシュラフト」と呼ばれ、それは使用されるはんだのタイプ、はんだを堆積してはんだ付けされた電気的相互接続を形成するために使用されるプロセス、使用されるワイヤのタイプもしくはワイヤが想定する形状または形式、あるいははんだメッシュラフトを構成するのに使用される太陽電池のタイプには拘わらない。

スライバ太陽電池およびプランク太陽電池はともに、この発明に従って構成されるはんだラフト、はんだメッシュラフトおよびはんだボートが高い電圧能力を有するので、特に、集光された太陽光への応用に適している。集光された太陽光の下でのスライバ太陽電池またはプランク太陽電池の最大出力電圧はおよそ０．７Ｖである。集光器のスライバ電池の場合、電池の典型的な幅はおよそ０．７ｍｍである。したがって、電圧は、対応する小電流の利点によって、スライバ電池アレイに沿う方向において、１ｃｍあたり約１０Ｖの率で大きくなる。集光器のプランク電池の場合、電池の典型的な幅は１または２ｍｍまでである。したがって、電圧は、対応する小電流の利点によって、プランク電池アレイに沿う方向において、１ｃｍあたり約５Ｖの率で大きくなる。一般的には、プランク太陽電池はスライバ太陽電池より幅広いので、集光器のプランクアセンブリは通常、スライバ集光器レシーバに比べて低い集光レシーバの応用において用いられるであろう。

したがって、スライバ太陽電池のはんだラフト、はんだメッシュラフト、またははんだボートおよびプランク太陽電池のはんだラフト、はんだメッシュラフトまたははんだボートは、従来の太陽電池の代わりに、リニア集光器（linear concentrator）システムにおける使用に適する。この点に関し、各スライバ太陽電池またはプランク太陽電池は、はんだベースの（solder-based）電気的相互接続を用いて、各エッジの長さ（連続的にまたは間欠的に）に沿ってそれの隣接のものに直列接続され得る。電流はしたがって、従来の太陽電池が使用されたときに生じたようなヘリカルスパイラル電流を本質的に形成する縦横方向の入り混じった方向というよりも、むしろスライバ太陽電池もしくはプランク太陽電池の長さにそれぞれ交差する方向において、レシーバの長さに沿って連続的に移動する。さらに、スライバまたはプランク電池であり得る太陽電池間の直列相互接続によって占められる間隔は非常に小さく、そのためにそれらの接続における吸収によってごくわずかの太陽光が失われるだけである。

さらに、かつ集光器応用のために非常に重要なことは、上で説明した集光器での応用に利用されるスライバ太陽電池またはプランク太陽電池間のはんだベースの電気的相互接続が、照射領域の幅とはほとんど独立して電池およびレシーバの直列抵抗を生じるということである。

ここで説明する相互接続プロセスは、プランク電池の大多数の実施例に加えて、スライバ電池の特徴から湧き出したもので、電気的な相互接続が各スライバ太陽電池のエッジにおいてのみ必要であるという利点を有する。ここで述べるはんだラフト、はんだメッシュラフトあるいははんだボートにおいて、電気的接続はプランクまたはスライバ太陽電池の挟端（narrow ends）に対応する、はんだラフト、はんだメッシュラフトまたははんだボートの行の外側エッジでもしくはそれに沿うことは要求されない。なぜなら、基板、または水平梁またはワイヤメッシュ保持構造の上もしくは中の導電性通路によって機能的な電気的接続が提供されるからである。このことによって、はんだラフト、はんだメッシュラフトまたははんだボートの平行な数行が、各行間の狭い間隔だけを有する１つのレシーバ上に用いられ得る。この狭い間隔の幅は熱膨張、電気的絶縁およびアセンブリ拘束に適合するだけでよく、従来の集光器レシーバで必要としていた集光器電池の両側に沿って走る幅広の電流バスを含まない。

したがって、スライバ太陽電池またはプランク太陽電池の集光器レシーバは数十ｃｍまで幅広であってよく、電池‐レシーバ表面領域範囲の非常に高い比を有して、数行から多数の行の集光器電池を含むことができる。このことによって、改善された領域利用率を通して集光器レシーバの実行効率を増加させるだけでなく、電気的相互接続およびバスバーのような熱を吸収するがエネルギ変換を行わない部品の非常に減じられた面積の結果として、レシーバにかかる熱負荷を減じる。このことは、１つの固定レシーバ上に多数の鏡または幅広の鏡によって光を反射する、そのような応用において特に利点がある。この応用において、はんだラフト、はんだメッシュラフトまたははんだボートの行の各々は行毎に照射レベルは異なるものの、レシーバの長さに沿った長手方向にかなり均一な照射を受ける。もし従来の集光器太陽電池が用いられるとすると、これらの応用において、スライバまたはプランク集光器太陽電池によって可能な程度にまで、直列抵抗を制御することは難しくかつ行間および電池間の無駄なスペースを最少化することはできない。はんだラフト、はんだメッシュラフトまたははんだボートから構成される太陽電池レシーバモジュールを用いる場合はそうではない。

ここで説明するサブモジュールのさらなる利点は、はんだラフト、はんだメッシュラフト、またははんだボートかスライバ電池またはプランク電池から形成され得るので、光起電力システムに関連するインバータ（ＤＣ電流をＡＣ電流に変換するのに使用される）の昇圧ステージが除去できるように、レシーバ電圧が大きくなるということである。この発明のさらなる利点は、各はんだラフト、はんだメッシュラフトまたははんだボートが他のはんだラフト、はんだメッシュラフトまたははんだボートと並列に電気的に動作し得るということである。あるいは、一群のはんだラフト、はんだメッシュラフトまたははんだボートは直列接続され得て、各群は他の群と並列に作動し得る。この並列接続能力によって、たとえば構造的要素によって投げかけられた影から生じる、あるいはリニア集光器システムの端部における光学的損失から生じる照射における不均一性がレシーバ出力に与える影響を大きく減じることができる。

上の説明から明らかなように、はんだベースで形成されるはんだラフト、はんだメッシュラフトまたははんだボートのここで説明する接着剤不要の相互接続プロセスは、スライバ太陽電池およびプランク太陽電池を使用する従来技術に対して重大な進歩を提供する。特に、スライバ電池またはプランク電池を光起電力モジュールに１つずつ配置することまたは使用中にウェハ上に保持されたプランク類似太陽電池のモノリシックな実現例によって受ける性能上の不利は、数十から数百個のスライバ電池あるいはプランク電池を備える各サブモジュールアセンブリを有するはんだラフト、はんだメッシュラフトまたははんだボートを使用することによって回避される。

さらに、接着剤を使用することによって組み立てられるラフト、メッシュラフトおよびボートと比べると、かつ／またはステンシル印刷または塗布プロセスをそれぞれの適用のために要求する導電性エポキシあるいは類似の導電性接着材料を使用することによって確立される電気的相互接続と比べて、新しい（non-conventional）材料を排除する利点がある。これらの新しい材料は、太陽電池モジュールでの応用から生じる経年安定性および特性の信頼性の問題について未知でありあるいは確認されていない。たとえば、導電性エポキシの特性は従来の応用においては完全によく知られているが、典型的には太陽電池モジュールの設備のための状態または条件に対するその材料の長期間の露出または暴露についての利用可能なデータは何もない。加速寿命試験からいくぶんかの理解を得ることはできるけれども、実際のフィールド応用のための長期間にわたるたとえば湿度、紫外線被爆、および熱サイクルの競合的な影響を信頼性をもって判断できる短期間の試験はない。

スライバ電池およびプランク電池のサブモジュールの製造プロセスそしてそれが必要とする関連の製造インフラのコスト、スループット、信頼性および堅牢性の観点からのさらに重要な利点は、はんだラフト、はんだメッシュラフトおよびはんだボートが電気的相互接続を確立し、サブモジュールアセンブリ構造を形成しかつ取り付けるプロセスにおいて使用されるはんだ材料の任意の形式のステンシル印刷あるいは投与を排除する好機である。そのような各はんだラフト、はんだメッシュラフトあるいははんだボートは小さいので、部品の配置において十分な精度を許容する機械的な治具において安価に組み立てることができる。物理的構造の基準がそのように形成されるので、サブモジュールアセンブリの要求される電気的特性が１回の速くて安いはんだ付けプロセスによって提供される。はんだラフト、はんだメッシュラフトまたははんだボートの必要な数は、次いで、所望する形状、面積および電力に従って光起電力モジュールを形成するために用いられ得る。

ここで説明したはんだラフト、はんだメッシュラフト、およびはんだボートは、薄いスライバ太陽電池の柔軟性を利用することによって柔軟な光起電力モジュールを形成するように、テフゼル（Tefzel）のような柔軟材料上に封止されかつ組み立てられる。プランク電池を用いて組み立てられるはんだラフト、はんだメッシュラフトおよびはんだボートについて、電池に平行な軸に沿って制限された柔軟性が与えられ得る。サブアセンブリはテフゼルのような柔軟材料上に封止されかつ組み立てられ、それによってプランク電池ベースのモジュールを構成するために使用される水平梁またはワイヤの柔軟性を利用することによって１つの軸についての制限された柔軟性を有する光起電力モジュールを形成する。隣接スライバ電池およびプランク電池間のはんだ相互接続は十分薄く、したがって水平梁に必要な柔軟性を付与することができる。もしより大きい程度の柔軟性が所望されるならば、より大きな柔軟性のためにはんだ相互接続はより薄くかつ幅広にされ、それによって相互接続材料中における特定の最大電流密度を超えないようにするのに必要な導体断面積を付与する。

薄いかつ柔軟性のある太陽電池および水平梁または基板を用いて作ったはんだラフト、はんだメッシュラフト、およびはんだボートの柔軟性を利用する他の方法は、硬く曲がった支持構造の上に、はんだラフト、はんだメッシュラフトまたははんだボートを沿わせて取り付けることである。はんだベースのサブモジュールアセンブリ構造の特定的な利点は、はんだ相互接続が確立される前に、その途中に、あるいはその後にこの組み立てを行ってもよいということである。太陽電池を組み立てるための或る形式のロボット「ピックアンドプレース式機械」を使ってそのような目的を達成するのは非常に難しい。さらに、はんだラフト、はんだメッシュラフト、またははんだボートは、完成されたサブモジュールアセンブリが所望する局面プロファイルを有するように、曲がった前駆構造体の上で組み立てられかつ処理されてもよい。それに代わって、はんだラフト、はんだメッシュラフト、またははんだボートは平らな支持構造体上に組み立てられ、その構造体がその後所望する形状に曲げられてもよい。スライバ電池のはんだメッシュラフトまたははんだラフトは大きな柔軟性を呈する。封止していないアセンブリはスライバの長さの方向に平行な方向または直交する方向（明らかに同時に両方向にではない）に１０ｃｍのオーダの曲率半径に適合できる。プランクアセンブリの場合、曲率半径は小さく、プランク電池の長さに平行な軸周りの方向に制限される。

好適する支持構造体の一例は、建築上の応用において用いられる曲面ガラスである。他の例は、はんだラフト、はんだメッシュラフトまたははんだボートをリニア集光器のための曲がった押出成型アルミニウムレシーバ上に組み立てることである。そのようにする１つの利点は、はんだラフト、はんだメッシュラフト、またははんだボートにある個々の太陽電池は、リニア集光器の光学的要素のエッジから反射されもしくは屈折された太陽光からであっても、構成要素であるスライバ電池の全体の長さに沿うほぼ直角の（near-normal）入射光を受けるであろうということである。この特定的な応用において、スライバ電池はプランク電池よりもっと適している。

ここで説明するはんだラフト、はんだメッシュラフトおよびはんだボートの他の利点は、サブモジュールアセンブリの効率のかつしたがって構成要素であるスライバ電池またはプランク電池の集合した効率の測定の容易さによって与えられる。大量の個々の小さい太陽電池の効率の測定は不便で、時間がかかり、しかも高価である。この発明によれば、はんだラフト、はんだメッシュラフトまたははんだボートの全体のはんだ付けされたサブモジュールアセンブリの効率が１回の動作で測定され得て、したがって、数十から数百の小さい太陽電池が一緒に効果的に測定される。このアプローチによってコストを減じ、そのために、はんだラフト、はんだメッシュラフトまたははんだボートを性能のカテゴリ（不良品カテゴリを含む）に分類することができ、異なる性能特性を有する光起電力モジュールを組み立てるために適当なはんだラフト、はんだメッシュラフトおよびはんだボートを使うことができる。

はんだ付けされたサブモジュールアセンブリのさらなる重要な利点は、はんだの電気的相互接続が、構造体中に接着剤がないので、サブモジュールの再加工の可能性を許容することである。サブモジュールにある欠陥のあるまたは性能の達していないスライバ電池、プランク電池、一群のスライバ電池、または一群のプランク電池が、はんだを溶融させることによって簡単に取り替えられ、あるいは取り外され、さらには欠陥素子を良品の電池と取り替えることができる。再加工されたもしくは修繕されたサブモジュールアセンブリの電気的相互接続は場所的に限定されたはんだリフロー動作によって確立される。別の方法では、選択されたレベルを下回る性能を有するこれらのはんだラフト、はんだメッシュラフトおよびはんだボートは捨てられたり、小さい区分に分割されたりし、そして再測定される。もし、低い性能を引き起こす個別の太陽電池が主としてはんだラフト、はんだメッシュラフト、またははんだボートの一部にあるだけなら、性能が十分に良くないために或る小部分は捨てられなければならないが、他の部分は良好な性能を有するかもしれない。

はんだラフト、はんだメッシュラフトおよびはんだボートはまた、小さい太陽電池上でいくつかの工程を実行するのが不便でありあるいは困難であるかもしれない太陽電池の製作中に生じる困難性に焦点を当てる。たとえば、電池もしくは一群の電池がまだシリコンウェハ中に埋め込まれているとき１つの表面上に反射体を形成するためにスライバ太陽電池または一群の電池の面の１つを金属化することは困難であるかあるいは不可能である。他の例は、反射防止コーティングの応用であり、それは、或る状況では、電極の金属化が完了した後により好都合に行われるかもしれない。しかしながら、このことが反射防止コーティングが金属化部分を覆って各電池への電気的接触を確立するのが難しくなるというリスクを伴う。もし、ラフト、メッシュラフトまたはボートの構造体のための電気的接続を確立し物理的な拘束材料を形成するための材料としてはんだが選択されたとすると、反射防止コーティングおよび反射コーティングのような後続する層は、はんだラフト、はんだメッシュラフトまたははんだボートが組み立てられている間にあるいはその後でスライバまたはプランクサブアセンブリ構造体上に、蒸着、化学的気相成長、吹付け堆積、あるいは他の手段によって堆積され得る。すべてのこれらの付加的なプロセスははんだ付けされた電気的相互接続の信頼性や機能に悪く影響することなしに完了され得る。

同様に、ここで説明しているはんだベースのプロセスは、太陽電池の表面の電気的不動態化（パシベーション）のためのより好都合なアプローチを提供する。電気的不動態化は、時々、プラズマによって強化された化学的気相成長（ＰＥＣＶＤ）によってまたはアモルファスシリコン層を堆積することによって堆積された窒化シリコンのような材料を使って実行される。これらのコーティングは良好な表面不動態化を達成するために、高温処理の必要性を取り除く。或る場合には、通常の太陽電池処理の間この工程を実行するのは困難であるかあるいは不可能である。たとえば、ＰＥＣＶＤによる窒化シリコンの堆積は等方的（conformal）ではない。そのために、シリコンウェハ中にスライバ太陽電池がまだ埋め込まれている状態でそれらの表面をうまくコーティングするのは難しい。しかしながら、プロセスははんだラフト、はんだメッシュラフトまたははんだボートのアセンブリの途中またはその終了後であれば首尾よく実行することができる。

太陽リニア集光器のための光起電力装置は、スライバ太陽電池またはプランク太陽電池から構成された複数のはんだベースのラフト、メッシュラフト、またはボートを含み、接近して隣接する配置中に位置決めされたサブモジュールアセンブリを備え、そのために、電流経路および電流の流れがレシーバに沿ってかなり長く生じる。

この発明のさらに別の局面によれば、電流密度および抵抗を要求閾値レベルより小さく減じるために必要な厚みの金属でスライバ電極またはプランク電極を確立する方法を提供する。スライバ太陽電池の場合、スライバ太陽電池の組を含むウェハはスライバ電極のベースを形成する薄い層または膜の金属化部分を確立するために処理される。このプロセスは、金属膜によってバリアン（Varian）または類似の装置中において行われる。この金属膜は、ニッケル、銅、銀または他の適宜の金属であったり、アルミニウムベース上の銅、アルミニウムの上のニッケルの上の銅、あるいはニッケルの上のすずのような異なる金属の選択された層であってよい。蒸着は、余った材料のいくぶんかはリサイクルされ得るけれども、真空チャンバの大きな領域もまた電極材料によってコーティングされてしまうので、高価でかつ無駄の多いプロセスである。蒸着される金属の量すなわちコストおよびそれに付随して起こる蒸着プロセスは、蒸着される膜の厚みを減じることによって制限され得る。スライバ電極上の蒸着金属の薄い層は、次いで、要求される低抵抗および低電流密度の電極を提供するためにめっきされる。これを達成するいくつかの方法があるが、電解または無電解めっきの現在使用されているプロセスが含まれる。１つの電池表面上に２つの電極を有するプランク電池のようなプランク電池の或る形式の場合、電極を形成するために従来のスクリーン印刷技術が利用され得る。

もっと便利で、信頼性があってしかも安価な方法は、蒸着によって薄く準備された金属ベースの電極をはんだでめっきすることである。ウェハフレーム中のスライバあるいはプランク上の金属表面はフラックスで覆われていて、ウェハは溶融はんだ槽中へ投入されかつそこから取り出される。それに付着したさらには電極金属ベースと合金を形成して余ったはんだは熱風ナイフで除去される。はんだは関連する電極の金属化領域にのみ付着し、金属はんだ合金を形成し、それをコーティングする。隣接電池電極間に橋絡を形成するはんだを含む余ったはんだはウェハがはんだ槽から取り出されるときに熱風ナイフで除去される。

電池電極をめっきする（めっきで厚くする：plating up）この方法では、めっきプロセスの間、めっき済み電極を形成する液状はんだ中において溶かされる電極上の金属膜の厚みを減じるために、はんだ（これは蒸着によって形成した金属膜に接触する）が溶融温度以上にある時間を制限することが重要である。電極のベースを形成するために必要な蒸着金属材料の厚みは、はんだ金属合金のタイプ、蒸着で形成した電極ベースの表面上に用いられる金属のタイプ、はんだ温度、フラックスのタイプ、はんだ槽上のウェハを取り巻くガスのタイプ、およびはんだが溶融温度以上で蒸着で形成した金属膜に接触している時間の関数である。

たとえば、電極のベースのために必要な金属の典型的な厚みは、金属では１μｍ程度であり、銅の場合には３００‐４００ｎｍであり、ニッケルについては１００‐２００ｎｍである。たとえば、すずまたは銅の下でニッケル阻止層を使うことによって、あるいはアルミニウムのベース層の上のすずまたは銅のような異なる金属で多層のベースが形成される場合には、これらの数字は大きく変更されてもよい。或る状況においては、仕上げされた電極表面金属の選択にもよるが、数十ｎｍの厚みの金のフラッシュ（flash）の適用が有利である。

電池電極をめっきするのに使用されるはんだ槽は、典型的には、すず／鉛はんだについては摂氏２６５度前後であり、鉛フリーはんだでは摂氏２９５度かそれ以上になる。一方、熱風ナイフの温度は使用されているはんだの融点とほぼ等しい。熱風ナイフの温度および熱風流量ははんだめっきされた電極の厚みを制御する手助けのために調節され得る。もしより厚い電極が必要ならば、ナイフ温度および／または熱風流量は減じられる。これに対して、より薄い電極が必要な場合には、熱風ナイフの温度、吹付け角度、および流量は大きくされる。窒素のような不活性ガスを使用することによって、めっき層の特性のより精密な制御が可能となる。フラックスの選択は、金属の選択、金属表面の状態およびはんだのタイプによって決まる。当業者には明らかに理解されていることではあるが、電極材料の鉛フリーはんだの適用は温度、フラックスのタイプおよび時間を含むほとんどのプロセスパラメータを変更する必要があるものの、このプロセスは鉛フリーはんだの適用に対して非常に好適する。或る適用例では、熱風ナイフ中に窒素を使用することが有利であるかもしれない。

プランク太陽電池の特定の要求に上記したプロセスを適合させることによって、全体として類似した手順を構築することができる。

スライバ電池の初期的取り扱いおよびウェハからの分離のための詳細な手順、およびラフト、メッシュラフト、およびボートに分離されたスライバ電池を組み込むための方法は、国際特許出願番号ＰＣＴ／ＡＵ２００５／００１１９３によって提供される。要求される相対的な位置にスライバ電池のアレイを確立するこれらの方法はここでは繰り返さない。しかしながら、この発明の別の局面に従って、ウェハフレームから既に取り外されていてラフト、メッシュラフト、またはボートの物理的な形式における未貼付けアレイフォーマットまたはプラナアレイ構造または配置中にもたらされたスライバ太陽電池を保持するためのいくつかの方法をここで提供する。そのようにもたらされたスライバアレイは適切な電気的配向および適切な物理的平面的に間隔をあけた配置において、要求される数のスライバ電池を有する。この平面的配置は完成されたはんだラフト、はんだメッシュラフトまたははんだボートアレイにおいて所望されるスライバ太陽電池の相対的な位置および配向を具体化する。

分離されたプランク太陽電池のアレイを確立するための、先に詳細に示されている真空分離および抜き型配置に加えて、それは理想的には、プランクボートのような全面（full-cover）アレイまたは電池間に間隔‐それはウェハを形成する際の電池幅またはピッチの整数倍である‐があいている間隔あきアレイに適している。この限定された比率での間隔あけに加えて、それによってプランク太陽電池がアレイ中において任意の所望するピッチでの間隔を有して形成され得るプロセスが既に考案されている。このプロセスにおいては、ラフト、メッシュラフトおよびボートが構成される平面的なアレイ形式の形式において多数のスライバ電池を取り出すのに使用されるものと同じプロセスにおいて、プランク太陽電池が、溝付積層カセット（slotted multi-stack cassette）から取り出される。積層カセットの溝付の壁は国際特許出願ＰＣＴ／ＡＵ２００５／００１１９３に開示されているスライバ電池ラフトアセンブリを有するように間隔を隔てているアレイを形成する。プランク電池アセンブリのために必要な機能的変更は、スライバ電池と比べてプランク電池の小さい柔軟性を補うために積層カセットにおける溝の底部における保持機構が柔軟性を有するということである。

別の方法では、必ずしも優先的にというわけではないが、積層カセットの各溝からプランクを単一化する（singulate）ために取り外し（de-stacking）手順が使用され得て、単一の手順のシーケンスにおいて、カセットの底部から、カセットの溝の数に等しいプランクの平面アレイを作る。発明のこの形式では、取り外し工程は、最下部のプランクを真空ヘッドまたは粘着表面に係合させてそのプランクをスロット中においてカセットのベースの保持リップ（lip）よりわずかに大きい距離動かし、次いでプランクの一端を開放する。この端部は保持リップをきれいにするために下方向へ動かされ、次いでプランクは開放された端部へ向かって縦方向に動かされ、水平溝中のプランク端部を放す。水平溝の寸法は、プランクの端部におけるプランク形状が最大寸法公差のプランクについて溝中でクリアランスを有するが、しかし、その溝には２個の最小寸法のプランクのための十分な空間はない、そのように設定されている。これは、取り外し機構を介してプランクが１つたった１つずつ取り出されるのを保証する。

すべての他の局面において、プラナ電池アセンブリの形成および提示方法、プラナまたは近プラナアセンブリの受け入れおよび取り扱い、およびスライバ電池およびプランク電池のための後続の電気的接続方法およびプロセスは本質的に互いに交換できるが、プランクおよびスライバのサイズにおける物理的な相違をするために、たとえば、治具や真空ヘッドの細かな改造が必要になる。

スタンドアロンのはんだラフト、はんだメッシュラフトおよびはんだボートを製作する能力は、スライバ太陽電池の取り扱いおよびアセンブリならびに光起電力モジュールの構成を簡単化する。これらの方法の適用は、ほとんどの場合たとえば治具、クランプまたは真空ヘッドへの寸法的な変更だけを含むが、プランク太陽電池を取り扱いかつ組み立てるときに同じレベルの簡単化を提供する。スライバ電池ラフト、メッシュラフト、またはボートプラナアレイ、およびプランク電池ラフト、メッシュラフト、またはボートプラナアレイ配置の組み立ては小型で安価な装置によって行うことができ、それらの装置はスライバ太陽電池モジュールアセンブリに必要だと以前には考えられていたかつ大規模なプランク電池アセンブリについて広く考慮されていない装置のような大規模な精度や自動化を要しない。

さらに、ラフト、メッシュラフトあるいはボートを結線し封止するような太陽電池モジュールのアセンブリについて必要な仕事は、サブアセンブリがプランク太陽電池またはスライバ太陽電池のいずれで構成されるかに拘わらず、ごくわずかに変更された従来の光起電力アセンブリのための機器によって実行され得る。付加された非常に魅力ある特徴は、はんだラフト、はんだメッシュラフト、およびはんだボートのようなスライバ太陽電池サブモジュールアセンブリおよびプランク太陽電池サブモジュールアセンブリが従来の材料を用いて作れるということであり、したがって、モジュールの長期間の信頼性においてより大きな確信を与えることができる。

この発明の上述の目的，その他の目的，特徴，および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳細な説明から一層明らかとなろう

以下に説明するプロセスは２つの製品、静止型集光器の太陽光電力モジュールに組み込まれるのに適したスライバ太陽電池はんだラフト、および集光器レシーバにおける応用のために適したスライバ太陽電池はんだボートを形成するために、スライバ太陽電池の使用を含む。これらの製品の形成において説明されるプロセスは、使用される機械に必要な単純な寸法変更によって、プランク太陽電池はんだラフトおよびプランク太陽電池はんだボートの形成に対しても等しく適用する。分離、取り扱い、および組み立て方法、プロセスならびに製品におけるプランク太陽電池およびスライバ太陽電池間の相互交換可能性の同じ設備がラフト、メッシュラフトおよびボートに適用する。

国際特許出願番号ＰＣＴ／ＡＵ２００５／００１１９３では細長い基板のアセンブリまたはサブモジュールを形成するためのプロセスを説明している。そのようなサブモジュールは細長い基板の取り扱いおよび大型モジュールへのそれらの組み込みを容易にする。特に、そのようなサブモジュールは、上述の手助けをしかつまた或る例における標準的なプロセスや取り扱い機器の使用を許容するために、標準的なウェハベースの太陽電池のサイズと実質的に等しいサイズで提供される。アセンブリまたはサブモジュールの３つの形式が特に利点があることがわかっている。１つ目の形式、便宜上「ラフト」と呼ぶサブモジュールでは、平行な細長太陽電池のアレイが細長太陽電池に垂直な水平梁上に支持される。２つ目の形式、「メッシュラフト」と呼ばれるサブモジュールでは、平行な細長太陽電池のアレイがアレイの平面に横たわっているコネクタによって相互接続される。３つ目の形式、「ボート」と呼ばれるサブモジュールでは、複数の平行な細長太陽電池が細長電池のアレイの真下に延びる平面基板上に支持される。

図１を参照して、細長太陽電池１０１、これはプランク太陽電池またはスライバ太陽電池である、および水平梁１０２は、ここでは「はんだラフト」と呼ぶサブモジュールアセンブリ１００を形成するために組み立てられる。太陽電池１０１間の間隔は、ゼロから各電池の幅の数倍までの範囲に及ぶ。水平梁１０２は好ましくは薄く、電気的に絶縁する任意の材料で形成されあるいは絶縁材料をコーティングされ、以下に説明するように、はんだ付け可能な金属化された導電性トラックまたはパッドで容易にコーティングされ得る。たとえば、薄いシリコンのスライバは厚みが３０‐１００μｍ、幅が１‐３ｍｍ、長さ２‐２０ｃｍでそれは水平梁に適している。

水平梁上にトラックまたはパッドを形成するために使用される金属は、銀、ニッケル、すず、銅または他の適宜のはんだ付け可能な金属、もしくはこれらの金属の複合層、あるいは表面上の金属がはんだ付け可能なような金属の他の組み合わせであり得る。たとえば、クロムまたはニッケルの阻止層が真空蒸着によって水平梁へ直接付与されるか、またははんだ付け温度に耐える接着剤によって、小さく、かつ適当な形状にされた箔またははさみ金（shim）の片を水平梁表面の要求される場所に貼り付けることによって形成され得る。電池１０１ははんだによって水平梁１０２へ機械的に取り付けられ、そのはんだはまた隣接するスライバまたはプランク電極間における、もしくははんだボートの或る形式の場合であれば電極または電極の一部の間における、電気的相互接続を形成する。

別の方法では、薄い材料からなる水平梁１０２は電気的に導電性がないか、あるいは適宜の絶縁材料膜によってコーティングされた電気的に導電性の材料であるが、金属化された導電性トラックまたはパッドを形成するために、金属含有エポキシ、金属含有インク、金属含有ペースト、金属含有ポリマ、または金属含有塗料のようなはんだ付け可能な合成材料で選択的にコーティングされ得る。ポリマ類の適した材料は、たとえばダウコーニング（Dow Corning）社のＰＩ−１０００というはんだ付け可能なポリマ厚膜を含み、それは懸案の電気的および熱的伝導性を有する「活性な」スクリーン印刷可能でかつ塗布可能な材料を生成する。電気的相互接続のためのパッドもしくはトラックは、さらなる表面調製（surface preparation）または金属化なしに、直接はんだ付けされ得る。なお他の材料は、Ｅ−ＫＯＴＥ３０３０を含み、それははんだ付け可能な空気乾燥によって変性させたアクリル銀塗料である。再び、塗料は、パッド印刷された、スクリーン印刷されもしくはマスク吹付けされ得て、その塗料は、別の表面調製または金属化なしに直接はんだ付けされ得る。導電性エポキシ類の材料は、ＴＲＡ−ＤＵＣＴ２９０２を含み、それは電気的に伝導性の銀充填エポキシ接着剤であり、導電性バルクにはんだ付け可能な表面を付与する。当業者に公知の適合する材料の大きな範囲があり、満足できる結果に到達できる限り、上記の例に代替することができる。代わって、ＦＥＲＲＯ‐Ｃｏｒｐ３３４７ＮＤ導電ペーストのような従来の電池上にはんだ付け可能な表面接点を形成するために光起電力産業において広く使用されている従来のはんだ付け可能材料がはんだ付け可能表面を形成するためにスクリーン印刷されかつ焼き付けられ得る。また、当業者にとってすぐに利用可能でかつ公知であるこの製品に対して多くの代替物がある。

パッドおよびトラック形成のためのこれらのタイプの材料で得られる利点は、パッドの位置および大きさに対する精度要求が非常に減じられるということである。なぜなら、はんだ付けプロセスの間、電極の橋絡を生じることなくパッドがスライバのほとんど半分スライバの下方で突出できるからである。別の利点は、トラックまたはパッドの目的がはんだ付け可能表面を提供するということだけであるので、高価な材料の使用を最少化できるということである。はんだ相互接続の断面が大量の電流を流すので、パッドまたはトラックそれ自体は大きな電流を流すことは要求されない。

たとえば、厚み３００‐１００μｍ、幅１‐３ｍｍおよび長さ２‐２０ｃｍの薄いシリコンスライバが水平梁に適する。水平梁上にトラックまたはパッドを形成するために使用される材料、たとえば、金属含有ポリマ、塗料、エポキシあるいはペーストが、処理される表面がはんだ付け可能になるように選択された材料に適する、たとえば、マスク吹付け、スクリーン印刷、パッド印刷またはステンシル印刷のようなプロセスで付与される。たとえばＥ−ＫＯＴＥ３０３０のような銀含有塗料は水平梁の基板にパッド印刷され、はんだ付けプロセスの準備のために空気乾燥される。電池１０１は電気的相互接続をも形成するはんだによって水平梁１０２へ機械的に取り付けられる。

図２を参照して、太陽電池１０１間の直列または並列電気接続は、隣接スライバまたはプランク電極間にはんだブリッジを形成することによって行われる。たとえば、直列接続は、ｎ型コンタクト２０２をはんだブリッジ２０４によって隣接電池のｐ型コンタクト２０３へ接続することによって形成される。はんだブリッジ２０４ははんだ付け可能表面を形成するために水平梁へ付与される金属またははんだ付け可能材料２０１の間欠的なパターンを使うことによって形成され得て、そのはんだブリッジは、スライバまたはプランク電極に対して合金化されたバルクはんだを通じての電気的接続を形成するために、適宜の場所に溶融はんだを保持するためにその後使用される。はんだはまたはんだ付け可能な表面に対して合金化され、はんだ付けされたサブモジュールアセンブリを固着する物理的拘束力を付与するという機能と、要求される電気的相互接続を付与するという機能との２重機能を達成する。バイパスダイオードまたはロジック素子のような電子デバイスが同じ物理的かつ電気的機能を提供する存在するまたは付加的なはんだ接続を有する回路に含まれ得る。

別の実施例において、図３に示すように、太陽電池１０１は、「はんだボート」と呼ばれるサブモジュール３００を形成するために、連続的なまたは半連続的な基板３０１上に組み立てられ得る。太陽電池間の間隔は、ゼロから各電池の幅の数倍までの範囲をとり得る。基板３０１は、好ましくは非導電性材料で形成され（もしくは絶縁材料でコーティングされ）、金属化されたトラック２０１またははんだ付け可能な塗料、エポキシ、ポリマまたはペースト２０１でコーティングされ、シリコンと類似する熱膨張係数を有する。シリコンおよびホウケイ酸ガラスが基板に適する。別の例では、熱サイクルの間、はんだボート上に熱膨張係数の違いによる過度の応力を与えない順応性のある材料が用いられ得る。

上述の実施例のいずれかにおいて、スライバ太陽電池またはプランク太陽電池のような複数の小さい太陽電池が、従来の太陽電池と類似したサイズを有しかつそれに直接代替できるはんだラフト、はんだメッシュラフト、またははんだボートの、光起電力はんだラフト、はんだメッシュラフトまたははんだボートを形成するために使用され得る。サブモジュールアセンブリを有する太陽電池は所望するはんだラフト、はんだメッシュラフトまたははんだボート電圧を取り出すために、直列に、並列に、もしくは直並列混合で接続される。もしはんだラフト、はんだメッシュラフトまたははんだボート電圧が十分大きければ、はんだラフト、はんだメッシュラフト、はんだボートは並列に接続され得て、これらのはんだラフト、はんだメッシュラフトまたははんだボートの装置から構成されたモジュールのモジュール出力への影響は従来の光起電力モジュールにおけるより小さくなるであろう。

水平梁または基板上の導電性トラックの追加的な使用は、同じスライバ電池またはプランク電池の一方のスライバまたはプランクエッジ電極を要求される同じまたは反対極性の他方のエッジ電極に電気的に接続することである。たとえば、スライバ電池の一方エッジ上のｎ型コンタクトが同じ電池の他方エッジ上のｎ型コンタクトに接続され得る。スライバ電池の一方エッジ上のｐ型コンタクトが同じ電池の他方エッジ上のｐ型コンタクトに接続され得る。スライバ上のｎ型およびｐ型コンタクトは電池の短絡を回避するために、互いに絶縁されたままである。この構成において、金属化されたトラックまたははんだ付け可能な材料は、電極とトラックへの電気的接続を形成するトラックの各端部との間のはんだおよび基板へスライバを取り付けるという物理的機能を有して、十分な固有の導電性を持つ必要がある。このことはこの配置におけるプランク太陽電池にも適用され得る。

別の例では２工程はんだ付けプロセスが使用され、そこでは、金属化されあるいははんだ付け可能なトラックもしくはパッドが、ラフトまたはボートを組み立てる前に、はんだによってめっきされる。これによってはんだの存在を通して適切な導電性を確保し、そのはんだは、太陽電池が既にパッドまたはトラック上に配置されている単一工程のはんだ付けプロセスにおけるスライバまたはプランク太陽電池の下に横たわるパッドまたはトラック領域の全体をコーティングできなくてもよい。

同じ幅の狭い太陽電池の２つのエッジを一緒に電気的に接続する１つの理由は、電気抵抗による損失を減じることである。このことは、集光された太陽光の下で使用するように構成された幅広いスライバ電池もしくはスライバ電池にとって重要であり、同じ状況下でのプランク太陽電池にとってもさらに重要である。抵抗による損失は電極間の太陽電池幅の２乗に比例する。ｎ型またはｐ型コンタクトが太陽電池の両エッジ上にある場合、電池の有効幅（電気抵抗目的での）は半分になり、抵抗損失は１／４になる。したがって、太陽電池は幅が２倍になり、それでもなお一方エッジ上にｎ型コンタクトだけを有しかつ他方エッジ上にｐ型コンタクトだけを有する電池と同じ抵抗損失を有する。

図４ははんだラフトの水平梁４０７が細長太陽電池の同じ極性４０１の２つのエッジを一緒に電気的に接続するために使用される１つの配置を示す。同じ機能が水平梁ではなくはんだボート基板を用いて達成され得る。この場合、スライバ電池１０１の各エッジ上のｎ型拡散４０３のｎ型コンタクト４０１だけが水平梁４０７上のトラック４００を使って電気的に接続される。これは、ｎ型拡散によるエミッタ（これは各スライバ電池および両面プランク太陽電池の板面をカバーする）における電気抵抗が太陽電池の合計の電気抵抗を支配する、そのような電池について好適する。基板内の電気抵抗はまた重要な検討事項であり、ｎ型およびｐ型コンタクトの両方が太陽電池の各エッジ上にありこの方法で独立的に電気的に接続され得る。

隣接電池１０１間の直列接続は、１つの電池のｐ型拡散４０４上のｐ型コンタクト４０８から金属化トラック部４０６を介しての隣接電池上のｎ型コンタクト４０２へ確立される。

スライバ太陽電池のような或る種の太陽電池およびプランク太陽電池の多くの形式は太陽電池エッジ上に金属化部分を有する。はんだラフト、はんだメッシュラフトまたははんだボートアセンブリ（および他の目的で）の間、太陽電池の金属化部分がエッジへ直接隣接する太陽電池の面上に重なるということは時々好都合である。このようなことがどのようにしてスライバ電池のために達成されるかについての詳細はたとえば、国際特許出願番号ＰＣＴ／ＡＵ２００５／００１１９３で与えられている。

図５を参照して、電池面５０１上の部分的な金属化部分を有する太陽電池１０１は、その太陽電池が水平梁または基板５０３上の導電性トラック５０２に直接はんだ付けされて電気的に接続されるのを許容する。はんだ付け可能表面を提示する導電性トラック５０２は、スクリーン印刷、蒸着、パッド印刷、ステンシル印刷、塗布、吹付けマスク印刷または類似の技術によって水平梁もしくは基板に前もって付与され得る。太陽電池と水平梁または基板との間の接続５０２は、電気的接続および熱的結合を提供し、角度が付けられた蒸着電極に対するはんだを介して、スライバ電池またはプランク電池の基板もしくは水平梁への接着を提供する。

太陽電池は水平梁または基板上に装着されるとき互いに間隔を隔てられ、次いで太陽光が水平梁または基板を打つ。水平梁または基板がざらざらにされあるいは粗くされ得て、水平梁または基板がシリコンの場合、プロセスは簡単に始められ、電気的接続が短絡しないような方法で反射材料でコーティングされ得て、そのために、太陽光の大部分は反射され、大きな部分が光起電力モジュール内にとらえられかつ太陽電池に交差する高い可能性を有する、そのような方法で散乱される。特に、もし水平梁がスライバ電池またはプランク電池の太陽方向の面から離れて組み立てられるとすると、水平梁の影が減じられる。

太陽電池を互いに間隔を隔てることは利点がある。延長されたトラックの所要の導電性は、材料の抵抗率によって決まるので、はんだ相互接続の断面積を増加することによって容易に適合される。たとえば、このことによって、単位面積当たりに必要な太陽電池の数を減じることができる。太陽電池の背後に配置して反射体を設ければ、間隔の間を通過する光の大部分が反射されて太陽電池に交差する。はんだの表面を打つ光は、モジュール表面によって全体として内部的に反射される十分大きな反射角で反射され、反射された光は後続する反射で電池を打つ高い可能性を有する。太陽追跡型集光器の場合、入射光の角度範囲は非追跡型光起電力システムの場合のものよりかなり小さい。したがって、非追跡型システム（光学基本法によって許容されている）におけるものよりかなり高い性能で、適合する反射体を設計することができる。

両面太陽電池の各表面上に光のより均一な分散を確保するために、太陽電池を互いから離して間隔を隔てることが有利である。たとえば、集光器システムにおいて、両面スライバ太陽電池またはプランク太陽電池のエミッタにおける電気的直列抵抗損失は大きな損失メカニズムである。光の半分が太陽から離れた表面へ進むことができれば、直列抵抗損失は半分にできる。

太陽電池が熱吸収される必要がある光起電力モジュールにおいては、太陽電池は、太陽電池間の電気的接続を作り出すために使用されるはんだ材料を使って、電気的にも熱的にも水平梁または基板に結合され得る。次いで、水平梁または基板が適宜のヒートシンクに取り付けられる。このプロセスは太陽電池とヒートシンクとの間で電気的導通なしに良好な熱的結合を得るために、薄い電気的な絶縁層の別の適用を必要としない。パッドまたはトラックを電気的に相互接続するのと同じ方法で形成されかつ電気接続はんだ付けプロセスとして同時にはんだ付けされる電気的に絶縁されたはんだドットまたはパッドが、基板を有するスライバ電池間もしくはプランク電池と基板との間の熱的接触を、電気的回路の基準に妥協することなく、直接提供するために使用され得る。

シリコンは高熱伝導材料である。集光された太陽光によって照射されたときでさえ、太陽電池の一面の全体をヒートシンクへ直接結合する必要はない。熱はシリコン太陽電池内においてヒートシンクが行われる領域へ横方向に伝わる。はんだラフトおよびはんだボートの場合、ヒートシンクははんだ付けされた電気的相互接続によって達成され、必要に応じてはんだ付けによって熱結合された分離された電極‐基板で点在される。太陽電池がエッジどうし電気的に接続される場合、すべての太陽電池がヒートシンクに接続される必要はなく、ヒートシンクへの接続ははんだボート形式内のスライバ電池またはプランク電池の全長に沿ってなされる必要もない。熱は一方の太陽電池から電気的接続を通して、ヒートシンクに接続されている他方の太陽電池へ流れる。

別の方法では、熱は太陽電池の照射された領域から太陽電池の照射されていない領域へ伝わり、そこでヒートシンクが行われる。図６を参照して、太陽電池１０１の行は適合した熱膨張係数を有する基板６０１に機械的に貼り付けられる。スライバ太陽電池および両面形式のプランク太陽電池のような或る種の太陽電池の両面の性質で得られる利点によって、太陽電池の両表面を照射することができる。電気的導通は太陽電池から隣接する太陽電池へ生じる。熱伝導は太陽電池を横切って生じる電気導通に直角で電池の長さに沿って生じる。熱は基板６０１中へ通過し、次いでヒートシンク６０３（これは固体または液体６０４であり得る）へ通過する。太陽電池の最適長さはヒートシンクから離れた電池の端部における太陽電池の温度、ヒートシンク自体の温度、および電池の長さによって部分的に決定される。

ＷＯ０２／４５１４３記述されている技術に従って１組のスライバ電池がウェハ中に形成される。ウェハからスライバ電池を抽出し、その後処理する方法、および適切な配向でかつ隣接スライバ間の適切な間隔を有してスライバ電池の平面アレイを形成するために使用されるバッファストレージ、アセンブリ手順、およびメカニズムの詳細は国際特許出願ＰＣＴ／ＡＵ２００５／００１１９３に与えられている。

上述の書類で与えられ、プランク太陽電池にも等しく適用できる、スライバ電池のアレイを形成する１つの方法は、真空係合ツールを含み、そこでは、ウェハのアレイからスライバ電池のアレイをまたはバッファストレージカセットのアレイから予め取り出されていたスライバ電池のアレイを抽出しかつ移送し、さらにそのアレイをサブモジュールアセンブリの次のステージへ移動させる、たとえば図１に示すもののようなはんだラフト１００の物理的配置を形成する水平梁上にそのアレイを載せる。そのようなツールが図１６に示される。ラフトの水平梁１０２は、金属パッド２０１、金属化パッドまたはトラック２０１、もしくははんだ付け可能なパッドまたはトラック２０１を有して予め準備される。なお、これらのパッドまたはトラック２０１は、はんだ付け可能なポリマ、エポキシ、ペーストまたはインクから、所望の品質の金属、金属化表面、またははんだ付け可能な材料を所要の場所へ転写するための、塗布、ステンシル印刷、真空蒸着、スクリーン印刷、マスク吹付け、スタンプまたは他の公知の方法を使って準備される。図１および図１７に示されるようにルーズに形成されたサブモジュールアレイ１００は、次いで、図７に示すように機械的にクランプされ、後続するはんだ付けプロセスの間スライバアレイ中のスライバと水平梁との相対的な位置関係および配向を保持するようにしている。

図７を参照して、ラフトアセンブリ１００は、はんだラフトクランプ７００へ移送される。はんだラフトクランプ７００は平面クランプベース７０３を含み、その中には一連の、並列で互いに間隔を隔てた細長凹部または溝７０１が形成されている。クランプ７００はまた支持アーム７０５の一方端によって支持されている２つの取付梁７０２を含む。各支持アーム７０５の他端はヒンジまたはピボット７０４に取り付けられ、それは、取付梁７０２を、以下に説明するように適切に揺動させる。好都合に、太陽電池アレイ１００は、はんだラフトクランプ７００へ送られる。なお、このクランプ７００には、クランプ表面の上にわずかに高くされた水平梁の上表面を残す溝７０１に水平梁１０２が予め位置決めされて配置されている。アレイ１００は水平梁１０２の上にかつ実質的に直角に配置され、取付梁７０２が支持アーム７０５およびヒンジ７０４によって揺動され、そのために取付梁７０２はアレイ１００の各細長太陽電池の相互に間隔を隔てた部分に係合してアレイ１００および水平梁１０２を確保し、それによってそれらの相対的な配向および位置を維持する。支持フレーム７０５は好ましくは、そのアームがクランプベース７０３中のスロットまたは溝へ嵌まり合った状態で引き込められまたは折り畳まれる。そうすることによって、はんだ付けプロセスの間、アーム７０５のどの部品も選択ウェーブはんだ槽によって取られる線に沿ってクランプされた太陽電池１００の平面の上に突出することがない。

図７に示す機械的クランプ７００は、はんだ付けプロセスのための準備中あるいはその間、未完成のはんだラフトスライバアレイ１００および水平梁１０２を適宜の相対的位置関係で物理的に確保するためのいくつかの可能な装置の単なる１つの例である。他のものは、真空クランプアセンブリを含み、その真空クランプアセンブリでは、上で述べた水平梁を受容するための凹部を備え、表面および凹部に真空貫通孔を含み、その真空貫通孔はスライバ電池またはプランク電池および水平梁の場所と一致している、そのような平面または近平面表面上における所定位置に太陽電池アレイ１００を保持する。別の方法では、凹部は省略し得る。なぜなら、水平梁はただ３０‐５０μｍの厚みであり、細長電池は水平梁と交差する場所でわずかに曲がった平面表面の大部分を真空によって保持できるからである。真空保持アセンブリプレートの１つの利点は、全体の太陽電池ラフト表面がはんだ付けプロセスを準備しているラフトの表面上で妨害されることがないということである。

別の代替方法では、ルーズな（すなわちはんだ付けされていない）太陽電池アセンブリおよび水平梁がはんだ付けプロセスを準備しているときおよびその間に粘着表面上に保持される。粘着表面は好ましくは再使用可能であり、長持ちするかつきれいにできる表面を有する、シリコーン樹脂、ポリマあるいは乳香樹脂（mastic）材料のような永久的なまたは半永久的なコーティングを備えてもよい。別の例では、粘着表面は１回使用であってもよい。これは、はんだ付けプロセスの準備の際あるいはその間太陽電池アセンブリおよび水平梁を保持するアセンブリクランプの部分を選択するために付与された紫外線分解型接着剤または溶剤除去型接着剤によって設けられる。別の例では、ルーズな太陽電池アセンブリおよび水平梁ははんだ付けプロセスの準備中あるいはその間両面粘着テープあるいは類似の材料によって保持され得る。

別の方法では、ルーズな太陽電池アセンブリおよび水平梁は、カプトン（Kapton）接着テープまたは同様の耐熱接着材料の使用によって、アセンブリクランプ上に保持され得る。カプトンテープは耐熱性であり、はんだ付け温度でテープを収縮したり変形したりしないように保護する。そのような収縮や変形は隣接太陽電池、全体の太陽電池アレイおよび／または水平梁の相対的な位置関係を変える可能性がある。さらに、カプトンテープ上の接着材料は、ラフトのはんだ付けプロセスの間、はんだ付け温度への暴露によって悪く影響を受けることのない性能を有する。カプトンテープが用いられるとき、ルーズな太陽電池アセンブリおよび水平梁は、それ以前の印刷回路板または素材片（blank）へテープ止めされる。印刷回路板の材料ははんだ付け温度に耐えるように設計され、何回も再使用され得て、クランプやベースを形成する金属に比べて低い比熱を有し、それによって太陽電池および水平梁の材料を素早くはんだ付け温度まで上昇させ、その後素早くはんだ付け温度以下に落とし、太陽電池および太陽電池電極材料の温度がはんだ溶融温度以上になる時間を最少にする。

ウェーブはんだ付けプロセスは、サブモジュールはんだラフト、はんだメッシュラフトまたははんだボートの電気的相互接続および物理的安定性を形成するための金属化またははんだ付け可能パッドあるいは後続のリフローのための相互接続上にはんだやフラックスペーストを付与するためにさもなければ使用されるであろう塗布、ステンシル印刷または印刷動作を回避するために使用される。選択ウェーブはんだ付けははんだラフト、はんだメッシュラフトおよびはんだボート上に接着剤がなくても電気的相互接続を確立しかつ物理的安定性を付与するために優れた結果を与えることが既にわかっている。

選択ウェーブはんだ付けプロセスはＥＢＳＯ ＳＰＡ ２５０またはＥＢＳＯ ＳＰＡ ４００のような選択ウェーブはんだ付けシステム、あるいは類似の選択ウェーブはんだ付け機械を使用して行われる。これらの機械はプログラム可能なトラック旋回を特徴とし、鉛フリーおよび従来のはんだに適したチタンはんだ槽ユニットを有し、はんだ槽の周りで不活性な窒素雰囲気を提供する。はんだノズルの範囲は、溶融はんだの噴流（fountain）の幅、高さ、流速および崩壊プロファイルが良好なはんだ付け接合を確実にするために選択され得るように利用可能である。なお、上で述べた選択ウェーブはんだ付け機械を用いる必要は必ずしもないということに留意されたい。当業者にとっては明らかなことであるが、選択ウェーブはんだプロセスの実現の方法、基本的な手動駆動プロセスから完全自動化のインラインプロセスまで並べる多くの方法がある。

スライバ太陽電池ラフト、メッシュラフト、およびボートならびにプランク太陽電池ラフト、メッシュラフト、およびボートをはんだ付けするプロセスは主流の電子部品および基板はんだ付け技術の遠い外側にあり、いくつかのユニークなかつ重要なチャレンジを提示する。特に、電池‐電池相互接続間の電極に沿った電池電流を保持するために十分厚い、非常に薄い蒸着またはめっき電極が、電極および相互接続用パッドまたはトラックの良好な湿潤を確保するために必要な温度で、時々１秒以下で、はんだ中に溶けることがある。このことは、接合点におけるはんだが溶融温度以上である時間期間ができるだけ短く、好ましくは１秒以下、さらに好ましくは０．３−０．５秒の範囲に保持される必要があることを意味する。これは、接合が溶融温度以上である時間中の電極の溶け出しに関連する問題を除去するに十分な厚みまでスライバ電池電極がめっきされない限り、従来のリフロープロセスを排除することになる。このことが、電極材料および堆積プロセスのコストを受け入れられないほどに高いレベルまで押し上げる。

スライバ太陽電池の場合、スライバ電池および水平梁が５０‐１００μｍのオーダのように非常に薄いので、スライバ電池ラフト、メッシュラフトあるいはボートの熱容量は非常に小さい。さらに、シリコンは優れた熱伝導体であり、そのために、溶融はんだ噴流に浸漬されている領域からまったく遠い水平梁の温度が、２、３０分経つまでに、はんだ溶融温度以上になる。時間の関数としてのはんだ付けプロセス中のはんだ接合電気的相互接続の実際の温度プロファイルは溶融はんだ温度、はんだ噴流を通るサブアセンブリの通過速度、噴流内における溶融はんだの幅、深さおよび流量、スライバ電池の水平梁への熱容量および熱結合度、およびラフト、メッシュラフトまたはボートサブアセンブリがウェーブはんだ付けプロセス中取り付けられているベースクランプのヒートシンク特性に依存する。

プランク太陽電池の場合、条件は少し異なる。なぜなら、プランク太陽電池はより厚みがあるが、水平梁は５０‐１００μｍのオーダのように非常に薄いままであるからである。このような場合、プランク太陽電池ラフト、メッシュラフトまたはボートの熱容量はまったく小さいけれども、スライバ太陽電池のように小さいわけではない。しかしながら、プランク太陽電池の場合の熱容量は非常に広いが短い増分の連続したシーケンスに効果的に分解される。シリコンは非常に良好な熱導体であるので、はんだ噴流からそのはんだ噴流へ浸漬したプランク電池へ付与される熱はその接合部から電池に沿って伝わる。この場合、接合部から離れたプランク電池に沿った温度プロファイルは時間と距離の関数ではあるが、スライバ電池の場合より強い時間の関数となる。これらの考察が、それらの著しく大きな熱容量に拘わらず、プランク電池のために、はんだ溶融温度以上の経過時間を減じることについて非常に強い強調を置くものである。

局所的なはんだ付けポイントおよびスライバ電池ラフト、メッシュラフトまたはボートサブアセンブリおよびクランプ電池ラフト、メッシュラフト、またはボートサブアセンブリのラフト、メッシュラフトまたはボートが、はんだ噴流を通過する時間の関数としてのラフト幅での熱プロファイルの背後にある物理学を理解するということは、はんだ付けプロセスを開発するために重要なことである。従来の印刷回路板および電子部品のはんだ付けによって、パッドおよび部品は一般的には熱的に絶縁されていて、熱伝導対策は主として、熱伝導の非常に悪いファイバガラス基板を通してのものであった。さらに、一般的には厚い銅かあるいはめっきされた銅であるパッドの溶解に関連する問題、プランク電池またはスライバ電池上の金属化電極の厚みに関連して少なくともどこが「厚い」かということは一般的に問題点ではない。これらのそして他の理由のために、スライバ太陽電池およびプランク太陽電池はんだラフト、はんだメッシュラフトおよびはんだボートの選択ウェーブはんだ付けに対する従来のアプローチは適切ではなかった。

非常に小さい熱容量でかつ熱伝導性を有するラフトのようなデバイスについて時間の関数としての適切なワークピースの温度プロファイルを確立するために、従来のはんだ付けパラメータを完全に超えてプロセス輸送速度が増加される。たとえば、選択ウェーブはんだ付け機械の系統でＥＢＳＯに類似する機械についてラフト、メッシュラフト、またはボートサブアセンブリの選択ウェーブはんだ付けのための機械設定パラメータの有用な組は、従来の基板で必要な約２０％のフラックス設定、従来の部品で必要なおよそ３０‐５０％の赤外予熱期間、および従来の選択ウェーブはんだ付け応用のためよりおよそ６倍速い輸送速度（はんだ噴流温度が摂氏２６５度で、選択ウェーブはんだ付けプロセスが窒素雰囲気中で行われるとき）である。すなわち、次のような選択ウェーブはんだ付けプロセスのパラメータが好ましい。

(i) 赤外予熱１０‐４０秒（およびさらに好ましくは２０秒）
(ii) 輸送速度２５０‐４００ｍｍ／秒（より好ましくは３４０‐３６０ｍｍ／秒）
(iii)はんだ付け温度（２％銀、すず／鉛共晶はんだについて）摂氏２５０‐２８０度（さらに好ましくは摂氏２６５度）
(iv) 噴流高さ３．２ｍｍ（直径３．０ｍｍのノズルを通って）
(v) ワークピースの浸漬深さ１．４ｍｍ（自由に立ち上がっている噴流の頂上の下）
(vi) フラックス堆積量はＥＢＳＯ選択ウェーブはんだ付け機械によって定量化されてはいないが、オペレータによって最も小さい確実に調和する引渡し量に近く設定される。

はんだラフトの場合、加熱プロファイルを始める０．４‐０．６秒の休止時間の間水平梁の端部ははんだ噴流中に浸漬され、加熱プロファイルは、熱伝導プロセスによって、はんだウェーブ（wave）を横切って部品を輸送する間はんだ噴流かつしたがってパッド上のはんだおよび相互接続の実際の到着に先行する。水平梁に沿った熱伝導によって生成されるかつはんだ付けウェーブの前に進行する時間の関数としてのはんだ位置の実効的な予熱時間および関連する温度プロファイルは、はんだ温度、はんだ流量、はんだ噴流の有効量、ラフト太陽電池部材に接触する噴流面積、輸送速度、クランプに接触しているラフト、メッシュラフトまたはボートの面積および場所、その接触の熱転移特性、およびクランプのヒートシンク特性によって制御され得るはんだウェーブの後に続いて進行する冷却プロファイルによって反映される。

当業者であれば、上記したパラメータの可能な組み合わせが、十分大きなプロセスウィンドウで適合可能な製造プロセスがそこから選択可能な広い範囲のオプションを与えるということが理解されるであろう。

別の方法では、先に示した速度、温度および溶融温度以上の時間に関連する条件が従来のはんだウェーブの環境に取り入れられた従来のウェーブはんだを使用して実行され得る。この場合、本質的に水平なはんだウェーブを通って全体のラフトアセンブリが通過するとき、電極および幅の狭い電池の全体の長さがはんだ中に或る時間浸漬される。ラフト、メッシュラフトまたはボートは好ましくは、スライバまたはプランク太陽電池がはんだウェーブ中における乱れを減じかつはんだウェーブに曝される必要のある部品の場所の「影」を防止するために、進行方向に整列するように配向される。この方法の利点は、太陽電池電極が電気的相互接続を確立しかつサブアセンブリの物理的拘束を付与するために使用される同じ操作によって「めっき」されるということである。不利な点は、操作の増加した複雑さ、サブアセンブリの温度プロファイルの制御の困難さ、および太陽電池電極上に堆積されたはんだの品質の制御の困難さを含む。また、主として温度制御問題から生じるのであるが、はんだ付けされたサブアセンブリ上のはんだ表面からの「尾」および小滴の除去が問題となり得る。当業者であれば、これらの困難性の影響を最少化するいくつかのアプローチがあるということがわかるであろう。

図８ははんだラフトサブアセンブリ８００‐この場合はスライバ太陽電池を使って構成されている‐の詳細な断面を示す。スライバ８０１は選択ウェーブはんだ付けによってはんだパッド８０３を介して水平梁８０２へはんだ付けされる。スライバは、接着剤はないので、スライバ電極８０５へのはんだ接続８０４によってのみ水平梁上に保持される。電気的接続を確立するとともに物理的サブアセンブリ構造を維持するためにはんだを使用することは、非常に重要でかつ価値のある特徴である。この特徴によって、関連する整列および精度の要求を伴ったステンシル印刷あるいは塗布のような費用のかかるかつ時間を消費する精密な処理工程を除去することができ、さらに、サブアセンブリおよび太陽電池モジュール構造中への新規な材料の包含を排除する。

除去された精密工程は、金属化パッド間における水平梁上の精密な場所への精密な品質の接着剤のステンシル印刷あるいは印刷を含む。場所および品質における精密さはスライバおよび水平梁間の接着剤の押し出し、漏れおよび電気的接続による干渉の可能性を除去するために必要である。接着剤は橋絡を防止する誘電体でなければならない。２つ目の精密な操作は金属化パッド上への精密な品質のはんだペーストの塗布、あるいは印刷である。はんだペーストは、次いで電気的接続を形成するためにリフローされる。はんだペーストの適用は、接着剤が存在することになるので、さらなる煩雑さを導入する。

代わって、はんだペーストが適用され得るが、それははんだペーストの存在における接着剤の適用の問題を導入する。リフロー動作は、使用される特定のはんだペーストの要件に応じた或る制限された時間内に実行されなければならず、また準備されたサブアセンブリはフラックスおよびペーストが劣化されないような制御された条件下で蓄積される必要がある。さらに、リフロー動作は、時間、温度、および上で議論した電極溶解に伴うすべての困難性を引き出す。

はんだペーストのステンシル印刷あるいは塗布プロセスとともに例として説明した、除去された図解された精密工程はまた、国際特許出願ＰＣＴ／ＡＵ２００５／００１１９３において詳しく説明されている導電性エポキシのようなサブモジュールアセンブリに電気的接続および物理的拘束構造を与える別の方法を適用する。ここで述べるウエーブはんだプロセスについてのすべての別の方法は、量、場所の認識、および所定場所への計測された量の材料の堆積を計量する形式を含む。はんだウェーブプロセスは、これらの仕事のすべてを、制御容易で、速く、信頼性があって繰り返し可能でかつ安価な方法で、安価で従来の、信頼性のあるかつ十分理解された材料で「自動的に」に行い、時間のかかるプロセス工程および歩留りの問題が付随する高価な機械を排除するという追加の利点がある。

ウェーブはんだ付けプロセスは、プランク太陽電池またはスライバ太陽電池から構成されるサブアセンブリを形成する際の組み立ておよび電気的接続の以前の方法の知られているすべての問題を解決する。

金属化パッドのトポロジの設計はプロセスの他の重要な特徴である。金属化パッドの形状、パッドの面積、およびパッドの断面の相対面積さらにははんだ付け温度、速度、およびフラックスのタイプおよび品質のプロセスのパラメータ（それは溶融はんだの表面張力を制御するのを手助けする）の制御は、サブモジュールアセンブリの太陽電池のための電気的相互接続および物理的拘束を形成するために保持されるはんだの量および分布を制御するのにすべて使用され得る。はんだ接合部８０４におけるはんだの分布および量はスライバエッジにおける良好な電気接続および良好な物理的強度を達成するために重要である。図８に示すサンプルにおけるはんだ接合部８０４は、スライバ電極のエッジにおけるはんだビードを有しかつはんだ接合部の良好な湿潤を示す電極表面を有する良好なあぜ（fillets）を形成しているはんだ分布の良好な制御を示す。全体のはんだ接合部の垂直方向のプロファイルはスライバの上表面の平面の下にある。このことは、モジュール中における積層の間サブアセンブリに導入される応力を最少にするためにスライバサブアセンブリの厚みを最少にしかつプロファイルをできるだけ平坦に保つことが重要である。これらの制御メカニズムがない場合、はんだは、余分なはんだによって相互接続の中央部分においてビードになる傾向がある。この場合、金属化パッド上に保持されるはんだの量を制御するのは非常に困難であり、ビードになった小滴の表面張力がビードへさらなるはんだを引き出してビードのサイズを大きくするように作用するので余分なはんだは傾向をさらに悪化させる。このことによって、太陽電池平面の上表面上にはんだがかなり突出する形状となり、積層中に導入された応力が水平梁を壊して故障させ、あるいは水平梁を弱くしそれによってモジュールの積層中もしくはそれ以後の使用中における後に起きる故障に至らしめる。

図９は水平梁９００の上のはんだ付けされた金属化パッド９０１を示す平面図である。このパッドは、約、長さ１．４ｍｍで、幅が端部で０．４ｍｍで中央領域で０．３ｍｍである。このはんだ分布はパッド形状や上で述べた他のパラメータによって制御されていることが明らかにわかる。はんだ付け動作は窒素雰囲気中で行われ、その結果きれいな表面９０３をもたらしている。より大きな倍率が、はんだが、急速冷却の結果として非常に小さい結晶構造を有することを示している。金属化パッド‐この場合はクロムの上の銀であるが‐の部分的溶解が左手のエッジ９０２に見られる。この領域における溶解は主として蒸着された銀金属が、堆積中に使用した蒸着マスクからの部分的な影のためにエッジ付近で薄くなったからである。

図１０を参照して、図８に示すはんだ接合部がより詳細に示される。幅の狭い太陽電池１００１および電池電極１００２がはんだ付けパッド１００３によって水平梁へはんだ付けされていて、このパッド１００３は、あぜ１００４によって証明されるように太陽電池電極の銀をきれいに湿らせている。この画像は約、０．１５ｍｍの幅でかつ０．１ｍｍの高さである。

図１１は太陽電池電極におけるはんだ接合部の詳細な断面を示す。はんだ１１０１は電池電極１１０２の上のレベルまで上がっている。はんだはまた水平梁１００６に沿って太陽電池１１０５の下で突出するパッド１１０４の領域を湿らせる。はんだは太陽電池１１０５の水平梁１１０６への電気的相互接続および物理的装着を完成する。図１１および図１２に断面が示されるサンプルは、ダイヤモンドホイールのダイシングソーを使ってはんだパッドの中央においてその長さに沿ってはんだラフトの水平梁をスライスすることによって準備された。

図１２は水平梁１２０２上のはんだ付け相互接続１２０１の断面の垂直形状を示す。太陽電池１２０４のエッジ上の電極１２０３の全体の厚みをカバーするために、電池電極の近くでははんだの厚みを大きくしている。はんだの形状は、いつもスライバの上表面の平面の下にあることに留意されたい。

図１３は完成された機能を果たすはんだラフトの最少モジュールを示す。このモジュールは１００ｍｍ平方で、幅１ｍｍ、厚み６０μｍおよび長さ６０ｍｍの２６個のスライバが直列に接続されている。このモジュールは従来の材料、すなわちシリコンの太陽電池およびシリコンの水平梁から外して電気的接続のためのはんだおよび封止のためのＥＶＡのみを含む。このモジュールは１３％の開口率、５０％のスライバ太陽電池の適用範囲およびＭＰＰでの１５Ｖ前後の動作電圧を有する。

図１４ははんだボートサブモジュールアセンブリの一部の高倍率平面図である。幅の狭い太陽電池１４０１が、はんだ接合部１４０３によってスライバ電池のエッジ面に沿って走る電極１４０２の全長に沿って電気的に接続される。はんだ接合部は、また基板に沿ってかつスライバ電極間の隙間に整列した太陽電池の長さに延びる幅の狭い金属化ストリップへ接続する。金属化ストリップははんだラフトの水平梁上に金属化パッドを確立するのに使用するプロセスに似た方法で形成される。

はんだボートにおけるはんだビードの厚みは、はんだラフトのためのものと類似する方法で制御され得る。さらに、電気的接続の場所および長さは選択ウェーブはんだ付け機械のロボット変換ステージ（robotic translation stage）によってもしくは基板上の金属化ストリップの位置、存在または不存在によって制御され得る。さらなる変形として、はんだは図１１における１１０４と同じ方法で太陽電池のエッジの下に向けられて基板上の金属化部分の幅を広げる。これらの制御方法は集光器応用におけるはんだボートのためのヒートシンク場所および有効性を「チューニングする（tuning）」ために有用である。太陽電池の下の広げられたはんだパッドの熱伝導性は、太陽電池電極までかつそれを含む面上に金属を蒸着することによって太陽電池面の表面に沿うストリップを金属化することによって、さらにまだ増加され得る。幅の狭い太陽電池の中央における隙間を付与することによって、太陽電池電極を橋絡する危険はない。つまり、その隙間は、電池下面の電極エッジに向かう電池の長さを延びる金属化領域間において電池下面の長さに延び、十分広く、基板上の金属化ストリップに重ならず、かつ横切る電極のはんだの橋絡を許容しない。ここで説明した増強された物理的、熱的および電気接続方法を使用することによって、狭い太陽電池の基板への接着の強さ、ヒートシンクへのこれらの電池の熱的伝導性、およびサブモジュールアセンブリの電気的導電性要件が、集光器レシーバの応用のためのスライバ太陽電池はんだボートおよびプランク太陽電池はんだボートを含む任意のはんだボート応用のために増強され得る。

図１５は、はんだボート上の２つの細長太陽電池１５０２の間のはんだ付け電気的接続１５０１の一部の大きく拡大した平面図を示す。この画像ははんだボート１５００の一部を、約、０．４ｍｍ幅でかつ０．３ｍｍの高さで示す。２つの隣接太陽電池間のはんだ接合部１５０１はほぼ０．１ｍｍの幅である。もし接合部がかなり狭かった場合、１回の動作で完全なはんだ付けプロセスを行うのは難しい。なぜなら、はんだの粘性がはんだが選択ウェーブはんだの噴流から隙間を貫通して基板上の金属化された表面を湿潤させるのを防止するからである。

しかしながら、接合部は、基板上のトラックが最初の工程において予めめっきされる、そのような２工程はんだ付けプロセスによってさらに狭く作ることができる。この場合、ボートサブモジュールのスライバの外側表面すなわちはんだ噴流に向かって配向された太陽電池の面に近い電極の表面上に選択ウェーブはんだがはんだを堆積し、それは次いで、電極表面を湿潤し、基板のめっきされたトラック上のはんだと接触しかつ合金を作る太陽電池の後面へ毛細管動作によってはんだを滲み出させる。この場合において、毛細管動作は、熱によって制御された減じられたはんだの粘性およびフラックスによって制御されたはんだ表面の表面張力の減少より、むしろ小さい隙間からはんだを導入するために利用される。しかしながら、適宜のフラックスおよび窒素雰囲気を使用することによる表面張力の減少は電極の外側領域のはんだによる湿潤を確保することによって毛細管動作を開始させるのを手助けする。

はんだとシリコンとの間の異なる熱膨張係数のための差動的な膨張によって引き起こされるサブモジュールアセンブリの応力による問題は、太陽電池電極に沿って延びるはんだの長さを短くすることによって減じあるいは除去することができる。たとえば、電極の全長に延ばすのに替えて、「点線」の形式で基板上に金属化部分を置くことによってまたは太陽電池のエッジ上の金属化電極に隙間を形成することによってさらにまたはこれらの２つのアプローチの組み合わせによって、はんだの延びを短い延びの集合に分解することができる。別の方法では、たとえば、連続接続が「点線」のように実現され、そこではドットが電池の長さに沿って或る距離だけ分離される。この場合、電気的、物理的および熱的結合は幅の狭い太陽電池の長さの断片を使用する。

他の場合、たとえば電気的接続が電池間においては所望されるが物理的および熱的結合が要求されない領域において基板上に金属化領域を作らないことによって、電池電極間の電気的接続は、基板への熱的および物理的結合より一層頻繁に行われる。多くの可能な変形がある。

図１６を参照して、この図１６は作業台の上の積層カセットであり、ラフトサブアセンブリ１６０２を形成するためのプロセスが説明され得る。図１７により詳細に示す真空ヘッド１６０３は積層カセット１６０１のスロットまたは溝における平面アレイに保持された細長電池の底面を引き付ける。真空がオンされると、真空ヘッド１６０３が垂直方向下方に引っ込み、水平梁支持構造１７０１上に次いで堆積される幅の狭い電池のアレイを除去する。真空ヘッド１６０３および水平梁支持構造１７０１の両方は、互いに直角に設定されている各直線移送ステージ上へ移動し、図１７には水平梁支持のための直線移送ステージ１７０３が見える。細長電池アレイが水平梁上に置かれた後、真空ヘッド１６０３が、アセンブリが真空ヘッドの上表面をクリアするまでさらに下方に引き込む。水平梁支持構造１７０１は次いで前方に移動し、そのために、細長電池アレイ１００が除去されて後続するはんだ付け処理のためにクランプへ転送される。

上で説明したプロセスはラフト、メッシュラフト、およびボートの形式に組み立てられた複数の細長太陽電池のための電気的相互接続および物理的構造拘束を付与するが、それらの形式およびアセンブリは既に国際特許出願ＰＣＴ／ＡＵ２００５／００１１９３において説明されている。結果的に得られた構造はここでははんだラフト、はんだメッシュラフトおよびはんだボートと呼んでいる。

特に、これらによって、アセンブリ、電気的接続性、および複数の薄いかつ／または狭い、細長太陽電池の物理的構造を確立する手段によって、現状の技術水準のスライバまたはプランク太陽電池アセンブリに必要な工程の数を大幅に減じながら、さらにすべての方法、手順、および任意の接着剤あるいは新規な材料のサブアセンブリかつしたがって後続する対応の太陽電池モジュールへの導入もしくは使用の要求なしに形成された製品を用いて、サブアセンブリを形成することができる。

ここで説明した方法、構造およびプロセスはサブモジュールアセンブリの間、細長太陽電池の配向および極性を維持し、細長太陽電池サブアセンブリの取り扱いおよび処理、後続する光起電力モジュールアセンブリのプロセスのかなりの簡単化を提供し、取り扱われたはんだラフト、はんだメッシュラフトおよびはんだボートのサブモジュールを、大きく減じられた数の個々のアセンブリおよび処理工程によって簡単に作成し、はんだラフト、はんだメッシュラフトおよびはんだボートを取り扱いかつ結線するための従来の光起電力モジュールアセンブリ機器の簡単な使用を可能にし、スライバ太陽電池モジュールおよび幅の狭い電池の太陽電池モジュールを製造する際に、従来の光起電力モジュールの単独での使用を許容する。

上で説明したプロセスは広い範囲のはんだの規格を利用することができる。たとえば、低融点すず／鉛はんだ、高融点すず／鉛はんだ、共晶はんだ合金、鉛／すず／銀はんだ、従来の鉛フリーはんだの全部の範囲、および新しい亜鉛／すず、アンチモンまたはインジウムまたはビスマス鉛フリー合金の如くである。

さらに重要なことは、プロセスは２００６年７月１日以降ＥＣで要求される新しい世代の鉛フリーはんだにも適合する。さらに、プロセスは、サブモジュールアセンブリ、一群のサブモジュールアセンブリ間の電気的相互接続およびバスバーによる相互接続を形成するために使用され、さらに光起電力装置を太陽電池電力モジュールに形成する際に必要となるバスバー間相互接続を形成するために使用され得る。

当業者にとって、添付図面を参照しながら上で説明したような発明の範囲から逸脱することなく多くの変形が与えられることは明らかであろう。

この発明の好ましい実施例がこれら添付図面を参照して例示としてのみ説明される。
図１はこの発明の実施例に従った太陽電池の「はんだラフト」のサブモジュールの概略図である。 図２ははんだ付けされた電気的相互接続の１つの形式を示している図１に示すはんだラフトの一部の概略図である。 図３は「はんだボート」のためのはんだ付けされた電気的相互接続の１つの形式を示す図２と同様の図である。 図４ははんだラフトあるいははんだボートにおいてはんだ付けされた電気的相互接続の他の形式を示す図２および図３に類似の図であり、水平梁または基板上のはんだベースの導電経路がスライバ電池の２つのエッジを一緒に接続する。 図５はこの発明に従った太陽電池はんだラフトまたははんだボートの断面図であり、基板上のスライバ太陽電池の装着、固着および電気的接続を示す。 図６は太陽電池集光器システムにおける使用のためのこの発明に従ったはんだボートの形式における太陽電池のはんだ付けされたサブモジュールの他の実施例を示す。 図７ははんだ付けプロセスの間はんだラフトのためのスライバ電池および水平梁の平面配置を物理的に保持するために使用される機械的クランプおよびアセンブリ治具の平面図である。 図８は水平梁上ではんだ付けされた電気的接続を示すはんだラフトの画像であり、はんだおよび水平梁がはんだラフトサブアセンブリ構造を形成するために所定の場所にスライバ電池を保持する。 図９ははんだ付けされた相互接続パッドの詳細な画像を示し、はんだ分布を含むはんだパッドの外形および形状が重要な特徴である。 図１０ははんだラフトのスライバエッジ、スライバ電極およびはんだ接合部の詳細を示す。 図１１ははんだ付けされたラフト接合部のはんだ、スライバ電極、スライバおよび水平ビームを含むはんだ接合部の詳細な断面を示す。 図１２は全体のはんだ相互接続およびラフト水平梁の断面を示し、この断面ははんだ相互接続におけるはんだの分布を図解し、接合部におけるはんだ分布を制御する際の金属化パッドのトポロジの重要性を強調する。 図１３ははんだ付けされたラフトおよびはんだ付けされた外部接続を用いて構成された機能的な最小モジュールの画像であり、この最小モジュールはシリコンスライバ、はんだ付けされた相互接続、およびはんだベースの物理的アセンブリ拘束で組み立てられた技術を証明する。 図１４ははんだボートアセンブリ上のはんだ付けされたスライバ相互接続を示す。 図１５ははんだボートアセンブリ上のはんだ付けされたスライバ相互接続の詳細を示す。 図１６は真空スライバアレイ吸着ヘッドおよび水平梁の機械的支持を有し、スライバ太陽電池のラフトアセンブリの形成のためのテーブルを位置決めしかつ受容する積層カセットを示す。 図１７は真空スライバアレイ吸着ヘッド、水平梁の機械的支持の詳細を有し、スライバ太陽電池のラフトアセンブリとともにテーブルを所定位置に位置決めしかつ受容する積層カセットの詳細図を示す。 図１８はウェハフレームに保持された１組のスライバ太陽電池の概略斜視図であり、その１／４が除去され、スライバの半分を見せるようにしている。

符号の説明

１００ …サブモジュールアセンブリ（はんだラフト）
１０１ …細長太陽電池
１０２ …水平梁
２０１ …金属化（パッド）トラック
２０２ …ｎ型コンタクト
２０３ …ｐ型コンタクト
２０４ …はんだブリッジ
３００ …サブモジュール（半田ボート）
３０１ …基板
４０１ …ｎ型コンタクト
４０２ …ｎ型コンタクト
４０３ …ｎ型拡散
４０４ …ｐ型拡散
４０５ …トラック
４０６ …トラック
４０７ …水平梁
４０８ …ｐ型コンタクト
５０１ …電池面
５０２ …トラック
５０３ …基板（水平梁）
６０１ …基板
６０３ …ヒートシンク
６０４ …固体または液体
７００ …はんだラフトクランプ
７０１ …溝
７０２ …取付梁
７０３ …クランプベース
７０４ …ヒンジ（ピボット）
７０５ …支持アーム
８００ …はんだラフトアセンブリ
８０１ …スライバ
８０２ …水平梁
８０３ …はんだパッド
８０４ …はんだ接続（はんだ接合部）
８０５ …スライバ電極
９００ …水平梁
９０１ …金属化パッド
９０２ …エッジ
９０３ …きれいな表面
１００１ …太陽電池
１００２ …電池電極
１００３ …はんだパッド
１００４ …あぜ
１１０１ …はんだ
１１０２ …電池電極
１１０４ …パッド
１１０５ …太陽電池
１１０６ …水平梁
１２０１ …相互接続
１２０２ …水平梁
１２０３ …電極
１２０４ …太陽電池
１４０１ …太陽電池
１４０２ …電極
１４０３ …はんだ接合部
１５００ …はんだボート
１５０１ …電気的接続
１５０２ …太陽電池
１６００ …作業台上積層カセット
１６０１ …積層カセット
１６０２ …ラフトアセンブリ
１６０３ …真空ヘッド
１７０１ …水平梁指示構造
１７０３ …直線変換ステージ

Claims (62)

1. 光起電力装置のための太陽電池サブモジュールを形成するための太陽電池相互接続プロセスであって、
   実質的に長手方向に並列でかつ概略共面構成において複数の細長太陽電池を維持する構造体に、その細長太陽電池を装着するステップ、および
   その構造体を通して延びて細長太陽電池を電気的に相互接続する１つまたはそれ以上の導電性通路を確立するステップを含み、
   １つまたはそれ以上の導電性通路はウェーブはんだ付けによって確立される。
2. １つまたはそれ以上の導電性通路は選択ウェーブはんだ付けによって確立される、請求項１記載のプロセス。
3. 温度変化の間、細長太陽電池または１つまたはそれ以上の導電性通路へのダメージを防止するために、細長太陽電池を熱適合性支持部に取り付けるステップを含む、請求項１または２記載のプロセス。
4. 細長太陽電池および１つまたはそれ以上の導電性通路が構造体を形成する、請求項１ないし３のいずれかに記載のプロセス。
5. １つまたはそれ以上の導電性通路は、太陽電池サブモジュールの出力電圧を増加するために、細長太陽電池を直列に電気的に相互接続する、請求項１ないし４のいずれかに記載のプロセス。
6. １つまたはそれ以上の導電性通路は、サブモジュールの出力における影の影響を減じるために、細長太陽電池を並列に電気的に相互接続する、請求項１ないし５のいずれかに記載のプロセス。
7. 各グループにおいて細長太陽電池は直列に接続されていて、１つまたはそれ以上の導電性通路は、電気的に並列に接続されているグループにおける細長太陽電池を電気的に相互接続する、請求項１ないし６のいずれかに記載のプロセス。
8. 装着された細長太陽電池は互いに当接する、請求項１ないし７のいずれかに記載のプロセス。
9. 細長太陽電池は相互に間隔が隔てられる、請求項１ないし８のいずれかに記載のプロセス。
10. 細長太陽電池の各々は２つの活性面を含み、細長太陽電池間の間隔は、細長太陽電池の活性面の照度およびサブモジュール中の細長太陽電池の数に基づいて選択される、請求項１ないし９のいずれかに記載のプロセス。
11. 構造体は、それへ細長太陽電池を装着する少なくとも１つの支持部を含む、請求項１ないし１０のいずれかに記載のプロセス。
12. 前記少なくとも１つの支持部に金属化領域を形成するステップを含み、その金属化領域の形状は各金属化領域の主として端部ではんだを保持するようにされる、請求項１１記載のプロセス。
13. 各金属化領域の形状は、中央領域に対して配置された端部領域を含み、端部領域の面積は中央領域の面積より実質的に大きい、請求項１２記載のプロセス。
14. 各金属化領域は実質的なＩ（大文字）ビームまたは犬骨形状を有する、請求項１２または１３記載のプロセス。
15. 前記装着ステップは、複数の細長太陽電池を、細長太陽電池の隣接のものの電極が対応する金属化領域のそれぞれの端部に実質的に位置するように、配置するステップを含む、請求項１２ないし１４のいずれかに記載のプロセス。
16. １つまたはそれ以上の導電性通路を確立するステップは、細長太陽電池の隣接するものの電極を相互接続するために、各金属化領域に選択ウェーブはんだの噴流を適用するステップを含み、その選択ウェーブはんだの噴流によって堆積したはんだが前記電極において実質的にビードを形成する、請求項１２ないし１５のいずれかに記載のプロセス。
17. 少なくとも１つの支持部は細長太陽電池の熱膨張を調節するようにする、請求項１１ないし１６のいずれかに記載のプロセス。
18. 構造体を透明封止材料で封止するステップを含む、請求項１ないし１７のいずれかに記載のプロセス。
19. 構造体は、それに細長太陽電池が装着される１つまたはそれ以上の水平梁を含む、請求項１ないし１８のいずれかに記載のプロセス。
20. 前記１つまたはそれ以上の水平梁上に金属化領域を形成するステップを含み、その金属化領域の形状は各金属化領域の主として端部ではんだを保持するようにされる、請求項１９記載のプロセス。
21. 各金属化領域の形状は、中央領域に対して配置された端部領域を含み、端部領域の面積は中央領域の面積より実質的に大きい、請求項２０記載のプロセス。
22. 各金属化領域は実質的にＩ（大文字）ビームまたは犬骨形状を有する、請求項２０または２１記載のプロセス。
23. 前記装着ステップは、複数の細長太陽電池を、細長太陽電池の隣接のものの電極が対応する金属化領域のそれぞれの端部に実質的に位置するように、配置するステップを含む、請求項２０ないし２２のいずれかに記載のプロセス。
24. １つまたはそれ以上の導電性通路を確立するステップは、細長太陽電池の隣接のものの電極を相互接続するために、各金属化領域へ選択ウェーブはんだの噴流を適用するステップを含み、その選択ウェーブはんだの噴流によって堆積したはんだが前記電極において実質的にビードを形成する、請求項２０ないし２３のいずれかに記載のプロセス。
25. １つまたはそれ以上の水平梁はシリコンである、請求項１９ないし２４のいずれかに記載のプロセス。
26. １つまたはそれ以上の水平梁は、ポリマ、セラミック、金属またはガラスを含む、請求項１９ないし２４のいずれかに記載のプロセス。
27. 構造体のサイズは標準的な太陽電池の対応するサイズと実質的に同じに選ばれる、請求項１ないし２６のいずれかに記載のプロセス。
28. 前記装着ステップは、電気的に絶縁している連続または半連続の支持部に細長太陽電池を装着するステップを含む、請求項１ないし２７のいずれかに記載のプロセス。
29. １つまたはそれ以上の導電性通路は電気的に絶縁している支持部上に形成される、請求項２８記載のプロセス。
30. 電気的に絶縁している支持部はシリコンである、請求項２８または２９記載のプロセス。
31. 電気的に絶縁している支持部は、実質的に、ホウケイ酸ガラス、プラスチックまたはセラミックである、請求項２８または２９記載のプロセス。
32. 支持部はヒートシンクに装着される、請求項２８ないし３１のいずれかに記載のプロセス。
33. 支持部は実質的な熱伝導性を有してヒートシンクとして動作する、請求項２９ないし３２のいずれかに記載のプロセス。
34. 細長太陽電池および１つまたはそれ以上の導電性通路が実質的に構造体を形成する、請求項１ないし３３のいずれかに記載のプロセス。
35. 細長太陽電池間の隙間を通過する光を細長太陽電池に向かって反射させて光起電力装置の効率を改善するために、反射体を太陽電池サブモジュールの後方に装着するステップを含む、請求項１ないし３４のいずれかに記載のプロセス。
36. 細長太陽電池の各々は太陽電池の少なくとも２つの隣接表面上の導電性コンタクトを含み、１つまたはそれ以上の導電性通路は実質的に平面の導電性領域を含み、その導電性領域が細長太陽電池の導電性コンタクトへ装着され、それによって細長太陽電池を電気的に相互接続する、請求項１ないし３５のいずれかに記載のプロセス。
37. 弾力のある太陽電池サブモジュールを提供するために、易曲性材料のシートを構造体へ装着するステップを含む、請求項１ないし３６のいずれかに記載のプロセス。
38. 曲がった太陽電池サブモジュールを形成するために、実質的に硬い、曲げられた支持部上に太陽電池サブモジュールを沿わせて装着するステップを含む、請求項１ないし３７のいずれかに記載のプロセス。
39. 平面ではない太陽電池サブモジュールを提供するために、実質的に硬い平面の支持部へ構造体を沿わせて装着するステップ、および結果的に得られたアセンブリを変形させるステップを含む、請求項１ないし３８のいずれかに記載のプロセス。
40. 実質的に硬い支持部は透明である、請求項３８または３９記載のプロセス。
41. 実質的に硬い、曲げられた支持部はガラスである、請求項３８記載のプロセス。
42. 実質的に硬い、曲げられた支持部はリニア集光器のための曲がった、押出し成形されたアルミニウムレシーバである、請求項３８記載のプロセス。
43. 太陽電池サブモジュールにおける細長太陽電池の各々の、１つまたはそれ以上の面の少なくとも一部を処理するステップを含む、請求項１ないし４２のいずれかに記載のプロセス。
44. 前記処理するステップは、１つまたはそれ以上の面の少なくとも一部にコーティングを置くステップを含む、請求項４３記載のプロセス。
45. 前記コーティングは、反射防止コーティング、パシベーションコーティング、および金属化の少なくとも１つを含む、請求項４４記載のプロセス。
46. リニア集光器システムに複数の太陽電池サブモジュールを装着するステップを含む、請求項１ないし４５のいずれかに記載のプロセス。
47. １つまたはそれ以上の導電性通路は、細長太陽電池の直列抵抗を減じるために、細長太陽電池によって発生された電流が、実質的に、リニア集光器システムの長手方向の軸に平行な方向に流れるように、細長太陽電池を直列に電気的に接続する、請求項４６記載のプロセス。
48. サブモジュールを装着するステップは、リニア集光器システムのレシーバに装着されている近接して隣接した、レシーバの光学的な軸に平行である、行に、太陽電池サブモジュールを配置するステップ含む、請求項４６または４７記載のプロセス。
49. リニア集光器システムは、システムの光学的な軸に接近して配置される第１部分と第２部分とを有する熱伝導基板を含み、サブモジュールを装着するステップでは細長太陽電池が熱伝導基板の第１部分上に実質的に互いに隣接して装着され、細長太陽電池によって発生した熱がシステムの光学的な軸に実質的に垂直な方向において細長太陽電池から伝わって逃げるように熱伝導基板の第２部分が冷却される、請求項４８記載のプロセス。
50. １つまたはそれ以上の導電性通路を確立するステップは、前記細長太陽電池の電極を１秒以下の期間溶融はんだへ浸漬するステップを含む、請求項１ないし４９のいずれかに記載のプロセス。
51. 前記期間は、少なくても約０．３秒であり多くても約０．５秒である、請求項５０記載のプロセス。
52. 前記電極を浸漬するに先立って、前記サブモジュールの水平梁の一端が、約０．４‐０．６秒の期間溶融はんだに浸漬される、請求項５０または５１記載のプロセス。
53. 細長太陽電池のエッジ上に電極を形成するステップをさらに含み、そのステップは、
    細長太陽電池のエッジ上に導電性層を堆積するステップ、および
    細長太陽電池をはんだの溶融槽へ浸漬して、導電性層をはんだの層でコーティングするステップを含む、請求項１ないし５２のいずれかに記載のプロセス。
54. ウェハから複数の細長基板を形成するステップ、および前記細長基板のそれぞれのものから前記細長太陽電池を形成するステップを含む、請求項１ないし５３のいずれかに記載のプロセス。
55. 前記細長太陽電池の活性面は、前記ウェハの平坦面に直交して形成された前記細長基板の面上に形成される、請求項５４記載のプロセス。
56. 前記細長太陽電池の活性面は、前記ウェハの平坦面のそれぞれの領域に対応する前記細長基板の面上に形成される、請求項５４記載のプロセス。
57. 太陽電池サブモジュールと他のサブモジュールとの間の電気的相互接続をウェーブはんだ付けによって形成するステップを含む、請求項１ないし５６のいずれかに記載のプロセス。
58. 太陽電池サブモジュールと光起電力装置のバスバーとの間の電気的相互接続をウェーブはんだ付けによって形成するステップを含む、請求項１ないし５７のいずれかに記載のプロセス。
59. 光起電力装置のバスバー間の電気的相互接続をウェーブはんだ付けによって形成するステップを含む、請求項１ないし５８のいずれかに記載のプロセス。
60. ウェーブはんだ付けは選択ウェーブはんだ付けを含む、請求項５７ないし５９のいずれかに記載のプロセス。
61. 請求項１ないし６０のいずれかによって形成された、太陽電池サブモジュール。
62. 請求項１ないし６０のいずれかによって形成された、複数の太陽電池サブモジュールを含む光起電力装置。