JP2009529805A - 絶縁ビアを備えた高効率太陽電池 - Google Patents
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Abstract
Description
接続と、セル間のより大きなスペースが必要となる。多数の小さなセルのアレイは製造が比較的困難で、コストもかかる。さらに、可撓性の太陽光モジュールでは、多数の屋根板の相互接続が比較的複雑で、時間も労力もかかり、モジュール設置プロセスの間にかかる費用も大きいという点で「屋根板」アプローチは不利である。
よび該各ビア周辺部分の透明導電体を覆うことができ、該周辺部分は、該ビアの縁から該ビアの直径の約2倍の範囲内である。
ができ、「a compound」の記述は複数の化合物を含むことができる等である。本明細書における参考文献は、参照されることにより、本明細書において記載される明確な教示に対立しない範囲において、本明細書にその全体が含まれる。本明細書と請求項では、言及される一連の定義される用語は以下の意味を有する:
形成されることができる。一実施形態では、特に、下部電極104,114、絶縁層106,116、およびバックプレーン108,118は、スタート基板S1,S2を形成するために共に積層される。箔は下部電極104,114およびバックプレーン108,118の両方に使用されてもよいが、バックプレーンとして絶縁層106,116の背後にメッシュグリッドを使用することも可能である。そのようなグリッドは導電性塗料またはインクを使用して絶縁層106,116の背面に印刷され得る。適当な導電性塗料またはインクの例に、アメリカ合衆国ミシガン州ミッドランド市所在のダウコーニング社(Dow Corning Corporation)から入手可能なDow Corning(登録商標) PI−2000 Highly Conductive Silver Inkがある。さらに、絶縁層106,116は、下部電極104,114またはバックプレーン108,118もしくはその両方に使用される箔の表面を陽極酸化することにより、または当該技術分野で周知のスプレー、コーティング、印刷技術で絶縁コーティングを塗布することにより、形成され得る。
101は、透明導体層109と背面上部電極108との間に一つまたは複数の電気接点120を備える。電気接点120は、透明導体層109、活性層107、下部電極104および絶縁層106を貫通するように形成される。電気接点120は透明導体層109と背面上部電極108との間の導電性通路を提供する。電気接点120は、活性層107、下部電極104および絶縁層106から電気的に絶縁される。
Jay Wimer)「3−D Chip Scale with Lead−Free Processes」 Semiconductor International, 2003年10月1日発行、に記載されている。通常のハンダもしくは導電性インクまたは接着剤がスタッドバンプの上に印刷され得る。
ジェット印刷ハンダまたは導電性接着剤には、導電性ビアプラグ124を形成するための有用な材料が含まれるが、機械的手段によってプラグを形成することも可能である。し
たがって、金のスタッドバンプの形成と同様な方法で、例えば適切な直径のワイヤがビアの中に配置され、それがバックプレーン108と接触するようにされ、そしてプラグ124を形成するよう所望の高さで切断されてもよい。代わりに、そのようなサイズを有する予め形成しておいたピンをロボットアームで孔の中に配置することも可能である。そのようなピンまたはワイヤは定位置に配置され、基板に対するそれらの電気接続は、ピンの配置に先立って導電性接着剤の非常に薄い層を印刷することにより支援または確保され得る。したがって、導電性接着剤からなる厚みのあるプラグの乾燥時間が長いという問題がなくなる。ピンは、接触をさらに支援するために、バックプレーン108にわずかに打ち込まれる先端または鋸歯状部分を備え得る。そのようなピンは絶縁ワイヤまたはコートされたワイヤ(例えば蒸着または酸化により)の場合と同様に、既に存在する絶縁材に設けられる。ピンは、絶縁材を適用する前にビアの中に配置され、これにより絶縁材の導入が容易となる。
レーン108より形成された基板S1,S2にデバイスモジュール101,111を製作し、透明導体層109、活性層130、下部電極104,114、および絶縁層106,116を貫通するように絶縁された電気接点120を形成すると、デバイスモジュール101,111が比較的大きくなる。従って、アレイ100は、先行技術のアレイと比較して、より少数の直列相互接続を必要とする、より少数のデバイスモジュールより形成され得る。例えば、デバイスモジュール101,111は長さが約1cmと約30cmの間で、幅が約1cmと約30cmの間である。より小さなセル(例えば長さが1cm未満および/または幅が1cm未満)も希望に応じて形成可能である。
高い。薄い導電層128が第2デバイスモジュール111のバックプレーン118と望ましくない接触を行なう可能性が実質的にないように、切欠117,119の寸法が選択され得る。例えば、下部電極114のエッジは、約400μmのカットバックCB1の量だけ絶縁層116に対して切除され得る。バックプレーン118は、CB1より有意に大きい量CB2だけ絶縁層116に対して切除され得る。
発光デバイスであってもよい。OLEDの例には発光ポリマー(LEP)デバイスが含まれる。そのような場合、活性層107は、ポリ(3,4)エチレンジオキシチオフェン:スルホン酸ポリスチレン(PEDOT:PSS)の層を含み、これはウェブコーティングや同様な方法により下部電極104,114上に通常50〜200nmの厚さで付着され、その後水を除去するためにベークされる。PEDOT:PSSはドイツ国レーバークーゼン所在のバイエル社(Bayer)から入手可能である。PEDOT:PSS層の上には、例えばウェブコーティングにより、ポリフルオレン系LEPが約60−70nmの厚さで付着され得る。適切なポリフルオレン系LEPはダウケミカルズ社(Dow Chemicals Company)から入手可能である。
イスシート202の上で製作される。デバイスシート202には、図2Aに示された接点120のような接点203でパターンが形成される。接点203は、上述したように導電トレース(図示しない)により電気接続されてもよい。絶縁層204およびバックプレーン206も、連続シートとして製作される。図3に示された例では、絶縁層204は例えば、バックプレーン層206の同様な切欠207と整列する切欠205を形成するよう切除される。バックプレーン層206の切欠207は絶縁層204の切欠205よりも大きい。デバイスシート202、絶縁層204およびバックプレーン層206は一つに積層されて、デバイスシート202とバックプレーン206の間に絶縁層204を備えた積層体208を形成する。その後、積層体208は、切欠205,207と交差する点線に沿って2つ以上のデバイスモジュールA,Bに切断される。その後、導電性接着剤210(例えば導電性ポリマーまたは銀のインク)のパタ−ンがキャリア基板211に配置され、キャリア基板211にモジュールが接着される。導電性接着剤210のより大きな領域212がモジュールAのバックプレーン206と電気接触する。導電性接着剤210のフィンガー214が、より大きな領域212から突出している。フィンガー214はモジュールBの切欠205,207と整列する。フィンガー214の上に追加の導電性接着剤が配置され、切欠205,207を通じたモジュールBの下部電極との電気接触を促進する。好ましくは、フィンガー214は、導電性接着剤210がモジュールBのバックプレーン206と望ましくない電気接触を形成しないように、バックプレーン206の切欠207よりも狭い。
。バックプレーン406Aの露出部分407Aの導電性接着剤412の隆起部分は、図5Bに示されるように、デバイス層402Bの下部電極405Bの露出部分と電気接触を形成する。
チ516の形成に起因する望ましくない短絡回路が生じる可能性が低下する。
の要素には最適値があり、というのは、シャドウイングを最小化するにはより幅の狭いフィンガーであることが必要であり、一方抵抗を最小化するにはより広いフィンガーが必要であるためである。さらに、非常に小さいフィンガーを作成するためには高価な技術が必要であるため、実用的ではない。最も電導性の高いトレースは金属の真空蒸着により得られるため、該方法にはパターニングと同様に高価な蒸着システムが必要となる。
ことができる。さらに別の実施形態では、線高は、非スクリーン印刷によるトレースの範囲で、約3〜約5μmであることができる。スクリーン印刷では通常高粘度の物質を使用するために、他の技術よりも厚い付着をすることができ、適切に適用される場合には、50μm未満の線幅を提供できる。
ついで図11Bを参照し、矢印712で示される絶縁物質のスプレーはビア孔710の少なくとも側壁を覆う絶縁層714を形成する。絶縁層714は任意的に、ビア孔710の側壁を完全に覆うことを確実にするために、過剰にスプレーされて透明導電体700の一部分を覆うように形成されてよい。過剰にスプレーされた部分716はさらに絶縁層714の積層への付着を増強できる。
図11Dは、前記ライナー708が除去され、背部電極718が前記積層の最下部に配置される状態を示す。前記積層は前記背部電極の前記絶縁層への良好な接着をもたらすために硬化される。EVAを使用する場合、この硬化は約150℃で、約20分間行われる。当然ながら、本発明の複数の実施形態では、背部電極718は背面全体を覆うことのできる箔であることができる。ビア孔710は導電性物質720で充填され、フィンガー720は導電性物質720に連結される。
事前の絶縁層の塗布工程が必要ないため、工程数が簡略化される。背部電極層718(図12C)は、層740に直接塗布することができる。
さらに別の実施形態では、層の厚みを形成するために2回のスプレー塗布を行うことができる。別の実施形態では、層の厚みを形成するために2回のコーティング工程(各塗布後に空気衝突を行う)を使用できる。
次いで図14Aおよび14Bを参照し、本発明のさらに別の実施形態について説明する。図14Aは、前記層704上への絶縁物質760の塗布を示している。この実施形態では、前記絶縁物質760により実質的に全てのビア孔が完全に埋められるか、または全てのビア孔の一部塞がれるように、前記絶縁物質760が塗布される。他の実施形態では一部のビア孔が埋められる。制限しない例として、層760の物質は、EVA, PVOH、PVA、PVP、UV硬化性絶縁インク、ガラス硬化点(Tg)が約150℃未満の熱可塑性プラスチック、または前記の組み合わせであることができる。物質の厚みは図12と図13で列挙されたものと実質的に同じ範囲であることができる。限定はされないが、ウエットコーティング、スプレーコーティング、スピンコーティング、ドクターブレードコーティング、コンタクト印刷、トップフィードリバース印刷、ボトムフィードリバース印刷、ノズルフィードリバース印刷、グラビア印刷、マイクログラビア印刷、リバースマイクログラビア印刷、コンマダイレクト印刷、ローラーコーティング、スロットダイコーティング、マイヤーバーコーティング、リップダイレクトコーティング、デュアルダイレクトコーティング、キャピラリーコーティング、インクジェット印刷、ジェット付着、スプレー付着等の方法と上記の組み合わせおよび/または関連技術の各種の溶液ベースのコーティング技術により、物質760を付着することができる。
延伸して、その側壁の少なくとも一部を覆う状態を示している。任意的に、前記物質760は、前記ビア710の実質的に全ての側壁を覆うことができる。図に示されるように、前記ビア710の貫通後も前記ビアの上下に物質760が残存する。図に示されるように、前記ビア710の貫通により、物質760の一部分762が前記ビア710の周囲を覆う。これにより、望ましくない電気的短絡を防止する付加的な物質が提供される。
15Cは、塗布することのできる他の層を示す。一実施例では、UVインクは、制限はされないが、マスター ボンド社(Master Bond Inc)製造のMaster
Bond UV15X−5 等のようなUV硬化性ウレタン・エラストマーであることができる。前記ビア孔710は導電性物質720で充填され、導電性のフィンガー722が前記導電性物質720に連結される。背面電極層770は前記層780に連結されうる。
電性層間の十分な電圧抵抗を確実にする。この第二の物質は前記物質790を構成する物質と同じでよい。代替的に、それらは異なる物質であり、好ましくは両方とも電気的絶縁体である。代替的に、最初に下記のいずれかを塗布することができる:エチルビニルアセテート(EVA)、ポリビニルアルコール(PVOH)、ポリビニルアセテート(PVA)、ポリビニルピロリドン (PVP)、UV硬化性絶縁インク、および/またはガラス転移温度が約150oC未満の熱可塑性ポリマー。その後、上記リストから選ばれる異な
る物質(または全く他の電気的絶縁体)を前記層790上に塗布することができる。
なる特徴とも組み合わせることができる。特許請求の範囲において、不定冠詞「1つの(AまたはAn)」は、別途明示的に指定されていない限り、該不定冠詞に続くものについて1以上の量を意味する。特許請求の範囲は、「〜のための手段」という語句を使用してある請求項において明示的に制限が与えられていない限り、手段+機能の制限を含んでいると解釈されるものではない。
Claims (32)
- 少なくとも一つの透明導電体、一つの光起電性層、および複数のビアを有する太陽電池を備えたデバイス。
- 少なくとも一つの透明導電体、一つの光起電性層、少なくとも一つの下部電極、および少なくとも一つの背部電極により構成される高効率の背部電極の構成を有する太陽電池と、
前記太陽電池の前記透明導電体に取り付けられた複数の導電性フィンガーと、
前記複数の導電性フィンガーと連結された複数の充填されたビアと、
前記充填された各ビアは、前記透明導電体から前記背部電極に電荷を伝導する導電性のコアを有することと、ビア絶縁層により前記各ビア中の導電性コアが下部電極から隔てられていることとを備えたデバイス。 - 前記絶縁層が前記ビアのエアロゾルによるコーティングで形成される請求項2記載のデバイス。
- 前記絶縁層が接着性の物質により形成される請求項2に記載のデバイス。
- 前記背部導電体が下部電極から電気的に絶縁され、十分近くにお互いに配置された前記充填されたビアにより、上部電極の導電性要件を軽減し、光を遮るバスバーの使用が除去されるように連結される請求項2に記載のデバイス。
- 前記絶縁層の厚さが約20〜100μmである請求項2記載のデバイス。
- 前記絶縁層が以下の物質の少なくとも一つより成る請求項2に記載のデバイス:EVA,PVOH,PVA,PVPまたはガラス転移点(Tg)が150℃未満である熱可塑性プラスチック。
- 前記光起電性層が少なくとも二つの別個のP−N接合を形成する層を備え、少なくともそのうちの一つの層がCISを主成分とする物質より成る請求項2に記載のデバイス。
- 前記充填されたビアが約1mm以下の直径を有する請求項2に記載のデバイス。
- 前記充填されたビアが650μm以下の直径を有する請求項2に記載のデバイス。
- 前記絶縁層が前記ビアの側壁および前記各ビア周辺の前記透明導電体の一部を覆い、該一部が前記ビアの縁から前記ビアの直径の2倍以内にある請求項2に記載のデバイス。
- 少なくとも一つの透明導電体、一つの光起電性層、および少なくとも一つの下部電極を有する太陽電池を形成する工程と、
前記少なくとも一つの透明導電体、一つの光起電性層、および少なくとも一つの下部電極を貫通するビア孔を形成する工程と、
前記ビア孔の各孔の側壁に沿って絶縁層を形成する工程とを備える方法。 - 前記コーティングが前記側壁に付着して前記絶縁層を形成する物質のエアロゾルのスプレーであることを備える請求項12に記載の方法。
- 高効率の背部電極構成を有する請求項12記載の方法。
- 前記各ビア孔に前記透明導電体と電気的に連結され、前記ビア孔中の絶縁層によって前記背部電極とは電気的に絶縁された導電性のコアを充填する工程と、
実質的に各ビア孔内で、前記導電性コアと連結された背部電極を形成する工程とをさらに備える請求項12に記載の方法。 - コーティングが、実質的に前記透明導電体の絶縁物質での被覆を避けるために、前記太陽電池の下側から絶縁物質をスプレーする供給源を使用することを備える請求項12に記載の方法。
- コーティングが、マスクを前記透明導電体に対して使用することなく、前記透明導電体上への絶縁物質の付着を最少化するために、前記太陽電池の下側から絶縁物質をスプレーする供給源を使用することを備える請求項12に記載の方法。
- コーティングが、前記透明導電体上への絶縁物質の付着を最少化するために、マスクを前記透明導電体に対して使用して、前記太陽電池の上側から絶縁物質をスプレーする供給源を使用することを備える請求項12に記載の方法。
- コーティングが、十分な量の絶縁物質をスプレーして、前記ビア孔を完全に埋めることなく前記側壁を被覆することを備える請求項12に記載の方法。
- コーティングが、十分な量の絶縁物質をスプレーして、前記側壁と下部電極の下側を被覆して、下部絶縁層を形成することを備える請求項12に記載の方法。
- 前記絶縁物質層が接着性の物質により形成される請求項12に記載の方法。
- コーティングが前記ビア孔へのエアロゾルの塗布により絶縁層を形成することを備える請求項12に記載の方法。
- 純粋に誘電性の元素および接着性の成分を有する絶縁性エアロゾルの塗布により絶縁層を形成することを備える請求項12に記載の方法。
- コーティングが前記ビア孔への絶縁性物質の塗布およびスプレー後に気体の衝突により絶縁性物質により閉塞されたビア孔の閉塞を除去することを備える請求項12に記載の方法。
- コーティングが、太陽電池の片側に施された実質的に均一なコーティングに気体の衝突を使用し、絶縁物質を前記各ビア孔内に誘導することを備える請求項12に記載の方法。
- コーティングが、太陽電池の片側に実質的に均一な絶縁物質のコーティングを印刷して前記各ビア孔内に絶縁層を形成し、空気の衝突を使用して前記絶縁物質を前記各ビア孔内に誘導し、さらに前記均一なコーティングに、前記各ビア孔に相当する開口を生成することを備える請求項12に記載の方法。
- さらに複数の電気伝導フィンガーを前記太陽電池の前記透明導電体上に形成する請求項12に記載の方法。
- コーティングが、太陽電池の片側に実質的に均一な絶縁物質のコーティングを印刷して前記各ビア孔内に絶縁層を形成し、該片側の反対側から吸引を使用して前記均一なコーティングの絶縁物質を前記各ビア孔内に引き込み、さらに前記均一なコーティングに、前記各ビア孔に相当する開口を生成することを備える請求項12に記載の方法。
- 少なくとも一つの透明導電体、一つの光起電性層、および複数のビアを備える太陽電池を形成する工程と、
前記各ビア孔をコーティングして前記各ビア孔内の側壁に沿い絶縁層を形成する工程とを備える方法。 - 前記絶縁層が、少なくとも以下の一つの物質より成る請求項29に記載の方法:EVA,PVOH,PVA,PVP,UV硬化性絶縁インク、またはガラス転移点(Tg)が150℃未満である熱可塑性プラスチック。
- 絶縁層の上に、該絶縁層を形成する物質とは異なる物質より成る二番目の絶縁層を形成する請求項30に記載の方法。
- 絶縁層の上に、該絶縁層を形成する物質とは異なる以下の物質より選択される物質より成る二番目の絶縁層を形成する請求項30に記載の方法:EVA,PVOH,PVA,PVP,UV硬化性絶縁インク、またはガラス転移点(Tg)が150℃未満である熱可塑性プラスチック。
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