JP2009545175A

JP2009545175A - 効率改善のための薄膜光電池モジュール配線

Info

Publication number: JP2009545175A
Application number: JP2009521947A
Authority: JP
Inventors: ピーター，ジー．ボーデン，; デービットイーグルシャム，
Original assignee: Applied Materials Inc
Current assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 2006-07-25
Filing date: 2007-07-24
Publication date: 2009-12-17
Also published as: WO2008014248A3; TW200816533A; WO2008014248B1; EP2050136A2; US20080023065A1; CN101595561A; WO2008014248A2; KR20090035604A

Abstract

本発明は、ＴＦＰＶモジュールにおいてセルを構成しそれらセルに配線を施すことに関する。一態様によれば、基板の上部表面の１つの平面にセルが形成され、平行平面に配線がパターン形成され、セル平面と配線平面との間の接続を与えるためのビアが形成される。一実施形態において、配線平面は、基板の背面にあり、ビアは、基板を通して形成される。別の実施形態では、配線平面は、基板の上部表面にあってセル平面及び絶縁層の下にあり、ビアが絶縁層を通して形成される。別の実施形態において、上部表面に形成されたセル平面は、透明基板を通して照射されるスーパーストレート型セルを含み、セル平面と上方配線平面との間に絶縁体を有する。別の態様によれば、配線平面における太いバスバー接続は、大電流を流すことができ、セルに入射する光を遮らない。更に別の態様によれば、配線平面は、前述したように、シェーディングに対して不感とするような並列セル接続を使用できるようにする。更に又、これらの接続は、種々な方法により配線することができ、直列−並列配置の使用を可能とし、従って、例えば、局所領域を並列接続とし、一方、より大きな領域を直列接続とすることができる。
【選択図】図１Ａ

Description

関連出願への相互参照

本願は、２００６年７月２５に出願された「Thin Film Photovoltaic Module Wiring for Improved Efficiency」と題する米国出願第１１／４９２，２７７号への優先権を主張しており、ここにそれを参考として援用する。

発明の分野

本発明は、薄膜光電池（ＴＦＰＶ）モジュールに使用される相互接続部を形成するための方法に関し、より詳細には、セルが設けられる上部表面と平行な平面に設けられる改良された相互接続部に関する。

発明の背景

ＴＦＰＶモジュールは、シリコンウエハに基づくモジュールのような他のタイプの光電池モジュールに優る多くの利点を有し、例えば、製造コストがより低く、また、入手するのが限られたような物質の消費をより少なくできる等の利点を有している。しかしながら、ＴＦＰＶモジュールは、ある特定の欠点があり、例えば、他のシステム構成部分との不適応性、経時劣化、シェーディング及び不均一性による損失、及び低効率、等といった欠点がある。その結果として、それら本来の利点を有しているにも拘わらず、ＴＦＰＶモジュールは、シリコンモジュールの市場でのシェアが約９０％であるのと比較して、約１０％のシェアしか占めていない。

従来の欠点を更に例示するため、ＴＦＰＶモジュールを形成し構成するための従来の方法について以下に説明する。薄膜物質層が、典型的には、ガラスである大きな基板の表面に堆積される。この処理中に、スクライブのセットが、規則的スペーシングでもって、ごく普通の場合にはレーザーを使用し、時には、機械的スクライビングを使用して、形成される。これらのスクライブとそれに続く堆積との組合せにより、長い直列接続の光電池領域が形成される。

図１Ａに示すように、その大きなガラス基板は、その後、モジュール１００を形成するため、約１５０ｘ８０ｃｍ程度の大きさである幾つかのセクションにカットされる。例えば、レーザースクライビングを使用して、セルをその縁部から分離するため、その周辺の周りの基板の表面から膜が除去される。最後に、端子１０４が端部セル１０２−Ｌ及び１０２−Ｒに結合される。

セル１０２の間を直列接続するのが望ましい。何故ならば、そうすることにより、それらセルの数だけ動作電流を減ずることができるからである。例えば、１ｍ^２モジュールが１０％の効率で、１００ワットの電力を生成するとする。典型的な動作電圧０．９ボルトでは、１１０アンペアの電流が必要となり、これでは、薄膜導体が過剰な抵抗損失を被ることなく流すことのできる範囲をはるかに超えてしまう。このモジュールを各々が１ｃｍ幅の１００個のセルに分割すれば、その電流は１．１アンペアまでに減少され、抵抗損失（＝Ｉ^２Ｒ）は、１００００分の１まで減少される。

しかしながら、セル間の直列接続は、幾つかの制約を伴ってしまう。図１Ｂに示すように、各セル１０２は、電流発生器１１２を有したダイオード１１０と見ることができる。簡単化するため、このモデルは、抵抗素子を無視している。図示されるように、セルは、その形成処理中に直列に接続される。ｎ番目のセルにおいて発生される光電流は、Ｉ_Ｌｎである。もし、全てのセルが厳密に同じ光電流を発生する場合には、そのモジュールは、この電流をその出力端子に分配する。しかしながら、もし、その直列ストリングにおけるセルの１つがより少ない電流を発生する場合には、それにより、そのモジュールが分配する電流が制限されてしまう。このようなことは、シャドーイングのような種々な要因により生ずる。例えば、一日の始めと終わりに、種々な物体が長い影を生じて、その影が、モジュールに不均一に掛かることがある。その他の要因としては、処理変動（例えば、堆積システムにおける不均一性）及び経時劣化がある。処理変動について言えば、小さいモジュールは、典型的には、大きいモジュールよりも高い効率を有していることがよく知られている。何故ならば、大面積の場合よりも、小面積の場合に良好な均一性を達成する方が遥かに容易であり、小さなモジュールの方が大きなモジュールよりも電流制限変動が少ないからである。

しかしながら、この電流制限により、モジュールが損傷させられてしまうことがある。通常、ＰＶセルは、順方向バイアスで動作する。もし、ストリングにおける１つのセルが、例えば、シェーディングのために電流制限される場合には、そのセルは、逆方向に通電してしまう点まで逆方向バイアスされてしまうことがある（即ち、そのセルは、逆方向ブレークダウンへと駆動される）。過大な逆方向バイアスは、そのセルを損傷してしまう。この理由のため、シリコンウエハを使用したモジュールは、内蔵保護ダイオードを有している。しかしながら、レーザースクライビングを使用してこのようなダイオードのための端子を形成するのは容易でないので、薄膜モジュール内にこのようなダイオードを設けることは難しい。

従来のＴＦＰＶモジュールの採用を妨げている別の問題は、実施において、セル間の相互接続領域のサイズ、形状及び特性に対して種々な制約があることである。レーザースクライビングにより縁部の損傷が生ずるので、各セルの幅を、比較的に大きく、センチメートルの程度とすることが好ましい。セルを狭くする程、スクライビング時間がより掛かり、コストがより増大してしまうであろう。また、スクライビングは、切除処理であり、従って、長い、真っ直ぐなカットを形成するのが最も容易であり、接触パッド、下層を露出させる領域、又は複雑な２次元形状を有する領域を形成するのは最も難しいのである。

本願譲受人により共有された出願中の特許出願（ＡＭＡＴ-０１０９３７）の内容は、ここに援用されるが、ＴＦＰＶモジュールを構成するための方法であって、モジュールをサブモジュールへと分割し、それらサブモジュールを並列及び／又は直列−並列組合せにおいて一緒に配線することを含む改良された方法を開示することにより、現状技術より遥かに進歩したものである。これらの技法によれば、処理不均一性及びシェーディングのような悪条件においてもモジュール性能を改善することができる。前記出願中の特許出願の態様では、出願中の特許出願第１１／３９４，７２３号及び第１１／３９５，０８０号に記載されたような写真平版及びエッチング及び堆積処理を使用して、モジュールの直列相互接続部を分割及び形成すると共に、更に、モジュールをサブモジュールへと分割することができる。このような処理によれば、非常に狭いセルを形成することが可能となり、それにより、それら特定のモジュール内部接続を行うことが可能となる。

前記出願中の特許出願により与えられる幾つかの効果について、以下に例示する。例えば、図２Ａ及び図２Ｂに示したＰＳＰＩＣＥにおいてモデル化されたセルの単純な直列及び並列配置について考える。図２Ａの回路は、１０個のセルの直列接続であり、それらセルのうちの最後のセルは、３分の２が日陰とされ、従って、その通常電流は、他のセルの３分の１となっている。図２Ａの図の上方のＩＶ曲線は、この回路に対するものである。図２Ｂの回路は、並列に接続された同じ１０個のセルを含むものであり、そのＩＶ曲線は、その回路図の上方に示されている。ここで気づくように、直列接続されたモジュールは、低下したＩＶ特性を有しているのに対して、並列接続されたモジュールは、通常のＩＶ特性を有している。

これらの構成の両者について電圧の関数として電力を推定することにより、同様の結果が観測される。シェーディングが全く無い場合には、両者とも、４２．５ｍＷの同じ推定電力を有する。図３に示されるように、３分の２のシェーディングがある場合には、直列接続されたモジュールの出力電力は、２４％低下し、一方、並列接続されたモジュールでは７％の低下である。従って、シェーディング及び電流減少欠陥のような要因から生ずる損失は、前記出願中の特許出願に記載されたような並列構成を使用することにより、相当に減少させることができる。

並列接続を使用することにより、完全に直列接続されたモジュールに比べて利点が得られるのであるが、このような利点は、はかないものであることが分かる。例えば、ガラス基板のアクティブ領域と同じ側においてサブモジュールの間に並列配線を設けることは難しい場合がある。このような配線は、光を遮ってしまい、それにより、その並列配線の潜在的利点を減少させてしまう。その上、その並列配線は、完全に直列接続されたモジュールにおいて流されるよりも、より多くの電流をより限られた面積において流すことが必要とされ、従って、より大きなバス構造が必要となり、このため、そのアクティブ領域が減少させられ又は遮られてしまうことが起こり得る。更に又、電流が増大することにより、潜在していた抵抗損が考慮すべきものとしてより重要なものとなり、従って、このような配線は、付加的な抵抗を導入してしまうようなものであってはならないのである。

従って、前記出願中の特許出願のＴＦＰＶモジュール構成及び内部接続技法の利点をそのまま十分に現出できるようにする配線技法が必要とされている。

本発明は、ＴＦＰＶモジュールにおいてセルを構成しそれらセルに配線を施すことに関する。一態様によれば、基板の上部表面の１つの平面にセルが形成され、平行平面に配線がパターン形成され、セル平面と配線平面との間の接続を与えるためのビアが形成される。一実施形態では、配線平面は、基板の背面にあり、ビアは、基板を通して形成される。別の実施形態では、配線平面は、基板の上部表面にあってセル平面及び絶縁層の下にあり、ビアが絶縁層を通して形成される。別の実施形態では、上部表面に形成されたセル平面は、透明基板を通して照射されるスーパーストレート型セルを含み、セル平面と上方配線平面との間に絶縁体を有する。別の態様によれば、配線平面における太いバスバー接続は、大電流を流すことができ、セルに入射する光を遮らない。更に別の態様によれば、配線平面は、前述したように、シェーディングに対して不感とするような並列セル接続を使用できるようにする。更に、これらの接続は、種々な方法において配線することができ、直列−並列配置の使用を可能とし、従って、例えば、局所領域を並列接続とし、一方、より大きな領域を直列接続とすることができる。本発明の更に別の態様によれば、基板が印刷配線板製造において使用されるのと同様なメッキ及び技法を使用して準備されるときには、その製造プロセスにおいて、従来は３つのレーザースクライブが必要であったのを、２つのレーザースクライブのみで良いようにすることができる。これにより、互いに合致させなければならいスクライブがより少なくなるので、ライン幅を減少させることができ、また、処理の複雑さを減少させることができる。従来技術の処理と違って、それらスクライブは、選択比を必要とせず、前面から形成することができる。本発明の更に別の態様によれば、背面側配線平面とすることにより、保護ダイオード、スイッチ及びプロセッサのように他の構成部分及び構造体を収容させることもできるようになる。

本発明のこれらの及びその他の態様及び特徴は、添付図面に関して以下になされる本発明の特定の実施形態の説明によれば、当業者には明らかとなろう。

従来のＴＦＰＶモジュールの相互接続部を例示している。従来のＴＦＰＶモジュールの相互接続部を例示している。それぞれ直列及び並列に配線されシェーディングを被る光電池セルのＩ−Ｖ特性を例示している。それぞれ直列及び並列に配線されシェーディングを被る光電池セルのＩ−Ｖ特性を例示している。並列接続されたセル及び直列接続されたセルにおける電力出力及びシェーディング損失を比較して示すグラフである。本発明によりビア及び背面側配線を使用しているモジュールの実施例を例示している。本発明によりビア及び背面側配線を使用しているモジュールの実施例を例示している。本発明によるビア及び背面側配線を含むモジュールのための形成プロセスの実施例を例示している。本発明によるビア及び背面側配線を含むモジュールのための形成プロセスの実施例を例示している。本発明によるビア及び背面側配線を含むモジュールのための形成プロセスの実施例を例示している。本発明によるビア及び背面側配線を含むモジュールのための形成プロセスの実施例を例示している。本発明によるビア及び背面側配線を含むモジュールのための形成プロセスの実施例を例示している。本発明によるビア及び背面側配線を含むモジュールのための形成プロセスの実施例を例示している。本発明の特定の態様による背面側配線を使用して配線されるサブモジュールへと分割されたモジュールを例示している。本発明の特定の態様による背面側配線を使用して配線されるサブモジュールへと分割されたモジュールを例示している。本発明の特定の態様による背面側配線を使用して配線されるサブモジュールへと分割されたモジュールを例示している。本発明の特定の態様による背面側配線を使用して配線されるサブモジュールへと分割されたモジュールを例示している。保護ダイオードのように付加的構成部分が、本発明の特定の態様により、如何にして背面側配線に組み込まれるかを例示している。本発明の特定の態様により構成されたモジュールにおいて、上部表面及び背面配線の組合せが如何にして使用されるかを例示している。本発明の特定の態様により構成されたモジュールにおいて、上部表面及び背面配線の組合せが如何にして使用されるかを例示している。本発明の原理によるビアで接続される異なるセル層及び配線層を与えるための第１の代替的実施形態を例示している。本発明の原理によるビアで接続される異なるセル層及び配線層を与えるための第１の代替的実施形態を例示している。本発明の原理によるビアで接続される異なるセル層及び配線層を与えるための第２の代替的実施形態を例示している。本発明の原理によるビアで接続される異なるセル層及び配線層を与えるための第２の代替的実施形態を例示している。

好ましい実施形態の詳細な説明

添付図面において使用される参照符号の示すものは、それに限定しようとするものでなく、例示を意図するものであり、その対応する記述は、前の記載において別に明確に指摘していない限り、本明細書において使用されるどの用語に対しても、いかようにも明確な定義を与えようとしているものではない。当業者であれば、本発明を理解した後においては、添付図面における種々な要素に対する種々な代替物及び変更がありうることを理解されよう。

当業者が本発明を実施できるように本発明の例示的実施例を与えている添付図面に関して、本発明について以下詳細に説明する。注意すべきことは、以下の図及び実施例は、本発明の範囲を単一の実施形態に限定しようとするものではなく、以下に説明し例示する要素のうちのあるもの又は全てを入れ換えることにより、他の実施形態とすることが可能なものである。更に又、本発明の特定の要素が既知の構成部分を使用して部分的に又は完全に実施できる場合には、そのような既知の構成部分のうち、本発明を理解するのに必要な部分についてのみ説明し、そのような既知の構成部分の他の部分の詳細な説明については、本発明を不明瞭なものとしないため省略する。本明細書においては、単一の構成部分を示している実施形態は、これに限定するもの考えられるべきでなく、むしろ、本発明は、特に別に明示されない限り、複数の同じ構成部分を含む他の実施形態を包含しようとしているものであり、また、その逆に複数の構成部分の代わりに同じ単一の構成部分を含む他の実施形態を包含しようとしているものである。その上、本出願人は、本明細書及び特許請求の範囲におけるどの用語も、特に明示しない限り、普通でない又は特別なことを意味しようとして使用しているのではない。更に、本発明は、ここに例示した既知の構成部分に対する現在知られている均等物及び将来知られるであろう均等物をも包含するものである。

一般的に、本発明によれば、光電池セルのために使用される平面とは別の平面における配線に繋がるビア接続を使用することにより、ＴＦＰＶモジュールを構成することが可能とされる。このような新規な要素により、多くの効果が得られる。これにより、光を遮らない太いバスバー接続の使用が可能とされる。これらの直列抵抗は低いので、これらの接続は、抵抗損失を被ることなく大電流を流すことができ、前述したように、シェーディングに対して不感とする並列セル接続の使用が可能とされる。これらの接続は、種々な方法において配線され、直列−並列配置の使用を可能とし、従って、例えば、局所領域を並列接続とし、一方、より大きな領域を直列接続とすることができる。

本発明の特定の実施形態の典型的な実施例を図４Ａ及び図４Ｂに例示している。

図４Ａに示されるように、モジュール４００は、基板４０４の上部表面に形成されたセル４０２を含む。この実施例では、セル４０２は、従来のＴＦＰＶモジュールでも典型的であるように、そのモジュールの全長Ｌに亘っている。同時係属中の特許出願（ＡＭＡＴ-０１０９３７）の教示並びに本発明の配線方法により可能とされるが如き他の代替的構成について、以下より詳細に説明する。更に又、この図では例示し易くするため、数個のセルしか示していないのであるが、これらセルは、数百個設けることもできる。

図４Ｂは、図４Ａに示したようなモジュールの部分の拡大横断面図である。図４Ｂに示されるように、セル４０２は、基板４０４に堆積された光電池物質スタック４１２−４１６からなっている。この基板４０４は、ある実施形態では、ガラスの５ｍｍ厚さのシートであってよい。他の実施形態では、基板４０４は、高分子材料であってもよく、又は、ステンレス鋼又はモリブデン箔のように材料の１つ以上の層であってもよい。一実施例において、層４１２は、モリブデンのように金属であり、層４１４は、ＣＩＧＳのような半導体であり、層４１６は、ＺｎＯのようなＴＣＯである。ある実施形態において、全スタックは、約２−３μｍ厚さである。スタック４１２−４１６は、バッファ層及び絶縁体のような付加的な層を含むことができ、基板４０４が導電性である場合には、付加的な絶縁層を使用することができるが、それらの詳細については、本発明を不明瞭なものとしないように、ここでは省略されていることは、理解されよう。

セル４０２は、約１ｃｍ幅であることができ、分離領域４２０により分離されており、その分離領域４２０は、約３０μｍ幅であることができる。従来技術と違って、セル４０２は、１つのセルの上部導電層４１６を隣接するセルの金属層４１２に接続する等により基板４０４の上部表面４０４−Ｔにおいて相互接続されていない。そうでなくて、セル相互接続は、基板４０４の背面４０４−Ｂに設けられた配線を使用してなされるのである。従って、約１０μｍ幅のギャップ４３０が、基板４０４の上部表面４０４−Ｔにおいて隣接セルを分離しているのである。

より詳細に述べると、図４Ｂに示されるように、基板４０４を貫通しているビア４２２により、基板４０４の上部表面４０４−Ｔの特徴部が基板４０４の背面４０４−Ｂのバス４２４に接続されている。この実施例では、ビア４２２は、セル４０２当たり２つの別々の接続、即ち、金属層４１２への１つの接続と、分離領域４２０へ基板４０４の上部表面４０４−Ｔ上へと延びて各セル４０２の層４１２の部分に接続する他の１つの接続と、を与えている。図４Ｂの、この横断面図においては、セル当たり２つのビア４２２しか示されていないが、各セルの全長Ｌに沿って基板４０４において離間した数千個又は数百個のビアがあるのである。

ビア４２２は、約１０−５０μｍの半径を有する円形横断面を有し、メッキされたニッケル又は銅のような高導電性物質で満たされるものでよい。ここで注意すべきことは、領域４２０は、一定の幅を有するものでなくてもよく、より低いビア抵抗とするため、分離領域４２０の幅よりも大きな直径を有するビアを収容する切欠きをビアの場所に有するようにすることもできるということである。更に、基板４０４が金属である場合には、ビアは、基板からビア接続を分離するため絶縁体物質を含むことができることに注意されたい。

バス４２４は、約５−５０μｍの厚さ及び約０．１ｃｍから１ｃｍまでの幅を有するＮｉ又はＣｕからなるものでよい。図４Ｂには詳細には示されていないが、バス４２４は、セル間の相互接続を与えるように、印刷配線板技法を使用して基板４０４の背面４０４−Ｂにパターン形成することができる。理解できるように、バス４２４の相互接続のためのパターン形成の仕方により、セル４０２の間の並列接続及び直列接続のどのような組合せも達成することができる。参照符号４２４で示したようなバスによれば、それらをセルの下の金属層よりもはるかに厚く形成することができるので、より多くの電流を流すことができる。例えば、特に、セルを高温で処理しなければならないような場合においては、熱膨張の差や表面形態等のようなものを考慮しなければならず、これにより、セルの下の金属層の厚さが制限されてしまうことがあるからである。更に又、参照符号４２４で示すが如きバスは、例えば、セルの間又はモジュールの領域の間の相互接続を与えるため、セルとは別に異なった配線をすることができるのである。

ビアの間隔は、抵抗損失を最少とするように選択される。ビアの抵抗Ｒ_Ｖは、次の式により決定される。

ここで、ρは、金属抵抗率であり、ｔ_Ｓは、基板厚さであり、ｒ_Ｖは、ビア半径である。５ｍｍ厚さガラスにおける５０μｍ直径ニッケル充填ビアの場合には、ρ＝７ｘ１０^−６Ω-ｃｍであり、Ｒ_Ｖ＝０．１８Ωである。

ビアを通して流れる電流は、寸法Ｗ_Ｃｘ（ビア間隔Ｓ）のセルストライプの矩形部分によって発生される電流に等しい。この電流は、次の式で表される。

ここで、ηは、セル効率であり、Ｐ_ｓｕｎは、太陽放射（ＡＭ１．５において０．１Ｗ／ｃｍ^２）であり、Ｖ_ｍｐは、最大電力点でのセル電圧である。Ｖ_ｍｐ＝６ボルト、η＝１０％、Ｗ_Ｃ＝１ｃｍの場合、Ｉ_Ｖ＝０．０１７ｘＳアンペアである。

もし、ビア端の電圧降下Ｉ_ＶＲ_Ｖが動作電圧の０．５％より小さいことが望まれる場合には、その間隔は、Ｓ＝１ｃｍであるべきである。従って、１ｃｍセルストライプを有するモジュールの場合には、約１００００ビア／ｍ^２となる。

図４Ａ及び図４Ｂに示すようなモジュールを製造するための処理フローは、一般的には、２つのステージ、即ち、基板準備ステージとセル形成ステージとを有する。このような処理フローは、図５Ａから図５Ｆにより詳細に例示されている。

図５Ａ及び図５Ｂは、基板を準備するためのステップを例示している。図５Ａに示されるように、基板準備の第１のステップは、ビアホールを形成しそれらビアホールに導体を充填することを含む。これらビアホールは、種々多くの仕方において形成することができる。一実施形態では、例えば、それらホールは、レーザー穴あけ加工により形成することができる。別の実施形態では、それらホールは、ガラス基板にモールド成形される。更に別の実施形態では、ビアサイトに薄い区域５０２を設けるのにモールド成形が使用され、それから、例えば、ＣＯ_２レーザーを使用してビアを穴あけ加工する。

それから、これらホールは、銅又はニッケルのような金属でスルーホールメッキされる。このようなメッキ中に、背面もまた被覆され、それから、従来の印刷回路板技法を使用して、セル間の希望の相互接続に従ったパターン形成が行われる。

図５Ｂに示す次のステップにおいて、印刷回路板製造において使用されるようなメッキ及び技法を使用して、基板４０４の背面にバス４２４がパターン形成される。これらパターンは、そのモジュールのために望まれたセル相互接続（例えば、直列、直列−並列、並列）に従って形成される。

図５Ｃから図５Ｆは、基板準備が完了した後のセル形成のための典型的な処理フローを例示している。

図５Ｃに示されるように、背面接触層４１２及び吸収層４１４が、全基板上に順次に堆積させられる。次に、図５Ｄに示すように、それらの被覆をセル区域４０２へと分離するため、レーザースクライブにより分離区域４２０が形成される。それから、図５Ｅに示すように、ＴＣＯ層４１６が堆積させられる。最後に、図５Ｆに示されるように、基板４０４を通してバスバー４２４にセルが接続されたままとなるようにして、セル４０２を分離するため、第２のスクライブによりギャップ４３０が形成される。

本発明の一態様によれば、セルの間の相互接続部を形成するのに付加的な処理が必要とされないので、前述した製造プロセスは、従来では３つのレーザースクライブが必要であったのに対して、２つのレーザースクライブのみで済むのである。これにより、互いに合致させなければならないスクライブが少なくなるので、ライン幅を減少させることができ、また、処理の複雑さを減少させることができる。その上、従来技術の処理と違って、それらスクライブは、選択比を必要とせず、前面から行うことができる。

セルを形成し分離するために、レーザースクライブ以外のエッチング及び堆積技法のような他の形成処理方法を使用することができることに注意されたい。

本発明の配線層原理は、図４Ｂ及び図５に示した背面実施形態に限定されるものでなく、基板及びセル層に関して代替的配置を含むように拡張できるものであることに注意されたい。

例えば、図９Ａ及び図９Ｂは、基板９０２の上部表面に配線層又は平面９０４がパターン形成され、絶縁体層９０８によりセル層又は平面９０６から分離されているような第１の代替的実施形態を例示している。図９Ｂにより詳細に示されるように、それから、それら層の間に接続（例えば、ＺｎＯのようなＴＣＯを使用する）を与えるため、絶縁体層９０８を通してビア９１０が形成される。この実施形態の効果は、基板の一方の表面のみを処理すればよく、且つ配線層９０４がセル層９０６に入射する光を遮らないということである。

図１０Ａ及び図１０Ｂは、「スーパーストレート」ＴＦＰＶセルからなるセル層又は平面１００４が透明基板１００２の上部表面に形成されるような第２の代替的実施形態を例示している。この実施形態では、層１００４におけるＴＦＰＶセルは、基板１００２の背面に入射する光を電気エネルギーへと変換する。配線層又は平面１００６が、絶縁体層１００８の上に形成され、絶縁体層１００８は、セル層１００４と配線層１００６との間に挟まれている。図１０Ｂにより詳細に示されるように、それから、それら層の間に直接接続を与えるため、絶縁体層１００８を通してビア１０１０が形成される。前述の実施形態と同様に、この実施形態の効果は、基板の一方の表面のみを処理するだけでよく、且つ配線層１００６がセル層１００４に入射する光を遮らないということである。

付加的な態様によれば、本発明の教示は、同時係属中の特許出願（ＡＭＡＴ-０１０９３７）の教示と組み合わせることにより、より効率的で且つ処理不均一性及びシェーディング等の問題による性能低下をあまり受けないようなモジュールを得ることができる。

より詳細に述べると、その同時係属中の特許出願によって教示されているように、モジュールをサブモジュールへと分割でき、それらセルを、望むような任意の直列−並列配置へと構成することができる。しかしながら、本発明によれば、サブモジュールの接続は、前述の説明から教示されるように、基板の背面にバスをパターン形成することにより、部分的に又は完全に達成される。

例えば、図６Ａは、図５Ｃから図５Ｆに関して前述したもののように、垂直及び水平分離カットの両者を形成するため、光電池物質側に対するレーザースクライビングを使用して１６個のサブモジュール６０２へと分割されたモジュール６００を示している。当業者であれば、種々な数のサブモジュールへの種々な分割が可能であり、各セットが同じ数のサブモジュールを有する必要はなく、また、セットの数及びセット当たりのサブモジュールの数も種々異なるようにすることもできることは、理解されよう。更に又、詳細に示されてはいないが、ある実施形態では、前述した処理により形成される各サブモジュールの区域及びセルは、等しい。他の実施形態では、そこに設けるサブモジュール及び／又はセルの区域は、処理変動又はその他の要因を考慮して変えられる。

セル及びサブモジュールを相互接続するため、前述したような基板を通してのビア及び基板の背面にパターン形成されたバスが使用される。例えば、図６Ｂに略示されるように、それらセルは、直列と並列との両者の組合せにおいて配線され、隣接セルのセット６０４は、並列に配線され、サブモジュール６０２内の並列接続セットは、直列に配線される。それから、すべてのサブモジュール６０２が、共通の第１の（例えば、出力）端子６０６と第２の（例えば、接地）端子６０８との間に並列に配線される。

図６Ｃは、このような配線配置を達成するため、基板の背面がどのようにパターン形成されるかを、より詳細に例示している。詳述するに、この実施例では、バス６１０が、５つの隣接セルのセットを並列に配線しており、各サブモジュール６０２における４つのセット６０４が、直列に配線されている。端子６０６と端子６０８との間でサブモジュールを並列に配線するため、付加的なバスがパターン形成されている。

図６Ｄは、バスバー６１０の小部分の拡大図であり、距離Ｓだけ間隔をおいて近接配置されたビア６２２により、基板の上部表面上の各セルと背面のバス６１０との間の多くの接続が如何にして与えられるかを示している。

背面配線は、印刷回路板と同様であり、シェーディング又は不均一性による影響を最少とするための保護ダイオード、又はより高度な設計においては、モジュール出力を動的に最適化するためのスイッチ及び回路を含めて、ＴＦＰＶでは現在使用されない付加的な要素を含むことができることに注意されたい。例えば、図７は、上部サブモジュールのための保護ダイオード７０２を示しており、実際において、これらは、他のサブモジュールにも使用できるものである。このようなダイオードは、従来の表面実装技法を使用して配設することができる。

より高度の設計においては、日照時間、モジュール使用年数、サブモジュール間の製造変動のような種々な条件に従って、モジュール出力を最大とするため、サブモジュールの電力出力を監視して直列−並列配線をアクティブに調整することができるように、アクティバスイッチ及びプロセッサのような他の構成部分を、その配線に実装することができることに注意されたい。

セル接続のすべてを基板の背面に設ける必要はないことに注意されたい。本発明によれば、ある幾つかの接続を上部表面に設け、他の接続を背面に設けるようにすることができる。

次に、本発明の別の典型的な実施形態について、図８Ａ及び図８Ｂに関して説明する。この実施形態では、モジュールは、多数のサブモジュールへと分割され、各サブモジュール内のセルは、上部表面の配線で直列接続され、一方、それらサブモジュールは、背面の配線で並列接続されている。

この実施形態の１つの実施例は、図８Ａに示されている。この実施例に示されるように、モジュール８００は、１６個のサブモジュール８０２へと分割されている。図８Ａに更に示されているように、これら１６個のサブモジュール８０２は、各々４個のサブモジュールからなる４つのセット８０６に配列されている。

１つのセット８０６の等価回路を、図８Ｂに示している。この図８Ｂに示されるように、各サブモジュール８０２におけるセルは、直列接続されており、各セット内のこれら直列接続されたサブモジュール８０２は、並列接続されている。かくして、図８Ｂに更に示されるように、この構成においては、各サブモジュール８０２は、第１の（例えば、出力）共通ノード８１０と第２の（例えば、接地）共通ノード８１２との間に接続されている。他のセット８０６におけるサブモジュール８０２も、同様に、図８Ｂに示されるように構成され接続されることは明らかであろう。

図８Ａに戻って、４つのセット８０６が並列に接続されている。この実施例では、これは、各セットの第１の共通ノード８１０を共通出力バス８２０へ接続することにより達成される。

１つの実施例では、各サブモジュール内のセルの間の直列接続は、例えば、出願中の特許出願第１１／３９４，７２３号及び第１１／３９５，０８０号に記載されたエッチング及び堆積技法を使用して、上部表面に形成された相互接続部を使用することにより達成される。それから、サブモジュール間の並列接続は、より詳細に前述したように、各サブモジュールの縁部区域において基板を通して設けられたビア及び基板の背面にパターン形成された配線を使用することにより達成される。

当業者であれば、直列及び並列接続、モジュール及びサブモジュール構成は、種々広範囲に亘って異なるものが可能であり、図示したものは、限定された幾つかの実施例として与えられているだけのものであることは理解されよう。

好ましい実施形態について本発明を特定して説明してきたのであるが、本発明の精神及び範囲から逸脱せずに、これら構成及び細部において種々なる変形及び変更をなすことができることは、当業者には容易に明らかとなろう。特許請求の範囲は、このような変形及び変更を包含しようとしているものである。

１００…モジュール、１０２…セル、１０４…端子、１１０…ダイオード、１１２…電流発生器、４００…モジュール、４０２…セル、４０４…基板、４１２…金属層、４１４…半導体層、４１６…透明導電層、４２０…分離領域、４２２…ビア、４２４…バス、４３０…ギャップ、５０２…モールド成形された薄い区域、６００…モジュール、６０２…サブモジュール、６０４…セット、６０６…第１の共通ノード、６０８…第２の共通ノード、６１０…バス、６２２…ビア、７０２…保護ダイオード、８００…モジュール、８０２…サブモジュール、８０６…セット、８１０…第１の共通ノード、８１２…第２の共通ノード、８２０…出力バス、９０２…基板、９０４…配線層、９０６…セル層、９０８…絶縁層、９１０…ビア、１００２…基板、１００４…セル層、１００６…配線層、１００８…絶縁層、１０１０…ビア

Claims

薄膜光電池モジュールにおいて、
基板上の第１の層に形成された薄膜光電池セルと、
上記基板上の上記第１の層とは別の第２の層に形成された上記セルの間の相互接続部と、
を備える薄膜光電池モジュール。
上記第１の層は、上記基板の上部表面にあり、上記第２の層は、上記基板の背面にある、請求項１に記載のモジュール。
上記第１の層及び第２の層は、上記基板の上部表面にあり、絶縁層により分離されている、請求項１に記載のモジュール。
上記セルを上記相互接続部に結合する上記基板を通してのビアを更に備える、請求項２に記載のモジュール。
上記セルを上記相互接続部に結合する上記絶縁層を通してのビアを更に備える、請求項３に記載のモジュール。
上記ビアは、上記基板に成形された１つ以上の構造部およびレーザー穴あけ加工されたホールからなる、請求項４に記載のモジュール。
上記基板は、金属であり、上記ビアは、上記基板から上記ビアを電気的に分離するための絶縁体を備える、請求項２に記載のモジュール。
上記相互接続部は、上記セルのうちの特定のものを直列又は並列に配線する、請求項１に記載のモジュール。
上記相互接続部のうちの特定のものの間に結合された１つ以上の保護ダイオードを更に備える、請求項１に記載のモジュール。
薄膜光電池モジュールを製造するための方法において、
基板上の第１の層に相互接続部を形成するステップと、
上記基板上の上記第１の層とは別の第２の層に薄膜光電池セルを形成するステップと、
を含む方法。
上記セルを形成するステップは、上記基板の上部表面に上記第１の層を形成する段階を含み、上記相互接続部を形成するステップは、上記基板の背面に上記第２の層を形成する段階を含む、請求項１０に記載の方法。
上記相互接続部を形成するステップ及び上記セルを形成するステップは、上記基板の上部表面に上記第１の層及び上記第２の層を形成する段階を含み、上記方法は、更に、上記第１の層と上記第２の層とを分離する絶縁層を形成するステップを含む、請求項１０に記載の方法。
上記相互接続部を形成するステップは、上記セルの所望の配線に従って上記相互接続部をパターン形成する段階を含む、請求項１０に記載の方法。
上記第１の層及び上記第２の層の個々の部分を接続するビアを形成するステップを更に含む、請求項１０に記載の方法。
上記基板を通してビアを形成するステップを更に含み、上記ビアを形成するステップは、上記基板に構造部を成形する段階及び上記基板にホールをレーザー穴あけ加工する段階のうちの１つ以上を含む、請求項１４に記載の方法。