JP2012504350A - 一体的に統合されたソーラーモジュール - Google Patents

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Abstract

ソーラーモジュールは、基板と、相互に電気的に接続された複数の太陽電池と、上部分離ギャップとを含む。太陽電池は基板の上に提供される。太陽電池の少なくとも１つは、反射電極と、シリコン層スタックと、光透過電極とを含む。反射電極は基板の上に提供される。シリコン層スタックは、反射電極の上に提供されたｎドープ層と、ｎドープ層の上に提供された真性層と、真性層の上に提供されたｐドープ層とを含む。光透過電極はシリコン層スタックの上に提供される。上部分離ギャップは電池の間に提供される。上部分離ギャップは、１つの太陽電池の光透過電極が他の１つの太陽電池の反射電極に電気的に接続されるように、太陽電池の光透過電極を互いから電気的に分離する。
【選択図】なし

Description

関連出願の相互参照
この出願は、「一体的に統合されたソーラーモジュール」と題された２００８年９月２９日に提出された米国仮出願第６１／１０１，０２２号（「’０２２出願」）に対する優先権の利益を主張する。’０２２出願の全開示はここで言及することによってそのまま組み込まれている。
ここにおける主題は、広くは太陽電池用に関し、より詳細には太陽電池をソーラーモジュールに一体的に統合するためのシステム及び方法に関する。
ソーラーモジュールは入射光を電気に変換する。ソーラーモジュールは、互いに電気的に直列で接続されたいくつかの太陽電池を含む。それぞれ太陽電池は、上部電極と下部電極との間に挟まれた複数の半導体層のスタックを含む場合がある。ある太陽電池の上部電極は、隣接する太陽電池の下部電極に電気的に接続される。半導体層のスタックは、１組のドープ半導体層の間に挟まれた真性半導体層を含む。いくつかの既知の太陽電池は半導体層のＰ−Ｉ−Ｎスタックを含んでおり、それは、その半導体層のスタックが、最初に積層させたｐドープ半導体材料の底層、その底層の上に積層させた真性の又はわずかにドープした中間の半導体材料、及び、その真性層の上に積層させたｎドープ半導体材料の最上層を含むことを意味する。他の既知の太陽電池は半導体層のＮ−Ｉ−Ｐスタックを含んでおり、それは、その半導体層のスタックが、ｎドープ半導体材料の底層、真性の又はわずかにドープした半導体材料の中間の材料、及び、ｐドープ半導体材料の最上層を含むことを意味する。
太陽電池への入射光は半導体層スタックに衝突する。光の中の光子は電子を励起し、半導体層スタック中の原子から電子を分離させる。電子が原子から分離するとき、相補的なプラス電荷又は孔が生じる。電子は半導体層スタックを通って漂流又は拡散し、上部電極及び下部電極の一方に集まる。孔は半導体層スタックを通って漂流又は拡散し、上部電極及び下部電極の他方に集まる。上部電極及び下部電極における電子及び孔の集合は、それぞれの太陽電池において電圧差を生じさせる。太陽電池における電圧差はソーラーモジュールの全体で累積的であり得る。例えば、太陽電池が直列的に接続されている場合、各太陽電池における電圧差を加算する。
電流及び電圧は、上部電極と下部電極との間、及び、隣接する太陽電池間における電子及び孔の流れによって生じる。各太陽電池によって生成される電圧は、ソーラーモジュール中の太陽電池の全体で直列的に合計される。その後、電流は、外的電気負荷における使用のためにソーラーモジュールから取り出される。
いくつかの既知の太陽電池中のＰ−Ｉ−Ｎ半導体層スタックに関して、半導体層スタック中のｐドープされた非晶質又は微晶質のシリコン層から、半導体層スタック中の中央の真性の非晶質又は微晶質のシリコン層中へのホウ素の拡散は、半導体層スタック内の接合混入に至ることがある。半導体層スタック内の接合混入はソーラーモジュールの効率を低下させる可能性がある。例えば、非晶質半導体層スタックを有し、かつ、ｉ層及びｎ層の前にｐ層を積層させた既知のＰ−Ｉ−Ｎ太陽電池において、「ｐ／ｉ汚染作用」が生じる可能性がある。ｐ／ｉ混合作用は、ｐ層を形成するために使用されるドーパントの拡散であり、例えば、ホウ素が含まれる。真性層中へのホウ素の拡散の量は、真性及びｎドープの半導体層を積層させる温度と関連し得る。結果として、ｐ／ｉ混合の量は、真性層及びｎドープ層の積層温度が上昇するにつれて増加する。
ｐ／ｉ混合の量を低減するために、Ｐ−Ｉ−Ｎ半導体層スタックを有する既知の太陽電池は、真性層及びｎドープの半導体層の積層においてより低い積層温度を使用する。例えば、いくつかの既知の太陽電池は、摂氏約２２０度よりも低い積層温度を使用する。摂氏約２２０度を超える積層温度は、入射光を電気に変換する際の太陽電池の効率を全体的に低下させる程度のｐ／ｉ混合を生じさせる可能性がある。他方では、Ｐ−Ｉ−Ｎ半導体層スタック中の半導体層間のドーパント拡散の非存在下においては、より高い積層温度において半導体層スタック中のシリコンフィルムの品質及び電子特性が改善する傾向がある。
高い積層温度において太陽電池のｐ／ｉ混合作用の規模を小さくするための方法の１つは、Ｎ−Ｉ−Ｐ半導体層スタック中の真性半導体層の積層の後にｐドープ半導体層を積層させることである。真性層の後にｐドープ層を積層させることは、上昇した積層温度にｐドープ層が暴露される時間を短くする。例えば、ｐドープ層を積層させるのに必要な時間は、Ｎ−Ｉ−Ｐ層スタックを積層させるのに必要な合計時間の約５％以下のほんのわずかな時間に相当してもよい。積層時間が短縮されるにつれて、真性層中へのｐドープ層中のホウ素ドーパントの拡散量が低下する。さらに、より低い積層温度においては太陽電池の効率に対してほとんど又は全く悪影響を与えずにｐドープ層を積層させることができる。より低い積層温度（例えば、摂氏２２０度以下）においてｐドープ層を積層させることは、ｐドープ層の最初の積層中に真性層の表面の温度を相対的に低く維持することを可能にする。プラズマ促進化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）のようなプラズマ促進法を使用してｐドープ層を積層させる場合、ｐ−ドープ層を積層させるときの真性層の表面とのプラズマの相互作用は、高温において真性層中へのｐドープ層中のホウ素の拡散を著しく増大させる可能性がある。
Ｎ−Ｉ−Ｐ半導体層スタックを有するいくつかの既知の太陽電池は、電池の底に沿った基板、その基板の上に積層させた反射電極、その反射電極の上に積層させた非晶質又は微晶質のｎドープシリコン層、そのｎドープ層の上に積層させた非晶質又は微晶質の真性シリコン層、その真性層の上に積層させた非晶質又は微晶質のｐドープシリコン層、及び、そのｐドープ層の上に積層させた透明電極を含む。層のこの構成は、太陽電池の「基板構成（substrate configuration）」と呼ばれ、入射光が基板の反対側で太陽電池に衝突する。いくつかの既知の基板構成太陽電池は、Ｎ−Ｉ−Ｐ半導体層スタックの上に第２の半導体層スタックを含む。これらのタイプの太陽電池は「直列基板構成（tandem substrate configuration）」太陽電池と呼ばれることがある。他のタイプの既知の太陽電池は「上層構成（superstrate configuration）」太陽電池であり、基板が光に対して透過性であり、基板と同じ側で入射光が太陽電池に衝突する。上層構成における基板は上層（superstrate）と呼ばれこともある。
基板構成で配置されたいくつかの太陽電池又は直列基板構成太陽電池を有する既知のソーラーモジュールは、導電性材料から形成された基板を含む。例えば、いくつかの既知の太陽電池は、ステンレススチール基板、又は、基板として機能するステンレススチールから形成されたホイルシートを含む。ステンレススチール基板上での太陽電池の製造は、スチールが電気を伝導するという事実によって複雑になる。上記のように太陽電池を電気的に直列的に接続するために、太陽電池は、スチール基板を細長片に切断し、次いで、導電グリッドを使用して個々の電池を共に「縫い」戻すことによって、互いから電気的に分離される必要がある。これらのさらなる電気的分離ステップはソーラーモジュールを製造するコストを増加させる。
ステンレススチール基板を細長片に切断しない場合、スチールの電気伝導率は、隣接する電池の反射電極間における望ましくない電気的短絡又は電気的ショートを生じさせる可能性がある。例えば、スチール基板は、反射電極間において０．５オーム＊ｃｍ２未満の領域特異的抵抗性を有する導電性経路を与える可能性がある。さらに、直列的に接続されたモジュールにおいては、モジュールの運転中に電池間の電気的短絡を与える可能性がある隣接する電池の上部電極間の導電性経路が存在しないように、隣接した太陽電池中の上部電極が互いから分離されている必要がある。
他の既知の上層構成及び直列上層構成太陽電池は非伝導性又は不伝導性の基板を含む。電極及び半導体層スタックは基板の上に積層され、電極及び半導体層だけが電気的に分離されて隣接する太陽電池間の直列接続を形成するために相互に接続される。太陽電池が絶縁基板の上で相互に接続されたこの接続機構は「モノリシック集積化」と呼ばれている。
太陽電池の上層構成においては、下部電極が透明電極であり、上部電極が反射電極である。レーザースクライビングは、薄膜ソーラーモジュールにおいて電極、半導体材料又はフィルムを形成するために使用できる既知技術の１つである。上層構成太陽電池のレーザースクライビングは、３つのステップ：第１に、透明な下部電極の積層の直後にガラスの上に下部透明電極を形成するために紫外線（「ＵＶ」）又は赤外線（「ＩＲ」）レーザーを使用するステップ；第２に、半導体層の積層の後に半導体層を直ちに除去するために階層及び透明電極を通して可視光レーザーを照射するステップ；及び、第３に、上部反射電極の積層直後に半導体層スタック及び上部反射電極の両方を局所的に除去するためにガラス階層及び透明下部電極を通して可視光レーザーを照射するステップで実行することができる。上層構成において、レーザー光は、半導体層によって吸収される波長の範囲内において透明電極を通って半導体層中へ透過し、その層を爆発的に除去する。レーザー光は、半導体材料を急速に加熱及び気化させ、半導体材料及び上部反射電極の爆発的除去に至る圧力波を生じさせる。
半導体層スタックを形成するためにガラス階層を通してレーザーを照射する技術は、太陽電池の既知の基板構成に適用することはできない。例えば、レーザーは、既知の基板構成太陽電池において半導体層スタックと上部透明電極とを電気的に分離するために、基板及び下部反射電極を通して照射することはできない。下部反射電極は、シリコンによって吸収される波長領域のレーザー光を透過しない。例えば、反射電極は、半導体層スタックを除去するために使用されるレーザー光の波長をブロックする。結果として、レーザーは、下部反射電極を通した照射によって半導体層を爆発的に除去することができない。
代わりに、既知の基板構成ソーラーモジュールの太陽電池の様々な層を分離するためには、機械的スクライビング及びレーザースクライビングの両方が必要である。例えば、機械的スクライビングは、モジュールの太陽電池の上部電極を電気的に分離するために必要とされる。半導体層スタック及び／又は上部電極の一部分を除去するためにレーザー光を使用することは、以下の理由の少なくとも１つ以上によって問題になる可能性がある。基材は、選択的に半導体層スタックを削り、従って選択的に半導体層スタック及び上部光透過性電極の両方を除去するためにレーザー光が基材及び下部反射電極を透過するようにはできない。さらに、半導体層スタック及び上部電極を除去するために、上部光透過性電極を通してレーザー光を適用することはできない。レーザー光が太陽電池の上から上部電極を通って入射するとき、レーザー光が吸収されるときに生じる気化された半導体材料は、半導体層スタックの頂部側に形成される。半導体材料が気化されるとき生じる圧力波は、基板の方へ拡大し、その材料がモジュールから容易に外れ得る方向にその半導体材料を押し付けない。
基材構成における爆発的除去の不足を補う既知技術の１つは、半導体及び電極膜の全体を気化させる充分な時間にわたって半導体層及び／又は透明電極層をレーザーを用いて加熱することである。しかしながら、半導体及び／又は透明電極層を加熱することは、一般的に、半導体層及び電極層を囲む領域に非常に高いレベルの過剰熱放散を生じさせる。過剰熱放散は、レーザーが半導体層上に入射する領域に近い範囲において、電極膜及び半導体層を互いに拡散させてしまう。これらの層の混合は、隣接した太陽電池間の、及び／又は、単一の太陽電池における電気的短絡を生じさせる可能性がある。例えば、混合は、隣接する太陽電池の上部透明電極層間の導電性経路、又は、単一の太陽電池の電極膜間の導電性経路を生じさせる可能性がある。太陽電池を電気的に短絡させることはソーラーモジュールの効率及び生産量を著しく低下させる。
発明の簡潔な説明
一実施形態において、ソーラーモジュールは、基板と、電気的に相互に接続された複数の太陽電池と、上部分離ギャップとを含む。太陽電池は基板の上に提供される。少なくとも１つの太陽電池は、反射電極と、シリコン層スタックと、光透過電極とを含む。反射電極は基板の上に提供される。シリコン層スタックは、反射電極の上に提供されたｎドープ層と、ｎドープ層の上に提供された真性層と、真性層の上に提供されたｐドープ層とを含む。光透過電極はシリコン層スタックの上に提供される。上部分離ギャップは電池の間に提供される。１つの太陽電池の光透過電極が他の１つの太陽電池の反射電極に電気的に接続されるように、上部分離ギャップは、太陽電池の光透過電極を互いから電気的に分離する。
他の一実施形態において、相互に電気的に接続された複数の太陽電池を有するソーラーモジュールを製造する方法は、基板と、反射電極と、シリコン層スタックと、光透過電極とを提供するステップを含む。シリコン層スタックは、反射電極の上に提供されたｎドープ層と、ｎドープ層の上に提供された真性層と、真性層の上に提供されたｐドープ層とを含む。この方法は、太陽電池の光透過電極を互いから電気的に分離するために光透過電極の一部分を除去するステップをも含む。その一部分は、ソーラーモジュールの基板の反対側から光透過電極を形成することによって除去される。
他の一実施形態においては他のソーラーモジュールが提供される。このソーラーモジュールは、非伝導性基板と、相互に接続された複数の太陽電池と、上部分離ギャップとを含む。太陽電池は基板の上に提供される。少なくとも１つの太陽電池は、反射電極と、底部シリコン層スタックと、頂部シリコン層スタックと、光透過電極とを含む。反射電極は基板の上に提供される。底部シリコン層スタックは、反射電極の上に積層したＮ−Ｉ−Ｐ層スタックを含む。頂部シリコン層スタックは、底部シリコン層スタックの上に積層したＮ−Ｉ−Ｐ層スタックを含む。光透過電極は、頂部シリコン層スタックの上に提供される。上部分離ギャップは電池の間に提供され、太陽電池中の光透過電極を互いから電気的に分離する。１つの太陽電池の光透過電極は、他の１つの太陽電池の反射電極に電気的に接続されている。
図１は、基板構成ソーラーモジュールの概略図の透視図、及び、一実施形態によるソーラーモジュールの横断面の一部分の拡大図である。
図２は、ソーラーモジュールの製作の一段階における、図１に示されているソーラーモジュールの拡大図の略図である。
図３は、ソーラーモジュールの製作の他の一段階における、図１に示されているソーラーモジュールの拡大図の略図である。
図４は、図２、図３及び／又は図５に示されているギャップを作成するために使用されるレーザースクライブラインの図である。
図５は、ソーラーモジュールの製作の他の一段階における、図１に示されているソーラーモジュールの拡大図の略図である。
発明の詳細な説明
前記概要及び本発明の特定の実施形態の以下の詳細な説明は、添付図面と同時に参照することによってさらによく理解されるであろう。ここで用いられているように、単数形で列挙された、「１つの（ａ）」又は「１つの（ａｎ）」という単語に続く要素又はステップは、排除することが明示的に述べられていない限り、前記の要素又はステップの複数形を排除しないように理解しなければならない。更に、本発明の「一実施形態」への言及は、列挙されている特徴をさらに包含するさらなる実施形態の存在を排除するものとして解釈されるように意図されていない。さらに、そうでないことが明示的に記載されていない限り、特定の特性を有する要素又は要素の複数形を「含む(comprising)」又は「有する(having)」実施形態は、その特性を有しないそのようなさらなる要素を含んでいてもよい。レーザーを使用してシリコン太陽電池を一体的に統合するためのシステムに関して１つ以上の実施形態が記載されていても、ここに記載されている実施形態がシリコンをベースとする太陽電池又はレーザーに限定されないことに留意すべきである。特に、１つ以上の実施形態は、シリコン以外の材料を含んでいてもよく及び／又はレーザースクライブ以外のパターニング技術を使用してもよい。
図１は、基板構成ソーラーモジュール１００の概略図の透視図、及び、１つ以上の実施形態によるソーラーモジュール１００の断面部分の拡大図１１０である。ソーラーモジュール１００を光起電（「ＰＶ」）装置１００と称してもよい。ソーラーモジュール１００は、互いに電気的に直列で接続された複数の太陽電池１０２を含む。例えば、ソーラーモジュール１００は、互いに電気的に直列で接続された２５個以上の太陽電池１０２を有していてもよい。最も外側の太陽電池１０２のそれぞれは、さらに複数のリード１０４及び１０６の１つと電気的に接続されていてもよい。リード１０４、１０６は、ソーラーモジュール１００の対向する末端１２８、１３０の間に延在する。リード１０４、１０６は回路１０８に接続されている。回路１０８は、ソーラーモジュール１００によって生成された電流が集まるか又は適用される抵抗である。
太陽電池１０２のそれぞれは複数層のスタックを含む。例えば、太陽電池１０２は、非伝導性基板１１２、下部電極１１４、半導体層スタック１１６、上部電極１１８、上部接着剤１２０、及び、カバーシート１２２を含んでいてもよい。ソーラーモジュール１００の中の太陽電池１０２は電気的に直列で接続されていてもよい。１つの太陽電池１０２の上部電極１１８は、他の１つの太陽電池１０２の下部電極１１４に電気的に接続されている。例えば、１つの太陽電池１０２の上部電極１１８は、隣接する太陽電池１０２の間の導電性経路を提供するために、近傍の又は隣接する太陽電池１０２の下部電極１１４と電気的に接続されていてもよい。このようにしてソーラーモジュール１００の太陽電池１０２は電気的に直列で接続されている。半導体層スタック１１６は少なくとも３つの半導体層を含む。例えば、半導体層スタック１１６は、半導体層のＮ−Ｉ−Ｐスタックを含んでいてもよい。選択的に、半導体層スタック１１６は、直列半導体スタック配置において互いの上に配置された２つ又は３つのＮ−Ｉ−Ｐスタックを含んでいてもよい。
ソーラーモジュール１００は、ソーラーモジュール１００の上面１２４への入射光から電流を生成する。ソーラーモジュール１００の上面１２４をソーラーモジュール１００のフィルム側と称してもよい。反対の底面１２６をソーラーモジュール１００の基板側と称してもよい。光は、カバーシート１２２、上部接着剤１２０及び上部電極１１８を通過する。光は半導体層スタック１１６に吸収される。一部の光は半導体層スタック１１６を通過することがある。この光は下部電極１１４によって半導体層スタック１１６へ反射され得る。光の中の光子は電子を励起し、半導体層スタック１１６の中の原子から電子を分離させる。電子が原子から分離するとき、相補的なプラス電荷又は孔が生じる。電子は半導体層スタック１１６を通じて漂流又は拡散し、上部電極１１８及び下部電極１１４の一方に集まる。孔は半導体層スタック１１６を通って漂流又は拡散し、上部電極１１８及び下部電極１１４の他方に集まる。上部電極１１８及び下部電極１１４における電子及び孔の集中は、太陽電池１０２において電圧差を生じさせる。太陽電池１０２における電圧差はソーラーモジュール１００全体で累積的であってもよい。例えば、太陽電池１０２のいくつかにおける電圧差は合計される。電気的に直列で接続された太陽電池１０２の数が増加するにつれて、太陽電池１０２の直列全体の電圧差が増加する。
電子及び孔は、１つの太陽電池１０２の上部電極及び下部電極１１８及び１１４を通って、隣接する太陽電池１０２の対向電極１１４及び１１８へ流れる。例えば、光が半導体層スタック１１６に衝突したときに電子が第１の太陽電池１０２の下部電極１１４に流れ込めば、その後、電子は、下部電極１１４を通って隣接する太陽電池１０２の上部電極１１８へ流れる。同様に、孔が第１の太陽電池１０２の上部電極１１８に流れる場合、孔は、上部電極１１８を通って隣接する太陽電池１０２の下部電極１１４へ流れる。
電流及び電圧は、上部電極１１８及び下部電極１１４を通った電子及び孔の流れ、及び、隣接する太陽電池１０２の間の電子及び孔の流れによって生成される。各太陽電池１０２によって生成された電圧は、複数の太陽電池１０２の全体で直列的に合計される。その後、電流は、リード１０４及び１０６の接続から最も外側の太陽電池１０２の上部電極１１８及び下部電極１１４を通って回路１０８に引き込まれる。例えば、第２リード１０６が右端の太陽電池１０２の下部電極１１４に電気的に接続されながら、第１リード１０４が左端の太陽電池１０２の上部電極１１８に電気的に接続されていてもよい。
図２は、ソーラーモジュール１００の製作の一段階におけるソーラーモジュール１００の拡大図１１０の略図である。基板１１２は、ガラスシートのような非伝導性材料を含む。基板１１２は、基板１１２の上に何らかの追加層を積層させる前に粗面化させることができる上面２００を有する。上面２００の粗面化は、基板１１２の光散乱特性を向上させることができる。基板１１２の光散乱特性を向上させることは、入射光を電気に変換する際のソーラーモジュール１００の効率を向上させることができる。上面２００をサンドブラストすることによって上面２００を粗面化してもよい。
下部電極１１４は基板１１２の上に提供される。例えば、基板１１２の上に下部電極１１４をスパッタリングすることによって下部電極１１４を基板１１２の上に積層させることができる。基板１１２の全体で連続的に下部電極１１４を積層させることができる。図２に示されている説明図は、以下に説明するように、下部電極１１４の一部分の除去によって生じた、下部電極１１４の中の下部分離ギャップ２０２を示す。下部電極１１４の積層の後に下部分離ギャップ２０２が下部電極１１４に存在しないように下部電極１１４を積層させることができる。下部電極１１４は、光を反射する導電性材料を含む。例えば、下部電極１１４は、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）及びニクロム（ＮｉＣｒ）の１つ以上を含んでいてもよい。一実施形態において、下部電極１１４は、摂氏約１００〜５００度の間の温度のような高温で基板１１２の上で積層させた銀を含む。基板１１２の上に高温で銀を積層させることによって、下部電極１１４の上面を粗面化することができる。下部電極１１４は、これらの材料の組み合わせの金属スタックを含んでいてもよい。例えば、下部電極１１４は、基板１１２の上に積層させた厚さ約３０ナノメートルのニクロムの層と、そのニクロムの上に積層させた厚さ約１００〜５００ナノメートルのアルミニウムの層と、そのアルミニウムの上に積層させた厚さ約５０〜５００ナノメートルの銀の層とを含む。
粘着層は、上記導電層の１つ以上の下に提供される。下部電極１１４の中の様々な層が接着するのを助けるために、例えば、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）又はニクロムを含む粘着層を下部電極１１４の中の各金属層の下に積層させることができる。
一実施形態において、下部電極１１４は、下部電極１１４の上に提供された緩衝層を含む。例えば、上記導電層の上に緩衝層を積層させることができる。緩衝層は、下部電極１１４の中の導電性材料を安定化させる材料を含んでおり、半導体層スタック１１６（図１に示されている）の中への導電性材料の化学拡散の防止を助ける。例えば、緩衝層は、下部電極１１４から半導体層スタック１１６へ拡散する銀の量を減らすことができる。緩衝層は、半導体層スタック１１６におけるプラズモン吸収ロスを減らすことができる。一実施形態において、緩衝層は、下部電極１１４の中の導電層の上に約１００ナノメートルの緩衝層をスパッタリングすることによって積層される。緩衝層が導電性材料に付着するのを助けるために、緩衝層を導電性材料の上にスパッタリングする前に、下部電極１１４の中の導電性材料を粗面化してもよい。代替的に、ＰＥＣＶＤのような化学蒸着技術を使用して緩衝層を積層することもできる。下部電極１１４の導電性材料の上に約１ミクロンの厚さで緩衝層を積層することができる。緩衝層の積層の後に下部電極１１４の上面２０４を粗面化してもよい。緩衝層を化学的にエッチングすることによって上面２０４を粗面化してもよい。例えば、上面２０４を、１％の塩酸（ＨＣｌ）と９９％の水（Ｈ２Ｏ）との溶液のような酸に約２分間以下にわたって暴露させてもよい。
下部電極１１４の一部分は、下部電極１１４の中の下部分離ギャップ２０２を暴露させるために除去される。単なる例として、下部電極１１４の一部分を選択的に除去するために、下部電極１１４にパターニング技術を使用することによって下部電極１１４の一部分を除去してもよい。一実施形態において、パターニング技術２０６は、下部電極１１４の中に下部分離ギャップ２０２をスクライビングするレーザー光である。代替的に、レーザー光以外のエネルギー源をパターニング技術２０６として使用してもよい。図示されている実施形態において、パターニング技術２０６は、ソーラーモジュール１００の底又は基板の側１２６から下部電極１１４に向けたレーザー光であってもよい。選択的に、パターニング技術は、下部電極１１４の上面２０４から下部電極１１４に向けることができるレーザー光２０６であってもよい。レーザー光２０６が基板１１２を通過して下部電極１１４の一部分を除去することによって、下部分離ギャップ２０２が作成される。下部分離ギャップ２０２は、基板１１２の上面２００に対して平行な方向に約１０〜１００ミクロンの幅２０８を有する。一実施形態において、幅２０８は約５０ミクロンである。下部分離ギャップ２０２を作成するために下部電極１１４の一部分を除去した後に、下部電極１１４の残りの部分は、図２の平面に対して横の方向に延在する線形細長片として配置される。例えば、下部電極１１４は、幅２０８が測定される方向に対して横に線形細長片として配置されていもよい。下部電極１１４の線形細長片は、幅２０８が測定される方向に対して平行な方向に幅２１０を有する。一実施形態において、下部電極１１４線形細長片の幅２１０は約５〜１５ミリメートルである。
図３は、ソーラーモジュール１００の製作の他の一段階における、ソーラーモジュール１００の拡大図１１０の略図である。半導体層スタック１１６は下部電極１１４及び基板１１２の上に提供される。例えば、下部電極１１４及び基板１１２の上に半導体層スタック１１６を積層させることができる。下部電極１１４の下部分離ギャップ２０２（図２に示されている）において基板１１２の上に半導体層スタック１１６を積層させることができる。図１に図示されている実施形態において、半導体層スタック１１６は、モジュール１００の上面１２４と底面１２６との間に延在する垂直方向３２４においては各電池１０２の上部電極１１８と下部電極１１４との間に、及び、横方向３２６においては隣接する電池１０２の下部電極１１４との間に、積層されている。
半導体層スタック１１６の拡大図３００に示されているように、図示されている実施形態において、半導体層スタック１１６は、シリコン層の２つのＮ−Ｉ−Ｐスタック３０２、３０４の直列配置を含む。底部スタック３０２はシリコン層のＮ−Ｉ−Ｐスタックを含み、頂部スタック３０４はシリコン層の他の１つのＮ−Ｉ−Ｐスタックを含む。中間層３０６は、底部Ｎ−Ｉ−Ｐスタック３０２と頂部Ｎ−Ｉ−Ｐスタック３０４との間に提供されていてもよい。代替的に、中間層３０６が層スタック１１６に含まれていなくてもよい。中間層３０６は、モジュール１００への入射光を少なくとも部分的に反射する材料の層を含む。例えば、中間層３０６は、光の一部がスタック３０２まで中間層３０６を通過させるが、Ｎ−Ｉ−Ｐ層の頂部スタック３０４の方へ入射光を部分的に反射することができる。中間層３０６は、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、非化学量論のシリコン酸化物（ＳｉＯＸ）又は窒化ケイ素（ＳｉＮＸ）のような材料を含んでいてもよい。
まず微晶質のｎドープシリコンの第１層３０８を下部電極１１４の上に提供することによって半導体層スタック１１６を提供することができる。例えば、下部電極１１４の上に第１層３０８を積層させることができる。選択的に、ｎドープシリコンの第１層３０８は非晶質層として提供される。ｎドープシリコンの第１層３０８を約５〜３０ナノメートルの厚さで提供することができる。一実施形態において、第１層３０８は相対的に高い積層温度において積層させる。例えば、摂氏約３１５度の温度で第１層３０８を積層させることができる。他の一例において、摂氏約３００〜４００度の温度で第１層３０８を積層させることができる。一実施形態においてこれらの温度は基板１１２の温度である。他の一実施形態においてはより低い温度で第１層３０８を積層させる。例えば、摂氏約１８０〜３００度の基板温度で第１層３０８を積層させることができる。
真性の又はわずかにドープしたシリコンの第２層３１０は第１層３０８の上に提供される。例えば、第１層３０８の上に第２層３１０を積層させることができる。第２層３１０は微晶質又は非晶質のシリコンの層であってもよい。第２層３１０を、第１層３０８を超える厚さで提供してもよい。単なる例として、約２ミクロン又は約１〜３ミクロンの厚さで微晶質の第２層３１０を積層させることができる。他の一例として、非晶質の第２層３１０を約３００ナノメートル又は約２００〜４００ナノメートルの厚さで提供することができる。第２層３１０を相対的に高い積層温度で積層させてもよい。例えば、第２層３１０を摂氏約３００〜４００度の基板温度で積層させることができる。代替的に、第２層３１０を摂氏１８０〜３００度のようなより低い積層温度で積層させる。
ｐドープシリコンの第３層３１２は第２層３１０の上に提供される。例えば、第２層３１０の上に第３層３１２を積層させることができる。一実施形態において第３層３１２は微晶質の層として提供される。代替的に、第３層３１２は非晶質の層として提供される。第３層３１２を、第１層３０８よりもわずかに薄い厚さで積層させることができる。例えば、第３層３１２を約５〜２０ナノメートルの厚さで積層させることができる。第２層３１０の中への第３層３１２の中のドーパントの拡散を低減するために、第３層３１２は、相対的に低い基板温度で積層させることができる。例えば、第３層３１２を摂氏約１８０〜４００度の基板温度で積層させることができる。一実施形態においては中間層３０６を第３層３１２の上に積層させることができる。
ｎドープシリコンの第４層３１４は中間層３０６の上に提供される。代替的に、第４層３１４は第３層３１２の上に提供される。中間層３０６又は第３層３１２の上に非晶質又は微晶質のシリコンの層として第４層３１４を積層させてもよい。第４層３１４を約５〜３０ナノメートル以下の厚さで提供することができる。一実施形態においては第４層３１４を摂氏約１８０〜４００度の基板温度で積層させる。真性の又はわずかにドープしたシリコンの第５層３１６は第４層３１４の上に提供される。第５層３１６は非晶質のシリコンの層であってもよい。一実施形態においては第５層３１６を約７０〜３００ナノメートルの厚さで提供することができる。他の一例においては第５層３１６を約２００〜４００ナノメートルの厚さで積層させる。第５層３１６を摂氏３００〜４００度の基板温度で積層させることができる。非晶質又は微晶質のｐドープシリコンの第６層３１８は第５層３１５の上に提供される。第６層３１８を約５〜２０ナノメートルの厚さで提供することができる。第５層３１６の中への第６層３１８の中のドーパントの拡散を低減するために、第６層３１８は、相対的に低い基板温度で提供される。例えば、第６層３１８を摂氏約１８０〜４００度の基板温度で積層させることができる。
ここにおける説明は半導体層１１６を半導体層の直列配置を含むものとして説明しているが、他の半導体層スタック及び／又は中間層が半導体層１１６に含まれていてもよい。例えば、半導体層スタック１１６は、非晶質シリコン層の単一の又は複数のＮ−Ｉ−Ｐスタックを含んでいてもよい。代替的に、半導体層スタック１１６は、微晶質のシリコン層のスタックの単一の又は複数のＮ−Ｉ−Ｐを含んでいてもよい。他の一例において、半導体層スタック１１６は、中間の接合部が、接合部の底のｎドープ微晶質シリコン層と、そのｎ−ドープ層の上に積層させた真性の又はわずかにドープしたシリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）又はシリコンの非晶質の層と、その真性層の上に積層させたｐドープしたシリコンの非晶質の層とを含む三重接合層スタックを含んでいてもよい。
層３０８−３１６の中のダングリング結合は、入射光を電気に変換する際のソーラーモジュール１００の効率を低下させる可能性がある。例えば、光が真性層３１０及び３１６に衝突するときに生じる電子又は孔は、真性層３１０、３１６において、又は、真性層３１０、３１６と、真性層３１０及び３１６の反対側の層３０８、３１２、３１４、３１８の一又はそれ以上との間の界面の近くにおいて、捕捉されてダングリング結合と再結合する可能性がある。ダングリング結合の数が増加するにつれて、電極１１４及び１１８に到達する電子の量が減少し得る。電極１１４及び１１８に到達する電子の数が減少するにつれて、太陽電池１０２によって生じる電力も低下し得る。
層３０８−３１８の中のダングリング結合の数は、ダングリング結合と水素との間の結合の形成によって減少し得る。例えば、層３０８−３１８の一又はそれ以上を積層させるために使用される積層ガス中の水素は、ダングリング結合と化学的に結合する可能性がある。積層ガスは、シラン（ＳｉＨ４）又は水素ガス（Ｈ２）を含む場合がある。水素は、ダングリングシリコン結合と結合して、シリコンを含む層３０８−３１８においてＳｉＨ２を形成することができる。一般的に、層３０８−３１８の中のＳｉＨ２の量は、電池１０２において光によって引き起こされた分解の量に関連している。電池１０２において非晶質の真性層の品質を高めるための技術の１つは、ＳｉＨ２結合に対するＳｉＨ結合の比率を高めることである。例えば、層３１６の品質は、ＳｉＨ２結合に対するＳｉＨの比率を高めることによって向上する可能性がある。ＳｉＨ２結合に対するＳｉＨの比率はＦＴＩＲを使用して測定することができる。
層３０８−３１２が提供されるその順序は、既知の上層構成ソーラーモジュールにおいて使用されるよりも高い温度において、半導体層スタック１１６の中の真性の又はわずかにドープした層を積層させることを可能にする。半導体層スタック１１６の中の真性層の積層温度を上昇させることは、真性層の電子的品質を著しく犠牲にすることなく、半導体層スタック１１６の中の真性層の溶着速度を向上させることができる。
一実施形態によれば、層３０８−３１８の１つ以上の中のダングリング結合の数は、いくつかの既知の蒸着方法で使用されるよりも高い積層温度で層３０８−３１８を積層させることによって減少する可能性がある。例えば、真性層３１０及び３１６を摂氏約３００〜４００度の基板温度で積層させることができる。代替的に、層３０８−３１８の他の層をより高い積層温度で積層させてもよい。より高い積層温度において層を積層させることは、真性層３１０及び３１６の積層表面の原子の運動性を増大させる。原子がより運動性であるほど、その原子は、積層させている真性層３１０、３１６の中の成長する非晶質又は微晶質のシリコン表面のダングリング結合又は開口部(open site)をよりよく発見することができる。原子は、ダングリング結合又は開口部において結合して、積層させている真性層３１０及び３１６の中のダングリング結合及び開口格子部の数を減らすことができる。上記のように、ダングリング結合又は開口部の数が減少するにつれて、ダングリング結合又は開口部と結合するのに必要な水素の量が減少する。一実施形態において、非晶質の真性層３１６の中のＳｉＨ２結合のパーセンテージは、約７原子パーセント以下である。他の一実施形態において、非晶質の真性層３１６の中のＳｉＨ２結合のパーセンテージは、約５原子パーセント以下である。第３の実施形態において、非晶質の真性層３１６の中のＳｉＨ２結合のパーセンテージは、約２．５％以下である。非晶質の真性層３１６の中の水素の濃度に関して、一実施形態においては水素含量が約２１原子パーセント以下であり、他の一実施形態においては約１５原子パーセント以下であり、他の一実施形態においては約７．５原子パーセント以下である。
層３０８−３１８の１つ以上における最終水素濃度は二次イオン質量分析計（「ＳＩＭＳ」）を使用して測定することができる。層３０８−３１８の１つ以上のサンプルをＳＩＭＳに入れる。その後、そのサンプルをイオンビームでスパッタリングする。イオンビームはサンプルから二次イオンを放出させる。その二次イオンを回収して質量分析計を使用して分析した。その後、質量分析計によってサンプルの分子組成が決定される。質量分析計によってサンプル中の水素の原子パーセントを決定することができる。代替的に、層３０８−３１８の１つ以上における最終水素濃度はフーリエ変換赤外分光分光法（「ＦＴＩＲ」）を使用して測定することができる。その後、ＦＴＩＲにおいて、層３０８−３１８の１つ以上のサンプルを通して赤外線のビームを照射する。サンプル中の異なる分子構造及び種は赤外線を異なるように吸収することができる。サンプル中の異なる分子種の相対濃度に基づいて、サンプル中の分子種のスペクトルが得られる。このスペクトルからサンプル中の水素の原子パーセントを決定することができる。代替的に、いくつかのスペクトルを得て、そのスペクトルのグループからサンプル中の水素の原子パーセントを決定する。
半導体層スタック１１６をエネルギーの集束ビームに暴露させて半導体層スタック１１６の一部分を除去し、半導体層スタック１１６の中に半導体層間ギャップ３２０を提供することができる。エネルギーの集束ビームはレーザー光３２２を含む。レーザー光３２２は、半導体層スタック１１６をレーザースクライビングするか又は切除するために適用することができる。図示されている実施形態において、レーザー光３２２は、ソーラーモジュール１００のフィルム側から半導体層スタック１１６に向いている。レーザー光３２２をパルスレーザー光として発生させることもできる。例えば、レーザー光３２２を１回に１０ナノ秒未満のような相対的に短い持続時間で発生させてもよい。他の一例においてはレーザー光３２２を１回に１０００ピコ秒未満の持続時間で発生させてもよい。代替的に、レーザー光３２２を非パルスレーザー光によって提供してもよい。他の一実施形態においては、半導体層スタック１１６の一部分を除去するためにレーザースクライビング以外の技術を使用する。
引き続き図３を参照しながら、図４は、半導体層間ギャップ３２０を作成するために使用されるレーザースクライブライン４００の図である。ある継続時間にわたって半導体層スタック１１６に対してレーザー光３２２を発生させ、半導体層スタック１１６からレーザー光３２２を取り除き、レーザー光３２２の源と半導体層スタック１１６とを互いに対して移動させ、ある継続時間にわたって半導体層スタック１１６に対してレーザー光３２２を発生させることなどによって、レーザー光３２２が隣接する電池１０２の中の半導体層スタック１１６を分離するようになるまで、レーザー光３２２をパルス化することができる。例えば、レーザースクライブライン４００が隣接する電池１０２の半導体層スタック１１６を互いから分離するようになるまで、レーザー光３２２によって、半導体層スタック１１６の略円形の第１パルスマーク４０２を１０ナノ秒以下の時間にわたってレーザーエッチングし、レーザー光３２２を非活性化し、レーザーを半導体層スタック１１６に対して移動させ、半導体層スタック１１６の第２パルスマーク４０４を１０ナノ秒以下の時間にわたってレーザーエッチングする。図４に示されているように、レーザースクライブライン４００は、半導体層スタック１１６の中へのエッチングマークの実質的な一次直線のようであってもよい。エッチングマークはレーザー光の略円形の形状又は異なる形状を有していてもよい。
図５は、ソーラーモジュール１００の製作の他の一段階におけるソーラーモジュール１００の拡大図１１０の略図である。上部電極１１８は、半導体層スタック１１６の上、及び、レーザー光３２２（図３に示されている）によって形成された半導体層間ギャップ３２０（図３に示されている）の中に提供されている。図１に図示されている実施形態において、上部電極１１８は、垂直方向３２４においては半導体層スタック１１６の上に、及び、横方向３２６においてはギャップ３２０の中において隣接する電池１０２の半導体層スタック１１６の間に積層されている。例えば、上部電極１１８を、半導体層スタック１１６の上に、スパッタリングしてもよいし又は低圧化学蒸着法（ＬＰＣＶＤ）のような方法を使用して積層させることもできる。上部電極１１８は光透過でありかつ導電性の材料を含む。例えば、上部電極１１８は、上部電極１１８への入射光の少なくとも８０％が上部電極１１８を構成する材料を通過できるものである。他の一例において、上部電極１１８は、異なる量の入射光が上部電極１１８を通過することができるものであってもよい。例えば、上部電極１１８は、入射光の６０％、４０％又は２０％が上部電極１１８を透過することができるものであってもよい。透過する光の量は、入射光の波長に応じて変化してもよい。上部電極１１８を、厚さ約８０のナノメートルから２マイクロメーターのインジウムスズオキサイド（「ＩＴＯ」）の層として積層させてもよい。代替的に、上部電極１１８を、アルミニウムをドープした酸化亜鉛（Ａｌ：ＺｎＯ）、ホウ素をドープした酸化亜鉛（Ｂ：ＺｎＯ）、ガリウムをドープした酸化亜鉛（Ｇａ：ＺｎＯ）又は他の種類の酸化亜鉛（ＺｎＯ）の層として積層させてもよい。他の一実施形態において、上部電極１１８は、上部電極１１８の上面５００の上に形成された銀の導電グリッドを備えたＩＴＯの層を含んでいてもよい。
一実施形態において、上部電極１１８の上面５００は、上面５００の粗さを増大させるためにエッチングされる。例えば、上部電極１１８を、上部電極１１８が約２分間以下にわたって化学エッチングに暴露されるように１％の塩化水素酸（ＨＣｌ）と９９％の水（Ｈ２Ｏ）との溶液を使用した化学エッチングに暴露させてもよい。上面５００は、上部電極１１８の光捕捉特性を向上させるために粗面化されていてもよい。例えば、上面５００の粗さが増大するにつれて、上部電極１１８を通過して上部電極１１８の中へ反射して戻る入射光は、上面５００に内部反射して半導体層スタック１１６の方へ戻るようになる。
上部電極１１８の一部分は、上部電極１１８をパターニング技術５０４に暴露することによって除去される。パターニング技術５０４は、電池１０２の上部電極１１８を互いから電気的に分離するために上部電極１１８の一部分を選択的に除去する。パターニング技術５０４は、電池１０２及びモジュール１００のフィルム側から上部電極１１８の上に向いている。例えば、パターニング技術５０４は、モジュール１００及び電池１０２の基板１１２とは反対側の上部電極１１８の上に入射される。以下にさらに詳細に説明されているように、上部分離ギャップ５０２は、モジュール１００の異なる電池１０２の上部電極１１８を電気的に分離する。一実施形態においてはパターニング技術５０４がレーザー光のようなエネルギーの集束ビームである。上部電極１１８をレーザースクライビングするためにレーザー光を適用することができる。一実施形態においてはレーザー光をパルスレーザー光として発生させる。例えば、１回に１０ナノ秒未満のような相対的に短い持続時間にわたってレーザー光を発生させてもよい。他の一例において、１回に１０００ピコ秒未満のような相対的に短い持続時間にわたってレーザー光を発生させてもよい。代替的に、レーザー光は非パルスレーザー光であってもよい。レーザー光は、図４に示されているレーザースクライブライン４００に類似したレーザースクライビングを生じさせてもよい。
代替的に、パターニング技術５０４には化学エッチング液が含まれ得る。例えば、酸エッチング液をインクジェット印刷装置によって上部分離ギャップ５０２の中の上部電極１１８の上に送ることができる。酸エッチング液は上部分離ギャップ５０２の中で上部電極１１８を除去することができる。他の一実施形態においては、パターニング技術５０４として、半導体層スタック１１６と上部電極１１８との間に犠牲光吸収層を提供してもよい。上部電極１１８を積層させる前に半導体層スタック１１６と上部電極１１８との間で上部分離ギャップ５０２の中に吸収層を積層させるインクジェット印刷装置を使用して光吸収層を積層させることができる。透明電極が透過する波長を使用してフィルム側から照射するとき、吸収層はレーザー光を吸収することができる。その後、これによって犠牲光吸収層の上から透明電極が除去される。その後、吸収層と上部電極１１８との組み合わせを、上部分離ギャップ５０２の中の上部電極１１８を除去するためにレーザースクライビングによって除去してもよい。他の一例においては上部分離ギャップ５０２の中において上部電極１１８を除去するために機械的スクライビング又はフォトリソグラフィを使用することができる。
上記のように、電極１１８と半導体層スタック１１６との間の深刻な拡散は、隣接する電池１０２の上部電極１１８の間の電気的短絡又は伝導性橋絡を生じさせる可能性がある。代替的に、半導体層スタック１１６のｎドープした亜層、真性の亜層、及び、ｐドープした亜層における深刻な拡散は、各電池１０２において上部電極１１８と反射電極１１４との間の電気的短絡又は伝導性橋絡を生じさせる可能性がある。上部電極１１８及び／又は半導体層スタック１１６において消費される熱量を大幅に増加させずに上部分離ギャップ５０２の中の上部電極１１８を除去するために、レーザー光３２２又は他のエネルギー源は、半導体層スタック１１６又は上部電極に対して比較的短い持続時間又はパルスで生成される。例えば、隣接する上部電極１１８間の、又は、上部電極１１８と反射電極１１４と間の拡散によって生じる導電性経路を生じるのに充分な熱エネルギーを上部電極１１８及び半導体層スタック１１６に与えないようにするために、レーザー光５０４を非常に短いパルスで発生させることができる。上部電極１１８と半導体層スタック１１６との間の拡散の量を減らすことによって、隣接する電池１０２の上部電極１１８の間に、及び、各電池１０２の上部電極１１８と反射電極１１４と間に十分に大きいインピーダンス又は抵抗性を保つことができる。
隣接する電池１０２の上部電極１１８間に延在する、半導体層スタック１１６の電気分離領域５０６は、隣接する電池１０２の上部電極１１８を互いから電気的に分離する。上部電極１１８間の電気的短絡が防止されるように、上部分離ギャップ５０２は、電気分離領域５０６によって隣接する電池１０２の上部電極１１８を分離することができる。単なる例として、上部分離ギャップ５０２は、隣接する電池１０２のそれぞれにおける上部電極１１８と下部電極１１４との間の電圧差が約−０．１〜０．１ボルトであるときに、５００オーム＊ｃｍ２未満の領域特異的抵抗を有する導電性経路が隣接する電池１０２の上部電極１１８の間に存在しないように、上部電極１１８を互いから分離することができる。他の一例において、上部分離ギャップ５０２は、隣接する電池１０２のそれぞれにおける上部電極１１８と下部電極１１４との間の電圧差が約−０．１〜０．１ボルトであるときに、１０００オーム＊ｃｍ２未満の領域特異的抵抗を有する導電性経路が隣接する電池１０２の上部電極１１８の間に存在しないように、上部電極１１８を互いから分離することができる。他の一例において、上部分離ギャップ５０２は、上部電極１１８と下部電極１１４との間の電圧差が約−０．１〜０．１ボルトであるときに２０００オーム＊ｃｍ２未満の領域特異的抵抗を有する導電性経路が隣接電池１０２の上部電極１１８の間に存在しないように、上部電極１１８を互いから分離することができる。代替的に、電気分離領域５０６の電気抵抗がさらに大きくてもよい。
図１に戻って、接着剤材料１２０の層は、上部電極１１８の上に提供され、半導体層スタック１１６が除去された半導体層間ギャップ３２０の中の半導体層スタック１１６の上に提供される。例えば、粘着層１２０を、半導体層間ギャップ３２０の中の半導体層スタック１１６の上に、及び、上部電極１１８の上に積層させてもよい。例えば、粘着層１２０は、ポリビニルブチラール（「ＰＶＢ」）、サーリン（ｓｕｒｌｙｎ）又はエチレンビニルアセテート（「ＥＶＡ」）共重合体のような材料を含み得る。その後、光透過材料のカバーシート１２２が粘着層１２０の上に置かれる。例えば、カバーシート１２２を粘着層１２０の上に置いてもよい。カバーシート１２２は、光透過材料、又は、ガラスのような透明もしくは半透明の材料を含んでいるか、又は、それらの材料から形成される。例えば、カバーシート１２２は強化ガラスを含んでいてもよい。代替的に、カバーシート１２２は、ソーダ石灰ガラス、低鉄強化ガラス又は低鉄焼きなましガラスを含んでいてもよい。カバーシート１２２における強化ガラスの使用は、モジュール１００を物理的なダメージから保護するのを助けることができる。例えば、強化ガラスカバーシート１２２は、あられ及び他の環境ダメージからモジュール１００を保護するのを助けることができる。頂部ガラスカバーシートを積層させる前に、様々な光起電力用途における使用のために、モジュール１００を２．２メートル×２．６メートルよりも小さいサイズ又は他の類似のサイズに切断してもよい。
ここに記載されている一つ以上の実施形態は一体的に統合されたソーラーモジュールを提供する。ここに記載されているモジュールは、ｐドープ層を積層させる前に半導体層スタックの真性層を積層させた基板構成ソーラーモジュールを含んでいてもよい。真性層の後にｐドープ層を積層させることは、既知の上層構成ソーラーモジュールよりも高温で真性層を積層させることを可能にする。さらに、真性層の後にｐドープ層を積層させることによって、ｐドープ層と真性層との間の拡散を減少させることができる。いくつかの実施形態において、この太陽電池は、エネルギー源に上部電極を暴露させることによって、上部電極と半導体層スタックとの深刻な拡散を防止しながら、互いから電気的に分離され得る。上部電極と半導体層スタックとの深刻な拡散を回避することによって、隣接する電池の上部電極の間の電気的短絡を防ぐことができる。
上記説明が例示的であって限定的でないように意図されていることは理解されるであろう。例えば、上記実施形態（又はその態様）を互いに組み合わせて使用してもよい。さらに、特定の状況又は材料に適応させるために、その範囲から外れることなく本発明の教示に多くの修飾がなされてもよい。様々な構成要素の寸法、材料の種類、方向性、並びに、ここに記載されている様々な構成要素の数及び位置は、特定の実施形態のパラメータを定義するように意図されており、決して限定なものではなく、例示的実施形態に過ぎない。特許請求の範囲の精神及び範囲の内における他の多数の実施形態及び修飾は、上記説明を参照した当業者に明らかであろう。したがって、本発明の範囲は、そのような特許請求の範囲に対して与えられる均等物の全範囲と共に、添付された特許請求の範囲を参照して決定されるべきである。添付された特許請求の範囲において、「含む(including)」及び「ここにおいて(in which)」という用語は、「含む(comprising)」及び「ここにおいて(wherein)」というそれぞれの用語の平易な英語の同義語として使用されている。さらに、以下の特許請求の範囲において、「第１の(first)」、「第２の(second)」、及び、「第３の(third)」等の用語は、単にラベルとして使用されており、それらの対象に数的要件を課すようには意図されていない。さらに、以下の特許請求の範囲の限定は、ミーンズプラスファンクション形式で記載されておらず、そのような請求項の限定がさらなる構造を含まない機能の記述を後に伴う「〜のための方法(means for)」というフレーズを明示的に使用しない限り及び使用するまでは、３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．セクション１１２第６パラグラフに基づいて解釈されるようには意図されていない。

Claims (26)

  1. 非伝導性基板と、
    前記基板の上に提供された相互に電気的に接続された複数の太陽電池であって、前記太陽電池の少なくとも１つが、前記基板の上に提供された反射電極と、前記反射電極の上に提供されたｎドープ層と、前記ｎドープ層の上に提供された真性層と、前記真性層の上に提供されたｐドープ層とを含むシリコン層スタックと、前記シリコン層スタックの上に提供された光透過電極とを含む太陽電池と、
    前記太陽電池の間に提供された上部分離ギャップであって、前記太陽電池の光透過電極を互いから電気的に分離する上部分離ギャップと、
    を含むソーラーモジュールであって、
    １つの太陽電池の光透過電極が他の１つの太陽電池の反射電極に電気的に接続されていることを特徴とするソーラーモジュール。
  2. 請求項１に記載のソーラーモジュールであって、前記複数の太陽電池が、電気的に直列で接続された少なくとも２５個の太陽電池を含むことを特徴とするソーラーモジュール。
  3. 請求項１に記載のソーラーモジュールであって、前記上部分離ギャップが、前記太陽電池の光透過電極間のシリコン層スタックを暴露させることを特徴とするソーラーモジュール。
  4. 請求項１に記載のソーラーモジュールであって、隣接する太陽電池における反射電極と光透過電極との間の電圧差が−０．１〜０．１ボルトであるときに、分離ギャップの中において光透過電極の間に延在するシリコン層スタックの領域が、少なくとも約１０００オーム＊ｃｍ２の領域特異的な電気分路抵抗を有することを特徴とするソーラーモジュール。
  5. 請求項１に記載のソーラーモジュールであって、隣接する太陽電池における反射電極と光透過電極との間の電圧差が−０．１〜０．１ボルトであるときに、分離ギャップの中において光透過電極の間に延在するシリコン層スタックの領域が、少なくとも約５００オーム＊ｃｍ２の領域特異的な電気分路抵抗を有することを特徴とするソーラーモジュール。
  6. 請求項１に記載のソーラーモジュールであって、前記反射電極と前記シリコン層スタックとの間に提供された緩衝層をさらに含むことを特徴とするソーラーモジュール。
  7. 請求項１に記載のソーラーモジュールであって、前記電池の間に提供された下部分離ギャップをさらに含み、前記下部分離ギャップが太陽電池の反射電極を互いから電気的に分離することを特徴とするソーラーモジュール。
  8. 請求項１に記載のソーラーモジュールであって、前記シリコン層スタックが微晶質のシリコン層スタックとして提供されることを特徴とするソーラーモジュール。
  9. 請求項１に記載のソーラーモジュールであって、前記シリコン層スタックが、ｎドープ層と、真性層と、ｐドープ層との底部層スタックを含み、前記シリコン層スタックが、前記底部層スタックの上に提供された頂部層スタックをさらに含み、前記頂部層スタックが、頂部スタックｎドープ層と、前記頂部スタックｎドープ層の上に提供された頂部スタック真性層と、前記頂部スタック真性層の上に提供された頂部スタックｐドープ層とを含むことを特徴とするソーラーモジュール。
  10. 請求項９に記載のソーラーモジュールであって、前記底部層スタックと前記頂部層スタックとの間に配置された中間層をさらに含み、前記中間層が、入射光を少なくとも部分的に前記頂部層スタックの方へ反射することを特徴とするソーラーモジュール。
  11. 請求項９に記載のソーラーモジュールであって、前記底部層スタックの真性層が約２．５原子パーセント以下の含有量のＳｉＨ２を有する非晶質の真性層であることを特徴とするソーラーモジュール。
  12. 請求項１に記載のソーラーモジュールであって、前記真性層が約２．５原子パーセント以下の含有量のＳｉＨ２を有することを特徴とするソーラーモジュール。
  13. 請求項１に記載のソーラーモジュールであって、前記太陽電池の間に提供されたシリコン層間ギャップをさらに含み、前記シリコン層間ギャップが、隣接する太陽電池の光透過電極を分離し、前記シリコン層間ギャップが、円形の除去マークの実質的な一次直線を有するレーザースクライブラインを含むことを特徴とするソーラーモジュール。
  14. 相互に電気的に接続された複数の太陽電池を有するソーラーモジュールを製造する方法であって、
    基板と、反射電極と、シリコン層スタックと、光透過電極とを提供するステップであって、前記シリコン層スタックが、前記反射電極の上に提供されたｎドープ層と、前記ｎドープ層の上に提供された真性層と、前記真性層の上に提供されたｐドープ層とを含むステップと、
    太陽電池の光透過電極を互いから電気的に分離するために光透過電極の一部分を除去するステップであって、前記一部分が、ソーラーモジュールの前記基板の反対側から前記光透過電極をパターニング技術に暴露させることによって除去されるステップと、
    を含むことを特徴とする方法。
  15. 請求項１４に記載の方法であって、前記パターニング技術がレーザー光を含むことを特徴とする方法。
  16. 請求項１４に記載の方法であって、前記パターニング技術が、約１０００ピコ秒以下の持続時間でパルス化されたレーザー光を含むことを特徴とする方法。
  17. 請求項１４に記載の方法であって、前記パターニング技術が、約３０ナノ秒以下の持続時間でパルス化されたレーザー光を含むことを特徴とする方法。
  18. 請求項１４に記載の方法であって、前記光透過電極の一部分を除去するステップによって太陽電池間のシリコン層スタックの領域を暴露させ、前記暴露された領域は、隣接する太陽電池における反射電極と光透過電極との間の電圧差が−０．１〜０．１ボルトであるときに、少なくとも約１０００オーム＊ｃｍ２の領域特異的電気抵抗を有することを特徴とする方法。
  19. 請求項１４に記載の方法であって、前記光透過電極の一部分を除去するステップによって太陽電池間のシリコン層スタックの領域を暴露させ、前記暴露された領域は、隣接する太陽電池における反射電極と光透過電極との間の電圧差が−０．１〜０．１ボルトであるときに、少なくとも約５００オーム＊ｃｍ２の領域特異的電気抵抗を有することを特徴とする方法。
  20. 請求項１４に記載の方法であって、前記提供するステップが、前記基板の上に前記反射電極を提供するステップと、前記反射電極の上に前記シリコン層スタックを提供するステップと、前記シリコン層スタックの上に前記光透過電極を提供するステップとを含むことを特徴とする方法。
  21. 請求項１４に記載の方法であって、前記提供するステップが、前記シリコン層スタックのｐドープ層よりも高い温度で前記シリコン層スタックの真性層を積層させるステップを含むことを特徴とする方法。
  22. 非伝導性基板と、
    前記基板の上に提供された相互に電気的に接続された複数の太陽電池であって、前記太陽電池の少なくとも１つが、前記基板の上に提供された反射電極と、前記反射電極の上に積層させたＮ−Ｉ−Ｐ層スタックを含む底部シリコン層スタックと、前記底部シリコン層スタックの上に積層させたＮ−Ｉ−Ｐ層スタックを含む頂部シリコン層スタックと、前記頂部シリコン層スタックの上に提供された光透過電極とを含む太陽電池と、
    前記電池の間に提供された上部分離ギャップであって、前記太陽電池の光透過電極を互いから電気的に分離する上部分離ギャップと、
    を含むソーラーモジュールであって、
    １つの太陽電池の光透過電極が他の１つの太陽電池の反射電極に電気的に接続されていることを特徴とするソーラーモジュール。
  23. 請求項２２に記載のソーラーモジュールであって、前記底部シリコン層スタック及び前記頂部シリコン層スタックの両方が非晶質のＮ−Ｉ−Ｐ層スタックを含むことを特徴とするソーラーモジュール。
  24. 請求項２２に記載のソーラーモジュールであって、前記底部シリコン層スタックが微晶質のＮ−Ｉ−Ｐ層スタックであり、頂部シリコン層スタックが非晶質のＮ−Ｉ−Ｐ層スタックであることを特徴とするソーラーモジュール。
  25. 請求項２２に記載のソーラーモジュールであって、上部分離ギャップの中において光透過電極の間に延在する頂部シリコン層スタックの領域は、隣接する太陽電池における反射電極と光透過電極との間の電圧差が−０．１〜０．１ボルトであるときに、少なくとも約１０００オーム＊ｃｍ２の領域特異的な電気分路抵抗を有することを特徴とするソーラーモジュール。
  26. 請求項２２に記載のソーラーモジュールであって、前記太陽電池の間に提供された半導体層間ギャップをさらに含み、前記半導体層間ギャップが太陽電池の光透過電極を互いから分離し、前記半導体層間ギャップがレーザースクライブラインを含むことを特徴とするソーラーモジュール。
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