JP2015506587A

JP2015506587A - ２つ又はそれ以上の薄膜ベースの相互接続型光起電力セルを製造する改良法

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Publication number: JP2015506587A
Application number: JP2014551250A
Authority: JP
Inventors: レベッカ・ケイ・フィースト; マイケル・イー・ミルズ
Original assignee: ダウグローバルテクノロジーズエルエルシー
Priority date: 2012-01-05
Filing date: 2012-12-11
Publication date: 2015-03-02
Also published as: BR112014016373A8; WO2013103479A1; EP2801112A1; BR112014016373A2; MX2014008305A; CN104040718A; KR20140105522A; US20140360554A1

Abstract

本発明は、２つ又はそれ以上の薄膜ベースの相互接続型光起電力セルを製造する方法を目的とし、方法は、ａ）可撓性導電基材、少なくとも１つの光電的活性層、最上部の透明導電層、及び最上部の透明導電層の上に配設されたキャリア構造を含む光起電力物品を供給する工程と、ｂ）光起電力物品の層を貫通して、１つ以上の第１のチャネルを形成する工程と、ｃ）絶縁性層をこの導電基材に施し、１つ以上の第１のチャネルをスパンする工程と、ｄ）キャリア構造を取り外す工程と、ｅ）絶縁性層を貫通して、１つ以上の第１のチャネルの追加部を形成する工程と、ｆ）絶縁性層を貫通して、１つ以上の第１のチャネルからオフセットしている１つ以上の第２のチャネルを形成し、可撓性導電層の導電表面を露出させる工程と、ｇ）１つ以上の第２のチャネルを介して、第１の導電性材料を可撓性導電基材の導電表面に施す工程と、ｈ）導電性膜を第１の絶縁性層に施す工程（この膜は、第１の導電性材料を介して、可撓性導電基材と電気通信する）と、ｉ）第２の導電性材料を最上部の透明導電層の上に並びに１つ以上の第１のチャネルを通して施し、工程ｂで得た光起電力物品の層を導電性膜に電気的に接続させる工程と、ｊ）電導性膜を貫通して、１つ以上の第３のチャネルを形成する工程と、ｋ）導電性膜の下に第２の絶縁層を施す工程と、ｌ）光起電力物品の層を貫通して１つ以上の第４のチャネルを形成し、このように２つ又はそれ以上の相互接続型光起電力セルを製造する工程と、を含む。【選択図】図１Ｉ

Description

本発明は、薄膜ベースの相互接続型光起電力セルを製造するための改良法に関し、より具体的には、可撓性導電基材、少なくとも１つの光電的活性層、及び最上部の透明導電層を含む光起電力物品から２つ又はそれ以上の薄膜ベースの相互接続型光起電力セルを製造する改良法に関する。

光起電力デバイス、特に薄膜ベースの相互接続型光起電力セルの製造を改善するための努力は、近年の多くの研究及び開発の対象であった。特に注目されることは、効率的生産及び比較的低い資本投資を維持しつつ、薄膜ベースの相互接続型光起電力セルを様々な形状及び寸法で製造するための能力であり、これによって最終製品をより手頃な価格にすることができる。なおいっそう良品を製造すると同時に、最終製品をより手頃な価格にすることに役立ち得るこれらプロセス及び技術を開発することが、この業界の目標であった。

１つの用途において、これら薄膜ベースの相互接続型光起電力セルは、より大きな光起電力デバイスの電気発生構成要素として使用されている。比較的低コストの薄膜ベースの相互接続型光起電力セルの利用可能な形状及び寸法は、より大きな光起電力デバイス及びデバイスのシステムのデザインを制限する可能性があり、したがってそれらの可能な市場も制限する可能性がある。これを消費者にとって望ましい完全なパッケージにするために、並びに市場で広く受け入れられるために、このシステムは、構築しかつインストールするために安価でなければならない。本発明は、最終的にはエネルギーのより低い発生コストを容易にすることに役立ち、ＰＶ技術を発電のその他の手段と比較してより競合的にさせることが可能である。

薄膜ベースの相互接続型光起電力セルの製造のための現行の技術は、例えば、物品組立プロセスの際に、そこに少なくとも１つのスクライブ又はカットが作成される、光起電力物品の完成前に相互接続工程を利用する方法及び技術に依存している。

特にこの技術に関連し得る文献としては、以下の文献及び米国特許文献が挙げられる：Ｆ．Ｋｅｓｓｌｅｒら著、「ＦｌｅｘｉｂｌｅａｎｄｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃａｌｌｙｉｎｔｅｇｒａｔｅｄＣＩＧＳ−ｍｏｄｕｌｅｓ」、ＭＲＳ６６８：Ｈ３．６．１−Ｈ３．６．６（２００１年）；米国特許第４，７５４，５４４号；同第４，６９７，０４１号；同第５，１３１，９５４号；同第５，６３９，３１４号；同第６，３７２，５３８号；同第７，１２２，３９８号；及び米国特許出願公開第２０１０／１２３６４９０号（これら全ては、全ての目的で、参考により本明細書に援用される）。

本発明は、上記パラグラフにおいて記載された課題の１つ以上を解決するＰＶデバイスを目的とする。

したがって、本発明の一態様によれば、２つ又はそれ以上の薄膜ベースの相互接続型光起電力セルを製造する方法が意図され、この方法は、ａ）可撓性導電基材、少なくとも１つの光電的活性層、最上部の透明導電層、及び最上部の透明導電層の上に配設されたキャリア構造を含む光起電力物品を供給する工程と、ｂ）光起電力物品の層を貫通して、１つ以上の第１のチャネルを形成する工程と、ｃ）絶縁性層をこの導電基材に施し、１つ以上の第１のチャネルをスパンする工程と、ｄ）キャリア構造を取り外す工程と、ｅ）絶縁性層を貫通して、１つ以上の第１のチャネルの追加部を形成する工程と、ｆ）絶縁性層を貫通して、１つ以上の第１のチャネルからオフセットしている１つ以上の第２のチャネルを形成し、可撓性導電層の導電表面を露出させる工程と、ｇ）１つ以上の第２のチャネルを介して、第１の導電性材料を可撓性導電基材の導電表面に施す工程と、ｈ）導電性膜を絶縁性層に施す工程（この膜は、第１の導電性材料を介して、可撓性導電基材と電気通信する）と、ｉ）第２の導電性材料を最上部の透明導電層の上に並びに１つ以上の第１のチャネルを通して施し、工程ｂで得た光起電力物品の層を導電性膜に電気的に接続させる工程と、ｊ）電導性膜を貫通して、１つ以上の第１の分離チャネルを形成する工程と、ｋ）導電性膜の下に第２の絶縁層を施す工程と、ｌ）光起電力物品の層を貫通して１つ以上の第２の分離チャネルを形成し、このように２つ又はそれ以上の相互接続型光起電力セルを製造する工程と、を含む。

本発明は、本発明は、１つ以上の第２の分離チャネルを電気絶縁材料で少なくとも部分的に充填する工程；電気絶縁材料が、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化チタン、酸化アルミニウム、非導電性エポキシ、シリコーン、ポリエステル、ポリフルオレン、ポリオレフィン、ポリイミド、ポリアミド、ポリエチレン又はこれらの組み合わせなどを含むこと；絶縁層が、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリイミド、ポリアミド、ポリエチレンを含むこと；形成工程が、スクライビング、切削加工、アブレーティング、又はこれらの組み合わせによって実行されること；光起電力物品電池がロール形状であること；第２の電気絶縁層が底部キャリア膜として機能すること；形成工程のチャネルの幅が、１〜５０００ミクロンの間であること；光起電力物品が上記の方法で形成されることなど、本明細書に記載されている特徴の１つ又はこれらの任意の組み合わせなどで更に特徴付けることが可能である。

本明細書に説明されかつ記載されるように、その他のものが本発明の範囲内に存在するために、上記で参照した態様及び例は非限定的であることを理解されたい。

光起電力物品の層を示す図である。第１のチャネルを備える光起電力物品の層を示す図である。異なる場所の第１のチャネル及び絶縁性層を有する光起電力物品の層を示す図である。第１のチャネル、第１のチャネルの追加部、第２のチャネル、及び絶縁性層を備える光起電力物品の層を示す図である。第１のチャネル、第１のチャネルの追加部、その内部に導電性材料を有する第２のチャネル、及び絶縁性層を備える光起電力物品の層を示す図である。第１のチャネル、第１のチャネルの追加部、その内部に導電性材料を有する第２のチャネル、電導性膜内の第３のチャネル及び絶縁性層を備える光起電力物品の層を示す図である。第１のチャネル、第１のチャネルの追加部、その内部に導電性材料を有する第２のチャネル、電導性膜内の第３のチャネル及び２つの絶縁性層を備える光起電力物品の層を示す図である。第４のチャネルを有する光起電力装置を示す図である。多数のチャネルを備えた光起電力装置を示す図である。光起電力物品の層の代替実施形態を示す図である。

本発明は、可撓性導電基材、少なくとも１つの光電子的活性槽、及び最上部の透明導電層を含む光起電力物品１０から２つ又はそれ以上の薄膜ベースの相互接続型光起電力セル（例えば、図１に示すような）を製造する改良法に関する。本発明は、本質的に既に組み立てられている光起電力物品から光起電力セル（例えば、２つ又はそれ以上）の構築及び相互接続を可能にするユニークな製造ソリューションを提供すると考えられる。本発明は、ユニークな形状及び寸法を備えた薄膜ベースの相互接続型光起電力セルが、比較的低い資本投資で、光起電力物品製造ライン内で専用機器又はプロセスを必要とすることなく製造されることを可能にすることができる。本開示内で教示することは、発明の方法、並びに本発明のプロセスへの投入として使用することが可能である典型的な光起電力物品のいくつかの構造の説明である。本明細書で説明されている開示される光起電力物品は、本発明の方法に限定的であるとみなされるべきではなく、その他の可能性のあるベース光起電力物品も企図される。

方法
本発明の方法は、ベース光起電力物品１０を取得し、ベース物品の製造とは独立して、それを相互接続型光起電力セル１００に変換するために機能する。図１Ａは、物品１０及び本発明の方法の代表的な例である。本発明の方法は、少なくともａ）可撓性導電基材、少なくとも１つの光電的活性層、最上部の透明導電層、及び最上部の透明導電層の上に配設されたキャリア構造を含む光起電力物品を供給する工程と、ｂ）光起電力物品の層を貫通して、１つ以上の第１のチャネルを形成する工程と、ｃ）絶縁性層をこの導電基材に施し、１つ以上の第１のチャネルをスパンする工程と、ｄ）キャリア構造を取り外す工程と、ｅ）絶縁性層を貫通して、１つ以上の第１のチャネルの追加部を形成する工程と、ｆ）絶縁性層を貫通して、１つ以上の第１のチャネルからオフセットしている１つ以上の第２のチャネルを形成し、可撓性導電層の導電表面を露出させる工程と、ｇ）１つ以上の第２のチャネルを介して、第１の導電性材料を可撓性導電基材の導電表面に施す工程と、ｈ）導電性膜を絶縁性層に施す工程（この膜は、第１の導電性材料を介して、可撓性導電基材と電気通信する）と、ｉ）第２の導電性材料を最上部の透明導電層の上に並びに１つ以上の第１のチャネルを通して施し、工程ｂで得た光起電力物品の層を導電性膜に電気的に接続させる工程と、ｊ）電導性膜を貫通して、１つ以上の第３のチャネルを形成する工程と、ｋ）導電性膜の下に第２の絶縁層を施す工程と、ｌ）光起電力物品の層を貫通して１つ以上の第４のチャネルを形成し、このように２つ又はそれ以上の相互接続型光起電力セルを製造する工程と、を含む。任意の工程として、以下の１つ以上を含むことが可能である：保護層で放送する工程；外部電気装置への相互接続を形成する工程；モジュールフォーマット（例えば、シングル）内に包装する工程；又は米国特許出願公開第２０１１／０１００４３６号に記載されているように光起電力セルの部品として使用する工程。

光起電力物品１０
光起電力物品１０は、本発明の方法／プロセスの開始時に供給されることが意図される。物品１０は、本発明の方法／プロセスを通しての多数の相互接続型光起電力セル１００の構築のための土台である。この物品は、少なくとも３つの層（物品の底部から最上部に負かって列挙する）；可撓性導電基材１１０、少なくとも１つの光電的活性層１２０、及び最上部の透明導電層１３０から構成されるべきである。物品１０が、最上部透明層の上に配設されたキャリア構造２３０を含むことも考えられる（これが好ましい）。本出願内に開示されている基材又は層は、単一層を含むことが可能であるが、これらのいずれかは、独立して、所望により多数のサブ層から形成され得ると考えられる。公知のものとして又は今後開発されるものとして、光起電力物品で通常使用される追加の層も供給されてもよい。本発明で使用されるための公知の光起電力物品としては、グループＩＢ−ＩＩＩＢのカルコゲナイド型電池（例えば、セレン化銅インジウムガリウム、セレン化銅インジウム、硫化銅インジウムガリウム、硫化銅インジウム、硫化セレン化銅インジウムガリウムなど）、非晶質ケイ素、ＩＩＩ−Ｖ（すなわち、ＧａＡｓ）、ＩＩ−ＩＶ（すなわち、ＣｄＴｅ）、硫化銅亜鉛スズ、有機太陽電池、ナノ粒子太陽電池、色素増感太陽電池、及びこれらの組み合わせが挙げられる。

追加の任意の層（図示せず）は、様々な層の間の接着を強化することを支援するために、公知ではない又は今後開発される慣用的な方式に従って、物品１０で使用されてもよい。更に、デバイス１０を環境から隔離することを支援するために、及び／又はデバイス１０を電気的に隔離することを支援するために、可撓性導電基材１１０の背面上に、１つ以上のバリア層（図示せず）を供給してもよい。

１つの好ましい実施形態において、本発明の方法／プロセスにおいて使用されるベースとして供給される光起電力物品１０は、グループＩＢ−ＩＩＩＢカルコゲナイドデバイスのものである。図２は、本発明のプロセスにおいて使用され得る光起電力物品１０の一実施形態を示している。以下に記載される層において、層２２及び２４は、共に可撓性導電基材を含み、層２０は、少なくとも１つの光電的活性層の一部であり、層３０は、最上部透明導電層の一部であることが想定される。この物品１０は、支持体２２、背面電気的接触部２４、及びカルコゲナイド吸収体２０を組み込んでいる基材を含む。物品１０は、硫化カドニウム系材料などのｎ型カルコゲナイド組成物を含むバッファ領域２８を更に含有する。このバッファ領域は、１５〜２００ｎｍの厚さを有することが好ましい。この物品は、任意の前面の電気接触窓領域２６も含んでもよい。この窓領域は、その後の透明導電領域３０の形成時にバッファを保護する。この窓は、亜鉛、インジウム、カドニウム、又はスズの透明な酸化物から形成されることが好ましく、典型的には、少なくともいくらか抵抗性であることが考慮される。この層の厚さは、１０〜２００ｎｍであることが好ましい。この物品は、透明導電領域３０を更に含む。これら構成部分のそれぞれは、単一層を含むものとしてではあるが、これらのいずれかは、独立して、所望により多数のサブ層から形成され得るものとして、図２に示されている。公知のものとして又は今後開発されるものとして、光起電力セルで通常使用される追加の層（図示せず）もまた供給されてもよい。場合により本明細書で使用されるとき、セルの最上部１２は、入射光１６を受光する側であるとみなされる。吸収体上に硫化カドニウム系の層を形成する方法もまた、タンデム型セル構造において用いることが可能であり、ここでは２つのセルがそれぞれの最上部に構築され、それぞれが異なる波長で放射を吸収する吸収体を備える。

可撓性導電基材１１０／導電性膜１１２
光起電力物品１０は、物品がその上に構築される、少なくとも可撓性導電基材１１０を有することが意図される。これはその上に物品の他の層が配設されるベースを提供するよう機能する。これはまた、電気接触部を提供するようにも機能する。基材は単一層（例えばステンレス鋼）であってもよく、又は導電性及び非導電性層の双方の多くの材料の多層複合材料であってもよいことが想定される。導電性材料の例としては、金属（例えば、ＣＵ、Ｍｏ、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ、及びＷ）、導電性ポリマー、及びこれらの組み合わせなどが挙げられる。１つの好ましい実施形態において、この基材は、約１０μｍと２００μｍの間である厚さを有するステンレス鋼から構成される。この基材はまた、可撓性であることが好ましく、「可撓性」とは、０．１メートルの直径の円筒を性能の低下又は決定的な損傷無く曲げることができる「可撓性」の物品、要素、又は層（本発明に関して使用可能な厚さでの）として定義される。

図２に示すデバイスにおいて、可撓性導電基材は、層２２及び２４を含む。支持体２２は、可撓性基材であり得る。支持体２２は、多種多様な材料から形成されてもよい。これらとしては、金属、金属合金、金属間組成物、プラスチック、紙、織布又は不織布、及びこれらの組み合わせなどが挙げられる。ステンレス鋼が好ましい。可撓性基材は、薄膜吸収体及びその他の層の可撓性を最大限に発揮させることが可能であることが好ましい。

背面電気接触部２４は、電気的に接続する物品１０を永続的な回路にするために好都合な方法を提供する。接触部２４は、Ｃｕ、Ｍｏ、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｗ、及びこれらの組み合わせなどの１つ以上を含める多種多様な導電性材料から形成され得る。Ｍｏを組み込んでいる導電性組成物が好ましい。背面電気接触部２４はまた、支持構成成分の吸収体２０への移動を最小限に留めるために、支持体２２から吸収体２０を隔離するよう役立つことも可能である。例えば、背面電気接触部２４は、ステンレス鋼２４のＦｅ及びＮｉ構成成分の吸収体２０への移動をブロックするよう働くことが可能である。背面電気接触部２４はまた、Ｓｅが吸収体２０の形成で使用される場合、Ｓｅに対して保護することによってなど、支持体２２を保護することも可能である。

光電的活性層１２０
光起電力物品は、少なくとも光電的活性層１２０を有することが意図される。この層は、一般的に可撓性導電基材１１０の上及び最上部透明導電層１３０の下に配設される。この層は、入射光１６からの入力を取得し、これを電気に変換するよう機能する。この層は材料の単一層であってもよく、又は多くの材料の多層複合材料であってもよいことが想定され、この層の組成は、光起電力物品１０のタイプ（例えば、銅カルコゲナイド型電池、非晶質ケイ素、ＩＩＩ−Ｖ（すなわち、ＧａＡｓ）、ＩＩ−ＩＶ（すなわちＣｄＴｅ）、硫化銅亜鉛スズ、有機太陽電池、ナノ粒子太陽電池、色素増感太陽電池、及びこれらの組み合わせなど）に依存する。

グループＩＢ−ＩＩＩＢカルコゲナイド（例えば、銅カルコゲナイド）セルが好ましい。この場合、吸収体は、銅、インジウム、アルミニウム、及び／又はガリウムの少なくとも１つを含むセレン化物、硫化物、テルル化物、及び／又はこれらの組み合わせを含む。より典型的には、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｇａ及びＡｌの少なくとも２つ又は更に少なくとも３つが存在する。硫化物及び／又はセレン化物が好ましい。いくつかの実施形態は、銅及びインジウムの硫化物又はセレン化物を含む。更なる実施形態は、銅、インジウム、及びガリウムのセレン化物又は硫化物を含む。アルミニウムが、典型的には、いくつかのガリウム又は全てのガリウムに置き換わって、追加の又は代替金属として使用されてもよい。特定の例としては、セレン化銅インジウム、セレン化銅インジウムガリウム、セレン化銅ガリウム、硫化銅インジウム、硫化銅インジウムガリウム、硫化銅ガリウム、セレン化硫化銅インジウム、セレン化硫化銅ガリウム、硫化銅インジウムアルミニウム、セレン化銅インジウムアルミニウムセレン顆粒化銅インジウムアルミニウム、硫化銅インジウムアルミニウム、セレン化銅インジウム絵海に産むガリウム、セレン化硫化銅インジウムアルミニウムガリウム、及びセレン化硫化銅インジウムガリウムが挙げられるが、これらに限定されない。吸収体材料はまた、性能を向上させるために、Ｎａ、Ｌｉなどのその他の材料でドープされてもよい。加えて、多くのカルコゲナイド材料は、電子特性に重大な悪影響を及ぼすことなく少量の不純物として少なくともいくつかの酸素を組み込むことが可能である。この層は、スパッタリング、蒸着又は任意のその他の既知の方法によって形成され得る。この層の厚さは、０．５〜３ミクロンであることが好ましい。

銅カルコゲナイドセルにおいて、任意のバッファ及び窓層は、チャネルがどんな層で形成されるかを理解する目的で、活性層１２０又は透明導電層１３０のいずれかの一部であると想定され得る。しかしながら、好ましくは、バッファ層は活性層１２０の一部とみなされ、窓層は透明導電層１３０の一部であるとみなされる。

最上部透明導電層１３０
光起電力物品１０は、少なくとも最上部透明導電層１３０を有することが意図される。この層は、一般的に光電的活性層１２０の上に配設され、物品の最も外側の表面を表す（一般的に、入射光１６を最初に受光する表面）。この層は、透明であるか、又は少なくとも透明であることが好ましく、光の所望の波長を光電的活性層１２０に到達させる。この層は、材料の単一層であってもよく、又は多くの材料の多層複合材料であってもよいことが想定され、この組成は、光起電力物品１０のタイプ（例えば、（例えば、銅カルコゲナイド型電池（例えば、セレン化銅インジウムガリウム、セレン化銅インジウム、硫化銅インジウムガリウム、硫化銅インジウム、硫化セレン化銅インジウムガリウムなど）、非晶質ケイ素、ＩＩＩ−Ｖ（すなわち、ＧａＡｓ）、ＩＩ−ＩＶ（すなわちＣｄＴｅ）、硫化銅亜鉛スズ、有機太陽電池、ナノ粒子太陽電池、色素増感太陽電池、及びこれらの組み合わせなど）に依存する。しかしながら、好ましくは、透明導電層１３０は、非常に薄い金属膜（これが、光に対して少なくともいくらか透明であるように）又は透明導電性酸化物Ａの多種多様な透明導電性酸化物；非常に薄い導電性透明金属膜；又はこれらの組み合わせを使用することが可能であるが、透明導電性酸化物が好ましい。このようなＴＣＯの例としては、フッ素ドープ酸化スズ、酸化スズ、酸化インジウム、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、アルミニウムドープ酸化亜鉛（ＡＺＯ）、酸化亜鉛、これらの組み合わせなどが挙げられる。ＴＣＯ層は、スパッタリング又はその他の適切な蒸着技術を介して好都合に形成される。この透明導電層は、好ましくは１０〜１５００ｎｍの厚さ、及びより好ましくは１００〜３００ｎｍの厚さを有する。

チャネル
多数のチャネルは、２つ又はそれ以上の薄膜相互接続型光起電力セルを製造するためのプロセスにおいて、物品１０に「形成される」ことが意図される。これらチャネルは、物品を個々のセルに分離するよう、又は導電材料１８０に経路を提供するよう機能し、多くの形状及び寸法であることが可能である。チャネルは、多くのプロセスを介して、例えば、機械的スクライブ、レーザーアブレーション、エッチング（湿式又は乾式）、フォトリソグラフィ、又は基材から材料を選択的に除去するために業界で一般的であるその他の方法を介して、形成することが可能であることが意図される。このチャネルは、何が望まれているか、又はどのチャネルが形成されるか（例えば、第１、第２、又は第３のチャネル）に応じて、様々な幅、深さ、及び断面形であり得る。好ましいセルのサイズは、側部が０．７ｃｍを超え、好ましくは１０ｃｍを超え、最も好ましくは２０ｃｍを超えると考えられる。セルは、このセルは、側部が２メートル未満であり、より好ましくは１．５メートル未満である。セルは１つの短い側部及び１つの長い側部を有することが可能である。一般的に、セルが小さくなるにつれて、より小さなチャネルを有することが好ましい場合もある。好ましくは、セルの出力密度を典型的に最大化することが望まれ、言い換えれば、ギャップサイズ（チャネルサイズ）をモジュール領域の約５％以下まで最小化することが望まれ、これによって、電力を生み出すことができる９５％以上のアクティブなＰＶ表面を提供する。したがって、セル１００のサイズ及び所望の出力密度に応じて、広範囲のチャネル幅を有することが好ましい場合がある。このチャネルは、下記の順序で（例えば、好ましくは、第１のチャネルがまず初めに、第２のチャネル、第３のチャネルなどが２番目に）又は、それが望ましい場合は任意のその他の順序で、物品に導入されることが可能であることが意図される。

第１のチャネル１４０／追加部１４１
第１のチャネル１４０は、物品１０の全体を貫通して、又は少なくとも層１１０、１２０、及び１３０を貫通して形成されることが意図される。第１のチャネルは、物品の２つの部分を物理的及び電気的の双方で互いに分離するよう機能する（例えば、２つのセル１００を作成する）。第１のチャネルは、完成したセルがチャネルをふさぐことなく屈曲することを可能にする幅を有することも好ましい。更に、１つの工程において、第１のチャネル１４０の追加部１４１が、絶縁性層１５０を貫通するように作成され、これは典型的には、第１のチャネルが形成された後にこの構造上に配置される（しかしながら異なる順序で行われることもできる）。１つの好ましい実施形態において、第１のチャネルは、約１μｍ〜５０００μｍであり得る幅ＦＣ_Ｗを有する。この幅は、好ましくは、約１０μｍを超え、より好ましくは約２５μｍを超え、最も好ましくは約５０μｍを超え、約４００μｍ未満の幅であることが好ましく、より好ましくは約３００μｍ未満の幅であり、最も好ましくは約２００μｍ未満の幅である。追加部１４１は、第１のチャネルよりも小さい、これと同一のサイズの、又はこれよりも大きい幅を有することが可能である。

第２のチャネル１６０は、第１の絶縁性層１５０（及びこの上及び下に存在し得るいずれかの追加の層）を貫通して、可撓性導電基材の少なくとも一部（例えば、その少なくとも導電性部分）が露出されるような深さまで形成されるよう意図する。この第２のチャネルは、少なくとも２つの薄膜ベースの相互接続型光起電力セルを電気的に相互接続させる物理的パスとして機能する（例えば、導電性材料を施す工程を参照）。幾何学的には、第１及び第２のチャネルは互いにオフセットされ、これによって第１及び第２のチャネルが合わさって貫通穴になる機会を最小化することを意図する。好ましい実施形態において、オフセットＦＦＳ_Ｏは、約１μｍ〜５０００μｍであり得る。このオフセットは、約１０μｍを超え、より好ましくは約２５μｍを超え、及び最も好ましくは約５０μｍを超えることが好ましく、好ましくは、オフセットは約４００μｍ未満であり、より好ましくは約３００μｍ未満であり、最も好ましくは約２００μｍ未満である。好ましい実施形態において、第２のチャネルは、可撓性導電基材の一部を少なくとも露出させ、可撓性導電基材に入ることができるが、これを完全委貫通しない深さを有し、最も重要なことは、導電材料を露出させることである（導電性材料を施す工程を参照）。第２のチャネルは、完成した電池がチャネルをふさぐことなく屈曲することを可能にする幅を有することも好ましい。１つの好ましい実施形態において、第２のチャネルは、約１μｍ〜５０００μｍであり得る幅ＳＣ_Ｗを有する。この幅は、好ましくは約１０μｍを超え、より好ましくは約２５μｍを超え、最も好ましくは約５０μｍを超え、並びに好ましくは約４００μｍ未満の幅、より好ましくは約３００μｍ未満の幅、最も好ましくは約２００μｍ未満の幅である。

第３のチャネル１７０／第４のチャネル１７２
第３のチャネル１７０は、導電性膜１１２（及びこの層の上又は下に存在することが可能である任意の追加の層）を貫通して第１の絶縁性層１５０まで、第１の絶縁性層の少なくとも一部が露出する深さまで形成される（しかし、層１５０に部分的に通過することは許容される）ことが考えられる。第３のチャネルは、導電性膜１１２の２つの部分を互いに物理的かつ電気的の双方で分離するよう機能する。幾何学的には、第３のチャネルは、第１及び第２のチャネルからオフセットされていることが考えられる。好ましい実施形態において、オフセットＴＦＳ_Ｏは、約１μｍ〜５０００μｍであり得る。幅は約１０μｍを超えることが好ましく、より好ましくは２５μｍを超え、最も好ましくは５０μｍを超え、好ましくは約４００μｍ未満の幅、より好ましくは約３００μｍ未満の幅、最も好ましくは約２００μｍ未満の幅である。好ましい実施形態では、第３のチャネルは、完成したセルがチャネルをふさぐことなく屈曲することを可能にする幅を有する。１つの好ましい実施形態において、第３のチャネルは、約１μｍ〜５０００μｍであり得る幅ＴＣ_Ｗを有する。この幅は、好ましくは約１０μｍを超え、より好ましくは約２５μｍを超え、最も好ましくは約５０μｍを超え、並びに好ましくは約４００μｍ未満の幅、より好ましくは約３００μｍ未満の幅、最も好ましくは約２００μｍ未満の幅である。

第４のチャネル１７２が総１３０、１２０、１１０、及び１５０（並びにこの層の上又は下に存在することが可能である任意の追加の層）を貫通して、第１の絶縁性層の少なくとも一部が露出される深さまでなど、第１の絶縁性層１５０まで形成されることが意図される。第４のチャネルは、完成したセル１００の少なくとも２つの部分を物理的かつ電気的の双方で分離するよう機能する。幾何学的には、第４のチャネルは第１及び第２のチャネルからオフセットされていて、これらに挟まれて配設されている。好ましい実施形態において、オフセットＦＳ_Ｏは、約１μｍ〜５００μｍであり得る。このオフセットは、約１０μｍを超えることが好ましく、より好ましくは約２５μｍを超え、最も好ましくは約５０μｍを超え、並びに４００μ未満の幅が好ましく、より好ましくは約３００μｍ未満、最も好ましくは約２００μｍの幅である。好ましい実施形態において、第４のチャネルは、完成したセルがチャネルをふさぐことなく屈曲することを可能にする幅を有する。一実施形態において、第４のチャネルは、約１μｍ〜５０００μｍであり得る幅ＦＣ_Ｗを有する。この幅は、好ましくは約１０μｍを超え、より好ましくは約２５μｍを超え、最も好ましくは約５０μｍを超え、並びに好ましくは約４００μｍ未満の幅、より好ましくは約３００μｍ未満の幅、最も好ましくは約２００μｍ未満の幅である。

チャネルの形成
物品１０の様々な層の「形成」は、例えば、「チャネル」のパラグラフにおいて上述されたような多数の方法を介して達成され得ることが意図される。１つの好ましい実施形態において、機械的スクライブが、「カット」を作成するために用いられる。例えば、機械的スクライビングを使用して、ダイヤモンドの先端のスタイラス又は刃をデバイスに接触して配置し、下にある材料をスタイラスの経路内で物理的に断裂しながら、デバイスの表面上で引きずることが可能である。

ダイヤモンドの先端のスタイラス又は適切な刃の使用を伴う機械的スクライビングは、ＣｄＴｅ、ジセレン化銅インジウムガリウム（ＣＩＧＳ）、及びａ−Ｓｉ：Ｈなどのより軟質の半導体材料に使用することが可能である。膜の破断は、低粘着性を有する酸化亜鉛（ＺｎＯ）など膜について特に問題であると考えられている。ガラス上のモリブデンなどのより硬質の膜の機械的スクライビングは、常にガラスの摩損につながり、これが今度は、後続のプロセスにおける破損のリスクの増大に寄与する。

機械的スクライビングで発生する問題のほとんどが、レーザースクライビングでは起こらないとも考えられている。ＣｄＴｅ系及びＣＩＳ系ＰＶモジュールで使用される薄膜材料に適用された、最近行われたレーザーシステムの調査において（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ。ｌａｓｅｒｆｏｃｕｓｗｏｒｌｄ．ｃｏｍ／ａｒｔｉｃｌｅｓ／ｐｒｉｎｔ／ｖｕｌｏｌｕｍｅ−３６／ｉｓｓｕｅ−１／ｆｗｅａｔｕｒｅｓ／ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｓ−ｌａｓｅｒ−ｓｃｒｉｂｉｎｇ−ｃｒｅａｔｅｓ−ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ−ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍ−ａｒｒａｙｓ．ｈｔｍｌを参照、これは参考として組み込まれている）、良好なスクライブがＮｄ：ＹＡＧレーザー（ランプ励起、ダイオード励起、Ｑスイッチ、及びモードロックレーザー）、銅蒸気レーザー、及び塩化キセノンレーザー並びにフッ化クリプトンエキサイマレーザーなどの多種多様なパルスレーザーを使用して得ることが可能であることを見出した。レーザーを選択する場合、太陽電池で使用される膜の特定の材料特性（吸収計数、融解温度、温度拡散率など）に注意を払うことが重要であり得ると考えられている。

絶縁性セグメント／層１５０／１５２；キャリア構造２３０
完成品セル１００の領域内に配設された１つ以上の絶縁性層１５０／１５２が存在し得ることが意図される。一般的に、絶縁性層の１つの機能は、他の層を分離する状態で（例えば、電気的に絶縁する状態で）、汚れ、水分などを入れずに、この層によって覆われた部分に保護的バリア（例えば環境的及び／又は電気的な）を提供することであり得る。これはまた、２つの隣接するセルを一緒に「テーピングする」ことに類似して、セル１００を一緒に保持することも可能である。「層」は、セル１００のほぼ全体にかかることができるか、又は特定の領域にだけ局在化することが可能である。一実施形態において、層１５２は、セル１００のほぼ底部全体にかかることができ、又はチャネル領域の周りに局部的にだけわたることが可能である。

好ましい実施形態において、完成品セルは、２つの絶縁性層１５０／１５２を含む。第１の絶縁性層（又は膜）１５０は、導電基材又は膜の間に配設され、並びに第２の層（又は膜）１５２は、セル１００の底部に配設されている。これら層１５０、１５２は、同一の材料で構成され、同一の幾何学的及び物理的特性を有することが好ましいが、これらは必ずしもそうでなければならないわけではないと考えられる。第２の層１５２は、より厚くてもよく、２つの隣接するセルを一緒に「テーピングする」ために機能して、別個のセグメント内にあってもよい。

好ましい実施形態において、この絶縁性層１５０／１５２は、約１００ｎｍ〜１０００μｍの厚さＩＬ_Ｔを有することが可能である。この厚さは、好ましくは、約１μｍを超え、より好ましくは、約２５μｍを超え、最も好ましくは約７５μｍを超え、並びに好ましくは約５００μｍ未満の厚さ、より好ましくは約２００μｍ、最も好ましくは約１００μｍの厚さである。

この絶縁性層は、上記の通りに保護を提供するために好適である多くの材料を含むことが可能である。好ましい材料としては、酸化ケイ素、窒化ケイ素、炭化ケイ素、酸化チタン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化ホウ素、窒化ホウ素、炭化ホウ素、ダイヤモンド様炭素、エポキシ、シリコーン、ポリエステル、ポリフルオレン、ポリオレフィン、ポリイミド、ポリアミド、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、フルオロポリマー、パリレン、ウレタン、エチレン酢酸ビニル、又はこれらの組み合わせなどが挙げられる。

物品又はセルの最上部に提供される絶縁性層に類似した層（少なくとも可能な類似の材料）も考えられる。この層は、物品及び／又は電池を移動させる又は包装する上で補助することが可能であるキャリア構造２３０として機能し得る。キャリア構造が供給される場合、カット（例えば、チャネルの形成）が作成され得るように、又は完成したセルがより大きなＰＶデバイス内にインストールされ得るように、これは、容易に着脱可能であるべきである。

キャリア構造は、上記の通りの機能性を提供するために好適である多くの材料を含むことが可能である。好ましい材料としては、絶縁性層について列挙した材料が挙げられる。

電気的絶縁材料（セルの最上部）
必要に応じて、いくつかの電気的絶縁材料（図示せず）が第４のチャネル内に配設され得ると考えられる。この材料は、汚れ、水分などを入れずに、この材料によって覆われた部分に、保護的バリア（例えば、環境的に及び／又は電気的に）を提供する。この電気的絶縁材料は、上記のような保護を提供するために好適である多くの材料を含むことが可能である。好ましい材料としては、酸化ケイ素、窒化ケイ素、炭化ケイ素、酸化チタン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化ホウ素、窒化ホウ素、炭化ホウ素、ダイヤモンド様炭素、エポキシ、シリコーン、ポリエステル、ポリフルオレン、ポリオレフィン、ポリイミド、ポリアミド、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、フルオロポリマー、パリレン、ウレタン、エチレン酢酸ビニル、又はこれらの組み合わせなどが挙げられる。

導電性材料１８０
導電性材料１８０は、光起電力セル１００を相互接続させるためのプロセスにおいて使用されることが意図される。本発明において、この材料は、第２のチャネルと併せて使用することが可能であり、可撓性導電基材１１０と最上部透明導電層１３０の最上部の導電性部分と接触しているべきである。更に、これは、チャネル１６０を介して、２つの導電層１１０／１１２を接続するために使用されてもよい。この導電性材料は、導電性を提供するために好適である多くの材料を含むことが可能であり、好ましい材料としては、次のものが挙げられる（導電性材料は、ニッケル、銅、銀、アルミニウム、スズなど、及び／又はこれらの組み合わせなどの導電性金属を少なくとも含むことが望ましい）。１つの好ましい実施形態において、導電性材料は銀を含む。業界で周知である導電性接着剤（ＥＣＡ）もこのような導電性材料であると考えられる。このようなＥＣＡは、多くの場合、導電性ポリマーを有する熱硬化性ポリマーマトリックスを含む組成物である。このような熱硬化性ポリマーとしては、エポキシ、シアネートエステル、マレイミド、フェノール樹脂、無水物、ビニル、アリル又はアミノ官能基又はこれらの組み合わせを有する材料が挙げられるが、これらに限定されない。導電性充填材粒子は、例えば、銀、金、銅、ニッケル、アルミニウム、カーボンナノチューブ、グラファイト、スズ、スズ合金、ビスマス又はこれらの組み合わせであり得る。銀粒子を有するエポキシ系ＥＣＡが好ましい。導電性材料領域は、スクリーン印刷、インクジェット印刷、グラビア印刷、電気メッキ、スパッタリング、蒸着などを含むがこれらに限定されないいくつかの既知の方法の１つによって形成され得る。

この方法によって形成された相互接続型セルは、保護材（封入材、接着剤、ガラス、プラスチック膜、又はシートなど）の内部に封入又は包装されることができ、電気的に相互接続され、又は電力変換器又はその他の電気機器類に電気的に接続可能に作成され、発電し送電するためにフィールド内又は構造上にインストールされ得る光起電力モジュールを形成することが可能である。

特に断らない限り、本明細書に示されている様々な構造の寸法及び幾何形状は、本明細書を制限するよう意図しておらず、他の寸法又は幾何形状が可能である。複数の構造部分は、単一の統合構造を用いることが可能である。あるいは、単一の統合構造が、別個の複数の構成部分に分割されてもよい。加えて、本発明の形態が、例示の実施形態の１つのみの説明で記載されたが、このような形態は、いずれかの所定の適用に、その他の実施形態の１つ以上の他の形態と組み合されてもよい。上記より、本明細書のユニークな構造の組立て及びそれらの操作もまた、本発明に応じて、方法を構成することを理解されたい。

本明細書の要素、成分、構成部分又は工程の組み合わせを説明している用語「含む、ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」又は「含有する、ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ」の使用もまた、要素、成分、構成成分又は工程から本質的になる実施形態を意図するものである。

複数の要素、成分、構成部分又は工程は、単一の統合された要素、成分、構成部分又は工程を用いることが可能である。あるいは、単一の統合された要素、成分、構成部分又は工程が、別個の複数の要素、成分、構成部分又は工程に分割されてもよい。要素、成分、構成部分又は工程を説明するための「ａ」又は「ｏｎｅ」の開示は、追加的な要素、成分、構成部分又は工程を排除するよう意図するものではない。元素又は特定の族に属する金属に関する全ての参照は、ＣＲＣＰｒｅｓｓ，Ｉｎｃ．によって１９８９年に公表され、ＣＲＣＰｒｅｓｓ，Ｉｎｃ．が版権を有する元素周期律表を指す。族又は族（複数）に関する全ての参照は、族の番号付けのためのＩＵＰＡＣシステムを使用するこの元素周期律表で反映されている族又は族（複数）であるべきである。

Claims

２つ又はそれ以上の薄膜ベースの相互接続型光起電力セルを製造する方法であって、
ａ）可撓性導電基材と、少なくとも１つの光電的活性層と、最上部の透明導電層と、前記最上部の透明導電層の上に配設されたキャリア構造とを含む光起電力物品を供給する工程と、
ｂ）前記光起電力物品の層を貫通して１つ以上の第１のチャネルを形成する工程と、
ｃ）第１の絶縁性層を前記導電基材に施し、前記１つ以上の第１のチャネルをスパンする工程と、
ｄ）前記キャリア構造を取り外す工程と、
ｅ）前記第１の絶縁性層を貫通して、前記１つ以上の第１のチャネルの追加部を形成する工程と、
ｆ）前記第１の絶縁性層を貫通して、１つ以上の第２のチャネルを前記１つ以上の第１のチャネルからオフセットして形成し、前記可撓性導電基材の導電表面を露出させる工程と、
ｇ）前記１つ以上の第２のチャネルを介して、第１の導電性材料を、前記可撓性導電基材の前記導電表面に施す工程と、
ｈ）導電性膜を前記第１の絶縁性層に施す工程であり、前記膜が、前記第１の導電性材料を介して、前記可撓性導電基材と電気通信する、工程と、
ｉ）前記１つ以上の第１のチャネルを介して、第２の導電性材料を前記最上部の透明導電層の上に施し、工程ｂから得た前記光起電力物品の前記層を前記導電性膜に電気的に接続させる工程と、
ｊ）前記導電性膜を貫通して、１つ以上の第３のチャネルを形成する工程と、
ｋ）第２の絶縁性層を前記導電性膜の下に施す工程と、
ｌ）前記光起電力物品の前記層を貫通して、１つ以上の第４のチャネルを形成し、このように２つ又はそれ以上の相互接続型光起電力セルを製造する工程と、を含む方法。
前記１つ以上の第４のチャネルを、電気絶縁材料で少なくとも部分的に充填する工程を更に含む、請求項１に記載の方法。
前記電気絶縁材料が、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化チタン、酸化アルミニウム、非導電性エポキシ、シリコーン、ポリエステル、ポリフルオレン、ポリオレフィン、ポリイミド、ポリアミド、ポリエチレン又はこれらの組み合わせを含む、請求項２に記載の方法。
前記絶縁材層が、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリイミド、又はポリアミドを含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
前記形成工程が、スクライビング、切削加工、アブレーティング、又はこれらの組み合わせによって実行される、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
前記光起電力物品が、ロール形状である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
前記第２の絶縁性層が、底部キャリア膜として機能する請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
前記形成工程の前記チャネルの前記幅が、１〜５０００ミクロンである、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法によって形成される光起電力物品。