JP2015532543A - 光起電力太陽電池及びモジュールにおけるモノリシック集積バイパススイッチのためのシステム及び方法 - Google Patents
光起電力太陽電池及びモジュールにおけるモノリシック集積バイパススイッチのためのシステム及び方法 Download PDFInfo
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Abstract
Description
多くの場合、PVモジュール内の太陽電池の直列配線及び相互接続のために、PVモジュール光吸収面に僅かな量の障害物があっても、大きな出力ロスを招く。電気的直列及び並列構成で接続されたPVモジュールのアレイを備えた設置されたPVシステムを考慮するときにも同じことが言える。電池及びモジュールが陰に入る(部分的に又は完全に陰に入る)結果としての電力収穫能力のロスは、例えば、次のものを含む。例えば、ある公表された研究によれば、PVモジュールの表面積の0.15%、2.6%及び11.1%に支障があると、各々、3.7%、16.7%、及び36.5%の出力電力ロスを引き起こし、従って、部分的に陰に入る場合でも、設置されたPVシステムのエネルギー収率の著しい低下を招く。先に述べたように、電池が部分的又は完全に陰に入ることで支障のある1つの電池の電流が降下するときには、陰に入る電池は、ストリング又はサブストリングに直列に配線された全ての他の電池の電流を引き下げるか、或いは又、陰に入る太陽電池は、陰に入らない電池により発生される大きな電流によって逆バイアスされ、PVモジュールの設計及び構造に修正処置がとられないと、陰に入る電池のエリアにホットスポット及び信頼性の問題を招く。
以下、本発明の種々の陰管理MIBS実施形態について説明する。代表例として、分散型スイッチに実質的な電力消散ロスを生じることなく、ここに開示する分散型セルラー陰管理(ISIS)システムに使用するためのMIBS ON抵抗の選択に関する事柄及び基準は、次のことを含むが、これに限定されない。
−オン状態電圧降下が小さく、ある場合には、順方向バイアスダイオードよりも遥かに小さいセルラーバイパススイッチ。例えば、Vmp=575mV(最大電力ポイント電圧)及びI=9.00A(最大電力ポイント電流)(ほぼVoc=660mVの開路電圧及び約ISC=9.75Aの短絡電流に対応する)を仮定すれば、50mVのオン状態電圧は、0.45Wのオン状態電力消散を生じ、これは、ダイオードの場合の約10%より小さい(この計算は、スイッチの直列抵抗Rseriesに関連したロスは除く)。
−オン状態スイッチ電力消散を最小にするためにオン状態直列抵抗が非常に小さく、例えば、オン状態スイッチRseriesが10mΩ以下であるセルラーバイパススイッチ(例えば、Rseries=5mΩ、スイッチのオーミック電力消散=0.405W)。
−MIBSは、オン状態又は順方向バイアス電圧が〜0.2Vから〜0.5Vの低順方向バイアス電圧のショットキーダイオード、或いはオン状態順方向バイアス電圧が〜0.6Vから〜0.7Vのpn接合ダイオードを使用する。最適なショットキーダイオードを使用すると、電池が陰に入ることでMIBSスイッチがアクチベートされたときpn接合ダイオードに比して電力消散が低くなる。
−電池が陰に入ることでMIBSがターンオンされた(MIBSダイオードが順方向にバイアスされた)とき電力消散が低い。例えば、オーミックロスによるMIBS電力消散は、ほぼ平均電池発電以下に制限され、そしてある場合には、平均太陽電池発電の一部分に制限される。5Wp(ワットピーク)太陽電池の場合に、MIBS装置設計(例えば、ショットキーダイオード又はpn接合ダイオード)は、陰に入る電池のMIBS装置に電池ストリングの全電流が流れるときに、太陽電池の直列接続ストリング内の陰に入る電池の電力消散を、約2Wないし約5W以下に制限する(pn接合ダイオードに比してショットキーダイオードの順方向バイアス電圧が低いためにpn接合MIBSに比してショットキーダイオードMIBSでの電力消散が低い)。MIBSダイオードは、MIBS装置がアクチベートされたときMIBS電力消散を最小にするためにオン抵抗を非常に低くするように設計される。
−太陽電池のMIBSがオフである(逆方向にバイアスされる)とき、又は電池が陰に入らず、通常の陰に入らない状態で動作するときのMIMS装置の比較的低い逆方向漏洩電流。例えば、MIBS装置は、その逆方向漏洩電流が太陽電池の光発生電流の実質的に1%未満となり又は0.1%未満となるように設計される。
外部バイパススイッチ及び個別バイパススイッチのコンポーネントの必要性を排除するモノリシック集積の陰管理解決策によるスマート太陽電池の種々の例についてここに説明する。MIBS構造及び方法は、例えば、他の利益の中で、次の効果を与える。
−モノリシック集積バイパススイッチ(MIBS)は、電池製造コストに対する増分的な製造コストを本質的にゼロとして(即ち、各太陽電池と共にMIBSを実施する結果、電池当たりの製造コストの増加が全くないか又は無視できる程度として)、各電池において実施することができる。
−MIBSイネーブルの太陽電池は、PVモジュール接合ボックスに外部個別バイパスダイオードを含む慣習的なPVモジュールに比して、PVモジュールにおけるエネルギー収率の向上及びエネルギー収穫の向上のために電池レベルで直接分散型陰管理を行う。
−ここに述べるものを含む多数の製造実施形態において、MIBSイネーブルの太陽電池の製造は、付加的な電池/モジュール製造コストを本質的に追加することがなく、又、無視できる程度の電池効率/電力不利益を被るが、(例えば、住居の屋根の上のPV設備において)モジュールの環境的な陰及び/又は汚れを伴う現実的な現場条件で運転されるPVモジュールに対して実質的に向上したエネルギー収穫及び高いエネルギー収率を与える。
−MIBSを使用する本発明のモノリシック集積の解決策及びプロセスは、太陽電池プロセスフローに本質的に変更を生じず(ひいては、調和した製造プロセスフロー)、太陽電池処理の複雑さを本質的に増加せず、且つ太陽電池処理コストを本質的に増加せずに、バクプレーン支持体を取り付け又はラミネートした比較的薄い(例えば、厚み数ミクロンから100ミクロンを越える範囲の半導体吸収材又は基板厚み)半導体(例えば、薄いエピタキシャルシリコン基板又は薄い結晶シリコンウェハ)太陽電池のためのものである。更に、ここに述べるMIBS実施形態は、太陽電池それ自体と同じ材料スタック層(半導体、誘電体及び金属層)を使用し、従って、太陽電池、及び太陽電池に関連したMIBA装置の製造処理は、太陽電池製造に使用される同じプロセスツールを使用して同時に且つ調和した状態で遂行される。
−pn接合ダイオード又は金属電極ショットキーダイオードのいずれかを使用し、個別のバイパススイッチコンポーネント及びそれを太陽電池に取り付ける必要性を排除したMIBS電池のための規範的なモノリシック集積解決策が提供される。
−個別ダイオードコンポーネントの信頼性の問題及びコンポーネントコストを排除する(且つ個別スイッチコンポーネントの太陽電池への半田付け又は導電性接着剤による取り付けの必要性も排除する)低コスト及び高信頼性の一体型陰管理解決策が提供される。
−ここに開示するMIBS方法及び構造は、太陽電池と同じ材料を使用するので、太陽電池それ自体と同一の優れた長期信頼性を有する。MIBS及びそれに関連した太陽電池は、太陽電池金属被覆構造、例えば、M1層及び/又はM2層を使用して、必要に応じて相互接続される。
−又、ここに開示するMIBS方法及び構造は、太陽電池に取り付けられた個別の半田付けされたバイパスダイオードコンポーネントがなく且つ周囲のMIBS装置は、太陽電池のためのマイクロクラック防止シールド又はガードとして働くので、薄い半導体マイクロクラック(マイクロクラックの発生及び/又は伝播)を軽減する。
−ここに開示するMIBS実施形態は、一般的には、種々の電池ベースPVモジュールに適用され、より詳細には、薄い(例えば、約1μmから約100μm厚み又はそれより厚い半導体吸収材)結晶半導体(例えば、シリコン及び砒化ガリウム)太陽電池を含む結晶半導体太陽電池に適用される。
−ここに開示するMIBS実施形態は、薄い結晶シリコンのような比較的薄い結晶半導体の太陽電池であって、各太陽電池には少なくとも1つの比較的低電力消散モノリシック集積バイパススイッチ(MIBS)を有し、これが複数のMIBSイネーブルの太陽電池で作られたPVモジュールにおいて信頼できる電池レベルの陰管理を行う太陽電池を形成するための構造及び製造方法を提供する。
−ここに開示する構造及び方法は、薄い(例えば、約1μmから約100μm又はそれより厚い)エピタキシャルシリコンリフトオフ処理を使用して製造されるか、或いは出発結晶シリコンウェハ(CZ又はFZ又は多結晶シリコンウェハ)を使用して製造されて、ラミネートされ又は取り付けられたバックプレーン支持体を含む高効率の後部コンタクト/後部接合(IBCとも称される)太陽電池について説明する。しかしながら、ここに開示する要旨の構造及び方法は、結晶シリコン以外の半導体吸収材料(例えば、砒化ガリウム、ゲルマニウム、窒化ガリウム、等)で作られた太陽電池、及び他の太陽電池設計(例えば、前部コンタクト電池又は他の後部コンタクト非IBC電池)にも適用できる。
−ここに開示するMIBS太陽電池実施形態は、薄い(半導体電池吸収材厚みが約200ミクロン未満で、ある例では、約100ミクロン未満の)半導体吸収材と、太陽電池の裏面に永久的にラミネートされ又は取り付けられた連続バックプレーン支持層との組み合わせによって促進されイネーブルされる。
−MIBS太陽電池は、太陽電池の製造プロセスフローの間に、例えば、太陽電池の周囲リムに形成されたモノリシック集積のバイパススイッチ(pn接合ダイオード又はショットキーダイオード)を有し、これは、電池製造プロセスに著しい増分的コストを追加することなく、且つ電池の電力出力を犠牲にすることなく実施される。というのは、MIBS装置エリアの消費は、太陽電池の活性エリアの比較的僅かな部分に過ぎないからである(例えば、MIBSエリアは、太陽電池エリアの約1%より小さく、又、1%の断片より小さく、例えば、約0.1%から1%となるように選択される)。
−多角形の太陽電池については、周囲リム(縁に位置する)バイパススイッチダイオードは、多角形の1つの辺、又は多角形の複数の辺、又は多角形の辺に沿って連続するように形成される。比較的一般的な方形の太陽電池フォーマット(例えば、156mm×156mm、210mm×210mmの典型的な寸法、或いは他の望ましい太陽電池寸法、例えば、電池の面積が約100cm2未満から1000cm2を越えるまでの範囲である太陽電池)では、周囲リムダイオード(pn接合ダイオード又はショットキーダイオード)が、太陽電池周囲の少なくとも一部分(少なくとも1つの辺又は角、或いは1つの辺の少なくとも一部分又は1つの角の一部分、或いはその組み合わせ)に形成されるか、或いは連続閉ループ(又は連続セグメント化閉ループ)全周リムとして形成され、これは、太陽電池全体をその周囲にわたって取り巻き、非常に面積の小さいアイランドリムで包囲された大きな太陽電池アイランドエリアを形成し、それらは、両方とも、連続バックプレーンに支持される(図14に示すように)。
−MIBSバイパスダイオード及び太陽電池は、同じ共通の連続バックプレーンを共有し、それらの半導体層(例えば、CZ又はFZ又は多結晶ウェハで作られたエピタキシャルシリコン又は半導体基板)は、電池製造プロセス中に遂行される溝隔離プロセスを使用して、例えば、装置隔離溝を形成するために貫通半導体パルスレーザ罫書きを使用することにより、互いに完全に隔離される。この隔離溝は、半導体層(例えば、薄いエピタキシャルSi)の全厚みを貫通し、そして電気絶縁バックプレーンで停止する。溝隔離の巾は、隔離罫書き及び半導体層厚みに使用されるレーザビーム(例えば、パルスナノ秒レーザビーム)の特性に依存し、そして例えば、約1ミクロンから約100ミクロンまで或いはそれを越える範囲である(面積に関連したロスを減少するために狭い溝が形成される)。一般的に、狭い溝隔離巾が効果的である。実際に、溝隔離巾は、数十ミクロン程度である。或いは又、溝隔離領域は、パルスレーザ罫書き以外の技術の使用により、例えば、機械的なダイシング又は超音波罫書き又は別の方法により、形成されてもよい。パルスレーザ罫書き又はカットプロセスのような適当な溝隔離形成プロセスは、半導体層を選択的にカットし、そして半導体基板の厚みを通してカットした後にバックプレーンシートで実際上停止し、バックプレーン材料を実質的に除去することはない(従って、連続バックプレーンシートの完全性を維持する)。
−一体型のバイパススイッチは、太陽電池又はPVモジュールに追加される増分的製造コストが無視できるか又は本質的にゼロとなるようにして製造される。
−個別のバイパススイッチを太陽電池または太陽電池バックプレーンに取り付ける必要性が排除される。
−個別のダイオードのような個別のコンポーネントを太陽電池に取り付け(例えば、半田付けし)、そして個別のコンポーネントを取り付けたそのような電池を太陽モジュールにおいて永久的にラミネートするという潜在的な信頼性の問題を解決する。
−個別コンポーネントの隆起がなく、且つ厚いモジュールカプセル材(例えば、EVA又はポリオレフィン)を使用して個別コンポーネントの凹凸や隆起を受け容れる必要性を排除するので、太陽電池とモノリシック集積バイパススイッチとの全体的な平坦性を維持する。
−個別のバイパススイッチ(例えば、ダイオード又はトランジスタ)、及び/又は外部バイパスダイオードを伴う外部接合ボックスのコストを排除する。
−太陽電池における個別バイパススイッチコンポーネントのアッセンブルプロセス(例えば、コンポーネント半田付け)のコストを排除する。
−本発明で述べるようなバックプレーンイネーブルの2レベル金属被覆アーキテクチャーを伴うIBC太陽電池のようなある太陽電池処理設計では、MIBSを実施するための主太陽電池製造プロセスフローにおけるプロセスステップ/ツールの変更や追加は本質的にない(例えば、再使用可能な結晶シリコンテンプレート又は出発CZ/FZ単結晶シリコンウェハからのシリコン基板又は出発鋳造多結晶シリコンウェハからのシリコン基板に関連したエピタキシャルシリコン及び多孔性シリコン/リフトオフ処理を使用し、そして太陽電池とMIBS装置との間で共有される電気絶縁連続バックプレーンを使用する後部接合/後部コンタクト結晶シリコン太陽電池製造を仮定する)。従って、太陽電池と共にMIBSを実施するための製造コストの追加は本質的にない。
−エピタキシャルリフトオフ電池プロセスにより又は出発結晶(CZ単結晶又はFZ単結晶又は鋳造多結晶ウェハ)から形成された半導体基板層のような結晶半導体吸収材層を使用する後部コンタクト/後部接合(又はIBC)太陽電池設計では、後部コンタクト、後部接合電池プロセスステップ(裏面ドープのベース及びエミッタ領域、裏面不動態化、ベース及びエミッタコンタクト開口、及びパターン化M1金属被覆層)のほとんどを伴う電池処理の完了に続いて、次のプロセスが遂行される(種々の考えられるプロセスフローの一例として;IBCプロセスフローの多数の変形例及び実施形態が考えられ、本発明ではそれらが全て含まれて詳細に説明されるのではない)。(i)太陽電池裏面へのバックプレーンシートの取り付け又はラミネーションを行い;(ii)再使用可能なテンプレートにおいて多孔性シリコンにエピタキシャル成長のシリコン層を使用する場合には、半導体基板(即ち、薄いエピタキシャルシリコン基板)の剥離前溝隔離罫書き(例えば、パルスナノ秒レーザ罫書きツールを使用するか、或いはプラズマ罫書き又は機械的ダイシング罫書きのような別の罫書きツールを使用する)を行ってエピタキシャルシリコンリフトオフ剥離境界を画成し(注:このステップは、再使用可能なテンプレート上でシリコンのエピタキシャル成長を使用せずに、CZ単結晶ウェハ又はFZ単結晶ウェハ又は鋳造多結晶ウェハ上に太陽電池及びMIBSが製造されるときには、要求されない);(iii)再使用可能なテンプレートにおいて多孔性シリコン上にエピタキシャル成長シリコン層を使用する場合には、バックプレーンに支持された電池の機械的リフトオフ剥離を行い、そしてそれを再使用可能な結晶シリコンテンプレートから取り外し(注:このステップは、再使用可能なテンプレート上でシリコンのエピタキシャル成長を使用せずに、CZ単結晶ウェハ又はFZ単結晶ウェハ又は鋳造多結晶ウェハ上に太陽電池及びMIBSが製造されるときには、要求されない);(iv)正確なトリミングのためにバックプレーンにラミネートされた電池の任意のレーザトリミングを行い(例えば、パルスナノ秒又はマイクロ秒又はピコ秒レーザソースを使用して)、そしてその関連MIBSと共に太陽電池に対する最終的な希望の正確な寸法を確立し;(v)太陽電池の太陽側でパルスナノ秒レーザ罫書き(又はプラズマ罫書き又は機械的ダイシング罫書き又は噴水罫書き又は他の適当な罫書き技術)を行って、溝隔離領域を形成すると共に、内部太陽電池半導体アイランド及び周囲リムダイオード半導体領域を画成し、このステップは、MIBS領域を、その半導体領域が溝隔離(溝ギャップ)領域を通して太陽電池半導体領域から電気的に隔離されるように形成し及び画成し;(vi)その後に、電池の太陽側で必要に応じて任意の湿式エッチングを行い(例えば、必要に応じてシリコン基板を薄くするために)、テクスチャー化及びテクスチャー化後の表面清掃を行い、それに続いて、PECVD太陽側不動態化及び反射防止被膜層の堆積のような付加的な電池プロセスステップを行い、そして最後に、パターン化されたM1層の予め特定された領域にアクセスするためにバックプレーンを貫通するビアホールを含めて背面の電池金属被覆を完了させると共に、パターン化された第2レベル金属被覆(又はパターン化されたM2)及び導電性ビアプラグを形成する(例えば、穿孔されたビアホールを通してM2金属を貫通して、導電性ビアプラグの予め特定されたパターンに基づいて、パターン化されたM2及びパターン化されたM1層を相互接続する。上述した代表的なプロセスフローでは、太陽電池及びそれに関連したMIBSに対して再使用可能なテンプレートにおいて多孔性シリコンにエピタキシャル成長のシリコン層を使用する場合に、溝隔離罫書きプロセス及びツールは、バックプレーンにラミネートされる太陽電池及びMIBS基板の剥離前溝罫書き及び/又は剥離後の正確なトリミングに使用されるプロセス及びツールと同じであることも任意である。
−レーザ罫書き(又は半導体基板層の厚み全体を通して比較的狭い溝を形成し、バックプレーンシート材料の除去又は溝掘りが無視できる程度で且つ連続するバックプレーンシートの完全性を犠牲にしないようにバックプレーンシートに到達し終結することのできる適当な罫書き又はカットプロセス)では、溝隔離プロセスは、半導体層(例えば、出発結晶シリコンウェハからのエピタキシャルシリコン又はシリコン基板)の全厚みを通して薄い半導体基板層内に完全な貫通半導体(例えば、シリコンベースの太陽電池及びMIBSの場合には貫通シリコン)溝領域を形成し、そしてその後、バックプレーン材料の除去を最小又は無視できる程度としてバックプレーンで停止するように遂行され(例えば、パルスナノ秒レーザソースを使用して)、従って、n型ベース(ひいては、n型半導体電池及びMIBS基板層)及びp+エミッタ太陽電池(これは、後部コンタクト/後部接合又はIBC太陽電池に対して共通のドーピング形式である)を仮定すれば、MIBSダイオードのための電気的に隔離された半導体リム領域(例えば、n型IBC電池を製造するときにはn型結晶シリコン)、及び太陽電池のための半導体アイランド領域を形成する。要望があれば、半導体基板は、p型シリコン層(ひいては、太陽電池のためのp型ベース)であり、そして電池裏面のドープされたフィールドエミッタ領域は、n+ドープ(例えば、燐又は砒素ドープ)の接合領域である。
−溝隔離形成のためのパルスレーザ罫書きは、シリコンを貫通して罫書き及びカッティングするのに一般的に使用され且つ証明されている適当な波長(例えば、バックプレーン材料に対して半導体基板層を貫通してカットするように比較的良好な選択度で半導体層を切除する緑又は赤外線又は別の適当な波長)のパルスナノ秒(ns)レーザソースを使用する。レーザソースは、フラットトップ(トップハットとしても知られている)又は非フラットトップ(例えば、ガウス)のレーザビームプロフィールを有する。シリコンにおいて高い吸収性であるがバックプレーンを部分的又は完全に透過する(従って、貫通半導体層レーザカッティングが完了してビームがバックプレーンシートに到達した後にバックプレーン材料を実質的に除去することなく半導体層をカットする)パルスレーザソース波長を使用することができる。例えば、シリコン基板層を有効にカットし且つバックプレーン材料を部分的に透過する(従って、溝隔離カットの間のバックプレーン材料の除去量は、ほとんどないか無視できる程度である)パルスナノ秒IR又は緑レーザビームを使用することができる。
−パルスナノ秒レーザソースのパルスレーザビーム直径及び他の特性は、隔離罫書き巾が数ミクロンから数十ミクロンの範囲となるよう選択される。というのは、巾が約100ミクロンより大きくなると、むしろ大き過ぎて、貴重なシリコン基板面積を不必要に浪費し、太陽電池及びモジュールの全面積効率をある程度下げることになるからである。従って、非常に望ましい太陽電池面積に比して溝隔離面積を最小にするのが有利である。実際に、パルスナノ秒レーザカッティングは、約20ミクロンから約60ミクロンまでの望ましい範囲の巾をもつ溝隔離領域を形成することができる。例えば、156mm×156mmの太陽電池の場合、30ミクロンの溝隔離巾は、電池面積の一部分としての溝隔離面積について0.077%の面積比に対応する。これは、太陽電池面積に比して無視できる程度の面積を表わし、換言すれば、この小さな比は、太陽電池面積の無視できる程度の浪費であり、全面積太陽電池及びモジュール効率の無視できる程度のロスを保証する。
−溝隔離を形成するためのパルスナノ秒(ns)レーザ罫書きは、ここに述べる後部コンタクト/後部接合太陽電池製造プロセスにおいて出発結晶シリコンウェハを使用して太陽電池及び関連MIBS装置を製造するときにはバックプレーンラミネーションプロセスの直後に(及びエピタキシャルシリコンのリフトオフ処理を使用して製造される太陽電池及びMIBSの場合は、バックプレーンラミネーションプロセスを完了し、その後に、再使用可能なテンプレートからそのラミネートされた電池のリフトオフ剥離を行った後に、且つ太陽電池のパルスレーザトリミングの前又は後に)遂行される。エピタキシャルシリコンリフトオフ処理を使用して製造される太陽電池及びMIBSの場合には、溝隔離罫書き又はカッティングプロセスは、リフトオフ剥離境界を画成するためのエピタキシャルシリコン層の剥離前の罫書きに使用され及び/又はラミネート型太陽電池の剥離後のトリミングに使用される同じパルスレーザツール及びソースを任意に使用することができる。従って、溝隔離領域を形成するのに付加的なレーザプロセスツールは必要とされない。
−又、溝隔離を形成するためのパルスナノ秒(ns)レーザは、リムにより取り巻かれ及び画成される太陽電池隔離アイランドの外側に完全隔離のMIBSリムダイオード領域を画成するのにも使用できる。或いは又、パルスnsレーザ罫書きプロセスは、マルチMIBSダイオードアイランド設計や、多数の他の考えられるMIBSパターン設計のような他の設計のMIBSダイオードを形成することができる。
−パルスレーザ罫書きは、薄い(例えば、200ミクロン以下、より詳細には、100ミクロン以下)シリコン基板層を(太陽側から)カットし、その後、バックプレーン材料シート上で停止するのに使用される。希望及び/又は要求に応じて、反射監視を使用するような簡単なリアルタイムのその場でのレーザ罫書きプロセス終了点決めは、完全な貫通半導体層レーザカットを可能にしながらバックプレーンシートにおける溝掘り又は材料除去を最小にするためのプロセスコントロール及び終了点決めに使用される。
−その後、太陽電池及びMIBSリムダイオード領域の側壁は、残りの太陽電池製造プロセスステップの間に、湿式エッチングされ(例えば、太陽電池の太陽面湿式エッチング/テクスチャー化プロセスの一部分として)、テクスチャー化後清掃され、そして不動態化される(不動態化及びARC層の堆積により)。
−太陽電池プロセスフローは、MIBS装置の実施について本質的に不変で且つ調和されたままであり(従って、増分的製造コストの追加は、無視できる程度又は皆無であり)、各太陽電池を伴うMIBS pn接合ダイオードを実施するのに必要な付加的な製造プロセスツールはない。
−全周MIBSリムダイオード領域及び太陽電池アイランド(又はMIBSダイオード構成の他の設計)を画成する溝隔離プロセスは、例えば、パターン化M1層及びバックプレーンラミネーションを通してシリコン基板へ至る電池処理の完了後に(エピタキシャルシリコンリフトオフ処理から作られる太陽電池の場合には、エピタキシャル基板剥離プロセスの後に)太陽面又は前面で遂行され、そしてエピタキシャルシリコンリフトオフ処理から作られる太陽電池の場合には、剥離ツールの一部分として剥離前シリコン罫書きに使用される同じパルスレーザソースを使用する。溝隔離レーザ罫書きは、シリコン基板層を完全に罫書き、そしてバックプレーンで実質的に停止し、バックプレーン材料の除去は、ほとんどないか無視できる程度である。
−MIBS pn接合ダイオードp+ドープの接合領域は、太陽電池のp+ドープのフィールドエミッタ(又はフィールドエミッタ及びエミッタコンタクト領域に対して2つの異なるエミッタの強いドープの領域を含む選択的エミッタプロセスを伴うIBC電池プロセスの場合には、太陽電池p+ドープのエミッタコンタクト領域)を形成する同じプロセスステップで同時に形成される。MIBS pn接合ダイオードnドープの領域は、太陽電池基板及びベース領域として使用される出発n型結晶シリコンウェハと同じである(又はエピタキシャルシリコンリフトオフ処理から作られる太陽電池の場合には、その場でのドープのエピタキシャル太陽電池ベース領域と同じである)。例えば、後部接合/後部コンタクト太陽電池を製造するのに使用される同じ太陽電池エミッタ及びベースドーピングプロセス(例えば、APCVD、レーザ切除、及び熱処理を伴う)は、望ましいp+/nリムダイオード装置構造を同時に形成するのにも使用され、増分的プロセスコストの追加はない。
−金属1(M1)及び金属2(M2)導体パターンは、MIBS pn接合ダイオードのp+ドープ電極が太陽電池のn型ベースに接続され、そしてMIBSダイオードのn型基板領域オーミックコンタクト(太陽電池のn+ドープのベースコンタクト領域と一緒に形成されるn+ドープのコンタクト領域を通る)電極が太陽電池のp+エミッタに接続されるように設計される。これらの適切に形成される接続は、MIBSダイオードがアクチベートされたときの望ましからぬ電流集中及び局所的ホットスポットを最小にし且つ太陽電池が陰に入ることにより太陽電池をバイパスするように分散形態で設計される。
−電池バスバー(ベース及びエミッタバスバー)、並びに櫛型ベース及びエミッタフィンガーの最終的な粗いピッチのパターンは、第2レベルの金属M2パターンで形成される(これは、バックプレーンの露出面、換言すれば、太陽電池の太陽面とは反対の平面)に形成される。又、パターン化M2は、太陽電池とそのMIBS装置との相互接続をモノリシックに完成する。M1パターンは、バスバーによる電気的な陰を排除するためにバスバーのない微細ピッチの櫛型ベース及びエミッタフィンガーのみを有する。
−面積=(1.6Ω・cm×40×10-4cm)/0.01Ω=0.64cm2(MIBS装置面積〜太陽電池面積の0.26%)
−156mm×156mm電池のリム巾:0.64/(15.6×4)=0.010cm=0.10mm又は100ミクロン
−面積=(1.6Ω・cm×40×10-4cm)/0.005Ω=1.28cm2(MIBS装置面積〜太陽電池面積の0.52%)
−156mm×156mm電池のリム巾:1.28/(15.6×4)=0.020cm=0.20mm又は200ミクロン
−面積=(1.6Ω・cm×40×10-4cm)/0.002Ω=3.20cm2(MIBS装置面積〜太陽電池面積の1.30%)
−156mm×156mm電池のリム巾:3.20/(15.6×4)=0.050cm=0.50mm又は500ミクロン
−第1レベル金属M1(例えば、バックプレーンの取り付け及びラミネーションの前に太陽電池の裏面に形成される)は、PVD(プラズマスパッタリング蒸着、イオンビーム堆積、等)アルミニウム(又はアルミニウム合金)或いはスクリーン印刷アルミニウム(又はアルミニウム合金)ペーストで作られたパターン化アルミニウム層(及び/又はAl及びSiのようなアルミニウムを含む合金)である。
−パターン化M1は、コンタクト金属被覆として働きそして太陽電池に櫛型ベース及びエミッタ金属被覆線を形成する(ある実施形態では、バスバーに関連した電気的な陰を排除し又は最小にするためにM1にバスバーはない)。
−ある実施形態では、パターン化櫛型M1金属被覆フィンガーは、溝隔離領域の下に重畳するように太陽電池アイランドを越えて延びず且つMIBSリムダイオード領域へと延びない。太陽電池とその関連MIBS装置との間の電気的相互接続は、パターン化M2層を使用してなされ、そして導電性ビアプラグは、予め特定された相互接続設計に基づいてパターン化M1層とM2層との間にパターン化相互接続を形成する。
−MIBSに使用される全周リムダイオード設計の場合には、M1アルミニウム又はアルミニウム合金金属被覆レベルは、3つの同心的な全周連続的アルミニウム金属被覆ループ(方形電池について方形ループとして示された)を形成して、p+ドープの接合領域、及びMIBSリムダイオードの内側及び外側nドープ基板領域(n+ドープのコンタクト拡散領域を通る)への電気的オーミックコンタクトをなすように設計される。
−M2金属レベルは、銅及び/又はアルミニウム(又はその組み合わせ)を含む比較的安価な低抵抗率の導体材料でのスクリーン印刷及び/又はPVD(例えば、アルミニウムを含む金属被覆のためのプラズマスパッタリング及び/又は熱蒸着及び/又は電子ビーム蒸着)、及び/又は電気化学的堆積又はメッキ(例えば、銅を含む金属被覆のための)、或いは他の金属被覆プロセス(又はその組み合わせ)を使用して形成される。
−パターン化M2金属は、複数の導電性ビアプラグを通して櫛型の電池上M1フィンガーに接続された実質的に直交する櫛型フィンガーにおいてパターン化される。この設計において、太陽電池の櫛型微細ピッチM1フィンガーに対する太陽電池の粗いピッチのM2フィンガーの直交配列は、M2フィンガーの数をM1フィンガーの数より実質的に少なくすることができる。例えば、太陽電池は、バックプレーンラミネーションの前に数百のM1フィンガーを電池に直接形成することができ、一方、バックプレーンラミネーションの後に形成されるM2の数は、典型的に、M1フィンガーの数より約5から約50少ない。
−パターン化M2金属は、MIBS pn接合ダイオードの強いp+ドープの及びn型の基板コンタクトM1金属被覆を、各々、太陽電池のベース及びエミッタバスバーに接続する。或いは又、MIBSに対してショットキーバリアダイオードを使用する場合には、パターン化M2金属は、MIBSショットキーダイオードのショットキーバリアコンタクト(例えば、弱くドープされたn型シリコン上のアルミニウム又はアルミニウム−シリコン合金の非オーミックショットキーコンタクト)及びn型オーミックコンタクトM1金属被覆を、各々、太陽電池のベース及びエミッタバスバーに接続する。
−MIBSショットキーバリアダイオードは、半導体表面(例えば、シリコン)に2つの金属コンタクトを(同じM1層から)形成することにより作られる。半導体基板の強くドープされた領域に形成される一方の金属コンタクトは、オーミックコンタクト(例えば、n型基板の指定エリアに配置されたn+ドープ領域を通して形成された)であり、そして他方のコンタクトは、半導体基板の弱くドープされたn型領域に形成され、そしてダイオード整流電気的特性を与える金属対n型半導体ショットキーバリア(非オーミック)コンタクトを形成する。MIBSショットキーダイオードのショットキーバリア(非オーミック)コンタクト及びn型基板オーミックコンタクト(後者はn型基板上のドープされたn+領域を通る)の両方に対して同じ金属(M1パターン)が使用され、太陽電池製造の付加的な製造コストは最小であるか又は皆無である。
−半導体基板に対して(例えば、ここに述べる結晶シリコン後部コンタクト/後部接合電池の太陽電池ベース領域に対して)n型シリコンが使用される場合には、アルミニウム又はアルミニウムにシリコンを若干含む合金がショットキーバリア金属として使用される。これらの材料は、優れたショットキーバリアダイオード性能特性を与え、太陽電池プロセスフロー及び材料に適合する。アルミニウムは、その仕事関数がn型シリコンの仕事関数より低く、弱くドープされたn型シリコン上に良好なショットキーバリアを形成し、弱くドープされたシリコン表面は、太陽電池のベース及び吸収材としても使用されるn型シリコン層基板により形成される。アルミニウム、又はアルミニウムにある程度のシリコンを含む合金は、ショットキーダイオードの他方の端子のためのn+ドープシリコン上のオーミックコンタクトとしても使用される(即ち、n+ドープ領域を通るn型シリコン基板へのオーミックコンタクト)。
−高性能のショットキーバリアダイオードの場合、前部コンタクト太陽電池であるか、後部コンタクト太陽電池であるかに関わらず、p型シリコン基板に比してn型シリコン基板が使用される。n型シリコン基板の使用は、(p型シリコンウェハで通常観察される)バルク光誘起劣化なしに高効率の太陽電池を製造できるという効果がある。
−(ショットキーコンタクトとも称される)nドープシリコン上のアルミニウムショットキーバリアコンタクト金属電極に正の電位を印加すると、シリコン層にまたがって小さな電位降下が生じ、従って、弱くドープされたn型シリコン基板からアルミニウムショットキーコンタクト電極への電子の注入に対してバリアの高さが減少される。従って、シリコンよりも金属に向かってより多くの電子が拡散し、正味電流が接合を通して流れる。これは、ショットキーバリアダイオードの順方向バイアス又はオン状態である。この順方向バイアス状態は、陰に入る場合に太陽電池の保護を与えるMIBS状態である。
−ショットキーアルミニウム金属電極に負の電圧(又は逆方向バイアス電圧)が印加されると、バリアにまたがる電位が上昇し、空乏層の巾を広げると共に、n型シリコン基板から金属電極への電子の注入を抑制する。それにより生じる電位バリアは、金属電極へと流れる電子を制限して、無視できる程度の電流にする(MIBSショットキーダイオードのオフ状態、この逆方向バイアス状態は、太陽電池が陰に入らないときのMIBS状態を表わす)。アルミニウム−半導体ショットキーコンタクト接合は、MIBSとして使用されるべき優れた整流特性を与えることができる。順方向バイアス(オン状態)のもとでは大きな電流が生じるが、逆方向バイアス(オフ状態)のもとでは無視できる程度の電流が流れ、両方とも、MIBSにとって望ましい特性である。
−ある場合には、ショットキーバリアダイオードは、MIBS実施形態においてpn接合ダイオードとは対照的に使用される。ショットキーバリアダイオードは、pn接合ダイオードよりオン状態の順方向バイアス電圧が低く(例えば、ショットキーダイオードでは〜0.2Vから0.5V程度であるのに対して、pn接合ダイオードでは〜0.6Vから0.8Vであり)、ショットキーバリアダイオードがMIBSとして使用されるときにはMIBS装置による電力消散が低くなる(太陽電池が陰に入るときには、MIBS装置がターンオンして太陽電池を保護する)。pn接合ダイオードに比してショットキーバリアダイオードの電力消散が低いことは、かなりの効果であり、ショットキーバリアダイオードをMIBS装置の優れた選択肢とするものである。
−MIBSリムショットキーダイオードMIBS実施形態は、比較的弱くドープされたn型シリコン基板を主ドープのダイオード領域として使用する。エピタキシャル成長n型ベース及び後部コンタクト/後部接合太陽電池設計と共にエピタキシャルシリコンリフトオフ太陽電池プロセスを使用する太陽電池基板製造プロセスでは、MIBSダイオードのn型シリコン領域がエピタキシャルnドープシリコンと同じ基板(又は太陽電池のベース領域)から形成され、それらは、その後、電池処理中に溝隔離を使用して互いに電気的に隔離される。この場合に、ショットキーアルミニウムコンタクトに使用される領域は、弱くn型ドーピングされ、これは太陽電池のベースドーピングと同じであり(例えば、3×1015cm-3程度の燐ドーピングであるが、ドーピングは、太陽電池の設計要件に基づいてこの量より多くても少なくてもよく)、強くドープされるn+ベースコンタクト拡散領域はない。又、n型シリコン基板へのオーミックコンタクト(ショットキーダイオードの第2端子)は、n型基板の指定領域に形成されたn+ドープ(強くドープされた燐)のオーミックコンタクト領域を通してパターン化M1金属被覆層の一部分としてアルミニウム(又はアルミニウムにシリコンをある程度含ませた合金)を使用して形成することもできる。
−MIBSショットキーバリアダイオードのオーミックコンタクトは、強くドープされたn+ドープのコンタクト拡散領域を通して、n型シリコン基板領域へのアルミニウムオーミックコンタクトを使用することにより形成される(これは、後部コンタクト/後部接合太陽電池のベースオーミックコンタクトに使用されるn+ドープの領域も形成する同じプロセスを使用してそのプロセスの間に形成される)。
−アルミニウム(又はアルミニウム−シリコン)対n型シリコンのショットキーコンタクト、及びアルミニウム(又はアルミニウム−シリコン)対n+シリコン(及びn型シリコン)のオーミックコンタクトを形成するのに使用されるアルミニウム(又はAl/Si合金)層は、太陽電池の櫛型ベース及びエミッタコンタクト金属被覆を形成するのに使用される同じ金属−1(M1)アルミニウム(及び/又はアルミニウム−シリコン)層である。例えば、これは、シリコンへの高品質電気的オーミック(及びショットキー)コンタクトを形成するためにシリコンをある程度含む(シリコンへの接合スパイク又はアルミニウムスパイクを防止するために数パーセント程度のシリコン)高導電率アルミニウム層である。パターン化M1アルミニウム層は、アルミニウム(又はアルミニウム合金)ペースト又はアルミニウム(又はアルミニウム合金)インク(この場合も、例えば、接合スパイクを防止するためにあるシリコン含有パーセンテージで)のスクリーン印刷、ステンシル印刷、エーロゾルジェット印刷、又はインクジェット印刷を使用し、それに続いて、ペースト又はインクの熱硬化を使用して形成される。或いは又、金属1(M1)は、別の適当な方法、例えば、プラズマスパッタリング、熱又は電子ビーム蒸着、イオンビーム堆積のような堆積方法、或いは別のブランケット堆積方法に続いてM1パターン化(例えば、レーザ切除又は湿式エッチングパターン化)により形成することもできる。M1アルミニウム又はアルミニウム合金層の厚みは、アルミニウム層の抵抗率に依存する。典型的に、物理的蒸着又はPVD(例えば、プラズマスパッタリング又は熱蒸着又は電子ビーム蒸着)は、近バルク導電率(例えば、抵抗率〜3μΩ・cm)のアルミニウム層を堆積し、従って、M1アルミニウム層の必要な厚みは、約100nmから約2000nmのおおよその範囲である(2レベルのM1−M2金属被覆アーキテクチャーであるために厚いM1金属は要求されない)。他方、アルミニウム又はアルミニウム合金ペースト又はインクからM1を形成すると、典型的に、低い金属導電率(バルクアルミニウムより相当に低い導電率)となり、例えば、〜30μΩ・cmから〜200μΩ・cmの範囲の材料抵抗率となる。それ故、M1がペースト又はインクから製造される場合には、厚い金属層が要求される(例えば、スクリーン印刷のM1は約1ミクロンから約20ミクロンの厚み範囲)。
−陽子又は水素のイオンインプランテーション及び剥離、金属応力誘起の薄いシリコン剥離、或いはスラリー又はダイアモンドワイヤソーで作られる結晶シリコンウェハの厚みのようなカーフレスの薄いシリコン剥離技術によって製造される結晶シリコンで作られた太陽電池基板及びそれにより得られる太陽電池。
−結晶砒化ガリウム、窒化ガリウム、ゲルマニウム、炭化シリコン、他の化合物半導体、等の他の結晶半導体材料を使用して作られた太陽電池。
−非IBC後部コンタクト太陽電池(MWT太陽電池を含むがこれに限定されない)。
−前部コンタクト太陽電池及びそのような全部コンタクト電池を含むPVモジュール。
−太陽電池ウェハがバックプレーンに取り付けられるようにしてワイヤソー及び他のウェハ技術を使用して作られた結晶半導体ウェハ(例えば、CZ又はFZ単結晶シリコンウェハ又は鋳造多結晶シリコンウェハ)から形成された後部コンタクト/後部接合並びに前部コンタクト太陽電池を含むウェハベースの太陽電池。
4:バイパスダイオード
6:陰に入る電池
8:部分的に陰に入る行
10:陰に入る電池
20:バイパスダイオード
22:隔離溝
24:太陽電池アイランド
26:バイパスダイオード
27、28:隔離溝
30:電池
32、38:シリコン領域
34:表面領域
36:全周溝隔離領域
40:太陽電池アイランド
42:全周隔離溝
44:シリコン領域
46:接合領域
48:MIBSダイオードアイランド
50:太陽電池
60:太陽電池
62:バックプレーンシート
64:溝隔離領域
66:MIBSリムダイオード
68:太陽電池アイランド
70:被膜層
72:pn接合ダイオード領域
74:バイパススイッチ領域
82、84:金属被覆コンタクト
86:溝隔離領域
88:ベース金属被覆フィンガー
92、94:バイパスダイオード
96:金属フィンガー
100:導電性ビアプラグ
102:エミッタバスバー
104:ベースバスバー
106:櫛型フィンガー
108:ベースバスバーフィンガー
110:エミッタバスバーフィンガー
112:エミッタ櫛型フィンガー
122:エミッタバスバー
124:ベースバスバー
126:櫛型ベースフィンガー
128:櫛型エミッタフィンガー
130:ベースバスバーフィンガー
132:エミッタバスバーフィンガー
140:太陽電池アイランド
142:全周溝隔離領域
144:MIBSリムダイオード
146:太陽電池エリア
148:溝隔離領域
150:MIBSリムダイオード
152:太陽電池エリア
154:溝隔離領域
156:MIBSリムダイオード
158:太陽電池エリア
160:溝隔離領域
162:MIBSダイオード
164:太陽電池エリア
166:溝隔離領域
168:MIBSダイオード
170:太陽電池エリア
172:溝隔離領域
174:MIBSリムダイオード
Claims (32)
- バックグランドドーピング、受光前面、及び前記受光前面とは反対の裏面を有する半導体層と、
前記半導体層の裏面に位置されたパターン化第1レベル金属層(M1)と、
前記第1レベル金属層に位置された電気絶縁連続バックプレーン支持シートと、
前記半導体層を、前記電気絶縁連続バックプレーン支持シート上の少なくとも1つの太陽電池半導体領域、及び少なくとも1つのモノリシック集積バイパススイッチ半導体領域へと区画する溝隔離パターンと、
前記電気絶縁連続バックプレーン支持シートに位置されたパターン化第2レベル金属層(M2)と、
前記電気絶縁連続バックプレーン支持シートを貫通して形成されて、前記パターン化第2レベル金属層の選択部分を前記パターン化第1レベル金属層の選択部分に相互接続する複数の導電性ビアプラグと、
を備え、前記パターン化第1レベル金属層、前記パターン化第2レベル金属層、及び前記複数の導電性ビアプラグは、前記太陽電池及びバイパススイッチの一体化構造体の電気的金属被覆及び相互接続を完成するように設計される、モノリシック集積太陽電池及びバイパススイッチ構造体。 - 前記半導体層は、単結晶テンプレートへのエピタキシャルシリコン堆積で形成される単結晶シリコン層である、請求項1に記載の集積太陽電池及びバイパススイッチ構造体。
- 前記半導体層は、多結晶シリコンテンプレートへのエピタキシャルシリコン堆積で形成される多結晶シリコン層である、請求項1に記載の集積太陽電池及びバイパススイッチ構造体。
- 前記半導体層は、出発チョクラルスキー(CZ)単結晶ウェハを使用することにより形成される単結晶シリコン層である、請求項1に記載の集積太陽電池及びバイパススイッチ構造体。
- 前記半導体層は、出発フロートゾーン(FZ)単結晶ウェハを使用することにより形成される単結晶シリコン層である、請求項1に記載の集積太陽電池及びバイパススイッチ構造体。
- 前記半導体層は、出発多結晶ウェハを使用することにより形成される多結晶シリコン層である、請求項1に記載の集積太陽電池及びバイパススイッチ構造体。
- 前記バックグランドドーピングは、n型吸収材及びベースを伴う太陽電池の形成のためのn型ドーピングである、請求項1に記載の集積太陽電池及びバイパススイッチ構造体。
- 前記太陽電池は、後部コンタクト太陽電池である、請求項1に記載の集積太陽電池及びバイパススイッチ構造体。
- 前記太陽電池は、櫛型後部コンタクト(IBC)太陽電池である、請求項1に記載の集積太陽電池及びバイパススイッチ構造体。
- 前記バイパススイッチは、pn接合ダイオードである、請求項1に記載の集積太陽電池及びバイパススイッチ構造体。
- 前記バイパススイッチは、ショットキーバリアダイオードである、請求項1に記載の集積太陽電池及びバイパススイッチ構造体。
- 前記パターン化第1レベル金属(M1)は、バスバーレスベース及びエミッタフィンガーの櫛型パターンである、請求項1に記載の集積太陽電池及びバイパススイッチ構造体。
- 前記パターン化第2レベル金属(M2)は、太陽電池バスバーを伴うベース及びエミッタフィンガーの櫛型パターンである、請求項1に記載の集積太陽電池及びバイパススイッチ構造体。
- 前記パターン化第2レベル金属(M2)は、前記パターン化第1レベル金属(M1)に対して実質的に直交する、請求項1に記載の集積太陽電池及びバイパススイッチ構造体。
- 前記半導体層は、約1ミクロンから約200ミクロンの範囲の厚みを有する、請求項1に記載の集積太陽電池及びバイパススイッチ構造体。
- 前記電気絶縁連続バックプレーン支持シートは、約50ミクロンから約250ミクロンの範囲の厚みを有する、請求項1に記載の集積太陽電池及びバイパススイッチ構造体。
- 前記電気絶縁連続バックプレーン支持シートは、熱膨張係数(CTE)が前記半導体層に比較的厳密に一致する柔軟な材料である、請求項1に記載の集積太陽電池及びバイパススイッチ構造体。
- 前記集積太陽電池及びバイパススイッチ構造体は、柔軟であり、そして柔軟な軽量の光起電力モジュールラミネートでパッケージされる、請求項1に記載の集積太陽電池及びバイパススイッチ構造体。
- 前記受光前面は、不動態化及び反射防止被膜を有する、請求項1に記載の集積太陽電池及びバイパススイッチ構造体。
- 前記集積太陽電池及びバイパススイッチ構造体に対する前記溝隔離パターンの面積比は、1%以下である、請求項1に記載の集積太陽電池及びバイパススイッチ構造体。
- 前記太陽電池半導体領域に対する前記モノリシック集積バイパススイッチ半導体領域の面積比は1%以下である、請求項1に記載の集積太陽電池及びバイパススイッチ構造体。
- 前記電気絶縁連続バックプレーン支持シートは、柔軟なプリプレグシートである、請求項1に記載の集積太陽電池及びバイパススイッチ構造体。
- 前記電気絶縁連続バックプレーン支持シートは、柔軟なアラミド繊維及び樹脂プリプレグシートである、請求項1に記載の集積太陽電池及びバイパススイッチ構造体。
- 前記半導体層は、シリコン、ゲルマニウム、砒化ガリウム、窒化ガリウム、燐化ガリウム、他のIII−V半導体、又はその組み合わせのグループからの少なくとも1つの結晶半導体材料を含む、請求項1に記載の集積太陽電池及びバイパススイッチ構造体。
- 前記太陽電池及び前記バイパススイッチは、前記電気絶縁連続バックプレーン支持シートを共有すると共に、前記パターン化第1レベル金属(M1)、前記第2レベル金属(M2)、及び前記複数の導電性ビアプラグを含むモノリシック相互接続構造体を共有する、請求項1に記載の集積太陽電池及びバイパススイッチ構造体。
- 前記バイパススイッチは、前記太陽電池を取り巻き且つ前記溝隔離パターンにより前記太陽電池から分離された全周リムダイオードである、請求項1に記載の集積太陽電池及びバイパススイッチ構造体。
- 前記バイパススイッチは、前記太陽電池の少なくとも1つの辺に位置され且つ前記溝隔離パターンにより前記太陽電池から分離されたダイオードである、請求項1に記載の集積太陽電池及びバイパススイッチ構造体。
- 前記バイパススイッチは、前記太陽電池の少なくとも1つのコーナーに位置され且つ前記溝隔離パターンにより前記太陽電池から分離されたダイオードである、請求項1に記載の集積太陽電池及びバイパススイッチ構造体。
- 前記バイパススイッチは、前記太陽電池のエリア内に位置され且つ前記溝隔離パターンにより前記太陽電池から分離された少なくとも1つのダイオードアイランドを含む、請求項1に記載の集積太陽電池及びバイパススイッチ構造体。
- 前記バイパススイッチは、太陽電池の2つの対向する対角方向コーナー間に位置され且つ前記溝隔離パターンにより前記太陽電池から分離された少なくとも1つの対角方向ダイオードアイランドを含む、請求項1に記載の集積太陽電池及びバイパススイッチ構造体。
- バックグランドn型ドーピングを伴い、日光受光前面、及び前記日光受光前面とは反対の裏面を含む結晶シリコン層と、
前記結晶シリコン層の裏面に位置されたパターン化櫛型第1レベル金属層(M1)と、
前記第1レベル金属層に位置された電気絶縁連続バックプレーン支持シートと、
前記結晶シリコン層を、前記電気絶縁連続バックプレーン支持シート上の少なくとも1つの太陽電池結晶シリコン領域、及び少なくとも1つのモノリシック集積バイパススイッチ結晶シリコン領域へと区画する溝隔離パターンと、
前記電気絶縁連続バックプレーン支持シートに位置されたパターン化櫛型第2レベル金属層(M2)と、
前記電気絶縁連続バックプレーン支持シートを貫通して形成されて、前記パターン化第2レベル金属層の選択部分を前記パターン化第1レベル金属層の選択部分に相互接続する複数の導電性ビアプラグと、
を備え、前記パターン化第1レベル金属層、前記パターン化第2レベル金属層、及び前記複数の導電性ビアプラグは、前記太陽電池及びバイパススイッチの一体化構造体の電気的金属被覆及び相互接続を完成するように設計される、一体的櫛型後部コンタクト太陽電池及びバイパススイッチ構造体。 - 日光受光半導体層前面及び半導体層裏面を伴う太陽電池と、
半導体層前面及び半導体層裏面を伴うバイパススイッチと、
前記太陽電池及び前記バイパススイッチにより共有され、且つ前記太陽電池半導体層の裏面及び前記バイパススイッチ半導体層の裏面に取り付けられる電気絶縁バックプレーンシートと、
を備え、前記太陽電池半導体層及び前記バイパススイッチ半導体層は、溝隔離で互いに区画され、そして前記電気絶縁バックプレーンシートに支持され、更に、
前記太陽電池及び前記バイパススイッチを相互接続するパターン化電気的金属被覆構造体、
を更に備えた、モノリシック集積の半導体構造体。
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