JP2016525279A - 光起電力電池のためのポリシラザンコーティング - Google Patents

Abstract

光起電力電池を作製する方法及びその方法によって生産された装置が開示される。その方法は、半導体基板を提供すること、及び半導体基板の上面に導電性部品を電気的に結合することを含む。反射防止コーティングが半導体基板及び導電性部品上に形成され、反射防止コーティングは複数の副層を含む。副層の各々はポリシラザンを含み、相互に異なる屈折率を有する。半導体基板、導電性部品及び反射防止コーティングから光起電力電池が形成される。

Description

本願は、２０１３年７月５日出願のＵ．Ｓ．Ｐｒｏｖｉｓｉｏｎａｌ Ｐａｔｅｎｔ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｎｏ．６１／８４３２８４、発明の名称「Ｐｏｌｙｓｉｌａｚａｎｅ Ｃｏａｔｉｎｇ ｆｏｒ Ｐｈｏｔｏｖｏｌａｔｉｃ Ｃｅｌｌｓ」の優先権の利益を主張し、これは全ての目的において参照としてここに取り込まれる。

太陽電池は、光子を電気エネルギーに変換する装置である。電池によって生成された電気エネルギーは、半導体材料に結合された電気コンタクトを介して回収され、モジュールにおける他の光起電力電池との相互接続を介して送られる。太陽電池の「標準電池」モデルは半導体材料を有し、入射する太陽光エネルギーを吸収してそれを電気エネルギーに変換するのに使用され、反射防止コーティング（ＡＲＣ）層の下でかつ金属背面シートの上に配置される。電気コンタクトは、通常はファイヤースルーペースト付きの半導体表面に構成され、ファイヤースルーペーストはペーストがＡＲＣ層を介して拡散して電池の表面に接触するように加熱された金属ペーストである。ペーストは一般に、他の電池にリボンによって半田付けされてモジュールを形成する一組のフィンガー及びバスバーにパターニングされる。他のタイプの太陽電池は透明導電性酸化層（ＴＣＯ）間に挟まれた半導体材料を有し、透明導電性酸化層（ＴＣＯ）は同じくフィンガー／バスバーのパターンに構成される導電ペーストの最終層でコーティングされる。

反射防止コーティング（ＡＲＣ）層は、太陽電池表面から反射される太陽光の量を減少させるために太陽光モジュールで一般的に使用され、これにより半導体への入射光の量が増加し、電池変換効率が増加する。シリコン窒化物は、シリコン太陽電池において一般的に使用されるＡＲＣ材料であり、酸素を膜に取り込むことによってその標準屈折率２．０から調整可能である。複数のＡＲＣ層は、シリコン窒化物またはシリコン酸窒化物層の屈折率を操作することによって効率利得を向上させることができる。

光起電力電池を作製する方法及びその方法によって生産される装置が開示される。その方法は、半導体基板を提供すること、及び半導体基板の上面に導電性部品を電気的に結合することを含む。反射防止コーティングが半導体基板及び導電性部品上に形成される。反射防止コーティングは複数の副層を含む。副層の各々はポリシラザンを含み、相互に異なる屈折率を有する。半導体基板、導電性部品及び反射防止コーティングから光起電力電池が形成される。

ここに記載される発明の態様及び実施形態の各々は、単独で、または相互に組み合わされて使用できる。その態様及び実施形態を、添付図面を参照してここに説明する。

図１Ａは、ポリシラザン組成の化学式である。 図１Ｂは、ポリシラザン組成の化学式である。 図２は、従来の太陽電池の鳥瞰図である。 図３は、従来の背面接触型の太陽電池の断面図である。 図４Ａは、いくつかの実施形態における反射防止ポリシラザンコーティングを有する太陽電池の断面図を示す。 図４Ｂは、いくつかの実施形態における反射防止ポリシラザンコーティングを有する太陽電池の断面図を示す。 図４Ｃは、いくつかの実施形態における反射防止ポリシラザンコーティングを有する太陽電池の断面図を示す。 図５は、図４のポリシラザンコーティングの詳細断面図である。 図６は、他の実施形態における反射防止ポリシラザンコーティングを有する太陽電池の断面図である。 図７は、更なる実施形態における反射防止ポリシラザンコーティングを有する太陽電池の断面図である。 図８は、多層反射防止ポリシラザンコーティングを有する光起電力電池を作製する例示の方法についてのフローチャートを示す。 図９Ａは例示の電気コンジットの上面図を示す。 図９Ｂは例示の電気コンジットの上面図を示す。 図９Ｃは図９Ｂのコンジットの断面図を示す。

ポリシラザンは、ポリマーバックボーンにおいてシリコン−窒素結合を含む一種の重合体である。さらに、ポリシラザンは、シリコン及び窒素に加えて、ポリマーバックボーンにおいて酸素原子を含み得る。代表的構造体を図１Ａ及び１Ｂに示す。Ｒ１−Ｒ５は同じであっても異なっていてもよく、水素、置換若しくは無置換のアルキル基（メチル、エチル、プロピル、アリルまたはビニル基など）、または置換若しくは無置換のアリール基（フェニルまたは置換フェニル基）を含む側鎖であり、ｎは重合体における反復単位数を表し、例えば約１０から約１０００などの整数である。ポリシラザンベースの薄膜は、食品包装及び自動車コーティングといったような様々な産業で用いられ、多様な特性を低価格で提供する。太陽電池のためのポリシラザン多層反射防止コーティングがここに記載され、これは腐食保護も与えることができる。屈折率、光透過率及び耐腐食性といった所望の材料及び化学特性を有するポリシラザンを生成するために、ポリシラザン膜の組成、形成条件及び合成後の熱処理が、当技術において公知の任意の方法を用いて調整される。

図２は、反射防止コーティング（ＡＲＣ）層１１０、エミッタ１２０、ベース１３０、前面コンタクト１４０及び背面コンタクト層１５０を含む従来の太陽電池１００の簡略な模式図である。エミッタ１２０及びベース１３０は、ｐ＋領域またはｎ−領域としてドープされた半導体材料であり、ともに太陽電池の活性領域といわれる。前面コンタクト１４０は、通常は、活性領域との電気的接触を行うために反射防止コーティング層１１０を通して焼成される。入射光は、ＡＲＣ層１１０を介して太陽電池１００に入り、これによって光電流がエミッタ１２０とベース１３０の接合部で生成される。生成された電流は、前面コンタクト１４０及び背面コンタクト１５０に接続された電気回路を介して回収される。バスバー１４５は前面コンタクト１４０に接続されてもよく、ここではフィンガー要素として示される。バスバー１４５は、前面コンタクト１４０から電流を回収する。バスバー１４５は、金属リボンをバスバー１４５に半田付けし、リボンを隣接する電池につなげ、それをその電池に半田付けすることによって他の太陽電池との相互接続を与えるのにも用いられる。前面コンタクト１４０及びバスバー１４５のアセンブリは、金属化層ともいわれる。他のタイプの太陽電池では、透明導電性酸化物（ＴＣＯ）層が誘電体タイプのＡＲＣ層の代わりに用いられて電流を回収する。ＴＣＯタイプの電池では、例えば、前面コンタクト１４０及びバスバー１４５の形態における金属化が、ファイヤースルーする必要なしにＴＣＯ層上で加工されてＴＣＯ太陽電池からの電流を回収することになる。

図３は、他のタイプの太陽電池１６０の簡略な模式図を示し、電気コンタクトは、光が入射するのと反対側の背面に構成される。太陽電池１６０は、相互に噛み合わされる背面接触型電池としても知られ、ＡＲＣ層１１０、半導体基板からなるベース領域１３０、並びに相互に逆極性（例えば、ｐタイプ及びｎタイプ）のドープ領域１２０及び１２５を含む。ドープ領域１２０及び１２５は、ＡＲＣ層１１０の反対側の、電池１６０の背面にある。非導電層１７０は、ドープ領域１２０とドープ領域１２５の間を分離させ、電池１６０の背面の保護の役割も果たす。電気コンタクト１４０及び１５０は相互に噛み合わせられ、保護層１７０におけるスルーホール１７５を介してドープ領域１２０及び１２５への電気的接続をそれぞれ構成する。電気コンタクト１４０及び１５０には、コンタクトを電池上に形成するときの製造歩留りの損失、コンタクトに銀を用いる場合の高い材料費、または複雑かつ高価なバリア層を銅コンタクトと半導体の間に付加せずにコンタクトに銅を用いる場合の電池の劣化といった問題がある。

図４Ａ−４Ｃに、いくつかの実施形態における標準的な太陽電池２００の断面図を示し、電池は、例えば、ＡＲＣ層として使用できるポリシラザンコーティング２１０を備える。太陽電池２００はまた、半導体基板２２０、基板２２０の上面２２５上の第１層２３０、電気コンジット２４０、及び実施例によっては各電気コンジット部品２４０と第１層２３０の間の第２層２５０を含む。半導体基板２２０は、例えば、結晶シリコンである。第１層２３０は、使用される太陽電池のタイプに応じて、例えば、シリコン窒化物（Ｓｉ_３Ｎ_４）、透明導電性酸化物（例えば、インジウム−スズ−酸化物）またはアモルファスシリコンである。第１層２３０としてのシリコン窒化物は保護層として作用し、反射防止特性も与えることができる。電気コンジット２４０は、半導体基板２２０から電流を回収する導電性部品であり、例えば、銀または銅のような金属からなる。ある実施形態では、コンジット２４０は電池２００に電気めっきまたは蒸着される。他の実施形態では、コンジット２４０は、太陽電池２００に取り付けられた予め作製された部品である。例えば、コンジット２４０は、本願の出願人によって所有され、全ての目的について参照としてここに取り込まれる、Ｂａｂａｙａｎ他による２０１３年３月１３日出願のＵ．Ｓ．Ｐａｔｅｎｔ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｎｏ．１３／７９８１２３、発明の名称「Ｆｒｅｅ−Ｓｔａｎｄｉｎｇ Ｍｅｔａｌｌｉｃ Ａｒｔｉｃｌｅ ｆｏｒ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ」に記載されるような、マンドレルで作製される自立式電鋳部品であればよい。

ある実施形態では、第２層２５０は、コンジット２４０を基板２２０に電気的に結合することを補助するように存在する。例えば、図４Ａでは、第２層２５０は、シリコン窒化物の第１層２３０で用いられるファイヤースルー銀ペーストである。他の実施例では、第２層２５０は、図４ＢにおけるようなＴＣＯの第１層２３０で導電性を高めるのに用いられる銀ペースト層である。図４Ｃに示す他の実施形態では、コンジット２４０をＴＣＯ第１層２３０またはアモルファスシリコン層２３０と直接接触するように配置することなどによって、第２層２５０は省略される。電気コンジット２４０が予め作製された部品である実施形態では、その予め作製された部品は、例えば、半田または導電性接着剤（ＥＣＡ）のような結合剤で光起電力電池に接合される。図４Ａでは、結合剤（不図示）は、予め作製されたコンジット２４０と第２層２５０との間に配置され、これがファイヤースルーペーストとなる。図４Ｂでは、第２層２５０は銀コンジット線であってもよく、結合剤は第２層２５０とコンジット２４０の間に塗布されることになる。第１層２３０が図４ＣにおけるＴＣＯまたはアモルファスシリコンのように導電性である更なる実施形態では、コンジット２４０は、結合剤をコンジット２４０と第１層２３０の間に塗布することによって第１層２３０に直接取り付けられる。

ある実施形態では、被覆要素が反射防止コーティング上に配置される。第１層が、反射防止コーティングを形成する前に半導体基板上に蒸着される。第１層は第１の屈折率を有し、被覆要素は第２の屈折率を有し、反射防止コーティングのポリシラザン副層は第１の屈折率から第２の屈折率への勾配変化を与える屈折率を有する。図５に、本実施形態における太陽電池２００の前面被覆要素２６０を付加した図４Ａ−４Ｃの領域Ａの例示的な詳細図を示す。図４Ｂの層２５０は、明瞭化のために省略されている。前面被覆２６０は、ガラスまたはプラスチックなどの透明シートであり、太陽電池２００上に配置及び／または積層されて環境条件からそれを保護する。図５では、ポリシラザン層２１０は、複数の副層２１０ａ及び２１０ｂを含むように示され、それらは双方とも異なる構造体を有するポリシラザンであり、勾配のある屈折率を生成するようにカスタマイズされ、したがって反射損失が減少する。副層２１０ａ及び２１０ｂは、本実施形態ではデュアル層ＡＲＣを形成するが、他の実施形態では３層以上の副層が含まれていてもよい。副層２１０ａ及び２１０ｂの各々は、一実施形態では、所望の値を実現する特定のポリシラザン構造体（シリコン、窒素及び選択的に酸素の側鎖及び比率）を選択することによって適合された屈折率を有する。一実施形態では、第１層２３０は屈折率が約２のＳｉ_３Ｎ_４であり、被覆要素２６０は屈折率が約１．５のガラスである。シリコン窒化層２３０とガラス被覆要素２６０の間の勾配変化を形成するために、副層２１０ａは、例えば、１．５＜ｎ_Ａ＜１．７５の屈折率ｎ_Ａから選択され、副層２１０ｂは、例えば、１．７５＜ｎ_Ｂ＜２．０の屈折率ｎ_Ｂから選択される。ｎ_Ａ及びｎ_Ｂについての他の中間範囲も可能である。隣接層の中間となる勾配的な一連の屈折率によって、光学透過損失が減少し、変換効率が向上する。他の実施形態では、第１層２３０が省略され、ｎ_Ａ及びｎ_Ｂは、例えば、シリコン基板２２０に対する３．５と被覆要素２６０に対する１．５の間の屈折率において勾配変化を与えるように選択される。更なる実施形態では、被覆要素２６０が反射防止コーティング２１０ａ／ｂ上に配置され、被覆要素２６０が底面２６０ｂ及び上面２６０ａを有し、底面２６０ｂが反射防止コーティング２１０ａ／ｂに対向する。ポリシラザンを含む外側反射防止コーティング２７０が、被覆要素２６０の上面２６０ａ上に形成される。

他の態様では、ポリシラザンコーティングが、太陽電池における金属腐食及びエレクトロマイグレーションを抑制する。太陽光産業は常に材料のコストの低減を求めているため、銅は、一般的に使用される高価な銀コンタクトに代替して使用されている一材料である。銅は、適切な機械的及び電気的特性を有し、銀よりも安価であり、シリコン太陽電池アーキテクチャに容易に集積される。しかし、銅による金属コンタクトには、光起電力電池の設計に関していくつかの課題がある。銅は湿度のある環境において容易に酸化されるので、太陽光モジュールの寿命における信頼性の問題がもたらされる。さらに、銅は、常温においてさえもシリコンにおける高い拡散係数を有する。銅原子が拡散すると、それらはホストのシリコンにおいて深いレベルのトラップを形成し、これによって太陽電池の性能が低下し得る。集積回路において銅のエレクトロマイグレーションに対処するのに複雑かつ高価な集積手法が工夫されてきたが、そのような手法は、よりコストに敏感な太陽光産業では現実的ではない。

図４Ａ−４Ｃに示すように、ポリシラザン層２１０は、電気コンジット２４０の全露出面をコーティングするのに使用できる。すなわち、ポリシラザン層２１０は、導電性部品の全露出領域を覆う反射防止コーティングとなる。反射防止コーティングは導電性部品及び半導体基板の上面上に位置し、ここで、反射防止コーティングは複数の副層を含み、副層の各々はポリシラザンを含み、各層とは異なる屈折率を有する。全ての露出面をコーティングすることによって、太陽電池２００に浸透して腐食の原因となり得る水分からコンジット２４０が保護される。保護はまた、半導体基板へのエレクトロマイグレーションの危険を低減することになる。銅コンジット２４０はニッケルなどのバリア材料でコーティングまたはめっきされ得るが、バリアコーティングに多少の隙間が存在することは可能である。例えば、バリアコーティングは、めっき処理中に道具すなわちマンドレルによってコンジット２４０が固定される場所においては形成されない。したがって、ポリシラザン層２１０は、電気コンジット２４０に対して追加的な絶縁バリアとなり、これは従来のバリア層よりも低コストとなり得る。ポリシラザンは、背面接触型電池（図２）において、同様に図４Ａ−４Ｃのような前面接触型電池において、腐食またはエレクトロマイグレーションのバリアとして塗布され得る。

図６では、太陽電池３００の他の実施形態が示され、太陽電池は封入剤３７０を含む。太陽電池３００は図４Ａ−４Ｃのものと同様の構成部材を有し、多層ポリシラザンコーティング３１０、半導体基板３２０、基板３２０の上面３２５上の第１層３３０、及び電気コンジット３４０を含む。多層コーティング３１０は、より詳細を上述したように、勾配屈折率特性を与えるように複数のポリシラザン層を含む。この実施形態では、ＴＣＯまたはヘテロ接合電池の場合などにおいて、コンジット３４０が第１層３３０と直接接触するように第２層が省略される。一方、他の実施形態では、電気コンジット３４０と第１層３３０の間の、図４Ａに示すような銀ファイヤースルーペーストなどの第２層が含まれてもよい。図６では、被覆要素３６０が太陽電池全体にわたって配置され、封入剤３７０が被覆要素３６０と電池３００の残りの部分との間を満たす。封入剤３７０は、エチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）、熱可塑性ポリオレフィン（ＴＰＯ）またはポリビニルブチラール（ＰＶＢ）などの当技術で公知の太陽光封入材料であればよい。ある封入剤は、時間とともに、及び水に曝露されると分解して酢酸を生成するエチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）など、酸生産のものである。この酸には、銅に対する腐食の危険がある。図６の実施形態では、ポリシラザン層３１０は、反射防止コーティングとして作用することに加えて、酸腐食に対して銅コンジット３４０のバリアとなる。ポリシラザン層はまた、半導体産業において標準的に使用される方法よりも低コストで保護コーティングを与えることができる。ポリシラザン層３１０は、図５に関して説明したように、第１層３３０と封入剤３７０の間の勾配変化を与えるように設計された副層の屈折率を有する。

図７に、太陽電池４００がシリコン窒化物またはシリコン窒化材料の代わりに第１層４３０としてポリシラザンを備える更なる他の実施形態を示す。太陽電池４００は、ポリシラザン層４１０、半導体基板４２０、基板４２０の上面４２５上の第１層４３０、電気コンジット４４０、第２層４５０、被覆要素４６０及び封入剤４７０を含む。本実施形態では、第１層４３０もポリシラザンを含み、第２層４５０はポリシラザン層４３０を通して焼成される。追加的なポリシラザン層４１０は、第１層４３０上、及び電気コンジット４４０上にコーティングされる。したがって、太陽電池４００のための反射防止コーティングは、ポリシラザン層４１０内の１層以上の副層とともに、一副層としてポリシラザン第１層４３０を備える多層コーティングである。第１ポリシラザン層４３０は、反射防止特性に加えて保護を与え得る。

図８は、光起電力電池に多層ポリシラザンコーティングを適用する例示の方法のフローチャート５００である。工程５１０において、上面を有する半導体基板が提供される。基板は、結晶シリコン、または生産される太陽電池のタイプに適した他の適切な材料である。工程５２０において、導電性部品が半導体基板に電気的に結合される。上述したように、導電性部品は、自立片であってもよいし、基板上に蒸着または形成されてもよい。部品は、例えば、基板上に部品を半田付けすることによって、電気めっき及びエッチングなどによって基板上に部品を形成することによって、またはファイヤースルーペーストの使用によって、半導体基板の上面に電気的に結合される。以下に限定されないが、ファイヤースルーペースト付きのシリコン窒化物、透明導電性酸化物及びアモルファスシリコンなどの１以上の層が、導電性部品と半導体基板の間に含まれてもよい。ある実施形態では、第１層−シリコン窒化物、透明導電性酸化物またはアモルファスシリコンなど−は、反射防止コーティングを形成する前に半導体基板上に蒸着され、導電性部品は第１層を介して半導体層に電気的に結合される。

工程５３０において、ポリシラザンコーティングが、半導体基板の上面及び電気的に結合された導電性部品上に蒸着される。反射防止層は、導電性部品及び半導体基板の上面上に形成され、反射防止コーティングは複数の副層を含む。副層の各々はポリシラザンを含み、副層は相互に異なる屈折率を有する。ある実施形態では、各副層の屈折率は、硬化後に測定される値である。ポリシラザン膜は、対象基板上に蒸着されて高温で乾燥及び硬化されて安定ポリマー膜を形成する液体の前駆体化学物質から通常は準備される。ある実施形態では、複数のポリシラザンによるＡＲＣが、従来の銀フィンガー上に蒸着される。バスバーの電気的接続を可能とするために、ポリシラザンはバスバー領域においてはマスクまたは除去される。他の実施形態では、図９Ａ−９Ｃに関して説明するように、集積バスバーを有する電鋳コンジットが使用される。これらの電鋳コンジットについては、バスバー領域におけるポリシラザンのマスクまたは除去はなくてもよい。ここに開示される多層ポリシラザンＡＲＣは、比較的低コストな方法によってかつ比較的低温で適用可能であることによって、コストに敏感な太陽電池産業において低コストなコーティングを提供する。例えば、無機ポリシラザン膜（Ｒ＝水素）を酸素含有雰囲気においてアニールすることによって屈折率が１．４６の層が得られる一方で、同じ膜を不活性またはアンモニア含有環境においてアニールすることによって屈折率が２程度の層が得られる。一実施形態では、第１ポリシラザン副層が塗布されてから、第２ポリシラザン副層及び後続の副層（その一部はポリシラザンを含んでいてもいなくてもよい）が第１副層上に形成される。ポリシラザン層は、以下に限定されないが、噴霧、浸漬コーティング、スピニング、マイクロジェット吐出などの方法によって塗布される。所望の厚さ、要求される厚さ制御のレベルなどのファクタに応じて特定の方法が選択される。合計の多層ポリシラザン積層の厚さは、例えば、５００〜１５００オングストロームの範囲である。個々の副層の厚さは、波長及びその副層に対する所望の具体的な屈折率による。

工程５３０の一実施形態では、第１層が光起電力基板に塗布され、電気コンジットを覆い、低温で加熱されて溶剤を除去する。その後、第２副層が第１副層上に塗布され、最終的な硬化を引き起こすように両ポリシラザン副層が高温に加熱される。例えば、オーブン内、ホットプレート上または加熱ランプ下において、加熱またはベーキング工程が行われる。ある実施形態では、光起電力電池を一連の加熱ランプを通して、またはオーブンを通して処理するのにコンベヤが利用される。コーティング工程及び加熱工程についての具体的な処理パラメータは、種々の製品と製造ファクタとのバランスを採るように最適化されることができる。製造ファクタは、コーティングの最終的な光学特性、硬化された製品の（例えば、封入剤からの）酸に対する化学的耐性、最終的なコーティングの（例えば、太陽光モジュールについては２５年の単位の）寿命、所望のコーティング厚さ、厚さ制御の所望の精度、製造コスト、及びアセンブリにおける他の材料の温度許容度を含む。ある実施形態では、ポリシラザン副層の硬化温度は、銅コンジットまたは取付け材料、例えば、数百℃で溶融または分解し得る半田またはＥＣＡなど、光起電力電池の他の構成部材に影響を与えない程度に充分に低くなるように設計される。低い硬化温度は、高温（したがって、より高コストとなる）硬化装置を要しない点でも有利である。

ポリシラザンの硬化条件は材料の特性に影響するため、ある実施形態では、硬化温度、湿度及び／または気体環境が、ポリシラザンの最終屈折率及び他の特性を調整するのに選択される。例えば、全てのポリシラザン副層が同時に硬化される状態で、一硬化温度がポリシラザン積層体全体に対して選択される。他の実施例では、異なる硬化温度が各副層に対して用いられる。すなわち、第１副層が第１の温度で硬化されてから、第２副層が第１副層上に蒸着されて第２の温度で硬化される。これらの種々の実施形態では、硬化温度は、３００℃未満であり、例えば２００℃未満であり、または１５０〜２００℃の間である。あるポリシラザンは、常温程度の低い温度で硬化されるように設計される。温度及びポリシラザン組成の組合せは、光起電力電池内の他の構成部材の温度的限度に基づいて決定される。ある実施形態では、湿度は、所望の屈折率を実現するように、例えば、９０％〜１００％を範囲である。ある実施形態では、ポリシラザンを含む外側反射防止コーティングは、例えばガラスである被覆要素の上面上に形成される。

図８の工程５４０において、光起電力電池がアセンブリから完成される。光起電力電池は、半導体基板、導電性部品及び反射防止コーティングから形成される。これは、封入剤を電池上に塗布すること、被覆要素をアセンブリ上に配置すること、及びモジュールにおいて電池を他の電池に接続する相互接続要素を準備することを含む。ある実施形態では、工程５４０は、光起電力電池を酸生産封入剤でカプセル化することを含む。ポリシラザンが腐食及びエレクトロマイグレーションの保護のために導電性部品を完全に覆うため、部品への電気的接続はいずれも、コーティングの前に完了されるべきであり、または露出した金属構成部材が潜在的な電池汚染をもたらさない領域に構成されるべきである。

図９Ａ−９Ｃは、Ｂａｂａｙａｎ他によるＵ．Ｓ．Ｐａｔｅｎｔ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｎｏ．１３／７９８１２３に開示されるような、電鋳マンドレルで生成された電鋳電気コンジットの実施形態を示し、それは本開示の太陽電池に使用可能である。図９Ａ−９Ｂは、例えば、銅またはニッケルコーティングされた銅からなる例示の金属コンジット６００ａ及び６００ｂの上面図である。金属層６００ａ及び６００ｂは、導電マンドレルにおける実質的に平行な溝によって形成された実質的に平行なフィンガー６１０としてここに実施される電鋳要素を含む。金属層６００ｂはまた、縦フィンガー６１０に交差する横フィンガー６２０として実施される電鋳要素を含み、フィンガー６１０とフィンガー６２０は概ね直角に交差する。他の実施形態では、フィンガー６１０とフィンガー６２０は他の角度で交差するが、それでも連続グリッドまたはメッシュパターンを形成する。コンジット６００ａ及び６００ｂはまた、フィンガー６１０及び６２０からの電流を回収するバスバーとして作用するフレーム要素６３０を含む。バスバーを金属部品の一部として形成させることによって製造性が向上する。太陽光モジュール生産の高体積法では、金属リボンを電池に手動で半田付けすることによって電池接続が実現されることが多い。これにより、一般的に、手動での取扱い及び半田リボンによって電池に与えられる応力に起因して、破損または損傷した電池がもたらされる。さらに、手動での半田付け処理によって、高い人件費関連の生産コストがもたらされる。したがって、電鋳金属部品で可能なように、バスバーまたはリボンを予め形成して金属化層に接続させることによって、低コストで自動化された製造方法が可能となる。要素６１０、６２０及び６３０は一体形成されるので、フィンガー６１０、６２０またはバスバー６３０の間の後続の電気的接続を行う必要なしに、部品６００ａ及び６００ｂ上にポリシラザンコーティングを蒸着することが可能である。ポリシラザンの硬化温度が比較的低ければ、コーティングが半田付けの前または後に塗布及び硬化可能となるように、コーティングが被半田付け構成部材と互換可能となるようにすることができる。

フレーム要素６３０はまた、金属コンジット６００ａ及び６００ｂがマンドレルから除去されるときに単位自立部品となるように機械的安定性を与える。すなわち、金属コンジット６００ａ及び６００ｂは、光起電力電池または他の半導体アセンブリから分解された場合に、フィンガー６１０及び６２０が接続された状態で単一の構成部材であるという点で集合体である。フレーム要素６３０はまた、フィンガー６１０及び６２０が光起電力電池に取り付けられる場合にフィンガー６１０とフィンガー６２０の間の間隔及び整列を維持することを補助する。図９Ａ−９Ｂでは、フレーム要素６３０が金属コンジット６００ａ及び６００ｂの一辺にわたって延在するものとして示す。一方、他の実施形態では、フレーム要素が一辺にわたって部分的にのみ延在していてもよいし、２以上の辺を縁取るようにしてもよいし、辺における１以上のタブとして構成されてもよいし、グリッド自体の内部に存在するようにしてもよい。またさらに、フレーム要素は、フィンガー６１０及び６２０として同時に電鋳されてもよく、他の実施形態では、フィンガー６１０及び６２０が形成された後に個別の工程で電鋳される。

図９Ｃに、図９ＢのＢ−Ｂで切った金属コンジット６００ｂの断面を示す。フィンガー６１０及び６２０は高さ「Ｈ」及び幅「Ｗ」を有し、幅に対する高さの比がアスペクト比を規定する。電鋳マンドレルを用いて金属コンジット６００ａ及び６００ｂを形成することによって、電鋳金属部分が、陰影を減少させるなど光起電力用途のために適合可能となる。本実施形態におけるフィンガー６１０は、約１から約５など、本図では約２など、１より大きいアスペクト比を有するものとして示される。断面高さを幅よりも大きくすることによって、光起電力電池上での金属コンジット６００ｂの陰影の影響が減少する。種々の実施形態において、フィンガー６１０及び６２０の一部のみが１よりも大きいアスペクト比を有していてもよいし、またはフィンガー６１０及び６２０の大部分が１より大きいアスペクト比を有していてもよいし、フィンガー６１０及び６２０の全部が１より大きいアスペクト比を有していてもよい。フィンガー６１０の高さ「Ｈ」は、例えば、約５ミクロンから約２００ミクロン、または約１０ミクロンから約３００ミクロンの範囲である。フィンガー６１０の幅「Ｗ」は、例えば、約１０ミクロンから約５ｍｍ、例えば約１０ミクロンから約１５０ミクロンなどの範囲である。各フィンガーの中心線間で測定される平行フィンガー６１０間の距離がピッチ「Ｐ」である。ある実施形態では、ピッチは、例えば、約１ｍｍと約２５ｍｍの間の範囲である。図９Ｂ及び９Ｃでは、フィンガー６１０及び６２０は異なる幅及びピッチを有するが、高さはほぼ同等である。他の実施形態において、フィンガー６１０及び６２０は、相互に異なる幅、高さ及びピッチを有していてもよいし、いずれかの特徴が同じであってもよいし、全ての特徴が同じであってもよい。それらの値は、光起電力電池のサイズ、所望の効率のための陰影量、または金属部品が電池の前面若しくは背面のどちらに結合されるのかといったようなファクタによって選択される。ある実施形態では、フィンガー６１０は約０．５ｍｍと約６ｍｍの間のピッチを有し、フィンガー６２０は約１．５ｍｍと約２５ｍｍの間のピッチを有する。フィンガー６１０及び６２０は、フィンガー６１０及び６２０と実質的に同じ形状及び間隔の溝を有するマンドレルにおいて形成される。フレーム要素６３０は、フィンガー６１０及び６２０と同じ高さを有していてもよいし、図９Ｃにおける破線で示すように薄片であってもよい。他の実施形態では、フレーム要素６３０はフィンガー６１０及び６２０の上部に形成される。

図９Ｃはまた、フィンガー６１０及び６２０の大部分が相互に重なる断面領域となる点において、フィンガー６１０及び６２０が実質的に相互に同一平面上にあることを示す。相互に上下に織り込まれた従来のメッシュと比べて、図９Ｃに示すような同一平面グリッドは、同じ断面積の円断面配線と重なるよりも低いプロファイルを与えることができる。金属層６００ｂの交差する同一平面のラインはまた、電鋳処理中に相互に一体形成され、これによって金属層６００ｂの自立部品に更なるロバスト性が備わる。すなわち、一体的要素が一片として形成され、個別の構成部材からともに接合されることはない。

明細書が発明の特定の実施形態に関して詳細に記載されたが、当業者であれば、上記の理解に達すれば、これらの実施形態の代替例、バリエーション及び均等物を容易に想到し得ることが理解される。本発明に対するこれらの及び他の変形例及びバリエーションは、添付の特許請求の範囲に更に明確に記載される本発明の範囲から逸脱することなく当業者によって実施され得る。またさらに、当業者であれば、上記の説明は例示にすぎず発明を限定するものではないことを理解するはずである。

Claims (30)

1. 光起電力電池の作製方法であって、
   上面を有する半導体基板を提供すること、
   前記半導体基板の前記上面に導電性部品を電気的に結合すること、
   前記導電性部品及び前記半導体基板の前記上面上に反射防止コーティングを形成することであって、前記反射防止コーティングが複数の副層を含み、該副層の各々がポリシラザンを含み、前記副層が相互に異なる屈折率を有する、前記形成すること、及び
   前記半導体基板、前記導電性部品及び前記反射防止コーティングから光起電力電池を形成すること
   を備える方法。
2. 請求項１に記載の方法において、前記ポリシラザンが構造体：
   

   

   を備え、
   同じまたは異なるＲ_１−Ｒ_５が水素、置換若しくは無置換のアルキル基、または置換若しくは無置換のアリール基側鎖を表し、ｎが１０から１０００の整数である、前記方法。
3. 請求項２に記載の方法において、前記側鎖がメチル、エチル、ビニルまたはアリル側鎖である、前記方法。
4. 請求項１に記載の方法であって、前記反射防止コーティングを形成する前に前記半導体基板上に第１層を蒸着することを更に含み、前記導電性部品が前記第１層を介して前記半導体基板に電気的に結合される、前記方法。
5. 請求項４に記載の方法において、前記第１層がシリコン窒化物、透明導電性酸化物またはアモルファスシリコンを含む、前記方法。
6. 請求項４に記載の方法であって、前記導電性部品と前記第１層の間に第２層を配置することを更に含み、前記第２層が銀を含む、前記方法。
7. 請求項４に記載の方法であって、前記反射防止コーティング上に被覆要素を配置することを更に含み、前記第１層が第１の屈折率を有し、前記被覆要素が第２の屈折率を有し、前記反射防止コーティングの副層が、前記第１の屈折率から前記第２の屈折率への勾配変化を与える屈折率を有する、前記方法。
8. 請求項７に記載の方法において、前記被覆要素がガラスを含む、前記方法。
9. 請求項１に記載の方法において、前記反射防止コーティングが前記導電性部品の全露出領域を覆う、前記方法。
10. 請求項１に記載の方法において、各副層の前記屈折率が硬化後のものである、前記方法。
11. 請求項１に記載の方法であって、前記反射防止コーティング上に被覆要素を配置することを更に含み、前記被覆要素が底面及び上面を有し、前記底面が前記反射防止コーティングに対向し、
    前記被覆要素の前記上面上にポリシラザンを含む外側反射防止コーティングを形成することを更に含む前記方法。
12. 請求項１に記載の方法において、前記導電性部品が電鋳部品である、前記方法。
13. 請求項１に記載の方法において、前記導電性部品が銅を含む、前記方法。
14. 請求項１に記載の方法であって、前記光起電力電池を酸生産封入剤でカプセル化することを更に含む前記方法。
15. 請求項１４に記載の方法において、前記酸生産封入物がエチレンビニルアセテートを含む、前記方法。
16. 光起電力電池であって、
    上面を有する半導体基板、
    前記半導体基板の前記上面に電気的に結合された導電性部品、及び
    前記導電性部品及び前記半導体基板の前記上面上に位置する反射防止コーティングであって、前記反射防止コーティングが複数の副層を含み、該副層の各々がポリシラザンを含み、前記副層が相互に異なる屈折率を有する、前記反射防止コーティング
    を備えた光起電力電池。
17. 請求項１６に記載の方光起電力電池おいて、前記ポリシラザンが構造体：
    

    

    を備え、
    同じまたは異なるＲ^１−Ｒ^５が水素、置換若しくは無置換のアルキル基、または置換若しくは無置換のアリール基側鎖を表し、ｎが１０から１０００の整数である、前記光起電力電池。
18. 請求項１７に記載の光起電力電池において、前記側鎖がメチル、エチル、ビニルまたはアリル側鎖である、前記光起電力電池。
19. 請求項１６に記載の光起電力電池であって、前記半導体基板と前記反射防止コーティングの間の第１層を更に備え、前記導電性部品が前記第１層を介して前記半導体基板に電気的に結合される、前記光起電力電池。
20. 請求項１９に記載の光起電力電池において、前記第１層がシリコン窒化物、透明導電性酸化物またはアモルファスシリコンを含む、前記光起電力電池。
21. 請求項１９に記載の光起電力電池であって、前記導電性部品と前記第１層の間の第２層を更に備え、前記第２層が銀を含む、前記光起電力電池。
22. 請求項１９に記載の光起電力電池であって、前記反射防止コーティング上の被覆要素を更に備え、前記第１層が第１の屈折率を有し、前記被覆要素が第２の屈折率を有し、前記反射防止コーティングの副層が、前記第１の屈折率から前記第２の屈折率への勾配変化を与える屈折率を有する、前記光起電力電池。
23. 請求項２２に記載の光起電力電池において、前記被覆要素がガラスを含む、前記光起電力電池。
24. 請求項１６に記載の光起電力電池において、前記反射防止コーティングが前記導電性部品の全露出領域を覆う、前記光起電力電池。
25. 請求項１６に記載の光起電力電池において、各副層の前記屈折率が硬化後のものである、前記光起電力電池。
26. 請求項１６に記載の光起電力電池であって、
    前記反射防止コーティング上の被覆要素であって、底面及び上面を有し、前記底面が前記反射防止コーティングに対向する、前記被覆要素、及び
    前記被覆要素の前記上面上のポリシラザンを含む外側反射防止コーティング
    を更に備えた前記光起電力電池。
27. 請求項１６に記載の光起電力電池において、前記導電性部品が電鋳部品である、前記光起電力電池。
28. 請求項１６に記載の光起電力電池において、前記導電性部品が銅を含む、前記光起電力電池。
29. 請求項１６に記載の光起電力電池であって、前記光起電力電池をカプセル化する酸生産封入剤を更に備えた前記光起電力電池。
30. 請求項２９に記載の光起電力電池において、前記酸生産封入物がエチレンビニルアセテートを含む、前記光起電力電池。

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