JP2017536705A - 光起電力モジュールおよび該光起電力モジュールの製造方法 - Google Patents

Abstract

隣接する光起電力セル間の相互接続の抵抗が最小化され、不感領域も最小化される光起電力モジュールおよび該モジュールの製造方法が示される。これは、第一光起電力セルのトップコンタクトから第二光起電力セルのボトムコンタクトまでフィンガーの形で相互接続を配線することによって達成される。相互接続は、光起電力スタックによって第一光起電力セルのボトムコンタクトから分離される。相互接続は、光起電力スタックの開口における第二光起電力セルのボトムコンタクトに接続される。

Description

この発明は、光起電力モジュールおよび該光起電力モジュールの製造方法に関する。具体的には、この発明は、接触フィンガーによって接続される光起電力セルを備える光起電力モジュール、および、該光起電力モジュールの製造方法に関する。

光起電力セルの固有の性質により、セル当たりの利用可能な出力電圧は、低すぎるため有用ではない。したがって、有用な出力電圧を達成するために、通常、複数の光起電力セルが一般に直列接続される。光起電力セルのトップコンタクトを、隣接する光起電力セルのボトムコンタクトに配線する（rout）ことによって、この直列接続が、薄膜太陽電池に対して通常行なわれる。セルを接続するこの方法は、しばしば「モノリシック集積化」と呼ばれる。モノリシック集積化に関連した周知の問題は、配線（routing）により、光起電力セルの領域の一部が光起電力変換に寄与しないということである。該技術分野では、領域のこの部分は、「不感領域」と呼ばれる。太陽電池の性能のために、この不感領域を最小化することは重要である。モノリシック相互接続の別の損失は、トップの透明導電性酸化物（TCO）層が、抵抗損失を最小化するのに相対的に導電性であることを必要とすることである。しかしながら、TCOの導電性をかなり大きくすることによって、TCOは、太陽電池の性能を低下させる、より多くの光を吸収する。TCO層の制限的な（limiting）性能により、この層において太陽電池の性能の相対的に大きな損失がある。

光起電力モジュールでの隣接する光起電力セル間の直列接続を改善するために、当該技術分野ではいくつかの解決策が開示されており、該解決策は金属グリッドを含むことができる。しかしながら、この金属グリッドで引き起こされるシャドーイングにより、いくらかの光が吸収材に入ることを妨げられる。この現象は、「サンブロック（sun-block）」と呼ばれる。

光起電力モジュール内での相互接続（interconnect）を改善することを目的とするいくつかの解決策が、当技術分野に存在する。或る解決策が特許文献１に開示され、別の解決策が特許文献２に開示される。両方のこれらの解決策は、やや複雑な処理を含む解決策を提供する。

欧州特許出願公開第２３９３１２２号明細書（EP2393122A1） 欧州特許出願公開第１８６８２５０号明細書（EP1868250A2）

この発明の目的は、改善された光起電力モジュールを提供することである。さらなる目的は、改善された相互接続構造を備える光起電力モジュールを提供することである。この発明の追加の目的は、改善された光起電力モジュールの製造方法を提供することである。

上記目的の一つ以上と、以下の開示から解釈される可能性のあるさらなる目的とは、光起電力モジュールの製造方法で構成されるこの発明の第一の態様によって満たされる（met）。当該製造方法は、コンタクト層を基板の上に堆積させるステップと、第一コンタクトおよび第二コンタクトが、第一ギャップによって形成されるとともに第一ギャップによって互いから分離されて、対向する側壁を有するように、コンタクト層を貫通する（through）第一ギャップを形成するステップとを備える。第一コンタクトは、第一光起電力セル（photovoltaic cell）のためのボトムコンタクトである。また、第二コンタクトは、第二光起電力セルのためのボトムコンタクトである。製造方法は、光起電力スタックを基板の上に堆積させるステップと、第一光起電力セルと第二光起電力セルとの間にある光起電力スタックにおいてギャップが形成されて、第二コンタクトの上側のコンタクト領域が上側からアクセス可能になるように、第一ギャップと平行であるとともに第一ギャップと少なくとも部分的に重なり、光起電力スタックを貫通する第二ギャップを形成するステップとさらに備える。第二コンタクトの側壁の向い側であって第二コンタクトの側壁に面する、第一コンタクトの側壁の少なくとも一部分が、光起電力スタックで覆われるように、第二ギャップが配置される。製造方法は、第一光起電力セルの光起電力スタックのトップから、上からアクセス可能な第二コンタクトのコンタクト領域まで延在する接触フィンガーを形成するステップをさらに備え、それによって第一光起電力セルおよび第二光起電力セルが、直列接続されるようになる。

上記の目的とさらに可能性のある目的とは、光起電力モジュールで構成されるこの発明の第二の態様によってさらに満たされる。光起電力モジュールは、基板上にあるコンタクト層と、コンタクト層を貫通する第一ギャップとを備える。第一コンタクトおよび第二コンタクトが、第一ギャップによって形成されるとともに第一ギャップによって互いから分離され、対向している側壁を有する。第一コンタクトが第一光起電力セルのためのボトムコンタクトである。また、第二コンタクトが第二光起電力セルのためのボトムコンタクトである。光起電力モジュールは、基板上にある光起電力スタックと、第一光起電力セルと第二光起電力セルとの間にある光起電力スタックにおいてギャップが形成されて、第二コンタクトの上側のコンタクト領域が、上からアクセス可能になるように、第一ギャップと平行であり且つ第一ギャップと重なり、光起電力スタックを貫通する第二ギャップとをさらに備える。第二コンタクトの側壁の向い側であって第二コンタクトの側壁に面する、第一コンタクトの側壁の少なくとも一部分が、光起電力スタックで覆われるように、第二ギャップが配置される。光起電力モジュールは、第一光起電力セルの光起電力スタックのトップから、上からアクセス可能な第二コンタクトの上側のコンタクト領域まで延在する接触フィンガーをさらに備え、それによって、第一光起電力セルおよび第二光起電力セルが、直列接続されるようになる。

接触フィンガーが、低抵抗率の接続と低いサンブロックとを提供するので、第二の態様に係る光起電力モジュールは、改善された光起電力モジュールを提供する。更に、第二の態様に係る光起電力モジュールは、光起電力セルの直列接続のための効率的な構造を提供する。

第一の態様の追加または代替の特徴が、以下に説明される。

光起電力スタックを貫通する第二ギャップを形成するステップは、少なくとも部分的に第一ギャップと重なり、光起電力スタックを貫通する第二溝を形成するステップと、光起電力スタックを貫通する第二穴を形成するステップとを備えることができ、第二穴が、少なくとも部分的に第二溝と重なる。第二コンタクトのより大きな領域がアクセス可能になるので、これは、接触フィンガーのより容易な配線を可能にする。更に、第二コンタクト上にある接触フィンガーのコンタクト領域は、一般に金属フィンガーを使用して、相互接続の低抵抗に寄与する。

コンタクト層を貫通する第一ギャップを形成するステップは、コンタクト層を貫通する第一溝を形成するステップと、コンタクト層を貫通する第一穴を形成するステップとを備え、第一穴が、少なくとも部分的に第一溝と重なる。このことは、第一穴が第一光起電力セルと第二光起電力セルとの間で接触フィンガーを接続するための領域を形成して、光起電力スタックが、第一コンタクトでの第一溝の側壁を覆う必要はないが、その代りに、第一穴を満たすことを意味する。この場合、接触フィンガーは、トップコンタクトから第一ギャップまでの変移部（transition）の近くで、光起電力スタックによって、第一コンタクトから分離されるようになる。

第一穴および第二穴は、互いに隣接している。このことは、接触フィンガーの長さができるだけ短くて、それによって接触フィンガーの抵抗が最小化されることを意味する。製造に関する別の利点は、直線で配線することが簡単であるということである。

第一穴の第一中心点および第二穴の第二中心点は、第一溝および第二溝に実質的に垂直である中心線の上にあることができる。このことは、接触フィンガーの長さができるだけ短くて、接触フィンガーの抵抗を最小化する効果がある。このことは、第一溝での接触フィンガーの長さが短いという効果もある。

接触フィンガーの成形は、中心線と平行に接触フィンガーを形成するように構成されることができる。このことは、接触フィンガーの長さができるだけ短いという効果がある。

第一溝および第一穴の成形は、同時に行なわれることができる。第一溝および第一穴を同時に成形することは、基板の正確な再配置が、第一溝および第一穴を形成する間に必要としないことを意味する。

第一溝および第一穴の成形は、機械的な手段を使用して同時に行なわれることができる。このことは、光起電力モジュールの容易な製造を可能にする。機械的な手段は、ミリング、レーザー・エッチング又はスクライビングにすることができる。

光起電力スタックを基板の上に堆積させるステップは、トップコンタクトとしてZAOトップ層を備えたCIGSスタックを形成するステップを備えることができる。ZAOトップ層は、トップコンタクトに低抵抗を提供する。ZAOトップ層が接触フィンガーと結合する場合、ZAO層の厚さが低減され、それによって、より多くの光がCIGSスタックに入ることを可能にする。

光起電力スタックを基板の上に堆積させるステップは、トップコンタクトとして透明導電性酸化物（TCO）トップ層を備えたCIGSスタックを形成するステップを備えることができる。TCOトップ層は、トップコンタクトに低抵抗を提供する。ZAOトップ層が接触フィンガーと結合する場合、TCO層の厚さが低減され、それによって、より多くの光がCIGSスタックに入ることを可能にする。

以下に、第二の態様の追加または代替の特徴が示される。

光起電力スタックを貫通する第二ギャップは、第二溝および第二穴を備えることができる。第二穴は、少なくとも部分的に第二溝と重なることができる。第二コンタクトのより大きな領域がアクセス可能になるので、このことは、接触フィンガーの容易な配線を可能にする。更に、接触フィンガーと第二コンタクトとの間でのコンタクト領域を増加させることは、一般に低抵抗に寄与する。

コンタクト層における第一ギャップは、コンタクト層を貫通する第一溝と、コンタクト層を貫通する第一穴とを備えることができ、第一穴が、少なくとも部分的に第一溝と重なる。このことは、第一穴が、第一光起電力セルと第二光起電力セルとの間での接触フィンガーを用いる接続用の領域を形成して、光起電力スタックが、第一溝において第一コンタクトの側壁を覆う必要はないが、その代りに、第一穴を満たすことができることを意味する。この場合、光起電力スタックで満たされた第一穴が、第一光起電力セルのトップコンタクトから第二光起電力セルの第二コンタクトまでの接触フィンガーを配線するための分離領域を提供する。

第一穴および第二穴は、互いに隣接することができる。このことは、接触フィンガーの長さができるだけ短くできることを意味する。それによって、接触フィンガーでの抵抗が減少する。これを備える別の利点は、効率的な製造が可能になるということである。

第一穴の第一中心点および第二穴の第二中心点が、第一溝および第二溝に垂直である中心線の上にあることができる。このことは、接触フィンガーの長さができるだけ短くて、それによって、抵抗が最小化されることができるという効果を有する。

接触フィンガーは、中心線と平行に配置される金属フィンガーにすることができる。このことは、接触フィンガーの抵抗を減少させる短い金属フィンガーを可能にする。

光起電力スタックは、ZAOのトップコンタクトを持ったCIGS構造を備えることができる。ZAOトップ層は、トップコンタクトに低抵抗を提供する。ZAOトップ層が接触フィンガーと結合する場合、ZAO層の厚さが低減され、それによって、より多くの光がCIGSスタックに入ることを可能にする。

この発明の第一の実施形態に係る光起電力モジュールの斜視図を例示する。 第一の実施形態に係る光起電力モジュールの製造方法の実施形態を例示する断面図および上面図である。 第一ギャップの異なる実施形態を例示する断面図および上面図である。 第二ギャップの異なる実施形態を例示する断面図および上面図である。 この発明の第三の実施形態に係る光起電力モジュールを例示する斜視図である。 第三の実施形態に係る光起電力モジュールの製造方法の実施形態を例示する断面図および上面図である。 この発明に係る光起電力モジュールの製造方法の実施形態を例示するフローチャートである。 CIGS光起電力スタックの断面図である。

発明者らは、光起電力モジュールにおいて光起電力セルを相互接続するための方法を考案した。該方法は、より少ない機械的なオペレーションを要求することができ、光起電力モジュールの不感領域を同時に減少させる。この詳細な説明では、新規の相互接続構造は、Cu（In, Ga）Se₂の光起電力スタック（一般にCIGSの光起電力スタックで表される）を参照して説明される。しかしながら、創造性のある考えが、薄膜技術を利用する他の光起電力スタックにおいても使用されることができる。

以下では、「上」、「下」、「トップ」、「ボトム」などの位置的用語は、本発明の理解を助けるとともに、単に要素間の相対位置を記載するために使用される。当業者は、これらの関係を逆にすることができることを理解する。

この発明の第一の実施形態では、一般に101で表される光起電力セルモジュールが、図１に示される。光起電力モジュール101は、基板102を備える。基板102は、十分な分離（isolation）および適切な表面の特性を提供するガラスシートまたは他の適切な材料であることができる。

コンタクト層103が、基板102の上に配置される。コンタクト層103は、基板102に堆積されるモリブデン（Mo）の層を備えることができる。第一ギャップ104が、コンタクト層103に設けられる。この第一ギャップ104は、コンタクト層103において第一コンタクト105および第二コンタクト106を形成して画定する。第一コンタクト105は、第一光起電力セル107のためのボトムコンタクトである。また、第二コンタクト106は、第二光起電力セル108のためのボトムコンタクトである。第一コンタクト105および第二コンタクト106が互いから分離されるように、第一ギャップ104は、コンタクト層103の厚みを貫通して延びる。

光起電力スタック109は、第一コンタクト105および第二コンタクト106のそれぞれの上に設けられる。この光起電力スタック109は、ZAOの透明なトップコンタクトを備えるCIGSスタックを備えることができる。そのようなCIGSスタックは、図８を参照しながら以下に説明される。第一コンタクト105上の光起電力スタック109は、第一光起電力セル107を形成し、第二コンタクト106上の光起電力スタック109は、第二光起電力セル108を形成する。

光起電力モジュールからの高電圧を達成するために、第一光起電力セル107および第二光起電力セル108は、光起電力スタック109の上に配置される接触フィンガーを備える金属グリッドによって直列接続される。図１では、一つの接触フィンガー111が図示されている。この接触フィンガー111は、第一光起電力セル107上の光起電力スタック109のトップコンタクトに接続される。このトップコンタクトは、導電性があり且つ透明であるZAO層にすることができる。第一光起電力セル107と第二光起電力セル108との間での良好な直列接続を達成するために、接触フィンガー111は、第一光起電力セル107上の光起電力スタック109のトップコンタクトに接続され、第二コンタクト106のコンタクト領域112まで延在する。このことは、第一光起電力セル107のトップコンタクトが、接触フィンガー111によって第二光起電力セル108の第二コンタクト106に直列接続されることを意味する。しかしながら、第一ギャップ104において接触フィンガー111による第一光起電力セル107での短絡を回避するために、接触フィンガー111が第一ギャップ104にわたって（over）延在する領域において、光起電力スタック109の領域が、接触フィンガー111の下にあって基板102まで延びる。

光起電力スタック109が、半導体特性によってほとんど絶縁することができる光起電力材料を備えるので、接触フィンガー111の下にあって基板102まで延びる光起電力スタック109の領域は、接触フィンガー111を第一コンタクト105から効果的に分離する。このように、第一光起電力セル107の短絡が回避される。

第二コンタクト106の近くで第二光起電力セル108の短絡を回避するために、接触フィンガー111がコンタクト領域112の近くで第二光起電力セルの光起電力スタック109と接触していないことは重要である。

光起電力スタック109が薄膜として製造される場合、光起電力スタック109は、一般に、スパッタリング、蒸着またはコーティングなどで形成される。薄膜の光起電力スタック109の共通の例が、図８に図示される。この例において、光起電力スタック109は、吸収材801を備える。吸収材は、例えば、Cu（In, Ga）（Se, S）₂吸収材であり、一般に、CIGS吸収材と呼ばれる。光起電力スタック109は、例えばCdSからなる緩衝層802をさらに備える。光起電力スタック109は、例えばZnOからなる第一のウィンドウ層803と、例えばZAO（AlドープのZnO（ZAO）である）からなる第二のウィンドウ層804とをさらに備える。ZAO材料は、良好な導電体であり、光起電力スタック109のトップコンタクトとして頻繁に使用される。

接触フィンガー111は、フォトレジスト・マスク上にAl層を蒸着させることによって製造されることができる。また、パターンは、溶質中にフォトレジストを溶かすことによって作り出されることができる。それによって、リフトオフ・プロセスが作り出される。Alパターンが形成される。フォトリソグラフィの使用は、高い製造精度を可能にする。

この発明の第二の実施形態は、図２のａ）からｆ）において部分的に示される。機能によって第一の実施形態の特徴に関連する第二の実施形態の特徴は、同じ番号付けが与えられる。第二の実施形態は、この発明に係る光起電力モジュール101の製造方法を提供する。図２のａ）からｆ）の各々において、上の図は断面図を示し、下の図は平面図を示す。

図２に概説された方法では、以下のステップが実行される。
ａ）適切な基板102を提供するステップ。当該基板が、例えば、ガラス基板、絶縁コーティングを備える鋼板またはステンレス鋼ストリップである。
ｂ）コンタクト層103を堆積させるステップ。この堆積は、蒸着／スパッタリングなどで行なわれることができる。コンタクト層103の共通材料は、モリブデン（Mo）である。
ｃ）例えばレーザー・パタニング、スクライビングまたはエッチングなどによって第一ギャップ104を形成するステップ。この第一ギャップ104は、コンタクト層103を貫通して延びて、互いが電気的に絶縁される第一コンタクト105および第二コンタクト106を形成する。この第一ギャップ104は、上述した方法で形成される第一溝113および第一穴114を備えることができる。有利には、例えば、第一溝113のスクライビングの間に第一穴114を製造するようにスクライバーを制御することによって、第一溝113および第一穴114は同じオペレーションにおいて形成される。第一溝113の典型的な幅は、10μｍから100μｍまでであり、典型的には50μｍである。
ｄ）第一コンタクト105、第二コンタクト106および第一ギャップ104を覆う光起電力スタック109を基板102に堆積させるステップ。この発明の一実施形態では、光起電力スタック109は、図８を参照して上述したような、CIGS構造である。
ｅ）方法は、第二ギャップ110を形成するステップをさらに備える。ｃ）で説明されたのと同じ方法を使用して、第二ギャップ110が形成されることができる。この実施形態では、第二ギャップ110が、第二溝115および第二穴116を備える。第二穴116および第一穴114は、それぞれの中心を通る共通の中心線117を共有することができる。第二穴116および第一穴114は、互いに隣接して配置されることができる。第一光起電力セル107および第二光起電力セル108が、それぞれ、第一コンタクト105および第二コンタクト106の上に形成されるように、第二ギャップ110は、光起電力スタック109を貫通して延びる。第二コンタクト106のコンタクト領域112は、このステップｅ）によって、上からアクセス可能になる。言いかえれば、第二コンタクト106の少なくとも一部分がアクセス可能になるように、第二光起電力セル108の光起電力スタック109の開口が形成される。開口に垂直に見えるとき、開口は、少なくとも部分的に第二溝115と重なっている。
ｆ）方法は、第一光起電力セル107の光起電力スタック109のトップから第二光起電力セル108の第二コンタクト106のコンタクト領域112まで延在する接触フィンガー111を光起電力スタック109の上に形成するステップをさらに備える。接触フィンガー111は、中心線117と平行に配置されることができる。接触フィンガー111のこの配置によって、第一光起電力セル107を第二光起電力セル108に直列接続するようになる。

図３のａ）からｃ）において、第一ギャップ104の異なる代替の実施形態が、開示される。図３のａ）では、第一溝113と、平行四辺形の形式で少なくとも部分的に重なる第一穴114とを備える第一ギャップ104が開示される。

図３のｂ）は、第一溝113と、長方形の形式で部分的に重ねる第一穴114とを備える代替の第一ギャップ104を例示する。

最後に、図３のｃ）は、第一溝113と、不均一な凹部の形式での第一穴114とを備える第一ギャップ104を例示する。

図３に開示された実施形態は、第一光起電力セル107から第二光起電力セル108まで接続するための接触フィンガー111に分離を提供するための、コンタクト層103を貫通して延びる光起電力スタック109の領域を設けるという考えを例示する。

図４のａ）からｃ）では、第二ギャップ110の異なる代替の実施形態が開示される。図４のａ）は、第二溝115と、平行四辺形の形で少なくとも部分的に重なる第二穴116とを備える第二ギャップ110を示す。

図４のｂ）は、第二溝115と、長方形の形で部分的に重なる第二穴116とを備える第二ギャップ110を例示する。

最後に、図４のｃ）は、第二溝115と、光起電力スタック109において不均一な開口の形での第二穴116とを備える第二ギャップ110を例示する。

図４に開示される重要な一つの特徴は、第二穴116が異なる形を有することができるが、異なる実施形態のすべてが、光起電力スタック109で覆われていないコンタクト領域112を第二コンタクト106の上に提供するということである。

第二穴116は、有利には、第二溝115を形成する間に形成されることができる。例えば、第二溝115がコンピュータ制御されたスクライバーによって形成される場合、第二穴116は、第二溝115を形成する間に余分な小刻みな動き（wiggle）を作るようにスクライバーをプログラムすることによって形成されることができる。

図５は、光起電力モジュール101'の第三の実施形態を開示する。この第三の実施形態は、第一ギャップ104'が第二ギャップ110'の第二溝115'の幅（W2）よりも広い幅（W1）を持った第一溝113'を備えるという点で、第一の実施形態の光起電力モジュール101と異なる。このことは、光起電力スタック109'が第一コンタクト105'の側壁を覆い、第一ギャップ104'に面して、それによって、接触フィンガー111が第一コンタクト105'から分離されることを意味する。

第三の実施形態の光起電力スタック109は、上記の記載に係るおよび図８に示されるような光起電力構造を備えることができる。

図６のａ）からｆ）において、第三の実施形態に係る光起電力モジュール101'の製造方法が開示される。機能によって第一の実施形態の特徴に関連する第三の実施形態の特徴は、同じ番号付けが与えられるが、プライム（ダッシュ：prime）が付されている。

この方法は、基板102から始まる。基板102は、例えば、ガラスシート又は金属ストリップにすることができる。

図６のｂ）では、基板102'の上には、例えばスパッタリング、蒸着などによって堆積したコンタクト層103'がある。コンタクト層103'は、モリブデン（Mo）の層にすることができる。

図６のｃ）は、スクライビング、レーザー・エッチング、ミリングなどによって第一ギャップ104'を形成するプロセスを開示する。第一ギャップ104'は、互いから電気的に絶縁される第一コンタクト105および第二コンタクト106を画定する。この実施形態では、第一ギャップ104'は、幅W1'を持った第一溝113'を備える。第一溝113'は、コンタクト層103'を貫通して延びる。

図６のｄ）は、基板102'と、第一コンタクト105'と、第二コンタクト106'とを光起電力スタック109'で覆うプロセスを開示する。図８を参照して上述されるように、光起電力スタック109'は、CIGS光起電力スタックにすることができる。

図６のｅ）では、第二ギャップ110'は、スクライビングまたはレーザー・エッチングなどによって画定されることができる。第二ギャップ110'を形成する間に、スクライバーまたはレーザー・ビームの先端がコンタクト層103'の上にある光起電力スタック109'に当たる場合、光起電力スタック109'だけが除去されるように、プロセスが構成されることができる。光起電力スタック109'だけが除去されるであろう。この実施形態では、第二ギャップ110'は、幅W2を持った第二溝115と、少なくとも部分的に第二溝115と重なる第二穴116'とを備える。この実施形態では、第二溝115'は、W2＜W1の幅で第二コンタクト106'の近くで第一溝113'内に配置される。他の解決策が可能になることがあり、例えばW1=W2である。第二溝115'には、第一ギャップ104に面する第一コンタクト105'の側壁を光起電力スタック109'が覆うように横方向の（lateral）オフセットが設けられている。

図６のｆ）は、例えばリフトオフ・プロセスによって接触フィンガー111'を形成するステップを示す。この実施形態では、接触フィンガー111'は、第一光起電力セル107のトップコンタクト（一実施形態ではCIGSスタックのZAO層である）から、コンタクト層103の露出した領域を画定する第二穴116'の領域における第二光起電力セル108'の第二コンタクト106'まで延在する。接触フィンガー111'のこの接続により、第一光起電力セル107'および第二光起電力セル108'が、直列接続になる。

もちろん、接触フィンガー111を製造するための多くの他の方法が、当技術分野に存在する。上記の実施形態は、一例を開示するだけである。さらに、他の方法（スクリーン印刷、ワイヤー接着、ワイヤー・ボンディング、インクジェット印刷など）も、もちろん可能である。

光起電力モジュール101，101'に対する低抵抗を得るために、複数のフィンガーを並列に接続することは、有利である。一実施形態では、フィンガー間の距離は、0.5mmから2mmまでである。

図７は、フローチャートにおいて、光起電力モジュール101の製造方法の実施形態を示す。この製造方法は、以下に段階的に説明される。
701: コンタクト層103を基板102の上に堆積させるステップ。
702: コンタクト層103に第一ギャップ104を形成するステップ。
703: 光起電力スタック109（CIGSスタックにすることができる）を堆積させるステップ。
704: 光起電力スタック109に第二ギャップ110を形成するステップ。
705: 接触フィンガー111を形成するステップ。

第一の実施形態に関して開示された追加の特徴が、第三の実施形態にも適用されることができる。

発明者らは、光起電力モジュール101の製造方法と同様に、新規の光起電力モジュール101も考案した。この新規の光起電力モジュール101の一つの好適な特徴は、光起電力モジュールの不感領域の減少である。不感領域は、光電変換に関係しない光起電力モジュールのエリアとして規定される。この発明に係る光起電力モジュールでは、不感領域の量をおよそ6%から3%に低減させることができる。

新規な方法の別の重要な特徴は、方法がスクライブの数を低減させることができ、一実施形態ではスクライブの数を従来の３から２に低減させることができるということである。第二穴116を形成するプロセスは、第二溝115のスクライビング・オペレーションの間にスクライバーを小刻みに動かす（wiggle）ことによって行なわれることができる。

光起電力モジュールの開示された実施形態の別の有益な効果は、ZAO層の厚さを低減させることができるということである。ZAO層の厚さの低減は、光起電力モジュールの効率を増加させる。しかしながら、低減されたZAO厚さは、低抵抗を提供するために接触フィンガーのより高密度の構成を要求することができる。開示された先行技術の解決策のすべては、低い程度の不感領域を持ったそのような解決策を提供することができない。

この発明の開示された実施形態の別の有益な効果は、接触フィンガーでの金属の低抵抗により、光起電力セルの幅をおよそ5mmから10mmに増加させることができるということである。このことは、いわゆる不感領域が減少することを意味する。幅の広い光起電力セルのさらなる利点は、各光起電力モジュールからの出力電圧が減少するということである。このことは、より多くの光起電力モジュールが直列接続されることができ、それによって、パワー変換のために動作可能な変換器システムが、より安く且つより簡単になるということを意味する。

しかしながら、光起電力モジュールの製造方法の開示された実施形態の別の有益な特徴は、光起電力スタックが、コンタクト層103の堆積を除いて、同じ設備を使用して順に（in a sequence）堆積することができるということである。全体のシーケンスが真空中で行なわれるので、それは有利である。

方法の一実施形態では、金属グリッドのフォトリソグラフィの画定が、ステッパによって行なわれる。ステッパは、フォトリソグラフィのマスク・パターンをサブパターンとして基板に転写するように構成される。この実施形態は、金属グリッドが基板と正確に位置決めされるようにステッパを制御するように構成される画像認識システムを含むこともできる。

上で言及され且つ説明される実施形態は、例として与えられるだけであり、限定されるべきではない。添付の特許請求の範囲内にある他の解決策、用途、目的および機能が可能である。

101, 101' 光起電力モジュール
102 基板
103 コンタクト層
104, 104' 第一ギャップ
105, 105' 第一コンタクト
106, 106' 第二コンタクト
107, 107' 第一光起電力セル
108, 108' 第二光起電力セル
109, 109' 光起電力スタック
110, 110' 第二ギャップ
111 接触フィンガー
112, 112' コンタクト領域
113, 113' 第一溝
114 第一穴
115, 115' 第二溝
116, 116' 第二穴
117 中心線

Claims (16)

1. コンタクト層（103）を基板（102）の上に堆積させるステップ（701）と、
   第一コンタクト（105）および第二コンタクト（106）が、第一ギャップ（104）によって形成されるとともに第一ギャップ（104）によって互いから分離され、対向している側壁を有するように、前記コンタクト層（103）を貫通する第一ギャップ（104）を形成するステップ（702）であって、前記第一コンタクト（105）が第一光起電力セル（107）のためのボトムコンタクトであり、前記第二コンタクト（106）が第二光起電力セル（108）のためのボトムコンタクトである、第一ギャップ（104）を形成するステップ（702）と、
   光起電力スタック（109）を前記基板（102）の上に堆積させるステップ（703）と、
   前記第一光起電力セル（107）と前記第二光起電力（108）セルとの間にある前記光起電力スタック（109）においてギャップが形成され、前記第二コンタクト（106）の上側のコンタクト領域（112）が、上からアクセス可能になるように、前記第一ギャップ（104）と平行であり且つ重なり、前記光起電力スタック（109）を貫通する第二ギャップ（110）を形成するステップ（704）であって、前記第二コンタクト（106）の側壁の向い側であって前記第二コンタクト（106）の側壁に面する、前記第一コンタクト（105）の側壁の少なくとも一部分が、前記光起電力スタック（109）で覆われるように、第二ギャップ（110）が配置される、第二ギャップ（110）を形成するステップ（704）と、
   前記第一光起電力セル（107）の前記光起電力スタック（109）のトップから、上からアクセス可能である前記第二コンタクト（106）の前記コンタクト領域（112）まで延在する接触フィンガー（111）を形成するステップ（705）であって、前記第一光起電力セル（107）および前記第二光起電力セル（108）が、直列で相互接続されるようになる、接触フィンガー（111）を形成するステップ（705）とを備える、光起電力モジュール（101）の製造方法。
2. 前記光起電力スタック（109）を貫通する前記第二ギャップ（110）を形成するステップは、
   第二溝（115）が少なくとも部分的に前記第一ギャップ（104）と重なるように、前記光起電力スタック（109）を貫通する第二溝（115）を形成するステップと、
   前記光起電力スタック（109）を貫通して、少なくとも部分的に前記第二溝（115）と重なる第二穴（116）を形成するステップとを備えることを特徴とする、請求項１に記載の製造方法。
3. 前記コンタクト層（103）を貫通する第一ギャップ（104）を形成するステップは、
   前記コンタクト層（103）を貫通する第一溝（113）を形成するステップと、
   前記コンタクト層（103）を貫通して、少なくとも部分的に前記第一溝（113）と重なる第一穴（114）を形成するステップとを備える、請求項２に記載の製造方法。
4. 前記第一穴（114）および前記第二穴（116）が、互いに隣接していることを特徴とする、請求項３に記載の製造方法。
5. 前記第一穴（114）の第一中心点および前記第二穴（116）の第二中心点が、前記第一溝（113）および前記第二溝（114）に垂直である中心線（117）の上にあることを特徴とする、請求項４に記載の製造方法。
6. 接触フィンガー（111）を成形するステップ（705）が、前記中心線（117）と平行に前記接触フィンガー（111）を形成するように構成されることを特徴とする、請求項５に記載の製造方法。
7. 前記第一溝（113）および前記第一穴（114）を成形するステップが、同時に行なわれることを特徴とする、請求項２に記載の製造方法。
8. 前記第一溝（113）および前記第一穴（114）を成形するステップが、機械的な手段を使用して同時に行なわれることを特徴とする、請求項３に記載の製造方法。
9. 光起電力スタック（109）を前記基板（102）の上に堆積させるステップ（703）が、トップコンタクトとしてZAOトップ層を備えるCIGSスタックを形成するステップを備えることを特徴とする、請求項１に記載の製造方法。
10. 基板（102）上のコンタクト層（103）と、
    前記コンタクト層（103）を貫通する第一ギャップ（104）であって、第一コンタクト（105）および第二コンタクト（106）が、第一ギャップ（104）によって画定されるとともに第一ギャップ（104）によって互いから分離され、対向している側壁を有し、第一コンタクト（105）が、第一光起電力セル（107）のためのボトムコンタクトであり、第二コンタクト（106）が、第二光起電力セル（108）のためのボトムコンタクトである第一ギャップ（104）と、
    前記基板（102）上の光起電力スタック（109）と、
    前記第一光起電力セル（107）と前記第二の光起電力（108）セルとの間にある前記光起電力スタック（109）においてギャップが形成され、前記第二コンタクト（106）の上側のコンタクト領域が、上からアクセス可能になるように、前記第一ギャップ（104）と平行であり且つ重なり、前記光起電力スタック（109）を貫通する第二ギャップ（110）であって、前記第二コンタクト（106）の側壁の向い側であって前記第二コンタクト（106）の側壁に面する、前記第一コンタクト（105）の側壁の少なくとも一部分が、前記光起電力スタック（109）で覆われるように、第二ギャップ（110）が配置される、第二ギャップ（110）と、
    前記第一光起電力セル（107）の前記光起電力スタック（109）のトップから、上からアクセス可能である前記第二コンタクト（106）のコンタクト領域まで延在する接触フィンガー（111）であって、前記第一光起電力セル（107）および前記第二光起電力セル（108）が、直列接続されるようになる、接触フィンガー（111）とを備えることを特徴とする、光起電力モジュール（101）。
11. 前記光起電力スタック（109）を貫通する前記第二ギャップ（110）が、
    第二溝（115）と、
    少なくとも部分的に前記第二溝（115）と重なる第二穴（116）とを備えることを特徴とする、請求項９に記載の光起電力モジュール。
12. 前記コンタクト層（103）における前記第一ギャップ（104）が、
    前記コンタクト層を貫通する第一溝（113）と、
    前記コンタクト層を貫通して、少なくとも部分的に前記第一溝と重なる第一穴（114）とを備えることを特徴とする請求項１０に記載の光起電力モジュール（101）。
13. 前記第一穴（114）および前記第二穴（116）が、互いに隣接していることを特徴とする、請求項１１に記載の光起電力モジュール（101）。
14. 前記第一穴（114）の第一中心点および前記第二穴（116）の第二中心点が、前記第一溝（113）および前記第二溝（114）に垂直である中心線の上にあることを特徴とする、請求項１２に記載の光起電力モジュール（101）。
15. 前記接触フィンガー（111）が、前記中心線（117）と平行に配置される金属フィンガーであることを特徴とする、請求項１３に記載の光起電力モジュール（101）。
16. 前記光起電力スタックが、ZAOのトップコンタクトを持ったCIGS構造を備えることを特徴とする、請求項９から請求項１３のいずれか一項に記載の光起電力モジュール（101）。

Images