JP2019502263A - 太陽電池を相互接続する方法 - Google Patents

Abstract

光起電力モジュールは、その最上部上に複数の導電性相互接続部を有する後部基板を備える。導電性相互接続部は、第１の接触領域および第２の接触領域を含む。光起電力モジュールは、支持基板の最上部上の後部電極の最上部上の光起電力層の前部表面上に配置された前部電極を備える複数の光起電力セルをさらに備える。第１のセルの支持基板を貫いて伸長する複数の後部ビアは、後部電極と第２の接触領域の間で電気的接触を形成し、第２のセルの支持基板、後部電極、および光起電力層を貫いて伸長する複数の前部ビアは、前部電極と第１の接触領域の間で電気的接触を形成し、後部電極、および光起電力層のＰ側と電気的に接触しないように絶縁される。
【選択図】図１Ａ

Description

［関連出願の相互参照］
本願は、２０１６年１月１３日に提出された、「太陽電池を相互接続する方法」と題する米国特許出願公開第１４／９９４，８８９号明細書の優先権を主張する。この先行出願の開示は、参照により全体が本明細書に組み込まれる。

本発明は、一般に光起電力セルに関し、より詳細には光起電力セルを光起電力モジュールに相互接続することに関する。

太陽電池は、光エネルギーを電気エネルギーに変換する、広く使用される技術になった。太陽電池のアレイを相互接続し、ソーラーモジュールまたはソーラーパネルに組み立てて、個々の太陽電池により発生した集合電流および集合電圧を達成することができる。太陽電池を相互接続する、１つの広く行われている取り組み方法は、電気接続を実現するために、２つの太陽電池、たとえば上部電池および下部電池を、重ね合わせることである。典型的な太陽電池構成では、上部電池の後部電極が、下部電池の前部電極と電気的に接続される。この手法では、複数の太陽電池が直列に相互接続される。

より具体的には、太陽電池の光起電力（ＰＶ）層の前部側および後部側上に配置された金属コンタクトは、それぞれ前部電極および後部電極を形成する。後部電極は、ＰＶ層と非導電性基板層の間に配置される。したがって、２つの電池が互いに部分的に重なり合うとき、非導電性基板は、上部電池の後部電極と下部電池の前部電極との間に配置される。２つの重なり合う電池の間に電気的導通を提供するために、基板上にビアを作成し、一般に充填処理中に樹脂、ペースト、またはインクの形をとり、かつ硬化処理後に硬化する導電性材料を、ビアに充填する。

実際には、後部ビアは通常、潜在的に接触不良につながる可能性がある、ビアの内側の空所形成を防止するために、導電性材料を過充填しがちである。しかしながら、特に、２つの太陽電池を積み重ね、かつ一体化するために一緒に押しつけるとき、後部ビアに過剰な導電性材料を充填することにより、ビアから導電性材料の、制御されていない横からのオーバーフロー（スミア）が引き起こされる傾向がある。望ましくないことには、導電性材料オーバーフローは、別の太陽電池（たとえば、下部太陽電池）の前部電極および後部電極に到達し、ブリッジし、短絡を引き起こす可能性がある。

従来、この問題を解決するために、太陽電池の周辺に絶縁材料を堆積させ、次に硬化手順が続く。ソーラーモジュールの機械的完全性のために、重なり合っている太陽電池を両方とも接合するために、および上述の導電性材料オーバーフローが短絡を引き起こさないように、絶縁用接着剤を塗布することができる。

さらに、ソーラーモジュールの一続きの太陽電池は、相互接続された太陽電池のエネルギー生成能力が消散しないように、相互接続された太陽電池の特性が不整合にならないように保護する必要がある。重なり合う構造で太陽電池が配列されたとき、１つの方法は、いくつかの太陽電池に対応する場所にリボン状導体を配置することにより、ソーラーモジュールの１群の太陽電池に、バイパスダイオードとも呼ばれるダイオードを接続することである。リボン状導体は、ダイオードの接触端子と、バイパスすべき一続きの太陽電池の接触端子との間に電気的接触を提供する。

したがって、太陽電池と個々の太陽電池の関連する絶縁材との間の重なり合いを除去し、太陽電池と、関連する絶縁材との重なり合いに起因する、ソーラーパネル全体の厚さを低減し、ソーラーモジュールの一続きの太陽電池とダイオードを都合よく接続する必要がある。

本開示による代表的一実施形態では、光起電力セルは、光エネルギーを電気エネルギーに変換するように構成された光起電力層と、光起電力層の第１の側に配置された前部導電層と、光起電力層の第２の側に配置された後部導電層とを含む。第２の側は、第１の側の反対側にあり、前部導電層および後部導電層は、光起電力層から発生する電流を外部回路に伝導するように構成される。光起電力セルは、後部導電層の下に配置された支持基板をさらに含み、後部ビアは、支持基板を貫いて伸長し、導電性材料を分配され、後部導電層と電気的接触を形成し、前部ビアは、支持基板層、後部導電層、および光起電力層を貫いて伸長し、導電性材料および絶縁材料を分配される。絶縁材料は、後部導電層、および光起電力層のＰ側と電気的に接触しないように導電性材料を絶縁し、導電性材料は、前部導電層と電気的接触を形成する。

本開示による別の代表的実施形態では、光起電力モジュールは、後部基板と、後部基板の外面の最上部に配置された複数の導電性相互接続部とを含む。導電性相互接続部は、第１の接触領域および第２の接触領域を有する。光起電力モジュールは、後部基板の外面の最上部で互いに電気的に結合した複数の光起電力セルをさらに含む。光起電力セルは、支持基板の最上部上の後部電極の最上部上の光起電力層の前部表面上に配置された前部電極を備える。光起電力セルはまた、支持基板を貫いて伸長して、後部電極と電気的接触を形成する複数の後部ビアと、支持基板、後部電極、および光起電力層を貫いて伸長して、前部電極と電気的接触を形成し、後部電極、および光起電力層のＰ側と電気的に接触しないように絶縁される複数の前部ビアとを備える。複数の導電性相互接続部のうちの１つの導電性相互接続部の第１の接触領域は、複数の光起電力セルのうちの第１の光起電力セルの複数の前部ビアに電気的に結合し、導電性相互接続部の第２の領域は、複数の光起電力セルのうちの第２の光起電力セルの複数の後部ビアに電気的に結合する。

本開示によるさらに別の代表的実施形態では、光起電力セルを相互接続する方法を提供する。光起電力セルは、支持基板上の後部電極上に配置された光起電力層上に配置された前部電極と、支持基板を貫いて伸長して、後部電極と電気的接触を形成する複数の後部ビアと、支持基板、後部電極、および光起電力層を貫いて伸長して、前部電極と電気的接触を形成し、後部電極、および光起電力層のＰ側と電気的に接触しないように絶縁される複数の前部ビアとを含む。方法は、後部基板の外面上に導電性相互接続部を取り付けるステップを含み、導電性相互接続部は、第１の接触領域および第２の接触領域を有する。方法はまた、導電性相互接続部の第１の接触領域と重なるように第１の光起電力セルを取り付けるステップを含み、そこでは、第１の光起電力セルの複数の前部ビアは、導電性相互接続部の第１の接触領域と第１の光起電力セルの前部電極との間で電気的に結合される。方法は、導電性相互接続部の第２の接触領域と重なるように第２の光起電力セルを取り付けるステップをさらに含み、そこでは、第２の光起電力セルの複数の後部ビアは、導電性相互接続部の第２の接触領域と第２の光起電力セルの後部電極との間で電気的に結合される。

類似の参照文字が類似の要素を指定する添付図面と併せて解釈されたとき、以下の詳細な説明を読むことにより、本発明の実施形態は、よりよく理解されるであろう。

本開示の一実施形態による、それぞれのビア構造物を通して導電性相互接続部にそれぞれ電気的に結合した２つの代表的光起電力セルの一体化構成の平面図である。 線Ａ−Ａに沿って得られる、図１Ａの一体化構成の断面図である。 線Ｂ−Ｂに沿って得られる、図１Ａの一体化構成の断面図である。 本開示の一実施形態による、ＰＶセルの前部表面からの、複数の前部ビアおよび複数の後部ビアを有する代表的ＰＶセルの平面図である。 線Ａ−Ａに沿って得られる、図２ＡのＰＶセルの断面図である。 線Ｂ−Ｂに沿って得られる、図２ＡのＰＶセルの断面図である。 本開示の一実施形態による、絶縁材料で絶縁された前部ビアを示す、代表的ＰＶセルの一部分の断面図である。 本開示の一実施形態による、絶縁材料で絶縁された前部ビアを示す、別の代表的ＰＶセルの一部分の断面図を示す。 本開示の一実施形態による、絶縁材料で絶縁された前部ビアを示す、別の代表的ＰＶセルの一部分の断面図を示す。 本開示の一実施形態による、導電性材料を分配された、絶縁された前部ビアを示す、代表的ＰＶセルの一部分の断面図である。 本開示の一実施形態による、導電性材料を分配された後部ビアを示す、代表的ＰＶセルの一部分の断面図である。 本開示の一実施形態による、導電性材料を分配された、別様に絶縁された前部ビアを示す、代表的ＰＶセルの一部分の断面図である。 本開示の一実施形態による、複数の前部ビアおよび複数の後部ビアを示す、ＰＶセルの後部表面からの平面図である。 本開示の一実施形態による、複数の導電性相互接続部を示す、後部基板の平面図である。 本開示の一実施形態による、図７Ａの後部基板の最上部上の導電性相互接続部に結合している第１および第２のＰＶセルを示す。 本開示の一実施形態による、図７Ａの複数の導電性相互接続部により相互接続された複数のＰＶセルを示す、代表的ＰＶモジュールの平面図である。 本開示の一実施形態による、相互接続拡張部分に電気的に結合したダイオードを示す、代表的ＰＶモジュールの平面図である。

次に、添付図面に例が示されている、本発明の好ましい実施形態を詳細に参照する。本発明について、好ましい実施形態と併せて説明するが、好ましい実施形態は、これらの実施形態に本発明を限定するものではないことが理解されよう。それどころか、本発明は、添付の特許請求の範囲により規定されるような本発明の精神および範囲に含まれてもよい代替形態、修正形態、および均等物を包含することが意図される。さらに、本発明の実施形態についての、以下の詳細な説明では、本明細書を完全に理解できるように、数多くの具体的な詳細を記載する。しかしながら、本発明は、これら特定の詳細なしに実施されてもよいことを当業者は認識されよう。他の場合には、本発明の実施形態の態様を不必要に曖昧にしないように、周知の方法、手順、構成要素、および回路について詳細に説明しない。明確にするために、番号付ステップのシーケンスとして方法について表現する場合があるが、番号付けは、ステップの順序を必ずしも規定しなくてもよい。ステップのいくつかをスキップしても、並列に遂行しても、シーケンスの順序を厳密に維持するという要件なしに遂行してもよいことを理解されたい。本発明の実施形態を示す図面は、半図解式であり、縮尺通りではなく、詳細には、寸法のいくつかは、明確に提示するためのものであり、描いている図では誇張して示されている。同様に、説明を容易にするために、図面の視線は、一般に類似の向きで示すが、図のこの描写は、大部分は任意である。一般に、本発明を、任意の向きで動作させることができる。

［専門用語の注釈］
しかしながら、これらおよび類似の用語は、適当な物理量と関連づけられるべきものであり、これらの量に適用された単に便利なラベルであることを心に留めておかれたい。以下の議論から明白なように、特に指定のない限り、本発明を通じて、「処理する」または「アクセスする」または「実行する」または「記憶する」または「レンダリングする」などの用語を利用する議論は、コンピュータシステムまたは類似の電子計算機器の活動および処理を指すことが認識され、このコンピュータシステムまたは類似の電子計算機器は、コンピュータシステムのレジスタおよびメモリ、ならびに他のコンピュータ可読媒体内部で、物理（電気）量として表現されたデータを操作し、コンピュータシステムのメモリもしくはレジスタ、または他のそのような情報の記憶装置、伝送機器、または表示機器の内部の物理量として同様に表現された他のデータに変換する。構成要素がいくつかの実施形態で出現するとき、同じ参照番号を使用することは、その構成要素が元の実施形態で示されるのと同じ構成要素であることを意味する。

［太陽電池を相互接続する方法］
本発明の実施形態について、太陽電池をソーラーモジュールまたはソーラー・サブ・モジュールに相互接続することに関して説明する。そのような太陽電池の例は、光起電力デバイス、オプトエレクトロニクスデバイス、半導体デバイス、および任意の電子デバイス（たとえば、ダイオード、発光ダイオード（ＬＥＤ）など）を含むが、それらに限定されない。オプトエレクトロニクスデバイスのそのような金属コンタクトの例は、フィンガー・バス・バー構成を含むが、それに限定されない、オプトエレクトロニクスデバイスの任意の電極パターンを含む。

本明細書では、用語「ソーラーモジュール」および「光起電力（ＰＶ）モジュール」を交換可能に使用し、用語「太陽電池」および「ＰＶセル」を交換可能に使用する。本明細書では、ＰＶセルがエネルギー変換のために定位置に据え付けられたときの、ＰＶセルの意図する向きを基準にして、用語「前部」、「後部」、「最上部」、および「下部」を使用する。たとえば、ＰＶセルの前部側は、太陽光の方へ向くことが意図される。

本開示は、太陽電池の任意の具体的な構成、構造、寸法、幾何形状、材料組成、製作プロセス、または用途に限定されない。いくつかの実施形態では、太陽電池のＰＶ層は、ＧａＡｓ、銅・インジウム・ガリウム・セレン（ＣＩＧＳ）、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、アモルファスシリコン、アモルファス微結晶タンデム、薄膜多結晶シリコンなどに基づく、１つまたは複数の薄膜サブ層を含んでもよい。太陽電池の基板は、可撓性があっても、剛性を有してもよく、ポリマー、シリコン、ガラスなどから作られてもよい。たとえば、基板は、可撓性があり、感圧接着剤（ＰＳＡ）層およびポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）層を含む。

いくつかの実施形態では、ＰＶセルのアレイは、より高い電力発生を達成するために、電気的に直列に結合され、そこではたとえば、それぞれのＰＶセルの前部電極は、別のＰＶセルの後部電極と接続される。図１Ａは、本開示の一実施形態による、導電性相互接続部１３０にそれぞれ電気的に結合された、２つの代表的ＰＶセル１１０および１２０の一体化構成を示す平面図である。ＰＶセル１１０およびＰＶセル１２０はそれぞれ、最上部表面および後部表面（図示せず）を有する。導電性相互接続部１３０はまた、最上部表面１３０−１および後部表面（図示せず）を有する。ＰＶセル１１０および１２０は、相互接続部１３０と部分的に重なり合うことにより、ＰＶセル１１０および１２０の後部表面で導電性相互接続部１３０の最上部表面１３０−１に結合する。ＰＶセル１１０の複数の後部ビア内に分配された導電性材料により、ＰＶセル１１０と相互接続部１３０との間に電気的接触が提供され、ＰＶセル１２０の複数の前部ビア内に分配された導電性材料により、ＰＶセル１２０と相互接続部１３０との間の電気的接触が提供される。

図１Ｂは、線Ａ−Ａに沿って得られる、図１Ａの一体化構成の断面図である。ＰＶセル１１０は、前部金属層１１１、ＰＶ層１１２、後部金属層１１３、および非導電支持基板層１１４を含む。ＰＶセル１１０は、支持基板層１１４内に複数の後部ビア１１５をさらに含む。後部ビア１１５は、基板層１１４を貫いて伸長し、ＰＶセル１１０の後部金属層１１３の一部分を露出する。後部ビア１１５は、ＰＶセル１１０の後部金属層１１３と相互接続部１３０との間に電気接続を提供する導電性材料を分配される。

図１Ｃは、線Ｂ−Ｂに沿って得られる、図１Ａの一体化構成の断面図である。ＰＶセル１２０は、前部金属層１２１、ＰＶ層１２２、後部金属層１２３、および非導電支持基板層１２４を含む。ＰＶセル１２０は、複数の前部ビア１２６をさらに含む。前部ビア１２６は、基板層１２４、後部金属層１２３、およびＰＶ層１２２からなる積層内で伸長し、ＰＶセル１２０の前部金属層１２１の一部分を露出する。前部ビア１２６は、ＰＶセル１２０の前部金属層１２１と相互接続部１３０との間で電気的接続を提供する導電性材料を分配され、それにより、ＰＶセル１１０に電気的に直列に相互接続する。前部ビア１２６はまた、後部金属層１２３およびＰＶ層１２２と電気的に接続しないように導電性材料を電気的に絶縁する絶縁材料（図示せず）を分配される。

典型的には、導電性材料は、後部金属層１１３が基板１１４と一体化された後、基板１１４の後部表面１１８から後部ビア１１５の中に分配される。導電性材料、および前部ビア１２６の壁の周囲にある絶縁材料は同じく、後部金属１２３が支持基板１２４と一体化された後、基板１２４の後部表面１２８から前部ビア１２６の中に分配される。ビアを通る、空所のない電気的接触を確実にするために、過剰な量の導電性材料をビアの中に分配することは実際に役立つ。導電性材料はまた、接着剤とすることができ、ＰＶセル１１０およびＰＶセル１２０を相互接続部１３０に結合する。

図１に示すようなＰＶセルの各構成層は、さまざまな適切な材料組成を有してもよく、当技術分野で周知の任意の適切な手法で製作されても、ＰＶセルに一体化されてもよいことを認識されよう。また、さまざまな構成層を一体化する順序は、特定の実施形態に応じて変わる。支持基板層はまた、支持基板を後部金属層に結合する１つまたは複数の接着材料層を含むことができる。たとえば、ＰＳＡ層は、基板層を後部金属層に接合することができる。

図２Ａは、本開示の一実施形態による、複数の前部ビアおよび複数の後部ビアを有する代表的ＰＶセルの平面図である。ＰＶセル２００の前部表面２０２上には、バスバー２０１Ａおよび複数のフィンガー２０１Ｂを含むように櫛形前部電極を示す。複数の前部ビア２０３は、横方向に並んでバスバー２０１Ａの真下に配置され、ＰＶセル２００の後部表面（図示せず）に複数の対応する開口部（破線の円で示す）有する。複数の後部ビア２０４は、横方向に並んでフィンガー電極間に配置され、ＰＶセル２００の後部表面（図示せず）に複数の対応する開口部（破線の円で示す）有する。

図２Ｂは、前部ビア構造物を示す、線Ａ−Ａに沿って得られる、図２ＡのＰＶセルの一部分の断面図である。後部から前部へ、ＰＶセル２００は、支持基板層２１２、後部金属層２１０、ＰＶ層２０８、および前部金属層２０１Ａを含む。支持基板層２１２は、ＰＳＡ層２１２ＢおよびＰＥＴ層２１２Ａを含むように示されている。前部ビア２０３は、支持基板層２１２、後部金属層２１０、およびＰＶ層２０８からなる積層を貫いて伸長して、前部電極の一部分を露出する。この例では、露出した前部金属層は、バスバー２０１Ａの一部である。

図２Ｃは、後部ビア構造物を示す、線Ｂ−Ｂに沿って得られる、図２ＡのＰＶセルの一部分の断面図である。後部から前部へ、ＰＶセル２００は、支持基板層２１２、後部金属層２１０、ＰＶ層２０８、および前部金属層２０１Ｂを含む。支持基板層２１２は、ＰＳＡ層２１２ＢおよびＰＥＴ層２１２Ａを含むように示されている。後部ビア２０４は、支持基板層２１２を貫いて伸長して、後部金属層２１０の一部分を露出する。

レーザーアブレーション、または当技術分野で公知の任意の適切な技法により、支持基板層２１２を貫いて穴をあけることにより、後部ビア２０４を形成することができる。レーザーアブレーションに続きウェットエッチングにより支持基板層２１２を貫いて穴をあけて、後部金属層２１０およびＰＶ層２０８を貫いて伸長することにより、または当技術分野で公知の任意の適切な技法により、前部ビア２０３を形成することができる。いくつかの実施形態では、レーザーを使用して、支持基板層２１２、および後部金属層２１０の一部分を貫いて除去することができる。このとき、ウェットエッチングは、任意の残っている後部金属層２１０を取り除き、ＰＶ層２０８を貫いて伸長するように使用することができる。本明細書に示す前部ビアおよび後部ビアの形状、寸法、パターン、および数は、代表的なものでしかない。

図３Ａは、本開示の一実施形態による、絶縁材料を分配された代表的前部ビアの断面図である。図３Ａに示すように、ＰＶセル３００の前部ビア３０４は、ＰＶセル３００の支持基板、後部金属層、およびＰＶ層からなる積層３０２により囲まれた内面３０６を有する。絶縁壁３０８が、積層３０２の高さ全体を被覆して形成され、かつ空所３０７が、絶縁壁３０８により取り囲まれた前部ビア３０４の内側に形成されるように、内面３０６にわたり絶縁材料を分配する。絶縁材料３０８は、空所３０４の内側で導電性コンタクトと電気的に接触しないように、後部金属層、およびＰＶ層のＰ側を絶縁する。絶縁壁３０８の厚さは、前部ビア３０４により露出した前部金属層３０３の一部分を被覆するが、露出した前部金属層３０３の一部分３０５を絶縁材料により被覆されないままにする。

図３Ｂおよび図３Ｃは、本開示の別の実施形態による、絶縁材料を分配された代表的前部ビアの断面図である。図３Ｂに示すように、ＰＶセル３５０の前部ビア３５２は、前部ビア３５２の内面３５６が絶縁材料３６０により被覆されるように、絶縁材料３６０を充填される。絶縁材料３６０は、前部ビア３５２により露出した前部金属層３５３の一部、または全部分を被覆することができる。図３Ｃに示すように、たとえば、レーザーを用いて絶縁材料３６０を貫いて除去して、絶縁材料の中央部分を取り除き、前部金属層３５３の一部分３５５を露出することにより、空所３５４を形成することができる。絶縁材料３６０の残りの部分は、絶縁壁３５８を形成して、空所３５４の内側の導電性コンタクトが、後部金属層、およびＰＶセル３５０のＰＶ層のＰ側と電気的接触を形成しないようにする。

図４Ａは、本開示の一実施形態による、図３Ａ〜図３Ｃに示すように絶縁された後、導電性材料を分配された代表的前部ビアの断面図である。ＰＶセル４００は、基板層４１０、後部金属層４１２、ＰＶ層４１４、および前部金属４１６を含む。導電性材料４０６は、ＰＶセル４００の前部ビア４０２の絶縁壁４０４の内側に分配され、部分４０８で前部金属層４１６と電気的に接触する。導電性材料４０６は、一方の端部で前部金属層４１６と、基板層４１０に向かって他方の端部で導電性コンタクト（図示せず）との間で、電気的接続を提供する。

図４Ｂは、本開示の一実施形態による、導電性材料を分配された、図２Ｃに示すような代表的後部ビアの断面図である。導電性材料４５６は、ＰＶセル４００の後部ビア４５２の内側に分配され、部分４５８で後部金属層４１２と電気的に接触する。導電性材料４５６は、一方の端部で後部金属層４１２と、基板層４１０に向かって他方の端部で導電性コンタクト（図示せず）との間で、電気的接続を提供する。導電性材料４０６および４５６は、同じ材料または異なる材料とすることができる。注入、堆積、蒸着、または当技術分野で公知の任意の他の適切な分配処理により、後部ビアおよび前部ビアの中に導電性材料を分配することができる。

図５は、本開示の一実施形態による、導電性材料を分配され、かつ絶縁材料で絶縁された代表的前部ビアの断面図である。絶縁材料は、後部金属層、およびＰＶ層のＰ側と電気的に接触しないように、前部ビアの内側に分配された導電性材料を絶縁し、かつ支持基板層は、非導電性材料から作られるので、前部ビアの内側に分配された導電性材料は、後部金属層、およびＰＶ層のＰ側から絶縁されている限りは、支持基板層と接触することができる。図５に示すように、ＰＶセル５００の前部ビア５０２は、ＰＶ層５１４を貫き、後部金属層５１２を通過し、基板層５１０の中に伸長する絶縁壁５０４を有する。この例では、絶縁壁５０４は、ＰＶ層５１４、後部金属層５１２、および支持基板層５１０からなる積層全体に伸長せず、ＰＶ層５１４および後部金属層５１２からなる積層、あるいは支持基板層５１０の一部分だけを被覆する。導電性材料５０６は、絶縁壁５０４により絶縁され、かつ部分５０８で前部金属層５１６と電気的に接触する前部ビア５０２の内側に分配される。導電性材料５０６は、一方の端部で前部金属層５１６と、基板層５１０に向かって他方の端部で導電性コンタクト（図示せず）との間で、電気的接続を提供する。

層、前部ビア、および後部ビアの厚さのサイズおよび様態は、太陽電池の構成だけではなく相互接続処理の必要性にも基づき決定されることが認識されよう。たとえば、基板の厚さは、約１００μｍであり、後部金属層の厚さは、約３μｍ〜２０μｍの範囲であり、ＰＶ層の厚さは、約２μｍ〜約５μｍの範囲であり、後部ビアの直径は、約３００μｍ〜約４００μｍの範囲であり、前部ビアの直径は、必要性に応じて約１ｍｍ以下である。

しかしながら、本開示は、各ＰＶセルの前部電極および後部電極の材料組成、構成、および配列により限定されない。たとえば、前部電極は、たとえば主に厚さ約５μｍのＣｕから構成される金属ストリップから作られる。ＰＶ層は、典型的には全体の厚さが１０μｍよりもはるかに薄い、単一層、または薄膜の積層を含む。

いくつかの実施形態では、導電性材料は、ＰＶセルと導電性相互接続部との間で電気的接触および／または機械的接合を提供するために使用される導電性接着剤である。導電性材料は、インク、ペースト、または樹脂の形をとることができ、Ａｇ−エポキシから構成されてもよい。しかしながら、本開示は、前部ビアおよび後部ビア内に分配されるどんな具体的材料組成にも限定されない。

いくつかの実施形態では、絶縁材料は、ＰＳＡまたはエチレン酢酸ビニル（ＥＶＡ）である。たとえば、ＰＳＡを加熱して液体状態にして、次いで、前部ビアの内側の側壁に対して分配して絶縁壁を形成し、絶縁壁の内側に空所を残すことができる。また、前部ビアの内側の側壁が被覆されるように、前部ビアの空間全体内に液体ＰＳＡを分配することができる。ＵＶ光または熱を使用する硬化処理により、ＰＳＡを硬化することができる。

図６は、複数の前部ビアおよび複数の後部ビアを有する代表的ＰＶセル６００の後部表面６０２からの平面図である。ＰＶセル６００の反対側に配置されたバスバーおよび複数のフィンガーを破線で示す。前部ビア６０４は、円形の形状を有し、絶縁壁６０４−２により囲まれた、内部の導電性材料６０４−１を含む。後部表面６０２で外部相互接続（図示せず）にＰＶセル６００を接合するために、複数の前部ビア６０４の間に複数の接合接着領域６０８を構成することができる。後部ビア６０６はまた、円形の形状を有し、後部ビア６０６の内側に分配された導電性材料６０６−１を含む。後部表面６０２で外部相互接続（図示せず）にＰＶセル６００を接合するために、同じく複数の後部ビア６０６の間に複数の接合接着領域６０８を構成することができる。

前部ビア６０４および後部ビア６０６の内側に分配された導電性材料は、別の導電性コンタクトにＰＶセル６００を電気的に接続するだけではなく、導電性コンタクトにＰＶセル６００を機械的にも結合するように、導電性接着剤とすることができる。いくつかの実施形態では、前部ビア６０４および後部ビア６０６の一部は、非導電性であってもよく、かつ主にセル間の機械的接合を提供するために使用してもよい接合接着材料を分配されることができる。いくつかの他の実施形態では、接合接着剤を含有するための前部ビアおよび後部ビアの一部は、前部金属層または後部金属層まで伸長する必要がない場合がある。前部ビア、後部ビア、接合接着領域、バスバー、および導電性フィンガーの形状、サイズ、パターン、および数は、代表的でしかなく、後部表面でＰＶセルを相互接続するのに適した任意の形状、サイズ、パターン、または数で構成されることができる。

図７Ａは、本開示の一実施形態による、複数の相互接続部を示す、後部基板の平面図である。後部基板７００は、ＰＶモジュールに相互接続された複数のＰＶセルを収容するための前部表面７０１を有する。複数の導電性相互接続部７０２は、外面７０１上に配置される。後部基板７００の上側および底部側に、ＰＶモジュール全体のための端部コネクタとして、コネクタ７０４を配置することができる。また代わりに、相互接続部７０４を、ＰＶモジュールの端部コネクタとして構成することができる。

図７Ｂは、本開示の一実施形態による、後部基板７００の外面７０１上で、第２のＰＶセル７２０への導電性相互接続部に結合した第１のＰＶセル７１０を示す。相互接続部７０２は、その下部に第１の接触領域７０２−ａを、およびその上部に第２の接触領域７０２−ｂを有する。第１のＰＶセル７１０は、前部表面７１４および後部表面７１２、最上部側７１６および底部側７１８を有する。後部表面７１２は、複数の前部ビア（図示せず）および複数の後部ビア（図示せず）の複数の開口部を収容する。最上部側７１６は、前部表面７１４上にバスバーが配置される側であり、対応する前部ビアは、バスバーの真下に構成される。底部側７１８は、複数の後部ビアが構成される側である。

第２のＰＶセル７２０は、第１のＰＶセルと同じ構造を有することができる、すなわち、第２のＰＶセル７２０は、前部表面７２４、後部表面７２２、最上部側７２６、および底部側７２８を有することができる。後部表面７２２は、複数の前部ビア（図示せず）および複数の後部ビア（図示せず）の複数の開口部を収容する。最上部側７２６は、前部表面７２４上にバスバーが配置される側であり、対応する前部ビアは、バスバーの真下に構成される。底部側７２８は、複数の後部ビアが構成される側である。

図７Ｂに示すように、ＰＶセル７１０の後部表面７１２に接して後部基板７００の外面７０１の最上部に配置された第１のＰＶセル７１０は、相互接続部７０２の第１のコンタクト領域７０２−ａの最上部に接して最上部側７１６で相互接続部７０２と部分的に重なるように向きを合わせられる。第２のＰＶセル７２０は、後部基板７００の外面７０１およびＰＶセル７２０の後部表面７２２の最上部上に配置されるように示されている。第２のＰＶセル７２０は、相互接続部７０２の第２のコンタクト領域７０２−ｂの最上部に接して底部側７２８で相互接続部７０２と部分的に重なるように向きを合わせられる。

接触すると、複数の前部ビア内に分配された導電性材料は、第１のＰＶセル７１０の前部金属（図示せず）と導電性相互接続部７０２の第１の接触領域７０２−ａとの間で電気的接続を形成する。接触すると、複数の後部ビア内に分配された導電性材料は、第２のＰＶセル７２０の後部金属（図示せず）と導電性相互接続部７０２の第２の接触領域７０２−ｂとの間で電気的接続を形成する。したがって、第１のＰＶセル７１０の前部金属は、導電性相互接続部７０２を通して第２のＰＶセル７２０の後部金属に電気的に結合し、第１のＰＶセル７１０と第２のＰＶセル７２０との間で直列接続を達成する。

相互接続部７０２を、ＰＶセルを接続するのに適した任意の導電性材料とすることができる。たとえば、相互接続部７０２を、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｌ、または合金から作ることができる。いくつかの実施形態では、ＴＰＵなどの接着剤を接合することにより、後部基板７００の外面７０１に、相互接続部７０２のストリップを結合することができる。他の実施形態では、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｌ、またはそれらの複合材料の導電性ペーストを後部基板７００の外面７０１の最上部に塗布することにより、相互接続部７０２を形成することができる。典型的には、相互接続の厚さは、約２０μｍである。

後部基板７００は、ＰＶモジュールを支持するのに適した任意の材料とすることができる。後部基板７００はまた、ＰＶモジュールの複数のＰＶセルが、後部基板の外面に機械的に接合されるような、サーマルプラスチックまたは複合プラスチックとすることができる。たとえば、後部基板７００を、ＰＶＢ、ＰＶＥ、もしくはＰＥ、または当技術分野で公知の任意の適切な材料から製造することができる。

図７Ｃは、本開示の一実施形態による、複数の導電性相互接続部により相互接続された複数のＰＶセルにより形成された代表的ＰＶモジュールの平面図である。この代表的ＰＶモジュール７５０では、水平方向に沿って、導電性相互接続部７０２の第１の接触領域および第２の接触領域はそれぞれ、同じ向きで２つのＰＶセルと重なる。垂直方向に沿って、ＰＶセルは、そのそれぞれの最上部側（前部ビア側）および底部側（後部ビア側）で２つの相互接続部に接続される。この例では、２つのコネクタ７０４はそれぞれ、ＰＶモジュール７５０のｐ−コンタクトコネクタおよびｎ−コンタクトコネクタとして配置される。コネクタ７０４は、ＰＶモジュールの境界で、１つのコンタクト領域だけでＰＶセルに結合するので、コネクタ７０４の幅は、相互接続部７０２の半分である。

図７Ｄは、本開示の一実施形態による、ＰＶモジュールに電気的に結合したダイオードを有する代表的ＰＶモジュールの平面図である。この例では、ＰＶモジュール７６０の相互接続部７０２は、相互接続部７０２にダイオード７６２の一方の端子端部（ｎ−型端部）を電気的に接続するための拡張タブ７６４を有するように示されている。ダイオード７６２の他方の端子端部（ｐ−型端部）は、ＰＶモジュール７６０の最上部側でコネクタ７０４−１に電気的に接続される。ダイオード７６２は、コネクタ７０４−１と相互接続部７０２との間で接続された１つまたは複数のＰＶセルが遮光または他の不整合の影響により逆バイアスになったとき、電流を伝導する。はんだ付けもしくは導電性接着剤、またはダイオードに拡張タブ７６４を、およびコネクタ７０４−１にダイオードを電気的に結合する中間の導電性ストリップもしくは材料により、または当技術分野で公知の任意の適切な技法により、ダイオード７６２を、拡張タブ７６４およびコネクタ７０４−１と電気的に結合することができる。後部基板に導電性相互接続部を結合するのと同じ方法で、ＰＶモジュール７６０の後部基板の外面７６１に拡張タブ７６４を結合することができる。遮光の損傷からＰＶセルを保護するのに適した任意の数で、拡張タブおよびダイオードの数を構成することができる。

図７Ｄは、コネクタ７０４−１とコネクタ７０４−２との間で所望の電圧を提供するために、ＰＶセルを直列に接続したＰＶモジュールを示すが、相互接続部７０２はまた、所望の電流を提供するために並列で、または直並列の組合せで接続を形成するＰＶセルを提供することができる。後部基板の最上部上でＰＶモジュールのために構成された導電性相互接続部の形状、相対的サイズ、および数は、ＰＶモジュールを組み立てるのに適した任意の形状、サイズ、または数とすることができる。さらに、外部回路への、ＰＶセルのｐ−コンタクトおよびｎ−コンタクトは、両方ともＰＶセルの後部側にある、すなわち、ＰＶセルの、光が入射しない側にあるので、ＰＶセルと相互接続の接触領域との間で重なり合うより広い領域に関して、より大きな許容度を達成することができる。重なり合う領域が広いほど、それだけ相互接続を薄くすることができ、導電性相互接続部上へのＰＶセルの配置に関するずれ許容度を高くすることができる。

本明細書では、ある種の好ましい実施形態および方法について開示してきたが、本発明の精神および範囲を逸脱することなく、そのような実施形態および方法の変形および修正を行ってもよいことが、前述の開示から当業者には明らかであろう。本発明は、添付の特許請求の範囲、ならびに適用可能な法律の規則および原理により要求される範囲にだけ限定されることが意図される。

Claims (20)

1. 光起電力セルであって、
   光エネルギーを電気エネルギーに変換するように構成された光起電力層と、
   前記光起電力層の第１の側に配置された前部導電層と、
   前記光起電力層の第２の側に配置された後部導電層であって、前記第２の側は前記第１の側の反対側にあり、前記前部導電層および前記後部導電層は、前記光起電力層から発生する電流を外部回路に伝導するように構成された後部導電層と、
   前記光起電力層の下部に配置された支持基板層と、
   を備え、
   後部ビアは、前記支持基板を貫いて伸長し、導電性材料を分配され、前記後部導電層と電気的接触を形成し、
   前部ビアは、前記支持基板層、前記後部導電層、および前記光起電力層を貫いて伸長し、導電性材料および絶縁材料を分配され、前記絶縁材料は、前記後部導電層、および前記光起電力層のＰ側と電気的に接触しないように前記導電性材料を絶縁し、前記導電性材料は、前記前部導電層と電気的接触を形成する、
   光起電力セル。
2. 絶縁壁を形成するために、前記前部ビアの前記光起電力層、前記後部導電層および前記支持基板層の側壁上に前記絶縁材料を分配し、前記絶縁壁の内側に前記導電性材料を分配する、請求項１に記載の光起電力セル。
3. 前記絶縁壁は、前記光起電力層および前記後部導電層の領域内で前記前部ビアの前記側壁を被覆する、請求項２に記載の光起電力セル。
4. 前記支持基板層を貫いて前記後部導電層までレーザーアブレーションし、前記光起電力層を貫いてウェットエッチングすることにより前記前部ビアを形成する、請求項１に記載の光起電力セル。
5. 光起電力モジュールであって、
   後部基板と、
   前記後部基板の外面の最上部に配置された複数の導電性相互接続部であって、それぞれの導電性相互接続部は、第１の接触領域および第２の接触領域を備える複数の導電性相互接続部と、
   互いに電気的に結合した複数の光起電力セルであって、それぞれの光起電力セルは、支持基板の最上部上の後部電極の最上部上の光起電力層の前部表面上に配置された前部電極を備え、複数の後部ビアは、前記支持基板を貫いて伸長し、前記後部電極と電気的接触を形成し、複数の前部ビアは、前記支持基板、前記後部電極および前記光起電力層を貫いて伸長し、前記前部電極と電気的接触を形成し、前記後部電極、および前記光起電力層のＰ側と電気的に接触しないように絶縁された、複数の光起電力セルと、
   を備え、
   複数の導電性相互接続部のうちの１つの導電性相互接続部の第１の接触領域は、前記複数の光起電力セルのうちの第１の光起電力セルの前記複数の前部ビアに電気的に結合し、前記導電性相互接続部の第２の接触領域は、前記複数の光起電力セルのうちの第２の光起電力セルの前記複数の後部ビアに電気的に結合する、
   光起電力モジュール。
6. 前記導電性相互接続部の前記第１の接触領域は、前記複数の前部ビア内に分配された導電性材料により前記複数の前部ビアに電気的に結合する、請求項５に記載の光起電力モジュール。
7. 前記導電性相互接続部の前記第２の接触領域は、前記複数の後部ビア内に分配された導電性材料により前記複数の後部ビアに電気的に結合する、請求項５に記載の光起電力モジュール。
8. 前記支持基板層を貫いて前記後部電極までレーザーアブレーションし、前記光起電力層を貫いてウェットエッチングすることにより前記複数の前部ビアのうちの１つの前部ビアを形成する、請求項５に記載の光起電力モジュール。
9. 絶縁壁を形成するために、前記複数の光起電力セルのうちの１つの光起電力セルの前部ビアの前記光起電力層、前記後部電極および前記支持基板の側壁上に絶縁材料を分配し、前記絶縁壁の内側に導電性材料を分配する、請求項５に記載の光起電力モジュール。
10. 前記絶縁壁は、前記光起電力層および前記後部電極の領域内で前記前部ビアの前記側壁を被覆する、請求項９に記載の光起電力モジュール。
11. 前記複数の導電性相互接続部のうちの１つの導電性相互接続部は、ダイオードに電気的に結合した拡張部分を備える、請求項５に記載の光起電力モジュール。
12. 前記後部基板は、前記後部基板の前記外面に前記複数の光起電力セルを接合するサーマルプラスチックである、請求項５に記載の光起電力モジュール。
13. 光起電力セルを相互接続する方法であって、前記光起電力セルは、支持基板上の後部電極上に配置された光起電力層上に配置された前部電極を備え、複数の後部ビアは、前記支持基板を貫いて伸長し、前記後部電極と電気的接触を形成し、複数の前部ビアは、前記支持基板、前記後部電極、および前記光起電力層を貫いて伸長し、前記前部電極と電気的接触を形成し、前記後部電極および前記光起電力層のＰ側と電気的に接触しないように絶縁され、前記方法は、
    後部基板の外面上に、第１の接触領域および第２の接触領域を備える導電性相互接続部を取り付けるステップと、
    前記導電性相互接続部の前記第１の接触領域と重なるように第１の光起電力セルを取り付けるステップであって、前記第１の光起電力セルの複数の前部ビアは、前記導電性相互接続部の前記第１の接触領域と前記第１の光起電力セルの前記前部電極との間で電気的に結合される、ステップと、
    前記導電性相互接続部の前記第２の接触領域と重なるように第２の光起電力セルを取り付けるステップであって、前記第２の光起電力セルの複数の後部ビアは、前記導電性相互接続部の前記第２の接触領域と前記第２の光起電力セルの前記後部電極との間で電気的に結合される、ステップと、
    を含む、方法。
14. 前記導電性相互接続部の前記第１の接触領域は、前記複数の前部ビア内に分配された導電性材料により前記複数の前部ビアに電気的に結合する、請求項１３に記載の方法。
15. 前記導電性相互接続部の前記第２の接触領域は、前記複数の後部ビア内に分配された導電性材料により前記複数の後部ビアに電気的に結合する、請求項１３に記載の方法。
16. 前記支持基板を貫いて前記後部電極までレーザーアブレーションし、前記光起電力層を貫いてウェットエッチングすることにより前部ビアを形成する、請求項１３に記載の方法。
17. 絶縁壁を形成するために、前記前部ビアの前記光起電力層、前記後部導電層および前記支持基板層の側壁上に絶縁材料を分配し、前記絶縁壁の内側に導電性材料を分配する、請求項１３に記載の方法。
18. 前記絶縁壁は、前記光起電力層および前記後部電極の領域内で前記前部ビアの前記側壁を被覆する、請求項１７に記載の方法。
19. 導電性相互接続部の拡張部分を形成するステップと、前記拡張部分にダイオードを電気的に結合するステップとをさらに備える、請求項１３に記載の方法。
20. 前記後部基板は、前記後部基板の前記外面に前記複数の光起電力セルを接合するサーマルプラスチックである、請求項１３に記載の方法。

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