JP2019519119A5 - - Google Patents

Description

光起電力セル用の金属物品を開示する。金属物品は、光起電力セルの光入射面用の電気導管として機能するように構成される複数の電鋳素子を有する第一領域を含む。セル間配線は、第一領域と一体である。セル間配線は、光入射面を延出し、金属物品を隣接する光起電力セルへ直接結合するように構成される。セル間配線は、複数の湾曲した電鋳付加物を含む。各付加物は、第一領域のエッジに結合される第一端部、及び第一端部に対向し、エッジから離れる第二端部を有する。付加物を互いから離隔する。金属物品は、単一の独立型部品である。

また、光起電力セル用の金属物品を開示する。金属物品は、複数の素子を有する第一領域を含み、これらの素子は、光起電力セルの光入射面用の電気導管として機能するように構成される。セル間配線は、第一領域と一体である。セル間配線は、光入射面を延出し、金属物品を隣接する光起電力セルへ直接結合する。セル間配線は、第一領域のエッジに結合される第一リンク端部と、この第一リンク端部に対向し、第一領域のエッジから離れる第二リンク端部と、リンクの長さ沿いにテーパネックとを有するリンクを含む。セル間配線は、複数の付加物を含む。各付加物は、第一領域のエッジに結合される第一端部、及び第一端部に対向し、第一領域のエッジから離れる第二端部を有する。付加物長は、リンクの長さより長い。付加物を互いから離隔する。金属物品は、単一の独立型部品である。

米国特許第８，９１６，０３８号として発行され、本明細書に参照により援用される、Ｂａｂａｙａｎ ｅｔ ａｌ．、米国特許出願第１３／７９８，１２３号において、光起電力セルなどの半導体についての電気導管は、電鋳された独立型金属物品として製造される。金属物品は、ソーラーセルとは別に製造され、フィンガー及びバスバーなどの複数の素子を含むことが可能であり、単一部品として安定して移送され、半導体デバイスへ容易にアライメントを取ることが可能である。電鋳工程において、金属物品の素子は、互いと一体に形成される。金属物品は、電鋳マンドレル内で製造され、この電鋳マンドレルは、ソーラーセルまたは他の半導体デバイスに合わせられるパターン化された金属層を生成する。たとえば、金属物品は、ソーラーセルについての遮光を最小にする高さ対幅のアスペクト比を有するグリッド線を有してもよい。金属物品は、セルメタライゼーション、セル間配線及びモジュール作製のために従来のバスバーメタライゼーション及びリボン線に代わることが可能である。処理ステップ間で安定して移送されることが可能である、独立したコンポーネントとして光起電力セル用のメタライゼーション層を生成する能力は、材料費及び製造においてさまざまな利点を提供する。

本明細書に開示されるのは、光起電力セル用の金属物品である。金属物品は、複数の電鋳素子を有する第一領域を含み、これらの電鋳素子は、光起電力セルの光入射面用の電気導管として機能するように構成される。セル間配線は、第一領域と一体である。セル間配線は、光入射面を延出し、金属物品を隣接する光起電力セルに直接結合するように構成される。セル間配線は、複数の湾曲した電鋳付加物を含む。各付加物は、第一領域のエッジに結合される第一端部、及びこの第一端部に対向し、エッジから離れる第二端部を含む。付加物を互いから離隔する。金属物品は、単一の独立型部品である。

また、光起電力セル用の電気部品を形成する方法を開示する。この方法は、金属物品を導電性マンドレル上に電鋳することを含む。導電性マンドレルは、少なくとも１つの予備成形パターンを備える外面を有し、複数の電鋳素子を有する第一領域、及びこの第一領域と一体であるセル間配線を含む。セル間配線は、複数の湾曲した電鋳付加物を含む。金属物品は、導電性マンドレルから分離される。導電性マンドレルから分離されるときに、金属物品が単一の独立型部品を形成するように、複数の電鋳素子を内部接続する。複数の電鋳素子は、光起電力セルの光入射面用の電気導管として機能するように構成される。セル間配線は、光入射面を延出し、金属物品を隣接する光起電力セルへ直接結合するように構成される。セル間配線は、複数の湾曲した電鋳付加物を有する。各付加物は、第一領域のエッジに結合される第一端部、及びこの第一端部に対向し、エッジから離れる第二端部を有する。これらの付加物を互いから離隔する。

本明細書に開示されるのは、光起電力セル用の金属物品である。金属物品は、複数の素子を有する第一領域を含み、これらの素子は、光起電力セルの光入射面用の電気導管として機能するように構成される。セル間配線は、第一領域と一体である。セル間配線は、光入射面を延出し、金属物品を隣接する光起電力セルへ直接結合する。セル間配線は、第一領域のエッジに結合される第一リンク端部、この第一リンク端部に対向し、第一領域のエッジから離れる第二リンク端部、及びリンクの長さ沿いにテーパネックを有するリンクを含む。セル間配線は、複数の付加物を含む。各付加物は、第一領域のエッジに結合される第一端部、及びこの第一端部に対向し、第一領域のエッジから離れる第二端部を有する。付加物長は、リンクの長さより長い。これらの付加物を互いから離隔する。金属物品は、単一の独立型部品である。

また、光起電力セル用の電気部品を形成する方法を開示する。この方法は、金属物品を導電性マンドレル上に電鋳することを備える。導電性マンドレルは、少なくとも１つの予備成形パターンを有する外面を有する。金属物品は、複数の電鋳素子を有する第一領域、及びこの第一領域と一体であるセル間配線を含む。金属物品は、導電性マンドレルから分離される。導電性マンドレルから分離されるときに、金属物品が単一の独立型部品を形成するように、複数の電鋳素子を内部接続する。複数の電鋳素子は、光起電力セルの光入射面用に電気導管として機能するように構成される。セル間配線は、光入射面を延出し、金属物品を隣接する光起電力セルへ直接結合する。セル間配線は、リンクを含み、このリンクは、第一領域のエッジに結合される第一リンク端部、この第一リンク端部に対向し、第一領域のエッジから離れる第二リンク端部、及びリンクの長さ沿いにテーパネックを有する。セル間配線は、複数の付加物を含む。各付加物は、第一領域のエッジに結合される第一端部、この第一端部に対向し、第一領域のエッジから離れる第二端部を有する。付加物長は、リンクの長さより長い。これらの付加物は、互いから離隔される。

図１は、米国特許第８，９１６，０３８号のいくつかの実施形態に従い、電鋳マンドレル１００の一部の斜視図を描画する。マンドレル１００は、ステンレス鋼、銅、陽極酸化したアルミニウム、チタン、もしくはモリブデン、ニッケル、ニッケル−鉄合金（たとえば、Ｉｎｖａｒ）、銅、またはいずれかのそれらの金属の組み合わせなどの導電性材料から作製されてもよく、高いめっき電流を可能にし、高スループットを可能にするのに十分な面積によって設計されてもよい。マンドレル１００は、パターン素子１１０及び１１２を含む予備成形パターンを有する外面１０５を有し、製造される電気導管素子の所望の形状についてカスタマイズされることが可能である。この実施形態において、パターン素子１１０及び１１２は、矩形断面を有する溝部またはトレンチであるが、他の実施形態において、パターン素子１１０及び１１２は、他の断面形状を有してもよい。セグメントがグリッド型パターンを形成するように交差するようなパターン素子１１０及び１１２を描画し、このパターン中の平行線セットは、この実施形態において互いに直交する。

図２Ｃにおいて、電鋳素子１５０、１５２及び１５４は、独立型金属物品１８０としてマンドレル１０２から除去される。図２Ａから２Ｃが３つの異なるタイプの電鋳素子１５０、１５２及び１５４を示すことに留意する。さまざまな実施形態において、マンドレル１０２内の電鋳素子は、すべて同一タイプであってもよい、または電鋳パターンの異なる組み合わせを有してもよい。金属物品１８０は、図１のクロスメンバパターン素子１１２により形成されるような、交差素子１９０を含んでもよい。交差素子１９０が互いにアライメントを取る個々の電鋳素子１５０、１５２及び１５４を保ちながら他の処理ステップに容易に移送され得るように、交差素子１９０は、金属物品１８０、単一の独立型部品を作製する際に援助してもよい。追加の処理ステップは、独立型金属物品１８０についてのコーティングステップ、及びそれを半導体デバイス内に組み込むための組み立てステップを含んでもよい。独立型部品として半導体の金属層を製造することにより、半導体アセンブリ全体の製造歩留まりは、金属層の歩留まりによる影響を受けない。加えて、金属層は、他の半導体層とは異なる温度及び工程を受けることが可能である。たとえば、金属層は、半導体アセンブリの他の部分に影響しない高温工程または化学浴を受けてもよい。

本出願の譲受人により所有される、米国特許第８，９３６，７０９号に開示され、本明細書によって参照により援用されるように、電鋳マンドレルにより製造される金属物品は、特定の光起電力セルの所望の機能的要求及び製造要求を満たすためにさらにもっと特徴を合わせることが可能である。たとえば、金属物品内の素子の個々の形状は、カスタム設計されることが可能である、または金属物品の一方の領域内の素子は、他方の領域内の素子と幾何学的に異なる特徴によって設計されることが可能である。カスタマイズされた特徴は、個々に、または互いに組み合わせて使用されてもよい。電鋳マンドレルの使用は、電鋳部品全体の寸法制約を切り離すため、これらの特徴は、金属物品内の特定の領域のために最適化されてもよい。さらに、電鋳方法によって製造される金属物品は、たとえば、高効率セルに対してより低コストの住宅用セルなどの、特定のタイプのセルに合わせることが可能である。また、金属物品の特徴は、内部接続コンポーネントの一体化を可能にするため、電気導管として金属物品を利用するソーラーセルは、モジュール対応である。金属物品により提供されるメタライゼーションは、同一のフットプリントを有する従来のセルメタライゼーションより高いメタライゼーション体積、及びより低い抵抗を与え、銀ベースの、またリボンベースのメタライゼーションと比較してコストを削減する。また金属物品は、軽量で、かつ撓み耐性の光起電力セル設計を容易にする。

図３は、光起電力セルに適合されるさまざまな特徴のいくつかの実施形態に従う本開示の金属物品４００の上面図を示す。半導体基板４０２を破線で示し、光起電力セル上の金属物品の配置を示し、そこで金属物品４００は、本明細書においてセルの表面側についてのグリッドとして構成される。しかしながら、本明細書に説明される特徴は、光起電力セルの裏面側用の電気導管に適用されてもよい。本開示において、半導体デバイスの構造における半導体材料または光起電力セルへの参照は、光起電力セルにおける使用に適切である、アモルファスシリコン、結晶シリコンまたはいずれかの他の半導体材料を含んでもよい。また金属物品を光起電力セル以外の他のタイプの半導体デバイスに適用してもよい。図３に、疑似四角形の形状とも称される、丸い角を有する単結晶セルとして半導体基板４０２を示す。他の実施形態において、半導体基板は、多結晶であってもよく、完全に四角形の形状を有する。半導体基板４０２は、銀フィンガーなどの、電気導管ライン（図示せず）をその表面上に有してもよく、これらの電気導管ラインは、基板４０２により生成される電流を搬送する。

金属物品４００は、複数の電鋳素子を有する第一領域４５６を含み、これらの電鋳素子は、光起電力セルの光入射面用の電気導管として機能するように構成される。セル間配線４４０は、第一領域４５６と一体である。銀フィンガーは、従来の方法に従い、半導体基板４０２上にスクリーン印刷され得る。たとえば、銀フィンガーは、第一領域４５６内のグリッド線４１０の方向に垂直である電線であってよい。つぎに金属物品４００の素子は、電気導管として機能し、銀フィンガーからの電流を搬送する。図３のこの実施形態において、金属物品４００の第一領域４５６内のグリッド線４１０（図３において水平方向内の）及びセグメント４２０（図３において垂直方向内の）は、たとえば、はんだ付けにより、半導体基板４０２に電気結合され、電流を集電し、内部接続素子またはセル間配線４４０に送達する。グリッド線４１０は、第一領域４５６のエッジに垂直であってよい。セル間配線４４０は、ソーラーモジュール用のセル間配線がソーラーアレイを作製することを可能にする。金属物品４００を銅などの金属によって製造することは、すべての電気導管に銀を使用するセルと比較してコストを削減し、向上した導電性によりセル効率も向上させることが可能である。

複数の電鋳素子は、複数の第一素子が複数の第二素子に交差することを備えてもよい。たとえば、図３のグリッド線４１０及びセグメント４２０を互いに交差し、ほぼ垂直であるように示すが、他の実施形態において、それらは、互いに垂直ではない角度であってよい。グリッド線４１０及びセグメント４２０の両方は、電流を搬送することが可能であるが、グリッド線４１０は、セル間配線４４０に最小抵抗の経路を提供し、電流の主な担体として機能する。セグメント４２０は、強度の観点から、またグリッドの寸法仕様を維持する際に、独立型金属物品４００についての機械的支持を提供する。しかしながら、セグメント４２０は、グリッド線４１０が機能しなくなる場合に冗長性を与える際などに、電気導管として機能することも可能である。いくつかの実施形態において、グリッド線４１０及びセグメント４２０は、それぞれ幅４１２及び４２２を有してもよく、これらの幅は、セルについての、機械的強度を最適化する、または所望の曲線因子を達成するなどのために互いに異なる。たとえば、グリッド線４１０の幅４１２は、セグメント４２０の幅４２２より小さくてもよく、セグメント４２０は、グリッド線４１０ができる限り高い曲線因子を達成するように合わせられながら、金属物品４００について十分な機械的安定性を与える。さらに実施形態において、特定のグリッド線４１０は、特定の区域の機械的強度または電気容量に対処するなどのために、他のグリッド線４１０と異なる幅を有してもよい。またグリッド線４１０のピッチは、必要なデバイス導電要件を満たすために金属物品４００内の異なる領域中で、セグメント４２０と異なってもよい、または互いに異なってもよい。いくつかの実施形態において、より粗い、またはより細かいメッシュピッチは、たとえば、ウェハの銀フィンガー設計、銀スクリーン印刷工程の精度、または使用されるセルの種類に基づき選択されてもよい。

第一領域４５６及びセル間配線４４０を含む、金属物品４００は、導電性マンドレル上で電鋳され、予備成形パターンにより形成され、導電性マンドレルから分離されるときに単一の独立型部品を形成し得る。いくつかの実施形態において、金属物品４００のセル間配線４４０は、第一領域４５６に関する平面に形成されてもよい。他の実施形態において、金属物品４００のセル間配線４４０を操作し、第一領域４５６の平面外に曲げ部または角度を付けてもよい。図５Ａから５Ｃは、いくつかの実施形態に従い、金属物品４００についての処理方法を描画する。たとえば、図５Ａは、固定具４６８内に配置される、第一領域４５６及びセル間配線４４０を含む金属物品４００を示す。固定具４６８は、液圧、機械的または空気機構などによる圧力の印加によってワークピースの形状を変更する成形プレスであってよい。固定具４６８の頂部及び底部は、パターンによって予備成形されてもよい、またはダイを使用して、プレスが閉じるときに、圧力を加え、ワークピースを予備成形形状に変形させてもよい。図５Ａから５Ｃにおいて、Ｓ字形曲げ部４７２を固定具４６８中に提供し、対応する曲げ形状をセル間配線４４０に形成する。図５Ｂは、金属物品４００に圧力を加える閉位置における固定具４６８を示す。図５Ｃは、金属物品４００の新規の形状を示す開位置における固定具４６８である。

いくつかの実施形態において、金属物品４００は、金属ストリップ４７０をさらに備え、この金属ストリップは、セル間配線４４０と一体であり、複数の電鋳付加物４６０の第二端部４６６に結合される。金属ストリップ４７０は、隣接する光起電力セルの裏面側に結合されるように構成される。セル間配線４４０の金属ストリップ４７０は、隣接するセルの裏面についてはんだパッドとして機能し、付加物４６０は、ソーラーセル間で電気導管として機能する。セル間配線４４０の設計が従来のはんだリボンと比較して大きな表面積を有し、その中で３本のバスリボンを使用することに留意する。その結果、セル間配線４４０の設計は、低い直列抵抗、及び最小の電圧降下を与えることによりモジュールレベルにおいて効率を改善する。たとえば、グリッド線４１０及びセグメント４２０についての５０から１００μｍの幅と比較して、セル間配線４４０の幅４３２は、６から８ｍｍなどの、５から１０ｍｍであってよい。

図１０は、上述されるようないくつかの実施形態に従い、金属物品を使用して光起電力セル用の電気部品を形成する方法のフローチャート１０００である。電鋳が金属物品を製造するために説明されるが、レーザまたはウォータージェットを使用することによるような、エッチング、スタンピング、ワイヤ組み立て、または機械加工などの他の方法が可能であることに留意する。ステップ１０１０において、金属物品を導電性マンドレル上で電鋳する。導電性マンドレルは、少なくとも１つの予備成形パターンを含む外面を有する。金属物品は、複数の電鋳素子を有する第一領域、及びこの第一領域と一体であるセル間配線を備える。セル間配線は、複数の電鋳付加物を有する。いくつかの実施形態において、金属物品は、光起電力セル内の電気導管として機能するように構成される。特定の実施形態において、金属物品は、ソーラーモジュールの光起電力セル間の接続を可能にする一体型特徴を含んでもよい。他の実施形態において、内部接続特徴は、別々に製造され、金属物品に接合されてもよい。別々に形成される場合に、内部接続特徴は、たとえば、シート材料の電鋳またはスタンピングにより形成されてもよい。完成した電鋳金属物品の少なくとも一部は、予備成形パターン内に作製される。

金属物品を形成した後に、ステップ１０２０において、内部接続される複数の電鋳素子を含む金属物品は、導電性マンドレルから分離され、独立型の単一部品になる。複数の電鋳素子は、光起電力セルの光入射面用の電気導管として機能するように構成される。セル間配線は、光入射面を延出し、金属物品を隣接する光起電力セルに直接結合するように構成される。セル間配線は、複数の電鋳付加物を含む。各付加物は、第一領域のエッジに結合される第一端部、及びこの第一端部に対向し、エッジから離れる第二端部を有する。これらの付加物を互いから離隔する。

本明細書に記述される独立型金属物品がさまざまなセルの種類に適用可能であり、ソーラーセルの製造シーケンス内の異なる箇所に挿入されてもよいことがわかる。さらに、電気導管は、ソーラーセルの表面もしくは裏面のいずれか一方、または両方上で利用されてもよい。本明細書に記述されるセル間配線を含む金属物品は、フレキシブルソーラーモジュール用途へ適切である。フレキシブルソーラーモジュールは、便利、軽量及びポータブルである。フレキシブルソーラーパネルに対して多くの用途、たとえば、ＰＤＡ、携帯電話、ラップトップ及びウォーキートーキーのようなデバイス用のバッテリ充電器などがある。また、それらを使用して、キャンプ用品、野外通信無線機及びＧＰＳシステムに電力を供給し得る、または建築用ファブリック及び金属屋根材に一体化されてもよい。

Claims (16)

1. 光起電力セル用の金属物品であって、
   前記光起電力セルの光入射面用の電気導管として機能するように構成される複数の電鋳素子を有する第一領域、及び
   前記第一領域と一体であり、前記光入射面を延出し、前記金属物品を隣接する光起電力セルに直接結合するセル間配線、
   を備え、
   前記セル間配線は、
   リンクを備え、
   前記リンクは、
   ｉ）前記第一領域のエッジに結合される第一リンク端部、
   ｉｉ）前記第一リンク端部に対向し、前記第一領域の前記エッジから離れる第二リンク端部、及び
   ｉｉｉ）前記リンクの長さに沿ったテーパネックを有し、
   前記セル間配線はさらに、
   各付加物がｉ）前記第一領域の前記エッジに結合される第一端部、ｉｉ）前記第一端部に対向し、前記第一領域の前記エッジから離れる第二端部、及びｉｉｉ）前記リンクの前記長さより長い付加物長を有し、互いから離隔される複数の付加物、
   を備え、
   前記金属物品は単一の独立型部品である、
   前記金属物品。
2. 前記リンクは、直線的であり、前記第一領域の前記エッジに垂直である、請求項１に記載の前記金属物品。
3. 前記セル間配線は、力が前記セル間配線に加えられるときに前記テーパネックで破壊するように設計される、請求項１に記載の前記金属物品。
4. １センチメートルあたり少なくとも８個の、１センチメートルあたり少なくとも１０個の、または１センチメートルあたり少なくとも１２個の、前記付加物が形成されている、請求項１に記載の前記金属物品。
5. 前記複数の付加物の各付加物は、鼓形、Ｓ字形、Ｕ字形、Ｗ字形、Ｖ字形、蛇状、鋸歯状またはＬ字形である、請求項１に記載の前記金属物品。
6. 前記付加物長は、前記付加物沿いの経路長であり、前記付加物長は、前記リンクの前記長さの１．４から３倍である、請求項１に記載の前記金属物品。
7. 前記付加物の接線と前記第一領域の水平方向のエッジとの間の角度は、少なくとも１２°である、請求項１に記載の前記金属物品。
8. 前記第一領域及び前記セル間配線は、同一平面内に配置される、請求項１に記載の前記金属物品。
9. 前記セル間配線と一体であり、前記複数の付加物の前記第二端部に結合され、前記隣接する光起電力セルの裏面側に結合されるように構成される金属ストリップ、
   をさらに備える、請求項１に記載の前記金属物品。
10. 各付加物は、前記第一領域の前記エッジと前記金属ストリップとの間の非垂直経路を横切る、請求項９に記載の前記金属物品。
11. 前記セル間配線は、前記複数の付加物を横切って延在し、１つの付加物を隣接する付加物に接続するクロスバーをさらに備える、請求項１に記載の前記金属物品。
12. 前記第一領域は、第一面を含み、
    前記セル間配線は、前記第一面と異なる第二面中に前記複数の付加物の前記第二端部を配置する曲げ部を含む、
    請求項１に記載の前記金属物品。
13. 前記曲げ部は、前記金属物品の平面に関して５°から８５°の角度に構成される、請求項１２に記載の前記金属物品。
14. 前記セル間配線は、前記第一面から０．２〜０．４ｍｍまで突出し、
    前記セル間配線は、前記第二面から０．３〜０．６ｍｍまで突出する、
    請求項１３に記載の前記金属物品。
15. 前記セル間配線の厚さは、前記複数の電鋳素子の高さと異なる高さを含む、請求項１に記載の前記金属物品。
16. 光起電力セル用の電気部品を形成する方法であって、
    金属物品を導電性マンドレル上に電鋳し、前記導電性マンドレルは少なくとも１つの予備成形パターンを備える外面を有し、前記金属物品は複数の電鋳素子を有する第一領域、及び前記第一領域と一体であるセル間配線を含み、
    前記金属物品を前記導電性マンドレルから分離し、前記導電性マンドレルから分離されるときに、前記金属物品が単一の独立型部品を形成するように、前記複数の電鋳素子は内部接続される、
    ことを備え、
    そこで前記複数の電鋳素子は、前記光起電力セルの光入射面用の電気導管として機能するように構成され、
    そこで前記セル間配線は、前記光入射面を延出し、前記金属物品を隣接する光起電力セルに直接結合し、
    そこで前記セル間配線は、
    リンクを備え、
    前記リンクは、
    ｉ）前記第一領域のエッジに結合される第一リンク端部、
    ｉｉ）前記第一リンク端部に対向し、前記第一領域の前記エッジから離れる第二リンク端部、及び
    ｉｉｉ）リンクの長さ沿いにテーパネックを有し、
    前記セル間配線はさらに、
    各付加物がｉ）前記第一領域の前記エッジに結合される第一端部、ｉｉ）前記第一端部に対向し、前記第一領域の前記エッジから離れる第二端部、及びｉｉｉ）前記リンクの前記長さより長い付加物長を有し、互いから離隔される複数の付加物、
    を備える、前記方法。