JP6635924B2 - Method for thin film via segment of photovoltaic device - Google Patents

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Description

[0001]本発明は、光起電モジュールの電池間等の薄膜光電子デバイスのビア及びモノリシック相互接続に関する。   [0001] The present invention relates to vias and monolithic interconnects in thin-film optoelectronic devices, such as between cells of a photovoltaic module.

[0002]薄膜光起電モジュールは、通常、多数の電気的に相互接続された光電子部品から成る。このような部品は、光電池等の光電子デバイスや、ダイオード及び他の電子デバイス等の追加の任意の部品でもよい。光起電モジュールは、通常、電池間コネクタ及び母線等の電気相互接続部品も含む。   [0002] Thin-film photovoltaic modules typically consist of a number of electrically interconnected optoelectronic components. Such components may be optoelectronic devices such as photovoltaic cells, or any additional components such as diodes and other electronic devices. Photovoltaic modules typically also include electrical interconnect components such as inter-battery connectors and busbars.

[0003]多層薄膜技術により、同一基板上で、数個の光電子部品及び関連部品のモノリシック集積化及び相互接続が可能となる。この集積化は、一連の層堆積及びスクライビング技術を用いて、その場で生産される。薄膜光電子又は光起電部品又はデバイスは、基本的に、3つの材料層である、導電性バックコンタクト電極層と、吸収体として知られる半導体光起電材料層と、別の導電性フロントコンタクト電極層とのスタックから成り、前部フロントコンタクト層は、通常、透明である。CIGSと略記されるCu(In、Ga)Se等の半導体材料に基づく光電池は、従来のウェーハベースのシリコン光起電デバイス又は太陽電池と比較して、太陽電気の費用が安価となり、エネルギー回収期間が短くなり、かつライフサイクルインパクトが向上する高い可能性を示す。 [0003] Multilayer thin-film technology allows for monolithic integration and interconnection of several optoelectronic and related components on the same substrate. This integration is produced in situ using a series of layer deposition and scribing techniques. A thin-film photovoltaic or photovoltaic component or device is basically composed of three material layers: a conductive back contact electrode layer, a semiconductor photovoltaic material layer known as an absorber, and another conductive front contact electrode. Consisting of a stack with layers, the front front contact layer is usually transparent. Cu (In, Ga) to be abbreviated as CIGS photovoltaic cells based on semiconductor material 2 such as Se, as compared to silicon photovoltaic device or solar cell of the conventional wafer-based, solar electric charges becomes cheaper, energy recovery It shows a high possibility that the period is shortened and the life cycle impact is improved.

[0004]ウェーハベースの光起電デバイスと比較して、モノリシック光起電モジュールでは、光起電部品の一部を形成する薄膜を形成するために用いる材料量の減少、モノリシック集積化の労働コストの減少、及び例えばロールツーロール製造技術を用いた大量の光起電モジュールの自動生産の容易さのおかげで、コストが減少し得る。例えば、光電池のフロントコンタクト電極上の電流を集めるフロントコンタクトグリッド、光電子部品間の電気相互接続、及び母線によって占有される領域を低減することによって、光に暴露される光起電部品の相対的領域を増加させることにより、更なる節約が得られる。光起電モジュールの生産歩留まりもまた、製造工程数の減少、例えば、薄膜モノリシック光起電モジュールにおける光電子部品の相互接続を描写及び構築するために必要とされるスクライビング作業数の減少によって向上し得る。   [0004] Compared to wafer-based photovoltaic devices, monolithic photovoltaic modules use less material to form thin films that form part of photovoltaic components, and labor costs of monolithic integration And the ease of automated production of large numbers of photovoltaic modules using, for example, roll-to-roll manufacturing techniques. For example, the relative area of the photovoltaic component exposed to light by reducing the area occupied by the front contact grid, the electrical interconnect between the optoelectronic components, and the busbars on the front contact electrodes of the photovoltaic cell Further savings are obtained by increasing. The production yield of photovoltaic modules may also be improved by reducing the number of manufacturing steps, for example, the number of scribing operations required to delineate and build optoelectronic interconnects in thin-film monolithic photovoltaic modules. .

[0005]特許文献1には、例えばレーザーアブレーションを用いたラップスルービアの形成による直列相互接続された光電子デバイスモジュールと、電極間並びに隣接モジュールへの電流を駆動するための導電材料の追加とが記載されている。ラップスルービアは、通常、ドリル加工及びそれに続く金属化を必要とする。これにより、コストが追加され、歩留まりが低下し得る追加の製造工程が必要となる。吸収体層のCIGS材料の部分的な溶解から得られる銅に富んだCIGSタイプ壁によりビアホールを形成することを記載する特許文献2のモノリシック光起電モジュールの生産方法を用いた場合に、これらの工程の幾つかを回避する。   [0005] Patent Document 1 describes, for example, optoelectronic device modules connected in series by forming a wrap-through via using laser ablation, and the addition of a conductive material for driving current between electrodes and to adjacent modules. Has been described. Wrap-through vias typically require drilling and subsequent metallization. This adds cost and requires additional manufacturing steps that can reduce yield. When using the monolithic photovoltaic module production method of Patent Document 2 which describes that a via hole is formed by a copper-rich CIGS type wall obtained from partial dissolution of the CIGS material of the absorber layer, Avoid some of the steps.

[0006]用途によっては、薄膜光電子デバイス、並びにラインセグメント及びそのバリエーションとして成形されるビアホールを備える薄膜光電子デバイスを形成する方法が必要である。   [0006] For some applications, there is a need for a method of forming a thin film optoelectronic device and a thin film optoelectronic device with via holes formed as line segments and variations thereof.

米国特許第7,276,724号明細書US Patent No. 7,276,724 国際公開第2011/148346号パンフレットInternational Publication No. 2011/148346 pamphlet

[0007]モノリシック光起電モジュール生産の分野における問題点は、光電池等の光起電部品間の高導電性ビアホール相互接続を確実に製造することに関連する。本願明細書に提供される実施形態は、減少したコスト及び高い生産歩留まりで薄膜モノリシック光起電モジュール装置の電池を確実に相互接続する方法を含むことができる。この方法は、光電池、ダイオード、グリッド、及び母線を含み得るモノリシック光起電モジュールの各種部品間の相互接続を製造するためにも用いることができる。この方法の速度及び大きな処理窓は、ロールツーロール生産方法を用いるモノリシック光起電モジュール装置の工業生産に有利である。本願明細書に提供される本開示の実施形態は、ビアホールラインセグメントを有する薄膜光電子デバイス、及び高速でこのようなラインセグメントを確実に製造する方法を更に含むことができる。   [0007] A problem in the field of monolithic photovoltaic module production relates to reliably producing highly conductive via hole interconnects between photovoltaic components such as photovoltaic cells. The embodiments provided herein can include a method for reliably interconnecting the batteries of a thin-film monolithic photovoltaic module device with reduced cost and high production yield. The method can also be used to fabricate interconnects between various components of a monolithic photovoltaic module, which can include photovoltaic cells, diodes, grids, and busbars. The speed and large processing window of this method is advantageous for industrial production of monolithic photovoltaic module devices using a roll-to-roll production method. Embodiments of the present disclosure provided herein may further include thin film optoelectronic devices having via hole line segments and methods for reliably manufacturing such line segments at high speed.

[0008]レーザーを使用するモノリシック相互接続の製造の分野の問題点は、レーザースクライビング光起電材料が可撓性基体上に形成されるときはなおさら、処理窓がレーザースクライビング・パラメータの非常に細かい調整を必要とするということである。   [0008] A problem in the field of manufacturing monolithic interconnects using lasers is that the processing window is very sensitive to laser scribing parameters, especially when the laser scribing photovoltaic material is formed on a flexible substrate. This means that adjustment is required.

[0009]レーザースクライビング光起電材料が可撓性基板上に形成されるときに目立つ、更なる問題点は、モノリシック相互接続がそれらの導電率の製造再現性において変動を呈することがあり得るということである。   [0009] A further problem that is noticeable when laser scribing photovoltaic materials are formed on flexible substrates is that monolithic interconnects can exhibit variations in the manufacturing repeatability of their conductivity. That is.

[0010]更に別の問題点は、レーザースクライビングが光起電材料の各種層を損傷して、可撓性基板からの材料のクラック及び局部的層間剥離を生じることがあり得るということである。これは、パルスレーザーでスクライビングするときに特にあてはまる。   [0010] Yet another problem is that laser scribing can damage various layers of the photovoltaic material, causing cracking and local delamination of the material from the flexible substrate. This is especially true when scribing with a pulsed laser.

[0011]本開示の実施形態は、このように、好ましくはレーザーを使用してスクライビング方法を利用することができて、そこにおいて、スクライビングプロセスによって発生する熱は、導電率を増大させるようにスクライビングされた空洞を囲む材料層を局所的に変化させて、このことにより、費用効果が優れている直列相互接続光電子部品及びそれに続くモノリシック光電子モジュール装置の設計及び生産が可能になる。   [0011] Embodiments of the present disclosure can thus utilize a scribing method, preferably using a laser, wherein the heat generated by the scribing process is used to increase the conductivity of the scribing process. The material layer surrounding the isolated cavity is locally varied, which allows for the design and production of cost-effective series interconnect optoelectronic components and subsequent monolithic optoelectronic module devices.

[0012]本発明の一実施形態は、バックコンタクト層が電池でパターン化されたCIGS電池又はモジュール等の薄膜光起電材料を提供して、バックコンタクト層の一部とフロントコンタクト層の一部の間に少なくとも1つの導電性モノリシック相互接続を形成するようにラインセグメントビアホールを薄膜材料にスクライビングすることにより構築される。   [0012] One embodiment of the present invention provides a thin film photovoltaic material, such as a CIGS battery or module, wherein the back contact layer is patterned with a battery, wherein a portion of the back contact layer and a portion of the front contact layer are provided. Constructed by scribing line segment via holes into a thin film material to form at least one conductive monolithic interconnect therebetween.

[0013]本開示の実施形態は、このように、前記薄膜CIGSデバイスの領域にラインセグメントビアホールを形成することを含む、少なくとも1つの薄膜CIGSデバイスを形成する方法を含むモノリシックに集積化された光電子モジュールを製造する方法を提供できる。前記デバイスは、フロントコンタクト層、半導体光電子活性層、バックコンタクト層、及び基板から成り、そしてラインセグメントビアホールは、前記ラインセグメントビアホールのドリル加工中に、前記ラインセグメントビアホールに対して、第1のパワーレベルから第2のパワーレベルまで漸進的に増大するレーザーパワーを加える連続波レーザーによってドリル加工することにより形成されて、フロントコンタクト層及び半導体光電子活性層の少なくとも一部を貫き、そしてレーザーによるドリル加工によって、前記ラインセグメントビアホールの内面を覆う導電性の永久に金属化された銅に富んだCIGSタイプ合金のCIGSタイプ壁を形成し、前記CIGSタイプ合金は、ホールがドリル加工されるCIGS半導体光電子活性層の化学組成の永久的な変化から生じ、フロントコンタクト層の少なくとも一部とバックコンタクト層の少なくとも一部の間に導電路を形成し、前記ラインセグメントビアホールの内面の端に沿ってフロントコンタクト層の表面にフロントコンタクトのバンプ形の高くなった部分を形成し、そして前記ラインセグメントビアホールの内面のベースにフロントコンタクト層の方へ高くなるバックコンタクト層の高くなった部分を形成する。
[0013] Embodiments of the present disclosure thus includes forming a line segment via holes in the region of the thin-film CIGS devices were monolithically integrated, including a method of forming at least one thin film CIGS devices A method for manufacturing an optoelectronic module can be provided. The device, CFCs preparative contact layer, the semi-conductor optoelectronic active layer, Ba click contact layer consists及beauty board, element line segment via holes during drilling of the line segments via holes, with respect to the line segments via hole Te, from a first power level is formed by drilling a continuous wave laser to apply the laser power progressively increases to a second power level, CFCs preparative contact layer及beauty semiconductors optoelectronic active layer at least a penetrates the parts, elements by drilling by Les Za, form a C IGS type wall-rich CIGS type alloy prior to Kira in segments via hole inner surface of the covering Ushirube conductive permanent metallized copper, The CIGS type alloy is a CIGS semiconductor optoelectronic active layer in which holes are drilled. Resulting from permanent changes in the chemical composition, form at least a portion Ba Tsu least a portion of the conductive path between the click contact layer description of front contact layer, the front contact layer along the edge of the inner surface of said line segments via hole And a raised portion of the back contact layer rising toward the front contact layer is formed at the base of the inner surface of the line segment via hole.

[0014]前記方法において、ビアホールを形成することにより、ビアホール内のバックコンタクト層の一部を除去し、それによって基板の一部を露出させることができる。更にまた、ビアホールを形成することにより、ビアホール内のバックコンタクト層の一部を除去し、それによって基板の一部を露出させることができて、そこにおいて、フロントコンタクト層の方へ高くなるバックコンタクト層の高くなった部分を形成することが樋状カールアップを形成する。より正確に言うと、樋状カールアップは、CIGSタイプ壁の部分の上をカールするバックコンタクト層の部分を含む。前記方法において、基板はポリイミドでもよい。より詳細には、ビアホールのドリル加工は、連続波レーザーによることができる。更にまた、ビアホールを形成することは、前記薄膜CIGSデバイスで、非対称のレーザースポットダイアグラムを有するレーザースポットを形成する少なくとも1つのレーザーによることができる。より正確に言うと、レーザーによるビアホールのドリル加工中のレーザーパワーの増加は、ビアホールに向けたレーザーからのレーザースポットの移動中のレーザーパワーの漸進的増大がある。ビアホールのドリル加工は、デバイスの光に暴露される側から見るときに顕微鏡検査により、末端(第2の端)でよりも前記ラインセグメントビアホールのドリル加工の開始に対応する端(第1の端)で小さい曲率半径を有する楕円形パターンを有するCIGSタイプ合金の内面を形成できる。実際には、ビアホールの少なくとも一部に供給されるレーザーエネルギーが1J/m〜8J/mであるように、レーザーによるビアホールのドリル加工は、連続波レーザーのレーザースポットを動かすことを含むことができる。より詳しくは、レーザーによるビアホールのドリル加工は、レーザー供給フルエンスが5×108J/m2〜41×108J/m2の範囲にある時間間隔を含むことができる。より正確に言うと、レーザーによるビアホールのドリル加工は、レーザー供給定常状態フルエンスが7.5×108J/m2〜11×108J/m2の範囲にある時間間隔を含むことができる。より大きな製造スループットのために、ビアホールのドリル加工は、隣接するアブレーティングラインをフロントコンタクト層にレーザースクライビングすると同時に行なうことができる。より幅広い方法で、前記薄膜CIGSデバイスを形成することは、前記薄膜CIGSデバイスの領域において複数の前記ラインセグメントビアホールから成る破線を形成することを含むことができる。
[0014] In the above method, by forming the via hole, a part of the back contact layer in the via hole can be removed, thereby exposing a part of the substrate. Still further, forming a via hole may remove a portion of the back contact layer in the via hole, thereby exposing a portion of the substrate, where the back contact is raised toward the front contact layer. Forming the raised portion of the layer forms a gutter-like curl-up . Rather, the gutter curl-up includes a portion of the back contact layer that curls over a portion of the CIGS-type wall. In the above method, the substrate may be polyimide. More specifically, the drilling of the via holes can be with a continuous wave laser. Still further, forming a via hole can be with the thin film CIGS device by at least one laser forming a laser spot having an asymmetric laser spot diagram. More precisely, increasing the laser power during drilling of the via hole by the laser involves a gradual increase in the laser power during the movement of the laser spot from the laser towards the via hole. The drilling of the via hole is performed by microscopic inspection when viewed from the light-exposed side of the device, the end corresponding to the start of drilling of the line segment via hole (first end) rather than at the end (second end). ) Can form the inner surface of a CIGS type alloy having an elliptical pattern having a small radius of curvature. In practice, drilling a via hole with a laser may include moving a laser spot of a continuous wave laser such that the laser energy supplied to at least a portion of the via hole is between 1 J / m and 8 J / m. . More specifically, drilling of via holes with a laser can include time intervals where the laser supply fluence is in the range of 5 × 10 8 J / m 2 to 41 × 10 8 J / m 2 . More precisely, laser drilling of via holes can include time intervals where the laser fed steady state fluence is in the range of 7.5 × 10 8 J / m 2 to 11 × 10 8 J / m 2. . For greater manufacturing throughput, drilling of via holes can be performed simultaneously with laser scribing of adjacent ablating lines to the front contact layer. Forming the thin-film CIGS device in a broader manner can include forming a dashed line of a plurality of the line segment via holes in a region of the thin-film CIGS device.

本開示の実施形態はまた、少なくとも1つのラインセグメントビアホールを薄膜CIGSデバイスの領域に含む、薄膜CIGSデバイスを形成する方法に関連し、前記デバイスは、基板と、基板上に配置されたフロントコンタクト層と、基板上に配置されたバックコンタクト層と、フロントコンタクト層とバックコンタクト層との間に配置された半導体光電子活性層と、から成り、そしてラインセグメントビアホールは、レーザーの出力の使用によるドリル加工により形成され、フロントコンタクト層及び前記半導体光電子活性層のうちの少なくとも一部を貫き、そしてレーザーによるドリル加工によって、少なくとも1つのラインセグメントビアホールの内面を覆う導電性の永久に金属化された、銅に富んだCIGSタイプ合金のCIGSタイプ壁を形成し、CIGSタイプ壁は、ラインセグメントビアホールに沿い、フロントコンタクト層の一部とバックコンタクト層の一部の間に導電路を形成し、フロントコンタクト層の方へ高くなるバックコンタクト層の高くなった部分を形成して、樋状カールアップを形成すること、をもたらす。
Embodiments of the present disclosure also relate to a method of forming a thin-film CIGS device that includes at least one line segment via hole in a region of the thin-film CIGS device, the device comprising a substrate and a front contact layer disposed on the substrate. And a back contact layer disposed on the substrate, and a semiconductor optoelectronic active layer disposed between the front contact layer and the back contact layer, and the line segment via hole is drilled by using a laser output. Conductive, permanently metallized copper formed through the front contact layer and at least a portion of the semiconductor optoelectronically active layer and by laser drilling covering the inner surface of the at least one line segment via hole Rich CIGS type alloy CIGS A back contact layer is formed along the line segment via hole, forming a conductive path between a part of the front contact layer and a part of the back contact layer, and rising toward the front contact layer. Forming a raised portion of the gutter to form a gutter-like curl-up .

前記方法において、樋状カールアップが、ラインセグメントビアホールのドリル加工中に、レーザーによって加えられたパワーにおける変化によって形成される。樋状カールアップが、ラインセグメントビアホールのドリル加工中の、第1のパワーレベルから第2のパワーレベルまでの、ラインセグメントビアホールに加えられたレーザーパワーの漸進的増大によって形成される。樋状カールアップが、ビアホールに向けられたレーザーからのレーザースポットの移動中の、第1のパワーレベルから第2のパワーレベルまでの、ラインセグメントビアホールに加えられたレーザーパワーにおける漸進的増大によって形成される。樋状カールアップが、CIGSタイプ壁の部分の上をカールするバックコンタクト層の部分を含む。CIGSタイプ壁が、フロントコンタクト層上方に延伸する部分を含む。CIGSタイプ壁が、フロントコンタクト層の上を延伸する部分を含み、フロントコンタクト層の一部が、半導体光電活性層の部分とフロントコンタクト層の上を延伸するCIGSタイプ壁の間に配置される。樋状カールアップが、CIGSタイプ壁の部分の上をカールするバックコンタクト層の部分を含む。

In the method, a gutter curl-up is formed by a change in power applied by a laser during drilling of a line segment via hole. A gutter-like curl-up is formed by a gradual increase in laser power applied to the line segment via hole from a first power level to a second power level during drilling of the line segment via hole. A gutter-shaped curl-up is formed by a gradual increase in laser power applied to the line segment via hole from a first power level to a second power level during movement of the laser spot from the laser directed to the via hole. Is done. The gutter curl up includes a portion of the back contact layer that curls over a portion of the CIGS type wall. The CIGS type wall includes a portion extending above the front contact layer. The CIGS-type wall includes a portion extending above the front contact layer, and a portion of the front contact layer is disposed between the portion of the semiconductor photoelectrically active layer and the CIGS-type wall extending above the front contact layer. The gutter curl up includes a portion of the back contact layer that curls over a portion of the CIGS type wall.

[0017]本開示の実施形態はまた、シャドーイングを起こさない母線、電流収集グリッドのさまざまなサイズ及び数、カプセル化材料、並びにビアの深さ及び/又は形状及び/又は位置及び/又は数のバリエーションを含むモノリシックに集積化された光電子モジュールを含むこともできる。   [0017] Embodiments of the present disclosure also provide for non-shadowing busbars, various sizes and numbers of current collection grids, encapsulation materials, and via depth and / or shape and / or location and / or number of vias. Monolithically integrated optoelectronic modules including variations can also be included.

[0018]本願明細書に提供されている本開示の実施形態は、薄膜光起電デバイスの製造、より詳細には、可撓性光起電モジュール等の相互接続した光電子部品の光起電デバイス又はモジュールのロールツーロール製造の分野におけるいくつかの問題点を有利に解決できる。本願明細書に記載の実施形態又は方法の1つ以上を使用して製造した薄膜可撓性光起電デバイスの場合は、従来のデバイスを超えて得られる利点は、以下を含むことができる。
拡大レーザースクライビング処理窓
レーザースクライビング処理のより大きな再現性
より高い光起電変換効率
モノリシック相互接続のより大きな強度
より大きな生産歩留まり
より大きな設計の範囲
より大きな光起電モジュール信頼性
より低い製造コスト
[0018] Embodiments of the present disclosure provided herein relate to the manufacture of thin film photovoltaic devices, and more particularly, to photovoltaic devices for interconnected optoelectronic components such as flexible photovoltaic modules. Alternatively, some problems in the field of roll-to-roll production of modules can be advantageously solved. For thin-film flexible photovoltaic devices manufactured using one or more of the embodiments or methods described herein, advantages obtained over conventional devices can include:
Enlarged laser scribing window Greater reproducibility of laser scribing process Higher photovoltaic conversion efficiency Greater strength of monolithic interconnect Greater production yield Greater design range Greater photovoltaic module reliability Lower manufacturing costs

[0019]上にリストアップされた利点は、本願明細書に記載の実施形態の1つ以上とともに使用するために必要であると考えるべきではなくて、本願明細書に記載の本発明の範囲に関して制限することを意図するものではない。   [0019] The advantages listed above should not be deemed necessary for use with one or more of the embodiments described herein, but should be considered with respect to the scope of the invention described herein. It is not intended to be limiting.

[0020]本願明細書に記載の実施形態の利点のうちの1つは、ラインセグメントビアホールの形成を含み、それは、接続を母線に、そしてシャドーイングを起こさない母線にさえ提供するためだけでなく、薄膜デバイスのモノリシック相互接続に特に有用であり得る。   [0020] One of the advantages of the embodiments described herein includes the formation of line segment via holes, which not only provide connections to busbars and even to busbars that do not shadow. , May be particularly useful for monolithic interconnection of thin film devices.

[0021]高くなったCIGSタイプビアホール壁面を有する薄膜CIGSデバイスのラインセグメントビアホールの実施形態の断面図を示す。[0021] FIG. 3 illustrates a cross-sectional view of an embodiment of a line segment via hole of a thin film CIGS device having elevated CIGS type via hole walls. 高くなったCIGSタイプビアホール壁面を有する薄膜CIGSデバイスのラインセグメントビアホールの実施形態の断面図を示す。FIG. 4 shows a cross-sectional view of an embodiment of a line segment via hole of a thin film CIGS device having a raised CIGS type via hole wall surface. [0022]複数のラインセグメントビアホールから成る薄膜CIGSモジュールの断面図を示す。[0022] FIG. 2 illustrates a cross-sectional view of a thin film CIGS module comprised of a plurality of line segment via holes. [0023]図2に示される複数のラインセグメントビアホールから成る薄膜CIGSモジュールの上面図、即ち光に暴露される側の図を示す。FIG. 3 shows a top view of the thin film CIGS module comprising a plurality of line segment via holes shown in FIG. 2, ie, a view on the side exposed to light. [0024]ラインセグメントビアホールの上面図、即ち光に暴露される側の図、及びラインセグメントビアホールをレーザースクライビングするために用いる対応するレーザーパワーのグラフを示す。[0024] FIG. 4 shows a top view of a line segment via hole, ie, a view of the side exposed to light, and a graph of the corresponding laser power used to laser scribe the line segment via hole. ラインセグメントビアホールの上面図、即ち光に暴露される側の図、及びラインセグメントビアホールをレーザースクライビングするために用いる対応するレーザーパワーのグラフを示す。FIG. 3 shows a top view of a line segment via hole, ie, a view of the side exposed to light, and a graph of the corresponding laser power used to laser scribe the line segment via hole. [0025]一連のラインセグメントビアホールをスクライビングするために用いるレーザーパワー対時間のグラフである。5 is a graph of laser power versus time used to scribe a series of line segment via holes. [0026]図2、1A、1B、及び4Aのバリエーションを示し、そこにおいて、高くしたCIGSタイプビアホール壁面は、より広くて、フロントコンタクト層上に形を成す。[0026] Variations of FIGS. 2, 1A, 1B, and 4A are shown, where the elevated CIGS-type via hole walls are wider and form on the front contact layer. 図2、1A、1B、及び4Aのバリエーションを示し、そこにおいて、高くしたCIGSタイプビアホール壁面は、より広くて、フロントコンタクト層上に形を成す。2, 1A, 1B, and 4A are shown, wherein the elevated CIGS type via hole wall is wider and forms on the front contact layer. 図2、1A、1B、及び4Aのバリエーションを示し、そこにおいて、高くしたCIGSタイプビアホール壁面は、より広くて、フロントコンタクト層上に形を成す。2, 1A, 1B, and 4A are shown, wherein the elevated CIGS type via hole wall is wider and forms on the front contact layer. 図2、1A、1B、及び4Aのバリエーションを示し、そこにおいて、高くしたCIGSタイプビアホール壁面は、より広くて、フロントコンタクト層上に形を成す。2, 1A, 1B, and 4A are shown, wherein the elevated CIGS type via hole wall is wider and forms on the front contact layer. 図2、1A、1B、及び4Aのバリエーションを示し、そこにおいて、高くしたCIGSタイプビアホール壁面は、より広くて、フロントコンタクト層上に形を成す。2, 1A, 1B, and 4A are shown, wherein the elevated CIGS type via hole wall is wider and forms on the front contact layer.

[0027]図1A〜1Bは、本願明細書に提供されている本開示の例示的実施形態を表し、各図は、ラインセグメントビアホールを形成する方法がモノリシックに集積化した光電子モジュールを形成するためにどのように実行されるかについての技術的なバリエーションを表す。当業者であれば、図に表される各種の部品の尺度が明快さを改善するように調整されて、従って、本願明細書に提供されている本発明の範囲に関して制限することを目的としないと認識するであろう。更に、図中の部品の数及び領域は、図式的に示されて、従って工業生産にふさわしい集積化した光電子モジュールを形成するために更に調整されて、構成されることができる。図1A及び1Bに関して記述された大部分の特徴は、図6B及び6Cにもあてはまり、その違いは、図6B及び6Cの実施形態が、フロントコンタクト層150の表面を少なくとも部分的にカバーするCIGSタイプ合金155′の少なくとも1つの高くなった部分を含むこと、並びに図1A及び1Bのフロントコンタクトの高くなった部分155のバンプが図6B及び6Cで番号157をつけられることである。   [0027] FIGS. 1A-1B depict exemplary embodiments of the present disclosure provided herein, each of which illustrates a method of forming a line segment via hole for forming a monolithically integrated optoelectronic module. Represents a technical variation on how it is performed. Those skilled in the art will appreciate that the scales of the various components shown in the figures have been adjusted to improve clarity and therefore are not intended to limit the scope of the invention provided herein. You will recognize. Further, the number and area of the components in the figures are shown schematically and can therefore be further adjusted and configured to form an integrated optoelectronic module suitable for industrial production. Most of the features described with respect to FIGS. 1A and 1B also apply to FIGS. 6B and 6C, the difference being that the embodiment of FIGS. 6B and 6C makes the embodiment of the CIGS type at least partially cover the surface of the front contact layer 150. It is to include at least one raised portion of the alloy 155 ', and that the bumps of the raised portion 155 of the front contact of FIGS. 1A and 1B are numbered 157 in FIGS. 6B and 6C.

[0028]図1Aは、薄膜デバイス100の一部の断面を示し、そこで、ラインセグメントビアホール165が、好ましくはレーザーを使用してスクライビングされた。薄膜デバイスは、少なくとも一つの電気絶縁基板110、少なくとも1つの導電性バックコンタクト層120、少なくとも1つの吸収体層130、任意に少なくとも1つのバッファ層140、及び少なくとも1つの導電性フロントコンタクト層150から成る。   [0028] FIG. 1A shows a cross-section of a portion of a thin-film device 100 where a line segment via hole 165 has been scribed, preferably using a laser. The thin film device comprises at least one electrically insulating substrate 110, at least one conductive back contact layer 120, at least one absorber layer 130, optionally at least one buffer layer 140, and at least one conductive front contact layer 150. Become.

[0029]電気絶縁基板110は、堅くても可撓性でもよくて、様々な材料又は被覆材料、例えば、ガラス、被覆金属、プラスチックで被覆した金属、プラスチック、金属被覆プラスチック等の被覆プラスチック、又は可撓性ガラスでもよい。ポリイミドが非常に可撓性であり、高効率光電子デバイスを製造するのに必要とする温度を持続して、被覆金属基板より少ない処理を必要として、それに堆積する光起電材料層のそれらと互換性を持つ熱熱膨張率を呈するので、好ましい可撓性基板材料はポリイミドである。産業的に利用できるポリイミド基板は、通常、7μm〜150μmの厚みで利用できて、約400〜600℃の温度を持続することができて、ロールツーロール生産を可能にする。   [0029] The electrically insulating substrate 110 may be rigid or flexible, and may comprise a variety of materials or coating materials, for example, glass, coated metal, metal coated with plastic, plastic, coated plastic such as metal-coated plastic, or the like. Flexible glass may be used. Polyimide is very flexible and sustains the temperatures needed to produce high efficiency optoelectronic devices, requires less processing than coated metal substrates, and is compatible with those of the photovoltaic material layers deposited on it A preferred flexible substrate material is polyimide because it exhibits a characteristic thermal coefficient of thermal expansion. Industrially available polyimide substrates are typically available in thicknesses of 7 μm to 150 μm and can sustain temperatures of about 400 to 600 ° C., enabling roll-to-roll production.

[0030]少なくとも1つの導電性バックコンタクト層120は、基板110をコーティングする。バックコンタクト層120は、好ましくは高い光反射率を有して、いくつかの他の薄膜材料、例えば、金属カルコゲニド、モリブデン・カルコゲニド、モリブデン・セレン化物(例えばMoSe)、ナトリウム(Na)ドープMo、カリウム(K)ドープMo、Na及びKドープMo、遷移金属カルコゲニド、スズ・ドープ・インジウム酸化物(ITO)、ドープ又は非ドープのインジウム酸化物、ドープ又は非ドープの酸化亜鉛、ジルコニウム窒化物、酸化スズ、窒化チタン、チタン(Ti)、タングステン(W)、タンタル(Ta)、金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)、及びニオブ(Nb)を用いることもできるか又は有利に含むこともできるけれども、モリブデン(Mo)で一般にできている。 [0030] At least one conductive back contact layer 120 coats the substrate 110. The back contact layer 120 preferably has a high light reflectivity, and may have some other thin film material, such as metal chalcogenide, molybdenum chalcogenide, molybdenum selenide (eg, MoSe 2 ), sodium (Na) doped Mo , Potassium (K) doped Mo, Na and K doped Mo, transition metal chalcogenide, tin doped indium oxide (ITO), doped or undoped indium oxide, doped or undoped zinc oxide, zirconium nitride, Tin oxide, titanium nitride, titanium (Ti), tungsten (W), tantalum (Ta), gold (Au), silver (Ag), copper (Cu), and niobium (Nb) can also or advantageously be used. It is generally made of molybdenum (Mo), although it can be included.

[0031]少なくとも1つの吸収体層130は、導電層120をコーティングする。吸収体層130は、通常は、ABC材料でできていて、そこにおいて、Aは、銅(Cu)又は銀(Ag)を含むInternational Union of Pure and Applied Chemistryによって定義される化学元素の周期表の第11族の元素を表し、Bは、インジウム(In)、ガリウム(Ga)、又はアルミニウム(Al)を含む周期表の第13族の元素を表し、そしてCは、硫黄(S)、セレニウム(Se)、又はテルル(Te)を含む周期表の第16族の元素を表す。ABC材料のような、ABC材料の例は、Cu(In,Ga)Se半導体(別名CIGS)である。 [0031] At least one absorber layer 130 coats the conductive layer 120. The absorber layer 130 is typically made of an ABC material, where A is a periodic table of chemical elements defined by the International Union of Pure and Applied Chemistry including copper (Cu) or silver (Ag). Represents an element of group 11; B represents an element of group 13 of the periodic table including indium (In), gallium (Ga), or aluminum (Al); and C represents sulfur (S), selenium ( Se) or an element belonging to Group 16 of the periodic table including tellurium (Te). An example of an ABC material, such as an ABC 2 material, is a Cu (In, Ga) Se 2 semiconductor (also known as CIGS).

[0032]任意には、少なくとも1つの半導体バッファ層140は、吸収体層130をコーティングする。前記バッファ層は、通常、1.5eVより高いエネルギーバンドギャップを有して、例えば、CdS、Cd(S、OH)、CdZnS、インジウム硫化物、硫化亜鉛、ガリウム・セレン化物、インジウム・セレン化物、(インジウム、ガリウム)硫黄の化合物、(インジウム、ガリウム)セレニウムの化合物、酸化スズ、酸化亜鉛、Zn(Mg、0)S、Zn(0、S)材料、又はそのバリエーションでできている。   [0032] Optionally, at least one semiconductor buffer layer 140 coats the absorber layer 130. The buffer layer typically has an energy bandgap higher than 1.5 eV, for example, CdS, Cd (S, OH), CdZnS, indium sulfide, zinc sulfide, gallium selenide, indium selenide, It is made of (indium, gallium) sulfur compound, (indium, gallium) selenium compound, tin oxide, zinc oxide, Zn (Mg, 0) S, Zn (0, S) material, or a variation thereof.

[0033]少なくとも1つの透明な導電層150は、バッファ層140をコーティングする。前記透明な導電層(別名フロントコンタクト)は、通常、例えば、インジウム酸化物、酸化スズ、又は酸化亜鉛等の材料のドープ又は非ドープのバリエーションでできている透明な導電性酸化物(TCO)層から成る。   [0033] At least one transparent conductive layer 150 coats the buffer layer 140. The transparent conductive layer (also known as front contact) is typically a transparent conductive oxide (TCO) layer made of a doped or undoped variation of a material such as, for example, indium oxide, tin oxide, or zinc oxide. Consists of

[0034]ラインセグメントビアホール165は、フロントコンタクト層150を堆積した後に通常形成される薄膜微細構造である。ラインセグメントビアホール165は、少なくとも1つのレーザーを使用して、好ましくは少なくとも1つの連続波レーザーで好ましくはスクライビングされる。その結果、スクライビングによって生じる局所発熱によって前記ラインセグメントビアホール165の内面を覆うCIGS吸収体層130のレベルのCIGS材料は、永久に導電性になり、それによってCIGSタイプ壁134を形成する。CIGSタイプ壁134の材料は、吸収体層130のCIGS材料の局所的熱誘導変質によって生じる。熱誘導変質は、CIGS材料の化学構成要素の部分的な溶融及び部分的な蒸発として説明することができて、それによってCIGSタイプ壁134が銅に富んだCIGSタイプ合金から形成されることに結果としてなる。   [0034] Line segment via hole 165 is a thin film microstructure typically formed after deposition of front contact layer 150. The line segment via holes 165 are preferably scribed using at least one laser, preferably with at least one continuous wave laser. As a result, the local heat generated by the scribing makes the CIGS material at the level of the CIGS absorber layer 130 that covers the inner surface of the line segment via hole 165 permanently conductive, thereby forming a CIGS type wall 134. The material of the CIGS type wall 134 results from local heat-induced alteration of the CIGS material of the absorber layer 130. Heat induced alteration can be described as partial melting and partial evaporation of the chemical components of the CIGS material, thereby resulting in the CIGS type wall 134 being formed from a copper-rich CIGS type alloy. It becomes as.

[0035]当業者であれば、走査電子顕微鏡検査、エネルギー分散X線分光法(EDS)、及び画像処理ソフトウェアを使用して、薄膜微細構造及び材料の分布を観察して、定量化できる。銅に富んだCIGSタイプ合金のエネルギー分散X線分光法(EDS)による特性解析は、それが少なくとも銅セレン化物及び銅を含むことを示唆する。   [0035] One skilled in the art can observe and quantify the distribution of thin film microstructures and materials using scanning electron microscopy, energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS), and image processing software. Characterization of the copper-rich CIGS type alloy by energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) suggests that it contains at least copper selenide and copper.

[0036]前記CIGSタイプ合金は、従って、ラインセグメントビアホール165の金属被覆されたCIGSタイプ壁134を形成する。金属被覆されたCIGSタイプ壁134は、ラインセグメントビアホール165内でバックコンタクト層120から少なくともフロントコンタクト層150まで薄膜厚みの方向に広がる。金属被覆されたCIGSタイプ壁134は、従って、バックコンタクト層120とフロントコンタクト層150の間に導電路を提供する。CIGSタイプ壁134の抵抗率は、通常、約1.68×10Ω.mの抵抗率を有する銅のそれと約2×102Ω.mの間の範囲にあり、満足な値は約1.9×10Ω.m〜2.1×10Ω.mである。 [0036] The CIGS type alloy thus forms a metallized CIGS type wall 134 of the line segment via hole 165. The metal-coated CIGS type wall 134 extends in the direction of the thin film thickness from the back contact layer 120 to at least the front contact layer 150 in the line segment via hole 165. The metallized CIGS type wall 134 thus provides a conductive path between the back contact layer 120 and the front contact layer 150. The resistivity of the CIGS type wall 134 is typically about 1.68 × 10 8 Ω. At the same about 2 × 10 2 2 [Omega copper having a resistivity of m. m, a satisfactory value is about 1.9 × 10 3 Ω. m to 2.1 × 10 3 Ω. m.

[0037]従って、レーザースクライビング処理の間に供給されるエネルギーを制御することによって、セグメントビアホール165を望ましく形成できる。少なくとも1つのレーザー、好ましくは少なくとも1つの連続波レーザーを使用してスクライビング処理によって発生する局所発熱はまた、フロントコンタクト層150に向かって高くなるバックコンタクト層120の少なくとも1つの高くなった部分125を形成する。高くなった部分125は、CIGSタイプ壁134との改良された機械的且つ電気的接触を提供できる。   [0037] Thus, by controlling the energy supplied during the laser scribing process, segment via holes 165 can be desirably formed. The local heating generated by the scribing process using at least one laser, preferably at least one continuous wave laser, also causes at least one raised portion 125 of the back contact layer 120 to rise toward the front contact layer 150. Form. Raised portion 125 can provide improved mechanical and electrical contact with CIGS type wall 134.

[0038]更にまた、スクライビング処理によって発生する局所発熱によって、フロントコンタクト層150の表面にフロントコンタクトの高くなった部分155を任意に形成することができる。フロントコンタクトの高くなった部分は、通常、ビアホールの周辺のほとんどに沿ってバンプに似ている。バンプの形状は、通常、ビアホールのCIGSタイプ壁134の内面135に融合し、そして外側の方へ、フロントコンタクト層に漸進的に融合するか又は鈍角の継手159を形成できる。バンプの外側の断面は、例えば、任意に先端を切ったバンプ関数によってモデル化することができる。即ち、|x|<1(又は先端を切った場合、|x|<<1)の場合、y=exp(−l/(l−x))、それ以外の場合、y=0。前記フロントコンタクトの高くなった部分155は、下にある吸収体層130から拡散したインジウムを含むことができる。前記インジウムは、レーザーエネルギーが印加される位置からの、そしてレーザースクライビング処理の間に下にあるバックコンタクト層120の存在に起因するホットプレート効果による熱放射からの熱放射及び拡散の両方の結果として存在し得る。その結果、インジウムを吸収体層130からフロントコンタクト層150に拡散させる。 [0038] Furthermore, a portion 155 having a higher front contact can be arbitrarily formed on the surface of the front contact layer 150 by local heat generated by the scribing process. The raised portion of the front contact typically resembles a bump along most of the periphery of the via hole. The shape of the bumps typically fuses to the inner surface 135 of the CIGS type wall 134 of the via hole and outwardly, it can progressively fuse to the front contact layer or form an obtuse joint 159. The outer cross section of the bump can be modeled, for example, by an arbitrarily truncated bump function. That is, when | x | <1 (or when | x | << 1), y = exp (−1 / (l−x 2 )), otherwise y = 0. The raised portion 155 of the front contact may include indium diffused from the underlying absorber layer 130. The indium is a result of both thermal radiation and diffusion from the location where the laser energy is applied and from thermal radiation due to the hot plate effect due to the presence of the underlying back contact layer 120 during the laser scribing process. Can exist. As a result, indium is diffused from the absorber layer 130 to the front contact layer 150.

[0039]図1Bは、図1Aのバリエーションの断面を示し、そこにおいて、基板110の一部はビアホール165′内で露出されて、バックコンタクト層120の少なくとも1つの高くなった部分は、基板の露出部分の周辺117で樋状カールアップ127、127′を形成する。基板110を露出させて、バックコンタクト層120の樋状カールアップ127、127′を形成することは、図1Aに示される実施形態よりもより大きいレーザースクライビング製造窓、より大きい生産歩留まり、及び機械抵抗を与えることができる。図1Bは、CIGSタイプ壁134、134′及びバックコンタクト層120の樋状カールアップ127、127′の対応する高くなった部分の2つのバリエーションを示す。CIGSタイプ壁134及び樋状カールアップ127のバックコンタクトの高くなった部分のバリエーションは、その高くなった部分がカールアップして後方にカールし、それによってカールアップのカールアップアンドバック127タイプを形成し、それによって銅、銅のセレン化物、及びモリブデンから成る不均一合成物を形成するために、内面134の材料を囲んで、場合により局所的に融合することを特徴とする。内面134′及び樋状カールアップ127′のバックコンタクトの高くなった部分のバリエーションは、高くなった部分がカールアップするが、後方にカールせず、それによってカールアップのカールアップオンリー127′タイプを形成し、そしてカールアップアンドバック127におけるよりも少ない材料の融合から成ることを特徴とする。   [0039] FIG. 1B shows a cross section of a variation of FIG. 1A, wherein a portion of the substrate 110 is exposed in the via hole 165 'and at least one raised portion of the back contact layer 120 is exposed to the substrate. Gutter-shaped curl-ups 127 and 127 'are formed around the exposed portion 117. Exposing the substrate 110 to form the gutter-shaped curls 127, 127 'of the back contact layer 120 requires a greater laser scribing fabrication window, greater production yield, and mechanical resistance than the embodiment shown in FIG. 1A. Can be given. FIG. 1B shows two variations of the CIGS type walls 134, 134 'and the corresponding raised portions of the gutter-shaped curl-ups 127, 127' of the back contact layer 120. The variation in the height of the back contact of the CIGS type wall 134 and the gutter-shaped curl-up 127 is that the raised portion curls up and curls backward, thereby forming a curl-up curl-up and back 127 type. The material of the inner surface 134 is then surrounded and possibly locally fused to form a heterogeneous composite of copper, copper selenide, and molybdenum. The variation in the height of the back contact of the inner surface 134 'and the gutter-shaped curl-up 127' is such that the raised portion curls up, but does not curl backward, thereby providing a curl-up only 127 'type of curl-up. Formed and comprises less material fusion than in curl up and back 127.

[0040]2つのCIGSタイプ壁バリエーション134、134′及び樋状カールアップ127、127′の高くなった部分は、別々のビアホールに、又は同じビアホールに存在してもよい。例えば、ビアホール165′の一方の長い側面の少なくとも一部はバリエーション134、127を表わすことができるが、他方の長い側面の少なくとも一部はバリエーション134′、127′を表わすことができる。図1Aと比較して、バックコンタクト層120の樋状カールアップ127、127′の高くなった部分を形成することは、いくつかの実施形態において、内面134、134′を比較的より高く上げて、更には任意にフロントコンタクトの高くなった部分155をより高く上げることに結果としてなることができる。   [0040] The elevated portions of the two CIGS type wall variations 134, 134 'and the gutter curls 127, 127' may be in separate via holes or in the same via hole. For example, at least a portion of one long side of via hole 165 'can represent variations 134, 127, while at least a portion of the other long side can represent variations 134', 127 '. Forming the raised portions of the gutter-like curl-ups 127, 127 'of the back contact layer 120, as compared to FIG. 1A, may in some embodiments raise the inner surfaces 134, 134' relatively higher. And optionally higher elevations of the raised portion 155 of the front contact.

[0041]樋状カールアップ127、127′は、ビアホールの導電率及び薄膜層間剥離に対する強度を増大するのに有利でありえる。実質的に、樋状カールアップ127、127′は、モリブデン、銅、及びおそらく銅セレン化物の不均一分布から通常成る、溶接部を形成し、それは、薄膜層の互いの結合、特にバックコンタクトモリブデン層に対する近くの非溶融CIGS半導体光電子活性層の結合を局所的に補強する。従来技術に従って製造されるビアホール又はモノリシックに相互接続する溝、特に連続波レーザーの代わりにパルスレーザーを使用して製造されるそれらは、光起電デバイスの薄膜層における層間剥離、フレーキング、及びクラックにより通常判別可能な、より小さい機械的強度を呈することができる。   [0041] The gutter curls 127, 127 'can be advantageous to increase the conductivity of the via holes and the strength against thin film delamination. In effect, the gutter curls 127, 127 'form a weld, usually consisting of a non-uniform distribution of molybdenum, copper, and possibly copper selenide, which bonds the thin film layers to one another, especially the back contact molybdenum. Locally reinforce bonding of the nearby unfused CIGS semiconductor optoelectronic active layer to the layer. Via holes or monolithically interconnecting trenches manufactured according to the prior art, especially those manufactured using pulsed lasers instead of continuous wave lasers, are capable of delamination, flaking and cracking in thin film layers of photovoltaic devices. Thus, a smaller mechanical strength, which can be usually determined, can be exhibited.

[0042]バリエーション134、127及び134′、127′を形成することは、ビアホールセグメントの導電率の局所的適応、又は、ビアホールセグメントが十分に長い場合、カールアップの高さ1273及び幅1275、銅に富んだCIGSタイプ合金の幅1345、並びにフロントコンタクト150のバンプ形の高くなった部分155に拡散したインジウムの量を変えることによるビアホールセグメントの長さに沿った導電率の局所的適応を設計するために有利でありえる。例えば、ビアホールセグメントの一面、例えば電池の光に暴露されるフロントコンタクト領域の大部分に最も近い面を他面、例えばフロントコンタクト層溝151(図2及び図3に示される)に最も近い面よりも導電性にすることは、ある実施形態において有利でありえる。電池の表面の局所的導電率のバリエーション、例えばフロントコンタクト導電性グリッド部品の存在、近接、又は隣接によってもたらされるバリエーションとの互換性を示すように、ビアセグメントの面の導電率を調整することも有利でありえる。実施形態は、例えば、さまざまな長さのビアホールセグメント、おそらく曲線を描くビアホールセグメントを含むことができて、そこにおいて、ビアセグメントのいずれか一つの面のいずれか一つは、バリエーション134、127及び134′、127′の組合せを含む。   [0042] Forming variations 134, 127 and 134 ', 127' can be a local adaptation of the via hole segment conductivity or, if the via hole segment is sufficiently long, the curl up height 1273 and width 1275, copper The width 1345 of the rich CIGS type alloy, as well as the local adaptation of the conductivity along the length of the via-hole segment by varying the amount of indium diffused into the bump-shaped raised portion 155 of the front contact 150. Can be advantageous for For example, one surface of the via hole segment, eg, the surface closest to the majority of the front contact area exposed to the light of the battery, may be moved from the other surface, eg, the surface closest to the front contact layer groove 151 (shown in FIGS. 2 and 3). Making it also conductive may be advantageous in some embodiments. It is also possible to adjust the conductivity of the surface of the via segment to show compatibility with variations in local conductivity on the surface of the battery, for example, variations caused by the presence, proximity, or proximity of front contact conductive grid components. Can be advantageous. Embodiments can include, for example, via hole segments of various lengths, possibly curvilinear via hole segments, wherein any one of the faces of any one of the via segments has variations 134, 127 and 134 ', 127'.

[0043]前記バリエーションの少なくとも1つを含む少なくとも1つのビアホールラインセグメントを製造する方法は、レーザースポットを使用することを含むことができて、そこで、レーザースクライビングされるデバイスの表面のレーザーのスポットダイアグラムを考慮するときに、レーザースポットの最も高いレーザー光強度の領域は、レーザーのスポットダイアグラムの中心に関して対称的に位置しない。レーザーのスポットダイアグラムの非対称は、例えば、レーザービームの光路の中に配置されるレーザービーム・シェイパー又はレーザービーム・エキスパンダーの調整によって得ることができる。レーザースポット内の最も高いレーザー強度の領域の位置を選択するか又は制御することによって、当業者であれば、カールアップバリエーション127及び127′の形成を選択できるか又は制御できる。当業者であれば、例えば少なくとも一つのラインセグメントビアホール内の多様な特徴の複数の樋状カールアップを形成するために、ラインセグメントビアホールの形成を変えるように、レーザースポット内の最も高いレーザー強度の領域の位置を望ましく変えることもできる。   [0043] A method of manufacturing at least one via hole line segment comprising at least one of the above variations can include using a laser spot, wherein a laser spot diagram of a laser scribing device surface. , The region of the highest laser light intensity of the laser spot is not located symmetrically with respect to the center of the laser spot diagram. The asymmetry of the laser spot diagram can be obtained, for example, by adjusting a laser beam shaper or a laser beam expander arranged in the optical path of the laser beam. By choosing or controlling the location of the region of highest laser intensity within the laser spot, one skilled in the art can select or control the formation of curl-up variations 127 and 127 '. One of ordinary skill in the art will appreciate that the highest laser intensity in the laser spot can be altered to alter the formation of the line segment via hole, for example, to form multiple gutter curls of various features within the at least one line segment via hole. The location of the region can be changed as desired.

[0044]図2は、複数のラインセグメントビアホール163、165、165′、167から成る薄膜CIGS光起電モジュール200の断面を示す。ラインセグメントビアホール165は、光起電モジュールの隣接電池間の直列モノリシック相互接続を可能にする。ラインセグメントビアホール163、167は、下にある母線182、188へのフロントコンタクト又はバックコンタクト層部品の電気相互接続を可能にする。少なくとも1つのラインセグメントビアホール163、165、165′、167は、図1A〜1Bの少なくとも1つに記載されている、吸収体層のCIGS材料の熱により誘発された変質から生じる銅に富んだCIGSタイプ壁132、134、136、138、及びバックコンタクト層の少なくとも1つの高くなった部分125、127を備える。前記ビアホール163、165、165′、167のうちのいずれか1つは、図1A〜1Bにも示されるように、フロントコンタクト層部品156を覆って形成された少なくとも1つのフロントコンタクトの高くなった部分155を任意に備えることができる。どれか1つのビアホール163、165、165′、167は、図1Bにも示されるように、樋状カールアップ127、127′を備えて形成された少なくとも1つのバックコンタクト層部品128を任意に備えることができる。   FIG. 2 shows a cross section of a thin-film CIGS photovoltaic module 200 comprising a plurality of line segment via holes 163, 165, 165 ', 167. Line segment via holes 165 allow for serial monolithic interconnection between adjacent cells of the photovoltaic module. Line segment via holes 163, 167 allow for electrical interconnection of front contact or back contact layer components to underlying busbars 182, 188. The at least one line segment via hole 163, 165, 165 ', 167 is a copper-rich CIGS resulting from heat-induced alteration of the CIGS material of the absorber layer described in at least one of FIGS. 1A-1B. Type walls 132, 134, 136, 138 and at least one raised portion 125, 127 of the back contact layer. Any one of the via holes 163, 165, 165 'and 167 has a height of at least one front contact formed over the front contact layer component 156, as shown in FIGS. 1A-1B. A portion 155 can optionally be provided. Any one of the via holes 163, 165, 165 ', 167 optionally includes at least one back contact layer component 128 formed with gutter curls 127, 127', as also shown in FIG. 1B. be able to.

[0045]図1Aの説明と同様に、光起電モジュール200は、少なくとも1つの電気絶縁基板110、ここではバックコンタクト層部品124、126、128、129により表される、少なくとも1つの導電性バックコンタクト層、少なくとも1つの吸収体層130、ここではバッファ層部品142、144、146、148により表される、任意に少なくとも1つのバッファ層、及びここではフロントコンタクト層部品152、154、156、158により表される、少なくとも1つの導電性フロントコンタクト層から成る。電気的に分離したバックコンタクト層部品を形成するバックコンタクト層溝121は、通常、吸収体層の堆積の前にレーザースクライビングされる。電気的に分離したフロントコンタクト層部品を少なくとも形成するフロントコンタクト層溝151は、通常、好ましくはパルスレーザーによって、より好ましくはピコ秒パルスレーザーによってレーザースクライビングされて、前記溝は前記バックコンタクト層部品の表面まで深く伸びることができる。   [0045] Similar to the description of FIG. 1A, the photovoltaic module 200 includes at least one conductive back, represented by at least one electrically insulating substrate 110, here a back contact layer component 124, 126, 128, 129. A contact layer, optionally at least one buffer layer, represented by at least one absorber layer 130, here buffer layer components 142, 144, 146, 148, and here front contact layer components 152, 154, 156, 158 And at least one conductive front contact layer represented by The back contact layer grooves 121 that form the electrically isolated back contact layer components are typically laser scribed prior to the absorber layer deposition. The front contact layer groove 151, which forms at least the electrically isolated front contact layer component, is usually laser scribed, preferably by a pulsed laser, more preferably by a picosecond pulsed laser, so that the groove is formed in the back contact layer component. It can extend deep to the surface.

[0046]ラインセグメントビアホール165は、少なくとも1つの第1のフロントコンタクト層部品154、156と少なくとも1つの第2のバックコンタクト層部品126、128の間にモノリシック相互接続を確立する。前記ビアホールは、フロントコンタクト層溝151のスクライビングの前、後、又は同時にスクライビングすることができる。更にまた、同じレーザー源をビアホール165及びフロントコンタクト層溝151をスクライビングするのに用いることができる。   [0046] Line segment via holes 165 establish a monolithic interconnect between at least one first front contact layer component 154, 156 and at least one second back contact layer component 126, 128. The via hole may be scribed before, after, or simultaneously with the scribing of the front contact layer groove 151. Furthermore, the same laser source can be used to scribe via hole 165 and front contact layer groove 151.

[0047]ラインセグメントビアホール163、167は、少なくとも一つの母線182、188への電気的接触を可能にする。ビアホール163、167は、基板110の一部をアブレートするように、ビアホール165、165′より深くスクライビングすることができる。導電性ペースト172、178は、それぞれ、ビアホール163、167の薄膜層と母線182、188の間に電路を確立するために用いることができる。前記導電性ペーストは、前記ビアホール163、165、165′、167内の内面132、134、136、138により提供される接続の導電率を増大させるために、少なくとも1つのビアホール163、165、165′、167の充填材として用いることもできる。   [0047] Line segment via holes 163, 167 enable electrical contact to at least one busbar 182, 188. The via holes 163 and 167 can be scribed deeper than the via holes 165 and 165 'so as to ablate a part of the substrate 110. The conductive pastes 172 and 178 can be used to establish electric paths between the thin film layers of the via holes 163 and 167 and the busbars 182 and 188, respectively. The conductive paste may include at least one via hole 163, 165, 165 'to increase the conductivity of the connection provided by the inner surfaces 132, 134, 136, 138 within the via holes 163, 165, 165', 167. , 167 as a filler.

[0048]図3は、互い違いの方向を有する、複数のラインセグメントビアホール163、165、165′、167を含む薄膜CIGSモジュール200の模式的な上面又は平面図、即ち光に暴露される側の図を示して、それの断面は図2に示される。ラインセグメントビアホール163、165′のライン210は、方向101にスクライビングされて、ラインセグメントビアホール165、167は、逆方向102にスクライビングされた。スクライビングの方向は、ラインセグメントビアホールのドリル加工の開始105に対応する端が末端106より小さい曲率半径を有するという点で認識可能である。ドリル加工の開始105に対応する端の長さ及び形状は、レーザーの移動及び漸進的レーザーパワー増大の結果である。漸進的レーザーパワー増大は、パルスレーザーを使用するときにしばしば生じる不必要なクラック及び層間剥離の危険を最小化すると共に、導電性CIGSタイプ合金を製作するために好ましい。いくつかのレーザースクライビング・パラメータ及び薄膜CIGSデバイスの場合は、スクライビングの方向は、ドリル加工の開始105に対応する端がドリル加工の終了106に対応する端におけるよりCIGSタイプ壁132、134、136、138のより長い内面135を有するという点で認識することもできる。ラインセグメントビアホール163、165、165′、167は、ドリル加工の開始105に対応する端のビアホール長さの一部が、末端106の部分を除いて、ビアホールの平均幅より狭いことを特徴とすることもありえる。ラインセグメントビアホール165′は、バックコンタクト層部品128の樋状カールアップ127又は127′及び基板110の可視部分の上面図でも例示される。フロントコンタクト層溝151は、吸収体層130の部分を明らかにする。フロントコンタクト部品を分離するフロントコンタクト層溝151は、ラインセグメントビアホールを製造するために使用したのと同じ生産工程で製造することができて、このことにより生産の複雑さ、時間、コスト、及びツールの数を有利に減らす。   [0048] FIG. 3 is a schematic top or plan view of a thin film CIGS module 200 including a plurality of line segment via holes 163, 165, 165 ', 167 having staggered directions, ie, a view on the side exposed to light. And its cross section is shown in FIG. The lines 210 of the line segment via holes 163, 165 'were scribed in the direction 101, and the line segment via holes 165, 167 were scribed in the opposite direction 102. The direction of scribing is recognizable in that the end corresponding to the start 105 of the drilling of the line segment via hole has a smaller radius of curvature than the end 106. The edge length and shape corresponding to the start 105 of the drilling is the result of the movement of the laser and the progressive increase in laser power. Gradual laser power increases are preferred for making conductive CIGS type alloys, while minimizing the risk of unnecessary cracks and delamination that often occur when using pulsed lasers. For some laser scribing parameters and thin film CIGS devices, the direction of scribing is such that the CIGS type walls 132, 134, 136, at the end corresponding to the start 105 of drilling correspond to the end corresponding to the end 106 of drilling. It can also be recognized in that it has 138 longer inner surfaces 135. The line segment via holes 163, 165, 165 ', 167 are characterized in that a part of the via hole length at the end corresponding to the start 105 of drilling is smaller than the average width of the via hole except for the end 106. It is possible. Line segment via holes 165 ′ are also illustrated in the top view of the gutter-shaped curl-up 127 or 127 ′ of the back contact layer component 128 and the visible portion of the substrate 110. The front contact layer groove 151 reveals a part of the absorber layer 130. The front contact layer grooves 151 that separate the front contact components can be manufactured in the same production process used to produce the line segment via holes, thereby increasing production complexity, time, cost, and tools. Advantageously reduce the number of

[0049]ラインセグメントビアホールがいかなる方向においてもスクライビングされることができるにもかかわらず、ラインセグメントビアホールの第1のラインを第1の方向101に、その次にラインセグメントビアホールの第2のライン、例えば隣接するラインを第2の反対方向102にスクライビングすることは、製造速度を増大するのに有利でありえる。更にまた、ラインセグメントビアホールは、図1A〜1B、図2、及び図3の説明に示されるように種々のバリエーション、長さ及び/又は幅のような種々の寸法があり、そして所与のライン上のラインセグメントビアホールの間、即ちラインセグメントビアホールのラインの間に種々の分離を有することがありえる。   [0049] Although the line segment via hole can be scribed in any direction, the first line of the line segment via hole is in the first direction 101, and then the second line of the line segment via hole, For example, scribing adjacent lines in a second opposite direction 102 may be advantageous to increase manufacturing speed. Furthermore, the line segment via holes may have various dimensions, such as various variations, lengths and / or widths, as shown in the description of FIGS. 1A-1B, FIGS. 2 and 3, and for a given line. It is possible to have various separations between the upper line segment via holes, ie between the lines of the line segment via hole.

[0050]図4Aは、ラインセグメントビアホール165′の実施形態の上面図、即ち光に暴露される側の図を示し、そして図4Bは、ラインセグメントビアホールをレーザースクライビングするのに用いた対応するレーザーパワー400のグラフである。ラインセグメントビアホール165′は、薄膜デバイス100で方向101にレーザースクライビングされる。図4Aにおいて、使用するレーザーパワーは、基板の露出部分の周辺117にバックコンタクト層120の高くなった樋状カールアップ127を備えるビアホールを形成する。カールアップ127は、図1Bに示されるカールアップアンドバック127又はカールアップオンリー127′のカールアップバリエーションの部分を備えることができる。下にある基板110はまた、バックコンタクト層120の部分的アブレーションの結果として目に見える。図4Aはまた、フロントコンタクト層150の一部をカバーしている少なくとも1つのフロントコンタクトの高くなった部分155によっておおわれるCIGSタイプ壁134を例示する。また、図4Aにおいて、レーザーパワー増大距離部分405内で、ビアホールの周辺の残りより細長いCIGSタイプ壁134の内面135が目に見える。ビアホールの部分が、通常、末端106に至る端長406を除いて、ビアホールの平均幅より狭いことが、ドリル加工の開始105に対応する端に続く前記レーザーパワー増大距離部分405の中にある。   [0050] FIG. 4A shows a top view of an embodiment of a line segment via hole 165 ', ie, a view on the side exposed to light, and FIG. 4B shows the corresponding laser used to laser scribe the line segment via hole. It is a graph of power 400. Line segment via hole 165 ′ is laser scribed in direction 101 with thin film device 100. In FIG. 4A, the laser power used forms a via hole with a raised trough-shaped curl-up 127 in the back contact layer 120 around the exposed portion 117 of the substrate. The curl up 127 may include a curl up variation of the curl up and back 127 or curl up only 127 'shown in FIG. 1B. The underlying substrate 110 is also visible as a result of partial ablation of the back contact layer 120. FIG. 4A also illustrates a CIGS-type wall 134 covered by at least one raised portion 155 of the front contact covering a portion of the front contact layer 150. Also, in FIG. 4A, within the laser power increase distance portion 405, the inner surface 135 of the CIGS type wall 134 that is narrower than the rest around the via hole is visible. It is in the laser power increase distance portion 405 following the edge corresponding to the start 105 of drilling that the portion of the via hole is typically less than the average width of the via hole, except for the edge length 406 leading to the end 106.

[0051]図4Bのグラフは、レーザーパワー対距離のプロット400が通常どのようにレーザーパワー増大部分415から成るかについて示す。前記レーザーパワー増大部分は、パワーが無いパワーレベル且ついかなるスクライビングトレースも形成しないパワーレベルから始まり、そして図1Α、1Β、6B、及び6Cのための説明に示されるそれらと類似のいかなるビアホールセグメントも形成できるレベルのレーザーパワーで終わる。レーザーパワーの増大は、通常、レーザーのコントローラにより制御されるが、機械式又は光電子式のシャッタによって得ることもできる。距離の関数としてのレーザーパワーの増大は、通常漸進的であって、通常減衰1次又は2次システムモデルのランプ又はステップ応答として形づくられる。レーザースポットは、通常、前記レーザーパワー増大距離部分の間に距離405だけ移動する。しかしながら、レーザーパワーは、レーザースポットの移動なしで増大するように任意にセットすることができる。レーザーパワー増大距離部分の後に、通常、一定パワーの部分が続き、そこではレーザースポットはいかなる長さにわたっても移動して、薄膜光起電デバイス100、200にいかなるパターンもスクライビング又はトレースすることができる。前記パターンは、通常、少なくとも1つのラインセグメントから成るが、ターン、セグメントの被接続シーケンスから成るか又は曲線を描くこともできる。ビアホールのスクライビングは、ラインセグメントビアホールの末端106を形成するレーザーパワー減少ステップ416で終わる。レーザーパワーは、それから、通常急に、通常アブレーション閾値パワーより下の、ビアホールのいかなるスクライビングも、好ましくはいかなるスクライビングトレースも形成しないレベルに減少する。   [0051] The graph of FIG. 4B shows how a plot 400 of laser power versus distance typically comprises a laser power increase portion 415. The laser power augmentation portion starts at a power level with no power and a power level that does not form any scribing traces, and forms any via hole segments similar to those shown in the description for FIGS. 1A, 1B, 6B, and 6C. Ends with the level of laser power you can. The increase in laser power is usually controlled by a laser controller, but can also be obtained with a mechanical or optoelectronic shutter. The increase in laser power as a function of distance is usually gradual and is typically shaped as a ramp or step response of a damped first or second order system model. The laser spot typically moves a distance 405 during the laser power increase distance portion. However, the laser power can be arbitrarily set to increase without moving the laser spot. The laser power increase distance section is usually followed by a section of constant power, where the laser spot can travel any length and scribe or trace any pattern on the thin film photovoltaic device 100, 200. . The pattern usually consists of at least one line segment, but can also consist of a connected sequence of turns, segments or can be curved. The scribing of the via hole ends with a laser power reduction step 416 that forms the end 106 of the line segment via hole. The laser power is then reduced, usually abruptly, to a level below the ablation threshold power, which does not form any scribing of via holes, and preferably no scribing traces.

[0052]要約すると、レーザーパワー減少ステップ416が末端106を形成するのに対して、レーザーパワー増大部分415はドリル加工端の開始105を形成する。エネルギーがレーザーパワー増大部分415の間に供給される率は、高導電性CIGSタイプ壁134、134′及び樋状カールアップ127、127′を備えたビアホールをうまく形成するために重要なパラメータである。いくつかの望ましいレーザースクライビング処理パラメータの実施例が、以下に更に詳細に説明される。あまりに高い率は、層間剥離、過剰な層アブレーション、及び異常なビアホールをもたらし、それは、デバイス全体の光起電効率を低下させ、薄膜層のフレーキングの原因となり、破壊点を生じて、デバイスの寿命を短縮する場合がある。突然のレーザーパワー減少ステップ416は、通常、導電性末端106をうまく形成することを可能にする。突然のレーザーパワー減少は要件でないが、レーザーの出力が、スクライビングを可能にするレベルのレーザーパワー出力の間の最小限の期間、例えばシマー期間を強制できる電子コントローラ又はスイッチにより制御されるときに有利でありえる。   [0052] In summary, the laser power reduction step 416 forms the end 106, while the laser power increase portion 415 forms the beginning 105 of the drilled end. The rate at which energy is supplied during the laser power augment 415 is an important parameter for successfully forming via holes with highly conductive CIGS type walls 134, 134 'and gutter curls 127, 127'. . Examples of some desirable laser scribing processing parameters are described in further detail below. Too high a rate results in delamination, excessive layer ablation, and unusual via holes, which reduce the overall photovoltaic efficiency of the device, cause flaking of the thin film layers, create breakpoints, and Life may be shortened. The sudden laser power reduction step 416 typically allows the conductive end 106 to be successfully formed. Sudden laser power reduction is not a requirement, but is advantageous when the power of the laser is controlled by an electronic controller or switch capable of forcing a minimum period between levels of laser power output allowing scribing, for example, a simmer period. It can be.

[0053]図5は、レーザーパワー対時間のグラフであり、そこでは、2つのラインセグメントビアホールは、例えば薄膜CIGSモジュール200の種々の部分にスクライビングされる。グラフのスケールは図4Bのそれと異なる。グラフは、少なくとも1つのラインセグメントビアホールをスクライビングするラインセグメントビアホール・スクライビング・シーケンスを例示する。レーザーパワープロット500で示すように、少なくとも1つのラインセグメントビアホールをスクライビングするシーケンスは、少なくとも1つのレーザーパワー増大時間部分515から成り、そこにおいて、レーザーパワーは、第1のラインセグメントビアホールのスクライビングを開始するために漸進的に増大する。時間の関数としてのレーザーパワーの増大は、好ましくは漸進的であって、通常減衰1次又は2次システムモデルのランプ又はステップ応答として形づくられる。レーザーパワー増大時間部分515は、図3及び4Aに示されるレーザーパワー増大距離部分405内でそれと形状が類似である開始の部分を形成するために用いることができる。レーザーパワーは、それから任意に定常状態に到達する。シーケンスは、それから通常、通常突然のレーザーパワー減少ステップによって、通常アブレーション閾値パワー以下のレーザーパワーレベルまでのレーザーパワー減少部分516を含む。これの後にそれから、減少パワーレベル部分517が続いて、それは、通常、ビアホール、又は好ましくはいかなるスクライビングトレースも形成しないレベルに維持される。ラインセグメントビアホール・スクライビング・シーケンスは、それから、必要とするだけの多くのラインセグメントに対して繰り返される。大きな処理窓によって、レーザーパワーレベル、レーザースクライビング期間、レーザーパワー増大及び減少部分期間並びにプロフィールは、図5に示すように、一方のラインセグメントビアホールからもう一方まで同じである必要はない。   FIG. 5 is a graph of laser power versus time, where two line segment via holes are scribed, for example, to various portions of a thin film CIGS module 200. The scale of the graph is different from that of FIG. 4B. The graph illustrates a line segment via hole scribing sequence for scribing at least one line segment via hole. As shown in laser power plot 500, the sequence of scribing at least one line segment via hole comprises at least one laser power increase time portion 515, where the laser power starts scribing the first line segment via hole. To increase progressively. The increase in laser power as a function of time is preferably gradual and is usually shaped as a ramp or step response of a damped first or second order system model. The laser power increase time portion 515 can be used to form a starting portion that is similar in shape to the laser power increase distance portion 405 shown in FIGS. 3 and 4A. The laser power then optionally reaches a steady state. The sequence then includes a laser power reduction portion 516, typically by a laser power reduction step, usually abrupt, to a laser power level below the normal ablation threshold power. This is followed by a reduced power level portion 517, which is typically maintained at a level that does not form via holes, or preferably any scribing traces. The line segment via hole scribing sequence is then repeated for as many line segments as needed. With a large processing window, the laser power level, laser scribing period, laser power increase and decrease sub-periods and profile need not be the same from one line segment via hole to the other, as shown in FIG.

[0054]これが、薄膜光起電デバイスのためのラインセグメントビアホールを製造するために必要でないにもかかわらず、製造プロセスを調整することを望む当業者であれば、これからは多数のラインセグメントビアホールを高速で製造することが可能であり、そして各ビアホールの特定の抵抗を測定し続ける。当業者はまた、ビアホール部分の特定の抵抗を測定して、その後で最適なレーザースポット形状及びレーザースポット内の最も高いレーザー強度の領域の位置を選択するために、特定の特徴、例えば、カールアップアンドバック127又はカールアップオンリー127′のカールアップバリエーション、カールアップの高さ1273及び幅1275、並びに銅に富んだCIGSタイプ合金1345の層内大きさを有するビアホールの部分を準備して、カットアウトすることもできる。満足なプロセスは、0.06の標準偏差で、CIGSタイプ壁の抵抗に対する平均値として3.2×10-3Ω.m、より好ましくは2×10-3Ω.mを得る。 [0054] Although this is not necessary to fabricate line segment via holes for thin film photovoltaic devices, those skilled in the art who want to tailor the fabrication process will now require a large number of line segment via holes. It can be manufactured at high speed and keeps measuring the specific resistance of each via hole. Those skilled in the art will also appreciate the specific resistance, e.g., curl-up, to measure the specific resistance of the via hole portion and then select the optimal laser spot shape and location of the region of highest laser intensity within the laser spot. A curl-up variation of ANDBACK 127 or curl-up only 127 ', a via-hole portion having a curl-up height 1273 and width 1275, and a copper-rich CIGS type alloy 1345 in-layer size are prepared and cut out. You can also. A satisfactory process has a standard deviation of 0.06 with an average value of 3.2 x 10-3 Ω. m, more preferably 2 × 10-3Ω. Get m.

[0055]例えば、6W及び50μm直径のレーザースポットをデバイスの表面に供給する連続波レーザーを使用するレーザーパワー増大時間部分515は、好ましくは3m/s〜5m/sのレーザー走査速度で10μs〜4μsの間、そして好ましくは0.5m/s〜3m/sのレーザー走査速度で50μs〜7μsの間持続する。デバイスの表面で測定される対応するレーザーパワー増大率は、従って、約1×108W/m.s-2〜17×108W/ms2の範囲にある。約3.7m/sの好ましいレーザー走査速度の場合は、好ましいレーザーパワー増大時間部分515は約7μs持続して、レーザーパワーの増大は、減衰1次又は2次システムモデルのステップ応答として形づくられる。好ましいレーザーパワー減少ステップ416は、アブレーション閾値パワー以下のレベルへのレーザーパワーの突然の減少である。 [0055] For example, a laser power increase time portion 515 using a continuous wave laser that supplies a laser spot of 6 W and 50 μm diameter to the surface of the device is preferably 10 μs to 4 μs at a laser scan speed of 3 m / s to 5 m / s. And preferably at a laser scanning speed of 0.5 m / s to 3 m / s for 50 μs to 7 μs. The corresponding laser power increase measured at the surface of the device is therefore about 1 × 10 8 W / m 2 . s− 2 to 17 × 10 8 W / ms2 . For a preferred laser scanning speed of about 3.7 m / s, the preferred laser power increase time portion 515 lasts about 7 μs, and the laser power increase is shaped as a step response of a damped first or second order system model. A preferred laser power reduction step 416 is a sudden reduction in laser power to a level below the ablation threshold power.

[0056]レーザーパワー増大距離部分405、415は、通常、長さが少なくとも5μmである。定常状態又はレーザー定のパワーの部分は、スクライビングされるデバイスの表面における例えば約7Wの測定パワー且つ例えば約3.7m/sのレーザー走査速度で設定できる。この場合、レーザーパワーは、10μWから30kWまで測定できる熱電対列センサーを備えたレーザーパワー計を使用してレーザースクライビングされるデバイスの表面で測定される。当業者であれば、おそらくレーザースクライビングスポットのより大きな速度と組み合わせて、より大きなレーザーパワーを選ぶことができる。定常状態レーザーパワーは、通常、0.2W〜20W、好ましくは2W〜10W、より好ましくは5W〜8Wの範囲の測定パワーに設定される。レーザーの波長は、通常、532nm〜1064nmの範囲にある。レーザースクライビングスポットの直径は、通常、5μm〜1000μmの範囲、好ましくは5μm〜300μm、より好ましくは30μm〜50μmである。   [0056] The laser power increase distance portions 405, 415 are typically at least 5 μm in length. The steady state or laser constant power portion can be set at a measured power of, for example, about 7 W and a laser scanning speed of, for example, about 3.7 m / s at the surface of the device to be scribed. In this case, the laser power is measured at the surface of the laser scribed device using a laser power meter with a thermopile sensor capable of measuring from 10 μW to 30 kW. One skilled in the art can choose a higher laser power, probably in combination with a higher speed of the laser scribing spot. The steady state laser power is typically set to a measured power in the range of 0.2W to 20W, preferably 2W to 10W, more preferably 5W to 8W. The wavelength of the laser is usually in the range of 532 nm to 1064 nm. The diameter of the laser scribing spot is usually in the range of 5 μm to 1000 μm, preferably 5 μm to 300 μm, more preferably 30 μm to 50 μm.

[0057]ラインセグメントビアホール・スクライビング・シーケンスは、好ましくは、例えば、第1のビアホールの末端と第2のビアホールの開始端の間に約50μmの分離を有する、長さが約200μmであるラインセグメントビアホールを形成できる。通常、ビアホールの長さ410は、50μm〜0.1mの範囲、好ましくは50μm〜1000μmの範囲、より好ましくは180μm〜220μmの範囲であり、そして10μm〜1000μmの範囲、好ましくは10μm〜100μmの範囲、より好ましくは40μm〜60μmの範囲の分離でありえる。当業者であれば、1:1〜100:1、好ましくは4:1の範囲であるスクライビング対非スクライビング長さ比を特定するのを好むことがありえる。CIGSタイプ壁134の内面135及びフロントコンタクト層150をカバーしているフロントコンタクトの高くなった部分155から成る、ラインセグメント幅411は、通常、10μm〜100μmの範囲、好ましくは25μm〜75μmの範囲、より好ましくは45μm〜55μmの範囲、例えば約50μmマイクロメートルである。図1Bを参照すると、フロントコンタクト層150の表面のフロントコンタクトの高くなった部分155のバンプは、CIGSタイプ壁の内面の近くのフロントコンタクト端からそれがフロントコンタクト層と交わる外側の融合又は鈍形の継手まで測定される断面幅1555を有し、通常、3μm〜25μmの範囲、好ましくは10μm〜15μmの範囲、例えば約12μmである。フロントコンタクト層の平坦面より上のフロントコンタクトの高くなった部分の厚み1553は、0.5μm〜6μmの範囲、好ましくは1μm〜3μmの範囲、より好ましくは1.5μm〜2.5μmの範囲、例えば約2μmである。基板110の表面から測定されるバックコンタクト層の樋状カールアップ127、127′の高さ1273は、通常、0.5μm〜10μmの範囲、好ましくは0.5μm〜5μmの範囲、より好ましくは2μm〜4μmの範囲、例えば約3μmである。   [0057] The line segment via hole scribing sequence preferably has a line segment length of about 200 μm, for example, having a separation of about 50 μm between the end of the first via hole and the start end of the second via hole. Via holes can be formed. Typically, the length 410 of the via hole is in the range 50 μm to 0.1 μm, preferably in the range 50 μm to 1000 μm, more preferably in the range 180 μm to 220 μm, and in the range 10 μm to 1000 μm, preferably in the range 10 μm to 100 μm. , More preferably in the range of 40 μm to 60 μm. One of skill in the art may prefer to specify a scribing to non-scribe length ratio ranging from 1: 1 to 100: 1, preferably 4: 1. The line segment width 411, consisting of the raised portion 155 of the front contact covering the inner surface 135 of the CIGS type wall 134 and the front contact layer 150, is typically in the range of 10 μm to 100 μm, preferably in the range of 25 μm to 75 μm; More preferably, it is in the range of 45 μm to 55 μm, for example, about 50 μm micrometer. Referring to FIG. 1B, the bumps in the raised portion 155 of the front contact on the surface of the front contact layer 150 are formed from the front contact end near the inner surface of the CIGS type wall and the outer fusion or blunt shape where it meets the front contact layer. And typically has a cross-sectional width of 1555, measured to the joint of 、, typically in the range of 3 μm to 25 μm, preferably in the range of 10 μm to 15 μm, for example about 12 μm. The thickness 1553 of the raised portion of the front contact above the flat surface of the front contact layer is in the range of 0.5 μm to 6 μm, preferably in the range of 1 μm to 3 μm, more preferably in the range of 1.5 μm to 2.5 μm, For example, it is about 2 μm. The height 1273 of the gutter-shaped curl-up 127, 127 ′ of the back contact layer measured from the surface of the substrate 110 is usually in the range of 0.5 μm to 10 μm, preferably in the range of 0.5 μm to 5 μm, more preferably 2 μm.範 囲 4 μm, for example, about 3 μm.

[0058]レーザー走査速度は、通常、0.1m/s〜200m/sの範囲、好ましくは0.5m/s〜100m/sの範囲、より好ましくは0.5m/s〜6m/sの範囲である。定常状態レーザーパワーでドリル加工により供給されるエネルギーは、通常、1J/m〜8J/m、好ましくは1.5J/m〜2.2J/mにわたる。定常状態レーザーフルエンスは、通常、5×10J/m〜41×10J/m、好ましくは7.5×10J/m〜11×10J/mの範囲にある。ラインセグメントビアホールが好ましくは連続波レーザーを使用してスクライビングされるけれども、当業者であれば、パルスレーザー、例えばピコ秒レーザーを使用できる。 [0058] The laser scanning speed is usually in the range of 0.1 m / s to 200 m / s, preferably in the range of 0.5 m / s to 100 m / s, more preferably in the range of 0.5 m / s to 6 m / s. It is. The energy supplied by drilling at steady state laser power typically ranges from 1 J / m to 8 J / m, preferably from 1.5 J / m to 2.2 J / m. The steady state laser fluence is usually in the range of 5 × 10 8 J / m 2 to 41 × 10 8 J / m 2 , preferably 7.5 × 10 8 J / m 2 to 11 × 10 8 J / m 2 . is there. Although line segment via holes are preferably scribed using a continuous wave laser, those skilled in the art can use a pulsed laser, for example a picosecond laser.

[0059]レーザースクライビングされた微細構造の構成は、X線回折(XRD)分析システムを使用して分析できる。バックコンタクト層樋状カールアップの存在は、58.5 26°と59.5 26°の間の範囲、好ましくは58.7 26°、より好ましくは(220)ミラー・インデックス方向を有するMoの存在に対応する58.66 26°のカウントの少なくとも一つのピークによって特徴づけられる。カウントの前記ピークは、本発明の実施形態に従って製造されるビア又はスクライビングを含まない薄膜CIGSデバイスのためのカウントの数より少なくとも5%だけ大きい。カールアップされないMo薄膜は、通常、(111)ミラー・インデックス方向を有する。樋状カールアップは、合金を融解CIGSにより融合又は形成することができて、それによって銅及び特にカールアップの中に不均一性の集中を有する銅セレン化物から成る。   [0059] The configuration of the laser scribed microstructure can be analyzed using an X-ray diffraction (XRD) analysis system. The presence of back contact layer gutter curls is in the range between 58.5 26 ° and 59.5 26 °, preferably 58.7 26 °, more preferably the presence of Mo with a (220) mirror index direction. 58.66 corresponding to at least one peak of 26 ° count. The peak of count is at least 5% greater than the number of counts for thin-film CIGS devices without vias or scribing manufactured according to embodiments of the present invention. Mo films that do not curl up typically have a (111) mirror index direction. The gutter curl-up can consist of copper selenide which allows the alloy to be fused or formed by molten CIGS, thereby having a non-uniform concentration of copper in the curl-up.

[0060]図6Aは、図2のバリエーションであり、そして複数のラインセグメントビアホール163、165、165′、167を備える薄膜CIGS光起電モジュール200の断面を示す。ラインセグメントビアホール165は、光起電モジュールの隣接セルの間の直列モノリシック相互接続を可能にする。ラインセグメントビアホール163、167は、下にある母線182、188へのフロントコンタクト又はバックコンタクト層部品の電気相互接続を可能にする。少なくとも1つのラインセグメントビアホール163、165、165′、167は、図6B〜6Cの少なくとも1つに記載されている、吸収体層のCIGS材料の熱により誘導された変質から生じる銅に富んだCIGSタイプ壁132、134、136、138、及びバックコンタクト層の少なくとも1つの高くなった部分125、127を備える。前記ビアホール163、165、165′、167のうちのいずれか1つは、図6B〜6Cにも示すように、フロントコンタクト層部品156の上に形成されるCIGSタイプ合金155′の少なくとも1つの高くなった部分を任意に備えることができる。ビアホール163、165、165′、167のどれでも、図1B又は6Cにも示すように、樋状カールアップ127、127′を備えて形成された少なくとも1つのバックコンタクト層部品128を任意に備えることができる。他の点において、図6Aは、図2のために与えられる説明に対応する。図6Aと図2の違いは、図6Aがフロントコンタクト層部品156の上に形成されるCIGSタイプ合金の高くなった部分155′を備えるということである。   [0060] FIG. 6A is a variation of FIG. 2 and shows a cross-section of a thin-film CIGS photovoltaic module 200 comprising a plurality of line segment via holes 163, 165, 165 ', 167. Line segment via holes 165 allow for serial monolithic interconnection between adjacent cells of the photovoltaic module. Line segment via holes 163, 167 allow for electrical interconnection of front contact or back contact layer components to underlying busbars 182, 188. The at least one line segment via hole 163, 165, 165 ', 167 is a copper-rich CIGS resulting from the thermally induced alteration of the CIGS material of the absorber layer described in at least one of FIGS. 6B-6C. Type walls 132, 134, 136, 138 and at least one raised portion 125, 127 of the back contact layer. Any one of the via holes 163, 165, 165 'and 167 may have at least one higher height of the CIGS type alloy 155' formed on the front contact layer component 156, as also shown in FIGS. 6B to 6C. The changed part can be provided arbitrarily. Any of the via holes 163, 165, 165 ', 167 optionally include at least one back contact layer component 128 formed with gutter-like curl-ups 127, 127', as also shown in FIG. 1B or 6C. Can be. In other respects, FIG. 6A corresponds to the description provided for FIG. The difference between FIG. 6A and FIG. 2 is that FIG. 6A includes an elevated portion 155 ′ of a CIGS type alloy formed over the front contact layer component 156.

[0061]図6B及び6Cは、フロントコンタクト層150の表面を少なくとも部分的にカバーする少なくとも1つのCIGSタイプ合金の高くなった部分155′を備えるデバイスの2つの例示的実施形態を表す。CIGSタイプ合金の高くなった部分は、通常、ビアホールの周辺の大部分に沿ったフロントコンタクトの高くなった部分157のバンプを生じる。フロントコンタクトの高くなった部分157の前記バンプは、CIGSタイプ合金の高くなった部分155′に融合することができて、外側の方へ、フロントコンタクト層と漸進的に融合するか又は鈍角の継手159を形成できる。図6B及び6Cのフロントコンタクトの高くなった部分157は、図1A及び1Bのフロントコンタクトの高くなった部分155に対応する。他の点において、図6Bは、図1Aのために与えられる説明に対応する。   [0061] FIGS. 6B and 6C depict two exemplary embodiments of a device comprising at least one elevated portion 155 'of a CIGS type alloy at least partially covering the surface of the front contact layer 150. The raised portion of the CIGS type alloy typically results in a bump in the raised portion 157 of the front contact along most of the periphery of the via hole. The bumps in the raised portion 157 of the front contact can be fused to the raised portion 155 'of the CIGS type alloy, and outwardly progressively fuse with the front contact layer or an obtuse angled joint. 159 can be formed. The raised portion 157 of the front contact in FIGS. 6B and 6C corresponds to the raised portion 155 of the front contact in FIGS. 1A and 1B. In other respects, FIG. 6B corresponds to the description provided for FIG. 1A.

[0062]図6Cは図6Bのバリエーションの断面を示し、そこにおいて、基板110の一部はビアホール165′内で露出されて、バックコンタクト層120の少なくとも1つの高くなった部分は、基板の露出部分の周辺117で樋状カールアップ127、127′を形成する。基板110を露出させて、バックコンタクト層120の樋状カールアップ127、127′を形成することは、図6Bに示される実施形態より大きいレーザースクライビング製造窓、大きい生産歩留まり、及び機械抵抗を与えることができる。図6Cは、CIGSタイプ壁134、134′及びバックコンタクト層120の樋状カールアップ127、127′の対応する高くなった部分の2つのバリエーションを示す。前記バリエーションは、図1Bのために記載されているそれらと類似であり、違いは、バックコンタクト層120の樋状カールアップ127、127′の高くなった部分を形成することが、いくつかの実施形態において、CIGSタイプ合金の高くなった部分155′として内面134、134′の比較的より高い上昇、更にフロントコンタクトの高くなった部分157の上昇を生じるということである。他の点において、図6Cは、図1Aのために与えられる説明に対応する。   [0062] FIG. 6C shows a cross section of the variation of FIG. 6B, wherein a portion of the substrate 110 is exposed in the via hole 165 'and at least one raised portion of the back contact layer 120 is exposed in the substrate. Gutter-shaped curl-ups 127 and 127 'are formed at the periphery 117 of the portion. Exposing the substrate 110 and forming the gutter-shaped curls 127, 127 'of the back contact layer 120 provides a larger laser scribing fabrication window, greater production yield, and mechanical resistance than the embodiment shown in FIG. 6B. Can be. FIG. 6C shows two variations of the CIGS type walls 134, 134 'and the corresponding raised portions of the trough curls 127, 127' of the back contact layer 120. The variations are similar to those described for FIG. 1B, with the difference that forming the raised portions of the trough curls 127, 127 'of the back contact layer 120 may be accomplished in some implementations. In form, a raised portion 155 'of the CIGS type alloy results in a relatively higher elevation of the inner surfaces 134, 134', as well as a raised portion 157 of the front contact. Otherwise, FIG. 6C corresponds to the description provided for FIG. 1A.

[0063]バリエーション134、127及び134′、127′を形成することは、カールアップの高さ1273及び幅1275、銅に富んだCIGSタイプ合金の幅1345、導電性CIGSタイプ合金のリップの幅1355、及びフロントコンタクト150のバンプ形の高くなった部分155に拡散されるインジウムの量を変更することによって、ビアホールセグメントの導電率の局所的適応、又はビアホールセグメントが十分に長い場合、ビアホールセグメントの長さに沿った導電率の局所的適応を設計するために有利でありえる。例えば、一実施形態において、ビアホールセグメントの一方の側、例えば電池の光に暴露されるフロントコンタクト領域の大部分に最も近い側を他方の側、例えばフロントコンタクト層溝151(図2、3、及び6Aに示される)に最も近い側より導電性にすることは有利でありえる。電池の表面の局所的導電率のバリエーション、例えばフロントコンタクト導電性グリッド部品の存在、近接、又は隣接によってもたらされるバリエーションとの互換性を提示するように、ビアセグメントの両側の導電率を調整することも有利でありえる。実施形態は、例えば、さまざまな長さのビアホールセグメント、おそらく曲線を描くビアホールセグメントを含み、そこにおいて、ビアセグメントのいずれか一つの両側のいずれか1つは、バリエーション134、127及び134′、127′の組合せを含む。   [0063] Forming variations 134, 127 and 134 ', 127' is curl-up height 1273 and width 1275, copper-rich CIGS type alloy width 1345, conductive CIGS type alloy lip width 1355. And by varying the amount of indium diffused into the bump-shaped raised portion 155 of the front contact 150, the local adaptation of the conductivity of the via-hole segment, or the length of the via-hole segment if the via-hole segment is sufficiently long. It can be advantageous to design a local adaptation of the conductivity along. For example, in one embodiment, one side of the via hole segment, eg, the side closest to the majority of the front contact area exposed to the light of the battery, is connected to the other side, eg, the front contact layer groove 151 (FIGS. 2, 3, and 6A) may be advantageous. Tailoring the conductivity on both sides of the via segment to provide compatibility with variations in local conductivity on the surface of the cell, such as the presence, proximity, or proximity of front contact conductive grid components Can also be advantageous. Embodiments include, for example, via-hole segments of various lengths, possibly curvilinear via-hole segments, wherein any one on either side of any one of the via segments has variations 134, 127 and 134 ', 127. ′.

[0064]図6Dは、図6Cのラインセグメントビアホール165′の実施形態の上面図、即ち光に暴露される側の図を示し、そして図4Bは、ラインセグメントビアホールをレーザースクライビングするのに用いる対応するレーザーパワー400のグラフである。ラインセグメントビアホール165′は、薄膜デバイス100の中に方向101でレーザースクライビングされる。図6Dにおいて、使用するレーザーパワーは、基板の露出部分の周辺117にバックコンタクト層120の高くなった樋状カールアップ127を備えるビアホールを形成する。カールアップ127は、図6Cに示されるカールアップアンドバック127又はカールアップオンリー127′のカールアップバリエーションの部分を備えることがありえる。下にある基板110はまた、バックコンタクト層120の部分的なアブレーションの結果として目に見える。図6Dはまた、フロントコンタクト層150の一部をカバーしているCIGSタイプ壁155′を例示する。また、図6Dにおいて、レーザーパワー増大距離部分405の中に、ビアホールの周辺の残りより細長いCIGSタイプ壁134の内面135が目に見える。ビアホールの部分が、通常、末端106につながる端長さ406を除いて、ビアホールの平均幅より狭いことは、ドリル加工の開始105に対応する端に続く前記レーザーパワー増大距離部分405の中にある。鈍角の継手159の輪郭は、ラインセグメントビアホールの外側限界を示す。他の点において、図6Dは、図1A及び4Aのために与えられる説明に対応する。   [0064] FIG. 6D shows a top view of the embodiment of the line segment via hole 165 'of FIG. 6C, ie, a view on the side exposed to light, and FIG. 4B shows a corresponding view used to laser scribe the line segment via hole. 6 is a graph of the laser power 400 shown in FIG. Line segment via hole 165 ′ is laser scribed in direction 101 into thin film device 100. In FIG. 6D, the laser power used forms a via hole with a raised gutter-like curl-up 127 in the back contact layer 120 around the exposed portion 117 of the substrate. The curl up 127 can include a curl up variation of the curl up and back 127 or curl up only 127 'shown in FIG. 6C. The underlying substrate 110 is also visible as a result of partial ablation of the back contact layer 120. FIG. 6D also illustrates a CIGS type wall 155 'covering a portion of the front contact layer 150. Also, in FIG. 6D, inside the laser power increase distance portion 405, the inner surface 135 of the CIGS type wall 134 that is narrower than the rest around the via hole is visible. The fact that the portion of the via hole is typically smaller than the average width of the via hole, except for the end length 406 leading to the distal end 106, is within the laser power increase distance portion 405 following the end corresponding to the start 105 of drilling. . The profile of the obtuse joint 159 indicates the outer limit of the line segment via hole. In other respects, FIG. 6D corresponds to the description provided for FIGS. 1A and 4A.

[0065]図6Eは、カメラ付きの顕微鏡で得られたラインセグメントビアホール165、165′を備える薄膜デバイス200の画像を示す。第2のラインセグメントビアホールの一部は、画像の左にも目に見える。両方のラインセグメントビアホールは、従って、図3に示される一連のラインセグメントビアホール210の一部である。図6Eに、ドリル加工の開始の端105の位置、ドリル加工の末端106、CIGSタイプ合金の高くなった部分155′の少なくとも一つの位置、及びバックコンタクト層部品128の樋状カールアップ127、127′の少なくとも1つの位置が強調表示されている。スクライビングの方向は、従って、左から右へである。当業者であれば、楕円8001で強調表示された、スクライビング方向101の左側のラインセグメントビアホール165′の特徴は、楕円8002で強調表示された、前記スクライビング方向の右側のそれらより微細であるのに気がつくであろう。ラインセグメントビアホール165′は、従って、スクライビング方向101に関して非対称を示す。鈍角の継手159の輪郭は、ラインセグメントビアホールの外側限界を示す。   [0065] FIG. 6E shows an image of a thin film device 200 with line segment via holes 165, 165 'obtained with a microscope equipped with a camera. A portion of the second line segment via hole is also visible to the left of the image. Both line segment via holes are therefore part of the series of line segment via holes 210 shown in FIG. FIG. 6E illustrates the location of the starting end 105 of the drilling, the end 106 of the drilling, the location of at least one of the raised portions 155 ′ of the CIGS type alloy, and the gutter curls 127, 127 of the back contact layer component 128. 'Have been highlighted. The scribing direction is therefore from left to right. Those skilled in the art will recognize that the features of the line segment via holes 165 'on the left side of the scribing direction 101, highlighted by the ellipse 8001, are finer than those on the right side of the scribing direction, highlighted by the ellipse 8002. You will notice. The line segment via hole 165 ′ thus exhibits an asymmetry with respect to the scribing direction 101. The profile of the obtuse joint 159 indicates the outer limit of the line segment via hole.

[0066]当業者であれば、ラインセグメントビアホール165、165′の特性を測定したくなることがありえる。例えば、導電性CIGSタイプ合金の高くなった部分155′のリップ1355の幅の測定及びバックコンタクト層120、124、126、128、129のカールアップ1275の幅の測定のうちの少なくとも1つは、前記ラインセグメントビアホールが正しく形成されるという表示を提供できる。前記測定は、例えば、バックコンタクト層からフロントコンタクト層への満足なモノリシック相互接続が、ラインセグメントビアホールがドリル加工される半導体光電子活性層の化学組成の永久的変化から生じる導電性合金により達成されるという視覚的評価を提供できる。導電性CIGSタイプ合金のリップの幅1355は、約3μm〜約15μm、好ましくは約5μm〜約20μm、より好ましくは約8μm〜約12μmの範囲にある。バックコンタクト層のカールアップ1275の幅は、約2μm〜約15μm、好ましくは約4μm〜約10μm、より好ましくは約6μm〜約8μmの範囲にある。   [0066] One skilled in the art may want to measure the characteristics of the line segment via holes 165, 165 '. For example, at least one of measuring the width of the lip 1355 of the raised portion 155 'of the conductive CIGS type alloy and measuring the width of the curl-up 1275 of the back contact layers 120, 124, 126, 128, 129 may include: An indication that the line segment via hole is correctly formed can be provided. Said measurement is achieved, for example, by a conductive alloy in which a satisfactory monolithic interconnection from the back contact layer to the front contact layer results from a permanent change in the chemical composition of the semiconductor optoelectronic active layer in which the line segment via holes are drilled. Can be provided. The width 1355 of the conductive CIGS type alloy lip ranges from about 3 μm to about 15 μm, preferably from about 5 μm to about 20 μm, more preferably from about 8 μm to about 12 μm. The width of the back contact layer curl-up 1275 ranges from about 2 μm to about 15 μm, preferably from about 4 μm to about 10 μm, more preferably from about 6 μm to about 8 μm.

[0067]ラインセグメントビアホール165、165′がどれだけ適切に形成されたかを評価する関連する別の基準は、例えば、スクライビングの方向に従ってラインセグメントビアホールの中央線に関して対向する特徴を分離する距離に関連がある。対向する特徴は、例えば、樋状カールアップ127、127′、CIGSタイプ壁の内面135、フロントコンタクト層の鈍角の継手159、又は考慮されているラインセグメントビアホールの基板110の露出部分の幅でありえる。例えば、当業者であれば、前記特徴により形成される可視輪郭に基づいて、ドリル加工端の開始105及び末端106における湾曲の前記半径を測定することによってスクライビング品質を評価できる。例えば、鈍角の継手159の輪郭に基づく曲率半径は、ドリル加工の開始端105において、約7μm〜約40μm、好ましくは約12μm〜約25μm、より好ましくは約15μm〜約20μmの範囲にある。ドリル加工の末端106で、鈍角の継手159の輪郭に基づく曲率半径は、約10μm〜約50μm、好ましくは約20μm〜約35μm、より好ましくは約23μm〜約30μmの範囲にある。   [0067] Another relevant criterion for assessing how well the line segment via holes 165, 165 'are formed relates to, for example, the distance separating opposing features with respect to the center line of the line segment via hole according to the direction of scribing. There is. Opposing features may be, for example, the width of the gutter curls 127, 127 ', the inner surface 135 of the CIGS type wall, the obtuse joint 159 of the front contact layer, or the exposed portion of the substrate 110 of the considered line segment via hole. . For example, one skilled in the art can evaluate scribing quality by measuring the radius of curvature at the start 105 and end 106 of the drilled end based on the visible contour formed by the features. For example, the radius of curvature based on the profile of the obtuse joint 159 ranges from about 7 μm to about 40 μm, preferably about 12 μm to about 25 μm, and more preferably about 15 μm to about 20 μm at the starting end 105 of the drilling. At the end 106 of the drilling, the radius of curvature based on the profile of the obtuse joint 159 ranges from about 10 μm to about 50 μm, preferably about 20 μm to about 35 μm, more preferably about 23 μm to about 30 μm.

Claims (20)

少なくとも1つの薄膜CIGSデバイス(100、200)を形成する方法であって、前記薄膜CIGSデバイスの領域にラインセグメントビアホール(163、165、165′、167)を形成するステップを含み、
前記デバイスは、
フロントコンタクト層(150、152、154、156、158)と、
半導体光電子活性層(130)と、
バックコンタクト層(120、124、126、128、129)と、
基板(110)と、
から成り、
そして前記ラインセグメントビアホールは、
前記ラインセグメントビアホールのドリル加工中に、前記ラインセグメントビアホールに対して、第1のパワーレベルから第2のパワーレベルまで漸進的に増大するレーザーパワーを加える連続波レーザーによるドリル加工により形成され、
前記フロントコンタクト層及び前記半導体光電子活性層のうちの少なくとも一部を貫き、
そして前記レーザーによるドリル加工によって、
前記ラインセグメントビアホールの内面(135)を覆う導電性の永久に金属化された、銅に富んだCIGSタイプ合金のCIGSタイプ壁(134、134′、132、136、138)を形成し、前記CIGSタイプ合金は、前記ラインセグメントビアホールがドリル加工される前記CIGS半導体光電子活性層の化学組成の永久的変化から生じ、
前記フロントコンタクト層の少なくとも一部と前記バックコンタクト層の少なくとも一部の間に導電路を形成すること、
前記ラインセグメントビアホールの前記内面(135)の端に沿って前記フロントコンタクト層の表面にフロントコンタクトのバンプ形の高くなった部分(155)を形成すること、
前記フロントコンタクト層の方へ高くなる前記バックコンタクト層の高くなった部分(125、127、127′)を形成すること、
をもたらすことを特徴とする方法。
A method of forming at least one thin film CIGS device (100, 200), comprising forming a line segment via hole (163, 165, 165 ', 167) in a region of the thin film CIGS device,
The device comprises:
Front contact layers (150, 152, 154, 156, 158);
A semiconductor optoelectronic active layer (130);
A back contact layer (120, 124, 126, 128, 129);
A substrate (110);
Consisting of
And the line segment via hole is
Formed during drilling of the line segment via hole, by continuous wave laser drilling to the line segment via hole, the laser power gradually increasing from a first power level to a second power level;
Penetrating at least a part of the front contact layer and the semiconductor optoelectronic active layer,
And by drilling with the laser,
Forming a CIGS-type wall (134, 134 ', 132, 136, 138) of a conductive, permanently metallized, copper-rich CIGS-type alloy covering the inner surface (135) of said line segment via hole; The type alloy results from a permanent change in the chemical composition of the CIGS semiconductor optoelectronic active layer in which the line segment via holes are drilled;
Forming a conductive path between at least a part of the front contact layer and at least a part of the back contact layer,
Forming a bump-shaped raised portion (155) of a front contact on the surface of the front contact layer along an end of the inner surface (135) of the line segment via hole;
Forming raised portions (125, 127, 127 ') of the back contact layer that are raised toward the front contact layer;
Providing a method.
前記ビアホールを形成することによって、前記ビアホール内の前記バックコンタクト層の一部を除去し、それによって基板の一部を露出させることを特徴とする請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein forming the via hole removes a portion of the back contact layer in the via hole, thereby exposing a portion of a substrate. 前記ビアホールを形成することによって、前記ビアホール内の前記バックコンタクト層の一部を除去し、それによって基板の一部を露出させて、そして前記フロントコンタクト層の方へ高くなる前記バックコンタクト層の高くなった部分を形成することが樋状カールアップを形成することを含むことを特徴とする請求項1又は2に記載の方法。 By forming the via hole, a portion of the back contact layer in the via hole is removed, thereby exposing a portion of the substrate, and the height of the back contact layer rising toward the front contact layer 3. The method of claim 1 or 2, wherein forming the bent portion comprises forming a gutter curl-up . 前記樋状カールアップが、前記CIGSタイプ壁の部分の上をカールするバックコンタクト層の部分を含むことを特徴とする請求項3に記載の方法。 The method of claim 3, wherein the gutter curl-up comprises a portion of a back contact layer curling over a portion of the CIGS-type wall. 前記ビアホールを形成するステップが、前記薄膜CIGSデバイスに非対称のレーザースポットダイアグラムを有するレーザースポットを形成する少なくとも1つのレーザーによることを特徴とする請求項1乃至4の何れか1項に記載の方法。   The method according to any of the preceding claims, wherein the step of forming the via hole is by at least one laser forming a laser spot with an asymmetric laser spot diagram on the thin film CIGS device. 前記ビアホールのドリル加工中の前記レーザーパワーの増加が、前記ビアホールに向けた前記レーザーからのレーザースポットの移動中のレーザーパワーの前記漸進的増大(415)を含むことを特徴とする請求項1乃至5の何れか1項に記載の方法。   4. The laser power increase during drilling of the via hole includes the gradual increase of laser power during movement of a laser spot from the laser toward the via hole (415). 6. The method according to any one of items 5 to 5. 前記ビアホールのドリル加工が、前記デバイスの光に暴露される側から見る顕微鏡検査により、前記ラインセグメントビアホールの前記ドリル加工の末端(106)に対応する第2の端におけるより、前記ラインセグメントビアホールの前記ドリル加工の開始(105)に対応する第1の端において、より小さい曲率半径を有する楕円形パターンを有する前記CIGSタイプ合金の内面(135)を形成することを特徴とする請求項1乃至6の何れか1項に記載の方法。   The drilling of the via hole is performed by microscopy viewed from the light-exposed side of the device, such that the drilling of the line segment via hole is less than at a second end corresponding to the drilling end (106) of the line segment via hole. 7. The inner surface of the CIGS type alloy having an elliptical pattern having a smaller radius of curvature at a first end corresponding to the start of the drilling (105). 7. The method according to claim 1. 前記ビアホールの少なくとも一部に供給される前記レーザーエネルギーが1J/mと8J/mの間にあるように、前記レーザーによる前記ビアホールのドリル加工が、前記レーザーからレーザースポットを移動することを含むことを特徴とする請求項1乃至7の何れか1項に記載の方法。   Drilling the via hole with the laser including moving a laser spot from the laser such that the laser energy supplied to at least a portion of the via hole is between 1 J / m and 8 J / m. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that: 前記レーザーによる前記ビアホールのドリル加工が、レーザー供給フルエンスが5×10J/m〜41×10J/mの範囲にある時の時間間隔から成ることを特徴とする請求項1乃至8の何れか1項に記載の方法。 The drilling of the via hole by the laser comprises a time interval when the laser supply fluence is in a range of 5 × 10 8 J / m 2 to 41 × 10 8 J / m 2. The method according to any one of claims 8 to 13. 前記レーザーによる前記ビアホールのドリル加工が、レーザー供給定常状態フルエンスが7.5×10J/m〜11×10J/mの範囲にある時の時間間隔から成ることを特徴とする請求項9に記載の方法。 The drilling of the via hole by the laser comprises a time interval when the laser supply steady state fluence is in the range of 7.5 × 10 8 J / m 2 to 11 × 10 8 J / m 2. The method according to claim 9. 前記ビアホールのドリル加工が、前記フロントコンタクト層に隣接するアブレーティングラインをレーザースクライビングするのと同時に行なわれることを特徴とする請求項1乃至10の何れか1項に記載の方法。   The method according to any one of claims 1 to 10, wherein the drilling of the via hole is performed simultaneously with laser scribing of an ablating line adjacent to the front contact layer. 前記薄膜CIGSデバイス(100、200)を形成するステップが、前記薄膜CIGSデバイスの領域に複数の前記ラインセグメントビアホール(163、165、165′、167)から成る破線(210)を形成することを含むことを特徴とする請求項1乃至11の何れか1項に記載の方法。   The step of forming the thin film CIGS device (100, 200) includes forming a dashed line (210) comprising a plurality of the line segment via holes (163, 165, 165 ', 167) in the region of the thin film CIGS device. A method according to any one of the preceding claims, characterized in that: 少なくとも1つの薄膜CIGSデバイス(100、200)を形成する方法であって、前記薄膜CIGSデバイスの領域にラインセグメントビアホール(163、165、165′、167)を形成するステップを含み、
前記デバイスは、
基板(110)と、
前記基板上に配置されたフロントコンタクト層(150、152、154、156、158)と、
前記基板上に配置されたバックコンタクト層(120、124、126、128、129)と、
前記フロントコンタクト層と前記バックコンタクト層との間に配置された半導体光電子活性層(130)と、
から成り、
そして前記ラインセグメントビアホールは、
レーザーの出力の使用によるドリル加工により形成され、
前記フロントコンタクト層及び前記半導体光電子活性層のうちの少なくとも一部を貫き、
そしてレーザーによるドリル加工によって、
前記ラインセグメントビアホールの内面(135)を覆う導電性の永久に金属化された、銅に富んだCIGSタイプ合金のCIGSタイプ壁(134、134′、132、136、138)を形成し、前記CIGSタイプ壁は、前記ラインセグメントビアホールに沿い、前記フロントコンタクト層の一部と前記バックコンタクト層の一部の間に導電路を形成し、
前記フロントコンタクト層の方へ高くなる前記バックコンタクト層の高くなった部分(125、127、127′)を形成して、樋状カールアップを形成すること、
をもたらすことを特徴とする方法。
A method of forming at least one thin film CIGS device (100, 200), comprising forming a line segment via hole (163, 165, 165 ', 167) in a region of the thin film CIGS device,
The device comprises:
A substrate (110);
A front contact layer (150, 152, 154, 156, 158) disposed on the substrate;
A back contact layer (120, 124, 126, 128, 129) disposed on the substrate;
A semiconductor optoelectronic active layer (130) disposed between the front contact layer and the back contact layer;
Consisting of
And the line segment via hole is
Formed by drilling using the power of a laser,
Penetrating at least a part of the front contact layer and the semiconductor optoelectronic active layer,
And by laser drilling,
Forming a CIGS-type wall (134, 134 ', 132, 136, 138) of a conductive, permanently metallized, copper-rich CIGS-type alloy covering the inner surface (135) of said line segment via hole; A type wall along the line segment via hole, forming a conductive path between a portion of the front contact layer and a portion of the back contact layer;
Forming raised portions (125, 127, 127 ') of the back contact layer that are raised toward the front contact layer to form a gutter-shaped curl-up ;
Providing a method.
前記樋状カールアップが、前記ラインセグメントビアホールのドリル加工中に、レーザーによって加えられたパワーにおける変化によって形成されることを特徴とする請求項13に記載の方法。 14. The method of claim 13, wherein the gutter curl-up is formed by a change in power applied by a laser during drilling of the line segment via hole. 前記樋状カールアップが、前記ラインセグメントビアホールのドリル加工中の、第1のパワーレベルから第2のパワーレベルまでの、前記ラインセグメントビアホールに加えられたレーザーパワーの漸進的増大によって形成されることを特徴とする請求項13に記載の方法。 The gutter-shaped curl-up is formed by a progressive increase in laser power applied to the line segment via hole from a first power level to a second power level during drilling of the line segment via hole. 14. The method according to claim 13, wherein: 前記樋状カールアップが、前記ビアホールに向けられた前記レーザーからのレーザースポットの移動中の、第1のパワーレベルから第2のパワーレベルまでの、前記ラインセグメントビアホールに加えられたレーザーパワーにおける漸進的増大によって形成されることを特徴とする請求項13に記載の方法。 The gutter-like curl-up is progressive in laser power applied to the line segment via hole from a first power level to a second power level during movement of a laser spot from the laser directed to the via hole. 14. The method according to claim 13, wherein said method is formed by augmentation. 前記樋状カールアップが、前記CIGSタイプ壁の部分の上をカールする前記バックコンタクト層の部分を含むことを特徴とする請求項13に記載の方法。 14. The method of claim 13, wherein the gutter curl up includes a portion of the back contact layer that curls over a portion of the CIGS type wall. 前記CIGSタイプ壁が、前記フロントコンタクト層上方に延伸する部分を含むことを特徴とする請求項13に記載の方法。   The method of claim 13, wherein the CIGS-type wall includes a portion extending above the front contact layer. 前記CIGSタイプ壁が、前記フロントコンタクト層の上を延伸する部分を含み、
フロントコンタクト層の一部が、前記半導体光電活性層の部分と前記フロントコンタクト層の上を延伸する前記CIGSタイプ壁の間に配置されることを特徴とする請求項13に記載の方法。
The CIGS-type wall includes a portion extending above the front contact layer;
14. The method of claim 13, wherein a portion of the front contact layer is disposed between a portion of the semiconductor photoactive layer and the CIGS type wall extending over the front contact layer.
前記樋状カールアップが、前記CIGSタイプ壁の部分の上をカールするバックコンタクト層の部分を含むことを特徴とする請求項18に記載の方法。 19. The method of claim 18, wherein the gutter curl-up includes a portion of a back contact layer curling over a portion of the CIGS-type wall.
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