JP6930707B2 - セル内バイパスダイオード - Google Patents

Description

［優先権の主張］
本出願は、Ｈａｒｌｅｙらによる、「Ｉｎ−Ｃｅｌｌ Ｂｙｐａｓｓ Ｄｉｏｄｅ ｆｏｒ Ｍｕｌｔｉ−ｄｉｏｄｅ Ｓｏｌａｒ Ｃｅｌｌ」と題された２０１４年５月２９日出願の米国仮出願第６２／００４，８０８号の利益を主張するものであり、その全容は、参照により本明細書に組み込まれる。

太陽電池として公知の光起電力電池は、太陽放射を電気エネルギーに直接変換するためのデバイスである。一般的に、太陽電池は、半導体処理技術を使用して半導体ウェハ又は基板上に製造され、基板の表面付近にＰ−Ｎ接合が形成される。太陽放射が太陽電池の基板の表面上に衝突し、基板内に進入することにより、その基板のバルク内に電子及び正孔の対が生成される。それらの電子及び正孔の対が、基板内の複数のｐドープ領域及び複数のｎドープ領域に移動することにより、それらの複数のドープ領域の間に電圧差が生じる。それらの複数のドープ領域が、太陽電池上の複数の導電性領域に接続されることにより、その電池から、その電池に結合された外部回路へと、電流が方向付けられる。

様々な実施形態による、バイパスダイオードを形成するための基板の分離の前の、太陽電池の一部分の断面図を示す。

様々な実施形態による、バイパスダイオードを形成するための基板の分離の後の、太陽電池の一部分の断面図を示す。

様々な実施形態による、基板の分離のための緩衝材を使用する、バイパスダイオードを有する太陽電池の一部分の断面図を示す。

様々な実施形態による、太陽電池用のバイパスダイオードの見下ろし平面図を示す。

様々な実施形態による、バイパスダイオードの配置構成及びサイズの様々な実施例を示す。 様々な実施形態による、バイパスダイオードの配置構成及びサイズの様々な実施例を示す。 様々な実施形態による、バイパスダイオードの配置構成及びサイズの様々な実施例を示す。

様々な実施形態による、太陽電池基板を分離するための様々な例示的経路を示す。

様々な実施形態による、バイパスダイオードを形成するための例示的方法を示すフローチャートである。

以下の発明を実施するための形態は、本質的には、単なる例示に過ぎず、本主題の実施形態、あるいはそのような実施形態の適用及び使用を限定することを意図するものではない。本明細書で使用するとき、「例示的」という語は、「実施例、実例、又は例示としての役割を果たすこと」を意味する。本明細書で例示的として説明されるいずれの実装も、必ずしも他の実装よりも好ましいか又は有利であるとして解釈されるべきではない。更には、前述の技術分野、背景技術、概要、若しくは以下の発明を実施するための形態で提示される、明示又は暗示されるいずれの理論によっても、束縛されることを意図するものではない。

本明細書は、「一実施形態」又は「実施形態」への言及を含む。「一実施形態では」又は「実施形態では」という語句の出現は、必ずしも、同じ実施形態を指すものではない。特定の機構、構造、又は特性を、本開示と矛盾しない任意の好適な方式で組み合わせることができる。

用語法。以下のパラグラフは、本開示（添付の請求項を含む）で見出される用語に関する、定義及び／又はコンテキストを提供する。

「備える」。この用語は、オープンエンド型である。添付の請求項で使用されるとき、この用語は、更なる構造又は段階を排除するものではない。

「〜ように構成された」。様々なユニット又は構成要素は、１又は複数のタスクを実行する「ように構成された」として、説明又は特許請求される場合がある。そのようなコンテキストでは、「〜ように構成された」は、それらのユニット／構成要素が、動作中にそれらの１又は複数のタスクを実行する構造を含むことを示すことによって、その構造を含意するために使用される。それゆえ、それらのユニット／構成要素は、指定のユニット／構成要素が現時点で動作可能ではない（例えば、オン／アクティブではない）場合であっても、そのタスクを実行するように構成されていると言うことができる。ユニット／回路／構成要素が、１又は複数のタスクを実行する「ように構成された」と記載することは、そのユニット／構成要素に関して、米国特許法第１１２条第６段落が適用されないことを、明示的に意図するものである。

「第１の」、「第２の」など。本明細書で使用するとき、これらの用語は、それらが前に置かれる名詞に関する指標として使用されるものであり、いずれのタイプの（例えば、空間的、時間的、論理的などの）順序付けも暗示するものではない。例えば、「第１の」太陽電池への言及は、この太陽電池がシーケンス内の最初の太陽電池であることを必ずしも意味するものではなく、その代わりに、「第１の」という用語は、この太陽電池を別の太陽電池（例えば、「第２の」太陽電池）から区別するために使用される。

「結合された」−以下の説明は、素子又はノード又は機構が一体に「結合された」ことについて言及する。本明細書で使用するとき、明示的に別段の定めがある場合を除き、「結合された」とは、１つの素子／ノード／機構が、別の素子／ノード／機構に、直接的又は間接的に連結される（又は、直接的若しくは間接的に連通する）ことを意味するものであり、これは、必ずしも機械的なものではない。

更には、特定の用語法もまた、参照のみを目的として、以下の説明で使用される場合があり、それゆえ、それらの用語法は、限定的であることを意図するものではない。例えば、「上側」、「下側」、「上方」、及び「下方」などの用語は、参照される図面内での方向を指す。「前部」、「後方」、「後部」、「側部」、「外側」、及び「内側」などの用語は、論考中の構成要素を説明するテキスト及び関連図面を参照することによって明確にされる、一貫性はあるが任意の基準系の範囲内での、構成要素の諸部分の向き及び／又は位置を説明するものである。そのような用語法は、具体的に上述された語、それらの派生語、及び類似の意味の語を含み得る。

バイパスダイオード、及びバイパスダイオードを形成する手法が、本明細書で説明される。以下の説明では、本開示の実施形態の完全な理解を提供するために、特定のプロセスフロー操作などの、多数の具体的詳細が記載される。これらの具体的な詳細なしに、本開示の実施形態を実践することができる点が、当業者には明らかであろう。他の場合には、本開示の実施形態を不必要に不明瞭にしないために、太陽電池エミッタ領域製造技術などの周知の製造技術は、詳細に説明されない。更には、図に示される様々な実施形態は、例示的な表現であって、必ずしも原寸に比例して描写されるものではないことを理解されたい。

太陽電池の遮光は、電柱若しくは樹木などの固定的な遮光物体により、及び／又は、モジュール上の破片の降着若しくは汚れの堆積により、現地では通常の出来事である。太陽電池の一部分の遮光は、ダイオードを逆バイアスにさせる恐れがあり、このことは、そのダイオードに電力を生成させるのではなく、電力を分散させる恐れがあり、また、太陽電池の加熱を引き起こす恐れもある。このことは、システムの性能を低下させ、セルの破損をもたらす恐れがあり、また、ホットスポットが発生する場合には、潜在的な信頼性の危険を引き起こす恐れもある。この問題に対する１つの解決策は、太陽電池モジュールの接続箱内部の回路内に、バイパスダイオードを挿入することであり、それにより、セル又はセルのグループが逆バイアスとなる場合に、バイパスダイオードが作動して、その障害性のセルを含むストリングが、回路から除外される。１つのモジュール当たり３つの（１２〜１８個のセルの）ストリングを有するモジュールに関しては、このことは、単一のセルの遮光事象が、そのパネルから電力の１／３を喪失させることを意味する。更には、ダイオードのコストは微々たるものではなく、モジュール内では、材料のバランス、及び１ワット当たりの全体的コストを考慮する必要がある。ストリングレベルの保護は完全なものではなく、幾つかのホットスポットにより、ストリングレベルのダイオードが起動されない場合もあり、信頼性の危険は、依然として存在し得る。更には、そのような実装では、ホットスポットのスクリーニングが依然として必要とされ、遮光耐性は乏しい。遮光はまた、多くの屋上が固定的な遮光を有する住宅向け用途で、かつまた集中型ＰＶ用途でも、著しい損失を引き起こす恐れもある。様々な実施形態では、より優れた解決策を提供するために、統合されたセルレベルのバイパスダイオードを実装することができる。一部の実施形態では、バイパスダイオードを形成するための反対極性の分路を可能にするべく、太陽電池ウェハの、活性セル部分とも称される場合がある第１部分を、その太陽電池ウェハのバイパスダイオード部分から分離することを可能にする手段として、金属被覆を使用することができる。

ここで図１及び図２に転じると、それぞれ、バイパスダイオードを形成するための基板の分離の前及び後の、太陽電池の一部分の断面図が示される。

様々な実施形態では、この太陽電池は、基板１０２などの基板を含む。一実施形態では、この半導体基板は、Ｎ型単結晶基板から製造されるものなどの、バルク単結晶シリコン基板部分とすることができる。１つのそのような実施形態では、複数のドープ領域は、その基板自体内に形成された、１又は複数のＮ＋領域（例えば、複数の、リン又はヒ素ドープ領域）、及び１又は複数のＰ＋領域（例えば、複数のホウ素ドープ領域）を含み得る。他の実施形態では、各シリコン部分は、シリコン基板の上方に形成された、１又は複数の多結晶シリコン（ポリシリコン）Ｎ＋領域、及び１又は複数の多結晶シリコンＰ＋領域を含む。図１〜図３に示されるように、この太陽電池は、基板１０２を含み、複数のＰ型ドープポリシリコン領域１０４及び１０８、並びに複数のＮ型ドープポリシリコン領域１０６及び１１０が、その基板１０２の上方に配置される。一部の実施形態では、基板１０２と、ドープ領域１０４、１０６、１０８、及び１１０との間に、誘電体（図示せず）を配置することができる。

一実施形態では、この太陽電池はまた、コンタクト領域１１２、１１４、及び１１６を有する、金属被覆構造体も含む。このコンタクト領域は、通常の動作中に、太陽電池からの電流を外部回路に経路指定し、太陽電池が（例えば、遮光条件により）逆バイアスとなる場合に、その太陽電池の活性部分にバイパスダイオードを分路させることにより、バイパスダイオードが作動するように構成することが可能な、金属コンタクトとすることができる。様々な実施形態では、そのような電流の経路指定及び分路を容易にするべく、太陽電池金属（例えば、金属被覆構造体）をパターニングして、コンタクト領域１１２、１１４、及び１１６を形成することができる。

様々な実施形態では、この金属被覆構造体は、多くの例の中でもとりわけ、めっき金属、印刷金属、蒸着金属、及び／又は箔（例えば、追加的シード層の有無に関わらず、アルミニウム箔などの導体箔）とすることができる。１つのそのような実施形態では、比較的厚い（例えば、約２５マイクロメートル超の）バックメタルが使用される場合、その金属内への部分的レーザアブレーションに関して、ある程度の許容範囲を考慮に入れつつ、依然として、太陽電池の活性部分をバイパスダイオードに結合させるべく十分な機械的完全性を提供することができる。しかしながら、薄い（例えば、約２５マイクロメートル未満の）金属被覆構造体が使用される場合には、信頼性試験を通過するために必要とされる、その金属の電気的及び物理的完全性を維持するために、アブレーションは、その金属被覆構造体を全くスクライブ加工しないで停止させる必要がある場合があり、又はその金属を補強する必要がある。この金属被覆構造体は、めっき、印刷によって、（例えば、箔の場合には）接合手順の使用によって、製造することができ、あるいは、堆積、リソグラフィ、及びエッチングの手法によって、製造することもできる。

図２に示されるように、この太陽電池の基板１０２は、基板の第１部分１０２ａを、基板のバイパスダイオード部分とも称される場合がある、第２部分１０２ｂから物理的に隔てるように、分離されている。一実施形態では、第１部分１０２ａは、以下でより詳細に説明されるレーザアブレーションを使用して、又は基板を機械的にスクライブ加工することによって、バイパスダイオード部分１０２ｂから分離することができる。これらの物理的に隔てられた半導体基板部分間の、溝又は間隙は、金属被覆構造体の一部分、及び／又はドープ領域の一部分を露出させることができる。

図示されるように、金属被覆構造体のコンタクト領域１１４は、この太陽電池の活性部分を、バイパスダイオードに、電気的及び機械的に結合させることができる。例えば、コンタクト領域１１４の金属は、第１部分１０２ａの上方に配置されたＮ型ドープ領域１０６を、第２部分１０２ｂの上方に配置されたＰ型ドープ領域１０８に、電気的に結合させることができる。本明細書で使用するとき、第１部分１０２ａと、その対応するドープ領域（例えば、ドープ領域１０４及び１０６）とを含む太陽電池の部分は、太陽電池の活性領域と称される。本明細書で使用するとき、第２部分１０２ｂと、その対応するドープ領域（例えば、ドープ領域１０８及び１１０）とを含む太陽電池の部分は、太陽電池のバイパスダイオードと称される。金属被覆構造体の全体はまた、活性部分の複数のＮドープ領域のそれぞれを互いに、並びに、活性部分の複数のＰドープ領域のそれぞれを互いに、電気的及び機械的に結合させることもできる点に留意されたい。

本明細書で説明されるように、バイパスダイオードは、基板内又は基板の上方に配置された、Ｐ−Ｎ接合を含み得る。このＰ−Ｎ接合は、アモルファスシリコン、ポリシリコン、金属、及び／又はシリコンで形成することができる。例えば、図１〜図３に示されるように、バイパスダイオードのＰ−Ｎ接合は、Ｐ型ポリシリコン／Ｎ型ポリシリコンの（ドープ領域を隔てるトレンチを有さない）突き合せ接合、又は垂直Ｐ＋／Ｎ＋ポリシリコン接合とすることができる。他の実施例として、バイパスダイオードのＰ−Ｎ接合は、シリコン基板自体内のＰ＋ドープ領域及びＮ＋ドープ領域から、金属／シリコン接合（例えば、ショットキー）から、ポリシリコン／シリコン接合から、又はアモルファスシリコン／シリコン接合から形成することができる。

図示のように、バイパスダイオードのＰ−Ｎ接合は、活性領域に対応する基板の部分内又はその部分の上方に（図１〜図３の実施例では、上方に）配置されたドープ領域に、金属被覆構造体（例えば、コンタクト領域１１４）を介して結合させることができる。

一部の実施形態では、基板のスクライブ加工はまた、図示のように、１又は複数のドープ領域（例えば、Ｎ型ドープ領域１０６及びＰ型ドープ領域１０８）の少なくとも一部分もスクライブ加工することもできるが、他の実施形態では、これは必須ではない。一部の実施形態では、コンタクト領域１１４の一部分もまた、スクライブ加工することができる。

一部の実施形態では、基板又はウェハ（例えば、シリコン）の分離プロセスの間の、金属の損傷を阻止するために、例えば、その分離プロセスのためのバックストップとして、緩衝材料を使用することにより、金属被覆構造体が直接スクライブ加工されることから保護することができる。図３は、バイパスダイオードの分離のためのバックストップとして緩衝材料を使用する、太陽電池の一部分の断面図を示す。一実施形態では、緩衝材料１２０は、金属被覆構造体が形成される前に、ドープ領域１０６及び１０８上に形成することができる。したがって、基板の分離が実施される場合、レーザスクライブ又は機械的スクライブは、金属被覆構造体の一部（例えば、コンタクト領域１１４）をスクライブ除去するのではなく、緩衝材料１２０に行き当たる。金属被覆構造体を無損傷のままに保つことによって、機械的及び電気的完全性を維持することができる。

緩衝材料の例としては、ポリイミドなどの、ポリマー材料又は他の金属若しくは非金属材料が挙げられる。このポリマーは、全体的に堆積させてからパターニングすることができ、又は、例えば印刷によって、所望の領域内にのみ堆積させることもできる。他の実施形態では、そのような緩衝材料としては、限定するものではないが、二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）、窒化シリコン（ＳｉＮ）、又は酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）などの、誘電体材料を挙げることができる。１つのそのような実施形態では、誘電体材料は、限定するものではないが、低圧化学気相成長（ＬＰＣＶＤ）、プラズマ増強化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）、高密度プラズマ化学気相成長（ＨＤＰＣＶＤ）、又は物理気相成長（ＰＶＤ）などの、堆積技術を使用して形成することができる。

一部の実施形態では、基板部分１０２ａと１０２ｂとの間に得られた溝又は間隙は、封入材料又は他の材料、例えば、エチレンビニルアルコール（ＥＶＡ）、ポリオレフィンを、その基板の部分１０２ａと１０２ｂとの間の溝内に配置して、充填することができる。一実施形態では、適用される際、この封入材は、その封入材料が細い溝内に流れ込むことを確実にするために、十分に低い粘度又は高い溶融流動を有し得る。一実施形態では、この封入材による溝の充填は、Ｓｉ／金属／ポリマー複合材料の形成を通じて、システムの機械的強度を改善するように作用する。一部の実施形態では、この溝は、分離が実行された後、パッシベートするか、又はそのままにすることができる。

一実施形態では、本明細書で説明される金属被覆スキームは、セル及びその対応のバイパスダイオードに関する、機械的完全性を保持及び提供し、かつバイパスダイオードとセルの活性部分との間の、基板の物理的分離を可能にするために使用される。また基板を分離することにより、バイパスダイオードは、逆バイアス条件で機能することが可能となり得る。

ここで図４に転じると、一実施形態による、太陽電池内の例示的バイパスダイオードの、金属被覆構造体側からの見下ろし平面図が示される。図示のように、スクライブ線（金属被覆構造体の反対側からのものであるため、破線として示される）の上方に、バイパスダイオードのＰ−Ｎ接合が存在し、スクライブ線の下方に、太陽電池の活性領域のｐ−ｎ接合が存在する。ＰはＮに結合され、ＮはＰに結合されることにより、太陽電池のＰ−Ｎ接合（ダイオード）に、バイパスダイオードが分路される。バイパスダイオードの基板は、破線によって示されるように、太陽電池の活性部分から分離されているため、図示の構成は、セル内バイパスダイオードとして動作し得る。

図５〜図７は、様々な実施形態による、バイパスダイオードの配置構成及びサイズの様々な実施例を示す。図５では、バイパスダイオード５０２は、スクライブ線５０４（この基板部分が分離される場所に対応するもの）によって、太陽電池の活性部分５００から隔てられて示される。同様に図６では、バイパスダイオード６０２は、スクライブ線６０４によって、太陽電池の活性部分６００から隔てられて示される。一部の実施形態では、バイパスダイオードは、太陽電池の角部に、例えば、図５及び図６に示される疑似角部に形成することができ、この角部は、それらの場所から電流を収集することがより困難となり得るため、直角ではない。バイパスダイオード領域は、太陽電池の通常動作中、電流を生成しないため、いずれの方式でも電流を収集することが困難な、バイパスダイオードの場所を選択することは、有利であり得る。

更には、集中型ＰＶ用途に関しては、バイパスダイオードは、太陽電池の動作中に入射する直接光がより少ない、太陽電池の縁部に形成することができる。バイパスダイオードを縁部に形成することによって、より生産性が高い太陽電池の区域（例えば、中央）が、活性領域のために使用され、より生産性が低い区域は、バイパスダイオードとして使用するために犠牲にすることができる。

図７は、別の例示的バイパスダイオード構成を示す。図示のように、バイパスダイオード７０２は、複数のスクライブ線、スクライブ線７０４及び７０６によって、太陽電池の活性部分７００から隔てられ、これらのスクライブ線は、基板のバイパスダイオード部分から、基板の活性部分を隔てるための、第１の溝及び第２の溝を形成する。

様々な実施形態では、バイパスダイオードのサイズは、多くの例の中でもとりわけ、用途（例えば、集中型ＰＶ、又はワンサン（ｏｎｅ‐ｓｕｎ）ＰＶ）、太陽電池のサイズ、セルの効率、予想される熱分散（例えば、バイパスダイオード領域からの熱を分散すべく、ヒートシンク又は他の熱分散部が実装されるか否か）などの、幾つもの因子に応じて決定することができる。一実施形態では、図７の例示的太陽電池は、バイパスダイオードの熱衝撃がより少ないことが予想される、ワンサン用途である。したがって、バイパスダイオードのために使用されるフットプリントを、より小さくすることができ、そのバイパスダイオードは、太陽電池の角部（この実施例では、疑似角部）のうちの１つにのみ存在し、その一方で、他の角部は、活性部分の一部として利用可能である。

図５及び図６の実施例は、製造効率に幾つかの利点をもたらし得る。例えば、図５及び図６の太陽電池が、最初は、より大きい同じ太陽電池の一部であり、その後に４分の１セルへとダイシングされたシナリオを考察する。そのようなシナリオでは、バイパスダイオード５０２及び６０２は、最初は、単一のスクライブ線を有する単一のバイパスダイオードとして形成されていることが可能であり、スクライブ５０４及び６０４は、そのより大きい太陽電池がダイシングされる前は、単一のスクライブの一部であった。その実施例では更に、より大きいセルをダイシングする前に、その基板の別の単一スクライブを実施することにより、基板の別の部分を分離して、より大きい太陽電池の反対側に、より大きい別のバイパスダイオードを形成することができる。次いで、そのより大きい太陽電池を、複数の４分の１セルへとダイシングすることが可能であり、本明細書で説明されるように、各４分の１セルは、それ自体の対応のバイパスダイオードを有し、それぞれの４分の１セルと、対応するバイパスダイオードとは、基板内で分離されている。

図５〜図７では示されないが、太陽電池金属は、バイパスダイオードと活性区域ダイオードとを分路させるようにパターニングすることができ、それにより、バイパスダイオードは、太陽電池が（例えば、遮光条件で）逆バイアスとなる場合に、オンになるように構成することができる。

様々な実施形態では、セル内バイパスダイオードを有する、開示される太陽電池のストリングを、ＰＶモジュール又はＰＶ積層体内で、一体的に使用することができる。

太陽電池基板を分離することによりバイパスダイオードを形成する、代表的実施例として、図８のａから図８のｃは、基板を分離するための様々な例示的経路を示す。図８を参照すると、太陽電池８００は、シリコン基板８０２と、そのシリコン基板の裏側の金属被覆構造体８０４とを含む。理解を容易にするために、ドープ領域は図示されていない。

図８のａを参照すると、スクライブに加えた破断の手法が示され、この場合、（ｉ）基板が部分的に（例えば、約７０％の深さで）スクライブ加工され、次いで、（ｉｉ）その破断に沿って、亀裂が金属被覆構造体で終端するように形成される。図８のｂを参照すると、スクライブのみの手法が示され、この場合、シリコンのレーザアブレーションは、金属被覆構造体の金属上で（又は、部分的に金属内で）停止する。図８のｃを参照すると、スクライブに加えた緩衝材料の手法が示され、この場合、シリコンのレーザアブレーションは、シリコンの深さ全体を貫通して実行され、次いで、金属被覆構造体の金属とは異なる、緩衝材料上で（又は、部分的に緩衝材料内で）停止する。これらの場合のいずれにおいても、レーザのパラメータは、開示されたスクライブ加工を達成するように構成することができる。例えば、選択肢としては、よりクリーンなプロセス、より低い再結合、より低い溶融ドープ領域を通じた分路のリスク、及びより狭いスクライブ幅を有する、ピコ秒のレーザアブレーションが挙げられる。別の選択肢としては、より広いスクライブ線、及びより高いスループットを有するが、再結合、及び残屑の可能性が増大する、ナノ秒以上のレーザが挙げられる。

ここで図９に転じると、一部の実施形態による、バイパスダイオードを形成するための方法を示すフローチャートが示される。様々な実施形態では、図９の方法は、示されるものと比べて、更なる（又は、より少ない）ブロックを含み得る。

９０２で示されるように、半導体基板の第１部分の上方に、Ｐ−Ｎ接合を形成することができる。本明細書で説明されるように、このＰ−Ｎ接合は、アモルファスシリコン、ポリシリコン、金属、及び／又はシリコンなどの、様々な材料で形成することができる。例えば、バイパスダイオードは、Ｐ型ポリシリコン及びＮ型ポリシリコンで（例えば、図１〜図３に示されるような、トレンチを有さない突き合せ接合を形成することによって）形成することができる。他の実施例として、この接合は、多くの例の中でもとりわけ、Ｐ型シリコン及びＮ型シリコン、あるいは金属及びシリコン（例えば、ショットキーダイオード）、あるいはポリシリコン及びシリコン、あるいはアモルファスシリコン及びシリコンを含み得る。

一部の実施形態では、バイパスダイオードのＰ−Ｎ接合を形成する段階は、活性部分の複数のＰ−Ｎ接合（及び、複数のＮ型ドープ領域のそれぞれ及び複数のＰ型ドープ領域のそれぞれ）を形成するために使用されるものと同じプロセス（例えば、ドーピングなど）で、実施することができる。

９０４で、基板の第２部分内又は第２部分の上方に配置されたドープ領域に、Ｐ−Ｎ接合を結合させるべく、基板の第１表面の上方に、金属被覆構造体を形成することができる。一実施形態では、半導体基板の第１表面の上に金属被覆構造体を形成する段階は、半導体基板の上方又は半導体基板内に配置された複数のドープ領域の上に、金属被覆構造体を形成する段階を含み得る。金属被覆構造体を形成する段階はまた、その金属被覆構造体をフィンガパターン（例えば、交互嵌合フィンガパターン）へとパターニングする段階、並びに、太陽電池に対してバイパスダイオードを分路させる段階も含み得る。本明細書で説明されるように、金属被覆構造体は、金属箔、印刷金属、めっき金属、金属の積層体、又はこれらの何らかの組み合わせとすることができる。この金属のパターニングは、多くのパターニングの例の中でもとりわけ、レーザパターニング、マスク及びエッチングによって実行することができる。いずれの場合にも、一実施形態では、金属被覆構造体は、太陽電池の活性部分をバイパスダイオード部分に橋渡しするために十分な、機械的特性を有するように形成される。

９０６で示されるように、基板の第１部分は、第２部分から分離させることができる。一実施形態では、半導体基板は、金属被覆構造体の反対側表面からスクライブ加工することができる。このスクライブ加工は、その反対側表面から、金属被覆構造体の諸部分が露出した時点で、停止させることができる。

一実施形態では、このスクライブ加工は、金属被覆構造体の金属によって停止させることができる。しかしながら、他の実施形態では、損傷緩衝材料を使用して、金属被覆構造体の金属を保護することができる。１つのそのような実施形態では、損傷緩衝材は、上述のようなポリマー材料とすることができる。別の実施形態では、損傷緩衝材は、金属被覆構造体の金属とは異なる、金属とすることができる。

一実施形態では、スクライブ加工は、レーザで実行することができる。しかしながら、レーザスクライブ加工プロセスの代わりに、又はそれと共に、機械的スクライブ加工プロセスを実装することができる点を理解されたい。例えば、特定の実施形態では、部分的レーザスクライブが実行され、その後に、深さが制御された破断又は鋸引きが続けられる。

一実施形態では、スクライブ加工は、複数の方向で実行することができる。例えば、図７の実施例で示されるように、複数の方向でスクライブ加工することによって、複数のスクライブ線を形成することができる。１つのそのような例では、それらの複数の方向は、互いに対してほぼ垂直とすることができる。

様々な実施形態では、例えば製造の効率性のために、より大きい太陽電池を、より小さいセルへと（例えば、図５及び図６に関して説明されるように）ダイシングすることができる。そのような実施形態のうちの一部では、より大きい太陽電池に関する、基板の単一のスクライブ加工は、そのより大きい太陽電池がダイシングされた場合に、複数のバイパスダイオードをもたらし得る。図５及び図６の太陽電池を例に取って、それらのセルがダイシングされる前に、図５の太陽電池の右手側が、図６の太陽電池の左手側に接続されていたシナリオを考察する。 更には、２つの他のそのようなダイシングされた太陽電池が、そのような図５及び図６の太陽電池の、より大きい最初の太陽電池の一部であり、それらの他の２つがそれぞれ、そのより大きいセルの４分の１セルであることを考察する。一実施形態では、バイパスダイオードのための基板のスクライブ加工は、２つのスクライブ線で実行することができる。１つの単純な実施例として、見下ろし視点から見た場合、シリコン基板の上縁部及び底縁部を、中央部分から（例えば、本明細書で説明されるスクライブ加工技術によって）分離することができ、バイパスダイオードに対応する（スクライブ加工の前の）上部及び底部部分の上に、並びに中央部分内に、対応するＰ−Ｎ接合を形成することができる。

様々な実施形態では、更なるスクライブ加工を実行することにより、それらの太陽電池を、実際にダイシングして切り離すことができる。そのような更なる（例えば、レーザ又は機械的）スクライブ加工は、本明細書で説明されるものと実質的に同じであり得るが、ただし、太陽電池のダイシングが意図される場合は、分離は、単に基板に実施されるばかりではなく、金属被覆構造体も貫通して実施されることにより、完全な分離が引き起こされる。

一部の実施形態では、半導体基板の受光面は、その半導体基板をスクライブ加工する前又は後に、テクスチャ化することができる。１つのそのような実施形態では、基板の部分的な溝削りが最初に実行され、次いで、シリコンエッチングプロセス（例えば、テクスチャ化）の間に、あらゆる損傷が除去される。しかしながら、他の実施形態では、スクライブ加工を実行することができ、次いで、後続の湿式エッチングが実装される。いずれの場合にも、太陽電池の受光面のテクスチャ化は、一実施形態では、水酸化物ベースのエッチングプロセスを使用するテクスチャ化を伴い得る。テクスチャ化表面は、入射光を散乱させることにより、太陽電池の受光面で反射される光の量を減少させるための、規則的又は不規則的な形状の表面を有するものとすることができる点を理解されたい。更なる実施形態は、受光面上の、パッシベーション層又は反射防止コーティング層の形成を含み得る。

全体として、特定の材料が上記で具体的に説明されているが、本開示の実施形態の趣旨及び範囲内に留まる他のそのような実施形態では、一部の材料を他のものと容易に置き換えることができる。例えば、一実施形態では、ＩＩＩ−Ｖ族材料基板などの、異なる材料基板を、シリコン基板の代わりに使用することができる。別の実施形態では、多結晶又は多重結晶シリコン基板が使用される。更には、Ｎ＋型領域及びＰ＋型領域が具体的に説明される場合、想到される他の実施形態は、交換された導電型、例えば、それぞれ、Ｐ＋型領域及びＮ＋型領域を含むことを理解されたい。

本明細書で説明される実施形態の１又は複数の利益又は利点は、バイパスダイオードの形成を、セル製造プロセスの一部として組み込むことによって、製造プロセスを単純化することを含み得るものであり、このことにより、モジュールレベルでの更なるバイパスダイオードの組み立て段階を撤廃することができる。更には、開示される技術は、複数のセル間で単一のバイパスダイオードが共有されるシナリオよりも、確実にセルを保護することが可能な、個別のセルレベルでの保護を提供することができる。更には、より大きい太陽電池がダイシングされる用途に関しては、バイパスダイオードを形成するための基板のスクライブ加工は、そのダイシングプロセスの一部とすることができ、そのプロセスに対する追加コストは、存在する場合であっても、大きく追加されるものではない。

具体的な実施形態が上述されてきたが、これらの実施形態は、特定の機構に関して単一の実施形態のみが説明される場合であっても、本開示の範囲を限定することを意図するものではない。本開示で提供される機構の実施例は、別段の定めがある場合を除き、制約的であることよりも、むしろ例示的であることを意図するものである。上記の説明は、本開示の利益を有する当業者には明らかとなるような、変更、修正、及び等価物を包含することを意図するものである。

本開示の範囲は、本明細書で対処される問題のいずれか又は全てを軽減するか否かにかかわらず、本明細書で（明示的又は暗示的に）開示される、あらゆる機構又は機構の組み合わせ、若しくはそれらのあらゆる一般化を含む。したがって、本出願（又は、本出願に対する優先権を主張する出願）の実施の間に、任意のそのような機構の組み合わせに対して、新たな請求項を形式化することができる。具体的には、添付の請求項を参照して、従属請求項からの機構を、独立請求項の機構と組み合わせることができ、それぞれの独立請求項からの機構を、任意の適切な方式で、単に添付の請求項で列挙される具体的な組み合わせのみではなく、組み合わせることができる。

一実施形態では、太陽電池は、その太陽電池の基板を含む。基板の第１部分内又は第１部分の上方に、活性領域が配置される。基板の第２部分内又は第２部分の上方に、バイパスダイオードが配置され、この基板の第１部分と第２部分とは、第１の溝で物理的に隔てられている。金属被覆構造体が、バイパスダイオードに活性領域を結合させる。

一実施形態では、バイパスダイオードは、Ｐ型ドープポリシリコン及びＮ型ドープポリシリコンを含む、Ｐ−Ｎ接合を有している。

一実施形態では、基板はＮ型ドープ基板であり、バイパスダイオードは、Ｎ型ドープ基板内に配置されたＰ型ドープ領域を含む、Ｐ−Ｎ接合を有している。

一実施形態では、バイパスダイオードは、太陽電池の縁部に配置される。

一実施形態では、基板の第１部分と第２部分とは、第１の溝及び第２の溝で物理的に隔てられている。

一実施形態では、金属被覆構造体はまた、活性領域の複数のｎ型ドープ領域のそれぞれも互いに結合させ、活性領域の複数のｐ型ドープ領域のそれぞれも互いに結合させる。

一実施形態では、太陽電池用のバイパスダイオードは、その太陽電池の基板の第１部分内又は第１部分の上方に配置された、Ｐ−Ｎ接合を含み、このＰ−Ｎ接合は、基板の第２部分内又は第２部分の上方に配置されたドープ領域に、金属被覆構造体を介して結合される。基板の第１部分と第２部分とは、第１の溝で隔てられ、この溝は、金属被覆構造体の一部分を露出させている。

一実施形態では、基板の第１部分と第２部分とはまた、第２の溝でも隔てられている。

一実施形態では、Ｐ−Ｎ接合は、基板の第１部分の上方に配置された、当接する複数のドープＰ型ポリシリコン領域及び複数のドープＮ型ポリシリコン領域を有している。

一実施形態では、基板はＮ型ドープ基板であり、Ｐ−Ｎ接合は、Ｎ型ドープ基板内に配置されたＰ型ドープ領域を有している。

一実施形態では、太陽電池用のバイパスダイオードを製造する方法は、半導体基板の第１部分の上方に、Ｐ−Ｎ接合を形成する段階を含む。この方法はまた、半導体基板の第２部分内又は第２部分の上方に配置されたドープ領域に、Ｐ−Ｎ接合を結合させるべく、半導体基板の第１表面の上方に、金属被覆構造体を形成する段階も含む。この方法はまた、半導体基板の第１部分を、第２部分から分離する段階も含む。

一実施形態では、このスクライブ加工する段階は、第１の方向及び第２の方向で、半導体基板をスクライブ加工する段階を含む。

一実施形態では、このスクライブ加工する段階は、レーザでスクライブ加工する段階を含む。

一実施形態では、第１部分の上方にＰ−Ｎ接合を形成する段階は、当接する複数のＰ型ポリシリコン領域及び複数のＮ型ポリシリコン領域を形成する段階を含む。

一実施形態では、この方法は、このＰ−Ｎ接合を形成する段階を実行するために使用される１又は複数の同じ処理段階の一部として、そのドープ領域と、半導体基板の第２部分内又は第２部分の上方の他のドープ領域とを形成する段階を更に含む。

一実施形態では、金属被覆構造体を形成する段階は、金属をめっきする段階及びパターニングする段階を含む。

一実施形態では、この方法は、半導体基板の第３部分の上方に、別のＰ−Ｎ接合を形成する段階を更に含む。金属被覆構造体を形成する段階はまた、その別のＰ−Ｎ接合を、半導体基板の第４部分内又は第４部分の上方に配置された、別のドープ領域にも結合させる。この方法はまた、半導体基板の第３部分を、第４部分から分離するために、半導体基板をスクライブ加工する段階も含む。この方法はまた、半導体基板の第３部分及び第４部分を、第１部分及び第２部分から分離する段階も含む。

一実施形態では、この方法は、半導体基板の第３部分及び第４部分に対応する、金属被覆構造体の一部を、半導体基板の第１部分及び第２部分に対応する、金属被覆構造体の一部から分離する段階を更に含む。

一実施形態では、この方法は、Ｐ−Ｎ接合の一部分を有している対応のバイパスダイオードをそれぞれが有する、２つのサブセルを形成するべく、太陽電池をダイシングする段階を更に含む。
［項目１］
太陽電池であって、
上記太陽電池の基板と、
上記基板の第１部分内又は上記第１部分の上方に配置された活性領域と、
上記基板の第２部分内又は上記第２部分の上方に配置されたバイパスダイオードと、
上記バイパスダイオードに上記活性領域を結合させる金属被覆構造体と、を備え、上記基板の上記第１部分と上記第２部分とは、第１の溝で物理的に隔てられている、太陽電池。
［項目２］
上記バイパスダイオードは、Ｐ型ドープポリシリコン及びＮ型ドープポリシリコンを含むＰ−Ｎ接合を有している、項目１に記載の太陽電池。
［項目３］
上記基板はＮ型ドープ基板であり、上記バイパスダイオードは、上記Ｎ型ドープ基板内に配置されたＰ型ドープ領域を含むＰ−Ｎ接合を有している、項目１に記載の太陽電池。
［項目４］
上記バイパスダイオードは、上記太陽電池の縁部に配置されている、項目１に記載の太陽電池。
［項目５］
上記基板の上記第１部分と上記第２部分とは、上記第１の溝及び第２の溝で物理的に隔てられている、項目１に記載の太陽電池。
［項目６］
上記金属被覆構造体はまた、上記活性領域の複数のｎ型ドープ領域のそれぞれも互いに結合させ、上記活性領域の複数のｐ型ドープ領域のぞれぞれも互いに結合させる、項目１に記載の太陽電池。
［項目７］
太陽電池用のバイパスダイオードであって、上記バイパスダイオードは、
上記太陽電池の基板の第１部分内又は上記第１部分の上方に配置されたＰ−Ｎ接合を備え、上記Ｐ−Ｎ接合は、上記基板の第２部分内又は上記第２部分の上方に配置されたドープ領域に金属被覆構造体を介して結合され、
上記基板の上記第１部分と上記第２部分とは、第１の溝で隔てられ、上記第１の溝は、上記金属被覆構造体の一部分を露出させている、バイパスダイオード。
［項目８］
上記基板の上記第１部分と上記第２部分とはまた、第２の溝でも隔てられている、項目７に記載のバイパスダイオード。
［項目９］
上記Ｐ−Ｎ接合は、上記基板の上記第１部分の上方に配置された、当接する複数のドープＰ型ポリシリコン領域及び複数のドープＮ型ポリシリコン領域を備えている、項目７に記載のバイパスダイオード。
［項目１０］
上記基板はＮ型ドープ基板であり、上記Ｐ−Ｎ接合は、上記Ｎ型ドープ基板内に配置されたＰ型ドープ領域を備えている、項目７に記載のバイパスダイオード。
［項目１１］
項目７に記載のバイパスダイオードを備えている、太陽電池。
［項目１２］
太陽電池用のバイパスダイオードを製造する方法であって、
半導体基板の第１部分の上方に、Ｐ−Ｎ接合を形成する段階と、
上記半導体基板の第２部分内又は上記第２部分の上方に配置されたドープ領域に、上記Ｐ−Ｎ接合を結合させるべく、半導体基板の第１表面の上方に、金属被覆構造体を形成する段階と、
上記半導体基板の上記第１部分を、上記第２部分から分離する段階と、を含む、方法。
［項目１３］
スクライブ加工する上記段階は、第１の方向及び第２の方向で、上記半導体基板をスクライブ加工する段階を含む、項目１２に記載の方法。
［項目１４］
スクライブ加工する上記段階は、レーザでスクライブ加工する段階を含む、項目１２に記載の方法。
［項目１５］
上記第１部分の上方に上記Ｐ−Ｎ接合を形成する上記段階は、当接する複数のＰ型ポリシリコン領域及びＮ型ポリシリコン領域を形成する段階を含む、項目１２に記載の方法。
［項目１６］
上記Ｐ−Ｎ接合を形成する上記段階を実行するために使用される１又は複数の同じ処理段階の一部として、上記ドープ領域と、上記半導体基板の上記第２部分内又は上記第２部分の上方の他のドープ領域とを形成する段階を更に含む、項目１２に記載の方法。
［項目１７］
上記金属被覆構造体を形成する上記段階は、金属をめっきする段階及びパターニングする段階を含む、項目１２に記載の方法。
［項目１８］
上記半導体基板の第３部分の上方に、別のＰ−Ｎ接合を形成する段階であって、
上記金属被覆構造体を形成する上記段階はまた、上記別のＰ−Ｎ接合を、上記半導体基板の第４部分内又は上記第４部分の上方に配置された別のドープ領域にも結合させる、段階と、
上記半導体基板の上記第３部分を上記第４部分から分離するために、上記半導体基板をスクライブ加工する段階と、
上記半導体基板の上記第３部分及び上記第４部分を上記第１部分及び上記第２部分から分離する段階とを更に含む、項目１２に記載の方法。
［項目１９］
上記半導体基板の上記第３部分及び上記第４部分に対応する上記金属被覆構造体の一部分を、上記半導体基板の上記第１部分及び上記第２部分に対応する上記金属被覆構造体の一部分から分離する段階を更に含む、項目１８に記載の方法。
［項目２０］
上記Ｐ−Ｎ接合の一部分を備えるそれぞれのバイパスダイオードをそれぞれが有する、２つのサブセルを形成するべく、上記太陽電池をダイシングする段階を更に含む、項目１２に記載の方法。

Claims (6)

1. 太陽電池であって、
   前記太陽電池の基板と、
   前記基板の第１部分内又は前記第１部分よりも上方に配置されたドープ領域を有する活性領域と、
   前記基板の第２部分外でかつ前記第２部分よりも上方に配置されたＰ−Ｎ接合を有するバイパスダイオードと、
   前記バイパスダイオードに前記活性領域を結合させる金属被覆構造体と、を備え、前記基板の前記第１部分と前記第２部分とは、第１の溝で物理的に隔てられていて、前記活性領域と前記バイパスダイオードとは、前記第１の溝で物理的に隔てられている太陽電池。
2. 前記バイパスダイオードは、Ｐ型ドープポリシリコン及びＮ型ドープポリシリコンを含むＰ−Ｎ接合を有している、請求項１に記載の太陽電池。
3. 前記バイパスダイオードは、前記太陽電池の縁部に配置されている、請求項１又は２に記載の太陽電池。
4. 前記基板の前記第１部分と前記第２部分とは、前記第１の溝及び第２の溝で物理的に隔てられていて、前記活性領域と前記バイパスダイオードとは、前記第１の溝及び前記第２の溝で物理的に隔てられている請求項１から３のいずれか一項に記載の太陽電池。
5. 前記金属被覆構造体はまた、前記活性領域の複数のｎ型ドープ領域のそれぞれも互いに結合させ、前記活性領域の複数のｐ型ドープ領域のそれぞれも互いに結合させる、請求項１から４のいずれか一項に記載の太陽電池。
6. 前記Ｐ型ドープポリシリコンは、前記バイパスダイオードから前記基板に向かう方向から見て、第一突出部を複数有し、
   前記Ｎ型ドープポリシリコンは、前記バイパスダイオードから前記基板に向かう方向から見て、前記第一突出部の間に交互に配置された第二突出部を複数有する、請求項２に記載の太陽電池。

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