JPH0754855B2 - How to make a solar array - Google Patents

How to make a solar array

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JPH0754855B2
JPH0754855B2 JP60195698A JP19569885A JPH0754855B2 JP H0754855 B2 JPH0754855 B2 JP H0754855B2 JP 60195698 A JP60195698 A JP 60195698A JP 19569885 A JP19569885 A JP 19569885A JP H0754855 B2 JPH0754855 B2 JP H0754855B2
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JP
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foil
array
aluminum
sphere
silicon
Prior art date
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Japanese (ja)
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デイー.レビン ジユレス
ジエイ.ジエンセン ミラード
イー.ヘネイ ロナルド
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テキサス インスツルメンツ インコーポレイテッド
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は金属箔マトリクス内に配置されたシリコンの
球から、露光した時に発電する太陽電池(ソーラ・セ
ル)を作る方法に関する。
Description: FIELD OF THE INVENTION This invention relates to a method of making solar cells that generate electricity when exposed to light from silicon spheres arranged in a metal foil matrix.

従来の技術及び問題点 太陽光線を他の形の有用なエネルギに変換することによ
つてエネルギを発生する装置はよく知られており、太陽
が主なエネルギ源であるという経済性の為、こういう装
置は絶えず開発され且つ改良されている。この様な1つ
の装置が米国特許第4,021,323号に記載されており、こ
の米国特許では、硝子又はプラスチックの様な透明なマ
トリクスで構成されたソーラー・アレーに、その片側に
N形表皮部を持つP形のシリコン、又はその片側にP形
表皮部を持つN形シリコンの粒子をマトリクス内に埋込
んで設けたソーラー・アレーが記載されている。大体半
分の粒子がN形表皮部を持つP形であり、残りがP形表
皮部を持つN形であることが好ましいが、この構成を変
えることが出来る。マトリクスの裏側では、それから突
出する粒子が適当な導電メタライズ部分によつて相互接
続される。シリコン粒子の表皮部がマトリクスの前側か
ら伸出す。こういうアレーは、マトリクスの前側と接触
する電解質、好ましくは臭化水素酸(HBr)内に浸漬す
る。電解質と接触する異なる導電型のシリコン粒子の間
の電位差の為、HBrを泡立つ水素ガスと溶解したままに
なつている臭素とに電気分解する太陽光の下で、その間
に電位差が設定される。水素ガスを収集し、例えば燃料
電池等の様なエネルギ源とするが、これは周知である。
PRIOR ART AND PROBLEMS Devices that generate energy by converting sunlight into other forms of useful energy are well known and because of the economics of the sun being the primary source of energy, The device is constantly being developed and improved. One such device is described in U.S. Pat. No. 4,021,323, which discloses a solar array composed of a transparent matrix, such as glass or plastic, having an N-shaped skin on one side thereof. There is described a solar array in which particles of P-type silicon or N-type silicon having a P-type skin portion on one side thereof are embedded in a matrix. It is preferable that about half of the particles are P-type having an N-type skin portion and the rest are N-type having a P-type skin portion, but this configuration can be changed. On the back side of the matrix, the particles protruding from it are interconnected by suitable conductive metallization. The skin portion of the silicon particles extends from the front side of the matrix. Such arrays are immersed in an electrolyte, preferably hydrobromic acid (HBr), which contacts the front side of the matrix. Due to the potential difference between the different conductivity type silicon particles in contact with the electrolyte, a potential difference is established therebetween under sunlight which electrolyzes HBr into bubbling hydrogen gas and bromine which remains dissolved. Hydrogen gas is collected and used as an energy source, such as a fuel cell, which is well known.

こういう形式のソーラー・アレーではシリコン粒子が電
気分解に独立に参加する。その結果、アレーによつて反
応生成物が発生される速度は、若干の粒子のP−N接合
が短絡し又は分路されても、あまり影響を受けない。
In this type of solar array, silicon particles independently participate in electrolysis. As a result, the rate at which reaction products are generated by the array is not significantly affected by shorting or shunting the P-N junction of some particles.

太陽光線から有用なエネルギを発生する別の装置は、上
に述べた種類と同様であるが、電気分解を行なわずに、
電力を発生する様に構成されている。この様な1つの装
置が米国特許 第2,904,613号に記載されている。その他の構成も可能
であるが、役に立つ実施例は、硝子又はプラスチックの
様な透明マトリクスにP形表皮部を持つN形シリコンの
粒子を設けて構成される。粒子のN形のコアがマトリク
スの裏側から突出し、適当な導電メタライズ部分によつ
て相互接続される。P形表皮部がマトリクスの前側から
突出し、細い金属格子の上の酸化錫の様な導電性で透光
性の材料によつて相互接続される。太陽光の下では、こ
のアレーの後側及び前側の相互接続部の間に電位差が設
定され、それを適当に接続して、外部の電気負荷に直接
的に給電することが出来る。
Another device that produces useful energy from the sun's rays is similar to the type described above, but without electrolysis,
It is configured to generate electric power. One such device is described in US Pat. No. 2,904,613. Other configurations are possible, but a useful embodiment consists of providing a transparent matrix, such as glass or plastic, with N-type silicon particles having a P-type skin. The N-shaped core of the particles projects from the backside of the matrix and is interconnected by suitable conductive metallization. A P-shaped skin projects from the front side of the matrix and is interconnected by a conductive, translucent material such as tin oxide on a thin metal grid. Under sunlight, a potential difference is set up between the back and front interconnects of this array, which can be connected appropriately to directly feed an external electrical load.

この技術の改良が米国特許出願 第562,782号に記載されている。この出願には、前に述
べた発明の改良が記載されている。然し、現状では、上
に述べた従来の方法に従つて、ソーラー・セルを製造す
るコストはあまり経済性がなく、この従来の方式はこれ
まで経済的に大きな成功を収めていない。従つて、経済
的に成り立ち得るソーラー・セルを供給する為には、こ
ういうアレーを比較的高価ではなく製造出来ることが絶
対条件である。
An improvement on this technique is described in US Patent Application No. 562,782. This application describes an improvement of the invention described above. However, at present, according to the above-mentioned conventional method, the cost of manufacturing a solar cell is not very economical, and this conventional method has not been economically successful so far. Therefore, in order to supply economically viable solar cells, it is an absolute requirement that such arrays can be manufactured relatively inexpensively.

問題点を解決するための手段及び作用 この発明では、上に述べた従来の問題を大幅に削減し、
前に引用した従来技術と較べて、ソーラー・アレーを経
済的に製造することが出来る様なソーラー・アレーの製
法を提供する。
Means and Actions for Solving Problems In the present invention, the conventional problems described above are significantly reduced,
It provides a method for manufacturing a solar array that allows the solar array to be manufactured economically as compared to the prior art cited above.

簡単に言うと、この発明では、その表面に自然の酸化ア
ルミニウムを持つと考えられる様な標準型の可撓性アル
ミニウム箔の第1のシートを設けて、ソーラー・アレー
を形成する。シリコンの球を配置すべき場所で箔を打出
して、金属マトリクスを形成する。その後、箔をきれい
にして有機物を除き、打出しを行なつた薄い区域を除去
してそこに開口を作る為にエッチングをし、シリコン球
を挿入する為の場所を作る。別のエッチング工程を用い
て、箔にマツト面(matte surface)を作る。箔が、そ
れに適用すべき球に対するハウジングを形成すると共に
その前側接点を形成する。P形の上にN形表皮部を持つ
シリコンの球を箔の表側にデポジツトし、箔の裏側に真
空チャツクを設けて、球を前以つて形成した開口に吸込
み、その中に途中まで入れて、空気がこの開口を通過す
ることを遮断する。最初は開口の数に較べて過剰の数の
球を使うので、最終的には全ての開口が球で埋められ、
その後使われなかつた球は、箔の後面をプラツシング等
することによつて除去される。
Briefly, in the present invention, a solar array is formed by providing a first sheet of standard type flexible aluminum foil, which is believed to have native aluminum oxide on its surface. The foil is stamped where the silicon spheres are to be placed to form the metal matrix. After that, the foil is cleaned to remove organics, the thin areas that have been stamped are removed and etched to create openings therein, creating a place for inserting silicon balls. Another etching process is used to create a matte surface on the foil. The foil forms the housing for the sphere to be applied to it and its front side contact. Deposit a silicon sphere with an N-type skin on the P-type on the front side of the foil, provide a vacuum chuck on the back side of the foil, suck the sphere into the preformed opening, and insert it halfway into it. , Blocking the passage of air through this opening. Initially we will use an excessive number of spheres compared to the number of openings, so eventually all the openings will be filled with spheres,
The unused spheres are then removed, such as by plating the rear surface of the foil.

次にシリコンの球をインパクト・プレスを使うことによ
つてアルミニウム箔に結合する。このプレスが球を開口
の中に押込み、球の赤道が箔より上方にあつて、箔の表
側(太陽又は光の方を向いた側)に来る様にする。強い
力で球を開口の中にこの様に押込むことにより、シリコ
ンの球と接触した表面のアルミニウムが裂け、その場所
で新鮮なアルミニウムが露出する。アルミニウムに対す
るシリコンの球の移動によつて生ずる剪断により、表面
の参加アルミニウムも削り落されて、この様な露出した
新鮮なアルミニウムが得られる。この作用は、アルミニ
ウム箔、特に露出したアルミニウムと接触する球の部分
から、酸化シリコンの実質上全部を除去する。この作用
は、約500℃乃至577℃未満の範囲内の温度にアルミニウ
ムをおいて行なわれ、この時、アルミニウムは固体であ
るが変形し易くなり、これに対してシリコンはこの温度
では依然として剛体である。(インパクトの持続時間が
十分短かければ、577℃より高い温度にすることも出来
る。)新鮮なアルミニウムが2酸化シリコンを浸食し、
インパクトの際、インパクトを加えた場所で実質的にそ
れを除去する。この様にして、シリコンとアルミニウム
の間の結合が得られ、シリコンのN形表皮層ら対するア
ルミニウム接点が形成される。この後、箔と球から成る
アレーを周囲温度まで冷却して、箔が再び硬化するのに
任せる。
The silicon spheres are then bonded to the aluminum foil by using an impact press. This press forces the sphere into the opening so that the equator of the sphere is above the foil and is on the front side of the foil (the side facing the sun or light). This strong pushing of the sphere into the opening tears the aluminum on the surface in contact with the silicon sphere, exposing fresh aluminum at that location. The shear caused by the movement of the silicon spheres with respect to the aluminum also scrapes off the participating aluminum on the surface, resulting in such exposed fresh aluminum. This action removes substantially all of the silicon oxide from the aluminum foil, especially the portion of the sphere that contacts the exposed aluminum. This action takes place with aluminum at a temperature in the range of about 500 ° C to less than 577 ° C, at which time aluminum is solid but prone to deformation, whereas silicon is still rigid at this temperature. is there. (If the impact duration is short enough, it can be higher than 577 ℃.) Fresh aluminum erodes silicon dioxide,
During impact, virtually remove it at the place of impact. In this way, a bond between silicon and aluminum is obtained, forming an aluminum contact to the N-skin layer of silicon. After this, the foil and sphere array is cooled to ambient temperature and allowed to set again.

次に、球が露出している箔の裏側をエツチして、そこに
あるN形表皮部を除去する。これは、アルミニウム箔が
シリコン・エツチヤントに対するマスクとして作用する
からである。箔自体は、普通はその上にごく薄い自然の
酸化物コーテイングが形成されている為に、あまり反応
性はない。次にアレーを硫酸バス(bath)(約10%H2SO
4)内に約1/2分間入れアレーを陽極酸化し、アルミニウ
ムの上に酸化物コーテイングを設ける。次に、アルミニ
ウムを密封してシリコンを陽極酸化する為に、0.5%H3P
O4を含む別の陽極酸化バスを用いる。この様にして約10
μmのAl2O3及び0.1μmのSiO2が成長する。次に球の後
面をラップして、それと接触させる為の面を設ける。ラ
ツプ過程により、この面が粗面化され、この為良好なオ
ーミツクが形成されるようになる。次に、薄いアルミニ
ウムの第2の箔をラップした面に適用し、500℃乃至577
℃未満の範囲内の温度まで予熱した後、箔をラップした
領域にインパクト・プレスして、この領域に対する接点
を形成する。
Next, the back side of the foil with the exposed spheres is etched to remove the N-shaped skin portion there. This is because the aluminum foil acts as a mask for the silicon etchant. The foil itself is not very reactive, usually due to the formation of a very thin natural oxide coating on it. The array is then placed in a sulfuric acid bath (about 10% H 2 SO
4 ) Place in the inside for about 1/2 minute to anodize the array and place an oxide coating on the aluminum. Next, 0.5% H 3 P was added to seal the aluminum and anodize the silicon.
Another anodizing bath containing O 4 is used. In this way about 10
μm Al 2 O 3 and 0.1 μm SiO 2 grow. Next, the back surface of the sphere is wrapped to provide a surface for contacting it. The lapping process causes this surface to be roughened so that a good ohmic texture is formed. Then apply a thin aluminum second foil to the wrapped surface, 500 ° C to 577 ° C.
After preheating to a temperature in the range of less than ° C, the foil is impact pressed into the wrapped area to form a contact to this area.

リール形実施例でアレーを形成する場合、第2の箔を球
に結合する前に、隣接するアレーの間の場所で、表皮部
を2つの箔の間に配置する。この実施例では、第2の箔
を球に結合する際、上側及び下側の箔を表皮部に押付け
るが、それと結合はしない。その後、アレーの両側で、
表皮部の上で箔を適当にけがき、アレーの両側で、各々
の箔に対する箔延長部を設ける。次にこの箔延長部を直
列回路に互いに接続して、拡大回路を形成することが出
来る。
When forming the array in a reel-type embodiment, the skin is placed between two foils, at a location between adjacent arrays, prior to bonding the second foil to the sphere. In this embodiment, when the second foil is bonded to the sphere, the upper and lower foils are pressed against the skin, but not with it. Then on both sides of the array,
Scrape the foil appropriately over the skin and provide foil extensions for each foil on both sides of the array. The foil extensions can then be connected together in a series circuit to form an enlarged circuit.

上に述べた様な表皮部を持つアレーをけがき、互いに分
離し、面取りして、長方形のアレーの片側だけが接点の
形で外向きに伸びる第2の箔部分を持つ様にすることが
出来る。こう言う接点を他のアレーの第1の箔部分に任
意の幾何学的な形で接続して、入力及び出力を持つモジ
ユールを作る。
Scribing an array with skins as described above, separating them from each other and chamfering them so that only one side of the rectangular array has a second foil section extending outward in the form of a contact. I can. These contacts are connected to the first foil portion of the other array in any geometric form to create a module with inputs and outputs.

その結果、各々のシリコンの球のおもな部分がアレーの
前側に配置されて太陽光線を受取る為に利用し得る表面
の大きさを大きくしたソーラー・セルが得られる。更
に、当然ながら、このアレーは可撓性であり、アルミニ
ウム箔に光反射器を持つており、比較的少数の硬化では
ない材料及び処理工程を用いて提供される。
The result is a solar cell in which the main portion of each silicon sphere is placed in front of the array to increase the surface area available for receiving sunlight. Further, of course, the array is flexible, has a light reflector on the aluminum foil, and is provided using a relatively small number of non-curing materials and processing steps.

実施例 第1図及び第2図には、この発明に従つてソーラー・ア
レーを形成する為の、この発明の特徴を利用した処理工
程が略図で示されている。最初、厚さ約2ミルのアルミ
ニウム箔1を用意する。この箔は可撓性であつて、環境
に対して普通に露出している為に、その表面にごく薄い
自然の酸化物層を持つているのが普通である。以下の説
明はソーラー・アレーの1個の部材に関するものである
が、前に説明した従来技術から判る様に、アレー全体に
は多数のアレー部材があることを承知されたい。
Embodiments FIGS. 1 and 2 are schematic illustrations of process steps utilizing the features of the present invention to form a solar array in accordance with the present invention. First, prepare an aluminum foil 1 having a thickness of about 2 mils. The foil is flexible and normally has a very thin layer of native oxide on its surface due to its normal exposure to the environment. Although the following description refers to one member of a solar array, it should be recognized that there are multiple array members in the entire array, as can be seen from the prior art discussed above.

最初にアルミニウム箔1を(a)に示す様に周期的な6
角形の配置で、例えば中心間16ミルで打出し、厚さが薄
くなつた打出し部3は、その中に配置しようとする球の
直径より若干小さい直径にする。打出し部は円形又は6
角形の様なその他の幾何学的な形であつてよい。多角形
の打出しの場合、中心を通つて多角形を横切る線は、こ
れに適用する球の直径より小さくする。次に、箔を洗浄
して有機物を除去し、その後(b)に示す様に熱した水
酸化ナトリウム又はカリウムを用いてエツチし、箔の
内、打出し部3を作った領域を除去すると共に、その場
所に開口5を設ける。打出し領域3は、エツチングの
間、箔の他の部分よりも一層薄手である為に、箔の他の
部分より先に除去されると共に、そこで行なわれた打出
しによる冷間加工がなされている為にも、エツチされる
のが一層速い。これをアルミニウム・マトリクスと呼
ぶ。
First, the aluminum foil 1 is cyclically 6 as shown in (a).
The embossed part 3 which is embossed in a square arrangement, for example, 16 mils between centers and has a reduced thickness, has a diameter slightly smaller than the diameter of the sphere to be arranged therein. The punching part is circular or 6
Other geometric shapes, such as prismatic, may be used. In the case of a polygonal embossing, the line through the center and across the polygon is smaller than the diameter of the sphere applied to it. Next, the foil is washed to remove organic matter, and then etched with heated sodium or potassium hydroxide as shown in (b) to remove the region of the foil where the embossed portion 3 is formed. The opening 5 is provided at that location. Since the stamped region 3 is thinner than other parts of the foil during etching, it is removed before the other parts of the foil and cold working is performed by the stamping performed there. Because of the presence, it is even faster to get etched. This is called an aluminum matrix.

この点で、随意選択により、25%HF、60%HNO3及び15%
氷酢酸であるエツチヤントの50%溶液を用いたエツチン
グにより、箔に或る生物を持たせ、後方反射を最小限に
抑えるマトリクス面を作ることが出来る。
In this regard, 25% HF, 60% HNO 3 and 15% are optional.
Etching with a 50% solution of Etchant, glacial acetic acid, allows the foil to carry certain organisms and create a matrix surface that minimizes back reflections.

(c)に示す様に、N形表皮部9及びP形内部11を持つ
複数個のシリコンの球7を箔1上のマトリクスの上側15
にデポジットし、真空チヤツクを用いて箔の裏側13に真
空を加えて、球7を開口5の中に引込む。最初に箔の裏
側では、開口5の数に比べて過剰の球7を用いるので、
全ての開口が球7で埋まり、その後過剰の球7がブラシ
がけ等により、箔1の上側から除去される。ここで用い
る球は直径が14.5ミルであることが好ましく、前に述べ
た様に、開口5の断面直径は14.5ミルより小さく、箔の
裏側で箔に真空がかけられるが、その理由は後で説明す
る。
As shown in (c), a plurality of silicon spheres 7 having an N-shaped skin portion 9 and a P-shaped interior 11 are provided on the upper side 15 of the matrix on the foil 1.
And apply a vacuum to the backside 13 of the foil using a vacuum chuck to draw the sphere 7 into the opening 5. First, on the back side of the foil, an excess of spheres 7 is used compared to the number of openings 5, so
All the openings are filled with spheres 7, after which the excess spheres 7 are removed from the upper side of the foil 1 by brushing or the like. The spheres used here preferably have a diameter of 14.5 mils, and as mentioned previously, the cross-sectional diameter of the openings 5 is smaller than 14.5 mils and a vacuum is applied to the foil on the backside of the foil for the reason explain.

この後、(d)に示す様に、箔を加熱し、ついでインパ
クト・プレスを使うことにより、球7がアルミニウム箔
1の開口5の中に結合される。この時、球7が素早く開
口5の中に押込まれ、開口内に剪断作用を生じ、それが
開口の所の箔の内面にある酸化アルミニウムを削取り、
新鮮なアルミニウム元素を露出する。前に述べた様に、
球7が開口5の中に押込まれる時にアルミニウムは530
℃の温度に加熱されており、この為アルミニウムは反応
性であつて、機械的なに性質が幾分粘性を持ち、用意に
変形する。従つて、元素のアルミニウムが球の上にある
非常に不水自然の酸化シリコン層と反応して、それを除
去し、この為箔1のアルミニウムがこの時球のN形層9
内にあるシリコン元素と直接的に接合して、それに対す
る接点を形成することが出来る。
After this, the sphere 7 is bonded into the opening 5 of the aluminum foil 1 by heating the foil and then using an impact press, as shown in (d). At this time, the sphere 7 is quickly pushed into the opening 5, causing a shearing action in the opening, which scrapes away the aluminum oxide on the inner surface of the foil at the opening,
Expose fresh aluminum element. As I mentioned before,
Aluminum is 530 when the ball 7 is pushed into the opening 5.
Since it is heated to a temperature of ° C, aluminum is reactive, mechanically somewhat viscous in nature and readily deforms. Thus, the elemental aluminum reacts with and removes the highly water-free natural silicon oxide layer on top of the sphere, so that the aluminum of the foil 1 is now the N-shaped layer 9 of the sphere.
It can be joined directly to the elemental silicon inside to form a contact point thereto.

球の赤道がアルミニウム箔1により上方、又はその上方
15にある様に、球7が開口5内に配置される。こういう
配置は、アルミニウム箔1の上下に配置された圧力パツ
ドを使うことによつて可能になる。圧力パツドはクツシ
ヨンとして作用する窒化硼素の粉末の様な離型剤で被覆
した厚さ約8ミルのアルミニウム箔で形成されており、
この為、インパクト・プレスのハンマーがインパクトを
加える際に球を損傷することがない。更に、圧力パツド
がハンマーの衝撃を吸収する。箔1の15側にある上側の
圧力パツドで箔1の13側にある下側の圧力パツドよりも
厚手であつて、前に述べた様に、球の赤道が箔からずれ
る様にする。2cm平方のアレーに対し、約48フイート・
ポンドのインパクト・エネルギが首尾よく作用すること
が判つた。この為、アルミニウムがこの時シリコンに直
接的に結合されることは、前に述べた通りである。
The equator of the sphere is above the aluminum foil 1 or above it
A sphere 7 is placed in the opening 5, as at 15. Such an arrangement is possible by using pressure pads arranged above and below the aluminum foil 1. The pressure pad is formed of about 8 mil thick aluminum foil coated with a release agent such as boron nitride powder which acts as a cushion.
Therefore, the hammer of the impact press does not damage the sphere when the impact is applied. In addition, the pressure pad absorbs the impact of the hammer. The upper pressure pad on the 15 side of the foil 1 is thicker than the lower pressure pad on the 13 side of the foil 1 so that the equator of the sphere is offset from the foil, as previously described. Approximately 48 feet for a 2 cm square array
It has been found that pounds of impact energy work well. Therefore, aluminum is directly bonded to silicon at this time, as described above.

箔1の後側の面13及び球7の内、この側にある部分を、
この後(e)に示す様にエツチヤントを用いてエツチし
て、N形層9の内、アレー後面の上にある部分を取去
り、P形領域を露出する。自然の酸化物をその上に持つ
アルミニウム箔1がこのエツチヤントに対してマスクと
して作用し、アレーの後側13にある層9の部分だけを除
去することが出来る様にする。この後、アレーを脱イオ
ン水で洗滌してエツチヤントを除き、次に(f)に示す
様に、約20ボルトで約1/2分間の間、10%H2SO4溶液内で
アレーを陽極酸化して、露出したシリコン及び箔を不働
態化する。次に約20ボルトで約1/2分間0.5%H3PO4溶液
内でアレーを陽極酸化する。陽極酸化に要する時間は、
バスの電流がゼロになつて打切られる時の関数であり、
これが約1/2分であることが判つた。燐酸を使うことが
重要であり、これは酸化アルミニウム内の孔を塞ぎ、前
にエツチしたシリコン表面に約1,000Åの酸化物層21を
作ることが判つた。
Of the surface 13 on the rear side of the foil 1 and the sphere 7, the part on this side is
Thereafter, as shown in FIG. 7E, etching is performed using an etchant to remove a portion of the N-type layer 9 located on the rear surface of the array to expose the P-type region. The aluminum foil 1 with the native oxide thereon acts as a mask against this etch, so that only the part of the layer 9 on the rear side 13 of the array can be removed. After this, the array is rinsed with deionized water to remove the etchant, and then the array is anodized in 10% H 2 SO 4 solution for about 1/2 minute at about 20 volts as shown in (f). Oxidize to passivate the exposed silicon and foil. Then the array is anodized at about 20 volts for about 1/2 minutes 0.5% H 3 PO 4 solution. The time required for anodization is
It is a function when the current of the bus is cut off to zero,
It turned out to be about 1/2 minute. It has been found that the use of phosphoric acid is important, as it closes the pores in the aluminum oxide and creates an oxide layer 21 of about 1,000Å on the previously etched silicon surface.

次に、陽極酸化の際に形成された後側21を周知の方法で
機械的に削磨することにより、陽極酸化したアレーの球
7をラツプする。このラツピングにより、2酸化シリコ
ン21及び若干のシリコンの両方が除去されて、球7の後
面17が平坦になり、17に示す様に粗面が得られ、この為
その上にオーミツク接点を形成することが出来る。次
に、約1/2ミルのアルミニウムの薄箔19を(h)に示す
様に各々の球7の後面17の上に配置して、それがラツプ
した平坦な領域17の上に来る様にする。このアルミニウ
ムは好ましくは530℃の温度、又は約500乃至577℃の範
囲内の温度に加熱するが、前に述べた様な条件がある。
加熱された箔19がこの後インパクト・プレスによつて球
7に圧着され、このインパクトによつて露出したアルミ
ニウムと、ラツピング並びにアルミニウム元素によるイ
ンパクトの為に球7の後面で露出したシリコンとの間の
結合部が形成される。前に(d)について述べたのと同
じ様に結合を行なうことにより、シリコン領域11に対す
る箔の接点19が形成される。アルミニウム箔1の陽極酸
化の為、この箔の表面の上には厚い酸化アルミニウムが
あつて、箔1の及び箔19の間の短絡を防止する。
((i)に示す様に、アレーの前側の面の上に標準的な
反射防止コーテイングを適用し、シリコンの光の吸収を
改善することが出来る。)従つて、シリコンの球の大部
分が入射する太陽光線に露出し、アレーが可撓性であつ
て、使われる処理並びに使われる材料が比較的高価でな
く且つ数が少ない様にして、ソーラー・アレーが提供さ
れたことが理解されよう。
Next, the spheres 7 of the anodized array are lapped by mechanically grinding the rear side 21 formed during the anodization by a known method. This lapping removes both the silicon dioxide 21 and some of the silicon, flattening the rear surface 17 of the sphere 7 and providing a rough surface as shown at 17, thus forming ohmic contacts thereon. You can Next, a thin foil 19 of aluminum, about 1/2 mil, is placed on the back surface 17 of each sphere 7 as shown in (h) so that it rests on the lapped flat area 17. To do. The aluminum is preferably heated to a temperature of 530 ° C, or a temperature in the range of about 500 to 577 ° C, with the conditions as previously mentioned.
The heated foil 19 is then pressure-bonded to the sphere 7 by an impact press, between the aluminum exposed by this impact and the silicon exposed on the rear face of the sphere 7 due to lapping and the impact of the aluminum element. Is formed. Bonding in the same manner as previously described for (d) forms a foil contact 19 to the silicon region 11. Due to the anodization of the aluminum foil 1, a thick aluminum oxide is deposited on the surface of this foil to prevent a short circuit between foil 1 and foil 19.
(As shown in (i), standard anti-reflective coating can be applied on the front side of the array to improve the absorption of light in the silicon.) It will be appreciated that a solar array was provided that was exposed to incident solar radiation, the array was flexible, and the processing and materials used were relatively inexpensive and few in number. .

実際の処理工程では、上に述べた様なアレーは、別々の
アレーとしてではなく、リール形の実施例で設けるのが
普通である。その後、アレーは寸法が例えば1m×2mであ
る様なモジユールに形成され、こういう設計のままで試
験される。これまで述べた様にして形成された各々のア
レーは各辺が10cm程度であるが普通である。
In actual processing, arrays such as those described above are usually provided in reel-type embodiments rather than as separate arrays. Thereafter, the array is formed into a module whose dimensions are, for example, 1 m x 2 m, and is tested with this design as it is. Each array formed as described above is normally about 10 cm on each side.

上に述べた様なソーラー・アレーをリール形に作り、そ
れからモジユールを形成する為には、第3図乃至第6図
に示す様な手順に従う。最初に第3図について説明する
と、この図にはアレー相互接続位置が1次元で示されて
いる。第3図(a)では、前側の接点箔部材33に球31を
固定した1個のアレー30が示されており、後側箔部材35
はまだ球に取付けられていない。第4図(a)にはつき
りと示されている様に、アレー30の間にシム37を挿入す
る。第4図(a)から判る様に、前側の箔33は後側の箔
35より寸法が小さいが、その理由は後で明らかになる。
To make a solar array as described above in the form of a reel and then form a module, follow the procedure shown in FIGS. 3-6. Referring first to FIG. 3, the array interconnect locations are shown in one dimension. In FIG. 3 (a), one array 30 in which a sphere 31 is fixed to the front contact foil member 33 is shown, and the rear foil member 35 is shown.
Is not yet mounted on the ball. A shim 37 is inserted between the arrays 30 as shown in FIG. As can be seen from FIG. 4 (a), the front foil 33 is the rear foil.
The dimensions are smaller than 35, but the reason will become clear later.

次に第3図(b)を見ると、この時後側の箔35が球31及
び37と接触していることが判る。上側の箔33もシムと接
触している。これは第1図の工程(h)で、この処理工
程の一部分として後側の箔35を球31に結合する時に達成
される。箔33,35はシム37に接着せず、単にそれと接触
しているだけである。この後、次にシムの上の、第3図
(b)のV字形記号の場所で箔をけがき、アレーを互い
に分離し且つシムを取外した後、第3図(c)及び第4
図(c)に示す様な装置を作る。次に第3図(c)及び
第4図(b)に示す様なアレーを第4図(c)に示す様
に面取りして、後側の箔35の一部分である4つの耳を作
る。これらの耳はアレーの四角の各辺にあつて、A,B,C,
Dと記してある。次に第3図(d)及び第4図(d)に
示す様に、耳B,C,Dをアレーの下に折返し、その後第3
図(e)に示す様に、超音波結合等により、耳Aをこの
後、アレーの耳B,C又はDの内の1つに結合することに
より、このアレーをこの後のアレーに固定する。
Next, referring to FIG. 3 (b), it can be seen that the foil 35 on the rear side is in contact with the balls 31 and 37 at this time. The upper foil 33 is also in contact with the shim. This is accomplished in step (h) of FIG. 1 when bonding the rear foil 35 to the sphere 31 as part of this processing step. The foils 33,35 do not adhere to the shim 37, they are merely in contact with it. This is then followed by scribing the foil on the shim at the V-shaped symbol in FIG. 3 (b), separating the arrays from each other and removing the shim, and then FIG. 3 (c) and FIG.
A device as shown in FIG. The array as shown in FIGS. 3 (c) and 4 (b) is then chamfered as shown in FIG. 4 (c) to create four ears that are part of the rear foil 35. These ears are on each side of the array square and are labeled A, B, C,
It is marked as D. Next, as shown in FIGS. 3 (d) and 4 (d), the ears B, C, and D are folded back under the array, and then the third
As shown in Figure (e), the ear A is then fixed to the subsequent array by ultrasonic bonding or the like, and then by coupling the ear A to one of the ears B, C or D of the array. .

相互接続工程は第5図の3次元表示の装置で示す様に行
なうことが出来る。この装置では、耳Aが伸出している
1つのアレーを、別のアレーの耳B,C又はDの内の1つ
のこの耳Aとが接触する様に位置ぎめする。この手順を
直線又はその他の通路で続けて、完全なモジユールを作
る。完成されたモジユールが第6図に示されており、耳
Aが隣接するアレー30の耳B,C又はDに固定されて、60
個のアレーの直列回路を形成する前後に配置された通路
を作る。更に、モジユールに対する入力41及び出力43と
なる耳を設ける。
The interconnection process can be performed as shown in the three-dimensional display device of FIG. In this device, one array with the extending ear A is positioned in contact with one of the ears B, C or D of another array. Continue this procedure in a straight line or other passage to create a complete module. The completed module is shown in FIG. 6 with the ear A fixed to the ear B, C or D of the adjacent array 30.
Making the passages arranged before and after forming the series circuit of the arrays. In addition, ears are provided that are inputs 41 and outputs 43 to the module.

第6図のモジユールを形成した後、第2図について説明
すると、モジユールを試験し、試験に成功すれば、モジ
ユールは支持材料等に取付られる工程に進み、その後結
合部で耳を超音波で結合し、その後モジユールをカプセ
ル封じして、環境に対する適当な封じを施す。次にカプ
セル封じしたモジユールを標準的に試験し、動作し得る
モジユールが使える状態になる。以上の様に、本発明に
よるソーラー・アレーは500℃以上の温度下での加圧に
より第1アルミニウム箔の開口にオーミツク接触結合し
たN形領域を有する半導体部材を含むことを特徴の一つ
とする。この特徴により、半導体部材を第1アルミニウ
ム箔の開口に結合する際のインパクト持続時間を短くす
ることができ、より大量な生産に適するソーラー・アレ
ーが提供される。
Referring to FIG. 2 after forming the module of FIG. 6, the module is tested, and if the test is successful, the module proceeds to the step of attaching to the support material or the like, after which the ears are ultrasonically bonded at the connection part. Then, encapsulate the module and provide a suitable seal for the environment. The encapsulated module is then standardly tested and the operational module is ready for use. As described above, one feature of the solar array according to the present invention is that it includes a semiconductor member having an N-type region which is ohmic-contact bonded to the opening of the first aluminum foil by pressurization at a temperature of 500 ° C. or higher. . This feature allows for a shorter impact duration when bonding the semiconductor component to the opening in the first aluminum foil and provides a solar array suitable for higher volume production.

この発明を特定の好ましい実施例について説明したが、
当業者にはいろいろな変更が考えられよう。従つて特許
請求の範囲は、この様な全ての変更を包括する様に、従
来技術から見て可能な限り広く解釈されるべきである。
While this invention has been described in terms of certain preferred embodiments,
Various modifications will occur to those skilled in the art. Therefore, the scope of the claims should be interpreted as broadly as possible from the viewpoint of the prior art so as to cover all such modifications.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図はこの発明に従つてソーラー・アレーを形成する
のに使われる処理工程を示す略図、第2図は第1図のプ
ロセスを示すプロセス線図、第3図は1次元で表わした
アレー相互接続手順を示す略図、第4図は2次元で示し
たアレー相互接続手順を示す略図、第5図は3次元で表
わしたアレー相互接続を示す略図、第6図はこの発明の
モジユールの略図である。 符号の説明 1:第1のアルミニウム箔 5:開口 7:シリコンの球 9:N型表皮部 11:P型内部 19:第2のアルミニウム箔
FIG. 1 is a schematic diagram showing the process steps used to form a solar array according to the invention, FIG. 2 is a process diagram showing the process of FIG. 1, and FIG. 3 is an array in one dimension. Schematic diagram showing the interconnection procedure, FIG. 4 is a schematic diagram showing the array interconnection procedure in two dimensions, FIG. 5 is a schematic diagram showing the array interconnection in three dimensions, and FIG. 6 is a schematic diagram of the module of the invention. Is. Explanation of code 1: First aluminum foil 5: Opening 7: Silicon sphere 9: N type skin 11: P type inside 19: Second aluminum foil

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ロナルド イー.ヘネイ アメリカ合衆国テキサス州リチヤードソ ン,ノツテインガム 748 (56)参考文献 特開 昭58−54684(JP,A) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Ronald E. Henney, Nottingham, Litchiardson, Texas, USA 748 (56) References JP-A-58-54684 (JP, A)

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】複数の開口を有するアルミニウム箔を用意
し、 各々がP形領域とN形領域を有する複数の半導体部材
を、その各N形領域が前記アルミニウム箔の各開口にオ
ーミック接触結合するよう500℃から577℃の範囲の温度
下で加圧し、 前記アルミニウム箔から絶縁した接点部材を前記複数の
半導体部材の各P形領域に結合する 工程を含むソーラー・アレーの製造方法。
1. An aluminum foil having a plurality of openings is prepared, and a plurality of semiconductor members each having a P-type region and an N-type region are respectively ohmic-contact bonded to the respective openings of the aluminum foil. A method for manufacturing a solar array, comprising the steps of pressurizing at a temperature in the range of 500 ° C. to 577 ° C. and bonding the contact members insulated from the aluminum foil to the P-shaped regions of the plurality of semiconductor members.
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