KR101384467B1 - 태양 전지 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 소정의 용액으로부터 바람직하게는 전기 도금 또는 갈바닉 도금되거나 플라즈마 스프레이에 의해 형성되는 전도성 피복에 의해 적어도 하나의 전도체가 태양 전지 및/또는 추가의 전도체에 기계적 및 전기적으로 통전되게 연결된 태양 전지에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 적어도 하나의 전도체를 사용하여 태양 전지(1)를 연결하거나 및/또는 태양 전지(1) 상에 전도체를 연결하는 방법에 관한 것으로, 여기서 용액으로부터 태양 전지(1) 및/또는 적어도 하나의 추가 전도체에 전도성 피복(7)을 도포하는 것에 의해 적어도 하나의 전도성 전도체가 기계적 및 전기적으로 연결된다. 또한, 본 발명은 전해조 내에서 용액으로부터 태양 전지(1)로 기계적 연결 및 전도성의 피복(7)을 도포하기 위한 장치로서, 전해조 내의 전해질(12)에서 도포될 표면과 접촉됨으로써 바람직하게는 적어도 부분적으로, 태양 전지(1)의 시드층(5)과의 전기적인 접촉을 제공하면서 바람직하게는 태양 전지(1)를 동시에 지지하는 바람직하게는 콜렉터 또는 버스바 전도체(6)인 적어도 하나의 전도체를 수용하기 위한 수단(15, 16, 30, 32, 33)을 포함하는, 그러한 장치에 관한 것이다.

Description

태양 전지 및 그 제조 방법{SOLAR CELLS AND METHOD FOR PRODUCING SAME}
본 발명은 소정의 용액으로부터 바람직하게는 전기 도금 또는 갈바닉 도금되거나 플라즈마 스프레이에 의해 형성되는 전도성 피복에 의해 적어도 하나의 전도체가 태양 전지 및/또는 추가의 전도체에 기계적 및 전기적으로 통전되게 연결된 태양 전지에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 적어도 하나의 전도체를 사용하여 태양 전지를 연결하거나 및/또는 태양 전지 상에 전도체를 연결하는 방법에 관한 것으로, 여기서 용액으로부터 태양 전지 및/또는 적어도 하나의 추가 전도체에 전도성 피복을 도포하는 것에 의해 적어도 하나의 전도성 전도체가 기계적 및 전기적으로 연결된다. 또한, 본 발명은 전해조 내에서 용액으로부터 태양 전지로 기계적 연결 및 전도성의 피복을 도포하기 위한 장치로서, 전해조 내의 전해질에서 도포될 표면과 접촉됨으로써 바람직하게는 적어도 부분적으로, 태양 전지의 시드층과의 전기적인 접촉을 제공하면서 바람직하게는 태양 전지를 동시에 지지하는 바람직하게는 콜렉터 또는 버스바(busbar) 전도체인 적어도 하나의 전도체를 수용하기 위한 수단을 포함하는, 그러한 장치에 관한 것이다.
특히 실리콘과 같은 반도체로 제조된 태양 전지는 여러 단계로 제조된다. 대부분의 경우, 전방측으로도 알려진 태양을 향하는 태양 전지의 측면에 통상 전도성 그리드 구조로 이루어진 전기 전도성 전류 콜렉터, 소위 전방 접촉부가 구비된다. 대안적으로, 후면에 접촉부가 위치된 버전도 존재한다. 통상, 아래에 접촉 핑거로 지칭되는 매우 작은 단면적의 금속성 전도체 다수가 태양 전지의 접촉 측면을 가로질러 평행하게 연장된다. 이들 접촉 핑거는 통상 직각으로 교차되어 특히 버스바와 같은 이른바 콜렉터, 즉 긴 접촉 표면적을 가지는 콜렉터를 전기적으로 연결함으로써 태양 전지에 의해 발생되고 다수의 접촉 핑거에 의해 공급되는 전기를 소비자에게 전달한다. 예컨대 통상 156 × 156 mm2의 크기를 갖는 태양 전지의 단락 전류는 12 암페어보다 클 수 있으므로, 버스바의 단면적은 접촉 핑거에 비해 상당히 크다. 이것은 통상 2 mm 폭을 측정하는 광역의 차폐 설계에 의해 달성된다. 이를 위해, 태양 전지의 완성시 통상적으로 예컨대 작은 금속 테이프 형태의 전기적 전도체를 버스바(들)에 솔더링 접합함으로써 넓은 접촉 표면적을 제공한다. 다수의 접촉 핑거와 조합하여, 이것은 태양 전지에 상당 면적의 차폐를 가져와서 태양전지의 효율을 떨어뜨린다. 표준 태양 전지의 경우, 전방 접촉부에 기인한 차폐가 기하학적 표면적의 약 7%에 이른다. 따라서 이러한 차폐 비율을 떨어뜨리기 위해 다양한 시도가 행해졌다. 예를 들면, DE 10 2008 030 262 A1은 접촉 핑거와 단축 집전 커넥터(short collecting connector)만을 구비하여 즉 접촉 표면적을 제공하는 어떤 버스바도 구비하지 않고 1차로 제작되고 단축 집전 커넥터는 다른 길이와 두께의 연결선으로 외부 커넥터 기구에 통전되도록 연결된, 태양 전지를 기술하고 있다. 이러한 과정에서, 커넥터 기구는 최소한의 차폐를 가져오도록 특정 패턴에 따라 접촉 핑거 또는 단축 집전 커넥터에 연결된다.
접촉 핑거 또는 집전 또는 버스바 커넥터에 대한 연결선의 통전 연결은 태양 전지의 완성 이후, 즉 통상 접촉 핑거의 금속 배선화 이후의 추가적인 단계이다. 그러나, 고감도의 태양 전지는 기본적으로 임의의 공정 단계에서 깨질 수 있다. 이것은 연결선, 콜렉터, 버스바 및 접촉 핑거를 웨이퍼 또는 태양 전지에 솔더링 접합하거나 와이어-접합하는 것에도 적용된다. 솔더링 접합 외에도, 기본적으로 접촉부, 즉 접촉 핑거와 버스바 또는 단축 콜렉터의 제조 방법은 두 가지 방법이 알려져 있다. 웨이퍼를 전기 전도성 페이스트로 인쇄한 후 소성(firing)으로도 알려진 베이킹(baking) 처리를 행하는 것이 널리 사용되는 방법이다. 그러나, 이 방법의 단점은 가능한 높이가 높은 소폭의 접촉 핑거를 얻는데 있어서의 한계는 물론 스크린 인쇄법에서 전도성 페이스트의 비용에 있다. 소폭의 접촉 핑거는 차폐를 감소시킨다. 그러므로, 전기 도금에 의해 도금된 그리드 구조의 제조에 보다 많은 노력이 집중된다. 이를 위해 필요한 구조화된 전기 전도성 박판 시드층을 보다 정확하게 제작할 수 있다. 페이스트 인쇄에 비해, 전기 도금은 소폭의 접촉 핑거를 허용하여 다소간 차폐를 줄일 수 있다. 추가로, 전기화학적 방법은 두꺼운 층 두께의 전기 전도성 페이스트의 인쇄-베이킹 방법보다 비용이 적게 소요되고 재료를 고온의 열변형에 노출시키지 않는다. DE 10 2005 039 100 A1은 깨지기 쉬운 태양 전지의 그리드 구조를 금속 배선화하는 전기 도금 장치를 개시한다. 이를 위해, 여러 개의 태양 전지를 잡고 연속 유동 시스템을 통해 이송할 수 있는 프레임워크가 사용된다. 이러한 프레임워크는 태양 전지의 후방 측면이 전해질로 적셔지지 않도록 가스켓을 구비한다. 접촉부는 전기 도금 전류를 금속 배선화될 표면으로 직접 전도하는 돌출부 상에 배열된다. 전기 도금 재료 및 접촉부는 전해질 내에서 금속 배선화되므로, 이들은 간격을 두고 세정되거나 깨끗하게 벗겨져야 한다.
DE 10 2007 020 449 A1은 전기 도금 전류를 접촉 핑거와 콜렉터(버스바 및 단축 연결 콜렉터)로 이루어진 그리드 구조에 유도하기 위해 동시에 전기 접촉부를 형성하는 컵의 상부 개구의 여러 층 위에 전기 도금될 재료가 제공되는 소위 컵 플레이터(cup plater) 내에서 깨지기 쉬운 태양 전지를 금속 배선화하는 방법을 교시한다. 이들 음극 접촉부는 전해질 내에 위치되므로, 이들 접촉부는 필요에 따라 배선 제거되어야 한다.
DE 10 2005 038 450 A1은 태양 전지용 접촉부를 연속 유동 시스템으로 제조하기 위한 다른 공정에 관한 것이다. 여기서, 전기적 접촉은 전기 도금되지 않으며 본 경우 상부 측면인 태양 전지의 건조한 후방 측면에서 전해질의 외부에 일어난다. 태양을 마주하는 태양 전지의 측면은 전기 도금 전류에 대해 낮은 저항이 되도록 하기 위해 전기 도금 공정 중 고강도의 조도를 경험한다.
DE 10 2007 022 877 A1은 개별 태양 전지들을 연결하기 위한 메쉬형 전도체 와이어 시스템을 보여주며, 해당 시스템에서는 서로 인접 배열된 태양 전지 내의 에미터와 베이스 전극으로부터 전기가 직접 전극 접촉부 또는 버스바 전도체 접촉부를 통해 교대로 전도된다.
본 발명의 목적은 개선된 가용 태양 전지 및 그 제조를 위한 방법 및 장치를 제공하는 것이다. 특히, 본 발명의 목적은 특히 접촉 핑거, 버스바와 같은 콜렉터 및 현재 통상적인 수준보다 차폐 면적이 작게 되는 것을 보장하는 태양 전지 연결 전도체 등의 전도체를 갖는 태양 전지를 제공하는 것이다. 추가로, 태양 전지는 본 목적을 위해 설계된 장치와 본 발명에 따른 제조 방법을 사용시, 보다 용이하고 보다 비용 효율적이며 보다 확실하게 제조될 수 있다.
이들 해결 과제는 적어도 하나의 전도체가 전도성 피복에 의해 태양 전지 및/또는 추가의 전도체에 기계적으로 및 전기 통전되도록 연결된 태양 전지에 의해 해결될 수 있다.
전도체와 태양 전지 또는 태양 전지 상의 전도체를 서로에 대해 기계적으로 및 전기 통전되도록 연결하는 전도성 피복은 바람직하게는 용액으로부터 전기 도금, 즉 갈바닉(전류-전달) 또는 전기 화학적 (무전해) 도금의 결과이거나, 또는 전도체의 플라즈마 스프레이에 의해 형성된다.
플라즈마 피복으로도 지칭되는 플라즈마 스프레이 공정에서는 통상 직류 전압을 인가하여 양극과 음극 사이에 아크를 형성하며, 플라즈마 토치를 통해 유동하는 가스 또는 가스 혼합물을 아크를 통과시킴으로써 공정 중 이온화를 이룬다. 이온화는 양이온과 전자로 이루어진 과열된(20,000 K까지) 전기 전도성 가스를 형성한다. 이러한 플라즈마 제트에 분말(표준 입자 크기 분포: 5-120㎛; 소정의 장치의 경우, 100 nm까지 미세화된 입자 크기가 가능함)을 도입하며, 분말은 플라즈마 제트 내에서 고온의 플라즈마 온도에 기인하여 용융된다. 플라즈마 제트는 분말화된 입자를 구속하여 코팅 대상, 즉 본 발명의 경우 태양 전지와 전도체 상으로 투사한다. 가스 분자는 매우 짧은 시간 내에 벌써 안정화 상태로 돌아가며; 그러므로, 플라즈마 온도는 짧은 순간 후에 떨어진다. 플라즈마 피복은 대기 중에서, 불활성 분위기(아르곤과 같은 보호 가스 내에서) 내에서, 진공 내에서, 또는 심지어 수중에서 수행된다. 플라즈마 가스의 속도, 온도 및 조성은 층의 품질에 중요한 인자이다.
본 발명에 따라 태양 전지를 제조하는 장점은 태양 전지와 전도체 또는 전도체와 전도체를, 이들 두 가지 성분 중 한 성분을 크게 가열하지 않고 또한 연결될 성분에 큰 하중을 가하지 않고 연결하는 방법을 사용하는 것과, 또한 공정 중 직접 전도 구조체가 피복으로서 도포되는 점이다. 그러므로, 전지와 전도체에 가해지는 변형은 솔더링 접합 또는 글루잉 접합(gluing) 등의 통상의 접합 기술의 경우보다 작기 때문에 파열 가능성이 낮아진다. 본 발명은 또한 땝납이 냉각되어 경화될 때 기계적 변형을 야기하는 태양 전지와 전도체(예, 구리, 은) 간의 열팽차 계수의 차이의 문제점을 회피한다. 또한, 글루잉 접합의 경우에 비해, 유익한 도포 피복 방법의 적용시, 용매의 해리(release), 접합제의 제한된 전류-전달 능력, 및 접합제가 도포 후 경화될 때 생기는 기계적 응력 및 변형이 회피된다.
다른 공지의 방법은 단지 전도성 구조체를 적소에 배치하고 정상 압력(steady pressure)을 인가하는 것에 의해 전도성 연결을 형성하는 것이다. 이 방법의 문제점은 정상 압력이 수년간 인가되는 것을 보장하는 것과, 특히 태양 전지가 태양광 내에서 팽창하고 다시 수축하기 때문에 전도체와 태양 전지 사이에 산화물이 형성될 가능성이 있다는 것이다.
하기에 설명되는 본 발명은 대부분 갈바닉 및 전기화학적으로, 바람직하게는 갈바닉 방식으로 제조된 기계적 및 전기 전도성의 피복을 참조한다. 바람직한 실시예가 존재하더라도 이들 실시예는 대부분 플라즈마 스프레이 피복으로도 전환될 수 있다.
전도체와 태양 전지 사이 또는 전도체들 사이의 기계적 및 전기 전도성 연결은 전도체/태양 전지 및/또는 전도체/전도체 및/또는 태양 전지/태양 전지가 피복 도포 중에 접촉되거나, 또는 전기 도금 또는 플라즈마 증착 공정 중에 전도성 적층체, 즉 전도성 피복이 기계적 및 전기적으로 통전되게 연결되도록 하는 작은 상호간 거리에 배열될 때 형성된다. 상호 적층 피복에 의한 이러한 연결은 전도체와 태양 전지 또는 두 개의 전도체가 전기적으로 전도성이고 서로 접촉되거나, 이와 달리 가깝게 이격된 경우 정확하게 일어난다. 그러므로, 본 방법은 작거나 큰 표면적의 재료 사이의 연결에 특히 적합하다. 한편, 성분들의 표면들은 기계적 연결과 전도성 피복을 회피하기 위해 부분적으로 절연될 수 있고; 다른 한편으로 전도성 시드 층으로써 실리콘 웨이퍼와 같은 비전도성 재료상에 정확하게 전도성을 띠는 표면을 설계하는 것이 가능하다. 전도성 피복에 의해 형성되는 연결의 다른 장점은 전도성 피복이 그 조성, 두께 및 크기와 관련하여 균일하므로 그 기계적 강도 및 전도성은 균일하고 조절 가능한 것으로 판명된다는 것이다.
본 발명에 따른 태양 전지의 제조에 광- 또는 레이저-유도 전기 도금을 이용하는 것이 유리하다. 공정 중에, 의도된 영역의 적층은 온도의 국부적 증가 및/또는 광-유도된 화학적 여기(excitation)에 의해 조절된다. 이것은 시드층의 전부 또는 일부와 또한 절연 압력이 대체될 수 있게 한다. 예를 들면, 레이저가 전기 도금될 영역(전도체/태양 전지)을 따라 이동됨으로써 적층을 매우 정확하게 활성화할 수 있다.
태양 전지의 측면에서 사용시 전도체란 표현은 전반적으로 태양 전지에 의해 발생되는 전기를 소비자에게 전달하는 임의의 형태의 전기 전도성 연결을 포괄한다. 통상의 전도체는 와이어 및 인쇄 또는 솔더링 접합 전도 경로 또는 태양 전지에 광범위하게 전기 도금된 전도 경로이다. 바람직한 일 실시예에서, 본 발명에 따른 태양 전지는 접촉 핑거와 바람직하게는 버스바이고 더 바람직하게는 버스바 전도체(하기에 더 상세히 설명됨)인 콜렉터와, 태양 전지 연결 전도체로 이루어진 그룹 중에서 전도체가 선택되는 태양 전지에 관한 것이다. 접촉 핑거와 같은 이들 전도체는 태양 전지에서 전기를 이용하여 전기를 직접 또는 바람직하게는 콜렉터나 버스바/버스바 전도체를 통해 소비자에게 전달하는 한편, 연결 전도체는 개별 태양 전지들을 서로 전기적으로 연결한다. 특히 바람직한 실시예에서, 접촉 핑거와 바람직하게는 버스바이고 더욱 바람직하게는 버스바 전도체인 콜렉터와 및/또는 태양 전지 연결 전도체와 같은 전도체, 바람직하게는 이들 모든 연결 전도체는 전도체 와이어로 설계된다. 그러나, 이것은 필요하지 않다. 예컨대 태양 전지가 이미 그 표면과 접촉하는 콜렉터/버스바 및/또는 인쇄된 또는 가능하게는 화염 처리된(burnt-in) 전기 전도성 페이스트 또는 전기 도금된 전도성 트랙과 같은 접촉 핑거를 가지고 있으면, 표면 영역과 접촉하는 이들 전도체들조차도 전도성 피복의 전해 증착 또는 플라즈마 스프레이에 의해 특히 와이어 전도체와 같은 다른 전도체와 연결될 수 있다. 예를 들면, 그 표면 영역이 태양 전지와 접촉되는 임의의 전도성 트랙은 전도성 피복의 증착에 의한 와이어 전도체(수직 연결, 상하배열)에 의해 또는 접촉 표면적을 공유하는 두 개의 와이어 전도체 사이로 태양 전지로 전기 전도성 시드층을 전해법으로 또는 플라즈마 스프레이에 의해 적용(수평 연결, 인접 배열)하는 것에 의해 연결될 수 있다. 다시 말해, 본 발명에 따른 태양 전지에서, 태양 전지 및 전도체, 전도체 및 전도체, 또는 수평으로 인접한 전도체들이 하나를 다른 하나의 상부에 배치하거나(수직) 전도성 피복 위에 증착/스프레잉하는 것에 의한 방식으로 기계적으로 그리고 전기적으로 통전되도록 연결될 수 있다. 수직 연결, 즉 상기 배열 중 태양 전지와 전도체(들) 및/또는 전도체들에서 하나가 다른 하나의 상부에 배치되는, 전도성 피복에 의한 수직 연결이 특히 바람직하다. 여기서, 접촉 표면적을 가지는 접촉 핑거 또는 콜렉터 및 버스바에 대한 확립된 제조와 통상의 전해 증착 또는 본 발명에 따른 플라즈마 스프레이 피복에 의해 본 발명에 따른 전도체/태양 전지 또는 전도체/전도체와 같은 두 개의 기존의 성분의 연결을 구별하여야 한다.
본 발명에 따른 태양 전지는 특히, 바람직하게는 실리콘과 갈륨 비소와 같은 반도체 재료를 기초로 한 결정질 및 박막층 태양 전지를 위한 임의의 기하학적 형태 크기 및 기술에 적합하다. 태양 전지는 유기적 방식을 기초로도 본 발명에 따라 제조될 수 있다.
바람직한 일 실시예에서, 본 발명은 가장 보편적인 의미에서 특히 바람직하게는 실리콘 또는 갈륨 비소를 기초로 한 반도체 재료로 제조되는 것이 바람직하고, 전방 및/또는 후방에 다수의 접촉 핑거에 의해 발생된 전기를 멀리 전달하는 접촉부와 적어도 하나의 버스바를 갖는 태양 전지에 관한 것이고, 여기서 버스바 중 적어도 하나는 그 전도체가 접촉 핑거에 기계적으로 그리고 전기적으로 통전되도록 연결되는 버스바 전도체로서 구현된다. 버스바 전도체는 바람직하게는, 금속선 또는 통상 금속으로 이루어진 전도체(특히 후방 접촉 셀에 적합)를 갖는 (바람직하게는 신축적인) 회로 기판과 같은 전도성 고체 대상물과 같은 전술한 증착 피복과는 상이한데, 여기서 전도체는 전체로서 적층된 전도성 피복과 함께 버스바 전도체를 형성하고, 추가로 피복은 태양 전지 및/또는 다른 전도체에 대해 소망의 기계적 및 전기 전도성 접촉을 보장한다. 통상의 갈바닉 방식으로 제조된 버스바에서, 버스바 자체는 갈바닉 방식으로 적층된 대상체(전도성 성분)이고; 버스바 전도체는 적어도 두 가지 성분인 예컨대 금속 성분인 순수 전도체와 예컨대 전기 도금 피복, 전기화학적 피복, 플라즈마 스프레이 피복 또는 땜납과 같은 접촉 재료로 이루어진다. 바람직한 실시예에서, 전방 접촉부, 즉 접촉 핑거 및/또는 버스바 전도체는 태양과 면하는 측면에 배열된다. 본 발명에 따른 버스바 전도체는 통상의 땜납 페이스트와 전기 도금된 버스바 설계에 비해 바람직하게는 와이어형 전도체, 즉 와이어형 버스바 전도체로서 형성되는 것이 바람직한 접촉 표면 영역을 갖지 않는 버스바 버전이다.
새로운 버스바 전도체는 비절연 전기 전도체로 이루어진다. 이러한 전도체는 태양 전지의 그리드 구조의 시작 층 또는 시드층에 전기적으로 통전되도록 연결되는 것이 바람직하다. 바람직하게, 이러한 연결은 전술한 유리한 방식으로서 갈바닉 방식, 전기화학적 방식 또는 플라즈마 스프레이 방식의 적층법에 의해 구현된다. 대안적으로, 이들 버스바 전도체 태양 전지를 도포된 전기 전도성 페이스트에 인쇄 공정을 통해 매립 후 통상적인 방법으로 베이킹 또는 소성하는 방법도 존재한다. 그러나, 예컨대 태양 전지의 전기 전도성 시드층에 전도체를 전기 도금하는 것은 기술적으로 구현하기가 용이하고 보다 비용 효율적이다.
다른 바람직한 실시예에서, 본 발명은 적어도 하나의 버스바 전도체가 전기 도금된 피복에 의해 기계적으로 그리고 전기적으로 통전되도록 태양 전지에 연결되고, 또한 버스바 전도체가 와이어 형태인 것이 바람직한 버스바 전도체를 갖는 태양 전지에 관한 것이다.
다른 바람직한 실시예에서, 본 발명은 접촉 핑거 시드층에 전기적으로 통전되도록 연결된 적어도 하나의 버스바 시드층이 적어도 하나의 버스바 전도체에 대해 기계적(바람직하게는 견고한) 및 전기 전도성 연결을 가지고 버스바 시드층과 버스바 사이의 이러한 연결이 (i) 전기 도금 또는 (ii) 전도성 페이스트 내로의 매립 후 베이킹에 의해 바람직하게 행해진 전술한 바와 같은 태양 전지에 관한 것이다.
특히 바람직한 실시예에서, 본 발명에 따른 태양 전지의 전도성 피복은 용액으로부터 전해 방식으로, 즉 전기화학적 또는 갈바닉 방식으로, 또는 플라즈마 스프레이 방식에 의해 형성된 피복으로부터 선택된다. 바람직하게, 본 발명에 따른 태양 전지의 전도성 피복은 바람직하게는, 구리, 은, 니켈 및/또는 주석, 전도성 탄화수소 및/또는 나노튜브와 플러렌 등의 탄소계 금속 및 금속 합금과 같은, 전도성 금속 또는 금속 합금으로 이루어진다.
본 발명에 따라 사용되는 전도성 피복은 바람직하게는 전도성 재료인 동일하거나 상이한 재료로 구성된 하나 이상의 피복층으로 이루어지는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들면, 태양 전지와 구리 간의 직접적인 접촉을 방지하기 위해 베이스 재료와 조화 가능한 니켈층 또는 다른 전도성 피복을 먼저 적층한 후, 구리선과 같은 전도체에 대해 양호한 연결을 제공하기 위해 태양 전지 성분에 대해 소망의 대규모 연결을 구축하는 덜 고가인 재료로 된 구리 피복 또는 전도성 피복만을 적층할 수 있다. 다음에, 구리 산화물을 방지하기 위해 은, 주석 또는 다른 재료로 이루어진 다른 피복층을 적층할 수 있다. 바람직하게, 각각의 층은 별도의 장치를 사용하여 도포된다.
그 길이가 태양 전지의 적어도 일측면 상에서 표면 영역 너머로 연장되는 바람직하게는 콜렉터 또는 버스버 전도체인 본 발명에 따른 전도체를 갖는 태양 전지의 일 실시예는 태양 전지에 남겨진 돌출 전도체 자유 단부가 추후에 사용되어 개별 태양 전지들을 전기적으로 상호 연결함으로써 표준 태양 전지 구성/모듈을 형성한다는 추가의 장점이 있다. 최신 기술에 따라 요구되는 금속 밴드의 솔더링은 이들 연결에는 필요치 않아서 연결 리본이 솔더링되어야 하는 경우에서처럼 비용을 절감하고 개별 태양 전지가 파손될 위험을 회피할 수 있다. 바람직한 일 실시예에서, 바람직하게는 콜렉터이고 더 바람직하게는 버스바 전도체인 적어도 하나의 전도체는 태양 전지에 대한 전기적 연결을 제공하는 전도체 돌출부로서 태양 전지의 적어도 일측면 상의 표면 영역 너머로 연장되는 것이 바람직할 것이다.
전술한 전도체가 펀칭, 에칭 또는 절단을 통해 제조되면, 특히 태양 전지 모듈 내의 연속하는 전기적 연결부들과 관련하여 전도체 돌출부에 대하여 다양한 설계의 가능성이 존재한다.
본 발명에 따른 버스바의 전도체, 바람직하게는 와이어형 전도체는 그 형태와 단면적과 관련하여 자유롭게 선택 가능하다. 버스바 전도체의 단면 형태는 바람직하게는 0002~10 mm2의 전도체 단면적(바람직하게는 태양 전지의 표면적과 전도체의 재료에 따라), 보다 바람직하게는 0.02~10 mm2, 특히 0.1~1 mm2의 전도체 단면적을 가지고 바람직하게는 원형, 타원형 또는 다각형의 형태일 수 있고, 여기서 버스바 전도체는 신축적이고 가단성(maleable)을 갖는 것이 바람직하다. 버스바 전도체는 크기가 클 수 있어서 표준 인쇄 및/또는 전기 도금의 버스바보다 저항이 작다. 그럼에도, 이에 비해 차폐가 작을 것이다. 예컨대 0.4 mm의 원형 구리 와이어는 구리 와이어보다 훨씬 더 고가인 전도성 은 페이스트로 이루어진 예컨대 2 mm 폭의 버스바보다 선저항이 크게 낮다.
바람직한 일 실시예에서, 바람직하게는 콜렉터 또는 버스바 전도체인 본 발명에 따른 태양 전지 내의 전도체는 버스바 시드층이 없거나 전도성 페이스트 내에 매립된 바람직하게는 모든 접촉 핑거에 대한 버스바 전도체인 것이 바람직한 전도체의 (신뢰성 있는) 전기적 접촉을 통해 접촉 핑거에 전기 도금된다.
시드층은 통상 태양 전지 상의 얇고 전기적 전도성 층인데, 해당 층은 태양 전지 상의 전기 전도성 페이스트 인쇄물 또는 스프레이 도포된 전기 전도성 입자, 전도성 잉크 또는 전도성층(투명 전도성 산화물(TCO)층의 영역) 또는 핵생성 영역으로 이루어진 것이 바람직하다. 예컨대, 팔라듐, 티타늄, 티타늄/텅스텐 등으로 형성된 시드 형성 기능을 갖는 비전도성 시드층은 적층 전에 태양 전지와 전도체의 표면층을 활성화하는데 적합하다. 핵생성은 전도성 피복이 이 방식으로 활성화된 영역 내에 우선 적층될 수 있게 함으로써 핵생성 시드층을 완전히 피복하는 전도성 시드층을 형성할 수 있고, 여기서 전도체/태양 전지/다른 태양 전지 성분은 전도성 피복의 적층에 의해 전기적으로 연결될 수 있다.
본 발명에 따른 태양 전지 및 이러한 태양 전지로 이루어진 완전한 태양 전지 모듈에 대해 높은 수준의 효율을 얻기 위해, 바람직하게는 콜렉터이고 더 바람직하게는 버스바 전도체인 태양 전지(들)의 전도체 중 하나 또는 여러 개는 얇은 전기 전도성 튜브로서 설계될 수 있다. 이러한 튜브를 통해 바람직하게는 콜렉터(들), 보다 바람직하게는 버스바 전도체(들)인 전기적 전도체(들)와 태양 전지 또는 태양 전지 모듈을 둘러싸는 전체 영역에 대해 냉각을 제공하는 유체 또는 가스상의 냉매를 공급할 수 있다. 그러므로, 바람직한 일 실시예에서, 바람직하게는 본 발명에 따른 태양 전지의 콜렉터, 더 바람직하게는 버스바 전도체인 전도체 중 적어도 하나의 전도체는 관형으로 형성되어 이를 통해 냉매가 배관 공급됨으로써 전기 전도성의 효율을 높일 수 있다.
가장 단순화된 실시예에서, 전도체는 예컨대 구리 또는 은으로 구성되거나 이를 주 성분으로 한 경량의 인발 와이어이다. 예컨대 니켈 또는 주석으로 이루어진 구리 확산 장벽층을 갖는 구리 코어가 유리하다. 낮은 전도성 요건을 위해, 철-니켈 합금도 사용될 수 있다. 전도체는 온도차가 큰 경우 실리콘과 금속 간의 기계적 장력을 균등하게 하기 위해 전술한 바와 같이 파형일 수 있다. 전도체는 다른 수단, 예컨대, 시트 금속과 같은 적절한 반제품을 펀칭, 성형 에칭 및 절단하는 것에 의해 제조될 수 있다. 이것은 온도차를 균등화하는 것과 관련하여 특히 다목적의 형태가 얻어지도록 할 수 있다. 큰 단면적의 긴 전도체의 경우, 열팽창 계수가 실리콘 또는 반도체 재료의 열팽창 계수에 적합화된 합금도 적절하다. 일례의 재료는 Kovar라는 상표명으로 구매 가능한 재료이다. 그러나, 해당 재료의 전기 전도성은 예컨대 구리보다 현저하게 낮다. 특히 바람직한 일 실시예에서, 특히 본 발명에 따른 태양 전지의 콜렉터 또는 버스바 전도체인 태양 전지의 전도체 중 적어도 하나는 길이가 길거나, 또는 구불구불하거나, 삼각형의 또는 사인파 형태를 가지며, 이 경우 전도체는 와이어 또는 펀칭, 에칭 또는 절단된 부분에 의해 우선 형성된다.
전도체 형성 재료의 치밀도가 전도체가 태양 전지의 열적 기계적 변형에 더 잘 적용될 수 있게 소프트 어닐링에 의해 감소되는 경우도 유리하다.
바람직한 일 실시예에서, 본 발명에 따른 태양 전지는 바람직하게는 반도체 재료 또는 박판 재료로 이루어지고, 더 바람직하게는 실리콘 또는 갈륨 비소나 다른 반도체를 기초로 하며, 여기서 바람직하게는 콜렉터 또는 버스바 전도체인 전도체의 열팽창 계수는 예컨대 합금을 사용하거나 물리적 처리에 의한 태양 전지 웨이퍼의 열팽창 계수에 맞춰진다.
은으로 이루어진 공지된 완전 전기 도금된 전방 접촉부에 비해, 전해 적층 시간, 특히 전기 도금 시간은 본 발명에 따른 태양 전지의 경우 크게 감소될 수 있는데, 이는 바람직하게는 콜렉터 또는 버스바 전도체인 전도체가 박막층만을 사용하여 태양 전지 상에 예컨대 시드층에 전기 도금하여야 하기 때문이다. 종래의 전기 도금된 버스바는 20 ㎛ 이상의 층 두께를 가진다. 그러나, 본 발명의 경우, 예컨대 0.5 ㎛의 층 두께의 버스바 전도체면 충분하다. 박막 접촉 핑거에서의 층 두께는 예컨대 10 ㎛와 같이 버스바 영역에 사용된 5 ㎛보다 큰데, 이는 자력선이 집중되고 전류 밀도가 높아지는 경우에 해당되기 때문이다.
본 발명에 따른 버스바 전도체는 그 길이가 태양 전지의 적어도 일측면 상에서 표면 영역 너머로 연장되는 경우 다른 매우 주요한 장점을 가진다. 버스바 당 적어도 하나의 전도체 자유 단부는 개별 태양 전지를 통상의 태양 전지 모듈로 상호 연결하는 것에 의해 전기적 릴레이를 구성하는데 추후 사용될 수 있다. 종래 기술에 비해, 이들 전기적 연결부를 구성하기 위해 금속성 밴드를 결코 솔더링 접합할 필요가 없다. 이것은 비용을 절감시킬 뿐만 아니라, 연결 리본을 솔더링 접합하여야 하는 경우에서처럼 개별 태양 전지들이 파손될 위험을 제거한다. 전술한 전도체가 펀칭, 에칭 또는 절단에 의해 제조된 경우, 특히 태양 전지 모듈 내의 확장 가능한 전기적 연결부와 관련하여 전도체 돌출부에 대해 다양한 설계 가능성이 존재한다. 더욱이, 본 발명에 따른 태양 전지 구성을 가능한 효율적이고 비용 효율적으로 제조하기 위해 동일한 전기 도금 공정에서 여러 개의 전지가 상호 연결될 수 있다. 예를 들면, DE 10 2007 022 877 A1에 예시된 바와 같은 본 발명에 따른 태양 전지 구성은 개별 태양 전지들을 직접 또는 콜렉터 접촉부 또는 버스바 접촉부를 통해 연결하도록 탄성의 메쉬형 전도체 와이어 시스템(태양 전지 연결 전도체로서)에 의해 제조될 수 있다. 본 발명에 따른 태양 전지의 특히 바람직한 일 실시예에서, 태양 전지 연결 전도체는 일차원으로, 즉 태양 전지의 길이 또는 폭으로 바람직하게는 전류 흐름의 방향으로 적어도 50%, 바람직하게는 60%, 더 바람직하게는 70%, 가장 바람직하게는 80% 이상으로 연장한다.
전기 도금에 의해 전도성 피복을 제조함에 있어 다른 장점은 전기 도금에 사용되는 파워 소스를 갖는 접촉부 자체는 전기 도금되지 않으므로 일정한 간격으로 세정되거나 심지어 교환될 필요가 없다는 점이다.
다른 측면에서, 본 발명은 적어도 하나의 전도체에 의해 태양 전지들을 연결하거나 및/또는 태양 전지 상의 전도체들을 서로 연결하는 방법에 관한 것으로, 여기서 용액으로부터 태양 전지 및/또는 적어도 하나의 추가의 전도체에 전도성 피복을 적층하는 것에 의해 적어도 하나의 전기 전도성 전도체가 기계적 및 전기적으로 연결된다. 바람직하게, 전도성 피복은 전해식으로, 갈바닉 방식으로 또는 플라즈마 스프레이에 의해 형성된 피복으로부터 선택된다. 또한, 전도성 피복은 구리, 은, 니켈 및/또는 주석, 알루미늄, 전도성 탄소 수화물 및/또는 탄소를 기초로 한 금속 및 금속 합금인 것이 바람직한 금속 또는 금속 합금으로부터 선택된 것이 바람직하다. 또한, 전도성 피복은 바람직하게는 다른 전도성 재료로 형성된 일층 또는 다층의 피복으로 이루어진 것이 바람직하다.
바람직한 일 실시예에서, 전도체는 접촉 핑거, 콜렉터, 버스바 전도체 및 태양 전지 연결 전도체로 이루어진 그룹으로부터 선택된다.
특히 바람직한 실시예에서, 본 발명은 전해조 내에서 태양 전지를 전기 도금하는 방법에 관한 것으로, 여기서 바람직하게는 콜렉터 또는 버스바 전도체인 적어도 하나의 전기 전도성 전도체는 해당 전도체가 전기 도금에 의해 태양 전지에 영구적으로 기계적 및 전기적으로 연결되도록 전기 도금 전류를 공급하기 위해 전기 도금될 태양 전지의 표면과 적어도 부분적으로 전기 접촉된다.
본 발명에 따른 방법, 특히 바로 위에 언급한 방법의 경우, 바람직한 일 실시예에서, 콜렉터 또는 버스바 전도체인 것이 바람직한 적어도 하나의 전도체는 태양 전지의 길이 너머로 연장되는 픽업부 또는 캐리어에서 전기 도금 공정 중 태양 전지를 전해조 내에 지지하고 바람직하게는, 전기 도금될 태양 전지의 기저면만이 전해질 내에 위치되도록 소정의 높이로 위치 및 이송할 것이다.
본 발명의 따른 방법, 특히 바로 위에 언급한 방법의 실시 중에 전도체와 태양 전지 간에 접촉부를 형성하기 위해, 콜렉터 또는 버스바 전도체인 것이 바람직한 전도체 중 적어도 하나는 해당 전도체를 태양 전지의 일 측면에 대해 배치하고 바람직하게는 중력, 인가 압력, 유체에 의한 램 압력인 힘, 태양 전지의 다른 측면상의 자석 또는 스프링력, 또는 유체 흡입에 의해, 태양 전지에 대해 바람직하게는 전기 도금될 태양 전지의 시드 층에 대해 눌려지거나 당겨진다.
본 발명에 따른 방법에 대한 바람직한 실시예에서, 전기 도금 전류는 전기 도금이 사용되는 버전에서 전해질 외부의 적어도 하나의 전도체 돌출부 상에서 전해질 레벨 위로 돌출되는 콜렉터 또는 버스바 전도체인 것이 바람직한 전도체 내로 공급된다.
본 발명에 따른 방법은 태양 전지에 전기 도금되거나 전기화학적으로 적층되거나 플라즈마 스프레이에 의해 적층되는 바람직하게는 콜렉터 또는 버스바 전도체인 전도체가 태양 전지 상에 유지되어 임의의 후속의 피복 제거 없이 완성 태양 전지의 더 처리하는데 사용될 수 있도록 특히 효율적이고 바람직하게는 연속 유동 시스템, 침지 도금욕 시스템 또는 컵 플레이터 내에서 실행된다.
바람직한 실시예에서, 본 발명에 따른 방법은 접촉 핑거, 콜렉터 및/또는 버스바 전도체와 같은 전도체를 태양 전지와 연결하거나 전도체 간의 상호 연결에 사용된다.
상기 방법은 태양 전지, 바람직하게는 전술한 본 발명에 따른 태양 전지의 제조에 특히 적합하다. 그러나, 본 발명에 따른 피복 적층 방법은 기본적으로, 전도성 피복에 의해 기계적 및 전기적으로 전도성인 특히 와이어와 연결 경로의 형태의 임의의 형태의 전기 전도체를 기재로서 전기적으로 전도성을 갖거나 전기적으로 전도적인 상태로 된 재료와 연결하는데 적합하다는 것이 강조된다.
다른 바람직한 실시예에서, 본 발명은 본 발명에 따른 태양 전지 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 태양 전지는 콜렉터 또는 버스바 전도체 없이 구현되거나 제조된다. 특히 바람직하게, (i) 전도성 피복에 의해 연결될 와이어는 접촉 핑거 위에 위치되거나 및/또는 (ii) 접촉 핑거에 가로질러 위치된다.
추가의 바람직한 실시예는 본 발명에 따른 태양 전지와 그 제조 방법에 촛점을 맞추고 있으며, 이때 태양 전지는 콜렉터 또는 버스바 전도체 없이 그리고 또한 접촉 핑거 없이 구현되거나 제조되며, 예컨대 전도성 피복에 의해 연결될 와이어는 시드 층이나 핵생성 층 위와 같은 태양 전지의 활성 적층 영역 위에 위치된다.
추가의 바람직한 실시예는 본 발명에 따른 태양 전지와 그 제조 방법에 촛점을 맞추고 있으며, 이때 태양 전지는 바람직하게는 콜렉터 또는 버스바 전도체 없이 그리고 또한 접촉 핑거 없이 구현되거나 제조되며, 전기는 태양 전지에 연결되거나 및/또는 전도성 피복에 의해 상호 연결되는 다수의 작은 와이어를 통해 전도된다. 이것은 전도체의 총 단면적이 다수의 와이어에 걸쳐 전개되도록 함으로써, 오옴 저항 손실을 최소화한다. 태양 전지의 특별한 실시예에서, 버스바와 핑거는 완전히 배제될 수 있고, 이는 차폐를 감소시키고 표면적에 걸쳐 전기의 균일한 전송을 분배한다.
전기 도금, 전기화학적 및 플라즈마 스프레이 방법에서 적층 활성 영역은 태양 전지의 일부이거나 심지어 태양 전지의 전체 측면일 수 있다. 적층 활성 영역은 특히, 양극이 일 측면 상에 위치되고 매 경우 하나의 와이어가 하나의 극으로 기능하지만 전도성 피복이 적층시 양극이 동시에 강화되는 태양 전지의 경우와 같은 태양 전지의 일측면 상에 양극을 포함할 수 있다.
전도성 피복을 적층하는 본 발명에 따른 방법도 특히 전기 도금에 의해 바람직한데, 이 경우 극성 중 제1 극이 적층 또는 전기 도금된 후 새로운 와이어로 구비되고, 이후 제2 극이 적층 또는 전기 도금된다. 다른 실시예에서, 본 발명에 따른 태양 전지의 와이어는 부분적으로 전도성을 띠게 되는(예, 배선화를 통해) 절연 코어로서 배선을 갖는 회로 기판과 동일한 방식으로 연속적으로 전도성을 띠지 않을 수 있다.
본 발명에 따른 방법은 태양 전지와 전도체의 서로간에 있어 기계적 및 전기 전도성 연결은 물론, 예컨대 태양광-활성적이지 않은 바이패스, 보호 및/또는 연결 기능의 성분과 같은 특별한 요소를 갖는 태양 전지들 및/또는 전도체들의 기계적 및 전기 전도성 연결에 사용될 수 있다. 추가의 실시예로서, 태양 전지는 본 발명에 따른 전도성 피복에 의해 다른 태양 전지 상에 직접 연결될 수 있는데, 이는 이들 태양 전지들이 전도성 연결이 피복의 적층을 통해 형성될 수 있도록 공간적으로 근접한 경우에 그러하다.
제3의 측면에서 본 발명은 전해조 내에서 태양 전지를 전기 도금하기 위한 장치에 촛점을 맞추고 있으며, 해당 장치는 전기 도금될 표면, 바람직하게는 시드 층에서 전해조의 전해질 내에서 태양 전지와 적어도 부분적으로 접촉되어 바람직하게는 전기적 접촉을 제공하고, 바람직하게는 그와 동시에 태양 전지를 지지하는 바람직하게는 콜렉터이거나 버스바 전도체인 적어도 하나의 전도체를 수용하기 위한 수단을 포함하며, 이때 전도체 돌출부는 전해질 레벨 너머로 연장되어 전기 도금 정류기를 연결한다.
바람직하게, 이러한 장치는 적어도 전해조의 전해질 내에 위치된 전도체의 영역 상에 장력을 제공하기 위한 수단으로서 픽업부를 포함한다.
바람직한 실시예에서, 본 발명에 따른 장치는 배킹층을 갖거나 갖지 않는 태양 전지와 전도체 사이에 바람직하게는 인가 압력으로서 중력, 자력, 탄성력 또는 흡인력과 같은 견인력 또는 압력을 인가하는 수단도 포함한다.
본 발명에 따른 장치는 전해질 레벨이 태양 전지의 기저면 이상으로는 도달하지 않도록 태양 전지를 처리 용기 내에 위치시키기 위한 수단을 포함하는 것이 또한 바람직하다.
본 발명에 따른 방법은 태양 노출된 태양 전지의 측면이나 전방면, 후방면 또는 심지어 양측면 상에 대한 태양 전지의 전해 처리 또는 플라즈마 스프레이 처리에 적합한다. 이를 달성하기 위해, 처리 대상 측면(들)은 전해질 또는 플라즈마와 접촉되는 것이 필요할 것이다.
제한적이 아니라 예시적으로 제공되는 다음의 실시예들은 전기 도금에 의한 본 발명에 따른 방법에 관한 것이다.
특히 컵 플레이터가 사용되는 본 발명에 따른 방법에서, 상향을 향하는 비처리된 측면은 바람직하게는 건조된 상태로 유지될 것이다. 따라서, 전해질에 반응하는 태양 전지의 후방면은 손상으로부터 보호된다. 전기적 접촉은 절해질 내에서 통상 전기적 전도성의 시드 층이 제공되는 구조화된 표면 상에서 직접 발생한다. 처리 중에, 전해조 내에서 전해질 내에 위치된 음극 접촉 작용제는 갈바닉 방식으로도 금속 배선화된다. 이러한 금속 배선화가 본 발명에 따라 사용됨으로써, 일반적으로는 통상적인 배선 제거 공정이 완전히 생략될 수 있다. 본 발명에 따른 접촉 작용제는 바람직하게는 와이어형의 적어도 하나의 비절연성 전기 전도체로 이루어진다. 전기 도금될 태양 전지는 전기 도금 설비가 충전되고 있을 때 적어도 하나의 연장된(바람직하게는 긴) 전도체와 접촉된다. 처리 중, 태양 전지는 제공되는 전도체(들), 바람직하게는 태양 전지의 콜렉터 또는 버스바의 경로가 와이어형 접촉 작용제(들)의 경로와 일치하도록 위치된다. 따라서, 태양 전지는 바람직하게는 두 개의 연장된(긴) 전도체의 상부에 위치된다. 이들 전도체는 전도체의 상부에 있는 태양 전지의 높이를 처리될 태양 전지의 측면, 바람직하게는 태양 전지의 전방 측면과 전도체만이 전해질 레벨의 아래에 위치되도록 위치시키는 전기적으로 절연인 캐리어 또는 픽업부에 의해 위치된다. 연속 유동 시스템에서, 캐리어 또는 픽업부는 연속 유동 시스템을 통해 태양 전지를 이동하는데 사용될 수 있다. 컵 플레이터에서, 캐리어는 우선적으로는 해당 컵의 일체형 성분이다. 태양 전지의 엣지 너머로 연장되는 것이 바람직한 전도체의 단부는 캐리어 또는 픽업부에서 상향으로 편향되고; 그 결과 이들 단부는 전도체 돌출부로서 전해질의 레벨 위로 돌출된다. 그러므로, 이들 단부는 건조 상태로 유지되고 해당 영역에서 도금이 이루어질 수 없다. 동일한 구성이 전기적 연결부, 즉 정류기(들)로부터 전해질 너머로 연장되는 이들 전도체까지의 전도성 통로를 형성하는 전기적 연결부에도 작용된다. 이들은 금속층으로 코팅되지 않는다. 컵 플레이터의 경우에서도, 전도체의 단부는 건조 상태로 유지된다. 태양 전지 상에 배열된 콜렉터 또는 버스바를 따라 전도체들은 본 발명에 따라 바람직하게는 기존의 시드 층에 전기 도금된다. 따라서, 전도체들은 서로 기계적으로 견고하게 전기적으로 통전되게 연결된다. 바람직하게는 전도체(들)의 돌출 단부와 함께, 전도체들은 영구적 유닛을 형성한다. 따라서, 접촉 작용제는 피복 제거될 필요가 없다. 전도체(들)의 돌출 단부 또는 전도체 돌출부는 태양 전지 모듈의 태양 전지의 전기적 상호 연결을 위해 추후 유리하게 사용될 수 있다. 이를 위해 이전에 필요했던 연결 또는 증폭 전도체의 솔더링 접합은 본 발명에 따른 방법에서 완전히 불필요하다.
본 발명에 따른 전기 도금 시스템에서 전도체 상에 위치되는 깨지기 쉬운 태양 전지는 이들 전도체에 갈바닉 방식으로 부착되므로, 이들 태양 전지는 연속 유동 시스템을 통해 매우 안전하고 부드럽게, 즉 깨지지 않게 이송될 수 있다. 그리드 구조 상의 전기 도금될 표면의 직접적 전기적 접촉도 태양 전지가 전기 도금 전류에 대해 낮은 저항을 갖도록 하기 위해 전해질 내의 강력한 광원에 의해 널리 공지된 LIP 방법(광 유도 전기 도금)에 사용되는 노광을 필요로 하지 않는다. 이것은 본 발명에 따른 태양 전지의 제조에 있어 상당량의 에너지를 절감한다.
바람직하게는 버스바 전도체인 콜렉터와 버스바의 단면적은 전도성 요건에 적합화될 수 있다. 단면적이 스크린 인쇄법을 사용하여 도포되는 전도성 페이스트 또는 전기화학적으로 금속 배선화된 버스바에 비해 유리하게도 상당히 큰 크기를 가지는 경우에도, 전도체 와이어가 전기 도금되는 태양 전지 상의 차폐된 영역은 크게 감소된다. 본 발명에 따른 전기 도금 방법은 전방 접촉부에 대한 종래의 완전한 전기 도금에 비해 단축된 노출 시간을 허용한다. 선호되는 시드 층에 대한 콜렉터와 같은 본 발명에 따른 기계적 및 전기적 연결 전도체의 경우 단지 약 5 ㎛에 불과한 층 두께가 필요하다. 이것은 널리 알려진 전기 도금 방법의 층 두께의 약 20%에 대응한다. 노출 시간도 대응하여 단축된다.
도면을 참조로 적어도 하나의 실시예가 상세하게 설명되는 이어지는 상세한 설명에서 다른 장점, 특징 및 세부적인 사항을 찾아볼 수 있다. 설명되거나 및/또는 표현되는 특징들은 적용 가능하다면 자체로써 또는 임의의 조합으로써 또한 청구항에 무관하게 발명의 주제를 형성하고, 특별하게 그리고 부가적으로 하나 이상의 개별 발명(들)의 주제가 될 수도 있다. 동일, 유사 및/또는 기능적으로 등가인 부분들은 동일한 참조 부호로 제공된다.
간결성을 이유로, 다음의 설명은 버스바 전도체와 태양 전지 간의 연결만이 전기 도금 피복에 의해 형성되는 실시예에만 한정된다. 물론 이러한 기계적 및 전기적 연결의 형태는 태양 전지와 다른 전도체 간의 연결, 예컨대, 접촉 핑거와 태양 전지 연결 전도체 간의 연결과 접촉 핑거와 버스바 또는 버스바 전도체 간의 전도체 자체 간의 상호 연결로도 전환될 수 있다. 또한, 본 발명은 예시로써 전방 측면(태양에 노출되는 측면) 접촉과 전도체의 실시에 대해 아래에 설명된다. 그러나, 본 발명에 따르면, 후방면에 대한 대응하는 실시도 의도된 것이다.
도 1은 하부 부분에 A-B 단면으로서 확대 도시되어 있고 상부 부분에 반도체 웨이퍼로 구성된 통상의 전지를 나타내며;
도 2는 하부 부분에 재차 확대되게 도시되어 있고, 상부 부분에 전기 도금 피복에 의해 태양 전지에 기계적 및 전기적으로 통전되게 연결된 버스바로서의 원형 전도체를 갖는 본 발명에 따른 태양 전지를 나타내며;
도 3은 버스바 전도체 상의 전기 도금에 사용되는 침지 도금욕 시스템을 나타내며;
도 4는 연속 유동 시스템 내의 두 개의 버스바 전도체를 갖는 태양 전지에 관한 두 개의 도면을 나타내며;
도 5는 연속 유동 시스템을 통해 이송되는 네 개의 태양 전지를 갖는 캐리어를 나타내며;
도 6은 기재의 일면 전기 도금에 사용되는 고정 배열된 컵 플레이터(cup plater)를 나타내며;
도 7은 통상적인 수직 정렬된 전기 도금 시스템을 나타내며;
도 8은 본 발명에 따른 태양 전지의 제조를 위한 수직 정렬된 무전해 도금 장치를 나타내며;
도 9는 인접하는 태양 전지를 회로에 연결하는 종방향 및 횡방향 전도체를 갖는 세 개의 태양 전지로 이루어진 본 발명에 따른 태양 전지 구성의 단면도를 나타내며;
도 10은 전기 도금에 의해 전기적 비아 내에 형성된 태양 전지 내의 일체형 전도체 및 구멍을 갖는 신축적 회로 기판상에 있는 두 개의 태양 전지를 나타낸다.
도 1은 상부 부분에 전방(태양 노출된) 측면을 관찰한 통상의 태양 전지(1)를 보여준다. 그리드 구조의 전류 집전 접촉 핑거(2)는 전체 태양 전지(1)를 횡으로 가로질러 연장된다. 이들 핑거는 예컨대, 인쇄된 전도성 은(silver) 페이스트 또는 전해식으로 적층된 은과 같은 전기 전도성 재료로 이루어진다. 접촉 핑거(2)는 가시적인 광폭의 버스바(3)에 전기적으로 연결된다. 이들은 통상 동시에 접촉 핑거(2)와 동일한 방식으로 제조된다. 접촉 핑거(2)는 통상 약 0.15 mm 폭 치수를 가진다. 접촉 핑거의 높이는 제조 공정에 의존한다. 산업용 스크린 인쇄 공정에서, 핑거의 높이는 약 5~25 ㎛이다. 핫멜트 공정에서 40 ㎛까지의 높이가 얻어질 수 있다. 아직 광범위하게 퍼지지 않은 방법인 그리드 구조의 전기 도금법은 접촉 핑거의 높이를 상기 수준의 정도로도 조정될 수 있도록 한다. 또한, 갈바닉 방식으로 적층된 층의 비 전도율(specific conductivity)은 매우 높다.
도 1의 하부 부분은 버스바(3)의 영역의 단면 A-B의 확대도를 나타낸다. 태양 전지(1)를 형성하는데 사용되는 웨이퍼(4)상의 도핑 층은 이 도면에는 나타내지 않는다. 버스바(3)는 통상 불균일한 표면을 가진다. 폭(b1)은 예컨대 2 mm이다. 높이(h1)는 대략 접촉 핑거(2)의 높이에 대응한다. 따라서, 예컨대, b1=2 mm이고, h1=0.03 mm이면, 단면적은 약 0.06 mm2이다. 두 개의 버스바의 각각의 단부가 생성된 전류의 절반을 전도하고 태양 전지의 최대 출력 포인트에서의 총 전류가 7 암페어이면, 버스바의 단부에서 전류 밀도는 약 30 A/mm2이다. 특히 가열된 태양 전지에서 이 전류 밀도는 너무 높기 때문에, 상기 단부는 통상 이러한 목적으로 사용되는 작은 평면 스트립에 의해 후속으로 보강된다. 갈바닉 방식으로 제조된 버스바에 의해 향상된 전기 전도성을 얻을 수 있다. 이것은 이러한 방식으로 접촉 핑거(2)의 제조에 노력할 다른 이유이다. 그러나, 전해질 내에서의 요구되는 전기적 접촉과 이어지는 접촉 작용제의 피복 제거는 특히 태양 전지의 후방 측면이 통상 전해질과 접촉되지 않아야 하므로 이러한 제조 공정을 더 어렵게 한다.
도 2는 본 발명에 따른 일 실시예의 태양 전지(1)를 보여준다. 도 1과 도 2의 하부 부분은 다른 크기 비율이 선택되었다; 이것은 두 개의 도면의 비교시 고려될 필요가 있을 것이다. 단면으로 도시된 웨이퍼(4)는 그리드 구조, 즉 접촉 핑거(2)의 레이아웃과 본 발명에 따른 버스바, 즉 버스바 전도체(9)로 의도된 영역의 전기 전도성 시드 층(5)을 보유한다. 이러한 시드 층(5)은 예컨대, 박막 전기 전도성 페이스트 인쇄물 또는 스프레이 도포된 전기 전도성 입자나 전도성 잉크로 이루어진다. b2 치수는 현시점에서의 기술적 수준인 폭 b1보다 훨씬 작은 버스바의 영역에 있는 시드 층(5) 또는 버스바 시드 층(5)과 피복 층(7) 또는 전도성 페이스트의 폭을 나타낸다. 시드 층(5)은 전기 도금을 위해 음극 바이어스되어야 한다. 예컨대 구리로 이루어진 전기 도금될 전도체(6)는 자체가 급전 접촉부로서 유리하게 사용될 수 있다. 전도체는 버스바 섹션을 따라 시드 층(5)과 완전히 또는 부분적으로 접촉된다. 구리나 은과 같은 적층 대상의 금속은 전기 도금 과정 중 음극 전도체(6)로부터 시드 층(5)으로, 그리고 시드 층(5) 상에 전도체(6)의 적어도 하나의 초기 접촉점이 존재하는 경우에는 시드 층(5)으로부터 전도체(6)로도 집적된다. 전기적으로 높은 전도성의 피복 층(7)은 전도체(6)를 시드 층(5)과 그에 따라 웨이퍼(4) 또는 태양 전지(1)에 매우 양호하게 연결하도록, 즉 전기적으로 통전되게 하면서 기계적으로도 견고하게 연결되도록, 형성된다. 피복 층은 b2 폭의 전도성 페이스트 층 내에 매립된 전도체(6)에 도포된다. 버스바 전도체(9)와 같은 전도체(6)의 단면적은 광범위한 형태와 크기로 선택될 수 있음을 알 수 있다. 그럼에도, 태양광이 태양 전지에 수직으로 비출 때, 차폐되는 영역은 현 상태의 기술에 비해 작다. 차폐는 원형 전도체(6)가 예컨대 0.5 mm의 직경과 폭(b2)으로 선택되면 단지 1/4에 불과하다. 피복 층(7)의 폭(b2)은 훨씬 더 작게 선택될 수 있다. 이러한 치수는 설비가 로딩시 전도체(6) 상에 웨이퍼(4)의 시드 층(5)을 배치 또는 적치할 때 획득 가능한 정밀도에 의해서만 결정된다. 전도체(6Z)가 다수의 교차 및 평행 접촉 핑거(2)의 모든 시드 층(5)과 접촉되는 것을 보장하도록 장비 공학 치수가 사용되거나, 또는 적층 금속이 전해 방식으로 접촉 핑거(2)에서 성장하는 경우, 버스바 또는 전도체(6)를 따른 시드 층은 완전히 생략될 수 있다. 이것은 태양 전지에 기울어진 태양광이 비출 때 다시 한 번 차폐를 감소시킴으로써 최소 비율의 차폐를 얻는다. 두 개의 버스바 전도체(9) 아래의 시드 층(5)과 그에 따라 피복 층(7)의 폭 b2=0.5 mm에서 차폐는 긴 전도체(6)를 사용시 전체 기하학적 표면적에 비해 약 2%만큼 감소된다. 이것은 태양 전지의 효과를 현저하게 크게 향상시킨 것이다. 도 2에서, 예컨대, 전도체(6)는 전기 도금 공정의 시작시 시드 층(5)과 접촉되지 않는다. 그 미소한 간극은 전기 도금 중 금속으로 채워진다. 이러한 충전 공정은 효과적으로 확산되는 전해질에 의해 도움을 받는다. 그러나, 바람직한 방법은 전류 전달을 위해 매우 큰 단면적을 획득하기 위해 전도체(6)를 시작부터 시드 층(5)과 접촉되도록 하는 것이다. 전도체(6)의 원형 단면이 유리하다. 이것은 기술적으로 저비용으로 취급 및 처리될 수 있는데, 예컨대 굽혀질 수 있다. 그러나, 예컨대 직선 연장부가 비-파형 또는 파형이고 단면 형태가 타원형 또는 다각형인 다른 형태도 마찬가지로 가능하다. 태양 전지(1)의 표면적과 전도체(6)의 재료에 따라, 태양 전지의 단면적은 예컨대 0.02~10 mm2의 범위에 있을 수 있다. 바람직한 범위는 0.1~1 mm2이다. 접촉 돌출부(8)의 영역에서, 전도체(6)는 박막 테이프에 의해 태양 전지 모듈에 대한 전기적 상호 연결의 현재 기법에 맞추기 위해 편평하게 압착되는 것이 바람직하다. 본 발명에 따른 전도체 돌출부(8)는 현재의 기술에 따라 요구되는 전도성 스트립의 기능을 인수한다. 이들 전도체(6) 또는 전도체 돌출부(8)는 태양 전지의 전해 도금 중에 음극 전기 도금 전류를 공급하는데 매우 유용하게 사용될 수 있다. 일 실시예에서 도 2에 도시되지 않은 태양 전지의 후방면은 전기 도금 중에 전해질과 접촉되지 않아야 하므로, 이러한 전기 도금 공정은 도 2의 하부 부분에 도시된 바와 달리 뒤집어진 상태로 수행된다. 예컨대 긴 전도체(6)와 함께 태양 전지의 전방면만이 전해조 내의 전해질 내에 위치된다. 전도체 돌출부(8)는 전해질의 외부에 부분적으로 위치됨으로써 이들 돌출부와 해당 돌출부로 이어지는 접촉 작용제는 도금되지 않는다. 접촉 핑거(2)의 구조화된 시드 층(5)도 전해질 내에 위치된다. 페이스트 인쇄에 비해, 전기 도금은 전기를 매우 양호하게 전도하는 접촉 핑거(2)를 형성한다. 그러므로, 발생되고 집전된 전기를 전도하는데 낮은 높이(h2)면 충분하다. 버스바 전도체(9)의 갯수는 필요에 따라 증가되거나 감소될 수 있다. 특히 높은 수준의 태양 전지(1)의 효율과 완전한 태양 전지 모듈을 얻기 위해, 전도체(6)는 박막형의 전기 전도성 튜브로 구성될 수 있다. 밀봉된 태양 전지 모듈에서 전기적 전도체, 즉 버스바와 그 전체 주변부를 냉각하기 위해 해당 튜브를 통해 유체 또는 가스상 냉매가 배관 공급될 수 있어서, 차폐의 증가 없이 태양 전지 및 태양 전지 모듈의 효율의 증가에 기여한다.
도 3은 전해질(12) 내에 위치되는 적어도 하나의 양극(11)을 갖는 처리 용기(10)를 보여준다. 이것은 침지 도금욕 또는 연속 유동 시스템일 수 있다. 태양 전지(1)는 이 처리 용기(10) 내에서 전기 도금된다. 구조화된 시드 층(5)과 함께 전기 도금될 기저면은 전해질(12) 내에 위치된다. 본 실시예에서 전해질 레벨(13) 이상 위치된 상부 측면은 그렇지 않은 경우 태양 전지의 상기 측면에 화학적으로 침투하고 손상을 줄 수 있는 전해질이 존재하지 않는다. 해당 측면은 건조 상태로 유지된다. 태양 전지(1)는 바람직하게는 약간의 장력을 받는 적어도 하나의 직선형의 전도체(6)에 의해 지지되고 상부 측면이 건조 상태로 유지되도록 하는 높이로 전해질(12) 내에 위치된다. 이것은 태양 전지(1)가 특히 그 높이와 관련하여 여기 부분 도시된 장비를 통해 정밀하게 이송되는 것을 필요로 한다. 전기 도금되지 않는 기재(1)의 후방면이 전해질로 적셔질 수 있거나 적셔져야 한다면, 이들 후방면은 전도체(6)를 적절한 높이로 배치하는 것에 의해 완전히 전해질 레벨(13) 아래로 배열될 수도 있다. 이 경우, 상부에 배열된 양극과 동시에 기재(1)의 후방면을 동시에 전기 도금할 수 있는 옵션도 존재한다.
도 3에 도시된 예에서, 전도체(6)는 원형의 단면을 가진다. 다른 단면, 예컨대 타원형 또는 다각형도 가능하다.
태양 전지(1) 또는 그 시드 층(5)이 가능한 경우 전도체(6)의 전체 길이와 접촉되는 것을 보장하기 위해, 전도체는 당겨져서, 즉 적어도 다소간 장력하에 있어야 한다. 전도체(6)를 위해 필요한 픽업부는 도 3에 도시되지 않고 있다. 이들 픽업부는 태양 전지(1)의 종방향 확장부보다 긴 길이를 따라 전도체(6)를 들어 올린다. 동시에, 전도체(6)는 픽업부에 의해 상향으로 재 배향되고 전해질(12)로부터 벗어난다. 펀칭 부분, 에칭 부분, 절단 부분 등과 같이 자체로 기계적으로 안정한 전도체도 그에 따라 예비 성형된다면 픽업부에 의해 지지될 수 있다. 전도체 돌출부(8)의 해당 적어도 하나의 자유 단부는 전해질(12)의 레벨(13) 너머로 연장된다. 자유 단부는 전기 도금되지 않고 전기 도금 정류기에 전기적으로 연결된다. 접촉 작용제로서 전도체(6)는 전해질(12) 내에서 본 발명에 따라 전기 도금되고 전해질(12) 외부에서는 도금되지 않는다. 이것은 접촉 작용제가 피복 제거되는 것을 매유 유익하게 방지한다. 전도체(6)는 버스바 전도체(9)로서 작용한다. 전도체 돌출부(8)와 같이, 전도체는 완성된 태양 전지(1) 상에 남겨진다. 픽업부는 픽업부다 전해질 내에서 노출 음극 전도체(6)를 집어서 방향 전환하는 경우에도 해당 표면이 금속 배선화되지 않도록 전기적으로 절연인 재료로 이루어진다. 픽업부는 캐리어 또는 컨베이어 상에서 연속 유동 시스템을 통해 이송된다. 이들 픽업부는 아래에 예시되는 바와 같이 태양 전지(1)의 전기 도금 공정을 지원하는데 사용될 수 있는 태양 전지(1)의 상부 측면 상에 틈(14)이 남겨지도록 설계된다.
도 2의 하부 부분은 태양 전지(1)의 한 코너의 상면도이다. 직선형의 원형 전도체(6)는 태양 전지(1)를 지지하는데; 여기서 픽업부는 마찬가지로 도시되지 않는다. 전도체 돌출부(8)는 픽업부의 영역 내에 형성된다.
도 4는 전도체(6)가 픽업부(15) 상에 장력을 받거나 장력을 받지 않은 상태로 배열되는 연속 유동 시스템 내의 본 발명에 따른 장치의 예를 보여준다. 상부 부분은 측면도를 보여주는 한편, 하부 부분은 단면 A-B의 상면도를 보여준다. 이 경우 픽업부(15)는 U-형이어서 태양 전지(1) 위로 틈(14)을 형성한다. 틈(14)은 다른 것보다도 컨베이어(19)가 태양 기재(1)가 로딩되고 비워지도록 한다. 본 실시예에서, 전도체(6)는 픽업부(15)의 다리부 위로 굽어진 후 상향으로 재 배향된다. 전해질(12) 외부로 두 개의 클램프(16)가 사용되어 전도체(6)를 클램핑함으로써 전도체를 픽업부(15)에 체결한다. 클램프(16)는 해당 예에서 관련 윙 너트와 함께 클램핑 나사(17)에 의해 픽업부(15)에 대해 수동으로 조여진다. 그러나, 실제, 전도체(6)는 자동으로 조작되고 픽업되는 것이 유리할 것이다. 이것은 또한 공정이 재생 가능하게 되는 것을 보장한다. 전기 도금 전류기의 음극 단자는 전도체(6) 또는 전도체 돌출부(8)의 자유 단부에 연결된다. 이것은 접촉 작용제가 전해질(12) 외부에 위치되므로 접촉 작용제가 원치 않게 도금되는 결과를 가져오지 않을 것이다. 음극 와이어 오버행(8)의 일부만이 전기 도금되지만 이것은 본 발명에 따른 방법에 어떤 불리한 영향도 미치지 않는다. 전기 도금 정류기의 양극 단자는 처리 용기(10)의 하부 영역에 위치된 용해성 또는 불용성의 양극(11)에 전기적으로 연결된다. 본 발명은 단극 및 양극 펄스 정류기의 사용을 허용하기도 한다. 다른 것들 중에서 클램핑 기구(16, 17)와 함께 픽업부(15)는 연속 유동 시스템을 통해 태양 전지(1)를 이송하는 컨베이어(19)를 형성한다. 이를 위해 예컨대 컨베이어(19)가 화살표(21)에 의해 지시되는 바와 같은 이송 방향으로 이송되는 컨베이어 트랙(20)이 사용될 수 있다. 이 과정에서, 예컨대 컨베이어(19)의 높이는 기재 또는 태양 전지(1)의 기저면이 전해질(12)의 레벨(13) 아래에 위치되고 상부 측면이 전해질(12) 외부에 위치되도록 조정된다. 연속 유동 시스템의 제공시, 전기 도금될 태양 전지(1)는 긴 전도체(6)의 상부에 바람직하게는 자동으로 적치된다. 통상 두 개인 전도체(6)의 높이는 유체 매니스커스(meniscus)가 형성되도록 전해질(12)의 레벨(13)과 관련하여 조절된다. 이러한 메니스커스는 태양 전지(1)를 전도체(6)의 방향으로 하방으로 견인한다. 이러한 힘은 전기 도금 공정의 시작시에 태양 전지(1)를 전도체에 고정한다. 예컨대 전도체(6)의 영역 내의 시드 층(5)이 평탄하지 않거나 태양 전지(1)가 다소 뒤틀리면, 전도체(6)를 가로질러 평행하게 연장되는 태양 전지(1)의 시드 층(5)과 전도체(6)가 가능한 한 완전하게 접촉되도록 적어도 전기 도금 공정의 시작시에 약간의 힘을 계속 인가하는 것이 바람직할 수 있다. 이것은 단지 약간의 장력을 받고 웨이퍼 재료와 금속성 전도체 간의 열팽창 계수의 차이를 보상할 수 있게 하는 파형 형태를 갖는 큰 단면적의 전도체에도 적용된다. 표면은 서로 완전히 접촉되므로 이들 두 개의 전기 도금 대상의 금속성 연결이 신속히 이루어진다. 전도체(6)와 시드 층(5) 사이에 최적의 수준의 접촉을 구현하기 위해, 전술한 유체 메니스커스를 사용하는 대신에 다른 해법이 같이 사용될 수 있다: 적어도 부분적으로 자성을 띠는 전도체(6)의 사용시, 적어도 하나의 자석이 건조한 틈(14) 내에서 각각의 전도체(6)를 가로질러 태양 전지(1) 상에 배치될 수 있다. 태양 전지(1)와 함께 연속 유동 시스템을 통해 전자석 또는 영구 자석이 이송된다. 이들 자석은 전도체(6)가 태양 전지(1)의 전도체(6)와 시드 층(5) 사이에 간극이 없는 접촉부를 형성하도록 한다. 연속 유동 시스템의 적어도 시작 영역에서, 고정 배킹층(22) 또는 회전 배킹층(23)이 전도체(6)의 트랙 아래로 연속 유동 시스템 내에 배열될 수 있다. 이들 배킹층은 양극을 통해 돌출된다. 이들 배킹층은 추가의 해법을 제공한다: 배킹층(22, 23)은 태양 전지(1)의 기저면, 즉 태양에 노출된 측면만이 전해질(12)에 적셔지도록 전기 도금용 재료에 대해 그리고 전해질 레벨(13)에 대해 높이 조절된다. 배킹층(22, 23)의 영역에 있고 전도체(6)에 인접한 하향 배관은 처리 용기(10)를 통해 원형 유동으로 이송되는 전해질(12)이 유출되도록 한다. 얻어지는 흡인은 태양 전지(1)를 배킹층(22, 23)에 의해 지지되는 각각의 전도체(6)에 대해 매우 부드럽게 당겨준다. 또한, 전술한 자석 대신에 태양 전지(1) 상의 틈(14)에 웨이트가 배치된다. 이러한 웨이트는 태양 전지(1)를 배킹층에 의해 지지된 전도체(6)의 방향으로 밀어준다. 추가로, 유체(유체 또는 가스상 물질), 바람직하게는 가스류를 틈(14) 내의 태양 전지(1)에 대해 유도하는 옵션이 존재한다. 가스류 또는 램(ram) 압력은 태양 전지(1)의 건조한 표면을 충격할 것이고, 이때 매 경우 배킹층(22, 23)에 의해 지지되는 전도체(6)는 연속 유동 시스템 또는 침지 도금욕 시스템 내에서 기저면 상으로 연장된다. 마지막으로, 전기 도금될 태양 전지(1)는 픽업부(15)로부터 나오는 부드러운 스프링력에 의해 각각의 지지된 전도체(6)에 대해 압박될 수 있다. 본 발명에 따른 전도체의 단면적이 증가함에 따라, 선 저항은 감소된다. 이것은 태양 전지 모듈 제조 공정 중은 물론 실제 동작시 태양 전지가 노출되는 응력의 열변화에 대한 결과를 가진다. 실리콘과 구리와 같은 전기적 전도성이 양호한 금속 간의 열팽창 계수의 차이는 약 15*10-6/K이다. 100K의 온도차에서, 선 팽창 차이는 약 0.2 mm이다. 이러한 이유로 인해, 버스바 전도체를 위한 시드 층이 웨이퍼상에 매우 양호한 접착 강도를 가지는 것을 보장하는 것을 고려하여야 한다. 이를 용이하게 하기 위해, 소프트 어닐링에 의해 또는 꼰 와이어와 같은 다중-스트랜드 전도체를 사용하는 것에 의해 전도체 재료의 견고함 또는 탄성이 감소될 수 있다. 태양 전지 사이로 전도체를 연장하지 않는 것도 매우 효과적인데, 예컨대 만곡된 삼각형 또는 사인파형 경로가 열팽창 차이를 흡수하는데 적합하다. 각각의 파형의 진폭은 예컨대 0.1~5 mm의 범위일 수 있다. 절반 파장은 전도체와 교차하는 평행한 접촉 핑거 사이의 거리만큼일 수 있다. 상기 거리는 클 수도 있다. 얻어지는 전도체의 길이 증가와 그에 따른 선 저항 및 차폐의 증가는 연장된 버스바 전도체에 비해 미미하다. 버스바 전도체의 시드 층은 전도체 자체로서 직선형이나 파형일 수 있다. 이러한 방식으로 형성된 전도체는 단지 약간의 장력을 받을 수 있으므로, 전기 도금 공정의 시작시에 전도체가 시드 층과 접촉되는 것을 보장하기 위한 전술한 조치는 특히 유리하다.
도 5는 예컨대 수평의 연속 유동 시스템을 통해 네 개의 태양 전지(1)를 이송하는 캐리어(24)의 상면도를 보여준다. 캐리어(24)는 적어도 전기적으로 절연성 재료의 표면상에 존재한다. 전도체(6)는 구멍(25) 내에서 젖은 영역으로부터 건조 영역으로 편향된다. 전도체(6)를 위한 관련 픽업부는 도면에 도시되어 있지 않다. 전기 도금 전류를 위한 캐리어(24)의 전기적 연결은 예컨대 전도체 레일(26)과 예컨대 슬라이딩 경로(28)를 따라 미끄러지는 슬라이딩 접촉부(27)를 통해 확립된다. 캐리어(24)는 그 건조한 상부 표면상에 예컨대 전기적 장치를 수용한다. 이것은 품질 제어를 위한 전자 제어 장치 또는 측정 장치 또는 고장 검출을 위한 경보 장치, 또는 도시된 바와 같은 전류 분배 레지스터(29)일 수 있다. 이들은 실제로 항상 약간이 차이가 있는 여기서는 8개인 전기적 병렬 회로의 부분 회로의 저항을 서로 등화시킨다. 여기서, 마찬가지로, 캐리어(24)와 접촉 작용제 어느 것도 연속 유동 시스템의 통과 이후에 피복 제거될 필요가 없는 것이 매우 유익하다.
도 6은 본 발명에 따라 웨이퍼와 태양 전지(1)를 전기 도금하기 위한 컴 플레이터의 종단면도를 보여준다. 컵(30)은 기재 또는 태양 전지(1)의 형태에 적합화된 단면을 갖는다. 전해질(12)은 아래로부터 컵(30) 내로 유동된다. 전해질은 양극(11)을 통해 유동되어 전기 도금될 태양 전지(1)의 기저면에 도달한다. 유동 화살표(31)는 유동의 방향을 보여준다. 긴 전도체(6)가 컵(30)의 상부 엣지 상에 버스바로서 유지된다. 필요한 경우, 장력(32)이 도시된 화살표 방향으로 작용한다. 컵(30)의 상부(33)는 전도체(6) 상에 존재할 수 있다. 전해질(12)은 컵(30)으로부터 처리 중 형성된 갭을 통해 전 방향으로 유동한다. 힘의 방향(34)으로 힘이 인가되면, 전도체(6)는 상부(33)에 의해 재밍될 수 있다. 틈(14)은 다시 도 4의 예에 의해 설명된 바와 같이 태양 전지(1)와 전도체(6)를 함께 밀착시키기 위한 수단을 수용한다. 여기서, 마찬가지로, 도 6에 도시되지 않은 배킹층은 컵(30) 내의 전도체(6)의 영역의 기저면에 배열될 수 있다. 전기 도금 정류기(도시 생략)의 전기적 연결은 전해질(12)의 외부 또는 전해조의 외부에서 행해지기 때문에, 접촉 작용제는 피복 제거될 필요가 없다. 전도체 돌출부(8)는 개별 태양 전지(1)를 태양 전지 모듈로 전기적으로 결선하기 위해 추후 재사용될 수 있다. 이것은 현 기술 상태에서 주어진 방법의 일부 필요 단계를 줄일 수 있도록 한다. 전기 도금될 표면은 직접적으로 전기 접촉 상태에 있으므로, 태양에 노출된 측면의 조명은 여기서도 불필요하다. 반도체 웨이퍼에서, 전도체 또는 버스바 전도체는 사용 영역 내에 위치되며, 다시 말해 그 아래에 위치된 소수의 회로는 나중에 더 이상 사용될 수 없다. 그러나, 특히 대용량 웨이퍼의 경우, 전기 도금 전류가 넓은 표면적에 걸쳐 공급되기 때문에 우수한 층-두께 분포가 얻어진다.
도 7은 통상의 수직 정렬형 전기 도금 시스템을 보여주며, 해당 시스템에서 용기(30)는 전해질(12)로 충전되며, 태양 전지 연결 전도체(6)가 전기 도금될 때 서로 연결되는 5개의 태양 전지(1)가 길이 방향으로 서로의 상부에 수직으로 적층된다. 이러한 수직형 전기 도금 시스템은 본 발명에 따른 전기 도금된 태양 전지의 제조에 적합하지만 도 6에 도시된 컵 플레이터에 비해 높은 전류 밀도가 구현되도록 함으로써 빠른 적층 속도를 가져온다.
도 8은 태양 전지와 전도체 상에 전기화학적으로, 즉 산화 환원 적층에 의해 기계적 및 전기 전도성 피복이 생성되는 본 발명에 따른 태양 전지의 제조를 위한 수직 정렬된 무전해 도금 시스템을 보여준다. 해당 경우, 5개의 태양 전지(1)가 용기(30)의 용액 내에 서로의 상부에 길이 방향으로 수직으로 배열되며, 용액 내에는 용액(12)으로부터의 무전해 피복 도금 중에 태양 전지 연결 전도체(6)를 통해 서로 연결되는 용해된 산화 환원 성분(12)이 포함된다.
도 9는 3개의 태양 전지(1)로 이루어진 본 발명에 따른 태양 전지 구성을 단면도로 개략적으로 예시하며, 여기서 태양 전지(1)의 상부 및 하부로 종방향 전도체(6')가 배열되고, 인접하는 태양 전지 간의 공간에는 횡방향 전도체(6")가 배열된다. 제조 공정 중, 이들 전도체(6', 6")는 최종의 전기 도금된 피복(7')에 의해 기계적으로 그리고 전기적으로 통전되게 연결된다. 다음의 공정 단계에서, 이들 전도체(6', 6")는 이들이 소망의 회로, 이 경우, 태양 전지의 직렬 회로가 되도록 부분적으로 분리된다. 이러한 방법은 용이하고 비용 효율적으로 태양 전지 스트링 또는 완전한 태양 전지 매트릭스를 제조할 수 있도록 한다.
도 10은 합체 도관을 갖는 신축적 회로 기판(6)의 상부에 놓여진 두 개의 태양 전지를 개략적으로 도시한다. 태양 전지(1)는 태양에 노출된 측면(상부)으로부터 후방면(바닥)으로 전류를 전도하는 비아(35)를 포함한다. 비아(35)의 형성을 위해, 해당 예의 경우 아래에 배열된 스프레이 노즐(12)을 통해 전해질(36)을 공급하는 것에 의해(대안적으로, 전해질은 전해조에 의해서도 공급될 수 있다) 개구(구멍)를 전기 전도성의 상태로 만들고 상부를 전기 도금(폐쇄형)하거나 내부를 전기 도금(내부 코팅)한다. 따라서, 전기 도금은 전해질로 코팅된 영역 상에만 제어된 방식으로 행해진다.
1 태양 전지 19 컨베이어
2 접촉 핑거, 그리드 구조 20 컨베이어 트랙
3 전지 상의 전도체 21 이송 화살표 방향
4 웨이퍼 22 배킹층, 고정
5 시드 층 23 배킹층, 회전
6 전도체 24 캐리어
7 전도성 피복* 25 구멍
8 전도성 돌출부 26 전도체 레일
9 버스바 전도체 27 슬라이딩 접촉부; 브러시, 롤러
10 처리 용기 28 슬라이딩 경로
11 양극 29 전류 분배 레지스터
12 전해질 30 컵, 큐벳, 용기
13 전해질 레벨 31 유동 화살표 방향
14 틈 32 장력
15 픽업부 33 상부
16 클램프 34 힘의 화살표 방향
17 클램핑 나사 35 비아
36 전해질
*전도성 피복은 전기화학적으로, 갈바닉 방식으로 또는 플라즈마 스프레이에 의해 제조됨

Claims (31)

  1. 적어도 하나의 전도체(6)가 태양 전지(1)에, 다른 전도체에, 또는 이들 둘 모두에 전도성 피복(7)에 의해 기계적으로 그리고 전기적으로 통전되게 연결되며, 상기 전도성 피복(7)은 갈바닉 방식으로, 전기화학적으로 또는 플라즈마 스프레이에 의해 태양 전지 상에 직접 생성되는 것인 태양 전지.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전도체는 접촉 핑거(2), 콜렉터, 버스바, 버스바 전도체(9) 및 태양 전지 연결 전도체로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것인 태양 전지.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 다수의 접촉 핑거(2)에 의해 생성된 전류를 흘려보내기 위해 전방 측면, 후방 측면 또는 이들 둘 모두상에 위치된 접촉부와 적어도 하나의 버스바를 포함하고, 상기 적어도 하나의 버스바는 해당 전도체(6)가 상기 접촉 핑거(2)에 기계적으로 그리고 전기적으로 통전되게 연결된 버스바 전도체(9)로서 구현된 것인 태양 전지.
  4. 제3항에 있어서, 태양에 노출된 측면상의 다수의 접촉 핑거(2)에 의해 생성된 전류를 흘려보내기 위한 태양에 노출된 측면상의 전방 접촉부와, 태양에 노출된 측면상의 적어도 하나의 버스바를 포함하고, 상기 적어도 하나의 버스바는 해당 전도체(6)가 상기 접촉 핑거(2)에 기계적으로 그리고 전기적으로 통전되게 연결된 버스바 전도체(9)로서 구현된 것인 태양 전지.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 적어도 하나의 전도체(6)는 태양 전지(1)의 전기적 연결을 위한 전도체 돌출부(8)로서 태양 전지(1)의 일 측면상에서 상기 태양 전지의 표면 영역 너머로 돌출된 것인 태양 전지.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 다수의 접촉 핑거(2)에 대한 전도체의 전기적 접촉에 의해, 상기 전도체는 시드 층(5)이 없이 단지 상기 접촉 핑거(2) 상에 전기 도금되거나 상기 전도성 페이스트 내에 매립되는 것인 태양 전지.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 태양 전지 상의 전기 전도성 페이스트 인쇄물, 스프레이로 형성된 전기 전도성 입자 또는 전도성 잉크, 혹은 전도성 또는 핵생성 영역으로 이루어진 시드 층(5)을 포함하는 것인 태양 전지.
  8. 태양 전지(1)를 적어도 하나의 전도체에 연결하거나 태양 전지들(1) 상의 전도체들을 서로 연결하는 방법으로서,
    적어도 하나의 전기 전도성 전도체가 용액으로부터 갈바닉 방식으로 또는 플라즈마 스프레이에 의해 태양 전지 상에 직접 생성된 전도성 피복(7)의 적층에 의해 상기 태양 전지(1) 상에, 적어도 하나의 다른 전도체 상에 또는 이들 둘 모두 상에 기계적으로 그리고 전기적으로 연결된 것인 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 전도체는 접촉 핑거(2), 콜렉터, 버스바 전도체(9) 및 태양 전지 연결 전도체로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것인 방법.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 전해조 내에서 태양 전지(1)를 전기 도금하기 위해, 적어도 하나의 전기 전도성 전도체(6)가 전기 도금에 의해 태양 전지에 영구적으로 기계적으로 그리고 전기적으로 연결되도록, 상기 적어도 하나의 전기 전도성 전도체가 전기 도금 전류를 공급하는 적어도 부분적인 전기적 접촉부를 형성하도록 전기 도금될 태양 전지(1)의 표면에 편평하게 배치된 것인 방법.
  11. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 적어도 하나의 전도체는 전기 도금 공정 중에 픽업부(15) 또는 캐리어(24)에 의해 전해조 내에 태양 전지(1)를 지지하고, 상기 픽업부 또는 캐리어는 상기 태양 전지(1)의 길이 너머로 연장하는 것인 방법.
  12. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 전기 도금 전류는 전해질(12)의 레벨(13) 너머로 연장되는 전해질 외부의 적어도 하나의 전도체 돌출부(8)를 통해 전도체(6) 내로 공급되는 것인 방법.
  13. 제1항에 따른 태양 전지의 제조를 위한 제8항 또는 제9항 중 한 항에 따른 방법.
  14. 전해조 내에서 용액으로부터 태양 전지(1) 상에 기계적 연결 및 전기적 전도성의 피복(7)을 적층하기 위한 장치로서,
    상기 전해조의 전해질(12) 내에 적층될 표면 층에 대해 적어도 부분적으로 편평하게 놓여지는 적어도 하나의 전도체를 수용하기 위한 수단; 및
    전해질(12)의 레벨(13)이 오직 상기 태양 전지(1)의 기저면까지 이르도록 상기 태양 전지(1)를 처리 용기(10, 30) 내에서 위치 설정하는 수단;
    을 포함하는 장치.
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