KR102235190B1 - 광전 디바이스 내 박막 비아 세그먼트 방법 - Google Patents

광전 디바이스 내 박막 비아 세그먼트 방법 Download PDF

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Abstract

박막 광전자 디바이스(100, 200)의 비아 및 모놀리식 인터커넥트 형성 방법으로서, 적어도 하나의 라인 세그먼트 비아 구멍(163, 165, 165', 167)이 레이저 드릴링에 의해 형성되고, 전방 접촉층(150, 152, 154, 156, 158) 및 반도성 활성층(130)을 통과하며, 레이저 드릴링에 의해, 비아 구멍의 내측 표면(135)에서 영구적으로 금속화된 전기 전도성 구리-풍부 CIGS-형 합금의 CIGS-형 벽체(132, 134, 136, 138)가 형성되고, 따라서, 전방 접촉층의 적어도 일부분과, 후방 접촉층(120, 1242, 126, 128, 129)의 일부분 사이에 전기 전도 경로가 형성되며, 상기 전방 접촉층의 표면에서 범프-형상 융기부(155)가 형성되고, 후방 접촉층의 융기부9125, 127, 127')가 형성되며, 부가적으로, 전방 접촉층(150)의 일부분을 덮는 구리-풍부 CIGS-형 합금(155')의 융기부가 형성된다. 박막 CIGS 디바이스는 상기 방법에 의해 획득가능한 적어도 하나의 라인 세그먼트 비아 구멍을 포함한다.

Description

광전 디바이스 내 박막 비아 세그먼트 방법 {Method for thin-film via segments in photovoltaic device}
본 발명은 광전 모듈(photovoltaic modules)의 셀(cells)들 간과 같이, 박막 광전자 디바이스(thin-film optoelectronic devices) 내 비아(vias) 및 모놀리식 인터커넥트(monolithic interconnects)에 관한 것이다.
박막 광전 모듈은 일반적으로 다수의 전기적으로 상호연결된 구성요소들로 구성된다. 이러한 구성요소들은 태양 전지같은 광전자 디바이스와, 다이오드 및 기타 전자 디바이스와 같은 추가적인 선택적 구성요소들일 수 있다. 광전 모듈은 셀-간 커넥터 및 버스바와 같은 전기적 상호연결 구성요소들을 또한 포함한다.
다층 박막 기술은 동일한 기판 상에 여러개의 광전자 구성요소 및 관련 구성요소들의 모놀리식 집적 및 상호연결을 가능하게 한다. 이러한 집적은 동 위치에서 일련의 층 증착 및 스크라이빙 기술을 이용하여 생성된다. 박막 광전자 또는 광전 구성요소 또는 디바이스는 본질적으로 3개의 물질층의 스택 - 전도성 후방-접촉 전극층, 흡수체로도 알려진 반도성 광전 물질층, 및 통상적으로 투명한 다른 전도성 전방-접촉 전극층 - 으로 구성된다. Cu(In,Ga)Se2, 약자로 CIGS와 같은 반도성 물질에 기초한 광전 셀은 종래의 웨이퍼-기반 실리콘 광전 디바이스 또는 태양 전지에 비해, 덜 비싼 태양 전기, 낮은 에너지 페이백 시간, 및 개선된 라이프사이클 영향의 가능성이 높음을 보여준다.
웨이퍼-기반 광전 디바이스에 비해, 모놀리식 광전 모듈은 광전 구성요소의 일부분을 형성하는 박막의 형성에 사용되는 물질 양의 감소와, 모놀리식 집적의 노동 비용 감소, 및 예를 들어, 롤투롤(roll-to-roll) 제조 기술을 이용한, 다량의 광전 모듈의 자동 생산의 용이성으로 인해 저렴한 비용을 가질 수 있다. 예를 들어, 광전자 구성요소와 버스바 사이의 전기적 인터커넥트, 광전 셀의 전방-접촉 전극 위에서 전류를 수집하는 전방-접촉 그리드에 의해 점유되는 면적을 감소시킴으로써, 광에 노출되는 광전 구성요소들의 상대 면적을 증가시킴으로써, 추가적인 절감을 얻을 수 있다. 예를 들어, 박막 모놀리식 광전 모듈 내 광전자 구성요소들의 인터커넥트들의 경계를 형성하고 구조화하는데 필요한 스크라이빙 작동들의 수를 감소시킴으로써, 생산 단계의 수 감소로 인해, 광전 모듈 생산 수율 역시 증가할 수 있다.
미국 특허 제7,276,724호는 예를 들어, 레이저 애블레이션을 이용한, 랩-스루 비아(wrap-through vias)와, 전극들 간에 그리고 인접 모듈에 전류를 구동하기 위해 전도 물질의 첨가 덕택에, 일련의 상호연결된 광전자 디바이스 모듈들을 설명한다. 랩-스루 비아는 통상적으로 드릴링 및 후속 금속화(metalizing)를 요한다. 이는 추가적인 생산 단계를 요하여, 비용을 증가시키고 수율을 저하시킨다. 이러한 단계들 중 일부는, 흡수층의 CIGS 물질의 부분 용융으로부터 유도되는 구리-풍부 GIGS-형 벽체를 가진 비아 구멍의 형성을 설명하는 WO2011/148346호의 모놀리식 광전자 모듈 생산 방법을 이용하여 회피된다.
일부 응용예의 경우에, 라인 세그먼트 형상의 비아 구멍 및 그 변형예를 포함하는 박막 광전자 디바이스 및 그 형성 방법이 필요하다.
모놀리식 광전 모듈 생산 분야의 일 문제점은 광전 셀과 같은 광전 구성요소들 간의 고-전도성 비아 구멍 인터커넥트의 신뢰가능한 제조에 관계된다. 여기서 제공되는 실시예는 저렴한 비용 및 높은 생산 수율로 박막 모놀리식 광전 모듈 장치의 셀들을 신뢰가능하게 상호연결하는 방법을 포함할 수 있다. 이 방법은 광전 셀, 다이오드, 그리드, 및 버스바를 포함할 수 있는 모놀리식 광전 모듈의 다양한 구성요소들 간의 인터커넥트 제조에 또한 사용될 수 있다. 이 방법의 속도 및 대량 처리 윈도가, 롤투롤 생산 방법을 이용한 모놀리식 광전 모듈 장치의 산업적 생산에 유리하다. 여기서 제공되는 개시문의 실시예는 비아 구멍 라인 세그먼트를 가진 박막 광전자 디바이스와, 고속으로 이러한 라인 세그먼트를 신뢰가능하게 제조하는 방법을 더 포함할 수 있다.
레이저를 이용한 모놀리식 인터커넥트 제조 분야의 일 문제점은, 처리 윈도가 레이저 스크라이빙 파라미터의 매우 조심스런 조정을 요하며, 레이저 스크라이빙 광전 물질이 가요성 기판 상에 형성될 때 더욱 그러하다.
가요성 기판 상에 형성되는 광전 물질을 레이저 스크라이빙할 때 강조되는 다른 문제점은, 모놀리식 인터커넥트가 그 전도도의 제조 반복가능성의 변화를 나타낼 수 있다는 것이다.
또 다른 문제점은 광전 물질의 다양한 층을 손상시킬 수 있고, 가요성 기판으로부터 물질의 국부적 층 박리 및 크랙을 야기할 수 있다. 이는 펄스형 레이저로 스크라이빙할 때 특히 그러하다.
따라서 발명의 실시예는 스크라이빙 방법, 선호되는 경우 레이저를 이용할 수 있고, 이 경우 스크라이빙 프로세스에 의해 발생되는 열이 스크라이빙된 공동을 둘러싸는 물질층을 국부적으로 변형시켜서, 전도도를 증가시키게 되고, 따라서, 일련의 상호연결된 광전자적 구성요소들 및 후속되는 모놀리식 광전자적 모듈 장치들을 비용 효율적으로 설계 및 생산할 수 있게 된다.
본 발명의 일 실시예는, CIGS 셀 또는 모듈과 같은 박막 광전 물질을 제공 - 후방 접촉층은 셀로 패턴처리되어 있음 - 함으로써, 그리고, 후방 접촉층의 일부분과 전방 접촉층의 일부분 사이에 적어도 하나의 전도성 모놀리식 인터커넥트를 형성하도록 박막 물질 내에 라인 세그먼트 비아 구멍을 스크라이빙함으로써, 생성된다.
따라서 발명의 실시예는 적어도 하나의 박막 CIGS 디바이스의 형성 방법을 포함하는 모놀리식-방식의 집적 광전자 모듈의 제조 방법을 제공할 수 있고, 상기 디바이스 형성 방법은, 상기 박막 CIGS, 디바이스의 영역에 적어도 하나의 라인 세그먼트 비아 구멍을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 디바이스는 적어도 하나의 전방 접촉층과, 하나의 반도성 광전자적 활성층과, 하나의 후방 접촉층과, 하나의 기판을 포함하며, 적어도 하나의 라인 세그먼트 비아 구멍은, 적어도 하나의 레이저에 의한 드릴링에 의해 형성되고, 적어도 하나의 전방 접촉층과 적어도 하나의 반도성 광전자적 활성층 중 적어도 하나의 부분을 통과하며, 적어도 하나의 레이저에 의한 드릴링에 의해, 상기 적어도 하나의 라인 세그먼트 비아 구멍의 내측 표면을 라이닝(lining)하는 상기 활성층의 레벨에서, 영구적으로 금속화된 전기 전도성 구리-풍부 CIGS-형 합금의 적어도 하나의 CIGS-형 벽체가 형성되고, 상기 CIGS-형 합금은 구멍이 드릴링되는 CIGS 반도성 광전자적 활성층의 화학적 조성의 영구적 변화로부터 나타나며, 적어도 하나의 전방 접촉층의 적어도 일부분과, 적어도 하나의 후방 접촉층의 적어도 일부분 사이에 전기 전도 경로가 형성되며, 상기 라인 세그먼트 비아 구멍의 내측 표면의 에지를 따라 전방 접촉층의 표면에서 전방 접촉부 범프-형상 융기부가 형성되고, 상기 라인 세그먼트 비아 구멍의 내측 표면의 기저부에서 상기 전방 접촉층을 향해 융기된 후방 접촉층의 융기부가 형성된다.
상기 방법에서, 적어도 하나의 비아 구멍 형성에 의해, 비아 구멍 내의 후방 접촉층의 일부분이 제거될 수 있고, 따라서, 기판의 일부분이 노출될 수 있다. 더욱이, 적어도 하나의 비아 구멍 형성에 의해, 비아 구멍 내의 후방 접촉층의 일부분이 제거되어, 기판의 일부분이 노출될 수 있고, 후방 접촉층의 일부분 융기에 의해, 기판의 노출부의 주변부에서 후방 접촉층의 적어도 일부분의 적어도 하나의 거터-형상 컬-업이 형성된다. 더욱 정밀한 경우에, 적어도 하나의 비아 구멍 형성은, 기판의 노출부의 주변부에서 후방 접촉층의, 적어도 제 1 부분의 적어도 하나의 거터-형상 컬-업-오니(gutter-shaped curl-up-only)의 형성과, 적어도 제 2 부분의 적어도 하나의 거터-형상 컬-업-앤드-백(gutter-shaped curl-up-and-back)의 형성을 포함할 수 있다. 상기 방법에서, 기판은 폴리이미드일 수 있다. 더 세부적인 경우에, 적어도 하나의 비아 구멍의 드릴링은 적어도 하나의 연속파 레이저로 이루어질 수 있다. 더욱이, 적어도 하나의 비아 구멍 형성은, 비대칭 레이저 스팟 다이어그램을 가진 레이저 스팟을 상기 박막 CIGS 디바이스 상에 형성하는 적어도 하나의 레이저를 이용하여 이루어질 수 있다. 더욱 정밀한 경우에, 적어도 하나의 비아 구멍의 드릴링을 위해 기판 레벨에서 측정되는 레이저 전력은, 레이저 전력이 비아 구멍으로 전달되는 시간의 일부분 동안 레이저 전력의 점진적 증가를 포함할 수 있다. 더욱이, 적어도 하나의 레이저에 의한 적어도 하나의 비아 구멍의 드릴링은, 박막 CIGS 디바이스의 표면에서 적어도 하나의 레이저 스팟을 이동시키는 단계를 포함할 수 있고, 상기 비아 구멍의 드릴링 시점에 대응하는 극단부에서, 레이저 전력이 비아 구멍에 전달되는 거리의 전력 증가 거리부 동안 레이저 전력의 점진적 증가가 나타난다. 적어도 하나의 비아 구멍의 드릴링은, 현미경 검사시, 디바이스의 광-노출부로부터 볼 때, 종점 극단부에서보다 상기 비아 구멍 라인 세그먼트의 드릴링 시점에 대응하는 극단부에서 더 작은 곡률 반경을 가진 타원형 패턴을 나타내는 CIGS-형 합금의 내측 표면을 형성할 수 있다. 실제로, 적어도 하나의 레이저에 의한 적어도 하나의 비아 구멍의 드릴링은, 비아 구멍의 적어도 일부분에 전달되는 레이저 에너지가 1 J/m 내지 8 J/m 사이에 포함되도록 적어도 하나의 연속파 레이저의 적어도 하나의 레이저 스팟을 이동시키는 단계를 포함할 수 있다. 구체적으로, 적어도 하나의 레이저에 의한 적어도 하나의 비아 구멍의 드릴링은, 레이저-제공 플루언스(laser-provided fluence)가 5 x 108 J/m2 내지 41 x 108 J/m2 의 범위 내에 있는 시간 구간을 포함할 수 있다. 더욱 정밀한 경우에, 적어도 하나의 레이저에 의한 적어도 하나의 비아 구멍의 드릴링은, 레이저에 의해 제공되는 정상 상태 플루언스가 7.5 x 108 J/m2 내지 11 x 108 J/m2의 범위 내에 있는 시간 구간을 포함할 수 있다. 또한, 적어도 하나의 비아 구멍의 드릴링은 적어도 하나의 피코초 펄스 레이저로 이루어질 수 있다. 더 높은 제조 처리량을 위해, 적어도 하나의 비아 구멍의 드릴링은, 전방 접촉층 내로 인접 애블레이션 라인을 레이저 스크라이빙함과 동시에 이루어질 수 있다. 더 폭넓은 방식으로, 상기 박막 CIGS 디바이스 형성은, 상기 박막 CIGS 디바이스의 영역에 복수의 상기 라인 세그먼트 비아 구멍을 포함하는 적어도 하나의 파선(dashed line)의 형성을 포함할 수 있다.
발명의 일 실시예는, 박막 CIGS 디바이스의 영역에 적어도 하나의 라인 세그먼트 비아 구멍을 포함하는, 위 설명된 방법에 의해 획득가능한, 박막 CIGS 디바이스에 또한 관계되며, 상기 디바이스는, 적어도 하나의 전방 접촉층과, 적어도 하나의 반도성 광전자적 활성층과, 하나의 후방 접촉층과, 하나의 기판을 포함하며, 적어도 하나의 비아 구멍은, 적어도 하나의 전방 접촉층과 적어도 하나의 반도성 광전자적 활성층 중 적어도 하나의 부분을 통과하고, 적어도 하나의 비아 구멍은, 상기 적어도 하나의 비아 구멍의 내측 표면을 라이닝하는 활성층의 레벨에서 영구적으로 금속화된 전기 전도성 구리-풍부 CIGS-형 합금으로 형성되는 적어도 하나의 CIGS-형 벽체를 포함하며, 상기 CIGS-형 합금은 구멍이 드릴링되었을 때 야기되는 CIGS 반도성 광전자적 활성층의 화학적 조성의 영구적 변화로부터 나타나며, 적어도 하나의 비아 구멍은, 적어도 하나의 전방 접촉층의 적어도 일부분과, 적어도 하나의 후방 접촉층의 적어도 일부분 사이에 전기 전도 경로를 포함하고, 적어도 하나의 비아 구멍은, 상기 라인 세그먼트 비아 구멍의 내측 표면의 에지를 따라 전방 접촉층의 표면에서 전방 접촉부 범프-형상 융기부를 포함하며, 적어도 하나의 비아 구멍은, 상기 전방 접촉층을 향해 융기된 후방 접촉층의 융기부를 포함한다.
상기 디바이스에서, 기판의 일부분이 비아 구멍 내에서 노출될 수 있다. 더욱이, 기판의 일부분이 비아 구멍 내에서 노출되고, 후방 접촉층의 적어도 하나의 융기부가 기판의 노출부의 주변부에서 적어도 하나의 거터-형상 컬-업(gutter-shaped curl-up)을 형성할 수 있다. 더욱이, 적어도 하나의 비아 구멍은 기판의 노출부의 주변부에서 후방 접촉층의, 적어도 제 1 부분의 적어도 하나의 거터-형상 컬-업-오니(gutter-shaped curl-up-only)와, 적어도 제 2 부분의 적어도 하나의 거터-형상 컬-업-앤드-백(gutter-shaped curl-up-and-back)을 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로, 기판이 폴리이미드일 수 있다. 더 세부적으로, 상기 디바이스의 광-노출부로부터 현미경 검사시, CIGS-형 벽체의 내측 표면의 형상은 종점 극단부에서보다 상기 비아 구멍의 드릴링의 시작부에 대응하는 것으로 식별되는 비아 구멍 라인 세그먼트의 극단부에서 더 작은 곡률 반경을 가질 수 있다. 더욱이, 적어도 하나의 라인 세그먼트 비아 구멍은 적어도 전방 접촉층의 표면의 일부분을 덮는 전도성 CIGS-형 합금의 적어도 하나의 융기부를 포함할 수 있다. 더 폭넓은 방식으로, 상기 디바이스는 상기 박막 CIGS 디바이스의 영역에 적어도 하나의 파선(dashed line)을 포함하며, 상기 파선은 복수의 상기 라인 세그먼트 비아 구멍을 포함한다.
발명의 실시예는 논-섀도잉 버스바(non-shadowing busbars), 다양한 크기 및 개수의 집전 그리드, 캡슐화 물질, 및 다양한 깊이 및/또는 형상 및/또는 위치 및/또는 개수의 비아를 포함하는 모놀리식형-집적 광전자 모듈을 또한 포함할 수 있다.
장점
여기서 제공되는 발명의 실시예는 박막 광전 디바이스의 제조 분야의 여러 문제점들을 유리하게 해결할 수 있고, 구체적으로, 가요성 광전 모듈과 같은, 상호연결된 광전자 구성요소들의 모듈 또는 광전 디바이스의 롤-투-롤 제조를 유리하게 해결할 수 있다. 여기서 설명되는 실시예 또는 방법들 중 하나 이상을 이용하여 제조되는 가요성 박막 광전 디바이스의 경우에, 종래의 디바이스에 비해 얻을 수 있는 장점은,
- 레이저 스크라이빙 프로세스 윈도 확대,
- 레이저 스크라이빙 프로세스 반복성 향상,
- 광전 변환 효율 증대,
- 모놀리식 인터커넥트 강도 향상,
- 제조 수율 향상,
- 설계 범위 증대,
- 광전 모듈 신뢰도 향상,
- 제조 비용 저렴.
앞서 제공된 나열된 장점들은 여기서 설명되는 실시예들 중 하나 이상과 함께 이용하기 위해 필요한 것으로 고려되어서는 안되며, 여기서 설명되는 발명의 범위에 대한 제한사항을 의도하는 것도 아니다.
여기서 설명되는 실시예들의 장점들 중 하나는 박막 디바이스의 모놀리식 인터커넥트에 특히 유용한, 그리고, 버스바에 대한 연결 및 심지어 논-섀도잉 버스바에 대한 연결을 제공하는데 특히 유용할 수 있는, 라인 세그먼트 비아 구멍의 형성을 포함한다.
도 1A-1B는 융기된 CIGS-형 비아 구멍 벽체 표면을 가진 박막 GIGS 디바이스 내 라인 세그먼트 비아 구멍의 실시예의 단면도를 보여준다.
도 2는 복수의 라인 세그먼트 비아 구멍을 포함하는 박막 CIGS 모듈의 단면도를 도시한다.
도 3은 도 2에 도시되는 복수의 라인 세그먼트 비아 구멍을 포함하는 박막 CIGS 모듈의 광 노출면의 평면도다.
도 4A-4B는 라인 세그먼트 비아 구멍의 광-노출면의 평면도와, 라인 세그먼트 비아 구멍의 레이저 스크라이빙에 사용되는 대응 레이저 전력의 그래프를 도시한다.
도 5는 일련의 라인 세그먼트 비아 구멍들의 스크라이빙에 사용되는 레이저 전력 대 시간의 그래프다.
도 6A-6E는 도 2, 1A, 1B, 4A의 변형을 각각 제시하며, 융기된 CIGS-형 비아 구멍 벽체 표면이 좀 더 연장되어 있고, 전방-접촉층 위에 형성되어 있다.
도 1A 및 1B는 여기서 제공되는 발명의 2개의 예시적 실시예를 묘사하며, 각각의 도면은 모놀리식-집적 광전자 모듈 형성을 위해 라인 세그먼트 비아 구멍 형성 방법이 수행되는 방식의 기술적 변화를 나타낸다. 일부 당 업자들은 명료성을 높이기 위해 도면에 나타나는 다양한 구성요소들의 축적이 조정되었고, 따라서, 여기서 제공되는 발명의 범위로 제한되고자 하는 것이 아님을 이해할 것이다. 더욱이, 도면 내 구성요소들의 개수 및 면적은 도식적으로 제시된 것이며, 따라서, 산업적 생산 가치가 있는 모놀리식-집적 광전자 모듈의 형성을 위해 추가로 조정 또는 적응될 수 있다. 도 1A 및 1B용으로 설명되는 대부분의 특징들은 도 6B 및 6C에도 적용되며, 단지 도 6B 및 6C의 실시예가 전방-접촉층(150)의 표면을 적어도 부분적으로 덮는 CIGS-형 합금(155')의 적어도 하나의 융기부를 포함한다는 점과, 도 1A 및 1B의 전방-접촉 융기부(155)의 범프가 도 6B 및 6C에서 (157)로 표시된다는 점에 차이가 있다.
도 1A는, 선호되는 경우에 레이저를 이용하여, 라인 세그먼트 비아 구멍(165)을 스크라이빙한 박막 디바이스(100)의 일부분의 단면도를 도시한다. 박막 디바이스는 적어도 하나의 전기 절연 기판(110), 적어도 하나의 전기 전도 후방-접촉층(120), 적어도 하나의 흡수층(130), 선택적으로, 적어도 하나의 버퍼층(140), 및 적어도 하나의 전기 전도 전방-접촉층(150)을 포함한다.
전기 절연 기판(110)은 강체형 또는 가요성일 수 있고, 글래스, 코팅 금속, 플라스틱-코팅 금속, 플라스틱, 코팅 플라스틱, 가령, 금속-코팅 플라스틱, 또는 가요성 글래스와 같이, 다양한 물질 또는 코팅 물질의 기판일 수 있다. 선호되는 가요성 기판 물질은 폴리이미드로서, 가요성이 우수하고, 고효율 광전자 디바이스 제조에 요구되는 온도에 견디며, 코팅 금속 기판에 비해 필요 공정이 적고, 위에 증착되는 광전 물질층의 열팽창계수와 양립되는 열팽창계수를 나타낸다. 산업적으로 가용한 폴리이미드 기판은 통상적으로 7㎛ 내지 150㎛ 범위의 두께로 가용하고, 약 400-600℃의 온도에 견딜 수 있으며, 롤투롤 생산이 가능하다.
적어도 하나의 전기 전도 후방-접촉층(120)은 기판(110)을 코팅한다. 후방-접촉층(120)은 높은 광학적 반사율을 갖는 것이 선호되고, 통상적으로 몰리브덴(Mo)으로 제조되지만, 다른 여러 박막 물질, 예를 들어, 금속 칼코게나이드, 몰리브덴 칼코게나이드, 몰리브덴 셀레나이드(가령, MoSe2), 소듐(Na)-도핑 Mo, 포타슘 (K)-도핑 Mo, Na- 및 K-도핑 Mo, 전이 금속 칼코게나이드, 틴-도핑 인듐 옥사이드(ITO), 도핑 또는 도핑없는 인듐 옥사이드, 도핑 또는 도핑없는 징크 옥사이드, 지르코늄 나이트라이드, 틴 옥사이드, 티타늄 나이트라이드, 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 탄탈륨(Ta), 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 및 니오븀(Nb)이 또한 유리하게 포함되거나 사용될 수 있다.
적어도 하나의 흡수층(130)은 전기 전도층(120)을 코팅한다. 흡수층(130)은 통상적으로 ABC 물질로 제조되며, 여기서 A는 구리(Cu) 또는 은(Ag)을 포함하는, 국제 순수 및 응용 화학 연합(International Union of Pure and Applied Chemistry)에 의해 규정된 화학 원소들의 주기율표의 11족 원소들을 나타내고, B는 인듐(In), 갈륨(Ga), 또는 알루미늄(Al)을 포함하는, 주기율표의 13족 원소들을 나타내며, C는 황(S), 셀레늄(Se) 또는 텔루륨(Te)을 포함하는 주기율표의 16족 원소들을 나타낸다. ABC 물질의 한 예는, ABC2 물질로서, CIGS로도 알려진 Cu(In,Ga)Se2 반도체가 있다.
선택적으로, 적어도 하나의 반도성 버퍼층(140)이 흡수층(130)을 코팅한다. 상기 버퍼층은 통상적으로 1.5 eV보다 높은 에너지 밴드갭을 갖고, 예를 들어, CdS, Cd(S,OH), CdZnS, 인듐 설파이드, 징크 설파이드, 갈륨 셀레나이드, 인듐 셀레나이드, (인듐, 갈륨)-황의 화합물, (인듐, 갈륨)-셀레늄의 화합물, 틴 옥사이드, 징크 옥사이드, Zn(Mg,0)S, Zn(0,S) 물질, 또는 그 변형예로 제조된다.
적어도 하나의 투명 전도층(150)은 버퍼층(140)을 코팅한다. 전방-접촉부로도 알려진 상기 투명 전도층은 예를 들어, 인듐 옥사이드, 틴 옥사이드, 또는 징크 옥사이드와 같은 물질들의 도핑 또는 도핑되지 않은 변형예로 제조되는, 투명 전도 옥사이드(TCO)층을 포함하는 것이 일반적이다.
라인 세그먼트 비아 구멍(165)이 전방-접촉층(150) 증착 후 통상적으로 형성되는 박막 마이크로스트럭처다. 라인 세그먼트 비아 구멍(165)은 바람직한 경우 적어도 하나의 레이저, 바람직한 경우, 적어도 하나의 연속파 레이저를 이용하여, 스크라이빙되어, 스크라이빙에 의해 야기되는 국부열이, CIGS-형 벽체(134)를 형성하도록 상기 라인 세그먼트 비아 구멍(165)의 내측-표면을 라이닝(lining)하는 CIGS 흡수층(130)의 레벨에서 CIGS 물질을, 영구적으로 전기 전도성이 되게 한다. CIGS-형 벽체(134)의 물질은 흡수층(130)의 CIGS 물질의 국부열-유도 변형으로부터 나타난다. 열-유도 변형은 CIGS 물질의 화학적 성분의 부분 용융 및 부분 기화로 설명될 수 있고, 따라서, 구리-풍부 CIGS-형 합금으로 형성되는 CIGS-형 벽체(134)를 도출한다.
당 업자는 주사 전자 현미경, 에너지-분산 X-선 분광법(EDS), 및 이미지-처리 소프트웨어를 이용하여 물질의 분포 및 박막 마이크로스트럭처를 관찰 및 정량화할 수 있다. 구리-풍부 CIGS-형 합금의 에너지-분산 X-선 분광법(EDS) 특성화는 적어도 구리-셀레나이드 및 구리를 포함하는 것을 제안한다.
따라서 상기 CIGS-형 합금은 라인 세그먼트 비아 구멍(165)의 금속화된 CIGS-형 벽체(134)를 형성한다. 금속화된 CIGS-형 벽체(134)는 후방-접촉층(120)으로부터 적어도 전방 접촉층(150)까지 박막 두께 방향으로 라인 세그먼트 비아 구멍(165) 내에서 연장된다. 따라서, 금속화된 CIGS-형 벽체(134)는 후방-접촉층(120)과 전방-접촉층(150) 사이에 전기 전도 경로를 제공한다. CIGS-형 벽체(134)의 전기저항은 약 1.68 x 10-8 Ω.m의 전기저항을 가진 구리의 전기저항과, 약 2 x 10-2 Ω.m 사이의 범위에 있는 것이 일반적이며, 만족스런 값은 약 1.9 x 10-3 Ω.m 내지 2.1 x 10-3 Ω.m의 범위 내에 있다.
따라서, 레이저 스크라이빙 프로세스 중 전달되는 에너지를 제어함으로써, 세그먼트화된 비아 구멍(165)이 바람직하게 형성될 수 있다. 바람직한 경우 적어도 하나의 레이저를 이용하여, 바람직한 경우 적어도 하나의 연속파 레이저를 이용하여, 스크라이빙 프로세스에 의해 생성되는 국부열은, 전방-접촉층(150)을 향해 융기된 후방-접촉층(120)의 적어도 하나의 융기부(125)를 또한 형성하게 한다. 융기부(125)는 CIGS-형 벽체(134)와의 개선된 기계적 및 전기적 접촉을 제공할 수 있다.
더욱이, 스크라이빙 프로세스에 의해 생성되는 국부열은 선택적으로, 전방-접촉층(150)의 표면에서 전방-접촉 융기부(155)를 형성시킬 수 있다. 전방-접촉 융기부는 통상적으로, 대부분의 비아 구멍의 주변부를 따라 놓인 범프와 유사하다. 범프의 형상은 통상적으로 비아 구멍의 CIGS-형 벽체의 내측 표면(135)과 섞이며, 외측면을 향해, 점진적으로 섞일 수 있고, 또는, 전방-접촉층과 둔각 조인트(159)를 형성할 수 있다. 범프의 외측면의 단면도는 예를 들어, 선택적으로 절단된 범프 함수에 의해 모델링될 수 있다: Ixl < 1 인 경우 (또는 절단된 경우 Ixl << 1 일 경우) y = exp(-l/(l-x2)), 그렇지 않을 경우 y = 0 이다. 상기 전방-접촉4 융기부(155)는 아래의 흡수층(130)으로부터 확산되는 인듐을 포함할 수 있다. 상기 인듐은 레이저 에너지가 가해지는 위치로부터, 그리고, 레이저 스크라이빙 프로세스 중 아래의 후방-접촉층(120)의 존재에 의해 야기되는 고온판 효과로부터 방사되는 열로부터, 열 방사 및 확산의 결과로 존재할 수 있고, 따라서 인듐이 흡수층(130)으로부터 전방-접촉층(150) 내로 확산을 일으킬 수 있다.
도 1B는 도 1A의 변형예의 단면도를 도시하며, 기판(110)의 일부분이 비아 구멍(165') 내에서 노출되고, 후방 접촉층(120)의 적어도 하나의 융기부가 기판의 노출부의 주변부(117)에서 거터-형상 컬-업(gutter-shaped curl-up)(127, 127')을 형성한다. 기판(110)의 노출과, 후방 접촉층(120)의 거터-형상 컬-업(127, 127')의 형성은, 더 큰 레이저 스크라이빙 제조 윈도, 높은 생산 수율, 및 도 1A에서 제시된 실시예보다 기계적 저항을 부여할 수 있다. 도 1B는 CIGS-형 벽체(134, 134')와, 후방 접촉층(120)의 거터-형상 컬-업(127, 127')의 대응하는 융기부의 2개의 변형예를 도시한다. CIGS-형 벽체(134) 및 거터-형상 컬-업(127)의 후방 접촉 융기부의 변형예는, 그 융기부가 위로 말려서 뒤로 말리고, 따라서 컬-업-앤드-백(127) 형상의 컬-업을 형성하고, 따라서, 내측-표면(134)의 물질을 둘러싸고 국부적으로 섞일 수 있어서, 구리, 구리 셀레나이드, 및 몰리브덴을 포함하는 비균질 화합물을 형성할 수 있는 것을 특징으로 한다. 내측-표면(134')과 거터-형상 컬-업(127')의 후방-접촉 융기부의 변형예는 융기부가 상향으로 말리지만 뒤로 말리진 않으며, 따라서, 상향으로만 말린 컬-업-오니(curl-up-only)(127') 유형의 컬-업을 형성하고, 컬-업-앤드-백(curl-up-and-back)(127)에서보다 물질의 덜 섞임을 포함한다.
2개의 CIGS-형 벽체 변형예(134, 134') 및 거터-형상 컬-업(127, 127')의 융기부가 별도의 비아 구멍에 또는 동일한 비아 구멍에 존재할 수 있다. 예를 들어, 비아 구멍(165')의 하나의 긴 변의 적어도 일부분이 변형예(134, 127)를 나타낼 수 있고, 다른 긴 변의 적어도 일부분이 변형예(134', 127')를 나타낼 수 있다. 도 1A에 비교할 때, 후방 접촉층(120)의 거터-형상 컬-업(127, 127')의 융기부 형성은, 일부 실시예에서, 내측-표면(134, 134')의 비교적 높은 융기로 이어지고, 또한, 선택적으로, 전방 접촉 융기부(155)의 더 큰 융기로 나타날 수 있다.
거터-형상 컬-업(127, 127')은 박막 층 박리에 대항하는 강도 및 비아 구멍 전도도의 개선에 있어서 유리할 수 있다. 실제로, 거터-형상 컬-업(127, 127')은, 통상적으로, 몰리브덴, 구리, 그리고 가능하다면 구리-셀레나이드의 비균질 분포를 포함하는 용접(weld)을 형성하여, 서로에 대한 박막층의 결합, 특히, 후방 접촉 몰리브덴층에 대한 주위의 용융되지 않은 CIGS 반도성 광전자적 활성층의 결합을 국부적으로 강화시킨다. 종래 기술에 따라 제조된 비아 구멍 또는 모놀리식 상호연결 그루브, 특히, 연속파 레이저 대신에 펄스형 레이저를 이용하여 제조된 것은, 기계적 강도가 부족하고, 이는 광전 디바이스의 박막층 내 박리, 플레이킹(flakings), 및 크랙에 의해 쉽게 인지가능하다.
변형예(134, 127, 134', 127') 형성은 비아 구멍 세그먼트의 전도도의 국부적 적응을 설계하기에 유리할 수 있고, 또는, 비아 구멍 세그먼트가 충분히 길 경우, 컬-업의 높이(1273) 및 폭(1275), 구리-풍부 CIGS-형 합금(1345)의 폭, 및 전방 접촉부(150)의 범프-형상 융기부(155) 내로 확산되는 인듐의 양을 변화시킴으로써 비아 구멍 세그먼트의 길이를 따라 전도도의 국부적 적응을 설계하는데 유리할 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 대부분 셀의 광 노출된 전방 접촉부에 가장 가까운 측부와 같은, 비아 구멍 세그먼트의 일 측부가, (도 2 및 도 3에 도시되는) 전방 접촉층 그루브(151)에 가장 가까운 측부와 같은, 다른 측부보다 더 전도성이 큰 것이 유리할 수 있다. 전방 접촉 전도 그리드 구성요소의 존재, 근접도, 또는 인접성에 의해 제공되는 변형예와 같이, 셀의 표면에서 국부적 전도도의 변화와 호환성을 제시하도록 비아 세그먼트의 측부들의 전도도를 맞춤화하는 것이 또한 유리할 수 있다. 일 실시예는, 예를 들어, 다양한 길이의 비아 구멍 세그먼트, 가능하다면, 곡선을 그리는 비아 구멍 세그먼트를 포함할 수 있고, 비아 세그먼트 중 임의의 세그먼트의 측부 중 어느 하나가 변형예(134, 127, 및 134', 127')의 조합을 포함한다.
상기 변형예 중 적어도 하나를 포함하는 적어도 하나의 비아 구멍 라인 세그먼트의 제조 방법은 레이저 스팟의 이용을 포함할 수 있고, 레이저 스크라이빙될 디바이스의 표면에서 레이저의 스팟 다이어그램을 고려할 때, 레이저 스팟의 최고 레이저 광 강도의 영역이 레이저의 스팟 다이어그램의 중심에 대해 대칭이 아니도록 위치한다. 레이저 스팟 다이어그램의 비대칭성은 예를 들어, 레이저 빔의 광학적 경로 내에 위치하는 레이저 빔 익스팬더(laser beam expander) 또는 레이저 빔 샤퍼(laser beam sharper)의 조정에 의해 획득될 수 있다. 레이저 스팟 내 최고 레이저 강도의 영역 위치를 선택 또는 제어함으로써, 당 업자는 컬-업 변형예(127, 127')의 형성을 선택 또는 제어할 수 있다. 당 업자는 적어도 하나의 라인 세그먼트 비아 구멍 내에 가변적 특성의 복수의 거터-형상 컬-업을 형성하기 위해서와 같이, 라인 세그먼트 비아 홀의 형성을 변화시키도록 레이저 스팟 내의 최고 레이저 강도 영역의 위치를 또한 바람직하게 변화시킬 수 있다.
도 2는 복수의 라인 세그먼트 비아 구멍(163, 165, 165', 167)을 포함하는 박막 CIGS 광전 모듈의 단면도를 도시한다. 라인 세그먼트 비아 구멍(165)은 광전 모듈의 인접 셀들 간에 일련의 모놀리식 인터커넥트를 실현한다. 라인 세그먼트 비아 구멍(163, 167)은 아래의 버스바(182, 188)에 전방 접촉 또는 후방 접촉층 구성요소를 전기적으로 상호연결시킬 수 있다. 적어도 하나의 라인 세그먼트 비아 구멍(163, 165, 165', 167)은 도 1A-1B 중 적어도 하나에 대해 설명된 바와 같이, 흡수층의 CIGS 물질의 열-유도 변형으로부터 나타나는 구리-함유 CIGS-형 벽체(132, 134, 136, 138)와, 후방 접촉층의 적어도 하나의 융기부(125, 127)를 포함한다. 상기 비아 구멍(163, 165, 165', 167) 중 어느 하나가 선택적으로, 도 1A-1B에 또한 도시되는 바와 같이 전방 접촉층 구성요소(156) 위에 형성되는 적어도 하나의 전방 접촉 융기부(155)를 포함할 수 있다. 임의의 하나의 비아 구멍(163, 165, 165', 167)이 선택적으로, 도 1B에 또한 도시되는 거터-형상 컬-업(127, 127')과 함께 형성된 적어도 하나의 후방 접촉층 구성요소(128)를 포함할 수 있다.
도 1A의 설명과 유사하게, 광전 모듈(200)은 적어도 하나의 전기 절연 기판(110), 여기서 후방 접촉층 구성요소(124, 126, 128, 129)로 표현되는, 적어도 하나의 전기 전도 후방 접촉층, 적어도 하나의 흡수층(130), 선택적으로, 여기서 버퍼층 구성요소(142, 144, 146, 148)로 표현되는, 적어도 하나의 버퍼층, 및 여기서 전방 접촉층 구성요소(152, 154, 156, 158)으로 표현되는, 적어도 하나의 전기 전도 전방 접촉층을 포함한다. 전기적으로 분리된 후방 접촉층 구성요소들을 형성하는 후방 접촉층 그루브(121)는 통상적으로 흡수층의 증착 이전에 레이저 스크라이빙된다. 전기적으로 분리된 전방 접촉층 구성요소들을 적어도 형성하는 전방 접촉층 그루브(151)는, 통상적으로, 선호되는 경우, 펄스형 레이저로, 더 선호되는 경우, 피코초 펄스형 레이저로, 레이저 스크라이빙되며, 상기 그루브는 상기 후방 접촉층 구성요소들의 표면까지 깊이 방향으로 연장될 수 있다.
라인 세그먼트 비아 구멍(165)은 적어도 하나의 제 1 전방 접촉층 구성요소(154, 156)와, 적어도 하나의 제 2 후방 접촉층 구성요소(126, 128) 사이에 모놀리식 인터커넥트를 구축한다. 상기 비아 구멍은 전방 접촉층 그루브(151)의 스크라이빙 전에, 후에, 또는 동시에 스크라이빙될 수 있다. 더욱이, 비아 구멍(165) 및 전방 접촉층 그루브(151)을 스크라이빙하는데 동일한 레이저 소스가 사용될 수 있다.
라인 세그먼트 비아 구멍(163, 167)은 적어도 하나의 버스바(182, 188)에 대한 전기적 접촉을 실현한다. 비아 구멍(163, 167)은 기판(110)의 일부분을 애블레이션하도록 비아 구멍(165, 165')보다 깊게 스크라이빙될 수 있다. 전도성 페이스트(172, 178)를 이용하여, 각각 비아 구멍(163, 167)의 박막층과 버스바(182, 188) 간에 전기적 경로를 구축할 수 있다. 상기 전도성 페이스트는 비아 구멍(163, 165, 165', 167) 내의 내측 표면(132, 134, 136, 138)에 의해 제공되는 연결의 전도도 증강을 위해, 적어도 하나의 비아 구멍(163, 165, 165', 167)에 대한 충전재로 또한 사용될 수 있다.
도 3은 도 2에 도시되는 단면을 가진 대안의 배향으로, 복수의 라인 세그먼트 비아 구멍(163, 165, 165', 167)을 포함하는 박막 CIGS 모듈(200)의, 광-노출부의, 개략적인 평면도 또는 모습을 도시한다. 라인 세그먼트 비아 구멍(163, 165')의 라인(210)들은 방향(101)으로 스크라이빙되어 있고, 라인 세그먼트 비아 구멍(165, 167)은 역방향(102)으로 스크라이빙되어 있다. 스크라이빙 방향은 라인 세그먼트 비아 구멍의 드릴링 시점에 대응하는 극단부(105)가 종료 극단부(106)에서보다 더 작은 곡률 반경을 갖는다는 점에서 인지가능하다. 드릴링 시점에 대응하는 극단부(105)의 길이 및 형상은 레이저 모션 및 점진적 레이저 전력 증가의 결과다. 점진적 레이저 전력 증가는 펄스형 레이저 이용시 자주 생성되는 원치않은 크랙 및 경계부 형성 위험을 최소화시키면서 전도성 CIGS-형 합금을 생산하기 위해 선호된다. 일부 레이저 스크라이빙 파라미터 및 박막 CIGS 디바이스의 경우에, 스크라이빙 방향은, 드릴링 시점에 대응하는 극단부(105)가 드릴링 종점에 대응하는 극단부(106)에서보다 CIGS-형 벽체(132, 134, 136, 138)의 더 기다란 내측 표면(135)을 가진다는 점에서 또한 인지될 수 있다. 라인 세그먼트 비아 구멍(163, 165, 165', 167)은 드릴링 시점에 대응하는 극단부(105)에서 비아 구멍 길이의 일부분이 종점 극단부(106)에서의 일부분을 제외한, 비아 구멍의 평균 폭보다 좁다는 점을 또한 특징으로 할 수 있다. 라인 세그먼트 비아 구멍(165')은 기판(110)의 눈에 보이는 부분과 후방 접촉층 구성요소(128)의 거터-형상 컬-업(127 또는 127')의 평면도로 또한 도시된다. 전방 접촉층 그루브(151)는 흡수층(130)의 일부분을 노출시킨다. 전방 접촉 구성요소를 분리시키는 전방 접촉층 그루브(151)는 라인 세그먼트 비아 구멍의 제조에 사용되는 생산 단계와 동일한 생산 단계에서 제조될 수 있어서, 생산 복잡도, 시간, 비용, 및 툴 숫자를 유리하게 감소시킬 수 있다.
라인 세그먼트 비아 구멍이 임의의 방향으로 스크라이빙될 수 있으나, 제 1 방향(101)으로 라인 세그먼트 비아 구멍의 제 1 라인을 스크라이빙하고, 그 후, 대향된 제 2 방향(102)으로, 인접 라인과 같은, 라인 세그먼트 비아 구멍의 제 2 라인을 스크라이빙하는 것이 제조 속도 향상을 위해 유리할 수 있다. 더욱이, 라인 세그먼트 비아 구멍은 도 1A-1B, 도 2, 도 3의 설명에서 제시된 바와 같은, 다른 변형, 다른 치수, 가령, 길이 및/또는 폭을 가질 수 있고, 라인 세그먼트 비아 구멍들의 라인들 간에 또는 주어진 라인 상의 라인 세그먼트 비아 구멍들 간에 서로 다른 유격을 가질 수 있다.
도 4A는 라인 세그먼트 비아 구멍(165')의 일 실시예의 광-노출부의 평면도 또는 모습을 도시하고, 도 4B는 라인 세그먼트 비아 구멍의 레이저 스크라이빙에 사용되는 대응하는 레이저 전력(400)의 그래프다. 라인 세그먼트 비아 구멍(165')은 방향(101)으로 박막 디바이스(100) 내로 레이저 스크라이빙된다. 도 4A에서, 사용되는 레이저 전력은 기판의 노출부의 주변부(117)에서 후방 접촉층(120)의 융기된 거터-형상 컬-업(127)을 포함하는 비아 구멍을 형성한다. 컬-업(127)은 도 1B에 도시되는 컬-업-앤드-백(curl-up-and-back)(127) 또는 컬-업-오니(curl-up-only)(127')와 같은 컬-업 변형 부분들을 포함할 수 있다. 아래의 기판(110)은 후방 접촉층(120)의 부분 애블레이션의 결과로 또한 눈에 보인다. 도 4A는 전방 접촉층(150)의 일부분을 덮는 적어도 하나의 전방 접촉 융기부(155)에 의해 캐핑(capping)되는 CIGS-형 벽체(134)를 또한 도시한다. 도 4A에는, 비아 구멍의 주변부의 나머지보다 더 기다란 CIGS-형 벽체(134)의 내측 표면(135)가, 레이저 전력 증가 거리부(405) 내에서, 또한 눈에 보인다. 드릴링 시점에 대응하는 극단부(105)에 이어지는 상기 레이저 전력 증가 거리부(405) 내에서, 비아 구멍의 해당 부분이, 종점 극단부(106)로 이어지는 종점부 길이(406)를 배제한, 비아 구멍의 평균 폭보다 통상적으로 좁다.
도 4B의 그래프는 레이저 전력 대 거리의 그래프(400)가 통상적으로 레이저 전력 증가부(415)를 어떻게 포함하는 지를 보여준다. 상기 레이저 전력 증가부는 어떤 전력도 없는 전력 레벨 및 어떤 스크라이빙 트레이스도 형성하지 않는 전력 레벨로부터 시작되어, 도 1A, 1B, 6B, 6C에 대한 설명에서 제시된 것과 유사한 임의의 비아 구멍 세그먼트 형성을 실현하는 레벨의 레이저 전력으로 종료된다. 레이저 전력 증가는 통상적으로 레이저의 컨트롤러를 통해 제어되지만, 기계적 또는 광전자적 셔터를 이용하여 또한 얻을 수 있다. 거리의 함수로 레이저 전력 증가는 통상적으로 점진적이며, 댐핑된 1차 또는 2차 시스템 모델의 램프 또는 스텝 응답의 형상을 통상적으로 가진다. 레이저 스팟은 통상적으로 거리(405)만큼 상기 레이저 전력 증가 거리부 동안 이동한다. 그러나, 레이저 전력은 선택적으로, 레이저 스팟의 모션없이 증가하도록 설정될 수 있다. 통상적으로 레이저 전력 증가 거리부 뒤에 일정 전력부가 이어져서, 레이저 스팟이 임의의 길이에 걸쳐 이동할 수 있고 박막 광전 디바이스(100, 200) 내로 임의의 패턴을 스크라이빙(scribing) 또는 트레이싱(tracing)할 수 있다. 상기 패턴은 통상적으로 적어도 하나의 라인 세그먼트를 포함하지만, 연결된 일련의 세그먼트들을 또한 포함할 수 있고, 또는 곡선을 그릴 수 있다. 비아 구멍의 스크라이빙은 라인 세그먼트 비아 구멍의 종점 극단부(106)를 형성하는 레이저 전력 감소 스텝(416)으로 종료된다. 레이저 전력은 그 후, 어떤 비아 구멍의 스크라이빙도, 또는 선호되는 경우 어떤 스크라이빙 트레이스도, 형성하지 않는 애블레이션 임계 전력 미만의 레벨로, 통상적으로 급격하게, 감소한다.
요컨데, 레이저 전력 증가부(415)는 드릴링 극단부(105)의 시점을 형성하고, 반면에 레이저 전력 감소 스텝(416)은 종점 극단부(106)를 형성한다.
레이저 전력 증가부(415) 동안 에너지 공급 속도는 높은 전도성의 CIGS-형 벽체(134, 134') 및 거터-형상 컬-업(127, 127')을 가진 비아 구멍을 성공적으로 형성하기 위한 중요한 파라미터다. 일부 바람직한 레이저 스크라이빙 프로세스 파라미터의 예는 아래에서 더 상세하게 논의된다. 속도가 너무 높으면 층 박리가 나타나고, 층 애블레이션이 과도해지며, 비아 구멍이 불규칙해져 전체 디바이스의 광전 효율이 저하될 수 있고, 박막층의 플레이킹에 기여하게 되고, 파괴점을 야기하게 되며, 디바이스 수명이 단축될 수 있다. 급격한 레이저 전력 감소 스텝(416)은 통상적으로 성공적으로 전도성인 종점 극단부(106)를 형성할 수 있게 할 것이다. 레이저 전력 감소의 급작성은 필요요건은 아니지만, 스크라이빙을 실현하는 레벨로 레이저 전력 출력레이저 전력 출력들 간에, 시머 지속시간(simmer duration)과 같은, 최소 지속시간을 집행할 수 있는 전자 컨트롤러 또는 스위치에 의해 레이저의 출력이 제어될 때 유리할 수 있다.
도 5는 예를 들어, 박막 CIGS 모듈(200)의 서로 다른 부분에 2개의 라인 세그먼트 비아 구멍이 스크라이빙되는 경우의 레이저 전력 대 시간의 그래프다. 그래프의 스케일은 도 4B의 스케일과 다르다. 그래프는 적어도 하나의 라인 세그먼트 비아 구멍을 스크라이빙하기 위한 라인 세그먼트 비아 구멍 스크라이빙 시퀀스를 나타낸다. 레이저 전력 플롯(500)에 의해 예시되는 바와 같이, 적어도 하나의 라인 세그먼트 비아 구멍을 스크라이빙하기 위한 시퀀스는, 적어도 하나의 레이저 전력 증가 시간부(515)를 포함하고, 이때, 레이저 전력은 점진적으로 증가하여 제 1 라인 세그먼트 비아 구멍의 스크라이빙을 개시하게 된다. 시간의 함수로 레이저 전력 증가는 통상적으로 점진적이며, 댐핑된 1차 또는 2차 시스템 모델의 램프 또는 스텝 응답의 형상을 통상적으로 가진다. 레이저 전력 증가 시간부(515)는 도 3 및 도 4A에 도시되는 레이저 전력 증가 거리부(405) 내의 형상과 유사한 형상의 시작부를 형성하는데 사용될 수 있다. 레이저 전력은 그 후, 선택적으로, 정상 상태에 도달한다. 그 후 시퀀스는 급격한 레이저 전력 감소 스텝을 가진 레이저 전력 감소부(516)를 포함하며, 통상적으로 애블레이션 임계 전력 미만의 레이저 전력 레벨에 놓인다. 그 후 감소 전력 레벨부(517)가 나타나고, 이는 비아 구멍을, 또는, 선호되는 경우에, 어떤 스크라이빙 트레이스도, 형성하지 않는 레벨로 통상적으로 유지된다. 라인 세그먼트 비아 구멍 스크라이빙 시퀀스는 그 후 필요한 만큼 많은 라인 세그먼트에 대해 반복된다. 큰 처리 윈도로 인해, 레이저 전력 레벨, 레이저 스크라이빙 지속시간, 레이저 전력 증가 및 감소부 지속시간 및 프로파일이, 도 5에 도시되는 바와 같이 일 라인 세그먼트 비아 홀로부터 다른 비아 홀까지 동일할 필요가 없다.
이것이 박막 광전 디바이스를 위한 라인 세그먼트 비아 홀의 제조에 요구되는 것은 아니지만, 제조 프로세스를 조정하고자 하는 당 업자는 고속으로 많은 개수의 라인 세그먼트 비아 구멍을 제조할 수 있을 것이고, 각각의 비아 구멍의 비저항 측정을 진행할 수 있을 것이다. 당 업자는, 비아 구멍부의 비저항을 측정하도록, 그리고, 가장 적절한 레이저 스팟 형상 및 레이저 스팟 내 최고 레이저 강도의 영역 위치를 이어서 선택하도록, 구리-풍부 CIGS-형 합금의 층내 함량(1345), 컬-업의 높이(1273) 및 폭(1275), 컬-업-앤드-백(127) 또는 컬-업-오니(127')의 컬-업 변형과 같은 구체적 특성들을 가진 비아 구멍의 부분들을 또한 준비 및 절단할 수 있다. 만족스런 프로세스는 0.06의 표준 편차로 3.2 x 10-3 Ω.m, 더 바람직한 경우 2 x 10-3 Ω.m로 CIGS-형 벽체의 저항률에 대한 평균값을 도출한다.
한 예로서, 디바이스의 표면에 6W 및 50㎛ 직경의 레이저 스팟을 전달하는 연속파 레이저를 이용하는 레이저 전력 증가 시간부(515)는 3 m/s 내지 5 m/s 사이의 레이저 스캐닝 속도에 대해 10 ㎲ 내지 4 ㎲ 사이로 지속되는 것이 바람직하고, 0.5 m/s and 3 m/s 사이의 레이저 스캔 속도에 대하여 50 ㎲ 내지 7 ㎲ 사이로 지속되는 것이 바람직하다. 따라서, 디바이스 표면에서 측정되는 대응하는 레이저 전력 증가율은 1 x 108 W/m·s-2 and 17 x 108 W/m·s-2 사이의 범위에 놓인다. 약 3.7m/s의 선호되는 레이저 스캐닝 속도의 경우에, 선호되는 레이저 전력 증가 시간부(515)는 댐핑된 1차 또는 2차 시스템 모델의 스텝 응답의 형상을 가진 레이저 전력 증가로 약 7㎲ 동안 지속된다. 선호되는 레이저 전력 감소 스텝(416)은 애블레이션 임계 전력 미만의 레벨로 레이저 전력의 급격한 감소다.
레이저 전력 증가 거리부(405, 415)는 통상적으로 그 길이가 적어도 5㎛다. 정상 상태 또는 일정 레이저 전력 부분이 스크라이빙될 디바이스의 표면에서, 예를 들어 약 7W의 측정 전력과, 예를 들어 약 3.7m/s의 레이저 스캐닝 속도에 대해 설정될 수 있다. 이러한 경우에, 레이저 전력은 10 μW 로부터 30 kW 까지 측정할 수 있는 서모파일 센서(thermopile sensor)를 가진 레이저 전력계를 이용하여 레이저 스크라이빙될 디바이스의 표면에서 측정된다. 당 업자는 가능하다면, 레이저 스크라이빙 스팟의 더 큰 속도와 조합하여, 더 큰 레이저 전력을 선택할 수 있다. 정상 상태 레이저 전력은 0.2 W 내지 20 W, 바람직한 경우 2 W 내지 10 W, 더 바람직한 경우 5 W 내지 8 W 범위의 측정 전력에 대해 설정된다. 레이저 파장은 통상적으로 532nm 내지 1064nm 범위에 놓인다. 레이저 스크라이빙 스팟 직경은 통상적으로 5 ㎛ 내지 1000 ㎛, 바람직한 경우 5 ㎛ 내지 300 ㎛, 더 바람직한 경우 30 ㎛ 내지 50 ㎛ 의 범위에 놓인다.
라인 세그먼트 비아 구멍 스크라이빙 시퀀스는 바람직한 경우, 제 1 비아 구멍의 종점 극단부와, 제 2 비아 구멍의 시점 극단부 사이에 약 50 ㎛의 유격과 함께, 약 200㎛의 길이를 갖는 라인 세그먼트 비아 구멍들을 형성할 수 있다. 통상적으로, 비아 구멍 길이(410)는 50 ㎛ 내지 0.1 m 범위, 바람직한 경우 50 ㎛ 내지 1000 ㎛ 범위, 더 바람직한 경우 180 ㎛ 내지 220 ㎛ 범위에 놓일 수 있고, 유격은 10 ㎛ 내지 1000 ㎛ 범위, 바람직한 경우 10 ㎛ 내지 100 ㎛ 범위, 더 바람직한 경우 40 ㎛ 내지 60 ㎛ 범위에 놓일 수 있다. 당 업자는 스크라이빙 대 노-스크라이빙 길이 비를 명시하는 것을 선호할 수 있고, 이는 1:1 내지 100:1의 범위에 놓일 수 있고, 바람직한 경우 4:1 일 수 있다. 전방 접촉층(150)의 일부분을 덮는 전방 접촉 융기부(155)와 CIGS-형 벽체(134)의 내측 표면(135)을 포함하는 라인 세그먼트 폭(411)이 통상적으로 10 ㎛ 내지 100 ㎛ 범위, 바람직한 경우 25 ㎛ 내지 75 ㎛ 범위, 더 바람직한 경우 45 ㎛ 내지 55 ㎛ 범위, 예를 들어, 약 50 ㎛에 놓인다. 도 1B를 참조하면, 전방 접촉층(150)의 표면에서 전방 접촉 융기부(155)의 범프는, 전방 접촉층과 만나는 둔각 조인트 또는 외측 블렌드에 대한 CIGS-형 벽체의 내측 표면 근처의 전방 접촉 에지로부터 측정되는 단면 폭(1555)을 가지며, 이는 통상적으로 3 ㎛ 내지 25 ㎛ 범위, 바람직한 경우 10 ㎛ 내지 15 ㎛ 범위, 예를 들어, 약 12 ㎛에 놓인다. 전방 접촉층의 평탄한 표면 위의 전방 접촉 융기부의 두께(1553)는 0.5 ㎛ 내지 6 ㎛ 범위, 바람직한 경우 1 ㎛ 내지 3 ㎛ 범위, 더 바람직한 경우 1.5 ㎛ 내지 2.5 ㎛ 범위, 예를 들어, 약 2 ㎛에 놓인다. 기판(110) 표면으로부터 측정되는 후방 접촉층 거터-형상 컬-업(127, 127')의 높이(1273)는 통상적으로 0.5 ㎛ 내지 10 ㎛ 범위, 바람직한 경우 0.5 ㎛ 내지 5 ㎛ 범위, 더 바람직한 경우 2 ㎛ 내지 4 ㎛ 범위, 예를 들어, 약 3 ㎛에 놓인다.
레이저 스캐닝 속도는 통상적으로 0.1 m/s 내지 200 m/s의 범위, 바람직한 경우 0.5 m/s 내지 100 m/s의 범위, 더 바람직한 경우 0.5 m/s 내지 6 m/s의 범위에 놓인다. 정상 상태 레이저 전력에 의해 전달되는 에너지는 통상적으로 1 J/m 내지 8 J/m, 바람직한 경우 1.5 J/m 내지 2.2 J/m의 범위에 놓인다. 정상 상태 레이저 플루언스(steady state laser fluence)는 통상적으로 5 x 108 J/m2 내지 41 x 108 J/m2, 바람직한 경우 7.5 x 108 J/m2 내지 11 x 108 J/m2의 범위에 놓인다. 연속파 레이저를 이용하여 라인 세그먼트 비아 구멍이 스크라이빙되는 것이 선호되지만, 당 업자는 피코초 레이저와 같은 펄스형 레이저를 이용할 수 있다.
레이저-스크라이빙된 마이크로스트럭처의 조성은, X-선 회절(XRD) 분석 시스템을 이용하여 분석될 수 있다. 후방-접촉층 거터-형상 컬-업의 존재는, (220) 밀러 지수 배향(Miller index orientation)을 가진 Mo의 존재에 대응하는, 58.5 2θ°와 59.5 2θ° 사이의 범위 내의, 바람직한 경우 58.7 2θ°의, 더 바람직한 경우 58.66 2θ°의 카운트 내 적어도 하나의 피크를 특징으로 한다. 카운트의 상기 피크는 본 발명의 실시예에 따라 제조되는 비아 또는 스크라이빙을 포함하지 않는 박막 CIGS 디바이스를 위한 카운트 수보다 적어도 5%만큼 크다. 컬-업되지 않은 Mo 박막은 (111) 밀리 지수 배향을 가진다. 거터-형상 컬-업은 용융 CIGS와 섞이거나 합금을 형성하여, 컬-업 내의 불균일한 농도로 구리, 특히, 구리-셀레나이드를 포함하게 된다.
도 6A는 도 2의 변형으로서, 복수의 라인 세그먼트 비아 구멍(163, 165, 165', 167)을 포함하는 박막 CIGS 광전 모듈(200)의 단면을 도시한다. 라인 세그먼트 비아 구멍(165)은 광전 모듈의 인접 셀들 간에 일련의 모놀리식 상호연결을 가능하게 한다. 라인 세그먼트 비아 구멍(163, 167)은 아래의 버스바(182, 188)에 대한 전방 접촉 또는 후방 접촉층 구성요소의 전기적 상호연결을 실현시킨다. 적어도 하나의 라인 세그먼트 비아 구멍(163, 165, 165', 167)은 후방 접촉층의 적어도 하나의 융기부(125, 127)와, 도 6B-6C 중 적어도 하나에 대해 설명된 바와 같이, 흡수층의 CIGS 물질의 열-유도 변형으로부터 나타나는 구리-풍부 CIGS-형 벽체(132, 134, 136, 138)를 포함한다. 상기 비아 구멍(163, 165, 165', 167) 중 어떤 하나도, 도 6B-6C에 또한 도시되는 바와 같은 전방 접촉층 구성요소(156) 위에 형성되는 CIGS-형 합금(155')의 적어도 하나의 융기부를 선택적으로 포함할 수 있다. 임의의 하나의 구멍(163, 165, 165', 167)은 도 1B 또는 1C에 또한 도시되는 바와 같은, 거터-형상 컬-업(127, 127')과 함께 형성되는 적어도 하나의 후방-접촉층 구성요소(128)를 선택적으로 포함할 수 있다. 다른 측면에서, 도 6A는 도 2에 대해 주어진 설명에 대응한다. 도 6A와 도 2 사이의 차이점은 도 6A가 전방 접촉층 구성요소(156) 위에 형성되는 CIGS-형 합금(155')의 융기부를 포함한다는 점이다.
도 6B 및 6C는 전방 접촉층(150)의 표면을 적어도 부분적으로 덮는 CIGS-형 합금(155')의 적어도 하나의 융기부를 포함하는 디바이스들의 2개의 예시적 실시예를 묘사한다. CIGS-형 합금의 융기부는 대부분의 비아 구멍의 둘레를 따라 전방 접촉 융기부(157)의 범프를 통상적으로 야기한다. 전방 접촉 융기부(157)의 상기 범프는 CIGS-형 합금(155')의 융기부와 섞일 수 있고, 외측부를 향하여, 점진적으로 섞이거나, 전방 접촉층과 둔각 조인트(159)를 형성할 수 있다. 도 6B 및 6C의 전방 접촉 융기부(157)는 도 1A 및 1B의 전방 접촉 융기부(155)에 대응한다. 다른 측면에서, 도 6B는 도 1A에 대해 주어진 설명에 대응한다.
도 6C는 도 6B의 변형예의 단면도로서, 기판(110)의 일부분이 비아 구멍(165') 내에서 노출되고 후방 접촉층(120)의 적어도 하나의 융기부가 기판의 노출부의 주변부(117)에서 거터-형상 컬-업(127, 127')을 형성한다. 기판(110)을 노출시키고 후방 접촉층(120)의 거터-형상 컬-업(127, 127')을 형성함으로써, 도 6B에서 제시된 실시예에 비해 더 큰 레이저 스크라이빙 제조 윈도, 더 큰 생산 수율, 및 기계적 저항을 부여할 수 있다. 도 6C는 CIGS-형 벽체(134, 134') 및 후방 접촉층(120)의 거터-형상 컬-업(127, 127')의 대응 융기부의 2개의 변형예를 제시한다. 상기 변형예는 도 1B의 경우에 대해 설명된 것과 유사하며, 후방 접촉층(120)의 거터-형상 컬-업(127, 127')의 융기부 형성이 일부 실시예에서, CIGS-형 합금(155')의 융기부에 비해 내측 표면(134, 134')의 상대적으로 더 높은 융기와, 또한 전방 접촉 융기부(157)의 융기로 나타날 수 있다는 점에 차이가 있다. 다른 측면에서, 도 6C는 도 1A에 대해 제시된 설명에 대응한다.
변형예(134, 127 및 134', 127') 형성은 비아 구멍 세그먼트의 전도도의 국부적 적응을 설계하는데 유리할 수 있고, 또는 비아 구멍 세그먼트가 충분히 길 경우, 컬-업의 높이(1273) 및 폭(1275), 구리-풍부 CIGS-형 합금(1345)의 폭, 전도성 CIGS-형 합금(1355)의 립(lip)의 폭, 및 전방 접촉부(150)의 범프-형상 융기부(155) 내로 확산되는 인듐의 양을 변화시킴으로써, 비아 구멍 세그먼트의 길이를 따라 전도도의 국부적 적응을 설계하는데 유리할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 셀의 광-노출 전방 접촉 영역 대부분에 가장 가까운 측부와 같은, 비아 구멍 세그먼트의 일 측부를, (도 2, 3, 6A에 도시되는) 전방 접촉층 그루브(151)에 가장 가까운 측부와 같은, 다른 측부에 비해 전도성이 크도록, 하는 것이 유리할 수 있다. 전방-접촉부 전도성 그리드 구성요소들의 존재, 근접도, 또는 인접성에 의해 제공되는 변화와 같이, 셀 표면에서의 국부적 전도도 변화와 양립성을 제시하도록 비아 세그먼트의 측부의 전도도를 맞춤화하는 것이 또한 유리할 수 있다. 일 실시예는 예를 들어, 다양한 길이의 비아 구멍 세그먼트, 가능하다면 곡선을 그리는 비아 구멍 세그먼트를 포함할 수 있고, 비아 세그먼트들 중 어느 하나의 측부들 중 어느 하나의 측부는 변형예(134, 127, 134', 127')의 조합을 포함한다.
도 6D는 도 6C의 라인 세그먼트 비아 구멍(165')의 일 실시예의 광-노출 측부의 평면도 또는 모습을 도시하며, 도 4B는 라인 세그먼트 비아 구멍의 레이저 스크라이빙에 사용되는 대응하는 레이저 전력(400)의 그래프다. 라인 세그먼트 비아 구멍(165')은 방향(101)으로 박막 디바이스(100) 내로 레이저 스크라이빙된다. 도 6D에서, 사용되는 레이저 전력은 기판의 노출부의 주변부(117)에서 후방 접촉층(120)의 융기된 거터-형상 컬-업(127)을 포함하는 비아 구멍을 형성한다. 컬-업(127)은 도 6C에 도시되는 컬-업-앤드-백(curl-up-and-back)(127) 또는 컬-업-오니(curl- up-only)(127')의 컬-업 변화 부분을 포함할 수 있다. 아래의 기판(110)은 후방 접촉층(120)의 부분 애블레이션의 결과로 또한 눈에 보인다. 도 6D는 전방 접촉층(150)의 일부분을 덮는 CIGS-형 벽체(155')를 또한 도시한다. 도 6D에서는, 레이저 전력 증가 거리부(405) 내에서, 비아 구멍 주변부의 나머지보다 더 기다란 CIGS-형 벽체(134)의 내측 표면(135)이 또한 눈에 보인다. 드릴링 시점에 대응하는 극단부(105)에 이어지는 상기 레이저 전력 증가 거리부(405) 내에서, 비아 구멍의 해당 부분이, 종점 극단부(106)로 이어지는 종점부 길이(406)를 배제한, 비아 구멍의 평균 폭보다 통상적으로 좁다. 둔각 조인트(159)의 윤곽은 라인 세그먼트 비아 구멍의 외측 임계치를 표시한다. 다른 측면에서, 도 6D는 도 1A 및 4A에 대해 제시된 설명에 대응한다.
도 6E는 카메라를 가진 현미경으로 획득되는 라인 세그먼트 비아 구멍(165, 165')을 포함하는 박막 디바이스(200)의 이미지를 제시한다. 제 2 라인 세그먼트 비아 구멍의 일부분이 이미지 좌측에서 또한 보인다. 따라서 두 라인 세그먼트 비아 구멍이 도 3에 제시되는 라인 세그먼트 비아 구멍(210)의 라인의 일부분이다. 드릴링 시점의 극단부(105) 위치, 드릴링 종점의 극단부(106) 위치, CIGS-형 합금(155')의 융기부의 적어도 하나의 위치, 및 후방 접촉층 구성요소(128)의 거터-형상 컬-업(127, 127')의 적어도 하나의 위치가 도 6E에서 강조 표시된다. 따라서 스크라이빙 방향은 좌측에서 우측으로 나타난다. 당 업자는 타원(8001)에서 강조 표시되는 스크라이빙 방향(101)의 좌측에서 라인 세그먼트 비아 구멍(165')의 특징이 타원(8002)에서 강조 표시되는 상기 스크라이빙 방향의 우측에서보다 정밀하다는 것을 발견하게 될 것이다. 따라서, 라인 세그먼트 비아 구멍(165')은 스크라이빙 방향(101)에 대해 비대칭을 제시한다. 둔각 조인트(159)의 윤곽은 라인 세그먼트 비아 구멍의 외측 임계치를 표시한다.
당 업자는 라인 세그먼트 비아 구멍(165, 165')의 특성을 측정하고 싶을 수 있다. 예를 들어, 전도성 CIGS-형 합금(155')의 융기부의 립(1355)의 폭의 측정치와, 후방 접촉층(120, 124, 126, 128, 129)의 컬-업(1275)의 폭의 측정치 중 적어도 하나는 상기 라인 세그먼트 비아 구멍이 정확하게 형성되었다는 표시를 제공할 수 있다. 이러한 측정치는, 예를 들어, 후방 접촉층으로부터 전방 접촉층까지 만족스런 모놀리식 인터커넥트가, 라인 세그먼트 비아 구멍이 드릴링되는 반도성 광전자적 활성층의 화학적 조성의 영구적 변화로부터 나타나는 전도성 합금을 통해 실현된다는 시각적 평가를 제공할 수 있다. 전도성 CIGS-형 합금(1355)의 립의 폭은 약 3 ㎛ 내지 약 15 ㎛, 바람직한 경우 약 5 ㎛ 내지 약 20 ㎛, 더 바람직한 경우 약 8 ㎛ 내지 약 12 ㎛의 범위에 놓인다. 후방 접촉층의 컬-업(1275)의 폭은 약 2 ㎛ 내지 약 15 ㎛, 바람직한 경우 약 4 ㎛ 내지 약 10 ㎛, 더 바람직한 경우 약 6 ㎛ 내지 약 8 ㎛의 범위에 있다.
라인 세그먼트 비아 구멍(165, 165')을 얼마나 잘 형성하였는지를 평가하기 위한 다른 관심있는 측정치는, 예를 들어, 스크라이빙 방향에 따라 라인 세그먼트 비아 구멍의 중심선과 관련하여 대향 특징부들을 이격시킨 거리에 관련된다. 대향 특징부들은 예를 들어, 고려 중인 거터-형상 컬-업(127, 127'), CIGS-형 벽체의 내측 표면(135), 전방 접촉층에서의 둔각 조인트(159), 또는, 라인 세그먼트 비아 구멍의 기판(110)의 노출부의 폭일 수 있다. 예를 들어, 당 업자는 상기 특징부들에 의해 형성되는 가시 윤곽에 기초하여, 드릴링 시점 극단부(105)에서 그리고 종점 극단부(106)에서 상기 곡률 반경을 측정함으로써 스크라이브 품질의 평가를 형성할 수 있다. 예를 들어, 둔각 조인트(159)의 윤곽에 기초한 곡률 반경은, 드릴링 시점의 극단부에서, 약 7 ㎛ 내지 약 40 ㎛, 바람직한 경우 약 12 ㎛ 내지 약 25 ㎛, 더 바람직한 경우 15 ㎛ 내지 약 20 ㎛ 범위에 있다. 드릴링 종점의 극단부에서, 둔각 조인트(159)의 윤곽에 기초한 곡률 반경은 약 10 ㎛ 내지 약 50 ㎛, 바람직한 경우 약 20 ㎛ 내지 약 35 ㎛, 더 바람직한 경우 23 ㎛ 내지 약 30 ㎛ 범위에 있다.

Claims (23)

  1. 적어도 하나의 박막 CIGS(Cu(In,Ga)Se2) 디바이스(100, 200)의 형성 방법에 있어서, 상기 방법은
    상기 박막 CIGS 디바이스의 영역에 적어도 하나의 라인 세그먼트 비아 구멍(163, 165, 165', 167)을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 디바이스는 적어도 하나의 전방 접촉층(150, 152, 154, 156, 158)과, 적어도 하나의 CIGS 반도성 광전자적 활성층(130)과, 적어도 하나의 후방 접촉층(120, 124, 126, 128, 129)과, 적어도 하나의 기판(110)을 포함하며,
    적어도 하나의 라인 세그먼트 비아 구멍이
    - 적어도 하나의 레이저에 의한 드릴링에 의해 형성되고,
    - 적어도 하나의 전방 접촉층과 적어도 하나의 반도성 광전자적 활성층의 적어도 하나의 부분을 통과하며,
    적어도 하나의 레이저에 의한 드릴링에 의해,
    - 상기 적어도 하나의 라인 세그먼트 비아 구멍의 내측 표면(135)을 라이닝(lining)하는 상기 활성층의 레벨에서, 영구적으로 금속화된 전기 전도성 구리-풍부 CIGS-형 합금의 적어도 하나의 CIGS-형 벽체(134, 134', 132, 136, 138)가 형성되고, 상기 CIGS-형 합금은 구멍이 드릴링되는 CIGS 반도성 광전자적 활성층의 화학적 조성의 영구적 변화로부터 나타남으로써, 금속화된 CIGS-형 벽체는 적어도 하나의 전방 접촉층의 적어도 일부분과, 적어도 하나의 후방 접촉층의 적어도 일부분 사이에 전기 전도 경로를 제공하고,
    - 상기 라인 세그먼트 비아 구멍의 내측 표면(135)의 에지를 따라 전방 접촉층의 표면에서 전방 접촉부 범프-형상 융기부(155)가 형성되고,
    - 상기 전방 접촉층을 향해 융기된 후방 접촉층의 융기부(125, 127, 127')가 형성되며,
    적어도 하나의 비아 구멍의 드릴링은 적어도 하나의 연속파 레이저에 의해 이뤄지고, 연속파 레이저에 의한 적어도 하나의 비아 구멍의 형성에 의해, 비아 구멍 내 후방 접촉층의 일부분이 제거됨으로써, 기판의 일부분이 노출되고,
    후방 접촉층의 일부분의 융기에 의해, 구리-풍부 CIGS-형 합금의 CIGS-형 벽체와 섞이도록(blending) 기판의 노출된 부분의 주변부(117)에서 후방 첩촉층의 적어도 일부분의 적어도 하나의 거터-형상 컬-업(127, 127')이 형성되는,
    박막 CIGS 디바이스 형성 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    적어도 하나의 비아 구멍의 형성은, 기판의 노출된 부분의 주변부(117)에서의 후방 접촉층의, 적어도 제 1 부분의 적어도 하나의 거터-형상 컬-업-온니(gutter-shaped curl-up-only)(127')의 형성과, 적어도 제 2 부분의 적어도 하나의 거터-형상 컬-업-앤드-백(gutter-shaped curl-up-and-back)(127)의 형성을 포함하는
    박막 CIGS 디바이스 형성 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    적어도 하나의 비아 구멍 형성은, 비대칭 레이저 스팟 다이어그램을 가진 레이저 스팟을 상기 박막 CIGS 디바이스 상에 형성하는 적어도 하나의 연속파 레이저를 이용하여 이루어지며, 적어도 하나의 비아 구멍을 드릴링하기 위한 기판의 레벨에서 측정된 레이저 파워는 레이저 파워가 비아 구멍으로 전달되는 시간의 일부분 동안 레이저 파워(515)의 점진적인 증가를 포함하는,
    박막 CIGS 디바이스 형성 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    적어도 하나의 비아 구멍의 드릴링은 박막 CIGS 디바이스의 표면에서 적어도 하나의 연속파 레이저의 적어도 하나의 레이저 스팟을 이동시키는 것을 포함하고, 상기 비아 구멍의 드릴링의 시작에 대응하는 극단부에서, 레이저 전력이 비아 구멍에 전달되는 거리(410)의 전력 증가 거리부(405) 동안 레이저 전력(410)의 점진적 증가가 나타나거나,
    적어도 하나의 비아 구멍의 드릴링은, 현미경 검사시, 디바이스의 광-노출부로부터 볼 때, 종점 극단부(106)에서보다 상기 비아 구멍 라인 세그먼트의 드릴링 시점에 대응하는 극단부(105)에서 더 작은 곡률 반경을 가진 타원형 패턴을 나타내는 CIGS-형 합금의 내측 표면(135)을 형성하는
    박막 CIGS 디바이스 형성 방법.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    적어도 하나의 비아 구멍의 드릴링은, 비아 구멍의 적어도 일부분에 전달되는 레이저 에너지가 1 J/m 내지 8 J/m 사이에 포함되도록 적어도 하나의 연속파 레이저의 적어도 하나의 레이저 스팟을 이동시키는 것을 포함하고, 레이저-제공 플루언스(laser-provided fluence)가 5 x 108 J/m2 내지 41 x 108 J/m2 의 범위 내에 있는 시간 구간, 또는 레이저에 의해 제공되는 정상 상태 플루언스가 7.5 x 108 J/m2 내지 11 x 108 J/m2의 범위 내에 있는 시간 구간을 포함하는, 박막 CIGS 디바이스 형성 방법.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    적어도 하나의 비아 구멍의 드릴링은 전방 접촉층 내로 인접 애블레이션 라인을 레이저 스크라이빙함과 동시에 이루어지는
    박막 CIGS 디바이스 형성 방법.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 박막 CIGS 디바이스(100, 200)의 형성은, 상기 박막 CIGS 디바이스의 영역에 복수의 상기 라인 세그먼트 비아 구멍(163, 165, 165', 167)을 포함하는 적어도 하나의 파선(dashed line)(210)의 형성을 포함하는
    박막 CIGS 디바이스 형성 방법.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 따르는 방법에 의해 획득가능한 박막 CIGS 디바이스(100, 200)로서, 상기 박막 CIGS 디바이스의 영역에 적어도 하나의 라인 세그먼트 비아 구멍(163, 165, 165', 167)을 포함하며, 상기 디바이스는
    적어도 하나의 전방 접촉층(150, 152, 154, 156, 158)과, 적어도 하나의 CIGS 반도성 광전자적 활성층(130)과, 적어도 하나의 후방 접촉층(120, 124, 126, 128, 129)과, 적어도 하나의 기판(110)을 포함하며,
    적어도 하나의 라인 세그먼트 비아 구멍은,
    - 적어도 하나의 전방 접촉층과 적어도 하나의 반도성 광전자적 활성층의 적어도 하나의 부분을 통과하고,
    - 상기 적어도 하나의 라인 세그먼트 비아 구멍의 내측 표면(135)을 라이닝하는 활성층의 레벨에서 영구적으로 금속화된 전기 전도성 구리-풍부 CIGS-형 합금으로 형성되는 적어도 하나의 CIGS-형 벽체(134, 134', 132, 136, 138)를 포함하고, 상기 CIGS-형 합금은 구멍이 드릴링되었을 때 야기되는 CIGS 반도성 광전자적 활성층의 화학적 조성의 영구적 변화로부터 나타남으로써, 금속화된 CIGS-형 벽이 적어도 하나의 전방 접촉층의 적어도 하나의 부분과 적어도 하나의 후방 접촉층의 적어도 하나의 부분 사이에 전기 전도성 경로를 제공하며,
    - 상기 라인 세그먼트 비아 구멍의 내측 표면(135)의 에지를 따라 전방 접촉층의 표면에서 전방 접촉부 범프-형상 융기부(155)를 포함하며,
    - 상기 전방 접촉층을 향해 융기된 후방 접촉층의 융기부(125, 127, 127')를 포함하고,
    기판의 일부분이 비아 구멍 내에서 노출되며,
    후방 접촉층의 적어도 융기된 부분이, 구리-풍부 CIGS-형 합금의 CIGS-형 벽체와 섞이도록(blending), 기판의 노출된 부분의 주변부(117)에서 적어도 하나의 거터-형상 컬-업(127, 127')을 형성하는,
    박막 CIGS 디바이스.
  9. 제 8 항에 있어서,
    적어도 하나의 라인 세그먼트 비아 구멍은 기판의 노출부의 주변부(117)에서 후방 접촉층의, 적어도 제 1 부분의 적어도 하나의 거터-형상 컬-업-오니(gutter-shaped curl-up-only)(127')와, 적어도 제 2 부분의 적어도 하나의 거터-형상 컬-업-앤드-백(gutter-shaped curl-up-and-back)(127)을 포함하는
    박막 CIGS 디바이스.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 디바이스의 광-노출부로부터 현미경 검사시, CIGS-형 벽체(134, 134', 132, 136, 138)의 내측 표면(135)의 형상은 종점 극단부(106)에서보다 상기 비아 구멍의 드릴링의 시작부에 대응하는 것으로 식별되는 비아 구멍 라인 세그먼트의 극단부(105)에서 더 작은 곡률 반경을 갖는
    박막 CIGS 디바이스.
  11. 제8항에 있어서,
    적어도 하나의 라인 세그먼트 비아 구멍은 적어도 전방 접촉층(150)의 표면의 일부분을 덮는 전도성 CIGS-형 합금(155')의 적어도 하나의 융기부를 포함하는
    박막 CIGS 디바이스.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 박막 CIGS 디바이스(100, 200)의 영역에 적어도 하나의 파선(dashed line)(210)을 포함하며, 상기 파선은 복수의 상기 라인 세그먼트 비아 구멍(163, 165, 165', 167)을 포함하는
    박막 CIGS 디바이스.
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