KR102641649B1 - 태양 전지의 롤투롤 메탈라이제이션 - Google Patents

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리처드 해밀턴 세웰
가브리엘라 엘레나 부네아
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맥시온 솔라 피티이. 엘티디.
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Abstract

본 발명은 롤투롤 포일 기반의 메탈라이제이션 방식을 사용하여 태양 전지, 태양 전지 스트링 및 태양광 모듈을 제조하는 방법을 개시한다. 본원에 개시된 방법은 제1 롤 유닛 상에 하나 이상의 태양 전지 웨이퍼를 제공하는 단계 및 금속 포일을 제1 롤 유닛으로 이송하는 단계를 포함할 수 있다. 금속 포일을 제1 롤 유닛 상의 태양 전지 웨이퍼에 결합시킴으로써 금속 포일과 태양 전지 웨이퍼의 통합된 쌍을 생성할 수 있다. 본 발명자들은 고처리율 포일 메탈라이제이션 공정에 의한 제조 공정의 단순화로 인해 제조 비용을 감소시킬 수 있는 태양 에너지 수집 장치 및 그 제조 방법을 개시한다.

Description

태양 전지의 롤투롤 메탈라이제이션{ROLL-TO-ROLL METALLIZATION OF SOLAR CELLS}
통상 태양 전지(solar cell)로 알려진 광전지(photovoltaic cell, PV)는 태양 복사선을 전기 에너지로 직접 변환하는 것으로 알려진 유명한 장치이다. 일반적으로, 태양 전지는 웨이퍼의 표면 부근에 p-n 접합을 형성하기 위해 반도체 처리 기술을 사용하여 반도체 웨이퍼 또는 기판 상에서 제조된다. 웨이퍼의 표면에 충돌하여 기판 내로 유입되는 태양 복사선은 웨이퍼의 벌크에 전자 및 정공 쌍을 생성한다.
전자 및 정공 쌍은 웨이퍼 내의 p-도핑된 영역 및 n-도핑된 영역으로 이동함으로써, 도핑된 영역들 사이에 전압차를 생성한다. 도핑된 영역들은 태양 전지 상의 전도성 영역들에 연결되어, 셀로부터의 전류를 셀에 결합된 외부 회로로 보낸다.
효율은 태양 전지의 발전 능력에 직접 관련되므로 태양 전지의 중요한 특성이다. 마찬가지로, 태양 전지 생산 효율은 이러한 태양 전지의 비용 효율성과 직접적으로 관련이 있다. 따라서 태양 전지의 효율을 증가시키는 기술 또는 태양 전지의 제조 효율을 증가시키는 기술이 일반적으로 바람직하다.
본 개시의 일부 실시예는 태양 전지 구조물을 제조하기 위한 신규 공정을 제공함으로써 태양 전지 제조 효율을 증가시킨다.
다음의 도면들은 예시로서 도시한 것이며 제한적인 것이 아니다. 간결하고 명료하게 하기 위해, 주어진 구조물의 모든 특징이 해당 구조가 나타나는 모든 도면에서 항상 표시되지는 않는다. 동일한 참조 번호가 반드시 동일한 구조물을 나타내는 것은 아니다. 오히려, 동일한 참조 번호는 동일하지 않은 참조 번호와 마찬가지로, 유사한 특징 또는 유사한 기능을 가진 특징을 나타내기 위해 사용될 수 있다. 도면은 축척대로 도시된 것은 아니다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른, 태양 전지 또는 태양 전지 스트링을 제조하는 방법에서의 작업들을 도시한다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른, 태양 전지 또는 태양 전지 스트링을 제조하는 방법을 도시한다.
도 3a 및 도 3b는 본 개시의 일 실시예에 따른, 태양 전지들을 도시한다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른, 태양 전지 스트링 또는 태양광 모듈을 제조하는 방법에서의 작업들을 도시한다.
도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른, 태양 전지 스트링 또는 태양광 모듈을 제조하는 방법을 도시한다.
도 6은 본 개시의 일 실시예에 따른, 태양 전지 스트링 또는 태양광 모듈을 제조하는 방법을 도시한다.
도 7은 본 개시의 일 실시예에 따른, 태양 전지 스트링 또는 태양광 모듈을 제조하는 방법을 도시한다.
도 8은 본 개시의 일 실시예에 따른, 태양 전지 스트링을 도시한다.
도 9는 본 개시의 일 실시예에 따른, 태양광 모듈을 도시한다.
하기의 상세한 설명은 사실 상 단지 예시적인 것이며, 본 출원의 요지의 실시예들 또는 그러한 실시예들의 사용을 제한하도록 의도되지 않는다. 본원에 사용되는 바와 같이, 단어 "예시적인"은 "예, 사례, 또는 실례로서 역할을 하는 것"을 의미한다. 본원에서 예시로서 기술된 임의의 실시예가 반드시 다른 실시예에 비해 바람직하거나 유리한 것으로 해석될 필요는 없다. 또한, 전술한 기술 분야, 배경 기술, 발명의 내용 또는 하기의 상세한 설명에서 제시되는 임의의 명시적 또는 암시적 이론에 구속되고자 하는 것은 아니다.
특정 용어가 단지 참조의 목적으로 하기 설명에 사용될 수도 있으며, 따라서 제한적인 것으로 의도된 것은 아니다. 예를 들어, "상부", "하부", "위", 및 "아래"와 같은 용어는 참조되는 도면에서의 방향을 나타낸다. "전면", "배면", "후면", "측면", "축방향", 및 "횡방향"과 같은 용어는 일관되긴 하지만 임의적인 기준틀 내에서 구성요소의 일부의 방향 및/또는 위치를 기술하며, 그 기준틀은 논의 중인 구성요소를 기술하는 본문 및 관련 도면을 참조하여 명확해진다. 이러한 용어는 위에서 구체적으로 언급된 단어, 이의 파생어 및 유사한 의미의 단어를 포함할 수 있다. 유사하게, 구조물을 지칭하는 "제1", "제2"라는 용어 및 그러한 기타 수치 용어는 문맥에 의해 명확하게 지시되지 않는 한 차례 또는 순서를 암시하지 않는다.
용어 - 하기의 단락들은 본 개시(첨부된 청구범위를 포함)에서 발견되는 용어들에 대한 정의 및/또는 관계를 제공한다.
본 명세서는 "하나의 실시예" 또는 "일 실현예"에 대한 언급을 포함한다. "하나의 실시예에서" 또는 "일 실시예에서"라는 어구의 등장은 반드시 동일한 실시예를 지칭하는 것은 아니다. 특정 특징, 구조, 또는 특성은 본 개시와 일치하는 임의의 적절한 방식으로 조합될 수 있다.
이 용어 "포함하는"은 개방형(open-ended)이다. 첨부된 청구 범위에서 사용되는 바와 같이, 이 용어는 추가적인 구조물 또는 단계를 배제하지 않는다.
다양한 유닛 또는 구성요소가 작업 또는 작업들을 수행 "하도록 구성된" 것으로 기술되거나 청구될 수 있다. 이러한 맥락에서, "~하도록 구성된"은 유닛/구성요소가 작동 중에 이들 작업 또는 작업들을 수행하는 구조물을 포함한다는 것을 나타냄으로써 구조물을 함축하는 데 사용된다. 이와 같이, 유닛/구성요소는 명시된 유닛/구성요소가 현재 작동하지 않을 때에도(예를 들어, 온(on)/활성(active) 상태가 아닐 때에도) 작업을 수행하도록 구성되었다고 할 수 있다. 유닛/회로/구성요소가 하나 이상의 작업을 수행 "하도록 구성된" 것임을 언급하는 것은 그 유닛/구성요소에 대해 명시적으로 35 U.S.C §112의 6번째 단락을 적용하지 않으려는 의도이다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 이러한 용어들 "제1", "제2" 등은 이들의 뒤에 오는 명사에 대한 라벨로서 사용되며(예를 들어, 공간적, 시간적, 논리적 등) 임의의 유형의 순서를 암시하지 않는다. 예를 들어, "제1" 캡슐제(encapsulant) 층의 언급은 이 캡슐제 층이 차례에 있어서 첫 번째 캡슐제임을 반드시 의미하는 것은 아니며, 대신에 용어 "제1"은 이 캡슐제를 다른 캡슐제(예컨대, "제2" 캡슐제)로부터 구별하기 위해 사용된다.
단수의 용어는 이 개시가 명백하게 달리 요구하지 않는 한 하나 이상인 것으로 정의된다.
하기의 설명은 서로 "결합된" 요소 또는 노드(node) 또는 특징부를 언급한다. 본원에 사용되는 바와 같이, 명시적으로 달리 언급되지 않는 한, "결합된"은 기계적일 필요는 없지만 하나의 요소/노드/특징부가 다른 요소/노드/특징부에 직접 또는 간접적으로 결합(또는 그와 직접 또는 간접적으로 연통)된 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "억제"는 효과를 감소 또는 최소화시키는 것을 기술하는데 사용된다. 구성요소 또는 특징부가 작용, 동작 또는 조건을 억제하는 것으로 기술되는 경우, 이는 결과 또는 결과물 또는 미래의 상태를 완전히 예방할 수 있다. 또한 "억제"는 그렇지 않을 경우 발생할 수도 있는 결과물, 성능 및/또는 효과의 감소 또는 완화를 의미할 수도 있다. 따라서 구성요소, 요소 또는 특징부가 결과 또는 상태를 억제하는 것으로 언급되는 경우, 이는 결과 또는 상태를 완전히 예방하거나 제거할 필요는 없다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이 용어 "실질적으로"는 당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 대체적으로는 그렇지만 필수적으로 완전히 규정된 것이 아닌 것으로 정의된다(또한 규정된 것을 포함하며, 가령, 실질적으로 90도는 90도를 포함하고 실질적으로 평행은 평행을 포함한다). 임의의 개시된 실시예에서, 용어 "실질적으로", "대략" 및 "약"은 백분율이 .1, 1, 5 및 10 퍼센트를 포함하는, 규정된 것의 “[백분율] 내"로 대체될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "영역들"은 정의 가능한 특성을 갖지만 항상 고정된 경계를 갖는 것은 아닌 객체 또는 재료의 불연속 영역, 체적, 분할 또는 위치를 기술하는데 사용될 수 있다.
하기 설명에서, 본 개시의 실시예들의 완전한 이해를 제공하기 위해, 특정 작업들과 같은 다수의 특정 상세 사항이 기재된다. 본 발명의 실시예들이 이러한 특정 세부사항 없이 실시될 수 있음은 당업자에게 명백할 것이다. 다른 사례에서, 잘 알려진 기술들은 본 발명의 실시예들을 불필요하게 모호하게 하지 않도록 상세히 기술되지 않는다. 일 실시예의 특징 또는 특징들이 설명 또는 도시되지 않았지만, 본 개시 또는 실시예들의 특성에 의해 명시적으로 금지되지 않는 한, 이것이 다른 실시예들에도 적용될 수 있다.
본 명세서에 기술된 예들 중 많은 것이 배면 접점(back contact) 태양 전지이지만, 기술 및 구조는 다른(예컨대, 전면 접점(front contact)) 태양 전지에도 동일하게 적용된다. 또한 본 개시의 많은 부분이 태양 전지에 관해서 기술되지만 개시된 기술 및 구조는 다른 반도체 구조(예컨대, 일반적으로 실리콘 웨이퍼, 또는 대면적 발광 다이오드, 또는 기판)에 동일하게 적용된다.
롤투롤 포일 기반 메탈라이제이션 방식을 이용하여 태양 전지를 제조하는 방법 및 생산된 태양 전지가 본 명세서에 개시된다. 하기 설명에서는 본 개시의 실시예들의 완전한 이해를 제공하기 위해 다수의 특정 세부사항, 예컨대 특정 공정 흐름 작업이 제시된다. 본 발명의 실시예들이 이러한 특정 세부사항 없이 실시될 수 있음은 당업자에게 명백할 것이다. 다른 사례에서 잘 알려진 제조 기술들은 본 개시의 실시예들을 불필요하게 모호하게 하지 않도록 상세히 기술되지 않는다. 또한 도면에 도시된 다양한 실시예는 예시적인 표현이며 반드시 일정한 축척으로 작성된 것은 아닌 것으로 이해해야 한다.
본원에서는 태양 전지, 태양 전지 스트링 및 태양광 모듈을 제조하는 방법이 개시된다. 일 실시예에서, 태양 전지를 제조하는 방법은 제1 롤 유닛 상에서 적어도 하나의 웨이퍼 또는 기판을 제공하는 단계를 포함한다. 일 실시예에서, 태양 전지의 실리콘 기판이 제1 롤 유닛 상에 제공된다. 태양 전지는 웨이퍼 또는 기판 내부 및/또는 상부에 복수의 반도체 영역들을 포함할 수 있다. 본 방법은 금속 포일을 제1 롤 유닛으로 이송하는 단계를 더 포함한다. 금속 포일은 제1 롤 유닛 상에서 태양 전지의 웨이퍼와 접촉한다. 또한 본 방법은 메탈라이제이션된 태양 전지를 형성하기 위해 웨이퍼에 금속 포일을 결합시켜 금속 포일과 웨이퍼의 통합된 쌍을 제공하는 단계를 포함한다.
또한 본원에서는 롤투롤 포일 기반 메탈라이제이션 방식으로 제조된 태양 전지, 태양 전지 스트링 및 태양광 모듈이 개시된다. 일 실시예에서, 태양 전지는 웨이퍼 또는 기판을 포함한다. 일 실시예에서, 복수의 반도체 영역들이 기판 내부 및/또는 상부에 배치된다. 태양 전지는 웨이퍼에 결합되는 패턴화된 금속 포일을 포함한다. 일 실시예에서, 패턴화된 금속 포일은 복수의 반도체 영역들에 대응하고 및/또는 이들에 맞춰 정렬되는 전기적으로 절연된 영역들을 포함한다.
본원에 개시된 하나 이상의 실시예들은 롤투롤 포일 기반 메탈라이제이션 방식들을 제공한다. 장점은 고처리율 포일 메탈라이제이션 공정에 의한 제조 공정의 단순화로 인한 태양 전지, 스트링 및 모듈 제조 비용의 절감을 포함한다. 본원에서 설명되는 롤투롤 포일 기반 메탈라이제이션 방식은 전기 도금 없이 저가의 효율적인 태양 전지 메탈라이제이션을 가능하게 한다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른, 태양 전지를 제조하는 방법의 작업들을 나타내는 흐름도(100)를 도시한 것이다. 흐름도(100)의 작업(102) 및 대응 도2를 참조하면, 태양 전지 또는 태양 전지 스트링을 제조하는 방법은 제1 롤 유닛(120) 상에 태양 전지(112)의 적어도 하나의 웨이퍼를 제공하는 단계를 포함한다. 제1 롤 유닛(120)은 122로 일반적으로 도시된 제1 이송로를 따라 태양 전지 웨이퍼(112)를 회전시킨다. 설명의 편의를 위해, 제1 롤 유닛(120)을 따르는 특정 위치들에서 개개의 웨이퍼들이 112a, 112b 및 112n으로 표시되어 있다.
일 실시예에서, 태양 전지(112)의 각 웨이퍼는 단결정 실리콘 기판을 포함한다. 예를 들어, 태양 전지(112)의 웨이퍼는 n형 또는 p형 단결정 실리콘 기판을 포함한다. 다른 실시예들에서, 태양 전지(112)의 웨이퍼는 n형 또는 p형 다결정 실리콘 기판을 포함한다. 또 다른 실시예들에서, 태양 전지(112)의 웨이퍼는 비정질 실리콘 기판을 포함한다. 일 실시예에서, 웨이퍼의 두께는 300 ㎛ 미만이다. 다른 예로서, 웨이퍼의 두께는 150㎛ 미만이다. 일부 실시예들에서, 웨이퍼 두께는 50-300 ㎛ 사이일 수 있다.
일 실시예에서, 태양 전지(112)의 각 웨이퍼는 태양 복사선을 수집하기 위해 정상 작업 중에 태양을 향하는 전방면(114) 및 전방면의 반대편에 있는 후방면(116)을 포함한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 전방면들(114)은 제 1 롤 유닛(120)과 접촉한다. 일 실시예에서, 태양 전지(112)가 배면 접점 태양 전지이지만 본 기술 및 구조는 다른(예컨대, 전면 접점) 태양 전지에도 동일하게 적용된다.
일 실시예에서, 각각의 태양 전지(112)는 기판 위 및/또는 상부에 복수의 반도체 영역들을 포함한다. 예를 들어, 태양 전지들(112)은 실리콘 기판 위 및/또는 상부에서 교번하는 n형 및 p형 다결정 실리콘 반도체 영역들을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 태양 전지의 제조 방법은 기판 내부 및/또는 상부에 복수의 반도체 영역들을 형성하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 도 3a는 일 실시예에 따른 태양 전지 웨이퍼(112)를 도시한다. 태양 전지 웨이퍼(112)는 기판(111) 내부 및/또는 상부에 복수의 반도체 영역들(113/115)을 포함한다. 일부 실시예들에서, 얇은 유전체 재료(117)가 반도체 영역들(113/115)과 기판(111) 사이에 개재 재료로서 포함될 수 있다. 기판(111)은 위에 복수의 반도체 영역들(113/115)이 형성되어 있는 배면의 반대측에 수광면(114)을 갖는다. 일 실시예에서, 도 3a에 도시된 바와 같이, 복수의 반도체 영역들(113/115) 각각은 서로 이격되어 있다. 특정 실시예에서, 복수의 반도체 영역들(113/115)은 복수의 교번하는 n형(113) 및 p형(115) 반도체 영역들이다.
일 실시예에서, 기판(111)은 벌크 단결정 n형 도핑된 실리콘 기판과 같은 단결정 실리콘 기판이다. 그러나 기판(111)이 구형 태양 전지 기판 상에 배치된 층, 예컨대 다결정 실리콘층일 수 있다는 것을 이해해야 한다. 일 실시예에서, 얇은 유전체층(117)은 약 2 나노미터 이하의 두께를 갖는 터널링 실리콘산화물층이다. 하나의 이러한 실시예에서, 용어 “터널링 유전체층”은 전기 전도가 달성될 수 있는 매우 얇은 유전체층을 지칭한다. 특정 이론에 구속되는 것은 아니지만, 전도는 양자 터널링 및/또는 유전체층의 얇은 지점을 통한 직접적인 물리적 연결의 작은 영역들의 존재에 기인할 수 있다. 일 실시예에서, 터널링 유전체층은 얇은 실리콘산화물층이거나 이를 포함한다.
일 실시예에서, 복수의 반도체 영역들(113/115)이 복수의 교번하는 n형(113) 및 p형(115) 반도체 영역들인 경우, 교번하는 n형 및 p형 반도체 영역들(113 및 115)은 각각 가령 플라즈마 강화 화학 기상 증착(PECVD) 공정을 사용하여 형성된 다결정 실리콘 영역들이다. 하나의 그러한 실시예에서, n형 다결정 실리콘 영역들(113)은 인과 같은 n형 불순물로 도핑된다. P형 다결정 실리콘 영역들(204)은 붕소와 같은 P형 불순물로 도핑된다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 교번하는 n형 및 p형 반도체 영역들(113 및 115)은 그 사이에 형성된 트렌치들(118)을 가질 수 있으며, 트렌치들(118)은 기판(111) 내로 부분적으로 연장된다. 일 실시예에서, 절연층(119)은 도 3a에 도시된 바와 같이, 트렌치들(118) 내에 그리고 부분적으로는 교번하는 n형 및 p형 반도체 영역들(113 및 115) 상에 배치된다. 일부 실시예들에서, 교번하는 n형(113) 및 p형(115) 반도체 영역들 상에 하부 반사 방지 코팅(BARC) 재료 또는 다른 보호층(예컨대, 비정질 실리콘층)이 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 도 3a에 도시된 바와 같이, 수광면(114)은 텍스처화된 수광면이다. 일 실시예에서, 기판(111)의 수광면(114) 및 도 3a에 또한 도시될 수 있는 바와 같은 트렌치(118) 표면들을 텍스처화하기 위해 수산화물계 습식 에칭제가 채용된다. 수광면의 텍스처화 시점이 달라질 수 있다는 것을 이해해야 한다. 예를 들어, 텍스처화는 얇은 유전체층(117) 형성 전 또는 후에 수행될 수 있다. 일 실시예에서, 텍스처화된 표면은 입사광을 산란시켜 태양 전지의 수광면(114)으로부터 반사되는 광의 양을 감소시키기 위한 규칙적인 또는 불규칙한 형상의 표면을 갖는 것일 수 있다. 도 3a를 다시 참조하면, 추가적인 실시예들은, 수광면(114) 상의 패시베이션 및/또는 반사 방지 코팅(ARC) 층들(총괄적으로 층(212)으로 도시됨)의 형성을 포함할 수 있다. 패시베이션 및/또는 ARC층들의 형성 시점 또한 달라질 수 있음을 이해해야 한다.
일 실시예에서, 복수의 반도체 영역들(113/115)은 기판(111) 상부에 형성되는 다결정 실리콘층으로 형성되며, 전술한 바와 같이, 이것은 단일 또는 복수의 결정 실리콘 기판일 수 있다. 그러나 다른 실시예에서, 기판(111)은 기판(111)과는 별개의 반도체층에 형성되는 것과는 대조적으로 내부에 형성되는 복수의 반도체 영역들(113/115)을 갖는 단결정 실리콘 기판이다.
복수의 접촉 개구들이 절연층(119) 내에 형성될 수 있다. 복수의 접점 개구는 복수의 n형 도핑된 폴리실리콘 영역(113) 및 복수의 p형 도핑된 폴리실리콘 영역(115)에 대한 노출을 제공할 수 있다. 일 실시예에서, 복수의 접점 개구는 레이저 융삭(laser ablation)에 의해 형성된다. 일 실시예에서, n형 도핑된 폴리실리콘 영역들(113)에 대한 접점 개구들은 p형 도핑된 폴리실리콘 영역들(115)에 대한 접점 개구들과 실질적으로 동일한 높이를 갖는다.
일 실시예에서, 제1 롤 유닛(120)은 도 2에 도시된 바와 같은 원형 단면을 포함하는 기다란 원통형 장치이다. 다른 실시예들에서, 제1 롤 유닛은 태양 전지의 단일 웨이퍼를 유지하도록 크기가 정해진 실질적으로 평탄한 복수의 표면들을 포함한다. 제1 롤 유닛(120)은 금속, 플라스틱, 세라믹, 흑연 또는 이들의 조합과 같은 임의의 바람직한 재료를 포함할 수 있다. 제1 롤 유닛(120)은 축을 중심으로 회전하도록 구성되며, 제1 롤 유닛(120)에 동력을 제공하는 모터에 의해 구동될 수 있다. 일 실시예에서, 모터는 제1 롤 유닛(120)을 지속적으로 회전시키는 동력을 제공한다. 다른 실시예들에서, 제1 롤 유닛(120)은 간헐적으로 또는 인덱스 방식(indexed manner)으로 회전할 수 있다. 제1 롤 유닛의 인덱싱 모션의 크기는 원하는대로 조정될 수 있다. 일부 실시예들에서, 롤 유닛이 단일 롤러를 포함하지만, 다른 실시예들에서, 롤 유닛은 복수의 롤러들을 포함할 수 있다.
제 1 롤 유닛의 직경 및 폭은 임의의 바람직한 치수들일 수 있다. 일 실시예에서, 제 1 롤 유닛은 소정의 전지 스트링 매트릭스 또는 태양광 모듈의 배열로 복수의 웨이퍼들을 보유, 지지 및/또는 유지할 수 있는 크기로 되어 있다. 몇몇 실시예들에서, 전지들의 수 또는 전지 스트링의 길이는 임의의 시간에 제1 롤 유닛 상에서 유지되는 전지들의 수보다 크다. 예를 들어, 전지 스트링은 도2에 도시된 바와 같이 9개의 전지를 동시에 보유하는 제1 롤 유닛을 갖는 10개 이상의 태양 전지를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 제1 롤 유닛의 치수는 웨이퍼 또는 태양 전지의 치수에 기초하여 결정된다. 비한정적인 예로서, 웨이퍼는 폭이 12-16cm일 수 있다. 일 실시예에서, 태양 전지 스트링 내의 인접한 전지들 사이의 갭은 2mm보다 작을 수 있다. 다른 실시예에서, 태양 전지 스트링 내의 인접한 전지들 사이의 갭은 1mm 미만, 예를 들어 대략 0.5mm일 수 있다.
일 실시예에서, 웨이퍼는 소정의 온도로 가열된 제1 롤 유닛(120) 상에 제공될 수 있다. 제1 롤 유닛(120)은 제1 롤 유닛(120)과 접촉하는 웨이퍼들(112a-n)에 대하여 열 에너지를 전달할 수 있다. 일부 실시예들에서, 웨이퍼(112)는 제1 롤 유닛(120)과 접촉하기 전에 가열 또는 "예열"될 수 있다. 임의의 바람직한 가열 메커니즘, 예를 들어, 전도, 대류, 복사, 적외선 및/또는 유도 가열이 사용될 수 있다.
흐름도(100)의 작업(104) 및 대응하는 도 2를 참조하면, 태양 전지 또는 태양 전지 스트링을 제조하는 방법은 제2 이송로(122')를 따라 제2 롤 유닛(130)으로부터 제1 롤 유닛(120)으로 금속 포일(132)을 이송하는 단계를 포함한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 연속적인 길이의 금속 포일(132)이 제2 롤 유닛(130)으로부터 권출되고, 제2 이송로(122')를 따라 제1 롤 유닛(120)으로 운반되어 제1 이송로(122)를 따라 태양 전지 웨이퍼(112n)의 후방면(116)과 접촉한다. 도시된 바와 같이, 제2 이송로(122')는 태양 전지(112n)의 위치에서 제1 이송로와 합류된다. 일부 실시예들에서, 하나 이상의 가이드 롤러가 제2 이송로(122')를 따라 제2 롤 유닛으로부터 제1 롤 유닛으로 금속 포일을 안내하도록 사용될 수 있다. 다양한 실시예들에서, 포일(132)은 제2 이송로를 따라 소정 온도로 가열된다. 일 실시예에서, 포일은 소정의 온도로 가열된 제2 롤 유닛(130)에서 가열된다. 임의의 바람직한 가열 메커니즘, 예를 들어, 전도, 대류, 복사, 적외선 및/또는 유도 가열이 사용될 수 있다.
다양한 실시예들에서, 금속 포일(132)은 200μm 미만의 두께를 갖는 알루미늄(Al) 포일이다. 다른 예로서, 금속 포일은 대략 5-100마이크로미터 범위의 두께를 가질 수 있다. 일 실시예에서, 금속 포일은 알루미늄 및 제 2 원소, 예컨대, 이들로 한정되는 것은 아니지만, 구리, 망간, 규소, 마그네슘, 아연, 주석, 리튬 또는 이들의 조합을 포함하는 알루미늄 합금 포일이다. 일 실시예에서, 알루미늄 포일은 템퍼 등급(temper grade) 포일, 예컨대, 이들로 한정되는 것은 아니지만, F등급(제조된 상태), O등급(완전 연질), H등급(변형 경화된 것) 또는 T등급(열처리된 것)이다. 일 실시예에서, 알루미늄 포일은 양극산화처리된 알루미늄 포일이다. 일부 실시예들에서, 금속 포일은 알루미늄, 구리, 니켈, 망간, 규소, 마그네슘, 아연, 주석, 리튬 또는 이들의 조합의 그룹으로부터 선택된다.
일 실시예에서, 제2 롤 유닛은 도 2에 도시된 바와 같은 원형 단면을 포함하는 기다란 원통형 장치이다. 도시된 바와 같이, 제2 롤 유닛(130)은 태양 전지의 웨이퍼(112n)와 접촉하도록 제1 롤 유닛(120)으로 연속적으로 권출 및 이송되는 금속 포일의 롤이다. 제2 롤 유닛(130)은 금속, 플라스틱, 세라믹, 흑연 또는 이들의 조합과 같은 임의의 바람직한 재료를 포함할 수 있다. 제2 롤 유닛(130)은 축을 중심으로 회전하도록 구성되며, 제2 롤 유닛(130)를 회전시키는 동력을 제공하는 모터에 의해 구동될 수 있다. 본 기술분야(예를 들어, 웹 컨버팅 기술)의 당업자에게는 명백한 바와 같이, 제2 롤 유닛은 포일 섹션(132)에 대한 장력을 유지하도록 임의의 바람직한 방식으로 회전될 수 있다. 예를 들어, 클러치 및 카운터 회전 모터 또는 "댄서(dancer)" 롤러와 같은 장력 측정 장치와 결합하는 브레이크가 사용될 수 있다. 흐름도(100)의 작업(106) 및 대응하는 도 2를 참조하면, 태양 전지 또는 태양 전지 스트링을 제조하는 방법은 금속 포일을 웨이퍼에 결합시켜 금속 포일과 웨이퍼의 통합된 쌍을 제공함으로써, 메탈라이제이션된 태양 전지 또는 태양 전지 스트링을 형성하는 단계를 포함한다. 일 실시예에서, 금속 포일은 도 2에 도시된 바와 같이 제1 롤러 유닛(120) 상의 웨이퍼(112n)를 향하여 기계적 힘(140)을 가함으로써 태양 전지 웨이퍼(112n)의 후방면들(116)에 고정적으로 결합 또는 접합된다. 예를 들어, 기계적 힘(140)이 태양 전지(112n)를 향한 본딩 헤드, 본딩 롤러, 본딩 플레이트 또는 본딩 패들에 적용될 수 있다. 다른 실시예들에서, 작업(106)은 금속 포일(132) 상에 레이저 빔을 충돌시킴으로써 금속 포일을 웨이퍼(112n)에 용접하는 것에 의하여 금속 포일(132)이 웨이퍼(112n)에 결합 또는 접합되는 레이저 용접 공정을 포함한다. 또 다른 실시예들에서는, 초음파 접합 또는 용접 공정을 사용하여 금속 포일(132)을 웨이퍼(112n)에 결합시킬 수 있다. 임의의 바람직한 메커니즘이 금속 포일을 웨이퍼에 접합시키는데 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 생성된 접합은 4 Joule/m2 초과의 계면 접착 에너지를 갖는 것으로 특징지어질 수 있다.
일 실시예에서, 금속 포일은 복수의 태양 전지들 각각 사이에 금속 포일 인터커넥트를 포함하는 태양 전지 스트링(150)을 생성하기 위해 태양 전지 웨이퍼(112n)에 결합된다. 일부 실시예들에서, 단계(106)는 금속 포일과 웨이퍼의 표면 사이에 전단력이 발생하여 금속 포일의 실질적인 부분을 웨이퍼의 표면과 전기적으로 연결하도록 금속 포일에 힘을 가하는 단계를 포함한다. 일부 실시예들에서, 본 방법은 복수의 전지들 사이의 금속 포일 인터커넥트에 도전성 접착제를 투여하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 플랫 본딩 헤드에 의한 금속 포일의 웨이퍼 상으로의 평행 플레이트 프레스(parallel plate press)가 웨이퍼와 금속 포일 간에 최적의 접합을 생성하지 못할 수도 있다. 대신에, 이론에 구속되는 것은 아니지만, 본 명세서에서 설명되는 하나 이상의 실시예들에 따라, 단계(106)에서의 먼저의 포인트 힘 또는 압력 및 그 후의 전단력 또는 압력의 적용이 개선된 결합 또는 접합을 제공할 수 있다. 특정 이론에 구속되는 것은 아니지만, 이 방식은 금속 포일이 계면에서 국부적으로 신장되도록 허용하며, 일부 사례들에 있어서는 패시베이팅 산화물(passivating oxide)을 파괴하여 금속 포일이 하부 웨이퍼에 "부착(stick)"되도록 허용한다.
다양한 실시예들에서, 복수의 웨이퍼들이 흐름도(100)의 단계(102 및/또는 106) 이전 및/또는 그 단계 동안에 소정의 온도로 가열된다. 일 실시예에서, 웨이퍼는 소정의 온도로 가열된 제1 롤 유닛(120) 상에 제공될 수 있다. 제1 롤 유닛(120)은 제1 롤 유닛(120)과 접촉하는 웨이퍼들(112a-n)에 대하여 열 에너지를 전달할 수 있다. 일부 실시예들에서, 웨이퍼(112)는 제1 롤 유닛(120)과 접촉하기 전에 가열 또는 "예열"될 수 있다. 임의의 바람직한 가열 메커니즘, 예를 들어, 전도, 대류, 복사, 적외선 및/또는 유도 가열이 사용될 수 있다.
다양한 실시예들에서, 금속 포일(132)은 흐름도(100)의 단계(104) 및/또는 단계(106) 이전 및/또는 그 단계 동안에 소정의 온도로 가열된다. 일 실시예에서, 금속 포일(132)을 제1 롤 유닛(120)으로 이송하기 전 또는 그 동안에 금속 포일(132)이 가열될 수 있다. 예를 들어, 제2 롤 유닛(130)이 금속 포일(132)에 대하여 열 에너지를 전달할 수 있다. 일부 실시예들에서, 금속 포일(132)은 제1 롤 유닛(120)으로 이송되는 과정에서 가열될 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 태양 전지(112n) 및/또는 금속 포일(132)은 금속 포일을 태양 전지(112n)에 결합시키는 단계(106) 동안에 소정의 온도로 가열된다. 일 실시예에서, 태양 전지(112n) 및 금속 포일(132)은 결합 또는 접합 단계(106) 동안에 소정의 접합 온도로 가열된다. 예를 들어, 태양 전지(112n)를 향한 가열된 본딩 헤드, 가열된 본딩 롤러, 가열된 본딩 플레이트 또는 가열된 본딩 패들에 기계적 힘(140)을 적용할 수 있다. 전술한 바와 같이, 제1 롤 유닛(120)은 웨이퍼 및/또는 포일에 열을 전달하도록 가열될 수 있다.
태양 전지 웨이퍼 및/또는 금속 포일 그리고 롤 유닛은 임의의 원하는 온도로 가열될 수 있다. 일부 실시예들에서, 이 소정의 온도는 대략 100-600℃의 범위일 수 있다. 다른 예로서, 이 소정의 온도는 대략 350-580℃의 범위일 수 있다.
도 1 및 도 2는 일 실시예에 따른 롤투롤 포일 기반 메탈라이제이션을 사용하여 태양 전지들을 제조하는 방식을 도시한 것이다. 달리 지시되지 않는 한, 도 4 내지 도 9의 단계들 및 구성요소들은 100씩 순차적으로 증가한다는 점을 제외하고는 유사하다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른, 태양 전지 스트링 또는 태양광 모듈을 제조하는 방법에서의 작업들을 나타내는 흐름도(200)를 도시한다. 흐름도(200) 중의 선택적 작업들은 점선으로 표시되어 있다. 흐름도(200)의 작업(202) 및 대응하는 도 2를 참조하면, 태양 전지 스트링 또는 태양광 모듈을 제조하는 방법은 제1 롤 유닛(220) 상에 복수의 태양 전지들(212)을 제공하는 단계를 포함한다. 제1 롤 유닛(220)은 일반적으로 222로 도시된 제1 이송로를 따라 태양 전지들(212)을 회전시킨다.
일 실시예에서, 제1 롤 유닛은 태양 전지의 단일 웨이퍼를 유지, 보유 또는 지지하기 위한 크기로 되어 있는 복수의 실질적으로 평탄한 표면들을 포함한다. 예를 들어, 제1 롤 유닛(220)이 팔각형 단면을 규정하는 8개의 실질적으로 평탄한 표면들을 포함하지만, 임의의 바람직한 구성에서 임의의 바람직한 수의 실질적으로 평탄한 표면들이 사용될 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 롤 유닛(220)의 각각의 실질적으로 평탄한 표면은 태양 전지(212)의 단일 웨이퍼를 유지하는 크기로 되어있다. 다른 실시예들에서, 제1 롤 유닛의 실질적으로 평탄한 표면은 임의의 바람직한 구성으로 복수의 웨이퍼들을 유지하는 크기로 될 수 있다. 제1 롤 유닛(220)은 제1 이송로(222)를 따라 태양 전지들(212)을 운반하기 위해 축을 중심으로(예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이 시계 방향으로) 회전하도록 구성된다.
일 실시예에서, 제1 롤 유닛은 임의의 바람직한 그립, 파지 또는 해제 가능하게 결합하는 장치 또는 기술에 의해 웨이퍼를 유지, 보유 또는 지지할 수 있다. 예를 들어, 전지 쪽으로 가스의 흐름을 유도하는 전기 기계식 파지 요소들 및/또는 물체를 자체에 유지하는 진공 계면을 구비한 그립 기구가 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 제1 롤 유닛 상에 웨이퍼를 제공하는 것은 공기를 배출시켜 도관 또는 터널을 통해 진공 흡인을 생성하는 도관들 또는 터널들을 포함하는 제1 롤 유닛 상에 웨이퍼를 유지시키도록 진공 흡입을 가하고, 이에 따라 태양 전지 웨이퍼를 제1 롤 유닛 상에 적절히 유지하는 것을 포함한다.
흐름도(200)의 작업(204) 및 대응하는 도 5를 참조하면, 태양 전지 스트링 또는 모듈을 제조하는 방법은 제2 롤 유닛(230)으로부터 제1 롤 유닛(220)으로 금속 포일(232)을 이송하는 단계를 포함한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 연속적인 길이의 금속 포일(232)이 제2 롤 유닛(230)으로부터 권출되고, 제1 롤 유닛(220)으로 운반되어 제1 이송로(222)를 따라 운반되고 있는 태양 전지들(212)과 접촉한다. 도시된 바와 같이, 제2 이송로(222')는 태양 전지(212n)의 위치에서 제1 이송로와 합류된다. 제2 이송로(222')를 따라 제2 롤 유닛(230)으로부터 제1 롤 유닛(220)으로 금속 포일(232)을 안내하기 위해 복수의 가이드 롤러 유닛(234)이 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 금속 포일(232)은 도 6에 도시된 바와 같이 제1 롤 유닛(220)의 두 개의 실질적으로 평탄한 섹션들 사이의 모서리 또는 에지(235) 상에 일정 각도로 인장되거나 신장된다. 에지(235)는 포일(235)을 구속할 수 있으며, 이에 따라 평면을 벗어난 언듈레이션(undulations)의 형성을 방지할 수가 있다. 웨이퍼(212n)에 결합되기 전에 포일(a232)에 주름이 형성되는 것을 방지하기 위해 임의의 적절한 기구 및/또는 구조물이 사용될 수 있다.
흐름도(100)의 작업(206) 및 대응하는 도 5를 참조하면, 태양 전지 스트링 또는 모듈을 제조하는 방법은 금속 포일(232)을 위치 212n에 있는 태양 전지 웨이퍼에 결합시켜 금속 포일(232)과 웨이퍼(212n)의 통합된 쌍을 제공하는 단계를 포함한다. 단계(206)에서는, 금속 포일(232)을 복수의 태양 전지들(212)에 결합하여, 복수의 태양 전지들(212) 각각 사이에 금속 포일 인터커넥트를 포함하는 태양 전지 스트링(250)을 생성할 수 있다. 일 실시예에서, 제1 롤러 유닛(220)을 향하여 기계적 힘을 가함으로써, 금속 포일(232)이 태양 전지(212n)에 고정적으로 결합된다. 일 실시예에서, 플랫 본딩 헤드에 의한 금속 포일(232)의 평행 플레이트 프레스가 웨이퍼(212n)에 대하여 적용된다. 다른 실시예들에서는, 본딩 롤러가 제1 롤 유닛(220)을 향하는 힘을 가하면서 금속 포일(232)의 표면에 대하여 롤링할 수 있으며, 이에 따라 금속 포일(232)을 태양 전지 웨이퍼(212n)에 접합시킨다.
특정 이론에 구속되는 것은 아니지만, 평행 플레이트 프레스가 웨이퍼와 금속 호일 간에 최적의 접합을 생성하지 못할 수도 있다. 대신에, 본 명세서에서 설명되는 하나 이상의 실시예들에 따라, 단계(206)에서 이전 포인트 힘 또는 압력 및 그 후의 전단력 또는 압력의 적용이 개선된 결합 또는 접합을 제공할 수 있다. 특정 이론에 구속되는 것은 아니지만, 이 방식은 금속 포일이 계면에서 국부적으로 신장되도록 허용하며, 일부 사례들에 있어서는 패시베이팅 산화물을 파괴하여 금속 포일이 하부 웨이퍼에 "부착"되도록 허용한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 기계적 힘이 본딩 롤러(244)를 포함하는 본딩 헤드(242)에 의해서 태양 전지(212n)에 가해진다. 본딩 헤드는 246으로 표시된 방향을 따라 태양 전지(212n)에 대해 본딩 롤러를 지향시키도록 구성된다. 다양한 실시예들에서, 본딩 헤드 또는 롤러의 방향은 원하는 결합 메커니즘 및/또는 구성에 따라 방향(246)에 수직하거나 반대되는 방향일 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 태양 전지(212n) 및/또는 금속 포일(232)은 단계(206)에서 금속 포일을 태양 전지(212n)에 결합시키는 동안에 소정의 온도로 가열된다. 예를 들어, 소정의 접합 온도로 가열된 본딩 헤드 및/또는 본딩 롤러는 대략 100-600℃ 범위의 온도이다. 다른 예로서, 이 소정의 접합 온도는 대략 350-580℃ 범위일 수 있다. 이러한 열 압착 방식은 태양 전지의 기판 또는 웨이퍼에 알루미늄(또는 다른 금속) 포일을 직접 열 압착 접합하도록 수행될 수 있다. 일 실시예에서, 금속 포일은 하부 반사 방지 코팅(BARC) 재료 또는 다른 보호층(예를 들어, 비결정 실리콘층)에 결합될 수 있다. 또한 열 압착 접합을 사용하여 태양 전지의 기판 또는 웨이퍼 상의 스퍼터링된 금속 시드층에 금속 포일을 직접 접합할 수 있다.
다양한 실시예에서, 태양 전지용 전기적 접점을 제조하기 위한 최종 메탈라이제이션층은 알루미늄 금속 포일과 같은 금속 포일층이다. 금속 포일을 패턴화하여 태양 전지의 하부 반도체 영역들에 대한 전기적 접점들, 메탈라이제이션 구조들 및/또는 핑거들을 제공할 수 있다. 예를 들어, 금속 포일(132)은 도 3b에 도시된 바와 같이 복수의 반도체 영역들(113/115) 사이의 위치들에서 패턴화될 수 있다. 금속 포일(132)은 교번하는 반도체 영역들(113/115)과 각각 전기적으로 접촉하는 메탈라이제이션 구조들인 전기적으로 절연된 영역들을 포함한다.
일부 실시예들에서, 금속 포일은 전기적으로 절연된 영역들의 패턴을 포함하는 금속 포일이 제1 롤 유닛으로 이송되어 접촉 시에 원하는 태양 전지의 영역들과 정렬되도록, 태양 전지 웨이퍼에 결합되기 전에 "사전 패턴화"되거나 패턴화된다. 그러나, 다른 실시예들에서는, 금속 포일이 태양 전지의 웨이퍼에 결합된 후에 패턴화될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 전기적 절연은 그루브, 홈 및/또는 트렌치를 가로지르는 전기 전도가 가능하지 않거나 또는 실행 불가능하도록 금속 포일 및/또는 금속 시드층의 부분들을 물리적으로 분리하는 것을 지칭한다. 그러나 메탈라이제이션 구조물 또는 핑거는 다른 경로, 예컨대 임의의 원하는 구성으로 제공될 수 있는 버스 바(bus bar)와 같은 전기 도관을 통해 전류를 통전시키도록 연결될 수 있다.
일부 실시예들에서, 금속 포일은 금속 포일을 태양 전지에 접합하는 단계(206) 동안 또는 이 단계와 실질적으로 동시에 패턴화될 수 있다. 또 다른 실시예들에서는, 금속 포일이 도 4의 흐름도(200)의 선택적 단계(208)에서 패턴화될 수 있다. 일 실시예에서, 패턴화는 일반적으로 곡선형 또는 아치형 단면을 갖는 회전식 커팅 다이 또는 패턴화 롤러 유닛을 사용하여 금속 포일 영역을 격리하여 각각의 태양 전지에 메탈라이제이션 구조를 형성하고 및/또는 과량의 금속 포일을 트림(trim)함으로써 인접한 태양 전지들 간에 인터커넥트들을 규정하는 연속 공정이다. 추가의 예들로서, 회전식 다이, 가요성 다이 또는 강성 평면 다이가 금속 포일에 가압됨으로써 하나의 패턴을 형성한다. 도 5에 도시된 예에서, 패턴화 롤러(260)는 태양 전지 스트링(250)의 금속 포일(232)에 기계적 힘을 가하면서 태양 전지 스트링(250)을 롤링한다.
일부 실시예들에서, 패턴화 롤러(260)는 임의의 바람직한 형상, 크기 또는 구성을 갖는 커터 블레이드를 포함한다. 회전식 커팅 다이의 패턴화 롤러 및/또는 커터 블레이드(들)는 패턴화 작업 동안에 금속 포일 영역들을 전기적으로 절연하고, 금속 시드 영역들을 전기적으로 절연하며 및/또는 과량의 금속 포일을 트림하기 위한 임의의 원하는 패턴 또는 구성으로 제공될 수 있다.
패턴화가 반드시 접합 단계(206) 전 또는 접합 단계(206)와 동시에 수행될 필요는 없다. 예를 들어, 패턴화 단계는 제조 이후에 전지 스트링(250)에 대해 수행되는 별도의 스크린 인쇄 또는 다이 커팅 단계일 수 있다.
일 실시예에서, 전지 스트링(250)은 인접한 태양 전지들(212) 사이에 그대로 남아있는 금속 포일(232)의 적어도 일부분을 포함한다. 인접한 태양 전지들(212) 사이에 걸쳐 이어져 있는 금속 포일(232)은 태양 전지 스트링 또는 모듈의 전기 전도성 인터커넥트들일 수 있다. 일부 실시예들에서, 금속 포일은 가령 변형률 완화 요소들을 제공하기 위해 전지들 사이의 전기 전도성 포일 인터커넥트들을 계속 유지하면서, 태양 전지들 사이의 위치들에서 패턴화되거나 트림될 수 있다. 일부 실시예들에서, 인접한 태양 전지들 사이의 포일은 가령 그 각각이 8-16개의 태양 전지 길이를 갖는 복수의 전지 스트링을 생성하도록 소정 갯수의 순차적 태양 전지들이 전지 스트링을 형성한 후에 실질적으로 전체 절단될 수 있다. 그러나 개별 태양 전지들을 필요로 하는 또 다른 실시예에서, 금속 포일은 각 태양 전지 사이에서 절단될 수 있다.
도 4의 흐름도(200)의 선택적 단계(210)에서, 태양 전지 스트링 또는 모듈을 형성하는 방법은 플랫 배향을 야기하기 위해 태양 전지 스트링의 복수의 태양 전지들을 적어도 하나의 플래트닝 롤 유닛(flattening roll unit)에 통과시키는 단계를 포함한다. 도 7의 예시적인 실시예에서, 태양 전지 스트링(250)은 태양 전지 스트링(250)의 양측에 위치한 두 개의 롤러(272/274)를 포함하는 제3 롤 유닛(270)을 통과한다. 제3 롤 유닛은 태양 전지 스트링(250)과 접촉하거나 또는 가압하여 제1 이송로(222)에 평행한 제1 축(280)을 중심으로 플랫 배향을 야기한다. 또한 태양 전지 스트링(250)은 금속 포일 반대편의 태양 전지 스트링(250)의 측 상에 위치된 제4 대직경 롤 유닛(276)을 통과한다. 제4 롤 유닛은 태양 전지 스트링(250)과 접촉하거나 가압하여 제1 이송로(222)에 수직한 제2 축(282)을 중심으로 플랫 배향을 야기한다. 태양 전지 스트링은 임의의 갯수의 롤러를 포함하며 플랫 배향을 야기하기 위해 임의의 바람직한 배향 또는 크기를 갖는 임의의 바람직한 갯수의 플래트닝 롤 유닛들을 통과할 수 있다. 다양한 실시예들에서, 웨이퍼 또는 태양 전지는 제1 롤 유닛의 곡률과 실질적으로 동일한 소정의 곡률에 의해 특징지어질 수 있다.
특정 이론에 구속되는 것은 아니지만, 태양 전지 스트링의 포일 및 웨이퍼의 불균일한 열적 특성들로 인해, 가령 금속 포일과 웨이퍼를 결합시키는 동안 가열 또는 어닐링 작업들에 의해서 실온으로 냉각하는 중에 태양 전지가 구부러지거나 휘어질 수 있다. 따라서 태양 전지 스트링은 임의의 적절한 축을 중심으로 플랫 배향을 야기하기 위해 임의의 바람직한 갯수의 플래트닝 유닛들을 임의의 순서로 통과할 수 있다. 일부 실시예들에서, 태양 전지 웨이퍼는 초기 배향으로 웨이퍼를 변형시키는 힘을 가함으로써 제1 롤 유닛 상에 태양 전지 웨이퍼를 제공하기에 앞서 "사전 벤딩"되거나 또는 "사전 텐션"될 수 있다.
본원에서는 태양광 또는 광기전 모듈 및 그 제조 방법이 개시된다. 태양광 모듈을 제조하는 방법은 태양광 모듈의 소정의 전지 스트링 배열로 복수의 태양 전지들을 유지하도록 구성된 제1 롤 유닛 상에 복수의 태양 전지들을 제공하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 도 8은 금속 포일(332)에 의해 상호 연결되는 복수의 태양 전지들(312)을 포함하는 태양 전지 스트링(350)을 도시한다. 태양 전지 스트링(250)은 광기전 라미네이트 또는 모듈(352)을 형성하기 위해 캡슐제(392)에 의해서 임의의 바람직한 전지 스트링 배열로 캡슐화될 수 있다. 도 9는 수퍼스트레이트(superstrate)(예를 들어, 유리)(394)와 배면 시트(396) 사이에 캡슐화된 태양 전지 스트링(350)을 포함하는 태양광 라미네이트 또는 모듈(352)을 도시한다.
상기한 상세한 설명 및 예들은 예시적인 실시예들의 구조 및 사용에 대한 완전한 설명을 제공한다. 특정 실시예들이 특정 특수성의 정도 또는 하나 이상의 개별 실시예들을 참조하여 상술되었지만, 당업자는 본 발명의 범위를 일탈함 없이 개시된 실시예들에 대하여 다수의 변경을 가할 수 있다. 따라서 본 방법 및 시스템의 다양한 예시적인 실시예들은 개시된 특정 형태로 제한되지 않는다. 오히려, 이들은 청구 범위의 범주 내에 속하는 모든 변경 및 대안을 포함하며, 도시된 것 이외의 실시예들은 도시된 실시예의 특징들의 일부 또는 전부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 요소들이 생략되거나 단일 구조로 결합될 수가 있으며 및/또는 연결들이 대체될 수 있다. 또한 적절한 경우, 전술한 예들 중의 임의의 것의 양태들은 비교 가능하거나 상이한 특성들 및/또는 기능들을 갖는 다른 예들을 형성하기 위해 기술된 다른 예들 중의 임의의 것의 양태들과 조합될 수 있으며, 이에 따라 동일하거나 상이한 문제점들을 해결할 수 있다. 유사하게, 전술한 이득 및 이점은 하나의 실시예와 관련된 것일 수 있거나 여러 개의 실시예들과 관련된 것일 수 있다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 본 방법 및 시스템의 실시예들은 상이한 구조적 구성들, 재료들 및/또는 제어 제조 단계들을 사용하여 실시 및/또는 구현될 수 있다. 청구범위는 의미-플러스-기능 또는 단계-플러스-기능 제한들이 "~을 위한 수단" 또는 "~을 위한 단계"를 각각 사용하여 주어진 청구범위에서 명시적으로 제시되어 있지 않는 한, 그러한 제한들을 포함하는 것으로 의도되지 않으며, 또한 그러한 제한들을 포함하는 것으로 해석되어서도 안 된다.

Claims (3)

  1. 태양 전지 스트링(solar cell string)을 제조하는 방법에 있어서,
    제1 이송로를 따라 회전하는 제1 롤 유닛 상에 복수의 태양 전지들을 제공하는 단계이며 복수의 태양 전지들 각각은 태양 복사선(solar radiation)을 수집하기 위해 정상 동작 중에 태양을 향하는 전방면 및 전방면의 반대편에 있는 후방면을 포함하며, 태양 전지들의 전방면들은 제1 롤 유닛과 접촉하고, 복수의 태양 전지들 각각은 단결정 실리콘 기판 상에 교번하는 n형 및 p형 다결정 실리콘 반도체 영역들을 추가로 포함하는 단계;
    제1 롤 유닛과 접촉하지 않으면서 제2 롤 유닛으로부터 제1 롤 유닛으로 알루미늄 포일을 직접 이송하는 단계이며 알루미늄 포일은 제1 이송로를 따라 제1 롤 유닛 상에서 태양 전지들의 후방면과 접촉하는 단계;
    제1 롤 유닛을 향한 본딩 헤드에 기계적 힘을 가하여 복수의 태양 전지들의 후방면들에 알루미늄 포일을 접착하는 단계이며 복수의 태양 전지들은 복수의 태양 전지들 각각 사이에 알루미늄 포일 인터커넥터를 포함하는 태양 전지 스트링을 형성하는 단계;
    복수의 교번하는 n형 및 p형 다결정 실리콘 반도체 영역들 사이의 위치들에서 알루미늄 포일을 패턴화하여 알루미늄 포일의 영역들을 전기적으로 절연시키는 단계;
    태양 전지 스트링을 제3 롤 유닛으로 통과시키는 단계이며 제3 롤 유닛은 태양 전지 스트링과 접촉하여 제1 이송로에 평행한 제1 축 주위에 플랫 배향(flat orientation)을 유도하는 단계; 및
    태양 전지 스트링을 제4 롤 유닛으로 통과시키는 단계이며 제4 롤 유닛은 태양 전지 스트링과 접촉하여 제1 이송로에 수직한 제 2 축 주위에 플랫 배향을 유도하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 복수의 태양 전지들, 알루미늄 포일 또는 이들의 조합을 가열하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 태양 전지를 제조하는 방법에 있어서,
    제1 롤 유닛 상에 하나 이상의 웨이퍼를 제공하는 단계이며 하나 이상의 웨이퍼는 복수의 반도체 영역들을 포함하는 단계;
    제1 롤 유닛과 접촉하지 않으면서 제1 롤 유닛으로 금속 포일을 직접 이송하는 단계이며 금속 포일은 제1 롤 유닛 상에서 하나 이상의 웨이퍼와 접촉하는 단계;
    금속 포일을 하나 이상의 웨이퍼에 결합시켜 금속 포일과 하나 이상의 웨이퍼의 통합된 쌍을 제공하는 단계;
    하나이상의 웨이퍼에 결합된 금속 포일을 패턴화하는 단계; 및
    상기 태양 전지들을 하나 이상의 플래트닝 롤 유닛(flattening roll unit)으로 통과시켜 플랫 배향을 유도하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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