KR20130121700A - 점선형 연결부들과 비아들을 구비한 박막 모듈을 위한 방법 및 장치 - Google Patents

점선형 연결부들과 비아들을 구비한 박막 모듈을 위한 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 직렬 연결된 2개 이상의 광전자 부품들(104, 106, 108)을 포함하는 모놀리식으로 집적된 광전자 모듈 장치(100)의 제조 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 절연기판 또는 상판(110) 상에서 (a) 후면접촉 전극들(122, 124, 126, 128), (b) 반도체층(130), 및 (c) 전면접촉 부품들(152, 154, 156, 158)을 (a, b, c) 또는 (c, b, a)의 순서로 포함하는 3층 스택을 증착 및 스크라이빙하는 단계를 포함한다. 비아홀들(153, 155, 157)이 천공되고, 천공 공정의 열은 상기 비아홀들의 표면에 금속화를 초래하여 상기 비아홀들의 반도체층의 표면(132, 134, 136, 138)이 전도성이 되게 하고, 그로 인해 제1 전면접촉 부품들(154, 156)을 제2 후면접촉 전극들(124, 126)과 연결함으로써 광전자 부품들(104, 106, 108) 간에 직렬로 연결하는 전기적 경로들을 형성한다.

Description

점선형 연결부들과 비아들을 구비한 박막 모듈을 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR THIN FILM MODULE WITH DOTTED INTERCONNECTS AND VIAS}
본 발명은 광전 모듈과 같은 모놀리식 광전자 소자에 관한 것으로, 특히 광전 모듈 광전자 부품들 간의 전기적 연결 및 이들과 부스바들의 연결에 관한 것이다.
박막 태양전지 모듈로도 알려져 있는 다양한 박막 광전 모듈들은 보통 전기적으로 연결된 다수의 광전자 부품들로 이루어진다. 이러한 부품들은 광전지를 포함하는 광전자 소자들, 및 다이오드와 기타 전자 소자를 포함하는 임의의 추가 부품들일 수 있다. 광전 모듈들은 통상적으로 셀간(cell-to-cell) 커넥터 및 부스바와 같이 전기적으로 연결하는 부품들을 포함할 수도 있다.
다층 박막 기술은 동일한 기판 상에서 여러 광전자 부품들 및 연관된 부품들의 모놀리식 집적 및 연결을 가능하게 한다. 이러한 집적은 일련의 층 증착 및 스크라이빙 기술들을 이용하여 인시튜로 이루어진다. 박막 광전자/광전 부품들/소자들은 본질적으로 3개의 재료층들(전도성 후면접촉 전극층, 흡수체(absorber)로도 알려져 있는 반도체 광전 재료층, 및 통상적으로 투명하게 형성되는 다른 전도성 전면접촉 전극층)의 스택으로 이루어진다. 종래 웨이퍼 기반의 실리콘 광전 소자나 태양전지에 비해, CIGS(Cu(In,Ga)Se2) 또는 CdTe와 같은 반도체 재료에 기반한 광전지는 태양광 발전의 비용 절감, 에너지 회수 시간의 감소, 및 수명 효과의 개선에 대한 높은 잠재력을 보인다.
웨이퍼 기반의 광전 소자에 비해, 모놀리식 광전 모듈은 박막에 의해 사용되는 재료량의 감소, 모놀리식 집적의 인건비 감소, 및 예컨대 롤투롤(roll-to-roll) 제조 기법을 이용한 다량의 광전 모듈들의 자동 생산의 용이함으로 인해 비용을 더 줄일 수 있다. 예컨대, 광전지의 전면접촉 전극 상에서 집전하는 전면접촉 격자, 광전자 부품들 간의 전기적 연결부, 및 부스바의 점유 면적을 줄임으로써, 광에 노출되는 광전 부품들의 상대 면적을 증가하여 추가적인 절약을 달성할 수 있다. 예컨대, 박막 모놀리식 광전 모듈의 광전자 부품들의 연결부들을 표시 및 구성하는 데에 필요한 스크라이빙 작업들의 횟수를 줄임에 의한 제조 단계 수의 감소로 인해 광전 모듈의 제조 수율을 증가시킬 수도 있다.
광 노출측 상의 지역적 점유 또는 광전 부품들 상의 전기 부품 섀도잉에 의해 초래되는 손실을 저감하기 위해 광전 모듈들이 개발되었다. 예컨대, 미국 특허 제7,649,141호에는, 전면접촉 부품들을 후면접촉 부품들과 연결하는 비아로도 알려진 레이저 천공된 랩-스루(wrap-through) 전도성 홀들을 구비하여, 전면접촉 표면 상에 마련된 격자 부품들에 의한 섀도잉을 방지하고, 높은 집전 효율의 이점이 있는 박막 실리콘 웨이퍼가 기재되어 있다. 미국 특허 제7,276,724호에는, 예컨대 레이저 애블레이션(laser ablation)을 이용하여 비아들을 형성하고, 전후방측 상부 전극들 간에 그리고 제2 인접 모듈로 전류를 구동하도록 전도성 재료를 추가함으로써, 직렬 연결된 광전자 장치 모듈들이 기재되어 있다. 미국 특허 제7,276,724호는 레이저 천공을 이용하여 원형 분리 트렌치들을 형성하되, 이로 인해 트렌치의 외주 상에서는 바람직하지 않지만 내주 상에서는 바람직한 전후면 접촉부들 간의 단락이 발생될 수 있다는 것을 공지하고 있다. 미국 특허 제7,276,724호는 광전자 소자 모듈들의 직렬 연결을 위한 설계를 기술하되, 각 모듈은 100미크론 두께의 후면접촉 전극 상에 소자층을 포함하고, 소자층 자체는 절연층에 의해 후방측 상부 전극으로부터 분리되며, 상기 광전자 소자 모듈들은 절연 캐리어 기판에 부착되어 있다.
랩-스루 비아들은 음영을 감소시키고 상대 노출 표면을 증가시키는 데에 매우 유리하지만, 통상적으로 천공 및 후속 금속화를 필요로 한다는 제조상의 문제점이 있다. 이로 인해, 비용을 증가시키고 수율을 감소시킬 수 있는 추가적인 제조 단계들이 요구될 수 있다. 본 발명에 설명된 모놀리식 광전자 모듈 제조 방법에 의해 이러한 단계들 중 일부를 생략할 수 있다.
모놀리식 광전 모듈 제조 분야의 문제점은, 최대 가능한 전류 처리량과 최고 제조 수율을 제공하는 한편, 광노출 면적을 최소로 희생하는 광전 부품들의 연결에 관련된다. 연결된 광전 부품들의 설계는 통상적으로 부품들의 개수의 함수로 제조 수율을 감소시킬 수 있는 애블레이션 및 접촉 가공 단계들을 요구한다. 그러므로, 본 발명의 목적은, 비용이 감소하고 제조 수율이 증가하는 연결된 박막 모놀리식 광전 모듈 장치의 제조 방법을 제공하는 데에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 광전지들, 다이오드들, 격자들, 및 부스바들을 포함할 수 있는 모놀리식 광전 모듈의 광전자 부품들 간의 연결부의 제조 방법을 제공하는 데에 있다. 또한, 본 발명의 또 다른 목적은, 롤투롤 제조 방법을 이용하여 제조될 수 있는 모놀리식 광전 모듈 장치를 제공하는 데에 있다. 본 발명의 또 다른 목적은, 상기 방법을 이용하여 상기 광전 모듈의 광전 변환을 증대시키는 모놀리식 광전 모듈 실시예들의 형태로 상기 방법에 의해 얻어지는 장치를 제공하는 데에 있다.
본 발명의 일 실시예는 모놀리식 광전 모듈을 제공함으로써 이루어진다. 이 모듈은 기판 또는 상판을 포함하되, 그 위에 일련의 층들이 증착되고, 애블레이션 트레이스들이 스크라이빙되며, 가능하게는 전도성 전면접촉 격자가 배치되고, 전기적 부스바들이 배치되며, 상기 모듈은 2개 이상의 보호 재료층들 내부에 봉지된다. 당해 기술분야의 숙련자는 전면접촉 격자 배치와 부스바 배치의 순서가 변경될 수 있음을 이해할 것이다.
본 발명은 바람직하게는 레이저를 이용한 스크라이빙 방법을 이용하되, 스크라이빙 공정에 연관된 열은 반도체 재료층들의 스크라이빙된 공동들의 내면에 영구적인 금속화를 초래하여, 비용효율적인 직렬 연결된 광전자 부품들 및 그에 따른 모놀리식 광전자 모듈 장치의 설계와 제조를 가능하게 한다. 그로 인해, 상기 방법은, 광전 부품들, 다이오드들, 선택적 전면접촉 격자들, 및 부스바들과 같이 연결된 부품들을 포함하는 다양한 모놀리식 광전자 모듈 장치를 제공한다.
보다 상세하게는, 본 발명의 주요 양상은, 광전 부품들, 다이오드 부품들, 또는 발광 다이오드 부품들과 같이 직렬 연결된 2개 이상의 광전자 부품들을 포함하는 모놀리식으로 집적된 광전자 모듈의 제조 방법을 제공하되, 먼저 초기 전기절연층이 후술하는 단계들에 의해 제조된 층들의 스택의 아래에 기판으로서 또는 위에 상판으로서 위치되고, 상기 초기 절연층이 기판 구성을 위해 위치된 경우, 단계들은 (a, b, c)의 순서로 수행되고, 상기 초기 절연층이 상판 구성을 위해 위치된 경우, (c, b, a)의 순서로 수행된다.
본 발명에 따른 방법은: (a) 상기 초기 절연층 또는 (b) 단계의 반도체층에 전기전도층(후면접촉층으로 칭함)을 증착하고; 상기 절연층 또는 상기 반도체층의 적어도 하나의 연속선이 노출되도록 후면접촉층 내에 적어도 하나의 홈(후면접촉홈으로 칭함)을 절삭 가공하여, 전기적으로 분리되는 적어도 하나의 제1 및 적어도 하나의 제2 후면접촉 부품들을 제공하는 단계; (b) 이전의 (a) 또는 (c) 단계에서 증착된 층에 적어도 하나의 반도체 광전자 활성층을 포함하는 적어도 하나의 반도체 층을 증착하여 상기 홈들을 충진하는 단계로, 상기 반도체 광전자 활성층은 예컨대 CdTe 또는 ABC2 재료로 이루어지되, 국제 순수 및 응용 화학 연합에 의해 정의된 바와 같이, A는 Cu와 Ag를 포함하는 화학적 원소 주기율표의 11족 원소들을 나타내고, B는 In, Ga, Al을 포함하는 주기율표의 13족 원소들을 나타내며, C는 S, Se, Te를 포함하는 주기율표의 16족 원소들을 나타내는 단계; 및 (c) 이전의 (b) 단계에서 증착된 층 또는 상기 절연층에 적어도 하나의 전도성 전면접촉층을 증착하고; 이전의 단계에서 증착된 상기 층 또는 상기 절연층의 적어도 하나의 연속선이 노출되도록 상기 전면접촉 층들 내에 적어도 하나의 홈(전면접촉 홈으로 칭함)을 절삭 가공하여, 전기적으로 분리되는 적어도 하나의 제1 및 적어도 하나의 제2 전면접촉 부품들을 제공하며, 상기 제1 및 제2 전면접촉 부품들은 대응하는 제1 및 제2 후면접촉 부품들 위에 배치되는 부분들을 구비하는 단계;를 포함한다.
본 발명에 따른 방법은, 상기 제2 후면접촉 부품들 중 적어도 하나에 대해, 열을 발생하는 천공 공정을 이용하여 상기 후면접촉층 및/또는 절연층의 일부가 노출되도록 (b), (c) 단계에서 증착된 층들을 통해 적어도 하나의 셀간 비아홀을 천공하는 단계로, 상기 천공 공정의 열은 상기 반도체 층들 내의 상기 셀간 비아홀의 표면이 전기전도성이 되도록 표면 금속화를 초래하여 상기 셀간 비아홀의 표면의 화학적 조성에 대한 영구적인 변화를 초래하고, 그에 따라 적어도 하나의 상기 제1 전면접촉 부품 및 대응하는 적어도 하나의 제2 후면접촉 부품 간에 전기적 경로를 형성하여, 직렬로 연결된 2개 이상의 광전자 부품들을 구현하는 단계를 더 포함한다.
바람직하게, 셀간 비아홀들은 상기 후면접촉 부품들을 통해 연장되도록 천공된다.
상기 방법은 또한 바람직하게는 적어도 하나의 전도성 접착 부품을 이용하여 부스바를 형성하는 적어도 하나의 전기전도체를 배치하여, 상기 부스바와 적어도 하나의 후면접촉 부품, 상기 표면 금속화부, 및/또는 전면접촉 부품 간에 전기적 경로가 형성되게 하는 단계를 더 포함한다.
본 발명에 따른 방법은 또한 바람직하게는: 상기 후면접촉 부품들 중 적어도 하나의 일부가 노출되도록 적어도 하나의 제1 비아홀(부스바-후면접촉 비아홀로 칭함)을 천공하는 단계; 적어도 하나의 전도성 접착 부품을 이용하여 제1 부스바를 형성하는 적어도 하나의 제1 전기전도체를 배치하여, 상기 제1 부스바와 상기 후면접촉 부품 간에 전기적 경로가 형성되게 하는 단계; 상기 전면접촉 부품들 중 적어도 하나를 관통하는 적어도 하나의 제2 비아홀(부스바-전면접촉 비아홀로 칭함)을 천공하여, 상기 부스바-전면접촉 비아홀들 중 어느 것도 상기 부스바-후면접촉 비아홀들에 의해 노출된 후면접촉 부품들을 관통하지 않게 하는 단계; 및 적어도 하나의 전도성 접착 부품을 이용하여 제2 부스바를 형성하는 적어도 하나의 제2 전기전도체를 배치하여, 상기 제2 부스바와 상기 전면접촉 부품 간에 전기적 경로가 형성되게 하는 단계;를 포함한다.
상기 방법은 또한 적어도 하나의 금속화 트레이스로 이루어지며 상기 비아홀들 중 적어도 하나를 금속화 재료로 충진하면서 적어도 하나의 상기 비아홀로부터 연장되는 적어도 하나의 금속화 격자 부품을 상기 기판 구성의 상기 전면접촉 부품들에 증착하는 단계를 더 포함할 수 있다.
다른 주요 양상에 따르면, 본 발명은, 광전 부품들, 다이오드 부품들, 또는 발광 다이오드 부품들과 같이 직렬 연결된 2개 이상의 광전자 부품들을 포함하는 모놀리식으로 집적된 광전자 모듈 장치를 제공하되, 상기 광전자 모듈은 후술하는 층들(a, b, c)의 스택의 아래에 기판으로서 또는 위에 상판으로서 위치되는 전기절연층을 포함하며, 상기 층들은: (a) 적어도 하나의 제1 및 적어도 하나의 제2 전기전도성 전면접촉 부품들을 포함하는 층으로, 상기 제1 및 제2 전면접촉 부품들은 이들을 전기적으로 분리되게 하는 홈에 의해 분리되는 층; (b) 적어도 하나의 반도체 광전자 활성층을 포함하는 층으로, 상기 반도체층들 중 적어도 하나는 예컨대 CdTe 또는 ABC2 재료로 이루어지되, 국제 순수 및 응용 화학 연합에 의해 정의된 바와 같이, A는 Cu와 Ag를 포함하는 화학적 원소 주기율표의 11족 원소들을 나타내고, B는 In, Ga, Al을 포함하는 주기율표의 13족 원소들을 나타내며, C는 S, Se, Te를 포함하는 주기율표의 16족 원소들을 나타내는 층; 및 (c) 상기 전기절연층에 증착된 적어도 하나의 제1 및 적어도 하나의 제2 전기전도성 후면접촉 부품들을 포함하는 층으로, 상기 제1 및 제2 후면접촉 부품들은 이들을 전기적으로 분리되게 하는 후면접촉홈에 의해 분리되는 층;으로 구성되어, 각각이 상기 전면접촉 부품, 적어도 하나의 상기 반도체 층, 및 상기 후면접촉 부품의 스택을 포함하는 별개의 제1 및 제2 광전자 부품을 구현하고; 상기 광전자 모듈은 적어도 하나의 상기 제2 후면접촉 부품의 일부가 노출되도록 상기 제1 전면접촉 부품들 및 상기 반도체층들 중 적어도 하나를 관통하는 적어도 하나의 비아홀을 더 포함하되, 상기 반도체 광전자 활성층들의 높이에서 상기 비아홀의 표면은 예컨대 반도체 광전자 활성층들의 CdTe 또는 상기 ABC2 재료에 포함된 금속 원소들의 영구적 금속화를 통해 화학적 변화를 겪게 되고, 이러한 영구적 금속화는 상기 비아홀의 천공에 의해 발생된 국부 가열에 의해 이루어질 수 있고, 상기 제1 전면접촉 부품과 상기 제2 후면접촉 부품 간에 전기적 경로를 형성하며, 제1 광전자 부품과 제2 광전자 부품 간에 직렬 연결을 구현한다.
바람직하게, 비아홀들은 상기 후면접촉 부품들을 통해 연장된다.
전술한 비아홀들은 상기 후면접촉홈과 평행한 적어도 하나의 열로 배치될 수 있고, 그에 따라 최인접 열이 상기 후면접촉홈에서 5㎛ 이상, 더 바람직하게는 50㎛ 이상 이격되어 있다.
또한, 비아홀들은 상기 전면접촉홈에서 50㎛ 이상 이격되어 있는 라인 세그먼트로 형상화될 수 있고, 그에 따라 적어도 하나의 제2 후면접촉 부품은 적어도 하나의 디포트된(deported) 직렬 연결을 구현하기 위해 상기 제1 전면접촉 부품 아래를 지나 상기 비아홀에 도달하는 핑거 형상의 연장부를 포함한다.
상기 장치는 또한, 적어도 하나의 상기 전면접촉 부품에 증착되며 적어도 하나의 비아홀로부터 연장되는 적어도 하나의 금속화 트레이스로 이루어진 적어도 하나의 금속화 격자 부품을 더 포함할 수 있다.
바람직하게, 금속화 격자 부품들 중 적어도 하나는 상기 비아홀들 중 하나가 내부의 중앙에 위치되는 패턴을 제공한다. 또한, 비아홀들 중 적어도 하나는 상기 전면접촉 부품들 중 적어도 하나와 후면접촉 부품들 중 적어도 하나 사이의 전기적 접촉에 기여하는 전도성 재료로 충진될 수 있다.
상기 장치는: 적어도 하나의 전도성 접착 부품에 의해 연결되는 제1 부스바를 형성하는 적어도 하나의 제1 전기전도체로, 상기 제1 부스바와 상기 후면접촉 부품 간에 전기적 경로가 형성되게 하는 제1 전기전도체; 상기 전면접촉 부품들 중 적어도 하나를 관통하는 적어도 하나의 부스바-전면접촉 비아홀로, 상기 부스바-전면접촉 비아홀들 중 어느 것도 상기 부스바-후면접촉 비아홀들에 의해 노출된 후면접촉 부품들을 관통하지 않게 하는 부스바-전면접촉 비아홀; 및 적어도 하나의 전도성 접착 부품에 의해 연결되는 제2 부스바를 형성하는 적어도 하나의 제2 전기전도체로, 상기 제2 부스바와 상기 전면접촉 부품 간에 전기적 경로가 형성되게 하는 제2 전기전도체;를 더 포함할 수 있다.
실시예들은 기판 또는 상판, 비-섀도잉 부스바, 집전 격자들의 크기 및 개수, 봉지 재료, 비아들의 깊이 및/또는 형상 및/또는 위치 및/또는 개수에 관한 변형례들을 개시한다.
상기 장치는 바람직하게는 유리, 더 바람직하게는 열가소성 중합체 재료로 이루어진 적어도 하나의 전면 시트, 및 적어도 하나의 후면 시트 내에 유리하게 봉지된다.
도 1a는 점선형 금속화 비아홀들에 의해 직렬 연결된 3개의 광전지, 금속화 부스바 비아들을 통해 연결된 부스바들, 및 금속화 전면접촉 격자 트레이스들을 포함하는 모놀리식 광전 모듈을 보여주는 본 발명의 실시예의 상부에서 바라본 분해도를 도시한다.
도 1b 내지 도 1h는 도 1a에 나타낸 실시예를 형성하기 위한 기판 상의 증착 및 스크라이빙 순서를 보여주는 개략적인 단면도들을 도시한다. 도 1h는 또한 최종 모듈의 봉지 상태를 도시한다.
도 2a 내지 도 2d는 기판 대신 상판을 사용하는 도 1a 내지 도 1h에 도시된 실시예의 변형례의 단면도를 도시한다.
도 3a 및 도 3b는 금속화 전면접촉 격자선들이 없는 도 1a 내지 도 1h에 도시된 실시예의 변형례의 분해도와 단면도를 도시한다.
도 4는 비아들이 후면접촉 부품들에 천공되는 도 3a 및 도 3b에 도시된 실시예의 변형례의 개략적인 단면도를 도시한다.
도 5a 및 도 5b는 비아들이 연장 형성되며, 도 1a 내지 도 1h보다 각각의 태양전지 내부의 더 중앙에 위치되고, 반경방향 금속화 전면접촉 격자선들에 의해 제공되는 점선형 연결부들을 구비한 모놀리식 광전 모듈의 다른 실시예의 분해도와 단면도를 도시한다.
도 1a 내지 도 5b는 본 발명의 네 가지 예시적인 실시예들을 도시하되, 각각의 실시예는 본 방법을 이용하는 방식에 대한 기술적 변형례를 나타내고 있다. 당해 기술분야의 숙련자는 도면에 도시된 다양한 부품들의 비율이 명료함을 높이기 위해 변경되었음을 이해할 것이다. 아울러, 도면의 부품들의 개수와 면적은 상당히 가변적이며, 산업적 제조의 골격 내에서는 늘어날 것이다.
도 1a는 직렬 연결된 3개의 광전자 소자들(104, 106, 108)을 포함하는 모놀리식 광전 모듈(100)의 실시예의 분해도를 도시한다. 상기 광전자 소자들(104, 106, 108)은 광전 소자들, 다이오드들, 또는 발광 다이오드들일 수 있다. 상기 광전 모듈(100)의 실시예는 상기 광전자 소자들 중 적어도 하나, 바람직하게는 상기 광전자 소자들 중 여러 개를 포함할 것이다. 바람직한 실시예에서, 상기 광전자 소자들은 태양전지로도 알려진 광전 소자들이다. 광전자 소자들로 이루어진 상기 광전 모듈은 전기절연기판(110) 상에 모놀리식으로 제조된다. 상기 기판은 이후 도 1a 내지 도 1h에서 상세히 설명되는 방법에 의해 여러 개의 재료층들로 피복된다. 따라서, 광전 모듈(100)은 별개의 전기전도성 전극들(122, 124, 126, 128)로 이루어진 후면접촉층을 포함한다. 상기 후면접촉층 위에는 반도체 광전 재료층(130)이 배치되고, 그 위에는 부품들로 나누어지는 2개의 층들이 배치되는데, 부품들(142, 144, 146, 148)로 나타낸 버퍼층과 부품들(152, 154, 156, 158)로 나타낸 전면접촉층이다. 상기 버퍼층 부품들과 상기 전면접촉층 부품들은 인접한 전기적으로 분리되는 부품들의 패턴을 설계하기 위해 상기 버퍼층 및 상기 전면접촉층을 관통하는 홈(151)들에 의해 분리되고, 그로 인해 광전자 소자들(104, 106, 108)을 제공한다. 전기적으로 연결하는 비아홀(155)들이 상기 전면접촉층과 상기 버퍼층을 관통하여, 반도체 광전층(130)의 전체 두께를 통해 전도성 금속화 비아홀(138)들로서 계속 더 깊어져서, 상기 제1 광전자 소자의 상기 전면접촉층과 상기 제2 광전자 소자의 상기 후면접촉층 간에 전기전도성 경로가 형성되게 한다. 상기 광전 모듈의 전체 두께를 가로질러 천공되어 후면접촉 부품들(122, 128)을 관통하며 기판(110)을 통해 계속 진행되는 연장형 비아홀들(153, 157)에 의해, 광전자 부품들의 직렬 연결이 모듈(100)의 직렬 연결된 경로의 각 전기적 말단에서 종료된다. 유리하게 전면접촉 전도성을 증대시키기 위해 다수의 금속화 전면접촉 격자 부품들(164, 166, 168)을 추가할 수 있다. 이후, 전기적 부스바들(182, 188)을 예컨대 전도성 페이스트를 이용하여 각각의 전도성 부착부들(172, 178)을 통해 각각의 후면접촉 부품들(122, 128)과 전기적으로 연결한다.
도 1b 내지 도 1h는 도 1a에 도시된 모놀리식 광전 모듈(100)의 제조 방법 또는 공정을 나타낸 단면도들이다. 상기 공정은 재료층 증착, 스크라이빙, 전면접촉 격자 증착, 부스바 부착, 및 봉지의 순서를 포함한다. 모듈의 기판에 증착되는 박막 재료의 전체 두께는 통상적으로 약 3㎛ 내지 5㎛이다.
도 1b는 연속하는 재료층들이 증착될 전기절연기판(110)을 도시한다. 상기 전기절연기판은 다양한 전기절연재료들로 이루어질 수 있고, 바람직하게는 롤투롤 제조가 가능하도록 얇은 가요성 재료로 이루어질 수 있고, 가장 바람직하게는 약 400℃ 내지 600℃의 온도를 견딜 수 있는 폴리이미드와 같은 열안정성 재료로 이루어질 수 있다. 상기 전기절연기판은 먼저 전기전도층(120)으로 피복된다. 후면접촉층으로도 알려진 상기 전기전도층은 다양한 전기전도성 재료들로 이루어질 수 있고, 바람직하게는 전도층이 증착될 상기 기판(110)과 이후 전도층 위에 마련될 다른 재료들의 열팽창계수(CTE) 모두에 가까운 열팽창계수를 가질 수 있다. 더 바람직하게는, 상기 전도층은 높은 광반사율을 가진다. 가장 바람직하게는, 상기 전도층은 이후 그 위에 마련될 다른 재료들과 화학적으로 파괴하는 방식으로 반응하지 않는다. 보통의 실행에 있어서, 층(120)은 스퍼터링으로 칭하는 공정으로 증착되며 일반적으로 Mo로 이루어지지만, ITO(주석도핑 산화인듐), ZrN, TiN, Ti, W, Ta, Nb와 같은 여러 다른 재료들 역시 유리하게 사용될 수 있다.
도 1c는 기판의 적어도 하나의 연속선이 노출되도록 후면접촉층(120) 내에 홈(121)들을 절삭 가공하여, 전기적으로 분리되는 제1 후면접촉 부품들(122, 124, 126)의 집합 및 제2 후면접촉 부품들(124, 126, 128)의 각각의 대응하는 집합을 제공하는 공정 단계를 도시한다. 상기 공정 단계를 스크라이빙 또는 패터닝 단계(P1)로 참조한다. 패터닝 단계(P1)는 기계적 스크라이빙 블레이드, 바람직하게는 나노미터 또는 피코미터 레이저와 같은 레이저, 더 바람직하게는 펄스 레이저를 이용하여 수행될 수 있다. 모듈 말단에 놓인 후면접촉 부품들(122, 128)을 제외하면, 다른 후면접촉 부품들(124, 126)은 바람직하게는 동일한 면적과 형상으로 이루어진다.
도 1d는 흡수층으로도 알려진 적어도 하나의 상기 반도체 광전층(130)을 상기 후면접촉 부품들에 증착하여 도 1c의 홈(121)들을 충진하는 후속 공정 단계를 나타낸다. 층(130)은 바람직하게는 CdTe 또는 ABC2 재료로 이루어지되, 국제 순수 및 응용 화학 연합에 의해 정의된 바와 같이, A는 Cu 또는 Ag를 포함하는 화학적 원소 주기율표의 11족 원소들을 나타내고, B는 In, Ga, 및/또는 Al을 포함하는 주기율표의 13족 원소들을 나타내며, C는 S, Se, 또는 Te를 포함하는 주기율표의 16족 원소들을 나타낸다. 바람직한 반도체 광전층은 예컨대 소위 CIGS형으로 이루어지고, 그에 따라 Cu, In, Ga, Se2를 포함한다. 층(130)은 전착, 인쇄, 또는 기상증착과 같은 다양한 기법들을 이용하여 증착될 수 있다. 뒤이은 실질적으로 투명한 층들은, 예컨대 CdS 또는 ZnS 재료로 이루어진 소위 반도체 버퍼층(140), 및 예컨대 ZnO:Al 재료 또는 ITO 재료로 이루어진 전면접촉 전도성 산화물(TCO)층(150)을 포함한다.
도 1e는 두 가지 유형의 비아홀 열들(셀간 비아(155)와 부스바 비아(153, 157)을 스크라이빙하는 공정 단계를 나타낸다. 바람직하게는 나노미터 또는 피코미터 레이저와 같은 레이저, 더 바람직하게는 펄스 레이저로 비아홀 열들(155, 153, 157)을 천공하거나 스크라이빙하는 상기 공정 단계를 스크라이빙 또는 패터닝 단계(P2)로 참조한다. 제조 공정의 말미에 제1 셀, 예컨대 셀(104)이 될 부분과 제2 셀, 예컨대 셀(106) 간에 직렬 연결을 형성하려는 목적으로 셀간 비아(155)들을 천공한다. 상기 제2 후면접촉 부품들(124, 126) 각각에 대해, 상기 전도성 전면접촉층(150)과 상기 반도체 활성층(130)들을 통해 적어도 하나의 셀간 비아홀(155)을 천공하고, 그에 따라 상기 셀간 비아홀(155)은 상기 제2 후면접촉 부품들(124, 126) 중 적어도 하나의 일부가 노출될 정도로 깊게 형성되고, 천공 시에 상기 셀간 비아홀(155)의 표면을 따라 발생되는 열은 상기 반도체층들(130, 140) 내부에 상기 표면의 화학적 조성의 영구적인 변화를 초래하여 표면 금속화(134, 136)를 초래한다. 그러므로, 상기 셀간 비아홀(155)의 표면은 전기전도성이 되어, 상기 전도성 전면접촉층(150)들과 상기 제2 후면접촉 부품들(124, 126) 간에 전기적 경로를 형성한다. 예컨대, CIGS형 반도체 광전층의 경우, 상기 셀간 비아홀들의 전도성 표면은 구리 함량이 높고, CdTe형 반도체 광전층의 경우, 상기 셀간 비아홀들의 전도성 표면은 카드뮴 함량이 높다. 도 1e에서, 상기 후면접촉 부품들(124, 126)은 천공에 의해 노출되지만, 천공 공정에 의해 반드시 애블레이션될 필요는 없다. 도 1e는 대칭적인 원추형 횡단면 형상을 가진 비아들을 도시하고 있지만, 당해 기술분야의 숙련자들은 다양한 비아 형상들이 있을 수 있음을 용이하게 이해할 것이다. 비아 형상의 변형례가 도 5a 및 도 5b에 제시되어 있다. 아울러, 상기 부스바 비아들(153, 157)의 형성 방법은, 비아들이 후면접촉 부품들(122, 128)과 상기 기판(110)을 통해 추가로 연장된다는 점에서, 상기 셀간 비아(155)들을 형성하기 위해 사용된 방법의 변형례이다. 상기 부스바 비아들(153, 157)은 레이저 스크라이빙과 같이 상기 셀간 비아(155)들과 유사한 방법을 이용하여 천공되므로, 비아홀 표면들(132, 138)이 금속화되어 상기 전면접촉층(150)과 상기 후면접촉 부품들(122, 128) 각각의 사이에 전기전도성 경로를 제공한다. 효과적으로는, 각 후면접촉 부품(122, 124, 126, 128)마다 상기 비아들 중 적어도 하나를 형성해야 한다. 그러나, 실제로, 예컨대, 전류 처리량을 증가시킬 수 있도록, 유리하게 더 많은 전류를 운반하기 위해, 상기 후면접촉 부품마다 각 비아들 중 여러 개를 형성할 수 있다.
도 1f는 전면접촉홈(151)들로도 칭하는 홈들을 상기 전면접촉층(150)을 통해 절삭 가공하고, 상기 반도체층들(130, 140) 중 적어도 하나의 연속선들이 노출될 정도로 깊이 연장되게 하여, 상기 전면접촉층들을 전기적으로 분리되는 제1 부스바 전면접촉 부품(152), 제1 전면접촉 부품들(154, 156), 및 제2 전면접촉 부품들(156, 158)로 분리하고, 그에 따라 각 제1 전면접촉 부품(154, 156)마다 마련된 적어도 하나의 상기 셀간 비아홀(155)이 상기 제1 후면접촉 부품들(122, 124) 위에 주로 배치된 상기 제1 전면접촉 부품들(154, 156)과 상기 제2 후면접촉 부품들(124, 126) 간에 직렬 연결된 전기적 경로를 형성하여, 직렬 연결된 3개의 광전자 부품들(104, 106, 108)을 구현하는 공정 단계를 나타낸다. 상기 공정 단계를 스크라이빙 또는 패터닝 단계(P3)로 참조한다. 패터닝 단계(P3)는 기계적 스크라이빙 블레이드, 바람직하게는 나노미터 또는 피코미터 레이저와 같은 레이저, 더 바람직하게는 펄스 레이저를 이용하여 수행될 수 있다.
도 1e 및 도 1f로부터 당해 기술분야의 숙련자는 상기 스크라이빙 단계들(비아들을 위한 P2 및 홈들을 위한 P3)이 유리하게는 상기 셀간 비아(155)들, 상기 부스바 비아들(153, 157), 및 상기 홈(151)들을 예컨대 적어도 하나의 레이저 스크라이빙 공구를 이용하여 스크라이빙하는 단일 스크라이빙 단계(P, 비아+홈)로 결합될 수 있음을 이해할 수 있다. 셀간 접촉부들을 제조하기 위해, 진공증착을 이용한 종래의 모놀리식 광전 모듈 제조 방법은, 상기 버퍼층(140)의 증착, 상기 후면접촉층까지의 스크라이빙 단계(P2), 상기 전면접촉층(150)의 증착, 및 상기 전면접촉 부품들을 분리하는 고정밀 스크라이빙 단계(P3)의 실행에 내재되어 있다. 단계적인 순서에는 1회 이상의 진공 파괴 단계가 포함될 수 있다. 따라서, 본 발명은 상기 버퍼층(140)과 상기 전면접촉층(150)의 증착 사이에 진공을 파괴할 필요가 없으므로 시간과 에너지를 절약하고 비용을 절감하는 유리한 방법을 제공한다. 추가적인 이점으로, 본 발명은 종래 방법만큼 정밀도를 요구하지 않는 더 큰 스크라이빙 공정 윈도우를 제공하므로, 덜 정밀하고 더 저렴한 레이저 스크라이빙 공구의 사용이 가능하고, 더 빠른 스크라이빙 단계가 가능하며, 오차율의 감소로 인해 더 높은 수율을 제공한다. 본 발명의 또 다른 이점으로, 상기 부스바 비아들(153, 157)은 섀도잉 손실(도 1h)을 초래함 없이 부스바들이 반도체 광전층 뒤에 배치될 수 있게 하고, 또한 모든 층들이 증착된 후에 상기 부스바 비아들의 위치를 결정할 수 있으므로, 증가된 부스바 네트워킹 옵션을 제공한다.
도 1g는 상기 각각의 전면접촉 부품들(154, 156, 158)의 전도성을 증대시키기 위해 금속화 전면접촉 트레이스들(164, 166, 168)의 격자를 추가한 단면도를 도시한다. 상기 전면접촉 트레이스들은, 가능하게는 금속 도금 또는 기타 처리와 함께 다수의 단계들에서 스크린 인쇄, 전기도금, 분배, 잉크젯 인쇄, 또는 물리기상증착(PVD)될 수 있는 은 또는 기타 화합물로 이루어질 수 있다. 상기 전면접촉 부품들(154, 156, 158)과 각각의 금속화 비아홀 표면들(134, 136, 138) 간의 전도성을 추가로 개선하도록 상기 전면접촉 트레이스들이 비아홀들 내로 연장될 수 있다. 광전자 모듈은 결과적으로 3개의 광전자 셀들(104, 106, 108)을 포함한다.
도 1h는 각각의 전도성 접착 부품들(172, 178)을 이용하여 부스바들(182, 188)을 추가하는 단계를 도시한다. 보통의 실행에 있어서, 상기 전도성 접착 부품들은, 부스바(182)와 후면접촉 부품(122) 간에 전기적 경로가 형성되는 것과 부스바(188)와 전면접촉 부품(158) 간에 전기전도성이 증가되는 것을 보장하기 위해, 부스바 비아홀들(153, 157)에 침투할 수 있는 전도성 페이스트의 세그먼트들이다. 도 1h에서, 이러한 전기적 경로는 또한 후면접촉 부품(128)의 높이에서 상기 반도체 기판(130)의 상기 금속화 비아홀 표면(138)과 상기 격자 트레이스(168)에 의해 보장된다. 최종적으로, 상기 광전자 모듈(100)은 적어도 하나의 전면 시트(190)와 적어도 하나의 바닥 시트(192) 내에 봉지되며, 전면 시트(190)는 바람직하게는 유리, 더 바람직하게는 투명하거나 반투명한 열가소성 중합체 재료로 형성된다.
도 2a 및 도 2d는 투명한 상판이 사용된 것을 제외하면 이전의 모듈(100)과 유사한 모놀리식 광전자 모듈(100)의 제조 방법을 도시하는 단면도들이다. 다시 말하면, 이제 모듈(100)은 광전 부품들에 도달한 광이 흡수체(130)에 의한 전기변환 전에 먼저 투명한 상판을 통과하도록 설계된다.
도 2a는 예컨대 폴리이미드로 이루어진 투명한 전기절연상판(110)을 도시하되, 그 위에 전도성 재료로 이루어진 적어도 하나의 전면접촉층(150)이 증착되어 있다.
도 2b는 상기 전면접촉층(150)을 전면접촉 부품들(152, 154, 156)로 분리하기 위해 전면접촉홈(151)들을 스크라이빙하는 단계를 도시한다. 상기 전면접촉홈(151)들은 계속 상판(110)을 노출시키고, 그에 따라 전면접촉 부품들(152, 154, 156) 간에 전기전도성 경로가 존재하지 않는다는 것을 보장한다.
도 2c는 적어도 하나의 반도체 버퍼층(140)의 증착 및 이후의 적어도 하나의 반도체 광전층(130)의 증착을 도시한다. 상기 반도체 광전층(130)은 바람직하게는 CdTe 재료로 이루어지지만, 상기 ABC2 재료와 같은 기타 물질들 역시 사용될 수 있다. 다음으로, 전기전도성 후면접촉층을 증착한다. 이후, 상기 후면접촉층을 후면접촉 부품들(122, 124, 126, 128)로 분리하기 위해. 후면접촉홈(121)들을 스크라이빙한다. 상기 후면접촉 부품들(122, 124, 126, 128) 간에 직접적인 전기전도성 경로가 존재하지 않도록, 상기 후면접촉홈(121)들은 적어도 상기 반도체 광전층(130)의 표면까지 연장된다. 그러나, 상기 후면접촉홈(121)들은 상기 전면접촉 부품들(152, 154, 156)을 추가로 구획할 정도로 깊이 연장되진 않아야 한다. 셀간 비아(155)들과 부스바 비아들(153, 157) 역시 바람직하게는 레이저 스크라이빙 공정을 이용하여 스크라이빙되고, 그에 따라 스크라이빙에 의해 발생된 국부 열은 도 1e에 설명된 바와 같이 상기 비아들(155, 157)의 내면(134, 136, 138)이 영구적으로 전기전도성이 되게 한다. 각각의 제1 후면접촉 부품(122, 124, 126) 위에 주로 배치된 제1 전면접촉 부품(152, 154, 156)과 각각의 제1 후면접촉 부품들(124, 126, 128) 간에 직렬 연결을 형성하기 위해 상기 셀간 비아(155)들과 부스바 비아(157)들을 천공한다. 당해 기술분야의 숙련자는 홈(121)들과 비아들(155, 157)이 단일 스크라이빙 단계에 의해 스크라이빙될 수 있음을 이해할 것이다.
도 2d는 각각의 전도성 접착 부품들(172, 178)을 이용하여 부스바들(182, 188)을 추가하는 단계를 도시한다. 보통의 실행에 있어서, 상기 전도성 접착 부품들은 부스바(188)와 전면접촉 부품(156) 간에 전기전도성을 증가시키기 위해 부스바 비아홀(157)들에 침투할 수 있는 전도성 페이스트의 세그먼트들이다.
도 3a 및 도 3b는 상기 전면접촉 격자 트레이스들(164, 166, 168)이 존재하지 않는 도 1a 내지 도 1h의 실시예(100)의 변형례를 나타내는 모놀리식 광전 모듈(100)의 실시예의 분해도와 단면도를 도시한다. 그러므로, 이러한 광전 모듈(100)은 전술한 광전 모듈(100)과 매우 유사하다. 상기 광전 모듈(100)은 별개의 후면접촉 부품들(122, 124, 126, 128)로 스크라이빙되는 전도성 후면접촉층으로 피복된 기판(110)을 포함한다. 연속하는 층들은 반도체 광전층(130)과 이후의 버퍼층 및 전면접촉층을 포함하되, 이들은 각각의 버퍼 부품들(142, 144, 146, 148)과 전면접촉 부품들(152, 154, 156, 158)로 스크라이빙된다. 상기 후면접촉 부품들의 표면까지 관통된 비아(155)들과 상기 기판(110)까지 완전히 관통된 상기 비아들(153, 157)을 형성하기 위해 상기 전면접촉 부품들과 상기 버퍼 부품들을 바람직하게는 레이저를 이용하여 천공하여, 전도성 금속화 비아 표면들(132, 134, 136, 138)을 형성한다. 부스바들(182, 188)은 각각의 전도성 부착물들(172, 178)을 통해 각각의 후면접촉 부품들(122, 128)과 전기적으로 연결된다. 도 3b의 단면도를 참조하면, 예컨대 전도성 페이스트로 이루어진 전도성 부착물들(172, 178)은 적어도 후면접촉 부품들(122, 128)까지 각각 연장되어야 한다. 도 3a에서는 상기 비아들이 부스바들(182, 188)의 축들이나 홈(151)들을 따라 단일 열로 나타나 있지만, 당해 기술분야의 숙련자는 다수의 비아들이 모듈(100)의 표면 상의 다양한 위치에 천공될 수 있음을 이해할 것이다. 이러한 실시예(100)는 전면접촉 격자들을 사용하지 않으므로, 이전의 실시예(100)의 제조 방법에 비해 하나의 제조 공정 단계를 생략한다는 점에서 유리할 수 있다. 이 실시예(100)는 또한, 광전 모듈의 경우, 전면접촉 격자 트레이스들이 광전기 발생을 줄일 수 있는 섀도잉 손실을 도입하기 때문에 유리할 수 있다.
도 4는 비아(155)들이 상기 전면접촉 부품들(154, 156), 각각의 버퍼 부품들(144, 146), 각각의 열처리된 내부 비아 표면들(134, 136)도 형성되는 상기 반도체 광전층(130), 및 각각의 후면접촉 부품들(124, 126)을 통해 기판(110)의 표면까지 천공되는 도 3a 및 도 3b의 실시예(100)의 변형례를 나타내는 모놀리식 광전 모듈(100)의 실시예의 단면도를 도시한다. 최종 실시예는 이전의 모듈들에 비해 이러한 모놀리식 광전자 모듈(100)을 제조하는 데에 더 낮은 정밀도가 요구된다는 점에서 유리하다. 상기 정밀도의 감소로 인해, 유리하게는, 덜 정밀하고 더 저렴한 스크라이빙 공구들의 사용이 가능하고, 제조 시간이 줄어들고, 스크라이빙 공정의 불량률이 감소하여 제조 수율이 증가한다.
도 5a 및 도 5b는 비아홀들(153, 155, 157)이 연장 형성되며 전면접촉 부품들(152, 154, 156, 158)의 더 중앙에 위치될 수 있는 도 1a 내지 도 1h의 실시예(100)의 변형례를 나타내는 모놀리식 광전 모듈(100)의 실시예의 분해도 및 단면도를 도시한다. 이 실시예의 제조 방법은 이전의 실시예들의 제조 방법들과 매우 유사하다. 기판(110)은 후면접촉 부품들(122, 124, 126, 128)을 형성하는 스크라이빙 경로들(121)이 제공된 전도층으로 피복된다. 도 5a를 참조하면, 상기 스크라이빙 경로(121)들은 이후 형성되는 비아들의 전술한 위치 변형이 가능하도록 직선이 아니다. 상기 스크라이빙 경로(121)들은 이후 증착되고 스크라이빙되는 제1 전면접촉 부품들의 아래를 지나도록 설계된 핑거 형상의 연장부들에 의해 제2 후면접촉 부품들을 드로잉한다. 다음으로, 반도체 광전층(130)을 증착한 후, 버퍼층과 전면접촉층을 적용한다. 이후, 바람직하게는 레이저와 같은 국부 열발생 스크라이빙 공구를 이용하여 상기 전면접촉층, 상기 버퍼층, 및 상기 반도체 광전층들을 통해 상기 후면접촉 부품들(124, 126)의 표면까지 비아홀(155)들을 스크라이빙한다. 바람직하게는 레이저와 같은 국부 열발생 스크라이빙 공구를 이용하여 모든 전술한 층들 및 상기 기판을 통해 비아홀들(153, 157)을 또한 스크라이빙한다. 도 1e에서와 같이, 상기 국부 열발생 스크라이빙 공구는 상기 반도체 광전층(130)에서 연장형 비아들(153, 155, 157)의 표면을 전도성이 되게 하여, 금속화 비아홀 표면들(132, 134, 136, 138)을 형성한다. 이후, 상기 전면접촉층과 버퍼층을 전기적으로 분리되는 전면접촉 부품들(152, 154, 156, 158)과 버퍼 부품들(142, 144, 146, 148)로 스크라이빙한다. 이후, 유리하게 전면접촉 전도성을 증대시키기 위해, 패턴화된 금속화 전면접촉 격자 부품들(164, 166, 168)을 추가할 수 있다. 당해 기술분야의 숙련자는 최종 광전 모듈(100)이 발전 및 비용에 관련하여 최적의 바람직한 성능을 제공하도록 도 5a 및 도 5b에 나타낸 상기 격자 부품들(164, 166, 168)의 패턴을 다르게 설계할 수 있음을 이해할 것이다. 부스바들(182, 188)은 각각의 전기전도성 부착물들(172, 178)을 통해 각각의 후면접촉 부품들(122, 128)과 연결된다. 최종 실시예는 다음과 같은 점에 있어서 유리하다: 상기 비아들은 연장 형성되므로, 스캐닝 레이저와 같은 스캐닝 장치를 이용하여 보다 효율적으로 스크라이빙될 수 있다. 또한, 상기 비아들은 전후면 접촉부들 간에 더 많은 전류를 구동하도록 비아홀마다 더 많은 전도성 표면을 제공하기 위해 유리하게는 연장 형성될 수 있다. 아울러, 상기 비아들이 상기 전면접촉 부품들 상의 더 중앙에 위치되기 때문에, 보다 효율적인 섀도잉 최소화 격자 부품들을 설계할 수 있다.
본 발명에 의해 개시된 예시적인 실시예들 및 방법은 연결된 광전자 부품들로 이루어진 광전 모듈의 롤투롤 제조에 특히 유리하다. 당해 기술분야의 숙련자는 모놀리식 광전자 모듈의 저비용 다량 제조를 위해 전술한 예시적인 실시예들의 비율을 조절하고 적합화하는 방식을 용이하게 이해할 것이다. 본 발명의 주요 이점은, 예컨대 도 1a 내지 도 1h의 기판 기반의 실시예의 맥락에서, 광전 부품들을 연결하는 금속화 셀간 비아(155)들, 비-섀도잉 부스바들을 모듈들과 연결할 수 있는 금속화 부스바 비아들(153, 157), 및 부품들을 분리하는 홈들을 동일한 제조 단계에서 제조하여 유리하게 제조 복잡도, 시간, 비용, 및 공구수를 줄일 수 있는 여러 유리한 예시적인 광전자 모듈 실시예들 및 대응하는 방법을 제공하는 데에 있다.

Claims (15)

  1. 광전 부품들, 다이오드 부품들, 또는 발광 다이오드 부품들과 같이 직렬 연결된 2개 이상의 광전자 부품들(104, 106)을 포함하는 모놀리식으로 집적된 광전자 모듈(100)의 제조 방법에 있어서,
    초기 전기절연층(110)이 후술하는 단계들에 의해 제조된 층들의 스택의 아래에 기판으로서 또는 위에 상판으로서 위치되며, 상기 초기 절연층이 기판 구성을 위해 위치된 경우, 단계들은 (a), (b,) (c)의 순서로 수행되고, 상기 초기 절연층이 상판 구성을 위해 위치된 경우, (c), (b), (a)의 순서로 수행되고;
    (a) 상기 절연층(110) 또는 (b) 단계의 반도체층(130, 140)에 전기전도층(120, 후면접촉층으로 칭함)을 증착하고; 상기 절연층(110) 또는 상기 반도체층(130, 140)의 적어도 하나의 연속선이 노출되도록 상기 후면접촉층(120) 내에 적어도 하나의 홈(121, 후면접촉홈으로 칭함)을 절삭 가공하여, 전기적으로 분리되는 적어도 하나의 제1 및 적어도 하나의 제2 후면접촉 부품(122, 124, 126, 128)을 제공하는 단계;
    (b) 이전의 (a) 또는 (c) 단계에서 증착된 층(120, 150)에 적어도 하나의 반도체 광전자 활성층(130)을 포함하는 적어도 하나의 반도체 층(130, 140)을 증착하여 상기 홈들(121, 151)을 충진하는 단계로, 상기 반도체 광전자 활성층(130)은 예컨대 CdTe 또는 ABC2 재료로 이루어지되, 국제 순수 및 응용 화학 연합에 의해 정의된 바와 같이, A는 Cu와 Ag를 포함하는 화학적 원소 주기율표의 11족 원소들을 나타내고, B는 In, Ga, Al을 포함하는 주기율표의 13족 원소들을 나타내며, C는 S, Se, Te를 포함하는 주기율표의 16족 원소들을 나타내는 단계; 및
    (c) 이전의 (b) 단계에서 증착된 층(130, 140) 또는 상기 절연층(110)에 적어도 하나의 전도성 전면접촉층(150)을 증착하고; 이전의 단계에서 증착된 상기 층(130, 140) 또는 상기 절연층(110)의 적어도 하나의 연속선이 노출되도록 상기 전면접촉층(150)들 내에 적어도 하나의 홈(151, 전면접촉 홈으로 칭함)을 절삭 가공하여, 전기적으로 분리되는 적어도 하나의 제1 및 적어도 하나의 제2 전면접촉 부품(154, 156, 158)을 제공하며, 상기 제1 및 제2 전면접촉 부품들(154, 156, 158)은 대응하는 제1 및 제2 후면접촉 부품들(122, 124, 126, 128) 위에 배치되는 부분들을 구비하는 단계;에 의해 상기 층들의 스택을 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 제2 후면접촉 부품들(124, 126) 중 적어도 하나에 대해, 열을 발생하는 천공 공정을 이용하여 상기 후면접촉층(120) 및/또는 절연층(110)의 일부가 노출되도록 (b), (c) 단계에서 증착된 층들을 통해 적어도 하나의 셀간 비아홀(155)을 천공하는 단계로, 상기 천공 공정의 열은 상기 반도체 층(들)(130, 140) 내의 상기 셀간 비아홀(155)의 표면이 전기전도성이 되도록 표면 금속화(134, 136)를 초래하여 상기 셀간 비아홀(155)의 표면의 화학적 조성에 대한 영구적인 변화를 초래하고, 그에 따라 적어도 하나의 상기 제1 전면접촉 부품(154, 156) 및 대응하는 적어도 하나의 제2 후면접촉 부품(124, 126) 간에 전기적 경로를 형성하여, 직렬로 연결된 2개 이상의 광전자 부품들(104, 106)을 구현하는 단계를 더 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 셀간 비아홀(155)들은 상기 후면접촉 부품들(124, 126)을 통해 연장되도록 천공되는 것인 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    적어도 하나의 전도성 접착 부품(172, 178)을 이용하여 부스바(182, 188)를 형성하는 적어도 하나의 전기전도체를 배치하여, 상기 부스바(182, 188)와 적어도 하나의 상기 후면접촉 부품(122, 128), 상기 표면 금속화부(136), 및/또는 상기 전면접촉 부품(156) 간에 전기적 경로가 형성되게 하는 단계를 더 포함하는 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 후면접촉 부품(122)들 중 적어도 하나의 일부가 노출되도록 적어도 하나의 제1 비아홀(153, 부스바-후면접촉 비아홀로 칭함)을 천공하는 단계;
    적어도 하나의 전도성 접착 부품(172)을 이용하여 제1 부스바(182)를 형성하는 적어도 하나의 제1 전기전도체를 배치하여, 상기 제1 부스바(182)와 상기 후면접촉 부품(122) 간에 전기적 경로가 형성되게 하는 단계;
    상기 전면접촉 부품들(158) 중 적어도 하나를 관통하는 적어도 하나의 제2 비아홀(157, 부스바-전면접촉 비아홀로 칭함)을 천공하여, 상기 부스바-전면접촉 비아홀(157)들 중 어느 것도 상기 부스바-후면접촉 비아홀(153)들에 의해 노출된 후면접촉 부품(122)들을 관통하지 않게 하는 단계; 및
    적어도 하나의 전도성 접착 부품(178)을 이용하여 제2 부스바(188)를 형성하는 적어도 하나의 제2 전기전도체를 배치하여, 상기 제2 부스바(188)와 상기 전면접촉 부품(158) 간에 전기적 경로가 형성되게 하는 단계;를 더 포함하는 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 금속화 트레이스로 이루어지며 적어도 하나의 상기 비아홀(155, 157)로부터 연장되는 적어도 하나의 금속화 격자 부품(164, 166, 168)을 상기 기판 구성의 상기 전면접촉 부품들(154, 156, 158)에 증착하는 단계를 더 포함하는 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 비아홀들(153, 155, 157) 중 적어도 하나를 전기전도성 재료로 충진하는 단계를 더 포함하는 방법.
  7. 광전 부품들, 다이오드 부품들, 또는 발광 다이오드 부품들과 같이 직렬 연결된 2개 이상의 광전자 부품들(104, 106, 108)을 포함하는 모놀리식으로 집적된 광전자 모듈 장치(100)에 있어서,
    상기 광전자 모듈은 후술하는 층들(a, b, c)의 스택의 아래에 기판으로서 또는 위에 상판으로서 위치되는 전기절연층(110)을 포함하되, 상기 층들은:
    (a) 적어도 하나의 제1 및 적어도 하나의 제2 전기전도성 전면접촉 부품들(152, 154, 156, 158)을 포함하는 층으로, 상기 제1 및 제2 전면접촉 부품들(152, 154, 156, 158)은 이들을 전기적으로 분리되게 하는 홈(151)에 의해 분리되는 층;
    (b) 적어도 하나의 반도체 광전자 활성층(130, 140)을 포함하는 층으로, 상기 반도체층들 중 적어도 하나(130)는 예컨대 CdTe 또는 ABC2 재료로 이루어지되, 국제 순수 및 응용 화학 연합에 의해 정의된 바와 같이, A는 Cu와 Ag를 포함하는 화학적 원소 주기율표의 11족 원소들을 나타내고, B는 In, Ga, Al을 포함하는 주기율표의 13족 원소들을 나타내며, C는 S, Se, Te를 포함하는 주기율표의 16족 원소들을 나타내는 층; 및
    (c) 상기 전기절연층(110)에 증착된 적어도 하나의 제1 및 적어도 하나의 제2 전기전도성 후면접촉 부품들(122, 124, 126, 128)을 포함하는 층으로, 상기 제1 및 제2 후면접촉 부품들(122, 124, 126, 128)은 이들을 전기적으로 분리되게 하는 후면접촉홈(121)에 의해 분리되는 층;으로 구성되어, 각각이 상기 전면접촉 부품, 적어도 하나의 상기 반도체 층, 및 상기 후면접촉 부품의 스택을 포함하는 별개의 제1 및 제2 광전자 부품(104, 106)을 구현하고;
    상기 광전자 모듈은 적어도 하나의 상기 제2 후면접촉 부품(124, 126)의 일부가 노출되도록 상기 제1 전면접촉 부품들(154, 156) 및 상기 반도체층들(130, 140) 중 적어도 하나를 관통하는 적어도 하나의 비아홀(155)을 더 포함하되, 상기 반도체 광전자 활성층(130)들의 높이에서 상기 비아홀의 표면(134, 136)은 예컨대 상기 반도체 광전자 활성층(130)들의 CdTe 또는 상기 ABC2 재료에 포함된 금속 원소들의 영구적 금속화를 통해 조성의 변화를 겪게 되고, 이러한 영구적 금속화는 상기 비아홀(155)의 천공에 의해 발생된 국부 가열에 의해 이루어질 수 있고, 상기 제1 전면접촉 부품(154, 156)과 상기 제2 후면접촉 부품(124, 126) 간에 전기적 경로를 형성하며, 제1 광전자 부품(104)과 제2 광전자 부품(106) 간에 직렬 연결을 구현하는 것인 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 비아홀(155)들은 상기 후면접촉 부품들(124, 126)을 통해 연장되는 것인 장치.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 비아홀(155)들은 상기 후면접촉홈(121)과 평행한 적어도 하나의 열로 배치되고, 그에 따라 최인접 열이 상기 후면접촉홈(121)에서 5㎛ 이상, 더 바람직하게는 50㎛ 이상 이격되어 있는 것인 장치.
  10. 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 전면접촉 부품들(154, 156) 중 적어도 하나를 관통하는 적어도 하나의 비아홀(155)은 상기 전면접촉홈(151)에서 50㎛ 이상 이격되어 있는 라인 세그먼트로 형상화되고, 그에 따라 적어도 하나의 제2 후면접촉 부품은 적어도 하나의 디포트된 직렬 연결을 구현하기 위해 상기 제1 전면접촉 부품 아래를 지나 상기 비아홀(155)에 도달하는 핑거 형상의 연장부를 포함하는 것인 장치.
  11. 제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 상기 전면접촉 부품(155, 156, 158)에 증착되며 적어도 하나의 비아홀(155, 157)에서 연장되는 적어도 하나의 금속화 트레이스로 이루어진 적어도 하나의 금속화 격자 부품(164, 166, 168)을 더 포함하는 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 금속화 격자 부품들(164, 166, 168) 중 적어도 하나는 상기 비아홀들(155, 157) 중 하나가 내부 중앙에 위치되는 패턴을 제공하는 것인 장치.
  13. 제7항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 비아홀들(153, 155, 157) 중 적어도 하나는 상기 전면접촉 부품들(152, 154, 156, 158) 중 적어도 하나와 후면접촉 부품들(122, 124, 126, 128) 중 적어도 하나 사이의 전기적 접촉에 기여하는 전기전도성 재료로 충진되는 것인 장치.
  14. 제7항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 후면접촉 부품(122)들 중 적어도 하나의 일부를 노출시키는 적어도 하나의 부스바-후면접촉 비아홀(153);
    적어도 하나의 전도성 접착 부품(172)에 의해 연결되는 제1 부스바(182)를 형성하는 적어도 하나의 제1 전기전도체로, 상기 제1 부스바(182)와 상기 후면접촉 부품(122) 간에 전기적 경로가 형성되게 하는 제1 전기전도체;
    상기 전면접촉 부품(158)들 중 적어도 하나를 관통하는 적어도 하나의 부스바-전면접촉 비아홀(157)로, 상기 부스바-전면접촉 비아홀(157)들 중 어느 것도 상기 부스바-후면접촉 비아홀(153)들에 의해 노출된 후면접촉 부품(122)들을 관통하지 않게 하는 부스바-전면접촉 비아홀(157); 및
    적어도 하나의 전도성 접착 부품(178)에 의해 연결되는 제2 부스바(188)를 형성하는 적어도 하나의 제2 전기전도체로, 상기 제2 부스바(188)와 상기 전면접촉 부품(158) 간에 전기적 경로가 형성되게 하는 제2 전기전도체;를 더 포함하는 장치.
  15. 제7항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장치는 바람직하게는 유리, 더 바람직하게는 열가소성 중합체 재료로 이루어진 적어도 하나의 전면 시트(190), 및 적어도 하나의 후면 시트(192) 내에 봉지되는 것인 장치.
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