KR20150119262A - Monolithically isled back contact back junction solar cells using bulk wafers - Google Patents
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Abstract
개시된 대상의 일 형태에 따르면, 벌크 웨이퍼를 사용해서 모노리식 섬 후측 접촉 후측 접합 태양 전지를 형성하는 방법이 제공된다. 광 수용 전측 및 상기 전측에 대향하는 후측을 포함하는 반도체 웨이퍼의 후측 상에 에미터 및 베이스 접촉 영역을 형성한다. 상기 웨이퍼의 후측 상에 제1수준 접촉 금속화를 형성하고, 상기 반도체 웨이퍼의 후측에 전기 절연 백플레인을 부착한다. 상기 반도체 웨이퍼를 복수의 전기적으로 분리된 섬으로 패터닝하는 분리 트렌치를 상기 반도체 웨이퍼 내에서 형성하고, 상기 반도체 웨이퍼를 박막화한다. 상기 전기 절연 백플레인 상에 상기 복수의 섬을 전기적으로 연결하는 금속화 구조체를 형성한다.According to one aspect of the disclosed subject matter, there is provided a method of forming a monolithic island rear side contact rear junction solar cell using a bulk wafer. An emitter and a base contact region are formed on the rear side of the semiconductor wafer including the light reception front side and the rear side opposite to the front side. A first level contact metallization is formed on the rear side of the wafer, and an electrically insulating backplane is attached to the rear side of the semiconductor wafer. A separation trench for patterning the semiconductor wafer into a plurality of electrically isolated islands is formed in the semiconductor wafer, and the semiconductor wafer is thinned. A metallization structure is formed to electrically connect the plurality of islands on the electrical isolation backplane.
Description
본 출원은 2013년 2월 12일에 출원에 미국 가 특허출원 제61/763,580호 및 2013년 7월 29일에 출원된 제61/859,602호의 이익을 주장하고, 본원에 참조로 포함되어 있다.This application claims the benefit of US Provisional Patent Application No. 61 / 763,580, filed February 12, 2013, and US Provisional Application No. 61 / 859,602, filed July 29, 2013, which is incorporated herein by reference.
본 개시 내용은 일반적으로 태양 전지(PV) 및 모듈 분야에 관한 것이고, 구체적으로 다수의 이점을 제공하는 모노리식 섬 또는 타일 태양 전지(PV) 및 관련 모듈에 관한 것이다.This disclosure relates generally to the field of solar cells (PV) and modules, and more particularly to monolithic island or tile solar cells (PV) and related modules that provide a number of advantages.
2012년 이래로 결정질 실리콘 태양 전지(PV) 모듈은, 전세계 PV 시장 연 수요량 및 전세계의 PV 누적 설치량의 대략 85% 이상을 차지하고 있다. 결정질 실리콘 PV의 제조 공정은, 사용되는 초크랄스키 (CZ) 실리콘 잉곳(czochralski silicon ingots) 또는 캐스트 실리콘 브릭(cast silicon bricks)으로 제조된 단결정 또는 다결정질 실리콘 웨이퍼를 스타팅 물질로 하는 결정질 실리콘 태양 전지에 기초하고 있다. 비-결정질 실리콘 기반 박막 PV 모듈(예를 들면, CdTe, CIGS, 유기, 및 비정질 실리콘 PV 모듈)은, 저가 제조 공정에 대한 가능성을 제공하지만, 일반적으로 주요 결정질 실리콘 PV 모듈에 비해 시판 박막 PV 모듈에서 전환 효율이 매우 낮고(모듈 효율은 대략 14% 내지 약 20% 이하, 주로 14% 내지 17%의 범위 내이다), 안정된 결정질 실리콘 태양 PV 모듈에 비해 필드 신뢰성의 장기간 트랙 기록이 증명되지 못했다. 최첨단 결정질 실리콘 PV 모듈은, 그 외의 다양한 PV 기술에 비해 우수한 전체 에너지 전환 성능, 장기간 필드 신뢰성, 비독성 및 라이프사이클 지속성을 제공한다. 또한, 최근의 발전에 따라, 결정질 실리콘 PV 모듈의 전체 제조 비용이 $0.80/Wp 미만으로 되었다. 혁신적인 단결정질 실리콘 기술에 따라, 예를 들면, 재사용 가능한 결정질 실리콘 템플레이트, 박막(예를 들면, 결정질 실리콘 흡수재의 두께, 약 10 ㎛ 내지 약 100 ㎛ 이하, 일반적으로 70 ㎛ 이하) 에피텍셜 실리콘, 백플레인-부착/적층을 사용한 박막 실리콘 지지체, 및 다공성 실리콘 리프트-오프 기술을 사용해서 제작된 고효율 박막 단결정질 실리콘 태양 전지는, 고효율 (표준 시험 조건 또는 STC 하에서 태양 전지 및/또는 모듈 효율은 적어도 20%)이고, PV 모듈 제조 비용도 대량 생산 규모로 $0.5/Wp 미만인 것으로 기대된다.
Crystalline silicon solar (PV) modules account for more than 85% of the global PV market annual demand and the global PV installed capacity since 2012. The manufacturing process of the crystalline silicon PV is a process in which a single crystal or a polycrystalline silicon wafer made of Czochralski silicon ingots or cast silicon bricks to be used is used as a crystalline silicon solar cell . Although non-crystalline silicon based thin film PV modules (e.g., CdTe, CIGS, organic, and amorphous silicon PV modules) provide the potential for low cost manufacturing processes, (Module efficiency is in the range of about 14% to about 20%, mainly in the range of 14% to 17%), and long-term track record of field reliability is not proven compared to stable crystalline silicon solar PV module. State-of-the-art crystalline silicon PV modules offer superior overall energy conversion performance, long-term field reliability, non-toxicity and life cycle sustainability compared to other PV technologies. In addition, with recent developments, the total manufacturing cost of the crystalline silicon PV module is less than $ 0.80 / Wp. In accordance with the innovative monocrystalline silicon technology, for example, a reusable crystalline silicon template, a thin film (e.g., a thickness of crystalline silicon absorber, from about 10 microns to about 100 microns, typically less than 70 microns) Thin film monocrystalline silicon solar cells fabricated using a thin film silicon support using an adhesion / lamination and a porous silicon lift-off technique are highly efficient (at least 20% solar cell and / or module efficiency under standard test conditions or STC, ), And the cost of manufacturing PV modules is expected to be less than $ 0.5 / Wp in terms of mass production scale.
기존의 결정질 실리콘(또는 그 외의 반도체 흡수체 재료) 태양 전지 구조체 및 처리 방법은, 종종 필드에 설치된 결정질 실리콘 PV 모듈의 작동중 또한 태양 전지 가공 중 및/또는 후에 전지 휨(bow) 및 파괴/파손에 관련된 다수의 문제를 일으킨다. 태양 전지 가공에 의해, 종종 반도체 기판에 상당한 응력(예를 들면, 열적 및/또는 기계적 응력)이 발생하고, (열 사이클링 또는 기계적 응력에 의한)열 유도 말림(warpage) 및 균열 발생 및 전파로 이어진다. 휘어진 또는 비평면 태양 전지 기판은 상당한 문제를 일으킬 수 있는 데, 이는 태양 전지 가공 시 (예를 들면, 결정질 실리콘 태양 전지 가공 시) 생산량이 감소될 수 있고, 제조 공정 중에 태양 전지 기판을 평탄하게 하기 위해, 지지하는 기판 캐리어 상에 기판 에지 및/또는 태양 전지 기판을 고정하는 것이 필요하다. 평탄화 방법은 태양 전지의 제조 공정을 복잡하게 하고, 따라서 제조 비용을 증가시키고/거나 일부 제조 쓰로우풋 및 생산량을 감소시킨다. 휘어진 또는 비평면 태양 전지 기판은 모듈 적층, 그 다음에 필드의 PV 모듈 작동 중에 전지 미세 균열 및/또는 파손 문제를 일으킬 수 있다(PV 모듈 전력 감소 또는 손실). 이러한 문제는 대면적 태양 전지, 예를 들면, 일반적으로 사용되는 156 mm x 156 mm 포맷 (정사각형 또는 유사 정사각형) 태양 전지에서 더 심각해 질 수 있다.
Conventional crystalline silicon (or other semiconductor absorber material) solar cell structures and processing methods are often used in the field of crystalline silicon PV modules installed in the field and also during bowing and destruction / breakage during and / Causing a number of related problems. Solar cell processing often leads to significant stresses (e.g., thermal and / or mechanical stresses) on the semiconductor substrate and heat-induced warpage and cracking (by thermal cycling or mechanical stress) and propagation . Curved or nonplanar solar cell substrates can cause considerable problems, which can lead to reduced production during solar cell processing (for example, when processing crystalline silicon solar cells), and to flattening the solar cell substrate during the manufacturing process It is necessary to fix the substrate edge and / or the solar cell substrate on the supporting substrate carrier. The planarization method complicates the fabrication process of the solar cell, thus increasing manufacturing cost and / or reducing some manufacturing throughput and production. Curved or nonplanar solar cell substrates can cause cell microcracks and / or breakage problems (PV module power reduction or loss) during module lamination and then in the field of the PV module operation. This problem can be more serious in large area solar cells, for example, commonly used 156 mm x 156 mm format (square or quasi-square) solar cells.
또한, 종래의 태양 전지, 특히 상호 맞물려진 후측-접촉(interdigitated back-contact) 또는 IBC 디자인에 기초한 태양 전지는, 비교적 높은 전지 전류 때문에 비교적 두꺼운 금속화(metallization) 패턴이 필요하고, 이는 전지 가공을 복잡하게 하고, 재료 비용을 증가시키며, 전지 반도체 재료에 상당한 물리적 응력을 가한다. 전도성 금속(예를 들면, IBC 전지 금속에 사용되는 도금 구리 또는 종래의 전측-접촉 태양 전지에 사용되는 스크린 인쇄 알루미늄 함유 및/또는 은 함유 금속화 페이스트)와 반도체 재료(예를 들면, 박막 결정질 실리콘 흡수층) 사이의 열평창 계수 또는 CTE의 미스매치에 결합되는, 태양 전지 전측 및/또는 후측 상에 비교적 두꺼운 금속화 패턴(예를 들면, IBC 태양 전지 금속화를 위한 수십 마이크론의 두께 범위)에 의해 유도되는 열 및 기계적 응력은, 실질적으로 태양 전지 가공(즉, 태양 전지 금속화 중 및 후에) 및 모듈 가공(전지 사이의 상호연결 및 모듈 적층 조립 중 및 후), 설치된 PV 모듈의 필드 조작 중(즉, 기상 조건, 온도 변화, 바람 유발 및/또는 눈 부하 유발 및/또는 설치 관련 모듈 휘어짐 응력으로 인해) 미세균열, 태양 전지 파손, 및 태양 전지 휘어짐의 위험이 증가할 수 있다.
In addition, conventional solar cells, particularly solar cells based on interdigitated back-contact or IBC designs, require a relatively thick metallization pattern due to the relatively high cell current, Complexity, increased material cost, and significant physical stress on the battery semiconductor material. (E. G., Screen printed aluminum and / or silver containing metallization pastes used in plated copper or conventional front-contact solar cells used in IBC battery metals) and semiconductor materials (e. G., Thin film crystalline < (E.g., a thickness range of a few tens of microns for IBC solar cell metallization) on the front and / or rear side of the solar cell, which is coupled to a thermal mismatch of the thermal expansion coefficient or the CTE The induced heat and mechanical stresses can be substantially reduced during and after solar cell processing (ie during and after solar cell metallization) and module processing (during and after interconnection and module lamination assembly between cells), field manipulation of installed PV modules That is, due to weather conditions, temperature changes, wind induced and / or snow load induction and / or installation related module buckling stress), microcracks, solar cell damage, This can increase the risk of eojim.
또한, 결정질 실리콘 모듈은, 비교적 고가의 외부 바이패스 다이오드가 종종 사용되고, 얻어진 태양 전지 및 모듈의 잠재적인 신뢰성 실패를 방지하고 태양 전지의 부분적인 또는 전체적인 셰이딩에 의한 핫-스팟 영향을 제거하기 위해, 약 수 암페어 내지 약 10 암페어의 범위의 비교적 높은 전방 바이어스 전류 및 약 10 V 내지 20 V의 비교적 높은 역 바이어스 전압이 처리될 수 있어야 한다. 이러한 셰이드 유도 핫 스팟 현상은, PV 모듈 내의 셰이딩 된 전지 또는 전지들의 역 바이어스에 기인하고, 영향을 받은 PV 전지 또한 PV 모듈 캡슐화 재료 및 전지 사이의 상호연결에 영구적으로 손상을 미칠 수 있고, 예를 들면, 하나 또는 복수의 태양 전지의 전체 또는 부분적인 셰이딩 때문에, PV 모듈 내의 PV 전지의 표면에 도달하는 태양광이 PV 모듈 내에서 부분적으로 차단되거나 충분히 균일하지 않은 경우, 심지어 화재를 일으킬 수 있다. 바이패스 다이오드는 종종 PV 모듈의 서브 스트링 상에 배치되는데, 일반적으로 3개의 20 전지 서브 스트링을 포함하는 표준 60 전지 결정질 실리콘 태양 모듈 내에 20개의 태양 전지의 서브 스트링당 하나의 외부 바이패스 다이오드 또는 3개의 24 전지 서브 스트링을 포함하는 72 전지 결정질 실리콘 태양 모듈 내에 24 태양 전지의 서브 스트링당 하나의 외부 바이패스 다이오드이고, 임베딩된 상이한 수의 태양 전지를 포함하는 그 외의 다수의 모듈 포맷 및 구조는 임의의 수의 전지를 갖는 모듈에 대해 가능하다. 직렬 연결 전지 스트링에서 외부 바이패스 다이오드를 갖는 이러한 연결 구조는, 임의의 셰이딩 된 전지에 의한 역 바이어스 핫 스팟을 방지하고, PV 모듈이 다양한 실생활의 셰이딩 또는 부분적인 셰이딩 및 소일링 조건하에서 수명 내내 비교적 높은 신뢰도로 작동할 수 있다. 태양 전지 셰이딩 또는 소일링의 부재시, 스트링 내의 각각의 전지는, 기본적으로 전지의 직렬 연결 내에 그 외의 전지와 비교적 매칭되는 전류를 갖는 전류 소스로서 작용하고, 서브 스트링 내의 외부 바이패스 다이오드는 모듈 내의 서브 스트링의 총 전압과 역 바이어싱 된다 (예를 들면, 직렬 연결 스트링 내의 20 전지는 결정질 실리콘 PV 시스템 내에서 바이패스 다이오드에서 대략 약 10 내지 12 V의 역 바이어스를 형성한다). 스트링 내에서 전지의 셰이딩에 따라 셰이딩 된 전지가 역바이어싱 되고, 셰이딩 된 전지를 포함하는 서브 스트링에 대한 바이패스 다이오드를 켜고, 따라서 비 셰이딩 된 서브 스트링 내의 우수한/비 셰이딩 된 태양 전지로부터의 전류가 외부 바이패스 전류로 흐르도록 한다. 외부 바이패스 다이오드(일반적으로, 표준 주요 60 전지 결정질 실리콘 PV 모듈 접합 박스 내에 포함된 3개의 외부 바이패스 다이오드)는 전지의 셰이딩의 경우 PV 모듈 및 전지를 보호하지만, 실제로 설치된 PV 시스템에서 획득된 전력 및 에너지는 상당히 손실될 수 있다.
In addition, the crystalline silicon module has been used in many applications such as relatively expensive external bypass diodes are often used, to avoid potential reliability failures of the resulting solar cells and modules, and to eliminate hot-spot effects due to partial or total shading of the solar cell, A relatively high forward bias current in the range of a few amperes to about 10 amperes and a relatively high reverse bias voltage of about 10 V to 20 V should be able to be processed. This shade induced hot spot phenomenon is due to the reverse bias of the shaded cells or cells in the PV module and the affected PV cell may also permanently damage the interconnection between the PV module encapsulating material and the cell, , Even if solar light reaching the surface of the PV cell in the PV module is partially blocked in the PV module or is not sufficiently uniform due to the total or partial shading of one or more solar cells. Bypass diodes are often placed on the substrings of a PV module, typically one external bypass diode per substring of 20 solar cells in a standard 60-cell crystalline silicon solar module containing three 20-cell substrings, or 3 A number of other module formats and structures, including a different number of solar cells embedded, and one external bypass diode per substring of 24 solar cells in a 72-cell crystalline silicon solar module containing 24 battery cells, Lt; RTI ID = 0.0 > of cells. ≪ / RTI > Such a connection structure with an external bypass diode in a series-connected battery string prevents reverse bias hot spots by any shaded cell and allows the PV module to be relatively inexpensive for a lifetime under various real-life shading or partial shading & It can operate with high reliability. In the absence of solar cell shading or sorting, each cell in the string basically acts as a current source with a current that is relatively matched to the other cells in the series connection of the cell, and the external bypass diode in the substring serves as a sub- (E.g., 20 cells in a series connected string form a reverse bias of about 10-12 V at the bypass diode in the crystalline silicon PV system). The shaded cells are reverse biased according to the shading of the cells in the string, the bypass diode for the substrings including the shaded cells is turned on, and thus the current from the good / shaded solar cells in the unshaded substring To flow as an external bypass current. An external bypass diode (typically three external bypass diodes included in a standard 60-cell crystalline silicon PV module junction box) protects the PV modules and cells in the case of battery shading, And energy can be significantly lost.
기존에, 대부분의 실리콘 태양전지는, p형 (예를 들면, 붕소 도핑된) 결정질 실리콘 웨이퍼 (다결정질 및 단결정질)를 사용해서 제조된다. 이러한 전지는 취약하고, 쉽게 파괴될 수 있으며(따라서 종종 단단하고, 프레임이 있으며 유리 커버로 된 모듈 내에 패키징 되어야 하고), 철 붕소(Fe-B) 및 붕소-산소(B-O)쌍으로 인해 효율 제한을 받고(일반적인 p형 전지 효율은 약 20%로 제한된다), 효율 감소(예를 들면 광유도 열화 또는 LID)될 수 있다. 대부분의 작업은, 기반기술을 개발하고, 동일한 효율 감소를 일으키지 않고 p형 스타팅 웨이퍼에 비해 높은 효율 전지가 가능한 n형(예를 들면, 인 도핑된) 스타팅 웨이퍼로 전환하는 것에 촛점을 맞추고 있다.
Conventionally, most silicon solar cells are fabricated using p-type (e.g., boron-doped) crystalline silicon wafers (polycrystalline and monocrystalline). These cells are vulnerable and can easily be destroyed (and thus often have to be packaged in a rigid, frameed and glass-covered module), due to the iron-boron (Fe-B) and boron- (General p-type cell efficiency is limited to about 20%), efficiency reduction (e.g., light oil degradation or LID). Most of the work focuses on developing the underlying technology and converting to an n-type (for example, doped) starting wafer capable of higher efficiency cells compared to p-type starting wafers without causing the same efficiency reduction.
또한, 설치되거나 제조되는 대부분의 태양 모듈은, 다결정질 또는 단결정질 실리콘 태양전지를 이용하는 것으로 (전측 또는 태양측 핑거 및 버스바를 갖는)전측 접촉 전지이다. 이러한 전측 접촉 전지는 금속화 핑거 및 버스바를 포함하는 것으로 전측 금속화에 의해 광 셰이딩이 손실될 수 있다. 후측 접촉 구조는 이러한 문제를 회피한다.
In addition, most solar modules installed or manufactured are front contact cells (with front or sun side fingers and bus bars) using polycrystalline or monocrystalline silicon solar cells. Such front contact cells include metallization fingers and bus bars, which can result in loss of light shading by front metallization. The rear contact structure avoids this problem.
가장 높은 효율의 후측 접촉 전지는, 맞물려진 후측 접촉(IBC), 후측 접합 구조를 사용하는 것으로, 에미터 내에서 수집된 캐리어(havested carrier)와 말단 사이의 근방에 접근할 수 있고 전지의 우수한 청색 반응을 제공하는 약하게 도핑된 전면이 가능하다. 또한, 후측 접촉/후측 접합(IBC) 태양 전지에 사용된 n형 웨이퍼는 일반적으로 p형 웨이퍼에 비해 훨씬 더 높은 소수 캐리어 수명을 제공하고, 상측에서 추가의 높은 전지 효율을 제공한다.
The most efficient rear-side contact cell uses an interlocked rear-side contact (IBC), rear junction structure, which can approach near the havested carrier and terminal in the emitter, A weakly doped front provides a reaction. In addition, n-type wafers used in rear contact / rear junction (IBC) solar cells generally provide much higher carrier lifetimes and provide higher battery efficiency at the top than p-type wafers.
최고의 효율 성능에 대해서, 후측 접촉 후측 접합 IBC 태양 전지는 일반적으로 매우 높은 소수 캐리어 수명의 웨이퍼를 필요로 하기 때문에, p형 웨이퍼보다 더 높은 수명의 n형 웨이퍼가 IBC 전지에 대해 더 적합하다. 이는, 생성된 소수 캐리어(예를 들면, n형 웨이퍼 및 n형 IBC 전지 베이스의 경우에 홀)가 전지의 후측에 위치된 에미터 접합에서 수집되도록 이동하는 평균 통로는, 웨이퍼 또는 반도체 흡수층의 두께에 의해 지배되는 전지 전측으로부터 후측의 수집 접합 말단으로의 거리 때문에 비교적 크다는 사실에 크게 기인할 수 있다.
For best efficiency performance, an n-type wafer with a higher lifetime than a p-type wafer is more suitable for an IBC cell because the rear contact back junction IBC solar cell typically requires a very high fractional carrier lifetime wafer. This means that the average path that the generated minority carriers (e. G. Holes in the case of n-type wafer and n-type IBC cell base) are collected at the emitter junction located on the rear side of the cell is the thickness of the wafer or semiconductor absorption layer Due to the fact that it is relatively large due to the distance from the front side of the battery to the collecting end of the rear side controlled by the battery.
웨이퍼(또는 반도체 흡수체층)의 특정 두께는, 큰 분율의 적외선 광자(예를 들면 결정질 실리콘의 밴드갭 에너지에 더 가까운 에너지를 갖는 것)를 효과적으로 수집하는 데에 유리하고, 큰 흡수체 두께를 갖는 부가 가치의 광 흡수를 위해 리턴을 줄이고, 벌크 재조합 손실 및 (재조합 손실되는 경향이 있는) 생성되는 소수 캐리어의 증가된 이동 거리는, 전지 흡수체 두께가 특정한 최적 범위(예를 들면, 단결정질 실리콘의 대략 20 내지 90 ㎛ 범위)를 초과하면 스타팅 웨이퍼 품질(소수 캐리어 수명 또는 확산 길이)에 의존해서 증가하기 때문에 전체 전지 효율 성능을 열화시킨다. 따라서, 전지 효율 성능의 관점에서, 결정질 실리콘 흡수체 두께 약 20 내지 90㎛가 최적이고, 실제 최적 두께는 소수 캐리어 수명 또는 확산 길이에 의해 측정된 흡수체 품질에 의존할 수 있고, 20㎛보다 다소 작거나 90㎛보다 클 수 있다. 매우 얇은 웨이퍼(156 mm x 156 mm 웨이퍼의 두께의 120㎛ 이하)를 사용하는 생산하는 고효율 결정질 실리콘 전지의 실제 제한으로는, 전지 제조 공정(또한 다음의 모듈 적층 공정) 내내 이러한 웨이퍼의 기계적 수율이다. 기계적 수율은, 전지 제작 공정 및 취급, 예를 들면 스크린 인쇄 및 웨트 공정 중 이러한 박막 웨이퍼의 파괴, 또한 지나친 필름 응력 또는 지나친 휘어짐으로부터 파괴로 인해 감소될 수 있는 데, 특히 후측 접촉 전지는 일반적으로 매우 두꺼운 고전도성(예를 들면, 도금 구리) 후측 금속화(종종 낮은 전압에서 맞물려진 후측 접촉 IBC 핑거 전체에서 비교적 큰 전지 전류를 전달하기 위해 수십 마이크론 두께의 도금 구리)를 필요로 하기 때문이다.
The specific thickness of the wafer (or semiconductor absorber layer) is advantageous for effectively collecting a large fraction of infrared photons (e.g., those having energy closer to the band gap energy of the crystalline silicon) Value, the bulk recombination loss, and the increased travel distance of the resulting minority carrier (which tends to lose recombination), is such that the cell absorber thickness is within a certain optimal range (e. G., About 20 To 90 [mu] m) is increased depending on the starting wafer quality (minority carrier lifetime or diffusion length), thereby deteriorating the overall cell efficiency performance. Thus, in terms of cell efficiency performance, a crystalline silicon absorber thickness of about 20 to 90 占 퐉 is optimal, and the actual optimum thickness may depend on the absorber quality measured by minority carrier lifetime or diffusion length, and is less than 20 占 퐉 Mu] m. The practical limitations of producing highly efficient crystalline silicon cells using very thin wafers (120 탆 or less of 156 mm x 156 mm wafer thickness) are the mechanical yields of these wafers throughout the cell manufacturing process (and also the next module laminating process) . Mechanical yield can be reduced due to cell fabrication processes and handling, such as breakage of these thin film wafers during screen printing and wet processes, as well as breakage from excessive film stress or excessive warpage, (For example, plated copper) back metallization (often a few tens of microns thick plated copper to deliver a relatively large cell current across the entire rear-side contact IBC finger engaged at low voltages).
이러한 두꺼운 금속화를 위한 요건은, 종종 금속 구조체의 Ni, Cu, 및 Sn의 스택 또는 Cu의 전기도금과 같은 도금의 사용을 필요로 한다. 태양 전지 회사들은, 구리 전기도금을 포함한 전기 도금을 생성물에 도입하는 것이, 실질적으로 어려운데, 이는 적어도 추가의 가공 또는 에이징 중 또는 도금 용액으로부터 금속과 실리콘 흡수체층의 고유 금속 오염의 내재된 위험 때문인 것은 아니다. 또한, IBC 전지의 구리 도금은 다수 공정 단계(예를 들면, PVD 씨드 층, 스크린 인쇄 레지스트 패턴, 구리 니켈 주석 전기 도금, 박리 레지스트 패턴, 웨트 에칭 노출된 씨드의 형성)를 필요로 하고, 후단 도금 라인을 지지하기 위해서 상당한 소비 비용 또한 추가의 제작 설비 CAPEX/OPEX 비용이 든다. 비교적 두꺼운 도금 구리 금속화에 대한 IBC 전지 요건은, 비교적 두꺼운 (예를 들면 30 내지 80㎛ 두께) 도금 층 및 실리콘 사이의 열(CTE) 매스 매칭으로 인해 두꺼운 구리에 의해 도입된 응력의 점에서 상당한 위험이 있다.
The requirements for this thick metallization often require the use of a plating such as a stack of Ni, Cu, and Sn of the metal structure or electroplating of Cu. Solar cell companies are substantially difficult to introduce electroplating, including copper electroplating, into the product because of the inherent risk of inherent metal contamination of the metal and silicon absorber layer during further processing or aging, or from the plating solution no. Copper plating of IBC cells also requires a number of process steps (e.g., PVD seed layer, screen printed resist pattern, copper nickel tin electroplating, peeling resist pattern, wet etch exposed seed formation) Significant consumption costs to support the line are also cost of additional fabrication facility CAPEX / OPEX. The IBC cell requirement for relatively thick plated copper metallization is relatively large in terms of the stress introduced by thick copper due to thermal (CTE) mass matching between the relatively thick (e. G., 30 to 80 um thick) There is a danger.
이러한 제한 요건 등은 바람직한 후측 접촉 IBC 전지 구조의 제조 비용이 비교적 높고 대량 흡착을 제한한다.
These limiting requirements, etc., are relatively high in manufacturing cost of the preferred rear contact IBC cell structure and limit bulk adsorption.
고효율 태양 전지 제작 방법 및 디자인이 요구된다. 개시된 대상에 따르는 모노리식 섬 태양 전지 및 모듈의 방법 및 구조체가 제공된다. 이러한 혁신방법에 의해 실질적으로 종래에 개발된 태양 전지에 관련된 단점 및 문제를 줄이거나 없앨 수 있다.
A high efficiency solar cell fabrication method and design are required. Methods and structures of monolithic island solar cells and modules according to the disclosed subject matter are provided. These innovations can reduce or eliminate disadvantages and problems associated with solar cells that have been substantially developed in the past.
개시된 대상의 일 형태에 따르면, 벌크 웨이퍼를 사용하는 모노리식 섬 후측 접촉 후측 접합 태양 전지를 형성하는 방법이 제공된다. 광 수용 전측 및 상기 전측에 대향하는 후측을 포함하는 반도체 웨이퍼의 후측 상에 에미터 및 베이스 접촉 영역이 형성된다. 제1수준 접촉 금속화는 웨이퍼 후측 상에 형성되고, 전기 절연 백플레인은 반도체 웨이퍼 후측에 부착된다. 반도체 웨이퍼를 복수의 전기적으로 분리된 섬으로 패터닝한 반도체 웨이퍼 내에서 분리 트렌치를 형성하고 반도체 웨이퍼를 박막화한다. 금속화 구조는 전기적으로 복수의 섬을 연결하는 전기 절연 백플레인 상에 형성된다.
According to one aspect of the disclosed subject matter, there is provided a method of forming a monolithic island rear side contact rear junction solar cell using a bulk wafer. An emitter and a base contact region are formed on the rear side of the semiconductor wafer including the light reception front side and the rear side opposite to the front side. The first level contact metallization is formed on the rear side of the wafer, and the electrically insulating backplane is attached to the rear side of the semiconductor wafer. A separation trench is formed in a semiconductor wafer in which a semiconductor wafer is patterned with a plurality of electrically isolated islands, and the semiconductor wafer is thinned. The metallization structure is formed on an electrically insulated backplane that electrically connects the plurality of islands.
본원에 개시된 혁신적인 형태의 기술적 이점은, 유연성 향상 및 균열 감소; 전지 휘어짐 감소 및 평면성 개선; 전압 증가 및 전류 감소에 따라, 옴 손실의 감소, 및 전지 금속화 두께 요건의 감소를 포함하지만, 이들로 한정되지 않는다.
The technological advantages of the innovative type disclosed herein are improved flexibility and reduced cracking; Cell warpage reduction and planarity improvement; But are not limited to, a decrease in ohmic loss, and a decrease in battery metallization thickness requirements, depending on voltage increase and current decrease.
본원에 개시된 대상의 이러한 이점 및 그 외의 이점, 또한 추가의 새로운 특징은, 본원에 제공된 설명으로부터 명백하게 될 것이다. 이러한 요약은 대상의 포괄적인 설명인 것이 아니라, 오히려 대상의 기능 중 일부 기능의 간단한 설명을 제공하는 것이다. 본원에 제공된 그 외의 시스템, 방법, 특징 및 이점은 하기 도면 및 상세한 설명을 통해서 당업자에게 명백하게 될 것이다. 본 설명에 포함된 모든 이러한 추가의 시스템, 방법, 특징 및 이점은 청구 범위 내에 포함되는 것으로 의도된다.
These and other advantages and further novel features of the subject matter disclosed herein will become apparent from the description provided herein. This summary is not a comprehensive description of the object, but rather a brief description of some of the functions of the object. Other systems, methods, features and advantages provided herein will become apparent to those skilled in the art from the following drawings and detailed description. All such additional systems, methods, features and advantages included in this description are intended to be included within the scope of the claims.
개시된 주제의 특징, 특성, 및 이점은 도면을 참조하고 하기 기재된 설명으로부터 더욱 명확하게 되고, 도면에서 유사한 참조부호는 유사한 특징을 나타낸다:
도 1은 정사각형 단일 섬 마스터 전지의 상면도이고;
도 2는 정사각형 4 x 4 섬 정사각형 마스터 전지(또는 섬 전지 "아이셀(icell)"의 상면도이고;
도 3a 및 3b는, 분리 트렌치 형성을 포함하는 태양 전지 가공 단계 후, 백플레인-부착 태양 전지의 단면도이고;
도 4는 에피택셜 실리콘 리프트 오프 가공을 사용해서 백플레인-부착 태양 전지를 제작하기 위한 대표적인 공정 흐름도이고;
도 5a 내지 5c는 후측-접촉 후측-접합 태양 전지를 형성하기 위한 제조 공정 흐름도이다. 도 5a는 에피택셜 실리콘 및 다공성 실리콘 리프트 오프 가공에 기초한 공정 흐름도이고, 도 5b는 스타팅 결정질 실리콘 웨이퍼에 기초한 공정 흐름도이고, 도 5c는 에피택셜 실리콘 및 리프트 오프 가공에 기초한 공정흐름도이고;
도 5d 및 5e 는 백플레인-부착 태양 전지의 단면도이고;
도 6a 및 6b는 각각 정사각형 3 x 3 및 5 x 5 섬 정사각형 아이셀의 상면도이고;
도 7a 및 7b는 8개 삼각형 섬으로 이루어진 정사각형 아이셀 실시형태의 상면도이고;
도 7c, 7d, 및 7e는 16개, 36개, 32개 삼각형 섬으로 이루어진 정사각형 아이셀 실시형태의 상면도이고;
도 8은 에지 영향을 갖는 종래의 태양 전지의 등가회로 모델의 개략도이고;
도 9a는 정사각형 4 x 4 섬 아이셀 상에 형성된 버스바가 없는 제1금속화 층 패턴(M1)의 후측 도면이고, 도 9b는 도 9a의 부분의 확대도이고;
도 10a 및 10b는 정사각형 3 x 3 및 5 x 5 섬 아이셀 상에 형성된 버스바가 없는 제1금속화 층 패턴(M1)의 후측 도면이고;
도 11a는 삼각형 36개 섬 아이셀 상에 형성된 버스바가 없는 제1금속화 층 패턴(M1)의 후측 도면이고, 도 11b는 도 11a 부분의 확대도이고;
도 12a는 정사각형 5 x 5 섬 아이셀 상에 형성된 제2금속화 층 패턴(M2)의 후측 도면이고, 도 12b는 도 12a 부분의 확대도이고;
도 13은 테이퍼진 베이스 및 에미터 핑거가 서로 맞물려진 제2금속화 층 패턴(M2) 유닛 전지의 후측 도면이고;
도 14a는 정사각형 4 x 4 섬 아이셀 상에 형성된 제2금속화 층 패턴(M2)의 후측 도면이고, 도 14b는 도 14a 부분의 확대도이고;
도 15a 및 15b는 정사각형 3 x 3 및 5 x 5 섬 아이셀 상에 형성된 제2금속화 층 패턴(M2)의 후측 도면이고;
도 16a는 섬 마스터 전지(아이셀)의 상면도이고, 각각의 섬은 모노리식으로 집적된 바이패스 스위치(MIBS)를 갖는 도면이고;
도 16b 및 16c는 하나의 섬(또는 도 16a의 I11과 같은 유닛 전지)에 대한 후측-접촉/후측-접합 태양 전지의 MIBS 림 또는 전주부 다이오드 태양 전지 실시형태의 단면도이고;
도 17은 전기적으로 모두 직렬로 연결된 아이셀의 개략도이고;
도 18a 및 18b는 전기적으로 모두 직렬로 연결 및 전기적으로 하이브리드 병렬-직렬로 연결된 섬의 4 x 4 어레이를 갖는 아이셀의 개략도이고(도 18 b의 디자인은 2x8HPS 디자인으로 칭함);
도 18c는 전기적으로 하이브리드 병렬-직렬로 연결된 섬의 8x8 어레이를 갖는 아이셀의 개략도이고(8x8HPS 디자인으로 칭함).
도 19a, 19b, 19c는 각각 도 18a, 18b, 18c의 아이셀 상의 셰이드 관리 스위치의 위치를 도시하고;
도 20은 유사 정사각형 마스터 전지 기판의 상면도이고;
도 21은 전기적으로 하이브리드 병렬-직렬로 연결된 유사 정사각형 아이셀의 개략도이고;
도 22는 전기적으로 모두 직렬로 연결된 유사 정사각형 아이셀의 개략도이고;
도 23a 및 23b는 섬의 수 및 M2 상호연결 디자인에 따라 에미터 및 베이스 버스바의 마스터 전지 및 상대 위치의 개략도이고;
도 24 내지 27은 60개 전지 모듈 연결 디자인의 개략도이고;
도 28a 및 28b는 하이브리드 병렬-직렬 아이셀에 비해 모두 직렬의 아이셀을 포함하는 60개 전지 PV 모듈을 사용해서 600 VDC PV 시스템의 모듈 연결의 개략도이고;
도 29a 및 29b는 하이브리드 병렬-직렬 아이셀에 비해 모두 직렬의 아이셀을 포함하는 60개 전지 PV 모듈을 사용해서 1000 VDC PV 시스템에 대한 모듈 연결의 개략도이고;
도 30은 하위 전지의 4 x 4 어레이를 갖는 모노리식 섬 태양 전지의 도면이고;
도 31은 전지 두께 대 개방회로 전압의 그래프이고;
도 32는 소수 캐리어 수명 대 실리콘 두께의 그래프이고;
도 33은 고수준 태양전지 빌딩 블록을 도시하는 공정흐름도이고;
도 34a 내지 34d는 FSF 또는 BSF 없이 맞물려진 후측 접촉 태양 전지를 제조하기 위한 공정 흐름 실시형태이고;
도 35a 내지 35d는 매립된 FSF를 갖고 맞물려진 후측 접촉 태양 전지를 제조하기 위한 공정 흐름 실시형태이고;
도 36a 내지 36d는 매립된 FSF를 갖고 맞물려진 후측 접촉 태양 전지를 제조하기 위한 공정 흐름 실시형태이고;
도 37a는 웨이퍼 분열 전에 웨이퍼 박막화 단계를 포함하는 공정의 단면도이고;
도 37b는 웨이퍼 박막화 전 및 웨이퍼 박막화 및 텍스처링 후에 부분적인 웨이퍼 분할을 포함하는 공정의 단면도이고;
도 38a 내지 38d는 레이저 도핑된 FSF를 갖고 맞물려진 후측 접촉 태양 전지를 제조하기 위한 공정 흐름 실시형태이고;
도 39a 내지 39d는 펄스 레이저 FSF를 갖고 맞물려진 후측 접촉 태양 전지를 제조하기 위한 공정 흐름 실시형태이고;
도 40a 내지 40d는 이온 주입 FSF를 갖고 맞물려진 후측 접촉 태양 전지를 제조하기 위한 공정 흐름 실시형태이고;
도 41a 내지 41d는 가스 주입 FSF를 갖고 맞물려진 후측 접촉 태양 전지를 제조하기 위한 공정 흐름 실시형태이고;
도 42는 PV-Al/NiV를 사용하는 분리 트렌치를 펄스 ns 레이저 스크라이빙으로 맞물려진 후측 접촉 태양 전지를 제조하기 위한 공정흐름도이고;
도 43은 사전 에칭된 두꺼운 실리콘 상에 분리 트렌치의 펄스 ns 레이저 스크라이빙을 사용해서 맞물려진 후측 접촉 태양 전지를 제조하기 위해 공정 흐름 실시형태이고;
도 44a는 실리콘층 상에 BSG(또는 PSG) 층의 직접적인 산화 제거를 나타내는 단면도이고;
도 44b는 실리콘 층상에 BSG(또는 PSG) 상에 하드마스크층의 제거를 나타내는 단면도이고;
도 45 내지 49는 백플레이션 부착 후측 접촉 태양 전지를 제작하기 위해 다수의 대표적인 공정흐름 실시형태를 도시한다.The features, characteristics, and advantages of the disclosed subject matter will become more apparent from the description set forth below with reference to the drawings, in which like reference numerals indicate like features:
1 is a top view of a square single island master cell;
Figure 2 is a top view of a square 4 x 4 island square master cell (or island cell "icell");
Figures 3a and 3b are cross-sectional views of a backplane-attached solar cell after a solar cell fabrication step comprising isolation trench formation;
4 is an exemplary process flow diagram for fabricating a backplane-attached solar cell using an epitaxial silicon lift-off process;
5A to 5C are a manufacturing process flow chart for forming a rear-side rear-side-junction solar cell. Figure 5a is a process flow diagram based on epitaxial silicon and porous silicon lift off processing, Figure 5b is a process flow diagram based on a starting crystalline silicon wafer, Figure 5c is a process flow diagram based on epitaxial silicon and lift off processing;
5D and 5E are cross-sectional views of a backplane-attached solar cell;
Figures 6a and 6b are top plan views of square 3x3 and 5x5 island quadrangle Iccels, respectively;
Figures 7a and 7b are top views of a square Icel embodiment of eight triangular islands;
Figures 7c, 7d, and 7e are top views of a square Icel embodiment of 16, 36, and 32 triangular islands;
8 is a schematic diagram of an equivalent circuit model of a conventional solar cell having an edge effect;
FIG. 9A is a rear view of a first metallization layer pattern M1 without a bus bar formed on a square 4x4 iscel cell, FIG. 9B is an enlarged view of the portion of FIG. 9A; FIG.
10A and 10B are rear views of a first metallization layer pattern M1 without bus bars formed on square 3x3 and 5x5 island islands;
FIG. 11A is a rear view of a first metallization layer pattern M1 without bus bars formed on a triangular 36-island iscel, FIG. 11B is an enlarged view of FIG. 11A;
12A is a rear view of a second metallization layer pattern M2 formed on a square 5x5 island iscel, FIG. 12B is an enlarged view of FIG. 12A; FIG.
Figure 13 is a rear view of a second metallized layer pattern (M2) unit cell in which the tapered base and emitter fingers are interdigitated;
14A is a rear view of a second metallization layer pattern M2 formed on a square 4x4 island iscel, FIG. 14B is an enlarged view of FIG. 14A; FIG.
15A and 15B are rear views of a second metallization layer pattern M2 formed on square 3x3 and 5x5 island islands;
16A is a top view of an island master cell (an icel), each island having a monolithically integrated bypass switch (MIBS); Fig.
FIGS. 16B and 16C are cross-sectional views of an MIBS rim or an all-pole diode solar cell embodiment of a rear-contact / rear-side-junction solar cell for one island (or a unit cell such as I 11 in FIG. 16A);
FIG. 17 is a schematic diagram of an Icel cell electrically connected in series; FIG.
Figures 18a and 18b are schematic diagrams of an Icel with a 4 x 4 array of islands connected electrically in both series and electrically hybrid parallel-to-serial (the design of Figure 18b is referred to as a 2x8 HPS design);
18c is a schematic of an Icel with an 8x8 array of islands electrically connected in series in a hybrid parallel (referred to as an 8x8 HPS design).
Figs. 19A, 19B and 19C show the positions of the shade management switches on the i-cells of Figs. 18A, 18B and 18C, respectively;
20 is a top view of a quasi-square master cell substrate;
21 is a schematic diagram of a pseudo-square i-cell electrically connected in a hybrid parallel-to-serial fashion;
22 is a schematic view of a quasi-square Icel cell electrically connected in series;
Figures 23a and 23b are schematic diagrams of the master cell and relative position of the emitter and base bus bar according to the number of islands and the M2 interconnect design;
Figures 24-27 are schematic illustrations of 60 battery module connection designs;
Figures 28A and 28B are schematic diagrams of module connections of a 600 VDC PV system using a 60-cell PV module including an i-cell in series with respect to a hybrid parallel-serial Icel cell;
29A and 29B are schematic diagrams of module connections for a 1000 VDC PV system using a 60-cell PV module that includes both in-line Icel cells as compared to a hybrid parallel-serial Icel cell;
30 is a view of a monolithic island solar cell having a 4 x 4 array of sub-cells;
31 is a graph of cell thickness vs. open circuit voltage;
32 is a graph of minority carrier lifetime vs. silicon thickness;
33 is a process flow chart showing a high-level solar cell building block;
34A-34D are process flow embodiments for fabricating a rear contact solar cell meshed without FSF or BSF;
35A-35D are process flow embodiments for fabricating a rear contact solar cell meshed with an embedded FSF;
36A-36D are process flow embodiments for fabricating a rear contact solar cell meshed with an embedded FSF;
37A is a cross-sectional view of a process including wafer thinning steps prior to wafer fission;
FIG. 37B is a cross-sectional view of a process including partial wafer segmentation before wafer thinning and wafer thinning and texturing; FIG.
38A-38D are process flow embodiments for fabricating a rear contact solar cell meshed with a laser doped FSF;
39A-39D are process flow embodiments for fabricating a rear contact solar cell with a pulsed laser FSF interlocked;
40A-40D are process flow embodiments for fabricating a rear contact solar cell meshed with an ion implanted FSF;
41A-41D are process flow embodiments for fabricating a rear contact solar cell meshed with a gas injection FSF;
42 is a process flow chart for manufacturing a rear contact solar cell in which a separation trench using PV-Al / NiV is coupled with a pulse ns laser scribing;
Figure 43 is a process flow embodiment for fabricating a rear contact solar cell meshed using a pulsed ns laser scribing of isolation trenches on a pre-etched thick silicon;
44A is a cross-sectional view illustrating the direct oxidation removal of a BSG (or PSG) layer on a silicon layer;
44B is a cross-sectional view showing removal of a hard mask layer on BSG (or PSG) on a silicon layer;
45-49 illustrate a number of exemplary process flow embodiments for fabricating a back-contacting, backside contact solar cell.
다음의 설명은 제한적인 것이 아니며, 본 개시 내용의 일반적인 원리를 기재하기 위한 것이다. 본 발명의 범위는 청구범위에 의해 결정되어야 한다. 본 개시 내용의 예시의 실시형태는 도면에 도시되고, 다양한 도면의 유사한 또는 상응하는 부분은 동일한 참조부호가 사용된다.
The following description is not intended to be exhaustive and to describe the general principles of the disclosure. The scope of the invention should be determined by the claims. Exemplary embodiments of the present disclosure are shown in the drawings, wherein like or corresponding parts of the various figures have the same reference numerals.
중요하게, 다수 실시형태에 개시된 예시의 치수 및 산출은, 특정 실시형태에 대한 상세한 설명, 및 개시된 대상에 따른 태양 전지를 형성하고 설계하는 경우에 일반적인 가이드라인으로 사용하기 위해 제공된다.
Importantly, the exemplary dimensions and computations disclosed in the multiple embodiments are provided for use as a general description of specific embodiments, and as a general guideline when forming and designing solar cells according to the disclosed subject matter.
본 개시 내용이 특정한 실시형태, 예를 들면, 백플레인-부착/후측-접촉 태양 전지(예를 들면, 단결정질 실리콘 기판 및 그 외에 기재된 제작 재료를 포함하는 맞물려진 후측-접촉(IBC) 태양 전지)에 대해 기재되지만, 당업자는 본원에서 검토된 원리를, 그 외의 태양 전지에 적용할 수 있고, 그 외의 태양 전지는 비 IBC 후측-접촉 태양 전지(예를 들면, 금속화 랩 쓰로우(Metallization Wrap-Through) 또는 MWT 후측-접촉 태양 전지, 일반적인 전측-접촉 전지), 추가의 반도체 재료(예를 들면, 실리콘, 갈륨 비소, 게르마늄, 갈륨 질화물, 그 외의 2성분 또는 3성분 반도체, 등)를 포함하는 그 외의 제작 재료, 기술 영역, 및/또는 부적절한 실험 없는 실시형태를 포함하지만, 이들로 한정되지 않는다.
(IBC) solar cell comprising a monocrystalline silicon substrate and the fabrication materials described elsewhere), the present disclosure may be applied to specific embodiments, for example backplane-attached / , But those skilled in the art will recognize that the principles discussed herein may be applied to other solar cells and other solar cells may include non-IBC back-side solar cells (e.g., Metallization Wrap- (For example, silicon, gallium arsenide, germanium, gallium nitride, other binary or ternary semiconductors, etc.), and other semiconductor materials But are not limited to, other fabrication materials, technical areas, and / or inadequate unexperienced embodiments.
또한, 섬(또한 타일이라고 칭함) 마스터 전지 구조체(또한, 아이셀, Isled Cell의 머리 글자) 및 대표적인 제조 공정 흐름 설명은, 재사용 가능한 단결정 템플레이트 및 유연한 백플레인 상에 다공성 실리콘 리프트 오프 가공을 사용해서 형성되는 박막 에피텍셜 실리콘 후측-접촉/후측-접합 IBC 태양 전지에 대해 기재되지만, 본원에 개시된 신규한 개념 및 실시형태는 그 외의 형태의 태양 전지(및 얻어진 태양 PV 모듈)에 적용되고 효율적으로 이용될 수 있고, 이러한 형태의 태양 전지는,In addition, the island (also referred to as a tile) master cell structure (also known as Icel, Isled Cell) and exemplary fabrication process flow descriptions are formed using a porous silicon lift-off process on a reusable monocrystalline template and a flexible backplane Thin-film epitaxial silicon back-contact / back-side-junction IBC solar cells, the novel concepts and embodiments disclosed herein are applicable to and can be efficiently applied to solar cells of other types (and solar PV modules obtained) In this type of solar cell,
- 재사용 가능한 다결정 템플레이트, 및 유연한 또는 단단한 백플레인 상에 다공성 실리콘 리프트 오프 가공을 사용해서 형성되는 박막 에피택셜 실리콘 후측-접촉/후측-접합 IBC 태양 전지;Thin-film epitaxial silicon back-contact / back-side-junction IBC solar cells formed using reusable polycrystalline templates and porous silicon lift-off processing on flexible or rigid backplanes;
- 재사용 가능한 단결정 템플레이트 및 비교적 단단한 백플레인 상에 다공성 실리콘 리프트 오프 가공을 사용해서 형성되는 박막 에피택셜 실리콘 후측-접촉/후측-접합 IBC 태양 전지;Thin-film epitaxial silicon back-contact / back-side-junction IBC solar cells formed using a porous silicon lift-off process on reusable single crystal templates and relatively hard backplanes;
- 재사용 가능한 다결정 템플레이트, 및 유연한 또는 단단한 백플레인 상에 다공성 실리콘 리프트 오프 가공을 사용해서 형성되는 박막 에피택셜 실리콘 이종 접합(SHJ) 태양 전지;A thin film epitaxial silicon heterojunction (SHJ) solar cell formed using a reusable polycrystalline template and a porous silicon lift-off process on a flexible or rigid backplane;
- wire-sawn 초크랄스키 (CZ) 또는 플로트 존 (FZ) 단결정 웨이퍼 및 유연한 백플레인을 사용해서 형성되는 후측-접합/후측-접촉 IBC 태양 전지;back-junction / rear-side contact IBC solar cells formed using wire-sawn Czochralski (CZ) or float zone (FZ) single crystal wafers and flexible backplanes;
- wire-sawn 초크랄스키 (CZ) 또는 플로트 존 (FZ) 단결정 웨이퍼 및 단단한 백플레인을 사용해서 형성되는 후측-접합/후측-접촉 IBC 태양 전지;back-junction / rear-contact IBC solar cells formed using wire-sawn Czochralski (CZ) or float zone (FZ) single crystal wafers and rigid backplanes;
- wire-sawn 캐스트 또는 리본 다결정 웨이퍼, 및 유연한 백플레인을 사용해서 형성되는 후측-접합/후측-접촉 IBC 태양 전지;- a back-junction / rear-side contact IBC solar cell formed using a wire-sawn cast or ribbon polycrystalline wafer, and a flexible backplane;
- wire-sawn 캐스트 또는 리본 다결정 웨이퍼, 및 단단한 백플레인을 사용해서 형성되는 후측-접합/후측-접촉 IBC 태양 전지;- a back-junction / rear-side contact IBC solar cell formed using a wire-sawn cast or ribbon polycrystalline wafer, and a rigid backplane;
- wire-sawn 캐스트 다결정 웨이퍼, 및 유연한 백플레인을 사용해서 형성되는 후측-접촉 비IBC(예를 들면, 금속화 랩 쓰로우 또는 MWT) 태양 전지;- wire-sawn cast polycrystalline wafers, and rear-contact non-IBC (eg metallized lapthrough or MWT) solar cells formed using flexible backplanes;
- wire-sawn 캐스트 다결정 웨이퍼, 및 단단한 백플레인을 사용해서 형성되는 후측-접촉 비IBC(예를 들면, 금속화 랩 쓰로우 또는 MWT) 태양 전지;- wire-sawn cast polycrystalline wafers, and rear-contact non-IBC (e.g. metallized lapthrough or MWT) solar cells formed using rigid backplanes;
- wire-sawn 초크랄스키 (CZ) 또는 플로트 존 (FZ) 단결정 웨이퍼, 및 유연한 백플레인을 사용해서 형성되는 후측-접촉 비IBC(예를 들면, 금속화 랩 쓰로우 또는MWT) 태양 전지;- a back-contact non-IBC (e.g. metallized lapthrough or MWT) solar cell formed using a wire-sawn Czochralski (CZ) or float zone (FZ) single crystal wafer and a flexible backplane;
- wire-sawn 초크랄스키 (CZ) 또는 플로트 존 (FZ) 단결정 웨이퍼, 및 단단한 백플레인을 사용해서 형성되는 후측-접촉 비IBC(예를 들면, 금속화 랩 쓰로우 또는MWT) 태양 전지;- wire-sawn Czochralski (CZ) or float zone (FZ) monocrystalline wafers, and rear-contact non-IBC (eg metallized lapthrough or MWT) solar cells formed using rigid backplanes;
- wire-sawn 초크랄스키 (CZ) 또는 플로트 존 (FZ) 단결정 웨이퍼 및 유연한 백플레인을 사용해서 형성되는 반도체 이종 접합(SHJ) 태양 전지;- semiconductor heterojunction (SHJ) solar cells formed using wire-sawn Czochralski (CZ) or float zone (FZ) single crystal wafers and flexible backplanes;
- wire-sawn 초크랄스키 (CZ) 또는 플로트 존 (FZ) 단결정 웨이퍼 및 단단한 백플레인을 사용해서 형성되는 반도체 이종 접합(SHJ) 태양 전지;- semiconductor heterojunction (SHJ) solar cells formed using wire-sawn Czochralski (CZ) or float zone (FZ) single crystal wafers and rigid backplanes;
- wire-sawn 초크랄스키 (CZ) 또는 플로트 존 (FZ) 단결정 웨이퍼 및 유연한 백플레인을 사용해서 형성되는 전측-접촉 태양 전지;- front-contact solar cells formed using wire-sawn Czochralski (CZ) or float zone (FZ) single crystal wafers and flexible backplanes;
- wire-sawn 초크랄스키 (CZ) 또는 플로트 존 (FZ) 단결정 웨이퍼 및 단단한 백플레인을 사용해서 형성되는 전측-접촉 태양 전지;a front-contact solar cell formed using a wire-sawn Czochralski (CZ) or float zone (FZ) single crystal wafer and a rigid backplane;
- wire-sawn 캐스트 단결정 웨이퍼 및 유연한 백플레인을 사용해서 형성되는 전측-접촉 태양 전지;- front-contact solar cells formed using wire-sawn cast single crystal wafers and flexible backplanes;
- wire-sawn 캐스트 단결정 웨이퍼 및 단단한 백플레인을 사용해서 형성되는 전측-접촉 태양 전지;a front-contact solar cell formed using a wire-sawn cast monocrystalline wafer and a rigid backplane;
- 결정질 실리콘 외에 상이한 반도체 재료를 사용하는 상기 기재된 태양 전지 중 임의의 태양 전지.
- any of the solar cells described above using a different semiconductor material besides crystalline silicon.
"섬, 도, 타일, 포장용 벽돌, 하위 전지, 및/또는 미니 전지"은, 일반적인 또는 연속적 백플레인층 또는 시트에 부착된 마스터 전지 기판(즉, 초기 연속적인 반도체 기판)으로부터 모노리식으로 형성된 전기적 및 물리적으로 분리된 개별 반도체 영역을 기재하기 위해서 상호 교환해서 사용된다. "섬 마스터 전지, 아이셀 또는 개질된 주요 전지"은 동일한 기존의 반도체 기판층 및 후속하는 개질된 섬 태양 전지로부터 형성된 복수의 섬 또는 하위 전지를 의미한다. 미니 전지가 형성된 기존의 반도체층 또는 기판은 마스터 전지라고 칭할 수 있다.
&Quot; Island, road, tile, paving brick, subcell, and / or mini battery "refer to electrical and / or electronic devices formed monolithically from a master cell substrate (i.e., an initial continuous semiconductor substrate) attached to a common or continuous backplane layer or sheet. Are used interchangeably to describe individual semiconductor regions that are physically separated. Means a plurality of islands or sub-cells formed from the same conventional semiconductor substrate layer and subsequent modified island solar cells. An existing semiconductor layer or substrate on which a mini battery is formed can be referred to as a master battery.
또한, "백플레인"은, 마스터 전지(및 복수 섬 또는 미니 전지)에 대한 기계적 및 구조적 지지체를 제공하는 전지 후측, 예를 들면, 태양 전지 후측에 부착된 금속화 층 및 전기적으로 절연층 상의 재료의 조합을 기재하기 위해 사용될 수 있고, 첨단 태양 전지 상호연결 디자인을 가능하게 한다. 또한, 일부 예에서, "백플레인"은, 태양 전지의 후측 상에 형성되고 위치되는 재료 층, 예를 들면, 전기적으로 절연 유연한 프리프레그 층을 기재하기 위해 사용될 수 있고, 적어도 2개의 금속화 층을 전지 후측에 포함하는 태양 전지 금속화 구조체를 형성한다. 백플레인층은 단단한 또는 유연한 박막 시트 재료(예를 들면, 백플레인 시트 두께가 약 250 마이크론 이하)로 제조될 수 있다. 후측-접촉 태양 전지를 포함하는 적용(맞물려진 후측-접촉 -IBC 또는 금속화 랩 쓰로우 - MWT)을 위해, 백플레인층은 전기 절연 재료(유연한 또는 단단한 재료)로 제조될 수 있다. 전측-접촉 태양 전지를 포함하는 적용에 대해, 백플레인층은 전기적으로 또는 전기적으로 전도성일 수 있다. 대부분의 예에서, "백플레인"은 유연하거나 단단할 수 있는 지지체 재료의 연속적 박막 시트로 지칭되고, 예를 들면, 프리프레그 재료의 박막 시트를 포함하지만, 이들로 한정되지 않는다. 개시된 대상에 따르는 유연한 백플레인 시트를 사용하면, 또한 유연한, 경량 PV 모듈(전측, 또는 전측 및 후측에 무거운 유리 커버 시트가 필요하지 않다) 내에서 태양 전지를 패키징할 수 있다. The term "backplane" also refers to a back side of a cell, for example, a metallization layer attached to the back of a solar cell and a layer of material on the electrically insulating layer that provides mechanical and structural support for the master cell Can be used to describe the combination and enable advanced solar cell interconnect design. Further, in some instances, a "backplane" may be used to describe a layer of material formed and positioned on the back side of a solar cell, for example, an electrically insulating flexible prepreg layer, Thereby forming a solar cell metallization structure included in the rear side of the battery. The backplane layer may be made of a rigid or flexible thin sheet material (e.g., a backplane sheet thickness of about 250 microns or less). For applications involving rear-side contact solar cells (meshed back-side-contact-IBC or metallized wrap throw-MWT), the backplane layer can be made of an electrically insulating material (flexible or rigid material). For applications involving front-contact solar cells, the backplane layer may be electrically or electrically conductive. In most instances, a "backplane" is referred to as a continuous thin sheet of support material that can be flexible or rigid, including, but not limited to, thin sheet of prepreg material. Using a flexible backplane sheet according to the disclosed subject matter, the solar cell can also be packaged in a flexible, lightweight PV module (no front, or a heavy glass cover sheet on the front and rear sides).
본 출원은 모노리식 섬 태양 전지 및 모듈의 다양한 구조체 및 방법을 제공한다. "모노리식으로 집적된 회로"는 반도체 기판으로 공지된, 하나의 반도체 재료층 슬라이스 상에 제작되는 복수의 반도체 장치 및 상응하는 전기적 상호연결을 기재하기 위해 사용된다. 따라서, 모노리식으로 집적된 회로는, 일반적으로 반도체 재료(예를 들면, 결정질 실리콘)의 박막 연속 슬라이스 또는 층 상에서 제조된다. 본원에 기재된 모노리식 아이셀 구조체는, 집적된 하위 전지가 모두 (스타팅 반도체 웨이퍼 또는 기상 또는 액상 성장법, 예를 들면, 에피텍셜 증착에 의해 성장한 반도체층으로부터) 하나의 반도체 기판층 슬라이스 상에 형성되거나 제조될 때의 모노리식으로 집적된 반도체 회로이다. 또한, 반도체 기판층 후측에 부착된 연속적 백플레인을 조합하면, 개시된 대상에 따르는 모노리식으로 집적된 아이셀 실시형태가 가능하게 된다.
The present application provides various structures and methods of monolithic island solar cells and modules. A "monolithically integrated circuit" is used to describe a plurality of semiconductor devices and corresponding electrical interconnections fabricated on one semiconductor material layer slice, known as a semiconductor substrate. Thus, a monolithically integrated circuit is typically fabricated on a thin film continuous slice or layer of a semiconductor material (e.g., crystalline silicon). The monolithic Iicell structures described herein may be formed on a single semiconductor substrate layer slice (either from a starting semiconductor wafer or from a semiconductor layer grown by vapor phase or liquid phase epitaxy, e. G. Epitaxial deposition) It is a monolithic integrated semiconductor circuit when manufactured. Further, the combination of a continuous backplane attached to the rear side of the semiconductor substrate layer enables a monolithically integrated ICE embodiment according to the disclosed subject matter.
물리적 또는 국소적으로 분리된 섬(즉, 공유된 연속 백플레인 상에 지지된 복수의 기판 섬으로 구획된 초기 반도체 기판)은 초기 연속적 반도체층 또는 기판으로부터 형성되고, 따라서 얻어진 섬(예를 들면, 반도체 기판을 통해 트렌치 분리 영역 또는 커트를 사용하는 서로 분리된 트렌치)는 모노리식이고, 연속 반도체층 또는 기판은 연속 백플레인에 부착되고 지지된다(예를 들면, 유연한 백플레인, 예를 들면, 전기적으로 절연 프리프레그 층). 완성된 태양 전지는, 일부 예에서 유연한 백플레인(예를 들면, 반도체 기판 재료와 매칭되는 비교적 우수한 열팽창계수 또는 CTE)에 부착된 복수의 모노리식으로 집적된 섬 또는 미니 전지를 포함하고, 반도체 기판층 내에서 미세 균열 발생 및 균열 전파 또는 파손을 억제 또는 제거하면서 태양 전지 유연성 및 유순성(pliability)을 증가시킬 수 있다. 또한, 유연한 모노리식 섬(또는 모노리식으로 집적된 섬의 그룹) 전지(또한 아이셀로 칭함)는 태양 전지 가공 단계 내내 개선된 전지 평면성 및 비교적 작은 또는 무시할 수 있는 전지 휨을 제공하고, 예를 들면, 태양 전지의 가공 단계는, 임의의 선택적 반도체층 박막 에칭, 텍스처링 에칭, 포스트-텍스처링 세정, PECVD 패시베이션 및 반사 방지 코팅(ARC) 가공(및 일부 가공 실시형태에서 열 유도 전지 휨의 완화 또는 제거로 인해 기판의 태양측(sunny-side-up) PECVD 가공이 가능하다) 및 최종 태양 전지 금속화를 포함한다. 본원에 개시된 태양 전지는 단단한 유리 커버 PV모듈을 제조하기 위해 사용될 수 있지만, 본원에 개시된 구조체 및 방법은 모노리식 섬 마스터 전지(즉, 아이셀)로부터 유연한, 경량 PV 모듈이 형성되고, 실질적으로 모듈 적층 및 필드 내에 PV 모듈 작동 중 태양 전지의 미세 균열이 줄거나 제거된다. 이러한 유연한, 경량 PV 모듈은 다양한 시장 및 적용에서 사용될 수 있고, 이는 주택 지붕(주택 빌딩 집적 광전지 또는 BIPV 지붕의 슁글/타일), 시판 지붕, 지상 마운트 유틸리티 스케일 전력 플랜트, 휴대 및 이동 가능한 PV 전력 생성, 자동차(예를 들면, 태양 PV 선루프), 및 그 외의 전문적인 적용을 포함하지만, 이들로 한정되지 않는다.
Physically or locally separated islands (i.e., an initial semiconductor substrate partitioned by a plurality of substrate islands supported on a shared continuous backplane) are formed from an initial continuous semiconductor layer or substrate, and thus the resulting islands Separate trenches that use trench isolation regions or cuts through the substrate) are monolithic and the continuous semiconductor layer or substrate is attached to and supported by a continuous backplane (e.g., a flexible backplane, e.g., Leg layer). The completed solar cell includes a plurality of monolithically integrated islands or miniature cells attached in some instances to a flexible backplane (e.g., a relatively good thermal expansion coefficient or CTE that matches the semiconductor substrate material) It is possible to increase solar cell flexibility and pliability while suppressing or eliminating micro cracks and propagation or breakage of cracks. In addition, a flexible monolithic island (or a group of monolithically integrated islands) cells (also referred to as Iicels) provides improved cell flatness and relatively small or negligible cell warping throughout the solar cell processing stage, The processing steps of the solar cell can be performed by any optional semiconductor layer thin film etching, texturing etching, post-texturing cleaning, PECVD passivation and anti-reflective coating (ARC) Solar-side-up PECVD processing of the substrate is possible) and final solar cell metallization. Although the solar cells disclosed herein can be used to fabricate rigid glass cover PV modules, the structures and methods disclosed herein provide a flexible, lightweight PV module formed from a monolithic island master cell (i.e., Icel) And microcracks in the solar cell are reduced or eliminated during operation of the PV module within the field. These flexible, lightweight PV modules can be used in a variety of markets and applications, including housing roofs (shingle / tiles in residential building integrated photovoltaics or BIPV roofs), commercial roofs, ground mounted utility scale power plants, portable and mobile PV power generation , Automobiles (e.g., solar PV sunroof), and other specialized applications.
본원에 개시된 혁신적인 형태로서, 개별 또는 조합하면, 다음의 이점을 제공할 수 있다:As an innovative form disclosed herein, individually or in combination, the following advantages can be provided:
- 섬 태양 전지(아이셀)는, 태양 전지 전압 및 전류의 스케일링이 가능한 데, 구체적으로, 전지 섬/타일(또는 하위 전지)의 수(예를 들면, N x N 어레이)에 기초해서 태양 전지의 전압이 증가(즉, 마스터 전지 출력 전압 증가)하고 태양 전지의 전류가 감소(즉, 마스터 전지 출력 전류 감소)하고, 이는, 금속화 시트 전도성 감소 또는 두께 요건 감소(따라서, 금속화 재료 및 처리 비용 감소)를 포함하는 그 외의 많은 이점 중에서, 임베딩된 셰이드 관리 다이오드(예를 들면, 낮은 전류 등급 쇼트키 또는 pn 접합 다이오드), 또는 임베딩된 최대 전력 지점 트랙킹 (MPPT) 전력 최적화 장치 (예를 들면, 임베딩된 MPPT DC-to-DC 미세 컨버터 또는 MPPT DC-to-AC 미세 인버터)과 같은 관련된 임베딩된 전력 전자기기 부품에 대한 최대 전류 등급의 감소가 가능하다. 이는 임베딩된 전력 전자기기 부품, 예를 들면, 바이패스 스위치(높은 전류 등급을 갖는 바이패스 스위치는 일반적으로 낮은 전류 등급을 갖는 바이패스 스위치에 비해 비용이 많이 든다)의 크기(예를 들면, 풋프린트 및/또는 패키지 두께) 및 비용을 줄이고, 임베딩된 전력 전자기기 장치(예를 들면, PV 모듈로부터 분포된 셰이드 관리에 사용되는 바이패스 스위치 또는 분포된 전력/에너지 수집을 향상하기 위해 사용되는 MPPT 전력 최적화 장치) 성능을 전류(예를 들면, 태양 전지가 활성화되고 전방 바이어싱 되어 셰이딩 된 태양 전지를 보호하는 경우, 바이패스 스위치를 흐르는 전류) 감소로 인해 개선된다. 낮은 등급 전류(예를 들면, 약 1 내지 2A) 쇼트키 배리어 다이오드는, 일반적으로 훨씬 적은 비용이 들고, 훨씬 작은 패키지를 가질 수 있으며, 10 A 내지 20 A 쇼트키 배리어 다이오드보다 훨씬 작은 전력이 소실된다. 본원에 기재된 실시형태(예를 들면, 마스터 전지 또는 아이셀에 대한 N x N 섬)은, 아이셀 전기 상호연결이 높은 전지 전압(N x N 이하의 증가 팩터로) 및 낮은 전지 전류(N x N 이하의 감소 팩터로)를 제공하도록 구성되고, 적은 비용, 작은 및 적은 전력 소실 바이패스 다이오드를 가능하게 하기 위해 얻어진 태양 전지 전류를 감소시키고, 동일한 태양 전지 전력의 태양 전지 전압을 증가시킨다. 예를 들면, 최대 전력 지점 전압 Vmp ≒0.60V, 최대 전력 지점 전류 Imp ≒9.3A를 갖는 결정질 실리콘 마스터 전지 또는 아이셀을 고려한다(태양 전지는 최대 전력 지점 전력 Pmp ≒5.6 W를 생성한다). 미니 전지의 5 x 5 어레이(N=5) 마스터 전지 또는 아이셀은, 모든 섬 또는 하위 전지가, 예를 들면, 태양 전지의 후측 상의 제1레벨 금속(M1) 및 본원에 기재된 전기적 절연 백플레인층 상의 제2레벨 금속(M2)의 조합을 사용해서 전기적 직렬로 연결되는 것으로(S=25), Vmp=15V 및 Imp=0.372A을 갖는 개질 전지를 형성하고, 즉 (본원에 개시된 아이셀 구조체는 아니지만 동일한 마스터 전지 크기의 태양 전지에 비해) 마스터 전지 또는 아이셀 전압은 팩터 25 정도 증가되고, 마스터 전지 또는 아이셀 전류는 동일한 팩터 25 정도 감소된다;- island solar cells (icel) are capable of scaling the solar cell voltage and current, and more particularly, the solar cell voltage and current can be scaled, for example, based on the number of battery islands / tiles (or sub- (I. E., Decrease the master cell output current) and decrease the metallization sheet conductivity or decrease the thickness requirements (thus, the metallization material and processing cost < RTI ID = 0.0 > (E. G., Low current grade Schottky or pn junction diodes), or embedded maximum power point tracking (MPPT) power optimizers (e. G. Such as an embedded MPPT DC-to-DC microconverter or an MPPT DC-to-AC microinverter). This is due to the size of embedded power electronics components, such as bypass switches (bypass switches with high current ratings are generally more expensive than bypass switches with low current ratings) (E. G., MPPTs < / RTI > used to improve the collection of distributed power / energy from bypass switches used in shade management distributed from PV modules) Power optimizer) performance is improved due to the reduction of current (for example, current flowing through the bypass switch when the solar cell is shrouded to be activated and forward biased to protect the solar cell). Schottky barrier diodes, which typically have a much lower cost, can have much smaller packages, and a much lower power than the 10 A to 20 A Schottky barrier diodes (e.g., about 1 to 2 A) do. The embodiments described herein (e.g., the N x N island for a master cell or an Icel cell) are characterized by a high cell voltage (with an increasing factor of N x N or less) and a low cell current To reduce the solar cell current obtained to enable low cost, small and low power dissipation bypass diodes, and to increase the solar cell voltage of the same solar cell power. For example, the maximum power point voltage V mp Consider a crystalline silicon master cell or an Icel cell having a maximum power point current I mp ? 9.3 A of about 0.60 V (the solar cell produces a maximum power point power P mp ? 5.6 W). A 5 x 5 array (N = 5) master cell or an i-cell of a mini-cell can be constructed such that all the islands or sub-cells are stacked on top of the first level metal (M1) on the back side of the solar cell and on the electrically insulated backplane layer (S = 25) to form a reformed cell having Vmp = 15V and Imp = 0.372A, which is connected in an electrical series using a combination of second level metal (M2) The master cell or the icel voltage is increased by a factor of 25, and the master cell or the icel current is reduced by the
- 역학적 범위 반응과 같은 우수한 성능을 갖는, 높은 전환 효율, 임베딩된/분포된 낮은 비용, 및 작은 풋프린트 최대 전력 지점 트랙킹(MPPT) 전력 최적화 장치(DC-to-DC 또는 DC-to-AC) 칩은, 복수의 섬 또는 미니 전지로 구성된 마스터 전지(아이셀)의 높은 전압 및 낮은 전류로 인해 태양 전지 후측(예를 들면, 본원에 개시된 백플레인-부착 아이셀의 백플레인) 상에 직접 집적되고/집적되거나 모듈 적층체 내에 임베딩될 수 있다. 일 실시형태에서, 아이셀은 저렴한 단일 칩 MPPT 전력 최적화 장치(DC-to-DC 미세 컨버터 또는 DC-to-AC 미세 인버터)를 사용할 수 있다;
(MPPT) power optimizer (DC-to-DC or DC-to-AC) with high conversion efficiency, embedded / distributed low cost, and small footprint with excellent performance such as dynamic range response. The chip is directly integrated / integrated on the back side of the solar cell (for example, the backplane of the backplane-attached Icelel disclosed herein) due to the high voltage and low current of the master cell (Icel) composed of a plurality of islands or mini batteries May be embedded within the module stack. In one embodiment, the Icel can use an inexpensive single-chip MPPT power optimizer (DC-to-DC fine converter or DC-to-AC fine inverter);
*- 각 아이셀에 연결된 임베딩된 바이패스 스위치로, 분포된 전지 레벨 집적 셰이드 관리가 저렴하게 실행될 수 있고, 필드 내에 설치된 PV 모듈의 고효율 에너지를 제공한다. 일 실시형태에서, 부분적인 셰이딩 중 영향을 받는/셰이딩된 타일 또는 미니 전지가 션트되고 남은 것은 전력을 생성하고 전달되도록, 각 아이셀 주위에 형성된 모노리식으로 집적된 바이패스 스위치(MIBS)를 포함할 수 있다;* With embedded bypass switch connected to each Icelet, distributed battery level integrated shade management can be performed inexpensively and provides high efficiency energy of installed PV modules in the field. In one embodiment, the affected / shaded tiles or mini-cells of the partial shading are shunted and include a monolithically integrated bypass switch (MIBS) formed around each Icelet to generate and transmit power Can be;
- 섬 태양 전지(아이셀)의 감소 전류(예를 들면, N x N 섬의 팩터 정도 감소됨)는, 옴 손실 감소로 인해 필요한 패터닝된 금속화 시트 전도도 및 두께를 감소시킨다. 즉, 금속화 시트 전도도 및 두께 요건은, 실질적으로 감소된 옴 손실로 인해 완화된다. 얇아진 태양 전지 금속화 구조체는, 태양 전지 가공에 관한 많은 이점을 제공하고, 전도성 금속과 반도체 재료 사이의 CTE 미스매칭, 및 비교적 두꺼운 (예를 들면, 수십 마이크론의 맞물려진 후측-접촉 또는 태양 전지) 금속화 구조체에 대한 열 및 금속 응력 감소뿐 아니라, 상당한 제조 비용 감소(예를 들면, 전지당 필요한 훨씬 적은 금속화 재료)를 제공할 수 있다. 일반적으로, 구리 또는 알루미늄과 같은 금속화 재료는, 반도체 재료에 비해 훨씬 높은 CTE를 갖는다. 예를 들면, 알루미늄, 구리, 및 은(높은 전도성 금속)의 선형 CTE는 각각 약 23.1 ppm/℃, 17 ppm/℃, 및 18 ppm/℃이다. 그러나, 실리콘의 선형 CTE는 약 3 ppm/℃이다. 따라서, 이러한 높은 전도성 금속화 재료와 실리콘 사이의 CTE 미스매칭이 비교적 크다. 금속화 재료와 실리콘 사이의 비교적 큰 CTE 미스매칭은, 특히 태양 전지의 비교적 두꺼운 금속화 구조체를 사용하는 경우(예를 들면, IBC 태양 전지 내에 사용된 두꺼운 도금된 구리를 사용하는 경우), 심각한 전지 생산량 및 PV 모듈 신뢰성 문제를 일으킨다;The reduced current of the island solar cell (icel) (e.g., reduced the factor of the N x N island) reduces the required patterned metallized sheet conductivity and thickness due to reduced ohmic losses. That is, the metallization sheet conductivity and thickness requirements are mitigated by virtually reduced ohmic losses. Thinned solar cell metallization structures provide many advantages in solar cell processing, and include CTE mismatching between conductive metal and semiconductor material, and relatively thick (e.g., several tens of microns of intertwined rear side-contact or solar cells) Can provide significant reduction in manufacturing cost (e.g., much less metallization material needed per cell) as well as reduced thermal and metallic stresses on the metallized structure. Generally, metallization materials such as copper or aluminum have a much higher CTE than semiconductor materials. For example, the linear CTEs of aluminum, copper, and silver (high conductive metal) are about 23.1 ppm / ° C, 17 ppm / ° C, and 18 ppm / However, the linear CTE of silicon is about 3 ppm / 占 폚. Thus, the CTE mismatch between such a highly conductive metallization material and silicon is relatively large. The relatively large CTE mismatch between the metallization material and the silicon is particularly important when using relatively thick metallized structures of solar cells (for example, when using thick plated copper used in IBC solar cells) Production and PV module reliability problems;
- 다층 금속화 패턴에서, 맞물려진 후측-접촉(IBC) 태양 전지에 대해 본원에 기재된 2중층 금속화 패턴에서, 알루미늄 또는 구리를 포함하는 제2레벨 금속(M2)은, 아이셀 구조체의 전류 및 전압 스케일링으로 인해 훨씬 얇아질 수 있고, 따라서 웨트 도금이 수행되지 않고, 실질적으로 전지에 대한 기계적 응력이 적고 전지에 화학적으로 침입하지 않는 방법(예를 들면, 건조 처리 방법, 예를 들면, 물리적 증착법(PVD), 예를 들면, 금속 증착 및/또는 플라즈마 스퍼터링 또는 잉크젯 인쇄에 의한 금속 잉크 인쇄 또는 금속 페이스트 스크린 인쇄)을 사용해서 증착한다;In the multilayer metallization pattern, in the double layer metallization pattern described herein for meshed back side-contact (IBC) solar cells, the second level metal (M2), which comprises aluminum or copper, (For example, a dry treatment method such as physical vapor deposition method (for example, a method of physical vapor deposition (for example, a vapor deposition method), a vapor deposition method, PVD), for example, metal deposition and / or plasma sputtering or metal ink printing or metal paste screen printing by inkjet printing);
- 일부 예에서, 백플레인(예를 들면, 프리프레그)을 형성하는 재료의 비용은, 복수의 유연한 섬을 사용하는 아이셀 구조가 프리프레그의 CTE 요건을 감소시키고/완화시키기 때문에 감소된다. 백플레인 시트와 반도체 기판 사이의 관련 CTE 매칭 요건은, (연속적인 백플레인 시트 상에서 반도체 기판을 복수의 섬 또는 하위 전지로 구획하는 트렌치 분리 영역으로 인해) 백플레인에 부착된 연속적 전지 면적이 작아서 감소하고, 연속적 백플레인에 부착된 연속적 미니 전지 면적은 트렌치 분리에 의해 둘러싸인 섬 영역 또는 면적에 의해 정의된다;- In some instances, the cost of the material forming the backplane (e.g., prepreg) is reduced because the Icel structure using a plurality of flexible islands reduces / mitigates the CTE requirements of the prepreg. The relative CTE matching requirement between the backplane sheet and the semiconductor substrate is reduced because the continuous cell area attached to the backplane is small (due to the trench isolation region that divides the semiconductor substrate into a plurality of islands or subcells on the continuous backplane sheet) The continuous mini-cell area attached to the backplane is defined by the island area or area enclosed by the trench isolation;
- 섬에 대해 트렌치 분리되고 전기적으로 구획된 기판 영역은 상대적 유연성을 제공하고, 전지 휨을 줄이고, (일부 예에서 태양측 전지 PECVD 증착과 같은 전지 패시베이션 가공을 가능하게 하는) 전지 가공 중 마스터 전지(전체 아이셀 면적)에 대한 상대적 평면성을 유지하고, 전지 제작, 모듈 적층 후, 다양한 날씨 조건 하에서 필드 내에서 PV 모듈의 작동 중 장기간 재료 응력을 줄인다.
The trench-separated and electrically-partitioned substrate regions with respect to the islands provide relative flexibility, reduce cell warpage, and allow the master cell (all of the cells in the cell to be processed) during cell processing (which in some instances allows battery passivation processing such as solar cell PECVD deposition) Iceless area) and reduces long-term material stresses during operation of the PV modules in the field under various weather conditions, after battery fabrication and module lamination.
개시된 혁신적인 중요한 적용은, 주택 지붕, 상업 빌딩 내의 빌딩-집적된 광기전(BIPV), 상업 지붕, 지상 마운트 유틸리티 규모 전력 플랜트, 자동차 적용, 휴대용 전자기기, 휴대용 및 이동가능한 전력 생산, 및 그 외의 전문 적용을 위한 유연한 태양 전지 및 유연한, 경량의 PV 모듈을 포함하지만, 이들로 한정되지 않는다. 본원에 개시된 실시형태는 단단한 또는 유연한 태양 전지를 포함하고, 이는 광범위한 적용을 위해 단단한 유리 커버의 태양 PV 모듈 내에 패키징되거나 적층될 수 있고, 광범위한 적용으로는 상기 주택 지붕, 상업 지붕, BIPV, 지상 마운트 유틸리티, 자동차, 휴대용 및 이동가능한 전력 생산, 및 그 외의 전문 적용을 포함한다.
The innovative and important applications disclosed include building-integrated photovoltaic systems (BIPV) in residential roofs, commercial buildings, commercial roofs, ground-mounted utility-scale power plants, automotive applications, portable electronics, portable and mobile power generation, But are not limited to, flexible solar cells for application and flexible, lightweight PV modules. Embodiments disclosed herein include rigid or flexible solar cells that may be packaged or laminated in a solar PV module of a rigid glass cover for a wide range of applications and may be used in a wide range of applications such as the residential roof, commercial roof, BIPV, Utilities, automobiles, portable and portable power generation, and other specialized applications.
도 1은, 아이셀을 형성하기 위해 복수의 섬을 포함하지 않고, 종래의 표준 태양 전지 형상인 정사각형 단일 섬 전지 패턴의 대표적인 개략도이다. 완전한 정사각형 전지로서 도시되지만, 태양 전지는 유사 정사각형, 직사각형, 그 외의 다각형, 또는 임의의 그 외의 관심 형상으로 형성될 수 있다. 도 1은 전지 주변 경계 또는 에지 영역(12)에 의해 정의되고, 변의 길이 L인 단일 섬 I(또는 비-섬 또는 비-타일) 표준 정사각형 태양 전지(10)의 개략 상면도이다. 종래의 또는 주요 결정질 실리콘 태양 전지는 종종 직사각형/정사각형 (대부분 완전한 정사각형 또는 유사 정사각형 웨이퍼)이고, 전지 정사사각형 면적은 XxX이고(X는 일반적으로 약 100 mm 내지 210 mm 이하 또는 그 값 초과), 예를 들면, 125 mmx125mm, 156 mm x 156mm, 또는 210 mmx210mm 이다. 정사각형 태양 전지는, 본원에서 예시의 마스터 전지 형상으로서 사용되고(마스터 전지는 기존의 연속 반도체 기판으로 구성된 단일 태양 전지로서 정의되고), 마스터 전지는 다양한 형상(예를 들면, 유사 정사각형)이고, 다양한 형상 치수를 갖는다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Figure 1 is a representative schematic view of a square single island cell pattern that does not include a plurality of islands to form an icel and is a conventional standard solar cell shape. Although shown as a complete square cell, the solar cell may be formed in a pseudo-square, rectangular, other polygonal shape, or any other shape of interest. 1 is a schematic top view of a single island I (or non-island or non-tile) standard square
전지 주변 경계 또는 에지 영역(12)은 전체 길이 4L이고, 따라서 태양 전지(10)는 전체 주변 치수가 4L이다. 태양 전지 반도체(예를 들면, 실리콘 기판 층) 흡수체의 두께가 W(도 3a의 단면도 참조)인 것으로 가정하면, 전지 활성 면적의 분획으로서 전지 에지 면적은 R 비로 정의되고, R은 (4LW)/(L2)=4W/L이다. L=156mm 및 W=40㎛(마이크론) 두꺼운 실리콘 기판을 갖는 박막 실리콘 태양 전지(예를 들면, 에피택셜 성장된 실리콘은 epi,층 또는 대안적으로 기존에 wire-sawn CZ 또는 다결정질 실리콘 웨이퍼로부터 형성된 실리콘층)에 대해, R=4 x 40x10-3/156, 따라서, R=0.0010(또는 0.10%)이다. W=200㎛ 두꺼운 실리콘 기판에 대해(예를 들면, CZ 단결정 웨이퍼 또는 캐스트 다결정 웨이퍼로부터 종래의 표준 태양 전지에 대해), R=0.0050(0.50%). 일반적으로, 태양 전지 구조체는 활성 전지 영역에 비해 비교적 작은 에지 영역을 갖고(또한 에지와 전지의 비로 칭함), 예를 들면, 약 5% 미만, 일부 경우 약 1% 미만이고, 이는 개방 회로 전압 감소 및/또는 짧은 회로 전류 감소시켜서 태양 전지 전환 효율을 감소시킬 수 있는 에지 관련 태양 전지 재조합 손실을 줄이기 위한 것이다. 에지 유도 손실은, 실질적으로 에지 영역으로부터 에미터 접합 영역을 분리/격리하는 태양 전지 에지 영역의 적절한 패시베이션에 의해 감소될 수 있다(따라서, 태양 전지 효율이 손실되지 않고 큰 에지 영역 분획이 가능하다).
The cell periphery boundary or
도 2는, N x N =4 x 4 =16 섬(또는 하위 전지, 미니 전지, 타일)에 대해 균일한 크기(동일한 크기)의 정사각형 섬과 함께 (정사각형 섬 및 정사각형 아이셀로 도시된) 아이셀 패턴의 대표적인 개략 평면도(전측 또는 태양측)이다. 이러한 개략적인 도면은, 트렌치 분리 영역에 의해 구획된 복수의 섬(4 x 4=16 섬)을 도시한다. 도 2는, 전지 주변 경계 또는 에지 영역(22)으로 정의되고 변의 길이가 L인 4 x 4 균일한 섬(타일) 마스터 태양 전지 또는 아이셀(20)의 개략적인 상면도 또는 평면도로서, 동일한 기존의 연속 기판으로 형성되고 마스터 전지 후측 상에 연속적인 백플레인(미도시된 태양 전지 후측 및 백플레인)에 부착된 I11 내지 I44로서 식별되는, 16개 균일한 정사각형 섬을 포함한다. 각각의 섬 또는 하위 전지 또는 미니 전지 또는 타일은 트렌치 분리 또는 섬 구획 보더(24)로서 도시된 내부 섬 주변 경계(예를 들면, 분리 트렌치는 마스터 전지 반도체 기판 두께를 커팅하고, 트렌치 폭이 섬의 변 치수보다 실질적으로 작고 수백 마이크론 이하, 일부 예에서 약 100 ㎛ 이하, 예를 들면, 수 마이크론 내지 약 100㎛ 이하의 범위이다)에 의해 정의된다. 주요 전지(또는 아이셀) 주변 경계 또는 에지 영역(22)은 전체 주변 길이가 4L이지만; 모든 섬의 주변 치수를 포함하는 전체 아이셀 에지 경계 길이는 전지 주변 경계(22)(또한, 전지 외주으로 칭함) 및 트렌치 분리 보더(24)를 포함한다. 따라서, 정사각형 아이셀 실시형태에서 N x N 섬 또는 미니 전지를 포함하는 아이셀에 대해, 전체 아이셀 에지 길이는 Nx전지 외주이다. 4 x 4=16 섬(N=4)을 갖는 아이셀을 나타내는 도 2의 대표적인 예에서, 전체 전지 에지 길이는 4x전지 외주 4L = 16L(따라서, 이러한 아이셀은 주변 치수이고, 주변 치수는 도 1에 도시된 표준 종래 기술 전지보다 4배 크다)이다. 156x156 mm 치수의 정사각형 마스터 전지 또는 아이셀에 대해, 정사각형 섬의 변의 치수는 대략 39x39mm이고, 각 섬 또는 하위 전지는 면적이 섬당 15.21 cm2이다.
FIG. 2 shows an example of an Icel pattern (shown as a square island and a square Icel) with a square island of uniform size (same size) for N x N = 4 x 4 = 16 islands (or sub- (Front side or sun side). This schematic view shows a plurality of islands (4 x 4 = 16 islands) delimited by trench isolation regions. 2 is a schematic top view or plan view of a 4x4 uniform island (tile) master solar cell or an
도 3a 및 3b는, 상이한 태양 전지 가공 단계 중 백플레인-부착 태양 전지의 대표적인 개략 단면도이다. 도 3a는 전지 가공 단계 후 및 구획한 트렌치 영역의 형성 전의 백플레인-부착 태양 전지의 간단한 단면도이다. 도 3b는, 트렌치 구획 섬을 정의하기 위해, 일부 가공 단계 및 구획한 트렌치 영역의 형성 후의 백플레인-부착 태양 전지의 간단한 단면도이다. 도 3b는 N x N =4 x 4=16 섬(또는 하위 전지, 미니 전지, 타일)의 균일한 크기(동일한 크기) 정사각형 섬을 나타내는 (정사각형 섬 및 정사각형 아이셀에 대해 도시된) 아이셀 패턴에 대해 도 2의 시야축 A를 따라 도시하는 도 2의 아이셀의 개략 단면도이다.
3A and 3B are representative schematic cross-sectional views of a backplane-attached solar cell during different solar cell processing steps. 3A is a simple cross-sectional view of a backplane-attached solar cell after the cell fabrication step and before the formation of the partitioned trench region. FIG. 3B is a simplified cross-sectional view of a backplane-attached solar cell after some fabrication steps and the formation of partitioned trench regions to define a trench isolation island. Figure 3b shows an example of an Icel pattern (shown for square islands and square Icel cells) representing a uniform size (same size) square island of N x N = 4 x 4 = 16 islands (or subcells, mini batteries, tiles) 2 is a schematic cross-sectional view of the eyecell of FIG. 2 along the field of view A of FIG. 2. FIG.
도 3a 및 3b는, 트렌치 분리 또는 구획 영역의 형성 전에 백플레인 상에 모노리식 마스터 전지 반도체 기판, 및 트렌치 분리 또는 구획 영역 형성 후 마스터 전지로부터 형성된 백플레인 상의 모노리식 섬 또는 타일 태양 전지의 개략 단면도이다. 도 3a는, 도 1에 도시된 것과 유사한 백플레인(32)에 부착되고 폭(반도체층 두께) W를 갖는 반도체 기판(30)을 포함한다(예를 들면, 전기적 절연 연속 백플레인층, 예를 들면, 프리프레그의 박막 유연성 시트). 도 3b는 도 2의 전지의 A축을 따라 자른 섬 태양 전지(아이셀)의 단면도이다. 도 3b는 백플레인(32)에 부착되고 트렌치 구획 반도체층 폭(두께) W를 갖는 섬 또는 미니 전지 I11, I21, I31, 및 I41을 포함한다. 미니 전지의 반도체 기판 영역은 내주 구획 경계, 트렌치 구획 보더(24)에 의해 물리적 및 전기적으로 분리된다. 섬 또는 미니 전지 I11, I21, I31, 및 I41의 반도체 영역은, 도 3a에 도시된 동일한 연속 반도체 기판으로부터 모노리식으로 형성될 수 있다. 도 3b의 아이셀(트렌치 구획 섬 또는 미니 전지는 연속 백플레인에 의해 지지된다)은, 백플레인에 부착된 반도체층을 통해 트렌칭되어 소망의 미니 전지 형상(예를 들면, 정사각형 미니 전지 또는 섬)으로 내주 구획 경계를 형성함으로써 도 3a의 반도체/백플레인 구조체로부터 형성될 수 있다. 섬을 형성하기 위한 반도체 기판의 트렌치 구획은, 연속적으로 백플레인 시트가 구획되지 않아서, 얻어진 섬은 연속적 백플레인층 또는 시트에 의해 지지되고, 부착된 채로 유지된다. 초기에 연속적인 반도체 기판 두께를 통한 트렌치 구획 형성 공정은, 예를 들면, 펄스 레이저 제거, 또는 다이싱, 기계적 써 다이싱, 초음파 다이싱, 플라즈마 다이싱, 워터 제트 다이싱, 또는 추가의 적합한 공정(다이싱, 커팅, 스크라이빙, 및 트렌칭은 연속적 백플레인 상에 복수의 섬 또는 미니 전지 또는 타일을 형성하기 위한 트렌치 분리의 공정을 의미하기 위해 교환해서 사용될 수 있다)에 의해 수행될 수 있다. 다시, 백플레인 구조체는 패터닝된 금속화 구조체와 백플레인 지지체 시트의 조합을 포함하고, 백플레인 지지체 시트는 얻어진 아이셀(반-유연성 백플레인 시트를 사용하는 반-유연성 태양 전지 또는 단단한 백플레인 시트를 사용하는 단단한 태양 전지 또는 유연한 백플레인 시트를 사용하는 유연한 태양 전지 중 하나)의 반도체층 및 구조체 인티그리티에 기계적 지지체를 제공할 수 있다. 다시, 연속적 백플레인 지지체 시트 및 패터닝된 금속화 구조체의 조합에 대해 "백플레인"이 사용될 수 있고, 일반적으로, 백플레인은, 반도체 기판 후측에 부착되고 아이셀 반도체 기판 영역 및 전체 패터닝된 태양 전지 금속화 구조체를 지지하는 백플레인 구조체 시트(예를 들면, 프리프레그의 전기적 절연 박막 시트)를 의미하기 위해 사용될 수 있다.
Figures 3a and 3b are schematic cross-sectional views of a monolithic island cell or a tile solar cell on a backplane formed from a monolithic master cell semiconductor substrate on a backplane and a master cell after forming a trench isolation or partition region before formation of a trench isolation or partition region. Figure 3a includes a
상기 기재된 바와 같이, 결정(단결정 및 다결정) 실리콘 광기전(PV) 모듈은, 전체 글로벌 태양 PV 시장의 대략 85% 넘게 차지하고, 이러한 결정질 실리콘 PV 모듈 내의 스타팅 결정질 실리콘 웨이퍼 비용은, 전체 PV 모듈 제조 비용의 약 30 내지 50%에 해당한다(정확한 비율은 기술 형태 및 다양한 경제 팩터에 따라 다르다). 본원에 제공되는 제1실시형태는 후측-접촉/후측-접합(맞물려진 후측-접촉 또는 IBC) 태양 전지로서 기재되지만, 본원에 기재된 모노리식 섬 태양 전지(또는 아이셀)의 혁신은 다양한 그 외의 태양 전지 구조체에 확장 적용될 수 있고, 이러한 다양한 구조체는 금속화 랩 쓰로(MWT) 후측-접촉 태양 전지, 반도체 이종 접합(SHJ) 태양 전지, 전측-접촉/후측-접합 태양 전지, 전측-접촉/전측 접합 태양 전지, 패시베이션 에미터 및 후측-접촉(PERC) 태양 전지, 또한 그 외의 전측-접촉/전측 접합 태양 전지를 포함하고, 상기 기재된 모든 전지 디자인은, 결정질 실리콘(예를 들면, 최종 전지 실리콘층 두께가 수 마이크론 내지 약 200 마이크론 이하 범위인 단결정질 실리콘 또는 다결정질 실리콘), 또는 추가의 결정질(단결정 또는 다결정) 반도체 흡수체 재료(게르마늄, 갈륨 비소, 갈륨 질화물, 또는 반도체 재료 또는 이들의 조합)을 사용한다. 본원에 개시된 모노리식 섬 태양 전지(또는 아이셀) 혁신은 복합 반도체 복수 접합 태양 전지에 확장 적용 가능하다.
As described above, crystalline (monocrystalline and polycrystalline) silicon photovoltaic (PV) modules account for more than about 85% of the total global solar PV market, and the cost of starting crystalline silicon wafers in these crystalline silicon PV modules is lower (Exact rates vary depending on technology type and various economic factors). Although the first embodiment provided herein is described as a rear-side / rear-side-junction (meshed rear side-contact or IBC) solar cell, the innovation of the monolithic island solar cell (or Icel) described herein, (MWT) back-contact solar cell, a semiconductor heterojunction (SHJ) solar cell, a front-side / rear-side-junction solar cell, a front-side / All cell designs described above include crystalline silicon (e. G., A final cell silicon layer thickness < RTI ID = 0.0 > (Single crystal or polycrystalline) semiconductor absorber material (germanium, germanium, or polycrystalline silicon) ranging from a few microns to less than about 200 microns) It uses arsenic, gallium nitride, or a semiconductor material, or a combination thereof). The monolithic island solar cell (or Icel) innovation disclosed herein is broadly applicable to composite semiconductor multiple junction solar cells.
개시된 모노리식 섬 태양 전지 또는 아이셀의 이점은, 전지 가공 중 모노리식으로 제작될 수 있고 용이하게 기존의 태양 전지 제작 공정 흐름에 통합될 수 있는 것이다. 본원에 기재된 섬 마스터 전지 실시형태는, 수많은 백플레인-부착 태양 전지 디자인, 가공 방법, 및 반도체 기판 재료와 함께 사용될 수 있고, 백플레인에 부착된 후측-접촉 태양 전지는 도 4에 도시된 에피택셜 실리콘 리프트-오프 공정 흐름을 사용해서 제조된다. 도 4는 이러한 전지 제작 공정 - 비교적 박막 에피택셜 실리콘 리프트 오프 가공을 사용하는 결정질 실리콘 태양 전지 제작 공정의 일반적인 후측-접촉 태양 전지 제작 공정의 개략도로, 여기서 에피택셜 실리콘 리프트 오프 가공은 실질적으로 낮은 비용, 높은 효율, 후측-접합/후측-접촉 결정질 실리콘 태양 전지 및 모듈을 형성하기 위해 일반적인 결정질 실리콘 태양 전지 제조 단계에서 다수 공정 단계를 제거하고 실리콘 재료 사용을 줄일 수 있다. 구체적으로, 도 4의 공정 흐름은, 스마트 전지 및 스마트 모듈 디자인을 선택적으로 허용하는(즉, 태양 전지 및 모듈로부터 수집되는 전력을 개선하기 위해 임베딩되고 분포된 전자기기 부품을 허용하는) 태양 전지 및 모듈을 위해 태양 전지의 후측에 부착된 백플레인(예를 들면, 태양 전지의 후측에 적층된 프리프레그 백플레인 시트)을 포함하는 백플레인-부착 결정질 실리콘 태양 전지의 제작을 도시하는 것으로, 다결정질 실리콘의 씨드 및 분리층 상에 재사용 가능한 결정질(단결정 또는 다결정) 실리콘 템플레이트 및 에피택셜 실리콘 증착을 사용해서 형성되고 본원에 개시된 모노리식 섬 전지(아이셀) 구조체 및 방법을 사용하고 집적시킬 수 있다.
The advantages of the disclosed monolithic island solar cells or Icel can be monolithic during the fabrication of the cell and can be easily integrated into existing solar cell fabrication processes. The island-master cell embodiments described herein can be used with numerous backplane-attached solar cell designs, processing methods, and semiconductor substrate materials, and the rear-side solar cell attached to the backplane can be used with the epitaxial silicon lift - off process flow. 4 is a schematic diagram of a typical rear-side contact solar cell fabrication process for a crystalline silicon solar cell fabrication process using this battery fabrication process-a relatively thin-film epitaxial silicon lift-off process, wherein the epitaxial silicon lift- Can eliminate many process steps and reduce the use of silicon materials in a typical crystalline silicon solar cell fabrication step to form high efficiency, back-side / junction-side-contact crystalline silicon solar cells and modules. Specifically, the process flow of FIG. 4 includes a photovoltaic cell that selectively permits smart cell and smart module design (i.e., permits embedded and distributed electronics components to improve power collected from solar cells and modules) Attached crystalline silicon solar cell comprising a backplane (e.g., a prepreg backplane sheet stacked on the back side of a solar cell) attached to the rear side of the solar cell for the module, wherein the seeds of the polycrystalline silicon (Monolithic or polycrystalline) silicon templates and epitaxial silicon deposition on a separate layer and using and integrating the monolithic island cell (Icel) structures and methods disclosed herein.
도 4의 태양 전지 공정 흐름은, 모노리식 섬 태양 전지 또는 아이셀을 형성하기 위해 사용될 수 있다. 도 4에 도시된 공정은 재사용 가능한(적어도 수회 재사용되는, 일부 경우 10 내지 100 회 이하)결정질 실리콘 템플레이트, 예를 들면, p형 단결정 또는 다결정질 실리콘 웨이퍼로 시작하고, 실리콘 웨이퍼 내에 제어된 기공을 갖는 다공성 실리콘의 박막(약간의 마이크론 내지 수 마이크론 이하) 희생층이 (예를 들면, 전류의 존재하에 HF/IPA 또는 HF/아세트산 웨트 약품에서 템플레이트 표면 개질을 위한 전기화학 에칭 공정에 의해)형성된다. 다공성 실리콘층은 적어도 2층을 포함할 수 있고, 작은 기공의 표면층 및 높은 기공의 매립층을 포함한다. 스타팅 재료 또는 재사용 가능한 결정질 실리콘 템플레이트는, 단결정(다결정으로도 공지됨) 실리콘 웨이퍼일 수 있고, 이러한 웨이퍼는, 예를 들면, 결정 성장 방법, 예를 들면, 플로트 존(FZ), 초크랄스키(CZ), 자체 안정 CZ(MCZ)을 사용해서 형성되고, 선택적으로 이러한 실리콘 웨이퍼 상에 에피택셜층을 포함할 수 있다. 또한, 스타팅 재료 또는 재사용 가능한 결정질 실리콘 템플레이트는, 예를 들면, 캐스팅 또는 리본을 사용해서 형성되는 다결정질 실리콘 웨이퍼일 수 있고 이러한 실리콘 웨이퍼 상에 에피택셜층을 포함할 수 있다. 템플레이트 반도체 도핑 형태는 p 또는 n(종종 다공성 실리콘 형성을 촉진하기 위한 비교적 무거운 p형 도핑), 및 웨이퍼 형상일 수 있지만, 대부분 정사각형 형상은 쿼시 정사각형(유사 정사각형), 육각형, 둥근 형상 등과 같은 임의의 형상 또는 비-형상일 수 있다.
The solar cell process flow of FIG. 4 can be used to form a monolithic island solar cell or an Icel cell. The process illustrated in FIG. 4 begins with a crystalline silicon template, such as a p-type single crystal or polycrystalline silicon wafer, which is reusable (at least several times reused, in some cases less than 10 to 100 times) A thin layer of the porous silicon (with a few microns to a few microns or less) sacrificial layer is formed (e.g., by an electrochemical etch process for template surface modification in HF / IPA or HF / acetic acid wetting reagents in the presence of an electric current) . The porous silicon layer may comprise at least two layers and comprises a surface layer of small pores and a buried layer of high pores. The starting material or reusable crystalline silicon template may be a single crystal (also known as a polycrystalline) silicon wafer, which may be, for example, a crystal growth method such as a float zone (FZ), a Czochralski CZ), self-stabilizing CZ (MCZ), and optionally an epitaxial layer on such a silicon wafer. In addition, the starting material or reusable crystalline silicon template can be, for example, a polycrystalline silicon wafer formed using casting or ribbon and can comprise an epitaxial layer on such a silicon wafer. The template semiconductor doping form may be p or n (often a relatively heavy p-type doping for promoting porous silicon formation), and wafer shape, but most square shapes may be arbitrary, such as quasi-square (quasi-square), hexagonal, Shape or non-shape.
고품질 에피택셜 씨드층 또한 얻어진 에피택셜 실리콘층의 하위 분리/리프트 오프층로서 기능하는 희생 다공성 실리콘층의 형성시, 인시투 도핑된 (예를 들면, n형 에피텍셜 실리콘층을 형성하기 위해 인으로 도핑된) 결정질(단결정 또는 다결정)실리콘의 박막층(예를 들면, 수 마이크론 내지 약 100 마이크론 이하 범위의 층 두께, 일부 예에서 약 50 마이크론 미만의 에피택셜 실리콘 두께)은 희생 다공성 실리콘층 상에 형성되고, 이는 에피택셜 성장이라고 한다. 인시투 도핑된 결정질(단결정 템플레이트 상의 단결정층 또는 다결정 템플레이트 상의 다결정층) 실리콘층은, 예를 들면, 트리클로로실란 또는 TCS 및 수소(및 n형 인 도핑용 PH3와 같은 소망의 도펀트 가스)와 같은 실리콘 가스를 포함하는 대기에서 화학증착법 또는 CVD을 사용해서 대기압 에피택시에 의해 형성될 수 있다.
A high quality epitaxial seed layer may also be formed in the formation of a sacrificial porous silicon layer that functions as a lower isolating / liftoff layer of the resulting epitaxial silicon layer, in situ doped (e.g., to form an n-type epitaxial silicon layer (E. G., A layer thickness in the range of from several microns to less than about 100 microns, and in some instances, an epitaxial silicon thickness of less than about 50 microns) of crystalline (monocrystalline or polycrystalline) Which is called epitaxial growth. In-situ doped polycrystalline (polysilicon layer on the single crystal layer or a polycrystalline template on the single crystalline template), a silicon layer is, for example, trichloromethyl silane or TCS and hydrogen (and the dopant gas of the desired, such as the n-type doping PH 3.) And May be formed by atmospheric pressure epitaxy using chemical vapor deposition or CVD in an atmosphere containing the same silicon gas.
태양 전지 가공 단계의 일부를 종료(일부 예에서 후측에 도핑된 에미터 형성, 후측 패시베이션, 다음의 금속화를 위해 도핑된 베이스 및 에미터 접촉 영역을 베이스 및 에미터 영역에 접촉, 및 태양 전지 금속화를 포함)한 후, 다소 저렴한 백플레인층은, 영구적으로 전지를 지지 및 강화하기 위해 박막 epi 층에 부착되고, 또한 (예를 들면, 백플레인-부착 전에 태양 전지 후측 상의 제1 패터닝된 금속화 층 또는 M1, 및 백플레인-부착 후 및 재사용 가능한 템플레이트로부터 백플레인-부착 태양 전지의 리프트 오프 분리 후 백플레인-부착 태양 전지 후측의 제2 패터닝된 금속화 층 또는 M2을 사용하는 2층 금속화 구조체를 사용해서) 태양 전지의 높은 전도성 전지 금속화 구조체를 형성한다. 연속적인 백플레인 재료는, 박막(예를 들면, 약 50 마이크론 내지 약 250 마이크론의 범위의 두께)이고, 유연하며, 전기 절연 폴리머 재료 시트, 예를 들면, 전지 공정 집적 및 신뢰성 요건을 충족하는 인쇄 회로판에 일반적으로 사용되는 저렴한 프리프레그 재료로 형성될 수 있다. 부분적으로 가공된 후측-접촉, 후측-접합(IBC) 백플레인-부착 태양 전지(예를 들면, 태양 전지 면적은 약 100 mm x 100 mm, 125 mm x 125 mm, 156 mm x 156 mm, 210 mm x 210 mm 이상, 또는 약 100 cm2 내지 수백 cm2 이상)은, 기계적으로 열화된 희생 다공성 실리콘층을 따라 재사용 가능한 템플레이트로부터 분리되어 리프트 오프(분리)되고(예를 들면, 기계적 분리 또는 MR 리프트 오프 공정을 통해 리프트 오프 분리를 가능하게 하기 위해, 높은 기공의 다공성 실리콘 계면을 분리함), 템플레이트는, 전체 태양 전지의 제조 비용을 줄이기 위해 조절될 수 있고(예를 들면, 세정될 수 있고), 수회(예를 들면, 10회와 100회 사이) 재사용될 수 있다. 잔류 포스트-리프트 오프 태양 전지 가공은, 템플레이트로부터 리프트 오프되고 분리된 후 노출된 백플레인-부착 태양 전지, 예를 들면, 태양 전지 태양측 (또는 전측) 상에서 먼저 수행될 수 있다. 태양 전지 전측 또는 태양측 가공은, 예를 들면, 전측 텍스처링(예를 들면, 알카리성 또는 산성 텍스처링), 텍스처링 후 표면 준비(세정), 및 증착 공정을 사용해서 전측 패시베이션, 및 반사 방지 코팅(ARC) 형성을 포함한다. 전측 패시페이션 및 ARC층은 플라즈마 화학 증착 공정(PECVD) 및/또는 추가의 적합한 가공 방법을 사용해서 증착될 수 있다.
(In some instances doped emitter formation, back passivation, contact of the doped base and emitter contact areas to the base and emitter areas for subsequent metallization, and solar cell metallization , The somewhat inexpensive backplane layer is attached to the thin film epi layer to permanently support and reinforce the cell and can also be attached to the thin film epi layer (e.g., after the backplane- Or M1, and a two-layered metallization structure using a second patterned metallization layer or M2 on the back side of the backplane-attached solar cell after lift-off separation of the backplane-attached solar cell from the backplane-attached and reusable template ) To form a highly conductive cell metallization structure of the solar cell. The continuous backplane material may be a thin film (e.g., a thickness in the range of about 50 microns to about 250 microns), flexible, and may include a sheet of electrically insulating polymer material, for example, a printed circuit board And may be formed of an inexpensive prepreg material generally used in the present invention. (IBC) backplane-attached solar cell (e.g., a solar cell area of about 100 mm x 100 mm, 125 mm x 125 mm, 156 mm x 156 mm, 210 mm x 210 mm or more, or about 100 cm 2 to several hundreds cm 2 or more) is lifted off (separated) from the reusable template along the mechanically deteriorated sacrificial porous silicon layer (e.g., by mechanical separation or MR lift off Separating the porous silicon interface with a high pore to enable lift-off separation through the process), the template can be adjusted (e. G., Cleaned) to reduce the manufacturing cost of the entire solar cell, It can be reused several times (for example, between 10 times and 100 times). The residual post-lift-off solar cell processing may be performed first on the exposed backplane-attached solar cell, e.g., the solar cell solar side (or front side) after being lifted off and separated from the template. Solar cell front or sun side processing can be used for front passivation, and antireflective coating (ARC), for example, using front side texturing (e.g., alkaline or acid texturing), surface preparation after texturing (cleaning) ≪ / RTI > The front passivation and ARC layer may be deposited using a plasma chemical vapor deposition process (PECVD) and / or additional suitable processing methods.
본원에 기재된 모노리식 섬 전지(아이셀) 구조체 및 방법은, 예를 들면, 예시의 개시된 태양 전지 제작 공정 흐름과 같은 장치 제작 공정에 통합될 수 있고, 이는 실질적으로 제조 공정 단계 또는 툴을 변경하거나 추가하지 않고, 실질적으로 태양 전지의 제조 비용을 추가하지 않으며, 실질적으로 주요 태양 전지 제조 공정 흐름을 변경하지 않는다. 실제로, 본원에 개시된 모노리식 섬 전지(아이셀) 구조체 및 방법은, 금속화 비용을 감소(적은 금속화 재료 및 낮은 비용의 금속화 공정을 사용함) 및/또는 태양 전지 및 모듈 제조 생산량을 개선함으로써(실질적으로 태양 전지 미세 균열 또는 파손으로 인한) 태양 전지의 제조 비용을 줄일 수 있다.
The monolithic island cell (icel) structures and methods described herein may be incorporated into a device fabrication process, such as, for example, the disclosed solar cell fabrication process flow, which may substantially alter or add manufacturing process steps or tools Does not substantially add to the manufacturing cost of the solar cell, and does not substantially change the main solar cell manufacturing process flow. Indeed, the monolithic island cell (Icel) structures and methods disclosed herein can be used to reduce metallization costs (using less metallization materials and lower cost metallization processes) and / or improving solar cell and module manufacturing yields The manufacturing cost of the solar cell can be reduced due to substantial microcracking or breakage of the solar cell.
일 실시형태에서, 내부 섬 구획 트렌치 경계를 형성하기 위해, (백플레인-부착 에피택셜 실리콘 기판층의 리프트 오프 분리 후) 마스터 전지 실리콘 기판층 두께를 통해(예를 들면, 에피택셜 실리콘층 두께는 수 마이크론 내지 약 100 ㎛ 범위 내에 있을 수 있다), 전측 또는 태양측으로부터 펄스 레이저 제거(예를 들면, 펄스 나노초 레이저 스크라이빙), 기계적 스크라이빙법, 또는 플라즈마 스크라이빙 법과 같은 적합한 방법을 사용해서 마스터 전지 반도체 기판을 스크라이빙(트렌칭, 커팅, 또는 다이싱으로 공지됨)하여, 복수의 트렌치 구획 섬, 미니 전지, 하위 전지, 또는 타일을 형성할 수 있다. 펄스 레이저 제거 스크라이빙(또는 추가의 상기 기재된 적합한 트렌치 스크라이빙)은, 반도체 기판층의 두께를 통한 스크라이빙에 의해 비교적 좁은(예를 들면, 폭은 100 마이크론 미만) 트렌치 분리 보더가 박막 실리콘층의 전체 두께에 형성되고, 특히 백플레인에서 정지하고 (연속적 백플레인 재료층의 제거 및 스크라이빙은 다소 작거나 무시할 수 있음), 연속적 백플레인층 상에 지지된 충분히 구획된 모노리식 섬(또는 하위 전지 또는 미니 전지 또는 타일)을 모노리식으로 생성하도록 수행될 수 있다. 수 마이크론 내지 약 200 마이크론의 두께(도 2에 W로 도시된 마스터 전지 기판 두께 또는 폭)를 갖는 마스터 전지 기판 내에 복수의 섬 및 이들 관련 트렌치 구획 경계를 형성하기 위한 구획 분리 형성 방법은, 예를 들면, (UV, 그린, IR, 등과 같은 적합한 레이저 파장을 사용해서)펄스 나노초 레이저 제거에 의한 펄스 레이저 스크라이빙(또는 다이싱 또는 트렌칭), 초음파 스크라이빙 또는 다이싱; 예를 들면, 기계적 써 또는 블레이드를 사용한 기계적 트렌치 형성; 패터닝된 화학 에칭(웨트 및 플라즈마 에칭); 에칭 페이스트의 스크린 인쇄 후 에칭 활성화 및 에칭 페이스트 잔사 세정 또는 공지된 또는 상기 기재된 트렌칭 형성 방법의 임의의 조합을 포함한다. 트레치 형성용 펄스 레이저 제거 처리는, 비교적 높은 공정 쓰로우풋을 갖도록 복수의 섬 또는 미니 전지 경계를 직접적으로 패터닝할 수 있고, 비교적 좁은 트렌치(예를 들면, 약 100 마이크론 트렌치 미만)를 형성할 수 있으며, 소모성 임의의 공정이 포함되지 않는(따라서, 매우 낮은 공정 비용) 이점이 있다. 그러나, 복수의 섬 또는 하위 전지를 구획하기 위해 사용되는 트렌치 형성 방법에 관계없이, 예를 들면, 트렌치 폭을 줄이거나 감소하는 것을 특히 주의해야 하고, 약 100 마이크론 미만의 트렌치 폭으로 구획하는 것이 바람직한 데, 이는 구획한 아이셀 트렌치로 인한 태양 전지 면적 손실이, 전체 아이셀 면적에 비해 비교적 작은 무시할 만한 분획(예를 들면, 전체 아이셀의 약 1% 미만)으로 되기 때문이다. 이는, 구획 트렌치으로 인해 아이셀 전체 면적 효율 손실은 무시할만 한 것을 보장할 것이다(예를 들면, 1% 미만). 펄스 나노초 레이저 제거 가공은, 100 마이크론 미만(예를 들면, 약 10 내지 60 마이크론)의 트렌치 폭을 갖는 높은 쓰로우 풋의 트렌치를 형성할 수 있다. 예를 들면, 마스터 전지 영역(156mm x 156mm) 및 4 x 4 섬(또는 미니 전지)을 갖고, 예를 들면, 펄스 레이저 제거 트렌칭에 의해 형성된 트렌치 폭 50 마이크론(0.05 mm)을 갖는 구획 트렌치를 포함하는 정사각형 아이셀에 대해, 전체 마스터 전지 영역(또는 아이셀 면적 A아이셀)에 대한 전체 트렌치 평면 표면적 A트렌치의 면적 비 R은 다음 식으로 산출될 수 있다: R = A트렌치/A아이셀 = 6 x 156mm x 0.05mm/(156mm x 156mm) 또는 R=0.00192. 따라서, 이것은 면적 비 R은 0.00192 또는 약 0.2%이다. 이것은, 매우 작은 면적 비로 트렌치 면적이 구획되면, 아이셀 전체 면적 효율의 손실이 무시할만한 것을 보장한다. 실제, 이러한 조건 하에서 아이셀 전체 면적 효율의 손실은 0.2% 미만인데, 이는, 트렌치 분리 또는 구획 영역에 영향을 미치는 직접적 및/또는 확산 태양광이 경우에 따라 대부분의 섬 반도체 에지 영역에 흡수되고 광 생성 공정에 적어도 부분적으로 기여하기 때문이다.
In one embodiment, to form an inner island partition trench boundary, the thickness of the master cell silicon substrate layer (e.g., after epitaxial silicon substrate layer lift-off separation of the backplane-attached epitaxial silicon substrate layer) (For example, pulsed nanosecond laser scribing), a mechanical scribing method, or a plasma scribing method from the front side or the sun side The master cell semiconductor substrate may be scribed (known as trenching, cutting, or dicing) to form a plurality of trench compartment islands, minicells, subcells, or tiles. Pulsed laser ablation scribing (or any of the above-described suitable trench scribing techniques described above) can be achieved by scribing through the thickness of the semiconductor substrate layer to produce a relatively narrow trench isolation border (e. G., Less than 100 microns wide) Is formed in the entire thickness of the silicon layer, and in particular stops at the backplane (the removal of the continuous backplane material layer and the scribing is somewhat smaller or negligible), the fully segmented monolithic island supported on the continuous backplane layer A battery or a mini-cell or a tile) in a monolithic manner. A method for forming a plurality of islands and their associated trench compartment boundaries in a master cell substrate having a thickness of from several microns to about 200 microns (master cell substrate thickness or width shown as W in Fig. 2) Pulsed laser scribing (or dicing or trenching), ultrasonic scribing or dicing by pulsed nanosecond laser removal (using suitable laser wavelengths such as UV, green, IR, etc.); For example, mechanical trench formation using mechanical wafers or blades; Patterned chemical etching (wet and plasma etching); Etch paste activation after screen printing of the etch paste and etch paste residue cleaning, or any combination of the known or described trenching methods. The pulse laser removal process for forming traces can directly pattern a plurality of island or mini cell boundaries to have a relatively high process throughput and form relatively narrow trenches (e.g., less than about 100 microns trenches) And is advantageous in that it does not involve any process consuming (and therefore a very low process cost). Regardless of the trench formation method used to partition a plurality of islands or sub-cells, however, it should be noted that reducing or reducing the width of the trenches, for example, should be particularly careful, and it is desirable to have a trench width of less than about 100 microns This is because the solar cell area loss due to the partitioned Icel trench becomes a negligible fraction (for example, less than about 1% of the total Icel cell) that is relatively small compared to the entire Icel cell area. This will ensure that the overall area efficiency loss of the Icel can be negligible (e.g., less than 1%) due to the trench trench. The pulse nanosecond laser ablation process can form a high throughput trench with a trench width of less than 100 microns (e.g., from about 10 to 60 microns). For example, a trench having a master cell area (156 mm x 156 mm) and a 4 x 4 island (or mini battery) and having a trench width of 50 microns (0.05 mm) formed by, for example, The area ratio R of the entire trench plane surface area A trench to the entire master cell area (or the Icel cell area A icel ) can be calculated by the following equation: R = A trench / A Icel = 6 x 156 mm x 0.05 mm / (156 mm x 156 mm) or R = 0.00192. Thus, this means that the area ratio R is 0.00192 or about 0.2%. This ensures that if the trench area is delimited with a very small area ratio, the loss of the overall area efficiency of the icel is negligible. In fact, under these conditions, the loss of the overall area efficiency of the icel is less than 0.2%, because direct and / or diffuse solar radiation affecting the trench isolation or zone area is absorbed in most island semiconductor edge regions as the case may be, At least partially to the process.
본원에 기재된 모노리식 섬(타일) 태양 전지 제작 방법 및 구조체는, 다양한 반도체(예를 들면, 박막 에피택셜 실리콘 또는 박막 결정질 실리콘 웨이퍼와 같은 결정질 실리콘을 포함하지만, 이들로 한정되지 않음) 태양 전지(예를 들면, 약 수 마이크론 내지 약 200 마이크론 이하의 범위의 두께를 갖는 전지 반도체 흡수체를 갖는 다양한 디자인의 전측-접촉 또는 후측-접촉 태양 전지)에 적용할 수 있고, 에피택셜 실리콘 리프트 오프 가공을 사용해서 형성되는 것(상기 기재됨) 또는 결정질 실리콘 웨이퍼, 예를 들면, 단결정(CZ, MCZ, 또는 FZ) 웨이퍼 또는 다결정질 웨이퍼(캐스트 또는 리본 성장 웨이퍼)를 사용해서 형성되는 것을 포함한다.
The monolithic island (tile) solar cell fabrication methods and structures described herein may be applied to a variety of semiconductor (e.g., including, but not limited to, crystalline silicon, such as thin film epitaxial silicon or thin film crystalline silicon wafers) Contact or rear-contact solar cells of various designs having a battery semiconductor absorber having a thickness in the range of, for example, from about several microns to about 200 microns or less), and employing epitaxial silicon lift-off processing (CZ, MCZ, or FZ) wafers or polycrystalline wafers (cast or ribbon growth wafers) that are formed from a single crystal (e.g., silicon) wafer (described above) or a crystalline silicon wafer.
후측-접촉/후측-접합 정사각형 전지(예를 들면, 백플레인 강화에 의한 에피택셜 실리콘 리프트 오프 가공 또는 결정질 실리콘 웨이퍼 전지를 사용해서 형성되는 고효율 후측-접촉/후측-접합 IBC 전지)에 대해, 마스터 전지 섬(또한 타일, 포장재, 하위 전지, 또는 미니 전지)은 공유 마스터 전지(아이셀) 연속적인 백플레인 상에 N x N 정사각형 섬, NxM 직사각형 섬, K 삼각형 섬, 또는 임의의 형상의 섬 또는 이들의 조합의 어레이로서 (예를 들면, 결정질 실리콘 기판의 펄스 나노초 레이저 스크라이빙을 사용해서)형성될 수 있다. 에피택셜 리프트 오프 가공을 사용해서 제작된 태양 전지의 경우, 섬 구획 트렌치 형성 공정은, 부분적으로 가공된 백플레인-부착 마스터 전지의 리프트 오프 분리 직후 및 전측 표면 텍스처링 및 텍스처링 후의 표면 세정과 같은 잔류 처리 단계, 또는 전측 텍스처링 및 텍스처링 후의 표면 세정 직후 및 전면 패시베이션 및 반사 방지 코팅(ARC) 층을 형성하기 위한 공정 전에 발생할 수 있다. (광 반사 손실을 줄이기 위한 태양 전지 전측 텍스처링을 형성하기 위해)펄스 레이저 스크라이빙 또는 추가의 적합한 방법(예를 들면, 기계적 다이싱과 같은 상기 기재된 그 외의 방법 중 하나로, 이들로 한정되지 않음)에 의해 구획 또는 분리 트렌치(즉, 트렌칭 공정)를 형성하기 위한 공정을 수행하면, (텍스처링 에칭 공정 중, 구획한 트렌치 측벽에 임의의 손상된 실리콘을 포함한 수 마이크론의 실리콘을 포함하는 수마이크론의 실리콘을 에칭하는) 웨트 에칭을 통한 임의의 트렌치 공정 유도 실리콘 에지 손상의 제거 및 웨트 텍스처링 에칭 공정 중 손상된 실리콘 제거의 이점이 있다.
For a back-contact / back-side-junction square cell (e.g., a high efficiency rear-side / backside-junction-IBC cell formed using epitaxial silicon lift-off processing by backplane reinforcement or crystalline silicon wafer cells) The islands (also tiles, packaging materials, sub-cells, or mini-cells) may be fabricated from N x N square islands, N x M rectangular islands, K triangular islands, or any shape islands or combinations thereof on a continuous master cell (For example, using pulsed nanosecond laser scribing of a crystalline silicon substrate). In the case of solar cells fabricated using epitaxial lift-off processing, the island partition trench formation process may be performed after the liftoff isolation of the partially fabricated backplane-attached master cell and after the surface treatment, such as surface cleaning after front surface texturing and texturing , Or immediately after surface cleaning after front side texturing and texturing and prior to a process for forming a front passivation and anti-reflective coating (ARC) layer. (To form solar cell front side textures to reduce light reflection loss), pulsed laser scribing, or any other suitable method (such as, but not limited to, any of the other methods described above, such as mechanical dicing) (I.e., a trenching process) by performing a process for forming a trench or isolation trench (i. E., Trenching process), such that the trench sidewall is divided into several microns of silicon containing several microns of silicon Removal of any trench process induced silicon edge damage through wet etch (which etches the etch process), and wet texturing.
본원에 상세히 기재된 대표적인 공정 흐름을 포함하는 일부 태양 전지 가공 실시형태에서, 모노리식 섬 마스터 전지(아이셀)의 형성에 추가의 별도 제작 공정 설비는 필요하지 않을 수 있다. 즉, 각 아이셀 내의 트렌치 구획 미니 전지 또는 섬의 형성 공정은 태양 전지 제작 방법에 매우 쉽고 균일하게 포함될 수 있다. 일부 경우에, 모노리식 섬 태양 전지(아이셀)제작 공정은, 예를 들면, 구리 도금 공정 및 관련 제조 장비가 필요하지 않고 구리 도금 요건을 쉽게 하는 것으로, 태양 전지 금속화 비용을 줄여서 태양 전지 제작 비용을 줄이고 태양 전지 제작 공정 흐름을 개선할 수 있다.
In some solar cell processing embodiments, including representative process streams described in detail herein, additional, separate manufacturing process equipment may not be required to form the monolithic island master cell (Icel). That is, the process of forming the trench section mini-cell or the island in each of the Icel cells can be easily and uniformly included in the solar cell manufacturing method. In some cases, the monolithic island solar cell (Icel) fabrication process does not require a copper plating process and related manufacturing equipment, for example, and facilitates the copper plating requirements, thereby reducing the cost of solar cell metallization, And the solar cell manufacturing process flow can be improved.
도 5a는 에피택셜 실리콘 및 다공성 실리콘 리프트 오프 가공에 기초한 대표적인 백플레인-부착 아이셀 제작 공정 흐름이다. 이러한 공정 흐름은, 2개의 패터닝된 태양 전지 금속화 층(M1 및 M2)을 사용해서, 백플레인-부착, 후측-접촉/후측-접합 태양 전지(아이셀)을 제작하기 위한 것이다. 이러한 예는 선택적 에미터를 장착한 태양 전지에 대해 도시되고, 선택적 에미터로는, 즉 가벼운 붕소-도핑된 실리케이트 유리를 사용해서 형성되는 가벼운 에미터 도핑된 주요 패터닝된 필드 에미터(툴 3에 의해 증착된 작은 붕소 도핑된 제1 BSG 층), 및 무거운 붕소-도핑된 실리케이트 유리를 사용해서 무거운 붕소-도핑된 에미터 접촉 영역(툴 5에 의해 증착된 큰 붕소 도핑된 제2 BSG 층)이다. 이러한 예는 2중 BSG 선택적 에미터 공정을 사용해서 IBC 태양 전지에 대해 도시되지만, 아이셀 디자인은 광범위한 그 외의 태양 전지 구조체 및 공정 흐름에 적용되고, 이는 선택적 에미터가 아닌(즉, 필드 에미터 및 에미터 접촉 영역에서 붕소 도핑된 동일한 에미터) IBC 태양 전지를 포함하지만, 이들로 제한되지 않는다. 이러한 예는 n형 베이스 및 p형 에미터를 갖는 IBC 아이셀에 대해 도시된다. 그러나, 태양 전지가 대신에 p형 베이스 및 n형 에미터를 갖도록 극성이 변화될 수 있다.
5A is a representative backplane-attached Icel cell fabrication process flow based on epitaxial silicon and porous silicon lift-off fabrication. This process flow is for fabricating a backplane-attached, rear-side / rear-side-junction solar cell (icel) using two patterned solar cell metallization layers M1 and M2. This example is shown for a solar cell with an optional emitter, and as a selective emitter, a light emitter doped main patterned field emitter formed by using light boron-doped silicate glass (A small boron doped first BSG layer deposited by a tool 5), and a heavy boron-doped emitter contact region (a large boron doped second BSG layer deposited by tool 5) using heavy boron-doped silicate glass . Although this example is shown for an IBC solar cell using a dual BSG selective emitter process, the Icel design is applied to a wide variety of other solar cell structures and process flows, which are not selective emitters (i.e., field emitters and And the same emitter doped IBC photovoltaic cells in the emitter contact region. This example is shown for an IBC i-cell having an n-type base and a p-type emitter. However, the polarity can be changed so that the solar cell has a p-type base and an n-type emitter instead.
도 5a는 후측-접촉 후측-접합 모노리식 섬 결정질 실리콘 태양 전지(아이셀)을 제작하기 위한 대표적인 제조 공정 흐름 실시형태이다. 구체적으로, 도 5a는 선택적으로 모노리식으로 집적된 바이패스 스위치(MIBS) pn 접합 다이오드를 갖고 이중 보로실리케이트 유리(BSG) 선택적 에미터를 갖는 에피택셜(epi) 태양 전지를 형성한다. 이러한 흐름에 도시된 바와 같이, 미니 전지 트렌치 분리 영역은, 툴 13에서 전지 분리 보더 스크라이빙 후 노출되는 분리측(또한 얻어진 아이셀의 전측 또는 태양측으로 칭함)의 텍스처링 전에 형성된다. 또한, 미니 전지 트렌치 분리 영역은, 툴 14에서 텍스처링, 및 텍스처링 후의 세정 후 및 전측 패시베이션(PECVD로 표시) 전에 형성될 수 있다. 웨트 에칭 텍스처링(툴 14를 사용한 텍스처링 및 텍스처링 후의 세정) 전에 펄스 레이저 스크라이빙 수행하는 것은, 웨트 에칭을 통해 임의의 레이저 유도 스크라이빙 된 실리콘 에지 손상 제거 및 손상된 실리콘 제거의 이점을 추가할 수 있다.
5A is a representative manufacturing process flow embodiment for fabricating a rear-side back-side-junction monolithic islands crystalline silicon solar cell (icel). Specifically, FIG. 5A shows an epitaxial (epi) solar cell having a monolithically integrated bypass switch (MIBS) pn junction diode and a dual borosilicate glass (BSG) selective emitter. As shown in this flow, the mini-battery trench isolation region is formed before the texturing of the separation side (also referred to as the front side or the sun side of the obtained icicle) exposed after the battery separation border scribing in the
에피택셜 실리콘 리프트 오프 가공으로 모노리식 섬(타일) 후측-접촉/후측-접합(IBC) 태양 전지를 형성하는 대표적인 공정 흐름은 다음의 제작 단계를 포함한다: 1)재사용 가능한 결정질(단결정 또는 다결정)실리콘 템플레이트로 스타팅; 2) 템플레이트 상에 다공성 실리콘 (HF/IPA 또는 HF/아세트산에서 애노드 에칭을 사용해서 낮은 기공 표면층 및 높은 기공 매립층을 포함하는 2층 다공성 실리콘) 형성; 3) 인시투 도핑에 의한 에피택셜 실리콘 증착(예를 들면, n형 인 도핑된 에피택셜 실리콘); 4) 후측-접촉/후측-접합 전지 가공을 수행하고 에피택셜 실리콘 기판이 템플레이트 상에 위치하는 것으로, 패터닝된 필드 에미터 접합, 후측 패시베이션, 다음의 금속 형성된 태양 전지를 위해 도핑된 베이스 및 에미터 접촉 영역의 옴 접촉, 및 제1금속화 층(또한 M1으로 칭함)형성을 포함하고(도 5a 참조), 선택적 에미터 형성을 위한, 2중 BSG 공정(BSG는 대기압 화학 증착 또는 APCVD 공정에 의해 형성된 붕소 도핑된 실리케이트 유리 또는 붕소 도핑된 실리콘 산화물층임)를 사용하고, (가볍게 도핑된 필드 에미터 및 무겁게 도핑된 에미터 접촉 영역을 포함하는)선택적 에미터 공정을 포함하는, 후측-접촉/후측-접합(IBC) 태양 전지 제작 공정 흐름의 일 예에 대해 도 5a 참조(선택적 에미터 형성의 그 외의 방법은 스크린 인쇄 도펀트 페이스트를 사용하고 이중 BSG 공정을 사용할 수 있다); 5) 후측-접촉된 전지의 후측 상에 백플레인층 또는 시트를 부착 또는 적층; 6) 백플레인 경계 주위에서 에피택셜 층 두께로 분리 보더를 적어도 부분적으로 레이저 스크라이빙(분리 경계를 리프트 오프), 그 다음에 리프트 오프 공정에 의한 분리(예를 들면, 기계적으로 열화된 높은 기공의 다공성 실리콘층을 분리해서 재사용 가능한 템플레이트로부터 백플레인-부착 에피택셜 실리콘 기판을 분리하기 위한 기계적 분리 리프트 오프); 7) 실리콘 기판을 복수의 미니 전지 또는 섬, 예를 들면, 4 x 4=16 미니 전지로 모노리식으로 구획하기 위해 태양 전지 태양측(백플레인 반대측)으로부터 펄스 나노초 레이저 제거(또는 상기 기재된 그 외의 적합한 트렌치 분리 형성 방법 중 하나)을 사용하는 트렌칭(또한 스크라이빙, 커팅, 또는 다이싱) 공정(또한 선택적으로 명확한 스무스 전지 경계 에지로 정확한 마스터 전지 또는 아이셀 치수를 결정하기 위해 예를 들면, 펄스 레이저 커팅을 사용해서 마스터 전지 주변 경계를 선택적으로 조정하는 단계); 8) 남은 후단 제작 공정 수행, 예를 들면, 알칼리성 및/또는 산성 약품에서 웨트 실리콘 에칭/텍스처링(이 공정은 전측 상에 텍스처링을 수행하면서 약품 내성 백플레인에 의해 태양 전지의 후측을 텍스처링 약품으로부터 보호한다), 웨트 세정과 같은 텍스처링 후 표면 준비(이 공정은 전측 표면 세정을 수행하면서 약품 내성 백플레인에 의해 태양 전지의 후측을 웨트 세정 약품으로부터 보호한다), 전측 표면 패시베이션 및 반사 방지 코팅(ARC) 코팅, 예를 들면, 플라즈마 화학증착(PECVD) 또는 ARC 증착을 위해 PECVD(예를 들면, 수소화 실리콘 질화물)와 패시베이션층 증착용 원자층 증착과 같은 추가의 공정의 조합(예를 들면, 세정된, 텍스처링된 실리콘 표면 상에 실리콘 질화물 ARC층 아래에 알루미늄 산화물, 비정질 실리콘, 또는 비정질 실리콘 산화물의 박막층(30 nm 미만), 다층 전측 패시베이션/ARC 구조체, 예를 들면, 실리콘 질화물 ARC층으로 덮인 상기 기재된 패시베이션층 중 하나의 2층 구조체를 사용하는 경우, 전체 스택은 진공 통합 공정을 사용하는 PECVD를 사용해서 증착될 수 있다). 전측 패시베이션 및 ARC층 증착은, 미니 전지 또는 섬의 전측 표면을 덮고, 트렌치 구획 섬 또는 미니 전지의 측벽을 덮고, 실질적으로 아이셀의 패시베이션 및 ARC 특성이, 섬의 상면뿐 아니라 트렌치 측벽의 패시베이션 및 광 포집 특성을 향상시킴으로써 개선된다. 전측 텍스처링/세정/패시베이션 및 ARC 증착 공정의 종료 후, 남은 태양 전지 제작 공정 단계는 백플레인-부착 태양 전지 후측 상에 제2금속화 층(M2)의 형성을 포함한다. 이러한 작업을 위해, 복수의 비아 홀은, 사전 설계된 비아 홀 패턴을 따라 박막(예를 들면, 25 마이크론 내지 250 마이크론 백플레인 두께), 전기 절연, 연속 백플레인 층(예를 들면, 25 마이크론 내지 100 마이크론 두께로 적층된 프리프레그 시트)으로 예를 들면, 레이저 드릴을 사용해서 드릴링된다. 태양 전지(예를 들면, 156 mm x 156 mm 아이셀) 백플레인 상에 비아 홀의 수는 수백 내지 수천일 수 있다. 비아 홀은 수십 마이크론 내지 수백 마이크론(예를 들면, 약 100 마이크론 내지 300 마이크론) 범위의 평균 대각선 홀 치수(예를 들면, 각각의 비아 홀의 평균 직경)를 가질 수 있다. 전기 절연 백플레인 층을 통한 레이저 드릴링된 비아 홀은, (금속 페이스트의 스크린 인쇄 또는 물리적 증착 및 알루미늄 또는 알루미늄-실리콘 합금을 포함하는 금속과 같은 금속층의 패터닝에 의해 제1 패터닝된 금속화 레벨에 의해 형성된) 맞물려진 베이스 및 에미터 금속화 핑거 상에 랜딩하도록 위치된다. 이러한 비아 홀은 백플레인-부착/적층 전에 태양 전지 후측 상에 직접 형성된 제1 패터닝된 금속화 층 또는 M1과 레이저 드릴링된 비아 홀의 형성 직후 형성된 제2 패터닝된 금속층 또는 M2 사이의 상호연결 채널 또는 플러그로 역할을 할 것이다. 본원에 개시된 아이셀의 일부 예에서, 제2 패터닝된 금속화 레벨 M2는 여러 방법 중 하나에 의해 형성될 수 있고, 이러한 방법은 (1) 저렴한 고전도성 금속(예를 들면, 알루미늄 및/또는 구리, 그 외의 금속이 사용될 수 있다)의 물리적 증착 또는 PVD(열 증착, 전자빔 증착, 및/또는 플라즈마 스퍼터링) 후 펄스 레이저 제거 패터닝, (2) 저렴한 고전도성 금속(예를 들면, 알루미늄 및/또는 구리, 그 외의 금속이 사용될 수 있다)의 물리적 증착법 또는 PVD (열 증착, 전자빔 증착, 및/또는 플라즈마 스퍼터링), 그 다음에 금속 에칭 패터닝(예를 들면, 에칭 페이스트의 스크린 인쇄 또는 레지스트의 스크린 인쇄, 그 다음에 금속 웨트 에칭 공정 후 레지스트 제거), (3) 적합한 금속 페이스트의 스크린 인쇄 또는 스텐실 인쇄(예를 들면, 구리 및/또는 알루미늄을 포함하는 페이스트), (4) 적합한 금속 페이스트의 잉크젯 인쇄 또는 에어로졸 인쇄(예를 들면, 구리 및/또는 알루미늄을 포함하는 페이스트), (5) 패터닝된 적합한 금속의 도금, 예를 들면, 구리 도금 중 하나 또는 이들의 조합을 포함하지만, 이들로 한정되지 않는다. 제2 패터닝된 금속화 층(M2)(예를 들면, 높은 전도성 금속을 함유하는 알루미늄 및/또는 구리)는, 주요한 패터닝된 M2를 보호하고, 필요에 따라, 솔더링 또는 전도성 접착제에 정확한 표면을 제공하기 위해, 박막 포집층(예를 들면, 플라즈마 스퍼터링 또는 스크린 인쇄 또는 도금에 의해 형성된 NiV 또는 Ni의 박막(1 마이크론 미만) 포집 층)을 포함할 수 있다. 본원에 기재된 후측-접촉/후측-접합(IBC) 태양 전지는 2개의 패터닝된 금속화 층(M1 및 M2)을 이용할 수 있고, 제1 패터닝된 금속화 층 M1은, 제1피치 패턴(예를 들면, 약 200 마이크론 내지 2 mm 범위, 일부 경우에 약 500 마이크론 내지 약 1 mm 범위의 베이스-에미터 M1 핑거 피치)에 따라 각각의 미니 전지 또는 섬 상에서 맞물려진 베이스 및 에미터 금속화 핑거를 형성하고, 제2 패터닝된 금속화 층 M2은 소정의 전류 및 전압 스케일 팩터에 따라 최종 아이셀 금속화를 형성하고 섬 또는 미니 전지를 상호연결한다. 패터닝된 M2는, 패터닝된 M1에 실질적으로 수직이거나 직교하도록 패터닝될 수 있고, 패터닝된 M1 핑거보다 훨씬 큰 핑거 사이의 피치를 가질 수 있다. 이는, 실질적으로 낮은 비용, 높은 수율 제조 공정에 따라 패터닝된 M2를 용이하게 제작할 수 있다. 소망의 아이셀 금속화 구조체에 기초한 M2와 M1의 상호연결하기 위해, 패터닝된 M2는 최종 아이셀 패터닝된 금속화를 형성하고, 레이저 드릴링된 비아 홀을 통해 전기 전도성 비아 플러그를 형성한다.
A typical process flow for forming a monolithic island (tile) rear-side / backside-junction (IBC) solar cell by epitaxial silicon lift-off processing includes the following fabrication steps: 1) reusable crystalline (single crystal or polycrystalline) Starting with silicon template; 2) formation of porous silicon on the template (using HF / IPA or HF / acetic acid anodic etching to form a low pore surface layer and a two-layer porous silicon containing high pore buried layer); 3) epitaxial silicon deposition (e. G., N-type doped epitaxial silicon) by in-situ doping; 4) Performing a rear-side / backside-side junction cell processing and positioning the epitaxial silicon substrate on the template to form a patterned field emitter junction, backside passivation, doped base for the next metal- (See FIG. 5A), and a dual BSG process (BSG is performed by atmospheric pressure chemical vapor deposition or APCVD process) for selective emitter formation (Including a lightly-doped field emitter and a heavily doped emitter contact region) using a boron-doped silicate glass or a boron-doped silicon oxide layer formed on the back-contact / rear side 5a for an example of a junction (IBC) solar cell fabrication process flow (other methods of selective emitter formation use screen printed dopant paste and dual BSG Process can be used); 5) attaching or laminating a backplane layer or sheet on the back side of the rear-side contacted cell; 6) Separation of the separating border at the epitaxial layer thickness around the backplane boundary, at least partially by laser scribing (lift-off of the separation boundary), followed by separation by a lift-off process (for example by mechanically degrading high pores Mechanical separation lift off to separate the backplane-attached epitaxial silicon substrate from the reusable template by separating the porous silicon layer); 7) Pulsed nanosecond laser removal from the solar cell side (opposite the backplane) to partition the silicon substrate monolithically with a plurality of mini-cells or islands, for example, 4 x 4 = 16 mini-cells (or any other suitable (Also scribing, cutting, or dicing) process (also optionally using a smooth smoothing cell boundary edge) to determine precise master cell or cell dimensions, such as a pulse Selectively adjusting the perimeter of the master cell using laser cutting; 8) Performing the remaining post-fabrication process, for example, wet silicon etching / texturing in alkaline and / or acidic chemicals (this process protects the back side of the solar cell from the texturing agent by the drug resistant backplane while performing texturing on the front side Surface preparation after texturing such as wet cleaning (this process protects the back side of the solar cell from the wet cleaning agent by a drug resistant backplane while performing front surface cleaning), front surface passivation and antireflective coating (ARC) coating, For example, a combination of additional processes such as plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) or ARC deposition, such as PECVD (e.g., hydrogenated silicon nitride) and passivation layer deposition atomic layer deposition (e.g., A layer of aluminum oxide, amorphous silicon, or amorphous silicon oxide under the silicon nitride ARC layer on the silicon surface When using a two layer structure of one of the above described passivation layers covered with a film layer (less than 30 nm), a multilayer front side passivation / ARC structure, for example a silicon nitride ARC layer, the entire stack is subjected to PECVD using a vacuum integration process ). ≪ / RTI > The front side passivation and ARC layer deposition covers the front surface of the mini-cell or island and covers the sidewalls of the trench compartment island or mini-cell, and substantially the passivation and ARC characteristics of the icel are affected by the passivation of the trench sidewalls, And is improved by improving the collection characteristics. After the end of the front side texturing / cleaning / passivation and ARC deposition process, the remaining solar cell fabrication process step involves forming a second metallization layer M2 on the back side of the backplane-attached solar cell. For this task, the plurality of via holes may be formed by depositing a thin film (e.g., 25 micron to 250 micron backplane thickness), electrically insulating, continuous backplane layer (e.g., 25 microns to 100 microns thick (For example, a prepreg sheet laminated with a metal sheet) is drilled using, for example, a laser drill. The number of via holes on a solar cell (e.g., 156 mm x 156 mm Icel) backplane may be from hundreds to several thousand. The via holes may have an average diagonal hole dimension (e. G., An average diameter of each via hole) ranging from tens of microns to hundreds of microns (e. G., From about 100 microns to 300 microns). Laser drilled via holes through the electrically insulated backplane layer are formed by a first patterned metallization level by screen printing or physical vapor deposition of a metal paste and patterning of a metal layer such as a metal comprising aluminum or an aluminum- ) ≪ / RTI > on the meshed base and emitter metallization fingers. These via holes may be formed by a first patterned metallization layer formed directly on the back side of the solar cell prior to backplane-attach / lamination, or an interconnecting channel or plug between the second patterned metal layer or M2 formed immediately after formation of M1 and laser drilled via holes It will play a role. In some examples of the Icel's disclosed herein, the second patterned metallization level M2 may be formed by one of several methods, which may include (1) providing an inexpensive high conductivity metal (e.g., aluminum and / or copper, (E. G., Aluminum and / or copper, e. G., Aluminum, and / or copper) after physical vapor deposition or PVD (thermal evaporation, electron beam evaporation, and / or plasma sputtering) Physical vapor deposition of PVD (thermal evaporation, electron beam evaporation, and / or plasma sputtering) followed by metal etch patterning (e.g., screen printing of an etch paste or screen printing of a resist, Resist stripping followed by a metal wet etch process), (3) screen printing or stencil printing of suitable metal pastes (e.g., copper and / or aluminum Paste), (4) inkjet printing of suitable metal pastes or aerosol printing (e.g., a paste comprising copper and / or aluminum), (5) plating of a suitable patterned metal, But are not limited to, combinations thereof. The second patterned metallization layer M2 (e.g., aluminum and / or copper containing a high conductivity metal) protects the primary patterned M2 and, if necessary, provides an accurate surface to the solder or conductive adhesive (For example, a NiV or Ni thin film (less than 1 micron) trapping layer formed by plasma sputtering or screen printing or plating). The rear-side / rear-side-junction (IBC) solar cell described herein may utilize two patterned metallization layers M1 and M2, wherein the first patterned metallization layer M1 has a first pitch pattern Base-emitter M1 finger pitch in the range of about 200 microns to about 2 mm, in some cases in the range of about 500 microns to about 1 mm), forming base and emitter metallization fingers on each mini-cell or island, And the second patterned metallization layer M2 forms the final Icel metallization according to a predetermined current and voltage scale factor and interconnects the island or mini-cell. The patterned M2 may be patterned to be substantially perpendicular or orthogonal to the patterned M1 and may have a pitch between the fingers that is much larger than the patterned M1 finger. This makes it easy to fabricate the patterned M2 according to a substantially low cost, high yield manufacturing process. To interconnect M2 and M1 based on the desired icicle metallization structure, the patterned M2 forms the final Icel patterned metallization and forms an electrically conductive via plug through the laser drilled via hole.
아이셀 개념은, 제2 패터닝된 금속화 층 M2는 개별 마스터 전지(또는 아이셀)전기 상호연결을 형성할 뿐 아니라 동일한 연속 백플레인층을 공유하는 복수의 아이셀을 모노리식으로 상호연결하기 위해 사용되어, 아이셀 실시형태에 의해 모노리식 모듈 구조체를 제작할 수 있고 많은 추가 이점을 갖도록, 확장할 수 있다. 도 5a는 에피택셜 실리콘 리프트 오프 아이셀 대표적인 실시형태에 대해 모노리식 아이셀을 제작하기 위한 공정 흐름을 도시하고, 각각의 아이셀은 개별 예비 커팅된 연속 백플레인층에 부착되고, 각각의 개별 백플레인-부착 아이셀은 백플레인 적층 후 전체 후단 공정 흐름을 통해 처리된다. 이러한 접근 방법을 사용해서 처리된 아이셀은 테스팅 되고, 공정이 끝난 후 정렬되고, 전지의 태빙 및/또는 스트링잉을 사용해서 아이셀을, 예를 들면 전기적 직렬로 상호연결해서 PV 모듈로 조립될 수 있고(또한, PV 모듈 조립의 일부로서 복수의 태양 전지를 서로 연결하기 위해 솔더링 및/또는 전도성 접착제를 포함), 모듈 적층, 최종 모듈 조립, 및 테스팅 한다. 에피택셜 실리콘 리프트 오프 아이셀 대표적인 실시형태에 대해 도 5a를 참조하면, 신규한 모노리식 모듈 구조체를 형성하는 아이셀 수행의 추가의 실시형태는, 툴 12에 의해 수행되는 백플레인 적층(또는 부착 단계) 시에 후측 상에 복수의 비교적 가까운 이격 아이셀의 큰 연속 백플레인 시트에 부착 또는 적층을 포함한다(예를 들면, 인접한 아이셀은 50 마이크론 내지 약 2 mm 이하, 종종 100 마이크론 내지 1 mm 범위의 아이셀 간격). 툴 12 후에 남은 공정 단계는 동시 (각각 별도의 백플레인을 갖는 별도의 아이셀 상에서 수행되는 것 대신에) 후측 상에 일반적인 연속 백플레인 층을 공유하는 복수의 아이셀 상에서 수행된다. 최종 금속화 후(제2 패터닝된 금속층 M2), 모노리식 패터닝된 M2는 큰 연속 백플레인층을 공유하는 복수의 아이셀 중에서 각각의 아이셀에 대한 금속화 패턴을 형성하고, 임의의 소망의 배열에 따라 복수의 아이셀을 서로 전기적 상호연결하고, 예를 들면, 아이셀을 모두 직렬 또는 병렬/직렬 하이브리드 배열로 상호연결한다. 이러한 실시형태는 아이셀을 제작하고 복수의 아이셀 중에서 공유한 연속 백플레인층 상에 모노리식으로 전기 연결하고, 최종 모듈 조립 중에 아이셀을 서로 다음의 솔더링/태빙/스트링잉 할 필요성이 없어진다. 예를 들면, 6x10=60 전지 모듈을 제조하기 위해, 도 5a의 툴 11 공정 후 적절한 크기의 백플레인 시트(예를 들면, 프리프레그의 시트)에 제1 패터닝된 금속층(M1)의 형성 직후, 후측에 6x10=60 전지의 어레이가 부착/적층되고, 남은 공정 단계(제2 패터닝된 금속층 M2의 형성을 통해 남은 후단 공정 단계를 통해 툴 12로서 도시된 백플레인 적층/부착 공정을 시작)는 복수 (예를 들면, 6x10=60)아이셀을 포함하는 큰 백플레인-부착 시트 상에 수행된다. 6x10=60 아이셀을 포함하는 모노리식 모듈 실시예에서, 각각의 아이셀은 약 156 mmx156 mm의 치수를 갖고, 인접한 아이셀 사이의 간격은 약 1mm이고, 아이셀의 6x10 어레이 후측에 부착/적층하기 위해 사용될 연속적인 백플레인층 또는 시트(예를 들면, 약 50 내지 100 마이크론 두께 범위의 아라미드 섬유/수지 프리프레그 시트)는 약 942 mm x 1570 mm의 최소 치수를 가져야 한다(예를 들면, 시트는 6x10=60 아이셀 모노리식 모듈 실시예에서 약 1 m x 1.6 m 백플레인 시트 치수인, 모노리식 모듈의 측 마진에서 백플레인 확장을 허용하기 위해 다소 확대될 수 있다). 추가의 예로서, 6x12 =72 전지 모듈을 제조하기 위해, 도 5a의 툴 11 공정 후 적절하게 크기 조절된 연속 백플레인 시트(예를 들면, 프리프레그 시트)에 제1 패터닝된 금속층(M1)의 완료 직후 후측에 6x12 =72 아이셀의 어레이가 부착되고/적층되고, 남은 공정 단계(제2 패터닝된 금속층 M2의 형성을 통해 남은 후단 공정 단계를 통해 툴 12로서 도시된 백플레인 적층/부착 공정을 시작)는 복수 (예를 들면, 6x12=72)아이셀을 포함하는 큰 백플레인-부착 시트 상에 수행된다. 6x12=72 아이셀을 포함하는 모노리식 모듈에서, 각각의 아이셀은 약 156 mmx156 mm의 치수를 갖고, 인접한 아이셀 사이의 간격은 약 1mm이고, 아이셀의 6x12 어레이 후측에 부착/적층하기 위해 사용될 연속적인 백플레인층 또는 시트(예를 들면, 약 50 내지 100 마이크론 두께 범위의 아라미드 섬유/수지 프리프레그 시트)는 약 942 mm x 1884 mm의 최소 치수를 가져야 한다(예를 들면, 시트는 6x12=72 아이셀 모노리식 모듈 실시예에서 약 1 m x 1.9 m 백플레인 시트 치수인, 모노리식 모듈의 측 마진에서 백플레인 확장을 허용하기 위해 다소 확대될 수 있다.). 제2 패터닝된 금속층 M2를 사용한 공유된 연속 백플레인층 상에 복수의 아이셀의 모노리식 상호 작용은, 전체의 태양 전지 및 PV 모듈 제조 비용을 줄일 뿐 아니라 (땜납 탭, 스트링 제거로 인한)필드 조작 중 PV 모듈의 신뢰성을 개선한다.
The Icel concept is that the second patterned metallization layer M2 is used to monolithically interconnect a plurality of Icelels that share the same continuous backplane layer as well as form an individual master cell (or Icel) electrical interconnect, The monolithic module structure can be fabricated according to embodiments and can be extended to have many additional advantages. 5A shows a process flow for fabricating a monolithic Icel cell for an epitaxial silicon lift off-ice representative embodiment, wherein each Icel is attached to a separate pre-cut continuous backplane layer, and each individual backplane- After stacking the backplanes, they are processed through the entire back-end process flow. Using this approach, the processed Icel can be tested, aligned after the process, assembled into a PV module by interconnecting the Icelels, for example in an electrical series, using the tapping and / or stringing of the cell (Also including soldering and / or conductive adhesives to connect the plurality of solar cells together as part of the PV module assembly), module lamination, final module assembly, and testing. Referring to Figure 5a for a representative embodiment, a further embodiment of the Icel execution that forms the novel monolithic module structure is shown in Figure 5a in the backplane lamination (or attachment step) performed by the tool 12 (E. G., An icicle spacing in the range of 50 microns to about 2 mm, often in the range of 100 microns to 1 mm) of adjacent relatively large spaced backplane sheets of a plurality of relatively close spaced icicles on the back side. The remaining process steps after the
본 발명의 실시형태는, 도 5a의 대표적인 공정 흐름, 또한 많은 태양 전지 디자인(상기 기재됨) 및 태양 전지 제작 공정 흐름을 개략적으로 나타낸 이러한 형태의 공정 흐름을 사용해서 태양 전지에 적용될 수 있고, 이는, 스타팅 단결정 웨이퍼(예를 들면, 초크랄스키 또는 CZ, 플로트 존 또는 FZ) 또는 다결정 웨이퍼(리본 풀링 공정에 의해 형성하거나 캐스트 결정 브릭에 의함)로부터 또는 에피택셜 성장 또는 그 외의 기판 제작 방법에 의해 제작된 태양 전지를 포함하지만, 이들로 한정되지 않는다. 또한, 아이셀 실시형태는 상기 기재된 실리콘 이외에 반도체 재료에 적용될 수 있고, 이는 갈륨 비소, 게르마늄, 갈륨 질화물, 그 외의 화합물 반도체 또는 이들의 조합을 포함하지만, 이들로 한정되지 않는다.
Embodiments of the present invention can be applied to solar cells using this type of process flow schematically illustrating the exemplary process flow of Figure 5A, as well as many solar cell designs (described above) and solar cell fabrication process flows, , A starting monocrystalline wafer (e.g., Czochralski or CZ, float zone or FZ) or a polycrystalline wafer (formed by a ribbon pooling process or by a casting brick) or by epitaxial growth or other substrate fabrication methods But are not limited to, fabricated solar cells. In addition, the Iceland embodiment can be applied to semiconductor materials other than the silicon described above, including, but not limited to, gallium arsenide, germanium, gallium nitride, other compound semiconductors or combinations thereof.
도 5b는 스타팅 졀정질(단결정 또는 다결정) 실리콘 웨이퍼를 사용하는 높은 레벨 태양 전지 및 모듈 제작 공정 흐름 실시형태이다. 도 5b는 2개의 금속화 층: M1 및 M2를 사용해서 백플레인-부착 후측-접촉/후측-접합(IBC) 아이셀의 제작을 위해 높은 레벨 아이셀 공정 흐름을 도시한다. 제1 패터닝된 전지 금속화 층 또는 레벨 M1은 기본적으로, 부분적으로 가공된 아이셀(또는 상기 기재된 모노리식 모듈을 제작하는 경우 복수의 부분적으로 가공된 아이셀에 부착된 큰 연속 백플레인)에 백플레인 적층 전에 복수의 전단 전지 제작 공정 중에서 최후 공정 단계로서 형성된다. 도 5b의 상부 4 박스에 개략적으로 도시된 전단 전지 제작 공정은 기본적으로 패터닝된 M1층을 통해 후측-접촉/후측-접합 태양 전지 후측 구조체를 형성한다. 패터닝된 M1은 아이셀(미니 전지)에 순응하도록 디자인되고 도 5a에 개략적으로 도시된 에피택셜 실리콘 아이셀 공정 흐름에 기재된 바와 같은 미세 피치 맞물려진 금속화 패턴을 포함한다. 도 5b에, 상부로부터 5번째 박스는 부분적으로 처리된 아이셀 후측(또는 모노리식 모듈을 제조하는 경우 부분적으로 처리된 복수의 아이셀의 후측)에 백플레인층 또는 시트의 부착 또는 적층을 포함하고, 이러한 공정 단계는 기본적으로 (에피택셜 실리콘 리프트 오프 공정의 경우)도 5a에 툴 12에 의해 수행된 것과 동일하다. 도 5b에서, 상부 6번째 및 7번째 박스는, 남은 전측 (필요한 경우 박막 실리콘 흡수층을 형성하기 위해 선택적 실리콘 웨이퍼 박막화, 트렌치 구획, 텍스처링, 텍스처링 후의 세정, 패시베이션 및 ARC), 또한 비아홀 및 제2 패터닝된 금속화 층 또는 레벨 M2을 형성하기 위해, 후단 또는 포스트 백플레인-부착(또는 포스트 적층으로 칭함) 전지 제작 공정을 개략적으로 나타낸다. 도 5b의 6 및 7 번째 박스에 개략적으로 나타낸 "포스트 적층" 공정(또는 백플레인-부착 후 수행되는 후단 전지 제작 공정)은, 도 5a에 도시된 에피택셜 실리콘 리프트 오프 공정 흐름에 대한 툴 13 내지 18에 의해 수행되는 공정에 상응한다. 도 5b의 하부 박스는 얻어진 아이셀을 유연한 경량 PV 모듈 또는 단단한 유리 커버의 PV 모듈로 형성한 최종 조립을 기재한다. 공정 흐름은, (에피택셜 실리콘 리프트 오프 공정 흐름에 대해 상기 기재된 바와 같이)패터닝된 M2에 의해 복수의 아이셀 모노리식 상호연결을 포함하는 모노리식 모듈을 형성하는 경우, 도 5b의 하부 박스에 개략적으로 도시된 남은 PV모듈 제작 공정이 단순화 될 수 있는데, 이는 전지 사이의 상호연결을 위한 패터닝된 M2 금속화 및 큰 연속 백플레인을 공유하는 복수의 상호연결 아이셀이 이미 전기적으로 상호연결되어 있어 태양 전지를 서로 태빙, 스트링잉, 및/또는 솔더링 할 필요가 없기 때문이다. 얻어진 모노리식 모듈은 (예를 들면, 단단한/무거운 유리 커버 시트 대신에 전측 상에 ETFE 또는 PFE와 같은 유연한 박막 플루오로중합체 커버 시트를 사용하는) 유연한 경량 PV 모듈 또는 단단한 유리로 커버된 PV 모듈로 적층될 수 있다.
Figure 5b is a high level solar cell and module fabrication process flow embodiment using a starting (monocrystalline or polycrystalline) silicon wafer. Figure 5b shows a high level Icel process flow for fabricating a backplane-attached rear-side-contact / rear-side-junction (IBC) Icelel using two metallization layers: M1 and M2. The first patterned cell metallization layer, or level M1, is basically a multi-layered cell metallization layer or level M1 that is fabricated from a partially processed Icel (or a large continuous backplane attached to a plurality of partially processed Icelells when making the monolithic module described above) As a final process step in the shear cell fabrication process of FIG. The shear cell fabrication process schematically illustrated in the upper four boxes of FIG. 5B basically forms the rear-side / back-side-junction solar cell backside structure through the patterned M1 layer. The patterned M1 comprises a fine pitch meshing metallization pattern as described in the epitaxial silicon Icel process flow, which is designed to conform to an Icel (miniature cell) and schematically illustrated in Figure 5a. 5B, the fifth box from the top includes the attachment or lamination of the backplane layer or sheet to the partially processed Icel rear side (or to the rear side of a plurality of partially processed Icelels when making monolithic modules) The steps are basically the same as those performed by
도 5c는 도 5a의 공정 흐름에 비해 에피택셜 실리콘 및 다공성 실리콘 리프트 오프 처리를 사용해서 추가의 높은 레벨 태양 전지(아이셀) 및 모듈 제작 공정 흐름 실시형태를 도시한다. 도 5c는 2개의 금속화 층:M1 및 M2를 사용하는 백플레인-부착 후측-접촉/후측-접합(IBC)전지의 제작에 대한 높은 레벨의 아이셀 공정 흐름을 도시한다. 제1 패터닝된 전지 금속화 층 또는 레벨 M1은 기본적으로, 태양 전지 흡수체로서 에피택셜 실리콘을 사용하고, 부분적으로 처리된 아이셀(또는 상기 기재된 모노리식 모듈을 제작하는 경우 부분적으로 처리된 아이셀의 리프트 오프 분리 후 부분적으로 처리된 복수의 에피택셜 아이셀에 부착된 큰 연속적인 백플레인)에 백플레인 적층 전에 복수의 전단 전지 제작 공정 중에서 최후 공정 단계로서 형성된다. 도 5c의 상부 4 박스에 개략적으로 도시된 전단 전지 제작 공정은 기본적으로 패터닝된 M1층을 통해 후측-접촉/후측-접합 태양 전지 후측 구조체를 형성한다. 패터닝된 M1은 아이셀(미니 전지)에 순응하도록 디자인되고 도 5a에 개략적으로 도시된 에피택셜 실리콘 아이셀 공정 흐름에 기재된 바와 같은 미세 피치 맞물려진 금속화 패턴을 포함한다. 도 5c에, 상부로부터 5번째 박스는 부분적으로 처리된 아이셀 후측(또는 모노리식 모듈을 제조하는 경우 부분적으로 처리되고 분리된 복수의 아이셀의 후측에 부착된 큰 연속 백플레인 시트를 사용해서)에 백플레인층 또는 시트의 부착 또는 적층을 포함하고, 이러한 공정 단계는, 기본적으로 에피택셜 실리콘 리프트 오프 공정의 경우, 도 5a의 툴 12에 의해 수행된 것과 동일하다. 도 5c에서, 상부 6번째 및 7번째 박스는, 남은 전측 (아이셀 트렌치 구획, 텍스처링, 텍스처링 후의 세정, 패시베이션 및 ARC), 또한 비아홀 및 제2 패터닝된 금속화 층 또는 레벨 M2을 완료하기 위해, 후단 또는 포스트 백플레인-부착(또는 포스트 적층으로 칭함) 전지 제작 공정을 개략적으로 나타낸다. 도 5c의 6 및 7 번째 박스에 개략적으로 나타낸 "포스트 적층" 공정(또는 백플레인-부착 후 수행되는 후단 전지 제작 공정)은 도 5a에 도시된 에피택셜 실리콘 리프트 오프 공정 흐름에 대한 툴 13 내지 18에 의해 수행되는 공정에 상응한다. 도 5c의 하부 박스는 얻어진 아이셀을 유연한 경량 PV 모듈 또는 단단한 유리 커버의 PV 모듈로 형성한 최종 조립을 기재한다. 공정 흐름은, (에피택셜 실리콘 리프트 오프 공정 흐름에 대해 상기 기재된 바와 같이)패터닝된 M2에 의해 모노리식 상호연결된 복수의 아이셀을 포함하는 모노리식 모듈을 형성하는 경우, 도 5c의 하부 박스에 개략적으로 도시된 남은 PV모듈 제작 공정이 단순화 될 수 있는데, 이는 전지 사이의 상호연결을 위한 패터닝된 M2 금속화 및 큰 연속 백플레인을 공유하는 상호연결된 복수의 아이셀이 이미 전기적으로 상호연결되어 있어 태양 전지를 서로 태빙, 스트링잉 및/또는 솔더링 할 필요가 없기 때문이다. 얻어진 모노리식 모듈은 (예를 들면, 단단한/무거운 유리 커버 시트 대신에 전측 상에 ETFE 또는 PFE와 같은 유연한 박막 플루오로중합체 커버 시트를 사용하는)유연한 경량 PV 모듈 또는 단단한 유리로 커버된 PV 모듈로 적층될 수 있다.
FIG. 5C shows an additional high-level solar cell (Icel) and module fabrication process flow embodiment using epitaxial silicon and porous silicon lift-off processing as compared to the process flow of FIG. 5A. Figure 5c shows a high level of Icel process flow for fabrication of a backplane-attached rear-side-contact / rear-side-junction (IBC) cell using two metallization layers: M1 and M2. The first patterned cell metallization layer or level M1 basically comprises epitaxial silicon as the solar cell absorber and a partially processed icel (or a lift-off of the partially treated icel when fabricating the monolithic module described above) A large continuous backplane attached to a plurality of partially processed epitaxial Icel cells after separation), as a last process step in a plurality of shear cell fabrication processes prior to backplane lamination. The shear cell fabrication process schematically illustrated in the upper four boxes of Figure 5c basically forms the rear-side / back side-junction solar cell backside structure through the patterned M1 layer. The patterned M1 comprises a fine pitch meshing metallization pattern as described in the epitaxial silicon Icel process flow, which is designed to conform to an Icel (miniature cell) and schematically illustrated in Figure 5a. In Figure 5c, the fifth box from the top shows the backplane layer on the partially processed Icel rear side (or using a large continuous backplane sheet affixed to the rear side of a plurality of partially processed and discrete Iccells when making monolithic modules) Or sheet deposition or lamination, and this process step is basically the same as that performed by the
도 5d는 맞물려진 후측-접촉(IBC) 태양 전지 실시형태의 태양 전지 제작 단계 후 아이셀에 복수의 섬 중에서 미니 전지 또는 섬의 확장 및 선택적 개략도를 도시하는 높은 레벨의 단면 장치도이다. 상세한 도핑된 에미터 및 베이스 영역, 선택적 전면 필드(FSF) 및/또는 선택적 후면 필드(BSF) 영역, M1 금속화의 접촉 및 패터닝된 M1을 전기 절연 연속 백플레인층을 통해 패터닝된 M2에 연결하는 전도성 비아 플러그가 도시되지 않는다.
5D is a high level cross-sectional view showing an enlarged and selective schematic of a mini-cell or island among a plurality of islands in an Icel cell after the solar cell fabrication step of an interwoven rear-side-contact (IBC) solar cell embodiment. Conductive doped emitter and base region, an optional front-side field (FSF) and / or an optional back-side field (BSF) region, contact and patterned M1 of M1 metallization to M2 patterned through an electrically insulating continuous backplane layer Via plugs are not shown.
도 5e는 맞물려진 후측-접촉 (IBC) 태양 전지 실시형태의 태양 전지 제작 단계 후 아이셀 내의 복수섬 중에서 미니 전지 또는 섬의 확대도를 도시하는 상세한 단면도이다. 이러한 단면도는, 개시된 대상에 따라 사용될 수 있는 상세한 전지 구조에 설명 실시형태로서 단면도가 제공된다.
5E is a detailed cross-sectional view showing an enlarged view of a mini-cell or island among a plurality of islands in an icel after a solar cell fabrication step in an interwoven rear-side-contact (IBC) solar cell embodiment. These cross-sectional views are provided in cross-sectional views as a detailed embodiment of a detailed battery structure that can be used according to the disclosed subject matter.
실제로, 주요 초기 연속 반도체 기판을 (에피택셜 성장 결정 층으로부터 또는 스타팅 결정질 반도체 웨이퍼로부터) 기판층의 두께를 통해 연속 지지 백플레인층 상에 복수의 미니 전지(또는 섬 또는 하위 전지 또는 타일)로 구획한 분리 트렌치는, 평균 트렌치 폭을 갖고, 수십 마이크론일 수 있다 (또는 약 10 마이크론 내지 약 100 마이크론). 상기 기재된 바와 같이, 백플레인-부착 반도체층을 복수의 미니 전지(또는 아이셀 또는 하위전지 또는 타일)로 구획하는 트렌치 분리 영역은, 펄스 레이저 제거/스크라이빙 또는 또 다른 방법을 사용하고, 예를 들면, 기계적 다이싱/스크라이빙 또는 초음파 다이싱/스크라이빙 또는 워터 제트 다이싱/스크라이빙 또는 추가의 방법에 의해 형성될 수 있다("스크라이빙, 다이싱, 커팅 및 제거"는, 아이셀 구획 또는 분리 트렌치 형성 공정을 기재하는 경우에 상호 교환되어 사용되고; 또한 구획 트렌치 또는 분리 트렌치는, 구획 트렌치 형성 공정 전에 부분적으로 가공된 반도체 기판에 부착된 연속 백플레인층 또는 시트에 의해 지지되고, 부착되는 복수의 섬 또는 미니 전지를 형성하기 위해 반도체층 두께를 통해 형성되는 트렌치 패턴으로 칭하는 경우에 문헌에서 상호 교환해서 사용된다). 적합한 트렌치 구획 또는 분리 형성 공정, 예를 들면, 펄스 레이저 스크라이빙 또는 커팅 공정은 선택적으로 반도체층을 통해 커팅되고, 실질적으로 백플레인 재료를 제거하지 않고 반도체층의 전체 두께를 통해 기본적으로 커팅된 후 백플레인층 또는 시트 상에 효과적으로 정지한다(따라서, 연속 백플레인 시트의 완전성을 유지하기 위해 백플레인층의 무시할 수 있는 또는 비교적 작은 트렌치). 예를 들면, 구획 트렌치 형성 공정, 예를 들면, 펄스 나노초 제거 스크라이빙 공정은, 소망의 트렌치 패턴에 기초해서 반도체층 두께를 통해 절단함으로써 소망의 구획 트렌치 패턴을 형성하기 위해 수행될 수 있고, 백플레인 시트 재료 제거를 0과 백플레인층 두께 분획 미만 사이의 비교적 작은 범위로 제한하고(예를 들면, 백플레인층 두께의 0과 약 20% 미만 사이로 제한된 백플레인 재료 트렌칭 깊이), 이는, 모노리식 아이셀(또는 공유된 백플레인 시트에 부착된 복수의 아이셀을 사용해서 모노리식 모듈을 제작하는 경우 모노리식 모듈)의 전체 기계적, 물리적 및 전기적 완전성을 보장할 것이다.
In practice, the primary initial continuous semiconductor substrate is divided into a plurality of mini-cells (or islands or sub-cells or tiles) on the continuous support backplane layer through the thickness of the substrate layer (from the epitaxially grown crystal layer or from the starting crystalline semiconductor wafer) The isolation trenches may have an average trench width and may be tens of microns (or from about 10 microns to about 100 microns). As described above, the trench isolation region that divides the backplane-attached semiconductor layer into a plurality of mini-cells (or an i-cell or a sub-cell or a tile) uses pulse laser ablation / scribing or another method, , Mechanical dicing / scribing or ultrasonic dicing / scribing or water jet dicing / scribing or by additional methods ("scribing, dicing, cutting and removing" Wherein the partition trench or isolation trench is supported by a continuous backplane layer or sheet attached to the partially processed semiconductor substrate prior to the compartment trench formation process, In the case of a trench pattern formed through a semiconductor layer thickness to form a plurality of islands or minicells, It is used interchangeably in old books). A suitable trench section or isolation forming process, for example a pulsed laser scribing or cutting process, is optionally cut through the semiconductor layer and is basically cut through the entire thickness of the semiconductor layer without substantially removing the backplane material Effectively stops on the backplane layer or sheet (thus negligible or relatively small trenches of the backplane layer to maintain integrity of the continuous backplane sheet). For example, a trench formation process, for example, a pulse nanosecond removal scribe process, can be performed to form a desired trench pattern by cutting through a semiconductor layer thickness based on a desired trench pattern, Limiting the backplane sheet material removal to a relatively small range between zero and less than the backplane layer thickness fraction (e.g., a backplane material trenching depth limited to between 0 and less than about 20% of the backplane layer thickness) Or a monolithic module when fabricating a monolithic module using a plurality of i cells attached to a shared backplane sheet).
본원에 기재된 방법 및 구조체는 마스터 모노리식 전지(아이셀)을 제공하고, 이는 트렌치 구획 또는 트렌치 분리 섬(또한 타일, 포장 재료, 하위 전지 또는 미니 전지로 칭함)을 포함한다. 일반적인 마스터 모노리식 전지(아이셀) 형상은 정사각형이지만, 마스터 전지(아이셀)은 예를 들면, 완전 정사각형, 유사 정사각형, 직사각형, 유사-직사각형, 평행사변형, 육각형, 삼각형 및 다각형, 원형, 타원, 또는 이들의 조합과 같은 임의의 소망의 형상 및 치수를 갖도록 선택될 수 있다. 결정질 실리콘 태양 전지 및 모듈에 사용되는 대부분의 일반적인 형상은 완전 정사각형 및 유사 정사각형 태양 전지이다. 또한, 트렌치 구획 섬은 다양한 및 개별 상이한 형상 및 크기(면적 및 변/대각선 치수)로 형성될 수 있고, 또는 균일한 크기로 형성될 수 있다(즉, 균일한 크기로 형성되는 섬은 서로 동일한 형상 및 면적을 갖는다). 태양 전지를 구성하는 섬의 형상 및 크기를 결정하는 하나의 고려사항은, 반도체 흡수층을 포함하는 얻어진 태양 전지 및 태양 전지 금속화 구조체에서 균열 생성 또는 균열 전파를 줄이거나 없애면서, 바람직한 백플레인-부착 태양 전지 유연성 또는 굽힘 및 유순성(유연한 백플레인 시트, 예를 들면, 프리프레그 시트를 사용하는 경우)을 갖는 것이다. 일부 예에서, 전지 가공 중 및 후, 모듈 적층 중 및 얻어진 PV 모듈의 필드 조작 중 태양 전지 에지는 균열 형성 및 전파에 민감할 수 있기 때문에, 마스터 전지(아이셀) 중앙 영역(또는 아이셀 에지로부터 먼 영역) 근방에 비교적 큰 섬(예를 들면, 정사각형) 및 마스터 전지(아이셀) 에지 근방에 비교적 작은 섬(예를 들면, 작은 삼각형 또는 정사각형 섬)을 위치시키는 것이 바람직할 수 있다. 다른 예에서, 섬의 전기적 연결 디자인에 따라, 섬(또는 전기적 병렬 배열로 연결된 하위 그룹)은 균일한 조사하에서 균일한 전류를 생성하기 위해 균일한 형상을 가질 수 있다. 중요하게, 섬 형상 및/또는 크기의 개수는, 소망의 아이셀 전압 및 전류 스케일 팩터를 제조하기 위해 섬 사이의 전기적 상호연결 디자인 및 마스터 전지(아이셀)유연성/굽힘성과 같은 그 외의 고려사항에 따라 사용될 수 있다.
The methods and structures described herein provide a master monolithic cell (icel), which includes trench compartments or trench isolation islands (also referred to as tiles, packaging materials, sub-cells or mini-cells). The shape of a typical master monolithic cell (icel) is square, but the master cell (icel) can be, for example, a square, quasi-square, rectangular, quasi-rectangle, parallelogram, hexagon, triangle and polygon, Such as a combination of < RTI ID = 0.0 > a < / RTI > Most common shapes used in crystalline silicon solar cells and modules are full-square and quasi-square solar cells. Further, the trench section islands may be formed in various and different shapes and sizes (area and side / diagonal dimensions), or may be formed in a uniform size (i.e., the islands formed in a uniform size have the same shape And area). One consideration in determining the shape and size of the islands that make up the solar cell is to reduce the generation of cracks or crack propagation in the resulting solar cell and solar cell metallization structure comprising the semiconductor absorbent layer, Battery flexibility or bending and compliance (when using a flexible backplane sheet, for example, a prepreg sheet). In some instances, during and after cell fabrication, during module stacking and during field operation of the resulting PV module, the solar cell edge may be susceptible to crack formation and propagation, so that the central region of the master cell (icel) It may be desirable to locate relatively small islands (e.g., small triangles or square islands) near relatively large islands (e.g., squares) and near the edge of the master cell (icel) In another example, depending on the electrical connection design of the islands, the islands (or subgroups connected in an electrically parallel arrangement) may have a uniform shape to produce a uniform current under uniform illumination. Importantly, the number of islands and / or sizes may be varied according to other considerations such as the electrical interconnection design between the islands and the master cell (Icel) flexibility / bendability to produce the desired Icel voltage and current scale factor .
*공유된 연속 백플레인에 부착된 정사각형 또는 직사각형 섬의 어레이를 갖는 정사각형 또는 직사각형 마스터 전지(아이셀)에 대해, 섬은 N x N 어레이일 수 있고, N은 2 이상의 정수이고(예를 들면, N x N은 4 이상이거나, 즉 아이셀 내에 적어도 4개 섬이 있다). 일반적으로, 아이셀은 2개의 섬 또는 하위 전지(예를 들면, 2개 하위 전지 또는 섬을 갖는 정사각형 아이셀은 2개의 삼각형 섬을 가질 수 있다)을 가질 수 있다. N x N 섬을 갖는 아이셀 구조는, 완전 정사각형 및 유사 정사각형 태양 전지와의 우수한 상용성뿐 아니라 아이셀 가공 및 상호연결 디자인 점에서 단순한 구조를 갖는 이점이 있다. 또한, 섬은 NxM 어레일 수 있고, N 및 M은 둘 다 정수(예를 들면, NxM은 2 이상이고, 즉 적어도 2개의 섬이다). 유연한 연속(또는 연속) 백플레인을 사용하면, 아이셀 유연성, 굽힘 또는 유순의 정도는, N x N 또는 NxM의 큰 값에 대해 및/또는 전지 에지 영역에 가까운 비교적 작은 크기의 섬을 사용해서 증가될 수 있다. 예를 들면, 156 mm x 156 mm 정사각형 또는 유사 정사각형 아이셀에 대해, 4 x 4 = 16 섬(예를 들면, 균일한 면적의 섬)을 갖는 아이셀은, 3 x 3 = 9 섬(예를 들면, 균일한 면적의 섬)을 갖는 아이셀보다 유연하거나 굽혀질 것이다. 개선된 아이셀의 유연성/굽힘은 바람직하게 유연한, 경량 PV 모듈에 기인한다. 임의의 형상의 섬의 개수는, 소망의 마스터 전지의 유연성, 굽힘, 또는 유순에 따라 증가하거나 감소할 수 있지만, 구획 트렌치 및 상응하는 증가된 전지 에지 면적(섬 또는 미니 전지의 전체 트렌치 측벽 면적)을 형성하기 위한 반도체 재료의 제거는, 예를 들면, 마스터 전지(아이셀) 면적의 약 2% 이하, 일부 경우에 아이셀 영역의 1% 미만으로 제한되어야 한다.
For a square or rectangular master cell (Icel) having an array of square or rectangular islands attached to a shared continuous backplane, the islands may be N x N arrays, where N is an integer greater than or equal to 2 (e.g., N x N is at least 4, i. E. There are at least four islands in the icel). Generally, an Icel can have two islands or sub-cells (e.g., two sub-cells or a square Icel with an island may have two triangular islands). The Icel structure with N x N islands has the advantage of having a simple structure in terms of Iceland processing and interconnect design as well as excellent compatibility with full square and quasi-square solar cells. Also, the islands can be NxM arrays, and N and M are both integers (e.g., NxM is 2 or more, i.e., at least two islands). Using a flexible continuous (or continuous) backplane, the degree of icelin flexibility, bending, or wetting can be increased for large values of N x N or N x M and / or using relatively small size islands close to the cell edge region have. For example, for a 156 mm x 156 mm square or quasi-square i-cell, an i-cell having 4 x 4 = 16 islands (e.g., islands of uniform area) may have 3 x 3 = 9 islands (e.g., Will be more flexible or bent than an icel having an island of uniform area. The flexibility / bend of the improved Icelel is preferably due to the flexible, lightweight PV module. The number of islands of any shape can be increased or decreased depending on the flexibility, bending, or tortuosity of the desired master cell, but the area of the trench and the corresponding increased cell edge area (total trench sidewall area of the island or mini battery) Of the semiconductor material should be limited to, for example, less than about 2% of the area of the master cell (icel), and in some cases less than 1% of the area of the icel.
일부 예에서, 섬(타일, 미니 전지)을 예를 들면, 특정한 형상의 미니 전지, 예를 들면, 삼각형 아이셀(미니 전지)로 형성함으로써 전지 유순성을 증가시키는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들면, 정사각형 또는 직사각형 마스터 전지(아이셀)에 대해 다양한 굽힘 방향(예를 들면, X,Y, 및 대각 축)으로 전지 유연성 또는 유순성을 증가시키기 위해, 섬은 삼각형 또는 정사각형(및/또는 직사각형) 및 삼각형의 조합의 어레이일 수 있다(일부 실시형태에서, 마스터 전지 중심 영역 근방의 정사각형 섬 및 전지 에지 영역 근방에 삼각형 섬). 중요하게 마스터 전지(아이셀) 내의 섬 형상 및 배열의 다양한 조합은 개시된 대상과 함께 형성될 수 있다.
In some instances, it may be desirable to increase the cell porosity by forming islands (tiles, mini-cells) with, for example, mini-cells of a particular shape, for example triangular Icelels (mini-cells). For example, in order to increase battery flexibility or compliance with a variety of bending directions (e.g., X, Y, and diagonal axes) relative to a square or rectangular master cell (icel), the islands may be triangular or square (In some embodiments, a square island in the vicinity of the master cell center region and a triangular island in the vicinity of the cell edge region). Importantly, various combinations of islands shapes and arrangements in the master cell (icel) may be formed with the disclosed subject matter.
도 6a 및 6b는, 균일한 정사각형 미니 전지(즉, 기본적으로 동일한 면적을 갖는 아이셀 또는 미니 전지)의 어레이를 나타내는 백플레인-부착 태양 전지(아이셀) 실시형태의 도면이다. 도 6a는, N x N =3 x 3 = 9 섬(또는 하위 전지, 미니 전지, 타일)에 대해 균일한 크기(동일한 크기) 정사각형 섬과 함께 (정사각형 섬 및 정사각형 아이셀에 대해 도시된) 아이셀 패턴의 대표적인 개략 평면도(전측 또는 태양측)이다. 이러한 개략적인 도면은 트렌치 분리 영역에 의해 구획된 복수의 섬(3 x 3 = 9 섬으로 도시됨)을 도시한다. 도 6b는, N x N = 5 x 5 = 25 섬(또는 하위 전지, 미니 전지, 타일)에 대해 균일한 크기(동일한 크기) 정사각형 섬과 함께 (정사각형 섬 및 정사각형 아이셀에 대해 도시된) 아이셀 패턴의 대표적인 개략 평면도(전측 또는 태양측)이다. 개략적인 도면은 트렌치 분리 영역에 의해 구획된 복수의 섬(5 x 5 = 25 섬)을 도시한다.
6A and 6B are views of a backplane-attached solar cell (Icel) embodiment showing an array of uniform square mini batteries (i.e., an icel or mini battery having essentially the same area). Figure 6a shows an Icel pattern (shown for square islands and square Icel cells) with square islands of uniform size (same size) for N x N = 3 x 3 = 9 islands (or sub- (Front side or sun side). This schematic drawing shows a plurality of islands (shown as 3 x 3 = 9 islands) delimited by trench isolation regions. 6B shows a cross-sectional view of an Icel pattern (shown for square islands and square Icel cells) with a square size (equal size) square island for N x N = 5 x 5 = 25 islands (or sub- (Front side or sun side). The schematic drawing shows a plurality of islands (5 x 5 = 25 islands) delimited by trench isolation regions.
도 6a는 전지 주변 경계 또는 에지 영역(32)에 의해 정의되고, 변 길이 L을 갖는, 3 x 3 균일한 섬(타일) 마스터 태양 전지 또는 아이셀(30)의 개략적인 상면 또는 평면도로, 동일한 기존의 연속 기판으로부터 형성되고, 마스터 전지 후측 상에 연속적인(연속) 백플레인에 부착된 I11 내지 I33으로서 식별되는 9개의 균일한 정사각형 섬을 포함한다(백플레인 및 태양전지 후측은 도시되지 않음). 각각의 섬 또는 하위 전지 또는 미니 전지 또는 타일은 트렌치 분리 또는 섬 구획 보더(34)로 도시된 내부 섬 주변 경계에 의해 정의된다(예를 들면, 분리 트렌치는 마스터 전지 반도체 기판 두께를 통해 절단되고 실질적으로 섬의 변 치수보다 작은 트렌치를 갖고, 트렌치 폭은 수백 마이크론 이하이고 종종 약 100㎛ 이하, 예를 들면, 수 마이크로미터 내지 약 100 ㎛). 주요 전지(또는 전지) 주변 경계 또는 에지 영역(32)은 전주부 길이 4L이지만, 모든 섬의 주변 치수를 포함하는 전체 아이셀 에지 경계 길이는 전지 주변 경계(32)(또한 전지 외주로 칭함) 및 트렌치 분리 보더(34)를 포함한다. 따라서, 정사각형 섬 실시형태에서 N x N 섬 또는 미니 전지를 포함하는 아이셀에 대해, 전체 아이셀 에지 길이는 N x 전지 외주이다. 3 x 3 = 9 섬을 (N=3)을 갖는 아이셀을 도시하는 도 6a의 대표적인 예에서, 전체 전지 에지 길이는 3 x 전지 외주 4L = 12L이다(따라서, 이러한 아이셀은 도 1에 도시된 표준 종래기술 전지의 것보다 3배 큰 주변 치수를 갖는다). 156 mm x 156mm을 갖는 정사각형 마스터 전지 또는 아이셀에 대해, 정사각형 섬의 변 치수는 대략 52 mm x 52mm이고 각각의 섬 또는 하위 전지는 면적이 섬당 27.04cm2이다.
6A is a schematic top or plan view of a 3 x 3 uniform island (tile) master solar cell or
도 6b는 전지 주변 경계 또는 에지 영역(42)에 의해 정의되고, 변 길이 L을 갖는, 5 x 5 균일한 섬(타일) 마스터 태양 전지 또는 아이셀(40)의 개략적인 상면 또는 평면도로, 동일한 기존의 연속 기판으로부터 형성되고, 마스터 전지 후측(백플레인 및 태양 전지 후측은 도시되지 않음) 상에 연속적인(연속) 백플레인에 부착된 I11 내지 I55으로서 식별되는 25개의 균일한 정사각형 섬을 포함한다. 각각의 섬 또는 하위 전지 또는 미니 전지 또는 타일은 트렌치 분리 또는 섬 구획 보더(44)로 도시된 내부 섬 주변 경계로 정의된다(예를 들면, 분리 트렌치는 마스터 전지 반도체 기판 두께에 의해 절단되고 트렌치 폭은 실질적으로 섬의 변 치수보다 작고, 수백 마이크론 이하 및 종종 약 100 ㎛ 이하 - 예를 들면, 수 마이크론 내지 약 100㎛). 주요 전지(또는 아이셀) 주변 경계 또는 에지 영역(42)은 전주부 길이 4L이지만, 모든 섬의 주변 치수를 포함하는 전체 아이셀 에지 경계 길이는 전지 주변 경계(42)(또한 전지 외주로 칭함) 및 트렌치 분리 보더(44)를 포함한다. 따라서, 정사각형 섬 실시형태에서 N x N 섬 또는 미니 전지를 포함하는 아이셀에 대해, 전체 아이셀 에지 길이는 Nx전지 외주이다. 5 x 5 = 25 섬을 (N=5)을 갖는 아이셀을 도시하는 도 6b의 대표적인 예에서, 전체 전지 에지 길이는 5x 전지 외주 4L=20L 이다(따라서, 이러한 아이셀은 도 1에 도시된 표준 종래기술 전지의 것보다 5배 초과하는 주변 치수를 갖는다). 156 mm x 156mm을 갖는 정사각형 마스터 전지 또는 아이셀에 대해, 정사각형 섬의 변 치수는 대략 31.2 mm x 31.2mm이고 각각의 섬 또는 하위 전지는 면적이 섬당 9.73cm2이다. 다른 고려 사항과 밸런스를 이루는 일부 예에서, 전체 아이셀 에지 길이 및 측벽 영역을 제한하기 위해 전체 전지 에지 길이(아이셀 내에 모든 섬의 측벽 에지의 누적 길이)를 24 L(예를 들면, 6x6 어레이)로 유지하는 것이 바람직할 수 있다.
6B is a schematic top or plan view of a 5 x 5 uniform island (tile) master solar cell or
도 7a 및 7e는, 삼각형 섬 또는 미니 전지를 갖는 태양 전지 실시형태(아이셀)의 대표적인 평면도이다. 도 7a는 K=2 x 4 = 8 삼각형 섬(아이셀의 정사각형 쿼드런트당 한 쌍의 삼각형 섬)을 갖는 균일한 크기(동일한 크기) 삼각형 섬(또는 하위 전지, 미니 전지, 타일)과 함께 (삼각형 섬 및 정사각형 아이셀에 대해 도시된) 아이셀 패턴의 대표적인 개략 평면도(전측 또는 태양측)이다. 이러한 개략도는 트렌치 분리 영역에 의해 구획된 복수의 섬을 도시한다(K = 2 x 4 = 8 섬으로 도시됨). 도 7b는 K = 2 x 4 = 8 삼각형 섬(아이셀의 정사각형 쿼드런트당 한 쌍의 삼각형 섬)을 갖는 균일한 크기(동일한 크기) 삼각형 섬(또는 하위 전지, 미니 전지, 타일)과 함께 (삼각형 섬 및 정사각형 아이셀에 대해 도시된) 아이셀 패턴의 대표적인 개략 평면도(전측 또는 태양측)이다. 이러한 개략도는 트렌치 분리 영역에 의해 구획된 복수의 섬을 도시한다(K = 2 x 4 = 8섬으로 도시됨). 도 7b의 아이셀에 대한 트렌치 분리 패턴은 도 7a의 것과 약간 상이하다. 도 7c는 K = 4 x 4 = 16 삼각형 섬(아이셀의 정사각형 쿼드런트당 4개의 삼각형 섬)을 갖는 균일한 크기(동일한 크기) 삼각형 섬(또는 하위 전지, 미니 전지, 타일)과 함께 (삼각형 섬 및 정사각형 아이셀에 대해 도시된) 아이셀 패턴의 대표적인 개략 평면도(전측 또는 태양측)이다. 이러한 개략도는 트렌치 분리 영역에 의해 구획된 복수의 섬을 도시한다(K = 4 x 4 = 16섬으로 도시됨). 본 실시형태에서 삼각형 섬(미니 전지)의 수는 도 7a 및 7b의 아이셀 실시형태에서 삼각형 섬(미니 전지)의 수의 2배이다. 도 7d는 K = 4 x 3 x 3 = 36 삼각형 섬(아이셀의 정사각형 쿼드런트당 4개의 삼각형 섬)을 갖는 균일한 크기(동일한 크기) 삼각형 섬(또는 하위 전지, 미니 전지, 타일)과 함께 (삼각형 섬 및 정사각형 아이셀에 대해 도시된) 아이셀 패턴의 대표적인 개략 평면도(전측 또는 태양측)이다. 이러한 개략도는 트렌치 분리 영역에 의해 구획된 복수의 섬을 도시한다(K = 4 x 3 x 3 = 36섬으로 도시됨). 본 실시형태에서 삼각형 섬(미니 전지)의 수는 도 7a 및 7b의 아이셀 실시형태에서 삼각형 섬(미니 전지)의 수의 4.5배이다.
Figures 7A and 7E are representative plan views of a solar cell embodiment (Icel) having triangular islands or mini batteries. Figure 7a shows an example of a triangular island with a uniform size (same size) triangle island (or sub cell, mini cell, tile) having K = 2 x 4 = 8 triangle islands (a pair of triangle islands per square quadrant of the icel) And an exemplary schematic plan view (front or sun side) of the Icel pattern (shown for a square Icel cell). This schematic diagram shows a plurality of islands partitioned by trench isolation regions (shown as K = 2 x 4 = 8 islands). Figure 7b shows an example of a triangular island with a uniform size (same size) triangle (or sub-cell, mini-cell, tile) having K = 2 x 4 = 8 triangular islands (a pair of triangular islands per square quadrant of the i- And an exemplary schematic plan view (front or sun side) of the Icel pattern (shown for a square Icel cell). This schematic diagram shows a plurality of islands partitioned by trench isolation regions (shown as K = 2 x 4 = 8 islands). The trench isolation pattern for the Icel cell of Figure 7b is slightly different from that of Figure 7a. FIG. 7c shows an example of a triangular island with a uniform size (same size) triangle island (or sub-cell, mini-cell, tile) having K = 4 x 4 = 16 triangular islands (four triangular islands per square quadrant of the Icel) (Front or sun side) of the Icel pattern (shown for square Icel). This schematic diagram shows a plurality of islands partitioned by trench isolation regions (shown as K = 4 x 4 = 16 islands). In the present embodiment, the number of triangular islands (mini batteries) is twice as many as the number of triangular islands (mini batteries) in the Icel embodiment of Figs. 7A and 7B. FIG. 7d shows an example of a triangular island (or sub-cell, mini-cell, or tile) of uniform size (same size) having K = 4 x 3 x 3 = 36 triangular islands (four triangular islands per square quadrant of the Icel) (Front or sun side) of the icel pattern (shown for the islands and the square icel). This schematic diagram shows a plurality of islands partitioned by trench isolation regions (shown as K = 4 x 3 x 3 = 36 islands). In this embodiment, the number of triangular islands (mini batteries) is 4.5 times the number of triangular islands (mini batteries) in the Icel embodiment of FIGS. 7A and 7B.
도 7e는 K = 2 x 4 x 4 = 32 삼각형 섬(아이셀의 정사각형 쿼드런트당 8개의 삼각형 섬)을 갖는 균일한 크기(동일한 크기) 삼각형 섬(또는 하위 전지, 미니 전지, 타일)과 함께 (삼각형 섬 및 정사각형 아이셀에 대해 도시된) 아이셀 패턴의 대표적인 개략 평면도(전측 또는 태양측)이다. 이러한 개략도는 트렌치 분리 영역에 의해 구획된 복수의 섬을 도시한다(K = 2 x 4 x 4 = 32 섬으로 도시됨). 본 실시형태에서 삼각형 섬(미니 전지)의 수는 도 7a 및 7b의 아이셀 실시형태에서 삼각형 섬(미니 전지)의 수의 4배이다.
FIG. 7E shows an example of a triangular island (or sub-cell, mini-cell, tile) of uniform size (same size) having K = 2 x 4 x 4 = 32 triangular islands (eight triangular islands per square quadrant of the i- (Front or sun side) of the icel pattern (shown for the islands and the square icel). This schematic diagram shows a plurality of islands partitioned by trench isolation regions (K = 2 x 4 x 4 = 32 islands). In the present embodiment, the number of triangular islands (mini batteries) is four times the number of triangular islands (mini batteries) in the Icel embodiment of FIGS. 7A and 7B.
도 7a는 전지 주변 경계(52)에 의해 정의되고, 변 길이 L을 갖는, 섬 마스터 태양 전지 또는 아이셀(50)의 균일한 삼각형 섬의 상면도로, 8개의 균일한(동일한 면적) 삼각형 형상의 섬 I1 내지 I8을 포함한다. 각각의 섬 또는 하위 전지 또는 미니 전지 또는 타일은 트렌치 분리 또는 섬 구획 보더(54)로 도시된 내부 섬 주변 경계로 정의된다(예를 들면, 분리 트렌치는 마스터 전지 반도체 기판 두께에 의해 절단되고 트렌치 폭은 실질적으로 섬의 변 치수보다 작고, 수백 마이크론 이하 및 종종 약 100 ㎛ 이하 - 예를 들면, 수 마이크론 내지 약 100㎛ 이하). 주요 전지(또는 아이셀) 주변 경계 또는 에지 영역(52)은 전주부 길이 4L이지만, 모든 섬의 주변 치수를 포함하는 전체 아이셀 에지 경계 길이는 전지 주변 경계(52)(또한 전지 외주로 칭함) 및 트렌치 분리 보더(54)를 포함한다. K = 2 x 4 = 8 삼각형 섬을 갖는 아이셀을 도시하는 도 7a의 대표적인 실시예에서(K = 8), 전체 전지 에지 길이는 3.4142 x 전지 외주 4L = 13.567 L (따라서, 아이셀은 주변치수로서 도 1에 도시된 표준 종래 기술의 전지의 것보다 3.4142 배 크다). 156 mm x 156mm을 갖는 정사각형 마스터 전지 또는 아이셀에 대해, 삼각형 섬의 변 치수는 (삼각형의 2개의 동일한 직각 변에 대해)대략 78 mm x 78mm이고 각각의 섬 또는 하위 전지는 면적이 섬당 30.42cm2이다.
7A is a top plan view of a uniform triangular island of an island master solar cell or an
도 7b는 전지 주변 경계(62)에 의해 정의되고, 변 길이 L을 갖는, 섬 마스터 태양 전지 또는 아이셀(60)의 균일한 삼각형 섬의 상면도로, 도 7a의 삼각형 섬 또는 미니 전지 패턴에 비해, 8개의 균일한(동일한 면적) 삼각형 형상의 섬 I1 내지 I8을 포함한다. 각각의 섬 또는 하위 전지 또는 미니 전지 또는 타일은 트렌치 분리 또는 섬 구획 보더(64)로 도시된 내부 섬 주변 경계로 정의된다(예를 들면, 분리 트렌치는 마스터 전지 반도체 기판 두께에 의해 절단되고 트렌치 폭은 실질적으로 섬의 변 치수보다 작고, 수백 마이크론 이하 및 일부 경우 약 100 ㎛ 이하 - 예를 들면, 수 마이크론 내지 약 100㎛). 주요 전지(또는 아이셀) 주변 경계 또는 에지 영역(62)은 전주부 길이 4L이지만, 모든 섬의 주변 치수를 포함하는 전체 아이셀 에지 경계 길이는 전지 주변 경계(62)(또한 전지 외주로 칭함) 및 트렌치 분리 보더(64)를 포함한다. K = 2 x 4 = 8 삼각형 섬을 갖는 아이셀을 도시하는 도 7b의 대표적인 실시예에서(K=8), 전체 전지 에지 길이는 3.4142 x 전지 외주 4L = 13.567 L (따라서, 아이셀은 주변치수로서 도 1에 도시된 표준 종래 기술의 전지의 것보다 3.4142 배 크다). 156 mm x 156 mm을 갖는 정사각형 마스터 전지 또는 아이셀에 대해, 삼각형 섬의 변 치수는 대략 78 mm x 78 mm(삼각형의 2개의 동일한 직각 변에 대해)이고 각각의 섬 또는 하위 전지는 면적이 섬당 30.42 cm2이다.
7B is a top view of a uniform triangular island of an island master solar cell or
도 7c는 전지 주변 경계(72)에 의해 정의되고, 변 길이 L을 갖는, 섬 마스터 태양 전지 또는 아이셀(70)의 균일한 삼각형 섬의 상면도로, 16개의 균일한(동일한 면적) 삼각형 형상의 섬 I1 내지 I16을 포함한다. 각각의 섬 또는 하위 전지 또는 미니 전지 또는 타일은 트렌치 분리 또는 섬 구획 보더(74)로 도시된 내부 섬 주변 경계로 정의된다(예를 들면, 분리 트렌치는 마스터 전지 반도체 기판 두께를 통해 절단되고 트렌치 폭은 실질적으로 섬의 변 치수보다 작고, 수백 마이크론 이하 및 일부 경우 약 100 ㎛ 이하 - 예를 들면, 수 마이크론 내지 약 100㎛). 주요 전지(또는 아이셀) 주변 경계 또는 에지 영역(72)은 전주부 길이 4L이지만, 모든 섬의 주변 치수를 포함하는 전체 아이셀 에지 경계 길이는 전지 주변 경계(72)(또한 전지 외주로 칭함) 및 트렌치 분리 보더(74)를 포함한다. K = 4 x 2 x 2 = 16 삼각형 섬을 갖는 아이셀을 도시하는 도 7c의 대표적인 실시예에서(K = 16), 전체 전지 에지 길이는 4.8284 x 전지 외주 4L = 19.313 L (따라서, 아이셀은 주변치수로서 도 1에 도시된 표준 종래 기술의 전지의 것보다 4.8284 배 크다). 156 mm x 156 mm을 갖는 정사각형 마스터 전지 또는 아이셀에 대해, 본 실시형태에서 각각 삼각형 섬 또는 하위 전지는 면적이 섬당 15.21 cm2이다.
7C is a top plan view of a uniform triangular island of an island master solar cell or
*도 7d는 전지 주변 경계(82)에 의해 정의되고, 변 길이 L을 갖는, 섬 마스터 태양 전지 또는 아이셀(80)의 균일한 삼각형 섬의 상면도로, 36개의 균일한(동일한 면적) 삼각형 형상의 섬 I1 내지 I36을 포함한다. 각각의 삼각형 섬 또는 하위 전지 또는 미니 전지 또는 타일은 트렌치 분리 또는 섬 구획 보더(84)로 도시된 내부 섬 주변 경계로 정의된다(예를 들면, 분리 트렌치는 마스터 전지 반도체 기판 두께에 의해 절단되고 트렌치 폭은 실질적으로 섬의 변 치수보다 작고, 수백 마이크론 이하 및 종종 약 100 ㎛ 이하 - 예를 들면, 수 마이크론 내지 약 100 ㎛). 주요 전지(또는 아이셀) 주변 경계 또는 에지 영역(82)은 전주부 길이 4L이지만, 모든 섬의 주변 치수를 포함하는 전체 아이셀 에지 경계 길이는 전지 주변 경계(82)(또한 전지 외주로 칭함) 및 트렌치 분리 보더(84)를 포함한다. K = 4 x 3 x 3 =36 삼각형 섬을 갖는 아이셀을 도시하는 도 7d의 대표적인 실시예에서(K=36), 전체 전지 에지 길이는 7.2346 x 전지 외주 4L = 28.970 L (따라서, 아이셀은 주변치수로서 도 1에 도시된 표준 종래 기술의 전지의 것보다 7.2426 배 크다). 156 mm x 156 mm을 갖는 정사각형 마스터 전지 또는 아이셀에 대해, 본 실시형태에서 각각 삼각형 섬 또는 하위 전지는 면적이 섬당 6.76cm2이다.
7D is a top plan view of a uniform triangular island of an island master solar cell or
도 7e는 전지 주변 경계(92)에 의해 정의되고, 변 길이 L을 갖는, 섬 마스터 태양 전지 또는 아이셀(90)의 균일한 삼각형 섬의 상면도로, 32개의 균일한(동일한 면적) 삼각형 섬 I1 내지 I32을 포함한다. 각각의 섬 또는 하위 전지 또는 미니 전지 또는 타일은 트렌치 분리 또는 섬 구획 보더(94)로 도시된 내부 섬 주변 경계로 정의된다(예를 들면, 분리 트렌치는 마스터 전지 반도체 기판 두께에 의해 절단되고 트렌치 폭은 실질적으로 섬의 변 치수보다 작고, 수백 마이크론 이하 및 종종 약 100 ㎛ 이하 - 예를 들면, 수 마이크론 내지 약 100 ㎛). 주요 전지(또는 아이셀) 주변 경계 또는 에지 영역(92)은 전주부 길이 4L이지만, 모든 섬의 주변 치수를 포함하는 전체 아이셀 에지 경계 길이는 전지 주변 경계(92)(또한 전지 외주로 칭함) 및 트렌치 분리 보더(94)를 포함한다. K = 2 x 4 x 4 = 32 삼각형 섬을 갖는 아이셀을 도시하는 도 7e의 대표적인 실시예에서(K=32), 전체 전지 에지 길이는 6.8284 x 전지 외주 4L = 27.313 L (따라서, 아이셀은 주변치수로서 도 1에 도시된 표준 종래 기술의 전지의 것보다 6.8284 배 크다). 156 mm x 156 mm을 갖는 정사각형 마스터 전지 또는 아이셀에 대해, 삼각형 섬의 변 치수는 약 39 mm x 39 mm이고(삼각형의 2개의 동일한 직각 변에 대해), 본 실시형태에서 각각 삼각형 섬 또는 하위 전지는 면적이 섬당 7.605 cm2이다.
7E is a top plan view of a uniform triangular island of an island master solar cell or an
따라서, 섬 또는 미니 전지의 디자인은 정사각형, 삼각형, 직사각형, 사다리꼴, 다각형, 벌집형 육각형 섬, 또는 그 외의 많은 가능한 형상 및 크기와 같은 다양한 형상을 포함할 수 있다. 아이셀 내의 섬의 형상 및 크기, 또한 개수는 다음의 고려 사항 중 하나 또는 이들의 조합에 대한 최적의 특성을 제공하기 위해 선택될 수 있다: (i) 마스터 전지(아이셀) 내의 전체 균열 제거 또는 감소; (ii) 균열 발생 및/또는 전파 없이 그리고 태양 전지 또는 모듈 성능 (전력 전환 효율) 손실 없이 마스터 전지(아이셀)의 유순 및 유연/굽힘성 향상; (iii) 마스터 전지(아이셀) 전류 감소 및 아이셀 전압 증가(모노리식 아이셀 내에 직렬 연결 또는 하이브리드 병렬-직렬 연결해서 전압 증가 및 전류 감소)에 의해 금속화 두께 및 전도성 요건 감소(따라서, 금속화 재료 소비 및 가공 비용 감소) 및 (iv) 아이셀 상에 및 아이셀을 포함하는 적층된 PV 모듈 내에 분포된 임베딩된 저렴한 전자 부품의 수행을 촉진 및 가능하게 하기 위해, 얻어진 아이셀의 전압 및 전류의 비교적 최적 조합을 제공하는 것으로, 이는 아이셀당 적어도 하나의 바이패스 스위치(예를 들면, pn 접합 다이오드 또는 쇼트키 배리어 다이오드), 최대 전력 지점 트래킹(MPPT) 전력 최적화 장치(각각의 모듈에 임베딩된 적어도 복수의 MPPT 전력 최적화 장치로, 각각의 MPPT 전력 최적화 장치는 적어도 1 내지 복수의 직렬 연결 및/또는 병렬 연결 아이셀에 관련됨), PV 모듈 전력 스위칭(필요에 따라 PV 모듈을 온 또는 오프하기 위해 설치된 PV 어레이 내의 전력 라인 상에 리모트 컨트롤로), 필드 내 PV 모듈 작동 중 모듈 상태(예를 들면, 전력 전달 및 온도)를 포함한다. 예를 들면, 상기 기재된 바와 같이, 일부 적용 및 예에서 그 외의 요건에 따라 고려되는 경우, 얻어진 아이셀 및 유연한 경량 PV 모듈의 유연성/굽힘성을 개선하고/개선하거나 균열 전파를 줄이기 위해 마스터 전지(아이셀) 주변 근방에 작은(예를 들면, 삼각형) 섬을 갖는 것이 바람직할 수 있다.
Thus, the design of an island or mini battery may include various shapes such as square, triangular, rectangular, trapezoidal, polygonal, honeycomb hexagonal islands, or many other possible shapes and sizes. The shape and size of the islands in the icel, as well as the number, can be selected to provide optimal characteristics for one or a combination of the following considerations: (i) total crack removal or reduction in the master cell (icel); (ii) enhance smoothness and flexibility / bendability of the master cell (icel) without cracking and / or propagation and without loss of solar cell or module performance (power conversion efficiency); (iii) reduction in metallization thickness and conductivity requirements by decreasing the current of the master cell (icel) and increasing the icemole voltage (voltage increase and current decrease by series connection or hybrid parallel-to-serial connection in a monolithic icel) And (iv) a relatively optimal combination of the voltage and current of the obtained Icel cell in order to facilitate and enable the performance of the inexpensive electronic components embedded in the stacked PV modules on the Icel and the stacked PV modules. At least one bypass switch (e.g., a pn junction diode or Schottky barrier diode) per Icelet, a maximum power point tracking (MPPT) power optimizer (at least a plurality of MPPT power With the optimizer, each MPPT power optimizer comprises at least one or more serial and / or parallel connections ), PV module power switching (with remote control on the power line in the PV array installed to turn the PV module on or off as needed), module status during operation of the PV modules in the field Temperature). For example, in order to improve and / or improve the flexibility / bendability of the obtained icel and the flexible lightweight PV module, as described above, when considered in accordance with some requirements in some applications and examples, a master cell (For example, triangular) islands in the vicinity of the periphery of the substrate.
동일하거나 균일한 크기의 N x N 정사각형 섬 또는 복수의 균일한 크기의 삼각형 섬의 어레이를 갖는 완전한 정사각형 마스터 전지(아이셀)은 직렬로 연결된 섬 또는 섬의 하위 그룹 중에서 광 생성 전류에 매칭하도록 형성될 수 있다. 따라서, 정사각형 마스터 전지(아이셀)은 N x N 균일한(섬 면적의 점에서 동일한 크기) 정사각형 또는 거의 정사각형의 섬(N은 2,3,4, …의 정수) 또는 K 균일한 삼각형 섬(K는 정수, 예를 들면, 4 이상의 정수)을 포함한다.
A complete square master cell (icel) having an array of N x N square islands of the same or uniform size or a plurality of uniformly sized triangular islands is formed to match the photogeneration current among the subgroups of islands or islands connected in series . Thus, a square master cell (an icel) is an N × N uniform (equal in size of island area) square or nearly square island (N is an integer of 2, 3, 4, Is an integer, for example, an integer of 4 or more).
도 8은 에지 조합 효과(또한 유한 직렬 저항 및 션트 저항, 및 유한 암 전류)를 갖는 종래의 태양 전지의 동일한 회로 모델을 간단하게 도시한 개략 회로도이다. 실제 태양 전지는 기생 직렬 저항 및 션트 저항, 또한 에지 재조합 효과, 및 암 전류를 포함하고, 모두 태양 전지 성능에 악영향을 미친다. 이상적인 태양 전지는 제로 직렬 저항, 무한 션트 저항, 제로 암 전류, 및 무시할만한 또는 제로 에지 재조합 효과를 갖는다. 공지된 종래의 결정질 실리콘 태양 전지에 대해, 전지 활성(태양측) 면적에 대한 결정질 실리콘 웨이퍼 태양 전지 에지 면적의 일반적인 비는 적어도 약 0.50%이다.
8 is a schematic circuit diagram briefly showing the same circuit model of a conventional solar cell having an edge combination effect (also finite series resistance and shunt resistance, and finite dark current). Actual solar cells include parasitic series resistors and shunt resistors, edge recombination effects, and dark currents, all of which negatively affect solar cell performance. Ideal solar cells have zero series resistance, infinite shunt resistance, zero arm current, and negligible or zero edge recombination effects. For a known conventional crystalline silicon solar cell, the general ratio of crystalline silicon wafer solar cell edge area to cell active (solar side) area is at least about 0.50%.
본원에 기재된 모노리식 섬 태양 전지(아이셀)의 에지 길이가 증가하면, (반드시 그러한 것은 아니지만) 태양 전지 에지 재조합 효과를 증가시킬 수 있고, 실질적으로 미니 전지(섬) 경계 트렌치의 에지 효과를 줄이기 위해 매우 효과적인 감소 대책이 사용될 수 있다. 태양 전지 에지 재조합 전류는 정상적인 포화 거동 대신에 비선형 션트 및 선형 또는 슈퍼-선형 역전류를 일으킬 수 있다. 따라서, 실질적으로 에지 재조합 효과를 줄이거나 완화하여 Iloss2 를 제거하거나 감소시키는 것이 바람직할 수 있다. 에지 재조합 전류는, 실질적으로 태양 전지 가공 중 및 디자인 내에 실제 및 효과적인 대책을 취함으로써 감소하고/감소하거나 제거될 수 있다.
An increase in the edge length of the monolithic island solar cell (icel) described herein can increase the solar cell edge recombination effect (though not necessarily) and substantially reduce the edge effect of the mini cell island boundary trench Very effective reduction measures can be used. Solar cell recombination currents can cause nonlinear shunts and linear or super-linear reverse currents instead of normal saturation behavior. Thus, it may be desirable to substantially reduce or mitigate the edge recombination effect to eliminate or reduce I loss2 . The edge recombination current can be substantially reduced and / or reduced or eliminated by taking real and effective measures during processing and design of the solar cell.
에지 재조합 전류는, 매우 분포되고/분포되거나 비교적 패시베이팅되지 않은 에지 영역 및 pn 접합과 직접적으로 접촉될 수 있는 에지 영역(즉, 에지 영역과 접촉하는 태양 전지 pn 접합 및 감소 영역)에 기인하는 것이다. 에지 손실은 전지 손상(예를 들면, 상기 기재된 아이셀 트렌치의 형성 후 텍스처링 웨트 에칭 중과 같은 효과적인 공정에 의해 적절하게 제거되지 않으면 잔류하는 에지 측벽 손상), 및 태양 전지 에지 측벽 면적 (아이셀의 경우 주요 전지 주변 측벽 면적 또한 구획 트렌치 측벽 면적)의 불량하거나 불충분한 패시베이팅에 의해 발생하고, 태양 전지 pn 접합이 (아이셀 내의 주요 태양 전지 주변 측벽 및/또는 구획 트렌치 측벽 면적 주위에)태양 전지 에지 면적에 접촉하는 경우 더 악화될 수 있다. 이러한 문제를 줄이기 위해, 섬 분리 트렌치 형성 후 웨트 텍스처링(실리콘 에칭)은 결정질 반도체층 측벽 내에 임의의 잔류 트렌치 손상, 및 태양측/전측 표면 및 섬의 에지 영역의 측벽을 패시베이팅하기 위해 (전측 패시베이션 공정 중)말려 부착된 패시베이션을 제거하고/제거하거나 섬의 에지와 pn 접합 접촉을 제거하면, 실질적으로 태양 전지(아이셀)로부터 에지 재조합 효과가 줄어들거나 없어진다. 다음의 방법을 개별적으로 또는 조합해서 사용될 수 있는 모노리식 섬(타일)태양 전지(아이셀)에서 트렌치 분리 에지 재조합 전류를 줄이거나 제거하기 위한 대책으로는, 1) 좁은 베이스(예를 들면, n형 베이스 및 p+n 에미터 접합을 사용하는 경우 n형 베이스)가 림에 의한 트렌치 분리 에지(및 주요 아이셀 경계 에지)로부터 각각의 섬(또는 미니 전지, 하위 전지 또는 타일)의 에미터 접합(예를 들면, n형 베이스를 사용하는 경우 p+n 에미터 접합)을 분리/중단하는 것으로, 분리는 마스터 전지(아이셀) 크기 및 섬 크기(및 태양 전지 가공 중 형성된 패턴의 해상도)에 따라 1 마이크론 내지 수백 마이크론일 수 있다 ; 2) 웨트 에칭 텍스처링 공정 전에 전지 태양측으로부터 트렌치 분리 영역을 형성하기 위해 레이저 스크라이빙을 사용(웨트 텍스처링 에칭 약품으로 에칭하고 아이셀의 주요 경계 측벽뿐 아니라 섬 또는 미니 전지의 측벽 내에 임의의 트렌칭 유도 잔류 손상을 제거함); 3) (알칼리 텍스처링 에칭 및/또는 산성 텍스처링 에칭을 사용해서 웨트 텍스처링 가공과 함께 수행될 수 있는) 트렌치 구획 에지로부터 임의의 공정 유도(예를 들면, 펄스 레이저 제거 유도 또는 기계적 절단 유도) 손상 실리콘을 제거하기 위한, 결정질 실리콘의 일부(예를 들면, 실리콘의 수 마이크론 내지 약 15 마이크론)를 제거하는 웨트 에칭 텍스처링 수행; 및 4) 아이셀 트렌치 구획 및 웨트 에칭 텍스처링/표면 세정 후 예를 들면, 플라즈마 화학 증착법(PECVD), 및/또는 추가의 적합한 공정, 예를 들면, 원자층 증착(ALD)에 의해 태양 전지(아이셀) 태양측 상에 패시베이션/ARC 공정 수행, 이는 효과적으로 모든 아이셀의 트렌치 측벽 또한 주요 아이셀 주변 경계 측벽을 포함하는 모든 측벽 에지 영역을 덮고 패시베이팅되고, 실질적으로 에지 재조합 손실 효과를 줄이거나 제거하는 것. 이러한 대책은 아이셀 실시형태의 실질적인 이점을 더 향상시킬 것이다.
The edge recombination currents are caused by the edge regions that are highly distributed and / or relatively passivated and edge regions that can be in direct contact with the pn junction (i.e., solar cell pn junctions and reduction regions in contact with the edge regions) will be. The edge loss is a function of cell damage (e.g., residual edge sidewall damage if not properly removed by an effective process such as during texturing wet etch after formation of the described icel trench), and solar cell edge sidewall area The peripheral sidewall area is also caused by poor or insufficient passivation of the sidewall trench sidewall area) and the solar cell pn junction (around the major sidewall surrounding cell and / or sidewall trench sidewall area in the icel) It can get worse if contacted. To reduce this problem, wet texturing (silicon etching) after formation of island isolation trenches may be used to pass any residual trench damage in the sidewalls of the crystalline semiconductor layer, and to passivate the sidewalls of the solar side / Removing / removing the dried passivation during the passivation process or removing the pn junction contact with the edge of the island substantially reduces or eliminates the edge recombination effect from the solar cell (icel). As measures for reducing or eliminating the trench isolation edge recombination current in a monolithic island (tile) solar cell (Icel) that can be used individually or in combination of the following methods, 1) a narrow base (for example, n-type Emitter junction of each island (or mini-cell, sub-cell, or tile) from the trench isolation edge (and major icel boundary edge) by the rim (eg, n-type base when using base and p + n emitter junctions) For example, a p + n emitter junction when using an n-type base), the separation may be 1 micron depending on the size of the master cell (icel) and the size of the island (and the resolution of the pattern formed during solar cell processing) To several hundred microns; 2) Wet Etching Prior to the texturing process, laser scribing was used to form trench isolation areas from the solar side of the cell (etched with a wet texturing etch chemistry, and any trenching in the sidewalls of the island or mini- Induced residual damage); 3) any process induction (e.g., pulsed laser removal induction or mechanical cutting induction) from the trench compartment edge (which may be performed with wet texturing processing using an alkali texturing etch and / or an acidic texturing etch) Performing wet etch texturing to remove a portion of the crystalline silicon (e.g., a few microns to a few microns of silicon) to remove; And 4) forming a solar cell (Icel) by ionic trench compartment and wet etch texturing / surface cleaning followed by, for example, plasma chemical vapor deposition (PECVD), and / or further suitable processes such as atomic layer deposition (ALD) Perform passivation / ARC processes on the sun side, which effectively passivate all sidewall edge regions including the trench sidewalls of all the icel and also the peripheral sidewalls of the main icel, and substantially reduce or eliminate edge recombination loss effects. These measures will further enhance the practical benefits of the Icel implementation.
다음의 예시의 태양 전지 디자인 및 제조 공정은, 다층 금속화 구조체 및 구체적으로 2개의 레벨(또는 2층)의 태양 전지 금속화(즉, 금속화 이중층)을 이용하고, 이는 전기 절연 백플레인층(백플레인층은 태양 전지의 후측에 부착)에 의해 물리적으로 분리된다. 예를 들면, 백플레인-부착(예를 들면, 박막 프리프레그 시트의 적층) 전에, 태양 전지 베이스 및 에미터 접촉 금속화 패턴(제1 패터닝된 금속화 층 또는 M1)은, 예를 들면, 비교적 박막층의 스크린 인쇄 페이스트(예를 들면, 알루미늄 또는 알루미늄-실리콘 합금을 포함하는 페이스트) 또는 플라즈마 스퍼터링 또는 증착(PVD) 알루미늄(또는 알루미늄 실리콘 합금) 재료층(그 다음에 PVD 형성 금속층의 경우 레이저 제거 또는 에첸트 패터닝)를 사용해서 태양 전지 후측 상에 직접 형성된다. 제1 패터닝된 금속화 층(본원에서 M1으로 칭함)은 태양 전지 접촉 금속화 패턴을 정의하고, 이러한 금속화 패턴은, 예를 들면, 맞물려진 후측-접촉(IBC) 전지의 베이스 및 에미터 금속화 영역을 한정하는 미세 피치 맞물려진 후측-접촉(IBC) 도체 핑거를 정의한다. M1층은, 태양 전지 전기 전력(태양 전지의 전류 및 전압)을 인출하고, 태양 전지 전기 전력을, M1 후에 형성된 패터닝된 제2 높은 전도성 태양 전지 금속화 레벨/층(본원에 M2로 칭함)으로 전달한다. 제2 패터닝된 금속화 층 또는 레벨(M2)은 비교적 저렴하고 고 전기 전도성 금속층, 예를 들면, 알루미늄 및/또는 구리(NiV 또는 Ni의 적당한 얇은 캡핑층 또는 추가의 적당한 캡핑 금속과 함께)를 포함할 수 있다.
The following example solar cell design and fabrication process uses a multilayer metallization structure and specifically two levels (or two layers) of solar cell metallization (i.e., a metallized bilayer), which is an electrically insulated backplane layer Layer is attached to the back side of the solar cell). For example, prior to backplane-attachment (e.g., lamination of thin film prepreg sheets), the solar cell base and emitter contact metallization pattern (first patterned metallization layer or Ml) may, for example, (For example, a paste containing aluminum or an aluminum-silicon alloy) or a plasma sputtering or vapor deposition (PVD) aluminum (or aluminum silicon alloy) material layer The photoresist is directly formed on the rear side of the solar cell using a photoresist pattern. The first patterned metallization layer (referred to herein as M1) defines a solar cell contact metallization pattern, which may be, for example, the base of an interwoven rear side-contact (IBC) cell and the emitter metal (IBC) conductor fingers that define fine pitch meshing regions that define the area of the articulation. The M1 layer draws solar cell electrical power (current and voltage of the solar cell) and converts the solar cell electrical power into a patterned second high conductivity solar cell metallization level / layer (referred to herein as M2) formed after M1 . The second patterned metallization layer or level M2 comprises a relatively inexpensive and highly electrically conductive metal layer, for example aluminum and / or copper (with a suitable thin capping layer of NiV or Ni or an additional suitable capping metal) can do.
도 4에 개략적으로 도시된 바와 같이, 부분적으로 가공된 태양 전지 후측에 백플레인의 부착 또는 적층 (후측 패시베이션층의 노출된 영역 및 패터닝된 M1층 상 및 내에 태양 전지 후측의 완전한 부착 또는 적층), 템플레이트로부터 백플레인 지지된 태양 전지의 탈착(에피택셜 실리콘 리프트 오프 가공을 사용해서 행해지는 태양 전지의 경우) 또는 다음의 선택적인 실리콘 기판 박막 에칭(스타팅 결정질 실리콘 웨이퍼를 사용해서 행해지는 태양 전지의 경우), 전측 텍스처링의 종결(예를 들면, 웨트 알칼리 또는 산성 웨트 에칭 텍스처링 공정을 사용) 및 전측 패시베이션 및 ARC 증착 공정, 및 백플레인층을 통한 비아홀의 드릴링 후, 패터닝된 높은 시트 전도성 M2층은 백플레인 상에 형성된다(이는 패터닝된 M2층 또한 패터닝된 M2와 M1 금속화 층 사이의 전기적 연결을 위한 전도성 비아 플러그를 형성). 비아홀 (예를 들면, 각 태양 전지의 백플레인 상에 수백 내지 수천 비아 홀의 범위)은 백플레인 내부로 드릴링(예를 들면, 레이저 드릴링)된다. 이러한 드릴링된 비아홀은 이러한 비아홀에 형성된 전도성 비아 플러그를 통해 패터닝된 M2와 M1층 사이에 다음의 전기적 상호연결을 위해 패터닝된 M1의 소정의 영역 상에 랜딩된다(플러그는 패터닝된 M2 형성 공정의 일부와 동시에 및 일부로서 또는 별도로 형성될 수 있다). 다음에, 패터닝된 높은 전도성 금속화 층 M2은 (예를 들면, 스크린 인쇄, 열 또는 전기 빔 증착, 플라즈마 스퍼터링, 도금, 또는 이들의 조합으로, 알루미늄 및/또는 구리를 포함하는 비교적 저렴한 높은 전도성 M2 재료를 사용해서) 형성될 수 있다. M1 미세 피치 맞물려진 후측-접촉(IBC) 핑거를 갖는 태양 전지 (아이셀)에 대해(예를 들면, 아이셀당 수백 맞물려진 M1 핑거), 패터닝된 M2층은 패터닝된 M1 핑거에 대해 실질적으로 직교 또는 수직이도록 디자인될 수 있고, 즉, 패터닝된 M2 직사각형 또는 테이퍼진(예를 들면, 삼각형 또는 사다리꼴) 핑거는 기본적으로 M1 핑거에 대해 수직이다. M1 핑거에 대한 M2 핑거의 이러한 직교 변환 때문에, 패터닝된 M2층은 (예를 들면, 일부 예에서 미니 전지 또는 유닛전지당 약 10 내지 50 M2 핑거에 의해) M1층보다 훨씬 적은 IBC 핑거를 가질 수 있다. 따라서, M2층은 맞물려진 M1 층보다 훨씬 넓은 IBC 핑거(및 훨씬 큰 베이스-에미터 금속 핑거 피치)를 갖는 훨씬 조밀한 패턴으로 형성될 수 있다. 태양 전지 버스바는 온-전지 버스바에 관련된 전기 셰이딩 손실을 제거하기 위해 M1층이 아닌 M2 층에 위치될 수 있다(즉, 버스바가 없는 패터닝된 M1층). 베이스 및 에미터 상호연결 및 버스바는 태양 전지 후측 백플레인 상에 패터닝된 M2층 상에 위치될 수 있기 때문에, 전기적 접근은 태양 전지의 후측으로부터 백플레인 상에 태양 전지의 베이스 및 에미터 말단에 제공된다.
4, attachment or lamination of the backplane to the back of the partially processed solar cell (complete attachment or lamination of the back side of the solar cell to and within the exposed areas of the rear passivation layer and the patterned M1 layer) (In the case of a solar cell carried out using an epitaxial silicon lift-off process) or the following optional silicon substrate thin film etching (in the case of a solar cell carried out using a starting crystalline silicon wafer) After the end of front side texturing (e.g., using a wet alkali or acid wet etch texturing process) and front passivation and ARC deposition processes, and after drilling of via holes through the backplane layer, the patterned high sheet conductive M2 layer is formed on the backplane (This is because the patterned M2 layer also has a transition between the patterned M2 and M1 metallization layers Forming a conductive via plug for coupled). The via holes (e.g., the range of several hundred to several thousand via holes on the backplane of each solar cell) are drilled (e.g., laser drilled) into the backplane. This drilled via hole is landed on a predetermined area of the patterned M1 for subsequent electrical interconnection between the M2 and M1 layers patterned through the conductive via plug formed in the via hole (the plug is part of the patterned M2 forming process And may be formed at the same time and partly or separately). The patterned high conductive metalization layer M2 is then patterned to form a relatively inexpensive high conductivity M2 (e.g., aluminum, aluminum, and / or copper), including screen printing, thermal or electric beam deposition, plasma sputtering, plating, Material). ≪ / RTI > For a solar cell (Icel) with M1 fine pitch meshed rear side-contact (Icel) finger (e.g., M1 finger interlocked several hundred per icel), the patterned M2 layer may be substantially orthogonal to the patterned M1 finger I.e. the patterned M2 rectangle or tapered (e.g., triangular or trapezoidal) fingers are basically perpendicular to the M1 finger. Because of this orthogonal transformation of the M2 finger to the M1 finger, the patterned M2 layer can have significantly fewer IBC fingers than the M1 layer (e.g., by some 10 to 50 M2 fingers per miniature cell or unit cell in some instances) have. Thus, the M2 layer can be formed in a much denser pattern with an IBC finger (and a much larger base-emitter metal finger pitch) much wider than the interleaved M1 layer. The solar cell bus bar may be located in the M2 layer (i.e., the patterned M1 layer without the bus bar) to eliminate the electrical shading losses associated with the on-cell bus bar. Since the base and emitter interconnects and bus bars can be located on the M2 layer patterned on the solar cell rear backplane, electrical access is provided from the back of the solar cell to the base and emitter end of the solar cell on the backplane .
패터닝된 M1 및 M2층 사이에 형성된 연속적 백플레인 재료는 전기 절연 재료의 박막 시트, 예를 들면, 아라미드 섬유 프리프레그 재료와 같은 적합한 폴리머 재료일 수 있고, 박막 실리콘층 상에 지나친 열 유도 응력이 발생하지 않도록 반도체층(예를 들면, 결정질 실리콘 태양 전지의 결정질 실리콘)의 열팽창 계수(CTE)에 대해 충분하게 매칭된 CTE를 갖는다. 또한, 백플레인층은 후단 전지 제작 공정에 대한 태양 전지공정 통합 요건, 특히 전지 전측의 선택적 웨트 실리콘 박막 에칭 및 웨트 텍스처링 중에 비교적 우수한 약품 내성 및 다음의 전측 패시베이션 및 ARC층 증착 또한 다음의 M2 제작 공정(필요에 따라) 중에 비교적 우수한 열 안정성(예를 들면, 약 400℃ 이하 열 안정성)을 충족해야 한다. 전기 절연 연속 백플레인층은 또한 모듈 레벨 적층 처리 및 장기간 PV 모듈 신뢰성 요건을 충족해야 한다. 다양한 적합한 폴리머 재료(예를 들면, 플라스틱, 플루오로폴리머, 프리프레그, 등) 및 적합한 비-폴리머 재료(예를 들면, 유리, 세라믹, 등)은 전기 절연 백플레인 재료로서 사용될 수 있지만, 소망의 백플레인 재료는 많은 고려사항에 따라 선택되고, 이러한 고려사항은 비용, 공정 통합 용이함, 실리콘에 대한 상대적 CTE 매칭, 열 안정성, 약품 내성, 신뢰성, 유연성/유순성, 등을 포함하지만, 이들로 한정되지 않는다.
The continuous backplane material formed between the patterned M1 and M2 layers may be a suitable polymeric material, such as a thin sheet of electrically insulating material, for example, an aramid fiber prepreg material, where excessive thermal inductive stresses do not occur on the thin silicon layer (CTE) of a semiconductor layer (e.g., a crystalline silicon of a crystalline silicon solar cell). The backplane layer also provides solar cell process integration requirements for the post-stage cell fabrication process, particularly superior wet chemical resistance during selective wet silicon thin film etch and wet texturing on the front side of the cell, and subsequent front passivation and ARC layer deposition, (E. G., Thermal stability of about 400 캜 or less) in the presence of a catalyst (if necessary). The electrically insulated continuous backplane layer must also meet module level lamination and long term PV module reliability requirements. Although a variety of suitable polymeric materials (e.g., plastics, fluoropolymers, prepregs, etc.) and suitable non-polymeric materials (e.g., glass, ceramics, etc.) may be used as electrically insulating backplane materials, The material is selected according to a number of considerations and these considerations include, but are not limited to, cost, ease of process integration, relative CTE matching to silicon, thermal stability, drug resistance, reliability, flexibility / .
연속적 백플레인층의 하나의 적합한 선택된 재료는 프리프레그 시트(섬유 및 수지의 조합을 포함)이다. 프리프레그 시트는 인쇄회로판의 블록을 장착할 때에 사용되고 수지 및 CTE 감소 섬유 또는 입자의 조합으로부터 제조될 수 있다. 백플레인 재료는 비교적 저렴하고, 낮은 CTE (일반적으로 10 ppm/℃ 미만), 일부 예에서 5ppm/℃ 미만), 박막(일반적으로 50 마이크론 내지 250 마이크론, 일부 예에서 약 50 내지 150 마이크론) 프리프레그 시트이고, 이는 선택적 실리콘 박막 에칭 약품(예를 들면, 알칼리 또는 산성 실리콘 에칭 약품) 및 텍스처링 약품(예를 들면, 알칼리 또는 산성 실리콘 텍스처링 약품)에 대한 비교적 약품 내성이 있고, 적어도 180℃ 이하의 온도(및 일부 예에서 후단 태양 전지 가공 중 약 400℃ 온도)에서 비교적 열 안정성이 있다. 에피택셜 실리콘 리프트 오프 가공을 사용해서 제작된 태양 전지의 경우, 프리프레그 시트는 패터닝된 M1 층을 형성해서 태양 전지 후측 가공 후 태양 전지 후측에 부착될 수 있고 열 진공 적층 장치를 사용해서 또한 재사용 가능한 템플레이트(적용가능하다면 전지 리프트 오프 분리 공정 전) 상에 위치된다. 또한, 결정질 실리콘 웨이퍼를 사용해서 제작된 태양 전지의 경우(에피택셜 리프트 오프 가공 없음), 프리프레그 시트는 열 진공 적층 장치를 다시 사용해서 패터닝된 M1층의 형성을 통해 태양 전지 후측 가공 후 태양 전지 웨이퍼 후측에 부착될 수 있다. 열 및 압력 조합 적용시, 박막 연속 프리프레그 시트(예를 들면, 50 내지 250 마이크론 두꺼운층의 아라미드 섬유 프리프레그 시트)는 처리된 태양 전지의 후측에 영구적으로 적층되거나 부착된다(또는 모노리식 모듈 실시형태의 경우 복수의 태양 전지). 그 다음에, 리프트 오프 분리 경계는, 에피택셜 실리콘 리프트 오프 가공을 사용해서 제작된 태양 전지의 경우에 적용 가능하기 때문에, 예를 들면, 펄스 레이저 스크라이빙 툴을 사용해서 태양 전지 주변 (재사용 가능한 템플레이트 에지 근방)에 정의되고, 백플레인 적층 태양 전지는 기계적 분리 또는 리프트 오프 공정을 사용해서 재사용 가능한 템플레이트로부터 리프트 오프되고 분리된다(스타팅 결정질 실리콘 웨이퍼 상에 제조된 태양 전지는 리프트 오프 분리 공정을 사용하지 않고 백플레인-부착/적층 공정 후 후단 태양 전지 가공으로 직접 진행된다). 다음의 후단 공정 단계는, (i) 스타팅 결정질 실리콘 웨이퍼 상에 제조된 태양 전지의 경우 선택적 실리콘 박막 에칭, 태양 전지 태양측 상의 웨트 텍스처링, 패시베이션, 및 ARC 증착 공정, (ii) (태양 전지 백플레인 표면 상에 형성된) 백플레인-부착 태양 전지 후측 상에 태양 전지 백플레인 비아홀 형성 및 높은 전도성 제2 금속화 층(M2) 형성을 포함한다. 에미터 및 베이스 극성에 대한 맞물려진 M2 금속 핑거를 포함하는, (예를 들면, 전체 태양 전지 제조 및 재료 비용을 줄이기 위해 은과 달리 알루미늄 및/또는 구리를 포함하는) 패터닝된 M2의 높은 전도성 금속화는 레이저 드릴링 비아홀을 포함한 적층된 태양 전지 백플레인 상에 형성된다.
One suitable selected material of the continuous backplane layer is a prepreg sheet (including combinations of fibers and resins). The prepreg sheet is used when mounting a block of a printed circuit board and can be made from a combination of resin and CTE reducing fibers or particles. The backplane material is relatively inexpensive and has a low CTE (typically less than 10 ppm / 占 폚), in some instances less than 5 ppm / 占 폚), a thin film (typically 50 microns to 250 microns, in some instances about 50 to 150 microns) , Which is relatively drug resistant to selective silicon thin film etching agents (e.g., alkali or acidic silicon etching agents) and texturing agents (e.g., alkali or acidic silicon texturing agents) And, in some instances, about 400 < 0 > C temperature during back end solar cell processing). In the case of a solar cell fabricated using an epitaxial silicon lift-off process, the prepreg sheet can be attached to the rear side of the solar cell after forming the patterned M1 layer to the rear side of the solar cell and can also be reused using a thermal vacuum laminator Template (before the battery lift-off separation process, if applicable). In addition, in the case of a solar cell fabricated using a crystalline silicon wafer (without epitaxial lift-off processing), the prepreg sheet is subjected to a post-processing of the solar cell through the formation of the M1 layer patterned by using the thermal vacuum laminating apparatus again, And can be attached to the rear side of the wafer. Upon application of heat and pressure combinations, a thin film continuous prepreg sheet (e.g., an aramid fiber prepreg sheet of 50 to 250 microns thick layer) is permanently laminated or attached to the back side of the processed solar cell (or monolithic module implementation Type solar cells). Then, the lift-off separation boundary is applicable to the case of a solar cell fabricated using an epitaxial silicon lift-off process, and therefore, it is possible to use a pulse laser scribing tool, for example, (Near the edge of the template), and the backplane laminated solar cell is lifted off and separated from the reusable template using a mechanical separation or lift-off process (the solar cell fabricated on the starting crystalline silicon wafer does not use a lift- off separation process Direct backplane solar cell processing after the backplane-attachment / lamination process). The following post-processing steps include (i) selective silicon thin film etching for solar cells fabricated on starting crystalline silicon wafers, wet texturing, passivation, and ARC deposition processes on the solar solar side, (ii) (solar cell backplane surface Forming solar cell backplane via holes on the back side of the backplane-attached solar cell and forming a highly conductive second metallization layer (M2). (Including, for example, aluminum and / or copper, unlike silver, to reduce overall solar cell fabrication and material costs), M2 < / RTI > metal fingers for emitter and base polarity, Is formed on a laminated solar cell backplane including a laser drilling via hole.
상기 기재된 바와 같이, 백플레인 재료는 얇은(예를 들면, 약 50 내지 250 마이크론 두께), 유연성, 전기 절연 폴리머 재료 시트, 예를 들면, 인쇄회로판(PCB) 및 그 외의 산업 적용에서 일반적으로 사용된 비교적 저렴한 프리프레그 재료로 구성될 수 있고, 이는 전체 공정 통합 및 신뢰성 요건을 충족한다. 일반적으로, 프리프레그는 수지와 미리 함침된 강화 재료이고, 복합 부분을 생성하기 위해 쉽게 사용된다(프리프레그는 웨트 레이업 시스템보다 빠르고 용이하게 조성물을 생성하는 데에 사용될 수 있다). 프리프레그는, 일관성을 보장하기 위해 디자인된 장비를 사용해서 특정하게 형성된 미리 촉진된 수지와 강화 섬유 또는 패브릭을 조합해서 제조될 수 있다. 유연한 베이킹 페이퍼로 덮인 프리프레그는, 용이하게 취급되고 실온에서 특정 기간(out-life)동안 유연성/유순성이 유지될 수 있다. 또한, 프리프레그 발전에 따라 보관용 냉장고가 필요하지 않은 재료, 길어진 보존 가능기간을 갖는 프리프레그, 및 낮은 온도에서 보존하는 제품을 생산했다. 프리프레그 재료는 가압하에서 (열 압력 적층) 가열해서 보존될 수 있다. 종래의 프리프레그는 오토클레이브에 보존하면서 형성되는 반면, 낮은 온도 프리프레그는 훨씬 낮은 온도에서 진공 백 압력을 사용해서 충분히 보존될 수 있다.
As described above, the backplane material may be relatively thin (e.g., about 50 to 250 microns thick), flexible, commonly used in electrically insulating polymer material sheets such as printed circuit boards (PCB) Can be composed of inexpensive prepreg materials, which meet the overall process integration and reliability requirements. In general, prepregs are pre-impregnated reinforcing materials with resin and are readily used to produce composite portions (prepreg can be used to produce compositions faster and easier than wet layup systems). Prepreg can be fabricated by combining pre-promoted resins and reinforcing fibers or fabrics that are specially formed using equipment designed to ensure consistency. Pre-coated with flexible baking paper can be handled easily and maintain flexibility / purity during a certain out-life at room temperature. In addition, according to the development of the prepreg, a material which does not require a refrigerator for storage, a prepreg having a long shelf life, and a product to be stored at a low temperature were produced. The prepreg material can be stored by heating under pressure (heat pressure lamination). Conventional prepregs are formed while preserving in an autoclave, while low temperature prepregs can be sufficiently preserved using vacuum bag pressures at much lower temperatures.
상기 기재되고 검토된 바와 같이, 본원에 개시된 모노리식 섬 전지(아이셀) 디자인 및 제작 방법은, 공지의 태양 전지 디자인 및 제작 공정 흐름에 통합될 수 있고, 이는, 후측-접촉 태양 전지의, 실질적으로 제조 공정 단계 또는 툴이 변경 또는 추가되지 않기 때문에, 실질적으로 태양 전지 제조비용이 추가되지 않는다. 실제로, 태양 전지 및 모듈의 제조 비용은 아이셀 혁신(또한 아이셀을 포함하는 모노리식 모듈 실시형태 혁신)에 따라 감소될 수 있다. 일 실시형태에서, 연속적 백플레인 및 금속화 구조체(구체적으로 2개의 패터닝된 금속화 층 또는 레벨 - M1 및 M2)과 함께 전지 디자인의 조합은 후측-접합/후측-접촉 태양 전지 구조를 제공한다. 그러나, 백플레인과 금속화 층의 다양한 조합은 영구적인 유연한 또는 반-유연한 또는 단단한 구조 지지체/강화하는 역할을 하고, 상당히 태양 전지 전력을 손실시키지 않거나 태양 전지 제조 비용을 추가하지 않고, 고효율의 결정질 실리콘 태양 전지의 고전도성 (예를 들면, 알루미늄 및/또는 구리 금속화 재료) 상호연결을 제공한다.
As described and discussed above, the monolithic island cell (icel) designs and fabrication methods disclosed herein can be incorporated into the known solar cell design and fabrication process flow, Since manufacturing process steps or tools are not changed or added, substantially no solar cell manufacturing cost is added. Indeed, the cost of manufacturing solar cells and modules can be reduced by innovation of the iSeal (also a monolithic module embodiment innovation including the icel). In one embodiment, the combination of the cell design with a continuous backplane and a metallization structure (specifically, two patterned metallization layers or levels-M1 and M2) provides a back-side / back side-contact solar cell structure. The various combinations of backplane and metallization layers, however, serve as permanent, flexible or semi-flexible or rigid structural supports / reinforcement, and can be fabricated with high efficiency crystalline silicon (E. G., Aluminum and / or copper metallization materials) interconnection of solar cells.
도 9a는 4 x 4 정사각형 섬을 갖는 마스터 전지 또는 아이셀 상에 형성된 버스바가 없는 제1금속화 층 패턴(M1)을 개략적으로 도시한 후측 평면도이다(이러한 아이셀 M1 패턴 후방도는 동일한 4 x 4 정사가각형 섬 배열을 갖는 아이셀의 도 2에 도시된 전측에 상응한다). 도 9b는 도 9a의 선택적 개략도의 확대도이고, 도 9a의 섬 중 하나의 후측 확대평면도이고(예를 들면, I14로 지정된 섬), 아이셀 내에 그 외의 섬의 맞물려진 베이스 및 에미터 M1 핑거로부터 전기적으로 분리된, 베이스 및 에미터 금속 핑거가 맞물려진 버스바가 없는 제1 금속화 층 패턴(M1)의 섬을 나타낸다.
9A is a rear plan view schematically showing a first metallization layer pattern M1 without a bus bar formed on a master cell or a icel with a 4 x 4 square island (this iceless M1 pattern rear view is the same 4 x 4 square Corresponding to the front side shown in Fig. 2 of the icicle having a canonical island arrangement). FIG. 9B is an enlarged view of a selective schematic view of FIG. 9A and is a rear enlarged plan view of one of the islands of FIG. 9A (eg, an island designated as I 14 ), an interlocked base of other islands in the ice cell, And the base and emitter metal fingers are electrically isolated from each other.
도 9a는 버스바가 없는 제1금속화 층 패턴(M1)의 후측 평면도를 개략적으로 도시하고, 에피택셜 성장된, 예를 들면, 템플레이트 상의 다공성 실리콘 또는 결정질 웨이퍼 기반 반도체 기판에 적층 또는 백플레인-부착 전에 마스터 전지 또는 아이셀(100) 상에 형성된, 패터닝된 미세 피치 맞물려진 베이스 및 에미터 금속화 핑거의 복수의 섬(아이셀 내에서 복수의 섬 - 대표적인 예에서 4 x 4 어레이에 상응)을 포함한다. 이러한 디자인 도 2에 도시된 4 x 4의 어레이의 정사각형 섬을 갖는 아이셀에 상응한다. 도 9b는 (예를 들면, 후측-접합/후측-접촉 또는 IBC 아이셀 또는 마스터 전지를 위해) 미세 피치 버스바가 없는 서로 맞물려진 베이스 및 에미터 금속화 핑거를 형성하는 패터닝된 금속화 층 M1과 함께 도 9a로부터 태양 전지 섬의 확대된 후측 도이다. 도 2에 대해 상술한 아이셀 실시형태와 일치하면, (제1 패터닝된 금속층 또는 레벨 M1을 통해 가공된)부분적으로 가공된 마스터 전지 또는 아이셀(100)은 전지 주변 경계(106)에 의해 정의되고, 대표적인 실시형태에서 (태양 전지 후측에 적층 또는 백플레인-부착 후)구획 트렌치 분리 보더를 형성해서 정의된 4 x 4 = 16 균일한(동일한 섬 면적) 정사각형 섬 I11 내지 I44를 포함하고, 이러한 보더는 구획 트렌치가 형성될 태양 전지의 전측으로부터 후측을 향해 돌출된 보더(104)로서 도시된다. 구획 트렌치는 백플레인의 반대측 상에 반도체 기판의 태양측으로부터 형성되는 것을 주목한다. 도 9a 및 도9b에서, 섬-구획 보더(104)는 아이셀(본 실시형태에서 4 x 4 섬의 어레이)을 형성하는 섬에 대해 M1 금속화 섬(패터닝된 M1으로 형성된 서로 맞물려진 베이스 및 에미터 금속화 핑거의 복수의 섬)을 정의한다. 서로 맞물려진 M1 핑거의 4 x 4 섬은 물리적으로 분리되고(즉, 서로 맞물려진 핑거는 구획 보더(104)를 횡단하지 않거나 침해하지 않고), 서로 전기적으로 분리될 수 있다. 전체 복수의 패터닝된 M1 섬(본 실시형태에서 M1 섬의 4 x 4 어레이는 n형 및 p형 실리콘에 우수하게 옴 접촉할 수 있는 비교적 높은 전도성 및 저렴한 금속, 예를 들면, 알루미늄)은 적합한 페이스트(알루미늄 또는 알루미늄-실리콘 합금 페이스트)의 스크린 인쇄 또는 PVD 및 포스트 PVD 패터닝(펄스 레이저 제거 패터닝 또는 패터닝 에칭)과 같은 적합한 공정에 의해 태양 전지의 후측 상에 함께 형성된다. 섬, 하위 전지 또는 미니 전지는 공유된 연속 또는 연속 백플레인 층/시트(백플레인은 도시되지 않지만, 후측 패시베이션 및 패터닝된 온-전지 M1층을 포함하는 태양 전지 후측에 적층 또는 부착될 것이다)상에 (동일한 초기에 연속 반도체층으로부터)모노리식으로 형성된, 반도체층의 구획된 트렌치 및 분리된 섬(예를 들면, 스타팅 결정질 실리콘 웨이퍼로부터 에피택셜 성장 실리콘층 또는 실리콘층))이다. 패터닝된 서로 맞물려진 M1 금속화 핑거(102)의 복수의 섬(본 실시형태에서 4 x 4=16)은, 태양 전지 전측 상에 트렌치 구획된 반도체 섬의 아이셀 패턴에 상응하고 일치하는 태양 전지 후측 상에 형성되고, 서로 맞물려진 베이스 및 에미터 금속 핑거의 각각의 섬은 각각의 섬의 M1 금속화에 상응한다. 각각의 M1 섬 상에 서로 맞물려진 베이스 및 에미터 금속 핑거는, M1 패턴 상에 전지 버스바 없이 도시되고(백플레인-부착 전에 태양 전지 기판 후측(18) 상에 에미터 M1 금속 핑거(110) 및 베이스 M1 금속 핑거(112)를 교호 형성하는 것으로 도시됨), 온-전지 버스바는 존재하지 않는다. 도 9a 및 9b에 도시된 바와 같이, (얻어진 아이셀에 대해 각각의 트렌치 구획 섬에 상응하는)각각의 M1 섬의 패터닝된 서로 맞물려진 M1 금속화 핑거는 그 외의 인접 섬의 패터닝된 서로 맞물려진 M1 금속 화 핑거로부터 물리적 및 전기적으로 분리된다. 대부분 반드시 필요한 것은 아니지만, 아이셀의 다양한 트렌치 구획 섬 중에서 전기적 상호작용은, 부분적으로 처리된 태양 전지 후측에 백플레인-부착 후 태양 전지의 후단 가공이 끝나기 전에 제2패터닝된 금속화 층 M2을 통해 수행된다. 일부 실시형태는 인접 또는 이웃 트렌치 구획 섬을 상호연결(예를 들면, 전기적 병렬 및/또는 직렬 연결)하기 위해 패터닝된 M1층을 이용할 수 있다. 일부 예에서, 적용가능하고 필요에 따라, 예를 들면, 에피택셜 성장 실리콘 기판으로부터 제조된 태양 전지의 경우에 M1 금속화 층은 태양 전지 기판 후측(108) 상에 형성될 수 있고, 부분적으로 처리된 에피택셜 태양 전지는 전지 태양측 상에 지지된 결정질 실리콘 템플레이트 구조체에 부착된다. 이는 에피택셜 실리콘 태양전지 제작 공정 흐름에 따라서 상기에 기재되어 있다.
9A schematically shows a rear plan view of a rear metallization layer pattern M1 without a bus bar and shows a top plan view of the epitaxially grown porous silicon or crystalline wafer based semiconductor substrate on a template, A plurality of islands of the patterned fine pitch meshing bases and emitter metallization fingers (corresponding to a plurality of islands in the Iceloc - a 4 x 4 array in the representative example) formed on the master cell or the
도 10a는 3 x 3 정사각형 섬을 갖는 마스터 전지 또는 아이셀 상에 형성된 버스가 없는 제1금속화 층 패턴(M1)의 후측 개략 평면도이다(이 아이셀 M1 패턴 후측 도면은 3 x 3 정사각형 섬 배열을 갖는 아이셀에 대해 도 6a에 도시된 전측 도면에 상응한다). 도 10b는 5 x 5 정사각형 섬을 갖는 마스터 전지 또는 아이셀 상에 형성된 버스가 없는 제1금속화 층 패턴(M1)의 후측 개략 평면도이다(이 아이셀 M1 패턴 후측 도면은 동일한 5 x 5 정사각형 섬 배열을 갖는 아이셀에 대해 도 6b에 도시된 전측 도면에 상응한다).
10A is a rear schematic plan view of a first metallization layer pattern M1 without a bus formed on a master cell or a cell having a 3 x 3 square islands (the rear view of the Iceland M1 pattern has a 3 x 3 square island arrangement Corresponding to the front view shown in Fig. 6A with respect to the icel). FIG. 10B is a rear schematic plan view of a first metallization layer pattern M1 without a bus formed on a master cell or a cell of 5x5 square islands (the rear view of the Iceland M1 pattern shows the same 5x5 square island arrangement Corresponding to the front view shown in Fig. 6 (b).
도 10a 및 10b는 버스바가 없는 제1금속화 층 패턴(M1)의 후측 개략 평면도로, (이러한 대표적 예에서 아이셀 내에서 섬의 도 10a의 3 x 3 = 9 어레이 및 도 10b의 5 x 5 = 25 어레이에 상응하는) 패터닝된 미세 피치 맞물려진 베이스 및 에미터 금속화 핑거의 복수의 M1 금속 패턴 섬을 포함하고, 이는 (템플레이트 상에) 에피택셜 성장 또는 결정질 웨이퍼 기반 반도체 기판에 백플레인-부착 또는 적층 전에, 도 10a의 마스터 전지 또는 아이셀(120) 및 도 10b의 마스터 전지 또는 아이셀(130) 상에 형성된다. 이러한 디자인은 도 6a 에 도시된 섬의 3 x 3 어레이를 갖는 아이셀(도 6b에 도시된 섬의 5 x 5 어레이를 갖는 아이셀)에 상응한다. 도 10a에서 도 6a에 대해 상술한 아이셀 실시형태와 일치하는 것으로, (제1 패터닝된 금속 층 또는 레벨 M1을 통해 가공된)부분적으로 가공된 마스터 전지 또는 아이셀(120)는 전지 주변 경계(126)에 의해 정의되고, 대표적인 실시형태에서 (태양 전지 후측에 백플레인-부착 또는 적층 후)구획 트렌치 분리 보더 형성에 의해 정의될 3 x 3 = 9 균일(동일한 섬 면적) 정사각형 아이셀 I11 내지 I33을 포함하고, 이러한 보더는 태양 전지의 전측으로부터 후측을 향해 투영된 보더(124)로 도시되고, 구획 트렌치는 반도체층을 통해 형성될 것이다. 구획 트렌치는 백플레인의 반대측 상에 반도체 기판의 태양측으로부터 형성되는 것을 주목한다. 도 10a에서, 구획 보더(124)는 또한 아이셀을 형성하는 섬(이 실시형태에서 3 x 3 아이셀)에 대해 M1 금속화 섬(서로 맞물려진 베이스 및 에미터 금속화 핑거로 이루어진 복수의 섬)을 정의한다. 서로 맞물려진 M1 핑거로 이루어진 3 x 3 섬은 서로 물리적으로 분리되고(즉, 서로 맞물려진 핑거는 구획 보더(124)를 횡단하거나 침해하지 않는다), 전기적으로 분리될 수 있다. 전체 복수의 패터닝된 M1 섬(본 실시형태에서 M1 섬의 3 x 3 어레이로, 비교적 높은 전도성 및 저렴한 금속으로 n형 및 p형 실리콘과 우수하게 옴 접촉하는 금속, 예를 들면, 알루미늄)은 적합한 공정, 예를 들면, 적합한 페이스트(예를 들면, 알루미늄 또는 알루미늄-실리콘 합금을 포함하는 페이스트)의 스크린 인쇄 또는 PVD 및 (펄스 레이저 제거 패터닝 또는 패터닝된 에칭에 의해)포스트 PVD 패터닝에 의해 태양 전지의 후측 상에 동시 형성된다. 섬 또는 하위전지 또는 미니 전지는 공유된 연속 또는 연속 백플레인층/시트(백플레인은 도시되지 않지만 후측 패시베이션 및 패터닝된 온-전지 M1 층을 포함하는 태양 전지 후측에 부착되거나 적층되는 것) 상에 반도체층(예를 들면, 에피택셜 성장 실리콘층 또는 스타팅 결정질 실리콘 웨이퍼로부터 실리콘층) 상에 트렌치로 구획되고 분리된 섬이 (동일한 초기에 연속 반도체층으로부터)모노리식 형성된다. 패터닝된 서로 맞물려진 M1 금속화 핑거(122)의 복수의 섬(이 실시형태에서 3 x 3 = 9)은 태양 전지 후측 상에 형성되고, 태양 전지 후측은 태양 전지 전측 상의 트렌치 구획 반도체 섬의 아이셀 패턴에 상응하고 일치하며, 서로 맞물려진 베이스 및 에미터 금속 핑거로 이루어진 각각의 섬은 각각의 섬의 금속화 영역에 해당한다. 각 M1 섬 상의 서로 맞물려진 베이스 및 에미터 금속 핑거는 (백플레인 부착 전에 태양 전지 기판 후측 상에 교대로 형성된 에미터 및 베이스 M1 금속 라인(122)으로 도시된) M1 패턴 상의 전지 버스바를 포함하지 않고 온-전지 버스바가 존재하지 않는 채로 도시된다. 도 10a에 도시된 바와 같이, (얻어진 아이셀의 각 트렌치 구획 섬에 상응하는)각 M1 섬에 대해 패터닝된 서로 맞물려진 M1 금속화 핑거는 그 외의 이웃 섬의 패터닝된 서로 맞물려진 M1 금속 핑거로부터 물리적 및 전기적으로 분리된다. 일부 예에서 아이셀의 다양한 트렌치 구획 섬 중에서 전기적 상호연결은, 태양 전지 후측에 백플레인-부착 후 태양 전지의 후단 가공 종료 전에 제2 패터닝된 금속화 층 M2를 통해 제조된다. 일부 실시형태는 예를 들면, 전기 병렬 및/또는 연결로 일부 인접 또는 이웃 트렌치 구획 섬을 상호연결하기 위해 패터닝된 M1 층을 이용할 수 있다. 일부 예에서, 적용가능하고 필요에 따라, 예를 들면, 에피택셜 성장 실리콘 기판으로부터 제조된 태양 전지의 경우에 M1 금속화 층은 태양 전지 기판 후측 상에 형성될 수 있고, 부분적으로 처리된 에피택셜 태양 전지는 전지 태양측 상에 지지된 결정질 실리콘 템플레이트 구조체에 부착된다. 이는 에피택셜 실리콘 제작 공정 흐름에 따라서 상기 기재되어 있다.
10A and 10B are rear schematic plan views of a first metallization layer pattern M1 without a bus bar (in this representative example, a 3 x 3 = 9 array of islands 10 a in the icel and 5 x 5 = 25 array) of a patterned fine pitch meshing base and emitter metallization fingers (corresponding to an array of 25 M1-25 arrays), which may be epitaxially grown (on a template) or backplane-attached to a crystalline wafer- Before lamination, it is formed on the master cell or the
도 10b는 도 6b에 대해 상술한 아이셀 실시형태에 일치하는 것으로, (제1 패터닝된 금속층 또는 레벨 M1을 통해 가공된)부분적으로 가공된 마스터 전지 또는 아이셀(130)은 전지 주변 경계(136)에 의해 정의되고, 대표적인 실시형태에서 (태양 전지 후측에 백플레인-부착 또는 적층 후)구획 트렌치 분리 보더 형성에 의해 정의될 5 x 5 = 25 균일(동일한 섬 면적) 정사각형 섬 I11 내지 I55을 포함하고, 이러한 보더는 태양 전지의 전측으로부터 후측을 향해 투영된 보더(134)로 도시되고, 구획 트렌치가 형성될 것이다. 구획 트렌치는 백플레인의 반대측 상에 반도체 기판의 태양측으로부터 형성되는 것을 주목한다. 도 10b에서, 구획 보더(134)는 또한 아이셀을 형성하는 섬(이 실시형태에서 5 x 5 = 25 아이셀)에 대해 M1 금속화 섬(서로 맞물려진 베이스 및 에미터 금속화 핑거로 이루어진 복수의 섬)을 정의한다. 서로 맞물려진 M1 핑거로 이루어진 5x 5=25 섬은 서로 물리적으로 분리되고(즉, 서로 맞물려진 핑거는 구획 보더(134)를 횡단하거나 침해하지 않는다) 전기적으로 격리될 수 있다. 전체 복수의 패터닝된 M1 섬(본 실시형태에서 M1 섬의 5 x 5 = 25 어레이로, 비교적 높은 전도성 및 저렴한 금속으로 n형 및 p형 실리콘과 옴 접촉이 우수한 금속, 예를 들면, 알루미늄)은 적합한 공정, 예를 들면, 적합한 페이스트(예를 들면, 알루미늄 또는 알루미늄-실리콘 합금을 포함하는 페이스트)의 스크린 인쇄 또는 PVD 및 (펄스 레이저 제거 패터닝 또는 패터닝된 에칭에 의해)포스트 PVD 패터닝에 의해 태양 전지의 후측 상에 동시 형성된다. 섬 또는 하위전지 또는 미니 전지는 공유된 연속 또는 연속 백플레인층/시트(백플레인은 도시되지 않지만 후측 패시베이션 및 패터닝된 온-전지 M1 층을 포함하는 태양 전지 후측에 부착되거나 적층되는 것) 상에 반도체층(예를 들면, 에피택셜 성장 실리콘층 또는 스타팅 결정질 실리콘 웨이퍼로부터 실리콘층) 상에 트렌치로 구획되고 분리된 섬이 (동일한 초기에 연속 반도체층으로부터)모노리식 형성된다. 패터닝된 M1 서로 맞물려진 금속화 핑거(132)의 복수의 섬(이 실시형태에서 5 x 5 = 25)은 태양 전지 후측 상에 형성되고, 태양 전지 후측 패턴은 태양 전지 전측 상의 트렌치 구획 반도체 섬의 아이셀 패턴에 상응하고 일치하며, 서로 맞물려진 베이스 및 에미터 금속 핑거로 이루어진 각각의 섬은 각각의 섬의 M1 금속화 영역에 해당한다. (백플레인 부착 전에 태양 전지 기판 후측 상에 교대로 형성된 에미터 및 베이스 M1 금속 라인(132)으로 도시된) 각 M1 섬 상의 서로 맞물려진 베이스 및 에미터 금속 핑거는 M1 패턴 상의 전지 버스바를 포함하지 않고 (전기 셰이딩 손실을 방지하거나 최소화하기 위해)온-전지 버스바가 존재하지 않는 채로 도시된다. 도 10b에 도시된 바와 같이, (얻어진 아이셀의 각 트렌치 구획 섬에 상응하는)각 M1 섬에 대해 패터닝된 서로 맞물려진 M1 금속화 핑거는 그 외의 이웃 섬의 패터닝된 서로 맞물려진 M1 금속화 핑거로부터 물리적 및 전기적으로 분리된다. 일부 예에서 아이셀의 다양한 트렌치 구획 섬 중에서 전기적 상호연결은, 태양 전지 후측에 백플레인-부착 후 태양 전지의 후단 가공 종료 전에 제2 패터닝된 금속화 층 M2를 통해 제조된다. 일부 실시형태는 예를 들면, 전기 병렬 연결로 일부 인접 또는 이웃 트렌치 구획 섬을 상호연결하기 위해 패터닝된 M1 층을 이용할 수 있다. 일부 예에서, 적용가능하고 필요에 따라, 예를 들면, 에피택셜 성장 실리콘 기판으로부터 제조된 태양 전지의 경우에 M1 금속화 층은 태양 전지 기판 후측 상에 형성될 수 있고, 부분적으로 가공된 에피택셜 태양 전지는 전지 태양측 상에 지지된 결정질 실리콘 템플레이트 구조체에 부착된다. 이는 에피택셜 실리콘 태양전지 제작 공정 흐름에 따라서 상기 기재되어 있다. FIG. 10B is consistent with the Icel cell embodiment described above with respect to FIG. 6B, wherein the partially processed master cell or icel 130 (processed through the first patterned metal layer or level M1) (Identical island area) square islands I 11 to I 55 defined by a trench isolation border formation (in the backplane-attachment or lamination on the back side of the solar cell) and defined by a trench isolation border formation in the exemplary embodiment , Such a border is shown as a
도 11a는 4 x 3 x 3 = 36 삼각형 섬을 갖는 마스터 전지 또는 아이셀 상에 형성된 버스바가 없는 제1금속화 층 패턴(M1)의 후측 개략 평면도이다(이 아이셀 M1 패턴 후측 도면은 4x3 x 3 =36 정사각형 섬 배열을 갖는 아이셀에 대해 도 7d에 도시된 전측 도면에 상응한다). 도 11b는 도 11a의 개략 확대도로서, 도 11a의 삼각형 섬의 그룹의 후측 확대 평면도이다(예를 들면, 섬은 I1, I2, I3, I4로 지정된다), 버스바가 없는 제1 금속화 층 패턴(M1)으로 서로 맞물려진 베이스 및 에미터 금속 핑거로 이루어진 삼각형 섬을 도시하고, 삼각형 섬은 서로 전기적으로 분리되고, 아이셀 내에서 그 외의 섬의 맞물려진 베이스 및 에미터 M1 핑거를 도시한다.
11A is a rear schematic plan view of a first metallization layer pattern M1 without a bus bar formed on a master cell or icicle with 4 x 3 x 3 = 36 triangular islands (the rear view of the Iceland M1 pattern is 4 x 3 x 3 = Corresponding to the front view shown in Fig. 7 (d) for an icicle having a square island arrangement of 36). Figure 11b is (specified by, for example, the island I 1, I 2, I 3 , I 4) also as a schematic enlarged view of 11a, a rear close-up plan view of a group of triangular islands of Figure 11a, the
도 11a는 버스바가 없는 제1금속화 층 패턴(M1)의 후측 개략 평면도로, (이러한 대표적 예에서 아이셀 내에서 삼각형 섬의 4 x 3 x 3 = 36 어레이의 복수 섬에 상응하는) 패터닝된 미세 피치의 서로 맞물려진 베이스 및 에미터 금속화 핑거로 이루어진 복수의 섬을 포함하고, 이는 (템플레이트 상에) 에피택셜 성장 또는 결정질 웨이퍼 기반 반도체 기판에 백플레인-부착 또는 적층 전에, 마스터 전지 또는 아이셀(140) 상에 형성된다. 이러한 디자인은 도 7d 에 도시된 섬의 4 x 3 x 3 어레이를 갖는 아이셀에 상응한다. 도 11b는 도 11a로부터 태양 전지 섬의 후측 확대도로, 패터닝된 M1 금속화 층은 (후측-접합/후측-접촉 또는 IBC 태양 전지에 대한) 미세 피치의 버스바가 없는 서로 맞물려진 베이스 및 에미터 금속화 핑거를 형성한다. 도 7d에 대해 상술한 아이셀 실시형태와 일치하는 것으로, (제1 패터닝된 금속층 또는 레벨 M1을 통해 가공된)부분적으로 가공된 마스터 전지 또는 아이셀(140)은 전지 또는 아이셀 주변 경계(146)에 의해 정의되고, 대표적인 실시형태에서 (태양 전지 후측에 백플레인-부착 또는 적층 후) 반도체층을 통해 구획 트렌치 분리 보더의 형성에 의해 정의될 4 x 3 x 3 = 36 균일(동일한 섬 영역) 삼각형 섬 I1 내지 I36을 포함하고, 이러한 보더는 태양 전지 반도체 기판의 전측으로부터 후측을 향해 투영된 다양한 보더 라인(144 및 154)으로 도시되고(서로 맞물려진 M1 금속 핑거의 삼각형 섬을 분리하는 어두운 축-수평 및 수직 라인, 및 밝은 대각선 보더 라인으로 도시됨) 구획 트렌치가 반도체층을 통해 형성될 것이다. 구획 트렌치는 백플레인의 반대측 상에 반도체 기판의 태양측으로부터 형성되는 것을 주목한다. 도 11a 및 11b에서, 수평 및 수직(또한 본원에서 축으로 칭함) 구획 보더(144) 및 삼각형 패턴 구획 대각선 또는 각진 보더(154)(수평 및 수직 또는 어두운 축 라인 또한 대각선 밝은 라인-어두운 라인 및 밝은 라인은 간단히 X 방향 및 Y방향 섬 구획 보더와 대각선 방향 섬 구획 보더를 구분)는 또한 아이셀을 형성하는 삼각형 섬(이 실시형태에서 4 x 3 x 3 = 36 섬)에 대해 M1 금속화 섬(서로 맞물려진 베이스 및 에미터 금속화 핑거로 이루어진 복수의 삼각형 섬)을 정의한다. 서로 맞물려진 M1 핑거로 이루어진 4 x 3 x 3 = 36 섬은 서로 물리적으로 분리되고(즉, 서로 맞물려진 핑거는 구획 보더(144 및 154)를 횡단하거나 침해하지 않는다) 전기적으로 분리될 수 있다. 전체 복수의 패터닝된 M1 섬(이 실시형태에서 M1 섬의 4 x 3 x 3 = 36 어레이로, 비교적 높은 전도성 및 저렴한 금속으로 n형 및 p형 실리콘과 우수하게 옴 접촉하는 금속, 예를 들면, 알루미늄)은 적합한 공정, 예를 들면, 적합한 페이스트(예를 들면, 알루미늄 또는 알루미늄-실리콘 합금을 포함하는 페이스트)의 스크린 인쇄 또는 PVD 및 (펄스 레이저 제거 패터닝 또는 패터닝된 에칭에 의해)포스트 PVD 패터닝에 의해 태양 전지의 후측 상에 동시 형성된다. 섬 또는 하위전지 또는 미니 전지는 공유된 연속 또는 연속 백플레인층/시트(백플레인은 도시되지 않지만 후측 패시베이션 및 패터닝된 온-전지 M1 층을 포함하는 태양 전지 후측에 부착되거나 적층되는 것) 상에 반도체층(예를 들면, 템플레이트 상에 다공성 실리콘 상의 에피택셜 성장 실리콘층 또는 스타팅 결정질 실리콘 웨이퍼로부터 실리콘층) 상에 트렌치로 구획되고 분리된 섬이 (동일한 초기에 연속 반도체층으로부터)모노리식 형성된다. 패터닝된 서로 맞물려진 M1 금속화 핑거의 복수의 섬(142)(이 실시형태에서 4 x 3 x 3 = 36)은 태양 전지 후측 상에 형성되고, 태양 전지 후측 패턴은 태양 전지 전측 상의 트렌치 구획 반도체 섬의 아이셀 패턴에 상응하고 일치하며, 서로 맞물려진 베이스 및 에미터 금속 핑거로 이루어진 각각의 섬은 각각의 섬의 M1 금속화에 해당한다. 각 M1 섬 상의 서로 맞물려진 베이스 및 에미터 금속 핑거는 (백플레인-부착 전에 태양 전지 기판 후측(148) 상에 교대로 형성된 에미터 M1 핑거(150) 및 베이스 M1 핑거(152)로 도시된) M1 패턴 상의 전지 버스바를 포함하지 않고 (전기 셰이딩 손실을 방지하거나 제거하기 위해)온-전지 버스바가 존재하지 않는다. 도 11a 및 11b에 도시된 바와 같이, (얻어진 아이셀의 각 트렌치 구획 삼각형 아이셀 섬에 상응하는)각 삼각형 M1 섬의 패터닝된 서로 맞물려진 M1 금속화 핑거는 그 외의 이웃 섬의 패터닝된 서로 맞물려진 M1 금속화 핑거로부터 물리적 및 전기적으로 분리된다. 아이셀의 다양한 트렌치 구획 섬 중에서 전기적 상호연결은, 태양 전지 후측에 백플레인-부착 후 태양 전지의 후단 처리 전에 제2 패터닝된 금속화 층 M2를 통해 제조된다. 일부 실시형태는 예를 들면, 전기 병렬 및/또는 직렬로 인접 또는 이웃 트렌치 구획 섬을 상호연결하기 위해 패터닝된 M1 층을 이용할 수 있다. 일부 예에서, 적용가능하고 필요에 따라, 예를 들면, 에피택셜 성장 실리콘 기판으로부터 제조된 태양 전지의 경우에 M1 금속화 층은 태양 전지 기판 후측 상에 형성될 수 있고, 부분적으로 처리된 에피택셜 태양 전지는 전지 태양측 상에 지지된 결정질 실리콘 템플레이트 구조체에 부착된다. 이는 에피택셜 실리콘 태양전지 제작 공정 흐름에 따라 상기에 기재되어 있다. 도 11a 및 11b에 도시된 복수의 삼각형 섬을 갖는 아이셀 실시형태에서, 한 세트의 4개의 삼각형 섬이 정사각형을 형성하고 (예를 들면, 섬 그룹 I1 내지 I4는 정사각형을 형성하고 섬 그룹 I30 내지 I36은 추가의 정사각형을 형성한다), 제2 패터닝된 금속화 층 M2(도시되지 않음)를 사용해서 전기적으로 병렬로 연결될 수 있고, 전체 세트의 정사각형 영역(이 실시형태에서 3 x 3 영역이고, 각각의 정사각형 영역은 4 삼각형 섬을 포함한다)은 전기적으로 직렬로 연결될 수 있고(예를 들면, 3 x 3 = 9 정사각형 영역은 전기적 직렬로 연결), 필요에 따라 하이브리드 병렬-직렬 배열로 연결될 수도 있다. 따라서, 삼각형 섬의 수가 4 x 3 x 3 = 36인 경우에, 직렬로 연결된 하위 그룹(S)의 수(4개의 삼각형 섬의 그룹이 직렬로 연결된 배열)는 3 x 3 = 9이고, 즉 4개의 삼각형, 예를 들면, I1, I2, I3, 및 I4 으로 이루어진 9개의 정사각형 하위 그룹은 정사각형을 형성한다(P=4 또는 4개의 삼각형 섬은 M2에 의해 전기적 병렬로 연결된 정사각형 내에서 한정되고 9개 정사각형 영역은 각각 4개 병렬 연결된 삼각형 섬을 포함하고, 삼각형 섬은 모두 직렬로 연결된다).
11A is a rear schematic plan view of a first metallization layer pattern M1 without a bus bar (in this exemplary embodiment, a plurality of 4 x 3 x 3 = 36 arrays of triangular islands in an icel Consisting of interdigitated bases and emitter metallization fingers of patterned fine pitch (corresponding to the islands) And comprises a plurality of islands, which are formed on the master cell or the
대표적인 representative M2M2 금속화Metallization 실시형태 Embodiment
도 12a는 5 x 5 정사각형 섬의 어레이를 갖는 섬에 대해 마스터 전지 또는 아이셀 후측 상에 형성된 제 2 및 최종 금속화 층 패턴(M2)의 후측 개략 평면도이다(이러한 M2 패턴은 도 6b에 도시된 태양 전지 디자인에 적용되고 그 위에 M1은 도 10b에 도시된 바와 같이 형성된다). 본원에 도시된 M2 패턴은 아이셀 내에 직렬로 연결된 5 x 5 = 25 섬의 어레이를 서로 연결하기 위한 배열을 제공한다. 패터닝된 M2층은 실질적으로 직사각형 핑거로 도시된다(M2 핑거의 수<<M1핑거의 수). 도 12b는 도 12a의 선택된 M2 구조체의 개략 확대도로, 도 12a의 쿼드런트 영역 내에 직렬로 연결된 일부 섬에 대한 M2 패턴의 후측 확대 평면도이다(예를 들면, I14, I15, I24, I25로 지정된 섬에 대해 M2 패턴을 포함하고, 서로 맞물려진 베이스 및 에미터 M2 금속 핑거를 나타낸다).
12A is a rear schematic plan view of a second and final metallization layer pattern M2 formed on the rear side of the master cell or the Icel cell for an island having an array of 5 x 5 square islands. Lt; RTI ID = 0.0 > M1 < / RTI > The M2 pattern shown here provides an array for interconnecting arrays of 5 x 5 = 25 islands connected in series in an Icel cell. The patterned M2 layer is shown as a substantially rectangular finger (number of M2 fingers < number of M1 fingers). Figure 12b is a rear enlarged plan view of the M2 pattern for some of the island that are connected in series in the schematic enlarged, quadrant area of Figure 12a of the selected M2 structure of Figure 12a (for example, I 14, I 15, I 24, I 25 ≪ / RTI > represents the base and emitter M2 metal fingers interlocked with each other, including the M2 pattern for the islands designated < RTI ID = 0.0 >
도 12a는 마스터 전지 또는 아이셀(160) 상에 형성된 제2 금속화 층 패턴(M2)의 후측 개략 평면도로 (도 6b에 도시된 태양 전지와 유사한 것으로, 정사각형 섬의 5 x 5 = 25 어레이를 포함하고, 그 상에 패터닝된 M1이 도 10b에 도시된 바와 같이 존재함). 도 12b는 도 12a의 태양 전지의 쿼드런트 내에 일부 섬 내에 M2 금속화 층 패턴의 확대도이다. 도 12a 및 12b에서, 도 6b 및 10b에 대해 상술한 바와 같이, 마스터 전지 또는 아이셀(160)은 태양 전지 주변 경계(164)에 의해 정의되고, 반도체층 구획 트렌치 분리 보더에 의해 정의된 5 x 5 = 25 균일한 정사각형 섬 I11 내지 I55를 포함한다. 패터닝된 M2 금속화 층(162)은 패터닝된 M1층의 형성 후 태양 전지의 후측에 부착되거나 적층된 연속 백플레인층(177) 상에 형성된다. 패터닝된 M1 및 M2층은 백플레인층(177)에 의해 서로 분리되고 상술한 전도성 비아 플러그를 통해 함께 연결된다. 도 12 a 및 12b에 도시된 패터닝된 M2 금속화 층(162)은 실질적으로 직사각형 서로 맞물려진 에미터 및 베이스 금속 핑거를 포함하고, 이는 복수의 전도성 비아 플러그를 통해 하부 패터닝된 M1에 연결된다(백플레인층을 통해 레이저 드릴링된 비아 홀을 통해 M2 금속화 공정에 의해 형성된다). 도시된 바와 같이, 패터닝된 M2 서로 맞물려진 직사각형 핑거(M2 에미터 핑거(176) 및 M2 베이스 핑거(174))는, 실질적으로 하부 패터닝된 M1 맞물려진 베이스 및 에미터 핑거에 직교 또는 수직하도록 패터닝된 될 수 있고, M1 베이스 및 에미터 핑거의 수에 비해 적은 수의 M2 베이스 및 에미터 핑거를 허용한다. 이 실시형태에서 5개의 섬의 그룹을 포함하는 각 칼럼에서 섬(미니 전지 또는 섬의 5 x 5 어레이를 포함하는 마스터 전지 또는 아이셀)은 M2 직렬 연결(170)에 의해 전기적 직렬로 연결된다(각 섬의 베이스 M2 금속은 인접 섬의 에미터 M2에 연결되고, 각 섬의 에미터 M2 금속은 동일한 칼럼에서 인접 섬의 베이스 M2 금속에 연결되고, 하나의 칼럼의 끝에서부터 인접 칼럼의 시작으로 전이되는 경우; 하나의 코너 섬의 베이스 M2 버스바 및 또 다른 대각 반대 섬 코너 섬의 에미터 M2 버스바는 모노리식 모듈 실시형태에서 M2의 연장 또는 모노리식 모듈 실시형태를 사용하지 않는 경우 함께 태양 전지의 태빙/스트링잉/및/또는 솔더링을 통해 아이셀을 연결하기 위한 아이셀 베이스 및 에미터 버스바로서 역할을 한다). 5 칼럼 내에 배열된 섬의 5 x 5 어레이의 패터닝된 M2 전기 직렬 연결하기 위해, 섬 칼럼은 패터닝된 M2 층을 사용해서 구체적으로 섬의 칼럼의 상부 및 하부에 교대로 위치된, 횡방향 M2층 점퍼 또는 횡방향 커넥터(172)에 의해 전기적으로 상호연결되고, 이러한 아이셀 내의 5 x 5 = 25 섬은 모두 패터닝된 M2 층을 사용해서 전기적 직렬로 상호연결되고, 직렬 연결은 도 12 a의 아이셀(160) 내의 상부 좌측 코너에서 스타팅하고 섬의 제1칼럼 하부로 지속한 후, 제1좌측 칼럼을 제2칼럼에 하부 M2 점퍼 또는 횡방향 커넥터(172)를 사용해서 직렬로 연결하고, 직렬 연결은 섬의 제2칼럼 상부로 지속한 후, 상부 M2 점퍼 또는 횡방향 커넥터(172)를 사용해서 제2칼럼을 제3칼럼에 직렬 연결하고, 직렬 연결을 섬의 제3칼럼 하부로 지속한 후, 제3칼럼을 하부 M2 점퍼 또는 횡방향 커넥터(172)를 사용해서 제4칼럼에 직렬 연결하고, 직렬 연결을 섬의 제4칼럼 상부로 지속한 후, 제4칼럼을 상부 M2 점퍼 또는 횡방향 커넥터(172)를 사용해서 제5칼럼에 연결하고, 최종적으로 직렬 연결을 섬의 제5칼럼 하부로 지속한다. 5 x 5 직렬 연결된 섬의 어레이를 갖는 아이셀(패터닝된 M2층에 의해 모든 섬 상호연결 및 최종 아이셀 금속화), 섬 I11 (상부 좌측 코너 섬)에 대한 에미터 리드 또는 버스바(166)(에미터 말단) 및 I55 (하부 우측 코너 섬)에 대한 베이스 리드 및 버스바(168)(베이스 말단)은 아이셀(160)의 주요 버스바로서 역할을 한다. 도시된 바와 같이, 섬(이 실시형태에서 칼럼당 5개의 섬)의 인접 칼럼에 상응하는 패터닝된 M2층의 인접 칼럼은 M2 칼럼 전기 분리 갭 영역(178)에 의해 분리되고(즉, 이러한 분리 영역 내에 M2 금속 포함하지 않음), 백플레인 층(177)을 노출한다. M2 칼럼 전기 분리 갭 영역(178)은 모든 M2 레벨 패터닝된 베이스 및 에미터 핑거뿐 아니라 모노리식 제작된 패터닝된 M2 금속화 층의 일부로서 에미터 리드 또는 버스바(166)(에미터 말단) 및 베이스 리드 또는 버스바(168)(베이스 말단)의 형성과 동시에 형성된다. 칼럼 내에서 인접 섬 사이의 M2 직렬 연결(170)은 섬 I11 로부터의 M2 베이스 핑거(174)를 섬 I21의 M2에미터 핑거(176)에 전기적으로 연결한다. 섬I21의 M2 베이스 핑거(174)는 섬I31 등의 M2 에미터 핑거(176)에 직렬로 연결하고, 수직으로 섬 I51에 연결하고, 따라서 제1칼럼 내에 섬의 전기적 직렬 연결을 종료한다. M2 직렬 연결 횡방향 점퍼(172)는 (칼럼 1내의) 섬I51의 M2 베이스 핑거(174)를 (칼럼 2 내의)섬 I52 의 M2 에미터 핑거(176)에 전기적으로 연결한다.
12A is a rear schematic plan view of a second metallization layer pattern M2 formed on a master cell or an icel 160 (similar to the solar cell shown in Fig. 6B, including a 5 x 5 = 25 array of square islands And M1 patterned thereon is present as shown in FIG. 10B). Figure 12B is an enlarged view of the M2 metallization layer pattern in some islands within the quadrant of the solar cell of Figure 12A. 12A and 12B, as described above with respect to Figures 6B and 10B, the master cell or the
각각의 미니 전지 또는 섬은 어레이 내에 그 외의 섬 중 적어도 하나에 직렬로 연결될 수 있고, 5 x 5 섬의 어레이 내의 모든 섬이 예를 들면, 도 12a에 도시된 바와 같이, 전기적 직렬로 연결되고, 본원에서 모든 직렬 연결로 칭해진다. 그러나, 병렬 및 하이브리드 병렬-직렬 미니 전지 연결 패턴은 적용 및 요건에 따라 사용될 수 있다.
Each mini-cell or island may be connected in series to at least one of the other islands in the array, and all the islands in the array of 5 x 5 islands are electrically connected in series, e.g., as shown in Figure 12A, Are referred to herein as all series connections. However, parallel and hybrid parallel-to-serial mini battery connection patterns can be used according to application and requirements.
도 12a에 도시된 바와 같이, 각 섬(또는 M1 병렬 연결 섬의 하위 그룹)은, 도 12a 내의 I11에 상응하고 도 10b 내의 I11에 상응하는 도 6b 내의 섬 I11 에 대해 하부 서로 맞물려진 M1 핑거 유닛 전지 상에 직교하도록 형성되는 서로 맞물려진 직사각형 핑거의 상응하는 M2 유닛 전지 디자인을 갖는다. 일부 예에서, 하부 서로 맞물려진 M2 핑거에 병렬로 M2 핑거를 패터닝하도록 설계될 수 있다.
As shown in FIG. 12A, each island (or a subgroup of M1 parallel connected islands) corresponds to I 11 in FIG. 12A and is meshed with the lower one for island I 11 in FIG. 6B corresponding to I 11 in FIG. And has a corresponding M2 unit cell design of interdigitated rectangular fingers formed to be orthogonal to the M1 finger cell. In some instances, it may be designed to pattern the M2 finger in parallel with the lower interdigitated M2 finger.
추가로 및 대안으로, 아이셀에 대한 M2 유닛 전지 디자인 금속 핑거는, 도 13에 도시된 바와 같이, 예를 들면, 삼각형 또는 사다리꼴 형상으로 테이퍼질 수 있다. 도 13은 복수의 서로 맞물려진 테이퍼진/직각 삼각형 베이스 및 에미터 핑거를 갖는 제2금속화 층 패턴(M2) 유닛 전지의 후측 개략 평면도이다. 각 직렬 연결된 M1 병렬 연결 섬의 정사각형 섬 또는 하위 그룹 상에 위치하는 M2 유닛 전지 디자인의 예는 M1 병렬 연결 섬의 섬 또는 하위 그룹당 F=6 쌍의 베이스 및 에미터 M2 금속 핑거를 나타낸다.
Additionally and alternatively, the M2 unit cell design metal fingers for the Icel can be tapered, for example, in a triangular or trapezoidal shape, as shown in Fig. 13 is a rear schematic plan view of a second metallization layer pattern (M2) unit cell having a plurality of interdigitated tapered / right-angled triangular bases and emitter fingers. An example of an M2 unit cell design located on a square island or subgroup of each serially connected M1 parallel island is represented by F = 6 pairs of bases and emitter M2 metal fingers per island or subgroup of M1 parallel island.
도 13은, 제2금속화 층 패턴(M2) 유닛 전지(180)의 후측 개략 평면도로, 예를 들면, 6쌍의 테이퍼진/직각 삼각형 핑거, M2 테이퍼진 베이스 핑거(184)(모두 M2 베이스 버스바에 부착) 및 M2 테이퍼진 에미터 핑거(182)(모두 M2 에미터 버스바에 부착)를 포함하고, 이러한 핑거는 M2 패터닝 중에 형성된 전기적 절연 갭(186)에 의해 분리된다. 단어 "테이퍼진"은 핑거 버스바로부터 섬의 타단을 향해 연장되기 때문에 섬 버스바 연결에서 넓어지고 좁아지는 M2 핑거를 설명하기 위해 사용된다. 일부 예에서, 테이퍼진 M2 핑거 디자인은 직사각형 M2 핑거에 비해 M2층 두께 요건을 약 30% 정도 감소하고 옴 손실을 줄일 수 있으며, 따라서 소정의 허용 가능한 금속화 옴 손실을 위해 M2층이 얇아진다. (상응하는 섬 M2 버스바로부터 테이퍼진)테이퍼진 베이스 및 에미터 M2 핑거는 거의 삼각형(직각, 등변, 또는 그 외의 바람직한 삼각형 형상) 또는 거의 사다리꼴 형상으로 형성될 수 있다. 마스터 전지 또는 아이셀의 테이퍼진 핑거를 갖는 정사각형 M2 유닛 전지를 디자인하기 위한 예시의 치수 고려사항으로는 (정사각형 아이셀 면적 약 L x L에 해당하는)측변 치수 L 및 N x N = S 섬(S 섬은 패터닝된 M2 금속화 층에 의해 직렬 연결된다) 및 섬당 (또는 M1 병렬 연결 섬의 하위 그룹당) F 쌍의 M2 핑거: L = H x N; H = F x h; 섬 면적 = H2; F = M2 베이스 및 에미터 핑거 쌍의 수(도 13에서 F=6)이고, 여기서, H는 직렬 연결된 섬(또는 섬 하위 그룹당 M2 패턴의 변 치수, h는 삼각형 M2 핑거의 베이스 폭이고, F는 섬(또는 하위 그룹)당 베이스 및 에미터 M2 핑거 쌍의 수이다. 각 직렬 연결 섬(또는 섬의 하위 그룹)의 면적은 H2이다.
13 is a schematic plan view of the rear side of the second metallization layer pattern
도 13은 마스터 전지 섬(180) 상에 (아이셀의 모든 타측에 대한 패터닝된 M2와 함께 동시에 및 모노리식으로) 형성된 제2금속화 유닛 전지층 패턴(M2)의 후측 도면으로, 삼각형 테이퍼진 서로 맞물려진 베이스 핑거(184) 및 에미터 핑거(182)로 정의되고 분리 금속화 전기 분리 갭(186)으로 전기적으로 분리된다.(패터닝된 M2 형성의 부분으로 형성된). 도 13에 도시된 M2 금속화 패턴은 예를 들면, 개별 섬(예를 들면, 각각의 섬은 아이셀의 다른 섬과 직렬로 연결된다) 또는 M1 병렬 연결 섬 상에 패터닝된 M1 핑거에 수직 또는 직교하도록 위치될 수 있다. 테이퍼진 핑거는 M2 두께 요건(일반적으로 직사각형 핑거에 대해 약 30%)을 줄이고 (감소된 전기 시트 전도성 요건 때문에) M2 금속화 층이 얇아질 수 있다.
13 is a rear view of a second metallization unit cell layer pattern M2 formed on the master cell island 180 (simultaneously and monolithically with the patterned M2 on all the other sides of the icel) (Formed as part of the patterned M2 formation) defined by the interdigitated
도 14a는 (도 9a에 도시된 바와 같이 패터닝된 M1이 형성된 도 2에 도시된 전지와 유사한) 아이셀의 후측 상에 형성된 제2 금속화 층 패턴(M2)의 후측 개략 평면도이다. 이는 정사각형 섬의 4 x 4 = 16 어레이를 전기적으로 직렬 연결하기 위한 아이셀 M2 패턴을 도시한다. 패터닝된 M2 핑거는 삼각형 베이스 및 에미터 금속 핑거(섬당 M1 핑거의 수보다 적은 M2 핑거의 수)를 사용한다. 일부 예에서, M2 핑거는 M1 핑거에 직교 또는 수직일 수 있다. M2 핑거는 M1 핑거보다 훨씬 넓고 조밀한 피치일 수 있다.14A is a rear schematic plan view of a second metallization layer pattern M2 formed on the rear side of the icicle (similar to the cell shown in Fig. 2 where patterned M1 is formed as shown in Fig. 9A). This shows the Icel M2 pattern for electrically connecting the 4x4 = 16 array of square islands electrically. The patterned M2 finger uses a triangular base and an emitter metal finger (number of M2 fingers less than the number of M1 fingers per island). In some examples, the M2 finger may be orthogonal or perpendicular to the M1 finger. The M2 finger may be a much wider and dense pitch than the M1 finger.
도 14b는 패터닝된 M2 금속화 층을 갖는, 도 14a로부터 태양 전지의 일부의 후측 개략 평면도로, 구체적으로 섬(I13, I23, 및 I24)의 부분 도면과 함께 섬(I14)의 전체 도면을 도시한다.
Figure 14b is of a part of the rear side schematic plan view of the solar cell from, Figure 14a having a patterned M2 metallization layer, specifically, the island (I 13, I 23, and I 24) island (I 14) with a partial diagram of the FIG.
도 14a는 (도 9a에 도시된 바와 같이 패터닝된 M1이 형성된 도 2에 도시된 전지와 유사한) 마스터 전지 또는 아이셀(190) 상에 형성된 제2금속화 층 패턴(M2)의 후측 평면도이다. 도 14b는 패터닝된 M2 금속화 층을 갖는, 도 14a로부터 태양 전지의 일부의 개략 확대 평면도로, 구체적으로 섬(I13 , I23, 및 I24)의 부분 도면과 함께 섬(I14)의 전체 도면을 도시한다. 도 14a 및 14b에서, 도 2 및 9a에 대해 상술한 바와 같이, 마스터 전지 또는 아이셀(190)은 태양 전지 주변 경계(208)에 의해 정의되고, 트렌치 분리 보더를 구획해서 정의된 4 x 4 = 16 균일한(동일한 영역) 정사각형 아이셀 I11 내지 I44를 포함한다. 패터닝된 M2 금속화 층(192)은,복수의 전도성 비아 플러그를 통해 하부 M1층에 전기적으로 연결된 테이퍼진(예를 들면, 삼각형으로 도시됨) 맞물려진 에미터 및 베이스 금속 핑거로서, 패터닝된 M1 층을 포함하는 태양 전지 후측에 부착된 백플레인층 및 아이셀 내에 각각의 섬의 후측 상에 형성된다. 도시된 바와 같이, 패터닝된 M2 맞물려진 삼각형 핑거(M2 에미터 핑거(206) 및 M2 베이스 핑거(204)는 분리갭(210)에 의해 패터닝된 M2 층 내에서 전기적으로 분리된다)는 각 섬의 M1 핑거의 수에 비해 실질적으로 더 적은 M2 핑거를 갖도록 하부 M1 맞물려진 핑거에 실질적으로 수직 또는 직교하도록 패터닝된다. M2 직렬 연결(200) 및 섬 칼럼에 의해 직렬로 연결된 칼럼 내의 각 섬(마스터 전지는 도 14a에 도시된 미니 전지의 4 x 4 = 16 어레이를 포함한다)은 섬 칼럼의 상부 및 하부에 교대로 위치하는 M2층 점퍼(202)에 의해 연결되고, 4 x 4 = 16 섬의 어레이는 에미터 리드(194)(아이셀의 에미터 말단 또는 버스바)로부터 베이스 리드(196)(아이셀의 베이스 말단 또는 버스바)로 직렬 연결된다. 도시된 바와 같이, 각 섬 칼럼은 M2 칼럼 분리 영역(198)에 의해 분리되고, 패터닝된 M2 형성 공정의 일부로서 형성된다. M2 직렬 연결(200)은 섬(I11)의 M2 베이스 핑거(204)를 섬(I21)의 M2 에미터 핑거(206)에 전기적으로 연결한다. 섬(I21)의 M2 베이스 핑거(204)는 섬(I31)의 M2 에미터 핑거(206)에 전기연결되고 수직으로 섬(I41) 상에 연결된다. M2 직렬 연결 횡방향 점퍼(202)는 (칼럼 1 내의) 섬(I41)의 M2 베이스 핑거(204)를 (칼럼 2내의) 섬(I42)의 M2 에미터 핑거(206)에 전기적으로 연결한다.
14A is a rear plan view of a second metallization layer pattern M2 formed on a master cell or an icel 190 (similar to the cell shown in Fig. 2 where patterned M1 is formed as shown in Fig. 9A). Figure 14b is of a part of a schematic enlarged plan view of the solar cell from, Figure 14a having a patterned M2 metallization layer, specifically, the island (I 13, I 23, and I 24) island (I 14) with a partial diagram of the FIG. 14A and 14B, the master cell or the
도 15a는 (도 10a에 도시된 바와 같이 패터닝된 M1이 형성된 도 6a에 도시된 전지와 유사한) 3 x 3 = 9 직렬 연결된 섬을 갖는 마스터 전지 또는 M1 병렬 연결 섬의 하위 그룹 상에 형성된 제2 금속화 층 패턴(M2)의 후측 개략 평면도이다. 패터닝된 M2 핑거는 삼각형 베이스 및 에미터 금속 핑거(섬당 M2 핑거의 수는 M1 핑거의 수보다 적다)를 사용한다. 일부 예에서, M2 핑거는 M1 핑거에 직교 또는 수직일 수 있다. M2 핑거는 M1 핑거보다 훨씬 넓고 조밀한 피치일 수 있다.
15A is a schematic view of a master cell having 3 x 3 = 9 series connected islands (similar to the cell shown in Fig. 6A in which patterned M1 is formed as shown in Fig. 10A) Is a rear schematic plan view of the metallization layer pattern M2. The patterned M2 finger uses a triangular base and emitter metal finger (the number of M2 fingers per island is less than the number of M1 fingers). In some examples, the M2 finger may be orthogonal or perpendicular to the M1 finger. The M2 finger may be a much wider and dense pitch than the M1 finger.
도 15a는 (도 10a에 도시된 바와 같이 패터닝된 M1이 형성된 도 6a에 도시된 전지와 유사한) 마스터 전지 또는 아이셀(220) 상에 형성된 제2금속화 층 패턴(M2)의 후측 평면도이다. 도시된 M2 패턴은 마스터 전지 상에 3 x 3 = 9 직렬 연결 섬(또는 M1 병렬 연결 섬의 하위 그룹)에 대해 형성될 수 있고, 종래 기술 단일 섬 마스터 전지(예를 들면, 도 1에 도시됨)에 비해 전압이 증가하고 전류가 감소한다. 즉, M2 금속화 패턴은, 종래 기술 단일 섬 마스터 전지에 비해 9개 팩터에 의해 태양 전지 전압(Vmp 및 Voc)을 증가할 수 있고 9개 팩터에 의해 태양 전지 전류(Imp 및 Isc)를 감소할 수 있다. 도 15a에서 도 6a 및 10a에 대해 상술한 바와 같이, 아이셀 또는 마스터 전지(220)은 전지 주변 경계(238)에 의해 정의되고, 트렌치 분리 보더를 구획해서 정의된 3 x 3 = 9 균일한(동일한 영역) 정사각형 아이셀 I11 내지 I33를 포함한다. 패터닝된 M2 유닛 전지 금속화 층(222)은, 백플레인에 형성된 복수의 전도성 비아 플러그를 통해 하부 패터닝된 M1층 핑거에 전기적으로 연결된 테이퍼진(예를 들면, 삼각형으로 도시됨) 맞물려진 에미터 및 베이스 M2 금속 핑거로서, 각 섬의 후측 상에 패터닝된 M1층 형성 후 태양 전지 후측에 부착된 연속적인 전기 절연 백플레인 상에 형성된다. 도시된 바와 같이, 패터닝된 M2 맞물려진 삼각형 핑거(M2 에미터 핑거(232) 및 M2 베이스 핑거(234)는 패터닝된 M2 형성 공정 중 형성된 분리 갭에 의해 전기적으로 분리된다)는 각 섬의 M1 핑거의 수에 비해 실질적으로 더 적은 M2 핑거를 갖도록 하부 패터닝된 M1 맞물려진 핑거에 실질적으로 수직 또는 직교하도록 패터닝된다. M2 직렬 연결(230) 및 섬 칼럼에 의해 직렬로 연결된 칼럼 내의 각 섬(마스터 전지는 이 실시형태에서 미니 전지 또는 섬의 3 x 3 = 9 어레이를 포함한다)은 섬 칼럼의 상부 및 하부에 교대로 위치하는 횡방향 점퍼(228)에 의해 연결되고, 각 섬은 에미터 리드 또는 버스바(224)(에미터 말단)로부터 베이스 리드 또는 버스바(226)(베이스 말단)로 직렬 연결된다. 도시된 바와 같이, 각 섬 칼럼은 M2 칼럼 분리 영역(228)에 의해 분리되고, 패터닝된 M2 형성 공정 중에 형성된다. M2 직렬 연결(230)은 섬(I11)의 M2 베이스 핑거(234)를 섬(I21)의 M2 에미터 핑거(232)에 전기적으로 연결한다. 섬(I21)의 M2 베이스 핑거(234)는 섬(I31)의 M2 에미터 핑거(232)에 전기연결된다. M2 직렬 연결 횡방향 점퍼(228)는 (칼럼 1 내의) 섬(I31)의 M2 베이스 핑거(234)를 (칼럼 2내의) 섬(I32)의 M2 에미터 핑거(232) 전기적으로 연결한다.
15A is a rear plan view of a second metallization layer pattern M2 formed on a master cell or an icel 220 (similar to the cell shown in Fig. 6A where patterned M1 is formed as shown in Fig. 10A). The illustrated M2 pattern may be formed for a 3 x 3 = 9 series connection island (or a subgroup of M1 parallel connection islands) on the master cell and may be formed using a prior art single island master cell (e.g., The voltage increases and the current decreases. That is, the M2 metallization pattern can increase the solar cell voltages (V mp and V oc ) by nine factors compared to the prior art single island master cell and the solar cell currents I mp and I sc ) Can be reduced. As described above with respect to Figs. 6A and 10A in Fig. 15A, the icel or
도 15b는 (도 10b에 도시된 바와 같이 패터닝된 M1이 형성된 도 6b에 도시된 전지와 유사한) 5 x 5 = 25 직렬 연결된 섬 또는 M1 병렬 연결 섬의 하위 그룹을 갖는 마스터 전지 상에 형성된 제2 금속화 층 패턴(M2)의 후측 개략 평면도이다. 패터닝된 M2 핑거는 삼각형 베이스 및 에미터 금속 핑거(섬당 M2 핑거의 수는 M1 핑거의 수보다 적다)를 사용한다. 일부 예에서, M2 핑거는 M1 핑거에 직교 또는 수직일 수 있다. M2 핑거는 M1 핑거보다 훨씬 넓고 조밀한 피치일 수 있다.
Fig. 15B is a cross-sectional view of a second (i. E., Second) cell formed on a master cell having 5 x 5 = 25 serially connected islands or subgroups of M1 parallel connected islands (similar to the cell shown in Fig. 6B in which patterned M1 is formed as shown in Fig. Is a rear schematic plan view of the metallization layer pattern M2. The patterned M2 finger uses a triangular base and emitter metal finger (the number of M2 fingers per island is less than the number of M1 fingers). In some examples, the M2 finger may be orthogonal or perpendicular to the M1 finger. The M2 finger may be a much wider and dense pitch than the M1 finger.
도 15b는 (도 10b에 도시된 바와 같이 M1이 증착된 도 6b에 도시된 전지와 유사한) 마스터 전지 또는 아이셀(240) 상에 증착된 제2금속화 층 패턴(M2)의 후측 평면도이다. 도시된 M2 패턴은 마스터 전지 상에 5 x 5 = 25 직렬 연결 섬에 대해 형성될 수 있고, 종래 기술 섬 마스터 전지에 비해 태양 전지 전압이 증가하고 전류가 감소한다. 즉, M2 금속화 패턴은, 종래 기술 단일 섬 마스터 전지에 비해 태양 전지 전압(Vmp 및 Voc)이 25 팩터 정도 증가될 수 있고, 태양 전지 전류(Imp 및 Isc)가 25 팩터 정도 감소할 수 있다. 도 15b에서 도 6b 및 10b에 대해 상술한 바와 같이, 아이셀 또는 마스터 전지(240)은 전지 주변 경계(258)에 의해 정의되고, 트렌치 분리 보더에 의해서 정의된 균일한 정사각형 아이셀 I11 내지 I55를 포함한다. 패터닝된 M2 유닛 전지 금속화 층(242)은, 백플레인층을 통한 복수의 전도성 비아 플러그를 통해 하부 M1층 핑거에 전기적으로 연결된 테이퍼진(예를 들면, 삼각형으로 도시됨) 맞물려진 에미터 및 베이스 금속 핑거로서, 각 섬의 후측 상에 패터닝된 M1층 형성 후 태양 전지 후측에 부착된 연속적인 전기 절연 백플레인층 상에 형성된다. 도시된 바와 같이, M2 맞물려진 삼각형 핑거(M2 에미터 핑거(252) 및 M2 베이스 핑거(254)는 분리 갭에 의해 전기적으로 분리된다)는 각 섬의 M1 핑거의 수에 비해 실질적으로 더 적은 M2 핑거를 갖도록 하부 패터닝된 M1 맞물려진 핑거에 실질적으로 수직 또는 직교하도록 패터닝된다. M2 직렬 연결(250) 및 섬 칼럼에 의해 직렬로 연결된 칼럼 내의 각 섬(마스터 전지는 이 실시형태에서 미니 전지의 5 x 5 = 25 어레이를 포함한다)은 섬 칼럼의 상부 및 하부에 교대로 위치하는 횡방향 점퍼(248)에 의해 연결되고, 각 섬은 에미터 리드 또는 버스바(244)(에미터 말단)로부터 베이스 리드 또는 버스바(246)(베이스 말단)로 직렬 연결된다. 도시된 바와 같이, 각 섬 칼럼은 M2 칼럼 분리 영역(256)에 의해 분리된다. M2 직렬 연결(250)은 섬(I11)의 M2 베이스 핑거(254)를 섬(I21)의 M2 에미터 핑거(252)에 전기적으로 연결한다. 섬(I21)의 M2 베이스 핑거(254)는 섬(I31)의 M2 에미터 핑거(252)에 전기연결되고 섬(I51)에 수직으로 연결된다. M2 직렬 연결 횡방향 점퍼(248)는 (칼럼 1 내의) 섬(I31)의 M2 베이스 핑거(254)를 (칼럼 2내의) 섬(I32)의 M2 에미터 핑거(252) 전기적으로 연결한다.
FIG. 15B is a rear plan view of a second metallization layer pattern M2 deposited on a master cell or an icel 240 (similar to the cell shown in FIG. 6B where M1 is deposited as shown in FIG. 10B). The illustrated M2 pattern can be formed for a 5x5 = 25 series connected island on the master cell, and the solar cell voltage increases and the current decreases compared to the prior art island master cell. That is, the M2 metallization pattern can increase the solar cell voltage (V mp and V oc ) by about 25 factors compared to the prior art single island master cell, and the solar cell currents (I mp and I sc ) can do. As Figs. Above for 6b and 10b in 15b, ahyisel or
본원에 개시된 M1 및 M2 유닛 전지 패턴은 별도 또는 유사 정사각형 섬, 삼각형 섬, 또는 다양한 그 외의 형상의 섬, 및 임의의 조합에 대해 디자인될 수 있다. 즉, 섬 디자인 및 연결 패턴은 패터닝된 M1 및 M2 디자인을 좌우할 수 있다.
The M1 and M2 unit battery patterns disclosed herein may be designed for separate or similar square islands, triangular islands, or islands of various other shapes, and any combination. That is, the island design and connection pattern can dominate the patterned M1 and M2 designs.
M2에 대한 필요한 전기전도도(또는 Al 또는 Cu와 같은 소정의 M2 재료에 대해 패터닝된 M2 금속의 전체 두께)는 S의 전류 및 전압 크기 팩터로 아이셀의 전지 전류가 감소하고 전지 전압이 증가하기 때문에 단일 섬을 포함하는 마스터 전지에 비해 전기적 직렬(또는 하이브리드 병렬-직렬)로 연결된 S 섬(또는 섬의 S 하위 그룹)을 갖는 마스터 전지에 비해 작다. 일반적으로, S의 값, 즉 직렬 연결 하위 전지 또는 섬의 수가 크면, M2 두께 요건이 작아지는데, 전지 전류는 S 팩터 정도 감소하고 전지 전압은 S 팩터에 의해 증가하기 때문이다(직렬 연결된 섬 또는 하위 그룹 섬의 수). 예를 들면, IBC 태양 전지의 구리 M2층 두께는 도 1에 도시된 비-타일 태양 전지(예를 들면, 156 mm x 156 mm IBC 태양 전지)에 대해 약 20 내지 80 마이크론의 두께 범위를, 약 20 마이크론 미만으로 감소할 수 있고, 일부 예에서 10 마이크론 미만을 약 1 마이크론 내지 5 마이크론으로 감소할 수 있다(따라서, 아이셀의 전압은 팩터 S 정도 증가하고 전류는 팩터 S 정도 감소한다).
The required electrical conductivity for M2 (or the total thickness of the M2 metal patterned for a given M2 material, such as Al or Cu) is a function of the current and voltage magnitude factor of S, Is smaller than a master cell having an S island (or an S subgroup of islands) connected in an electrical series (or hybrid parallel-to-serial) manner as compared to a master cell comprising an island. In general, if the value of S, i. E. The number of series connected sub-cells or islands, is large, the M2 thickness requirement becomes small because the cell current decreases by S factor and the cell voltage increases by the S factor Number of group islands). For example, the copper M2 layer thickness of an IBC solar cell may range from about 20 to 80 microns for a non-tile solar cell (e.g., 156 mm x 156 mm IBC solar cell) shown in Figure 1, (In some cases, less than 10 microns can be reduced to about 1 micron to 5 microns (thus, the voltage of the Icel cell increases by a factor S and the current decreases by a factor S).
본원에 개시된 모노리식으로 타일 태양 전지 또는 아이셀 구조체 및 제작 방법은 실질적으로 감소된 금속화 시트 전도도 및 두께 요건을 제공하고, 이어서 금속 소비, 공정 비용, 제작 공정 장비 비용, 및 상응하는 자본 지출을 줄일 수 있다. 또한, 특정 전지 제작 공정으로부터 상당한 폐 부산물, 예를 들면, 금속 도금(예를 들면, 구리 도금) 중에 생성되는 부산물은, 감소되고 완화된 금속화 시트 전도도 및 두께 요건으로 인해 감소하거나 제거될 수 있다(따라서, 금속 도금을 훨씬 간단하고 적은 비용의 금속화 공정(예를 들면, 증착, 플라즈마 스퍼터링, 및/또는 스크린 인쇄)로 대체해서 두꺼운 금속 도금에 의존성을 없애기 위한 능력). 얇고 간단한 M2 금속화 패턴은, 태양 전지 반도체층 미세 균열을 감소시키고 전체 태양 전지 및 모듈 제작 생산량을, 예를 들면, 실질적으로 얇아진 패터닝된 M2 금속화 인장 응력/기계적 응력 감소 및 금속 도금 처리(예를 들면, 구리 도금) 및 관련 취급, 에지 봉지 및 도금 전기적 접촉 요건에 의존성 제거로 인해 개선할 수 있다. 유연한 또는 구부러질 수 있는 태양 전지 및 PV 모듈에 요구되는 적용에 대해, 아이셀 혁신 형태에 의해 얻어질 수 있는 얇아진 M2 금속화 층은, 태양 전지의 유연성 및 굽힙성, 및 유연한, 경량 PV 모듈을 개선할 수 있고, 태양 전지 미세 균열 또는 파손 위험을 증가하지 않는다. 종래 기술의 맞물려진 후측-접촉(IBC) 태양전지에 비해 비교적 두꺼운(예를 들면, 약 30 내지 80 마이크론)구리 금속화를 형성하기 위해 사용되는 구리 도금 공정은, 압입 상태의 구리 도금 공정(일측 도금이 필요하고, IBC 태양 전지 전측이 도금 약품에 노출되는 것을 방지한다) 및 도금 공정 중 및 후에 태양 전지의 클램핑/씰링 및 디클램핑/언씰링 또한 취급으로 인해 전지의 기계적 파손 위험으로 인해 제조 생산량을 떨어뜨릴 수 있다. 예를 들면, 기존의 미세 균열을 갖는 태양 전지의 구리 도금 가공은 실리콘 미세 균열에 따라 구리를 도금해서 단단한 션트 또는 부드러운 션트를 일으키고 수율 또는 성능이 떨어질 수 있다. 일 실시형태에서, 실질적으로 감소된 M2 시트 전도도(또는 M2 금속 두께)로 인해 구리 도금 처리가 제거되면, 특별한 M1 디자인이 필요하지 않고, 패터닝된 M2층은 태양 전지의 에지로부터 리세스되거나 오프셋되어 에지-씰링된 구리 도금을 수용하고, 즉 섬 마스터 전지 또는 아이셀의 배치된 M2 시트 전도도 요건이 완화되면, 두꺼운 구리 도금 공정을 건조 비-도금 공정으로 교체하여 패터닝된 M2층을 형성하고, 전지의 전측의 클램핑 또는 씰링이 필요하지 않고, 도금 가공에서 도출되지 않는다. 따라서, 하부 패터닝된 M1 핑거는 섬의 에지 또는 구획 보더 사이에 거의 말단 사이에서 연장될 수 있다. 또한, 구리 도금 금속화에 대한 의존성을 제거하면, 모든 건조 전지 금속화 가공(예를 들면, 스크린 인쇄 또는 PVD를 사용)를 수행해서 실질적으로 전지 제작 복잡성을 줄일 수 있다.
The monolithic tile solar cells or the Iceland structures and fabrication methods disclosed herein provide substantially reduced metallized sheet conductivity and thickness requirements and are then used to reduce metal consumption, process costs, manufacturing process equipment costs, and corresponding capital expenditures . In addition, the byproducts generated in a significant waste by-product, such as a metal plating (e.g., copper plating), from a particular cell fabrication process can be reduced or eliminated due to reduced and relaxed metallized sheet conductivity and thickness requirements (Thus the ability to eliminate dependence on thick metal plating by replacing metal plating with a much simpler and less costly metallization process (e.g., deposition, plasma sputtering, and / or screen printing). The thin and simple M2 metallization pattern reduces the solar cell semiconductor layer microcracks and reduces the overall solar cell and module fabrication yields, for example, substantially reduced patterned M2 metallization tensile stress / mechanical stress reduction and metal plating treatment For example, copper plating) and related handling, eliminating dependence on edge encapsulation and plating electrical contact requirements. For applications required for flexible or bendable solar cells and PV modules, the thinner M2 metallization layer, which can be obtained by the innovation of the i-cell innovation, can improve the flexibility and bendability of the solar cell, and the flexibility, lightweight PV module And does not increase the risk of solar cell microcracks or breakage. The copper plating process used to form relatively thick (e.g., about 30 to 80 microns) copper metallization compared to prior art interlocked rear side-contact (IBC) solar cells is a copper plating process in the press- Plated and prevent the front side of the IBC solar cell from being exposed to the plating chemicals) and the clamping / sealing and declamping / unsealing of the solar cell during and after the plating process, as well as the risk of mechanical breakage of the battery, Lt; / RTI > For example, copper plating of a solar cell having conventional microcracks may result in hard shunts or soft shunts by plating copper according to silicon microcracks, which may reduce yield or performance. In one embodiment, if the copper plating process is removed due to the substantially reduced M2 sheet conductivity (or M2 metal thickness), no special M1 design is required and the patterned M2 layer is recessed or offset from the edge of the solar cell When the edge-sealed copper plating is accommodated, that is, the M2 sheet conductivity requirements of the island master cell or the Icel are relaxed, the thick copper plating process is replaced by a dry non-plating process to form a patterned M2 layer, Clamping or sealing on the front side is not necessary and is not derived from the plating process. Thus, the bottom patterned Ml finger can extend between the edges of the islands or between the border of the segments. In addition, by eliminating dependence on copper plating metallization, any dry cell metallization process (e.g., using screen printing or PVD) can be performed to substantially reduce cell fabrication complexity.
구리(예를 들면, 알루미늄) 이외에 금속화 재료가 사용되는 일부 금속화 실시형태에서, 태양 전지 및 PV 모듈의 투영된 장기간 필드 신뢰성은 개선될 수 있는 데, 이는 구리가 (부드럽거나 단단한 태양 전지 션트를 일으키지 않더라도)구리 금속화를 사용하는 태양 전지 내에서 민감한 태양 전지 표면 영역에 침투하면, 소수 캐리어 수명( 및 효율)의 열화 및 반도체 기판으로 구리 확산으로 인해 장기간 신뢰성 문제를 일으킬 수 있기 때문이다.
In some metallization embodiments where a metallization material is used in addition to copper (e.g., aluminum), the projected long-term field reliability of solar cells and PV modules can be improved because copper , Penetration of sensitive solar cell surface areas in solar cells using copper metallization may result in deterioration of minority carrier lifetime (and efficiency) and long term reliability problems due to copper diffusion into semiconductor substrates.
아이셀에 의해 얻어지는 얇아진 태양 전지 금속화는, 비교적 두꺼운(일반적으로 IBC 태양 전지에 대해 약 30 내지 80 마이크론) 도금 금속, 종종 도금 구리를 사용하는 공지된 태양 전지에 비해, 예를 들면, 본원에 기재된 백플레인 적층 태양 전지는 태양 전지 휨 및 기계적 응력이 감소한다. 이중 레벨 금속화 구조체 내에서 M2 금속 두께가 (일 실시예에서 적어도 30 내지 80 마이크론을 약 5 마이크론 미만으로) 감소하면, 태양 전지 및 PV 모듈 유연성/유순성이 향상되고, PV 모듈 구부림 또는 굽힘 시 균열이 발생되지 않고 PV 모듈 성능이 열화되지 않는다. 또한, M2 금속 두께 및 양이 감소하면, 기계적 응력, 예를 들면, 민감한 태양 전지 반도체 흡수체 상의 패터닝된 금속화 응력이 실질적으로 감소하고, 다음의 태양 전지 및 모듈 처리(예를 들면, 시험 및 소트, 모듈 적층(적층 압력 및 열을 사용할 수 있는) 및 설치된 PV 모듈의 필드 작동 중에 미세 균열 발생 및 생산량 저하가 감소한다. 예를 들면, 패터닝된 M2는 비교적 저렴한, 고전도성 금속, 예를 들면, 구리(벌크 저항 1.68 μΩ.cm) 또는 알루미늄(벌크 저항 2.82 μΩ.cm)으로 제조될 수 있다. 예를 들면, 구리는 선형 CTE 약 17 ppm/℃이고 결정질 실리콘은 선형 CTE가 약 2.7 ppm/℃이다. 따라서, 구리와 결정질 실리콘 사이의 CTE 차이는 대략 14 ppm/℃이고 140℃ 모듈 적층 공정은 156 mm x 156 mm 태양 전지에 대해 0.25 mm 또는 250㎛의 치수가 미스매치되어(즉 두꺼운 도금 구리는 실리콘에 비해 일측으로부터 일측으로 약 250마이크론 확장한다), 모듈 적층 공정 중에 실리콘 상에 매우 큰 인장 응력을 일으킨다. 개시된 대상에 따라 패터닝된 박막 M2 금속화 패턴을 갖는 모노리식 미니 전지 또는 섬(예를 들면,층 두께가 약 10 마이크론 미만, 일부 예에서 5 마이크론 미만)은, 실질적으로 균열 발생 및 전파 모드, 및 얻어진 생산량 저하를 줄이거나 없앤다.
The thinned solar cell metallization obtained by Icelel is advantageous compared to known solar cells using relatively thick (typically about 30 to 80 microns for IBC solar cells) plated metal, often plated copper, for example, Backplane laminated solar cells have reduced solar cell warping and mechanical stress. The reduction in M2 metal thickness (in one embodiment at least 30 to 80 microns to less than about 5 microns) in the dual level metallization structure improves solar cell and PV module flexibility / Cracks do not occur and PV module performance does not deteriorate. Also, as the M2 metal thickness and amount decrease, the mechanical stresses, e.g., the patterned metallization stresses on the sensitive solar cell semiconductor absorber, are substantially reduced and the subsequent solar cell and module processing (e.g., , Micro-cracking and reduced yields during field operation of the module stack (where lamination pressure and heat can be used) and installed PV modules. For example, the patterned M2 is a relatively inexpensive, highly conductive metal, For example, copper has a linear CTE of about 17 ppm / 占 폚 and crystalline silicon has a linear CTE of about 2.7 ppm / 占 폚 (bulk resistivity: 1.68 占 占 퐉) or aluminum The CTE difference between copper and crystalline silicon is approximately 14 ppm / ° C, and the 140 ° C module lamination process has a mismatch of dimensions of 0.25 mm or 250 μm for a 156 mm x 156 mm solar cell (ie, (Which extend about 250 microns from one side to the other, compared to silicon), resulting in very large tensile stresses on the silicon during the module stacking process. A monolithic mini-cell having a thin film M2 metallization pattern patterned according to the disclosed subject, For example, a layer thickness of less than about 10 microns, in some instances less than 5 microns) substantially reduces or eliminates the crack initiation and propagation modes, and the resulting throughput reduction.
필요에 따라, 도금 가공, 예를 들면, 구리 도금 공정(또한, 금속 도금 공정에 대해 비용, 추가 공정 복잡성, 열/기계적 응력, 및 잠재적인 제작 생산량 감소)을 없애기 위해, 직렬 연결 하위 전지 또는 섬(S)의 수는, 필요한 낮은 저항 또는 높은 전도성 금속(추가의 높은 전도성 금속, 예를 들면, 은이 사용될 수 있지만, 예를 들면, 저렴한 높은 전도성 금속, 예를 들면, 구리 및/또는 알루미늄) 두께가, 비교적 낮은 비용 금속 증착 공정, 예를 들면, 플라즈마 스퍼터링 또는 증착(물리적 증착 또는 PVD 공정)을 사용하기 위해 충분히 작고, 특히 이 예에서 M2 두께(예를 들면, 구리 또는 알루미늄 두께)가 10 마이크론 미만, 일부 예에서 5 마이크론 미만으로 감소하도록, 선택할 수 있다. 또한, 추가의 저렴한 금속화 공정, 예를 들면, 스크린 인쇄는 구리 도금 대신에 사용될 수 있다.
In order to eliminate the plating process, for example, the copper plating process (and also cost, additional process complexity, thermal / mechanical stress, and potential production reduction) for the metal plating process, (S) may be selected from the group consisting of a low resistance or a high conductivity metal (a further high conductivity metal, for example silver, which can be used, for example low inexpensive high conductivity metals such as copper and / Is small enough to use a relatively low cost metal deposition process, such as plasma sputtering or vapor deposition (physical vapor deposition or PVD process), especially in this example having a thickness of M2 (e. G., Copper or aluminum thickness) , And in some instances less than 5 microns. In addition, further inexpensive metallization processes, such as screen printing, can be used instead of copper plating.
또한, 일 실시형태에서, M2는 실질적으로 M1에 직교 또는 수직으로 되도록 패터닝될 수 있고 M2 핑거(예를 들면, 테이퍼진 핑거)의 수는, 예를 들면, 약 5 내지 50의 범위로 팩터 정도 M1 핑거의 수보다 훨씬 작을 수 있다. 일부 예에서, 테이퍼진 핑거 형상, 예를 들면, 삼각형 또는 사다리꼴 형상으로 디자인된 M2 핑거는, 직사각형 핑거에 비해 M2 금속 두께 요건(일반적으로 약 30% 정도) 감소할 것이다.
Further, in one embodiment, M2 can be patterned to be substantially orthogonal or perpendicular to Ml, and the number of M2 fingers (e.g., tapered fingers) can range, for example, from about 5 to 50 May be much smaller than the number of M1 fingers. In some instances, an M2 finger designed in a tapered finger shape, e.g., a triangular or trapezoidal shape, will have a reduced M2 metal thickness requirement (typically about 30%) as compared to a rectangular finger.
주요/마스터 전지를 섬 또는 하위 전지의 어레이(예를 들면, N x N 정사각형 또는 유사 정사각형 또는 K 삼각형 또는 이들의 조합의 어레이)을 구획하고, 직렬 또는 전기적 병렬 및 전기적 직렬의 하이브리드 조합으로 섬을 연결하면, 각각의 섬, 또는 미니 전지, 또는 전체 마스터 전지는, 예를 들면, N x N = N2의 팩터(모든 정사각형 섬은 전기적 직렬로 연결되는 경우) 또는 K 팩터 (모든 삼각형 섬이 직렬로 연결된 경우) 정도 감소한다. 주요/마스터 전지 또는 아이셀은 최대 전력(mp) 전류 Imp, 및 최대 전력 전압 Vmp이면, 각각 직렬 연결 섬(또는 병렬 연결 후 직렬로 연결된 섬의 하위 그룹)은 최대 전력 전류 Imp/N2 (직렬로 연결된 N2 섬을 가정하면)이고 최대 전력 전압 Vmp (섬의 전압 변화 없음)일 것이다. 공유된 연속 또는 연속 백플레인 상의 섬은, 전지적 직렬로 연결되도록 제1 및 제2금속화 층 패턴 M1 및 M2을 디자인하면, 주요/마스터 전지 또는 아이셀을 최대 전력 전류 Imp/N2 및 최대 전력 전압 N2 x Vmp 또는 전지(아이셀) 최대 전력 Pmp = Imp x Vmp (미니 전지 구획 없이 마스터 전지과 동일한 최대 전력)이다.
The main / master cell is divided into an array of islands or sub-cells (e.g., an array of N x N squares or similar squares or K triangles or a combination thereof), and a hybrid combination of series or electrical parallel and electrical series When connected, each island, or mini-cell, or entire master cell can be, for example, a factor of N x N = N 2 (where all square islands are electrically connected in series) or K factor ). The main / master cell or ahyisel the maximum power (mp) current I mp, and the maximum power voltage V is mp, each series connection island (or sub-group of islands are connected in series after the parallel connection) is the maximum power current I mp / N 2 (Connected in series with N 2 Island) and the maximum power voltage V mp (no island voltage change). Designing the first and second metallization
따라서, 모노리식 섬 마스터 전지 또는 아이셀 구조는 감소된 태양 전지 전류로 인해 옴 손실을 줄이고 일반적으로 태양 전지 금속화 구조체가 얇아지고, 적용가능하거나 요구되는 경우 M2층이 훨씬 더 얇아질 수 있다. 또한, 마스터 전지 또는 아이셀의 감소한 전류 및 증가한 전압에 의해, 비교적 저렴한, 고효율, 최대 전력 지점 트랙킹(MPPT) 전력 최적화 전자장치가 PV 모듈에 직접 임베딩되거나 태양 전지 백플레인 상에 집적될 수 있다.
Thus, a monolithic island-master cell or an Icel structure can reduce ohmic losses due to reduced solar cell current, and typically the thinness of the solar cell metallization structure, and the M2 layer can be much thinner if applicable or required. Also, due to the reduced current and increased voltage of the master cell or the Icel cell, relatively inexpensive, high efficiency, maximum power point tracking (MPPT) power optimizing electronics can be embedded directly on the PV module or integrated on the solar cell backplane.
주요/마스터 전지 또는 아이셀은, 섬의 S 정사각형 또는 유사 정사각형 패턴을 가지고(S는 정수 및 S = N x N을 가정하고) 또는 P 삼각형 섬(P는 정수, 예를 들면, 2 또는 4)은 각각 인접한 세트의 P 트렌치 분리 삼각형 섬이 섬의 정사각형 하위 그룹을 형성하는 것으로 가정한다. 각각의 인접한 세트의 P 삼각형 섬이 정사각형 하위 그룹은 전기적 병렬로 연결될 수 있고, 일련의 S 하위 그룹은 전기적 직렬로 연결된다. 얻어진 주요 전지는 최대 전력 전류 Imp/S 및 최대 전력 전압 S x Vmp 을 가질 것이다. 실제로, 섬의 감소한 전류 및 증가한 전압은 비교적 저렴한, 고효율, 최대 전력 지점 트랙킹(MPPT) 전력 최적화 전자장치는 PV 모듈에 직접 임베딩되고/되거나 태양 전지 백플레인 상에 통합될 수 있다. 또한, 아이셀의 혁신적인 형태는 모듈에의 저렴한 바이패스 다이오드(예를 들면, pn 접합 다이오드 또는 쇼트키 다이오드)의 발생에 기초해서 분포된 셰이드 관리를 가능하게 하고, 예를 들면, 하나의 바이패스 다이오드는 최종 PV 모듈 적층 전에 각각의 태양 전지과 함께 임베딩된다. 금속화 실시형태에서, M1 금속층은, 각각의 섬 내에 버스바가 없는, 미세 피치(대략 200㎛ 내지 2 mm 범위의 베이스 간 피치, 더 구체적으로 500㎛ 내지 1,500㎛) 맞물려진 Al 및/또는 Al/Si 금속 핑거 패턴(스크린 인쇄 또는 PVD 및 포스트 PVD 패터닝에 의해 형성된)일 수 있다. 각 섬에 대해, M1 핑거는 구획 트렌치 분리 에지로부터 약간 리세싱될 수 있다(예를 들면, 섬 트렌치 분리 에지로부터 50㎛ 내지 수백 ㎛정도 리세스되거나 오프셋될 수 있다). 즉, 마스터 전지 내에 각 섬의 M1 핑거는 서로 전기적 및 물리적으로 분리된다(특정한 섬에 상응하는 M1 패턴은 본원에서 M1 유닛 전지로 지칭될 수 있다).
The main / master cell or the Icelel has an S-square or similar square pattern of islands (assuming S is an integer and S = N x N) or a P triangular island (P is an integer, for example 2 or 4) It is assumed that each adjacent set of P trench isolation triangular islands form a square subgroup of islands. Each adjacent set of P triangular islands can be connected in an electrically parallel manner, and a series of S subgroups are electrically connected in series. The main cell thus obtained is the maximum power current I mp / S and the maximum power voltage S x V mp . Indeed, the reduced current and increased voltage of the island can be directly embedded in the PV module and / or integrated on the solar cell backplane, while relatively inexpensive, high efficiency, maximum power point tracking (MPPT) power optimized electronics. In addition, the innovative form of the i-cell enables distributed shade management based on the generation of inexpensive bypass diodes (e. G., Pn junction diodes or Schottky diodes) to the module, and, for example, Are embedded with each solar cell before lamination of the final PV module. In the metallization embodiment, the M1 metal layer is formed by Al and / or Al / Al / Al interfaced fine pitch (base pitch in the range of approximately 200 [mu] m to 2 mm, more specifically 500 [ Si metal finger pattern (formed by screen printing or PVD and post PVD patterning). For each island, the M1 finger may be slightly recessed from the trench isolation edge (e.g., it may be recessed or offset from about 50 microns to several hundred microns from the island trench isolation edge). That is, the M1 fingers of each island in the master cell are electrically and physically separated from one another (the M1 pattern corresponding to a particular island may be referred to herein as the M1 unit cell).
*섬의 전기적 연결 구조(모두 직렬, 하이브리드 병렬-직렬, 또는 모두 병렬)은 M2 패턴 디자인에 의해 정의될 수 있고, M1은 모든 마스터 전지 섬의 온-전지 접촉 금속화로서 역할을 하고 M2는 높은 전도성 금속으로 아이셀 또는 마스터 전지 내에 섬의 전기적 연결 및 높은 전도성 금속화 및 전기적 연결을 제공한다.
* The electrical connections of the islands (all in series, hybrid parallel-series, or all in parallel) can be defined by the M2 pattern design, M1 acts as the on-cell contact metallization of all master cell islands and M2 is high The conductive metal provides the electrical connection of the island and the high conductive metallization and electrical connection in the icel or master cell.
M2 디자인(예를 들면, 직사각형 또는 테이퍼진 맞물려진 M2 베이스 및 에미터 핑거를 사용하는 M2 패턴)은 아이셀 내에 섬의 모든 직렬, 하이브리드 병렬-직렬, 또는 모두 병렬 연결을 제공할 수 있다. 일부 예에서, 상기 기재된 바와 같이, 섬의 모든 직렬 또는 하이브리드 병렬-직렬 전기적 연결을 제공하는 M2 디자인은, 주요/마스터 전지 전압을 증가 및 주요/마스터 전지 전류 감소(예를 들면, S 팩터 정도, 여기서 S는 직렬 연결된 섬 또는 섬의 하위 그룹의 수이다)한다. 전지 전압을 증가시키면서 전지전류를 감소시키면, 금속화 전도성 요건을 완화/줄이고 금속화 층이 얇아지고 낮아진 금속 시트 전도도가 가능하고, (예를 들면, 전지 금속 형성을 위해 구리 도금할 필요가 없기 때문에)제조 비용, 공정 복잡성, 제작 장비 및 설비 비용, 비교적 두꺼운 금속화 가공 처리, 예를 들면, 구리 도금을 사용해서 형성되는 두꺼운 금속화에 관련된 균열, 신뢰성 문제, 및 전체 생산량 저하가 줄어들거나 완화된다.
An M2 design (e.g., a M2 pattern using a rectangular or tapered meshed M2 base and emitter fingers) can provide all serial, hybrid parallel-to-serial, or all-in-parallel connections of the islands within the icel. In some instances, as described above, the M2 design, which provides all series or hybrid parallel-to-serial electrical connections of the islands, increases the main / master cell voltage and reduces the main / master cell currents (e.g., Where S is the number of sub-groups of islands or islands in series). Reducing the cell current while increasing battery voltage alleviates / reduces the metallization conductivity requirements, permits the metalized layer to be thinned and reduced in metal sheet conductivity (e.g., because there is no need for copper plating for battery metal formation ) Manufacturing costs, process complexity, manufacturing equipment and equipment costs, relatively thick metallization processing, for example cracks associated with thick metallization formed using copper plating, reliability problems, and overall yield reduction are reduced or mitigated .
또한, 향상된 전압/감소된 전류 주요/마스터 태양 전지 또는 아이셀은 비교적 저렴한 고성능, 고효율 최대 전력 지점 트랙킹(MPPT) 전력 최적화 전자장치가 각 모듈 내에 임베딩되고 각각의 아이셀 및/또는 각 섬과 관련되어, 셰이딩 된, 부분적으로 셰이딩 된 및 셰이딩 되지 않은 섬을 갖는 마스터 전지를 가로지르는 전력 및 에너지 수집 능력이 향상한다. 마찬가지로, 각 아이셀 또는 각 아이셀 내의 각 섬은 셰이딩 된 및 부분적으로 셰이딩 된 상태 하에서 향상된 태양 전지 보호 및 전력 수집을 위해, 분포된 셰이드 관리 능력을 제공하기 위해 저렴한 바이패스 다이오드(pn 접합 다이오드 또는 쇼트키 배리어 다이오드)를 가질 수 있다. 모든 병렬 M2 패턴에 의해 제공된 섬의 모든 병렬 전기 연결은, 모든 직렬 또는 하이브리드 병렬-직렬 연결에 비해 상기 기재된 모노리식 섬 태양 전지의 다수의 이점 중 일부 이점, 특히 얻어진 아이셀 및 PV 모듈의 증가된 유연성 및 굽힘성을 제공한다.
In addition, an improved voltage / reduced current main / master solar cell or an Icel is a relatively inexpensive high performance, high efficiency maximum power point tracking (MPPT) power optimized electronics embedded within each module and associated with each of the Iceland and / Improved power and energy collection capability across the master cell with shaded, partially shaded, and unshaded islands. Likewise, each island in each Iceloc or each Icelel has an inexpensive bypass diode (pn junction diode or Schottky diode) to provide distributed shade management capability for improved solar cell protection and power collection under shaded and partially shaded conditions Barrier diode). All parallel electrical connections of the islands provided by all the parallel M2 patterns have some advantages of the many advantages of the monolithic island solar cells described above compared to all serial or hybrid parallel-to-serial connections, especially the increased flexibility of the obtained Icel and PV modules And bendability.
예를 들면, M2에 대해 PVD 알루미늄을 사용하는(5 ㎛ 미만 두께의 M2층은 아이셀 내에 모든 직렬 또는 하이브리드 병렬-직렬 연결을 제공한다) 경우, 금속 스택은 M2 솔더링성을 제공하기 위해 (예를 들면, 플라즈마 스퍼터링에 의해 형성된) Ni 또는 NiV, 그 다음에 선택적으로 (예를 들면, 플라즈마 스퍼터링에 의해 형성된)Sn의 비교적 박막층으로 캡핑된 PVD Al(주요 금속)일 수 있다. 알루미늄층은 전자빔 또는 열증착 공정을 사용해서 증착될 수 있다.
For example, if using a PVD aluminum for M2 (M2 layer less than 5 microns thick provides all serial or hybrid parallel-to-serial connections in the Icel), the metal stack may be used to provide M2 solderability (E.g., formed by plasma sputtering) Ni or NiV, and then optionally PVD Al (primary metal) capped with a relatively thin layer of Sn (formed by plasma sputtering, for example). The aluminum layer may be deposited using an electron beam or thermal deposition process.
S 정사각형 섬은 직렬로 연결된 것을 가정한다. 전기적 직렬로 연결된 각각의 "섬"은 전기적 병렬로 연결된 더 작은 섬의 하위 그룹, 예를 들면, 삼각형 섬을 포함할 수 있다. 정사각형 섬의 N x N 어레이는 직렬로 연결된다: S = N x N = N2 .
S square islands are assumed to be connected in series. Each "island" electrically connected in series may comprise a sub-group of smaller islands connected in electrical parallelism, for example a triangular island. The N x N arrays of square islands are connected in series: S = N x N = N 2 .
또한, M2 핑거 패턴은 실질적으로 M1 패턴에 직교 또는 수직하고, 이는 M2의 핑거 수가 M1 핑거 수보다 (5배 내지 약 50배 팩터 정도)실질적으로 작게 될 수 있다. 예를 들면, 베이스간 M1 금속 피치 750마이크론을 갖는 156 mm x 156 mm 전지(타일 또는 섬 부재)은 약 416 M1 핑거 및 약 8 내지 40 M2 직교 핑거를 가질 수 있다.
Also, the M2 finger pattern may be substantially orthogonal or perpendicular to the M1 pattern, which may make the number of fingers of M2 substantially smaller (on the order of 5 to about 50 times the number of M1 fingers). For example, a 156 mm x 156 mm cell (tile or island member) with an inter-base M1 metal pitch of 750 microns may have about 416 M1 fingers and about 8 to 40 M2 orthogonal fingers.
마찬가지로, M1/M2 핑거 비로 큰 팩터의 감소는 각 섬 하위 전지에 대해 M2 금속 핑거 카운트에 적용할 수 있다.(특정 섬에 상응하는 M2 패턴은 M2 유닛 전지로 지칭될 수 있다). 예를 들면, S = 3 x 3 섬 마스터 전지 디자인에 대해, 각 섬은 약 140 M1 핑거(각 섬에서 약 52 mm의 거리를 주행) 및 M2 핑거 카운트 12(예를 들면, M2 베이스 및 에미터 금속 핑거는 결합된 폭 또는 피치가 약 6.5 mm로, M1 피 약 750 마이크론보다 훨씬 크다)이다. 일부 예에서, M2층은 비교적 큰 전지 커버리지 비(100% 가까움)를 제공할 수 있고, 하나의 예에서 (예를 들면, PVD 로)증착된 M2층은 펄스 나노초 레이저 제거를 사용해서 패터닝되고 대략 100 ㎛ 두께 미만의 핑거 간 분리 갭을 형성한다.
Likewise, a reduction of a large factor by an M1 / M2 finger ratio can be applied to the M2 metal finger count for each island sub-cell (the M2 pattern corresponding to a particular island may be referred to as M2 unit cell). For example, for an S = 3 x 3 islands master cell design, each island has about 140 M1 fingers (running at a distance of about 52 mm from each island) and a M2 finger count 12 (e.g., M2 base and emitter The metal finger has a combined width or pitch of about 6.5 mm, much greater than about 750 microns of M1). In some instances, the M2 layer may provide a relatively large cell coverage ratio (close to 100%), and the M2 layer deposited in one example (e.g., with PVD) may be patterned using pulse nano- To form a finger-to-finger separation gap of less than 100 μm thick.
소정의 금속(알루미늄 또는 구리)에 대해 이중 레벨 금속화 구조체에서 M2 에 대한 가이드라인 For a given metal (aluminum or copper) , the guidelines for M2 in the dual level metallization structure
전지 면적 = L x L = L2에 대해, Imp 는 STC 조건 하에서 전체 M1층으로부터 추출된 마스터 전지 최대 전력 지점(MPP) 전류(베이스 또는 에미터 전류)인 것을 가정한다. 태양 전지의 최대 전력 지점 작동에서, 전지 접촉 금속화 레벨 M1으로부터 추출되고 전도성 M2-M1 비아 플러그를 통과해서 흐르는 전체 전류는 베이스에 대한 Imp 및 에미터에 대한 Imp 이다(전류 방향 고려사항 없이 2Imp).
For cell area = L x L = L 2 , it is assumed that I mp is the master cell maximum power point (MPP) current (base or emitter current) extracted from the entire M1 layer under STC conditions. The maximum power points of the solar cell operation, to extract from the cell contact metallization level M1 is passed through the conductive M2-M1 via plug flowing total current is I mp for I mp and the emitter to the base (without consideration
또한, Pmp 및 Vmp는 전지의 최대 전력 지점(MPPT) 전력 및 전압인 것을 가정한다. Pmp = Vmp x Imp; M1으로부터 추출된 유닛 면적당 전체 전기적 전지 전류(흐름 방향에 관계없이 베이스 및 에미터 전류를 포함한다)=2Imp /L2인데, 전지 면적의 절반은 Imp 베이스 전류를 생성하고 전지 면적의 절반은 Imp 에미터 전류를 생성하기 때문이고: 및 직렬로 연결된 각 섬(또는 하위 전지)의 MPP 전력= Pmp/S, 여기서 S는 직렬로 연결된 섬 또는 섬의 하위 그룹의 수(예를 들면: S = N x N = N2).
Further, P mp And V mp are the maximum power point (MPPT) power and voltage of the cell. P mp = V mp x I mp ; The total electrical cell current (including base and emitter current, regardless of flow direction) per unit area extracted from M1 = 2I mp / L 2, where half of the cell area produces I mp base current and half of the cell area generating I mp emitter current due to a: and MPP power = P mp / S of the island (or sub-cells) connected in series, where S is the number of subgroups of the island or islands that are connected in series (for example: S = N x N = N 2 ).
삼각형 M2 핑거 실시형태에서, If는 M2 핑거에 의해 덮인 삼각형 면적에 대해 하부 M1 핑거로부터 각 개별 M2 삼각형 핑거에 의해 수집되는 전류인 것을 가정하고, If = Imp/(F.S), F는 섬당 M2 삼각형 핑거 쌍의 수이고; 직렬 연결 섬 상에 베이스 또는 에미터 삼각형 핑거에서 핑거 전류는 x의 함수로서 I(x)={[2Imp/L2].[(x/H).h]}.dx 의 0으로부터 x까지 적분값이고, H = L/N (S = N x N에 대해) 및 h = H/F = L/(N.F); 따라서, I(x) = {[2Imp/L2].[(x/F]}.dx 의 0으로부터 x까지 적분값= {[2Imp/(FL2 )].x.dx}의 0으로부터 x까지 적분값; 따라서, I(x) = [2Imp/(FL2 )].(1/2)x2 = [Imp/(FL2 )]. x2; 및 핑거당 총 전류는 If = [Imp/(FL2 )].H2 = [Imp/(FL2 )].(L/N)2 = [Imp/(FN2) = Imp/(F.S)로 나타낼 수 있다.
I f is the current collected by each individual M2 triangular finger from the bottom M1 finger with respect to the triangular area covered by the M2 finger, I f = I mp / (FS), F is the Is the number of M2 triangular finger pairs per island; The finger current in the base or emitter triangular fingers on a series connection island is a function of x as follows: I (x) = {[2I mp / L 2 ]. [(X / H). H = L / N (for S = N x N) and h = H / F = L / (NF); Therefore, I (x) = {[ 2I mp / L 2]. [(X / F]}. From 0 to 0 x dx of integrals = {[2I mp / (FL 2 )]. x.dx} from 0 to x integral value; Thus, I (x) = [2I mp / (FL 2 )]. (1/2) x 2 = [I mp / (FL 2 )]. x 2 ; And the total current per finger is I f = [I mp / (FL 2 )]. H 2 = [I mp / (FL 2 )]. (L / N) 2 = [I mp / (FN 2 ) = I mp / (FS).
또한, M2 는 저항 ρ, 두께 t, 및 M2 시트 Rs = ρ/t를 가정하면, 섬 Plf 당 M2 핑거당 전력 손실(즉 M2 유닛 전지 당 M2 핑거당 전력 손실)은 Plf = {{(ρ.dx)/[(t.x.h)/H]}.[Imp/(FL2 )]2.x4}의 0으로부터 x까지 적분값으로 나타내고, 따라서 Plf = [(ρ.H)/(t.h)]. [Imp/(FL2 )]2.(1/4).H4 = [(ρ.H)/(t.h)]. [Imp/(FL2 )]2.(1/4).(L/N)4인데, h = H/F 및 H/h = F일 때 Plf = (ρ.F/t). [Imp/(FL2 )]2.(1/4).(L/N)4 ; 따라서 핑거당 전력 손실 Plf = (ρ/t).F.Imp 2.(1/F2L4 ).(1/4).L4.(1/N4) = (ρ/t).Imp 2.[1/(4.F.N4)]이고; 섬당 2F 핑거가 있는 경우, MPP 조건에서 섬당 총 M2 전력 손실(PM2isle)은 PM2isle = (r/t).Imp 2.[1/(4.F.N4)].2.F = (ρ/t).Imp 2.[1/(2N4)]으로 나타내고; 전체 N x N = N2 섬이 있는 경우, MPP에서 전체 M2 전력 손실은 PM2loss = (ρ/t).Imp 2.[1/(2N4)].N2 = (ρ/t).Imp 2.[1/(2N2)]으로 나타내고; 따라서 PM2loss = (ρ/t).Imp 2.[1/(2N2)]이다.
Further, M2 is assuming a resistance ρ, thickness t, and M2 sheet R s = ρ / t, the power loss per M2 fingers per island P lf (i.e., power dissipation per M2 fingers per M2 unit cell) is P lf = {{ (ρ.dx) / [(txh) / H]}. [I mp / (FL 2)] 2 .x 4} represents the integral value from 0 to x, therefore P lf = [(ρ.H) / (th)]. [I mp / (FL 2 )] 2. (1/4) .H 4 = [(? H) / (th)]. [I mp / (FL 2 )] 2. (1/4). (L / N) P lf = 4 when inde, h = H / F, and H / h = F (ρ.F / t). [I mp / (FL 2 )] 2 (1/4). (L / N) 4 ; Therefore, the power loss per finger P lf = (ρ / t) .
일례로 대략 22.5% 평균 태양 전지 효율 Pmp = 5.50 Wp을 가정하고 Vmp = 0.59 V, Imp = 9.3을 가정한다. 알루미늄 및 구리에 대한 M2 금속층 두께 요건은 전체 최대 두께 M2의 허용가능한 상대적 옴 손실 팩터 k가 0.01, 0.005, 또는 0.0025 (전지에 대해 Pmp 팩터로서), 전력 손실 팩터 = k = (PM2loss/Pmp), K (허용가능한 최대 M2 손실에서)=(ρ/t).(Imp 2/Pmp) [1/(2.N2)] 에서 허용 가능한 k 및 t에 기초해서 필요한 M2 금속 두께는 t = (ρ/k).(Imp 2/Pmp) [1/(2.N2)]로서 표현될 수 있고, k는 팩터 Pmp로서 허용가능한 최대 손실이다.
Assume, for example, that the average solar cell efficiency P mp = 5.50 Wp is approximately 22.5% and V mp = 0.59 V, I mp = 9.3. The M2 metal layer thickness requirement for aluminum and copper is that the allowable relative ohmic loss factor k of the overall maximum thickness M2 is 0.01, 0.005, or 0.0025 (as a P mp factor for the cell), power loss factor = k = (P M2loss / P The required M2 metal thickness based on the allowable k and t in K (at the maximum permissible M2 loss) = (ρ / t). (I mp 2 / P mp ) [1 / (2.N 2 ) is t = (ρ / k). (
하기 표 1은 다양한 허용가능한 손실 팩터(k) 및 다양한 N 마스터 전지 실시형태에 대해 구리 또는 알루미늄 M2 금속화에 대해 산출된 필요한 M2 두께를 표시하고, 이러한 실시형태는 직렬 연결된 N x N 섬 어레이(S = N x N)를 갖고, N값은 상기 식에 기초해서 1 (예를 들면, 단일 섬을 갖는 전지, 즉 구획된 트렌치가 없음) 내지 6 이하(예를 들면, S=36 직렬 연결된 섬에 대해)이고, 다음을 가정한다: 구리 금속화에 대해 ρ = 1.68μΩ.cm이고 알루미늄 금속화에 대해 ρ = 2.82μΩ.cm, Pmp = 5.5 W, Imp = 9.3 A, 허용 가능한 손실 팩터 k 0.01, 0.005, 또는 0.0025이다.Table 1 below shows the required M2 thicknesses calculated for copper or aluminum M2 metallization for various acceptable loss factors (k) and various N master cell embodiments, and this embodiment illustrates a series of N x N island arrays S = N x N), and the value of N is equal to or less than 1 (for example, a cell having a single island, i.e. no divided trench) to 6 or less ), Assuming the following: ρ = 1.68 μΩ.cm for copper metallization and ρ = 2.82 μΩ.cm for aluminum metallization and P mp = 5.5 W, I mp = 9.3 A, acceptable loss factor k 0.01, 0.005, or 0.0025.
따라서, 패터닝된 M2 금속층 두께 (예를 들면, 증발 또는 스퍼터링과 같은 PVD를 사용해서 형성되는 경우)는, 대략 5㎛ 미만으로 한정되고, 일부 예에서 M2 PVD 금속층 두께는 약 3 ㎛ 미만으로 제한되고, 많은 경제적(예를 들면, PVD 재료 비용 감소 및 처리 단순화) 또한 제작 이점을 제공한다.
Thus, the patterned M2 metal layer thickness (when formed using PVD, such as evaporation or sputtering) is limited to less than about 5 microns, and in some instances the M2 PVD metal layer thickness is limited to less than about 3 microns , And many economies (for example, PVD material cost reduction and processing simplification) also provide fabrication advantages.
일부 예에서, 전자 빔 증발 또는 열 증발 또는 DC 마크네트론 플라즈마 스퍼터링(물리적 증착 또는 PVD 공정)은 높은 생산성 태양 PV 적용을 위해 시판되는 높은 쓰로우풋, 인라인, 증발 및/또는 플라즈마 스퍼터링 툴을 이용해서 거의 벌크 재료 저항(예를 들면, 구리에 대한 벌크 저항 1.68 μΩ.cm 또는 알루미늄에 대한 벌크 저항 2.82 μΩ.cm에 가까운 금속 저항)을 갖는 고품질 M2 금속층을 증착하는 데에 사용될 수 있다. 예를 들면, 알루미늄 M2 스퍼터링 증착을 위한 인라인 증발 및/또는 DC 마크네트론 플라즈마 스퍼터링(PVD) 툴은 (i) 낮은 M2-M1 비아 플러그 접촉 저항 및 백플레인에 대한 개선된 금속 부착성을 위해 레이저-드릴링 된 쓰로우 백플레인 비아를 세정하기 위해 아르곤 플라즈마 스퍼터 에칭; (ii)순수한 알루미늄의 전자 빔 증발 또는 열 증발 또는 DC 마그네트론 스퍼터링, M2층은 두께가 예를 들면, 3 내지 5 마이크론으로 알루미늄의 손실 팩터 디자인 룰에 기초할 수 있다; (iii) 예를 들면, NiV 또는 Ni 캡핑층의 0.05 ㎛ 내지 0.25㎛의 층 두께와 같이 얇은 DC 마그네트론 스퍼터링; 및 (iv) 대략 0.5층 ㎛ 내지 수 ㎛ 층 두께를 갖는 Sn, Sn 합금 또는 적합한 솔더 재료의 DC 마그네트론 스퍼터링을 포함한다.In some instances, electron beam evaporation or thermal evaporation or DC Marktron plasma sputtering (physical vapor deposition or PVD processes) may be performed using high throughput, inline, evaporation and / or plasma sputtering tools available for high productivity solar PV applications Can be used to deposit a high quality M2 metal layer having nearly bulk material resistance (e.g., a bulk resistance to copper of 1.68 mu O. O.cm or a bulk resistance to aluminum of 2.82 mu O.cm). For example, in-line evaporation and / or DC marketron plasma sputtering (PVD) tools for aluminum M2 sputter deposition can be used to (i) provide laser-assisted deposition for low M2-M1 via plug contact resistance and improved metal adhesion to the backplane, Argon plasma sputter etching to clean drilled through backplane vias; (ii) electron beam evaporation or thermal evaporation of pure aluminum or DC magnetron sputtering; the M2 layer may be based on a loss factor design rule of aluminum with a thickness of, for example, 3 to 5 microns; (iii) thin DC magnetron sputtering, such as, for example, a layer thickness of 0.05 [mu] m to 0.25 [mu] m of a NiV or Ni capping layer; And (iv) DC magnetron sputtering of a Sn, Sn alloy or suitable solder material having a layer thickness of approximately 0.5 microns to several microns.
또한, 구리 M2 스퍼터링 증착을 위해 인라인 DC 마그네트론 플라즈마 스퍼터링(PVD) 툴은, (i) 낮은 M2-M1 비아 플러그 접촉 저항 및 백플레인에 대한 개선된 M2 부착성을 위해 레이저 드릴링 된 백플레인 비아홀을 통해 노출된 M1 접촉 영역을 세정하기 위해 아르곤 플라즈마 스퍼터링 에칭; (ii) 확산 배리어 및 부착 층으로서 NiV 또는 Ni의 박막(예를 들면, 층두께가 0.05㎛ 내지 0.25㎛)의 DC 마그네트론 스퍼터링; (iii) 순수한 구리의 DC 마그네트론 스퍼터링(구리 두께는 손실 팩터 디자인 룰에 기초할 수 있다); 및 (iv) Sn, Sn 합금, 또는 또 다른 적합한 땜납 재료의 DC 마그네트론 스퍼터링(층 두께가 약 0.5㎛ 내지 수 ㎛)를 포함한다.
In addition, an in-line DC magnetron plasma sputtering (PVD) tool for copper M2 sputter deposition can be fabricated by (i) exposing via laser drilled backplane via holes for low M2-M1 via plug contact resistance and improved M2 adherence to the backplane Argon plasma sputter etching to clean the M1 contact area; (ii) DC magnetron sputtering of a NiV or Ni film (e.g., a layer thickness of 0.05 to 0.25 m) as a diffusion barrier and adhesion layer; (iii) DC magnetron sputtering of pure copper (copper thickness may be based on a loss factor design rule); And (iv) DC magnetron sputtering of Sn, Sn alloy, or another suitable solder material (layer thickness from about 0.5 [mu] m to several [mu] m).
일부 실시형태에서, N은 소정의 바람직한 손실 팩터 k 및 상응하는 최대 허용가능한 M2 두께의 구체적인 디자인 기준을 충족하기 위해 선택될 수 있다. M2 구리 또는 알루미늄 두께를 약 5㎛ 미만으로 유지하면, M2는 펄스 레이저 제거를 사용해서 용이하게 패터닝 될 수 있다.
In some embodiments, N may be selected to meet specific design criteria of a desired desired loss factor k and a corresponding maximum allowable M2 thickness. If M2 copper or aluminum thickness is kept below about 5 [mu] m, M2 can be easily patterned using pulsed laser ablation.
알루미늄 또는 구리, 또한 적용 가능한 배리어 및/또는 캡핑층의 DC 마그네트론 플라즈마 스퍼터링하면서, 레이저 제거 패터닝을 사용해서 M2 금속층을 형성하고, 추가의 M2 금속층 형성 방법은, 알루미늄 또는 구리의 PVD (또한 임의의 적용 가능한 배리어 및/또는 캡핑층) 그 다음에 웨트 패터닝(스크린 인쇄 마스크, 웨트 에칭 금속/박리 마스크); 스크린 인쇄(높은 전도성, 저온 경화 금속 플레이트, 예를 들면, 높은 전도성 은 페이스트, 구리 페이스트, 알루미늄 페이스트, 등)을 들 수 있지만, 이들로 한정되지 않는다.
The M2 metal layer is formed using laser ablation patterning while DC magnetron plasma sputtering of aluminum or copper, and also applicable barrier and / or capping layers, and the additional M2 metal layer formation method is performed using PVD of aluminum or copper Possible barrier and / or capping layer) then wet patterning (screen printing mask, wet etch metal / release mask); But are not limited to, screen printing (high conductivity, low temperature cured metal plates, e.g., high conductivity silver paste, copper paste, aluminum paste, etc.).
M2로 구리 대신에 알루미늄 사용하면, 전지 제작 라인 및 얻어진 전지는 구리를 포함하지 않고, 일부 예에서 전지 제작에 모든 건조 처리를 사용할 수 있다. 따라서, (예를 들면, 구리 도금과 같은 구리 가공에 포함된 본래의 복잡함 때문에)전지 제작시 필드에서 전지 모듈에 대한 위험 완화가 개선되는 데, 이는 구리 오염에 따른 장기간 신뢰성 문제 및 수명 열화 문제가 제거되기 때문이다. 또한, M2-M1 접촉(비아홀 또는 비아 플러그 내에서 금속화)는 알루미늄 사이의 접촉으로, M2와 M1 사이의 확산 배리어가 필요하지 않다. 또한, M2 Sn/NiV/Al 스택 또는 주요 M2 전도체 금속으로서 알루미늄을 포함하는 추가의 적합한 금속 스택은 펄스 레이저 제거 패터닝이 가능하고, 모든 건조 전지 후단 금속화 공정을 제공하고 전지 생산량을 증가시킨다.
If aluminum is used instead of copper for M2, the cell manufacturing line and the resulting cell do not include copper, and in some instances all of the drying process can be used to make the cell. Thus, the risk mitigation of the battery module in the field of battery fabrication is improved (due to the inherent complexity involved, for example, in copper processing, such as copper plating), which results in long term reliability problems due to copper contamination, Because it is removed. In addition, the M2-M1 contact (metallization in a via hole or via plug) is a contact between the aluminum and does not require a diffusion barrier between M2 and M1. In addition, additional suitable metal stacks, including M2Sn / NiV / Al stacks or aluminum as the main M2 conductor metal, allow pulsed laser ablation patterning, provide all dry cell back end metallization processes and increase battery yield.
일부 실시형태에서, 모노리식 섬 마스터 전지 또는 아이셀은 모노리식으로 집적된 바이패스 스위치(MIBS)를 각각의 아이셀 및/또는 아이셀 내의 각각의 섬과 통합되어, 각 섬 주변에 형성된 분포된 셰이드 관리, 예를 들면, pn 접합 모드, 예를 들면, 림 pn 접합 다이오드에 의한 고성능 경량, 박막 포맷, 유연한, 고효율(예를 들면, 20% 초과) 태양 모듈을 제공한다. 또한, MIBS 장치는 금속-접촉 쇼트키 다이오드, 예를 들면, n형 실리콘 상의 알루미늄 또는 알루미늄-실리콘 합금 쇼트키 접촉으로 구성된 각각의 섬 주변에 형성된 림 쇼트키 다이오드일 수 있다. pn접합 MIBS 다이오드 패턴은 많은 가능한 패턴 디자인 중 하나 일 수 있다. 예를 들면, 하나의 MIBS 다이오드 패턴에서 림 다이오드 p+ 에미터 영역은 n형 베이스 영역 사이에 개재되고(또는 지지되는) 연속적인 닫힌 루프 밴드이다.
In some embodiments, the monolithic island master cell or the Icel is integrated with a monolithically integrated bypass switch (MIBS) with each island in each of the Icel and / or Icelels to provide distributed shade management, For example, it provides a high performance lightweight, thin film format, flexible, high efficiency (e.g., more than 20%) solar module in a pn junction mode, e.g., a rim pn junction diode. In addition, the MIBS device may be a rim Schottky diode formed around a metal-contact Schottky diode, for example, an aluminum or aluminum-silicon alloy Schottky contact on n-type silicon. The pn junction MIBS diode pattern can be one of many possible pattern designs. For example, in one MIBS diode pattern, the rim diode p + emitter region is a continuous closed loop band interposed (or supported) between n-type base regions.
표준 단단한 유리 모듈(예를 들면, 구리 도금 전지 및 개별 셰이드 관리 부품)은, 섬 태양 전지(아이셀)에 대해 모듈 제작 비용을 줄이기 위해 사용될 수 있지만, MIBS 통합에 의해 중량 및 비용 감소가 달성될 수 있고, 구리 도금 및 개별 바이패스 다이오드 부품이 사용되지 않을 수 있다. 모노리식 섬 마스터 전지의 MIBS 통합 이점은 (예를 들면, 전지로부터 개별 부품을 제거해서)향상된 전체 투영 신뢰도 및 공정 단순화로 인해 실질적인 제작 위험 완화(도금하지 않아서 균열이 훨씬 감소한다) 및 증가된 제작 생산량과 함께 재료 비용 감소를 포함한다. 따라서, 모노리식 섬 MIBS 통합 마스터 전지 모듈은 중량을 줄이고, 부피/크기(및 두께)를 줄이고, 상당한 팩터에 의해 모듈의 전력 밀도(W/kg)을 증가시키고, 설치된 시스템 밸런스(BOS) 비용을 줄일 수 있다.
Although standard rigid glass modules (e.g. copper plating cells and individual shade management components) can be used to reduce module fabrication costs for island solar cells (Icel), weight and cost savings can be achieved by MIBS integration Copper plating and individual bypass diode components may not be used. The MIBS integration benefits of monolithic island master cells (for example, by removing discrete components from the cell) result in substantial manufacturing risk mitigation (much less cracking and less cracking) due to improved overall projected reliability and process simplification, Includes reduced material costs along with production. Thus, the monolithic island MIBS integrated master battery module reduces the weight, volume / size (and thickness), increases the power density (W / kg) of the module by a significant factor, and increases the installed system balance Can be reduced.
모노리식 섬 MIBS 통합 마스터 전지 모듈은 일부 또는 모든 다음 이점을 제공할 수 있다: 외부 부품 없이 분포된 MIBS 셰이드 관리; 예를 들면, 약 1.2 kg/m2 (~0.25 lb/ft2) 상에 유닛 면적당 비교적 작은 평균 모듈 중량은 표준 단단한 c-Si 모듈보다 적어도 10배 가벼울 수 있고; 모듈 전력 밀도 약 155 W/kg (~70 W/lb)은 표준 단단한 c-Si 모듈보다 적어도 10배 높고; 다양한 적용을 위해 고효율(20% 초과) 경량 유연한 모듈; 약 10 배 및 40배 정도 모듈 이송 중량 및 체적(이송된 MW 당) 감소; 표준 단단한 c-Si 모듈을 사용해서 설치된 PV 시스템 비용에 비해 낮은 설치된 PV 시스템 비용을 가능하게 하는 전체 BOS 비용 감소; 및 이송 및 취급에 관한 BOS 및 혼합 비용(miscellaneous costs), 노동력, 설치 하드웨어, 및 배선 비용 감소.
The monolithic island MIBS integrated master battery module may provide some or all of the following advantages: management of distributed MIBS shades without external components; For example, about 1.2 kg / m < 2 > A relatively small average module weight per unit area on the substrate (~ 0.25 lb / ft 2 ) may be at least 10 times lighter than a standard rigid c-Si module; The module power density of about 155 W / kg (~ 70 W / lb) is at least 10 times higher than standard rigid c-Si modules; High efficiency (over 20%) lightweight flexible modules for a variety of applications; About 10 times and 40 times less module transfer weight and volume (per transferred MW); Reduced overall BOS cost, enabling the installed PV system cost to be lower than the installed PV system cost using standard solid c-Si modules; And reduced BOS and miscellaneous costs, labor, installation hardware, and wiring costs for handling and handling.
MIBS 형성은, 구획한 트렌치 분리 형성 가공과 통합되고 수행될 수 있다. 림 다이오드 디자인이 이용되면, 모노리식으로 집적된 바이패스 스위치(MIBS) 림은 태양 전지 제작 중 및/또는 후 태양 전지에서 미세 균열의 발생 및/또는 전파를 줄이거나 없앨 수 있는 추가의 이점을 제공할 수 있다.
The MIBS formation can be integrated and performed with the divided trench isolation forming process. When the rim diode design is used, the monolithically integrated bypass switch (MIBS) rim provides the additional benefit of reducing or eliminating microcracks and / or propagation in the solar cell during and / or after manufacturing the solar cell can do.
림 바이패스 다이오드를 섬으로부터 분리하는 전주부 쓰로우 실리콘 구획 트렌치는, 예를 들면, 수 마이크론 내지 약 100 마이크론 이하 범위의 분리 폭을 레이저 빔 직경(또는 레이저 트렌칭 외에 공정을 사용하는 경우 트렌칭 공정 능력) 및 반도체층 두께에 따라 가질 수 있다. 펄스 나노초(ns) 레이저 스크라이빙에 의해 형성된 전형적인 트렌치 분리 폭이 작아질 수 있지만, 약 20 내지 50 마이크론일 수 있다. 펄스 레이저 제거 또는 스크라이빙은 효율적이고 트렌치 분리 영역을 형성하는 방법으로 입증되지만, 레이저 스크라이빙 대신에, 그 외의 비-기계적 및 기계적 스크라이빙 기술이 사용되어 모든 트렌치 형성 가공에 대한 트렌치 분리 영역을 형성할 수 있다. 다른 비-레이저 방법은 플라즈마 스크라이빙, 초음파 또는 음파 드릴링/스크라이빙, 워터 제트 드릴링/스크라이빙, 또는 그 외의 기계적 스크라이빙 방법을 포함한다.
The pre-strained silicon zone trenches separating the rim bypass diodes from the islands can be formed, for example, by using a laser beam diameter (or a trenching process when using a process other than laser trenching) Ability) and the semiconductor layer thickness. A typical trench isolation width formed by a pulse nanosecond (ns) laser scribing may be small, but may be about 20 to 50 microns. Pulsed laser ablation or scribing is proven by a method that is efficient and forms a trench isolation region, but instead of laser scribing, other non-mechanical and mechanical scribing techniques are used to isolate trench isolation Regions can be formed. Other non-laser methods include plasma scribing, ultrasonic or sonic drilling / scribing, waterjet drilling / scribing, or other mechanical scribing methods.
도 16a는 복수의 섬(예를 들면, 4 x 4 섬)을 갖는 섬 마스터 전지 및 섬에 모노리식으로 집적된 바이패스 스위치 또는 MIBS 장치의 태양측 도면의 개략도이다. 이는 연속적 백플레인을 공유하는 아이셀에 대해 전주부 분리 트렌치를 사용해서 태양 전지로부터 분리된 전주부 바이패스 다이오드를 사용하는 MIBS의 실시형태이다.
16A is a schematic view of a solar-side view of a island master cell having a plurality of islands (for example, 4 x 4 islands) and a bypass switch or an MIBS device monolithically integrated on an island. This is an embodiment of an MIBS using a photovoltaic by-pass diode that is separated from the solar cell using a pre-isolated trench for the icel that shares a continuous backplane.
도 16a는 섬 MIBS(모노리식으로 집적된 바이패스 스위치) 마스터 전지(270)(정삭각형 섬의 4 x 4 어레이로 표시된 아이셀 실시형태) 및 복수의 전주부 닫힌 루프 MIBS 바이패스 다이오드, 예를 들면, 전기적으로 분리된 MIBS 바이패스 다이오드(272)가 섬(I11)으로부터 섬 구획 분리 트렌치(274)에 의해 전기적으로 분리된 태양측 개략 평면도이다. 각각의 섬(I11 내지 I44)은, (레이저 제거/스크라이빙에 의해 형성되거나 상기 기재된 추가의 적합한 기술에 의해 스크라이빙 된)전주부 구획 트렌치, 예를 들면, 전지 분리 트렌치(276)에 의해 분리되어, 일반적인 기존에 연속적이고 다음의 구획된 태양 전지 반도체 기판으로부터 형성되고 공유된 연속 백플레인을 공유하는 섬의 4 x 4 어레이를 갖는 아이셀을 형성한다.
16A is a schematic diagram of an island MIBS (monolithically integrated bypass switch) master cell 270 (an Icel embodiment shown as a 4 x 4 array of square islands) and a plurality of star closed loop MIBS bypass diodes, Electrically disconnected
도 16a는 미니 전지 또는 섬 및 전주부 닫힌 루프 림 다이오드(pn 접합 다이오드 또는 쇼트키 배리어 다이오드)를 갖는 MIBS 가능한 태양 전지(아이셀)의 태양측을 도시한다. 각각의 미니 전지 섬(I11 내지 I44)은 상응하는 전주부 분리 트렌치(276) 및 전주부 MIBS 림 다이오드(예를 들면, 전지(I11)에 대해 MIBS 바이패스 다이오드(272) 및 주변 분리 트렌치(274))를 갖고, 각각의 미니 전지 또는 섬은 상응하는 MIBS 림 다이오드를 갖거나, 즉 섬 또는 미니 전지당 하나의 MIBS 림 다이오드가 존재한다. 섬 또는 미니 전지는 전지 금속화 패턴 디자인을 통해 전기적 직렬로 연결될 수 있지만, 그 외의 연결, 예를 들면, 병렬 또는 직렬 및 병렬 하이브리드 조합도 가능할 수 있다.
16A shows the sun side of an MIBS capable solar cell (Icel) having a mini battery or island and a closed loop rim diode (pn junction diode or Schottky barrier diode). Each mini cell island (I 11 to I 44) is separated jeonjubu
대표적인 예로서, 도 16a는 동일한 크기 및 형상의 미니 전지의 4 x 4 어레이를 도시하고, 각각의 미니 전지는 상응하는 전주부 닫힌 루프 림 다이오드를 갖는다. 일반적으로, 이러한 구조는 미니 전지의 N x N 어레이 및 상응하는 전주부 닫힌 루프 림 다이오드를 사용할 수 있고, N은 미니 전지 어레이를 형성하기 위한 2개 이상의 정수이다. 도 16은 완전한 정사각형 태양 전지의 대칭 N x N 미니 전지 어레이를 도시하지만, 미니 전지 또는 섬 어레이 디자인은 N x M 미니 전지의 비대칭 어레이를 가질 수 있다. 미니 전지 또는 섬은 정사각형(정사각형 마스터 전지에 대해 N = M) 또는 직사각형(N이 M과 동일하지 않고/않거나 마스터 전지는 정사각형 대신 직사각형), 또는 다양한 그 외의 형상일 수 있다.
As a representative example, FIG. 16A shows a 4 x 4 array of mini batteries of the same size and shape, each mini battery having a corresponding preformed closed loop rim diode. In general, such a structure may use an N x N array of mini batteries and a corresponding monolithic closed loop rim diode, where N is at least two integers to form a mini battery array. Figure 16 shows a symmetric N x N mini battery array of complete square solar cells, but a mini battery or island array design may have an asymmetric array of N x M mini batteries. The mini battery or island may be a square (N = M for a square master cell) or a rectangle (where N is not equal to M and / or the master cell is rectangular instead of square), or a variety of other shapes.
또한, 마스터 전지의 미니 전지(다시, 마스터 전지는 일반적인 연속적 백플레인을 공유하는 미니 전지의 어레이 또는 섬을 의미하고 모두 동일한 기존의 태양 전지 반도체 기판으로부터 유래하고, 이어서 복수의 미니 전지 또는 섬 영역으로 구획 트렌치에 의해 구획된다) 은 선택적으로 실질적으로 동일한 영역을 가질 수 있지만 필요하지 않다. 섬 또는 미니 전지의 어레이에 대한 반도체층은 레이저 스크라이빙 또는 플라즈마 스크라이빙과 같은 적합한 스크라이빙 기술에 의해 형성된 구획 트렌치 분리를 사용해서 서로 전기적으로 분리된다. 또한, 각각의 미니 전지 또는 섬 반도체 기판은 전주부 닫힌 루프 MIBS 다이오드 반도체 기판으로부터 트렌치 분리를 사용해서 구획되고 분리된다. 마스터 전지 상의 모든 트렌치 분리 영역은 동일한 제조 공정 단계 중에 예를 들면, 전지 제작 공정 흐름 중 단일 레이저 스크라이빙 공정 단계 중 형성될 수 있다.
Further, the mini-cell of the master cell (again, the master cell means an array or island of mini-cells sharing a common continuous backplane, and all originating from the same conventional solar-cell semiconductor substrate, followed by a plurality of mini- Trench) may optionally have substantially the same area, but is not necessary. The semiconductor layers for the array of islands or mini-cells are electrically isolated from one another by using trench isolation formed by a suitable scribing technique such as laser scribing or plasma scribing. In addition, each mini-cell or island semiconductor substrate is partitioned and separated using a trench isolation from a monolithic closed loop MIBS diode semiconductor substrate. All trench isolation regions on the master cell may be formed during the same fabrication process step, for example during a single laser scribing process step in the cell fabrication process flow.
도 16b 및 16c는, 도 16a에 도시된 것과 같은 MIBS 가능 후측-접촉/후측-접합 섬 마스터 전지를 형성하기 위해, 제조 공정 완료 후 공유된 연속 백플레인(288) 상의 하나의 섬(또는 유닛 전지, 예를 들면, 도 16a의 I11)에 대한 후측-접촉/후측-접합 태양 전지의 MIBS 림 또는 전주부 다이오드 태양 전지 실시형태의 상세 단면도로, 이는 MIBS 장치 내에 태양 전지 내에 패시베이션/ARC 코팅층(280)으로 나타낸 태양 전지(및 MIBS 장치)의 텍스처링 된 표면 상의 전측 패시베이션 및 ARC 코팅을 포함한다. 태양 전지 및 MIBS 구조적 상세, 예를 들면, 패터닝된 M1 및 M2 금속화 층은 도면에 도시되지 않는다. 도 16b는 pn 접합 주변 림 다이오드 바이패스 스위치를 사용하는 MIBS 수행을 도시한다. (상응하는 분리 트렌치(274)에 의해 섬(I11)으로부터 분리된) 트렌치 분리 MIBS 림 pn 접합 다이오드 영역(282)은 n 도핑된 (예를 들면, 인 도핑된)영역 및 p+ 도핑된(예를 들면, 붕소로 많이 도핑된) 영역을 포함하고, pn 접합 다이오드 바이패스 스위치로서 사용된다. MIBS 림 pn 접합 다이오드 영역(282)는 약 200 내지 600 마이크론 범위의 폭을 갖는 전주부 림 다이오드일 수 있다 (상술한 바와 같이 작아지거나 커진 치수도 가능하다). MIBS 림 다이오드 및 태양 전지 상대적 치수는 정확한 크기로 도시되는 것은 아니다. 일 제작 실시형태에서, 도 16b는 MIBS 가능 후측-접촉/후측-접합(IBC) 태양 전지에 대한 제작 공정 완료 후, 백플레인 적층 (또는 백플레인-부착) MIBS 가능 태양 전지를 도시하고, 이는, 제1 패터닝된 금속화 레벨 또는 M1(예를 들면, 스크린 인쇄 또는 PVD 알루미늄 또는 알루미늄-실리콘 합금 또는 니켈 등의 또 다른 적합한 금속)을 통해 후측-접촉/후측-접합 전지 가공 후, 백플레인 적층, 결정질 실리콘 재사용 가능한 템플레이트로부터 에피택셜 실리콘 리프트 오프 분리 및 격리(기판을 형성하기 위해 에피택셜 실리콘 리프트 오프 공정을 사용하는 경우, 이러한 공정은 스타팅 결정질 실리콘 웨이퍼를 사용하는 경우 적용 가능하지 않다), MIBS 림 다이오드 보더를 정의하기 위해 (예를 들면, 펄스 레이저 스크라이빙 또는 커팅에 의해)트렌치 분리 영역의 형성, 선택적 실리콘 에칭, 텍스처링 및 텍스처링 후의 세정, 패시베이션 및 ARC 증착(예를 들면, PECVD 또는 ALD와 PECVD의 조합), 및 (전도성 비아 플러그를 따라) 백플레인 상의 최종 제2 패터닝된 금속 레벨 또는 M2 제작을 포함한다.
Figures 16b and 16c illustrate one island (or unit cell, or unit cell) on a
도 16b로 공지된 바와 같이, 태양 전지의 p+ 에미터 영역(필드 에미터 영역 및/또는 많이 도핑된 에미터 접촉 영역)을 형성하기 위한 공정은, MIBS pn 접합 형성을 위한 p+ 접합 도핑을 형성하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들면, 알루미늄 또는 알루미늄 합금, 예를 들면, 일부 실리콘 첨가된 알루미늄으로 제조된 패터닝된 M1 금속(미도시)는 태양 전지에 대한 접촉 금속화 또는 제1 금속화 레벨뿐 아니라 MIBS pn 접합 다이오드에 대해 금속화 접촉(n+ 도핑된 접촉 윈도우를 통해 p+ 영역 및 n형 기판 영역에)을 형성한다. 태양 전지의 베이스 영역으로 역활을 하는 동일한 n형 실리콘 기판으로부터 MIBS pn 접합 다이오드의 n 도핑된 실리콘 영역이 형성되고(예를 들면, 에피택시 없이 스타팅 n형 결정질 실리콘 웨이퍼를 사용하는 경우 n형 실리콘 웨이퍼 또는 태양 전지 및 MIBS 기판을 형성하기 위해 에피택셜 실리콘 리프트 오프 가공을 사용하는 경우 에피택셜 증착에 의해 형성된 인시투 도핑된 n형 결정질 실리콘층으로부터 형성), 기판 벌크 영역 도핑은 기판의 백그라운드 도핑으로 지칭할 수 있다. 패터닝된 M1 및 M2 금속화 구조체는 필요한 모노리식 태양 전지 및 MIBS 접합 다이오드 전기 상호연결을 완료하고, 전지 레벨 통합 셰이드 관리 및 셰이딩에 대한 연속적 태양 전지 보호를 제공하기 위해 MIBS 다이오드 말단이 각각의 태양 전지 베이스 및 에미터 말단에 적절하게 상호연결되는 것을 보장한다. 도 16b에 공지된 바와 같이, MIBS pn 접합 다이오드의 상면 및 측벽 에지는 태양 전지의 태양측 및 에지, 패시베이션/ARC 코팅층(280)을 패시베이팅 하기 위해 동일한 패시베이션 층 및 공정을 사용해서 패시베이팅 된다. 도 16a는 예를 들면, 패터닝된 M1 및 M2 금속화, 후측 패시베이션층, M1 접촉 홀, 백플레인을 통한 M-M2 비아 홀, 및 MIBS 장치 구조체 내에 n형 기판 M1 연결에 대해 n+ 도핑된 접촉 윈도우와 같은 태양 전지 및 MIBS 구조체의 일부 상세가 도시되지 않는다.
As is known in Fig. 16B, the process for forming the p + emitter region (field emitter region and / or heavily doped emitter contact region) of the solar cell may include forming p + junction doping for forming the MIBS pn junction Lt; / RTI > For example, a patterned M1 metal (not shown) made of aluminum or an aluminum alloy, e.g., some silicon-doped aluminum (not shown) may be applied to the MIBS pn junction diode as well as the contact metallization or first metallization level for the solar cell (In the p + region and the n-type substrate region through the n + doped contact window). An n-doped silicon region of the MIBS pn junction diode is formed from the same n-type silicon substrate serving as the base region of the solar cell (for example, when starting n-type crystalline silicon wafer is used without epitaxy) Or formed from an in-situ doped n-type crystalline silicon layer formed by epitaxial deposition when using epitaxial silicon lift-off processing to form solar cells and an MIBS substrate), substrate bulk region doping is referred to as background doping of the substrate can do. The patterned M1 and M2 metallization structures complete the required monolithic solar cell and MIBS junction diode electrical interconnections and the MIBS diode ends are connected to each solar cell to provide continuous solar cell protection for shade management and shading, Base, and emitter ends of the device. 16B, the top and sidewall edges of the MIBS pn junction diode are passivated using the same passivation layer and process to passivate the solar side and edge of the solar cell, the passivation /
도 16c는 주변 쇼트키 림 다이오드 바이패스 스위치를 사용하는 MIBS 수행을 도시한다. 분리된 쇼트키 림 다이오드 바이패스 스위치 영역(286)(상응하는 분리 트렌치(274)에 의해 섬(I11)으로부터 분리)은 n 도핑된 영역 및 내부 외부 n+ 영역을 포함하고 쇼트키 다이오드 바이패스 스위치로서 사용된다. 쇼트키 림 다이오드 바이패스 스위치 영역(286)은 200 내지 600 마이크론의 범위의 폭을 갖는 전주부 림 다이오드일 수 있고(이러한 치수는 이러한 범위보다 크거나 작도록 선택될 수 있다).
16C shows an MIBS implementation using a peripheral Schottky rim diode bypass switch. The isolated Schottky rim diode bypass switch region 286 (separated from the island I 11 by a corresponding isolation trench 274) includes an n-doped region and an inner, outer n + region, and a Schottky diode bypass switch . The Schottky rim diode
일 제작 실시형태에서, 도 16c는 (예를 들면, 많이 도핑된 실리콘 상의 효과적 옴 접촉 또한 적게 도핑된 실리콘 상의 효과적 쇼트키 배리어 접촉으로 역할을 하는 적합한 전도체, 예를 들면 알루미늄 또는 알루미늄-실리콘 합금으로 제조된)제1 패터닝된 금속화 레벨 또는 M1을 통해 후측-접촉/후측-접합 전지의 종료, 백플레인 적층, 에피택셜 리프트 오프 실리콘 기판을 사용하는 경우 결정질 실리콘 재사용 가능한 템플레이트로부터 에피택셜 실리콘 리프트 오프 분리 및 격리(이 공정은 에피택셜 리프트 오프 기판 대신에 스타팅 결정질 실리콘 웨이퍼를 사용하는 경우 적용하거나 필요하지 않다), MIBS 림 쇼트키 다이오드 보더를 정의하기 위해 트렌치 분리 형성(예를 들면, 펄스 레이저 스크라이빙 또는 커팅에 의해 형성), 선택적 실리콘 박막화 에칭, 텍스처링 및 텍스처링 후의 세정, 패시베이션 및 ARC 형성(예를 들면, PECVD 또는 PECVD와 ALD와 같은 또 다른 공정의 조합), 및 (전도성 M1-M2 비아 플러그와 함께)백플레인 상의 최종 제2 패터닝된 금속 레벨 또는 M2의 제작을 포함하는, MIBS 가능 후측-접촉/후측-접합 섬 마스터 전지 제작 공정 종료 후 백플레인 적층 또는 백플레인-부착 MIBS 가능 태양 전지를 도시한다.
In one fabrication embodiment, FIG. 16C illustrates a method of fabricating a silicon-on-insulator (e. G., Silicon-on-insulator) Epitaxial lift off from a crystalline silicon reusable template when using an epitaxial lift-off silicon substrate at the first patterned metallization level, or the termination of the back-contact / rear-end cell through M1, backplane lamination, And isolation (this process is not applicable or necessary when using starting crystalline silicon wafers instead of epitaxial lift off substrates), trench isolation formation (e.g., pulse laser scriber) to define the MIBS rim Schottky diode borders Formed by ice or cutting), selective silicon thin film etching, (E.g., PECVD or another combination of processes such as PECVD and ALD), and a final second patterned metal level on the backplane (with a conductive M1-M2 via plug) after cleaning, passivation and ARC formation Or backplane-attached MIBS capable solar cells after the fabrication of the MIBS capable rear-side / rear / side-junction island master cell fabrication process, including fabrication of the backplane or backplane-attached solar cell.
도 16c에 공지된 바와 같이, 태양 전지의 베이스 영역으로 사용되는 n형 실리콘 기판(예를 들면, 에피택셜 리프트 오프 가공을 사용하는 경우 인시투 도핑된 에피택셜 증착을 통해 형성되거나, 에피택셜 리프트 오프 가공을 사용하지 않는 경우 스타팅 n형 결정질 실리콘 웨이퍼로부터 형성)은, MIBS 쇼트키 다이오드에 대해 n형 실리콘 기판 영역으로 사용된다. 예를 들면, 알루미늄 또는 일부 실리콘 첨가된 알루미늄과 같은 적합한 알루미늄 합금으로 제조된 M1 금속(미도시)은, (n+ 도핑된 접촉 개방를 통한 베이스 영역 및 태양 전지의 p+ 도핑된 접촉 개방를 통한 에미터 접촉 영역에 대해) 태양 전지에 대한 M1 옴 접촉 금속화를 형성할 뿐 아니라, (적게 도핑된 n형 실리콘 기판 영역에 비-옴 쇼트키 배리어의 접촉 및 많이 도핑된 n+ 도핑된 영역을 통해 n형 실리콘에 대한 옴 접촉)MIBS 쇼트키 다이오드에 금속화의 접촉을 형성한다. MIBS 다이오드의 적게 도핑된 n형 실리콘 기판 영역은, 태양 전지에 대해 사용된 동일한 n형 기판으로부터의 영역이고 그 베이스 영역으로 역할을 한다(예를 들면, 에피택셜 실리콘 리프트 오프 가공을 사용하는 경우 n형 기판은 인시투 도핑된 n형 에피택셜 실리콘 증착에 의해 형성될 수 있고, 또는 에피택셜 실리콘 리프트 오프 가공을 사용하지 않는 경우 스타팅 n형 결정질 실리콘 웨이퍼로부터 형성). n형 실리콘 기판에 MIBS 쇼트키 다이오드 옴 접촉에 대한 n형 실리콘 영역 내에 많이 도핑된 n+ 확산 도핑이 형성될 수 있고 동일한 처리를 사용하는 경우 (다음의 패터닝된 M1 금속화 형성시) 태양 전지에 대해 많이 도핑된 n+ 도핑된 베이스 접촉 영역을 제조하기 위해 사용된다. 패터닝된 M1 및 M2 금속화 구조체의 조합은 태양 전지 및 MIBS 쇼트키 다이오드 전기적 상호연결을 종료하고 MIBS 다이오드 말단이 태양 전지 말단에 적절하게 연결되어 전지 레벨 통합 셰이드 관리 및 태양 전지 보호를 제공한다. 도 16c에서 공지된 바와 같이, MIBS 쇼트키 다이오드의 상면 및 측벽 에지는 태양 전지의 에지 및 태양측 상에 패시베이션 및 ARC 층을 형성하기 위해 사용되는 것과 동일한 패시베이션 및 ARC층 및 공정을 사용해서 패시베이팅 된다 - 패시베이션/ARC 코팅층(280)을 주목한다. 도 16c는 패터닝된 M1 및 M2 금속화 층을 포함하지만, 이들로 한정되지 않는 태양 전지 구조체의 일부 구조적 상세를 도시하지 않는다.
As is known in Fig. 16C, an n-type silicon substrate used as the base region of the solar cell (e.g., formed through in-situ doped epitaxial deposition when using epitaxial lift-off processing, or formed by epitaxial lift off Formed from a starting n-type crystalline silicon wafer when processing is not used) is used as the n-type silicon substrate region for the MIBS Schottky diode. For example, an M1 metal (not shown) made of a suitable aluminum alloy, such as aluminum or some silicon-doped aluminum, is deposited on the base region through n + doped contact openings and through the p + (As well as contact of the non-ohmic Schottky barrier to the less heavily doped n-type silicon substrate region and to the n-type silicon through the heavily doped n + doped region) Ohmic contact) forms a metallization contact on the MIBS Schottky diode. The less doped n-type silicon substrate region of the MIBS diode is the region from the same n-type substrate used for the solar cell and serves as its base region (for example, when using epitaxial silicon lift- Type substrate can be formed by in-situ doped n-type epitaxial silicon deposition or formed from a starting n-type crystalline silicon wafer when epitaxial silicon lift-off processing is not used). heavily doped n + diffusion doping can be formed in the n-type silicon region for the MIBS Schottky diode ohmic contact on the n-type silicon substrate and for the solar cell using the same process (in the following patterned M1 metallization) Doped n < + > doped base contact regions. The combination of the patterned M1 and M2 metallization structures terminates the solar cell and MIBS Schottky diode electrical interconnects and the MIBS diode ends are properly connected to the solar cell ends to provide battery level integrated shade management and solar cell protection. As is known in Figure 16C, the top and sidewall edges of the MIBS Schottky diode are the same passivation and ARC layers used to form the passivation and ARC layers on the edge and sun side of the solar cell, Attention is paid to the passivation /
본원에 개시된 모노리식 섬 태양 전지, 및 선택적으로 MIBS 실시형태는, 반도체 기판 영역(섬), 선택적으로 MIBS 장치에 대한 영역과 인접한 섬 또는 태양 전지 영역 사이의 전기적 분리 및 구획을 형성하기 위해 공유된 백플레인 기판과 함께 트렌치 분리를 사용한다. 트렌치 분리를 형성하기 위한 하나의 방법은, 펄스(펄스 나노초) 레이저 스크라이빙이다. 기판 영역을 구획하고 전기적으로 분리하는 트렌치 분리 영역을 형성하기 위해 레이저 스크라이빙 공정을 사용하는 레이저 특징 및 요점이 하기에 기재된다.
The monolithic island solar cell disclosed herein, and alternatively the MIBS embodiment, can be used to form electrical isolation and compartments between a semiconductor substrate region (island), an island for an MIBS device, and an adjacent island or solar cell region Trench isolation is used with the backplane substrate. One method for forming trench isolation is pulse (nanosecond) laser scribing. Laser features and points using a laser scribing process to form a trench isolation region that divides and electrically isolates a substrate region are described below.
트렌치 분리 형성을 위한 펄스 레이저 스크라이빙은, 적합한 파장(백플레인 재료에 대해 반도체 기판층을 통해 커팅하기 위해 비교적 우수한 선택성를 갖는 반도체층을 제거시키기 위해 그린, 또는 적외선 또는 추가의 적합한 파장)에서 펄스 나노초(ns) 레이저 소스가 실리콘을 통해 스크라이빙 및 커팅하기 위해 일반적으로 사용되는 것으로 입증될 수 있다. 레이저 소스는 평평한 상부(탑 햇으로 알려짐) 또는 비-평평한 상부(예를 들면, 가우시안)레이저 빔 프로파일을 가질 수 있다. 실리콘에 대해 매우 흡수성인 펄스 레이저 소스 파장을 사용할 수 있지만, 백플레인을 통해 부분적으로 또는 충분히 전달될 수 있다(따라서, 쓰로우 반도체층 레이저 커팅이 완료되고 빔이 백플레인 시트에 도달한 후 실질적으로 백플레인 재료를 제거하지 않고 반도체층을 커팅). 예를 들면, 실리콘 기판 층을 효과적으로 커팅단하고 백플레인 재료를 통해 부분적으로 전달될 수 있는 펄스 나노초 IR 또는 그린 레이저 빔이 사용될 수 있다.(따라서, 트렌치 분리 커팅 중에 매우 작은 양의 백플레인 재료가 제거된다).
Pulsed laser scribing for trench isolation formation can be performed at a suitable wavelength (either green to remove a semiconductor layer with relatively good selectivity to cut through the semiconductor substrate layer for the backplane material, or infrared or additional suitable wavelength) (ns) laser source can be demonstrated to be commonly used to scribe and cut through silicon. The laser source may have a flat top (known as a top hat) or a non-flat top (e.g., Gaussian) laser beam profile. Although the pulsed laser source wavelengths that are very absorbent to silicon can be used, they can be partially or fully transmitted through the backplane (thus, after the through semiconductor layer laser cutting is complete and the beam reaches the backplane sheet, Without cutting the semiconductor layer). For example, a pulsed nanosecond IR or green laser beam can be used that can effectively cut the silicon substrate layer and partially propagate through the backplane material. (Thus, a very small amount of backplane material is removed during trench isolation cutting ).
펄스 나노초 레이저 소스의 펄스 레이저 빔 직경 및 그 외의 특성은, 분리 스크라이빙 폭이 수 마이크론 내지 수십 마이크론 범위 내에 있도록 선택될 수 있는데, 약 100 마이크론보다 큰 폭은 지나치게 커서 고가의 실리콘 기판 영역의 불필요한 폐기물이 생성되고 태양전지 및 모듈의 총 면적 효율이 약간 감소한다. 따라서, 매우 바람직한 태양 전지 면적에 비해 트렌치 분리 영역을 줄이는 것이 유리하다. 실제로, 펄스 나노초 레이저 커팅은 약 20 마이크론 내지 약 60 마이크론의 바람직한 범위 내의 폭을 갖는 트렌치 분리 영역을 형성할 수 있다. 예를 들면, 156 mm x 156 mm 태양 전지에 대해, 트렌치 분리폭이 30 마이크론인 것은 전지 면적의 분획으로서 트렌치 분리 면적에 대해 0.077%의 영역 비에 해당한다. 이것은 태양 전지 면적에 비해 다소 무시할만한 면적을 나타내고, 즉, 이러한 작은 비는 태양 전지 영역의 폐기물은 무시할 수 있을 정도로 작고 총면적 태양 전지 및 모듈 효율 손실이 매우 적은 것을 보장한다.
The pulsed laser beam diameter and other characteristics of the pulsed nanosecond laser source can be selected such that the discrete scribe width is in the range of a few microns to tens of microns, and a width greater than about 100 microns is too large to be used for the unnecessary Waste is generated and the total area efficiency of the solar cell and module is slightly reduced. Therefore, it is advantageous to reduce the trench isolation region compared to the highly desirable solar cell area. Indeed, the pulse nanosecond laser cutting can form a trench isolation region having a width within a preferred range of about 20 microns to about 60 microns. For example, for a 156 mm x 156 mm solar cell, a trench isolation width of 30 microns corresponds to an area ratio of 0.077% to the trench isolation area as a fraction of the cell area. This represents a somewhat negligible area relative to the area of the solar cell, that is, this small ratio ensures that the waste in the solar cell area is negligibly small and that the total area solar cell and module efficiency losses are very low.
트렌치 분리를 형성하기 위한 펄스 나노초(ns) 레이저 스크라이빙 또는 커팅은, 상기 기재된 후측-접촉/후측-접합 태양 전지 제작 공정에서 태양 전지를 제작하기 위해 스타팅 결정질 실리콘 웨이퍼를 사용하는 경우 백플레인 적층 공정 직후( 및 에피택셜 실리콘 리프트 오프 가공을 사용하는 태양전지의 경우, 백플레인 적층 공정 및 그 다음에 재사용 가능한 템플레이트로부터 적층된 전지의 리프트 오프 분리 및 태양 전지의 펄스 레이저 조절 전 및 후에) 수행될 수 있다. 에피택셜 실리콘 리프트 오프 가공을 사용해서 제작되는 태양전지의 경우, 트렌치 분리 스크라이빙 또는 커팅 공정은, 리프트 오프 분리 경계를 정의하기 위해 선택적으로 에피택셜 실리콘층의 예비 분리 스크라이빙에 대해 사용되고/사용되거나 적층된 태양 전지의 분리 후 조절에 대해 사용되는 것과 동일한 펄스 레이저 툴 및 소스를 사용할 수 있다. 따라서, 트렌치 분리 영역을 형성하는 데에 추가의 레이저 공정 툴은 필요하지 않을 수 있다.
Pulsed nanosecond laser scribing or cutting to form the trench isolation may be performed by a backplane lamination process when a starting crystalline silicon wafer is used to fabricate a solar cell in the above described rear-side / back side- (And in the case of solar cells using epitaxial silicon lift-off processing, before and after the back-plane lamination process and then the lift-off separation of the stacked cells from the reusable template and after the pulsed laser control of the solar cell) . In the case of a solar cell fabricated using epitaxial silicon lift-off processing, the trench isolation scribing or cutting process is optionally used for pre-isolated scribing of the epitaxial silicon layer to define a lift-off isolation boundary and / The same pulsed laser tools and sources used for the post-separation adjustment of the used or laminated solar cells can be used. Thus, additional laser processing tools may not be required to form the trench isolation region.
트렌치 분리를 형성하기 위한 펄스 나노초(ns) 레이저 스크라이빙은, 섬을 구획하고, 림에 의해 둘러싸이고 정의된 분리된 태양 전지 섬 외측에 충분히 분리된 MIBS 림 다이오드 영역을 정의하기 위해 사용될 수 있다. 또한, 펄스된 ns 레이저 스크라이빙 공정은, 예를 들면, 복수의 MIBS 다이오드 섬 디자인 또한 많은 그 외의 가능한 MIBS 패턴 디자인 내에서와 같이 MIBS 다이오드의 그 외의 디자인을 형성할 수 있다.
Pulsed nanosecond laser scribing to form the trench isolation can be used to define the island and to define a fully isolated MIBS rim diode region outside the defined isolated solar cell island surrounded by the rim . The pulsed ns laser scribing process can also form other designs of MIBS diodes, for example, within a plurality of MIBS diode island designs and many other possible MIBS pattern designs.
펄스 레이저 스크라이빙은, 박막(예를 들면, 200 마이크론 미만 및 구체적으로 100 마이크론 미만) 실리콘 기판 층(태양측으로부터)을 커팅하고, 실질적으로 백플레인 재료 시트 상에서 정지하기 위해 사용될 수 있다. 필요에 따라, 반사 모니터링을 사용하는 것과 같은 간단한 리얼 타임 인 시투 레이저 스크라이빙 공정 엔드 포인팅은, 쓰로우 반도체층 레이저 커팅을 종료하면서 백플레인 시트에서 트렌칭 또는 재료 제거를 최소화하기 위해 공정 제어 및 엔드포인팅에 사용될 수 있다.
Pulsed laser scribing can be used to cut thin layers (e.g., less than 200 microns and specifically less than 100 microns) of a silicon substrate layer (from the sun side) and substantially stop on the backplane material sheet. Optionally, a simple real-time, in-situ laser scribing process endpointing, such as using reflection monitoring, can be used to control the process control and the end of the process to minimize trenching or material removal in the backplane sheet, It can be used for pointing.
태양 전지 및 MIBS 림 다이오드 영역의 측벽은 남은 태양 전지 제작 공정 단계 중 다음의 웨트 에칭 (예를 들면, 태양 전지 태양측 웨트 에칭/텍스처링 공정의 일부), 텍스처링 후의 세정, 및 (패시베이션 및 ARC층의 증착에 의한) 패시베이팅 될 수 있다.
The sidewalls of the solar cell and the MIBS rim diode region may be subjected to subsequent wet etch (e.g., part of the solar cell wet etch / texturing process of the solar cell) during the remaining solar cell fabrication process steps, cleaning after texturing, Lt; RTI ID = 0.0 > deposition). ≪ / RTI >
MIBS 다이오드는 MIBS 바이패스 장치 또는 셰이드 관리 스위치로서 사용되는 pn 접합 다이오드일 수 있다. MIBS 가능 태양 전지를 제조하기 위해 pn 접합 MIBS 다이오드 제작 공정은 그 외의 특징 및 이점 중에서 다음의 이점을 가질 수 있다:The MIBS diode may be a pn junction diode used as an MIBS bypass device or as a shade management switch. The pn junction MIBS diode fabrication process for fabricating an MIBS capable solar cell may have the following advantages among other features and advantages:
- 일부 태양 전지 가공 디자인에서, MIBS를 수행하기 위해 주요 태양 전지 제작 공정 흐름에 대해 최소한 변화되거나 기본적으로 변화되지 않을 수 있다(예를 들면, 결정질 실리콘 스타팅 웨이퍼 또는 에피택셜 실리콘을 사용하는 후측-접합/후측-접촉 결정질 실리콘 태양 전지 제작 및 재사용 가능한 결정질 실리콘 템플레이트 및 전기 절연 백플레인와 함께 다공성 실리콘/리프트 오프 가공). 따라서, 본원에 개시된 태양 전지(아이셀)과 함께 MIBS 를 수행하기 위해 기본적으로 가공 비용이 추가되지 않을 수 있다. In some solar cell processing designs, it may be minimally altered or fundamentally unchanged for the main solar cell fabrication process flow to perform MIBS (e.g., using a crystalline silicon starting wafer or a back-junction using epitaxial silicon / Rear-contact crystalline silicon solar cell fabrication and porous silicon / lift-off processing with reusable crystalline silicon templates and electrically insulated backplanes). Therefore, the processing cost may not be basically added to perform the MIBS together with the solar cell (Icel) disclosed herein.
- 후측-접촉/후측-접합 에피택셜 실리콘 리프트 오프 전지 공정에서, 후측-접촉, 후측-접합 전지공정 단계를 대부분 포함하는 온-템플레이트 전지 가공 완료 후, 다음의 공정이 수행될 수 있다(다양한 가능한 공정 흐름의 예로서 제공된다): (i) 태양 전지 후측에 백플레인 적층; (ii) (예를 들면, 펄스 나노초 레이저 스크라이빙 툴 또는 추가의 스크라이빙 툴, 예를 들면, 플라즈마 스크라이빙을 사용) 에피택셜 실리콘 리프트 오프 분리 경계를 정의하기 위해 박막 에피택셜 실리콘 기판의 사전 분리 트렌치 스크라이빙; (iii) 재사용 가능한 결정질 실리콘 템플레이트로부터 백플레인 지지된 전지의 기계적 리프트 오프 분리 및 탈착; (iv) 관련 MIBS와 함께 태양 전지의 최종 바람직한 치수를 형성하고 정확한 조절을 위해 백플레인 적층 전지의 레이저 조절(펄스 나노초 레이저 소스를 사용); (v) 트렌치 분리 영역을 형성하고 내부 태양 전지 섬 및 주변 림 다이오드 영역을 정의하기 위해 태양 전지의 태양측 상에 펄스 나노초 레이저 스크라이빙(또는 플라즈마 스크라이빙 또는 추가의 적합한 스크라이빙 방법), 이러한 단계는 섬 및 대응하는 MIBS 영역을 제공하는 단계 및 (vi) 태양측 텍스처링 및 텍스처링 후의 세정과 같은 다음의 전지 가공 후, 추가의 전지 공정 단계, 예를 들면, PECVD 태양측 패시베이션 및 반사 방지 코팅(ARC)층 증착 및 최종 전지 금속화(예를 들면, 적용 가능한 경우 제2 패터닝된 금속화 레벨). 에피택셜 실리콘 리프트 오프 가공 대신에 스타팅 결정질 실리콘 웨이퍼를 사용하는 경우, 공정 흐름은 재사용 가능한 템플레이트, 다공성 실리콘, 에피택셜 실리콘, 또는 분리 공정을 포함하지 않는 것을 제외하고 상기 기재된 흐름과 매우 유사하다. 에피택셜 실리콘 리프트 오프 가공을 사용하여 제조된 태양 전지에 대해 상기 기재된 공정 흐름에서, 트렌치 분리 스크라이빙 공정 및 툴은 사전 방출 트렌치 스크라이빙 및/또는 백플레인 적층 태양 전지 및 MIBS 기판의 포스트 분리 후 정밀 조절에 대한 공정 및 툴과 동일할 수 있다. In the post-contact / rear-junction epitaxial silicon lift-off cell process, the following process can be performed after completion of the on-template cell process including most of the post-contact, back- Provided as an example of a process flow): (i) stacking a backplane on the back side of a solar cell; (ii) to define the epitaxial silicon liftoff separation boundary (e.g., using a pulsed nanosecond laser scribing tool or an additional scribing tool, e.g., plasma scribing). The thin film epitaxial silicon substrate Of pre-separation trench scribing; (iii) mechanical lift-off separation and desorption of backplane supported cells from a reusable crystalline silicon template; (iv) laser conditioning (using a pulsed nanosecond laser source) of the backplane laminated cell to form the final desired dimensions of the solar cell with the associated MIBS and for accurate adjustment; (v) pulsed nanosecond laser scribing (or plasma scribing or an additional suitable scribing method) on the sun side of the solar cell to define the inner solar cell islands and peripheral rim diode area, , This step may be followed by additional cell processing steps such as, for example, PECVD solar side passivation and antireflection, such as providing island and corresponding MIBS areas, and (vi) after subsequent cell processing such as cleaning after sun side texturing and texturing, Coating (ARC) layer deposition and final cell metallization (e.g., a second patterned metallization level, if applicable). If a starting crystalline silicon wafer is used instead of an epitaxial silicon lift-off process, the process flow is very similar to the flow described above except that it does not include a reusable template, porous silicon, epitaxial silicon, or isolation process. In the process flow described above for a solar cell fabricated using epitaxial silicon lift-off processing, the trench isolation scribing process and tool can be used to pre-release trench scribing and / or post-ply lamination solar cells and post- It can be the same as the process and tool for precision control.
- 레이저 스크라이빙 된 트렌치 분리 공정은 결정질 실리콘층의 전체 두께를 통해 반도체층 내에서 (예를 들면, 펄스 나노초 레이저 소스를 사용해서)쓰로우 반도체 트렌치를 형성하기 위해 수행될 수 있고 실질적으로 백플레인에서 정지하고 MIBS 다이오드의 전기적으로 분리된 n형 실리콘 림 영역 및 n형 베이스 및 p+ 에미터 태양 전지를 가정하는 태양 전지에 대한 n형 실리콘 섬 영역을 형성한다(후측-접촉/후측-접합 IBC 태양 전지의 일반적인 도핑 형태).
The laser scribed trench isolation process can be performed to form thrown semiconductor trenches in the semiconductor layer (e.g., using a pulsed nanosecond laser source) through the entire thickness of the crystalline silicon layer, To form an n-type silicon island region for the solar cell assuming an electrically isolated n-type silicon rim region of the MIBS diode and an n-type base and a p + emitter solar cell (rear-contact / rear-junction IBC solar cells) A typical doping form of the battery).
모든 직렬 연결 전지에서, 충분히 작거나 무시할 수 있는 옴 손실을 일으키는 M2 전지 금속화 디자인은, 인접한 직렬 연결 칼럼 사이의 횡방향 M2 커넥터 상의 전류 흐름 때문에 사용되어야 한다. 횡방향 M2 점퍼 또는 커넥터(패터닝된 M2 층과 함께 형성될 수 있음)는 직렬 연결의 인접한 칼럼을 연결하기 위해 사용된다.
In all series-connected cells, the M2 cell metallization design, which produces sufficiently small or negligible ohmic losses, should be used due to the current flow on the transverse M2 connector between adjacent series-connected columns. A lateral M2 jumper or connector (which may be formed with the patterned M2 layer) is used to connect adjacent columns of the series connection.
도 17에서 도시된 바와 같이, 모든 직렬 연결 아이셀 또는 마스터 전지(300)은 에미터 버스바(308)로부터 베이스 버스바(310)로 전기적 직렬 연결된 섬(I11 내지 I44) (외부 전지 경계(302) 및 전기적 분리 트렌치(304)에 의해 정의된 섬) 의 Nx N 어레이(N 행 및 N열, 대표적인 예에서 4 x 4 로 도시됨)를 갖고, 칼럼 내의 각각의 섬은 M2 직렬 연결(306)에 의해 전기적으로 연결되고(간단히 화살표로 도시됨), 각각의 칼럼은 횡방향 M2 점퍼(312)에 의해 전기적으로 직렬로 연결된다. 마스터 전지(300)은 각각 길이 2H 및 폭 W의 N 칼럼(이 실시형태에서 N=4) 및 N-1 횡방향 M2 점퍼(312) (N-1=3)를 갖는다. 횡방향 M2 점퍼 절반 세그먼트는 길이 H(H는 각각의 정사각형 섬의 측면 치수) 및 폭 W을 갖는다. M2 금속화 패턴은 도 17에 도시되지 않지만, 도 13에 도시된 M2 유닛 전지는, 각각의 섬(I11 내지 I44)에 해당할 수 있다.
17, all of the series-connected icel or
M2 금속층 두께 t 및 저항 ρ(또는 시트 저항 ρ/t)를 가정한다. 마스터 정사각형 전지는 측면 치수 L=N.H를 가정하면, 면적 L2, 최대 전력 Pmp, 및 비-섬(비-타일)최대 전력 지점(MPP) 전류 Imp이다(즉, 단일 섬 전지, 즉 모두 직렬 연결된 섬을 포함하는 섬 마스터 전지에 대한 MPP, MPP 전류는 N 2 로 감소한다). 섬 마스터 전지는 N x N 직렬 연결 섬을 갖는 것을 가정하고, Ps 는 횡방향 M2 점퍼의 절반 세그먼트당 옴 전력 손실이고, P1은 모든 횡방향 M2 점퍼 세그먼트에 대한 전체 옴 전력 손실이고, 따라서 Pl = 2(N-1).Ps인 것을 가정한다. 모든 직렬 연결된 N x N마스터 전지에서 내부 칼럼 전류 흐름 옴 손실은 다음 식으로 산출될 수 있고, Ps = {[(ρ.dx).(W.t)].[(Imp/N2).(x/H)]2} 의 0부터 H의 적분값으로 Ps = [ρ/(W.t)].[Imp/(N2.H)]2이다. [x2.dx]의 0부터 H까지 적분하면, Ps = [ρ/(W.t)].[Imp/(N2.H)]2.(H3/3) = (1/3).[(ρ.H)/(W.t)].(Imp/N2)2, Pl = 2(N-1).Ps 이면, Pl = [2(N-1)/3].[(ρ.H)/(W.t)].(Imp/N2)2; 이고, H = L/N 이면, Pl = [2(N-1)/3].[(ρ.L)/(N.W.t)].(Imp/N2)2이기 때문에, Pl = [2(N-1)/(3.N5)].[(ρ.L)/(W.t)].Imp 2. 전체 횡방향 M2 점퍼 전력 손실 팩터(비)는 kj = Pl /Pmp로 정의된다.
M2 metal layer thickness t and resistance p (or sheet resistance rho / t). The master square cell has an area L2, a maximum power P mp , and a non-island (non-tile) maximum power point MPP current I mp (assuming a single island cell, The MPP, MPP currents for island master cells containing connected islands are N 2 ). It is assumed that the island master cell has an N x N series connected island, and P s Is an ohmic power loss per half segment of the transverse M2 jumper, and P 1 is the assumption that the total ohmic power loss of all the lateral jumper M2 segment, therefore P l = 2 (N-1 ) .P of s. The internal column current flow ohmic losses in all series-connected N x N master cells can be calculated by the equation: P s = {[(ρ.dx). (Wt)] [(I mp / N 2 ). x / H)] 2} from the zero integral of H P s = [ρ / ( Wt)]. [I mp / (
대략 22.5% 평균 전지 효율 및 Pmp = 5.50 Wp를 갖는 태양 전지를 가정하고 Vmp = 0.59 V, Imp = 9.3 A인 것을 가정하면, 알루미늄 및 구리에 대한 M2 금속 두께 요건은 본원에 기재된 바와 같이 산출될 수 있고, 허용 가능한 최대 총 횡방향 M2 점퍼 전력 손실 팩터(비)는 (전지에 대해 Pmp의 분획으로)0.01, 0.005, 또는 0.0025인 것으로 가정한다. 전력 손실 팩터 = kj = (Pl/Pmp) 및 Kj (허용 가능한 최대 M2 손실에서) = [2(N-1)/(3.N5)].[(ρ.L)/(W.t)].(Imp 2/Pmp).
Assuming a solar cell with approximate 22.5% average cell efficiency and P mp = 5.50 Wp and assuming V mp = 0.59 V, I mp = 9.3 A, the M2 metal thickness requirements for aluminum and copper are as described And the maximum permissible total lateral M2 jumper power loss factor is assumed to be 0.01, 0.005, or 0.0025 (as a fraction of P mp for the cell). Power Loss factor = k j = (P l / P mp) and K j (permitted by the maximum possible losses M2) = [2 (N-1 ) / (3.N 5)]. [(Ρ.L) / ( Wt)] (I mp 2 / P mp ).
따라서, 허용 가능한 kj에 기초한 필요한 횡방향 M2 점퍼 폭 W 및/또는 M2 금속 두께 t는 W.t = [2(N-1)/(3.N5)].(ρ.L).(Imp 2/Pmp)/kj로 표시될 수 있고 여기서 kj 는 Pmp의 분획으로서 최대 허용 가능한 전체 횡방향 M2 점퍼 옴 손실이다.
Therefore, the lateral width W jumper M2 and / or M2 metal thickness t necessary based on the allowable k j is Wt = [2 (N-1 ) / (3.N 5)]. (Ρ.L). (I mp 2 / P mp ) / k j where k j is the maximum allowable total lateral M2 jumper ohm loss as a fraction of P mp .
표 2 내지 표 7은 벌크 저항 ρ=2.82 μΩ.cm의 알루미늄 (표2 내지 4) 및 벌크 저항 ρ 1.68 μΩ.cm의 구리에 대해 산출된 횡방향 M2 점퍼 W.t 및 W 값을 도시하고, 여기서 N값은 3 내지 5이고, L=156 mm이다.Tables 2 through 7 show the lateral M2 jumper Wt and W values calculated for copper with bulk resistivity p = 2.82 mu O.cm (Tables 2 through 4) and bulk resistance p1.68 mu O.cm, where N The value is 3 to 5 and L = 156 mm.
알루미늄 M2 금속화로 산출된 W.t 값 (cm2)Calculated from aluminum M2 metallization Wt value (cm 2 )
알루미늄 M2 금속화 및 t=3㎛ Al로 산출된 W 값 (cm)
Aluminum M2 metallization and t = 3 [mu] m Al W value (cm)
알루미늄 M2 금속화 및 t=5㎛ Al로 산출된 W 값 (cm)
Aluminum M2 metallization and t = 5 [mu] m Al W value (cm)
구리 M2 금속화로 산출된 W.t 값 (cm2)
Copper M2 metallized Wt value (cm 2 )
구리 M2 금속화 및 t=3㎛ Cu로 산출된 W 값 (cm)
W value (cm) calculated by copper M2 metallization and t = 3 mu m Cu
구리 M2 금속화 및 t=5㎛ Cu로 산출된 W값 (cm)
Copper M2 metallization and W value (cm) calculated with t = 5 mu m Cu
상기 예시의 산출에 기초하면, 인접한 섬 칼럼 사이의 횡방향 M2 점퍼의 옴 손실에 대해 다음과 같이 결론 지을 수 있다:Based on the calculation of the above example, we can conclude that for the ohmic loss of the transverse M2 jumper between adjacent island columns:
- 충분한 횡방향 M2 점퍼 폭을 갖는 실제 및 최적 M2 디자인은 섬 칼럼 사이의 횡방향 M2 점퍼 상에 외부 구리 리본 탭을 솔더링할 필요가 없고 전체 횡방향 M2 점퍼 옴 전력 손실을 약 1% 미만으로 제한하도록 제공될 수 있다;- Actual and optimal M2 design with sufficient transverse M2 jumper width does not need to solder outer copper ribbon taps on transverse M2 jumper between island columns and limits overall lateral M2 jumper ohm power loss to less than about 1% Lt; / RTI >
- 소정의 M2 금속 두께에 대해, 전체 횡방향 M2 점퍼 옴 전력 손실은 높은 N 값 및/또는 낮은 저항 금속에 대해 감소된다;For a given M2 metal thickness, the total lateral M2 jumper ohm power loss is reduced for high N values and / or low resistance metals;
- N=4의 섬 전지 디자인 내에 알루미늄 또는 구리 M2 금속화에 대해, M2 점퍼 폭은 3㎛ 또는 5㎛(또는 이러한 범위 내의 임의의 폭)의 M2 금속 두께에 대해 1 cm 미만으로 제한되고, 최대 전체 횡방향 M2 점퍼 전력손실은 약 0.50% 상대 옴 손실 이하로 유지하고, 이는 M2 점퍼로 인해 약 0.1% 절대 전지 효율 손실에 해당하고;- for aluminum or copper M2 metallization within the island cell design of N = 4, the M2 jumper width is limited to less than 1 cm for M2 metal thickness of 3 or 5 占 퐉 (or any width within this range) The total lateral M2 jumper power loss is maintained below about 0.50% relative ohm loss, which corresponds to an absolute cell efficiency loss of about 0.1% due to the M2 jumper;
- 5㎛ 이하 또는 3㎛ 이하의 M2금속(알루미늄 또는 구리) 두께를 사용하고 측면 점퍼 폭 1 cm 미만인 것을 사용해서 최대 횡방향 M2 점퍼 옴 손실을, 1% 미만으로 제한하는 능력은, 고성능, 저손실 M2 금속화를 형성하고, 횡방향 M2 점퍼 상에 외부에서 구리 리본 탭을 납땜할 필요가 없다. 따라서, 저비용, 신뢰가능한 섬 전지를 제조할 수 있고, 지나치게 큰 N 값이 필요하지 않다. 즉, N=4는 충분하고(N x N = 4 x 4 아이셀 디자인) 및 일부 예에서 N=5는 낮은 손실을 제공하기 때문에 더 유리하다.
The ability to limit the maximum lateral M2 jumper ohm loss to less than 1% by using an M2 metal (aluminum or copper) thickness of 5 μm or less or 3 μm or less and using a side jumper width of less than 1 cm is a high performance, M2 metallization, and there is no need to solder the copper ribbon tabs on the lateral M2 jumpers. Therefore, it is possible to manufacture a low cost, reliable island cell, and an excessively large N value is not required. That is, N = 4 is sufficient (N x N = 4 x 4 Icel design) and in some instances N = 5 is more advantageous because it provides low losses.
상기 기재된 봐 같이, (임의의 형상으로 디자인된)섬은 모든 직렬, 모든 병렬, 또는 하이브리드 직렬 병렬 M2 연결 디자인으로 전기적 연결될 수 있다. M2 상호연결 패턴은 마스터 전지의 전류 감소 및 전압 증가로 인해 전지, 모듈, 및 시스템에서 실질적으로 감소한 R.I2옴 손실의 이점을 유지한다.
As described above, the islands (designed in any shape) can be electrically connected in any serial, all parallel, or hybrid serial parallel M2 connection design. The M2 interconnect pattern maintains the advantage of a substantially reduced RI 2 ohm loss in the cell, module, and system due to current reduction and voltage increase in the master cell.
다음의 예시의 실시형태는 증발된 알루미늄 M2 패턴에 대해 높은 전지 효율(예를 들면, 약 22% 전지 효율) 연결 디자인을 설명하기 위해 제공되는 것으로, 층 두께가 약 5㎛ 미만이고, 완전 정사각형 및 유사 정사각형 기판 포맷에 필적할만한 하다. 구체적으로, 모노리식 트렌치 분리 섬의 4 x 4 어레이를 갖는 마스터 전지를 설명하기 위한 디자인은, 하이브리드 병렬-직렬 섬 연결 디자인을 갖고 모든 직렬 섬 연결 디자인을 갖고, 마스터 전지 전압은 약 5V와 유사하고 전류는 대략 1A와 유사하다.
The following exemplary embodiments are provided to illustrate high battery efficiency (e. G., About 22% cell efficiency) connection design for a vaporized aluminum M2 pattern wherein the layer thickness is less than about 5 microns, Similar square substrate formats are comparable. Specifically, the design to describe a master cell with a 4 x 4 array of monolithic trench isolated islands has a hybrid parallel-to-island island design and has all the series island-connected designs, the master cell voltage is similar to about 5V The current is similar to approximately 1A.
섬 디자인은 일반적으로 정사각형 형상으로 설명되지만, 섬은 개시된 대상과 함께 임의의 형상으로 형성될 수 있는 것을 유의해야 한다. 대부분 예에서, 직렬 연결 섬 사이의 면적 관련 전류 미스매치를 제거하고, 즉 병렬로 연결된 섬의 하위 그룹 또는 섬 사이의 동일한 면적을 유지하기 위해 대칭으로 섬의 어레이를 디자인하고 패터닝하는 것이 바람직하다.
Although the island design is generally described as a square shape, it should be noted that the island may be formed in any shape with the disclosed object. In most instances, it is desirable to design and pattern the array of islands symmetrically to eliminate area-related current mismatch between series connected islands, i. E. To maintain the same area between sub-groups or islands of islands connected in parallel.
또한, 본원에 개시된 M2 상호연결 디자인은, 저렴하고, 임베딩되고, 고성능의 분포된 MPPT 전력 최적화장치 및/또는 셰이드 관리 전자장치 부품을 통합하기 위해 비교적 최적 범위의 전류 전압 변수를 제공하고, 마스터 전지 최대 전력 전압(Vmp)이 약 5V 내지 10V의 범위이고 마스터 전지 최대 전력 전류(Imp)는 약 0.5A 내지 1A의 범위인 것을 가정한다.
In addition, the M2 interconnect design disclosed herein provides a relatively optimal range of current voltage parameters to integrate low cost, embedded, high performance distributed MPPT power optimizer and / or shade management electronics components, It is assumed that the maximum power voltage V mp is in the range of about 5 V to 10 V and the master cell maximum power current I mp is in the range of about 0.5 A to 1 A.
또한, 본원에 제공된 M2 상호연결은, 예를 들면, 잔류 및 시판 지붕 또한 그라운트 마운트 유틸리티 규모 적용에서 최대 시스템 레벨 효율을 위해 600 VDC 및 1,000 VDC PV 시스템과 같은 다양한 설치된 PV 어레이를 지지할 수 있다.
In addition, the M2 interconnect provided herein may support a variety of installed PV arrays, such as, for example, 600 VDC and 1,000 VDC PV systems, for maximum system level efficiency, for example, in residual and commercial roofs and also in ground mount utility scale applications .
다음의 변수 가정은. 병렬(본원에서 모두 병렬로 지칭한다)로 연결된 섬의 4 x 4 어레이를 갖는 효율 약 22%인 마스터 전지 또는 아이셀에 대해 제공된다. 전지 전력 5.35 Wp (완전한 정사각형 156 mm x 156 mm 마스터 전지); Voc = 685 mV, 및 Vmp = 575 mV, 그 다음에 Vmp/Voc = 0.84 또는 84%; Ioc = 9.90 A, 및 Imp = 9.30 A, 그 다음에 Vmp/Voc = 0.94 또는 94%; 필 팩터 = (Vmp x Imp / Voc x Ioc) = 0.79 또는 79%.
The following variable assumption is:. Is provided for a master cell or an Icel cell with an efficiency of about 22% with a 4 x 4 array of islands connected in parallel (all referred to herein in parallel). Battery Power 5.35 W p (Full square 156 mm x 156 mm master cell); V oc = 685 mV, and V mp = 575 mV, then V mp / V oc = 0.84 or 84%; I oc = 9.90 A, and I mp = 9.30 A, then V mp / V oc = 0.94 or 94%; Fill factor = (V mp x I mp / V oc x I oc ) = 0.79 or 79%.
본원에서 1x16S (1x16 직렬)로 지칭되는 모든 직렬 연결 4 x 4 마스터 전지(완전한 정사각형 156 mm x 156 mm 마스터 전지)디자인에서, 그 예는 도 18a에 도시되고, 다음을 가정할 수 있다: Voc = 685 mV x 16 = 10.96 V 및 Ioc = 9.90 A / 16 = 0.619 A; Vmp = 575 mV x 16 = 9.20 V, 및 Imp = 9.30 A / 16 = 0.581 A. 또한, 1x16 모든 직렬 연결 마스터 전지 디자인을 사용하는 60-전지 모듈에 대해, 모듈 변수는 다음과 같이 가정될 수 있다: 모듈 Voc = 10.96 V x 60 = 657.6 V 및 모듈 Vmp = 9.20 V x 60 = 552.0 V; 및 Ioc = 0.619 A, 및 Imp = 0.581A.
In a design for all series-connected 4 x 4 master cells (complete square 156 mm x 156 mm master cell) designs referred to herein as 1 x 16 S (1 x 16 series), an example thereof is shown in FIG. 18 a and can assume the following: V oc = 685 mV x 16 = 10.96 V and I oc = 9.90 A / 16 = 0.619 A; V mp = 575 mV x 16 = 9.20 V, and I mp = 9.30 A / 16 = 0.581 A. Also, for a 60-cell module using a 1x16 all-serial-connected master cell design, the module variables can be assumed as: Module V oc = 10.96 V x 60 = 657.6 V And module V mp = 9.20 V x 60 = 552.0 V; And I oc = 0.619 A, and I mp = 0.581A.
섬 8쌍을 포함하는 하이브리드 병렬-직렬(HPS) 4 x 4 마스터 전지(완전한 정사각형 156 mm x 156 mm 마스터 전지를 가정함)은 2x8HPS (2x 8 하이브리드 병렬-직렬) 디자인으로 지칭되고, 그 예로는 도 18b에 도시되고, 다음과 같이 가정될 수 있다: Voc = 685 mV x 8 = 5.48 V 및 Ioc = 9.90 A / 8 = 1.238 A; Vmp = 575 mV x 8 = 4.60 V, 및 Imp= 9.30 A / 8 = 1.163 A. 또한, 2x8 하이브리드 마스터 전지 디자인을 사용하는 60 전지 모듈에 대해, 모듈 변수는 다음과 같이 가정될 수 있다: 모듈 Voc = 5.48 V x 60 = 328.8 V, 및 모듈 Vmp = 4.60 V x 60 = 276.0 V; 및 Ioc = 1.238 A, 및 Imp = 1.163 A.
A hybrid parallel-serial (HPS) 4 x 4 master cell (assuming a full square 156 mm x 156 mm master cell) containing eight pairs of islands is referred to as a 2x8HPS (2x8 hybrid parallel-serial) design, 18B, and can be assumed as follows: Voc = 685 mV x 8 = 5.48 V and Ioc = 9.90 A / 8 = 1.238 A; Vmp = 575 mV x 8 = 4.60 V, and Imp= 9.30 A / 8 = 1.163 A. Also, for a 60 battery module using a 2x8 hybrid master cell design, the module variable can be assumed to be: Module Voc = 5.48 V x 60 = 328.8 V, and module Vmp = 4.60 V x 60 = 276.0 V; And Ioc = 1.238 A, and Imp = 1.163 A.
도 18a, 18b, 및 18c는 1x16S 디자인 (도 18a)으로 지칭되는 모든 직렬(1x16) 마스터 전지 구조(섬의 4 x 4 어레이), 2x8HPS 디자인 (도 18b)으로 지칭되는 하이브리드 병렬-직렬(2x8) 마스터 전지 또는 아이셀 구조(섬의 4 x 4 어레이), 및 본원에서 8x8HPS 디자인(도 18c)으로 지칭되는 하이브리드 병렬-직렬(8x8) 마스터 전지 또는 아이셀 구조(섬의 8 x 8 어레이)를 도시하는 완전한 정사각형 마스터 전지 또는 아이셀의 개략도이다.
Figures 18a, 18b, and 18c illustrate a hybrid serial-to-serial (2x8) design, referred to as a 2x8 HPS design (Figure 18b), all serial (1x16) master cell structures (4x4 arrays of islands) Serial (8x8) master cell or an Icel structure (island 8 x 8 array), referred to herein as an 8x8 HPS design (Fig. 18c), and a master cell or an Icel structure A square master cell or an icel.
도 18a에 도시된 바와 같이, 모든 직렬 마스터 전지 또는 아이셀 구조(1x16S)(320)은 에미터 버스바(322)로부터 베이스 버스바(324)로 직렬 연결 섬(I11 내지 I44 )의 4 x 4 어레이를 갖고, 칼럼 내의 각각의 섬은 M2 직렬 연결(328)에 의해 전기적으로 연결되고, 각각의 칼럼은 횡방향 M2 점퍼(326)에 의해 전기적으로 직렬로 연결된다.
18A, all the serial master cells or the Icel structure (1x16S) 320 are connected to the serial connection islands I 11 to I 44 ), Each island in the column being electrically connected by an
도 18b에 도시된 바와 같이, 하이브리드 병렬-직렬 마스터 전지 구조2x8HPS(340)은 에미터 버스바(342)로부터 베이스 버스바(344)로 직렬 연결 및 병렬 연결된 섬(I11 내지 I44)의 4 x 4 어레이를 갖고, 칼럼 내의 인접한 섬은 M2 병렬 연결(350)에 의해 병렬로 연결되고, 칼럼 내의 각각의 섬은 M2 직렬 연결(348)에 의해 전기적으로 연결되고 병렬 연결된 인접한 섬들은 횡방향 M2 점퍼(346)에 의해 직렬로 연결된다. 일부 적용에서, 도 18b의 2x8HPS 디자인은 박막 실리콘 흡수층을 갖는 마스터 전지에 특히 적합할 수 있다(예를 들면, 약 수 마이크론 내지 100 마이크론의 범위의 두께를 갖는다).
18B, the hybrid parallel-serial master
도 18c에 도시된 바와 같이, 하이브리드 병렬-직렬 마스터 전지 구조 8x8HPS (352)는 에미터 버스바(354)로부터 베이스 버스바(356)로 전기적 직렬 및 병렬로 연결된 섬(I11 내지 I88)의 8x8 어레이를 갖고, 칼럼 내의 인접한 섬은 M2 병렬 연결에 의해 병렬로 연결되고, 칼럼 내의 섬은 M2 직렬 연결에 의해 전기적으로 연결되고 병렬 연결된 인접 섬은 횡방향 M2 점퍼(358)에 의해 전기적으로 직렬로 연결된다. 일부 적용에서, 도 18c의 8x8HPS 디자인은 다소 두꺼운 실리콘 흡수체층(예를 들면, 약 50 내지 150 마이크론 범위의 실리콘 두께를 갖는다)을 갖는 마스터 전지에 특히 적합할 수 있다. 이는, 8x8HPS 디자인이 높은 유연/굽힘 정도를 제공하고 넓은 실리콘 두께 범위에 대해 적합할 수 있다는 사실 때문이다.(균열이 없는 유연한 태양 전지에 대해 두꺼운 실리콘을 수용하더라도). 도 18b의 2x8HPS 태양 전지 및 도 18c의 8x8HPS 태양 전지는 동일한 전류 및 전압 스케일 팩터 8을 제공한다.
As shown in Figure 18c, a hybrid parallel-in serial master cell structure 8x8HPS (352) is the island (I 11 to I 88) connected from the
도 19a, 19b, 및 19c는 도 18a, 18b, 및 18c에 도시된 마스터 전지의 M2 상호연결 디자인 상의 비교적 작은 셰이드 관리 바이패스 스위치(예를 들면, pn 접합 다이오드 또는 쇼트키 배리어 다이오드)의 예시의 배치/위치를 도시하는 도면이다.
Figures 19a, 19b, and 19c illustrate examples of relatively small shade management bypass switches (e.g., pn junction diodes or Schottky barrier diodes) on the M2 interconnect design of the master cell shown in Figures 18a, 18b, Layout / position.
도 19a에 도시된 바와 같이, 모든 직렬 마스터 전지 구조 1x16S(360)은 에미터 버스바(362)로부터 베이스 버스바(364)로 전기적 직렬 연결 섬(I11 내지 I44)의 4 x 4 어레이를 갖고, 칼럼 내의 각각의 섬은 M2 직렬 연결(368)에 의해 전기적 연결되고, 각 칼럼은 횡방향 M2 점퍼(366)에 의해 전기적 직렬로 연결된다. 횡방향 M2 점퍼(370)은 에미터 버스바(362) 및 베이스 버스바(364)에 비교적 작은 패키지 바이패스 스위치(376)의 연결 및 직접적 배치를 위해 마스터 전지 주변 에지로부터 상쇄되었다. 버스바 익스텐션(374)은 에미터 버스바(362) 및 버스바(364)를 바이패스 스위치(376)에 연결한다.
19A, all of the series master cell structures 1x16S (360) have a 4 x 4 array of electrically serially connected islands I 11 through I 44 from the
도 19b에 도시된 바와 같이, 하이브리드 병렬-직렬 마스터 전지 구조 2x8HPS (380)은 에미터 버스바(382)로부터 베이스 버스바(384)로 전기적 직렬 및 병렬로 연결된 섬(I11 내지 I44)의 4 x 4 어레이를 갖고, 칼럼 내의 인접한 섬은 M2 병렬 연결(390)에 의해 병렬로 연결되고, 칼럼 내의 각각의 섬은 M2 직렬 연결(388)에 의해 전기적으로 연결되고 병렬로 연결된 인접한 섬은 횡방향 M2 점퍼(386)에 의해 전기적으로 직렬로 연결된다. 바이패스 스위치(392)는 에미터 버스바(382) 및 베이스 버스바(384) 사이에서 위치하고 직접 연결된다.
19B, the hybrid parallel-to-serial master
도 19c에 도시된 바와 같이, 하이브리드 병렬-직렬 마스터 전지 구조 8x8HPS (394)는 에미터 버스바(395)로부터 베이스 버스바(396)로 전기적 직렬 및 병렬로 연결된 섬(I11 내지 I88)의 8x8 어레이를 갖고, 칼럼 내의 인접한 섬은 M2 병렬 연결에 의해 병렬로 연결되고, 칼럼 내의 섬은 M2 직렬 연결에 의해 전기적으로 연결되고 조합된 병렬 연결된 인접 섬은 횡방향 M2 점퍼(397)에 의해 전기적으로 직렬로 연결된다. 바이패스(398)은 에미터 버스바(395)와 베이스 버스바(396) 사이에 위치하고 직접 연결된다.
19C, a hybrid parallel-to-serial master
실제로, 단결정 반도체 웨이퍼(특히 CZ 및 FZ 단결정질 실리콘 웨이퍼)는 종종 결정 잉곳으로부터 종종 제작되고 종종 원형 형상의 것이 시판되고 있다. 반도체 재료 사용을 최대화하고 폐기물을 최소화하기 위해, 마스터 전지는 도 20에 도시된 바와 같이 유사 정사각형 태양 전지로 형성될 수 있다. 도 20은 (원통형 잉곳 주변에 의해 도시된)결정 잉곳으로부터 제작된 유사 정사각형 마스터 전지 기판의 개략 상면도이다.
In fact, single crystal semiconductor wafers (especially CZ and FZ monocrystalline silicon wafers) are often made from crystal ingots and often in circular form. In order to maximize semiconductor material usage and minimize waste, the master cell may be formed of a pseudo-square solar cell as shown in Fig. 20 is a schematic top view of a quasi-square master cell substrate made from a crystal ingot (shown by the perimeter of a cylindrical ingot).
따라서, 대칭 및 동등한 크기(동일한 직렬 연결 섬 영역) 직렬 연결된 섬 또는 섬의 하위 그룹을 유지하기 위해, 유사 정사각형 마스터 전지 내의 섬은 개별적으로 다양한 형상 및 구조로 개별적으로 디자인될 수 있다.
Thus, in order to maintain symmetrical and sub-groups of islands or islands connected in series with the same size (same series connected island region), the islands in the pseudo-square master cell can be individually designed into various shapes and structures.
도 20은 (원통형 잉곳 주변(402)에 의해 도시된)결정 잉곳으로부터 제작된 유사 정사각형 마스터 전지 기판(400)의 상면도이다. 배제된 코너(404)는 코너당 면적 a'를 갖고 태양 전지 제작의 거의(완전하지 않은) 정사각형 웨이퍼를 제공하면서 잉곳 폐기물을 최소화하기 위해 유사 정사각형 마스터 전지 기판 디자인으로부터 제거되고/배제되었다.
20 is a top view of a quasi-square
실제로 예시의 디자인 치수로서 사용되는 것으로, 유사 정사각형 마스터 전지 기판(400)은 156 mm x 156mm(L = 156 mm)의 치수를 갖고 대각선 치수 220 mm (Dsquare = 220 mm) 이고, 최종 연마 잉곳 직경(Dingot = 200 mm)을 갖는 원통형 잉곳으로부터 형성된다. 상기 기재된 치수를 가정하면, 완전한 정사각형 기판은 면적 Asq) = L2 = 156 mm x 156 mm = 243.36 cm2일 것이다. 유사 정사각형 기판은 면적 (Apsq) = Asq - 4a'이고, 여기서 a' ≒(Dsquare - Dingot )2 /4, 그 다음에 a'≒(220 mm -200 mm)2 /4 ≒1 cm2 및 Apsq ≒243.36 -4 x 1 cm2 = 239.36 cm2. 따라서,L = 156mm인 경우, 표준 유사 정사각형 웨이퍼는 표준 156mm x 156mm 정사각형 웨이퍼의 전지면적 243.36 cm2 에 비해 전지 면적 239.36 cm2 로, 약 1.64% 적다(4/243.36).
Actually, the quasi-square
도 21은, 도 18b에 도시된 전지와 유사한 에미터 버스바로부터 베이스 버스바로 직렬 연결 및 병렬 연결된 섬 (I11 내지 I44)의 4 x 4 어레이를 갖는 하이브리드 병렬-직렬 유사 정사각형 마스터 전지 구조 2x8HPS(420)의 도면이다(에미터 버스바, 베이스 버스바, 및 횡방향 M2 점퍼는 도 21에 도시되지 않음). 도 20에 도시된 유사 정사각형 마스터 전지과 마찬가지로, 유사 정사각형 마스터 전지(420)은 변 길이 L (예를 들면, 156 mm x 156 mm 유사 정사각형 아이셀의 156 mm)이고, 각각 면적 a'를 갖는 미싱 코너(422)이다.
21 is also from an emitter bus right, similar to the cell shown in 18b hybrid parallel with a 4 x 4 array of the base bus directly series connected and parallel connected to the island (I 11 to I 44) - serial similar square master cell structure 2x8HPS (The emitter bus bar, the base bus bar, and the lateral M2 jumper are not shown in FIG. 21). Similar to the quasi-square master cell shown in Fig. 20, the
다음 치수는 유사 정사각형 마스터 전지 구조 2x8HPS(420)의 마스터 전지 전류의 완전한 밸런스를 맞추기 위해 예로서 제공되지만; 상술된 바와 같이, 본원에 개시된 섬 디자인 원리는 다양한 전지 형상 및 치수로 적용될 수 있다. 도시된 바와 같이, 마스터 전지(420)은 수평 및 수직 대칭(병렬로 연결된 8쌍의 섬을 형성하고)이고 치수 표현은 하나의 쿼드런트(예를 들면, I11, I21, I12, 및 I22)에 대한 것이다. 직렬로 연결된 섬의 각 세트는 동일한 면적을 갖도록 디자인되거나 크기를 갖도록 할 수 있고(해당하는 동일한 전압 및 전류), 즉 면적은 I11 + I12 = I21 + I22 이다.
The following dimensions are provided by way of example to balance the master cell current of the quasi square master
L=156 mm에 대해, L1 및 L2는 다음과 같이 산출되고, 충분한 전류 밸런싱된 마스터 전지를 형성한다: [(L/4).L1 -a'+(L/4).L1= 2.(L/4).L2 및 L1 + L2 = L/2. 따라서, L = 15.6 cm (또는 L/4 = 3.9 cm) 및 a'= 1cm2에 대해, 3.9 L1 - 1 + 3.9 L1 = 2x3.9 L2 및 L1 + L2 = 15.6/2이다. 따라서, L1 - L2 = 0.1282cm 및 L1 + L2 = 7.8cm. L1 = 3.964cm 및 L2 = 3.836cm를 형성한다.
L = about 156 mm, L 1 and L 2 are calculated as follows, to form a sufficient current balancing master battery: [(L / 4) .L 1 -a '+ (L / 4) .
도 22는, 도 18a에 도시된 전지와 유사한 에미터 버스바로부터 베이스 버스바로(에미터 버스바, 베이스 버스바, 및 횡방향 M2 점퍼는 도 22에 도시되지 않음) 전기적 직렬 연결된 섬 (I11 내지 I44)의 4 x 4 어레이를 갖는 모든 직렬 유사 정사각형 마스터 전지 구조 1x16S (430)의 도면이다. 도 20에 도시된 유사 정사각형 마스터 전지와 유사한 바와 같이, 유사 정사각형 마스터 전지(420)은 변 길이 L(예를 들면, 156 mm 156 mm 유사 정사각형 태양 전지에 대해 156mm)를 갖고 각 면적 a'를 갖는 미싱 코너(422)이다.
22 is a schematic view of an island (I 11 < RTI ID = 0.0 > (I 11 < / RTI > To I 44 ) of a serial-like square master cell structure 1 x 16S (430) having a 4 x 4 array of cells. Similar to the pseudo-square master cell shown in Fig. 20, the
다음의 치수는 각 섬을 정의하는 연속적인 분리 트렌치를 갖는 변 길이 L(156mm)를 갖는 유사 정사각형 마스터 전지 구조 1x16S(430)의 마스터 전지 전류를 충분히 밸런스를 맞추기 위한 예로서 제공되고, 즉, 동일한 면적 섬에 대해 가이드라인이 제공된다. 일부 예에서, 연속 분리 트렌치(일반적인 교차점과 함께 연속적으로 형성된 트렌치 분리 라인)은 스크라이빙 중에 간단한 가공을 위해 마스터 전지 유연성을 최대화하고 균열 발생 및 전파를 최소화하는 것이 바람직하다. 도 22에 도시된 바와 같이, 모든 트렌치 분리 라인 교차점은 달리 특정한 것 이외에 직각을 갖는다.
The following dimensions are provided as an example for sufficiently balancing the master cell current of a pseudo-square master cell structure 1 x 16S (430) with a side length L (156 mm) with successive isolation trenches defining each island, Guidelines are provided for area islands. In some instances, it may be desirable to provide continuous isolation trenches (trench isolation lines formed continuously with common crossing points) to maximize master cell flexibility and minimize cracking and propagation for simple processing during scribing. As shown in FIG. 22, all the trench isolation line intersections have a right angle other than the specific ones.
도 22의 섬 디자인에서, 제2 및 제3 칼럼 내의 섬(I12, I22, I32, I42, I13, I23, I33, I43)은 직사각형이고, 각각은 면적이 (L/4).W2이다. 제1 및 제4 칼럼 내의 섬은 비-직사각형이다: 섬(I21, I31, I24, 및 I34)은 사다리꼴 형상이다; 코너 섬(I11, I41, I14, 및 I44)은 다각형이다. 3개의 수직 스크라이브 라인(분리 트렌치) 및 중앙 수평 스크라이브 라인(분리 트렌치)는 마스터 전지의 에지 사이를 잇는 직선이다. 2개의 외측 수평 스크라이브 라인(분리 트렌치)-즉 상부및 하부 스크라이브 라인은 2개의 중앙 칼럼(칼럼(2 및 3)) 사이의 수직 및 수평하고, 제1 및 제4 칼럼으로 연장된 라인으로 임의의 각도 θ정도 경사져 있다. 따라서, 마스터 전지(430)은 수평 및 수직으로 대칭(동일한 면적 및 4개의 대칭 쿼드런트를 갖는 16개 연결 전지를 형성한다). 치수 표현은 하나의 쿼드런트(예를 들면, I11, I21, I12, 및 I22)에 대한 것이다. 직렬로 연결된 섬의 각각의 세트는 동일한 면적을 갖도록 디자인되고(대응하는 동일한 전압 및 전류), 즉 I11 = I22 = I21 = I22이다.
In the island design of FIG. 22, the islands (I 12 , I 22 , I 32 , I 42 , I 13 , I 23 , I 33 , I 43 ) in the second and third columns are rectangular, / 4 ) .W 2 . The islands in the first and fourth columns are non-rectangular: the islands I21 , I 31 , I 24 , and I 34 are trapezoidal in shape; Corner Island (I 11 , I 41, I 14, and I 44) is a polygon. The three vertical scribe lines (isolation trenches) and the central horizontal scribe lines (isolation trenches) are straight lines connecting the edges of the master cell. The two outer horizontal scribe lines - the upper and lower scribe lines - are vertical and horizontal between the two central columns (
마스터 전지 측면 치수 L(156 mm)에 대해, 마스터 전지(430)의 섬 치수는 다음과 같이 산출될 수 있다: 섬(I12)의 면적(섬(I22, I32, I42, I13, I23, I33, I43)으로서 동일한 직사각형 형상 및 면적)은 Arectangle = W2.(L/4); 섬(I11 )의 면적(섬 I41, I14, I44과 동일한 다각형 형상 및 면적) = Acorner = W1.(L/4) + [W1 2 / tan(θ)]/2-a'; 섬 I21 의 면적(섬 I31, I24, I34와 동일한 사다리꼴 형상 및 면적) = Atrapezoid = W1.(L/4) - [W1 2 / tan(θ)]/2이다. Arectangle = Acorner = Atrapezoid = (L2 - 4.a'/16), 따라서 W2.(L/4) = W1.(L/4) + [W1 2 / tan(θ)]/2-a'= W1.(L/4) - [W1 2 / tan(θ)]/2 = (L2 - 4.a'/16 = (15.6cm x 15.6cm -4.0 cm2)/16 = 14.96 cm2. 각 섬은 면적이 14.96cm2이다.
For the master cell lateral dimension L (156 mm), the island dimensions of the
그 다음에, W2.(L/4) = 14.96 cm2, W2.L = 59.84 cm2, W2 = 59.84/15.6 cm, 따라서 W2 = 3.836 cm. W1.(L/4) + [W1 2 / tan(θ)]/2-a = 14.96 cm2, W1.L + 2[W1 2 / tan(θ)] = 63.84 cm2, W1.(L/4) - [W1 2 / tan(θ)]/2 = 14.96 cm2, 및 W1.L - 2[W1 2 / tan(θ)] = 59.84 cm2. 따라서, 2W1.L = 63.84 + 59.84 cm2 = 123.68 cm2, W1 = 123.68/(2x15.6) cm, 따라서, W1 = 3.964 cm. 4[W1 2 / tan(θ)] = 63.84 - 59.84 cm2, 4[3.9642 /tan(θ)] = 4.00 cm2, tan(θ) = 15.7133, 따라서 θ= 86.36°. 또한, LT=L/4 - W1/tan(θ)=15.6/4 - 3.964/15.7133, LT = 3.9 - 0.252 cm, 따라서 LT = 3.648 cm.
Then, W 2 (L / 4) = 14.96 cm 2 , W 2 .L = 59.84 cm 2 , W 2 = 59.84 / 15.6 cm, thus W 2 = 3.836 cm. W 1. (L / 4) + [
따라서, 도 22의 1x16S 모든 직렬 4 x 4 유사 정사각형 기판 마스터 전지에서 전류 매칭을 위해, 치수 및 각도를 제공하는 예시 실시형태에서, 각 섬 면적= 14.96 cm2, 다각형 섬(4 코너): 섬 I11, I41, I14, 및 I44; 사다리꼴 섬(4); 섬 I21, I31, I24, 및 I34; 직사각형 섬 (8 중앙): I12, I22, I32, I42, I13, I23, I33, I43; L/4 = 39.00 mm; W2 = 38.36 mm; W1 = 39.64 mm; LT = 36.48 mm; Lp = 41.52 mm; 및 θ = 86.36°.
Thus, in an exemplary embodiment that provides dimensions and angles for current matching in a 1 x 16 S all-serial 4 x 4 quad-square substrate master cell of Fig. 22, each island area = 14.96 cm 2 , a polygonal island (four corners) 11 , I 41 , I 14 , and I 44 ; A trapezoid island (4); Island I 21, I 31, I 24 , and I 34; Rectangular islands (8 central): I 12 , I 22 , I 32 , I 42 , I 13 , I 23 , I 33 , I 43 ; L / 4 = 39.00 mm; W 2 = 38.36 mm ; W 1 = 39.64 mm ; L T = 36.48 mm; L p = 41.52 mm; And [theta] = 86.36 [deg.].
PVPV 모듈 내의 Within the module 모노리식Monolithic 섬 마스터 전지 상호연결 Island Master Battery Interconnect
본원에 개시된 섬 마스터 전지는 PV 모듈 내에 전기적 직렬, 병렬 또는 하이브리드 병렬-직렬 배열로 연결될 수 있다. 이러한 상호연결은 상기 기재된 모노리식 모듈 실시형태를 사용해서 수행될 수 있다(예를 들면, 복수의 아이셀이 연속 백플레인에 부착되고 아이셀 사이의 전기적 연결은 패터닝된 M2 층을 사용해서 수행된다). 모듈 내의 마스터 전지 상호연결 디자인 선택(직렬, 하이브리드 병렬-직렬 또는 병렬)은 마스터 전지 최대 전력 지점(MPP) 전류 및 전압(Imp 및 Vmp), 모듈 내의 마스터 전지의 수, 또한 모듈의 바람직한 MPP 전류 및 전압에 기초할 수 있다. 종종, 표준 결정 Si 모듈은 6 칼럼 내에 배열된 60 전지로 구성되고, 각 칼럼 내에 10 전지가 존재하지만(6x10), 6 x 12 = 72전지를 포함하는 그 외의 모듈 구조는 모듈 전력, 모듈 포맷, 안전성, BOS(예를 들면, 배선) 비용, 등에 대한 요건에 기초해서 사용될 수 있다.
The island master cells disclosed herein may be connected in an electrical serial, parallel, or hybrid parallel-to-serial array within a PV module. Such interconnections may be performed using the monolithic module embodiment described above (e.g., a plurality of Icelels are attached to a continuous backplane and an electrical connection between the Icelels is performed using a patterned M2 layer). The master cell interconnect design choices in the module (serial, hybrid parallel-serial or parallel) determine the master cell maximum power point (MPP) current and voltage (I mp and V mp ), the number of master cells in the module, Current and voltage. Often, standard crystal Si modules consist of 60 cells arranged in six columns, with 10 cells in each column (6x10), and other module structures, including 6 x 12 = 72 cells, Safety, BOS (e.g., wiring) cost, and the like.
6x10(이상) 마스터 전지의 모듈 내에 마스터 전지 상호연결에 대한 하나의 예시의 모듈 구조 실시형태(N은 적어도 3인 것을 가정)는, 하이브리드 병렬-직렬 구조이다. 특정 적용 및 시장에 따라, 마스터 전지 상호연결은 소망의 최대 모듈 MPP 전류 또는 소망의 최대 모듈 MPP 전류를 제공하기 위해 하이브리드 병렬-직렬 디자인을 사용해서 최적화할 수 있다. 모든 병렬 구조가 가능하지만, 일부 예에서, 모든 병렬 구조는 지나치게 큰 모듈 전류가 발생해서 상당한 옴 손실을 일으킨다. 또한, 모든 직렬 구조가 가능하지만, 일부 예에서 모든 직렬 구조는 지나치게 높은(예를 들면, 수백 볼트를 초과함) 모듈 전압(모듈 Vmp) 이 발생해서 안전성 문제를 일으킬 수 있고/있거나 유전 절연 요건으로 인해 높은 배선 비용이 요구될 수 있다.
One exemplary modular architecture embodiment (assuming N is at least 3) for a master cell interconnect in a module of a 6x10 (or better) master cell is a hybrid parallel-to-serial architecture. Depending on the specific application and market, the master cell interconnect can be optimized using a hybrid parallel-to-serial design to provide the desired maximum module MPP current or the desired maximum module MPP current. Although all parallel structures are possible, in some instances, all parallel structures generate significant module currents, resulting in significant ohmic losses. In addition, although all of the series structures are possible, in some instances all series structures can cause safety problems due to too high a module voltage (e.g., more than a few hundred volts) (module V mp ) and / High wiring cost may be required.
도 23a 및 23b는 마스터 전지 또는 아이셀 개략도로 섬의 수(섬의 홀수 또는 짝수), 또한 M2 상호연결 디자인에 따라 에미터 및 베이스 버스바의 위치를 강조한다. 도 23a의 마스터 전지(452) 및 도 23b의 마스터 전지(462)은 S = N x N 섬의 어레이(또는 병렬 연결 섬의 N x N 하위 그룹)를 갖고, 개별 섬은 도시되지 않는다. 마스터 전지(452)에서, N은 홀수 정수이고 마스터 전지(462)에서 N은 짝수 정수이다. 도 23a에 공지된 바와 같이, 마스터 전지(452)는, N이 홀수 정수이고 섬(또는 병렬 연결 섬의 하위 그룹)이 전기적 직렬로 연결되는 경우, 마스터 전지 에미터 및 베이스 버스바는 도 23a에 에미터 버스바(454) 및 베이스 버스바(456)로 도시된 2개의 마주보는 쿼드런트가 전지 대각으로 마주보며 위치된다(예를 들면, 도 15a 및 15b에 도시된 마스터 전지 참조). 마스터 전지(462)에서 N은 짝수 정수이고 섬(또는 병렬 연결 섬의 하위그룹)은 전기적 직렬로 연결되고, 마스터 전지 에미터 및 베이스 버스바는 도23b에 에미터 버스바(464) 및 베이스 버스바(466)로 도시된 바와 같이 정사각형 전지의 동일한 측에 2개의 마주보는 코너에 위치된다(예를 들면, 도 14a에 도시된 마스터 전지를 참조).
Figures 23A and 23B emphasize the number of islands (odd or even number of islands) in the master cell or ice cell schematic and also the location of the emitter and base bus bars according to the M2 interconnect design.
도 24 내지 27은 도 23a(N은 홀수) 및 23b(N은 짝수)에 도시된 바와 같이 짝수 및 홀수의 직렬 연결 섬(또는 병렬 연결 섬의 하위 그룹)을 갖는 마스터 전지 디자인의 다양한 60 전지 모듈 연결 디자인의 도면이다. 도 24 내지 27의 도면은 마스터 전지의 후측 상에 버스바가 실제로 위치되지만 각 마스터 전지에 대한 베이스 버스바 및 에미터 버스바를 도시하는 (마스터 전지의 전측을 도시한)상부 모듈 도면이다. 즉, 에미터 및 베이스 버스바 및 모듈 상호연결은 다양한 전지 사이의 연결 디자인을 강조하기 위해 마스터 전지 전측을 통해 보이는 것을 도시한다. 이러한 대표적인 모듈은 각각, 패터닝된 M1층을 통해 태양 전지 후측 가공 후 각각 복수의 섬(예를 들면, 이러한 실시형태에서 도시된 6 x 10 배열로, 60 아이셀)을 연속 백플레인 시트에 부착하거나 적층한 후, 복수의 아이셀을 포함하는 큰 연속적인 백플레인 시트 상에 패터닝된 M2층을 형성해서 연속 복수 전지 백플레인 기판에 남은 포스트 백플레인-적층 후단 태양 전지를 가공해서 모노리식 모듈로서 제조될 수 있다. 이러한 접근 방법은 모노리식 패터닝된 M2 금속화 층을 사용해서 소망의 전기적 연결 배열(모든 직렬 연결 또는 하이브리드 병렬-직렬 연결)에 따라 아이셀을 서로 연결할 것이다. 이는, 모노리식 모듈을 형성해서, 모듈 조립을 위해 태양 전지를 서로 태빙, 스트링잉, 및/또는 솔더링 할 필요가 없다(패터닝된 M2 는 모노리식 모듈 실시형태에 기초해서 전지를 서로 연결하기 때문). 물론, 이러한 대표적 모듈은 각각 모듈 조립을 위해 태양 전지를 서로 종래의 태빙, 스트링잉, 및/또는 솔더링함으로써 본원에 기재된 모노리식 모듈 실시형태 없이 제조될 수 있다.
24-27 illustrate various 60 battery modules of a master cell design having even and odd serial connected islands (or sub-groups of parallel connected islands) as shown in Figure 23a (N is an odd number) and 23b It is a drawing of the connection design. 24-27 are top module views (showing the front side of the master cell) showing the base bus bar and the emitter bus bar for each master cell, although the bus bar is actually located on the rear side of the master cell. That is, the emitter and base bus bar and module interconnections show through the front side of the master cell to emphasize the connection design between the various cells. The exemplary modules respectively, through a patterned M1 layer after the solar cell rear machining a plurality of islands, each (e. G., In a 6 x 10 array shown in this embodiment, 60 ahyisel) for attaching to the continuous backplane sheet or laminate And then forming a patterned M2 layer on a large continuous backplane sheet containing a plurality of Icelels to fabricate the post backplane-laminated back-end solar cell remaining on the continuous multiple-cell backplane substrate, as a monolithic module. This approach will connect the Icelels to each other according to the desired electrical connection arrangement (all series connections or hybrid parallel-serial connections) using a monolithic patterned M2 metallization layer. This is because it is not necessary to form monolithic modules and to tablet, string and / or solder the solar cells to each other for module assembly (because patterned M2 connects the cells together based on the monolithic module embodiment) . Of course, such representative modules may be fabricated without the monolithic module embodiments described herein by conventional tableting, stringing, and / or soldering of solar cells to each other for module assembly.
도 24는 마스터 전지 또는 아이셀에 대한 모듈 연결 디자인의 예이고(모듈 연결 디자인은, 본원에 개시된 모노리식 모듈 실시형태를 사용하는 경우, 패터닝된 M2 층을 사용해서 제조된다), 에미터 및 베이스 버스바는 마스터 전지의 마주보는 대각선 코너에 위치하고(즉, N은 홀수) 및 모든 아이셀은 전기적 직렬로 연결된다(모든 직렬). 도 24에서 도시된 전기적 직렬로 연결된 60 마스터 전지에 대한 모듈 전압 및 전류는 다음과 같이 산출될 수 있다: 모듈 전압 = 60 x 마스터 전지 전압. 따라서, N = 4 및 S = 16에 대해: 마스터 전지 전압 Vmp ≒16x0.59 ≒9.4 V; 모듈 Vmp = 60x9.4 = 564 V; 및 모듈Imp ≒9.3 A/16 ≒0.58 A.
24 is an example of a module connection design for a master cell or an icel (the module connection design is manufactured using a patterned M2 layer when using the monolithic module embodiment disclosed herein), emitter and base bus The bars are located at the diagonally opposite corners of the master cell (ie, N is an odd number) and all Icel cells are electrically connected in series (all in series). For the 60 serial master cells connected in series as shown in Fig. 24 Module voltage and current can be calculated as follows: Module voltage = 60 x Master cell voltage. Therefore, for N = 4 and S = 16: the master cell voltage V mp ? 16x0.59? 9.4 V; Module V mp = 60x9.4 = 564 V; And module I mp ? 9.3 A / 16? 0.58 A.
도 25는, 마스터 전지에 대한 모듈 연결 디자인의 예이고(모듈 연결 디자인은, 본원에 개시된 모노리식 모듈 실시형태를 사용하는 경우, 패터닝된 M2 층을 사용해서 제조된다), 에미터 및 베이스 버스바는 마스터 전지의 동일한 측의 코너에 위치하고(즉, N은 짝수) 및 모든 전지는 전기적 직렬로 연결된다(모든 직렬). N=4 및 S=16에 대해 모듈 전압 및 전류는 도 24에 기재된 바와 같이 산출될 수 있다.
25 is an example of a module connection design for a master cell (the module connection design is fabricated using the patterned M2 layer when using the monolithic module embodiment disclosed herein), the emitter and base bus bar Are located at the corners of the same side of the master cell (i.e., N is even) and all cells are electrically connected in series (all in series). For N = 4 and S = 16, the module voltage and current can be calculated as shown in FIG.
도 26은 마스터 전지에 대한 모듈 연결 디자인의 예이고(모듈 연결 디자인은, 본원에 개시된 모노리식 모듈 실시형태를 사용하는 경우, 패터닝된 M2 층을 사용해서 제조된다), 에미터 및 베이스 버스바는 마스터 전지의 동일한 측의 코너에 위치하고(즉, N은 짝수) 및 모든 전지는 전기적 하이브리드 병렬-직렬로 연결된다. 이 실시형태에서 10 마스터 전지의 1행 내에 각각의 마스터 전지는 직렬로 연결되고 10 마스터 전지의 6행은 병렬로 연결된다. 도 26에 도시된 하이브리드 병렬-직렬 모듈 연결에서: 모듈 전압 = 10 x 마스터 전지 전압. 따라서, N = 4 및 S = 16에 대해: 마스터 전지 전압 Vmp ≒16x0.59≒9.4 V 및 모듈 전압 Vmp = 10x9.4 = 94 V.
Figure 26 is an example of a module connection design for a master cell (the module connection design is fabricated using a patterned M2 layer when using the monolithic module embodiment described herein), emitter and base bus bars Located at the same corner of the master cell (i. E., N is an even number) and all batteries are connected in an electrical hybrid parallel-to-serial fashion. In this embodiment, each master cell is connected in series in one row of 10 master cells and six rows of 10 master cells are connected in parallel. In the hybrid parallel-serial module connection shown in Fig. 26: module voltage = 10 x master cell voltage. Therefore, for N = 4 and S = 16: the master cell voltage V mp ≒ 16 x 0.59 ≒ 9.4 V and the module voltage V mp = 10 x 9.4 = 94 V.
도 27은 마스터 전지에 대한 모듈 연결 디자인의 예이고(모듈 연결 디자인은, 본원에 개시된 모노리식 모듈 실시형태를 사용하는 경우, 패터닝된 M2 층을 사용해서 제조된다), 에미터 및 베이스 버스바는 마스터 전지의 동일한 측의 코너에 위치하고(즉, N은 짝수) 및 모든 전지는 전기적 하이브리드 병렬-직렬로 연결된다. 이 실시형태에서 6 마스터 전지의 1열 내에 각각의 마스터 전지는 직렬로 연결되고 6 마스터 전지의 10열은 병렬로 연결된다. 도 27에 도시된 하이브리드 병렬-직렬 모듈 연결에서: 모듈 전압 = 6x 마스터 전지 전압. 따라서, N = 4 및 S = 16에 대해: 마스터 전지 전압 Vmp ≒16x0.59 ≒9.4 V; 모듈 전압 Vmp = 6x9.4 = 56.4 V; 및 모듈 전류 Imp ≒(9.3 A/16)x10 ≒5.81 A.
Figure 27 is an example of a module connection design for a master cell (the module connection design is fabricated using a patterned M2 layer when using the monolithic module embodiment described herein), the emitter and base bus bar Located at the same corner of the master cell (i. E., N is an even number) and all batteries are connected in an electrical hybrid parallel-to-serial fashion. In this embodiment, each master cell is connected in series in one row of six master cells, and ten rows of six master cells are connected in parallel. In the hybrid parallel-to-serial module connection shown in FIG. 27: module voltage = 6x master cell voltage. Therefore, for N = 4 and S = 16: the master cell voltage V mp ? 16x0.59? 9.4 V; Module voltage V mp = 6x9.4 = 56.4 V; And module current I mp ? (9.3 A / 16) x 10? 5.81 A.
일부 예에서, 본원에 개시된 모노리식 섬 구조는 임베딩된 모듈 레벨 또는 전지 레벨 DC-대-DC(또는 DC-대-AC) 전력 최적화 장치를 통합할 수 있고, 이는 최종 모듈 적층 전에 마스터 전지 백플레인에 직접 실장되거나 모듈 적층 내에 임베딩될 수 있다. MPPT 전력 최적화 장치는 고전환 효율 (예를 들면, 97% 효율 초과)모노리식 또는 하이브리드 칩(경우에 따라 적어도 인턱터 및 캐패시터를 포함하는 일부 개별 성분을 포함한다)일 수 있고, 이는 전지 DC 출력을 특정 전압 또는 일정 전류(범위)에서 DC 또는 AC 출력으로 전환한다. 예를 들면, 전지 레벨 MPPT 전력 최적화 장치 칩은 마스터 세러 DC 전압 및 전류(Vmp 및 Imp)를 AC 전압 및 전류로 전환해서 최대 전력 지점 트랙킹(MPPT)를 수행하면서 AC 전지를 제조하기 위해 사용될 수 있다.
In some instances, the monolithic island structure disclosed herein may incorporate embedded module-level or battery-level DC-to-DC (or DC-to-AC) power optimizations, which may be applied to the master cell backplane Can be directly mounted or embedded within the module stack. The MPPT power optimizer may be a monolithic or hybrid chip with high conversion efficiency (e.g., greater than 97% efficiency) (including at least some individual components, including at least inductors and capacitors) Switch to DC or AC output at a specific voltage or constant current (range). For example, a battery level MPPT power optimizer chip can be used to fabricate an AC cell while performing the maximum power point tracking (MPPT) by converting the master slave DC voltage and current (V mp and I mp ) to AC voltage and current .
모듈에서 마스터 전지는 모두 직렬로 연결되는 경우, 전지 레벨 임베딩된 MPPT는, MPPT 전력 최적화 기능을 수행하면서 모든 조사 조건 하에서 각 마스터 전지에서 소정의 고정된 출력 전류를 생성하도록 설정될 수 있다. 이는 직렬로 연결된 모든 마스터 전지가 전류-매칭되는 것을 보장할 수 있다. 마찬가지로, 모듈 내의 마스터 전지는 하이브리드 병렬-직렬 배열로 연결되는 경우, 전지레벨의 임베딩된 MPPT는, MPPT 전력 최적화 기능을 수행하면서(소정의 스트링 전압을 제공하면서) 모든 조사 조건 하에서 소정의 병렬 스트링 전압을 생성하기 위해 각 마스터 전지에서 소정의 고정된 출력 전류를 생성하도록 설정될 수 있다. 이는, 직렬로 연결된 모든 마스터 전지 또는 아이셀이 전류 매칭되고 병렬 스트링이 전압 매칭되는 것을 보장할 수 있다.
When all the master cells in the module are connected in series, the battery level embedded MPPT can be set to produce a predetermined fixed output current in each master cell under all illumination conditions while performing the MPPT power optimization function. This can ensure that all the master cells connected in series are current-matched. Likewise, when the master cell in the module is connected in a hybrid parallel-to-serial arrangement, the battery-level embedded MPPT performs the MPPT power optimization function (under certain lighting conditions) To produce a predetermined fixed output current in each master cell. This can ensure that all the series connected master cells or the icel are current matched and the parallel string is voltage matched.
도 28a 및 28b는 600 VDC PV 시스템의 모듈 연결 실시형태의 일부 대표적인 예를 도시하는 도면이다. 도 28a는 1x16S(모두 직렬) 모듈 디자인(60전지 모듈)을 도시하고, Voc =657.6 V 및 Vmp=552.0 V이고, 도 28 b는 2x8HPS (하이브리드 병렬-직렬) 디자인 (60-전지 모듈) 의 모듈 연결 실시형태를 도시하고, Voc =657.6 V 및 Vmp=552.0 V. 도 29a 및 29b는 1000 VDC PV 시스템에 대해 모듈 연결을 도시하는 개략도이다. 도 29a는 1x16S (모든 직렬) 디자인(60전지 모듈)의 모듈 연결을 도시하고, Voc =657.6 V 및 Vmp=552.0 V이고, 도 28b는 2x8HPS(하이브리드 병렬-직렬) 디자인(60 전지 모듈)에 대한 모듈 연결을 도시하고, Voc = 986.4 V 및 Vmp=828.0 V. 따라서 Vos 및 Vmp 는 600 VDV PV 시스템에 대한 2x8HPS 디자인 또는 600 또는 1000 VDV PV 시스템에 대한 1x16S 디자인에 비해 1000 VDV PV 시스템에 대한 2x8HPS 디자인에서 증가된다.
28A and 28B are diagrams showing some representative examples of module connection embodiments of a 600 VDC PV system. Figure 28a shows the 1x16S (both series) module design (battery module 60), and V oc = 657.6 V and V mp = 552.0 V, Figure 28b shows a module connection embodiment of a 2x8 HPS (hybrid parallel-serial) design (60-battery module), V oc = 657.6 V and V mp = 552.0 V. Figures 29a and 29b are schematic diagrams showing module connections for a 1000 VDC PV system. 29A shows a module connection of a 1x16S (all serial) design (60 battery module), V oc = 657.6 V and V mp = 552.0 V, Figure 28b shows the module connections for a 2x8 HPS (hybrid parallel-serial) design (60 battery module), V oc = 986.4 V and V mp = 828.0 V. Therefore, V os and V mp are increased in the 2 × 8 HPS design for a 600 VDV PV system or in a 2 × 8 HP design for a 1000 VDV PV system compared to a 1 × 16 SV design for a 600 or 1000 VDV PV system.
따라서, 일부 특정 실시형태에서, 2x8 하이브리드 병렬-직렬 (2x8HPS) 연결 디자인은 다음의 이점에 대해 선택될 수 있다:Thus, in some specific embodiments, a 2x8 hybrid parallel-to-serial (2x8HPS) connection design can be selected for the following advantages:
- 모든 직렬 마스터 전지의 중요한 이점을 유지하면서 아이셀을 제작하기 위해 유사 정사각형 결정질 실리콘 웨이퍼를 사용할 수 있다(예를 들면, 적용한 경우에 약 5㎛ 미만의 두께를 갖는 M2 금속층 및 직선 이방향 트렌치 분리 스크라이브 라인으로 인해 마스터 전지 유연성);A quasi-square crystalline silicon wafer can be used to fabricate the icel while maintaining the significant advantages of all series master cells (e.g., an M2 metal layer with a thickness of less than about 5 [micro] m and a straight, anisotropic trench isolation scribe Master cell flexibility due to line);
- 예를 들면, (156 mm x 156 mm 웨이퍼에 대해)도시된 L1 = 3.964 cm, L2 = 3.836 cm을 사용해서 달성된 유사 정사각형 결정질 실리콘 웨이퍼의 전류 매칭/밸런스;- current matching / balance of quasi-square crystalline silicon wafers achieved using L 1 = 3.964 cm and L 2 = 3.836 cm shown (for a 156 mm x 156 mm wafer), for example;
- 또한, 예를 들면, L1=L2= 3.9 cm 의 완전한 정사각형 마스터 전지 기판과 필적할 수 있다;- Also, for example, it is comparable to a complete square master cell substrate with L 1 = L 2 = 3.9 cm;
- 감소된 BOS 비용 및 높은 시스템 효율을 갖는 600 VDC 및 1,000 VDC 시스템 (또한 그 외의 시스템 전압)에 대해 효율적인 PV 시스템 배열 제공. 일부 예에서, 1000 VDC PV 시스템은, 600 VDC 시스템에 비해 높은 시스템 효율 및 낮은 BOS 비용을 가질 수 있다 (높은 효율 및 낮은 BOS 비용으로 인해 높은 스트링 전압(1,000 VDC vs. 600 VDC)의 경우 설치된 PV 시스템은 약 $0.10/W의 경제적인 값을 제공할 수 있다). 필요에 따라, 모듈 전압은 하이브리드 병렬-직렬 구조에 따라 모듈 내에 아이셀의 상호연결에 의해 설정될 수 있다(예를 들면, 모든 직렬 모듈 배열에 비해 감소);- Provide an efficient PV system array for 600 VDC and 1,000 VDC systems (and other system voltages) with reduced BOS cost and high system efficiency. In some instances, a 1000 VDC PV system can have a higher system efficiency and lower BOS cost than a 600 VDC system (due to high efficiency and low BOS cost, the installed PV for a high string voltage (1,000 VDC vs. 600 VDC) The system can provide an economical value of about $ 0.10 / W). If desired, the module voltage can be set by the interconnection of the cells in the module according to the hybrid parallel-serial architecture (e.g., reduced compared to all serial module arrays);
- 저비용 분포 셰이드 관리의 통합(1x16S 디자인과 유사);- Integration of low cost distribution shade management (similar to 1x16S design);
- 저 비용 리모트 모듈 ON/OFF의 통합 (1x16S 디자인과 유사);- Integrated low cost remote module ON / OFF (similar to 1x16S design);
- 저 비용 분포 전지 레벨 MPPT의 통합(1x16S 디자인과 유사); 및- low cost distribution battery level MPPT integration (similar to 1x16S design); And
- 1x16S 디자인에 비해 마스터 전지 섬 변수 변형의 내구성이 커지는 것으로 고려될 수 있다.
- Compared to the 1x16S design, it can be considered that the durability of the master battery variable is larger.
본원에 개시된 혁신적인 형태의 이점은, (i) 태양 전지 제작 공정 장비 및 설비 자본 지출(CAPEX) 감소; (ii) 태양 전지 제작에서 실질적으로 위험한 폐기 부산물 감소; (iii) 태양 전지 미세균열 및/또는 파손 감소(예를 들면, 구리 도금 및 그 관련 취급, 씰링, 및 접촉 요건이 필요하지 않기 때문) ; 및 전체 제조 생산량 증가; (iv) 투영된 장기간 PV 모듈 필드 신뢰성 개선; (v) 후측 상에 전착된 두꺼운(일반적으로 IBC 태양 전지에 대한 수십 마이크론) 구리가 필요하지 않기 때문에 백플레인 적층 태양 전지에 대한 휨 감소 및 기계적 응력 감소를 포함하지만, 이들로 한정되지 않는다.
Advantages of the innovative features disclosed herein include (i) reduced solar cell fabrication process equipment and equipment capital expenditures (CAPEX); (ii) substantially reduced hazardous waste by-products in solar cell fabrication; (iii) reduce solar cell microcracks and / or breakage (for example, copper plating and its associated handling, sealing, and contact requirements are not required); And increased overall manufacturing yield; (iv) improved projected long-term PV module field reliability; but not limited to, warp reduction and mechanical stress reduction for backplane laminated solar cells because thick (typically tens of microns for IBC solar cells) copper electrodeposited on the back side of (v) is not needed.
작동 시, 개시된 대상은 모노리식 섬 마스터 전지(아이셀)을 제공하고, 이는 다음의 이점의 임의의 조합을 제공한다; 유연성 및 균열 완화 향상; 전지 휨 감소된 및 평면성 개선; 전압 증가 및 전류 감소해서 RI2 옴 손실 감소; 전지 금속화 두께 감소(또한 10배)는, 필요에 따라 구리 도금 제거될 수 있고 이는 전지 금속화 비용을 줄일 수 있다(예를 들면, 5㎛ 이하의 Al); 두꺼운 금속화, 예를 들면, 두꺼운 구리를 제거해서 모듈 적층 중에 응력 효과(및 균열) 감소; 실험 및 정렬에서 분포된 전지 변수; 전류 감소에 의해 저렴한 셰이드 관리 스위치 사용 가능; 저렴한, 고효율(98% 초과) MPPT DC-DC buck 컨버터; 및 충분히 도금 부재 태양 전지 형성.
In operation, the disclosed subject provides a monolithic island master cell (Icel), which provides any combination of the following advantages; Improved flexibility and crack relaxation; Battery warpage reduced and planarity improvement; Reduced RI2 ohms loss by increasing voltage and current; The reduction in cell metallization thickness (also 10 times) can be copper plating removed as needed, which can reduce the cost of battery metallization (for example, Al of 5 탆 or less); Thick metallization, e. G., Removal of thick copper, reduces stress effects (and cracks) during module lamination; Battery parameters distributed in experiments and alignments; Reduced current allows the use of inexpensive shade management switches; Low cost, high efficiency (> 98%) MPPT DC-DC buck converter; And sufficient plating member solar cell formation.
본 출원은 비용 효율적인, 고효율 태양전지 및 관련 모듈, 이들의 장치 구조체 및 제조방법에 관한 것이다. 구체적으로, 개시된 대상은, 태양 전지 구조체 및 wire-sawn, 표준 두께의 스타팅 결정질 실리콘 웨이퍼(예를 들면, 125 mm x 125 mm 또는 156 mm x 156 mm, 또는 약 120 내지 약 250 마이크론 범위의 스타팅 두께를 갖는 대면적 실리콘 웨이퍼) 를 제조하는 방법에 관한 것으로, 이는 지지 백플레인(예를 들면, 박막 실리콘 전지 흡수체에 영구적으로 부착된 유연한 폴리머 백플레인)과 함께 박막화될 수 있다. 상기 기재된 바와 같이 소정의 태양 전지 전력의 태양 전지 전류를 감소하면서, 표준 모노리식 실리콘 전지의 표준 작동 전압을 증가하기 위해 모노리식 제작 공정을 사용해서 반도체 흡수층을 분할할 수 있다. The present application relates to a cost-effective, high-efficiency solar cell and related modules, their device structures and their manufacturing methods. Specifically, the disclosed subject matter includes a solar cell structure and a starting thickness of a wire-sawn, standard thickness crystalline silicon wafer (e.g., 125 mm x 125 mm or 156 mm x 156 mm, or a starting thickness in the range of about 120 to about 250 microns) (E.g., a flexible polymer backplane permanently attached to a thin film silicon cell absorber), which may be thinned. The monolithic fabrication process may be used to divide the semiconductor absorbent layer to increase the standard operating voltage of a standard monolithic silicon cell while reducing the solar cell current of a given solar cell power as described above.
개시된 대상은, 벌크 웨이퍼에 관한 공지된 방법의 제약 및 박막 태양전지 제작 문제점을 다루고, 스타팅 결정질 실리콘 웨이퍼를 사용해서 제조된 저비용 및 고효율의 조합을 갖는 맞물려진 후측 접촉(IBC) 태양전지를 제공한다.
The disclosed subject deals with the limitations of known methods for bulk wafers and thin film solar cell fabrication problems and provides meshed rear side contact (IBC) solar cells with a combination of low cost and high efficiency made using starting crystalline silicon wafers .
중간 등급의 소수 캐리어 수명 n형 웨이퍼는, 예를 들면, 초크랄스키(CZ) 잉곳 성장, 연속적 또는 쿼시 연속 CZ 성장, 또는 n형 실리콘 잉곳 전체에서 본래의 n형 도핑 농도 구배를 다루는 그 외의 방법을 사용해서 제조되고 약 100 μs 이상의 스타팅 소수 캐리어 수명을 갖는 것을 선택할 수 있다. 또한, 쿼시 단결정 캐스트 n형 실리콘 잉곳 또는 심지어 다결정질 실리콘 물질은 물질 품질 및 그 외의 공정 통합 요건에 의존해서 선택될 수 있다. 다음의 공정 중 일부, 예를 들면, 텍스처링은, (산성 및 알칼리성 텍스처 모두 임의의 형태의 스타팅 결정질 실리콘 물질에 대해 사용될 수 있지만), 예를 들면, 다결정질 물질에 대한 산성 텍스처에 비해 단결정질에 대한 알칼리성 텍스처와 같이 스타팅 물질의 선택에 의존해서 적합하게 조절할 필요가 있는 것을 유의한다.
Intermediate grade minority carrier lifetime n-type wafers can be fabricated using, for example, Czochralski (CZ) ingot growth, continuous or quasi continuous CZ growth, or other methods of dealing with intrinsic n-type doping concentration gradients throughout the n- And have a starting minority carrier lifetime of at least about 100 microseconds. In addition, quasi- single crystal cast n-type silicon ingots or even polycrystalline silicon materials can be selected depending on material quality and other process integration requirements. Some of the following processes, for example, texturing (although both acidic and alkaline textures can be used for any type of starting crystalline silicon material), can be applied to monocrystalline materials, for example, Note that it is necessary to adjust suitably depending on the choice of starting material, such as for alkaline textures.
설명 목적에 따라, n형(일반적으로 인 도핑된) 스타팅 결정질 웨이퍼가 제공되지만, 본원에 나타낸 기본 개념은 p형 실리콘 웨이퍼에 대한 것으로, 당업자에 의해 p형 실리콘 웨이퍼에 적용될 수 있는 것을 유의한다. 또한, 나타낸 기본 개념은 벌크 wire-sawn 웨이퍼-기반 흡수체 전지에 적용할 수 있지만, 예를 들면 분리층 시스템으로서 재사용 템플레이트 상에 다공성 실리콘을 사용한 후, 에피택시 또는 달리 화학증착 필름 성장을 행하고, 이어서 다음의 템플레이트를 재사용하기 위해 다음의 방출로 이어지는 것과 같은 커프리스(kerfless)기술을 사용해서 생성되는 흡수체 전지로 전환될 수 있는 것을 유의한다. 본원에 개시된 구조체 및 방법은, 예를 들면 고 용량 수소 이온(광자) 주입 후 박리 또는 레이저 스플릿팅, 또는 두꺼운 재사용 스타팅 기판으로부터 박막 실리콘 기판의 기계적 응력 유도 박리와 같은 그 외의 소위 커프리스 웨이퍼 방법에 적용할 수 있다.
It should be noted that although the n-type (generally doped) starting crystalline wafers are provided according to the illustrative purpose, the basic concepts shown herein are for p-type silicon wafers and may be applied to p-type silicon wafers by those skilled in the art. It should also be noted that while the basic concept shown is applicable to bulk wire-sawn wafer-based absorber cells, it is also possible, for example, to use epitaxial or otherwise chemical vapor deposition film growth after using porous silicon on the reuse template as a separate layer system, Note that the absorber cell can be converted to an absorber cell that is produced using a kerfless technique, such as that leading to the next emission to reuse the next template. The structures and methods disclosed herein can be used in other so-called cementless wafer methods, such as peeling or laser splitting after high dose hydrogen ion (photon) implantation, or mechanical stress induced peeling of thin silicon substrate from thick reusable starting substrate Can be applied.
다양한 태양 전지 가공 단계는 웨이퍼에 적용될 수 있고, 특히 패터닝된 베이스 접촉 및 에미터 확산의 형성(에미터 및 베이스 접촉 영역의 형성) 및 패터닝된 박막 제1금속층(M1) 적용을 포함하는 후측 가공 단계이다. 이러한 베이스 접촉 및 에미터 확산은 선택적 또는 비-선택적 에미터 구조체로서, 예를 들면 도핑된 유전체의 레이저 제거 이어서 구동해서 형성될 수 있다. 도핑된 유전체층을 국소적으로 제거함으로써 형성된 이러한 패터닝된 영역은, 또한 스크링 인쇄와 같은 인쇄에 의해 에칭 페이스트를 적용함으로써 생성될 수 있다. 또한, 상이한 도펀트 수준 또는 상이한 극성의 패터닝된 영역은, 또한 도펀트 페이스트의 국소적 적용 단계, 이어서 열 구동 단계에 의해 형성될 수 있다. 이러한 상기 패터닝 방법의 조합은 또한 쉽게 추론할 수 있다.
The various solar cell processing steps can be applied to wafers and can be applied to a variety of photovoltaic cell fabrication processes, including backside machining steps, including patterned base contact and emitter diffusion formation (formation of emitter and base contact regions) and patterned thin film first metal layer to be. This base contact and emitter diffusion can be formed by a selective or non-selective emitter structure, for example by driving the laser removal of the doped dielectric. This patterned region formed by locally removing the doped dielectric layer can also be created by applying an etching paste by printing such as scribing. In addition, patterned regions of different dopant levels or of different polarities may also be formed by the local application step of the dopant paste, followed by a thermal drive step. The combination of such patterning methods can also be easily deduced.
이어서, 태양 전지 흡수체 물질(예를 들면 결정질 실리콘)에 상대적으로 매칭하는 팽창 계수(CTE)갖는 저 비용 백플레인(예를 들면 저비용 프리프레그 또는 폴리머 물질)은 가공된 웨이퍼의 후측에 적층된다. 그 다음에, 결정질 실리콘 웨이퍼는 부가 가치 광학 흡수와 소수 캐리어 수명 사이의 최적 밸런스를 유지하는 소망의 흡수체 두께 범위로 (예를 들면, 화학적 웨트 에칭 또는 드라이 에칭 공정 사용해서)박막화될 수 있다. 박막 실리콘(예를 들면, 20㎛ 내지 90㎛ 두께) 흡수체를 제공하고 이러한 박막 실리콘 흡수체 전지를 자동화 또는 부분 자동화된 태양 전지 생산 라인을 통해 고 기계적 수율에서 취급하고 가공하는 능력을 제공하는 것은, 저 비용, 고효율 태양 전지를 달성하는 데에 중요한 역할을 하고, 본원에 기재된 구조체 및 공정이 저비용, 고부피 생성에 대해 매우 매력적인 것이다.
A low cost backplane (e.g., a low cost prepreg or polymer material) having an expansion coefficient (CTE) that is relatively matched to the solar cell absorber material (e.g., crystalline silicon) is then deposited on the back side of the processed wafer. The crystalline silicon wafer may then be thinned to a desired absorber thickness range (e.g., using a chemical wet etch or dry etch process) that maintains an optimal balance between value added optical absorption and minority carrier lifetime. Providing thin film silicon (e.g., 20-90 um thick) absorbers and providing these thin silicon absorber cells with the ability to handle and process them in high mechanical yield through automated or partially automated solar cell production lines, Cost, high efficiency solar cell, and the structures and processes described herein are very attractive for low cost, high volume production.
또한, 백플레인에 부착된 실리콘 기판은, 예를 들면 펄스 레이저 커팅을 사용해서 트렌치 분리 영역을 형성함으로써 분할되고 상기 기재된 바와 같이 전기적으로 개개의 실리콘 섬 또는 세그먼트(섬, 하위 전지 또는 미니 전지)를 분리해서 모노리식 태양전지를 제작할 수 있다.
The silicon substrate attached to the backplane may also be separated by forming a trench isolation region using, for example, pulsed laser cutting and electrically isolating individual silicon islands or segments (islands, sub-cells or mini-cells) as described above So that a monolithic solar cell can be manufactured.
도 30은 이러한 전지 구조체를 도시한다. 도 30은, 하위 전지(502)의 4 x 4 어레이로 I11 내지 I44 로 정의되고 트렌치(504)에 의해 전기적으로 분리되며 인접한 모노리식 백플레인 시트(506)(예를 들면, 전기 절연, 저비용, 유연한 물질인 프리드레그 시트 또는 임의의 적합한 폴리머 시트)에 의해 강화되는, 태양전지(500)의 도면이다. 섬은, 물리적으로 분할되어 전기적 분열 가능한 하위 전지 활성 흡수체 유닛이며, 이는 섬 또는 하위 전지로 칭하고, 즉 모노리식으로 집적된 하위 전지 섬의 그룹은 모든 하위 전지에 사용되는 공통 백플레인을 갖는 주요/마스터 전지를 형성한다.
Fig. 30 shows such a battery structure. 30 is a cross-sectional view of a sub-cell 502 that is defined as I 11 through I 44 in a 4 x 4 array and is electrically isolated by
웨트 화학적 텍스처링 에칭 (예를 들면, 알카리성 텍스처) 및 전측 패시베이션층 증착(예를 들면, PECVD 사용)과 같은 추가의 가공 단계 후, 임베딩된 전지 말단에 접근하도록 백플레인을 통해 접근 또는 비아홀을 드릴링한다(예를 들면, 레이저 드릴링 사용). 백플레인 후측 상에 패터닝된 제2층 금속 구조체(M2)을 사용하면, 분할된 하위 전지는 소망의 마스터 전지(또한 아이셀로 칭함) 전류 및 전압을 포함하는 다양한 고려사항에 따라 병렬, 직렬, 또는 병렬과 직렬의 조합으로 전기적으로 상호 연결될 수 있다. 따라서, 모노리식 마스터 전지 그 자체는, 예를 들면, 156 mm x 156 mm 정사각형 또는 유사 정사각형 인자로 백플레인에 의해 함께 유지되고, 일반적인 실리콘 태양 전지가 생성할 수 있는 표준 전압 범위를 증가시킨 작동 전압, 예를 들면 0.6-0.7 V의 N배를 제공할 수 있다.
After further processing steps such as wet chemical texturing (eg, alkaline texture) and front passivation layer deposition (eg, using PECVD), access or via holes are drilled through the backplane to access the embedded battery end For example, using laser drilling). Using the patterned second layer metal structure M2 on the back side of the backplane, the divided sub-cells can be connected in parallel, in series, or in parallel, depending on various considerations, including the desired master cell And in series with each other. Thus, the monolithic master cell itself is maintained at an operating voltage that is maintained together by the backplane, for example, by a 156 mm x 156 mm square or similar square factor and which increases the standard voltage range that a typical silicon solar cell can produce, For example, it is possible to provide N times of 0.6-0.7 V.
동시에, 동일한 전지의 전류 출력은 동일한 인자 N으로 나눈다(N은 정수이다). 이러한 높은 전압 및 낮은 전류 디자인을 사용하면, 태양 전지의 전체 금속 두께에 대한 요건은 일반적으로 많이 감소한 옴 I2R 손실로 인해 상당히 줄어들고, 금속화 비용의 절약이 실현될 수 있다. 따라서, 태양전지 금속화를 위해 곤란한 금속(예를 들면, 구리) 도금은 필요하지 않다.
At the same time, the current output of the same cell is divided by the same factor N (N is an integer). Using these high voltage and low current designs, the requirement for the total metal thickness of the solar cell is substantially reduced due to the generally reduced ohmic I 2 R losses, and the savings in metallization costs can be realized. Therefore, a metal (e.g., copper) plating difficult for a solar cell metallization is not necessary.
또한, 이러한 전압 증가 전류 감소 태양전지는, 모듈 전력 수집 및 에너지 수율 최적화를 위한 개선된 경제적인 새로운 해결책일 수 있다. 이는, 부분적으로, 개별 전지의 작동 전류 및 전압은 저 비용 시판 개별 스위치에 대해 비용 최적인 전류 및 전압과 동일한 범위 내에서 선택될 수 있다는 사실 때문이다.
In addition, such voltage increasing current reduction solar cells can be an improved economical new solution for module power collection and energy yield optimization. This is partly due to the fact that the operating current and voltage of the individual cells can be selected within the same range as the current and voltage which are cost-optimal for low-cost commercial switches.
또한, 개별 모듈 출력 전류가 감소되고 모듈 출력 전압이 증가되어 최종 전지 금속화에 대한 두께 및 전기적 시트 전도성 요건을 줄일 수 있기 때문에 모듈 금속화에의 절약을 실현할 수 있다.
In addition, savings in module metallization can be realized because the individual module output currents are reduced and the module output voltage is increased to reduce thickness and electrical sheet conductivity requirements for final cell metallization.
본 개시 내용에서, 제조 방법 및 얻어진 구조체는, 이들이 적합한 두께(백플레인 적층 후)로 박막화될 수 있는 벌크 결정질 실리콘 웨이퍼의 사용에 대해 명백하게 관련되어 있지 않은 곳에서 증착 및 이어서 재사용 템플레이트로부터 방출에 의해(또는 레이저 스플릿팅 또는 MeV 스케일 수소 이온 주입, 또는 응력 유도에 의한 박리에 대해 두꺼운 금속 도금과 같은 적합한 기술에 의해 재사용 가능한 웨이퍼를 처리한 후 재사용 가능한 두꺼운 웨이퍼로부터 얇은 실리콘 층의 박리에 의해) 제조되는 구조체로 확장될 수 있다. 에피택셜 증착 공정에서, 스타팅 벌크 웨이퍼로부터 생성되기보다, 인시투 도핑된(일반적으로 n형 실리콘에 대해 인으로 도핑된) 결정질 실리콘의 층으로부터 활성 실리콘 흡수체 층이 생성될 수 있고, 희생층 또는 예를 들면 다공성 실리콘의 층 구조체를 갖는 재사용 가능한 모노 또는 멀티 또는 쿼시-모노결정질 템플레이트 상에 에피택시와 같은 화학증착(CVD) 공정을 사용해서 증착되고, 그 다음에 예를 들면 일측 상에 부분적으로 가공되어 패터닝된 베이스 접촉 및 에미터 접합 구조체 및 패터닝된 제1금속층을 형성하고(예를 들면, 알루미늄 함유 페이스트와 같은 적합한 금속 페이스트의 스크린 인쇄 또는 PVD 및 레이저 제거 패터닝에 의해), 이어서 백플레인에 적층하고, 방출 공정에 의해 박리한 후 동일한 섬 분할(트렌치 분리) 커팅, 전측 텍스처링, 패시베이팅, 후측 비아 드릴링 및 패터닝된 제2층 금속으로 종결한다.
In the present disclosure, the fabrication method and the resulting structure are fabricated by deposition from a deposition and then from a reuse template (where they are not explicitly related to the use of bulk crystalline silicon wafers, which can be thinned to a suitable thickness (after backplane lamination) Or by delamination of a thin silicon layer from a reusable thick wafer after processing the reusable wafer by a suitable technique such as laser plating or MeV scale hydrogen ion implantation, or thick metal plating for strain induced induction) It can be extended to a structure. In the epitaxial deposition process, an active silicon absorber layer can be created from a layer of crystalline silicon (typically doped with phosphorus for n-type silicon) that is in-situ doped rather than from a starting bulk wafer, For example, a chemical vapor deposition (CVD) process, such as epitaxy, on a reusable mono or multi or quasi-monocrystalline template having a layered structure of porous silicon, and then, for example, To form a patterned base contact and emitter junction structure and a patterned first metal layer (e.g., by screen printing or PVD and laser ablation patterning of a suitable metal paste, such as an aluminum-containing paste) and then laminating on the backplane , The same island division (trench separation) cutting after peeling by the release process, the front texture , Passivating, and ends in the rear side via drilling and the patterned second metal layer.
장치 관점으로부터 박막 실리콘의 이점을 잘 이해하기 위해, 특히 후측 접촉/후측 접합 태양전지는 다음과 같이 고려된다.
In order to better understand the advantages of thin film silicon from a device point of view, in particular the rear contact / rear junction solar cell is considered as follows.
박막 흡수체층의 실질적인 이점은 전지 두께를 감소시키는 경우, 높은 태양전지 개방 회로 전압 또는 Voc 제한을 갖는 것이다. 본원에 기재된 바와 같이, 나타낸 전지 구조체 및 공정 흐름에 의해 더 얇아진 흡수층이 얻어질 수 있다. 도 31은 전지 두께가 감소함에 따라 얻어질 수 있는 Voc 제한이 증가하는 것을 도시한 그래프이다( M. Green of UNSW "Limits on the Open-Circuit Voltage and Efficiency of Silicon Solar Cells Imposed by Intrinsic Auger Processes."에 의해 공개됨). 어거 재조합은 Si 태양 전지의 효율 및 Voc 에 대한 제한을 부과한다. 개방회로 전압 또는 Voc 제한은, WSi = 300 에서 약 750 mV로부터 WSi=20 ㎛에서 약 800 mV까지 증가한다. Leff/WSi비가 클수록 Voc 제한이 커지고, 따라서 박막 실리콘 흡수체는 궁극적으로 효율이 증가한다 (및 전력 또는 효율의 온도 계수 감소).
A substantial advantage of the thin film absorber layer is that it has a high solar cell open circuit voltage or Voc limit if it reduces the cell thickness. As described herein, a thinner absorbing layer can be obtained by the illustrated cell structure and process flow. 31 is a graph showing a relationship between V oc (See M. Green of UNSW "Limits on the Open-Circuit Voltage and Efficiency of Silicon Solar Cells Imposed by Intrinsic Auger Processes."). Agar recombination imposes limitations on the efficiency and V oc of Si solar cells. The open circuit voltage or V oc limit increases from about 750 mV at W Si = 300 to about 800 mV at W Si = 20 μm. The larger the L eff / W Si ratio, the greater the V oc limit, and thus the thin film silicon absorber ultimately increases the efficiency (and decreases the temperature coefficient of power or efficiency).
실리콘 기반 흡수체에 대한 최종적 성능 제한은, 벌크 소수의 캐리어 수명, 표면 재조합 속도(SRV), 및 효율적인 소수 캐리어 수명을 살펴볼 필요가 있다. 벌크 재조합 수명은 여러 기여자를 갖는다. 1/tb = 1/tradiative + 1/tAuger + 1/tdefects. 실리콘 수명은 결함(SRH) 및 밴드간 어거 재조합에 의해 지배된다. 어거 재조합에서, 소수의 캐리어 (n형 실리콘에 대한 홀)은 전자와 결합하고, 그 에너지를 제3전하(CB 내의 전자 또는 VB 내의 홀), 또는 격자 광자로 전달한다. 어거 재조합은 고품질 결정질 Si에서 약 Nd > 1x1017 cm- 3 의 백그라운드 도핑 농도의 경우에 지배적이고, 효과적인 수명(teff)은 벌크 수명 tb, 효율적인 표면 재조합 속도 Seff, 실리콘 흡수체 두께 (WSi)에 의존한다. 작은 Seff (Seff <Dh/4W, Dh는 Si 내에서 홀의 확산도)의 경우 1/teff 》1/tb +2Seff/WSi로, 이는 박막 Si 태양 전지를 사용하면 매우 바람직하다.
The final performance limitations for silicon based absorbers need to look at the bulk carrier lifetime, surface recombination rate (SRV), and efficient minority carrier lifetime. Bulk recombination life has several contributors. 1 / t b = 1 / t radiative + 1 / t Auger + 1 / t defects . Silicon lifetime is dominated by defect (SRH) and interband recombination. In euger recombination, a small number of carriers (holes for n-type silicon) combine with electrons and transfer their energy to a third charge (holes in electrons or VB in CB, or lattice photons). Augusta recombination is about N in high-quality polycrystalline Si d> 1x10 17 cm - and controlled in the case of 3 the background doping concentration of the effective life (t eff) is the bulk lifetime t b, effective surface recombination velocity S eff, silicon absorber thickness (W Si ). Small S eff To 1 / t eff "1 / t b + 2S eff / W Si when the (S eff <Dh / 4W, D h is the hole diffusion also within Si), which is highly desirable when using the thin film Si solar cells.
큰 Seff의 경우, 1/teff ≫1/tb + (p/WSi)2.Dh. 이는 매우 바람직하지 않은 데, WSi=40 ㎛에서 teff ≫0.14 μs로, 이는 너무 느려서 고효율 태양 전지를 제작할 수 없기 때문이다. 따라서, 박막 실리콘 흡수체 IBC 태양 전지는, 매우 낮은 Seff의 경우, 고품질 표면 패시베이션을 얻을 수 있기 때문에 매우 중요하다.
In the case of a large S eff , 1 /
일부 경우에, 고효율, 박막 실리콘 IBC 태양 전지 디자인 룰은, 가장 높은 Voc (≥ 700 mV) and Jsc (≥ 40 mA/cm2) 을 얻기 위해서, 실리콘 흡수체 두께 Wsi 가 비교적 크게 증가하도록, 효율적인 소수 캐리어 확산 길이 Leff = √Dh. teff 를 필요로 한다. 높은 개방회로 전압 및 짧은 회로 전류 밀도를 달성하기 위해, Leff ≥ 15.Wsi 이다. 따라서, 약 40 ㎛ 두께의 Si 흡수체는, Leff ≥ 600 ㎛ 인 것이 바람직하고, Dh ≫12 cm2/s의 홀 확산도는, 효율적인 소수 캐리어 수명의 요건이 teff ≥ 300 μs에 달한다.
In some cases, high-efficiency, thin film silicon solar cell IBC design rule, the higher V oc (≥ 700 mV) and J sc in order to obtain the (≥ 40 mA / cm 2) , thickness of the silicon absorber W si The effective minority carrier diffusion length L eff = √D h . t eff . To achieve a high open circuit voltage and short circuit current density, L eff ≥ 15.W si . Therefore, it is preferable that the Si absorber having a thickness of about 40 탆 is L eff ≥ 600 탆, and the hole diffusivity of
또한, 고효율 박막 Si 흡수체 태양 전지는 종종 고품질 표면 패시베이션을 요구하고(특히 IBC 세포에 대해 전면 패시베이션), 박막 실리콘 IBC 태양전지 내에서 전면 패시베이션에 대해 Seff = 5 cm/s이다.
In addition, high efficiency thin film Si absorber solar cells often require high quality surface passivation (especially front passivation for IBC cells) and S eff = 5 cm / s for front passivation in thin film silicon IBC solar cells.
도 32는 고효율 태양 전지에 대한 최종 전지 흡수체 두께 요건(y축) 대 실리콘 흡수체의 효과적인 소수 캐리어 수명 요건(x축)을 도시하는 그래프로서, Voc 및 Jsc의 고성능 요건을 나타낸다. 높은 Voc 요건의 경우, (높은 Jsc 요건에 비해) 최대 허용 가능한 실리콘 두께 및/또는 최소 요구되는 소수 캐리어 수명에 대해 엄격한 요구가 있다.
32 is a graph showing the final cell absorber thickness requirement (y-axis) versus the effective minority carrier lifetime requirement (x-axis) of a silicon absorber for a high efficiency solar cell, showing the high performance requirements of V oc and J sc . High V oc In the case of requirements (high J sc There is a stringent demand for maximum allowable silicon thickness and / or minimum required minority carrier lifetime).
도시된 박막 실리콘 두께의 에칭 후 및 텍스처 공정은 특정 Jsc 및 Voc 디자인 룰에 기초한 두께 및 수명 요건을 나타낸다.(예를 들면, 흡수체 내에서 효과적인 소수 캐리어 확산 길이는 높은 Jsc 요건을 충족하기 위해서 흡수체 두께의 적어도 약 6배이고 높은 Voc 요건을 충족하기 위해 흡수체 두께의 약 15배이다.)
After the etching of the silicon thin film showing the thickness and the texture process is specific J sc and V oc (E.g., the effective minority carrier diffusion length in the absorber is at least about 6 times the absorber thickness to meet the high J sc requirement, and the absorber thickness to meet the high V oc requirement) About 15 times that of.
박막 반도체 흡수체 태양 전지 구조체의 스타팅 물질은, 유사 정사각형 또는 완전한 정사각형, n형 모노캐스트(또는 쿼시-모노 또는 캐스트 모노) 실리콘 또는 n형 CZ 실리콘 웨이퍼(예를 들면, CZ 성장 모노 결정질 잉곳 또는 캐스트 결정질 브릭으로부터 wire saw에 의해 생성된)일 수 있고, 또는 물질 품질에 따라, 다결정질 실리콘 또는 업그레이된 야금 등급 실리콘일 수 있다. CZ 실리콘은 도펀트 농도 및 저항의 좁은 분포가 가능한 성장법에 사용하는 경우, 예를 들면 실리콘 잉곳의 연속적 CZ(CCZ) 또는 쿼시 연속 CZ 성장을 사용하는 것이 선택될 수 있다.
The starting material of the thin film semiconductor absorber solar cell structure may be a quasi-square or complete square, an n-type monocast (or quasi-mono or cast mono) silicon or an n-type CZ silicon wafer (e.g., a CZ growth monocrystalline ingot or cast crystalline (Produced by a wire saw from the brick), or, depending on the material quality, polycrystalline silicon or upgraded metallurgical grade silicon. CZ silicon can be selected to use, for example, continuous CZ (CCZ) or quasi-continuous CZ growth of a silicon ingot when used in a growth method capable of a narrow distribution of dopant concentration and resistance.
웨이퍼 크기가 적어도 156 mm x 156 mm 이상이고, 스타팅 평균 웨이퍼 두께는 80 ㎛ to 250 ㎛의 범위 내일 수 있다. 전지 가공 중 및 후에 향상된 웨이퍼 파손으로 인해 감소된 기계적 수율로 제조 수율이 보상되지 않으면, 더 얇은 및/또는 더 낮은 비용의 웨이퍼를 이용할 수 있다. 웨이퍼 벌크 소수 캐리어 수명은 적어도 100 μs , 일부 예에서 수백 μs 인 것으로, 저렴한 n형 CZ 웨이퍼를 사용해서 얻어질 수 있다.
The wafer size may be at least 156 mm x 156 mm and the starting average wafer thickness may be in the range of 80 to 250 μm. Thinner and / or lower cost wafers may be used if manufacturing yields are not compensated for with reduced mechanical yield due to improved wafer breakage during and after battery fabrication. The wafer bulk minority carrier lifetime is at least 100 μs, in some instances hundreds of μs, and can be obtained using inexpensive n-type CZ wafers.
태양전지 제작 공정은 일측 인라인 또는 배치식 액침 절삭 손상 제거(SDR)에 의해 시작하고, 이는 웨트 에칭 공정이며, 이어서 선택적으로 화학적 연마 단계를 실시해서 거친 표면을 매끄럽게 할 수 있다.
The solar cell manufacturing process begins with one side inline or batch immersion cutting damage removal (SDR), which is a wet etching process, followed by a selective chemical polishing step to smooth the rough surface.
이러한 연마 단계는 일측 또는 양측에서, 예를 들면, 불화수소산(HF) 및 질산(HNO3)을 함유한 서늘한 또는 실온 혼합물을 사용하고, 또는 알칼리 에칭 공정, 예를 들면 15% 초과한 농도의 뜨거운 수산화칼륨을 사용함으로써 수행하고, 이러한 에칭에 이어서 HCl, HF 또는 HCl / HF조합으로 금속 제거 에칭을 수행한 후 HF 함유 세정액으로 고유 산화물을 제거하고 표면 소수성 및 수소 말단을 남긴다.
This polishing step may be carried out either on one side or on both sides, for example using a cool or room temperature mixture containing hydrofluoric acid (HF) and nitric acid (HNO 3 ), or using an alkaline etching process, for example a hot Potassium hydroxide, and this etching is followed by a metal removal etch with a combination of HCl, HF or HCl / HF followed by removal of the native oxide with HF-containing rinse solution leaving surface hydrophobic and hydrogen ends.
스타팅 웨이퍼 소스의 선택에 따라, 공정 흐름 중 이러한 초기 단계에서 일반적으로 웨이퍼 저항 및 두께에 의해 지배되는 염기의 전체 시트 저항이 감소한 후측 표면 필드 또는 후측 표면 도핑층을 제조하는 것이 유리할 수 있다. 그러나, n형 잉곳의 표준 CZ 성장은 일반적으로 도펀트 분리로 인해 큰 구배의 도펀트를 수반하고, (씨드 말단으로부터 테일 단부까지)잉곳에 걸쳐서 웨이퍼 저항이 크게 변화하고, 웨이퍼의 이면 상에 추가의 도핑을 이용하여 좁은 범위의 베이스 시트 저항을 갖는 것이 유리할 수 있다. 본원에서 이러한 증가된 도핑 영역을 달성하기 위해 상이한 다수의 실시형태가 제공된다. 새로운 잉곳 제작 방법, 예를 들면 연속적 또는 쿼시 연속적 CZ 성장은 상기 잉곳 도핑 구배를 다루고 줄여서 태양전지 베이스 영역 내에서 상기 추가의 도핑에 대한 요구를 완화하거나 줄어들게 된다.
Depending on the selection of the starting wafer source, it may be advantageous to produce a backside surface field or backside surface doping layer at this early stage of the process flow where the overall sheet resistance of the base, which is generally governed by the wafer resistance and thickness, is reduced. However, standard CZ growth of an n-type ingot generally involves a large gradient dopant due to dopant separation, and the wafer resistance varies greatly across the ingot (from the seed end to the tail end), and additional doping It may be advantageous to have a narrow range of base sheet resistance. A number of different embodiments are provided herein to achieve such increased doped regions. New ingot fabrication methods, such as continuous or quasi continuous CZ growth, deal with and reduce the ingot doping gradient to mitigate or reduce the need for the additional doping within the solar cell base region.
다음에, 대부분의 태양전지 후측 가공을 수행하고, 구체적으로, 예를 들면, 대기압 화학증착법(APCVD) 및/또는 플라즈마 화학증착법(PECVD)을 사용해서 도핑된 유리 증착과 같은 유전체 증착 단계들의 조합을 사용해서 패터닝된 에미터 및 베이스 접촉 확산을 형성하고, 이어서 예를 들면 펄스 나노초, 피코초 또는 펨토초 레이저 제거 패터닝 및 열 구동(예를 들면, 배치식 튜브 또는 인라인식 로) 을 사용해서 손상이 없거나 손상이 적게 레이저 패터닝하고, 에미터 접합(및 필요에 따라 도핑된 베이스 및 에미터 접촉 확산 영역) 형성, 즉 일반적으로 에미터 및 베이스 접촉 영역을 형성한다.
Next, a combination of dielectric deposition steps, such as doped glass deposition, is performed by performing most of the solar cell backside machining and specifically using, for example, atmospheric pressure chemical vapor deposition (APCVD) and / or plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) To form patterned emitter and base contact diffusions and then to patterned and thermally driven (e. G., In a tubular tube or in-line fashion) to remove damage, for example by pulsed nanosecond, picosecond or femtosecond laser removal Laser patterning with less damage, formation of emitter junctions (and doped base and emitter contact diffusion regions as needed), i. E., Generally, emitter and base contact regions.
이러한 공정의 레이저 빔은 높은 균일성을 위한 공간 상부 햇 프로파일(hat propile)에 대해 균일하게 되거나 가우시안 분포로 될 수 있거나 중간의 강도 분포 형태를 가질 수 있다. 후측 유전체 증착은 도프되거나 도프되지 않는 실리콘 산화물 유리(예를 들면, 붕소 실리케이트 유리(BSG), 인 실리케이트 유리(PSG), 또는 도프되지 않은 실리케이트 유리(USG))로 구성되거나, 그 외의 유전체, 예를 들면 알루미늄 산화물 또는 실리콘 질화물, 도프되거나 도프되지 않은 알루미늄 산화물 또는 실리콘 질화물의 조합으로 구성될 수 있다.
The laser beam of this process may be uniform or may be Gaussian distributed or may have an intermediate intensity distribution shape for the spatial top hat profile for high uniformity. The backside dielectric deposition may consist of doped or undoped silicon oxide glass (e.g., borosilicate glass (BSG), phosphorous silicate glass (PSG), or undoped silicate glass (USG)), For example, aluminum oxide or silicon nitride, a doped or undoped aluminum oxide, or a combination of silicon nitride.
또한, 패터닝된 제1금속층은 전지의 후측에 적용될 수 있고, 예를 들면 알루미늄 또는 알루미늄 함유 합금(예를 들면, 알루미늄-실리콘을 함유하는 스크린 인쇄 가능한 페이스트 또는 잉크젯 인쇄 잉크)으로 이루어진 금속이다. 제1금속층은, 스크린, 잉크젯 또는 그 외의 인쇄된 페이스트로 구성되는 경우 특히 어닐링될 수 있다. 또한, 물리적 증착법(PVD), 예를 들면, 하나 이상의 금속 물질(예를 들면, 알루미늄 또는 알루미늄-실리콘 합금)의 DC 마그네트론 플라즈마 스퍼터링 및/또는 증발을 적용해서 제1금속 수준을 형성한 후, 필요에 따라, 예를 들면 유전체 유리 상에 PVD 금속의 펄스 피코초 또는 나노초 레이저 제거를 사용해서 PVD 층을 패터닝한다. 이는 태양 전지 상에 접촉 금속화를 형성한다. 에미터 및 베이스 구조체 또한 패터닝된 제1수준 비교적 얇은 금속층(예를 들면, 시트 저항 약 0.01 Ω/스퀘어 내지 0.5 Ω/스퀘어의 범위)은, 버스바-리스 맞물려진 후측 접촉(IBC) 베이스 및 에미터 금속화(금속-1 또는 M1 금속층) 스킴으로서 형성되고 패터닝될 수 있다. M1 구조는 다음의 분할 가능성을 제공함으로써 다음의 백플레인 적층 또는 부착 후에 하부 실리콘을 섬으로 물리적 및 전기적 분리되어야 한다.
In addition, the patterned first metal layer may be applied to the rear side of the battery, for example, a metal consisting of an aluminum or aluminum-containing alloy (for example, a screen-printable paste containing an aluminum-silicon or an inkjet printing ink). The first metal layer may be particularly annealed if it consists of a screen, ink jet or other printed paste. It is also possible to apply a DC magnetron plasma sputtering and / or evaporation of physical vapor deposition (PVD), e.g., one or more metal materials (e.g., aluminum or aluminum-silicon alloy) , The PVD layer is patterned using, for example, pulse picosecond or nanosecond laser ablation of PVD metal on dielectric glass. This forms contact metallization on the solar cell. Emitter and base structures. Also patterned first level relatively thin metal layers (e.g., sheet resistances in the range of about 0.01 ohms / square to 0.5 ohms / square) are formed by bus bar-meshed rear contact (IBC) Metal (metal-1 or M1 metal layer) schemes and can be patterned. The M1 structure must be physically and electrically isolated from the lower silicon after the next backplane lamination or attachment by providing the following splitting possibilities.
백플레인 적층 또는 부착에 대해, 유연한 박막 백플레인(예를 들면, 약 50㎛ 내지 200㎛)의 두께 범위 내에 적합한 프리프레그 또는 폴리머 물질)은 IBC M1 금속측에 적층될 수 있다. 백플레인 시트는 실질적으로 웨이퍼와 동일한 크기 및 형상일 수 있다(또는 전지 에지 보호가 요구되는 경우 약간 더 크다). 백플레인은 다수의 중요한 기능이 있는데, 이러한 기능은, 고수율 박막 실리콘 전지를 제조하고 하나의 접착 백플레인 상에서 실리콘 웨이퍼를 복수의 물리적 및 전기적으로 분할된 전지로의 분열을 지지하기 위한 영구적인 지지체로의 기능을 포함한다. 본원에서 '아이셀' 또는 '섬 전지'로 칭하는 태양전지 디자인은 임베딩된 전자장치를 포함한다.
For backplane lamination or attachment, a suitable prepreg or polymer material within a thickness range of a flexible thin film backplane (e.g., about 50 탆 to 200 탆)) may be laminated to the IBC M1 metal side. The backplane sheet can be substantially the same size and shape as the wafer (or slightly larger if battery edge protection is required). The backplane has a number of important functions, such as the fabrication of high-yield thin-film silicon cells and the transfer of silicon wafers on a single bonded backplane to a permanent support for supporting the division into a plurality of physically and electrically- Function. A solar cell design referred to herein as an " Icel " or " island cell " includes an embedded electronic device.
백플레인에 의해 지지된 실리콘 웨이퍼는 웨트(뜨거운 KOH 또는 TMAH로 또는 HF와 HNO3를 함유하는 혼합물로) 또는 드라이 (플라즈마 또는 반응성 이온 에칭 RIE) 실리콘 에칭 공정을 사용해서 최적의 두께(예를 들면 약 80 ㎛ 내지 얻어진 태양전지에 대해 특정한 적용에 따라 수 마이크론 의 범위)까지 얇게 될 수 있다. 또한, 연마 공정, 예를 들면 연마 또는 랩핑 또는 화학적 기계적 연마(CMP)가 사용되어 실리콘 두께를 줄일 수 있다. 그 외의 방법, 예를 들면 레이저 스플릿팅 또는 MeV 범위 수소 이온 주입 후 얇은 실리콘 분할/박리가 사용될 수 있고 분리된 기판이 재사용되어 스타팅 웨이퍼 두께에 따라 추가의 태양전지를 제조할 수 있다.
The silicon wafer carried by the backplane is wet (with hot KOH or TMAH, or a mixture containing HF and HNO 3) or dry (plasma or reactive ion etching RIE) The optimum thickness of using the silicon etching step (for example, about Lt; RTI ID = 0.0 > microns < / RTI > depending on the particular application for a solar cell obtained from about 80 microns). In addition, a polishing process, such as polishing or lapping, or chemical mechanical polishing (CMP), can be used to reduce the silicon thickness. Other methods may be used, such as laser splitting or thin silicon splitting / stripping after MeV range hydrogen ion implantation, and the discrete substrates may be reused to produce additional solar cells depending on the starting wafer thickness.
그 다음에, 아이셀(섬 태양전지)구조체는 실리콘 웨이퍼의 펄스 ns 또는 ps(또는 fs) 레이저 제거, 초음파 드릴링 또는 기계적 절삭(sawing)을 통해 형성되어 실리콘 분리 트렌치를 형성하고 하위 전지 또는 섬(모두 공통 백플레인에 의해 지지됨)을 형성한다. 커팅 또는 스크라이빙 공정은, 트렌치가 실리콘을 통해 백플레인으로 진행하거나 트렌치가 박막 실리콘층에서 종결하고 그 다음에 다음의 최종 웨트 에칭 및/또는 웨티 텍스처링 공정 중에 제거되도록 조절될 수 있다.(이는 커팅 공정에 의한 측벽 손상을 제거할 수 있다).
The Icel (island solar cell) structure is then formed through pulse ns or ps (or fs) laser removal, ultrasonic drilling, or mechanical sawing of the silicon wafer to form silicon isolation trenches, Supported by a common backplane). The cutting or scribing process may be adjusted such that the trenches proceed through the silicon to the backplane or the trenches terminate in the thin silicon layer and then are removed during the next final wet etch and / or wetty texturing process. It is possible to eliminate side wall damage by the process).
이어서, 남은 전지 공정 단계가 수행될 수 있고, 예를 들면 상술한 태양측 텍스처링(향상된 광 트랩핑), 이어서 텍스처링 후 세정을 포함한다.
The remaining cell processing steps can then be performed, for example, including the above-described sun side texturing (enhanced light trapping) followed by post-texturing cleaning.
하기 설명 및 상응하는 공정 흐름 트렌치는, 전지 제조 공정에서 이 점에서 선택적 전면 필드를 제작하기 위한 여러 실시형태에서 모두 약 300℃ 이하의 온도범위에서 확장된 열 가공을 견딜 수 있는 백플레인과 사용할 수 있는 점에서 본질적으로 "저온"의 공정을 사용한다.
The following description and corresponding process flow trenches can be used with a backplane capable of withstanding extended thermal processing in a temperature range of up to about 300 ° C in various embodiments for making a selective front field at this point in a battery manufacturing process In essence, a "low temperature" process is used.
그 다음에, 전측 패시베이션 및 항반사 코팅(ARC) 층 증착이 수행된 후(예를 들면, PECVD 후 바이어스를 백플레인 내로 드릴링해서 매립된 M1층에 접근), 섬/하위 전지 상호 연결을 위해 후측 최종 패터닝 태양전지 금속화(제2수준 금속화:금속-2 또는 M2)공정을 수행할 수 있다. M2 증착은 패터닝 공정(예를 들면, 인시투 쉐도우 마스킹에 의한 PVD) 또는 다음의 패터닝에 의한 블랭킷 공정으로서 수행될 수 있다(예를 들면, 임의의 니켈 또는 니켈-바나듐과 같은 적합한 캡핑층을 갖는 알루미늄의 블래킷 PVD를 사용하고, 캡핑층은 주석(Sn)의 임의의 상부 캡 또는 그 외의 납땜 가능한 표면 물질을 포함하고,이어서 펄스 레이저로 제거하여 M2 금속을 패터닝함).
Subsequently, after the front side passivation and antireflective coating (ARC) layer deposition is performed (e.g., after PECVD, the bias is drilled into the backplane to access the buried M1 layer) Patterning solar cell metallization (second level metallization: metal-2 or M2) process. M2 deposition can be performed as a blanket process by a patterning process (e.g., PVD by in-situ shadow masking) or by patterning the next (e.g., with any suitable nickel or nickel- Using a blaky PVD of aluminum and the capping layer comprising any top cap of tin (Sn) or other solderable surface material, followed by a pulsed laser to pattern the M2 metal.
본원에 기재된 실시예 및 설명은 결정질 실리콘을 사용하고, 그 외의 결정질 반도체 물질도 사용될 수 있고, 예를 들면 갈륨 비소(GaAs) 또는 예를 들면 실리콘과 GaAs(선택적으로 게르마늄(Ge)) 또는 Si와 GaAs 사이의 실리콘-게르마늄 (Si1 - xGex)버퍼층)의 조합을 사용할 수 있다. 또한, 제공된 예는 후측 접촉 전지이지만, 본원에 개시된 발명 개념은 확장될 수 있고 쉽게 그 외의 전지 디자인, 예를 들면 비-IBC 후측 접촉 전지 또는 전측 접촉 전지에 적용될 수 있고, 특히 GaAs 를 Si 공정에 통합하는 경우 기술적 간략화를 위한 선택으로 적용될 수 있다.
The embodiments and descriptions described herein use crystalline silicon and other crystalline semiconductor materials can also be used, such as gallium arsenide (GaAs) or, for example, silicon and GaAs (optionally germanium (Ge) A silicon-germanium (Si 1 - x Ge x ) buffer layer between GaAs. In addition, while the example provided is a rear contact battery, the inventive concept disclosed herein can be extended and easily applied to other battery designs, such as non-IBC rear contact cells or front contact cells, Integration can be applied as a choice for technical simplification.
개시된 대상에 따라 태양전지 구조체의 또 다른 변형 및 실시형태의 경우, 예시의 실시형태는 도 5d 및 5e의 단면도로 제공된다.
In the case of still other modifications and embodiments of the solar cell structure according to the disclosed subject matter, the exemplary embodiment is provided in the cross-sectional views of Figs. 5D and 5E.
도 5d 및 5e의 구조는 맞물려진 후측 접촉/후측 접합 결정질 반도체 태양전지로서, 박막(예를 들면 수마이크론 내지 약 100 마이크론 범위에서 100㎛ 미만의 두께) 결정질 실리콘 층을 포함하고, 이는 웨트 또는 드라이 에칭을 사용해서 두꺼운 CZ 또는 모노캐스트(쿼시 모노)실리콘 층 후측을 선택적으로 에칭하고, 또는 그라인딩 또는 랩핑과 같은 연마 두께 감소를 사용해서(또는 스타팅 박막 130㎛ 미만의 웨이퍼를 사용하고 전용 실리콘 박막 에칭 후측 공정이 필요하지 않다) 형성된다.
The structure of Figures 5d and 5e is an interlaced rear-side contact / rear-side bonded crystalline semiconductor solar cell comprising a crystalline silicon layer (e.g., less than 100 占 퐉 thickness in the range of from several microns to about 100 microns) crystalline silicon layer, Etching may be used to selectively etch the backside of the thick CZ or monocast (quasi mono) silicon layer, or by using a polishing thickness reduction such as grinding or lapping (or using a wafer with a starting thin film of less than 130 [ The rear process is not required).
(텍스처링 공정에 의한 임의의 실리콘 두께 감소 외의)백플레인 적층 후 실리콘 후측의 박막/에칭은, 적합하게 높은 수명 및/또는 충분히 감소된 스타팅 두께를 갖는 웨이퍼가 사용되는 경우 일부 예에서 필요하지 않을 수 있는 것을 유의한다. 이러한 구조체는 임의로 적층 전에 한 점에서 텍스처링 및 패시베이팅을 포함하는 전면 가공을 완성할 수 있다. 이는, 유연한 폴리머 함유 백플레인과 상용할 수 없는 비교적 높은 열 버짓으로, 도핑된 전면 필드(FSF)층(인 확산 또는 인 이온 주입 및 열 어닐링 활성화 또는 그 외의 기술을 사용해서)을 형성하고, 전면을 패시베이팅하는 고온 공정을 적층 전에 수행할 수 있는 유망한 이점이 있다. 예를 들면, (확산된 포스포실리케이트 유리: PSG, POCl3 또는 전구체로서 주입된 인으로부터) 확산된 전면 필드가 사용될 수 있다. 백플레인이 사용되면, 물리적으로 전지를 섬/하위전지로 분할시켜서 아이셀을 제작하고 높은 전압-낮은 전류 태양전지 구조를 갖는 것으로, 두꺼운 금속화 스킴에 대한 필요성 및 두꺼운 금속(예를 들면 구리/니켈/주석)도금 공정에 대한 필요성 및 관련 기술적 위험, 예를 들면 구리에 의한 활성 실리콘의 오염을 제거할 수 있다. 또한, 도금 공정을 제거하면, 전체 태양 전지 제조 비용 및 CAPEX(Capital expenditures)를 줄일 수 있다. 후측 패시베이션은 보로실리케이트 유리 상에 포스포실리케이트 유리와 같은 물질 스택을 포함할 수 있다.
The thin film / etch on the back side of the silicon after backplane lamination (other than any silicon thickness reduction by the texturing process) may be unnecessary in some instances when a wafer with suitably high lifetime and / or a sufficiently reduced starting thickness is used . Such a structure can optionally complete frontal processing, including texturing and passivating at one point prior to lamination. This results in the formation of a doped front field (FSF) layer (using phosphorous diffusion or phosphorus ion implantation and thermal annealing activation or other techniques) with a relatively high thermal budget incompatible with the flexible polymer-containing backplane, There is a promising advantage that passivating high temperature processes can be performed prior to lamination. For example, a diffused front field may be used (from diffused phosphosilicate glass: PSG, POCl 3 or phosphorus implanted as a precursor). When a backplane is used, the need for thicker metallization schemes and the need for a thicker metal (e.g., copper / nickel / silver) solar cells with a high voltage-low current solar cell structure, Tin) plating process and the associated technical risks, for example contamination of active silicon by copper. Further, if the plating process is omitted, the total solar cell manufacturing cost and CAPEX (capital expenditures) can be reduced. The backside passivation may comprise a stack of materials such as phosphosilicate glass on the borosilicate glass.
박막 실리콘 태양전지의 태양측은 (웨트 에치 텍스처링 및/또는 드라이 레이저 또는 플라즈마 텍스처링에 의해 형성된)광 트랩핑 텍스처 및 패시베이션 및 반사방지코팅(ARC)층을 형성하기 위한 다음의 PECVD 공정을 포함한다.
The solar side of a thin film silicon solar cell includes the following PECVD process for forming a light trapping texture and passivation and anti-reflection coating (ARC) layer (formed by wet etch texturing and / or dry laser or plasma texturing).
도 5d 및 5e의 후측 접촉/후측 접합 태양 전지는 제1수준 금속(M1)을 갖는 반도체 흡수체층을 포함하는 것으로, 맞물려진 후측 접촉(IBC) 에미터 및 베이스 금속 핑거 패턴, 예를 들면 버스바-부재 IBC 핑거 패턴(미세한 패턴 피치)를 형성하는, 알루미늄 또는 알루미늄 실리콘 합금과 같은 적합한 (저비용 및 고전기전도도) 금속층을 사용해서 제조된다. M1 상에 버스바가 없으면, 버스바 유도 전기 셰이딩으로 인한 효율 손실을 제거할 수 있다. 2 수준 금속화 스킴에 기초하면, M1은 (미세한 피치 맞물려진 베이스 및 에미터 금속 핑거를 갖는)접촉 금속화층으로 역할을 하는 반면, M2는 최소 옴 손실로 태양전지 전력을 추출하기 위해 높은 시트 전도도의 상호 연결층을 제공한다.
The rear contact / rear junction solar cells of Figures 5d and 5e comprise a semiconductor absorber layer having a first level metal (M1), which includes an interlocking rear contact (IBC) emitter and a base metal finger pattern, (Low-cost and high-conductivity) metal layer, such as aluminum or aluminum silicon alloy, which forms a free IBC finger pattern (fine pattern pitch). Without the bus bar on M1, efficiency loss due to bus bar induced electrical shading can be eliminated. Based on a two-level metallization scheme, M1 acts as a contact metallization layer (with fine pitch meshed bases and emitter metal fingers), while M2 has a high sheet conductivity Lt; / RTI > layer.
박막 실리콘 태양전지의 후측은 예를 들면 50과 200 ㎛의 박막 백플레인 시트이고, 섬유를 함유하는 유연한 폴리머 적층 시트, 예를 들면 프리프레그 시트일 수 있다. 백플레인 시트는 각각의 열팽창 계수(CTE)의 점에서 실리콘에 비교적 열팽창 매칭(또는 CTE 매칭) 되어 열 가공 중 전지 파손을 완화시킨다.
The back side of the thin film silicon solar cell may be a flexible polymer laminate sheet, for example a prepreg sheet, which is a thin film backplane sheet of, for example, 50 and 200 microns and contains fibers. The backplane sheet is relatively thermally expanded (or CTE matched) to silicon at each of its thermal expansion coefficients (CTE) to mitigate cell damage during thermal processing.
맞물려진 후측 접촉/후측 접합 태양전지는 패터닝된 제2수준 금속(M2)을 포함하는 것으로, 두께가 약 1 내지 55㎛의 범위이고, 일부 예에서 M1에 비해 조밀하지 않은 피치(및 적은 핑거)를 가지며, 실질적으로 M1 에 대해 수직인 패턴을 가질 수 있다. 패터닝된 M2는 백플레인에 형성된 소정의 M1-M2 전도성 비아 플러그를 통해 패터닝된 M1에 전기적으로 연결된다. M2는 임의의 전도성 물질 또는 알루미늄, 구리 또는 Al/Zn 또는 NiV를 갖는 알루미늄과 같은 물질을 포함하는 물질 스택일 수 있다.
The meshed rear-side contact / rear-side junction solar cell comprises a patterned second level metal (M2), having a thickness in the range of about 1 to 55 micrometers and, in some instances, a pitch (and fewer fingers) And may have a pattern that is substantially perpendicular to Ml. The patterned M2 is electrically connected to the patterned M1 through a predetermined M1-M2 conductive via plug formed in the backplane. M2 may be any conductive material or a stack of materials comprising materials such as aluminum, copper or aluminum with Al / Zn or NiV.
도 5e는 후측 접촉/후측 접합 박막 실리콘 태양전지에 대한 최종 태양전지 구조체의 높은 수준 단면도를 제공하는 것으로, 두꺼운 스타팅 실리콘 웨이퍼, 태양측의 텍스처링된 표면 상의 패시베이션 및 반사방지 코팅(ARC)을 에칭함으로써 형성된 박막 반도체(예를 들면, 100 ㎛ 결정질 실리콘) 전지 흡수체로, 예를 들면, 비정질 실리콘(a-Si) 및 실리콘 질화물 또는 알루미늄 산화물과 실리콘 질화물 하나로 구성되는 스택인 반도체 전지 흡수체; 백플레인, 예를 들면, 프리프레그와 같은 적층된 유연한 폴리머 시트, 맞물려진 M1 패턴, 예를 들면 전지 후측 상의 버스바-부재 박막 알루미늄 금속 핑거인 백플레인; 알루미늄 및/또는 구리를 포함하는 패터닝된 금속을 사용해서 M2에 대해 도시된 패터닝된 직교하는 제2수준 금속으로, M2 PVD 금속은 두께가 약 10 마이크론 미만이고, 일부예에서 1 내지 5㎛의 범위인 제2수준 금속;을 포함한다.
FIG. 5E provides a high-level cross-sectional view of the final solar cell structure for the rear contact / rear junction thin-film silicon solar cell by etching a thick starting silicon wafer, a passivation on the sun side textured surface and an antireflective coating (ARC) A semiconductor cell absorber, for example, a stack made of amorphous silicon (a-Si) and silicon nitride or one of aluminum oxide and silicon nitride as a thin film semiconductor (for example, 100 탆 crystalline silicon) A backplane, such as a laminated flexible polymer sheet such as a prepreg, an interlocked M1 pattern, such as a bus bar-member thin film aluminum metal finger on the back side of the battery; The patterned orthogonal second level metal shown for M2 using patterned metal comprising aluminum and / or copper, wherein the M2 PVD metal has a thickness less than about 10 microns and in some instances in the range of 1 to 5 microns And a second level metal.
모노리식 아이셀 내에 각각의 하위 전지 또는 섬은, 인접한 하위 전지가 병렬로 또는 직렬로 연결된 극성당 적어도 하나의 일련의 미니버스바를 포함할 수 있다. 에미터 및 베이스 확산 영역 또한 IBC 금속화 패턴은 미니 버스바 아래에 전기적 셰이딩을 최소화하기 위해 유리한 구조로 배열될 수 있다.
Each subcell or island in a monolithic IC cell may comprise at least one series of minibus bars of polarity with adjacent subcells connected in parallel or in series. Emitter and Base Diffusion Area The IBC metallization pattern can also be arranged in a beneficial structure to minimize electrical shading below the minus bus bar.
다양한 공정 흐름 옵션은 개시된 공정 및 구조의 다양한 형태의 능력을 설명하기 위해 제공된다.
Various process flow options are provided to illustrate the capabilities of the various types of processes and structures disclosed.
n형 결정질 실리콘의 스타팅 물질은 단결정질 실리콘(초크랄스키 또는 CZ), 모노캐스트(또는 캐스트 모노 또는 쿼시 모노 또는 씨드 캐스트 모노로도 칭함) 또는 캐스트 다결정질 실리콘으로부터 선택될 수 있다. 스타팅 웨이퍼 크기는 완전한 정사각형(또는 완전한 직사각형), 유사 정사각형(또는 유사 직사각형) 또는 그 외의 형상(예를 들면, 육각형, 그 외의 다각형 등)일 수 있고, 면적은 적어도 150 cm2 , 일부 예에서 적어도 240 cm2이다. 스타팅 웨이퍼 두께는 약 250㎛ 미만일 수 있고, 임의로 가장 얇은 두께에서는, 가장 낮은 스타팅 웨이퍼 비용 및 높은 제작 수율로 얻어지고 파손은 무시할만한 정도이다.
The starting material of the n-type crystalline silicon may be selected from monocrystalline silicon (Czochralski or CZ), monocast (also referred to as cast mono or quasi mono or seed cast mono) or cast polycrystalline silicon. The starting wafer size may be a full square (or a complete rectangle), a quasi-square (or similar rectangular) or other shape (e.g., a hexagon, other polygons, etc.), an area of at least 150 cm 2 , 240 cm 2 . The starting wafer thickness may be less than about 250 [mu] m and, optionally, at the thinnest thickness, the lowest starting wafer cost and high fabrication yields, and the breakage is negligible.
패터닝되고 확산된 맞물려진 후측 영역은, 적합한 낮은 표면 재조합 가능한 유전체로 덮여 있는 것으로, 하부 실리콘에 대한 패터닝된 접촉 개방를 포함하고, 제1금속(M1) 태양 전지 접촉 금속화는 실리콘 접촉 영역 상에서 직접 형성될 수 있고, 이 영역에서 금속은 실리콘 접촉 개방보다 클 수 있다. 제1금속(M1)층은, 예를 들면 페이스트의 스크린 인쇄, 잉크의 잉크젯 인쇄, 잉크의 에어로졸 제트 인쇄, 또는 물리적 증착(플라즈마 스퍼터링, 열 증발, 전자빔 증발, 이온 빔 증착, 또는 열/아크 분사 증착) 중 하나를 사용해서 형성될 수 있다. M1의 PVD는, 패터닝된 M1층을 PVD 공정 중 인시투 쉐도우 마스크를 사용하여 증착하는 것이 아니면, 증착 후 금속의 선택적 레이저 제거와 같은 패터닝 단계가 필요할 수 있다.
The patterned, diffused interlocking backside region is covered by a suitable low surface recombellable dielectric, comprising a patterned contact opening to underlying silicon, wherein the first metal (M1) solar cell contact metallization is formed directly on the silicon contact area And the metal in this region may be larger than the silicon contact opening. The first metal (M1) layer may be deposited by any suitable method, for example, by screen printing of a paste, inkjet printing of ink, aerosol jet printing of ink, or physical vapor deposition (plasma sputtering, thermal evaporation, electron beam evaporation, ion beam deposition, Deposition). ≪ / RTI > The PVD of M1 may require a patterning step such as selective laser removal of metal after deposition, unless the patterned M1 layer is deposited using an in-situ shadow mask during the PVD process.
백플레인은 시트 또는 플레이트일 수 있고, 예를 들면 패터닝된 M1 종료 후 전지 후측에 적층된 섬유 함유(예를 들면 프리프레그) 시트를 갖는 유연한 박막 폴리머 또는 복합 에폭시 수지일 수 있다. 백플레인은 또한 스크린 인쇄, 분사 코팅 또는 또 다른 증착법에 의해 적용될 수 있다.
The backplane may be a sheet or a plate and may be a flexible thin film polymer or composite epoxy resin having a fiber-containing (e.g., prepreg) sheet laminated to the rear side of the cell after patterned M1 termination. The backplane can also be applied by screen printing, spray coating or another deposition method.
실리콘 에칭 후측(웨이퍼 박막화)는, 예를 들면 웨트 에칭 또는 드라이 에칭(플라즈마 또는 RIE)에 의해 또는 적합한 그라인딩 또는 랩핑 공정을 사용하여 수행될 수 있다. 이러한 웨이퍼 박막화는, 90℃ 이상(일부 예에서 공정 제어에 따라 150℃ 이하)의 온도에서 15% 초과(및 45% 이하) KOH의 농도로 뜨거운 농축된 KOH(또는 NaOH)를 사용해서 경제적으로 수행할 수 있다.
The back side of the silicon etch (wafer thinning) can be performed, for example, by wet etching or dry etching (plasma or RIE) or using a suitable grinding or lapping process. Such wafer thinning is economically performed using hot concentrated KOH (or NaOH) at a concentration of KOH in excess of 15% (and 45% or less) at a temperature of 90 ° C. or higher (in some cases, 150 ° C. or less under process control) can do.
백플레인 상의 제2금속층(M2)은, 예를 들면 PVD 법(예를 들면, 플라즈마 스퍼터링 및/또는 열 증발, e-빔 증발, 열 분사 또는 아크 분사) 및 펄스 레이저 제거 패터닝 (예를 들면 펄스 나노초 레이저 제거를 사용해서)에 의해, 또는 알루미늄 및/또는 구리를 포함하는 고전도성 페이스트의 스크린 인쇄 또는 인 시투 쉐도우 마스크를 통한 PVD에 의해 형성될 수 있다. 후자는, (일부 예에서 M1에 대해 M2의 실질적으로 직교 배열에 기인해서)M2에 대한 패턴 크기 및 배열 요건은 실질적으로 M1에 대한 것보다 조밀하지 않다.
The second metal layer M2 on the backplane may be patterned by, for example, PVD (e.g., plasma sputtering and / or thermal evaporation, e-beam evaporation, thermal or arc injection) By laser ablation), or by PVD via screen printing or in situ shadow masks of a high conductivity paste containing aluminum and / or copper. In the latter, the pattern size and alignment requirements for M2 (due in part to a substantially orthogonal arrangement of M2 to M1 in some instances) are substantially less than those for M1.
박막 실리콘 n형 베이스 기생 저항은, 인(또는 비소, 안티몬 또는 인듐)의 레이저 도핑 또는 텍스처링된 표면 상에 주입된 인, 비소 또는 안티몬의 레이저 활성화에 의해 형성된 선택적 도핑된 전면 필드(FSF)에 의해, 또는 다음의 쉐도우 어닐링으로 인 주입 또는 인(예를 들면, POCl3)확산에 의해 에미터에 인접한 블랭킷 인 매립 층의 형성에 의해 감소될 수 있다.
The thin film silicon n-type base parasitic resistors are formed by selective doped front field (FSF) formed by laser activation of phosphorus, arsenic or antimony implanted on a laser doped or textured surface of phosphorus (or arsenic, antimony or indium) , or in injection or in the following annealing of the shadow (e.g., POCl 3) can be reduced by the formation of a blanket buried layer adjacent the emitter by diffusion.
다음의 단락은 일반적인 접근 방법을 포함하는 공정 흐름의 다양한 실시형태 또한 개별 흐름 실리형태의 실시예를 제공한다.
The following paragraphs provide various embodiments of the process flow, including general approaches, as well as embodiments of the individual flow system.
명확하게 하기 위해서, 제공된 공정 흐름은 7개의 빌딩 블록으로 나눌 수 있고, 각 빌딩 블록은 2개 이상의 공정 툴 및 2개 이상의 제작 공정 유닛을 포함할 수 있다. 도 33은 높은 수준의 태양 전지 빌딩 블록을 도시한 공정 흐름도이다.
For clarity, the process flow provided may be divided into seven building blocks, each building block comprising two or more process tools and two or more production process units. 33 is a process flow diagram illustrating a high level solar cell building block.
도 33에 도시된 바와 같이, 제1 빌딩 블록은 스타팅 웨이퍼 검사, 선택 및 제조를 포함한다. 제2블록은 공정 순서 중 도핑된 후면 필드(BSF)의 첨가 유무에 따라 후면 엔지니어링을 포함한다. 제3블록은 제1수준 금속(M1) 형성(접촉 금속화로 알려져 있다)이다. 제4블록은 영구적인 강화 백플레인을 부착하기 위한 백플레인의 적층이다. 제5블록은 전체 모노리식 아이셀 구조를 형성하기 위해 웨이퍼를 하위 전지 유닛 또는 섬으로 분할, 에칭, 텍스처링 및 텍스처링 후 세정을 포함한다. 제6블록은 내부 전면 필드(FSF)의 추가 유무에 따라 전면 패시베이팅을 포함하는 전면 엔지니어링을 포함한다. 제7블록은 매립된 후측에 대한 접근 생성, 또한 제2수준 금속(M2) 형성 및 (M2 PVD 공정 중 인시투 수행될 수 있는)선택적 최종 어닐링으로 구성된다.
As shown in Figure 33, the first building block includes a starting wafer inspection, selection and fabrication. The second block includes backside engineering depending on whether a doped backside field (BSF) is added during the process sequence. The third block is a first level metal (M1) formation (known as contact metallization). The fourth block is a stack of backplanes for attaching a permanent reinforced backplane. The fifth block includes cleaning the wafer after it has been divided into sub-cell units or islands, etched, textured, and textured to form a full monolithic Iicell structure. The sixth block includes front engineering including front passivation depending on the presence or absence of an inner front field (FSF). The seventh block consists of an access to the buried back side, a second level metal (M2) formation and an optional final anneal (which can be performed in-situ during the M2 PVD process).
이러한 빌딩 블록의 각각은 다양한 공정 흐름 실시형태를 포함하고, 다양한 실시예가 기재될 것이다. 각 빌딩 블록 내에서 상이한 공정 경로 옵션 또는 실시형태는 그 외의 빌딩 블록의 상이한 공정 경로 옵션 또는 실시형태와 조합될 수 있다. 가능한 다수의 조합이 있기 때문에, 소정의 예는 모든 가능한 공정 흐름 조합을 포함하지 않더라도, 개시된 대상은 모든 이러한 실시형태의 광범위한 모든 실시형태 범위를 포함한다.
Each of these building blocks includes various process flow embodiments, and various embodiments will be described. Different process path options or embodiments within each building block may be combined with different process path options or embodiments of the other building blocks. As there is a large number of possible combinations, the disclosed subject matter encompasses all the broad range of embodiments of all such embodiments, even though the example does not include all possible process flow combinations.
도 33에서 블록1을 확장하면, 먼저 스타팅 웨이퍼에 임의의 검사를 수행한 후 임의의 사전 세정을 수행하고, 이어서 예를 들면 뜨거운 KOH 또는 NaOH와 같은 알칼리성 화학물질, 또는 HF/HNO3와 같은 산성 화학물질을 사용해서 톱 손상 제거(SDR)를 실시한다.
Expanding
이러한 웨이퍼는 예를 들면 HF와 HNO3의 매우 농축된 혼합물을 사용해서 일측 또는 양측에 임의로 화학적 연마 에칭을 수행하고, 일부 예에서 냉각한다. 이러한 연마 에칭에 이어서 표면으로부터 다공성 실리콘과 같은 에칭 얼룩을 제거하기 위해 짧은 KOH 에칭을 수행한다. 그 후, 웨이퍼는 예를 들면 HCl, 또는 HCL과 HF(또는 오존화 HF)의 혼합물을 사용해서 금속 제거 세정한 후, 표면을 소수성으로 만들고 천연 이산화실리콘을 제거하기 위해(및 묽은 HF 딥핑 처리 결과 말단에 결정질 실리콘 표면 수소를 갖도록 하기 위해) 최종 HF 딥핑을 수행한다.
Such wafers are optionally subjected to chemical polishing etching on one side or both sides, for example, using a highly concentrated mixture of HF and HNO3, and cooled in some instances. Following this abrasive etch, a short KOH etch is performed to remove etch spots, such as porous silicon, from the surface. The wafer is then subjected to metal removal, for example using HCl or a mixture of HCl and HF (or ozonated HF), followed by hydrophobicization of the surface and removal of the native silicon dioxide (and dilute HF dipping treatment results End HF dipping in order to have a crystalline silicon surface hydrogen at the end.
다음에, 도 33의 블록 2를 확장하면, 후면 필드(BSF)의 추가 유무에 따라 후면 엔지니어링 또는 개선된 후면 베이스 전기 시트 전도성 향상(기생하는 베이스 저항 및 태양전지 필 팩터에 대한 결정적인 영향을 줄이기 위해). 이러한 공정의 집합 블록은 다수 공정 단계로 구성된다. 이러한 공정은, 잉곳에 전체에 스타팅 웨이퍼 중에서 및 잉곳 중에서 큰 저항 폭 또는 변동을 해결하기 위해 설계된 것으로 임의의 후면 전도성이 향상이 개시될 수 있다. 이러한 저항 폭은, 지나친 베이스 저항을 일으키기 때문에, 최적이 아닌(감소된) 태양 전지 필 팩터이거나, 또는 불충분한 소수 캐리어 수명에 대해 높은 도핑의 경우 벌크 저항이 더 작은 수치인 스타팅 웨이퍼의 불충분한 소수 캐리어 수명에 대한 높은 도핑(또는 높은 배경 도핑 농도)의 경우에 발생할 수 있다. 그러나, 인접한 CZ 잉곳 성장 기술과 같은 이용 가능한 잉곳 성장법으로, 후면 전도성 향상이 필요하지 않도록 충분한 저항 상세 및 폭을 제공한다. 조밀한 저항 상세를 갖는 잉곳 및 웨이퍼를 사용하는 예시의 흐름은 도 34 내지 34d에 도시되어 있다. 후면 전도성 향상이 요구되는 경우에, 다수의 대표적인 실시형태가 제시된다. 제1실시형태는 도 35a 내지 35d의 예시의 흐름에 도시되고, 인과 같은 n형 도펀트 의 도입을 제공하는 것으로, 열 구동 단계와 함께 POCl3 열 퍼니스 도핑하고, 표면으로부터 남은 인 도핑된 유리(인-실리케이트 유리 또는 PSG)의 웨트 에칭을 수행한다. 제2실시형태는 도 36a 내지 36d의 예시의 흐름에 도시되고, 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 또는 (In)과 같은 n형 도펀트 종의 이온 주입단계를 제공한다. 그 다음에, 이러한 주입(예를 들면 인 주입)은 하기 기재된 퍼니스 어닐링 단계의 일부로서 열 어닐되고 다수의 목적이 있다.
Next, by expanding
절삭 손상 제거 단계(블록 1 공정) 후 또는 후면 전기 시트 전도성 향상 단계 후 또 다른 실시형태에 대해, 붕소 도핑된 유리의 제1층의 대기압 화학증착법(APCVD로 칭함) 또는 PECVD이 수행된다. BSG 층은 비교적 낮은 붕소 농도를 갖고, 전지 전체에서 비교적 높은 시트 저항을 갖고 선택적으로 가볍게 도핑된 에미터를 형성할 수 있고, 이어서 예를 들면, 펄스 피코초(ps) 또는 펨토초(fs) 레이저 또는 하부 실리콘에 대해 손상이 적도록 BSG 유전체를 제거할 수 있는 레이저를 사용하여 패터닝할 수 있다. BSG가 레이저 제거(ablation) 중에 제거되면, 높은 붕소 도핑된 에미터(낮은 저항의 에미터 접촉 영역에 대해 이용된다)는 또 다른 가공에서 형성될 것이다. 이어서, BSG의 제2층은 비교적 높은 농도의 붕소를 갖고, APCVD(또는 PECVD)에 의해 증착되는 것으로, 선택적 에미터 접촉의 전구체로서 기능할 수 있다.
For another embodiment after the cutting damage removal step (block 1 step) or after the backside electrical sheet conductivity improving step, atmospheric pressure chemical vapor deposition (referred to as APCVD) or PECVD of the first layer of boron doped glass is performed. The BSG layer may have a relatively low boron concentration and may have a relatively high sheet resistance throughout the cell and may optionally form a lightly doped emitter followed by a pulse picosecond (ps) or femtosecond (fs) laser or It can be patterned using a laser capable of removing the BSG dielectric so that there is little damage to the underlying silicon. If the BSG is removed during laser ablation, a high boron doped emitter (used for the low resistance emitter contact region) will be formed in another process. The second layer of BSG then has a relatively high concentration of boron and is deposited by APCVD (or PECVD), and can function as a precursor of selective emitter contact.
이어서, 펄스된 피코초 또는 펨토초 레이저를 사용하는 추가의 패터닝 단계는 n+ 도핑된 베이스 접촉 영역이 형성되어야 하는 영역에서 BSG를 제거하도록 사용될 수 있다. 포스포실리케이트 유리(PSG)의 층은 (APCVD 또는 PECVD에 의해)증착되어, (낮은 베이스 접촉 저항에 대한 n+ 도핑을 갖는)인 도핑된 베이스 접촉 영역에 대한 전구체로서 기능할 수 있다.
Subsequently, an additional patterning step using a pulsed picosecond or femtosecond laser can be used to remove the BSG in the region where the n + doped base contact region is to be formed. A layer of phosphosilicate glass (PSG) may be deposited (by APCVD or PECVD) to serve as a precursor for the doped base contact region (with n + doping for low base contact resistance).
그 다음에, 발전하는 태양전지 구조체는 고온 로 어닐링을 수행하고 패터닝된 n형 및 p형의 확산 영역을 구조체의 후측으로 구동한다. 이러한 어닐링은 비활성 및/또는 산화성 대기 또는 비활성과 산화성 대기의 단계적 혼합물에서 800℃ 초과, 구체적으로 850℃ 내지 1100℃의 온도에서 수행될 수 있다. 예를 들면, 약 550℃ 내지 650℃의 온도에서 게터링 또는 일반적으로 400℃ 내지 500℃(예를 들면 450℃)에서 수행되는 가스 어닐링 형성과 같은 추가의 단계는, 상기 어닐링 단계에 통합될 수 있다. 후면이 예를 들면 인 및 비소를 사용하여 주입된 도펀트를 미리 수용하는 경우, 이러한 열 어닐링 단계는 주입된 영역을 어닐링, 활성화 및 확산하는 역할을 한다.
The developing solar cell structure then performs the high temperature annealing and drives the patterned n-type and p-type diffusion regions to the rear side of the structure. Such annealing may be carried out in a stepwise mixture of inert and / or oxidizing atmospheres or inert and oxidizing atmospheres at a temperature above 800 ° C, specifically between 850 ° C and 1100 ° C. For example, additional steps such as gettering at a temperature of about 550 ° C to 650 ° C or gas anneal formation typically performed at 400 ° C to 500 ° C (eg, 450 ° C) may be integrated into the annealing step have. When the backside is previously filled with dopant, for example implanted with phosphorus and arsenic, this thermal annealing step serves to anneal, activate and diffuse the implanted region.
그러나, 빠른 가열 및 냉각 속도는 웨이퍼 물질로부터 침전물을 포집하는 역할을 하도록 제작될 수 있고 로 공정 생산량을 향상시킬 수 있도록 비교적 고온에서 로를 밀고 땡기는(pushing and pulling) 것이 유리할 수 있다. 예시의 밀고 땡기는 온도는, 보트가 600℃ 초과, 일부예에서 800℃ 내지 850℃에서 밀고 땡겨지도록 선택한다. 이러한 높은 온도에서 로의 보트를 밀고 땡기는 단계는 대부분의 흐름 실시형태의 예에서 나타낸 낮은 온도의 게터링 및 FGA 대신에 또는 함께 수행될 수 있다.
However, the fast heating and cooling rates can be tailored to capture precipitates from the wafer material, and it may be advantageous to push and pull the furnace at relatively high temperatures to improve process throughput. The example pushing temperature is chosen such that the boat is pushed and tilted above 600 ° C, in some
로 어닐링에 이어서, 레이저, 예를 들면, 펄스 피코초 또는 팸토초 레이저를 사용해서 다음의 M1 접촉 금속화 공정을 위해 각각의 에미터 및 베이스 접촉 영역과의 접촉을 개방한다. 임의로, 예를 들면 비활성 비-산화 대기에서 추가의 어닐링은 레이저 접촉 개방 단계로부터 잠재적인 손상을 줄이기 위해 수행될 수 있다.
Subsequent to annealing, a laser, e. G., A pulse picosecond or Femto second laser, is used to open contact with each emitter and base contact area for the next M1 contact metallization process. Optionally, additional annealing, for example in an inert non-oxidizing atmosphere, may be performed to reduce potential damage from the laser contact opening step.
소망의 패턴을 생성하기 위해 도핑된 유리와 같은 유전체를 레이저를 사용해서 국소적으로 제거하는 상기 기재된 제거 공정은, 적합한 에첸트 페이스트를 사용해서 달성될 수 있다. 이러한 에첸트 페이스트의 유닛 공정에 대해, 에칭 페이스트는 예를 들면 스크린 인쇄를 사용해서 국소적으로 적용된다. 에첸트 페이스트의 성질에 따라(예를 들면 불화수소산을 함유 또는 부재), 에친 메카니즘은 (불화수소산을 기반으로 하지 않는 페이스트에 대해)열 활성을 필요로 할 수 있다. 이러한 활성화는, 예를 들면 벨트 또는 롤러 로 내에서 달성되는 것으로, 에칭 치수 및 깊이 조절의 일부일 수 있다. 에칭에 이어서, 에칭 페이스트는 예를 들면 광 알칼리성 용액을 사용해서 세정 및 세척 단계에 이어서 DI 수 세척 및 짧은 HCl 함유 웨트 세정과 같은 임의의 금속 제거 단계에 의해 제거될 수 있다.
The above-described removal process for locally removing a dielectric such as doped glass using a laser to produce the desired pattern can be accomplished using a suitable etchant paste. For this unit process of etchant paste, the etching paste is applied locally, for example, using screen printing. Depending on the nature of the etchant paste (eg, with or without hydrofluoric acid), the etchant mechanism may require thermal activity (for pastes that are not based on hydrofluoric acid). Such activation may be accomplished, for example, in a belt or roller furnace, and may be part of the etch dimension and depth adjustment. Following etching, the etch paste may be removed, for example, by a cleaning and cleaning step using a photo-alkaline solution followed by any metal removal step, such as DI water wash and short HCl containing wet scrubbing.
상이한 농도 및 반대의 극성을 갖는 국소적 확산에 의해 맞물려진 후측 접촉 구조체는, 다음의 열 구동에 의해 스크린 인쇄를 사용하여 적용되는 도펀트 페이스트를 사용해서 형성될 수 있다. 이는 도핑된 유리와 같은 유전체 도펀트 전구체의 증착 및 다음의 패터닝을 대체한다. 상기 공정의 조합은 쉽게 유도 가능하다.
The rear contact structures engaged by local diffusion with different concentrations and opposite polarities can be formed using a dopant paste applied using screen printing by the following thermal drive. This replaces the deposition of a dielectric dopant precursor such as doped glass and the following patterning. The combination of the processes is easily derivable.
도 33의 블록3은 제1수준 금속화(M1 또는 태양전지 접촉 금속화)형성을 포함한다. M1에 대해,명확하게 상이한 2개의 경로 실시예 또는 공정 실시형태가 제공된다. 먼저, 패터닝된 제1수준의 금속 M1을 하나의 인쇄 단계 또는 임의로 2개 이상의 코트에서 페이스트 또는 잉크를 스크린, 스텐실, 잉크젯 또는 인쇄의 형태로 적용하고, 그 사이에 임의의 건조 단계를 수행한 후, 주요한 경화 공정에 이어서 먼저 페이스트로부터 결합제를 방출시키거나 연소시키기 위해 튜브 로 또는 인라인 로과 같은 하나의 경화 툴 내에서 다수의 경화 공정 후 저항 감소 소결 단계로 구성될 수 있다. 적합한 페이스트는 알루미늄, 알루미늄과 실리콘 및/또는 게르마늄의 합금, 또한 니켈, 은 또는 그 외의 전도성 물질로 제조될 수 있다. M1층을 인쇄하는 공정예는 도 34a 내지 36d 및 도 38a 내지 41b에 도시되어 있다. 또한, 제1수준 금속은 예를 들면 PVD(예를 들면 DC 마그네트론 플라즈마 스퍼터링)을 사용해서 예를 들면 알루미늄, 알루미늄과 실리콘 및/또는 게르마늄의 합금, 또한 니켈 또는 니켈 바나듐(NiV)로 블랭킷 방식으로 증착될 수 있다. PVD 증착 후, 블랭킷 금속층은, 예를 들면 펄스 나노초, 피코초, 또는 펨토초 레이저를 사용해서 패터닝하여 말단 또는 바람직하지 않은 그 외의 부분 사이의 금속을 제거한다. 이러한 공정 흐름의 예는 도 42에 도시되어 있다. 인쇄 및 PVD의 조합은 실행가능하고, 또한 추가의 두께 및/또는 교대의 금속이 요구되는 영역 내에서 페이스트 또는 잉크 도트와 같은 전도성 도트의 추가도 실행 가능하다.
또한, 제2 및 제3공정 블록에 대한 실시형태가 하기에 제공된다. 예를 들면, 상기 기재된 선택적 에미터 디자인(덜 무겁게 도핑된 주요한 필드 에미터 및 더 무겁게 도핑된 에미터 접촉 영역을 포함함)은, 듀얼층 BSG 증착을 이용하고, 펄스 피코초 또는 펨토초 레이저 패터닝 단계는 단일 BSG 층을 이용하여 가볍게 도핑된 에미터 영역을 생성하고, (다음의 M1 알루미늄 층으로부터 p++ 도핑을 사용해서)에미터의 매우 도핑된 부분에 대한 선택적 펄스 나노초 레이저 구동 및 합금 단계를 수행하고, 이는 에미터 접촉으로서 기능한다. 이러한 공정에 대해, 제1BSG 패터닝 및 제2BSG 증착 공정이 생략된다. 대신에, 제1수준 금속(이 경우에 알루미늄 또는 알루미늄과 실리콘 밑/또는 게르마늄의 합금)은 구동된 후(p타입 무거운 에미터 접촉 도핑으로서 역할을 한다), 펄스 나노초 레이저를 사용해서 증착되고 M1 층의 표면, 예를 들면 Al을 용해하고 공융 Al-Si 멜트를 형성하고, 하부 실리콘과 합금을 형성한다. 증착된 M1, 예를 들면 Al은 PVD를 사용해서 증착되고 레이저 제거로 패터닝되거나, 프릿 부재 알루미늄 함유 페이스트를 사용하는 스크린 인쇄 또는 잉크젯 인쇄(또는 또 다른 인쇄)공정을 사용해서 형성될 수 있다. 다음의 레이저 제거를 포함하는 PVD의 경우, 펄스 레이저 제거를 사용해서 레이저 에미터 접촉 합금과 동일한 툴 또는 동일한 단계로, 즉 동일한 둘로 상이한 2개의 레이저 공정으로 패터닝될 수 있다.Embodiments of the second and third process blocks are also provided below. For example, the selective emitter designs described above (including less heavily doped dominant field emitters and heavily doped emitter contact regions) use dual-layer BSG deposition and have a pulse picosecond or femtosecond laser patterning step Generates a lightly doped emitter region using a single BSG layer and performs a selective pulse nanosecond laser drive and alloy step on the highly doped portion of the emitter (using p ++ doping from the M1 aluminum layer next) , Which serves as an emitter contact. For this process, the first BSG patterning and the second BSG deposition process are omitted. Instead, a first level metal (in this case aluminum or an alloy of aluminum and silicon and / or germanium underneath silicon) is driven (serving as p-type heavy emitter contact doping), deposited using a pulsed nanosecond laser, The surface of the layer, for example Al, is dissolved and a eutectic Al-Si melt is formed and an alloy is formed with the lower silicon. The deposited M1, for example Al, may be deposited using PVD and patterned with laser ablation, or may be formed using a screen printing or inkjet printing (or another printing) process using a frit member aluminum containing paste. In the case of PVD with the following laser ablation, it can be patterned with the same tool or the same steps as the laser emitter contact alloy using pulsed laser ablation, i. E. The same two, two different laser processes.
또한 제2공정 블록 후 다음의 M1 금속화에 대한 에미터 및 베이스 영역의 레이저 기반 접촉 개방에 대해, 프릿 또는 그 외의 에칭 성분을 갖는 적합한 M1 페이스트가 사용될 수 있고, 열 가공시 유전체를 통해 국소적으로 에칭되고 레이저 기반 접촉 영역의 유전체 제거 필요성 없이 에미터 및 베이스 영역과 접촉할 수 있다. M1 페이스트 함유 프릿은 상이한 극성 영역(에미터 및 베이스)에 대해 상이한 페이스트를 갖는 듀얼 인쇄 페이스트로 분할될 수 있고, 높은 품질 옴 접촉의 최적 어닐링 조건에 따라 동시에 또는 상이한 2개의 단계에서 열 어닐링 될 수 있으며, 2개의 극성에 대해 합리적으로 낮은 접촉 재조합을 유지할 수 있다.
Also for the laser-based contact opening of the emitter and base regions for the next M1 metallization after the second process block, a suitable M1 paste with frit or other etch components can be used, And can contact the emitter and base region without the need for dielectric removal of the laser-based contact region. The M1 paste-containing frit can be divided into dual printing pastes having different pastes for different polar regions (emitter and base) and can be thermally annealed in two or simultaneous or different stages depending on the optimal annealing conditions of high quality ohmic contact And can maintain reasonably low contact recombination for the two polarities.
상기 기재된 후면 엔지니어링 및 제1수준 금속(M1 또는 접촉 금속화) 형성 후, 웨이퍼는 도 33의 블록 4의 제4공정 블록인, 백플레인, 예를 들면 유연한 백플레인을 구조화된 웨이퍼 후측 상에 적층하는 단계에 대한 준비가 되어 있다. 백플레인은 다양한 물질로 제조되지만, 백플레인이 태양 전지 제작 방법 및 얻어진 전지 용도에 따라 다수 요건에 부합한 것이 바람직할 수 있는데, 이러한 요건은 다음과 같다: 1)백플레인은 하부 패터닝된 실리콘 스택에 매칭되는 유사한 열 팽창계수를 가질 수 있고; 2) 백플레인은 유연성을 가질 수 있고; 3)백플레인은 (모든 웨트 가공이 적층 공정 전에 수행되지 않으면)실리콘 에칭 및 텍스처링과 같은 다음의 웨트 및 드라이 가공 단계에 대해 화학적 내성이 있을 수 있고; 4) 백플레인은 다음의 패시베이션 유전체 어닐링의 열 버짓에 대해 저항할 수 있어야 하고, 충분히 높은 온도 가공(예를 들면, 최대 300 또는 심지어 400℃ 이하)이 허용된다. 적층 공정은 구조화 M1 -금속화 후측을 갖는 백플레인 시트와 실리콘층 사이의 계면에서 기포 형성을 피하기 위해 진공 증착 공정일 수 있다. 적층 중에 충분한 압력이 (10 내지 400 psi, 또는 일부 예에서 구체적으로 50 내지 250 psi)가해지고 프리프레그 적층으로부터 수지가 적층된 전지 구조체를 평면화하는 흐름이 가능하다. 프리프레그의 크기는, 다음의 가공에 대해 약간 크거나 작은 크기가 유리할 수 있지만, 적층하기 위해 전지와 가깝게 매칭되는 크기로 선택될 수 있다. 백플레인 시트는 약 50 마이크론 내지 250 마이크론의 범위의 두께를 가질 수 있다. 적층 후, 예를 들면, 펄스 나노초 레이저를 사용해서 임의의 에지 조절이 수행될 수 있다.
After the above described back-end engineering and first level metal (M1 or contact metallization) formation, the wafer is stacked on the back side of the structured wafer with a backplane, for example a flexible backplane, which is the fourth process block in
도 33의 블록 5, 제5공정은 아이셀(또는 섬 마스터 전지)를 형성하기 위해 웨이퍼를 하위 전지(섬)로의 임의의 분할, 예를 들면 웨트 또는 드라이 화학적 에칭 또는 연마 방법을 사용하는 실리콘 박막화, 및 텍스처링 및 텍스처링 후 세정에 관한 것이다. 적층 종료 후, 웨이퍼 후측 구조체는 백플레인에 적층되고 백플레인 그 자체는 다음의 공정으로부터 매립된 후측 구조체를 보호한다. 이어서, 웨이퍼는, 1)박막화되어, 박막화 흡수체를 갖는 매우 효율적인 후측 접촉 태양전지를 제조하기 위해 수명이 짧은 웨이퍼를 사용할 수 있고, 2)흡수체 물질이 (트렌치 분리를 통해) 전기적으로 분리된 모노리식 집적 개별 하위 전지(섬)로 분리되고 나중에 직렬 또는 병렬 또는 직렬과 병렬의 조합으로 전기적으로 연결되고; 3) 예를 들면 전면 상에 랜덤 피라미드 구조를 형성하기 위해 전면에 텍스처링한 후, 텍스처링된 표면을 세정한 후 PECVD 패시베이션 공정을 수행한다.
The fifth step of Fig. 33, the fifth step, is a step of forming the wafer into any sub-cell (island) to form an icel (or island master cell), for example a wet or dry chemical etching or silicon thinning using a polishing method, And cleaning after texturing and texturing. After the lamination is completed, the wafer rear structure is laminated on the backplane and the backplane itself protects the buried rear structure from the following process. The wafer can then be: 1) thinned to use a wafer with a short lifetime to fabricate a highly efficient rear contact solar cell with a thinning absorber, and 2) the absorber material is electrically isolated (via trench isolation) Separated into individual integrated sub-cells (islands) and later electrically connected in series or parallel or in series and parallel combination; 3) For example, a textured surface is formed on the front surface to form a random pyramid structure, and then the textured surface is cleaned, followed by a PECVD passivation process.
백플레인 상에 개발 전지의 어레이가 박막화되고, 분할되고, 텍스처링되기 위해, 다양한 상이한 실시형태가 가능하다. 도 37a 및 37b의 단면도는 시퀀스 중 및 후에 상이한 공정 시퀀스 또한 구조체를 도시한다. 도 37a는 웨이퍼 박막화 후 (예를 들면 레이저 트렌치 형성을 사용해서)웨이퍼 분리하는 것을 포함하는 공정의 단면도이고, 도 37b는 웨이퍼 박막화 전, 및 웨이퍼 박막화 및 텍스처링 후, (예를 들면 레이저 트렌치 형성을 사용해서) 부분적인 웨이퍼 분리 를 포함하는 공정의 단면도이다.
Various different embodiments are possible for the array of developed cells on the backplane to be thinned, divided and textured. The cross-sectional views of Figs. 37A and 37B show different process sequences during and after the sequence as well as the structure. FIG. 37A is a cross-sectional view of a process including wafer separation after wafer thinning (e.g., using laser trench formation), FIG. 37B is a cross-sectional view of a process including wafer thinning and after wafer thinning and texturing Sectional view of a process including partial wafer separation.
일 실시형태에서, 먼저 세그먼트/섬은 완전한 흡수체층을 통해 충분히 또는 흡수체층을 통해 부분적으로 펄스 레이저 분리 트렌치를 갖도록 것이 형성된다 (예를 들면 적합한 트렌치 깊이로, 다음의 흡수체층이 트렌치-분리된 하위전지/섬을 효과적으로 재생가능하게 형성하는 데에 충분한 에칭 및 에치 텍스처링에 의해 제거/박막화되는 트렌치 깊이이다). 또 다른 실시형태에서, 흡수체층(예를 들면, 실리콘 웨이퍼)는 먼저 최종 두께(및 나중에 텍스처링될 실리콘)로 박막화된 후, 남은 박막화된 흡수체층을 충분히 통해서 또는 거의 완전하게 통하도록 분할되어 다음의 텍스처링 공정은 개별 하위 전지 또는 섬을 분리하는 데에 충분하다. 제3실시형태는 상기 2개의 시퀀스 사이의 조합을 사용하고, 제1단계에서 대부분의 박막화 에칭이 수행된 후, 완전한 또는 거의 완전한 트렌치 분리된 분할에 이어서 에칭 및 태양측 텍스처링을 행한다.
In one embodiment, the segment / islands are first formed to have a pulsed laser separation trench either fully through the complete absorber layer or partially through the absorber layer (e.g., with a suitable trench depth, the next absorber layer is trench- And trench depth that is removed / thinned by etch and etch texturing sufficient to effectively form sub-cells / islands). In yet another embodiment, the absorber layer (e.g., a silicon wafer) may first be thinned to a final thickness (and silicon to be textured later), and then split so that the remaining thinned absorber layer passes thoroughly or nearly completely, The texturing process is sufficient to separate the individual subcells or islands. The third embodiment uses a combination between the two sequences, and after the most thinning etching is performed in the first step, etching and sun side texturing are performed, followed by complete or almost complete trench-separated partitioning.
제4실시형태에서, 분리 커팅은, 박막화 및 텍스처링이 종료된 후 수행된다. 이러한 실시형태는, 2개의 추가의 옵션을 포함할 수 있다. 하나의 옵션에서, 분할 커팅 후, 웨이퍼 표면은 바로 페시베이션이 된다. 이는 웨트 공정 단계의 전체 수를 줄이는 이점이 있다. 또 다른 옵션은 레이저 단계로부터 파편 및 잠재적인 손상을 제거하기 위한 약간의 세정 단계를 수행하는 것이다. 이러한 세정 단계는 텍스처 약품과 같은 알칼리성 약품 중에 짧게 침지한 후, 텍스처링 후 적절하게 세정하거나 메가소닉 세정과 같은 온화한 파편 제거로 구성될 수 있다.
In the fourth embodiment, the separation cutting is performed after the thinning and the texturing are finished. This embodiment may include two additional options. In one option, after the split cut, the wafer surface is immediately faceted. This has the advantage of reducing the overall number of wet processing steps. Another option is to perform some cleaning steps to remove debris and potential damage from the laser stage. Such a cleaning step may be briefly immersed in an alkaline agent such as a texturing agent, followed by appropriate cleaning after texturing, or mild debris removal such as megasonic cleaning.
트렌치 분리 분할 공정 자체는 전지의 구조적 완전성을 유지하기 위해 백플레인 물질을 비교적 완전하게 하고, 전지 샌드위치는 이러한 표준 크기를 취급할 수 있는 각각의 자동화 장비를 갖는 156 mm x 156 mm 정사각형 또는 유사 정사각형의 일반적인 전지 형태 팩터를 사용해서 가공될 수 있다.
The trench isolation splitting process itself is relatively complete with the backplane material to maintain the structural integrity of the cell, and the battery sandwich has a 156 mm x 156 mm square with a respective automated instrument capable of handling this standard size, Can be fabricated using a battery form factor.
프리프레그 백플레인 및 실리콘 흡수체의 경우, 프리프레그의 흡수성이 나쁘고(즉, 낮은 흡수성을 갖는 프리프레그에 의해 전달되고 및/또는 반영되지만) - 그 외의 백플레인/흡수체 물질 조합을 유지하는 개념을 갖지만, 실리콘 내의 우수한 흡수성을 갖는 레이저 파장을 사용해서 레이저 소스로 흡수체를 커팅하는 것이 바람직할 수 있다. 많은 프리프레그는, IR 에 의한 커팅에 의해 프리프레그 커팅에 대한 실리콘 커팅의 상대적인 선택성을 향상시키도록 적외선(IR) 파장에서 강하게 흡수하지 않는다. IR 레이저를 사용하는 커팅 또는 스크라이빙은 또한 비교적 저렴한 데, 이는 IR 레이저(예를 들면, 펄스 나노초 레이저)의 capex (capital expenditure) 및 유지 비용이 일반적으로 UV 레이저에 대해 저렴하기 때문이다. 그러나, UV 레이저의 커팅 품질이, IR 레이저의 커팅보다 우수한 경향이 있고, 커팅 근방의 열에 의해 영향을 받은 손상 구역의 정도가 UV 레이저에 비해 더 작다. 각각의 경우, 이러한 팩터는, 트렌치 분리 공정에 대해 최적의 레이저 소스를 선택하기 위해 칭량해야 한다.
In the case of the prepreg backplane and silicon absorber, the absorbency of the prepreg is poor (i.e., transmitted and / or reflected by the prepreg with low absorbency) - it has the concept of maintaining other backplane / absorber material combinations, It may be desirable to cut the absorber with a laser source using a laser wavelength with excellent absorbency within the laser source. Many prepregs do not strongly absorb at the infrared (IR) wavelength to improve the relative selectivity of the silicon cut for prepreg cutting by cutting by IR. Cutting or scribing using IR lasers is also relatively inexpensive because the capex (capital expenditure) and maintenance costs of IR lasers (e.g., pulsed nanosecond lasers) are generally inexpensive for UV lasers. However, the cutting quality of a UV laser tends to be superior to the cutting of an IR laser, and the degree of damage zone affected by heat near the cutting is smaller than in a UV laser. In each case, such a factor must be weighed to select the optimal laser source for the trench isolation process.
또한, 분리 트렌치는 워터 제트 가이드 레이저, 예를 들면 워터 제트 가이드 그린 또는 IR 레이저를 사용하여 형성될 수 있다. 워터 제트 가이드 레이저 커팅은 흡수를 유지하면서 낮은 손상을 갖는 커팅 영역을 나타내기 때문에 낮은 파장 레이저의 선택적 이점이 있다. 모노리식 백플레인 부착 아이셀 태양 구조체를 생성하기 위한 그 외의 분할 방법은, 스플릿팅하기 위해 매립된 초점을 맞춘 레이저 빔을 포함하고, 여기서 초점은 물질 및 온도 구배 내에 배치될 수 있고 결과적으로 내부 증기압으로 유도된 물질의 스플릿팅이다. 이러한 유도된 스플릿팅은 밀접하게 트레이싱된 레이저 소스 그 다음에 물 또는 드라이 아이스 제트와 같은 냉각 소스에 의한 스플릿팅에 의해 도움을 받을 수 있다. 다이싱 방법, 예를 들면 다이아몬드 휠 절삭 커팅은 분할에 대해 사용될 수 있지만, 비용이 높아지는 경향이 있다. 이러한 다이싱은, 사용되는 경우, 분리하기 위해 프리프레그의 바로 내측의 실리콘을 절단한다.
Further, the isolation trench may be formed using a water jet guide laser, for example, a water jet guide green or an IR laser. A water jet guide laser cut has a selective advantage of a low wavelength laser because it exhibits a cutting area with low damage while maintaining absorption. Other methods of splitting to create an ion cell solar structure with a monolithic backplane include focused laser beams embedded for splitting where the focus can be placed within a material and temperature gradient and consequently induced by internal vapor pressure Lt; / RTI > This induced splitting can be assisted by a closely traced laser source followed by splitting by a cooling source such as water or dry ice jets. Dicing methods, such as diamond wheel cutting cuts, can be used for splitting, but tend to be costly. This dicing, when used, cuts the silicon just inside the prepreg to separate.
실리콘 웨이퍼 박막화 그 자체는 80℃ 이상의 비교적 높은 온도(일부 예에서 145℃ 이하)에서 높은 에칭 속도로 웨트 에칭 용액, 예를 들면 진한 KOH, 또는 그 외의 수산화물(예를 들면, NaOH, TMAH, NH4OH 또는 LiOH) 을 사용하여 수행할 수 있다. 또 다른 웨트 약품, 예를 들면 적어도 HF 및 HNO3 및 임의의 첨가물(예를 들면, 아세트산, 인산 또는 황산)을 함유하는 혼합물이 사용될 수 있지만, 일반적으로 더 비싸다. 이러한 산성 에칭은 실온 이하에서 수행하고, 발열 에칭 반응으로부터 발생하는 열을 제거하기 위한 용액 중에서 냉각할 수 있다.
Silicon wafer thinning itself is a wet etching solution such as deep KOH, or other hydroxides (e.g., NaOH, TMAH, NH 4 ) at a high etch rate at relatively high temperatures OH or LiOH). Mixtures containing other wetting agents such as at least HF and HNO3 and optional additives (e.g., acetic acid, phosphoric acid or sulfuric acid) can be used, but are generally more expensive. Such acid etching may be performed at room temperature or below and may be cooled in a solution to remove heat generated from the exothermic etching reaction.
에칭 약품을 충분히 이용하기 위해, 특히 알칼리성 에칭의 경우로 제한되지 않고, 응집제는 포타슘 실리케이트(실리콘 에칭의 경우) 및 KOH 에첸트 또는 헥사플루오로실리실릭산(HF / HNO3 기반 에첸트 약품이 경우)의 반응 생성물을 응집시키는 것을 돕고 그 다음에, 예를 들면 침강층 또는 원심분리 디믹싱에 의해 반응 생성물의 기계적 분리를 돕기 위해 공정 중 도입될 수 있다. 용액 중의 부산물을 제거하기 위한 또 다른 방법은, 용액을 열 순환시키는 것이다(즉, 냉각해서 용해도를 낮추고, 실리케이트와 같은 용액으로부터 나온 성분을 제거하고 재가열한다). 실리케이트를 분리함으로써, 부산물을, 에첸트로부터 분리하고, 소비된 에첸트의 나머지(예를 들면 KOH 또는 NaOH)는 KOH의 고체 브릭 또는 플레이크(또는 그 외의 수산화물) 또는 매우 농축된 수용액으로부터 배쓰로 공급될 수 있기 때문에, 에첸트의 배쓰 수명이 늘어날 수 있다.
In order to take full advantage of the etch chemistry, the flocculating agent is not limited to the case of alkaline etching, in particular the potassium silicate (in the case of silicon etching) and KOH etchant or hexafluorosilicic acid (in the case of HF / HNO3 based etchant) , And then introduced into the process to aid mechanical separation of the reaction product, for example, by a sedimentation layer or by centrifugal demixing. Another way to remove byproducts in the solution is to thermocycle the solution (i.e., cool down to lower solubility, remove components from the solution such as silicate, and reheat). By separating the silicate, the by-product is separated from the ettant and the remainder of the spent etchant (e.g., KOH or NaOH) is supplied to the bath from a solid brick or flake (or other hydroxide) of KOH or a highly concentrated aqueous solution , The etchant's bath life can be increased.
에칭에 의한 실리콘 박막화의 또 다른 옵션은, 실리콘 에칭용 할로겐 함유 플라즈마와 같은 플라즈마를 사용하는 것이다. 또한, 높은 에칭 속도의 분자 라디칼 에칭이 고안된다. 실리콘 웨이퍼 박막화의 다른 옵션은, 실리콘의 기계적 그라인딩 또는 랩핑을 포함한다. 일부 예에서, 그라인딩된 실리콘은 잠재적으로 회수 및 재활용을 위해 쉽게 분리될 수 있다.
Another option for silicon thin film formation by etching is to use a plasma such as a halogen-containing plasma for silicon etching. In addition, molecular radical etching with a high etch rate is contemplated. Other options for silicon wafer thinning include mechanical grinding or lapping of silicon. In some instances, the ground silicon may be easily separated for potentially recovery and recycling.
태양측(전측) 텍스처링 후, HCl, HF 또는 HNO3를 함유하는 것, 또는 오존화된 HF, 이어서 최종 묽은 HF 에칭 처리와 같은 표면 세정 공정이 수행되고 임의의 최종 HF 함유 단계는 표면에 본래의 산화물이 존재하지 않을 수 있다.
After the sun side (front) texturing, a surface cleaning process such as one containing HCl, HF, or HNO3, or ozonated HF, followed by a final dilute HF etch process is performed and any final HF containing process is performed with the original oxide May not exist.
실리콘 박막화(예를 들면 레이저에 의한 것) 전에 분할 커팅을 수행하는 경우, 소정의 공정 흐름에는 두께의 약 30 내지 70% 를 커팅하는 단계로, 다음의 에칭에서는 커팅의 깊이 프리드레그 경계까지 확장하여 분리를 완료하는 단계를 도시하는 것을 주목한다. 초기의 분할 커팅은 도 43에 도시된 공정 흐름에서와 같이 완전한 커팅(및 전체 분할에 의한 분리를 제공하는 에칭에 의존하는 것은 아님)일 수 있다.
In the case of performing split cutting before silicon thinning (e.g., by laser), a predetermined process flow may include cutting about 30 to 70% of the thickness, followed by a subsequent etch to extend to the depth pre- Showing the step of completing the separation. The initial split cut may be a complete cut (as opposed to an etch that provides separation by full split) as in the process flow shown in FIG.
도 33의 블록6은 추가의 도핑된 전면 필드(FSF) 유무에 따라 전면 패시베이션 적용을 포함하는 태양전지 전면 엔지니어링을 포함한다. 도핑된 전면 필드를 수행하기 위해, 다양한 실시형태에서는, 모두 n형 흡수체 전지에 대해 일반적으로 인, 비소 또는 안티몬 또는 인듐 도펀트를 함유하는 도펀트 소스를 갖고, 펄스 나노초 레이저 어닐링 또는 펄스 나노초 레이저 도핑과 같은 구동 및/또는 도펀트 활성화 메카니즘을 갖는 것이 제공된다. 도펀트 소스는 다양한 방법에 의해 제공될 수 있고, 이온 주입, 도펀트를 함유하는 물질층의 사전 증착, 도펀트를 함유하는 분사물의 사전 증착, 예를 들면 PH3를 이용한 플라즈마 침지 이온 주입 또는 가스 침지 레이저 도핑(GILD)을 포함한다. 도핑된 전면 필드(FSF)를 수행하는 공정 흐름 실시형태는, 도 38a-38d, 39a-39d, 40a-40d, 및 41a-41b에 도시된다. 이러한 방법에서, 효과적으로 낮은 온도 구동 메카니즘을 갖는 것이 바람직하고, 이는 펄스 나노초 레이저 어닐링 또는 용융, 또는 도펀트 분위기 중의 용융(GILD)이며, 태양 전지의 전면에 열을 집중시키고, 후면은 지나친 열을 받지 않고 비교적 가열되지 않은 상태로 유지되어 전측 펄스 레이저 가공에 의한 영향을 받지 않는다. 레이저 소스에 대해, 펄스 소스, 예를 들면 펄스 나노초 레이저는 도핑된 FSF의 형태로 사용될 수 있다. 랜덤 피라미드 텍스처 표면과 같은 토폴로지 문제를 해결하기 위해, 어닐링은 열을 흡수체의 상부 수마이크론에 분포시킬 수 있는 펄스 나노초(약 10 ns 내지 수백 ns의 범위의 펄스 길이) 그린 레이저, 또는 열 분산의 관점에서 피라미드 팁에 대부분의 열을 전달하는 펄스 UV 레이저를 사용해서 수행될 수 있다. 상부 햇 또는 플랫 상부 균일 레이저 빔(Top hat or flat-top homogenized laser beams)도 사용될 수 있다.
전면 패시베이션 층의 다양한 옵션으로는, 실리콘 질화물로부터 비정질 실리콘(a-Si)과 실리콘 질화물의 스택으로, 또는 구체적으로 고유 a-Si, 이어서 n 도핑된 a-Si, 이어서 실리콘 질화물과 같은 다양한 옵션이 있다. 실리콘 질화물 대신에, 고정된 산소 함량 또는 변동되는 산소 함량을 갖는 산화물 질화물 또는 옥시질화물이 사용될 수 있다. a-Si 대신에, 초기층은 일부 산소 분율을 갖는 비정질 실리콘-산화물(또한 산소의 아화학양론 함량으로 가능함), 또는 비교적 작은 부분의 탄소를 갖는 비정질 실리콘-탄소를 함유할 수 있다. a-Si에 대한 또 다른 대안으로는 알루미늄 산화물(Al2O3)이 p 및 n형 실리콘 상에 매우 낮은 표면 재조합 속도로 생성할 수 있고(예를 들면 ALD, PECVD, 또는 APCVD와 같은 방법을 사용해서 Al2O3 증착), 실리콘 질화물과 쉽게 재조합되고, 그 후 제2층으로서 실리콘 질화물이 증착된다. 실리콘 질화물이 사용되면, 질소와 실리콘 사이의 화학양론비는, 필름 전체에서 최적의 광학 및 전기적 성능을 갖도록 고정되거나 변동될 수 있고, 여기서 최적의 광학 성능은 필름 내에서 낮은 또는 제로 흡수에서 달성되고 정확한 효과적인 필름 두께 및 굴절률 및 최선의 전기적 성능은 충분한 수소 함량 및 비교적 큰 고정된 양의 전하 밀도(n형 기반 전지의 경우)로 달성될 수 있다.
Various options of the front passivation layer include various options such as a stack of amorphous silicon (a-Si) and silicon nitride from silicon nitride, or specifically a-Si, then n-doped a-Si and then silicon nitride have. Instead of silicon nitride, an oxide nitride or oxynitride having a fixed oxygen content or a varying oxygen content can be used. Instead of a-Si, the initial layer may contain an amorphous silicon-oxide (also possibly with a sub stoichiometric content of oxygen) having a fraction of oxygen, or an amorphous silicon-carbon with a relatively small fraction of carbon. Another alternative to a-Si is that aluminum oxide (Al 2 O 3 ) can be produced on p and n-type silicon at very low surface recombination rates (such as ALD, PECVD, or APCVD Al 2 O 3 Deposition), easily recombined with silicon nitride, and then silicon nitride is deposited as a second layer. If silicon nitride is used, the stoichiometric ratio between nitrogen and silicon can be fixed or varied to have optimal optical and electrical performance throughout the film, wherein optimal optical performance is achieved at low or zero absorption in the film and is accurate Effective film thickness and refractive index and best electrical performance can be achieved with a sufficient hydrogen content and a relatively large fixed amount of charge density (for n-type based cells).
도 33의 제7빌딩 블록인 블록 7은 매립된 금속 1(M1)층과 접촉하고 금속2(M2)의 증착 및 구조화하기 위해 접근 홀(바이어스)의 형성을 포함한다. 금속(M2)는 전지 버스바에 의해 섬간의 상호 연결한 최종 고전도성 태양전지 금속화를 형성한다.
Block 7, which is the seventh building block of Figure 33, includes the formation of an access hole (bias) to contact the buried metal 1 (M1) layer and to deposit and structure metal 2 (M2). Metal (M2) forms the interconnected final high-conductivity solar cell metallization between the islands by the cell bus bar.
이 단계에서, 전지 제작 시 M2와 M1을 상호 연결하기 위해 비아 홀을 형성하면, 예를 들면 후측 에칭, 텍스처링, 및 텍스처링 후 세정과 같은 상기 웨트 공정 단계 중, 매립된 M1층이 적층된 백플레인에 의해 보호되는 고유의 이점을 갖는다. 비아홀은 펄스 CO2 레이저 또는 펄스 UV 레이저와 같은 레이저를 사용해서 드릴링될 수 있다. 일부 예에서, 바이어스는, 허용되는 배열 공차를 갖기 위해서 임의로 넓어진 M1층 핑거 상에 위치될 수 있다. 바이어스의 하부 맞물려진 M1 핑거에의 배열, 또한 흡수체 웨이퍼의 후측 상에 구조체에 트렌치 분리 분할 커팅의 배열은, 실리콘 흡수체층을 통해 또한 백플레인을 통해 충분한 투과도를 갖는 배열 마크의 적외선 조사를 이용할 수 있다.
At this stage, if via holes are formed to interconnect M2 and M1 during cell fabrication, the buried M1 layer may be deposited on the stacked backplane, for example during the wet process step, such as backside etching, texturing, and post- Lt; / RTI > The via hole can be drilled using a laser such as a pulsed CO2 laser or a pulsed UV laser. In some instances, the bias may be located on the M1 layer finger, which is arbitrarily widened to have an allowed array tolerance. The arrangement of the vias in the lower engaged M1 finger and also the arrangement of the trench isolation split cut in the structure on the rear side of the absorber wafer can utilize infrared irradiation of the alignment mark through the silicon absorber layer and also with sufficient transmission through the backplane .
M1 맞물려진 핑거의 지정된 부분 상에 랜딩한 비아홀에 의해 백플레인 내에 비아홀의 형성 후, 구조체는 M2 증착 및 패터닝할 준비가 되어 있고, 사전 증착 인시투 스퍼터 에칭 세정(예를 들면, 알곤을 사용해서 산소 또는 그 외의 플라즈마 또는 이온)에 의해 진행되어 M1 접촉 상의 알루미늄 산화물 또는 탄소 잔기와 같은 낮은 전도성 표면층을 에칭하고 백플레인 표면 상의 M2 접착을 촉진한다.
M1 After the formation of a via hole in the backplane by a via hole landed on a designated portion of the fingered finger, the structure is ready for M2 deposition and patterning and is pre-deposited using an in-situ sputter etch cleaning (e.g., Or other plasma or ion) to etch the lower conductive surface layer, such as aluminum oxide or carbon residue on the M1 contact, and to promote M2 adhesion on the backplane surface.
이러한 공정은 진공 PVD 시스템 내에서 수행될 수 있는 것으로, 진공 통합 플라즈마 스퍼터링 및 진공 공정 능력을 포함한다. 그 다음에, 바람직하게 진공이 파괴되지 않고, M2 층이 증착될 수 있다. M2 층은, 예를 들면 알루미늄 증발(알루미늄의 열 또는 전자빔 증발) 또는 플라즈마 스퍼터링과 같은 PVD를 사용해서 증착한 후, 박막(약 100 nm 내지 500 nm의 두께) 니켈 또는 니켈-바나듐 층 및 임의의 주석(Sn) 또는 그 외의 납땜 가능한 물질 코트와 같은, 임의로 접착, 항산화, 및 접촉층으로 기능하는 적어도 하나의 캡핑층을 증착할 수 있다.
This process can be performed in a vacuum PVD system, including vacuum integrated plasma sputtering and vacuum process capability. The M2 layer can then be deposited, preferably without vacuum breakdown. The M2 layer can be deposited, for example, using PVD, such as evaporation of aluminum (thermal or electron beam evaporation of aluminum) or plasma sputtering, followed by deposition of a thin film (about 100 nm to 500 nm thick) nickel or nickel- Antioxidant, and at least one capping layer that functions as a contact layer, such as a tin (Sn) or other solderable material coat.
M2의 PVD 증착 중에 원래의 가열 후 또는 이에 따라서, 전지를 어닐링하여 표면 패시베이션 특성을 개선하고, 표면 재조합 속도를 줄이고 전지 금속화 접촉 및 비아 저항을 줄일 수 있다. 그 다음에, M2는, 예를 들면 펄스 레이저 제거를 사용해서 패터닝되어 베이스 접촉 영역으로부터 에미터를 분리하고, 개별 섬 또는 하위 전지 사이의 적합한 사전 설계된 상호 연결(직렬, 병렬, 또는 이들의 조합)을 형성한다(완전하게 유지한다). 패터닝된 M2는 최종 태양전지 버스바를 포함할 수 있다. 또한, M2의 PVD(플라즈마 스퍼터링 및/또는 증발)에, 그 외의 증착 기술, 예를 들면, 스크린 또는 잉크젯 인쇄, 또는 열 분사 코팅, 또는 아크 플라즈마 분사 코팅, 또는 도금이 사용될 수 있다.
After PVD deposition of M2, the cell can be annealed after or in accordance with the original heating to improve surface passivation properties, reduce surface recombination speed, and reduce cell metallization contact and via resistance. M2 is then patterned using, for example, pulsed laser ablation to separate the emitter from the base contact area and to provide a suitable pre-designed interconnect (serial, parallel, or combination thereof) between the individual islands or sub- (Completely maintained). The patterned M2 may include a final solar cell bus bar. Other deposition techniques, such as screen or inkjet printing, or thermal spray coating, or arc plasma spray coating, or plating, may be used for PVD (plasma sputtering and / or evaporation) of M2.
후측 접촉 태양 전지를 제조하기 위한 다음의 상세한 공정 흐름은, 개시된 대상의 다양한 핵심 형태를 강조하면서 예의 실시형태로서 제공된다. 이러한 공정 흐름은 섬 마스터 전지(아이셀)에 관한 것이지만, 이들은 모노리식 섬 태양전지 구조체를 사용하지 않는 후측 접촉 태양 전지를 형성하는 데에 적용할 수 있는 것을 주목한다. 각 공정 흐름의 특정한 예는 도 33에 제공되는 일반적인 빌딩 블록을 따르고 통상의 엘리먼트의 부호를 공유하는 것으로, The following detailed process flow for fabricating the rear contact solar cell is provided as an exemplary embodiment, highlighting various core features of the disclosed subject matter. Note that this process flow relates to island master cells (Icel), but they can be applied to form a rear contact solar cell that does not use a monolithic island solar cell structure. A particular example of each process flow follows a generic building block provided in Figure 33 and shares the sign of a common element,
- 절삭 손상 제거(SDR), 툴 1은 실리콘 웨이퍼 두께 및 웨이퍼의 양측에 전체 표면 조도(roughness)를 줄인다. SDR은 양측 또는 일측 에칭 툴(배치식 또는 인라인식 디자인)일 수 있다.- Cutting Damage Reduction (SDR),
- 패터닝된 스크린 인쇄 M1 페이스트(예를 들면 알루미늄을 포함하는 적합한 고전도성 프릿 부재 페이스트). PVD 에 의해 형성된 패터닝된 M2 (플라즈마 스퍼터링, 및/또는 증발 및/또는 또 다른 적합한 PVD 방법, 예를 들면, 아크 또는 열 분사) 이어서 증착된 금속층의 펄스 레이저 제거 패터닝; M2는 PVD AL/NiV에 의해 나타내지만, 그 외의 물질 옵션은, Al/Ni, Al/Zn, Cu/Ni, Cu/Zn, 등을 포함한다. 필요에 따라, PVD 구리는 알루미늄 대신에 주요한 M2 전도체로서 사용될 수 있다.
Patterned screen printed M1 paste (for example a suitable highly conductive frit member paste containing aluminum). Patterned M2 (plasma sputtering, and / or evaporation and / or another suitable PVD method, e.g., arc or thermal spray) formed by PVD followed by pulsed laser ablation patterning of the deposited metal layer; M2 is represented by PVD AL / NiV, but other material options include Al / Ni, Al / Zn, Cu / Ni, Cu / Zn, If desired, PVD copper can be used as the primary M2 conductor instead of aluminum.
- 아이셀의 모노리식 태양전지 섬의 트렌치 분리 영역을 형성하기 위한 구획 레이저 스크라이빙 단계(공정 흐름에서 "아이셀"커팅/스크라이빙/트렌칭으로 칭할 수 있다). 도 34a를 참조하면, 이러한 레이저 구획 스크라이빙(툴 12)에서는, 단일 웨트 가공 장비에 결합된 흐름 및 툴 11 및 13으로부터 제거될 수 있 (즉, 섬 구획이 없는 15 공정 툴은 도 34a의 흐름 중 섬 구획을 포함하는 17 공정 툴과 비교한다) - 모든 공정 흐름 단계에 해당하는 공정 제거 단계
A compartment laser scribing step (which can be referred to as "Icel" cutting / scribing / trenching in the process flow) to form the trench isolation region of the island of monolithic solar cells of the icel. Referring to FIG. 34A, in this laser compartment scribing (tool 12), it is possible to remove from the flow and
- 실리콘 후측 에칭 단계를 수행하면, 얇거나 두꺼운 흡수체 Si가 형성될 수 있지만, 흡수체 두께를 약 50 내지 80 마이크론의 범위로 감소하고(도 34a의 툴 11, 이러한 툴 부호는 상이한 공정 흐름 실시형태에서 변화하는 것을 유의한다), 텍스처링 에칭 공정 중 또 다른 5 내지 15 마이크론 두께로 감소하고(도 34a에서 툴 13, 이러한 부호는 상이한 공정 흐름 실시형태에서 변화하는 것을 유의한다), 최종 실리콘 흡수체 두께가 약 35 내지 75 마이크론이다.
-Silicon backside etching step, a thin or thick absorber Si can be formed, but the absorber thickness is reduced to a range of about 50 to 80 microns (
-트렌치 분리 영역은, Si 에칭 후측(웨이퍼 박막화) 전에, Si 후측 에칭과 전지 태양측(전측) 텍스처링 사이, 또는 공정 흐름 구속 및 소망의 전지 구조체에 따라 백플레인 적층 후 임의의 지점에서 형성될 수 있다(공정 흐름 중 "아이셀" 스크라이빙/커팅/트렌칭으로 칭할 수도 있다).
The trench isolation region can be formed at any point after the Si etch back side (wafer thinning), between the Si back side etch and the solar sun side (front side) texturing, or according to the process flow confinement and desired cell structure (Also referred to as "icel " scribing / cutting / trenching in the process flow).
- 공정 흐름은 쿼시 모노 또는 CZ n형 Si 웨이퍼로 개시할 수 있다.- The process flow can be initiated with quasi mono or CZ n-type Si wafers.
- 분리 트렌치는 Si 후측 에칭 (웨이퍼 박막화) 후 펄스 ns 레이저 스크라이빙을 사용해서 형성된다.- The isolation trenches are formed using Si n-side etching (wafer thinning) followed by pulse ns laser scribing.
- Al 페이스트 및 퍼니스 어닐링 가공을 사용해서 패터닝된 M1을 형성한다.
- Al patterned M1 is formed using an Al paste and a furnace annealing process.
도 34a 내지 34d는 맞물려진 후측 접촉 태양 전지를 제조하는 공정 흐름 실시형태로, 베이스 전도성에 대해 FSF 또는 BSF가 형성되지 않고 , 즉 베이스 저항을 줄이기 위해 n형 베이스 중에 추가의 n+ 도핑이 사용되지 않는다. 흐름 34a 및 34b는 M2에 대해 PVD의 인시투 마스킹 유무에 따라 흐름을 기재하고 섬 레이저 커팅("아이셀 펄스 ns 레이저 스크라이빙")은 Si 박막화 후측 에칭 및 태양측 텍스처링/텍스처링 후 세정 사이에서 수행된다. 흐름 34a는 레이저 제거 패터닝을 사용하고 M2의 인시투 PVD 마스킹이 없는 PVD M2를 도시한다. 흐름 34b는 패터닝된 M2에 대해 인시투 PVD 쉐도우 마스킹을 포함하는 PVD M2를 도시한다. 흐름 34c 및 34d는 M2에 대한 PVD의 인시투 쉐도우 마스킹 유무에 따른 흐름을 기재하고, 섬 레이저 커팅은 Si 후측 에칭 전에 수행한다(툴 카운트를 1씩 줄인다). 흐름 34c는 펄스 레이저 제거 패터닝을 사용하고 M2의 인시투 PVD 쉐도우 마스킹 없는 PVD M2를 도시한다. 흐름 34d는 패터닝된 M2의 인시투 PVD 쉐도우 마스킹을 포함하는 PVD M2를 도시한다.
34A-34D are process flow embodiments of fabricating a meshed rear-side contact solar cell in which no FSF or BSF is formed for base conductivity, i.e. no additional n + doping is used in the n-type base to reduce the base resistance . Flows 34a and 34b describe the flow according to the presence or absence of in-situ masking of PVD for M2 and the islands laser cutting ("Icel pulse ns laser scribing") is performed between cleaning after Si thinning backside etching and sun side texturing / do. Flow 34a illustrates PVD M2 using laser ablation patterning and without in-situ PVD masking of M2. Flow 34b shows PVD M2 including an in-situ PVD shadow masking for patterned M2. Flows 34c and 34d describe the flow with and without in-situ shadow masking of PVD for M2, and the islands laser cutting is performed before the Si backside etch (reducing the tool count by one). Flow 34c depicts PVD M2 without pulsed laser ablation patterning and M2's in-situ PVD shadow masking. Flow 34d shows PVD M2 including the in-situ PVD shadow masking of the patterned M2.
도 35a 내지 35d는 베이스 전도성에 대한 매립된 BSF 를 포함하는 맞물려진 후측 접촉 태양전지를 제조하기 위한 공정 흐름 실시형태로서, 즉 베이스 저항을 감소하기 위한 n형 베이스에서 추가의 n+ 도핑, SDR 후 POCl3 도핑을 사용하고, 이어서 POCl3 유리 에칭 + Si 에칭을 사용하는 공정을 도시한다. 흐름 35a 및 35b는 M2에 대해 PVD의 인시투 쉐도우 마스킹 유무에 따른 흐름을 기재하고 섬 레이저 커팅은 Si 후측 에칭 및 텍스처링/텍스처링 후 세정 사이에서 수행된다. 흐름 35a는 펄스 레이저 제거 패터닝을 사용하고 M2의 인시투 PVD 쉐도우 마스킹을 포함하지 않는 PVD M2를 도시한다. 흐름 35b는 패터닝된 M2의 인시투 PVD 쉐도우 마스킹을 포함하는 PVD M2를 도시한다. 흐름 35c 및 35d는 M2에 대한 PVD의 인시투 쉐도우 마스킹 유무에 따른 흐름을 기재하는 것으로, 섬 레이저 커팅은 Si 후측 에칭 전에 수행된다(툴 카운트를 1씩 줄인다). 흐름 35c는 펄스 레이저 제거 패터닝을 사용하고 M2의 인시투 PVD 쉐도우 마스킹을 사용하지 않는 PVD M2를 도시한다. 흐름 35d는 패터닝된 M2의 인시투 PVD 마스킹을 포함한 PVD M2 를 도시한다.
Figures 35a through 35d illustrate a process flow embodiment for fabricating an intertwined rear side contact solar cell comprising buried BSFs for base conductivity, i.e. additional n + doping in an n-type base to reduce base resistance, POCl after SDR 3 doping followed by a POCl3 glass etch + Si etch. Flows 35a and 35b describe the flow with and without in-situ shadow masking of PVD for M2, and island laser cutting is performed between cleaning after Si backside etching and texturing / texturing. Flow 35a illustrates PVD M2 employing pulsed laser ablation patterning and not including in-situ PVD shadow masking of M2. And flow 35b shows PVD M2 including an in-situ PVD shadow masking of patterned M2. Flows 35c and 35d describe the flow with and without in-situ shadow masking of PVD for M2, where the islands laser cutting is performed prior to Si backside etch (reducing the tool count by one). Flow 35c shows PVD M2 using pulsed laser ablation patterning and using no in-situ PVD shadow masking of M2. Flow 35d shows PVD M2 containing the in-situ PVD masking of the patterned M2.
도 36a 내지 36d는 베이스 전도성에 대한 매립된 BSF를 포함한, 맞물려진 후측 접촉 태양전지를 제조하기 위한 공정 흐름 실시형태로서, 즉 베이스 저항을 줄이기 위한 n형 베이스 중 추가의 n+ 도핑으로, 인 이온 주입 및 다음의 쉐도우 로 어닐링을 사용하는 공정(이온 주입은 다음의 에미터 베이스 접합 다음 P 피크를 배치한다)을 도시한다. 흐름 36a 및 36b는 M2에 대한 PVD의 인시투 마스킹 유무에 따른 흐름을 기재하고 Si 후측 에칭과 텍스처링/텍스처링 후 세정 사이의 섬 레이저 커팅을 기재한다. 흐름 36a는 펄스 레이저 제거 패터닝을 사용해서 M2의 인시투 PVD 쉐도우 마스킹을 포함하지 않는 PVD M2를 도시한다. 흐름 36b는 패터닝된 M2의 인시투 PVD 쉐도우 마스킹을 포함하는 PVD M2를 도시한다. 흐름 36c 및 36d는 M2에 대한 PVD의 인시투 마스킹 유무에 따른 흐름을 기재하는 것으로, 섬 레이저 커팅은 Si 후측 에칭 전에 수행한다(툴 카운트 1씩 줄인다). 흐름 36c는 펄스 레이저 제거 패터닝을 사용하고 인시투 PVD 쉐도우 마스킹을 포함하지 않는 PVD M2를 도시한다. 흐름 36d는 패터닝된 M2에 대한 인시투 PVD 쉐도우 마스킹을 포함하는 PVD M2를 도시한다.
36A-36D illustrate a process flow embodiment for fabricating a meshed rear-side contact solar cell, including buried BSFs for base conductivity, i.e. with additional n + doping of the n-type base to reduce the base resistance, And a process using annealing with the following shadows (ion implantation places the P peak after the next emitter base junction). Flows 36a and 36b describe flows with and without in-situ masking of PVD for M2 and describe island laser cutting between cleaning after Si back side etching and texturing / texturing. Flow 36a illustrates PVD M2 that does not include the in-situ PVD shadow masking of M2 using pulsed laser ablation patterning. Flow 36b shows PVD M2 including an in-situ PVD shadow masking of patterned M2. Flows 36c and 36d describe flows with and without in-situ masking of PVD for M2, wherein the islands laser cutting is performed prior to Si backside etch (reducing by tool count 1). Flow 36c illustrates PVD M2 employing pulsed laser ablation patterning and not including in-situ PVD shadow masking. Flow 36d shows PVD M2 containing an in-situ PVD shadow masking for the patterned M2.
도 38a 내지 38d는 베이스 전도성에 대해 레이저 도핑된 FSF 를 포함하는 맞물려진 후측 접촉 태양전지를 제조하기 위한 공정 흐름 실시형태로서, 즉 베이스 저항을 줄이기 위해, n형 베이스 중에 추가의 n+ 도핑을 포함하고, Si 후측 에칭과 텍스처링/세정 후에 전측 상에 레이저 도핑을 사용하는 공정을 도시한다(펄스 ns 레이저 도핑은 텍스처링 후 다공성 액체 소스를 적용한 후 행해진다). 레이저 도핑된 FSF는 2개의 목적이 있다: 향상된 전측 패시베이션 및 감소된 베이스 저항(예를 들면, 도핑 깊이 ~0.1 내지 0.5 마이크론, 표면 농도 ~1E17 내지 5E19 cm-3, 깊은 도핑에 대해 낮은 표면 농도 및 그 반대)
38A-38D illustrate a process flow embodiment for fabricating a meshed rear-side contact solar cell comprising a laser-doped FSF for base conductivity, i. E. To reduce the base resistance, , Using laser doping on the front side after Si backside etching and texturing / cleaning (pulse ns laser doping is done after applying a porous liquid source after texturing). The laser doped FSF has two purposes: improved front passivation and reduced base resistance (e.g., a doping depth of 0.1 to 0.5 microns, a surface concentration of 1E17 to 5E19 cm -3 , Low surface concentration for deep doping and vice versa)
도 38a 및 38b는 M2에 대해 PVD의 인시투 마스킹 유무에 따른 흐름을 기재하는 것으로, 섬 레이저 커팅은 Si 후측 에칭과 텍스처링/텍스처링 후 세정 사이에 있다. 흐름 38a는 펄스 레이저 제거 패터닝을 사용하고 M2의 인시투 PVD 쉐도우 마스킹을 포함하지 않는 PVD M2를 도시한다. 흐름 38b는 패터닝된 M2에 대해 인시투 PVD 쉐도우 마스킹을 포함하는 PVD M2를 도시한다. 흐름 38c는 펄스 레이저 제거 패터닝을 사용하고 M2의 인시투 PVD 쉐도우 마스킹을 포함하지 않는 PVD M2에 대한 것이다. 흐름 38d는 패터닝된 M2의 인시투 PVD 쉐도우 마스킹을 포함하는 PVD M2를 도시한다.
Figures 38A and 38B describe the flow with and without in-situ masking of PVD for M2, where the island laser cutting is between cleaning after Si back side etch and texturing / texturing. Flow 38a illustrates PVD M2 employing pulsed laser ablation patterning and not involving in-situ PVD shadow masking of M2. Flow 38b shows PVD M2 containing an in-situ PVD shadow masking for the patterned M2. Flow 38c is for PVD M2 that uses pulsed laser ablation patterning and does not include the in-situ PVD shadow masking of M2. Flow 38d shows PVD M2 including the in-situ PVD shadow masking of the patterned M2.
도 39a 내지 39d는 베이스 전도성에 대해 펄스 레이저 FSF를 포함하는 맞물려진 후측 접촉 태양전지를 제조하기 위한 공정 흐름 실시형태로서, 즉 베이스 저항을 줄이기 위해 n형 베이스 중 추가의 n+ 도핑하는 것으로, Si 후측 에칭 및 텍스처링/세정 후 전측 상에 레이저 도핑을 사용하는 공정을 도시하고(펄스 ns 또는 ps 레이저는 n+ 인또는 비소 도핑된 비정질 Si의 250 nm 이하의 박막 층을 증착한 후 인가되어, 베이스 저항을 줄이고, 표면 농도 ~1E17 내지 5E20 cm-3이고, 두꺼운 n+ 비정질 Si에 대해 낮은 표면 농도 또는 그 반대가 사용됨).
39A-39D are process flow embodiments for fabricating a meshed rear-side contact solar cell comprising a pulsed laser FSF for base conductivity, i.e. additional n + doping of the n-type base to reduce the base resistance, (A pulse ns or ps laser is applied after depositing a thin film layer of 250 nm or less of n + phosphorous or arsenic doped amorphous Si, , Surface concentration ~ 1E17 to 5E20 cm -3 , low surface concentration for thick n + amorphous Si, or vice versa).
도 39a 내지 39b는 M2에 대한 PVD의 인시투 마스킹 유무에 따른 흐름을 기재하고 섬 레이저 커팅이 Si 후측 에칭과 텍스처링/텍스처링 후 세정 사이에 있다. 흐름 39a는 펄스 레이저 제거 패터닝을 사용하고 M2의 인시투 PVD 쉐도우 마스킹을 포함하지 않는 PVD M2를 도시한다. 흐름 39b는 패터닝된 M2에 대해 인시투 PVD 쉐도우 마스킹을 포함하는 PVD M2를 도시한다. 흐름 39c 및 39d는 M2에 대한 PVD의 인시투 마스킹 유무에 따른 흐름을 기재하고, 섬 레이저 커팅은 Si 후측 에칭 전에 있다(툴 카운트는 1씩 줄인다). 흐름 39c는 펄스 레이저 제거 패터닝을 사용하고 M2의 인시투 PVD 쉐도우 마스킹을 포함하지 않는 PVD M2 를 도시한다. 흐름 39d는 패터닝된 M2에 대한 인시투 PVD 쉐도우 마스킹을 포함하는 PVD M2를 도시한다.
Figures 39a-39b illustrate the flow with and without in-situ masking of PVD for M2, and island laser cutting is between cleaning after Si backside etch and texturing / texturing. Flow 39a illustrates PVD M2 employing pulsed laser ablation patterning and not including in-situ PVD shadow masking of M2. And flow 39b shows PVD M2 including in-situ PVD shadow masking for patterned M2. Flows 39c and 39d describe the flow with and without in-situ masking of PVD for M2, and the island laser cutting is before the Si backside etch (the tool count is reduced by one). Flow 39c illustrates PVD M2 employing pulsed laser ablation patterning and not including in-situ PVD shadow masking of M2. Flow 39d shows PVD M2 containing an in-situ PVD shadow masking for the patterned M2.
도 40a 내지 40d는 베이스 전도성에 대해 이온 주입 FSF를 포함하는 맞물려진 후측 접촉 태양전지를 제조하기 위한 공정 흐름 실시형태로서, 즉 베이스 저항을 줄이기 위해 n형 베이스 중에 추가의 n+도핑을 사용하고, 인 또는 비소를 텍스처링된 태양측 상에 이온 주입한 후, 레이저 어닐링하여 Si 후측 에칭 및 텍스처링/세정된 이온 주입된 도펀트를 활성화한다(n+인 또는 비소 도핑된 층의 박막, 예를 들면 500 nm 이하의 주입층을 주입한 후 펄스 ns 레이저를 인가하여 베이스 저항을 줄이고, 표면 농도 ~1E17 내지 5E20 cm-3이고, 두꺼운 n+ 비정질 Si에 대해 낮은 표면 농도, 및 그 반대가 사용된다).
Figures 40A-40D illustrate a process flow embodiment for fabricating a meshed rear-side contact solar cell comprising an ion implanted FSF for base conductivity, i.e. using additional n + doping in the n-type base to reduce the base resistance, Or arsenic is implanted on the textured sun side and then laser annealed to activate the Si backside etched and textured / cleaned implanted dopant (thin film of n + phosphorous or arsenic doped layer, e.g., less than 500 nm After implanting the injection layer, a pulsed ns laser is applied to reduce the base resistance, surface concentration ~ 1E17 to 5E20 cm -3 , low surface concentration for thick n + amorphous Si, and vice versa.
흐름 40a 및 40b는 M2에 대해 PVD의 인시투 마스킹 유무에 따른 흐름을 기재하고, 섬 레이저 커팅은 Si 후측 에칭과 텍스처링/텍스처링 후 세정 사이에 수행된다. 흐름 40a는 펄스 레이저 제거 패터닝을 사용하고 인시투 PVD 쉐도우 마스킹을 포함하지 않는 PVD M2를 도시한다. 흐름 40b는 패터닝된 M2에 대해 인시투 PVD 쉐도우 마스킹을 사용한 PVD M2를 도시한다. 흐름 40c 및 40d는 M2에 대해 PVD의 인시투 마스킹 유무에 따른 흐름을 기재하고, 섬 레이저 커팅은 Si 에칭 후측 전에 수행된다(툴 카운트는 1씩 감소시킨다). 흐름 40c는 펄스 레이저 제거 패터닝을 사용하고 M2의 인시투 PVD 쉐도우 마스킹을 사용하지 않는 PVD M2를 도시한다. 흐름 40d는 패터닝된 M2에 대해 인시투 PVD 쉐도우 마스킹을 사용하는 PVD M2를 도시한다.
Flows 40a and 40b describe flows with and without in-situ masking of PVD for M2, and island laser cutting is performed between cleaning after Si backside etching and texturing / texturing. Flow 40a illustrates PVD M2 employing pulsed laser ablation patterning and not including in-situ PVD shadow masking. Flow 40b shows PVD M2 using in-situ PVD shadow masking for patterned M2. Flows 40c and 40d describe flows with and without in-situ masking of PVD for M2, and island laser cutting is performed before the Si etch back side (tool count is decremented by 1). Flow 40c illustrates PVD M2 employing pulsed laser ablation patterning and not using in-situ PVD shadow masking of M2. Flow 40d shows PVD M2 using in-situ PVD shadow masking for patterned M2.
도 41a 내지 41d는 베이스 전도성에 대해 가스 침지 FSF를 포함하는 맞물려진 후측 접촉 태양전지를 제조하기 위한 공정 흐름 실시형태로서, 즉 베이스 저항을 줄이기 위해 n형 베이스 중 추가의 n+ 도핑을 사용하고, Si 후측 에칭 및 텍스처링/세정 후 전측 상에 PH3 중 레이저 가스 침지 도핑을 사용하는 공정(FSF 깊이~ 0.1 내지 0.3 ㎛)이 도시된다 (베이스 저항을 줄이기 위해 가스 침지 레이저 도핑에 대해 펄스 ns 레이저가 사용되고, 표면 농도 ~1E18 to 5E20 cm-3, 깊은 도핑 영역에 대해 낮은 표면 농도가 사용되고, 그 반대가 사용된다).
Figures 41a-41d illustrate a process flow embodiment for fabricating a meshed rear-side contact solar cell comprising a gas immersion FSF for base conductivity, i.e. using additional n + doping of the n-type base to reduce the base resistance, (FSF depth ~ 0.1-0.3 mu m) using PH3 laser gas immersion doping on the front side after backside etching and texturing / cleaning (a pulse ns laser is used for gas immersion laser doping to reduce the base resistance, Surface concentration ~ 1E18 to 5E20 cm -3 , low surface concentration is used for the deep doping region, and vice versa).
흐름 41a 및 41b는 M2에 대한 PVD의 인시투 마스킹 유무에 따른 흐름을 기재하고 섬 레이저 커팅은 Si 후측 에칭과 텍스처링/텍스처링 후 세정 사이에 수행된다. 흐름 41a는 펄스 레이저 제거 패터닝을 사용하지 않고 M2의 인시투 PVD 쉐도우 마스킹을 사용하지 않는 PVD M2를 도시한다. 흐름 41b는 패터닝된 M2에 대해 인시투 PVD 쉐도우 마스킹을 사용하는 PVD M2를 도시한다.
Flows 41a and 41b describe the flow with and without in-situ masking of PVD for M2 and island laser cutting is performed between cleaning after Si backside etching and texturing / texturing. Flow 41a illustrates PVD M2 without using pulse laser ablation patterning and without using in-situ PVD shadow masking of M2. Flow 41b shows PVD M2 using in-situ PVD shadow masking for patterned M2.
도 42는 베이스 저항에 대해 FSF 또는 BSF가 사용되지 않고, PV-Al/NiV 및 M1의 레이저 제거 패터닝을 사용해서 분리 트렌치의 펄스 ns 레이저 스크라이빙을 수행하는 맞물려진 후측 접촉 태양 전지를 제조하기 위한 공정 흐름 실시형태이다.
Figure 42 illustrates the fabrication of a meshed rear contact solar cell that performs pulsed ns laser scribing of the isolation trenches using FSF or BSF for the base resistor and laser ablation patterning of PV-Al / NiV and < RTI ID = ≪ / RTI >
도 43은 사전 에칭 두꺼운 실리콘 상에 분리 트렌치의 펄스 ns 레이저 스크라이빙을 사용하는 맞물려진 후측 접촉 태양전지를 제조하기 위한 공정 흐름 실시형태이다.
Figure 43 is a process flow embodiment for fabricating a meshed backside contact solar cell using pulsed ns laser scribing of isolation trenches on a pre-etched thick silicon.
이들 중에서 제1금속(M1) 층에 대한 상이한 금속화 옵션은, 스크린 인쇄 또는 스텐실 인쇄, 또는 다음의 소결단계를 포함하는 DC 마크네트론 플라즈마 스퍼터링 공정과 같은 물리적 증착(PVD)를 사용하는 증착, 예를 들면 , 펄스 레이저 제거 패터닝을 사용하는 증착을 포함한다. 이들 중에서, M1 물질 선택은, 스크린 인쇄 알루미늄(A1), 실리콘 및/또는 게르마늄 함량을 갖는 알루미늄, 알루미늄 및 은 조합(상이한 금속은 에미터 및 베이스에 대해 사용된다), 또한 예를 들면 잉크젯 인쇄를 사용해서 패터닝된 또는 블랭킷 방법으로 증착된 니켈을 포함한다. M1 PVD에 대한 물질 선택은, 또한 Al, Al과 Si 및/또는 Ge, 이어서 Ni 또는 NiV를 포함한다. 하기 나타낸 농도는 M1에 대한 물질 선택에 관한 중량이다.
Of these, the different metallization options for the first metal (M1) layer may be deposited using physical vapor deposition (PVD) such as screen printing or stencil printing, or a DC marketron plasma sputtering process including the following sintering steps, For example, deposition using pulsed laser ablation patterning. Among them, the M1 material selection is selected from the group consisting of screen printed aluminum (Al), aluminum, aluminum and silver combinations with silicon and / or germanium content (different metals are used for the emitter and base) ≪ / RTI > and nickel deposited by blanket method. Material selection for M1 PVD also includes Al, Al and Si and / or Ge followed by Ni or NiV. The concentrations shown below are weights for material selection for M1.
스크린 인쇄 패터닝 Al 페이스트 및 로 어닐링 대신에, PVD Al/NiV를 사용하는 이점(1 내지 2㎛ 분율의 Al 및 0.1㎛ 내지 0.50㎛의 비교적 얇은 NiV) 및 펄스 레이저 제거의 이점은 PVD가 매우 낮은 근-벌크 Al 저항 ~2.7μΩ, 경화된 Al 저항보다 거의 낮은 약 15x 내지 100x 의 팩터를 제공해서 약 1 ㎛ 내지 약 2㎛ 이하의 분율로 필요한 Al층을 감소시키는(Al 페이스트에 대해 약 15㎛ 내지 30+㎛와 비교) 사실을 포함한다.
Screen Printing Patterning Advantages of using PVD Al / NiV instead of Al paste and furnace annealing (1 to 2 탆 Al and relatively thin NiV of 0.1 탆 to 0.50 탆) - a bulk Al resistance to 2.7 [micro] [Omega], a factor of about 15x to 100x nearly lower than the cured Al resistance to reduce the required Al layer in a fraction of about 1 [mu] m to about 2 [ 30 + mu m).
페이스트에 비해 훨씬 얇은 PVD Al은 얇은 실리콘 상의 M1 응력을 줄이고 스크린 인쇄된 Al 페이스트에 비해 훨씬 얇은 PVD Al은 훨씬 얇은 PVD Al 층을 포함한 패터닝된 M1 상의 표면 토포그래피의 감소로 인해 백플레인 적층을 용이하게 한다. 공정 흐름으로부터 스크린 인쇄 공정을 제거하면, 생성 라인에서 기계적 수율을 높일 수 있는데, 이는 스크린 인쇄는 생성 라인에서 웨이퍼 파손의 주요한 원인일 수 있기 때문이다(단지 흐름 중 접촉 형태의 툴). 스크린 인쇄를 제거하면, 심각한 파손 없이 얇고 저렴한 스타팅 웨이퍼를 사용할 수 있다. PVD A1은 또한 Al 페이스트보다 훨씬 순수하므로(예를 들면, Fe과 같은 불순물이 훨씬 작다) 잠재적으로 높은 Voc 높은 전지 효율을 얻을 수 있다. PVD Al은 전체의 M1 저항을 줄이고 플러그/접촉 저항을 통해 낮은 M2-M1을 제공해서 백플레인 내에 드릴링된 필요한 비아홀의 수를 줄이고, 백플레인 레이저 드릴링 공정에 대한 생산성이 높아질 수 있다.
Much thinner PVD Al compared to paste reduces M1 stress on thin silicon and much thinner PVD Al compared to screen printed Al pastes facilitates backplane lamination due to reduced surface topography on patterned M1 with a much thinner PVD Al layer do. Removing the screen printing process from the process stream can increase the mechanical yield in the production line because screen printing can be a major cause of wafer breakage in the production line (a tool in contact form only in flow). By eliminating screen printing, a thin, low-cost starting wafer can be used without severe breakage. PVD A1 is also much more pure than Al paste (for example, impurities such as Fe are much smaller) and potentially high Voc high cell efficiency can be obtained. PVD Al reduces overall M1 resistance and provides a lower M2-M1 through plug / contact resistance, reducing the number of required via holes drilled in the backplane and increasing productivity for backplane laser drilling processes.
스크린 인쇄된 Al 대신에 PVD Al/NiV 및 펄스 레이저 제거를 사용하는 단점은, 백플레인 드릴링 중에 훨씬 얇은 PVD Al M1을 통해 펀칭될 위험성이 있다. 예를 들면 레이저 제거의 경우, 필요한 패터닝 단계는 Al/NiV 레이저 제거 손상 위험성이 있고 태양 전지 내에서 소수의 캐리어 수명이 감소한다. 또한, PVD와 레이저 제거 툴셋은 또한 다음의 로 경화에 의한 스크린 인쇄에 비해 높은 Capex 비용이 든다.
The disadvantage of using PVD Al / NiV and pulsed laser removal instead of screen printed Al is the risk of punching through much thinner PVD Al M1 during backplane drilling. For example, in the case of laser removal, the required patterning step is a risk of damage to the Al / NiV laser, and a small number of carrier lifetimes in the solar cell are reduced. In addition, PVD and laser removal toolset also have higher capex costs compared to the following hard-cured screen prints.
이전에 기재된 공정 흐름에서, M1에 대한 스크린 인쇄된 알루미늄 층을 PVD Al/NiV 로 교체하고, 이어서 Al/NiV의 펄스 레이저 제거를 수행한다. 공정, 예를 들면 우수하고 낮은 오염 접촉 형성을 위한 낮은 PVD 층을 사용하고, 이어서 스크린 인쇄된 두꺼운 층을 사용해서, 정지시키기 위해 홀 드릴 공정을 통해 레이저의 두꺼운 랜딩 패드층을 제공한다. 이러한 제2층 공정은, 바람직하지 않은 얇은 PVD 층을 제거하기 위한 다음의 에칭 및 패터닝 공정 위한 마스크로서 기능할 수 있고, 따라서 레이저 제거 공정 및 후면 패시베이션을 손상시키는 것에 관련된 위험성을 피할 수 있다. 즉, 스크린 인쇄층은 선택적 에칭 및 금속 결합에 의해 PVD 에칭의 마스크로서 기능하고, 스크린 인쇄층보다 높은 속도로 PVD 층의 선택적 에칭을 가능하게 한다. 또한, 에칭은 적은 선택적 약품에 의해 수행될 수 있고, 스크린 인쇄 영역 내의 금속이 PVD 만의 영역 내에서 금속보다 매우 두꺼운 것에 의존한다. 후자의 경우, 에칭은 시기 적절하게 수행될 필요가 있다.
In the process flow described previously, the screen printed aluminum layer for M1 is replaced by PVD Al / NiV followed by pulsed laser ablation of Al / NiV. Process, for example using a low PVD layer for good, low contamination contact formation, and then using a screen printed thick layer, to provide a thick landing pad layer of laser through the hole drilling process. This second layer process can serve as a mask for subsequent etching and patterning processes to remove undesirable thin PVD layers and thus avoid the risks associated with damaging the laser removal process and back passivation. That is, the screen printing layer functions as a mask of PVD etching by selective etching and metal bonding, and enables selective etching of the PVD layer at a higher rate than the screen printing layer. Also, the etching can be performed by a less selective agent, and depending on whether the metal in the screen printing area is much thicker than the metal in the area of the PVD alone. In the latter case, the etching needs to be performed in a timely manner.
M1층에 대한 추가의 공지된 옵션은 개시된 공정 흐름에 통합될 수 있다. 예를 들면, 다소 낮은 온도 공정을 사용해서 실리사이드로 전환될 수 있는 매우 얇은 층을 증착할 수 있다. 예를 들면, 니켈 또는 코발트 및 니켈 실리사이드 또는 코발트 실리사이드의 형성이다. 그 외의 물질, 예를 들면 티타늄 및 그 외의 내열금속이 가능하고, 니켈은 실리콘 소비가 적고 실리사이드화 반응 온도가 낮아서 바람직할 수 있다. 니켈 실리사이드는 접촉영역에서 예를 들면 펄스 피코초 또는 펨토초 레이저 제거 공정을 사용해서 단지 이전에 개방된(산화물이 제거된) 접촉 영역 내에서만 형성된다. 니켈 증착(PVD 에 의해) 및 열 어닐링 후, 니켈 실리사이드는 니켈이 실리콘과 접촉하는 개방 영역에서만 형성된다. 그 다음에, 남은 미반응 니켈이 유전체 영역으로부터 박리되고 국소 자기 배열 접촉을 형성할 수 있다. 실리사이드를 갖는 접촉 저항이 비교적 작기 때문에, 이러한 공정은 전체 접촉 영역 비율이 감소해서 전체의 후면 재조합 속도(BSRV) 를 줄이고, 개방 회로 전압을 높이고 얻어진 전지 효율을 높일 수 있다. 이러한 실리사이드화는 예를 들면 반응될 니켈 도트의 잉크젯 증착을 사용하여 국소 니켈 증착과 함께 수행함으로써, 다른 영역으로부터 미반응 니켈을 선택적으로 웨트 에칭할 필요성을 제거할 수 있다.
Additional known options for the M1 layer can be incorporated into the disclosed process flow. For example, a very thin layer can be deposited that can be converted to suicide using a rather low temperature process. For example, the formation of nickel or cobalt and nickel suicide or cobalt suicide. Other materials such as titanium and other heat resistant metals can be used, and nickel is preferable because it consumes less silicon and has a low silicidation reaction temperature. The nickel suicide is formed only in the contact area, for example, only in the previously opened (oxide-free) contact area using a pulse picosecond or femtosecond laser ablation process. After nickel deposition (by PVD) and thermal annealing, the nickel suicide is formed only in the open region where the nickel contacts the silicon. The remaining unreacted nickel may then be stripped from the dielectric region and form a local self-aligned contact. Since the contact resistance with silicide is relatively small, this process can reduce the overall contact area ratio, thereby reducing the overall rearrangement speed (BSRV), increasing the open circuit voltage and increasing the cell efficiency obtained. This silicidation can be done, for example, with local nickel deposition using inkjet deposition of the nickel dots to be reacted, thereby eliminating the need to selectively wet etch unreacted nickel from other regions.
제시된 공정 및 얻어진 전지 구조체는, 특히 얇거나 얇아진 흡수체층과 함께 증가된 유연성을 갖는 전지 디자인을 제공하도록 유연한 CTE 메칭된 백플레인을 이용할 수 있다. 흡수체층은, 예를 들면 커프리스 공정에 의해서 얻어진 템플레이트 상에 증착된 에피택셜 박막 성장으로서 형성된 이미 박막일 수 있다(약 80㎛ 미만). 또는, 예를 들면 재사용 가능한 템플레이트 상에 두꺼운 증착된 에피택셜 성장으로 형성될 때 또는 두꺼운(약 100 내지 180㎛) 스타팅 CZ 또는 달리 결정질 웨이퍼의 경우 적층 후 박막화를 필요로 할 수 있다. 전지 유연성은 그 자체가 유연한 모듈 캡슐 개념에, 예를 들면 매우 얇고, 가볍고 유연한 모듈을 제공하는 유리 부재 모듈에 제공된다. 이러한 동일한 유연한 모듈특성은 이러한 제조 모듈에 대한 설비 및 전체 시스템 밸런스(balance of system, BOS) 비용을 감소시킬 수 있다.
The process presented and the resulting cell structure can utilize a flexible CTE-matched backplane to provide a cell design with increased flexibility, particularly with a thinner or thinner absorber layer. The absorber layer can be an already thin film (less than about 80 [mu] m) formed, for example, as an epitaxial thin film growth deposited on a template obtained by a cuffless process. Or may require thinning after thick deposition epitaxial growth on, for example, reusable templates, or after lamination in the case of thick (about 100 to 180 μm) starting CZ or otherwise crystalline wafers. Battery flexibility is provided in the glass module itself, which provides a flexible module capsule concept, for example a very thin, light and flexible module. This same flexible module characteristic can reduce the cost of equipment and overall balance of system (BOS) costs for such manufacturing modules.
또한, 후측 구조체의 패터닝 방법이 제공된다(M1에 대한 에미터 및 베이스 접합 영역 또한 접촉 영역 개방은 에미터 및 베이스 접촉 영역에 접촉할 수 있다). 일반적으로, 후면 재조합 속도는 높은 성능의 IBC 전지에 대해 낮게 유지된다. 레이저 가공에 의해 야기될 수 있는 구조체 영역에 대한 손상은, BRSV에 대해 불리할 수 있고, 얻어질 수 있는 개방 회로 전압 성능에 대해 불리할 수 있다. 후측의 구조체화가 펄스 레이저 제거에 의해 선택적 산화물의 제거, 예를 들어 레이저를 사용하는 중심 영역으로부터 도핑된 유리의 제거에 의존하기 때문에, 레이저 공정으로부터 손상을 줄이고 및/또는 피하도록 주의해야 한다. 펄스 피코초 및 펨토초 레이저는 이러한 손상을 피할 수 있지만, 여전히 다수의 잔류 손상이 남을 수 있어서 얻어진 전지 효율을 감소시킬 수 있다.
A method of patterning the rear structure is also provided (the emitter and base junction regions for M1 also contact region openings can contact the emitter and base contact regions). Generally, the rear recombination rate is kept low for a high performance IBC cell. Damage to the structure area, which can be caused by laser machining, may be disadvantageous for BRSV and may be disadvantageous to the open circuit voltage performance that can be achieved. Care must be taken to reduce and / or avoid damage from the laser process, since the rearward structuring depends on the removal of selective oxides by pulse laser ablation, for example, the removal of doped glass from the central region using a laser. Pulse picosecond and femtosecond lasers can avoid this damage, but still have a large number of residual damage, which can reduce the efficiency of the resulting cell.
또 다른 공정으로서, 층 마스킹 및 후속의 레이저를 사용한 층 마스킹 패터닝의 사용이 제공되고, 예를 들면 산화물 제거는 완충 또는 완충되지 않는 불화수소산과 같은 웨트 에칭 단계를 사용해서 수행된다. 도 44a 및 44b의 단면도는 이러한 개념을 설명한다. 도 44a는 실리콘 층 상에 BSG(또는 PSG)의 ps 레이저를 사용하는 직접적인 산화물 제거를 나타내는 단면도이다. 레이저 제거 개방(520)은 Si층(524)을 노출하는 BSG(또는 PSG) 층(522) 내에 레이저 빔 분포(526)에 의해 형성된다. 유리와 Si계면(528) 및 과잉의 빔 에너지 영역(530)에서 Si 내에 손상된 Si 영역이 형성될 수 있다.
As yet another process, the use of layer masking and layer masking patterning with subsequent lasers is provided, e.g., oxide removal is performed using wet etch steps such as buffered or unbuffered hydrofluoric acid. The cross-sectional views of Figures 44A and 44B illustrate this concept. 44A is a cross-sectional view illustrating direct oxide removal using a PS laser of BSG (or PSG) on a silicon layer. The
도 44b는 실리콘 층 상에 BSG(또는 PSG) 층의 웨트 에칭 개방 및 ps 또는 ns 레이저를 사용해서 하드 마스크의 제거를 나타내는 단면도이다. 레이저 제거 개방(548)은 실리콘층(544) 상의 BSG(또는 PSG)층(542) 상의 하드마스크층(540) 내에 레이저 빔 분포(546)에 의해 형성된다. 하드마스크층(540)은 레지스트 또는 폴리머와 같은 일시적인 하드마스크 또는 a-Si와 같은 영구적인 하드마스크일 수 있다. 웨트 에칭은 실리콘층(544) 내에 손상이 없는 영역(550)을 노출하는 웨트 에칭 개방(552)을 형성한다. 예를 들면, 마스킹층은 증착된 유리 상에 비정질 실리콘 형태로 적용되고, 일부 예에서, 동일한 대기압의 증착 툴로 또는 PECVD 또는 PVD를 사용해서 적용될 수 있다. 얇은(약 50 내지 약 수백 옹스트롱) 비정질 Si(a-Si)는 선택적으로 레이저로 제거되고 다음의 에칭 단계에 대해 하드마스크층을 제공한다. 미처리된 영역에서 제거되지 않은 a-Si가 제거될 필요는 없지만, 후속의 로 어닐링 단계의 일부로 산화될 수 있다. 이러한 공정은, 선택적 에미터 윈도우 및 베이스 윈도우 개방 공정의 경우에 대해 쉽게 수행될 수 있다.
44B is a cross-sectional view illustrating the wet etch opening of the BSG (or PSG) layer on the silicon layer and the removal of the hard mask using a ps or ns laser. A
a-Si의 사용에 대한 대안으로서, 예를 들면 마스킹층은 또한 레지스트 또는 포토레지스트와 같은 폴리머 또는 그 외의 유기 물질로 이루어질 수 있다. 폴리머의 두께는 1 마이크론 미만일 수 있고 적용 방법은 매우 높은 폴리머 또는 레지스트 이용 속도, 예를 들면 롤러 코팅 또는 분사 코팅을 포함할 수 있다. 폴리머 또는 레지스트의 핵심 요건은, 유리에 대해 잘 부착되고 완충되거나 완충되지 않는 HF를 사용하는 산화물 에칭 공정을 지속할 수 있는 것이다.
As an alternative to the use of a-Si, for example, the masking layer may also consist of a polymer such as a resist or photoresist or other organic material. The thickness of the polymer can be less than 1 micron and the application method can include a very high polymer or resist utilization rate, such as roller coating or spray coating. A key requirement of the polymer or resist is that it can sustain an oxide etch process using HF that is well adhered to the glass and is not cushioned or buffered.
일 실시형태에서, 후속의 레이저 단계는 레지스트 또는 폴리머를 제거하고, 그 다음에 유리 최하부는 국소적으로 에칭된 후, 레지스트 폴리머를 박리한다(일부 예에서, 에칭과 동일한 툴로). 이러한 방법은 레이저 가공에 대해 큰 공정 마진을 구입하는데, 이는 폴리머가 a-Si 또는 유리보다 매우 작은 레이저 영향으로 제거되어 접촉 영역이 손상되지 않기 때문이다. 이러한 방법은 피코초 레이저보다 더욱 저렴한 비용으로 작동되는 나노초 레이저를 사용할 수 있다. 이러한 공정은 쉽게 M1 접촉 전에 접촉 개방 레이저 공정 단계에 대해 수행될 수 있는데, 이는 폴리머 또는 레지스트가 유리 에칭 후 제거되기 때문이다.
In one embodiment, the subsequent laser step removes the resist or polymer, then the bottom of the glass is locally etched, and then the resist polymer is stripped (in some instances with the same tool as the etch). This method requires large process margins for laser machining because the polymer is removed with a much smaller laser effect than a-Si or glass and the contact area is not damaged. This method can use nanosecond lasers that operate at a lower cost than picosecond lasers. This process can easily be performed for the contact open laser processing step prior to M1 contact because the polymer or resist is removed after glass etching.
높은 물질 비용의 단점에서, 폴리머 또는 레지스트는, 감광성일 수 있고, 예를 들면, 포지티브 포토레지스트 작용을 사용하고 레이저 공정은 (포토레지스트를 제거하는 것이 아니라)포토레지스트를 노출하다. 이 경우에, 웨트 에칭 단계는 배치 또는 인라인 배쓰 내에서 레지스트를 현상한 후, 국소 유리를 에칭하고, 이어서 레지스트를 제거하고 세정 단계를 수행한다(일부 예에서 모두는 하나의 웨트 툴로 수행됨).
In the disadvantage of a high material cost, the polymer or resist may be photosensitive, for example using a positive photoresist action and the laser process exposing the photoresist (rather than removing the photoresist). In this case, the wet etch step is to develop the resist in the batch or in-line bath, then etch the localized glass, then remove the resist and perform the cleaning step (all in one example performed with one wet tool).
도 45 내지 49는 백플레인 부착 후측 접촉 태양전지를 제작하기 위한 다수의 대표적인 공정을 도시하고, (i) 적층 후 웨트 에칭이 수행되지 않고, (ii) 실리콘 웨이퍼는 SDR 및 텍스처링 공정에 의해 수행된 박막 외에 박막화 되지 않는다. 이러한 공정 흐름은 이전의 공정 흐름에 비해 두꺼운 흡수체층을 갖는 후측 접촉 태양전지를 형성한다(일반적으로 약 100㎛ 내지 약 150㎛). 도 45 내지 49에서, 전측 패시베이션은 수소화 실리콘 질화물 필드 보조 패시베이션층(또한 항반사코팅 또는 ARC로 기능함)과 함께 박막 열 산화물 최하층을 포함한다. 예를 들면, 패시베이션층은 PECVD 수소화 비정질 실리콘 및 실리콘 질화물(박막 열 산화물 부재)의 스택일 수 있다.
45 to 49 illustrate a number of representative processes for fabricating a back contact solar cell with a backplane, wherein (i) no wet etching is performed after lamination, (ii) the silicon wafer is subjected to SDR and the thin film It is not thinned. This process flow forms a rear contact solar cell having a thicker absorber layer compared to the previous process flow (typically about 100 [mu] m to about 150 [mu] m). In Figures 45 to 49, the front passivation includes the thin film thermal oxide bottom layer with a hydrogenated silicon nitride field assisted passivation layer (also acting as antireflective coating or ARC). For example, the passivation layer may be a stack of PECVD hydrogenated amorphous silicon and silicon nitride (thin film thermal oxide member).
도 45 내지 49에서, 벌크 CZ 웨이퍼 후측 접촉 태양전지 공정 흐름은 선택적 에미터를 포함하지 않고 탑-햇 펄스 레이저 제거를 이용하고 레이저 손상 제거 공정을 사용하지 않는다. 도 45는 2개의 APCVD 및 3개의 로를 사용하는 공정 흐름이다. 도 46은 2개의 APCVD 및 3개의 로를 사용하는 공정 흐름이다. 도 49는 1개의 APCVD 및 2개의 로를 사용하는 공정 흐름이다.
In Figures 45-49, the bulk CZ wafer backside contact solar cell process flow does not include an optional emitter and uses top-hat pulse laser ablation and does not use a laser ablation process. Figure 45 is a process flow using two APCVDs and three furnaces. 46 shows a process flow using two APCVD and three furnaces. Figure 49 is a process flow using one APCVD and two furnaces.
이러한 공정 흐름은 선택적 에미터 형성 없이 나타내지만, 이들은 선택적 에미터(예를 들면 하나의 APCVD BSG 및 하나의 펄스 레이저 제거 공정 단계를 추가함으로써)를 포함하도록 확장될 수 있다. 이러한 공정 흐름 실시형태의 주요한 이점은:Although these process flows are shown without selective emitter formation, they can be extended to include selective emitters (e.g., by adding one APCVD BSG and one pulse laser removal process step). The major advantages of this process flow embodiment are:
- 적층 후 웨트 약품 가공은 백플레인 상의 약품의 공격 및 백플레인의 탈리 위험을 제거하지 못한다.- Wet chemical processing after lamination does not eliminate the risk of chemical attack on the backplane and the risk of desorption of the backplane.
- 백플레인 물질에 관련된 임의의 구속 없이 FSF에 대한 펄스 레이저 도핑에 대한 필요성 없이 표준 인 도핑 로를 사용하는 전측 텍스처에 대해 순응하도록 형성될 수 있다.Can be formed to conform to a frontal texture using a standard doping furnace without the need for pulsed laser doping to the FSF without any constraints associated with the backplane material.
- 도 45 내지 49에 도시된 5개의 흐름은 두꺼운 흡수체층을 갖는 후측 접촉 전지를 형성하고(박막 실리콘 흡수체 공정 흐름에 비해), 이들은 스타팅 웨이퍼를 필요로 하고 소수의 캐리어 재조합 수명이 비교적 높고, 상기 제공된 공정 흐름에 의해서 생성된 박막 실리콘 태양 전지와 동일한 높은 효율을 달성할 수 있다.
- the five flows shown in Figures 45-49 form a rear contact cell with a thick absorber layer (compared to a thin film silicon absorber process flow) and they require a starting wafer and a relatively small carrier recombination lifetime, The same high efficiency as the thin film silicon solar cell produced by the provided process flow can be achieved.
예시 실시형태의 상기 설명은 청구된 대상을 제조하거나 사용하기 위해 당업자에게 가능하도록 제공된다. 이러한 실시형태에 다양한 변경은 당업자에 쉽게 명확하게 되고, 본원에 정의된 일반적인 원리는, 혁신적인 설비를 사용하지 않고 그 외의 실시형태에 적용될 수 있다. 따라서, 청구된 대상은 본원에 도시된 실시형태로 제한되지 않지만 본원에 개시된 새로운 특징 및 원리에 일관된 넓은 범위에 부합된다.
The above description of the illustrative embodiments is provided to enable those skilled in the art to make or use the claimed subject matter. Various modifications to these embodiments will be readily apparent to those skilled in the art, and the generic principles defined herein may be applied to other embodiments without the use of innovative facilities. Accordingly, the claimed subject matter is not limited to the embodiments shown herein but is consistent with a broad scope consistent with the novel features and principles disclosed herein.
Claims (16)
광 수용 전측 및 상기 전측에 대향하는 후측을 포함하는 반도체 웨이퍼의 후측 상에 에미터 및 베이스 접촉 영역을 형성하는 단계;
상기 웨이퍼의 후측 상에 제1수준 접촉 금속화를 형성하는 단계;
상기 반도체 웨이퍼의 후측에 전기 절연 백플레인을 부착하는 단계;
상기 반도체 웨이퍼를 복수의 전기적으로 분리된 섬으로 패터닝하는 분리 트렌치를 상기 반도체 웨이퍼 내에서 형성하는 단계;
상기 반도체 웨이퍼를 박막화하는 단계;
상기 전기 절연 백플레인 상에 상기 복수의 섬을 전기적으로 연결하는 금속화 구조체를 형성하는 단계;
를 포함하는, 후측 접촉 후측 접합 태양 전지의 형성 방법.
A method of forming a rear-side contact rear-side solar cell,
Forming an emitter and a base contact region on a rear side of a semiconductor wafer including a light reception front side and a rear side opposite to the front side;
Forming a first level contact metallization on the back side of the wafer;
Attaching an electrically insulated backplane to a rear side of the semiconductor wafer;
Forming an isolation trench in the semiconductor wafer to pattern the semiconductor wafer into a plurality of electrically isolated islands;
Thinning the semiconductor wafer;
Forming a metallization structure that electrically connects the plurality of islands on the electrically insulated backplane;
Wherein the rear-side contact rear-side junction solar cell comprises a back contact side rear junction solar cell.
상기 반도체 웨이퍼 내에서 분리 트렌치를 형성하는 단계는, 상기 반도체 웨이퍼를 완전하게 전기적으로 분리된 복수의 섬으로 구획하는, 후측 접촉 후측 접합 태양 전지의 형성 방법.
The method according to claim 1,
Wherein forming the isolation trench in the semiconductor wafer comprises partitioning the semiconductor wafer into a plurality of completely electrically isolated islands.
상기 반도체 웨이퍼 내에서 분리 트렌치를 형성하는 단계는 상기 반도체 웨이퍼를 부분적으로 전기적으로 분리된 복수의 섬으로 구획하고, 상기 반도체 웨이퍼를 박막화하는 단계는 상기 구획을 종료하고 상기 복수의 섬을 전기적으로 분리하는, 후측 접촉 후측 접합 태양 전지의 형성 방법.
The method according to claim 1,
Wherein forming the isolation trench in the semiconductor wafer comprises partitioning the semiconductor wafer into a plurality of partially electrically isolated islands wherein thinning the semiconductor wafer includes terminating the compartment and electrically isolating the islands Wherein the rear-side contact rear-side junction solar cell is formed by the following method.
에미터 및 베이스 접촉 영역을 형성하기 전에, 상기 반도체 웨이퍼의 후측 상에 후면 필드를 형성하는 단계를 더 포함하는, 후측 접촉 후측 접합 태양 전지의 형성 방법.
The method according to claim 1,
Further comprising forming a backside field on the back side of the semiconductor wafer prior to forming the emitter and base contact regions.
상기 후면 필드는, 열 도핑 증착 및 구동 공정을 사용하여 형성되는, 후측 접촉 후측 접합 태양 전지의 형성 방법.
5. The method of claim 4,
Wherein the backside field is formed using a thermal doping deposition and drive process.
상기 후면 필드는, 도펀트 이온 주입 및 열 어닐링을 사용하여 형성되는, 후측 접촉 후측 접합 태양 전지의 형성 방법.
5. The method of claim 4,
Wherein the backside field is formed using dopant ion implantation and thermal annealing.
상기 반도체 웨이퍼의 박막화 단계는 웨트 에칭 공정인, 후측 접촉 후측 접합 태양 전지의 형성 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the step of thinning the semiconductor wafer is a wet etching process.
상기 반도체 웨이퍼의 박막화 단계는 드라이 에칭 공정인, 후측 접촉 후측 접합 태양 전지의 형성 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the step of thinning the semiconductor wafer is a dry etching process.
상기 반도체 웨이퍼의 박막화 단계는 기계적 연마 공정인, 후측 접촉 후측 접합 태양 전지의 형성 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the thinning step of the semiconductor wafer is a mechanical polishing process.
상기 반도체 웨이퍼의 박막화 단계는, 레이저 스플릿팅 또는 이온 주입을 사용한 분할 공정인, 후측 접촉 후측 접합 태양 전지의 형성 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the thinning step of the semiconductor wafer is a dividing step using laser splitting or ion implantation.
상기 분리 트렌치는 UV 레이저를 사용하여 형성되는, 후측 접촉 후측 접합 태양 전지의 형성 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the isolation trench is formed using a UV laser.
상기 분리 트렌치는 IR 레이저를 사용하여 형성되는, 후측 접촉 후측 접합 태양 전지의 형성 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the isolation trench is formed using an IR laser.
상기 분리 트렌치는 기계적 톱을 사용하여 형성되는, 후측 접촉 후측 접합 태양 전지의 형성 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the separation trench is formed using a mechanical saw.
상기 반도체 웨이퍼를 박막화한 후, 전면 필드를 형성하는 단계를 더 포함하는, 후측 접촉 후측 접합 태양 전지의 형성 방법.
The method according to claim 1,
Further comprising the step of forming a front field after thinning the semiconductor wafer.
상기 전면 필드는, 가스 침지 레이저 도핑을 사용하여 형성되는, 후측 접촉 후측 접합 태양 전지의 형성 방법.
15. The method of claim 14,
Wherein the front field is formed using gas immersion laser doping.
상기 전면 필드는, 레이저로 구동하여 상기 전측 상에 증착되는 도펀트 전구체를 사용하여 형성되는, 후측 접촉 후측 접합 태양 전지의 형성 방법.
15. The method of claim 14,
Wherein the front field is formed using a dopant precursor that is driven by a laser and deposited on the front side.
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