KR20150132279A

KR20150132279A - 과도금을 갖는 독립 금속 물품

Info

Publication number: KR20150132279A
Application number: KR1020157028335A
Authority: KR
Inventors: 스티브 바바얀; 로버트 브레이너드; 아빈드 차리; 알레잔드로 데 라 푸엔터 보른브로크; 벤카테산 무라리; 고팔 프라부; 아서 룬딘; 벤카테스와란 수바라만; 데이비드 테너; 동 수
Original assignee: 지티에이티 코포레이션
Priority date: 2013-03-13
Filing date: 2014-02-26
Publication date: 2015-11-25
Also published as: EP2973738A4; TW201445750A; US20140261661A1; WO2014158586A1; JP2016520708A; EP2973738A1; BR112015022219A2; CN105009302A

Abstract

독립 금속 물품, 및 제조 방법이 개시되며, 금속 물품은 전기 전도성 맨드렐 상에 전기주조된다. 맨드렐은 미리 형성된 패턴을 갖는 외부 표면 층을 갖는다. 외부 표면 층은 유전체 영역 및 노출된 금속 영역을 갖는다. 금속 물품은 전기 전도성 맨드렐의 외부 표면 층의 노출된 금속 영역 상에 형성되는 복수의 전기주조된 요소들을 갖는다. 제 1 전기주조된 요소는 맨드렐의 외부 표면 층 위에 형성되는 과도금된 부분을 갖는다. 금속 물품은 광전지 셀에 대한 전기 도관의 역할을 하도록 구성되고, 전기 전도성 맨드렐로부터 분리될 때 단일 독립 피스를 형성한다.

Description

과도금을 갖는 독립 금속 물품{FREE-STANDING METALLIC ARTICLE WITH OVERPLATING}

본 출원은 발명의 명칭이 “Free-Standing Metallic Article with Overplating”이고 2013년 12월 23일에 출원된 미국 특허 출원 제14/139,705호에 대한 우선권을 주장하며; 이는 발명의 명칭이 “Free-Standing Metallic Article for Semiconductors”이고 2013년 3월 13일에 출원된 바바얀(Babayan) 등의 미국 특허 출원 제13/798,123호의 일부 계속 출원이며, 이 양자는 본 출원의 양수인에 의해 소유되고 이로써 참고문헌으로 통합된다.

태양 전지는 광자들을 전기 에너지로 변환하는 디바이스이다. 전지에 의해 생성되는 전기 에너지는 반도체 재료에 결합되는 전기 컨택트들을 통해 수집되고, 모듈에서 다른 광전자 셀들과의 상호연결들을 통해 라우팅된다. 태양 전지의 “표준 전지”모델은 인입 태양 에너지를 흡수하고 그것을 전기 에너지로 변환하기 위해 사용되며, 반사 방지 코팅(ARC) 층 아래, 및 금속 백시트 위에 배치되는 반도체 재료를 갖는다. 전기 컨택트는 전형적으로 파이어 스로우 페이스트(fire-through paste)로 반도체 표면에 제조되며, 이는 페이스트가 ARC 층을 통해 확산되고 전지의 표면과 접촉하도록 가열되는 금속 페이스트이다. 페이스트는 일반적으로 한 세트의 핑거들 및 버스 바들로 패턴화되며, 이는 그 다음 모듈을 생성하기 위해 다른 전지들에 리본으로 솔더링(soldering)될 것이다. 태양 전지의 다른 타입은 투명 전도성 산화물 층들(TCO's) 사이에 샌드위치되는 반도체 재료를 가지며, 이는 그 다음 또한 핑거/버스 바 패턴(finger/bus bar pattern)으로 구성되는 전도성 페이스트의 최종 층으로 코팅된다.

전지들의 이러한 타입들 둘 다에서, 전형적으로 은인 금속 페이스트는 수평 방향(전지 표면과 평행)으로 전류 흐름을 가능하도록 작용하여, 태양 전지들 사이의 연결들이 모듈의 생성 쪽으로 이루어지는 것을 허용한다. 태양 전지 금속화는 은 페이스트를 전지 상에 스크린 인쇄하고, 페이스트를 경화하고, 그 다음 스크린 인쇄 버스 바들에 걸쳐 리본을 솔더링함으로써 가장 일반적으로 수행된다. 그러나, 은은 태양 전지의 다른 구성요소들에 비해 고가이고, 전체 비용의 높은 퍼센트에 기여할 수 있다.

은 비용을 감소시키기 위해, 태양 전지들을 금속화하는 대체 방법들이 본 기술에 공지되어 있다. 예를 들어, 구리를 태양 전지 위에 직접 도금함으로써, 은을 구리로 대체하는 시도가 이루어졌다. 그러나, 구리 도금의 결점은 구리를 갖는 전지의 오염이며, 이는 신뢰성에 영향을 준다. 도금 처리량 및 수율은 시드 층들을 증착하는 단계, 마스크들을 도포하는 단계, 원하는 패턴들을 형성하기 위해 도금된 영역들과 떨어져 에칭하거나 레이저 스크라이빙하는 단계와 같은, 도금을 위해 요구되는 많은 단계들로 인해 전지 상에 직접 도금할 때 문제들일 수도 있다. 태양 전지들 상에 전기 도관들을 형성하기 위한 다른 방법들은 전기 전도성 와이어들을 감싸는 평행 와이어들 또는 폴리머 시트들의 배열들을 이용하는 단계, 및 그들을 전지 상에 놓는 단계를 포함한다.

본 명세서에 설명되는 본 발명의 측면들 및 실시예들 각각은 단독으로 또는 서로 결합하여 사용될 수 있다. 측면들 및 실시예들은 이제 첨부 도면들을 참조하여 설명될 것이다.
도 1은 일 실시예에서 대표적인 전기주조 맨드렐의 사시도를 도시한다.
도 2a 내지 도 2c는 독립 전기주조된 금속 물품을 제조할 시의 대표적인 단계들의 단면도들을 도시한다.
도 3은 전기 전도성 맨드렐의 일 실시예의 단면도를 제공한다.
도 4는 전기 전도성 맨드렐의 다른 실시예의 단면도를 제공한다.
도 5a 내지 도 5b는 금속 물품들의 2개의 실시예들의 상면도들이다.
도 5c는 도 5b의 단면 A-A의 단면도이다.
도 5d 및 도 5e는 도 5b의 단면의 더 추가 실시예들의 부분 단면도들이다.
도 5f 및 도 5g는 상호연결 요소들을 갖는 금속 물품들의 실시예들의 상면도들이다.
도 6a 및 도 6b는 임의의 실시예들에서, 맞춤형 특징들을 갖는 상단 표면들을 가진 전기주조된 요소들의 수직 단면들이다.
도 7a 및 도 7b는 대표적인 맨드렐 및 과도금된 부분을 갖는 상응하는 전기주조된 요소의 단면도들이다.
도 8은 과도금된 형상들의 다른 실시예들을 도시한다.
도 9는 전기주조 맨드렐 위로 도금될 수 있는 템플레이트 금속들의 실시예들, 및 제조될 수 있는 전기주조된 피스들의 실시예들의 단면도를 제공한다.
도 10a 및 도 10b는 전기주조된 요소들 상에 도금될 수 있는 대표적인 층들의 단면도들이다.
도 11a 내지 도 11c는 맨드렐로부터 요소를 제거하기 전에 에지 부분들이 에칭되는 전기주조된 요소의 단면도들이다.
도 12는 과도금된 부분들을 갖는 금속 물품들을 형성하는 대표적인 방법의 흐름도이다.

태양 전지들의 금속화는 종래에 전지의 표면 상의 스크린 인쇄 은 페이스트들, 및 솔더 코팅된 리본들을 이용하는 셀 대 셀 상호연결들로 달성된다. 금속 도관의 주어진 종횡비에 대해, 전기 저항은 그것의 풋프린트에 반비례한다. 그러므로, 전지 금속화 또는 셀 대 셀 상호연결 설계는 통상 가장 최적화된 태양 전지 모듈 전력 출력에 대한 음영과 저항 사이의 균형을 유지한다. 본 개시의 금속 물품들은 종래의 은 페이스트 및 솔더 코팅된 리본들을 대체하고 기능 요건들 사이의 균형들을 종래에 요구하는 인자들의 분리를 허용하는 적응가능 특징들을 갖기 위해 사용될 수 있다. 금속 물품들은 과도금된 부분들을 포함하며, 이는 광전지 셀에 대한 전기 도관으로서 그것의 성능을 증대시키기 위해 다양한 특징들 및 층들을 포함할 수 있다.

바바얀 등의 미국 특허 출원 제13/798,123호에서, 광전지 셀들과 같은 반도체들에 대한 전기 도관들은 전기주조된 독립 금속 물품으로 제작된다. 추가 전기 도관들은 또한 발명의 명칭이 “Adaptable Free-Standing Metallic Article for Semiconductors”이고 2013년 11월 13일에 출원된 바바얀 등의 미국 특허 출원 제14/079,540호; 및 발명의 명칭이“Free-Standing Metallic Article With Expansion Segment”이고 2013년 11월 13에 출원된 브레이나드 등의 미국 특허 출원 제14/079,544호에 개시되어 있으며, 이 양자는 본 출원의 양수인에 의해 소유되고 이로써 참고문헌으로 통합된다. 금속 물품들은 태양 전지로부터 개별적으로 제조되고 단일 피스로 안정되게 전사되고 반도체 디바이스에 용이하게 정렬될 수 있는 핑거들 및 버스 바들과 같은 다수의 요소들을 포함할 수 있다. 금속 물품의 요소들은 전기주조 공정에서 서로 일체로 형성된다. 금속 물품은 전기주조 맨드렐에서 제조되며, 이는 태양 전지 또는 다른 반도체 디바이스에 맞추어지는 패턴화된 금속 층을 생성한다. 예를 들어, 금속 물품은 태양 전지에 대한 음영을 최소화하는 높이 대 폭 종횡비들을 갖는 그리드 라인들을 가질 수 있다. 금속 물품은 전지 금속화, 셀 대 셀 상호연결 및 모듈 제조를 위해 종래의 버스 바 금속화 및 리본 스트링잉을 대체할 수 있다. 처리 단계들 사이에서 안정적으로 전사될 수 있는 독립 구성요소로서 광전지 셀에 대한 금속화 층을 제조하는 능력은 재료 비용들 및 제조에서 다양한 장점들을 제공한다.

도 1은 미국 특허 출원 제13/798,123호의 일 실시예에서 대표적인 전기주조 맨드렐(100)의 일부의 사시도를 도시한다. 맨드렐(100)은 스테인리스강, 구리, 양극 알루미늄, 티타늄, 또는 몰리브덴, 니켈, 니켈-철 합금(예를 들어, 인바), 구리, 또는 이러한 금속들의 임의의 조합들과 같은 전기 전도성 재료로 제조될 수 있고, 높은 도금 전류들을 허용하고 높은 처리량을 가능하게 하는 충분한 영역으로 설계될 수 있다. 맨드렐(100)은 패턴 요소들(110 및 112)을 포함하는 미리 형성된 패턴을 가진 외부 표면(105)을 갖고 전기 도관 요소의 원하는 형상이 제조되도록 맞춤화될 수 있다. 이러한 실시예에서, 패턴 요소들(110 및 112)은 직사각형 단면을 갖는 홈들 또는 트렌치들이지만, 다른 실시예들에서, 패턴 요소들(110 및 112)은 다른 단면 형상들을 가질 수 있다. 패턴 요소들(110 및 112)은 그리드 타입 패턴을 형성하기 위해 교차 세그먼트들로 도시되며, 평행 라인들의 세트들은 이러한 실시예에서 서로 수직으로 교차한다.

패턴 요소들(110)은 높이 'H' 및 폭 'W'를 가지며, 높이 대 폭 비는 종횡비를 정의한다. 금속 물품을 형성하기 위해 맨드렐(100)에서 패턴 요소들(110 및 112)을 사용함으로써, 전기주조된 금속 부분들은 광전지 응용들에 맞춰질 수 있다. 예를 들어, 종횡비는 태양 전지의 음영 제약들을 충족시키기 위해, 원하는 대로 대략 0.01과 대략 10 사이일 수 있다.

패턴 요소들의 단면 형상 및 세로 레이아웃뿐만 아니라, 종횡비는 전기 전류 용량, 직렬 저항, 음영 손실들, 및 전지 레이아웃과 같은 원하는 사양들을 충족시키도록 설계될 수 있다. 임의의 전기주조 공정이 사용될 수 있다. 예를 들어, 금속 물품은 전기도금 공정에 의해 형성될 수 있다. 특히, 전기도금이 일반적으로 등방성 공정이기 때문에, 부분들의 형상을 맞춤화하기 위해 전기 도금을 패턴 맨드렐에 한정하는 것은 효율을 최대화하는 중요한 개선이다. 더욱이, 임의의 단면 형상들은 그들을 반도체 표면 상에 배치할 때 불안정할 수 있지만, 맨드렐의 사용을 통해 제조될 수 있는 맞춤형 패턴들은 이러한 도관들에 안정성을 제공하기 위해 상호연결 라인들과 같은 특징들을 허용한다. 일부 실시예들에서, 예를 들어, 미리 형성된 패턴들은 교차 라인들을 갖는 연속 그리드로 구성될 수 있다. 이러한 구성은 기계적 안정성을 그리드를 형성하는 복수의 전기주조된 요소들에 제공할 뿐만 아니라, 전류가 더 많은 도관들 위에 확산되므로 낮은 직렬 저항을 가능하게 한다. 그리드 타입 구조는 전지의 강건성을 증가시킬 수도 있다. 예를 들어, 그리드의 일부 부분이 파손되거나 비기능성이면, 전기 전류는 그리드 패턴의 존재로 인해 파손된 영역 주위에서 흐를 수 있다.

도 2a 내지 도 2c는 미국 특허 출원 제13/798,123호에 개시된 바와 같이, 맨드렐을 사용하여 금속 층 피스를 제조할 시의 대표적인 단계들의 간략한 단면도들이다. 도 2a에서, 패턴 요소들(110 및 115)을 갖는 맨드렐(102)이 제공된다. 패턴 요소(115)는 맨드렐(102)의 외부 표면(105)을 향해 더 넓어지는, 테이퍼링되는 수직 단면을 갖는다. 테이퍼드 수직 단면은 전기 전도도를 개선하기 위해 금속의 양을 증가시키는 것, 또는 맨드렐(102)로부터의 전기주조된 피스의 제거를 원조하는 것과 같은, 임의의 기능 이득들을 제공할 수 있다. 맨드렐(102)은 전기주조 공정을 받으며, 대표적인 전기주조된 요소들(150, 152 및 154)은 도 2b에 도시된 바와 같은 패턴 요소들(110 및 115) 내에 형성된다. 전기주조된 요소들(150, 152 및 154)은 예를 들어 구리만, 또는 구리의 합금들일 수 있다. 다른 실시예들에서, 니켈의 층은 니켈이 완성된 반도체 디바이스의 구리 오염에 대해 배리어를 제공하도록 우선 맨드렐(102) 위로 도금된 다음에 구리로 도금될 수 있다. 추가 니켈 층은 도 2b 내의 전기주조된 요소(150) 상에서 니켈 층(160)에 의해 도시된 바와 같이, 구리를 캡슐화하기 위해 전기주조된 요소들의 상단 위에 선택적으로 도금될 수 있다. 다른 실시예들에서, 다수의 층들은 제조될 금속 물품의 필요한 성질들을 달성하기 위해 원하는 대로 다양한 금속들을 사용하여, 패턴 요소들(110 및 115) 내에서 도금될 수 있다.

도 2b에서, 전기주조된 요소들(150 및 154)은 맨드렐(102)의 외부 표면(105)과 동일 높이로 형성되는 것으로서 도시된다. 전기주조된 요소(152)는 요소들이 과도금될 수 있는 다른 실시예를 예시한다. 전기주조된 요소(152)에 대해, 전기도금은 금속이 맨드렐(102)의 표면(105) 위에 연장될 때까지 계속된다. 전형적으로 전기주조의 등방성 성질로 인해 원형 상단으로 형성하는 과도금된 부분은 맨드렐(102)로부터의 전기주조된 요소(152)의 추출을 용이하게 하는 핸들의 역할을 할 수 있다. 전기주조된 요소(152)의 원형 상단은 예를 들어 광 수집을 원조하는 굴절 표면임으로써 광전지 셀에 광학적 장점들을 제공할 수도 있다. 도시되지 않은 더 다른 실시예들에서, 금속 물품은 미리 형성된 패턴들(110 및 115) 내에 형성되는 것들에 더하여, 버스 바와 같은, 맨드렐 표면(105)의 위에 형성되는 부분들을 가질 수 있다.

도 2c에서, 전기주조된 요소들(150, 152 및 154)은 독립 금속 물품(180)으로서 맨드렐(102)로부터 제거된다. 도 2a 내지 도 2c는 3개의 상이한 타입들의 전기주조된 요소들(150, 152 및 154)을 증명한다는 점을 주목한다. 다양한 실시예들에서, 맨드렐(102) 내의 전기주조된 요소들은 동일한 타입의 모두일 수 있거나, 전기주조된 패턴들의 상이한 조합들을 가질 수 있다. 금속 물품(180)은 도 1의 크로스 부재 패턴들(112)에 의해 형성될 바와 같이, 교차 요소들(190)을 포함할 수 있다. 교차 요소들(190)은 서로 정렬되는 개별 요소들(150, 152 및 154)을 유지하는 동안 그것이 다른 처리 단계들에 용이하게 전사될 수 있도록 금속 물품(180)을 단일 독립 피스로 제조하는 것을 원조할 수 있다. 추가 처리 단계들은 독립 금속 물품(180)에 대한 코팅 단계들 및 그것을 반도체 디바이스에 통합하는 조립 단계들을 포함할 수 있다. 반도체의 금속 층을 독립 피스로 제조함으로써, 전체 반도체 어셈블리의 제조 수율들은 금속 층의 수율들에 영향을 받지 않을 것이다. 게다가, 금속 층은 다른 반도체 층들로부터 분리된 온도들 및 공정들을 받을 수 있다. 예를 들어, 금속 층은 반도체 어셈블리의 나머지에 영향을 미치지 않는 고온 공정들 또는 화학조들을 겪을 수 있다.

금속 물품(180)이 도 2c에서 맨드렐(102)로부터 제거된 후에, 맨드렐(102)은 추가 부분들을 제조하기 위해 재사용될 수 있다. 맨드렐(102)을 재사용할 수 있는 것은 전기도금이 태양 전지 상에 직접 수행되는 현재 기술들과 비교하여 상당한 비용 감소를 제공한다. 직접적인 전기도금 방법들에서, 마스크들 또는 맨드렐들은 전지 자체 상에 형성되고, 따라서 모든 전지 상에서 구축되고 종종 파괴되어야 한다. 재사용가능 맨드렐을 갖는 것은 패턴화를 필요로 하고 그 다음에 반도체 디바이스를 도금하는 기술들과 비교하여 처리 단계들을 감소시키고 비용을 절약한다. 다른 종래의 방법들에서, 얇은 인쇄 시드 층은 도금 공정을 시작하기 위해 반도체 표면에 도포된다. 그러나, 시드 층 방법들은 낮은 처리량들을 야기한다. 대조적으로, 본 명세서에 설명된 바와 같은 재사용가능 맨드렐 방법들은 고전류 능력을 허용하는 두꺼운 금속의 맨드렐들을 이용할 수 있어, 높은 도금 전류들 및 따라서 높은 처리량들을 야기한다. 금속 맨드렐 두께들은 예를 들어 0.2 내지 5 mm 사이일 수 있다.

도 3 및 도 4는 다양한 맨드렐 및 패턴 설계들의 실시예들을 설명하는, 대표적인 맨드렐들의 단면도들이다. 도 3에서, 평면 금속 맨드렐 베이스(320)는 그것 위에 놓여지는 유전체 층(330)을 갖는다. 금속 물품을 형성하기 위한 패턴 요소들(310)을 포함하는 패턴은 유전체 층(330)에서 생성된다. 유전체 층(330)은 예를 들어 불소중합체(예를 들어, Teflon^®), 패턴화된 포토레지스트(예를 들어, Dupont Riston^® 두꺼운 필름 레지스트), 또는 에폭시계 포토레지스트의 두꺼운 층(예를 들어, SU-8)일 수 있다. 포토레지스트는 원하는 패턴을 드러내기 위해 선택적으로 노출되고 제거된다. 다른 실시예들에서, 유전체 층(330)은 예를 들어 기계가공 또는 정밀 레이저 커팅에 의해 패턴화될 수 있다. 유전체로 둘러싸인 패턴 요소들을 갖는 이러한 타입의 맨드렐(300)에서, 전기도금은 금속 맨드렐 베이스(320)에서 시작하여, 보톰 업(bottom up)으로부터 패턴 요소들(310)의 트렌치들을 충전할 것이다. 유전체들 또는 영구적 레지스트들의 사용은 맨드렐(300)의 재사용을 허용하며, 이는 소모가능 맨드렐들과 비교하여 공정 단계들의 수, 소모가능 비용들을 감소시키고, 전체 제조 공정의 처리량을 증가시킨다.

도 4는 금속 물품을 형성하기 위한 캐비티들(cavities)을 포함하는, 금속으로 주로 제조되는 다른 맨드렐(400)을 도시한다. 금속 맨드렐(400)로 전기주조될 때, 패턴 요소(410)의 금속 표면들은 트렌치 패턴의 모든 3개의 측면들로부터 신속한 도금을 허용한다. 맨드렐(400)의 일부 실시예들에서, 유전체 또는 낮은 접착 재료(예를 들어, 불소중합체)와 같은 박리 층(420)은 원하는 바와 같은 다양한 영역들에서, 맨드렐(400) 위로 선택적으로 코팅될 수 있다. 박리 층(420)은 맨드렐(400)에 전기도금된 부분의 접착을 감소시킬 수 있거나, 맨드렐로부터 전기주조된 물품을 박리하기 위해 사용될 수 있는, 접착 필름과 같은, 기판의 접착을 최소화할 수 있다. 박리 층(420)은 금속 맨드렐과 동시에 패턴화될 수 있거나, 예컨대 습식 또는 건식 에칭을 이용한 포토레지스트를 통해, 분리 단계에서 패턴화될 수 있다. 금속 맨드렐 내의 패턴 요소들(410, 430 및 440)은 예를 들어 홈들 및 교차 트렌치들일 수 있고, 예를 들어 기계가공, 레이저 커팅, 리소그래피, 또는 전기주조에 의해 형성될 수 있다. 다른 실시예들에서, 맨드렐(400)은 도금 용액에 노출되는 맨드렐의 표면이 금속 물품에 빈약한 접착을 갖도록 선택되면 박리 층(420)을 요구하지 않을 수 있다. 예를 들어, 니켈 도금의 제 1 층(즉, 외부 층)을 갖는 전기도금된 부분들에 대해, 맨드렐(400)은 구리로 제조될 수 있다. 구리는 니켈에 낮은 접착을 갖고 그것에 의해 형성된, 니켈 코팅 피스가 구리 맨드렐로부터 용이하게 제거되는 것을 허용한다. 박리 층(420)을 맨드렐(400)에 도포할 때, 금속 내의 트렌치 패턴 요소(410)의 상대 깊이 및 유전체 코팅의 두께는 빠른 도금 속도를 여전히 가능하게 하는 동안, 패턴 요소(410) 내에 형성되는 금속 피스의 보이드 형성을 최소화하기 위해 선택될 수 있다.

도 4는 박리 층(420)이 패턴 요소(430)의 깊이로 부분적으로 연장되었던 추가 실시예를 도시한다. 패턴 요소(430)로 코팅의 이러한 연장은 도 3의 유전체로 둘러싸인 패턴 요소(310)의 것과 도 4의 금속으로 둘러싸인 패턴 요소(410) 사이에서 전기주조 속도들을 가능하게 할 수 있다. 박리 층(420)이 패턴 요소(430)로 연장되는 양은 원하는 전기주조 속도를 달성하기 위해 선택될 수 있다. 일부 실시예들에서, 박리 층(420)은 예를 들어 패턴 폭의 양의 거의 반만큼 패턴 요소(430)로 연장될 수 있다. 트렌치로 연장되는 박리 층(420)을 갖는 패턴 요소(430)는 트렌치 내에서 더 균일한 전기도금 속도를 허용할 수 있고, 따라서 더 균일한 그리드가 제조될 수 있다. 유전체 또는 박리 층(420)이 트렌치로 연장되는 양은 전체 도금 속도 및 도금 균일성을 최적화하기 위해 수정될 수 있다.

도 4는 패턴 요소(440)가 테이퍼드 벽들을 갖는 맨드렐(400)의 더 다른 실시예를 도시한다. 테이퍼드 벽들은 패턴화된 맨드렐로부터 형성된 금속 요소의 제거를 용이하게 하기 위해, 맨드렐(400)의 외부 표면(405)에서 더 넓다. 도시되지 않은 다른 실시예들에서, 본 명세서에 설명되는 맨드렐들 중 어느 것에 대한 미리 형성된 패턴들의 단면 형상은 곡선 단면들, 패턴의 단면의 코너들에서의 베벨 에지들, 패턴의 길이를 따라는 곡선 경로들, 및 서로에 대한 다양한 각도들에서 서로 교차하는 세그먼트들와 같지만 이들에 제한되지 않는 형상들을 포함할 수 있다.

도 5a 및 도 5b는 본 명세서에 설명되는 전기주조 맨드렐들에 의해 제조될 수 있는 대표적인 금속 층들(500a 및 500b)의 상면도들을 예시한다. 금속 층들(500a 및 500b)은 실질적인 평행 핑거들(510)로서 여기에 구체화되는 전기주조된 요소들을 포함하며, 이는 전기 전도성 맨드렐 내의 실질적인 평행 홈들에 의해 형성되었다. 금속 층(500b)은 또한 수직 핑거들(510)과 교차하는 수평 핑거들(520)로서 여기에 구체화되는 전기주조된 요소들을 포함하며, 핑거들(510 및 520)은 거의 직각 각도에서 교차한다. 다른 실시예들에서, 핑거들(510 및 520)은 연속 그리드 또는 메쉬 패턴을 여전히 형성하는 동안, 다른 각도들에서 교차할 수 있다. 금속 층들(500a 및 500b)은 또한 핑거들(510 및 520)로부터 전류를 수집하기 위해 버스 바의 역할을 할 수 있는 프레임 요소(530)를 포함한다. 금속 물품의 일부로서 일체로 형성된 버스 바를 갖는 것은 제조 개선들을 제공할 수 있다. 태양 모듈 제조의 현재의 고체적 방법들에서, 전지 연결들은 금속 리본들을 전지들에 수동으로 솔더링함으로써 종종 달성된다. 이것은 통상 솔더 리본들에 의해 전지들 상에 부여되는 수동 조작 및 응력으로 인해 파손되거나 손상된 전지들을 야기한다. 게다가, 수동 솔더링 공정은 높은 노동 관련 제조 비용들을 야기한다. 따라서, 이미 형성되고 금속화 층에 연결된 버스 바 또는 리본을 갖는 것은 본 명세서에 설명되는 전기주조된 금속 물품들로 가능한 바와 같이, 저비용 자동화 제조 방법들을 가능하게 한다.

프레임 요소(530)는 맨드렐로부터 제거될 때 금속 층들(500a 및 500b)이 단일 독립 피스들이도록 기계적 안정성을 제공할 수도 있다. 즉, 금속 층들(500a 및 500b)은 그들이 단일 구성요소인 점에서 통합되며, 핑거들(510 및 520)은 광전지 셀 또는 다른 반도체 어셈블리에서 떨어져 있을 때, 연결을 유지한다. 프레임 요소(530)는 더욱이 그들이 광전지 셀에 부착될 때를 위해 핑거 요소들(510 및 520) 사이에서 간격 및 정렬을 유지하는 것을 원조할 수 있다. 프레임 요소(530)는 금속 층들(500a 및 500b)의 하나의 에지에 걸쳐 연장되는 것으로서 도 5a 및 도 5b에 도시된다. 그러나, 다른 실시예들에서, 프레임 요소는 하나의 에지에 걸쳐 단지 부분적으로 연장될 수 있거나, 하나보다 더 많은 에지에 접할 수 있거나, 에지 상에 하나 이상의 탭들로 구성될 수 있거나, 그리드 자체 내에 상주할 수 있다. 더욱이, 프레임 요소(530)는 핑거들(510 및 520)과 동시에 전기주조될 수 있거나, 다른 실시예들에서 핑거들(510 및 520)이 형성된 후에 분리 단계에서 전기주조될 수 있다.

도 5c는 도 5b의 단면 A-A에서 취해진 금속 층(500b)의 단면을 도시한다. 핑거들(510)은 이러한 실시예에서 대략 1 내지 대략 5와 같은, 및 이 도면에서 거의 2와 같은, 1보다 더 큰 종횡비들을 갖는 것으로 도시된다. 폭보다 더 큰 단면 높이를 갖는 것은 광전지 셀 상에서 금속 층(500b)의 음영 영향을 감소시킨다. 다양한 실시예들에서, 핑거들(510 및 520)의 일부만은 1보다 더 큰 종횡비를 가질 수 있거나, 핑거들(510 및 520)의 다수는 1보다 더 큰 종횡비를 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 핑거들(510 및 520)의 일부 또는 전부는 1 미만의 종횡비를 가질 수 있다. 핑거들(510)의 높이 'H'는 예를 들어 범위가 대략 5 미크론에서 대략 200 미크론에, 또는 대략 10 미크론에서 대략 300 미크론에 이를 수 있다. 핑거들(510)의 폭 'W'는 예를 들어 범위가 대략 10 미크론에서 대략 5 mm에, 예컨대 대략 10 미크론에서 대략 150 미크론에 이를 수 있다. 평행 핑거들(510) 사이의 거리는 각각의 핑거의 중심선 사이에서 측정되는, 피치 'P'를 갖는다. 일부 실시예들에서, 피치는 예를 들어 범위가 대략 1 mm와 대략 25 mm 사이일 수 있다. 도 5b 및 도 5c에서, 핑거들(510 및 520)은 상이한 폭들 및 피치들을 갖지만, 높이가 거의 등가이다. 다른 실시예들에서, 핑거들(510 및 520)은 상이한 폭들, 높이들 및 피치들을 서로 가질 수 있거나, 동일한 일부 특성들을 가질 수 있거나, 동일한 모든 특성들을 가질 수 있다. 값들은 광전지 셀의 크기, 원하는 효율에 대한 음영 양과 같은 인자들, 또는 금속 물품이 전지의 전면 또는 후면에 결합될지에 따라 선택될 수 있다. 일부 실시예들에서, 핑거들(510)은 대략 1.5 mm와 대략 6 mm 사이의 피치를 가질 수 있고 핑거들(520)은 대략 1.5 mm와 대략 25 mm 사이의 피치를 가질 수 있다. 핑거들(510 및 520)은 실질적으로 핑거들(510 및 520)과 동일한 형상 및 간격인 홈들을 갖는 맨드렐들에 형성된다. 프레임 요소(530)는 핑거들(510 및 520)과 동일한 높이를 가질 수 있거나, 도 5c 내의 파선에 의해 표시된 바와 같은 더 얇은 피스일 수 있다. 다른 실시예들에서, 프레임 요소(530)는 위의 핑거 요소들(510 및 520) 상에 형성될 수 있다.

도 5c는 또한 핑거들(510) 및 핑거들(520)이 서로 오버랩하는 그것들의 단면적들의 다수를 갖는다는 점에서, 핑거들(510 및 520)이 서로 실질적으로 동일 평면일 수 있는 것을 도시한다. 서로 위에 및 아래에 직조되는 종래의 메쉬들과 비교하여, 도 5c에 도시된 바와 같은 동일 평면 그리드는 동일한 단면적의 원형 와이어들을 오버랩하는 것보다 더 낮은 프로파일을 제공할 수 있다. 금속 층(500b)의 교차하는 동일 평면 라인들은 또한 전기주조 공정 동안 서로 일체로 형성되며, 이는 추가 강건성을 금속 층(500b)의 독립 물품에 제공한다. 즉, 일체형 요소들은 원피스로 형성되고 분리 구성요소들로부터 함께 접합되지 않는다. 도 5d 및 도 5e는 동일 평면 교차 요소들의 다른 실시예들을 도시한다. 도 5d에서, 핑거(510)는 핑거(520)보다 높이에 있어서 더 짧지만 핑거(520)의 단면 높이 내에 위치된다. 핑거들(510 및 520)은 예컨대 반도체 표면에 실장하는 균일한 표면을 제공하기 위해, 이러한 실시예에서 정렬되는 하단 표면들(512 및 522)을 각각 갖는다. 도 5e의 실시예에서, 핑거(510)는 핑거(520)보다 더 큰 높이를 갖고 핑거(520)의 상단 표면을 넘어 연장된다. 핑거(510)의 단면적의 다수는 핑거(520)의 전체 단면을 오버랩하고, 따라서 핑거들(510 및 520)은 본 개시에 정의된 바와 같이 동일 평면이다.

도 5f 및 도 5g는 더 다른 실시예들을 도시하며, 전기주조된 금속 물품들은 모듈 내의 광전지 셀들 사이에서 상호연결들을 가능하게 한다. 전형적인 모듈은 직렬 연결된, 36 내지 60 사이와 같은, 많은 전지들을 갖는다. 연결들은 솔더-코팅된 구리 리본을 사용하여 하나의 전지의 전면을 다음 전지의 후면에 부착함으로써 이루어진다. 리본을 이러한 방식으로 부착하는 것은 얇아지는 리본을 요구하여, 리본은 전지 에지들을 파손시키는 것없이 전지들 주위에서 굽혀질 수 있다. 리본은 이미 좁기 때문에, 얇은 리본을 사용하는 것은 저항을 심지어 더 증가시킨다. 상호연결들은 또한 전형적으로 각각 개별적으로 솔더되는, 3개의 분리 리본들을 필요로 한다. 도 5f의 실시예에서, 금속 물품(550)은 제 1 그리드 영역(570)과 일체로 전기주조되었던 상호연결 요소들(560)을 갖는다. 상호연결 요소들(560)은 그리드(570)에 결합된 제 1 단부를 갖고, 인접 전지에 연결을 허용하도록 광전지 셀의 표면을 넘어 연장되도록 구성된다. 상호연결 요소들(560)은 전지들 사이에서 솔더링될 분리 리본에 대한 요구를 대체하고, 따라서 제조 비용들을 감소시키고 가능한 자동화를 할 수 있다. 도시된 실시예에서, 상호연결 요소들(560)은 선형 세그먼트들이지만, 다른 구성들이 가능하다. 또한, 상호연결 요소들(560)의 수는 저항을 감소시키기 위해 다수의 요소들(560)을 제공하는 것과 같이, 원하는 대로 변화될 수 있다. 상호연결 요소들(560)은 예컨대 전지들 사이에서 전후 연결을 가능하게 하기 위해 전기주조 후에 굽혀지거나 각질 수 있거나, 그리드(570)에 대해 각질 맨드렐에서 제작될 수 있다.

상호연결 요소들(560)의 대향 단부는 제 2 영역(580)에 결합될 수 있으며, 제 2 영역(580)은 금속 물품(550)의 일부로서 전기 전도성 맨드렐에서 전기주조될 수도 있다. 도 5f에서, 제 2 영역(580)은 이때 인접 전지의 전기 도관(590)에 전기 연결될 수 있는 탭 - 예를 들어, 버스 바 - 로 구성된다. 도관(590)은 여기서 요소들의 어레이로 구성되지만, 다른 구성들이 가능하다. 그리드(570)는 예를 들어 제 1 셀의 전면 표면 상에서 전기 도관의 역할을 할 수 있는 반면, 그리드(590)는 제 2 셀의 후면 표면 상의 전기 도관일 수 있다. 도 5g의 실시예에서, 금속 물품(555)은 연결의 버스 바 타입 대신에 메쉬를 갖는다. 금속 물품(555)은 단일 구성요소로서 모두 전기주조되었던 제 1 영역(570), 상호연결 요소들(560) 및 제 2 영역(590)을 포함하여, 전지간 연결들은 이미 금속 물품(555)에 의해 제공된다. 따라서, 금속 물품들(550 및 555)은 전기 도관들을 하나의 광전지 셀의 표면 상에 제공할 뿐만 아니라, 상호연결들을 전지들 사이에 제공한다.

도 6a 및 도 6b는 미국 특허 출원 제14/079,540호에 개시된 바와 같이, 대표적인 전기주조된 요소들(610 및 620)의 수직 단면들을 도시한다. 단면들(610 및 620)은 도 2b의 전기주조된 요소들(150 및 152)과 유사하고, 본 개시에서 금속 물품들의 상단 표면들로 통합될 수 있는 추가 맞춤형 특징들을 증명하기 위해 도 6a 및 도 6b에 제공된다. 도 6a에서, 요소(610)는 상단 표면(615)을 갖는 직사각형 단면을 가지며, “상단”은 광전지 셀 상에 실장될 때 광 입사 표면을 언급한다. 상단 표면(615)은 그리드 라인들의 광학적 특성들에 기여하도록, 예컨대 광 반사를 촉진하고 따라서 전지 효율을 증대시키도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 텍스처링은 광을 캡처하기 위한 표면적을 증가시키는 의도적인 거칠기일 수 있다. 거칠기는 예를 들어 전기주조 맨드렐로 통합되는 텍스처드 패턴을 가짐으로써 부여될 수 있다. 즉, 도 1의 미리 형성된 패턴(110)은 맨드렐(100)로 형성되는 텍스처 패턴을 가질 수 있으며, 상단 표면(615)은 미리 형성된 패턴(110)의 하단에 의해 제조되는 표면일 것이다. 다른 실시예에서, 텍스처링은 전기주조 공정 자체에 의해 제조될 수 있다. 하나의 대표적인 공정에서, 높은 전기도금 전류는 빠른 전기주조 속도를 위해, 예컨대 1 내지 3 μm/분에 따라 사용될 수 있다. 이러한 빠른 속도는 - 전기주조 맨드렐(100)의 외부 표면(105)에서 - 거칠어지는 노출된 표면을 야기할 수 있다.

또 다른 실시예들에서, 맞춤 구성 상단 표면은 전기도금된 부분의 형성 후에 생성되는 특정 표면 마무리일 수 있다. 예를 들어, 도 6b는 그것의 상단 표면(625) 상에 코팅 층(622)을 갖는 과도금된 요소(620)를 도시한다. 코팅(622)은 니켈, 은, 주석, 납-주석 또는 솔더를 포함하지만, 이들에 제한되지 않는 금속들의 하나 이상의 층들을 포함할 수 있다. 코팅(622)은 예를 들어 원형 상단 표면(625)의 반사율을 개선하기 위해 매끄러운 표면을 제조할 수 있다. 솔더를 코팅으로서 상단 표면(625, 또는 615) 상에 도포하는 것은 광학적 이득들을 제공하는 것에 더하여, 본딩을 위한 솔더 리플로우를 가능하는 것을 원조할 수도 있다.

요소(610)가 직사각형 단면으로 도시되고 요소(620)가 직사각형 베이스 및 원형 상단으로 도시되지만, 원형 챔퍼들을 갖는 반구 또는 신장된 직사각형과 같은 다른 단면 형상들이 가능하다. 이러한 단면 형상들은 금속 물품 도처에서 동일하거나 금속 물품의 상이한 구역들 사이에서 변화될 수 있다. 상단 표면의 임의의 곡선 또는 원형 에지들은 표준 태양 전지 모듈 내에 있으면 입사 광을 전지로 굴절시키거나 광을 반사시켜 전체 내부 반사를 가능하기 위해 이용될 수 있다. 표면들은 굴절 및 반사 둘 다를 증대시키기 위해 은 또는 주석과 같은 고반사 금속으로 코팅될 수 있으며, 따라서 유효 메쉬 음영 영역을 그것의 풋프린트 미만으로 감소시킨다.

단일 금속 물품들 또는 전기주조된 요소들을 형성하기 위한 본 명세서에 개시된 맨드렐들이 도시되지만, 맨드렐들은 다수의 물품들을 형성하도록 구성될 수도 있다. 예를 들어, 맨드렐은 예컨대 완성 태양 어레이를 위한 원하는 수의 전기 도관 그리드들을 생성하기 위해서와 같이, 하나보다 더 많은 금속 물품(500a 또는 500b)을 형성하는 패턴들을 포함할 수 있다.

도 7a는 외부 표면 층(710)을 갖는 대표적인 맨드렐(700)을 도시하며, 노출된 금속 영역들(712) 및 유전체 영역들(714)은 금속 기판(720)의 일부들을 커버한다. 맨드렐(700)은 베이스 금속을 선택적으로 노출시키기 위해 유전체 코팅을 베이스 금속(720)에 적용한 다음에, 패턴화함으로써 생성될 수 있다. 유전체의 패턴화는 예를 들어 포토리소그래피, 레이저 삭마, 스크린 인쇄, 또는 스텐실 인쇄에 의해 수행될 수 있다. 예를 들어, 포토레지스트는 유전체(714)의 표면에 도포되고, 포토마스크로 노출되고, 그 다음 패턴화된 맨드렐을 생성하도록 현상될 수 있다. 노출된 금속 영역들(712)은 형성될 금속 물품의 형상을 결정하는 미리 형성된 패턴을 갖는다. 이러한 실시예에서, 금속 영역들(712)은 전기 전도성 맨드렐의 표면이고 직사각형 홈과 같은, 홈으로 구성된다. 유전체 영역들(714)의 유전체 재료는 유기 - 예컨대 에폭시, 아크릴, 우레탄, 비닐, 실리콘, 또는 니트릴 화합물들 및 중합체들, 플루오르화 또는 비플루오르화 - 또는 무기, 예컨대 이산화 실리콘, 질화 실리콘, 산화 알루미늄 또는 다양한 다른 유리들 및 세라믹들일 수 있다. 유전체 코팅의 두께는 50 nm 내지 300 미크론과 같은, 대략 나노미터 내지 수백 미크론일 수 있다. 일부 실시예들에서, 유전체 재료는 하나보다 더 많은 층을 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 금속 및 유전체 둘 다는 다수의 층들로 구성될 수 있다. 예를 들어, 금속 기판(720)은 질화 실리콘 및 실리콘 중합체들, 또는 에폭시 중합체들 및 아크릴레이트계 중합체들의 유전체 층들로 코팅되는, 구리 및 티타늄, 또는 구리 및 니켈을 포함할 수 있다. 금속 기판(720) 및 유전체 영역들(714)에 대한 재료는 맨드렐(700)의 재사용가능성을 증대시키기 위해 선택될 수 있다. 예를 들어, 맨드렐(700)은 맨드렐의 세정을 용이하게 하기 위해 크롬산염으로 처리될 수 있거나 낮은 접착 층들 예컨대 플루오르화된 작은 분자들 및 중합체들, 스테인리스강, 및 티타늄을 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 유전체 영역들(714)의 유전체 재료는 기판(720)에서 박리되고 새로운 유전체 층들이 재도포될 수 있어, 기판(720)의 수명은 심지어 더 길어진다.

또한 도 7a에 전기주조된 요소(750)가 도시된다. 전기주조된 요소(750)는 노출된 금속 영역(712) 상에 형성되고, 맨드렐(700)의 외부 표면 층(710) 위로 과도금된다. 과도금은 패턴화된 유전체 층의 표면을 넘어 연장되는 전기주조된 요소의 일부이다. 도 7b는 맨드렐(700)로부터 분리될 때의 전기주조된 요소(750)를 도시하며, 과도금된 부분(752)은 전기주조된 요소(750)의 전체 높이(765)의 퍼센트에 걸치는 높이(760)를 갖는다. 전체 높이(765)는 과도금된 부분(752)의 높이(760)뿐만 아니라, 스템 부분(754)의 높이(파선에 의해 설명됨)를 포함한다. 과도금된 부분(752)의 높이(760)는 전기주조된 요소(750)의 전체 높이(765)의 퍼센트일 수 있으며, 퍼센트는 상이한 실시예들에서 변화될 수 있다. 일부 실시예들에서, 높이(760)는 전체 높이(765)의 다수, 예컨대 50%보다 더 크게 걸칠 수 있다. 추가 실시예들에서, 높이(760)는 스템 영역이 존재하지 않도록 전체 높이(765)를 포함할 수 있다. 도 6a 및 도 6b에 관해 이전에 설명된 바와 같이, 과도금된 구성은 과도금된 부분(752)의 원형 상단 표면(754)으로 인해 광학적 장점들을 제공할 수 있다. 더욱이, 상단 표면(754)은 태양 전지의 효율을 증대시키기 위해 광의 반사를 원조하도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 상단 표면(754)은 램버시안 표면을 생성하기 위해 텍스처링될 수 있거나, 또는 다른 실시예들에서 상단 표면(754)은 예컨대 거울 반사를 증대시키기 위해 은으로 코팅될 수 있다.

맨드렐 상에서 전기주조의 양 및 노출된 금속 영역들의 치수들은 형성되는 전기주조된 형상의 범위를 결정한다. 금속의 증착은 맨드렐에 의해 구속받지 않아서, 외부 표면 층의 유전체 영역 위에 과도금을 허용한다. 도 6b, 도 7a 및 도 7b의 실시예들에서, 과도금된 부분들은 거의 반구이다. 도 8은 형성될 수 있는 과도금된 형상들의 다른 대표적인 실시예들의 단면들을 제공한다. 일 실시예에서, 전기주조된 요소(800)는 반구보다 더 많은 영역을 갖는, 잘려진 원형 단면 형상이다. 이러한 타입의 요소(800)는 예를 들어 도 7b의 반구 과도금된 부분(752)을 형성하는 것과 비교하여 전기주조 시간 또는 전류를 상당히 증가시킴으로써 제조될 수 있다. 다른 예에서, 전기주조된 요소(850)는 원형 코너들을 갖는 직사각형 단면을 갖는다. 이러한 형상은 예를 들어 요소(800)와 비교하여 더 넓은 금속 맨드렐 영역을 사용하여 제조될 수 있다. 하단 코너들(855)은 전기도금 공정의 성질로 인해 약간 원형일 수도 있다.

본 발명에서 과도금된 부분들의 형상은 형상이 더 좁아지고 더 높아질 수 있어 쌍곡선 또는 타원 형상을 허용하고 돌출 전기주조의 좁아짐을 심지어 허용하여 원뿐 형상이 비슷해지도록 펄스된 도금 기술들의 사용, 애노드 또는 캐소드의 일부들의 차페, 애노드의 형상 및 배치에 대한 수정들, 애노드/캐소드 거리에 대한 조정들의 일부들의 차폐, 및 전기도금된 부분에 충돌하는 유체 흐름에 대한 수정들에 의해 더 수정될 수 있다. 추가 실시예들에서, 과도금된 영역은 다수의 높이들의 레지스트들의 사용을 통해 형상이 조정될 수도 있다. 예를 들어, 더 큰 높이의 레지스트는 더 낮은 높이의 레지스트에 반하여, 개방 트렌치의 일 측면 상에 배치될 수 있으며 - 예를 들어, 도 7a 내의 레지스트(714)를 노출된 부분(712)의 우측 측면 상의 레지스트(714)보다 노출된 부분(712)의 좌측 측면 상에서 더 두껍게 한다. 그러한 예에서, 과도금된 섹션은 도금된 영역(즉 하부 측면)의 일 측면 상에 반구 표면을 나타내지만, 더 두꺼운 레지스트에 대향하는 평탄 대체 측면을 가질 것이다. 이러한 이중 레지스트 방법은 제조된 부분에서, 다른 효과들, 예를 들어 세정 구멍 형성, 또는 딤플링을 생성하기 위해 사용될 수도 있다.

도 9는 맨드렐의 외부 표면 층에서 노출된 금속 영역들 및 유전체 영역들에 의해 형성되는 홈들을 적어도 부분적으로 충전하기 위해, 템플레이트 금속이 맨드렐(900) 위로 도금될 수 있는 다른 전기주조 실시예들을 예시한다. 일 실시예에서, 템플레이트 금속(920)은 노출된 금속 영역(912a) 및 주변 유전체 영역들(914)에 의해 정의되는 홈을 충전하기 위해 도금되어, 템플레이트 금속(920)은 맨드렐(900)의 외부 표면 층(910)의 상단과 거의 동일 높이이다. 전기주조된 요소(925)는 평탄 하단 표면(927)이 생성되는, 템플레이트 금속(920) 상에 과도금함으로써 생성될 대표적인 피스를 예시한다. 즉, 전기주조된 요소(925)는 템플레이트 금속(920)이 외부 표면 층(910)과 동일 높이인 것으로 인해 스템 부분(예를 들어, 도 7b의 스템 부분(754))이 없다. 따라서, 과도금된 부분은 전기주조된 요소(925)의 전체 높이를 포함한다. 다른 실시예에서, 템플레이트 금속(930)은 템플레이트 금속이 맨드렐 홈에 없는 도 7b의 스템 부분(754)과 비교하여 더 짧은 스템 부분(937)을 갖는 전기주조된 요소(935)를 제조하기 위해 노출된 금속 영역(912b) 위에서 홈을 부분적으로 충전한다. 더 추가 실시예에서, 템플레이트 금속(940)은 노출된 금속 영역(912c)의 홈에서 약간 과충전되어, 템플레이트 금속(940)은 볼록 윤곽을 갖는 상부 표면(942)을 형성한다. 그 결과, 템플레이트 금속(940) 상에 형성되는 전기주조된 요소(945)는 오목 하단 표면(947)을 갖는다. 비평면 하단 표면(947)은 태양 전지에 접합될 때 솔더가 전기주조된 요소(945) 아래에서 잃게 되는 것을 허용하는 것과 같은 이득들을 제공할 수 있으며, 따라서 솔더 또는 다른 접착 재료의 증가된 양으로 인해 조인트 강도를 증가시킨다.

따라서, 도 9는 전기주조 맨드렐의 전기주조 영역들에서 920, 930 또는 940과 같은 템플레이트 금속을 이용하는 것이 특정 형상들을 전기주조된 요소들에 부여할 수 있는 것을 증명한다. 템플레이트 금속은 전기 전도성이어서, 금속 요소들이 그 위에 전기주조되는 것을 허용하지만, 또한 전기주조된 요소와 빈양한 접착을 가질 수 있으며, 이는 전기주조된 물품들의 제거를 허용하는 반면 템플레이트 금속은 맨드렐 상에 남는다. 따라서, 템플레이트 금속은 맨드렐에 남아 있고 금속 물품이 맨트렐로부터 제조되고 제거된 후에 재사용될 수 있다. 템플레이트 금속은 예를 들어 니켈, 구리, 주석, 납, 주석/납, 은, 또는 금일 수 있고, 표준 전기주조 기술들을 사용하여 증착될 수 있다. 임의의 실시예들에서, 템플레이트 금속은 환경으로부터 또는 전기주조 공정에 사용되는 화학 물질들로부터 맨드렐 재료를 보호하기 위해 선택될 수 있다. 템플레이트 금속은 유전체와 맨드렐의 노출된 금속 부분 사이의 계면을 보호하기 위해 사용될 수도 있다. 추가 실시예들에서, 패턴화된 유전체와 맨드렐 기판 사이의 계면은 제 2 유전체를 계면에서 패턴화함으로써 환경으로부터 보호될 수 있다. 템플레이트 금속은 그것을 제자리에 고정시킴으로써 유전체의 박리를 방지하는 것에 도움이 될 수도 있다. 템플레이트 금속은 낮은 접착 표면을 제공할 티타늄 및 스테인리스강과 같은 금속들의 증착을 허용하기 위해 진공 코팅 기술들에 의해 증착될 수도 있어, 금속 물품의 방출을 용이하게 하고 유전체와 맨드렐 기판 사이의 계면을 더 양호하게 보호한다. 이러한 경우에, 템플레이트 금속은 그것을 맨드렐의 노출된 금속 영역에 한정하기 위해 제 2 패턴화 단계를 필요로 할 수 있다. 전기주조에 사용되는 다른 공통 베이스 금속 응용은 무전해 증착이며, 이는 복잡한 표면 외형들 상에 복제를 위한 금속을 배치하는데 통상 사용된다. 이러한 방법은 본 명세서에 논의되는 맨드렐들을 위한 베이스 금속을 생성하는데 사용될 수도 있다.

도 10a 및 도 10b는 본 방법들을 사용하여 전기주조된 요소들 상에 포함될 수 있는 다양한 층들을 설명한다. 도 10a에서, 전기주조된 요소(1000)는 구리와 같은, 벌크 도체 재료(1010)를 가지며, 배리어 층(1020)은 벌크 도체(1010)의 상단 표면 위로 도금되고, 배리어 층(1030)은 벌크 도체(1010)의 하단 표면 상에 도금된다. 전기주조된 요소(1000)의 하단 표면은 부착을 위한 표면을 제공하는 것과 같이, 광전지 셀을 향하고 있도록 구성된다. 배리어 층들(1020 및 1030)에 대한 재료는 구리의 부식을 방지하고, 예를 들어 니켈, 니켈 붕소, 은, 주석, 또는 주석-납 합금들일 수 있다. 전기주조된 요소(1000)는 배리어 층(1030)을 맨드렐에서 도금하고, 벌크 도체(1010)를 배리어 층(1020) 위에 형성하고, 그 다음 상단 배리어 층(1020)을 도금함으로써 제작된다. 따라서, 배리어 층들(1020 및 1030)은 벌크 도체(1010)를 둘러싼다. 추가 실시예들에서, 추가 층들(1040)(파선으로 표시됨)은 배리어 층(1020) 위에 증착될 수 있다. 예를 들어, 층(1040)은 솔더일 수 있으며, 이는 전기주조된 요소(1000)의 전기 컨택트를 전지에 형성하기 위한 광전지 셀 상의 스크린 인쇄된 은 핑거들에 나중에 리플로우되고 본딩될 수 있다. 다른 실시예들에서, 층(1040)은 전기주조된 요소(1000)의 광학적 특성들을 증대시키기 위해, 은 또는 주석과 같은 반사 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상단 표면에 의해 제공되는 증대된 굴절 및 반사는 금속 물품의 유효 음영을 그것의 풋프린트 미만으로 감소시킨다.

도 10b는 전기주조된 요소(1050)의 다른 실시예를 도시하며, 솔더는 도 10a에서와 같이 상단 표면보다는 오히려 전기주조된 요소의 하단 표면에 도포된다. 먼저, 초기 층(1060)은 맨드렐(1052)의 노출된 금속 영역에서 도금된다. 층(1060)은 주석, 납, 또는 그것의 임의의 조합일 수 있다. 다음에, 구리의 층(1070)은 층(1060) 위에 무전해 증착되어, 층들(1060 및 1070)은 맨드렐의 노출된 금속 영역의 유효 부분이다. 구리 층(1070)은 황산 구리와 층(1060)의 금속들(주석, 납, 또는 2개의 임의의 조합) 사이의 환원-산화 반응으로 인해 증착되고, 초기 금속 층(1060)의 상단 상에 느슨하게 접착된 구리의 표면 층을 남긴다. 솔더 층(1080)은 구리 층(1070) 위에 형성된다. 구리 층(1070)은 솔더에 빈약한 접착을 갖고, 따라서 맨드렐(1052)로부터 전기주조된 요소(1050)의 제거를 용이하게 한다. 이러한 목적을 위해 층들(1060 내지 1080)에서 이러한 금속의 사용은 구리와의 그들의 반응이 전형적으로 전기도금 동안 부정적인 특징으로 인지되었기 때문에, 공지된 방법들에 반한다. 구리와 함께, 주석, 납, 또는 2개의 임의의 조합의 상호작용은 주석/납의 표면 상에 매우 빈약하게 접착된 구리 금속의 층을 제조한다. 종래의 전기도금 작업들에서, 이것은 결국 전기도금된 부분의 박리를 야기할 것이고, 따라서 종래의 도금 응용들에 바람직하지 않다. 본 개시에서, 빈약하게 접착된 구리 층(1070)은 어떤 층이 그것 위에 증착되고 있는 박리 층, 이러한 경우에 솔더 층(1080)을 생성할 수 있으므로, 장점이 된다.

솔더 층(1080)은 맨드렐(1052)로부터 제거될 때 전기주조된 요소(1050)에 부착되어 유지된다. 그 다음, 배리어 층(1030)은 예를 들어 솔더 층(1080) 위에 도금되어, 도 10a에 대해 설명된 바와 같이 벌크 도체(1010)에 대한 하단 표면을 형성할 수 있다. 그러나, 이러한 층(1030)의 도금은 광전지 셀에 전기주조된 요소(1050)의 부착을 위해 요구되지 않는다. 그 다음, 벌크 도체(1010)는 예컨대 이러한 실시예에서 과도금된 구성으로 형성된다. 배리어 층(1020)은 벌크 도체(1010)의 상단 표면 위에 도금될 수 있고, 및 추가 층(들)(1040) - 예컨대 원하는 표면 마무리를 달성하는 반사 재료 - 은 배리어 층(1020) 위에 증착된다. 그 다음, 전기주조된 요소(1050)는 독립 금속 물품으로서, 맨드렐(1052)로부터 분리될 수 있다.

요소가 맨드렐에 있는 동안 도 10a의 층(1040) 또는 도 10b의 층(1080)과 같은 솔더를 전기주조된 요소에 도포하는 것은 전기주조된 물품이 맨드렐로부터 제거되거나 박리된 후에 솔더 도금 단계를 수행하는 것과 비교하여 제조 이득들을 제공한다. 금속 물품의 전기주조 동안 솔더를 도포함으로써, 맨드렐로부터 전기주조된 물품을 제거하기 전에, 솔더를 도포하는 개별 도금 도구는 공정으로부터 제거하며, 따라서 비용을 감소시킨다. 도 10b의 실시예에서, 솔더(1080)를 전기주조된 요소(1050)의 하단 측면 상에만 도포하는 것은 상단 표면이 하단 표면과 상이한 재료로 코팅되는 것을 허용함으로써 추가 이득을 제공한다. 따라서, 도 10b에서, 전기주조된 요소(1050)의 광 직면 표면(예를 들어, 상단 표면(1020))은 부착 표면(예를 들어, 하단 표면(1030))으로부터 상이하게 최적화될 수 있다. 전기주조된 요소(1050)가 맨드렐(1052)로부터 제거되기 전에 솔더가 상단 표면(예를 들어, 층(1040))에만 도포되는 실시예들에서, 솔더는 광전지 셀에의 부착 동안 전기주조된 요소(1050)의 전체 표면을 코팅하기 위해 나중에 리플로우될 수 있다.

도 11a 내지 도 11c는 과도금된 부분의 에지 표면들이 더 증대될 수 있는 다른 실시예를 예시한다. 도 11a에서, 전기주조된 요소(1100)는 이전 실시예들 중 어느 것에서와 같이 전기 전도성 맨드렐(1150)에 형성된다. 도 11b에서, 전기주조된 요소(1100)와 맨드렐(1150)의 외부 표면(1153) 사이의 계면에서의 에지 영역(1120)은 예컨대 구리 전기도금의 경우에 염화 제2철 또는 과황산 암모늄 용액을 사용하여, 예칭된다. 다양한 실시예들에서, 맨드렐 표면을 손상시키는 것 없이 전기주조된 금속을 선택적으로 에칭하는 임의의 습식 화학 에천트가 사용될 수 있다. 그 결과, 에지 영역(1120)은 원하는 코팅 층들이 도포되지 않을 수 있었던 추가 표면적을 노출시키기 위해 백 에칭된다. 에칭 후에, 에지 영역(1120)은 도 11c에 도시된 바와 같이 코팅되거나 도금될 수 있다. 예를 들어, 에지 영역(1120)은 전기주조된 요소(1100)를 더 완전히 캡슐화하기 위해 전기주조된 요소(예를 들어, 도 10a의 상단 배리어 층(1020) 및 하단 배리어 층(1030))의 나머지와 동일한 배리어 금속으로 도금될 수 있다. 다른 실시예들에서, 에지 부분(1120)은 반사 특성들을 수정하기 위해 텍스처링되거나 코팅될 수 있다. 에지 영역(1120)을 여전히 맨드렐(1150) 상에 있는 동안 도금하는 것은 금속 물품이 맨드렐로부터 제거된 후에 개별 도금 단계들을 수행하는 것과 비교하여 제조를 단순화하고 따라서 비용을 감소시킨다.

도 12는 광전지 셀에 대한 전기 구성요소를 제조하는 대표적인 방법의 흐름도(1200)이다. 먼저, 단계 1210에서, 유전체 영역들 및 노출된 금속 영역들을 갖는 외부 표면 층을 갖는 전기 전도성 맨드렐은 도 1 내지 도 4에 관해 설명된 것들과 같이, 제공된다. 노출된 금속 영역들은 홈을 포함할 수 있는 미리 형성된 패턴을 포함한다. 일부 실시예들에서, 홈은 단계 1220에서 금속으로 적어도 부분적으로 도금될 수 있다. 금속은 도 9에서와 같이, 형상을 전기주조된 요소에 부여하는 템플레이트 금속일 수 있다. 다른 실시예들에서, 노출된 금속 영역은 도 10a 및 도 10b에서와 같이 맨드렐로부터 전기주조된 피스의 방출을 용이하고/하거나, 배리어 층을 벌크 도체에 제공하고/하거나, 솔더를 전기주조된 물품 위로 도금하기 위해 하나 이상의 금속 층들로 도금될 수 있다. 단계 1230에서, 금속 물품이 전기주조되며, 금속 물품 내의 적어도 하나의 전기주조된 요소는 과도금된 부분을 갖는다. 금속 물품은 광전지 셀에 대한 전기 도관의 역할을 하기 위해 벌크 도체 재료로 제작된다. 단계 1240에서, 표면 마무리들, 배리어 층들, 및/또는 솔더와 같은 추가 층들은 벌크 도체 상에 도포된다. 과도금된 부분의 에지 영역의 에칭은 도 11a 내지 도 11c에 관하여 설명된 바와 같이, 단계 1250에서 수행될 수 있고, 추가 층들은 에칭 후에 에지 영역에 도포될 수 있다. 단계 1260에서, 금속 물품은 전기주조 맨드렐로부터 분리된다.

본 명세서에 설명되는 독립 전기주조된 금속 물품은 다양한 전지 타입들에 적용가능하고 태양 전지의 제조 시퀀스 내의 상이한 지점들에서 삽입될 수 있다는 점이 인지될 수 있다. 더욱이, 전기도금된 전기 도관들은 태양 전지의 전면 표면 또는 후면 표면, 또는 둘 다 상에 이용될 수 있다. 게다가, 본 명세서의 실시예들은 주로 광전지 응용들에 대해 설명되었지만, 방법들 및 디바이스들은 전자 회로 보드들을 위해 재분배 층들(RDL's), 플렉스 회로들, 발광 다이오드들, 집적 회로들, 및 개별 부품들과 같은 다른 전자 및 반도체 응용들에 적용될 수도 있다. 더욱이, 흐름도 단계들은 대체 시퀀스들로 수행될 수 있고, 도시되지 않은 추가 단계들을 포함할 수 있다. 서술들이 실물 크기 전지들에 대해 설명되었지만, 그들은 1/2 크기 또는 1/4 크기 전지들에 적용가능할 수도 있다. 예를 들어, 금속 물품 설계는 모든 4개의 코너들이 단결정질 완전 준정사각형에서와 같이 챔퍼링되는 것 대신에 단 하나의 또는 2개의 챔퍼링된 코너들을 갖는 전지를 수용하기 위해 레이아웃을 가질 수 있다.

본 명세서가 본 발명의 특정 실시예들에 관해 상세히 설명되었지만, 당해 기술에서 통상의 기술자들은 전술한 것의 이해를 달성할 시에, 개조들을 이러한 실시예들의 변형들, 및 균등물로 용이하게 생각할 수 있다는 점이 이해될 것이다. 본 발명에 대한 이러한 및 다른 수정들 및 변형들은 본 발명의 범위로부터 벗어나는 것없이 당해 기술에서 통상의 기술자들에 실시될 수 있으며, 이는 첨부된 청구항들에 더 특별히 진술된다. 더욱이, 당해 기술에서 통상의 기술자들은 전술한 설명이 단지 예이고, 본 발명을 제한하도록 의도되지 않는 것을 이해할 것이다.

Claims

광전지 셀을 위한 금속 물품을 형성하는 방법으로서,
미리 형성된 패턴을 포함하는 외부 표면 층을 갖는 전기 전도성 맨드렐을 제공하는 단계로서, 상기 외부 표면 층은 유전체 영역 및 노출된 금속 영역을 갖는, 상기 전지 전도성 맨드렐을 제공하는 단계;
금속 물품을 전기주조하는 단계로서, 상기 금속 물품은 상기 전기 전도성 맨드렐의 상기 외부 표면 층의 상기 노출된 금속 영역 상에 형성되는 복수의 전기주조된 요소들을 포함하며, 상기 복수의 상기 전기주조된 요소들 내의 제 1 전기주조된 요소는 상기 외부 표면 층 위에 형성되는 과도금된 부분을 갖는, 상기 금속 물품을 전기주조하는 단계; 및
상기 전기 전도성 맨드렐로부터 상기 금속 물품을 분리하는 단계로서, 상기 복수의 전기주조된 요소들은 상기 금속 물품이 상기 전기 전도성 맨드렐로부터 분리될 때 단일 독립 피스를 형성하도록 상호연결되는, 상기 금속 물품을 분리하는 단계를 포함하고,
상기 복수의 전기주조된 요소들은 상기 광전지 셀에 대한 전기 도관의 역할을 하도록 구성되는 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 과도금된 부분의 높이는 상기 제 1 전기주조된 요소의 높이의 적어도 다수를 포함하는 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 노출된 금속 영역은 상기 전기 전도성 맨드렐의 표면인 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 노출된 금속 영역은,
주석 및 납 중 적어도 하나를 포함하는 제 1 층; 및
구리를 포함하고, 상기 제 1 층 위에 있는 제 2 층을 포함하는 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 미리 형성된 패턴은 상기 외부 표면 층 내의 홈을 포함하며, 상기 제 1 전기주조된 요소는 상기 홈에 형성되는 방법.
청구항 5에 있어서, 상기 전기주조 전에 상기 홈을 템플레이트 금속(template metal)으로 충전하는 단계를 더 포함하는 방법.
청구항 6에 있어서, 상기 템플레이트 금속은 상기 제 1 전기주조된 요소가 형성되는 볼록 윤곽을 갖는 외부 표면을 포함하는 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 전기주조는,
벌크(bulk) 도체 층을 형성하는 단계;
상기 벌크 도체 층의 하단 표면 상에 제 1 배리어(barrier) 재료 층을 형성하는 단계로서, 상기 하단 표면은 상기 광전기 셀에 면하도록 구성되는, 상기 제 1 배리어 재료 층을 형성하는 단계; 및
상기 벌크 도체 층의 상단 표면 상에 제 2 배리어 재료 층을 형성하는 단계를 포함하는 방법.
청구항 8에 있어서, 상기 전기주조하는 단계는 상기 제 1 배리어 재료 층 위에 솔더(solder)의 층을 형성하는 단계; 및
상기 제 2 배리어 재료 층 위에 반사 재료의 층을 형성하는 단계를 더 포함하는 방법.
청구항 8에 있어서, 상기 전기주조하는 단계는 상기 제 2 배리어 재료 층 위에 솔더의 층을 형성하는 단계를 더 포함하는 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 전기 전도성 맨드렐로부터 상기 금속 물품을 분리하기 전에 상기 과도금된 부분의 에지 부분을 에칭하는 단계를 더 포함하며, 상기 에지 부분은 상기 과도금된 부분과 상기 맨드렐 사이의 계면에 위치되고, 에칭은 상기 에지 부분으로부터 재료를 제거하는 방법.
청구항 11에 있어서, 상기 에칭 후에 상기 에지 부분을 도금하는 단계를 더 포함하는 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 복수의 전기주조된 요소들 내의 상기 제 1 전기주조된 요소 및 제 2 전기주조된 요소는 동일 평면의 상기 제 1 전기주조된 요소가 동일 평면의 상기 제 2 전기주조된 요소의 제 2 단면의 대다수를 오버랩하는 제 1 단면을 갖도록 서로 동일 평면인 방법.
광전지 셀을 위한 전기 구성요소로서, 상기 전기 구성요소는:
복수의 전기주조된 요소들을 포함하는 금속 물품으로서, 상기 복수의 상기 전기주조된 요소들 내의 제 1 전기주조된 요소는 과도금된 부분을 갖는, 상기 금속 물품을 포함하며;
상기 복수의 전기주조된 요소들은 상기 금속 물품이 단일 독립 피스를 형성하도록 상호연결되고,
상기 복수의 전기주조된 요소들은 광전지 셀에 대한 전기 도관의 역할을 하도록 구성되는 전기 구성요소.
청구항 14에 있어서, 상기 과도금된 부분의 높이는 상기 제 1 전기주조된 요소의 높이의 다수를 포함하는 전기 구성요소.
청구항 14에 있어서, 상기 과도금된 부분은:
벌크 도체 층; 및
상기 벌크 도체 층의 하단 표면 상의 제 1 배리어 재료 층으로서, 상기 하단 표면은 상기 광전지 셀에 면하도록 구성되는, 상기 제 1 배리어 재료 층; 및
상기 벌크 도체 층의 상단 표면 상의 제 2 배리어 재료 층을 포함하는 전기 구성요소.
청구항 16에 있어서, 상기 과도금된 부분은 상기 제 1 배리어 재료 층위에 솔더의 층; 및
상기 제 2 배리어 재료 층 위에 반사 재료의 층을 더 포함하는 전기 구성요소.
청구항 16에 있어서, 상기 과도금된 부분은 상기 제 2 배리어 재료 층 위에 솔더의 층을 더 포함하는 전기 구성요소.
청구항 16에 있어서, 상기 배리어 재료는 니켈을 포함하는 전기 구성요소.
청구항 14에 있어서, 상기 복수의 전기주조된 요소들은 연속 그리드 패턴을 포함하는 전기 구성요소.
청구항 14에 있어서, 상기 복수의 전기주조된 요소들 내의 상기 제 1 전기주조된 요소 및 제 2 전기주조된 요소는 상기 제 1 동일 평면 전기주조된 요소가 상기 제 2 동일 평면 전기주조된 요소의 제 2 단면의 대다수를 오버랩하는 제 1 단면을 갖도록 서로 동일 평면인 전기 구성요소.