KR20200130495A - 태양 전지 스트링잉을 위한 레이저 보조 금속화 공정 - Google Patents

태양 전지 스트링잉을 위한 레이저 보조 금속화 공정 Download PDF

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KR20200130495A
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metal foil
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metal
conductive contact
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페이 슈안 루
벤자민 아이 시아
데이비드 아론 랜돌프 바크하우스
루이스 씨 아브라
조지 지 코레오스
마르크 로빈슨
폴 더블유 로스컷오프
라이언 리건
데이비드 오카와
타미르 란스
티에리 응유엔
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선파워 코포레이션
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Abstract

레이저 빔을 이용하는 반도체 기판의 금속화 및 형성되는 구조물, 예컨대 마이크로 전자 소자, 반도체 기판 및/또는 태양 전지, 태양 전지 회로, 태양 전지 스트링, 및 태양 전지 어레이가 기술된다. 태양 전지 스트링은 복수의 태양 전지를 포함할 수 있다. 복수의 태양 전지는 기판과 상기 기판 내 또는 위에 부착된 복수의 반도체 영역을 포함할 수 있다. 복수의 전도성 컨택 구조물은 복수의 반도체 영역에 전기적으로 연결된다. 각각의 전도성 컨택 구조물은 대응하는 반도체 영역에 접촉하는 국소 부착된 금속 부분을 포함한다.

Description

태양 전지 스트링잉을 위한 레이저 보조 금속화 공정
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2018년 11월 29일 출원된 미국 가특허 출원 제62/773,172호, 제62/773,168호, 제62/773,148호 및 2018년 4월 6일 출원된 미국 가특허 출원 제62/654,198호의 최선 출원의 이점과 우선권을 주장하며, 각각의 출원은 그 개시 내용 전체가 모든 목적을 위해 본 명세서에 참조로서 포함된다. 또한 본 출원은 그 개시 내용 전체가 모든 목적을 위해 본 명세서에 참조로서 포함된, 발명의 명칭 "레이저 빔을 이용하는 반도체 기판용 국소 금속화(Local Metallization for Semiconductor Substrastes using a Laser Beam"(Attorney Docket No. 131815-244461_P270, SunPower Ref. No. S2040US)으로, 2019년 4월 5일에 출원된 미국 가특허 출원 제16/376,802호의 최선 출원의 이점과 우선권을 주장한다.
본 명세서의 실시예는 반도체 공정의 재생 에너지 분야이고, 특히 레이저 빔을 이용하는 반도체 기판의 금속화 및 형성되는 구조물을 포함한다.
흔히 태양 전지로 알려진 광기전 전지는 태양 복사열을 전기 에너지로 직접 변환하는 소자로 알려져 있다. 일반적으로 태양 전지는 반도체 공정 기법을 이용하여 반도체 웨이퍼 또는 기판에 제조되는데, 기판의 표면 근처에 P-N 접합을 형성한다. 기판의 표면에 충돌하고 기판 내로 진입하는 태양 복사선은 기판의 대부분에서 전자 및 정공 쌍을 생성한다. 전자와 정공 쌍은 기판의 P-도핑 영역과 N-도핑 영역으로 이주하여 도핑 영역 사이에 전압 차이를 발생한다. 도핑 영역은 태양 전지 상의 전도성 영역에 연결되어 전지로부터의 전류를 전지에 결합된 외부 회로로 보낸다.
전기 변환 효율은 효율이 높을수록 최종 고객에게 부가 가치를 제공하고, 또한 기타 다른 사항들이 동일하더라도 와트당 제조 단가를 절감하는 등, 태양 전지의 성능에 직접적으로 관여하기 때문에 태양 전지의 중요한 특성이다. 마찬가지로, 단순한 제조 방식은 유닛 제품당 비용을 절감함에 의해 제조 단가를 낮출 기회를 제공한다. 따라서, 태양 전지의 효율을 증가시키는 기술, 또는 태양 전지의 제조 방식을 단순화시키는 기술이 일반적으로 바람직하다.
도 1a 내지 도 1f는 태양 전지 스트링 제조 방법에서의 공정을 나타내는 측면도를 예시한다.
도 2는 태양 전지를 구성하는 작업 흐름의 예를 예시한다.
도 3a 및 도 3b는 태양 전지 스트링 제조 방법에서의 공정을 나타내는 측면도를 예시한다.
도 4는 태양 전지 스트링 제조 방법에서의 공정을 나타내는 측면도를 예시한다.
도 5는 다중 태양 전지 스트링의 측면도를 예시한다.
도 6은 태양 전지 스트링의 공정을 나타내는 측면도를 예시한다.
도 7은 태양 전지 스트링의 공정을 나타내는 측면도를 예시한다.
도 8a 및 도 8b는 태양 전지 스트링 제조 방법에서의 공정을 나타내는 측면도를 예시한다.
도 9는 다중 태양 전지 스트링의 측면도를 예시한다.
도 10a 및 도 10b는 태양 전지 스트링 제조 방법에서의 공정을 나타내는 측면도를 예시한다.
도 11은 태양 전지 스트링 제조 방법에서의 측면도를 예시한다.
도 12는 태양 전지 스트링 제조 방법에서의 측면도를 예시한다.
도 13은 태양 전지 스트링의 평면도를 예시한다.
도 14a 내지 도 14d는 태양 전지 스트링 제조 방법에서의 다양한 공정을 나타내는 횡단면도를 예시한다.
도 15a 내지 도 15c는 태양 전지의 횡단면도를 예시한다.
도 16은 태양 전지의 횡단면도를 예시한다.
도 17a 내지 도 17e는 본 명세서에 개시된 방법, 방식 또는 장비를 이용하여 제조된 기판의 예를 예시한다.
도 18a 내지 도 18c는 태양 전지 스트링 제조 방법에서의 공정을 나타내는 측면도를 예시한다.
도 19a 및 도 19b는 태양 전지에 대한 금속 리본의 상호 연결 예를 나타내는 도면을 예시한다.
하기 상세한 설명은 사실상 단지 예시적인 것이며, 발명 요지 또는 출원의 실시예 및 그러한 실시예의 사용을 제한하도록 의도되지 않는다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 단어 "예시적인"은 "예, 사례 또는 실례로서 역할하는" 것을 의미한다. 본 명세서에서 예시적인 것으로 기술된 임의의 실시예는 반드시 다른 실시예들에 비해 바람직하거나 유리한 것은 아니다. 또한, 전술한 기술분야, 배경기술, 간략한 요약, 또는 하기의 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에서 제시되는 임의의 명시적 또는 묵시적 이론에 의해 구애되도록 의도되지 않는다.
"하나의 실시예에서" 또는 "일 실시예에서"의 언급은 반드시 동일한 실시예를 지칭하는 것은 아니다. 특정 특징부들, 구조들 또는 특성들이 본 개시내용과 일치하는 임의의 적합한 방식으로 조합될 수 있다.
용어. 하기 단락들은 (첨부된 청구범위를 포함한) 본 개시내용에서 보여지는 용어들에 대한 정의 및/또는 맥락을 제공한다:
"영역" 또는 "부분"은 별개 영역, 체적, 분할 또는 정의가능한 특징을 가지는 대상물 또는 재질의 위치를 설명하지만, 항상 경계가 정해진 것은 아니다.
"포함하는"은 개방형(open-ended) 용어이며 추가적인 구조물 또는 단계를 배제하지 않는다.
"하도록 구성된"은 유닛 또는 구성요소 등 소자를 나타냄으로써 구조물을 함축하고, 작동 중 하나의 작업 또는 작업들을 수행하는 구조물을 포함하고, 이러한 구조물은 상기 소자가 현재 작동하지 않을 때에도(예컨대, 꺼짐/비활성) 작업을 수행하도록 구성된다. 소자가 하나 이상의 작업을 수행"하도록 구성된다"는 것은 35 USC §112, (f) 또는 제6절에 준해 수단 또는 단계 및 기능 해석을 적용하지 않도록 명백히 의도된다.
"제1", "제2" 등. 용어들은 이들의 뒤에 오는 명사에 대한 표지로서 사용되며, (예컨대, 공간적, 시간적, 논리적 등) 임의의 유형의 순서를 의미하지 않는다. 예를 들어, "제1" 태양 전지에 대한 언급은 반드시 이러한 태양 전지가 순서에 있어서 첫 번째 태양 전지임을 의미하지는 않으며; 대신에 용어 "제1"은 이러한 태양 전지를 다른 태양 전지(예컨대, "제2" 태양 전지)와 구별하는 데 사용된다.
"결합된"은 함께 "결합되는" 요소 또는 노드 또는 특징부를 언급하고, 명시적으로 달리 언급되지 않는 한, “결합된”은 직접적으로 기계적으로 결합될 필요는 없지만 또 다른 요소/노드/특징부에 직접 또는 간접적으로 결합 또는 연통 되거나 될 수 있다.
"억제하다"는 결과, 또는 결과물 또는 미래의 상태를 완전히 방지하는 것과 같이 어떠한 것을 저감하거나, 줄이거나, 최소화하거나 또는 효과적으로 또는 실질적으로 제거하는 것을 의미한다.
"레이저 빔에 노출되는 것"은 입사 레이저 광으로 물질을 다루는 공정을 의미하며, "레이저가 가해지는", "레이저로 처리되는", 기타 유사한 문구로 교체하여 사용될 수 있다.
"도핑 영역", "반도체 영역" 및 유사 용어는 기판에, 기판 상부에, 기판에 걸쳐서 배치된 반도체의 영역을 의미한다. 이러한 영역들은 N-형 전도율 또는 P-형 전도율을 가질 수 있고, 도핑 농도가 변할 수 있다. 또한 이러한 영역은 제1 도핑 영역, 제2 도핑 영역, 제1 반도체 영역, 제2 반도체 영역 등과 같이 복수의 영역을 의미할 수 있다. 영역들은 기판 상에 또는 기판 자체의 일부에 다결정 실리콘으로 형성될 수 있다.
"박형 유전층", "터널링 유전층", "유전층", "박형 유전 물질", 또는 중간 층/물질은 어느 하나의 기판과 다른 반도체 층 사이 또는 기판 상부 또는 내의 도핑 또는 반도체 영역 사이, 반도체 영역 위의 물질을 의미한다. 실시예에 있어서, 박형 유전층은 약 2나노미터 이하 두께의 터널링 산소 또는 질소 층일 수 있다. 박형 유전층은 전기적 전도가 달성될 수 있을 정도의 매우 얇은 유전층을 지칭할 수 있다. 상기 전도는 양자 터널링 및/또는 유전층의 얇은 지점을 통한 직접적인 물리적 연결의 작은 영역의 존재에 기인할 수 있다. 예시적인 물질로서 산화 실리콘, 이산화 실리콘, 질화 실리콘, 및 기타 유전 물질을 포함한다.
"중간층" 또는 "절연층"은 전기 절연, 패시베이션을 제공하여 광 반사성을 억제하는 층을 의미한다. 중간층은 다수의 층들이, 예를 들어 중간층 더미일 수 있다. 일부 맥락에서 중간 층은 터널링 유전체 층과 상호 교환 될 수 있는 반면, 다른 맥락에서는 중간층이 마스킹 층이거나 "반사방지 코팅 층"(ARC층)일 수 있다. 예시적 물질로서 질화 실리콘, 실리콘 옥시니트라이드, 산화 실리콘(SiOx), 이산화 실리콘, 산화 알루미늄, 비정형 실리콘, 다결정 실리콘, 산화 몰리브덴, 산화 텅스텐, 산화 주석, 산화 인듐 주석, 산화 바나듐, 산화 티타늄, 탄화 실리콘 및 기타 물질 및 그 조합을 포함한다. 실시예에 있어서, 중간층은 습기 차단재로서 작용할 수 있는 물질을 포함할 수 있다. 또한, 예를 들어, 절연층은 태양 전지용 패시베이션 층일 수 있다. 실시예에 있어서, 중간층은, 예를 들어, 가령 높은 수소 함량을 가지는 산화 실리콘(SiOx)과 같은 유전적 이중층, 산화 알루미늄(Al2O3) 유전체 이중층일 수 있다.
"국소 부착된 금속" 및 "금속 부착"은 금속 소스로부터 기판 부분에 금속을 형성하고 및/또는 부착하도록 레이저에 금속 소스를 노출함에 의해 금속 영역을 형성하는 것을 설명하는데 사용된다. 이러한 공정은 금속 부착의 특정 이론 또는 메카니즘에 한정되지 않는다. 예로서, 국소적으로 부착된 금속은 금속 포일을 레이저 빔에 노출 시 형성될 수 있고, 레이저 빔은 레이저 빔에 노출된 모든 금속 포일로부터 실리콘 기판의 부분에 금속을 형성하고 및/또는 부착한다. 이러한 공정은 "레이저 보조 금속화 패터닝(Laser Assisted Metallization Patterning)" 또는 LAMP 기법을 지칭한다. 국소적 부착 금속은 레이저 빔 크기에 의해 대략 정해지는 폭으로, 1 나노미터(nm) 내지 20 마이크론(㎛)의 두께를 가질 수 있고, 그 물리적 전기적 성질은 소스 금속 포일과 부합한다.
"패터닝"은 소스 금속의 부분을 분리하거나 분리를 증진하는 공정으로, 금속 포일의 벌크 부분과 부착 영역 사이에 있는 금속 포일의 영역(즉 부착 금속)을 약하게 하는 것을 특히 지칭할 수 있다. 이러한 패터닝은 동일한 레이저 공정인 LAMP에 의해 가열, 천공, 변형 또는 기타 금속 포일 조작의 결과 일 수 있으며, 금속 포일을 기판 상에 부착하고, 형성되는 소자로부터 금속 포일의 벌크 부분(즉, 비부착 금속 포일)의 제거를 촉진할 수 있다. 달리 명시되지 않는 한, LAMP에 대한 언급은 이러한 패터닝을 포함한다.
"기판"은 실리콘과 같은 반도체 기판, 특히 단결정 실리콘 기판, 다결정 실리콘 기판, 웨이퍼, 실리콘 웨이퍼 및 태양 전지에 사용된 기타 반도체 기판을 지칭할 수 있지만 이에 한정되지 않는다. 예로서, 이러한 기판은 마이크로 전자 소자, 광 전지 또는 태양 전지, 다이오드, 광 다이오드, 인쇄회로 기판, 및 기타 소자에 사용될 수 있다. 이러한 용어는 본 명세서에서 상호 교환하여 사용된다.
또한, 특정 용어는 단지 참조의 목적으로 하기 설명에 사용될 수 있으며, 따라서 제한하고자 의도된 것은 아니다. 예를 들어, "상부", "하부", "위" 및 "아래"와 같은 용어는 참조되는 도면에서의 방향을 지칭한다. 전면", "배면", "후방", "측방", "외측" 및 "내측"과 같은 용어는 논의 중인 구성요소를 기술하는 본문 및 연관 도면을 참조함으로써 명확해지는 일관된, 하지만 임의적인 좌표계 내에서 구성요소의 부분들의 배향 및/또는 위치를 기술한다. 해당 용어는 위에서 구체적으로 언급된 단어, 이의 파생어 및 유사한 의미의 단어를 포함할 수 있다.
레이저 빔을 이용하는 반도체 기판의 국소 금속화 및 스트링잉과 형성되는 구조물, 예컨대 마이크로 전자 소자, 반도체 기판, 태양 전지, 태양 전지의 스트링 및/또는 태양 전지 어레이가 본 명세서에 개시된다. 하기 설명에 있어서, 본 개시 실시예의 완전한 이해를 제공하기 위해, 다수의 특정 세부사항, 예컨대 특정 공정 흐름 작업이 제시된다. 본 개시 내용의 실시예가 이러한 특정 세부사항 없이도 실시될 수 있다는 것이 당업자에게 명백할 것이다. 다른 경우에, 에미터 영역 제조 기법과 같은 공지의 제조 기법은 본 개시내용의 실시예를 불필요하게 모호하게 하지 않도록 상세히 기술되지 않는다. 또한, 도면에 도시된 다양한 실시예가 예시적인 표현이고, 반드시 축척대로 그려진 것은 아니라는 것을 이해하여야 한다.
본 명세서에 개시된 방식은 분절 배면 컨택(IBC) 태양 전지 뿐만 아니라 기타 유형의 태양 전지에 적용될 수 있고, 기타 유형의 태양 전지는 연속 에미터 배면 컨택 태양 전지, 예컨대 n-형 및 p-형 도핑 영역이 트렌체 구조 박형 필름에 의해 분리되는 트렌치 아키텍춰를 가지는 전면 및/또는 배면 컨택 태양 전지, 고유의 박막 층(HIT)을 가지는 이단접합 태양 전지, 터널 옥사이드 패시베이티드 컨택(TOPCon) 태양 전지, 유기 및 전면 컨택 태양 전지, 중첩하는 셀 단면을 가지는 전면 컨택 셀, 패시베이티드 에미터 및 리어 셀(RERC) 태양 전지, 모노-RERC 태양 전지, 리어 국부 확산(PERL) 셀을 가지는 패시베이디트 에미터, 3 또는 4 단자 텐뎀 셀, 라미네이트 및 기타 태양 전지류를 포함한다. 본 명세서에 개시된 금속화 방식은 금속화 구조물에 의해 결합된 복수의 서브 전지를 가지는 태양 전지에 적용할 수 있다. 실시예에 있어서, 그루브는 인접하는 서브 전지 사이에 배치될 수 있고, 금속화 구조물은 인접하는 서브 전지를 함께 연결할 수 있다. 실시예에 있어서, 그루브는, 예컨대 인접하는 서브 전지들을 하나의 서브 전지씩 싱귤레이트하여 물리적으로 서로 분리할 수 있다. 실시예에서, 그루브 위에 배치될 수 있는 금속화 구조물은 서브 전지를 물리적 전기적으로 연결할 수 있다.
본 명세서에 개시된 금속화 방식은 싱귤레이트되고/되거나 물리적으로 분리된, 예컨대 다이싱되어, 부분적으로 다이싱되어 더욱 분리된 태양 전지 및/또는 태양 전지 부분에 적용될 수 있다. 예로서, 이러한 태양 전지 및/또는 태양 전지 부분은 본 명세서에 개시된 금속화 구조물 및 공정에 의해 물리적 및/또는 전기적으로 결합될 수 있다.
또한 본 명세서에 개시된 금속화 방식은 마이크로 전자, 반도체 소자 및 일반적으로 광 에미팅 다이오드, 마이크로 전자기계적 시스템 등과 같은 기타 기판에 적용할 수 있다. 본 명세서에 개시된 실시예는 필름이 유리에 부착되고, 원하는 금속 두께를 달성하고자 후속 도금 등이 요구되는 레이저 유도 전진 트랜스퍼(LIFT)와 구별될 수 있다.
금속 포일 및 LAMP 부착을 이용하여 두 개 이상의 태양 전지와 같은 태양 전지의 스트링과 그 제조방법이 본 명세서에 개시된다. 두 개 이상의 태양 전지는 저렴한 금속 포일을 이용하여 단일 동작 공정으로 연결될 수 있어 경쟁 기술에 비해 현저한 비용 이점을 제공한다.
일 실시예에 있어서, 두 개의 태양 전지는 제1 태양 전지의 배면에 금속 포일을 배치하고, 제1 태양 전지의 배면의 하나 이상의 위치 내 금속 포일에 LAMP 기법을 실행함에 의해 전기적으로 연결된다. 또한 금속 포일은 제1 태양 전지의 전면에 배치되어 결국 제1 태양 전지의 전면의 하나 이상의 위치에 LAMP 기법이 적용될 수 있다. LAMP 기법은 태양 전지의 각기 해당되는 전면과 배면에 금속 포일을 전기적으로 연결하는 하나 이상의 전도성 컨택 구조물을 형성한다. 전도성 컨택 구조물은 금속 소스, 예컨대 금속 포일을 태양 전지의 반도체 영역에 전기적으로 연결하도록 국소적으로 부착된 금속 부분을 포함한다.
제1 태양 전지는 제1 태양 전지의 전면 또는 배면 상의 금속 포일을 통해 제2 태양 전지에 연결될 수 있되, 이러한 금속 포일 또는 그 부분이 제2 태양 전지의 부분에 배치되고 접합 또는 LAMP 기법이 적용되어 이러한 금속 포일과 제2 태양 전지 사이에 전도성 컨택 구조물을 형성한다. 예컨대, 접합 기법으로, 전기 전도성 접착제, 용접 또는 납땜을 이용한다. 전도성 컨택 구조물은 금속 소스, 예컨대 금속 포일을 태양 전지의 반도체 영역에 전기적으로 연결하도록 국소적으로 부착된 금속 부분을 포함한다.
연결되는 태양 전지의 형태, 예컨대 전면 컨택 또는 배면 컨택 태양 전지에 따라, 제1 태양 전지의 전면은 제2 태양 전지의 전면 또는 제2 태양 전지의 배면에 연결될 수 있다. 이러한 공정을 반복함에 따라, 제3, 제4, 제5 등의 태양 전지를 제1 태양 전지 또는 제2 태양 전지에 연결하여 거의 모든 길이의 태양 전지 스트링이 형성될 수 있다. 이렇게 길어진 스트링을 함께 연결하여 태양 전지의 어레이를 상호 연결 및/또는 버스바의 형태로 연결된 것처럼 직렬 또는 병렬로 형성할 수 있다. 제1 및 제2 태양 전지는 하나 이상의 컨택 패드를 포함할 수 있고, 전도성 컨택 구조물은 금속 포일을 하나 이상의 컨택 패드에 전기적으로 연결할 수 있다.
또한 태양 전지의 스트링은, 스트링을 가령 서로 마주하는 스트링의 전면을 함께 적층함으로써, 그리고 제1 태양 전지 스트링 단부의 하나의 태양 전지에서 연장된 금속 포일을, 예컨대 제1 및 제2 태양 전지 스트링 단부에서 연장된 금속 포일을 이용하여 전기적 연결을 형성하기 위해 제1 태양 전지 스트링에 적층된 제2 태양 전지 스트링 단부의 태양 전지에서 연장된 보완 금속 포일에 (전기적으로 및 물리적으로) 접합함으로써 연결될 수 있다. 접합은 본 명세서에 개시된 바와 같은 LAMP 기법, 레이저 용접, 유도 용접, 초음파 용접, 플라즈마 용접 및 저항 용접과 같은 용접 공정, 또는 열압착 접합에 의해 실행될 수 있다. 다른 실시예로서, 전도성 접착제로 접합을 행할 수 있고, 하나의 태양 전지에서 연장된 금속 포일을 다른 태양 전지에서 연장되는 금속 포일에 크림핑하여 접합할 수도 있다.
배치 공정은 금속 포일을 기판에서 고정 또는 위치시키도록, 예컨대진공 및/또는 택킹(tacking) 공정을 이용하여 금속 포일을 기판 상/위에 고정하도록 실행할 수 있다. 이러한 배치 공정은 금속 포일을 기판 위에 위치시키거나 배치하도록 롤러 및/또는 열처리가 사용될 수 있는 열압착 공정을 포함할 수 있다. 진공 공정, 열압착 공정 또는 기타 유사 공정이 금속 포일이 균일하게 배치하여 금속 포일과 기판 사이에 에어갭 또는 에어 포켓을 억제하도록 사용될 수 있다.
절연 물질이 제1 및/또는 제2 태양 전지의 선택된 면 또는 엣지부분과 같은 제1 및/또는 제2 태양 전지의 어느 하나로부터 포일의 부분을 전기적으로 분리하는 데 사용될 수 있다. 실시예에 있어서, 절연 물질은 금속 포일 배면(예컨대, 제1 태양 전지의 배면을 향하지 않는 금속 포일의 면)의 적어도 일부 위에 배치한다. 다른 실시예에 있어서, 절연 물질은 금속 포일의 전면(예컨대, 제1 태양 전지 배면을 향한 금속 포일의 면)의 적어도 일부 위에 배치할 수 있다. 이러한 절연 물질의 위치는 절연 물질이 태양 전지와 금속 포일 사이의 단락을 억제하도록 두 개의 태양 전지가 연결되거나 설치될 때 선택될 수 있다. 절연 물질은 LAMP 기법 이전 또는 이후에 적용되어, 벌크 금속 포일의 전체를 커버하거나 선택적 절연을 제공하도록 선택적으로 패턴화될 수 있다.
절연 물질은 비전도성 물질일 수 있으며, 예컨대 위에서 보았을 때 금속 포일을 가릴 수 있는 비전도성 테이프 또는 기타 적절한 비전도성 차폐물 또는 커버일 수 있다. 비전도성 물질은 태양 전지 사이의 금속 포일의 노출된 섹션을 커버할 수 있다. 실시예에 있어서, 비전도성 차폐물은 태양 전지 라미네이트, 모듈 판넬 등과 같은 최종 제품에서 보일 수 있는 부분을 커버할 수 있다. 그러므로, 절연 물질은 전면에서 보았을 때, 금속 포일을 충분히 덮는 실질적으로 불투명한 물질을 포함할 수 있다. 또한 절연 물질은 태양 전지의 정렬 및/또는 태양 전지를 함께 고정하는데 도움이 될 수 있다. 절연 물질의 예로서, 아크릴과 같은 접착제층을 추가로 포함할 수 있는 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌이 포함될 수 있다. 또한 봉합 물질이 절연 물질로서 작용할 수 있다. 예를 들어, 봉합재는 본 명세서에 기재된 태양 전지로부터 태양 모듈을 형성하는 데 사용된 것과 동일 물질 중 하나를 포함하되, 폴리올레핀, EVA, PVA 및 PVB 봉합재로 한정되는 것은 아니다.
상술한 바와 같은 이유로 절연 물질이 유용하다 하더라도, 다른 실시예들에 절연 물질을 포함하지 않을 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 태양 전지사이의 금속 포일은 자체 슁글링 태양 전지 스트링을 제공한다. 이러한 디자인은 패키징과 언패키징, 조립, 연결, 설치, 및 태양 전지 모듈의 유지보수를 용이하게 할 수 있다. 이러한 모듈은 단일 어레이의 태양 전지뿐만 아니라 복수의 태양 전지 어레이를 구성할 수 있다. 절연 물질을 포함하면, 예를 들어 태양 전지들이 인접하는 태양 전지와 중첩되어 태양 전지와 금속 포일 사이의 단락을 방지하기 때문에 슁글링(shingling)를 용이하게 할 수 있다.
실시예에 있어서, 제1 태양 전지와 제2 태양 전지 사이에 있는 금속 포일이 접혀져 있어나 굽혀져 있어서, 예컨대 하나의 태양 전지의 배면과 다른 태양 전지의 전면에 포일을 연결하는 것이 용이하다. 이 굽힘(bending)은 태양 전지의 연결 전후에 실행될 수 있다. 또한 제1 및 제2 태양 전지를 금속 포일에 연결하는 것은 임의의 순서로 행해도 되고, 심지어 실질적으로 동시에 행해질 수 있다. 예를 들어, 제1 태양 전지의 배면은 제2 태양 전지의 전면 또는 배면이 금속 포일에 연결되기 전에 금속 포일에 연결될 수 있다. 반대로, 제1 태양 전지의 배면은 제2 태양 전지의 전면 또는 배면이 금속 포일에 연결된 후 금속 포일에 연결될 수 있다.
실시예에 있어서, LAMP 기법을 위한 레이저의 파워, 파장 및/또는 펄스 지속시간은 복수의 국소 부착 금속 부분을 형성하지만, 포일을 완전히 제거하지 않도록 선택된다. 파워, 파장 및/또는 펄스 지속 시간은 금속 포일 조성, 용융 온도 및/또는 두께에 따라 선택되거나/튜닝될 수 있다. 일례로, 레이저는 약 250 nm과 약 2000nm 사이 (예컨대, 250 nm 내지 300 nm, 275 nm 내지 400 nm, 300 nm 내지 500 nm, 400 nm 내지 750 nm, 500 nm 내지 1000 nm, 750 nm 내지 1500 nm 또는 1000 nm 내지 2000 nm)의 파장을 가지며, 레이저 피크 파워는 5×10+4 W/mm2 이상이고, 레이저는 약 1 kHz와 약 10 Mhz 사이(예컨대, 1 kHz 내지 1000 kHz, 500 kHz 내지 2000 kHz, 1000 kHz 내지 5000 kHz, 2000 kHz 내지 7500 kHz, 또는 5000 kHz 내지 10 mHz)의 펄스 주파수를 가지는 펄스 레이저이다. 펄스 지속 시간은 1 fs와 1 ms 사이 (예컨대, 1 fs 내지 250 fs, 100 fs 내지 500 fs, 250 fs 내지 750 fs, 500 fs 내지 1 ns, 1 ns 내지 250 ns, 100 ns 내지 500 ns, 250 ns 내지 750 ns, 500 ns 내지1000 ns, 750 ns 내지 1500 ns, 1000 ns 내지 5000 ns, 1500 ns 내지 10000 ns, 5000 ns 내지 10000 ns, 10000 ns 내지 50000 ns, 및 10000 ns 내지 1 ms)일 수 있다. 레이저는 IR, 그린 또는 UV 레이저일 수 있다. 특정 예에서, 레이저 빔은 약 20과 약 50 ㎛ 사이, 예컨대 20-30 ㎛, 25-40 ㎛, 및 30-50 ㎛의 폭을 가진다.
일 실시예에 있어서, 태양 전지 스트링의 제조 방법은 기판에 또는 그 위에 반도체 영역을 형성하는 공정을 포함한다. 다른 실시예에 있어서, 기판은 기판에 또는 그 위에 반도체 영역이 제공된다. 중간층은 반도체 영역의 개구 노출부를 가지도록 반도체 영역에 형성될 수 있다. 금속 포일은 중간층에 배치되어, 중간층의 개구부에 인접하는 위치나 어긋나게 부분적으로 걸쳐진 위치에서 레이저 빔에 노출될 수 있다. 금속 포일을 레이저 빔에 노출시키면, 반도체 영역에 전기적으로 연결된 복수의 전도성 컨택 구조물을 형성하고, 각각의 전도성 컨택 구조물은 국소 부착된 금속 부분을 포함한다. 실시예에 있어서, 방법에 따라 중간층의 개구부의 위에 금속 포일을 레이저 스퍼터링하는 단계를 포함할 수 있다. 레이저 스퍼터링은 반도체 영역에 전기적으로 연결되는 복수의 전도성 컨택 구조물을 형성할 수 있다.
이론에 얽매임이 없이, 금속 포일을 레이저 빔에 노출함에 의해 달성된 상술한 국소 금속 부착은 레이저가 조사된 금속 포일 부분이 부분 또는 전체적인 용융에 의해, 금속 포일의 부분이 부분 또는 전체적으로 제거되어 결과적으로 웨이퍼 상에 재부착함에 의해, 및/또는 금속 포일의 레이저 부착 및 패터닝 공정 동안의 금속 포일 부분의 레이저 스퍼터링에 의해 달성될 수 있다. 일례에서, 금속 포일의 제1 부분이 레이저 빔에 노출되어 결과적으로 웨이퍼 상에 부착되는 동안, 동시에 소스 금속 포일 층을 패터닝한다. 또한 특정 실시예에서는 금속 포일의 이러한 제1 부분이 레이저 조사에 노출되지 않은 금속 포일의 인접하는 제2 부분에 전체적으로 또는 적어도 부분적으로 연결된다. 제1과 제2 부분 사이의 금속 포일의 영역은 (제2 부분에 비해) 비교적 약해진 물리적 구조물을 가질 수 있어 제1 부분에서 제2 부분의 분리를 촉진하여 별개의 전도성 경로를 만든다.
태양 전지에 있어 금속층의 종래의 금속 부착 및 패터닝은 금속 부착용 진공 챔버 또는 금속 도금용 화학 바스(bath)를 이용하는 단계를 포함할 수 있다. 또한 부착된 금속이 제거되어야 할 영역을 식별하고자 하나 이상의 패터닝 작동이 일반적으로 실행된다. 이와 대조적으로, 본 명세서에 개시된 금속화 방식은 단일 공정 작동으로 금속 부착 및 패터닝을 효과적으로 달성하고, 종래의 공정에서 요구되었던 필요성을 제거한다. 하지만, LAMP 기법은 종래의 금속 부착(이후)에 부가적으로 사용될 수 있다.
본 명세서에 개시된 다양한 실시예들은 광 리소그래피(및 이와 연관된 에칭 공정의 생략)를 이용하는 것보다 저렴하고 신속한 금속화 및, 스크린 프린팅에 비해 더 작은 특징부 폭과 더 높은 종횡비를 가지는 더욱 정밀한 패터닝를 제공할 수 있다. LAMP 기법은 레이저를 통한 단일 공정 작동으로 저렴한 금속 포일을 이용하여 금속의 직접 부착 및 패터닝을 가능하게 하므로, 경쟁 기법에 비해 현저한 비용 이점을 제공한다. 또한 LAMP 기법은 비교적 소규모로 제조할 수 있다. 특히 스크린 프린팅을 이용하여 형성된 구조물에 비해 피치가 더 좁고 더 좋은 효율을 달성할 수 있다. 일례로, 스크린 프린팅된 전도성 접점은 50 마이크론까지의 두께와 50 마이크론의 최소 특징부 크기를 가지는 은 페이스트를 포함할 수 있다. 대조적으로, LAMP 기법은 대략 1 nm 내지 20 마이크론의 두께와 대략 25 마이크론의 최소 특징부 크기를 형성할 수 있다. 부착 두께는 소스 물질의 시작하는 두께 및 레이저 조건에 의해 조절될 수 있다. 부착 두께는 소스 물질 두께의 약 5% 내지 약 25% 범위일 수 있다. 소스 물질 두께는 LAMP에 요구되는 레이저 조건(특히, 펄스 지속 시간)을 부분적으로 제한할 수 있다. 소스 물질 두께는 LAMP에 요구되는 레이저 조건(특히, 펄스 지속 시간)을 부분적으로 제한할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 금속 소스 물질은 약 1 nm 내지 1 ㎛ 범위의 두께를 가질 수 있다. 일례에 있어서, 레이저 보조 금속화 공정(LAMP)의 실행은 박형 소스 물질로부터 금속을 피코세컨드 레이저 또는 펨토세컨드 레이저를 이용하여 박형 폴리머 또는 멤브레인에 스퍼터링하는 단계를 포함할 수 있되, 상기 박형 소스 물질은 대략 1 nm 내지 1 ㎛ 범위의 두께를 가질 수 있다. 실시예에 있어서, 금속 소스 물질은 1 ㎛ 내지 100 ㎛, 예컨대 1 ㎛ 내지 10 ㎛, 5 ㎛ 내지 25 ㎛1, 10 ㎛ 내지 50 ㎛, 25 ㎛ 내지 75 ㎛, 또는 50 ㎛ 내지 100 ㎛ 범위의 두께를 가질 수 있다. 일례에 있어서, 레이저 보조 금속화 공정(LAMP)의 실행은 피코세컨드 레이저 또는 펨토세컨드 레이저를 이용하여 금속 포일의 금속을 기판에 스퍼터링하는 단계를 포함할 수 있되, 상기 금속 포일은 대략 1 ㎛ 내지 100 ㎛ 범위의 두께를 가질 수 있다. pre- 및 post-LAMP 금속 두께에 대한 파라미터를 개시하는 LAMP 기법의 다양한 실시예는 표 1에 개시된 바와 같다.
Pre-LAMP 포일 두께 Post-LAMP 포일 두께: 단일 포일 Post-프로세싱 포일 두께: 포일 적층의 하나의 층 Post-프로세싱 포일 두께: 포일 적층의 모든 층의 합(LAMP 층 및 추가 접합 층)
타겟 두께 예 10-50 ㎛ LAMP 영역 1-10 ㎛ LAMP 영역 1-20 ㎛ 비LAMP 영역 10-50 ㎛ 또는 원래 두께 초기 LAMP 층 1-10 ㎛
초기 LAMP 층 1-20 ㎛
10-50 ㎛ 추가 접합 층 추가 접합층 20-200 ㎛		 10-50 ㎛
25-45 ㎛
25-200 ㎛
10-220 ㎛
실제 최소 두께 예 1 ㎛ 60 nm
100 nm		 100 nm
1 ㎛		 100 nm
실제 최대 두께 예 100 ㎛ 12 ㎛
20 ㎛		 20 ㎛
200 ㎛		 N/A
다른 이점은 반도체 특징부의 금속화를 위해 저렴한 알루미늄(알루미늄 포일 형태로)으로은의 사용을 대체하도록 실현 가능한 방식을 제공하는 것을 포함한다. 또한 LAMP 기법으로 부착된 알루미늄은 스크린 프린팅된 은과 대조적으로, 순수 모노리식 금속일 수 있으며, 그 공극률로 인해 더 높은 전기 저항을 가진다. 표 1의 예에 추가하여 금속 포일로서 알루미늄을 이용하는 다양한 예에 있어서, 태양 전지는 대략 1 nm - 500 ㎛ 두께의 알루미늄 층(또는 층들)을 가질 수 있다. 금속 포일은 약 97% 이상 함량의 알루미늄과 약 0-2% 범위 함량의 실리콘을 포함할 수 있다.
예시의 알루미늄(Al) 금속 포일은 약 1-100 ㎛, 예컨대 1-15 ㎛, 5-30 ㎛, 15-40 ㎛, 25-50 ㎛, 30-75 ㎛, 또는 50-100 ㎛ 범위의 두께를 가진다. Al 금속 포일은 F-등급(제조된 상태), O-등급(완전 연질), H-등급(변형 경화됨), 또는 T-등급(열처리됨)과 같은 템퍼 등급 금속 포일일 수 있지만 이에 국한되지 않는다. 알루미늄 금속 포일은 양극산화 처리되거나 처리되지 않을 수 있고, 하나 이상의 코팅을 포함할 수 있다. 또한 다층 금속 포일이 사용될 수 있다. 금속 포일의 예로서, 적층에 알루미늄이 있거나 없는 상태 또는 합금으로서 알루미늄, 구리, 주석, 텅스텐, 망간, 실리콘, 마그네슘, 아연, 리튬 및 그 조합의 금속 포일을 포함할 수 있다.
다른 예에 있어서, 금속을 형성하고 반도체 소자(예컨대, 태양 전지)용 금속층을 패턴화하는 작업은 우선 종래 또는 LAMP 기법을 이용하여 기판(예컨대, 금속 시드층)에 제1 금속층을 형성하고, 제1 금속층 위에 제2 금속층(예컨대, 알루미늄 포일)을 위치시키고, 예컨대 레이저를 이용하여 제1 금속층의 부분을 제2 금속층에 접합하는 단계를 포함할 수 있다. 금속 시드층은 주석, 텅스텐, 티타늄, 구리, 및/또는 알루미늄이 부착된 층을 포함할 수 있다. 스퍼터링 공정이 금속 시드층을 부착하는데 사용될 수 있다. 금속 시드층은 0.05 내지 50 마이크론 범위의 두께를 가질 수 있다.
태양 전지는 패턴화된 배면 시트, 봉합재 및/또는 착색된(염색된) 배면 봉합재를 포함할 수 있다. 금속 포일은 테이프와 같은 마스킹 또는 클로킹 물질을 이용하여 숨겨질 수 있고, 이는 인접하는 태양 전지 사이의 갭 영역에서(그 사이의 갭을 연결하는)태양 전지의 엣지와 금속 포일 사이에 배치된다. 또한 금속 포일은 전면에서 보았을 때, 잘 보이지 않거나 태양 전지와 용이하게 식별할 수 없게 태양 전지와 매칭되도록 양극산화 처리되거나 착색될 수 있다(즉, 금속 포일이 마스킹되거나 클로킹된다). 또한 금속 포일은 접착제를 포함할 수 있는데, 예컨대 pre-LAMP 공정 및/또는 post-LAMP 공정을 위해 금속 포일을 기판에 접착하기 위한 것이다. 대안으로서 또는 추가적으로, 기판은 pre-LAMP 공정 및/또는 post-LAMP 공정 동안 금속 포일을 고정할 수 있도록 접착제를 포함할 수 있다. 유전 물질, 예를 들어 손상 완충 물질(DBM) 또는 산화 물질이 또한 기판과 금속 포일 사이에 부착될 수 있다.
본 명세서에 개시된 바와 같은 부착 및 패턴화 실행 후 금속층 소스의 잔류물은 후속 공정에서 제거될 수 있다. 예를 들면, 레이저 빔에 노출되지 않은 금속 포일의 부분은 제거된다(즉, 부착되지 않은 금속 포일은 제거된다). 이에 대한 일 실시예에 있어서, 레이저 빔에 노출되지 않은 금속 포일의 적어도 일부분을 제거하는 단계는 레이저 빔에 노출되지 않은 금속 포일의 모든 부분을 제거하는 단계를 포함할 수 있다. 다른 예로서, 금속 포일의 부분은 또 다른 레이저 빔과 같은 이후 인가된 레이저 빔에 노출되고/되거나, 다른 특성(예컨대, 파워, 주파수 등)을 가지는 레이저에 노출된다. 이러한 후속 공정은 미부착 금속 포일을 제거할 목적으로 금속 포일의 추가 패터닝을 제공할 수 있다. 특정 실시예에 있어서, LAMP 기법을 연속적인 단계로 기판에 반복하여 기판에 금속층을 형성한다. 특히 제1 포일은 기판의 제1 부분 또는 영역에 제1 LAMP 기법을 적용하여 제1 전도성 컨택 구조물을 형성하고, 제2 포일은 기판의 제2 부분 또는 영역에서 제2 LAMP 기법을 적용한다. 제2 LAMP 기법은 제1 LAMP 기법이 적용되지 않은 제1 포일의 부분이 제거된 후 적용될 수 있고, 제2 부분 또는 영역은 제1 포일의 이러한 부분이 제거되는 기판의 영역에 배치된다. 마찬가지로, 제2 LAMP 기법이 적용되지 않은 제2 포일의 부분이 제거될 수 있고, 유사한 제3, 제4 등의 LAMP 기법이 연속해서 실행되어 기판에 금속층을 형성할 수 있다. 이 실시예는, 예를 들면 기판에서 금속 특징과 같은 기타 특징에 따른 형태 또는 근접성으로 인하여 제거해야 할 포일 부분을 제거하기 어려운 경우에 사용될 수 있다.
일례로서, 국소적으로 부착되지 않은 금속 포일 부분이 제거됨에 따라, 예컨대 LAMP 기법이 적용되지 않은 벌크 금속 포일을 기판에 부착된 금속 포일의 부분에서 물리적으로 분리하고 부수고 뜯어내서 형성된 엣지 특징부를 가지는 금속 포일 부분이 국소적으로 부착될 수 있다. 엣지 특징부는 찢겨진 엣지 또는 날카롭게 찢겨진 엣지를 포함할 수 있다. 일례로, 금속(이 예에서는 알루미늄 포일)의 제1 부분은 LAMP 기법에 의해 태양 전지의 표면에 부착되거나 직접 고정되는 반면, (제1 부분에 인접하는) 금속의 제2 부분은 LAMP 기법이 적용되지 않으므로 태양 전지의 표면에 부착되거나 직접 고정되지 않는다. 금속 포일의 제1 및 제2 부분은 서로 부착되고, 그 사이의 영역은 바람직하기로는 제1 부분이 부착되는 공정 단계와 동일한 LAMP 기법으로 이 영역이 약해지도록 패턴화될 수 있다. 제2 부분이 제거되어 제1 부분으로부터 물리적으로 분리되어 찢겨짐에 따라 제1 부분의 측면을 따라 엣지 구조물을 형성한다. 이러한 엣지 구조물 또는 특징부는 날카롭고 및/또는 찢겨진 모양이며, 금속을 기판에 부착하는 용접, 납땜, 도금 또는 기타 다른 부착 공정에서 기인한 금속화 특징부의 원형 또는 곡면 엣지와 차별화된다. 이러한 엣지 구조물은 또한 후속 단계에서 날카롭거나 거친 특징부를 제거하고자 폴리싱될 수 있다.
또한, 레이저 빔에 포일을 노출하는 단계는 종래의 금속화 방법에 비해 독특한 특징부를 형성할 수 있는데, 레이저 빔이 포일에 접촉될 때 "U-자형" 또는 계곡형 구조물을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. "U-자형"의 폭은 사용된 레이저 빔의 폭과 거의 동일하다. 실시예에 있어서, 적어도 일시적으로 레이저 빔에 노출되지 않는 영역이 제거되기 까지 전도성 컨택 구조물로부터 레이저 빔에 노출되지 않은 금속 포일의 영역으로 연장된 엣지 부분에 의해 전도성 컨택 구조물이 연결된다.
일례로, 금속 포일을 레이저 빔에 노출하는 단계는 태양 전지, 예컨대 포일 및/또는 기판 상에 스패터(spatter) 또는 스퍼터(sputter) 특징부를 형성한다. 이러한 스패터 특징부는 LAMP 기법을 이용하여 태양 전지를 형성할지 여부를 결정할 때 사용될 수 있다. 일부 예에 있어서, 스패터 특징부는 적어도 금속 포일로부터 제거될 수 있어서, 예컨대 제2 물질을 포일에 접합하는 단계를 용이하게 할 수 있으며, 예를 들어 레이저 빔에 노출되지 않은 포일을 제거하고자 사용되는 캐리어 시트, 또는 다른 전지로부터 연장된 상호 연결된 포일과 같은 태양 전지, 태양 전지 스트링 또는 더 높은 순차 구조물의 기타 구성요소, 또는 기타 태양 전지, 태양 전지 스트링 또는 더 높은 순차 구조물의 전기적으로 또는 비전기적으로 연결된 구성요소에 접합하는 것을 용이하게 할 수 있다. 이러한 스패터는 폴리싱 또는 에칭으로 제거될 수 있다.
레이저 보조 금속화는 (예컨대, 전도성 또는 구조적 목적으로) 금속 두께를 증가할 목적으로 다층 금속 포일 구조물을 구축하고 제1 금속 포일 층의 비부착 부분의 제거를 용이하게 하기 위해 반복될 수 있다. 특히, 금속 포일, 와이어, 또는 테이프와 같은 제2 금속 소스가 제1 금속 포일 위에 배치될 수 있되, 제2 금속 소스가 반도체 영역에 국소적으로 부착되지 않아서(즉, 직접 전기적으로 연결되어 있는) 제1 금속 포일의 위치 중에서 선택된 위치에서 레이저 빔이 인가됨에 따라, 제2 금속 소스를 제1 금속 포일에 용접하거나 접합한다. 이후 제2 금속 소스의 기계적 제거는 기판 위의 반도체 영역에 국소적으로 부착되지 않은 제1 금속 포일의 영역을 선택적으로 제거한다.
또한, 제2 금속 소스는 추가적인 금속 두께가 전기 전도에 유익한 버스바 구성처럼 태양 전지의 전체 또는 부분에 대해 추가적인 금속화 두께를 제공하는 데 사용된다. 이때 제2 금속 소스는 레이저를 통해 국지적으로 부착되지 않은 제1 금속 포일의 위치 및/또는 제1 금속 포일이 반도체 영역에 국소적으로 부착되는 동일한 위치와 동일하거나 근접하는 위치 중에서 선택한 위치에서 제1 금속 포일에 접합될 수 있다. 이러한 공정은 인접하는 태양 전지 사이 또는 인접하는 태양 전지의 스트링을 가로질러서 적용한 상호연결 영역으로 제한될 수 있다.
또한, 제2 금속 소스는 제1 금속 포일로 부터 또는 종래의 금속화 기법에 의해 형성된 바와 같이, 국소화된 금속화 영역 또는 부분을 포함하는 태양 전지 기판 위에 배치된다. 제2 금속 소스는 선택된 영역의 국소 금속화 부분에 접합되어 선택된 영역에 추가 금속화를 제공한다. 일례로, 제2 금속 소스는 일부 영역의 금속 두께를 증가시켜 다른 영역의 제1 금속 포일의 국소적 비부착 부분을 제거하기 위한 캐리어 시트로서 사용되도록 패턴화된다. 제2 금속 소스를 제1 금속 포일에 접합하기 위해 태킹 공정이 사용될 수 있다. 태킹 공정은 레이저, 열압착 접합(예로, 스파이크, 스파이크형 롤러, 고슴도치형 롤러, 또는 못박힌 베드형 부재를 이용), 또는 종래의 납땜 및 용접 방법을 이용하여 실행될 수 있는 점 또는 스폿 용접의 어레이를 형성하는 공정을 포함한다. 또한 제2 금속 소스는 전기 전도성 접착제를 이용하여 제1 금속 포일에 접합될 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 캐리어는 플라스틱, 폴리머 및/또는 맴브레인이고, 이는 절연체, 습기 억제재, 보호층 등으로 사용될 수 있다.
실시예에 있어서, 기판은 복수의 도핑 영역을 가질 수 있다. 실시예로서, 복수의 도핑 영역은 제1 도핑 영역, 제2 도핑 영역 등을 지칭할 수 있다. 예로서, 제1 도핑 영역은 N-형 반도체 영역을 포함할 수 있고, 제2 도핑 영역은 P-형 반도체 영역을 포함할 수 있다. 일례로서, 기판은 복수의 N-형 및 P-형 반도체 영역을 포함할 수 있다. 일부 실시예에 있어서, N-형 및 P-형 반도체 영역은 서로 교대하고 있는 N-형 및 P-형 반도체 영역일 수 있다. 일 실시예에서, 교대하고 있는 N-형 및 P-형 반도체 영역은 손가락이 깍지낀 형태처럼 하나씩 반복적으로 배치될 수 있다.
실시예에 있어서, 본 명세서에 개시된 방법은, 기판에 또는 그 위에 복수의 N-형 및 P-형 반도체 영역을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 일례로서, 태양 전지 제조 방법은 기판 일 측면에 또는 그 위에 복수의 N-형 또는 P-형 반도체 영역을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 이러한 제조 방법은 기판의 정면 또는 배면, 또는 양면 모두에 N-형 및 P-형 반도체 영역을 배치하는 단계를 포함할 수 있다.
본 명세서에 개시된 태양 전지 스트링이며, 예를 들어 2개 이상의 태양 전지 스트링이다. 태양 전지는 기판이나 그 위, 또는 그 양면 모두에 부착된 도핑 영역과 같은 도핑 영역을 포함할 수 있다. 실시예에 있어서, 도핑 영역은 N-형 전도성 타입과 P-형 전도성 타입을 가질 수 있다. 실시예에 있어서, 도핑 영역은 기판의 정면, 배면 또는 그 양면 모두에 배치될 수 있다.
실시예에 있어서, 금속 포일은 복수의 태양 전지 각각의 배면, 정면 또는 양면에 부착된다. 이러한 금속 포일이 태양 전지 사이에 연장되어, 효과적으로 태양 전지의 갭 또는 공간을 연결하고 있다. 일례로, 어느 하나의 태양 전지의 배면은 다른 하나의 태양 전지의 전면에 금속 포일로 전기적으로 결합된다. 일례로, 어느 하나의 태양 전지의 배면과 다른 태양 전지의 배면이 금속 포일로 결합될 수도 있다. 일례로, 어느 하나의 태양 전지의 전면과 다른 태양 전지의 전면이 금속 포일로 결합될 수도 있다. 실시예에 따르면, 태양 전지 스트링은 금속 포일을 태양 전지에 전기적으로 연결하는 하나 이상의 레이저 보조 금속화 전도성 컨택 구조물을 포함할 수 있다. 실시예에 있어서, 각각의 전도성 컨택 구조물은 국소적으로 부착된 금속 부분을 포함한다.
태양 전지는 금속 포일, 하나 이상의 추가 태양 전지, 버스바, 및/또는 태양 전지의 상호 연결부를 전기적으로 연결하는 레이저 보조 금속화 전도성 컨택 구조물의 연결을 용이하게 하는 컨택 패드를 포함할 수 있다. 실시예에 있어서, 태양 전지 스트링은 제1 및/또는 제2 태양 전지에 접속된 제3, 제4, 제5 등의 태양 전지를 포함한다. 실시예에 있어서, 금속 포일은 제1 및 제2 태양 전지 사이에 접히거나 굽혀져 있다. 이렇게 접히거나 굽혀진 금속 포일이 응력 제거 특징부로서 작용한다.
태양 전지 스트링은 본 명세서에 개시된 바와 같은 절연 물질을 포함할 수 있고, 이 절연 물질은 제1 및/또는 제2 태양 전지의 선택된 측면 또는 엣지처럼, 제1 및/또는 제2 태양 전지의 어느 하나의 전지로부터 포일의 부분을 전기적으로 분리하는데 사용될 수 있다.
실시예에 있어서, 금속 포일은 다른 패턴 구성을 포함할 수 있다. 예를 들면, 금속 포일은 제1 및 제2 태양 전지 사이에서 연장될 수 있고 응력 제거 특징부를 포함할 수 있다. 다른 예에 있어서, 금속 포일은 태양 전지용의 2D 바코드에 스트링 레벨 트랙킹, 정렬 등과 같은 정보를 포함할 수 있다. 실시예에 있어서, 금속 포일은 깍지낀 형태, 물고기 뼈 형태 등과 같은 패턴을 포함할 수 있다. 또 실시예에 있어서, 금속 포일은 주름과 같은 텍스처 또는 단방향성 강도를 가지는 프리-텍스처를 포함할 수 있다.
실시예에 있어서, 금속 포일은 본 명세서에 개시된 바와 같이, 예컨대 엣지 특징부와 스패터 특징부에 대한 금속화 구조물을 포함한다.
태양 전지 스트링의 예로서, 도 1a 내지 도 1f는 태양 전지 스트링 제조 방법의 공정을 측면도를 도시하고 있다. 도시된 바로부터 알 수 있듯이, 태양 전지 스트링의 제조는 다중 태양 전지 스트링으로 확장될 수 있다(예로서, 도 5, 도 9 및 도 10a 내지 도 13 및 도 18 내지 도 19b를 참조). 또한 다중 태양 전지 스트링은, 예컨대 스트링의 단부에서 병렬 또는 직렬 배열로 버스바 또는 기타 상호 연결부를 부착함으로써 태양 전지 어레이를 형성할 수 있다.
도 1a를 참조하면, 태양 전지(125)가 제공된다. 임의의 크기 및 구성의 태양 전지(125)일 수 있다. 태양 전지(125)는 기판(100)에 또는 그 위의 복수의 반도체 영역에 전기적으로 연결된 복수의 전도성 컨택 구조물(110)을 포함한다. 전도성 컨택 구조물(110)은 종래와 같이 형성되거나 본 명세서에 개시되고 도 14a 내지 도 14d에 도시된 바와 같이 금속 포일의 레이저 부착 방법을 이용하여 형성될 수 있다. 또한 은 금속 포일(120)과 같은 금속에 제공된다. 태양 전지(125)는 전면 컨택 및/또는 배면 컨택(예컨대, 깍지진 형태의 배면 컨택)일 수 있다. 일례로, 배면 컨택 태양 전지용 전도성 컨택 구조물(110)이 형성될 필요는 없다.
도 1b를 참조하면, 금속 포일(120)은 태양 전지(125)의 배면(131) 위, 도 1c에 도시된 바와 같이 태양 전지(125)의 배면(131) 위 위치에서 LAMP 기법의 레이저 빔(108)에 노출된다. 금속 파일(120)이 레이저 빔(108)에 노출하면, 기판(100)의 배면(131)에 전기적으로 연결된 복수의 전도성 컨택 구조물을 형성한다. 전도성 컨택 구조물은 기판(100)의 영역을 금속 포일(120)에 전기적으로 연결하여, 기판(100)으로부터 금속 포일(120)로의 전자의 흐름을 허용한다. 전도성 컨택 구조물은 패턴으로 균일하게 분포되거나, 또는 임의적으로 또는 그 외 달리 기판(100)의 배면(131)에 분포될 수 있다. 금속 포일 (120)은 연결의 극성에 따라 기판 (100)으로 또는 기판 (100)으로부터 전기를 전도할 수있다. 금속 포일(120)은 예시적인 금속 소스이고, 금속 포일(120)이 기판 표면에 먼저 배치된 후, 레이저 공정, 즉 LAMP 기법에 노출되어 금속 포일(120)(금속 소스)로부터 금속을 기판(100)의 부분에 부착하기 때문에 국지적 소스를 지칭한다.
레이저가 조사되지 않은 금속 포일의 부분은 인접하는 금속 포일의 부분에 전체적으로 또는 적어도 부분적으로 연결된다. 금속 포일(120)과 기판(100) 사이에 수직방향으로 전기적 연결을 실행할 뿐만 아니라, 금속 포일은 기판(100)의 배면을 가로질러서 수평면 전체에 벌크 전도성을 제공하고, 기판(100)의 배면에 전도성 표면을 지속적으로 제공한다. 또한 금속 포일(120)은 도 14a 내지 도 14d를 참조하여 설명한 바와 유사하게, 국소적인 금속 부착 및/또는 패턴화에 사용될 수 있고, (기판(100)의 배면이 양면 태양 전지와 같이 광을 수집하도록 사용되는 경우에는) 금속 포일(120)의 부분들이 제거될 수 있다. 전기적으로 부착된 금속 포일(120)을 포함하는 태양 전지(125)는 태양 전지 스트링을 추가적으로 제조하는 데 사용될 수 있고, 이때 금속 포일(120)의 부분은 기판(100)의 엣지에 연장되어 있다.
도 1d를 참조하면, 금속 포일(120)은 기판(100)의 배면(131)에 전기적으로 연결되며, 금속 포일(120)은 태양 전지(125)의 단부에서 돌출하는 포일(120)이 단부가 인접하는 태양 전지의 전면(132)이 금속화 부분에 배치될 수 있도록 굽혀지고 접힌 것처럼 처리될 수 있다. 금속 포일(120)은 리본 형태의 연속하는 시트 또는 일련의 스터립일 수 있다.
도 1e를 참조하면, (도 5에 도시된 바와 같이) 두 개 이상의 태양 전지가 서로 인접하게 배치되어서, 제1 또는 좌측 태양 전지(125a)로부터 돌출하는 금속 포일(120)이 제2 또는 우측 태양 전지(125b)의 금속화 부분 위로 연장되어 있다. 금속 포일(120)은 태양 전지((125a) 및 (125b))의 전기 전도에 충분한 길이로 좌에서 우로 연장되어 있고, 이러한 점에서 최소화될 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 금속 포일(120)은 태양 전지(125b)의 전면(132) 전체를 덮기에 충분한 길이로 좌에서 우로 연장되어 있다. 따라서 금속 포일(120)의 동일 부분이 태양 전지(125a)의 배면(131)과 태양 전지(125b)의 전면(132)의 모두에 반도체 컨택 구조물을 형성하는 데 사용될 수 있고, 이는 단일 또는 연속 LAMP에 의해 달성될 수 있으며, 배면(131) 및/또는 전면(132)으로부터 비국지적으로 부착된 금속을 패턴화하여 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
도 1f를 참조하면, 전기 전도성 접합(115)은 금속 포일(120)을 태양 전지(125b)의 전도성 컨택 구조물(110)에 금속 포일(120)을 전기적으로 연결하고자 태양 전지(125b)의 전도성 컨택 구조물(110)의 위치에 형성된다. 전기 전도성 접합(115)은 전도성 컨택 구조물(110)을 금속 포일(120)에 전기적으로 연결함에 의해 전자의 흐름을 허용한다. 전기 전도성 접합(115)은 금속 포일(120) 상에 균일하게 분포되거나, 패턴으로, 임의적으로 또는 그 외 달리 분포될 수 있다. 금속 포일(120)은 레이저 빔에 노출되어 태양 전지(125b)의 전도성 컨택 구조물(110)에 금속 포일(120)을 전기적으로 연결하는 복수의 전도성 컨택 구조물을 형성함에 따라, 용접되거나 기타 전기적으로 접합된 구조물을 형성할 수 있다. 대안으로서, 기타 접합 메카니즘을 사용하여, 기존 전도성 컨택 구조물(110)에 금속 포일(120)을 연결할 수 있다. 도 1a 내지 도 1f에 도시된 바와 같은 방법 및 구조물이 반복되어, 복수의 태양 전지(125)로부터 도 5에 도시된 바와 같은 태양 전지 스트링을 형성할 수 있다.
도 1a 내지 도 1f에 도시된 공정 단계는 단일 작동으로 실행되거나 도시된 것과 다른 순서로 실행될 수 있다. 또한, 기타 단계는 도 1c에 도시된 공정을 실행하는 것처럼 실행될 수 있지만, 도 1f에 도시된 공정에서 납땜, 용접 또는 접착제에 의한 접합(120)과 같은 다른 공정이 실행될 수 있다. 예로서, 접합 공정은 태양 전지(125b)의 전도성 컨택 구조물(110)에 금속 포일(120)을 접합하도록 실행될 수 있다. 추가 예로서, 접합 공정은 본 명세서에 개시된 바와 같은 레이저 공정을 포함할 수 있다. 접합 공정은 상술한 용접 공정을 포함할 수 있다. 또한 접합 공정에 열압착 접합, 납땜 또는 전기 전도성 접착제를 사용할 수 있다. 또한 다중 태양 전지 스트링은 함께 결합되어 스트링의 단부에서, 예를 들어 버스바의 부착에 의해 병렬 및/또는 직렬로 정렬한 태양 전지 어레이를 형성한다. 도 1a 내지 도 1f에 도시된 바와 같이, 본 명세서에 개시된 공정은 연속적인 포일이 반복되어 기판의 다른 부분, 즉 각각이 기판 상의 별개 영역에 있는 제2, 제3 등의 부분 또는 영역에 전도성 컨택 구조물을 형성한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른, 태양 전지 제조 방법의 여러 공정을 나타내는 흐름도(2100)이다. 공정(2104)에서, 제1 태양 전지를 제공하는 단계를 포함한다. 공정(2106)에서, 제1 태양 전지의 부분 위에 금속 포일을 배치하는 방법을 포함한다. 공정(2108)에서, 금속 포일을 레이저 빔에 노출하는 단계를 포함하고, 노출에 의해 제1 태양 전지에 전기적으로 연결된 복수의 전도성 컨택 구조물을 형성한다. 공정(2110)에서, 제1 태양 전지를 제공하는 단계를 포함한다. 공정(2112)에서, 제1 태양 전지의 부분에 금속 포일을 배치하는 단계를 포함한다. 공정(2114)에서, 금속 포일을 제2 태양 전지에 접합하는 단계를 포함할 수 있다. 공정(2114)에서, 금속 포일을 레이저 빔에 노출하는 단계를 포함하고, 노출에 의해 제1 태양 전지에 전기적으로 연결된 복수의 전도성 컨택 구조물을 형성한다. 실시예에 있어서, 접합은 레이저 용접 또는 유도 용접과 같은 용접 단계를 포함할 수 있다. 실시예에 있어서, 열압착 접합 공정으로 접합이 실행된다. 실시예에 있어서, 전도성 접착제로 접합이 달성된다. 공정(2116)에서, 태양 전지 스트링을 스트링의 단부에서 포일과 연결하는 단계를 포함할 수 있고, 이때 포일은, 예를 들어 기판, 버스바 및/또는 엮어진 금속 포일 리본에서 연장되어 있고, 일부 예에서 본 명세서에 개시된 LAMP 기법이 적용될 수 있다. 다른 예에 있어서, 태양 전지의 각기 해당되는 스트링의 포일은, 예를 들면 용접, 납땜, 열압착 또는 전기 전도성 접착제로 함께 접합될 수 있다. 선택적으로 또는 추가적으로, 방법은 레이저 빔에 노출되지 않은 금속 포일의 적어도 일부를 제거하는 단계를 포함한다. 선택적으로 또는 추가적으로, 방법은 레이저 빔에 노출되지 않은 금속 포일로 부터 스패터 특징부를 제거하는 단계를 포함한다. 선택적으로 또는 추가적으로, 방법은 기판에 또는 그 위에 복수의 반도체 영역을 형성하는 단계를 포함한다. 상술한 공정들은, 예를 들어 연속적 포일에 대해 반복될 수 있다.
다른 예로서, 도 3a 및 도 3b는 태양 전지 스트링을 제조하는 측면도를 도시한다.
도 3a를 참조하면, 태양 전지(125a)가 제공된다. 태양 전지(125a)는 배면 금속화를 포함하지 않거나 포함할 필요가 없는 임의의 크기 또는 구성일 수 있다. 실시예에 있어서, 태양 전지(125a)는 도 14a 내지 도 14d에 도시되어 있고 본 명세서에 개시된 방법(예컨대, LAMP 기법)으로 제조된 것이다. 태양 전지(125a)는 기판(100)에 또는 그 위 복수의 반도체 영역에 전기적으로 연결되는 복수의 전도성 컨택 구조물(110)을 포함한다. 실시예에 있어서, 반도체 영역은 기판(100)에 또는 그 위에 N-형 및/또는 P-형 반도체 영역을 포함할 수 있다. 전도성 컨택 구조물(110)은 종래 방식 또는 본 명세서에 개시된 바와 같은 금속 포일의 레이저 부착 공정을 이용하여 형성될 수 있다. 도 1a 내지 도 1f에 도시된 예와 달리, 본 예에서 제2 태양 전지(125b)는 또한 금속 포일(120)을 제1 태양 전지(125a)에 연결하기 전에 제공된다. 따라서 제1 금속 포일(120a)이 추가로 제공된다. 금속 포일(120a)은 도 3a에 도시된 바와 같이 사전에 접히거나 접히지 않을 수 있다. 포일(120a)은 진공을 통하거나 열을 가하는 등의 단계로 제1 태양 전지(125a)에 접합될 수 있다. 정렬 방법은 125b에 대해 120a를 정렬하는 데 사용될 수 있다. 마찬가지로, 제2 금속 포일(120b)이 제공되어 진공을 통하거나 열을 가하여 제2 태양 전지(125b)에 접합될 수 있다.
도 3b를 참조하면, 금속 포일(120a)은 태양 전자(125a)의 배면(131) 위 및 이에 인접하는 제2 태양 전지(125b)의 전면의 엣지 부분 위에 배치될 수 있다. 두 개의 태양 전지((125a) 및 (125b))는 서로 인접하여 배치되므로, 금속 포일(120a)은 제1 태양 전지(125a)의 기판(100) 아래에 있고, (예컨대, 도시된 바와 같이), 태양 전지(120b)의 금속화된 부분 위로 연장되거나, 대안으로서, 직접 태양 전지(125b) 상에 있다. 전기 전도성 접합(115)은 금속 포일(120a)을 태양 전지(125b)의 전도성 컨택 구조물(110)에 전기적으로 연결하고자 태양 전지(125b)의 전도성 컨택 구조물(110) 위의 위치에 형성된다. 전기 전도성 접합(115)은 전도성 컨택 구조물(110)을 금속 포일(120a)에 전기적으로 연결함으로써, 전자의 흐름을 허용한다. 전기 전도성 접합(115)은 금속 포일(120a) 상에 균일하게 분포되거나, 패턴으로 또는 그 외 달리 분포될 수 있다. 실시예에 있어서, 금속 포일(120a)은 레이저 빔(108)에 노출되어, 금속 포일(120a)을 태양 전지(125b)의 전도성 컨택 구조물(110)에 전기적으로 연결하는 복수의 전도성 컨택 구조물을 형성한다. 전도성 컨택 구조물은 전도성 컨택 구조물(110)을 금속 포일(120a)에 전기적으로 연결함으로써 전자의 흐름을 허용한다. 전도성 컨택 구조물은 금속 포일(120a) 상에 균일하게 분포되거나, 패턴으로 또는 임의적으로 또는 그 외 달리 분포될 수 있다.
예시적인 실시예에 있어서, 태양 전지(125a 및125b)는 배면(131) 상에 배면 전극이 없지만, 전면(132) 상의 전면 전극으로서 (금속 잉크, 금속 페이스트 및 와이어 또는 알루미늄, 은, 구리 등과 같은) 종래의 금속화 패턴이 제공된다. 본 예에 있어서, 금속 포일(예컨대, 태양 전지(125b)를 위한 금속 포일(120b))은 전지(125a 및 125b)의 배면(131) 상의 금속 포일과 반도체 영역 사이에 임의의 중간 금속 구조|물 없이 태양 전지(125a 및 125b)를 위한 배면 전극으로서 작용한다. 금속 포일(120a)은 연결의 극성에 따라 태양 전지(125b)로 또는 태양 전지로부터 전기를 전도할 수있다. 또한 다른 절차 및 단계를 실행하여 도시된 바와 같은 태양 전지 스트링을 형성할 수 있다. 예를 들어, 자동 또는 수동 정렬 방법을 사용하여 다른 태양 전지에 인접한 하나의 태양 전지를 배치할 수 있다. 또한 일례에서 이러한 방법은 복수의 태양 전지의 전면, 배면, 또는 양면 모두에 레이저 부착 공정을 실행하는 단계들을 포함할 수 있다. 도시되었음에도 불구하고, 태양 전지 스트링의 태양 전지는 직렬, 병렬 또는 직렬 및 병렬 양자 모두로 연결될 수 있다.
다른 예에 있어서, 도 4는 태양 전지 스트링의 제조 시 측면도를 도시하고 있다. 기판(100a) 또는 그 위의 복수의 반도체 영역에 전기적으로 연결된 복수의 전도성 컨택 구조물을 포함하지 않는 태양 전지(125a)가 제공된다. 기판(100b) 또는 그 위의 복수의 반도체 영역에 전기적으로 연결된 복수의 전도성 컨택 구조물을 포함하는 않는 태양 전지(125b)가 또한 제공된다. 제1 금속 포일(120a)이 제공되고, 도 4에 도시된 바와 같이 사전에 접힐 수 있거나, 접히지 않은 상태에서 제공되어 제2 태양 전지(125b)가 배치된 후 접혀질 수 있다.
금속 포일(120a)은 진공 또는 가열 등을 통해 제1 태양 전지(125a)에 배치될 수 있다. 금속 포일(120a)을 태양 전지(125b)에 정렬하는 데 정렬 방법이 사용될 수 있다. 마찬가지로, 제공된 제2 금속 포일(120b)이 진공 또는 가열 등을 통해 제2 태양 전지(125b)에 배치될 수 있다. 금속 포일(120a)은 태양 전지(125a)의 배면(131)과 인접하는 제2 태양 전지(125b) 위에 배치될 수 있다. 두 개의 태양 전지(125a 및 125b)는 서로 인접하게 배치되므로, 제1 태양 전지(125a)의 기판(100) 아래에 있는 금속 포일(120a)이 태양 전지(125b)의 기판(100b) 위로 연장된다.
금속 포일(120a)은 LAMP 기법에 따라 전도성 컨택 구조물(110)과 태양 전지(125b) 및 기판(100) 위의 태양 전지(125b)의 배면(131) 위의 위치에서 레이저 빔(108)에 노출될 수 있다. 금속 포일(120a)을 레이저 빔(108)에 노출시켜, 이미 개시된 바와 같은 공정 및 형성되는 구조물에 따라, 금속 포일(120a)을 태양 전지(125a)의 기판(100a)의 배면(131) 및금속 포일(120a)을 태양 전지(125b)의 기판(100b)에 전기적으로 연결하는 복수의 전도성 컨택 구조물과 전기적으로 연결하는 복수의 전도성 컨택 구조물을 형성한다. 전도성 컨택 구조물은 기판(100a)의 영역과 기판(100b)의 영역을 금속 호일(120a)에 전기적으로 연결하여 연결의 극성에 따라 기판(100a) 및 기판(100b)에 대해 또는 이로부터의 전자의 흐름을 허용한다.
도 5는 본 명세서에 개시된 방법 또는 실시예에 따라 형성될 수 있는 금속 포일(120)을 이용하는 태양 전지(125)의 예시적 스트링(175)을 도시하고 있다. 태양 전지의 스트링의 예로 5개의 태양 전지가 있지만, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10개 이상의 태양 전지가 태양 전지 스트링에 연결될 수 있다. 예를 들면, 더 큰 태양 전지로부터 분리되어 만들어진 태양 전지의 스트립은 이용하는 하이퍼셀 구현예에서 50 또는 75개 이상의 태양 전지 스트립이 LAMP를 이용하여 함께 상호 연결될 수 있다.
추가적인 예로서, 도 6은 중간 절연체를 가지는 태양 전지 스트링(두 개의 전지)을 도시하는 측면도이다.
도 6을 참조하면, 도 1a 내지 도 1f에 관해 상술한 바와 같은 태양 전지(125a 및 125b)가 제공된다. 금속 포일(120a)은 태양 전지(125a)의 배면(131)에 배치된다. 금속 포일(120a)은 절연 물질(122)을 포함하고, 이는 일부 실시예에서 금속 포일(120a)에 배치되고/되거나 부착되므로 , 두 개의 태양 전지(125a 및 125b)가 연결되고/되거나 설치될 때 절연 물질(122)이 금속 포일(120a)과 제1 태양 전지(125a)에 전기적으로 연결된 제2 태양 전지(125b) 사이의 단락을 억제할 수 있다. 도 1a 내지 도 1f에 관해 상술한 바와 같이, 금속 포일(120)은 태양 전지(125a)의 배면(131) 위 위치에서 레이저 빔에 노출되어, 기판(100)의 영역을 금속 포일(120a)에 전기적으로 연결하는 기판(100)의 배면(131)에 전기적으로 연결된 복수의 전도성 컨택 구조물을 형성한다. 이전에 개시된 방식으로 전기 전도성 접합(115)은 금속 포일(120a)을 태양 전지(125b)의 전도성 컨택 구조물(110)에 금속 포일(120a)을 전기적으로 연결하고자 태양 전지(125b)의 전도성 컨택 구조물(110) 위의 위치에 형성될 수 있다.
도 7은 복수의 중간 절연체를 가지는 태양 전지 스트링(두 개의 전지)을 도시하는 측면도이다. 도 7을 참조하면, 도 1a 내지 도 1f에 관해 상술한 바와 같은 태양 전지(125a 및 125b)가 제공된다. 금속 포일(120a)은 태양 전지(125)의 배면(131) 위에 배치된다. 도 7을 참조하면, 금속 포일 (120)은 태양 전지 (125a)의 배면(131) 위에 배치된다. 금속 포일(120)은 절연 물질(122 및 124)을 포함하며, 이는 일부 실시예에 따라 금속 포일(120a) 사에 배치 및/또는 부착되므로 , 두 개의 태양 전지가 연결되거나/되고 설치될 때, 절연 물질(122 및 124)이 금속 포일(120a)과 제1 태양 전지(125a) 또는 제1 태양 전지(125a)에 전기적으로 연결된 제2 태양 전지(125b)사이의 단락을 억제할 수 있다. 도 1a 내지 도 1f에 관해 상술한 바와 같이, 금속 포일(120)은 태양 전지(125a)의 배면(131) 위 위치에서 레이저 빔에 노출되어, 기판(100)의 영역을 금속 포일(120a)에 전기적으로 연결하는 기판(100)의 배면(131)에 전기적으로 연결된 복수의 전도성 컨택 구조물을 형성한다. 이전에 개시된 방식으로 전기 전도성 접합(115)은 금속 포일(120a)을 태양 전지(125b)의 전도성 컨택 구조물(110)에 금속 포일(120a)을 전기적으로 연결하고자 태양 전지(125b)의 전도성 컨택 구조물(110) 위의 위치에 형성될 수 있다.
도 8a를 참조하면, 태양 전지(125a)가 제공된다. 태양 전지(125a)는 이전에 제공된 배면 금속화를 포함하지 않는 임의의 크기 또는 구성일 수 있다. 실시예에 있어서, 태양 전지(125a)는 도 14a 내지 도 14d에 예시되어 본 명세서에 개시된 방법으로 제조된 것이다. 태양 전지(125a)는 기판(100)에 또는 그 위 복수의 반도체 영역에 전기적으로 연결되는 복수의 전도성 컨택 구조물(110)을 포함한다. 전도성 컨택 구조물(110)은 종래 기술 또는 본 명세서에 개시된 바와 같은 금속 포일의 레이저 부착 공정을 이용하여 형성될 수 있다. 또한 제2 태양 전지(125b)도 금속 포일을 제1 태양 전지(125a)에 연결하기 전에 제공된다. 따라서 제1 금속 포일(120a)이 추가로 제공된다. 선택적으로, 금속 포일(120a)은 절연 물질(122 및 124)을 포함하며, 이는 일부 실시예에서 금속 포일에 배치되고/되거나 부착되므로 두 개의 태양 전지가 연결되고/되거나 설치될 때, 절연 물질이 금속 포일과 제2 태양 전지의 배면(131) 또는 제1 태양 전지의 전면 사이의 단락을 억제한다. 금속 포일(120a)은 도 8a에 도시된 바와 같이 사전에 접히거나 접히지 않을 수도 있다. 포일(120a)은 진공을 통하거나 열을 가하는 등의 단계로 제1 태양 전지(125a)에 접합될 수 있다. 정렬 방법은 125b에 대해 120a를 정렬하는 데 사용될 수 있다. 마찬가지로, 제2 금속 포일(120b)이 제공되어 진공을 통하거나 열을 가하여 제2 태양 전지(125b)에 접합될 수 있다.
도 8b를 참조하면, 금속 포일(120a)이 태양 전지(125a)의 배면(131) 및 인접하는 제2 태양 전지(125b) 위에 배치될 수 있다. 두 개의 태양 전지(125a 및 125b)는 서로 인접하여 배치되므로, 금속 포일(120a)은 제1 태양 전지(125)의 기판(100) 아래에 있고, (예컨대, 도시된 바와 같이) 태양 전지(120b)의 금속화된 부분 위로 또는, 대안으로서 태양 전지(125b) 상에 연장되어 있다. 전기 전도성 접합(115)은 금속 포일(120a)을 태양 전지(125b)의 전도성 컨택 구조물(110)에 전기적으로 연결하고자 태양 전지(125b)의 전도성 컨택 구조물(110) 위의 위치에 형성된다. 전기 전도성 접합(115)은 전도성 컨택 구조물(110)을 금속 포일(120a)에 전기적으로 연결함으로써, 전자의 흐름을 허용한다. 접합은 상술한 바에 따라 실행될 수 있다.
도 9를 참조하면, 태양 전지 스트링은 다중 태양 전지 스트링으로 연장될 수 있고, 이는 일부 실시예에서 금속 포일(120)에 배치되고/되거나 위치가 정해지는 절연 물질(122 및 124)을 선택적으로 포함하므로 두 개의 인접하는 태양 전지(125)가 연결되고/되거나 설치될 때, 절연 물질(122 및 124)은 금속 포일(120)과 태양 전지 사이의 단락을 억제할 수 있다. 또한 다중 태양 전지 스트링은, 예를 들어 스트링의 단부에서 버스바를 부착함으로써 함께 결합되어 직렬 및/또는 병렬의 정렬로 태양 전지 어레이를 형성할 수 있다.
도 10a를 참조하면, 복수의 태양 전지(125)가 정렬되므로, 하나의 태양 전지(125)로부터 연장된 금속 포일(120)은 인접하는 태양 전지(125)의 금속화된 부분(110) 위로 연장될 수 있다. 실시예에서, 인접한 태양 전지(125)의 금속화된 부분(110) 위에 태양 전지(125) 및 금속 포일(120)을 정렬하기 위해 정렬 공정이 수행될 수 있다. 실시예에서, 인접하는 태양 전지(125)의 금속화된 부분 위에 금속 포일(120)을 정렬하기 위하여 (예컨대, 로봇이나 비젼 시스템을 이용하는) 자동화된 공정 또는 수동 공정이 사용될 수 있다. 도 10a에 도시된 바와 같이, 금속 포일(120)은 인접하는 태양 전지(125)사이의 갭을 가로 질러 연장되지만, 다른 실시예에서는, 어느 하나의 태양 전지의 엣지 부분이 인접하는 태양 전지의 엣지 부분과 슁글된 구성으로 중첩되므로 인접하는 태양 전지를 연결하는 금속 포일의 부분은 중첩되는 엣지 부분 사이에서 실질적으로 덮어지거나 감추어지게 된다.
도 10b를 참조하면, 금속 포일(120)은 인접하는 태양 전지(125)의 전도성 컨택 구조물 위의 위치에서 레이저 빔(108)에 노출된다. 금속 포일(120)이 레이저 빔(108)에 노출되면, 전도성 컨택 구조물(110)과 태양 전지(125)의 금속 포일(120)을 전기적으로 연결하는 복수의 전도성 컨택 구조물을 형성한다. 전도성 컨택 구조물은 금속 포일(120)에 전도성 컨택 구조물(110)을 전기적으로 연결함으로써, 전자의 흐름을 허용한다. 전도성 컨택 구조물은 금속 포일(120) 상에 균일하게 분포되거나, 패턴으로 또는 그 외 달리 분포된다. 선택적으로, 금속 포일(120)은 굽혀지거나 접힌 상태로 태양 전지 스트링을 제조할 수 있다. 또한 포일(120)의 중첩된 부분은 형성되는 전지의 스트링의 공간 효율을 극대화하기 위해 최소화될 수 있다. 특정 예에서, 인접하는 태양 전지 스트링 사이의 갭은 약 1 mm이다.
다수의 인접하는 태양 전지에 대해 이러한 공정을 반복하면, 매우 긴 하이퍼셀을 형성할 수 있다. 예를 들어, 대략 1 인치 X 6 인치의 태양 전지 스트립이 각각의 태양 전지(125)에 사용되면, 50, 60, 70, 80, 100개 이상의 태양 전지 스트립을 갖는 하이퍼셀이 형성될 수 있다. 본 예에 있어서, 인접하는 태양 전지 스트립을 접합하는 LAMP 기법은 태양 전지 웨이퍼(예컨대, 각각이 대략 6인치인 다수의 태양 전지 웨이퍼)를 제공하고, 각 태양 전지 웨이퍼로부터 대략 1인치 폭의 태양 전지 스트립을 형성하도록 레이저를 스크라이빙한 후, 그 태양 전지 스트립을 쪼개서 스트립을 서로 분리하는 이전 공정을 포함할 수 있다. 이렇게 형성되는 스트립을 정렬하여 금속 포일과 스트립을 접합하는 LAMP 기법을 진행한다.
도 11은 도 10a 및 도 10b에 도시된 바와 같이 이를 구축한 추가적인 예를 도시하고 있다. 도 11은 일부 실시예에 따라, 태양 전지(125)의 배면 및/또는 전면의 위치에서 복수의 태양 전지(125)의 금속 포일을 레이저 빔(108)에 노출하는 단계를 도시하고 있다. 실시예에 있어서, 태양 전지 스트링은 어느 하나의 태양 전지(125)로부터 연장되는 금속 포일(120)이 인접하는 태양 전지(125)의 반도체 기판 위로 연장되도록 정렬된 복수의 태양 전지(125)를 제공함으로써 형성될 수 있다. 금속 포일(120)은 하나의 레이저 빔(108) 또는 복수의 레이저 빔(108)에 노출되어 태양 전지(125)의 반도체 기판의 배면 및/또는 전면에 전기적으로 연결되는 복수의 전도성 컨택 구조물을 형성할 수 있다. 이 방식으로, 예를 들면, 후술하는 바와 같이, 인접하는 태양 전지(125)의 반도체 기판 배치를 제공하고, 및/또는 하나의 태양 전지 스트링으로서 태양 전지(125)를 연결하도록 금속 포일(120)이 사용될 수 있다. 실시예에 있어서, 본 명세서에 개시된 전도성 컨택 구조물은 도 14a 내지 도 14d에 예시되어 개시된 방법에 의해 제조될 수 있다. 실시예에 있어서, 도시된 바와 대조적으로, 제1 레이저 빔(108) 또는 복수의 레이저 빔(108)이 태양 전지(125)의 전면에 인가된 이후, 제2 레이저 빔 또는 복수의 제2 레이저 빔(108)이 태양 전지(125)의 배면에 인가될 수 있다. 일례로서, 도 11에 도시된 바와 같이, 레이저 빔(108)이 태양 전지의 전면과 배면에 별도의 단계, 및/또는 단일 공정 단계로 인가될 수 있다. 또한 레이저 빔(108)이 연속해서 인가될 수 있다. 예컨대, 어느 하나의 태양 전지의 전면(132)이 레이저 빔에 노출된 이후, 인접하는 태양 전지(125)의 배면(131)이 레이저 빔(108)에 노출될 수 도 있다. 또한 임의의 순서로도 사용될 수 있다. 예컨대, 제1 태양 전지(125)의 전면(132), 다른 제3 태양 전지(125)의 전면(132)이 레이저 빔에 노출되고, 제2 태양 전지의 배면(131) 등이 레이저 빔에 노출될 수 있다.
도 12는 태양 전지(125)의 배면 및/또는 전면 위의 위치에서 복수의 태양 전지(125)의 금속 포일을 레이저 빔(108)에 노출하는 단계를 도시하고 있다. 실시예에 있어서, 도 12를 참조하면, 태양 전지 스트링은 어느 하나의 태양 전지(125)로부터 연장되는 금속 포일(120)이 인접하는 태양 전지(125)의 반도체 기판 상의 시드층(177) 위에 연장되도록 정렬된 복수의 태양 전지(125)를 제공함으로써 형성될 수 있다. 금속 포일(120)은 하나의 레이저 빔(108)에 노출될 수 있고, 또는 도시된 바와 같이 태양 전지(125)의 시드층(177)에 전기적으로 연결된 복수의 전도성 컨택 구조물을 형성하도록 복수의 레이저 빔(108)에 노출될 수 있다. 실시예에 있어서, 금속층은 금속 시드층일 수 있다. 일례로, 금속 시드층은 주석, 텅스텐, 티타늄, 구리, 은 및/또는 알루미늄 부착층을 포함할 수 있다. 일례로, 금속 시드 층(525)을 부착하기 위해 스퍼터링(sputtering) 공정이 사용될 수 있다.
금속 포일(120)은 하나의 레이저 빔(108)에 노출될 수 있고, 또는 태양 전지(125)의 전면에 전기적으로 연결된 복수의 전도성 컨택 구조물을 형성하도록 복수의 레이저 빔(108)에 노출될 수 있다. 이 방식으로, 예를 들면, 후술하는 바와 같이, 인접하는 태양 전지(125)의 반도체 기판의 배치를 제공하고, 및/또는 하나의 태양 전지 스트링으로서 태양 전지(125)를 연결하도록 금속 포일이 사용될 수 있다. 실시예에 있어서, 본 명세서에 개시된 전도성 컨택 구조물은 도 14a 내지 도 14d에 예시되어 개시된 방법에 의해 제조될 수 있다. 실시예에 있어서, 도 11에 도시된 바와 유사하게, 제1 레이저 빔(108) 또는 복수의 레이저 빔(108)이 태양 전지(125)의 전면에 인가된 이후, 제2 레이저 빔 또는 복수의 레이저 빔(108)이 태양 전지(125)의 배면에 인가될 수 있다. 일례로서, 도 11에 도시된 바와 같이, 레이저 빔(108)이 태양 전지의 전면과 배면에 별도의 단계, 및/또는 단일 공정 단계로 인가될 수 있다. 또한, 예를 들어, 도 11에 도시된 바와 유사하게 레이저 빔(108)은 연속적으로 용될 수 있다. 또한, 예를 들어, 도 11에 도시된 바와 유사하게, 임의의 순서가 사용될 수 있다. 실시예에 있어서, 금속 포일(120)이 금속 시드층(177)에 접합되도록 태양 전지(125)를 레이저 빔(108)에 노출하는 단계가 사용될 수 있다. 일례로서, 접합 공정은 레이저 용접과 같은 용접 공정을 포함 할 수있다.
도 13은 일부 실시예에 따른 태양 전지 스트링의 평면도이다. 도시된 바와 같이, 금속 포일(120)은 복수의 태양 전지(100)를 전기적으로 연결할 수 있다. 상술한 바와 같이, 금속 포일은 국소 부착된 금속 부분에 의해 태양 전지에 전기적으로 연결될 수 있다. 또한 도시된 바와 같이, 금속 포일(120)은 어느 하나의 태양 전지 아래에 그리고 인접하는 태양 전지 위에 배치될 수 있되 금속 포일은 태양 전지 스트링의 태양 전지를 연결한다. 도시된 바와 같이, 일부 구현예에서 손가락 형태의 금속 핑거(201)가 금속 포일(120)로부터 연장될 수 있지만, 금속 포일은 태양 전지(100)의 버스바 부분에서 끝나고 다른 금속화 구조물이 대신 연장될 수 있다. 일례로, 금속 포일이 태양 전지(100)의 버스바 부분 위에 배치될 수 있고, 금속 페이스트, 도금 또는 다른 금속 포일이 금속 핑거로서 태양 전지(100) 위로 연장될 수 있다. 금속 핑거(201)는 LAMP 기법으로 처리되지 않은 금속 포일(120)의 부분을 제거함으로서 형성될 수 있다.
도 14a 내지 도 14d는 태양 전지 제조 방법에서의 다양한 공정 단계를 나타내는 횡단면도를 도시한다.
도 14a를 참조하면, 중간층(102)이 태양 전지 기판(100) 상에 또는 그 위에 형성된다. 중간층(102)은 그 내부에 개구부(104)를 가진다. 기판 상에 또는 그 위에 중간층을 형성하는 단계에 대해 특별히 참조하면, 위 방향은 상대적고, 중간층은 선택된 기판의 전면, 배면, 또는 심지어 전면 및 후면에, 예컨대 기판의 전면, 배면 또는 전면 및 후면의 금속화를 위해 형성될 수 있다는 것이 이해된다.
중간층(102)은 (예컨대, 부착된 바와 같이 패턴화된) 개구부(104)에 형성되거나 개구부(104)가 담요를 부착한 것처럼 중간층에 형성된다. 후자의 경우, 일 실시예에 있어서, 개구부(104)는 레이저 절제 및/또는 리소그래피 및 에칭 공정으로 패턴화함으로써 중간층(102)에 형성된다.
중간층(102)은 기판(100)의 수광면(101) 반대쪽 기판(100)의 배면에 형성될 수 있다. 또한 패시베이션 및/또는 중간층(예컨대, ARC)이 기판(100)의 배면에 형성될 수 잇다. 특히 중간층(102)은 배면 반사방지층(BARC)일 수 있다.
수광면(101)은 특정하게 텍스처가 형성된 수광면을 가질 수 있다. 수산화물계 습식 에칭제가 기판(100)의 수광면(101)에 텍스처화하는 데 사용될 수 있다. 이와 같이 텍스처가 형성된 표면은 입사광을 산란시켜, 태양 전지의 수광면(101)에서 반사된 광의 양을 감소시키기 위한 정형 또는 비정형 표면을 갖는 것이다. 패시베이션 및/또는 절연층(예컨대,즉 ARC)이 수광면(101)에 형성될 수 있다.
본 명세서에 개시된 내용은 배면 컨택 태양 전지가 주된 것인 반면, 본 명세서에서 논의된 방법 및 기법, 특히 LAMP 기법은 전면 컨택 태양 전지(예컨대, PERC 태양 전지, 모노-PERC 태양 전지, HIT 태양 전지, TOPCon 태양 전지, (PERL) 전지 및 텐뎀 전지, 및 기타 유형의 태양 전지)와 같은 기타 태양 전지 유형에서의 기판 금속화에 적용될 수 있다.
중간층(102) 내의 개구부(104)는 기판(100)에 또는 그 위에 형성된 복수의 반도체 영역의 부분을 노출할 수 있고, 이러한 부분은 기판(100)에 또는 그 위에 형성된 복수의 제1 및 제2 반도체 영역(예컨대, N-형 및 P-형 반도체 영역 또는 그 반대의 반도체 영역)의 부분을 포함한다. 기판(100)은 벌크 형태의 단일 결정 N-형 도핑 실리콘 기판과 같은 단결정 실리콘 기판, , 또는 다결정 실리콘 층과 같은 층이 단결정 태양 전지 기판에 부착될 수 있다. 기판(100) 내/상에 N-형 도핑 영역과 P-형 도핑 영역이 부착되고, 그 부분들은 중간층(102)의 개구부(104)에 의해 노출된다. 전면 컨택 태양 전지 구현예에 있어서, 태양 전지의 일면 상의 반도체 영역은 동일한 전도 유형(예컨대, N-형 또는 P-형)일 수 있다.
N-형 및/또는 P-형 반도체 영역은 대략 2nm 이하의 두께를 가지는 산화 실리콘을 포함하는 터널링 산화층과 같은 유전층에 부착될 수 있다. N-형 및/또는 P-형 반도체 영역은, 예컨대 플라즈마 화학기상증착(PECVD) 공정을 이용하여 형성된 다결정 실리콘으로 형성될 수 있다. N-형 다결정 실리콘 에미터 영역은 인과 같은 N-형 불순물로 도핑되고, P-형 다결정 실리콘 에미터 영역은 붕소와 같은 P-형 불순물로 도핑될 수 있다. 실시예에 있어서, N-형 및 P-형 반도체 영역은 서로 분리되어 있다. 일례로, N-형 및 P-형 반도체 영역은 그 사이에 트렌치 또는 고유한 (또는 약간 도핑된 ) 영역이 형성된다. 트렌치는 부분적으로 기판에 연장되고 중간층(102)에 의해 덮여 있다. 약간 도핑된 영역은 N-형 및 P-형 반도체 영역보다 적은 도핑 농도를 가질 수 있다. 유전층, 예컨대 터널 옥사이드 또는 실리콘 옥사이드 층은 N-형과 P-형 반도체 영역 사이와 그 측면에 배치될 수 있다.
도 14b를 참조하면, 금속 포일(106)은 중간층(102) 위에 배치된다. 실시예에서, 금속 포일(106)을 중간층에 배치하는 단계는 기판(100) 위에 금속 포일을 위치시키는 단계를 포함할 수 있다. 일례로, 금속 포일(106)을 기판(100) 위에 위치시키는 단계는 기판(100) 전체를 덮는 단계를 포함할 수 있다. 실시예에서, 금속 포일(106)의 부분은 기판(100) 위에 배치되고, 다른 부분은 도 14b에 도시된 바와 같이, 기판(100)에서 측면 방향으로 떨어져서, 예컨대 연장되어 배치될 수 있다. 실시예에서, 금속 포일(106)을 기판(100)에 고정하기 위해, 배치 공정이 실행되고, 이는 진공 및/또는 트랙킹 공정을 이용하여 금속 포일(106)을 기판(100) 위에 배치하는 단계를 포함할 수 있다. 일례로, 배치 공정은 열압착 공정 실행을 포함한다. 다른 예에서, 롤러를 사용하여 금속 포일(106)을 기판(100) 위에 배치 또는 위치시킬 수 있다. 실시예에서, 진공 공정, 열압착 공정 또는 기타 유사한 공정에 의해 금속 포일이 균일하게 위치됨에 따라, 도시된 바와 같이, 금속 포일과 기판 사이의 에어 갭 또는 에어 포켓이 억제될 수 있다. 일례로, 롤러를 사용하여 금속 포일(106)을 기판(100) 위에 균일하게 위치시킬 수 있다.
금속 포일(106)을 기판(100) 위에 배치할 때, 금속 포일(106)은 태양 전지의 표면 영역보다 더 큰 표면 영역을 가질 수 있다. 하지만, 다른 실시예에 있어서, 금속 포일을 태양 전지 위에 배치하기 전에, 커다란 시트의 포일을 절단하여 기판(100)의 표면 영역과 동일한 표면 영역을 가지는 금속 포일(106)을 제공할 수 있다. 금속 포일은, 예를 들어 기판(100) 상에 또는 그 위에 배치하는 전후에 레이저 절단, 워터젯 절단 등으로 절단할 수 있다.
도 14c를 참조하면, 금속 포일(106)은 기판(100) 내 또는 그 위의 반도체 영역의 부분을 노출시키는 중간층(102)의 개구부(104) 위의 위치에서 레이저 빔(108)에 노출될 수 있다. 실시예에 있어서, 금속 포일(106)의 영역은 중간층(102)의 개구부(104) 위의 적어도 부분적인 위치에서 레이저 빔(018)에 선택적으로 노출된다. 일부 실시예에 있어서, 금속 포일(106)은 중간층(102)의 개구부(104) 위에서, 예컨대 부분적으로 어긋나거나 위가 아닌 위치에서 레이저 빔(108)에 노출된다. 일례로, 금속 포일(106)은 개구부(104)에 인접한 위치에서 레이저 빔(018)에 노출된다.
도 14d를 참조하면, 금속 포일(106)을 레이저 빔(108)에 노출하는 단계는 기판(100) 내 또는 그 위의 반도체 영역에 전기적으로 연결되는 복수의 전도성 컨택 구조물을 형성한다.
본 발명의 하나 이상의 실시예에 따르면, 각각의 전도성 컨택 구조물(110)은 국소적으로 부착된 금속 부분이거나 이를 포함한다. 일 실시예에 있어서, 금속 포일(106)은 금속 소스로서 작용하고 금속 포일(106)은 기판 표면에 우선 배치되기 때문에 국소 소스로 지칭된다. 이 후 금속 포일(106)은 레이저 빔에 노출되고, 이 노출에 의해 금속 포일(금속 소스)(106)로부터 금속이 기판 부분에 부착된다. 형성되는 국소 부착의 금속 부분은 엣지 특징부가 없는 컨포멀(conformal) 구조물을 제공할 수 있는 도금, 용접 또는 열접합과 같은 기타 부착 공정으로 형성된 금속 구조물과 구별될 수 있는 엣지 특징부를 가질 수 있다는 것이 이해된다.
도 14d를 참조하면, 레이저 빔(108)에 노출되지 않는 금속 포일(106)의 제2 부분(112 및 114)은 중간층(102)에 보유된다. 중앙에는 부분(112)이 있고, 부분(114)은 엣지 부분이며 도시된 바와 같이 오버행 부분일 수 있다. 특정 실시예에 있어서, 이러한 제2 부분은 태양 전지 또는 중간층(102)에 부착되거나 고정되지 않는다. 실시예에 있어서, 도 14의 구조물은 금속 포일(106)의 부분(112) 및/또는 부분(114)을 제거하지 않은 태양 전지로서의 실시예이다. 이러한 구조는 전면 컨택 태양 전지의 배면 금속화에 사용될 수 있다.
다시 도 14a 내지 도 14d를 참조하면, 금속 포일(106)을 레이저 빔(108)에 노출한 다음, 금속 포일(106)의 부분(112 및 114)은 제거될 수 있고, 부분(112)은 레이저 빔(108)에 선택적으로 노출될 수 있다. 예시 구조물이 도 15a 내지 도 15c에 도시된다.
도 15a 내지 도 15c는 태양 전지의 횡단면도를 도시한다. 도 15a에 도시된 바와 같이, 금속 포일의 제2 부분을 제거하면 기판(100)에 또는 그 위의 복수의 N-형 및/또는 P-형 반도체 영역의 부분을 노출시킨 , 중간층(102)의 위치에 전도성 컨택 구조물(110)이 남을 수 있다. 도 15b에 있어서, 전도성 컨택 구조물(110)의 한 측면 상에 날카롭거나 찢어진 형태의 엣지 특징부(113)가 도시된다. 상술한 바와 같이, 이러한 엣지 특징부(113)는 레이저 빔에 노출되지 않는 금속 포일의 제2 부분을 제거하여 형성된다. 일부 실시예에서, 일부 부분(112 및 114)이 제거되고, 다른 부분(112 및 114)은 남는다. 실시예에 있어서, 금속 포일(106)을 레이저 빔(108)에 노출하는 단계는 레이저 빔에 노출되지 않는 금속 포일의 모든 또는 실질적으로 모든 부분을 제거하는 단계를 포함한다.
도 15c는 N-형 및/또는 P-형 반도체 영역(105)의 위치를 도시한다. 도시된 실시예에 있어서, N-형 및/또는 반도체 영역(105)은 서로 분리되고, 각각의 반도체 영역은 두 개의 전도성 컨택 구조물(110)을 가진다. 도시되지는 않았지만, 대안으로서, 반도체 영역당 한 개, 3개 이상의 전도성 컨택 구조물이 포함된다. 일례로, N-형 및/또는 P-형 반도체 영역은 그 사이에서 부분적으로 트렌치가 형성될 수 있고, 트렌치는 부분적으로 기판으로 연장되고 중간층(102)에 의해 덮힌다. 일례로, N-형 및/또는 P-형 반도체 영역은 그 사이의 고유하거나 약간 도핑된 영역에 의해 분리될 수 있되, 상기 약간 도핑된 영역은 N-형 또는 P-형 반도체 영역보다 적은 도핑 농도를 가질 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 반도체 영역(105)은 동일한 전도성 유형을 가질 수 있고, 일부 전면 컨택 태양 전지에서 처럼 전부 N-형 또는 P-형일 수 있다. 전도성 컨택 구조물(110)은 상술한 바와 같이, 제2 금속 소스로 강화될 수 있다는 것이 이해된다.
다시 도 14a 내지 도 14d를 참조하면, 레이저 빔(108)을 금속 포일(106)에 인가하는 단계에 이후, 예컨대 레이저 빔(108)에 노출되지 않은 금속 포일(106)의 부분(114)만이 제거되는 반면, 금속 포일(106)의 부분(112)은 그대로 보유된다. 실시예에 있어서, 부분(112)은 레이저 빔(108) 또는 상이한/후속 레이저 빔에 선택적으로 노출될 수 있고, 이는 상이한 레이저 세팅/변수에서 동일한 레이저를 사용할 수 있다.
도 16은 태양 전지의 횡단면도를 도시한다. 도 16에 도시된 바와 같이, 레이저는 전도성 컨택 구조물(110)과 부분(112)을 ARC 또는 BARC 층과 같은 중간층(102) 위에 형성한다. 부분(114)은 제거되었다. N 형 및 / 또는 P 형 반도체 영역 (105)의 위치. 일례로, N-형 및/또는 P-형 반도체 영역은, 예컨대 그 사이의 약간 도핑된 영역(197)에 의해 분리되되, 상기 약간 도핑된 영역은 N-형 및/또는 P-형 반도체 영역보다 적은 도핑 농도를 가질 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 반도체 영역(105)은 동일한 전도성 유형을 가질 수 있고, 일부 전면 컨택 태양 전지에서 처럼 전부 N-형 또는 P-형일 수 있다. 전도성 컨택 구조물(110)은 상술한 바와 같이, 제2 금속 소스로 강화될 수 있다는 것이 이해된다. 부분(112)은 상술한 바와 같이 제2 금속 소스로 형성될 수 있다는 것이 또한 이해된다.
도 17a 내지 도 17e는 일부 실시예에 따라, 본 명세서에 개시된 방법, 방식 또는 장비를 이용하여 제조된 반도체 기판 예를 도시하고 있다. 반도체 기판은 태양 전지(1250a-e)이며, 실리콘 기판(1525)을 포함할 수 있다. 실리콘 기판(1525)은, 세척, 폴리싱, 평탄화 및/또는 박화 도는 그 외 달리 처리될 수 있다. 반도체 기판(1525)은 N-형 또는 P-형의 단일 결정이거나 다결정 실리콘 기판일 수 있다. 태양 전지는 전면(1502)과 배면(1504)을 가질 수 있되, 상기 전면(1502)은 상기 배면(1504)의 반대쪽이다. 전면(1502)은 수광면으로, 배면(1504)은 배면 표면으로 지칭될 수 있다. 태양 전지는 제1 도핑 영역(1521)과 제2 도핑 영역(1502)을 포함할 수 있다. 실시예에 있어서, 제1 도핑 영역은 (예컨대, 붕소로 도핑된) P-형 도핑 영역이고, 제2 도핑 영역은 (예컨대, 인으로 도핑된) N-형 도핑 영역일 수 있다. 태양 전지(1520a-e)는 태양 전지의 전면(1502) 상에 중간층(1528)(예컨대, 반사방지코팅(ARC)) 을 포함할 수 있다. 태양 전지(1520a-e)는 그 배면(1504) 상에 배면 배면 중간층(1526)(예컨대, 배면 반사방지코팅(BARC))을 포함할 수 있다.
도 17a는 본 명세서에 개시된 방법, 방식 또는 장비를 이용하여 제조된 배면 컨택 태양 전지 예를 도시하고 있다. 배면 컨택 태양 전지(1520a)는 태양 전지(1520a)의 배면(1504)에 부착된 제1 및 제2 도핑 영역(1521, 1522)을 포함할 수 있다. 일례로, 제1 및 제2 도핑 영역(1521 및 1522)은 도핑된 반도체 영역일 수 있다. 제1 및 제2 도핑된 영역(1521, 1522)은 도핑된 폴리실리콘 영역일 수 있다. 박형 산화층(1573)(예컨대, 터널 옥사이드층)이 제1 및 제2 도핑 영역(1521,1522)과 기판(1525)사이에 부착될 수 있다. 대신 제1 및 제2 도핑 영역(1521, 1522)이 기판(1525)에 배치될 수 있다. 전도성 컨택 구조물(1511, 1512)은 태양 전지(1520a)의 배면에 배치되되, 상기 전도성 컨택 구조물(1511, 1512)은 제1 및 제2 도핑 영역(1521, 1522)에 국소적으로 부착된 금속을 포함한다. 제1 및 제2 도핑 영역(1521, 1522)은 그 사이에 형성된 분리 영역(1577)을 가질 수 있다. 일례로, 제1 및 제2 도핑 영역(1521, 1522)은 그 사이에 트렌치가 형성되며, 트렌치는 기판에 부분적으로 연장되고 중간층(1562)에 의해 덮힌다. 트렌치는 본래 고유 또는 약간 도핑된 반도체 영역으로 교체될 수 있다.
도 17b는 일부 실시예들에 따라 본 명세서에 개시된 방법, 방식 또는 장비를 이용하여 제조된 배면 컨택 태양 전지(1521b)의 다른 예를 도시하고 있다. 배면 컨택 태양 전지(1520b)는 태양 전지(1520b)의 배면(1504)에 부착된 제1 및 제2 도핑 영역(1521, 1522)을 포함할 수 있다. 일례로, 제1 및 제2 도핑 영역(1521, 1522)은 연속층으로 연장되어 있는도핑된 반도체 영역일 수 있다. 하나의 예에서, 제1 및 제2 도핑 영역(1521, 1522)은 그 사이의 약간 도핑된 영역(1579)에 의해 분리되되, 상기 약간 도핑된 영역은 제1 및 제2 도핑 영역(1521, 1522)보다 적은 도핑 농도를 가질 수 있다. 실시예에서, 박형 산화층(1573)(예컨대, 터널 옥사이드층)이 제1 및 제2 도핑 영역(1521, 1522)과 기판(1525)사이에 부착될 수 있다. 특정 실시예에 있어서, 제1 및 제2 도핑 영역(1521, 1522)은 도핑된 다결정 영역일 수 있다. 대신 제1 및 제2 도핑 영역(1521, 1522)이 기판(1525)에 배치될 수 있다. 실시예에 있어서, 태양 전지(1520c)의 배면(1504)의 전도성 컨택 구조물(1511, 1512)은 LAMP 기법을 통해 형성된 제1 및 제2 도핑 영역(1521, 1522)에 국소적으로 부착된 금속을 포함한다.
도 17c는 일부 실시예에 따라 본 명세서에 개시된 방법, 방식 또는 장비를 이용하여 제조된 전면 컨택 태양 전지 예를 도시한다. 전면 컨택 태양 전지(l520c)는 태양 전지(1520c)의 배면(1504)에 부착된 제1 도핑 영역(1521)을 포함할 수 있다. 일례로, 제2 도핑 영역(1522)은 태양 전지(1520c)의 전면(1502)에 부착될 수 있다. 제2 도핑 영역(1522)의 한 예가 도시되었다 하더라도, 하나 이상의 제2 도핑 영역(1522)이 사용될 수 있다. 전도성 컨택 구조물(1511, 1512)은 태양 전지(1520c)의 전면과 배면(104)에 있되, 상기 전도성 컨택 구조물(1511, 1512)은 LAMP 기법을 통해 형성된 제1 및 제2 도핑 영역(1521, 1522)에 국소 부착된 금속을 포함한다. 제2 도핑 영역(1522)은 도시된 바와 같이, 제1 도핑 영역(1521)에서 어긋나게 형성될 수 있다. 제2 도핑 영역(1512)은 제1 도핑 영역(1521)에 대해, 예컨대 수직으로 정렬될 수 있다.
도 17d는 일부 실시예에 따라, 본 명세서에 개시된 방법, 방식 또는 장비를 이용하여 제조된 전면 콘택 태양 전지 예를 도시한다. 전면 컨택 태양 전지(1520d)는 태양 전지(1520d)의 배면(1504)에 부착된 제1 도핑 영역(1521)을 포함할 수 있다. 전도성 컨택 구조물(1511, 1512)은 LAMP 기법을 통해 각기 해당되는 태양 전지(1520d)의 전면(1502)과 배면(1504)에 형성되되, 상기 전도성 컨택 구조물(1511, 1512)은 제1 및 제2 도핑 영역(1521, 1522)에 국소 부착된 금속을 포함한다. 제1 및 제2 도핑된 영역(1521, 1522)은 비정형 실리콘 영역을 포함할 수 있다. 태양 전지(1520d)는 태양 전지(1520d)의 전면(1502)에 중간층(1526)(예컨대, 반사방지코팅(ARC))을 포함할 수 있다. 태양 전지(1520d)는 태양 전지(1520d)의 배면(1504)에 배면 중간층(1526)(예컨대, 배면 반사방지코팅(BARC))을 포함할 수 있다. 박형 산화층(1530)이 제1 도핑 영역(1521)과 기판(1525) 사이에 부착될 수 있다.
도 17e는 일부 실시예에 따라 본 명세서에 개시된 방법, 방식 또는 장비를 이용하여 제조된 또 다른 전면 컨택 태양 전지 예를 도시한다 태양 전지(1520e)는 태양 전지(1520e)의 배면(1504)에 부착된 제1 도핑 영역(1521a, 1521b)을 포함할 수 있다. 일례로, 제2 도핑 영역 (1522a, 1522b)은 태양 전지 (1520d)의 전면 (1502) 상에 배치 될 수 있다. 실시예에 있어서, 전도성 컨택 구조물(1511, 1512)이 LAMP 기법을 통해 각기 해당되는 태양 전지(1520b)의 전면과 배면(1504)에 형성될 수 있되, 상기 전도성 컨택 구조물(1511, 1512)은 제1 도핑 영역(1521a, 1521b)과 제2 도핑 영역(1522a, 1522b)에 국소 부착된 금속을 포함한다. 제1 도핑 영역(1521a, 1521b)은 도핑된 폴리실리콘 영역을 포함할 수 있다. 태양 전지(1520e)는 태양 전지(1520e)의 전면(1502)에 중간층(1526)(예컨대, 배면 반사방지코팅(BARC)을 포함할 수 있다. 태양 전지(1520e)는 태양 전지(1520e)의 배면(1504)에 배면 중간층(1526)(예컨대, 배면 반사방지코팅(BARC))을 포함할 수 있다.
도 18a 내지 도 18c는 본 발명의 실시예에 따라, 태양 전지 스트링을 제조하는 방법의 공정을 나타내는 측면도를 도시한다. 도 21a를 참조하면, 상술한 바와 같이 기판(100)을 포함하는 두 개의 태양 전지(125a, 125b)가 제공된다. 기판은 기판(100)에 전기적으로 연결된 복수의 전도성 컨택 구조물(110)을 포함하고, 레이저 빔(108)에 노출되지 않은 금속 포일(106)의 제2 부분(114)은 기판(100) 상에 보유되고 기판(100)으로부터 오버행 및/또는 연장된다. 반면 별도의 전도성 컨택 구조물(110)로서 도시되고 제2 부분(114)은 연속적일 수 있는 것으로 도시되어 있다. 태양 전지(125a, 125b)는 동일한 방향으로 함께 적층된다. 도 18b에 도시된 바와 같이, 제2 부분(114)은 위치(111)에서 함께 접합되어 접합(115)을 형성한다. 실시예에 있어서, 본 명세서에 개시된 바와 같은 레이저 공정에 의해 접합 단계가 실행될 수 있다. 실시예에서, 접합 단계는 레이저 용접, 초음파 용접 또는 유도 용접과 같은 용접 공정이다. 실시예에 있어서, 열압착 접합 단계에 의해 접합이 형성될 수 있다. 실시예에 있어서, 전도성 접착제로 접합이 달성될 수 있다. 두 개의 태양 전지가 또한 이들 공정을 이용하여 부착될 수 있다. 태양 전지(125a, 125b)는 화살표로 표시된 바와 같이 접히지 않고 선형 스트링을 형성할 수 있다. 도 18b에 도시된 바와 같이 공정이 다수 반복되어 태양 전지(125c)를 추가함으로써 거의 무한대의 스트링을 만들 수 있다. 도 18c에 3개의 태양 전지가 도시되어 있다 하더라도, 태양 전지 스트링에 2, 3, 4, 5, 6개 이상의 태양 전지가 연결될 수 있다. 또한 다른 절차와 단계가 실행되어 도시된 태양 전지 스트링을 형성한다. 실시예에 있어서, 태양 전지 스트링을 함께 적층하고, 제1 태양 전지 스트링 단부의 어느 하나의 태양 전지에서 연장되는 금속 포일을 제1 태양 전지 스트링 위에 적층된 제2 태양 전지 스트링 단부의 태양 전지에서 연장된 보완 금속 포일에 접합함으로써 태양 전지 스트링이 함께 연결될 수 있다.
도 19a 및 도 19b는 금속 리본(14)을, 예를 들어 태양 전지 스트링 단부의 태양 전지(125a 및 125b)에 상호 연결의 예를 확대하여 도시한다. 도 19a를 참조하면, 금속 리본(14)이 태양 전지(125a 및 125b)의 각각의 배면에 연결되어, 예를 들어 병렬로 연결된 두 개(이상)의 태양 전지 스트링 세트를 형성한다. 도 19b를 참조하면, 금속 리본(14)이 태양 전지(125a)의 배면과 태양 전지(125b)의 전면에 연결되어, 예를 들어 두 개(이상)의 태양 전지 스트링이 직렬로 연결된 세트를 형성한다. 도 19b를에 도시된 바와 같이, 금속 리본(14)은 인접한 태양 전지 스트링 사이 위/아래에서 엮어지거나 짜일 수 있다. 금속 리본(14)은 단부쪽으로 연장되어, 예컨대 태양 전지 어레이, 매트릭스 및/또는 시스템의 추가 스트링 및/또는 기타 구성요소를 전기적으로 연결할 수 있다.
상술한 실시예를 참조하여 물질을 특정하여 도시하였지만, 일부 물질은 본 명세서에 개시된 실시예의 정신과 범위를 가지는 해당 실시예를 통해 기타 물질로 용이하게 교체될 수 있다. 실시예에서, 예를 들면, 그룹 III 내지 V 물질 기판과 같은 상이한 물질 기판이 실리콘 기판 대신 사용될 수 있다. 다른 실시예로서, 마이크로 전자 소자의 제조에 사용된 기판 유형이 실리콘 기판 대신, 예컨대 인쇄 회로 기판 및/또는 기타 기판이 대신 사용될 수 있다. 또한 배면 컨택 태양 전지 정렬을 참조하였다 하더라도, 본 명세서에 개시된 방식을 전면 컨택 태양 전지에 마찬가지로 적용할 수 있다는 것이 이해된다. 다른 실시예로서, 상술한 방식을 태양 전지 외 항목을 제조하는 방법에 적용할 수 있다. 예를 들면, 본 명세서에 개시된 방식은 광 방출 다이오드(LED)의 제조에 유익할 수 있다.
또한, 본 명시서에서 태양 전지를 상세하게 설명하였다고 하지만, 상술한 방법 및/또는 공정은 여러 기판 및/또는 소자, 예컨대 반도체 기판에 적용할 수 있다. 예를 들면, 반도체 기판은 태양 전지, LED, 마이크로전자 기계적 시스템 및 기타 기판을 포함할 수 있다.
또한, 본 명세서에서 설명된 많은 실시예들이 금속 소스로서 금속 포일을 반도체에 직접 연결하는 것과 관련이 있는 것이다. 본 명세서에서 설명된 개념은 또한 태양 응용품(예컨대, HIT 셀)에 적용할 수 있되, 반도체를 직접 접촉하기 보다 인듐 산화 주석(ITO)과 같은 전도성 산화물에 접촉할 수 있다. 또한 실시예들을 다른 패턴화된 금속 응용품, 예컨대 PCB 트레이스 형성에 적용할 수 있다.
따라서, 레이저 빔을 이용하는 반도체 기판의 국소적 금속화 및 형성되는 구조물이 제시된다.
특정 실시예가 전술되었지만, 특정 특징부와 관련하여 하나의 실시예만이 기술된 경우에도, 이들 실시예가 본 개시의 범위를 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 개시에 제공된 특징부의 예는 달리 언급되지 않는 한, 제한적이기보다는 예시적인 것으로 의도된다. 본 개시의 이점을 갖는 당업자에게 명백한 바와 같이, 상기 설명은 이러한 대안예, 수정예 및 균등물을 포함하고자 하는 것이다.
본원에서 다루어지는 문제 중 임의의 것 또는 전부를 완화하는지 여부에 관계없이, 본 개시의 범위는 본원에 (명시적으로 또는 암시적으로) 개시된 임의의 특징 또는 특징의 조합 또는 이들의 임의적인 일반화를 포함한다. 따라서, 본 출원(또는 이에 대해 우선권을 주장하는 출원)의 절차 진행 중에 임의적인 이들 특징의 조합에 대해 새로운 청구 범위가 만들어질 수 있다. 특히 첨부된 청구 범위를 참조하여, 종속 청구항으로부터의 특징이 독립 청구항의 특징과 조합될 수 있고, 각각의 독립 청구항으로부터의 특징은 임의의 적절한 방식으로 조합될 수 있고, 단순히 첨부된 청구 범위에 열거된 특정 조합만은 아니다.

Claims (20)

  1. 두 개의 태양 전지를 전기적으로 연결하는 방법으로서,
    전면과 배면이 있는 제1 태양 전지를 제공하는 단계;
    제1 태양 전지 배면의 적어도 일부 위에 금속 포일을 배치하는 단계;
    제1 태양 전지의 배면에 금속 포일을 전기적으로 연결하는 하나 이상의 전도성 컨택 구조물을 형성하도록 제1 태양 전지 배면 위 하나 이상의 위치에서 금속 포일을 레이저 빔에 노출하는 단계;
    전면과 배면이 있는 제2 태양 전지를 제공하는 단계;
    제2 태양 전지의 일부 위에 금속 포일을 배치하는 단계; 및
    제2 태양 전지에 금속 포일을 전기적으로 연결하는 하나 이상의 전도성 컨택 구조물을 형성하도록 제2 태양 전지 부분 위 하나 이상의 위치에서 금속 포일을 레이저 빔에 노출하는 단계를 포함하는, 방법.
  2. 제1 항에 있어서, 각각의 전도성 컨택 구조물은 국소 부착된 금속 부분을 포함하는, 방법.
  3. 제1 항에 있어서, 제2 태양 전지의 부분 위에 금속 포일을 배치하는 단계는 제2 태양 전지의 전면 일부 위에 금속 포일을 배치하는 단계를 포함하는, 방법.
  4. 제3 항에 있어서, 제1 태양 전지와 제2 태양 전지 사이의 금속 포일을 구부리는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  5. 제1 항에 있어서, 제2 태양 전지의 부분 위에 금속 포일을 배치하는 단계는 제2 태양 전지의 배면 부분 위에 금속 포일을 배치하는 단계를 포함하는, 방법.
  6. 제1 항에 있어서, 제1 태양 전지 또는 제2 태양 전지에 제3 태양 전지를 전기적으로 연결하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  7. 제1 항에 있어서, 태양 전지는 P-형 및 N-형 도핑 영역을 포함하는, 방법.
  8. 제1 항에 있어서, 태양 전지들 사이의 금속 포일 부분 위에 클로킹 물질을 배치하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  9. 제8 항에 있어서, 클로킹 물질은 클로킹 테이프 또는 금속 포일의 양극 산화처리물을 포함하는, 방법.
  10. 제1 항에 있어서,
    제1 태양 전지의 기판에 또는 그 위의 복수의 반도체 영역 위에 금속 포일을 배치하는 단계; 및
    제1 태양 전지의 기판에 전기적으로 연결된 복수의 전도성 컨택 구조물을 형성하도록 금속 포일을 레이저 빔에 노출하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  11. 제10 항에 있어서,
    제2 태양 전지의 기판에 또는 그 위의 복수의 반도체 영역에 금속 포일을 배치하는 단계; 및
    제2 태양 전지의 기판에 전기적으로 연결된 복수의 전도성 컨택 구조물을 형성하도록 금속 포일을 레이저 빔에 노출하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  12. 태양 전지 스트링으로서,
    전면과 배면이 있는 제1 태양 전지;
    전면과 배면이 있는 제2 태양 전지;
    금속 포일;
    제1 태양 전지의 배면에 금속 포일을 전기적으로 연결하는 하나 이상의 레이저 보조 금속화 전도성 컨택 구조물; 및
    제2 태양 전지의 전면 또는 배면에 금속 포일을 전기적으로 연결하는 하나 이상의 레이저 보조 금속화 전도성 컨택 구조물로 이루어지는, 태양 전지 스트링.
  13. 제12 항에 있어서, 금속 포일은 제2 태양 전지의 전면 부분 위로 연장되는, 태양 전지 스트링.
  14. 제12 항에 있어서, 금속 포일은 제2 태양 전지의 배면 부분 위로 연장되는, 태양 전지 스트링.
  15. 제12 항에 있어서, 제2 태양 전지는 하나 이상의 컨택 패드를 포함하고, 금속 포일은 제2 태양 전지의 하나 이상의 컨택 패드에 전기적으로 연결되어 있는, 태양 전지 스트링.
  16. 제12 항에 있어서, 제1 태양 전지 또는 제2 태양 전지에 전기적으로 연결된 하나 이상의 추가 태양 전지를 추가로 포함하는, 태양 전지 스트링.
  17. 제12 항에 있어서, 금속 포일의 적어도 일부분 위에 절연 물질을 추가로 포함하는, 태양 전지 스트링.
  18. 제12 항에 있어서, 금속 포일은 제1 태양 전지와 제2 태양 전지 사이에서 접힌 상태인, 태양 전지 스트링.
  19. 제10 항에 있어서, 제1 태양 전지와 제2 태양 전지는 P-형 및 N-형 도핑 확산 영역을 포함하는, 태양 전지 스트링.
  20. 제10 항에 있어서, 태양 전지들 사이의 금속 포일의 부분 위에 클로킹 물질을 추가로 포함하는, 태양 전지 스트링.
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