KR20210018498A - 금속 물품을 흑화시키기 위한 방법 - Google Patents

금속 물품을 흑화시키기 위한 방법 Download PDF

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아르빈드 차리
벤카테산 무랄리
로버트 브레이너드
고팔 프라부
제시 담
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멀린 솔라 테크놀로지스 인코포레이티드
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Abstract

방법은 사전 형성된 패턴을 포함하는 외부 표면 층을 가지는 전기 전도성 맨드릴을 제공하는 단계를 포함한다. 금속 물품은 전기 주조된다. 금속 물품은 맨드릴의 외부 표면 층에 사전 형성된 패턴으로 형성된 복수의 전기 주조된 요소를 포함한다. 복수의 전기 주조된 요소는 맨드릴의 외부 표면 층에 인접한 제1 측면 및 제2 측면을 갖는다. 땜납은 맨드릴에 있는 동안 복수의 전기 주조된 요소의 제2 측면에 도금된다. 금속 물품은 맨드릴로부터 분리된다. 복수의 전기 주조된 요소는 금속 물품이 단일의 독립형 피스를 형성하도록 상호연결된다. 용액은 복수의 전기 주조된 요소의 제1 측면의 흑화를 생성하기 위해 적용된다. 복수의 전기 주조된 요소의 제2 측면의 땜납은 흑화되지 않는다.

Description

금속 물품을 흑화시키기 위한 방법
관련된 출원
본 출원은 미국 가특허 출원 제62/694,644호(출원일: 2018년 7월 6일, 발명의 명칭: "Method for Blackening a Metallic Article"), 및 미국 가특허 출원 제62/743,178호(출원일: 2018년 10월 9일, 발명의 명칭: "Method for Blackening a Metallic Article")에 대한 우선권을 주장하고, 이들 기초출원은 둘 다 본 명세서에서 전문이 참조에 의해 원용된다.
태양광 전지는 광자를 전기 에너지로 변환하는 디바이스이다. 전지에 의해 생성된 전기 에너지는 반도체 재료에 결합된 전기 접촉부를 통해 수집되고, 모듈에서 다른 광전지와의 상호연결을 통해 라우팅된다. 본 기술이 제공하는 많은 이득 때문에 태양광 에너지의 사용이 점점 더 대중화되었다. 모듈은 개인, 주거, 군사 또는 상업적 사용을 위한 것일 수 있다.
모듈의 광이 향하는 측의 전기 접촉부 및 상호연결부는 전형적으로, 반짝이고, 광을 반사할 수 있는 금속 재료이고, 이것이 부착되는 태양광 전지와 비교하여 컬러 대비가 높고, 따라서 인간의 눈에 보인다. 이 때문에, 모듈은 미적으로 만족스럽지 않고 특정한 애플리케이션을 손상시킬 수 있다. 예를 들면, 태양광 지붕널과 같은 주거 시장을 위한 지붕 시스템이 이용 가능하고 고객은 노출된 와이어 및/또는 연결부의 손상 없이 지붕의 매력적이고 세련된 외관을 원한다. 트럭 운송 산업과 같은 상업적 사용에서, 태양광 에너지는 트럭의 지붕에서 사용될 수 있다. 고객은 트럭에서 태양광 모듈의 전문적이고 균일한 외관을 원한다. 일부 애플리케이션에서, 예를 들면, 군사 작전에서 태양광 모듈의 존재는 검출 가능하지 않을 필요가 있다. 예를 들면, 태양광 에너지는 발전기, 배터리 팩 또는 착용 가능한 기술을 위해 수집되고 사용될 수 있지만 모듈은 은신 상태이어야 하며 사용자의 위치를 공개하기 위해 적에게 보이지 않아야 한다. 또 다른 사용 경우에서, 태양광 모듈은 그들의 효율을 증가시키기 위해 전기 또는 가스 차량의 상단에 배치될 수 있고, 물품을 구매하고 있는 최종 사용자에게 미적으로 만족스러워야 한다.
일부 태양광 모듈은 커버 유리에 도트 패턴을 사용하거나 모듈에 플라스틱 시트를 사용함으로써 외관을 더 만족스럽게 하도록 그들의 모습으로 하여금 변경하게 할 수 있다. 도트 패턴은 멀리서도 보이는 이미지를 형성할 수 있지만, 가까울 때 개별적인 도트뿐만 아니라, 모듈의 광이 향하는 측의 전기 접촉부 및 상호연결부와 같은 커버 유리 또는 플라스틱 시트 뒤의 콘텐트도 보인다. 부가적으로, 도트 패턴은 광 중 일부가 도트 패턴에 의해 차단되기 때문에 태양광 모듈의 효율을 감소시킬 수 있다.
광전지를 위해 금속 물품을 제조하는 방법이 개시되고, 방법은 사전 형성된 패턴을 포함하는 외부 표면 층을 가지는 전기 전도성 맨드릴(electrically conductive mandrel)을 제공하는 단계를 포함한다. 금속 물품은 전기 주조된다. 금속 물품은 맨드릴의 외부 표면 층에 사전 형성된 패턴으로 형성된 복수의 전기 주조된 요소를 포함한다. 복수의 전기 주조된 요소는 맨드릴의 외부 표면 층에 인접한 제1 측면 및 제1 측면 반대편의 제2 측면을 갖는다. 땜납은 맨드릴에 있는 동안 복수의 전기 주조된 요소의 제2 측면에 도금된다. 금속 물품은 맨드릴로부터 분리된다. 복수의 전기 주조된 요소는 금속 물품이 맨드릴로부터 분리될 때 단일의 독립형 피스를 형성하도록 상호연결된다. 복수의 전기 주조된 요소의 제1 측면의 흑화(blackening)를 일으키기 위해 맨드릴로부터 금속 물품을 분리한 후에 용액이 금속 물품에 적용된다. 복수의 전기 주조된 요소의 제2 측면의 땜납은 흑화되지 않는다.
본 명세서에서 설명된 본 발명의 양태 및 실시형태의 각각은 단독으로 또는 서로 조합하여 사용될 수 있다. 첨부된 도면을 참조하여 양태 및 실시형태가 이제 설명될 것이다.
도 1은 하나의 실시형태에서 일 예시적인 전기 주조 맨드릴의 사시도.
도 2A 내지 도 2C는 독립형 전기 주조된 금속 물품의 생산 시에 예시적인 단계의 단면도.
도 3A 및 도 3B는 금속 물품의 2가지 실시형태의 평면도.
도 4는 하나의 실시형태에서, 적응가능한 특징을 갖는 금속 물품의 평면도.
도 5A 및 도 5B는 일 실시형태에 따른, 전지 대 전지 상호연결부의 확대도.
도 6A 및 도 6B는 일 예시적인 맨드릴 및 오버도금(overplate)된 부분을 가지는 대응하는 전기 주조된 요소의 단면도.
도 7은 오버도금된 형상의 예시적인 실시형태의 단면을 도시한 도면.
도 8은 전기 주조 맨드릴에 도금될 수 있는 주형 금속(template metals)의 실시형태, 및 생산될 수 있는 전기 주조된 피스의 실시형태의 단면도.
도 9A 및 도 9B는 전기 주조된 요소에 도금될 수 있는 예시적인 층의 단면도.
도 10은 일부 실시형태에 따른, 광전지를 위해 금속 물품을 흑화시키기 위한 방법의 단순화된 흐름도.
도 11은 일부 실시형태에 따른, 광전지를 위해 금속 물품을 흑화시키기 위한 방법의 개략적 표현을 갖는 흐름도.
도 12는 일부 실시형태에 따른, 침지 공정에 의해 금속 물품을 잠기게 하는 방법에 대한 단순화된 흐름도.
도 13은 일부 실시형태에 따른, 흑화 공정에서의 예시적인 용액을 도시한 도면.
도 14는 일부 실시형태에 따른, 금속 물품을 분사하는 방법에 대한 단순화된 흐름도.
도 15는 일부 실시형태에 따른, 분사 공정 동안의 금속 물품의 개략도.
도 16은 일부 실시형태에 따른, 금속 물품을 분사하는 방법에 대한 단순화된 흐름도.
도 17은 일부 실시형태에 따른, 금속 물품을 흑화시키는 방법에 대한 단순화된 흐름도.
도 18은 일부 실시형태에 따른, 광전지를 위해 금속 물품을 흑화시키기 위한 방법의 개략적인 표현을 묘사한 도면.
도 19는 일부 실시형태에 따른, 광전지를 위해 금속 물품을 제조하는 방법에 대한 단순화된 흐름도.
도 20은 일부 실시형태에 따른, 흑화되지 않은 금속 물품을 갖는 광전지의 평면도.
도 21은 일부 실시형태에 따른, 흑화된 금속 물품을 갖는 광전지의 평면도.
도 22A, 도 22B 및 도 22C는 일부 실시형태에 따른, 흑화시키기 위한 방법을 구현하는 예시를 묘사한 도면.
도 23A, 도 23B 및 도 23C는 일부 실시형태에 따른, 전기 주조된 요소의 만곡된 경로를 갖는 금속 물품의 설계를 묘사한 도면.
도 24A, 도 24B 및 도 24C는 일부 실시형태에 따른, 만곡된 표면으로 구성된 전지 대 전지 상호연결부의 설계를 묘사한 도면.
태양광 전지의 금속화는 종래적으로, 전지의 표면에 스크린 인쇄된 은 페이스트, 및 땜납 코팅된 리본을 활용하는 전지 대 전지 상호연결부를 통해 성취된다. 본 발명의 금속 물품은 태양광 전지 또는 다른 반도체 디바이스에 대해 맞춰지는 패턴화된 금속층을 생성하는 전기 주조 맨드릴로 제조된다. 예를 들면, 금속 물품은 태양광 전지에 대한 음영을 최소화하는 높이 대 폭 종횡비를 갖는 격자 라인을 가질 수 있고 금속 물품은 흑화 재료로 코팅될 수 있다. 금속 물품은 전지 금속화, 전지 대 전지 상호연결부 및 모듈 제작을 위해 종래의 버스 바 금속화 및 리본 스트링을 대체할 수 있다. 금속 물품은 제품의 효율에 악영향을 주지 않고, 태양광 모듈의 미적 모습을 극적으로 개선하는 "흑화된" 표면을 갖는다. 본 명세서에서 용어 "흑화된"은 금속 물품을 이의 천연 금속 컬러로부터 상이한 컬러로 변경하는 것을 설명하기 위해 사용될 것이고, 이는 일반적으로 금속 물품이 장착되는 태양광 전지와 유사한 어두운 또는 흑색 컬러를 의미할 것이다. 그러나, 본 실시형태는 금속 물품에 다른 컬러를 생성하기 위해 또한 사용될 수 있다.
미국 특허 제8,916,038호로서 발행된 미국 특허 출원 제13/798,123호(발명자: Babayan 등, 출원일: 2013년 3월 13일, 발명의 명칭: "Free-Standing Metallic Article for Semiconductors")에서, 광전지와 같은 반도체를 위한 전기 도관이 전기 주조된 독립형 금속 물품으로서 제작된다. 부가적인 전기 도관은 또한, 미국 특허 제8,936,709호(발명자: Babayan 등, 출원일: 2013년 11월 13일, 발명의 명칭: "Adaptable Free-Standing Metallic Article for Semiconductors"); 및 미국 특허 출원 제14/079,544호(발명자: Brainard 등, 출원일: 2013년 11월 13일, 발명의 명칭: "Free-Standing Metallic Article With Expansion Segment")에서 개시되고, 그들 모두는 본 출원의 양수인에 의해 소유되고 이에 의해 참조로써 통합된다. 금속 물품은 태양광 전지와 별도로 생산되며 단일 피스로서 안정적으로 전달되고 반도체 디바이스와 용이하게 정렬될 수 있는 핑거 및 버스 바와 같은 다수의 요소를 포함할 수 있다. 금속 물품의 요소는 전기 주조 공정에서 서로 일체로 형성된다. 금속 물품은 태양광 전지 또는 다른 반도체 디바이스에 대해 맞춰지는 패턴화된 금속층을 생성하는 전기 주조 맨드릴로 제조된다. 예를 들면, 금속 물품은 태양광 전지에 대한 음영을 최소화하는 높이 대 폭 종횡비를 갖는 격자 라인을 가질 수 있다. 금속 물품은 전지 금속화, 전지 대 전지 상호연결부 및 모듈 제작을 위해 종래의 버스 바 금속화 및 리본 스트링을 대체할 수 있다. 광전지를 위해 금속화 층을 공정 단계 사이에 안정적으로 전달될 수 있는 독립적인 구성요소로서 생산하는 능력은 재료 비용 및 제조면에서 다양한 장점을 제공한다.
도 1은 미국 특허 출원 제13/798,123호의 하나의 실시형태에서 일 예시적인 전기 주조 맨드릴(100)의 일부의 사시도를 묘사한다. 맨드릴(100)은 스테인리스 강, 구리, 양극처리된 알루미늄, 티타늄, 또는 몰리브덴, 니켈, 니켈-철 합금(예컨대, 인바(Invar)), 구리, 또는 이들 금속의 임의의 조합과 같은 전기 전도성 재료로 만들어질 수 있으며, 높은 도금 전류를 허용하고 높은 처리량을 가능하게 하기 위해 충분한 영역을 갖고 설계될 수 있다. 맨드릴(100)은 패턴 요소(110 및 112)를 포함하고 생산될 전기 도관 요소의 원하는 형상에 대해 맞춤화될 수 있는 사전 형성된 패턴을 갖는 외부 표면(105)을 갖는다. 이 실시형태에서, 패턴 요소(110 및 112)는 다른 실시형태에서 패턴 요소(110 및 112)가 다른 단면 형상을 가질지라도, 직사각형 단면을 갖는 홈 또는 트렌치이다. 패턴 요소(110 및 112)는 격자 형 패턴을 형성하기 위해 교차 세그먼트로서 묘사되며, 여기서 평행 라인의 세트는 이 실시형태에서 서로 수직으로 교차한다.
패턴 요소(110)는 높이('H') 및 폭('W')을 가지며, 여기서 높이 대 폭 비는 종횡비를 정의한다. 금속 물품을 형성하기 위해 맨드릴(100)에서 패턴 요소(110 및 112)를 사용함으로써, 전기 주조된 금속 부품은 광전지 애플리케이션에 대해 맞춰질 수 있다. 예를 들면, 태양광 전지의 음영 제한을 충족시키기 위해 종횡비는 원하는 대로 약 0.01과 약 10 사이일 수 있다.
종횡비뿐만 아니라, 패턴 요소의 단면 형상 및 종방향 레이아웃은 전류 용량, 직렬 저항, 음영 손실, 및 전지 레이아웃과 같은 원하는 사양을 충족하도록 설계될 수 있다. 임의의 전기 주조 공정이 사용될 수 있다. 예를 들면, 금속 물품은 전기 도금 공정에 의해 형성될 수 있다. 특히, 전기 도금이 일반적으로 등방성 공정이기 때문에, 부품의 형상을 맞춤화하기 위해 전기 도금을 패턴 맨드릴로 제한하는 것은 효율을 최대화하기 위한 상당한 개선이다. 또한, 특정 단면 형상이 반도체 표면에 그들을 배치할 때 불안정할 수 있을지라도, 맨드릴을 사용하여 생성될 수 있는 만곡된 요소를 포함하는 맞춤화된 패턴은 이들 도관에 안정성을 제공하기 위해 상호연결 라인과 같은 특징을 허용한다. 일부 실시형태에서, 예를 들면, 사전 형성된 패턴은 교차하는 라인을 갖는 연속 격자로서 구성될 수 있다. 이 구성은 격자를 형성하는 복수의 전기 주조된 요소에 기계적 안정성을 제공할 뿐만 아니라, 전류가 더 많은 도관에 걸쳐 퍼지기 때문에 낮은 직렬 저항을 가능하게 한다. 격자 형 구조는 또한, 전지의 강건성(robustness)을 증가시킬 수 있다. 예를 들면, 격자의 일부 부분이 끊어지거나 기능하지 않는 경우, 격자 패턴의 존재로 인해 전류가 끊어진 영역 주위로 흐를 수 있다.
도 2A 내지 도 2C는 미국 특허 출원 제13/798,123호에 개시된 바와 같이, 맨드릴을 사용하여 금속층 피스의 생산 시에 예시적인 단계의 단순화된 단면도이다. 도 2A에서, 패턴 요소(110 및 115)를 갖는 맨드릴(102)이 제공된다. 패턴 요소(115)는 맨드릴(102)의 외부 표면(105)을 향해 더 넓은 테이퍼링되는 수직 단면을 갖는다. 테이퍼링된 수직 단면은 전기 전도도를 개선하기 위해 금속의 양을 증가시키거나, 맨드릴(102)로부터 전기 주조된 피스의 제거를 돕는 것과 같은 특정 기능적 이득을 제공할 수 있다. 맨드릴(102)은 전기 주조 공정의 영향을 받고, 여기서 예시적인 전기 주조된 요소(150, 152 및 154)는 도 2B에 도시된 바와 같이 패턴 요소(110 및 115) 내에 형성된다. 전기 주조된 요소(150, 152 및 154)는 예를 들면, 단지 구리, 또는 구리의 합금일 수 있다. 다른 실시형태에서, 니켈 층은 맨드릴(102)에 먼저 도금되고 이어서, 구리가 도금될 수 있어서 니켈이 완성된 반도체 디바이스의 구리 오염에 대한 배리어를 제공하게 한다. 부가적인 니켈 층은 도 2B에서 전기 주조된 요소(150)의 니켈 층(160)에 의해 묘사된 바와 같이, 구리를 캡슐화하기 위해 전기 주조된 요소의 상단 위에 선택적으로 도금될 수 있다. 다른 실시형태에서, 생산될 금속 물품의 필요한 속성을 성취하기 위해 원하는 대로 다양한 금속을 사용하여 패턴 요소(110 및 115) 내에 다수의 층이 도금될 수 있다.
도 2B에서, 전기 주조된 요소(150 및 154)는 맨드릴(102)의 외부 표면(105)과 같은 높이로 형성되는 것으로서 도시된다. 전기 주조된 요소(152)는 요소가 오버도금될 수 있는 또 다른 실시형태를 도시한다. 전기 주조된 요소(152)에 대해, 금속이 맨드릴(102)의 표면(105) 위로 연장될 때까지 전기 도금이 계속된다. 전형적으로 전기 주조의 등방성 본질로 인해 둥근 상단으로서 형성될 오버도금 부분은 맨드릴(102)로부터 전기 주조된 요소(152)의 추출을 용이하게 하는 핸들의 역할을 할 수 있다. 전기 주조된 요소(152)의 둥근 상단은 또한 예를 들면, 광 수집을 돕는 반사 표면이 됨으로써 광전지에서 광학적 장점을 제공할 수 있다. 도시되지 않은 여전히 다른 실시형태에서, 금속 물품은 사전 형성된 패턴(110 및 115) 내에 형성된 것들에 더하여, 버스 바와 같은 맨드릴 표면(105)의 상단에 형성되는 부분을 가질 수 있다.
도 2C에서 전기 주조된 요소(150, 152 및 154)는 독립형 금속 물품(180)으로서 맨드릴(102)로부터 제거된다. 도 2A 내지 도 2C가 3개의 상이한 유형의 전기 주조된 요소(150, 152 및 154)를 입증함에 유의한다. 다양한 실시형태에서, 맨드릴(102) 내의 전기 주조된 요소는 모두 동일한 유형일 수 있거나, 전기 주조된 패턴의 상이한 조합을 가질 수 있다. 금속 물품(180)은 도 1의 교차 부재 패턴(112)에 의해 형성될 것과 같은 교차 요소(190)를 포함할 수 있다. 교차 요소(190)는 금속 물품(180)이 개별적인 요소(150, 152 및 154)를 서로 정렬된 채로 유지하면서 다른 공정 단계로 용이하게 전달될 수 있도록 금속 물품을 단일의 독립형 피스로 만드는 것을 도울 수 있다. 부가적인 공정 단계는 독립형 금속 물품(180)을 위한 흑화 방법과 같은 단계 및 상기 물품을 반도체 디바이스에 통합하기 위한 조립 단계를 포함할 수 있다. 반도체의 금속층을 독립형 피스로서 생산함으로써, 전체 반도체 어셈블리의 제조 수율이 금속층의 수율에 의해 영향을 받지 않을 것이다. 게다가, 금속층은 다른 반도체 층과 분리된 온도 및 공정의 영향을 받을 수 있다. 예를 들면, 금속층은 반도체 어셈블리의 나머지 부분에 영향을 미치지 않을 고온 공정 또는 화학 배스를 거칠 수 있다.
금속 물품(180)이 도 2C에서 맨드릴(102)로부터 제거된 후에, 맨드릴(102)은 부가적인 부품을 생산하기 위해 재사용될 수 있다. 맨드릴(102)을 재사용할 수 있다는 것은 전기 도금이 태양광 전지에서 직접적으로 수행되는 현재 기술과 비교하여 상당한 비용 절감을 제공한다. 직접적인 전기 도금 방법에서, 맨드릴은 전지 그 자체에 형성되고, 따라서 모든 전지에서 구축되고 종종 파괴되어야 한다. 재사용 가능한 맨드릴을 갖는 것은 반도체 디바이스를 패터닝하고 그 다음, 도금하는 것을 요구하는 기술과 비교하여 공정 단계를 감소시키고 비용을 절감한다. 다른 종래의 방법에서, 도금 공정을 시작하기 위해 얇은 인쇄된 시드 층이 반도체 표면에 도포된다. 그러나, 시드 층 방법은 낮은 처리량을 야기한다. 대조적으로, 본 명세서에서 설명된 바와 같이 재사용 가능한 맨드릴 방법은 높은 전류 능력을 허용하는 두꺼운 금속의 맨드릴을 활용할 수 있어서, 높은 도금 전류 따라서, 높은 처리량을 야기한다. 금속 맨드릴 두께는 예를 들면, 0.2 내지 5㎜ 사이일 수 있다.
도 3A 및 도 3B는 본 명세서에서 설명된 전기 주조 맨드릴에 의해 생산될 수 있는 예시적인 금속층(500a 및 500b)의 평면도를 도시한다. 금속층(500a 및 500b)은 전기 전도성 맨드릴에서 실질적으로 평행한 홈에 의해 형성된 실질적으로 평행한 핑거(510)로서 여기서 구현된 전기 주조된 요소를 포함한다. 금속층(500b)은 또한, 수직 핑거(510)와 교차하는 수평 핑거(520)로서 여기서 구현된 전기 주조된 요소를 포함하며, 여기서 핑거(510 및 520)는 대략적으로 수직 각도로 교차한다. 다른 실시형태에서, 핑거(510, 520)는 여전히 연속적인 격자 또는 메쉬 패턴을 형성하면서 다른 각도로 교차할 수 있다. 금속층(500a 및 500b)은 또한, 핑거(510 및 520)로부터 전류를 수집하기 위한 버스 바의 역할을 할 수 있는 프레임 요소(530)를 포함한다. 금속 물품의 일부로서 일체로 형성된 버스 바를 갖는 것은 제조 개선을 제공할 수 있다. 현재 대량의 태양광 모듈 생산 방법에서, 전지 연결은 종종 금속 리본을 전지에 수동으로 납땜함으로써 성취된다. 이것은 공통적으로, 수동 취급 및 땜납 리본에 의해 전지에 전달된 응력(stress)로 인해 파손되거나 손상된 전지를 야기한다. 게다가, 수동 납땜 공정은 노동 관련 생산 비용이 높다. 따라서, 본 명세서에서 설명된 전기 주조된 금속 물품에서 가능한 것처럼, 이미 형성되고 금속화 층에 연결된 버스 바 또는 리본을 갖는 것은 저 비용의 자동화된 제조 방법을 가능하게 한다.
프레임 요소(530)는 또한, 맨드릴로부터 제거될 때 금속층(500a 및 500b)이 단일의 독립형 피스이도록 기계적 안정성을 제공할 수 있다. 즉, 금속층(500a 및 500b)은 그들이 단일 구성요소라는 점에서 단일이며, 핑거(510 및 520)는 광전지 또는 다른 반도체 어셈블리와 떨어져 있을 때 연결된 상태로 남아 있다. 프레임 요소(530)는 또한, 핑거 요소(510 및 520)가 광전지에 부착되어야 하는 때를 위해 그들 사이의 간격 및 정렬을 유지하는 것을 도울 수 있다. 프레임 요소(530)가 도 3A 및 도 3B에 금속층(500a 및 500b)의 하나의 에지에 걸쳐 연장되는 것으로서 도시된다. 그러나, 다른 실시형태에서, 프레임 요소는 하나의 에지에 걸쳐 부분적으로만 연장될 수 있거나, 하나보다 많은 에지를 경계로 할 수 있거나, 에지의 하나 이상의 탭으로서 구성될 수 있거나, 격자 자체 내에 상주할 수 있다. 또한, 프레임 요소(530)는 핑거(510 및 520)와 동시에 전기 주조될 수 있거나, 다른 실시형태에서 핑거(510 및 520)가 형성된 후에 별개의 단계로 전기 주조될 수 있다.
본 명세서에 개시된 맨드릴이 단일 금속 물품 또는 전기 주조된 요소를 형성하기 위해 도시될지라도, 맨드릴은 또한, 다수의 물품을 형성하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 맨드릴은 완전한 태양광 어레이를 위해 원하는 수의 전기 도관 격자를 생성하기 위한 것과 같은, 하나보다 많은 금속 물품(500a 또는 500b)을 형성하기 위한 패턴을 포함할 수 있다.
전기 주조 맨드릴에 의해 제작된 금속 물품은 특징이 본 출원의 양수인에 의해 소유되고 이에 의해 참조로써 통합된 미국 특허 제8,936,709호에 개시된 것과 같은, 특정한 광전지의 원하는 기능 및 제조 요구를 충족하기 위해 훨씬 더 맞춰지는 것을 가능하게 한다. 예를 들면, 금속 물품 내의 요소의 개별적인 형상은 맞춤 설계될 수 있거나, 금속 물품의 하나의 영역의 요소는 또 다른 영역의 요소와 기하학적으로 상이한 특징을 갖고 설계될 수 있다. 맞춤화된 특징은 개별적으로 또는 서로 조합하여 사용할 수 있다. 전기 주조 맨드릴의 사용은 전체 전기 주조된 피스의 치수 제약을 완화시켜 특징이 금속 물품 내의 특정한 영역에 대해 최적화될 수 있게 한다.
도 4는 광전지에 대해 적응된 다양한 특징의 실시형태를 갖는 본 발명의 금속 물품(400)의 평면도를 도시한다. 반도체 기판(402)은 광전지에 대한 금속 물품의 배치를 입증하기 위해 점선으로 도시되며, 여기서 금속 물품(400)은 여기서 전지의 앞면을 위한 격자로서 구성된다. 그러나, 본 명세서에서 설명된 특징은 광전지의 뒷면을 위한 전기 도관에 적용될 수 있다. 본 발명에서, 반도체 디바이스 또는 광전지의 형성 시에 반도체 재료에 대한 언급은 비정질 실리콘, 결정질 실리콘 또는 광전지에서 사용하기에 적합한 임의의 다른 반도체 재료를 포함할 수 있다. 금속 물품은 또한, 광전지 이외의 다른 유형의 반도체 디바이스에 적용될 수 있다. 반도체 기판(402)은 도 4에서 유사 정사각형 형상으로서 또한 언급된, 코너가 둥근 단결정 전지로서 도시된다. 다른 실시형태에서, 반도체 기판은 완전 정사각형 형상을 갖는 다결정일 수 있다. 반도체 기판(402)은 기판(402)에 의해 생성된 전류를 운반하는 은 핑거와 같은, 반도체 기판의 표면에 전기 도관 라인(도시되지 않음)을 가질 수 있다.
금속 물품(400)은 광전지의 광 입사 표면을 위한 전기 도관의 역할을 하도록 구성되는 복수의 전기 주조된 요소를 가지는 제1 영역(456)을 포함한다. 전지 대 전지 상호연결부(440)는 제1 영역(456)과 통합된다. 은 핑거는 종래의 방법에 따라 반도체 기판(402)에 스크린 인쇄될 수 있다. 예를 들면, 은 핑거는 제1 영역(456)에서 격자 라인(410)의 방향에 수직인 라인일 수 있다. 금속 물품(400)의 요소는 그 다음, 은 핑거로부터 전류를 전달하기 위한 전기 도관의 역할을 한다. 도 4의 이 실시형태에서, 금속 물품(400)의 제1 영역(456)의 격자 라인(410)(도 4의 수평 방향) 및 세그먼트(420)(도 4의 수직 방향)는 전류를 수집하고 이를 상호연결 요소 또는 전지 대 전지 상호연결부(440)에 전달하기 위해 예를 들면, 납땜에 의해 반도체 기판(402)에 전기적으로 결합된다. 격자 라인(410)은 제1 영역(456)의 에지에 수직일 수 있다. 전지 대 전지 상호연결부(440)는 태양광 모듈에 대한 전지 대 전지 상호연결부가 태양광 어레이를 생성하는 것을 가능하게 한다. 구리와 같은 금속으로 금속 물품(400)을 제작하는 것은 은이 모든 전기 도관을 위해 사용되는 전지와 비교하여 비용을 감소시키고, 개선된 전도도로 인해 전지 효율을 또한 개선할 수 있다.
복수의 전기 주조된 요소는 복수의 제2 요소와 교차하는 복수의 제1 요소를 포함할 수 있다. 예를 들면, 도 4의 격자 라인(410) 및 세그먼트(420)가 서로 교차하고 서로에 대해 대략적으로 수직인 것으로서 도시되지만; 다른 실시형태에서 그들은 서로에 대해 수직이 아닌 각도일 수 있다. 격자 라인(410) 및 세그먼트(420) 둘 모두가 전류를 전달할 수 있을지라도, 격자 라인(410)은 상호연결 요소(440)에 대한 최소 저항의 경로를 제공하고 전류의 주 캐리어로서 기능할 것이다. 세그먼트(420)는 격자의 치수 사양을 유지하고 강도 측면에서, 독립형 금속 물품(400)에 기계적 지지를 제공한다. 그러나, 세그먼트(420)는 또한, 예를 들면 격자 라인(410)이 고장날 경우 중복을 제공할 시에, 전기 도관의 역할을 할 수 있다. 일부 실시형태에서, 격자 라인(410) 및 세그먼트(420)는 예를 들면, 기계적 강도를 최적화하거나 전지에 대한 원하는 충전 인자를 성취하기 위해 서로 상이한 폭(412 및 422)을 각각 가질 수 있다. 예를 들면, 격자 라인(410)의 폭(412)은 세그먼트(420)의 폭(422)보다 작을 수 있어서, 세그먼트(420)가 금속 물품(400)에 충분한 기계적 안정성을 제공하게 하고, 격자 라인(410)이 가능한 한 높은 충전 인자를 성취하기 위해 맞춰지게 한다. 또 다른 실시형태에서, 특정 격자 라인(410)은 예를 들면, 특정한 구역의 기계적 강도 또는 전기적 용량을 해결하기 위해 다른 격자 라인(410)과 상이한 폭을 가질 수 있다. 격자 라인(410)의 피치는 또한, 세그먼트(420)로부터 달라질 수 있거나, 요구된 디바이스 전도 요구조건을 충족시키기 위해 금속 물품(400) 내의 상이한 영역에서 서로 달라질 수 있다. 일부 실시형태에서, 예를 들면, 웨이퍼의 은 핑거 설계, 은 스크린 프린팅 공정의 정밀도, 또는 사용되는 전지의 유형에 기초하여 더 조잡하거나 더 미세한 메쉬 피치가 선택될 수 있다.
또 다른 실시형태에서, 전류를 수집하고 이를 금속 물품(400)의 제1 영역(456)에 있는 상호연결 요소에 전달하기 위한 요소의 패턴은 (수평 방향의) 격자 라인 및 (수직 방향의) 격자 라인으로 구성될 수 있고, 이들은 반도체 기판(402)에 전기적으로 결합된다. 수직 방향의 격자 라인은 수직 방향의 격자 라인이 금속 물품(400)의 하나의 에지 부재(450)로부터 금속 물품(400)의 다른 에지 부재(450)로 이어지고 수평 격자 라인에 실질적으로 수직이라는 점에서 도 4의 세그먼트(420)와 상이할 수 있다. 수평 격자 라인 및 수직 격자 라인은 메쉬 구성을 형성한다.
맞춰질 수 있는 또 다른 특징은 금속 물품이 제작되는 전기 주조 맨드릴에 설계될 수 있다. 예를 들면, 금속 물품은 금속 물품의 제1 영역(456)의 대부분에 걸쳐 메쉬 구성을 형성하는 교차하는 격자 라인을 가질 수 있다. 격자 라인은 이의 길이를 따라 균일하지 않은 폭을 가질 수 있다. 하나의 실시형태에서, 수평 격자 라인의 폭은 전지의 전류 수집 단부인 상호연결 요소(또는 전지 대 전지 상호연결부(440))에 더 가깝게 더 넓다. 이 증가된 폭은 전류가 제1 영역(456)의 금속 물품의 표면에 걸쳐 금속 물품에 의해 수집됨에 따라, 이 단부에서 더 높은 전류를 수용한다. 따라서, 증가된 폭은 저항 손실을 감소시킨다. 격자 라인의 높이는 또한, 폭이 증가된 영역에서 원하는 대로 조정될 수 있다.
게다가, 길이 방향의 프로파일은 폭의 변화에 더하여 형상이 변경될 수 있다. 수평 및 수직 격자 라인은 격자 라인이 길이 방향으로 확장되는 것을 허용하는 비 선형 패턴으로 구성될 수 있고, 따라서 확장 세그먼트의 역할을 한다. 하나의 실시형태에서, 수평 및 수직 격자 라인 둘 모두는 격자 라인(410) 및 세그먼트(420)에 의해 예시화된 바와 같이, 만곡된 요소를 갖는 파형 패턴을 가질 수 있다. 파 패턴은 예를 들면, 사인파 또는 다른 만곡된 형상 또는 기하학적 구조로서 구성될 수 있다. 파 패턴은 예를 들면, 금속 물품과 이것이 연결되는 반도체 기판 사이의 열팽창 계수(CTE)의 차에 대한 변형 완화를 제공하기 위해, 금속 물품이 팽창하고 수축하는 것을 허용하기 위해 땜납 지점 사이에 추가의 길이를 제공할 수 있다. 예를 들면, 구리의 CTE는 실리콘의 약 5배이다. 따라서, 실리콘 기판에 납땜된 구리 금속 물품은 완성된 태양광 전지로 서브 어셈블리를 제조하는 것에 수반된 가열 및 냉각 단계 동안 상당한 변형을 경험할 것이다. 다른 실시형태에서, 단지 특정 격자 라인이 확장 세그먼트로서 구성될 수 있다. 여전히 또 다른 실시형태에서, 단일 격자 라인의 단지 특정 부분이 확장 세그먼트로서 구성될 수 있으며, 나머지 길이는 선형이다.
도 4의 실시형태에서, 격자 라인(410)은 파형 패턴을 갖는다. 또한, 세그먼트(420)는 파형 패턴을 갖는다. 전지 대 전지 상호연결부(440) 근처에, 부가적인 수평 섹션(430)이 존재할 수 있다. 부가적인 수평 섹션(430)은 부가적인 전류 전달 능력을 제공한다. 다른 실시형태에서, 격자 라인(410) 및 세그먼트(420)는 선형이거나 파형 패턴 및 선형의 조합일 수 있다. 격자 라인(410) 및 세그먼트(420)는 또한, 태양광 전지의 둘레 근처에 위치하도록 구성되는 에지 부재(450 및 455)를 포함한다. 예를 들면, 에지 부재(450 및 455)는 웨이퍼(402)의 에지로부터 1 내지 3㎜에 위치될 수 있다. 에지 부재(450 및 455)가 금속 물품(400)의 둘레를 형성하기 때문에, 에지 부재(450 및 455)는 부가적인 구조적 지지를 제공하기 위해 금속 물품(400)의 내부에 있는 세그먼트(420) 및 다른 격자 라인(410)보다 넓을 수 있다. 에지 부재(455)는 주요 에지 부재(450)로부터 각도를 형성하는, 도 4의 실시형태에서 코너 버스 바로서 구성된다. 즉, 에지 부재(450)는 예를 들면, 이 실시형태에서 유사 정사각형 형상을 수용하기 위해, 길이를 따라 도관 방향의 변화를 갖는다. 이러한 방향 변화는 전기 주조 맨드릴에 의해 일체로 형성될 수 있으며, 기계적 강도를 개선하고 저항 손실을 감소시키기 위해 코너 버스 바(455)의 폭을 맞추는 것을 포함할 수 있다. 금속 물품(400)의 둘레에서 더 넓은 버스 바(450 및 455)는 또한, 금속 물품(400)을 반도체 기판(402)에 부착할 때 결합 강도를 개선시킬 수 있다.
전지 대 전지 상호연결부(440)는 금속 물품(400)의 에지 근처에 있다. 전지 대 전지 상호연결부(440)는 제1 영역(456)과 통합된다. 전지 대 전지 상호연결부(440)는 제1 영역(456)의 광 입사 표면을 넘어 연장하고 금속 물품(400)을 이웃하는 광전지에 직접적으로 결합하도록 구성된다. 도 5A 및 도 5B는 전지 대 전지 상호연결부의 상이한 실시형태의 확대도이다. 전지 대 전지 상호연결부(440)는 복수의 전기 주조된 만곡된 부속물(460)을 포함한다. 각각의 부속물(460)은 제1 영역(456)의 에지(464)에 결합된 제1 단부(462) 및 제1 단부(462) 반대편에 있고 에지(464)로부터 떨어져 있는 제2 단부(466)를 갖는다. 부속물(460)은 서로 이격된다. 이웃하는 부속물(460)을 이격시킴으로써 - 즉, 함께 연결되지 않음 - 각각의 부속물의 독립적인 굴곡 및 열 확장성으로 인해 응력 완화가 개선된다.
하나의 실시형태에서, 부속물(460)의 패턴은 날카롭거나 곧은 에지 또는 각도가 거의 또는 전혀 없이, 전지 대 전지 상호연결부(440)의 원래 평면 내의 만곡된 표면으로 구성된 모래시계 또는 볼링 핀 형상의 윤곽을 형성한다. 비대칭이고, 길며 사인파와 같은 형상일 수 있는 다른 형상이 사용될 수 있다. 부속물(460)의 곡률은 다른 단부와 비교하여 하나의 단부(462 또는 466)에서 더 클 수 있다. 부속물(460)는 서로 이격될 수 있고 부속물(460)의 패턴은 헤드-투-테일(head-to-tail) 방식으로 또는 헤드-투-헤드(head-to-head) 방식으로 차례로 반복될 수 있다. 부속물(460)는 전지 대 전지 상호연결부(440)에 걸쳐 반복 또는 비 반복 패턴을 가질 수 있다. 부속물(460)는 기계적 및 열적 응력으로 인한 변형 완화를 위해 측면 컴플라이언스(lateral compliance) 및 스프링 형 구조를 가능하게 한다. 도 5B의 실시형태에서, 부속물(460)는 센티미터 당 10회 이상 반복될 수 있다. 제1 영역 및 전지 대 전지 상호연결부(440)를 포함하는 금속 물품(400)은 전기 전도성 맨드릴에서 전기 주조되고 전기 전도성 맨드릴로부터 분리될 때 단일의 독립형 피스를 형성하기 위해 사전 형성된 패턴에 의해 형성될 수 있다.
하나의 실시형태에서, 금속 물품(400)은 전지 대 전지 상호연결부(440)와 통합되고 복수의 전기 주조된 부속물(460)의 제2 단부(466)에 결합된 금속 스트립(470)을 더 포함한다. 금속 스트립(470)은 이웃하는 광전지의 뒷면에 결합되도록 구성된다. 전지 대 전지 상호연결부(440)의 금속 스트립(470)은 인접한 전지의 뒷면을 위한 땜납 패드의 역할을 하고, 부속물(460)은 태양광 전지 사이의 전기 도관의 역할을 한다. 전지 대 전지 상호연결부(440) 설계가 3개의 버스 리본이 사용되는 종래의 땜납 리본과 비교하여 큰 표면적을 가짐에 유의한다. 결과적으로, 전지 대 전지 상호연결부(440)의 설계는 낮은 직렬 저항 및 최소 전압 강하를 제공함으로써 모듈 레벨에서 효율을 개선한다. 예를 들면, 전지 대 전지 상호연결부(440)의 폭(432)은 격자 라인(410) 및 세그먼트(420)에 대한 50 내지 100㎛의 폭과 비교하여 6 내지 8㎜와 같은 5 내지 10㎜일 수 있다.
도 6A는 노출된 금속 영역(712) 및 금속 기판(720)의 일부를 커버하는 유전체 영역(714)을 갖는 외부 표면 층(710)을 가지는 일 예시적인 맨드릴(700)을 도시한다. 유전체 영역(714)은 예를 들면, 플루오로중합체(예컨대, 테플론(Teflon)®), 패턴화된 포토레지스트(예컨대, 듀퐁 리스톤(Dupont Riston)® 두꺼운 막 레지스트), 또는 에폭시 기반 포토레지스트의 두꺼운 층(예컨대, SU-8)일 수 있다. 포토레지스트는 선택적으로 노출되고 제거되어 원하는 패턴을 드러낸다. 다른 실시형태에서, 유전체 영역(714)은 예를 들면, 기계 가공 또는 정밀 레이저 절단에 의해 패턴화될 수 있다. 유전체 또는 영구 레지스트의 사용은 맨드릴(700)의 재사용을 허용하고, 이는 공정 단계의 수, 소모성 비용을 감소시키고, 소모성 맨드릴과 비교하여 전체 제조 공정의 처리량을 증가시킨다.
도 6A에 또한 도시된 것은 전기 주조된 요소(750)이다. 전기 주조된 요소(750)는 노출된 금속 영역(712)에 형성되고, 맨드릴(700)의 외부 표면 층(710)에 오버도금된다. 오버도금은 패턴화된 유전체 층의 표면을 넘어 연장되는 전기 주조된 요소의 부분이다. 도 6B는 맨드릴(700)로부터 분리될 때 전기 주조된 요소(750)를 도시하고, 여기서 오버도금된 부분(752)은 전기 주조된 요소(750)의 전체 높이(765)의 퍼센티지에 걸쳐 있는 높이(760)를 갖는다. 전체 높이(765)는 오버도금된 부분(752)의 높이(760)뿐만 아니라, 스템 부분(stem portion)(754)의 높이(점선으로 도시된 바와 같이)를 포함한다. 오버도금된 부분(752)의 높이(760)는 전기 주조된 요소(750)의 전체 높이(765)의 퍼센티지일 수 있고, 여기서 퍼센티지는 상이한 실시형태에서 달라질 수 있다. 일부 실시형태에서, 높이(760)는 전체 높이(765)의 50%를 초과하는 것과 같은, 대부분에 걸쳐 있을 수 있다. 또 다른 실시형태에서, 높이(760)는 어떠한 스템 영역도 존재하지 않도록 전체 높이(765)를 포함할 수 있다. 오버도금된 구성은 오버도금된 부분(752)의 둥근 상단 표면(754)으로 인해 광학적 장점을 제공할 수 있다. 또한, 상단 표면(754)은 태양광 전지의 효율을 증진하기 위해 광의 반사를 돕도록 설계될 수 있다. 예를 들면, 상단 표면(754)은 램버시안 표면(Lambertian surface)을 생성하기 위해 텍스처링될 수 있거나, 다른 실시형태에서, 정반사를 증진하기 위해 상단 표면(754)이 은과 같은 것으로 코팅될 수 있다.
전기 주조의 양 및 맨드릴의 노출된 금속 영역의 치수는 형성되는 전기 주조된 형상의 정도를 결정한다. 금속의 증착은 맨드릴에 의해 제한되지 않아서, 외부 표면 층의 유전체 영역 위에 오버도금하는 것을 허용한다. 도 6A 및 도 6B의 실시형태에서, 오버도금된 부분은 대략적으로 반구형이다. 도 7은 형성될 수 있는 오버도금된 형상의 다른 예시적인 실시형태의 단면을 제공한다. 하나의 실시형태에서, 전기 주조된 요소(800)는 반구보다 많은 영역을 가지는 절단된 원형 단면 형상이다. 이 유형의 요소(800)는 예를 들면, 도 6B의 반구형 오버도금된 부분(752)을 형성하기 위한 것과 비교하여 전기 주조 시간 또는 전류를 상당히 증가시킴으로써 생성될 수 있다. 또 다른 예에서, 전기 주조된 요소(850)는 둥근 코너를 갖는 직사각형 단면을 갖는다. 이 형상은 예를 들면, 요소(800)과 비교하여 더 넓은 금속 맨드릴 영역을 사용하여 생성될 수 있다. 하부 코너(855)는 또한, 전기 도금 공정의 본질로 인해 약간 둥글게 될 수 있다.
본 발명에서 오버도금된 부분의 형상은 형상이 더 좁고 더 크게 만들어질 수 있어서 쌍곡선 또는 타원형 형상을 허용하고 심지어 원뿔 형상이 근사화되도록 돌출되는 전기 주조의 좁아짐을 허용하도록 펄싱된 도금 기술의 사용, 애노드 또는 캐소드 부분의 차폐, 애노드의 형상 및 배치에 대한 수정, 애노드/캐소드 거리에 대한 조정, 및 전기 주조된 부품에 영향을 미치는 유체 흐름에 대한 수정에 의해 더 수정될 수 있다. 또 다른 실시형태에서, 오버도금된 영역은 또한, 다수의 높이의 레지스트의 사용을 통해 그 형상이 조정될 수 있다. 예를 들면, 더 높은 높이의 레지스트는 더 낮은 높이의 레지스트와 대조적으로, 개방 트렌치의 하나의 측에 배치될 수 있다 - 예로서, 도 6A의 레지스트(714)를 노출된 부분(712)의 우측의 레지스트(714)보다 노출된 부분(712)의 좌측에서 더 두껍게 만듦. 이러한 일례에서, 오버도금된 섹션은 도금된 영역의 하나의 측(즉, 하부 측)에 반구형 표면을 보여줄 것이지만, 더 두꺼운 레지스트와 반대되는 평평한 교번 측을 가질 것이다. 이 이중 레지스트 방법은 또한, 생산된 부품에 다른 효과들 예를 들면, 깨끗한 홀 형성, 또는 딤플링(dimpling)을 생성하기 위해 사용할 수 있다.
도 8은 맨드릴의 외부 표면 층에서 노출된 금속 영역 및 유전체 영역에 의해 형성된 홈을 적어도 부분적으로 채우기 위해 주형 금속이 맨드릴(900)에 도금될 수 있는 다른 전기 주조 실시형태를 도시한다. 하나의 실시형태에서, 주형 금속(920)은 노출된 금속 영역(912a) 및 주변 유전체 영역(914)에 의해 정의된 홈을 채우도록 도금되어, 주형 금속(920)이 맨드릴(900)의 외부 표면 층(910)의 상단과 대략적으로 같은 높이가 되게 한다. 전기 주조된 요소(925)는 평평한 하단 표면(927)이 생성되는 주형 금속(920)에 오버도금함으로써 생성될 일 예시적인 피스를 도시한다. 즉, 주형 금속(920)이 외부 표면 층(910)과 같은 높이에 있기 때문에 전기 주조된 요소(925)에는 스템 부분(예컨대, 도 6B의 스템 부분(754))이 없다. 따라서, 오버도금된 부분은 전기 주조된 요소(925)의 전체 높이를 포함한다. 또 다른 실시형태에서, 주형 금속(930)은 맨드릴 홈에 어떠한 주형 금속도 없는 도 6B의 스템 부분(754)과 비교하여 더 짧은 스템 부분(937)을 가지는 전기 주조된 요소(935)를 생성하기 위해 노출된 금속 영역(912b) 위에 홈을 부분적으로 채운다. 여전히 또 다른 실시형태에서, 주형 금속(940)은 노출된 금속 영역(912c)의 홈에 약간 과도하게 채워져서, 주형 금속(940)이 볼록한 윤곽을 가지는 상부 표면(942)을 형성하게 한다. 결과적으로, 주형 금속(940)에 형성되는 전기 주조된 요소(945)는 오목한 하단 표면(947)을 갖는다. 비 평면형 하단 표면(947)은 태양광 전지에 연결될 때 땜납이 전기 주조된 요소(945) 아래에서 윅킹(wicking)하는 것을 허용하는 것과 같은 이득을 제공할 수 있으며, 따라서 땜납 또는 다른 접착 재료의 증가된 양으로 인해 접합 강도를 증가시킨다.
따라서, 도 8은 전기 주조 맨드릴의 전기 주조 영역에서 920, 930 또는 940과 같은 주형 금속을 이용하는 것이 전기 주조된 요소에 특정 형상을 부여할 수 있음을 입증한다. 주형 금속은 전기 전도성이어서, 금속 요소가 그 위에 전기 주조되는 것을 허용하지만, 또한 주형 금속이 맨드릴에 남아 있는 동안 전기 주조된 물품의 제거를 허용하는 전기 주조된 요소와의 접착력이 떨어질 수 있다. 따라서, 주형 금속은 맨드릴에 남아 있고 금속 물품이 맨드릴로부터 생산되고 제거된 후에 재사용될 수 있다. 주형 금속은 예를 들면, 니켈, 구리, 주석, 납, 주석/납, 은, 또는 금일 수 있으며, 표준 전기 주조 기술을 사용하여 증착될 수 있다. 특정 실시형태에서, 주형 금속은 환경으로부터 또는 전기 주조 공정에 사용된 화학물질로부터 맨드릴 재료를 보호하도록 선택될 수 있다. 주형 금속은 또한, 맨드릴의 노출된 금속 부분과 유전체 사이의 인터페이스를 보호하기 위해 사용될 수 있다. 또 다른 실시형태에서, 패터닝된 유전체와 맨드릴 기판 사이의 인터페이스는 인터페이스에서 제2 유전체를 패터닝함으로써 환경으로부터 보호될 수 있다. 주형 금속은 또한, 유전체를 제자리에 고정함으로써 이의 층간박리를 방지하는데 도움을 줄 수 있다. 주형 금속은 또한, 낮은 접착 표면을 제공할 티타늄 및 스테인리스 강과 같은 금속의 증착을 허용하기 위해 진공 코팅 기술에 의해 증착될 수 있어서, 금속 물품의 방출을 용이하게 하고 유전체와 맨드릴 기판 사이의 인터페이스를 더 양호하게 보호한다. 이 경우에, 주형 금속은 맨드릴의 노출된 금속 영역으로 이를 제한하기 위해 제2 패터닝 단계를 요구할 수 있다. 전기 주조에 사용된 또 다른 공통 베이스 금속 애플리케이션은 무전해 증착이고, 이는 복잡한 표면 기하학적 구조에 복제하기 위한 금속을 배치하기 위해 공통적으로 사용된다. 이 방법은 또한, 본 명세서에서 논의된 맨드릴을 위한 베이스 금속을 생성하기 위해 사용될 수 있다.
도 9A 및 도 9B는 본 방법을 사용하여 전기 주조된 요소에 포함될 수 있는 다양한 층을 설명한다. 도 9A에서, 전기 주조된 요소(1000)는 벌크 전도체(1010)의 상단 표면에 도금된 배리어 층(1020), 및 벌크 전도체(1010)의 하단 표면에 도금된 배리어 층(1030)을 갖는, 구리와 같은 벌크 전도체 재료(1010)를 갖는다. 전기 주조된 요소(1000)의 하단 표면은 부착을 위한 표면을 제공하는 것과 같은, 광전지를 향하도록 구성된다. 배리어 층(1020 및 1030)을 위한 재료는 구리의 부식을 방지하며, 예를 들면, 니켈, 니켈 붕소, 은, 주석, 또는 주석-납 합금일 수 있다. 전기 주조된 요소(1000)는 맨드릴로 배리어 층(1030)을 도금하고, 배리어 층(1020) 위에 벌크 전도체(1010)를 형성하며, 그 다음 상단 배리어 층(1020)을 도금함으로써 제작된다. 따라서, 배리어 층(1020 및 1030)은 벌크 전도체(1010)를 둘러싼다. 또 다른 실시형태에서, 부가적인 층(1040)(점선으로서 표시됨)은 배리어 층(1020) 위에 증착될 수 있다. 예를 들면, 층(1040)은 땜납일 수 있으며, 이는 이후에 셀과의 전기 주조된 요소(1000)의 전기적 접촉을 행하기 위해 광전지의 스크린 인쇄된 은 핑거에 리플로우되어 결합될 수 있다. 다른 실시형태에서, 층(1040)은 전기 주조된 요소(1000)의 광학적 속성을 증진하기 위해 은 또는 주석과 같은 반사 재료를 포함할 수 있다. 예를 들면, 상단 표면에 의해 제공된 증진된 편향 및 반사는 금속 물품의 효과적인 음영을 그의 차지하는 공간(footprint) 미만으로 감소시킨다.
도 9B는 전기 주조된 요소(1050)의 또 다른 실시형태를 도시하며, 여기서 땜납은 도 9A에서와 같이 상단 표면이 아닌 전기 주조된 요소의 하단 표면에 적용된다. 먼저, 맨드릴(1052)의 노출된 금속 영역에 초기 층(1060)이 도금된다. 층(1060)은 주석, 납, 또는 그의 임의의 조합일 수 있다. 다음에, 구리층(1070)은 층(1060 및 1070)이 맨드릴의 노출된 금속 영역의 사실상 일부이도록 층(1060) 위에 무전해 증착된다. 구리층(1070)은 황산구리와 층(1060)의 금속(주석, 납, 또는 이 둘의 임의의 조합) 사이의 환원 산화 반응으로 인해 증착되며, 초기 금속층(1060)의 상단에 느슨하게 부착된 구리의 표면 층을 남긴다. 땜납 층(1080)은 구리층(1070) 위에 형성된다. 구리층(1070)은 땜납에 대한 접착력이 불량하고, 따라서 맨드릴(1052)로부터 전기 주조된 요소(1050)의 제거를 용이하게 한다. 이 목적을 위해 층(1060 내지 1080)에서 이들 금속의 사용은 알려진 방법과 상반되는데, 이는 구리와의 그들의 반응이 전형적으로, 전기 도금 동안 부정적인 특징으로서 간주되었기 때문이다. 주석, 납, 또는 이 둘의 조합이 구리와 상호작용하는 것은 주석/납의 표면에 매우 불량하게 부착된 구리 금속의 층을 생성한다. 종래의 전기 도금 동작으로, 이것은 결국 전기 도금된 부품의 층간박리를 야기할 것이고, 따라서 종래의 도금 적용을 위해 바람직하지 않다. 본 발명에서, 불량하게 부착된 구리층(1070)은 그 위에 증착되고 있는 어떤 층에 대해서라도, 이 경우에 땜납 층(1080)에 대한 이형 층을 생성할 수 있기 때문에 장점이 된다.
땜납 층(1080)은 맨드릴(1052)로부터 제거될 때 전기 주조된 요소(1050)에 부착된 채로 남아있다. 배리어 층(1030)은 예를 들면, 그 다음, 땜납 층(1080)에 도금될 수 있어서, 도 9A에 대해 설명된 바와 같이 벌크 전도체(1010)에 대한 하단 표면을 형성한다. 그러나, 이 층(1030)의 도금은 전기 주조된 요소(1050)를 광전지에 부착하기 위해 요구되지 않는다. 벌크 전도체(1010)는 그 다음, 예를 들면 이 실시형태에서 오버도금된 구성으로 형성된다. 배리어 층(1020)은 벌크 전도체(1010)의 상단 표면 위에 도금될 수 있고, 부가적인 층(들)(1040) - 원하는 표면 마감을 성취하기 위해 반사 재료와 같은 - 이 배리어 층(1020) 위에 증착된다. 전기 주조된 요소(1050)는 그 다음, 맨드릴(1052)로부터 독립형 금속 물품으로서 분리될 수 있다.
요소가 맨드릴에 있는 동안 도 9A의 층(1040) 또는 도 9B의 층(1080)과 같은 땜납을 전기 주조된 요소에 적용하는 것은 전기 주조된 물품이 맨드릴로부터 제거되거나 벗겨진 후에 납땜 도금 단계를 수행하는 것과 비교하여 제조 이득을 제공한다. 금속 물품의 전기 주조 동안 땜납을 적용함으로써, 맨드릴로부터 전기 주조된 물품을 제거하기 전에, 땜납을 적용하기 위한 별개의 도금 도구가 공정으로부터 제거되고 따라서, 비용이 감소된다. 도 9B의 실시형태에서, 제2 측면과 같은 전기 주조된 요소(1050)의 하나의 측에만 땜납(1080)을 적용하는 것은 전기 주조된 요소(1050)의 반대쪽 표면(즉, 제1 측면)이 상이한 재료로 코팅되는 것을 허용함으로써 또 다른 이득을 제공한다.
금속 물품을 전기 주조 맨드릴로부터 분리한 후에, 복수의 전기 주조된 요소는 금속 물품이 맨드릴로부터 분리될 때 단일의 독립형 피스를 형성하도록 상호연결된다. 미적 문제 또는 부가적인 기능을 위해 복수의 전기 주조된 요소의 흑화를 생성하는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들면, 복수의 전기 주조된 요소의 제1 측면은 맨드릴로부터 금속 물품을 분리한 후에 흑화된다.
도 10은 일부 실시형태에 따른, 광전지를 위해 금속 물품(1200)을 흑화시키기 위한 방법의 단순화된 흐름도이다. 단계(1202)에서, 사전 형성된 패턴을 포함하는 외부 표면 층을 가지는 전기 전도성 맨드릴이 제공된다. 단계(1204)에서, 금속 물품이 전기 주조된다. 금속 물품은 맨드릴의 외부 표면 층의 사전 형성된 패턴으로 형성된 복수의 전기 주조된 요소를 포함한다. 복수의 전기 주조된 요소는 맨드릴의 외부 표면 층에 인접한 제1 측면 및 제1 측면 반대편의 제2 측면을 갖는다. 단계(1206)에서, 땜납이 맨드릴에 있는 동안 복수의 전기 주조된 요소의 제2 측면에 도금된다. 일부 실시형태에서, 제2 측면은 복수의 전기 주조된 요소의 제2 측면에 형성된 오버도금된 부분을 포함하고, 땜납은 본 명세서에 개시된 바와 같이, 제2 측면의 오버도금된 부분에 도금된다.
단계(1208)에서, 금속 물품이 맨드릴로부터 분리된다. 복수의 전기 주조된 요소는 금속 물품이 맨드릴로부터 분리될 때 단일의 독립형 피스를 형성하도록 상호연결된다. 단계(1210)에서, 복수의 전기 주조된 요소의 제1 측면은 맨드릴로부터 금속 물품을 분리한 후에 흑화된다. 복수의 전기 주조된 요소의 제2 측면의 땜납은 흑화되지 않는다.
도 11은 일부 실시형태에 따른, 광전지를 위해 금속 물품을 흑화시키기 위한 방법(1300)의 개략적인 표현을 갖는 흐름도이다. 금속 물품의 전기 주조된 요소가 예를 들면, 구리 재료를 사용하여 맨드릴에서 전기 주조된 후에, 맨드릴의 사전 형성된 패턴에 대응하는 격자의 패턴이 생성된다. 전기 주조된 요소는 맨드릴의 외부 표면 층에 인접한 제1 측면(1304) 및 제1 측면(1304) 반대편의 제2 측면(1308)을 갖는다. 단계(1206)에서, 땜납(1306)은 전기 주조된 요소의 제2 측면(1308)에 도금된다. 단계(1208)에서, 격자, 또는 금속 물품이 맨드릴로부터 분리된다. 전기 주조된 요소의 제2 측면(1308)의 땜납(1306)은 전기 주조된 요소의 제2 측면(1308)의 구리 재료를 의도적으로 마스킹하고, 따라서 흑화는 전기 주조된 요소의 제2 측면(1308)에서 발생하지 않는다. 금속 물품의 복수의 전기 주조된 요소의 제2 측면(1308), 또는 금속 물품의 땜납 측은 함께 부착될 때 광전지에 인접한다.
흑화를 생성하기 위해, 단계(1210a 또는 1210b)에서, 흑화를 유발하는 화학 반응을 야기하기 위해 금속 물품에 용액이 분사되거나(단계(1210a)) 금속 물품은 용액에 침지될 수 있다(단계(1210b)). 일부 실시형태에서, 전체 금속 물품은 용액에 침지된다. 다른 실시형태에서, 금속 물품의 일부는 용액에 침지된다. 본 명세서에서 설명된 용어 "잠김" 또는 "담금"은 전체 금속 물품이 용액에 침지되거나 금속 물품의 일부가 용액에 침지되는 것을 언급할 수 있다.
금속 물품은 캐리어 내부 또는 위에 배치될 수 있고, 그 다음 용액에 침지되는 금속 물품의 높이가 제어되어, 금속 물품의 복수의 전기 주조된 요소의 제1 측면(1304)만이 용액에 침지되게 한다. 다른 실시형태에서, 전체 금속 물품은 용액에 침지된다. 단계(1212)에서, 금속 물품의 복수의 전기 주조된 요소의 제2 측면(1308)이 광전지(1310)에 부착된다. 예를 들면, 금속 물품의 전기 주조된 요소(2100)는 제1 측면(1304)에 흑화(1302)를 갖고 제2 측면(1308)에 땜납(1306)을 갖는다. 제2 측면(1308)의 땜납(1306)은 광전지(1310)에 인접하고 그 둘은 함께 부착된다.
침지 또는 분사 공정에서 특정한 화학 혼합물을 사용할 때, 땜납 층이 전기 주조된 요소의 제2 측면의 구리 재료를 커버하기 때문에 화학물질이 전기 주조된 요소의 제1 측면에서만 노출된 재료 - 구리 - 와의 반응을 야기한다. 이 방식으로, 구리가 존재하는 전기 주조된 요소의 제1 측면만 흑화되도록 변환된다. 복수의 전기 주조된 요소의 제2 측면의 땜납은 구리를 마스킹하거나 커버하고, 따라서 땜납과의 어떠한 화학 반응도 발생하지 않고 제2 측면이 흑화되지 않는다.
일부 실시형태에서, 복수의 전기 주조된 요소의 제1 측면의 흑화는 침지(예컨대, 부분 또는 전체 침지, 잠김 또는 담금) 공정에 의한 것이다. 도 12는 일부 실시형태에 따른, 침지 공정에 의해 금속 물품(1230)을 잠기게 하는 방법에 대한 단순화된 흐름도이다. 도 12는 도 11의 단계(1210b)를 수행하기 위한 더 상세한 단계를 설명한다. 예를 들면, 단계(1232)에서, 금속 물품이 맨드릴로부터 분리된 후에, 금속 물품은 캐리어에 또는 그 위에 배치되고 5초와 같은 짧은 시간 동안 탈이온수에 침지되고/되거나 헹궈질 수 있다. 단계(1234)에서, 금속 물품은 흑화시키기 위한 표면을 준비하기 위해 대략적으로 60초 동안 3% 내지 7% 메탄설폰산 등의 혼합물에 침지될 수 있다. 단계(1236)에서, 금속 물품은 60 내지 120초 동안 탈이온수에 침지되고/되거나 헹궈진다.
단계(1238)에서, 금속 물품은 전기 주조된 요소의 제1 측면의 흑화를 유발하는 화학 반응을 야기하기 위해 용액에 침지된다. 용액은 도 13에 도시된 바와 같은 성분의 혼합물로 구성될 수 있다. 도 13의 용액 A는 전류가 인가되지 않은 일 예시적인 용액을 상세한다. 용액은 플루오로붕산, 황산구리, 아셀렌산, 인산, 황산니켈 및 물의 혼합물로 구성될 수 있으며, 여기서 용액은 흑화 반응으로 하여금 발생하게 하기 위해 전류의 사용을 요구하지 않는다. 황산염은 흑화된 층을 형성하기 위해 금속 물품(1220)과 반응할 때 산화 구리를 생성한다. 다른 실시형태에서, 흑색 무전해 니켈 공정이 사용될 수 있다. 용액 B는 황산니켈, 염화 니켈, 설팜산 니켈, 아세트산 니켈, 또는 하이포아인산 니켈과 같은 니켈 이온의 혼합물, 하이포아인산 나트륨 또는 수소화붕소 나트륨과 같은 환원제, 착화제, 수산화 암모늄 또는 수산화 나트륨과 같은 중화제, 납과 같은 안정제, 및 칼슘과 같은 광택제를 포함할 수 있다.
다른 실시형태에서, 용액은 흑화된 층을 형성하기 위해 구리 금속 물품(1220)과 반응할 때 주로 황화제이구리 또는 황화제일구리를 생성하는 물 및 황화 칼륨 계열의 혼합물로 구성될 수 있다. 용액 C는 전류가 인가되지 않은 일 예시적인 용액을 상세한다. 구리 금속 물품(1220)은 다양한 양의 황화물, 다중황화물, 티오황산염 및 이황화물을 포함할 수 있는 황화 칼륨 계열(K2S) 및 물과 조합된다. 예를 들면, 황간(Liver of Sulfur; LOS)은 황화 칼륨 계열로서 사용될 수 있다. 용액의 성분 및 용액 자체는 겔, 액체 또는 펠릿 형태일 수 있다. 용액은 특정한 온도로 유지될 수 있고 금속 물품(1220)은 특정한 시간의 양 동안 담궈질 수 있다. 용액의 농도, 용액의 온도 및 침지에 의한 것과 같은 용액에 노출된 시간의 양은 관련이 있으며 이들 인자의 다양한 조합이 활용될 수 있다. 금속 물품(1220)은 또한, 용액에 부분적으로 담궈질 수 있어서 단지 물품의 특정 위치가 흑화되게 한다. 일부 실시형태에서, 금속 물품(1220)의 부분 또는 영역은 용액에 침지하기 전에 마스킹될 수 있다.
다양한 실시형태에서, 황화 칼륨 용액에 침지시킴으로써 금속 물품(1220)을 흑화시키는 동안, 용액의 온도는 20℃에서부터 100℃까지의 범위일 수 있고, 용액에 담궈진 시간의 양은 45초에서부터 140초까지의 범위일 수 있다. 일부 실시형태에서, 금속 물품(1220)은 대략적으로 60초 동안 침지될 수 있다. 일반적으로, 용액의 더 높은 농도는 흑화 반응을 야기하기 위한 더 짧은 시간과의 트레이드 오프(trade off)일 수 있고 용액의 더 높은 온도는 흑화 반응을 야기하기 위한 더 짧은 시간과의 트레이드 오프일 수 있다. 교반 및/또는 순환이 방법에 사용될 수 있다. 공정에서 교반 및/또는 순환을 구현하는 것은 화학 농도가 용액에서 균일하고 처리된 재료가 용액에서 균일하게 분산됨을 보장할 수 있다. 정확한 파라미터는 성취할 컬러의 어두운 정도 및 태양광 모듈에 사용된 특정 재료와의 호환성과 같은 원하는 결과에 기초하여 선택될 수 있다. 황화물 용액은 이롭게, EVA와 같은 봉합재에 의해 생성될 수 있는 아세트산에 대한 내성이 더 좋으며 시간에 걸쳐 흑화된 층의 분해를 야기할 수 있다.
일부 실시형태에서, 파라미터가 고온에서와 같이 너무 높을 때, 짙은 흑색 컬러가 생성되었지만 금속 물품(1220)에 납 주석 염색이 발생했으며, 화학 반응에 의해 생성된 흑화는 "흑색" 입자의 발산 또는 박리를 보여주었다. 이들 발견에 의해, 용액의 농도, 용액의 온도 및 담궈진 시간의 양의 파라미터들은 페이딩, 박리 또는 층간박리와 같은 시간에 걸친 모습의 변화 없이 원하는 컬러를 생성하기 위해 조작될 수 있다.
용액 D는 전류가 인가된 일 예시적인 용액이다. 용액은 황산암모니아, 황산니켈, 황산아연 및 티오사이안 나트륨의 혼합물로 구성될 수 있으며, 전류가 인가될 수 있다. 상기 설명된 용액은 구리와 같은 전기 주조된 요소의 재료와 화학 반응을 야기하고, 구리가 존재하는 전기 주조된 요소의 제1 측면은 흑화되고 땜납이 존재하는 전기 주조된 요소의 제2 측면은 영향을 받지 않는다. 용액의 이 혼합물은 이 원하는 효과를 갖기 위해 복수의 전기 주조된 요소의 상이한 재료에 대해 조정될 수 있다. 즉, 도 13에 도시된 것 이외의 용액이다.
도 12를 참조하면, 단계(1240)에서, 금속 물품은 잔류 화학물질을 제거하기 위해 탈이온수와 같은 물로 10초 내지 70초 동안 침지되거나 헹궈진다. 단계(1242)에서, 금속 물품은 대략적으로 60초 동안 1리터의 탈이온수에 대해 30g의 중탄산 나트륨과 같은, 중탄산 나트륨 및 물의 수성 혼합물에 침지될 수 있다. 이것은 흑화 반응을 부동태화하거나 중화시킨다. 단계(1244)에서, 금속 물품은 60 내지 120초 동안 탈이온수와 같은 물에 침지되거나 헹궈진다. 단계(1246)에서, 금속 물품은 흑화된 금속 물품을 경화 또는 건조시키기 위해 60 내지 120초 동안 80 내지 120℃에서와 같은 열에 노출된다. 이 특정한 온도는 전기 주조된 요소의 제2 측면의 땜납을 녹이지 않을 것이다. 대안적으로, 금속 물품은 흡수성 재료를 사용하여 건조될 수 있다.
일부 실시형태에서, 복수의 전기 주조된 요소의 제1 측면의 흑화는 분사 공정에 의한 것이다. 도 14는 일부 실시형태에 따른, 금속 물품(1400)에 분사하는 방법을 위한 도 11로부터의 단계(1210a)에 대한 상세의 단순화된 흐름도이다. 이 방법은 침지 공정에 의해 금속 물품(1230)을 잠기게 하는 것과 동일한 단계 또는 유사한 단계를 가질 수 있지만 흑화 공정을 야기하기 위해 금속 물품을 용액에 침지하는 대신에, 금속 물품에 용액을 분사하여 흑화 공정을 야기한다. 예를 들면, 단계(1402)에서, 금속 물품이 맨드릴로부터 분리된 후에, 금속 물품은 캐리어에 또는 그 위에 배치되고 5초와 같은 짧은 시간 동안 탈이온수로 분사되고/되거나 헹궈질 수 있다. 단계(1404)에서, 금속 물품은 흑화시키기 위한 표면을 준비하기 위해 대략적으로 60초 동안 3% 내지 7% 메탄설폰산 등의 혼합물로 분사될 수 있다. 단계(1406)에서, 금속 물품은 60초 내지 120초 동안 탈이온수로 분사되거나 헹궈질 수 있다.
단계(1408)에서, 금속 물품의 복수의 전기 주조된 요소의 제1 측면에 복수의 전기 주조된 요소의 제1 측면의 흑화를 유발하는 화학 반응을 야기하기 위해 용액이 분사된다. 용액은 예를 들면, 황산염 기반(예컨대, 도 13의 용액 A로 정의된 바와 같은 용액) 또는 도 13의 용액 C로 정의된 바와 같이 황화물 기반일 수 있다. 예를 들면, 분사에 의해 용액이 도포될 때, 구리와 같은 전기 주조된 요소의 재료와 화학 반응이 발생하고, 복수의 전기 주조된 요소의 제1 측면이 흑화된다. 일부 실시형태에서, 금속 물품(1220)은 또한, 용액으로 부분적으로 분사될 수 있어서 물품의 특정 위치만이 흑화되게 한다. 땜납은 전기 주조된 요소의 제2 측면에 있는 구리의 상단에 층을 이루고, 따라서 어떠한 화학 반응도 발생하지 않고 전기 주조된 요소의 제2 측면이 흑화되지 않는다.
단계(1410)에서, 금속 물품은 잔류 화학물질을 제거하기 위해 10초 내지 70초 동안 탈이온수와 같은 물로 분사되거나 헹궈진다. 단계(1412)에서, 금속 물품은 중탄산 나트륨 및 물의 수성 혼합물 또는 다른 중화/부동태화 용액(즉, 예컨대, 탈이온수 1리터에 대한 30g의 중탄산 나트륨)으로 대략적으로 60초 동안 분사될 수 있다. 단계(1414)에서, 금속 물품은 60 내지 120초 동안 탈이온수와 같은 물로 분사되거나 헹궈진다. 단계(1416)에서, 금속 물품은 열에 노출되어 경화되고 건조된다. 온도는 60 내지 120초 동안 80 내지 120℃일 수 있다. 대안적으로, 금속 물품은 흡수성 재료를 사용하여 건조될 수 있다.
일부 실시형태에서, 방법은 방법(1230)에서와 같은 모든 침지 단계, 방법(1400)에서와 같은 모든 분사 단계, 또는 분사 및 침지 단계의 조합을 갖는 방법을 수반할 수 있다. 게다가, 단계 중 일부는 선택적이며 생략될 수 있다.
도 15는 일부 실시형태에 따른, 분사 공정 동안의 금속 물품의 개략도이다. 분사 공정 동안, 금속 물품(1220)은 작업 표면(1501)에 배치될 수 있으며, 전기 주조된 요소의 제1 측면(1502)은 분사 소스(1503)를 향하고 전기 주조된 요소의 제2 측면(1504)은 땜납(1506)을 통해 표면에 인접하고 그에 의해 노출되지 않는다. 이 방식으로, 용액은 전기 주조된 요소의 제1 측면(1502)에 편리하게 분사될 수 있다.
일부 실시형태에서, 복수의 전기 주조된 요소의 제1 측면의 흑화는 금속 물품에 흑색 층을 부가하기 위한 분사 공정에 의한 것이다. 도 16은 일부 실시형태에 따른, 금속 물품(1600)에 분사하는 방법에 대한 단순화된 흐름도이다. 예를 들면, 단계(1602)에서, 금속 물품은 금속 물품이 단일의 독립형 피스를 형성하도록 맨드릴로부터 분리되고 복수의 전기 주조된 요소가 상호연결된다. 금속 물품은 코팅을 준비하기 위해 탈이온수(선택적, 도시되지 않음)에 침지되거나 분사될 수 있다. 단계(1604)에서, 복수의 전기 주조된 요소의 제1 측면에 용액이 분사되어 화학 반응과는 반대로 복수의 전기 주조된 요소의 제1 측면에 흑화 층으로 하여금 코팅되게 한다. 용액은 예를 들면, 페인트일 수 있다. 페인트는 최대 2000℃(또는 태양광 전지가 사용될 환경에 대한 다른 온도 요구조건)와 같은 고온을 견딜 수 있는 공통 분사 페인트일 수 있으며, 이는 녹 및 부식에 강하다. 흑화 층의 두께는 0.1 마이크론보다 클 수 있거나, 이것이 격자의 표면을 충분히 어둡게 하도록 충분할 수 있다. 10 마이크론 이상의 흑색 층은 성취하는데 느릴 수 있다. 다른 실시형태에서, 페인트는 분사 대신에 롤링, 브러싱, 닦음 등에 의해 도포될 수 있다.
일부 실시형태에서, 복수의 전기 주조된 요소의 제1 측면의 흑화는 폐쇄된 환경에서 금속 물품을 노출시킴으로써 성취된다. 도 17은 일부 실시형태에 따른, 금속 물품(1700)의 노출 방법에 대한 단순화된 흐름도이다. 예를 들면, 단계(1702)에서, 금속 물품은 금속 물품이 단일의 독립형 피스를 형성하도록 맨드릴로부터 분리되고 복수의 전기 주조된 요소가 상호연결된다. 방법은 단계(1706)로 직접적으로 계속될 수 있다. 단계(1706)에서, 금속 물품은 복수의 전기 주조된 요소의 제1 측면의 흑화를 유발하는 화학 반응을 야기하기 위해 폐쇄된 환경에서 노출된다. 예를 들면, 금속 물품은 오븐 또는 용광로와 같은 열원의 폐쇄된 환경에 배치될 수 있으며, 200℃ 내지 600℃의 열이 가해진다. 폐쇄된 환경 내의 산소 함량은 예를 들면, 체적 기준으로 20% 내지 80%일 수 있다. 이 방식으로, 구리와 같은 복수의 전기 주조된 요소의 제1 측면의 재료가 산화되고 흑화가 형성된다. 흑화가 발생하는 시간은 온도 및 산소 함량에 의존할 수 있고, 여기서 일반적으로 더 높은 온도 및/또는 더 높은 산소 함량은 흑화 시간을 감소시킨다. 예를 들면, 200℃ 및 열원 내의 20% 산소 함량으로, 대략적으로 60분 후에 흑화가 발생한다. 대안적으로, 폐쇄된 환경에서 600℃ 및 20% 산소 함량으로, 대략적으로 60초 후에 흑화가 발생한다. 일부 실시형태에서, 동일한 온도에서 폐쇄된 환경 내의 산소 함량이 클수록, 복수의 전기 주조된 요소의 제1 측면의 흑화가 더 빨리 발생한다. 탈이온수로 헹구는 선택적 단계가 발생할 수 있다.
선택적으로, 단계(1702) 이후에, 방법은 단계(1704)로 계속될 수 있다. 단계(1704)에서, 맨드릴에 형성된 금속 물품은 맨드릴로부터 분리되고 흑화 전에 광전지에 부착될 수 있다. 그 다음, 흑화는 설명된 바와 같이 단계(1706)에서 수행된다.
방법(1200)의 단계는 다른 순서로 수행될 수 있거나 일부 단계가 생략될 수 있다. 예를 들면, 일부 실시형태에서, 금속 물품이 전기 주조된 후에, 납땜 단계(1206)가 생략될 수 있고 잠김 방법(1230), 분사 방법(1400) 또는 노출 방법(1700)이 복수의 전기 주조된 요소의 제1 측면을 흑화시키기 위해 금속 물품이 맨드릴에 있는 동안 수행될 수 있다. 그 다음, 금속 물품은 맨드릴로부터 분리되고 흑화는 도 18의 개략적인 표현으로 도시된 바와 같이 금속 물품의 하나의 측에만 존재한다. 도 18은 일부 실시형태에 따른, 광전지(1800)를 위한 금속 물품을 흑화시키기 위한 방법의 개략적인 표현을 묘사한다. 납땜 단계는 그 다음, 금속 물품의 반대 측에서 본 명세서에 개시된 바와 같이 수행될 수 있거나 땜납 페이스트 또는 접착 방법이 금속 물품을 광전지에 부착시키기 위해 사용될 수 있다. 단계(1802)에서, 구리는 금속 물품을 형성하기 위해 맨드릴에 도금된다. 단계(1804)에서, 금속 물품은 맨드릴에 남아 있어서 금속 물품이 있는 맨드릴이 잠김 방법(1230), 분사 방법(1400) 또는 노출 방법(1700)에 의한 것과 같은 흑화 공정을 통해 이동된다. 단계(1806)에서, 금속 물품은 맨드릴로부터 분리되고 금속 물품의 단일 측이 흑화된다.
또 다른 예에서, 일부 실시형태에서, 맨드릴에 형성된 금속 물품은 맨드릴로부터 분리되고 흑화 전에 광전지에 부착될 수 있다. 도 19는 일부 실시형태에 따른, 광전지를 위해 금속 물품(1900)을 제조하는 방법에 대한 단순화된 흐름도이다. 단계(1902)에서, 사전 형성된 패턴을 포함하는 외부 표면 층을 가지는 전기 전도성 맨드릴이 제공된다. 단계(1904)에서, 금속 물품이 전기 주조된다. 금속 물품은 맨드릴의 외부 표면 층의 사전 형성된 패턴으로 형성된 복수의 전기 주조된 요소를 포함한다. 복수의 전기 주조된 요소는 맨드릴의 외부 표면 층에 인접한 제1 측면 및 제1 측면 반대편의 제2 측면을 갖는다. 단계(1906)에서, 땜납은 맨드릴에 있는 동안 복수의 전기 주조된 요소의 제2 측면에 도금된다. 일부 실시형태에서, 제2 측면은 복수의 전기 주조된 요소의 제2 측면에 형성된 오버도금된 부분을 포함하고, 본 명세서에 개시된 바와 같이, 땜납은 제2 측면의 오버도금된 부분에 도금된다.
단계(1908)에서, 금속 물품은 맨드릴로부터 분리된다. 복수의 전기 주조된 요소는 금속 물품이 맨드릴로부터 분리될 때 단일의 독립형 피스를 형성하도록 상호연결된다. 단계(1910)에서, 금속 물품의 복수의 전기 주조된 요소의 제2 측면이 광전지에 부착된다. 단계(1912)에서, 복수의 전기 주조된 요소의 제1 측면은 광전지에 부착된 금속 물품으로 흑화된다. 복수의 전기 주조된 요소의 제2 측면의 땜납 및 광전지 자체(즉, 금속 물품이 부착되는 반도체 기판)는 흑화되지 않는다. 본 명세서에 개시된 바와 같이, 흑화 방법으로서 잠김 방법(1230), 분사 방법(1400) 또는 노출 방법(1700)이 사용될 수 있다. 그러나, 금속 물품이 광전지에 부착되는 동안 흑화 층을 야기하는 분사 방법(1600)은 페인트가 광전지에 도포되는 것을 방지하기 위한 조치를 요구할 것이고 따라서, 광이 광전지에 충돌하는 것을 차단한다. 이 방법(1900)은 단지 노출된 구리 측과 같은 금속 물품을 선택적으로 흑화시키는 것을 허용한다. 금속 물품이 부착된 광전지가 또한, 흑화 공정을 겪기 때문에, 광전지의 임의의 노출된 구리는 흑화될 수 있다.
도 20은 일부 실시형태에 따른, 광전지에 장착된 흑화되지 않은 금속 물품의 평면도를 도시한다. 구리의 복수의 전기 주조된 요소의 제1 측면은 평면도에서 볼 수 있는 바와 같이 광이 향하는 측이다. 도 21은 흑화된 제1 측면이 보여주는, 태양광 전지의 흑화된 금속 물품의 평면도이다. 알 수 있는 바와 같이, 도 21의 흑화된 금속 물품은 도 20의 흑화되지 않은 금속 물품보다 훨씬 덜 보인다. 전지 대 전지 상호연결부(440)의 금속 스트립(470)이 도 20 또는 도 21에서 흑화되지 않았다는 점에 유의한다. 이것은 금속 물품의 흑화된 영역과 흑화되지 않은 영역 사이의 대비를 더 입증한다. 일부 실시형태에서, 전지 대 전지 상호연결부(440)의 금속 스트립(470)은 흑화되지 않고 따라서, 이것은 예를 들면, 납땜에 의해 이웃하는 광전지의 뒷면에 결합될 수 있다. 본 명세서에서 설명된 흑화 방법(잠김 방법(1230), 분사 방법(1400), 흑화 층을 야기하기 위한 분사 방법(1600), 또는 노출 방법(1700)) 중 임의의 것은 흑화를 성취하기 위해 사용될 수 있다. 일단 건조되면, 금속 물품의 제2 측면, 즉 납땜을 통해 복수의 전기 주조된 요소의 측이 광전지에 부착될 수 있어서 땜납 측이 광전지에 인접하고 따라서, 밑면에 있으며 보이지 않는다.
흑화를 통한 복수의 전기 주조된 요소의 제1 측면은 광이 향하는 측이고 보인다. 이상적으로, 흑화시키기 위한 방법 후에, 흑화를 통한 복수의 전기 주조된 요소의 제1 측면은 광전지와 유사한 컬러이다. 흑화는 태양광 전지의 컬러와 매칭시키기 위해 회색, 청색, 갈색, 흑색 등과 같은 다양한 컬러일 수 있다. 광전지 및 금속 물품이 유사한 컬러일 때, 금속 물품은 가시성이 크게 감소하거나 보이지 않으며 금속 물품은 광전지에 혼합된다.
도 22A, 도 22B 및 도 22C는 일부 실시형태에 따른, 광전지에 조립된 흑화된 금속 물품의 확대도를 묘사한다. 도 22A는 광전지의 금속화 층(예컨대, 스크린 인쇄된 은 핑거)(2202)의 일례이고, 이는 이 실시형태에서 만곡된 기하학적 구조를 갖고 금속 물품에 대한 결합 영역의 역할을 하는 은 패드(2204)를 포함한다. 도 22B는 흑화를 통한 금속 물품의 세그먼트(2206)의 일례이고, 여기서 세그먼트는 세그먼트(2202)에 배치되고 은 패드(2204)에 결합될 땜납 패드(2208)를 가질 것이다. 금속 물품의 세그먼트(2206) 및 땜납 패드(2208)는 태양광 전지의 금속화(2202) 및 은 패드(2204)보다 크다. 금속 물품이 광전지에 부착될 때, 도 22A에 도시된 바와 같은 전지의 금속화(2202)는 도 22B에 도시된 바와 같이 금속 물품(2206)의 세그먼트에 의해 커버되고, 그에 의해 도 22C를 형성한다. 태양광 전지의 금속화 층(2202)은 흑화를 통한 금속 물품의 세그먼트(2206)에 의해 완전히 커버된다. 이것은 만곡된 전기 주조된 요소를 포함하는 복잡한 격자 설계가 이 공정으로 감춰지거나 위장될 수 있음을 입증한다.
복수의 전기 주조된 요소로 구성된 금속 물품은 맨드릴의 외부 표면 층에 사전 형성된 패턴으로 형성된다. 일부 실시형태에서, 맨드릴의 사전 형성된 패턴은 금속 물품의 만곡된 경로를 갖는 복수의 전기 주조된 요소를 형성하는 사전 형성된 패턴의 길이를 따라 만곡된 경로를 갖는다. 이것은 예를 들면, 사인파 또는 다른 만곡된 형상 또는 기하학적 구조로서 구성된 파형 패턴과 같은 전기 주조된 요소의 패턴의 길이를 따라 복잡한 설계 및 만곡된 경로를 허용한다. 도 23A, 도 23B 및 도 23C는 일부 실시형태에 따른, 각각이 전기 주조된 요소의 만곡된 경로를 갖는 금속 물품(2300a, 2300b 및 2300c)의 설계를 묘사한다. 설계는 사용되는 태양광 전지의 크기에 따라 6인치 격자, 5인치 격자 또는 3인치 격자와 같은 다양한 크기일 수 있다.
맨드릴에서 금속 물품과 일체로 형성된 또한, 전기 주조된 요소인 전지 대 전지 상호연결부는 만곡된 부속물을 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, 복수의 전기 주조된 요소는 전지 대 전지 상호연결부를 갖고, 전지 대 전지 상호연결부는 복수의 만곡된 부속물을 갖는다. 각각의 부속물은 제1 영역의 에지에 결합된 제1 단부, 및 제1 단부 반대쪽에 있고 에지로부터 떨어져 있는 제2 단부를 가질 수 있다. 부속물은 서로 이격될 수 있다. 일부 실시형태에서, 부속물의 패턴은 날카롭거나 곧은 에지 또는 각도가 거의 또는 전혀 없이, 전지 대 전지 상호연결부의 원래 평면 내의 만곡된 표면으로 구성된 모래시계 또는 볼링 핀 형상의 윤곽을 형성한다. 비대칭이고 길며 사인파와 같은 형상일 수 있는 다른 형상이 사용될 수 있다. 도 24A, 도 24B 및 도 24C는 일부 실시형태에 따른, 만곡된 표면으로 각각 구성된 전지 대 전지 상호연결부(2400a, 2400b 및 2400c)의 설계를 묘사한다. 만곡된 부속물의 설계는 패턴의 다양한 진폭 및 길이 당 다수의 부속물의 다양한 밀도를 가질 수 있다.
복수의 전기 주조된 요소의 이들 복잡한 설계가 많은 만곡된 형상을 가질지라도, 본 명세서에 개시된 광전지를 위해 금속 물품을 흑화시키기 위한 다양한 방법이 사용될 수 있다. 전통적으로, 전기 주조된 요소의 단일 측 흑화는 매우 제한적인 직선 구리 리본에서 단지 성취되었으며 설계의 맞춤화를 허용하지 않는다. 사전 패턴 설계로 맨드릴에 복수의 전기 주조된 요소를 형성함으로써, 많은 복잡한 만곡된 표면 및 크기를 포함하는 다양한 형상이 전기 주조된 요소의 제1 측면에서 흑화될 수 있다.
땜납은 금속 물품의 제2 측면의 재료를 마스킹하는 역할을 하여 흑화를 위한 용액과 전기 주조된 요소의 제2 측면의 땜납 사이의 화학 반응이 발생할 수 없게 한다. 따라서, 땜납은 흑화되지 않을 것이지만, 전기 주조된 요소의 구리 재료가 노출되는 반대 측은 화학 반응에 의해 흑화될 것이다. 땜납의 마스킹 능력은 현재 방법에서 맨드릴을 사용하는데 고유하다. 그렇지 않으면, 금속 물품의 양측이 사용되고 있는 어느 공정에라도 노출될 것이기 때문에 구리 금속 물품의 단일 측에만 땜납이나 흑화를 적용하는 것이 불가능할 것이다. 예를 들면, 금속 물품이 흑화시키기 위해 용액에 침지된 경우, 구리가 양측에 노출되기 때문에 화학 반응이 양측에서 발생할 것이다. 마찬가지로, 종래의 리본을 통해 산업에서 일반적으로 행해지는 것과 같이, 본 금속 물품을 땜납에 침지하는 것은 금속 물품의 양측에 땜납 층을 생성할 것이고 구리가 노출되지 않기 때문에 흑화 공정이 발생하지 않을 것이다.
흑화시키기 위한 방법은 광전지의 광이 향하는 측의 전기 접촉부 및 상호연결부와 같은 전기 주조된 요소가 광전지와 유사하거나 동일한 컬러인 어두운 외관을 갖고 흑화되는 것을 허용한다. 이것은 함께 부착될 때 전기 주조된 요소와 광전지 사이의 반짝임, 광 반사, 및 높은 컬러 대비를 제거한다. 이것은 광전지가 다양한 애플리케이션에서 사용될 때 매력적이고 매끄럽고 균일하며 전문적인 외관의 바람직한 미학을 갖는 것을 가능하게 한다. 광전지는 이제, 설계에 통합되고 태양광 지붕 패널을 위한 지붕널에서 사용될 때와 같은 광전지로서 인식 가능하지 않을 수 있다. 이것은 또한, 광전지가 예를 들면, 군사용 애플리케이션에서 감춰진 방식으로 사용될 수 있기 때문에 부가되고 개선된 기능을 가능하게 한다. 광전지는 이제 위장되어 탐지불가능성을 위해 은폐될 수 있다. 게다가, 전기 주조된 요소가 흑화되고 광전지의 커버 유리 또는 플라스틱 시트가 변경되지 않기 때문에, 광전지의 어떠한 성능 감소도 존재하지 않는다.
본 명세서가 본 발명의 특정 실시형태와 관련하여 상세하게 설명되었지만, 당업자가 상기 내용의 이해를 획득할 때, 이들 실시예에 대한 변경, 변형, 및 등가물을 용이하게 생각할 수 있음이 인식될 것이다. 본 발명에 대한 이들 및 다른 수정 및 변형은 첨부된 청구항에 더 구체적으로 제시되는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 당업자에 의해 실시될 수 있다. 또한, 당업자는 상기 설명이 단지 예에 의한 것이며, 본 발명을 제한하도록 의도되지 않음을 인식할 것이다.

Claims (20)

  1. 광전지를 위해 금속 물품을 제조하는 방법으로서,
    사전 형성된 패턴을 포함하는 외부 표면 층을 가지는 전기 전도성 맨드릴(electrically conductive mandrel)을 제공하는 단계;
    상기 금속 물품을 전기 주조하는 단계로서, 상기 금속 물품은 상기 맨드릴의 외부 표면 층에 상기 사전 형성된 패턴으로 형성된 복수의 전기 주조된 요소를 포함하고, 상기 복수의 전기 주조된 요소는 상기 맨드릴의 외부 표면 층에 인접한 제1 측면 및 상기 제1 측면 반대편의 제2 측면을 갖는, 상기 전기 주조하는 단계;
    상기 맨드릴에 있는 동안 상기 복수의 전기 주조된 요소의 제2 측면에 땜납을 도금하는 단계;
    상기 맨드릴로부터 상기 금속 물품을 분리하는 단계로서, 상기 복수의 전기 주조된 요소는 상기 금속 물품이 상기 맨드릴로부터 분리될 때 단일의 독립형 피스를 형성하도록 상호연결되는, 상기 분리하는 단계; 및
    상기 맨드릴로부터 상기 금속 물품을 분리한 후에 상기 복수의 전기 주조된 요소의 제1 측면을 흑화(blackening)시키는 단계를 포함하되, 상기 복수의 전기 주조된 요소의 제2 측면의 땜납은 흑화되지 않는, 금속 물품을 제조하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 흑화시키는 단계는,
    상기 복수의 전기 주조된 요소의 제1 측면의 흑화를 유발하는 화학 반응을 야기하기 위해 상기 금속 물품을 용액에 침지하는 단계; 및
    상기 금속 물품을 80 내지 120℃의 열에 노출시키는 단계를 포함하는, 금속 물품을 제조하는 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 용액은 물, 플루오로붕산, 황산구리, 아셀렌산, 인산 및 황산니켈로 구성되는, 금속 물품을 제조하는 방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 용액은 니켈 이온, 환원제, 착화제, 중화제, 안정제 및 광택제로 구성되는, 금속 물품을 제조하는 방법.
  5. 제2항에 있어서, 상기 용액은 물 및 황화 칼륨 계열로 구성되는, 금속 물품을 제조하는 방법.
  6. 제2항에 있어서, 상기 흑화시키는 단계는 상기 금속 물품을 중탄산 나트륨으로 헹구는 단계를 더 포함하는, 금속 물품을 제조하는 방법.
  7. 제2항에 있어서, 상기 금속 물품을 침지하는 단계는 상기 금속 물품의 일부 또는 전체 금속 물품을 침지하는 단계를 포함하는, 금속 물품을 제조하는 방법.
  8. 제2항에 있어서, 상기 금속 물품은 대략적으로 45 내지 140초 동안 상기 용액에 침지되는, 금속 물품을 제조하는 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 흑화시키는 단계는,
    상기 복수의 전기 주조된 요소의 제1 측면의 흑화를 유발하는 화학 반응을 야기하기 위해 상기 복수의 전기 주조된 요소의 제1 측면에 용액을 분사하는 단계; 및
    상기 금속 물품을 80 내지 120℃의 열에 노출시키는 단계를 포함하고;
    상기 용액은 물 및 황화 칼륨 계열을 포함하는, 금속 물품을 제조하는 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 금속 물품의 복수의 전기 주조된 요소의 제2 측면을 상기 광전지에 부착하는 단계를 더 포함하는, 금속 물품을 제조하는 방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 제2 측면은 상기 복수의 전기 주조된 요소의 제2 측면에 형성된 오버도금된 부분을 포함하고, 상기 땜납은 상기 제2 측면의 오버도금된 부분에 도금되는, 금속 물품을 제조하는 방법.
  12. 광전지를 위해 금속 물품을 제조하는 방법으로서,
    사전 형성된 패턴을 포함하는 외부 표면 층을 가지는 전기 전도성 맨드릴을 제공하는 단계;
    상기 금속 물품을 전기 주조하는 단계로서, 상기 금속 물품은 상기 맨드릴의 외부 표면 층에 상기 사전 형성된 패턴으로 형성된 복수의 전기 주조된 요소를 포함하고, 상기 복수의 전기 주조된 요소는 상기 맨드릴의 외부 표면 층에 인접한 제1 측면 및 상기 제1 측면 반대편의 제2 측면을 갖는, 상기 전기 주조하는 단계;
    상기 맨드릴에 있는 동안 상기 복수의 전기 주조된 요소의 제2 측면에 땜납을 도금하는 단계;
    상기 맨드릴로부터 상기 금속 물품을 분리하는 단계로서, 상기 복수의 전기 주조된 요소는 상기 금속 물품이 상기 맨드릴로부터 분리될 때 단일의 독립형 피스를 형성하도록 상호연결되는, 상기 분리하는 단계;
    상기 금속 물품의 복수의 전기 주조된 요소의 제2 측면을 상기 광전지에 부착하는 단계; 및
    상기 금속 물품이 상기 광전지에 부착된 후에 상기 복수의 전기 주조된 요소의 제1 측면을 흑화시키는 단계를 포함하고, 상기 복수의 전기 주조된 요소의 제2 측면의 땜납은 흑화되지 않는, 금속 물품을 제조하는 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 흑화시키는 단계는,
    상기 복수의 전기 주조된 요소의 제1 측면의 흑화를 유발하는 화학 반응을 야기하기 위해 상기 금속 물품을 용액에 침지하는 단계; 및
    상기 금속 물품을 80 내지 120℃의 열에 노출시키는 단계를 포함하는, 금속 물품을 제조하는 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 용액은 물, 플루오로붕산, 황산구리, 아셀렌산, 인산 및 황산니켈로 구성되는, 금속 물품을 제조하는 방법.
  15. 제13항에 있어서, 상기 용액은 니켈 이온, 환원제, 착화제, 중화제, 안정제 및 광택제로 구성되는, 금속 물품을 제조하는 방법.
  16. 제13항에 있어서, 상기 용액은 물 및 황화 칼륨 계열로 구성되는, 금속 물품을 제조하는 방법.
  17. 제13항에 있어서, 상기 흑화시키는 단계는 상기 금속 물품을 중탄산 나트륨으로 헹구는 단계를 더 포함하는, 금속 물품을 제조하는 방법.
  18. 제13항에 있어서, 상기 금속 물품을 침지하는 단계는 상기 금속 물품의 일부 또는 전체 금속 물품을 침지하는 단계를 포함하는, 금속 물품을 제조하는 방법.
  19. 제13항에 있어서, 상기 금속 물품은 대략적으로 45 내지 140초 동안 상기 용액에 침지되는, 금속 물품을 제조하는 방법.
  20. 제12항에 있어서, 상기 흑화시키는 단계는,
    상기 복수의 전기 주조된 요소의 제1 측면의 흑화를 유발하는 화학 반응을 야기하기 위해 상기 복수의 전기 주조된 요소의 제1 측면에 용액을 분사하는 단계; 및
    상기 금속 물품을 80 내지 120℃의 열에 노출시키는 단계를 포함하고;
    상기 용액은 물 및 황화 칼륨 계열을 포함하는, 금속 물품을 제조하는 방법.
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