KR20210107830A - 강화된 반도체 기판들, 강화된 반도체 기판들로 제조된 디바이스들, 및 이를 제조하는 방법들 - Google Patents

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Abstract

장치는 복수의 마이크로 PV 셀을 갖는 세그먼트화된 PV(Photovoltaic) 셀 어레이를 포함한다. PV 셀 어레이는: (I) 크레이터(crater)들을 통해 세그먼트화된 단일 웨이퍼, (II) 크레이터들을 통해 세그먼트화된 단일 웨이퍼의 부분, (III) 크레이터들을 통해 세그먼트화된 한 세트의 상호연결된 웨이퍼들 중 하나를 포함한다. 웨이퍼는: (i) 하부 금속배선(metallization) 층을 갖는 복합 금속화 웨이퍼 ― 각각의 크레이터는 웨이퍼의 비-금속화 층들 전체를 관통하지만, 하부 금속배선 층은 관통하지 않음 ―; (ii) 반도체 웨이퍼 중 하나를 포함하며, 여기서 각각의 크레이터는 반도체 웨이퍼의 전체 깊이의 99% 미만을 관통한다. 각각의 크레이터는 2개의 이웃하는 마이크로 PV 셀들 사이에 물리적 리세스 분리를 생성하며, 이들은 여전히 서로 상호연결되지만, 이들의 높이 전부가 아닌 일부에 걸쳐서만 상호연결된다. 마이크로 PV 셀들은 기계적으로 그리고 전기적으로 서로 연결된다.

Description

강화된 반도체 기판들, 강화된 반도체 기판들로 제조된 디바이스들, 및 이를 제조하는 방법들
본 특허 출원은, 2019년 3월 24일자로 출원된 미국 특허 출원 번호 US 16/362,665(이로써, 이 특허 출원은 그 전체가 인용에 의해 포함됨); 및 2018년 12월 27일자로 출원된 미국 가특허 출원 번호 US 62/785,282(이로써, 이 특허 출원은 그 전체가 인용에 의해 포함됨)로부터의 우선권 및 이익을 주장한다.
본 발명은 반도체들에 관한 것으로, 특히 PV(photovoltaic) 셀들 및 모듈들뿐만 아니라 이들을 제조하는 방법들에 관한 것이다.
PV(photovoltaic) 효과는 광에 대한 노출시에 재료에서의 전압 및 전류의 생성이다. 이는 물리적 및 화학적 현상이다.
PV 효과는 일광(sunlight)으로부터 전기를 발생시키기 위해 사용되었다. 예컨대, PV 태양광 패널들은 일광 또는 광 에너지 또는 광자들을 흡수하고, 광전 효과를 통해 전류 전기를 발생시킨다.
본 발명의 일부 실시예들에서, 장치는, 복수의 마이크로 PV 셀들을 갖는, 세그먼트화된 PV(photovoltaic) 셀 어레이를 포함한다. PV 셀 어레이는: (I) 크레이터(crater)들을 통해 세그먼트화된 단일 웨이퍼, (II) 크레이터들을 통해 세그먼트화된 단일 웨이퍼의 부분, (III) 크레이터들을 통해 세그먼트화된 한 세트의 상호연결된 웨이퍼들 중 하나를 포함한다. 웨이퍼는: (i) 하부 금속배선(metallization) 층을 갖는 복합 금속화 웨이퍼 ― 각각의 크레이터는 웨이퍼의 비-금속화 층들 전체를 관통하지만, 하부 금속배선 층은 관통하지 않음 ―; (ii) 반도체 웨이퍼 중 하나를 포함하며, 여기서 각각의 크레이터는 반도체 웨이퍼의 전체 깊이의 99% 미만을 관통한다. 각각의 크레이터는 2개의 이웃하는 마이크로 PV 셀들 사이에 물리적 리세스 분리를 생성하며, 이 이웃하는 마이크로 PV 셀들은 여전히 서로 상호연결되지만, 이들의 높이 전부가 아닌 일부에 걸쳐서만 상호연결된다. 마이크로 PV 셀들은 기계적으로 그리고 전기적으로 서로 연결된다.
도 1a는, 본 발명의 일부 실시예들에 따른, 반도체 기판 또는 웨이퍼(기판 및 웨이퍼는 본원에서 상호 교환가능하게 사용됨)를 강화시키기 위한 시스템의 예의 기능적 레벨의 상징적 예시이다.
도 1b는, 본 발명의 일부 실시예들에 따른, 반도체 기판을 강화시키는 방법의 가능한 시퀀스의 단계들을 포함하는 흐름도이다.
도 2a는, 본 발명의 예시적 실시예의 일부로서, 반도체 기판들(도면은 특정 예로서 PV 웨이퍼들을 참조함)을 지지 시트 상에 배치하는 픽 & 플레이스 프로세스(pick & place process)의 측면도 예시이다.
도 2b는, 본 발명의 예시적 실시예의 일부로서, 반도체 기판들(도면은 특정 예로서 PV 웨이퍼들을 참조함)을 지지 시트 상에 배치하는 픽 & 플레이스 프로세스 평면도 예시이다.
도 3a 내지 도 3c는, 본 발명의 일부 실시예들에 따른, 지지 시트 상에 포지셔닝되며 그리고 커팅 스테이션에서 자동화 커터에 의해 수행되는 물리적 스크라이빙, 그루빙(grooving) 또는 다이싱(커팅)에 의해 분리 또는 싱귤레이트되는, 한 세트의 반도체 기판들의 일련의 평면도 예시들을 포함한다.
도 4a 내지 도 4c는, 본 발명의 다단계 싱귤레이션 실시예에 따라, 지지 시트 상에 포지셔닝되고 완전히 싱귤레이팅된 한 세트의 반도체 기판들의 일련의 측면도 예시들을 포함하며; 여기서 2개 디멘션들의 부분적인 물리적 스크라이빙 또는 다이싱(커팅)과 물리적 변형의 조합은 사전정의된 패턴으로 기판들을 완전히 싱귤레이팅하는 데 사용된다.
도 4d 내지 도 4f는, 본 발명의 일부 실시예들에 따른, 반도체 기판이 분리/싱귤레이션/그루빙 프로세스를 거쳐 트랜지션할 때 반도체 기판의 일련의 평면도들을 도시한다.
도 5a는, 본 발명의 일부 실시예들에 따른, 빔 기반 반도체 분리의 기능적 레벨 예시이다.
도 5b 및 도 5c는 각각, 본 발명의 일부 빔 기반 실시예들에 따른, 반도체 기판이 예시적 분리/싱귤레이션/그루빙 프로세스들 거쳐 트랜지션할 때 반도체 기판의 일련의 평면도들을 도시한다.
도 5d는, 본 발명의 일부 실시예들에 따른, 분리되고, 그루빙되고 그리고/또는 싱귤레이팅된 반도체 기판 바디의 사시도이며; 이는, 본 발명의 일부 실시예들에 따른, 싱귤레이션에 의해 형성된 갭들 또는 크레이터들 아래의 전기 전도체 메시(mesh), 조립체 또는 어레인지먼트를 포함한다.
도 5e는, 본 발명의 일부 실시예들에 따라 제조되고 그리고/또는 사용될 수 있는 몇몇 선택적인 반도체 바디 갭 형성 기하학구조들의 측단면도이다.
도 6a 및 도 6b는, 본 발명의 PV 디바이스 실시예에 따른 반도체 바디의 저면도들이며, 여기서 맞물린 포지티브 전극 및 네거티브 전극이 기판 바디의 최하부로부터 돌출하고, 그리고 대응하는 포지티브 전극들에 대한 네거티브 전극들의 배치 및 어레인지먼트에 따라 상이한 분리/커팅 패턴들이 사용된다.
도 7은, 본 발명의 일부 실시예들에 따른, 빔-기반 반도체 분리의 기능적 레벨 예시이며; 여기서, 빔 분리 동안 반응성 물질이 제공되고, 반응성 물질은, 반응성 물질이 빔에 의해 여기될 수 있기 때문에, 분리기 빔에 노출된 반도체 바디의 부분들과 반응할 수 있다.
도 8a는, 본 발명의 일부 실시예들에 따라 싱귤레이팅되는 그리고 갭 측벽만을 코팅할 수 있거나 갭 체적의 100%까지 충전할 수 있는, 갭 측벽들 상의 코팅 형태의 갭 충전제(gap filler)(또는 크레이터 충전제)를 포함하는 반도체 기판 바디의 사시도이다.
도 8b는, 코팅 층을 포함하는, 본 발명의 일부 실시예들에 따라 생산되고 그리고/또는 사용될 수 있는 몇몇 선택적인 반도체 바디 갭 형성 기하학구조들의 측단면도이다.
도 9a 내지 도 9f는, 반도체 기판/웨이퍼 바디의 3개의 세트의 상부 및 측면 예시들을 포함하며, 여기서 각각의 세트는, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 비강화 구성(untoughened configuration)으로부터 3개의 개별 강화 구성들 각각으로의 반도체 기판/웨이퍼 바디의 트랜지션을 예시하며; 갭들 및/또는 웨이퍼 바디들 및 섹션들은 축척대로 도시되지 않았다는 것이 주목된다.
도 10a는, 본 발명의 PV(photovoltaic) 관련 실시예의 기능적 블록 레벨 예시이며, 여기서, 선택적으로 지지 시트들 상에 있는 분리된/싱귤레이팅된 기판들은, 최상부 및 최하부 EVA 막들 내에 그리고 그런 다음 선택적으로 최상부 및 최하부 폴리머 시트들 내에, 선택적으로 최상부 시트 상에 광학기(optics)의 형성(예를 들어, 엠보싱, 에칭, 머시닝)을 통해 캡슐화된다.
도 10b는, 본 발명의 일부 실시예들에 따른, 강화된 PV 셀을 커버하는 최상부 시트 상에 마이크로 또는 미니 렌즈들을 제공하기 위한 클리어 폴리머 엠보싱 조립체(clear polymer embossing assembly)의 측면도 예시이다.
도 10c는, 본 발명의 일부 실시예들에 따른, 강화되고, 캡슐화되고, 마이크로-렌즈 엠보싱된 최상부 시트로 커버된 마이크로 PV 셀들의 어레이의 측면도 예시이며; 비대칭(a-symmetric) 동심 마이크로 렌즈들이 태양광 방사(solar radiation) 각도에 대응하여 사용될 수 있는 실시예를 예시한다.
예시의 단순성 및 명확성을 위해, 도면들에 도시된 엘리먼트들이 반드시 실척대로 그려진 것은 아니라는 것이 인지될 것이다. 예를 들어, 엘리먼트들 중 일부의 디멘션들은 명확성을 위해 다른 엘리먼트들에 비해 과장될 수 있다. 추가로, 적절한 것으로 고려되는 경우, 참조 번호들은 대응하는 또는 유사한 엘리먼트들을 표시하기 위해 도면들 사이에서 반복될 수 있다.
반도체 디바이스들은, 에칭, 불순물 도핑, 반응성 코팅 및 표면 증착을 포함하는 다양한 방식들로 기판 바디의 재료를 프로세싱함으로써 반도체 기판들 상에 구성된다. 다양한 디바이스들, 이를테면 트랜지스터들, 집적 회로들, 프로세서들 및 PV(photovoltaic) 셀들이 반도체 기판 상에 제조될 수 있으며, 기판은 기판이 유래된 반도체 웨이퍼의 전부 또는 일부를 포함할 수 있다.
반도체 웨이퍼들 및 기판들(이 용어들은, 본원에서 이후 상호 교환가능하게 사용됨)은 일반적으로, 실리콘, 갈륨 비소 등과 같은 취성 결정-타입 재료들로 만들어진다. 이에 따라, 이러한 재료들로 만들어진 디바이스들은 일반적으로, 응력 하에 또는 물리적 충격을 경험할 때 브레이킹되기 쉽다. 이러한 단점들은 상당한 패키징 및 보호를 필요로 하며, 제조 및 운송을 취급하는 동안 깨지기 쉽다. 이는 PV와 같은 풀 웨이퍼 스케일(full wafer scale) 애플리케이션들에서 훨씬 더 두드러지며, 반도체 기판은 통상 일반적으로 5"-6" 폭이다. 이에 따라, 향상된 물리적 강화성(toughness) 특성들을 갖는 강화된 및/또는 유연성 반도체 웨이퍼들 및 이를 제조하는 방법들이 반도체 분야에서 필요하다. 향상된 물리적 강화성 특성들을 갖는 강화된 및/또는 유연성 반도체 PV 기판들 및 디바이스들 및 이를 제조하는 방법들이 PV 제조 분야에서 필요하다.
태양광 셀 또는 PV(photovoltaic) 셀은 광전 효과(photovoltaic effect), 즉 물리적 및 화학적 현상에 의해 광자들 또는 광의 에너지를 전기로 직접 변환하는 전기 디바이스이다. 가장 일반적으로 사용되는 태양광 셀들은 실리콘으로 만들어진 대면적 p-n 접합부로서 구성된다. 다른 가능한 태양광 셀 타입들은, 박막형 CdTe 또는 CIGS, 유기 태양광 셀들, 염료 감응 태양광 셀들, 페로브스카이트(perovskite) 태양광 셀들, 양자점 태양광 셀들 등이다. 태양광 셀은, 다음의 원리들에 따라 동작한다: (1) 일광에서의 광자들은 태양광 패널에 부딪쳐 반도체 재료들, 이를테면 실리콘에 의해 흡수되고; (2) 전자들은 반도체 재료에서 그들의 현재 분자/원자 궤도로부터 광자들에 의해 여기되고; (3) 일단 여기되면, 전자는 에너지를 열로서 소멸시키고 그의 궤도로 돌아가거나 전극에 도달할 때까지 셀을 지나 이동할 수 있고; (4) 전류가 재료를 통해 흘러 전위를 상쇄시키고, 이 전기는 포착된다. 셀 재료의 화학적 결합들은 이 프로세스가 작동하는 데 중요하며, 통상 실리콘은 2개의 구역들에서 사용되는데, 하나의 구역은 붕소로 도핑되고 다른 하나는 인으로 도핑된다. 이들 구역들은 상이한 화학 전하들을 갖고, 후속하여, 관련 전극을 향해 전자들의 전류를 유도시킬 뿐만 아니라 지향시킨다.
태양광 셀들의 어레이는 태양광 에너지를 사용가능한 양의 직류(DC) 전기로 변환한다. 개별적인 태양광 셀 디바이스들은, 다르게는 태양광 패널들로 알려져 있는 모듈들을 형성하도록 결합될 수 있다. 일부 경우들에서, 인버터는 패널로부터의 DC 전류/전력을 교류(AC)로 변환할 수 있다.
재생가능 에너지, 특히 태양광 에너지에 대한 수요는, 화석 연료(fossil fuel)들에 대한 대안들을 제공하려는 글로벌 이니셔티브(global initiative)로 인해 지속적으로 증가하고 있다. 태양광 에너지의 사용은 재생가능 에너지원에 대한 가장 유망한 대안들 중 하나가 되고 있으며, 공급량은 1년 마다 약 30% 증가한다. 태양광의 미래는 화석 연료들에 대해 경쟁적인 비용으로 풍부한 이용가능한 전기 에너지를 제공할 것으로 예상된다.
현재의 실리콘 태양광 모듈들인 패널들은 무겁고 강성이기 때문에, 이들의 사용은 중량, 형상 또는 접근성이 제약되는 애플리케이션들에서는 제한된다. 부가적으로, 오늘날의 PV 모듈들은 또한, 운송 및 설치에 비용이 많이 든다. 롤 상의 임의의 길이의 유연성 태양광 패널들은 이러한 많은 문제들을 해결할 것이다. 그러나, 유연성 PV 패널들을 제공하기 위한 현재의 최신 솔루션들은 여전히 개발 중이며, 그러한 시트들의 산업적 스케일 제조는 극도로 비싸다. 부가적으로, 오늘날의 유연성 패널 솔루션들은 내구성이 없다. 비용에 관계없이, 오늘날 이용 가능한 대부분의 유연성 PV 패널들은 롤링(rolling)하기에 충분한 유연성이 없다.
따라서, 저비용 및 개선된 유연성 태양광 전기 생성 표면들에 대한 필요성이 존재한다. 개선된 내구성을 갖는 유연성 PV 모듈들에 대한 필요성이 또한 존재한다.
본원에서 사용되는 "갭"이라는 용어는, 예를 들어, 공동 또는 터널 또는 크레이터, 또는 그루브(groove) 또는 세장형 그루브, 또는 아일랜드들 중에서 또는 아일랜드형 돌출부들 중에서 오목한 공동들, 또는 (그러한 물체들로 하여금 완전히 별개이나 서로 분리될 필요 없이) 분지(basin)들 또는 세장형 분지들, 또는 물체들 또는 벽들 간의 다른 타입의 공간 분리 또는 리세스 또는 그루브 또는 포켓 또는 크레이터를 포함할 수 있다. 예를 들어, "갭"은 2개의 이웃하는 마이크로 PV 셀들 사이의 크레이터 또는 공동일 수 있으며, 이들은 여전히 서로 기계적으로 그리고/또는 전기적으로 상호연결될 수 있다. 본원에서 사용되는 "갭" 및 "크레이터"라는 용어들은 상호 교환가능할 수 있다. 본원에서 사용되는 "크레이터"라는 용어는, 임의의 적절한 포켓 또는 리세스(반드시 둥글거나 원형일 필요가 없을 수 있음)를 포함할 수 있고; 그리고 분지, 세장형 분지, 세장형 포켓, 세장형 리세스, 뒤집힌(upside-down) 사다리꼴 프리즘 또는 뒤집힌 세장형 사다리꼴 프리즘으로서(예를 들어, 더 큰 패널이 위쪽을 향하고 더 작은 패널이 아래쪽을 향하기 때문에 뒤집힌 것임), 일반적으로 V자 형상 또는 U자 형상 또는 삼각형인 측면 패널을 갖는 뒤집힌 프리즘 또는 다면체, 뒤집힌 세장형 피라미드로서 형상화된 크레이터 또는 포켓 또는 리세스, 일련의 또는 세트의 또는 배치식(batch)의 앞서 언급된 크레이터들 또는 리세스들 또는 포켓들 또는 분지들 등을 포함할 수 있고; 그리고 이러한 크레이터 또는 그루브 또는 포켓 또는 분지는, 편평한 표면들, 평면형 표면, 비-평면형 표면들, 만곡된 표면들, 또는 불규칙한 표면들, 경사진 표면들, 또는 이러한 (또는 다른) 타입들의 표면들 및/또는 측벽들 중 2개 이상의 것들의 조합을 가질 수 있다.
본 발명은 강화된 반도체 기판들을 제조하기 위한 방법들, 디바이스들 및 재료들을 포함한다. 반도체 기판들 및 그러한 기판들로부터 제조된 반도체 디바이스들은 강화된 물리적 특성들을 나타낼 수 있고, 이들은 기계적으로 난제시되거나 스트레스가 많은 애플리케이션들 및 환경에서 사용하기에 더 적합할 수 있다. 반도체 기판들 및 그러한 기판들로부터 제조된 반도체 디바이스들은, 강화된 열적 특성들을 나타낼 수 있고, 이들은 환경적으로 난제시되는 애플리케이션들에서 사용하기에 더 적합할 수 있다. 반도체 기판들 및 그러한 기판들로부터 제조된 반도체 디바이스들은, 비-강성 및 경량 봉지재(encapsulant)(들)에서의 패키징을 허용하기에 충분히 강화된 특성들을 나타낼 수 있다. 반도체 기판들 및 그러한 기판들로부터 제조된 반도체 디바이스들은, 선적 동안의 롤 업(rolling up)에 대해 그리고/또는 고르지 않은 표면들에 걸친 전개 동안의 비-파괴 변형에 대해 허용하기에 적절한 스케일로 충분한 유연성을 나타낼 수 있다.
본 발명의 실시예들은, 반도체 재료로 구성되고 최상부, 최하부 및 측표면들을 갖는 기판 바디를 포함하는 강화된 반도체 기판을 포함할 수 있다. 반도체 바디는 내부에 의도적으로 배치된 적어도 하나의 갭을 가질 수 있으며, 여기서, 의도적으로 배치된 갭은 바디의 세그먼트들을 최상부, 최하부 또는 이 둘 모두로부터 분리함으로써(예를 들어, 균열, 브레이킹 등에 의해), 또는 제거함으로써, 또는 바디로부터, 최상부, 최하부 또는 이 둘 모두로부터 재료를 제거함으로써(예를 들어, 쏘잉, 에칭, 커팅, 레이저 커팅, 다이싱, 밀링 등에 의해) 위치될 수 있다. 본 발명의 실시예들에 따라 의도적으로 배치된 갭은 적어도 0.01 mm 깊이일 수 있다. 본 발명의 실시예들에 따라 의도적으로 배치된 갭은 다양한 깊이 및/또는 다양한 폭을 가질 수 있다. 상기 갭은 균열, 마이크로-균열, 및/또는 나노-균열 전파 억제제로서의 역할을 할 수 있다.
실시예들에 따르면, 적어도 일부 반도체 바디 갭들은 상기 적어도 하나의 의도적으로 배치된 갭 내에 갭 충전제를 포함할 수 있다. 갭 충전제는, 기계적 힘 또는 충격 흡수, 압축성 및/또는 신축 능력(stretch ability) 및/또는 유연성 및/또는 강화 속성들을 갖는 재료로 적어도 부분적으로 구성될 수 있다. 이에 따라, 일부 갭 충전제 재료는 또한, 강화제(toughening agent)로 지칭될 수 있다. 갭 충전제는 열 흡수 및/또는 열 소산 속성들을 갖는 재료로 적어도 부분적으로 구성될 수 있다. 갭 충전제는 전기 절연 속성들을 갖는 재료로 적어도 부분적으로 구성될 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 갭 충전제는 개개의 갭 내에서 반응성으로 성장될 수 있는 한편, 다른 실시예들에 따르면, 갭 충전제는 개개의 갭 내에 증착될 수 있다. 갭 충전제는 개개의 갭의 측벽들 위에 코팅을 형성할 수 있다. 갭 충전제는 개개의 갭의 측벽들의 숄더(shoulder)들 위에 코팅을 형성할 수 있으며 상기 숄더들의 레벨에서 연속적인 층을 형성할 수 있다.
일부 실시예에 따른 갭 충전제는: (a) 폴리머; (b) 수지, (c) 비정질 실리콘; (d) 글라스; (e) 금속; (f) 카본; (g) 산소; (h) 모노머; (i) 제2 반도체; (j) 올리고머; (k) 반응성 시스템(예를 들어, 모노머 및 광-개시제); (l) EVA; (m) PVDF; (n) 실리콘; 및 (o) 상기한 것들 중 2개 이상의 것의 조합으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나의 재료로 구성될 수 있다. 갭 충전제는 균질할 수 있거나, 또는 적어도 하나의 매트릭스 재료(예를 들어, 폴리머) 및 적어도 하나의 첨가제(예를 들어, 더 연성인 제2 폴리머의 이산 도메인들)로 구성된 이종 시스템 일 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 갭 충전제는 개개의 갭 내부에 반응 성으로 생성될 수 있다. 제1 예에 따르면, 산소 또는 암모니아와 같은 반응성 화학물질(reactive chemical)이 갭의 레이저 커팅 또는 화학적 에칭 동안 도입될 수 있고, 반응성 화학물질과 갭 측벽들의 재료 사이의 반응이 측벽들 상에 코팅을 형성할 수 있다. 코팅은 다양한 두께를 가질 수 있고, 일부 경우들에서, 측벽들을 밀어 이격시키기 위해 팽창될 수 있다. 다른 예들에 따르면, 화학물질들의 반응성 혼합물은 이미 배치된/생성된 갭 내로 도입될 수 있고, 반응성 혼합물은 갭 내에서 반응하도록 허용될 수 있고, 이로써, 갭을 반응 생성물로 충전할 수 있으며, 이는 일부 경우들에서, 갭 측벽들을 물리적으로 밀어내 이격시킬 수 있다.
추가적 실시예들에 따르면, 갭 충전제는 상기 갭 내에 또는 상기 갭에 걸쳐 이산 층들로서 증착된 한 세트의 재료들을 포함할 수 있다. 증착된 이산 층들의 상이한 층들은 상이한 속성들을 가질 수 있고, 본 발명에 따라 상이한 강화 기능들을 제공할 수 있다.
갭 충전제 재료들은, 기계적 강화를 위한 폴리머/올리고머/모노머 시스템들-EVA, HIPS(high-impact polystyrene), 열가소성 엘라스토머(TPE), 폴리스티렌-폴리부타디엔 및/또는 폴리스티렌-폴리이소프렌의 블록 코폴리머들(디블록, 트리블록, 멀티블록 및 랜덤 코폴리머들), 폴리부타디엔 네오프렌, EPDM 및 다른 고무들/엘라스토머들 및 유연성 재료들을 포함할 수 있다.
열 및 전기 전도도를 위한 갭 충전제 재료는, 카본 섬유들, 금속성 분말들, 나노 입자들, 나노 섬유들, 충전물(filling)들 및/또는 섬유들(이로 제한되는 것은 아니지만, 폴리머, 세라믹 또는 다른 매트릭스뿐만 아니라 전도성 폴리머들, CNT들, 그래핀에 분포된, 철, 구리, 은, 알루미늄 및/또는 상기한 것들의 혼합물들 및/또는 합금들을 포함함)을 포함할 수 있다.
반응시에 부풀어오르는 반응성 혼합물들을 제공하는 갭 충전제는, 발포형 폴리우레탄을 생성하기 위해 물의 존재 또는 부재하에 폴리-이소시아네이트 및 폴리올과 같은 혼합물들을 포함한다. 갭들 내의 재료의 팽창 및 갭들의 폭을 증가시킬 부피의 증가를 초래하는 폼(foam)을 생성하기 위해, 아조디카본아미드와 같은 대안적인 발포제(blowing agent)가 또한 혼입될 수 있다.
실시예들에 따르면, 갭 충전제 재료의 적어도 일부는 이방성 재료일 수 있다. 예시적인 실시예에 따르면, 섬유들의 이방성 입자들은, 폴리머와 같은 결합 재료 내에 현탁(suspend)된 전도성 폴리머들, CNT들 또는 그래핀들뿐만 아니라 바디 매트릭스의 최상부 또는 최하부 표면에 대해 특정 방향으로 부착될 수 있다. 이방성 입자들, 이를테면 마이크로-섬유들은, 자기장 또는 전기장을 사용함으로써 충전제 재료의 경화 전에, 기판의 최상부 또는 최하부 표면 또는 상이한 특정 평면에 대해 일 방향 또는 다른 방향으로 정렬될 수 있다. 그러한 혼합물은 기판을 물리적으로 그리고 열적으로 강화시키는 역할을 할 수 있다. 본질적으로 등방성 또는 이방성인 입자들은 여과 임계치 미만 또는 그 초과로 존재할 수 있다.
이방성인 갭 충전제 재료는, 반도체 기판/웨이퍼에 이방성 특성들을 제공할 수 있다. 충전제 재료는, 자기장 또는 전기장과 같은 외력장(external force field)을 사용하여 정렬되거나 배향되는 이방성 입자들(예를 들어, 마이크로섬유들)을 함유할 수 있다. 이러한 이방성 입자들이, "설정"될 수 있는 충전제 매트릭스(이를테면, 가교될 수 있는 폴리머, 모노머 또는 올리고머)에 내장되는 경우, 이러한 속성들은, 정렬되는 외력장을 턴 오프한 후에도 영구적인 바람직한 배향으로 유지될 것이다.
실시예들에 따르면, 반도체 바디는, 실리콘, 실리콘 이산화물, 알루미늄 산화물, 사파이어, 게르마늄, 갈륨 아르세나이드(GaAs), CdTe, 유기/무기 페로브스카이트계 재료들, CIGS(CuGaInS/Se) 및 인화 인듐(InP)으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나의 반도체 재료로 구성될 수 있다. 반도체 바디는 PV 셀, 발광 다이오드, 트랜지스터, 전력 트랜지스터, 집적 회로, 초고밀도 집적회로, 및 MEMS(Microelectromechanical systems)로 이루어진 그룹에서 선택된 반도체 디바이스를 제공하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 의도적으로 배치된 갭은, 물리적으로, 화학적으로, 레이저로 또는 다른 방식으로, 기판 바디로부터 재료를 제거함으로써 생성될 수 있다. 의도적으로 배치된 갭은 기판 바디의 적어도 최상부 표면에 걸쳐 단일 라인으로 또는 라인들의 어레이 또는 다른 형상들로 구성된 패턴으로 연장될 수 있다. 의도적으로 배치된 갭은 기판 바디의 최상부 표면 및 최하부 표면 각각에 걸쳐 실제로 연장될 수 있고, 이로써 기판의 최상부 표면 및 최하부 표면 둘 모두에 별개의 상이한 갭 패턴들을 형성할 수 있다. 웨이퍼의 최상부에 대한 싱귤레이팅 패턴 또는 맵은 웨이퍼의 최하부에 대한 싱귤레이팅 패턴/맵과 일치할 수 있거나 또는 일치하지 않을 수 있다. 갭 충전제는 양측의 갭들 중 일부 또는 전부에 도입될 수 있다. 반도체 기판 또는 웨이퍼의 연속 층을 양측들로부터 싱귤레이팅하는 경우, 일부 재료가 웨이퍼의 중간 층을 통해 남아있을 수 있다(반드시 두께의 절반의 위치에 있는 것은 아님). 추가적인 실시예들에 따르면, 기판의 상이한 측들상의 갭 패턴들은 상이한 갭 충전제 재료로 충전될 수 있다. 또 추가적인 실시예들에 따르면, 표면들 중 어느 하나 또는 둘 모두 상의 갭 패턴의 일부 또는 전부가 비워진 채 있을 수 있다.
웨이퍼의 최하부 상의 갭들을 충전하는 데 사용되는 재료는 기판/웨이퍼의 최상부 상의 갭들을 충전하는 데 사용된 것과 동일한 재료일 수 있거나, 상이한 재료일 수 있다. 갭 내로 도입된 재료는 갭을 수직으로 부분적으로 충전(즉, 갭의 최하부를 충전)하거나, 갭을 완전히 (즉, 갭에 인접한 최상부 표면과 같은 높이로) 충전할 수 있거나, 또는 오버플로우되어 갭에 인접한 최상부 표면을 부분적으로 또는 완전히 커버할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 의도적으로 배치된 갭은, 최상부 표면으로부터 최하부 표면까지 반도체 바디를 통해 줄곧 완전히 상기 기판 바디로부터 재료를 제거함으로써 생성될 수 있다. 최상부로부터 최하부 표면으로 완전히 통과하는 의도적으로 배치된 갭은, 단일 라인으로 또는 라인들의 어레이 또는 다른 형상들로 구성된 패턴으로 상기 기판 바디의 최상부 또는 최하부 표면에 걸쳐 연장될 수 있다. 그러한 실시예에 따르면, 반도체 기판은 완전히 싱귤레이팅되거나 조각들로 분할될 수 있다. 그러한 완전히 싱귤레이팅된 실시예들에 따르면, 최상부 표면 위에, 최하부 표면 위에 또는 두 표면들 위에 배치된 갭 충전제 재료 및/또는 외부 막들은 기판의 물리적 무결성을 유지하는 역할을 할 수 있다. 추가적인 실시예들에 따르면, 싱귤레이팅된 기판 조각들 상의 단자들을 서로 연결하는 하나 이상의 전기 전도체들은 반도체 기판의 전기적 기능성을 유지하는 역할을 할 수 있다.
본 발명의 실시예들은 PV(photovoltaic) 셀들, PV 셀들의 어레이들 및 이를 제조하는 방법들을 포함할 수 있다. 본 발명의 추가의 실시예들은 향상된 강화성 및/또는 내구성 및/또는 유연성을 갖는 PV 셀들 및 PV 셀들의 어레이들, 및 이를 제조하는 방법들을 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예들에 따르면, 향상된 강화성 및/또는 내구성 및/또는 유연성을 갖는 PV 셀은, 반도체 기판으로부터 PV 셀을 제조하기 전 또는 후에, PV 셀을 제조하는데 이용되는 반도체 기판 또는 웨이퍼 내의 재료의 세그먼트들을 부분적으로 또는 완전히 분리하고, 그리고 분리된 웨이퍼 또는 기판 세그먼트들 사이에("웨이퍼" 및 "기판"이라는 용어는 여기서 또는 위에서 상호 교환가능하게 사용됨), 유연성 폴리머, 수지 또는 다른 유연성 불순물과 같은 강화제 또는 강화 재료를 도입시킴으로써 제조될 수 있다. 강화 재료는 단일 층으로서 또는 갭들 내의 다수의 층들로 증착되는 복합 재료일 수 있다. 다층 갭 충전제 실시예들에 따르면, 상이한 층들은 상이한 속성들을 나타낼 수 있고, 향상된 웨이퍼 내에서 상이한 기능들을 수행할 수 있다. 일부 갭 충전제 재료들은, 예를 들어, 열 전도 첨가제들을 웨이퍼 갭들에 포함시키고 그리고/또는 도입시킴으로써, 향상된 열 전도 기능성을 제공할 수 있다. 이전에 언급된 갭 충전제 재료들 중 임의의 것이 PV 셀 실시예에 적용가능하다. 이전에 언급된 임의의 기판 바디 재료가 PV 셀 실시예에 적용가능하다.
일부 실시예들에 따르면, 웨이퍼 또는 기판의 재료(이 용어들은 상호 교환가능하게 사용됨)는 파단에 의해 분리될 수 있으며, 여기서 재료는 웨이퍼로부터 거의 또는 전혀 제거되거나 아니면 손실되지 않는다. 다른 실시예들에 따르면, PV 셀 웨이퍼의 세그먼트들은, 커팅, 스크라이빙, 에칭, 다이싱, 및/또는 현재 알려진 또는 미래에 고안될 임의의 다른 방법에 의해 분리될 수 있으며, 여기서 웨이퍼 재료의 일부가 제거된다. 웨이퍼 재료의 제거는, 웨이퍼의 최상부 표면으로부터 최하부 표면까지 완전히 이루어질 수 있거나, 또는 웨이퍼의 최상부 또는 최하부에서 일부 웨이퍼 재료를 남기게, 부분적으로 이루어질 수 있다. 재료 제거와 함께 또는 재료 제거 없이, 완전한 또는 부분적인 웨이퍼 세그먼트들의 분리가 웨이퍼의 일 단부로부터 다른 단부로 수행될 수 있고, 그리고/또는 분리들의 패턴을 형성하기 위해 다수번 수행될 수 있다. 추가 실시예들에 따르면, 분리 패턴은, 분리되는 웨이퍼의 결정 격자에 대한 특정 배향에 대응하도록 선택될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, PV 셀 웨이퍼의 웨이퍼 세그먼트들 사이의 기판 또는 웨이퍼 세그먼트 갭들이 완전하든 부분적이든, 재료 제거 여부에 관계없이, 유연성 재료가 갭들에 증착될 수 있다. 증착은 선택적으로, 용융, 물리적 확산, 기상 증착, 용매 보조 증착, CBD(chemical bath deposition), 프린팅, 또는 반도체 웨이퍼 상에 재료를 증착하기 위한 다른 적절한 방법(들)을 포함할 수 있다. 갭에서의 재료의 증착은 충전제 재료가 또한 역할을 하는 다른 프로세스와 동시에 수행될 수 있고; 예를 들어, 충전제 재료는 또한 반도체 웨이퍼에 라미네이팅된 최상부 시트 또는 층에 대한 접착제로서의 역할을 할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들은 ETFE의 최상부-시트에 대한 접착 층으로서 동시에 작용하는 충전제 재료로서 EVA를 사용할 수 있다. 이 예에서, EVA는, 주어진 온도 및 압력에서 액화되고, 갭들을 관통하며, 동시에 반도체 웨이퍼를 커버하고 또한 그 위에 있는 최상부 시트에 대한 접착제로서 기능하는 캡슐화 막을 형성하는 막 형태로 혼입될 수 있다. 갭 충전 재료는 이전에 설명된 바와 같이 유연성(압축성 및 신축성) 폴리머로 구성될 수 있다. 갭 충전 재료는 양호한 기계적 충격 흡수 및/또는 소산 특성들을 나타낼 수 있다. 일부 실시예들에서, 갭 충전 재료는 개개의 PV 셀 웨이퍼의 최상부 또는 최하부 라미네이션 프로세스의 일부로서 증착될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, PV 셀은 반도체 기판/웨이퍼로 구성된 자신의 반도체 바디를 마이크로 PV 셀들로 세그먼트화함으로써 기계적으로 강화될 수 있다. 마이크로 PV 셀들은, 마이크로 PV 셀들을 형성하는 반복 패턴으로 PV 셀 바디를 완전히 세그먼트화함으로써 형성될 수 있다. 반복 패턴은, 이산 기능 영역들을 형성하는 하나 이상의 세트들의 커팅/스크라이빙 라인들로 구성될 수 있다. 마이크로 PV 셀들 각각은 다른 마이크로 PV 셀들에 전기적으로 연결되어, 마이크로 PV 셀들의 어레이를 형성할 수 있고; 함께 작동하는 마이크로 PV 셀들의 집합 또는 어레이는 원래의(세그먼트화되지 않은) PV 셀과 실질적으로 동일한 기능을 수행할 수 있다. 마이크로 PV 셀의 측벽들 사이의 갭 충전제 재료의 증착은, 재료 분리 이전의 원래의 PV 셀의 전기적 특성들과 실질적으로 다르지 않지만, 원래의 PV 셀과 비교할 때 상당히 더 양호한 강인성 특성들 및 유연성 특성들을 갖는 강화된 PV 셀을 생성할 수 있다. 강화 재료의 추가는 원래의 PV 셀의 성능에 영향을 미치지 않거나 또는 성능을 증가 또는 감소시킬 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 밀리미터 범위의 디멘션들(예를 들어, 길이들, 폭들 및 두께들)을 갖는 하나 이상의 마이크로 PV 셀들이 제공될 수 있다. 하나 이상의 마이크로 PV 셀들은 1 밀리미터 이하(fraction of a millimeter) 내지 수 센티미터 범위의 폭을 갖도록 제공될 수 있다. 마이크로 PV 셀들의 최상부 및 최하부 표면은, 삼각형, 원형, 정사각형, 직사각형, 육각형 및 임의의 다른 적합한 다각형을 포함하는 다양한 형상들로 제공될 수 있다. 본 발명의 실시예들에 따르면, 마이크로 PV 셀에는, 강화 이전에 반도체의 적어도 500% 또는 적어도 600%의 최대 휨 모멘트를 허용하도록 선택된 디멘션들 및 기하학적구조(즉, 길이, 형상, 폭 및 각도들)가 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예들은, (1) 중량에 민감하고, (2) "높은" 또는 반복적인 기계적 부하를 수반하고 그리고/또는 (3) PV 어레이에 대한 기계적 지원에 따른 윤곽들을 갖는 불규칙한 형상의 표면을 사용을 요구할 수 있는, 다양한 PV 어레이 애플리케이션들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 마이크로 PV 셀들은 라미네이팅되어 세일(sail)로서 사용될 수 있다. 추가적인 실시예들에 따르면, 어레이는 빌딩 또는 임시 구조물(예를 들어, 텐트)의 측면에 부착될 수 있다. 어레이는 보행로 또는 도로 상에 배치될 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 마이크로 PV 셀들은, 투명 재료(이를테면, 글라스 또는 플렉시 글라스)의 넓은 영역에 걸쳐 낮은 밀도로 분산되어, 전기를 또한 생성하는 비교적 투명한 빌딩 또는 자동차 외피(envelope)를 제공할 수 있다. 추가적인 실시예들에 따르면, 마이크로 PV 셀들의 어레이들은, 수직 방향으로 배향되고, 구조화된 프리즘들, 피라미드 어레이들 또는 렌티큘러 렌즈들 뒤에 배치되어, 위에서 들어오는 햇빛으로부터 전기를 제공하고 아래를 지나가는 관찰자에게 광고판 이미지를 제시/투영할 수 있다.
추가적인 실시예들에 따르면, 실시예들에 따른 마이크로 PV 셀의 적어도 하나의 측벽 또는 측표면은 마이크로 PV 셀의 활성 표면에 대해 비-우측, 경사진 각도로 제조될 수 있다. 본 발명의 실시예들에 따른 마이크로 PV 셀의 측벽 또는 측표면은 셀의 나머지의 재료와 상이한 재료의 하나 이상의 코팅들을 포함할 수 있다. 실시예들에 따르면, 코팅은 측벽상의 패시베이션 층의 일부일 수 있다. 추가적 실시예들에 따르면, 측벽 코팅은 측벽상의 전기 절연 층의 일부일 수 있다. 또 추가의 실시예들에 따르면, 코팅 층(들)은 부가적인 기능들을 가질 수 있고, 임의의 다른 타입의 층, 이를테면, 예를 들어 반사-방지 층 등의 일부일 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 측벽의 다이싱 또는 커팅 동안 코팅 층(들)이 인-시튜로 형성될 수 있다. 코팅은 의도적으로 증착될 수 있거나 그렇지 않으면, 예를 들어 반응성 가스들의 존재 하에 측벽들의 커팅(예를 들어, 레이저 커팅) 동안 발생하는 반응으로부터 형성될 수 있다. 레이저 커팅 동안 갭 내부 또는 주변에서 주입 및 반응하도록 의도된 반응성 가스들 또는 다른 갭 충전제 제제들/재료들의 존재는 일부 실시예들에 따라 의도적일 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 마이크로 PV 셀들은 마이크로 PV 셀들의 상호연결된 어레이들로 배열될 수 있다. 프리젠테이션의 실시예들에 따른 어레이들은 1차원, 2차원 또는 3차원일 수 있다. 본 발명의 일부 1차원 및 2차원 실시예들에 따르면, 마이크로 PV 셀들의 어레이 내의 인접한 마이크로 PV 셀들은 서로 어떤 거리로, 예를 들어 0.01 내지 2.0 밀리미터만큼 떨어져, 이격될 수 있다. 인접한 셀들의 측벽들 사이의 공간은 비워진 채로 있을 수 있거나 또는 갭 충전제 재료로 충전될 수 있으며, 이 재료는 유연성 및/또는 압축성 재료일 수 있다. 갭 충전제 재료는 부가적인 속성들을 가질 수 있고, 예를 들어 전기 절연을 제공하고 그리고/또는 마이크로 PV 셀들에 기계적 충격 보호를 제공하는 것과 같은 부가적인 기능들을 수행할 수 있다. 추가적 실시예들에 따르면, 인접한 마이크로 PV 셀들 사이의 갭들을 충전하는 갭 충전제 재료는 노출된 실리콘 측벽들의 패시베이션을 트리거링하기 위한 첨가제를 포함할 수 있다.
인접한 마이크로 PV 셀들은 유연성 전기 전도체들을 통해 서로 전기적으로 연결될 수 있으며, 이는 병렬 또는 직렬 구성들로, 셀들로부터 양전하 및 음전하 둘 다를 운반할 수 있다. 인접한 마이크로 PV 셀들은 적어도 하나의 공통 전기 전도성 커넥터, 이를테면, 예를 들어 양의 단자를 공유할 수 있다. 2개 이상의 인접한 마이크로 PV 셀들 각각의 최하부 표면들, 이를테면, 예를 들어 개개의 셀의 개개의 P-타입 반도체 구역들은 동일한 전기 커넥터에 연결될 수 있다. 추가적 실시예들에 따르면, 공유된 전기 전도체는 일체형일 수 있거나 그렇지 않으면, 2개의 인접한 셀들 각각이 별개의 PN 접합부를 형성할 수 있는 P-타입 반도체 층을 포함할 수 있다.
어레이를 형성하는 다수의 마이크로 PV 셀들은 양의 및 음의 전도체들의 네트워크에 의해 상호연결될 수 있다. 본 발명의 실시예들에 따른 마이크로 PV 셀들의 일부 어레이들은, 예를 들어 수백 내지 수천 미터 길이의 롤 상에 제조될 때, 1개 또는 2개 디멘션들로 공통 표면을 따라 배열된 수백, 수천, 수백만 또는 수십억 개의 마이크로 PV 셀을 포함할 수 있다. 일부 실시예들은 3차원 어레이들로 배열된 마이크로 PV 셀들을 포함할 수 있으며, 2차원 어레이들의 다수의 층들이 하나 위에 다른 하나가 있는 식으로 배치되거나 적층되며, 3D 어레이의 상부 층들에 있는 마이크로 PV 셀들 사이의 갭들은, 광이 하부 구역들의 PV 셀을 통해 PV 셀에 전달되도록 허용할 수 있다. 이러한 3D 어레이 구성은 스택된 어레이들로 지칭될 수 있다.
추가적 실시예들에 따르면, 마이크로 PV 셀들의 어레이 내의 마이크로 PV 셀들의 상이한 그룹들은 상이한 어레인지먼트들에 따라 상호연결될 수 있으며, 여기서 셀들의 일부 그룹들은 인접한 셀들에 병렬로 상호연결될 수 있는 한편, 다른 그룹들은 인접한 셀들에 직렬로 상호연결될 수 있다. 추가적 실시예들에 따르면, 마이크로 PV 셀은 하나의 인접한 셀과 병렬로 상호연결될 수 있고, 동시에 다른 인접 셀과 직렬로 상호연결될 수 있다. 어레이 내의 이러한 다중-방법 상호연결들은, 직렬 상호연결들로 인한 전압 부스팅, 그리고 병렬 상호연결들로 인한 전류 집계(current aggregation)의 조합을 제공할 수 있다. 마이크로 PV 셀 어레이 제조 동안, 다수의 가능한 조합들 중에서 전도체 메시 구성의 선택은, 주어진 전력 레벨에 대한 출력 전압 및 출력 전류와 같은 어레이 전기 출력 파라미터들을 맞춤화하도록 의도된 규칙들에 따라 수행될 수 있다. 전도체 메시 선택에 의한 그러한 어레이 출력 엔지니어링의 하나의 특정 애플리케이션은, PV 생성 전기의 송신 동안 저항 손실들을 최소화하기 위해, 주어진 전력에 대한 전압 대 전류 비율들을 부스팅하는 것이다.
일부 실시예들에 따르면, 마이크로 PV 셀들의 어레이는 더 큰 PV 웨이퍼 또는 셀을 더 작은 인접한 마이크로 PV 셀들로 물리적으로 분할 또는 분리함으로써 제조될 수 있다. PV 셀을 프로세싱 또는 기계적 분리하는 것은 또한 싱귤레이션(singulation)으로 지칭될 수 있으며, (a) 기계적 쏘잉 또는 다이싱(통상 다이싱 쏘우(dicing saw)로 지칭되는 머신을 이용); (b) 스크라이빙 및 브레이킹; (c) 레이저 커팅(예를 들어, UV, VIS 또는 IR 범위에서 CW 레이저 또는 펄스형 레이저들을 사용); (d) E-빔 커팅; (e) 이온 빔 커팅; (f) 습식 에칭; (g) 건식 에칭; (h) 초음파 커터; (i) 밀링 및 (j) 열 레이저 분리(TLS)를 포함하는 다양한 프로세스들에 의해 수행될 수 있다. 오늘날 알려진 또는 미래에 고안될 반도체 재료의 싱귤레이션을 위한 임의의 프로세스가 본 발명에 적용가능할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른, PV 셀 싱귤레이션의 방법들 중 일부 또는 전부는 의도된 디메션들을 갖는 마이크로 PV 셀들을 제조하는 것에 대한 정밀도 및 정확도를 보장하도록 자동화될 수 있다. 따라서, 다이싱 쏘우 및/또는 레이저 스폿 폭 또는 마스크 기하학적구조는 마이크로 PV 셀들 간에 의도된 갭 크기 및 형상들에 대응하도록 선택될 수 있다. 커팅 각도들은 또한, 마이크로 PV 셀 활성 표면들 및 측벽들의 의도된 경사들 및/또는 형상들에 대응하도록 선택될 수 있다. 기계적 다이서 쏘우에 의해 생성된 마이크로 PV 셀은 직선들로 구성된 임의의 형상일 수 있지만, 통상적으로 직사각형 또는 정사각형 형상이지만, 또한 다른 다각형들일 수 있다. 일부 경우들에서, 레이저들 또는 다른 방법들이 사용될 때, 마이크로 PV 셀들은 많은 다른 형상들의 형태로 제조될 수 있다. 풀-커트 레이저 다이서는, 단지 직선들로 형성된 것들뿐만 아니라 다양한 형상들로 마이크로 PV 셀들의 어레이를 생성할 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 마이크로 PV 셀들의 어레이로의 PV 셀 또는 웨이퍼의 싱귤레이션 또는 커팅 또는 다이싱은, 마이크로 PV 셀들의 어레이로 파싱될 웨이퍼 또는 PV 셀의 최상부 표면으로부터 수행될 수 있다. 추가적 실시예들에 따르면, 마이크로 PV 셀들의 어레이로 파싱될 웨이퍼 또는 PV 셀의 최하부 표면으로부터 싱귤레이션 또는 커팅이 수행될 수 있다. 본 출원에서 사용되는 싱귤레이션. 커팅, 다이싱 등의 용어들은, 특정 방법들 및/또는 이의 고유한 특징들에 대한 특정 참조가 존재하지 않는 한 상호 교환가능하게 사용될 수 있다. 또 다른 추가적 실시예들에 따르면, 싱귤레이션 또는 커팅은 웨이퍼 또는 PV 셀의 최상부 및 최하부 둘 모두로부터 수행될 수 있고; 이 경우, 웨이퍼의 최상부 및 최하부 측들 상의 커팅 맵 또는 패턴은 동일하거나 상이할 수 있다. PV 웨이퍼의 싱귤레이션 맵 또는 패턴은, 싱귤레이팅된 PV 웨이퍼가 부착될 시스템의 접촉점들 및 전기 전도체들의 위치와 같은 제약들에 대응하게 설계될 수 있다.
본 발명의 부가적인 실시예들은 재료 또는 세트의 재료들 내의 상호연결된 마이크로 PV 셀들의 어레이의 캡슐화를 포함할 수 있다. 실시예들에 따르면, 마이크로 PV 셀 어레이의 최하부 표면과 접촉하게 배치된 제1 세트의 재료들은 PV 셀 어레이의 최상부 표면 위에 배치된 제2 세트의 재료들과 결합하여 부착될 수 있다. 재료들의 최상부 또는 최하부 세트는 또한, 인접한 셀들 사이의 공간들을 위한 갭 충전제(gapfiller)를 포함하거나 또는 갭 충전제로서의 역할을 할 수 있다. 광-활성 표면이 위치된 어레이의 최상부 위에 배치된 재료들은, 강력하고, 내구성있고, 유연하며 변환이 효율적이고 쉽게 설치가능한 PV 시트 또는 제품을 제조하기 위해, 태양광 방사의 관련 파장에 대해 충분히 강하고 유연하며 충분히 투명하도록 선택된다. 마이크로 PV 셀 어레이의 최하부 표면 아래에 배치된 재료들은 강도, 내구성, 유연성 및 어레이 재료 및 상부 캡슐화 재료와의 호환성을 위해 선택된다. PV 셀 어레이의 위 또는 아래에 있는 세트의 재료들 중 적어도 하나는, 전체 스택이 원하는 반경으로 만곡될 수 있게 허용하기 위해 신축성 및/또는 압축성 있게 구성될 수 있다. PV 셀 어레이 위의 층들은, PV 마이크로 셀들을 부식 및 기계적 충격(이는, 우박 충격, 무거운 적재물들, 예를 들어 트럭 등을 가짐)로부터 보호하고, 심지어, 건식 및 습식 조건들에서 접지에 대해 고전압(예를 들어, 600VDC, 1000VDC, 1500VDC)을 갖는 직렬 연결된 셀들에 대해 절연할 필요가 있다. 최하부 층들은, 부식 및 기계적 충격(이는 우박 충격, 무거운 짐, 예를 들어 트럭 등을 가짐)으로부터 PV 마이크로 셀들을 보호할 수 있고, 건식 및 습식 조건들에서 접지에 대해 고전압(예를 들어, 600VDC, 1000VDC, 1500VDC)을 갖는 직렬 연결된 셀들에 대해서도 절연시킬 수 있다.
마이크로 PV 셀 어레이를 캡슐화하는 프로세스는 또한, (통상, 이러한 프로세스가 통상적으로 시트 또는 롤 형태의 재료에 대한 PV 셀 어레이의 접착을 또한 포함할 때) 라미네이션으로 지칭될 수 있다. 본 발명의 실시예들에 따른 마이크로 PV 어레이의 라미네이션은, 마이크로 PV 어레이 아래에, 이 각각의 순서로, (a) 최하부 봉지재 막, 및 (b) 백-시트 막의 배치를 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예들에 따른 마이크로 PV 어레이의 라미네이션은 또한, 마이크로 PV 어레이 위에 최상부 봉지재 막을 배치한 다음 프론트-시트 막을 배치하는 것을 포함할 수 있다. 봉지재 막들 둘 모두는, 선택적으로 가열될 때 접착성이고 가단성(malleable)인, 접착성이 높고 가단성 있는 재료로 구성될 수 있다. 최상부 및 최하부 시트들 둘 다는 내구성 있는 재료들로 구성될 수 있다. 최상부 시트 및 최상부 봉지재 둘 다는, 마이크로 PV 어레이가 동작하는(즉, 광자들을 전기로 변환하는) 파장들의 대역 내의 파장들을 갖는 광자들에 대해 낮은 광자 감쇠 속성들을 가질 수 있다. 백 시트, 최하부 봉지재, PV 셀 어레이, 최상부 봉지재 및 최상부 시트(topsheet)로 구성된 본원에서 설명되는 통상적인 구조에 부가하여, 구조는 또한 통상적으로, PV 셀들을 서로 전기적으로 연결하고, PV 셀 어레이들을 서로 연결하고, 외부 부하에 대한 전기 연결을 위한 엘리먼트들을 포함하므로, PV 셀들에 의해 생성된 전기 전력의 활용을 허용한다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 최상부 및/또는 최하부 시트들은 탄성이 있을 수 있다. 최상부 시트 또는 최하부 시트 또는 이 시트들 둘 다는 유연성이 있을 수 있다. 최상부 시트 또는 최하부 시트 또는 이 시트들 둘 다는 압축성이 있을 수 있다. 최상부 시트나 최하부 시트, 또는 이 시트들 둘 다의 탄성은 라미네이팅된 마이크로 PV 어레이들에 대한 신뢰성을 제공할 수 있다. 최상부 시트나 최하부 시트, 또는 이 시트들 둘 다의 탄성은 최상부의 불규칙한 또는 윤곽이 있는 표면들 상의 라미네이팅된 마이크로 PV 어레이들 상의 배치를 제공할 수 있다.
추가적 실시예들에 따르면, 최상부 시트는 마이크로 PV 셀들이 위치된 영역들 위에 포지셔닝된 광학 집광기(optical concentrator)들을 포함할 수 있다. 각각의 광학 집광기는 마이크로 PV 셀들의 하나 이상의 행(row)들을 커버할 수 있다. 각각의 광학 집광기는 마이크로 PV 셀들의 하나 이상의 열(column)들을 커버할 수 있다. 각각의 광학 집광기는 마이크로 PV 셀들의 하나 이상의 클러스터들을 커버할 수 있다. 또는, 각각의 광학 집광기는 마이크로-집광기일 수 있고, 단지 하나의 마이크로 PV 셀을 커버할 수 있다. 광학 집광기들은 라미네이션 프로세스 전에, 그 동안 또는 그 후에 최상부 시트에 부착될 수 있다. 광학 집광기들은 라미네이션 프로세스 전에, 그 동안 또는 그 후에 최상부 시트 상에 엠보싱될 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 광학 집광기들은, 선택적으로, 라미네이션 프로세스 동안, 광학 커넥터의 형상의 돌출부들을 갖는 가열된 롤러에 의해 최상부 시트 상에 엠보싱되거나 또는 가압된다. 다른 실시예들에 따르면, 광학 집광기들은 마이크로-머시닝, 레이저 삭마, 패터닝된 화학적 에칭 또는 다른 프로세스들에 의해 최상부 시트 상에 형성된다.
일부 실시예들에 따르면, 싱귤레이션 및 라미네이션은 연속적인 프로세스의 일부로서 수행될 수 있다. 추가적 실시예들에 따르면, 광학 집광기들의 형성은 또한 라미네이션 프로세스 동안 수행될 수 있다. 대안적인 실시예들에 따르면, 마이크로 PV 셀들의 어레이를 제조하는 상이한 페이즈들이 별개의 프로세스들로 분리될 수 있다.
추가적 실시예들에 따르면, 전기 전도체 메시가 지지 백 시트와 강화된 PV 셀 어레이(마이크로 PV 셀 어레이들의 어레이들) 사이에 전도성 백 시트의 형태로 제공될 수 있다. 이 전도성 백 시트는, 솔더링, 전도성 접착제, SMT(Surface Mount Technology) 에폭시 또는 접착제 또는 결합 재료들, 회로들, 버스 바들, 모듈 내부의 전자 기기들, 이를테면 MPPT(Maximum Power Point Tracking) 추적 IC들로 셀들을 전기적으로 연결하기 위해; 그리고 예를 들어, 레이저 삭마, 전도성 스티커들, 솔더링, SMT(Surface Mount Technology) 프로세스들 등을 사용하여, 이를 생성하는 방법을 위해 제공될 수 있다.
일부 특정 광전 집속 실시예들에 따르면, 프로세싱된 셀을 강화시키고 더 유연성있게 만들기 위해, 다양한 구성들의 강성의(통상적으로는 10um 초과 및 바람직하게는 50um 초과의 두께의 결정질/다결정질 셀) 태양광 셀들을 프로세싱하는 방법들이 제공될 수 있다. 그런 다음, 프로세싱된 셀들은, 캡슐화 재료들과 이제 유연성있는 이들 태양광 셀들의 조합에 기반하여 유연성 태양광 막들 및 태양광 막들의 롤들을 생성하는 데 사용될 수 있다. 방법은 롤 포맷으로 전반에 걸쳐 모듈식 전기 연결부들을 갖는 긴 연속 막들을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
강성/반-강성 태양광 셀을 유연성 태양광 셀로 만들기 위해, 그루빙/다이싱/커팅/커팅/브레이킹/클리빙(이하 "그루빙"이라고 지칭됨) 스테이지에 의한 의사-싱귤레이션(pseudo-singulation)이 PV 셀에 대해 수행될 수 있다. 두 극성들의 전류 콜렉터들이 온전한 상태로 유지되고 셀 밖으로 전기 흐름이 허용된다면, 그루빙은 이 스테이지 동안 반대 부호의 인접한 전류 콜렉터들과 유사하거나 더 큰 스텝들로 수행될 수 있으며, 전체 효율의 최소 감소가 예상된다. 그루빙은 바람직하게, 최대 효율을 보존하기 위해, 태양광 셀의 전기적으로 음영 처리된 섹션들에서 최대 가능한 방식으로 행해질 수 있다.
그루브들 사이의 거리는 막의 최대 곡률 반경을 결정한다. 바람직한 일 실시예에서, 그루브들 사이의 거리는 인접한 전도체들 사이의 거리와 동일하다. 다른 실시예에서, 거리는 100um 내지 10cm, 바람직하게는 0.5mm 내지 5mm이다.
그루빙 프로세스에 의해 남겨진 커프(kerf)는 최소일 수 있고, 태양광 셀을 내측으로 구부릴 때 태양광 셀의 최상부를 브레이킹하지 않고 응력을 가하지 않기 위해, 단지 하나의 방향으로만 막의 롤링을 허용할 수 있다. 커프는, 태양광 셀의 최상부를 향해 구부러질 때 임의의 원하는 곡률 반경을 허용하기 위해, 태양광 셀의 높이의 0 내지 300%의 정의된 폭일 수 있다. 용어들을 명확하게 하기 위해, 셀의 최상부는 태양광 방사와 상호 작용하는 측이다.
그루빙은 작은 반경으로의 필름의 롤링을 허용하기 위해 머신 방향에 수직으로, 폭 방향으로의 유연성을 허용하기 위해 머신 방향에 평행하게, 또는 모든 방향들로의 유연성을 허용하기 위해 이 둘 모두에서 수행될 수 있다. 그루빙은 제품에 의해 요구되는 유연성을 만들기 위해 대각선들, 육각형들 또는 임의의 다른 패턴으로 만들어 질 수 있다. 그루빙은 하나의 방향으로, 2개의 방향들로, 또는 2개 초과의 방향들로 수행될 수 있다. 그루빙은 상이한 방향들로 동일한 또는 상이한 인덱스로 수행될 수 있다. 임의의 주어진 방향으로의 그루빙 인덱스는 일정할 수 있거나 또는 변할 수 있다.
일부 실시예들에서, 그루빙은 기계적 쏘우에 의해 또는 기계적 쏘우(예를 들어, 다이싱 쏘우)들의 갱(gang) 또는 그룹 또는 배치(batch)에 의해 수행될 수 있다. 대안적으로, 다른 실시예에서, 그루빙은 "워터 제트(water jet)"(액체에 연마재 입자들이 있거나 없는 액체의 고속 농축 분사)에 의해 수행될 수 있다.
다른 실시예들에서, 막은, 일 방향으로, 도 4c에 도시된 바와 같이, 원하는 위치들에서 깨짐을 유도하는 범프들 또는 다른 만입부들 또는 돌출부들을 갖는 만곡된 공간에 진입할 수 있고, 정확한 인덱스로 범프들을 갖는 롤러 시스템에 진입함으로써 다른 방향으로 깨지도록 유도될 수 있다. PV 유닛들은, 예를 들어, 기계적으로 또는 레이저에 의해 특정 원하는 위치들에서 사전에 약화될 수 있다. 특정 실시예들에서, 웨이퍼는 반도체 재료의 결정 격자에 대응하는 방향(들)으로 응력을 가하거나 그루빙될 것이며, 그에 따라, 결정 평면들을 따라 "깨끗한" 깨짐이 유도될 것이다.
또 다른 실시예에서, 그루빙은 레이저에 의해 수행될 수 있다. 바람직하게는, 레이저는 충분히 깊고 충분히 빠른 그루빙을 수행하기에 충분한 전력으로 머신(웹)의 속도에 맞춰 패턴을 통해 래스터링할 수 있다. 다른 실시예에서, 레이저 빔은, 예를 들어, DOE에 의해 분할되어, 2개 내지 1000개 이상의 빔렛들의 평행한 그루빙을 수행한다. 레이저는 예를 들어 SLM 또는 임의의 다른 빔 셰이퍼 및/또는 기계적 헤드에 의해 기계적으로 또는 광학적으로 래스터링 및/또는 분할될 수 있다. 추가적 실시예들에서, 스루풋을 증가시키기 위해, 즉, 주어진 시간 량에서 특정된 깊이, 폭, 형상, 각도 및 인덱스의 더 많은 수의 그루브들을 수행하기 위해, 하나 초과의 레이저 헤드가 사용될 수 있다.
일 실시예에서, 본원에서 설명되는 바와 같은 제품을 제조하기 위한 프로세스는, 개별 광전 셀들이, 예를 들어 "픽 앤 플레이스(pick and place)"또는 디스펜서(dispenser) 방식으로 연속 유연성 지지 시트에 먼저 부착되고, 그리고 직접적으로 또는 별도의 연결 엘리먼트들에 의해 서로 전기적으로 연결되는 것을 예로 든다. 일 변형에서, 지지 막 또는 시트는, 인접한 광전 엘리먼트들/태양광 셀들을 전기적으로 연결하기 위해 올바른 위치들에 사전배치된 전기 연결 엘리먼트들을 이미 가질 것이다. 이 프로세스는 전형적으로, 개별 광전 유닛들을 배치하기 위한 자동화된 스테이션 및 전기 접촉들을 수행하기 위한 스테이션을 이용하는, 지지 재료의 롤에 의해 공급되는 연속적인 프로세스일 것이다. 그런 다음, 전기적으로 연결된 광전 엘리먼트들을 갖는 지지 시트는 의사-싱귤레이션(예를 들어, 스크라이빙, 다이싱, 그루빙 등) 스테이션으로 이동되며, 이 스테이션은 통상적으로, 반드시 그런 것은 아니지만, 전기 접촉 스테이션 바로 뒤에 위치될 것이다. 의사-싱귤레이션 스테이션에는, 기계적 유닛(예를 들어, 다이싱 쏘우) 또는 레이저 유닛, 또는 이 둘 모두, 또는 적어도 하나의 방향으로 의사-싱귤레이팅하는 능력들을 갖는 워터-제트 또는 제어된 브레이킹과 같은 다른 수단이 구비된다. 의사 싱귤레이션 유닛은 머신 헤드의 단일 패스에서 다수의 스크라이빙들 및/또는 커팅들을 가능하게 하는 "갱 구성(gang configuration)"일 수 있다. 머신 방향으로의 스크라이빙/커팅 헤드(들)와 광전 엘리먼트들 사이의 상대적인 이동은 지지 시트의 연속적인 이동에 의해 달성될 수 있다. 머신 헤드는, 단일 패스에서 모든 스크라이빙들 및 커팅들을 수행할 수 있거나, 또는 머신 방향으로 부가적인 스크라이빙들 및/또는 커팅들을 수행하기 위해 요구되는 위치에서 자체적으로 재포지셔닝하기 위해 횡단 방향으로 이동하는 능력을 가질 수 있다. 제조 라인에는 머신 방향으로 사용하기 위한 하나 초과의 커팅/스크라이빙 헤드가 장착될 수 있다. 다른 방향들(머신 방향에 수직인 횡단 방향을 포함함)에서의 스크라이빙 및/또는 다이싱은 횡단 방향으로의 이동 능력을 갖는 추가의 헤드 또는 추가의 헤드들에 의해 수행될 수 있다. 다이싱 및/또는 스크라이빙은 단계적으로 수행되며 반-연속적 방식으로 반복될 수 있으며, 여기서 광전 엘리먼트들을 갖는 지지 시트는 가로방향 스크라이빙/커팅이 수행되는 동안 가로방향 스크라이빙/커팅 영역에서 고정된 채로 유지될 것이다. 정해진 영역의 가로방향 스크라이빙/커팅의 완료 시에, 광전 유닛들을 갖는 지지 시트는 머신 방향으로 이동하여, 가로방향 스크라이빙/커팅을 위한 재료의 부가적인 부분을 가로방향 스크라이빙/커팅 영역으로 유도할 것이다. 이 순서는 단지 예일뿐이며, 특정 방향 그루빙은 상이한 정해진 방향(들)으로 그루빙하기 전에, 그루빙 후에 또는 그와 동시에 수행될 수 있다. 다른 방향들(전형적으로, 머신 방향에 수직인 가로방향)으로의 스크라이빙 및/또는 다이싱은 또한, 머신 방향과 가로방향 둘 다에서 이동 능력이 있는 추가의 헤드 또는 추가의 헤드들에 의해 수행될 수 있고, 이 경우 다이싱 및/또는 스크라이빙은 연속적인 방식으로 수행될 것이며, 가로 방향으로의 다이싱 및/또는 스크라이빙을 위한 머신 헤드는, 광전 유닛들로 지지 시트의 이동을 따를 것이며 머신 방향으로 이동하면서 스크라이빙 및/또는 다이싱을 수행할 것이다. 특정 영역의 완료시, 머신 헤드는, 그 다음 세트의 가로방향 스크라이빙들 및/또는 다이싱 커팅들을 수행하기 위해, 머신 방향으로 상류에 자체적으로 재포지셔닝될 것이다. 다이싱 및/또는 스크라이빙의 완료 시, 스크라이빙된 및/또는 다이싱된 광전 유닛들을 갖는 지지 시트는 롤업되고 후속 프로세싱을 위해 상이한 라인으로 이동될 정도로 충분히 유연하거나, 또는 동일한 라인에서 다운스트림의 추가 프로세스들을 겪을 수 있다. 커프들의 폭은 태양광 막에 부분적 투명도를 제공하여 광학 방사의 일부(0.1% 내지 99.9%, 바람직하게는 5% 내지 90%)가 이를 통과할 수 있게 하기에 충분히 넓을 수 있다.
일부 실시예들에서, 인접한 광전 유닛들 또는 PV 셀들 사이의 커넥터 유닛들은 스프링형일 수 있고, 제품의 신축 또는 축소 또는 수축 또는 팽창을 허용할 수 있고; 그러한 신축 또는 수축 또는 팽창을 가능하게 하기에 충분한 탄성(또는 강성, 또는 강인성(rigidness) 또는 유연성)을 갖는 프론트 시트 및/또는 백 시트가 활용될 수 있다. 신축은 하나 이상의 특정 방향(들)으로 가능해질 수 있다. 일부 실시예들은 PVDF(polyvinylidene fluoride, 또는 polyvinylidene difluoride) 층 또는 코팅 또는 막을, 프론트-시트 또는 백-시트로서 또는 PV 보호기 층으로서 활용할 수 있다.
그 다음 프로세싱 단계에서, 스크라이빙된 그리고/또는 다이싱된 광전 유닛들을 갖는 지지 시트는 보호성 최상부 시트 및/또는 최하부 시트에 라미네이팅될 수 있다. 라미네이션 단계는, 에틸렌 비닐아세테이트(EVA: ethylene vinyl acetate)와 같은 보호성 재료을 통한 광전 유닛들의 캡슐화를 포함할 수 있다. 보호성 최상부 시트는 광전 유닛들에 도달하는 태양광 방사의 세기를 최대화하고 환경 조건들에 대한 양호한 장기간 내성을 갖기 위해 투명할 필요가 있다. ETFE는 보호성 최상부 시트에 적합한 재료의 일례이다. 투명 UV 에폭시는 다른 예이며, 일 실시예에서, 파이버글라스에 의해 보강될 수 있다. 투명 합성 "아스팔트"와 같은 최상부 내구성 투명 코팅이 또한, 예를 들어 태양광 도로(solar road) 애플리케이션들에서 셀들이 브레이킹되는 것을 방지하고 무거운 하중을 지지하는데 사용될 수 있다. 내구성을 향상시키기 위해 이러한 애플리케이션에서 글라스 충전제가 또한 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 충전제들은 이들이 내장되는 매트릭스와 유사한 굴절률을 갖도록 선택될 것이다. 최상부 시트는 또한, 특정 애플리케이션들에 적합하도록 컬러링되거나 착색될 수 있다. 이 실시예에서, 특정 컬러의 좁은 대역폭 반사 입자들이 최상부 시트 내에 내장될 수 있다. 다른 예에서, 홀로그래픽 회절 유도 색상은, 특정 방향들로 컬러를 유도하는 시트 내부의 입자들 및 기하학적구조들을 통해 생성될 수 있으며, 경우들에 따라서는 다른 방향들에서 또한 투명할 수 있다. 다른 실시예에서, 최상부 시트는, 수신된 방사를 셀들의 활성 영역에만(즉, 그루빙시 형성된 커프 및/또는 개별 광전 유닛들/실리콘 웨이퍼들의 챔퍼링된 코너 영역은 제외) 집광시키기 위해 내장된 렌즈들(예를 들어, 마이크로-렌즈들)을 포함할 수 있다.
다른 실시예에서, 머신 방향으로의 스크라이빙/커팅 헤드와 광전 엘리먼트들 사이의 상대적인 이동은 지지 시트의 연속적인 이동에 의해 달성될 수 있다. 머신 헤드는, 가로방향으로의 헤드의 기계적 이동과 머신 방향으로의 레이저 빔의 광학적 및/또는 기계적 조작을 결합함으로써 "지그재그(Zig-Zag)" 패턴으로 스크라이빙 및/또는 다이싱하도록 프로그래밍될 수 있다. "지그-재그(Zig-Zag)" 스크라이빙/다이싱의 연속 라인들을 결합하는 것은 PV 유닛의 대각선들 둘 모두에 따른 스크라이빙들/커팅들의 어레이를 초래한다. 다이싱 및/또는 스크라이빙의 완료 시, 스크라이빙된 및/또는 다이싱된 광전 유닛들을 갖는 지지 시트는 롤업되고 후속 프로세싱을 위해 상이한 라인으로 이동될 정도로 충분히 유연하거나, 또는 동일한 라인에서 다운스트림의 추가 프로세스들을 겪을 수 있다. 또 다른 실시예에서, 머신 방향으로의 스크라이빙/커팅 헤드와 광전 엘리먼트들 사이의 상대적인 이동은 지지 시트의 연속적인 이동에 의해 달성될 수 있다. 머신 헤드는, 가로방향으로의 헤드의 기계적 이동과 머신 방향으로의 레이저 빔의 광학적 및/또는 기계적 조작을 결합함으로써 육각형 패턴으로 스크라이빙 및/또는 다이싱하도록 프로그래밍될 수 있다. 부분적인 육각형 스크라이빙/다이싱 궤적들의 연속 라인들은, 성능 최적화를 위해 오리지널 셀 상의 커팅 영역과 온전한 영역 사이의 더 양호한 비율을 달성하기 위해, PV 셀에 걸쳐 완전 육각형("벌통") 패턴을 형성하는 스크라이빙들/커팅들의 어레이를 초래한다. 다이싱 및/또는 스크라이빙의 완료 시, 스크라이빙된 및/또는 다이싱된 광전 유닛들을 갖는 지지 시트는 롤업되고 후속 프로세싱을 위해 상이한 라인으로 이동될 정도로 충분히 유연하거나, 또는 동일한 라인에서 다운스트림의 추가 프로세스들을 겪을 수 있다. 패터닝은 본원에서 설명된 "지그재그" 또는 육각형 그루빙 패턴들로 제한되지 않으며, 다른 기하학적 궤적들 및 이들의 조합들을 포함할 수 있다.
처리된 강성/반강성 태양광 셀들에 기반하여 유연성 태양광 롤들을 생성하기 위해 다양한 자동화된 머신들이 사용될 수 있다. 일반적으로, 머신은 임의의 태양광 셀을 사용하여 유연성 태양광 막을 생성할 수 있으며, 여기서 두 전도체들은, 머신은, IBC(interdigitated back contact) 태양광 셀들, MWT(metal wrap through) 태양광 셀들, EWT(Emitter Wrap Through) 태양광 셀들 또는 다른 타입들의 태양광 셀들과 같은 셀의 최하부에 배치된다.
일 실시예에서, 단결정질, 다결정질 및/또는 임의의 다른 타입의 실리콘-기반 태양광 셀들이 사용될 수 있다.
일 실시예에서, 캐리어 시트(예를 들어, 백 시트 및/또는 봉지재 시트)는 신축가능할 수 있고, 예를 들어 비-신축성 또는 신축성) 접촉부로 먼저 금속화될 수 있다. 금속배선이 없는 태양광 셀은, 이 금속화되고 패터닝된 기판 상에 정확한 배치로 배치되고, 후속하여 최소 커프로 그리고 바람직하게는 (예를 들어, 브레이킹에 의한) 커프없이 커팅된다. 이후, 캐리어 시트를 신축시키고 그에 따라 활성 광전 재료를 갖는 영역들을 서로 멀어지게 이동시킴으로써 커프가 생성된다.
또 다른 실시예에서, 제품의 스마트한 제어 및 도난방지를 가능하게 하기 위해, RFID와 같은 식별 태그가 제품에 내장될 수 있다. 막 층들의 접착제는, 셀들이 해체되어 파괴되는 것 없이 셀들의 개방을 방지하도록 설계될 수 있다. 변조(tampering)할 경우 파괴하도록 설계된 접착제를 갖게 셀에 인접한 도난방지 전자장치를 설계하는 것은, 셀 어레이의 일부만을 커팅하여 취하는 것을 방지할 것이다.
다른 실시예에서, 최상부 시트 및/또는 봉지재는, 신축성이든 아니든, 미세한 라인으로 금속화될 수 있고, 후속적으로 태양광 셀의 최상부에 전기적으로 연결될 수 있으며, 이 경우, 표준형 실리콘 광전 셀와 같이, 최하부에 하나의 전극이 있고 전면에 다른 전극이 있다.
일 실시예에서, 머신은 R2R(roll-to-roll) 타입 시스템이며, 여기서, 프로세스의 종료 시에, 태양광 막은 패킹 및 운송될 코어 상으로 롤링된다. 패킹 및 운송은 "점보 롤들"(인입 지지 롤의 전체 크기)의 형태일 수 있거나, 또는 머신 방향 및/또는 가로방향 둘 모두에서 전체 크기 롤로부터 분할될 수 있는 더 작은 롤들의 형태일 수 있다. 최종 제품의 패킹 및 운송은, 핸들링의 실제적인 제약들-중량, 요구되는 폭들에서의 원재료들의 이용가능성, 운송 컨테이너 내의 패킹 롤들의 최대화된 효율 등에 의해서만 제한될 것으로 예상된다.
일부 실시예들에서, 제품의 후면은 접착제(예를 들어, 감압 접착제, PSA)로 코팅되고, PSA의 어떠한 오염도 발생하지 않는 것을 보장하기 위해 이형 층(release layer)에 라미네이팅될 것이다. 접착제의 기능성은 기판(벽, 자동차 루프 등)에 대한 용이한 부착을 가능하게 한다는 것이다.
일 실시예에서, 머신은, 막/모듈의 원하는 전류 및 전압에 도달하기 위해, 개별 셀들이 직렬 및 병렬로 전기적으로 연결되는 솔더링 스테이션을 포함할 수 있다. 솔더링 프로세스는 모듈의 제조 동안 여러 스테이지들에서 수행될 수 있다. 일 예로, 바이패스 다이오드들, 점퍼들, 스마트 로직, 트랜지스터, 이상적인 다이오드 회로들, 셀-단위 (또는 몇 개의 셀) MPPT (Maximum Power Point Tracking) 회로부 등은, 셀들 간의 연결 및 솔더링시에 인라인으로 사용되어, 예를 들어, (유연성으로 인한) 상이한 배향, 도난방지 전자장치, 신속한 셧다운 로직, AC 전류 반전, 버스 바들 및 통신들에서 셀들의 MPPT 가능하게 할 수 있다. 셀들과 솔더 사이의 커넥터들은 피로가 적은 온도들로 인한 팽창뿐만 아니라 환경 조건을 충족하도록 설계된다.
더 빠른 속도들에서의 제조를 가능하게 하기 위해, 솔더링 스테이션들은 라인을 따라 분배될 수 있고, 동시에 전기 연결을 수행할 필요가 없다. 추가적 실시예들에서, 솔더링은 전기 전도성 접착제들의 사용에 의해 완전히 또는 부분적으로 대체될 수 있다.
일 실시예에서, 그루빙 및 솔더링 후의 태양광 셀들은, 머신의 그 다음 스테이션에서, 백 시트 및 프론트 시트의 봉지재들(예를 들어, 폴리머 봉지재들, 포일 봉지재들, 액체 봉지재들, 증기 봉지재들 또는 다른 타입들 및 이들의 조합들)에 의한 캡슐화를 위해 준비될 수 있다.
일 실시예에서, 그루빙된 셀들은, 노출된 실리콘 내의 댕글링 결합들을 패시베이팅하고, 이를 보호하고, 그리고/또는 예를 들어 IBC 셀의 최상부 표면상의 것과 유사하게 캐리어들을 밀어내는 필드를 생성하기 위해, 패시베이션 스테이지를 통과할 수 있다. 예를 들어, 이는, 특히, 예를 들어 SiO2, SiNx, AlOx, TiO2의 ALD, CVD, PVD, 습식 또는 다른 기법들의 형태로 수행될 수 있다.
일 실시예에서, 시스템은, 정해진 애플리케이션의 요건들을 충족시키는 예상 수명 및 컴포넌트들의 고유한 안정성으로 인해, 적어도, 습도, 산소 또는 다른 환경 부식제들의 의미에서 또는 전혀 캡슐화를 필요로 하지 않는다.
캡슐화 재료(들)는, EVA, 파이버글라스-보강 복합물 및/또는 플루오르화 폴리머, 예를 들어 ETFE, 또는 다른 실시예에서는, 폴리올레핀 또는 임의의 다른 적절한 재료를 포함할 수 있다. 캡슐화는, 제품에 필요한 캡슐화(전기적 및 화학적), 유연성 및 광학적 속성들을 만들고 그리고 필요한 표준들을 충족시키도록, 예를 들어 1500V 항복 전압을 견디고, 수십 년 동안 낮은 성능 저하만을 허용하고, 우박 등과 같은 기계적 충격을 견디록, 상이한 폴리머들 또는 다른 유전체 재료, 이를테면, 산화물들, 질화물들 등의 하나의 층 또는 하나 초과의 층으로 구성될 수 있다.
프론트 시트와 백 시트 중 하나 또는 둘 다는 투명할 수 있다. 주변장치들을 연결하기 위한 영역들은 버스 바들, 보조 전자장치들 등과 접촉하기 위해 프론트 시트 및/또는 백 시트에 설계될 수 있다. 이들은, 예를 들어, 양호한 전기적 연결을 제공하도록 설계된 커넥터의 관통을 허용하는 약한 스폿들로서 또는 홀들로서 제조될 수 있다.
버스 바들은, 금속배선들, 예를 들어 프론트와 백 시트/및/또는 봉지재 막 사이의 금속 포일 라미네이트들로서, 그리고 관통 및 확장되는 전기 연결부의 연결을 위한 포켓형 영역을 제공하도록 설계될 수 있으며, 이는, 스프링 또는 와셔 스프링과 같은 압축 응력으로 두 금속배선들 사이에 부착되어 적소에 위치될 수 있고 이후 또한 밀봉될 수 있다.
일 실시예에서, 광전 유닛들에 대한 그리고 인접한 광전 유닛들 사이의 전기적 연결은, 프론트 시트 및/또는 백 시트를 관통하고 원하는 전기적 연결을 수행하고 그리고 상기 시트에 손상을 남기지 않고 후퇴할 수 있는 머신에 의해 나중 스테이지에서 수행될 수 있다. 프로세스는, 프론트 시트 또는 백 시트에 대한 손상이 캡슐화 재료에 의해 또는 다른 수단에 의해 수리되는 전기 연결 후 "치유 단계"를 포함할 수 있다.
유연성 태양광 막들은, 애플리케이션에 의해 요구되는 바와 같은 특정 형상들 및 길이들로 커팅되도록 설계될 수 있고, 반드시 최신 기술로서 하나의 폼 팩터로만 있을 필요는 없다. 이들은 설치 위치에서 일정 형상으로 커팅될 수 있다.
유연성 태양광 막 크기들은 1mm 내지 100km 사이, 바람직하게는 롤 방향으로 24km 내지 12m 사이, 그리고 수직 방향으로 1mm와 내지 10m, 바람직하게는 12cm 내지 4m의 크기들로 확장할 수 있다.
유연성 태양광 막은, 요구되는 전압 및 전류 조합을 생성할 수 있는 영역들을 생성하기 위한 PV 셀들의 상이한 조합들 및 연결들을 허용하는 모듈식 방식으로 구성될 수 있다.
본 발명의 실시예들은, 0.01mm 초과의 두께를 갖는 적어도 일부 취성 반도체 재료로 구성된 기판 바디를 포함하는 강화된 반도체 기판을 포함할 수 있다. 반도체 재료는 최상부, 최하부 및 측표면들을 가질 수 있다. 적어도 하나의 의도적으로 배치된 갭이 상기 기판 바디 내로 도입될 수 있고, 상기 의도적으로 배치된 갭은 반도체 재료 두께 적어도 10% 깊이 및 반도체 두께의 적어도 10% 폭일 수 있다. 강화된 기판은, 압축성/신축성 및/또는 유연성 기계적 속성들을 갖는 더 연질/더 강화 재료로 구성될 수 있는 적어도 하나의 의도적으로 배치된 갭 내에 갭 충전제를 포함할 수 있다. 실시예들에 따르면, 갭 충전제는 복합 반도체 기판에 기계적 충격 또는 힘 흡수 및/또는 강화 속성들을 전달 또는 도입시킬뿐만 아니라, 복합 반도체 기판을 유연성으로 만들 수 있다.
강화된 반도체 기판 반도체 바디는, 진성 반도체들, IV족 반도체들, III-V 반도체들, II-VI 반도체들, 실리콘, 실리콘 이산화물, 알루미늄 산화물, 사파이어, 게르마늄, 갈륨 비소(GaAs) 및 인듐 인화물(InP) 게르마늄, C, SiC, GaN, GaP, InSb, InAs, GaSb 반도체 온 글라스, 실리콘 온 글라스, 글라스, 실리카, 알루미나, 석영, 갈륨 비소(GaAs) 및 인듐 인화물(InP), CdTe, 유기/무기 페로브스카이트계 재료들, CIGS(CuGaInS/Se)(전술한 재료들의 도핑된 버전들 포함) 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나의 반도체 재료로 구성될 수 있다.
복합 기판 바디들은, 에피택셜 반도체 반도체 온 글라스: CIGS (Cu In Ga S/Se) 온 글라스, AZO/ZnO/CIGS 온 글라스, FTO/ZnO/CIGS 온 글라스, ITO/ZnO/CIGS 온 글라스, AZO/CdS/CIGS 온 글라스, FTO/CdS/CIGS 온 글라스, ITO/CdS/CIGS 온 글라스, FT0/Ti02/CIGS, CdTe 온 글라스, 글라스 AZO/ZnO/CdTe 온 글라스, FTO/ZnO/CdTe 온 글라스, ITO/ZnO/CdTe 온 글라스, AZO/CdS/CdTe 온 글라스, FTO/CdS/CdTe 온 글라스, ITO/CdS/CdTe 온 글라스, FT0/Ti02/CdTe를 포함할 수 있다.
반도체 바디는, 광전 셀, 발광 다이오드, 트랜지스터, 전력 트랜지스터, 집적 회로, 초고밀도 집적회로, 검출기, 다이오드 및 MEMS(Microelectromechanical systems)로 이루어진 그룹에서 선택된 반도체 디바이스를 제조하도록 구성될 수 있다.
실시예들에 따르면, 갭 충전제는: (a) 폴리머; (b) 수지; (c) 비정질 실리콘; (d) 글라스; (e) 금속; (f) 카본; (g) 산소; (h) 모노머; (i) 제2 반도체; (j) 올리고머; (k) 반응성 시스템(예를 들어, 모노머 및 광-개시제); (l) EVA; (m) PVDF; (n) 실리콘; (o) 플루오로폴리머; (p) SiNx; (q) EPDM; (r) 고무; (s) PDMS; (t) PFE; (u) 질소; (v) 티타늄; (w) TaN; (x) AlN; (y) 유기 화합물; (z) 무기 화합물; (aa) 질화물들; (ab) 인화물들; (ac) 탄화물들; (ad) 셀레나이드들; (ae) 할코게나이드들; (af) 할로겐화물들, 및/또는 (oag) 상기한 것들 중 둘 이상의 것의 조합물로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나의 재료로 구성될 수 있다.
탄성 또는 플라스틱 충전제로 구성된 갭 충전제는, (a) 폴리머, (b) 수지, (c) 모노머, (c) 올리고머, (e) PDMS, (f) EVA, (g) PFE, (h) 반응성 시스템(예를 들어, 모노머 및 광-개시제), (i) PVDF, (j) 실리콘, (k) EPDM 및 (l) 고무를 포함할 수 있다. 패시베이팅 재료로 구성된 갭 충전제는, (a) SiNx, (b) SiO2, (c) AlN, (d) TaN, (e) 질화물들, (f) 인화물들, (g) 탄화물들, (h) 셀렌화물들, (i) 할코게나이드들, (j) 할로겐화물들, (k) 비정질 실리콘을 포함할 수 있다. 화학적, 열적 및 기계적 내구성을 위한 복합 재료로 구성된 갭 충전제는, a) 금속, b) 카본, c) 세라믹 재료 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 갭 충전제는 위에서 나열된 옵션들의 임의의 조합으로 구성될 수 있다.
실시예들에 따르면, 갭 충전제 재료는 각각의 갭 내에서 반응적으로 성장될 수 있다. 갭 충전제는 일부 가스 또는 다른 물질을 갭 측벽의 벽 재료와 반응시킴으로써 형성될 수 있다. 갭 충전제는 상기 갭 측벽 상에 코팅을 형성할 수 있다. 상기 갭 벽들 상의 코팅은, 커팅/다이싱 프로세스 동안, 예를 들어 레이저 커팅 동안 제공된 특정 분위기(예를 들어, 가스)와 측벽 재료의 반응에 의해 형성될 수 있다.
실시예들에 따르면, 갭 충전제는 물리적으로 팽창할 수 있고, 갭 벽들이 이격되게 밀수 있다. 갭 충전제는 측벽들로부터의 재료와의 반응 동안 팽창할 수 있다. 대안적으로, 갭 충전제는 그 자체와의 반응으로 인해 팽창하는 반응성 재료들의 혼합물로서 갭 내로 도입될 수 있다.
강화된 반도체 기판은, 기판의 최상부 또는 최하부 표면 또는 임의의 다른 특정 평면에 대해 특정 방향으로 부착된 이방성 입자들을 갖는 갭 충전제 혼합물을 포함할 수 있다.
강화된 반도체 기판은, 갭 내에 또는 갭에 걸쳐 이산 층들로서 증착된 재료들로 구성된 갭 충전제를 포함할 수 있다. 증착된 재료(들)는 일반적으로, 반도체 기판의 최상부 및 최하부 표면들에 평행하게, 또는 기판의 최상부 및 최하부 표면들에 대한 수직인 것을 포함하는 임의의 다른 방향에 평행하게 놓일 수 있다. 증착된 이산 층들의 상이한 층들은 상이한 속성들을 가지며, 상이한 강화 기능들을 제공한다.
실시예들에 따르면, 강화된 반도체 기판은 기판 바디로부터 재료를 제거함으로써 생성되는 의도적으로 배치된 갭을 포함할 수 있다. 의도적으로 배치된 갭은 상기 기판 바디의 적어도 최상부 표면에 걸쳐 단일 라인으로 또는 라인들의 어레이 또는 다른 형상들로 구성된 패턴으로 연장될 수 있다. 라인들의 어레이는, 인접한 유사한 이산 영역들로부터 분리된 최상부 표면의 이산 영역들을 생성하기 위해 상이한 지점들에서 교차할 수 있다.
실시예들에 따른 강화된 반도체 기판은, 상기 기판 바디의 최상부 표면 및 최하부 표면 각각에 걸쳐 연장되는 의도적으로 배치된 갭을 포함할 수 있고, 이로써, 최상부 표면 및 최하부 표면 각각 내에 별개의 상이한 갭 패턴들을 형성한다. 최상부 표면 및/또는 최하부 표면 각각 내의 갭 패턴들을 충전하기 위해 사용되는 갭 충전제 재료는 상이할 수 있으며, 여기서 2개의 갭 패턴들 중 하나는 충전되지 않은 채로 남아 있을 수 있다.
실시예들에 따른 강화된 반도체 기판은, 기판 바디로부터 재료를 제거함으로써 생성되고 최상부 표면으로부터 최하부 표면으로 반도체 바디를 완전히 통과할 수 있는 의도적으로 배치된 갭들을 포함할 수 있다. 실시예들에 따르면, 의도적으로 배치된 갭은 갭의 측면들로부터 반도체 기판 부분들 사이의 거리를 확장시킴으로써 생성될 수 있다.
의도적으로 배치된 갭은 최상부 표면 및 최하부 표면에 수직일 수 있다. 의도적으로 배치된 갭은 최상부 표면 및 최하부 표면에 대해 90도 이외의 각도로 있을 수 있다. 의도적으로 배치된 것은 편평한 벽들을 갖는 규칙적인 윤곽일 수 있다. 의도적으로 배치된 갭은 "V자-형상", "U자-형상", 편평한 또는 다른 형상과 같은 불규칙한 윤곽일 수 있다.
본 발명의 실시예들은 언급된 반도체 피처들을 제공하기 위해 현재 알려진 또는 장래에 고안될 모든 단계들을 포함한다.
본 발명의 실시예들은, 최상부 표면, 최하부 표면 및 적어도 하나의 측벽을 포함하는, 폼-팩터를 갖는 반도체 재료로 구성된 반도체 바디, 상기 바디 내에 적어도 하나의 의도적으로 배치된 갭; 및 셀 바디 내에 형성된 갭에 증착된 갭 충전제를 포함하는 기계적으로 강화된 PV(Photovoltaic) 셀을 포함할 수 있다. 상기 셀 반도체 바디 내의 갭들은, 상기 PV 셀(또는 PV 셀 어레이 또는 PV 마이크로-셀 어레이)을 2개 이상의 마이크로 PV 셀들로 파티셔닝 또는 세그먼팅하도록 일정 패턴으로 연장될 수 있으며, 각각의 마이크로 PV 셀은 바디인, 최상부 표면, 최하부 표면 및 측벽들을 갖는다.
실시예들에 따르면, 각각의 마이크로 PV 셀은 상기 마이크로 PV 셀의 적어도 2개의 전극 접촉부들을 포함할 수 있고, 그 각각은 그 개개의 마이크로 PV 셀 내의 PN 접합부의 서로 다른 면에 전기적으로 연결된다. 실시예들에 따르면, 전극 접촉부들은 마이크로 PV 셀의 최하부 표면상에서 측방향으로 이격될 수 있다. 마이크로 PV 임의의 표면 셀은 상기 마이크로 PV 셀의 임의의 표면 상의 적어도 2개의 전극 접촉부들을 포함할 수 있고, 각각은 그 개개의 마이크로 PV 셀 내의 PN 접합부의 서로 다른 면에 전기적으로 연결된다.
마이크로 PV 셀 최상부 표면은, (a) 정사각형; (b) 직사각형; (c) 십각형; (d) 육각형; (e) 칠각형; 그리고 팔각형으로 이루어진 그룹에서 선택된 다각형일 수 있다. 상기 다각형의 각각의 면은 0.1mm 내지 5mm 범위의 길이를 가질 수 있다. 마이크로 PV 셀 최하부 표면은 상기 최상부 표면과 동일한 형상 및 실질적으로 면 길이들을 가질 수 있다. 실시예들에 따르면, 최하부 표면은 최상부 표면의 면 길이들과 상이한 면 길이들을 가질 수 있다.
최상부 표면으로부터 최하부 표면까지의 상기 마이크로 PV 셀의 두께는 0.01mm 내지 5mm의 범위일 수 있다. 적어도 하나의 마이크로 PV 셀 측벽은 상기 최상부 표면에 대해 경사질 수 있거나 또는 만곡된 표면을 가질 수 있다.
실시예에 따르면, 마이크로 PV 셀 측벽은 상기 마이크로 PV 셀 바디를 구성하는 재료와 상이한 재료로 코팅될 수 있다. 측벽은 패시베이션 재료로 코팅될 수 있다. 측벽은 전기적으로 절연성인 재료로 코팅될 수 있다. 측벽은 전기적으로 절연성인 재료로 코팅될 수 있다. 측벽은, (a) 산소, (b) 암모니아, (c) 질소, (d) 수소, 및 (e) 아르곤, (f) 이들 재료들의 화합물들, 및 (g) 이들의 혼합물들로 이루어진 그룹에서 선택된 물질과 셀 바디 재료를 반응시킬 때 생성되는 화합물로 코팅될 수 있다.
실시예들에 따르면, 마이크로 PV 셀 전극들 각각은, 별개의 마이크로 PV 셀들 상의 대응하는 전극들을 상호연결하는 별개의 유연성 전도체에 연결된다. 실시예들에 따르면, 전도성 메시는 상이한 강화된 PV 셀들 상의 대응하는 전극들을 전기적으로 연결하는 전도체들을 포함할 수 있다.
실시예들에 따른 강화된 PV 셀은 상기 최상부 표면 위에 위치된 클리어 또는 투명 폴리머 라미네이트를 포함할 수 있다. PV 셀은 클리어(또는 투명) 최상부 시트 및/또는 봉지재를 포함할 수 있다. 최상부 시트는 마이크로 PV 셀들 위에 위치된 광학 집광기들을 포함할 수 있다. 광학 집광기들은 마이크로 PV 셀들 사이의 갭의 전부 또는 일부를 커버할 수 있거나 커버하지 않을 수 있다. 광학 집광기들은 상기 클리어 최상부 시트에 엠보싱되거나 아니면 부가될 수 있다. 부가하는 것은, 라미네이트가 PV 셀에 부착되는 동안 또는 부착된 후에, 화학적 에칭, 마이크로-머시닝, 레이저 삭마 또는 다른 수단을 포함할 수 있다.
실시예들에 따르면, 집광기들은 최적화된 경사 각도로부터 개개의 마이크로 PV 셀의 활성 영역으로 일광을 지향시키도록 기하학적으로 최적화될 수 있다. 집광기들은 개개의 마이크로 PV 셀들의 비활성 부분으로부터 멀어지게 광을 지향시키도록 기하학적으로 최적화될 수 있다.
본 발명의 실시예들은, 2개 이상의 강화된 PV 셀들이 서로에 대해 배열될 수 있는, 굽힘성 그리고/또는 신축성 지지 시트를 포함하는 기계적으로 강화된 PV(Photovoltaic) 셀 어레이를 포함할 수 있다. 어레이는, 적어도 2개의 강화된 PV 셀들의 대응하는 전기 출력 단자들을 전기적으로 상호연결하기 위한 전기 전도체 메시를 포함할 수 있고, 상기 강화된 PV 셀들 중 적어도 하나는 최상부 표면, 최하부 표면 및 적어도 하나의 측벽을 포함하는, 폼-팩터를 갖는 반도체 기판으로 형성될 수 있고, 내부에 갭 충전제가 증착되어 있는 상기 바디 내에 갭이 의도적으로 배치된다.
어레이는 위에서 설명된 바와 같이 강화된 PV 셀들로 구성될 수 있다. 전기 접촉부들은, 각각의 강화된 셀에 부착될 수 있고, 강화된 PV 셀들 사이의 상호연결들을 포함하는 지지 시트 상에 배치될 수 있다. PV 셀들은 개개의 최하부 표면들을 통해 분산된 도트 접촉부들을 포함할 수 있고, P 및 N 접촉부들을 포함할 수 있다.
실시예들에 따른 강화된 PV 셀은, 그의 최하부 표면을 통해 분산된 도트 접촉부들을 포함할 수 있고, 동일한 극성의 2개 이상의 도트 접촉부들을 연결하는 p 및 n 접촉부들을 포함할 수 있다.
실시예들에 따른 어레이는, 적어도 2개의 강화된 PV 셀들의 대응하는 전기 출력 단자들을 전기적으로 상호연결하기 위한 전기 전도체 메시를 포함할 수 있는 반면, 어레이는 또한, 마이크로 PV 셀들 및/또는 마이크로 PV 셀들의 그룹 및/또는 하나 이상의 강화된 PV 셀을 연결할 수 있다.
실시예들에 따른 어레이는 50cm 미만의 직경을 갖는 롤 상에서 롤링가능한 연속적인 유연성 어레이로 구성된 유연성 PV 모듈을 제공할 수 있다. 유연성 모듈은 0.12m 내지 24km의 길이 및 0.12m 내지 12m의 폭을 갖는 연속적 유연성 어레이로 구성될 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, PV 모듈의 비중량(specific weight)은 1미만일 수 있고, PV 모듈은 물(또는 다른 액체들)상에서 부유할 수 있다. 어레이 지지 시트는 폐쇄 셀 발포형 폴리머(closed cell foamed polymer)로 만들어질 수 있다. 폐쇄 셀 발포형 폴리머는 폴리올레핀, PDMS, EPDM, 실리콘, 폴리우레탄을 포함하는 폴리머 재료로 구성될 수 있다. 지지 시트는 플루오로폴리머, PET, PVC, EPDM, ETFE, ECTFE, 아크릴, PC, PVDF, PEF, POE, PP, PE, Al, 실리콘 및 이들의 조합물로 만들어질 수 있다. 어레이의 최상부 시트는, 투명하고 그리고/또는 컬러링되고 그리고/또는 패터닝되고 그리고/또는 엠보싱된 플루오로폴리머, PET, PVC, EPDM, ETFE, ECTFE, 아크릴, PC, PVDF, PEF, POE, PP, PE, 및/또는 Al, 실리콘 및 이들의 조합물들, ETFE, PET, PVDF, PP, PE, EVA 및 FEP로 만드어질 수 있다. 일부 실시예들에서, PV 모듈 또는 PV 셀들의 어레이는, 예를 들어, 선택적으로 폐쇄 기공들 또는 코팅 기공들을 갖는, 스폰지 또는 발포형 경량 플라스틱 또는 폴리스티렌 또는 발포형 폴리스티렌 또는 스티로폼의 하나 이상의 층을 활용함으로써, 전체 모듈 또는 제품이 물에 뜨거나 다른 액체들에 뜨도록 하기 위해, 1 보다 작은 비중량을 갖는 하나 이상의 층들로 형성되거나 이를 포함할 수 있다. 그러한 층(들)은, 모듈 또는 어레이의 최하부 층 아래에, 또는 그 일부 부분들 또는 구역들 아래에, 또는 그 측면-에지들 또는 측면- 패널들에, 또는 다른 적절한 위치들에, 아교접착되거나 또는 결합되거나 또는 다른식으로 연결 또는 장착될 수 있다.
이제 도 1a를 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른, 반도체 기판 또는 웨이퍼(이 출원에서 상호 교환가능하게 사용되는 웨이퍼 및 기판)를 강화하기 위한 시스템의 기능적 레벨의 상징적 예시가 도시된다. 도 1a의 시스템의 동작은, 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 기판을 강화시키는 방법의 흐름도인 도 1b의 흐름도에 열거된 단계들과 함께 설명될 수 있다. 특정 머신들/스테이션들 및 사용되는 단계들의 특정 시퀀스는 혁신안을 저하시키지 않으면서 변할 수 있다.
최하부 봉지재와 함께 최하부 지지 시트가 언롤링되고 결합되어, 전기적 상호연결부들, 이를테면, 전도체 메시(맞물림 또는 맞물리지 않음)가 언롤링되고 배치되는 최하부 지지부를 형성한다. 복합 막 및 전기 지지 구조 상에서, 픽 & 플레이스 머신이 본 발명에 적용가능한 임의의 구성으로 하나 이상의 반도체 기판들을 배치한다. 전기 접촉 스테이션은 배치된 기판들 상의 관련 전극들과 메시 상의 대응하는 전도체들 사이에 접촉하고, 그 후에, 접착제 경화 스테이션에서 최하부 봉지재가 경화된다. 전기적으로 연결되고 접착제로 부착된 기판들의 최상부 표면은, 커팅, 다이싱 또는 브레이킹 스테이션을 사용하여 실시예들에 따라 반도체 기판 바디 갭들을 형성하도록 분리/싱귤레이팅/그루빙된다. 그런 다음, 커팅들을 통해 세정될 수 있는 기판 갭들은, 갭 충전 스테이션에서, 본 발명의 실시예들에 따른 갭 충전제 재료에 의해 충전된다. 그런 다음, 클리어한 최상부 라미네이팅 막 및 클리어한 최상부 시트가 기판들의 최상부 상에서 함께 가압되고, 그 후에, 출력 제품이 롤링 스테이션에서 롤업된다.
도 1a의 시스템과 관련하여 선택적인 프로세스들 및 디바이스들이 다음의 도면들에 도시된다. 이제 도 2a를 참조하면, 본 발명의 예시적인 실시예의 일부로서 반도체 기판들을 지지 시트 상에 배치하는 픽 & 플레이스 프로세스(102A)의 측면도 예시가 도시된다. 도 2b는 본 발명의 예시적인 실시예의 일부로서 반도체 기판들을 지지 시트 상에 배치하는 픽 & 플레이스 프로세스(102B)의 평면도 예시이다.
이제 도 3a 내지 도 3c를 참조로, 본 발명의 일부 실시예들에 따른, 지지 시트 상에 포지셔닝되며 그리고 커팅 스테이션에서 자동화 커터에 의해 수행되는 물리적 스크라이빙 또는 다이싱(커팅) 프로세스에 의해 분리되거나, 그루빙되거나 또는 싱귤레이팅되는 한 세트의 반도체 기판들(각각, 세트(103A), 세트(103B), 세트(103C))의 일련의 평면도 예시들을 포함한다. 도 4a 내지 도 4c는, 본 발명의 다단계 싱귤레이션 실시예에 따라, 지지 시트 상에 포지셔닝되고 완전히 싱귤레이팅된 한 세트의 반도체 기판들(각각, 세트(104A), 세트(104B), 세트(104C))의 일련의 측면도 예시들을 포함하며, 여기서 2개 디멘션들의 부분적인 물리적 스크라이빙 또는 다이싱(커팅)과 물리적 변형의 조합은 사전정의된 패턴으로 기판들을 완전히 싱귤레이팅하는 데 사용된다. 도 4d 내지 4f는, 본 발명의 실시예들 따른 분리/싱귤레이션 프로세스를 통해 트랜지션되는, 반도체 기판(각각 기판(104D), 기판(104E), 기판(104F))의 일련의 평면도들을 도시한다.
이제 도 5a를 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 빔-기반 반도체 분리 시스템(105A)의 기능적 레벨 예시가 도시된다. 빔은 레이저, 전자 빔, 소닉 빔, 워터 스트림, 가스/제트 스트림, 및/또는 오늘날 알려진 또는 미래에 개발될 임의의 다른 빔 타입들일 수 있다. 도 5b 및 5c는 각각, 본 발명의 빔-기반 실시예들에 따른 예시적인 분리/싱귤레이션 프로세스들을 통해 트랜지션되는, 반도체 기판(각각, 시리즈(105B) 및 시리즈(105C))의 일련의 평면도들을 도시한다.
이제 도 5d를 참조로, 본 발명의 실시예들에 따라 분리되거나, 그루빙되거나 또는 싱귤레이팅된 그리고 본 발명의 추가 실시예들에 따라 싱귤레이션에 의해 형성된 갭들 아래에 전기 전도체 메시를 포함하는 반도체 기판 바디(105d)의 사시도를 도시한다. 도 5e는, 갭 형상들의 세트(105E)로 도시된, 본 발명의 실시예들에 따라 제조되고 그리고/또는 사용될 수 있는 몇몇 선택적인 반도체 바디 갭 형성 기하학구조들의 측단면도이다. 이 도면은, 웨이퍼가 전도체 메시에 사전부착되는 특정 예 또는 실시예를 예시한다는 것이 주목되어야 한다. 반드시 항상 그런 것은 아니다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 PV 디바이스 실시예들에 따른 반도체 바디(각각, 106A 및 106B)의 저면들이며, 여기서 맞물린 포지티브 전극 및 네거티브 전극이 기판 바디의 최하부로부터 돌출하고, 대응하는 포지티브 전극들에 대한 네거티브 전극들의 배치 및 어레인지먼트들에 따라 상이한 분리/커팅 패턴들이 사용된다. 도 6a는, 대향하는 대응하는 전극들이 정렬될 때, PV 셀을 싱귤레이팅하는 데 직사각형 커트들이 사용되는 것을 도시한다. 도 6b는, 대향하는 대응하는 전극들이 정렬되지 않을 때, PV 셀을 싱귤레이팅하는 데 대각선 커트들이 사용되는 것을 도시한다.
이제 도 7을 참조로, 본 발명의 실시예들에 따른 빔-기반 반도체 분리 시스템(107)의 기능적 레벨 예시를 도시하며, 빔 분리 중에 반응성 물질이 제공되며, 반응성 물질은 분리기 빔에 노출된 반도체 바디의 일부들과 반응할 수 있다. 이는 본 발명의 실시예들에 따른 갭 충전을 위한 단지 하나의 가능한 옵션이다. 오늘날 알려진 또는 미래에 고안될 모든 충전제 삽입 또는 증착이 적용가능할 수 있다. 도 8a는, 본 발명의 일부 실시예들에 따라 싱귤레이팅되고 갭 측벽들 상에 코팅 형태의 갭 충전제를 포함하는 반도체 기판 바디(108A)의 사시도이다. 도 8b는, 코팅 층을 또한 포함하는 본 발명의 실시예들에 따라 생성되고 그리고/또는 사용될 수 있는 갭 형상들의 세트(108B)로 도시된 몇몇 선택적인 반도체 바디 갭 형성 기하학적 구조들의 측단면도이다. 갭 충전 재료는, 갭의 벽들만을 코팅할 수 있거나, 갭을 완전히 충전할 수 있거나, 또는 갭을 충전하고 오버 플로우할 수 있고, 따라서 웨이퍼의 상부 표면 상에 코팅 층을 생성할 수 있다.
도 9a 내지 도 9f는, 반도체 기판/웨이퍼 바디의 3개의 세트들의 상부 및 측면 예시들을 포함하며, 여기서 각각의 세트는 본 발명의 실시예들에 따른 비강화 구성으로부터 3개의 개별 강화 구성들 각각으로의 반도체 기판/웨이퍼 바디의 트랜지션을 예시한다. 이들은 다음의 3개의 옵션들을 보여준다: (1) 부분적인 최상부 분리/싱귤레이션, 충전 및 코팅;(2) 최상부 및 최하부 부분적 분리/싱귤레이션, 충전 및 코팅; 및 (3) 완전한 분리/싱귤레이션, 충전 및 코팅. (2) 경우에서, 최상부 및 최하부 그루핑 맵들은 동일하거나 상이할 수 있고, 양측의 갭들에 사용되는 충전제 재료는 동일하거나 상이할 수 있다. 예를 들어, 도 9a는 웨이퍼들의 세트(109A)를 도시하며, 여기서: 아이템(201)은 프로세싱 전 웨이퍼의 평면도이고, 아이템(202)은 그의 측면도이고; 아이템(203)은 부분적 싱귤레이션 후 웨이퍼의 평면도이고, 아이템(204)은 그의 측면도이며; 또한, 도 9b는 웨이퍼들의 세트(109B)를 도시하며, 여기서: 아이템(211)은 부분적으로 싱귤레이팅된 웨이퍼의 평면도 (예를 들어, 강화제를 커프들에 통합한 후; 최상부 층 상의 코팅은 선택적임)이고, 아이템(212)은 그의 측면도이고, 아이템(213)은 그의 AA 섹션의 도면이다. 예를 들어, 도 9c는 웨이퍼들의 세트(109C)를 도시하며, 여기서: 아이템(221)은 프로세싱 전 웨이퍼의 평면도이고, 아이템(222)은 그의 측면도이고; 아이템(223)은 최상부 및 최하부의 부분적 싱귤레이션 후 웨이퍼의 평면도이고, 아이템(224)은 그의 측면도이며; 또한, 도 9d는 웨이퍼들의 세트(109D)를 도시하며, 여기서: 아이템(231)은 부분적으로 싱귤레이팅된 웨이퍼의 평면도 (예를 들어, 강화제를 최상부 및 최하부 커프들에 통합한 후; 최상부 층 상의 코팅은 선택적임)이고, 아이템(232)은 그의 측면도이고, 아이템(233)은 그의 AA 섹션의 도면이다. 예를 들어, 도 9e는 웨이퍼들의 세트(10E)를 도시하며, 여기서: 아이템(241)은 프로세싱 전 웨이퍼의 평면도이고, 아이템(242)은 그의 측면도이고; 아이템(243)은 완전 싱귤레이션 후 웨이퍼의 평면도이고, 아이템(244)은 측면도이며; 또한, 도 9f는 웨이퍼들의 세트(109F)를 도시하며, 여기서: 아이템(251)은 완전히 싱귤레이팅된 웨이퍼의 평면도 (예를 들어, 강화제를 커프들에 통합한 후; 최상부 층 상의 코팅은 선택적임)이고, 아이템(252)은 그의 측면도이고, 아이템(253)은 그의 AA 섹션의 도면이다.
이제 도 10a를 참조로, 본 발명의 PV(Photovoltaic) 관련 실시예를 제조하기 위한 시스템(110A)의 기능 블록 레벨 예시가 도시되며, 여기서 선택적으로 지지 시트 상의 분리된/싱귤레이팅된/그루빙된 기판들은 최상부 및 최하부 EVA 막들(캡슐화 재료의 예로서) 내에 캡슐화된 다음, 최상부 및 최하부 폴리머 시트들 내에 캡슐화된다. 폴리머 시트들 이외의 재료들이 사용될 수 있다. 폴리머 시트들은 선택적으로, 최상부 시트 상에 집광 광학기로 형성(엠보싱, 에칭, 머시닝, 삭마)된다. 도 10b는 본 발명의 실시예들에 따른, 강화된 PV 셀을 커버하는 최상부 시트 상에 마이크로 또는 미니 렌즈들을 제공하기 위한 클리어 폴리머 엠보싱 조립체(110B)의 측면도 예시이다. 도 10c는 본 발명의 실시예들에 따른 마이크로-렌즈 엠보싱된 최상부 시트로 강화되고, 캡슐화되고, 커버된 마이크로 PV 셀들의 어레이(110C)의 측면도 예시이다. 예시(10c)는 태양광 방사의 각도에 대응하여 비대칭 집광 마이크로-렌즈들이 사용될 수 있는 실시예를 예시한다.
일부 실시예들에서, 제조 프로세스는, (예를 들어, 다이싱, 그루빙, 커팅 등으로 인한) 제거 처리로부터의 입자들 또는 잔류 재료(들)의 세정 또는 브러싱 또는 워싱 또는 워싱-제거(washing-away), 또는 다른 제거 또는 폐기의 동작들을 포함한다. 이러한 입자들 또는 잔류물 및/또는 갭들 또는 크레이터들 또는 터널들을 생성하기 위해 제거되었거나 제거된 재료(들)는, 워싱제거되거나 워싱되어 빠져나가거나(washed out), 또는 브러싱제거되거나 브러싱되어 빠져나갈 수 있거나, 또는 에어 블라스트들을 통해 블로잉 제거될 수 있거나, 또는 쉐이킹 또는 진동에 의해 쉐이킹 제거될 수 있거나, 또는 레이저 빔 또는 레이저-기반 입자 제거 프로세스(예를 들어, 그루빙 또는 커팅에 활용되는 레이저와 이외의 다른 타입의 레이저를 선택적으로 활용)를 적용함으로써 또는 세정 목적들(예를 들어, 초음파 배쓰)을 위해 액체(들) 용기 또는 배쓰에 재료들을 일시적으로 침지시킴으로써, 세정제거되거나, 제거되거나, 폐기될 수 있거나, 또는 이와 다른식으로 제거되거나 폐기될 수 있다.
예시 목적들을 위해, 상기 또는 본원에서의 논의의 일부 부분들 및/또는 도면들의 일부는, 전체 웨이퍼 또는 전체 세트 또는 어레이의 PV 셀들 또는 다른 반도체 디바이스(들)과 관련하여 수행되는 단일 타입의 패턴 또는 단일 타입의 패터닝과 관련될 수 있지만 (또는 예시될 수 있지만); 이들은 단지 비-제한적인 예일뿐이며, 일부 실시예들은 단일 웨이퍼 또는 단일 어레이의 PV 셀들 또는 다른 반도체 디바이스들 내에서 (또는 이에 적용되는) 둘 이상의 상이한 패턴들을 활용하거나 이를 특징으로 할 수 있다. 예를 들어, 웨이퍼의 제1 구역은 제1 패턴(예를 들어, 십자형 패턴 또는 수직선들과 교차하는 수평 라인들의 패턴)에 따라 갭들 또는 그루브들 또는 크레이터들을 갖도록 제조될 수 있는 반면, 동일한 웨이퍼의 제2 구역은 제2의 상이한 패턴(예를 들어, 지그재그 패턴; 또는 만곡된 라인들의 패턴; 대각선 라인들과 교차하는 수평 라인들의 패턴)에 따른 갭들 또는 그루브들 또는 크레이터들을 특징으로 할 수 있다. 유사하게, 제1 구역은 제1 밀도(예를 들어, 제곱 센티미터 당 N개의 갭들 또는 N개의 그루브들 또는 N개의 크레이터들)의 갭들 또는 그루브들 또는 크레이터들을 포함할 수 있는 반면, 제2의 공동 위치된 구역 또는 인근 구역 또는 이웃하는 구역은 제2 밀도(예를 들어, 제곱 센티미터 당 2N개 또는 3N개 또는 5N개의 갭들 또는 그루브들 또는 크레이터들)의 갭들 또는 그루브들 또는 크레이터들을 특징으로 할 수 있다. 유사하게, 이러한 갭들 또는 그루브들 또는 크레이터들에 의해 형성되는 라인 또는 다른 기하학적 형상들의 밀도는 동일한 웨이퍼 또는 PV 셀들의 어레이의 상이한 구역들 사이에서 또는 이들 중에서 상이할 수 있다. 이는 단순한 설계 특징이 아니라, 오히려 기능적 특징이며, 예를 들어, 단일 표면 또는 웨이퍼 또는 디바이스 또는 최종 제품은, 특정 기능적 목적들을 달성하기 위해, 다른 구역들에서 상이한 레벨들의 강성 또는 강인성 또는 유연성 또는 탄성 또는 강화성을 갖도록 적응될 수 있다. 예를 들어, 최종 제품의 제1 구역 또는 컴포넌트는, 그 구역에서 더 큰 레벨의 기계적 유연성을 가능하게 하기 위해, 더 많은 수 또는 밀도의 갭들 또는 크레이터들, 또는 이의 제1 특정 패턴으로 제조될 수 있는 반면, 최종 제품의 제2 구역 또는 컴포넌트는, 상기 제2 구역의 더 큰 레벨의 기계적 강성 또는 감소된 레벨의 기계적 유연성을 가능하게 하기 위해, 더 적은 수 또는 밀도의 갭들 또는 크레이터들 또는 이의 제2 특정 패턴을 가질 수 있다.
일부 실시예들에서, 갭들 또는 그루브들 또는 크레이터들 또는 포켓들 또는 리세스들 또는 분지들 또는 아일랜드들은 십자형 이외의 또는 수직 라인들과 90도로 교차하는 수평 라인들 이외의 패턴으로 배열되거나 생성될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들은, 제1 세트의 일반적으로 평행한 라인들이 (예를 들어, 직각이 아닌) 특정 각도에서, 제2 세트의 일반적으로 평행한 라인들과 교차하거나, 또는 한 세트의 만곡된 라인들과 교차하는 식인 갭들 또는 그루브들 또는 크레이터들의 패턴을 활용할 수 있다.
일부 실시예들에서, 제조된 웨이퍼 또는 PV 셀 어레이, 또는 다른 반도체 디바이스는, 그의 최상부 층이 만곡되거나 구부러 질 때 그 최상부 층이 팽창하도록 다수의 층들을 포함할 수 있는 반면, 그의 최하부 층은 만곡되거나 구부러질 때 축소되거나 수축하며; 또는 이의 역일 수 있다. 따라서, 제조 프로세스에서 그루빙, 커팅, 갭 생성 및 패터닝은 이러한 층(들)의 기계적 팽창 또는 기계적 수축을 수용하도록 사전에 구성될 수 있으며; 이러한 확장 또는 수축이 가능해지는 것을 보장하기 위해, 선택적으로, 상이한 구역들에서의 상이한 패턴들, 및/또는 상이한 구역들에서의 상이한 밀도의 갭들 또는 그루브들, 및/또는 상이한 구역들에서의 상이한 유형들 또는 형상들의 갭들 또는 그루브들 또는 크레이터들 또는 터널들을 활용할 수 있다.
상기 및/또는 본원에서 설명된 하나 이상의 레이저 프로세스들 또는 레이저-기반 프로세스들 또는 동작들은 제조 프로세스의 하나 이상의 상이한 스테이지들에서 수행될 수 있다. 예를 들어, 레이저 처리 또는 커팅 또는 그루빙은, 초기 동작으로서 또는 제1 동작으로서 또는 제조 프로세스에서의 준비 동작으로서; 및/또는 제조 프로세스 자체 동안 수행되는 동작으로서; 및/또는 사후-프로세싱 또는 제조 후 동작들의 일부로서; 및/또는 세정 동작의 일부로서 또는 잔류물 제거 동작의 일부로서; 또는 레이저를, 선택적으로, 다른 층들이 아닌 하나 이상의 층(들)에 또는 선택적으로 하나 이상의 특정 봉지재 층들 또는 봉지재 재료(또는 이들 모두)에 적용함으로써, 및/또는 커넥터들 또는 전기 커넥터들의 제조를 위해, 또는 하나 이상의 다른 동작들(예를 들어, 솔더링, 저온 솔더링, SMT 솔더링 또는 장착, 핫-에어 솔더링, 리플로우 오븐 또는 리플로우 머신을 사용한 리플로우 솔더링, 충전제 금속으로서 주석-납 합금을 사용하는 소프트 솔더링)에 선행하거나 이를 수반하거나 이에 후속하는 동작으로서 수행될 수 있다. 일부 실시예들에서, 레이저 처리는 하나 이상의 층(들)에만 선택적으로 적용될 수 있고 다른 층(들)에는 적용되지 않고 그리고/또는 특정 구역들에만 적용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 레이저 처리는, 내부 층 또는 최하부 층 상에서 선택적으로 작동될 수 있지만, 처리된 층(들) 위의 하나 이상의 층(들)을 반드시 처리하거나 영향을 주는 것은 아니지만 통과하면서, 예를 들어 실리콘 층만 선택적으로 레이저 처리하고 그 위 및/또는 아래의 다른 층은 레이저 처리하지 않는다.
일부 실시예들에서, 단일 봉지 재 층이 제조된 모듈의 최하부 부분에 또는 그 근처에서 활용될 수 있다. 다른 실시예들에서, 단일 봉지 재 층이 제조된 모듈의 최상부 부분에 또는 그 근처에서 활용될 수 있다. 다른 실시예들에서, 2개 이상의 봉지재 층들이 제조된 모듈의 2개의(또는 그 이상의) 상이한 구역들 또는 부분들(이를테면, 제조된 모듈의 최하부 부분에 또는 그 근처에 있는 하나의 봉지재 층, 및 제조된 모듈의 최상부 부분에 또는 그 근처에 있는 다른 봉지재 층)에서 활용될 수 있다. 이러한 봉지재 층들은, 예를 들어 열가소성 폴리올레핀(TPO) 봉지재들, 폴리올레핀 엘라스토머(POE), 또는 다른 적합한 재료들일 수 있거나 또는 이들을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 파이버글라스 또는 글라스-파이버의 하나 이상의 층들이 사용되거나 추가되거나 연결될 수 있거나, 또는 제조된 모듈의 통합 부분일 수 있다. 예를 들어, 단일 파이버글라스 또는 글라스-파이버 층이 제조된 모듈의 최하부 부분에 또는 그 근처에서 활용될 수 있다. 다른 실시예들에서, 단일 파이버글라스 또는 글라스-파이버 층이 제조된 모듈의 최상부 부분에 또는 그 근처에서 활용될 수 있다. 다른 실시예들에서, 2개 이상의 파이버글라스 또는 글라스-파이버 층들이 제조된 모듈의 2개의(또는 그 이상의) 상이한 구역들 또는 부분들(이를테면, 제조된 모듈의 최하부 부분에 또는 그 근처에 있는 하나의 파이버글라스 또는 글라스-파이버 층, 및 제조된 모듈의 최상부 부분에 또는 그 근처에 있는 다른 파이버글라스 또는 글라스-파이버 층)에서 활용될 수 있다. 파이버글라스 또는 글라스-파이버 컴포넌트들은 에폭시 및/또는 폴리에스테르 및/또는 POE 또는 다른 신축성/압축성 폴리머 및/또는 다른 열경화성 또는 열가소성 매트릭스들 또는 어레이들 또는 재료들에 내장될 수 있다.
일부 실시예들에서, 카본-파이버의 하나 이상의 층들이 사용되거나 추가되거나 연결될 수 있거나, 또는 제조된 모듈의 통합 부분일 수 있다. 예를 들어, 단일 카본-파이버 층이 제조된 모듈의 최하부 부분에 또는 그 근처에서 활용될 수 있다. 다른 실시예들에서, 단일 카본-파이버가 제조된 모듈의 최상부 부분에 또는 그 근처에서 활용될 수 있다. 다른 실시예들에서, 2개 이상의 카본-파이버 층들이 제조된 모듈의 2개의(또는 그 이상의) 상이한 구역들 또는 부분들(이를테면, 제조된 모듈의 최하부 부분에 또는 그 근처에 있는 하나의 카본-파이버 층, 및 제조된 모듈의 최상부 부분에 또는 그 근처에 있는 다른 카본-파이버 층)에서 활용될 수 있다. 카본 종 및/또는 카본-파이버 컴포넌트들은 에폭시 및/또는 폴리에스테르 및/또는 POE 또는 다른 신축성/압축성 폴리머 및/또는 다른 열경화성 또는 열가소성 매트릭스들에 내장될 수 있다.
일부 실시예들에서, 위에서 언급된 동작들 또는 이들 중 일부는, 사전-성형 프로세스로서(또는 그에 부가하여) 수행될 수 있고, 그리고/또는 성형-후 프로세스로서(또는 그에 부가하여) 수행될 수 있다. 일부 실시예들에서, PV 셀들의 모듈 또는 어레이의 제조는, 특정 성형 프로세스의 일부로서(또는 그와 함께) 수행될 수 있으며, 여기서 특정 비-평면 3차원 형상(예를 들어, 자동차 루프(roof))가 주형(mold)을 생성하는 데 활용되며, 그 위에 PV 셀들이 배치된다.
일부 실시예들에서, 제조 프로세스는 하나 이상의 층(들) 또는 컴포넌트들 또는 구역들의, 특히 실리콘 층의 도핑 및/또는 사전-도핑 및/또는 사후-도핑을 포함할 수 있다. 예를 들어, 양으로 하전된(p-타입) 실리콘 베이스를 활용하여, p-타입 PV 셀이 제조될 수 있다. 예시적인 예에서, 웨이퍼는 붕소로 도핑되고; 그런 다음, 웨이퍼의 최상부에는 인이 음으로 도핑되고(n-타입), 이로써 PV 셀에서의 전기 흐름을 가능하게 하는 p-n 접합부를 형성하는 데 도움이 된다. 다른 실시예들에서, n-타입 PV 셀이 제조될 수 있으며, n- 도핑된 측은 PV 셀의 기반으로서의 역할을 하고; 선택적으로는, 더 높은 효율을 제공하거나 또는 LID(Light Induced Degradation)에 대해 더 내성이 있다. 일부 실시예들에서, 도핑은 커팅 또는 그루빙 또는 크레이터 생성 또는 갭 생성 이전에 수행될 수 있다. 다른 실시예들에서, 도핑은 커팅 또는 그루빙 또는 크레이터 생성 또는 갭 생성 이후에 수행될 수 있다.
일부 실시예들에서, 선택적인 롤-투-롤 자동화와 함께, 롤들을 사용하는 자동 제조가 사용될 수 있다. 다른 실시예들에서, 그러한 롤들의 활용은 선택적일 수 있고; 제조 프로세스는 롤들 또는 롤링된 재료들을, 전혀 또는 부분적으로 사용하는 것을 피할 수 있고, 그리고 대신에, 설정되고 그리고/또는 배치되고 그리고/또는 장착되고 그리고/또는 연결되고 그리고/또는 아교접착되고 그리고/또는 솔더링되는 평면형 재료들, 평면형 층들, 이산 컴포넌트들을 활용할 수 있고 그런 다음, 이후 상호연결되는, 그리고/또는 다른 적절한 프로세스를 사용함으로써 추가 웨이퍼들 또는 모듈들 또는 어레이들에 대해 프로세스가 반복된다. 일부 실시예들에서, 프로세스는 a-연속 모드, 비-연속 모드, 반연속 모드(예를 들어, 스텝-앤-리피트(step-and-repeat) 및/또는 배치(batch) 모드로 수행되는 부분들로 분할될 수 있다. 이러한 타입들의 프로세스들 각각은 전체 프로세스의 0% 내지 100%를 포함하도록 구현될 수 있다.
일부 실시예들에서, PV 셀들 또는 PV 모듈들의 스트링 잉(stringing) 및 태빙(tabbing)은, 태버(tabber) 및 스트링거(stringer) 머신, 또는 다른 적합한 용접 머신에 의해 수행될 수 있으며, 이들은 PV 셀들을 서로 자동으로 또는 반자동으로 결합하거나 연결할 수 있고; 선택적으로, 기계적 및/또는 열적 응력을 최소치로 감소시키면서 PV 모듈에 대해 요구되는 스트링들을 형성하기 위해 편평한 리본(flat ribbon)을 사용한다. 일부 실시예들에서, PV 셀들 또는 PV 모듈들 사이의 연결들은 하나 이상의 적절한 방식으로, 예를 들어, 용접, 솔더링을 사용하여, 핫 에어 및/또는 적외선(IR) 방사 또는 광, 아교접착, 결합, 접착제 스티커들 등을 활용하여 수행될 수 있다. 일부 실시예들에서, 고온 또는 가열 접착제 또는 아교 또는 결합 재료(들)의 하나 이상의 층들이, 최상부 층의 최상부 상에 그리고/또는 최하부 층의 아래에 그리고/또는 특정 구역들 또는 영역들에(예를 들어, 선택적으로, 추후에 만곡되거나 구부러질 것으로 추정되거나 계획된 특정 영역들) 적용될 수 있다. 선택적으로, 파이버 글라스 또는 글라스-파이버 또는 카본-파이버 층(들)이 부가되거나 사용될 수 있으며; 뿐만아니라, 하나 이상의 글라스 층 또는 다른 투명 층(들)은 모듈을 강화시키거나 또는 그의 특정 구역들에 추가의 지지 또는 강성을 제공하는 데 기여할 수 있다.
일부 실시예들에서, 선택적으로, 제조된 웨이퍼 또는 PV 셀 어레이 또는 PV 모듈은 제조 동작들 중 일부 동안 감소된-크기 속성들을 가질 수 있는데, 이를테면 이후, 2개 또는 3개 이상의 이산 웨이퍼들 또는 이산 PV 셀 어레이들이 솔더링되거나 직렬로 함께 연결된다. 예를 들어, 전체 길이가 120mm인 단일 웨이퍼 또는 단일 PV 셀 모듈을 제조하는 대신, 3개의 더 작은 웨이퍼들 또는 모듈들(각각 40mm 길이를 가짐)이 별도로 제조될 수 있거나, 또는 6개의 더 작은 웨이퍼들 또는 모듈들(각각 20mm의 길이를 가짐)이 별도로 제조될 수 있고; 그리고 그런 다음, 이러한 이산 웨이퍼들 또는 모듈들은 직렬로 연결되어, 더 큰 전압과 더 낮은 전류를 지원하거나 제공하는 모듈을 제조할 수 있다. 다른 실시예들에서, 그러한 이산 웨이퍼들 또는 모듈들은 직렬이 아니라 서로 병렬로 연결될 수 있거나 또는 먼저 직렬로 연결된 다음, 다수의 모듈들이 전압 또는 전류의 원하는 목표들을 달성하기 위해 서로 병렬로 연결될 수 있다. 일부 실시예들에서, 싱글링(shingling) 연결이 인접한 웨이퍼들 또는 모듈들 사이에서 사용되거나, 싱글링된 셀 또는 싱글링된 모듈들이 서로 연결될 수 있는 반면, 일부 실시예들에서, 심리스 솔더링이 사용될 수 있거나 또는 다른 적절한 타입들의 기계적 연결 및/또는 셀들 또는 셀-어레이들 또는 웨이퍼들 또는 PV 모듈들의 전기적 연결이 사용될 수 있다.
일부 실시예들은, PV 셀들 또는 PV 모듈들, 또는 어레이 또는 매트릭스 또는 PV 셀들 또는 PV 마이크로-셀들을 제조하는 데 사용될 수 있으며, 이들은, 루프들, 벽들, 빌등들의 루프들, 차량들의 루프들의 최상부에서; 또는 루프 싱글(shingle)로서; 또는 빌딩 또는 다른 시공 물체의 벽 또는 측벽 또는 측면 패널로서 활용하기에 적합하거나; 또는 자동차 또는 트럭 또는 차량, 골프 카트 또는 "클럽 카트", 고속 또는 저속 전기 차량, 작업 차량, 트랙터, 리프트(lift), 크레인(crane), 스쿠터, 모빌리티(mobility) 스쿠터, 전기 스쿠터, 모터사이클, 모터바이크, 휠체어, 자율주행 차량, 자동-운전 또는 자동 작동 차량, 원격 제어 차량, 비행기, 항공기, 드론, 무인 항공기(UAV), 자동 비행 또는 자동 작동 드론 또는 UAV 또는 항공기, 원격 제어 드론 또는 UAV 또는 항공기, 위성, 우주선, 우주 왕복선, 기차, 기차의 차량 또는 웨건, 배 또는 보트 또는 선박 또는 다른 적절한의 일부이거나 그 위에 있는 것에 적합하다.
본 발명의 일부 실시예들은, 통상적으로 쉽게 깨질 수 있거나 또는 쉽게 깨질 수 있는 웨이퍼를 포함할 수 있는 종래의 PV 셀들 또는 종래의 PV 모듈들을, 감소된 파손 특성들을 갖는 신규하고 진보적인 PV 셀들 및 PV 모듈들로 대체하도록 동작하는 데; 이는, 예를 들어, 패터닝된 커팅 또는 그루빙 또는 갭들 또는 크레이터들을 제품에(예를 들어, 특히 실리콘 층에(그러나 또한, 실리콘 층은 물론 그 아래의 실리콘 층과 동일한 디멘션으로 커팅되는 PET, ETFE, PVDF, 다른 최상부 시트 재료들, 글라스 또는 파이버 글라스와 같은 추가 보호 층 또는 최상부 시트일 수 있음)에) 도입시킴으로써 이루어질 수 있고, 이로써 기계적 압력들에 더 잘 견디거나 힘이나 압력을 가할 때 덜 깨지는 더 작은 PV 셀들의 어레이 또는 매트릭스 또는 어레인지먼트가 생성된다. 전기-전도성 백-시트 또는 메시 또는 다른 연결 층, 또는 PV 셀들을 접합하기 위한 다른 태빙(tabbing) 기법 또는 연결 기법은, 전기 전도체들이 붕괴되지 않고 방해받지 않고 (예를 들어) PV 모듈의 최하부 층에 위치되는 것을 보장할 수 있다.
본 발명에 따르면, 웨이퍼 또는 기판내에 또는 여기에 사전정의된 패턴에 따라 생성되어 어레이 또는 매트릭스 또는 배치 또는 상호연결된 마이크로 PV 셀들의 배치로 세그먼트화된, 크레이터들 또는 갭들 또는 리세스들 또는 포켓들 또는 캐비티들 또는 터널들 또는 그루브들 또는 분지들은, 특히 레이저 빔 또는 레이저 커팅 또는 레이저 에칭 또는 다른 레이저-기반 프로세스에 의해 형성되고; 그리고 DRIE(Deep Reactive Ion Etching)를 통해 형성되지 않으며 DRIE 기반 코루게이션(corrugation) 기법을 통해 형성되지 않는다. 본 출원인들은 이러한 크레이터들을 도입하고 형성하기 위한 레이저-기반 또는 빔-기반 프로세스의 특정 활용과 이러한 레이저로 형성된 크레이터들 또는 리세스들의 활용이, DRIE-기반 크레이터들 또는 코루게이션-기반 크레이터들 또는 코루게이션-기반 크레이터들에 비해, 최종 제품의 성능 및/또는 속성들을 개선하거나 향상시킬 수 있음을 인식했다. 본 출원인들은 또한, 일부 실시예에서, 레이저-기반 또는 빔-기반 크레이터들 또는 리세스들 또는 그루브들 또는 분지들 또는 포켓들의 활용 및 형성이 (예를 들어, 코루게이션 기반 방법들 또는 DRIE 기반 방법들에 비해) 선호될 수 있다는 것을 인지했는 데, 이는, 더 빠른 제조 프로세스를 가능하게 할 수 있고 그리고/또는 증가된 정밀도로 보다 정확한 3차원 구조들 또는 2차원 패턴들의 생성을 가능하게 할 수 있기 때문이다. 그러나, 본 발명의 일부 실시예들은, 그러한 크레이터들을 형성하기 위해, 비 레이저-기반 방법들도, 이를테면 DRIE 기반 방법들 또는 코루게이션 또는 화학적 프로세스들을 활용할 수 있다는 것이 명백하다; 이러한 방법들은, 일부 실시예들에서, 레이저-기반 또는 빔-기반 방법들을 사용하는 대신해서 또는 심지어 그들에 추가하여(예를 들어, 그들 이전에 또는 이후에) 사용될 수 있다. 유사하게, 다이싱 기법들뿐만 아니라 다양한 커팅 기법들 또는 기계적 그루빙 프로세스들이, 일부 실시예들에서, 위에서 언급된 프로세스들 또는 이들 중 일부 대신에 또는 그에 부가하여 사용될 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들은 특히, 200 미크론 미만의 두께를 갖는 웨이퍼 또는 기판, 이를테면, 200 미크론보다 더 작은 웨이퍼 두께 또는 기판 두께, 또는 190 미크론보다 작은 웨이퍼 두께 또는 기판 두께, 180 마이크론보다 작은 웨이퍼 두께 또는 기판 두께, 170 마이크론보다 작은 웨이퍼 두께 또는 기판 두께, 160 마이크론보다 작은 웨이퍼 두께 또는 기판 두께, 150 마이크론보다 작은 웨이퍼 두께 또는 기판 두께, 140 마이크론보다 작은 웨이퍼 두께 또는 기판 두께; 또는 150 또는 160 또는 170 또는 180 미크론인 웨이퍼 두께 또는 기판 두께를 갖는 웨이퍼 또는 기판을 활용한다. 본 출원인들은 이러한 두께 값들의 특정 활용이, 일부 실시예들에서, 최종 제품의 성능 및/또는 속성들을 개선 또는 향상시키는 데 기여할 수 있다는 것을 인식했다. 그러나, 본 발명의 다른 실시예들은 다른 적절한 두께 값들 또는 값들의 범위들을 갖는 웨이퍼들; 예를 들어, 두께가 200 또는 220 또는 240 또는 250 마이크론인 웨이퍼, 또는 두께가 250 마이크론 미만인 웨이퍼, 또는 300 미크론 미만 두께를 갖는 웨이퍼, 또는 400 미크론 미만 두께를 갖는 웨이퍼, 또는 500 미크론 미만 두께를 갖는 웨이퍼를 활용하거나 포함할 수 있지만; 일부 실시예들에서는, 더 얇은 웨이퍼(들)의 활용이, 최종 제품의 중량 및/또는 디멘션 및/또는 폼-팩터를 줄이기 위해 그리고/또는 비용들을 줄이기 위해, 그리고/또는 제거 또는 처리될 필요가 있는 재료의 양을 줄이기 위해 선호될 수 있거나 또는 최종 제품의 특정 구현을 달성하기 위해 폐기될 수 있다는 것은 명확하다
본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 웨이퍼 또는 기판의 분할 또는 세그먼트화는, 2개 이상의 방향들로, 또는 2개 이상의 축들을 따라, 또는 2개 이상의 라인들을 따라, 또는 2개 이상의 패턴들 또는 경로들(반드시 선형이거나 또는 직선이 아닐 수 있고; 또는 만곡될 수 있거나 또는 다른 적절한 형상을 가질 수 있음)을 따라(또는 이에 준하여) 수행된다. 더욱이, 분할 또는 세그먼트화는 반드시 전기 접촉부들의 방향에 수직일 필요는 없고; 그리고/또는 상기 방향에만 수직일 필요가 없으며, 오히려 전기 접촉부들의 위치되는 평면에 대해 또는 전기 접촉부들의 일반적 방향에 대해 경사지거나 각지거나 또는 대각일 수 있다. 본 출원인들은, 이러한 다중-디멘션 또는 다중-방향 세그먼트화 및/또는 세그먼트화 또는 분할의 이러한 특정 비-수직 방향(들)이 단순한 설계 선택이 아니며, 오히려 이들이, 일부 실시예들에서, 최종 제품의 성능 및/또는 속성들을 개선하거나 향상시키는 데 기여할 수 있다는 것을 인식했다.
본 발명의 일부 실시예들에서, 웨이퍼에 형성된 리세스들 또는 크레이터들 또는 포켓들 또는 분지들은 세장되지 않고; 결과적인 제품은, "스트립들" 또는 "세장형 스트립들"을 갖기 보다는, "아일랜드들" 또는 "이산 아일랜드들"의 그룹 또는 어레이를 갖는다. 일부 실시예들에서, 각각의 마이크로 PV-셀의 최상부 영역은, 수평 축 및 수직 축을 가질 수 있으며, 따라서 이들 사이의 비율은 예를 들어 1.25 미만, 또는 1.50 미만, 또는 1.75 미만 또는 2 미만, 또는 3 미만 또는 5 미만이다. 본 출원인들은, 그러한 비율의 활용은 단지 설계 선택이 아니며, 오히려 이는 일부 실시예들에서, 최종 제품의 성능 및/또는 속성들을 개선 또는 향상시키는 데 기여할 수 있다을 인식했다.
본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 마이크로 PV-셀들의 전기 접촉부들, 또는 웨이퍼 아래에 또는 웨이퍼의 최하부 부분에 놓인 전기 접촉부들은, 크레이터들 또는 리세스들 또는 분지들 또는 포켓들의 레이저-기반 또는 빔-기반 형성에 의해 노출되지 않으며, 오히려, 일부 실시예들에서, 이러한 형성은 부분적으로만(그리고 완전하게는 아님) 아래쪽으로 관통하지만 여전히 최하부에 비-관통 실리콘을 남기며 전기 접촉부들을 노출시키지 않는다. 본 출원인들은 이러한 부분적 및 비-전체 관통의 활용이, 일부 실시예들에서, 최종 제품의 성능 및/또는 속성들을 개선 또는 향상시키는 데 기여할 수 있다는 것을 인식했다.
본 발명의 실시예들은, 다양한 방식들 또는 패턴들의 전기 접촉부들로 활용될 수 있으며, 이는 예를 들어, IBC(inter-digitated back contact), 맞물리지 않은 패턴 또는 방식의 접촉부들, 다수의 평행 라인들을 활용하는 접촉 방식, 그리드 접촉부들 또는 그리드형 접촉부들, 백 시트 또는 웨이퍼(전기 접촉을 위해 노출된 도트들의 어레이 또는 패턴을 갖거나 이를 포함함) 등일 수 있다.
본 발명의 실시예들은, 단일 웨이퍼와 함께 활용될 수 있거나, 또는 여러 PV 셀들로 구성되거나 이들로 이루어진 웨이퍼 또는 패널과 함께 활용될 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 일부 실시예들은 연속적인 롤-투-롤 프로세스, 또는 다른 스케일-업된 제조 방법들 또는 프로세스들과 함께 활용될 수 있다.
일부 실시예들에서, 장치는, 복수의 마이크로 PV 셀들로 구성된, 세그먼트화된 PV(photovoltaic) 셀 어레이를 포함한다. PV 셀 어레이는, (I) 복수의 크레이터들을 통해 세그먼트화된 단일 웨이퍼, (II) 복수의 크레이터들을 통해 세그먼트화된 단일 웨이퍼의 부분, (III) 복수의 크레이터들을 통해 세그먼트화된 한 세트의 2개 이상의 상호연결된 웨이퍼들 중 하나를 포함한다. 상기 웨이퍼는, (i) 하부 금속배선 층을 갖는 복합 금속화 웨이퍼 ―각각의 크레이터는 상기 웨이퍼의 비-금속화 층들 전체를 관통하지만, 상기 웨이퍼의 하부 금속배선 층은 관통하지는 않음―; (ii) 반도체 웨이퍼 ―각각의 크레이터는 상기 반도체 웨이퍼의 전체 깊이의 99% 미만을 관통함― 로 이루어진 그룹에서 선택된 웨이퍼이다. 각각의 크레이터는 2개의 이웃하는 마이크로 PV 셀들 사이에 물리적 리세스 분리를 생성하며, 이는 여전히 서로 상호연결되지만, 이들의 높이 전부가 아닌 일부에 걸쳐서만 상호연결된다. 상기 마이크로 PV 셀들은 기계적으로 그리고 전기적으로 서로 연결된다.
일부 실시예들에서, 각각의 마이크로 PV 셀은 1 제곱 센티미터보다 작은 최상부 표면적을 갖고; 상기 단일 웨이퍼의 세그먼트화, 및 상기 마이크로 PV 셀들 사이의 크레이터들의 포함은 상기 PV 셀 어레이의 기계적 깨짐을 억제하거나 또는 감소시킨다.
일부 실시예들에서, 상기 크레이터들 중 적어도 하나는 U자- 형상 크레이터이고; 상기 단일 웨이퍼의 세그먼트화, 및 상기 마이크로 PV 셀들 사이의 크레이터들의 포함은 상기 PV 셀 어레이의 기계적 깨짐을 억제하거나 또는 감소시킨다.
일부 실시예들에서, 상기 크레이터들 중 적어도 하나는 V자- 형상 크레이터이고; 상기 단일 웨이퍼의 세그먼트화, 및 상기 마이크로 PV 셀들 사이의 크레이터들의 포함은 상기 PV 셀 어레이의 기계적 깨짐을 억제하거나 또는 감소시킨다.
일부 실시예들에서, 상기 크레이터들 중 적어도 하나는 일반적으로 V자-형상이지만, 적어도, 제1 경사 각도로 경사진 제1 내부 측벽을 갖고, 제2의 상이한 경사 각도로 경사진 제2 내부 측벽을 가지며, 상기 단일 웨이퍼의 세그먼트화, 및 상기 마이크로 PV 셀들 사이의 크레이터들의 포함은 상기 PV 셀 어레이의 기계적 깨짐을 억제하거나 또는 감소시킨다.
일부 실시예들에서, 상기 단일 웨이퍼의 세그먼트화로 인해 그리고 상기 마이크로 PV 셀들 사이의 상기 크레이터들의 포함으로 인해, 상기 세그먼트화된 PV 셀 어레이는, 동일한 전체 면적을 갖는 비-세그먼트화된 PV 셀 유닛에 비해 더 강화되고 덜 깨진다.
일부 실시예들에서, 상기 마이크로 PV 셀들 및 이들을 분리하는 크레이터들은, (i) 제2 세트의 직선의 평행 라인들과 수직으로 교차하는 (ii) 제1 세트의 직선의 평행 라인들의 십자형 패턴으로 배열되고; 여기서 상기 패턴은 상기 PV 셀 어레이의 기계적 취약성(breakability)을 감소시키는 데 기여한다.
일부 실시예들에서, 상기 마이크로 PV 셀들 및 이들을 분리하는 크레이터들은, (i) 제2 세트의 직선의 평행 라인들과 대각으로 그리고 비수직으로 교차하는 (ii) 제1 세트의 직선의 평행 라인들의 패턴으로 배열되고; 여기서 상기 패턴은 상기 PV 셀 어레이의 기계적 취약성을 감소시키는 데 기여한다.
일부 실시예들에서, 상기 마이크로 PV 셀들 및 이들을 분리하는 크레이터들은, 적어도 하나의 비직선 라인을 포함하는 사전정의된 패턴으로 배열되고; 상기 패턴은 상기 PV 셀 어레이의 기계적 취약성을 감소시키는 데 기여한다.
일부 실시예들에서, 상기 크레이터들은, 각각의 상기 크레이터의 가장 낮은 지점으로부터, 상기 단일 웨이퍼의 최상부 표면 쪽으로 상방으로 충전제 재료로 완전히 충전되어, 상기 단일 웨이퍼의 최상부 표면과 동일한 높이가 된다.
일부 실시예들에서, 상기 크레이터들은, 각각의 상기 크레이터의 가장 낮은 지점으로부터, 상기 단일 기판의 최상부 표면을 향해 상방으로 그러나 상기 단일 기판의 최상부 표면에 도달하지는 않게, 충전제 재료로 부분적으로만 충전되며 완전히 충전되지는 않는다.
일부 실시예들에서, 상기 크레이터들의 내부 벽들은, 상기 크레이터들의 내부 벽들을 코팅하지만 상기 크레이터들을 완전히 충전하지는 않는 내부 코팅 재료로 코팅된다.
일부 실시예들에서, 상기 충전제 재료는 상기 PV 셀 어레이에 특정 레벨의 유연성을 제공하는 사전정의된 압축성 속성들을 갖는다.
일부 실시예들에서, 상기 PV 셀 어레이의 제1 구역의 크레이터들은 PV 셀 어레이의 상기 제1 구역에 제1 레벨의 유연성을 제공하는 제1 충전제 재료로 부분적으로 또는 완전히 충전되며; 여기서 상기 PV 셀 어레이의 제2 구역의 크레이터들은, PV 셀 어레이의 상기 제2 구역에 제2의 상이한 레벨의 유연성을 제공하는 제2의 상이한 충전제 재료로 부분적으로 또는 완전히 충전된다.
일부 실시예들에서, 상기 PV 셀 어레이의 제1 구역은 PV 마이크로-셀들 및 크레이터들의 제1 사전정의된 공간 패턴을 특징으로하며, 이는 PV 셀 어레이의 상기 제1 구역에 제1 레벨의 유연성을 제공하고; 상기 PV 셀 어레이의 제2 구역은 PV 마이크로-셀들 및 크레이터들의 제2 사전정의된 공간 패턴을 특징으로하며, 이는 PV 셀 어레이의 상기 제2 구역에 제2의 상이한 레벨의 유연성을 제공한다.
일부 실시예들에서, 상기 PV 셀 어레이의 제1 구역은 단위 면적당 제1 특정 밀도의 크레이터들을 가지며, 이는 PV 셀 어레이의 상기 제1 구역에 제1 레벨의 유연성을 제공하고; 상기 PV 셀 어레이의 제2 구역은, 단위 면적당 제2의 상이한 특정 밀도의 크레이터들을 가지며, 이는 PV 셀 어레이의 상기 제2 구역에 제2의 상이한 레벨의 유연성을 제공한다.
일부 실시예들에서, 각각의 크레이터는 상기 단일 웨이퍼의 두께의 적어도 10%인 특정 깊이를 가지며; 각각의 크레이터의 상기 특정 깊이는 상기 PV 셀 어레이의 기계적 취약성의 감소에 기여한다.
일부 실시예들에서, 각각의 크레이터는 상기 단일 웨이퍼의 두께의 적어도 25%인 특정 깊이를 가지며; 각각의 크레이터의 상기 특정 깊이는 상기 PV 셀 어레이의 기계적 취약성의 감소에 기여한다.
일부 실시예들에서, 각각의 크레이터는 상기 단일 웨이퍼의 두께의 적어도 50%인 특정 깊이를 가지며; 각각의 크레이터의 상기 특정 깊이는 상기 PV 셀 어레이의 기계적 취약성의 감소에 기여한다.
일부 실시예들에서, 각각의 크레이터는 상기 단일 웨이퍼의 두께의 10 내지 50%의 범위에 있는 특정 폭을 가지며; 각각의 크레이터의 상기 특정 폭은 상기 PV 셀 어레이의 기계적 취약성의 감소에 기여한다.
일부 실시예들에서, 각각의 크레이터는 상기 단일 웨이퍼의 두께의 10 내지 25%의 범위에 있는 특정 폭을 가지며; 각각의 크레이터의 상기 특정 폭은 상기 PV 셀 어레이의 기계적 취약성의 감소에 기여한다.
일부 실시예들에서, 상기 크레이터들은, 상기 단일 웨이퍼의 최상부 표면에 대해 하향으로 형성되며 상기 단일 웨이퍼의 최하부 표면에 도달하지 않는 최상부-측 크레이터들이며; 상기 PV 셀 어레이는, 최하부-측 크레이터 들인 부가적인 크레이터들을 더 포함하며, 이들은 상기 단일 웨이퍼의 최하부 표면으로부터 상기 단일 웨이퍼의 최상부 표면을 향해 그러나 상기 단일 웨이퍼의 최상부 표면에는 도달하지 않게 상방으로 연장되며; 상기 최상부-측 크레이터들 및 상기 최하부-측 크레이터들은 상기 PV 셀 어레이의 기계적 취약성의 감소에 기여한다.
일부 실시예들에서, 각각의 최상부-측 크레이터는 제1 크레이터-형상을 가지며; 각각의 최하부-측 크레이터는 제2의 상이한 크레이터-형상을 가지며; (i) 제1 크레이터 형상을 갖는 상기 최상부-측 크레이터들 및 (ii) 제2 크레이터 형상을 갖는 상기 최하부-측 크레이터들을 동일한 PV 셀 어레이에 포함시키는 것은, 상기 PV 셀 어레이의 기계적 취약성의 감소에 기여한다.
일부 실시예들에서, 각각의 최상부-측 크레이터는 제1 충전제 재료를 부분적으로 또는 완전히 저장하고; 각각의 최하부-측 크레이터는 제2의 상이한 충전제 재료를 부분적으로 또는 완전히 저장하고; (i) 제1 충전제 재료를 갖는 상기 최상부-측 크레이터들 및 (ii) 제2 충전제 재료를 갖는 상기 최하부-측 크레이터들을 동일한 PV 셀 어레이에 포함시키는 것은, 상기 PV 셀 어레이의 기계적 취약성의 감소에 기여한다.
일부 실시예들에서, 상기 최상부-측 크레이터들은 제1 공간 패턴으로 배열되고; 상기 최하부-측 크레이터들은 제2의 상이한 공간 패턴으로 배열되고; (i) 제1 공간 패턴으로 배열된 상기 최상부-측 크레이터들 및 (ii) 제2 공간 패턴으로 배열된 상기 최하부-측 크레이터들을 동일한 PV 셀 어레이에 포함시키는 것은, 상기 PV 셀 어레이의 기계적 취약성의 감소에 기여한다.
일부 실시예들에서, 상기 최상부-측 크레이터들은, 단위 면적당 제1 밀도의 크레이터들로 배열되고; 상기 최하부-측 크레이터들은 단위 면적당 제2의 상이한 밀도의 크레이터들로 배열되고; (i) 제1 밀도로 배열된 상기 최상부-측 크레이터들 및 (ii) 제2 밀도로 배열된 상기 최하부-측 크레이터들을 동일한 PV 셀 어레이에 포함시키는 것은, 상기 PV 셀 어레이의 기계적 취약성의 감소에 기여한다.
일부 실시예들에서, 각각의 마이크로 PV 셀의 수직 두께는 1 밀리미터보다 작다.
일부 실시예들에서, 각각의 마이크로 PV 셀의 수직 두께는 0.3 밀리미터보다 작다.
일부 실시예들에서, 상기 PV 셀 어레이의 마이크로 PV 셀들 중 적어도 일부는 상기 단일 웨이퍼의 최상부 표면에 대해 비-수직으로 경사진 적어도 하나의 외부 측벽을 가지며; 마이크로 PV 셀들 중 적어도 일부의 경사진 측벽들의 포함은 상기 PV 셀 어레이의 기계적 취약성의 감소에 기여한다.
일부 실시예들에서, 상기 PV 셀 어레이의 마이크로 PV 셀들 중 적어도 일부는 만곡된 적어도 하나의 외부 측벽을 가지며; 마이크로 PV 셀들 중 적어도 일부의 만곡된 측벽들의 포함은 상기 PV 셀 어레이의 기계적 취약성의 감소에 기여한다.
일부 실시예들에서, 상기 PV 셀 어레이의 마이크로 PV 셀들은 투명한 보호성 최상부-시트로 커버된다.
일부 실시예들에서, 상기 PV 셀 어레이의 마이크로 PV 셀들은, 마이크로 PV 셀들의 특정 활성 구역들을 향해 광을 집광시키는 광학 집광기들을 갖는 투명한 최상부-시트로 커버된다.
일부 실시예들에서, 상기 PV 셀 어레이의 마이크로 PV 셀들은 굽힘성 지지 시트를 통해 서로 기계적으로 상호연결되고; 상기 굽힘성 지지 시트의 포함은 (i) 상기 PV 셀 어레이의 기계적 취약성의 감소, 및 (ii) 상기 PV 셀 어레이의 기계적 유연성의 증가에 기여한다.
일부 실시예들에서, 각각의 마이크로 PV 셀은 그러한 각각의 마이크로 PV 셀에 의해 생성된 전류를 출력하기 위한 포지티브 전극 및 네거티브 전극을 포함하고; 전기 전도체 메시는 상기 마이크로 PV 셀들을 전기적으로 연결하고 집계된 전기 출력을 발생시킨다.
일부 실시예들에서, 상기 크레이터들은 상기 웨이퍼의 특정 위치들에 형성되는 레이저-커팅된 그루브들이다.
일부 실시예들에서, 상기 크레이터들은 코루게이션-형성 크레이터들을 포함한다.
일부 실시예들에서, 상기 크레이터들은 레이저 또는 방사 또는 광의 빔을 통해 형성된 빔-기반 크레이터들을 포함한다.
일부 실시예들에서, 상기 크레이터들은 DRIE(Deep Reactive Ion Etching)를 통해 형성된 DRIE-기반 크레이터들을 포함한다.
일부 실시예들에서, 상기 크레이터들은 다이싱 또는 커팅을 통해 형성되는 크레이터들을 포함한다.
일부 실시예들에서, 상기 크레이터들은 다이싱 또는 커팅을 통해 형성되는 크레이터들을 포함하며, 상기 다이싱 또는 커팅은 적어도 2개의 상이한 방향들을 따라 수행된다.
일부 실시예들에서, 상기 크레이터들은 다이싱 또는 커팅을 통해 형성된 크레이터들을 포함하고; 상기 다이싱 또는 커팅은, 상기 마이크로 PV-셀들의 전기 접촉부들을 보유하는 평면에 수직이 아닌 적어도 하나의 디멘션을 포함하는 적어도 2개의 상이한 방향들을 따라 수행된다.
일부 실시예들에서, 상기 크레이터들은 다이싱 또는 커팅을 통해 형성된 크레이터들을 포함하고; 상기 다이싱 또는 커팅은 적어도 하나의 만곡된 또는 비직선 방향을 포함하는 적어도 2개의 상이한 방향들을 따라 수행된다.
일부 실시예들에서, 각각의 마이크로 PV-셀은 비-세장형 마이크로 PV-셀이고; (i) 각각의 마이크로 PV-셀의 최상부 영역의 수평 길이 및 (ii) 각각의 마이크로 PV-셀의 최상부 영역의 수직 길이 간의 비율은 2 대 1 미만이다.
일부 실시예들에서, 상기 장치는 비-평면형 태양광 패널이다.
일부 실시예들에서, 상기 장치는 차량의 루프이다.
일부 실시예들에서, 상기 장치는 빌딩의 루프이다.
일부 실시예들에서, 상기 장치는 루프 싱글이다.
일부 실시예들에서, 상기 장치는, 드론, 항공기, 선박, 우주선, 위성으로 이루어진 그룹에서 선택되는 디바이스의 루프 또는 측면-패널이다.
일부 실시예들에서, 장치는 복수의 마이크로 PV 셀들로 구성된 세그먼트화된 PV(photovoltaic) 셀 어레이를 포함하며, PV 셀 어레이는, (I) 복수의 크레이터들을 통해 세그먼트화된 단일 웨이퍼, (II) 복수의 크레이터들을 통해 세그먼트화된 단일 웨이퍼의 부분, (III) 복수의 크레이터들을 통해 세그먼트화된 한 세트의 2개 이상의 상호연결된 웨이퍼들 중 하나를 포함하며; 상기 웨이퍼는, (i) 하부 금속배선 층을 갖는 복합 금속화 웨이퍼 ―각각의 크레이터는 상기 웨이퍼의 비-금속화 층들 전체를 관통하지만, 상기 웨이퍼의 하부 금속배선 층은 관통하지는 않음―; (ii) 비-금속 화 반도체 웨이퍼로 이루어진 그룹에서 선택된 웨이퍼이며, 각각의 크레이터는 상기 반도체 웨이퍼의 깊이의 100%를 관통한다. 각각의 크레이터는 2개의 이웃하는 마이크로 PV 셀들 사이에 물리적 리세스 분리를 생성하며, 이는 여전히 서로 상호연결되지만, 이들의 높이 전부가 아닌 일부에 걸쳐서만 상호연결된다. 마이크로 PV 셀들은 기계적으로 그리고 전기적으로 서로 연결된다.
본원에서 사용되는 바와 같은 "복수" 및 "복수의"라는 용어들은, 예를 들어, "다수" 또는 "2개 이상"을 포함한다. 예를 들어, "복수의 아이템들"은 2개 이상의 아이템들을 포함한다.
"일 실시예", "실시예", "예시적 실시예", "다양한 실시예들", "일부 실시예들" 및/또는 유사한 용어들에 대한 참조들은, 그렇게 설명된 실시예(들)가 선택적으로 특정 특징, 구조 또는 특성을 포함할 수 있으나 각각의 모든 실시예가 반드시 그 특정 특징, 구조 또는 특성을 포함하는 것은 아니라는 것을 지시한다. 더욱이, "일 실시예에서"라는 문구의 반복된 사용은, 그럴수도 있지만, 반드시 동일한 실시예를 지칭하는 것은 아니다. 유사하게, "일부 실시예들에서"라는 문구의 반복된 사용은, 그럴수도 있지만, 반드시 동일한 세트 또는 그룹의 실시예들을 지칭하는 것은 아니다.
본원에서 사용된 바와 같이, 그리고 달리 명시되지 않는 한, 항목 또는 대상을 설명하기 위해 "제1", "제2", "제3", "제4" 등과 같은 서수 표현의 활용은, 단지 그러한 항목들이나 대상들의 상이한 인스턴스들이 참조되는 것을 지시할 뿐이며, 그리고 그렇게 설명된 항목들이나 대상들이 시간적으로, 공간적으로, 어떤 순위로 또는 임의의 다른 순서 방식으로, 특정 주어진 시퀀스로 있어야 하는 것처럼 암시되도록 의도되지 않는다.
본 발명의 하나 이상의 실시예들을 참조로 본원에 설명된 기능들, 동작들, 컴포넌트들 및/또는 특징들은, 본 발명의 하나 이상의 다른 실시예들을 참조로 본원에 설명된 하나 이상의 다른 기능들, 동작들, 컴포넌트들 및/또는 특징들과 결합되거나 결합되어 활용될 수 있다. 따라서, 본 발명은, 심지어 위의 논의의 상이한 위치들 또는 상이한 챕터들에서 논의되거나 또는 심지어 상이한 도면들 또는 다수의 도면들에 걸쳐 도시되었더라도, 본원에 설명된 모듈들 또는 기능들 또는 컴포넌트들의 일부 또는 전부의 임의의 가능한 또는 적절한 결합들, 재배열들, 조립, 재조립 또는 다른 활용을 포함할 수 있다.
본 발명의 일부 예시적 실시예들의 특정 특징들이 본원에서 예시되고 설명되었지만, 다양한 수정들, 치환들, 변경들 및 등가물들이 당업자들에게 떠오를 것이다. 따라서, 청구항들은 그러한 모든 수정들, 치환들, 변경들 및 등가물들을 커버하도록 의도된다.

Claims (141)

  1. 장치로서,
    복수의 마이크로 PV(Photovoltaic) 셀들로 구성된, 세그먼트화된 PV 셀 어레이를 포함하며,
    상기 PV 셀 어레이는, (I) 복수의 크레이터(crater)들을 통해 세그먼트화된 단일 웨이퍼, (II) 복수의 크레이터들을 통해 세그먼트화된 단일 웨이퍼의 부분, (III) 복수의 크레이터들을 통해 세그먼트화된 한 세트의 2개 이상의 상호연결된 웨이퍼들 중 하나를 포함하며,
    상기 웨이퍼는,
    (i) 하부 금속배선 층(metallization layer)을 갖는 복합 금속화 웨이퍼 ― 각각의 크레이터는 상기 웨이퍼의 비-금속화 층들 전체를 관통하지만, 상기 웨이퍼의 상기 하부 금속배선 층은 관통하지 않음―;
    (ii) 반도체 웨이퍼
    로 이루어진 그룹에서 선택된 웨이퍼이며, 각각의 크레이터는 상기 반도체 웨이퍼의 전체 깊이의 99% 미만을 관통하며,
    각각의 크레이터는 2개의 이웃하는 마이크로 PV 셀들 사이에 물리적 리세스 분리를 생성하며, 상기 2개의 이웃하는 마이크로 PV 셀들은 여전히 서로 상호연결되지만 상기 이웃하는 마이크로 PV 셀들의 높이 전부가 아닌 일부에 걸쳐서만 상호연결되며,
    상기 마이크로 PV 셀들은 기계적으로 그리고 전기적으로 서로 연결되는, 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    각각의 마이크로 PV 셀은 1 제곱 센티미터보다 작은 최상부 표면적을 가지며,
    상기 단일 웨이퍼의 세그먼트화, 및 상기 마이크로 PV 셀들 사이의 크레이터들의 포함은 상기 PV 셀 어레이의 기계적 깨짐(breakage)을 억제하거나 또는 감소시키는, 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 크레이터들 중 적어도 하나는 U자-형상 크레이터이며,
    상기 단일 웨이퍼의 세그먼트화, 및 상기 마이크로 PV 셀들 사이의 크레이터들의 포함은 상기 PV 셀 어레이의 기계적 깨짐을 억제하거나 또는 감소시키는, 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 크레이터들 중 적어도 하나는 U자-형상 크레이터이며,
    상기 단일 웨이퍼의 세그먼트화, 및 상기 마이크로 PV 셀들 사이의 크레이터들의 포함은 상기 PV 셀 어레이의 기계적 깨짐을 억제하거나 또는 감소시키는, 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 크레이터들 중 적어도 하나는 일반적으로 V자-형상이지만, 적어도, 제1 경사 각도로 경사진 제1 내부 측벽을 갖고, 제2의 상이한 경사 각도로 경사진 제2 내부 측벽을 가지며,
    상기 단일 웨이퍼의 세그먼트화, 및 상기 마이크로 PV 셀들 사이의 크레이터들의 포함은 상기 PV 셀 어레이의 기계적 깨짐을 억제하거나 또는 감소시키는, 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 상기 단일 웨이퍼의 세그먼트화로 인해 그리고 상기 마이크로 PV 셀들 사이의 상기 크레이터들의 포함으로 인해, 상기 세그먼트화된 PV 셀 어레이는, 동일한 전체 면적을 갖는 비-세그먼트화된 PV 셀 유닛에 비해 더 강화되고 덜 깨지는, 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 마이크로 PV 셀들 및 상기 마이크로 PV 셀들을 분리하는 크레이터들은, (i) 제2 세트의 직선의 평행 라인들과 수직으로 교차하는 (ii) 제1 세트의 직선의 평행 라인들의 십자형 패턴으로 배열되며,
    상기 패턴은 상기 PV 셀 어레이의 기계적 취약성(breakability)을 감소시키는 데 기여하는, 장치.
  8. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 마이크로 PV 셀들 및 상기 마이크로 PV 셀들을 분리하는 크레이터들은, (i) 제2 세트의 직선의 평행 라인들과 대각으로 그리고 비수직으로 교차하는 (ii) 제1 세트의 직선의 평행 라인들의 패턴으로 배열되며,
    상기 패턴은 상기 PV 셀 어레이의 기계적 취약성(breakability)을 감소시키는 데 기여하는, 장치.
  9. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 마이크로 PV 셀들 및 상기 마이크로 PV 셀들을 분리하는 크레이터들은, 적어도 하나의 비직선 라인을 포함하는 사전정의된 패턴으로 배열되며,
    상기 패턴은 상기 PV 셀 어레이의 기계적 취약성을 감소시키는 데 기여하는, 장치.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 상기 크레이터들은, 각각의 상기 크레이터의 가장 낮은 지점으로부터, 상기 단일 기판의 최상부 표면 쪽으로 상방으로 충전제 재료(filler material)로 완전히 충전되어, 상기 단일 웨이퍼의 최상부 표면과 동일한 높이가 되는, 장치.
  11. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 크레이터들은, 각각의 상기 크레이터의 가장 낮은 지점으로부터, 상기 단일 기판의 최상부 표면을 향해 상방으로 그러나 상기 단일 기판의 최상부 표면에 도달하지는 않게, 충전제 재료로 부분적으로만 충전되며 완전히 충전되지는 않는, 장치.
  12. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 크레이터들의 내부 벽들은, 상기 크레이터들의 내부 벽들을 코팅하지만 상기 크레이터들을 완전히 충전하지는 않는 내부 코팅 재료로 코팅되는, 장치.
  13. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 상기 충전제 재료는 상기 PV 셀 어레이에 특정 레벨의 유연성을 제공하는 사전정의된 압축성 속성들을 갖는, 장치.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 PV 셀 어레이의 제1 구역의 크레이터들은 상기 PV 셀 어레이의 제1 구역에 제1 레벨의 유연성을 제공하는 제1 충전제 재료로 부분적으로 또는 완전히 충전되며,
    상기 PV 셀 어레이의 제2 구역의 크레이터들은, 상기 PV 셀 어레이의 제2 구역에 제2의 상이한 레벨의 유연성을 제공하는 제2의 상이한 충전제 재료로 부분적으로 또는 완전히 충전되는, 장치.
  15. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 PV 셀 어레이의 제1 구역은 PV 마이크로-셀들 및 크레이터들의 제1 사전정의된 공간 패턴을 특징으로 하며, 상기 제1 사전정의된 공간 패턴은 상기 PV 셀 어레이의 제1 구역에 제1 레벨의 유연성을 제공하며,
    상기 PV 셀 어레이의 제2 구역은 상기 PV 마이크로-셀들 및 크레이터들의 제2 사전정의된 공간 패턴을 특징으로 하며, 상기 제2 사전정의된 공간 패턴은 상기 PV 셀 어레이의 제2 구역에 제2의 상이한 레벨의 유연성을 제공하는, 장치.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 PV 셀 어레이의 제1 구역은, 단위 면적당(per unit-of-area) 제1 특정 밀도의 크레이터들을 가지며, 상기 제1 특정 밀도는 상기 PV 셀 어레이의 제1 구역에 제1 레벨의 유연성을 제공하고,
    상기 PV 셀 어레이의 제2 구역은 면적 단위당 제2의 상이한 특정 밀도의 크레이터들을 가지며, 상기 제2의 상이한 특정 밀도는 상기 PV 셀 어레이의 제2 구역에 제2의 상이한 레벨의 유연성을 제공하는, 장치.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 크레이터는 상기 단일 웨이퍼의 두께의 적어도 10%인 특정 깊이를 가지며,
    각각의 크레이터의 상기 특정 깊이는 상기 PV 셀 어레이의 기계적 취약성의 감소에 기여하는, 장치.
  18. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 크레이터는 상기 단일 웨이퍼의 두께의 적어도 25%인 특정 깊이를 가지며,
    각각의 크레이터의 상기 특정 깊이는 상기 PV 셀 어레이의 기계적 취약성의 감소에 기여하는, 장치.
  19. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 크레이터는 상기 단일 웨이퍼의 두께의 적어도 50%인 특정 깊이를 가지며,
    각각의 크레이터의 상기 특정 깊이는 상기 PV 셀 어레이의 기계적 취약성의 감소에 기여하는, 장치.
  20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 크레이터는 상기 단일 웨이퍼의 두께의 10 내지 50%의 범위에 있는 특정 폭을 가지며,
    각각의 크레이터의 상기 특정 폭은 상기 PV 셀 어레이의 기계적 취약성의 감소에 기여하는, 장치.
  21. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 크레이터는 상기 단일 웨이퍼의 두께의 10 내지 25%의 범위에 있는 특정 폭을 가지며,
    각각의 크레이터의 상기 특정 폭은 상기 PV 셀 어레이의 기계적 취약성의 감소에 기여하는, 장치.
  22. 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 크레이터들은, 상기 단일 웨이퍼의 최상부 표면에 대해 하향으로 형성되며 상기 단일 웨이퍼의 최하부 표면에 도달하지 않는 최상부-측 크레이터들이며,
    상기 PV 셀 어레이는, 최하부-측 크레이터들인 부가적인 크레이터들을 더 포함하며, 상기 최하부-측 크레이터들은 상기 단일 웨이퍼의 최하부 표면으로부터 상기 단일 웨이퍼의 최상부 표면을 향해, 그러나 상기 단일 웨이퍼의 최상부 표면에 도달하지는 않게 상방으로 연장되며,
    상기 최상부-측 크레이터들 및 상기 최하부-측 크레이터들은 상기 PV 셀 어레이의 기계적 취약성의 감소에 기여하는, 장치.
  23. 제22항에 있어서,
    각각의 최상부-측 크레이터는 제1 크레이터-형상을 가지며,
    각각의 최하부-측 크레이터는 제2의 상이한 크레이터-형상을 가지며,
    (i) 제1 크레이터 형상을 갖는 상기 최상부-측 크레이터들 및 (ii) 제2 크레이터 형상을 갖는 상기 최하부-측 크레이터들을 동일한 PV 셀 어레이에 포함시키는 것은, 상기 PV 셀 어레이의 기계적 취약성의 감소에 기여하는, 장치.
  24. 제22항 또는 제23항에 있어서,
    각각의 최상부-측 크레이터는 제1 충전제 재료를 부분적으로 또는 완전히 저장하고;
    각각의 최하부-측 크레이터는 제2의 상이한 충전제 재료를 부분적으로 또는 완전히 저장하고;
    i) 제1 충전제 재료를 갖는 상기 최상부-측 크레이터들 및 (ii) 제2 충전제 재료를 갖는 상기 최하부-측 크레이터들을 동일한 PV 셀 어레이에 포함시키는 것은, 상기 PV 셀 어레이의 기계적 취약성의 감소에 기여하는, 장치.
  25. 제22항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 최상부-측 크레이터들은 제1 공간 패턴으로 배열되고,
    상기 최하부-측 크레이터들은 제2의 상이한 공간 패턴으로 배열되고,
    (i) 제1 공간 패턴으로 배열된 상기 최상부-측 크레이터들 및 (ii) 제2 공간 패턴으로 배열된 상기 최하부-측 크레이터들을 동일한 PV 셀 어레이에 포함시키는 것은, 상기 PV 셀 어레이의 기계적 취약성의 감소에 기여하는, 장치.
  26. 제22항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 최상부-측 크레이터들은, 단위 면적당 제1 밀도의 크레이터들로 배열되고,
    상기 최하부-측 크레이터들은 단위 면적당 제2의 상이한 밀도의 크레이터들로 배열되고,
    (i) 제1 밀도로 배열된 상기 최상부-측 크레이터들 및 (ii) 제2 밀도로 배열된 상기 최하부-측 크레이터들을 동일한 PV 셀 어레이에 포함시키는 것은, 상기 PV 셀 어레이의 기계적 취약성의 감소에 기여하는, 장치.
  27. 제1항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 마이크로 PV 셀의 수직 두께는 1 밀리미터보다 작은, 장치.
  28. 제1항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 마이크로 PV 셀의 수직 두께는 0.3 밀리미터보다 작은, 장치.
  29. 제1항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 PV 셀 어레이의 마이크로 PV 셀들 중 적어도 일부는 상기 단일 웨이퍼의 최상부 표면에 대해 비-수직으로 경사진 적어도 하나의 외부 측벽을 가지며,
    마이크로 PV 셀들 중 적어도 일부의 경사진 측벽들의 포함은 상기 PV 셀 어레이의 기계적 취약성의 감소에 기여하는, 장치.
  30. 제1항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 PV 셀 어레이의 마이크로 PV 셀들 중 적어도 일부는 만곡된 적어도 하나의 외부 측벽을 가지며,
    마이크로 PV 셀들 중 적어도 일부의 만곡된 측벽들의 포함은 상기 PV 셀 어레이의 기계적 취약성의 감소에 기여하는, 장치.
  31. 제1항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 PV 셀 어레이의 마이크로 PV 셀들은 투명한 보호성 최상부-시트로 커버되는, 장치.
  32. 제1항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 PV 셀 어레이의 마이크로 PV 셀들은, 마이크로 PV 셀들의 특정 활성 구역들을 향해 광을 집광시키는 광학 집광기들을 갖는 투명한 최상부-시트로 커버되는, 장치.
  33. 제1항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 PV 셀 어레이의 마이크로 PV 셀들은 굽힘성 지지 시트를 통해 서로 기계적으로 상호연결되고,
    상기 굽힘성 지지 시트의 포함은 (i) 상기 PV 셀 어레이의 기계적 취약성의 감소, 및 (ii) 상기 PV 셀 어레이의 기계적 유연성의 증가에 기여하는, 장치.
  34. 제1항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 마이크로 PV 셀은 상기 각각의 마이크로 PV 셀에 의해 생성된 전류를 출력하기 위한 포지티브 전극 및 네거티브 전극을 포함하고,
    전기 전도체 메시(mesh)가 상기 마이크로 PV 셀들을 전기적으로 연결하고 집계된 전기 출력을 발생시키는, 장치.
  35. 제1항 내지 제34항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 크레이터들은 상기 웨이퍼의 특정 위치들에 형성되는 레이저-커팅된 그루브(groove)들인, 장치.
  36. 제1항 내지 제35항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 크레이터들은 레이저 또는 방사 또는 광의 빔을 통해 형성된 빔-기반 크레이터들을 포함하는, 장치.
  37. 제1항 내지 제35항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 크레이터들은 코루게이션(corrugation)-형성 크레이터들을 포함하는, 장치.
  38. 제1항 내지 제35항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 크레이터들은 DRIE(Deep Reactive Ion Etching)를 통해 형성된 DRIE-기반 크레이터들을 포함하는, 장치.
  39. 제1항 내지 제35항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 크레이터들은 다이싱 또는 커팅을 통해 형성되는 크레이터들을 포함하는, 장치.
  40. 제1항 내지 제35항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 크레이터들은 다이싱 또는 커팅을 통해 형성되는 크레이터들을 포함하며, 상기 다이싱 또는 커팅은 적어도 2개의 상이한 방향들을 따라 수행되는, 장치.
  41. 제1항 내지 제35항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 크레이터들은 다이싱 또는 커팅을 통해 형성된 크레이터들을 포함하며,
    상기 다이싱 또는 커팅은, 상기 마이크로 PV-셀들의 전기 접촉부들을 보유하는 평면에 수직이 아닌 적어도 하나의 디멘션을 포함하는 적어도 2개의 상이한 방향들을 따라 수행되는, 장치.
  42. 제1항 내지 제35항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 크레이터들은 다이싱 또는 커팅을 통해 형성된 크레이터들을 포함하며,
    상기 다이싱 또는 커팅은 적어도 하나의 만곡된 또는 비직선 방향을 포함하는 적어도 2개의 상이한 방향들을 따라 수행되는, 장치.
  43. 제1항 내지 제42항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 마이크로 PV-셀은 비-세장형 마이크로 PV-셀이고,
    (i) 각각의 마이크로 PV-셀의 최상부 영역의 수평 길이 및 (ii) 각각의 마이크로 PV-셀의 최상부 영역의 수직 길이 간의 비율은 2 대 1 미만인, 장치.
  44. 제1항 내지 제35항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장치는 비-평면형 태양광 패널(solar panel)인, 장치.
  45. 제1항 내지 제36항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장치는 차량의 루프(roof)인, 장치.
  46. 제1항 내지 제36항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장치는 빌딩의 루프인, 장치.
  47. 제1항 내지 제36항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장치는 루프 싱글(roof shingle)인, 장치.
  48. 제1항 내지 제36항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장치는, 드론, 항공기, 선박, 우주선, 위성으로 이루어진 그룹에서 선택되는 디바이스의 루프 또는 측면-패널인, 장치.
  49. 장치로서,
    복수의 마이크로 PV(Photovoltaic) 셀들로 구성된, 세그먼트화된 PV 셀 어레이를 포함하며,
    상기 PV 셀 어레이는, (I) 복수의 크레이터들을 통해 세그먼트화된 단일 웨이퍼, (II) 복수의 크레이터들을 통해 세그먼트화된 단일 웨이퍼의 부분, (III) 복수의 크레이터들을 통해 세그먼트화된 한 세트의 2개 이상의 상호연결된 웨이퍼들 중 하나를 포함하며,
    상기 웨이퍼는,
    (i) 하부 금속배선 층을 갖는 복합 금속화 웨이퍼 ― 각각의 크레이터는 상기 웨이퍼의 비-금속화 층들 전체를 관통하지만, 상기 웨이퍼의 상기 하부 금속배선 층은 관통하지 않음―;
    (ii) 비-금속화 반도체 웨이퍼
    로 이루어진 그룹에서 선택된 웨이퍼이며,
    각각의 크레이터는 상기 반도체 웨이퍼의 깊이의 100%를 관통하며,
    각각의 크레이터는 2개의 이웃하는 마이크로 PV 셀들 사이에 물리적 리세스 분리를 생성하며, 상기 2개의 이웃하는 마이크로 PV 셀들은 여전히 서로 상호연결되지만 상기 이웃하는 마이크로 PV 셀들의 높이 전부가 아닌 일부에 걸쳐서만 상호연결되며,
    상기 마이크로 PV 셀들은 기계적으로 그리고 전기적으로 서로 연결되는, 장치.
  50. 기계적으로 강화된 PV(Photovoltaic) 셀로서,
    최상부 표면, 최하부 표면, 및 적어도 하나의 측벽을 갖는, 적어도 부분적으로 반도체 재료로 구성된 반도체 바디;
    상기 반도체 바디 내의 적어도 하나의 의도적으로 배치된 갭 ―상기 갭은 적어도 사전정의된 최소 깊이를 가지며 그리고 적어도 사전정의된 최소 길이를 가짐―;
    상기 반도체 바디 내에 형성된 상기 갭에 증착되는 갭 충전제 재료
    를 포함하는, 기계적으로 강화된 PV 셀.
  51. 제50항에 있어서,
    상기 반도체 바디 내에 복수의 갭들이 형성되고,
    상기 복수의 갭들은 사전정의된 패턴에 따라 공간적으로 배열되고 상기 PV 셀을 2개 이상의 마이크로 PV 셀들로 파티셔닝되며,
    각각의 마이크로 PV 셀은 셀 바디, 셀 최상부 표면, 셀 최하부 표면 및 셀 측벽들을 갖는, 기계적으로 강화된 PV 셀.
  52. 제50항 또는 제51항에 있어서,
    각각의 마이크로 PV 셀은 개개의 마이크로 PV 셀 내의 P-N 접합부의 서로 다른 면에 연결된 적어도 2개의 전극 접촉부들을 포함하는, 기계적으로 강화된 PV 셀.
  53. 제50항 내지 제52항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 마이크로 PV 셀은 상기 마이크로 PV 셀의 임의의 표면 상에 적어도 2개의 전극 접촉부들을 포함하고,
    상기 마이크로 PV 셀의 표면상의 각각의 세트의 전극 접촉부들은, 개개의 마이크로 PV 셀 내의 P-N 접합부의 서로 다른 면에 전기적으로 연결되는, 기계적으로 강화된 PV 셀.
  54. 제50항 내지 제53항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 마이크로 PV 셀의 최상부 표면은, (a) 정사각형; (b) 직사각형; (c) 십 각형; (d) 육각형; (e) 칠각형; (f) 팔각형으로 이루어진 그룹에서 선택된 다각형인, 기계적으로 강화된 PV 셀.
  55. 제54항에 있어서,
    상기 다각형의 각각의 면은 0.1mm 내지 6mm 범위의 길이를 갖는, 기계적으로 강화된 PV 셀.
  56. 제54항에 있어서,
    상기 마이크로 PV 셀 최하부 표면은 상기 마이크로 PV 셀의 최상부 표면과 동일한 형상 및 상이한 면 길이들을 갖는, 기계적으로 강화된 PV 셀.
  57. 제50항 내지 제56항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 마이크로 PV 셀 최상부 표면으로부터 최하부 표면까지의, 상기 마이크로 PV 셀의 두께는 0.01mm 내지 6mm의 범위인, 기계적으로 강화된 PV 셀.
  58. 제50항 내지 제57항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 마이크로 PV 셀의 측벽들 중 적어도 하나는 상기 마이크로 PV 셀의 최상부 표면에 대해 경사진, 기계적으로 강화된 PV 셀.
  59. 제50항 내지 제58항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 마이크로 PV 셀의 측벽들 중 적어도 하나는 만곡된 측벽인, 기계적으로 강화된 PV 셀.
  60. 제50항 내지 제59항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 마이크로 PV 셀 측벽은, 상기 마이크로 PV 셀 바디를 구성하는(comprising) 재료와 상이한 재료로 코팅되는, 기계적으로 강화된 PV 셀.
  61. 제50항 내지 제60항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 마이크로 PV 셀 측벽은 패시베이션 재료로 코팅되는, 기계적으로 강화된 PV 셀.
  62. 제50항 내지 제61항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 마이크로 PV 셀 측벽의 적어도 일부는 전기적으로 절연성인 재료로 코팅되는, 기계적으로 강화된 PV 셀.
  63. 제50항 내지 제62항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 마이크로 PV 셀 측벽은, (a) 산소, (b) 암모니아, (c) 질소, (d) 수소, (e) 아르곤, (f) 상기 재료들 중 2개 이상의 재료들의 화합물, 및 (g) 상기 재료들 중 2개 이상의 재료들의 혼합물로 이루어진 그룹에서 선택된 물질과 셀 바디 재료를 반응시킬 때 생성되는 화합물로 코팅되는, 기계적으로 강화된 PV 셀.
  64. 제50항 내지 제63항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전극들 각각은, 별개의 마이크로 PV 셀들 상의 대응하는 전극들을 상호연결하는 별개의 유연성 전도체에 연결되는, 기계적으로 강화된 PV 셀.
  65. 제50항 내지 제64항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 최상부 표면 위에 위치된 클리어 폴리머 라미네이트(clear polymer laminate)를 더 포함하는, 기계적으로 강화된 PV 셀.
  66. 제50항 내지 제65항 중 어느 한 항에 있어서,
    개개의 마이크로 PV 셀들 위에 위치된 광학 집광기(optical concentrator)들을 갖는 클리어 최상부 시트 및/또는 봉지재(encapsulant)를 더 포함하는, 기계적으로 강화된 PV 셀.
  67. 제50항 내지 제66항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학 집광기들은, 상기 라미네이트가 상기 PV 셀에 부착되는 동안 또는 부착된 후에, 엠보싱, 화학적 에칭, 마이크로-머시닝, 레이저 삭마 또는 다른 수단에 의해 상기 클리어 최상부 시트에 형성되는, 기계적으로 강화된 PV 셀.
  68. 제50항 내지 제67항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학 집광기들은, 광이 동일하거나 인근 마이크로 PV 셀들의 비활성 부분들을 향해 가게 방향전환시킴으로써, 최적화된 경사 각도로부터 개개의 마이크로 PV 셀들의 활성 영역으로 일광(sunlight)을 지향시키도록 기하학적으로 최적화되는, 기계적으로 강화된 PV 셀.
  69. 제50항 내지 제68항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 PV 셀은, 루프 싱글, 루프-탑 태양광 패널, 빌딩, 빌딩의 루프, 차량, 드론, 항공기, 선박, 우주선, 위성으로 이루어진 그룹에서 선택된 디바이스의 일부인 비-평면형 태양광 패널의 일부인, 기계적으로 강화된 PV 셀.
  70. 강화된 반도체 기판으로서,
    적어도 부분적으로 반도체 재료로 구성되며 최상부 표면, 최하부 표면 및 측표면을 갖는 반도체 바디;
    상기 기판 바디를 관통하는, 적어도 하나의 의도적으로 배치된 갭 ―상기 의도적으로 배치된 갭은 적어도 제1 선택된 깊이 및 적어도 제2 선택된 폭임―; 및
    상기 적어도 하나의 의도적으로 배치된 갭 내에 위치된 갭 충전제
    를 포함하며, 상기 갭 충전제는 힘 흡수 및/또는 재료 강화 속성을 갖는 재료로 구성되는, 강화된 반도체 기판.
  71. 제70항에 있어서,
    상기 반도체 바디는 두께가 적어도 0.01mm 인 취성 반도체 재료를 포함하고,
    상기 갭은 상기 반도체 재료 두께의 적어도 10%의 깊이 및 상기 반도체 재료 두께의 적어도 10%의 폭을 가지며,
    상기 갭 충전제 재료는, 압축성, 신축성 및/또는 가요성 속성들을 가지며 상기 기판 바디에 일정 레벨의 유연성을 제공하는, 강화된 반도체 기판.
  72. 제70항 또는 제71항에 있어서,
    상기 반도체 바디는, 진성 반도체들, IV족 반도체들, III-V 반도체들, II-VI 반도체들, 실리콘, 실리콘 이산화물, 알루미늄 산화물, 사파이어, 게르마늄, 갈륨 비소(GaAs) 및 인듐 인화물(InP) 게르마늄, C, SiC, GaN, GaP, InSb, InAs, GaSb 반도체 온 글라스, 실리콘 온 글라스, 글라스, 실리카, 알루미나, 석영, 갈륨 비소(GaAs), 인듐 인화물(InP), CdTe, 유기/무기 페로브스카이트계 재료들, CIGS(CuGaInS/Se), 도핑된 버전들의 상기 재료들, 상기 재료들 중 2개 이상의 재료들의 혼합물로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나의 반도체 재료로 구성되는, 강화된 반도체 기판.
  73. 제70항 내지 제72항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반도체 바디는, 에피택셜 반도체 온 글라스, CIGS(Cu In Ga S/Se) 온 글라스, AZO/ZnO/CIGS 온 글라스, FTO/ZnO/CIGS 온 글라스, ITO/ZnO/CIGS 온 글라스, AZO/CdS/CIGS 온 글라스, FTO/CdS/CIGS 온 글라스, ITO/CdS/CIGS 온 글라스, FT0/Ti02/CIGS, CdTe 온 글라스, FT0/Ti02/CIGS 온 글라스, AZO/ZnO/CdTe 온 글라스, FTO/ZnO/CdTe 온 글라스, ITO/ZnO/CdTe 온 글라스, AZO/CdS/CdTe 온 글라스, FTO/CdS/CdTe 온 글라스, ITO/CdS/CdTe 온 글라스, FT0/Ti02/CdTe로 이루어진 그룹에서 선택된 합성물로 구성된 합성 재료인, 강화된 반도체 기판.
  74. 제70항 내지 제73항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반도체 바디는, PV(Photo Voltaic) 셀, LED(Light Emitting Diode), 트랜지스터, 전력 트랜지스터, 집적 회로(IC), VLSI(Very Large Scale Integration), 검출기, 센서, 다이오드, MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems) 디바이스로 이루어진 그룹에서 선택된 반도체 디바이스를 제공하도록 구성된, 강화된 반도체 기판.
  75. 제70항 내지 제74항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 갭 충전제는, (a) 폴리머; (b) 수지; (c) 비정질 실리콘; (d) 글라스; (e) 금속; (f) 카본; (g) 산소; (h) 모노머; (i) 제2 반도체 재료; (j) 올리고머; (k) 반응성 시스템(예를 들어, 모노머 및 광-개시제); (l) EVA; (m) PVDF; (n) 실리콘; (o) 플루오로폴리머; (p) SiNx; (q) EPDM; (r) 고무; (s) PDMS; (t) PFE; (u) 질소; (v) 티타늄; (w) TaN; (x) AlN; (y) 유기 화합물; (z) 무기 화합물; (aa) 질화물들; (ab) 인화물들; (ac) 탄화물들; (ad) 셀레나이드들; (ae) 할코게나이드들; (af) 할로겐화물들, (ag) 상기한 것들 중 둘 이상의 것의 조합물로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나의 재료로 구성되는, 강화된 반도체 기판.
  76. 제70항 내지 제75항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 갭 충전제는, (a) 폴리머, (b) 수지, (c) 모노머, (d) 올리고머, (e) PDMS, (f) EVA, (g) PFE, (h) 반응성 시스템(예를 들어, 모노머 및 광-개시제), (i) PVDF, (j) 실리콘, (k) EPDM, (l) 고무, (m) 상기한 것들 중 둘 이상의 것의 조합물로 이루어진 그룹에서 선택된 탄성 또는 플라스틱 재료를 포함하는, 강화된 반도체 기판.
  77. 제70항 내지 제76항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 갭 충전제는, (a) SiNx, (b) SiO2, (c) AlN, (d) TaN, (e) 질화물들, (f) 인화물들, (g) 탄화물들, (h) 셀레나이드들, (i) 할코게나이드들, (j) 할로겐화물들, (k) 비정질 실리콘, (l) 상기한 것들 중 둘 이상의 것들의 조합물로 이루어진 그룹에서 선택된 패시베이팅 재료를 포함하는, 강화된 반도체 기판.
  78. 제70항 내지 제77항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 갭 충전제는 화학적, 열적 및 기계적 내구성을 위한 복합 재료로 구성되며, (a) 금속, (b) 카본, (c) 세라믹 재료로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나의 재료를 포함하는, 강화된 반도체 기판.
  79. 제70항 내지 제78항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 갭 충전제 재료는 상기 갭 내에서 반응성으로 성장되는, 강화된 반도체 기판.
  80. 제70항 내지 제79항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 갭 충전제는 갭 벽 재료와 반응하여 상기 갭 벽들 상에 코팅을 형성하는, 강화된 반도체 기판.
  81. 제70항 내지 제80항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 갭 충전제는 갭 형성 동안 또는 갭 형성 후에 제공되는 특정 분위기(specific ambient)와 갭 벽들의 반응에 의해 형성되는, 강화된 반도체 기판.
  82. 제70항 내지 제81항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 갭 충전제는 반응 동안 물리적으로 팽창하고 갭 벽들을 이격되게 밀어내는, 강화된 반도체 기판.
  83. 제70항 내지 제82항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 갭 충전제는 상기 갭에 도입된 재료들의 혼합물로 구성되는, 강화된 반도체 기판.
  84. 제70항 내지 제83항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 갭 충전제 혼합물은 상기 갭에 도입된 후에 물리적으로 팽창되는, 강화된 반도체 기판.
  85. 제70항 내지 제84항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 갭 충전제는 상기 갭 내부 또는 상기 갭에 걸쳐 이산 층들로서 증착된 한 세트의 재료들을 포함하는, 강화된 반도체 기판.
  86. 제70항 내지 제85항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 혼합물은 최상부 또는 최하부 표면에 대해 특정 방향으로 부착된 이방성 입자들을 포함하는, 강화된 반도체 기판.
  87. 제70항 내지 제86항 중 어느 한 항에 있어서,
    증착된 이산 층들의 상이한 층들은 상이한 속성들을 가지며, 상이한 강화 기능들을 제공하는, 강화된 반도체 기판.
  88. 제70항 내지 제87항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 의도적으로 배치된 갭은 상기 기판 바디로부터 재료를 제거함으로써 생성되는, 강화된 반도체 기판.
  89. 제70항 내지 제88항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 의도적으로 배치된 갭은, 상기 기판 바디의 적어도 최상부 표면에 걸쳐 단일 라인으로 또는 라인들의 어레이 또는 다른 형상들로 구성된 패턴으로 연장되는, 강화된 반도체 기판.
  90. 제70항 내지 제89항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 의도적으로 배치된 갭은 상기 기판 바디의 최상부 표면 및 최하부 표면 각각에 걸쳐 연장되어, 상기 최상부 표면 및 상기 최하부 표면 각각 내에 별개의 상이한 갭 패턴들이 형성되는, 강화된 반도체 기판.
  91. 제70항 내지 제90항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 최상부 표면 및/또는 상기 최하부 표면 각각 내의 갭 패턴들을 충전하기 위해 사용되는 갭 충전제 재료는 상이하고,
    2개의 갭 패턴들 중 하나는 충전되지 않은 채로 남아 있는, 강화된 반도체 기판.
  92. 제70항 내지 제91항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 의도적으로 배치된 갭은 상기 기판 바디로부터 재료를 제거함으로써 생성되는, 강화된 반도체 기판.
  93. 제70항 내지 제92항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 의도적으로 배치된 갭은 상기 최상부 표면에서 최하부 표면으로 상기 반도체 바디를 완전히 통과하는, 강화된 반도체 기판.
  94. 제70항 내지 제93항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 의도적으로 배치된 상기 갭은 상기 갭의 측면들로부터 상기 반도체 기판 부분들 사이의 거리를 확장시킴으로써 생성되는, 강화된 반도체 기판.
  95. 제70항 내지 제94항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 의도적으로 배치된 갭은 단일 라인 또는 라인들의 어레이 또는 다른 형상들로 구성된 패턴으로 상기 기판 바디의 최상부 또는 최하부 표면에 걸쳐 연장되는, 강화된 반도체 기판.
  96. 제70항 내지 제95항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 의도적으로 배치된 갭은 상기 최상부 표면 및 상기 최하부 표면에 수직인, 강화된 반도체 기판.
  97. 제70항 내지 제96항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 의도적으로 배치된 갭은 상기 최상부 표면 및 상기 최하부 표면에 대해 90도 이외의 각도인, 강화된 반도체 기판.
  98. 제70항 내지 제97항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 의도적으로 배치된 갭은 편평한 벽들을 갖는 규칙적 윤곽을 갖는, 강화된 반도체 기판.
  99. 제70항 내지 제98항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 의도적으로 배치된 갭은 "V자-형상", "U자-형상", 편평한 또는 다른 형상과 같은 불규칙한 윤곽을 갖는, 강화된 반도체 기판.
  100. 기계적으로 강화된 PV(Photovoltaic) 셀 어레이로서,
    2개 이상의 강화된 PV 셀들이 서로에 대해 배열되는, 굽힘성 그리고/또는 신축성 지지 시트;
    적어도 2개의 강화된 PV 셀들의 대응하는 전기 출력 단자들을 전기적으로 상호연결하기 위한 어레이 전기 전도체 메시 ―상기 강화된 PV 셀들 중 적어도 하나는, 최상부 표면, 최하부 표면 및 적어도 하나의 측벽을 포함하는, 폼-팩터를 갖는 반도체 기판으로 형성됨―;
    상기 바디 내의 적어도 하나의 의도적으로 배치된 갭; 및
    상기 셀 바디 내에 배치된 상기 갭에 증착된 갭 충전제
    를 포함하는, 기계적으로 강화된 PV 셀 어레이.
  101. 제100항에 있어서,
    도트 접촉부들을 더 포함하며, 상기 도트 접촉부들은 상기 도트 접촉부들의 최하부 표면을 통해 분산되며 p 및 n 전극 접촉부들인, 기계적으로 강화된 PV 셀 어레이.
  102. 제100항 또는 제101항에 있어서,
    상기 굽힘성 및/또는 신축성 지지 시트는 충분히 길고, 0.12m 내지 24km의 길이 및 0.12m 내지 12m의 폭을 갖는 가요성 PV 모듈을 제공하기에 충분하게 강화된 PV 셀을 포함하는, 기계적으로 강화된 PV 셀 어레이.
  103. 제100항 내지 제102항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가요성 PV 모듈은 50cm 미만의 직경을 갖는 롤 내로 롤링가능한, 기계적으로 강화된 PV 셀 어레이.
  104. 제100항 내지 제103항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가요성 PV 모듈은 1보다 낮은 비중량(specific weight)을 가지며 물 상에서 부유하는(float), 기계적으로 강화된 PV 셀 어레이.
  105. 제100항 내지 제104항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 PV 가요성 모듈은 폐쇄 셀 발포형 폴리머(closed cell foamed polymer)로 만들어지는, 기계적으로 강화된 PV 셀 어레이.
  106. 제100항 내지 제105항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 폐쇄 셀 발포형 폴리머는 주로 폴리올레핀, PDMS, EPDM, 실리콘, 폴리우레탄 중 하나로 만들어지는, 기계적으로 강화된 PV 셀 어레이.
  107. 제100항 내지 제106항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 지지 시트는 플루오로폴리머, PET, PVC, EPDM, ETFE, ECTFE, 아크릴, PC, PVDF, PEF, POE, PP, PE, Al, 실리콘, 상기 재료들 중 둘 이상의 재료들의 조합물로 만들어지는, 기계적으로 강화된 PV 셀 어레이.
  108. 제100항 내지 제107항 중 어느 한 항에 있어서,
    투명한 및/또는 컬러링된 및/또는 패터닝된 및/또는 엠보싱된 플루오로폴리머, PET, PVC, EPDM, ETFE, ECTFE, 아크릴, PC, PVDF, PEF, POE, PP, PE, Al, 실리콘 및/또는 상기 재료들 중 2개 이상의 재료들의 조합물로 만들어진 최상부 시트를 더 포함하는, 기계적으로 강화된 PV 셀 어레이.
  109. 제100항 내지 제108항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기 전도체 메시는, 적어도 2개의 강화된 PV 셀들의 대응하는 전기 출력 단자들을 전기적으로 상호연결하고, 또한 동일한 PV 셀에 걸쳐 그리고 다수의 강화된 PV 셀들에 걸쳐 마이크로 셀들 및/또는 마이크로 셀들의 그룹을 연결하기 위한 것인, 기계적으로 강화된 PV 셀 어레이.
  110. 제100항 내지 제109항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 강화된 PV 셀 바디 내의 갭들은 상기 PV 셀을 2개 이상의 마이크로 PV 셀들로 파티셔닝하는 패턴으로 연장되고,
    각각의 마이크로 PV 셀은 바디, 최상부 표면, 최하부 표면 및 상기 갭들을 향하는 측벽들을 갖는, 기계적으로 강화된 PV 셀 어레이.
  111. 제100항 내지 제110항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 마이크로 PV 셀은 상기 마이크로 PV 셀의 최하부에서 이격된 적어도 2개의 접촉부들을 포함하고, 각각은 그 개개의 마이크로 PV 셀 내의 PN 접합부의 서로 다른 면에 전기적으로 연결되는, 기계적으로 강화된 PV 셀 어레이.
  112. 강화된 반도체 기판을 제조하는 방법으로서,
    적어도 부분적으로 반도체 재료로 구성되고, 최상부, 최하부 및 측표면들을 갖는 기판 바디 상에, 상기 기판 바디를 관통하는 적어도 하나의 의도적으로 배치된 갭을 생성하는 단계 ―상기 의도적으로 배치된 갭은 적어도 제1 선택된 깊이 및 적어도 제2 선택된 폭임―;
    상기 적어도 하나의 의도적으로 배치된 갭에 갭 필러를 도입하는 단계
    를 포함하며, 상기 갭 충전제는 힘 흡수 속성들 및/또는 재료 강화 속성들을 갖는 재료로 구성되는, 강화된 반도체 기판을 제조하는 방법.
  113. 제112항에 있어서,
    상기 반도체 바디는 두께가 적어도 0.01mm인 취성 반도체 재료를 포함하고,
    상기 갭은 반도체 재료 두께의 적어도 10%의 깊이 및 반도체 재료 두께의 적어도 10%의 폭을 가지며,
    상기 갭 충전제 재료는, 압축성, 신축성 및/또는 가요성 속성들을 가지며 상기 기판 바디에 일정 레벨의 유연성을 제공하는, 강화된 반도체 기판을 제조하는 방법.
  114. 제112항 또는 제113항에 있어서,
    상기 반도체 기판 반도체 바디는, 진성 반도체들, IV족 반도체들, III-V 반도체들, II-VI 반도체들, 실리콘, 실리콘 이산화물, 알루미늄 산화물, 사파이어, 게르마늄, 갈륨 비소(GaAs) 및 인듐 인화물(InP) 게르마늄, C, SiC, GaN, GaP, InSb, InAs, GaSb 반도체 온 글라스, 실리콘 온 글라스, 글라스, 실리카, 알루미나, 석영, 갈륨 비소(GaAs), 인듐 인화물(InP), CdTe, 유기/무기 페로브스카이트계 재료들, CIGS(CuGaInS/Se), 도핑된 버전들의 상기 재료들, 상기 재료들 중 2개 이상의 재료들의 혼합물들로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나의 반도체 재료로 구성되는, 강화된 반도체 기판을 제조하는 방법.
  115. 제112항 내지 제114항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반도체 바디는, 에피택셜 반도체 온 글라스, CIGS(Cu In Ga S/Se) 온 글라스, AZO/ZnO/CIGS 온 글라스, FTO/ZnO/CIGS 온 글라스, ITO/ZnO/CIGS 온 글라스, AZO/CdS/CIGS 온 글라스, FTO/CdS/CIGS 온 글라스, ITO/CdS/CIGS 온 글라스, FT0/Ti02/CIGS, FT0/Ti02/CIGS 온 글라스, CdTe 온 글라스, AZO/ZnO/CdTe 온 글라스, FTO/ZnO/CdTe 온 글라스, ITO/ZnO/CdTe 온 글라스, AZO/CdS/CdTe 온 글라스, FTO/CdS/CdTe 온 글라스, ITO/CdS/CdTe 온 글라스, FT0/Ti02/CdTe로 이루어진 그룹에서 선택된 합성물로 구성된 합성 재료인, 강화된 반도체 기판을 제조하는 방법.
  116. 제112항 내지 제115항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반도체 바디는, PV(Photo Voltaic) 셀, LED(Light Emitting Diode), 트랜지스터, 전력 트랜지스터, 집적 회로(IC), VLSI(Very Large Scale Integration), 검출기, 센서, 다이오드, MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems) 디바이스로 이루어진 그룹에서 선택된 반도체 디바이스를 제공하도록 구성된, 강화된 반도체 기판을 제조하는 방법.
  117. 제112항 내지 제116항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 갭 충전제는, (a) 폴리머; (b) 수지; (c) 비정질 실리콘; (d) 글라스; (e) 금속; (f) 카본; (g) 산소; (h) 모노머; (i) 제2 반도체 재료; (j) 올리고머; (k) 반응성 시스템(예를 들어, 모노머 및 광-개시제); (l) EVA; (m) PVDF; (n) 실리콘; (o) 플루오로폴리머; (p) SiNx; (q) EPDM; (r) 고무; (s) PDMS; (t) PFE; (u) 질소; (v) 티타늄; (w) TaN; (x) AlN; (y) 유기 화합물; (z) 무기 화합물; (aa) 질화물들; (ab) 인화물들; (ac) 탄화물들; (ad) 셀레나이드들; (ae) 할코게나이드들; (af) 할로겐화물들, (ag) 상기한 것들 중 둘 이상의 것의 조합물로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나의 재료로 구성되는, 강화된 반도체 기판을 제조하는 방법.
  118. 제112항 내지 제117항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 갭 충전제는, (a) 폴리머, (b) 수지, (c) 모노머, (d) 올리고머, (e) PDMS, (f) EVA, (g) PFE, (h) 반응성 시스템(예를 들어, 모노머 및 광-개시제), (i) PVDF, (j) 실리콘, (k) EPDM, (l) 고무, 및 (m) 상기한 재료들 중 둘 이상의 재료들의 조합물로 이루어진 그룹에서 선택된 탄성 또는 플라스틱 재료를 포함하는, 강화된 반도체 기판을 제조하는 방법.
  119. 제112항 내지 제118항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 갭 충전제는, (a) SiNx, (b) SiO2, (c) AlN, (d) TaN, (e) 질화물들, (f) 인화물들, (g) 탄화물들, (h) 셀레나이드들, (i) 할코게나이드들, (j) 할로겐화물들, (k) 비정질 실리콘, (l) 상기 재료들 중 둘 이상의 재료들의 조합물로 이루어진 그룹에서 선택된 패시베이팅 재료를 포함하는, 강화된 반도체 기판을 제조하는 방법.
  120. 제112항 내지 제119항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 갭 충전제는 화학적, 열적 및 기계적 내구성을 위한 복합 재료로 구성되며, (a) 금속, (b) 카본, (c) 세라믹 재료로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나의 재료를 포함하는, 강화된 반도체 기판을 제조하는 방법.
  121. 제112항 내지 제120항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 갭 충전제 재료는 상기 갭 내에서 반응성으로 성장되는, 강화된 반도체 기판을 제조하는 방법.
  122. 제112항 내지 제121항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 갭 충전제는 갭 벽 재료와 반응하여 상기 갭 벽들 상에 코팅을 형성하는, 강화된 반도체 기판을 제조하는 방법.
  123. 제112항 내지 제122항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 갭 충전제는 갭 형성 동안 또는 갭 형성 후에 제공되는 특정 분위기와 갭 벽들의 반응에 의해 형성되는, 강화된 반도체 기판을 제조하는 방법.
  124. 제112항 내지 제123항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 갭 충전제는 반응 동안 물리적으로 팽창하고 갭 벽들을 이격되게 밀어내는, 강화된 반도체 기판을 제조하는 방법.
  125. 제112항 내지 제124항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 갭 충전제는 상기 갭에 도입된 재료들의 혼합물로 구성되는, 강화된 반도체 기판을 제조하는 방법.
  126. 제112항 내지 제125항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 갭 충전제 혼합물은 상기 갭에 도입된 후에 물리적으로 팽창되는, 강화된 반도체 기판을 제조하는 방법.
  127. 제112항 내지 제126항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 갭 충전제는 상기 갭 내부 또는 상기 갭에 걸쳐 이산 층들로서 증착된 한 세트의 재료들을 포함하는, 강화된 반도체 기판을 제조하는 방법.
  128. 제112항 내지 제127항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 혼합물은 상기 최상부 또는 최하부 표면에 대해 특정 방향으로 부착된 이방성 입자들을 포함하는, 강화된 반도체 기판을 제조하는 방법.
  129. 제112항 내지 제128항 중 어느 한 항에 있어서,
    증착된 이산 층들의 상이한 층들은 상이한 속성들을 가지며, 상이한 강화 기능들을 제공하는, 강화된 반도체 기판을 제조하는 방법.
  130. 제112항 내지 제129항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 의도적으로 배치된 갭은 상기 기판 바디로부터 재료를 제거함으로써 생성되는, 강화된 반도체 기판을 제조하는 방법.
  131. 제112항 내지 제130항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 의도적으로 배치된 갭은, 상기 기판 바디의 적어도 최상부 표면에 걸쳐 단일 라인으로 또는 라인들의 어레이 또는 다른 형상들로 구성된 패턴으로 연장되는, 강화된 반도체 기판을 제조하는 방법.
  132. 제112항 내지 제131항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 의도적으로 배치된 갭은 상기 기판 바디의 최상부 표면 및 최하부 표면 각각에 걸쳐 연장되어, 상기 최상부 표면 및 상기 최하부 표면 각각 내에 별개의 상이한 갭 패턴들이 형성되는, 강화된 반도체 기판을 제조하는 방법.
  133. 제112항 내지 제132항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 최상부 표면 및/또는 상기 최하부 표면 각각 내의 갭 패턴들을 충전하기 위해 사용되는 갭 충전제 재료는 상이하고,
    2개의 갭 패턴들 중 하나는 충전되지 않은 채로 남아 있는, 강화된 반도체 기판을 제조하는 방법.
  134. 제112항 내지 제133항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 의도적으로 배치된 상기 갭은 상기 기판 바디로부터 재료를 제거함으로써 생성되고, 최상부 표면에서 최하부 표면으로 반도체 바디를 완전히 통과하는, 강화된 반도체 기판을 제조하는 방법.
  135. 제112항 내지 제134항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 의도적으로 배치된 갭은 상기 최상부 표면에서 최하부 표면으로 상기 반도체 바디를 완전히 통과하는, 강화된 반도체 기판을 제조하는 방법.
  136. 제112항 내지 제135항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 의도적으로 배치된 갭은 상기 갭의 측면들로부터 상기 반도체 기판 부분들 사이의 거리를 확장시킴으로써 생성되는, 강화된 반도체 기판을 제조하는 방법.
  137. 제112항 내지 제136항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 의도적으로 배치된 갭은 단일 라인 또는 라인들의 어레이 또는 다른 형상들로 구성된 패턴으로 상기 기판 바디의 최상부 또는 최하부 표면에 걸쳐 연장되는, 강화된 반도체 기판을 제조하는 방법.
  138. 제112항 내지 제137항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 의도적으로 배치된 갭은 상기 최상부 표면 및 상기 최하부 표면에 수직인, 강화된 반도체 기판을 제조하는 방법.
  139. 제112항 내지 제138항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 의도적으로 배치된 갭은 상기 최상부 표면 및 상기 최하부 표면에 대해 90도 이외의 각도인, 강화된 반도체 기판을 제조하는 방법.
  140. 제112항 내지 제139항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 의도적으로 배치된 갭은 편평한 벽들을 갖는 규칙적 윤곽을 갖는, 강화된 반도체 기판을 제조하는 방법.
  141. 제112항 내지 제140항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 의도적으로 배치된 갭은 V자-형상, U자-형상, 비대칭 V자-형상, 비대칭 U자-형상으로 이루어진 그룹에서 선택된 불규칙한 윤곽을 갖는, 강화된 반도체 기판을 제조하는 방법.
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