(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
正面側コンタクト、背面側コンタクト、および前記正面側コンタクトと前記背面側コンタクトとの間に吸収層を有し、前記背面側コンタクトは、前記正面側コンタクトが形成される側である正面側とは反対側に位置する背面側が裏打ち膜と接し、前記背面側コンタクトの前記正面側は、前記吸収層が形成されない露出領域を有する薄膜太陽電池のコンタクト領域を接続する方法であって、
レーザアブレーションによって、所定の領域における前記裏打ち膜を除去し、前記所定の領域において前記背面側コンタクトの前記背面側を露出させる段階と、
レーザアブレーションによって、前記所定の領域内に位置する孔を前記背面側コンタクトに穿孔する段階と、
前記背面側コンタクトの前記正面側の前記露出領域を、銅コーティングを含む可撓性電気接続ラインの裏打ち膜を有する長尺状コンタクトに配置する段階と、
前記背面側コンタクトの前記孔を前記長尺状コンタクトの前記銅コーティングに押し当てる段階と、
前記所定の領域を介した前記背面側コンタクトの前記孔のレーザ照射により、レーザリベット接続を形成し、前記背面側コンタクトを前記銅コーティングに接続する段階と、
を備える方法。
【請求項２】
前記背面側コンタクトの前記背面側を露出させる段階および前記孔を穿孔する段階において、同じレーザ源から出力されるレーザビームを、エネルギーを変化させて利用する請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記背面側コンタクトの前記背面側の露出および前記孔の穿孔にはレーザパルス幅が１μｓ未満のレーザビームを用い、前記レーザリベット接続の形成にはレーザパルス幅が１μｓよりも大きいレーザビームを用いる請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記背面側コンタクトを前記銅コーティングに接続する段階において、複数のレーザリベット接続が設けられる請求項１から３の何れか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記長尺状コンタクトと前記薄膜太陽電池とに前記レーザリベット接続を形成し、前記背面側コンタクトを前記銅コーティングに接続する段階は、接続の強度を高めることを目的として、複数回繰り返される請求項１から４の何れか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記レーザリベット接続の形成に用いられるレーザパルスは、パルス幅が１０μｓよりも大きく、波長が赤外スペクトル範囲または可視スペクトル範囲に含まれる請求項１から５の何れか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記太陽電池の前記背面側コンタクト内に前記孔を穿孔する段階は、パルス幅が１μｓ未満であるパルス状レーザを用いる請求項１または２に記載の方法。
【請求項８】
レーザビームは、同時にレーザ処理を行うべく、複数の部分ビームに分割される請求項１から７の何れか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記背面側コンタクト内に前記孔を穿孔する段階は、前記レーザリベット接続の形成に用いられるものと同じレーザを用いる請求項１から８の何れか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記孔の大きさは、前記レーザリベット接続の形成に用いられるレーザスポットよりも小さい請求項１から９の何れか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記背面側コンタクトのためのラインおよび前記正面側コンタクトのためのラインが形成されるように、前記長尺状コンタクトの前記銅コーティングをスコアリングする段階と、
レーザ照射によってレーザリベット接続を形成し、それぞれのラインによって前記正面側コンタクトと前記背面側コンタクトとを同時に接続する段階とをさらに備える請求項１から１０の何れか１項に記載の方法。
【請求項１２】
レーザパルスの一時的な性能は、機械的手段、電気光学手段、または光学手段によって調整される請求項１から１１の何れか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可撓性基板に塗布された２つの金属層を接合する装置およびこのような接続を実行する方法に関する。特に、可撓性回路基板と薄膜太陽電池との間の電気接続およびそのような電気接続を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光を電気エネルギーに変換するさまざまな種類の薄膜太陽電池の開発が現在進められている。図１は、正面側コンタクト５と、背面側コンタクト２と、半導体吸収層３とを主に備える太陽電池の構造を示す概略図である。正面側コンタクトは、入射光の方を向いており、透明導電性酸化物（ＴＯＣ）で形成されており、裏面側コンタクトは、金属層で形成されている。光変換半導体層（吸収体）３は、複数の異なる材料から形成されているとしてよく、例えば、アモルファスシリコンおよび微結晶シリコンまたは多結晶シリコン、二セレン化銅インジウムガリウム（ＣＩＧＳ）、およびその他の半導体材料から形成されるとしてよい。半導体吸収層３との間にｐｎ接合を形成するべく、逆の導電型の半導体薄膜４をさらに形成する必要がある。ＣＩＧＳ太陽電池の場合、ＣＩＧＳ層とＣｄＳ薄層とをヘテロ接合することによってｐｎ接合を形成する。
【０００３】
可撓性基板上に薄型太陽電池を製造することは既に開示または提案されている。ポリマーは、例えば、軽量でも強度、密度、表面品質等の特性が非常に好適である。しかし、ポリマー材料の安定性では、最高使用温度に限界がある。だが、高品質の半導体層を成膜するためには、熱エネルギーまたは熱放射としてさらにエネルギーを入力することが必要である。このため、例えばＫａｐｔｏｎ（登録商標）等の高機能性ポリマー膜を用いて、可撓性太陽電池用の半導体薄層を工業的に成膜する。
【０００４】
上述したような材料を用いる際には、剛性および可撓性を持つ回路基板を実現するべく、織物補強材を共に用いるとしてもよいし、用いないとしてもよい。基本材料およびさまざまな製品の製造技術は公知である。
【０００５】
太陽電池で生成される電気エネルギーは、消費者に供給しなければならない。このため、薄層を、導電層システムに電気的に接触および接続する必要がある。薄膜太陽電池、特に、可撓性太陽電池の場合、このような接触部分も可撓性にして、薄層、薄膜、または同様の薄型金属導電材を同様に利用できるようにしなければならない。
【０００６】
例えば、シリコンウェハ太陽電池等の大型太陽電池のコンタクトパッドを接続する標準的なプロセスとしては、正面側コンタクトおよび背面側コンタクトのハンダ点に、例えば、高機能性ランプによる放熱によって、長尺状コンタクトをハンダ付けするものがある。薄層のハンダ付けは、層厚が約１μｍ以下と小さいために、より複雑である。ハンダ付けを行っている間に生じる合金プロセスによって薄層またはコンタクト点が損傷してしまう可能性があることが知られている。
【０００７】
薄膜太陽電池を外部のコンタクトに接続する別の方法としては、接着剤を利用するものがある。この方法は広く利用されているが、使用しなければならない材料が増えてしまう。接着剤の比抵抗値、および、例えばシルクスクリーン印刷等の、通常のペースト塗布技術のために、コンタクト領域のサイズを中程度にしなければならない。
【０００８】
また、導電性接着剤等の追加材料を用いることなく、または、ろう付けハンダを利用することなく実行され得る接続方法が公知である。半導体産業では細いワイヤを半導体チップに接続する方法が公知であり、いわゆるボンディングプロセスとして実行されている。しかし、当該ボンディングプロセスでは、特定の表面および材料を準備する必要があり、金およびアルミニウム等の特別な金属を用いてのみ実行可能である。また、ボンディングでは薄層の表面に高い圧力が印加される。ポリマー膜の機械的剛性は、半導体産業で利用されているボンディングプロセスの要件に満たない。
【０００９】
現在のレーザ技術では、ｋＷ級の性能を持つ強力なレーザ源が利用可能である。工学的に利用する場合にはそのような性能が必要であるが、一般的に微細加工では数ワットで十分である。さらに、レーザビームは、非常に小さい領域に集束させて表面上の任意の点に誘導されるように制御され得る。強力なレーザビームを部分ビームに分割することは、性能、速度、および処理品質を向上させるためにしばしば行われる。
【００１０】
日本国特許文献第２００５−１９１５８４号では、端末パッドが太陽電池の電圧を取り出す一体型太陽電池が開示されている。スズメッキが施された銅膜に太陽電池を接続するべく、ろう付けハンダを接合点にさらに塗布している。このようにすることで、ハンダ付けプロセスによって接触させることができる。
【００１１】
太陽電池の製造には通常、レーザビームを用いた機械加工を利用する。特に薄膜太陽電池の製造においては、太陽電池の各部分を互いに絶縁するべく、レーザスコアリングを利用する。このようなスコアリング技術は、欧州特許文献第１７２７２１１号に記載されているように、太陽電池のシリアル配線にも利用される。
【００１２】
さらに、「パワースフィア（ＰｏｗｅｒＳｐｈｅｒｅ）の概念で用いられる薄膜太陽電池の配線の開発、イー・ジェイ・シムバーガー（Ｅ．Ｊ．Ｓｉｍｂｕｒｇｅｒ）他、材料科学および工学、第１１６号、（２００５）３２１−３２５」および米国特許出願公開広報第２００５／００１１５５１号では、薄膜太陽電池を外部のコンタクトに接続する別の方法が開示されている。当該方法では、薄膜太陽電池の端縁に配設されている周囲端縁コンタクトを用いて、薄膜太陽電池の複数の層と、太陽電池の背面に配設されているコンタクトパッドとの間を電気接続する。レーザビームを用いて銅膜を可撓性小型長尺状コンタクトに溶接する。本実施形態によると、周囲端縁コンタクトを生成するには、薄膜コーティング処理を複雑な方法で複数回組み合わせなければならない。また、周囲コンタクトを外部の小型長尺状コンタクトに接続する際には、レーザ溶接を利用する。使用されている金属によって、金属接合コンタクトが形成されるが、溶接時に液相の金属が混じり合って合金が形成されることが多い。
【００１３】
米国特許第６，１１４，１８５号では、レーザ溶接を利用して半導体素子を金属部品に接続することが開示されている。しかし、太陽電池の電極に対するコンタクトは提供されていない。また、半導体素子が溶接プロセス時の温度に対する耐性を持つ必要がある点に重点が置かれている。
【００１４】
現在利用可能なレーザ技術では、レーザ照射によって金属部品を接続することができる。通常では、溶接処理およびハンダ付け処理が行われ、追加でさらに材料を用いるとしてもよいし用いないとしてもよい。接続の信頼性を高めるべく、拡散処理によって金属を混合させ、追加の相を形成するとしてよい。複数種類の異なる金属を熱処理またはレーザ処理で接続すると、相接合温度が異なること、合金の形成が不十分であること、または、液相／融解状態での処理時に薄層が溶解することによって、問題が生じる可能性がある。
【００１５】
薄層を外部の配線に接続するべく現在利用可能な方法には問題がある。このように接続するためには、高度な技術、特別な材料または特定の表面が必要となる。特に可撓性基板の場合、このような点は非常に重要となる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明は、可撓性基板に設けられている金属薄層を接続する新しい方法を提供することを目的とする。当該方法によれば、薄層を外部の配線に接続する際に必要な労力および空間を大幅に低減および縮小することができる。特に、好ましくは２種類の異なる材料を電気的および機械的に接合することができるように少なくとも２つの金属層を接続する信頼性の高い方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明によると、上述した目的は、請求項１に記載の特徴に応じてパルス状にレーザ照射を印加することによって実現される。本発明は、薄層または薄膜に対して微小リベット留めを実施するプロセスを提供し、当該プロセスによれば、互いに係合するように複数の材料を構成すると共に接続対象の材料の混合物を形成することによって、金属薄層を電気的および機械的に接続できる。また、薄層および薄膜用の微小リベット留め結合部を形成する方法も提供する。
【００１８】
本発明では、２つの薄層または２つの薄膜部材を、好ましくは接合対象となる２つの薄層のうち一方の材料で形成されている微小（中空）リベットによって、微小接合する構成、および、このような薄層または薄膜部材に対してレーザ照射による微小リベット留めを行うプロセスを記載する。
【００１９】
本発明の目的、特徴、側面および利点は、添付図面と共に以下に記載する本発明の詳細な説明を参照することによって明らかとなる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】可撓性基板に設けられている薄膜太陽電池の基本的な構造を示す概略図である。
【図２】太陽電池と小型長尺状コンタクトとを微小リベット留めによって接合している領域の立体的な構造を示す図である。
【図３】レーザリベット留めまたはレーザ接合における最も重要な工程を示す概略図である。
【図４】薄膜太陽電池と可撓性接続ラインとを接続する例に基づき、レーザリベット接続の実施形態例を示す図である。
【図５Ａ】太陽電池の正面側コンタクトおよび背面側コンタクトを可撓性接続ラインに接続するべくレーザリベットを利用する例を示す図である。
【図５Ｂ】太陽電池の正面側コンタクトおよび背面側コンタクトを可撓性接続ラインに接続するべくレーザリベットを利用する例を示す図である。
【図６Ａ】太陽電池の正面側コンタクトおよび背面側コンタクトを可撓性接続ラインシステムに接続した場合の電流の流れを示す概略図である。
【図６Ｂ】太陽電池の正面側コンタクトおよび背面側コンタクトを可撓性接続ラインシステムに接続した場合の電流の流れを示す概略図である。
【図７】可撓性銅回路基板と、Ｋａｐｔｏｎ膜上に形成されている薄膜太陽電池との間におけるレーザリベット留めプロセスを示すＲＥＭ画像である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下では、図面に図示した実施形態を用いてより詳細に本発明を説明する。図中で同じ符号（数字、略称、名称等を）使用した場合、同じまたは同様の素子または処理を示すものとする。
【００２２】
図３のａ）からｇ）は、本発明の好ましい実施形態に応じたレーザリベット留めによって薄膜構造を接合して、薄膜太陽電池を可撓性電気接続ラインに接合する際の主な工程を説明するための概略図である。図３のａ）に示すように、太陽電池の上部層（具体的には、正面側コンタクトおよび吸収層）をまず除去して、この場合モリブデンで形成されている薄膜の裏面側コンタクト２を露出させる。さらに、図３のｂ）に示すように、ポリマー裏打ち膜１の所定の領域８を、金属薄層２まで除去する。この除去処理は、パルス幅が１μｓ未満であるパルス状ＵＶレーザを用いたアブレーションによって行うとしてよい。レーザアブレーションのパラメータ、例えば、レーザフルエンスを選択する際には、裏打ち膜１のアブレーションが、金属薄層２から裏打ち膜の材料を非破壊的に除去できて、露出した金属薄層の製造が保証される程度で実行されるように考慮して選択される。可撓性接続ラインのコンタクト領域を準備する際にはアナログ処理を用いるとしてよい。被覆層６ａ等、具体的には例えば、金属コンタクトの被覆層は、少なくともレーザリベット留めが実行される領域を除去する必要がある。
【００２３】
特定の実施形態に係るプロセスによると、図３のｃ）に示すように、背面側コンタクトの金属薄層には小さい穴が穿孔されている。この穿孔処理は、図３のｂ）で示したような太陽電池の裏打ち膜のポリマーに対してアブレーションが行われた後で実行するのが好ましいが、その後に実行するとしてもよい。どちらの実施形態においても、穿孔処理によって金属層に形成される孔９がアブレーションで除去された領域８内に収まることを保証するべく、処理工程における重ね合わせを十分に高い精度で行う必要がある。孔９が領域８内に必ず収まるようにするためには、特に、両方の処理工程を同じシステムまたは同じレーザビームを用いて行う。裏打ち膜１および金属層２に対してレーザアブレーションを行う際に、必要であればレーザパラメータを変更するとしても、同じレーザビームを用いることで、生産速度および機能安全性が改善し得る。図３のｂ）およびｃ）に図示した処理工程は、図３のｄ）に示すように可撓性接続ラインが既に太陽電池膜を支持している場合であっても、実行され得る。
【００２４】
次の工程では、図３のｅ）に示すように、上述したように準備された薄膜太陽電池構造を、可撓性接続ラインに対して押圧する。この工程では、力１０および１１が薄膜太陽電池および可撓性接続ライン（７）に対して印加され、互いの金属層面の間の距離を十分に小さくする。
【００２５】
この時点において、薄膜太陽電池の背面側コンタクトである金属薄層は、可撓性接続ラインの金属部分と接触している。金属部分２および６は、図３のｆ）に示すように、レーザ照射１２によって接続されている。この場合、パルス幅が１μｓより大きいパルス状レーザ照射を利用することが好ましい。波長は要件に応じて選択するとしてよい。しかし、コストの点を鑑みて、波長が１．０６μｍのＮｄ：ＹＡＧレーザが好ましい。レーザ照射およびこれに応じて誘発される処理によって、両方の金属層を互いに機械的に接続すると共に電気コンタクトを形成する接続部が得られる。当該接続部の断面は、リベット接続に類似している。両者を互いに対して押圧する力を停止させると、図３のｇ）に概略的に示すように、安定したレーザリベット留め接続１３が形成されている。
【００２６】
薄膜太陽電池と可撓性接続ラインとの接合を安定させると共に再現可能なものとするためには、図４に示すように、複数の微小リベットを形成することが好ましい場合が多い。図４は、他の実施可能な微小リベットの構成を示す図であり、開口が形成された背面側コンタクトの形状、構成、およびサイズを示している。形状、構成、およびサイズは変更するとしてもよい。リベットは、スリット形状と持つとしてもよい。レーザリベット留め接合部は、列状に配置されるとしてもよいし、密集させるとしてもよい。
【００２７】
高品質のリベット接続を実現するためには、両方の金属面を、レーザリベット留め処理を実行する際には可能な限り互いに近接させなければならない。そのためには、真空テーブル、ガス流の圧力、または、アブレーション雲の圧力を利用するとしてもよいし、組み合わせるとしてもよい。また、弓形のワークピース支持部、例えば、ロールの上部に膜を誘導するとしてもよい。その他の技術を用いることも可能である。
【００２８】
上側の金属層に穿孔された孔は、微小リベットの形成に貢献し、特に、複数種類の異なる材料に対して行われるレーザリベット留めを容易にする。この孔が形成されるのは、製造工程のさまざまな段階であってよい。しかし、レーザを利用することが好ましく、使用するレーザの種類はさまざまなものであってよい。言うまでもなく、リベット留めに利用するレーザを利用して穿孔処理を実行するとしてもよい。このために時間方向でエネルギー供給を最適化するには、出力性能またはレーザビームのパルス幅を制御するとしてよい。良好な方法としては、適切な手段、例えば、電気光学部材によって、パルス幅を変更する方法が挙げられる。別の好ましい実施形態によると、レーザの出力性能を電気的に制御する。このような制御を行いつつ、レーザで穿孔処理およびレーザリベット留め処理を実行することができる。穿孔処理および溶接処理を１つの同じレーザで行うためにも、パルス幅を変更する制御が好ましい。同様に、穿孔処理および溶接処理を同じレーザで行うべく、レーザのパルス形状を適切に制御することも可能である。
【００２９】
複数の微小リベットを同時に形成するべく、レーザビームを分割して複数のレーザビームを用いて同時にレーザリベット留め処理を行うとしてよい。このようにすることで、列状に配置されたリベット接続が同時に形成され得る。
【００３０】
薄膜太陽電池を接続するべくレーザリベット留め方法を利用する様子を図５Ａおよび図５Ｂに概略的に示す。同図では、接合領域の上面図を示し、正面側コンタクトが最上部に設けられている。実際に適用する例を挙げると、背面側および正面側のコンタクトは共に同時に、小型長尺状コンタクトに接続された。このため、太陽電池Ａおよび可撓性電気接続ラインＢの製造プロセスのさまざまな段階で、レーザリベット留め処理が行われる前に、工程を追加しなければならなかった。まず、太陽電池２の背面側コンタクトは、正面側コンタクトとの接合を実行するべく設けられる背面コンタクトの各部分を互いに安全に電気的に絶縁することを目的として、スコアリングを行う必要がある。また、可撓性電気接続ラインＢの金属層６は、２つのライン６ａおよび６ｂを形成するべくスコアリングを行う必要がある。スコアリングは参照番号１４によって示している。正面側コンタクトを絶縁処理が施された背面側領域に接続するべく、例えば金属層１５を追加で塗布した。この電気接続は、例えば、代わりに導電性接着剤を用いて実現することもできる。金属層１５を背面側コンタクトの層２の表面上に配置することで、レーザリベット留め処理が改善され得る。したがって、金属層１５は慎重に選択する必要がある。接合のために用意された太陽電池の正面側コンタクトおよび背面側コンタクトの断面図を図５Ｂに概略的に示す。レーザリベット留め処理は、上述した方法で実行され得る。接合点の強度を上げるべく、複数のリベットを形成するとしてよい。
【００３１】
図６Ａおよび図６Ｂは、例えば太陽電池である第１の金属薄層から、例えば可撓性電気接続ラインである第２の金属層へと電流が流れる様子を示す概略図である。レーザリベット留め処理は、上述したのと同様の方法で実行される。電気接合に対して、レーザリベット留めは、２種類の異なる金属でコーティングされた２つの薄型可撓性基板の間に電流を流すことができる。さらに、レーザリベット留め処理によれば機械的にも接続され、機械的接続のみを目的としてもレーザリベット留め処理を利用可能である。
【００３２】
図７に示すＲＥＭ画像は、薄膜太陽電池の裏面側コンタクトと、可撓性回路基板の銅コーティングとの間を接続しているレーザリベット留めを表している。背面コンタクトを形成している金属材料はモリブデンであり、溶接もハンダ付けも容易な材料ではない。図７の左側および下側には、開口を形成した裏打ち膜の端縁が見える。中央に近接した位置に、孔全体の回りに放出された材料が見え、この材料はレーザリベット留め処理時に生成されたものであり、液相状態から再凝固してリベットを形成している。
【００３３】
＜応用例＞
以下ではさまざまな例に基づいて本発明をより詳細に説明する。
＜第１例＞
モリブデン薄膜を銅製の可撓性小型長尺状コンタクトにリベット留めするプロセスに基づいて、本発明を以下でより具体的に説明する。このようなモリブデン薄膜は、太陽電池、例えば、図１に示したようなＣＩＧＳ太陽電池の背面側コンタクトとして利用される。リベット留め処理を行うべく、太陽電池の上部層、例えば、正面側コンタクト、吸収体等を、機械的またはレーザを用いて、背面側コンタクトまで除去して、図３のａ）に示すように、モリブデン層を露出させる。
【００３４】
このように処理された太陽電池から、レーザアブレーションによって、ポリマー裏打ち膜を除去する。この除去処理を行うべく、太陽電池の正面側のうちポリマー裏打ち膜のアブレーション対象領域を、安定した固定器具に近接させ、十分なパルスエネルギーを持つレーザを照射する。ポリマー膜（ＵＰＩＬＥＸ、Ａｌｅｘ（ＳＯＬＡＲＩＯＮ）、厚みは約２５μｍ）に対して穏やかなレーザアブレーションを行うべく、波長が３００ｎｍ未満のＵＶレーザビームが利用される。アブレーションを行うべく利用されるレーザビームのエネルギー密度は、アブレーションを継続している間、背面側のコンタクトに対して低減される一方、金属膜である背面側コンタクトに対してポリマー基板を選択的にアブレーションで確実に除去するべく、アブレーションの深さは大きくして膜の残りの厚みを小さくする。本例では、波長が２４８ｎｍで、レーザフルエンスが２００から６００ｍｊ／ｃｍ２であるエキシマレーザが用いられる。ポリマー層を選択的且つ局所的に除去するためには、プラズマエッチング等の処理を代わりに利用するとしてもよい。
【００３５】
尚、融解しやすいモリブデン層に形成される小さい孔は、レーザリベット留め処理を容易にすると共に改善し得る。このため、太陽電池を支持しているポリマー膜に対してアブレーションを実行した後で、図３のｃ）に示すように、モリブデン層に小さい孔を穿孔処理で形成する。この孔は後で、レーザリベットの形成に貢献する。本例では、この孔は、厚みが５μｍであるモリブデン製の背面側コンタクトに、０．１秒以内で、波長が７７５ｎｍでありフルエンスが３Ｊ／ｃｍ２である超短パルスレーザ照射を用いて、穿孔された。超短レーザパルスを用いることによって、孔の外部において金属薄層が融解することはほとんどなく、端縁にビードが形成されるのを避けることができる。孔のサイズは、レーザリベット処理で利用されるレーザビームのサイズよりもわずかに小さくなるように選択された。本例によると、約１５μｍのスポットレーザを利用した。穿孔する孔のサイズは、穿孔処理を行うべき金属層上で、スポットレーザを円状に動かすことによって、調整することができる。本例ではポリマー裏打ち膜に対してアブレーションを行った後で孔を穿孔したが、アブレーションの前に形成するとしてもよい。
【００３６】
レーザリベット留めには、Ｋａｐｔｏｎ（登録商標）裏打ち膜（ｄは約５０μｍ）上の厚みが２５μｍである銅層からなる可撓性接続ラインを用いた。可撓性接続ラインの洗浄では、溶剤によって洗浄して、レーザリベット留め接合部の領域にある遊離性汚染物を除去する。この洗浄処理によって、可撓性接続ラインの銅表面と、モリブデン製の背面側コンタクトとを確実に良好に接触させる。
【００３７】
この段階において、可撓性接続ラインと太陽電池とは、図３のｄ）に示すように、接続されている。また、金属表面同士を互いに対して押し付けるべく、真空固定デバイスを利用する。モリブデン層と可撓性接続ラインの銅層とが図３のｄ）に示すように互いに接続された後、幅が１０ｍｓ、エネルギーが０．１５Ｊ、波長が１０６４ｎｍである単一レーザパルスを印加する。直径が約３０μｍであるレーザビームを穿孔された孔に集束させる。レーザビームのエネルギーによって、モリブデン層および銅層は共に、融点または沸点まで加熱される。レーザ照射の一部は、孔を通過して銅層の表面まで到達する。銅層は、融点および沸点が低いので、融解および蒸発する。融解した銅の一部は、銅の蒸気圧によって孔を通過して、レーザが照射された領域の周囲に蓄積される。リベット留め処理用のスポットレーザはモリブデン層に穿孔された孔よりも大きいので、モリブデン層は、融点または融点よりも高い温度まで加熱される。その後、冶金的処理および再凝固後の金属が互いに係合することによって、双方の融解した金属が組み合わせられて、安定した接続が形成される。小型の長尺状コンタクトから融解した銅の移動は、回路基板、例えば、ポリイミド膜をアブレーションまたは蒸発させることによって、支援され得る。具体的にはこのＫａｐｔｏｎ膜をアブレーションすると発生する圧力によって、融解した銅はすべて孔を通過してリベットを形成することができる。
【００３８】
一般的に、本発明に係る方法について、薄膜基板、薄膜および薄膜システムの材料、利用したレーザの材料、および、開口の種類、サイズ、形状および距離は、電気接合、導電性、安定性、信頼性、または製造の安全性および労力等を鑑みて、用途に応じて選択され得る。本発明または各実施形態を説明する際に記載した、特に材料、一般的な方法の工程、好ましい寸法に関する定量的な記載は、上述の内容に限定されず、別の値に変更され得る。これは、当業者が任意に実施可能である。本発明は、上述の実施形態に限定されない。実施形態の変形例および組み合わせ例は当業者には明らかである。
［項目１］
金属薄層、特に、薄膜太陽電池のコンタクト領域を接続する方法であって、
可撓性薄膜太陽電池の裏打ち膜にレーザビームを用いて開口を形成し、正面側コンタクトおよび吸収層の一部が除去され、薄膜である背面側コンタクトが露出し、
レーザのパルス幅を短くすることによって、金属層の破壊を防止しながら、パルス状ＵＶレーザを用いたアブレーションによって、薄膜太陽電池の背面側に開口を形成し、
薄膜太陽電池の金属層と銅コーティングを含む可撓性電気接続ラインの裏打ち膜を有する小型長尺状コンタクトの金属層とを、互いに対向するように配置し、
開口を小型長尺状コンタクトに押し当てて、
金属を、互いに対して押し当てて、パルス長が１μｓよりも大きいレーザビームを利用したレーザ作用によって接合し、
形成された薄膜太陽電池を適宜、小型長尺状コンタクトを用いて、並列または直列に接続する金属薄層接続方法。
［項目２］
同じレーザ源から出力されるレーザビームのエネルギーを変化させて利用する項目１に記載の金属薄層接続方法。
［項目３］
２つの金属膜を接続するために、波長が１．０６μｍであるＮｄ：ＹＡＧレーザを用いる項目１または２に記載の金属薄層接続方法。
［項目４］
複数のリベット接続が設けられる項目１から３の何れかに記載の金属薄層接続方法。
［項目５］
小型長尺状コンタクトと薄膜太陽電池とに対するレーザリベット留め処理は、接続の強度を高めることを目的として、複数回繰り返す項目１から４の何れかに記載の金属薄層接続方法。
［項目６］
レーザ加工、機械的スコアリング、またはマスキングによる上部層の除去は、背面側コンタクトを配設した後に、薄膜コーティングを塗布している間に実行される項目１から５の何れかに記載の金属薄層接続方法。
［項目７］
太陽電池の裏打ち材料に対するパルス状レーザ照射は、背面側コンタクトまで裏打ち材料を除去することを目的として実行され、波長が６００から１９０ｎｍの範囲内にあり、パルス幅が１０μｓ未満であり、スポットサイズが５から５００μｍの範囲内であるレーザ源から出力される項目１から６の何れかに記載の金属薄層接続方法。
［項目８］
リベット留めを行う際のレーザパルスは、パルス幅が１０μｓよりも大きく、波長が赤外スペクトル範囲または可視スペクトル範囲に含まれる項目１から７の何れかに記載の金属薄層接続方法。
［項目９］
太陽電池の背面側コンタクト内に孔を穿孔する際には、パルス幅が１μｓ未満であるパルス状レーザを用いる項目１から８の何れかに記載の金属薄層接続方法。
［項目１０］
レーザビームは、同時にレーザ処理を行うべく、複数の部分ビームに分割される項目１から９の何れかに記載の金属薄層接続方法。
［項目１１］
背面側コンタクト内に孔を穿孔する際には、リベット留め処理に用いられるものと同じレーザを用いる項目１から１０の何れかに記載の金属薄層接続方法。
［項目１２］
レーザパルスの一時的な性能は、機械的手段、電気光学手段、または光学手段によって調整される項目１から１１の何れかに記載の金属薄層接続方法。
［項目１３］
可撓性基板の上に金属層を備え、
可撓性の薄膜太陽電池に対する微小リベット留め処理に適している小型長尺状コンタクト。
［項目１４］
ポリマー基板の上に銅層を備える項目１３に記載の小型長尺状コンタクト。
［項目１５］
可撓性ポリマー膜の上に設けられているＣＩＧＳ太陽電池に接合される可撓性回路基板である項目１３または項目１４に記載の小型長尺状コンタクト。
［項目１６］
小型長尺状コンタクトの金属層の層厚は、２μｍよりも大きい項目１３から項目１５の何れかに記載の小型長尺状コンタクト。
［項目１７］
微小リベットのサイズは、５から５００μｍの範囲内である項目１３から項目１６の何れかに記載の小型長尺状コンタクト。
［項目１８］
微小リベットは、定められた方法で配置され、微小リベットの中心間の距離は、微小リベットのサイズの１倍から１０倍の範囲内である項目１３から項目１７の何れかに記載の小型長尺状コンタクト。
［項目１９］
微小リベットは、列状に高密度で配置され、スロット状／間隙状／縦長のリベットを形成する項目１３から項目１８の何れかに記載の小型長尺状コンタクト。
［項目２０］
背面側コンタクト層の厚みが５μｍ未満の薄膜太陽電池に固定されている項目１３から項目１９の何れかに記載の小型長尺状コンタクト。
［項目２１］
圧縮空気によって薄膜太陽電池に押し当てられている項目１３から項目２０の何れかに記載の小型長尺状コンタクト。
［項目２２］
レーザリベットによって安定して接続された小型長尺状コンタクトを備える薄膜太陽電池。
［項目２３］
図６Ｂに記載されており、参照番号は、
１が薄膜太陽電池の裏打ち膜、
２が薄膜太陽電池の背面側コンタクト、
３が薄膜太陽電池の吸収層、
４は省略、
５が薄膜太陽電池の正面側コンタクト、
６が小型長尺状コンタクトの銅コーティング、
７が小型長尺状コンタクトの裏打ち膜、
８が薄膜太陽電池の金属層への到達、
１３がレーザリベット、
１６が電流の流れを意味しており、
複数の薄膜太陽電池が直列または並列に接続され得る項目２２に記載の薄膜太陽電池。
［項目２４］
図２に記載されており、参照番号は、
１が薄膜太陽電池の裏打ち膜、
２が薄膜太陽電池の背面側コンタクト、
３が薄膜太陽電池の吸収層、
４がＣｄＳ層、
５が薄膜太陽電池の正面側コンタクト、
６が小型長尺状コンタクトの銅コーティング、
７が小型長尺状コンタクトの裏打ち膜、
８が薄膜太陽電池の金属層への到達、
１３がレーザリベットを意味しており、
信頼性の高い連続した接合の形成が保証されている項目２２に記載の薄膜太陽電池。
【符号の説明】
【００３９】
１  第１の金属層の基板、太陽電池の裏打ち膜
２  第１の金属層、太陽電池の背面側コンタクト
３  第１の半導体、太陽電池の吸収層、ＣＩＧＳ層
４  第２の半導体、ＣｄＳ層
５  太陽電池の正面側コンタクト
６  第２の金属層、可撓性電気接続ラインの銅コーティング
ａ）正面側コーティング
ｂ）背面側コーティング
７  第２の金属層の基板、可撓性電気接続ラインの裏打ち膜
８  第１の金属層を露出させるべく裏打ち膜に設けられる開口
９  第１の金属層に形成される孔
１０  押圧力
１１  押圧力
１２  レーザビーム
１３  レーザリベット
１４  電気的に絶縁させるべく金属層に対して行われるスコアリング
１５  追加で塗布される金属層、正面側を、絶縁が施された金属層に接合するべく設けられる
１６  電流の流れ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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