(57)【要約】  ソーラ・セル装置およびそれを作製および使用するプロセスは、表側表面、金属化された裏側表面および表側表面と裏側表面との間の半導体ｐ／ｎ接合を有する半導体ウエハを必要とする。少なくとも１つの表側遮断構造は、表側表面の少なくとも一部分に沿って延びるようにされ、またウエハ中にも、半導体ｐ／ｎ接合を遮断して、ウエハ内部に分離した複数のｐ／ｎ接合区分を定義し、またそれぞれの分離した接合区分に付随する分離した表側表面部分を定義するのに十分な深さまで侵入する。裏側遮断構造は、一般に表側遮断構造に向かい合うように、金属化された裏側表面の一部分に沿って延びるようにされて、それぞれのｐ／ｎ接合区分に付随し、それぞれのｐ／ｎ接合区分に電気的に接触する分離した複数の金属化された裏側表面部分を定義する。
2009527906.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
該半導体ウエハは、
半導体ウエハを備えたソーラ・セル装置であって、
表側表面および金属化された裏側表面と、
前記表側表面と前記裏側表面との間の半導体ｐ／ｎ接合と、
前記表側表面の少なくとも一部分に沿って延び、また前記ウエハ中にも、前記半導体ｐ／ｎ接合を遮断してウエハ内部に分離した複数のｐ／ｎ接合区分を定義し、それぞれの前記分離したｐ／ｎ接合区分に付随する分離した表側表面部分を定義するのに十分な深さまで侵入する少なくとも１つの表側遮断構造と、
一般に前記表側遮断構造に向かい合うように、前記金属化された裏側表面の一部分に沿って延びて、それぞれの前記ｐ／ｎ接合区分に付随する分離した複数の金属化された裏側表面部分を定義し、それぞれの前記ｐ／ｎ接合区分に電気的に接触する裏側遮断構造と、
を有するソーラ・セル装置。
【請求項２】
請求項１記載の装置であって、前記表側遮断構造は、少なくとも１つの表側窪みを含む前記装置。
【請求項３】
請求項２記載の装置であって、前記少なくとも１つの窪みは、前記表側表面に表側溝を含む前記装置。
【請求項４】
請求項３記載の装置であって、前記ウエハは、外周エッジを有し、前記表側溝が前記外周エッジ上の２つの地点間に延びている前記装置。
【請求項５】
請求項４記載の装置であって、前記２つの地点は、前記ウエハの対向するエッジ上にある前記装置。
【請求項６】
請求項３記載の装置であって、前記裏側遮断構造は、前記金属化された裏側表面に少なくとも１つの金属化窪みを含み、前記金属化窪みが前記ウエハの前記裏側表面の露出部分を露出する前記装置。
【請求項７】
請求項６記載の装置であって、前記金属化窪みは、金属化溝を含む前記装置。
【請求項８】
請求項７記載の装置であって、前記表側溝および前記金属化溝は、一般に互いに平行である前記装置。
【請求項９】
請求項７記載の装置であって、前記金属化溝は、前記表側溝の幅よりも大きい幅を有する前記装置。
【請求項１０】
請求項６記載の装置であって、前記裏側遮断構造は、前記裏側表面の前記露出部分に裏側溝を含む前記装置。
【請求項１１】
請求項１０記載の装置であって、前記表側溝および前記裏側溝は、前記表側表面に対して傾いた角度で広がる平面に含まれる軸を有する前記装置。
【請求項１２】
請求項１０記載の装置であって、前記金属化溝および前記裏側溝は、間隔を置いて平行な軸を有する前記装置。
【請求項１３】
請求項１記載の装置であって、前記表側遮断構造は、ｐ／ｎ接合障壁を含む前記装置。
【請求項１４】
請求項１３記載の装置であって、前記ｐ／ｎ接合障壁は、前記ウエハの一部を含み、その中にｐ／ｎ接合が形成されていない前記装置。
【請求項１５】
請求項１３記載の装置であって、前記ｐ／ｎ接合障壁は、１本のライン状に延びる前記装置。
【請求項１６】
請求項１５記載の装置であって、前記ウエハは、外周エッジを有し、前記ｐ／ｎ接合障壁が前記外周エッジ上の２つの地点間に延びる前記装置。
【請求項１７】
請求項１６記載の装置であって、前記２つの地点は、前記ウエハの対向するエッジ上にある前記装置。
【請求項１８】
請求項１３記載の装置であって、前記裏側遮断構造は、前記金属化された裏側表面に少なくとも１つの金属化窪みを含み、前記金属化窪みが前記ウエハの前記裏側表面の露出部分を露出する前記装置。
【請求項１９】
請求項１８記載の装置であって、前記金属化窪みは、金属化溝を含む前記装置。
【請求項２０】
請求項１９記載の装置であって、前記ｐ／ｎ接合障壁と前記金属化溝とは、一般に互いに平行である前記装置。
【請求項２１】
請求項１９記載の装置であって、前記金属化溝は、幅を有し、前記ｐ／ｎ接合障壁は、幅を有し、前記金属化溝の幅が前記ｐ／ｎ接合障壁の幅よりも大きい前記装置。
【請求項２２】
請求項１８記載の装置であって、前記裏側遮断構造は、前記裏側表面の前記露出部分に裏側溝を含む前記装置。
【請求項２３】
請求項２２記載の装置であって、前記ｐ／ｎ接合障壁および前記裏側溝は、前記表側表面に対して傾いた角度で広がる平面に含まれる軸を有する前記装置。
【請求項２４】
請求項２２記載の装置であって、前記金属化溝および前記裏側溝は、間隔を置いて平行である軸を有する前記装置。
【請求項２５】
請求項１記載の装置であって、更に、それぞれの表側表面部分上に対応する電流収集手段の組を含み、前記それぞれの電流収集手段の組が対応するｐ／ｎ接合区分に電気的に接触する前記装置。
【請求項２６】
請求項２５記載の装置であって、各組の前記電流収集手段は、前記表側表面に分離した電気的コンタクトを含む前記装置。
【請求項２７】
請求項２６記載の装置であって、前記電流収集手段は、アレイ状に配置されている前記装置。
【請求項２８】
請求項２７記載の装置であって、前記電流収集手段は、複数の平行な間隔を置いた指形構造を含む前記装置。
【請求項２９】
請求項２５記載の装置であって、更に、それぞれの前記電流収集手段の組に接続された表側電極を含み、各表側電極が、前記半導体ウエハの外周の外側にあって、前記対応する半導体ｐ／ｎ接合区分を回路に接続する表側終端手段を含む前記装置。
【請求項３０】
請求項２９記載の装置であって、前記表側電極の各々は、前記半導体ウエハの外周の外側に延びる部分を有する少なくとも１つの導体を含み、またそれぞれの前記表側電極に付随する前記表側終端手段は、前記半導体ウエハの前記外周の外側に延びるそれぞれの前記部分を含む前記装置。
【請求項３１】
請求項２９記載の装置であって、前記表側終端手段の各々は、対応する表側バスを含み、前記表側電極の各々は、各々が共通の表側バスに接続された複数の間隔を置いた電気的導体を含む前記装置。
【請求項３２】
請求項３１記載の装置であって、前記複数の導体の前記導体は、前記半導体ウエハの外周エッジを越えて延びる終端部分を有し、前記導体は、前記表側バスに接続された部分を有する前記装置。
【請求項３３】
請求項３２記載の装置であって、前記表側電極の各々は、表面を有する電気的に絶縁性で光学的に透明な膜、膜を対応する表側表面部分に固定するための接着層を前記膜の前記表面上に含み、また前記複数の間隔を置いた電気的導体は、接着層に埋め込まれており、また前記電気的導体は、各々が前記接着層から突出する導体表面を有し、また前記導体を前記電気的コンタクトの少なくとも１つに接着して、前記電気的導体によって前記ソーラ・セルから集められた電流が前記電気的導体によって収集されるようにする合金を有する前記装置。
【請求項３４】
請求項２９記載の装置であって、前記分離され金属化された裏側表面部分の各々は、対応するｐ／ｎ接合区分に隣接し、それと同程度の広がりを持って、それに電気的に接触する金属層を含む前記装置。
【請求項３５】
請求項３４記載の装置を含む高電圧ソーラ・セル・モジュールであって、更に、それぞれの前記金属化された裏側表面部分に接続された裏側電極を含み、各裏側電極が前記半導体ウエハの外周の外側にあって、前記対応する半導体ｐ／ｎ接合区分を回路に接続する裏側終端手段を含む前記高電圧ソーラ・セル・モジュール。
【請求項３６】
請求項３５記載の高電圧ソーラ・セル・モジュールであって、前記裏側電極の各々は、前記半導体ウエハの外周の外側に延びる部分を有する少なくとも１つの導体を含み、またそれぞれの前記裏側電極に付随する前記裏側終端手段は、ウエハの外周の外側に延びる対応する前記部分を含む前記高電圧ソーラ・セル・モジュール。
【請求項３７】
請求項３５記載の高電圧ソーラ・セル・モジュールであって、前記裏側終端手段の各々は、対応する裏側バスを含み、前記裏側電極の各々は、各々が共通の裏側バスに接続された複数の間隔を置いた電気的導体を含む前記高電圧ソーラ・セル・モジュール。
【請求項３８】
請求項３７記載の高電圧ソーラ・セル・モジュールであって、前記複数の導体の導体は、前記半導体ウエハの外周エッジを越えて延びる終端部分を有し、また前記導体は、前記裏側バスに接続された部分を有する前記高電圧ソーラ・セル・モジュール。
【請求項３９】
請求項３５記載の高電圧ソーラ・セル・モジュールであって、前記裏側電極は、電気的絶縁膜であって、第２の表面と、前記第２の表面上にあって膜を対応する金属化された裏側表面部分に固定する第２の接着層とを有する電気的絶縁膜を含み、また前記少なくとも１つの電気的導体は、第２の接着層に埋め込まれており、また前記少なくとも１つの電気的導体は、前記第２の接着層から突出した第２の導体表面を有し、また前記少なくとも１つの電気的導体を前記金属化された外部表面部分に接着して前記ソーラ・セルに供給された電流が前記少なくとも１つの電気的導体によって前記金属化された外部表面に供給されるようにする合金を有する前記高電圧ソーラ・セル・モジュール。
【請求項４０】
請求項３５記載の高電圧ソーラ・セル・モジュールを含むソーラ・セル・システムであって、更に、ウエハ中の第１の半導体ｐ／ｎ接合区分に付随する表側終端手段を第２の半導体ｐ／ｎ接合区分の裏側終端手段に電気的に接続して、前記第１と第２の半導体ｐ／ｎ接合区分を直列に電気的に接続する手段を含む前記ソーラ・セル・システム。
【請求項４１】
請求項４０記載のソーラ・セル・システムであって、前記第１の半導体ｐ／ｎ接合区分に付随する前記表側終端手段を前記第２の半導体ｐ／ｎ接合区分の前記裏側終端手段に電気的に接続する前記手段は、前記１つの半導体ｐ／ｎ接合区分に付随する前記表側終端手段を前記第２の半導体ｐ／ｎ接合に付随する前記裏側終端手段に直接接続するように実施可能なように構成される前記ソーラ・セル・システム。
【請求項４２】
各々が請求項３５に引用されたように互いに隣接した配置された第１および第２のソーラ・セル装置を含むソーラ・セル・システムであって、更に、前記第１の装置上の半導体ｐ／ｎ接合に付随する表側終端手段を前記第２のソーラ・セル装置上の半導体ｐ／ｎ接合区分に付随する裏側終端手段に電気的に接続する手段を含む前記ソーラ・セル・システム。
【請求項４３】
表側表面、金属化された裏側表面およびそれらの間のｐ／ｎ半導体接合を有する半導体ウエハからソーラ・セル装置を作製するプロセスであって、
表側遮断構造が前記表側表面の少なくとも一部分に沿って延びるようにし、また前記ウエハ中にも、前記半導体ｐ／ｎ接合を遮断して、ウエハ内部に分離した複数のｐ／ｎ接合区分を定義し、それぞれの前記分離したｐ／ｎ接合区分に付随する分離した表側表面部分を定義するのに十分な深さまで侵入するようにする工程と、
裏側遮断構造が、一般に前記表側遮断構造に向かい合うように、前記金属化された裏側表面の一部分に沿って延びるようにして、それぞれの前記ｐ／ｎ接合区分に付随し、対応する前記ｐ／ｎ接合区分に電気的に接触するようにする分離した複数の金属化された裏側表面部分を定義する工程と、
を含むプロセス。
【請求項４４】
請求項４３記載のプロセスであって、表側遮断構造が前記表側表面の少なくとも一部分に沿って延びるようにする工程は、前記表側表面に少なくとも１つの表側窪みを形成する工程を含む前記プロセス。
【請求項４５】
請求項４４記載のプロセスであって、前記少なくとも１つの窪みを形成する工程は、前記表側表面に表側溝を形成する工程を含む前記プロセス。
【請求項４６】
請求項４５記載のプロセスであって、前記ウエハは、外周エッジを有し、また前記表側窪みを形成する工程は、前記表側窪みが前記外周エッジ上の２つの地点間に延びるようにする工程を含む前記プロセス。
【請求項４７】
請求項４６記載のプロセスであって、前記表側窪みが前記外周エッジ上の２つの地点間に延びるようにする工程は、前記表側窪みが前記ウエハの対向するエッジ上の２つの地点間に延びるようにする工程を含む前記プロセス。
【請求項４８】
請求項４５記載のプロセスであって、前記裏側遮断構造が前記裏側の金属化された表面の一部分に沿って延びるようにする工程は、前記金属化された裏側表面に少なくとも１つの金属化窪みを形成する工程を含み、前記金属化窪みが前記ウエハの前記裏側表面の露出部分を露出する前記プロセス。
【請求項４９】
請求項４８記載のプロセスであって、前記裏側窪みを形成する工程は、前記金属化された裏側表面に金属化溝を形成する工程を含む前記プロセス。
【請求項５０】
請求項４９記載のプロセスであって、前記表側溝を形成する工程および前記金属化溝を形成する工程は、前記表側溝と前記金属化溝とが一般に互いに平行になるようにする工程を含む前記プロセス。
【請求項５１】
請求項４９記載のプロセスであって、前記表側溝および前記金属化溝を形成する工程は、前記金属化溝が前記表側溝の幅よりも大きい幅を有するようにする工程を含む前記プロセス。
【請求項５２】
請求項４８記載のプロセスであって、前記裏側遮断構造が前記金属化された裏側表面の一部分に沿って延びるようにする工程は、前記裏側表面の前記露出部分に裏側溝を形成する工程を含む前記プロセス。
【請求項５３】
請求項５２記載のプロセスであって、前記裏側溝を形成する工程は、前記表側溝および前記裏側溝を形成して、前記表側溝および前記裏側溝が前記表側表面に対して傾いた角度で広がる平面に含まれる軸を有するようにする工程を含む前記プロセス。
【請求項５４】
請求項５２記載のプロセスであって、前記裏側溝を形成する工程は、前記裏側溝を形成して、前記金属化溝および前記裏側溝が間隔を置いて平行になった軸を有するようにする工程を含む前記プロセス。
【請求項５５】
請求項４３記載のプロセスであって、前記表側遮断構造が前記表側表面の少なくとも一部分に沿って延びるようにする工程は、前記表側表面にｐ／ｎ接合障壁を形成する工程を含む前記プロセス。
【請求項５６】
請求項５５記載のプロセスであって、前記ｐ／ｎ接合障壁を形成する工程は、前記ウエハの一部分がｐ／ｎ接合形成から遮蔽されるようにして、前記部分が前記ｐ／ｎ接合障壁として振舞うようにする工程を含む前記プロセス。
【請求項５７】
請求項５５記載のプロセスであって、前記ｐ／ｎ接合障壁を形成する工程は、前記ｐ／ｎ接合障壁が１本のライン状に延びるようにする工程を含む前記プロセス。
【請求項５８】
請求項５７記載のプロセスであって、前記ウエハは、外周エッジを有し、前記ｐ／ｎ接合障壁が１本のライン状に延びるようにする前記工程は、前記ｐ／ｎ接合障壁が前記外周エッジ上の２つの地点間に延びるようにする工程を含む前記プロセス。
【請求項５９】
請求項５８記載のプロセスであって、前記ｐ／ｎ接合障壁が前記２つの地点間に延びるようにする工程は、前記ｐ／ｎ接合障壁が前記ウエハの対向するエッジ部分にある２つの地点間に延びるようにする工程を含む前記プロセス。
【請求項６０】
請求項５５記載のプロセスであって、前記裏側遮断構造が前記金属化された裏側表面の一部分に沿って延びるようにする工程は、前記金属化された裏側表面に少なくとも１つの金属化窪みを形成する工程を含み、前記金属化窪みが前記裏側表面の露出分を露出する前記プロセス。
【請求項６１】
請求項６０記載のプロセスであって、前記金属化窪みを形成する工程は、金属化溝を形成する工程を含む前記プロセス。
【請求項６２】
請求項６１記載のプロセスであって、前記金属化溝を形成する工程は、前記ｐ／ｎ接合障壁と前記金属化溝とが一般に互いに平行に延びるようにする工程を含む前記プロセス。
【請求項６３】
請求項６１記載のプロセスであって、前記金属化溝を形成する工程は、前記金属化溝が前記ｐ／ｎ接合障壁の幅よりも大きい幅を有するようにする工程を含む前記プロセス。
【請求項６４】
請求項６０記載のプロセスであって、前記裏側遮断構造が前記金属化された裏側表面の一部分に沿って延びるようにする工程は、前記裏側表面の前記露出部分に裏側溝を形成する工程を含む前記プロセス。
【請求項６５】
請求項６４記載のプロセスであって、前記裏側溝を形成する工程は、前記ｐ／ｎ接合障壁および前記裏側溝が前記表側表面に対して傾いた角度で広がる平面に含まれる軸を有するようにする工程を含む前記プロセス。
【請求項６６】
請求項６４記載のプロセスであって、前記裏側溝を形成する工程は、前記裏側溝を形成して前記金属化溝と前記裏側溝とが間隔を置いて平行になった軸を有するようにする工程を含む前記プロセス。
【請求項６７】
請求項４３記載のプロセスであって、更に、それぞれの表側表面部分に対応する電流収集手段の組を形成する工程を含み、前記それぞれの電流収集手段の組が対応するｐ／ｎ接合区分に電気的に接触している前記プロセス。
【請求項６８】
請求項６７記載のプロセスであって、各組に前記電流収集手段を形成する工程は、前記表側表面で、各組に分離した電気的コンタクトを形成する工程を含む前記プロセス。
【請求項６９】
請求項６８記載のプロセスであって、前記電気的コンタクトを形成する工程は、前記電気的コンタクトがアレイ状に配置されるようにする工程を含む前記プロセス。
【請求項７０】
請求項６９記載のプロセスであって、前記電流収集手段を形成する工程は、間隔を置いて平行になった複数の指形構造を形成する工程を含む前記プロセス。
【請求項７１】
請求項６７記載のプロセスであって、更に、表側電極を対応する前記電流収集手段組に接続する工程を含み、各表側電極が前記半導体ウエハの外周の外側にあって前記対応する半導体ｐ／ｎ接合区分を回路に接続する表側終端手段を含む前記プロセス。
【請求項７２】
高電圧ソーラ・セル・モジュールを作成するプロセスであって、請求項７１記載のプロセスを含み、更に、裏側電極を対応する前記金属化された裏側表面部分に接続する工程を含み、各裏側電極が前記半導体ウエハの外周の外側にあって前記対応する半導体ｐ／ｎ接合区分を回路に接続する裏側終端手段を含むプロセス。
【請求項７３】
ソーラ・セル・システムを作製するプロセスであって、請求項７２記載のプロセスを含み、更に、ウエハの第１の半導体ｐ／ｎ接合区分に付随する表側終端手段をウエハ中の第２の半導体ｐ／ｎ接合区分の裏側終端手段に電気的に接続して、前記第１と第２の半導体ｐ／ｎ接合区分を直列に電気的に接続する工程を含むプロセス。
【請求項７４】
請求項７３記載のプロセスであって、前記第１の半導体ｐ／ｎ接合区分に付随する前記表側終端手段を前記第２の半導体ｐ／ｎ接合区分に付随する前記裏側終端手段に電気的に接続する工程は、前記第１の半導体ｐ／ｎ接合区分に付随する前記表側終端手段を前記第２の半導体ｐ／ｎ接合区分に付随する前記裏側終端手段に直接接続する工程を含む前記プロセス。
【請求項７５】
表側表面、金属化された裏側表面、前記表側表面と前記裏側表面との間の半導体ｐ／ｎ接合、前記表側表面の少なくとも一部分に沿って延び、またウエハ中にも、前記半導体ｐ／ｎ接合を遮断して、ウエハ内部に分離した複数のｐ／ｎ接合区分を定義し、またそれぞれの前記分離したｐ／ｎ接合区分に付随する分離した表側表面部分を定義するのに十分な深さまで侵入する少なくとも１つの表側遮断構造、一般に前記表側遮断構造に向かい合うように、前記金属化された裏側表面の一部分に沿って延びて、それぞれの前記ｐ／ｎ接合区分に付随し、またそれぞれの前記ｐ／ｎ接合区分に電気的に接触する分離した複数の金属化された裏側表面部分を定義する裏側遮断構造、それぞれの表側表面部分上の対応する電流収集手段の組であって、それぞれが対応するｐ／ｎ接合区分に電気的に接触する電流収集手段の組、それぞれの前記電流収集手段の組に接続された表側電極であって、各表側電極が前記半導体ウエハの外周の外側にあって前記対応する半導体ｐ／ｎ接合区分を回路に接続する表側終端手段を含む表面電極およびそれぞれの前記金属化された裏側表面部分に接続された裏側電極であって、各裏側電極が半導体ウエハの外側にあって前記対応する半導体ｐ／ｎ接合区分を回路に接続する裏側終端手段を含む裏側電極を有する半導体ウエハを含むソーラ・セル・モジュールを用いて高電圧ソーラ・セル・システムを作製するプロセスであって、
第１の半導体ｐ／ｎ接合区分に付随する前記表側終端手段の１つを第２のｐ／ｎ接合区分に付随する裏側電極の前記裏側終端手段の１つに接続する工程、
を含むプロセス。
【請求項７６】
請求項７５記載のプロセスであって、第１の半導体ｐ／ｎ接合区分に付随する前記表側終端手段の１つを第２のｐ／ｎ接合区分に付随する裏側電極の前記裏側終端手段の１つに接続する工程は、第１の半導体ｐ／ｎ接合区分に付随する前記表側終端手段の１つを同じウエハ上の第２のｐ／ｎ接合区分に付随する裏側電極の前記裏側終端手段の１つに接続する工程を含む前記プロセス。
【請求項７７】
請求項７５記載のプロセスであって、第１の半導体ｐ／ｎ接合区分に付随する前記表側終端手段の１つを第２のｐ／ｎ接合区分に付随する裏側電極の前記裏側終端手段の１つに接続する工程は、第１の半導体ｐ／ｎ接合区分に付随する前記表側終端手段の１つを異なるウエハ上の第２のｐ／ｎ接合区分に付随する裏側電極の前記裏側終端手段の１つに接続する工程を含む前記プロセス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（発明の背景）
（１．発明の分野）
本発明は、高電圧ソーラ・セル、高電圧ソーラ・セルを作製するために用いられる装置、装置を作製するプロセスおよび装置を使用するプロセスに関する。
【背景技術】
【０００２】
（２．関連技術の説明）
光照射下で光起電力(ＰＶ）ソーラ・セルが特定の電圧において直流電流（ＤＣ）を発生することは、よく知られている。結晶性シリコン半導体材料を用いた標準的な光起電力セル製造プロセスによって作製される現在のソーラ・セルは、通常、１０００Ｗ／ｍ２の標準照明下で約３２−３６ｍＡ／ｃｍ２の短絡電流密度（Ｊｓｃ）および約６００−６２０ｍＶの開放電圧（Ｖｏｃ）を発生する。より高電圧の出力を得るには、いくつかの光起電力（ＰＶ）セルを直列に接続してＰＶモジュールを構成しなければならない。
【０００３】
現在、ほとんどのＰＶモジュールは、一辺が約４から６インチ（約１０から１５ｃｍ）の正方形又はセミ・スクエア（ｓｅｍｉ−ｓｑｕａｒｅ）のＰＶセルを採用している。これらのセルは、４インチ（１０ｃｍ）セルの約３．５Ａから、６インチ（１５ｃｍ）セルの約９Ａまでの短絡電流（Ｉｓｃ）を、それぞれ約６００ｍＶから約６２０ｍＶまでの開放電圧（Ｖｏｃ）で発生する。近年導入された８インチ（約２０ｃｍ）のＰＶセルは、更に大きい約１５Ａまでの短絡電流（Ｉｓｃ）を発生する。このような大型の８インチ（２０ｃｍ）セルは、いくつかの特徴を有する。１つの特徴は、発生する電力１ワット当たりのドルで表した製造コストが従来の小型セルよりも低いことである。これに加えて、これら大型セルは、辺長対面積が小さいため、より大きい効率を潜在的に有する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
これらの特徴にも拘らず、ＰＶモジュール製造業者は、モジュール生産に８インチ（２０ｃｍ）セルを採用することにまだとまどいを持つ。これは、８インチ（２０ｃｍ）セルが低電圧で非常に大きい電流を発生するので、電圧降下を最小化するためにセルの表側に非常に低抵抗の電流収集手段を設ける必要があるためである。この問題は、従来の２本のバス・バー（ｂｕｓ−ｂａｒ）の代わりに、３バス・バーのようにより多くの電流収集バス・バーを使用することで解決する。しかし、３バス・バーを使用するには、新しいツールや機器が必要となり、そのようなセルの製造コストを引き上げてしまう。更に、標準的なＰＶモジュールのサイズは、製造プロセスによって制限されるため、ＰＶモジュールに含まれるセルの面積が大きくなると、モジュールにフィットするセルの数が少なくなって、すべてのセルを直列に接続したとしても、モジュールの出力電圧は、限られる。インバータを使用してＤＣ電力をＡＣ電力に変換する需要が高まるにつれて、コスト効率の高い変換効率を実現するために、ＤＣ入力電圧は、３００Ｖのオーダでなければならなくなる。この領域の電圧は、少なくとも６００個の従来型ＰＶセルを直列に接続した場合にのみ達成される。従って、ＰＶモジュールに組み込まれるＰＶセルのサイズが大きくなれば、セルの個数は、少なくなり、従って、モジュールによって生成される電圧は、小さい面積のＰＶセルを採用した同じ面積のＰＶモジュールと比べて低くなる。
【０００５】
この問題を解決する従来のやり方は、機械的な完全性を保ちながら、しかもセルが２個以上のセルであるかのような電気的振る舞いをするようにＰＶセルを分割する工程を含む。これを実現するには、いくつかの方法がある。
【０００６】
「進歩したセル絶縁を有するモノリシックに直列接続されたソーラ・セルおよびその製造プロセス（Ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ  Ｓｅｒｉｅｓ−Ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ  Ｓｏｌａｒ  Ｃｅｌｌｓ  ｈａｖｉｎｇ  Ｉｍｐｒｏｖｅｄ  Ｃｅｌｌ  Ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｐｒｏｃｅｓｓ  ｏｆ  Ｍａｋｉｎｇ  ｔｈｅ  Ｓａｍｅ）」と題するシントン（Ｓｉｎｔｏｎ）による米国特許第５，１６４，０１９号は、モノリシックな半導体基板中に構築され、セル表面の溝によって互いに電気的に絶縁されたアレイ状の直列接続ＰＶサブ・セルについて述べている。サブ・セルを分離する溝は、半導体基板の表側又は裏側のいずれかに形成され、溝の深さは、半導体基板をサブ・セル間で完全に切り離すクラックを半導体バルク材料の内部に生成するように制御される。機械的な完全性は、ＰＶサブ・セルを相互接続する金属層によって提供される。この技術は、基板の完全な切り離しを必要とするため、最終製品は、非常に壊れ易い。この技術は、極めて複雑で高価であるため、ＰＶセルおよびＰＶモジュールの大量生産に関してコスト効率的でない。
【０００７】
「電気的絶縁用に短絡したｐ／ｎ接合を採用するモノリシックに直列接続されたソーラ・セル（Ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ  Ｓｅｒｉｅｓ−Ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ  Ｓｏｌａｒ  Ｃｅｌｌｓ  Ｅｍｐｌｏｙｉｎｇ  Ｓｈｏｒｔｅｄ  ｐ／ｎ  Ｊｕｎｃｔｉｏｎｓ  ｆｏｒ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  Ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ）」と題するスワンソン（Ｓｗａｎｓｏｎ）による米国特許第４，９３３，０２１号は、隣接するサブ・セル間の基板中に複数のｐ／ｎ接合を形成し、隣接するサブ・セルを直列に相互接続する金属化によってｐ／ｎ接合を短絡することによって、単一基板上のＰＶサブ・セル間に電気的絶縁を使用することについて述べている。ここでも、この技術は、極めて高価であり、恐らく大型ＰＶデバイスに関してコスト効率的でない。
【０００８】
「高電圧Ｖ字形溝ソーラ・セル（Ｈｉｇｈ  ｖｏｌｔａｇｅ  Ｖ−ｇｒｏｏｖｅ  ｓｏｌａｒ  ｃｅｌｌ）」と題するエバンズ（Ｅｖａｎｓ）等による米国特許第４，３７６，８７２号は、単一の半導体ウエハ中に形成され、個々のセルの電圧が加算的であるように互いに接続された複数の個別電圧発生領域又は単位セルを含む高電圧多接合ソーラ・セルについて述べている。単位セルは、空隙によって分離された、互いに逆の伝導形のドープ領域を含む。ウエハ中にＶ字形溝が形成され、１つの伝導形のイオンが溝の１つの面を移動でき、他方の面が遮蔽されるように構成される。Ｖ字形溝は、単位セルを分離するのでなく、単位セルを直列に接続するように機能する。このプロセスは、複雑であり、恐らく光起電力セルの大量生産に関してコスト効率的でない。
【０００９】
「モノリシックに直列接続されたソーラ・セル（Ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ  ｓｅｒｉｅｓ−ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ  ｓｏｌａｒ  ｃｅｌｌ）」と題するボーデン（Ｂｏｒｄｅｎ）による米国特許第４，２７８，４７３号は、上面から半導体基板中に延びて基板を絶縁する電気化学的に作成された溝によって分離したサブ・セルとして定義されるモノリシックに直列接続されたソーラ・セルについて述べている。溝は、壁を有し、その上には、セルの最上部から結合させようとするセルのベース領域に形成されたコンタクト・レッジまで接続を形成することによって、サブ・セル間に相互接続が形成される。この技術は、複雑で、高価であり、多分小型の電子デバイスおよび光起電力デバイスにのみ適用可能である。
【００１０】
「集積化ソーラ・セル・アレイ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｓｏｌａｒ  Ｃｅｌｌ  Ａｒｒａｙ）」と題するチャン（Ｃｈｉａｎｇ）等による米国特許第４，１７３，４９６号は、集積化されたモノリシックなソーラ・セル・アレイについて述べており、セル間の分離によってセルの直列接続が可能となっており、単位セルの電圧の合計に等しい出力電圧をアレイが供給できるようになっている。隣接するセル間の分離は、溝パターンによって与えられており、溝の壁は、後に金属層、酸化物層によって被覆され、選択的にドープされてＰ＋およびＮ＋領域が生成され、それによってセル間に電気的接続が提供され、またこれらの間の見せ掛けの短絡電流が解消される。この技術は、複雑で、高価であり、多分集積化されたモノリシックなソーラ・セル・アレイに対してのみ適用可能であり、大型のＰＶセルおよびモジュールに対しては、非効率的であるかもしれない。
【００１１】
「複数の溝形成プロセスを用いた複数の直列接続されたソーラ・セルの作製法（Ｍｅｔｈｏｄ  ｏｆ  Ｍａｋｉｎｇ  Ｐｌｕｒａｌｉｔｙ  ｏｆ  Ｓｅｒｉｅｓ  Ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ  Ｓｏｌａｒ  Ｃｅｌｌｓ  Ｕｓｉｎｇ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｇｒｏｏｖｅ  Ｆｏｒｍｉｎｇ  Ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ）」と題するヤマザキ（Ｙａｍａｚａｋｉ，山崎）による米国特許第４，６０３，４７０号は、基板の金属層に複数の溝を形成することによって、複数の非晶質半導体ソーラ・セルを相互接続する方法について述べている。溝は、基板のバルク中に延びるように見えない。この技術は、結晶性シリコン半導体に適用できないため、恐らく大量生産されるＰＶセルおよびモジュールに適用できない。
【００１２】
「直列接続されたソーラ・セルおよび形成プロセス（Ｓｅｒｉｅｓ  Ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ  Ｓｏｌａｒ  Ｃｅｌｌｓ  ａｎｄ  Ｐｒｏｃｅｓｓ  ｏｆ  Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ）」と題するモレル（Ｍｏｒｅｌ）等による米国特許第４，５１７，４０３号は、その上に複数の間隔を置いた光起電力領域を備えた連続した薄膜を有し、光起電力領域の各々に対応する表側および裏側の電極部分を有する光起電力デバイスについて述べている。領域間の電気的接続は、膜自体を通して、各裏電極部分から隣接領域の表電極部分へ直接に提供される。このように、光起電力領域の少なくとも２つが直列接続されて、デバイスの出力電圧を増大させている。この技術は、薄膜半導体材料に適用可能であり、恐らくＰＶセルおよびモジュールの大量生産には、使用されない。
【００１３】
「携帯型電子デバイス用のモノリシックに直列接続された結晶Ｓｉウエハ・セル(Ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃａｌｌｙ  Ｓｅｒｉｅｓ−Ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ  Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  Ｓｉ  Ｗａｆｅｒ  Ｃｅｌｌｓ  ｆｏｒ  Ｐｏｒｔａｂｌｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｄｅｖｉｃｅｓ）」と題する論文（アダム・ハムッド（Ａｄａｍ  Ｈａｍｍｕｄ）、バーバラ・テレイデン（Ｂａｒｂａｒａ  Ｔｅｒｈｅｉｄｅｎ）、リチャード・アウア（Ｒｉｃｈａｒｄ  Ａｕｅｒ）およびロルフ・ブレンデル（Ｒｏｌｆ  Ｂｒｅｎｄｅｌ）著で、第３１回ＩＥＥＥ光起電力専門家会議２００５で発表されたＩＥＥＥカタログ番号：０５ＣＨ３７６０８Ｃ、ＩＳＢＮ番号：０−７８０３−８７０８−５）は、結晶Ｓｉウエハからソーラ・セルのミニ・モジュールを作製する簡単なプロセスについて述べている。このプロセスには、ｐ／ｎ接合の形成、プラズマ促進ＣＶＤによるパッシベーション、選択的プラズマ・エッチ、アルミニウム蒸着による半導体エミッタおよびベース間の電気的接続、ガラス基板へのＳｉウエハ固定およびダイシングとそれに続くプラズマ・エッチによる分離ソーラＰＶサブ・セルの生成が含まれる。６個の直列接続されたＰＶサブ・セルを含む３０個のＰＶモジュールのうち、最良のものが効率１１％および開放電圧（Ｖｏｃ）３．６２４Ｖを示したと述べている。この技術は、ダイシングによる完全なサブ・セルの分離および個別サブ・セルのガラス基板への固定に関連しているように見える。著者等は、この技術が簡単であると主張しているが、ＰＶ産業界の要求を満たすには、余りに複雑で高価である。
【００１４】
「集積された直列接続ソーラ・セル（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｓｅｒｉｅｓ−ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ  ｓｏｌａｒ  ｄｅｌｌ）」と題するゲツバーガ（Ｇｏｅｔｚｂｅｒｇｅｒ）による米国特許第４，３３０，６８０号は、高いオーミック抵抗値を有する半導体基板の２つの面の各々に配置されたストリップ状半導体接合の列について述べている。これらの接合は、ｐ＋およびｎ＋伝導特性を交互に有しており、互いに平行で、それらの間隔は、例えば、半導体基板の１つの面上でｐ＋伝導特性を有する半導体接合が、他方の面上でｎ＋伝導特性を有する半導体接合と向かい合うようなものになっている。基板上には、プリント回路トラックが配置されて、各々のケースで１組のソーラ・セル接合を隣接する組と直列に接続している。本質的に、この技術は、半導体基板上にｐ＋およびｎ＋伝導領域を適切に形成することによってソーラ・セルを直列接続する方法を提供する。この技術は、複雑で高価なマイクロエレクトロニクス機器に強く依存しており、ＰＶ産業界の要求を満たすにはコスト効率的でないであろう。
【００１５】
「ソーラ・セル配置（Ｓｏｌａｒ  Ｃｅｌｌ  Ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ）」と題するケラー（Ｋｅｌｌｅｒ）等による米国特許第６，４４１，２９７号は、直列接続されたソーラＰＶサブ・セルを含むソーラ・セルの配置について述べている。半導体ウエハは、複数のソーラＰＶサブ・セルに対する共通ベース材料として機能する。ウエハ中に窪みが設けられて、個々の直列接続されたソーラＰＶサブ・セルを区切る。窪みのいくつかは、半導体ウエハの上面からウエハ自体を貫通して裏面まで延び、窪みがウエハのエッジまで続くように何らかの架橋セグメントが残されて、サブ・セルを機械的に相互に接続する。この技術は、ダイシングを必要とするが、これは、半導体ウエハを弱体化し、最終製品を壊れ易くし、しっかりした基板への搭載を必要とする。
【００１６】
一般に、上に引用した参照文献は、半導体基板自体の上に直列に接続されたＰＶサブ・セルを生成するために、共通する半導体基板を処理する機械的および／又はマイクロエレクトロニクス的なプロセスを採用している。しかし、一般に、各文献は、洗練され高価な技術について述べており、それらは、大型ウエハを用いたＰＶモジュールを大量生産するために実用的でない。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
（発明の概要）
発明の１つの態様に従えば、ソーラ・セル装置が提供される。装置は、表側表面および金属化された裏側表面と、表側表面と裏側表面との間に半導体ｐ／ｎ接合とを有する半導体ウエハを含む。ウエハは、更に、表側表面の少なくとも一部分に沿って延び、ウエハ中にも、半導体ｐ／ｎ接合を遮断してウエハ内部に複数の分離したｐ／ｎ接合区分を定義し、またそれぞれの分離したｐ／ｎ接合区分に付随する分離した表側表面部分を定義するのに十分な深さまで侵入する少なくとも１つの表側遮断構造（ｉｎｔｅｒｒｕｐｔｉｏｎ）を含む。ウエハは、更に、一般に表側遮断構造に向かい合うように、金属化された裏側表面の一部分に沿って延び、それぞれのｐ／ｎ接合区分に付随し、それぞれのｐ／ｎ接合区分に電気的に接触する複数の分離した金属化された裏側表面部分を定義する裏側遮断構造を含む。
【００１８】
半導体ウエハは、半導体ｐ／ｎ接合を遮断する少なくとも１つの表側窪みを有する。この少なくとも１つの窪みは、表側表面に第１の表側溝を含む。
【００１９】
ウエハは、外周エッジを有し、表側溝は、外周エッジ上の２つの地点間に延びている。これら２つの地点は、ウエハの対向するエッジ上にある。
【００２０】
裏側遮断構造は、金属化された裏側表面に少なくとも１つの金属化窪みを含み、この金属化窪みは、ウエハの裏側表面の露出部分を露出させる。金属化窪みは、金属化溝と表側溝とを含み、金属化溝は、一般に互いに平行である。金属化溝は、表側溝の幅よりも大きい幅を有する。
【００２１】
裏側遮断構造は、更に、裏側表面の露出部分に裏側溝を含む。表側溝および裏側溝は、表側表面に対して傾いた角度で広がる平面に含まれる軸を有する。金属化溝と裏側溝とは、互いに間隔をおいて平行になった軸を有する。
【００２２】
表側遮断構造は、半導体ｐ/ｎ接合を遮断するｐ／ｎ接合障壁を含む。ｐ／ｎ接合障壁は、その中にｐ／ｎ接合が形成されていないウエハの一部分を含む。ウエハは、外周エッジを有し、ｐ／ｎ接合障壁は、外周エッジ上の２つの地点間に延びる。これら２つの地点は、ウエハの対向するエッジ上に位置する。
【００２３】
裏側遮断構造は、金属化された裏側表面に少なくとも１つの金属化窪みを含み、この金属化窪みは、ウエハの裏側表面の露出部分を露出させる。金属化窪みは、金属化溝を含む。ｐ／ｎ接合障壁と金属化溝とは、一般に互いに平行である。
【００２４】
金属化溝は、幅を有し、またｐ／ｎ接合障壁も幅を有するが、金属化溝の幅は、ｐ／ｎ接合障壁の幅よりも大きい。裏側遮断構造は、前記裏側表面の露出部分に裏側溝を含む。ｐ／ｎ接合障壁および裏側溝は、表側表面に対して傾いた角度で広がる平面に含まれる軸を有する。金属化溝と裏側溝とは、間隔を置いて平行になった軸を有する。
【００２５】
装置は、更に、それぞれの表側表面部分上に対応する電流収集手段（ｃｕｒｒｅｎｔ  ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ）の組を含み、電流収集手段のそれぞれの組は、対応するｐ／ｎ接合区分に電気的に接触する。各組の電流収集手段は、表側表面に分離した電気的コンタクトを含む。電流収集手段は、アレイ状に配置されるか、および／又は間隔を置いて平行になった複数の指形構造を含む。
【００２６】
装置は、更に、電流収集手段のそれぞれの組に接続された表側電極を含み、各表側電極は、半導体ウエハの外周の外側に、対応する半導体ｐ／ｎ接合区分を回路に接続する表側終端手段（ｔｅｒｍｉｎａｔｏｒ）を含む。
【００２７】
表側電極の各々は、半導体ウエハの外周の外側に延びる部分を有する少なくとも１つの導体を含み、それぞれの表側電極に付随する表側終端手段は、半導体ウエハの外周の外側に延びる少なくとも１つの導体の対応する部分を含む。
【００２８】
表側終端手段の各々は、対応する表側バスを含み、表側電極の各々は、それぞれが共通の表側バスに接続された、間隔を置いて位置する複数の電気的導体を含む。
【００２９】
複数の導体の導体は、半導体ウエハの外周エッジを越えて延びる終端部分を有し、導体は、共通の表側バスに接続された部分を有する。
【００３０】
表側電極は、表面を有する電気的に絶縁性で光学的に透明な膜を含み、膜表面上の接着層が膜をウエハの表側表面部分に固定している。間隔を置いて配置された複数の電気的導体は、接着層に埋め込まれ、電気的導体は、それぞれ、接着層から突出する導体表面を有し、また電気的導体を表側表面部分の電気的コンタクトの少なくともいくつかに接着させて、ソーラ・セルから電気的コンタクトによって集められた電流が電気的導体に集められるようにする合金を有する。
【００３１】
分離した金属化された裏側表面部分の各々は、対応するｐ／ｎ接合区分と一般に同程度の広がりで隣接し、それに電気的に接触する金属層を含む。
【００３２】
発明の別の１つの態様に従えば、上で述べた任意の形の装置を含み、更に、それぞれの金属化された裏側表面部分に接続された裏側電極を含み、各裏側電極は、半導体ウエハの外周の外側にあって、対応する半導体ｐ／ｎ接合区分を回路に接続する裏側終端手段を含む高電圧ソーラ・セル・モジュールが提供される。
【００３３】
各裏側電極は、半導体ウエハの外周の外側に延びる部分を有する少なくとも１つの導体を含み、それぞれの裏側電極に付随する裏側終端手段は、外周の外側に延びる導体の対応する部分を含む。
【００３４】
各裏側終端手段は、裏側バスを含み、またそれぞれが共通の裏側バスに接続された、間隔を置いて配置された複数の電気的導体を含む。
【００３５】
複数の導体の導体は、半導体ウエハの外周エッジを越えて延びる終端部分を有し、これらは、裏側バスに接続される。
【００３６】
裏側電極は、第２の表面を有する電気的に絶縁性の膜を含み、第２の表面上の第２の接着層が膜を金属化された裏側表面部分に固定しており、また少なくとも１つの電気的導体は、第２の接着層に埋め込まれ、少なくとも１つの電気的導体は、第２の接着層から突出する第２の導体表面を有し、また少なくとも１つの電気的導体を金属化された外部表面部分に接着させて、ソーラ・セルに供給される電流が少なくとも１つの電気的導体によって、金属化された外部表面に供給されるようにする合金を有する。
【００３７】
発明の別の１つの態様に従えば、上で述べた任意の形の表側および裏側電極を備え、更に、第１の半導体ｐ／ｎ接合区分に付随する表側終端手段を第２の半導体ｐ／ｎ接合区分の裏側終端手段に電気的に接続して、第１と第２の半導体ｐ／ｎ接合区分を直列に電気的に接続する手段を含むソーラ・セル装置を含むソーラ・セル・システムが提供される。
【００３８】
第１の半導体ｐ／ｎ接合区分に付随する表側終端手段を第２の半導体ｐ／ｎ接合区分の裏側終端手段に電気的に接続する手段は、１つの半導体ｐ／ｎ接合区分に付随する表側終端手段を第２の半導体ｐ／ｎ接合に付随する裏側終端手段に直接接続するように実施可能なように構成される。
【００３９】
発明の別の１つの態様に従えば、上で述べた任意の形の、互いに隣接して配置された第１および第２のソーラ・セル装置を含み、更に第１の装置上の半導体ｐ／ｎ接合に付随する表側終端手段を第２のソーラ・セル装置上の半導体ｐ／ｎ接合区分に付随する裏側終端手段に電気的に接続する手段を含むソーラ・セル・システムが提供される。
【００４０】
発明の別の１つの態様に従えば、表側表面、金属化された裏側表面およびそれらの間にｐ／ｎ半導体接合を有する半導体ウエハからソーラ・セル装置を作製するプロセスが提供される。プロセスは、表側遮断構造が表側表面の少なくとも一部分に沿って延びるようにして、ウエハ中にも、半導体ｐ／ｎ接合を遮断してウエハ内部に分離した複数のｐ／ｎ接合区分を定義し、またそれぞれの分離したｐ／ｎ接合区分に付随する分離した表側表面部分を定義するのに十分な深さまで侵入するようにする工程および裏側遮断構造が、一般に表側遮断構造に向かい合うように、金属化された裏側表面の一部分に沿って延びるようにして、それぞれの前記ｐ／ｎ接合区分に付随し、それぞれのｐ／ｎ接合区分に電気的に接触する分離した複数の金属化された裏側表面部分を定義するようにする工程を含む。
【００４１】
表側遮断構造が表側表面の少なくとも一部分に沿って延びるようにする工程は、表側表面に少なくとも１つの表側窪みを形成する工程を含む。少なくとも１つの窪みを形成する工程は、表側表面に表側溝を形成する工程を含む。
【００４２】
ウエハは、外周エッジを有し、表側窪みを形成する工程は、表側窪みが外周エッジ上の２つの地点の間に延びるようにする工程を含む。表側窪みが外周エッジ上の２つの地点間に延びるようにする工程は、表側窪みがウエハの対向するエッジ上の２点間に延びるようにする工程を含む。
【００４３】
裏側遮断構造が裏側の金属化された表面の一部分に沿って延びるようにする工程は、金属化された裏側表面に少なくとも１つの金属化窪みを形成する工程を含み、金属化窪みがウエハの裏側の露出部分を露出する。裏側窪みを形成する工程は、金属化された裏側表面に金属化溝を形成する工程を含む。表側溝を形成する工程および金属化溝を形成する工程は、表側溝と金属化溝とが一般に互いに平行になるようにする工程を含む。表側溝および金属化溝を形成する工程は、金属化溝の幅が表側溝の幅よりも大きくなるようにする工程を含む。
【００４４】
裏側遮断構造が金属化された裏側表面の一部分に沿って延びるようにする工程は、裏側表面の露出部分に裏側溝を形成する工程を含む。裏側溝を形成する工程は、表側溝と裏側溝とが表側表面に対して傾いた角度で広がる平面に含まれる軸を有するように表側溝および裏側溝を形成する工程を含む。裏側溝を形成する工程は、金属化溝と裏側溝とが間隔を置いて平行になった軸を有するように裏側溝を形成する工程を含む。
【００４５】
表側遮断構造が表側表面の少なくとも一部分に沿って延びるようにする工程は、表側表面にｐ／ｎ接合障壁を形成する工程を含む。
【００４６】
ｐ／ｎ接合障壁を形成する工程は、ウエハの一部分がｐ／ｎ接合形成から遮蔽されるようにする工程を含み、この部分がｐ／ｎ接合障壁として機能する。
【００４７】
ウエハは、外周エッジを有し、ｐ／ｎ接合障壁がラインに沿って延びるようにする工程は、ｐ／ｎ接合障壁が外周エッジ上の２つの地点間に延びるようにする工程を含む。ｐ／ｎ接合障壁が２つの地点間に延びるようにする工程は、ｐ／ｎ接合障壁がウエハの対向するエッジ上の２つの地点間に延びるようにする工程を含む。
【００４８】
裏側遮断構造が金属化された裏側表面の一部分に沿って延びるようにする工程は、金属化された裏側表面に少なくとも１つの金属化窪みを形成する工程を含み、金属化窪みが裏側表面の露出部分を露出する。金属化窪みを形成する工程は、金属化溝を形成する工程を含む。金属化溝を形成する工程は、ｐ／ｎ接合障壁と金属化溝とが一般に互いに平行に延びるように形成する工程を含む。金属化溝を形成する工程は、金属化溝の幅がｐ／ｎ接合障壁の幅よりも大きくなるようにする工程を含む。
【００４９】
裏側遮断構造が金属化された裏側表面に延びるようにする工程は、裏側表面の露出部分に裏側溝を形成する工程を含む。裏側溝を形成する工程は、ｐ／ｎ接合障壁および裏側溝が表側表面に対して傾いた角度で広がる平面に含まれる軸を有するように形成する工程を含む。裏側溝を形成する工程は、金属化溝と裏側溝とが間隔を置いて平行になった軸を有するように裏側溝を形成する工程を含む。
【００５０】
プロセスは、更に、それぞれの表側表面部分上に電流収集手段の対応する組を形成する工程を含み、電流収集手段の対応する組の各々が対応するｐ／ｎ接合区分に電気的に接触するようにする。各組の電流収集手段を形成する工程は、表側表面の各組に、分離した電気的コンタクトを形成する工程を含む。電気的コンタクトを形成する工程は、電気的コンタクトをアレイ状に配置させる工程を含む。電流収集手段を形成する工程は、間隔を置いて平行になった複数の指形構造を形成する工程を含む。
【００５１】
プロセスは、更に、表側電極を電流収集手段の対応する組に接続する工程を含み、各表側電極は、半導体ウエハの外周の外側にあって、対応する半導体ｐ／ｎ接合区分を回路に接続する表側終端手段を含む。
【００５２】
発明の別の１つの態様に従えば、高電圧ソーラ・セル・モジュールを作製するプロセスが提供される。プロセスは、上で述べたプロセスの任意のものを含み、更に、裏側電極を対応する金属化された裏側表面部分に接続する工程を含み、各裏側電極は、半導体ウエハの外周の外側にあって対応する半導体ｐ／ｎ接合区分を回路に接続する裏側終端手段を含む。
【００５３】
発明の別の１つの態様に従えば、 ソーラ・セル・システムを作製するプロセスが提供される。プロセスは、表側および裏側の電極を有するソーラ・セル装置を作製する上で引用した任意のプロセスを含み、更に、ウエハ中の第１の半導体ｐ／ｎ接合区分に付随する表側電極に付随する表側終端手段をウエハ中の第２の半導体ｐ／ｎ接合区分に付随する裏側電極の裏側終端手段に電気的に接続して、第１と第２の半導体ｐ／ｎ接合区分を直列に接続する工程を含む。
【００５４】
第１の半導体ｐ／ｎ接合区分に付随する表側終端手段を第２の半導体ｐ／ｎ接合区分に付随する裏側終端手段に電気的に接続する工程は、第１の半導体ｐ／ｎ接合区分に付随する表側終端手段を第２の半導体ｐ／ｎ接合に付随する裏側終端手段に直接接続する工程を含む。
【００５５】
発明の別の１つの態様に従えば、 表側表面、金属化された裏側表面、表側表面と裏側表面との間の半導体ｐ／ｎ接合、表側表面の少なくとも一部分に沿って延び、またウエハ中にも、半導体ｐ／ｎ接合を遮断して、ウエハ内部に分離した複数のｐ／ｎ接合区分を定義し、それぞれの分離したｐ／ｎ接合区分に付随する分離した表側表面部分を定義するのに十分な深さまで侵入する少なくとも１つの表側遮断構造、一般に表側遮断構造に向かい合うように、金属化された裏側表面の一部分に沿って延びて、それぞれのｐ／ｎ接合区分に付随し、それぞれのｐ／ｎ接合区分に電気的に接触する分離した複数の金属化された裏側表面部分を定義する裏側遮断構造、それぞれの表側表面部分に対応する電流収集手段の組であって、それぞれのｐ／ｎ接合区分に電気的に接触する電流収集手段の組、それぞれの電流収集手段の組に接続された表側電極であって、各表側電極が半導体ウエハの外周の外側にあって対応する半導体ｐ／ｎ接合区分を回路に接続する表側終端手段を含んでいる表面電極、それぞれの金属化された裏側表面部分に接続された裏側電極であって、各裏側電極が半導体ウエハの外側にあって対応する半導体ｐ／ｎ接合区分を回路に接続する裏側終端手段を含んでいる裏側電極を有する半導体ウエハを含むソーラ・セル・モジュールを用いて高電圧ソーラ・セル・システムを作製するプロセスが提供される。プロセスは、第１の半導体ｐ／ｎ接合区分に付随する表側終端手段の１つを第２のｐ／ｎ接合に付随する裏側電極の裏側終端手段の１つに接続する工程を含む。
【００５６】
第１の半導体ｐ／ｎ接合区分に付随する表側終端手段の１つを第２のｐ／ｎ接合区分に付随する裏側電極の裏側終端手段の１つに接続する工程は、第１の半導体ｐ／ｎ接合区分に付随する表側終端手段の１つを同じウエハ上の第２のｐ／ｎ接合区分に付随する裏側電極の裏側終端手段の１つに接続する工程を含む。
【００５７】
第１の半導体ｐ／ｎ接合区分に付随する表側終端手段の１つを第２のｐ／ｎ接合区分に付随する裏側電極の裏側終端手段の１つに接続する工程は、第１の半導体ｐ／ｎ接合区分に付随する前記表側終端手段の１つを異なるウエハ上の第２のｐ／ｎ接合区分に付随する裏側電極の裏側終端手段の１つに接続する工程を含む。
【００５８】
本発明のその他の態様および特徴は、添付図面と一緒に本発明の特殊な実施の形態についての以下の説明を参照することによって当業者には、明らかになろう。
【実施例】
【００５９】
（詳細な説明）
図１を参照すると、一般に１０で半導体ウエハが示されており、ウエハ内部に拡散によって形成されたｎ形領域１２とｐ形領域１４とがそれらの間に半導体ｐ／ｎ接合１６を形成している。あるいは、ｎ形領域１２とｐ形領域１４とを逆にしてもよい。図示された実施の形態で、ｎ形領域１２の厚さは、約０．３から約０．６マイクロメートルで、ｐ形領域１４の厚さは、およそ約２００から約６００マイクロメートルである。
【００６０】
半導体ウエハ１０は、表側表面１８と金属化された裏側表面６１とを有する。それらの間にｐ／ｎ半導体接合１６が設けられる。この半導体ウエハ１０は、発明の１つの実施の形態に従ってソーラ・セルを作製するプロセスのスタート材料である。
【００６１】
図１および２を参照すると、ソーラ・セルを作製するプロセスは、表側遮断構造３４が表側表面１８の少なくとも一部分に沿って延びるようにし、またウエハ１０中にも、半導体ｐ／ｎ接合１６を遮断して、ウエハ内部に、例えば、２２および２４として示されたような分離した複数のｐ／ｎ接合区分を定義するのに十分な深さまで侵入するようにする工程を含む。表側遮断構造３４は、また分離したｐ／ｎ接合区分２２および２４のそれぞれに付随する、例えば、分離した表側表面部分２６および３０も定義する。
【００６２】
プロセスは、また図２に６２として示されたような裏側遮断構造が、一般に表側遮断構造に向かい合って、金属化された裏側表面６１の一部分に沿って延びるようにし、ｐ／ｎ接合区分２２および２４のそれぞれに付随する、例えば、６４および６６として示されたような分離した複数の金属化された裏側表面部分を定義するようにする工程を含む。
【００６３】
表側遮断構造が表側表面の少なくとも一部分に沿って延びるようにする工程は、半導体ウエハ１０の表側１８に、図２に一般に３４として示されたような少なくとも１つの表側窪みを形成することによって実現される。この実施の形態で、窪み３４は、ウエハ１０の表側表面１８全体を横切る表側溝３６を含む。
【００６４】
表側溝３６は、溝が半導体ｐ／ｎ接合１６を貫通するまで侵入するように十分な深さまで表側表面１８をレーザ切断することによって形成される。一般に、表側溝３６の深さは、可能な限り深いことが望ましいが、ウエハ１０の機械的完全性が危うくなるほど深くないことが望ましい。ここに述べたように溝を形成することによって、半導体ウエハ１０の隣接部分を一体として接続する材料の薄いバルク接続部分７５だけが残されることになって、もちろんこの薄い部分が小さくなればそれだけこの領域でウエハが破壊する確率が大きくなることは、理解されよう。表側溝３６のレーザ切断は、これが一般に最も少ない損傷をウエハ１０に与えるもので、動作中に溝のエッジによって生ずるエッジ効果によるエネルギー損失を最小化することから、溝形成の望ましい方法となっている。
【００６５】
ここに示した実施の形態で、表側窪み３４（すなわち、溝３６）は、ウエハ１０の外周エッジ４５上の、更に詳細には、ウエハの対向するエッジ部分にある２つの地点４１と４３との間に延びている。このようにして、溝は、表側表面１８を第１および第２の表面部分２６および３０に分離する。
【００６６】
あるいは、表側溝３６は、例えば、ウエット・エッチや機械的なソー・ダイシングによって形成することもできる。
【００６７】
図３を参照すると、半導体ｐ／ｎ接合１６を遮断する別の方法は、ウエハ１０の表側表面１８にｐ／ｎ接合障壁３８を形成する工程を含む。１つの実施の形態で、ｐ／ｎ接合障壁３８を形成する工程は、表側表面に二酸化シリコンを配置させるために従来のマイクロエレクトロニクス技術を使用する。意図する接合深さと少なくとも同程度の厚さを有する狭い二酸化シリコンのラインが、すべてのｐ／ｎ接合形成に先立ってバルク半導体材料（このケースでは、ｐ形材料１４）の上に形成され、このラインが、ウエハの外周エッジ上の、更に詳細には、この実施の形態では、ウエハの対向するエッジ部分にある２つの地点間に延びるようにされる。次に、半導体ウエハ１０の表面に形成された二酸化シリコンの狭いラインを有する半導体ウエハ１０に対して、ｐ／ｎ接合を形成する通常のドーピング・プロセスが適用される。二酸化シリコンのラインは、ライン直下の半導体材料４５へのドーパントの拡散を遮蔽し、それによってこの領域にｐ／ｎ接合が形成されることを阻止する。等価的に、二酸化シリコンのライン直下の半導体材料４５は、一般にそれの元の状態に留まって、ｐ／ｎ接合障壁３８として機能し、他方、障壁３８の両側には、分離したｐ／ｎ接合区分４０および４２がバルク材料中に形成される。これらの分離したｐ／ｎ接合区分４０および４２は、一般にウエハの表側表面と裏側表面との間にある１つの面に沿って延びる。実質的に、ｐ／ｎ接合区分４０および４２は、さもなければ半導体ウエハ１０中に形成されたであろう連続したｐ／ｎ接合の分離したｐ／ｎ接合区分として振舞う。
【００６８】
図２および３に示されたように、半導体ｐ／ｎ接合１６を分離したｐ／ｎ接合区分に分離させるために、単一の表側溝３６又は未ドープのバルク材料部分４５が使用される。明らかなように、図２０に示されるように、半導体ｐ／ｎ接合をより多数の分離した半導体ｐ／ｎ接合区分に分割するために、付加的な溝および／又は付加的な未ドープのバルク材料部分を使用することができる。
【００６９】
図４を参照すると、ソーラ・セルを作製するプロセスは、更に、ウエハ１０のそれぞれの表側表面部分２６および３０の上に、電流収集手段の対応する組を形成する工程を含み、各組は、対応するｐ／ｎ接合区分２２および２４に隣接し、対応するｐ／ｎ接合区分に電気的に接触する。図４で、５２として示されたようなコンタクトを含む電流収集手段の第１の組５０が、第１の半導体ｐ／ｎ接合区分２２に付随する第１の表側表面部分２６上に形成され、また５６として示されたようなコンタクトを含む電流収集手段の第２の組５４が、第２の半導体ｐ／ｎ接合区分２４に付随する第２の表側表面部分３０上に形成される。
【００７０】
この実施の形態で、電流収集手段の第１および第２の組５０および５４は、一般に指形構造と呼ばれる複数の間隔を置いたライン状コンタクトを含み、これは、例えば図示のように、表側表面２６および３０に導電ペーストをライン状にスクリーン印刷し、そのあと、ペーストを表側表面内部に拡散させて、それがｐ／ｎ接合区分２２および２４に達するが貫通しないようにすることによって、ｐ／ｎ接合区分２２および２４にそれぞれ電気的に接触するコンタクト５２および５６を配置させることによって形成される。電流収集手段の組５０および５４は、それぞれｐ／ｎ接合区分２２および２４から電流を収集するように機能する。
【００７１】
コンタクト５２および５６は、例えば、図４に示されたようにアレイ状に形成することができる。ここで指形構造は、並列で等間隔に配置される。
【００７２】
同様な電流収集手段の組は、ウエハ内に形成されるすべてのその他のそれぞれの半導体ｐ／ｎ接合区分に付随して表側表面に形成される。
【００７３】
あるいは、図５に示されたように、電流収集手段の組５１および５３は、図１に示された半導体ウエハの表側表面１８に１組の間隔を置いたライン状コンタクトとして既に形成されていて、これらが次に半導体ｐ／ｎ接合１６を遮断する表側溝３７の形成によって遮断される。
【００７４】
代替的電流収集手段のこれ以上の詳細については、ここに参照によって取り込まれる２００５年１２月２３日出願の米国特許出願第１１／３１７，５３０号に述べられている。
【００７５】
図６を参照すると、ウエハ１０には、ウエハ１０の裏側表面２０を完全に横切って広がる均一な金属層６０が初期に設けられている。ここに述べるプロセスの一部として、この実施の形態では、溝が表側表面１８の表側溝３６に対して平行に延びるようになった金属層６０中の溝を含む金属化窪み６２を形成することによって、この金属層に裏側遮断構造が形成される。金属化窪み６２は、このように、第１および第２の金属化された外部表面部分６４および６６を形成し、これらは、一般に図７に示されたように、対応するｐ／ｎ接合区分２２および２４に隣接してそれらに接触し、それらと同程度の広がりを持つ。
【００７６】
あるいは、ウエハの裏側表面を金属化する前に、第１と第２の金属化されるエリア６４と６６との間の金属化される溝６２又はその他の分離構造を配置すべきエリアに、マスク（図示されていない）を配置して、次にウエハ１０の裏側２０に金属化されたエリア６４および６６を別々に形成してもよい。いずれの方法でも、金属化窪みは、裏側表面２０の露出部分６９を露出し、その上には、金属層も、ｎ＋又はｐ＋材料の高度にドープされたエリアも存在しない。
【００７７】
図示された実施の形態で、金属化溝６２は、表側表面１８の表側溝３６の直下にあり、従って、表側溝３６と金属化溝６２とは、一般に互いに平行で、エッジから対向するエッジまでウエハ全体にわたって延びている。望ましくは、金属化溝６２は、表側溝６２の幅７０よりも大きい幅６８を有する。
【００７８】
図７の参照を続けると、明らかなように、表側溝３６は、半導体ウエハ１０中へ、詳細には、遮断されたｐ／ｎ接合区分２２および２４の下のバルク（ｐ形）材料１４中の深さ７４まで延びる最も深い地点７２を有する。この最も深い地点７２と裏側表面２０との間の距離７６は、バルク接続部分７５を定義し、これは、上で述べたように最小に保つことが望ましいものの、ウエハ１０の機械的完全性を危うくするほど小さくない。距離７６は、隣接するｐ／ｎ接合区分間を横切る電流の流れを阻止する最小の距離に保つことが望ましい。
【００７９】
図８を参照すると、半導体ｐ／ｎ接合を遮断して第１および第２のｐ／ｎ接合区分２２および２４を形成するためにｐ／ｎ接合障壁３８を使用するケースでは、ウエハの上表面１８と裏側表面２０との間の距離７８がバルク接続部分７５を定義する。
【００８０】
図９を参照すると、図７に示された実施の例よりも更に隣接ｐ／ｎ接合区分間の電流の流れを減らすために、裏側表面２０の露出部分６９に裏側溝８２を形成することによってバルク接続部分７５をより抵抗性のものにする。これを行うために、金属化溝６２の幅を広げて、距離６８を大きくし、例えば、レーザ切断、ウエット・エッチ又は機械的ソー・ダイシングによって裏側表面２０に裏側溝８２を形成できるようにする。この裏側溝８２は、表側溝３６からオフセットされて形成され、表側溝３６および裏側溝８２のそれぞれの軸８４および８６が、表側表面１８に対して傾いた角度９０で広がる平面８８に含まれ、また金属化溝６２および裏側溝８２の軸が間隔を置いて互いに平行になるようにされる。このように、バルク材料中にくびれ構造（ｃｏｎｓｔｒｉｃｔｉｏｎ）９２が形成されて、これが１つのｐ／ｎ接合区分の表側表面部分および隣接するｐ／ｎ接合部分の金属化された裏側表面部分上の指形構造間に比較的高抵抗の電気的接続を提供し、各ｐ／ｎ接合区分２２および２４が互いにより独立した形で機能することを可能にする。
【００８１】
図１０を参照すると、上のプロセスの結果、１００として示されたソーラ・セル装置が作製される。これは、表側表面１８と、金属化された裏側表面６１と、表側表面と裏側表面との間の半導体ｐ／ｎ接合１６とを有する半導体ウエハ１０および表側表面の少なくとも一部分に沿って延び、またウエハ１０中にも、半導体ｐ／ｎ接合１６を遮断してウエハ内部に、分離した複数のｐ／ｎ接合区分２２および２４を定義し、またそれぞれの分離したｐ／ｎ接合区分に付随する分離した表側表面部分２６および３０を定義するのに十分な深さまで侵入する少なくとも１つの表側遮断構造３６を含む。装置は、更に、一般に表側遮断構造３６に向かい合うように、金属化された裏側表面６１の一部分に沿って延びて、それぞれのｐ／ｎ接合区分２２および２４に付随する分離した複数の金属化された裏側表面部分６４および６６を定義し、それぞれのｐ／ｎ接合区分に電気的に接触する裏側遮断構造６２を含む。実質的に、第１および第２のサブ・セル２３および２５がウエハ上に定義される。加えて、図示された実施の形態で、装置１００は、電流収集手段の組を含み、これらには、この実施の形態で、対応するｐ／ｎ接合区分２２および２４に隣接し、これらと電気的に接触する表側電流収集手段の第１および第２の組５０および５４が含まれる。
【００８２】
図１０に示された装置は、表側溝３６、金属化溝６２および図９に示された裏側溝８２を含むが、明らかなように、一般に、装置は、代替的に図７又は８に示されたような形状、あるいは、その他の等価な形状を含むことができ、更に／又は図１０に示された２つのｐ／ｎ接合区分よりも多いものを含む分離した複数のｐ／ｎ接合区分を定義する複数の表側および裏側遮断構造３６および８２を含むことができる。
【００８３】
図１１を参照すると、発明の別の１つの態様に従って、高電圧ソーラ・セルに使用するソーラ・セル・モジュールを作製するプロセスが、一般的に１２０で示されている。プロセス１２０は、表側電極、このケースでは、第１と第２の表側電極１２２および１２４を、対応するサブ・セル２３および２５の表側２６および３０にある電流収集手段５０および５４の対応する組に接続する工程を含む。各表側電極１２２および１２４は、それぞれ表側終端手段１２６および１２８を含み、これらは、半導体ウエハ１０の外周１３０の外側、すなわち、オフ・ウエハに位置して、対応するサブ・セル２３および２５を、例えば、隣接する半導体ウエハ又は別のソーラ・セル・モジュールの別のサブ・セル、あるいは、別のソーラ・セルのような他の電気機器を含む回路に接続する。
【００８４】
プロセス１２０は、更に、第１のものが図１１に１４０として示され、第２のものが図１１に１４２として示され、それぞれが半導体ウエハ１０の裏側の第１および第２の金属化された裏側表面部分６４および６６に接続され、対応するサブ・セル２３および２５に付随する裏側電極を接続する工程を含む。各裏側電極１４０および１４２は、それぞれ裏側終端手段１４４および１４６を含み、これらは、図１３に示されたように、半導体ウエハ１０の外周１３０の外側に位置して、対応するサブ・セルを、例えば、別のサブ・セル、別のソーラ・セル・モジュール又は別のソーラ・セルのような他の電気機器に接続する。
【００８５】
図示された実施の形態で、各表側電極１２２、１２４および裏側電極１４０、１４２は、表面１５２と表面上の接着層１５４とを有する電気的に絶縁性で光学的に透明な膜１５０を含む。電極は、更に、接着層１５４に埋め込まれた少なくとも１つの電気的導体１５６を含み、少なくとも１つの電気的導体１５６が接着層から突出した導体表面１５８を有するようになっている。導体表面１５８に合金１６０が供給されて、表側電極１２２および１２４の場合には、少なくとも１つの電気的導体１５６を、対応するサブ・セルに付随する電流収集手段の組の電流収集手段（５２）の少なくともいくつかに接着させる働きをする。裏側電極１４０および１４２の場合には、合金１６０は、少なくとも１つの電気的導体を、金属化された裏側表面部分６４又は６６に接着させる働きをする。その上に電極１２２、１２４、１４０および１４２を備えた半導体ウエハ１０は、次に加熱されて、合金１６０が少なくとも１つの電気的導体１５６を電流収集手段の対応する組又は金属化された裏側部分に接着するようにされる。
【００８６】
図示された実施の形態で、電気的導体１５６を電流収集手段の少なくともいくつかに接着させる合金１６０は、加熱によって固化し、電気的導体１５６を電流収集手段５２の組５０に電気的に接着および接続させる材料を含む。合金は、例えば、導体表面１５８への被覆でよい。合金は、例えば、半田でよい。
【００８７】
図１１に示された実施の形態で、電極１２２は、導体１５６含む電気的導体および導体１７０、１７２および１７４を含む。導体１５６、１７０、１７２および１７４は、この実施の形態で、電極１２２の接着層１５４の上に等間隔で平行に配置される。電気的導体の数が増えるほど、電極１２２の電流運搬能力は、高くなる。
【００８８】
最初、表側電極１２２は、図１１に示すようにカールしており、電極の後端１６２が半導体ウエハ１０の後端に揃っているが、次に、導体１５６、１７０、１７２および１７４をその中に埋め込んだ接着層１５４を備える膜１５０が第１のサブ・セル２３の表側表面２６に押し付けられると、電極１２２を伸ばして、接着層を表側表面２６に固定させて、電気的導体１５６、１７０、１７２および１７４を電流収集手段５２に接触される。
【００８９】
あるいは、電流収集手段５２が図示された方向に対して直角の方向に延びるように形成するのであれば、電極１２２の後端１６２は、半導体ウエハ１０の右手側端１７６に揃っていて、導体１５６、１７０、１７２および１７４が電流収集手段５２と接触するように、半導体ウエハ１０の表側表面２６全体にわたって伸ばされる。
【００９０】
図示された実施の形態で、電気的導体１５６、１７０、１７２および１７４は、光学的に透明な膜１２２を越えて広がり、例えば、銅のような金属箔を含み、表側終端手段１２６として機能する共通バス１７８で終端する。
【００９１】
裏側電極１４０および１４２は、あらゆる点で表側電極１２２と同様であり、上で述べた電極の複数のものが予め製造されていて、個々のものが必要に応じて対応する表側表面（例えば、２６および３０）および裏側電極（例えば、６４、６６）に供給される。しかし、ウエハ１０の裏側表面で光を受けるつもりがないことから、裏側電極１４０および１４２が表側電極１２２および１２４と同じように光学的に透明である必要がないことに注意すべきである。
【００９２】
表側電極１２２および１２４と裏側電極１４０および１４２の一般的および代替的構成のこれ以上の詳細については、ここに参照によって取り込まれる、国際公開番号ＷＯ  ２００４／０２１４５５Ａ１として公開された出願人による国際特許出願から明らかになろう。
【００９３】
図１２を参照すると、図１１を参照しながら述べたように電極１２２、１２４、１４０、１４２を接続したあと、半導体ウエハ１０は、それの表側表面１８で、第１のサブ・セル２３の表側２６に第１の表側電極１２２と、第２のサブ・セル２５の表側３０に第２の表側電極１２４とを有する。第１および第２の表側電極１２２および１２４は、それらの各々の終端部分１２６および１２８がウエハ１０の対向する端に位置するように配置される。
【００９４】
同様に、図１３を参照すると、第１および第２の裏側電極１４０および１４２は、それぞれ第１および第２の金属化された表面部分６４および６６の上に位置しており、それによってそれぞれの終端部分１４４および１４６も半導体ウエハ１０の両側に広がっている。その上に電極１２２、１２４、１４０および１４２を備えたウエハ１０は、図１４の上面図に一般に１８０として示されたソーラ・セル・モジュールとみなすことができる。
【００９５】
図１５を参照すると、第１の表側終端手段１２６が一般に第１のサブ・セル２３の表側表面２６の面内に広がっており、また第１の裏側終端手段１４４が一般に第１の金属化された裏側表面部分６４の面内に広がっていることが分かる。図１６に示されたように、これは、表側終端手段１２６が同じタイプの隣接モジュールの裏側終端手段１４４に便利かつ容易に接触することを可能とし、それによって異なるウエハの２つの隣接するサブ・セル１８１と１８３とが直列に接続されてソーラ・セル・システムが構成される。図１６は、このように互いに直列に電気的に接続された図１４および１５に示されたタイプの２つの隣接するモジュールを含むソーラ・セル・システム１８５を示す。
【００９６】
明らかなように、１つの実施の形態で、与えられたウエハ上のサブ・セルの表側終端手段は、すべて一般に同じ面内に広がっており、他方、同じウエハ上のサブ・セルの裏側終端手段は、すべて表側終端手段が広がる面から間隔を置いて平行になった共通面内に広がる。図１６に示されたように、表側終端手段が隣接するモジュールの裏側終端手段と重なるようにできるため、これは、上で述べたタイプの隣接するソーラ・セル・モジュールの容易な電気的接続を手助けする。終端手段１２６と１４４とは、例えば、低融点の合金で被覆して加熱することができ、他方、圧力を加えることで互いに密着させてそれらを互いに一体化することもできる。これは、自動化機械で極めて容易に実行でき、それによってここに述べたモジュールを使用するソーラ・セル・システムの製造コストを更に削減することができる。
【００９７】
図１７に示されたように、一般に３０２、３０４、３０６および３０８として示された４つのソーラ・セル・モジュールを含むソーラ・セル・システム３００が作製される。これらのソーラ・セル・モジュールは、図１４および１５に示された２つのサブ・セルを有するタイプのものである。隣り合って並んだモジュール３０２と３０４とを接続するために、第２のモジュール３０４の表側終端手段３１０は、第１のモジュール３０２の裏側終端手段３１２に重ねられ、表側終端手段と裏側終端手段とが一緒に接着されてサイド接続３１３を形成する。
【００９８】
図１８を参照すると、サイド接続３１３は、モジュール３０２および３０４の下側に折り畳まれて、モジュール同士が互いに密着して接することを可能とし、それによってモジュール間の不活性な、あるいは、電気生成に関与しないエリアが削減され、システムの全体サイズが最小に保たれる。
【００９９】
図１７に戻ると、上と下とに隣接するモジュールの隣接するサブ・セルを接続するために、また同じモジュールの上と下に隣接するサブ・セルを一緒に直列に接続するために、隣接する終端手段３２６と３２８、３３０と３３２および３３４と３３６にそれぞれワイヤ３２０、３２２および３２４が接続される。終端手段３３８および３４０は、それぞれソーラ・セル・システム３００の正（＋）および負（−）終端手段を形成する。
【０１００】
ソーラ・セル・システム３００は、単一容器に収容され、図示のように互いに直列に接続された場合、あるいは、その他の接続方法を用いて、単一のソーラ・セルによって提供されるものよりもずっと高い出力電圧を持つソーラ・セル・システムを提供する。例えば、図１７に示された各サブ・セルは、最大電力の出力時に、約５００ミリボルトの出力電圧で電流を発生する。図１７には、８つの半導体区分が示されており、従ってソーラ・セル・システム３００の終端手段３３８と３４０との間の電圧出力は、４．０ボルトとなる。明らかなように、図示されたタイプの複数のモジュールを直列に接続して５００ミリボルトの任意の望ましい倍数の出力電圧を実現できる。
【０１０１】
図１９を参照すると、代替的実施の形態に従うソーラ・セル・モジュールが一般に２００で示されており、それぞれ上の実施の形態に関連して述べたものと類似のやり方で形成された第１および第２のサブ・セル２０２および２０４を含んでいる。このモジュールは、第１のサブ・セル２０２に付随する金属化された裏側表面２０６上に第１の裏側電極２０３を有する。電極２０３は、モジュール２００の外周２１０を越えて延びる裏側終端手段２０８を有する。第１のサブ・セル２０２は、また表側表面（図示されていない）を有し、それに対して表側電極２１２が電気的に接続されて、表側終端手段２１４がモジュール２００の対向する端でモジュールの外周２１０を越えて延びるようにされている。
【０１０２】
同様に、第２のサブ・セル２０４は、それの表側（図示されていない）に表側電極２１６を有し、それに対して第１のサブ・セル２０２の裏側終端手段２０８と同じ側でモジュール２００の外周２１０を越えて延びる終端手段２１８が備わっている。しかし、この実施の形態で、第２のサブ・セルは、物理的に分離され金属化された外部表面部分２２０を有し、それに対して複数の導体を有する電極２２２が接続される。導体の１つが２２４として示されているが、これは、第１のサブ・セル２０２に接続された裏側電極２０４の導体２０５の方向に直交する方向に延びている。これらの導体２２４は、モジュール２００の長いエッジ２２８に平行に延びる、長いほうの第２の裏側終端手段２２６で終端する。更に詳細には、第２の裏側終端手段２２６は、モジュールに付随するその他の終端手段に対して直角を向いている。より長いこの第２の裏側終端手段２２６は、モジュール２００を、図示された方向において、例えば、図１４に示されたモジュールよりもソーラ・セル・システムの直列ストリングの最終モジュールとして使用するのにより適したものとしている。
【０１０３】
第１のサブ・セル２０２の裏側終端手段２０８は、ワイヤ２０９によって第２のサブ・セル２０４の表側終端手段２１８に接続され、２つのサブ・セルを互いに直列に接続する。第１のサブ・セル２０２の表側終端手段２１４は、こうして、モジュールの正端子として機能し、また第２のサブ・セル２０４の裏側終端手段２２６は、モジュールの負端子として機能する。
【０１０４】
図２０を参照すると、発明の別の実施の形態に従うソーラ・セル・モジュールが一般に２５０で示されており、単一半導体ウエハ２６８の表側表面２６６上で等間隔を置いて平行に延びる溝２６０、２６２および２６４のような第１、第２および第３の表側遮断構造によって、また裏側表面の対応する裏側遮断構造によって、互いから遮断されるか、あるいは、分離された第１、第２、第３および第４のサブ・セル２５２、２５４、２５６および２５８を含んでいる。例えば、２７０および２７２として示されるような表側および裏側電極は、各サブ・セル２５２、２５４、２５６および２５８の表側および裏側にそれぞれ接続されて、それぞれ表側終端手段２７４および裏側終端手段２７６を有する。表側および裏側終端手段２７４および２７６は、図示のようにワイヤ２５１、２５３および２５５を用いて互いに接続され、個々のサブ・セル２５２、２５４、２５６および２５８をそれぞれ直列に接続して、終端手段２７８と２７４との間の電圧出力が単一サブ・セルの電圧出力のおよそ４倍となる単一モジュールを提供する。
【０１０５】
以上のことから、明らかなように、上で述べた実施の形態のすべてにおける各サブ・セルは、ウエハ自体の外周の外側に延びる終端手段を用いて、隣接又は他のサブ・セル、あるいは、その他の電子機器に接続される。ウエハ自体の外周の外側に延びる終端手段を備えた電極の使用は、従来技術で実施されたように同じウエハ上の隣接するサブ・セルを互いに接続するために半導体製造技術を必要とすることなく、ソーラ・セル・モジュールの容易な作製を手助けする。ソーラ・セル・モジュール製造のこの容易化は、製造コストを削減する。
【０１０６】
実験の結果、半導体ウエハのエッジと最も近い溝又は窪みとの間の距離、あるいは、サブ・セルを取り囲むウエハの同じ側で隣接する窪み間の距離は、隣接するサブ・セル間のバルク接続領域を通る短絡を回避するために、３センチメートルよりも小さくないことが望ましいことが分かった。距離が３センチメートルよりも小さくなると、サブ・セルの効率は、ウエハがもはや経済的に有用でなくなる点まで低下する傾向があることが分かる。しかし、経済的な有用性が関心事でない場合、エッジと表側の隣接する窪み、あるいは、裏側の隣接する窪みとの間の距離が３センチメートルよりも小さくなることが明らかである。
【０１０７】
更に、与えられた面積の半導体ウエハが特定の出力電力において電気を発生することが見出された。更に、上で述べたように、同じ半導体ウエハが上で述べたように遮断されたｐ／ｎ接合および遮断された裏側電極を有する場合でも、ウエハ全体での出力電力は、ｐ／ｎ接合および裏側金属化が遮断される前の出力電力と実質的に同じであることが見出された。例えば、単一ウエハが、上で述べたように２つの等しいサブ・セルに分割されて、２つのサブ・セルが互いに直列に接続された場合、モジュール全体の電流出力は、サブ・セルが形成される前のウエハの電流出力の約半分であり、開放回路電圧は、サブ・セルが形成される前の開放回路電圧の約２倍である。
【０１０８】
発明の特別な実施の形態について説明し、例示してきたが、それらの実施の形態は、発明を例示するものに過ぎず、添付の特許請求の範囲によって制限されるように発明を制限するものではない。
【図面の簡単な説明】
【０１０９】
【図１】ここに述べられた高電圧ソーラ・セル・モジュールおよび高電圧ソーラ・セル・システムを作製するプロセスのスタート材料として使用される半導体ウエハの斜視図。
【図２】発明の実施の形態に従って、それの表側表面に表側溝を備えた図１の半導体ウエハの斜視図。
【図３】発明の実施の形態に従って、それの表側表面に表側ｐ／ｎ接合障壁を備えた図１の半導体ウエハの斜図。
【図４】図２に示されたウエハでそれぞれの半導体ｐ／ｎ接合区分上に電流収集手段の組を形成したあとの図２のウエハの斜視図。
【図５】発明の代替的実施の形態に従って、溝形成に先立って分離した電流収集手段の組が形成された半導体ウエハの斜視図。
【図６】裏側金属層および表側溝を備えた図４に示されたウエハの側面図。
【図７】裏側金属層中に金属化溝を備えた図６に示されたウエハの側面図。
【図８】表側のｐ／ｎ接合障壁と、その中に金属化溝が形成された裏側金属層とを備えた図５に示されたウエハの側面図。
【図９】金属化溝の幅が広げられ、それに隣接して平行に、そして表側溝に対して角度を持たせて裏側溝が形成された図７に示されたウエハの側面図。
【図１０】発明の第１の実施の形態に従って完成したソーラ・セル装置の斜視図。
【図１１】図１０に示された装置に対して電極を接続するプロセスの斜視図。
【図１２】表側電極がそれに接続されたあとの図１１に示された装置の上面図。
【図１３】分かり易いように表側電極を省略し、裏側電極を示した図１２に示された装置の底面図。
【図１４】図１１に示されたプロセスによって作製されたソーラ・セル・モジュールの上面図。
【図１５】図１４のライン１５−１５に沿って切り取った断面図であって、表側電極と裏側電極とが別々の間隔を置いた平面に含まれる図１４のソーラ・セル・モジュールを示す断面図。
【図１６】図１４および１５に示されたソーラ・セルの表側電極を同様な隣接するソーラ・セル・モジュールの裏側電極に接続してソーラ・セル・システムを形成することによって作製されるソーラ・セル・システムの断面図。
【図１７】図１４に示されたタイプの複数のソーラ・セル・モジュールを互いに直列に電気的に接続された形で含むソーラ・セル・システムの模式図。
【図１８】側面接続をモジュールの下に折り畳むように示された図１７に示されたシステムの断面図。
【図１９】発明の代替的実施の形態に従う、裏側電極を含む図１０に示された装置の底面図。
【図２０】１つの半導体ｐ／ｎ接合を４つの半導体ｐ／ｎ接合区分に分割して、半導体ｐ／ｎ接合区分を互いに直列に接続した図１に示された装置の模式図。
【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５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【国際調査報告】
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