(57)【要約】光起電力セル用のダイは、結晶性のワークピースの使用可能な表面積を実質的に被覆するパターン領域を使用して製造することができる。複数のバーを、ワークピースの実質的に全長に延在するようにワークピースにエッチングすることができる。これらのバーは、その後ダイシング加工して、ワークピースの厚さに実質的に等しい幅、および約２０：１以下のエッジ比率を有するダイを形成することができる。このようなプロセスは、変換領域を最大化することができ、それによって、所与の量の光起電力変換材料からより多くのエネルギが取り出される。ダイの対向するエッジに接点を配置して、光起電力セルを形成することができ、いくつかの実施形態では、ソーラー電池パネル内の配向に関係なく機能することができる。
2009510724.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光起電力セルを形成する方法であって、
結晶材料の実質的に平面のピース上にマスク層を被着することと、
該結晶材料内に複数の実質的に並列のスロットを形成するために、該結晶材料のピースにエッチングすることであって、該スロットは、複数の実質的に平面のバーを形成し、該バーはそれぞれ該結晶材料のピースの一方のエッジから該ピースの他方のエッジまで、該バーの方向に沿って延在し、該バーのそれぞれの幅は、該結晶材料のピースの厚さに実質的に等しい、ことと
を含む、方法。
【請求項２】
前記結晶材料のピースから前記バーを分離することと、
複数の矩形のセルを形成するために、該バーをダイシング加工することと
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記結晶材料は、シリコン、ゲルマニウムおよび砒化ガリウムからなる群から選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記複数のバーのそれぞれの上に、該それぞれのバーのバルクドーピングの反対側にドーピングを有する層を形成することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記それぞれのバーのバルクドーピングの反対側にドーピングを有する層を形成することは、該それぞれのバーにＰＯＣｌ３拡散を実行することを含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
それぞれの矩形のセルの上面および底面に接点を形成することをさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項７】
それぞれの矩形のセルの対向する側面に接点を形成することをさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項８】
対向する側面に接点を形成することは、それぞれの矩形のセルの、第１の側面に第１の組の接点を形成することと、第２の側面に第２の組の接点を形成することとを含み、各組の接点の数および位置のうちの少なくとも１つは、接続装置に対して、該それぞれのセルの配向に関係なく適切な接点接続を提供するように選択される、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記マスク層は、前記結晶材料内の並列スロットの非矩形領域の形成に使用される、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
マスク層を被着することは、＜１，１，０＞配向のシリコンの実質的に平面のピース上に該マスク層を被着することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
約２０：１以下のエッジ比率を有する矩形のセルを形成するために、前記複数のバーをダイシング加工することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記マスク層は、得られる前記バーが前記結晶材料の前記ピースの表面の少なくとも８０％を利用するように選択された、前記スロットを形成するためのパターン領域を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
それぞれのバーの表面上に反射防止コーティングを被着することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
それぞれのバーのうちの少なくとも１つの表面をテクスチャリングすることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
それぞれの矩形のセルを基板上に配置することをさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項１６】
前記基板は、導電性基板、低温基板、および可撓性基板のうちの少なくとも１つである、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
多接合型装置を形成するように、付加的な層を被着することをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
並列、直列、並列−直列、および直列−並列の接続から選択される方法によって、前記セルの少なくとも一部を接続することをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
ダイオードを形成する少なくとも２つの反対にドープされた領域を含む矩形の結晶ダイであって、該ダイは、幅が約２ｍｍ以下、長さが約４０ｍｍ以下、および厚さが約１００μｍ以下である、結晶ダイと、
該結晶ダイの対向するエッジ上に配置された一対の接点と
を備える、光起電力セル。
【請求項２０】
前記一対の接点は、前記ダイの上部および底部のエッジのうちの１つの上か、または該ダイの対向する側面のエッジ上に配置される、請求項１９に記載の光起電力セル。
【請求項２１】
前記一対の接点は、前記結晶ダイの第１のエッジ上の第１の組の接点および該結晶ダイの第２のエッジ上の第２の組の接点の一部であり、該第１のエッジは、該第２のエッジの反対側にあって、該結晶ダイを、実質的に同一平面上の光起電力セルの配列内に任意の配向で配置することができる、請求項１９に記載の光起電力セル。
【請求項２２】
前記矩形の結晶ダイは、実質的に正方形である、請求項１９に記載の光起電力セル。
【請求項２３】
前記矩形の結晶ダイは、＜１，１，０＞配向のシリコンの実質的に平面のピースから形成される、請求項１９に記載の光起電力セル。
【請求項２４】
前記結晶ダイの少なくとも１つの表面上に反射防止コーティングをさらに備える、請求項１９に記載の光起電力セル。
【請求項２５】
前記結晶ダイの少なくとも１つの表面は、テクスチャリングされる、請求項１９に記載の光起電力セル。
【請求項２６】
レセプタクルの配列を含む基板と、
該レセプタクルの配列内に配置された複数の矩形の光起電力セルであって、それぞれの光起電力セルは、幅が約２ｍｍ以下、長さが約４０ｍｍ以下、および厚さが約１００μｍ以下であり、それぞれの光起電力セルは、さらに、該光起電力セルの２つの対向するエッジの上に接点を有する、光起電力セルと、
該複数の矩形の光起電力セルの接点を電気的に接続する相互接続レイアウトと
を備える、ソーラーモジュール。
【請求項２７】
前記接点は、それぞれの光起電力セルの上部および底部に配置される、請求項２６に記載のソーラーモジュール。
【請求項２８】
前記接点は、それぞれの光起電力セルの対向する側面エッジの上に配置される、請求項２６に記載のソーラーモジュール。
【請求項２９】
セル上の前記接点は、第１の側面エッジの上の少なくとも１つの第１の接点と、第２のエッジの上の少なくとも１つの第２の接点とを含んでおり、該第１および第２の接点は、異なるエッジ位置に配置されることにより、第１および第２の接点のそれぞれが、前記それぞれのレセプタクル内の前記光起電力セルの配向に関係なく、前記相互接続レイアウトの所望の線と接続する、請求項２８に記載のソーラーモジュール。
【請求項３０】
前記基板は、導電性基板、低温基板、および可撓性基板のうちの少なくとも１つである、請求項２６に記載のソーラーモジュール。
【請求項３１】
前記相互接続レイアウトは、前記レセプタクルの配列内の前記複数の光起電力セルをサブモジュールに分割する、請求項２６に記載のソーラーモジュール。
【請求項３２】
前記相互接続レイアウトは、それぞれのモジュール内の前記光起電力セルを並列に接続し、該サブモジュールの少なくとも一部を直列に接続する、請求項３１に記載のソーラーモジュール。
【請求項３３】
前記相互接続レイアウトは、それぞれのモジュール内の前記光起電力セルを直列に接続し、該サブモジュールの少なくとも一部を並列に接続する、請求項３１に記載のソーラーモジュール。
【請求項３４】
前記レセプタクルの配列内の前記複数の光起電力セルを保持するように使用可能であるラミネート層をさらに備える、請求項２６に記載のソーラーモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本願は、２００５年９月２３日に出願された米国仮特許出願第６０／７２０，０８４号および２００５年１０月１３日に出願された米国仮特許出願第６０／７２６，５２０号の優先権の利益を主張し、これらの各々は参考として本願に援用される。
【０００２】
（技術分野）
本発明は、光起電力装置、およびその装置を製造および組み立てるための方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
光起電力装置は、一般的に、太陽放射を電気エネルギに変換するために使用される半導体装置である。これまで、太陽光発電システムは、主にこうしたシステムにかかるコストが高いことから、電力供給用途には広く使用されていなかった。このコストの高さは、一部には、これらの装置に一般的に使用される純粋な単結晶シリコンのコストが比較的高いことに起因する。このシリコンの多くが製造中に無駄になるために、材料コストを増加させている。さらに、光起電力装置のプロセス自体のコストは、多くの用途に対して特に費用効率が高くはない。シリコンの代替物も研究されているが、あまり効率的な装置ではなかったり、製造にさらにコストがかかったりすることが分かっている。従来技術のソーラー電池パネルも、一般的に、機械を使用して、多数のセルを基板上に正確に配置して組み立てられるものであり、費用がかかり、また非常に時間のかかるものである。これらのセルの長さも、プロセス中のジャミング、クラスタリング、および破損に関連する問題を生じさせることがある。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の種々の実施形態によるシステムおよび方法は、種々の光起電力装置の製造および組み立てに提供される。このような一実施形態では、光起電力セルは、シリコン、ゲルマニウム、または砒化ガリウムのような結晶材料の実質的に平面のピース上にマスク層を被着することによって形成される。前記結晶材料のピースは、複数の実質的に並列のスロットを形成するようにエッチングされる。前記スロットは、複数の実質的に平面のバーを形成し、それぞれのバーが前記結晶材料のピースの一方のエッジから他方のエッジまで、前記バーの方向に沿って延在する。前記バーのそれぞれの幅は、前記結晶材料のピースの厚さに実質的に等しい。前記バーは、前記結晶材料のピースから分離され、複数の実質的に矩形のセルを形成するようにダイシング加工される。
【０００５】
前記バーのそれぞれは、前記それぞれのバーのバルクドーピングの反対側にドーピングを備えた層を有することができる。前記層は、ＰＯＣｌ３拡散のようなあらゆる適切なプロセスを使用して形成することができる。接点は、それぞれの矩形のセルの上部および底部に、または前記セルの側面に形成することができる。一実施形態では、それぞれの矩形のセルの、第１の側面に第１の組の接点が形成され、第２の側面に第２の組の接点が形成される。各組の接点の数および位置のうちの少なくとも１つは、接続装置に対して、前記それぞれのセルの配向に関係なく適切な接点接続を提供するように選択される。
【０００６】
前記マスク層は、スロットを形成するための非矩形パターンの領域を含むことができる。前記マスク層はまた、形成された前記バーが前記結晶材料の前記ピースの表面の少なくとも８０％を利用するように選択された、前記スロットを形成するためのパターン領域も含むことができる。一実施形態では、前記バーは、約２０：１以下のエッジ比率を有するようにダイシング加工することができる。それぞれのバーは、その上に反射防止コーティングを被着する、および／または少なくとも１つの表面をテクスチャリングすることもできる。
【０００７】
それぞれのダイシング加工されたセルは、導電性基板、低温基板、および／または可撓性基板のような基板上に配置することができる。一実施形態では、次いで、多接合型装置を形成するように付加的な層を被着することができる。基板上の前記セルの少なくとも一部は、並列、直列、並列−直列、および／または直列−並列の接続を使用して接続することができる。
【０００８】
一実施形態では、当該のプロセスは、ダイオードを形成する少なくとも２つの反対にドープされた領域を有する矩形の結晶ダイを含む光起電力セルを形成する。前記ダイは、幅を約２ｍｍ以下、長さを約４０ｍｍ以下、および厚さを約１００μｍ以下とすることができる。前記セルは、前記ダイの上部および底部のエッジの上、または対向する側面のエッジの上などの、前記結晶ダイの対向するエッジの上に配置された一対の接点も含む。前記一対の接点は、前記結晶ダイの第１のエッジ上の第１の組の接点および前記結晶ダイの第２のエッジ上の第２の組の接点の一部とすることができ、前記第１のエッジは、前記第２のエッジの反対側にあって、前記結晶ダイを、実質的に同一平面上の光起電力セルの配列内に任意の配向で配置することができる。
【０００９】
一実施形態では、前記矩形のダイは、実質的に正方形である。また、前記ダイは、＜１，１，０＞配向のシリコンの実質的に平面のピースから形成することができる。前記結晶ダイの少なくとも１つの表面上に反射防止コーティングを被着することができ、および／または少なくとも１つの表面をテクスチャリングすることが可能である。
【００１０】
当該セルを使用して、例えば、レセプタクルの配列を含む基板と、前記レセプタクルの配列内に配置された複数の矩形の光起電力セルとを有するソーラーモジュールを形成することができる。それぞれの光起電力セルは、幅を約２ｍｍ以下、長さを約４０ｍｍ以下、および厚さを約１００μｍ以下とすることができる。それぞれの光起電力セルは、前記光起電力セルの２つの対向するエッジの上に接点をさらに有することができる。前記モジュールは、前記複数の矩形の光起電力セルの接点を電気的に接続する相互接続レイアウトも含む。前記接点は、例えば、それぞれの光起電力セルの、上部および底部に、または側面エッジに配置することができる。また、前記接点は、第１の側面エッジの上の少なくとも１つの第１の接点と、第２のエッジの上の少なくとも１つの第２の接点とを含むことができ、前記第１および第２の接点は、第１および第２の接点のそれぞれが、それぞれのレセプタクル内の前記光起電力セルの配向に関係なく、前記相互接続レイアウトの所望の線と接続するように、異なるエッジ位置に配置される。
【００１１】
前記相互接続レイアウトは、前記レセプタクルの配列内の前記複数の光起電力セルをサブモジュールに分割することができる。前記相互接続レイアウトはまた、それぞれのモジュール内の前記光起電力セルを並列に接続し、前記サブモジュールの少なくとも一部を直列に接続することができる。また、前記相互接続レイアウトは、それぞれのモジュール内の前記光起電力セルを直列に接続し、前記サブモジュールの少なくとも一部を並列に接続することができる。ラミネート層を使用して、前記レセプタクルの配列内の前記複数の光起電力セルを保持することができる。
【００１２】
当業者には、本願明細書に含まれる説明および図面に照らして、他の実施形態があることが明らかになろう。
【００１３】
以下、本発明の種々の実施形態を、図面を参照して説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の種々の実施形態によるシステムおよび方法は、既存の光起電力装置および装置の製造方法における上述の、および他の制約を解消することができる。一実施形態によるプロセスでは、プロセスに使用される材料の結晶構造が利用され、その結晶構造は、例えば、非常に薄く小型のダイをエッチングすることによって、光子の電気エネルギへの変換および種々の電気システムへのインターフェースに必要な構造を組み込んだ、＜１，１，０＞配向のシリコン結晶のようなものである。このような配向のシリコン結晶を、本願明細書に記述されるように使用することにより、ウエハの実質的に全長に延在する細片を生成し、後述する分割バーを取り除き、次いで、これらの細片を正方形または矩形のセルにダイシング加工して、細く、高アスペクトなセルを作製することができる。一実施形態では、矩形のセルのエッジ比率は、例えば、長さ：幅が約２０：１以下であり、一実施形態では、３：１以下であることが好ましい。また、種々の実施形態によるプロセスは、これらのセルを迅速に基板上に組み立てるステップと、ダイをランダムな配向に組み立てることができる相互接続レイアウトを組み込むステップとを含むことができる。当該のプロセスは、光起電力装置を形成するための既存のプロセスよりも好適なものであり、また、より単純で安価なものとすることができる。
【００１５】
本発明の種々の実施形態による光起電力セルおよびモジュールを作製する方法は、エネルギ変換面積あたりの効率が高く、コストが低い装置を製造することができる。また、これらの方法は、他のソーラー電池の製造技術に関連する種々の材料を最大限に利用することができる。単純さと低コストに重点を置いたもの、およびより複雑であるが低温のペーストおよび材料で実行できるものを含む、類似した方法を使用することができ、それによって、使用できる基板および材料の数を大きく増加させる。例えば、低温基板は、３００℃以下でペーストおよび材料とともに使用することができる。
【００１６】
一実施形態では、個々のセルは、＜１，１，０＞配向のシリコン結晶から矩形のパターンで作成される。当該光起電力セル１０２の一実施例を、図１の組み立て体１００に示す。本実施例で形成されるセルは、正面および背面から見たときに実質的に同一であるように、表面／裏面および側面／側面は対称である。この特定の図は、バルク材料１０４を示すもので、その厚さは、ダイの形成に使用されるシリコンウエハまたは他の材料の厚さによって主に決定される。いくつかの実施形態には、標準のシリコンウエハよりも厚いものが望まれる場合がある。セル１０２は、後述するように、上部１０６および下部１０８のドープ領域を有する。「表」、「裏」、「上」、および「下」のような配向および方向は、単に説明の都合および簡潔さのためだけに使用されるものであって、あらゆる方向性または配向の要件の暗示を意図したものではない。
【００１７】
一実施形態によるセルでは、上部領域１０６および底部領域１０８は、リンドープ領域、すなわちｎ型領域であり、中央のバルクドープ領域１０４、すなわちｐ型領域を伴っている。本図は比例尺ではなく、これらの領域のそれぞれは、一般的に、バルクシリコン１０４の厚さに比較して薄い。少なくともいくつかの実施形態では、セルは大きくなるほど効率的でプロセスが少なくなるので、ウエハは厚いほうが好適である一方で、より厚いウエハにはまたより長いエッチングが必要であり、結果的に、望ましくない量のアンダーカットを生じることになりうる。一実施形態では、バルクシリコンウエハの厚さは、約１乃至２ｍｍ程度となりうる。リンドーピングは一例に過ぎず、種々の実施形態による装置は、第１のドーピングタイプのバルクドーピング層（または領域）と、第２のドーピングタイプのエミッタドーピング層（または領域）とのあらゆる適切な組み合わせを使用することができる。なお、エミッタドーピングは、バルクドーピングに対して反対のドーピングであり、また、エミッタドーピングは、装置の表面にある浅いエミッタ層内に存在する。
【００１８】
後述するように、反射防止コーティング１１０の層は、セルの周囲に形成される。反射防止コーティングは、例えば、窒化物または酸化物層とすることができる。本実施例の下部ドープ領域１０８は、形成されているようにｎ型領域であるが、厚さ２５乃至４０μｍのアルミニウムペースト１１２の層がセルにプリントされるか、または塗布されて焼成された場合、このペーストは反射防止コーティング１１０およびｐ型ドーピングに浸透し、その結果、このアルミニウムペーストがｐ型バルク層１０４と効果的に接触してｐ型接続となり、また下部層１０８のｎ型ドーピングを効果的に打ち消す。
【００１９】
後述するように、組み立て体は、また、状況に応じて、厚さ１０乃至１５μｍの銀ペースト層などの下部ペースト層１１４と、基板１１６とを含む。セル１０２の上には、厚さが１０乃至２０μｍの層、すなわち特殊な反射防止コーティング（ａｎｔｉ−ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ  ｃｏａｔｉｎｇ：ＡＲＣ）浸透機能を有する銀ペーストなどの別のペースト層１１８が存在することにより、この層は、ＡＲＣ層１１０に浸透して上部ｎ型層１０６と接触する。熱可塑性の銀ペーストまたははんだペーストのような、ＡＲＣに浸透しない厚さ１０乃至２０μｍの通常の銀ペースト層１２０を組み立て体の上部に塗布することにより、それぞれのセルの上部電極を隣接するセルに相互接続することができる。別の実施形態では、絶縁ペーストがセルの側面上に塗布され、ペースト層１１８が絶縁体ペースト上に塗布される。別の実施形態では、絶縁ペーストは、セルと基板組み立て体との間の接着性を増すために、セルの側面の下部および周辺に配置される。絶縁層は、セルに電気的な影響を及ぼすように設計されたものではないが、組み立て体を互いにより堅固に保持することに有用である。
【００２０】
図２は、ＡＲＣ浸透機能を有する薄い銀ペースト層１１８の幅（本実施例では約３００μｍ）と、セルの配列の上部銀ペースト層、またははんだペースト層１２０とを示す、セルの配列の一部の上面図２００である。参照番号は、理解の利便性および簡潔化のために図面間で引き継がれているが、種々の実施形態を限定するものとして解釈されることを意図したものではない。
【００２１】
（第１のプロセス方法）
一実施形態によるこのようなセル（この場合は矩形のセル）を作製するためのプロセスは、＜１，１，０＞配向のシリコンのウエハから始まる。このシリコンは、例えば、高純度で、ｎ型またはｐ型ドーパントでドーピングしたもの、および／または厚さが２ｍｍで直径が少なくとも１００ｍｍ（例、１５０ｍｍ）のウエハの形態のものとすることができる。シリコンブールは、比較的高精度に切断されたウエハ平面を有する。切断加工の仕様では、種々の実施形態によれば、一般的に±０．５°の範囲であるが、±０．１°の範囲で切断することができる。これらのウエハは配列されて、結晶配向に対してエッチングされるので、セルが形成されるときにわずかな偏りによってセルの片側が薄くなる可能性があり、厳しい精度が望ましい。このウエハは、ピラニア洗浄プロセスのような適切なプロセスを使用して洗浄することができる。また、ウエハは、必要に応じて、両表面研磨およびエッジの丸めなどによって研磨することができる。
【００２２】
一実施形態では、厚さ約２，０００Åの窒化シリコンマスク層が、ウエハの全表面に被着される。次いで、ウエハは、フォトレジストに対する付着促進剤として機能するように、ヘキサメチルジシラザン（Ｈｅｘａｍｅｔｈｙｌｄｉｓｉｌａｚａｎｅ：ＨＭＤＳ）プライマを塗布するなどによって、フォトレジスト被着の準備を行うことができる。次いで、レジストを同時または異なる時期に表面および裏面に塗布して、レジストを装置の表面および裏面で回転させることができる。一実施形態では、３つのピンを備えた大型プレートを有する治具が使用される。マスクプレートのうちの１つを治具の上に置くが、マスクプレートも３つのピンを有し、そのピンのうちの２つの上にウエハ平面を合わせ、第３のピンの上にウエハのエッジを合わせ、それによって、ウエハをマスクに合わせる。次いで、別のマスクをその上に配置することができ、このマスクは主ピースのピンの上に位置する。治具装置は、ウエハの両面を同時に露光することができるように、ウエハの表面および裏面の上に下降する表マスクおよび裏マスクを有する。次いで、この表面および裏面は、焼成後にウエハをエッチングできるように、同時に露光することができる。
【００２３】
このようなプロセスを使用して、ウエハの表面および裏面の上に一組の並列スロットを形成することができるが、いくつかの実施形態では、ウエハの表面または裏面のいずれかのスロットのみを使用する場合がある。一実施形態によるスロットのパターン領域を図３（ａ）に示す。図からわかるように、スロットは矩形の領域から形成されるのではなく、（ウエハまたはインゴットのような）ワークピース３０２の実質的に全ての材料を利用するように形成された、パターン領域３０４から形成する。円形のワークピースに対して矩形のパターンを使用することで、例えば、相当量のワークピースの材料が無駄になる。ワークピースのサイズおよび形状に実質的に合致するパターンを使用することによって、ワークピースの実質的に全ての材料が使用されるように、ワークピースの実質的に全長に延在する長く細いスロットを形成することができる。また、このことは、ウエハから生成される表面積をかなり増加させ、単一のウエハからセルのために得ることができる活性表面積を大幅に増加させることとなる。
【００２４】
ワークピースが円形形状のシリコンウエハである本実施例では、スロットに対するパターン領域は実質的に円形であり、ワークピースの外縁部に対応する。この対応関係によって、ワークピースの大部分の材料を、スロットの形成（および得られる材料のストリップ）に使用することができる。一実施形態では、ワークピースの材料の少なくとも８０％がパターニング領域に使用される。使用される材料の量は、破壊することなくワークピースを１つのピースに保持するようにフレームワークを提供するために、ウエハの周囲を保持するに十分な材料が必要になる場合があるので、ワークピースの材料およびワークピースの厚さに依存しうる。
【００２５】
パターン領域３０４では、個々の並列スロットに対するパターンは、図３（ｂ）においてワークピース３０２の一部を拡大した図に示されるように形成することができる。図に示されるように、隣接したスロットの群は、エッチングされて、実質的にワークピースのエッジとなる。スロットは、本実施例では公称間隔が１２０μｍであって、２５μｍの開口を有する。次いで、得られるバーは、ウエハを貫通するエッチングの後に、一般的に約７０μｍ以下の厚さとなる。いくつかの実施形態では、（スロットのエッチングに使用されるマスクを変更することなどによって）エッチングプロセス中に、少なくとも１つの分割バー３０６、すなわちスタビライザバーがウエハ内に形成される。図示されるように、この分割バー３０６は、個々の並列スロット３０４に対して実質的に垂直とすることができる。分割バーは、ウエハの中央の下、および／またはウエハ全体に一定間隔で形成することができる。これらのバーは、個々のスロットがウエハの全長にわたって延在しないように、ウエハをセクションに分割する。これは、個々に形成されたバーが破壊されないようするだけでなく、エッチングされたスロットのずれによる影響も低減する。分割バーは、したがって、長いスロットを結晶配向に正確に合わせる精度に対する必要性を低減する。更なる分割によって、厳しい精度に対する必要性をさらに低減する。
【００２６】
別の実施形態では、材料の付加的な層を使用することによって、酸化物または窒化物の層を追加し、その後にエッチングして一連のバーに対する支持装置を作成するなどして、既存のプロセスにおけるような支持構造を形成することができる。なお、スロットのエッチングプロセスの一部として分割バーを形成することで、更なるステップ、材料、および複雑さが低減される。さらに、スロットのエッチングステップ中に形成された分割バーを使用することで、本願明細書の他の部分で述べられているような達成の困難な精度の緩和を助ける。
【００２７】
分割バーの利用に潜在的に不利な点は、ウエハの一部がセルへの使用に適さなくなることである。ウエハの端から端までのエッチングは、一般的に幾らか傾斜するので、ウエハ中央のわずかな領域（または他の間隔）が失われる。一実施例では、幅が２５μｍのスロットが存在する。形成されたバーが、示される切断線３０８に沿うように、最終的に切断されて個々のセルを形成する場合、一般的に、分割線３０６からエッチングによって形成された材料の角度が個々のセルのいずれの最終形状に影響を及ぼさないように、切断線３０８は分割バーの両側に配置される。このことは、ウエハの収率をさらに減じる。
【００２８】
ディープエッチング処置のためにデバイスの表面および裏面がパターン化され、パターン化されたレジストが適切な現像および焼成の処置によって現像および焼成された後に、露光された窒化層をシリコンにいたるまでエッチングすることができる。次いで、レジストが取り除かれる。表面および裏面のパターンは実質的に同一であり、表面および裏面のスロットが上述のように並ぶように配列される。別の実施形態では、二酸化シリコン層が窒化物の上に被着される。酸化物層は、フッ化水素酸による湿式エッチングによってエッチングされ、次いで窒化物層は、酸化物層をマスクとして使用し、熱リン酸を使用して湿式エッチングされる。
【００２９】
その後、装置は、水に４０重量％の水酸化カリウム（ＫＯＨ）を溶解した溶液を使用した異方性湿式エッチング槽のような、湿式槽においてディープエッチングを施されることができる。状況に応じて、イソプロピルアルコールを添加して、シリコン表面の表面品質を向上させることが可能である。このエッチングは、ウエハの表面からのように一方向からウエハ全体に進めるか、または（両面に窒化物のマスクを使用して）ウエハの表面および裏面から開始して中間で合流させることができる。両面から開始することによって、エッチングの時間が短縮され、アンダーカットを減じることができる。
【００３０】
いくつかの実施形態では、ディープエッチングが重要となる。比較的高温のＫＯＨ溶液を使用する場合、湿式エッチングには複数の問題が生じうる。例えば、不均等なエッチングによって性能が異なるセルが生じる可能性がある。さらに、表面および裏面のエッチングは、狭い許容範囲を満たすように、配列されなければならない。
【００３１】
エッチングプロセス（ＫＯＨ湿式エッチング以外の複数のエッチングプロセスのうちのいずれかを含むことができる）は、ウエハを貫通する複数のスロットを作り出すことができる。従来技術におけるような細長いストリップの代わりに、実質的に正方形のセルを使用する利点は、ウエハの実質的に全体を使用できることである。全て同じサイズでなければならない細長いストリップを使用する場合、ウエハの使用可能な領域は実質的に正方形であるが、これは従来技術のシステムにおいて円形のシリコンウエハの約半分が無駄になることを意味する。矩形のセルを使用した場合、ウエハにエッチングされた細片は、その後に個々のセルにダイシング加工され、その長さを変化させることができる。得られるセルは、例えば長さが４０ｍｍ以下、いくつかの実施形態では長さが６ｍｍ以下といったオーデーで、小さなものとすることができ、２０：１以下のエッジ比率を有することができる。既存のプロセスの多くは、既存のシステムでセルの配置に使用されるピックアンドプレースツールが、セルのパネルを組み立てるのに非常に多くの時間を必要とするので、このような小さなセルは望まれない。しかし、本願明細書に記載されるような並列組み立てツールを使用することで、このようなセルのモジュールを迅速に組み立てることができ、経済的かつ実用的である。
【００３２】
形成される細片は、ウエハの実質的に全長にわたって延在でき、エッジ周辺の細いリムしか残らず、また、細片を並列に保持する何らかの支持構造だけでよい。これによって、材料の使用量を２倍に改善することができる。一実施形態では、エッチピッチが１００μｍの一般的な２ｍｍ×直径１５０ｍｍのウエハから、８４，０００以上の正方形またはわずかに矩形のセルを製造することができる。
【００３３】
図４は、上述のステップの内のいくつかを含む、光起電力セルの形成に使用される細片を形成するための例示的な方法４００のステップを示す図である。本方法では、結晶材料のワークピースが得られ、その材料は、高純度で、選ばれたドーピングを有する（ステップ４０２）。材料の既知の結晶配向に基づいてワークピースが配向される（ステップ４０４）。窒化シリコンマスク層のような少なくとも１つのマスク層が、ワークピースの実質的に全体を覆うパターンで、ワークピースの表面および裏面に被着される（ステップ４０６）。次いで、レジスト材料がワークピースの表面および裏面に塗布される（ステップ４０８）。次いで、ワークピースの表面および裏面のレジストが露光および現像され、ウエハの表面および裏面の両面に一組の並列スロットが形成され、スロットは、ワークピースの一方のエッジから他方のエッジへ実質的に延在する（ステップ４１０）。エッチングステップ中には、上述のように少なくとも１つの分割線も形成することができる。あらゆる必要な現像および／または焼成の後に、ワークピース全体をエッチングするために、マスク層のエッチングの後にディープエッチングを施すことができ、それによって、ワークピース内に一連の並列のバーが形成される（ステップ４１２）。エッチングの後に、全ての残存するレジストを取り除くことができる（ステップ４１４）。種々の実施形態のための一連の更なるステップでは、さらに、狭い領域を光起電力装置の形成が実質的に完了した装置へと処理する。次いで、バーをダイシング加工して細片を形成することができる（ステップ４１６）。
【００３４】
ディープエッチングによって細片が形成されると、少なくともいくつかの実施形態では、これら細片の片側または両側をテクスチャリングすることが望ましい場合がある。１つの方法では、窒化物または他のマスキング材料の非常に薄い層が被着さるが、この層は、下層のシリコンが完全に覆われず、また多くの開口部が残る程度の薄さである。下層のシリコンの等方性エッチングは、その後マスク内の開口部の下の領域内にキャビティを作り出すので、シリコン表面をテクスチャリングする。テクスチャリングは、入射光線を曲げる傾向があるので、光線がセルの中でより長い経路を取り、得られるセルの効率を向上させることができる、という点で有効である。しかし、テクスチャリングによって更なるコストが増加する可能性があるが、これは、得られる改善の量に見合ったものとなりうる。
【００３５】
ＰＯＣｌ３拡散ステップまたは類似したプロセスのステップを使用して、バルクシリコンのバルクドーピングの反対側にドーピングを有する層を形成することができ、それによって、装置全体の表面にわたってダイオード領域が構築される。これは、例えば図１の断面図に見出すことができる。一実施形態では、ＰＯＣｌ３および酸素は、大気圧で、通常は約８００乃至１１５０℃の温度でガスとして流入する。ＰＯＣｌ３拡散に対してこのガスを適切に混合することによって、リンをシリコンに拡散させることができ、シリコンの表面上にリンガラス（ｐｈｏｓｐｈｏｒｏｕｓ  ｇｌａｓｓ：ＰＳＧ）を構築することができる。ＰＯＣｌ３拡散は、セル内に異なるドープ領域１０６および１０８、すなわち、セルの表面および裏面、またはディープエッチングによって形成された細片の側壁を作り出す。ＰＯＣｌ３および酸素は、上面および底面の一部の酸化物（ＰＳＧ）を再び成長させることができるので、ＰＯＣｌ３拡散は、装置上にガラスまたはグレーズを形成することができ、これは、接点が配置される装置の上部または底部から取り除くことができる。この時点で、より多くのダイオード特性を装置の特性に合わせることができる。
【００３６】
ＰＯＣｌ３の被着ステップ中は、元の窒化物マスクを適所に残しておき、ＰＯＣｌ３を、セルのエッジの狭い領域に被着させないようにすることが重要である。
【００３７】
装置の表面からの反射を減じるために、反射防止コーティング（すなわちＡＲＣ）となるようにデザインされた材料の層、を被着することが可能である。ＫＯＨまたは他のディープエッチングの後、表面は比較的滑らかになる。ソーラー電池のような用途に使用する場合、セルへ入射する光の一部は、表面および裏面で反射される。これらの反射は、種々の用途には望ましくないことがある。反射の量を低減する１つの方法は、ＡＲＣを被着することである。ＰＯＣｌ３を使用して接点を形成する場合は、ＰＯＣｌ３の被着中または直後に酸化材料を適切に添加することによって、ＡＲＣの層を被着することが可能である。実質的に二酸化ケイ素から構成される誘電体に対する一般的な深さは１０００Ａである。
【００３８】
リンガラス（ＰＳＧ）ＡＲＣまたは二酸化ケイ素ＡＲＣの代わりに、窒化シリコンＡＲＣをセルの表面に被着することができる。ＰＳＧおよび残存する窒化物を取り除き、７５０Ａの窒化シリコンの層をＡＲＣとして作用するようにこの段階で添加することができる。このような窒化物ＡＲＣは、実質的に理想的な特性を有することができ、反射損失は１％という低さである。異なる光インデックスの材料を、光起電性モジュールの構成時に現れうるような、セルの表面と他の光インターフェースとの間のスペースに流す、などの他の反射を低減する方法を使用することができる。
【００３９】
バーまたは細片は、次いで個々のセルにダイシング加工することができる。細片を矩形のセル、すなわち「スクイバー」にダイシング加工しようとすると細片を破壊する可能性があるので、さらに一連のステップを行って細片への損傷を防ぐことができる。一実施形態では、ウエハの細片の構造的完全性は、細片間の間隙にワックスのような材料を充填することによって改善することができる。ＣｒｙｓｔａｌＢｏｎｄのようなワックスは、容易に取り除くことができ、適度な温度で「溶解」し、このワックスは、ウエハに容易に流入して間隙やキャビティを充填することができる。このワックスによって、損傷を与えずに細片を個々のセルにダイシング加工または切断を行うことができる。次いで、このワックスは、室温で、アセトン中で取り除くことができ、ＣｒｙｓｔａｌＢｏｎｄを溶解してセルを残す。
【００４０】
他のワックスを使用することができるが、一般的に、有害な溶媒内での高温加熱プロセスが必要である。ポリマーおよび低融点材料のような他のポリマーまたは流動性材料も使用することができる。あらゆるタイプの適切な、選択的に取り除くことができる充填物を使用して、ディープエッチングしたウエハ内の間隙を充填することができる。他の実施形態では、細片は、業界で「ブルーテープ」と称される、一般的にウエハの保持に使用されるものに付着させることができる。細片は、ダイシング加工すると同時にブルーテープ上へ、または別の接着材料上へ載置するか、またはテープの層の間に配置したときにダイシング加工することができる。接着材料が細片の両側に使用されている場合、片側の材料だけを切断することが可能である。
【００４１】
（パネル組み立て体）
個々のセルが形成されると、更なるプロセスステップを使用して、セルを使用したパネルまたは他の光起電力装置を形成することができる。一実施形態では、組み立て体固定具は、可撓性基板上の隆起したエッジからなる矩形のグリッドパターンを有する。可撓性基板は、ＤｕＰｏｎｔ社（Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ、ＤＥ）から入手可能なＭｙｌａｒ（登録商標）のような、ポリエステルフィルムなどのあらゆる適切な基板であり得る。隆起したエッジは、エポキシ塗料、金属を用いて作成するか、またはＭｙｌａｒにプリントすることが可能である。別の実施形態では、固定具はプリント基板材料から作成され、隆起した領域はメッキされた導電体である。
【００４２】
別の実施形態では、セルの実質的に並列のグループ分けなどに対して、ステンレス鋼の基板のような導電基板を使用することができる。導電基板は、導電を望まない領域のマスクを取り除く絶縁体を含むことができる。このような基板は、裏面が全て並列に接続されている場合に使用することができる。
【００４３】
一実施形態では、セル５０２は、乾式振動プロセスを使用して基板上に載せることができる。このようなプロセスでは、図５において小さなグリッドのセクションを埋めることが示されているように、ダイは、ランダムに、またはストリップまたはロットでパッケージ化することができ、また、組み立て体固定グリッド５００の上をドライフローさせることができる。なお、セルは、グリッド全体を、またはグリッドの選択されたセクションを充填するように流すことができるものと理解されるべきである。ダイは、少量の振動で流すことができ、また、組み立て体固定具グリッド内の目標レセプタクルに流入させることができる。重力によってセルの流れを助けることができるように、組み立て体固定グリッドの表面にわずかな傾斜をつけることができる。このようなプロセスを使用して、これらのセルの大型パネルを迅速かつ比較的安価な態様で組み立てることができる。
【００４４】
しかし、従来の乾式組み立てツールは、このプロセスには使用できない場合がある。セルは、非常に薄く、表面積対質量の比率が高いので、組み立て治具の表面に張り付く傾向がある。通常の治具の回転運動では、ダイを表面から分離するには不十分である。周期的な間隔で運動を急激に減速させるインパルス振動組み立てツールを使用することで、この吸着力を弱めてダイの回転運動を可能にし、それによりダイをグリッドパターンに組み立てることができる。
【００４５】
一実施形態によるプロセスでは、個々のセルはサブモジュールを使用しているパネルに形成されるが、サブモジュールは４”×４”乃至約８”×９”のような任意の好都合なサイズとすることができる。セルは、並列にグループ化して配置し、次いで直列に配置して、任意の所望電圧を発生させることができる。一実施例では、４”×４”のセルを並列に形成して約０．５Ｖを発生するか、または形成された８”×９”のセルは直列の２つの０．５Ｖのセルである。これらは、従来構築されているような、２つの６”のウエハを直列にしたものに実質的に等しい。
【００４６】
代替の実施形態では、複数のセルを直列に接続し、次いでこれらのセルの群を並列に接続してより高電圧の配列を形成する。直列の群を並列に接続することの利点は、セルの損失によって、通常、短絡接続がもたらされることである。それぞれ０．５Ｖの２０個のセルのような長いセルのストリングがあった場合、１０Ｖのセルのストリングから１つのセルが欠落すると、電圧が９．５Ｖになる。しかし、そのストリングを他のストリングと並列に接続すると、これらのストリングの平均出力は、１０Ｖ乃至９．５Ｖの範囲となる。大きな配列が０．５Ｖである別の実施例では、１つのセルに対する短絡接続によって、出力がほとんど無くなるまで配列全体をプルダウンする。したがって、その意味では「直列−並列」配列にはいくつかの利益がある。
【００４７】
本実施例では、グレーズドセラミックタイルなどのような他の適切な基板を使用することが可能であるが、硼珪酸ガラスが基板として使用されている。硼珪酸塩には、その熱膨張係数が非常に低く（シリコンと実質的に同じ）、それによって、シリコンおよびガラスの熱膨張に緊密に適合する、という利点がある。そのようなガラスを使用する理由は、これらのペーストのうちのいくつかを焼成するためであり、システムは比較的高温（約７００℃など）にしなければならない。ソーダ石灰ガラスのような他のタイプのガラスは、低温で流れ始め、比較的高い熱膨張係数を有するので、セルを従来のガラスに取り付けてセルを高温まで上昇させると、固定されていたセルは、冷却時に相当な力がセルにかかるために、クラックが生じるか、または破損する傾向がある。
【００４８】
最初に、銀ペースト層が基板に被着され、タビングペーストとなる。最終的なモジュールを作成するときに、タビング導電体を一方のサブモジュールから他方のモジュールへはんだ付けして、銀ペースト層へのはんだ付けによって直列に相互接続することができる。銀ペースト層は、ガラス上に配置され、その焼成温度（一実施例では約６５０乃至７００Ｃ）で焼成される。
【００４９】
一実施形態では、絶縁ペーストのリングを各セルの下の領域内に適用して乾燥する。アルミニウムペーストのパターンは、次いで、プリントなどによって銀ペーストの上に塗布される。ペーストが湿っている間に、この基板が配列されて、グリッドに配列したダイの上に配置される。湿式ペーストは、ダイに固着して、ダイを組み立て治具から取り除く。この組み立て体は、低温で乾燥することができる。次いで、セル間のスペースを充填する充填誘電体ペーストが、主として、後にその上に導電体がプリントされる領域内にプリントされる。このペーストは、次いで乾燥される。焼成したときにＡＲＣに浸透することができる銀ペーストは、セルの上部の細い線内にプリントされ、乾燥した後に組み立て体を高温（約７００℃など）で焼成する。
【００５０】
この時点で、セルは、エネルギ変換装置として機能するようになり、試験を行うことができる。
【００５１】
別の実施形態では、熱可塑性銀またはスズ−銀はんだペーストのような低温銀ペーストを、浸透性の銀ペーストの上にプリントして、上部導体を隣接するセルに接続し、次いで硬化または焼成する。
【００５２】
正方形または矩形の個々のセルにダイシング加工され、サブモジュールに組み立てられると、上述の例示的なウエハのようなウエハから作成されたセルは、一般的に効率が２０％であり、完全な日照によって６７ワット以上の出力を発生することができる。従来のソーラー電池ウエハに切断した実質的に同じ量の単結晶シリコン材料では、例えば、５つのウエハによって同じ効率が得られ、約１７ワットを発生する。これによって、同じ量のシリコンからの出力が４倍に改善される。
【００５３】
このようなプロセスの別の利点は、上述のプロセスステップは、従来のセルに必要なプロセスに対する複雑さに類似してはいるが、ウエハ上でのみ行えばよいことである。これに反して、従来の方法では、同じ出力の装置を得るために類似したプロセスを２０ものウエハに行わなければならない。このことは、更なる処理コストの節約をもたらす。
【００５４】
（第二の例示的な形成方法）
別の実施形態による例示的なプロセスは、図６に示されるような光起電力セル組み立て体６００を製造することができる。後述するように、当該のセルは、ウエハの上部にｎ型領域６０６、底部にｐ型領域６０４を備えたバルク層６０２を有する。「上部」「下部」のような記述は、本願明細書で使用する場合、明確化および説明のために使用されており、あらゆる実施形態の実際の配向を限定するものとして解釈すべきではないと理解されたい。示されるセルはまた、基板６０８と、対向するＰＯＣｌ３層６１０および６１２とを有する。
【００５５】
プロセスは、矩形のウエハ、すなわち＜１，１，０＞配向のシリコンから始まる。このシリコンは、例えば、高純度で、ｎ型またはｐ型ドーパントでドーピングしたもの、および／または厚さが２ｍｍで直径が１５０ｍｍのウエハの形態のものとすることができる。このウエハは、ピラニア洗浄プロセスのような適切なプロセスを使用して洗浄することができる。スピンオンガラス（ｓｐｉｎ−ｏｎ  ｇｌａｓｓ：ＳＯＧ）を使用して、ウエハの上にホウ素をドープしたＳＯＧ接点領域を作製することができる。ウエハは、従来知られているように、適切な斜面および滞留時間、炉または拡散用オーブンに配置され、次いで、緩衝酸化物エッチング（Ｂｕｆｆｅｒｅｄ  Ｏｘｉｄｅ  Ｅｔｃｈ：ＢＯＥ）溶液を使用するなどして、ＳＯＧをエッチングで除去できる炉から取り出すことができる。ＢＯＥエッチングは、一般的に、ウエハのハードベークの完了後３０分以内に開始される。次いで、ウエハのシートの抵抗率を測定することができる。類似したプロセスを使用して、その後の焼成およびエッチングステップによって、ウエハの底部の領域にリンをドープしたＳＯＧ接点領域を作製することができる。次いで、拡散層の抵抗率、および（ウエハを介して）ダイオードの特性を測定することができる。バルクシリコンの２つの対向する側面上には、２つの反対にドーピングした領域があるので、ウエハを介してダイオードの特性を測定することができる。
【００５６】
ウエハの底部上のＳＯＧリンは、ＳＯＧホウ素領域に対する反極性ドープ領域とすることができる。一実施形態では、両方のＳＯＧ領域は、同時または実質的に同時にスピンさせることができる。次いで、２つのＳＯＧ領域に対する炉の駆動を同時に行うことができる。このような方法によって時間およびコストを削減することができるが、対処すべきいくつかの汚染問題が生じる場合がある。
【００５７】
結晶シリコンは、比較的低いベース抵抗率を有するが、薄いシリコンウエハの上部および底部に形成された接点領域は、抵抗率がさらに低くなりうる。一実施形態では、接点領域の抵抗率は、単位面積当たり数オームの範囲となるのに、既存のシステムは、単位面積当たり数十オームしか得ることができない。幅の広いドープ接点に接続された小さな金属装置のような、基板デバイスの広い領域にわたって延在する小さな接点を使用しているので、ドープ領域にはより抵抗率の低い接点が必要となる。
【００５８】
窒化層は、装置のそれぞれの側面に被着することができる。次いで、ウエハは、フォトレジストに対する付着促進剤として機能するように、ヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）プライマを塗布することなどによって、フォトレジスト被着の準備を行うことができる。レジストは、その後ウエハの表面上をスピンさせることができる。バイアを作り出すパターンは、上部の窒化物を通してエッチングされ、上部レジストにおいて露光される。窒化物にはこのパターンが転写されるが、窒化物エッチングは、窒化物全体を通して、より一般的には、窒化物の厚さの１／２を通して延在する。類似したバイアパターンが、ウエハの裏面上に露光およびエッチングされるが、バイアスロット７０２は、図７の側面図７００に示されるように、ウエハの上部に作成されたスロットの間に配列される。また、窒化物エッチングは、窒化物層がなおも必要であるが、ウエハを通して延在する部分だけに行われる。上述の実施形態にあるように、酸化物層を窒化物層の上に被着して、湿式エッチングプロセスがレジストパターンを窒化物層に転写できるようにすることが可能である。
【００５９】
次いで、装置の上部を、ディープエッチングプロシージャに対してパターン化することができ、パターン化されたレジストは、適切な焼成パターンによって焼成される。露光された上部窒化層は、シリコンまでエッチングすることができ、続いてレジストが取り除かれる。類似したプロシージャをウエハの下部に使用することができ、ウエハは、ＨＭＤＳプライミングプロシージャのような溶媒ベースのプライミングプロシージャを使用してレジスト被着の準備を行い、次いで、レジストは、装置の表面上をスピンされ、装置の底部はディープエッチングに対してパターン化される。レジストは焼成することができ、底部の窒化物層は、シリコンまでエッチングされる。レジストは、その後取り除くことができる。
【００６０】
別の実施形態によるプロセスでは、レジストは、ウエハの上部および底部に塗布することができ、パターン化は、実質的に同時に行われる。例えば、ウエハは、両面が同時に露光されるように、上部および下部に加工することができるマスクを有する治具装置内に配置することができる。レジストは、焼成前に現像することができる。このようなプロセスは、バイアエッチングパターンおよびディープエッチングパターンの両方に使用することができる。
【００６１】
次いで、装置は、水に４０重量％の水酸化カリウム（ＫＯＨ）を溶解した溶液を使用した異方性湿式エッチング槽のような、湿式槽においてディープエッチングを施すことができる。このエッチングは、ウエハの表面のような一方向からウエハ全体に進めるか、または（両面に窒化物のマスクを使用して）ウエハの表面および裏面から開始して中間で合流させることができる。両面から開始することによって、エッチングの時間が短縮され、アンダーカットを減じることができる。
【００６２】
いくつかの実施形態では、ディープエッチングが重要となる。比較的高温のＫＯＨ溶液を使用する場合、湿式エッチングには複数の問題が生じうる。例えば、不均等なエッチングによって性能が異なるセルが生じる可能性がある。さらに、表面および裏面のエッチングは、狭い許容範囲を満たすように配列しなければならない。
【００６３】
エッチングプロセス（ＫＯＨ湿式エッチング以外の複数のエッチングプロセスのうちのいずれかを含むことができる）は、ウエハは全体に複数のスロットを作り出すことができる。従来技術にあるような細長いストリップの代わりに実質的に正方形のセルを使用する利点は、ウエハの実質的に全体を使用できることである。全て同じサイズである細長いストリップを使用する場合、ウエハの使用可能な領域は、実質的に正方形であり、これは従来の技術において円形のシリコンウエハの約半分が無駄になっていることを意味する。矩形のセルを使用した場合、ウエハにエッチングされた細片は、その後に個々のセルにダイシング加工され、その長さを変化させることができる。このように、これらの細片は、ウエハの実質的に全長にわたって延在させることができ、エッジ周辺の細いリムしか残らず、また、細片を並列に保持する何らかの支持構造だけでよい。これによって、材料の使用量を２倍に改善することができる。一実施形態では、エッチピッチが１００μｍの一般的な２ｍｍ×直径１５０ｍｍのウエハから、８４，０００以上の正方形またはわずかに矩形のセルを製造することができる。
【００６４】
上述のように、テクスチャリングプロセスを用いて反射を低減することができる。ＰＯＣｌ３拡散ステップまたは類似したプロセスのステップを使用して、バルクシリコンのバルクドーピングの反対側にドーピングを有する層を形成することができ、それによって、装置全体の表面にわたってダイオード領域が構築される。ＰＯＣｌ３拡散は、セル内に異なるドープ領域、すなわち、セルの表面および裏面、またはディープエッチングによって形成された細片の側壁を作り出す。ＰＯＣＬは、上面および底面の酸化物を再び成長させることができるので、ＰＯＣｌ３拡散は、装置上にガラスまたはグレーズを形成することができ、これは、接点が配置される装置の上部または底部から取り除くことができる。この時点で、より多くのダイオード特性を装置の特性に合わせることができる。
【００６５】
上述のように、ＰＯＣｌ３拡散によるＰＳＧは、ＡＲＣ層を作り出すようにデザインすることができる。別様には、ＰＳＧを取り除いて、同等の厚さの熱酸化物または他の材料を転嫁してＡＲＣを形成することができる。
【００６６】
次いで、バイアスロット内に残存する窒化物を、上述した熱リン酸を使用するなどによってエッチングすることができる。窒化物は、シリコンまでエッチングされる。また、このエッチングは、窒化物のディープエッチングマスクのあらゆる過剰な窒化物を取り除くことができる。
【００６７】
一実施形態では、金属接点は、ウエハの上部および底部にスクリーンプリントされ、バイアスロットに配列およびプリントされる。ｐドープ接点領域は、アルミニウムまたは銀、あるいは銀／アルミニウムを組み合わせたペーストでプリントすることができる。ｎドープ接点領域は、銀ペーストでプリントすることができる。
【００６８】
別の実施形態では、金属接点は、組み立てプロセスの一部としてプリントされる。さらに別の実施形態では、ｎドープ接点領域のバイアは、パターン化およびエッチングが行われない。その代わりに、窒化層を通じて焼成できる銀ペーストを用いて、下層の多量にドーピングした接点領域と接触させる。
【００６９】
さらに別の実施形態では、ｐドープ接点領域のバイアは、パターン化およびエッチングが行われない。その代わりに、窒化層を通じて焼成できるアルミニウムまたはアルミニウム／銀を組み合わせたペーストを用いて、下層の多量にドーピングした接点領域と接触させる。ＰＯＣｌ３のステップを用いて表／裏面のダイオード領域を形成する場合は、装置が短絡する場合があるので、このペーストステップにおいて、ＰＯＣｌ３が被着された領域にペーストが流れ出さないように注意しなければならない。
【００７０】
接点領域が形成されると、細片は、上述のように個々のセルにダイシング加工することができる。次いで、パネルを上述のように形成することができる。例えば、ダイシング加工前にウエハ上に両方の金属接点がプリントされた接点を用いるプロセスの一実施形態では、処理に低温しか必要としない、以降のパネルの組み立てプロセスを用いることができるという利点がもたらされる。これによって、プラスチックのような、より多くのタイプの基板を使用できるようになる。
【００７１】
薄い可撓性基板およびより硬い比較的厚い基板のような、異なるクラスの基板を使用して、セルを支持することができる。これらの硬質基板は、例えば、完成品のパネルのサイズに切断された１／１６”乃至約１／４”のアクリルシートとすることができる。組み立て体を支持および保護するための表面および／または裏面を有することができるサブ組み立て体内に、薄く柔軟な材料を配置することができる。これは、柔軟性のある装置を有する特定の用途において利点となりうる。
【００７２】
分離されたセルは、上述のように組み立て体固定グリッド上に組み立てられる。別途、基板は、最初に、エポキシ塗料などの絶縁体の線のパターンでプリントされる。次いで、わずかに厚みの大きな絶縁体の線の間に、例えば低温熱可塑性銀ペーストまたはエポキシ銀ペーストを使用して、導電体の線のパターンがプリントされる。絶縁体の線は、導電体の線が互いに流れ出ないようにし、また、セルが導電体の上に配置されるときにストッパを形成する。導電体のペーストが未だ湿っている間に、基板は、組み立てられたセルを有する組み立て体固定グリッドの上に配置される。湿式ペーストは、セルに固着し、セルを基板に移すことができる。ペーストは、その後硬化または乾燥される。
【００７３】
別の実施形態では、熱可塑性またはエポキシ銀ペーストの小さな点をプリントする更なるステップを用いて、バイアエッジにおいてセルの上にプリントし、セル上の接点領域から下層の金属相互接続線への接続を確保する。
【００７４】
（第三の例示的な形成方法）
別の実施形態によるセルを形成するためのプロセスでは、セルは、＜１，１，０＞配向のシリコン結晶のような結晶材料から、対称の正方形または矩形のパターンで製造される。当該の光起電力セル８００の一実施例を図８に示す。本実施例のセルは、正面および背面から見たときに実質的に同一であるように、表面／裏面および側面／側面は対称である。この特定の光景は、バルク材料８０２を示すもので、その厚さは、ダイの形成に使用されるシリコンウエハまたは他の材料の厚さによって主に決定される。いくつかの実施形態には、標準のシリコンウエハよりも厚いものが望まれる場合がある。セル８００は、後述するように、上部８０４および下部８０６のドープ領域と、複数の接点領域８０８、８１０、および８１２とを有する。
【００７５】
一実施形態によるセルでは、上部領域８０４はホウ素ドープ領域であり、下部領域８０６はリンドープ領域である。本図は比例尺ではなく、これらの領域のそれぞれは、一般的に、バルクシリコン８０２の厚さに比較して薄い。少なくともいくつかの実施形態では、セルは大きくなるほど効率的でプロセスが少なくなるので、ウエハが厚いほうが好適であるが、より厚いウエハにはより長いエッチングも必要であり、結果的に、望ましくない量のアンダーカットを生じることになりうる。一実施形態では、バルクシリコンの厚さは、約１乃至２ｍｍ程度となりうる。
【００７６】
一実施形態によるこのようなセル（この場合は正方形または矩形のセル）を作製するためのプロセスは、上述のような特性を有する＜１，１，０＞配向のシリコンのウエハから始まる。このウエハは、ピラニア洗浄プロセスのような適切なプロセスを使用して洗浄することができる。スピンオンガラス（ＳＯＧ）を使用して、ウエハの上にホウ素をドープしたＳＯＧ接点領域を作製することができる。ウエハは、従来知られているように、適切な斜面および滞留時間、炉または拡散用オーブンに配置され、次いで、緩衝酸化物エッチング（ＢＯＥ）溶液を使用するなどして、ＳＯＧをエッチングで除去できる炉から取り出すことができる。ＢＯＥエッチングは、一般的に、ウエハのハードベークの完了後３０分以内に開始される。次いで、ウエハのシートの抵抗率を測定することができる。類似したプロセスを使用して、その後の焼成およびエッチングステップによって、ウエハの底部の領域にリンをドープしたＳＯＧ接点領域を作製することができる。次いで、拡散層の抵抗率、および（ウエハを介して）ダイオードの特性を測定することができる。バルクシリコンの２つの対向する側面上には、２つの反対にドーピングした領域があるので、ウエハを介してダイオードの特性を測定することができる。
【００７７】
ウエハの底部上のＳＯＧリンは、ＳＯＧホウ素領域に対する反極性ドープ領域とすることができる。一実施形態では、両方のＳＯＧ領域は、同時または実質的に同時にスピンさせることができる。次いで、２つのＳＯＧ領域に対する炉の駆動を同時に行うことができる。このような方法によって時間およびコストを削減することができるが、対処すべきいくつかの汚染問題が生じる場合がある。
【００７８】
結晶シリコンは、比較的低いベース抵抗率を有するが、薄いシリコンウエハの上部および底部に形成された接点領域は、抵抗率がさらに低くなりうる。一実施形態では、接点領域の抵抗率は、単位面積当たり数オームの範囲となるのに、既存のシステムは、単位面積当たり数十オームしか得ることができない。幅の広いドープ接点に接続された小さな金属装置のような、デバイスの広い領域にわたって延在する小さな接点を使用しているので、ドープ領域にはより抵抗率の低い接点が必要となり得る。
【００７９】
窒化層は、装置のそれぞれの面に被着することができる。次いで、ウエハは、フォトレジストに対する付着促進剤として機能するように、ヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）プライマを塗布するなどによって、フォトレジスト被着の準備を行うことができる。次いで、レジストは、装置の表面上をスピンさせることができる。装置の上部は、ディープエッチングプロシージャに対してパターン化することができ、パターン化されたレジストは、適切な焼成パターンによって焼成される。露光された上部窒化層は、シリコンまでエッチングすることができ、続いてレジストが取り除かれる。類似したプロシージャをウエハの下部に使用することができ、ウエハは、ＨＭＤＳプライミングプロシージャのようなプロセスを使用してレジスト被着の準備を行い、次いで、レジストは、装置の表面上をスピンされ、装置の底部はディープエッチングに対してパターン化される。レジストは焼成することができ、底部の窒化物層は、シリコンまでエッチングされる。レジストは、その後取り除くことができる。
【００８０】
別の実施形態によるプロセスでは、レジストは、ウエハの上部および底部に塗布することができ、パターン化は、実質的に同時に行われる。例えば、ウエハは、両面が同時に露光されるように、上部および下部に加工することができるマスクを有する治具装置内に配置することができる。レジストは、焼成前に現像することができる。
【００８１】
次いで、装置は、イソプロピルアルコールに４０重量％の水酸化カリウム（ＫＯＨ）を溶解した溶液を使用した異方性湿式エッチング槽のような、湿式槽においてディープエッチングを施すことができるが、これはエッチングを減速する傾向がある。このエッチングは、ウエハの表面のような一方向からウエハ全体に進めるか、または（両面に窒化物のマスクを使用して）ウエハの表面および裏面から開始して中間で合流させることができる。両面から開始することによって、エッチングの時間が短縮され、アンダーカットを減じることができる。
【００８２】
いくつかの実施形態では、ディープエッチングが重要となりうる。比較的高温のＫＯＨ溶液を使用する場合、湿式エッチングには複数の問題が生じうる。例えば、不均等なエッチングによって性能が異なるセルが生じる可能性がある。さらに、表面および裏面のエッチングは、狭い許容範囲を満たすように配列しなければならない。
【００８３】
エッチングプロセス（ＫＯＨ湿式エッチング以外の複数のエッチングプロセスのうちのいずれかを含むことができる）は、ウエハは全体に複数のスロットを作り出すことができる。従来技術にあるような細長いストリップの代わりに実質的に正方形のセルを使用する利点は、ウエハの実質的に全体を使用できることである。全て同じサイズでなければならない細長いストリップを使用する場合、ウエハの使用可能な領域は実質的に正方形であるが、これは従来の技術において円形のシリコンウエハの約半分が無駄になっていることを意味する。矩形のセルを使用した場合、ウエハにエッチングされた細片は、その後に個々のセルにダイシング加工され、その長さを変化させることができる。このように、これらの細片は、ウエハの実質的に全長にわたって延在させることができ、エッジ周辺の細いリムしか残らず、また、細片を並列に保持する何らかの支持構造だけでよい。これによって、材料の使用量を２倍に改善することができる。一実施形態では、エッチピッチが１００μｍの一般的な２ｍｍ×直径１５０ｍｍのウエハから、８４，０００以上の正方形またはわずかに矩形のセルを製造することができる。
【００８４】
ディープエッチングの結果、ウエハ内に細片が形成されると、少なくともいくつかの実施形態では、細片の側面のうちの少なくとも１つをテクスチャリングすることが望ましい。ＫＯＨまたは他のディープエッチングの後、表面は比較的滑らかになる。ソーラー電池のような用途に使用する場合、セルへ入射する光の一部は、表面および裏面で反射される。これらの反射は、種々の用途には望ましくないことがある。反射の量を低減する１つの方法は、表面のうちの少なくとも１つをテクスチャリングすることである。１つの方法では、窒化物または他のマスキング材料の薄層のような層が被着され、次いで、テクスチャリングするために、湿式エッチングされて取り除かれる。しかし、テクスチャリングによって更なるコストが増加する可能性があるが、これは、得られる改善の量に見合ったものとなりうる。セルの表面と他の光インターフェースとの間のスペースに材料を流すような、他の方法を使用して反射を低減することができる。
【００８５】
ＰＯＣＬ拡散ステップまたは類似したプロセスのステップを使用して、バルクシリコンのバルクドーピングの反対側にドーピングを有する層を形成することができ、それによって、装置の表面全体にわたってダイオード領域が構築される。これは、例えば、図９の断面図９００に見出すことができる。ＰＯＣＬ拡散は、セル内に異なるドープ領域９０２、すなわち、セルの表面および裏面、またはディープエッチングによって形成された細片の側壁を作り出す。ＰＯＣＬは、上面および底面の一部の酸化物を再び成長させることができるので、ＰＯＣＬ拡散は、装置上にガラスまたはグレーズを形成することができ、これは、接点が配置される装置の上部または底部から取り除くことができる。所望の深さまでドーピングし、結晶の欠損を低減するために、従来知られているように、少なくとも１つのリドライブステップを使用することができる。リドライブステップは、ウエハの露出領域を不動態化するように、炉中に浸漬することによって行うか、または乾式または湿式熱酸化ステップと組み合わせることができる。これは、結晶の欠損を最小限に抑えることを助けることができる。この時点で、より多くのダイオード特性を装置の特性に合わせることができる。
【００８６】
シャドーマスクのようなマスクを使用して、装置のための接点領域を形成することができる。シャドーマスクは、シリコンまたは他の金属のような材料内のパターンであり、開口部、溝、または他のパターン化された特徴がその中に形成される。シャドーマスクは、装置の上部および／または下部へ降下させることができる。シャドーマスクは、スパッタエッチングのようなエッチングプロセスとともに使用して、マスクの開口領域の下の熱酸化物などの絶縁体を取り除くことができる。シャドーマスクを使用して、接点領域８０８、８１０、および８１２を形成するために、装置の上部および底部に、アルミニウムのような金属を被着することができる。また、装置の一方にアルミニウム、他方にはＣｒ／Ｎｉなどのような金属の組み合わせを使用することができる。
【００８７】
接点領域が形成されると、細片は、個々のセルにダイシング加工することができる。細片を正方形のセル、すなわち「スクイバー」にダイシング加工しようとすると細片を破壊する可能性があるので、さらに一連のステップを行って細片への損傷を防ぐことができる。一実施形態では、ウエハの細片の構造的完全性は、細片間の間隙にワックスのような材料を充填することによって改善することができる。ＣｒｙｓｔａｌＢｏｎｄのようなワックスは、容易に取り除くことができ、適度な温度で「溶解」し、このワックスは、ウエハに容易に流入してキャビティを充填することができる。このワックスによって、損傷を与えずに細片を個々のセルにダイシング加工することができる。次いで、このワックスは、室温で、アセトン中で取り除くことができる。他のワックスを使用することができるが、一般的に、有害な溶媒内での高温加熱プロセスが必要である。ポリマーおよび低融点材料のような他のポリマーまたは流動性材料も使用することができる。あらゆるタイプの適切な、選択的に取り除くことができる充填物を使用して、ディープエッチングしたウエハ内の間隙を充填することができる。他の実施形態では、細片は、業界で「ブルーテープ」と称される、一般的にウエハの保持に使用されるものに付着させることができる。細片は、ダイシング加工すると同時にブルーテープ上へ、または別の接着材料上へ載置するか、またはテープの層の間に配置したときにダイシング加工することができる。接着材料が細片の両側に使用されている場合、片側の材料だけを切断することが可能である。
【００８８】
一実施形態では、細片をダイシング加工するときに、少なくとも１つのノッチを切り取ることができる。これらのノッチは、最終的なパネルまたは装置におけるダイの所望のアライメントの確保を助けることができる。他の実施形態では、配向は重要ではなく、ノッチは不要である。
【００８９】
（更なる組み立てプロセス）
セルが形成されると、更なるプロセスステップを使用して、セルを使用したパネルまたは他の光起電力装置を形成することができる。一実施形態では、セルは流体と混合され、セルと流体とのスラリーが基板上に流される。基板は、セルに嵌合するように凹部がスタンプされた、透明プラスチックのような任意の適切な基板とすることができる。薄い可撓性基板およびより硬い比較的厚い基板のような、異なるクラスの基板を使用して、セルを支持することができる。これらの硬質基板は、例えば、完成品のパネルのサイズに切断された１／８”または１／４”のアクリルシートとすることができる。組み立て体を支持および保護するための表面および／または裏面を有することができるサブ組み立て体内に、薄く柔軟な材料を配置することができる。これは、柔軟性のある装置を有する特定の用途において利点となりうる。
【００９０】
セルを受け入れる準備のできた基板は、その中に形成されたスロットまたは凹部などの複数の特徴を有することができる。これらのスロットまたは凹部は、スタンピングによって、フリットまたは細い断熱材を使用して、または導電体／相互接続を使用して作製することができ、セルのためのフレームを作り出すことができる。例えば、図１０に示されるように、実質的に正方形の凹部は、リボンにスタンプしてセルを配列１０００内に保持することができる。また、スロットは、垂直カラムとするか、または基板の面に垂直なカラムとすることができ、材料が流れてきたときに、装置を垂直カラムの上に互いにスタックすることができる。例えば、スロットは、長さを１００ｍｍ、幅を２ｍｍにすることができ、寸法が２ｍｍ×４ｍｍであるダイをこのスロットにスタックすることができる。この場合、ダイは、ダイの長軸とスロットの長軸とが合うようにしか載せることができない。ダイは、スロットが一杯になるまで、互いの上に１つスタックすることができる。別の実施例では、スロットは、長さを１００ｍｍ、幅を４ｍｍにすることができ、ダイは、ダイの長軸とスロットの長軸とを合わせられるようにスタックすることができる。また、ダイの短軸とスロットの長軸とを合わせて、それによって不要な間隙を形成することも可能である。このような状況では、更なる機構を使用して、ダイのアライメントを好適な配向に移動させることができる。また、基板は、スタックすることによってその中にセルを流し入れて充填することができる大きな開口部を有することができる。
【００９１】
ダイを囲むフレームは、加熱したときにリフローして平坦になる材料で作製することができる。次いで、フレームとダイとの間のスペースを減じることができ、それによって、ダイを所定の位置に把持および固定する。例えば、変形可能材料を基板上に被着して、スロットのエッジとして使用することができる。ダイがこれらのスロットに流し入れられた後に、この隆線の材料を軟化させるためにスロットのエッジを加熱することができ、材料は、ダイの周囲にリフローすることができる。この隆線は拡張もでき、さらにセルを所定の位置さらに固定する。他にも複数のダイを載せるための方法があり、本願明細書には記述しないが、それらは当業者には既知であるか、または本願明細書の記述に照らして明らかである。
【００９２】
流体自己集合プロセスは、次いで、セルを、全てではないが、大部分をリボン内の利用可能な凹部に載せることができる。多くの流体組み立てシステムに使用される方法および材料は、Ｓｍｉｔｈらへの、米国特許第６，６２３，５７９号、名称「Ｍｅｔｈｏｄｓ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  Ｆｌｕｉｄｉｃ  Ｓｅｌｆ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ」に記載されているような既知の技術であり、参照することにより本願明細書に組み込まれる。
【００９３】
別の実施形態では、セルは、乾式振動プロセスを使用して基板に載せることができる。このようなプロセスでは、ダイは、ランダムに、またはストリップまたはロットでパッケージ化することができ、また、少量の振動によって基板上をドライフローさせて、基板内の目標レセプタクルへ流入させることができる。重力によってセルの流れを助けることができるように、基板の表面にわずかな傾斜をつけることができる。このようなプロセスを使用して、これらのセルの大型パネルを迅速かつ比較的安価な態様で組み立てることができる。
【００９４】
他の実施形態では、流体および振動プロセスの組み合わせを使用して、基板にセルを載せることができる。流体組み立てを使用する場合、既知の技術のように、流体は取り除かれ、セル／基板を乾燥することができる。流体は、脱イオン水のような単純な流体とするか、または他の複数の所望の特性のうちのいずれかを有することができる。例えば、流体は、流体およびセルの流れを向上させ、互いの上のダイの流れを改善する界面活性剤特性を有することができる。また、基板内の凹部は、ダイがその位置に入ったときに、ダイがその場所に留まる傾向にあるように、ダイにその場所への特定の誘引を提供する材料でパターン化することができる。
【００９５】
充填プロセスは分離していてもよく、ここで、基板は別個のパネルであるか、またはロールで送られ、また、基板はセルを供給するプロセス領域を通って送られる連続した材料のリボンである。
【００９６】
予め穴を開けられた接点バイアを有するカバーシートを基板に被せることにより、セルを適所に保持することができる。予め穴が開けられていない場合は、レーザーまたは類似の手段で、後で穴を開けることができる。いくつかの既存のシステムでは、セルおよび開けた穴の上に裏材が配置されるが、このようなプロセスは、従来技術の長いストリップに対しては困難であり、ラミネーションローラーまたは他のプロセスの構成要素が、不均等な圧力などにより長いストリップに損傷を与える傾向がある。
【００９７】
セルは、次いで、例えば図１１に示されるように形成された相互接続パターン１１００を有することができる。相互接続は、シルクスクリーンプリントしたもの、インクジェットプリントしたもの、または銀エポキシのようないくつかの形態の導電性ペーストを使用するなどして、接点バイアの上を流れてこれに被着されるものとすることができる。パターン化ローラーを使用するなどの、相互接続を被着するための他の技術は、従来技術として使用することができる。
【００９８】
導電性ペーストは、フレキシブルであるが硬い形態に焼成することができ、図１０に示されるように、多数の並列のセルを有する群にセルを接続する。これらの群のうちのいくつかは、直列に接続してリボンの電圧をより高くすることができる。リボンは、最後に切断して、完成したリボン組み立て体を形成することができる。
【００９９】
別の実施形態では、基板は、数多くの他の可能性の中から、ＦＲ４プリント回路材料のような、既に相互接続基板上にシルクスクリーンプリントされた相互接続を有し得る。正方形または矩形の凹部のパターンは、相互接続の上にシルクスクリーンプリントして、正方形または矩形のセルがその中に流れることができる領域を形成することができる。セルを備えた基板は、次いで、導電材料を被着する化学槽内に配置することができる。この導電材料は、セル上の接点とその下の相互接続とをブリッジする。被着後に、組み立て体を洗浄して乾燥することができる。
【０１００】
別の実施形態では、ソーラー電池は、相互接続マトリクスを使用して組み立てることができる。オープンウィーブマトリクス（窓網戸に類似したものなどであり得る）は、例えば、スクイバーのサイズに実質的に一致する精密な寸法に編むことができる。スクイバーの寸法に一致するようにウィーブ内の開口部を調整することで、スクイバーとの良好な嵌合を提供することができ、また、スクイバーを実質的に適所に保持することができる。マトリクスは、スクイバーに損傷を与えたり汚染したりせずに、スクイバーを嵌合することができるあらゆる適切な材料で作製された、あらゆる好適な相互接続膜とすることができる。このようなウィーブは、導電性相互接続として、および／または支持構造として使用することができる。一実施例では、導電性ワイヤを膜の一方の軸上に使用し、絶縁ワイヤを他方の軸上に使用することができる。このような方法を使用することで、多数のスクイバーを容易に並列に配線することができる。別の実施例では、２つ（または２つ以上）の異なる材料を使用して、スクイバーが自己整合できるようにすることができる。これらの材料は、それぞれ疎水性および親水性とすることができ、単一の対称軸を有することができる。別の実施例では、相互接続ウィーブは、最高で４つの異なる材料で作製して、それぞれのスクイバーに複数の相互接続を提供することができる。相互接続としてオープンウィーブを使用することで、相互接続を１つしか作製しなくても、単純なスクリーンプリントをスクイバーの裏面および／または表面に行って、更なる相互接続を提供することができる。一般的に、個々のソーラー電池からソーラーモジュールを構成するには、相互接続が２つだけあればよい。
【０１０１】
正方形または矩形の個々のセルにダイシング加工され、モジュールに組み立てられると、上述の例示的なウエハのようなウエハから作成されたセルは、一般的に効率が２０％であり、完全な日照によって６７ワット以上の出力を発生することができる。従来のソーラー電池ウエハに切断した実質的に同じ量の単結晶シリコン材料では、例えば、５つのウエハによって同じ効率が得られ、約１７ワットを発生する。このことは、同じ量のシリコンからの出力が４倍に改善されるという結果になる。
【０１０２】
このようなプロセスの別の利点は、上述のプロセスステップが、従来のセルに必要なプロセスと複雑性において類似しているが、ウエハ上でのみ行えることである。しかし、従来の方法では、同じ装置を得るために類似したプロセスを５つのウエハに行わければならない。このことは、更なる処理コストの節約をもたらす。
【０１０３】
複数の実施形態の主な利点は、実質的に正方形のセルを使用することである。正方形のセルの一方に二つの接点を配置し、他方にもう一つの接点を配置することによって、基板の凹部内のいかなる配向のセルも成功裏に機能することができる。ダイがどの方向に回転または反転させられても、ダイは、相互接続に接触させるための適切な極性に関して、常に接点と整列する。また、それぞれのセルがどのように回転または反転させられても、この特定の接点レイアウトが機能するように、これらの装置全てを覆う単一の相互接続だけを使用することも可能である。これは、流体組み立てプロセスを大幅に簡素化することができ、例えば、ダイの配向に関係なく、単にダイを凹部に導くだけでよい。
【０１０４】
一実施例では、第１の組および第２の組の離間した側面接点が使用され、セルの配向の変化を可能にするが、一方では適切な接続をさらに提供する。第１の組の側面接点は、第２の組の側面接点とは異なって配置され、例えば、一方の側面の２つの側面接点は、他の側面の３つの接点の間の間隙に対向して配置される。モジュール内に配置されたときに、セルの下に５つの接触線がある場合、セルは、いずれかの方向に反転することができ、接点は、それでも適切な接触線とだけ接触する。
【０１０５】
他の実施形態では、セルはわずかに矩形の構造で作製することができる。例えば、１．５：１、２：１、３：１、または４：１のアスペクト比を有する構造は、種々のシステムおよび／または用途において特定の利点を有する。しかし、このような状況では、完全対称性は存在しない。これらのダイは、単に任意の回転で嵌合するのではなく、凹部の矩形の凹部の配向に適合しなければならず、それによって、例えば、自己組み立てプロセスは、正方形のセルに対するものよりも長く複雑になる可能性がある。しかし、自己組み立てプロセスでは、矩形の形状は、ソーラー電池のダイを、図１２に示されるような０°の配向１２００、または１８０°（あるいは、長軸の配向に基づいて、９０°または２７０°）などの、好適な配向で充填できるようにする。ダイがＺ軸に対して対称であるので、ダイを逆さまに反転させることができる。このような方法によって、相互接続を簡素化することができ、処理済のウエハの切断回数が少なくて済み、充填の問題を実質的に排除することができる。
【０１０６】
いくつかの実施形態では、セルは、導電材料または絶縁体で形成された単数若しくは複数のキースロットまたは単数若しくは複数の突出部とともに、ダイ自体の内部へ、および／または基板の凹部内に作製することができる。スロットは、図１３の実施例１３００に示されるように、接点の突出部をダイの上部および下部に合わせることができる。このように、ダイは、スロットに合う凹部に載せることができる。ダイは、反転させることができるが、常にキースロットと合う配向を有する。本実施形態では、ダイを、その配向で載せることができないときに、ダイの上部および底部へ接触させることができる相互接続を有する必要はない。本実施形態では、３つの中央の相互接続線だけが使用される。
【０１０７】
他の実施形態は、ダイのエッジに沿って配列された複数のスロットおよび／または突出部と、基板内の凹部とを有することができる。これらは対称とされ得、ダイを通常にまたは反転して配向することができる。
【０１０８】
（他の結晶材料）
本願明細書において提供される多数の実施例は、特定の配向のシリコンに関して記述されたものであるが、本願明細書に包含される教示および提案に照らして、当業者に明らかなように、使用できる複数の他の材料および配向があるものと理解されたい。例えば、セルは、ゲルマニウムのような材料から構築することが可能である。このようなセルを使用することで、異なる材料の多数の層を被着することによって、さらにずっと高効率の多接合型セルも形成することが可能である。当該方法の利点は、プロセスが２０倍改善されるなどの、プロセスの大幅な改善となりうる。例えば、大きな表面積を有するウエハを複数の他のウエハとともに炉内に装填することができ、種々のガスを炉内に流して材料を被着して装置を構築することができる。現在、これは、個々のウエハに対して行われ、それぞれのウエハはある特定の表面積しか持たない。薄いウエハが配置された同じスロットには、厚さが２ｍｍのオーダーのウエハが高さまたは幅が２ｍｍのセルとなるような、厚いウエハを配置することができる。このようなプロセスは、最終的に、より多くのガスを使用してより大きな表面積を充填することになるが、ツール自体をより小さなツールとすることができ、費用もかからず、運転回数を減らすことができる。これは、より高い生産性およびより高効率のセルをもたらす。
【０１０９】
（光濃縮器）
更なる利点は、上述のような光起電力セルが構成されて、従来知られているような光濃縮器とともに機能するように構成されたときに得られる。例えば、多数のレンズとして機能するホログラフィックパターンは、図１４に示される正方形または矩形のセル１４００のカラムの反対側の、透明なプラスチック基板の側面にスタンプすることができる。当該の濃縮器は、セルのカラムの配列の上へ、太陽放射を収束させることができる。領域全体を覆うような配列を使用する代わりに、装置は、図１４に示されるような、セルのカラムまたは線状配列１４０２だけを含むことができる。これによって、必要なセルの数を減じることができ、したがって、装置のコストを低減することができる。図１４の実施例では、濃縮器セルのないシステムの同じ領域に必要なセルの数の１／４のセルを使用する。この濃縮器は、フレネルレンズを使用することが可能な従来の濃縮器と異なり、太陽がモジュールに対して有する角度の範囲にわたって太陽放射を収束させることができる。濃縮器自体は損失をもたらすが、示された実施例に関しては、濃縮器の効率は７５％であり、システムは、従来のシリコンのセルに比べて、同じ出力に対するシリコンの全体的利用が１／１２である。
【０１１０】
いくつかの実施形態では、材料の表面に直角に優先的にエッチングすることができるエッチング剤を有する結晶構造を呈する光起電力材料を使用することができる。いくつかの実施形態では、Ｂｏｓｃｈシリコンエッチングプロセスのような乾式エッチングプロセスを使用して、ウエハをセグメントに切断することができる。いくつかの実施形態では、レーザーを使用して、光起電力材料をセグメントに切断することができる。いくつかの実施形態では、高圧流体のナロージェットを使用して、光起電力材料をセグメントに切断することができる。
【０１１１】
当業者には、上述の説明を考慮すれば、上述の実施形態の複数の変形例があることが明らかとなるものと認識されたい。したがって、本発明は、本願明細書において図とともに記載された本発明の特定の実施形態および方法に限定されるものではない。むしろ、本発明の範囲は、以下の請求項およびそれらの同等物によって限定される。
【図面の簡単な説明】
【０１１２】
【図１】図１は、本発明の一実施形態による、光起電力セルの組み立て体を示す図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態による、光起電力セルの配列を示す図である。
【図３ａ】図３（ａ）および図３（ｂ）は、本発明の一実施形態に基づいて使用することができるスロットパターンを示す図である。
【図３ｂ】図３（ａ）および図３（ｂ）は、本発明の一実施形態に基づいて使用することができるスロットパターンを示す図である。
【図４】図４は、本発明の一実施形態に基づいて使用することができるセル形成方法のステップを示す図である。
【図５】図５は、本発明の一実施形態による、細片を配列するためのグリッドを示す図である。
【図６】図６は、本発明の一実施形態による、光起電力セルの組み立て体を示す図である。
【図７】図７は、本発明の一実施形態による、バイアのエッチングを示す図である。
【図８】図８は、本発明の一実施形態による、光起電力セルの正面図である。
【図９】図９は、本発明の一実施形態による、オーバーレイされた相互接続を備えた基板内に組み込まれた２つのセルの側面図である。
【図１０】図１０は、本発明の一実施形態による、相互接続を有する４×４のセルの配列の一実施例を示す図である。
【図１１】図１１は、本発明の一実施形態による、オーバーレイされた一組の相互接続および各線に対する電位を有する、１つの可能な配向における図７のセルの正面／側面図である。
【図１２】図１２は、本発明の一実施形態による、各セルが同じ配向である垂直カラム内の３つ一組のセルを示す図である。
【図１３】図１３は、本発明の一実施形態による、単一のセルおよびセルがその中に挿入されるキー付スロットを示す図である。
【図１４】図１４は、本発明の一実施形態による、光起電力セル組み立て体のカラム間に相互接続を有する４カラム１組のセルを示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３（ａ）】
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【図３（ｂ）】
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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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【国際調査報告】
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2009510724.tif 000019