(57)【要約】モジュール（１１）の表面全体に亘って導電層（通常一つ又は複数の金属層２３，２８）を形成してモジュール内の全てのセルに全てのコンタクト（１９，３２）を形成し、次いで一連の直線高速レーザスクライブを用いて導電層を一連のストリップに罫書きすることによって、相互接続構造が与えられる。次いでストリップは、各交互ストリップを切断するためにオン及びオフされるレーザを用いて第１罫書き方向に横切って罫書きすることによって、個々のリンクに分割される。電池のｐ型領域はホール（１９）を介して接続され、ｎ型領域はホール（３２）を介して接続される。シリコン膜（１２）は、絶縁溝（１６）によってセル（３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄ）に分割される。第１実施例では、各第２横断罫書きは、一ストリップだけオフセットされており、その結果、各ストリップは、リンクの半分のピッチに等しい距離だけオフセットされた２つのリンクと両側で重なり合うリンクに切断される。リンクのピッチは、２つのセルの幅に等しく、横断罫書きは、モジュールの隣接する電池間の電池境界を表す下の電池配置における中断と同時に行われるか又は該中断の近くで行われる。第２実施例では、平行に延在するストリップを分離する長手方向中断を横切って導電ブリッジが延在する。この実施例では、セルのための同様の種類のコンタクトパッドが、ｐ型コンタクトパッド及びｎ型コンタクトパッドの交互列を用いてセル境界に横切って延在する列になって整列される。
2005500701.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列に接続された複数の光起電力電池を備えた光起電力装置であって、
電池の相互接続が、各電池のｐ型領域におけるある点の、アレイ中の他の電池のｎ型領域における各点への複数の分離平行接続を介して形成され、前記分離平行接続は全て、複数の細長ストリップを形成するよう罫書きされた単一の導電性材料層から形成され、各ストリップは、電池境界に対応する通常の間隔で中断している、光起電力装置において、
前記中断は、Ｎ番目の電池境界ごとに又はＮ番目の電池境界ごとの付近に配置され、ここでＮは２よりも大きいか又は２と等しく、
いずれか一つのストリップが中断している前記電池境界は、直近のストリップが中断している電池境界からオフセットされており、その結果、Ｎ番目のストリップごとの中断が整列され、かつ
特定のストリップによって接続されるべき各電池対は、各ストリップに接続されていないＮ−２個の介在電池によって、各ストリップがこれら介在電池上を通過する箇所で分離される、
ことを特徴とする光起電力装置。
【請求項２】
請求項１記載の装置において、
Ｎは２に等しく、かつ接続された電池を分離する介在電池はないことを特徴とする装置。
【請求項３】
直列に接続された複数の平行に延在する細長い光起電力電池を備えた光起電力装置であって、
隣接する電池を有する各電池の直列接続が、各電池のｐ型領域における点の、アレイ中の隣接する電池のｎ型領域における各複数の点への複数の分離平行接続を介して形成され、
前記分離平行接続は全て、平行延在電池を分割する電池境界に対応して横方向に延在する複数の細長ストリップを形成するよう罫書きされた単一の導電材料層から形成され、
各ストリップは、第２電池境界ごとに又は第２電池境界ごとの近傍で中断され、
隣接するストリップは、交互の電池境界で中断されている
ことを特徴とする光起電力装置。
【請求項４】
複数の平行に延在する細長い光起電力電池を備えた光起電力装置であって、
複数の第１導電コンタクトが、各電池のｐ型領域を、個々の電池の一側に隣接する電池のｎ型領域へ接続し、
複数の第２導電コンタクトが、各電池のｎ型領域を、個々の電池の前記一側と反対側に隣接する電池のｐ型領域へ接続し、
前記第１及び第２導電コンタクトは全て、前記平行延在電池を分割する電池境界に対応して横方向に延在する複数の細長ストリップを形成するよう罫書きされた単一の導電材料層から形成され、
各ストリップは、第２電池境界ごとに又は第２電池境界ごとの近傍で中断され、
隣接するストリップは、交互の電池境界で中断されている
ことを特徴とする光起電力装置。
【請求項５】
請求項１，２，３，又は４記載の装置において、
ｐ型半導体領域及びｎ型半導体領域の一つは、他の半導体領域の下にあり、
下にある半導体材料領域への導電経路は、接続点付近における他の領域の半導体材料の特性を変更することによって形成される
ことを特徴とする装置。
【請求項６】
請求項１，２，３，又は４記載の装置において、
下にある半導体材料領域への導電経路は、導電材料層を形成する工程の結果として形成されることを特徴とする装置。
【請求項７】
請求項１，２，３，４，又は５記載の装置において、
下にある第２半導体材料層への導電経路は、導電材料層の形成に関連した連結点付近の外側領域の半導体材料の特性を変更する工程の結果として形成されることを特徴とする装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一項に記載の装置において、
前記光起電力装置は、非反射性コーティングが形成された加工ガラス基板と、フィルム表面に平行な平面に接合部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シリコンフィルムと、を備えた多結晶薄膜シリコン太陽電池であることを特徴とする装置。
【請求項９】
請求項８記載の装置において、
絶縁層が、単一の絶縁材料層を含むシリコンフィルム上に配置されていることを特徴とする装置。
【請求項１０】
請求項８記載の装置において、
絶縁層が、薄い不動態化層と異なる誘電体材料の厚い層とを含む複数の層を備えたシリコンフィルム上に配置されていることを特徴とする装置。
【請求項１１】
請求項１０記載の装置において、
前記不動態化層は、窒化ケイ素又は酸化ケイ素の層を含むことを特徴とする装置。
【請求項１２】
請求項１１記載の装置において、
前記不動態化層は、５０〜２００ｎｍの範囲の厚さであることを特徴とする装置。
【請求項１３】
請求項１１又は１２記載の装置において、
前記不動態化層は、９０〜１１０ｎｍの範囲の厚さであることを特徴とする装置。
【請求項１４】
請求項１１，１２，又は１３記載の装置において、
厚い誘電体層は、有機樹脂層であることを特徴とする装置。
【請求項１５】
請求項１４記載の装置において、
厚い誘電体層は、ノボラック樹脂層であることを特徴とする装置。
【請求項１６】
請求項１４又は１５記載の装置において、
厚い誘電体層は、２〜５μｍの厚さを有することを特徴とする装置。
【請求項１７】
請求項１４又は１５記載の装置において、
厚い誘電体層は、３〜４μｍの厚さを有することを特徴とする装置。
【請求項１８】
請求項１から１７のいずれか一項に記載の装置において、
前記接続点は、コンタクトが形成される絶縁層内の開口部を介して形成されていることを特徴とする装置。
【請求項１９】
請求項１８記載の装置において、
ｐ型コンタクトが形成される絶縁層内の開口部は、５０〜５００μｍの範囲の直径を有することを特徴とする装置。
【請求項２０】
請求項１８記載の装置において、
ｐ型コンタクトが形成される絶縁層内の開口部は、１４０〜１６０μｍの範囲の直径を有することを特徴とする装置。
【請求項２１】
請求項１８，１９，又は２０記載の装置において、
ｎ型コンタクトが形成される絶縁層内の開口部は、２５〜１００μｍの範囲の直径を有することを特徴とする装置。
【請求項２２】
請求項１８，１９，又は２０記載の装置において、
ｎ型コンタクトが形成される絶縁層内の開口部は、３５〜４５μｍの範囲の直径を有することを特徴とする装置。
【請求項２３】
請求項９から２２のいずれか一項に記載の装置において、
開口部は、実質的に円形であることを特徴とする装置。
【請求項２４】
請求項９から２２のいずれか一項に記載の装置において、
前記開口部は、形状が細長いことを特徴とする装置。
【請求項２５】
請求項２３又は２４記載の装置において、
ｎ型ホールは、電池領域の一部の分離を防止するよう間隔を置いて配置されていることを特徴とする装置。
【請求項２６】
請求項１から２７のいずれか一項に記載の装置において、
前記導電層の罫書きは、１００〜２００μｍの範囲の罫書き幅を有することを特徴とする装置。
【請求項２７】
請求項２６記載の装置において、
前記罫書き幅は、１４０〜１６０μｍの範囲であることを特徴とする装置。
【請求項２８】
請求項１から２７のいずれか一項に記載の装置において、
コンタクトを形成する導電層は、単一の金属層を含むことを特徴とする装置。
【請求項２９】
請求項２８記載の装置において、
前記導電層は、アルミニウムを含むことを特徴とする装置。
【請求項３０】
請求項１から２７のいずれか一項に記載の装置において、
前記導電層は、複数の異なる金属層を含むことを特徴とする装置。
【請求項３１】
請求項３０記載の装置において、
前記導電層は、ニッケル、銀、又は銅の薄い金属層を含むことを特徴とする装置。
【請求項３２】
請求項３１記載の装置において、
前記薄い金属層は、５〜２０ｎｍの範囲の厚さを有することを特徴とする装置。
【請求項３３】
請求項３１記載の装置において、
前記薄い金属層は、９〜１１ｎｍの厚さを有することを特徴とする装置。
【請求項３４】
請求項３１，３２，又は３３記載の装置において、
前記導電層は、前記薄い金属層上に形成されたアルミニウム層を含むことを特徴とする装置。
【請求項３５】
請求項２９又は３４記載の装置において、
前記アルミニウム層は、５０〜１５０ｎｍの範囲の厚さを有することを特徴とする装置。
【請求項３６】
請求項２９又は３４記載の装置において、
前記アルミニウム層は、９０〜１１０ｎｍの厚さを有することを特徴とする装置。
【請求項３７】
請求項１から２７のいずれか一項に記載の装置において、
前記導電層は、高濃度にドープされた半導体材料層を含むことを特徴とする装置。
【請求項３８】
請求項１から２７のいずれか一項に記載の装置において、
前記導電層は、導電性高分子層を含むことを特徴とする装置。
【請求項３９】
光起電力装置の表面にコンタクト構造を形成する方法であって、
前記光起電力装置は、電池境界を形成する半導体材料における中断によって複数の光起電力電池に分割された、接合部を形成する異なるドーパント極性の半導体材料の少なくとも２つの層領域を備え、前記コンタクトは直列接続アレイに電池を相互接続するよう配置される方法において、
半導体装置の背面に絶縁層を形成する段階と、
前記絶縁層に導電コンタクト層を形成する段階と、
前記導電層を形成すると同時に又は前記導電層を形成した後のどちらかに、前記導電層と前記半導体材料のｐ型領域及びｎ型領域との間に接続を形成する段階と、
電池の長手方向に対して横方向に延在する一連の分離導電ストリップを製造するために導電層を罫書きする段階であって、各導電ストリップは、接続すべき複数の電池対を通過するとともに、個々のストリップによって接続されるべき各電池対の各電池の一のコンタクト領域へ接続されており、各導電ストリップは、各個々の対の電池の第１及び第２コンタクト領域を選択的に通過し、これにより各ストリップが、導電ストリップによって相互接続されるべき各電池対における各電池の前記第１半導体材料層又は前記第２半導体材料層と交互に電気的接続を形成し、かつ各ストリップが、個々の電池対の各電池においてのみ一のドーパント極性の半導体材料との接続を形成する、段階と、
Ｎが２よりも大きな整数であるか又は２と等しい、Ｎ番目の電池境界ごとに又はＮ番目の電池境界ごと付近で各ストリップを中断する段階であって、いずれか一つのストリップが中断している電池境界は、直近のストリップが中断される電池境界からオフセットされており、その結果、Ｎ番目のストリップごとの中断物が整列され、接続されるべき各電池対は、Ｎ−２個の電池を通過するときに個々のストリップへ接続されていないＮ−２個の電池によって分離される、段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項４０】
請求項３９記載の方法において、
Ｎは２に等しく、かつ接続された電池を分離する介在電池はないことを特徴とする方法。
【請求項４１】
光起電力装置の表面にコンタクト構造を形成する方法であって、
前記光起電力装置は、半導体材料に電池境界を形成する平行な中断物によって複数の平行延在細長光起電力電池へ分割された、接合部を形成する異なるドーパント極性の半導体材料の少なくとも２つの層領域を備え、前記コンタクトは、直列接続アレイに電池を相互接続するよう配置される方法において、
半導体装置の背面に絶縁層を形成する段階と、
前記絶縁層に導電コンタクト層を形成する段階と、
前記導電層を形成すると同時に又は前記導電層を形成した後のどちらかに、前記導電層と前記半導体材料のｐ型領域及びｎ型領域との間に接続を形成する段階と、
一連の電池の各電池の一のコンタクト領域をそれぞれが通過する一連の分離導電ストリップを製造するために前記導電層を罫書きする段階であって、各導電ストリップは、個々の一連の電池の第１及び第２コンタクト領域を選択的に通過し、これにより個々のストリップが、各電池の第１半導体材料層又は第２半導体材料層と電気的接続を形成し、かつ各ストリップが、個々の一連の電池の各電池においてのみ一のドーパント極性の半導体材料との接続を形成する、段階と、
交互の電池境界で中断された隣接ストリップを用いて第２電池境界ごとで又は第２電池境界ごと付近で各ストリップを中断する段階と、
を備えることを特徴とする方法。
【請求項４２】
請求項３９，４０，又は４１記載の方法において、
開口部が前記絶縁層に形成され、前記導電層と個々のｐ型領域及びｎ型領域との間の接続は、前記絶縁層内の開口部を介して形成されることを特徴とする方法。
【請求項４３】
光起電力装置の表面にコンタクト構造を形成する方法であって、
前記光起電力装置は、半導体材料に電池境界を形成する平行な中断物によって複数の平行延在細長光起電力電池へ分割された、接合部を形成する異なるドーパント極性の半導体材料の少なくとも２つの層領域を備え、前記コンタクトは、直列接続アレイに電池を相互接続するよう配置された方法において、
半導体装置の背面に絶縁層を形成する段階と、
各電池の第１コンタクト領域に、第１ドーパント極性の第１上積半導体材料層の活性面を露出するように、前記絶縁層を貫通する第１開口部を形成する段階と、
前記第１上積半導体材料層の背面との電気的接続を形成するように第１開口部へ延在する第１導電コンタクト層を前記絶縁層上に形成する段階と、
前記第１導電コンタクト層及び前記絶縁層を貫通する第２開口部を形成する段階であって、各電池の第２コンタクト領域内の少なくとも一つの位置に、第２ドーパント極性の下積第２半導体材料層に対して接続が形成されるべきである、段階と、
各第２開口部の下に第２ドーパント極性の下積第２半導体材料層への導電経路を形成する段階であって、該導電経路は前記下積第２半導体材料層と個々の第２開口部における絶縁層の下の背面との間に延在している、段階と、
前記第１導電層上に第２導電コンタクト層を形成する段階であって、該第２導電層は、前記第２開口部へ延在し、かつ前記第２開口部を介して第２半導体材料層と電気的な接続を形成する、段階と、
一連の電池の各電池の一のコンタクト領域をそれぞれが通過する一連の分離導電ストリップを製造するために導電層を罫書きする段階であって、各導電ストリップは、個々の一連の電池の第１及び第２コンタクト領域を選択的に通過し、これにより個々のストリップがブリッジ領域又は各電池の第２半導体材料層との電気的な接続を形成し、かつ各ストリップが個々の一連の電池の各電池においてのみ一のドーパント極性の半導体材料との接続を形成する、段階と、
交互の電池境界で中断された隣接ストリップを用いて第２電池境界ごとで又は第２電池境界ごと付近で各ストリップを中断する段階と、
を備えることを特徴とする方法。
【請求項４４】
請求項４３記載の方法において、
前記第２開口部は、前記下積第２半導体材料層に延在していることを特徴とする方法。
【請求項４５】
請求項４４記載の方法において、
前記下積第２半導体材料層への導電経路は、前記第２開口部の周囲かつ下の材料の特性を変更することによって形成されることを特徴とする方法。
【請求項４６】
請求項４３記載の方法において、
前記下積第２半導体材料層への導電経路は、前記第２開口部へ延在する導電コンタクト層を形成する工程の結果として形成されることを特徴とする方法。
【請求項４７】
請求項４３記載の方法において、
前記下積第２半導体材料層への導電経路は、前記第２開口部へ延在する導電コンタクト層を形成する工程の結果として形成され、かつ前記第２開口部の周囲かつ下の材料の特性を変更することによって形成されることを特徴とする方法。
【請求項４８】
請求項３９から４７のいずれか一項に記載の方法において、
前記光起電力装置は、非反射性コーティングが形成された加工ガラス基板に形成された多結晶薄膜シリコン太陽電池であり、かつ
シリコンフィルムが、該フィルムの表面に平行な平面内に接合部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ことを特徴とする方法。
【請求項４９】
請求項３９から４７のいずれか一項に記載の方法において、
前記シリコンフィルムに形成された絶縁層は、単一の絶縁材料層であることを特徴とする方法。
【請求項５０】
請求項３９から４７のいずれか一項に記載の方法において、
前記シリコンフィルムに形成された絶縁層は、薄い不動態化層と異なる誘電体材料の厚い層とを含む複数の層を含むことを特徴とする方法。
【請求項５１】
請求項５０記載の方法において、
前記不動態化層は、窒化ケイ素又は酸化ケイ素の層を含むことを特徴とする方法。
【請求項５２】
請求項５１記載の方法において、
前記不動態化層は、５０〜２００ｎｍの範囲の厚さに形成されていることを特徴とする方法。
【請求項５３】
請求項５１記載の方法において、
前記不動態化層は、９０〜１１０ｎｍの厚さの範囲であることを特徴とする方法。
【請求項５４】
請求項５０，５１，５２，又は５４記載の方法において、
厚い誘電体層は、有機樹脂層であることを特徴とする方法。
【請求項５５】
請求項５４記載の方法において、
厚い誘電体層は、ノボラック樹脂層であることを特徴とする方法。
【請求項５６】
請求項５４又は５５記載の方法において、
厚い誘電体層は、２〜５μｍの範囲の厚さを有することを特徴とする方法。
【請求項５７】
請求項５４又は５５記載の方法において、
厚い誘電体層は、３〜４μｍの範囲の厚さを有することを特徴とする方法。
【請求項５８】
請求項３９から５７のいずれか一項に記載の方法において、
ｐ型コンタクトが形成された絶縁層に形成された開口部は、５０〜５００μｍの範囲の直径を有することを特徴とする方法。
【請求項５９】
請求項５８記載の方法において、
ｐ型コンタクトが形成された絶縁材料に形成された開口部は、１４０〜１６０μｍの範囲の直径を有することを特徴とする方法。
【請求項６０】
請求項５８又は５９に記載の方法において、
ｎ型コンタクトが形成された絶縁材料の開口部は、２５〜１００μｍの範囲の直径を有することを特徴とする方法。
【請求項６１】
請求項６０記載の方法において、
ｎ型コンタクトが形成された絶縁材料の開口部は、３５〜４５μｍの範囲の直径を有することを特徴とする方法。
【請求項６２】
請求項４９から６１のいずれか一項に記載の方法において、
前記絶縁材料の開口部は、実質的に円形に形成されていることを特徴とする方法。
【請求項６３】
請求項４９から６１のいずれか一項に記載の方法において、
前記絶縁材料の開口部は、細長形状に形成されていることを特徴とする方法。
【請求項６４】
請求項６２又は６３記載の方法において、
ｎ型コンタクトのための開口部は、前記電池領域の一部の分離を妨げるために間隔を置いて形成されていることを特徴とする方法。
【請求項６５】
請求項４９から６４のいずれか一項に記載の方法において、
前記開口部は、レーザを用いて形成されることを特徴とする方法。
【請求項６６】
請求項６５記載の方法において、
前記開口部の形状は、該開口部を形成するために用いられたレーザビームの形状によって決定されることを特徴とする方法。
【請求項６７】
請求項３９から６６のいずれか一項に記載の方法において、
前記導電層を罫書きする段階は、レーザを用いて行われることを特徴とする方法。
【請求項６８】
請求項６７記載の方法において、
前記導電層を罫書きする段階は、重複レーザパルスが下積絶縁材料を著しく除去することなく前記導電材料層を完全に除去することを可能にする速度で行われることを特徴とする方法。
【請求項６９】
請求項６７又は６８記載の方法において、
高出力レーザが、前記導電層を罫書きするために用いられ、該レーザは、下積絶縁材料の除去を防止するためにデフォーカスされることを特徴とする方法。
【請求項７０】
請求項６７，６８，又は６９記載の方法において、
前記導電層を罫書きする段階は、１００〜２００μｍの範囲の罫書き幅を達成するよう実施されることを特徴とする方法。
【請求項７１】
請求項７０記載の方法において、
前記罫書き幅は、１４０〜１６０μｍの範囲であることを特徴とする方法。
【請求項７２】
請求項３９から７１のいずれか一項に記載の方法において、
コンタクトを形成する前記導電層は、単一の金属層として形成されることを特徴とする方法。
【請求項７３】
請求項７２記載の方法において、
前記導電層は、アルミニウム層を含むことを特徴とする方法。
【請求項７４】
請求項３９から７３のいずれか一項に記載の方法において、
前記導電層は、複数の異なる材料層として形成されることを特徴とする方法。
【請求項７５】
請求項７４記載の方法において、
前記導電層を形成する段階は、ニッケル、銀、又は銅の薄い層を形成する段階を含むことを特徴とする方法。
【請求項７６】
請求項７５記載の方法において、
前記薄い金属層は、５〜２０ｎｍの範囲の厚さに形成されることを特徴とする方法。
【請求項７７】
請求項７６記載の方法において、
前記薄い金属層は、９〜１１ｎｍの厚さに形成されることを特徴とする方法。
【請求項７８】
請求項７５，７６，又は７７記載の方法において、
アルミニウム層が、前記薄い金属層上に形成されることを特徴とする方法。
【請求項７９】
請求項７３又は７８記載の方法において、
前記アルミニウム層は、５０〜１５０ｎｍの範囲の厚さに形成されることを特徴とする方法。
【請求項８０】
請求項７９記載の方法において、
前記アルミニウム層は、９０〜１１０ｎｍの厚さに形成されることを特徴とする方法。
【請求項８１】
請求項３９から７１のいずれか一項に記載の方法において、
前記導電層は、高濃度にドープされた半導体材料から形成されていることを特徴とする方法。
【請求項８２】
請求項３９から７１のいずれか一項に記載の方法において、
前記導電層は、導電性高分子材料から形成されていることを特徴とする方法。
【請求項８３】
直列に接続された複数の平行に延在する細長い光起電力電池を備えた光起電力装置であって、
電池の相互接続が、アレイ中の他の電池のｎ型領域における個々の点への各電池のｐ型領域における点の複数の分離接続を介して形成され、
前記分離接続は全て、電池境界に対して横方向に延在する複数の細長ストリップを形成するように罫書きされた単一の導電材料層から形成され、
前記罫書きは、平行に延在するストリップを分割する中断物を形成し、
各ストリップはまた、電池領域に対応して又は電池領域付近において一定の間隔で中断され、
導電コンタクトは、前記分離接続を形成するために、前記平行に延在するストリップを分割する中断物を横断して延在することを特徴とする光起電力装置。
【請求項８４】
請求項８３記載の装置において、
前記ストリップは、類似したコンタクトを形成する列に整列され、
前記列は、ｐ型コンタクト及びｎ型コンタクトを交互に形成する
ことを特徴とする装置。
【請求項８５】
請求項８４記載の装置において、
ｐ型コンタクトを形成する前記ストリップは、ｎ型コンタクトを形成するこれらストリップに対して前記電池境界の方向で測定されるように異なる幅を有することを特徴とする装置。
【請求項８６】
請求項８３から８５のいずれか一項に記載の装置において、
前記光起電力装置は、非反射性コーティングが形成された加工ガラス基板と、フィルムの表面に平行な平面に接合部を形成する少なくとも２つの反対側にドープされた領域を有するシリコンフィルムと、を備えた多結晶薄膜シリコン太陽電池であることを特徴とする装置。
【請求項８７】
請求項８６記載の装置において、
絶縁層が、単一の絶縁材料層を備えたシリコンフィルム上に配置されていることを特徴とする装置。
【請求項８８】
請求項８６記載の装置において、
絶縁層が、薄い不動態化層と厚い異なる誘電体材料層とを含む複数の層を備えたシリコンフィルム上に配置されていることを特徴とする装置。
【請求項８９】
請求項８８記載の装置において、
前記不動態化層は、窒化ケイ素又は酸化ケイ素の層を含むことを特徴とする装置。
【請求項９０】
請求項８９記載の装置において、
前記不動態化層は、５０〜２００ｎｍの厚さの範囲であることを特徴とする装置。
【請求項９１】
請求項８９又は９０記載の装置において、
前記不動態化層は、９０〜１１０ｎｍの厚さの範囲であることを特徴とする装置。
【請求項９２】
請求項８９，９０，又は９１記載の装置において、
前記厚い誘電体層は、有機樹脂層であることを特徴とする装置。
【請求項９３】
請求項９２記載の装置において、
前記厚い誘電体層は、ノボラック樹脂層であることを特徴とする装置。
【請求項９４】
請求項９２又は９３記載の装置において、
前記厚い誘電体層は、２〜５μｍの厚さを有することを特徴とする装置。
【請求項９５】
請求項９４記載の装置において、
前記厚い誘電体層は、３〜４μｍの厚さを有することを特徴とする装置。
【請求項９６】
請求項８３から９５のいずれか一項に記載の装置において、
前記接続点は、コンタクトが形成された絶縁層内の開口部を介して形成されていることを特徴とする装置。
【請求項９７】
請求項９６記載の装置において、
ｐ型コンタクトが形成された絶縁層内の開口部は、１００〜５００μｍの範囲の直径を有することを特徴とする装置。
【請求項９８】
請求項９６記載の装置において、
ｐ型コンタクトが形成された絶縁層内の開口部は、１４０〜１６０μｍの範囲の直径を有することを特徴とする装置。
【請求項９９】
請求項９８記載の装置において、
ｎ型コンタクトが形成された絶縁層内の開口部は、２５〜１００μｍの範囲の直径を有することを特徴とする装置。
【請求項１００】
請求項９９記載の装置において、
ｎ型コンタクトが形成された絶縁層内の開口部は、３５〜４５μｍの範囲の直径を有することを特徴とする装置。
【請求項１０１】
請求項９６から１００のいずれか一項に記載の装置において、
前記開口部は、実質的に円形であることを特徴とする装置。
【請求項１０２】
請求項８５から１０１のいずれか一項に記載の装置において、
前記罫書きは、単一の導電材料層のレーザーアブレーション領域によって形成されていることを特徴とする装置。
【請求項１０３】
請求項１０２記載の装置において、
前記分離接続は、水平罫書きの間にレーザを定期的にスイッチオフすることによって形成されていることを特徴とする。
【請求項１０４】
請求項１０２記載の装置において、
前記分離接続は、水平罫書きが形成されるべきである線を横切って延在する絶縁層内の細長貫通孔を形成することによって形成され、前記細長貫通孔は、前記装置を形成する工程の間に導電材料層を用いて続けてコーティングされるか又は部分的に満たされ、前記導電材料は、レーザによって生成された熱が下積シリコンへ伝導されるために貫通孔上を罫書きレーザが通過している間にアブレーションされないままであることを特徴とする装置。
【請求項１０５】
請求項１０４記載の装置において、
細長ホールは、一連の重複する大部分が円形のホールを含むことを特徴とする装置。
【請求項１０６】
光起電力装置の表面にコンタクト構造を形成する方法であって、
前記光起電力装置は、電池境界を形成する半導体材料における中断物によって複数の光起電力電池に分割された、接合部を形成する異なるドーパント極性の半導体材料の少なくとも２つの層領域を備え、前記コンタクトが直列接続アレイで電池を相互接続するよう配置された方法において、
半導体装置の背面に絶縁層を形成する段階と、
前記絶縁層に導電コンタクト層を形成する段階と、
前記導電層を形成すると同時に又は前記導電層を形成した後に、前記導電層と前記半導体材料のｐ型領域及びｎ型領域との間に接続を形成する段階と、
前記電池の長手方向に対して横方向に延在する一連の導電ストリップを生成するために前記導電層を罫書きする段階と、を備え、
前記罫書きする段階は、一の電池のｐ型領域における点を他の電池のｎ型領域における点へ接続する横方向罫書きを横切って延在する導電ブリッジを残すよう構成されることを特徴とする方法。
【請求項１０７】
請求項１０６記載の方法において、
前記導電層を罫書きする段階は、前記単一の導電材料層のレーザーアブレーション領域によって実施されることを特徴とする方法。
【請求項１０８】
請求項１０７記載の方法において、
前記分離接続は、アブレーションされていない導電領域を残すための罫書きの間レーザを定期的にスイッチオフすることによって形成されることを特徴とする方法。
【請求項１０９】
光起電力装置の表面にコンタクト構造を形成する方法であって、
前記光起電力装置は、半導体材料に電池境界を形成する平行中断物によって複数の平行延在細長光起電力電池へ分割された、接合部を形成する異なるドーパント極性の半導体材料の少なくとも２つの層領域を備え、前記コンタクトは、直列接続アレイに電池を相互接続するよう配置された方法において、
半導体装置の背面に絶縁層を形成する段階と、
前記絶縁層に導電コンタクト層を形成する段階と、
前記導電層を形成すると同時に又は前記導電層を形成した後に、前記導電層と前記半導体材料のｐ型領域及びｎ型領域との間に接続を形成する段階と、
一連の電池の各電池の一のコンタクト領域をそれぞれが通過する一連の導電ストリップを生成するために前記導電層を罫書きする段階であって、各導電ストリップは、中断物を横切って延在するブリッジによって接続され、これにより各ストリップは、個々の一連の電池の各電池においてのみ一つのドーパント極性の半導体材料との接続を形成する、段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１１０】
請求項１０９記載の方法において、
前記導電層を罫書きする段階は、単一の導電材料層のレーザーアブレーション領域を用いて実施されることを特徴とする方法。
【請求項１１１】
請求項１１０記載の方法において、
前記ブリッジは、水平罫書きの間レーザを定期的にスイッチオフすることによって形成されることを特徴とする方法。
【請求項１１２】
請求項１０９記載の方法において、
前記分離接続は、水平罫書きが形成されるべきである線を横切って延在しかつ導電材料層を用いて続けてコーティングされるか又は部分的に満たされる前記絶縁層内の細長貫通孔を形成することによって形成され、
前記導電材料は、レーザによって生成された熱の下積シリコンへの伝導のために前記貫通孔上に罫書きレーザを通過させている間アブレーションされないままであることを特徴とする方法。
【請求項１１３】
請求項１１２記載の方法において、
前記細長ホールを形成する段階は、一連の重複する大部分が円形のホールを形成する段階を含むことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光起電力装置の製造に関し、特に本発明は、マルチセルアレイ（multi-cell array）内の直列接続された電池のための新しい相互接続配置を提供する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電力生成に使用される光起電力装置は、直並列接続されたアレイ（series parallel connected array）を生成するために、伝導バンド又は伝導層（例えば金属又は透明導電性酸化物など）によって相互接続された個々の電池のアレイとして構成されている。
【０００３】
電池の並列接続が出力電流を上げる一方で、単一の電池によって達成され得るよりも高い出力電圧を与えるために、個々の電池の直列接続が使用される。平行な経路の間に比較的高いレベルの相互接続が形成されている場合には、装置内に電池の直列接続及び並列接続両方を準備すると、個々の電池又は一団の電池において性能が一時的又は永久的に劣化するために、装置の性能の劣化が最小化されるという付加的な効果が得られる。例えば、汚物又は鳥の糞は、装置の小さな領域において、電池によって生成された電流を減少させることがあり、これら電池と直列に接続された全ての電池において電流の流れを制限する。しかしながら、他の直列接続電池との並列接続は、冒された電池の周囲に電流が流れることを可能にし、かつ装置全体に与える影響を最小化する。
【０００４】
コンタクト材料と比較したとき電池本体の半導体材料の導電性が比較的低いために、半導体材料のキャリヤがコンタクトに到達する前に強制的に横方向に流される距離を減少させることによって、装置における直列抵抗が減少するよう個々の電池の表面に複数のコンタクトを与えることもまた、一般的な慣例である。
【０００５】
いかなる大面積光起電力モジュールでも、モジュールに対して散乱される分路又は短絡がある。これら短絡によって汲み上げられた電流は、負荷に加えられ得る電流から直接取り去られる。薄膜モジュールでは、短絡は通常、（例えば金属コンタクト層内に分割が形成されるのを局所的に防止する汚染物質のために）、又は下積半導体から金属コンタクト層を分離するよう意図された絶縁層内のピンホールのために、金属コンタクト間のとても小さなブリッジで起こる。短絡と装置性能の局所的な低下とによって引き起こされる問題は、モジュール内の電池の直列接続及び並列接続のレベルが上昇するにつれ減少するが、しかしながら、金属被覆パターンの複雑性が増すことをも意味する。
【０００６】
複雑なコンタクトパターンを有する装置を製造するコストは、装置製造のコスト全体において重要な要因であり、正確な整列工程を必要とするためにパターンの複雑性が増すことで増加し、かつレーザパターニングの場合には、複雑性がそれ程でなくとも速度が著しく減少する。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の態様によれば、この発明は、直列に接続された複数の光起電力電池を備えた光起電力装置であって、電池の相互接続が、各電池のｐ型領域におけるある点の、アレイ中の他の電池のｎ型領域における各点への複数の分離平行接続を介して形成され、前記分離平行接続は全て、複数の細長ストリップを形成するよう罫書きされた単一の導電性材料層から形成され、各ストリップは、電池境界に対応する一定の間隔で中断されている、光起電力装置において、前記中断は、Ｎ番目の電池境界ごとに又はＮ番目の電池境界ごとの付近に配置され、ここでＮは２よりも大きいか又は２と等しく、いずれか一つのストリップが中断される前記電池境界は、直近のストリップが中断される電池境界からオフセットされており、その結果、Ｎ番目のストリップごとの中断が整列され、かつ特定のストリップによって接続されるべき各電池対は、各ストリップに接続されていないＮ−２個の電池によって、各ストリップがこれら介在電池上を通過するときに分離されることを特徴とする光起電力装置にある。
【０００８】
第２の態様によれば、この発明は、光起電力装置の表面にコンタクト構造を形成する方法であって、前記光起電力装置は、電池境界を形成する半導体材料における中断によって複数の光起電力電池に分割された、接合部を形成する異なるドーパント極性の半導体材料の少なくとも２つの層領域を備え、前記コンタクトは直列接続アレイに電池を相互接続するよう配置される方法において、
半導体装置の背面に絶縁層を形成する段階と、
前記絶縁層に導電コンタクト層を形成する段階と、
前記導電層を形成すると同時に又は前記導電層を形成した後のどちらかに、前記導電層と前記半導体材料のｐ型領域及びｎ型領域との間に接続を形成する段階と、
電池の長手方向に対して横方向に延在する一連の分離導電ストリップを製造するために導電層を罫書きする段階であって、各導電ストリップは、接続すべき複数の電池対を通過するとともに、個々のストリップによって接続されるべき各電池対の各電池の一のコンタクト領域へ接続されており、各導電ストリップは、各個々の対の電池の第１及び第２コンタクト領域を選択的に通過し、これにより各ストリップが、導電ストリップによって相互接続されるべき各電池対における各電池の前記第１半導体材料層又は前記第２半導体材料層と交互に電気的接続を形成し、かつ各ストリップが、個々の電池対の各電池においてのみ一のドーパント極性の半導体材料との接続を形成する、段階と、
Ｎが２よりも大きな整数であるか又は２と等しい、Ｎ番目の電池境界ごとに又はＮ番目の電池境界ごと付近で各ストリップを中断する段階であって、いずれか一つのストリップが中断される電池境界は、直近のストリップが中断される電池境界からオフセットされており、その結果、Ｎ番目のストリップごとの中断物が整列され、接続されるべき各電池対は、Ｎ−２個の電池を通過するときに個々のストリップへ接続されていないＮ−２個の電池によって分離される、段階と、
を含むことを特徴とする方法にある。
【０００９】
好ましい実施例によれば、Ｎは２に等しく、かつ接続された電池を分離する介在電池はない。
【００１０】
第３の態様によれば、この発明は、直列に接続された複数の平行に延在する細長い光起電力電池を備えた光起電力装置であって、隣接する電池を有する各電池の直列接続が、各電池のｐ型領域における点の、アレイ中の隣接する電池のｎ型領域における各複数の点への複数の分離平行接続を介して形成され、前記分離平行接続は全て、平行延在電池を分割する電池境界に対応して横方向に延在する複数の細長ストリップを形成するよう罫書きされた単一の導電材料層から形成され、各ストリップは、第２電池境界ごとに又は第２電池境界ごとの近傍で中断され、隣接するストリップは、交互の電池境界で中断されていることを特徴とする光起電力装置にある。
【００１１】
第４の態様によれば、この発明は、複数の平行に延在する細長い光起電力電池を備えた光起電力装置であって、複数の第１導電コンタクトが、各電池のｐ型領域を、個々の電池の一側に隣接する電池のｎ型領域へ接続し、複数の第２導電コンタクトが、各電池のｎ型領域を、個々の電池の前記一側と反対側に隣接する電池のｐ型領域へ接続し、前記第１及び第２導電コンタクトは全て、前記平行延在電池を分割する電池境界に対応して横方向に延在する複数の細長ストリップを形成するよう罫書きされた単一の導電材料層から形成され、各ストリップは、第２電池境界ごとに又は第２電池境界ごとの近傍で中断され、隣接するストリップは、交互の電池境界で中断されていることを特徴とする光起電力装置にある。
【００１２】
第５の態様によれば、この発明は、光起電力装置の表面にコンタクト構造を形成する方法であって、前記光起電力装置は、半導体材料に電池境界を形成する平行な中断物によって複数の平行延在細長光起電力電池へ分割された、接合部を形成する異なるドーパント極性の半導体材料の少なくとも２つの層領域を備え、前記コンタクトは、直列接続アレイに電池を相互接続するよう配置される方法において、
半導体装置の背面に絶縁層を形成する段階と、
前記絶縁層に導電コンタクト層を形成する段階と、
前記導電層を形成すると同時に又は前記導電層を形成した後のどちらかに、前記導電層と前記半導体材料のｐ型領域及びｎ型領域との間に接続を形成する段階と、
一連の電池の各電池の一のコンタクト領域をそれぞれが通過する一連の分離導電ストリップを製造するために前記導電層を罫書きする段階であって、各導電ストリップは、個々の一連の電池の第１及び第２コンタクト領域を選択的に通過し、これにより個々のストリップが、各電池の第１半導体材料層又は第２半導体材料層と電気的接続を形成し、かつ各ストリップが、個々の一連の電池の各電池においてのみ一のドーパント極性の半導体材料との接続を形成する、段階と、
交互の電池境界で中断された隣接ストリップを用いて第２電池境界ごとで又は第２電池境界ごと付近で各ストリップを中断する段階と、
を備えることを特徴とする方法にある。
【００１３】
第６の態様によれば、この発明は、光起電力装置の表面にコンタクト構造を形成する方法であって、前記光起電力装置は、半導体材料に電池境界を形成する平行な中断物によって複数の平行延在細長光起電力電池へ分割された、接合部を形成する異なるドーパント極性の半導体材料の少なくとも２つの層領域を備え、前記コンタクトは、直列接続アレイに電池を相互接続するよう配置された方法において、
半導体装置の背面に絶縁層を形成する段階と、
各電池の第１コンタクト領域に、第１ドーパント極性の第１上積半導体材料層（first overlying layer of semiconductor material）の活性面を露出するように、前記絶縁層を貫通する第１開口部を形成する段階と、
前記第１上積半導体材料層の背面との電気的接続を形成するように第１開口部へ延在する第１導電コンタクト層を前記絶縁層上に形成する段階と、
前記第１導電コンタクト層及び前記絶縁層を貫通する第２開口部を形成する段階であって、各電池の第２コンタクト領域内の少なくとも一つの位置に、第２ドーパント極性の下積第２半導体材料層（overlying second layer of semiconductor material）に対して接続が形成されるべきである、段階と、
各第２開口部の下に第２ドーパント極性の下積第２半導体材料層への導電経路を形成する段階であって、該導電経路は前記下積第２半導体材料層と個々の第２開口部における絶縁層の下の背面との間に延在している、段階と、
前記第１導電層上に第２導電コンタクト層を形成する段階であって、該第２導電層は、前記第２開口部へ延在し、かつ前記第２開口部を介して第２半導体材料層と電気的な接続を形成する、段階と、
一連の電池の各電池の一のコンタクト領域をそれぞれが通過する一連の分離導電ストリップを製造するために導電層を罫書きする段階であって、各導電ストリップは、個々の一連の電池の第１及び第２コンタクト領域を選択的に通過し、これにより個々のストリップがブリッジ領域又は各電池の第２半導体材料層との電気的な接続を形成し、かつ各ストリップが個々の一連の電池の各電池においてのみ一のドーパント極性の半導体材料との接続を形成する、段階と、
交互の電池境界で中断された隣接ストリップを用いて第２電池境界ごとで又は第２電池境界ごと付近で各ストリップを中断する段階と、
を備えることを特徴とする方法にある。
【００１４】
好ましくは前記第２開口部は、前記下積第２半導体材料層に延在している。前記下積第２半導体材料層への導電経路は、前記第２開口部の周囲及び下の材料の特性を変更することによって、又は第２開口部へ延在する導電コンタクト層を形成する工程の結果として、又はこれら２つの組み合わせとして、形成され得る。
【００１５】
好ましい実施例では、前記光起電力装置は、非反射性コーティングが形成された加工ガラス基板と、フィルム表面に平行な平面に接合部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シリコンフィルムと、を備えた多結晶薄膜シリコン太陽電池である。
【００１６】
シリコンフィルムに形成された絶縁層は単一の層とすることができるが、好ましくは、薄い不動態化層と異なる誘電材料の厚い層とを含む複数の層である。好ましくは、不動態化層は、５０〜２００ｎｍ、好ましくは約１００ｎｍの窒化ケイ素又は酸化ケイ素の層である。厚い誘電層は好ましくは、２〜５μｍ、好ましくは約３〜４μｍの厚さのノボラックのような有機樹脂層である。
【００１７】
コンタクトを形成する導電層は、アルミニウムのような単一の金属層とすることができるか、又は５〜２０ｎｍの範囲、好ましくは約１０ｎｍの厚さを有するニッケル、銀、又は銅の薄い層と、５０〜１５０ｎｍの範囲、好ましくは約９０〜１１０ｎｍの厚さを有する銅、銀、又はニッケル上のアルミニウム層と、を含む複数の層として形成することができる。他の可能なコンタクト材料は、高濃度にドープされた半導体材料及び導電性ポリマーを含む。
【００１８】
上述の寸法を有する薄膜の実施例に対して、ｐ型コンタクトが形成された絶縁層に形成されたホールは、５０〜５００μｍ、好ましくは約１４０〜１６０μｍの範囲の直径を有する。ｎ型コンタクトのためのホールは、２５〜１００μｍの範囲、好ましくは約３５〜４５μｍの範囲の直径を有する。コンタクトホールは好ましくは円形であり、ｎ型ホールの場合には電池領域の一部が分離するのを防止するために間隔を置かれて配置されている。しかしながら、細長ホールもまた、ある実施例では用いることができる。ホールはレーザによって形成することができ、この場合形状は、ホールを形成するために用いられるレーザビームの形状に依存する。
【００１９】
金属の罫書きは好ましくはレーザによって実施され、重複しているレーザパルスが下積絶縁材料をさほど除去することなく金属層を完全に除去することができる速度で実施される。高出力レーザに対して、このことはレーザのデフォーカスを余儀なくし、その結果、罫書きがより拡がる。この発明の実施例は、１００〜２００μｍ、好ましくは約１４０〜１６０μｍの罫書き幅で有効であることが解った。
【００２０】
与えられた寸法は、好ましい実施例で記述された種類の電池に適しているということを認められたい。他の電池型、すなわち著しく異なる膜厚を有する薄膜電池に対しては、絶縁層及び金属層の寸法と、コンタクトホール及びレーザ罫書きの幅とは、特定環境の状況に適合するよう変化する。
【００２１】
第７の態様によれば、本発明は、直列に接続された複数の平行に延在する細長い光起電力電池を備えた光起電力装置であって、電池の相互接続が、アレイ中の他の電池のｎ型領域における個々の点への各電池のｐ型領域における点の複数の分離接続を介して形成され、前記分離接続は全て、電池境界に対して横方向に延在する複数の細長ストリップを形成するように罫書きされた単一の導電材料層から形成され、前記罫書きは、平行に延在するストリップを分割する中断物を形成し、各ストリップはまた、電池領域に対応して又は電池領域付近において一定の間隔で中断され、導電コンタクトは、前記分離接続を形成するために、前記平行に延在するストリップを分割する中断物を横断して延在することを特徴とする光起電力装置にある。
【００２２】
前記ストリップは、類似したコンタクトを形成する列に整列され、前記列は、ｐ型コンタクト及びｎ型コンタクトを交互に形成することができる。
【００２３】
ｐ型コンタクトを形成する前記ストリップは、ｎ型コンタクトを形成するこれらストリップに対して前記電池境界の方向で測定されるように異なる幅を有することができる。
【００２４】
一つの変形例では、前記分離接続は、水平罫書きの間にレーザを定期的にスイッチオフすることによって形成される。
【００２５】
あるいは、前記分離接続は、水平罫書きが形成されるべきである線を横切って延在する絶縁層内の細長貫通孔を形成することによって形成され、前記細長貫通孔は、前記装置を形成する工程の間に導電材料層を用いて続けてコーティングされるか又は部分的に満たされ、前記導電材料は、レーザによって生成された熱の下積シリコンへの伝導のために貫通孔上を罫書きレーザが通過している間にアブレーションされないままである。
【００２６】
細長ホールは、一連の重複する大部分が円形のホールを含んでもよい。
【００２７】
第８の態様によれば、本発明は、光起電力装置の表面にコンタクト構造を形成する方法であって、前記光起電力装置は、電池境界を形成する半導体材料における中断物によって複数の光起電力電池に分割された、接合部を形成する異なるドーパント極性の半導体材料の少なくとも２つの層領域を備え、前記コンタクトが直列接続アレイで電池を相互接続するよう配置された方法において、
半導体装置の背面に絶縁層を形成する段階と、
前記絶縁層に導電コンタクト層を形成する段階と、
前記導電層を形成すると同時に又は前記導電層を形成した後に、前記導電層と前記半導体材料のｐ型領域及びｎ型領域との間に接続を形成する段階と、
前記電池の長手方向に対して横方向に延在する一連の導電ストリップを生成するために前記導電層を罫書きする段階と、を備え、
前記罫書きする段階は、一の電池のｐ型領域における点を他の電池のｎ型領域における点へ接続する横方向罫書きを横切って延在する導電ブリッジを残すよう構成されることを特徴とする方法にある。
【００２８】
前記導電層を罫書きする段階は、前記単一の導電材料層のレーザーアブレーション領域によって実施され得る。
【００２９】
前記分離接続は、アブレーションされていない導電領域を残すための罫書きの間レーザを定期的にスイッチオフすることによって形成され得る。
【００３０】
第９の態様によれば、本発明は、光起電力装置の表面にコンタクト構造を形成する方法であって、前記光起電力装置は、半導体材料に電池境界を形成する平行中断物によって複数の平行延在細長光起電力電池へ分割された、接合部を形成する異なるドーパント極性の半導体材料の少なくとも２つの層領域を備え、前記コンタクトは、直列接続アレイに電池を相互接続するよう配置された方法において、
半導体装置の背面に絶縁層を形成する段階と、
前記絶縁層に導電コンタクト層を形成する段階と、
前記導電層を形成すると同時に又は前記導電層を形成した後に、前記導電層と前記半導体材料のｐ型領域及びｎ型領域との間に接続を形成する段階と、
一連の電池の各電池の一のコンタクト領域をそれぞれが通過する一連の導電ストリップを生成するために前記導電層を罫書きする段階であって、各導電ストリップは、中断物を横切って延在するブリッジによって接続され、これにより各ストリップは、個々の一連の電池の各電池においてのみ一つのドーパント極性の半導体材料との接続を形成する、段階と、
を含むことを特徴とする方法にある。
【００３１】
通常、前記導電層を罫書きする段階は、単一の導電材料層のレーザーアブレーション領域を用いて実施される。
【００３２】
一つの変形例では、前記ブリッジは、水平罫書きの間レーザを定期的にスイッチオフすることによって形成される。
【００３３】
あるいは、前記分離接続は、水平罫書きが形成されるべきである線を横切って延在しかつ導電材料層を用いて続けてコーティングされるか又は部分的に満たされる前記絶縁層内の細長貫通孔を形成することによって形成され、前記導電材料は、レーザによって生成された熱の下積シリコンへの伝導のために前記貫通孔上に罫書きレーザを通過させている間アブレーションされないままである。
【００３４】
前記細長ホールを形成する段階は、一連の重複する大部分が円形のホールを形成する段階を含むことができる。
【００３５】
この明細書に含まれてきた文書、作用、材料、装置、文献、又は同様のもののあらゆる議論は単に、この発明の背景を提供する目的のためにある。これらの事柄のいくつか又は全ては従来技術の基礎の一部を形成すると、あるいは、この出願の各請求項の優先日の前にオーストラリアに存在したのでこの発明に関係のある分野において共通した通常の知識であったと、みなされるべきではない。
【００３６】
この明細書全体を通して、「〜を含む」との語、あるいは「〜を含んでいる」のような変形は、一定の構成要素、完全体又は段階、又は構成要素、完全体又は段階の群を含むことを意味するが、他の構成要素、完全体又は段階、又は構成要素、完全体又は段階の群を排除することは意味しないことに留意されたい。
【００３７】
本発明の実施例は、添付の図面を参照して例として以下に記述される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
本発明の一実施例の詳細な説明は、特に大面積薄膜シリコン光起電力装置の文脈で以下に与えられるが、しかしながら本発明は一般に、比較的低コストでかつ様々な電池及びコンタクト技術に適用できる電池間の（統合されたものとは対照的に）分配された接続を与える。
【００３９】
前述したように、大面積光起電力モジュールの範囲に亘って、モジュールについて分散された複数の分路又は短絡が一般に存在し、このことが、場合によっては負荷となり得る電流を引き出す。短絡の影響と全体的なモジュール性能における装置性能の局所的な低下とは一般に、モジュール内での電池の直列接続及び並列接続のレベルが増加するにつれて減少するが、このことはまた、金属化パターニングの複雑さが増加することを意味する。
【００４０】
通常、複雑な相互接続構造は製造するのに費用がかかる。しかしながら、以下に記述される相互接続構造は、少ない数の段階を用い、かつ比較的高速度で製造することができ、これにより他の構成及び技術と比べて出費が抑えらた状態が保たれるという付加的な利点を有する。
【００４１】
相互接続構造は、モジュール内の全ての電池に対して全てのコンタクトを形成するためにモジュールの表面全体に亘って導電層（通常一つ又は複数の金属層）を与え、次いで一連の直線高速度レーザ罫書き（straight high speed laser scribe）を用いて導電層を一連のストリップに罫書きすることによって製造される。ストリップは次いで、各交互ストリップを切断するためにスイッチオン及びオフされるレーザを用いて第１罫書き方向へ横方向に罫書きすることによって個々のリンクに分割される。このとき、第２横断罫書きごとに一つのストリップによってオフセットされており、その結果各ストリップは、リンクの半分のピッチだけオフセットされ両側で２つのリンクが重なるリンクに切断される。これらリンクのピッチは、２つの電池の幅に等しく、横断罫書きは、モジュールの隣接する電池間の電池境界を表す下層電池配置における中断物と同じ場所を占めるか又は中断物の近くにある。このコンタクト構造と、該コンタクト構造の製造方法とは、以下で特に大面積薄膜シリコン光起電力装置を背景として述べられるが、本方法は、例えば使用するオフセットの数、及び各電池が接続される他の電池の数を変更することによって、修正することができる。記述された実施例の場合のように電池に対してモジュールの幅を伸ばすことは本質的ではなく、それゆえに本発明は様々なモジュール、電池構造、及び電池配置に適用できる。
【００４２】
以下で記述される電池構造の場合には、複数の並列接続電池に近づくように、長い電池を組み立てることによって並列接続が与えられるが、並列接続は金属ではなく半導体を介するので、直列抵抗は局所的な短絡が電池全体をバイパスすることを防止する。したがって、隣接する電池の各対の間に複数の直列接続を与えることによって、長い電池の利点を利用することができ、その結果、局所的な欠点は自己分離しかつ自己バイパスすることである。
【００４３】
図面を参照すると、図１は、この発明の方法が統合される装置製造方法に先立つ半導体装置構造１１の一部を示す。図１では、製造方法の第１段階が適用されている。半導体装置は、薄い非反射性コーティングで覆われかつ上部ｐ型領域１３、下部ｎ＋＋型領域１５、及びｐ型領域とｎ型領域とを分離する真性又は僅かにドープされた領域１４、を有するガラス基板２２に形成された薄い多結晶シリコン膜１２を含む光起電力モジュールである。シリコン膜１２は、罫書き分離溝（scribed isolation groove）１６によって複数の電池（セル（cell））に分離されている。ガラス表面は好ましくは、遮光を促進するために織り目を出されているが、この様子は明確性のために図面には示されていない。通常、ガラスの表面質感は、０．２〜０．７μｍまでの寸法を示し、非反射性コーティングは７０ｎｍのオーダーの窒化ケイ素コーティングである。シリコン膜は通常、０．５〜１０μｍの範囲、好ましくは１〜３μｍの間の厚さであり、それぞれが約０．１μｍの深さに延在している高濃度にドープされた領域を有するｐ型ドープ領域及びｎ型ドープ領域を有する。ガラス表面の質感は、質感材料をコーティングすることによって、又は例えばエッチングによってガラスに直接質感を与えることによって達成することができる。
【００４４】
装置製造方法の第１段階は、薄いシリコン膜１２上に絶縁層１７を形成することである。好ましくは、絶縁層は、２〜５μｍ、通常３〜４μｍのオーダーの厚さに形成された、ノボラックとして知られている有機樹脂に加えて窒化ケイ素又は酸化ケイ素の薄い層（５０〜２００ｎｍ及び好ましくは約１００ｎｍ）から構成された２層膜である。
【００４５】
次いで第１組のホール１９（図２参照）が、レーザ１８を用いて開けるべき領域を加熱することによって絶縁層１７に形成される。レーザは下にあるシリコンを局所的に加熱し、これにより下のシリコンを露出させるホール１９を残したままノボラックが噴出する。必要ならばホールを取り囲む絶縁層の端縁部を滑らかにするために、熱処理を続けて用いることができる。ノボラックの熱処理の後、ノボラックの除去によって露出された窒化ケイ素又は酸化ケイ素は、化学エッチングによって除去されて、下の半導体材料の表面が露出する。この組のホールは、半導体材料１２の背面に対するコンタクトを可能にし、これにより接続が装置のｐ型領域１３に形成されることを可能にするために与えられ、したがってホールは、ホール近傍におけるｐ型半導体材料及びｎ型半導体材料の分裂量を最小化するために、半導体材料を最小限に加熱することによって開けられる。このことは、レーザビームをデフォーカス（defocus）することによって達成され、その結果、しっかりとフォーカスされたレーザを用いて生じるよりも大きな開口部が絶縁層に形成される。ホールの形状及び寸法は、レーザビームの断面形状によって決定されるが、通常、およそ円形で重なり合わず、５０〜５００μｍの範囲、好ましくは約１５０μｍの直径を有する。
【００４６】
図３に向けると、薄い金属層２３は次いで絶縁層１７上に堆積され、ｐ型領域１３と接触するためにホール１９に延在する。薄い金属層２３は好ましくは、ｐ型領域１３に対するコンタクト及び後方反射体の両方として役に立つ、通常１０ｎｍのオーダーのニッケル又は銅である。銅は、ニッケルよりも優れた光学反射体であり、各金属はｐ型シリコンと信頼性の高い接触を形成する。しかしながら、ニッケルは銅ほどには強くノボラックに付着せず、この事実は金属分離溝を続けて形成することを助ける。
【００４７】
ニッケルが用いられた場合には、層が光に対してほとんど透明になるように、厚さは１０ｎｍよりも薄く減少させることができる。この場合、続く層からの光学的反射を妨げない。
【００４８】
第２の薄い銀の層を、光学的反射を増加させるために追加することができる。しかしながら、シリコンに対する電気的な接触に乏しいので、銀は単独では用いることができない。
【００４９】
層２４（図３参照）は、薄い金属層２３、絶縁層１７、及び半導体層１３，１４，１５を貫通するホールを開け、図４に示すように、シリコン膜１２を貫通してガラス基板２２へ延在する開口部３２を形成するために使用される。
【００５０】
開口部３２が形成されるとき、開口部近傍の非常に薄い金属層２３は、開口部３２を取り囲む領域から蒸発させられ、残った溶融金属は後ずさりして厚くされた部分２７を形成し、その結果、金属層２３内の開口部はシリコン内の開口部の直径の２〜３倍となる。
【００５１】
開口部３２は再び細長溝又は間隔を空けられたホールのどちらかとなり、その結果、側面の連続性が半導体層内で維持される。第１組のホール１９に関して、ホール３２の形状及び寸法は、レーザビームの断面形状によって決定される。第２組のホール３２の場合は第１組のホール１９の場合よりもしっかりとフォーカスされ、通常、ほぼ円形で重なり合わず、２５〜１００μｍの範囲、好ましくは約４０μｍの直径を有する。
【００５２】
図４にも示すように、開口部３２によって露出されたシリコン表面２５は、ｎ型ドーパントでドープされており、ｐ型領域１３から開口部３２を分離し、かつ表面にｎ型コンタクトを形成する。
【００５３】
図５を参照すると、ｎ型コンタクトが、第１の薄い金属層２３上に形成された第２の薄い金属層２８によって形成され、第２の金属層２８は、開口部３２へ延在するとともに、開口部３２の表面２５と接触する。好ましくは導電層２８は、アルミニウムのような金属層であるが、導電層はまた、同族の合金、高濃度にドープされた半導体材料層、導電性プラスチック材料層、又は他の適切な導体を含んでもよい。コンタクトが、予め形成されたニッケルの第１金属層上のアルミニウムから形成されている場合には、ニッケル層及びアルミニウム層のそれぞれは好ましくは、１０ｎｍ及び１００ｎｍのオーダーである。金属層は好ましくは、スパッタリングによって形成される。
【００５４】
本方法の第１段階はｎ型コンタクトとｐ型コンタクトとの分離であり、これは金属層２３及び２８を溶融及び／又は蒸着し、これにより図６に見られるような分離溝（isolation groove）３１を形成するために、レーザ２９を用いることによって達成される。
【００５５】
完成した構造の一部は、電池の直列接続を与えるために一のセルのｎ型コンタクトを隣接するセルのｐ型コンタクトへ接続する様子を示す図６に示されている。図６に示された断面は、図７に示すＸ−Ｘ′線視断面に良く似ている。
【００５６】
レーザがパルス・オンされたとき、僅かな量の金属がビーム直下でアブレート（ablate）され、アブレートされた領域を取り囲む溶融金属の表面の表面張力は、ホールから金属を引き戻してホール周辺に金属の僅かに厚くなった部分を生じさせ、開口部３１（図６参照）を形成する。開口部３１は、図６の正面図に見られるように、図７の平面図に示された罫書きにおける一点を表し、元のアブレートされた領域よりも著しく大きな直径を有する。下方に位置する誘電体（この場合ノボラックとして知られている有機樹脂）に対するニッケル層２３の接合は、アルミニウムの場合ほど優れていないので、アルミニウム層とニッケル層とが組み合わされた層２３，２８は、アルミニウムが単独で用いられた場合よりも容易に再剥離する。ビーム直径よりも小さな通常のピッチで間隔を置かれた中心部にレーザをパルスすることによって、一対の金属マウンド（mound）によって取り囲まれた一連の接合されたホールが形成され、互いに電気的に隔離されるべき２つの領域の金属膜を分離する連続ギャップが提供される（図７参照）。通常、分離罫書きは１００〜２００μｍの幅、好ましくは約１５０μｍの幅である。罫書きは通常、約０．２〜１．９ｍｍ、好ましくは約０．８５ｍｍの幅の導電ストリップを形成するために、中心が０．２〜２．０ｍｍ、好ましくは約１ｍｍの間隔で空けられている。
【００５７】
図７を参照すると、分離罫書きは、セル３５を横断しかつ上述のような寸法を有する第１組の長い罫書き３１と、電池境界１６上の長い罫書き３１間の第２組の短い罫書き３４と、を備え、長い罫書き３３によって形成されたストリップをより短いリンク３６に分離する。短い罫書き３４は、長い罫書き３３と同様の幅を有するが、電池の相互接続を可能とするために２つの電池幅によって分離されている。
【００５８】
図７は、本発明の実施例に係るコンタクト構造を含む装置の一部を示す背面図である。図７から、装置１１の電池のそれぞれが、電池のｐ型領域及びｎ型領域へのコンタクトを与える交互のホール１９及びホール３２の組を分離する複数の横断罫書き３３によって、長い軸線を横切って分割された細長光起電力要素３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄを備えることが分かる。横断罫書き３１は、各罫書きが各細長電池を横断するように、装置の長さ方向に延在する長い実質的に直線の罫書きとして形成されている。長い連続的な罫書きをこのように用いることによって、罫書きは、（レーザが１ショットでビーム下の金属を完全に除去することができるとすれば）レーザショットが重なることを可能にするレーザテーブル（laser table）の最大並進速度（maximum translation rate）で形成することできる。このレーザの操作方法は、レーザが正確な位置で停止されかつ開始されなければならない角でパターンを罫書こうと試みる場合よりもずっと速い。
【００５９】
第１組の罫書き３１の形成に続けて、第２電池対ごとを分離するために、さらなる組の電池分離罫書き３４が、隣接する電池１１間の電池分離罫書き１６上に形成される。細長横断罫書き３１のいずれか一つの両側（either side）に延在するセル分離罫書き３４は、同一の横断罫書き３１の他の側の細長横断罫書きに対して一つ分のセルだけオフセットされている。その結果、電池セルは、図７に示すように、オフセットを交互にし、一のセル３５の１組のｐ型コンタクト１９を隣接するセル３５の１組のｎ型コンタクト３２へ接続することによって、接続リンク３６のマトリックスによって直列に接続されるようになる。
【００６０】
図７の装置の一部に対する等価回路は、図８に示されている。図８から、リンク３６が、（複数の並列接続ダイオードとして表された）一の細長電池３５のアノードと隣接する電池のカソードとの間の複数の接続を与えていることが分かる。電池の横方向の抵抗は、直列リンク３６間の電池における横方向の電流を制限し、かつ分路の影響を分路を密着して取り囲む領域に抑制する、複数の抵抗器３７によって示されている。この構成は、電流が装置の不完全な又は影になった領域の周辺に流れることを可能にする一方で、直列接続によって高電圧を達成することを可能にする。
【００６１】
図９は、本発明の第２実施例に係るコンタクト構造を含む装置の一部を示す背面図である。該コンタクト構造は、第１実施例のコンタクト構造の変形例であり、上述の方法とは異なる方法によって形成される。図から解るように、この第２実施例では、隣接する電池に同様の種類のコンタクトが、横方向に整列されている。このように図９に示されたように、ｐ型コンタクトを形成する一般的に矩形の金属パッド６２の横断ストリップ６０があり、横断ストリップ６０上には、ｎ型コンタクト３２を形成する金属パッド６６のさらなるストリップ６４があり、ストリップ６４上には、ｐ型コンタクトを形成する金属パッド６２のさらなるストリップがあり、などなどである。
【００６２】
第２実施例では、製造方法は、上述のように装置に電池のコンタクトを配置することを除いて第１実施例の製造方法と、及び電池間の接続を形成する方法と大部分同様である。
【００６３】
第１実施例のように、分離罫書きは、１００〜２００μｍの幅、好ましくは約１５０μｍの幅の電池を横断する第１組の長い罫書き３１を備える。
【００６４】
第２組の短い（分離）罫書き４４は、電池境界１６の近くの長い罫書き間に延在する。第１実施例とは対照的に、水平ストリップ６０，６４ごとは、電池境界１６ごとに又は電池境界１６ごと付近で垂直罫書き４４によって機械的に中断されている。罫書きされた領域はクロスハッチを用いて示されている。
【００６５】
図９を再び参照すると、罫書き４４は、電池境界１６を用いて整列された第２電池分離罫書き４４ａごとを用いてジグザグにされており、他の電池分離罫書き４４ｂは、１００〜５００μｍ、好ましくは約２５０μｍの距離だけ電池境界の片側に対して間隔を空けられている。
【００６６】
金属ブリッジ４６は、一の電池のｐ型金属コンタクトパッド１９を隣接する電池のｎ型金属コンタクトパッド３２へ接続している。ブリッジ４６は、図２を参照して述べられたように、ｐ型コンタクト１９を形成するために用いられたのと同様の方法によって形成される。特に、下のシリコンを局所的に加熱してこれによりノボラックが噴出して下のシリコンを露出させるホール１９が残るように、一列に並んだ重なり合うホールがレーザ１８を用いて絶縁層に形成される。ホールの列は、横断罫書き３１の列上にアーチを作るように意図的に配置されている。この列は続いて、ｐ型コンタクトがコーティングされたのと同様の製造方法の後の段階の間、金属層２３及び２８を用いてコーティング／部分的に充填・される。水平罫書き３１を形成するレーザがホールの列上を通過するとき、ホールから金属を除去することができない。何故なら、金属がシリコンと比べれば相対的に熱絶縁体となるノボラックとは対照的に比較的優れたヒートシンクとして作用するシリコン１３と直接接触し、レーザの熱を外側に逃がしてブリッジがアブレートされるのを防止するからである。
【００６７】
完成された構造の一部は図１０に示されており、図１０は、直列接続の電池を与えるために、一の電池のｎ型コンタクトを隣接する電池のｐ型コンタクトへ接続するようすを示す。図１０に示された断面は、図９に示されたＸＸ−ＸＸ線視断面に良く似ている。
【００６８】
上述のようにある電池のｐ型金属コンタクトパッドを隣接する電池のｎ型コンタクトパッドへ接続する金属ブリッジを提供する代わりに、ブリッジ４６は単に、水平罫書きがブリッジを形成する金属層２３及び２８の残部を残している間にレーザを定期的にオフすることによって与えられる。
【００６９】
ｎ型金属パッド及びｐ型金属パッドは整列されているので、この実施例を用いて、互いに異なる幅のｎ型金属パッド及びｐ型金属パッドを形成することが可能であることを理解されたい。直列抵抗は、幅を別々に最適化することによって減少させることができる。
【００７０】
大まかに述べられた本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、特定の実施例で示されたように、本発明に対して数多くの変形及び／又は修正が可能であることは、当業者に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】この発明の方法が適用された第１実施例の第１段階の後の半導体装置を示す断面図である。
【図２】第１実施例に従って本発明の第１開口段階が適用された後の半導体装置を示す断面図である。
【図３】第１実施例に従って本発明の第１金属化段階が適用された後の半導体装置を示す断面図である。
【図４】第１実施例に従って本発明の第２開口段階が適用された後の半導体装置を示す断面図である。
【図５】第１実施例に従って本発明の第２金属化段階が適用された後の半導体装置を示す断面図である。
【図６】コンタクトをｐ型領域とｎ型領域とに分割するために第１実施例に従って形成された金属被覆が中断された後の半導体装置を示す断面図である。
【図７】金属化及び金属層のパターニングの後の図１〜４の装置の一部を示す背面図である。
【図８】この発明の実施例に従って形成された装置の一部の等価回路を示す概略図である。
【図９】半導体装置の第２実施例を示す背面図である。
【図１０】罫書き段階によって金属被膜が中断された後の図９に示された半導体装置の第２実施例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００７２】
１２  半導体材料
１３  ｐ型領域
１５  ｎ＋＋型領域
１６  電池境界
１７  絶縁層
１８  レーザ
１９  ホール
２２  ガラス基板
２３  金属層
２５  シリコン表面
２８  金属層
３１  開口部
３２  開口部
３３  長い罫書き
３４  短い罫書き
３５  セル
３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄ  細長光起電力要素
【国際公開パンフレット】
2005500701.tif 000003
2005500701.tif 000004
2005500701.tif 000005
2005500701.tif 000006
2005500701.tif 000007
2005500701.tif 000008
2005500701.tif 000009
2005500701.tif 000010
2005500701.tif 000011
2005500701.tif 000012
2005500701.tif 000013
2005500701.tif 000014
2005500701.tif 000015
2005500701.tif 000016
2005500701.tif 000017
2005500701.tif 000018
2005500701.tif 000019
2005500701.tif 000020
2005500701.tif 000021
2005500701.tif 000022
2005500701.tif 000023
2005500701.tif 000024
2005500701.tif 000025
2005500701.tif 000026
2005500701.tif 000027
2005500701.tif 000028
2005500701.tif 000029
2005500701.tif 000030
2005500701.tif 000031
2005500701.tif 000032
2005500701.tif 000033
2005500701.tif 000034
2005500701.tif 000035
2005500701.tif 000036
2005500701.tif 000037
2005500701.tif 000038
2005500701.tif 000039
2005500701.tif 000040
2005500701.tif 000041
【国際調査報告】
2005500701.tif 000042
2005500701.tif 000043
2005500701.tif 000044