(57)【要約】      （修正有）【課題】太陽電池の全てが出力電力に寄与することができ、歩留まりが増大し、人件費が低減される太陽電池デバイス、太陽電池デバイスを製造する方法及び製造装置を提供する。【解決手段】ハイパー電池１００のストリングは、複数の太陽電池１０（１）〜１０（９）が直列に導電接続され、隣接する太陽電池１０の面同士が重なる状態で、シングル葺き様式に配置される。第１の金属リボンセグメント１４は、端部電池１０（１）の前面に導電接合され、前記前面は光源からエネルギーを受け取るために光の入射方向に対向するように構成されている。【選択図】図１
2019195054.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列に導電接続され、隣接する太陽電池の面同士が重なる状態で、シングル葺き様式に配置されている、太陽電池の第１のストリングと、
前記第１のストリングの端部電池の前面に導電接合された第１の金属リボンセグメントであって、前記前面は、光の入射方向に対向して、光源からエネルギーを受け取るように構成されている、第１の金属リボンセグメントと
を備える太陽電池デバイス。
【請求項２】
直列に導電接続され、隣接する太陽電池の面同士が重なる状態で、前記シングル葺き様式に配置されている、太陽電池の第２のストリングと、
前記第２のストリングの端部電池の前面に導電接合された第２の金属リボンセグメントであって、前記第２の金属リボンセグメント及び前記第１の金属リボンセグメントは、接合されて、第１の金属リボンを形成する、第２の金属リボンセグメントと
を更に備える、請求項１に記載の太陽電池デバイス。
【請求項３】
第２の金属リボンを更に備え、前記第２の金属リボンは、前記第１のストリング及び前記第２のストリングの他端で背面に導電接合され、前記背面は、前記前面の反対側である、
請求項２に記載の太陽電池デバイス。
【請求項４】
前記第１の金属リボンは、前記太陽電池デバイスの負端子接続部として機能し、前記第２の金属リボンは、前記太陽電池デバイスの正端子接続部として機能する、
請求項３に記載の太陽電池デバイス。
【請求項５】
第３の金属リボンを更に備え、前記第３の金属リボンは、前記第１のストリング及び前記第２のストリングの前記背面に接合され、バイパス回路と接続するように構成されている、
請求項３又は４に記載の太陽電池デバイス。
【請求項６】
リターン金属リボンを更に備え、前記リターン金属リボンは、前記太陽電池デバイスの前記背面で前記第１の金属リボンに接続されている、
請求項３から５のいずれか一項に記載の太陽電池デバイス。
【請求項７】
前記第１の金属リボンセグメントは、前記第１の金属リボンセグメントの側方部分が前記端部電池の側方部分を越えて突出する状態で、前記シングル葺き様式に前記第１のストリングの前記端部電池と重なるように構成されている、
請求項１から６のいずれか一項に記載の太陽電池デバイス。
【請求項８】
シリコン太陽電池から太陽電池デバイスを製造する方法であって、前記方法は、
第１の金属リボンセグメントを調製する段階と、
導電性接着剤（ＥＣＡ）を前記第１の金属リボンセグメント上に分注する段階と、
第１の太陽電池を前記第１の金属リボンセグメント上に配置する段階であって、前記第１の金属リボンセグメントは、前記第１の金属リボンセグメントの一面と前記第１の太陽電池の一面とが重なる状態で、シングル葺き様式に前記第１の太陽電池の前面と前記ＥＣＡによって接合され、前記前面は、光の入射方向に対向して、光源からエネルギーを受け取るように構成されている、段階と、
隣接する太陽電池の面同士が重なる状態で、シングル葺き様式にＥＣＡによって１つ以上の太陽電池を前記第１の太陽電池と接合して、太陽電池の第１のストリングを形成する段階と、
を備える方法。
【請求項９】
前記ＥＣＡを分注する段階は、取り付けられたプッシュプランジャを有する機械的アクチュエータを使用して、前記取り付けられたプッシュプランジャによって交換式ＥＣＡシリンジに収容された前記ＥＣＡを押し出して、前記ＥＣＡを前記第１の金属リボンセグメント上に分注する段階を含む、
請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１の金属リボンセグメントを調製する前記段階の後に前記第１の金属リボンセグメントの品質及び位置を検査する段階と、前記第１の金属リボンセグメント上に前記ＥＣＡを分注する前記段階の後に前記ＥＣＡの品質／量及び位置を検査する段階と、を更に備え、
前記検査は、検査用カメラによって行われる、
請求項８又は９に記載の方法。
【請求項１１】
太陽電池の第２のストリングを形成し、第２の金属リボンセグメントを前記第２のストリングの前記第１の太陽電池の前記前面と接合する段階を更に備える
請求項８から１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記第２の金属リボンセグメントと前記第１の金属リボンセグメントとを接合して、第１の金属リボンを形成する段階を更に備える
請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記太陽電池の第１のストリング及び前記太陽電池の第２のストリングの他端において、背面に第２の金属リボンを接合する段階を更に備え、前記背面は、前記前面の反対側である、
請求項１１又は１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記太陽電池の第１のストリング及び前記太陽電池の第２のストリングの背面に第３の金属リボンを接合する段階を備え、前記第３の金属リボンは、バイパス回路と接続するように構成され、前記背面は、前記前面の反対側である、
請求項１１から１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記太陽電池デバイスの前記背面において、リターン金属リボンを前記第１の金属リボンに接続する段階を更に備え、前記背面は、前記前面の反対側である、
請求項１２に従属する請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
シリコン太陽電池から太陽電池デバイスを製造するための装置であって、前記装置は、
金属リボンセグメント及び導電性接着剤（ＥＣＡ）の品質／量／位置を検査し、前記ＥＣＡを前記金属リボンセグメント上に分注するように構成された検査及びＥＣＡ分注部品と、
前記太陽電池デバイス用の金属リボンセグメントを調製するように構成された金属リボン調製供給部品と、
金属リボンセグメントを持ち上げ、前記調製された金属リボンセグメントを移送するように構成された配置グリッパ部品と
を備える装置。
【請求項１７】
前記検査及びＥＣＡ分注部品は、検査用カメラ、ＥＣＡ分注用のプッシュプランジャを取り付けた機械的アクチュエータ、交換式ＥＣＡシリンジ、及び空気圧で動作する鉛直移動スライドのうちの少なくとも１つを含む、
請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記機械的アクチュエータは、前記取り付けられたプッシュプランジャによって前記交換式ＥＣＡシリンジに収容された前記ＥＣＡを押し出して、前記ＥＣＡを金属リボンセグメント上に分注するように構成されている、
請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記配置グリッパ部品は、吸引を作動させるために空気圧で動作するソレノイド、Ｘ軸方向の直線移動ステージ、Ｙ軸方向の直線移動ステージ、Ｚ軸方向の直線移動ステージ、及びグリッパヘッドのうちの少なくとも１つを含む、
請求項１６から１８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２０】
前記金属リボン調製供給部品は、グリッパ、カッター、テンショナ付きリボンリール、リボンガイドプーリ、回転移動ステージ、Ｙ軸方向の直線移動ステージ、及び真空チャックのうちの少なくとも１つを含む、
請求項１６から１９のいずれか一項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［連邦政府による資金提供を受けた研究開発の記載］
本発明は、アメリカ合衆国エネルギー省によって授与されたＳｕｎｓｈｏｔ助成金ＤＥ−ＥＥ０００７１９０に基づく政府の支援を受けてなされた。米国政府は、本発明において一定の権利を有する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池として一般に既知である光起電力（ＰＶ）電池は、太陽放射を電気エネルギーに変換するためのデバイスである。一般的には、太陽放射が太陽電池の基板の表面上に衝突し、基板の中に入ることにより、基板のバルク内に電子及び正孔対が生成される。電子及び正孔対が、基板内のｐドープ領域及びｎドープ領域に移動することにより、ドープ領域の間に電圧差が生じる。ドープ領域は、太陽電池上の導電性領域に接続されて、電池から外部回路へと電流が方向付けられる。ＰＶ電池が、ＰＶモジュールなどのアレイ内で組み合わされる場合、全てのＰＶ電池から収集された電気エネルギーを、直列配置及び並列配置で組み合わせて、特定の電圧及び電流を有する電力を提供することができる。
【０００３】
今も増え続ける世界的なエネルギー需要を満たすには、代替エネルギー源が必要である。太陽エネルギー資源は、多くの地理的地域において豊富であり、一部では、太陽電池（例えば、光起電力電池）で生成された電力を供給することによってかかる需要が満たされる。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
本開示の態様は、添付の図面と共に読まれるとき、以下の詳細な説明から最もよく理解される。当該業界における標準的な慣例に従って、様々な特徴部が一定の縮尺で描かれていないことに留意されたい。実際、様々な特徴部の寸法は、説明を明確にするために任意に拡大又は縮小されている場合がある。
【０００５】
【図１】シングル葺き様式（ｓｈｉｎｇｌｅｄ  ｍａｎｎｅｒ）に配置されたハイパー電池／ストリング／太陽電池デバイスの概略断面図を示す。
【０００６】
【図２Ａ】例示的な太陽光モジュールの背面の概略図を示す。
【０００７】
【図２Ｂ】前面のハイパー電池に対する金属リボンの例示的な相互接続の拡大図を示す。
【０００８】
【図２Ｃ】２つの隣接する太陽電池の例示的な相互接続の拡大図を示す。
【０００９】
【図２Ｄ】金属リボンへのリターン金属リボンの例示的な相互接続の拡大図を示す。
【００１０】
【図２Ｅ】前面のハイパー電池に対する金属リボンの例示的な相互接続の別の拡大図を示す。
【００１１】
【図３Ａ】例示的な太陽光モジュールの前面の概略図を示す。
【００１２】
【図３Ｂ】太陽光モジュールの前面の拡大図を示す。
【００１３】
【図４】金属リボンを太陽電池デバイスに取り付けるための例示的な装置の概略斜視図を示す。
【００１４】
【図５】いくつかの実施形態による、装置内のメインステージの概略斜視図を示す。
【００１５】
【図６】いくつかの実施形態による、装置の例示的な検査及びＥＣＡ分注部品の概略斜視図を示す。
【００１６】
【図７】前面に金属リボンを有する太陽電池デバイスを製造するための例示的なプロセスフローを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下の詳細な説明は、図面を参照して読まれるべきであり、図面において、同一の参照番号は、異なる図面全体にわたって同様の要素を指す。図面は、必ずしも一定の縮尺ではないが、選択的な実施形態を示しており、本開示の範囲を限定することを意図していない。詳細な説明は、限定としてではなく、本開示の原理を例として説明する。本説明により、当業者は、本開示を製造かつ使用することが明らかに可能となり、本説明は、本開示を実施する最良の形態であると現在考えられているものを含めて本開示のいくつかの実施形態、適応例、変形例、代替例及び使用を記述する。
【００１８】
用語。以下の段落では、（添付の「特許請求の範囲」を含む）本開示に見られる用語の定義及び／又は文脈を提供する。
【００１９】
「〜を含む」。この用語は、オープンエンド型である。添付の「特許請求の範囲」で使用される際、この用語は、追加の構造又は工程を排除するものではない。
【００２０】
「〜するように構成された」。様々な部又は部品は、１つ以上のタスクを実行「するように構成された」として記載されるか又は特許請求の範囲に記載することができる。かかる文脈では、「〜するように構成された」を使用して、部／部品が、動作中にこれらの１つ以上のタスクを実行する構造を含むことを示すことによって、その構造を含意する。それゆえ、部／部品は、指定された部／部品が現時点で動作可能ではない（例えば、オン／アクティブではない）場合であっても、そのタスクを実行するように構成されていると言うことができる。部／回路／部品が、１つ以上のタスクを実行「するように構成された」と記載することは、その部／部品に関して、米国特許法第１１２条第６項が適用されないことを明示的に意図するものである。
【００２１】
「第１の」、「第２の」など。本明細書で使用される際、これらの用語は、これらが先行する名詞の標識として使用されており、いかなる形式の順序付け（例えば、空間的、時間的、論理的など）も意味しない。例えば、「第１の」金属リボンへの言及は、この金属リボンがある順番における第１番目の金属リボンであることを必ずしも意味しないが、その代わりに、「第１の」という用語は、この金属リボンを他の金属リボン（例えば、「第２の」金属リボン）と区別するために使用される。一例では、第１の金属リボンをハイパー電池に電気的に接続でき、第２の金属リボンを別のハイパー電池に電気的に接続することができる。ハイパー電池は、（以下で更に論じるように）直列に接続された複数の太陽電池であり得る。更に、一例では、追加の金属リボンを使用することができる。
【００２２】
「〜に基づいて」。本明細書で使用される際、この用語は、決定に影響を及ぼす１つ以上の因子を説明するために使用される。この用語は、決定に影響を及ぼし得る更なる因子を排除するものではない。すなわち、決定は、これらの因子だけに基づく場合もあり、あるいはこれらの因子に少なくとも部分的に基づく場合もある。「Ｂに基づいてＡを決定する」という語句について考察する。Ｂは、Ａの決定に影響を及ぼす因子であってもよいが、かかる語句は、Ａの決定がＣにもまた基づくものであることを排除するものではない。他の場合には、単にＢのみに基づいて、Ａを決定してもよい。
【００２３】
「連結された」−以下の説明は、要素若しくはノード又は機構が共に「連結され」ていることを言及する。本明細書で使用する際、特に明記しない限り、「連結された」とは、１つの要素／ノード／機構が、別の要素／ノード／機構に、直接的又は間接的に結合される（又は、直接的若しくは間接的に連通する）ことを意味し、必ずしも機械的ではない。
【００２４】
「抑制する」−本明細書で使用する際、抑制するとは、効果を低減又は最小化することを説明するために使用される。部品又は機構が、作用、動作、若しくは状態を抑制するものとして記載されている場合、部品又は機構は、結果若しくは成果又は将来の状態を完全に阻止することができる。更に、「抑制する」はまた、そうしなければ生じると考えられる成果、実績及び／又は効果を低減又は減少させることを指すことができる。したがって、部品、要素、又は機構が、結果又は状態を抑制するとして言及される場合、これらの部品、要素、又は機構は、結果又は状態を完全に阻止又は排除する必要はない。
【００２５】
更に、以下の説明では、参照のみを目的として特定の用語を使用する場合もあり、それ故に、限定することを意図するものではない。例えば、「上の」、「下の」、「上に」及び「下に」などの用語は、参照された図面内での方向を指す。「前方」、「後方」、「後部」、「側方」、「外側」及び「内側」などの用語は、説明中の部品について記述する本文及び関連図面の参照によって明らかにされる、一貫性はあるが、任意の基準系内における、部品の諸部分の向き及び／又は位置を記述するものである。かかる用語法は、具体的に上述された語、これらの派生語、及び類似の意味の語を含み得る。
【００２６】
本明細書及び添付の「特許請求の範囲」で使用される際、単数形「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」は、文脈上、別途記載のない限り、複数の言及を含む。また、「平行」という用語は、「平行又は実質的に平行」を意味し、本明細書に記載の任意の平行配置が正確に平行であることを要求するのではなく、平行形状からのわずかな逸脱を包含することを意図する。「垂直」という用語は、本明細書に記載の任意の垂直配置が正確に垂直であることを要求するのではなく、「垂直又は実質的に垂直である」ことを意味し、垂直形状からのわずかな逸脱を包含することを意図する。用語「正方形」は、「正方形又は実質的に正方形」を意味し、正方形からのわずかな逸脱、例えば、面取りされた（例えば、丸みを帯びた又はそうでなければ切頂された）角を有する実質的に正方形の形状を含むよう意図される。「矩形」という用語は、「矩形又は実質的に矩形」を意味し、矩形からのわずかな逸脱、例えば、面取りされた（例えば、丸みを帯びた又はそうでなければ切頂された）角を有する実質的に矩形の形状を含むよう意図される。
【００２７】
本開示は、太陽光モジュール回路設計並びに太陽光モジュールを生産するための方法及び関連装置を提供する。一態様では、太陽電池デバイスは、共に相互接続されている太陽電池の第１のストリングを有することができる。太陽電池の第１のストリングは、隣接する太陽電池がシングル葺き様式に重なる状態で一列に配置することができ、太陽電池は、電気的かつ機械的に共に直列に接続されている。太陽電池の第１のストリングは、第１の金属リボンセグメントを含む。第１の金属リボンセグメントは、同じシングル葺き様式で第１の太陽電池ストリングの端部電池の前面と重なるように配置することができる。金属リボンセグメントの側方部分は、端部電池の側方部分を越えて突出することができる。第１の金属リボンセグメントは、導電性接着剤（ＥＣＡ）又ははんだ付けプロセスにより端部電池の前面に導電接合することができる。本明細書に開示された前面は、光源からエネルギーを受け取るために光入射方向に対向するように構成されている。いくつかの実施形態では、第１の金属リボンセグメントは、太陽電池の第１のストリングの負端子接続部として機能するように構成されている。
【００２８】
太陽電池デバイスは、太陽電池の第２のストリング及び第２の金属リボンセグメントを更に含むことができる。第２の金属リボンセグメントは、第２のストリングの端部電池の前面に導電接合されている。第２の金属リボンセグメント及び第１の金属リボンセグメントは、接合されて、第１の金属リボンを形成して、太陽電池の第１のストリングと太陽電池の第２のストリングとの間に電気的接続を提供することができる。いくつかの実施形態では、第１の金属リボンは、太陽電池デバイスの負端子接続部として機能することができる。
【００２９】
太陽電池デバイスは、第２の金属リボンを含むことができる。第２の金属リボンは、ＥＣＡによって太陽電池の第１のストリング及び太陽電池の第２のストリングの他端で背面に電気的にかつ機械的に接合することができる。本明細書に開示された背面は、前面の反対側である。いくつかの実施形態では、第２の金属リボンは、太陽電池デバイスの正端子接続部として機能することができる。太陽電池デバイスは、第３の金属リボンを更に含むことができる。第３の金属リボンは、太陽電池の第１のストリング及び太陽電池の第２のストリングの背面に導電接合することができる。第３の金属リボンは、バイパスダイオードなどのバイパス回路と接続するように構成することができる。
【００３０】
太陽電池デバイスは、その上、バイパス回路と接続するように構成されているリターン金属リボンを更に含むことができる。リターン金属リボンは、一端が金属リボンのうちの１つ、例えば、第１の金属リボンに接続されている事前に絶縁された金属リボンである。一実施形態では、リターン金属リボンは、絶縁されていない、例えば、いかなる事前絶縁も含まない。リターン金属リボンの他端は、バイパスダイオードなどのバイパス回路に電気的に接続することができる。
【００３１】
別の態様では、太陽電池デバイスの前面に金属リボンを取り付けるための装置は、検査及び導電性接着剤（ＥＣＡ）分注部品と、金属リボン調製供給部品と、配置グリッパ部品と、を有することができる。検査及びＥＣＡ分注部品は、金属リボンセグメント又はＥＣＡの品質、量及び位置を検査するように構成することができる。検査及びＥＣＡ分注部品は、ＥＣＡを金属リボンセグメント上に分注するように更に構成することができる。検査及びＥＣＡ分注部品は、検査用カメラを含むことができる。検査用カメラは、金属リボンセグメント又はＥＣＡの品質、量及び位置を検査するように構成されている。検査及びＥＣＡ分注部品は、ＥＣＡ分注用に取り付けられたプッシュプランジャを備えた機械的アクチュエータと、ＥＣＡを収容し、ＥＣＡを注入するための交換式ＥＣＡシリンジと、検査及びＥＣＡ分注部品の位置を鉛直方向に調整するために空気圧で動作する鉛直移動スライドと、を更に含むことができる。金属リボン調製供給部品は、太陽電池デバイスを製造するための金属リボンセグメントを調製するように構成することができる。金属リボン調製供給部品は、グリッパと、カッターと、テンショナ付きリボンリールと、リボンガイドプーリと、回転移動ステージと、Ｙ軸方向の直線移動ステージと、真空チャックと、を含むことができる。配置グリッパ部品は、調製された金属リボンセグメントを持ち上げ、移送するように構成することができる。配置グリッパ部品は、吸引を作動させるために空気圧で動作する１つ以上のソレノイドと、Ｘ軸方向の直線移動ステージと、Ｙ軸方向の直線移動ステージと、Ｚ軸方向の直線移動ステージと、グリッパヘッドと、を有することができる。
【００３２】
別の態様では、上記に開示された装置に基づいて太陽電池デバイスに金属リボンを取り付けるための方法は、第１の金属リボンセグメントを調製する段階と、第１の金属リボンセグメント上にＥＣＡを分注する段階と、を備える。方法はまた、第１の太陽電池を第１の金属リボンセグメントに配置して、ＥＣＡによって、第１の金属リボンセグメントの一面と第１の太陽電池の一面とが重なる状態で、シングル葺き様式に第１の太陽電池を第１の金属リボンセグメントと接合する段階を備える。方法は、ＥＣＡによって、隣接する太陽電池の面同士が重なる状態で、シングル葺き様式に１つ以上の太陽電池を第１の太陽電池と接合する段階を更に備える。
【００３３】
本開示では、太陽光モジュールは、例えば、６つのハイパー電池などの複数のハイパー電池を含む。ハイパー電池は、並列又は直列に接続されている列に配置することができる。ハイパー電池間の電気的接続は、金属リボンにより作製することができる。それぞれのハイパー電池は、太陽電池のストリングを含むことができる。太陽電池のストリングは、隣接する太陽電池をシングル葺き様式に重ね合わせて一列に配置することができる。一例では、太陽電池は、重なり領域において隣接する太陽電池と導電接合されて、太陽電池を直列に導電接続する。
【００３４】
大略的に、太陽電池は、前面及び背面を有する。前面は、光源からエネルギーを受け取るために、動作中、光入射方向に対向するように構成されており、背面は、前面の反対側である。それぞれの太陽電池は、前面及び後面に接点を含み、正端子（例えば、正孔出線端子又は電子入線端子）及び負端子（例えば、正孔入線端子又は電子出線端子）を形成する。太陽電池の設計に応じて、一例では、正端子を前面に形成することができ、負端子を背面に形成することができ、あるいは別の例では、正端子を背面に形成することができ、負端子を前面に形成することができる。本開示では、正端子が前面に形成され、負端子が背面に形成された太陽電池を例に用いたが、開示された技術は、負端子が前面に形成され、正端子が背面に形成された太陽電池に適用するように、好適に変更することができる。
【００３５】
一例では、第１の太陽電池と第２の太陽電池とが直列に接合されるとき、第１の太陽電池の正端子は、第２の太陽電池の負端子と接合され、それ故に、第１の太陽電池の負端子は、直列に接合された２つの太陽電池の負端子とすることができ、第２の太陽電池の正端子は、直列に接合された２つの太陽電池の正端子とすることができる。同様に、３つ以上の太陽電池を直列に接合して、ハイパー電池を形成するとき、ハイパー電池は、直列に接続された太陽電池の２つの端部太陽電池にそれぞれ正端子及び負端子を有する。正端子用の端部太陽電池を正端と称し、負端子用の端部太陽電池を負端と称する。ハイパー電池は、ハイパー電池の正端子及び負端子への接続によって、他のハイパー電池、バイパス回路などのような他の部品に接続することができる。
【００３６】
本開示の一態様によれば、金属リボンは、ハイパー電池の正端及び負端に配置されて、ハイパー電池の正端子接続部及び負端子接続部として機能する。金属リボンは、ハイパー電池を、太陽光モジュールの他のハイパー電池及びバイパス回路などのような他の部品に接続するために使用される。一例では、ハイパー電池の負端子接続部を形成するために、第１の金属リボンがハイパー電池の負端の前面に配置され、ハイパー電池の正端子接続部を形成するために、ハイパー電池の正端の背面に第２の金属リボンが配置される。更に、一例では、ハイパー電池をバイパスダイオードなどのバイパス回路に接続するために追加の金属リボンが使用される。例えば、第３の金属リボンを使用して、負端子接続部をバイパスダイオードに接続することができる。
【００３７】
本開示の一態様によれば、別々の金属リボンセグメントが、異なるハイパー電池の端部太陽電池の前面にそれぞれ配置され、別々の金属リボンを接合して、第１の金属リボンを形成し、ハイパー電池間の接続を提供できる。このように、金属リボン配置工程は、ハイパー電池の組立プロセスに統合することができ、製造組立ライン内の設備によって自動的に行うことができる。
【００３８】
関連する例では、複数のハイパー電池間の接続部として機能するために、２つの連続した金属リボンが複数のハイパー電池の背面に接合されている。関連する例では、それぞれのハイパー電池は、出力電力に寄与することができない犠牲電池を有することができる。
【００３９】
別の関連する例では、組み立て中にハイパー電池を反転させて、金属リボンセグメントを端部電池の前面又は後面に取り付けることができるようにすることができる。反転プロセスは、太陽電池の破損を引き起こす場合がある。
【００４０】
本開示のいくつかの実施形態では、製造方法は、ハイパー電池の組み立て中に自動的に負端でハイパー電池の前面に金属リボンセグメントを調製、検査、及び接合するように、開示の装置により実施することができる。本開示では、金属リボンセグメントを調製することは、金属リボンロールがカッターに供給され、金属リボンロールの一部がカッターによってリボンロールから分離されるプロセスと称される。金属リボンロールの分離された部分は、金属リボンセグメントと称される。開示された装置は、１つの段階で複数の組立工程を行う。一例では、ハイパー電池内の太陽電池の全てが出力電力に寄与することができる。本明細書に開示された方法及び装置は、歩留まりが増大し、人件費が低減される自動製造プロセスを提供する。
【００４１】
図１は、ハイパー電池１００の概略断面図を示す。ハイパー電池１００は、直列接続された太陽電池１０のストリングを含む。太陽電池１０のストリングは、隣接する太陽電池同士が重なる状態で、シングル葺き様式に配置することができる。隣接する太陽電池の重なり部分は、例えば、１ミリメートルの幅を有することができる。それぞれの太陽電池１０は、半導体ダイオード構造及び１つ以上の電気接点を含むことができる。電気接点は、半導体ダイオード構造のための正端子及び負端子を提供するように構成されている。太陽電池１０が露光されると、半導体ダイオードによって太陽電池１０に電流を発生させることができ、その電流を外部負荷に提供することができる。
【００４２】
一実施形態では、それぞれの太陽電池１０は、シリコン基板上に製造される。シリコン基板は、ＰＮ接合を形成するように好適にドープされている。例えば、シリコン基板をドープして、ｐ型層の上にｎ型層を形成する。更に、シリコン基板をパターニングして、シリコン基板の前面（例えば、シリコン基板の上面）及び背面（シリコン基板の下面）などの表面に金属パターンを形成する。例えば、前面の金属パターンは、ｎ型層のための接点を形成し、太陽電池１０の負端子と称され、背面の金属パターンは、ｐ型層のための接点を形成し、太陽電池の正端子と称される。好適であれば、他の材料系、ダイオード構造、物理的寸法又は電気接点配置を使用することができることに留意されたい。例えば、（光源に面している）前面のメタライゼーションパターンは、ｐ型導電性の半導体層に配置することができ、背面（影側）のメタライゼーションパターンは、ｎ型導電性の半導体層に配置することができる。
【００４３】
太陽電池１０は、例えば、（例えば、正方形又は擬似正方形などの）太陽電池を２つ以上（すなわち、Ｎ個）の矩形の太陽電池に分離することによって調製することができる。例えば、正方形の太陽電池は、一辺の長さが１５６ミリメートルである。一例では、太陽電池は、正方形の辺方向に沿って等間隔に切断線（例えばＮ−１個の切断線）によってＮ個の矩形の太陽電池（Ｎは１より大きい正の整数）に切断される。それぞれの太陽電池の長さは、太陽電池の一辺の長さ（例えば、１５６ミリメートル）に等しい。それぞれの太陽電池の幅は、太陽電池の一辺の長さのごく一部（すなわち、約１／Ｎ）であり得る。別の例では、太陽電池は、正方形の第１の辺方向に沿う（例えば、Ｎ−１個の等間隔の切断線などの）第１の組の等間隔の切断線及び正方形の第１の辺方向に垂直な第２の辺方向に沿う（例えば、Ｐ−１個の等間隔の切断線などの）第２の組の等間隔の切断線などの垂直切断線によって、Ｎ×Ｐ個の太陽電池に切断される。この例では、それぞれの太陽電池は、太陽電池ウエハの辺の長さの約１／Ｎの幅と、太陽電池ウエハの辺の長さの約１／Ｐの長さとを有することができる。例えば、Ｎ＝６及びＰ＝２の場合、１５６ミリメートルの辺の長さを有する太陽電池ウエハは、１２個の矩形の太陽電池１０を提供することができ、それぞれの太陽電池１０は、約２６ミリメートルの幅及び約７８ミリメートルの長さを有する。
【００４４】
具体的には、図１の例では、ハイパー電池１００の概略断面図は、直列に接続されている９個の太陽電池１０（１）〜１０（９）を含み、太陽電池１０（１）は、ハイパー電池１００の第１の端部太陽電池１０−Ｎとも称され、太陽電池１０（９）は、ハイパー電池１００の第２の端部太陽電池１０−Ｐとも称される。ハイパー電池１００は、第１の端部太陽電池１０−Ｎの前面に導電接合された第１の金属リボン１４と、第２の端部太陽電池１０−Ｐの背面に導電接合された第２の金属リボン１６と、を含む。一例では、第１の金属リボン１４は、ハイパー電池１００の一端において第１の端部太陽電池１０−Ｎの前面とシングル葺き様式に重なるように構成されている。第１の金属リボン１４は、導電性接着剤（ＥＣＡ）によって、第１の端部太陽電池１０−Ｎの前面に導電接合され、ハイパー電池１００の負端子接続部として機能する。第１の金属リボンが位置している端部電池は、ハイパー電池の負端として識別することができる。本明細書に開示された前面は、光源からエネルギーを受け取るために光入射方向に対向するように構成されている。第２の金属リボン１６は、ハイパー電池１００の他端に位置する第２の端部太陽電池１０−Ｐの背面に接合されている。第２の金属リボン１６は、ハイパー電池１００の正端子接続部として機能するように構成されている。それに対応して、第２の金属リボンが位置している端部電池は、ハイパー電池の正端として識別することができる。本明細書に開示された背面は、前面の反対側である。ハイパー電池は、第３の金属リボン１８を含むことができる。第３の金属リボン１８は、ハイパー電池１００内の第３の太陽電池の背面に接合することができる。第３の金属リボン１８は、バイパスダイオードなどのバイパス回路と接続するように構成することができる。第４の金属リボン、第５の金属リボン又はそれ以上の金属リボンを使用することができる。一例では、第２のバイパスダイオード、第３のバイパスダイオードを使用するとき、又は複数のバイパスダイオードを使用するとき、２つ以上の金属リボンを使用することができる。ハイパー電池１００では、２つの隣接する太陽電池間又は太陽電池と金属リボンとの間の相互接続は、導電性接着剤（ＥＣＡ）１２によって実施することができる。
【００４５】
図２Ａは、例示的な太陽光モジュール２００の背面の概略図を示す。太陽光モジュール２００は、６つのハイパー電池１００などの１つ以上のシングル葺き様のハイパー電池１００を含むことができる。ハイパー電池間の電気的接続は、金属リボンにより作製することができる。一実施形態では、図２Ａに示すように、それぞれのハイパー電池の長辺は、モジュール２００の長辺のほぼ全長の長さを有することができる。ハイパー電池１００は、６つの平行な列として配置される。同様に構成された太陽光モジュールは、かかるハイパー電池のより多い列を含んでもよく、あるいはより少ない列を含んでもよい。別の実施形態では、ハイパー電池はそれぞれ、太陽光モジュールの短辺の長さとほぼ等しい長辺の長さを有し、モジュールの短辺と平行に配向された長辺を有する平行な列に配置されてもよい。更に他の実施形態では、それぞれの列は、例えば、直列に電気的に相互接続され得る２つ以上のハイパー電池を含み得る。図２Ａに示す太陽光モジュール２００は、例えば、約１メートルの長さを有する短辺と、例えば、約１．５〜約２．０メートルの長さを有する長辺と、を有することができる。太陽光モジュールのための任意の好適な形状及び寸法もまた使用されてもよい。ハイパー電池は、任意の好適な寸法の任意の好適な数の太陽電池を含んでもよい。同様に、ハイパー電池の列は、１つ以上のハイパー電池に配置された任意の好適な寸法の任意の好適な数の太陽電池を含んでもよい。
【００４６】
更に図２Ａを参照すると、太陽光モジュール内のハイパー電池の任意の他の好適な直列、並列又は直列及び並列の電気的相互接続も使用することができる。ハイパー電池間の電気的接続は、金属リボンにより作製することができる。
【００４７】
図２Ａに更に示すように、６つのハイパー電池１００は、太陽光モジュール２００の一端における前面で第１の金属リボン１４によって並列に電気的に相互接続されている。第１の金属リボン１４は、複数の別々の金属リボンセグメントを共に接続することによって形成されている。具体的には、図２Ａの例では、第１の金属リボン１４は、６つの別々の金属リボンセグメント１４（１）〜１４（６）を共に接合することによって形成されている。図２Ａに示すように、別々の金属リボンセグメント１４（１）〜１４（６）は、負端子において異なるハイパー電池に対してそれぞれ配置され、別々の金属リボンセグメント１４（１）〜１４（６）は、第１の金属リボン１４を形成し、ハイパー電池間の接続を形成するようにするように接合されている。いくつかの実施形態では、それぞれの金属リボンセグメントは、例えば、長さ１６５ミリメートル、幅１０ミリメートル及び厚さ０．０８ミリメートルの寸法を有することができる。第１の金属リボン１４は、ハイパー電池１００の負端子同士を接続し、太陽光モジュール２００の負端子接続部として機能する。第１の金属リボン１４が位置している端部は、太陽光モジュール２００の負端として識別することができる。第１の金属リボン１４は、太陽光モジュール２００の前面に接合され、かつ太陽光モジュール２００の負端とシングル葺き様式に重なるように配置することができる。リボンの側方部分１４'は、太陽光モジュール２００の側方部分１０−Ｎ'（図２Ｂに示す）を越えて突出することができる。
【００４８】
太陽光モジュール２００では、６個のハイパー電池１００が、太陽光モジュール２００の他端において第２の金属リボン１６によって並列に電気的に相互接続されている。図２Ａに示すように、第２の金属リボン１６は、背面で太陽光モジュール２００の他端に接続することができる。第２の金属リボン１６は、連続した金属リボンとすることができ、ハイパー電池１００の正端子同士を接続することができる。それに対応して、第２の金属リボン１６は、太陽光モジュール２００の正端子接続部として機能する。第２の金属リボン１６が位置している端部は、太陽光モジュール２００の正端と標識することができる。
【００４９】
太陽光モジュール２００は、第３の金属リボン１８を更に含むことができる。第３の金属リボン１８もまた連続した金属リボンであってもよい。第３の金属リボン１８は、背面で太陽光モジュール２００に接合することができ、バイパスダイオードなどのバイパス回路と接続するためにハイパー電池の列を横切って横方向に延びる。太陽光モジュール２００は、バイパス回路に接続するように構成されているリターン金属リボン２４（図２Ｄに示す）を更に有することができる。図２Ｄに示すように、リターン金属リボン２４は、金属リボンのうちの１つ、例えば、第１の金属リボン１４に垂直に接続された端部を有する予め絶縁された金属リボンであり得る。一実施形態では、リターン金属リボン２４は、非絶縁金属リボンである。リターン金属リボンの他端は、バイパスダイオードなどのバイパス回路に電気的に接続することができる。必ずしもそうとは限らないが、通常、本明細書に記載の太陽光モジュールは、１つ以上のバイパスダイオードを含む。バイパスダイオードのうちの１つと電気的に並列に配置された太陽電池が、シェーディング、ひび割れ又は更には最適以下の電池性能のために電流を著しく制限する場合、バイパスダイオードは、順方向にバイアスされ、その太陽電池又はその太陽電池を含むモジュールの一部を電気的に迂回させることとなる。これにより、電流が制限されている電池の周囲に危険なホットスポットが形成されるのを防ぎ、モジュールの性能を向上させる。なお、太陽光モジュール２００では、それぞれの太陽電池１０の背面に複数のコンタクトパッド２０を形成することができる。コンタクトパッド２０は、相互接続を提供する。例えば、シングル葺き様ハイパー電池１００では、背面のコンタクトパッド２０を金属リボンに接合することができる。コンタクトパッド２０はまた、隣接する重なる太陽電池の前面のコンタクトパッドに接合されて、２つの太陽電池を直列に電気的に接続することができる。
【００５０】
図２Ｂは、前面の負端におけるハイパー電池１００への第１の金属リボン１４の例示的な相互接続の拡大図を示し、ハイパー電池１００は、左側から１列目の太陽光モジュール２００である。上述のように、第１の金属リボン１４は、複数の別々の金属リボンセグメントを共に接続することによって形成される。図２Ｂに示す第１の金属リボン１４の部分は、実際には金属リボンセグメント１４（１）である。金属リボンセグメント１４（１）は、ハイパー電池１００の第１の端部太陽電池１０−Ｎの前面に接合されている。金属リボンセグメント１４（１）は、第１の端部太陽電池１０−Ｎとシングル葺き様式に重なるように配置することができる。第１の端部太陽電池１０−Ｎと金属リボンセグメント１４（１）との重なり部分は、例えば、３ミリメートルの幅Ｔ１を有することができる。金属リボン１４（１）の側方部分１４'は、太陽電池１０−Ｎの側方部分１０−Ｎ'を越えて突出することができる。図２Ａ及び図２Ｂに示すように、本明細書に示す太陽電池１００は、左側から１列目の太陽光モジュール２００であり、金属リボン１４（１）の縁部１４"は、左側から、太陽電池１０−Ｎの縁部１０−Ｎ"と同じ高さである。
【００５１】
図２Ｃは、背面の２つの隣接するハイパー電池１００の金属リボンセグメント１４（１）及び１４（２）による例示的な相互接続の別の拡大図を示す。図２Ｃ示すように、２つの隣接するハイパー電池は、金属リボンセグメント１４（１）及び１４（２）によって接続されている。２つの金属リボンセグメントは、ハイパー電池の前面に接合されており、２つのハイパー電池を共に接続している。２つの金属リボンセグメント１４（１）及び１４（２）は、はんだ点２２により接合されている。一実施形態では、金属リボンセグメントは、手動で共にはんだ付けされている。別の例では、金属リボンセグメントは、自動化プロセスによってはんだ付けすることができる。
【００５２】
図２Ｄは、リターン金属リボン２４の第１の金属リボン１４への例示的な相互接続の拡大図を示す。図２Ｄに示すように、第１の金属リボン１４は、２つの別々の金属リボンセグメント１４（３）及び１４（４）を含むことができる。第１の金属リボン１４は、前面の負端で太陽光モジュール２００に接続され、リターンリボン２４は、第１の金属リボン１４と垂直に接続される。リターンリボン２４は、太陽光モジュール２００の背面に位置する。上述のように、リターン金属リボン２４は、事前絶縁された金属リボンである。金属リボン２４の一端は、金属リボンのうちの１つ、例えば、第１の金属リボン１４と接続することができ、リターン金属リボンの他端は、バイパスダイオード（図示せず）のようなバイパス回路と電気的に接続することができる。
【００５３】
図２Ｅは、前面の負端でのハイパー電池１００への金属リボン１４の例示的な相互接続の別の拡大図を示す。ハイパー電池１００は、右側から１列目の太陽光モジュール２００である。上述のように、第１の金属リボン１４は、複数の別々の金属リボンセグメントを共に接続することによって形成される。図２Ｅに示す第１の金属リボン１４の部分は、実際には金属リボンセグメント１４（６）である。図２Ｅに示すように、金属リボンセグメント１４（６）は、ハイパー電池１００の第１の端部太陽電池１０−Ｎの前面に接合され、太陽電池１０−Ｎとシングル葺き様式に重なるように配置される。金属リボンセグメント１４（６）の側方部分１４'は、第１の端部太陽電池１０−Ｎの側方部分１０−Ｎ'を越えて突出することができる。図２Ａ及び図２Ｅに示すように、本明細書に開示されたハイパー電池１００は、右側から１列目の太陽光モジュール２００である。金属リボンセグメント１４（６）の縁部１４"は、右側から、第１の端部太陽電池１０−Ｎの縁部１０−Ｎ"と同じ高さである。
【００５４】
図３Ａは、例示的な太陽光モジュール２００の前面の概略図を示す。太陽光モジュール２００は、６つのシングル葺き様のハイパー電池１００を有することができる。それぞれのハイパー電池の長辺は、太陽光モジュールの長辺のほぼ全長の長さを有することができる。図３Ａに示すように、第１の金属リボン１４は、前面に接合され、太陽光モジュール２００の負端に位置する。第１の金属リボン１４は、複数の別々の金属リボンセグメントを共に接続することによって形成されている。具体的には、図３Ａの例では、第１の金属リボン１４は、６つの別々の金属リボンセグメント１４（１）〜１４（６）を共に接合することによって形成されている。図３Ｂは、太陽光モジュールの前面の拡大図を示す。図３Ｂに示すように、第１の金属リボン１４の部分は実際には金属リボンセグメント１４（６）である。金属リボンセグメント１４（６）は、ハイパー電池１００の第１の端部太陽電池１０−Ｎの前面に接合されており、太陽電池１０−Ｎとシングル葺き様式に重なるように配置されている。ハイパー電池１００は、左側から１列目の太陽光モジュール２００である。金属リボンセグメント１４（６）の側方部分１４'は、第１の端部太陽電池１０−Ｎの側方部分１０−Ｎ'を越えて突出することができる。太陽電池の前面のメタライゼーションが図３Ａ及び図３Ｂに図示されていないことに留意されたい。
【００５５】
図４は、いくつかの実施形態による、金属リボンを太陽電池デバイスに取り付けるための例示的な装置３００の斜視図を示す。一例では、装置３００は、ハイパー電池１００などのハイパー電池を組み立てるために使用される。装置３００は、メインステージ２６と、金属リボン調製供給部品２８と、を備えることができる。メインステージ２６は、配置グリッパ部品６８（図５に示す）と、検査及びＥＣＡ分注部品５８（図６に示す）と、を更に備えることができる。メインステージ２６の詳細は、図５及び図６を参照して説明することができる。
【００５６】
図４を更に参照すると、金属リボン調製供給部品２８は、ハイパー電池１００などのハイパー電池の組み立て中に、金属リボンセグメント１４（１）〜１４（６）のうちの１つなどの金属リボンのセグメントを調製するように構成されている。リボン調製供給部品２８は、メインステージ２６に取り付けられているグリッパＡ３０と、グリッパＢ３２と、カッター３４と、位置合わせステージ３６と、テンショナ付きリボンリール３８と、いくつかのリボンガイドプーリ４０と、を有することができる。本明細書に開示された位置合わせステージ３６は、回転移動ステージ４２と、Ｙ軸方向の直線移動ステージ４４と、真空チャック４６と、を更に含むことができる。
【００５７】
金属リボンセグメントの調製プロセス中に、リボンリール３８は、金属リボンのロールを供給する。ロールの端部は、リボンガイドプーリ４０によって誘導され、カッター３４の切断窓を通過して、グリッパＡ３０に把持されるのを待機することができる。グリッパＡ３０は、図４に示すようにメインステージ２６に取り付けられている。その後、メインステージ２６がＸ軸に沿ってカッター３４に向かって移動し、グリッパＡ３０がメインステージ２６と共に移動して、ロールの端部を持ち上げる。グリッパＡ３０は、ロールの端部を掴むことができる。その後、メインステージ２６は、Ｘ軸に沿ってカッター３４から離れる方向へ移動及び停止し、それ故に、グリッパＡ３０は、ロールの端部を金属リボンのセグメントに対して適切な長さまで引き出す。次いで、グリッパＢ３２は、金属リボンの引き出し部分の位置を掴んで、引き出し部分を保持する。メインステージ２６は、端部を強く更に引っ張り、一例では、金属リボンの引き出し部分を数ミリメートル変形させる。その後、カッター３４は、前方へ移動し、金属リボンを切断し、それ故に、金属リボンのセグメントは、金属リボンのロールから分離される。次いで、金属リボンのセグメントは、位置合わせステージ３６に位置する真空チャック４６によって吸引される。次いで、カッター３４は、元の位置へ、後方へ移動する。グリッパＡ３０は、金属リボンのセグメントを解放する。金属リボンのセグメントは、真空チャック４６の上に横たわる。金属リボンのセグメントは、金属リボンセグメント１４（１）〜１４（６）のうちの１つなどの金属リボンセグメントと称される。一例では、（グリッパＡ３０を含む）メインステージ２６は、Ｘ軸に沿ってカッター３４から離れる方向に移動して、元の位置に戻ることができる。
【００５８】
図５は、本開示の一実施形態による装置３００内のメインステージ２６の斜視図を示す。メインステージ２６は、本開示のいくつかの実施形態による、配置グリッパ部品６８と、検査及びＥＣＡ分注部品５８と、を含む。メインステージ２６は、単一のステージで複数の組み立て工程を実行するように構成されている。メインステージ２６は、例えば、金属リボンの把持と、金属リボンの伸長と、金属リボンのカメラ検査と、ＥＣＡのカメラ検査と、ＥＣＡ分注と、金属リボンセグメントの持ち上げと、金属リボンセグメントの配置と、を実行するように構成されている。図５に示すように、配置グリッパ部品６８は、エアソレノイド４８と、Ｘ軸方向の直線移動ステージ５０と、Ｚ軸方向の直線移動ステージ５２と、Ｙ軸方向の移動スライド５４と、グリッパヘッド５６と、を含むことができる。移動スライド５４は、空気圧で動作するように構成されている。直線移動ステージ５０は、Ｘ軸方向において０ミリメートル〜３２０ミリメートルまでの移動範囲を有することができる。直線移動ステージ５２は、Ｚ軸方向において０ミリメートル〜３ミリメートルまでの移動範囲を有することができ、空気圧で動作する移動スライド５４は、Ｙ軸方向において０ミリメートル〜５ミリメートルまでの移動範囲を有することができる。
【００５９】
製造中、移動ステージ５０及び５２並びに移動スライド５４は、メインステージ２６の位置を調整して、例えば、リボンの把持及び伸長、金属リボンとＥＣＡのカメラ検査、ＥＣＡ分注、金属リボンセグメントの持ち上げ及び配置などの機能を完成させるように構成することができる。グリッパヘッド５６は、金属リボンセグメントを真空チャック４６から持ち上げ、あるいは、金属リボンセグメントを硬化ベルト（図示せず）に対して配置するように構成することができる。エアソレノイド４８は、金属リボンセグメントを取り出し、配置する間に付与することができる吸引を作動させるように構成されている。グリッパヘッド５６は、エアソレノイド４８によって制御された吸引を実行するか又は吸引を停止することができる。
【００６０】
図６は、いくつかの実施形態による、例示的な検査及びＥＣＡ分注部品５８の概略斜視図を示す。少量のＥＣＡペーストを金属リボンセグメントに正確に分注することは困難であり、通常は高価な機器及びフィードバックが必要となる。本開示では、特注設計された検査及びＥＣＡ分注部品５８がメインステージ２６に取り付けられており、低コストであるが、精度が高い分注プロセスを提供する。検査及びＥＣＡ分注部品５８は、検査用カメラ６０と、プッシュプランジャが取り付けられたアクチュエータ６２と、交換式ＥＣＡシリンジ６４と、移動スライド６６と、を含むことができる。
【００６１】
検査用カメラ６０は、上記で開示されている調製された金属リボンセグメント及び／又は分注されたＥＣＡの品質／量及び位置を検査するために導入されている。検査用カメラ６０もまた、メインステージに取り付けられており、これにより、検査用カメラは、移動し、複数の場所で、金属リボンセグメントを走査することができる。製造中、ライン制御（ＬＣ）システム（図示せず）は、検査用カメラ６０によって撮像された写真に依拠して、金属リボンセグメント又はＥＣＡの品質を判定し、プロセスを継続するべきかどうかを決定することができる。アクチュエータ６２は、交換式ＥＣＡシリンジ６４に収容されたＥＣＡを、取り付けられたプッシュプランジャによって押し出して、ＥＣＡを金属リボンセグメント上に分注するように構成されている。アクチュエータ６２は、移動スライド６６によって、図６に示すＺ軸方向に上下に移動可能である。Ｚ軸方向（例えば、鉛直方向）の移動スライド６６は、空気圧で動作することができ、検査及びＥＣＡ分注部品の位置を０ミリメートル〜５ミリメートルの範囲内で鉛直方向に調整できる。
【００６２】
関連する例では、ＥＣＡは、ＥＣＡの粘度変化を考慮するために、ソフトウェアによる調整を必要とする空気圧手法によって分注することができる。関連する例は、高価であり、精度が低い場合がある。本開示では、検査用カメラ６０と（機械的アクチュエータ６２、ＥＣＡシリンジ６４、及び移動スライド６６を含む）機械的分注部分とを組み合わせるための特注設計が提供される。開示された機械的分注部分は、ＥＣＡ分注のための特注設計であり、低コストで、精度が高い装置である。検査用カメラを導入して、金属リボンセグメント及び分注されたＥＣＡの品質／量及び位置を検査し、これによって歩留まり及び精度を向上させることができる。加えて、検査及びＥＣＡ分注部品５８は、配置グリッパ部品６８と組み合わされて、メインステージ２６を形成する。部品５８と部品６８との組み合わせは、金属リボンの調製、ＥＣＡの分注、及び品質／量／位置検査などの複数の組立工程を一段階に統合する。
【００６３】
図７は、本開示の一実施形態による、ハイパー電池１００を組み立てるためのプロセス７００を概説する例示的なフローを示す。一例では、プロセス７００は、図４、図５及び図６の装置３００によって実行される。プロセス７００は、金属リボンセグメントを調製し、調製された金属リボンセグメントをハイパー電池１００の負端子と接合して、他の太陽光モジュール部品への接続を可能にすることができる。図７に示す、製造プロセスは、金属リボンセグメント１４（１）〜１４（６）のうちの１つのような金属リボンセグメントを、ハイパー電池１００を製造するために調製することができるステップＳ７０２から開始する。図４、図５、図６を参照すると、上述のように、リボンリール３８は、金属リボンのロールを供給する。ロールの端部は、リボンガイドプーリ４０によって誘導され、カッター３４の切断窓を通過して、グリッパＡ３０によって把持されるのを待機することができる。メインステージ２６は、図４に示すＸ軸に沿ってカッター３４に向かって移動し、金属リボンに近づく。メインステージ２６が取り付けられたグリッパＡ３０は、ロールの端部を掴む。
【００６４】
次に、メインステージ２６がＸ軸に沿ってカッター３４から離れるように移動して停止し、それ故に、グリッパＡ３０は、ロールの端部を金属リボンのセグメントに対して適切な長さまで引き出す。次いで、グリッパＢ３２は、金属リボンの引き出し部分の位置を掴んで、引き出し部分を保持する。メインステージ２６は、端部を強く更に引っ張り、一例では、金属リボンの引き出し部分を数ミリメートル変形させる。供給される金属リボンは、必ずしも平らではない。上述した引っ張り及び伸長処理により、金属リボンを平らにすることができる。平らな金属リボンにより、金属リボンの切断及び金属リボンの接合などのその後の製造工程が助けられる。続いて、カッター３４が前方へ移動し、金属リボンを切断し、それ故に、金属リボンのセグメントが金属リボンのロールから分離される。次いで、調製された金属リボンセグメントは、位置合わせステージ３６に位置する真空チャック４６によって吸引される。次いで、カッター３４は、元の位置へ、後方へ移動する。グリッパＡ３０は、金属リボンのセグメントを解放する。金属リボンセグメントは、真空チャック４６の上に横たわる。次のステップは、（グリッパＡ３０を含む）メインステージ２６が、Ｘ軸に沿って、元の位置へ、カッター３４から離れる方向へ移動することであり得る。
【００６５】
ステップＳ７０４において、図４、図５及び図６をまた参照すると、検査用カメラ６０は、調製された金属リボンセグメントの品質の検査を開始する。最初に、真空チャック４６は、直線移動ステージ５４によってＹ軸方向に移動する。真空チャック４６は、リボン調製供給部品２８から離れる方向に初期位置から中間位置に移動する。真空チャック４６が位置している初期位置は、後方位置として識別することができる。中間位置と比較すると、真空チャック４６の後方位置は、リボン調製供給部品２８により近い。Ｙ軸に沿う真空チャック４６の移動に続いて、メインステージ２６は、直線移動ステージ５０によって、Ｘ軸に沿ってカッター３４に接近するように前方へ移動する。その後、取り付けられた検査用カメラ６０が、カッター３４に隣接する金属リボンセグメントの端部の上の位置に達すると、メインステージ２６は停止する。次いで、メインステージ２６は、Ｘ軸に沿ってカッター３４から離れる方向に後方に移動し始める。メインステージ２６の移動中、メインステージ２６に取り付けられた検査用カメラ６０は、カッター３４に隣接する端部とメインステージ２６に近い端部との間の異なる位置から金属リボンセグメントのいくつかの写真を撮影することができる。一例では、検査用カメラ６０によって撮像された写真の数は５枚であり得る。カメラ６０によって撮影された検査写真は、ライン制御（ＬＣ）システム（図示せず）に送ることができ、ＬＣシステムは、金属リボンセグメントの品質が良好であるかどうかを判定する。金属リボンセグメントの品質が製造基準を満たすことができない場合、金属リボンセグメントは、ライン制御システムによって拒絶される。
【００６６】
その後、プロセス７００は、ステップＳ７０６に進む。ステップＳ７０６において、図４、図５及び図６をまた参照すると、ＥＣＡ分注部品５８は、ステップＳ７０２で生産された調製された金属リボンセグメント上に複数のＥＣＡ１２を分注する。ＥＣＡ分注中、メインステージ２６は、再びＸ軸に沿って第１の位置までカッター３４に向かって移動する。第１の位置では、メインステージ２６に取り付けられているＥＣＡ分注部品５８は、カッター３４に隣接する金属リボンセグメントの端部の上に張り出している。次いで、ＥＣＡ分注部品５８は、移動スライド６６によってＺ軸に沿って下方に移動して、金属リボンセグメントに接近し、金属リボンセグメントの頂部位置で停止する。したがって、ＥＣＡ分注部品５８内のアクチュエータ６２は、取り付けられたプッシュプランジャによって交換式ＥＣＡシリンジ６４に収容されたＥＣＡを押し出す。注入されたＥＣＡは、端部に隣接する第１の位置で金属リボンセグメント上に分注される。分注されたＥＣＡは、第１のＥＣＡを形成する。第１のＥＣＡが分注された後、ＥＣＡ分注部品５８は、初期位置まで上昇する（例えば、金属リボンセグメントから離れる方向に移動する）。次に、メインステージ２６は、第２の位置へカッター３４から離れる方向に移動し、停止する。ＥＣＡ分注部品５８は、再び下降し、第２の位置で金属リボンセグメント上に第２のＥＣＡを分注し始める。メインステージ２６がカッター３４から離れる方向に移動するのに伴って、複数のＥＣＡを２つの端部間の金属リボンセグメント上に分注することができる。
【００６７】
ステップＳ７０８において、図４、図５及び図６をまた参照すると、検査用カメラ６０は、分注されたＥＣＡの品質、量及び位置を検査する。ステップＳ７０８は、ＥＣＡ分注と同時に実行することができる。検査用カメラ６０は、メインステージ２６がカッター３４から離れるにつれて、分注されたＥＣＡのいくつかの写真を撮ることができる。いくつかの実施形態では、写真の数は、例えば、５枚であってもよい。取り込まれた写真は、再びＬＣシステムに送信されて、ＥＣＡの品質及び量を確認することができる。ＥＣＡの品質及び／又は量が製造基準を満たすことができない場合、ＥＣＡは拒絶されることとなる。
【００６８】
ここで、プロセスは、ステップＳ７１０に進み、メインステージ２６が真空チャック４６から金属リボンセグメントを持ち上げる。ステップＳ７１０において、図４、図５及び図６をまた参照すると、真空チャック４６は、上述の中間位置から更に第３の位置へ、リボン調製供給部品２８から離れる方向に移動する。中間位置と比較して、真空チャック４６が移動する第３の位置は、リボン調製供給部品２８により遠い。真空チャック４６に続いて、メインステージ２６は、Ｘ軸に沿ってカッター３４に向かって移動する。メインステージ２６は、グリッパヘッド５６が真空チャック４６上にある金属リボンセグメント、例えば、金属リボンセグメント１４（１）〜１４（６）のうちの１つの上に張り出す持ち上げ位置で停止する。したがって、メインステージ２６内のグリッパヘッド５６は、金属リボンセグメントを吸引し始める。グリッパヘッド５６の吸引動作は、メインステージ２６内のソレノイド４８によって制御することができる。金属リボンセグメントがグリッパヘッド５６によって持ち上げられると、メインステージ２６が上昇し、カッター３４から離れる方向に移動し、配置場所に到達する。配置場所において、メインステージ２６は、金属リボンセグメントを硬化ベルト（図示せず）に移送する。
【００６９】
図４、図５及び図６をまた参照して、プロセスは、メインステージ２６が、金属リボンセグメントを硬化ベルト（図示せず）に移送するステップＳ７１２に進む。金属リボンセグメントの配置中に、グリッパヘッド５６は、前方及び下方に移動して、硬化ベルトに接近し、金属リボンセグメントを硬化ベルトに配置する。金属リボンセグメントが硬化ベルトに配置される直前に、ロボット（図示せず）がシングルベルト（ｓｈｉｎｇｌｅ  ｂｅｌｔ）（図示せず）から硬化ベルト（図示せず）に最後の太陽電池を単に持ち上げ、配置して、先行するハイパー電池を完成させることができることに留意されたい。最後の太陽電池は、先行するハイパー電池の他の太陽電池と一緒に、硬化ベルト上にシングル葺き様式で配置することができる。先行するハイパー電池が完成すると、硬化ベルトは、ハイパー電池１００などの新しいハイパー電池を製造するための金属リボンセグメントを受け取るために、１００ｍｍなどの短い距離を指示（ｉｎｄｅｘ）する。
【００７０】
プロセスは、ステップＳ７１４に続く。ステップＳ７１４において、図４、図５及び図６をまた参照すると、ロボットは、シングルベルト（図示せず）から第１の太陽電池を取り出し、第１の太陽電池の前面を金属リボンセグメントに配置する。金属リボンセグメントは、ステップＳ７１２においてグリッパヘッド５６によって硬化ベルト（図示せず）に配置されるものとすることができる。第１の太陽電池は、第１の端部太陽電池１０−Ｎであり得、金属リボンセグメントは、図２Ｂに示される金属リボンセグメント１４（１）〜１４（６）のうちの１つであり得る。第１の端部太陽電池１０−Ｎは、第１の端部太陽電池の端部と金属リボンセグメントとが重なる状態で、シングル葺き様式に金属リボンセグメントに配置される。金属リボンセグメントは、導電性接着剤（ＥＣＡ）によって第１の端部太陽電池１０−Ｎの前面に導電接合され、負端子接続部として作用する。
【００７１】
図４、図５及び図６をまた参照して、プロセス７００は、メインステージ２６が上昇し、金属リボンセグメントから離れる方向に移動し、元の位置に戻るステップＳ７１６に進む。硬化ベルト（図示せず）は、ロボット（図示せず）から次の太陽電池を受け取るために、次の位置へ前方に指示する。ロボットは、シングルベルト（図示せず）から後続の太陽電池を取り出し、第１の太陽電池に後続の太陽電池をシングル葺き様式に配置する。第１の太陽電池及び後続の太陽電池は、直列に接続され、端部同士が重なる状態で、シングル葺き様式に配置されている。硬化ベルトは更に指示することができ、１つ以上の太陽電池を取り出し、共に接合して、シングル葺き様式のハイパー電池１００を完成させることができる。
【００７２】
ステップＳ７１８において、製造プロセス７００は終了し、次いで、ステップＳ７０１から繰り返して、新しいハイパー電池の製造を開始する。
【００７３】
例示的な方法７００の前、最中、及び後に追加のステップを提供することができ、方法７００の追加の実施形態のために説明したステップのいくつかを交換、削除、又は移動することができることに留意されたい。後続のプロセスのステップでは、金属リボンなどの様々な追加の相互接続構造をハイパー電池に接合することができる。このような相互接続構造は、共に電気的に接合されて、太陽光モジュールを形成することができる。バイパス回路などの他の補助回路、及び／又は電力制御回路も同様に太陽光モジュールに接続することができる。
【００７４】
本明細書で提供される説明に関して、本開示は、太陽電池デバイス、並びに太陽電池デバイスを製造するための方法及び装置を提供する。本明細書に開示された太陽光モジュールは、１つ以上のハイパー電池を含むことができる。ハイパー電池は、並列又は直列に接続されている列に配置することができる。ハイパー電池間の電気的接続は、金属リボンにより作製することができる。ハイパー電池は、太陽電池のストリングを有することができる。太陽電池のストリングを直列に導電接続し、隣接する太陽電池同士が重なる状態で、シングル葺き様式に配置することができる。本明細書に開示された太陽光モジュールでは、別々の金属リボンセグメントは、異なるハイパー電池用の端部太陽電池にそれぞれ配置され、別々の金属リボンセグメントを接合して、第１の金属リボンを形成することができる。第１の金属リボンは、負端で太陽光モジュールの前面に接合され、ハイパー電池間に接続部を形成することができる。太陽光モジュールは、第２の金属リボンを有することができる。第２の金属リボンは、連続していてもよく、正端における太陽光モジュールの背面に接合され得る。
【００７５】
関連する例では、第１の金属リボンと第２の金属の両方が連続していてもよく、太陽光モジュールの背面に接合されていてもよい。関連する例では、太陽光モジュールの負端に位置する太陽電池は、不活性であって、電力を生成することができず、不活性の太陽電池は、出力電力の損失をもたらす。本開示では、ハイパー電池の組み立て中に自動的に負端においてハイパー電池の前面上に金属リボンセグメントを調製、検査、及び接合するために、開示された装置によって、自動製造方法を実施することができる。開示された装置は、一段階で複数の工程を実施する。開示された太陽電池デバイスにおける全ての太陽電池は、出力電力に寄与し得る。本明細書に開示された方法及び装置は、歩留まりが増大し、人件費が低減される自動製造プロセスを提供する。
【００７６】
本開示において、開示された装置によって実行される自動化された方法は、金属リボンセグメントの調製（把持、伸長及び切断）、金属リボンセグメント及びＥＣＡのカメラ検査、ＥＣＡの分注、並びに金属リボンセグメントの取り出し及び配置を含むことができる。特注設計された装置は、金属リボンセグメントの調製（把持、伸長及び切断）、金属リボンセグメント及びＥＣＡのカメラ検査、ＥＣＡの分注、並びにリボンセグメントの取り出し及び配置の手順／機能を一段階で統合した。
【００７７】
本開示は、ＥＣＡを分注するための、関連する例とは異なる方法を更に提供する。少量のＥＣＡペーストを金属リボンに精度高く分注することは困難であり、通常、高価な機器及びフィードバックを要する。関連する例では、ＥＣＡは、ＥＣＡの粘度変化を考慮するために、ソフトウェアによる調整を必要とする空気圧手法によって分注することができる。関連する例は、高価であり、精度が低い場合がある。本開示では、特注設計された検査及びＥＣＡ分注部品が、メインステージに取り付けられ、ＥＣＡを分注するための機械的アプローチが提供される。これは、低コストであり、精度が高くなり得る。検査用カメラを導入して、調製された金属リボンセグメント及び分注されたＥＣＡの品質、量及び位置を検査し、これによって、歩留まり及び精度を向上させることができる。加えて、検査及びＥＣＡ分注部品は、配置グリッパ部品と組み合わされて、メインステージを形成する。検査及びＥＣＡ分注部品と配置グリッパ部品との組み合わせは、金属リボンの調製、ＥＣＡの分注、及び品質／量／位置検査などの複数の組立工程を一段階に統合することができる。
【００７８】
前述は、当業者が本開示の態様をよりよく理解することができるように、いくつかの実施形態の特徴を概説している。当業者は、本明細書に導入された実施形態の同じ目的を実行し、かつ／又は同じ利点を達成するための他のプロセス及び構造を設計又は変更するための基礎として本開示を容易に使用できることを理解されたい。当業者はまた、かかる同等の構成が、本開示の趣旨及び範囲から逸脱しないこと、及びこれらが本開示の趣旨及び範囲から逸脱することなく本明細書中の様々な変更、置換、及び改変をなし得ることを理解すべきである。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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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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【外国語明細書】
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