(57)【要約】  少なくとも２つの直列相互接続された光電子部品（１０４、１０６、１０８）を含むモノリシック集積光電子モジュール装置（１００）を製造するための方法である。この方法は、（ａ、ｂ、ｃ）又は（ｃ、ｂ、ａ）の順序で、（ａ）バックコンタクト電極（１２２、１２４、１２６、１２８）と、（ｂ）半導体層（１３０）と、（ｃ）フロントコンタクト部品（１５２、１５４、１５６、１５８）とを含む３層スタックの絶縁基板又はスーパーストレート（１１０）上での堆積及びスクライビングを含む。ビアホール（１５３、１５５、１５７）は、ドリル加工処理の熱により、前記ビアホールの表面において、前記ビアホールの半導体層の表面（１３２、１３４、１３６、１３８）を導電性にする金属化が生じ、その結果、第１のフロントコンタクト部品（１５４、１５６）を第２のバックコンタクト電極（１２４、１２６）に接続することによって光電子部品（１０４、１０６、１０８）間に直列相互接続電気路が確立されるようにドリル加工される。【選択図】図１Ｇ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光起電、ダイオード、又は発光ダイオード部品等の少なくとも２つの直列相互接続された光電子部品（１０４、１０６）を含むモノリシック集積光電子モジュール（１００）の製造方法において、前記モジュールは、最初の電気絶縁層（１１０）が基板構成で配置される場合には（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の順番で行われる以下のステップによって生産される層のスタックの下の基板として配置され、又、前記最初の絶縁層がスーパーストレート構成で配置される場合には（ｃ）、（ｂ）、（ａ）の順番で行われる以下のステップによって生産される層のスタックの上のスーパーストレートとして配置される前記最初の電気絶縁層（１１０）から開始され、前記方法は、
（ａ）バックコンタクト層と呼ばれる導電性層（１２０）を前記絶縁層（１１０）上又はステップ（ｂ）からの半導体層（１３０、１４０）上に堆積し、前記絶縁層（１１０）又は前記半導体層（１３０、１４０）の少なくとも１つの連続した線が露出され、その結果、電気的に接続されていない少なくとも１つの第１及び少なくとも１つの第２のバックコンタクト部品（１２２、１２４、１２６、１２８）が設けられるように、ここではバックコンタクト溝と呼ばれる少なくとも１つの溝（１２１）を前記バックコンタクト層（１２０）内に彫るステップと、
（ｂ）少なくとも１つの半導体光電子活性層（１３０）を含む少なくとも１つの半導体層（１３０、１４０）を前記以前のステップ（ａ）又は（ｃ）において堆積された層（１２０、１５０）上に堆積し、それによって、前記溝（１２１、１５１）を充填するステップにおいて、前記半導体光電子活性層（１３０）は、例えばＣｄＴｅ又はＡＢＣ２材料から作られ、Ａは、Ｃｕ及びＡｇを含むＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｕｎｉｏｎ  ｏｆ  Ｐｕｒｅ  ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙによって定義される化学元素の周期表の第１１族の元素を表し、Ｂは、Ｉｎ、Ｇａ、及びＡｌを含む前記周期表の第１３族の元素を表し、Ｃは、Ｓ、Ｓｅ、及びＴｅを含む前記周期表の第１６族の元素を表すステップと、
（ｃ）前記以前のステップ（ｂ）において堆積された前記層（１３０、１４０）上、又は前記絶縁層（１１０）上に少なくとも１つの導電性フロントコンタクト層（１５０）を堆積し、前記以前のステップにおいて堆積された前記層（１３０、１４０）又は前記絶縁層（１１０）の少なくとも１つの連続した線を露出させ、その結果、電気的に接続されていない少なくとも１つの第１及び少なくとも１つの第２のフロントコンタクト部品（１５４、１５６、１５８）が設けられるように、フロントコンタクト溝と呼ばれる少なくとも１つの溝（１５１）を前記フロントコンタクト層（１５０）内に彫り、前記第１及び第２のフロントコンタクト部品（１５４、１５６、１５８）が対応する第１及び第２のバックコンタクト部品（１２２、１２４、１２６、１２８）の上に位置する部分を含む、ステップと、
によって前記層のスタックを生産することを含み、
前記方法は、前記第２のバックコンタクト部品（１２４、１２６）の少なくとも１つに対して、ドリル加工処理の熱により、電池間ビアホール（１５５）の表面が導電性となることにより、前記第１のフロントコンタクト部品（１５４、１５６）の少なくとも１つと、対応する少なくとも１つの第２のバックコンタクト部品（１２４、１２６）との間に電気路が確立され、その結果、少なくとも２つの直列相互接続された光電子部品（１０４、１０６）が実現されるように表面金属化（１３４、１３６）を生じさせることによって、前記１つ又は複数の半導体層（１３０、１４０）内で、前記電池間ビアホール（１５５）の前記表面の化学組成に永久的な変化が生じるように熱を生じさせる前記ドリル加工処理を用いて、前記電池間ビアホール（１５５）が前記バックコンタクト層（１２０）及び／又は前記絶縁層（１１０）の一部を露出させるように、ステップ（ｂ）及び（ｃ）において堆積された層を貫いて、少なくとも１つの前記電池間ビアホール（１５５）をドリル加工するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、前記電池間ビアホール（１５５）は、前記バックコンタクト部品（１２４、１２６）を通って延在するようにドリル加工されることを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の方法において、少なくとも１つの導電性接着部品（１７２、１７８）を用いて、母線（１８２、１８８）と、少なくとも１つの前記バックコンタクト部品（１２２、１２８）、前記表面金属化（１３６）、及び／又は前記フロントコンタクト部品（１５６）との間に電気路を確立できるように前記母線（１８２、１８８）を形成する少なくとも１つの導電体を配置するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか１項に記載の方法において、前記バックコンタクト部品（１２２）の少なくとも１つの一部を露出させるように、ここでは母線−バックコンタクト間ビアホール（１５３）と呼ばれる少なくとも１つの第１のビアホール（１５３）のドリル加工を行うステップと、第１の母線（１８２）と、前記バックコンタクト部品（１２２）との間に電気路が確立されるように、少なくとも１つの導電性接着部品（１７２）を用いて、前記第１の母線（１８２）を形成する少なくとも１つの第１の導電体を配置するステップと、ここでは母線−フロントコンタクト間ビアホール（１５７）と呼ばれる少なくとも１つの第２のビアホール（１５７）を、前記フロントコンタクト部品（１５８）の少なくとも１つを通過し、かつ前記母線−フロントコンタクト間ビアホール（１５７）の何れも前記母線−バックコンタクト間ビアホール（１５３）によって露出されたバックコンタクト部品（１２２）を通過しないようにドリル加工を行うステップと、少なくとも１つの導電性接着部品（１７８）を用いて、第２の母線（１８８）と前記フロントコンタクト部品（１５８）との間に電気路が確立されるように、前記第２の母線（１８８）を形成する少なくとも１つの第２の導電体を配置するステップと、をさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか１項に記載の方法において、前記基板構成の前記フロントコンタクト部品（１５４、１５６、１５８）上に、少なくとも１つの金属化配線から作られた少なくとも１つの金属化グリッド部品（１６４、１６６、１６８）を堆積するステップをさらに含み、前記金属化グリッド部品（１６４、１６６、１６８）は、少なくとも１つの前記ビアホール（１５５、１５７）から延在することを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか１項に記載の方法において、導電性材料を用いて前記ビアホール（１５３、１５５、１５７）の少なくとも１つを充填するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項７】
光起電、ダイオード、又は発光ダイオード部品等の少なくとも２つの直列相互接続された光電子部品（１０４、１０６、１０８）を含むモノリシック集積光電子モジュール装置（１００）において、前記光電子モジュールは、以下の層（ａ）、（ｂ）、（ｃ）のスタックの下に基板として、又はその上にスーパーストレートとして配置される電気絶縁層（１１０）を含み、前記層（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、
（ａ）少なくとも１つの第１及び少なくとも１つの第２の導電性フロントコンタクト部品（１５２、１５４、１５６、１５８）を含んだ層において、前記第１及び第２のフロントコンタクト部品は、電気的に分離した少なくとも１つの第１及び少なくとも１つの第２のフロントコンタクト部品（１５２、１５４、１５６、１５８）を作り出す溝（１５１）によって分離される、層と、
（ｂ）少なくとも１つの半導体光電子活性層（１３０、１４０）を含む層において、前記半導体層（１３０）の少なくとも１つは、例えばＣｄＴｅ又はＡＢＣ２材料から作られ、Ａは、Ｃｕ及びＡｇを含むＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｕｎｉｏｎ  ｏｆ  Ｐｕｒｅ  ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙによって定義される化学元素の周期表の第１１族の元素を表し、Ｂは、Ｉｎ、Ｇａ、及びＡｌを含む前記周期表の第１３族の元素を表し、Ｃは、Ｓ、Ｓｅ、及びＴｅを含む前記周期表の第１６族の元素を表す、層と、
（ｃ）前記電気絶縁層（１１０）上に堆積された少なくとも１つの第１及び少なくとも１つの第２の導電性バックコンタクト部品（１２２、１２４、１２６、１２８）を含む層において、前記第１及び第２のバックコンタクト部品は、電気的に分離した前記第１及び第２のバックコンタクト部品（１２２、１２４、１２６、１２８）を作り出すバックコンタクト溝（１２１）によって分離されることにより、各々が、前記フロントコンタクト部品、少なくとも１つの前記半導体層、及び前記バックコンタクト部品のスタックを含む、第１及び第２の分離した光電子部品（１０４、１０６）を実現する、層とであり、
前記光電子モジュールは、前記第１のフロントコンタクト部品（１５４、１５６）の少なくとも１つ及び前記半導体層（１３０、１４０）を通過することにより、少なくとも１つの前記第２のバックコンタクト部品（１２４、１２６）の一部を露出させる少なくとも１つのビアホール（１５５）をさらに含み、前記半導体光電子活性層（１３０）のレベルにおける前記ビアホールの表面（１３４、１３６）は、前記半導体光電子活性層（１３０）の例えばＣｄＴｅ又は前記ＡＢＣ２材料に含まれる金属元素の永久金属化によって組成変化を起こし、このような永久金属化は、前記ビアホール（１５５）のドリル加工によって生じた局所加熱によって得られ、前記永久金属化は、前記第１のフロントコンタクト部品（１５４、１５６）と、前記第２のバックコンタクト部品（１２４、１２６）との間に電気路を確立し、第１の光電子部品（１０４）と第２の光電子部品（１０６）との間に直列相互接続を実現することを特徴とする装置。
【請求項８】
請求項７に記載の装置において、前記ビアホール（１５５）は、前記バックコンタクト部品（１２４、１２６）を通って延在することを特徴とする装置。
【請求項９】
請求項７又は８に記載の装置において、前記ビアホール（１５５）は、前記バックコンタクト溝（１２１）と平行する少なくとも１つの列で、最も近い列が前記バックコンタクト溝（１２１）から少なくとも５マイクロメートル、より好ましくは５０マイクロメートルの距離にあるように配置されることを特徴とする装置。
【請求項１０】
請求項７乃至９の何れか１項に記載の装置において、前記第１のフロントコンタクト部品（１５４、１５６）の少なくとも１つを通過する少なくとも１つのビアホール（１５５）は、前記フロントコンタクト溝（１５１）から少なくとも５０マイクロメートルの距離に位置する線分として成形され、少なくとも１つの第２のバックコンタクト部品が、前記第１のフロントコンタクト部品の下を通過し、少なくとも１つのデポートされた（ｄｅｐｏｒｔｅｄ）直列相互接続が実現するように前記ビアホール（１５５）に到達する指形のエクステンションを含むことを特徴とする装置。
【請求項１１】
請求項７乃至１０の何れか１項に記載の装置において、少なくとも１つの前記フロントコンタクト部品（１５５、１５６、１５８）上に堆積された、少なくとも１つの金属化配線から作られた少なくとも１つの金属化グリッド部品（１６４、１６６、１６８）をさらに含み、前記金属化配線は、少なくとも１つのビアホール（１５５、１５７）から延在することを特徴とする装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の装置において、前記金属化グリッド部品（１６４、１６６、１６８）の少なくとも１つが、前記ビアホール（１５５、１５７）の１つがパターン内で中心に配置される前記パターンを示すことを特徴とする装置。
【請求項１３】
請求項７乃至１２の何れか１項に記載の装置において、前記ビアホール（１５３、１５５、１５７）の少なくとも１つが、前記フロントコンタクト部品（１５２、１５４、１５６、１５８）の少なくとも１つと、前記バックコンタクト部品（１２２、１２４、１２６、１２８）との電気的コンタクトに寄与する導電性材料で充填されることを特徴とする装置。
【請求項１４】
請求項７乃至１３の何れか１項に記載の装置において、
前記バックコンタクト部品（１２２）の少なくとも１つの一部を露出する少なくとも１つの母線−バックコンタクト間ビアホール（１５３）と、
第１の母線（１８２）と前記バックコンタクト部品（１２２）との間に電気路が確立されるように、少なくとも１つの導電性接着部品（１７２）によって接続された前記第１の母線（１８２）を形成する少なくとも１つの第１の導電体と、
母線−フロントコンタクト間ビアホール（１５７）の何れも前記母線−バックコンタクト間ビアホール（１５３）によって露出されたバックコンタクト部品（１２２）を通過しないような、前記フロントコンタクト部品（１５８）の少なくとも１つを通過する少なくとも１つの前記母線−フロントコンタクト間ビアホール（１５７）と、
第２の母線（１８８）と前記フロントコンタクト部品（１５８）との間に電気路が確立されるように、少なくとも１つの導電性接着部品（１７８）によって接続された前記第２の母線（１８８）を形成する少なくとも１つの第２の導電体と、
をさらに含むことを特徴とする装置。
【請求項１５】
請求項７乃至１４の何れか１項に記載の装置において、少なくとも１つの前面シート（１９０）及び少なくとも１つの裏面シート（１９２）の内部にカプセル化され、前記前面シート（１９０）は、好ましくはガラス、又は、より好ましくは熱可塑性ポリマー材料から作られることを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光起電モジュール等のモノリシック光電子デバイスに関し、特に、光起電モジュールの光電子部品間の電気相互接続と、母線に対するそれらの接続とに関する。
【背景技術】
【０００２】
薄膜光起電モジュール（様々な種類のこれらは、薄膜ソーラーモジュールとしても知られている）は、通常、多数の電気的に相互接続された光電子部品から成る。このような部品は、光電池等の光電子デバイスや、ダイオード及び他の電子デバイス等の追加の任意の部品でもよい。光起電モジュールは、通常、電池間コネクタ及び母線等の電気相互接続部品も含む。
【０００３】
多層薄膜技術により、同じ基板上で、数個の光電子部品及び関連部品のモノリシック集積化及び相互接続が可能となる。この集積化は、一連の層堆積及びスクライビング技術を用いて、その場で生産される。薄膜光電子又は光起電部品又はデバイスは、基本的に、３つの材料層である、導電性バックコンタクト電極層と、吸収体としても知られる半導体光起電材料層と、別の導電性フロントコンタクト電極層とのスタックから成り、前記フロントコンタクト層は、通常、透明である。Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２（ＣＩＧＳ）又はＣｄＴｅ等の半導体材料に基づく光電池は、従来のウェーハベースのシリコン光起電デバイス又は太陽電池と比較して、太陽電気の費用が安価となり、エネルギー回収期間が短くなり、かつライフサイクルインパクトが向上する高い可能性を示す。
【０００４】
ウェーハベースの光起電デバイスと比較して、モノリシック光起電モジュールでは、薄膜による使用される材料量の減少、モノリシック集積化の労働コストの減少、及び例えばロールツーロール製造技術を用いた大量の光起電モジュールの自動生産の容易さのおかげで、コストが減少し得る。例えば、光電池のフロントコンタクト電極上の電流を集めるフロントコンタクトグリッド、光電子部品間の電気相互接続、及び母線によって占有される領域を低減することによって、光に暴露される光起電部品の相対的領域を増加させることにより、さらなる節約が得られる。光起電モジュールの生産歩留まりもまた、製造工程数の減少、例えば、薄膜モノリシック光起電モジュールにおける光電子部品の相互接続を描写及び構築するために必要とされるスクライビング作業数の減少によって向上し得る。
【０００５】
電気部品の光起電部品に対するシャドーイング又は光に暴露される側に対する面占有によって引き起こされる損失を減少させようと試みる光起電モジュールが開発されてきた。例えば、米国特許第７，６４９，１４１号明細書には、フロントコンタクト部品をバックコンタクト部品に接続することによって、フロントコンタクト面上に置かれたグリッド部品によるシャドーイングを回避し、高い電流収集効率という恩恵を有する、ビアとしても知られるレーザードリル加工されたラップスルー導電性ホールを備えた薄型シリコンウェーハが記載されている。米国特許第７，２７６，７２４号明細書には、例えばレーザーアブレーションを用いたビアの形成による直列相互接続された光電子デバイスモジュールと、表及び裏側のトップ電極間並びに第２の隣接モジュールへの電流を駆動するための導電性材料の追加とが記載されている。米国特許第７，２７６，７２４号明細書では、円形の分離トレンチを形成するためにレーザードリル加工が用いられ、このことは、トレンチの外周においては望ましくないが、内周においては望ましいフロント及びバックコンタクト間の短絡を起こし得ることを言及している。米国特許第７，２７６，７２４号明細書には、各々が１００ミクロンの厚さのバックコンタクト電極上にデバイス層を含み、それ自体は、裏面のトップ電極から絶縁層によって分離されており、前記光電子デバイスモジュールが絶縁性キャリア基板に取り付けられている、光電子デバイスモジュールの直列相互接続の設計が記載されている。
【０００６】
ラップスルービアは、シャドーイングを低減し、相対的暴露面を増加させるためには非常に有利であるが、それらの製造に関する問題は、それらが通常ドリル加工及びそれに続く金属化を必要とする点である。これにより、コストが追加され、歩留りが低下し得る追加の製造工程が必要となる。本発明に記載されるモノリシック光電子モジュールの生産方法を用いた場合に、これらの工程の幾つかを回避することができる。
【発明の概要】
【０００７】
モノリシック光起電モジュール生産の分野における問題点は、最大限の電流スループット及び最大の生産歩留まりを提供する一方で、露光面積の犠牲を最小限に抑えた光起電部品の相互接続に関連する。相互接続される光起電部品の設計は、通常、部品数に応じて生産歩留まりを低下させ得るアブレーション及びコンタクト処理工程を必要とする。従って、本発明の目的の１つは、コストを低減し、生産歩留まりを向上させた相互接続された薄膜モノリシック光起電モジュール装置の生産方法を提供することである。
【０００８】
本発明のさらなる目的は、光電池、ダイオード、グリッド、及び母線を含み得るモノリシック光起電モジュールの光電子部品間の相互接続を行う方法を提供することである。また、本発明のさらなる目的は、ロールツーロール生産方法を用いて製造することができるモノリシック光起電モジュール装置を提供することである。本発明のまたさらなる目的は、前記光起電モジュールの電気変換のための光を増加させるためにこの方法を利用する、モノリシック光起電モジュールの実施形態の形の、この方法から得られる装置を提供することである。
【０００９】
本発明の一実施形態は、モノリシック光起電モジュールを提供することによって生み出される。このモジュールは、その上に一連の層が堆積され、アブレーティブ配線がスクライビングされる基板又はスーパーストレート（ｓｕｐｅｒｓｔｒａｔｅ）を含み、その後に導電性フロントコンタクトグリッドの配置、次に電気母線の配置、次に保護材から成る少なくとも２つの層の内部へのモジュールのカプセル化が続き得る。当業者であれば、フロントコンタクトグリッドの配置及び母線の配置の順序を変更できることを推論するであろう。
【００１０】
本発明は、好ましくはレーザーを用いたスクライビング方法を利用し、この方法では、スクライビング処理に関連する熱により、半導体材料層のスクライビングされたキャビティの内面の永久金属化が生じ、その結果、費用効率の高い直列相互接続された光電子部品及びそれに続くモノリシック光電子モジュール装置の設計及び生産が可能となる。これにより、この方法は、光起電部品、ダイオード、任意のフロントコンタクトグリッド、及び母線等の相互接続された部品を含む様々なモノリシック光電子モジュール装置を提供する。
【００１１】
より詳細には、本発明の主要局面は、光起電、ダイオード、又は発光ダイオード部品等の少なくとも２つの直列相互接続された光電子部品を含むモノリシック集積光電子モジュールの製造方法を提供し、このモジュールは、最初の絶縁層が基板構成で配置される場合には（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の順番で行われる以下のステップによって生産される層のスタックの下の基板として配置され、又、前記最初の絶縁層がスーパーストレート構成で配置される場合には（ｃ）、（ｂ）、（ａ）の順番で行われる以下のステップによって生産される層のスタックの上のスーパーストレートとして配置される前記最初の電気絶縁層から開始される。
【００１２】
本発明によるこの方法は、
（ａ）バックコンタクト層と呼ばれる導電性層を前記最初の絶縁層上又はステップ（ｂ）からの半導体層上に堆積し、前記絶縁層又は前記半導体層の少なくとも１つの連続した線が露出され、その結果、電気的に接続されていない少なくとも１つの第１及び少なくとも１つの第２のバックコンタクト部品が設けられるように、ここではバックコンタクト溝と呼ばれる少なくとも１つの溝を前記バックコンタクト層内に彫るステップと、
（ｂ）少なくとも１つの半導体光電子活性層を含む少なくとも１つの半導体層を以前のステップ（ａ）又は（ｃ）において堆積された層上に堆積し、それによって、前記溝を充填するステップにおいて、前記半導体光電子活性層は、例えばＣｄＴｅ又はＡＢＣ２材料から作られ、Ａは、Ｃｕ及びＡｇを含むＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｕｎｉｏｎ  ｏｆ  Ｐｕｒｅ  ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙによって定義される化学元素の周期表の第１１族の元素を表し、Ｂは、Ｉｎ、Ｇａ、及びＡｌを含む前記周期表の第１３族の元素を表し、Ｃは、Ｓ、Ｓｅ、及びＴｅを含む前記周期表の第１６族の元素を表すステップと、
（ｃ）以前のステップ（ｂ）において堆積された前記層上、又は前記絶縁層上に少なくとも１つの導電性フロントコンタクト層を堆積し、前記以前のステップにおいて堆積された前記層又は前記絶縁層の少なくとも１つの連続した線を露出させ、その結果、電気的に接続されていない少なくとも１つの第１及び少なくとも１つの第２のフロントコンタクト部品が設けられるように、フロントコンタクト溝と呼ばれる少なくとも１つの溝を前記フロントコンタクト層内に彫り、前記第１及び第２のフロントコンタクト部品が対応する第１及び第２のバックコンタクト部品の上に位置する部分を含むステップと、
を含む。
【００１３】
本発明によるこの方法は、前記第２のバックコンタクト部品の少なくとも１つに対して、ドリル加工処理の熱により、電池間ビアホールの表面が導電性となることにより、前記第１のフロントコンタクト部品の少なくとも１つと、対応する少なくとも１つの第２のバックコンタクト部品との間に電気路が確立され、その結果、少なくとも２つの直列相互接続された光電子部品が実現されるように表面金属化を生じさせることによって、前記半導体層内で、前記電池間ビアホールの表面の化学組成に永久的な変化が生じるように熱を生じさせる前記ドリル加工処理を用いて、前記電池間ビアホールが前記バックコンタクト層及び／又は前記絶縁層の一部を露出させるように、ステップ（ｂ）及び（ｃ）において堆積された層を貫いて、少なくとも１つの前記電池間ビアホールをドリル加工するステップをさらに含む。
【００１４】
好ましくは、前記電池間ビアホールは、前記バックコンタクト部品を通って延在するようにドリル加工される。
【００１５】
この方法は、好ましくは、少なくとも１つの導電性接着部品を用いて、母線と、少なくとも１つのバックコンタクト部品、前記表面金属化、及び／又はフロントコンタクト部品との間に電気路を確立できるように前記母線を形成する少なくとも１つの導電体を配置するステップもさらに含む。
【００１６】
本発明の方法はまた、好ましくは、
前記バックコンタクト部品の少なくとも１つの一部を露出させるように、ここでは母線−バックコンタクト間ビアホールと呼ばれる少なくとも１つの第１のビアホールのドリル加工を行うステップと、
第１の母線と、前記バックコンタクト部品との間に電気路が確立されるように、少なくとも１つの導電性接着部品を用いて、前記第１の母線を形成する少なくとも１つの第１の導電体を配置するステップと、
ここでは母線−フロントコンタクト間ビアホールと呼ばれる少なくとも１つの第２のビアホールを、前記フロントコンタクト部品の少なくとも１つを通過し、かつ前記母線−フロントコンタクト間ビアホールの何れも前記母線−バックコンタクト間ビアホールによって露出されたバックコンタクト部品を通過しないようにドリル加工を行うステップと、
少なくとも１つの導電性接着部品を用いて、第２の母線と前記フロントコンタクト部品との間に電気路が確立されるように、前記第２の母線を形成する少なくとも１つの第２の導電体を配置するステップと、
を含む。
【００１７】
この方法はまた、前記基板構成の前記フロントコンタクト部品上に、少なくとも１つの金属化配線から作られた少なくとも１つの金属化グリッド部品を堆積するステップをさらに含むことができ、前記金属化グリッド部品は、少なくとも１つの前記ビアホールから延在し、金属化材料を用いて前記ビアホールの少なくとも１つが充填される。
【００１８】
別の主要局面によれば、本発明は、光起電、ダイオード、又は発光ダイオード部品等の少なくとも２つの直列相互接続された光電子部品を含むモノリシック集積光電子モジュール装置を提供し、前記光電子モジュールは、以下の層（ａ）、（ｂ）、（ｃ）のスタックの下に基板として、又はその上にスーパーストレートとして配置される電気絶縁層を含み、層（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、
（ａ）少なくとも１つの第１及び少なくとも１つの第２の導電性フロントコンタクト部品を含んだ層において、前記第１及び第２のフロントコンタクト部品は、電気的に分離した前記第１及び第２のフロントコンタクト部品を作り出す溝によって分離される層と、
（ｂ）少なくとも１つの半導体光電子活性層を含む層において、前記半導体層の少なくとも１つは、例えばＣｄＴｅ又はＡＢＣ２材料から作られ、Ａは、Ｃｕ及びＡｇを含むＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｕｎｉｏｎ  ｏｆ  Ｐｕｒｅ  ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙによって定義される化学元素の周期表の第１１族の元素を表し、Ｂは、Ｉｎ、Ｇａ、及びＡｌを含む前記周期表の第１３族の元素を表し、Ｃは、Ｓ、Ｓｅ、及びＴｅを含む前記周期表の第１６族の元素を表す層と、
（ｃ）前記電気絶縁層上に堆積された少なくとも１つの第１及び少なくとも１つの第２の導電性バックコンタクト部品を含む層において、前記第１及び第２のバックコンタクト部品は、電気的に分離した前記バックコンタクト部品を作り出すバックコンタクト溝によって分離されることにより、各々が、前記フロントコンタクト部品、少なくとも１つの前記半導体層、及び前記バックコンタクト部品のスタックを含む、第１及び第２の分離した光電子部品を実現する層とであり、
前記光電子モジュールは、前記第１のフロントコンタクト部品の少なくとも１つ及び前記半導体層を通過することにより、少なくとも１つの前記第２のバックコンタクト部品の一部を露出させる少なくとも１つのビアホールをさらに含み、前記半導体光電子活性層のレベルにおける前記ビアホールの表面は、前記半導体光電子活性層の例えばＣｄＴｅ又は前記ＡＢＣ２材料に含まれる金属元素の永久金属化によって組成変化を起こし、このような永久金属化は、前記ビアホールのドリル加工によって生じた局所加熱によって得られ、前記永久金属化は、前記第１のフロントコンタクト部品と、前記第２のバックコンタクト部品との間に電気路を確立し、第１の光電子部品と第２の光電子部品との間に直列相互接続を実現する。
【００１９】
好ましくは、前記ビアホールは、前記バックコンタクト部品を通って延在する。
【００２０】
上記のビアホールは、前記バックコンタクト溝と平行する少なくとも１つの列で、最も近い列が前記バックコンタクト溝から少なくとも５マイクロメートル、より好ましくは５０マイクロメートルの距離にあるように配置することができる。
【００２１】
また、ビアホールは、前記フロントコンタクト溝から少なくとも５０マイクロメートルの距離に位置する線分として成形することができ、少なくとも１つの第２のバックコンタクト部品が、前記第１のフロントコンタクト部品の下を通過し、少なくとも１つのデポートされた（ｄｅｐｏｒｔｅｄ）直列相互接続が実現するように前記ビアホールに到達する指形のエクステンションを含む。
【００２２】
この装置は、少なくとも１つの前記フロントコンタクト部品上に堆積された、少なくとも１つの金属化配線から作られた少なくとも１つの金属化グリッド部品をさらに含むことができ、前記金属化配線は、少なくとも１つのビアホールから延在する。
【００２３】
好ましくは、前記金属化グリッド部品の少なくとも１つは、前記ビアホールの１つがパターン内で中心に配置される前記パターンを示す。また、前記フロントコンタクト部品の少なくとも１つと、前記バックコンタクト部品との電気的コンタクトに寄与する導電性材料を用いて、前記ビアホールの少なくとも１つを充填することができる。
【００２４】
この装置は、第１の母線と前記バックコンタクト部品との間に電気路が確立されるように、少なくとも１つの導電性接着部品によって接続された前記第１の母線を形成する少なくとも１つの第１の導電体と；母線−フロントコンタクト間ビアホールの何れも前記母線−バックコンタクト間ビアホールによって露出されたバックコンタクト部品を通過しないような、前記フロントコンタクト部品の少なくとも１つを通過する少なくとも１つの前記母線−フロントコンタクト間ビアホールと；第２の母線と前記フロントコンタクト部品との間に電気路が確立されるように、少なくとも１つの導電性接着部品によって接続された前記第２の母線を形成する少なくとも１つの第２の導電体とをさらに含むことができる。
【００２５】
実施形態は、基板又はスーパーストレート、シャドーイングを起こさない母線、電流収集グリッドの大きさ及び数、カプセル化材料、ビアの深さ及び／又は形状及び／又は位置及び／又は数のバリエーションを開示する。
【００２６】
この装置は、少なくとも１つの前面シート及び少なくとも１つの裏面シートの内部に有利にカプセル化され、前記前面シートは、好ましくはガラス、又は、より好ましくは熱可塑性ポリマー材料から作られる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１Ａ】図１Ａは、金属化点状ビアホール、金属化母線ビアを介して接続された母線、及び金属化フロントコンタクトグリッド配線によって直列相互接続された３つの光電池を含むモノリシック光起電モジュールを示す、本発明の一実施形態の上方からの分解図を示す。
【図１Ｂ】図１Ｂは、図１Ａに示す実施形態を形成するための、基板上への堆積及びスクライビング手順を示す断面模式図を示す。
【図１Ｃ】図１Ｃは、図１Ａに示す実施形態を形成するための、基板上への堆積及びスクライビング手順を示す断面模式図を示す。
【図１Ｄ】図１Ｄは、図１Ａに示す実施形態を形成するための、基板上への堆積及びスクライビング手順を示す断面模式図を示す。
【図１Ｅ】図１Ｅは、図１Ａに示す実施形態を形成するための、基板上への堆積及びスクライビング手順を示す断面模式図を示す。
【図１Ｆ】図１Ｆは、図１Ａに示す実施形態を形成するための、基板上への堆積及びスクライビング手順を示す断面模式図を示す。
【図１Ｇ】図１Ｇは、図１Ａに示す実施形態を形成するための、基板上への堆積及びスクライビング手順を示す断面模式図を示す。
【図１Ｈ】図１Ｈは、図１Ａに示す実施形態を形成するための、基板上への堆積及びスクライビング手順を示す断面模式図を示す。図１Ｈは、結果として生じるモジュールのカプセル化も示す。
【図２Ａ】図２Ａは、基板の代わりにスーパーストレートを使用した、図１Ａ〜１Ｈに示した実施形態のバリエーションの断面図を示す。
【図２Ｂ】図２Ｂは、基板の代わりにスーパーストレートを使用した、図１Ａ〜１Ｈに示した実施形態のバリエーションの断面図を示す。
【図２Ｃ】図２Ｃは、基板の代わりにスーパーストレートを使用した、図１Ａ〜１Ｈに示した実施形態のバリエーションの断面図を示す。
【図２Ｄ】図２Ｄは、基板の代わりにスーパーストレートを使用した、図１Ａ〜１Ｈに示した実施形態のバリエーションの断面図を示す。
【図３Ａ】図３Ａは、金属化フロントコンタクトグリッド線を備えていない図１Ａ〜１Ｈに示した実施形態のバリエーションの分解図を示す。
【図３Ｂ】図３Ｂは、金属化フロントコンタクトグリッド線を備えていない図１Ａ〜１Ｈに示した実施形態のバリエーションの断面図を示す。
【図４】図４は、バックコンタクト部品内にビアをドリル加工した、図３Ａ〜３Ｂに示した実施形態のバリエーションの断面模式図を示す。
【図５Ａ】図５Ａは、ビアが、延長され、図１Ａ〜１Ｈの場合と比較して、各太陽電池においてより中心に配置され、かつ放射状金属化フロントコンタクトグリッド線によって給電される、点状相互接続を有するモノリシック光起電モジュールの別の実施形態の分解図を示す。
【図５Ｂ】図５Ｂは、ビアが、延長され、図１Ａ〜１Ｈの場合と比較して、各太陽電池においてより中心に配置され、かつ放射状金属化フロントコンタクトグリッド線によって給電される、点状相互接続を有するモノリシック光起電モジュールの別の実施形態の断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
図１Ａ〜５Ｂは、本発明の４つの実施形態例を描き、各実施形態は、本方法がどのように使用されるかの技術的バリエーションを表す。当業者であれば、図面に示される様々な部品の縮尺比が、明確さを向上させるために変更されていることを理解するであろう。さらに、図面中の部品の数及び面積は、かなりばらつきがあり、工業生産の枠組みの中で拡大されるであろう。
【００２９】
図１Ａは、３つの直列相互接続された光電子デバイス１０４、１０６、１０８を含むモノリシック光起電モジュール１００の一実施形態の分解図を示す。前記光電子デバイス１０４、１０６、１０８は、光起電デバイス、ダイオード、又は発光ダイオードでもよい。前記光起電モジュール１００の一実施形態は、前記光電子デバイスの少なくとも１つ、好ましくは、数個の前記光電子デバイスを含む。ある好ましい実施形態では、前記光電子デバイスは、太陽電池としても知られる光起電デバイスである。光電子デバイスの前記光起電モジュールは、電気絶縁基板１１０上にモノリシックに製造される。前記基板は、図１Ａ〜１Ｈにおいて後に詳述される方法によって、数個の材料層でコーティングされる。従って、光起電モジュール１００は、分離した導電性電極１２２、１２４、１２６、１２８のバックコンタクト層を含む。前記バックコンタクト層は、半導体光起電材料層１３０によって覆われ、半導体光起電材料層１３０自体は、部品に分離される２つの層である、部品１４２、１４４、１４６、１４８によって表されるバッファ層と、部品１５２、１５４、１５６、１５８によって表されるフロントコンタクト層とによって覆われる。前記バッファ層部品及び前記フロントコンタクト層部品は、隣接する電気的に分離された部品のパターンを設計するように前記バッファ層及び前記フロントコンタクト層を貫く溝１５１によって分離され、その結果、光電子デバイス１０４、１０６、１０８が設けられる。電気的に相互接続するビアホール１５５は、第１の前記光電子デバイスの前記フロントコンタクト層と、第２の前記光電子デバイスの前記バックコンタクト層との間に導電路が確立されるように、前記フロントコンタクト及び前記バッファを貫通し、導電性金属化ビアホール１３８として半導体光起電層１３０の厚さ全体を貫いてより深く続く。光電子部品の直列相互接続は、前記光起電モジュールの厚さ全体にわたってドリル加工され、その結果バックコンタクト部品１２２、１２８を貫通し、基板１１０を貫いて続く延長ビアホール１５３、１５７によって、モジュール１００の直列相互接続経路の各電気的端部において完了する。フロントコンタクトの導電率を有利に増加させるために、複数の金属化フロントコンタクトグリッド部品１６４、１６６、１６８を追加してもよい。次に、電気母線１８２、１８８が、例えば導体ペーストを用いて、それぞれの導電性アタッチメント１７２、１７８を介してそれぞれのバックコンタクト部品１２２、１２８に電気的に接続される。
【００３０】
図１Ｂ〜１Ｈは、図１Ａに描かれたモノリシック光起電モジュール１００の製造方法又はプロセスを描く断面図である。このプロセスは、一連の材料層堆積、スクライビング、フロントコンタクトグリッド堆積、母線の取り付け、及びカプセル化を含む。モジュールの基板上に堆積された薄膜材料の全厚さは、通常、約３〜５マイクロメートルである。
【００３１】
図１Ｂは、一連の材料層が上に堆積される電気絶縁基板１１０を示す。前記電気絶縁基板は、様々な電気絶縁材料のものでよく、好ましくはロールツーロール生産を可能にする薄い可撓性材料、最も好ましくは約４００〜６００℃の温度を維持できるポリイミド等の熱的に安定した材料のものでよい。前記電気絶縁基板は、初めに、導電性層１２０でコーティングされる。バックコンタクトとしても知られる前記導電性層は、好ましくは上にそれが配置される前記基板１１０の熱膨張率（ＣＴＥ）と、その上に続いて配置される他の材料のＣＴＥとの両方に近いＣＴＥを有する様々な導電性材料のものでよい。より好ましくは、前記導電性層は、高い光反射率を有する。最も好ましくは、前記導電性層は、その上に続いて配置される他の材料と化学的に破壊的に反応しない。通常の慣例では、層１２０は、スパッタリングと呼ばれるプロセスで堆積され、スズをドープした酸化インジウム（ＩＴＯ）、ＺｒＮ、ＴｉＮ、Ｔｉ、Ｗ、Ｔａ、及びＮｂ等の他の幾つかの材料も有利に用いることができるが、一般的にＭｏから作られる。
【００３２】
図１Ｃは、基板の少なくとも１つの連続した線を露出させるようにバックコンタクト層１２０内に溝１２１が彫られ、それによって、電気的に接続されていない第１のバックコンタクト部品１２２、１２４、１２６の組と、それぞれに対応する第２のバックコンタクト部品１２４、１２６、１２８の組とが設けられるプロセスステップを示す。前記プロセスステップは、スクライビング又はパターニングステップＰ１と呼ばれる。パターニングステップＰ１は、機械的スクライビングブレードを用いて、好ましくはナノメータ又はピコメータレーザー等のレーザーを用いて、より好ましくはパルスレーザーを用いて行われてもよい。モジュール端部に位置するバックコンタクト部品１２２、１２８を除き、他のバックコンタクト部品１２４、１２６は、好ましくは、等しい面積及び形状を有する。
【００３３】
図１Ｄは、少なくとも１つの吸収体層としても知られる前記半導体光起電層１３０が前記バックコンタクト部品上に堆積され、それによって、図１Ｃの溝１２１も充填される次のプロセスステップを示す。層１３０は、好ましくはＣｄＴｅ又はＡＢＣ２材料から作られ、Ａは、Ｃｕ又はＡｇを含むＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｕｎｉｏｎ  ｏｆ  Ｐｕｒｅ  ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙによって定義される化学元素の周期表の第１１族の元素を表し、Ｂは、Ｉｎ、Ｇａ、及び／又はＡｌを含む周期表の第１３族の元素を表し、Ｃは、Ｓ、Ｓｅ、又はＴｅを含む周期表の第１６族の元素を表す。ある好ましい半導体光起電層は、例えばいわゆるＣＩＧＳタイプのものであり、その結果、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｇａ、及びＳｅ２を含有する。層１３０は、電着、印刷、又は蒸着等の様々な技術を用いて堆積され得る。後続の実質的に透明な層は、例えばＣｄＳ又はＺｎＳ材料から作られる、いわゆる半導体バッファ層１４０と、例えばＺｎＯ：Ａｌ材料又はスズをドープした酸化インジウム（ＩＴＯ）材料から作られるフロントコンタクト導電性酸化物（ＴＣＯ）層１５０とを含む。
【００３４】
図１Ｅは、２種類のビアホール列である、電池間ビア１５５及び母線ビア１５３、１５７をスクライビングするプロセスステップを表す。好ましくはナノメータ又はピコメータレーザー等のレーザーを用い、より好ましくはパルスレーザーを用いて、ビアホール列１５５、１５３、１５７をドリル加工又はスクライビングする前記プロセスステップは、スクライビング又はパターニングステップＰ２と呼ばれる。電池間ビア１５５は、製造プロセスの最後に例えば電池１０４である第１の電池となるものと、例えば電池１０６である第２の電池となるものとの間に直列相互接続を確立する目的でドリル加工される。前記第２のバックコンタクト部品１２４、１２６の各々に対して、前記電池間ビアホール１５５が前記第２のバックコンタクト部品１２４、１２６の内の少なくとも１つの一部を露出させるほど深く、かつ、ドリル加工される際に前記電池間ビアホール１５５の表面に沿って生じる熱によって、前記半導体層１３０、１４０内の前記表面の化学組成に永久的な変化が生じ、その内部で表面金属化１３４、１３６が引き起こされるように、少なくとも１つの電池間ビアホール１５５が、前記導電性フロントコンタクト層１５０及び前記半導体活性層１３０を貫いてドリル加工される。従って、前記電池間ビアホール１５５の表面は導電性となり、その結果、前記導電性フロントコンタクト層１５０と前記第２のバックコンタクト部品１２４、１２６との間に電気路が確立される。例えばＣＩＧＳタイプの半導体光起電層の場合、前記電池間ビアホールの導電性表面は、銅が豊富で、ＣｄＴｅタイプの半導体光起電層の場合、前記電池間ビアホールの導電性表面は、カドミウムが豊富である。図１Ｅでは、前記バックコンタクト部品１２４、１２６は、ドリル加工によって露出されているが、必ずしもドリル加工処理によってアブレートされるわけではない。図１Ｅは、対称的な円錐形の断面形状を有するビアを示すが、当業者であれば、多種多様なビア形状が可能であることを容易に推論するであろう。ビア形状のバリエーションを図５Ａ及び５Ｂに示す。さらに、前記母線ビア１５３、１５７を形成する方法は、前記電池間ビア１５５の形成に用いられた方法のバリエーションであり、ビアは、バックコンタクト部品１２２、１２８並びに前記基板１１０を貫いてさらに延在する。前記母線ビア１５３、１５７は、レーザースクライビング等の前記電池間ビア１５５の方法に類似の方法を用いてドリル加工されるので、金属化ビアホール表面１３２、１３８が形成され、その結果、前記フロントコンタクト層１５０と前記バックコンタクト部品１２２、１２８との間にそれぞれ導電路が設けられる。効果的であるためには、前記ビアの内の少なくも１つがバックコンタクト部品１２２、１２４、１２６、１２８の各々に形成される必要がある。しかしながら実際には、例えば電流スループットの増加を可能にするために、より多くの電流を有利に伝導できるように、前記バックコンタクト部品毎に数個の各ビアが形成され得る。
【００３５】
図１Ｆは、フロントコンタクト溝１５１とも呼ばれる溝が、前記フロントコンタクト層１５０を貫いて彫られ、前記半導体層１３０、１４０の少なくとも１つの連続した線を露出させる程度の深さにまで延在し、それによって、前記フロントコンタクト層を電気的に接続されていない第１の母線フロントコンタクト部品１５２、第１のフロントコンタクト部品１５４、１５６、及び第２のフロントコンタクト部品１５６、１５８に分離し、第１のフロントコンタクト部品１５４、１５６それぞれにつき少なくとも１つの前記電池間ビアホール１５５が、前記第１のバックコンタクト部品１２２、１２４を大部分覆う前記第１のフロントコンタクト部品１５４、１５６から前記第２のバックコンタクト部品１２４、１２６まで直列相互接続された電気路を確立し、その結果、３つの直列相互接続された光電子部品１０４、１０６、１０８が実現するようにするプロセスステップを示す。前記プロセスステップは、スクライビング又はパターニングステップＰ３と呼ばれる。パターニングステップＰ３は、機械的スクライビングブレードを用いて、好ましくはナノメータ又はピコメータレーザー等のレーザーを用いて、より好ましくはパルスレーザーを用いて行われてもよい。
【００３６】
図１Ｅ及び１Ｆから、当業者であれば、前記スクライビングステップＰ２（ビア用）及びＰ３（溝用）を有利に組み合わせて、前記電池間ビア１５５、前記母線ビア１５３、１５７、及び前記溝１５１を例えば少なくとも１つのレーザースクライビング工具を用いてスクライビングする単一のスクライビングステップＰ（ビア＋溝）にすることが可能であることを推論することができるであろう。電池間コンタクトを製造するために、真空蒸着を用いたモノリシック光起電モジュールの従来の生産方法は、前記バッファ層１４０の堆積と、前記バックコンタクト層に至るまでのスクライビングステップＰ２と、前記フロントコンタクト層１５０の堆積と、次に前記フロントコンタクト部品を分離するための高精度のスクライビングステップＰ３の実行とを有する。段階的な手順は、１回又は複数回の真空破壊を含み得る。従って本発明は、前記バッファ層１４０及び前記フロントコンタクト層１５０の堆積間で真空が破壊される必要がなく、その結果、時間及びエネルギーを節約し、コストを低下させる有利な方法を提供する。さらなる利点は、本発明は、従来の方法ほどの精度を必要としない、より大きなスクライビングプロセスウィンドウを提供し、その結果、精度がより低く、より費用のかからないレーザースクライビング工具の使用が可能となり、より迅速なスクライビングステップが可能となり、エラー率の低下による歩留りの向上が提供される点である。本発明のまたさらなる利点は、前記母線ビア１５３、１５７により、シャドーイング損失を引き起こすことなく、半導体光起電層の後方に母線を配置することが可能となる点（図１Ｈ）と、全ての層を堆積した後に、前記母線ビアの位置を決定することができ、その結果、より広い母線ネットワークの選択肢が提供される点とである。
【００３７】
図１Ｇは、前記フロントコンタクト部品１５４、１５６、１５８それぞれの導電率を増加させるために、金属化フロントコンタクト配線１６４、１６６、１６８のグリッドが追加された断面図を示す。前記フロントコンタクト配線は、スクリーン印刷、電気めっき、投薬、インクジェット印刷、又は金属めっき又は他の処理との組み合わせで場合により複数のステップで物理蒸着（ＰＶＤ）に供され得る銀又は他の化合物から作られ得る。前記フロントコンタクト部品１５４、１５６、１５８と、それぞれの金属化ビアホール表面１３４、１３６、１３８との間の導電率をさらに増加させるように、前記フロントコンタクト配線は、ビアホール内部に延在してもよい。光電子モジュールは、結果的に、３つの光電池１０４、１０６、１０８を含む。
【００３８】
図１Ｈは、導電性接着部品１７２、１７８をそれぞれ用いた母線１８２、１８８の追加を示す。通常の慣例では、母線１８２とバックコンタクト部品１２２との間に電気路が確実に確立され、かつ母線１８８とフロントコンタクト１５８との間の導電率が増加するように、前記導電性接着部品は、母線ビアホール１５３、１５７に侵入し得る導体ペーストの部分である。図１Ｈでは、この電気路は、バックコンタクト１２８のレベルにおいて、前記グリッド配線１６８と前記半導体基板１３０の前記金属化ビアホール表面１３８とによっても確保される。最後に、前記光電子モジュール１００は、少なくとも１つの前面（１９０）及び少なくとも１つの底面（１９２）シートの内部にカプセル化され、前面シート１９０は、好ましくはガラス製であり、より好ましくは透明又は半透明の熱可塑性ポリマー材料製である。
【００３９】
図２Ａ〜２Ｄは、透明スーパーストレートが用いられることを除き、以前のモジュール１００に類似したモノリシック光電子モジュール１００の製造方法を描く断面図である。つまり、モジュール１００は、今度は、その光起電部品に到達した光が、吸収体１３０による電気変換の前にまず透明スーパーストレートを通過するように設計されている。
【００４０】
図２Ａは、例えばポリイミド製の、導電性材料の少なくとも１つのフロントコンタクト層１５０が上に堆積される透明及び電気絶縁スーパーストレート１１０を示す。
【００４１】
図２Ｂは、前記フロントコンタクト層１５０をフロントコンタクト部品１５２、１５４、１５６に分離するために、フロントコンタクト溝１５１をスクライビングするステップを示す。前記フロントコンタクト溝１５１は、スーパーストレート１１０を連続的に露出させ、それによって、確実にフロントコンタクト部品１５２、１５４、１５６間に導電路が存在しないようにする。
【００４２】
図２Ｃは、少なくとも１つの半導体バッファ層１４０の堆積及びそれに続く少なくとも１つの光起電半導体層１３０の堆積を示す。前記光起電半導体層１３０は、好ましくはＣｄＴｅ材料から作られるが、前記ＡＢＣ２材料等の他の材料も可能である。これの後に導電性バックコンタクト層の堆積が続く。次に、前記バックコンタクト層をバックコンタクト部品１２２、１２４、１２６、１２８に分離させるために、バックコンタクト溝１２１をスクライビングする。前記バックコンタクト溝１２１は、前記バックコンタクト部品１２２、１２４、１２６、１２８間に直接的な導電路が存在しないように少なくとも前記半導体光起電層１３０の表面まで延在するが、前記フロントコンタクト部品１５２、１５４、１５６をさらに分割する程深く延在してはならない。好ましくはレーザースクライビングプロセスを用いて、スクライビングによって生じた局所熱により、図１Ｅの記述で説明したように、前記ビア１５５、１５７の内面１３４、１３６、１３８が永久的に導電性となるように、電池間ビア１５５及び母線ビア１５３、１５７のスクライビングも行う。それぞれの第１のバックコンタクト部品１２２、１２４、１２６の大部分を覆う第１のフロントコンタクト部品１５２、１５４、１５６と、それぞれの第２のバックコンタクト部品１２４、１２６、１２８との間に直列相互接続を確立できるように、前記電池間ビア１５５及び母線ビア１５７のドリル加工を行う。当業者であれば、溝１２１及びビア１５５、１５７を単一のスクライビングステップでスクライビングすることが可能であることを推論するであろう。
【００４３】
図２Ｄは、それぞれの導電性接着部品１７２、１７８を用いた母線１８２、１８８の追加を示す。通常の慣例では、前記導電性接着部品は、母線１８８とフロントコンタクト１５６との間の導電率が増加するように、母線ビアホール１５７に侵入し得る導体ペーストの部分である。
【００４４】
図３Ａ及び３Ｂは、前記フロントコンタクトグリッド配線１６４、１６６、１６８が存在しない、図１Ａ〜１Ｈの実施形態１００のバリエーションを表すモノリシック光起電モジュール１００の一実施形態の分解図及び断面図を示す。従って、この光起電モジュール１００は、上記の光起電モジュール１００と非常に類似している。前記光起電モジュール１００は、分離したバックコンタクト部品１２２、１２４、１２６、１２８へとスクライビングされる導電性バックコンタクト層でコーティングされた基板１１０を含む。次に続く層には、半導体光起電層１３０の後に、それぞれのバッファ部品１４２、１４４、１４６、１４８及びフロントコンタクト部品１５２、１５４、１５６、１５８へとスクライビングされるバッファ及びフロントコンタクト層が含まれる。好ましくはレーザーを用いて、前記フロントコンタクト及び前記バッファ部品のドリル加工を行うことにより、前記バックコンタクト部品の表面までビア１５５を作成し、前記基板１１０に至るまで前記ビア１５３、１５７を作成し、その結果、導電性金属化ビア表面１３２、１３４、１３６、１３８を生じさせる。母線１８２、１８８は、それぞれの導電性アタッチメント１７２、１７８を介して、それぞれのバックコンタクト部品１２２、１２８に電気的に接続される。断面３Ｂは、例えば導体ペーストで作られた導電性アタッチメント１７２、１７８が、少なくともバックコンタクト１２２、１２８までそれぞれ延在する必要があることを示している。前記ビアは、図３Ａにおいて溝１５１に沿った又は母線１８２、１８８の軸に沿った単一の列として示されているが、当業者であれば、モジュール１００の表面上の多くの位置で多数のビアのドリル加工を行い得ることを推論するであろう。この実施形態１００は、フロントコンタクトグリッドが使用されず、それによって、前の実施形態１００の製造に用いられる方法と比較して、製造処理工程が１つ取り除かれる点で有利となり得る。光起電モジュールの場合、フロントコンタクトグリッド配線は、光起電電力生産を低下させ得るシャドーイング損失を導入するので、この実施形態１００はまた、有利となり得る。
【００４５】
図４は、ビア１５５が、前記フロントコンタクト部品１５４、１５６と、それぞれのバッファ部品１４４、１４６と、それぞれの熱処理されたビア内面１３４、１３６も形成された前記半導体光起電層１３０と、それぞれのバックコンタクト部品１２４、１２６とを通って、基板１１０の表面にまでドリル加工される、図３Ａ及び３Ｂの実施形態１００のバリエーションを表すモノリシック光起電モジュール１００の一実施形態の断面を示す。その結果として生じる実施形態は、前のモジュールと比較して、このモノリシック光電子モジュール１００の製造に必要とされる精度が低い点で有利である。前記精度の低下により、有利に、より低い精度でより安価なスクライビング工具を使用することが可能となり、製造時間が減少し、スクライビングプロセスの失敗率が減少し、その結果、生産歩留まりが向上する。
【００４６】
図５Ａ及び５Ｂは、ビアホール１５３、１５５、１５７が延長され、フロントコンタクト部品１５２、１５４、１５６、１５８上でより中心に配置され得る、図１Ａ〜１Ｈの実施形態１００のバリエーションを表すモノリシック光起電モジュール１００の一実施形態の分解図及び断面図を示す。この実施形態の生産方法は、前の実施形態の生産に用いられる方法と非常に類似している。基板１１０は、バックコンタクト部品１２２、１２４、１２６、１２８を生じさせるスクライビング経路１２１に供される導電性層でコーティングされる。図５Ａは、続いて生産されるビアの上記の位置決めのバリエーションが可能となるように、前記スクライビング経路１２１が直線ではないことを示す。前記スクライビング経路１２１は、後に堆積され、スクライビングされる第１のフロントコンタクト部品の下を通過するように設計された指形のエクステンションを用いて第２のバックコンタクト部品を引き付ける。次に、半導体光起電層１３０が堆積され、その後に、バッファ及びフロントコンタクト層の付与が続く。次に、好ましくはレーザー等の局所熱を発生するスクライビング工具を用いて、前記フロントコンタクト層と、前記バッファ層と、前記半導体光起電層とを通って、前記バックコンタクト部品１２４、１２６の表面にまで、ビアホール１５５のスクライビングを行う。好ましくはレーザー等の局所熱を発生するスクライビング工具を用いて、上記の全ての層及び前記基板を通って、ビアホール１５３、１５７のスクライビングも行う。図１Ｅの場合のように、前記局所熱を発生するスクライビング工具により、前記半導体光起電層１３０において延長ビア１５３、１５５、１５７の表面が導電性となり、その結果、金属化ビアホール表面１３２、１３４、１３６、１３８が生じる。次に、前記フロントコンタクト及びバッファ層を、電気的に分離したフロントコンタクト部品１５２、１５４、１５６、１５８及びバッファ部品１４２、１４４、１４６、１４８へとスクライビングする。次に、フロントコンタクト導電率を有利に増加させるために、パターン化された金属化フロントコンタクトグリッド部品１６４、１６６、１６８を追加してもよい。当業者であれば、図５Ａ及び５Ｂに示される前記グリッド部品１６４、１６６、１６８のパターンを、結果的に生じる光起電モジュール１００が発電及び費用に関して最適な所望の性能を提供できるように異って設計し得ることを推論するであろう。母線１８２、１８８は、それぞれの導電性アタッチメント１７２、１７８を介して、それぞれのバックコンタクト部品１２２、１２８に接続される。その結果生じる実施形態は、前記ビアが延長され、その結果、走査型レーザー等の走査デバイスを用いてより効率的にスクライビングされ得る点と、フロント及びバックコンタクト間でより多くの電流を駆動させるためにビアホールごとにより多くの導電性表面を提供できるように、前記ビアを有利に延長することも可能である点と、前記フロントコンタクト部品上における前記ビアのより中心の位置により、より効率的な影を最小限に抑えるグリッド部品を設計することも可能である点とにおいて有利である。
【００４７】
本発明によって開示される例示的な実施形態及び方法は、相互接続された光電子部品の光起電モジュールのロールツーロール生産に特に有利である。当業者であれば、モノリシック光電子モジュールの低コストの大量生産を目的として、説明した実施形態例を拡大縮小及び適応させる方法を容易に推論するであろう。本発明の主な利点は、例えば図１Ａ〜１Ｈの基板に基づいた実施形態の場合には、光起電部品を相互接続する金属化電池間ビア１５５、モジュールに対するシャドーイングを起こさない母線の接続を可能にする金属化母線ビア１５３、１５７、及び部品を分離させる溝１５１を同じ生産工程で製造することができ、その結果、生産の複雑さ、時間、コスト、及び工具の数を有利に減少させる、幾つかの有利な光電子モジュールの実施形態例及びそれに対応する方法を提供することである。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図１Ｅ】
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【図１Ｆ】
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【図１Ｇ】
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【図１Ｈ】
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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３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【国際調査報告】
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