(57)【要約】薄膜太陽電池を相互接続し、太陽電池モジュールを形成するための改良された方法であって、薄い金属細片から形成される平坦な金属メッシュを使用して、集電グリッドを薄膜太陽電池上に提供するステップを備える方法が提供される。方法は、特に、可撓性基板上に蒸着される薄膜太陽電池の間に相互接続部を形成するために有用である。メッシュ要素の長方形の断面形状は、円形断面の要素によって提供される小さい接線面積と比較して、太陽電池との電気接触面積の増加をもたらす。メッシュ要素は、より広くではなく、より高く作製され、日陰損失を比例的に増加させることなく、伝導性を改良することができる。種々のコーティングをメッシュに適用し、その性能を改良し、耐腐食性を提供し、その表面的な外観を改良することができる。
2013527627.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄膜太陽電池を相互接続するための方法であって、
該方法は、
（ａ）薄い平坦な金属メッシュを第１の薄膜太陽電池に取着して、該第１の薄膜太陽電池上に集電グリッドを形成することと、
（ｂ）該取着された薄い平坦な金属メッシュを有する該第１の薄膜太陽電池を、平坦な金属メッシュを有する第２の薄膜太陽電池に接続して、該第１の薄膜太陽電池と該第２の薄膜太陽電池との間に直列の電気接続を形成することと、
（ｃ）連続する薄膜太陽電池を、該取着された平坦な金属メッシュを有する該第１および第２の薄膜太陽電池と接続して、電気的に集積された一連の相互接続された薄膜太陽電池を形成することと、
（ｄ）該一連の相互接続された薄膜太陽電池を太陽電池モジュールの中に集積することと
を備える、方法。
【請求項２】
前記薄い平坦な金属メッシュを前記第１の薄膜太陽電池に取着する前に、該薄い平坦な金属メッシュを薄い平坦な金属細片から形成することをさらに備える、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記薄い金属細片の厚さは、約０．００２から０．０１０インチまでの間にある、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記薄い平坦な金属細片は、銅を備える、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記薄い平坦な金属細片は、１つ以上のコーティングを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項６】
前記１つ以上のコーティングは、ニッケルを含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記１つ以上のコーティングは、錫を含む、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記薄い平坦な金属メッシュは、相互接続領域を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記薄い平坦な金属メッシュは、ワイヤ状要素を含み、該ワイヤ状要素は、正方形、長方形、または台形構成で連結される、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
各前記ワイヤ状要素の幅は、約０．００２から０．００６インチまでの間にある、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記薄い平坦な金属メッシュは、伝導性エポキシによって前記第１の薄膜太陽電池に取着される、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記薄い平坦な金属メッシュは、低融点半田によって前記第１の薄膜太陽電池に取着される、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記薄い平坦な金属メッシュと前記第１の薄膜太陽電池との組み合わされた幅は、約１．５から６．０インチまでの間にある、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記薄い平坦な金属メッシュは、ニッケルによってめっきされる、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１の薄膜太陽電池は、薄い可撓性箔基板上に蒸着される、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記薄い可撓性箔基板は、ステンレス鋼を備える、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
太陽電池モジュールを形成するための方法であって、
該方法は、
第１のロールからの薄い平坦な金属メッシュを第２のロールからの薄膜太陽電池と接触させることを備え、
該薄い平坦な金属メッシュは、円形、三角形、正方形、長方形、台形、五角形、または六角形構成で連結されるワイヤ状要素を含む、方法。
【請求項１８】
前記薄い平坦な金属メッシュは、前記薄膜太陽電池の実質的な部分を被覆する、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記薄い平坦な金属メッシュを有する前記薄膜太陽電池を個々の薄膜太陽電池に分割することをさらに備える、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
個々の薄膜太陽電池を直列に接続して、太陽電池モジュールを形成することをさらに備える、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
伝導性エポキシまたは低融点半田を用いて、前記薄い平坦な金属メッシュを前記薄膜太陽電池に取着することをさらに備える、請求項１７に記載の方法。
【請求項２２】
前記第１のロールからの薄い平坦な金属メッシュを前記第２のロールからの薄膜太陽電池に接触させることは、該薄い平坦な金属メッシュおよび該薄膜太陽電池を該第１のロールおよび第２のロールの下流にある一組のローラに通過させることを備える、請求項１７に記載の方法。
【請求項２３】
太陽電池とともに使用するための集電グリッドであって、
該集電グリッドは、
太陽電池の伝導性表面に接触するための薄い平坦な金属メッシュであって、該薄い平坦な金属メッシュは、円形、三角形、正方形、長方形、台形、五角形、または六角形構成で連結されるワイヤ状要素を備える、薄い平坦な金属メッシュと、
該薄い平坦な金属メッシュに隣接するタブ領域であって、該タブ領域は、隣接する太陽電池との電気接続を形成する、タブ領域と
を備える、集電グリッド。
【請求項２４】
各前記ワイヤ状要素の幅は、約０．００１インチから０．０１インチまでの間にある、請求項２３に記載の集電グリッド。
【請求項２５】
各前記ワイヤ状要素の幅は、約０．００２から０．００６インチまでの間にある、請求項２４に記載の集電グリッド。
【請求項２６】
前記薄い平坦な金属メッシュは、銅から形成される、請求項２３に記載の集電グリッド。
【請求項２７】
前記薄い平坦な金属メッシュ上にニッケルの層をさらに備える、請求項２６に記載の集電グリッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（発明の分野）
本発明は、概して、太陽モジュールを形成するための太陽電池の電気相互接続に関し、より具体的には、可撓性または剛性の基板上に形成される薄膜太陽電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在の可撓性基板上の薄膜太陽電池は、薄金属箔（通常、ステンレス鋼）上の非晶質シリコンおよび金属またはポリイミド箔上の二セレン化銅インジウムガリウム（ＣＩＧＳ）に限定されている。現在、薄膜テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）太陽電池は、ガラス上においてのみ生産されるが、作業は、可撓性基板の実施形態上で行なわれている。太陽光発電システムにおいて有用であるために、全てのタイプの太陽電池は、他の類似太陽電池と直列に電気的に相互接続して電圧レベルを上昇させるか、そうでなければ、高電流のため生じるであろうＩ２Ｒ損失を最小にしなければならない。大型の剛性ガラスシート上に蒸着されるセルは、概して、異なるプロセスステップの間および特異的場所において適用されるスクライブのシステムを使用して、シート全体にわたってセルを相互接続する。この手順は、「モノリシック集積化」と呼ばれる。そのような方法は、スクライブの設置および深度の両方において正確性が要求されるので、可撓性基板上に実装することが困難である。加えて、可撓性基板は、プロセスが容易に達成され得るが、スクライビング動作を実装するために中断される場合、経済的にあまり望ましくなくなり得るロールツーロール処理をもたらす。薄膜太陽電池が、剛性ガラスまたはシリコンウエハに類似する金属ウエハ上に蒸着されることは、あまり一般的ではない。
【０００３】
従来の結晶または多結晶シリコン太陽電池は、個々のウエハ上に形成され、次いで、相互接続されなければならない。集電グリッドおよびバスバーは、通常、銀担持インクによって、パターンをスクリーン印刷し、続いて、高温（約７００°Ｃ）で硬化されることによって形成される。シリコンセルは透明であるが、非伝導性である窒化ケイ素から作製される反射防止コーティングを有する。硬化段階の間、銀は、窒化ケイ素コーティングに貫入し、シリコンセルに対してオーム接触を形成する。通常のグリッドパターンは、細線のパターンに垂直に走る２つまたは３つのより広い線（バスバー）を有する数ミリメートル離間した一連の微細な真直ぐなかつ平行な線から構成される。結果として生じる構造は、相互接続「Ｚ」タブが、従来の半田付けまたは接合方法によって取着することができるバスバー上の表面を提供する。セル電流は、比較的に狭いグリッドによって収集され、比較的に広いバスバーに伝達され、次いで、次のセルとの接続点となる。「Ｚ」タブ構造は、セルの間の可撓性相互接続部を提供し、使用の間、熱膨張および収縮による損傷を低減させることに有用である。モノリシック集積化に勝るこの方法の利点は、モジュール構築に先立って、セルを性能に関して試験および分類することができることである。このように、モジュール性能は、連続体内の最低性能セルによって制限されない。
【０００４】
薄膜可撓性太陽電池に適用されるスクリーン印刷方法は、限定された成功しか収めていない。この方法と関連付けられる少なくとも２つの問題が存在する。第１に、薄膜セルは、銀インクを適切に硬化するために必要とされる高温に耐えることができない。より低い硬化温度の結果として、インク担体および溶媒の一部は、グリッド線構造内に残留し、金属粒子を良好に融合させることができない。これらの影響の両方ともが、グリッド線およびバスバーの伝導性を低下させ、印刷されたバスバーへの半田能力を制限する。代替として、相互接続部が伝導性エポキシによって作製されてもよいが、それは、概して、半田付けよりも劣る。第２に、有用な可撓性基板の表面仕上げは、通常、ガラスまたはシリコンウエハのものよりも遥かにより粗いので、多くの欠陥が存在し、伝導性インクがその中に流動される場合、分路部位となり得る。この問題は、初めに、炭素インクのように遥かにより低い伝導性材料を印刷して、最初に、任意の欠陥を充填し、次いで、銀インクによって重ね印刷することにより、幾分緩和され得る。完全印刷位置合わせ以外は、すべて、余分な日陰損失および潜在的な分路の増加をもたらすので、一貫して良好な結果を達成することは困難である。加えて、材料および機器のコストが比較的に高い。
【０００５】
特許文献１（参照することによって、全体として本明細書に組み込まれる）は、金属ワイヤをグリッドとして使用することを提案しているが、欠陥となる機会が回避または低減されることに十分な長さの炭素繊維によってコーティングされたワイヤを伴う。この方法では、ワイヤは、それらをモジュールに積層するプロセスの間、薄膜非晶質シリコン太陽電池の上部電極（透明導電性酸化物、またはＴＣＯ）に取着される。実際、炭素系インクパターンを最初に印刷する先行技術アプローチは、膜／基板欠陥に分路を生じさせる機会が遥かに少なく、同時に、持続的な強い分流に対して、融合タイプの保護を提供する炭素繊維に置き換えられる。ワイヤサイズおよび間隔は、有意な抵抗損失を生成することなく、セルによって生成される電流を搬送するように選択されなければならない。
【０００６】
特許文献２および特許文献３（参照することによって、全体として本明細書に組み込まれる）は、伝導性粒子を含有するポリマーによって、伝導性ワイヤをコーティングするための方法を教示する。これらの方法の限界は、欠陥誘発分路に関する問題が、分布内のより小さい伝導性粒子のために、依然として存在し得ることである。これらの方法に対する改良は、特許文献４（参照することによって、全体として本明細書に組み込まれる）に教示されている。
【０００７】
最近、Ｗｕｄｕ  ｅｔ  ａｌ．（「Ｗｕｄｕ」）（参照することによって、全体として本明細書に組み込まれる）の特許文献５は、トレース（または、ワイヤ）パターンが、最初に、透明担体上に形成され、次いで、太陽電池に適用される解決策を教示している。Ｗｕｄｕの種々の教示は、図１ａ、１ｂ、および１ｃに示される。図１ａでは、ワイヤ５２０ａは、蛇行パターンにおいて、担体５５０に適用される。パターンの端部のワイヤにおけるループは、片方の縁の担体直上に残留するが、実質的に、反対縁の担体を越えて延在する。セルに適用されると、担体は、セルの活性領域を被覆する一方、延在されたループは、次のセルに電気接触させる領域を提供する。Ｗｕｄｕの担体およびワイヤの詳細断面図は、図１ｂに示される。担体５５０は、透明ポリマーシート５５０ａ（例えば、薄ＰＥＴシート）と、熱硬化接着剤５５０ｂの２つの材料から構成される。ワイヤ５２０は、部分的に、接着剤内に埋設され、ニッケルのような保護およびより低い伝導性材料５２０Ｂによってコーティングされる、一般的ワイヤ５２０Ａ（例えば、銅）から構成される。図１ｃは、太陽電池５１０の上部透明伝導性層５１０ｂに積層された後のＷｕｄｕの担体およびワイヤを示す。ポリマーシートの変形は、ワイヤを太陽電池５１０の上部伝導性層と電気接触して保持する、力をもたらす。この構造が、ガラス張りのシート（図示せず）に積層される場合、付加的な接着剤層（例えば、ＥＶＡ）が必要とされる。接着剤は、ワイヤ幾何学形状の周囲を充填するために十分に厚くなければならない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第５，４７４，６２１号明細書
【特許文献２】米国特許第４，２６０，４２９号明細書
【特許文献３】米国特許第４，２８３，５９１号明細書
【特許文献４】米国特許第６，４７２，５９４号明細書
【特許文献５】米国特許出願公開第２０１０／００４３８６３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
Ｗｕｄｕの前述の構造は、技術的に、特に、インクおよび伝導性材料が欠陥内に侵入する問題を排除する点における改良を表すが、それでもなお、望ましくない状態のままである３つの特徴を有する。例えば、Ｗｕｄｕの丸形ワイヤ５２０は、図１ｃに示される接線１によって表される小さい領域に沿ってのみセルと接触している。これは、製造環境において、一貫して接触抵抗を低く維持することを可能にすることの実践的な困難をつくりだす。別の問題は、熱接着剤５５０ｂの厚さが、非常に精密に制御されなければならないことである。薄過ぎる場合、ワイヤの周囲の空間を完全に充填せず、厚過ぎる場合、ワイヤを持ち上げるほど十分な圧力を伴って丸形ワイヤ下を伏流して、セルとのその電気接触を断絶し得る。Ｗｕｄｕに関するなおも別の問題は、２層担体が製造コストの増加につながる余剰材料を意味することである。
【００１０】
したがって、改良された相互接続システムおよび方法の必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のある側面では、薄膜太陽電池を相互接続するための改良された方法であって、金属細片から形成される平坦メッシュを使用して、太陽電池（また、本明細書では「光起電セル」）上に集電グリッドを形成するステップを備える方法が提供される。
【００１２】
本発明の別の側面では、薄膜太陽電池のための集電グリッドであって、高集電効率とともに、最小の日陰損失を提供する平坦な金属メッシュを含む集電グリッドが提供される。実施形態では、集電グリッドは、太陽電池の伝導性表面に接触するための薄い平坦な金属メッシュであって、円形、三角形、正方形、長方形、台形、五角形、または六角形構成で連結されるワイヤ状要素を備える薄い平坦な金属メッシュを備える。集電グリッドは、薄い平坦な金属メッシュに隣接するタブ領域であって、隣接する太陽電池との電気接続を形成するためのタブ領域をさらに備える。
【００１３】
本発明のさらに別の側面では、セルとの接触抵抗を低下させ、積層の間、伏流力の規模を低減させる、太陽電池を相互接続するための方法が、提供される。
【００１４】
本発明のなおも別の側面では、銀伝導性インクから作製される印刷されたグリッド線より経済的であり得る、太陽電池を相互接続するための方法が、提供される。ある実施形態では、薄膜太陽電池を相互接続するための方法は、薄い平坦な金属メッシュを第１の薄膜太陽電池に取着し、第１の薄膜太陽電池上に集電グリッドを形成するステップを備える。次に、取着された薄い平坦な金属メッシュを伴う、第１の薄膜太陽電池は、平坦な金属メッシュを有する第２の薄膜太陽電池に接続され、第１と第２の薄膜太陽電池との間に直列電気接続を形成する。連続する薄膜太陽電池は、取着された平坦な金属メッシュを伴う第１および第２の薄膜太陽電池に接続され、相互接続される薄膜太陽電池の電気的に集積された連続体を形成する。次に、相互接続される薄膜太陽電池の連続体は、太陽電池モジュールに集積される。
【００１５】
本発明のなおも別の側面では、太陽電池モジュールを形成するための方法であって、第１のロールからの薄い平坦な金属メッシュを第２のロールからの薄膜太陽電池と接触させるステップを備え、薄い平坦な金属メッシュは、円形、三角形、正方形、長方形、台形、五角形、または六角形構成で連結されるワイヤ状要素を含む、方法が、提供される。
【００１６】
本発明のこれらおよび他の目的、特徴、および利点は、図面のいくつかの図中に例示される、好ましい実施形態の以下の発明を実施するための形態を熟読後、当業者に明白となるであろう。
【００１７】
（参照による引用）
本明細書に記載されるすべての刊行物、特許、および特許出願は、各個々の刊行物、特許、または特許文献が、参照することによって組み込まれるように具体的かつ個々に示される場合と同様に、参照することによって本明細書に組み込まれる。
【００１８】
本発明の新規の特徴は、添付の請求項において、特異点とともに記載される。本発明の特徴および利点のさらなる理解は、本発明の原理が利用される例示的実施形態を記載する以下の発明を実施するための形態と、必ずしも、正確な縮尺で描かれていない添付図面を参照することによって得られるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１ａは、可撓性基板上に蒸着される薄膜太陽電池のために、集電グリッドを形成するためのワイヤの担体シートへの先行技術適用を図式的に例示する。図１ｂは、担体シートに取着されたワイヤの先行技術実施形態を示す詳細断面図である。図１ｃは、可撓性薄膜太陽電池に積層されるワイヤおよび担体シートの先行技術実施形態を示す詳細断面図である。
【図２】図２は、本発明のある実施形態による、平坦な金属メッシュの２つの実施例の平面および断面図を示す。
【図３】図３は、本発明のある実施形態による、平坦な金属メッシュの加工を例示する、金属細片またはテープの概略図である。
【図４】図４は、本発明のある実施形態による、相互接続されるセルの連続体の一区画の平面図を示す概略図と、相互接続部の詳細を例示する対応する断面図である。
【図５】図５は、本発明のある実施形態による、可撓性薄膜太陽電池に積層される平坦な金属メッシュの正方形および長方形要素のための第１の実施形態を示す断面図である。
【図６】図６は、本発明のある実施形態による、平坦な金属メッシュの要素のための２つの代替実施形態を示す断面図であって、コーティングは、メッシュの穿孔および拡張前に、金属細片に適用される。
【図７】図７は、本発明のある実施形態による、メッシュの可撓性太陽電池材料への適用を示し、両方とも、材料のロールから分注され、ともに継続的に積層される。
【図８】図８は、本発明のある実施形態による、倍幅金属細片から二重幅メッシュ部材を生産する代替方法を描写する概略図である。
【図９】図９は、本発明のある実施形態による、倍幅メッシュに拡張され、倍幅の太陽電池材料に適用され、次いで、２つの別個のセルに裁断された後の図８の金属細片を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の好ましい実施形態が、本明細書に図示および説明されたが、そのような実施形態は、一例として提供されているに過ぎないことは、当業者には明白となるであろう。ここで、多数の変形例、変更、および代用が、本発明から逸脱することなく、当業者に想起されるであろう。本発明を実践する際、本明細書に説明される本発明の実施形態の種々の代替を採用することができることを理解されたい。
【００２１】
（メッシュ相互接続および太陽電池モジュール）
本発明のある側面では、太陽電池（また、本明細書では「光起電セル」）と併用するための集電グリッドが提供される。集電グリッド（また、本明細書では「メッシュ相互接続」）は、太陽電池との接触を形成するように構成される。本発明の実施形態のメッシュ相互接続は、入射光との上部接触干渉（日陰損失）を最小にする一方、太陽電池の上部伝導性層との電気接触を改良することができる。
【００２２】
実施形態では、太陽電池から集電するためのグリッドが、提供される。集電グリッドは、太陽電池の伝導性表面（また、本明細書では「光起電セル」）に接触するための薄い平坦な金属メッシュを備える。薄い平坦な金属メッシュは、円形、三角形、正方形、長方形、台形、五角形、または六角形構成で連結されるワイヤ状要素を備える。ワイヤ状要素は、円形（または、実質的に、円形）断面を有することができる。集電グリッドは、薄い平坦な金属メッシュに隣接するタブ領域をさらに備える。タブ領域は、隣接する太陽電池との電気接続を形成するように構成される。ある実施形態では、各ワイヤ状要素の幅は、約０．００１インチから０．０１インチ、または約０．００２から０．００６インチである。ある実施形態では、薄い平坦な金属メッシュは、銅から形成される。ある実施形態では、薄い平坦な金属メッシュは、ニッケルめっき銅から形成される。
【００２３】
次に、図面を参照するが、同一参照番号は、全体を通して同一部品を指す。図およびその中の構造は、必ずしも、正確な縮尺で描かれていないことを理解されたい。
【００２４】
図２は、平坦な金属メッシュから形成される集電（または、収集）グリッドの平面上面図（左）および断面側面図（右）を示す。これらのメッシュは、可撓性薄膜太陽電池と一致するサイズ比率によって例示されるが、より正方形様（例えば、正方形）の比率を有する剛性ウエハセルへと縮尺されることができることを理解されたい。グリッド２ａおよび３ａは両方とも、次のセルと相互接続するために使用される中実領域４（また、本明細書では「タブ」および「タブ領域」）と、類似サイズのセルのための集電グリッドを形成するメッシュ領域５とを含む。メッシュ領域は、正方形または長方形の断面形状を有する小さい寸法の接続されたワイヤ状要素６を含む。ある実施形態では、メッシュの大部分は、開放空間である。領域４ａは、代替として、メッシュの領域が、中実タブの代わりに、（隣接するセルと）相互接続部を形成するために使用することができることを示す。断面図２ｂおよび３ｂにおける同一の領域が識別されている。これらの実施例では、メッシュは、他の材料によってコーティングされるとは考えられていない。しかしながら、任意のコーティングについて、後述される。平面図２ａおよび２ｂは、略正確な縮尺であって、幅「Ｗ１」および「Ｗ２」は、一般的には、それぞれ、例えば、２および３インチ等、数インチである。この縮尺において、タブ４の幅は、約０．５インチであり得る一方、メッシュ領域４ａは、５の幅、すなわち、セル幅までの任意の幅であり得る。しかしながら、明確にするために、断面図２ｂおよび３ｂは、幅「Ｗ１」および「Ｗ２」と比較して、大幅に誇張された厚さ「ｔ」によって例示されている。厚さ「ｔ」およびメッシュ要素６は、１／数千インチ（「ミル」）のオーダーであり得る。ある実施形態では、厚さ「ｔ」は、３と５ミルとの間であり得る。タブ領域４は、太陽電池を被覆するメッシュの領域と相互接続のために使用される部分との間に視覚的断絶を提供するために、この議論を通して、そのように示される。しかしながら、前述のように、実際には、全用途において、中実タブ領域を有する必要があるわけではない。
【００２５】
種々の実施形態では、メッシュの幅「Ｗ１」および「Ｗ２」は、セルの幅をわたるメッシュの電流搬送能力に依存する。このグリッド設計は、より従来的なシリコン太陽電池が使用するような特異的なバスバーを使用しない。代わりに、メッシュの断面および線の密度は、生成される電流がセル幅をわたって流れる際に遭遇する抵抗を決定する。この設計において、従来のバスバーは、グリッド線内で平均化されると考えられ得る。これらの理由から、セルの幅は、幾分、所与の箔厚に対して、サイズが制限される。数ミル厚の箔の場合、数インチのオーダーのセル幅が、銅等の良好な導体に対して適切であろう。約４％以下の日陰損失が、維持され得る。箔が同一の厚さに対して幅が広くなるほど、メッシュ線の幅が増加することが必要であるが、そのとき、日陰損失もまた増加するであろう。日陰損失は、非常に広いセルの場合、非常に大きくなり得る。しかしながら、箔の厚さは、同一メッシュ要素幅に対して増加させることができ、日陰損失を犠牲にすることなく、より広いセルを可能にする。メッシュの長さは、比較的に長くあることができるが、その中に嵌合しなければならないモジュールの長さまたは幅を超えることはできない。約６インチまでの幅および約６インチから１８インチ超の長さを有するセルは、通常のサイズのモジュールに対して、望ましい電圧値を得るための合理的な範囲内にある。明らかに、メッシュは、剛性基板（すなわち、ウエハ）または可撓性基板のいずれかの上の薄膜太陽電池の相互接続部のために使用され得るが、特に、ロールツーロール処理における可撓性基板に対して有用である。メッシュは、種々の長さに作製または裁断することができるので、金属テープのロールからメッシュを形成し、後の使用のためにメッシュを再び巻くことが便利である。
【００２６】
図中に、いくつかの注目すべき特徴が存在する。第１に、メッシュ５は、狭小菱形２ａから略完全な正方形３ａの範囲にあり得る開放パターンを有する。開口部の特徴的な長さ「ｌ」は、例えば、３から６ミリメートルまでのオーダーの、従来のグリッド線の間隔に類似している。メッシュに対する正味の抵抗は、その要素の相互接続部のために、類似の幾何学形状の従来のグリッドに対するよりも低い。メッシュ内の任意の点からタブまで複数の経路が存在するが、従来のグリッドの場合、単一の線だけが存在する。所与の長さのメッシュに対する全抵抗は、タブとの要素の接続部の断面積の合計に比例し、それはメッシュの大きさを変更することによって変更することができる。したがって、中実タブは、単に、メッシュ単独よりも、それと相互接続するためのロバスト領域を提供するが、メッシュの平面にいかなる抵抗減少ももたらさない。加えて、メッシュの要素は、「織布」ワイヤから作製されないが、同一平面上にある。図２ｂおよび３ｂは、メッシュが、本質的にタブと同一の厚さを伴って、平坦であることを示す。メッシュとの相互接続部もまた、シリコンセルにおいて使用される「Ｚ」タブ接続部と同様のある程度の張力緩和をもたらし得る。次に、そのようなメッシュを作製し得る方法の１つについて論じる。この図および後続図において、同一要素は、全体を通して一貫的に標識される。
【００２７】
本発明において使用されるメッシュは、図３に示されるように、幅「Ｗ３」の金属箔７の細片から構築することができる。ある実施形態では、金属箔は、銅、ニッケル、金、銀、白金、パラジウム、アルミニウム、ベリリウム、ロジウム、モリブデン、およびタングステンのうちの１つ以上から形成される。ある実施形態では、金属箔は、銅から形成される。例えば、金属箔は、銅箔であり得る。例えば、金属箔は、銅箔であり得る。別の実施例として、金属箔は、ニッケルコーティングされた銅箔であり得る。一般的寸法は、図２の要素に対して前述のものと互換性がある。細片は、それが適用される太陽電池のサイズに適切な長さを有し得、またはロール形態において、テープ状であり得る。例えば、細片７は、幅約０．６インチおよび厚さ約５ミルを有する銅箔またはニッケルめっきされた銅箔であり得る（ニッケルめっきは、図示せず）。
【００２８】
継続して図３を参照すると、図２のメッシュ５を形成する際の第１のステップは、細片７の片方の縁に沿って、一連の線状細隙領域５ａを穿孔し、タブ領域４を中実に残すことである。前述のように、タブ４もまた、メッシュであり得、その場合、細片７の初期幅は遥かにより小さく、したがって、材料を節約し得る。図３における拡大図は、領域５ａ内の線状穿孔８が、図２におけるメッシュに対する前述のように、略同一の特徴的長さ「ｌ」を有することを示す。非常に小さな間隙９（約５から１０ミル）が、後に、メッシュ要素のための接続点となる細隙８の間に残される。各列の細隙８は、距離「ｌ」の半分だけ、隣接する列から線形にオフセットされていることに留意されたい。本実施例では、５ミル間隔で２０列の細隙が存在し、細隙領域５ｂに対して全幅（示されるように）０．１インチをもたらし、タブ４に対して幅０．５インチを残す。
【００２９】
継続して図３を参照すると、ビュー１０は、細隙細片のＡ−Ａを通る断面であって、厚さ「ｔ」は、図２において前述のように、明確にするために誇張されている。厚さ「ｔ」は、例えば、０．００５インチ等、約０．００１インチから０．０１インチまでの間であり得る。Ｗ３は、例えば、０．６００インチ等、約０．１インチから１インチまでの間であり得る。断面は、細隙の間の間隙９を通過するので、細隙８は、１つおきにのみ示されている。実際は、ウェブ要素の断面は正方形（例えば、５ミル×５ミル）であるが、図３においては、おおいに変形されている。実際、厚さ「ｔ」は、増加され得るが、細隙間隔は、同一のままであり、より高さのある長方形要素をもたらし、日陰損失をほとんど増加させることなく、より低い抵抗を有するであろう。したがって、抵抗は、日陰損失にほとんど悪影響を及ぼすことなく、必要に応じて調整することができる。
【００３０】
図３に関連して議論を継続すると、ビュー１１は、ニッケルめっきが、既に細片に適用されている場合でも、細片７が細隙を入れる動作の前に適用されるいくつかの任意のコーティングを有し得ることを示す。例えば、領域５ａの太陽に向いた側を被覆するコーティング１２ａは、単純な暗い表面的コーティングであり、完成したモジュールにおいて、メッシュをあまり目立たせなくすることができる一方、タブ領域上のコーティング１２ｂは、半田またはＢステージ化伝導性エポキシ、あるいはセルを相互接続するための伝導性接合を形成するために有用な他のコーティングであり得る。例えば、層１２ｂは、約１１８°Ｃで溶融する、インジウムおよび錫の低融点共晶合金であり得る。モジュールへの積層の間、温度は１１８°Ｃを超え、半田を溶融させ、メッシュをセルの透明上部電極に接合し、非常に良好なオーム接触を形成する。そのような半田層は、欠陥内の分路の機会を低減させるために、非常に薄いか、またはメッシュ上に断続的にのみコーティングされるはずである。Ｂステージ化エポキシは、より靭性であって、分路を生じさせ得る欠陥を充填する傾向が少ないであろう。セル側において、コーティング１３ａは、下方の太陽電池の透明伝導性上部コーティングとの接続を形成するために、１２ｂのものに類似し得る一方、コーティング１３ｂは、付加的な腐食保護特性を有するコーティングであり得る。代替実施形態では、コーティング１３ｂは、省略することができる。細隙を空けた後（任意のコーティングの有無に関わらず）、メッシュは、細隙領域５ａを図２のメッシュ５に拡張することによって形成される。この動作は、各線または線対が穿孔されるのに伴って行なうことができるか、または拡張ダイを使用することができる。最も慎重な細隙を入れる動作によって、初期細片の面外に若干回転させてメッシュ要素を残すことができる。拡張後、メッシュを再圧延することによって、良質な平坦性を保証することができる。開始細片が、ニッケルめっきを伴わない生銅である場合、拡張されたメッシュおよびタブ全体を、使用前に、ニッケルめっきすることができる。拡張後ニッケルめっきの利点は、メッシュの全側面がめっきされることである。加えて、細隙を入れる前に、細片に適用される、本明細書に説明されるコーティングはまた、形成後、メッシュに適用することができることを理解されたい。しかしながら、細隙を入れる前の細片への適用は、製造的観点から、より便宜的かつ経済的であり得る。
【００３１】
図４は、本発明の実施形態の平坦な金属メッシュを使用する任意の長さの相互接続される可撓性の薄膜太陽電池１５の一区画のビュー１４を例示する。電気接続の基本詳細を示す、対応する断面概略ビュー１６が含まれている。明確にするために、メッシュ上の可能性として考えられる任意のコーティングは、すべて省略されている。図は、正確な縮尺で描かれていないことを理解されたい。太陽電池１５の厚さは、活性膜は、この縮尺においては非常に薄いので、可撓性金属箔基板を含んでいる。セル１５間の距離「ｄ」は、セルおよびメッシュの幅に対して誇張されており、ビュー１６における太陽電池およびメッシュ厚は、その個々の幅に対して誇張されている。タブ４は、特別の誇張距離「ｄ」のために、メッシュ幅に対して通常よりも広く見える。しかしながら、セル「ｔ１」およびメッシュ「ｔ」の厚さは、例示されるように、ある用途に対して十分であり得る。ある実施形態では、「ｔ１」は、約２ミルであり、「ｔ」は、約５ミルである。セル１５は、タブ４（中実またはメッシュのいずれか）が、下方および下側に屈曲され、隣接セルの背面に接合するときに、電気的に短絡することを防止する誘電性縁コーティング１７とともに示される。この例示におけるセルは、金属箔基板（例えば、ステンレス鋼）上に蒸着されると考えられるので、基板は、セルの背後電極として機能することができる。背後接触領域が比較的に大きいので、その特異的抵抗が極端に低くはないいくつかの材料によって低い全抵抗が達成されることができる。金属充填エポキシは、これらのタイプの材料の一部の実施例である。基板が薄い誘電性（ポリイミド箔のような）またはガラスのウエハである場合、タブ４は、遥かにより狭く、露出された背後電極の領域上の隣接セルの上部に取着される必要があるであろう。
【００３２】
図５は、モジュール構築の間、太陽側に向いたガラスに積層される場合に、図２におけるコーティングされていない金属メッシュ要素６の可撓性薄膜太陽電池１９への単純適用を例示する断面図である。ビュー１８ａは、正方形要素６を示し、ビュー１８ｂは、ビュー１８ａに示されるものよりも高さがあるが、同一幅を有する要素を例示する。前述のように、図３の金属細片７は、所与の細隙を入れる幅に対してより厚くされることにより、日陰損失におけるほんのわずかの増加のみを伴って、メッシュ抵抗を低下させることができる。ビュー１８ｂは、本実施形態を例示し、高さ以外、１８ａに対して説明される特徴すべてが、同様に、１８ｂに適用される。ビュー１８ａに関して議論を継続すると、可撓性薄膜太陽電池１９は、可撓性基板１９ａ（金属箔）と、セルの活性部分１９ｂと、メッシュ要素が良好な電気接触をもたらすはずである透明伝導性酸化物（ＴＣＯ）層１９ｃを含む。概略図は、正確な縮尺ではない。ガラスは、メッシュ要素６より約２５倍厚くあり得る一方、セル要素１９ｂおよび１９ｃは、メッシュより薄くあり得る。前述の実施例の場合、要素６は、約５ミル平方であり得、セル基板１９ａは、約２ミル厚であり得る。
【００３３】
継続して図５を参照すると、ビュー１８ａにおいて、金属メッシュは、前述のように、作製され、業界標準のエチレン酢酸ビニル（ＥＶＡ）のような透明熱硬化性または熱可塑性材料２０、または類似の機能性材料を使用して、可撓性太陽電池１９とガラスのシートとの間に積層することができる。ある実施形態では、ＥＶＡが供給され、シート形態で使用される場合、最小厚は、孔隙を残すことなく、メッシュ要素６の周囲に適切な充填を保証する一方、同時に、ガラスに、メッシュに圧力を付与させるように選択することができる。したがって、ガラスとメッシュとの間の間隔２１は、非常に小さく、良好な接合を形成するステップと調和することができる。メッシュの高さが１８ｂにおけるように増加される場合、より厚いシートのＥＶＡが、適切な積層を達成するために必要とされるであろう。メッシュの幾何学形状が、略同一の日陰損失に対して、先行技術の図１ｃのものよりも要素６とＴＣＯ層１９ｃとの間に遥かにより大きな領域の電気接触２２を提供することは明白である。
【００３４】
図６は、メッシュ要素６の使用を例示する図を示す。図２３ａおよび２３ｂは、ある状況において好ましくあり得る２つの実施形態を示す。当業者は、多くの他の可能性として考えられるコーティングの組み合わせを開発することが可能であるので、本明細書に示される実施形態は、発明の範囲を限定するものと解釈されるべきではない。実施例２３ａは、メッシュが形成される前に金属細片の各側に適用されるコーティング２４ａおよび２４ｂを有するメッシュ要素６を示す。ある実施形態では、メッシュ要素６は、銅から形成されることができ、高い電気伝導性と組み合わされた低コストをもたらす。ある実施形態では、銅は、耐酸化性および耐腐食性である材料によってコーティングされることができる。数マイクロメートルの厚さにめっきされたニッケルまたは錫は、概して、これらの状況の多くに対する良好な選択肢である。特に、薄膜太陽電池の場合、ＴＣＯ層と接触するコーティング２４ａは、銅がＴＣＯと反応し、劣化することを防止することが要求され得る。金または他の貴金属のいくつかも、必要な機能性を提供するであろうが、ニッケルまたは錫は、それをよりも経済的に提供することができる。層２４ｂは、一般的には、ガラス界面における腐食に関して問題がないので、２４ａと同一または異なり得る。メッシュが形成された後に、例えば、ニッケルまたは錫等によってメッシュをめっきすることは、より便宜的であり得る。そのような実施形態では、メッシュ要素６は、同一材料によって、全４辺がコーティングされるであろう。本実施形態の拡張は、図に明示的に示されない。
【００３５】
継続して図６の図２３ｂを参照すると、メッシュ要素６は、前述と同一のコーティング２４ａを伴って例示されているが、２４ｂは、太陽電池の色に厳密に一致するように選択される表面コーティングであって、したがって、メッシュは、モジュールにおいて視覚的に明白ではないであろう。暗色塗料のような単純なもの、または要素６の材料のより複雑な暗陽極酸化層であり得る。本実施形態では、層２５は、その任意のコーティング２４ａを伴うメッシュ要素６をＴＣＯ層１９ｃに固着する、電気的に伝導性の接合層を表す。層２５は、前述のように、伝導性Ｂステージ化エポキシ、低温半田、または他の伝導性接合層を含んでもよい。ある実施形態では、層２５が、約１１８°Ｃの融点を有するインジウムおよび錫の共晶合金を含む場合、層２５もまた、メッシュ要素６とＴＣＯ層１９ｃとの間の耐腐食性障壁として作用し得るので、コーティング２４ａは省略されることができる。
【００３６】
本発明は、連続した単一太陽電池適用のためにメッシュを区画毎に形成することによって実践することができるが、少なくともある程度の自動化をプロセスに組み込むことができる。図７は、どのように、メッシュ２５のロールおよび太陽電池材料２７のロールが、例えば、一式のローラ２８によって連続的に連結し、積層されたメッシュグリッドを有する太陽電池材料の連続細片を形成することができるかを図式的に例示する。ローラ２８は、加熱され、前述のように、低温半田を接合するか、またはメッシュに適用されるＢステージ化伝導性エポキシ材料を硬化することができる。メッシュのロールおよびセルのロールはそれぞれ、積層ステップ直前に取り除かれる必要があるであろう材料の保護交互層（図示せず）を有し得る。ある実施形態では、図４に示されるように、タブ４は、セル材料にオーバーハングし、メッシュ領域５のみがセルを被覆する。材料の細片は、次いで、所定の（または、所望の）長さ「Ｌ」の個々の太陽電池に裁断されることができ、続いて、（図示せず）モジュールに積層される前に、試験し、電気性能に基づいて分類されることができる。
【００３７】
図８を参照すると、本発明のある実施形態による、金属細片からメッシュを形成する代替方法が示されている。図３と比較して、金属細片７の幅「Ｗ４」は、「Ｗ３」の２倍であり、細隙面積２９の幅は、５ａの２倍である。これは、図３における対応するタブと同一のサイズであり得るメッシュ領域２９の各側のタブ４を生成する。図８における細隙長、間隔、および間隙等の詳細パラメータは、図３のものと同じであり得る。メッシュを形成するための細隙領域の拡張もまた、前述の手順に従う。この「二重メッシュ」の利点は、中実タブ４が、ここでは、メッシュの各側に存在し、図７に説明されるように、メッシュ材料のロールを生成するプロセスを遥かに達成しやすく、続いて、積層プロセスにおいて、より扱いやすくすることができることである。そのような場合、図７に示されるセル材料２７のロールも、同様に、幅が倍にされる必要があろう。
【００３８】
図９は、倍の幅の可撓性太陽電池材料に積層される倍の幅のグリッドメッシュを示す。個々のセルまたは連続ロールから裁断されたセルのいずれかに対して、倍幅材料は、中心破線３０に沿って裁断され、それぞれ、前述のものの寸法を有する２つのセルを生成しなければならない。
【００３９】
（太陽電池モジュールを形成するための方法）
本発明のある側面では、薄膜太陽電池モジュールを相互接続するための方法が提供される。方法は、薄金属細片から、相互接続領域を有する薄い平坦な金属メッシュを形成するステップを備え、薄い平坦な金属メッシュは、ワイヤ状要素を含む。ある実施形態では、ワイヤ状要素はそれぞれ、長方形断面形状を有する。次に、薄い平坦な金属メッシュは、第１の薄膜太陽電池に取着され、第１の薄膜太陽電池上に集電グリッドを形成する。次に、第１の薄膜太陽電池（取着された平坦な金属メッシュを伴う）が、平坦な金属メッシュを有する第２の薄膜太陽電池に接続され、それによって、第１と第２の薄膜太陽電池との間に、直列の電気接続を形成する。ある実施形態では、連続する薄膜太陽電池は、取着された平坦な金属メッシュを有する第１および第２の薄膜太陽電池に連続的に接続され、相互接続される薄膜太陽電池の電気的に集積された連続体を形成する。次に、集積された薄膜太陽電池の連続体のうちの１つ以上が、太陽電池モジュールに集積される。
【００４０】
ある実施形態では、薄金属細片の厚さは、約０．００２から０．０１０インチまでである。ある実施形態では、薄い平坦な金属細片は、元素銅または銅合金を備える。ある実施形態では、銅は、銀、金、クロム、ジルコニウム、亜鉛、錫のうちの１つ以上と合金することができる。ある実施形態では、薄い平坦な金属細片は、ニッケルコーティングまたは錫コーティング等の１つ以上のコーティングを含むことができる。
【００４１】
ある実施形態では、薄い平坦な金属メッシュは、相互接続領域を含むことができる。ある実施形態では、薄い平坦な金属メッシュは、ワイヤ状要素を含むことができる。ある実施形態では、ワイヤ状要素は、円形、三角形、正方形、長方形、台形、五角形、六角形、または他の幾何学的断面形状を有する空間等、ワイヤ状要素間に空間を提供するように連結される。例えば、ワイヤ状要素は、長方形断面形状を有することができる。ある実施形態では、ワイヤ状要素のそれぞれの幅は、約０．００１インチから０．０１インチまで、または約０．００２インチから０．００６インチまでである。
【００４２】
ある実施形態では、薄い平坦な金属メッシュは、例えば、Ｂステージ化伝導性エポキシ等、伝導性エポキシによって、第１の薄膜太陽電池に取着されることができる。別の実施形態では、薄い平坦な金属メッシュは、低融点半田によって第１の薄膜太陽電池に取着されることができる。
【００４３】
ある実施形態では、薄い平坦な金属メッシュおよび第１の薄膜太陽電池の組み合わされた幅は、約１．５から６．０インチまでである。
【００４４】
実施形態では、薄い金属メッシュは、少なくとも部分的に太陽電池を被覆する。ある実施形態では、薄い金属メッシュは、太陽電池の実質的な部分を被覆する。ある実施形態では、薄い金属メッシュは、３辺において、太陽電池の縁の少なくとも最大約１ミリメートルまで太陽電池を被覆する。ある実施形態では、隣接する太陽電池に接続する太陽電池の側において、薄い金属メッシュは、中実領域またはより多くのメッシュ領域のいずれかであり得るタブ領域の幅だけ太陽電池にオーバーハングしている。
【００４５】
薄い金属メッシュは、１つの太陽電池にわたるセル電流全体を次の太陽電池まで搬送する必要があるので、抵抗がＩ２Ｒ損失を最小にするために十分に低い状態のままである必要がある。ある実施形態では、薄い金属メッシュの寸法は、Ｉ２Ｒ損失および日陰損失を最小にするように選択される。ある実施形態では、太陽電池が広いほど、生成される増加電流を適切に搬送するために、メッシュ断面積をより増加させる必要がある。メッシュの断面が大きいほど、モジュールの日陰損失が増加する。ある実施形態では、約６インチのセル幅において、約５％の日陰損失を有する十分な伝導性を達成することができる。
【００４６】
ある実施形態では、薄い平坦な金属メッシュは、ニッケル（Ｎｉ）によって、めっきされる。例えば、薄い平坦な金属メッシュは、銅から形成され、Ｎｉによってめっきされることができる。これは、理想的な電気伝導性を有する金属メッシュを提供する一方、除去しなければ、周囲環境への金属メッシュの露出による腐食を最小にすることができる。
【００４７】
ある実施形態では、第１の薄膜太陽電池は、箔基板等、薄可撓性基板上に形成される。ある実施形態では、可撓性箔基板は、ステンレス鋼を備える。実施形態では、第１の薄膜太陽電池は、例えば、原子層蒸着（ＡＬＤ）、化学蒸着（ＣＶＤ）、または分子線エピタキシャル成長法（ＭＢＥ）等、薄膜蒸着によって形成することができる。
【００４８】
他の実施形態では、太陽電池モジュールを形成するための方法は、第１のロールからの薄い平坦な金属メッシュを第２のロールからの薄膜太陽電池と接触させるステップ（図７参照）を備え、薄い平坦な金属メッシュは、円形、三角形、正方形、長方形、台形、五角形、六角形、または他の幾何学的構成で連結されるワイヤ状要素を含む。ある実施形態では、第１のロールからの薄い平坦な金属メッシュおよび第２のロールからの薄膜太陽電池は、連続的に相互に接触させられる。ある実施形態では、第１のロールからの薄い平坦な金属メッシュは、第１のロールおよび第２のロールの下流の一組のローラ（例えば、図７のローラ２８参照）を用いて、第２のロールからの薄膜太陽電池と接触させられる。
【００４９】
ある実施形態では、薄い平坦な金属メッシュは、薄膜太陽電池の実質的部分を被覆する。実施形態では、薄い平坦な金属メッシュを有する薄膜太陽電池は、個々の薄膜太陽電池に分割される。個々の薄膜太陽電池は、次いで、接続され（例えば、直列に）、太陽電池モジュールを形成することができる。実施形態では、薄い平坦な金属メッシュは、伝導性エポキシまたは低融点半田を用いて薄膜太陽電池に取着される。例えば、薄い平坦な金属メッシュは、薄膜太陽電池と相互に接触させられると、薄膜太陽電池に取着されることができる。これは、例えば、薄い平坦な金属メッシュが、薄膜太陽電池と接触させられる前に、伝導性エポキシまたは低融点半田を提供することによって達成されることができる。
【００５０】
ある実施形態では、薄い平坦な金属メッシュは、実質的に、薄膜太陽電池の上部表面を被覆する。ある実施形態では、薄膜太陽電池の上部表面を実質的に被覆する薄い平坦な金属メッシュによって、メッシュのワイヤ状要素は、薄膜太陽電池と関連付けられた日陰損失を最小にする（使用時）ように配設および構成される一方、薄膜太陽電池の上部伝導性表面との接触を最大にする。この点において、ワイヤ状要素のサイズ（例えば、ワイヤ直径）およびワイヤ状要素が連結される（例えば、正方形、長方形、または台形空間をもたらすように連結される）様式が日陰損失を最小にする一方、薄膜太陽電池の上部表面との接触を最大にするように選択されることができる。
【００５１】
本発明の好ましい実施形態が、本明細書に図示および説明されたが、そのような実施形態は、一例として提供されているに過ぎないことは、当業者には明白となるであろう。ここで、多数の変形物、変更物、および代用物が、本発明から逸脱することなく、当業者に想起されるであろう。本発明を実践する際に、本明細書に説明される本発明の実施形態の種々の代替を採用することができることを理解されたい。以下の請求項は、発明の範囲を定義し、これらの請求項およびその均等物の範囲内の方法および構造は、本明細書によって網羅されることが意図される。
【図２】
2013527627.tif 000003
【図３】
2013527627.tif 000004
【図４】
2013527627.tif 000005
【図７】
2013527627.tif 000006
【図８】
2013527627.tif 000007
【図９】
2013527627.tif 000008
【図１】
2013527627.tif 000009
【図５】
2013527627.tif 000010
【図６】
2013527627.tif 000011
【国際調査報告】
2013527627.tif 000012
2013527627.tif 000013