(57)【要約】  大きなスケールのＰＶ電池及びソーラーモジュール／パネルを製造する方法及び装置が開示される。本方法は、多数のＰＶ電池のためのＰＶ電池配線スキームを設計し、大きなサイズのシリコンシート上に複数の特徴部をパターン形成することを含む。各々が多数のＰＶ電池を有する多数の大きなスケールのシリコンシートを、配線平面上にボンディングすることができ、直接的にソーラーモジュール／パネルへと製造することができる。それから、ソーラーモジュール上にて各ＰＶ電池が分離される。本発明の方法によれば、ソーラーモジュール／パネルの製造コスト及びＰＶ電池アセンブリのコストを大幅に低減することができる。【選択図】      図２
2008535216.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ソーラーパネルアセンブリを製造する方法において、
各々複数の光電池を製造するための１つ以上の基板を配線平面上へボンディングして、上記ソーラーモジュールアセンブリを形成するステップと、
上記ソーラーモジュールアセンブリ上にて上記個々の光電池の各々を分離するステップと、
を備えた方法。
【請求項２】
上記ボンディングするステップは、上記配線平面と、上記１つ以上の基板上に配設されたボンディングパッドとの間を電気的にボンディングする段階を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
上記配線平面と上記ボンディングパッドとの間を電気的にボンディングする段階は、鉛（Ｐｂ）を伴う半田付け、鉛（Ｐｂ）を伴わない半田付け、エポキシ、加熱アニール、超音波アニール及びそれらの組合せから成る群から選択された技法によって行われる、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
上記ボンディングするステップは、上記配線平面の背面側に保護フィルムを結合する段階を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
上記配線背面は、導体パターンを備え、上記１つ以上の基板を配線平面上へボンディングするステップは、更に、上記１つ以上の基板を上記導体パターンと整列するように上記配線平面上に上記１つ以上の基板を配置する段階を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
上記１つ以上の基板を配置する段階は、更に、上記１つ以上の基板の各々に対して複数の仮想光電池を予め指定することを含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
上記１つ以上の基板の前面側及び背面側に複数のコンタクトを形成するステップを更に備えた、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
上記１つ以上の基板の背面側に複数のコンタクトを形成するステップを更に備えた、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
上記１つ以上の基板に電流収集金属配線を形成するステップを更に備えた、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
上記１つ以上の基板に複数の特徴部をパターン形成するステップを更に備えた、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
上記複数の特徴部は、ドライエッチング、ウエットエッチング、レーザードリリング、化学機械ジェットエッチング及びそれらの組合せから成る群から選択された技法によってパターン形成される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
上記配線平面は、金属フォイル、金属厚膜及びそれらの組合せから成る群から選択された材料で形成される、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
上記ソーラーモジュールアセンブリ上の個々の光電池の各々は、上記配線平面を切断することなく分離される、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
上記ソーラーモジュールアセンブリを１つ以上の保護フィルムと結合させるステップを更に備えた、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
上記保護フィルムは、テドラー（Ｔｅｄｌａｒ）を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
上記ソーラーモジュールアセンブリを１つ以上の接着材層と結合し、上記ソーラーモジュールアセンブリをソーラー級のカバーガラスで覆うステップを更に備えた、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
上記接着材層は、エチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
１つ以上の基板がボンディングされた配線平面と、
上記１つ以上の基板上の複数の光電池と、
を備え、上記１つ以上の基板は、上記複数の光電池が各基板上にて分離されアイソレートされる前に、上記配線平面上へボンディングされるソーラーモジュールアセンブリ。
【請求項１９】
上記複数の光電池間に通電するための上記配線平面上の導体パターンを更に備える、請求項１８に記載のソーラーモジュールアセンブリ。
【請求項２０】
上記１つ以上の基板は、上記１つ以上の基板上の上記複数の光電池に対して上記導体パターンを整列させるように上記配線平面上に配置される、請求項１９に記載のソーラーモジュールアセンブリ。
【請求項２１】
上記１つ以上の基板上に形成された複数のコンタクトを更に備える、請求項１８に記載のソーラーモジュールアセンブリ。
【請求項２２】
ソーラーモジュールアセンブリを製造する方法において、
各々複数の光電池を製造するための１つ以上の基板を、導体パターンを備える配線平面上へボンディングするステップと、
上記ソーラーモジュールアセンブリを形成するため、上記１つ以上の基板を上記複数の光電池に対する上記導体パターンと整列させるように、上記１つ以上の基板を上記配線平面上に配置するステップと、
上記ソーラーモジュールアセンブリ上にて上記個々の光電池の各々を分離するステップと、
を備えた方法。
【請求項２３】
上記１つ以上の基板を配置するステップは、更に、上記１つ以上の基板の各々に対して複数の仮想光電池を予め指定する段階を含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
上記１つ以上の基板上に複数のコンタクトを形成するステップを更に備えた、請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
ソーラーモジュールアセンブリを製造する方法において、
１つ以上の基板上に複数の特徴部をパターン形成するステップと、
上記１つ以上の基板上に複数のコンタクトを形成するステップと、
上記１つ以上の基板上に電流収集金属配線を形成するステップと、
各々複数の光電池を製造するための上記１つ以上の基板を配線平面上にボンディングして、上記ソーラーモジュールアセンブリを形成するステップと、
上記ソーラーモジュールアセンブリ上にて上記個々の光電池の各々を分離するステップと、
を備えた方法。
【請求項２６】
上記１つ以上の基板上に複数のコンタクトを形成するステップを更に備えた、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
上記ソーラーモジュールアセンブリを１つ以上の保護フィルムと結合するステップを更に備えた、請求項２５に記載の方法。
【請求項２８】
上記ソーラーモジュールアセンブリを１つ以上の接着材層と結合し、上記ソーラーモジュールアセンブリをソーラー級のカバーガラスで覆うステップを更に備えた、請求項２５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の背景】
【０００１】
発明の分野
[0001]本発明の実施形態は、一般的に、光電池／太陽電池及びソーラーパネルの製造に係る。
【０００２】
関連技術の説明
[0002]光電池（ＰＶ）又は太陽電池は、太陽光を直流（ＤＣ）電力へ変換する材料接合デバイスである。接合により、光電圧が発生され、一方、デバイスの面積及びその他のパラメータにより、得られる電流が決定される。実際的なソーラーパネルの面積は、必要とされる電力量を供給し且つその他のアプリケーションパラメータを最適化するようなサイズとされている。ソーラーパネルは、多数の太陽電池を張り合わせることによって形成され、その諸寸法は、その製造コストを最小とするような種々な製造上の制約により最適化される。使用される個々の太陽電池の数は、又、パネル動作電圧とパネル動作電流（Ｉ）との間の妥協点を求めることにより決定される。何故ならば、その配線が抵抗（Ｒ）を生じ、従って、ＰＬ＝Ｉ２・Ｒで与えられる電力損失（ＰＬ）を生じてしまうからである。
【０００３】
[0003]ＰＶシステムの一例として、一般的に直接使用のために又はローカルストレージを伴い電力供給するスタンドアローンシステムがある。別の型のＰＶシステムは、どのような従来のユーティリティグリッドとも両立し得る交流（ＡＣ）を発生するための適当な電力変換装置を有した従来のユーティリティグリッドに接続されている。概して言えば、ＰＶシステムは、遠隔地上用途、ナビゲーション補助機材のためのバッテリ充電、通信機器、計算器、時計、ラジオ等のような消費者向け電子装置の如き多くの用途のための電力を発生することができる。
【０００４】
[0004]典型的なＰＶ電池は、電界を作り出すｐ-ｎ接合を形成するように頂部にｎ型シリコンの薄い層を有した、典型的には、約０．３ｍｍより薄い厚さのｐ型シリコンウエハ又はシートを含む。太陽光（光子からのエネルギーから成る）に曝されるとき、そのＰＶ電池のｐ-ｎ接合は、自由電子及び正孔の対を生成する。そのｐ-ｎ接合の電界は、それら自由電子及び正孔を分離させて、電圧を発生させる。そのＰＶ電池が電気負荷に接続されるとき、ｎ側からｐ側への回路により、電子の流れが許容される。電力は、その電圧と、電子及び正孔が再結合するときに発生される電流との積である。最適化された太陽電池とは、通常、最小コストで最大電力を発生するようにしたものを意味している。
【０００５】
[0005]最終用途に基づき、種々な他のパラメータが考慮される。一例として、ｐ-ｎ接合を形成した後に、ＰＶ電池の一方の表面又は両方の表面を、適当な誘電体で被覆する。これら誘電体層は、表面再結合を最小とし且つ前面に光子の反射損失を減ずるための反射防止膜を与えるのに使用される。このＰＶ電池の底部は、一般的には、良好な導電性を有し且つ高い反射率を有するコンタクトを与えるバックメタルで覆われる。ＰＶ電池の前面又は太陽面側は、電流を流し且つシリコン層を通しての抵抗による電流損失を最小とするため面積最小化メタルコンタクトグリッドで覆われる。このコンタクトグリッドによって太陽光又は光子がある程度遮断されることは避けがたいのであるが、それを最小化することはできる。導電性メタルラインのパターンを有するメタルグリッドが、電流を収集するのに使用される。最終ステップにより、そのＰＶ電池を保護し且つ構造的な補強をするガラスカバープレートが施される。
【０００６】
[0006]太陽電池及びＰＶパネルは、現在では、材料ユニットとして多数の小さなシリコンシート又はウエハから出発して、それらを、種々なコンタクティング又は配線スキームに従ってＰＶモジュール及び太陽パネルへと組み立てる前に、個々の光電池へと加工処理することによって、製造される。これらのシリコンシートは、一般的には、使用されるサイズ及び諸寸法、例えば、１０ｃｍｘ１０ｃｍ、又は２１ｃｍｘ２１ｃｍに予め切断されたソーカットｐ型ホウ素ドープシリコンシートである。元々は、これらのサイズは、手に入る単結晶ウエハサイズから由来しているものであるが、キャスト多結晶シリコン及びリボン技法の出現により、セル形成及び最適化生産のためにシートサイズを選択するための自由度が増してきている。
【０００７】
[0007]カッティング（ソーイング）又はリボン形成動作により、予め切断されたシリコンシートの表面に傷が残されており、それらシリコンシートの両表面に対して、１つ以上のエッチング処理がなされ、各表面から厚さ約１０から２０ミクロンのエッチング除去を行い、表面テクスチャーが与えられるようにする。次に、ｎ型ドープシリコンが、熱又は急速熱拡散、例えば、最大約０．５ミクロンの深さまで侵入するリン拡散により形成される。それから、ｐ-ｎ接合アイソレーションが、サンドブラスティング、プラズマエッチング又はレーザーカッティングによってシリコンシートの縁部にて行われる。付加的に、そのシリコン基板の前面側が、二酸化シリコン、二酸化チタン又は窒化シリコンの如き誘電体物質で形成される反射防止膜の堆積層で覆われる。この堆積層は、又、表面再結合に対するバリヤとしても作用する。現在では、窒化シリコンが好ましい主誘電体膜である。
【０００８】
[0008]一般に、ＰＶ電池製造においては、次に、メタルコンタクトフィンガー又は配線チャネルを形成するため、そのシリコンシート／基板の表面に対して、スクリーン印刷厚膜技法を使用して、例えば、銀等の金属材料の導電性ペーストを所望のパターンに積層し、金属材料層を堆積させる。コンタクト形成又は電極処理のために、他の薄膜技法が使用されることもある。コンタクトとして形成される堆積金属層は、しばしば、下層のシリコン材料と直接接触する良導体とするために高い温度で加熱処理又は焼結され、単一のＰＶ電池が作られる。
【０００９】
[0009]ソーラーモジュールは、必要とされる電力出力とするに適当なサイズとされ且つ所望の動作電圧及び電流とするように配線されたソーラーパネルを形成するように、保護フィルム上に配列されボンディングされた多数の個々のＰＶ電池を張り合わせることにより形成される。現在では、コンタクトパターニング及び電流収集のために多くの異なる配線／相互接続スキームを使用することができ、それらのスキームとしては、例えば、前面側配線及び背面側配線の両方を使用するスキーム、前面側電流収集を使用するが、すべてのコンタクトを背面側にもってくるようなスキーム、及びその他の配線スキームがある。一般的に、前面側は、太陽光面側と称される。
【００１０】
[0010]図１Ａから図１Ｅは、ＰＶ電池のための基本的なＰＶモジュール製造プロセスを例示している。一般的に、図１Ａに示されるように、単一のＰＶ電池１１０が完成した後、メタルタブ１０４が、そのＰＶ電池の表面上のバスバー１０２に対して半田付けされる。図１Ｂに示されるように、各ＰＶ電池１１０におけるメタルコンタクト又はメタルフィンガー１０８を配線するため２つ以上のメタルタブ１０４を使用することができ、これらメタルタブ１０４は、ＰＶ電池１１０の間の相互接続リンクを与え且つ熱膨張を許す。サイズに関わらず、単一のＰＶ電池は、一般的には、約０．５−０．６ボルトの直流を発生する。
【００１１】
[0011]図１Ｃにおいて、幾つかのＰＶ電池１１０が、直列又は並列電気回路に相互接続され、より高い電圧、電流及び電力レベルを発生するＰＶモジュールとされている。各ＰＶ電池１１０をストリング１０６又はモジュール１２０とする相互接続配線は、種々な配線スキームを使用して、メタルタブ１０４及び補助タブを一緒に半田付けし配線することによって行われる。通常の構成は、主たる電気製品と両立性があり且つ１２ボルトバッテリ充電に適した最大約１５ボルト用の約３６個のＰＶ電池を接続したものである。
【００１２】
[0012]図１Ｄ及び図１Ｅに示されるように、このＰＶモジュール１２０は、通常、エチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）シート１２２の如き封入材料と互いに積み重ねられ、フロントガラスパン１４０及びバックパン１３０で覆われる。このＰＶモジュール１２０は、更に、保護ラミネート又はバリヤにて封止することができる。多数のＰＶモジュール１２０を組み合わせて、予め配線されたパネル１５０又はアレイ１６０とすることもできる。モジュール構成中におけるアクティブなＰＶデバイスの保護は、その最終のＰＶシステムの性能及び寿命に直接的に影響を及ぼす。
【００１３】
[0013]ＰＶモジュール又はソーラーパネルは、しばしば、手動組立て、配線及び半田付けにより完成される。タビング、ラミネーティング及びキュアリングのための機械は存在するが、自動化のためには更に改良する必要がある。概して言えば、その製造プロセスによれば、大きなユニットの配線組立を取り扱うのには比較的に非能率的な製造ボリュームとなってしまう。現在では、設備ＰＶシステムを作るための全製造プロセスは、非常に費用のかかるものである。
【００１４】
[0014]従って、製造プロセスの拡張性を改良し且つ製造コストを減ずるための種々な方法を見つけ出す必要性がある。
【発明の概要】
【００１５】
[0015]本発明の態様によれば、改良された配線を有する多数の光電池及びソーラーモジュールの大量製造のための方法が提供される。１つの態様によれば、ソーラーモジュールアセンブリを製造するための方法が提供され、この方法は、ソーラーモジュールアセンブリを形成するため１つ以上の基板を配線平面上にボンディングするステップを含み、ここでは、各基板は、複数の光電池へ分離されるように設計されている。この方法は、更に、上記１つ以上の基板を上記ソーラーモジュールアセンブリにボンディングした後、上記ソーラーモジュールアセンブリ上の上記ボンディングされた１つ以上の基板から個々のサイズとされた光電池の各々を分離するステップを含む。
【００１６】
[0016]別の態様によれば、ソーラーモジュールアセンブリが提供され、このソーラーモジュールアセンブリは、１つ以上の基板をボンディングした配線平面と、上記１つ以上の基板の各々における複数の光電池とを含む。上記１つ以上の基板は、上記複数の光電池が各基板上にて分離されアイソレートされる前に、上記配線平面上にボンディングされている。
【００１７】
[0017]更に別の態様によれば、ソーラーモジュールアセンブリを製造するための方法が提供され、この方法は、導体パターンを有する配線平面上に１つ以上の基板をボンディングするステップと、ソーラーモジュールアセンブリを形成する複数の光電池のための上記導体パターンと上記１つ以上の基板とを整列させるように上記１つ以上の基板を上記配線平面上に配置するステップと、上記ソーラーモジュールアセンブリにおける個々の光電池の各々を分離するステップとを含む。各基板は、上記複数の光電池を製造するように予め指定されている。上記ボンディングするステップは、上記１つ以上の基板上のビアの如き特徴部の上記配線平面への電気的接続並びに機械的支持のための接着材結合を含む。
【００１８】
[0018]更に別の態様によれば、ソーラーモジュールアセンブリを製造する方法は、１つ以上の基板に複数の特徴部をパターン形成するステップと、上記１つ以上の基板の前面側又は背面側に複数のコンタクトを形成するステップと、上記１つ以上の基板に電流収集金属配線を形成するステップと、各基板が複数の光電池を製造するように設計されたソーラーモジュールアセンブリを形成するために配線平面上に上記１つ以上の基板を結合するステップと、上記ソーラーモジュールアセンブリ上において個々の光電池の各々を分離するステップと、を含む。
【００１９】
[0019]本発明の前述したような特徴について詳細に理解できるように、概略的に前述したような本発明について、以下に、幾つかを添付図面に例示したような実施形態を参照してより詳細に説明する。しかしながら、添付図面は、本発明の典型的な実施形態のみを例示しているものであり、従って、本発明の範囲をそれに限定しようとしているものではなく、本発明は、他の同様の効果のある実施形態を含みうるものである。
【詳細な説明】
【００２０】
[0025]本発明は、多数のＰＶ電池を製造し直接的に適当なサイズとされたソーラーモジュール又はソーラーパネルを製造する方法及び装置を提供する。本発明の１つの実施形態は、２つ以上のＰＶ電池が、そのプロセスの後段において、加工処理され、そこでアイソレートされるように、大きなサイズ／スケールの基板を使用することを含む。個々のＰＶ電池のサイズは、例えば、約１０ｃｍｘ１０ｃｍから約２１ｃｍｘ２１ｃｍまでの範囲でよく、例えば、１５．６ｃｍｘ１５．６ｃｍであってよい。しかしながら、より小さな又はより大きなサイズ／寸法のものを使用しても、効果を得ることができる。これと違って、従来技術による方法は、典型的には、１つのシリコン基板を使用して単一のＰＶ電池を加工処理し、その後、その加工処理されたＰＶ電池をソーラーモジュール又はパネルへと個々に組み立てていくものである。
【００２１】
[0026]本発明の基板は、ＰＶ電池及びソーラーモジュールの製造に適した任意の型の基板であってよく、例えば、とりわけ、単結晶シリコン、多結晶シリコン、シリコンリボンシート、テルル化カドミウム、ヒ化ガリウムであってよい。基板の形状は、種々なものであってよく、正方形、長方形、円形、楕円形等に限定されない。各基板は、単一ｐ-ｎ接合、二重接合、三重接合、トンネル接合、ｐ-ｉ-ｎ接合、又は太陽電池製造に適した半導体材料によって生成された任意の他の型のｐ-ｎ接合を含むものであってよい。例えば、ｐ型ホウ素ドープシリコン基板シートにｐ-ｎ接合を生成するため、リン拡散を使用することができる。
【００２２】
[0027]図２は、本発明の１つの典型的な方法２００を例示するプロセスフロー図を示している。この方法２００は、ステップ２１０にて、２つ以上のＰＶ電池のために大きなスケールの基板上に複数の特徴部をパターン形成することを含む。適当な特徴部としては、とりわけ、ビア、コンタクト、コンタクトウインドー、トレンチがある。これら複数の特徴部は、任意の適当なパターン形成技法によってパターン形成することができ、これら適当なパターン形成技法としては、これらに限定されるものではないが、ドライエッチング、ウエットエッチング、レーザードリリング、化学機械ジェットエッチング及びそれらの組合せがある。化学機械ジェットエッチングプロセスの一実施例は、Bachrach氏等に付与されアプライドマテリアル社へ譲渡された「Methodand Apparatus for Chemical Mechanical Jet Etching of Semiconductor Structures」と題する米国特許第６，６９９，３５６号に開示されており、この明細書の記載は、本明細書の記載と矛盾しない限りにおいて、ここに援用される。任意的に、全サイズ基板上に特徴部をパターン形成する前に、その全サイズ基板上に加工処理されるべき多数のＰＶ電池に対してＰＶ電池配線スキームが仮想的に設計される。この配線スキームの仮想設計は、これらのＰＶ電池がどのようにしてソーラーパネルとして製造されうるか及びそれらＰＶ電池のコンタクト接続を通して配線背面へ流れる電流を収集するのにＰＶ電池の間の配線がどのように使用されうるかを指示する。
【００２３】
[0028]ステップ２２０にて、付加的な層をその基板上に堆積することができる。例えば、１つ以上の不活性化層又は反射防止膜層を基板の前面側及び／又は背面側に堆積することができる。種々な反射防止膜材料を使用することができ、これら反射防止膜材料としては、太陽光に曝されるＰＶ電池に使用するに適した、窒化シリコン、酸化チタン、アモルファスカーボン材料等がある。この反射防止膜材料の吸収係数は、最小とされるべきであるが、種々であってよい。一実施例では、基板の前面側及び背面側並びにビア壁部に、約７０ｎｍから約８０ｎｍまでの厚さの窒化シリコン層を、バリヤ層、封入層及び／又は反射防止膜として、堆積させることができる。任意的に、係数整合をより良くするため、第２の前面側誘電体反射防止膜層の如き反射防止膜の付加層を堆積させることができる。
【００２４】
[0029]ステップ２３０にて、とりわけ、電極の如きコンタクト、コンタクトウインドー、配線チャネルが、定着した半導体処理方法により適当な半導体コンタクトを形成できるように、基板の前面側及び／又は背面側に形成される。例えば、前面側及び背面側コンタクトをＰＶ電池のための基板上に形成することができ、又、電流収集及び通電のためそれら前面側及び背面側コンタクトを互いに接続するため、種々なタイプのビアを形成することができる。別の仕方として、電流を収集し通電するのに全ての背面側コンタクトを使用するようにして、ＰＶ電池の前面側を光吸収のために残すことにより、性能を改善することができる。
【００２５】
[0030]ステップ２４０にて、適当な配線メタリゼーション技法を使用して、基板の前面側又は背面側に電流収集配線を形成することができる。銀が、通常、使用されるが、アルミニウム又は銅配線を使用すると、コスト及び性能の上で利点があり、又、ここで説明するようなプロセスに容易に組み入れることができる。
【００２６】
[0031]一実施例として、図３は、１つ以上のＰＶ電池３１０へと加工処理するため仮想的に設計され、前面収集電流を基板の背面側へと通す１つ以上のビア３０２を有する本発明の基板３００を含む、本発明の１つの典型的な基板処理を例示している。この基板３００の仮想設計は、配線背面に形成されるべき導電ボンディングパッドのための種々な場所を含むこともできる。これらボンディングパッドは、１つ以上のビア３０２の如き特徴部の間の電気接続を与えるのに使用される。更に又、仮想ＰＶ電池３１０を有する基板３００は、ＰＶ電池３１０の各々が形成される前に、電流収集配線３０４を仮想的に設計するように、基板３００の前面側又は背面側に配設される仮想ＰＶ電池３１０の各々のための１つ以上のコンタクト又は電流収集配線３０４をも含む。更に、各ＰＶ電池３１０は、１つ以上のサブセル３０６へと仮想的に設計することができる。基板３００は、各ＰＶ電池３１０が実際に形成されるとき、それらが最大電力を発生するように最適化されるように、仮想ＰＶ電池３１０及びサブセル３０６からなる。
【００２７】
[0032]図３の実施例では、基板３００は、各々が約１００ｍｍｘ１００ｍｍのサイズを有する全部で２０個の仮想ＰＶ電池を含むように、約４００ｍｍｘ５００ｍｍのサイズを有することができる。別の実施例として、基板３００は、各々が約１００ｍｍｘ１００ｍｍのサイズを有する全部で４個の仮想ＰＶ電池を含むように、約２００ｍｍｘ２００ｍｍのサイズを有することができる。更に別の実施例として、基板３００は、各々が約１５０ｍｍｘ１５０ｍｍのサイズを有する全部で１６個の仮想ＰＶ電池を含むように、約６００ｍｍｘ６００ｍｍのサイズを有することができる。本発明の１つの実施形態は、ＰＶ電池３１０の各々が形成される前に、２つ又はそれ以上のＰＶ電池３１０及びサブセル３０６を許容するためより大きなサイズへと拡張された基板３００の１つ以上のビア３０２のパターン形成を与える。
【００２８】
[0033]図２に戻って、ステップ２５０にて、研究用又は産業用として使用される異なる用途に従って、異なる型のＰＶ電池のために必要とされる付加的メタリゼーション及び膜堆積が行われる。とりわけ、薄膜シリコン電池、不活性化エミッタリア局部拡散（ＰＥＲＬ）電池、不活性化エミッタリア全拡散（ＰＥＲＴ）電池、ゾーンメルティング再結晶化（ＺＭＲ）電池、バックリフレクター付きサーフェステクスチャーエンハンスド吸収（ＳＴＡＲ）電池を含む、ソーラーパネルへと製造するため、種々な型のＰＶ電池が望まれる。例えば、ある場合には、高反射率の材料を堆積するため、基板の背面側に対してメルティング処理を任意的に行うことができる。こうして、基板は、ソーラーモジュール又はパネルへと製造される用意ができることになる。
【００２９】
[0034]ステップ２６０にて、前述したような本発明の１つ以上のステップによって処理された１つ以上の基板を、配線背面上に配置して、その配線背面上に本発明の１つ又は多数の基板を張り合わせるが如くしてソーラーモジュール／パネルへと製造することができる。その配線平面は、適当な絶縁及びバリヤ特性を有するプラスチックフィルム上に積層した金属厚膜又は金属フォイルの如きＰＶモジュール製造に適した任意の絶縁配線背面であってよい。一般的に、種々拡張されたサイズのシリコンシートを互いに張り合わせて、種々なサイズのソーラーパネル及びソーラーモジュールとすることができる。例えば、１２００ｍｍｘ２０００ｍｍのサイズのソーラーモジュールは、配線平面上で４００ｍｍｘ５００ｍｍの１２個のシリコン基板を張り合わせることにより形成することができる。別の仕方として、２００ｍｍｘ２００ｍｍのサイズの６０個のシリコン基板を張り合わせることもできる。各シリコン基板は、最初に仮想的に設計される所望の数のＰＶ電池及びサブセルを含むことができる。
【００３０】
[0035]又、配線背面は、抵抗損を最小としてＰＶ電池の間の通電を行わせるため適当な導体パターンを含むことができる。これらの背面導体パターンは、本発明の基板及び個々のＰＶ電池のための配線スキームの仮想設計と整合するように設計される。配線背面上に金属導体の層を形成又はパターン形成することにより、必要な配線が作り出される。この配線パターンは、最終ＰＶ電池の各々のための必要とされる接続を反映している。これら配線導体パターンは、特定の動作電圧及び電流を達成するため、最終ソーラーパネルの設計及び意図された用途に従って、任意の適当な直列−並列組織／相互接続を含む。
【００３１】
[0036]１つの実施例が図４に示されており、この図４は、各基板３００におけるＰＶ電池３１０が後で製造できるように、配線平面４００の一方の側に本発明の実施形態に従って、加工処理された１つ以上の基板３００を配置したところを例示している。これらＰＶ電池３１０は、図４において１つの基板３００に仮想的に示されている。何故ならば、個々のＰＶ電池３１０は、この段階では、まだ形成されていないからである。これら１つ以上の基板３００は、本発明の実施形態に従って、配線平面４００の前面側及び／又は背面側に配設された導体と整列し且つ整合するようにして配置することができる。例えば、配線平面４００の背面側は、図５に例示されるように、電流収集のための配線/相互接続とすることができる。
【００３２】
[0037]図５において、導体パターンは、例えば、基板３００が配線平面４００に配置された後又は基板３００が配線平面４００に配置されるときと同時に配線平面４００に製造される複数のメタルタブ５１０及びバスバー５４０を含むことができる。更に又、本発明の１つの典型的な配線スキームによれば、配線平面４００に製造された１つ以上の負の出力リード５２０及び１つ以上の正の出力リード５３０を有する配線平面４００の導体パターンを含むことができる。図５に示されるように、配線パネル４００の縁部における多数の出力リードの場所は、最適化され、例えば、単一のパネルにおいて１つより多い電圧出力セットを使用することができる。総合スキームにより、配線抵抗を低くし且つ種々な電流出力、好ましくは、より大きな電流出力を与えるように、種々な拡張性のあるサイズ及び数のＰＶ電池を単一のＰＶパネルに形成することが可能とされる。それ１つ以上の基板の各々における複数のＰＶ電池、サブセルの位置は、配線抵抗を最小とし且つ出力電圧を最適化するように、導体パターンと整列され且つ整合されねばならない。
【００３３】
[0038]図２に戻って、ステップ２７０にて、本発明の大きなサイズのシリコンシートの如き１つ以上の基板は、ソーラーモジュールアセンブリを形成するため、配線背面上にボンディングされる。更に又、その配線背面とＰＶ電池の特徴部との間の電気接続が形成される。例えば、配線背面への結合のために、ＰＶ電池のビア及び特徴部に対してシリコンシート／基板に配設されたボンディングパッドを使用することができる。
【００３４】
[0039]それら１つ以上の基板の配線背面へのボンディングは、これらに限定されないが、半導体パッケージングにおいてよく知られた、とりわけ、鉛（Ｐｂ）を伴う又は伴わない半田付け、エポキシ、加熱アニール、超音波アニールを含む適当な技法によって行うことができる。ステップ２８０にて、ソーラーパネルアセンブリは、機械的強度及び安定性を加えるため、付加的な保護フィルムに結合される。１つの典型的な保護フィルムは、ＤｕＰｏｎｔＴＭ  ＴｅｄｌａｒＲ  ＰＶＦ（ポリフッ化ビニル）である。全体構造を軽いものとしながら、導体パターン及び電気出力リードを環境的腐食又はその他の損傷に対して保護するため、配線背面の背面側に保護フィルムを結合させることができる。
【００３５】
[0040]ステップ２９０にて、ソーラーパネルアセンブリにおける個々のＰＶ電池は、配線平面を切断することなく、分離又はアイソレートされる。本発明の１つの態様によれば、ＰＶ電池が配線平面にボンディングされた後に、それらＰＶ電池のアイソレーションがなされ、これにより、ＰＶ電池の製造プロセスを必要に応じて任意に拡張することが可能となり、製造及び電池アセンブリのコストを大幅に削減することができるようになる。
【００３６】
[0041]ある用途に対してより小さなソーラーパネルサイズが望まれるときに融通性のある方法を与えるような本発明の別の実施形態では、製造のためのコストを低減するため大きなサイズのソーラーパネルを製造しておき、その配線平面を所望の寸法に切断することにより、種々な所望のサイズのＰＶモジュールを配線且つ製造することができるようにしている。
【００３７】
[0042]ソーラーパネルアセンブリにおいて各ＰＶ電池をアイソレートした後、テスティングのため出力リードを更に適切に接続することができ、又、１つ以上のソーラー級の接着材を使用して、機械的支持のための適当なソーラー級のカバーガラスへそのソーラーパネルアセンブリを結合することができる。例えば、エチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）接着材を使用して、太陽光を透過するガラスの如き適当なソーラーパネル支持体へそのソーラーパネルアセンブリを結合することができる。又、ソーラーパネルアセンブリの縁部は、ソーラーパネルアセンブリの設置を容易とし環境から保護するために、適切に封止することが必要とされる場合がある。その上、本発明の重要な１つの実施形態によれば、配線背面に非常に多くのＰＶ電池を拡張製造するため、相互接続された配線背面の電流取扱い能力が大きくされる。別の実施形態では、電流収集配線を配線背面の背面側に配設して、厚い前面導体又は前面コンタクトの必要性をなくするとき、この方法により、前面アクティブ開口を最大太陽光収集のために最適化することができる。とりわけ、大きなシリコンシートのエアアイソレートＰＶ電池への分離、適当なサイズのＰＶ電池へ分離される統合ソーラーパネルアセンブリ及び電流収集のための背面側配線/導体パターンを含む本発明の種々な特徴により、使用される配線パターン又は電流導体パターンによる電力の抵抗損を最小として所望の動作電圧及び出力電流を達成することができるようになる。更に又、本発明の１つの効果として、シリコン基板における拡張性のあるＰＶ電池製造は、自動化ＰＶモジュール／パネル製造と両立性のあるものであり、大量生産を行うためのより都合の良い有効な方法が与えられるということがある。
【００３８】
[0043]動作において、典型的な拡張性のあるＰＶ電池及びソーラーパネル製造スキームは、前面側電流収集及び背面側コンタクト及び配線を使用して約２０個の光電池へと加工処理されうる４００ｍｍｘ５００ｍｍの大きなシリコンシートを含むことができる。これらシリコンシートは、前述したような低抵抗性のボンディング及び接続技法使用して、それら大きなシリコンシートを相互接続背面上に張り合わせてボンディングすることにより、ソーラーパネルとしてパッケージングされる。その相互接続背面は、多数のＰＶ電池のためのシリコンシートのアイソレーションパターン及びそれらＰＶ電池を製造するための背面コンタクトと整列される直列並列配線パターンを与えている。
【００３９】
[0044]大きなサイズの基板上に多数のＰＶ電池を張り合わせる１つの実施例は、Bachrach氏等へ付与されアプライドマテリアル社へ譲渡された「Apparatusand Method for Forming a Silicon Film across the Surface of a Glass Substrate」と題する米国特許第６，８１８，５２９号に開示されており、この明細書の記載は、ここでの記載と矛盾しない限りにおいて、ここに援用される。更に、以下の表Ｉ−IVは、ソーラーパネルを製造するための非常に多くのＰＶ電池を含む種々なサイズのシリコンシートの張合せ及びそれらが生ずる出力電力（ワットでの）を一覧表として示している。
【００４０】
[0045]表Ｉ. 種々の拡張性のあるサイズのシリコンシートを使用したソーラーパネル張合せ実施例及びそれらが生ずる出力電力（ワットでの）
【００４１】
【表１】
2008535216.tif 000003
【００４２】
[0046]表II. １５０ｍｍｘ１５０ｍｍのシリコンシートを使用した種々のサイズのソーラーモジュール張合せ実施例及びそれらが生ずる出力電力（ワットでの）
【００４３】
【表２】
2008535216.tif 000004
【００４４】
[0047]表III. ２００ｍｍｘ２００ｍｍのシリコンシートを使用した種々のサイズのソーラーモジュール張合せ実施例及びそれらが生ずる出力電力（ワットでの）
【００４５】
【表３】
2008535216.tif 000005
【００４６】
[0048]表IV. ４００ｍｍｘ５００ｍｍのシリコンシートを使用した種々のサイズのソーラーモジュール張合せ実施例及びそれらが生ずる出力電力（ワットでの）
【００４７】
【表４】
2008535216.tif 000006
【００４８】
[0049]前述の記載は本発明の実施形態に向けられたものであるが、本発明の基本的範囲から逸脱せずに、本発明の他の更に別の実施形態を考えることができるものであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって決定される。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１Ａ】単一のＰＶ電池から出発して配線されたＰＶモジュール、パネル及びアレイへと組み立てる従来技術の製造プロセスを例示する。
【図１Ｂ】単一のＰＶ電池から出発して配線されたＰＶモジュール、パネル及びアレイへと組み立てる従来技術の製造プロセスを例示する。
【図１Ｃ】単一のＰＶ電池から出発して配線されたＰＶモジュール、パネル及びアレイへと組み立てる従来技術の製造プロセスを例示する。
【図１Ｄ】単一のＰＶ電池から出発して配線されたＰＶモジュール、パネル及びアレイへと組み立てる従来技術の製造プロセスを例示する。
【図１Ｅ】単一のＰＶ電池から出発して配線されたＰＶモジュール、パネル及びアレイへと組み立てる従来技術の製造プロセスを例示する。
【図２】本発明の１つの実施形態を組み入れた典型的な方法を例示するプロセスフロー図である。
【図３】複数のＰＶ電池をそこに形成するための典型的な基板の１つの実施形態を例示する。
【図４】本発明の１つの実施形態に従って典型的な配線平面上に配置された図３の典型的な基板を例示する。
【図５】本発明の１つの実施形態に従って電流導体、配線パターンを有する典型的な配線平面の一方の側を例示する。
【符号の説明】
【００５０】
１０２…バスバー、１０４…メタルタブ、１０６…ストリング、１０８…メタルフィンガー、１２０…ＰＶモジュール、１２２…エチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）シート、１３０…フロントガラスパン、１４０…バックパン、１５０…パネル、１６０…アレイ、３００…基板、３０２…ビア、３０４…電流収集配線、３０６…サブセル、３１０…ＰＶ電池（仮想ＰＶ電池）、４００…配線平面（配線パネル）、５１０…メタルタブ、５２０…負の出力リード、５３０…正の出力リード、５４０…バスバー
【図１Ａ】
2008535216.tif 000007
【図１Ｂ】
2008535216.tif 000008
【図１Ｃ】
2008535216.tif 000009
【図１Ｄ】
2008535216.tif 000010
【図１Ｅ】
2008535216.tif 000011
【図２】
2008535216.tif 000012
【図３】
2008535216.tif 000013
【図４】
2008535216.tif 000014
【図５】
2008535216.tif 000015
【国際調査報告】
2008535216.tif 000016