(57)【要約】  本発明は、直列に接続される２つの太陽電池（１２、１４）の製造方法に関連し、この方法は、絶縁基板（３２）を形成する段階と、前記絶縁基板（３０）に形成される第１の導電層（３０）、第１の吸収層（３８）を備える半導体層（３６）、前記第１の吸収層（３８）と接合を形成する第２の半導体層（４０）、及び、前記吸収層（３６）に形成される透過性の第２の導電層（４４）を備える多層を形成する段階と、電気路によって直列に接続される２つの電池（１２、１４）に前記多層を分割する１つの領域（７８）を形成する段階と、を含む。前記電気路を形成する段階は、前記基板（３２）まで第１のトレンチ（７０）を形成する段階と、前記第１の導電層（３０）まで第２のトレンチ（７２）を形成する段階と、前記第１のトレンチ（７０）及び前記第２のトレンチ（７２）の少なくとも一部に導電性溶液（７６）を堆積する段階であって、前記第１のトレンチ（７０）に浸透する前記導電性溶液（７６）が、前記第１の導電層まで達せず、前記第２のトレンチ（７２）まで浸透する前記導電性溶液（７６）が、前記第１の導電層（３０）まで達するようになる段階と、を含む。
2014507075.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列接続される少なくとも２つの隣接する太陽電池（１２、１４）を備える太陽電池モジュールの製造方法であって、
絶縁基板（３２）を形成する段階と、
前記絶縁基板（３０）に形成される第１の導電層（３０）と、前記第１の導電層（３０）に形成され、所定の電磁放射線を吸収する第１の半導体層（３８）、及び、前記第１の半導体吸収層（３８）と接合を形成し、その上に形成される第２の半導体層（４０）を備える半導体層（３６）と、前記半導体層（３６）に形成され、前記放射線に対して少なくとも部分的に透過性の第２の導電層（４４）と、を備える積層体を形成する段階と、
前記第１の電池（１２）の第１の導電層（３０）の一部（５２）及び前記第２の電池（１４）の第２の導電層（４４）の一部（５４）の間の電気路によって接続されるだけの第１及び第２の電気的に隣接する太陽電池（１２、１４）に前記積層体を分割する少なくとも１つの接続領域（７８）を形成する段階と、
を含む、太陽電池モジュールの製造方法において、
前記電気路を形成する段階が、
前記第２の導電層（４４）から前記基板（３２）まで前記積層体に第１のトレンチ（７０）を形成する段階と、
前記第２の導電層（４４）から前記第１の導電層（３０）まで、前記第１のトレンチ（７０）と分離する第２のトレンチ（７２）を形成する段階と、
前記第１のトレンチ（７０）及び前記第１のトレンチ（７０）の側部に位置する前記第２のトレンチ（７２）の少なくとも一部を含む前記第２の半導体層（４４）の一領域（７８）に導電性溶液（７６）を堆積する段階であって、前記導電性溶液（７６）が、前記第１の導電層（３０）までずっと前記第１のトレンチ（７０）に浸透せず、前記第１の導電層（３０）までずっと前記第２のトレンチ（７２）に浸透するように、前記トレンチ（７０、７２）の形状、前記第２の導電層（４４）の厚さ、及び、その堆積における前記導電性溶液（７６）の特性が選択される段階と、
を含むことを特徴とする、太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項２】
前記溶液が、前記吸収層（３８）までずっと前記第１のトレンチ（７０）に浸透しないことを特徴とする、請求項１に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項３】
前記接続領域（７８）を形成する段階が、前記第２のトレンチ（７２）と隣接するだけの、前記第２の導電層（３８）から前記第１の導電層（３０）までそこから離隔される第３のトレンチ（７４）を前記積層体に形成する段階を含むことを特徴とする、請求項１または２に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項４】
前記導電性溶液（７６）が前記第２の電池（１４）の第２の半導体層（３６）の前記一部と接触しないように、前記第２のトレンチ（７２）の幅が選択されることを特徴とする、請求項１または２に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項５】
前記第１及び第２のトレンチ（７０、７２）の幅が前記導電性溶液（７６）の粘度に従って選択されることを特徴とする、請求項１から４の何れか一項に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項６】
三次元のパターン（９４、９６）を有する前記第１のトレンチの壁（９０、９２）をテクスチャリング加工する段階を含む、請求項１から５の何れか一項に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項７】
前記第１のトレンチ（７０）の形成によって露出される前記基板（３２）の表面にパッドを形成する段階を含み、前記パッドの高さが、前記第１のトレンチ（７０）の高さと実質的に等しいことを特徴とする、請求項１から６の何れか一項に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項８】
前記第１のトレンチ（７０）の物質を除いた前記最小の側方距離が、前記導電性溶液（７６）の粘度に従って選択されることを特徴とする、請求項５又は６に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項９】
前記第１のトレンチ（７０）の第１の壁（９０）に凸部及び凹部を備える周期的な三次元パターン（９４）を形成する段階、及び、前記第１の壁（９０）に対向する前記第１のトレンチ（７０）の第２の壁（９２）に同一の周期的なパターンを形成する段階であって、前記第１の壁（９０）のパターン（９４）の凸部が前記第２の壁（９２）のパターン（９６）の中空部分に面するように、前記第２の壁（９２）のパターン（９４）が、前記第１の壁（９０）のパターン（９４）に対してシフトされる段階を含むことを特徴とする、請求項６に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項１０】
前記第１のトレンチ（７０）の導電性溶液（７６）の容積が、前記第２のトレンチ（７２）の導電性溶液（７６）の容積未満であることを特徴とする、請求項１から９の何れか一項に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項１１】
前記導電性溶液が、スクリーン印刷又は写真製版法で行われることを特徴とする、請求項１から１０の何れか一項に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項１２】
直列接続される少なくとも２つの隣接する太陽電池（１２、１４）を備える太陽電池モジュールであって、
絶縁基板（３２）と、
前記絶縁基板（３０）に形成される第１の導電層（３０）と、前記第１の導電層（３０）に形成され、所定の電磁放射線を吸収する第１の半導体層（３８）、及び、前記第１の半導体吸収層（３８）と接合を形成し、その上に形成される第２の半導体層（４０）を備える半導体層（３６）と、前記半導体層（３６）に形成され、前記放射線に対して少なくとも部分的に透過性の第２の導電層（４４）と、を備える積層体と、
前記第１の電池（１２）の第１の導電層（３０）の一部（５２）及び前記第２の電池（１４）の第２の導電層（４４）の一部（５４）の間のみの電気路によって電気的に接続される第１及び第２の隣接する太陽電池（１２、１４）に前記積層体を分割する少なくとも１つの接続領域（７８）と、
を備える、太陽電池モジュールにおいて、
前記電気路が、
前記第２の導電層（４４）から前記基板（３２）まで前記積層体に形成され、気体が充填される第１のトレンチ（７０）と、
前記第１のトレンチ（７０）及び前記第１のトレンチ（７０）の側部に位置する前記第２のトレンチ（７２）の少なくとも一部を含む前記第２の半導体層（４４）の一領域（７８）に形成される導電性の堆積層（７６）であって、前記堆積物（７６）が、前記第１の導電層（３０）までずっと前記第１のトレンチ（７０）に浸透しない堆積層（７６）と、
前記第２の導電層（４４）から前記第１の導電層（３０）まで形成され、前記第１のトレンチ（７０）から離隔する第２のトレンチ（７２）であって、前記第２の導電層（４４）までずっと導電材料が充填される第２のトレンチと、
を備えることを特徴とする、太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項１３】
前記堆積層（７６）が、前記吸収層（３８）までずっと前記第１のトレンチ（７０）に浸透しないことを特徴とする、請求項１２に記載の太陽電池モジュール。
【請求項１４】
前記接続領域（７８）が、前記第２のトレンチ（７２）と隣接するだけの、前記第２の導電層（３８）から前記第１の導電層（３０）までそこから離隔される第３のトレンチ（７４）を前記積層体に備えることを特徴とする、請求項１２または１３に記載の太陽電池モジュール。
【請求項１５】
前記堆積層（７６）が前記第２の電池（１４）の第２の半導体層（３６）の前記一部と接触しないことを特徴とする、請求項１２または１３に記載の太陽電池モジュール。
【請求項１６】
三次元のパターン（９４、９６）を有する前記第１のトレンチ（７０）の壁（９０、９２）のテクスチャリングを備えることを特徴とする、請求項１２から１５の何れか一項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項１７】
前記第１のトレンチ（７０）の形成によって露出される前記基板（３２）の表面に形成されるパッドを備え、前記パッドの高さが、前記第１のトレンチ（７０）の高さと実質的に等しいことを特徴とする、請求項１２から１６の何れか一項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項１８】
前記第１のトレンチ（７０）の第１の壁（９０）に凸部及び凹部を備える周期的な三次元パターン（９４）、及び、前記第１の壁（９０）に対向する前記第１のトレンチ（７０）の第２の壁（９２）にある前記第１の壁（９０）のパターン（９４）と同一の周期的なパターン（９６）を備え、前記第１の壁（９０）のパターン（９４）の凸部が前記第２の壁（９２）のパターン（９６）の中空部分に面するように、前記第２の壁（９２）のパターン（９４）が、前記第１の壁（９０）のパターン（９４）に対してシフトされることを特徴とする、請求項１２から１７の何れか一項に記載の太陽電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池の分野に関連し、より具体的には太陽電池のモノリシック直列接続の領域を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
それ自体が知られるように、太陽電池モジュール又は“ソーラー”モジュールは、１つ又は幾つかの直列配置の太陽電池を備え、各々が、太陽放射によって照射される電池の表面を形成する、透光性の第１の導電電極及び第２の導電電極間に配される半導体吸収領域で形成される。第１の電極は、一般的に“背面電極”と呼ばれ、第２の電極は、一般的に“前面”電極と呼ばれる。
【０００３】
製造コスト及び製造の簡易性のために、“薄膜層”技術と呼ばれる使用される技術の１つは、以下の順序で絶縁基板上に形成される積層体を堆積することによって電池を集合的に製造することを含む：
−第１の導電層、
−第１の半導体吸収層、
−第１の半導体層とヘテロ接合を形成する第２の半導体吸収層、
−透光性の第２の導電層。
【０００４】
次いで、太陽電池は、積層体にトレンチを形成することによって個別化される。
【０００５】
さらに、２つの隣接する太陽電池の直列接続は、好ましくは積層体の接続領域を製造することによって行われ、その接続領域は、積層体を形成する層を単に使用しながら、２つの電池の個別化を画定し、電池の１つの前面電極を他の電池の背面電極に接続する。
【０００６】
所謂このタイプの“モノリシック”電気接続は、電池の直列接続を行う接続パッケージに電池を転写するために電池を機械的に分離しなくてよいという利点を有し、ワイヤ接続及び溶接の使用を避ける。さらに、それはまた、製造コスト及び小型化の観点での向上を与える。
【０００７】
従来技術の太陽電池モジュール１０の製造方法は、図１から図５に関連して記載される。
【０００８】
図１は、モノリシック接続領域２２、２４、２６、２８によって直列接続された５つの太陽電池１２、１４、１６、１８、２０を備えるモジュール１０の前面の簡略図である。
【０００９】
図２から図５は、モジュール１０の製造方法を示す図１のＡ−Ａ平面に沿った簡略化した断面図である。
【００１０】
図１は、正確な縮尺ではなく、モノリシック接続領域２２、２４、２６、２８の幅は、それらをより分かり易くするために誇張されている。特に、太陽電池１２、１４、１６、１８、２０の長さＬは、通常１ミリメートルから数十センチメートルの範囲であり、その長さＬは、１メートルを超える可能性もあり、太陽電池１２、１４、１６、１８、２０の幅ｌは、通常１センチメートル程度であり、モノリシック接続領域２２、２４、２６、２８の幅ｍは、通常１００から３００マイクロメートルの範囲である。
【００１１】
モジュールの製造方法は、通常絶縁層で覆われるガラス、プラスチック又は金属で作られる絶縁基板３２上における、通常硬質金属、好ましくはモリブデンで作られる金属層である導電層３０の堆積で開始する。
【００１２】
各モノリシック接続領域において、例えば、数ピコ秒から数ナノ秒まで続くパルスを送るレーザーＵＶ又はＩＲレーザーを用いて、エッチング３４がその長さ全体に沿って金属層３０で行われる（図２）。
【００１３】
次いで、数マイクロメートル、例えば２マイクロメートルの厚さを有する半導体層３６が金属層３０及びエッチング３４上に堆積される。
【００１４】
半導体層３６は、通常、第１の下部層３８及び第２の上部層４０を有する二層の形態で形成される。下部層３８は、所定の電磁放射線を吸収する機能を発揮し、少なくとも銅、インジウム、ガリウム及びセレンを含む多結晶合金、より一般的には“ＣＩＧＳ”合金として知られる合金で作られる。上部層４０は、下部の半導体層３８とヘテロ接合を形成し、例えば、数十ナノメートル、例えば６０ナノメートルの厚さを有する硫化カドミウム（ＣｄＳ）層で形成される。
【００１５】
次いで、このように形成された積層体に、第１の金属層３０までずっとその長さＬ全体にわたって第１のトレンチ４２がエッチングされる（図３）。
【００１６】
次いで、透光性の導電層４４は、半導体層３６に形成される。層４４は、例えば、数百ナノメートル、例えば５００ナノメートルの厚さを有する透明導電層４８、具体的にはアルミニウムドープされたＺｎＯ（ＺｎＯＡｌ）を含む（図３）。その機能は、典型的には数十ナノメートル、例えば５０ナノメートルの厚さを有し、ある程度抵抗性の任意の層４６、特に非常に薄い酸化亜鉛（ＺｎＯ）層の存在によって改善され、それは、層３８の表面状態が非常に良好ではない場合に半導体層３６との短絡の形成を避けることができる。
【００１７】
従って、上部層４８を形成する材料は、トレンチ４２を充填する（図４）。半導体層４４がまた上部層４８のみで形成され得ることは注意すべきである。しかしながら、層４８の機能は、非常に薄くて相対的に抵抗性の任意の層４６の存在によって改善され、それは、下部の半導体層３８の表面状態が十分に良好ではない場合に接合３６との短絡を避けることができる。
【００１８】
次いで、この方法は、各々のモノリシック接合領域２２、２４、２６、２８に対して、このように形成された積層体の厚さにおいてその長さＬに沿って金属層３０までずっと第１のトレンチ４２に平行な第２のトレンチ５０の形成を続いて行う。前述の材料の例では、層３６及び４４は砕け易く、金属層３０は、層３６、４４より高い硬度を有する。
【００１９】
第１のトレンチ４２のような第２のトレンチ５０は、通常、スタイラスを用いて積層体をスクラッチすることによって単一工程で形成される（図５）。
【００２０】
従って、図２から図５に示される例における領域２２であるモノリシック接続領域の製造は、２つの隣接する太陽電池１２、１４を区切ることをもたらす。
【００２１】
特に、エッチング３４は、電池１２、１４の背面電極５２、５４を分離し、このように形成された２つの背面電極間の電気絶縁は、それらを分離する吸収層３８の半導体材料によって行われる。
【００２２】
第１及び第２のトレンチ４２、５０は、同一の背面電極５４上に形成される。エッチング３４に隣接しない第２のトレンチ５０は、電池１２、１４の前面電極５６、５８を分離し、このように形成される２つの前面電極５６、５８間の電気絶縁は、第２のトレンチ５０を充填する媒体、通常空気によって実現される。
【００２３】
層４８の導電材料で充填された第１のトレンチ４２は、電気路を画定する機能を有する。従って、接続領域２２は、図５の矢印によって示される電気路を画定し、これらの電池を直列接続し、すなわち、電池１４の背面電極５４に電池１２の前面電極５６を電気的に接続する。
【００２４】
以下において、用語“横断線”は、図５に矢印Ｘで示される積層体の方向に関連し、用語“側方”は、積層体の方向に垂直な方向に関連する。
【００２５】
背面電極５２、５４間の電気絶縁が、エッチング３４を充填する半導体材料領域の側方の総電気抵抗Ｒｌの値に依存し、より具体的には、半導体層３８の横断線の総電気抵抗ＲＬに対するその比に依存することに留意すべきである。
【００２６】
実際に、電流は、最も低い電気抵抗の通路に沿って流れることが望ましく、それによって、側方の抵抗Ｒｌが横断線の抵抗ＲＬより非常に大きいことが確かめられるべきである。
【００２７】
この結果を得るために、非常に大きな幅のトレンチ３４が提供されるべきである。従って、例えば、層３８の結晶成長方向のために多結晶ＣＩＧＳがその横断線の線形電気抵抗より非常に大きい側方の線形電気抵抗を有するとしても、少なくとも１００マイクロメートルの幅を有するトレンチ３４を提供することが必要である。それによって、モノリシック接続領域の幅は、エッチング３４の幅に大きく影響される。従って、無視できない表面積が、光子吸収において損失する。さらに、エッチング３４の幅が２つの隣接する太陽電池の背面電極間の最小電気絶縁を保証するとしても、しかしながら、このような電気絶縁は、非常に小さいままであり、２つの背面電極間の漏れ電流が観察されるようになり、太陽電池モジュールの一般的な性能に不利に影響する。この欠陥は、部品が小型化されるにつれて一層悪化される。
【００２８】
従って、従来技術のモノリシック接続技術は、コスト、小型化及び接続容易性の観点で大きな利点を与えるが、太陽電池の背面電極の電気絶縁に関して本質的に制限される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２９】
本発明は、太陽電池モジュールに対するモノリシック接続領域と共にそれを製造する方法を提供することを目的とし、それらは、モジュールを形成する太陽電池の背面電極間の電気絶縁を実質的に増加する。
【課題を解決するための手段】
【００３０】
この目的のために、本発明は、
直列接続される少なくとも２つの隣接する太陽電池を備える太陽電池モジュールの製造方法であって、
絶縁基板を形成する段階と、
前記絶縁基板に形成される第１の導電層と、前記第１の導電層に形成され、所定の電磁放射線を吸収する第１の半導体層、及び、前記第１の半導体吸収層と接合を形成し、その上に形成される第２の半導体層を備える半導体層と、前記半導体層に形成され、前記放射線に対して少なくとも部分的に透過性の第２の導電層と、を備える積層体を形成する段階と、
前記第１の電池の第１の導電層の一部及び前記第２の電池の第２の導電層の一部の間の電気路によって電気的にのみ接続される第１及び第２の隣接する太陽電池に前記積層体を分割する少なくとも１つの接続領を形成する段階と、
を含む、太陽電池モジュールの製造方法に関連する。
【００３１】
本発明によれば、前記電気路を形成する段階は、
前記第２の導電層から前記基板まで前記積層体に第１のトレンチを形成する段階と、
前記第２の導電層から前記第１の導電層まで、前記第１のトレンチと分離する第２のトレンチを形成する段階と、
前記第１のトレンチ及び前記第１のトレンチの側部に位置する前記第２のトレンチの少なくとも一部を含む前記第２の半導体層の一領域に導電性溶液を堆積する段階であって、前記導電性溶液が、前記第１の導電層までずっと前記第１のトレンチに浸透せず、前記第１の導電層までずっと前記第２のトレンチに浸透するように、前記トレンチの形状、前記第２の導電層の厚さ、及び、その堆積における前記導電性溶液の特性が選択される段階と、
を含む。
【００３２】
ここで溶液は、液体を意味し、従ってその自重及び毛細管現象の影響で変形する能力を有する。この定義を示す一例として、懸濁液中における導電性粒子、特に金属の粒子を有する揮発性溶剤で作られたインクが一例として挙げられ得る。追加の例として、銀インク又は炭素白金インクなどの不透明のペースト、及び、インジウムスズ酸化物、すなわちＩＴＯインクなどの透明のペーストも言及することができる。
【００３３】
すなわち、隣接する太陽電池の背面電極は、本発明によれば、吸収層の半導体材料によって分離される代わりに、その製造においてモジュールを囲う気体、すなわち通常空気で充填されるキャビティによって分離される。ここで、空気は、多結晶ＣＩＧＳ合金などの多結晶半導体材料の側方電気抵抗を含むあらゆる半導体の電気抵抗より非常に高い電気抵抗を有する。隣接する太陽電池の背面電極間の電気絶縁の実質的な利益は、このように得られる。
【００３４】
本発明による方法はまた、背面電極間の空気で充填されるキャビティを製造するその主目的とは別に、最も単純な可能な積層体製造、すなわち層の単純な連続形成を維持するという利点も有する。
【００３５】
実際に、キャビティが十分に早く形成される場合、例えば吸収半導体層が完成すると直ぐに形成される場合、形成されたキャビティを次の層の堆積の際に保護するための手段を提供する必要があることに留意すべきである。そうでなければ、キャビティは、前記層の導電材料で充填され、特に第２の導電層の導電材料で充填され、それは、同一の電池の前面及び背面電極間の短絡をもたらすだろう。従って、このような手段は、新しい層の堆積の各段階おいてキャビティを保護するためのマスクを提供することになり、それは、製造工程の数を大幅に増加させ、従ってモジュールの最終コストを増加させる。
【００３６】
本発明の方法によれば、積層体が完成した直後にキャビティが形成され、特に積層体の厚さに亘った単純なエッチングの使用によって形成される。次いで、ある電池の前面電極及び他の電池の背面電極間の電気接続は、キャビティを充填せず、その短絡を避ける、思慮深く選択される導電性溶液を堆積することによって簡単に行われる。従って、本発明の製造方法が、適切な導電性溶液の選択と関係するキャビティを形成する際のこの選択によって、実施することが非常に容易であり、非常に少ない数の工程数を必要とすることが用意に理解されるべきである。
【００３７】
これが確立されると、第１のトレンチへの導電性溶液の“非浸透”の結果を得るための非常に多くの可能性があることが容易に理解されるべきである。実際に、特にトレンチへの溶液の浸透の深さは、
−トレンチ幅及びより具体的にはその形状、
−溶液の粘度及び溶液の表面張力を伴う毛細管現象、表面エネルギー、及び使用される材料の化学親和力、並びに
−より少ない程度に、トレンチに堆積される溶液の容積、すなわち、トレンチ上の溶液柱の重量、
に依存する。
【００３８】
この溶液が第１のトレンチに浸透することができ、重要な点が短絡を回避するために溶液が半導体層に達しないということであるという事実によって、これは、さらにバランスを取られる。従って、第２の導電層の厚さはまた、以前のパラメータの選択に巻き込まれ得る。
【００３９】
同様に、これら全ては、溶液を堆積するために使用される方法によってバランスを取られるべきである。例えば、インクジェットタイプの堆積に関して、可変の量の溶液を堆積することが可能であり、特に、第１のトレンチにより少ない溶液を堆積し、第２のトレンチにより多くの溶液を堆積することも可能である。
【００４０】
本発明の一実施形態によれば、前記接続領域を形成する段階は、前記第２のトレンチと隣接するだけの、前記第２の導電層から前記第１の導電層までそこから離隔される第３のトレンチを前記積層体に形成する段階を含む。この第３のトレンチは、太陽電池の前面電極を分離し、絶縁することが可能である。
【００４１】
本発明の他の実施形態によれば、前記導電性溶液が前記第２の電池の第２の半導体層の前記一部と接触しないように、前記第２のトレンチの幅が選択される。すなわち、前記前面電極の分離及び絶縁は、第２のトレンチの十分な厚さ、及び前記溶液が第２のトレンチの対向する端部間に端を形成しないという事実によって達成される。
【００４２】
本発明の一実施形態によれば、第１及び第２のトレンチの幅は、導電性溶液の粘度に従ってよって選択される。実際に、溶液の粘度及びトレンチの幅をパラメータ化することによって所望の結果を得ることができる。
【００４３】
本発明の一実施形態によれば、この方法は、三次元のパターンを有する前記第１のトレンチの壁をテクスチャリング加工する段階を含む。変形例として、この方法は、前記第１のトレンチの形成によって露出される前記基板の表面にパッドを形成する段階を含み、前記パッドの高さが、前記第１のトレンチの高さと実質的に等しい。特に、前記第１のトレンチの物質を除いた前記最小の側方距離が、前記導電性溶液の粘度に従って選択される。より具体的には、この方法は、前記第１のトレンチの第１の壁に凸部及び凹部を備える周期的な三次元パターンを形成する段階、及び、前記第１の壁に対向する前記第１のトレンチの第２の壁に同一の周期的なパターンを形成する段階であって、前記第１の壁のパターンの凸部が前記第２の壁のパターンの中空部分に面するように、前記第２の壁のパターンが、前記第１の壁のパターンに対してシフトされる段階を含む。
【００４４】
それによって、溶液に接触する第１のトレンチの内部表面が増加し、それは、その浸透を制限する。従って、例えばテクスチャリング加工及び／又はパッドがない場合に必要である粘度より低い粘度を有する溶液が選択され得る。同様に、この方法及び／又は用途がより幅が広い第１のトレンチを要求する場合、より幅が広い第１のトレンチを選択することができる。
【００４５】
本発明の一実施形態によれば、導電性溶液は、スクリーン印刷、写真製版法、フレキソ印刷、インクジェット又はスパッタリングによって堆積される。
【００４６】
本発明はまた、少なくとも２つの太陽電池を備える太陽電池モジュールに関連し、太陽電池の各々が、光に対して少なくとも部分的に透過性である導電性背面電極及び導電性前面電極間に配される半導体光吸収領域を備え、前記電池が、背面電極を分離するトレンチを備えるモノリシック接続領域を用いて直列に接続される。
【００４７】
より具体的には、本発明はまた、
直列接続される少なくとも２つの隣接する太陽電池を備える太陽電池モジュールであって、
絶縁基板と、
前記絶縁基板に形成される第１の導電層と、前記第１の導電層に形成され、所定の電磁放射線を吸収する第１の半導体層、及び、前記第１の半導体吸収層と接合を形成し、その上に形成される第２の半導体層を備える半導体層と、前記半導体層に形成され、前記放射線に対して少なくとも部分的に透過性の第２の導電層と、を備える積層体と、
前記第１の電池の第１の導電層の一部及び前記第２の電池の第２の導電層の一部の間の電気路によって接続されるだけの第１及び第２の電気的に隣接する太陽電池に前記積層体を分割する少なくとも１つの接続領域と、
を備える、太陽電池モジュールに関連する。
【００４８】
本発明によれば、前記電気路は、
前記第２の導電層から前記基板まで前記積層体に形成され、気体が充填される第１のトレンチと、
前記第１のトレンチ及び前記第１のトレンチの側部に位置する前記第２のトレンチの少なくとも一部を含む前記第２の半導体層の一領域に形成される導電性の堆積層であって、前記堆積物が前記第１の導電層までずっと前記第１のトレンチに浸透しない堆積層と、
前記第２の導電層から前記第１の導電層まで形成され、前記第１のトレンチから離隔する第２のトレンチであって、前記第２の導電層までずっと導電材料で充填される第２のトレンチと、
を備える。
【００４９】
このモジュールは、好ましくは前述の方法によって製造される。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】序文に記載されるような従来技術による太陽モジュールの前面の簡略図である。
【図２】序文に記載されるような図１のモジュールの製造方法を示す図１のＡ−Ａ平面に沿った断面図である。
【図３】序文に記載されるような図１のモジュールの製造方法を示す図１のＡ−Ａ平面に沿った断面図である。
【図４】序文に記載されるような図１のモジュールの製造方法を示す図１のＡ−Ａ平面に沿った断面図である。
【図５】序文に記載されるような図１のモジュールの製造方法を示す図１のＡ−Ａ平面に沿った断面図である。
【図６】本発明の第１の実施形態による太陽電池モジュールの製造方法を示す簡略化された断面図である。
【図７】本発明の第１の実施形態による太陽電池モジュールの製造方法を示す簡略化された断面図である。
【図８】本発明の第１の実施形態による太陽電池モジュールの製造方法を示す簡略化された断面図である。
【図９】本発明による第１の実施形態の変形例の簡略化された断面図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態による太陽電池モジュールの製造方法を示す簡略化された断面図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態による太陽電池モジュールの製造方法を示す簡略化された断面図である。
【図１２Ａ】三次元パターンが提供された端部を有する太陽光電池の２つの背面電極間の電気絶縁の単純化された平面図である。
【図１２Ｂ】三次元パターンが提供された端部を有する太陽光電池の２つの背面電極間の電気絶縁の単純化された平面図である。
【図１２Ｃ】三次元パターンが提供された端部を有する太陽光電池の２つの背面電極間の電気絶縁の単純化された平面図である。
【図１２Ｄ】三次元パターンが提供された端部を有する太陽光電池の２つの背面電極間の電気絶縁の単純化された平面図である。
【図１２Ｅ】三次元パターンが提供された端部を有する太陽光電池の２つの背面電極間の電気絶縁の単純化された平面図である。
【図１２Ｆ】三次元パターンが提供された端部を有する太陽光電池の２つの背面電極間の電気絶縁の単純化された平面図である。
【図１２Ｇ】三次元パターンが提供された端部を有する太陽光電池の２つの背面電極間の電気絶縁の単純化された平面図である。
【図１２Ｈ】三次元パターンが提供された端部を有する太陽光電池の２つの背面電極間の電気絶縁の単純化された平面図である。
【図１２Ｉ】三次元パターンが提供された端部を有する太陽光電池の２つの背面電極間の電気絶縁の単純化された平面図である。
【図１３Ａ】その中にパッドを有する太陽電池の２つの背面電極間の電気絶縁の単純化された平面図である。
【図１３Ｂ】その中にパッドを有する太陽電池の２つの背面電極間の電気絶縁の単純化された平面図である。
【図１３Ｃ】その中にパッドを有する太陽電池の２つの背面電極間の電気絶縁の単純化された平面図である。
【図１３Ｄ】その中にパッドを有する太陽電池の２つの背面電極間の電気絶縁の単純化された平面図である。
【図１３Ｅ】その中にパッドを有する太陽電池の２つの背面電極間の電気絶縁の単純化された平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００５１】
本発明は、添付の図面と関連して一例のみとして提供される以下の詳細な説明を読むことによってより理解されるだろう。ここで、同一の参照符号は、同一の又は類似の要素を指す。
【００５２】
本発明の第１の実施形態による太陽光電池モジュールの製造方法は、図６から図８に関連して以下に記載される。
【００５３】
この方法は、絶縁基板３２の形成と、絶縁基板３２に形成される第１の導電層３０、導電層３０に形成される半導体層３６、及び半導体吸収層３６に形成され、前記放射線に対して少なくても部分的に透過性の第２の導電層４４を備える積層体の形成とから始まる（図６）。
【００５４】
例えばこの積層体を形成する層は、同一の寸法を有し、図１から図５に関連して記載される従来技術の太陽電池モジュールの層と同一の材料で作られる。特に、半導体層３６は、所定の電磁放射線を吸収する下部層３８及び上部接合層４０を含む二重層である。第２の半導体層４４は、前述の従来技術のように、任意の下部層４６及び上部層４８で形成される二重層であり得る。
【００５５】
積層体が形成されると、この方法は、太陽電池を直列接続しながら太陽電池を個別化するモノリシック接続領域の形成を続ける。
【００５６】
より具体的には、各々のモノリシック接続領域において、異なる幅の３つのトレンチ７０、７２、７４が、積層体の長さＬに沿って並列に形成される。
【００５７】
第１のトレンチ７０は、例えば、基板３２まで積層体の厚さ全体にわたってエッチングするレーザーを用いて形成される。第２のトレンチ７２、７４は、スタイラスを用いて形成されるスクラッチ、レーザー、又は化学的エッチングによって、導電層３０まで積層体の厚さ全体にわたって形成される。
【００５８】
従って、第１のトレンチ７０は、第１及び第２の隣接する太陽電池１２、１４の背面電極５２、５４をそれぞれ形成する２つの部分に層３０を分け、背面電極５２、５４は、空気で満たされるキャビティを形成するトレンチ７０によって互いに絶縁される。第１のトレンチ７０に隣接しない第３のトレンチ７４は、前面電極５６、５８を電池１２、１４から分離し、２つの背面電極５２、５４間の電気的絶縁は、第３のトレンチ７４を満たす空気によって行われる。
【００５９】
次いで、導電性溶液７６は、第２の導電層４４の領域７８に堆積され、領域７８は、第１及び第２のトレンチ７０、７２を含み、その堆積は、例えばスクリーン印刷又はスパッタリングによって行われる。溶液７６は、透明又は半透明であり、例えば、インジウム錫酸化物（“ＩＴＯ”）溶液、ＺｎＯＡｌ溶液、インジウム亜鉛酸化物（“ＩＺＯ”）溶液、カーボンナノチューブを用いたポリマー溶液、又は、ＰＥＤＯＴ（ポリエチレンジオキシチオフェン）ポリマー溶液である。変形例として、この溶液は、不透明であり得、例えば、白金カーボン（ＣＰｔ）インク又は銀インクである。
【００６０】
溶液７６は、電池１２の前面電極５６を電池１４の背面電極５４に電気的に接続する機能を有する。従って、このために、溶液７６は、第１のトレンチ７０を覆い、第２のトレンチに浸透し、第２の導電層４４と接触するように十分なレベルまでそれを満たす。
【００６１】
しかしながら、前面電極５４と電池７４の半導体吸収層３８との間の短絡を避けるために、あるいはより不利には背面電極５２との短絡を避けるために、溶液７６は、第１のトレンチ７０に浸透せず、トレンチ７０の内側に段差（ドロップ）７７のみを形成し、又は、溶液７６は、第１のトレンチ７０に浸透するが、それは、半導体吸収層３８に達しない深さである。
【００６２】
次いで、導電性溶液７６は、例えばそれが溶媒含有溶液である場合に溶媒の蒸発によって凝固され、又は、熱硬化性材料である場合に熱硬化によって凝固される。
【００６３】
従って、太陽電池１２及び１４は、電池１４の前面電極に電池１２の背面電極を接続する、図８の矢印によって示される電気路によって直列に接続される。
【００６４】
図８は、溶液７６の堆積が、一方である、トレンチ７０に堆積された凝固した溶液と、他方である、第２のトレンチ７２に堆積された凝固した溶液との間に断裂を引き起こしている変形例を示す。ここに誇張した寸法で示される断裂領域８０は、例えば、第２のトレンチ７２の周囲に堆積された容器の限定された量及び／又は凝固工程に起因するものであり得る。
【００６５】
図９は、このような断裂が存在しない変形例を示す。例えば、第２のトレンチ７２に堆積される溶液体積は、以前にあったものより多く、この溶液は、第２のトレンチを全体的に充填し、完了後に連続領域を形成するようになる。この変形例において、この電気路は、図８の電気路とは異なり、導電材料を含むだけである。
【００６６】
今述べたような実施形態において、２つの隣接する電池１２、１４の前面電極は、第３のトレンチ７４を用いて分離される。
【００６７】
本発明の第２の実施形態による太陽電池モジュールの製造方法は、図１０及び図１１に関連して記載される。第２の実施形態によれば、２つの隣接する電池の個別化及び接続は、２つのトレンチのみを用いて行われる。より具体的には、この方法は、図６に関連して記載されるような層３０、３２、３６、４４の積層体の形成で開始し、図７に関連して記載されるような第１及び第２のトレンチ７０、７２の形成が続く（図１０）。
【００６８】
次いで、導電性溶液７６は、第２の導電層４４の領域７８に堆積され、領域７８は、第１及び第２のトレンチ７０、７２を含み、この堆積は、例えばインクジェット、スパッタリング又はスクリーン印刷によって行われる。
【００６９】
前述の実施形態とは逆に、導電性溶液７６及び／又は第２のトレンチ７２の幅は、溶液７６が第２の電池１４に対応する第２のトレンチ７２の端部に達しないように選択される（図１１）。従って、隣接する電池１２、１４の前面電極５６、５８を分離する空気で満たされる空間８２が第２のトレンチ７２に存在する。第２の電池の前面電極５８に電池１２の背面電極５２を接続する電気路は、矢印によって示される。図１０及び図１１に示される例において、溶液７６は、連続領域を形成するが、変形例として、図８の断裂と同様の断裂を含み得る。
【００７０】
第１のトレンチ７０への溶液７６の浸透の欠如又は限定された浸透は、第１のトレンチの幅、堆積された溶液の粘度、第２の導電層４４の厚さ、堆積方法の精度、及び第１のトレンチ７０に堆積される容積をパラメータ化することによって得られる。
【００７１】
通常、半導体吸収層３８は、第１のトレンチ７０の全高の４分の１から３分の１までに達する。溶液７６がトレンチ７０の４分の１を越えては浸透しないことを確認することによって、溶液７６と半導体吸収層３８との間の接触、言うまでもなく導電層３０との間の接触がなくなるので、短絡の危険性が回避される。
【００７２】
１５マイクロメートルを超える幅を有するトレンチ７０において、３．２ｃＰｏｉｓｅｓ（ｍＰａ．ｓ）を超える溶液７６の粘度が所望の浸透の欠如及び限定された浸透を与えることが特に観察されている。しかしながら、トレンチ７０の下部の幅において、例えば微細化目的において、低い粘度を有する溶液７６が使用され得る。
【００７３】
例えば、４８ｋＨｚの超音波周波数を用いた１０マイクロメートルの厚さにわたるスパッタリングによって堆積された、通常スパッタリングに要求される５０ｃＰｏｉｓｅｓの最大限より低い３．２ｃＰｏｉｓｅｓの粘度を有するＣＰｔインク、及び１５マイクロメートル未満の第１のトレンチの幅によって、トレンチ７０への低い浸透を有する表面にＣＰｔインクが維持される。
【００７４】
堆積の他のパラメータ（溶液の粘度、堆積された溶液の容積、第２の導電層の厚さ、使用される堆積方法のタイプ）が決定された後にトレンチ幅を選択することが通常可能である。
【００７５】
第１及び第２のトレンチに異なる量の溶液を堆積することを可能にする堆積方法を使用することがさらに可能であり、それは、溶液の選択のより大きな自由度、特にその粘度を与える。
【００７６】
溶液の凝固のタイプを選択することによって、第１のトレンチへの溶液の浸透を設定することもさらに可能である。例えば、熱可塑性溶液を選択することによって、それを加熱することによって第１のトレンチのこの溶液の進行を停止することを可能にする。同様に、架橋可能なポリマー溶液を選択することによって、それを適切な放射線に晒すことによってその進行を停止することが可能である。
【００７７】
平坦な端部を有する第１のトレンチ７０が記載されている。第１のトレンチ７０への溶液の浸透を制限するために、その水平壁は、例えば図１２Ａの平面図に示されるような、三次元パターンを形成するための表面テクスチャリングを少なくともトレンチ７０の上部に備える。
【００７８】
この図において、第１のトレンチ７０の壁９０、９２の各々は、長方形の断面のパターン９４、９６の周期的なネットワークを備え、一の壁のパターンが他の壁のパターンの凹部の前面に配置されるように、壁９０のネットワーク９４は、他の壁９２のネットワーク９６に対してシフトされる。第１の壁の何れかの点と第２の壁の何れかの点との間の最小側方距離がトレンチ７０への溶液の浸透を避けるために必要な距離未満、例えば、前述のようなＣＰｔインクの堆積の前述の例において１５マイクロメートル未満であるように、図１２Ａに示されるパラメータＬ、ｌ、Δ、δによって定義されるパターン形状は、さらに選択される。従って、これらのパターンは、等しいトレンチ幅において、溶液に接触する表面積を増加することを可能にし、従って、例えば堆積方法又は溶液製造に対する制限のために、塗布が要求するより低い粘性溶液を選択する。
【００７９】
長方形の断面積のパターンが記載されている。しかしながら、図１２Ｂから図１２Ｉに示されるように、他のパターンが第１のトレンチの壁において可能であり、そのパターン形状は、第１の壁のあらゆる点と第２の壁のあらゆる点との間における、溶液の浸透を防止又は制限する最小側方距離を得るように選択される。
【００８０】
同様に、図１３Ａから図１３Ｅに示されるように、壁パターンの補完物として又はそれらの代わりに、その上端部に対して幅広く第１のトレンチの下部に形成されるパッドを提供することも可能である。このようなパッドの形状はまた、第１のトレンチに何も望まれない状態で最小側方距離を得るように選択される。
【００８１】
従って、本発明によれば、以下が得られる：
−モジュールの性能向上をもたらす、隣接する太陽電池の後方電極間の増加した電気絶縁、
−より低コストをもたらす、実施が容易な製造方法。
【符号の説明】
【００８２】
１２  太陽電池
１４  太陽電池
３０  導電層
３２  絶縁基板
３６  半導体層
３８  半導体層
４０  半導体層
４４  導電層
７０  トレンチ
７２  トレンチ
７８  接続領域
【図１】
2014507075.tif 000003
【図２】
2014507075.tif 000004
【図３】
2014507075.tif 000005
【図４】
2014507075.tif 000006
【図５】
2014507075.tif 000007
【図６】
2014507075.tif 000008
【図７】
2014507075.tif 000009
【図８】
2014507075.tif 000010
【図９】
2014507075.tif 000011
【図１０】
2014507075.tif 000012
【図１１】
2014507075.tif 000013
【図１２Ａ】
2014507075.tif 000014
【図１２Ｂ】
2014507075.tif 000015
【図１２Ｃ】
2014507075.tif 000016
【図１２Ｄ】
2014507075.tif 000017
【図１２Ｅ】
2014507075.tif 000018
【図１２Ｆ】
2014507075.tif 000019
【図１２Ｇ】
2014507075.tif 000020
【図１２Ｈ】
2014507075.tif 000021
【図１２Ｉ】
2014507075.tif 000022
【図１３Ａ】
2014507075.tif 000023
【図１３Ｂ】
2014507075.tif 000024
【図１３Ｃ】
2014507075.tif 000025
【図１３Ｄ】
2014507075.tif 000026
【図１３Ｅ】
2014507075.tif 000027
【国際調査報告】
2014507075.tif 000028
2014507075.tif 000029
2014507075.tif 000030
2014507075.tif 000031