(57)【要約】  電子回路及びコンポーネント内で使用されるような電気伝導性アルミニウム部材を具備及び/又は加工するための多様な方法が説明されている。また、電気回路網のコンポーネントとしてパターン化されたアルミニウム伝導性要素を使用する多様なシートアセンブリーが説明されている。シートアセンブリーは、バックコンタクト光電池用バックシート又はRFIDタグ用アンテナとして使用できる。
2014510408.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電池バックコンタクトc-Siセル用のアルミ箔積層部上に耐酸化性アルミニウム系電極を形成する方法であって、
アルミ箔上に酸化層を有するアルミ箔を含むアルミ箔積層部を提供する段階と、
アルミ箔積層部のアルミ箔をパターン化する段階と、
アルミ箔から酸化層の少なくとも一部を除去することで、新たに露出したアルミニウム領域を形成する段階と、
新たに露出したアルミニウム領域上に電気伝導性材料の少なくとも1つの層を蒸着することで、アルミ箔積層部上に耐酸化性電極を形成する段階とを含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
酸化層の少なくとも一部の除去は、湿式化学エッチング工程を通じて行われることを特徴とする請求項1に記載の方法。
【請求項３】
酸化層の少なくとも一部の除去は、レーザアブレーション工程を通じて行われることを特徴とする請求項1に記載の方法。
【請求項４】
請求項1〜3の何れか一項の方法により形成されたアルミ箔積層部上の耐酸化性アルミニウム系電極。
【請求項５】
光電池バックコンタクトc-Siセル用のアルミ箔積層部上に耐酸化性アルミニウム系電極を形成する方法であって、
アルミ箔上に酸化層を有するアルミ箔を含むアルミ箔積層部を提供する段階と、
アルミ箔積層部のアルミ箔をパターン化する段階と、
アルミ箔の所定の部分上に層間誘電体を積層することで、層間誘電体のないアルミ箔の一部を残す段階と、
アルミ箔から酸化層の少なくとも一部を除去することで、新たに露出したアルミニウム領域を形成する段階と、
新たに露出したアルミニウム領域上に電気伝導性材料の少なくとも1つの層を蒸着することで、アルミ箔積層部上に耐酸化性電極を形成する段階を含むことを特徴とする方法。
【請求項６】
酸化層の少なくとも一部の除去は、湿式化学エッチング工程を通じて行われることを特徴とする請求項5に記載の方法。
【請求項７】
酸化層の少なくとも一部の除去は、レーザアブレーション工程を通じて行われることを特徴とする請求項5に記載の方法。
【請求項８】
請求項5〜7の何れか一項の方法により形成されたアルミ箔積層部上の耐酸化性アルミニウム系電極。
【請求項９】
光電池バックコンタクトc-Siセル用アルミ箔積層部上に耐酸化性アルミニウム系電極を形成する方法であって、
アルミ箔上に酸化層を有するアルミ箔を含むアルミ箔積層部を提供する段階と、
アルミ箔積層部上にアルミ箔をパターン化する段階と、
アルミ箔の外表面に沿って無酸素雰囲気を提供する段階と、
アルミ箔の一部から酸化層の少なくとも1つの一部を除去することで、新たに露出したアルミニウム領域を形成する段階と、
新たに露出したアルミニウム領域上に電気伝導性材料の少なくとも1つの層を蒸着することで、耐酸化性アルミニウム系電極を形成する段階を含むことを特徴とする方法。
【請求項１０】
電気伝導性材料層を蒸着した後、電気伝導性材料上に銀層を蒸着する段階を更に含むことを特徴とする請求項9に記載の方法。
【請求項１１】
酸化層の少なくとも一部の除去は、酸化層に腐食液を塗布することで実施されることを特徴とする請求項9又は10に記載の方法。
【請求項１２】
腐食液は、液体酸性腐食液であることを特徴とする請求項11に記載の方法。
【請求項１３】
腐食液は、硫酸、硝酸及びリン酸からなるグループより選ばれる少なくとも1つの酸を含むことを特徴とする請求項12に記載の方法。
【請求項１４】
酸化層の少なくとも一部の除去は、レーザアブレーションにより実施されることを特徴とする請求項9又は10に記載の方法。
【請求項１５】
無酸素雰囲気は、窒素、ヘリウム、ネオン、アルゴン及びその組み合わせからなるグループより選ばれる少なくとも1つの不活性ガスを含むことを特徴とする請求項9〜14の何れか一項に記載の方法。
【請求項１６】
電気伝導性材料の少なくとも1つの層の蒸着は、新たに露出したアルミニウムと亜鉛酸塩溶液を接触させることでアルミニウム上に亜鉛層を形成し、その後、亜鉛層上に銅又はニッケル層を蒸着することで実施されることを特徴とする請求項9〜14の何れか一項に記載の方法。
【請求項１７】
電気伝導性材料の少なくとも1つの層の蒸着は、新たに露出したアルミニウムと銅浴製剤を接触させてアルミニウム上に銅層を形成することで実施されることを特徴とする請求項9〜15の何れか一項に記載の方法。
【請求項１８】
銅浴製剤は、硫酸銅および硫酸を含むことを特徴とする請求項1〜7の何れか一項に記載の方法。
【請求項１９】
電気伝導性材料層の蒸着は、新たに露出したアルミニウムとニッケル浴製剤を接触させてアルミニウム上にニッケル層を形成することで実施されることを特徴とする請求項9〜15の何れか一項に記載の方法。
【請求項２０】
ニッケル製剤は、硫酸ニッケル、塩化ニッケル及びホウ酸を含むことを特徴とする請求項19に記載の方法。
【請求項２１】
電気伝導性材料の少なくとも1つの層の蒸着は、
キャリア内に分散した電気伝導性材料の粒子を含む組成を提供し、
新たに露出したアルミニウム上に該組成をプリントすることで実施されることを特徴とする請求項9〜20の何れか一項に記載の方法。
【請求項２２】
電気伝導性材料は、銅粒子を含むことを特徴とする請求項21に記載の方法。
【請求項２３】
電気伝導性材料は、ニッケル粒子を含むことを特徴とする請求項21又は22に記載の方法。
【請求項２４】
粒子は、ナノ粒子であることを特徴とする請求項21〜23の何れか一項に記載の方法。
【請求項２５】
銀層の蒸着は、電気伝導性材料と銀浴製剤を接触させることで実施されることを特徴とする請求項10〜24の何れか一項に記載の方法。
【請求項２６】
銀層の蒸着は、
キャリア内に分散した銀の粒子を含む組成を提供し、
電気伝導性材料上に該組成をプリントすることで実施されることを特徴とする請求項10〜24の何れか一項に記載の方法。
【請求項２７】
銀の粒子は、ナノ粒子であることを特徴とする請求項26に記載の方法。
【請求項２８】
電気伝導性材料は銅であり、
電気伝導性材料層を蒸着した後、電気伝導性材料上にOSP層を蒸着する段階を更に含むことを特徴とする請求項9に記載の方法。
【請求項２９】
請求項9〜28の何れか一項の方法により形成されるアルミ箔積層部上の耐酸化性アルミニウム系電極。
【請求項３０】
アルミニウム系導体を有する光電池バックシート用伝導性シートアセンブリーを形成する方法であって、
基板を提供する段階と、
パターン化された基板上に接着剤を蒸着し、基板上に少なくとも1つの接着剤のない領域を規定する接着剤層を形成する段階と、
接着剤層上にアルミニウム材料の薄層を積層する段階であって、アルミニウム材料が接着剤上に配置され、基板上に少なくとも1つの接着剤のない領域上に伸びる段階と、
接着剤の同一パターンに沿ってアルミニウム材料を穿孔又はカットして接着剤層上に配置されたアルミニウム材料層及び基板上に少なくとも1つの接着剤のない領域上に伸びる残部を形成することで、中間アセンブリーを形成する段階と、
中間アセンブリーからアルミニウム材料の残部を除去する段階と、
中間アセンブリーのアルミニウム材料層の少なくとも一部上に層間誘電体を蒸着する段階と、
層間誘電体のない中間アセンブリーのアルミニウム材料層の少なくとも一部上に少なくとも1つの表面処理層を積層することで、少なくとも1つのパターン化されたアルミニウム電気伝導性要素を有するシートアセンブリーを形成する段階とを含むことを特徴とする方法。
【請求項３１】
アルミニウムの穿孔又はカットは、レーザカットにより実施されることを特徴とする請求項30に記載の方法。
【請求項３２】
アルミニウム上への少なくとも1つの表面処理層の積層は、(ｉ)アルミニウムを亜鉛酸塩溶液と接触させることで亜鉛層又は(ｉｉ)アルミニウムを電気メッキすることで銅層を蒸着する段階を含むことを特徴とする請求項30又は31に記載の方法。
【請求項３３】
アルミニウムを亜鉛酸塩溶液と接触させる前に、アルミニウムから任意の酸化物を除去するためにアルミニウムが腐食液と接触することを特徴とする請求項32に記載の方法。
【請求項３４】
腐食液は、液体酸性腐食液であることを特徴とする請求項33に記載の方法。
【請求項３５】
腐食液は、硫酸、硝酸及びリン酸からなるグループより選ばれる少なくとも1つの酸を含むことを特徴とする請求項33又は34に記載の方法。
【請求項３６】
亜鉛層を蒸着した後、電気伝導性材料の少なくとも1つの層は、亜鉛上に蒸着されることを特徴とする請求項32に記載の方法。
【請求項３７】
亜鉛上に蒸着された電気伝導性材料は、銅又はニッケルであることを特徴とする請求項36に記載の方法。
【請求項３８】
アルミニウム上への少なくとも1つの表面処理層の積層は、アルミニウム上に電気伝導性材料層を蒸着する段階を含むことを特徴とする請求項30又は31に記載の方法。
【請求項３９】
アルミニウム上に電気伝導性材料層を蒸着する前に、アルミニウムから任意の酸化物を除去するためにレーザアブレーションが実施されることを特徴とする請求項38に記載の方法。
【請求項４０】
表面処理層上に銀層又はOSP層を蒸着する段階を更に含むことを特徴とする請求項30〜39の何れか一項に記載の方法。
【請求項４１】
銀層の蒸着は、銀浴製剤を表面処理層と接触させることで実施されることを特徴とする請求項40に記載の方法。
【請求項４２】
銀層の蒸着は、
キャリア内に分散した銀の粒子を含む組成を提供する段階と、
表面処理層上に該組成をプリントする段階により実施されることを特徴とする請求項41に記載の方法。
【請求項４３】
銀の粒子は、ナノ粒子であることを特徴とする請求項42に記載の方法。
【請求項４４】
請求項30〜43の何れか一項の方法により形成されたシートアセンブリー。
【請求項４５】
少なくとも1つのパターン化されたアルミニウム電気伝導性要素を有するシートアセンブリーを形成する方法であって、
基板を提供する段階と、
一定のパターンで基板上に接着剤を蒸着し、基板上に少なくとも1つの接着剤のない領域を規定する接着剤層を形成する段階と、
接着剤層上にアルミニウム材料の薄層を積層する段階であって、アルミニウム材料が接着剤上に配置され、基板上に少なくとも1つの接着剤のない領域上に伸び、酸化物層を含む段階と、
接着剤の同一パターンに沿ってアルミニウム材料を穿孔又はカットして接着剤層上に配置されたアルミニウム材料層及び基板上に少なくとも1つの接着剤のない領域上に伸びる残部を形成することで、中間アセンブリーを形成する段階と、
中間アセンブリーからアルミニウム材料の残部を除去する段階と、
アルミニウム材料の選択された領域から酸化物層を除去する段階と、
中間アセンブリーのアルミニウム材料層上に少なくとも1つの表面処理層を積層する段階と、
アルミニウム材料層の少なくとも一部上に層間誘電体を蒸着する段階と、
表面処理層上に銀層を蒸着することで、少なくとも1つのパターン化されたアルミニウム電気伝導性要素を有するシートアセンブリーを形成する段階とを含むことを特徴とする方法。
【請求項４６】
アルミニウムの穿孔又はカットは、レーザカットにより実施されることを特徴とする請求項45に記載の方法。
【請求項４７】
アルミニウム上への少なくとも1つの表面処理層の積層は、アルミニウムを亜鉛酸塩溶液と接触させることで亜鉛層を蒸着する段階を含むことを特徴とする請求項45又は46に記載の方法。
【請求項４８】
酸化物層を除去する段階は、アルミニウムを腐食液と接触させ、アルミニウムから任意の酸化物を除去することで実施されることを特徴とする請求項47に記載の方法。
【請求項４９】
腐食液は、液体酸性腐食液であることを特徴とする請求項48に記載の方法。
【請求項５０】
腐食液は、硫酸及びリン酸からなるグループより選ばれる少なくとも1つの酸を含むことを特徴とする請求項48又は49に記載の方法。
【請求項５１】
亜鉛層の蒸着後、電気伝導性材料の少なくとも1つの層は、亜鉛上に蒸着されることを特徴とする請求項47に記載の方法。
【請求項５２】
亜鉛上に蒸着された電気伝導性材料は、銅又はニッケルであることを特徴とする請求項41に記載の方法。
【請求項５３】
アルミニウム上への少なくとも1つの表面処理層の積層は、アルミニウム上に電気伝導性材料層を蒸着する段階を含むことを特徴とする請求項45〜52の何れか一項に記載の方法。
【請求項５４】
酸化物層の除去は、レーザアブレーションにより実施されることを特徴とする請求項45又は46に記載の方法。
【請求項５５】
銀層の蒸着は、銀浴製剤を表面処理層と接触させることで実施されることを特徴とする請求項45〜54の何れか一項に記載の方法。
【請求項５６】
銀層の蒸着は、
キャリア内に分散した銀の粒子を含む組成を提供する段階と、
表面処理層上に該組成をプリントする段階により実施されることを特徴とする請求項45〜55の何れか一項に記載の方法。
【請求項５７】
銀の粒子は、ナノ粒子であることを特徴とする請求項56に記載の方法。
【請求項５８】
請求項45〜57の何れか一項の方法により形成されたシートアセンブリー。
【請求項５９】
c-Siセルと、
基板層及び基板層上にパターン化されたアルミニウム導電層を含むバックシートとを含み、
パターン化されたアルミニウム導電層は、c-Siセルと電気接触し、アルミニウム導電層は、少なくとも1つの表面処理層を含む少なくとも1つの耐酸化性領域を含むことを特徴とする光電池。
【請求項６０】
少なくとも1つの表面処理層は、(ｉ)アルミニウム層上に配置された亜鉛層又は(ｉｉ)アルミニウム層上に配置された銅層を含むことを特徴とする請求項59に記載の光電池。
【請求項６１】
少なくとも1つの表面処理層は、亜鉛層上に銅又はニッケル層を更に含むことを特徴とする請求項60に記載の光電池。
【請求項６２】
バックシートは、銅又はニッケル層上に銀層又はOSP層を更に含むことを特徴とする請求項61に記載の光電池。
【請求項６３】
少なくとも1つの表面処理層は、アルミニウム層上に電気伝導性材料層を含むことを特徴とする請求項59に記載の光電池。
【請求項６４】
電気伝導性材料層は、銅又はニッケルであることを特徴とする請求項63に記載の光電池。
【請求項６５】
バックシートは、銅又はニッケル層上に銀層を更に含むことを特徴とする請求項64に記載の光電池。
【請求項６６】
少なくとも1つの表面処理層は、アルミニウム導電層上に予め配置された酸化物層のレーザアブレーション領域を含むことを特徴とする請求項59に記載の光電池。
【請求項６７】
少なくとも1つの表面処理層は、アブレートされたアルミニウム表面上に銅又はニッケルの不動態化層を更に含むことを特徴とする請求項66に記載の光電池。
【請求項６８】
バックシートは、銅又はニッケルの不動態化層上に銀層を更に含むことを特徴とする請求項67に記載の光電池。
【請求項６９】
少なくとも1つの表面処理層は、アルミニウム層上に電気伝導性材料層を含むことを特徴とする請求項68に記載の光電池。
【請求項７０】
電気伝導性材料層は、銅又はニッケルであることを特徴とする請求項69に記載の光電池。
【請求項７１】
バックシートは、銅又はニッケル層上に銀層又はOSP層を更に含むことを特徴とする請求項70に記載の光電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、2011年3月11日付で提出された米国仮出願特許第61/451,661号の優先権を主張し、その全体が参照として本願に含まれる。
【０００２】
本発明は、アルミニウム系電極を有するシートアセンブリーに関するものである。より具体的に、本発明はバックコンタクト光電池用のバックシートアセンブリー及びそのようなアセンブリーを作る方法に関するものである。また、本発明は、アルミニウム系電極を有するシートアセンブリー及び複雑に形成された回路、アンテナ、光電池及び他の具体的な適用例に使用され得るそのようなシートアセンブリーを生産するための方法に関するものである。
【背景技術】
【０００３】
新たなタイプの光電池(PV)モジュールは、伝導性バックシートまたは部材に電気的に連結された多様なシリコンウエハを含む。従来のデザインとは異なり、このようなタイプの光電池は、前面キャリアコレクター接合部を後面上の電極グリッドに連結するレーザードリルバイアスを使用する。従って、バックコンタクトシリコンセルは、後面上の同一平面の接触部のみを使用し(全てGeeによる米国特許5,468,652及び5,951,786で記述された通り)、前方から後方リード付着部を作るにあたっての困難を避ける。このような同一平面の連結部は、光電池モジュール内の全てのセルが単一段階で電気的に連結されるようにする。このようなセルのコレクションは、一体型モジュールアセンブリー(MMA)と呼ぶ。
【０００４】
銅(Cu)は、バックコンタクト光電池用のバックシートアセンブリーのための電極として使用されてきた。銅は高価であるため、より安価な伝導性材料を使用する必要がある。レーザーパターン化された伝導性要素は、好ましい他の状況についても同一である。アルミニウムは、相対的に低コストのため、多くのバックシートコンタクト光電池の適用例に対して要求される。
【０００５】
しかし、自然に発生した酸化物層は、アルミニウムの表面上に存在する。酸化物層は、相対的に高い電気抵抗を示す。従って、もしアルミニウム電極に電気的連結が行われる場合、酸化物層は除去されなければならない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
電気伝導性部材から酸化物層を除去するための様々な方法が公知となっているが、このような方法の殆どは高価であるか、または時間がかかり、アルミ箔のシート全体を処理する。アルミニウムからの酸化物の除去に関する他の重要な点は、酸化物層を除去した後、その層が周囲の条件下でさらに早く再酸化するという点である。また、アルミニウム電極が高温及び/又は高湿度にさらされると、早く再酸化する。従って、アルミニウム系電極、特に光電池アセンブリーに使用されるアルミニウム系電極は、経済的に作成可能であったり、耐酸化性を有する上で電気的に伝導性を有するように加工できる方法が要求される。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
発明の内容
従来公知のシステムに関する困難と欠点は、本発明の方法、アセンブリー及び装置で取り扱われる。
【０００８】
一態様において、本発明は、光電池バックコンタクトc-Siセル用のアルミ箔積層部上の耐酸化性アルミニウム系電極を形成する方法を提供する。該方法は、アルミ箔上に酸化層を有するアルミ箔を含むアルミ箔積層部を提供する段階を含む。また、該方法はアルミ箔積層部のアルミ箔をパターン化する段階を含む。さらに、該方法はアルミ箔から酸化層の少なくとも一部を除去することによって、新たに露出したアルミニウム領域を形成する段階を含む。そして、該方法は、新たに露出したアルミニウム領域上に電気伝導性材料の少なくとも一つの層を蒸着することによって、アルミ箔積層部上に耐酸化性電極を形成する段階を含む。
【０００９】
他の態様において、本発明はアルミ箔積層部上に耐酸化性電極を形成する方法を提供する。該方法は、自然酸化された外表面を有するアルミニウム又はアルミ合金箔を提供する段階を含む。アルミニウムまたはアルミ合金箔は、ポリマーフィルムに積層される。また、該方法は、アルミ箔の外表面から酸化層の少なくとも一部を除去し、新たに露出したアルミニウム領域を形成する段階を含む。さらに、該方法は、新たに露出したアルミニウム領域上に電気伝導性材料の少なくとも一つの層を蒸着することによって、耐酸化性電極を形成する段階を含む。
【００１０】
他の態様において、本発明はアルミ箔積層部上に耐酸化性電極を形成する方法を提供する。該方法は、自然酸化された外表面を有するアルミニウムまたはアルミ合金箔を提供する段階を含む。アルミニウムまたはアルミ合金箔は、ポリマーフィルムに積層される。また、該方法はアルミ箔の外表面に沿って、無酸素雰囲気を提供する段階を含む。また、該方法はアルミ箔の外表面から酸化層の少なくとも一部を除去し、新たに露出したアルミニウム領域を形成する段階を含む。さらに、該方法は、新たに露出したアルミニウム領域上に電気伝導性材料の少なくとも一つの層を蒸着しながら、アルミ箔の外表面に沿って無酸素雰囲気を維持することによって、アルミ箔積層部上に耐酸化性電極を形成する段階を含む。
【００１１】
他の態様において、本発明は少なくとも一つのパターン化されたアルミニウム系電極を有するシートアセンブリーを形成する方法を提供する。該方法は、基板を提供し、パターン化された基板上に接着剤を蒸着して基板上に少なくとも一つの接着剤がない領域を規定する接着剤層を形成する段階を含む。また、該方法は、接着剤層上にアルミ箔の薄層を積層する段階を含み、アルミ箔が接着剤上に配置され、基板上に少なくとも一つの接着剤がない領域にわたって伸びる。該方法は、接着剤の同じパターンに沿って、アルミ箔を穿孔またはカットし、接着剤層上に配置されたアルミ箔層及び基板上に少なくとも一つの接着剤がない領域にわたって伸びる残部を形成することによって、中間アセンブリーを形成する段階をさらに含む。さらに、該方法は中間アセンブリーからアルミ箔の残部を除去する段階を含む。また、該方法はアルミ箔層の少なくとも一つの一部上に層間誘電体を蒸着する段階を含む。そして、該方法は層間誘電体によりカバーされないアルミ箔上に少なくとも一つの表面処理層を積層することによって、少なくとも一つのパターン化されたアルミニウム系電極を有するシートアセンブリーを形成する段階をさらに含む。
【００１２】
他の態様において、本発明は、少なくとも一つのパターン化されたアルミニウム電気伝導性要素を有するシートアセンブリーを形成する方法を提供する。該方法は、基板を提供し、パターン化された基板上に接着剤を蒸着して、基板上に少なくとも一つの接着剤がない領域を規定する接着剤層を形成する段階を含む。また、該方法は、接着剤層上にアルミニウム材料の薄層を積層する段階を含み、アルミニウム材料は接着剤上に配置され、基板上に少なくとも一つの接着剤がない領域にわたって伸びる。アルミニウム材料は、酸化物層を含む。さらに、該方法は接着剤の同じパターンに沿って、アルミニウム材料を穿孔またはカットし、接着剤層上に配置されたアルミニウム材料層及び基板上に少なくとも一つの接着剤がない領域にわたって伸びる残部を形成することによって、中間アセンブリーを形成する段階を含む。また、該方法は、中間アセンブリーからアルミニウム材料の残部を除去する段階を含む。また、該方法は、アルミニウム材料の選択された領域から酸化物層を除去する段階を含む。また、該方法は、中間アセンブリーのアルミニウム材料層上に少なくとも一つの表面処理層を積層する段階を含む。さらに、該方法は、アルミニウム材料層の少なくとも一部上に層間誘電体を蒸着する段階を含む。そして、該方法は、表面処理層上に銀またはプリフラックス(OSP)層を蒸着し、少なくとも一つのパターン化されたアルミニウム電気伝導性要素を有するシートアセンブリーを形成する段階を含む。
【００１３】
他の態様において、本発明は、c-Siセル及び伝導性バックシートを含む光電池を提供する。バックシートは、基板層及び基板層上にアルミ箔を含む。アルミ箔はc-Siセルと電気的に接触し、少なくとも一つの表面処理層を含む少なくとも一つの耐酸化性電極を含む。
【００１４】
理解される通り、本発明は、その他及び別の実施形態が可能であり、その幾つかの詳細は、本発明から外れず、多様な態様に変更し得る。従って、図面及び説明は例示的であり、制限的ではない。
【００１５】
のみならず、本発明の他の目的及び利点は、添付の図面と共に本発明の最も好ましい例示的な実施形態のより詳細な説明を参照することによって、より完全に理解され認識されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図1は、基板及びパターン化されたアルミニウム伝導性要素の平面図を図示する。
【図２Ａ】図2A及び2Bは、本発明による好ましい実施形態のシートアセンブリーの概略的な断面図である。
【図２Ｂ】図2A及び2Bは、本発明による好ましい実施形態のシートアセンブリーの概略的な断面図である。
【図３】図3は、本発明によるシートアセンブリーの製造のための工程を図示する。
【図４】図4は、本発明による好ましい実施形態の光電池の概略的な断面図である。
【図５】図5は、本願で説明された幾つかの評価実験に用いられる試験構成の概略的な断面図である。
【図６】図6は、本発明によるシートアセンブリーを製造するための好ましい実施形態の工程を図示する。
【図７Ａ】図7Aは、本発明による好ましい実施形態のシートアセンブリーの概略図である。
【図７Ｂ】図7Bは、本発明によるシートアセンブリーの製造のための好ましい実施形態のシステムの概略図である。
【図８】図8は、本発明によるパターン化されたアルミ箔積層部の選択領域を加工するための好ましい実施形態の工程を図示する。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明は、アルミ箔、特に多様な光電池の適用例に使用されるアルミ箔がアルミ箔上に存在する酸化物層を除去するように経済的に作成でき、及び/又は加工でき、その後、他の電気伝導性材料の一つ以上の層にアルミニウム上に蒸着される作業を行うことによって酸化から下層アルミニウムを保護しながらも電気伝導性表面を提供できることに基づく。付加的、選択的作業は、アルミニウム上に予め蒸着された材料層上に電気伝導性材料の他の層を蒸着するために実施され得る。
【００１８】
これより、バックコンタクト光電池バックシート用アルミニウム系電極を生産する工程の好ましい実施例を例示する図6を参照する。初期の作業610で、工程は接着剤または他の積層方法を使用してポリマー基板上に積層された薄アルミ箔であり得るアルミ(Al)箔積層部を提供することによって、好ましく始まる。アルミ箔積層部の提供は、図6に作業620として図示されている。その後、アルミニウム系電極が形成される所望のパターンデザインは、作業630で提供される。パターンは、複数の光電池が適切な連結性で光電池バックシート上のアルミニウム系電極に連結されるとき、形成された電気回路の適切な機能を保障し、電気的短絡を避ける。アルミ箔は、所定のパターンに従って打ち抜き、化学的エッチングまたはレーザーカットできる。このような作業は、本願で総称して「パターン化」と呼ばれる。また、明細書では、「パターン化」という用語は、所望の電気回路又は回路部品の構成を生産することができる他の技術及び作業を含む。所望のパターンの部分ではないアルミ箔の一部は、除去されたり剥がされる。次に、層間誘電体層(ILD)は、アルミニウム表面の殆どをカバーするためにアルミニウム層上に形成される。電極が形成されるべき領域のみがコーティングされないまま残る。このような作業は、作業640として図示される。次に、ILDがコーティングされないアルミ箔上に自然発生する酸化物層は除去される。このような作業は、作業650として図示される。その後、不動態化層が新たに露出したアルミニウム表面上にすぐに形成される。そのような不動態化層は、銅又はニッケルで形成され得る。このような作業は、作業660として図示される。そして、最後に銀層は、ILD上に蒸着され、耐酸化性アルミニウム系電極を形成する。このような作業は、作業670として図示される。ILD層の蒸着は、電極として使用されない領域をカバーするために銀層の蒸着後に選択的に実施できる。このような工程は、680で完了となる。
【００１９】
アルミ箔上に自然発生する酸化物層の除去は、湿式化学エッチングまたは乾式レーザーアブレーションを通じて達成できる。湿式化学エッチングの場合、処理される部分を最小化するために酸化物層の除去前にILD層を蒸着することが好ましい。乾式レーザーアブレーションの場合、少なくとも一つのレーザービームは、アルミ箔上の所望の位置に向けられ、アルミ箔の残りを損傷しないまま残す所定のパターンに従って、特定位置で酸化物層を除去することができる。この場合、アルミニウム酸化物は絶縁材料であるため、アルミニウム積層部上のILD蒸着は幾つかの場合で選択的に省略され得る。本発明の一実施形態において、一つ以上の特定の化学処理作業は、(ｉ)アルミニウム伝導体から任意の酸化物層を除去し、そして(ｉｉ)新たに露出したアルミニウム表面上に少なくとも一つの電気伝導性材料を蒸着するのに使用される。完成した構造は、非常に安定的で、優れた電気伝導性を示す。
【００２０】
本発明の他の実施形態によると、特にシートまたは箔状のアルミニウム伝導体の選択された領域が特定される。好ましくは、電気的連結が行われるシートに沿った領域のみが酸化物除去の作業を受ける。好ましくは、酸化物の除去は、レーザーアブレーションによる。その後、所望の領域で酸化物が除去された後、新たに露出したアルミニウムは、電気伝導性材料、好ましくは銅又はニッケルの他の材料が新たに露出した領域内のアルミニウム表面上に蒸着されるメッキ工程、または蒸着工程が施される。好ましくは、銅は電気メッキにより蒸着される。亜鉛層は、アルミニウムを亜鉛酸塩溶液と接触させることによって蒸着されることが考慮され得る。蒸着又はメッキは、アルミニウムのレーザーアブレーション領域の再酸化を防止したり、少なくとも再酸化に対する可能性をかなり減少させることができる。銅又はニッケルの蒸着後、銀の薄層が銅又はニッケル上に蒸着される選択的な作業が実施され得る。
【００２１】
酸化物除去技術の各々は、個別に説明され、各々は多様な関連する好ましい態様を有するが、各々の技術の態様と詳細は、互いに組み合わせて及び/または結合されて使用できることが理解されるであろう。従って、例えば、化学的処理技術のうち一つ以上の態様がレーザーアブレーション技術と関連して、または関連なく使用できる。
【００２２】
本発明の幾つかの他の実施例は、本願で説明される通り備えられる及び/又は加工される一つ以上のアルミニウム電極を有する光電池バックシートが提供されることが説明される。バックシートは、好ましくはパターン化されたアルミニウム導電層の形態である一つ以上のアルミニウム電極及び基板を含む。
【００２３】
本発明の他の実施形態では、光電池が提供される。このような光電池は、好ましくはバックシートと電気的に連結されたc-Siセルを含む。バックシートは、本願で説明されるような基板及びパターン化されたアルミニウム導電層を含む。
【００２４】
本開示の全体にわたり、「層」という用語は、連続的な材料層、不連続的な材料層または個別的な材料層を称する。
【００２５】
本発明の他の特徴及び利点は、次の詳細な説明から当業者に明白になる。しかし、多様な実施形態及び具体的な例の詳細な説明は、本発明の好ましい実施形態及び他の実施例を示すが、例示として与えられるだけであり、制限がないことが理解されなければならない。本発明の範囲内の多数の変更及び変形は、その思想を逸脱せずに行われ、本発明はそのような全ての変形を含む。
【００２６】
化学処理による酸化物層の除去
本願で説明される発明の例示的な実施形態では、シートアセンブリーが提供され、シートアセンブリーはシート上に配置された基板及びアルミ箔層を含む。アルミニウム層は、好ましくはパターン状であり、最も好ましくはアルミニウム層上に形成される一つ以上の電気接触部を含む電気回路である。シートアセンブリーは、光電池アセンブリーまたはモジュール用伝導性バックシートの形態が好ましいが、本発明はそれに限らない。代わりに、本願で説明されるようなシートアセンブリーは、幅広い用途で使用するために構成され得る。
【００２７】
アルミニウムの露出領域や面の表面は、好ましくは一つ以上の化学エッチング溶液との接触によりクリーニングされる。理解の通り、このような露出した表面は、一般的に酸化物層を含む。多数の腐食液及び/または液体エッチング溶液が使用できる。一般にそのようなエッチング溶液は、硝酸、塩酸、硫酸、リン酸のような一つ以上の酸を含み、できればこのような酸と他の作用剤との組み合わせも含む。好ましく且つ商業的に入手可能な液体酸性腐食液は、コネチカット州ウォーターベリーのMacDermid社から入手可能なHelios Al Acid Etch 901である。
【００２８】
アルミニウム表面から任意の酸化物、残留物または他の不要な材料のエッチング及び除去の後、電気伝導性材料のコーティングまたは層が積層されるか、そうでなければ新たにクリーニングされたアルミニウム表面上に形成される。好ましくは、電気伝導性材料は亜鉛であるが、他の材料も使用できる。好ましい実施形態において、亜鉛層は次の反応式(Ｉ)により形成される。
【００２９】
【数１】
2014510408.tif 000003
【００３０】
好ましくは、亜鉛層は液体亜鉛酸塩溶液内にアルミニウムを接触、且つ好ましく浸漬させることによって、新たに露出したアルミニウム上に形成される。このような浸漬工程は、無電解メッキ、つまり、電気メッキではなく、アルミニウムによる亜鉛酸塩から亜鉛の置換基を含む。多様な溶液が使用できる。好ましい溶液は、コネチカット州ウォーターベリーのMacDermid社からHelios 亜鉛酸塩900という商標で商業的に入手可能である。他の好ましい溶液は、コネチカット州ウォーターベリーのMacDermid社からMetex 6811という商標で商業的に入手可能である。
【００３１】
好ましくは、亜鉛層は、アルミニウム表面が空気または酸素との接触が防がれている間、新たに露出したアルミニウム(前述した通り、アルミニウムはエッチングのような化学的処理作業により露出される)上に形成される。
【００３２】
アルミニウムが本願に説明された通り処理されず、空気に露出して酸化する場合、一般的にAl2O3の酸化物層がアルミニウムの露出した領域上に形成される。理解の通り、一般的に、酸化物層は単一層も均一な組成の層ではない。酸化物層の一般的な厚さの範囲は、約10nm〜約50nmであるが、厚さは酸素に露出される時間の長さ、温度、湿度及びその因子に応じて大きく変化する。一般的に、酸化物層の外部領域はより多くの割合の酸化物を含み、酸化物の濃度は略100％に近づき得る。酸化物の濃度は、一般的に、酸化物層の露出した表面から下層のアルミニウム層または伝導体内部に向かう距離に応じて減少する。
【００３３】
亜鉛層の形成後、新たに処理されたアルミニウムの酸化を防止するために、不動態化層として機能する一つ以上の電気伝導性材料のうち第2層は亜鉛層上に選択的に蒸着される。好ましくは、このような第2電気伝導層の組成は、亜鉛、銅、ニッケル、銀またはその組み合わせのようなその金属形態内で100％選択された要素である。好ましくは、銅又はニッケル層は予め形成された亜鉛層上に蒸着される。ジェッティング(Jetting)または湿式蒸着工程を含む多様な技術が銅又はニッケルの蒸着に使用できる。本発明の一実施形態では、適切な液槽と接触し、できれば適切な液槽内に浸漬されることが好ましい。ニッケル層を形成するための好ましい無電解浴は、いずれもコネチカット州ウォーターベリーのMacDermid社から商業的に入手可能なNiklad752またはNiklad724である。該当液剤は、銅層を蒸着するためにも商業的に入手可能である。
【００３４】
選択的な銀層は、銅又はニッケル層上に蒸着され得る。好ましくは、銀層は、銀を含有する槽内に銅又はニッケル領域を接触させ、好ましく浸漬させることによって形成される。そのような槽の例は、Helios Silver IM560という商標でウォーターベリーのMacDermid社から商業的に入手可能な銀浸漬槽である。銀は、電解(アノード)または無電解工程を通じて蒸着できることが理解されるであろう。他の実施形態において、Cu層はメッキされた銀の代わりに、連続プロセシングのためにプリフラックス(OSP)のコーティングで保護できる。このような処理工程は、メッキされた銅表面が酸化または他の汚染物を含まないので、銅メッキの作業後、浸漬コーティング処理を使用することができる。銅表面がメッキ後すぐに処理されなければ、OSP処理は銅表面上で発生し得る任意の酸化物を除去するために少しのエッチング作業後に加えられ、その後、しばらく経って浸漬コーティング処理が続く。
【００３５】
OSP処理で銅を保護する作業は、銅を保護するために一つ以上の商業的に入手可能な材料を加えることによって実施され得る。コネチカット州のWest Haven社から入手可能なENTEKプラスCu-106A、Enthone社から入手可能なEntek Cu-56、コネチカット州ウォーターベリーのMacDermid社から入手可能なMetex M-667、及びサウスカロライナ州ロックヒルのAtotech社から入手可能なSchercoat Plus、Schercoat Plus Lead Freeのような幾つかの商業的に入手可能な材料は、銅の保護技術を使用する。このような商業的に入手可能な材料は、新たな銅表面を保護し、OSP作用剤としての役割をするのに使用できる。
【００３６】
本願で説明されている発明の更なる例示的な実施形態において、前記説明された作業は、表面処理要素を生成する。一般的に、多層構造は表面処理要素を含む。このような表面処理要素は、反応(Ｉ)からの生成物、及びその上に蒸着された電気伝導性金属層を含む。このような要素は、好ましくは亜鉛層、亜鉛上に銅又はニッケルのような電気伝導性材料である不動態化層及び銅又はニッケル層上の銀層を含む。
【００３７】
更なる例示的な実施形態において、パターン化されたアルミニウムでシートアセンブリーを作る方法が説明されており、上記方法は、初めに基板を提供する段階を含む。次に、接着剤が所望のパターンやデザインで基板に塗布される。その後、アルミ箔または他の薄層は基板に積層され、パターン化された接着剤層に接着される。次に、相応する穿孔またはカットパターンが、接着剤を上層とする箔パターン及び残存する箔層の一部もしくはマトリックスを生成するようにできればレーザーを使用してアルミ箔層内に形成される。マトリックス、すなわち、任意の下層の接着剤がない領域は、箔パターンから除去される。その後、前記で説明した表面処理層は、パターン化されたアルミ箔上で実施される。
【００３８】
レーザーアブレーションによる酸化物層の除去
図8のフローチャートに例示された本発明の他の形態によると、パターン化されたアルミ箔積層部のうち選択された領域のみ加工される。従って、酸化物は、アルミニウムの他の非選択領域上に残存し得る。図8に図示された好ましい実施形態の工程を参照すると、工程は810で始まる。作業820で、パターン化されたアルミ箔が提供される。作業830で、アルミ箔を囲む不活性ガスが提供される。その後、一つ以上の酸化物層が作業840でアルミ箔から除去される。好ましくは、酸化物層はレーザーアブレーションにより除去される。その後、一つ以上の新たなアルミニウム領域は、アルミ箔上に選択的に形成される。その後、作業850で、層間誘電体(ILD)は、例えばアルミ箔上にプリントなどにより選択的に積層される。ILDの付加的な詳細が本願に提供されている。作業860で、不動態化層は新たなアルミニウム領域上に積層される。不動態化層は、その上に銅メッキ又はニッケルメッキを施すことによって、好ましく提供される。作業870で、銀層は銅又はニッケル層上に蒸着される。ブロック880は、工程800の終了を示す。
【００３９】
本発明の一態様において、電気的接続が行われる領域のみが酸化物除去の作業が施される。図7Aは、好ましい実施形態のシートアセンブリー700を概略的に例示する。好ましいシートアセンブリーは、アルミニウム層701、電極702のグリッドを有するアルミニウム積層部である。アルミニウム酸化物は、電極が形成される位置でのみ除去される。好ましくは、酸化物は、レーザーアブレーションにより除去される。レーザーアブレーション工程は、好ましくは無酸素状態で実施される。
【００４０】
図7Bは、図7Aに図示されたアルミニウム積層部のようなシートアセンブリーを製造するための好ましい実施形態のシステムの概略図である。システムは、アルミニウム積層部700のロールのような供給部を含む。シート材料は、レーザーアブレーション機構710近傍に位置する。レーザーは、電極702が形成される領域内でのように、積層部のうち一つ以上の選択領域内で酸化物を除去する。レーザーアブレーション工程は、好ましくはチャンバー720内で、及び一つ以上の不活性ガス721の雰囲気で実施される。そして、所望の領域内での酸化物の除去後、新たに露出したアルミニウムは不動態化層を蒸着することによって、及び好ましくはアルミニウムの再酸化を防止するために槽730内でメッキすることによって、又は銅やニッケルのような金属をプリンティングすることによって、保護または不動態化される。このような極薄金属層は、アルミニウムより遅い速度で酸化し、新たに露出したアルミニウム表面に対して良好な接着性を示す。薄金属層の蒸着後、銀層は薄金属層の露出した表面を酸化から防止するために、薄金属層上に選択的に蒸着される。また、銀層の蒸着は改善された耐酸化性、電気的特性及びシリコンセルパッドを下層アルミニウム電極に連結するのに使用される連続的に積層される電気伝導性ペーストのような他の要素及び/又は材料に対して互換性を提供する。
【００４１】
より具体的には、レーザーアブレーションの後、多様な工程がアルミニウムのアブレーション領域を処理するために特定される。一つの作業は、銅又はニッケルが不動態化層を形成するようにアブレーション領域内のアルミニウム表面上にメッキされるメッキ作業を含む。メッキは、アルミニウムのレーザーアブレーション領域の再酸化の可能性を防止するか、少なくとも著しく減少させる。その後、このような領域はその伝導性を低下させず、アルミニウムを完全に不動態化するために、銀浸漬または電気メッキすることによって、銀メッキされる。好ましい方法で、アブレーション領域は銅又はニッケルがそのような領域内のアルミニウム表面上にメッキされるメッキ作業が施される。その後、銅又はニッケルでメッキされた領域は、銀ナノ粒子インクを含み、その後、選択的にインクの乾燥と焼結が行われる薄銀層を受け入れる。好ましくは、銀ナノ粒子インクの薄層は、プリンティングにより蒸着される。多様なナノ粒子が純粋金属、金属酸化物、強磁性体、常磁性体粒子のような材料で製造することができる。インクジェットプリント可能な伝導性ナノ粒子インクの場合に、固形分の含量はプリントヘッド内での安定的な噴射のための流動学的要求条件を満たすために20〜50wt％である。一般的に10〜100nm間での粒子サイズの減少は、金属粒子の焼結温度を顕著に減少させ得る。金属ナノ粒子の焼結温度は、約100℃の温度にのみ耐えることができる紙またはポリマーフィルムのような基板上にプリント可能なバルク金属の溶融点よりもかなり低い。
【００４２】
銀ナノ粒子を含む好ましい組成は、水性媒体内に銀ナノ粒子を分散させることによって備えられる。相対的に少ない量の添加剤で粒子を安定化させることが当面の課題である。高比率の乳化剤は、プリントされた電子装置の伝導性をかなり減少させる。好ましいナノ粒子は、Cabot(マサチューセッツ州ボストン)、Methode(イリノイ州シカゴ)等から商業的に入手可能である。このような銀ナノ粒子は、そのポリマーフィルムベーキングの軟化温度以上の温度、即ち100℃以上に焼結する必要がなく、充分な電気伝導性を提供する。他の望ましい方法において、銅又はニッケルが同一の不活性ガスチャンバー内でのレーザーアブレーションの段階後、直ぐにアルミニウム表面上にメッキされる代わりにプリントされる。銅又はニッケルが好ましいが、電気伝導性材料の粒子を含む他のプリント組成が使用できるということを理解されたい。一般的に、キャリア内またはマトリックス内に分散された一つ以上の電気伝導性材料の粒子を含む任意のプリント組成が使用できる。しかし、本願で説明された通り、銅、ニッケル及びそのような組み合わせは電気伝導性材料に対して好ましい。好ましくは、銅又はニッケルはプリンティングに適した組成で分散された小さな粒子の形態を有する。好ましくは、銅又はニッケル粒子はナノ粒子である。銅又はニッケル粒子及び好ましくはナノ粒子のプリント並びにその乾燥/焼結は、無酸素状態及びレーザーアブレーションチャンバー内で使用される同じタイプの不活性ガス内で実施される。無酸素の環境は本願でより詳しく叙述される。銅とニッケルのナノ粒子は、Applied Nanotech社(テキサス州オースティン)のような供給者から入手可能である。次いで、プリントされた領域は銀ナノ粒子インクを使用して選択的な薄銀層を受け入れ、その後、このようなインクの選択的な乾燥/焼結が行われる。銀ナノ粒子インクはプリントすることによって、銅又はニッケルのプリントされた領域上に好ましく蒸着される。
【００４３】
本願で使用された「ナノ粒子」という用語は、非常に小さな直径または外部スパンを有する粒子を称する。「外部スパン」という用語は、粒子の最大寸法を称する。一般に、ナノ粒子は約0.1nm〜約1000nm、好ましくは約1nm〜約100nmの範囲の直径またはスパンを有する。
【００４４】
付加的な態様
パターン化された電気電極または回路を形成するための好ましいアルミニウム合金または箔、レーザーアブレーション工程、アルミニウムのアブレーション及び/または新たに露出した領域上に、銅又はニッケルの蒸着及び選択的な銀蒸着作業に関する好ましい態様及び多様な詳細は次の通りである。
【００４５】
50μｍ〜200μｍの厚さを有するPETまたはBOPP箔上に積層されたアルミニウム合金箔または薄層は、多様な特性を示すはずである。アルミニウム合金は電気的短絡、例えばアーク放電及び温度増加に起因する条件に耐え、高温の条件下で熱膨張および収縮に耐え、相対的に高い電気伝導性を示すはずである。このような特性を示す好ましいアルミニウム合金は、少なくとも99.5％のアルミニウムを含む。
【００４６】
次の表1は、アルミニウム合金が箔状で利用可能な場合の好ましい実施形態について使用され得る好ましいアルミニウム合金のリストである。最も好ましい伝導性は、純粋アルミニウムで獲得することができる。従って、本願で説明された実施形態のために箔状で利用可能であり、相対的に高い電気伝導性を示すアルミニウム材料が好ましい。
【００４７】
【表１】
2014510408.tif 000004
【００４８】
アブレーションのために使用されるレーザーの好ましい態様に関しては、天然アルミニウム酸化物が相応する発光波長を用いて好ましいレーザーと相互作用するのに一般的に良好な材料である。改良及び/または酸化物の除去のために使用される好ましいレーザーは1064nm、その振動数が1/2バージョンである532nmのNd：YAGレーザー及び10.6nmのCO2レーザーである。言及された発光波長は、単に代表的なものであるということを理解されたい。本発明の方法は、他の放出を生成するために、他のレーザー及びレーザー作業を使用することができる。選択されたレーザービームは、要求されるような数ミリメートルまでのより大きなサイズのスポットをアブレーションするか、そうでなければ、除去するだけでなく、酸化物表面上のスポットを均質的にアブレーションするようにホモジナイザーを好ましく含む。
【００４９】
好結果は、10nsのパルス幅と200mJ/パルスの最大エネルギー出力を有するカリフォルニア州アーバインのSpectra Physics社によるQuanta-Ray INDI商標で商業的に入手可能なレーザーを使用することによって獲得できる。モノスポットアブレーションの場合、使用されるレーザーフルエンスは、約1J/cm2から10J/cm2の間である。
【００５０】
レーザーアブレーションのための時間間隔は、レーザー、光学、アルミ箔の距離、放射線が伝達される環境及びレーザーパルスの正確なフルエンスの適切な選択に基づく。
【００５１】
レーザーアブレーション作業は、好ましくは窒素などの不活性ガスを含むチャンバー内で発生する。この工程は、無酸素状態で行われる。アルミニウムは、数秒内で素早く再酸化される。従って、薄酸化物が約2nm/秒〜約10nm/秒の厚さ成長率で空気雰囲気の室温において新たに露出したアルミニウム表面上で形成される。最終的な薄酸化物層は、殆ど天然アルミニウム酸化物として存在する。形成される酸化物に対する特定の圧力や温度の要求条件はない。アブレーションは、窒素または不活性ガス、例えば、ヘリウム、ネオン、アルゴン及びその組み合わせなどの他の不活性ガス内で周囲の条件の温度と圧力により実施され得る。窒素は、大多数の他の不活性ガスよりも使用性がよく、安価である。従って、窒素は一般的にこのような工程のために好ましい不活性ガスである。
【００５２】
レーザーアブレーションの後、アルミ箔の材料は裸のアルミニウム表面を不動態化するように蒸着、即ち、メッキまたはプリント作業が施される。金属は、その耐酸化性、高伝導性のために、また、銀粒子を含む伝導性接着剤との接触のためにも銀が選択される。結合される金属を選択するための、直流電気的に相互作用する最小の性質を有する金属を特定するための、及び/又は予想される相互作用を減少させるために積層される保護部の必要または程度を示すためのガイドとして、カルバニックシリーズが有用である。一般的に、材料がカルバニックシリーズから遠のくほど、防止されるべきガルバニック腐食のリスクが増加する。逆に、一つの金属と他の金属のシリーズが遠のくほど、腐食に対する可能性はより増加する。白金、金及び銀のような貴金属は、表のカソード側にある反面、アルミニウムはシリーズ内のアノード金属(貴金属ではない)側にある。銀をアルミニウムと結合することは好ましくない。このような理由で、電解リストの中間にあるアルミニウムより低い酸化率を有する金属または複数の金属を蒸着させることが好ましい。このような金属の例には、銅とニッケルを含む。アルミウェブまたはシートは、銅又はニッケルメッキ槽で浸漬され得る。銅を蒸着させるために、好ましい槽は硫酸銅及び硫酸を含む。より円滑で良好な銅の蒸着のためには、ポリエチレングリコール(PEG) 及びスルホプロピルジスルフィド(SPS)が伝達される槽に添加され得る。
【００５３】
新たに露出したレーザーアブレーションアルミニウムの表面上にニッケルを蒸着することが好ましい適用例において、一般的にニッケル電気メッキのために使用されるワット浴が好ましい。ワットニッケルメッキ浴は、光沢及び半光沢ニッケルを蒸着することができる。「電気メッキ」及び「メッキ」という用語は、周期的に本願で使用されているが、蒸着工程、特に液槽を使用する工程は好ましくは無電解であることを理解されたい。しかし、本発明は、電極基盤のメッキまたは材料蒸着工程を含む。表2は、ワット浴のための一般的な製剤を要約したものである。光沢ニッケルは、一般的に装飾目的且つ腐食防止に使用される。半光沢の蒸着は、高光沢が要求されない工学用ニッケルのために使用される。
【００５４】
【表２】
2014510408.tif 000005
【００５５】
硫酸ニッケルは、商業的に純粋な形で利用可能であり、相対的に安価で、溶液内でのニッケルイオンの主要な供給源である。
【００５６】
塩化ニッケルは、主に伝導性及びコーティング厚の分布の均一性を増加させる役割をする。過剰量の塩化物は、蒸着の内部応力により腐食性を増加させる。内部応力は、蒸着工程及び/または水素、硫黄及び他の元素のような不純物の共蒸着の結果として蒸着部内部に生成される力を称する。内部応力は、引張り(収縮)または圧縮(膨張)であり、過度に高い場合、メッキに問題を発生させ得る。
【００５７】
ホウ酸は、緩衝目的のためにニッケルメッキ溶液内で使用される。ホウ酸の濃度は、蒸着部の外観に影響を与え得る。ニッケルメッキ溶液のために特別に製剤された湿潤剤または界面活性剤が点食を制御するように添加され得る。その機能は、空気及び水素気泡がメッキされる表面に付かないようにメッキ溶液の表面引張力を下げることである。
【００５８】
好ましいワット浴と工程条件が次の表3に示される。
【００５９】
【表３】
2014510408.tif 000006
【００６０】
メッキ作業中、槽内の1つ以上の金属(銅又はニッケルなど)は、レーザアブレーション又は他の酸化物除去作業を経たアルミ箔の領域内に新たに露出したアルミニウム上に蒸着される。
【００６１】
メッキによる銀の蒸着は、銅又はニッケルが蒸着された層の上に直ちに実行されるか、または後で又は他の設備で行われ得る。銀メッキの方法は、任意のタイプの無電解メッキ、即ち、銀浸漬法であってもよく、又はより早い加工のために電気メッキにより行われてもよい。銀浸漬法のために使用される化学物質は、主として銀窒化物系であり、電気メッキのために、例えば、Technic社のTechnisol Ag(RTU)のような銀電解質であり得る。電気メッキ工程において、アルミニウムの非アブレーション領域上には、蒸着されたメッキ金属に若干のスポットが存在し得る。しかし、このような領域内の、即ち、酸化物層上のメッキ金属は接着性が低く、蒸着後に簡単にクリーニングされるか又は除去できる。殆どの場合、アルミニウムの非アブレーション領域上には、メッキ金属の蒸着部が存在しない。このような観点で、PV-CSBのような任意の適用例において、伝導性ペーストを通じたシリコンセルパッドの連続的な連結のために、直径が数ミリメートルのような非常に小さな表面領域のみがメッキされる必要がある。アブレーション領域のアルミ箔の外表面上におけるアルミニウム酸化物は、無電解メッキで他の金属の付着も防止して、銅又はニッケル粒子がアブレーション領域を除くアルミ箔の表面に付着しない。
【００６２】
アセンブリー
本願に開示された装置及び方法は、実施例及び図面を参照して詳細に説明される。具体的に特定しない限り、図面の図面符号は、図面全体にわたって同一、類似又は相応する要素に対する参照を表す。開示され説明された実施例、配置、構成、コンポーネント、要素、装置、方法、材料等に対する変更が可能であり、特定の適用例に対して好ましいということを理解されたい。本開示において、任意の同じ特定形状、材料、技術、配置等は、提示された特定の実施例に関連するか、又はそのような形状、材料、技術、配置等の一般的な説明であるだけである。同一の具体的な詳細又は特定の実施例は、そのように特定して示さない限り、義務的又は制限的に解釈されるように意図されたのではなく、そのように解釈されてもならない。選択された実施例の装置及び方法は、図1〜図5を参照して以下に開示され詳細に説明される。
【００６３】
これから、基板110の上部表面上に提供されたパターン化されたアルミニウム層120を含むアセンブリー100を例示する図1を参照する。アルミニウム伝導性要素126、128は、アルミニウム伝導性要素のない領域112により分離される。回路網を形成するように使用されるとき、アルミニウム伝導性要素126は、一つの端子(正又は負の端子)と回路網の他の部分を電気的に連結するように使用できる。また、アルミニウム伝導性要素128は、第2の端子を回路網の他の部分と電気的に連結するように使用できる。回路網の複数の領域又はコンポーネントは、アセンブリー100に直列又は並列に連結できる。アルミニウム層120のパターンは、特定の電気回路が所望のとおりに提供されるよう、任意のパターンになり得るが、図1に図示されたとおり、必ずしも同一である必要はない。
【００６４】
図2A及び図2Bは、パターン化されたアルミニウム伝導性要素を有する好ましい実施形態のシートアセンブリーの例示的な断面図である。このようなシートアセンブリー200は、キャリア基板200、積層接着剤層230、アルミニウム要素226、228を有するパターン化されたアルミニウム導電層220、不動態化層222、銀(Ag)層224及び誘電体層240を含む。パターン化されたアルミニウム導電層220は、上記で説明されたパターン化されたアルミニウム層120に相応する。図2Aにおいて、表面処理層222及び銀層224は、アルミニウム層220上に配置され、アルミニウム層220と同一の大きさを有する。誘電体層240は、個別の位置で銀の表面をカバーするように銀層224上に蒸着される。誘電体層240によってカバーされない領域260は、電極である。代案として、図2Bにおいて、誘電体層240は、個別の位置でアルミニウム表面をカバーするようにアルミニウム層220上に蒸着される。不動態化層222及び銀層224は、電極260を形成するために如何なる誘電体材料もない位置でアルミニウム層上に配置される。
【００６５】
キャリア基板210は、機械的強度及びシートアセンブリーの保護部を提供する。基板材料の例は、ポリエステルフィルム、ポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリイミドフィルム、PEN、またはカード用紙、ボンド紙等のような紙材を含むが、これに限らない。接着剤層230は、アルミニウム導電層220をキャリア基板210と結合させる。接着剤層は、エポキシ系の硬化接着剤のような構造用接着剤、あるいは、アクリル又はゴム系の感圧性接着剤のような感圧性接着剤である。アルミニウム導電層220は、該層220がRFIDチップ、RFIDタグ用RFIDストラップ又は光電池モジュール用結晶質シリコン(c-Si)セルのような電子モジュールの他の部分と整列もしくは統合されるとき、完全な回路を形成するよう、パターン化されるのが好ましい。
【００６６】
アルミニウムは、一般に、空気に露出する時酸化するため、表面処理はアルミニウム表面を保護し、そのような層又はコンポーネントの電気伝導性を維持するよう行われることが好ましい。不動態化層222は、そのような表面処理の結果である。表面処理層222は、多様な材料を含み得る。表面処理層は、亜鉛酸塩溶液との浸漬又は接触による亜鉛を含むことができ、亜鉛は、反応(I)により説明されたように蒸着される。表面処理層は、本願において上記で説明されているように、銅又はニッケルを含み得る。一例は、ニッケル(Ni)又は銅(Cu)と組み合わせて亜鉛酸塩を使用することである。ニッケル又は銅層は、電解又は無電解メッキ工程を使用することで積層できる。また、ニッケル又は銅層は、本願で説明されているように、1つ以上のプリント技術により積層できる。このような電気伝導層のための一般的な厚さは、約10nm〜約300nmである。しかし、本発明は、このような値より薄い又は厚い層厚を含む。このような金属の層厚は、好ましくは約10nm〜約100nmの範囲である。厚い層は許容できるが、より経済的ではない。好ましい無電解ニッケルメッキ溶液は、MacDermid社から商業的に入手可能なNiklad752又はNiklad724を含む。
【００６７】
銀層224は、アルミニウム導電層220の電気的接触を向上させるために不動態化層222上に更に積層される。そのような目的のために使用できる銀材料の例は、MacDermid社からのHelios Silver IM 560である。銀層は、電解又は無電解メッキ工程を通じて積層できる。また、本願において上記で説明されているように、プリント技術は、ライバー層(liver layer)を形成するのに使用できる。好ましい工程は、無電解銀メッキであり、銀層は耐食性を提供するために約200nmの厚みを有する。
【００６８】
回路の他のコンポーネントとパターン化されたアルミニウム電極を有するシートアセンブリーの整列を通じて電気回路網を形成するとき、電気的短絡が発生しないように注意が必要である。そのような電気的短絡を防ぐために、誘電体材料は、誘電体層240を形成するためにアルミニウム層220上の個別の位置に蒸着されることが好ましい。このような層は、一般に、層間誘電体(ILD)として本願で称される。層間誘電体の代表的な材料は、UV硬化性誘電体インクを含む。層間誘電体材料の重要条件は、誘電体密着及び熱/寸法安定性のために、接着部を伝導性表面に結合することである。好ましくは、層間誘電体材料はインクの形態である。SunTronic Dielectric 680 (CFSN6052)のような一般的なILDインクは、イングランドのNorton Hill、Midsomer Norton Bath、BA3 4RTに位置するSunChemical社から商業的に入手可能である。好ましくは、層間誘電体材料は、スクリーンプリント工程により伝導体上に加えられる。その後、加えられた層間誘電体材料は、例えば、650mJ/m2強度のUV光に露出させることで、UV硬化段階を受ける。所望の目標の厚さは、該層がピンホール又は他の欠陥を有さないことを保障するように、約10から約30μｍであり、最も好ましくは約20μｍである。
【００６９】
パターン化されたアルミニウム導電層は、図3で図示したように、次の工程で作られる。段階310から始まって、基板層210(図2A及び図2B参照)が段階320において提供される。その後、接着剤層230(図2A及び図2B参照)が段階330において基板層上に蒸着される。接着剤は、フラッドコーティング、ロールコーティング、スクリーンプリント、デジタルプリント又は他のタイプのパターンプリント工程によりキャリア基板210に塗布され得る。その後、アルミ箔は、段階340において接着剤層を通じて基板層に積層できる。その後、アルミ箔は、段階350においてレーザカット工程を通じてパターン化できる。このような工程は、連続出願である米国特許第61/354,380、61/354,388及び 61/354,393に詳細に説明されており、その全体が参考として含まれる。箔をカットしパターン化する公知の他の方法も使用できる。その後、パターン化されたアルミニウム導電層は段階360において処理され、アルミニウム表面上にILD層の蒸着が行われる。処理段階のための一つの例示的な工程は、バックコンタクトとC-Siセルの電気的連結が行われた後、不動態化層の蒸着が行われる場合、所望のスポットで酸化物層をエッチング除去するためにレーザを使用することである。このような段階のための他の例示的な工程は、湿式化学エッチングを使用することである。湿式化学エッチング作業において、アルミニウム表面は、上記で言及したMacDermid社から入手可能なHelios AlAcid Etch 901を使用して初めてクリーニングされる。その後、表面処理層は、新たにクリーニングされたアルミニウム表面上に蒸着される。蒸着は、上記で言及したとおり、MacDermid社からのMetex 6811という商標で商業的に入手可能なシアン化物のない液体亜鉛酸塩溶液で湿式化学工程を通じて実施できる。新たに備えられたアルミニウム基板は、約10〜約60秒、好ましくは約30秒の間、備えられたMetex 6811溶液内に浸漬され、その後、基板は脱イオン化された(DI)水で洗浄される。その後、レーザアブレートされた表面又は亜鉛酸塩処理された表面は、約3分〜約20分間、約55℃〜約75℃、好ましくは約8分間、約65℃で、上記で言及したMacDermid社から入手可能なNiklad 752無電解ニッケルメッキ溶液内に浸漬される。処理された基板は、DI水で洗浄される。亜鉛及びニッケル処理された基板は、何れもMacDermid社から入手可能なHelios Silver IM 560 PreDip及びHelios Silver IM 560銀浴のような無電解銀メッキ溶液内に浸漬される。好ましい工程条件は、Predip溶液内で40℃で約20〜約45秒、好ましくは約30秒、及び銀浴溶液内において50℃で約60〜約180秒、好ましくは約90秒である。このような工程は、金属表面のみを選択的にメッキする。よって、層間誘電体材料層でカバーされない露出した金属表面のみが亜鉛、ニッケル及び銀でメッキされる。この工程は段階380において終了する。
【００７０】
他の例示的な工程において、層間誘電体材料層は、ダイカット又はレーザカットによるパターン形成工程後、アルミニウム表面上に蒸着される。その後、表面処理は、露出したアルミニウム表面上で、即ち、誘電体材料が存在しないところで行われる。
【００７１】
図2A及び図2Bに図示された好ましい実施形態のアセンブリー内の各層の厚さは次の通りである。キャリア基板の厚さは、約1mil〜約25milである。接着剤層の厚さは、約1μ〜約25μである。アルミ箔の厚さは、約10μ〜約200μであり得る。表面処理層の厚さは、約0.01μ〜約0.3μであり、好ましくは約0.01μ〜約0.1μであり得る。銀層の厚さは、約0.05μ〜約10μであり得る。誘電体材料の厚さは、約10μ〜約100μであり得る。
【００７２】
図4を参照すると、好ましい実施形態の光電池400の例示的な断面図を例示する。シートアセンブリーは、キャリア層410、接着剤層430、アルミニウム伝導性要素426、428を有するパターン化されたアルミニウム導電層420、パターン化されたアルミニウム導電層420上の表面処理層422、表面処理層422上の銀層424、c-Siセル460とシートアセンブリーを結合するように銀層424上に積層された等方性の伝導性ペースト(ICP)層450を含む。それぞれのc-Siセル460は、一つが正極で一つが負極である2つの端子470、472を有する。等方性の伝導性ペースト層450を通じて接触されるとき、c-Siセル460、端子470、472及びその上に銀を有するパターン化されたアルミニウム要素426、426は、完全な回路を形成する。誘電体層440は、パターン化されたアルミニウム伝導性要素の個別の位置上に蒸着される。このような特定例において、等方性の伝導性ペースト450は、電極領域上の2つの誘電体領域間に蒸着される。好ましくは、光電池は、保護性前カバー480及び後カバー490を含む。
【実施例】
【００７３】
いくつかの評価は、本願で説明された好ましい実施形態の多様な態様を更に調査するために実施された。
【００７４】
＜実施例1＞
好ましい実施形態のバックシートアセンブリーは、本願で説明されているように、PET基板、アルミ箔、及び該基板とアルミ箔層の間に蒸着された接着剤層を使用して形成された。PET基板の厚さは約5milであった。接着剤層の厚さは3μであった。また、アルミ箔の厚さは20μであった。アルミ箔は、5mmのストリップ単位で1mmにレーザカットされた。その後、アルミニウム導電層は、亜鉛酸塩溶液を使用することで、その上に亜鉛層を形成し、その後、多様なサンプルを形成するためにニッケル混合物を加えることで処理される。
【００７５】
＜実施例2＞
PETに積層された薄い箔状の銅は、S10という商標でToray社から得られた。試料はこのような材料から備えられ、比較例を構成した。
【００７６】
実施例1及び実施例2で形成された試料は、電気抵抗の測定を通じて安定性について試験された。試験の構成は、図5に概略的に例示されている。銀層544でコーティングされた銅から作られた2つの接触端子542を有するPET基板530は、等方性の伝導性ペースト550の使用を通じてキャリアシート510及び伝導性要素520を有する多様なサンプルと結合された。2つの銀接触部544間の電気抵抗は、周囲の条件で測定した。測定は結合後に行われ、試料は長時間85℃及び85％の湿度で熱化された。本発明の好ましい実施形態による試料は、25週間の試験期間全体で、安定的であり、銅の比較例に相当する。
【００７７】
＜実施例3＞
もう一つの評価において、一方の試料は湿式化学工程(アセンブリーA)を使用して備えられ、他方の試料は乾式レーザアブレーション(アセンブリーB)工程を使用して備えられた。アルミ箔(コントロールA)及び商業的に入手可能な銀コーティングされた銅ストラップ(コントロールB)は、基準コントロール試料として使用された。実施例2について、上記で説明されたように、また、図5に概略的に図示されているように、2つの接触部間の電気抵抗は、25週間の時間間隔以上でそれぞれの試料について測定した。この評価の結果は表4に示す。好ましい実施形態の方法によって作られたアセンブリーは、著しく低い電気抵抗、即ち、非処理のアルミ箔と比較されるように、より良好な電気伝導性を有することが明白である。各試料の電気抵抗は、商業的に入手可能な銀コーティングされた銅ストラップに相当する。また、アセンブリーは、25週間の試験期間全体にわたって安定的である。
【００７８】
【表４】
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【００７９】
多くの他の利点が、今後の適用例及び本技術分野の開発から確実に明白になるであろう。
【００８０】
伝導性連結部、接触部、特に光電池を形成するためのアセンブリー、コンポーネント及び工程に関する更なる詳細は、Bachrachによる米国特許第7,759,158号、及びGeeによる米国特許第5,468,652と第5,951,786号で提供されている。
【００８１】
本願で言及された全ての特許、公開出願及び公報は、その全体が本願で参考として含まれる。
【００８２】
本願で説明しているように、一実施形態の1以上の特徴又はコンポーネントは、他の実施形態の1以上の特徴又はコンポーネントと結合できるということが理解されよう。よって、本発明は、本願で説明された実施形態のコンポーネント又は特徴の、任意且つ全ての組み合わせを含む。
【００８３】
上記で説明されているとおり、本発明は従来タイプの装置に関する多くの問題を解決する。しかし、本発明の本質を説明するために本願で説明及び例示された詳細、材料及び部品の配置における多様な変更は、添付の請求項に記載の通り、本発明の原理及び範囲を外れ、当業者によって行われ得るということが理解される。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図３】
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【図６】
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【図８】
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【国際調査報告】
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