(57)【要約】  本発明は、太陽電池基板(1)を金属化して接合する方法、および金属化されかつ互いに電気的に接続された複数の太陽電池(20)で作製された光発電モジュール(100)に関する。本発明によれば、電気的な金属コンタクトを形成する第２の金属層(2a、2b)が取捨選択可能に設けられた太陽電池基板(1)は、自身の表面の上に少なくとも１つの第１の金属層(3)が適切なパターンに形成されたキャリア基板(4)に付けられる。太陽電池基板(1)またはキャリア基板(4)を通って金属層(2、3)にレーザ光(5、6)を局所的に照射することによってエネルギが伝えられ、太陽電池基板(1)の隣接した表面への不可逆ボンディングのために吸収されたレーザ光(4、5)が金属層(2、3)を加熱する。太陽電池基板(1)にキャリア基板(4)の上の金属層(3)をレーザボンディングすることによって、光発電モジュールを形成するために太陽電池を接合することができ、その場合には、もはや帯状金属を介して隣接した太陽電池を従来通りはんだ付けする必要はない。従って、太陽電池(20)の太陽電池基板(1)に接触するために、はんだ付け不可能で高コスト効率の、具体的には銀を含まない金属層(2a、2b)を使用することができる。【選択図】図１
2014519713.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の太陽電池（２０）を金属化して電気的に接続する方法であって、
複数の太陽電池基板（１）を準備し、
一方の表面の上に、自身に固定的に接合された少なくとも１つの第１の金属層（３）を担持するキャリア基板（４）を準備し、
それぞれの場合に太陽電池基板（１）の表面が前記キャリア基板（４）上の前記第１の金属層（３）に隣接した状態で、前記太陽電池基板（１）を配置し、
前記太陽電池基板（１）および前記キャリア基板（４）の少なくとも一方を通って前記第１の金属層（３）に向かう方向にレーザ光（５、６）が透過され、吸収されたレーザ光（５、６）による加熱によって前記第１の金属層（３）が隣接した前記太陽電池基板（１）に直接不可逆接合されるように、前記レーザ光（５、６）を前記金属層（３）に局所的に照射することによって、前記金属層（３）にエネルギを加える方法。
【請求項２】
前記太陽電池基板（１）の表面と隣接した前記第１の金属層（３）との間には、前記第１の金属層（３）の金属の液化温度よりも実質的に低い液化温度を持つ追加材料、特に導電性の追加材料は、介挿されない請求項１に記載の方法。
【請求項３】
少なくとも１つの太陽電池基板（１）の一方の表面には、前記太陽電池基板に固定的に接合される第２の金属層（２）が形成され、前記第１および第２の金属層（３、２）の少なくとも一方は、前記不可逆接合のために、レーザ光（５、６）の局所的照射によって加熱される請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記第１の金属層（３）と隣接した前記第２の金属層（２）との間には、前記第１および第２の金属層（３、２）の金属の液化温度よりも実質的に低い液化温度を持つ追加材料、特に導電性の追加材料は、介挿されない請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記第１および第２の金属層（３、２）は、同じ金属から成る請求項３または４に記載の方法。
【請求項６】
前記第１および第２の金属層（３、２）の少なくとも一方は、５０ｎｍから３００μｍまでの範囲の層厚さを持つ請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
前記レーザ光（５、６）の特性は、前記第１および第２の金属層（２、３）の少なくとも一方における前記レーザ光（５、６）の吸収に伴って、前記金属層（２、３）の局所的液化が一時的に生じるように選定される請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
前記レーザ光（５、６）の特性は、前記金属層（２、３）への照射時に、それぞれの前記太陽電池の効率を低減し得る前記太陽電池基板（１）の加熱損傷が生じないように選定される請求項１〜７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
前記金属層（２、３）は、パルスレーザを照射される請求項１〜８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
前記キャリア基板（４）は、非導電性材料から成る請求項１〜９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
前記キャリア基板（４）は、薄膜から成る請求項１〜１０のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
前記太陽電池基板と前記キャリア基板との間に、ポリマ材料の層が介挿される請求項１〜１１のいずれかに記載の方法。
【請求項１３】
液化温度が５００℃未満の導電性の追加材料は、介挿されない請求項２および４の内の１つに記載の方法。
【請求項１４】
金属化されて電気的に接続された複数の太陽電池（２０）の光発電モジュールであって、
複数の太陽電池（２０）と、
表面の上に、自身に固定的に接合された少なくとも１つの第１の金属層（３）を担持する単一のキャリア基板（４）と、を有し、
前記複数の太陽電池（２０）の各々は、前記キャリア基板（４）の前記第１の金属層（３）上に表面が被せられて配置され、
前記複数の太陽電池（２０）の各々は、前記金属層（３）に対して少なくとも局所的にかつ一体的に電気的に接続される光発電モジュール。
【請求項１５】
前記太陽電池（２０）と隣接した前記第１の金属層（３）との間には、前記第１の金属層（３）の金属の液化温度よりも実質的に低い液化温度を持つ追加材料、特に導電性の追加材料の層は、介挿されない請求項１４に記載の光発電モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
本発明は、複数の太陽電池を金属化して電気的に接続する方法に関する。さらに、本発明は、それに従って組み立てられた光発電モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
技術的背景
太陽電池用の基板は、例えば、太陽電池に電気的に接触できるように、特に、それぞれ異なる太陽電池に互いに電気的に接続できるように、それらの基板の表面の上がしばしば金属化されなければならない。太陽電池の金属化は、第１に、劣化の影響をできるだけ低く保つために機械的抵抗力を有するので、例えば３０年の太陽電池モジュールの通常の寿命にわたって例えば安定していなければならない。第２に、金属化によって、最小の可能な電気抵抗で太陽電池基板の良好な電気的接触が達成されなければならない。さらに、金属化は、産業規模で高信頼性かつ高経済性の状態で実行されなければならない。
【０００３】
光発電モジュールの生産のために、複数の太陽電池は、前工程で、通常、熱を用いて、標準的産業プロセスにおける帯状金属によって互いに接合され、モジュールが得られた。通常、太陽電池の間の帯状金属を介した直列または並列の電気的接触は、赤外線はんだ付けまたは従来のはんだ付けによって達成された。
【０００４】
はんだ付けプロセス中に、太陽電池の層接合におけるまたは複数の太陽電池を互いに接合するための金属化における熱応力によって、損傷または破壊が発生することがある。これは、特にウェハベースの太陽電池において重要であることがあり、その厚さは、コスト低減策として同じ効率で現在の約２００μｍから将来５０μｍ未満に低下するであろう。そのような薄い太陽電池では、ウェハの脆弱性のために、はんだ付け中の破損割合の増加が生じ、それによって、代替メタリゼーション法の開発が必要となることがある。
【０００５】
さらに、例えば、太陽電池の同じ表面の上に両方のコンタクトタイプを有する新たなセル設計によって、金属化後に電気的に接触および接続するための新たな損傷低減およびコスト効率改善方法が必要となることがある。
【０００６】
さらに、帯状金属を使用してはんだ付けされた太陽電池の相互接合は、極めて複雑な作業のために、および金属化に使用された材料のために、光発電モジュールの生産コストに実質的に影響することがある。個々の太陽電池を例えば帯状金属にはんだ付けすることができるように、太陽電池にははんだ付け可能なコンタクトを設けなければならない。このための標準として、産業用太陽電池は、一般的に、銀ベースのスクリーン印刷されたペーストを用いて金属化される。銀の材料価格の上昇が著しいために、太陽電池の金属化のための代替材料が求められている。しかしながら、これら自身がはんだ付け可能でない場合には、前工程で複雑かつ高コストではんだ付け可能なさらなる金属層を付ける必要があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
発明の要旨
従って、太陽電池を金属化して電気的に接続する方法、例えば、太陽電池を相互接合して光発電モジュールを得ると共に、特に、従来の金属化プロセスの上記の欠点を解消するかまたは低減することがある方法のニーズがあることがある。特に、太陽電池のための高信頼性の経済的なおよび／または産業規模で容易に達成可能なメタリゼーション法のニーズがあることがある。さらに、特に、その生産関連の構造のために高効率かつ低生産コストで信頼性が改善された光発電モジュールのニーズがあることがある。
【０００８】
そのようなニーズは、独立請求項に記載の方法および光発電モジュールでカバーされることが可能である。本発明の特徴的な実施形態は、従属請求項の中で定義される。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の形態によれば、複数の太陽電池を金属化して電気的に接続する方法が提案されている。その方法は、以下の方法ステップ、即ち、複数の太陽電池基板の準備ステップと、キャリア基板の一方の表面の上に固定的に接合された少なくとも１つの第１の金属層を担持するキャリア基板の準備ステップと、太陽電池基板の表面がキャリア基板の上の第１の金属層に隣接した状態に、それぞれの太陽電池基板を配置するステップと、太陽電池基板および／またはキャリア基板の少なくとも一方を通って金属層に向かう方向にレーザ光が透過され、吸収されたレーザ光による加熱のために第１の金属層が隣接した太陽電池基板に不可逆接合されるように、レーザ光の局所的照射によって金属層にエネルギを加えるステップと、を有する。
【００１０】
本発明のこの形態は、とりわけ以下の概念に基づくように思われることがある、即ち、太陽電池が金属化された後、太陽電池基板の表面が、金属層の上に配置され、それに機械的に接触させられ、次に、金属層が、強く局所的加熱されるようにレーザを使用して照射されることによって、電気的に接触されることがあることが分かった。従って、この方法で加熱された金属層は、太陽電池基板の表面にボンディングされることがある、即ち、太陽電池基板の表面に対する機械的に粘着性かつ電気的に導電性の不可逆接合が創出されることがある。接合が不可逆であるということは、接合に係わる構成要素の少なくとも１つを損傷せずにその接合を再び解放することができないというように表現されても良い。以下により詳細に記載されるであろうように、そのようなボンディングまたは接合では、レーザ溶接に対応する位置で金属層からの金属の一時的液化が生じることがある。以下により詳細に説明されるように、はんだ付け法とは対照的に、例えば液化温度が５００℃未満の低融点材料を追加する必要はない。レーザ溶接は、接合された構成要素の少なくとも一方、好ましくは両方が、それらの液化温度よりも高温まで加熱され、溶解の後工程の凝固後に互いに一体的に接合されることがある融接プロセスの一実施形態であっても良い。連結される構成要素が互いに接合して保持され、加圧可能な場所には一方の構成要素から他方に圧力が加えられると同時に、構成要素を加熱するのに必要なエネルギは、例えば摩擦溶接のように機械的圧力によって供給されることはないが、レーザ光によって与えられても良い。あるいは、ボンディングプロセス用のレーザ光は、金属層および太陽電池基板の表面を互いに焼結させる、または金属層および太陽電池基板の表面の間に液体共融相を形成させるように適応していても良い。レーザ光は、太陽電池基板を通っておよび／またはキャリア基板を通って放射状に広がるように照射されても良く、その場合には、使用されるレーザ光の特性は、それぞれの基板の材料がレーザ光に対してほとんど透明なので、レーザ光の実質的な吸収が金属層だけで生じるように選定されるべきである。
【００１１】
提案されたメタリゼーション法は、太陽電池基板に高信頼性の経済的な、急速かつシンプルな金属化を実行させ、電気的に接触させるものである。
【００１２】
提案された金属化および接合方法の実施形態のさらなる可能な詳細および特徴は、以下に記載される。
【００１３】
設けられた太陽電池基板は、任意の半導体材料から成っても良い。メタリゼーション法によって、太陽電池基板の上の高い機械的応力が避けられるので、特に、薄いシリコンウェハを例えば２００μｍ未満、好ましくは１００μｍ未満の厚さで金属化するのに適している。
【００１４】
「太陽電池」および「太陽電池基板」という用語は、本書では同様に使用される。太陽電池基板は、特に、ｐｎ遷移部、誘電体層、および形成可能な場所に金属化の平坦な一部が予め形成されるような、部分的に処理された半導体基板であっても良い。太陽電池は、仕上げ処理が施されたユニットとして理解されるべきであり、光発電モジュールなどに一体化されても良い。
【００１５】
設けられたキャリア基板は、様々な材料から成っても良い。特に、非導電性、即ち絶縁材料のキャリア基板を形成するのが好ましいことがある。例えば、ガラス、フレキシブルポリマ、または他の非導電層は、キャリア基板に使用されても良い。キャリア基板は、薄膜から成るので、機械的にフレキシブルであることがあり、または、例えば、ガラス板の形態で設けられるので、機械的に強固であることがある。特に、例えば、光発電モジュールの生産の中で既に使用された材料をキャリア基板に使用する方が有利になることがある。具体的には、エチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）またはシリコーンで作製された薄膜は、キャリア基板に使用されても良い。
【００１６】
特に、複数の太陽電池基板が金属化され、単一のキャリア基板を用いて互いに電気的に接続されるように、キャリア基板は、２次元で形成されても良く、また、それに付けられる太陽電池基板よりも広い表面を有しても良い。
【００１７】
金属層は、キャリア基板の表面の上に設けられ、本書では第１の金属層と呼ばれる。この第１の金属層は、太陽電池基板に接触させられる前に、キャリア基板に付けられても良い。即ち、第１の金属層は、他のもの、特に金属層を介挿せずに、非金属のキャリア基板に直接隣接する位置にあっても良い。第１の金属層は、キャリア基板の上に堆積されるか、またはキャリア基板に固定的に接合されるように、即ち、損傷なしにキャリア基板から分離されることがないように、それに付けられても良い。あるいは、第１の金属層は、太陽電池基板の表面に金属層をボンディングする前には、キャリア基板の上に本当に確実に残るように、キャリア基板の上に堆積されるか、または接着によってキャリア基板に付けられても良いが、そのようなボンディングの後には、キャリア基板が金属層から分離されることが可能なように、太陽電池基板の表面に金属層をキャリア基板への接着よりも強く接着する。
【００１８】
原則として、キャリア基板は、表面全体の上が第１の金属層で覆われても良い。しかしながら、キャリア基板が単に局所的に例えばマスクを通った金属で覆われる場合、または、表面全体の上に最初に堆積された金属層の一部が局所的に除去される場合には、第１の金属層が複数の金属層領域のパターンとして構成されるのが好ましいことがある。例えば、まず、金属層が、キャリア基板の表面の大きなエリア一面に堆積されても良く、次に、第１の金属層のパターンを形成しかつ例えばレーザによって太陽電池基板にボンディングされる領域が、周囲の領域から分離されても良い。次に、周囲の領域は、金属層の領域がセル基板にボンディングされて付けられる前に除去されても良い。あるいは、周囲の領域も同様に、太陽電池基板の表面の上に残っても良く、その場合には、金属層の領域が太陽電池基板にボンディングされて付けられた後に、キャリア基板がボンディングされていない周囲の領域と共に再び互いに分離されても良く、その場合には、金属層のボンディングされた領域がキャリア基板から分離し、太陽電池基板の上に残る。
【００１９】
この場合、第１の金属層のパターンは、第１の金属層を使用して、例えばそれぞれ異なる太陽電池基板を金属化するだけでなく、第１の金属層を介してこれらも互いに電気的に接続するように適応していても良い。この場合、第１の金属層は、３０ｎｍから３００μｍまでの範囲、好ましくは１００ｎｍから１００μｍまでの範囲の層厚さを有しても良い。第１の金属層に使用された層厚さは、金属層を介して達成される電気抵抗に応じて選定されても良い。
【００２０】
原則として、あらゆる金属が、第１の金属層に使用されても良い。しかしながら、経済的な金属および／または低温で液化する金属を使用するのが好ましいことがある。例えば、金属は、例えば５００℃の温度、例えば５７０℃よりも高温の温度、従って、従来のはんだ付け法では溶解されることがない温度よりも本当に高い液相温度だが、例えば１６００℃の温度よりも低いので、レーザ光の照射によって比較的容易に溶解されることがある液相温度で使用されても良い。さらに、金属は、例えば従来の気相堆積法または印刷方法を用いて、キャリア基板に容易に付けられても良い。さらに、金属は、複数の太陽電池基板を接合するのに十分に高い導電率を有するべきである。第１の金属層用の金属は、はんだ付けできる必要はない。第１の金属層にはアルミニウムが有利であることが判明した。アルミニウムは、明らかにはんだ付けできないが、利用可能でありかつ経済的に処理されることがあり、既に以前からシリコン太陽電池基板の接触に特に適していることが判明していた。太陽電池生産のために好ましく、第１の金属層に使用されることがある他の金属は、他の中では、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）、およびパラジウム（Ｐｄ）である。
【００２１】
第１の金属層を備えたキャリア基板および金属化された太陽電池基板は、金属化プロセスの一環として、金属化された太陽電池基板の表面が、キャリア基板の第１の金属層に隣接した位置にある、即ち、それに機械的に接触しているかまたはそれにぴったりと隣接した位置に配置されるように互いに対向する。
【００２２】
次に、レーザビームは、さらに以下に記載されるように、太陽電池基板またはキャリア基板の上に誘導され、レーザ光は、太陽電池基板およびキャリア基板の間の境界に到着し、そこで第１の金属層または第２の金属層によって吸収され、第１の金属層が、レーザ光の吸収によって生じた加熱のために、隣接した太陽電池基板に直接不可逆ボンディングされる、即ち、第１の金属層が、太陽電池基板の半導体材料またはその上に設けられた第２の金属層の金属との接合を創出し、その場合その接合を損傷なしに再び分離することができない。そのような接合は、以下の部分では「ボンディング接合」とも呼ばれ、レーザ光による加熱および連結プロセスは、「ボンディング」とも呼ばれる。
【００２３】
レーザ光の特性、例えば、その波長、パワー密度、および照射可能なパルス幅は、レーザ光が透過された時に最初に通らなければならない太陽電池基板またはキャリア基板の材料の中では、レーザ光の実質的な吸収、即ち、例えば材料の強い加熱がないように選定されるべきである。特に、使用されるレーザ光の特性は、金属層への照射時に、仕上げ処理が施されて金属化された太陽電池の効率低下を引き起こすであろう太陽電池基板の加熱損傷が生じないように選定されても良い。パルス状のレーザの使用は、低損傷ボンディングには有利であることが判明した。
【００２４】
さらに、金属層の中でのレーザ光の吸収によって金属層の局所的液化が一時的に生じるように、レーザ光の特性を選定する方が有利になることがある。
【００２５】
特に、使用されるレーザ光の強度およびパルス幅は、金属層の中で、少なくとも一部の時間の間、金属層の溶解温度または液相温度よりも高温に、これを加熱するのに十分な量のレーザ光が吸収されるように選定されても良い。次に、金属層は、短時間局所的に液化し、後工程の凝固で、太陽電池基板または前工程でその上に堆積された第２の金属層の隣接した表面との機械的および電気的に高信頼性のボンディング接合を形成しても良い。
【００２６】
あるいは、レーザ光の特性は、溶解または液相温度を超えないが金属層が隣接した太陽電池基板の半導体材料との液体共融相を形成する共融温度を超えるまで、金属層が吸収によって加熱されるように選定されても良い。例えば、アルミニウムの溶解温度は、６６０℃であり、アルミニウムがシリコンとの液相を形成する５７７℃の共融温度には既に到達しているので、この特定の材料の組み合わせでは、レーザ光の吸収またはレーザビーム強度がより低くても十分であることがある。
【００２７】
さらなる代替策として、特定の材料の組み合わせの場合には、第１の金属層および太陽電池基板または太陽電池基板の上に堆積されたさらなる第２の金属層の間の原子の拡散によってボンディング接合が達成される焼結プロセスが単に生じるまで、レーザビームの吸収によって金属層を加熱すれば十分であることがある。
【００２８】
前工程でキャリア基板の上に堆積された第１の金属層が太陽電池基板にボンディングされ、この方法で電気的接続が創出されるレーザボンディング、特に、レーザ溶接またはレーザ焼結プロセスでは、第１の金属層が、隣接した太陽電池基板の表面に直接接触し、この材料との不可逆接合を創出することが規定されていても良い。
【００２９】
あるいは、既に述べたように、太陽電池基板の表面の上に第２の金属層が形成されても良い。この第２の金属層は、太陽電池基板の表面を全体的にまたは局所的に所定のパターンで覆っても良い。太陽電池では、例えば、太陽電池基板のベースまたはエミッタ領域に接触した領域に、局所的な金属化領域が設けられることが規定されている。このため、従来通り普通に、金属は、局所的に気相堆積されるかまたは印刷される。次に、ボンディングプロセスでは、レーザビームは、第１の金属層および／または第２の金属層の中で吸収され、これらの２つの金属層の少なくとも一方が不可逆接合のために十分に加熱されるように、太陽電池基板またはキャリア基板を通って誘導されても良い。
【００３０】
記載されたメタリゼーション法の重要かつ可能な特徴は、太陽電池基板の表面および隣接した第１の金属層の間の、または太陽電池基板の上に第２の金属層が設けられる場合には第１の金属層および隣接した第２の金属層の間のボンディングプロセスでは、第１の金属層または第１および第２の金属層の金属の液化温度よりも低い、好ましくは例えば５０℃超の差で実質的に低い液化温度、即ち溶解温度または液相温度を有する追加材料を介挿する必要はないということの中に見出されることがある。特に、追加の導電性材料を介挿する必要はない。さらに、太陽電池基板またはその上に設けられた第２の金属層が第１の金属層に不可逆連結される領域の中には、特に、例えばはんだ材料のような導電性材料が設けられる必要はない。言い換えれば、金属層の内の一方の中でのレーザ光の吸収によって高温になることが可能なので、例えば液化によって直接、即ち、従来のはんだ付けプロセスの中で必要とされたような低融点の追加材料を必要とせずに、太陽電池基板または隣接した第２の金属層の隣接した表面との材料接合によって一体的に、これを連結することができる。従って、複数の太陽電池基板の接合にとりわけ役立つことがある太陽電池基板および第１の金属層の間の電気的接続に係わる全ての材料は、高融点であっても良い、即ち、係わる全ての材料の液化温度は、例えば、５００℃よりも高温、好ましくは５７０℃よりも高温であっても良い。
【００３１】
第１の金属層がキャリア基板の上に設けられ、さらに、第２の金属層が太陽電池基板の上に設けられる場合には、これらの両方の金属層は、同じ材料から成っても良い。例えば、両方の金属層は、アルミニウムから成っても良い。従って、この場合に得られる利益は、例えばフラックス媒材によって分離されることがある酸化層が表面の上に急速に生ずるので、アルミニウムを従来通りはんだ付けしなくても良いが、本書で提案されたレーザボンディングプロセスによって、２つのアルミニウム層を機械的に接着し導電性を有するように接合することができるという事実に基づくものであっても良い。
【００３２】
本書の「金属」という用語は、広義に理解されるべきであり、純粋な金属および金属混合物の両方、合金、ならびにそれぞれ異なる金属層の積層体を含む。
【００３３】
本発明のさらなる形態によれば、金属化されかつ互いに電気的に相互接続された複数の太陽電池で作製された光発電モジュールが提案されている。光発電モジュールは、複数の太陽電池および単一のキャリア基板を有する。キャリア基板の表面には、キャリア基板に固定的に接合された第１の金属層が設けられる。太陽電池のそれぞれは、キャリア基板の金属層の上に表面を載せて配置され、金属層に対して少なくとも局所的にかつ一体的に、電気的に接続される。
【００３４】
そのような光発電モジュールは、上記のメタリゼーション法を使用して、有利に生産されることがある。
【００３５】
「局所的にかつ一体的に接合される」という句は、キャリア基板の上に設けられ、好ましくは非金属のキャリア基板に直接隣接した位置にある金属層が、太陽電池の半導体基板の表面に、または前工程でそのような表面に付けられた金属接触層に、直接、即ち、例えば低融点の導電性のはんだ材料のようなさらなる追加材料を介挿せずに、材料接合によって接合されることを意味するように理解されても良い。上記のメタリゼーション法、および本発明の各実施形態に応じて対応する方法で生産されることがある光発電モジュールは、多くの特徴を有することができる。
【００３６】
その方法は、複数の太陽電池の金属化、電気的接触、および相互接続を事実上同時に、即ち単一の方法ステップで実行させる。従来はんだ付け用の帯状金属を使用して複数の太陽電池を互いに接合する時に必要であったように、それぞれの太陽電池を別々に金属化する代わりに、記載されたレーザボンディング法を使用して、複数の太陽電池を共通の処理ステップで金属化し、電気的接触によってこれらを互いに接続するために、前工程でその上に適切なパターンに堆積された第１の金属層を備えた平板状のキャリア基板が設けられても良い。従って、例えば、光発電モジュールの中への複数の太陽電池の接合のようなプロセスは、単純化されてコスト効率が改善されることがある。
【００３７】
金属化は、キャリア基板の表面全体の上またはその少なくとも大部分の上に実行されることが可能であり、その場合には、横方向の導電率がより良好になるので、太陽電池を金属化するための金属が節約されることがある。
【００３８】
レーザボンディング技術の使用によって、金属化されたキャリア基板を使用して、太陽電池を過度の熱負荷にさらさずに、太陽電池を金属化して接合することができるようになる。
【００３９】
さらに、レーザボンディング技術によって、複数の金属を直接接合できるようになり、その場合には、とりわけはんだ付け不可能な金属が、この方法で互いに電気的および機械的に接合されても良い。従って、太陽電池の金属化および接合に従来はんだ付け不可能なアルミニウムが使用されても良い。太陽電池基板または前工程でこの太陽電池基板の上に堆積された第２の金属層に対して、キャリア基板の上に設けられた第１の金属層を、追加の接着剤またははんだペーストなしに直接接合することができ、それによって、プロセスステップおよび加工材料の両方が節約されることがある。従来、太陽電池基板を金属化するのに使用された、太陽電池基板の上のはんだ付け可能な銀の被覆形成または他の同様の金属の被覆形成は、これらの金属のはんだ付けがもはや必要ないので省略されても良い。従って、実質的コストが節約されることがある。
【００４０】
レーザボンディング法が使用される場合には、太陽電池基板を金属化するのに単一タイプの金属でも十分なので、性質のそれぞれ異なる様々な金属の接触による腐食現象を回避することができる。
【００４１】
さらに、太陽電池基板を金属化するために、平板状の金属層を備えた平板状のキャリア基板が使用され、広い表面の上に配置された太陽電池基板に、金属層がボンディングされるので、太陽電池基板の上の局所的荷重は、低く保たれることがある。これは、特に、機械的に脆弱な非常に薄い太陽電池基板には有利である。
【００４２】
特に、光発電モジュールの中に太陽電池を封入する時に、レーザの照射によって第１の金属層の中に生成された穴は、これらの穴の中への積層材料の入り込みによる積層材料の接着の改良に寄与することがある。
【００４３】
本発明による方法の特定の実施形態では、太陽電池基板およびキャリア基板の間に、例えばエチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）またはシリコーンの薄膜のようなポリマ材料の層が介挿されることがある。その層は、太陽電池基板の中のあらゆる空洞を密閉するかまたは満たすのに役立つことがある。その層は、例えば、仕上げ処理が施された太陽電池の封入中に変形されても良く、および／または同様の封入材料の層と接触させられても良い。この方法では、例えば、封入された太陽電池モジュールに湿気が入り込み、空洞の中に溜まり、腐食を引き起こすことがほとんど回避されることがある。太陽電池基板の表面またはその上に設けられた第２の金属層に第１の金属層がボンディングされるべき領域では、ポリマ層は、例えば、レーザ照射中に局所的に切断されるかまたは局所的に除去されても良い。
【００４４】
キャリア基板の適切な選定によって、フレキシブルな構造が達成されても良い。従って、例えば、光発電モジュールは、多種多様な形状またはサポートに適応しても良い。
【００４５】
提案された金属化に、自立式の機械的に安定したキャリア基板が使用される場合には、例えば、薄いウェハをベースとした太陽電池に、光発電モジュールの生産における破損率を低減することがある機械的サポートがキャリア基板によって与えられても良い。
【００４６】
留意すべきことは、複数の太陽電池を金属化して電気的に接続する方法およびこの方法で生産された光発電モジュールに関して、本発明の実施形態、構成、および特徴は、本書に部分的に記載されているということである。しかしながら、当業者は、他の方法が特定されない限り、本発明の実施形態および構成の権利が、それぞれの他の特許性があるものに同様に及ぶことがあることに気付くであろう。特に、当業者は、各実施形態の構成が、任意の方法で組み合わせられても良いことを知るであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
図面の簡単な説明
代表的実施形態の以下の記載から、本発明のさらなる構成および特徴が当業者に明らかになるであろうが、その実施形態は、本発明を限定するものとして、および添付された図面に基づいて解釈されるべきではない。
【００４８】
【図１】図１は、本発明の一実施形態による金属化中の太陽電池の配置を示す。
【図２】図２は、本発明の一実施形態による金属化中の太陽電池の代替配置を示す。
【図３】図３は、本発明の一実施形態による金属化中の太陽電池のさらなる代替配置を示す。
【図４】図４は、所定のパターンで金属化されたキャリア基板の平面図を示す。
【図５】図５は、前工程で局所的に金属化された太陽電池基板の平面図である。
【図６】図６は、本発明の一実施形態による、金属化されかつキャリア基板を使用して互いに電気的に接続された太陽電池基板の平面図である。
【００４９】
図の中に示される詳細は、模式的に示されたものであり、実寸で示されたものではない。それぞれ異なる図の中の同じまたは対応する構成物には、同じ符号が付される。
【発明を実施するための形態】
【００５０】
好ましい実施形態の詳細な説明
図１は、金属化され、互いに電気的に接続され、光発電モジュール１００として形成された複数の太陽電池２０の配置を示す。示された実施例において、太陽電池２０は、太陽電池基板１の裏に両方のコンタクトタイプが配置されたウェハベースのシリコン太陽電池である。太陽電池のエミッタ領域は、第１のコンタクトタイプを形成するアルミニウム金属層２ａで覆われるのに対して、ベース領域は、第２のコンタクトタイプを形成するアルミニウム金属層２ｂで覆われる。
【００５１】
図５は、それぞれ異なるコンタクトタイプを形成する金属層２ａ、２ｂを備えた太陽電池基板１の平面図を示す。
【００５２】
明瞭性を高める理由で、例えば、それぞれ異なる不純物が添加されたエミッタおよびベース領域、表面不動態化層などのような太陽電池２０のさらなる詳細は、図の中には示されない。
【００５３】
金属化プロセスのための準備として、キャリア基板４も同様に、アルミニウムから成る金属層３で覆われる。図４に模式的に示されるように、金属層３は、キャリア基板４の表面全体の上を覆うものではないが、集合バスバー３ａおよび長手方向に接合するフィンガ３ｂを備えた特殊パターンとして形成される。キャリア基板４は、太陽電池を封入するために従来使用されているような、例えばＥＶＡで作製されたフレキシブルな薄膜であっても良い。あるいは、キャリア基板４は、剛性のあるガラスパネルであっても良い。金属層３は、例えば適切なマスクを用いた気相堆積技術を使用して、または印刷技術によって、キャリア基板４に付けられても良い。
【００５４】
太陽電池基板１を金属化し、さらに太陽電池２０を互いに接合するために、これらは、キャリア基板４の上に付けられる。太陽電池基板１は、それぞれ異なるコンタクトタイプを設けられた位置に形成した金属層２ａ、２ｂが、キャリア基板４の上に堆積された金属層３の対応する位置に形成されたパターンに隣接するように、キャリア基板４の上に配置される。
【００５５】
次に、レーザビーム６を使用して、キャリア基板４の金属層３が太陽電池基板１の金属層２ａ、２ｂに隣接する位置にある接合領域７が照射される。このため、例えば１０６４ｎｍ、５３２ｎｍ、または３５５ｎｍの波長域で放射する例えばパルス状のＮｄ−ＹＡＧレーザを使用することができる。数ナノ秒から数マイクロ秒までの範囲内のレーザパルス幅が適切であることが分かった。さらに、０．１Ｊ／ｃｍ２から１０ｋＪ／ｃｍ２まで、好ましくは０．５Ｊ／ｃｍ２から５ｋＪ／ｃｍ２までの範囲内のパワー密度によって、特徴的な金属化の結果が得られることが分かった。従って、使用されるレーザビームの特性は、レーザ光６がキャリア基板４を通って金属層３までほとんど邪魔されずに透過されるように、キャリア基板４の材料に適応している。
【００５６】
金属層３では、照射されたレーザ光のパワーの一部が吸収されるので、加熱を引き起こす。この時、層３の金属は、太陽電池基板１の上の金属層２ａ、２ｂに対する不可逆ボンディング接合が創出されるように、短時間強く加熱される。
【００５７】
このため、第１の金属層３の金属は、その液相において、材料接合によって太陽電池基板１の上の隣接した第２の金属層２ａ、２ｂに一体的に接合するように、例えばその融点を越えて加熱されても良い。この場合には、照射されたレーザ光６は、レーザ溶接の効果を有する。
【００５８】
あるいは、照射されたレーザ光６の特性は、第１の金属層３が強く加熱されないように選定されても良く、それによって、ボンディング接合は、太陽電池基板１の上の隣接した金属層２ａ、２ｂに第１の金属層３を互いに焼結させる形態によって創出されても良い。
【００５９】
図１に示されるように、キャリア基板４を通って透過されたレーザ光６は、例えば太陽電池基板１を通って透過された反対方向のレーザ光５によって補足されるかまたは置き換えられても良い。太陽電池基板１は、通常、キャリア基板４とは異なる吸収特性を有するので、この場合に使用されるレーザ光５の特性は、レーザ光５がほとんど太陽電池基板１を通って透過され、次に、その上に堆積された金属層２ａ、２ｂの中で吸収されることを確実にするように、それなりに適応しなければならない。
【００６０】
図６は、複数のセル２０の図１に示された配置の平面図を模式的に示す。図５に示されるように、それぞれ異なるコンタクトタイプの金属化部２ａ、２ｂが形成された太陽電池２０が、キャリア基板４の上に配置される。太陽電池２０は、金属層領域２ａ、２ｂが、図４に示されるようなキャリア基板４の対応する位置の金属化領域３ｂの上方に配置されるように位置が特定される。この場合、両方の金属層２、３は、アルミニウムから成る。多数の接合領域７では、上記のレーザボンディング法によって、太陽電池２０のそれぞれがキャリア基板４の上に設けられた金属層３に一体的に接合される位置にある接合ポイントが形成される。外部接合部８は、消費者に利用可能な太陽電池によって供給される電力を作るのに役立つ。
【００６１】
図２および３は、レーザボンディングを使用して、記載のメタリゼーション法で生産されることがある光発電モジュール１００の代替実施形態を示す。
【００６２】
図２は、太陽電池基板１の両側の対応する位置に配置されかつ金属化されたキャリア基板４を示す。例えば、対向した表面の上にそれぞれ異なるコンタクトタイプが形成された太陽電池２０が、２つのキャリア基板４の間に介挿されても良い。次に、太陽電池基板１の表および裏の金属層２は、レーザボンディングプロセスによるレーザ光６を使用して、キャリア基板４の上の金属層３に機械的かつ電気的に接合されても良い。太陽電池の直列接続のために、金属層３の間に、隣接した太陽電池に接触する内部金属接合部９が設けられても良い。このため、例えば、上側のキャリア基板４の上に設けられた金属層３は、２つの隣接した太陽電池２０の間の領域で、下側のキャリア基板４の上に設けられた金属層３に直接接合されても良い。
【００６３】
図３は、光発電モジュール１００のさらなる一実施形態を示す。図２の一実施形態のように、太陽電池２０は、両側でキャリア基板４に接触される。しかしながら、太陽電池基板１の裏には、金属層２に加えて誘電体層１０が設けられる。これは、例えば、太陽電池基板１の表面の不動態化に役立つことができる。あるいは、同様に、仕上げ処理が施された太陽電池の中のあらゆる空洞を満たすかまたは密閉することが可能なポリマ材料の層を、腐食損傷を防ぐために介挿することができる。
【００６４】
例えば厚さ約１００ｎｍの誘電体層１０がレーザボンディングプロセス中に入り込んでも良いこと、およびキャリア基板４の上の金属層３に太陽電池基板１の上の金属層２を電気的かつ機械的に接合しても良いことが分かった。
【００６５】
太陽電池基板１の上またはキャリア基板４の上の第１および第２の金属層２、３を形成する複数のそれぞれ異なる実施形態が可能であるということが指摘される。さらに、太陽電池基板１の上、例えば金属層２、金属層２の間、および太陽電池基板１などの上方のそれぞれ異なる位置、即ち、太陽電池基板１の様々な表面の上に誘電体層１０を設けることができる。これらの誘電体層１０は、太陽電池基板１の表面の不動態化に、または反射防止層として、または電気絶縁層として役立つことがあり、太陽電池基板１およびキャリア基板４の上の金属層３の間のレーザボンディングプロセスを邪魔しないであろう。
【００６６】
最後に、図の中に示された実施形態では、それぞれの場合に太陽電池基板１の上に予め金属層２が設けられ、次に、金属化プロセス中にキャリア基板４の上に設けられた金属層３がその層に一体的接合を形成できるということが指摘される。使用されるレーザボンディング法では、太陽電池基板１の上の金属層２にアルミニウムの使用が許容されるので、これは、産業利用のための好ましい一実施形態を構成することがある。
【００６７】
しかしながら、必ずしも太陽電池基板１の上に予め金属層２を設ける必要はない。実施形態（図示されない）では、キャリア基板４の上に設けられた金属層３は、レーザボンディングプロセス中に太陽電池基板１の半導体材料の表面に直接ボンディング接合を創出しても良い。金属層３のためにアルミニウムが使用される場合に、本書で特に特徴的であるのは、アルミニウムが、その溶解温度よりも低温、即ち、共融温度よりも高温であっても、太陽電池基板１のシリコンと液体共融相を形成することがあるので、より低い温度であっても、キャリア基板４の上に設けられた金属層３および太陽電池基板１の間に一体的な電気的接続が創出されることがあることである。
【００６８】
最後に、「含む」、「有する」などという用語がさらなる構成要素の存在を除外するものではないということが指摘される。さらに、「ａ」という不定冠詞は、複数の物体の存在を除外するものではない。クレームの中の符号は、単に読みやすくするのに役立つものであり、特許請求の範囲の保護範囲を限定するものではない。
【００６９】
符号のリスト
１  太陽電池基板
２  第２の金属層
３  第１の金属層
４  キャリア基板
５  レーザ光
６  レーザ光
７  接合領域
８  外部接合部
９  内部金属接合部
１０  誘電体層
２０  太陽電池
１００  光発電モジュール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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