(57)【要約】【課題】  ＴＦＰＶモジュール内にセルを構成し、一緒に配線する。【解決手段】  一態様によれば、モジュール内のセルは、既知のプロセス不均一性を補償するために、サイズが調節される。他の態様によれば、モジュールは、多数のより小さな直列接続されたサブモジュールに分割され、該サブモジュールは、次いで、並列に配線される。他の態様によれば、モジュール及び／又はサブモジュールは、非矩形形状であるのがよい。他の態様によれば、相互接続を形成するために、好ましくはリソグラフィとエッチプロセスを用いる。他の実施形態では、シェーディング或いは不均一性のための損傷の危険を最小にするための保護ダイオードを取り付けるために用いることができるフォトリソグラフィプロセスを用いてコンタクトパッドを形成する。【選択図】  図２
2010505282.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄膜太陽光電池モジュールであって：
基板と；
第一ノードと第二ノード間に直列接続された二つ以上の第一光電池セルを含む該基板上の第一領域と；
該第一ノードと第二ノードと異なる第三ノードと第四ノード間に直列接続された二つ以上の第一太陽光発電セルを含む該基板上の第二領域と；
を備える、前記モジュール。
【請求項２】
該第一領域と第二領域間に接続部を更に備え、ここで、該接続部が、該第一ノードを該第三ノードに接続し、該第二ノードを該第四ノードに接続する、請求項１に記載のモジュール。
【請求項３】
該第一領域が、該第二領域の第二面積と異なる第一面積を有し、ここで、該第一面積と第二面積が、製造プロセスによる不均一性を補償するように異なっている、請求項１に記載のモジュール。
【請求項４】
該第一領域と第二領域が、太陽光発電材料のスタックを備え、且つ、前記スタックが、少なくとも一つの金属コンダクタ層を含み、該モジュールが、該第一領域と第二領域の一つの該金属コンダクタ層の一部分をさらすコンタクトパッドを更に備える、請求項１に記載のモジュール。
【請求項５】
別々のそれぞれのノード間に直列接続された太陽光発電セルを有する少なくとも一つの追加の領域を更に備える、請求項１に記載のモジュール。
【請求項６】
該接続部と該領域が、該基板の同一表面上に製造される、請求項２に記載のモジュール。
【請求項７】
該第一ノードと第二ノードが、第一出力端子に接続され、該第三ノードと第四ノードが、別々の第二出力端子に接続される、請求項１に記載のモジュール。
【請求項８】
該第一領域が、非矩形形状を有する、請求項１に記載のモジュール。
【請求項９】
薄膜太陽光電池モジュールを構成する方法であって：
第一領域を、第一ノードと第二ノード間に直列接続された二つ以上の第一太陽光発電セルを含む該基板上に形成するステップと；
第二領域を、該第一ノードと第二ノードとは異なる第三ノードと第四ノード間に直列接続された二つ以上の第二太陽光発電セルを含む該基板上に形成するステップと；
を含む、前記方法。
【請求項１０】
該モジュール内の該第一領域と第二領域間に接続部を形成するステップを更に含み、ここで、該接続部が、該第一ノードを該第三ノードに接続し、該第二ノードを該第四ノードに接続する、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
該第一領域が、該第二領域の第二面積とは異なる第一面積を有し、該方法が、製造プロセスによる不均一性を補償するように、該第一面積と第二面積を調節するステップを更に含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
該第一領域と第二領域が、太陽光発電材料のスタックを備え、且つ、該スタックが、少なくとも一つの金属コンダクタ層を含み、該方法が、該第一領域と第二領域の該金属コンダクタ層の一部分をさらすことによって、コンタクトパッドを形成するステップを更に含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
該接続部を形成するステップが、該接続部を、該領域が形成される表面と反対の該基板の表面の上に製造するステップを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
該第一領域と第二領域の出力を検知するステップと；
不均一性による損失を減少させるために、該領域間の接続を動的に調節するステップを更に含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１５】
薄膜太陽光電池モジュールであって：
基板と；
第一セルと第二セル間で一緒に直列接続された複数の太陽光発電セルを含む該基板上の領域であって、該第一セルと第二セルが、更に、第一ノードと第二ノードに接続され、ここで、該セルが、該基板上の太陽光発電材料のスタックから形成され、且つ、該スタックが、少なくとも一つの金属コンダクタ層を含む、前記領域と；
該第一セルと第二セルと異なる第三セルの該金属コンダクタ層の一部分をさらすコンタクトパッドと；
該第一セルと第二セルと異なる第四セルの該金属コンダクタ層の一部分をさらす第二コンタクトパッドと；
該スタックの材料から形成された該コンタクトパッドと第二コンタクトパッドとの間に接続されたダイオードと；
を更に備える、前記モジュール。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本出願は、２００６年９月２９日に出願された、“薄膜太陽光電池モジュールのための改良された相互接続部”と題された、米国特許出願第１１／５３７,２８５号の優先権を主張し、この開示内容は本明細書に全体で援用されている。
【発明の分野】
【０００２】
本発明は、薄膜太陽光電池（ＴＦＰＶ）モジュールに用いられる相互接続を行うための方法に関し、より詳細には、ＴＦＰＶモジュールをサブモジュールに分割し、更に、それらを一緒に相互接続し更に／又は別々の出力に接続することができる、改良された相互接続技術に関する。
【発明の背景】
【０００３】
ＴＦＰＶモジュールは、シリコンウエハに基づくモジュールのような他のタイプの太陽光電池モジュールより潜在的なコストの優位性を与える。しかしながら、このようなモジュールは、より低い効率、より低い信頼性、システム設計のバランスとの不適合性を含む多数の欠点を持つ。その結果、潜在的なコストの優位性にもかかわらず、ＴＦＰＶモジュールは、シリコンモジュールの約９０％のマーケットシェアと比べて、ほんの約１０％のマーケットシェアしか享受していない。
【０００４】
従来の欠点を更に説明するために、ＴＦＰＶモジュールを形成し、構成する従来の方法を以下に記載する。薄膜材料層を広い基板、典型的にはガラスの表面上に堆積させる。このプロセス中、最も一般的にはレーザーを用いて、時には機械的スクライビングを用いて、規則的な間隔で一組のスクライブ線が作られる。スクライブと、それに続く堆積の組合せにより、直列接続された長い太陽光発電領域が形成される。
【０００５】
図１Ａに示されるように、次いで、数平方メートルの面積になり得る広いガラス基板を１０００×１３００ｍｍ程度であってもよい部分に切断し、モジュール１００を形成する。縁部からセル１０２を分離させるために、例えばレーザスクライビングを用いて、基板の周縁部付近で膜も表面から取り除く。各セルは、１０ｍｍ幅であるのがよく、モジュールの全長に続いているのがよい。最後に、端子１０４を、エンドセル１０２Ｌと１０２Ｒに接続する。
【０００６】
モジュール１００の電気的等価回路を図１Ｂに示す。各セル１０２は、定電流源１１２を有するダイオード１１０である。簡単にするために、このモジュールは、抵抗素子を無視している。図示するように、セルは、形成プロセス中、直列に接続される。ｎ番目のセルに生じる光電流は、ＩＬｎである。全てのセルが、全く同じ光電流を生じる場合には、モジュールは、この電流を出力端子で分配する。しかしながら、直列ストリング中のセルの一つが、より小さい電流を生じる場合には、その電流が、そのセルの電流を制限するであろう。直列接続のために、全体のモジュールの出力電流は、同様の量によって制限されるであろう。従って、例えば、一つのセルの１０％をシェーディングすることによって、これは、１００セルストライプがある場合には、モジュールの０.１％に相当するが、モジュール電流、従って、電力（電力＝電流×電圧なので）を１０％減じることができる。これは、シャドーイングのような様々な要因から生じる。例えば、一日の始まりと終わりで、物体が、モジュール上に不均一に落ちる長い影を落とし、或いは、日中、屋根の煙突が影を落とす。他の要因は、プロセス変化（例えば、堆積システムの不均一性）と時間とともに崩壊することを含む。プロセス変化について、広い領域よりも小さい領域で良好な均一性を達成するのがより容易であるので、典型的には、小さなモジュールは、より大きなモジュールよりもより高い効率を有し、小さいモジュールは、大きいモジュールよりも小さい電流制限を有することが良く知られている。
【０００７】
どのようにそれが生じても、この電流制限は、また、モジュールを損傷することがある。通常は、ＰＶセルは、フォワードバイアスで作動する。ストリングの一つのセルが、例えば、シェーディングのために電流が制限される場合には、そのセルは、短絡状態下でリバースバイアスとなる。過度のリバースバイアスは、そのセルを損傷することがある。このため、シリコンウエハを用いるモジュールは、内蔵の保護ダイオードを有する。しかしながら、レーザスクライビングを用いてこのようなダイオードのための端子を形成するのは容易ではないので、このようなダイオードを薄膜モジュール内に据え付けるのは困難である。ＴＦＰＶモジュールは、しばしば、漏出性であり、これは、セルをリバースバイアスする潜在的な損傷を幾分緩和する。
【０００８】
従来のＴＦＰＶモジュールの採用を妨げる他の問題は、実際問題として、セル間の相互接続領域のサイズ、形状、性質の制限があることである。レーザスクライビングは、エッジダメージを引き起こすので、センチメートルオーダーで、各セルの幅を比較的大きくして、損傷が比較的小さいセルストライプ領域を占めるようにすることが好ましい。より狭いセルを作ることは、また、より多くのスクライビング時間を要求し、コストが増大する。また、スクライビングは、切除プロセスであるので、長く、直線のカットを作るのは最も簡単であり、コンタクトパッド、下層をさらす領域、或いは複雑な二次元形状を有する領域を作るのは最も困難である。
【０００９】
従って、これらの及び他の従来の制限を克服する薄膜太陽光電池モジュールを構成し、配線するためのプロセスは、このようなタイプのモジュールの魅力を向上させることが理解されるであろう。
【発明の概要】
【００１０】
本発明は、ＴＦＰＶモジュール中のセルを構成し、一緒に配線することに関する。一態様によれば、モジュール内のセルは、既知のプロセス不均一性を補償するために、サイズが調節される。他の態様によれば、モジュールは、多数のより小さな直列接続されたサブモジュールに分割され、該サブモジュールは、次いで、並列に配線される。他の態様によれば、モジュール及び／又はサブモジュールは、非矩形形状であるのがよい。他の態様によれば、相互接続を形成するために、好ましくはリソグラフィおよびエッチプロセスを用いる。他の実施形態では、シェーディング或いは不均一性のための損傷の危険を最小にするための保護ダイオードを取り付けるために用いることができるフォトリソグラフィプロセスを用いてコンタクトパッドを形成する。他の実施形態では、保護ダイオードは、パターン形成の一部として含まれる。
【００１１】
本発明によるこれらの及び他の改良は、ＴＦＰＶモジュールに問題を起こす処理不均一性を補償し、且つ、シェーディングと不均一な崩壊の発生率を減じることができ、それによって、他の多数の利点の中で、短期効率と長期効率を増大させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
本発明のこれらの及び他の態様及び特徴は、添付図面とともに、本発明の特定の実施形態の以下の記載を参照したとき、当業者に明らかとなるであろう。
【図１Ａ】図１Ａは、ＴＦＰＶモジュールの従来の構成を示す図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、ＴＦＰＶモジュールの従来の構成を示す図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態により構成されたＴＦＰＶモジュールを示す図である。
【図３Ａ】図３Ａは、本発明の他の実施形態により構成されたＴＦＰＶモジュールを示す図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、本発明の他の実施形態により構成されたＴＦＰＶモジュールを示す図である。
【図４】図４は、本発明のある態様による新しい構成を達成するための、ＴＦＰＶモジュールを処理するための技術を示す図である。
【図５】図５は、本発明のある態様による保護ダイオードを有するＴＦＰＶモジュールを構成するための例示的な技術を示す図である。
【図６】図６は、本発明のある態様によるＴＦＰＶモジュールを配線する例示的な技術を示す図である。
【図７Ａ】図７Ａは、本発明のある態様による統合保護ダイオードを有するＴＦＰＶモジュールを構成するための例示的な技術を示す図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、本発明のある態様による集積保護ダイオードを有するＴＦＰＶモジュールを構成するための例示的な技術を示す図である。
【図８Ａ】図８Ａは、本発明の原理により可能となる非矩形モジュールの例を示す図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、本発明の原理により可能となる非矩形モジュールの例を示す図である。
【図面についての符号の説明】
【００１３】
図面に用いられる以下の符号のリストは、限定ではなく例示を意図するものであり、対応する記載は、先の記載で明示的に記載されたのでない限り、いかなる方法でも、明細書中に用いられる用語の明確な定義を与えることを意図するものではない。当業者は、本発明によって教示された後、図面の要素の様々な置換や変更を理解するであろう。
【好適実施形態の詳細な説明】
【００１４】
ここで、当業者が本発明を実施することができるように本発明の例示として提供する図面を参照して本発明を詳細に記載する。特に、以下の図面と実施例は、本発明の範囲を単一の実施形態に限定するものではなく、記載された或いは示された要素の幾つか或いは全てを置き換えることによって、他の実施形態が可能である。更に、本発明のある要素を、既知の構成要素を用いて部分的に或いは完全に実施することができる場合、このような既知の構成要素の、本発明の理解のために必要な部分のみ記載し、本発明を不明瞭にしないために、このような既知の構成要素の他の部分の詳細な記載は、省略する。本明細書では、ここで明示的に述べない限り、単一部品を示す実施形態は、限定的であると考えるべきではなく、本発明は、複数の同じ構成要素を含む他の実施形態を包含することを意図し、逆もまた同様である。更に、出願人は、明示的に記載しない限り、明細書或いは請求項のいかなる用語も一般的でない或いは特別な意味に帰することを意図しない。更に、本発明は、例示としてここに参照される既知の構成要素と、現在及び将来既知である均等物を包含する。
【００１５】
一つの概括的な態様では、本発明は、ＴＦＰＶモジュールを新しく且つ有益な方法で構成し更に／又は相互接続することによって、ＴＦＰＶモジュールの効率、柔軟性、コスト、信頼性における多くの利点を達成することができることを理解する。例えば、本発明は、より小さいモジュールは、より高いプロセス均一性により、典型的には、より効率的であることを理解する。他の例として、本発明は、不均一性のために、典型的に、Ｉｓｃ変化よりもより小さいＶｏｃがある。
【００１６】
他の概括的な態様によれば、本発明は、ＴＦＰＶモジュールを処理するためにフォトリソグラフィプロセスを用いることが、このようなモジュールでセルを構成し相互接続する独特の能力を与えることを確認する。リソグラフィは、マスクを通して全体の領域をさらすので、コストを追加することなしに、相互接続のいかなる密度も相互接続のいかなる形状をも作ることができる。縁部損傷が殆どなく、切断領域を小さく（数ミクロン対数十或いは数百ミクロン）することができるので、セルを比較的狭くすることができる。更に、リソグラフィで画成された領域のエッチングにより、例えば、コンタクト或いは相互接続部を作るために、下層をさらすことができる。同時係属中の共同所有された出願第１１／３９５,０８０号、同第１１／３９４,７２１号、同第１１／３９４,７２３号は、このようなフォトリソグラフィプロセスを用いてＴＦＰＶモジュールのセルを形成し、相互接続する例示的な実施を示しており、各出願の内容は本明細書に援用されている。本発明は、新しく且つ有益な方法でこれらのタイプのプロセスを活用することができる。
【００１７】
図２に示す本発明の第一例示的実施形態では、モジュール２００を、先行技術でされるように、直列接続される太陽光発電領域或いはセル２０２に分割する。しかしながら、先行技術とは異なり、全てのセルが同じ面積を有する場合、これらのセルの面積を、既知のプロセス変動を補償するために調節する。
【００１８】
例えば、ある場合には、数平方メートルの広い基板面積上で理想的な均一性を達成することが困難である。このような不均一性は、利用者が、より速い薄膜成長速度或いはより効率的な消耗品の使用を利用することができるならば、ある場合には望ましいことがある。最大出力点でのセル電流の効率、Ｉｍａｘは、モジュールを製造し、テストすることによって決定することができる。代わりに、小さなセルを、例えば、より大きなキャリア上に小さな基板を載置することによって、形成することがある。これらの小さなセルは、堆積システムの位置に関して、性能をマッピングするためにテストされることがある。一旦、Ｉｍａｘが特定の製造プロセスのためにマッピングされれば、モジュール内のセルの面積を調整して、この不均一性を補償することができる。
【００１９】
例えば、Ｉｍａｘが、モジュールエッジの２ｃｍ以内で１０％、４ｃｍのエッジ内で５％に減少され、この６ｃｍの合計エッジ領域の内側の１％以内で均一であることが決定されるとする。更に、中央“均一”領域の適度なセル２０２-ｃの幅が１ｃｍ（例示の簡単のために、図２では３つのみ示すが、より多くがあってもよい）であると仮定する。本発明の本実施形態によれば、各エッジの２つの最も外部のセル２０２ａ（例示の簡単のために、図２では各エッジに１つのみ示す）は、１.１ｃｍ幅を作るので、それらのＩｍａｘは、均一領域のセルと等しい。各エッジの次の２つの内側のセル２０２-ｂは、これらの５％の減少を補償するために１.０５ｃｍ幅になる（例示の簡単のために図２では各エッジに１つのみ示す）。従って、全てのセルの最大出力点での電流は、整合し、モジュールは、エッジ不均一性による最小限の性能劣化を受ける。
【００２０】
レーザスクライビング或いはエッチングプロセスと堆積プロセスを含む、ＴＦＰＶモジュールのセルを分割し、相互接続するいかなる従来の方法をも本実施形態で用いることができる。当業者は、どのように異なるサイズを決定するかについて本発明によって教示された後に、このような従来の方法をどのように変更して等しいセルサイズよりも異なるセルサイズを得ることができるか理解できるであろう。
【００２１】
ここで、本発明の他の実施形態を、図３Ａ及び図３Ｂと関連して記載する。本実施形態では、モジュールを、新しく且つ有益な方法で一緒に接続される、多数のサブモジュールに分割する。一例では、各サブモジュール内のセルを直列接続し、サブモジュールを並列接続する。領域は、電流よりも電圧が整合しやすいので、これにより、改善した性能を生じる。
【００２２】
本実施形態の一つの例示的な実施を図３Ａに示す。本実施例に示すように、モジュール３００は、１６のサブモジュール３０２に分割される。図３Ａに更に示すように、１６のサブモジュール３０２は、４つのサブモジュールの４つのセット３０６に各々配置される。当業者は、様々な数のサブモジュールに様々に分割することが可能であること、各セットは同数のサブモジュールを有する必要はないこと、また、セットの数とセット毎のサブモジュールの数は異なっていてもよいことを理解するであろう。更に、詳細には示さないが、ある実施形態では、上述のプロセスによって形成された各サブモジュールの面積及びセルは、等しい。他の実施形態では、サブモジュールの面積及び／又はその中のセルは、プロセス変動或いは他の要因を補償するために変化する。
【００２３】
一つのセット３０６の等価回路を図３Ｂに示す。図３Ｂに示すように、各サブモジュール３０２のセルは、直列接続され、各セット内の直列接続されたサブモジュール３０２は、並列接続される。図３Ｂに更に示すように、この構成では、各サブモジュール３０２は、従って、第一（例えば、出力）コモンノード３１０と第二（例えば、グランド）コモンノード３１２との間に接続される。その他のセット３０６のサブモジュール３０２は、図３Ｂに示すように、同様に構成し、接続することができることが明らかであろう。
【００２４】
図３Ａに戻ると、４つのセット３０６が一緒に並列接続される。本実施例では、これは、各セットの第一コモンノード３１０をコモン出力バス３２０に接続することによって、行われる。
【００２５】
サブモジュールの数は、２つ以上のいかなる数でもよいことに留意すべきである。しかしながら、建物一体型太陽光発電（ＢＩＰＶ）用途、或いはモジュールの密集領域に見られるように、特に、影がより長くなる一日の始まり及び終わりで、不均一性或いはモジュールの部分のシェーディングに対する感度を減じるので、大きい数（＞１０）が好ましい。
【００２６】
本発明の態様によれば、モジュール３００の全電流は、同じ全セル面積を有する分割されていないモジュールよりも高くなる。モジュール全体の全面積よりも面積がより小さい（例えば、１／１６）ので、各サブモジュール３０２は、全体のモジュール面積上で典型的に可能であるよりも、より均一となる。従って、各サブモジュール３０２の個々のセルの電流は、他のセルと実質的に異なる可能性は少なく、従って、サブモジュール内の電流制限の可能性を減じる。更に、プロセス欠陥或いは実質的なプロセス不均一性を呈するサブモジュール３０２は、他のサブモジュールの電流が作用しないように局在化する可能性が高い。最終結果は、モジュール３００の全電流は、所定の最適なプロセス均一性と関連した最適な電流に近くなりやすい。以下により詳細に述べるように、保護ダイオードの包含のような、本発明による最適な電流を維持するための付加的な技術を、用いることができる。
【００２７】
上述したように、セルの四つのコラム３０６が並列に配線され、これらの四つの出力は、コモンバス３２０によって並列に接続される。これにより、シェーディング、不均一性、或いは局所的劣化による損失を最小限にする好ましい構成である、セルの並列配線の利点が得られる。
【００２８】
本発明の他の態様によれば、モジュール出力電圧は、各サブモジュール内のセルの幅を４分の一に小さくすることによって（即ち、各サブモジュールのセルの数を４倍増やすことによって）、分割されていないモジュールと同じに維持することができる。例えば、６０ボルトの出力電圧を有する分割されていないモジュールは１ｃｍのセル幅を有するが、分割モジュール３００は、０.３３ｃｍ幅を有する各セルで製造される。好ましくは、これは、２０−３０μｍ程度の相互接続領域のための狭いライン幅を可能にする、援用された同時係属出願のリソグラフィ技術を用いて達成される。しかしながら、他の可能な実施形態は、幾つかの或いは全ての相互接続のために、レーザスクライビングを用いる。
【００２９】
本発明の概念は、セル領域を非矩形形状に形成することを含む。これは、例えば、建築要素として三角形のモジュールが望ましい建物一体型太陽光発電（ＢＩＰＶ）のような、一定の用途で望ましい。セルストライプ（cell stripes）は、一定の長さではなく、従って、電流整合されないので、三角形のモジュールは、従来のパターン形成では作るのが難しい。しかしながら、これらの概念により、長さと幅が変化するストライプの製造が可能となる。更に、リソグラフィの高空間分解能により、最も長いストライプを非常に細くできるので、より細いストライプを制限された幅にすることができ、それによって、セル表面の比較的高抵抗透明コンダクタを電流が流れるときに起こる電力損失を減じることができる。
【００３０】
図８Ａ及び図８Ｂの直角三角形の例に示すように、ストライプ８０２の幅は、線形で増加することができるので、各ストライプは、一定の面積である。これにより、電流整合が得られる。実施例を図８Ｂに示す、ある実施形態では、より大きい非矩形形状を作るために、多数の非矩形形状８０４が示される。より小さいサブモジュール８０４を用いることにより、ストライプの幅を実用的な数値に限定し、（セル技術によっては、１ｃｍ程度に）大きな非矩形形状の構造を可能にする。サブ面積８０４は、図３Ａに関連して示し、記載したモジュールに用いられるのと同様の方法を用いて、一緒に配線することができる。
【００３１】
同時係属出願第１１/３９４,７２３号に記載されるようなフォトリソグラフィ技術を用いてモジュールを構成する例示的な方法が、より詳細に図４に示す。図４に示すように、太陽光発電材料のスタック４０２が、例えば、３ｍｍ厚のガラスシートである基板４０４上に堆積される。同時係属出願に記載されるように、スタックは、ガラス基板４０４と接触する、不透明な金属電極、典型的にはモリブデン、に相当する０.１μｍの下層と、Ｍｏ層の上に、０.０７μｍのＣｄＳのバッファ層でキャップされたＣＩＧＳ材料の２μｍの層を含む（ＣＩＧＳ層或いはＣＩＧＳ＋ＣｄＳ層が、半導体層として好ましい）。最初のスタックは、更に、アルミニウムドープＺｎＯのような、頂部透明コンダクタ層を含むのがよく、或いはそれを後で加えてもよい。
【００３２】
太陽光発電スタック４０２を堆積した後、例えば、スプレー、ディップ、或いはロールオンプロセスを用いて、スタックをフォトレジスト層（図示せず）でコーティングする。厚さは、１〜１０μｍがよく、材料はＳｈｉｐｌｅｙ３６１２がよい。図４に更に示すように、マスク４１２は、スタック４０２の上方に、或いは接触して、約１０μｍぶらさがる。マスク４１２は、フォトレジストをさらすことができる、垂直（図の方向に関して）なライン４２０（例えば、設計によっては、３０μｍ幅、約０.３３〜１ｃｍ離れた）を含む。以下に、且つ、同時係属出願でより詳細に説明するように、これらのライン４１０は、モジュールの個々のセルを分離する。しかしながら、同時係属出願と異なり、マスク４１２は、サブモジュールを画成するために用いられる、４つの水平（図の方向に関して）なライン４２２と、４つの広い垂直なライン４２４を更に含む。一例では、ライン４２２は、約１００μｍ幅であるのがよく、ライン４２４は、約１００μｍ幅であるのがよい。レジストを、マスク４１２を通してさらし、マスクを取り除いて、さらされたレジストを現像して、パターンを完成させる。一部の場合には、金属相互接続のための空間を残すために、ライン４２２及び４２４をセル分離ラインよりも広くする。
【００３３】
個々のセルを画成するライン４２０の数が図４に示すよりも多くてもよいこと、また、ライン４２２と４２４の数が作るべきサブモジュールの数に依存することに留意すべきである。図示される数の多くの変更が可能である。
【００３４】
次に、段階的なエッチプロセスを用いて、さらされたラインを通して、スタック４０２を貫通して基板４０４まで切断し、それによってセルを分離し、モジュールをサブモジュールに分割する。同時係属出願第１１/３９５,０８０号により詳細に記載された可能な一例では、スタック４０２の頂部ＺｎＯ層を通してエッチングをするためにＨＣｌ或いはＣＨ３ＣＯＯＨ溶液を用いる。次いで、水で希釈されたＨ２ＳＯ４＋Ｈ２Ｏ２混合物或いはＨ２ＳＯ４＋ＨＮＯ３混合物のようなエッチング混合物を用いて、パターン形成フォトレジストを通して下にある金属層まで、スタック４０２のＣＩＧＳ材料をエッチングする。下に横たわるＭｏ層のために、ＰＡＮ（リン酸、酢酸、硝酸、Ｈ３ＰＯ４＋ＣＨ３ＣＯＯＨ＋ＨＮＯ３）のようなエッチングを用いるのがよい。一部の場合には、このエッチングを、ＣＩＧＳ−Ｍｏ接合部でのＭｏＳｅ２薄層を取り除くために、ＮＨ４ＯＨ＋Ｈ２Ｏ２のようなエッチングを用いる短いエッチングに先行する必要がある。これらの連続するエッチングは、マスク４１２のライン４２０に相当する、モジュールの垂直長さを部分的に或いは全体的に（例えば、１ｍ）続いている、スタック４０２を通る分離溝を形成する。これらのエッチングは、また、モジュールをサブモジュールに分割する水平ライン４２２と広い垂直ライン４２４に相当する、スタック４０２を通る分離溝を形成する。
【００３５】
同時係属出願第１１/３９４,７２３号に記載されているような技術を、各サブモジュールのセル間の相互接続を形成し、それによって図３Ｂに関連して記載した直列接続を形成するために、更に用いることができる。
【００３６】
上述したように、レーザスクライビングのような他の技術で可能であるよりもより小さい相互接続領域（従ってより狭いセル）を画成することができることに加えて、同時係属出願に記載されたフォトリソグラフィ技術を用いる多くの利点がある。例えば、ある実施形態では、ライン４２０、４２２、４２４に相当する分離溝を形成するためのエッチング中、整合されたパッド領域（例えば、約０.１〜１ｃｍの面積を有する）もまた画成される。これらのパッド領域は、セル或いはモジュール監視のためのテストポイント間の接続を接続するため、更に構成要素をセルに、或いはセルの間に結合するためのような、多くの有益な目的のために用いることができる。例えば、図５に更に示すように、サブモジュール５００内のセル間に分離溝５０２を形成するためのエッチング中、パッド領域５０４が、また、対応するセル内の金属層まで小さい面積にエッチングすることによって、形成される。
【００３７】
本発明の他の態様によれば、個々のストリングのための外部保護ダイオードを接続して、シェーディングのような効果による電力損失を最小にするのが好ましい。これは、多数のシリコン太陽電池がバックプレーン上に取付けられ、一緒に配線されているシリコンモジュールでなされてきているが、薄膜モジュールでは未だ可能ではない。従って、図５に更に示すように、パッド間の領域が逆バイアスされる場合には作動するように、さらされたパッド領域５０４によって、保護ダイオード５０６をパッド領域間に接続し、極性を接続することができる。ダイオード５０６の１つの間のセルに相当する領域がシェードされる場合には、例えば、セルは、逆バイアスの状態になり、保護ダイオードが作動して、さもなければ流れ込んで、太陽光発電セルを損傷するかもしれない電流を分流する。図５は、幾つかのセル間に接続された保護ダイオード５０６を示すが、これは、必要ではない。一つの或いはいかなる数の隣接セルを保護ダイオードとともに構成してもよい。更に、各サブモジュール或いはセルは、保護ダイオードを含む必要はなく、まして、同数の隣接セルがこのように構成される必要もない。
【００３８】
本発明は、保護ダイオードをモジュールに配線するための多数の方法を企図する。図５に上で示した例示的実施形態では、これらは、表面実装プリント基板でなされるが、独立した構成要素として配置することができる。
【００３９】
本発明の他のある実施形態では、保護ダイオードを隣接セル間の接続を形成するために用いられるリソグラフィプロセスの一部として製造することができる。例えば、図７Ａに示すように、隣接セルをサブモジュール７００に分離するために用いられるエッチングステップ中、カット７０４を、また、保護ダイオード７０６を形成するためにセル７０２に隣接する領域を分離するために作ることができる。続くステップでは、同時に、且つ、同時係属出願第１１/３９４,７２１号で教示されるように、分離されたセルのためにコンタクトレッジが形成されるのと同様の方法で、保護ダイオードのためのコンタクトレッジが形成される。隣接セルを一緒に配線するためにコンダクタが形成されるとき、保護ダイオードは、また、隣接セルに配線される。このように、保護ダイオードは、余分のプロセスステップなしに、集積要素として形成され、それによって、無視できる追加コストで、信頼性のある接続を形成する。
【００４０】
図７Ｂは、セル７０２に対するダイオード７０６の逆極性を達成するために配線をどのように行うかを示す、図７Ａの７Ｂ線に沿った側断面図である。基板７１８に隣接する最下層７１６は、金属であり、典型的には半導体層７１４がＣＩＧＳであるセル７０２に対してはモリブデンである。最上層７１２は、透明コンダクタである。分離カット７０４のセル７０２と保護ダイオード７０６との間のコンタクトレッジ（図示せず）の使用により、保護ダイオード７０２の最上層７１２は、相互接続７０８によってセル７０２の最下層７１６に配線され、ダイオード７０２の最下層７１６は、相互接続７１０によってセル７０２の最上層７１２に配線される。このようにして、保護ダイオード７０６を、余分なプロセスステップを用いることなしに、逆極性に配線することができる。
【００４１】
保護ダイオード７０６は、必ずしも、セル７０２のように一緒に直列接続されないことに留意すべきである。図７Ａは、セル７０２毎に一つの保護ダイオード７０６を示すが、この構成は、必要ではなく様々な構成が可能であることに更に留意すべきである。
【００４２】
各サブモジュール内での相互接続の形成に続いて、或いは関連して、サブモジュール３０２間の並列接続を作る処理を行うのがよい。例えば、ある実施形態では、所定のセット３０６のサブモジュール３０２間に並列接続を提供するために、図３Ａの向きに対して垂直にバスが続いている。
【００４３】
より詳細には、図６に示すように、一実施形態では、バス６０２は、アクティブセル６１２と同じ基板６１０の面上で、且つ、サブモジュールをセットに垂直に分割する図４のライン４２４に相当する領域で、モジュールの前部に製造される。一例では、バス６０２は、最小抵抗を有する厚いコンダクタを提供するために、めっきされたニッケルからなり、適当な位置（コンタクトパッドであるのがよい）で終端するように、堆積しパターン形成することによって、セルに接続される。更に、バス６０４は、また、モジュールの前部に製造され、バス６０２に接続することができ、それによって、図３Ａに示すバス３２０のように、コモン出力バスが設けられる。バス６０４は、図４の水平ライン４２２の一つに相当する領域に形成され得る。同時係属出願第 号（ＡＭＡＴ-１０９２１）により充分に記載されるような技術を用いて、バスの形成及びセル及び／又は面積の相互接続の別の実施形態を行うことができる。
【００４４】
図４に示さないが、サブモジュールは、更に、独立してグランドに配線され、或いはコモングランドを共有することができることが理解されるであろう。
【００４５】
サブモジュール接続は、モジュール自体の中に存在する必要はないことに留意すべきである。先行技術のモジュールは、単一の出力を有するが、多数の出力を有する、例えば、外部回路にアクセス可能な各サブモジュールからの二つの別々の端子を有するモジュールを作ることが可能である。これにより、多数の利益が提供される。例えば、アレイの配線方法により大きな柔軟性がある。一例では、三つの出力が供給される。コモン出力、コモンに対して一つの陽極、コモンに対する一つの陰極。これにより、ＡＣサイクルの半分のみで、切り替えが行われるので、より簡易なＤＣ−ＡＣコンバータを用いることができる。アレイの最下部と頂部のように、シェーディングがより起こりそうな領域は、より起こらなそうな領域から電気的に分離される。また、アレイは、より大きく作ることができ、それによってモジュールレベルで包装コストを節約する。例えば、Ｇｅｎ８基板を各々面積が１ｍの五つのモジュールに切断するかわりに、各々が１ｍ２のサブモジュール面積に相当する五つの出力を有するモジュールとして単一の基板を包装することができる。
【００４６】
他の実施形態では、切り替えシステムは、固定接続を有するのではなく、選択的にサブモジュールを一緒に接続するスイッチを制御するモジュール中に組み込まれ、或いは外部にある。このシステムは、出力を最適化するために、各サブモジュールの電力−電圧特性の一部或いは全部を動的に測定することができ、且つ動的にサブモジュールを一緒に再配線する、電子スイッチを用いることができる。このようにして、欠陥、シェーディング、或いは他の不均一効果による性能劣化が動的に最小にされる。
【００４７】
本発明は、特に本発明の好ましい実施形態に関連して記載してきたが、当業者は、形式及び詳細の変更及び変形が本発明の精神及び範囲から逸脱することなく可能であることが容易に明らかである。添付した特許請求の範囲は、このような変更及び修正を含むものである。
【符号の説明】
【００４８】
１００…モジュール、１０２…セル、１０４…端子、１１０…ダイオード、１１２…定電流源、２００…モジュール、２０２…セル、３００…モジュール、３０２…サブモジュール、３０６…セット、３１０…第１のコモンノード、３１２…第二コモンノード、３２０…出力バス、４０２…太陽光発電スタック、４０４…基板、４１２…マスク、４２０…セル分離マスクライン、４２２…水平サブモジュールマスクライン、４２４…垂直サブモジュールマスクライン、５００…サブモジュール、５０２…セル相互接続部、５０４…パッド領域、５０６…保護ダイオード、６０２…垂直バス、６０４…水平バス、６１０…基板、６１２…アクティブセル領域、７０２…セル、７０４…分離カット、７０６…保護ダイオード、７０８…相互接続部、７１０…相互接続部、７１２…透明コンダクタ層、７１４…半導体層、７１６…金属層、７１８…基板、８０２…ストライプ、８０４…サブモジュール。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３Ａ−３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【国際調査報告】
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