(57)【要約】フロントメタルコンタクト（２２０）と薄膜ＰＶ層（２３０）との間の応力衝撃を緩和するクッション層（２６０，４１１，４１２）を有する光起電力セル（ＰＶ）セルを提供するシステムおよび方法。クッション層は、非導電性材料で作られ、バスバーとＰＶ層との間に電気的連続性を提供するために、導電性材料（４３０）で充填された複数のビア（４２０）を有する。クッション層は、好ましくは、基板に適合する剛性を有するフレキシブル材料で作られ得る。したがって、クッション層は、フロントメタルコンタクトとの触覚接触による物理的ダメージからＰＶ層を効果的に保護することができる。【選択図】図２Ａ
2018531505.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フロントメタル層、光起電力層、該光起電力層の下に配置された基板層と、を含み、光エネルギーを電気エネルギーに変換するように構成された光起電力セルと、
前記フロントメタル層の上に配置され、前記光起電力セルから発生した電流を外部回路に伝導するように構成されたフロントコンタクトと、
前記フロントコンタクトと前記光起電力セルとの間に配置され、前記フロントコンタクトより剛性が低いクッション層と、
を備える光起電力アセンブリ。
【請求項２】
前記クッション層は、非導電性材料を含み、導電性材料で充填された複数のビアを備え、前記導電性材料は、前記フロント導電性コンタクトと前記光起電力層との間で電流を伝導するように構成される、請求項１に記載の光起電力アセンブリ。
【請求項３】
前記クッション層の剛性が、前記基板層の剛性と適合し、前記クッション層が、前記フロントコンタクトとの触覚接触によって引き起こされる物理的ダメージから前記光起電力セルを保護するために使用される、請求項１に記載の光起電力アセンブリ。
【請求項４】
前記基板層および前記クッション層は、同じフレキシブルポリマー材料を含む、請求項１に記載の光起電力アセンブリ。
【請求項５】
前記同じフレキシブルポリマー材料は、感圧接着剤（ＰＳＡ）と組み合わされたポリエチレンテレフタレート（ＰＥＡ）を含む、請求項４に記載の光起電力アセンブリ。
【請求項６】
前記光起電力層は１０μｍ未満の厚さであり、ＧａＡｓ層を含む、請求項１に記載の光起電力アセンブリ。
【請求項７】
前記フロントコンタクトはＣｕを含み、５０μｍ未満の厚さを有する、請求項１に記載の光起電力アセンブリ。
【請求項８】
前記フロントコンタクトは、前記光起電力セルの引き出し電極に対応する前記フロントメタル層の上に配置される、請求項１に記載の光起電力アセンブリ。
【請求項９】
前記光起電力層の下に配置され、前記光起電力層を前記光起電力アセンブリ内の別の光起電力層と相互接続するように構成されたバックメタル層をさらに備え、該バックメタル層は前記基板層の上に配置される、請求項１に記載の光起電力アセンブリ。
【請求項１０】
基板と、
光エネルギーを電気エネルギーに変換するように構成された光起電力セルのアレイであって、該光起電力セルのアレイそれぞれの光起電力セルは、光起電力層と、前記光起電力層の上に配置され前記光起電力層から発生した電流を外部回路に導電するように構成されて、個別のフィンガー電極と、該個別のフィンガー電極に結合された引き出し電極とを含む相互接続グリッドと、を含んだ光起電力セルのアレイと、
前記相互接続グリッドの上に配置されたフロントメタルコンタクトと、
前記フロントコンタクトと前記光起電力セルそれぞれとの間に配置され、前記フロントメタルコンタクトとの触覚接触による物理的ダメージから前記光起電力セルそれぞれを保護するクッション層と、
を備える光起電力モジュール。
【請求項１１】
前記光起電力セルそれぞれは、前記基板と前記光起電力層との間に配置され前記アレイ内の別の光起電力セルの相互接続グリッドと相互接続するように構成されたバックメタル層をさらに含み、
前記フロントメタルコンタクトの上部に配置されたカプセル封止層をさらに備える、請求項１０に記載の光起電力モジュール。
【請求項１２】
前記クッション層は、前記引き出し電極より剛性の低いフレキシブルポリマー材料を含む、請求項１０に記載の光起電力モジュール。
【請求項１３】
前記クッション層は、導電性材料で充填された複数のビアを有する、請求項１２に記載の光起電力モジュール。
【請求項１４】
前記基板がポリマー材料を含み、前記フロントメタルコンタクトはＣｕを含み、前記光起電力層は薄膜ＧａＡｓを含む、請求項１０に記載の光起電力セルモジュール。
【請求項１５】
光起電力モジュールを製造する方法であって、
フロント導電層を、該フロント導電層より剛性の低いクッション層と付着させて、複合フロント層を生成するステップと、
前記複合フロント層を、光エネルギーを電気エネルギーに変換するように構成された光起電力セルに取り付けるステップと、
を含み、
前記クッション層は、前記フロント導電層と前記光起電力セルとの間に配置され、前記フロント導電層との触覚接触による物理的ダメージから前記光起電力セルを保護するように構成される、方法。
【請求項１６】
前記クッション層は、非導電性材料の層を含み、さらに、
前記クッション層を貫通する複数のビアを穿孔するステップと、
前記光起電力セルのフロント電極と前記フロント導電層との間に電気的接触を形成するために、前記複数のビア内に導電性材料を分配するステップと、
を含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記フロント導電層を前記クッション層と付着させるステップは、前記フロント導電層を前記クッション層でラミネートするステップを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記光起電力セルの光起電力層にバック電極および基板層を付着させるステップをさらに含み、前記バック電極は、前記基板層と前記光起電力層との間に配置される、請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
前記フロント導電層は、Ｃｕを含み、前記基板層はポリマー材料を含み、前記クッション層はポリマー材料を含み、前記光起電力層は薄膜ＧａＡｓを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記フロント導電層を前記クッション層と付着させるステップは、前記クッション層と接着された剥離ライナーを取り外すステップをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願への相互参照
本出願は、2015年10月20日に出願された米国特許出願第14/918,043号の優先権を主張する。先行出願の開示は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本開示は、概して、光起電力デバイスの分野に関し、より詳細には、光起電力デバイス上のコンタクトメタライゼーションの分野に関する。
【背景技術】
【０００３】
太陽電池または光起電力（ＰＶ）セル（光起電性（ＰＶ）セル）は、光起電力効果によって光のエネルギーを直接電気に変換する電気デバイスである。太陽電池から発生するエネルギーは、再生可能で、環境にやさしく、容易に利用できる化石燃料の代替手段を提供する。典型的には、太陽電池は、エネルギー変換のためのｐ−ｎ接合の形態の半導体材料を利用する。半導体材料の表面上に金属層を置いて、例えば、引き出し電極上部に置かれた金属ワイヤ（または本書では「フロントメタルコンタクト」と呼ばれる）との接触を介して、生成された電圧および電流を蓄電または輸送用の外部回路に伝導する典型的な構成では、ＰＶセルのフロントメタル層は、ＰＶセルの前面に散在された多数の別個の電極と、そこから電流を収集するために全ての個別電極に接続された引き出し電極とを含む。太陽電池のアレイは、個々の太陽電池によって生成された電流を集めるために、相互接続され、ソーラーモジュールまたはソーラーパネルに組み立てられ得る。
【０００４】
ポータブル電子デバイスの人気がますます高まる中、フレキシブルなソーラーモジュールの需要は、電子デバイスに容易に組み込むことができるため、劇的に増加している。これらの電子デバイスによって課せられるサイズおよび重量の制限のため、高効率および高柔軟性を提供する小さいボリュームのソーラーモジュールが好ましい。単結晶太陽電池は、開発された多種多様なＰＶ材料の中でも優れた変換効率を有することが確立されている。
【０００５】
不都合なことに、単結晶材料は本質的に脆く、応力下で破損したり、欠陥を生じたりする傾向がある。従来、ＰＶセルの上部に配置されたフロントメタルコンタクトは、一般に、結晶性ＰＶ層よりはるかに硬い金属ストリップ（または金属ワイヤまたはリボン）で作られている。非常に低い応力でさえ、結晶層に微小クラックおよび他の欠陥を引き起こす可能性がある。望ましくない応力は、積層ダメージ、材料の不一致（例えば、熱膨張係数（ＣＴＥ）の不一致）、外力、曲げなどに起因し得る。ＰＶ層内の欠陥は、ホットスポットおよび最終的にはＰＶセル効率の劣化につながる可能性がある。例えば、フレキシブル基板を有する太陽電池は、外圧にさらされたとき、例えばソーラーモジュールの製造、組み立てまたは設置のプロセス中に容易に曲げられたり変形したりすることができる。変形すると、結晶性のＰＶ層は金属ストリップからの応力衝撃を受け、物理的ダメージを受けやすい。
【０００６】
図１は、従来技術によるセルの引出電極に沿ったＰＶデバイス１００の断面を示す。ＰＶデバイス１００は、カプセル封止層１１０、フロントメタルコンタクト１２０、フロントメタル層１２５、ＰＶ層１３０、バックメタル層１４０、および基板（またはキャリア層）１５０を含む。カプセル封止層１１０は、ＰＶデバイス１００の上面であり、ＰＶセルが使用されているときに光線を受け入れるようになっている。フロントメタル層１２５、ＰＶ層１３０、バックメタル層１４０および基板１５０は、集合的にＰＶセルと呼ばれる。フロントメタル層１２５は、ＰＶセルの引き出し電極（または「バスバー」として知られている）に対応する。例えば、フロントメタル層１２５は、電気めっきによって形成される。フロントメタルコンタクトは、フロントメタル層１２５の上に配置され、主にＣｕからなる金属ストリップから作られている。
【０００７】
従来のフロントコンタクトメタライゼーションのアプローチによれば、フロントメタルコンタクトはＰＶセルと直接接触している。ＰＶ層は結晶薄膜構造として製造され、メタルコンタクトより剛性が低い。ＰＶセルとフロントメタルコンタクトとの間の材料剛性の不一致は、ＰＶ層１３０に、特に個別電極よりも大きなサイズのため引き出し電極の下の領域に欠陥または他のダメージを引き起こす傾向がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、フロントコンタクトメタライゼーションによって加えられる応力に起因する物理的ダメージから光起電力層を保護することのできる結晶性ソーラーモジュールを提供することが有利である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本開示の実施態様は、フロントメタルコンタクトと光起電力（ＰＶ）セルとの間に配置されたクッション層を利用して、ＰＶセルに与えられるメタルコンタクトからの応力の影響を緩和する。いくつかの実施形態では、フロントメタルコンタクトは、ＰＶセルのフロンントコンタクトグリッドの一部であるＰＶセルの引出し電極の上に配置される。クッション層は、非導電性材料から作られ、フロントメタルコンタクトと引き出し電極との間に電気的連続性を提供するために導電性材料で充填された複数のビアを有する。いくつかの実施形態では、太陽電池は、薄膜単結晶ＰＶ層およびフレキシブル基板を有する。したがって、クッション層は、好ましくは、上記基板に適合する（釣り合いがとれる又は合致する）剛性または硬度を有するフレキシブル材料で作られる。
【００１０】
フロントメタルコンタクトとクッション層とを組み合わせることにより、ＰＶ層と金属コンタクトとの間の剛性の不一致にもかかわらず、下層の結晶性ＰＶセルに与えられるメタルコンタクトからの応力の影響を効果的に低減することができる。結果として、ＰＶ層の物理的ダメージの危険性が有利かつ顕著に低減され、ソーラーデバイスの柔軟性および信頼性の向上に寄与する。
【００１１】
一実施態様によれば、光起電力アセンブリは、光エネルギーを電気エネルギーに変換するように構成されたＰＶセルと、前記ＰＶセルの上部に配置されたフロントコンタクト層と、前記フロントコンタクト層と前記ＰＶセルとの間に配置されたクッション層と、基板回路基板と、を含む。フロントコンタクト層は、ＰＶセルのＰＶ層から発生した電流を外部回路に伝導するように構成されている。クッション層は、フロントコンタクト層より剛性が低い。
【００１２】
上記は概要であり、したがって、必要に応じて、詳細の簡略化、一般化および省略を含む。結果として、当業者は、概要が単なる例示であり、決して限定することを意図するものではないことを理解するであろう。特許請求の範囲によってのみ定義される本発明の他の態様、発明の特徴および利点は、以下に記載される非限定的な詳細な説明において明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
本発明の実施形態は、同様の参照符号が同様の要素を示す添付の図面と併せて、以下の詳細な説明を読むことにより、よりよく理解されるであろう。
【００１４】
【図１】従来技術によるＰＶデバイスにおけるＰＶセルの引出電極に沿ったＰＶデバイスの断面を示す図である。
【図２Ａ】本開示の一実施形態による、ＰＶデバイス内のＰＶセルの引き出し電極に沿った例示的なＰＶデバイスの断面を示す図である。
【図２Ｂ】本開示の一実施形態による、クッション層を含むＰＶセル上にフロントメタルコンタクトを形成する例示的なプロセスを示すフローチャートである。
【図３】本開示の一実施形態による、フロントコンタクト層とＰＶセルとの間に配置されたクッション層を含む例示的なＰＶモジュールの上面図である。
【図４Ａ】本開示の一実施形態による、フロントメタルコンタクトとＰＶセルとの間にクッション層を組み込む例示的なプロセスを示す第１の図である。
【図４Ｂ】本開示の一実施形態による、フロントメタルコンタクトとＰＶセルとの間にクッション層を組み込む例示的なプロセスを示す第２の図である。
【図４Ｃ】本開示の一実施形態による、フロントメタルコンタクトとＰＶセルとの間にクッション層を組み込む例示的なプロセスを示す第３の図である。
【図４Ｄ】本開示の一実施形態による、フロントメタルコンタクトとＰＶセルとの間にクッション層を組み込む例示的なプロセスを示す第４の図である。
【図５Ａ】本開示の一実施形態による、フロントメタルコンタクトとＰＶセルとの間にクッション層を組み込む別の例示的なプロセスを示す第１の図である。
【図５Ｂ】本開示の一実施形態による、フロントメタルコンタクトとＰＶセルとの間にクッション層を組み込む別の例示的なプロセスを示す第２の図である。
【図５Ｃ】本開示の一実施形態による、フロントメタルコンタクトとＰＶセルとの間にクッション層を組み込む別の例示的なプロセスを示す第３の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
ここで、本発明の好ましい実施形態を、その例を添付図面に示し詳細に説明する。本発明を好ましい実施形態と共に説明するが、それらは本発明をこれらの実施形態に限定するものではないことが理解される。逆に、本発明は、添付の特許請求の範囲によって規定される本発明の精神および範囲内に含まれ得る代替物、改良物および等価物を包含することが意図される。さらに、本発明の実施形態の以下の詳細な説明では、本発明の完全な理解を提供するために、多くの具体的な詳細が記載されている。しかしながら、当業者であれば、本発明はこれらの具体的な詳細なしに実施され得ることが認識されるであろう。他の例では、本発明の実施形態の態様を不必要に不明瞭にしないために、周知の方法、手順、構成要素、および回路については詳細に説明していない。方法は、分かりやすくするために番号を付けたステップのシーケンスとして示すことができるが、番号付けは必ずしもステップの順序を指示するものではない。いくつかのステップは、スキップされてもよく、並行して実行されてもよく、厳密な順序のシーケンスを維持する必要なく実行され得ることを理解されたい。本発明の実施形態を示す図面は、未完の概略図であり、一定の縮尺ではなく、特に、図面の明瞭性のためにいくつかの寸法が示されており、図面において誇張されて示されている。同様に、説明を容易にするために図面のビューは概して同様の方向を示しているが、図のこの描写は大部分が任意である。一般に、本発明は任意の方向付けをもたらすことができる。
【００１６】
ストレス耐性が強化された太陽電池におけるフロントメタルコンタクトの形成
全体的に、本開示の実施形態は、フロントメタルコンタクトと光起電力（ＰＶ）セルとの間に配置されたクッション層を有し、フロントメタルコンタクトからの応力衝撃からＰＶセルを保護するソーラーデバイスを提供する。クッション層は、フロントメタルコンタクトとＰＶ層との間の材料剛性の不一致を効果的に補償し、ＰＶセルの全体的な弾性を向上させる。結果として、ＰＶ層の物理的ダメージの危険性が有益かつ顕著に減少する可能性がある。
【００１７】
本明細書では、用語「ソーラーパネル」および「ＰＶパネル」は互換的に使用される。用語「太陽電池（ソーラーセル）」および「ＰＶセル」は交換可能に使用される。本明細書では、「前面（フロント）」「背面（バック）」「上（トップ）」および「下（アンダー）」の用語は、ＰＶセルがエネルギー変換のための所定の位置に設置されたときに、ＰＶセルの意図された向きを参照して使用される。例えば、ＰＶセルの前側は、日光またはアプリケーション光源に向くように意図されている。
【００１８】
本開示は、太陽電池の特定の構成、構造、寸法、形状、材料組成、製造プロセスまたは用途に限定されない。いくつかの実施形態では、太陽電池のＰＶ層は、ＧａＡｓ、セレン化銅インジウムガリウム（ＣＩＧＳ）、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、非晶質シリコン、非晶質微結晶タンデム、薄膜多結晶シリコンなどに基づく一つ以上の薄膜サブレイヤーを含むことができる。太陽電池の基板は、フレキシブルであっても、また曲げられないものであってもよく、ポリマー、シリコン、ガラスなどで作られ得る。
【００１９】
図２Ａは、本開示の実施形態によるＰＶセルの引き出し電極に沿った例示的なＰＶデバイス２００の断面を示す。ＰＶデバイス２００は、最前面としてのカプセル封止層２１０、フロントメタルコンタクト２２０、およびフロントメタル層２２５、ＰＶ層２３０、バックメタル２４０、および基板（またはキャリア層）２５０を含むＰＶセルを含む。フロントメタル層２２５およびバックメタル層２４０は、ＰＶセルの対向電極として機能する。
【００２０】
いくつかの実施形態では、ＰＶセルのアレイは、より高い発電を達成するために電気的に直列に接続され、それぞれのＰＶセルのフロントメタル層は、例えば別のＰＶセルのバックメタル層と電気的に接続される。
【００２１】
図１および図２Ａに提示された個々の層は、特定の実施形態に応じて複数のサブレイヤーを含むことが理解されるであろう。フロントメタル層２２５は、ＰＶセルの引き出し電極に相当する。フロントメタルコンタクト２２０は、例えばＣｕを主成分とする厚さ約５０μｍの金属ストリップから作られている。ＰＶ層２３０は、典型的にはフロントメタルコンタクト２２０よりはるかに少ない総厚さ、例えば１０μｍ未満の薄いフィルムの単一層またはスタック（積層）を含む。
【００２２】
いくつかの実施形態では、ＰＶ層は単結晶薄膜材料を含み、実質的にフロントメタル層より剛性が低い。本開示によれば、硬度（または剛性）の相違を補償するために、柔らかくフレキシブルな材料で作られたクッション層２６０が、フロントメタルコンタクト２２０とＰＶセル、より詳細にはフロントメタル層２２５との間に配置される。ソーラーモジュールの製造、組立、設置などの間に、外力によって太陽電池が曲がったり変形したりすることがある。曲げられているフロントメタルコンタクトは、ＰＶ層に大きな応力の影響を与える傾向がある。また、例えば、カプセル封止中に、太陽電池、導電性接着剤、リボン及びカプセル封止材料の間の材料スタックのＣＴＥの不一致により応力が発生する可能性がある。本開示によれば、中間のクッション層２６０は、フロントメタルコンタクト２２０を通ってＰＶ層２３０に当たる機械的応力を少なくとも部分的に吸収し、緩和することができる。これにより、ＰＶ層２３０は、このような機械的ストレスによって誘発される物理的ダメージから有利かつ効果的に保護され得る。その結果、クッション効果は、ＰＶセルの全体的な柔軟性、生産性および品質を有利に改善することができる。
【００２３】
本開示は、フロントメタルコンタクトとＰＶセルとの間のクッション層として使用される特定の材料組成に限定されない。クッション材料および厚さは、フロントメタルコンタクトに対するＰＶ層の硬度に基づいて選択されることが理解されよう。いくつかの実施形態では、クッション層２６０は、非導電性材料でできており、フロントメタルコンタクト２２０とＰＶ層２３０との間の電気的連続性を提供するために導電性材料で充填された複数のビア２６１を有する。いくつかの実施形態では、クッション層は、ポリマー材料でできており、フレキシブル基板レイヤーと同じまたは類似の材料組成を有していてもよい。しかしながら、いくつかの他の実施形態では、クッション層２６０は、導電性材料で作られる。
【００２４】
本開示は、ＰＶデバイス内にクッション層を組み込む特定の方法またはプロセスに限定されない。図２Ｂは、本開示の一実施形態による、ＰＶセル上のクッション層を含むフロントメタルコンタクトを形成する例示的なプロセスを示すフローチャートである。この例では、フロントメタルコンタクトは、引き出し電極の上に置かれ、太陽電池に分布された複数の個別電極からの電流を集めるように動作可能である。したがって、集められた電流は、フロントメタルコンタクトを介して外部回路に伝導される。
【００２５】
２７１において、フロントメタルコンタクトの一方面上に非導電性材料からできたクッション層が積層されている。しかしながら、本開示の範囲から逸脱することなく、当該技術分野で周知の様々な他の適切な機構を用いて、フロントメタルコンタクト上にクッション層を適用し結合させることもできる。
【００２６】
２７２において、いくつかのビアが、選択された位置でクッション層上に形成され、フロントメタルコンタクトの背面を部分的に露出させる。ビアは、機械的穿孔、レーザーアブレーション、エッチングなど、周知の任意の適切な方法で、クッション層およびＰＶセルの他の関連部品の特性に従って形成することができる。ビアは、様々な形状およびサイズで作製することができる。いくつかの他の実施形態では、ビアは、クッション層がフロントメタルコンタクトに取り付けられる前に、クッション層上に生成される。
【００２７】
２７３において、導電性材料がビア内に分配されて、フロントメタルコンタクトとの電気的接触を形成する。例えば、導電性材料はインクまたはペーストの形態であり、主にＡｇとポリマー材料との混合物からなる。しかしながら、本開示は、ビアを充填するための導電性材料の材料組成によって制限されない。２７４において、フロントメタルコンタクトおよびビアを有するクッション層を含む複合コンタクト層は、ＰＶセルの表面に取り付けることによって、ＰＶデバイスの他の層と一体化される。このようにして、クッション層が非導電性であるので、ビア内の導電性充填物は、ＰＶセルとフロントメタルコンタクトとの間の電気的連続性を提供する。
【００２８】
図３は、本開示の一実施形態によるフロントコンタクト層３１１と３２１とＰＶセル３１０と３２０との間に配置されたクッション層（明示されていない）を含む例示的なＰＶモジュール３００の平面図を示す。基本的な形態では、ＰＶモジュール３００は、直列に電気的に結合された二つのＰＶセル３１０および３２０を含む。フロントコンタクト層３１１，３２１（例えば、金属ワイヤまたはリボンからできているもの）であり、ＰＶセル３１０および３２０の引き出し電極（またはバスバー）の上に配置される。以下でより詳細に説明するように、各ＰＶセル３１０または３２０は、ＰＶ層３１４または３２４の両側に配置されたフロントメタル層およびバックメタル層を含む。バックコンタクト層は、導電性材料（本書では「背面ビア」と呼ばれる）で充填されたビアを有する非導電性のフレキシブル基板の上に配置される。二つのＰＶセル３１０および３２０は、下部ＰＶセル３２０上に置かれたフロントコンタクト３２１が、上部ＰＶセル３１０の背面ビア内の導電性充填物と直接接触するように、部分的に重なる。このようにして、下部ＰＶセル３２０のバスバー３２１は、上部ＰＶセル３１０のバックコンタクト層に電気的に接続される。
【００２９】
本開示は、各ＰＶセルの前面電極（またはフロントコンタクト）の材料組成、構成および配置によって限定されない。この例では、各ＰＶセル３１０または３２０のフロントメタル層はくし形に構成され、二つの部分、すなわち、ＰＶ層（例えば、３１４）の上に分布された複数の平行フィンガー電極（例えば３１２）および全てのフィンガー電極に接続されたバスバーを含む。クッション層は、はるかに広い面積を有するバスバーの上にのみ配置され、ひいてはフィンガー電極よりＰＶ層（例えば３１４）に応力を加える可能性が高い。しかしながら、本開示の範囲を逸脱することなく、クッション層はフロントメタル層の任意の部分の下に適用することができることは理解されよう。クッション層３１１上のビアはフィンガー電極と一直線になっているが、本開示はこれに限定されない。一実施形態では、各ＰＶ層３１４または３２４は、ドープされたＧａＡｓベースの薄膜によって形成された一つ以上のｐ−ｎ接合を含む。ＰＶ層は、分子線エピタキシー、金属有機化学気相成長、物理的堆積、めっきなどの、当技術分野で周知の様々な適切な薄膜プロセスによって、基板上に形成され得る。
【００３０】
また、図４Ａ〜４Ｄは、本開示の一実施形態による、フロントメタルコンタクトとＰＶセルとの間にクッション層を組み込む例示的なプロセスを示す。例えば、ＰＶセルは、図３を参照して説明したのと同様の前面電極構成を有する。図４Ａは、フロントメタルコンタクトとクッション層との積層後の複合フロントメタルコンタクト４１０の上面図および断面図を示す。フロントメタルコンタクト４１３は、例えば、厚さ５０ｍｍ、幅１ｍｍのＣｕリボンで作られている。クッション層はフレキシブルであり、感圧接着剤（ＰＳＡ）層４１２とポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）層４１１との組み合わせを含む。例えば、クッション層の厚さは、数〜数十マイクロメートル程度である。
【００３１】
図４Ｂは、ビア４２０の列が、Ｃｕ層４１３が露出されるまでクッション層４１１および４１２を貫通して穿孔されることを示す。図４Ｃは、導電性材料４３０が、例えば堆積またはインジェクションによってビア内に分配されることを示している。例えば、ビアは直径が４００ｍｍであり、効率的な電気的接触を形成するのに十分であり、導電性充填物が複合フロントコンタクト４１０からはみ出さないようにする。いくつかの実施形態では、導電性充填材料は接着剤である。
【００３２】
図４Ｄは、複合フロントコンタクト４１０がフィンガー電極４１４、ＰＶ層４１５、バックメタル層４１７および基板４１６を含むＰＶセルと一体化されていることを示している。例えば、基板は多層からできており、厚さは約１００μｍである。ＰＶセルの総厚は約１１０μｍである。フィンガー電極およびバスバーは、めっきまたは当技術分野で周知の他の適切な技術によって、ＰＶ層表面上に形成されてもよい。この例では、バスバーはフィンガー電極に対して垂直に配向されている。フロントメタルコンタクトの充填されたビア４２０は、フィンガー電極４４０と整列し、直接接触する。
【００３３】
この例では、クッション層は基板と同じ材料で作られている。しかしながら、本開示はこれに限定されない。フロントメタルコンタクトがＰＶセルの表面に置かれた後、ＰＶセルは熱硬化手順を受けて、導電性充填材とフロントメタル層との間の高い結合強度を達成する。その後、水分および機械的ダメージ、絶縁、反射防止などに対する保護の目的で、カプセル封止層がＰＶセルの上部に適用される。
【００３４】
図４Ａ〜図４Ｄに示すようなＰＶデバイスの各構成要素は、様々な適切な材料組成を有することができ、当技術分野で周知の任意の適切な方法でＰＶセルと組み立てまたは一体化され得ることが理解されるであろう。また、様々な構成層を組み込む順序は、特定の実施形態によって異なる。
【００３５】
図５Ａ〜図５Ｃは、本開示の一実施形態による、フロントメタルコンタクトとＰＶセルとの間にクッション層を組み込む別の例示的なプロセスを示す。図５Ａ〜図５ＣにおけるＰＶセルは、図４Ａ〜図４Ｃに示す例と実質的に同じ構成を有する。クッション層は、非導電性のフレキシブルポリマーから作られるが、基板とは異なる材料組成を有する。
【００３６】
この例において、フロントメタルコンタクト５１３、クッション層５１２および剥離ライナー５１１の組み合わせは、例えば非導電層（例えば、ポリイミド）および剥離シートで結合されたＣｕテープなどの既製品として市販されている。非導電層５１２を有するＣｕテープおよび剥離ライナーは、例えばバスバーの設計に従って、所望のサイズに最初に準備される。図５Ａは、クッション層５１２および剥離ライナー５１１にビア５２０が生成されることを示している。図５Ｂは、剥離ライナー５１１が除去され、ビア５２０が導電性材料５３０で充填されることを示す。したがって、この例におけるクッション層は接着層を有しておらず、図４Ａ〜４Ｄに示す例とは異なっている。
【００３７】
図５Ｃは、フロントメタルコンタクトがＰＶセルの他の構成要素に取り付けられ、ビアがフィンガー電極を覆っていることを示している。その結果、前面から背面に向かって、ＰＶデバイスのバスバーに沿った断面は、フロントメタルコンタクト５１３、クッション層５１２、フロントメタル５１４、ＰＶ層５１５、バックメタル層５１８および複合基材層を含む。例えば、基材層５１６は、ＰＳＡ層５１７およびＰＥＴ層５１６を含む。任意に、複合フロントコンタクト部の長さ方向の超過は、下部の二つの層５１２および５１３によって示されるように、折り畳まれてＰＶセルの縁部の周りを包み込む。その後、カプセル封止層（図示せず）がＰＶセルの上に置かれる。
【００３８】
特定の好ましい実施形態および方法が本書に開示されているが、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、そのような実施形態および方法の変形および修正を行うことができることは、当業者には前述の開示から明らかであろう。本発明は、添付の特許請求の範囲および適用法の規則および原則によって要求される範囲でのみ限定されるものとする。
【図１】
2018531505.tif 000003
【図２Ａ】
2018531505.tif 000004
【図２Ｂ】
2018531505.tif 000005
【図３】
2018531505.tif 000006
【図４Ａ】
2018531505.tif 000007
【図４Ｂ】
2018531505.tif 000008
【図４Ｃ】
2018531505.tif 000009
【図４Ｄ】
2018531505.tif 000010
【図５Ａ】
2018531505.tif 000011
【図５Ｂ】
2018531505.tif 000012
【図５Ｃ】
2018531505.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成29年8月16日(2017.8.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光起電力アセンブリであって、
光エネルギーを電気エネルギーに変換するように構成された光起電力セルであって、
前記光起電力セルの光に面する側に最も近くに配置されたフロントメタル層と、
光起電力層と、
該光起電力層の下に配置された基板層と、
を含む、光起電力セルと、
前記フロントメタル層の上に配置され、前記光起電力セルから発生した電流を外部回路に伝導するように構成されたフロントコンタクトと、
前記フロントコンタクトと前記フロントメタル層との間に配置され、それによって前記フロントメタル層よりも前記光起電力セルの光に面する側に近いクッション層と、を備え、
前記クッション層は、前記フロントコンタクトより剛性の低い非導電性材料を含み、前記フロントメタル層を経由して前記フロントコンタクトと前記光起電力層との間に電流を伝導するための導電性材料で充填された複数のビアを備える、
光起電力アセンブリ。
【請求項２】
前記クッション層の頂部は前記フロントコンタクトに隣接して配置され、前記クッション層の背面は前記フロントメタル層に隣接して配置される、請求項１に記載の光起電力アセンブリ。
【請求項３】
前記クッション層が、前記基板層の剛性と適合し、前記クッション層が、前記フロントコンタクトとの触覚接触によって引き起こされる物理的ダメージから前記光起電力セルを保護するために使用される、請求項１に記載の光起電力アセンブリ。
【請求項４】
前記クッション層の前記非導電性材料は、フレキシブルポリマー材料を含み、前記基板層は同じフレキシブルポリマー材料を含む、請求項１に記載の光起電力アセンブリ。
【請求項５】
前記同じフレキシブルポリマー材料は、感圧接着剤（ＰＳＡ）と組み合わされたポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）を含む、請求項４に記載の光起電力アセンブリ。
【請求項６】
前記光起電力層は１０μｍ未満の厚さであり、ＧａＡｓ層を含む、請求項１に記載の光起電力アセンブリ。
【請求項７】
前記フロントコンタクトはＣｕを含み、５０μｍ未満の厚さを有する、請求項１に記載の光起電力アセンブリ。
【請求項８】
前記フロントメタル層は、前記光起電力セルの引き出し電極に対応する、請求項１に記載の光起電力アセンブリ。
【請求項９】
前記光起電力層と前記基板層との間に配置されたバックメタル層をさらに備え、前記バックメタル層は、前記光起電力層を、前記光起電力アセンブリ内の異なる光起電力セルの別の光起電力層と相互接続するように構成される、請求項１に記載の光起電力アセンブリ。
【請求項１０】
基板と、
前記基板上に配置され、光エネルギーを電気エネルギーに変換するように構成された光起電力セルのアレイを備え、前記光起電力セルのアレイそれぞれの光起電力セルは、
光起電力層と、
前記光起電力層の上に配置され前記光起電力層から発生した電流を外部回路に伝導するように構成されて、個別のフィンガー電極と、該個別のフィンガー電極に結合された引き出し電極とを含むフロントコンタクトグリッドと、
前記フロントコンタクトグリッドの上に配置され、前記光起電力セルそれぞれの光に面する側に最も近いフロントメタルコンタクトと、
前記フロントメタルコンタクトと前記フロントコンタクトグリッドとの間に配置され、それによって前記フロントコンタクトグリッドよりも前記光起電力セルの光に面する側に近いクッション層と、
を備え、
前記クッション層は、前記フロントメタルコンタクトとの触覚接触による物理的ダメージから前記光起電力セルを保護するとともに、前記フロントメタルコンタクトより剛性の低い非導電性材料を含み、前記フロントコンタクトと前記光起電力層との間に、前記フロントコンタクトグリッドを介して電流を伝導するための導電性材料で充填された複数のビアを備える、光起電力モジュール。
【請求項１１】
前記光起電力セルそれぞれは、
前記基板と前記光起電力層それぞれとの間に配置され前記アレイ内の別の光起電力セルのフロントコンタクトグリッドと相互接続するように構成されたバックメタル層と、
前記フロントメタルコンタクトの上に配置されたカプセル封止層と、
をさらに備える、請求項１０に記載の光起電力モジュール。
【請求項１２】
前記クッション層の前記非導電性材料は、前記引き出し電極の材料より剛性の低いフレキシブルポリマー材料を含む、請求項１０に記載の光起電力モジュール。
【請求項１３】
前記基板がポリマー材料を含み、
前記フロントメタルコンタクトはＣｕを含み、
前記光起電力層はＧａＡｓを含む薄膜を含む、請求項１０に記載の光起電力セルモジュール。
【請求項１４】
光起電力モジュールを製造する方法であって、
フロント導電層を、該フロント導電層より剛性の低いクッション層と付着させて、複合フロント層を生成するステップであって、前記フロント導電層は、前記光起電力モジュールの光に面する側に最も近い、ステップと、
前記複合フロント層を、光エネルギーを電気エネルギーに変換するように構成された光起電力セルに取り付けるステップと、
を含み、
前記クッション層は、前記フロント導電層と前記光起電力セルとの間に配置され、それによって前記光起電力セルよりも前記光起電力モジュールの光に面する側に近くになり、該クッション層は、前記フロント導電層との触覚接触による物理的ダメージから前記光起電力セルを保護するように構成され、かつ前記クッション層は、前記フロント導電層より剛性の低い非導電性材料を含むとともに、前記フロント導電層と前記光起電力セルとの間で電流を伝導するために導電性材料で充填された複数のビアを含む、方法。
【請求項１５】
前記クッション層を貫通する前記複数のビアを穿孔するステップと、
前記光起電力セルのフロント電極と前記フロント導電層との間に電気的接触を形成するために、前記複数のビア内に前記導電性材料を分配するステップと、
を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記フロント導電層を前記クッション層と付着させるステップは、前記フロント導電層を前記クッション層でラミネートするステップを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記光起電力セルの光起電力層にバック電極および基板層を付着させるステップをさらに含み、前記バック電極は、前記基板層と前記光起電力層との間に配置される、請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
前記フロント導電層は、Ｃｕを含み、
前記基板層はポリマー材料を含み、
前記クッション層の前記非導電性材料はポリマー材料を含み、
前記光起電力層はＧａＡｓを含む薄膜を含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記フロント導電層を前記クッション層と付着させるステップは、前記クッション層と接着された剥離ライナーを取り外すステップをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【国際調査報告】
2018531505.tif 000014
2018531505.tif 000015
2018531505.tif 000016