(57)【要約】  開示する主題の一態様により、一体アイル型ソーラーセルを提供する。ソーラーセルは、受光前面と、受光前面と反対側にあって電気絶縁バックプレーンに取り付けられた裏面とを有する半導体層を含む。トレンチ隔離パターンが、電気絶縁バックプレーン上で半導体層を電気絶縁されたアイルに仕切る。ベース及びエミッタ電極を有する第１金属層が、半導体層裏面上に位置決めされる。セル相互接続を与えてビアプラグによって第１金属層に接続されたパターン付き第２金属層が、バックプレーン上に位置決めされる。【選択図】      図２
2016500931.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一体アイル型（又は一体タイル型）ソーラーセル構造であって、
ａ．日光受光前面と該日光受光前面と反対側の裏面とを含む背景ドーピングを有する半導体層と、
ｂ．前記半導体層裏面上に配置されたパターン付き第１金属層（Ｍ１）と、
ｃ．前記半導体層裏面に取り付けられた電気絶縁連続バックプレーン支持層と、
ｄ．前記電気絶縁連続バックプレーン支持層上で前記半導体層を複数のソーラーセル半導体領域に仕切るトレンチ隔離パターンと、
ｅ．前記電気絶縁連続バックプレーン支持層上に配置されたパターン付き第２金属層（Ｍ２）と、
ｆ．前記電気絶縁連続バックプレーン支持シートを通して形成され、前記パターン付き第２レベル金属層の選択部分を前記パターン付き第１レベル金属層の選択部分に相互接続する複数の導電ビアプラグと、
を含み、
ｇ．前記パターン付き第１レベル金属層、前記パターン付き第２レベル金属層、及び前記複数の導電ビアプラグは、一体アイル型（又は一体タイル型）ソーラーセル構造の電気金属化及び相互接続を完成するように設計される、
ことを特徴とするソーラーセル構造。
【請求項２】
前記半導体層は、完全正方形として成形されることを特徴とする請求項１に記載の一体アイル型（又は一体タイル型）ソーラーセル構造。
【請求項３】
前記半導体層は、擬似正方形として成形されることを特徴とする請求項１に記載の一体アイル型（又は一体タイル型）ソーラーセル構造。
【請求項４】
前記半導体層は、矩形として成形されることを特徴とする請求項１に記載の一体アイル型（又は一体タイル型）ソーラーセル構造。
【請求項５】
前記半導体層は、多角形として成形されることを特徴とする請求項１に記載の一体アイル型（又は一体タイル型）ソーラーセル構造。
【請求項６】
前記半導体層は、単結晶テンプレート上へのエピタキシャルシリコン堆積によって形成された単結晶シリコン層であることを特徴とする請求項１に記載の一体アイル型（又は一体タイル型）ソーラーセル構造。
【請求項７】
前記半導体層は、多結晶シリコンテンプレート上へのエピタキシャルシリコン堆積によって形成された多結晶シリコン層であることを特徴とする請求項１に記載の一体アイル型（又は一体タイル型）ソーラーセル構造。
【請求項８】
前記半導体層は、開始チョクラルスキー（ＣＺ）単結晶ウェーハを使用することによって形成された単結晶シリコン層であることを特徴とする請求項１に記載の一体アイル型（又は一体タイル型）ソーラーセル構造。
【請求項９】
前記半導体層は、開始フロートゾーン（ＦＺ）単結晶ウェーハを使用することによって形成された単結晶シリコン層であることを特徴とする請求項１に記載の一体アイル型（又は一体タイル型）ソーラーセル構造。
【請求項１０】
前記半導体層は、開始多結晶ウェーハを使用することによって形成された多結晶シリコン層であることを特徴とする請求項１に記載の一体アイル型（又は一体タイル型）ソーラーセル構造。
【請求項１１】
前記背景ドーピングは、ｎ型半導体吸収体とベース領域とを有するソーラーセルを生成するためのｎ型ドーピングであることを特徴とする請求項１に記載の一体アイル型（又は一体タイル型）ソーラーセル構造。
【請求項１２】
前記ソーラーセルは、裏面接触ソーラーセルであることを特徴とする請求項１に記載の一体アイル型（又は一体タイル型）ソーラーセル構造。
【請求項１３】
前記ソーラーセルは、相互嵌合型裏面接触（ＩＢＣ）ソーラーセルであることを特徴とする請求項１に記載の一体アイル型（又は一体タイル型）ソーラーセル構造。
【請求項１４】
前記電気絶縁連続バックプレーン支持層上の前記複数のソーラーセル半導体領域は、Ｎが２に等しいか又はそれよりも大きい整数である時に実質的に正方形形状のアイルのＮ×Ｎ＝Ｎ２アレイを含むことを特徴とする請求項１に記載の一体アイル型（又は一体タイル型）ソーラーセル構造。
【請求項１５】
前記電気絶縁連続バックプレーン支持層上の前記複数のソーラーセル半導体領域は、Ｎ及びＭが整数であり、かつ積Ｎ×Ｍが２に等しいか又はそれよりも大きい整数である時に、実質的に正方形形状及び矩形形状のアイルの一方又はその組合せとして成形されたアイルのＮ×Ｍアレイを含むことを特徴とする請求項１に記載の一体アイル型（又は一体タイル型）ソーラーセル構造。
【請求項１６】
前記電気絶縁連続バックプレーン支持層上の前記複数のソーラーセル半導体領域は、実質的に三角形形状のアイルのアレイを含むことを特徴とする請求項１に記載の一体アイル型（又は一体タイル型）ソーラーセル構造。
【請求項１７】
前記電気絶縁連続バックプレーン支持層上の前記複数のソーラーセル半導体領域は、実質的に多角形形状のアイルのアレイを含むことを特徴とする請求項１に記載の一体アイル型（又は一体タイル型）ソーラーセル構造。
【請求項１８】
前記ソーラーセルは、Ｓが電気直列で接続された半導体領域の個数に対応する場合にＳ倍だけ増大された電圧とその同じＳ倍だけ低減された電流とを生成することを特徴とする請求項１に記載の一体アイル型（又は一体タイル型）ソーラーセル構造。
【請求項１９】
前記パターン付き第１レベル金属（Ｍ１）は、ソーラーセルバスバーなしのベースフィンガとエミッタフィンガの相互嵌合型パターンの複数のアイランドを含むことを特徴とする請求項１に記載の一体アイル型（又は一体タイル型）ソーラーセル構造。
【請求項２０】
前記パターン付き第２レベル金属（Ｍ２）は、ソーラーセルバスバーを有するベースフィンガとエミッタフィンガの相互嵌合型パターンを含むことを特徴とする請求項１に記載の一体アイル型（又は一体タイル型）ソーラーセル構造。
【請求項２１】
前記パターン付き第２レベル金属（Ｍ２）は、前記パターン付き第１レベル金属（Ｍ）に対して実質的に直交又は垂直であることを特徴とする請求項１に記載の一体アイル型（又は一体タイル型）ソーラーセル構造。
【請求項２２】
前記半導体層は、約１ミクロンから約２００ミクロンまでの範囲の厚みを有することを特徴とする請求項１に記載の一体アイル型（又は一体タイル型）ソーラーセル構造。
【請求項２３】
前記電気絶縁連続バックプレーン支持シートは、約５０ミクロンから約２５０ミクロンまでの範囲の厚みを有することを特徴とする請求項１に記載の一体アイル型（又は一体タイル型）ソーラーセル構造。
【請求項２４】
前記電気絶縁連続バックプレーン支持シートは、前記半導体層のものと比較的互角の熱膨張率（ＣＴＥ）を有する可撓性金属であることを特徴とする請求項１に記載の一体アイル型（又は一体タイル型）ソーラーセル構造。
【請求項２５】
可撓性であることを特徴とする請求項１に記載の一体アイル型（又は一体タイル型）ソーラーセル構造。
【請求項２６】
前記ソーラーセルは、可撓性軽量光起電性モジュール積層体にパッケージ化されることを特徴とする請求項１に記載の一体アイル型（又は一体タイル型）ソーラーセル構造。
【請求項２７】
前記日光受光前面は、不動態化及び反射防止コーティングを有することを特徴とする請求項１に記載の一体アイル型（又は一体タイル型）ソーラーセル構造。
【請求項２８】
前記ソーラーセルに対する前記トレンチ隔離パターンの開口部の面積比が、比較的小さい（＜２％）ことを特徴とする請求項１に記載の一体アイル型（又は一体タイル型）ソーラーセル構造。
【請求項２９】
前記ソーラーセル半導体領域に対する前記トレンチ隔離パターンの側壁面積の面積比が、比較的小さい（＜２％）ことを特徴とする請求項１に記載の一体アイル型（又は一体タイル型）ソーラーセル構造。
【請求項３０】
前記電気絶縁連続バックプレーン支持シートは、可撓性プリプレグシートであることを特徴とする請求項１に記載の一体アイル型（又は一体タイル型）ソーラーセル構造。
【請求項３１】
前記電気絶縁連続バックプレーン支持シートは、可撓性アラミド繊維及び樹脂プリプレグシートであることを特徴とする請求項１に記載の一体アイル型（又は一体タイル型）ソーラーセル構造。
【請求項３２】
前記半導体層は、シリコン、ゲルマニウム、ヒ化ガリウム、窒化ガリウム、リン化ガリウム、他のＩＩＩ−Ｖ族半導体、又はその組合せの群からの少なくとも１つの結晶半導体材料を含むことを特徴とする請求項１に記載の一体アイル型（又は一体タイル型）ソーラーセル構造。
【請求項３３】
前記複数のソーラーセル半導体領域は、前記電気絶縁連続バックプレーン支持層を共有し、かつ前記パターン付き第１レベル金属（Ｍ１）、前記第２レベル金属（Ｍ２）、及び前記複数の導電ビアプラグを含む一体相互接続構造を共有することを特徴とする請求項１に記載の一体アイル型（又は一体タイル型）ソーラーセル構造。
【請求項３４】
前記トレンチ隔離パターンは、相互接続されたトレンチのパターンであり、該トレンチによって完全に仕切られ、かつ前記バックプレーン層によって支持された複数のアイルを生成することを特徴とする請求項１に記載の一体アイル型（又は一体タイル型）ソーラーセル構造。
【請求項３５】
前記複数のソーラーセル半導体領域は、前記パターン付き第１金属層（Ｍ１）と前記パターン付き第２層金属（Ｍ２）との組合せによって電気直列で相互接続されたアイルの４×４アレイを含み、前記ソーラーセルの電圧の増大及び電流の低減をもたらすことを特徴とする請求項１に記載の一体アイル型（又は一体タイル型）ソーラーセル構造。
【請求項３６】
前記複数のソーラーセル半導体領域は、前記パターン付き第１金属層（Ｍ１）と前記パターン付き第２層金属（Ｍ２）との組合せによって混成電気並列−直列で相互接続されたアイルの４×４アレイを含み、前記ソーラーセルの電圧の増大及び電流の低減をもたらすことを特徴とする請求項１に記載の一体アイル型（又は一体タイル型）ソーラーセル構造。
【請求項３７】
前記複数のソーラーセル半導体領域は、前記パターン付き第１金属層（Ｍ１）と前記パターン付き第２層金属（Ｍ２）との組合せによって電気並列で相互接続されたアイルの４×４アレイを含み、前記ソーラーセルの改善された可撓性をもたらすことを特徴とする請求項１に記載の一体アイル型（又は一体タイル型）ソーラーセル構造。
【請求項３８】
前記ソーラーセルの前記裏面に直接に取り付けられて該ソーラーセルに対して遮光管理機能を与えるバイパスダイオードを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の一体アイル型（又は一体タイル型）ソーラーセル構造。
【請求項３９】
前記ソーラーセルに対して遮光管理機能を与える一体統合バイパススイッチを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の一体アイル型（又は一体タイル型）ソーラーセル構造。
【請求項４０】
一体アイル型（又は一体タイル型）相互嵌合裏面接触ソーラーセル構造であって、
ａ．背景ｎ型ドーピングを有し、日光受光前面と該日光受光前面と反対側の裏面とを含む結晶シリコン層と、
ｂ．前記結晶シリコン層裏面上に配置されたパターン付き相互嵌合型第１レベル金属層（Ｍ１）と、
ｃ．前記結晶シリコン層裏面に取り付けられた電気絶縁連続バックプレーン支持層と、
ｄ．前記電気絶縁連続バックプレーン支持層上で前記結晶シリコン層を複数のソーラーセル結晶シリコン領域に仕切るトレンチ隔離パターンと、
ｅ．前記電気絶縁連続バックプレーン支持層上に配置されたパターン付き相互嵌合型第２レベル金属層（Ｍ２）と、
ｆ．前記電気絶縁連続バックプレーン支持シートを通して形成され、前記パターン付き第２レベル金属層の選択部分を前記パターン付き第１レベル金属層の選択部分に相互接続する複数の導電ビアプラグと、
を含み、
ｇ．前記パターン付き第１レベル金属層、前記パターン付き第２レベル金属層、及び前記複数の導電ビアプラグは、一体アイル型（又は一体タイル型）ソーラーセル構造の電気金属化及び相互接続を完成するように設計される、
ことを特徴とするソーラーセル構造。
【請求項４１】
一体統合半導体構造であって、
ａ．日光受光半導体層前面と半導体層裏面とを有するソーラーセルと、
ｂ．半導体層前面と半導体層裏面とを有するバイパススイッチと、
ｃ．前記ソーラーセル及び前記バイパススイッチによって共有され、かつ前記ソーラーセル半導体層裏面及び前記バイパススイッチ半導体層裏面に取り付けられた電気絶縁バックプレーン層と、
を含み、
ｄ．前記ソーラーセル半導体層は、トレンチ隔離によって複数のアイルに仕切られ、該ソーラーセル半導体層及び前記バイパススイッチ半導体層は、トレンチ隔離によって互いから仕切られ、かつ前記電気絶縁バックプレーンシート上に支持され、
ｅ．前記ソーラーセルと前記バイパススイッチを相互接続して該ソーラーセルに対して遮光保護を与えるパターン付き電気金属化構造、
を更に含むことを特徴とする半導体構造。
【請求項４２】
一体統合半導体構造であって、
ａ．日光受光半導体層前面と半導体層裏面とを有するソーラーセルと、
ｂ．半導体層前面及び半導体層裏面を有するバイパススイッチと、
ｃ．前記ソーラーセル及び前記バイパススイッチによって共有され、かつ前記ソーラーセル半導体層裏面及び前記バイパススイッチ半導体層裏面に取り付けられた電気絶縁バックプレーン層と、
を含み、
ｄ．前記ソーラーセル半導体層及び前記バイパススイッチ半導体層は、トレンチ隔離によって互いから仕切られ、かつ前記電気絶縁バックプレーンシート上に支持され、
ｅ．前記ソーラーセル及び前記バイパススイッチを相互接続して該ソーラーセルに対して遮光保護を与えるパターン付き電気金属化構造、
を更に含むことを特徴とする半導体構造。
【請求項４３】
半導体構造であって、
ａ．前面及び裏面と複数の半導体アイルとを有するソーラーセルと、
ｂ．前面と裏面とを有するバイパススイッチと、
ｃ．前記ソーラーセル裏面及びバイパススイッチ裏面に取り付けられた電気絶縁連続バックプレーンと、
ｄ．前記ソーラーセル及び前記バイパススイッチを互いから仕切り、かつ該ソーラーセル内に前記複数の半導体アイルを形成するトレンチ隔離パターンと、
ｅ．前記ソーラーセル内の前記複数の半導体アイルを相互接続し、かつ同じく該ソーラーセル及び前記バイパススイッチを互いに相互接続する電気相互接続構造と、
を含むことを特徴とする半導体構造。
【請求項４４】
半導体構造であって、
ａ．複数の半導体アイルを含むソーラーセルと、
ｂ．前記ソーラーセルに一体統合されたバイパススイッチと、
ｃ．前記ソーラーセルと前記バイパススイッチとに取り付けられた電気絶縁バックプレーンと、
ｄ．前記半導体アイルを形成し、かつ前記電気絶縁バックプレーン上で前記ソーラーセル及び前記バイパススイッチを互いから仕切る隔離パターンと、
を含むことを特徴とする半導体構造。
【請求項４５】
半導体構造であって、
ａ．複数の半導体アイルを含むソーラーセルと、
ｂ．前記ソーラーセルに一体統合されたバイパススイッチと、
ｃ．前記ソーラーセルと前記バイパススイッチとに取り付けられたバックプレーンと、
ｄ．前記複数の半導体アイルを形成し、かつ前記バックプレーン上で前記ソーラーセル及び前記バイパススイッチを互いから仕切る隔離パターンと、
を含むことを特徴とする半導体構造。
【請求項４６】
前記バイパススイッチは、ｐｎ接合ダイオードであることを特徴とする請求項４５に記載の半導体構造。
【請求項４７】
前記バイパススイッチは、ショットキー障壁ダイオードであることを特徴とする請求項４５に記載の半導体構造。
【請求項４８】
前記ソーラーセルは、裏面接触ソーラーセルであることを特徴とする請求項４５に記載の半導体構造。
【請求項４９】
前記ソーラーセルは、相互嵌合型裏面接触ソーラーセルであることを特徴とする請求項４５に記載の半導体構造。
【請求項５０】
前記ソーラーセルは、前記複数の半導体アイルに対応する複数のミニセルを含むことを特徴とする請求項４５に記載の半導体構造。
【請求項５１】
可撓性構造であることを特徴とする請求項４５に記載の半導体構造。
【請求項５２】
剛性構造であることを特徴とする請求項４５に記載の半導体構造。
【請求項５３】
前記バイパススイッチは、ｐｎ接合ダイオードであることを特徴とする請求項４４に記載の半導体構造。
【請求項５４】
前記バイパススイッチは、ショットキー障壁ダイオードであることを特徴とする請求項４４に記載の半導体構造。
【請求項５５】
前記ソーラーセルは、裏面接触ソーラーセルであることを特徴とする請求項４４に記載の半導体構造。
【請求項５６】
前記ソーラーセルは、相互嵌合型裏面接触ソーラーセルであることを特徴とする請求項４４に記載の半導体構造。
【請求項５７】
前記ソーラーセルは、複数のミニセルを含むことを特徴とする請求項４４に記載の半導体構造。
【請求項５８】
可撓性構造であることを特徴とする請求項４４に記載の半導体構造。
【請求項５９】
剛性構造であることを特徴とする請求項４４に記載の半導体構造。
【請求項６０】
結晶シリコン半導体構造であって、
ａ．複数のアイルを含む結晶シリコンソーラーセルと、
ｂ．前記ソーラーセルに一体統合された結晶シリコンバイパススイッチと、
ｃ．前記結晶シリコンソーラーセルと前記結晶シリコンバイパススイッチとに取り付けられた電気絶縁バックプレーンと、
ｄ．前記複数のアイルを形成し、かつ前記電気絶縁バックプレーン上で前記結晶シリコンソーラーセル及び前記結晶シリコンバイパススイッチを互いから仕切る隔離パターンと、
を含むことを特徴とする半導体構造。
【請求項６１】
結晶シリコン構造であって、
ａ．複数の半導体アイルを含む結晶半導体セルと、
ｂ．前記ソーラーセルに一体統合された結晶半導体バイパススイッチと、
ｃ．前記結晶半導体セルと前記結晶半導体バイパススイッチとに取り付けられたバックプレーンと、
ｄ．前記複数の半導体アイルを形成し、かつ前記バックプレーン上で前記結晶半導体ソーラーセル及び前記結晶半導体バイパススイッチを互いから仕切る隔離パターンと、
を含むことを特徴とするシリコン構造。
【請求項６２】
結晶シリコン半導体構造であって、
ａ．複数の一体製造ミニセルを含む裏面接触結晶シリコンソーラーセルと、
ｂ．前記裏面接触結晶シリコンソーラーセルに一体統合された結晶シリコンバイパススイッチと、
ｃ．前記裏面接触結晶シリコンソーラーセルと前記結晶シリコンバイパススイッチとに取り付けられた電気絶縁バックプレーンと、
ｄ．前記複数の一体製造ミニセルを形成し、かつ前記電気絶縁バックプレーン上で前記裏面接触結晶シリコンソーラーセル及び前記結晶シリコンバイパススイッチを互いから仕切る隔離パターンと、
を含むことを特徴とする半導体構造。
【請求項６３】
半導体構造であって、
ａ．複数の半導体アイルを含むソーラーセルと、
ｂ．バイパススイッチと、
ｃ．前記ソーラーセルと前記バイパススイッチとに取り付けられたバックプレーンと、
ｄ．前記複数の半導体アイルを形成し、かつ前記ソーラーセル及び前記バイパススイッチを互いから仕切る隔離パターンと、
ｅ．前記ソーラーセル及び前記バイパススイッチを相互接続するためのかつ該ソーラーセルによって生成された電力を送出するための少なくとも１つのパターン付き金属層を含む相互接続構造と、
を含むことを特徴とする半導体構造。
【請求項６４】
前記ソーラーセルは、裏面接触ソーラーセルであり、前記バイパススイッチは、ｐｎ接合ダイオードであることを特徴とする請求項６３に記載の半導体構造。
【請求項６５】
前記ソーラーセルは、裏面接触ソーラーセルであり、前記バイパススイッチは、ショットキー障壁ダイオードであることを特徴とする請求項６３に記載の半導体構造。
【請求項６６】
シリコン、ゲルマニウム、ヒ化ガリウム、窒化ガリウム、リン化ガリウム、及び他のＩＩＩ−Ｖ族半導体材料、又はその組合せの群からの少なくとも１つの半導体材料を含むことを特徴とする請求項６３に記載の半導体構造。
【請求項６７】
一体型光起電性モジュール構造であって、
ａ．ｉ．背景ドーピングを有し、日光受光前面と該日光受光前面と反対側の裏面とを含む半導体層、及び
ｉｉ．前記半導体層裏面上に配置されたパターン付き第１金属層（Ｍ１）、
を各々が含む複数の一体アイル型（又は一体タイル型）ソーラーセルと、
ｂ．前記複数の一体アイル型（又は一体タイル型）ソーラーセルの前記半導体層裏面に取り付けられた電気絶縁連続バックプレーン支持層であって、該ソーラーセルが、望ましい密接に離間したセルアレイパターンに従って該連続バックプレーン支持層上に位置決めされ、かつそこに取り付けられる前記電気絶縁連続バックプレーン支持層と、
ｃ．前記電気絶縁連続バックプレーン支持層上で前記複数の一体アイル型（又は一体タイル型）ソーラーセルの各々における前記半導体層を複数のソーラーセル半導体領域に仕切るトレンチ隔離パターンと、
ｄ．前記複数の一体アイル型（又は一体タイル型）ソーラーセルの前記半導体層裏面に取り付けられた前記電気絶縁連続バックプレーン支持層上に配置されたパターン付き第２金属層（Ｍ２）と、
ｅ．前記電気絶縁連続バックプレーン支持層を通して形成され、前記パターン付き第２レベル金属層の選択部分を前記複数の一体アイル型（又は一体タイル型）ソーラーセルの各々における前記パターン付き第１レベル金属層の選択部分に相互接続する複数の導電ビアプラグと、
を含み、
ｆ．前記パターン付き第１レベル金属層、前記パターン付き第２レベル金属層、及び前記複数の導電ビアプラグは、直列、並列、及び混成並列−直列相互接続のうちの１つ又はその組合せを含む望ましい電気相互接続配置に基づいて前記一体アイル型（又は一体タイル型）ソーラーセルの各々内及び複数の該一体アイル型（又は一体タイル型）ソーラーセル間の電気的金属化及び相互接続を完成させるように設計され、
ｇ．前記電気絶縁連続バックプレーン支持層に取り付けられて前記複数の一体アイル型（又は一体タイル型）ソーラーセルの前記日光受光前面を覆う光透過性保護前面カバー及び前面カプセル化シートと、
ｈ．前記日光受光前面と反対側の前記電気絶縁連続バックプレーン支持層に取り付けられた保護裏面カバー及び裏面カプセル化シートと、
ｉ．少なくとも１対の電気コネクタリードと、
を更に含むことを特徴とするモジュール構造。
【請求項６８】
前記一体型光起電性モジュールは、可撓性軽量モジュールであることを特徴とする請求項６７に記載の一体型光起電性モジュール構造。
【請求項６９】
前記一体型光起電性モジュールは、剛性ガラスカバー付きモジュールであることを特徴とする請求項６７に記載の一体型光起電性モジュール構造。
【請求項７０】
前記一体型光起電性モジュールは、建造物一体型光起電性（ＢＩＰＶ）屋上シングルモジュールであることを特徴とする請求項６７に記載の一体型光起電性モジュール構造。
【請求項７１】
前記一体型光起電性モジュールは、建造物一体型光起電性（ＢＩＰＶ）屋上タイルモジュールであることを特徴とする請求項６７に記載の一体型光起電性モジュール構造。
【請求項７２】
前記一体型光起電性モジュールは、自動車サンルーフモジュールであることを特徴とする請求項６７に記載の一体型光起電性モジュール構造。
【請求項７３】
分散遮光管理に向けて前記複数の一体アイル型（又は一体タイル型）ソーラーセルに関連付けられた複数のバイパススイッチを更に含むことを特徴とする請求項６７に記載の一体型光起電性モジュール構造。
【請求項７４】
分散遮光管理に向けて前記複数の一体アイル型（又は一体タイル型）ソーラーセルに関連付けられた複数のバイパスショットキーダイオードを更に含むことを特徴とする請求項６７に記載の一体型光起電性モジュール構造。
【請求項７５】
分散遮光管理に向けて前記複数の一体アイル型（又は一体タイル型）ソーラーセルに関連付けられた複数のバイパスｐｎ接合ダイオードを更に含むことを特徴とする請求項６７に記載の一体型光起電性モジュール構造。
【請求項７６】
強化された環境発電に向けて前記複数の一体アイル型（又は一体タイル型）ソーラーセルに関連付けられた複数の最大電力点追跡（ＭＰＰＴ）電力オプティマイザーを更に含むことを特徴とする請求項６７に記載の一体型光起電性モジュール構造。
【請求項７７】
光起電性モジュール積層体であって、
ａ．複数の半導体アイルを含むソーラーセルと、
ｂ．前記ソーラーセルに一体統合されたバイパススイッチと、
ｃ．前記ソーラーセルと前記バイパススイッチとに取り付けられた電気絶縁バックプレーンと、
ｄ．前記複数の半導体アイルを形成し、かつ前記電気絶縁バックプレーン上で前記ソーラーセル及び前記バイパススイッチを互いから仕切る隔離パターンと、
を各々が含む複数の半導体構造、
を含むことを特徴とするモジュール積層体。
【請求項７８】
可撓性光起電性モジュールであることを特徴とする請求項７７に記載の光起電性モジュール積層体。
【請求項７９】
剛性ガラスカバー付き光起電性モジュールであることを特徴とする請求項７７に記載の光起電性モジュール積層体。
【請求項８０】
光起電性モジュール積層体であって、
ａ．複数の半導体アイルを含むソーラーセルと、
ｂ．前記ソーラーセルに一体統合されたバイパススイッチと、
ｃ．前記ソーラーセルと前記バイパススイッチとに取り付けられたバックプレーンと、
ｄ．前記複数の半導体アイルを形成し、かつ前記バックプレーン上で前記ソーラーセル及び前記バイパススイッチを互いから仕切る隔離パターンと、
を各々が含む複数の半導体構造、
を含むことを特徴とするモジュール積層体。
【請求項８１】
可撓性光起電性モジュールであることを特徴とする請求項８０に記載の光起電性モジュール積層体。
【請求項８２】
剛性ガラスカバー付き光起電性モジュールであることを特徴とする請求項８０に記載の光起電性モジュール積層体。
【請求項８３】
複数の製作工程を用いて一体アイル型（又は一体タイル型）ソーラーセル構造を生成する方法であって、
ａ．前側面と裏側面とを含む半導体層に対して前記複数の製作工程の少なくとも一部分を実行する段階と、
ｂ．電気絶縁連続バックプレーンを前記半導体層の前記裏側面に取り付ける段階と、
ｃ．複数のアイルを形成し、かつ前記電気絶縁連続バックプレーン上でソーラーセル及びバイパススイッチを別々の半導体層領域に仕切るために前記半導体層を通して隔離パターンを生成する段階と、
ｄ．前記複数の製作工程の残りの部分を実行する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項８４】
前記ソーラーセルは、裏面接触ソーラーセルであることを特徴とする請求項８３に記載の方法。
【請求項８５】
前記半導体層は、シリコン、ゲルマニウム、ヒ化ガリウム、窒化ガリウム、リン化ガリウム、及び他のＩＩＩ−Ｖ族半導体材料、又はその組合せの群からの少なくとも１つの半導体材料を含むことを特徴とする請求項８３に記載の方法。
【請求項８６】
前記隔離パターンは、パルスレーザカッティング、機械的カッティング、超音波カッティング、ウォータージェットカッティング、プラズマカッティングの群からの工程の１つ又はその組合せによって生成されたトレンチ隔離パターンであることを特徴とする請求項８３に記載の方法。
【請求項８７】
前記バイパススイッチは、ｐｎ接合ダイオードであることを特徴とする請求項８３に記載の方法。
【請求項８８】
前記バイパススイッチは、ショットキー障壁ダイオードであることを特徴とする請求項８３に記載の方法。
【請求項８９】
電気絶縁連続バックプレーンを前記半導体層の前記裏側面に取り付ける前記工程は、該半導体層の該裏側面上にプリプレグシートを積層させることによって実行されることを特徴とする請求項８３に記載の方法。
【請求項９０】
半導体層に対して前記複数の製作工程の少なくとも一部分を実行する前記工程は、パターン付き金属の第１層（Ｍ１）の形成を通した製作工程の完了を含むことを特徴とする請求項８３に記載の方法。
【請求項９１】
前記複数の製作工程の前記残りの部分を実行する前記工程は、パターン付き金属の第２層（Ｍ２）の形成を通した製作工程の完了を含むことを特徴とする請求項８３に記載の方法。
【請求項９２】
複数の工程を用いて統合ソーラーセル及びバイパススイッチ構造を生成する方法であって、
ａ．半導体層に対して前記複数の工程の少なくとも一部分を実行する段階と、
ｂ．連続バックプレーンを前記半導体層に取り付ける段階と、
ｃ．複数のアイルを形成し、かつ前記連続バックプレーン上で前記半導体層を通して前記ソーラーセル及び前記バイパススイッチを仕切るために隔離パターンを生成する段階と、
ｄ．前記複数の工程の残りの部分を実行する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項９３】
前記ソーラーセルは、裏面接触ソーラーセルであることを特徴とする請求項９２に記載の方法。
【請求項９４】
前記半導体層は、シリコン、ゲルマニウム、ヒ化ガリウム、窒化ガリウム、リン化ガリウム、及び他のＩＩＩ−Ｖ族半導体材料、又はその組合せの群からの少なくとも１つの半導体材料を含むことを特徴とする請求項９２に記載の方法。
【請求項９５】
前記隔離パターンは、パルスレーザカッティング、機械的カッティング、超音波カッティング、ウォータージェットカッティング、プラズマカッティングの群からの工程の１つ又はその組合せによって生成されたトレンチ隔離パターンであることを特徴とする請求項９２に記載の方法。
【請求項９６】
前記バイパススイッチは、ｐｎ接合ダイオードであることを特徴とする請求項９２に記載の方法。
【請求項９７】
前記バイパススイッチは、ショットキー障壁ダイオードであることを特徴とする請求項９２に記載の方法。
【請求項９８】
連続バックプレーンを前記半導体層に取り付ける前記工程は、該半導体層の前記裏側面上にプリプレグシートを積層させることによって実行されることを特徴とする請求項９２に記載の方法。
【請求項９９】
半導体層に対して前記複数の工程の少なくとも一部分を実行する前記工程は、パターン付き金属の第１層（Ｍ１）の形成を通した製作工程の完了を含むことを特徴とする請求項９２に記載の方法。
【請求項１００】
前記複数の工程の前記残りの部分を実行する前記工程は、パターン付き金属の第２層（Ｍ２）の形成を通した製作工程の完了を含むことを特徴とする請求項９２に記載の方法。
【請求項１０１】
複数の一体統合ソーラーセル及びバイパススイッチ半導体構造を含む光起電性モジュール積層体を生成する方法であって、
ａ．ｉ．前側面と裏側面とを含む半導体層に対して複数の製作工程の少なくとも一部分を実行する段階と、
ｉｉ．電気絶縁連続バックプレーンを前記半導体層の前記裏側面に取り付ける段階と、
ｉｉｉ．複数のアイルを形成し、かつ前記電気絶縁連続バックプレーン上で前記ソーラーセル及び前記バイパススイッチを別々の半導体層領域に仕切るために前記半導体層を通して隔離パターンを生成する段階と、
ｉｖ．前記複数の製作工程の残りの部分を実行する段階と、
を含む複数の製作工程を用いて前記一体統合ソーラーセル及びバイパススイッチ半導体構造の各々を生成する段階と、
ｂ．前記光起電性モジュール積層体を生成するために前記複数の一体統合ソーラーセル及びバイパススイッチ半導体構造を電気相互接続かつ積層させる段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１０２】
可撓性光起電性モジュールであることを特徴とする請求項１０１に記載の光起電性モジュール積層体。
【請求項１０３】
剛性ガラスカバー付き光起電性モジュールであることを特徴とする請求項１０１に記載の光起電性モジュール積層体。
【請求項１０４】
複数の統合ソーラーセル及びバイパススイッチ構造を含む光起電性モジュール積層体を生成する方法であって、
ａ．ｉ．半導体層に対して複数の工程の少なくとも一部分を実行する段階と、
ｉｉ．連続バックプレーンを前記半導体層の面に取り付ける段階と、
ｉｉｉ．複数のアイルを形成し、かつ前記連続バックプレーン上で前記ソーラーセル及び前記バイパススイッチを仕切るために前記半導体層を通して隔離パターンを生成する段階と、
ｉｖ．前記複数の工程の残りの部分を実行する段階と、
を含む複数の工程を用いて前記統合ソーラーセル及びバイパススイッチ構造の各々を生成する段階と、
ｂ．前記光起電性モジュール積層体を生成するために前記複数の統合ソーラーセル及びバイパススイッチ構造を電気相互接続かつ積層させる段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１０５】
可撓性光起電性モジュールであることを特徴とする請求項１０４に記載の光起電性モジュール積層体。
【請求項１０６】
剛性ガラスカバー付き光起電性モジュールであることを特徴とする請求項１０４に記載の光起電性モジュール積層体。
【請求項１０７】
一体アイル型半導体ソーラーセルであって、
裏面バックプレーンに取り付けられたマスターセル半導体基板であって、該マスターセルが、複数の電気絶縁アイルを含み、該アイルの各々が、該マスターセル半導体基板を通して該裏面バックプレーンまで形成された隔離トレンチによって電気絶縁され、該アイルの各々が、光捕捉前側面とエミッタ及びベース接点を形成するための裏側面とを含む前記マスターセル半導体基板と、
前記アイルの前記裏側面上に位置決めされたエミッタ領域及びベース領域と、
を含み、
前記裏面バックプレーンは、前記エミッタ領域及び前記ベース領域に対応するエミッタ電極及びベース電極のパターンを有する導電金属化層を含む、
ことを特徴とするソーラーセル。
【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、２０１２年１１月５日出願のその全体がこれにより引用によって組み込まれる米国特許仮出願第６１／７２２，６２０号の利益を主張するものである。
【０００２】
本発明の開示は、一般的に太陽光発電（ＰＶ）セル及びモジュールの分野に関し、より具体的には、多くの利益をもたらす一体アイル型又はタイル型光起電性（ＰＶ）ソーラーセル及び関連モジュールに関する。
【背景技術】
【０００３】
２０１２年現在において、結晶シリコン光起電性（ＰＶ）モジュールは、全体世界規模ＰＶ年間需要市場及び累計世界規模設置ＰＶ容量の少なくとも約８５％を占めている。結晶シリコンＰＶのための製造工程は、チョクラルスキー（ＣＺ）シリコンインゴット又は鋳造シリコン煉瓦で製造された単結晶又は多結晶シリコンウェーハで始まる結晶シリコンソーラーセルの使用に基づいている。非結晶シリコンベースの薄膜ＰＶモジュール（例えば、ＣｄＴｅシリコン、ＣＩＧＳシリコン、有機シリコン、及びアモルファスシリコンのＰＶモジュール）は、低コスト製造工程の可能性をもたらすことができるが、主流の結晶シリコンＰＶモジュール（約１４％から約２０％までの範囲、殆どは約１４％から１７％までの範囲のモジュール効率を与えることができる）と比較して一般的に市販の薄膜ＰＶモジュールに対してかなり低い変換効率（ＳＴＣモジュール効率において約１４％までの範囲）しか与えることができず、定番の結晶シリコンソーラーＰＶモジュールと比較すると、未実証の長期使用現場信頼性実績しか提供することができない。最先端の結晶シリコンＰＶモジュールは、様々な他のＰＶ技術と比較して実質的に優れた全体エネルギ変換性能、長期使用現場信頼性、無毒性、及びライフサイクル持続性能をもたらす。更に、最近の発展及び進歩は、結晶シリコンＰＶモジュールの全体製造コストを＄０．８０／Ｗｐよりも押し下げた。再使用可能結晶シリコンテンプレート、薄肉の（例えば、約１０μｍから約１００μｍまで、一般的に≦７０μｍの結晶シリコン吸収体厚みの）エピタキシャルシリコン、バックプレーン取付／積層を用いた薄肉シリコン支持体、及び多孔質シリコンリフトオフ技術を用いて製作された高効率薄肉単結晶シリコンソーラーセルのような単結晶シリコン破壊技術は、強化された効率（標準試験条件又はＳＴＣの下で少なくとも２０％のソーラーセル効率及び／又はソーラーモジュール効率）、及び量産製造規模での＄０．５０／Ｗｐを十分に下回るＰＶモジュール製造コストの前途を与える。
【０００４】
現在の結晶シリコン（又は他の半導体吸収体材料）ソーラーセルの構造及び加工方法は、多くの場合に、セル加工中及び／又はその後の並びに使用現場に設けられた結晶シリコンＰＶモジュールの作動中のセルの撓み及びセルの亀裂／破損に関するいくつかの欠点に悩まされる。ソーラーセル加工は、多くの場合に、半導体基板に対する有意な応力（例えば、熱応力及び／又は機械応力）を誘発し、これらの応力は、熱誘発の歪曲及び／又は亀裂の発生及び増殖（熱循環又は機械応力によるもの）をもたらす可能性がある。撓んだ又は非平面のソーラーセル基板は、ソーラーセルの加工中（結晶シリコンソーラーセルの加工中等）に有意な困難及び起こり得る製造収量の低下を有し、製造工程中にセル基板を平坦化するためにソーラーセル基板及び／又は基板エッジを支持基板担体上に挟着するという要件を呈する場合がある。平面化解決法は、ソーラーセル製造工程を複雑にする場合があり、その結果、製造コストの増大及び／又は製造スループット及び収量の何らかの妥協がもたらされる。更に、撓んだ又は非平面のソーラーセル基板は、モジュールの積層中にかつその後の使用現場でのＰＶモジュール作動中にセルの微小亀裂及び／又は破損の問題をもたらす場合がある（その結果、ＰＶモジュールの電力低下又は電力損失がもたらされる）。これらの問題は、一般的に使用される１５６ｍｍ×１５６ｍｍ形式（正方形又は擬似正方形）ソーラーセルのような大面積ソーラーセルでは更に悪化すると考えられる。
【０００５】
更に、特に相互嵌合型裏面接触又はＩＢＣ設計に基づく従来のソーラーセルは、比較的高いセル電流に起因して、多くの場合に比較的厚肉の金属化パターンを必要とし、それによってセル加工に複雑度が追加され、材料コストが増大し、セル半導体材料に有意な物理的応力が追加される場合がある。ソーラーセルの前面及び／又は裏面上で比較的厚肉の（例えば、ＩＢＣセル金属化では数十ミクロンの厚み範囲の）金属化パターンによって誘発される熱応力及び機械応力は、導電性金属（例えば、ＩＢＣソーラーセルに使用されるメッキ銅、又は従来の前面接触ソーラーセルに使用されるアルミニウム含有及び／又は銀含有のスクリーン印刷金属化ペースト）と半導体材料（例えば、薄肉結晶シリコン吸収体層）との間の熱膨張率又はＣＴＥの不整合と合わさって、セル加工中（すなわち、セル金属化中及びその後）及びモジュール加工中（セル間相互接続及びモジュール積層組み立て中及びこれらの後）、並びに設置されたＰＶモジュールの使用現場での作動中に微小亀裂、セル破損、及びセル撓みをもたらす危険性を実質的に高める場合がある（すなわち、気象条件、温度変化、風誘発及び／又は積雪誘発、及び／又は設置関連のモジュール屈曲応力に起因して）。
【０００６】
これに加えて、結晶シリコンモジュールは、多くの場合に、ソーラーセルの部分又は完全遮蔽によって引き起こされるホットスポット効果を排除し、かつこの効果がもたらす潜在的なソーラーセル及びモジュールの信頼性不足を防ぐために、約数アンペアから約１０アンペアまでの範囲の比較的高い順方向バイアス電流と、約１０ボルトから２０ボルトまでの範囲の比較的高い逆方向バイアス電圧とを処理することができなければならない比較的高価な外部バイパスダイオードを利用する。ＰＶモジュール内の１つ又は複数の遮蔽セルの逆方向バイアス印加によって引き起こされるそのような遮光誘発のホットスポット現象は、影響を受けるＰＶセル並びにＰＶモジュールのカプセル化材料とセル間相互接続とを永久に損傷し、更に、例えば、１つ又は複数のソーラーセルの完全遮蔽に起因して、又は部分遮蔽であったとしてもそれに起因して、ＰＶモジュール内のＰＶセルの面に到達する日光が部分的に遮蔽されるか又はＰＶモジュール内で十分に均一ではない場合に火災害さえも引き起こす場合がある。バイパスダイオードは、多くの場合に、ＰＶモジュールのサブ−ストリング上に配置され、一般的には、３つの２０セルサブ−ストリングを有する標準の６０セル結晶シリコンソーラーモジュール内で２０個のソーラーセルのサブ−ストリング毎に１つの外部バイパスダイオード、又は２４セルサブ−ストリングを有する７２セル結晶シリコンソーラーモジュール内で２４個のソーラーセルのサブ−ストリング毎に１つの外部バイパスダイオードが配置されるが、異なる個数の埋め込みソーラーセルを有する多くの他のモジュール形式及びモジュール構成が、いずれかの個数のセルを有するモジュールに対して可能である。直列接続セルストリングを通して外部バイパスダイオードを有するこの接続構成は、あらゆる遮蔽セルに起因する逆方向バイアスホットスポットを防止し、ＰＶモジュールが様々な現実の遮蔽又は部分遮蔽及び汚損条件の下でそのモジュールの寿命を通して比較的高い信頼度で作動することを可能にする。ソーラーセルの遮蔽又は汚損がない場合に、ストリング内の各セルは、基本的に、直列接続セルストリング内の他のセルと比較的適合する電流値を有する電流源として作用し、サブ−ストリング内の外部バイパスダイオードには、モジュール内のサブ−ストリングの合計電圧を有する逆方向バイアスが印加される（例えば、直列接続ストリング内の２０個のセルは、結晶シリコンＰＶシステム内のバイパスダイオードの両端でおおまかに約１０Ｖから１２Ｖまでの逆方向バイアスを発生させる）。ストリング内のセルの遮蔽があると、遮蔽セルに逆方向バイアスが印加され、遮蔽セルを含むサブ−ストリングに対するバイパスダイオードが起動され、それによって非遮蔽サブ−ストリング内の良好／非遮蔽セルからの電流が外部バイパス回路内に流れることが可能になる。外部バイパスダイオード（一般的に、標準の主流６０セル結晶シリコンＰＶモジュール接合ボックス内には、３つの外部バイパスダイオードが含まれる）は、セルの遮蔽の場合にＰＶモジュール及びセルを保護するが、それらはまた、実際には、設置されたＰＶシステムに対して環境発電及びエネルギ収量の有意な損失をもたらす可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、高効率ソーラーセル製作方法及び設計に対する必要性が生じている。開示する主題により、一体アイル型ソーラーセル及びモジュールのための方法及び構造を提供する。これらの革新は、以前に開発されたソーラーセルに関連付けられた欠点及び問題を有意に低減又は排除する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の開示の主題の一態様により、一体アイル型ソーラーセルを提供する。ソーラーセルは、受光前面と、受光前面と反対側にあり、電気絶縁バックプレーンに取り付けられた裏面とを有する半導体層を含む。トレンチ隔離パターンが、電気絶縁バックプレーン上で半導体層を絶縁されたアイルに仕切る。ベース及びエミッタ電極を有する第１金属層が、半導体層裏面上に位置決めされる。セル相互接続を与え、かつビアプラグによって第１金属層に接続されたパターン付き第２金属層が、バックプレーン上に位置決めされる。
【０００９】
本明細書に開示する革新的な態様の利点は、以下に限定されるものではないが、高い可撓性及び亀裂の軽減、低いセル撓み及び改善された平面性、電圧増大及びセル電流低下、得られる低いオーミック損失、及びセル金属化厚要件の低減を含む。
【００１０】
開示する主題のこれら及び他の利点、並びに追加の新しい特徴は、本明細書に提供する説明から明らかであろう。この要約の目的は、主題の網羅的な説明ではなく、主題の機能のうちの一部の短い概要を提供することである。本明細書に提供する他のシステム、方法、特徴、及び利点は、以下に続く図及び詳細説明の吟味によって当業者には明らかになるであろう。本明細書に含まれる全てのそのような追加のシステム、方法、特徴、及び利点は、特許請求の範囲内であるように意図している。
【００１１】
開示する主題の特徴、性質、及び利点は、類似の参照番号が類似の特徴を示す図面と共に以下に示す詳細説明からより明らかになると考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】正方形形状単一アイルマスターセルの上面図である。
【図２】正方形形状４×４アイル型正方形マスターセル（又はアイル型セル「ｉｃｅｌｌ」）の上面図である。
【図３Ａ】ソーラーセル加工段階の後のバックプレーン取付ソーラーセルを示す断面図である。
【図３Ｂ】隔離トレンチ形成を含むソーラーセル加工段階の後のバックプレーン取付ソーラーセルを示す断面図である。
【図４】エピタキシャルシリコンリフトオフ加工を使用するバックプレーン取付ソーラーセルの製作に関する代表的な工程流れ図である。
【図５Ａ】裏面接触裏面接合ソーラーセルの形成のための製造工程流れ図であり、エピタキシャルシリコン及び多孔質シリコンのリフトオフ加工に基づく工程流れ図である。
【図５Ｂ】裏面接触裏面接合ソーラーセルの形成のための製造工程流れ図であり、開始結晶シリコンウェーハに基づく工程流れ図である。
【図５Ｃ】裏面接触裏面接合ソーラーセルの形成のための製造工程流れ図であり、エピタキシャルシリコン及びリフトオフ加工に基づく工程流れ図である。
【図５Ｄ】バックプレーン取付ソーラーセルを示す断面図である。
【図５Ｅ】バックプレーン取付ソーラーセルを示す断面図である。
【図６Ａ】３×３正方形形状アイル型正方形ｉｃｅｌｌの上面図である。
【図６Ｂ】５×５正方形形状アイル型正方形ｉｃｅｌｌの上面図である。
【図７Ａ】三角形形状８アイル型正方形ｉｃｅｌｌ実施形態の上面図である。
【図７Ｂ】三角形形状８アイル型正方形ｉｃｅｌｌ実施形態の上面図である。
【図７Ｃ】三角形形状１６アイル型正方形ｉｃｅｌｌ実施形態の上面図である。
【図７Ｄ】三角形形状３６アイル型正方形ｉｃｅｌｌ実施形態の上面図である。
【図７Ｅ】三角形形状３２アイル型正方形ｉｃｅｌｌ実施形態の上面図である。
【図８】エッジ効果を有する典型的なソーラーセルの等価回路モデルを示す概略図である。
【図９Ａ】正方形形状４×４アイル型ｉｃｅｌｌ上に形成されたバスバーなし第１金属化層パターン（Ｍ１）を示す裏面図である。
【図９Ｂ】図９の一部分の拡大図である。
【図１０Ａ】正方形形状３×３アイル型ｉｃｅｌｌ上に形成されたバスバーなし第１金属化層パターン（Ｍ１）を示す裏面図である。
【図１０Ｂ】正方形形状５×５アイル型ｉｃｅｌｌ上に形成されたバスバーなし第１金属化層パターン（Ｍ１）を示す裏面図である。
【図１１Ａ】３６個の三角形形状アイル型ｉｃｅｌｌ上に形成されたバスバーなし第１金属化層パターン（Ｍ１）を示す裏面図である。
【図１１Ｂ】図１１Ａの一部分の拡大図である。
【図１２Ａ】正方形形状５×５アイル型ｉｃｅｌｌ上に形成された第２金属化層パターン（Ｍ２）を示す裏面図である。
【図１２Ｂ】図１２Ａの一部分の拡大図である。
【図１３】相互嵌合先細ベース及びエミッタフィンガを有する第２金属化層パターン（Ｍ２）単位セルを示す裏面図である。
【図１４Ａ】正方形形状４×４アイル型ｉｃｅｌｌ上に形成された第２金属化層パターン（Ｍ２）を示す裏面図である。
【図１４Ｂ】図１４Ａの一部分の拡大図である。
【図１５Ａ】正方形形状３×３アイル型ｉｃｅｌｌ上に形成された第２金属化層パターン（Ｍ２）を示す裏面図である。
【図１５Ｂ】正方形形状５×５アイル型ｉｃｅｌｌ上に形成された第２金属化層パターン（Ｍ２）を示す裏面図である。
【図１６Ａ】各アイルが一体統合バイパススイッチ（ＭＩＢＳ）を有するアイル型マスターセル（ｉｃｅｌｌ）の上面図である。
【図１６Ｂ】裏面接触／裏面接合ソーラーセルのＭＩＢＳリム又は全周囲ダイオードソーラーセル実施形態を１つのアイル（又は図１６ＡのＩ11のような単位セル）に対して詳描する断面図である。
【図１６Ｃ】裏面接触／裏面接合ソーラーセルのＭＩＢＳリム又は全周囲ダイオードソーラーセル実施形態を１つのアイル（又は図１６ＡのＩ11のような単位セル）に対して詳描する断面図である。
【図１７】全直列電気接続ｉｃｅｌｌを示す概略図である。
【図１８Ａ】全直列電気接続４×４アイルアレイを有するｉｃｅｌｌを示す概略図である。
【図１８Ｂ】混成並列−直列電気接続４×４アイルアレイを有するｉｃｅｌｌを示す概略図である（図１８Ｂの設計を２×８ＨＰＳ設計と呼ぶ）。
【図１８Ｃ】混成並列−直列電気接続８×８アイルアレイを有するｉｃｅｌｌを示す概略図である（８×８ＨＰＳ設計と呼ぶ）。
【図１９Ａ】図１８Ａのｉｃｅｌｌ上の遮光管理スイッチの位置を示す図である。
【図１９Ｂ】図１８Ｂのｉｃｅｌｌ上の遮光管理スイッチの位置を示す図である。
【図１９Ｃ】図１８Ｃのｉｃｅｌｌ上の遮光管理スイッチの位置を示す図である。
【図２０】擬似正方形形状マスターセル基板の上面図である。
【図２１】混成並列−直列電気接続を有する擬似正方形形状ｉｃｅｌｌを示す概略図である。
【図２２】全直列電気接続を有する擬似正方形形状ｉｃｅｌｌを示す概略図である。
【図２３Ａ】マスターセル概観とアイルの個数及びＭ２相互接続設計に依存するエミッタ及びベースバスバーの相対位置とを示す概略図である。
【図２３Ｂ】マスターセル概観とアイルの個数及びＭ２相互接続設計に依存するエミッタ及びベースバスバーの相対位置とを示す概略図である。
【図２４】６０セルモジュール接続設計を示す概略図である。
【図２５】６０セルモジュール接続設計を示す概略図である。
【図２６】６０セルモジュール接続設計を示す概略図である。
【図２７】６０セルモジュール接続設計を示す概略図である。
【図２８Ａ】混成並列−直列ｉｃｅｌｌと比較して全直列ｉｃｅｌｌを含む６０セルＰＶモジュールを用いた６００ＶＤＣ  ＰＶシステムに対するモジュール接続を示す概略図である。
【図２８Ｂ】混成並列−直列ｉｃｅｌｌと比較して全直列ｉｃｅｌｌを含む６０セルＰＶモジュールを用いた６００ＶＤＣ  ＰＶシステムに対するモジュール接続を示す概略図である。
【図２９Ａ】混成並列−直列ｉｃｅｌｌと比較して全直列ｉｃｅｌｌを含む６０セルＰＶモジュールを用いた１０００ＶＤＣ  ＰＶシステムに対するモジュール接続を示す概略図である。
【図２９Ｂ】混成並列−直列ｉｃｅｌｌと比較して全直列ｉｃｅｌｌを含む６０セルＰＶモジュールを用いた１０００ＶＤＣ  ＰＶシステムに対するモジュール接続を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に続く説明は、限定的な意味で捉えるべきものではなく、本発明の開示の基本原理を説明するために行うものである。本発明の開示の範囲は、特許請求の範囲を参照して決定しなければならない。本発明の開示の例示的実施形態を図面内に例示し、様々な図面の類似で対応する部分を指す上で類似の番号を使用する。
【００１４】
重要な点として、実施形態に対して開示する例示的な寸法及び計算は、特定の実施形態に関する詳細説明として提供するものであり、開示する主題に従ってソーラーセルを形成及び設計するときの基本指針として使用すべきものである。
【００１５】
また、本発明の開示を単結晶シリコン基板及び説明する他の製作材料を用いた相互嵌合型裏面接触（ＩＢＣ）ソーラーセルのようなバックプレーン取付／裏面接触ソーラーセルのような特定の実施形態を参照して説明するが、当業者は、本明細書に説明する原理を以下に限定されるものではないが非ＩＢＣ裏面接触ソーラーセル（例えば、金属化ラップスルーソーラーセル又はＭＷＴ裏面接触ソーラーセル、従来の前面接触セル、別の半導体材料（例えば、シリコン、ヒ化ガリウム、ゲルマニウム、窒化ガリウム、他の二元半導体及び三元半導体のようなうちの１つ又はその組合せ）を含む他の製作材料等を含む他のソーラーセル）、及び当業技術及び／又は過度な実験を要さない実施形態に適用することができるであろう。
【００１６】
更に、アイル型（タイル型とも呼ぶ）マスターセルアーキテクチャ（本明細書ではＩｓｌｅｄ  Ｃｅｌｌ（アイル型セル）に対する略語であるｉｃｅｌｌとも呼ぶ）及び代表的な製造工程流れ図の説明を再使用可能な単結晶テンプレート及び可撓性バックプレーン上での多孔質シリコンのリフトオフ加工を用いて形成された薄肉エピタキシャルシリコン裏面接触／裏面接合ＩＢＣソーラーセルを参照して行うが、本明細書に開示する新しい概念及び実施形態は、以下に限定されるものではないが、
−再使用可能多結晶テンプレート及び可撓性又は剛性のいずれかのバックプレーン上での多孔質シリコンリフトオフ加工を用いて形成された薄肉エピタキシャルシリコン裏面接触／裏面接合ＩＢＣソーラーセル、
−再使用可能単結晶テンプレート及び比較的剛性のバックプレーン上での多孔質シリコンリフトオフ加工を用いて形成された薄肉エピタキシャルシリコン裏面接触／裏面接合ＩＢＣソーラーセル、
−再使用可能多結晶テンプレート及び可撓性又は剛性のいずれかのバックプレーン上での多孔質シリコンリフトオフ加工を用いて形成された薄肉エピタキシャルシリコンヘテロ接合（ＳＨＪ）ソーラーセル、
−線鋸式チョクラルスキー（ＣＺ）単結晶ウェーハ又はフロートゾーン（ＦＺ）単結晶ウェーハ及び可撓性バックプレーンを用いて形成された裏面接合／裏面接触ＩＢＣソーラーセル、
−線鋸式チョクラルスキー（ＣＺ）単結晶ウェーハ又はフロートゾーン（ＦＺ）単結晶ウェーハ及び剛性バックプレーンを用いて形成された裏面接合／裏面接触ＩＢＣソーラーセル、
−線鋸式キャスト多結晶ウェーハ又はリボン多結晶ウェーハ及び可撓性バックプレーンを用いて形成された裏面接合／裏面接触ＩＢＣソーラーセル、
−線鋸式キャスト多結晶ウェーハ又はリボン多結晶ウェーハ及び剛性バックプレーンを用いて形成された裏面接合／裏面接触ＩＢＣソーラーセル、
−線鋸式キャスト多結晶ウェーハ及び可撓性バックプレーンを用いて形成された裏面接触非ＩＢＣ（例えば、金属化ラップスルー又はＭＷＴ）ソーラーセル、
−線鋸式キャスト多結晶ウェーハ及び剛性バックプレーンを用いて形成された裏面接触非ＩＢＣ（例えば、金属化ラップスルー又はＭＷＴ）ソーラーセル、
−線鋸式チョクラルスキー（ＣＺ）単結晶ウェーハ又はフロートゾーン（ＦＺ）単結晶ウェーハ及び可撓性バックプレーンを用いて形成された裏面接触非ＩＢＣ（例えば、金属化ラップスルー又はＭＷＴ）ソーラーセル、
−線鋸式チョクラルスキー（ＣＺ）単結晶ウェーハ又はフロートゾーン（ＦＺ）単結晶ウェーハ及び剛性バックプレーンを用いて形成された裏面接触非ＩＢＣ（例えば、金属化ラップスルー又はＭＷＴ）ソーラーセル、
−線鋸式チョクラルスキー（ＣＺ）単結晶ウェーハ又はフロートゾーン（ＦＺ）単結晶ウェーハ及び可撓性バックプレーンを用いて形成された半導体ヘテロ接合（ＳＨＪ）ソーラーセル、
−線鋸式チョクラルスキー（ＣＺ）単結晶ウェーハ又はフロートゾーン（ＦＺ）単結晶ウェーハ及び剛性バックプレーンを用いて形成された半導体ヘテロ接合（ＳＨＪ）ソーラーセル、
−線鋸式チョクラルスキー（ＣＺ）単結晶ウェーハ又はフロートゾーン（ＦＺ）単結晶ウェーハ及び可撓性バックプレーンを用いて形成された前面接触ソーラーセル、
−線鋸式チョクラルスキー（ＣＺ）単結晶ウェーハ又はフロートゾーン（ＦＺ）単結晶ウェーハ及び剛性バックプレーンを用いて形成された前面接触ソーラーセル、
−線鋸式キャスト単結晶ウェーハ及び可撓性バックプレーンを用いて形成された前面接触ソーラーセル、
−線鋸式キャスト単結晶ウェーハ及び剛性バックプレーンを用いて形成された前面接触ソーラーセル、及び
−結晶シリコン以外の異なる半導体材料を用いた上述のソーラーセルのうちのいずれかのもの、
を含む多くの他のタイプのソーラーセル（及びその得られるソーラーＰＶモジュール）に適用かつ実質的に利用することができる。
【００１７】
本明細書では、共通又は連続するバックプレーンの層又はシートに取り付けられたマスターセル基板（すなわち、最初の連続半導体基板）から一体的に形成された電気的及び物理的に隔離された個々の半導体領域を説明するのにアイル、アイランド、タイル、ペーバー、サブセル、及び／又はミニセルという表現を交換可能に使用する。アイル型マスターセル、ｉｃｅｌｌ、又は修正メインセルという表現は、同じ元の半導体基板及びその後の修正アイル型ソーラーセルから形成された複数のアイル又はサブセルを意味する。ミニセルが形成される元の半導体の層又は基板をマスターセルと呼ぶ場合がある。
【００１８】
更に、本明細書では、マスターセル（及びその複数のアイル又はミニセル）に対して機械的及び構造的な支持を与えて高度なソーラーセル相互接続設計を可能にするセル裏面上の材料の組合せ、例えば、ソーラーセル裏面に取り付けられた金属化層と電気絶縁層との組合せを説明するのにバックプレーンという表現を使用する場合がある。これに代えてかつ一部の事例では、ソーラーセル裏面上に形成かつ位置決めされた電気絶縁可撓性プリプレグ層のような材料層、従って、セル裏面上に少なくとも２つの金属化層を含むソーラーセル金属化構造を可能にする材料層を説明するのにバックプレーンという表現を使用する場合がある。バックプレーン層は、剛性又は可撓性のいずれかの材料の薄肉シート（例えば、最大で約２５０ミクロンの範囲にバックプレーンシート厚を有する）で製造することができる。裏面接触ソーラーセルを含む（相互嵌合型裏面接触ＩＢＣ又は金属化ラップスルーＭＷＴのいずれかを含む）用途では、バックプレーン層は、電気絶縁材料（可撓性又は剛性のいずれかの材料）で製造することができる。前面接触ソーラーセルを含む用途では、バックプレーン層は、電気的又は電気的伝導性のいずれかのものとすることができる。殆どの事例では、バックプレーンという表現は、可撓性又は剛性のいずれかのものとすることができるプリプレグ材料の薄肉シートを含むがこれに限定されない支持材料の連続薄肉シートを意味する。開示する主題に関する可撓性バックプレーンシートの使用は、ソーラーセルを可撓性の軽量ＰＶモジュール内にパッケージ化することを可能にする（前面又は前面と裏面の両方に対するかなり重いガラスカバーシートを必要とせずに）。
【００１９】
本出願は、一体アイル型ソーラーセル及びモジュールのための様々な構造及び方法を提供する。半導体基板としても公知の一枚の半導体材料層上に製作された複数の半導体素子及び対応する電気相互接続を説明するのに一体集積回路という表現を使用する。従って、一体集積回路は、一般的に、結晶シリコンのような半導体材料の薄肉連続薄板又は層上に製造される。本明細書に説明する一体ｉｃｅｌｌ構造は、統合されるサブセルが全て一枚の半導体基板層の上に形成又は製造されるので（開始半導体ウェーハ又はエピタキシャル堆積のような気相成長法又は液相成長法によって形成された成長された半導体層のいずれかから）一体半導体集積回路である。更に、半導体基板層の裏面に取り付けられた連続バックプレーンの組合せは、開示する主題による一体統合ｉｃｅｌｌ実施形態を可能にする。
【００２０】
物理的又は領域的に隔離されたアイル（すなわち、最初の半導体基板が、共有の連続バックプレーン上に支持された複数の基板アイルに仕切られる）は、最初は連続している１つの半導体の層又は基板から形成され、従って、その得られるアイル（例えば、トレンチ隔離領域又は半導体基板を貫通する切れ目を用いて互いから隔離されたトレンチ）は、連続バックプレーン（例えば、電気絶縁プリプレグ層のような可撓性バックプレーン）に取り付けられて支持された一体のものである。完成したソーラーセルは、一部の事例では、可撓性バックプレーン（例えば、プリプレグ材料、例えば、半導体基板材料のものに適合する比較的良好な熱膨張率又はＣＴＥを有する材料で製造されたもの）に取り付けられた複数の一体統合アイル又はミニセルを含み、高いソーラーセルの柔軟性及び可撓性を与え、一方、半導体基板層内での微小亀裂発生及び亀裂増殖を抑制するか又は排除さえもする。更に、可撓性一体アイル型（又は一体統合アイルグループ）セル（ｉｃｅｌｌとも呼ぶ）は、いずれかの任意的な半導体層薄肉化エッチング処理、テクスチャエッチング処理、テクスチャ後の洗浄処理、ＰＥＣＶＤ不動態化処理、及び反射防止コーティング（ＡＲＣ）処理のようなソーラーセル加工段階、並びに最終ソーラーセル金属化のようなソーラーセル加工段階を通して改善されたセル平面性を与え、比較的小さいか又は無視することができるセル撓みしか与えない（更に一部の処理実施形態において、熱誘導セル歪曲の軽減又は排除に起因して、基板の太陽光面ＰＥＣＶＤ処理も可能にする）。本明細書に開示するソーラーセルは、剛性ガラスカバー付きＰＶモジュールを製造するのに使用することができるが、本明細書に開示する構造及び方法は、モジュール積層中、更に、使用現場でのＰＶモジュール作動中のソーラーセル微小亀裂を有意に低減するか又は排除する一体アイル型マスターセル（すなわち、ｉｃｅｌｌ）から可撓性の軽量ＰＶモジュールを形成することも可能にする。これらの可撓性軽量ＰＶモジュールは、住宅の屋上（住宅建造物一体型光起電性又はＢＩＰＶの屋上シングル／タイルを含む）用途、商業施設の屋上用途、地上設置の公共電力事業規模の発電施設用途、携帯可能及び搬送可能なＰＶ発電用途、自動車（ソーラーＰＶサンルーフ等）用途、並びに他の用途を含むがこれらに限定されない様々な市場及び用途に対して使用することができる。
【００２１】
本明細書に開示する技術革新の態様は、個々の又は組合せのいずれかで取りわけ以下に続く利点をもたらすことができる。
−アイル型ソーラーセル（ｉｃｅｌｌ）は、低い金属化シート導電率又は厚みの要件（従って、低い金属化材料及び工程のコスト）を含む多くの利点の中でも取りわけ埋め込み遮光管理ダイオード（例えば、より低い定格電流のショットキーダイオード又はｐｎ接合ダイオード）又は埋め込み最大電力点追跡（ＭＰＰＴ）電力オプティマイザー（埋め込みのＭＰＰＴ  ＤＣからＤＣへのマイクロコンバータ又はＭＰＰＴ  ＤＣからＡＣへのマイクロインバータ等）のような関連の埋め込み電力電子機器構成要素に対する最大定格電流要件を低くするセルのアイル／タイル（又はサブセル）の個数（例えば、Ｎ×Ｎアレイ）に基づくソーラーセルの電圧及び電流の強度調整、特にソーラーセル電圧の強度を強め（言い換えれば、マスターセル出力電圧を増大させ）、ソーラーセル電流の強度を弱める（言い換えれば、マスターセル出力電流を低下させる）ことを可能にする。この強度調整により、バイパススイッチのような埋め込み電力電子機器構成要素のサイズ（例えば、フットプリント及び／又はパッケージ厚）及びコストを低減し（より高い定格電流を有するバイパススイッチは、より低い定格電流を有するバイパススイッチと比較して一般的により高いコストを有する）、低い電流（例えば、遮光にあるソーラーセルを保護するためにバイパススイッチが作動されて順方向バイアスが印加された時にバイパススイッチを通って流れる）に起因して埋め込み電力電子機器デバイス（分散遮光管理に使用されるバイパススイッチ、又はＰＶモジュールからの分散高電力／エネルギ収穫に使用されるＭＰＰＴ電力オプティマイザー等）の性能を改善することができる。より低い定格電流（例えば、約１Ａから２Ａ）のショットキー障壁ダイオードは、１０Ａから２０Ａのショットキー障壁ダイオードよりも一般的にかなり廉価であり、かなり小さいパッケージを有することができ、かなり低い電力しか消費しない。より高いセル電圧を与え（Ｎ×Ｎまでの増大率で）、かつより低いセル電流を与える（Ｎ×Ｎまでの低下率で）ように構成されたｉｃｅｌｌ電気相互接続を有する本明細書に開示する実施形態（例えば、マスターセル又はｉｃｅｌｌに対してＮ×Ｎ個のアイルを使用する）は、より低コストでより小さく、電力消費がより少ないバイパスダイオードの使用を可能にするために、同じソーラーセル電力に対してソーラーセル電圧を増大させると同時に、得られるソーラーセル電流を低下させることができる。例えば、Ｖmp≒０．６０Ｖの最大電力点電圧とＩmp≒９．３Ａの最大電力点電流とを有する結晶シリコンのマスターセル又はｉｃｅｌｌ（ソーラーセルは、Ｐmp≒５．６Ｗの最大電力点電力を生成する）を考えられたい。例えば、本明細書で更に詳しく説明するように、ソーラーセル裏面上の第１レベル金属（Ｍ１）と、電気絶縁バックプレーン層上の第２レベル金属（Ｍ２）との組合せを用いて全てのアイル又はサブセルが電気直列で接続されたミニセル（Ｎ＝５）の５×５アレイ（Ｓ＝２５）を有するマスターセル又はｉｃｅｌｌは、Ｖmp＝１５ＶとＩmp＝０．３７２Ａとを有する修正セルをもたらすことになり、言い換えれば、マスターセル又はｉｃｅｌｌの電圧の強度が２５倍だけ強められ、マスターセル又はｉｃｅｌｌの電流の強度が同じ２５倍だけ弱められる（同じマスターセルサイズのものであるが、本明細書に開示するｉｃｅｌｌ構造を持たないソーラーセルと比較して）。
−複数のアイル又はミニセルのより高い電圧及びより低い電流のマスターセル（ｉｃｅｌｌ）に起因して、ダイナミックレンジ応答のような優れた性能を有するより高い変換効率、より低いコスト、より小さいフットプリントの埋め込み／分散最大電力点追跡（ＭＰＰＴ）電力オプティマイザー（ＤＣからＤＣへ又はＤＣからＡＣへの）チップをソーラーセル裏面上（例えば、本明細書に開示するバックプレーン取付ｉｃｅｌｌのバックプレーン上）に積層された及び／又は直接統合されたモジュール内に埋め込むことができる。一実施形態において、ｉｃｅｌｌは、廉価な単一チップのＭＰＰＴ電力オプティマイザー（ＤＣからＤＣへのマイクロコンバータ又はＤＣからＡＣへのマイクロインバータ）を使用することができる。
−埋め込みバイパススイッチが各ｉｃｅｌｌに接続され、使用現場に設けられたＰＶモジュールに対してより高い有効エネルギ収率を与える分散セルレベル統合遮光管理の廉価な実施が可能になる。一実施形態において、この実施は、部分遮蔽中に影響を受ける／遮蔽されるタイル又はミニセルしか短絡されず、一方、残りのものが電力を生成して供給するように、各アイルの周囲の周りに形成された一体統合バイパススイッチ（ＭＩＢＳ）を含むことができる。
−例えば、Ｎ×Ｎのアイル個数倍だけ低下したアイル型ソーラーセル（ｉｃｅｌｌ）の低下電流は、低いオーミック損失に起因して、パターン付き金属化シートの要求導電率と要求厚みとを低減する。言い換えれば、金属化シートの導電率と厚みの要件は、有意に低減されたオーミック損失に起因して緩和される。より薄肉のソーラーセル金属化構造は、ソーラーセル加工に関するいくつかの利点を有し、有意な製造コスト低減（例えば、セル毎にかなり少ない金属化材料しか要求されない）に加えて、比較的厚肉の（例えば、相互嵌合型の裏面接触又はソーラーセルでは数十ミクロンの）金属化構造に関する熱応力及び機械応力、及び導電性金属と半導体材料の間のＣＴＥ不整合を低減することを可能にすることができる。通常、銅又はアルミニウムのような金属化材料は、半導体材料と比較してかなり高いＣＴＥを有する。例えば、アルミニウム、銅、及び銀（高導電性金属）の線形ＣＴＥは、それぞれ約２３．１ｐｐｍ／℃、１７ｐｐｍ／℃、及び１８ｐｐｍ／℃である。しかし、シリコンの線形ＣＴＥは、３ｐｐｍ／℃前後である。従って、これらの高導電性金属化材料とシリコンの間には比較的大きいＣＴＥ不整合が存在する。金属化材料とシリコンの間のこれらの比較的大きいＣＴＥ不整合は、特にソーラーセルに対して比較的厚肉の金属化構造（ＩＢＣソーラーセルに使用される厚板状の銅のような）を使用する場合に深刻なセル製造収率問題及びＰＶモジュール信頼性問題をもたらす可能性がある。
−相互嵌合型裏面接触（ＩＢＣ）ソーラーセルに関して本明細書に説明する二重層金属化パターンのような多層金属化パターンでは、ｉｃｅｌｌアーキテクチャの電流及び電圧の強度調整に起因して、例えば、アルミニウム又は銅を含む第２レベル金属（Ｍ２）は、かなり薄肉にすることができ、従って、湿式メッキ法を用いずに、セルに対して実質的に弱い機械応力しか与えず、セルに対して弱い化学侵食性のみを有する工程（例えば、金属蒸着及び／又はプラズマスパッタリングのような物理蒸着（ＰＶＤ）、金属ペーストスクリーン印刷、又はインクジェット印刷による金属インク印刷のような乾式加工方法）を用いて堆積させることができる。一部の事例では、複数の可撓性アイルを使用するｉｃｅｌｌアーキテクチャがプリプレグのＣＴＥ要件を低減／緩和するので（例えば、バックプレーン層と半導体基板の間の相対的ＣＴＥ整合要件を緩和することにより）、バックプレーンを形成する材料（プリプレグのような）コストが低減される。バックプレーンシートと半導体基板の間の相対的ＣＴＥ整合要件は、バックプレーンに取り付けられたより小さい連続セル区域しか存在しない（連続バックプレーンシート上で半導体基板を複数のアイル又はサブセルに仕切るトレンチ隔離領域に起因して）ことで低減され、連続バックプレーンに取り付けられた連続ミニセル区域は、トレンチ隔離によって囲まれたアイルの区域又は領域によって定められる。
−トレンチで分離され、電気的に仕切られたアイルに対する基板領域は、相対的可撓性を与え、セル撓みを更に軽減し、セル加工中にマスターセル（全ｉｃｅｌｌ区域）にわたって相対的平面性を維持し（一部の事例では太陽光面セルＰＥＣＶＤ堆積のようなセル不動態化処理も可能にし）、セル製作、モジュール積層の後、及び使用現場における様々な気象条件下におけるＰＶモジュールの作動中の長期材料応力を低減する。
【００２２】
開示する技術革新の重要な用途は、以下に限定されるものではないが、住宅の屋上のための可撓性ソーラーセル及び可撓性軽量ＰＶモジュール用途、住宅建造物及び商業建造物における建造物一体型光起電性（ＢＩＰＶ）用途、商業施設の屋上用途、地上設置の公共電力事業規模の発電施設用途、自動車用途、携帯可能電子機器用途、携帯可能及び搬送可能な発電用途、及び他の特殊用途を含む。本明細書に開示する実施形態は、上述の住宅の屋上用途、商業施設の屋上用途、ＢＩＰＶ、地上設置の公共電力事業用途、自動車用途、携帯可能及び搬送可能な発電用途、及び他の特殊用途を含む広範囲の用途のためのガラスカバー付き剛性ソーラーＰＶモジュールにパッケージ化するか又は積層させることができる剛性又は可撓性のいかなるソーラーセルも含む。
【００２３】
図１は、ｉｃｅｌｌを生成するための複数のアイルのない従来技術の標準ソーラーセル幾何学形状であるセルパターンのための正方形形状の単一アイルの代表的な概略図である。この図では完全な正方形形状のセルとして示すが、ソーラーセルは、擬似正方形、矩形、他の多角形形状、又はあらゆる他の関心形状として成形することができる。図１は、セル周囲境界又はエッジ領域１２によって定められ、辺長Ｌを有する単一アイルＩの（又は非アイル型又は非タイル型の）標準正方形形状ソーラーセル１０の上面図又は平面図を示す概略図である。現在の又は主流の結晶シリコンソーラーセルは、多くの場合に、Ｘ×Ｘ（Ｘは、一般的に約１００ｍｍから２１０ｍｍまでの範囲にあり、又は更に大きい値である）程度のセル正方形区域を有する矩形／正方形形状のもの（大部分が完全正方形又は擬似正方形のいずれかの形状のウェーハ）、例えば、１２５ｍｍ×１２５ｍｍ、１５６ｍｍ×１５６ｍｍ、又は２１０ｍｍ×２１０ｍｍのソーラーセルである。更に、本明細書では正方形形状のソーラーセルを例示的マスターセル（マスターセルは、元の連続半導体基板から製造された単一ソーラーセルとして定められる）形状として使用するが、マスターセルは、様々な形状を取ることができ（例えば、擬似正方形）、様々な幾何学寸法を有することができる。
【００２４】
セル周囲境界又はエッジ領域１２は、４Ｌの全長を有し、従って、ソーラーセル１０は、４Ｌの合計周囲寸法を有する。ソーラーセル半導体（例えば、シリコン基板層）吸収体厚みをＷとすると（図３Ａの断面図を参照されたい）、セル作用面積の数分の１であるセルエッジ面積は、Ｒ＝（４ＬＷ）／（Ｌ2）＝４Ｗ／Ｌである比Ｒとして定められる。Ｌ＝１５６ｍｍ及びＷ＝４０μｍ（ミクロン）厚のシリコン基板（例えば、エピとしても公知のエピタキシャル成長シリコンの層、又はこれに代えて元の線鋸式ＣＺ、ＦＺ、又は多結晶シリコンウェーハから形成されたｓシリコン層）を有する薄肉シリコンソーラーセルでは、Ｒ＝４×４０×１０-3／１５６、従って、Ｒ＝０．００１０（又は０．１０％）である。更に、Ｗ＝２００μｍ厚のシリコン基板（例えば、ＣＺ単結晶ウェーハ又はキャスト多結晶ウェーハからのもの）を有する従来の標準ソーラーセルでは、Ｒ＝０．００５０（又は０．５０％）である。一般的に、低い無負荷電圧及び／又は低い短絡電流、従って、低いソーラーセル変換効率をもたらす可能性があるエッジに関するソーラーセル再結合損失を最小にするために、ソーラーセルソーラーセル構造は、比較的小さく、例えば、約５％よりも小さく、一部の事例では約１％よりも小さく、作用セル面積と比較したエッジ面積（エッジ対セル比とも呼ぶ）を有すべきである。エッジ誘導損失は、ソーラーセルエッジ領域の適正な不動態化により、更にエッジ領域からのエミッタ接合領域の隔離／分離によって（従って、ソーラーセル効率の損失なしにより大きいエッジ面積分量に対する公差を与えることで）有意に軽減することができる。
【００２５】
図２は、ｉｃｅｌｌパターン（正方形形状アイル及び正方形形状ｉｃｅｌｌに対して示す）、並びにＮ×Ｎ＝４×４＝１６個のアイル（又はサブセル、ミニセル、タイル）に対する均一サイズ（同一のサイズ）の正方形形状アイルの代表的な略平面（前面又は上面）図である。この概略図は、トレンチ隔離領域によって仕切られた複数のアイルを示す（４×４＝１６個のアイルとして示す）。図２は、辺長Ｌを有し、セル周囲境界又はエッジ領域２２によって定められ、同じ元の連続基板から形成され、Ｉ11からＩ44として示したマスターセル裏面上の連続バックプレーン（バックプレーン及びソーラーセル裏面は示していない）に取り付けられた１６個の均一な正方形形状アイルを含む４×４均一アイル型（タイル型）マスターソーラーセル又はｉｃｅｌｌ２０の略上面図又は略平面図である。各々のアイル、サブセル、ミニセル、又はタイルは、トレンチ隔離又はアイル仕切領界２４として示す内部アイル周囲境界（例えば、マスターセル半導体基板厚を通して切断され、アイル辺寸法よりも有意に小さいトレンチ幅を有し、トレンチ幅が数百ミクロンを超えず、一部の事例では約１００μｍよりも小さく、又はそれと等しく、例えば、数μｍから約１００μｍまでの範囲にある隔離トレンチ）によって定められる。メインセル（又はｉｃｅｌｌ）周囲境界又はエッジ領域２２は、４Ｌという合計周囲長を有するが、全てのアイルの周囲寸法を含む全ｉｃｅｌｌエッジ境界長は、セル周囲境界２２（セル外側周囲とも呼ぶ）とトレンチ隔離領界２４とを含む。従って、正方形形状アイル実施形態においてＮ×Ｎ個のアイル又はミニセルを含むｉｃｅｌｌでは、全ｉｃｅｌｌエッジ長はＮ×セル外側周囲である。従って、Ｎ＝４である４×４＝１６個のアイルを有するｉｃｅｌｌを示す図２の代表例では、全セルエッジ長は、４×セル外側周囲４Ｌ＝１６Ｌである（従って、このｉｃｅｌｌは、図１に示す標準の従来技術セルのものよりも４倍大きい周囲寸法を有する）。寸法１５６ｍｍ×１５６ｍｍを有する正方形形状のマスターセル又はｉｃｅｌｌでは、正方形アイル辺寸法は約３９ｍｍ×３９ｍｍであり、各々のアイル又はサブセルは、１５．２１ｃｍ2の面積毎アイルを有する。
【００２６】
図３Ａ及び図３Ｂは、ソーラーセル加工の異なる段階中のバックプレーン取付ソーラーセルの代表的な略断面図である。図３Ａは、工程段階の後かつ仕切トレンチ領域の形成の前のバックプレーン取付ソーラーセルの概略断面図を示している。図３Ｂは、いくつかの工程段階の後かつトレンチ仕切アイルを定めるための仕切トレンチ領域の形成の後のバックプレーン取付ソーラーセルの概略断面図を示している。図３Ｂは、Ｎ×Ｎ＝４×４＝１６個のアイル（又はサブセル、ミニセル、タイル）に対して均一サイズ（同一のサイズ）の正方形形状アイルを示すｉｃｅｌｌパターン（正方形形状アイル及び正方形形状ｉｃｅｌｌに対して示す）に関する図２の視軸Ａに沿った図２のｉｃｅｌｌの概略断面図を示している。
【００２７】
図３Ａ及び図３Ｂは、それぞれ、トレンチ隔離又は仕切領域の形成の前のバックプレーン上の一体マスターセル半導体基板の概略断面図、及びトレンチ隔離又は仕切領域の形成の後のマスターセルから形成されたバックプレーン上の一体アイル型又はタイル型ソーラーセルの概略断面図である。図３Ａは、幅（半導体層厚）Ｗを有し、バックプレーン３２（例えば、電気絶縁連続バックプレーン層、例えば、薄肉の可撓性プリプレグシート）に取り付けられた図１に示すものと類似の半導体基板３０を含む。図３Ｂは、図２のセルのＡ軸に沿う断面図として示したアイル型ソーラーセル（ｉｃｅｌｌ）の断面図である。図示のように、図３Ｂは、各々がトレンチで仕切られた半導体層幅（厚）Ｗを有し、バックプレーン３２に取り付けられたアイル又はミニセルＩ11、Ｉ21、Ｉ31、及びＩ41を含む。ミニセルの半導体基板領域は、内部周囲仕切境界、トレンチ仕切領界２４によって物理的かつ電気的に隔離される。アイル又はミニセルＩ11、Ｉ21、Ｉ31、及びＩ41は、図３Ａに示す同じ連続半導体基板から一体的に形成される。図３Ｂのｉｃｅｌｌは、図３Ａの半導体／バックプレーン構造から取り付けられたバックプレーンに至るまで半導体層を貫通してトレンチングすることによって望ましいミニセル形状（例えば、正方形形状のミニセル又はアイル）の内部周囲仕切境界を形成することによって形成することができる（トレンチで仕切られたアイル又はミニセルは連続バックプレーンによって支持される）。アイルを形成するための半導体基板のトレンチ仕切は、連続バックプレーンシートを分割せず、従って、得られるアイルは、連続バックプレーンの層又はシートによって支持され、そこに取り付けられたままに留まる。最初は連続している半導体基板の厚みを貫通するトレンチ仕切の形成工程は、例えば、パルスレーザによるアブレーション又はダイスカット、機械ソーダイスカット、超音波ダイスカット、プラズマダイスカット、ウォータージェットダイスカット、又は別の適切な工程によって実施することができる（連続バックプレーン上に複数のアイル、ミニセル、又はタイルを形成するためのトレンチ隔離工程を指す上でダイスカット、カッティング、スクライビング、及びトレンチングを交換可能に使用することができる）。ここでもまた、バックプレーン構造は、バックプレーン支持シートをパターン付き金属化構造と併せた組合せを含むことができ、バックプレーン支持シートは、半導体層に機械的支持を与え、得られるｉｃｅｌｌ（可撓性バックプレーンシートを使用する可撓性バックプレーン、剛性バックプレーンシートを使用する剛性ソーラーセル、又は半可撓性バックプレーンシートを使用する半可撓性ソーラーセルのいずれか）に対して構造的一体性を与える。ここでもまた、連続バックプレーン支持シートとパターン付き金属化構造との組合せに対してバックプレーンという表現を使用する場合があるが、より一般的には、半導体基板の裏面に取り付けられ、ｉｃｅｌｌ半導体基板領域と全体のパターン付きソーラーセル金属化構造の両方を支持するバックプレーン支持シート（例えば、電気絶縁薄肉プリプレグシート）を指す上でバックプレーンという表現を使用する。
【００２８】
上述したように、現在、結晶（単結晶と多結晶の両方）シリコンの光起電性（ＰＶ）モジュールは、全世界のソーラーＰＶ市場の約８５％超を占め、これらの結晶シリコンＰＶモジュールの開始結晶シリコンウェーハのコストは、現在、全ＰＶモジュール製造コストの約３０％から５０％を構成する（正確な比は、技術のタイプ及び様々な経済的ファクタに依存する）。更に、本明細書に提供する主要実施形態を裏面接触／裏面接合（相互嵌合型裏面接触又はＩＢＣ）ソーラーセルとして説明するが、本明細書に開示する一体アイル型ソーラーセル（又はｉｃｅｌｌ）による技術革新の全ては、結晶シリコン（例えば、数ミクロンから約２００ミクロンまでの範囲に最終セルシリコン層厚を有する単結晶シリコン又は多結晶シリコンのいずれか）又は別の結晶（単結晶又は多結晶）半導体吸収体材料（ゲルマニウム、ヒ化ガリウム、窒化ガリウム、又は他の半導体材料、又はその組合せを含むがこれらに限定されない）を使用するセル設計である金属化ラップスルー（ＭＷＴ）裏面接触ソーラーセル、半導体ヘテロ接合（ＳＨＪ）ソーラーセル、前面接触／裏面接合ソーラーセル、前面接触／前面接合ソーラーセル、不動態化エミッタ及び背面接触（ＰＥＲＣ）ソーラーセル、並びに他の前面接触／前面接合ソーラーセルのような様々な他のソーラーセルアーキテクチャに拡張可能かつ適用可能である。本明細書に開示する一体アイル型ソーラーセル（又はｉｃｅｌｌ）による技術革新は、化合物半導体多重接合ソーラーセルに拡張可能かつ適用可能である。
【００２９】
開示する一体アイル型ソーラーセル又はｉｃｅｌｌの重要な利点は、セル加工中にこれらのセルを一体的に製作することができ、更に既存のソーラーセル製作工程流れ図内に容易に統合することができる点である。本明細書に開示するアイル型マスターセル実施形態は、図４に示すエピタキシャルシリコンリフトオフ工程流れ図を用いて製作されたバックプレーン取付裏面接触ソーラーセルを含む多くのバックプレーン取付ソーラーセル設計、加工方法、及び半導体基板材料と併せて使用することができる。図４は、１つのそのようなセル製作工程である低コストで高効率の裏面接合／裏面接触結晶シリコンソーラーセル及びモジュールを生成するために、シリコン材料の使用を有意に低減し、従来の結晶シリコンソーラーセル製造段階内のいくつかの工程段階を排除する比較的薄肉（数ミクロンから約１００ミクロンまでの範囲の厚み）のエピタキシャルシリコンリフトオフ加工を使用する結晶シリコンソーラーセル製造工程の重要な工程段階に着目した一般的な裏面接触ソーラーセル製造工程流れ図の概略図を示している。特に、図４の工程流れ図は、再使用可能な結晶（単結晶又は多結晶のいずれかの）シリコンテンプレートと、多孔質シリコンのシード及び剥離層上へのエピタキシャルシリコン堆積とを用いて形成されたスマートセル及びスマートモジュール設計（すなわち、ソーラーセル及びモジュールからの強化された環境発電のための埋め込み分散電子機器構成要素を可能にする）に対する任意的な公差を有するソーラーセル及びモジュールに向けて、本明細書に開示する一体アイル型セル（ｉｃｅｌｌ）の構造及び方法を利用して統合することができる製作を示すソーラーセル裏面に取り付けられたバックプレーン（例えば、ソーラーセル裏面に積層されたプリプレグバックプレーンシート）を有するバックプレーン取付結晶シリコンソーラーセルの製作である。
【００３０】
図４のソーラーセル工程流れ図は、一体アイル型ソーラーセル又はｉｃｅｌｌを形成するのに使用することができる。図４に示す工程は、制御された孔隙率を有する多孔質シリコンの薄肉の（数分の１ミクロンから数ミクロンまでの）犠牲層が上に形成された（例えば、電流の存在下におけるＨＦ／ＩＰＡ又はＨＦ／酢酸の湿式化学作用中でのテンプレート面の修飾のための電気化学エッチング工程により）再使用可能（少なくとも数回、一部の事例では約１０回から約１００回の間で再使用されることになる）結晶シリコンテンプレート、例えば、ｐ型の単結晶又は多結晶のシリコンウェーハを用いて始まる。多孔質シリコン層は、低孔隙率表層と高孔隙率埋め込み層とを有する少なくとも２つの層を有することができる。開始材料又は再使用可能結晶シリコンテンプレートは、例えば、フロートゾーン（ＦＺ）、チョクラルスキー（ＣＺ）、磁気安定化ＣＺ（ＭＣＺ）のような結晶成長法を用いて形成された単一結晶（単結晶としても公知）のシリコンウェーハとすることができ、かつそのようなシリコンウェーハを覆って成長させたエピタキシャル層を任意的に含むことができる。これに代えて、開始材料又は再使用可能結晶シリコンテンプレートは、例えば、キャスト法又はリボンのいずれかを用いて形成された多結晶シリコンウェーハとすることができ、かつそのようなシリコンウェーハを覆って成長させたエピタキシャル層を任意的に含むことができる。テンプレート半導体ドーピング型は、ｐ又はｎのいずれでもよく（多くの場合に、多孔質シリコン形成を容易にするために比較的重度のｐ型ドーピング）、ウェーハ形状は、最も一般的に正方形形状であるが、準正方形（擬似正方形）、六角形、丸形などのようないずれかの幾何学又は非幾何学形状とすることができる。
【００３１】
高品質エピタキシャルシード層と得られるエピタキシャルシリコン層に向けたその後の分離／リフトオフ層との両方として機能する犠牲多孔質シリコン層の形成時に、原位置ドーピング（例えば、ｎ型エピタキシャルシリコン層を形成するためにリンでドープされた）結晶（単結晶又は多結晶のいずれか）シリコンの薄層（例えば、数ミクロンから約１００ミクロンまでの範囲の層厚、一部の事例では約５０ミクロンよりも小さいエピタキシャルシリコン厚）が、犠牲多孔質シリコン層上に形成され、この形成をエピタキシャル成長とも呼ぶ。原位置ドーピング結晶（単結晶テンプレート上の単結晶層又は多結晶テンプレート上の多結晶層のいずれか）シリコン層は、例えば、トリクロロシラン又はＴＣＳのようなシリコンガスと水素と（更にｎ型リンドーピングのためのＰＨ3のような望ましいドーパントと）を含む雰囲気中の化学気相蒸着又はＣＶＤ工程を用いた大気圧エピタキシによって形成することができる。
【００３２】
ソーラーセル加工段階の一部分（一部の事例では裏面ドーピングによるエミッタ形成、裏面の不動態化、その後のベース及びエミッタの領域への金属化接触に向けてドープされるベース及びエミッタの接触領域、及びソーラーセルの金属化を含む）の完了の後に、永続的なセルの支持及び補強に向けて、更にソーラーセルの高導電性セル金属化構造の形成を助けるために（例えば、バックプレーン取付の前のソーラーセル裏面上のパターン付き第１金属化層又はＭ１と、バックプレーン取付の後、更に再使用可能テンプレートからのバックプレーン取付ソーラーセルのリフトオフ剥離の後のバックプレーン取付ソーラーセルの裏面上のパターン付き第２金属化層又はＭ２とを使用する二層金属化構造を用いて）、比較的廉価なバックプレーン層を薄肉エピ層に取り付けることができる。連続バックプレーン材料は、セル工程の自己完了性及び信頼性の要件を満たすプリント回路基板において一般的に使用される廉価なプリプレグ材料のような薄肉（例えば、約５０ミクロン厚から約２５０ミクロン厚の範囲の厚みを有する）かつ可撓性の電気絶縁ポリマー材料シートで製造することができる。次いで、部分的に処理された裏面接触裏面接合（ＩＢＣ）バックプレーン取付ソーラーセル（例えば、約１００ｍｍ×１００ｍｍ、１２５ｍｍ×１２５ｍｍ、１５６ｍｍ×１５６ｍｍ、２１０ｍｍ×２１０ｍｍ、又はそれよりも大きいソーラーセル面積、又は約１００ｃｍ2から数百ｃｍ2の範囲、又は更にそれ以上のソーラーセル面積を有する）は、機械的に弱い犠牲多孔質シリコン層に沿って再使用可能テンプレートから分離されてリフトオフ（剥離）され（例えば、リフトオフ剥離を可能にするために高孔隙率の多孔質シリコン界面を分裂させる機械的剥離又はＭＲリフトオフ工程により）、全体のソーラーセル製造コストを低減するために、テンプレートは調整（例えば、洗浄）して複数回（例えば、約１０回と１００回の間）再使用することができる。次いで、残りのリフトオフ後ソーラーセル加工をバックプレーン取付ソーラーセル上、例えば、最初に、リフトオフにされてテンプレートから剥離された後に露出されるソーラーセル上面（又は前面）上に実施することができる。ソーラーセルの前面又は上面の処理は、例えば、前面テクスチャ化（例えば、アルカリ性又は酸性のテクスチャ化を用いた）、テクスチャ後の面調製（洗浄）、並びに堆積工程を用いた前面不動態及び反射防止コーティング（ＡＲＣ）の形成を完了する段階を含むことができる。前面不動態及びＡＲＣ層は、プラズマ強化化学気相蒸着（ＰＥＣＶＤ）工程及び／又は別の適切な加工方法を用いて堆積させることができる。
【００３３】
本明細書に開示する一体アイル型セル（ｉｃｅｌｌ）の構造及び方法は、例示的に開示するソーラーセル製作工程流れ図のようなデバイス製作中に製造の工程段階又はツールを実質的に変更又は追加することなく、従って、ソーラーセルを製造するコストを実質的に増加させることなく、更に主ソーラーセル製造工程流れ図を有意に変更することなく統合することができる。実際に、本明細書に開示する一体アイル型セル（ｉｃｅｌｌ）の構造及び方法は、ソーラーセルを製造するコストを例えば金属化コストを低減すること（少ない金属化材料及び廉価な金属化工程を用いて）、及び／又はソーラーセル及びモジュールの製造収量を改善すること（ソーラーセルの微小亀裂又は破損の実質的な軽減により）によって低減することができる。
【００３４】
一実施形態において、内部アイル仕切りトレンチ境界を形成してトレンチで仕切られた複数のアイル、ミニセル、サブセル、又はタイルを生成するためのマスターセル半導体基板のスクライビング（トレンチング、カッティング、又はダイスカットとしても公知）をマスターセルシリコン基板層厚（例えば、エピタキシャルシリコン層厚は、約数ミクロンから約１００μｍまでの範囲にあるとすることができる）を貫通するパルスレーザ融除（例えば、ナノ秒パルスレーザスクライビング）、機械的スクライビング方法、又はプラズマスクライビング方法のような適切な方法を用いて、前面又は上面から実施することができる（バックプレーン取付エピタキシャルシリコン基板層のリフトオフ剥離の後に）。パルスレーザ融除スクライビング（又は上述の別の適切なトレンチスクライビング方法）は、半導体基板層の厚みを貫通するスクライビングが、薄肉シリコン層の全厚を完全に貫通する比較的幅狭の（例えば、１００ミクロンよりも小さい幅の）トレンチ隔離領界を形成して実質的にバックプレーンにおいて／の上で停止するように実施することができ（連続バックプレーン材料層の除去及びスクライビングは比較的小さいか又は無視することができる）、従って、連続バックプレーン層上で支持される完全に仕切られた一体アイル（又はサブセル、ミニセル、又はタイル）が一体的に生成される。約数ミクロンから約２００ミクロン程度の大きさまでの範囲の厚み（図２にＷとして示すマスターセル基板の厚み又は幅）を有するマスターセル基板内に複数のアイル及びそれに関するトレンチ仕切境界を形成するための仕切トレンチング法は、例えば、ナノ秒パルスレーザ融除（ＵＶ、緑色、ＩＲのような適切なレーザ波長を用いた）等によるパルスレーザスクライビング（又はダイスカット又はトレンチング）、超音波によるスクライビング又はダイスカット、機械的なソー又はブレードなどを使用することによる機械的トレンチング、パターン付き化学エッチング（湿式とプラズマの両方のエッチング）、エッチングペーストのスクリーン印刷に続くエッチング活性化及びエッチングペースト残留物の濯ぎ洗浄、又は公知又は上述のトレンチング法のいずれかの組合せを含む。トレンチングのためのパルスレーザ融除処理は、比較的高い工程スループットでのアイル又はミニセルの境界の直接パターン化を可能にし、比較的幅狭の（例えば、約１００ミクロンよりも小さいトレンチ幅の）トレンチの形成を可能にし、いかなる工程消耗もない（従って、非常に低い工程コスト）といういくつかの利点を与えることができる。しかし、複数のアイル又はサブセルを仕切るのに使用されるトレンチング法とは無関係に、トレンチ幅を縮小又は最小にするように特別な注意を払わなければならず、例えば、ｉｃｅｌｌ仕切トレンチに起因するソーラーセル面積損失を全ｉｃｅｌｌ面積のうちの比較的小さいか又は無視することができる分量（例えば、全ｉｃｅｌｌ面積のうちの約１％よりも小さい）とすることが望ましい場合がある。それによって仕切トレンチに起因するｉｃｅｌｌの全面積効率の損失を比較的無視することができる（例えば、１％相対値よりも小さい）ことを確実にする。ナノ秒パルスレーザ融除処理は、１０���ミクロンを有意に下回る（例えば、約１０ミクロンから６０ミクロンの）トレンチ幅を有するトレンチの高収量形成機能を有する。例えば、パルスレーザ融除トレンチングによって形成された例えば１５６ｍｍ×１５６ｍｍのマスターセル面積を有する正方形形状ｉｃｅｌｌ、４ｘ４＝１６個のアイル（又はミニセル）、及び５０ミクロン（０．０５ｍｍ）のトレンチ幅を有する仕切トレンチでは、全マスターセル面積（又はｉｃｅｌｌ面積Ａicell）に対する全トレンチ平面積Ａtrenchの面積分率Ｒは、Ｒ＝Ａtrench／Ａicell＝６×１５６ｍｍ×０．０５ｍｍ／（１５６ｍｍ×１５６ｍｍ）又はＲ＝０．００１９２として計算することができる。従って、これは、０．００１９２又は約０．２％の面積分率Ｒを表している。この面積分率Ｒは極めて小さい面積分率であり、仕切トレンチ面積の得られる無視することができる全面積ｉｃｅｌｌ効率損失を確実にする。現実には、トレンチ隔離区域又はトレンチ仕切区域上に入射する直接的及び／又は拡散した太陽光をアイル半導体エッジ領域上で少なくとも部分的に、時に大部分を吸収することができ、これらの光が光発電工程に寄与することができるので、全面積ｉｃｅｌｌ効率損失は、これらの条件下では相対比で０．２％よりも小さくなる。
【００３５】
本明細書に説明する一体アイル型（タイル型）ソーラーセルの製作方法及び構造は、エピタキシャルシリコンリフトオフ加工（上述）を用いて形成されたもの又は単結晶（ＣＺ、ＭＣＺ、又はＦＺ）ウェーハ又は多結晶ウェーハ（キャストウェーハ又はリボン成長ウェーハ）のような結晶シリコンウェーハを用いて形成されたものを含む様々な半導体（例えば、薄肉エピタキシャルシリコン又は薄肉結晶シリコンウェーハのような結晶シリコンを含むがこれに限定されない）ソーラーセル（例えば、セル半導体吸収体が、数ミクロンから約２００ミクロンまでの範囲の厚みを有する様々な設計の前面接触又は裏面接触のソーラーセル）に適用可能である。
【００３６】
裏面接触／裏面接合正方形形状セル（例えば、エピタキシャルシリコンリフトオフ加工又はバックプレーン補強を有する結晶シリコンウェーハセルのいずれかを用いて形成された高効率裏面接触／裏面接合ＩＢＣセル）では、マスターセルアイル（タイル、ペーバー、サブセル、又はミニセルとも呼ぶ）をＮ×Ｎ個の正方形形状アイル、Ｎ×Ｍ個の矩形形状アイル、Ｋ個の三角形形状アイル、又はいずれかの形状のアイル、又は共有マスターセル（ｉｃｅｌｌ）連続バックプレーン上でのこれらのアイルの組合せとして形成することができる（例えば、結晶シリコン基板のナノ秒パルスレーザスクライビングを用いて）。エピタキシャルリフトオフ加工を用いて製作されるソーラーセルの場合に、アイル仕切りトレンチング工程は、部分的に処理されたバックプレーン取付マスターセルのリフトオフ剥離の直後で、前側面のテクスチャ化及びテクスチャ後面洗浄のような残りの工程段階の前、又は前面テクスチャ化及びテクスチャ後面洗浄の直後で、前側面不動態化及び反射防止コーティング（ＡＲＣ）層を形成するための工程の前に行うことができる。湿式エッチングテクスチャ工程（低い光反射損失に向けてソーラーセル前面テクスチャを形成するための）の前に、パルスレーザスクライビング又は別の適切な方法（機械的ダイスカットを含むがこれに限定されない上述の他の方法）によって仕切トレンチ又は隔離トレンチを形成するための工程（すなわち、トレンチング工程）を実施することは、湿式エッチングによるいずれかのトレンチング工程誘導シリコンエッジ損傷を除去すること、及び湿式テクスチャエッチング工程（テクスチャエッチング工程中に、仕切トレンチの側壁内のいずれかの損傷シリコンを含む数ミクロンのシリコンもエッチングする）中の損傷シリコンの除去という追加の利点を有する。
【００３７】
本明細書で詳細に説明する代表的な工程流れ図を含む一部のソーラーセル加工実施形態において、一体アイル型マスターセル（ｉｃｅｌｌ）の形成に、追加の別個の製作工程機器を必要としない場合がある。言い換えれば、各ｉｃｅｌｌ内においてトレンチで仕切られたミニセル又はアイルの形成をソーラーセル製作方法の中にかなり容易に途切れなく統合することができる。更に、一部の場合に、一体アイル型ソーラーセル（ｉｃｅｌｌ）製作方法は、例えば、ソーラーセル金属化のコストを低減すること、例えば、銅メッキ工程及びそれに関する製造機器に対する需要及び銅メッキに対する機器要件を排除することなどによるソーラーセル製造コストの低減を通してソーラーセル製作工程流れ図を改善することができる。
【００３８】
図５Ａは、エピタキシャルシリコン及び多孔質シリコンのリフトオフ加工に基づく代表的なバックプレーン取付ｉｃｅｌｌ製造工程である。この工程流れ図は、２つのパターン付きソーラーセル金属化層（Ｍ１及びＭ２）を用いたバックプレーン取付裏面接触／裏面接合ソーラーセル（ｉｃｅｌｌ）の製作に関する。この例は、選択的エミッタ、すなわち、軽度ホウ素ドーピングケイ酸塩ガラスを用いて形成された軽度エミッタドーピング部（ツール３によって堆積した小さいホウ素ドーピング部を有する第１のＢＳＧ層）と、重度ホウ素ドーピングケイ酸塩ガラスを用いた重度ホウ素ドーピングエミッタ接触領域（ツール５によって堆積させた大きいホウ素ドーピング部を有する第２のＢＳＧ層）とを有するメインパターン付き電界エミッタを有するソーラーセルに対して示したものである。この例は、二重ＢＳＧ選択的エミッタ工程を用いたＩＢＣソーラーセルに対して示したものであるが、ｉｃｅｌｌ設計は、選択的エミッタを持たない（すなわち、電界エミッタ内とエミッタ接触領域内とで同じエミッタホウ素ドーピングの）ＩＢＣソーラーセルを含むがこれに限定されない様々な他のソーラーセルの構造及び工程流れ図に適用可能である。この例は、ｎ型ベースとｐ型エミッタとを有するＩＢＣｉｃｅｌｌに対して示したものである。しかし、上記とは逆にソーラーセルがｐ型ベースとｎ型エミッタとを有するように極性を変更することができる。
【００３９】
図５Ａは、裏面接触裏面接合結晶一体アイル型シリコンソーラーセル（ｉｃｅｌｌ）の製作のための代表的な製造工程流れ図実施形態である。特に、図５Ａは、任意的に一体統合されたバイパススイッチ（ＭＩＢＳ）ｐｎ接合ダイオードを有し、更に二重ホウケイ酸塩ガラス（ＢＳＧ）選択的エミッタを有するエピタキシャル（エピ）ソーラーセルの形成に対して提供している。この流れ図に示すように、ミニセルトレンチ隔離領域は、セル剥離領界スクライビング及びセルリフトオフ剥離の後で、露出した剥離面（得られるｉｃｅｌｌの前面又は上面としても公知）のテクスチャ化の前のツール１３において形成される。これに代えてミニセルトレンチ隔離領域は、ツール１４におけるテクスチャ及びテクスチャ後洗浄の後で、前面不動態化（ＰＥＣＶＤとして示す）の前に形成することができる。湿式エッチングテクスチャ（ツール１４を用いたテクスチャ及びテクスチャ後洗浄）の前にパルスレーザスクライビングを実施することは、いずれかのレーザ誘導スクライビングによるシリコンエッジ損傷を湿式エッチングによって除去すること、及び損傷シリコンの除去という追加の利点を有することができる。
【００４０】
エピタキシャルシリコンリフトオフ加工を用いて一体アイル型（タイル型）裏面接触／裏面接合（ＩＢＣ）ソーラーセルを形成するための代表的な工程流れ図は、以下に続く製作段階を含むことができる。１）再使用可能結晶（単結晶又は多結晶）シリコンテンプレートを用いて開始する。２）テンプレート上に多孔質シリコンを形成する（例えば、ＨＦ／ＩＰＡ又はＨＦ／酢酸中でアノードエッチングを用いて低孔隙率表層と高孔隙率埋め込み層とを有する二重層多孔質シリコンを形成する）。３）原位置ドーピングによってエピタキシャルシリコン（例えば、ｎ型リンドーピングエピタキシャルシリコン）を堆積させる。４）エピタキシャルシリコン基板がそのテンプレート上に存在する間に、パターン付き電界エミッタ接合の形成と、裏面不動態化と、その後の金属化ソーラーセルオーミック接触に向けてドープされるベース及びエミッタの接触領域と、第１金属化層（Ｍ１としても公知）の形成とを含む裏面接触／裏面接合セル加工を実施する（選択的エミッタ形成のための二重ＢＳＧ（ＢＳＧは、例えば、大気圧化学気相蒸着又はＡＰＣＶＤ工程によって形成されるホウ素ドーピングケイ酸塩ガラス又はホウ素ドーピング酸化シリコンの層である）工程流れ図を使用する（二重ＢＳＧ工程の代わりに、例えば、スクリーン印刷されたドーパントペーストを使用する他の選択的エミッタ形成方法を使用することができる）選択的エミッタ工程（軽度ドーピング電界エミッタと重度ドーピングエミッタ接触領域とを使用する）を含む裏面接触／裏面接合（ＩＢＣ）ソーラーセル製作工程流れ図の例に関する図５Ａを参照されたい）。５）裏面接触セルの裏面上にバックプレーンの層又はシートを取付又は積層させる。６）バックプレーン境界の周りで少なくとも部分的にエピタキシャルシリコン層厚の中に剥離領界（リフトオフ剥離境界）をレーザスクライビングし、次いで、リフトオフ工程（例えば、機械的に弱い高孔隙率多孔質シリコン層を分裂させることによってバックプレーン取付エピタキシャルシリコン基板を再使用可能テンプレートから分離するための機械的剥離リフトオフ）によって剥離させる。７）シリコン基板を複数のミニセル又はアイル、例えば、４×４＝１６個のミニセルを含むアイルアレイに一体的に仕切る（更に任意的に、明確に定められた滑らかなセル境界エッジを有する精密なマスターセル又はｉｃｅｌｌの寸法を確立するために、例えば、パルスレーザカッティングを用いてマスターセル周囲境界を整える）ために、ナノ秒パルスレーザ融除（又は上述の他の適切なトレンチ隔離形成方法のうちの１つ）を用いてソーラーセル上面（バックプレーン面と反対の）からトレンチング（スクライビング、カッティング、又はダイスカットとも呼ぶ）を実施する。８）残りのバックエンド製作工程、例えば、アルカリ性及び／又は酸性の化学作用中での湿式のシリコンエッチング／テクスチャ（この工程は、化学耐性を有するバックプレーンがソーラーセル裏面をテクスチャ化の化学作用から保護する間に前面上でテクスチャ化を実施する）、湿式洗浄を含むテクスチャ後面調製（この工程は、化学耐性を有するバックプレーンがソーラーセル裏面を湿式洗浄の化学作用から保護する間に前側面の洗���を実施する）、例えば、プラズマ強化化学気相蒸着（ＰＥＣＶＤ）又はＡＲＣ堆積（例えば、水素化窒化珪素）のためのＰＥＣＶＤと不動態層堆積のための原子層堆積（ＡＬＤ）のような別の工程との組合せによる前側面の不動態化及び反射防止コーティング（ＡＲＣ）層の堆積（洗浄されてテクスチャ化されたシリコン面の直ぐ上、更に上述の不動態層のうちの１つが窒化珪素ＡＲＣ層によって覆われる二層構造のような多層前面不動態化／ＡＲＣ構造を使用する場合は窒化珪素ＡＲＣ層の直ぐ下にある酸化アルミニウム、アモルファスシリコン、又はアモルファス酸化シリコンの薄肉のサブ３０ｎｍ層など、積層体全体を真空集積工程を使用するＰＥＣＶＤを用いて堆積させることができる）を実行する段階を進める。前面不動態化及びＡＲＣ層の堆積は、ミニセル又はアイルの前側面を覆うことになるだけでなく、トレンチで仕切られたアイル又はミニセルの側壁も覆うことになり、従って、トレンチ側壁、並びにアイル上面面の不動態化及び光捕捉の特性が改善されることによってｉｃｅｌｌの不動態化及びＡＲＣが有意に改善される。前面のテクスチャ／洗浄／不動態化、及びＡＲＣ堆積の工程の完了後の残りのソーラーセル製作工程段階は、バックプレーン取付ソーラーセルの裏面上の第２金属化層（Ｍ２）の完成を含む。この作業を提供するために、複数のビアホールが、薄肉の（例えば、２５ミクロンから２５０ミクロンまでのバックプレーン厚の）電気絶縁連続バックプレーン層（例えば、２５ミクロン厚から１００ミクロン厚までの積層プリプレグシート）内に事前設計されたビアホールパターンに従って例えばレーザ穿孔を用いて穿孔される。ソーラーセル（例えば、１５６ｍｍ×１５６ｍｍのｉｃｅｌｌ）バックプレーン上のビアホールの個数は、数百から数千程度のものとすることができる。ビアホールは、数十ミクロンから数百ミクロンまで（例えば、約１００ミクロンから３００ミクロンまで）の範囲に平均対角孔寸法（例えば、各ビアホールの平均直径）を有することができる。電気絶縁バックプレーン層を貫通してレーザ穿孔されたビアホールは、ベースとエミッタとの相互嵌合型金属化フィンガ（金属ペーストのスクリーン印刷により、又はアルミニウム又はアルミニウム−シリコン合金を含む金属のような金属層の物理蒸着及びパターン化による第１のパターン付き金属化レベルによって形成されたもの）上に収まるように配置される。これらのビアホールは、バックプレーンの取付／積層の前にソーラーセル裏面上に直接に形成された第１のパターン付き金属化層又はＭ１と、レーザ穿孔によるビアホールの形成の直後に形成されることになる第２のパターン付き金属層又はＭ２との間の相互接続のチャネル又はプラグとして機能することになる。本明細書に開示するｉｃｅｌｌに関する一部の事例では、第２のパターン付き金属化レベルＭ２は、（１）例えば、アルミニウム及び／又は銅を含む（他の金属を使用することができる）廉価な高導電性金属の物理蒸着又はＰＶＤ（熱蒸着、電子線蒸着、及び／又はプラズマスパッタリング）に続くパルスレーザ融除パターン化、（２）例えば、アルミニウム及び／又は銅を含む（他の金属を使用することができる）廉価な高導電性金属の物��蒸着又はＰＶＤ（熱蒸着、電子線蒸着、及び／又はプラズマスパッタリング）に続く金属エッチングパターン化（例えば、エッチングペーストのスクリーン印刷又はレジストのスクリーン印刷に続く金属湿式エッチング工程及びその後のレジスト除去）、（３）適切な金属ペースト（銅及び／又はアルミニウムを含むペースト等）のスクリーン印刷又はステンシル印刷、（４）適切な金属ペースト（銅及び／又はアルミニウムを含むペースト等）のインクジェット印刷又は噴霧印刷、（５）適切な金属のパターン付メッキ、例えば、銅メッキのうちの１つ又はその組合せを含むがこれに限定されないいくつかの方法のうちの１つによって形成することができる。パターン付き第２金属化層（Ｍ２）は、メインパターン付きＭ２（例えば、アルミニウム及び／又は銅を含む高導電性金属）を保護し、必要に応じて半田付け又は導電性接着剤に適する面を与えるための薄肉キャップ層（例えば、プラズマスパッタリング、スクリーン印刷、又はメッキによって形成されたＮｉＶ又はＮｉの＜１ミクロンの薄肉キャップ層）を含むことができる。本明細書に説明する裏面接触／裏面接合（ＩＢＣ）ソーラーセルは、第１のパターン付き金属化層Ｍ１が、各ミニセル又はアイル上にベースとエミッタとの相互嵌合型金属化フィンガを微小ピッチパターン（例えば、約２００ミクロンから２ｍｍまでの範囲、一部の場合は約５００ミクロンから約１ｍｍまでの範囲のベース−エミッタＭ１フィンガピッチ）に従って形成し、第２のパターン付き金属化層Ｍ２が、最終ｉｃｅｌｌ金属化を形成し、アイル又はミニセルを事前指定された電流及び電圧の強度調整倍率に従って相互接続する２つのパターン付き金属化層（Ｍ１及びＭ２）を利用することができる。パターン付きＭ２は、パターン付きＭ１に対して実質的に直交又は垂直にパターン化することができ、パターン付きＭ１フィンガよりもかなり大きいフィンガ間ピッチを有することができる。それによって低コスト高収量の製造工程によるパターン付きＭ２の製作が実質的に促進されることになる。パターン付きＭ２は、最終ｉｃｅｌｌパターン付き金属化を形成するだけでなく、望ましいｉｃｅｌｌ金属化構造に基づくＭ２からＭ１への相互接続を完成させるためにレーザ穿孔ビアホールを貫通する導電ビアプラグも形成する。
【００４１】
第２のパターン付き金属化層Ｍ２を個々のマスターセル（又はｉｃｅｌｌ）の電気相互接続を完成させるだけでなく、同じ連続バックプレーン層を共有する複数のｉｃｅｌｌを一体的に相互接続するのに使用することもできるようにｉｃｅｌｌ概念を拡張することができ、従って、ｉｃｅｌｌ実施形態によって容易かつ可能になり、多くの追加の利点を有する一体モジュール構造がもたらされる。エピタキシャルシリコンリフトオフｉｃｅｌｌの代表的な実施形態に関する図５Ａは、各ｉｃｅｌｌが、その独自の個々の事前切断された連続バックプレーン層に取り付けられ、かつ各個々のバックプレーン取付ｉｃｅｌｌが、そのバックプレーンの積層後にバックエンド工程を通して処理される一体ｉｃｅｌｌを製作するための工程流れ図を示している。次いで、この手法を用いて処理されたｉｃｅｌｌは、工程の終了時に検査及び仕分けされることになり、セルのタブ接続及び／又はストリング接続（複数のソーラーセルをＰＶモジュールアセンブリの一部として互いに対して相互接続するための半田付け及び／又は導電性接着剤も含む）を用いたｉｃｅｌｌの互いに対する相互接続、例えば、電気直列相互接続によってＰＶモジュールに組み立てることができ、その後に、モジュール積層、並びに最終的なモジュールの組み立て及び検査が完了する。エピタキシャルシリコンリフトオフｉｃｅｌｌの代表的な実施形態に関する図５Ａを参照すると、新しい一体モジュール構造をもたらすｉｃｅｌｌ実施の別の実施形態は、ツール１２によって実施されるバックプレーンの積層（又は取付段階）において、複数の比較的隣接して離間した（例えば、５０ミクロンから約２ｍｍまでの範囲、多くの場合に、約１００ミクロンから１ｍｍまでの範囲に隣接するｉｃｅｌｌからｉｃｅｌｌの間隔を有する）ｉｃｅｌｌの裏面上におけるより大きい連続バックプレーンシートへのこれらのｉｃｅｌｌの取付又は積層を含む。ツール１２の後の残りの工程段階は、裏面上で共通の連続バックプレーン層を共有する複数のｉｃｅｌｌに対して同時に実施される（各々が独自の個々のバックプレーンを有する個々のｉｃｅｌｌに対して実施される代わりに）。最終的な金属化（パターン付き第２金属層Ｍ２）の完成後に、一体パターン付きＭ２は、より大きい連続バックプレーン層を共有する複数のｉｃｅｌｌの中からの各ｉｃｅｌｌ対する金属化パターンを完成させるだけではなく、例えば、ｉｃｅｌｌを互いに対して全て直列配置で又は並列／直列混成配置で相互接続するいずれかの望ましい配置に従う複数のｉｃｅｌｌの互いに対する電気相互接続も完成させる。この実施形態は、共有連続バックプレーン層上でのｉｃｅｌｌと複数のｉｃｅｌｌ間の一体電気相互接続との製作を可能にし、従って、最終モジュール組み立て中のｉｃｅｌｌの互いに対するその後の半田付け／タブ接続／ストリング接続の需要を排除する。例えば、６×１０＝６０個のセルモジュールを製造するために、図５Ａのツール１１の工程の後のパターン付き第１金属層（Ｍ１）の完成直後に、６×１０＝６０個のｉｃｅｌｌのアレイが、これらのｉｃｅｌｌ裏面上で適正サイズの連続バックプレーンシート（例えば、プリプレグシート）に取付／積層され、残りの工程��階（ツール１２として示すバックプレーン積層／取付工程で始まって第２のパターン付き金属層Ｍ２の完成に至るまで）の全ては、複数の（例えば、６×１０＝６０個の）ｉｃｅｌｌを含む大きいバックプレーン取付シート上で実施される。６×１０＝６０個のｉｃｅｌｌを含むこの一体モジュール例では、各ｉｃｅｌｌが、約１５６ｍｍ×１５６ｍｍの寸法を有し、かつ隣接するｉｃｅｌｌの間の間隔が約１ｍｍである場合に、６×１０ｉｃｅｌｌアレイの裏面への取付／積層に使用されることになる連続バックプレーンの層又はシート（例えば、約５０ミクロンから１００ミクロンまでの範囲の厚みを有するアラミド繊維／樹脂のプリプレグシート）は、約９４２ｍｍ×１５７０ｍｍの最小寸法を有すべきである（例えば、シートは、一体モジュールの辺端におけるバックプレーンの拡張を可能にするために、ある程度より大きいサイズ、例えば、この６×１０＝６０個のｉｃｅｌｌの一体モジュール例では約１ｍ×１．６ｍのバックプレーンシート寸法で製造することができる）。別の例として、６×１７＝７２個のセルモジュールを製造するために、図５Ａのツール１１の工程の後のパターン付き第１金属層（Ｍ１）の完成の直後に、６×１２＝７２個のｉｃｅｌｌのアレイが、これらのｉｃｅｌｌ裏面上で適正サイズの連続バックプレーンシート（例えば、プリプレグシート）に取付／積層され、残りの工程段階（ツール１２として示すバックプレーン積層／取付工程で始まって第２のパターン付き金属層Ｍ２の完成に至るまで）の全ては、複数の（例えば、６×１２＝７２個の）ｉｃｅｌｌを含む大きいバックプレーン取付シート上で実施される。６×１２＝７２個のｉｃｅｌｌを含むこの一体モジュール例では、各ｉｃｅｌｌが、約１５６ｍｍ×１５６ｍｍの寸法を有し、かつ隣接するｉｃｅｌｌ間の間隔が約１ｍｍである場合に、６×１２ｉｃｅｌｌアレイの裏面への取付／積層に使用されることになる連続バックプレーンの層又はシート（例えば、約５０ミクロンから１００ミクロンまでの範囲の厚みを有するアラミド繊維／樹脂のプリプレグシート）は、約９４２ｍｍ×１８８４ｍｍの最小寸法を有すべきである（例えば、シートは、一体モジュールの辺端におけるバックプレーンの拡張を可能にするために、ある程度より大きいサイズ、例えば、この６×１２＝７２個のｉｃｅｌｌの一体モジュール例では約１ｍ×１．９ｍのバックプレーンシート寸法で製造することができる）。第２のパターン付き金属層Ｍ２を用いた共有連続バックプレーン層上での複数のｉｃｅｌｌの一体相互接続は、ソーラーセル及びＰＶモジュールの全体の製造コストの更に別の低減に加えて、使用現場での作動中のＰＶモジュールの改善された予想信頼性をもたらす（半田付けされたタブ、配線の排除に起因して）。
【００４２】
本発明の実施形態は、図５Ａの代表的な工程流れ図に略示するこの種の工程流れ図を用いたソーラーセルに加えて、開始単結晶ウェーハ（例えば、チョクラルスキー又はＣＺ、フロートゾーン又はＦＺ）又は開始多結晶ウェーハ（キャスト結晶煉瓦からのもの又はリボン引き上げ工程によって形成されたもの）から製作されたソーラーセル、エピタキシャル成長、又は他の基板製作方法を含むがこれらに限定されない多くの他のソーラーセル設計（上述）及びソーラーセル製作工程流れ図に適用することができる。更に、ｉｃｅｌｌ実施形態は、上述のシリコンに加えて、ヒ化ガリウム、ゲルマニウム、窒化ガリウム、他の化合物半導体、又はその組合せを含むがこれらに限定されない他の半導体材料に適用することができる。
【００４３】
図５Ｂは、開始結晶（単結晶又は多結晶）シリコンウェーハを使用する高レベルソーラーセル及びモジュールの製作工程流れ図である。図５Ｂは、Ｍ１及びＭ２という２つの金属化層を用いたバックプレーン取付裏面接触／裏面接合（ＩＢＣ）ｉｃｅｌｌの製作のための高レベルｉｃｅｌｌ工程流れ図を示している。パターン付きセル金属化の第１の層又はレベルＭ１は、部分的に処理されたｉｃｅｌｌ（又は上述したように一体モジュールを製作する場合は部分的に処理された複数のｉｃｅｌｌに取り付けられたより大きい連続バックプレーン）へのバックプレーン積層の前に、複数のフロントエンドセル製作工程の中で実質的に最後の工程段階として形成される。図５の上段の４つの四角取り囲み内に略示するフロントエンドセル製作工程は、パターン付きＭ１層を貫通する裏面接触／裏面接合ソーラーセル裏面構造を実質的に完成させる。パターン付きＭ１は、ｉｃｅｌｌのアイル（ミニセル）に共形であるように設計され、図５Ａに略示するエピタキシャルシリコンｉｃｅｌｌ工程流れ図に対して記述された微小ピッチ相互嵌合型金属化パターンを含む。図５Ｂでは、最上段から５番目の四角取り囲みは、部分的に処理されたｉｃｅｌｌの裏面（又は一体モジュールを製造する場合に、部分的に処理された複数のｉｃｅｌｌの裏面）へのバックプレーンの層又はシートの取付又は積層を含み、この工程段階は、エピタキシャルシリコンリフトオフ工程の場合に図５Ａのツール１２によって実施されるものに実質的に等しい。図５Ｂの最上段から６番目及び７番目の四角取り囲みは、残りの前面を完成させるためのバックエンド又はバックプレーン取付後の（積層後とも呼ぶ）セル製作工程（望ましい場合により薄肉のシリコン吸収体層を形成するための任意的なシリコンウェーハ薄肉化、仕切トレンチング、テクスチャ化、テクスチャ化後洗浄、不動態化、及びＡＲＣ）、並びにビアホール及びパターン付き金属化第２レベル又は層Ｍ２を完成させるための工程を略示している。図５Ｂの６番目及び７番目の四角取り囲み内に略示する「積層後」工程（又はバックプレーン取付後に実施されるバックエンドセル製作工程）は、図５Ａに示すエピタキシャルシリコンリフトオフ工程におけるツール１３から１８までによって実施される工程に対応する。図５Ｂの最下段の四角取り囲みは、得られるｉｃｅｌｌの可撓性軽量ＰＶモジュール又は剛性ガラスカバー付きＰＶモジュールのいずれかへの最終組立てを記載している。この工程流れ図が、パターン付きＭ２によって互いに一体かつ相互接続された複数のｉｃｅｌｌを含む一体モジュールをもたらす場合に（エピタキシャルシリコンリフトオフ工程流れ図に対して上述したように）、より大きい連続バックプレーンを共有して相互接続される複数のｉｃｅｌｌと、セル間の相互接続のためのパターン付きＭ２の金属化とは、既に電気的に相互接続されており、ソーラーセルの互いに対するタブ接続、ストリング接続、及び／又は半田付けの必要がないので、図５Ｂの最下段の四角取り囲み内に略示する残りのＰＶモジュール製作工程が簡素化されることになる。得られる一体モジュールは、可撓性軽量ＰＶモジュール（例えば、前面上で剛性／重量ガラスカバーシートの代わりにＥＴＦＥ又はＰＥＴのような薄肉可撓性フルオロポリマーカバーシートを用いた）又は剛性ガラスカバー付きＰＶモジュールのいずれかに積層することができる。
【００４４】
図５Ｃは、図５Ａの工程流れ図と比較したエピタキシャルシリコン及び多孔質シリコンのリフトオフ加工を使用する別の高レベルソーラーセル（ｉｃｅｌｌ）及びモジュール製作工程流れ図実施形態を示している。更に、図５Ｃは、２つの金属化層Ｍ１及びＭ２を使用するバックプレーン取付裏面接触／裏面接合（ＩＢＣ）ｉｃｅｌｌの製作に関する高レベルｉｃｅｌｌ工程流れ図を示している。パターン付きセル金属化の第１の層又はレベルＭ１は、エピタキシャルシリコンをソーラーセル吸収体として使用する部分的に処理されたｉｃｅｌｌ（又は上述したように一体モジュールを製作する場合に、部分的に処理された個々のｉｃｅｌｌのリフトオフ剥離の後の部分的に処理された複数のエピタキシャルｉｃｅｌｌに取り付けられたより大きい連続バックプレーン）へのバックプレーン積層の前に、複数のフロントエンドセル製作工程の中で実質的に最後の工程段階として形成される。図５Ｃの上段の４つの四角取り囲み内に略示するフロントエンドセル製作工程は、パターン付きＭ１層を貫通する裏面接触／裏面接合ソーラーセル裏面構造を実質的に完成させる。パターン付きＭ１は、ｉｃｅｌｌのアイル（ミニセル）に共形であるように設計され、図５Ａに略示するエピタキシャルシリコンｉｃｅｌｌ工程流れ図に対して記述された微小ピッチ相互嵌合型金属化パターンを含む。図５Ｃでは、最上段から５番目の四角取り囲みは、部分的に処理されたｉｃｅｌｌの裏面への（又は一体モジュールを製造する場合に、部分的に処理及び剥離された複数のｉｃｅｌｌの裏面に取り付けられることになるより大きい連続バックプレーンシートを用いた）バックプレーンの層又はシートの取付又は積層を含み、この工程段階は、先のエピタキシャルシリコンリフトオフ工程流れ図の場合に図５Ａのツール１２によって実施されるものに実質的に等しい。図５Ｃの最上段から６番目及び７番目の四角取り囲みは、残りの前面を完成させるためのバックエンド又はバックプレーン取付後の（積層後とも呼ぶ）セル製作工程（ｉｃｅｌｌ仕切トレンチング、テクスチャ化、テクスチャ化後洗浄、不動態化、及びＡＲＣ）、並びにビアホール及びパターン付き金属化第２レベル又は層Ｍ２を完成させるための工程を概説している。図５Ｃの６番目及び７番目の四角取り囲み内に略示する「積層後」工程（又はバックプレーン取付後に実施されるバックエンドセル製作工程）は、図５Ａに示すエピタキシャルシリコンリフトオフ工程におけるツール１３から１８までによって実施される工程に対応する。図５Ｃの最下段の四角取り囲みは、得られるｉｃｅｌｌの可撓性軽量ＰＶモジュール又は剛性ガラスカバー付きＰＶモジュールのいずれかへの最終組立てを記載している。この工程流れ図が、パターン付きＭ２によって互いに一体的に相互接続された複数のｉｃｅｌｌを含む一体モジュールをもたらす場合に（エピタキシャルシリコンリフトオフ工程流れ図に対して上述したように）、より大きい連続バックプレーンを共有して相互接続される複数のｉｃｅｌｌと、セル間の相互接続のためのパターン付きＭ２の金属化とは、既に電気的に相互接続されており、ソーラーセルの互いに対するタブ接続、ストリング接続、及び／又は半田付けの必要がないので、図５Ｃの最下段の四角取り囲み内に略示する残りのＰＶモジュール製作工程が簡素化されることになる。得られる一体モジュールは、可撓性軽量ＰＶモジュール（例えば、前面上で剛性／重量ガラスカバーシートの代わりにＥＴＦＥ又はＰＥＴのような薄肉可撓性フルオロポリマーカバーシートを用いた）又は剛性ガラスカバー付きＰＶモジュールのいずれかに積層することができる。
【００４５】
図５Ｄは、相互嵌合型裏面接触（ＩＢＣ）ソーラーセル実施形態のソーラーセル製作段階の後のｉｃｅｌｌ内の複数のアイルの中からのミニセル又はアイルの略拡大抜粋図を示す高レベルの断面デバイス図である。ドープされたエミッタ及びベース領域、任意的な前面電界（ＦＳＦ）領域及び／又は任意的な裏面電界（ＢＳＦ）領域、Ｍ１金属化に対する接触、及びパターン付きＭ１を電気絶縁連続バックプレーン層を貫通してパターン付きＭ２に接続する導電ビアプラグの詳細は示していない。
【００４６】
図５Ｅは、相互嵌合型裏面接触（ＩＢＣ）ソーラーセル実施形態のソーラーセル製作段階の後のｉｃｅｌｌ内の複数のアイルの中からのミニセル又はアイルの拡大図を示すより詳細な断面図である。これらの断面図は、開示する主題に従って使用することができるセルアーキテクチャを更に詳描するための説明的な実施形態として提供したものである。
【００４７】
実際には、最初は連続している主半導体基板を基板層厚を貫通して連続支持バックプレーン層上の複数のミニセル（又はアイル、サブセル、又はタイル）に仕切る（開始結晶半導体ウェーハ又はエピタキシャル成長させた結晶層のいずれかから）隔離トレンチは、約数十ミクロン程度のもの（又は約１０ミクロンから約１００ミクロンまでの範囲にあるもの）とすることができる平均トレンチ幅を有する。上述したように、バックプレーン取付半導体層を複数のミニセル（又はアイル、サブセル、又はタイル）に仕切るトレンチ隔離領域は、パルスレーザ融除／スクライビングか、又は機械的ダイスカット／スクライビング、超音波ダイスカット／スクライビング、ウォータージェットダイスカット／スクライビングのような別の技術かのいずれかを使用することにより、又は別の方法を使用することによって形成することができる（本明細書では、ｉｃｅｌｌの仕切トレンチ又は隔離トレンチの形成工程を説明する場合に、スクライビング、ダイスカット、カッティング、及びアブレーションという表現を交換可能に用い、更に本明細書では、仕切トレンチング工程の前に部分的に処理された半導体基板に取り付けられる連続バックプレーンの層又はシートによって全てが支持され、そこに取り付けられる複数のアイル又はミニセルを形成するために半導体層厚を通して形成されるトレンチパターンを指す場合に、仕切トレンチ又は隔離トレンチという表現を交換可能に使用する）。パルスレーザによるスクライビング工程又はカッティング工程のような適切なトレンチ仕切又はトレンチ隔離の形成工程は、選択的に半導体層を通して切断し、バックプレーン材料の実質的な除去なしに（従って、連続バックプレーンシートの一体性を維持するために無視することができるか又は比較的小さいバックプレーン層のトレンチングしか行わずに）半導体層の全厚を実質的に貫通して切断した後に、バックプレーンの層又はシート上で実質的に停止する。例えば、望ましいトレンチパターンに基づいて半導体層厚を通して切断することによって望ましい仕切トレンチパターンを形成し、一方、バックプレーンシート材料の除去をゼロとバックプレーン層厚の数分の１未満との間の比較的小さい範囲に制限する（例えば、バックプレーン材料のトレンチング深さが、ゼロとバックプレーン層厚の約２０％未満の間に制限される）ように、ナノ秒パルスアブレーションスクライビング工程のような仕切トレンチ形成工程を実施することができる。それによって一体ｉｃｅｌｌ（又は共有バックプレーンシートに取り付けられた複数のｉｃｅｌｌを用いて一体モジュールを製作する場合は一体モジュール）の機械的、物理的、及び電気的な全体一体性を確実にする。
【００４８】
本明細書に説明する方法及び構造は、トレンチで仕切られた又はトレンチで隔離されたアイル（タイル、ペーバー、サブセル、又はミニセルとも呼ぶ）を含むマスター一体セル（ｉｃｅｌｌ）を可能にする。更に、共通のマスター一体セル（ｉｃｅｌｌ）の形状は正方形であるが、マスターセル（ｉｃｅｌｌ）は、いずれかの望ましい形状及び寸法、例えば、完全正方形、擬似正方形、矩形、擬似矩形、平行四辺形、六角形、三角形、いずれかの多角形、円、楕円、又はその組合せを有するように選択することができる。結晶シリコンソーラーセル及びモジュールに対して使用される最も一般的な形状は、完全正方形及び擬似正方形のソーラーセルである。更に、トレンチで仕切られたアイルは、様々な個々に異なる形状及び／又はサイズ（面積及び辺寸法／対角寸法）で形成することができ、又は均一なサイズ及び形状のもの（言い換えれば、互いに同じ形状及び面積を有する均一のサイズ及び形状のアイル）とすることができる。ソーラーセルを構成するアイルの形状及びサイズを決定する１つの要件は、得られる半導体吸収体層を含むソーラーセル内及びソーラーセル金属化構造内での亀裂発生又は亀裂増殖を最小化又は排除しながらのバックプレーン取付ソーラーセルの可撓性又は曲げ性及び可撓性の望ましい程度である（プリプレグシートのような可撓性バックプレーンシートを使用する場合）。一部の事例では、ソーラーセルエッジは、セル加工の最中及びその後、モジュール積層中、更に得られるＰＶモジュールの使用現場での作動中に亀裂の形成及び増殖をより受け易い可能性があるので、比較的小さいアイル（例えば、より小さい三角形形状又は正方形形状のアイル）をマスターセル（ｉｃｅｌｌ）のエッジ領域の近くに配置し、比較的大きいアイル（例えば、正方形形状の）をマスターセル（ｉｃｅｌｌ）の中心領域（又はｉｃｅｌｌエッジから離れた領域）の近くに配置することが望ましい場合がある。他の事例では、アイルの電気接続設計に基づいて、アイル（又は電気並列配置で接続されたアイルのサブグループ）は、均一な照明の下で均一な電流を生成するように均一な形状を有することができる。重要な点として、マスターセル（ｉｃｅｌｌ）の可撓性／曲げ性、及びｉｃｅｌｌの電圧及び電流の望ましい強度調整倍率を生成するアイル間電気相互接続設計のような他の要件に基づいて、いずれかの個数のアイル形状及び／又はサイズを使用することができる。
【００４９】
共有連続バックプレーンに取り付けられた正方形形状又は矩形形状のアイルのアレイを有する正方形形状又は矩形形状のマスターセル（ｉｃｅｌｌ）に対して、アイルは、ＮがＮ≧２の整数である場合に、Ｎ×Ｎアレイとすることができる（例えば、Ｎ×Ｎは４よりも大きいか又はそれに等しいか、又は言い換えれば、ｉｃｅｌｌ内に少なくとも４つのアイルが存在する）。一般的に、ｉｃｅｌｌは、最少で２つのアイル又はサブセルを有することができる（例えば、２つのサブセル又はアイルを有する正方形形状ｉｃｅｌｌが、２つの三角形アイルを有することができる）。Ｎ×Ｎ個のアイルを有するｉｃｅｌｌ構成は、ｉｃｅｌｌ加工及び相互接続設計に関する単純性、並びに完全正方形及び擬似正方形のソーラーセルとの良好な適合性という利点を与える。これに代えてアイルは、ＮとＭとが両方共に整数である場合に、Ｎ×Ｍアレイにあるとすることができる（例えば、Ｎ×Ｍは、２よりも大きいか又はそれに等しい、言い換えれば、少なくとも２つのアイルが存在する）。可撓性連続（又は連続）バックプレーンを使用すると、Ｎ×Ｎ又はＮ×Ｍの大きい値において、及び／又はセルエッジ領域の近くで比較的小さいサイズのアイルを使用することにより（エッジ領域から離れたアイルと比較して）、ｉｃｅｌｌの可撓性、曲げ性、又は柔軟性の度合を高めることができる。１５６ｍｍ×１５６ｍｍの正方形形状又は擬似正方形形状のｉｃｅｌｌでは、４×４＝１６個のアイル（例えば、均一面積のアイル）を有するｉｃｅｌｌは、３×３＝９個のアイル（例えば、均一面積のアイル）を有するｉｃｅｌｌよりも高い可撓性又は曲げ性を有することになる。ｉｃｅｌｌの改善された可撓性／曲げ性は、可撓性軽量ＰＶモジュールに対して望ましい属性である。更に、マスターセルの望ましい可撓性、曲げ性、又は柔軟性に基づいて、いずれかの形状にあるアイルの個数を増大又は低減することができるが、仕切トレンチを形成するための半導体材料の除去と対応する増大したセルエッジ面積（アイル又はミニセルの合計トレンチ側壁面積）とは、例えばマスターセル（ｉｃｅｌｌ）面積の約２％（本明細書で先に解説した比Ｒ）よりも大きくないように一部の場合はｉｃｅｌｌ面積の１％よりも小さいように制限しなければならない。
【００５０】
一部の事例では、アイル（タイル、ミニセル）を例えば三角形形状アイル（ミニセル）のようなある一定の形状のミニセルに成形することによってセル可撓性を高めることが望ましい場合がある。例えば、正方形形状又は矩形形状のマスターセル（ｉｃｅｌｌ）に関する様々な屈曲方向の（例えば、Ｘ軸、Ｙ軸、及び対角軸に沿った）セルの可撓性又は可撓性を高めるために、アイルを三角形のアレイ、又は正方形（及び／又は矩形）と三角形との（一部の実施形態において、マスターセル中心領域の近くにある正方形形状アイルとセルエッジ領域の近くにある三角形アイルとの）組合せとすることができる。重要な点として、マスターセル（ｉｃｅｌｌ）内でのアイル形状及び配置の様々な組合せは、開示する主題に従って形成することができる。
【００５１】
図６Ａ及び図６Ｂは、均一な正方形形状ミニセルの（すなわち、アイル又はミニセルが全て実質的に同じ区域を有する）アレイを示すバックプレーン取付ソーラーセル（ｉｃｅｌｌ）実施形態の図である。図６Ａは、ｉｃｅｌｌパターン（正方形形状アイル及び正方形形状ｉｃｅｌｌに対して示す）、並びにＮ×Ｎ＝３×３＝９個のアイル（又はサブセル、ミニセル、タイル）に対する均一サイズ（同一のサイズ）の正方形形状アイルの代表的な略平面（前面又は上面）図である。この概略図は、トレンチ隔離領域によって仕切られた複数のアイルを示す（３×３＝９個のアイルとして示す）。図６Ｂは、ｉｃｅｌｌパターン（正方形形状アイル及び正方形形状ｉｃｅｌｌに対して示す）、並びにＮ×Ｎ＝５×５＝２５個のアイル（又はサブセル、ミニセル、タイル）に対する均一サイズ（同一のサイズ）の正方形形状アイルの代表的な略平面（前面又は上面）図である。この概略図は、トレンチ隔離領域によって仕切られた複数のアイルを示す（５×５＝２５個のアイルとして示す）。
【００５２】
図６Ａは、セル周囲境界又はエッジ領域３２によって定められ、辺長Ｌを有し、同じ元の連続基板から形成され、連続（連続）バックプレーンにマスターセル裏面（バックプレーン及びソーラーセル裏面は示していない）上に取り付けられたＩ11からＩ33として識別される９個の均一正方形形状アイルを含む３×３均一アイル型（タイル型）マスターソーラーセル又はｉｃｅｌｌ３０の略上面図又は略平面図である。各々のアイル、サブセル、ミニセル、又はタイルは、トレンチ隔離又はアイル仕切領界３４として示す内部アイル周囲境界（例えば、マスターセル半導体基板厚を通して切断され、アイルの辺寸法よりも有意に小さく、数百ミクロンよりも大きくなく、多くの場合に、約１００μｍよりも小さいか又はそれに等しい、例えば、数μｍから約１００μｍまでのトレンチ幅を有する隔離トレンチ）によって定められる。メインセル（又はｉｃｅｌｌ）の周囲境界又はエッジ領域３２は、４Ｌという全周囲長を有するが、全てのアイルの周囲寸法を含む全ｉｃｅｌｌエッジ境界長は、セル周囲境界３２（セル外側周囲とも呼ぶ）とトレンチ隔離領界３４とを含む。従って、正方形形状アイル実施形態においてＮ×Ｎ個のアイル又はミニセルを含むｉｃｅｌｌでは、全ｉｃｅｌｌエッジ長はＮ×セル外側周囲である。３×３＝９個のアイルを有するｉｃｅｌｌを示す図６Ａの代表例ではＮ＝３であり、従って、全セルエッジ長は、３×セル外側周囲４Ｌ＝１２Ｌである（従って、このｉｃｅｌｌは、図１に示す標準の従来技術セルのものよりも３倍大きい周囲寸法を有する）。１５６ｍｍ×１５６ｍｍの寸法を有する正方形形状マスターセル又はｉｃｅｌｌでは、正方形アイルの辺寸法は約５２ｍｍ×５２ｍｍであり、各々のアイル又はサブセルは、２７．０４ｃｍ2毎アイルの面積を有する。
【００５３】
図６Ｂは、セル周囲境界又はエッジ領域４２によって定められ、辺長Ｌを有し、同じ元の連続基板から形成され、連続（連続）バックプレーンにマスターセル裏面（バックプレーン及びソーラーセル裏面は示していない）上で取り付けられたＩ11からＩ55として識別される２５個の均一正方形形状アイルを含む５×５均一アイル型（タイル型）マスターソーラーセル又はｉｃｅｌｌ４０の略上面図又は略平面図である。各々のアイル、サブセル、ミニセル、又はタイルは、トレンチ隔離又はアイル仕切領界４４として示す内部アイル周囲境界（例えば、マスターセル半導体基板厚を通して切断され、アイルの辺寸法よりも有意に小さく、数百ミクロンよりも大きくなく、多くの場合に、約１００μｍよりも小さいか又はそれに等しい、例えば、数μｍから約１００μｍまでのトレンチ幅を有する隔離トレンチ）によって定められる。メインセル（又はｉｃｅｌｌ）の周囲境界又はエッジ領域４２は４Ｌという全周囲長を有するが、全てのアイルの周囲寸法を含む全ｉｃｅｌｌエッジ境界長は、セル周囲境界４２（セル外側周囲とも呼ぶ）とトレンチ隔離領界４４とを含む。従って、正方形形状アイル実施形態においてＮ×Ｎ個のアイル又はミニセルを含むｉｃｅｌｌでは、全ｉｃｅｌｌエッジ長はＮ×セル外側周囲である。５×５＝２５個のアイルを有するｉｃｅｌｌを示す図６Ｂの代表例ではＮ＝５であり、従って、全セルエッジ長は、５×セル外側周囲４Ｌ＝２０Ｌである（従って、このｉｃｅｌｌは、図１に示す標準の従来技術セルのものよりも５倍大きい周囲寸法を有する）。１５６ｍｍ×１５６ｍｍの寸法を有する正方形形状マスターセル又はｉｃｅｌｌでは、正方形アイルの辺寸法は約３１．２ｍｍ×３１．２ｍｍであり、各々のアイル又はサブセルは、９．７３ｃｍ2毎アイルの面積を有する。一部の事例では、他の要件との均衡を取る時に、全ｉｃｅｌｌエッジ長及び側壁面積を制限するために、全セルエッジ長（ｉｃｅｌｌ内の全てのアイルの側壁エッジの累積長さ）を２４Ｌ（例えば、６×６アレイにおいて）に保つことが望ましい場合がある。
【００５４】
図７Ａ及び図７Ｅは、三角形形状のアイル又はミニセルを有するソーラーセル実施形態の代表的な平面図である。図７Ａは、ｉｃｅｌｌパターン（三角形形状アイル及び正方形形状ｉｃｅｌｌに対して示す）、並びにＫ＝２×４＝８個の三角形アイルをｉｃｅｌｌの正方形象限毎に１対の三角形アイルで有する均一サイズ（同一のサイズ）の三角形形状アイル（又はサブセル、ミニセル、タイル）の代表的な略平面（前面又は上面）図である。この概略図は、トレンチ隔離領域によって仕切られた複数のアイルを示す（Ｋ＝２×４＝８個のアイルとして示す）。図７Ｂは、ｉｃｅｌｌパターン（三角形形状アイル及び正方形形状ｉｃｅｌｌに対して示す）、並びにＫ＝２×４＝８個の三角形アイルをｉｃｅｌｌの正方形象限毎に１対の三角形アイルで有する均一サイズ（同一のサイズ）の三角形形状アイル（又はサブセル、ミニセル、タイル）の代表的な略平面（前面又は上面）図である。この概略図は、トレンチ隔離領域によって仕切られた複数のアイルを示す（Ｋ＝２×４＝８個のアイルとして示す）。図７Ｂのｉｃｅｌｌに対するトレンチ隔離パターンは、図７Ａのものとは若干異なる。図７Ｃは、ｉｃｅｌｌパターン（三角形形状アイル及び正方形形状ｉｃｅｌｌに対して示す）、並びにＫ＝４×４＝１６個の三角形アイルをｉｃｅｌｌの正方形象限毎に４つの三角形アイルで有する均一サイズ（同一のサイズ）の三角形形状アイル（又はサブセル、ミニセル、タイル）の代表的な略平面（前面又は上面）図である。この概略図は、トレンチ隔離領域によって仕切られた複数のアイルを示す（Ｋ＝４×４＝１６個のアイルとして示す）。この実施形態における三角形アイル（ミニセル）の個数は、図７Ａ及び図７Ｂのｉｃｅｌｌ実施形態における三角形ｉｃｅｌｌ（ミニセル）の個数の２倍である。図７Ｄは、ｉｃｅｌｌパターン（三角形形状アイル及び正方形形状ｉｃｅｌｌに対して示す）、並びにＫ＝４×３×３＝３６個の三角形アイルをｉｃｅｌｌの正方形象限毎に４つの三角形アイルで有する均一サイズ（同一のサイズ）の三角形形状アイル（又はサブセル、ミニセル、タイル）の代表的な略平面（前面又は上面）図である。この概略図は、トレンチ隔離領域によって仕切られた複数のアイルを示す（Ｋ＝４×３×３＝３６個のアイルとして示す）。この実施形態における三角形アイル（ミニセル）の個数は、図７Ａ及び図７Ｂのｉｃｅｌｌ実施形態における三角形ｉｃｅｌｌ（ミニセル）の個数の４．５倍である。
【００５５】
図７Ｅは、ｉｃｅｌｌパターン（三角形形状アイル及び正方形形状ｉｃｅｌｌに対して示す）、並びにＫ＝２×４×４＝３２個の三角形アイルをｉｃｅｌｌの正方形象限毎に８つの三角形アイルで有する均一サイズ（同一のサイズ）の三角形形状アイル（又はサブセル、ミニセル、タイル）の代表的な略平面（前面又は上面）図である。この概略図は、トレンチ隔離領域によって仕切られた複数のアイルを示す（Ｋ＝２×４×４＝３２個のアイルとして示す）。この実施形態における三角形アイル（ミニセル）の個数は、図７Ａ及び図７Ｂのｉｃｅｌｌ実施形態における三角形ｉｃｅｌｌ（ミニセル）の個数の４倍である。
【００５６】
図７Ａは、セル周囲境界５２によって定められ、辺長Ｌを有し、８つの均一な（同一の面積の）三角形形状アイルＩ1からＩ8を含むアイル型マスターソーラーセル又はｉｃｅｌｌ５０内の均一三角形形状アイルの上面図である。各々のアイル、サブセル、ミニセル、又はタイルは、トレンチ隔離又はアイル仕切領界５４として示す内部アイル周囲境界（例えば、マスターセル半導体基板厚を通して切断され、アイルの辺寸法よりも有意に小さく、数百ミクロンよりも大きくなく、多くの場合に、約１００μｍよりも小さいか又はそれに等しい、例えば、数μｍから約１００μｍまでのトレンチ幅を有する隔離トレンチ）によって定められる。メインセル（又はｉｃｅｌｌ）の周囲境界又はエッジ領域５２は４Ｌという全周囲長を有するが、全てのアイルの周囲寸法を含む全ｉｃｅｌｌエッジ境界長は、セル周囲境界５２（セル外側周囲とも呼ぶ）とトレンチ隔離領界５４とを含む。Ｋ＝２×４＝８個の三角形アイルを有するｉｃｅｌｌを示す図７Ａの代表例ではＫ＝８であり、従って、全セルエッジ長は、３．４１４２×セル外側周囲４Ｌ＝１３．５６７Ｌである（従って、このｉｃｅｌｌは、図１に示す標準の従来技術セルのものよりも３．４１４２倍大きい周囲寸法を有する）。１５６ｍｍ×１５６ｍｍの寸法を有する正方形形状マスターセル又はｉｃｅｌｌでは、三角形アイルの辺寸法は約７８ｍｍ×７８ｍｍであり（三角形の２つの同一の直角辺に対して）、各々のアイル又はサブセルは、３０．４２ｃｍ2毎アイルの面積を有する。
【００５７】
図７Ｂは、セル周囲境界６２によって定められ、辺長Ｌを有し、図７Ａの三角形のアイル又はミニセルと比較して８つの均一な（同一の面積の）三角形形状アイルＩ1からＩ8の別の配置を含むアイル型マスターソーラーセル又はｉｃｅｌｌ６０内の均一三角形形状アイルの上面図である。各々のアイル、サブセル、ミニセル、又はタイルは、トレンチ隔離又はアイル仕切領界６４として示す内部アイル周囲境界（例えば、マスターセル半導体基板厚を通して切断され、アイルの辺寸法よりも有意に小さく、数百ミクロンよりも大きくなく、一部の場合は約１００μｍよりも小さいか又はそれに等しい、例えば、数μｍから約１００μｍまでのトレンチ幅を有する隔離トレンチ）によって定められる。メインセル（又はｉｃｅｌｌ）の周囲境界又はエッジ領域６２は４Ｌという全周囲長を有するが、全てのアイルの周囲寸法を含む全ｉｃｅｌｌエッジ境界長は、セル周囲境界６２（セル外側周囲とも呼ぶ）とトレンチ隔離領界６４とを含む。Ｋ＝２×４＝８個の三角形アイルを有するｉｃｅｌｌを示す図７Ｂの代表例ではＫ＝８であり、従って、全セルエッジ長は、３．４１４２×セル外側周囲４Ｌ＝１３．５６７Ｌである（従って、このｉｃｅｌｌは、図１に示す標準の従来技術セルのものよりも３．４１４２倍大きい周囲寸法を有する）。１５６ｍｍ×１５６ｍｍの寸法を有する正方形形状マスターセル又はｉｃｅｌｌでは、三角形アイルの辺寸法は約７８ｍｍ×７８ｍｍであり（三角形の２つの同一の直角辺に対して）、各々のアイル又はサブセルは、３０．４２ｃｍ2毎アイルの面積を有する。
【００５８】
図７Ｃは、セル周囲境界７２によって定められ、辺長Ｌを有し、１６個の均一な（同一の面積の）三角形形状アイルＩ1からＩ16の配置を含むアイル型マスターソーラーセル又はｉｃｅｌｌ７０内の均一三角形形状アイルの上面図である。各々のアイル、サブセル、ミニセル、又はタイルは、トレンチ隔離又はアイル仕切領界７４として示す内部アイル周囲境界（例えば、マスターセル半導体基板厚を通して切断され、アイルの辺寸法よりも有意に小さく、数百ミクロンよりも大きくなく、一部の場合は約１００μｍよりも小さいか又はそれに等しい、例えば、数μｍから約１００μｍまでのトレンチ幅を有する隔離トレンチ）によって定められる。メインセル（又はｉｃｅｌｌ）の周囲境界又はエッジ領域７２は４Ｌという全周囲長を有するが、全てのアイルの周囲寸法を含む全ｉｃｅｌｌエッジ境界長は、セル周囲境界７２（セル外側周囲とも呼ぶ）とトレンチ隔離領界７４とを含む。Ｋ＝４×２×２＝１６個の三角形アイルを有するｉｃｅｌｌを示す図７Ｃの代表例ではＫ＝１６であり、従って、全セルエッジ長は、４．８２８４×セル外側周囲４Ｌ＝１９．３１３Ｌである（従って、このｉｃｅｌｌは、図１に示す標準の従来技術セルのものよりも４．８２８４倍大きい周囲寸法を有する）。１５６ｍｍ×１５６ｍｍの寸法を有する正方形形状マスターセル又はｉｃｅｌｌでは、この実施形態における各々の三角形のアイル又はサブセルは、１５．２１ｃｍ2毎アイルの面積を有する。
【００５９】
図７Ｄは、セル周囲境界８２によって定められ、辺長Ｌを有し、１６個の均一な（同一の面積の）三角形形状アイルＩ1からＩ36の配置を含むアイル型マスターソーラーセル又はｉｃｅｌｌ８０内の均一三角形形状アイルの上面図である。各々の三角形のアイル、サブセル、ミニセル、又はタイルは、トレンチ隔離又はアイル仕切領界８４として示す内部アイル周囲境界（例えば、マスターセル半導体基板厚を通して切断され、アイルの辺寸法よりも有意に小さく、数百ミクロンよりも大きくなく、多くの場合に、約１００μｍよりも小さいか又はそれに等しい、例えば、数μｍから約１００μｍまでのトレンチ幅を有する隔離トレンチ）によって定められる。メインセル（又はｉｃｅｌｌ）の周囲境界又はエッジ領域８２は４Ｌという全周囲長を有するが、全てのアイルの周囲寸法を含む全ｉｃｅｌｌエッジ境界長は、セル周囲境界８２（セル外側周囲とも呼ぶ）とトレンチ隔離領界８４とを含む。Ｋ＝４×３×３＝３６個の三角形アイルを有するｉｃｅｌｌを示す図７Ｄの代表例ではＫ＝３６であり、従って、全セルエッジ長は、７．２４２６×セル外側周囲４Ｌ＝２８．９７０Ｌである（従って、このｉｃｅｌｌは、図１に示す標準の従来技術セルのものよりも７．２４２６倍大きい周囲寸法を有する）。１５６ｍｍ×１５６ｍｍの寸法を有する正方形形状マスターセル又はｉｃｅｌｌでは、この実施形態における各々の三角形のアイル又はサブセルは、６．７６ｃｍ2毎アイルの面積を有する。
【００６０】
図７Ｅは、セル周囲境界９２によって定められ、辺長Ｌを有し、３２個の均一な（同一の面積の）三角形形状アイルＩ1からＩ32の配置を含むアイル型マスターソーラーセル又はｉｃｅｌｌ９０内の均一三角形形状アイルの上面図である。各々の三角形のアイル、サブセル、ミニセル、又はタイルは、トレンチ隔離又はアイル仕切領界９４として示す内部アイル周囲境界（例えば、マスターセル半導体基板厚を通して切断され、アイルの辺寸法よりも有意に小さく、数百ミクロンよりも大きくなく、多くの場合に、約１００μｍよりも小さいか又はそれに等しい、例えば、数μｍから約１００μｍまでのトレンチ幅を有する隔離トレンチ）によって定められる。メインセル（又はｉｃｅｌｌ）の周囲境界又はエッジ領域９２は４Ｌという全周囲長を有するが、全てのアイルの周囲寸法を含む全ｉｃｅｌｌエッジ境界長は、セル周囲境界９２（セル外側周囲とも呼ぶ）とトレンチ隔離領界９４とを含む。Ｋ＝２×４×４＝３２個の三角形アイルを有するｉｃｅｌｌを示す図７Ｅの代表例ではＫ＝３２であり、従って、全セルエッジ長は、６．８２８４×セル外側周囲４Ｌ＝２７．３１３Ｌである（従って、このｉｃｅｌｌは、図１に示す標準の従来技術セルのものよりも６．８２８４倍大きい周囲寸法を有する）。１５６ｍｍ×１５６ｍｍの寸法を有する正方形形状マスターセル又はｉｃｅｌｌでは、三角形アイルの辺寸法は約３９ｍｍ×３９ｍｍであり（三角形の２つの同一の直角辺に対して）、この実施形態における各々の三角形のアイル又はサブセルは、７．６０５ｃｍ2毎アイルの面積を有する。
【００６１】
すなわち、アイル又はミニセルの設計は、正方形、三角形、矩形、台形、多角形、ハニカム六角形のアイルのような様々な形状、又は多くの他の可能な形状及びサイズを含むことができる。アイルの形状及びサイズ、並びにｉｃｅｌｌ内のアイルの個数は、（ｉ）マスターセル（ｉｃｅｌｌ）内での全体的な亀裂の排除又は軽減、（ｉｉ）亀裂の発生及び／又は増殖がなく、ソーラーセル又はモジュールの性能（電力変換効率）の低下のないマスターセル（ｉｃｅｌｌ）の高い可撓性及び可撓性／曲げ性、（ｉｉｉ）マスターセル（ｉｃｅｌｌ）電流を低下させ、ｉｃｅｌｌ電圧を増大させる（電圧の強度を強め、電流の強度を弱めるという結果をもたらす一体ｉｃｅｌｌ内のアイルの直列接続又は混成並列−直列接続により）ことによる低い金属化厚要件及び導電性要件（従って、低い金属化材料消費及び処理コスト）、及び（ｉｖ）ｉｃｅｌｌ毎に少なくとも１つのバイパススイッチ（例えば、整流ｐｎ接合ダイオード又はショットキー障壁ダイオード）、最大電力点追跡（ＭＰＰＴ）電力オプティマイザー（各々が、直列接続及び／又は並列接続された少なくとも１つのｉｃｅｌｌから複数のｉｃｅｌｌまでに対して特化されて各モジュール内に埋め込まれた少なくとも複数のＭＰＰＴ電力オプティマイザー）、ＰＶモジュール電力切り換え（ＰＶモジュールを必要に応じて起動又は停止させるための設けられたＰＶアレイ内の電力線に対する分離制御を有する）、使用現場でのＰＶモジュールの作動中のモジュールステータス（例えば、電力供給及び温度）などを含むがこれらに限定されず、ｉｃｅｌｌ上及び／又はｉｃｅｌｌを含む積層ＰＶモジュール内の廉価な分散埋め込み電子機器構成要素の実施を容易かつ可能にするために、得られるｉｃｅｌｌ内に電圧範囲と電流範囲との比較的最適な組合せ与えるという要件のうちの１つ又は組合せに対して最適な属性を与えるように選択することができる。例えば、上述したように、一部の用途及び事例では、他の要件と考え合わせた場合に、亀裂の増殖を低減し、及び／又は得られるｉｃｅｌｌ及び可撓性軽量ＰＶモジュールの可撓性／曲げ性を改善するために、マスターセル（ｉｃｅｌｌ）の周りの近くにより小さい（例えば、三角形形状の）アイルを有することが望ましい場合がある。
【００６２】
直列接続されたアイル又はそのサブグループ間の光発生電流に適合するように、均等又は均一なサイズのＮ×Ｎ個の正方形形状アイル又は複数の同一のサイズの三角形形状アイルのアレイを有する完全正方形マスターセル（ｉｃｅｌｌ）を形成することができる。従って、正方形形状マスターセル（ｉｃｅｌｌ）は、Ｎ×Ｎ個の均一な（アイル面積に関して同一のサイズの）正方形形状又はほぼ正方形形状のアイル（Ｎは整数：２、３、４、である）又はＫ個の均一な三角形形状アイル（Ｋは整数、例えば、４に等しいか又はそれよりも多い偶数である）を含むことができる。
【００６３】
図８は、エッジ再結合効果（更に有限の直列抵抗値及び並列抵抗値、並びに有限の暗電流）を有する典型的なソーラーセルの略等価回路モデルを示す略回路図である。実際的なソーラーセルは、全てがソーラーセル性能に対して悪影響を有する寄生直列抵抗及び寄生並列抵抗、並びにエッジ再結合効果及び暗電流を含む。理想的なソーラーセルは、ゼロ直列抵抗、無限並列抵抗、ゼロ暗電流、及び無視することができるか又はゼロのエッジ再結合効果を有する。公知の従来の結晶シリコンソーラーセルでは、セルの作用（上面）面積に対する結晶シリコンウェーハソーラーセルのエッジ面積の典型的な比は、少なくとも０．５０％程度である。
【００６４】
本明細書に説明する一体アイル型ソーラーセル（ｉｃｅｌｌ）の長いエッジ長は、ソーラーセルのエッジ再結合効果を高める可能性があるが（必ずしもそうではないが）、ミニセル（アイル）境界トレンチのエッジ効果を実質的に低下させるための非常に有効な軽減対策を使用することができる。ソーラーセルエッジ再結合電流は、正常な飽和挙動の代わりに、非線形の短絡及び線形又は超線形の逆方向電流をもたらす可能性がある。従って、エッジ再結合効果を有意に軽減又は最小にすることにより、Ｉloss2を排除又は最小にすることが望ましい場合がある。エッジ再結合電流は、設計において、更にソーラーセルの加工中に実際的かつ有効な対策を取ることによって有意に低減及び／又は排除することができる。
【００６５】
エッジ再結合電流は、強い外乱を受ける及び／又は相対的に不動態化されていないエッジ領域、及びｐｎ接合部（すなわち、ソーラーセルｐｎ接合部及びエッジ領域と接触するその空乏領域）と直接接触状態にある可能性があるエッジ領域によって引き起こされる。エッジ損失は、セル損傷（例えば、上述のｉｃｅｌｌトレンチの形成後のテクスチャ化湿式エッチング中などで有効な工程によって適切に除去されなかった場合の残留エッジ側壁損傷）及びソーラーセルエッジ側壁区域（メインセル周囲側壁区域、並びにｉｃｅｌｌの場合の仕切トレンチ側壁区域）の貧弱又は不十分な不動態化に起因して発生し、ソーラーセルのｐｎ接合部がソーラーセルエッジ区域に接触する（主ソーラーセル周囲側壁及び／又はｉｃｅｌｌ内の仕切トレンチ側壁区域のいずれかの周囲で）場合に更に悪化する可能性がある。この問題を軽減するために、結晶半導体層側壁内のいずれかの残留トレンチング損傷も除去する湿式テクスチャ（シリコンエッチング）が続くアイル隔離トレンチ形成、全てのアイルの上面／前側面とエッジ領域の側壁の両方を不動態化するための包み込み不動態化（前面不動態化工程中に形成される）、及び／又はアイルのエッジとのｐｎ接合部の接触を排除することにより、ソーラーセル（ｉｃｅｌｌ）からのエッジ再結合効果が有意に低減されるか又は排除される。個々の又は組合せに使用することができる一体アイル型（タイル型）ソーラーセル（ｉｃｅｌｌ）内のトレンチ隔離エッジの再結合電流を最小化又は排除するための対策は、１）分離幅をマスターセル（ｉｃｅｌｌ）サイズ及びアイルサイズ（及びソーラーセル加工中のパターン化の分解能）に依存して１ミクロン程度まで小さく、数百ミクロン程度まで大きいとすることができるように、各アイル（又はミニセル、サブセル、又はタイル）のエミッタ接合部（例えば、ｎ型ベースを使用する場合はｐ＋ｎエミッタ接合部）をトレンチ隔離エッジから（更に主ｉｃｅｌｌ境界エッジから）幅狭のベース（例えば、ｎ型ベース及びｐ＋ｎエミッタ接合部を使用する場合はｎ型ベース）リムによって分離する／陥没させること、２）湿式エッチングテクスチャ工程（湿式テクスチャエッチングの化学作用が、アイル又はミニセルの側壁、並びにｉｃｅｌｌの主境界側壁内のいずれかのトレンチング誘発の残留損傷をエッチングで解離させるか又は除去することを可能にするための）の前に、レーザスクライビングを用いてセル上面からのトレンチ隔離領域を形成すること、３）結晶シリコンの一部分（例えば、数ミクロンから約１５ミクロンのシリコン）も除去する湿式エッチングテクスチャを実行して、トレンチで仕切られたエッジからいずれかの工程誘発（例えば、パルスレーザ融除誘発又は機械的ダイスカット誘発）の損傷シリコンを除去すること（アルカリ性テクスチャエッチング及び／又は酸性テクスチャエッチングのいずれかを用いて湿式テクスチャ処理と同時に実施することができる）、４）ｉｃｅｌｌトレンチ仕切及び湿式エッチングテクスチャ化／面洗浄の後に、主ｉｃｅｌｌ周囲境界側壁、並びに全てのアイルのトレンチ側壁を含む全ての側壁エッジ領域を実質的に覆い、不動態化することにもなる例えばプラズマ強化化学気相蒸着（ＰＥＣＶＤ）、及び／又は原子層堆積（ＡＬＤ）のような別の適切な工程によってソーラーセル（ｉｃｅｌｌ）上面上で不動態化／ＡＲＣ工程を実行してエッジ再結合損失効果を有意に低減するか又は排除することを含む。これらの対策は、ｉｃｅｌｌ実施形態の価値のある利点を更に改善することになる。
【００６６】
以下に続く例示的なソーラーセル設計及び製造工程は、多層金属化構造、特に、電気絶縁バックプレーン層（ソーラーセルの裏面に取り付けられたバックプレーン層）によって物理的に分離されたソーラーセル金属化の２つのレベル（又は２つの層）（すなわち、二重層金属化）を利用する。例えば、バックプレーン取付（例えば、薄肉プリプレグシートの積層）の前に、ソーラーセルのベース及びエミッタの接触金属化パターン（第１のパターン付き金属化層又はＭ１）が、比較的薄肉のスクリーン印刷ペースト（例えば、アルミニウム又はアルミニウム−シリコン合金を含むペースト）層、又はプラズマスパッタリング又はプラズマ蒸着（ＰＶＤ）されたアルミニウム（又はアルミニウムシリコン合金）材料層を用いて、ソーラーセル裏面上に直接に形成される（ＰＶＤ形成される金属層の場合はレーザ融除又はエッチング剤パターン化が続く）。この第１のパターン付き金属化層（本明細書ではＭ１とも呼ぶ）は、ＩＢＣセルのベース及びエミッタの金属化領域を定める微小ピッチの相互嵌合型裏面接触（ＩＢＣ）導体フィンガのようなソーラーセル接触金属化パターンを定める。Ｍ１層は、ソーラーセル電力（ソーラーセルの電流及び電圧）を取り出し、Ｍ１の後に形成される第２のパターン付き高導電性ソーラーセル金属化レベル／層（本明細書ではＭ２と呼ぶ）にソーラーセル電力を伝達する。パターン付き金属化の第２の層又はレベル（Ｍ２）は、アルミニウム及び／又は銅のような比較的廉価で高導電性の金属層を含むことができる（ＮｉＶ又はＮｉ又は別の適切なキャップ金属の適切な薄肉のキャップ層と共に）。
【００６７】
図４に略示する流れ図を参照して上述したように、部分的に処理されたソーラーセル裏面へのバックプレーンの取付又は積層（パターン付きＭ１層の周り及び裏面不動態層の露出区域の上部及び内部におけるソーラーセル裏面への完全な取付又は積層）、続くテンプレートからのバックプレーン支持ソーラーセルの剥離（エピタキシャルシリコンリフトオフ加工を用いて製造されるソーラーセルの場合）又は続く任意的なシリコン基板薄肉化エッチング（開始結晶シリコンウェーハを用いて製造されるソーラーセルの場合）、前面テクスチャ（例えば、湿式アルカリ性エッチング又は酸性湿式エッチングによるテクスチャ化工程を用いた）工程、前面不動態化工程、及びＡＲＣ堆積工程の完了、並びにバックプレーン層を貫通するビアホールの穿孔の後に、パターン付き高シート導電性Ｍ２層がバックプレーン上に形成される（この形成は、パターン付きＭ２と、パターン付きＭ２金属化層とパターン付きＭ１金属化層の間の電気相互接続のための導電ビアプラグとの両方を形成する）。ビアホール（例えば、バックプレーン上で各ソーラーセルに対して数百個から数千個の範囲のビアホール）が、バックプレーン内に穿孔される（例えば、レーザ穿孔により）。これらの穿孔ビアホールは、その中に形成される導電ビアプラグを通じたパターン付きＭ２とパターン付きＭ１の間のその後の電気相互接続に向けてパターン付きＭ１の事前指定領域上に収まる（プラグは、パターン付きＭ２の形成工程と同時に、その一部として又は別個に形成することができる）。次いで、パターン付き高導電性金属化層Ｍ２を形成することができる（例えば、アルミニウム及び／又は銅を含む比較的廉価な高導電性Ｍ２材料を用いたスクリーン印刷、熱蒸着又は電子線蒸着、プラズマスパッタリング、メッキ、又はその組合せにより）。Ｍ１微小ピッチＩＢＣフィンガ（例えば、ｉｃｅｌｌ毎に数百個の相互嵌合型Ｍ１フィンガ）を有する相互嵌合型裏面接触（ＩＢＣ）ソーラーセル（ｉｃｅｌｌ）では、パターン付きＭ２層をパターン付きＭ１フィンガに対して実質的に直交又は垂直であるように設計することができる、言い換えれば、パターン付きＭ２の矩形又は先細（例えば、三角形又は台形）のフィンガは、Ｍ１フィンガに対して実質的に直角である。Ｍ１フィンガに対するＭ２フィンガのこの直角転移に起因して、パターン付きＭ２層は、Ｍ１層よりも遥かに少ないＩＢＣフィンガ（例えば、一部の事例ではミニセル又は単位セル毎に約１０倍から５０倍少ないＭ２フィンガ）のみを有することができる。従って、Ｍ２層は、相互嵌合型Ｍ１層よりもかなり幅広のＩＢＣフィンガ（及びかなり大きいベースエミッタ金属フィンガピッチ）を有するかなり大まかなパターンで形成することができる。セル上バスバーに関連付けられた遮蔽電気損失を排除するために、Ｍ１層上ではなくＭ２層上にソーラーセルのバスバーを配置することができる（言い換えれば、バスバーなしパターン付きＭ１層）。ベース及びエミッタの相互接続とバスバーの両方をソーラーセル裏面バックプレーン上のパターン付きＭ２層上に配置することができるので、バックプレーン上のソーラーセルのベース端子とエミッタ端子の両方へのソーラーセルの裏面からの電気的アクセスが与えられる。
【００６８】
薄肉シリコン層に対して過度の熱誘発応力をもたらすことを回避するために、パターン付きＭ１層とパターン付きＭ２層の間に形成される連続バックプレーン材料は、半導体層（例えば、結晶シリコンソーラーセルのための結晶シリコン）のＣＴＥに対して十分に適合する熱膨張率（ＣＴＥ）を有する電気絶縁材料、例えば、アラミド繊維プリプレグ材料のような適切なポリマー材料の薄肉シートとすることができる。更に、バックプレーン層は、バックエンドセル製作工程に対するソーラーセル工程統合要件、特に、任意的な湿式シリコン薄肉化エッチング中及びセル前面の湿式テクスチャ化中の比較的良好な耐化学性、並びにその後の前面不動態及びＡＲＣ層の堆積中、更に、その後のＭ２製作工程中（当て嵌まる場合）の比較的良好な熱安定性（例えば、約４００℃までの熱安定性）を満たさなければならない。電気絶縁連続バックプレーン層は、モジュールレベル積層処理要件及び長期ＰＶモジュール信頼性要件も満たさなければならない。様々な適切なポリマー材料（プラスチック、フルオロポリマー、プリプレグのような）及び適切な非ポリマー材料（ガラス、セラミックのような）を電気絶縁バックプレーン材料として使用することができるが、望ましいバックプレーン材料の選択は、コスト、工程統合の容易性、シリコンに対する相対ＣＴＥ整合、熱安定性、耐化学性、信頼性、可撓性／柔軟性などを含むがこれらに限定されない多くの要件に依存する。
【００６９】
連続バックプレーン層に対する１つの適切な材料選択は、プリプレグシート（繊維と樹脂の組合せを含む）である。プリプレグシートは、プリント回路基板の構成ブロックとして使用され、樹脂とＣＴＥを低減する繊維又は粒子との組合せから製造することができる。バックプレーン材料は、任意的なシリコン薄肉化エッチングの化学作用（例えば、アルカリ性又は酸性のシリコンエッチング化学作用）及びテクスチャ化の化学物質（例えば、アルカリ性又は酸性のシリコンテクスチャ化化学作用）に対して比較的高い耐化学性を有し、少なくとも１８０℃の温度まで（更に一部の事例では、バックエンドソーラーセル加工中に約４００℃の高温まで）熱的に比較的安定している比較的廉価で低ＣＴＥの（一般的にＣＴＥ＜１０ｐｐｍ／℃、又は一部の事例では＜５ｐｐｍ／℃である）薄肉（通常は５０ミクロンから２５０ミクロンまで、一部の事例では約５０ミクロンから１５０ミクロンまでの範囲）プリプレグシートとすることができる。エピタキシャルシリコンリフトオフ加工を用いて製作されるソーラーセルの場合に、プリプレグシートは、パターン付きＭ１層の形成を通じたソーラーセル裏面処理の完了後、依然として再使用可能テンプレート上にある間に（当て嵌まる場合はセルリフトオフ剥離工程の前に）、熱真空積層器を用いてソーラーセル裏面に取り付けることができる。これに代えて、結晶シリコンウェーハを用いて製作されるソーラーセルの場合には（エピタキシャルリフトオフ加工がない）、プリプレグシートは、パターン付きＭ１層の形成を通じたソーラーセル裏面処理の完了後に、ここでもまた、熱真空積層器を用いてソーラーセルウェーハ裏面に取り付けることができる。熱及び圧力の組合せを印加すると、薄肉連続プリプレグシート（例えば、５０ミクロン厚から２５０ミクロン厚のアラミド繊維プリプレグシート層）が、１つの処理されたソーラーセル（又は一体モジュール実施形態の場合は複数のソーラーセル）の裏面に永続的に積層又は取り付けられる。次いで、エピタキシャルシリコンリフトオフ加工を用いて製作されるソーラーセルの場合に当て嵌めることができるように、リフトオフ剥離境界が、ソーラーセルの周りの周りに（再使用可能テンプレートエッジの近くで）、例えば、パルスレーザスクライビングツールを使用することによって定められ、次いで、バックプレーンが積層されたソーラーセルが、再使用可能テンプレートから機械的解離工程又はリフトオフ工程を用いてリフトオフにされて分離される（開始結晶シリコンウェーハ上に製造されるソーラーセルはリフトオフ剥離工程を用いず、バックプレーン取付／積層工程の後に直ちにバックエンドソーラーセル加工に進む）。その後のバックエンド工程段階は、（ｉ）開始結晶シリコンウェーハ上に製造されるソーラーセルの場合の任意的なシリコン薄肉化エッチング、テクスチャ及び不動態の完成、並びにソーラーセル上面上でのＡＲＣ堆積工程、（ｉｉ）ソーラーセルバックプレーンビアホールの形成、及びバックプレーン取付ソーラーセル裏面上での高導電性の第２層金属化（Ｍ２）（ソーラーセルバックプレーン面上に形成される）の形成の完了を含むことができる。エミッタ極性とベース極性の両方に対する相互嵌合型Ｍ２金属フィンガを含むパターン付きＭ２に対する高導電性金属化（例えば、ソーラーセルの全体の製造コスト及び材料コストを低減するために、銀とは対照的にアルミニウム及び／又は銅を含む）が、レーザ穿孔ビアホールを含む積層されたソーラーセルバックプレーン上に形成される。
【００７０】
先に上述したように、バックプレーン材料は、プリント回路基板（ＰＣＢ）及び他の工業用途で一般的に使用される、全体的な工程統合及び信頼性の要件を満たす比較的廉価なプリプレグ材料のような薄肉の（例えば、約５０ミクロンから２５０ミクロンの厚みの）可撓性電気絶縁ポリマー材料シートで製造することができる。一般的にプリプレグは、樹脂が事前含浸した補強材料であり、複合部品を生成するのに容易に使用することができる（プリプレグは、湿式積層システムよりも迅速かつ容易に複合材を生成するために使用することができる）。プリプレグは、補強繊維又は補強繊維織物を特別に配合されて事前に触媒化された樹脂と整合性を確実にするように設計された機器を用いて組み合わせることによって製造することができる。可撓性の裏紙によって覆うことで、プリプレグを容易に処理することができ、室温である期間にわたって可撓性／柔軟性を有する状態に留めることができる（長寿命）。更に、プリプレグの進歩は、保存に向けた冷凍を必要としない材料、より長い保存寿命を有するプリプレグ、及び低温で硬化する製品を発生させている。プリプレグ積層体は、圧力下で加熱することによって硬化させることができる（熱圧縮積層）。従来のプリプレグは、オートクレーブ硬化に向けて配合され、それに対して低温プリプレグは、かなり低い温度で真空バッグの圧力だけを使用することによって完全に硬化させることができる。
【００７１】
先に開示して解説したように、本明細書に開示する一体アイル型セル（ｉｃｅｌｌ）の設計及び製作方法は、製造工程の段階又はツールを有意に変更せず、従って、ソーラーセルを製造するコストを有意に増加させることなく、裏面接触ソーラーセルに関するものを含む公知のソーラーセルの設計及び製作工程流れ図と統合することができる。一般的に、ソーラーセル及びモジュールの製造コストは、ｉｃｅｌｌの技術革新（並びにｉｃｅｌｌを含む一体モジュール実施形態の技術革新）の結果として低減することができる。一実施形態において、セル設計を連続バックプレーン及び金属化構造（特に２つのパターン付き金属化の層又はレベルＭ１及びＭ２）と併せた組合せは、裏面接合／裏面接触ソーラーセルアーキテクチャを与える。その一方、バックプレーンと金属化層との様々な組合せは、永続的な可撓性、半可撓性、又は剛性の構造支持体／補強体として機能することができ、ソーラーセル電力を実質的に損ねることなく、又はソーラーセル製造コストを増加させることなく、高効率結晶シリコンソーラーセルに対して高導電性（例えば、アルミニウム及び／又は銅の金属化材料を含む）相互接続を与えることができる。
【００７２】
図９Ａは、４×４個の正方形形状アイルを有するマスターセル又はｉｃｅｌｌ上に形成されたバスバーなし第１金属化層パターン（Ｍ１）の裏面平面図を示す概略図である（このｉｃｅｌｌＭ１パターンの背面図は、同じ４×４個の正方形形状アイルの配置を有するｉｃｅｌｌに関する図２に示す正面図に対応する）。図９Ｂは、図９Ａのアイルのうちの１つ（例えば、Ｉ14で表記しているアイル）の拡大裏面平面図を示し、バスバーなし第１金属化層パターン（Ｍ１）のベースとエミッタとの相互嵌合型金属フィンガのアイランドが、ｉｃｅｌｌ内の他のアイルのベースとエミッタとの相互嵌合型Ｍ１フィンガから絶縁されることを示す図９Ａの概略図の一区画の拡大図である。
【００７３】
図９Ａは、エピタキシャル成長させた（例えば、テンプレート上の多孔質シリコン上で）半導体基板又は結晶ウェーハベースの半導体基板へのバックプレーンの取付又は積層の前にマスターセル又はｉｃｅｌｌ１００上に形成されたパターン化されたベースとエミッタとの微小ピッチ相互嵌合型金属化フィンガの複数のアイランド（この代表例では４×４アレイであるｉｃｅｌｌ内の複数のアイルに対応する）を含むバスバーなし第１金属化層パターン（Ｍ１）の裏面平面図を示す概略図である。この設計は、図２に示す正方形形状アイルの４×４アレイを有するｉｃｅｌｌに対応する。図９Ｂは、バスバーなしのベースとエミッタとの微小ピッチ相互嵌合型金属化フィンガを形成するパターン付きＭ１金属化層を有する図９Ａに記載のソーラーセルの拡大裏面図である（例えば、裏面接合／裏面接触又はＩＢＣのｉｃｅｌｌ又はマスターセルに関するもの）。図２を参照して上述したｉｃｅｌｌ実施形態に従って部分的に処理されたマスターセル又はｉｃｅｌｌ１００（パターン付き金属の第１の層又はレベルＭ１を通して処理されたもの）がセル周囲境界１０６によって定められ、この代表的な実施形態において、仕切トレンチが形成されることになるソーラーセルの前面からこの裏面図に向けて投影された領界１０４として示す仕切トレンチ隔離領界の形成によって後に定められることになる（ソーラーセル裏面へのバックプレーンの取付又は積層の後に）４×４＝１６個の均一な（同一のアイル面積の）正方形形状アイルＩ11からＩ44までを含む。仕切トレンチは、バックプレーンの反対側の半導体基板の太陽光面から形成されることになることに注意しなければならない。図９Ａ及び図９Ｂでは、アイル仕切領界１０４は、ｉｃｅｌｌ（この実施形態では４×４個のアイルのアレイ）を形成するアイルに対するＭ１金属化アイランド（パターン付きＭ１によって形成されたベースとエミッタとの相互嵌合型金属化フィンガの複数のアイランド）も定める。相互嵌合型Ｍ１フィンガの４×４個のアイランドは、互いから物理的に分離して（すなわち、相互嵌合型フィンガは、仕切領界１０４と交差しないか又はそれを破らない）絶縁することができる。複数のパターン付きＭ１アイランドの全体（この実施形態において、ｎ型とｐ型の両方のシリコンへの良好なオーミック接触を生成することができるアルミニウムのような比較的高い導電性の廉価な金属を含むＭ１アイランドの４×４アレイ）が、適切なペースト（アルミニウム又はアルミニウム−シリコン合金のペースト）のスクリーン印刷、又はＰＶＤ及びＰＶＤ後パターン化（パルスレーザ融除パターン化又はパターン作動エッチングによるもの）のような適切な工程によってソーラーセルの裏面上に同時に形成される。アイル、サブセル、又はミニセルは、共有連続バックプレーン又は連続バックプレーンの層／シート（この図にはバックプレーンを示しておらず、バックプレーンは、裏面不動態とパターン付きセル上Ｍ１層とを含むソーラーセル裏面に取付又は積層されることになる）上で一体的に形成され（最初は連続している同じ半導体層から）、トレンチで仕切られて隔離された半導体層（例えば、エピタキシャル成長させたシリコン層又は開始結晶シリコンウ��ーハからのシリコン層）のアイランドである。パターン付きＭ１相互嵌合型金属化フィンガ１０２の複数の（この実施形態では４×４＝１６個の）アイランドは、ソーラーセル裏面上で、ソーラーセル前面上のトレンチで仕切られた半導体アイルのｉｃｅｌｌパターンに対応し、それに従って形成され、ベースとエミッタとの相互嵌合型金属フィンガの各アイランドは、各アイルに対するＭ１金属化に対応する。各Ｍ１アイランド上のベースとエミッタとの相互嵌合型金属フィンガをＭ１パターン（バックプレーン取付の前にソーラーセル基板裏面１０８上に形成された交替するエミッタＭ１金属フィンガ１１０とベースＭ１金属フィンガ１１２として示す）上のセルバスバーなしに示しており、従って、セル上バスバーは存在しない。図９Ａ及び図９Ｂに示すように、各Ｍ１アイランド（得られるｉｃｅｌｌにおいてトレンチで仕切られた各アイルに対応する）に対するパターン付き相互嵌合型Ｍ１金属化フィンガは、他の隣接するアイランドのパターン付き相互嵌合型Ｍ１金属化フィンガから物理的かつ電気的に隔離される。必ずではないが殆どの場合に、ｉｃｅｌｌのトレンチで仕切られた様々なアイルの間の電気相互接続は、部分的に処理されたソーラーセル裏面へのバックプレーン取付の完了後に、ソーラーセルのバックエンド処理に向けて、第２のパターン付き金属化層Ｍ２を通して製造される。一部の実施形態は、トレンチで仕切られた隣接又は隣接するアイルを例えば電気並列接続及び／又は電気直列接続で同じく相互接続するためにパターン付きＭ１層を利用することができる。一部の事例では、ソーラーセルがエピタキシャル成長させたシリコン基板から製造される場合のような適用可能で望ましい場合に、部分的に処理されたエピタキシャルソーラーセルが支持結晶シリコンテンプレート構造にセル上面上に依然として取り付けられている間に、Ｍ１金属化層をソーラーセル基板裏面１０８上に形成することができる。この形成に対しては、エピタキシャルシリコンソーラーセル製作工程流れ図に関して上述している。
【００７４】
図１０Ａは、３×３個の正方形形状アイルを有するマスターセル又はｉｃｅｌｌ上に形成されたバスバーなし第１金属化層パターン（Ｍ１）の裏面平面図を示す概略図である（このｉｃｅｌｌＭ１パターンの背面図は、同じ３×３個の正方形形状アイルの配置を有するｉｃｅｌｌに関する図６Ａに示す正面図に対応する）。図１０Ａは、５×５個の正方形形状アイルを有するマスターセル又はｉｃｅｌｌ上に形成されたバスバーなし第１金属化層パターン（Ｍ１）の裏面平面図を示す概略図である（このｉｃｅｌｌＭ１パターンの背面図は、同じ５×５個の正方形形状アイルの配置を有するｉｃｅｌｌに関する図６Ｂに示す正面図に対応する）。
【００７５】
図１０Ａ及び図１０Ｂは、エピタキシャル成長させた（テンプレート上で）半導体基板又は結晶ウェーハベースの半導体基板へのバックプレーンの取付又は積層の前に図１０Ａのマスターセル又はｉｃｅｌｌ１２０及び図１０Ｂの１３０上に形成されたパターン化されたベースとエミッタとの微小ピッチ相互嵌合型金属化フィンガの複数のＭ１金属パターンアイランド（これらの代表例では、図１０Ａでｉｃｅｌｌ内の３×３＝９個のアイルのアレイ、及び図１０Ｂで５×５＝２５個のアイルのアレイに対応する）を含むバスバーなし第１金属化層パターン（Ｍ１）の裏面平面図を示す概略図である。これらの設計は、図６Ａに示す３×３アイルアレイを有するｉｃｅｌｌ及び図６Ｂに示す５×５アイルアレイを有するｉｃｅｌｌに対応する。図１０Ａでは、図６Ａを参照して上述したｉｃｅｌｌ実施形態に従って部分的に処理されたマスターセル又はｉｃｅｌｌ１２０（パターン付き金属の第１の層又はレベルＭ１を通して処理されたもの）がセル周囲境界１２６によって定められ、この代表的な実施形態において、仕切トレンチが半導体層を通して形成されることになるソーラーセルの前面からこの裏面図に向けて投影された領界１２４として示す仕切トレンチ隔離領界の形成によって後に定められることになる（ソーラーセル裏面へのバックプレーンの取付又は積層の後に）３×３＝９個の均一な（同一のアイル面積の）正方形形状アイルＩ11からＩ33までを含む。仕切トレンチは、バックプレーンの反対側の半導体基板の太陽光面から形成されることになることに注意しなければならない。図１０Ａでは、仕切領界１２４は、ｉｃｅｌｌを形成するアイル（この実施形態では３×３個のアイル）に対するＭ１金属化アイランド（ベースとエミッタとの相互嵌合型金属化フィンガの複数のアイランド）も定める。相互嵌合型Ｍ１フィンガの３×３個のアイランドは、互いから物理的に分離して（すなわち、相互嵌合型フィンガは、仕切領界１２４と交差しないか又はそれを破らない）絶縁することができる。複数のパターン付きＭ１アイランドの全体（この実施形態において、ｎ型とｐ型の両方のシリコンへの良好なオーミック接触を生成することができるアルミニウムのような比較的高い導電性の廉価な金属を含むＭ１アイランドの３×３アレイ）が、適切なペースト（アルミニウム又はアルミニウム−シリコン合金を含むペースト等）のスクリーン印刷、又はＰＶＤ及びＰＶＤ後パターン化（パルスレーザ融除パターン化又はパターン作動エッチングによるもの）のような適切な工程によってソーラーセルの裏面上に同時に形成される。アイル、サブセル、又はミニセルは、共有連続バックプレーン又は連続バックプレーンの層／シート（この図にはバックプレーンを示しておらず、バックプレーンは、裏面不動態とパターン付きセル上Ｍ１層とを含むソーラーセル裏面に取付又は積層されることになる）上で一体的に形成され（最初は連続している同じ半導体層から）、トレンチで仕切られて隔離された半導体層（例えば、エピタキシャル成長させたシリコン層又は開始結晶シリコンウェーハからのシリコン層）のアイランドである。パターン付きＭ１相互嵌合型金属化フィンガ１２２の複数の（この実施形態では３×３＝９個��）アイランドは、ソーラーセル裏面上で、ソーラーセル前面上のトレンチで仕切られた半導体アイルのｉｃｅｌｌパターンに対応し、それに従って形成され、ベースとエミッタとの相互嵌合型金属フィンガの各アイランドは、各アイルに対する金属化領域に対応する。各Ｍ１アイランド上のベースとエミッタとの相互嵌合型金属フィンガをＭ１パターン（バックプレーン取付の前にソーラーセル基板裏面上に形成された交替するエミッタとベースとのＭ１金属線１２２として示す）上のセルバスバーなしに示しており、従って、セル上バスバーは存在しない。図１０Ａに示すように、各Ｍ１アイランド（得られるｉｃｅｌｌにおいてトレンチで仕切られた各アイルに対応する）に対するパターン付き相互嵌合型Ｍ１金属化フィンガは、他の隣接するアイランドのパターン付き相互嵌合型Ｍ１金属化フィンガから物理的かつ電気的に隔離される。一部の事例では、ｉｃｅｌｌのトレンチで仕切られた様々なアイルの間の電気相互接続は、ソーラーセル裏面へのバックプレーン取付の完了後に、ソーラーセルのバックエンド処理に向けて、第２のパターン付き金属化層Ｍ２を通して製造される。一部の実施形態は、トレンチで仕切られたいくつかの隣接又は隣接するアイルを例えば電気並列接続及び／又は電気接続で同じく相互接続するためにパターン付きＭ１層を利用することができる。一部の事例では、ソーラーセルがエピタキシャル成長させたシリコン基板から製造される場合のような適用可能で望ましい場合に、部分的に処理されたエピタキシャルソーラーセルが支持結晶シリコンテンプレート構造にセル上面上に依然として取り付けられている間に、Ｍ１金属化層をソーラーセル基板裏面上に形成することができる。この形成に対しては、エピタキシャルシリコンソーラーセル製作工程流れ図に関して上述している。
【００７６】
図１０Ｂでは、図６Ｂを参照して上述したｉｃｅｌｌ実施形態に従って部分的に処理されたマスターセル又はｉｃｅｌｌ１３０（パターン付き金属の第１の層又はレベルＭ１を通して処理されたもの）がセル周囲境界１３６によって定められ、この代表的な実施形態において、仕切トレンチが形成されることになるソーラーセルの前面からこの裏面図に向けて投影された領界１３４として示す仕切トレンチ隔離領界の形成によって後に定められることになる（ソーラーセル裏面へのバックプレーンの取付又は積層の後に）５×５＝２５個の均一な（同一のアイル面積の）正方形形状アイルＩ11からＩ55までを含む。仕切トレンチは、バックプレーンの反対側の半導体基板の太陽光面から形成されることになることに注意しなければならない。図１０Ｂでは、仕切領界１３４は、ｉｃｅｌｌを形成するアイル（この実施形態では５×５＝２５個のアイル）に対するＭ１金属化アイランド（ベースとエミッタとの相互嵌合型金属化フィンガの複数のアイランド）も定める。相互嵌合型Ｍ１フィンガの５×５＝２５個のアイランドは、互いから物理的に分離して（すなわち、相互嵌合型フィンガは、仕切領界１３４と交差しないか又はそれを破らない）絶縁することができる。複数のパターン付きＭ１アイランドの全体（この実施形態において、ｎ型とｐ型の両方のシリコンへの良好なオーミック接触を生成することができるアルミニウムのような比較的高い導電性の廉価な金属を含む５×５＝２５個のＭ１アイランドのアレイ）が、適切なペースト（アルミニウム又はアルミニウム−シリコン合金などを含む）のスクリーン印刷、又はＰＶＤ及びＰＶＤ後パターン化（パルスレーザ融除パターン化又はパターン作動エッチングによるもの）のような適切な工程によってソーラーセルの裏面上に同時に形成される。アイル、サブセル、又はミニセルは、共有連続バックプレーン又は連続バックプレーンの層／シート（この図にはバックプレーンを示しておらず、バックプレーンは、裏面不動態とパターン付きセル上Ｍ１層とを含むソーラーセル裏面に取付又は積層されることになる）上で一体的に形成され（最初は連続している同じ半導体層から）、トレンチで仕切られて隔離された半導体層（例えば、エピタキシャル成長させたシリコン層又は開始結晶シリコンウェーハからのシリコン層）のアイランドである。パターン付きＭ１相互嵌合型金属化フィンガ１３２の複数の（この実施形態では５×５＝２５個の）アイランドは、ソーラーセル裏面上で、ソーラーセル前面上のトレンチで仕切られた半導体アイルのｉｃｅｌｌパターンに対応し、それに従って形成され、ベースとエミッタとの相互嵌合型金属フィンガの各アイランドは、各アイルに対するＭ１金属化領域に対応する。各Ｍ１アイランド上のベースとエミッタとの相互嵌合型金属フィンガをＭ１パターン（バックプレーン取付の前にソーラーセル基板裏面上に形成された交替するエミッタとベースとのＭ１金属線１３２として示す）上のセルバスバーなしに示しており、従って、セル上バスバーは存在しない（遮蔽電気損失を防止又は最小にするために）。図１０Ｂに示すように、各Ｍ１アイランド（得られるｉｃｅｌｌにおいてトレンチで仕切られた各アイルに対応する）に対す���パターン付き相互嵌合型Ｍ１金属化フィンガは、他の隣接するアイランドのパターン付き相互嵌合型Ｍ１金属化フィンガから物理的かつ電気的に隔離される。ｉｃｅｌｌのトレンチで仕切られた様々なアイルの間の電気相互接続は、ソーラーセル裏面へのバックプレーン取付の完了後に、ソーラーセルのバックエンド処理に向けて、第２のパターン付き金属化層Ｍ２を通して製造することができる。一部の実施形態は、トレンチで仕切られた隣接又は隣接するアイルを例えば電気並列接続で同じく相互接続するためにパターン付きＭ１層を利用することができる。一部の事例では、ソーラーセルがエピタキシャル成長させたシリコン基板から製造される場合のような適用可能で望ましい場合に、部分的に処理されたエピタキシャルソーラーセルが支持結晶シリコンテンプレート構造にセル上面上に依然として取り付けられている間に、Ｍ１金属化層をソーラーセル基板裏面上に形成することができる。この形成に対しては、エピタキシャルシリコンソーラーセル製作工程流れ図に関して上述している。
【００７７】
図１１Ａは、４×３×３＝３６個の三角形形状アイルを有するマスターセル又はｉｃｅｌｌ上に形成されたバスバーなし第１金属化層パターン（Ｍ１）の裏面平面図を示す概略図である（このｉｃｅｌｌＭ１パターンの背面図は、同じ４×３×３＝３６個の三角形形状アイルの配置を有するｉｃｅｌｌに関する図７Ｄに示す正面図に対応する）。図１１Ｂは、図１１Ａの三角形アイルのグループ（例えば、Ｉ1、Ｉ2、Ｉ3、Ｉ4で表記しているアイル）の拡大裏面平面図を示し、バスバーなし第１金属化層パターン（Ｍ１）のベースとエミッタとの相互嵌合型金属フィンガの三角形形状アイランドが、互いから、更にｉｃｅｌｌ内の他のアイルのベースとエミッタとの相互嵌合型Ｍ１フィンガから絶縁されることを示す図１１Ａの概略図の一区画の拡大図である。
【００７８】
図１１Ａは、エピタキシャル成長させた（テンプレート上で）半導体基板又は結晶ウェーハベースの半導体基板へのバックプレーンの取付又は積層の前にマスターセル又はｉｃｅｌｌ１４０上に形成されたパターン化されたベースとエミッタとの微小ピッチ相互嵌合型金属化フィンガの複数のアイランド（この代表例ではｉｃｅｌｌ内の４×３×３＝３６個である複数の三角形アイルのアレイに対応する）を含むバスバーなし第１金属化層パターン（Ｍ１）の裏面平面図を示す概略図である。この設計は、図７Ｄに示す４×３×３アイルアレイを有するｉｃｅｌｌに対応する。図１１Ｂは、微小ピッチバスバーなしのベースとエミッタとの相互嵌合型金属化フィンガを形成するパターン付きＭ１金属化層を有する図１１Ａに記載のソーラーセルアイルの拡大裏面図である（裏面接合／裏面接触又はＩＢＣソーラーセルに関するもの）。図７Ｄを参照して上述したｉｃｅｌｌ実施形態に従って部分的に処理されたマスターセル又はｉｃｅｌｌ１４０（パターン付き金属の第１の層又はレベルＭ１を通して処理されたもの）が、マスターセル又はｉｃｅｌｌの周囲境界１４６によって定められ、この代表的な実施形態において、仕切トレンチが形成されることになるソーラーセル半導体基板の前面からこの裏面図に向けて投影された様々な領界線１４４及び１５４として示す（濃い色の水平及び垂直の軸線、及び相互嵌合型Ｍ１金属フィンガの三角形アイランドを分離する白色の対角領界線として示す）半導体層を通した仕切トレンチ隔離領界の形成によって後に定められることになる（ソーラーセル裏面へのバックプレーンの取付又は積層の後に）４×３×３＝３６個の均一な（同一のアイル面積の）三角形形状アイルＩ1からＩ36までを含む。仕切トレンチは、バックプレーンの反対側の半導体基板の太陽光面から形成されることになることに注意しなければならない。図１１Ａ及び図１１Ｂでは、水平及び垂直（本明細書では軸線方向とも呼ぶ）の仕切領界１４４と、三角形パターンを仕切っている対角又は傾斜した領界１５４（水平及び垂直又は軸線方向の濃い色の線、並びに白色の対角線として示しており、濃い色の線と白色の線とは、単純に、軸線方向であるＸ方向及びＹ方向のアイル仕切領界と対角方向のアイル仕切領界との間で区別を付けている）は、ｉｃｅｌｌを形成する三角形アイル（この実施形態では４×３×３＝３６個のアイル）に対するＭ１金属化アイランド（ベースとエミッタとの相互嵌合型金属化フィンガの複数の三角形形状アイランド）も定める。相互嵌合型Ｍ１フィンガの４×３×３＝３６個のアイランドは、互いから物理的に分離して（すなわち、相互嵌合型フィンガは、仕切領界１４４及び１５４と交差しない）絶縁することができる。複数のパターン付きＭ１アイランドの全体（この実施形態において、ｎ型とｐ型の両方のシリコンへの良好なオーミック接触を生成することができるアルミニウムのような比較的高い導電性の廉価な金属を含む４×３×３＝３６個のＭ１アイランドのアレイ）が、適切なペースト（アルミニウム又はアルミニウム−シリコン合金を含むペースト等）のスクリーン印刷、又はＰＶＤ及びＰＶＤ後パターン化（パルスレーザ融除パターン化又はパターン作動エッチングによるもの）のような適切な工程によってソーラーセルの裏面上に同時に形成される。アイル、サブセル、又はミニセルは、共有連続バックプレーン又は連続バックプレーンの層／シート（この図にはバックプレーンを示しておらず、バックプレーンは、裏面不動態とパターン付きセル上Ｍ１層とを含むソーラーセル裏面に取付又は積層されることになる）上で一体的に形成され（最初は連続している同じ半導体層から）、トレンチで仕切られて隔離された半導体層（例えば、テンプレート上の多孔質シリコン上でエピタキシャル成長させたシリコン層又は開始結晶シリコンウェーハからのシリコン層）のアイランドである。パターン付きＭ１相互嵌合型金属化フィンガ１４２の複数の（この実施形態では４×３×３＝３６個の）アイランドは、ソーラーセル前面上のトレンチで仕切られた半導体アイルのｉｃｅｌｌパターンに対応し、かつ整合してソーラーセル裏面上に形成され、ベースとエミッタとの相互嵌合型金属フィンガの各アイランドは、各アイルに対するＭ１金属化に対応する。各Ｍ１アイランド上のベースとエミッタとの相互嵌合型金属フィンガをＭ１パターン（バックプレーン取付の前にソーラーセル基板裏面１４８上に形成された相互嵌合型のエミッタＭ１金属フィンガ１５０及びベースＭ１金属フィンガ１５２として示す）上のセルバスバーなしに示しており、従って、セル上バスバーは存在しない（遮蔽電気損失を回避又は排除するために）。図１１Ａ及び図１１Ｂに示すように、各三角形形状Ｍ１アイランド（得られるｉｃｅｌｌにおいてトレンチで仕切られた各三角形形状アイルに対応する）に対するパターン付き相互嵌合型Ｍ１金属化フィンガは、他の隣接するアイランドのパターン付き相互嵌合型Ｍ１金属化フィンガから物理的かつ電気的に隔離される。ｉｃｅｌｌのトレンチで仕切られた様々なアイルの間の電気相互接続は、ソーラーセル裏面へのバックプレーン取付の完了後に、ソーラーセルのバックエンド処理に向けて、第２のパターン付き金属化層Ｍ２を通して製造される。一部の実施形態は、トレンチで仕切られた隣接又は隣接するアイルを例えば電気並列接続及び／又は電気直列接続で同じく相互接続するためにパターン付きＭ１層を利用することができる。一部の事例では、ソーラーセルがエピタキシャル成長させたシリコン基板から製造される場合のような適用可能で望ましい場合に、部分的に処理されたエピタキシャルソーラーセルが支持結晶シリコンテンプレート構造にセル上面上に依然として取り付けられている間にＭ１金属化層をソーラーセル基板裏面上に形成することができる。この形成に対しては、エピタキシャルシリコンソーラーセル製作工程流れ図に関して上述している。図１１Ａ及び図１１Ｂに示すもののような複数の三角形アイルを有するｉｃｅｌｌ実施形態において、正方形を形成する４つの三角形アイルのセット（例えば、正方形を形成するアイルグループＩ1からＩ4まで、及び別の正方形を形成するアイルグループＩ30からＩ36まで）を第２のパターン付き金属化層Ｍ２（これらの図には示していない）を用いて並列に電気接続することができ、更に全体の正方形領域セット（この実施形態では各々が４つの三角形アイルを含む３×３個の正方形領域）を直列に電気接続することができ（例えば、３×３＝９個の正方形領域が電気直列で接続されることになる）、又は必要に応じて混成並列−直列配置で電気接続することができる。従って、三角形アイルの個数は４×３×３＝３６個であるが、直列に接続されたサブグループ（４つの三角形アイルのグループの直列接続配置における）の個数（Ｓ）は３×３＝９個あり、言い換えれば、Ｉ1、Ｉ2、Ｉ3、及びＩ4のような４つの三角形の９つの正方形形状サブグループが正方形を形成する（正方形内に封入されたＰ＝４又は４つの三角形アイルがＭ２によって電気並列で接続され、各々が４つの並列接続三角形アイルを含む９つの正方形領域が、全て電気直列で接続される）。
【００７９】
代表的Ｍ２金属化実施形態
【００８０】
図１２Ａは、５×５個の正方形形状アイルのアレイを有するｉｃｅｌｌに対して、マスターセル又はｉｃｅｌｌの裏面上に形成された第２の最終金属化層パターン（Ｍ２）の裏面平面図を示す概略図である（このＭ２パターンは、図１０Ｂに示すようにＭ１が形成された図６Ｂに示すソーラーセル設計に適用される）。この図では、Ｍ２パターンは、ｉｃｅｌｌ内で５×５＝２５個のアイルのアレイを電気直列で相互接続する配置を与える。パターン付きＭ２層を実質的に矩形のフィンガを有するように示す（Ｍ２フィンガの個数≪Ｍ１フィンガの個数である）。図１２Ｂは、図１１Ａの１つの象限領域内の直列接続アイルのうちの一部のものにおけるＭ２パターンの拡大裏面平面図を示す図１２Ａの概略図内のＭ２構造の一区画の拡大図である（例えば、Ｉ14、Ｉ15、Ｉ24、Ｉ25で表記しているアイルに対して、ベースとエミッタとの相互嵌合型Ｍ２金属フィンガを示すＭ２パターンを示す）。
【００８１】
図１２Ａは、マスターセル又はｉｃｅｌｌ１６０（図１０Ｂに示すようにその上にパターン付きＭ１が存在する５×５＝２５個の正方形形状アイルのアレイを含む図６Ｂに示すソーラーセルと類似のもの）上に形成された第２金属化層パターン（Ｍ２）の裏面平面図を示す概略図である。図１２Ｂは、図１２Ａのソーラーセルの象限内のアイルのうちの一部のものにおけるＭ２金属化層パターンの拡大図である。図１２Ａ及び図１２Ｂでは、図６Ｂ及び図１０Ｂを参照して上述したように、マスターセル又はｉｃｅｌｌ１６０は、ソーラーセル周囲境界１６４によって定められ、半導体層仕切トレンチ隔離領界によって定められた５×５＝２５個の均一な正方形形状アイルＩ1からＩ55までを含む。パターン付きＭ２金属化層１６２は、パターン付きＭ１層の形成後にソーラーセルの裏面に取付又は積層された連続バックプレーン層１７７上に形成される。上述したように、パターン付きのＭ１層とＭ２層とは、バックプレーン層１７７によって互いから分離され、導電ビアプラグを通して互いに相互接続される。図１２Ａ及び図１２Ｂに示すパターン付きＭ２金属化層１６２は、複数の導電ビアプラグ（バックプレーン層を貫通するレーザ穿孔ビアホールを通じたＭ２金属化工程によって形成されたもの）を通して下層のパターン付きＭ１層に接続するエミッタとベースとの相互嵌合型された実質的に矩形の金属フィンガを含む。図示のように、パターン付きＭ２相互嵌合型矩形フィンガ（Ｍ２エミッタフィンガ１７６及びＭ２ベースフィンガ１７４）は、下層のパターン付きＭ１のベースとエミッタとの相互嵌合型フィンガに対して実質的に垂直又は直角であり、それによってＭ１のベース及びエミッタのフィンガの個数と比較して実質的に少ない個数のＭ２のベース及びエミッタのフィンガを可能にするようにパターン化することができる。この実施形態（マスターセル又はｉｃｅｌｌがミニセル又はアイルの５×５アレイを含む）では、５つのアイルのグループを含む各列内のアイルは、Ｍ２直列接続部１７０によって電気直列で接続され（同じ列内で各アイルのベースＭ２金属がその隣接アイルのエミッタＭ２金属に接続され、各アイルのエミッタＭ２金属が、その隣接アイルのベースＭ２金属に接続される）、１つの列の終端からその隣接列の始端に移行する場合に、１つのコーナのアイルのベースＭ２バスバーと、別の筋向かいに反対のアイルコーナのアイルのエミッタＭ２バスバーとは、一体モジュール実施形態ではＭ２の延長部を通して、又は一体モジュール実施形態を用いない場合はソーラーセルの互いのタブ接続／ストリング接続／及び／又は半田付けによってのいずれかでｉｃｅｌｌ間相互接続のためのｉｃｅｌｌのベースとエミッタとのバスバーとして機能する。５つの列で配置された５×５個のアイルのアレイのパターン付きＭ２電気直列相互接続を完成させるために、アイル列は、パターン付きＭ２層を用いて、特にアイル列の上部及び下部に交互に配置された横Ｍ２層ジャンパ又は横コネクタ１７２によって電気的に相互接続され、それによってこのｉｃｅｌｌ内の５×５＝２５個のアイルは、パターン付きＭ２層を用いて電気直列で相互接続され、この場合に、直列接続は、図１２Ａのｉｃｅｌｌ１６��内の左上コーナのアイルで始まって、第１のアイル列を下に続き、次いで、下部のＭ２ジャンパ又は横コネクタ１７２を用いて第１の最も左にある列を第２の列に直列に接続され、直列接続は、第２のアイル列を上に続き、次いで、上部のＭ２ジャンパ又は横コネクタ１７２を用いて第２の列を第３の列に直列に接続され、直列接続は、第３のアイル列を下に続き、次いで、下部のＭ２ジャンパ又は横コネクタ１７２を用いて第３の列を第４の列に直列に接続され、直列接続は、第４のアイル列を上に続き、次いで、上部のＭ２ジャンパ又は横コネクタ１７２を用いて第４の列を第５の列に直列に接続され、最後に直列接続は、第５のアイル列を下に続く。５×５個の直列接続アイル（全てのアイルの相互接続及び最終的なｉｃｅｌｌの金属化がパターン付きＭ２層によるもの）のアレイを有するこのｉｃｅｌｌでは、アイルＩ11（左上コーナのアイル）に対するエミッタのリード又はバスバー１６６（エミッタ端子）と、アイルＩ55（右下コーナのアイル）に対するベースのリード又はバスバー１６８（ベース端子）とは、ｉｃｅｌｌ１６０の主バスバーとして機能する。図示のように、隣接アイル列（この実施形態では列毎に５つのアイル）に対応する隣接パターン付きＭ２層列は、バックプレーン層１７７を露出させるＭ２列絶縁間隙領域１７８によって分離される（すなわち、これらの隔離領域内にはＭ２金属が存在しない）。Ｍ２列絶縁間隙領域１７８は、全てのＭ２レベルのパターン付きのベース及びエミッタのフィンガ、並びにエミッタのリード又はバスバー１６６（エミッタ端子）及びベースのリード又はバスバー１６８（ベース端子）の形成と共に、一体的製作によるパターン付きＭ２金属化層の一部として同時に形成される。列内の隣接アイルの間のＭ２直列接続部１７０は、アイルＩ11からのＭ２ベースフィンガ１７４をアイルＩ21のＭ２エミッタフィンガ１７６に電気接続する。アイルＩ21のＭ２ベースフィンガ１７４は、アイルＩ31のＭ２エミッタフィンガ１７６に電気接続され、以降同じくアイルＩ５１に至るまで縦に続き、それによって第１の列内のアイルの電気直列接続が完了する。Ｍ２直列接続横ジャンパ１７２は、アイルＩ51（列１内の）のＭ２ベースフィンガ１７４をアイルＩ52（列２内の）Ｍ２エミッタフィンガ１７６に電気接続する。
【００８２】
各々のミニセル又はアイルは、アレイ内の他のアイルのうちの少なくとも１つに直列に接続することができ、この場合に、５×５個のアイルのアレイ内の全てのアイルは、図１２Ａに示すものように電気直列で接続され、本明細書ではこの接続を全直列接続と呼ぶ。しかし、用途及び要件に基づいて、並列及び混成並列−直列のミニセル接続パターンを使用することができる。
【００８３】
図１２Ａに示すように、各アイル（又はＭ１並列接続アイルの各サブグループ）は、当該アイルに対する下層の相互嵌合型Ｍ１フィンガ単位セル（図１２ＡのＩ11に対応する図１０ＢのＩ11に対応する図６ＢのＩ11）上に、それに対して直角に形成された相互嵌合型矩形フィンガの対応するＭ２単位セル設計を有する。一部の事例では、Ｍ２フィンガを下層相互嵌合型Ｍ２フィンガと平行にパターン化することが望ましい場合がある。
【００８４】
これに加えて及びこれに代えて、ｉｃｅｌｌのためのＭ２単位セル設計を含む金属フィンガは、図１３に示すように先細にされ、例えば、三角形形状又は台形形状とすることができる。図１３は、ベースとエミッタとの複数の相互嵌合型先細／直角三角形フィンガを有する第２金属化層パターン（Ｍ２）単位セルの裏面平面図を示す概略図である。各直列接続正方形形状アイル又はＭ１並列接続アイルサブグループを覆って設けられるＭ２単位セル設計のこの例は、アイル又はＭ１並列接続アイルサブグループ毎にベースＭ２金属フィンガとエミッタＭ２金属フィンガとから構成されるＦ＝６個の対を示している。
【００８５】
図１３は、例えば、Ｍ２パターン化中に形成された絶縁間隙１８６によって分離されたＭ２先細ベースフィンガ１８４（全てがＭ２ベースバスバーに取り付けられた）とＭ２先細エミッタフィンガ１８２（全てがＭ２エミッタバスバーに取り付けられた）とである先細／直角三角形フィンガの６つの対を有する第２金属化層パターン（Ｍ２）単位セル１８０の裏面平面図を示す概略図である。本明細書では、アイルバスバー接続部において幅広であり、フィンガがバスバーからアイルの他端に向けて延びる時に幅狭になるＭ２フィンガを説明するのに先細という言葉を使用する。一部の事例では、先細Ｍ２フィンガ設計は、矩形Ｍ２フィンガと比較して約３０％だけオーミック損失を低減し、Ｍ２層厚要件を低減することができ、それによって与えられた許容可能金属化オーミック損失に対して薄肉のＭ２層を可能にする。テーパのついたベース及びエミッタのＭ２フィンガ（対応するアイルのＭ２バスバーから離れるように先細になっている）は、ほぼ三角形（直角、等辺、又は他の望ましい三角形の形状）又はほぼ台形として成形することができる。Ｌという辺寸法（約Ｌ×Ｌの正方形形状ｉｃｅｌｌ面積に対応する）、Ｎ×Ｎ＝Ｓ個のアイル（パターン付きＭ２金属化層によって電気直列で接続されたＳ個のアイル）、及びアイル毎（又はＭ１並列接続アイルサブグループ毎）にＦ個のＭ２フィンガ対を有するマスターセル又はｉｃｅｌｌに向けて先細フィンガを有する正方形形状Ｍ２単位セルを設計するための寸法要件例は、Ｈが、直列接続アイル（又はアイルサブグループ）毎のＭ２パターンの辺寸法であり、ｈが、三角形Ｍ２フィンガの底辺幅であり、Ｆが、アイル（又はアイルサブグループ）毎のベースＭ２フィンガとエミッタＭ２フィンガとから構成される対の個数である時に、Ｌ＝Ｈ×Ｎ、Ｈ＝Ｆ×ｈ、アイル面積＝Ｈ2、Ｆ＝Ｍ２のベースフィンガとエミッタフィンガとの対の個数（図１３ではＦ＝６）である。各直列接続アイル（又はアイルサブグループ）の面積はＨ2である。
【００８６】
図１３は、隔離金属化絶縁間隙１８６（パターン付きＭ２の形成の一部として形成されたもの）によって定められ、絶縁された相互嵌合型の三角形テーパのついたベースフィンガ１８４とエミッタフィンガ１８２とを有するマスターセルアイル１８０上に形成された（ｉｃｅｌｌ内の全ての他のアイルに対するパターン付きＭ２と共に同時に一体的に）第２金属化単位セル層パターン（Ｍ２）の裏面図である。図１３に示すＭ２金属化パターンは、例えば、各個々のアイル（ｉｃｅｌｌ内で他のアイルと直列に接続された各アイル等）上又はＭ１並列接続アイルのサブグループ上でパターン付きＭ１フィンガに対して直交又は垂直に配置することができる。先細フィンガは、Ｍ２厚要件を更に低減することができ（一般的に矩形フィンガに対して約３０％だけ）、より薄肉のＭ２金属化層を可能にする（低減されたシート導電率要件に起因して）。
【００８７】
図１４Ａは、ｉｃｅｌｌ（図９Ａに示すようにその上にパターン付きＭ１が形成された図２に示すセルと類似のもの）の裏面上に形成された第２金属化層パターン（Ｍ２）の裏面平面図を示す概略図である。この図は、４×４＝１６個の正方形形状アイルのアレイ正方形形状アイルの電気直列接続を生成するためのｉｃｅｌｌＭ２パターンを示している。パターン付きＭ２フィンガは、ベース及びエミッタの三角形金属フィンガを使用する（アイル毎に、Ｍ２フィンガの個数は、Ｍ１フィンガの個数よりも少ない）。一部の事例では、Ｍ２フィンガは、Ｍ１フィンガに対して直交又は垂直とすることができる。Ｍ２フィンガは、Ｍ１フィンガよりもかなり幅広で大まかなピッチのものとすることができる。
【００８８】
図１４Ｂは、パターン付きＭ２金属化層を有する図１４Ａに記載のソーラーセルの一部分の拡大裏面平面図を示し、特にアイルＩ14の完全図をアイルＩ13、Ｉ23、及びＩ24の部分図と共に示す概略図である。
【００８９】
図１４Ａは、マスターセル又はｉｃｅｌｌ１９０（図９Ａに示すようにその上にパターン付きＭ１が形成された図２に示すセルと類似のもの）上に形成された第２金属化層パターン（Ｍ２）の裏面平面図である。図１４Ｂは、特にアイルＩ14の完全図をアイルＩ13、Ｉ23、及びＩ24の部分図と共に示すパターン付きＭ２金属化層を有する図１４Ａに記載のソーラーセルの一部分の拡大略平面図である。図１４Ａ及び図１４Ｂでは、図２及び図９Ａを参照して上述したように、マスターセル又はｉｃｅｌｌ１９０は、セル周囲境界２０８によって定められ、仕切トレンチ隔離領界によって定められた４×４＝１６個の均一な（同一の面積の）正方形形状アイルＩ11からＩ44までを含む。パターン付きＭ２単位セル金属化層１９２は、パターン付きＭ１層を含むソーラーセル裏面に取り付けられたバックプレーン層上でｉｃｅｌｌ内の各アイル上に、複数の導電ビアプラグを通して下層のＭ１層に電気的に相互接続されたエミッタとベースとの相互嵌合型先細（例えば、図示のように三角形形状）金属フィンガとして形成される。図示のように、パターン付きＭ２相互嵌合型三角形フィンガ（パターン付きＭ２層内で隔離間隙２１０によって絶縁されたＭ２エミッタフィンガ２０６及びＭ２ベースフィンガ２０４）は、下層のＭ１相互嵌合型フィンガに対して実質的に直交又は垂直にパターン化され、各アイルにおいてＭ１フィンガの個数と比較して有意に少ないＭ２フィンガを可能にする。列内の各アイル（このマスターセルは、図１４Ａに示すように、４×４＝１６個のミニセルのアレイを含む）は、Ｍ２直列接続部２００によって直列に接続され、アイル列とアイル列とは、アイル列の上部と下部とに交互に配置された横ジャンパ２０２によって相互接続され、すなわち、４×４＝１６個のアイルのアレイは、エミッタリード１９４（ｉｃｅｌｌに対するエミッタの端子又はバスバー）からベースリード１９６（ｉｃｅｌｌに対するベースの端子又はバスバー）に電気直列で接続される。図示のように、各アイル列は、パターン付きＭ２の形成工程の一部として同じく形成されたＭ２列隔離領域１９８によって分離される。Ｍ２直列接続部２００は、アイルＩ11からのＭ２ベースフィンガ２０４をアイルＩ21のＭ２エミッタフィンガ２０６に電気接続する。アイルＩ21のＭ２ベースフィンガ２０４は、アイルＩ31のＭ２エミッタフィンガ２０６に電気接続され、以降同じくアイルＩ41に至るまで縦に続く。Ｍ２直列接続横ジャンパ２０２は、アイルＩ41（列１内の）のＭ２ベースフィンガ２０４をアイルＩ42（列２内の）のＭ２エミッタフィンガ２０６に電気接続する。
【００９０】
図１５Ａは、３×３＝９個の直列接続アイル又はＭ１並列接続アイルのサブグループを有するマスターセル（図１０Ａに示すようにその上にパターン付きＭ１が形成された図６Ａに示すセルと類似のもの）上に形成された第２金属化層パターン（Ｍ２）の裏面平面図を示す概略図である。パターン付きＭ２フィンガは、ベース及びエミッタの三角形金属フィンガを使用する（アイル毎に、Ｍ２フィンガの個数は、Ｍ１フィンガの個数よりも少ない）。一部の事例では、Ｍ２フィンガは、Ｍ１フィンガに対して直交又は垂直とすることができる。Ｍ２フィンガは、Ｍ１フィンガよりもかなり幅広で大まかなピッチのものとすることができる。
【００９１】
図１５Ａは、マスターセル又はｉｃｅｌｌ２２０（図１０Ａに示すようにその上にパターン付きＭ１が形成された図６Ａに示すセルと類似のもの）上に形成された第２金属化層パターン（Ｍ２）の裏面平面図である。図示のＭ２パターンは、マスターセル上の３×３＝９個の直列接続アイル（又はＭ１並列接続アイルのサブグループ）に対して形成することができ、従来技術の単一アイルのマスターセル（図１に示すもののような）と比較して高い電圧及び低い電流を与える。言い換えれば、Ｍ２金属化パターンは、従来技術の単一アイルのマスターセルと比較して、ソーラーセル電圧の強度（Ｖｍｐ及びＶｏｃ）を９倍だけ強め、ソーラーセル電流の強度（Ｉmp及びＩsc）を９倍だけ弱めることができる。図１５Ａでは、図６Ａ及び図１０Ａを参照して上述したように、ｉｃｅｌｌ又はマスターセル２２０は、セル周囲境界２３８によって定められ、仕切トレンチ隔離領界によって定められた３×３＝９個の均一な（同一の面積の）正方形形状アイルＩ11からＩ33までを含む。パターン付きＭ２単位セル金属化層２２２は、パターン付きＭ１層の形成後にソーラーセル裏面に取り付けられた連続電気絶縁バックプレーン上で、各アイルの裏面上に、バックプレーンを通して形成された複数の導電ビアプラグを通して下層のパターン付きＭ１層に電気接続されたエミッタとベースとの相互嵌合型先細（例えば、三角形形状）Ｍ２金属フィンガとして形成される。図示のように、パターン付きＭ２相互嵌合型三角形フィンガ（パターン付きＭ２の形成工程中に形成された隔離間隙によって絶縁されたＭ２エミッタフィンガ２３２及びＭ２ベースフィンガ２３４）は、下層のパターン付きＭ１相互嵌合型フィンガに対して実質的に直交又は垂直にパターン化され、各アイルにおいてＭ１フィンガの個数と比較して有意に少ないＭ２フィンガを可能にする。列内の各アイル（この実施形態において、マスターセルは３×３＝９個のミニセル又はアイルのアレイを含む）は、Ｍ２直列接続部２３０によって直列に接続され、アイル列とアイル列とは、アイル列の上部と下部に交互に配置された横ジャンパ２２８によって接続され、従って、各アイルは、エミッタのリード又はバスバー２２４（エミッタ端子）からベースのリード又はバスバー２２６（ベース端子）に直列に接続される。図示のように、各アイル列は、パターン付きＭ２の形成工程中に形成されたＭ２列隔離領域２２８によって分離される。Ｍ２直列接続部２３０は、アイルＩ11からのＭ２ベースフィンガ２３４をアイルＩ21のＭ２エミッタフィンガ２３２に電気接続する。アイルＩ21のＭ２ベースフィンガ２３４は、アイルＩ31のＭ２エミッタフィンガ２３２に電気接続される。Ｍ２直列接続横ジャンパ２２８は、アイルＩ31（列１内の）のＭ２ベースフィンガ２３４をアイルＩ32（列２内の）のＭ２エミッタフィンガ２３２に電気接続する。
【００９２】
図１５Ｂは、５×５＝２５個の直列接続アイル又はＭ１並列接続アイルのサブグループを有するマスターセル（図１０Ｂに示すようにその上にパターン付きＭ１が形成された図６Ｂに示すセルと類似のもの）上に形成された第２金属化層パターン（Ｍ２）の裏面平面図を示す概略図である。パターン付きＭ２フィンガは、ベース及びエミッタの三角形金属フィンガを使用する（アイル毎に、Ｍ２フィンガの個数は、Ｍ１フィンガの個数よりも少ない）。一部の事例では、Ｍ２フィンガは、Ｍ１フィンガに対して直交又は垂直とすることができる。Ｍ２フィンガは、Ｍ１フィンガよりもかなり幅広で大まかなピッチのものとすることができる。
【００９３】
図１５Ｂは、ｉｃｅｌｌ又はマスターセル２４０（図１０Ｂに示すようにその上にＭ１を堆積させた図６Ｂに示すセルと類似のもの）上に堆積した第２金属化層パターン（Ｍ２）の裏面平面図である。図示のＭ２パターンは、マスターセル上の５×５＝２５個の直列接続アイルに対して形成することができ、従来技術のアイルのマスターセルと比較して高いソーラーセル電圧及び低いソーラーセル電流を与える。言い換えれば、Ｍ２金属化パターンは、従来技術の単一アイルのマスターセルと比較して、電圧の強度（Ｖｍｐ及びＶｏｃ）を２５倍だけ強め、電流の強度（Ｉmp及びＩsc）を２５倍だけ弱めることができる。図１５Ｂでは、図６Ｂ及び図１０Ｂを参照して上述したように、ｉｃｅｌｌ又はマスターセル２４０は、セル周囲境界２５８によって定められ、仕切トレンチ隔離領界によって定められた２５個の均一な正方形形状アイルＩ11からＩ55までを含む。パターン付きＭ２単位セル金属化層２４２は、パターン付きＭ１層の形成後にソーラーセル裏面に取り付けられた電気絶縁連続バックプレーン上で、各アイルの裏面上に、バックプレーン層を貫通する複数の導電ビアプラグを通して下層のパターン付きＭ１層に電気的に相互接続されたエミッタとベースとの相互嵌合型先細（三角形形状）金属フィンガとして形成される。図示のように、Ｍ２相互嵌合型三角形フィンガ（隔離間隙によって絶縁されたＭ２エミッタフィンガ２５２及びＭ２ベースフィンガ２５４）は、下層のパターン付きＭ１相互嵌合型フィンガに対して実質的に直交又は垂直にパターン化され、Ｍ１フィンガの個数と比較して有意に少ないＭ２フィンガを可能にする。列内の各アイル（この実施形態において、マスターセルは５×５＝２５個のミニセルのアレイを含む）は、Ｍ２直列接続部２５０によって直列に接続され、アイル列とアイル列とは、アイル列の上部と下部とに交互に配置された横ジャンパ２４８によって接続され、従って、各アイルは、エミッタのリード又はバスバー２４４（エミッタ端子）からベースのリード又はバスバー２４６（ベース端子）に直列に接続される。図示のように、各アイル列は、Ｍ２列隔離領域２５６によって分離される。Ｍ２直列接続部２５０は、アイルＩ11からのＭ２ベースフィンガ２５４をアイルＩ21のＭ２エミッタフィンガ２５２に電気接続する。アイルＩ21のＭ２ベースフィンガ２５４は、アイルＩ31のＭ２エミッタフィンガ２５２に電気接続され、以降同じくアイルＩ51に至るまで縦に続く。Ｍ２直列接続横ジャンパ２４８は、アイルＩ51（列１内の）のＭ２ベースフィンガ２５４をアイルＩ52（列２内の）のＭ２エミッタフィンガ２５２に電気接続する。
【００９４】
本明細書に開示するＭ１及びＭ２の単位セルパターンは、正方形又は擬似正方形の形状のアイル、三角形アイル、又は様々な他の形状のアイル、及びこれらのいずれかの組合せに向けて設計することができる。言い換えれば、アイル設計と相互接続パターンは、パターン付きのＭ１及びＭ２の設計を決定付けることができる。
【００９５】
電気直列（又は混成並列−直列）で接続されたＳ個のアイル（又はＳ個のアイルサブグループ）を有するマスターセルでは、Ｓという電流及び電圧の強度調整倍率で低下するセル電流及び増大するセル電圧に起因して、単一アイルを含むマスターセルと比較してＭ２に必要とされる導電性（又はＡｌ又はＣｕのような与えられたＭ２材料に対するパターン付きＭ２金属の全厚）が小さい。一般的に、Ｓの値、言い換えれば、直列接続されたサブセル又はアイルの個数が大きい程、Ｓ（ｉｃｅｌｌ内で直列接続されたアイル又はアイルサブグループの個数）倍でセル電流が低下し、かつセル電圧が増大するので、Ｍ２厚み要件は低い。例えば、直列接続アイルを有する（従って、ｉｃｅｌｌにおける電圧強度をＳ倍だけ強め、電流強度をＳ倍だけ弱める）タイル型マスターセルでは、ＩＢＣソーラーセルにおける銅Ｍ２層厚を図１に示すもののような非タイル型ソーラーセル（例えば、１５６ｍｍ×１５６ｍｍのＩＢＣソーラーセル）における約２０ミクロンから８０ミクロン超までの厚み範囲から約１ミクロンから５ミクロン程度まで低減することができる。
【００９６】
本明細書に開示する一体タイル型によるソーラーセル又はｉｃｅｌｌの構造及び製作方法は、実質的に低い金属化シートの導電率要件及び厚み要件を可能にし、更にそれによって金属消費量、工程コスト、製作工程機器コスト、及び対応する資金支出を低減することができる。低く緩和された金属化シートの導電率要件及び厚み要件（従って、厚肉金属メッキを蒸着、プラズマスパッタリング、及び／又はスクリーン印刷のような遥かに簡単で廉価な金属化工程で置換することによって厚肉金属メッキへの依存性を排除することができること）に起因して、金属メッキ（例えば、銅メッキ）中に生成されるもののような特定のセル製作工程からの非常に危険な廃棄副成物を低減又は排除することができる。より薄肉で簡単なＭ２金属化パターンは、例えば、薄肉のパターン付きＭ２金属化の実質的に低い引張応力／機械応力と、金属メッキ処理（銅メッキのような）への依存性、並びにそれに関する取り扱い要件、エッジ密封要件、及びメッキ電気接触要件の排除とに起因して、ソーラーセル半導体層の微小亀裂を低減し、全体的なソーラーセル及びモジュールの製造収量を改善することができる。可撓性又は曲げ性のあるソーラーセル及びＰＶモジュールを必要とする用途では、ｉｃｅｌｌの革新的な態様によって可能になるより薄肉のＭ２金属化層は、ソーラーセルの微小亀裂又は破損の危険性を高めることなく、ソーラーセルの改善された可撓性及び曲げ性、及び可撓性のある軽量なＰＶモジュールも可能にする。従来技術の相互嵌合型裏面接触（ＩＢＣ）ソーラーセルに対して、比較的厚肉の（例えば、約３０ミクロンから８０ミクロンまでの）銅金属化を形成するのに使用される銅メッキ工程は、銅メッキ工程の侵食性（メッキ化学作用へのＩＢＣソーラーセル前面の露出を防ぐ太陽光面メッキを必要とする）と、メッキ工程中及びその後のソーラーセルの取り扱い、並びに挟着／密封及び挟脱／開封に起因するセルの機械的破損の危険性とに起因して、製造収量を悪化させる可能性がある。例えば、先在的な微小亀裂を有するソーラーセルの銅メッキ処理は、シリコン微小亀裂に沿って銅をメッキすることができ、結果として収量又は性能の劣化をもたらす硬質短絡路又は軟質短絡路をもたらす。一実施形態において、実質的に低いＭ２シート導電率（又はＭ２金属厚）要件に起因する銅メッキ処理の排除は、エッジ密封銅メッキを受け入れるためにパターン付きＭ２層をソーラーセルのエッジから陥没させるか又はオフセットすることを可能にする特殊なＭ１設計の需要を排除する、言い換えれば、アイル型マスターセル又はｉｃｅｌｌの緩いＭ２シート導電率要件は、パターン付きＭ２層を形成するのに厚肉銅メッキ工程を乾式非メッキ工程で置換すること、従って、メッキ処理への露出を排除するためのセルの前面の挟着又は密封の需要を排除することを可能にする。従って、下層のパターン付きＭ１フィンガをアイルのエッジ又は仕切領界の間でほぼ端から端まで延ばすことができる。更に、銅メッキ金属化への依存性を排除することにより、全乾式セル金属化処理（例えば、スクリーン印刷又はＰＶＤを用いた）が可能になり、製作の複雑度が実質的に低下する。
【００９７】
更に、銅金属化を用いたソーラーセルでは、影響を受けやすいソーラーセル面区域への銅の浸透（軟質又は硬質のソーラーセル短絡路をもたらすことはないもの）が、半導体基板内への銅の拡散と少数担体寿命（及び効率）の劣化とに起因して、長期信頼性の問題をもたらす可能性があるので、一部の金属化実施形態において、銅以外の金属化材料（例えば、アルミニウム）を使用する場合に、ソーラーセル及びＰＶモジュールの長期使用現場予想信頼性を改善することができる。
【００９８】
ｉｃｅｌｌによって可能になるより薄肉のセル金属化は、比較的厚肉（ＩＢＣソーラーセルでは、一般的に約３０ミクロンから８０ミクロンまでの範囲）のメッキ金属、多くの場合にメッキ銅を用いた公知のソーラーセルと比較して、例えば、本明細書に開示するバックプレーン積層ソーラーセルに対するソーラーセル撓み及び機械応力を低減する。二重レベル金属化構造におけるＭ２金属厚の低減（一例では、少なくとも３０ミクロンから８０ミクロンまでから約５ミクロン未満まで）は、亀裂の発生と、ＰＶモジュールの撓み又は屈曲の得られるＰＶモジュールの性能低下とを有することがない高いソーラーセル及びＰＶモジュールの可撓性／柔軟性をもたらす。更に、Ｍ２金属の厚み及び質量の低減は、影響を受けやすいソーラーセル半導体吸収体上のパターン付き金属化の応力のような機械応力を有意に低減するか又は排除し、従って、検査及び仕分け、モジュール積層（積層圧及び熱を使用する可能性がある）のようなその後のソーラーセル及びモジュールの加工中、並びに設置されたＰＶモジュールの使用現場での作動中の微小亀裂発生及び収量低下を最小にする。例えば、パターン付きＭ２は、銅（バルク抵抗率１．６８μΩ・ｃｍ）又はアルミニウム（バルク抵抗率２．８２μΩ．ｃｍ）のような比較的廉価で高導電性の金属で製造することができる。例えば、銅は、約１７ｐｐｍ／℃の線形ＣＴＥを有し、結晶シリコンは、約２．７ｐｐｍ／℃の線形ＣＴＥを有する。従って、銅と結晶シリコンの間には約１４ｐｐｍ／℃のＣＴＥ差があり、１４０℃モジュール積層工程は、１５６ｍｍ×１５６ｍｍソーラーセルに対して０．２５ｍｍ又は２５０μｍの寸法不整合をもたらすことになり（言い換えれば、厚肉メッキ銅は、シリコンと比較して辺と辺との間で約２５０ミクロン余分に拡大する）、その結果、モジュール積層中にシリコンに対して非常に大きい引張応力がもたらされる。開示する主題によるパターン付き薄肉Ｍ２金属化パターンを有する一体ミニセル又はアイル（例えば、約１０ミクロンよりも小さく、一部の事例では５ミクロンよりも小さい層厚を有する）は、亀裂の発生及び増殖、並びに得られる収量低下というこのモードを有意に低減するか又は排除する。
【００９９】
望ましい場合に、特にＭ２厚（銅又はアルミニウムの厚み等）が約１０ミクロン未満、一部の事例では約５ミクロン未満まで小さい場合に、銅メッキ工程のようなメッキ処理の需要（並びに金属メッキ工程に関連付けられたコスト、追加の工程複雑度、熱／機械応力、及び潜在的な製作収量損失）を排除するために、必要な低抵抗率又は高導電性の金属（例えば、銅及び／又はアルミニウムのような廉価で高導電性の金属であるが、銀のような別の高導電性金属を使用することができる）の厚みが、プラズマスパッタリング又は蒸着（物理蒸着又はＰＶＤ工程）のような比較的廉価な金属堆積工程を使用するほど十分に小さいように、直列接続サブセル又はアイルの個数（Ｓ）を選択することができる。これに代えて、銅メッキの代わりにスクリーン印刷のような別の廉価な金属化工程を使用することができる。
【０１００】
更に、一実施形態において、Ｍ２をＭ１に対して実質的に直交又は垂直であるようにパターン化することができ、Ｍ２フィンガ（先細フィンガ）の個数をＭ１フィンガの個数よりもかなり少なくし、例えば、約５倍から５０倍までの範囲で少なくすることができる。更に、一部の事例では、三角形又は台形の形状のような先細フィンガ形状で設計されたＭ２フィンガは、矩形形状のフィンガと比較してＭ２金属厚要件を更に低減することになる（一般的に約３０％だけ）。
【０１０１】
メイン／マスターセルをアイルアレイ又はサブセルアレイ（Ｎ×Ｎ個の正方形又は擬似正方形の形状、又はＫ個の三角形形状、又はその組合せのアレイ）に仕切り、これらのアイルを電気直列又は電気並列と電気直列の混成組合せで相互接続することにより、各々のアイル又はミニセルに対する全マスターセル電流は、例えば、全ての正方形形状アイルが電気直列で接続される場合はＮ×Ｎ＝Ｎ2倍、又は全ての三角形形状アイルが直列に接続される場合はＫ倍だけ低下する。更に、メイン／マスターセル又はｉｃｅｌｌは、Ｉmpという最大電力（ｍｐ）電流及びＶmpという最大電力電圧を有するが、各直列接続アイル（又は並列に接続されたアイルから構成され、その上で直列に接続されるサブグループ）は、Ｉmp／Ｎ2という最大電力電流（Ｎ2個のアイルが直列に接続されると仮定して）、及びＶmpという最大電力電圧（アイルに対する電圧に変化はない）を有することになる。第１及び第２金属化層パターンＭ１及びＭ２それぞれを共有連続又は連続するバックプレーン上のアイルが電気直列で接続されるように設計することにより、Ｉmp／Ｎ2という最大電力電流とＮ2×Ｖmpという最大電力電圧とを有するか又はＰmp＝Ｉmp×Ｖmpというセル（ｉｃｅｌｌ）最大電力（ミニセル仕切のないマスターセルと同じ最大電力）を有するメイン／マスターセル又はｉｃｅｌｌがもたらされる。
【０１０２】
従って、一体アイル型によるマスターセル又はｉｃｅｌｌのアーキテクチャは、低いソーラーセル電流に起因してオーミック損失を低減し、一般的に薄肉のセル金属化構造を可能にし、当て嵌まる場合又は望ましい場合に、極めて薄肉のＭ２層を可能にする。更に、マスターセル又はｉｃｅｌｌの低い電流及び高い電圧は、比較的廉価で高効率の最大電力点追跡（ＭＰＰＴ）電力オプティマイザー電子機器をＰＶモジュール内に直接に埋め込む及び／又はソーラーセルバックプレーン上に統合することを可能にする。
【０１０３】
Ｓ個の正方形形状又は擬似正方形形状のアイルパターン（この場合Ｓは整数であり、Ｓ＝Ｎ×Ｎであると仮定する）又はトレンチで隔離されたＰ個の三角形アイルの各隣接セットが正方形形状アイルサブグループを形成するＰ個の三角形アイル（この場合Ｐは整数、例えば、２又は４である）を有するメイン／マスターセル又はｉｃｅｌｌを仮定する。正方形形状サブグループを形成するＰ個の三角形アイルの各隣接セットを電気並列で接続することができ、Ｓ個のサブグループのセットが電気直列で接続される。得られるメインセルは、Ｉmp／Ｓという最大電力電流と、Ｓ×Ｖmpという最大電力電圧とを有することになる。実際に、アイルの低い電流及び高い電圧は、比較的廉価で高効率の最大電力点追跡（ＭＰＰＴ）電力オプティマイザー電子機器をＰＶモジュール内に直接に埋め込む及び／又はソーラーセルバックプレーン上に統合することを同じく可能にすることができる。更に、ｉｃｅｌｌの革新的な態様は、モジュール内への廉価なバイパスダイオード（例えば、ｐｎ接合ダイオード又はショットキーダイオード）の実施、例えば、最終ＰＶモジュール積層の前に１つのバイパスダイオードを各ソーラーセルと共に埋め込むことに基づく分散遮光管理も可能にする。金属化実施形態において、Ｍ１金属化層は、各アイル内に含まれるバスバーなしの微小ピッチ（おおまかには約２００μｍから２ｍｍまでの範囲、より具体的には約５００μｍから１，５００μｍまでの範囲のベース間ピッチ）相互嵌合型Ａｌ及び／又はＡｌ／Ｓｉ金属フィンガパターン（スクリーン印刷又はＰＶＤ及びＰＶＤ後パターン化によって形成されたもの）とすることができる。各アイルでは、Ｍ１フィンガを仕切トレンチ隔離エッジから若干陥没させることができる（例えば、アイルトレンチ隔離エッジから約５０μｍから数百μｍだけ陥没又はオフセットさせる）。言い換えれば、マスターセル内の各アイルに対するＭ１フィンガは、互いから絶縁され、物理的に分離される（本明細書では、特定のアイルに対応するＭ１パターンをＭ１単位セルと呼ぶ場合がある）。
【０１０４】
アイルの電気相互接続構成（全直列、混成並列−直列、全並列）は、Ｍ２パターン設計によって定めることができ、この場合に、Ｍ１は、マスターセルアイルの全てに対するセル上接触金属化として機能し、Ｍ２は、ｉｃｅｌｌ又はマスターセル内のアイルの高導電性金属化及び電気相互接続を与える。
【０１０５】
Ｍ２設計（例えば、ベースとエミッタとの相互嵌合型矩形又は先細Ｍ２フィンガを用いたＭ２パターン）は、ｉｃｅｌｌ内のアイルの全直列、混成並列−直列、又は全並列の電気相互接続を与えることができる。一部の事例では、上述したように、アイルの全直列又は混成並列−直列の電気接続を与えるＭ２設計は、メイン／マスターセル電圧の強度を強め、かつメイン／マスターセル電流の強度を弱めるために（例えば、Ｓが、直列接続されたアイル又はアイルサブグループの個数である場合にＳ倍だけ）使用することができる。セル電圧を増大させ、一方、セル電流を低下させることにより、金属化導電性要件が緩和／軽減され、より薄肉の金属化及びより低い金属シート導電率が可能になり、それによって銅メッキを用いて形成される比較的厚肉の金属化のような比較的厚肉の金属化処理に関連付けられた工程コスト、工程複雑度、製作機器及び設備のコストが低減又は軽減され（例えば、セル金属化のための銅メッキの需要の排除により）、亀裂、信頼性問題、及び全収量損失が低減又は軽減される。
【０１０６】
更に、高電圧／低電流のメイン／マスターソーラーセル又はｉｃｅｌｌは、各モジュール内に埋め込まれて、各ｉｃｅｌｌ及び／又は各アイルに関連付けられる比較的廉価で高性能高効率の最大電力点追跡（ＭＰＰＴ）電力オプティマイザー電子機器の統合を可能にし、それによって遮蔽アイル、部分遮蔽アイル、及び非遮蔽アイルを有するマスターセルを通して高い電力及びエネルギの収穫機能が与えられる。同様に、遮蔽条件及び部分遮蔽条件下で、強化されたソーラーセル保護及び環境発電のための分散遮光管理機能を与えるために、各ｉｃｅｌｌは、又は各ｉｃｅｌｌ内の各アイルでさえも、それ独自の廉価なバイパスダイオード（ｐｎ接合ダイオード又はショットキー障壁ダイオード）を有することができる。全並列Ｍ２パターンによって与えられるアイルの全並列電気接続は、全直列又は混成並列−直列接続と比較して、上述の一体アイル型ソーラーセルの多くの利点のうちの一部、特に、得られるｉｃｅｌｌ及びＰＶモジュールの高い可撓性及び曲げ性を更に与える。
【０１０７】
例えば、Ｍ２（ｉｃｅｌｌ内で全直列又は混成並列−直列の接続を与えるサブ５μｍ厚Ｍ２層）に対してＰＶＤアルミニウムを使用する場合に、金属積層体を比較的薄肉のＮｉ層又はＮｉＶ層（例えば、プラズマスパッタリングによって形成されたもの）で閉蓋され、任意的にＭ２半田適性を与えるためのＳｎ（例えば、プラズマスパッタリングによって形成されたもの）が続くＰＶＤ  Ａｌ（メイン金属）とすることができる。アルミニウム層は、電子線蒸着工程又は熱蒸着工程を用いて堆積させることができる。
【０１０８】
電気直列で接続されたＳ個の正方形形状アイルが存在すると仮定する。電気直列で接続される各「アイル」は、電気並列で接続された三角形アイルのようなより小さいアイルのサブグループを含むことができる。直列に接続された正方形形状アイルのＮ×Ｎアレイでは、Ｓ＝Ｎ×Ｎ＝Ｎ2である。
【０１０９】
更に、Ｍ２フィンガパターンがＭ１パターンに対して実質的に直交又は垂直であり、それによってＭ２フィンガの個数をＭ１フィンガの個数よりも有意に少なくする（約５×から約５０×の倍率で）ことが可能になると仮定する。例えば、７５０ミクロンのベース間Ｍ１金属ピッチを有する１５６ｍｍ×１５６ｍｍセル（タイル型又はアイルのない）は、約４１６個のＭ１フィンガと、約８個から４０個のＭ２直角フィンガとを有することができる。
【０１１０】
同様に、Ｍ１対Ｍ２フィンガ比における大きい倍率の低減を各アイルサブセルに対するＭ２金属フィンガ全数に適用することができる（本明細書では、特定のアイルに対応するＭ２パターンをＭ２単位セルと呼ぶ場合がある）。例えば、Ｓ＝３×３個のアイルのマスターセル設計では、各アイルは、約１４０個のＭ１フィンガ（各アイル内で約５２ｍｍの距離にわたって延びる）と、１２個のＭ２フィンガ全数とを有することができる（例えば、約７５０ミクロンのＭ１ピッチよりもかなり大きい約６．５ｍｍの組合せ幅又は組合せピッチを有するベース及びエミッタのＭ２金属フィンガを有する）。更に、一部の事例では、Ｍ２層は、比較的大きいセル網羅率（１００％に近い）を与えることができ、１つの事例では、堆積させたＭ２層（例えば、ＰＶＤによって堆積させたもの）は、約１００μｍ厚よりも小さいフィンガ間隔離間隙を生成するナノ秒パルスレーザ融除を用いてパターン化される。
【０１１１】
与えられた金属−アルミニウム又は銅に対する二重レベル金属化構造におけるＭ２厚に関する指針。マスターセル面積＝Ｌ×Ｌ＝Ｌ2に対して、Ｉmpが、ＳＴＣ条件下のＭ１層全体から取り出されるマスターセル最大電力点（ＭＰＰ）電流（ベース又はエミッタの電流）であると仮定する。ソーラーセルの最大電力点作動において、セル接触金属化レベルＭ１から取り出され、導電性Ｍ２−Ｍ１ビアプラグを通して流れる全電流が、エミッタにおけるＩmpである（電流方向を考慮しない場合は２Ｉmp）。
【０１１２】
同じくＰmp及びＶmpがそれぞれセルの最大電力点（ＭＰＰ）の電力及び電圧であると仮定する。次に、Ｐmp＝Ｖmp×Ｉmpであり、セル面積の半分がＩmpベース電流を生成し、セル面積の半分がＩmpエミッタ電流を生成するので、Ｍ１からの単位面積当たりの全セル電流（流れ方向に関係なくベース電流とエミッタ電流の両方を含む）＝２Ｉmp／Ｌ2であり、直列に接続された各アイル（又はサブセル）のＭＰＰ電力＝Ｐmp／Ｓであり、ここで、Ｓは、直列接続されたアイル又はアイルサブグループの個数である（例えば、Ｓ＝Ｎ×Ｎ＝Ｎ2）。
【０１１３】
ここで、三角形Ｍ２フィンガ実施形態において、Ｉfが、Ｍ２フィンガによって覆われた三角形区域に関する各個々のＭ２三角形フィンガによって下層のＭ１フィンガから収集される電流であると仮定すると、Ｆが、アイル毎のＭ２三角形フィンガの個数である時に、Ｉf＝Ｉmp／（Ｆ・Ｓ）であり、直列接続アイル上のベース三角形フィンガ又はエミッタ三角形フィンガ内では、Ｈ＝Ｌ／Ｎ（Ｓ＝Ｎ×Ｎに対して）及びｈ＝Ｈ／Ｆ＝Ｌ／（Ｎ・Ｆ）である時に、ｘの関数としてのフィンガ電流をＩ（ｘ）＝｛［２Ｉmp／Ｌ2］・［（ｘ／Ｈ）・ｈ］｝・ｄｘの０からｘまでの積分として表すことができ、従って、Ｉ（ｘ）＝｛［２Ｉmp／Ｌ2］・［（ｘ／Ｆ］｝・ｄｘの０からｘまでの積分＝｛［２Ｉmp／（ＦＬ2）］・ｘ・ｄｘ｝の０からｘまでの積分であり、従って、Ｉ（ｘ）＝［２Ｉmp／（ＦＬ2）］・（１／２）ｘ2＝［Ｉmp／（ＦＬ2）］・ｘ2であり、フィンガ毎の全電流をＩf＝［Ｉmp／（ＦＬ2）］・Ｈ2＝［Ｉmp／（ＦＬ2）］・（Ｌ／Ｎ）2＝［Ｉmp／（ＦＮ2）＝Ｉmp／（Ｆ・Ｓ）で表すことができる。
【０１１４】
更に、Ｍ２抵抗率ρ、厚みｔ、及びＭ２シート耐性Ｒs＝ρ／ｔを仮定すると、アイル毎のＭ２フィンガ毎電力損失Ｐlfは、Ｐlf＝｛｛（ρ・ｄｘ）／［（ｔ・ｘ・ｈ）／Ｈ］｝・［Ｉmp／（ＦＬ2）］2・ｘ4｝の０からＨまでの積分として表すことができ、従って、Ｐlf＝［（ρ・Ｈ）／（ｔ・ｈ）］・［Ｉmp／（ＦＬ2）］2・（１／４）・Ｈ4＝［（ρ・Ｈ）／（ｔ・ｈ）］・［Ｉmp／（ＦＬ2）］2・（１／４）・（Ｌ／Ｎ）4であり、ｈ＝Ｈ／Ｆ及びＨ／ｈ＝Ｆであるので、Ｐlf＝（ρ・Ｆ／ｔ）・［Ｉmp／（ＦＬ2）］2・（１／４）・（Ｌ／Ｎ）4であり、従って、フィンガ毎の電力損失は、Ｐlf＝（ρ／ｔ）・Ｆ・Ｉmp2・（１／Ｆ2Ｌ4）・（１／４）・Ｌ4・（１／Ｎ4）＝（ρ／ｔ）・Ｉmp2・［１／（４・Ｆ・Ｎ4）］であり、アイル毎に２Ｆ個のフィンガが存在するので、ＭＰＰ条件下のアイル毎の全Ｍ２電力損失（ＰM2isle）は、ＰM2isle＝（ρ／ｔ）・Ｉmp2・［１／（４・Ｆ・Ｎ4）］・２・Ｆ＝（ρ／ｔ）・Ｉmp2・［１／（２Ｎ4）］で表すことができ、合計でＮ×Ｎ＝Ｎ2個のアイルが存在する可能性があるので、ＭＰＰにおける全Ｍ２電力損失は、ＰM2loss＝（ρ／ｔ）・Ｉmp2・［１／（２Ｎ4）］・Ｎ2＝（ρ／ｔ）・Ｉmp2・［１／（２Ｎ2）］、従って、ＰM2loss＝（ρ／ｔ）・Ｉmp2・［１／（２Ｎ2）］で表すことができる。
【０１１５】
ここで、一例として約２２．５％の平均ソーラーセル効率Ｐmp＝５．５０Ｗｐを仮定し、かつＶmp＝０．５９Ｖ、Ｉmp＝９．３を仮定する。ｋがＰmpの分率としての最大許容可能損失である時に、０．０１、０．００５、又は０．００２５という全最大Ｍ２許容可能相対オーミック損失係数ｋ（セルに関するＰmpの分率としてのもの）、電力損失係数＝ｋ＝（ＰM2loss／Ｐmp）、Ｋ（許容可能最大Ｍ２損失）＝（ρ／ｔ）・（Ｉmp2／Ｐmp）［１／（２・Ｎ2）］を仮定したアルミニウム及び銅に関するＭ２金属層厚要件では、必要とされるＭ２金属厚をｔにおいて許容可能なｋに基づいてｔ＝（ρ／ｋ）・（Ｉmp2／Ｐmp）［１／（２．Ｎ2）］で表すことができる。
【０１１６】
下記の表１は、Ｎ値が１（例えば、単一アイルを有し、すなわち、仕切トレンチのないセル）から６（例えば、Ｓ＝３６個の直列接続アイルに対するもの）の間にある直列接続Ｎ×Ｎアイルアレイ（Ｓ＝Ｎ×Ｎ）を有する様々な許容可能損失係数（ｋ）及び様々なＮ値のマスターセルに対する銅又はアルミニウムのＭ２金属化に関して、上記に定めた表現式に基づいて、かつ銅金属化に対してｒ＝１．６８μΩ・ｃｍをアルミニウム金属化に対してｒ＝２．８２μΩ・ｃｍを仮定し、かつＰmp＝５．５Ｗ、Ｉmp＝９．３Ａ、及び０．０１、０．００５、又は０．００２５という許容可能損失係数ｋを仮定して計算した必要とされるＭ２厚を表にしたものである。
【０１１７】
（表１）
2016500931.tif 000003
【０１１８】
上述したように、パターン付きＭ２金属層厚（例えば、蒸着又はスパッタリングのようなＰＶＤを用いて形成された場合）を約５μｍ未満に制限することができ、一部の事例では、Ｍ２  ＰＶＤ金属層厚は、約３μｍ未満に制限され、多大な経済的利点（例えば、低いＰＶＤ材料コスト及び処理の簡素化）、並びに製作の利点がもたらされる。
【０１１９】
一部の事例では、ほぼバルク材料抵抗率を有する（例えば、銅では１．６８μΩ・ｃｍ、又はアルミニウムでは２．８２μΩ・ｃｍのバルク抵抗率値に近い金属抵抗率を有する）高品質Ｍ２金属層を堆積させるために、高生産率ソーラーＰＶ用途のための市販の高収量インライン蒸着及び／又はプラズマスパッタリングツールを用いて、電子線蒸着、熱蒸着、又はＤＣマグネトロンプラズマスパッタリング（物理蒸着又はＰＶＤ工程）を使用することができる。例えば、アルミニウムＭ２スパッタリング堆積のためのインライン蒸着及び／又はＤＣマグネトロンプラズマスパッタリング（ＰＶＤ）ツールは、（ｉ）低いＭ２−Ｍ１ビアプラグ接触抵抗及びバックプレーンへの改善された金属接着に向けて、レーザ穿孔によって貫通したバックプレーンビアを洗浄するためのアルゴンプラズマスパッタリングエッチング、（ｉｉ）Ｍ２層厚を損失係数設計規則に基づいて、例えば、３ミクロンから５ミクロンのアルミニウムとすることができる純アルミニウムの電子線蒸着、熱蒸着、又はＤＣマグネトロンスパッタリング、（ｉｉｉ）薄肉、例えば、約０．０５μｍから０．２５μｍまでの範囲の層厚のＮｉＶ又はＮｉのキャップ層のＤＣマグネトロンスパッタリング、及び（ｉｖ）約０．５μｍから数μｍまでの層厚を有するＳｎ、Ｓｎ合金、又は別の適切な半田材料のＤＣマグネトロンスパッタリングというステーションを有することができる。
【０１２０】
これに代えて、銅Ｍ２スパッタリング堆積のためのＤＣマグネトロンプラズマスパッタリング（ＰＶＤ）ツールは、（ｉ）低いＭ２−Ｍ１ビアプラグ接触抵抗及びバックプレーンへの改善されたＭ２接着に向けて、レーザ穿孔されたバックプレーンビアホール通じて露出されるＭ１接触区域を洗浄するためのアルゴンプラズマスパッタリングエッチング、（ｉｉ）拡散障壁及び接着層としての薄肉の例えば、約０．０５μｍから０．２５μｍまでの範囲の層厚のＮｉＶ又はＮｉのＤＣマグネトロンスパッタリング、（ｉｉｉ）銅厚を損失係数設計規則に基づく場合がある純銅のＤＣマグネトロンスパッタリング、及び（ｉｖ）約０．５μｍから数μｍまでの層厚を有するＳｎ、Ｓｎ合金、又は別の適切な半田材料のＤＣマグネトロンスパッタリングというステーションを有することができる。
【０１２１】
一部の実施形態において、与えられた望ましい損失係数ｋ及び対応する最大許容可能Ｍ２厚値に対する特定の設計基準を満たすようにＮを選択することができる。更に、Ｍ２の銅又はアルミニウムの厚みを約５μｍ未満に保つことにより、パルスレーザ融除を用いてＭ２を容易にパターン化することができる。
【０１２２】
更に、Ｍ２金属層を形成するのに、アルミニウム又は銅、並びにいずれかの対応する障壁層及び／又はキャップ層のＤＣマグネトロンプラズマスパッタリング、及びそれに続くレーザ融除パターン化を使用することができるが、代わりのＭ２金属層形成方法は、アルミニウム又は銅（並びにいずれかの対応する障壁層及び／又はキャップ層）のＰＶＤ、及びそれに続く湿式パターン化（マスクのスクリーン印刷、金属の湿式エッチング／マスクの剥離）、高導電性の銀ペースト、銅ペースト、アルミニウムペーストのような高導電性低温硬化金属ペーストのスクリーン印刷を含むがこれらに限定されない。
【０１２３】
Ｍ２に対して銅と比べてアルミニウムを使用することにより、セル製作ライン及び得られるセルを銅不在のものにすることを可能にし、一部の事例では全乾式処理を使用するセル製作を可能にすることができる。それによってセル製作における危険性（銅メッキに関連付けられたもののような銅処理に含まれる内因性の弊害に起因する）の軽減が改善され、使用現場におけるセルモジュールに対しては、銅汚染及び寿命低下という長期信頼性問題が排除される。更に、Ｍ２−Ｍ１接触（ビアホール内の金属化又はビアプラグ）をアルミニウム間の接触とすることができ、それによってＭ２とＭ１の間の拡散障壁層の需要が排除される。更に、アルミニウムを主Ｍ２導体金属として含むＭ２のＳｎ／ＮｉＶ／Ａｌ積層体又は別の適切な金属積層体は、パルスレーザ融除パターン化を可能にすることができ、それによって全乾式セルバックエンド金属化工程が可能になり、セル収量が改善する。
【０１２４】
一部の実施形態において、分散遮光管理、例えば、各アイルの周りの周りに形成されたリムｐｎ接合ダイオードのようなｐｎ接合ダイオードを有する高性能、軽量、薄型、可撓性、高効率（例えば、２０％よりも高い）のソーラーモジュールを可能にするために、一体アイル型マスターセル又はｉｃｅｌｌは、各ｉｃｅｌｌ及び／又はｉｃｅｌｌ内の各アイルと共に一体統合バイパススイッチ（ＭＩＢＳ）を統合することができる。これに代えて、ＭＩＢＳデバイスは、各アイルの周りの周りに形成されたリムショットキーダイオードのような例えばｎ型シリコン上のアルミニウム又はアルミニウム−シリコン合金で製造された金属接触ショットキーダイオードとすることができる。ｐｎ接合部ＭＩＢＳダイオードパターンは、多くの可能なパターン設計のうちの１つとすることができる。例えば、１つのＭＩＢＳダイオードパターンでは、リムダイオードｐ＋エミッタ領域は、ｎ型ベース領域の間に挟まれた（又はそれによって囲まれた）連続閉ループ帯域である。
【０１２５】
アイル型ソーラーセル（ｉｃｅｌｌ）に関するモジュール製造コストを低減するのに、標準の剛性ガラスモジュール（例えば、銅メッキセル及び個別遮光管理構成要素を使用する）を使用することができるが、ＭＩＢＳを組み込み、銅メッキ及び個別バイパスダイオード構成要素を排除することによって更に別の重量及びコストの低減を提供することができる。一体アイル型マスターセルに対するＭＩＢＳ統合の利点は、材料コストの低減と、工程の簡素化（メッキなし、極めて少ない亀裂）及び強化された全体予想信頼性（例えば、セルから個別構成要素を排除することによるもの）に起因する製造危険性の有意な軽減及びより高い製造収量との組合せを含む。従って、一体アイル型ＭＩＢＳ統合マスターセルモジュールは、かなりの倍率でモジュールの重量を低減し、容積／サイズ（及び厚み）を低減し、電力密度（Ｗ／ｋｇ）を高めることができ、設置されたシステムの「システム均衡（ＢＯＳ）」コストを更に低減する。
【０１２６】
一体アイル型ＭＩＢＳ統合マスターセルモジュールは、外部構成要素を用いない分散ＭＩＢＳ遮光管理、例えば、標準の剛性ｃ−Ｓｉモジュールよりも少なくとも１０倍軽量である可能性がある約１．２ｋｇ／ｍ2（≒０．２５ｌｂ／ｆｔ2）程度の比較的小さい単位面積当たりの平均モジュール重量、標準の剛性ｃ−Ｓｉモジュールよりも少なくとも１０倍高い約１５５Ｗ／ｋｇ（≒７０Ｗ／ｌｂ）のモジュール電力密度、様々な用途のための高効率（２０％よりも高い）軽量可撓性モジュール、それぞれ約１０倍及び４０倍のモジュール出荷時の重量及び容積の低減（出荷ＭＷ当たり）、標準の剛性ｃ−Ｓｉモジュールを用いた設置されたＰＶシステムコストと比較して低い設置されたＰＶシステムコストを可能にする低い全ＢＯＳコスト、並びに出荷及び取り扱いコスト、作業コスト、ハードウエア装着コスト、及び配線コストに関する低いＢＯＳ及び諸コストという利点の一部又は全てを提供することができる。
【０１２７】
ＭＩＢＳ形成は、仕切トレンチ隔離形成処理と統合させて同時に実施することができる。リムダイオード設計が利用される場合に、一体統合バイパススイッチ（ＭＩＢＳ）リムは、ソーラーセルの製作中及び／又は製作後のソーラーセル内での微小亀裂の発生及び／又は増殖を軽減又は排除するという追加の利点をもたらすことができる。
【０１２８】
リムバイパスダイオードをアイルから分離及び隔離する全周囲シリコン貫通仕切トレンチは、例えば、レーザビーム直径（又はレーザトレンチング以外の工程を使用する場合はトレンチング工程の機能）と半導体層厚とに依存して数ミクロンから約１００ミクロンまでの範囲に隔離幅を有することができる。ナノ秒（ｎｓ）パルスレーザスクライビングによって形成される典型的なトレンチ隔離幅は、２０ミクロンから５０ミクロン程度とすることができるが、トレンチ隔離幅は、それよりも小さくすることができる。パルスレーザによるアブレーション又はスクライビングは、トレンチ隔離領域を形成するための有効で実績のある方法であるが、トレンチ隔離領域を形成するのに全トレンチ形成処理に対してレーザスクライビングの代わりに他の非機械的及び機械的なスクライビング技術を使用することができることに注意しなければならない。代わりの非レーザ方法は、プラズマスクライビング方法、超音波又は音響による穿孔／スクライビング方法、ウォータージェット穿孔／スクライビング方法、又は他の機械的スクライビング方法を含む。
【０１２９】
図１６Ａは、複数のアイル（例は４×４個のアイルを示す）を有するアイル型マスターセル、及びアイルと共に統合された一体統合バイパススイッチ又はＭＩＢＳデバイスの上面図を示す概略図である。この実施形態は、連続バックプレーンを共有するｉｃｅｌｌに対して、全周囲隔離トレンチを用いてソーラーセルから隔離された全周囲バイパスダイオードを使用するＭＩＢＳの実施形態である。
【０１３０】
図１６Ａは、複数の全周囲閉ループＭＩＢＳバイパスダイオード、例えば、アイル仕切り隔離トレンチ２７４によってアイルＩ11から絶縁されたＭＩＢＳバイパスダイオード２７２を有するアイル型ＭＩＢＳ（一体統合バイパススイッチ）マスターセル２７０（正方形形状アイルの４×４アレイを有するように示すｉｃｅｌｌ実施形態）の上面平面図を示す概略図である。各アイル（Ｉ11からＩ44まで）は、セル隔離トレンチ２７６のような全周囲仕切トレンチ（レーザ融除／スクライビングによって形成されたものか、又は上述の別の適切な技術によってスクライビングされたものかのいずれかである）によって隔離され、それによって最初は連続しており、後に仕切られる共通のソーラーセル半導体基板から形成され、共有連続バックプレーンを共有するアイルの４×４アレイを有するｉｃｅｌｌ（複数のミニセル又はアイルを含むソーラーセル）が形成される。
【０１３１】
図１６Ａは、ミニセル又はアイルを有するＭＩＢＳ対応型ソーラーセル（ｉｃｅｌｌ）、及び全周囲閉ループリムダイオード（ｐｎ接合ダイオード又はショットキー障壁ダイオードのいずれか）の上面図を示している。各ミニセルアイルＩ11からＩ44までは、対応する全周囲隔離トレンチ（２７６）及び全周囲ＭＩＢＳリムダイオード（セルＩ11に対するＭＩＢＳバイパスダイオード２７２及び周囲隔離トレンチ２７４のような）を有し、従って、各々のミニセル又はアイルは、対応するＭＩＢＳリムダイオードを有するか、又は言い換えれば、アイル又はミニセル毎に１つのＭＩＢＳリムダイオードが存在する。アイル又はミニセルは、セル金属化パターン設計によって直列に電気接続することができるが、並列又は直列と並列との混成組合せのような他の接続も可能である。
【０１３２】
代表例として、図１６Ａは、同一のサイズ及び形状のミニセルの４×４アレイ、及び対応する全周囲閉ループリムダイオードを有する各ミニセルを示している。一般的にこのアーキテクチャは、Ｎ×Ｎミニセルアレイ、及び対応する全周囲閉ループリムダイオードを使用することができ、この場合に、Ｎは、ミニセルアレイを形成するために２に等しいか又はそれよりも大きい整数である。更に、図１６は、完全正方形形状ソーラーセルに対する対称なＮ×Ｎミニセルアレイを示すが、ミニセル又はアイルのアレイ設計は、Ｎ×Ｍ個のミニセルの非対称アレイを有することができる。ミニセル又はアイルは、正方形形状（正方形形状マスターセルに対してＮ＝Ｍである場合）、又は矩形（ＮがＭと等しくない場合に、及び／又はマスターセルが正方形形状の代わりに矩形である場合）、又は様々な他の形状とすることができる。
【０１３３】
更に、マスターセル（ここでもまた、マスターセルの全ては、後に仕切トレンチによって複数のミニセル領域又はアイル領域に仕切られる同じ元のソーラーセル半導体基板からもたらされ、共通の連続バックプレーンを共有するミニセル又はアイルのアレイを指す）のミニセルは、必要ではないが、任意的に実質的に等しい面積を有することができる。アイルアレイ又はミニセルアレイのための半導体層は、レーザスクライビング又はプラズマスクライビングのような適切なスクライビング技術によって形成された仕切トレンチ隔離を用いて互いから絶縁される。更に、各々のミニセル又はアイルの半導体基板は、トレンチ隔離を用いて対応する全周囲閉ループＭＩＢＳダイオード半導体基板から仕切られ、かつ隔離される。マスターセル上の全てのトレンチ隔離領域は、同じ製造工程段階中に、例えば、セル製作工程流れ中に単一レーザスクライビング工程段階を用いて形成することができる。
【０１３４】
図１６Ｂ及び図１６Ｃは、ＭＩＢＳデバイスにおけるソーラーセル内の不動態／ＡＲＣコーティング層２８０として示すソーラーセル（及びＭＩＢＳデバイス）のテクスチャ化面上の前面不動態化及びＡＲＣコーティングを含む図１６Ａに示すもののようなＭＩＢＳ対応型裏面接触／裏面接合アイル型マスターセルを形成するための製造工程の完了後の裏面接触／裏面接合ソーラーセルのＭＩＢＳリム又は全周囲ダイオードソーラーセル実施形態を１つのアイル（又は図１６ＡのＩ11のような単位セル）に対して詳描する断面図である。この図には、パターン付きのＭ１及びＭ２の金属化層のようなソーラーセルアイル及びＭＩＢＳ構造の詳細を示していない。図１６Ｂは、ｐｎ接合周囲の周りダイオードバイパススイッチを用いたＭＩＢＳ実施を示している。トレンチで隔離されたＭＩＢＳリムｐｎ接合ダイオード領域２８２（対応する隔離トレンチ２７４によってアイルＩ11から隔離されたもの）は、ｎ−ドーピング（例えば、リンドーピング）領域とｐ＋ドーピング（例えば、重度ホウ素ドーピング）領域とを含み、ｐｎ接合ダイオードバイパススイッチとして使用される。ＭＩＢＳリムｐｎ接合ダイオード領域２８２は、例えば、約２００ミクロンから６００ミクロンまでの範囲の幅（上述したように、より小さいか又はより大きい寸法も可能である）を有する全周囲リムダイオードとすることができる。ＭＩＢＳリムダイオード及びソーラーセルの相対寸法は、正確な縮尺に示したものではない。一製作実施形態において、図１６Ｂは、パターン付き第１レベル金属化又はＭ１（例えば、スクリーン印刷又はＰＶＤによるアルミニウム又はアルミニウム−シリコン合金、又はニッケルなどを含む別の適切な金属で製造されたもの）を通じた裏面接触／裏面接合セル加工、バックプレーン積層、結晶シリコン再使用可能テンプレートからのエピタキシャルシリコンのリフトオフ剥離及び分離（基板を形成するのにエピタキシャルシリコンリフトオフ工程を使用する場合に、この工程は、開始結晶シリコンウェーハを使用する場合は適用することができない）、ＭＩＢＳリムダイオード領界を定めるためのトレンチ隔離領域の形成（例えば、パルスレーザによるスクライビング又はカッティングによるもの）、任意的なシリコンエッチング、テクスチャ及びテクスチャ後洗浄、不動態化及びＡＲＣ堆積（例えば、ＰＥＣＶＤ又はＡＬＤとＰＥＣＶＤとの組合せによるもの）、及びバックプレーン上での最終的なパターン付き第２レベル金属又はＭ２（導電ビアプラグを一緒にしたもの）の製作の完了を含むＭＩＢＳ対応型裏面接触／裏面接合（ＩＢＣ）ソーラーセルのための製造工程の完了後のバックプレーン積層（又はバックプレーン取付）ＭＩＢＳ対応型ソーラーセルを示している。
【０１３５】
図１６Ｂで分るように、ソーラーセルのｐ＋エミッタ領域（電界エミッタ領域及び／又は重度ドーピングエミッタ接触領域）を形成するのに使用される工程は、ＭＩＢＳｐｎ接合の形成に向けてｐ＋接合ドーピング部を形成するために使用することができる。例えば、アルミニウム、又は一部のシリコンが添加されたアルミニウムのようなアルミニウム合金で製造されたパターン付きＭ１金属（図示せず）は、ソーラーセルに対して接触金属化又は第１レベル金属化を与えるだけではなく、ＭＩＢＳｐｎ接合ダイオードに対する金属化接触も生成する（ｐ＋領域とｎ＋ドーピング接触窓を通じたｎ型基板領域との両方に対して）。ＭＩＢＳｐｎ接合ダイオードのｎ−ドーピングシリコン領域は、ソーラーセルのベース領域としての役割ももたらす同じｎ型シリコン基板から（例えば、エピタキシを用いずに開始ｎ型結晶シリコンウェーハを使用する場合はｎ型シリコンウェーハから、又はソーラーセル及びＭＩＢＳ基板を形成するのにエピタキシャルシリコンリフトオフ加工を使用する場合は、エピタキシャル堆積によって形成された原位置ドーピングｎ型結晶シリコン層から）形成され、基板バルク領域のドーピングを基板の背景ドーピングとも呼ぶ。パターン付きのＭ１及びＭ２の金属化構造は、必要とされる一体ソーラーセルとＭＩＢＳｐｎ接合ダイオードとの電気相互接続を完成させ、更にＭＩＢＳダイオード端子がそれぞれのソーラーセルのベース端子とエミッタ端子とに正しく相互接続され、セルレベルで統合された遮光管理及び遮蔽に対する絶え間ないソーラーセル保護が与えられることも確実にする。図１６Ｂで分るように、ＭＩＢＳｐｎ接合ダイオードの側壁エッジ及び上面も、ソーラーセルの不動態／ＡＲＣコーティング層２８０の太陽光面及びエッジを不動態化するのに使用されるものと同じ不動態層及び工程を用いて不動態化される。図１６Ａは、パターン付きのＭ１及びＭ２の金属化、背面不動態層、Ｍ１接触ホール、バックプレーンを貫通するＭ１−Ｍ２ビアホール、ＭＩＢＳデバイス構造内のｎ型基板Ｍ１接続部に対するｎ＋ドーピング接触窓のようなソーラーセル及びＭＩＢＳ構造の一部の詳細を示していない。
【０１３６】
図１６Ｃは、周囲ショットキーリムダイオードバイパススイッチを用いたＭＩＢＳ実施を示している。隔離されたショットキーリムダイオードバイパススイッチ領域２８６（対応する隔離トレンチ２７４によってアイルＩ11から隔離されたもの）は、ｎ−ドーピング領域と内側及び外側のｎ＋領域とを含み、ショットキーダイオードバイパススイッチとして使用される。ショットキーリムダイオードバイパススイッチ領域２８６は、２００ミクロンから６００ミクロンまでの範囲の幅（この寸法は、この範囲よりも大きいか又は小さいように選択することができる）を有する全周囲リムダイオードとすることができる。
【０１３７】
一製作実施形態において、図１６Ｃは、パターン付き第１レベル金属化又はＭ１（例えば、重度ドーピングシリコンに対する有効なオーミック接触としての役割と、軽度ドーピングシリコンに対する有効なショットキー障壁接触としての役割との両方を提供することができるアルミニウム又はアルミニウム−シリコン合金のような適切な導体で製造されたもの）を通じた裏面接触／裏面接合セル加工、バックプレーン積層、エピタキシャルリフトオフシリコン基板を使用する場合の結晶シリコン再使用可能テンプレートからのエピタキシャルシリコンのリフトオフ剥離及び分離（この工程は、エピタキシャルリフトオフ基板の代わりに開始結晶シリコンウェーハを使用する場合は適用することができない又を必要としない）、ＭＩＢＳリムショットキーダイオード領界を定めるためのトレンチ隔離の形成（例えば、パルスレーザによるスクライビング又はカッティングによるもの）、任意的なシリコン薄肉化エッチング、テクスチャ及びテクスチャ後洗浄、不動態及びＡＲＣの形成（例えば、ＰＥＣＶＤ又はＰＥＣＶＤとＡＬＤのような別の工程との組合せによるもの）、及びバックプレーン上での最終的なパターン付き第２レベル金属又はＭ２（導電性Ｍ１−Ｍ２ビアプラグを併せてのもの）の製作の完了を含むＭＩＢＳ対応型裏面接触／裏面接合アイル型マスターセルのための製造工程の完了後のバックプレーン積層又はバックプレーン取付のＭＩＢＳ対応型ソーラーセルを示している。
【０１３８】
図１６Ｃで分るように、ソーラーセルのベース領域としても使用されるｎ型シリコン基板（例えば、エピタキシャルリフトオフ加工を使用する場合は原位置ドーピングエピタキシャル堆積を通して形成されたか、又はエピタキシャルリフトオフ加工を用いない場合は開始ｎ型結晶シリコンウェーハからのもの）は、ＭＩＢＳショットキーダイオードのためのｎ型シリコン基板領域としても使用される。例えば、アルミニウム、又は一部のシリコンが添加されたアルミニウムのような適切なアルミニウム合金で製造されたＭ１金属（図示せず）は、ソーラーセルに対するＭ１オーミック接触金属化（ソーラーセルのｎ＋ドーピング接触開口部を通るベース領域と、ｐ＋ドーピング接触開口部を通るエミッタ接触領域との両方に対するもの）を生成するだけではなく、ＭＩＢＳショットキーダイオードに対する金属化接触（軽度ドーピングｎ型シリコン基板領域上の非オーミックショットキー障壁接触と、重度ドーピングｎ＋ドーピング領域を通じたｎ型シリコンへのオーミック接触との両方）も生成する。ＭＩＢＳダイオードの軽度ドーピングｎ型シリコン基板領域は、ソーラーセルに使用されるものと同じであり、ソーラーセルのベース領域として機能するｎ型基板からのものである（例えば、ｎ型基板は、エピタキシャルシリコンリフトオフ加工を使用する場合に、原位置ドーピングｎ型エピタキシャルシリコン堆積によって形成することができ、又はエピタキシャルシリコンリフトオフ加工を用いない場合に、開始ｎ型結晶シリコンウェーハからのものとすることができる）。ｎ型シリコン基板へのＭＩＢＳショットキーダイオードオーミック接触のためのｎ型シリコン領域の重度ドーピングｎ＋拡散ドーピング部は、ソーラーセルに対する重度ドーピングｎ＋ドーピングベース接触領域を生成するためにも使用されるものと同じ工程を用いて同時に形成することができる（その後のパターン付きＭ１金属化のために）。パターン付きＭ１金属化構造とパターン付きＭ２金属化構造との組合せは、ソーラーセルとＭＩＢＳショットキーダイオード電気相互接続とを完成させ、ＭＩＢＳダイオード端子がソーラーセル端子に正しく接続され、セルレベルで統合された遮光管理及びソーラーセル保護が与えられることを確実にする。図１６Ｃで分るように、ＭＩＢＳショットキーダイオードの側壁エッジ及び上面も、ソーラーセルの太陽光面及びエッジ上に不動態及びＡＲＣ層を形成するのに使用されるものと同じ不動態及びＡＲＣ層、並びに工程を用いて不動態化され、ここで不動態／ＡＲＣコーティング層２８０に注意されたい。ここでもまた、図１６Ｃは、パターン付きのＭ１及びＭ２の金属化層を含むがこれに限定されないソーラーセル構造の一部の構造詳細を示していない。
【０１３９】
本明細書に開示する一体アイル型ソーラーセル及び任意的にＭＩＢＳ実施形態は、半導体基板領域（アイル）の間、更にＭＩＢＳデバイスでは任意的にＭＩＢＳデバイスと隣接アイル又はソーラーセル領域の間の仕切及び絶縁を確立するために、共有バックプレーン基板と併せてトレンチ隔離を使用する。トレンチ隔離領域を生成するための１つの方法は、パルス（ナノ秒パルス）レーザスクライビングである。下記は、基板領域を仕切って絶縁するトレンチ隔離領域を形成するのにレーザスクライビング工程を使用するための重要な要件及びレーザ属性の要約である。
【０１４０】
トレンチ隔離形成のためのパルスレーザスクライビングは、シリコンを通してスクライビング及びカッティングするために一般的に使用される実証された適切な波長（例えば、緑色波長又は赤外線波長、又はバックプレーン材料と対比して半導体基板層を通して切断する比較的良好な選択性を用いて半導体層をアブレーションするのに適する波長）のナノ秒（ｎｓ）パルスレーザ光源を使用することができる。レーザ光源は、平頂形（トップハットとしても公知）又は非平頂形（例えば、ガウス）のレーザビームプロファイルを有することができる。シリコン内では非常に吸収性が高いが、バックプレーンを部分的又は完全に通過することができる（従って、半導体層貫通レーザカッティングが完了し、ビームがバックプレーンシートに到達した後にバックプレーン材料を実質的に除去することなく半導体層を通して切断する）パルスレーザ光源波長を使用することができる。例えば、実質的にシリコン基板層を通して切断してバックプレーン材料を部分的に通過することができる（従って、トレンチ隔離切断中に僅かな量から無視することができる量のバックプレーン材料しか除去しない）ナノ秒パルスＩＲ又は緑色レーザビームを使用することができる。
【０１４１】
約１００ミクロンよりもかなり大きい隔離スクライブ幅はむしろ余分であり、貴重なシリコン基板面積の不要な浪費、並びにソーラーセル及びモジュールの全面積効率のある程度の低下をもたらすので、この幅が数ミクロンから数十ミクロンまでの範囲にあるようにナノ秒パルスレーザ光源のパルスレーザビーム直径及び他の特性を選択することができる。従って、非常に望ましいソーラーセル面積と比較して、トレンチ隔離面積を最小にすることが有利である。実際にナノ秒パルスレーザカッティングは、約２０ミクロンから約６０ミクロンまでの望ましい範囲の幅を有するトレンチ隔離領域を生成することができる。例えば、１５６ｍｍ×１５６ｍｍのソーラーセルでは、３０ミクロンのトレンチ隔離幅は、セル面積の分率としてのトレンチ隔離面積で０．０７７％の面積比に対応する。この面積比は、ソーラーセル面積と比較してある程度無視することができる面積を表し、言い換えれば、この小さい比は、無視することができるソーラーセル面積浪費しかもたらされず、ソーラーセル及びモジュールの全面積効率の無視することができる損失を確実にする。
【０１４２】
トレンチ隔離を形成するためのナノ秒（ｎｓ）パルスレーザによるスクライビング又はカッティングは、本明細書に説明する裏面接触／裏面接合ソーラーセル製作工程において開始結晶シリコンウェーハを用いてソーラーセルを製作する場合に、バックプレーン積層工程の直後に（かつエピタキシャルシリコンリフトオフ加工を用いたソーラーセルの場合に、バックプレーン積層工程及びその後の再使用可能テンプレートからの積層セルのリフトオフ剥離の後、及びソーラーセルのパルスレーザトリミングの後又は前に）実施することができる。エピタキシャルシリコンリフトオフ加工を用いて製作されるソーラーセルの場合に、トレンチ隔離のスクライビング又はカッティングの工程は、リフトオフ剥離境界を定めるためのエピタキシャルシリコン層の解離前スクライビングに使用されるもの及び／又は積層ソーラーセルの解離後トリミングに使用されるものと同じパルスレーザのツール及び光源を任意的に使用することができる。従って、トレンチ隔離領域を形成するために、追加のレーザ工程ツールは必要ではないと考えられる。
【０１４３】
トレンチ隔離を形成するためのナノ秒（ｎｓ）パルスレーザスクライビングは、アイルを仕切って、完全に隔離されたＭＩＢＳリムダイオード領域をこのリムによって囲まれかつ定められた隔離されたソーラーセルアイランドの外側に定めるために使用することができる。これに代えて、ｎｓパルスレーザスクライビング工程は、複数ＭＩＢＳダイオードアイランド設計に加えて他の多くの可能なＭＩＢＳパターン設計のような他のＭＩＢＳダイオード設計を形成することができる。
【０１４４】
パルスレーザスクライビングは、薄肉（サブ２００ミクロン、より具体的にはサブ１００ミクロン等）のシリコン基板層を通して切断し（太陽光面から）、実質的にバックプレーン材料シート上で停止するように使用することができる。望ましい場合及び／又は必要に応じて、完全な半導体層貫通レーザカッティングを可能にしながらも、バックプレーンシート内でのトレンチング又は材料除去を最小にするための工程制御及び終点決定に向けて、反射率モニタなどを用いた簡単な実時間原位置レーザスクライビング工程終点決定を使用することができる。
【０１４５】
その後に、残りのソーラーセル製作工程段階中に、ソーラーセル及びＭＩＢＳリムダイオード領域の側壁を湿式エッチングし（例えば、ソーラーセル太陽光面湿式エッチング／テクスチャ工程の一部として）、テクスチャ後洗浄し、不動態化することができる（不動態及びＡＲＣ層の堆積により）。
【０１４６】
ＭＩＢＳダイオードは、ＭＩＢＳバイパスデバイス又は遮光管理スイッチとして使用されるｐｎ接合ダイオードとすることができる。ＭＩＢＳ対応型ソーラーセルを生成するためのｐｎ接合ＭＩＢＳダイオード製作工程は、取りわけ、以下に続く属性及び利点を有することができる。
−一部のソーラーセル加工設計では、ＭＩＢＳを実施するのに主ソーラーセル製作工程流れ図に実質的な変更を（又は僅かな変更しか）加えない場合がある（例えば、結晶シリコン開始ウェーハ又は再使用可能結晶シリコンテンプレートを併用するエピタキシャルシリコン及び多孔質シリコン／リフトオフ加工のいずれかと電気絶縁バックプレーンとを用いた裏面接合／裏面接触結晶シリコンソーラーセル製作）。従って、本明細書に開示するソーラーセル（ｉｃｅｌｌ）と共にＭＩＢＳを実施するための追加の工程コストは事実上ないとすることができる。
−裏面接触／裏面接合エピタキシャルシリコンリフトオフセル工程では、裏面接触裏面接合セル工程段階の殆どのものを含むテンプレート上セル加工の完了に続いて、（ｉ）ソーラーセル裏面へのバックプレーン積層、（ｉｉ）エピタキシャルシリコンリフトオフ剥離境界を定めるための薄肉エピタキシャルシリコン基板の解離前トレンチスクライビング（例えば、ナノ秒パルスレーザスクライビングツール又はこれに代えてプラズマスクライビングのような別のスクライビングツールを用いたもの）、（ｉｉｉ）バックプレーン支持セルの機械的リフトオフ剥離及び再使用可能結晶シリコンテンプレートからの切り離し、（ｉｖ）高精度トリミングのためのソーラーセルと共にそれに関連付けられたＭＩＢＳに対する最終的な望ましい寸法を確立するためのバックプレーン積層セルのレーザトリミング（例えば、ナノ秒パルスレーザ光源を用いたもの）、（ｖ）トレンチ隔離領域を形成し、内側ソーラーセルアイランドと周囲リムダイオード領域とを定めるためのソーラーセルの上面上でのナノ秒パルスレーザスクライビング（又はプラズマスクライビング又は別の適切なスクライビング技術）であり、この段階は、アイル及び対応するＭＩＢＳ領域を与えるもの、（ｖｉ）更に、太陽光面テクスチャ及びテクスチャ後洗浄のような後続セル加工、それに続くＰＥＣＶＤによる太陽光面不動態化及び反射防止コーティング（ＡＲＣ）層堆積のような追加のセル工程段階、並びに当て嵌まる場合はパターン付き第２レベル金属化を含む最終的なセル金属化という工程を実施することができる（様々な可能な工程流れ図内の一例として提供したものである）。エピタキシャルシリコンリフトオフ加工の代わりに開始結晶シリコンウェーハを使用する場合に、工程流れ図は、再使用可能テンプレート、多孔質シリコン、エピタキシャルシリコン、又は解離工程が存在しないことを除いて上述の流れ図とほぼ同様である。エピタキシャルシリコンリフトオフ加工を用いて製造されるソーラーセルに対して上述の工程流れ図では、トレンチ隔離スクライビングの工程及びツールは、バックプレーン積層ソーラーセル及びＭＩＢＳ基板の剥離前トレンチスクライビング及び／又は剥離後高精度トリミングに使用されるものと基本的に同じ工程及びツールとすることができる。
−半導体層内に完全な半導体貫通トレンチを生成するために、結晶シリコン層の全厚を貫通して実質的にバックプレーンにおいて停止するトレンチ隔離レーザスクライビング工程を実施することができ（例えば、ナノ秒パルスレーザ光源を用いて）、それによってｎ型ベース及びｐ＋エミッタのソーラーセル（裏面接触／裏面接合ＩＢＣソーラーセルに対する一般的なドーピング型）を仮定すると、絶縁されたＭＩＢＳダイオードのためのｎ型シリコンリム領域と、ソーラーセルのためのｎ型シリコンアイランドエリアとが形成される。
【０１４７】
全直列接続セルでは、隣接する直列接続列の間の横Ｍ２コネクタ上の電流に起因して、十分に低いか又は無視することができるオーミック損失しかもたらされないＭ２セル金属化設計を用いなければならない。ｉｃｅｌｌの隣接する列を電気直列で相互接続するのに、横Ｍ２ジャンパ又はコネクタ（パターン付きＭ２層と併せて形成することができる）が使用される。
【０１４８】
図１７に示すように、全直列接続されたｉｃｅｌｌ又はマスターセル３００は、エミッタバスバー３０８からベースバスバー３１０に電気直列接続されたアイルＩ11からＩ44まで（外側セル境界３０２と絶縁トレンチ３０４とによって定められたアイル）のＮ×Ｎアレイ（この代表例では４×４として示すＮ個の行及びＮ個の列）を有し、列内の各アイルは、Ｍ２直列接続部３０６（矢印として略示す）によって電気接続され、各列は、横Ｍ２ジャンパ３１２によって直列に電気接続される。マスターセル３００は、Ｎ個の列（この実施形態ではＮ＝４）と、各々が、２Ｈという長さとＷという幅とを有するＮ−１個の横Ｍ２ジャンパ３１２（Ｎ−１＝３）とを有する。横Ｍ２ジャンパ半区間は、Ｈという長さ（Ｈは、各上面アイルの辺寸法である）とＷという幅とを有する。図１７にはＭ２金属化パターンを示していないが、図１３に示すもののようなＭ２単位セルが各アイル（Ｉ11からＩ44まで）に対応することができる。
【０１４９】
ｔというＭ２金属層厚及びρという抵抗率（ρ／ｔというシート抵抗）を仮定する。更に、マスター正方形セルがＬ＝Ｎ・Ｈという辺寸法、Ｌ2という面積、Ｐmpという最大電力、及びＩmpという非アイル型（非タイル型）最大電力点（ＭＰＰ）電流（言い換えれば、単一アイルセルに関するＭＰＰ、全直列接続アイルを有するアイル型マスターセルでは、ＭＰＰ電流の強度がＮ2倍だけ弱い）を有すると仮定する。更に、アイル型マスターセルがＮ×Ｎ個の直列接続アイルを有すると仮定して、Ｐsが横Ｍ２ジャンパの半区間毎のオーミック電力損失であり、Ｐlが、全ての横Ｍ２ジャンパ区間に関する全オーミック電力損失、従って、Ｐl＝２（Ｎ−１）・Ｐsであると仮定する。全直列接続されたＮ×Ｎマスターセル内の列間電流オーミック損失は、以下の通りに計算することができる。Ｐs＝｛［（ρ・ｄｘ）・（Ｗ・ｔ）］・［（Ｉmp／Ｎ2）・（ｘ／Ｈ）］2｝の０からＨまでの積分であり、従って、Ｐs＝［ρ／（Ｗ・ｔ）］・［Ｉmp／（Ｎ2・Ｈ）］2・｛［ｘ2・ｄｘ］の０からＨまでの積分｝であり、従って、Ｐs＝［ρ／（Ｗ・ｔ）］・［Ｉmp／（Ｎ2・Ｈ）］2・（Ｈ3／３）＝（１／３）・［（ρ・Ｈ）／（Ｗ・ｔ）］・（Ｉmp／Ｎ2）2であり、Ｐl＝２（Ｎ−１）・Ｐsであるので、Ｐl＝［２（Ｎ−１）／３］・［（ρ・Ｈ）／（Ｗ・ｔ）］・（Ｉmp／Ｎ2）2であり、かつＨ＝Ｌ／Ｎであるので、Ｐl＝［２（Ｎ−１）／３］・［（ρ・Ｌ）／（Ｎ・Ｗ・ｔ）］・（Ｉmp／Ｎ2）2であり、従って、Ｐl＝［２（Ｎ−１）／（３・Ｎ5）］・［（ρ・Ｌ）／（Ｗ・ｔ）］・Ｉmp2である。全横Ｍ２ジャンパ電力損失係数（比）は、ｋj＝Ｐl／Ｐmpとして定められる。
【０１５０】
ここで、約２２．５％の平均セル効率及びＰmp＝５．５０Ｗｐを有するソーラーセルを仮定し、かつＶmp＝０．５９Ｖ、Ｉmp＝９．３Ａであると仮定すると、アルミニウム及び銅に対するＭ２金属厚要件は、０．０１、０．００５、又は０．００２５という許容可能最大全横Ｍ２ジャンパ電力損失係数（比）（セルに関するＰmpの分率としてのもの）を仮定して、本明細書に説明する通りに計算することができる。電力損失係数＝ｋj＝（Ｐl／Ｐmp）及びＫj（許容可能最大Ｍ２損失中の）＝［２（Ｎ−１）／（３・Ｎ5）］・［（ρ・Ｌ）／（Ｗ・ｔ）］・（Ｉmp2／Ｐmp）である。
【０１５１】
従って、ｋjが、Ｐmpの分率としての最大許容可能全横Ｍ２ジャンパオーミック損失である時に、必要とされる横Ｍ２ジャンパ幅Ｗ及び／又はＭ２金属厚ｔは、許容可能ｋjに基づいて、Ｗ・ｔ＝［２（Ｎ−１）／（３・Ｎ5）］・（ρ・Ｌ）・（Ｉmp2／Ｐmp）／ｋjで表すことができる。
【０１５２】
下記の表２から表７は、様々な許容可能損失係数（ｋj）及び３と５の間のＮ値、及びＬ＝１５６ｍｍに対するρ＝２．８２μΩ・ｃｍのバルク抵抗率を有するアルミニウムに関するＭ２横ジャンパのＷ・ｔ及びＷの計算値（表２から表４まで）、及びρ＝１．６８μΩ・ｃｍのバルク抵抗率を有する銅に関するもの（表５から表７まで）を示している。
【０１５３】
（表２）
2016500931.tif 000004
表２．アルミニウムＭ２金属化の場合のＷ・ｔ計算値（単位ｃｍ2）
【０１５４】
（表３）
2016500931.tif 000005
表３．アルミニウムＭ２金属化及びｔ＝３μｍのＡｌの場合のＷ計算値（単位ｃｍ）
【０１５５】
（表４）
2016500931.tif 000006
表４．アルミニウムＭ２金属化及びｔ＝５μｍのＡｌの場合のＷ計算値（単位ｃｍ）
【０１５６】
（表５）
2016500931.tif 000007
表５．銅Ｍ２金属化の場合のＷ・ｔ計算値（単位ｃｍ2）
【０１５７】
（表６）
2016500931.tif 000008
表６．銅Ｍ２金属化及びｔ＝３μｍのＣｕの場合のＷ計算値（単位ｃｍ）
【０１５８】
（表７）
2016500931.tif 000009
表７．銅Ｍ２金属化及びｔ＝５μｍのＣｕの場合のＷ計算値（単位ｃｍ）
【０１５９】
上述の例示的な計算に基づいて、隣接するアイル列の間のＭ２横ジャンパのオーミック損失に関し、以下のことを結論付けることができる。
−アイル列の間の横Ｍ２ジャンパ上に外部銅リボンタブを半田付けする必要なく、全横Ｍ２ジャンパオーミック電力損失を約１％相対値未満に（又は０．５％相対値未満程度まで低く）制限するほど十分な横Ｍ２ジャンパ幅を有する実用的で最適なＭ２設計を与えることができる。
−与えられたＭ２金属厚に対して、高いＮ値及び／又は低抵抗率金属の場合に全横Ｍ２ジャンパオーミック電力損失が低減される。
−Ｎ＝４を有するアイル型セル設計におけるアルミニウム又は銅のいずれかのＭ２金属化に対して、Ｍ２ジャンパに起因する約０．１％の絶対セル効率損失に対応する約０．５０％の相対オーミック損失よりも大きいことのないように全横Ｍ２ジャンパ電力損失を維持しながら、３μｍ又は５μｍ（又はほぼこの範囲にあるいずれかの幅）のいずれかのＭ２金属厚に対してＭ２ジャンパ幅を１ｃｍ未満に制限することができる。
−５μｍ又は３μｍよりも大きいことのないＭ２金属（アルミニウム又は銅）厚を１ｃｍ未満の横ジャンパ幅と共に用いながら、最大横Ｍ２ジャンパオーミック損失を１％相対値を十分に下回るように制限する機能により、横Ｍ２ジャンパ上に銅リボンタブを外部から半田付けする必要なく、高性能低損失Ｍ２金属化の形成が可能になる。このようにして、過度に大きいＮ値を必要とすることなく、低コストで信頼性が高いアイル型セルの製造が可能になる。言い換えれば、Ｎ＝４で十分であり（Ｎ×Ｎ＝４×４ｉｃｅｌｌ設計における）、一部の事例ではＮ＝５を更に低い損失を与えることでより有利とすることができる。
【０１６０】
上述したように、アイル（いずれかの形状で設計されたもの）は、全直列、全並列、又は直列−並列混成のＭ２相互接続設計に電気接続することができる。Ｍ２相互接続パターンは、マスターセルの電圧強度を強め、かつ電流強度を弱めることに起因するセル、モジュール、及びシステム内の実質的に低いＲ・Ｉ2オーミック損失という利点を維持しなければならない。
【０１６１】
以下に続く例示的実施形態は、完全正方形と擬似正方形の両方の基板形式に適合する約５μｍ未満の層厚を有する蒸着アルミニウムＭ２パターンに対する高セル効率（例えば、約２２％のセル効率）相互接続設計を示すために提供するものである。特に、約５Ｖに近いマスターセル電圧と約１Ａに近い電流とを有する混成並列−直列アイル接続設計及び全直列アイル接続設計を有する一体トレンチ隔離アイルの４×４アレイを有するマスターソーラーセルを説明する設計を提供する。
【０１６２】
これらのアイル設計を一般的に正方形形状のものとして説明するが、開示する主題により、アイルはいかなる形状においても形成することができることに注意することは重要である。更に、殆どの事例では、直列接続アイルの間の面積に関する電流不整合を排除すること、言い換えれば、アイル又は並列に接続されたアイルのサブグループの間の同等な面積を維持するために、アイルアレイを対称に設計してパターン化することが望ましい。
【０１６３】
更に、本明細書に開示する相互接続設計は、約≒５Ｖから１０Ｖまでの範囲のマスターセル最大電力電圧（Ｖmp）と、約≒０．５Ａから１Ａまでの範囲のマスターセル最大電力電流（Ｉmp）とを仮定して、廉価な埋め込み高性能分散ＭＰＰＴ電力オプティマイザー及び／又は遮光管理電子機器構成要素の統合に向けて比較的最適な範囲の電流−電圧パラメータを与える。
【０１６４】
更に、本明細書に提供するＭ２相互接続は、住宅及び商業施設の屋上用途、並びに地上設置の公共電力事業規模用途における最大システムレベル効率に向けて、６００ＶＤＣ及び１，０００ＶＤＣ  ＰＶシステムのような様々な設置されたＰＶアレイをサポートすることができる。
【０１６５】
ほぼ２２％の効率を有し、並列に接続された（本明細書では全並列と呼ぶ）アイルの４×４アレイを有するマスターセル又はｉｃｅｌｌに対して、セル電力＝５．３５Ｗｐ（完全正方形の１５６ｍｍ×１５６ｍｍマスターセルを仮定した）、Ｖoc＝６８５ｍＶ及びＶmp＝５７５ｍＶ、従って、Ｖmp／Ｖoc＝０．８４又は８４％、Ｉoc＝９．９０Ａ及びＩmp＝９．３０Ａ、従って、Ｖmp／Ｖoc＝０．９４又は９４％、並びに充填係数＝（Ｖmp×Ｉmp／Ｖoc×Ｉoc）＝０．７９又は７９％というパラメータの仮定が与えられる。
【０１６６】
例を図１８Ａに示す本明細書では１×１６Ｓ（１×１６直列）設計と呼ぶ全直列４×４マスターセル（完全正方形の１５６ｍｍ×１５６ｍｍマスターセルを仮定した）では、Ｖoc＝６８５ｍＶ×１６＝１０．９６Ｖ及びＩoc＝９．９０Ａ／１６＝０．６１９Ａ、Ｖmp＝５７５ｍＶ×１６＝９．２０Ｖ、及びＩmp＝９．３０Ａ／１６＝０．５８１Ａを仮定することができる。更に、１×１６全直列マスターセル設計を用いた６０セルモジュールに対して、モジュールパラメータをモジュールＶoc＝１０．９６Ｖ×６０＝６５７．６Ｖ及びモジュールＶmp＝９．２０Ｖ×６０＝５５２．０Ｖ、並びにＩoc＝０．６１９Ａ及びＩmp＝０．５８１Ａとして仮定することができる。
【０１６７】
図１８Ｂに例を示す本明細書では２×８ＨＰＳ（２×８混成並列−直列）設計と呼ぶ８つの直列アイル対を有する混成並列−直列（ＨＰＳ）４×４マスターセル（完全正方形の１５６ｍｍ×１５６ｍｍマスターセルを仮定した）では、Ｖoc＝６８５ｍＶ×８＝５．４８Ｖ及びＩoc＝９．９０Ａ／８＝１．２３８Ａ、Ｖmp＝５７５ｍＶ×８＝４．６０Ｖ、及びＩmp＝９．３０Ａ／８＝１．１６３Ａを仮定することができる。更に、２×８混成マスターセル設計を用いた６０セルモジュールに対して、モジュールパラメータをモジュールＶoc＝５．４８Ｖ×６０＝３２８．８Ｖ及びモジュールＶmp＝４．６０Ｖ×６０＝２７６．０Ｖ、並びにＩoc＝１．２３８Ａ及びＩmp＝１．１６３Ａとして仮定することができる。
【０１６８】
図１８Ａ、図１８Ｂ、及び図１８Ｃは、本明細書で１×１６Ｓ設計と呼ぶ全直列（１×１６）マスターセル構成（４×４アイルアレイ）（図１８Ａ）、本明細書で２×８ＨＰＳ設計と呼ぶ混成並列−直列（２×８）のマスターセル又はｉｃｅｌｌの構成（４×４アイルアレイ）（図１８Ｂ）、及び本明細書で８×８ＨＰＳ設計と呼ぶ混成並列−直列（８×８）のマスターセル又はｉｃｅｌｌの構成（８×８アイルアレイ）（図１８Ｃ）を示す完全正方形のマスターセル又はｉｃｅｌｌに関する概略図である。
【０１６９】
図１８Ａに示すように、全直列のマスターセル又はｉｃｅｌｌの構成１×１６Ｓ  ３２０は、エミッタバスバー３２２からベースバスバー３２４に電気直列接続されたアイルＩ11からＩ44までの４×４アレイを有し、列内の各アイルは、Ｍ２直列接続部３２８によって電気接続され、各列は、横Ｍ２ジャンパ３２６によって直列電気接続される。
【０１７０】
図１８Ｂに示すように、混成並列−直列マスターセル構成２×８ＨＰＳ  ３４０は、エミッタバスバー３４２からベースバスバー３４４に電気直列接続及び電気並列接続されたアイルＩ11からＩ44までの４×４アレイを有し、列で隣接するアイルは、Ｍ２並列接続部３５０によって並列に接続され、列内の各アイルは、Ｍ２直列接続部３４８によって電気接続され、組合せ並列接続される隣接アイルは、横Ｍ２ジャンパ３４６によって直列に電気接続される。一部の用途では、図１８Ｂの２×８ＨＰＳ設計は、薄肉シリコン吸収体層（例えば、約数ミクロンから１００ミクロンまでの範囲の厚みを有する）を有するマスターセルに特に適する場合がある。
【０１７１】
図１８Ｃに示すように、混成並列−直列マスターセル構成８×８ＨＰＳ  ３５２は、エミッタバスバー３５４からベースバスバー３５６に電気直列接続及び電気並列接続されたアイルＩ11からＩ88までの８×８アレイを有し、列で隣接するアイルは、Ｍ２並列接続部によって並列に接続され、列内のアイルは、Ｍ２直列接続部によって電気接続され、組合せ並列接続される隣接アイルは、横Ｍ２ジャンパ３５８によって直列に電気接続される。一部の用途では、図１８Ｃの８×８ＨＰＳ設計は、幾分厚肉のシリコン吸収体層（例えば、約５０ミクロンから１５０ミクロンまでの範囲の厚みを有する）を有するマスターセルに特に適する場合がある。これは、この８×８ＨＰＳ設計が、高度の可撓性／曲げ性を与え、従って、広範囲のシリコン厚（亀裂のない可撓性ソーラーセルのための厚肉のシリコンにさえも対応する）に適することができることによるものである。図１８Ｂの２×８ＨＰＳソーラーセル及び図１８Ｃの８×８ＨＰＳソーラーセルは、８という同じ電流及び電圧の強度調整倍率を与える。
【０１７２】
図１９Ａ、図１９Ｂ、及び図１９Ｃは、図１８Ａ、図１８Ｂ、及び図１８Ｃに示すマスターセルのＭ２相互接続設計上の比較的小さい遮光管理バイパススイッチ（例えば、ｐｎ接合ダイオード又はショットキー障壁ダイオードのいずれか）の配置／位置の例を示す図である。
【０１７３】
図１９Ａに示すように、全直列マスターセル構成１×１６Ｓ  ３６０は、エミッタバスバー３６２からベースバスバー３６４に電気直列接続されたアイルＩ11からＩ44までの４×４アレイを有し、列内の各アイルは、Ｍ２直列接続部３６８によって電気接続され、各列は、横Ｍ２ジャンパ３６６によって直列電気接続される。横Ｍ２ジャンパ３７０は、エミッタバスバー３６２とベースバスバー３６４とへの比較的小さいパッケージのバイパススイッチ３７６の直接的な配置及び接続に向けて、マスターセル周囲エッジからオフセットされている。バスバー延長部３７４は、エミッタバスバー３６２及びベースバスバー３６４をバイパススイッチ３７６に接続する。
【０１７４】
図１９Ｂに示すように、混成並列−直列マスターセル構成２×８ＨＰＳ  ３８０は、エミッタバスバー３８２からベースバスバー３８４に電気直列接続及び電気並列接続されたアイルＩ11からＩ44までの４×４アレイを有し、列で隣接するアイルは、Ｍ２並列接続部３９０によって並列に接続され、列内の各アイルは、Ｍ２直列接続部３８８によって電気接続され、組合せ並列接続される隣接アイルは、横Ｍ２ジャンパ３８６によって直列に電気接続される。バイパススイッチ３９２は、エミッタバスバー３８２とベースバスバー３８４の間に配置され、これらに直接に接続される。
【０１７５】
図１９Ｃに示すように、混成並列−直列マスターセル構成８×８ＨＰＳ  ３９４は、エミッタバスバー３９５からベースバスバー３９６に電気直列接続及び電気並列接続されたアイルＩ11からＩ88までの８×８アレイを有し、列で隣接するアイルは、Ｍ２並列接続部によって並列に接続され、列内のアイルは、Ｍ２直列接続部によって電気接続され、組合せ並列接続される隣接アイルは、横Ｍ２ジャンパ３９７によって直列に電気接続される。バイパススイッチ３９８は、エミッタバスバー３９５とベースバスバー３９６の間に配置され、これらに直接に接続される。
【０１７６】
実際には、単結晶半導体ウェーハ（特にＣＺ及びＦＺの単結晶シリコンウェーハ）は、多くの場合に、円筒形インゴットから製作され、最も一般的には市場において円形形状で入手可能である。半導体材料の使用を最大に高め、浪費を最小にするために、マスターセルは、図２０に示すように擬似正方形ソーラーセルとして形成することができる。図２０は、円筒形インゴット（円筒形インゴット周囲によって示す）から製作された擬似正方形形状マスターセル基板の上面図を示す概略図である。
【０１７７】
従って、対称性及び同等なサイズの（同一の直列接続アイル面積の）直列接続されたアイル又はアイルのサブグループを維持するために、擬似正方形形状マスターセル内のアイルを様々な形状及び構成で個々に設計することができる。
【０１７８】
図２０は、円筒形インゴット（円筒形インゴット周囲４０２に示す）から製作された擬似正方形形状マスターセル基板４００の上面図である。除外されるコーナ４０４は、コーナ毎に面積ａ’を有し、インゴット浪費を最小にし、一方、ソーラーセル製作に向けてほぼ（しかし、完全ではない）正方形のウェーハを供給するために、擬似正方形マスターセル基板設計から除去／除外されてしまっている。
【０１７９】
実際には、かつ本明細書において例示的な設計寸法として使用するものとして、擬似正方形マスターセル基板４００は、２００ｍｍの最終研磨されたインゴット直径（Ｄingot＝２００ｍｍ）を有する円筒形インゴットから形成された２２０ｍｍの対角寸法（Ｄsquare＝２２０ｍｍ）を有する１５６ｍｍ×１５６ｍｍの寸法（Ｌ＝１５６ｍｍ）を有することができる。上述の寸法を仮定すると、完全正方形基板は、面積（Ａsq）＝Ｌ2＝１５６ｍｍ×１５６ｍｍ＝２３４．３６ｃｍ2を有することになる。更に、擬似正方形基板は、面積（Ａpsq）＝Ａsq−４ａ’を有することになり、ここで、ａ≒（Ｄsquare−Ｄingot）2／４であり、従って、ａ≒（２２０ｍｍ−２００ｍｍ）2／４≒１ｃｍ2であり、Ａpsq≒２４３．３６−４×１ｃｍ2＝２３９．３６ｃｍ2である。従って、Ｌ＝１５６ｍｍである場合に、２４８．３６ｃｍ2のセル面積を有する標準の１５６ｍｍ×１５６ｍｍ正方形ウェーハと比較して、標準の擬似正方形ウェーハは、２３９．３６ｃｍ2のセル面積を有し、約１．６４％少ない面積（４／２４３．３６）をもたらす。
【０１８０】
図２１は、図１８Ｂに示すセルと同じくエミッタバスバーからベースバスバーに電気直列接続及び電気並列接続されたアイルＩ11からＩ44まで（隔離トレンチ４２４によって定められたアイル）の４×４アレイを有する混成並列−直列擬似正方形マスターセル構成２×８ＨＰＳ  ４２０の図である（図２１にはエミッタバスバー、ベースバスバー、及び横Ｍ２ジャンパを示していない）。図２０に示す擬似正方形マスターセルと同様に、擬似正方形マスターセル４２０は、辺長Ｌ（例えば、１５６ｍｍ×１５６ｍｍ擬似正方形ｉｃｅｌｌでは１５６ｍｍ）を有し、欠損コーナ４２２は、各々面積ａ’を有する。
【０１８１】
以下の寸法は、擬似正方形マスターセル構成２×８ＨＰＳ  ４２０のマスターセル電流を完全に均衡させるための例示的なものとして提供するものであるが、上述したように、本明細書に開示するアイル設計原理は、様々なセル形状及びセル寸法に適用可能とすることができる。図示のように、マスターセル４２０は、水平及び垂直に対称であり（８つの並列接続アイル対をもたらす）、以下の寸法表現は、１つの象限（例えば、Ｉ11、Ｉ21、Ｉ12、及びＩ22）に関するものである。直列接続されたアイルの各セットは、同等な面積（及び対応する同等な電圧及び電流）、言い換えれば、Ｉ11＋Ｉ12＝Ｉ21＋Ｉ22の面積を有するように設計されるか、又はサイズが決定される。
【０１８２】
Ｌ＝１５６ｍｍに対して、Ｌ1及びＬ2は、次に、［（Ｌ／４）・Ｌ1−ａ’］＋（Ｌ／４）・Ｌ1＝２・（Ｌ／４）・Ｌ2及びＬ1＋Ｌ2＝Ｌ／２のように計算することができ、完全に電流均衡の取れたマスターセルがもたらされる。従って、Ｌ＝１５．６ｃｍ（又はＬ／４＝３．９ｃｍ）及びａ’＝１ｃｍ2に対して、３．９Ｌ1−１＋３．９Ｌ1＝２×３．９Ｌ2及びＬ1＋Ｌ2＝１５．６／２である。更に、Ｌ1−Ｌ2＝０．１２８２ｃｍ及びＬ1＋Ｌ2＝７．８ｃｍである。その結果、Ｌ1＝３．９６４ｃｍ及びＬ2＝３．８３６ｃｍになる。
【０１８３】
図２２は、図１８Ａに示すセルと同じくエミッタバスバーからベースバスバーに電気直列接続されたアイルＩ11からＩ44まで（隔離トレンチ４３４によって定められたアイル）の４×４アレイを有する全直列擬似正方形マスターセル構成１×１６Ｓ  ４３０の図である（図２２にはエミッタバスバー、ベースバスバー、及び横Ｍ２ジャンパを示していない）。図２０に示す擬似正方形マスターセルと同様に、擬似正方形マスターセル４２０は、辺長Ｌ（例えば、１５６ｍｍ×１５６ｍｍ擬似正方形ソーラーセルでは１５６ｍｍ）を有し、欠損コーナ４２２は、各々面積ａ’を有する。
【０１８４】
以下の寸法は、連続隔離トレンチが各アイルを定めるような、言い換えれば、説明する指針が、同一の面積のアイルに施された辺長Ｌ（１５６ｍｍ）を有する擬似正方形マスターセル構成１×１６Ｓ  ４３０のマスターセル電流を完全に均衡させるための例示的なものとして提供するものである。一部の事例では、スクライビング中の処理の容易化に向けてマスターセル可撓性を最大に高くし、亀裂の発生及び増殖を最小にするために連続隔離トレンチ（共通の交点を有して連続的に形成されたトレンチ隔離線）が望ましい場合がある。図２２に示すように、全てのトレンチ隔離線の交点は、別途指定するものを除いて直角を有する。
【０１８５】
図２２のアイル設計では、第２及び第３の列内のアイル（Ｉ12、Ｉ22、Ｉ32、Ｉ42、Ｉ13、Ｉ23、Ｉ33、Ｉ43）は矩形であり、各々が面積（Ｌ／４）・Ｗ2を有する。第１及び第４の列内のアイルは非矩形であり、アイルＩ21、Ｉ31、Ｉ24、及びＩ34は台形であり、コーナアイルＩ11、Ｉ41、Ｉ14、及びＩ44は多角形である。３つの垂直スクライビング線（隔離トレンチ）及び中心の水平スクライビング線（隔離トレンチ）は、マスターセルのエッジからエッジまで延びる直線である。２つの外側の水平スクライビング線（隔離トレンチ）、言い換えれば、上部及び下部のスクライビング線は、２つの中央列（列２及び３）の間で直線かつ水平であり、線が第１及び第４の列に延びると角度θだけ傾く。従って、マスターセル４３０は、水平及び垂直に対称である（その結果、各々が同等な面積を有する１６個の接続アイル及び４つの対称な象限がもたらされる）。以下の寸法表現は、１つの象限（例えば、Ｉ11、Ｉ21、Ｉ12、及びＩ22）に関するものである。直列接続されたアイルの各セットは、同等な面積（及び対応する同等な電圧及び電流）、言い換えれば、Ｉ11＝Ｉ22＝Ｉ21＝Ｉ22の面積を有するように設計される。
【０１８６】
マスターセル辺寸法Ｌ（１５６ｍｍ）に対して、マスターセル４３０のアイル寸法を以下の通りに計算することができる。アイルＩ12の面積（アイルＩ22、Ｉ32、Ｉ42、Ｉ13、Ｉ23、Ｉ33、Ｉ43と同じ矩形形状及び面積）＝Ａrectangle＝Ｗ2・（Ｌ／４）であり、アイルＩ11の面積（アイルＩ41、Ｉ14、Ｉ44と同じ多角形形状及び面積）＝Ａcorner＝Ｗ1・（Ｌ／４）＋［Ｗ12／ｔａｎ（θ）］／２−ａ’であり、アイルＩ21の面積（アイルＩ31、Ｉ24、Ｉ34と同じ台形形状及び面積）＝Ａtrapezoid＝Ｗ1・（Ｌ／４）−［Ｗ12／ｔａｎ（θ）］／２である。更に、Ａrectangle＝Ａcorner＝Ａtrapezoid＝（Ｌ2−４・ａ’）／１６、従って、Ｗ2・（Ｌ／４）＝Ｗ1・（Ｌ／４）＋［Ｗ12／ｔａｎ（θ）］／２−ａ’＝Ｗ1・（Ｌ／４）−［Ｗ12／ｔａｎ（θ）］／２＝（Ｌ2−４・ａ’）／１６＝（１５．６ｃｍ×１５．６ｃｍ−４．０ｃｍ2）／１６＝１４．９６ｃｍ2である。各アイルは、１４．９６ｃｍ2の面積を有する。
【０１８７】
更に、Ｗ2・（Ｌ／４）＝１４．９６ｃｍ2、Ｗ2・Ｌ＝５９．８４ｃｍ2、Ｗ2＝５９．８４／１５．６ｃｍ、従って、Ｗ2＝３．８３６ｃｍである。更に、Ｗ1・（Ｌ／４）＋［Ｗ12／ｔａｎ（θ）］／２−ａ＝１４．９６ｃｍ2、Ｗ1・Ｌ＋２［Ｗ12／ｔａｎ（θ）］＝６３．８４ｃｍ2、Ｗ1・（Ｌ／４）−［Ｗ12／ｔａｎ（θ）］／２＝１４．９６ｃｍ2、及びＷ1・Ｌ−２［Ｗ12／ｔａｎ（θ）］＝５９．８４ｃｍ2である。従って、２Ｗ1・Ｌ＝６３．８４＋５９．８４ｃｍ2＝１２３．６８ｃｍ2、Ｗ1＝１２３．６８／（２ｘ１５．６）ｃｍ、従って、Ｗ1＝３．９６４ｃｍである。更に、４［Ｗ12／ｔａｎ（θ）］＝６３．８４−５９．８４ｃｍ2、４［３．９６４2／ｔａｎ（θ）］＝４．００ｃｍ2、ｔａｎ（θ）＝１５．７１３３、従って、θ＝８６．３６°である。更に、ＬT＝Ｌ／４−Ｗ1／ｔａｎ（θ）＝１５．６／４−３．９６４／１５．７１３３、ＬT＝３．９−０．２５２ｃｍ、従って、ＬT＝３．６４８ｃｍである。
【０１８８】
すなわち、図２２の１×１６Ｓ全直列４×４擬似正方形基板マスターセル内の電流整合のための寸法及び角度を与える例示的実施形態において、各アイル面積＝１４．９６ｃｍ2であり、多角形アイル（４つのコーナの）は、アイルＩ11、Ｉ41、Ｉ14、及びＩ44であり、台形アイル（４）は、Ｉ21、Ｉ31、Ｉ24，及びＩ34であり、矩形アイル（８つの中央の）は、Ｉ12、Ｉ22、Ｉ32、Ｉ42、Ｉ13、Ｉ23、Ｉ33、Ｉ43であり、Ｌ／４＝３９．００ｍｍ、Ｗ2＝３８．３６ｍｍ、Ｗ1＝３９．６４ｍｍ、ＬT＝３６．４８ｍｍ、Ｌp＝４１．５２ｍｍ、及びθ＝８６．３６°である。
【０１８９】
ＰＶモジュール内での一体アイル型マスターセル相互接続。本明細書に開示するアイル型マスターセルは、ＰＶモジュール内で電気直列、平行、又は混成並列−直列の配置で接続することができる。これらの相互接続は、上述の一体モジュール実施形態を用いて実施することができる（例えば、複数のｉｃｅｌｌが連続バックプレーン層に取り付けられ、全てのｉｃｅｌｌ間相互接続がパターン付きＭ２層を用いて実施される場合に）。モジュール内のマスターセル相互接続設計の選択（直列、混成並列−直列、又は更に平行）は、マスターセル最大電力点（ＭＰＰ）の電流及び電圧（Ｉmp及びＶmp）、モジュール内のマスターセルの個数、並びにモジュールの望ましいＭＰＰ電流及びＭＰＰ電圧に基づく場合がある。多くの場合に、標準の結晶Ｓｉモジュールは、各列内に１０個のセルを有する６つの列に配置された（６×１０）６０個のセルで製造されるが、モジュール電力、モジュール形式、安全性、ＢＯＳ（例えば、配線）、コスト等に関する要件に基づいて、６×１２＝７２個のセルを含む他のモジュール構成を使用することができる。
【０１９０】
６×１０個（又はそれよりも多く）のマスターセルのモジュール内のマスターセル相互接続に対する一例示的モジュール構成（Ｎが少なくとも３であると仮定したもの）は、混成並列−直列構成である。特定の用途及び市場に基づいて、混成並列−直列設計を用いて、望ましい最大モジュールＭＰＰ電流又は望ましい最大モジュールＭＰＰ電流を与えるようにマスターセル相互接続を最適化することができる。更に、全並列構成は可能ではあるが、一部の事例では、全並列構成は、過度に大きいモジュール電流をもたらす場合があり、その結果、有意なオーミック損失が生じる。更に、全直列構成は可能ではあるが、一部の事例では、全直列構成は、安全性の問題をもたらす場合があり、及び／又は誘電材料絶縁要件に起因してより高い配線コストを要求する可能性がある過度に高い（例えば、数百ボルトよりも高い）モジュール電圧（モジュールＶmp）を生じる可能性がある。
【０１９１】
図２３Ａ及び図２３Ｂは、アイルの個数（奇数個のアイル又は偶数個のアイル）、並びにＭ２相互接続設計に依存するエミッタ及びベースバスバーの位置を強調表示したマスターセル又はｉｃｅｌｌの概観を示す図である。個々のアイルを示してはいないが、図２３Ａのマスターセル４５２と図２３Ｂのマスターセル４６２の両方が、Ｎ×Ｎ個のアイル（又は並列接続アイルのＮ×Ｎ個のサブグループ）を有する。マスターセル４５２では、Ｎは奇数であり、マスターソーラーセル４６２では、Ｎは偶数である。図２３Ａのマスターセル４５２で分るように、Ｎが奇数であり、アイル（又は並列接続アイルのサブグループ）が電気直列で接続される場合に、図２３Ａにエミッタバスバー４５４及びベースバスバー４５６として示すように、マスターセルのエミッタバスバーとベースバスバーは、セルを筋向かいに対向して２つの反対象限に配置される（例えば、図１５Ａ及び図１５Ｂに示すマスターセルを参照されたい）。マスターセル４６２では、Ｎは偶数であり、アイル（又は並列接続アイルのサブグループ）は電気直列で接続され、図２３Ｂにエミッタバスバー４６４及びベースバスバー４６６として示すように、マスターセルのエミッタバスバーとベースバスバーとは、正方形セルの同じ辺上の２つの反対コーナに配置される（例えば、図１４Ａに示すマスターセルを参照されたい）。
【０１９２】
図２４から図２７は、図２３Ａ（Ｎは奇数）及び図２３Ｂ（Ｎは偶数）に示すもののような偶数と奇数の両方の個数の直列接続アイル（又は並列接続アイルのサブグループ）を有するマスターセル設計に対して様々な６０セルモジュール接続設計を示す図である。図２４から図２７の図は、各マスターソーラーセルに対するエミッタバスバーとベースバスバーを示すモジュール上面図（マスターセルの前面を示す）であるが、バスバーは、実際にはマスターセルの裏面上に配置される。言い換えれば、様々なセル間相互接続設計を強調するために、エミッタ及びベースバスバーをマスターセルの前面を通して見ることができるように示している。これらの代表的なモジュールの各々は、パターン付きＭ１層を通じたソーラーセル裏面処理の完了後に連続バックプレーンシートに複数のｉｃｅｌｌ（例えば、これらの実施形態に示すように６×１０配置にある６０個のｉｃｅｌｌ）を取付又は積層させ、次いで、複数のｉｃｅｌｌを含む大きいバックプレーンシート上でのパターン付きＭ２層の完成を通して連続多セルバックプレーン基板上で残りのバックプレーン積層後バックエンドソーラーセル加工を実施することによって一体モジュールとして製造することができる。この手法は、一体パターン付きＭ２金属化層を用いて、望ましい電気相互接続配置（全直列又は混成並列−直列）に従うｉｃｅｌｌの互いへの相互接続をもたらすことになる。それによって一体モジュールがもたらされ、モジュール組立てに向けたソーラーセルの互いに対するタブ接続、ストリング接続、及び／又は半田付けの需要が排除される（一体モジュール実施形態に基づいて、パターン付きＭ２がセル間相互接続を予め完成させることにより）。当然ながら、これらの代表的のモジュールの各々は、本明細書に開示する一体モジュール実施形態を用いずに、モジュール組立てに向けたソーラーセルの互いに対する従来のタブ接続、ストリング接続、及び／又は半田付けによって製造することができる。
【０１９３】
図２４は、エミッタバスバーとベースバスバーがマスターセルの反対筋向かいのコーナに配置され（すなわち、Ｎが奇数）、全てのｉｃｅｌｌが電気直列で接続された（全直列）マスターセル又はｉｃｅｌｌに関するモジュール相互接続設計（本明細書に開示する一体モジュール実施形態を使用する場合に、パターン付きＭ２層を用いて製造される）の例である。図２４に示すように電気直列で接続された６０個のマスターセルに関するモジュール電圧及びモジュール電流は、以下の通りに計算することができる。モジュール電圧＝６０×マスターセル電圧である。従って、Ｎ＝４及びＳ＝１６では、マスターセル電圧Ｖmp≒１６×０．５９≒９．４Ｖ、モジュールＶmp＝６０×９．４＝５６４Ｖ、モジュールＩmp≒９．３Ａ／１６≒０．５８Ａである。
【０１９４】
図２５は、エミッタバスバーとベースバスバーがマスターセルの同じ辺上のコーナに配置され（Ｎは偶数）、全てのセルが電気直列で接続された（全直列）マスターセルに関するモジュール相互接続設計（本明細書に開示する一体モジュール実施形態を使用する場合に、パターン付きＭ２層を用いて製造される）の例である。Ｎ＝４及びＳ＝１６に対して、モジュール電圧及びモジュール電流を図２４に対して上述したように計算することができる。
【０１９５】
図２６は、エミッタバスバーとベースバスバーがマスターセルの同じ辺上のコーナに配置され（Ｎは偶数）、セルが電気並列−電気直列混成で接続されたマスターセルに関するモジュール相互接続設計（本明細書に開示する一体モジュール実施形態を使用する場合に、パターン付きＭ２層を用いて製造される）の例である。この実施形態において、１０個のマスターセルの行内の各マスターセルは、直列に接続され、１０個のマスターセルの６つの行は、並列に接続される。図２６に示す混成並列−直列モジュール相互接続実施形態において、モジュール電圧＝１０×マスターセル電圧である。従って、Ｎ＝４及びＳ＝１６では、マスターセル電圧Ｖmp≒１６×０．５９≒９．４Ｖであり、モジュール電圧Ｖmp＝１０×９．４＝９４Ｖである。
【０１９６】
図２７は、エミッタバスバーとベースバスバーがマスターセルの同じ辺上のコーナに配置され（Ｎは偶数）、セルが電気並列−電気直列混成で接続されたマスターセルに関するモジュール相互接続設計（本明細書に開示する一体モジュール実施形態を使用する場合に、パターン付きＭ２層を用いて製造される）の別の例である。この実施形態において、６つのマスターセルの列内の各マスターセルは、直列に接続され、６つのマスターセルの１０個の列は、並列に接続される。図２７に示す混成並列−直列モジュール相互接続実施形態において、モジュール電圧＝６×マスターセル電圧である。従って、Ｎ＝４及びＳ＝１６では、マスターセル電圧Ｖmp≒１６×０．５９≒９．４Ｖであり、モジュール電圧Ｖmp＝６×９．４＝５６．４Ｖであり、モジュール電流Ｉmp≒（９．３Ａ／１６）×１０≒５．８１Ａである。
【０１９７】
一部の事例では、本明細書に開示する一体アイル型アーキテクチャは、最終モジュール積層の前にマスターセルバックプレーン上に直接に装着することができ、又はモジュール積層体内に埋め込むことができるモジュールレベル又はセルレベル埋め込みのＤＣからＤＣへの（又はＤＣからＡＣへの）電力オプティマイザーを統合することができる。ＭＰＰＴ電力オプティマイザーは、セルのＤＣ出力を指定された電圧又は定電流（範囲）のＤＣ又はＡＣのいずれかの出力に変換する高変換効率（例えば、９７％の効率よりも高い）の一体チップ又は混成チップ（時に、少なくとも誘導子とコンデンサーとを含む一部の個別構成要素を含む）とすることができる。例えば、最大電力点追跡（ＭＰＰＴ）を実行しながら、マスターセルのＤＣ電圧及びＤＣ電流（Ｖmp及びＩmp）をＡＣ電圧及びＡＣ電流に変換することによってＡＣセルを生成するために、セルレベルＭＰＰＴ電力オプティマイザーチップを使用することができる。
【０１９８】
更に、モジュール内のマスターセルが全直列で接続される場合に、全照明条件の下で各マスターセル内に事前指定された固定出力電流を生成し、同時にＭＰＰＴ電力最適化機能を実施するようにセルレベル埋め込みＭＰＰＴを設定することができる。それによって直列に接続された全てのマスターセルが電流整合状態にあることを確実にすることができる。同様に、モジュール内のマスターセルが混成並列−直列配置で接続される場合に、全照明条件の下で事前指定された並列ストリング電圧を供給するために各マスターセル内に事前指定された固定出力電流を生成し、同時にＭＰＰＴ電力最適化機能を実施する（かつ事前指定されたストリング電圧を供給する）ように、セルレベル埋め込みＭＰＰＴを設定することができる。それによって各直列ストリング内で直列に接続された全てのマスターセル又はｉｃｅｌｌが電流整合状態にあり、同時に並列ストリングも電圧整合状態にあることを確実することができる。
【０１９９】
図２８Ａ及び図２８Ｂは、６００ＶＤＣ  ＰＶシステムに関するモジュール相互接続の一部の実施形態の代表例を示している。図２８Ａは、Ｖoc＝６５７．６Ｖ及びＶmp＝５５２．０Ｖである場合の１×１６Ｓ（全直列）モジュール設計（６０セルモジュール）に関するモジュール相互接続の例を示し、図２８Ｂは、Ｖoc＝６５７．６Ｖ及びＶmp＝５５２．０Ｖである場合の２×８ＨＰＳ（混成並列−直列）設計（６０セルモジュール）に関するモジュール相互接続実施形態を示している。図２９Ａ及び図２９Ｂは、１０００ＶＤＣ  ＰＶシステムに関するモジュール相互接続を示す概略図である。図２９Ａは、Ｖoc＝６５７．６Ｖ及びＶmp＝５５２．０Ｖである場合の１×１６Ｓ（全直列）設計（６０セルモジュール）に関するモジュール相互接続の例を示し、図２８Ｂは、Ｖoc＝９８６．４Ｖ及びＶmp＝８２８．０Ｖである場合の２×８ＨＰＳ（混成並列−直列）設計（６０セルモジュール）に関するモジュール相互接続を示している。すなわち、１０００ＶＤＶ  ＰＶシステムに対する２×８ＨＰＳ設計では、６００ＶＤＶ  ＰＶシステムに対する２×８ＨＰＳ設計又は６００ＶＤＶ又は１０００ＶＤＶのＰＶシステムに対する１×１６Ｓ設計と比較してＶos及びＶmpが高い。
【０２００】
すなわち、一部の特定の実施形態において、２×８混成並列−直列（２×８ＨＰＳ）相互接続設計を以下の利点から選択することができる。
−全直列マスターセルの重要な利点（例えば、直線双方向トレンチ隔離スクライビング線に起因するマスターセル可撓性、及び当て嵌まる場合に約５μｍ未満の厚みのみを有するＭ２金属層等）を維持しながら、ｉｃｅｌｌを製作するのに擬似正方形結晶シリコンウェーハの使用を可能にする。
−示したようにＬ1＝３．９６４ｃｍ、Ｌ2＝３．８３６ｃｍ（１５６ｍｍ×１５６ｍｍウェーハに対して）を使用することにより、例えば、擬似正方形結晶シリコンウェーハ内で電流整合／均衡が得られる。
−示したようにＬ1＝Ｌ2＝３．９ｃｍの完全正方形マスターセル基板にも適合可能である。
−６００ＶＤＣと１，０００ＶＤＣの両方（並びに他のシステム電圧）のシステムに対して、低いＢＯＳコストしか伴わず、強化されたシステム効率を有する効率的なＰＶシステム配置を与える。一部の事例では、１０００ＶＤＣ  ＰＶシステムは、６００ＶＤＣシステムと比較して強化されたシステムレベル効率及び低いＢＯＳコストを有することができる。（強化された効率及び低いＢＯＳコストに起因して、高いストリング電圧（１，０００ＶＤＣ対６００ＶＤＣ）が、設置されたＰＶシステムに対して約＄０．１０／Ｗの経済価値を与えることができることに言及した。）望ましい場合に、モジュール電圧は、混成並列−直列構成に従ったモジュール内部のｉｃｅｌｌの相互接続によって設定することができる（例えば、全直列モジュール配置と比較して低く）。
−低コスト分散遮光管理（１×１６Ｓ設計と類似のもの）の統合。
−低コスト遠隔モジュール始動／停止（１×１６Ｓ設計と類似のもの）の統合。
−低コスト分散セルレベルＭＰＰＴ（１×１６Ｓ設計と類似のもの）の統合。
−１×１６Ｓ設計と比較してマスターセルアイルパラメータ変化により高い耐性を有すると考えることができる。
【０２０１】
本明細書に開示する本発明の態様の利点は、以下に限定されるものではないが、（ｉ）低いソーラーセル製造（製作）工程機器及び設備投資（ＣＡＰＥＸ）、（ｉｉ）ソーラーセル製作における有意に少ない有害廃棄副成物、（ｉｉｉ）少ないソーラーセルの微小亀裂及び／又は破損（例えば、銅メッキの需要、並びにそれに関連付けられた取り扱い要件、密封要件、及び接触要件の排除に起因するもの）、（ｉｖ）改善された長期ＰＶモジュール使用現場予想信頼性、（ｖ）裏面上での厚肉の（ＩＢＣソーラーセルでは、一般的に数十ミクロンの）細長銅の需要の排除に起因するバックプレーン積層ソーラーセルに対する低い撓み及び機械応力を含む。
【０２０２】
作動において、開示する主題は、高い可撓性及び亀裂の軽減、低いセル撓み及び改善された平面性、低いＲＩ２オーミック損失しかもたらされない電圧増大及び電流低下、セル金属化厚の低減（１０×ほども多く）（例えば、≦５μｍＡｌ）が、銅メッキの排除を可能にすることができ、必要に応じてそれによってセルの金属化コストを低減することができること、厚肉銅のような厚肉金属化の排除が、モジュール積層中の応力効果（及び得られる亀裂）を低減すること、検査及び仕分けでの分散されたセルパラメータであること、低い電流が廉価な遮光管理スイッチを可能にすること、廉価で高効率の（＞９８％）ＭＰＰＴ  ＤＣ−ＤＣ降圧コンバータの使用を可能にすること、並びに完全にメッキのないソーラーセルという利点のあらゆる組合せを与えることができる一体アイル型マスターセル（ｉｃｅｌｌ）を提供する。
【０２０３】
例示的実施形態の以上の説明は、あらゆる当業者が、主張する主題を作るか又は使用することを可能にするために提供したものである。当業者には、これらの実施形態に対する様々な修正が容易に明らかになることになり、本明細書に定める一般的な原理を革新的な才能を用いずに他の実施形態に適用することができるであろう。従って、主張する主題は、本明細書に示す実施形態に限定されるのではなく、本明細書に開示する原理及び新しい特徴と矛盾しない最も広い範囲に即するように意図したものである。
【符号の説明】
【０２０４】
２０  アイル型（タイル型）マスターソーラーセル又はｉｃｅｌｌ
２２  セル周囲境界
２４  トレンチ隔離領界
Ｉ11〜Ｉ44  アイル又はミニセル
Ｌ  辺長
【図１】
2016500931.tif 000010
【図２】
2016500931.tif 000011
【図６Ａ】
2016500931.tif 000012
【図６Ｂ】
2016500931.tif 000013
【図７Ａ】
2016500931.tif 000014
【図７Ｂ】
2016500931.tif 000015
【図７Ｃ】
2016500931.tif 000016
【図７Ｄ】
2016500931.tif 000017
【図７Ｅ】
2016500931.tif 000018
【図９Ａ】
2016500931.tif 000019
【図９Ｂ】
2016500931.tif 000020
【図１０Ａ】
2016500931.tif 000021
【図１０Ｂ】
2016500931.tif 000022
【図１１Ａ】
2016500931.tif 000023
【図１１Ｂ】
2016500931.tif 000024
【図１３】
2016500931.tif 000025
【図１５Ａ−１５Ｂ】
2016500931.tif 000026
【図１６Ａ】
2016500931.tif 000027
【図１７】
2016500931.tif 000028
【図２３Ａ】
2016500931.tif 000029
【図２３Ｂ】
2016500931.tif 000030
【図３Ａ】
2016500931.tif 000031
【図３Ｂ】
2016500931.tif 000032
【図４】
2016500931.tif 000033
【図５Ａ】
2016500931.tif 000034
【図５Ｂ】
2016500931.tif 000035
【図５Ｃ】
2016500931.tif 000036
【図５Ｄ】
2016500931.tif 000037
【図５Ｅ】
2016500931.tif 000038
【図８】
2016500931.tif 000039
【図１２Ａ】
2016500931.tif 000040
【図１２Ｂ】
2016500931.tif 000041
【図１４Ａ】
2016500931.tif 000042
【図１４Ｂ】
2016500931.tif 000043
【図１６Ｂ】
2016500931.tif 000044
【図１６Ｃ】
2016500931.tif 000045
【図１８Ａ】
2016500931.tif 000046
【図１８Ｂ】
2016500931.tif 000047
【図１８Ｃ】
2016500931.tif 000048
【図１９Ａ】
2016500931.tif 000049
【図１９Ｂ】
2016500931.tif 000050
【図１９Ｃ】
2016500931.tif 000051
【図２０】
2016500931.tif 000052
【図２１】
2016500931.tif 000053
【図２２】
2016500931.tif 000054
【図２４】
2016500931.tif 000055
【図２５】
2016500931.tif 000056
【図２６】
2016500931.tif 000057
【図２７】
2016500931.tif 000058
【図２８Ａ】
2016500931.tif 000059
【図２８Ｂ】
2016500931.tif 000060
【図２９Ａ】
2016500931.tif 000061
【図２９Ｂ】
2016500931.tif 000062
【国際調査報告】
2016500931.tif 000063
2016500931.tif 000064