(57)【要約】  金属物品が導電性のマンドレル上に電鋳される、自立型金属物品及び作成方法が開示される。マンドレルは、予備成形されたパターンを有する外表面層を有する。外表面層は、誘電領域及び露出した金属領域を有する。金属物品は、導電性のマンドレルの外表面層の露出した金属領域上に形成される複数の電鋳要素を有する。第１の電鋳要素は、マンドレルの外表面層の上に形成された、オーバめっき部分を有する。金属物品は、光電池のための電気導管として機能するように構成され、導電性のマンドレルから分離されたときに、単一の、自立型の部品を形成する。
2016520708.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電池のための金属物品の形成方法であって、
予備成形されたパターンを備える外表面層を有する導電性のマンドレルを提供することを含み、前記外表面層は誘電領域及び露出した金属領域を有し、
金属物品を電鋳することを含み、前記金属物品は前記導電性のマンドレルの前記外表面層の前記露出した金属領域上に形成される複数の電鋳要素を備え、前記複数の電鋳要素内の第１の電鋳要素が前記外表面層の上にオーバめっき部分を有し、
前記金属物品を前記導電性のマンドレルから分離することを含み、前記金属物品が前記導電性のマンドレルから分離されたときに、単一の、自立型の部品を形成するように、前記複数の電鋳要素が相互接続され、
前記複数の電鋳要素が、前記光電池のための電気導管として機能するように構成される、方法。
【請求項２】
前記オーバめっき部分の高さが、前記第１の電鋳要素の高さの少なくとも大部分を占める、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記露出した金属領域が、前記導電性のマンドレルの表面である、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記露出した金属領域が、
錫及び鉛のうちの少なくとも１つを含む、第１の層と、
銅を含み、前記第１の層の上に存在する、第２の層とを備える、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記予備成形されたパターンが、前記外表面層内に溝を備え、前記第１の電鋳要素が前記溝内に形成される、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記電鋳の前に前記溝をテンプレート金属で埋めることをさらに含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記テンプレート金属が、前記第１の電鋳要素が上に形成される凸輪郭を有する外表面を備える、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記電鋳することが、
バルク導体層を形成することと、
前記バルク導体層の底面上に第１のバリア材層を形成することとを含み、前記底面が前記光電池に面しているように構成され、さらに、
前記バルク導体層の頂面上に第２のバリア材層を形成することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記電鋳することが、前記第１のバリア材層の上にはんだの層を形成することと、
前記第２のバリア材層の上に反射性材料の層を形成することとをさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記電鋳することが、前記第２のバリア材層の上にはんだの層を形成することをさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記導電性のマンドレルから前記金属物品を分離する前に、前記オーバめっき部分のエッジ部分をエッチングすることをさらに含み、前記エッジ部分が、前記オーバめっき部分と前記マンドレルとの間の接点に位置し、エッチングが前記エッジ部分から材料を除去する、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記エッチング後に、前記エッジ部分をめっきすることを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記複数の電鋳要素のうちの前記第１の電鋳要素及び第２の電鋳要素が互いに同一平面上にあり、それにより、前記第１の同一平面上の電鋳要素が、前記第２の同一平面上の電鋳要素の第２の断面の大部分と重なる第１の断面を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
光電池のための電気部品であって、
複数の電鋳要素を含む金属物品を備え、前記複数の電鋳要素のうちの第１の電鋳要素はオーバめっき部分を有し、
前記金属物品が単一の、自立型の部品を形成するように、前記複数の電鋳要素が相互接続され、
前記複数の電鋳要素が、光電池のための電気導管として機能するように構成される、電気部品。
【請求項１５】
前記オーバめっき部分の高さが、前記第１の電鋳要素の高さの大部分を占める、請求項１４に記載の電気部品。
【請求項１６】
前記オーバめっき部分が、
バルク導体層と、
前記バルク導体層の底面上の第１のバリア材層とを備え、前記底面が前記光電池に面しているように構成され、さらに、
前記バルク導体層の頂面上の第２のバリア材層を備える、請求項１４に記載の電気部品。
【請求項１７】
前記オーバめっき部分が、前記第１のバリア材層の上のはんだの層と、
前記第２のバリア材層の上の反射性材料の層とをさらに備える、請求項１６に記載の電気部品。
【請求項１８】
前記オーバめっき部分が、前記第２のバリア材層の上のはんだの層をさらに備える、請求項１６に記載の電気部品。
【請求項１９】
前記バリア材がニッケルを含む、請求項１６に記載の電気部品。
【請求項２０】
前記複数の電鋳要素が、連続する格子パターンを含む、請求項１４に記載の電気部品。
【請求項２１】
前記複数の電鋳要素のうちの前記第１の電鋳要素及び第２の電鋳要素が互いに同一平面上にあり、それにより、前記第１の同一平面上の電鋳要素が、前記第２の同一平面上の電鋳要素の第２の断面の大部分と重なる第１の断面を有する、請求項１４に記載の電気部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
本出願は、Ｂａｂａｙａｎらによる、「Ｆｒｅｅ−Ｓｔａｎｄｉｎｇ  Ｍｅｔａｌｌｉｃ  Ａｒｔｉｃｌｅ  ｆｏｒ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ」と題する、２０１３年３月１３日出願の米国特許出願第１３／７９８，１２３号の一部継続出願である、「Ｆｒｅｅ−Ｓｔａｎｄｉｎｇ  Ｍｅｔａｌｌｉｃ  Ａｒｔｉｃｌｅ  ｗｉｔｈ  Ｏｖｅｒｐｌａｔｉｎｇ」と題する、２０１３年１２月２３日出願の米国特許出願第１４／１３９，７０５号に対する優先権を主張し、これらの両方が本出願の譲受人によって所有され、参照によって本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池とは、光子を電気エネルギーに変換するデバイスである。この電池によって生成された電気エネルギーは、半導体材料に連結される電気接触を介して集積され、モジュール内の他の光電池との相互接続を介して経路制御される。太陽電池の「標準電池」モデルは、入ってくる太陽エネルギーを吸収し、これを電気エネルギーに変換するために用いられる、反射防止コーティング（ＡＲＣ）層の下、及び金属の後板の上に設置される半導体材料を有する。電気接触は典型的にファイヤスルーペーストによって半導体表面に作成されるが、これはＡＲＣ層を通過して拡散し、電池の表面と接触するように加熱される金属のペーストである。このペーストは概して、１組のフィンガとバスバーとにパターン形成され、これらは次にリボンで他の電池にはんだ付けされてモジュールを作成する。別の種類の太陽電池は、透明導電性酸化物層（ＴＣＯ’ｓ）であって、次にやはりフィンガ／バスバーパターンに構成される、導電性ペーストの最終層でコーティングされる透明導電性酸化物層（ＴＣＯ’ｓ）の間に挟まれた半導体材料を有する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
これらの種類の電池の両方において、典型的に銀である金属ペーストは、電流フローを水平方向（電池表面に平行）にすることを可能にするように作用し、太陽電池間の接続がモジュールの作成に向かって成されることを可能にする。太陽電池金属化は、銀ペーストを電池上にスクリーン印刷し、ペーストを硬化し、次にスクリーン印刷したバスバーにわたりリボンをはんだづけすることによって最も一般的に行われる。しかしながら、銀は太陽電池の他の構成要素に比べて高価であり、全費用のうちの高い割合を占め得る。
【０００４】
銀の費用を低減するため、当該技術分野において太陽電池を金属化するための代替の方法が知られている。例えば、太陽電池上に銅を直接めっきすることにより、銀を銅に替える試みが成されてきた。しかしながら、銅めっきの欠点は電池への銅の混入であり、これは信頼性に影響を及ぼす。めっきの処理量及び生産量もまた、電池上に直接めっきするときに、シード層の蒸着、マスクの適用、及びめっき部分のエッチングまたはレーザスクライビングして所望のパターンを形成するなど、めっきのために多くのステップが必要となるため問題となり得る。太陽電池上に電気導管を形成する他の方法は、並列結線または導電性の線を包む高分子シートの配列を利用すること、及びこれらを電池上に置くことを含む。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
金属物品が導電性のマンドレル上に電鋳される、自立型金属物品及び作成方法が開示される。マンドレルは、予備成形されたパターンを有する外表面層を有する。外表面層は、誘電領域及び露出した金属領域を有する。金属物品は、導電性のマンドレルの外表面層の露出した金属領域上に形成される複数の電鋳要素を有する。第１の電鋳要素は、マンドレルの外表面層の上に形成された、オーバめっき部分を有する。金属物品は、光電池のための電気導管として機能するように構成され、かつ導電性のマンドレルから分離されたときに、単一の、自立型の部品を形成する。
【０００６】
本明細書に記載の本発明の態様及び実施形態のそれぞれは、単独でまたは互いに組み合わせて用いられ得る。態様及び実施形態をこれから添付の図面を参照して説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】一実施形態における、例示的な電鋳マンドレルの透視図である。
【図２Ａ】自立型の電鋳金属物品を生産する例示的な段階の断面図である。
【図２Ｂ】自立型の電鋳金属物品を生産する例示的な段階の断面図である。
【図２Ｃ】自立型の電鋳金属物品を生産する例示的な段階の断面図である。
【図３】導電性のマンドレルの一実施形態の断面図である。
【図４】導電性のマンドレルの別の実施形態の断面図である。
【図５Ａ】金属物品の実施形態の上面図である。
【図５Ｂ】金属物品の実施形態の上面図である。
【図５Ｃ】図５Ｂの断面Ａ−Ａの断面図である。
【図５Ｄ】図５Ｂの断面のまたさらなる実施形態の部分的な断面図である。
【図５Ｅ】図５Ｂの断面のまたさらなる実施形態の部分的な断面図である。
【図５Ｆ】相互接続要素を持つ金属物品の実施形態の上面図である。
【図５Ｇ】相互接続要素を持つ金属物品の実施形態の上面図である。
【図６Ａ】ある特定の実施形態において、カスタマイズされた特徴を有する頂面を持つ電鋳要素の鉛直断面図である。
【図６Ｂ】ある特定の実施形態において、カスタマイズされた特徴を有する頂面を持つ電鋳要素の鉛直断面図である。
【図７Ａ】例示的なマンドレル及びオーバめっき部分を有する対応する電鋳要素の断面図を示す。
【図７Ｂ】例示的なマンドレル及びオーバめっき部分を有する対応する電鋳要素の断面図を示す。
【図８】オーバめっきされた形状の他の実施形態を示す。
【図９】電鋳マンドレルの上にめっきされ得るテンプレート金属の実施形態、及び生産され得る電鋳された部品の実施形態の断面図を提供する。
【図１０Ａ】電鋳要素上にめっきされ得る例示的な層の断面図である。
【図１０Ｂ】電鋳要素上にめっきされ得る例示的な層の断面図である。
【図１１Ａ】マンドレルから要素を取り出す前にエッジ部分がエッチングされた電鋳要素の断面図である。
【図１１Ｂ】マンドレルから要素を取り出す前にエッジ部分がエッチングされた電鋳要素の断面図である。
【図１１Ｃ】マンドレルから要素を取り出す前にエッジ部分がエッチングされた電鋳要素の断面図である。
【図１２】オーバめっき部分を持つ金属物品を形成するための例示的な方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
太陽電池の金属化は、電池の表面上にスクリーン印刷された銀ペースト、及びはんだでコーティングされたリボンを利用する電池間相互接続によって慣習的に達成される。金属製導管の所与のアスペクト比について、電気抵抗はその設置面積に反比例する。したがって、電池金属化または電池間相互接続の設計は通常、最も最適化された太陽電池モジュール出力のためのシェーディングと抵抗との間のトレードオフとなる。本開示の金属物品は、従来の銀ペースト及びはんだでコーティングされたリボンの代わりに用いられ得、機能要件間のトレードオフを慣習的に必要とする要因のデカップリングを可能にする適応可能な特徴を有する。金属物品は、オーバめっき部分を含み、これは、光電池のための電気導管としての性能を強化するための種々の特徴及び層を含み得る。
【０００９】
Ｂａｂａｙａｎらによる米国特許出願第１３／７９８，１２３号において、光電池などの半導体のための電気導管は、電鋳自立型金属物品として加工される。追加的な電気導管もまた、Ｂａｂａｙａｎらによる、「Ａｄａｐｔａｂｌｅ  Ｆｒｅｅ−Ｓｔａｎｄｉｎｇ  Ｍｅｔａｌｌｉｃ  Ａｒｔｉｃｌｅ  ｆｏｒ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ」と題する、２０１３年１１月１３日出願の米国特許出願第１４／０７９，５４０号、及びＢｒａｉｎａｒｄらによる、「Ｆｒｅｅ−Ｓｔａｎｄｉｎｇ  Ｍｅｔａｌｌｉｃ  Ａｒｔｉｃｌｅ  Ｗｉｔｈ  Ｅｘｐａｎｓｉｏｎ  Ｓｅｇｍｅｎｔ」と題する、２０１３年１１月１３日出願の米国特許出願第１４／０７９，５４４号において開示され、この両方が本出願の譲受人によって所有され、参照によって本明細書に組み込まれる。金属物品は、太陽電池と別個に生産され、単一の部品として安定的に伝達され、半導体デバイスに容易に整列され得るフィンガ及びバスバーなどの複数の要素を含み得る。金属物品の要素は、電鋳工程において互いに一体的に形成される。金属物品は、太陽電池または他の半導体デバイス用に調整されたパターン形成された金属層を生成する電鋳マンドレル内で製造される。例えば、金属物品は、太陽電池に対するシェーディングを最小化する高さ対幅のアスペクト比を持つ格子線を有し得る。金属物品は、電池金属化、電池間相互接続、及びモジュール作成のための従来のバスバー金属化及びリボンのストリンギングに取って代わり得る。工程のステップ間で安定的に伝達され得る独立コンポーネントとして光電池のための金属化層を生産する能力は、材料費用及び製造において種々の利点を提供する。
【００１０】
図１は、米国特許出願第１３／７９８，１２３号の一実施形態の例示的な電鋳マンドレル１００の一部分の透視図を示す。マンドレル１００は、ステンレス鋼、銅、陽極酸化アルミ、チタニウム、またはモリブデン、ニッケル、ニッケルと鉄の合金（例えば、インバール）、銅、またはこれらの金属の任意の組み合わせなどの導電性の材料から作製され得、高いめっき電流を可能にし、高い処理量を有効にするための十分な面積で設計され得る。マンドレル１００は、生産される電気導管要素の所望の形状にカスタマイズされ得るパターン要素１１０及び１１２を含む、予備成形されたパターンを持つ外表面１０５を有する。本実施形態において、パターン要素１１０及び１１２は、長方形の断面を持つ溝またはトレンチであるが、他の実施形態において、パターン要素１１０及び１１２は他の断面形状を有し得る。パターン要素１１０及び１１２は、本実施形態において平行線の組が互いに垂直に交差する格子型パターンを形成するための交差する区分として示される。
【００１１】
パターン要素１１０は、高さ「Ｈ」及び幅「Ｗ」を有し、高さ対幅の比率がアスペクト比を画定する。マンドレル１００内でパターン要素１１０及び１１２を用いて金属物品を形成することにより、電鋳金属部品が太陽光発電用途に調整され得る。例えば、アスペクト比は、太陽電池のシェーディングの制約に合うように、所望に応じて約０．０１〜約１０の間であり得る。
【００１２】
アスペクト比、パターン要素の断面形状及び長手方向の配置は、電流容量、直列抵抗、シェーディング損失、及び電池配置などの所望の仕様に合うように設計され得る。任意の電鋳工程が用いられ得る。例えば、金属物品は、電気めっき工程によって形成され得る。とりわけ、電気めっきは概して等方性工程であり、パターンマンドレルで電気めっきを制約して部品の形状をカスタマイズすることは、効率を最大化するための著しい改善である。さらに、ある特定の断面形状は、半導体表面上に置いたときに不安定であり得るが、マンドレルの使用により生産され得るカスタマイズされたパターンは、線を相互接続してこれらの導管に安定性を提供するなどの特徴を可能にする。いくつかの実施形態において、例えば、予備成形されたパターンは、交差する線を持つ連続する格子として構成され得る。この構成は、格子を形成する複数の電鋳要素に機械的安定性を提供するだけでなく、電流がより多くの導管に広がるため、低い直列抵抗を可能にする。格子型構造はまた、電池の堅牢性を増大させ得る。例えば、格子のいくつかの部分が壊れるか機能しなくなると、格子パターンが存在するために、電流は壊れた領域の周囲に流れ得る。
【００１３】
図２Ａ〜図２Ｃは、米国特許出願第１３／７９８，１２３号に開示されるように、マンドレルを用いた金属層部品の生産における例示的な段階の簡略化された断面図である。図２Ａにおいて、パターン要素１１０及び１１５を持つマンドレル１０２が提供される。パターン要素１１５は、マンドレル１０２の外表面１０５に向かって幅広になる先細の鉛直断面を有する。先細の鉛直断面は、金属の量を増加させて導電率を向上させる、またはマンドレル１０２からの電鋳部品の取り出しに役立つなど、ある特定の機能的利点を提供し得る。マンドレル１０２は電鋳工程を受け、そこで例示的な電鋳要素１５０、１５２、及び１５４は、図２Ｂに示すように、パターン要素１１０及び１１５内に形成される。電鋳要素１５０、１５２、及び１５４は、例えば、銅のみ、または銅の合金であり得る。他の実施形態において、ニッケルの層は、ニッケルが完成された半導体デバイスの銅混入に対抗するバリアを提供するように、最初にマンドレル１０２の上に、次に銅によってめっきされ得る。追加的なニッケル層は、図２Ｂにおいて電鋳要素１５０上のニッケル層１６０によって示されるように、銅を封止するために電鋳要素の頂部の上に選択的にめっきされ得る。他の実施形態において、複数の層が、生産される金属物品の必要な特性を達成するための所望に応じた種々の金属を用いて、パターン要素１１０及び１１５内でめっきされ得る。
【００１４】
図２Ｂにおいて、電鋳要素１５０及び１５４は、マンドレル１０２の外表面１０５とぴったり重なるように形成されて示される。電鋳要素１５２は、要素がオーバめっきされ得る別の実施形態を図示する。電鋳要素１５２について、金属がマンドレル１０２の表面１０５の上に拡張するまで電気めっきが継続する。電鋳の等方性の性質のために、典型的に曲線的な頂部として形成するオーバめっき部分は、マンドレル１０２からの電鋳要素１５２の取り出しを容易にするためのハンドルとして機能し得る。電鋳要素１５２の曲線的な頂部はまた、例えば、光収集を助ける反射性の表面であることにより、光電池における光学的な利点を提供し得る。示されないなおも他の実施形態において、金属物品は、予備成形されたパターン１１０及び１１５内に形成されるものに加えて、バスバーなどのマンドレル表面１０５の上部に形成される一部分を有し得る。
【００１５】
図２Ｃにおいて、電鋳要素１５０、１５２、及び１５４は、自立型金属物品１８０としてマンドレル１０２から取り出される。図２Ａ〜図２Ｃが３つの異なる種類の電鋳要素１５０、１５２、及び１５４を明示していることに留意されたい。種々の実施形態において、マンドレル１０２内部の電鋳要素は、すべて同一の種類であり得るか、または異なる組み合わせの電鋳パターンを有し得る。金属物品１８０は、図１のクロスメンバパターン１１２によって形成され得るものなどの交差要素１９０を含み得る。交差要素１９０は、個々の要素１５０、１５２、及び１５４を互いに整列させたままにする一方で、容易に他の工程ステップに送られ得るように、金属物品１８０を単一の、自立型の部品に作ることを補助し得る。追加的な工程ステップは、自立型金属物品１８０のためのコーティングステップと、これを半導体デバイス内に組み込むための組立ステップとを含み得る。自立型の部品として半導体の金属層を生産することにより、全体の半導体組立の製造生産量は、金属層の生産量の影響を受けない。また、金属層は、他の半導体層とは別個の温度及び工程を受け得る。例えば、金属層は、残りの半導体組立に影響を与えない高温工程または化学浴を経てもよい。
【００１６】
図２Ｃで金属物品１８０がマンドレル１０２から取り出された後、マンドレル１０２は、追加的な部品を生産するために再利用され得る。マンドレル１０２を再利用できることは、電気めっきが太陽電池上に直接実施される現行技術に比べて著しい費用削減を提供する。直接電気めっき法において、マスクまたはマンドレルは、電池自体の上に形成され、よってそれぞれの電池上に構築され、またしばしば破壊されなければならない。再利用可能なマンドレルを有することは、パターン形成及び次に半導体デバイスのめっきを必要とする技術に比べ、工程のステップを低減し、費用を節約する。他の従来の方法において、めっき工程を開始するため、薄い印刷シード層が半導体表面に適用される。しかしながら、シード層方法は、低い処理量をもたらす。対照的に、本明細書に記載の再利用可能なマンドレル方法は、高い電流性能を可能にし、高いめっき電流及びよって高い処理量をもたらす、厚い金属のマンドレルを利用し得る。金属マンドレルの厚さは、例えば、０．２〜５ｍｍの間であり得る。
【００１７】
図３〜図４は、種々のマンドレル及びパターン設計の実施形態を明示する、例示的なマンドレルの断面図である。図３において、平面金属マンドレル基部３２０は、その上に置かれた誘電体層３３０を有する。金属物品を形成するためのパターン要素３１０を含むパターンは、誘電体層３３０で作製される。誘電体層３３０は、例えば、フッ素重合体（例えば、Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標））、パターン形成されたフォトレジスト（例えば、Ｄｕｐｏｎｔ  Ｒｉｓｔｏｎ（登録商標）厚膜レジスト）、またはエポキシベースのフォトレジスト（例えば、ＳＵ−８）の厚い層であり得る。フォトレジストは、選択的に露光され、除去されて、所望のパターンを現す。他の実施形態において、誘電体層３３０は、例えば、機械加工または精密レーザ切断によってパターン形成され得る。誘電体に取り囲まれたパターン要素を持つこの種類のマンドレル３００において、電気めっきは、金属マンドレル基部３２０から開始して、パターン要素３１０のトレンチを完全に埋め得る。誘電体または永久レジストを用いることは、マンドレル３００の再利用を可能にし、これは消耗性のマンドレルに比べて、工程ステップの数、消耗品コストを低減し、全体の製造工程の処理量を増大する。
【００１８】
図４は、金属物品を形成するための空洞を含む、主に金属で作製される別のマンドレル４００を示す。金属マンドレル４００で電鋳されると、パターン要素４１０の金属表面はトレンチパターンのすべての３つの側面からの迅速なめっきを可能にする。マンドレル４００のいくつかの実施形態において、誘電体または低接着材料（例えば、フッ素重合体）などの剥離層４２０は、所望に応じて種々の領域において選択的にマンドレル４００上にコーティングされ得る。剥離層４２０は、電鋳された部分のマンドレル４００への接着を低減し得るか、またはマンドレルから電鋳物品をはがすために用いられ得る接着膜などの基板の接着を最小限にし得る。剥離層４２０は、金属マンドレルと同時にパターン形成され得るか、または湿式もしくは乾式エッチングによるフォトレジストを介するなどの別個のステップにおいてパターン形成され得る。金属マンドレル内のパターン要素４１０、４３０、及び４４０は、例えば、溝及び交差するトレンチであり得、及び例えば機械加工、レーザ切断、リソグラフィ、または電鋳によって形成され得る。他の実施形態において、マンドレル４００は、めっき溶液に露光するマンドレルの表面が金属物品に対する弱い接着を有するように選択される場合、剥離層４２０を必要としない場合がある。例えば、ニッケルめっきの第１の層（つまり、外層）を有する電鋳部品について、マンドレル４００は銅で作製され得る。銅はニッケルに対する低い接着を有するため、形成された、ニッケルでコーティングされた部品が銅マンドレルから容易に取り出されることを可能にする。剥離層４２０をマンドレル４００に適用するとき、金属中のトレンチパターン要素４１０の相対深度及び誘電体コーティングの厚さは、高いめっき速度を可能にする一方で、パターン要素４１０内に形成される金属部品の空隙形成を最小化するように選択され得る。
【００１９】
図４は、剥離層４２０がパターン要素４３０の深度内に部分的に延在したさらなる実施形態を示す。パターン要素４３０内部へのコーティングの延在は、図３の誘電的に取り囲まれたパターン要素３１０と図４の金属で取り囲まれたパターン要素４１０との間の電鋳速度を可能にし得る。パターン要素４３０内部に延在する剥離層４２０の量は、所望の電鋳速度を達成するように選択され得る。いくつかの実施形態において、剥離層４２０は、例えば、パターンの幅のほぼ半分の量だけパターン要素４３０内部に延在し得る。トレンチ内部に延在する剥離層４２０を持つパターン要素４３０は、トレンチ内のより均一な電気めっき速度を可能にし得、よってより均一な格子が生成され得る。誘電または剥離層４２０がトレンチ内に延在する量は、全体のめっき速度及びめっき均一性を最適化するように変更され得る。
【００２０】
図４は、パターン要素４４０が先細の壁を有するマンドレル４００のなおも別の実施形態を示す。先細の壁は、形成された金属要素をパターン形成されたマンドレルから取り出すことを促進するために、マンドレル４００の外表面４０５ではより幅広である。他の示されない実施形態において、本明細書に記載のマンドレルの任意のものについて予備成形されたパターンの断面形状は、湾曲した断面、パターン断面の角の勾配付きのエッジ、パターンの長さに沿った湾曲したパス、及び互いに種々の角度で互いに交差する区画などの形状を含むがこれらに限定されない。
【００２１】
図５Ａ及び図５Ｂは、本明細書に記載の電鋳マンドレルによって生産され得る、例示的な金属層５００ａ及び５００ｂの上面図を図示する。金属層５００ａ及び５００ｂは、ここで実質的に平行なフィンガ５１０として具現化される電鋳要素を含み、これは導電性のマンドレル内の実質的に平行な溝によって形成されている。金属層５００ｂはまた、ここで鉛直フィンガ５１０と交差する水平フィンガ５２０として具現化される電鋳要素も含み、フィンガ５１０及び５２０は、ほぼ垂直の角度で交差する。他の実施形態において、フィンガ５１０及び５２０は、連続する格子またはメッシュのパターンをなおも形成する一方で、他の角度で交差し得る。金属層５００ａ及び５００ｂはまた、フィンガ５１０及び５２０から電流を集積するためのバスバーとして機能するフレーム要素５３０も含む。金属物品の一部として一体的に形成されるバスバーを有することは、製造改善を提供し得る。太陽モジュール生産の現行の大量法において、電池の接続はしばしば、金属リボンを電池に手作業ではんだ付けすることによって達成されている。これは一般的に、手作業及びはんだリボンによって電池上に付与される応力により、壊れたまたは損傷した電池をもたらす。また、手作業のはんだ付け工程は、高い労働に関する生産費用をもたらす。よって、本明細書に記載の電鋳金属物品によって可能であるように、すでに形成され、金属化層に接続されたバスバーまたはリボンを有することは、低費用、自動化された製造方法を可能にする。
【００２２】
フレーム要素５３０はまた、マンドレルから取り出されたときに金属層５００ａ及び５００ｂが単一の、自立型の部品であるように、機械的安定性を提供し得る。つまり、金属層５００ａ及び５００ｂは、光電池または他の半導体組立と別にされたときに、フィンガ５１０及び５２０が接続されたままとなり、これらが単一のコンポーネントであるという点において単一である。フレーム要素５３０は、フィンガ要素５１０と５２０との間の間隔及び整列を維持することを、これらが光電池に取り付けられるときにさらに補助し得る。フレーム要素５３０は、図５Ａ〜図５Ｂにおいて、金属層５００ａ及び５００ｂの一方のエッジにわたって延在するように示される。しかしながら、他の実施形態において、フレーム要素は、１つのエッジにわたって部分的にのみ延在し得るか、または１つよりも多くのエッジを縁取り得るか、または１つのエッジ上の１つ以上のタブとして構成され得るか、または格子自体の内部に存在し得る。さらに、フレーム要素５３０は、フィンガ５１０及び５２０と同時に電鋳され得るか、または他の実施形態において、フィンガ５１０及び５２０が形成された後に、別個のステップにおいて電鋳され得る。
【００２３】
図５Ｃは、図５Ｂの断面Ａ−Ａから見た金属層５００ｂの断面を示す。本実施形態におけるフィンガ５１０は、約１〜約５などの、及び本図において約２などの、１超のアスペクト比を有するように示される。幅より大きい断面高さを有することは、金属層５００ｂの光電池上のシェーディングの影響を低減する。種々の実施形態において、フィンガ５１０及び５２０の一部分のみが、１超のアスペクト比を有し得るか、またはフィンガ５１０及び５２０の大部分が、１超のアスペクト比を有し得る。他の実施形態において、フィンガ５１０及び５２０のうちのいくつかまたはすべてが、１未満のアスペクト比を有し得る。フィンガ５１０の高さ「Ｈ」は、例えば、約５ミクロン〜約２００ミクロン、または約１０ミクロン〜約３００ミクロンの範囲であり得る。フィンガ５１０の幅「Ｗ」は、例えば、約１０ミクロン〜約１５０ミクロンなど、約１０ミクロン〜約５ｍｍの範囲であり得る。平行フィンガ５１０間の距離は、それぞれのフィンガの中心線の間を測定したピッチ「Ｐ」を有する。いくつかの実施形態において、ピッチは、例えば、約１ｍｍ〜約２５ｍｍの範囲であり得る。図５Ｂ及び図５Ｃにおいて、フィンガ５１０及び５２０は、異なる幅及びピッチを有するが、高さはほぼ同等である。他の実施形態において、フィンガ５１０及び５２０は、互いに異なる幅、高さ、及びピッチを有し得、または、同一のいくつかの特徴を有し得るか、またはすべて同一の特徴を有し得る。値は、光電池のサイズ、所望の効率のためのシェーディングの量、または金属物品が電池の前面に結合されるか後面に結合されるかなどの要因に従って選択され得る。いくつかの実施形態において、フィンガ５１０は、約１．５ｍｍ〜約６ｍｍの間のピッチを有し得、フィンガ５２０は、約１．５ｍｍ〜約２５ｍｍの間のピッチを有し得る。フィンガ５１０及び５２０は、フィンガ５１０及び５２０と実質的に同一の形状及び間隔の溝を有するマンドレル内に形成される。フレーム要素５３０は、フィンガ５１０及び５２０と同一の高さを有し得るか、または図５Ｃにおいて破線で示されるようにより薄い部品であり得る。他の実施形態において、フレーム要素５３０は、フィンガ要素５１０及び５２０の上に形成され得る。
【００２４】
図５Ｃはまた、フィンガ５１０及び５２０が実質的に互いに同一平面上にあることを示し、その点において、フィンガ５１０及びフィンガ５２０が、互いに重なり合うそれらの断面積の大部分を有する。互いに上になり下になって編まれている従来のメッシュに比べて、図５Ｃに示されるような同一平面格子は、同一の断面積の重なった円形線よりも薄い外形を提供し得る。金属層５００ｂの交差する、同一平面上の線はまた、電鋳工程中に互いに一体的に形成され、これは金属層５００ｂの自立型物品にさらなる堅牢性を提供する。つまり、一体の要素が１つの部品として形成され、別個のコンポーネントから寄せ集められない。図５Ｄ及び図５Ｅは、同一平面上の交差要素の他の実施形態を示す。図５Ｄにおいて、フィンガ５１０は、高さにおいてフィンガ５２０より低いが、フィンガ５２０の断面高さ内に位置付けられる。フィンガ５１０及び５２０は、半導体表面に取り付けるための平らな表面を提供するなどのために本実施形態において整列する、底面５１２及び５２２をそれぞれ有する。図５Ｅの実施形態において、フィンガ５１０は、フィンガ５２０よりも高い高さを有し、フィンガ５２０の頂面を越えて延在する。フィンガ５１０の断面積の大部分が、フィンガ５２０の全体の断面に重なり、したがってフィンガ５１０及び５２０は、本開示に定義したように同一平面上となる。
【００２５】
図５Ｆ及び図５Ｇは、電鋳金属物品がモジュール内の光電池間の相互接続を可能にする、なおも他の実施形態を示す。典型的なモジュールは、３６個〜６０個などの、直列に接続された多くの電池を有する。接続は、はんだでコーティングされた銅リボンを用いて前の１つの電池を後ろの次の電池に取り付けることによって行われる。リボンをこのように取り付けることは、リボンが電池のエッジを壊すことなく電池の周りで曲がり得るように、リボンが薄いことを必要とする。リボンはすでに幅が狭いため、薄いリボンを用いることは、抵抗をさらに高める。相互接続また典型的に、それぞれが別個にはんだ付けされた３つの別個のリボンを必要とする。図５Ｆの実施形態において、金属物品５５０は、第１の格子領域５７０と一体的に電鋳された相互接続要素５６０を有する。相互接続要素５６０は、格子５７０に結合され、近くの電池との接続を可能にするために、光電池の表面を越えて延在するように構成される、第１の端部を有する。相互接続要素５６０は、別個のリボンが電池間ではんだ付けされることに対する必要性を置き換え、よって製造費用を削減し、可能性のある自動化を可能にする。示される実施形態において、相互接続要素５６０は線形区分であるが、他の構成が可能である。また、相互接続要素５６０の数は、複数の要素５６０を提供して抵抗を低下させるなど、所望に応じてさまざまであり得る。相互接続要素５６０は、電池間の前後接続を可能にするなどのため、電鋳後に曲げられるか角度付けされ得、または格子５７０に対して角度付けされるようにマンドレル内で加工され得る。
【００２６】
相互接続要素５６０の反対端は、第２の領域５８０に結合され得、第２の領域５８０もまた、金属物品５５０の一部として導電性のマンドレル内で電鋳され得る。図５Ｆにおいて、第２の領域５８０は、例えば、バスバーなどのタブとして構成され、これは次に近くの電池の電気導管５９０に電気的に接続され得る。導管５９０はここでは要素の配列として構成されるが、他の構成が可能である。格子５７０は、例えば、第１の電池の前面上の電気導管として機能し、格子５９０は第２の電池の後面上の電気導管であり得る。図５Ｇの実施形態において、金属物品５５５は、バスバー型の接続の代わりにメッシュを有する。金属物品５５５は、第１の領域５７０、相互接続要素５６０、及び電池間の接続が金属物品５５５によってすでに提供されるように、単一のコンポーネントとして電鋳された第２の領域５９０を含む。よって、金属物品５５０及び５５５は、１つの光電池の表面上だけでなく、電池の間の相互接続にも電気導管を提供する。
【００２７】
図６Ａ〜図６Ｂは、米国特許出願第１４／０７９，５４０号に開示されるように、例示的な電鋳要素６１０及び６２０の鉛直断面図を示す。断面６１０及び６２０は、図２Ｂの電鋳要素１５０及び１５２と類似し、本開示の金属物品の頂面内に組み込まれ得るさらなるカスタマイズされた特徴を明示するために、図６Ａ〜図６Ｂに提示される。図６Ａにおいて、要素６１０は、頂面６１５を持つ長方形の断面を有し、「頂部」とは、光電池上に取り付けられたときの入光面を指す。頂面６１５は、光反射を促進して電池効率を強化するなど、格子線の光学特性に貢献するように構成され得る。いくつかの実施形態において、模様付けは、光を捕捉するための表面積を増大させるために、意図的な粗さであり得る。この粗さは、例えば、電鋳マンドレル内に組み込まれた模様付けされたパターンを有することによって付与され得る。つまり、図１の予備成形されたパターン１１０は、マンドレル１００内に形成された模様付けパターンを有し得、頂面６１５が予備成形されたパターン１１０の底によって生成された表面となり得る。別の実施形態において、模様付けは、電鋳工程自体によって生成され得る。１つの例示的な工程において、約１〜３μｍ／分などの高速の電鋳速度のために高い電気めっき電流が用いられ得る。この高速の速度は、露出した表面である電鋳マンドレル１００の外表面１０５が荒くなることをもたらし得る。
【００２８】
なおも他の実施形態において、カスタマイズによって構成される頂面は、電鋳部品の形成後に作成される特定の表面仕上げであり得る。例えば、図６Ｂは、その頂面６２５上にコーティング層６２２を有するオーバめっきされた要素６２０を示す。コーティング６２２は、ニッケル、銀、錫、鉛錫、またははんだを含むが、これらに限定されない、金属の１つ以上の層を含み得る。コーティング６２２は、例えば、曲線的な頂面６２５の反射性を向上させるための滑らかな表面を生成し得る。頂面６２５、または６１５上にはんだをコーティングとして適用することはまた、光学上の利益を提供することに加えて、ボンディングのためのはんだリフローを有効にすることを補助し得る。
【００２９】
要素６１０は長方形の断面とともに、及び要素６２０は長方形の基部ならびに曲線的な頂部とともに示されるが、半球または曲線的な面取りのある細長い長方形などの他の断面形状が可能である。これらの断面形状は、金属物品の全体にわたり同一であるか、または金属物品の異なる区域間で異なり得る。頂面の任意の湾曲したまたは曲線的なエッジが、入射光を電池に偏向するため、または標準的な太陽電池モジュール内部の場合、光を反射して全内部反射を有効にするために利用され得る。表面は、偏向及び反射の両方を強化するために、銀または錫などの高反射性の金属でコーティングされ得、よって有効メッシュシェーディング領域をその設置面積未満に低減する。
【００３０】
本明細書に開示されるマンドレルは、単一の金属物品または電鋳要素を形成するために示されるが、マンドレルはまた複数の物品を形成するようにも構成され得る。例えば、マンドレルは、完全な太陽電池アレイのための所望の数の電気導管格子などの、２つ以上の金属物品５００ａまたは５００ｂを形成するためのパターンを含み得る。
【００３１】
図７Ａは、露出した金属領域７１２及び誘電領域７１４が金属基板７２０の一部分を覆う、外表面層７１０を有する例示的なマンドレル７００を示す。マンドレル７００は、卑金属７２０に誘電体コーティングを適用し、次に卑金属を選択的に露光するためにパターン形成することによって作製され得る。誘電体のパターン形成は、例えば、フォトリソグラフィ、レーザ切断、スクリーン印刷、または型紙印刷によって実施され得る。例えば、フォトレジストがフォトマスクとともに露光される誘電体７１４の表面に適用され得、次にパターン形成されたマンドレルを作製するように発現され得る。露出した金属領域７１２は、形成される金属物品の形状を決定するための予備成形されたパターンを有する。本実施形態において、金属領域７１２は、導電性のマンドレルの表面であり、長方形の溝などの溝として構成される。誘電領域７１４の誘電体材料は、フッ素化された、またはフッ素化されていない、エポキシ、アクリル、ウレタン、ビニール、シリコーン、またはニトリル化合物及び重合体などの有機物、または、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化アルミニウム、または種々の他の硝子及びセラミックなどの無機物であり得る。誘電体コーティングの厚さは、５０ｎｍ〜３００ミクロンなど、約ナノメータから数百ミクロンであり得る。いくつかの実施形態において、誘電体材料は、２つ以上の層を含み得る。他の実施形態において、金属及び誘電体の両方が、複数の層から構築され得る。例えば、金属基板７２０は、窒化ケイ素及びシリコーン重合体、またはエポキシ重合体及びアクリレートベースの重合体の誘電体層でコーティングされた、銅及びチタニウム、または銅及びニッケルを含み得る。金属基板７２０及び誘電領域７１４のための材料は、マンドレル７００の再利用性を強化するように選択され得る。例えば、マンドレル７００は、重クロム酸塩で処理され得るか、または、マンドレルの洗浄を促進するためのフッ素化された小分子及び重合体、ステンレス鋼、及びチタニウムなどの低接着層を含み得る。他の実施形態において、基板７２０の寿命がさらに延びるように、誘電領域７１４の誘電体材料が基板７２０から剥ぎ取られ得、新規の誘電体層が再適用される。
【００３２】
図７Ａに電鋳要素７５０も示す。電鋳要素７５０は、露出した金属領域７１２上に形成され、マンドレル７００の外表面層７１０上にオーバめっきされる。オーバめっきは、パターン形成された誘電体層を越えて延在する電鋳要素の一部分である。図７Ｂは、オーバめっき部分７５２が、電鋳要素７５０の全体の高さ７６５のある割合にわたる高さ７６０を有する、マンドレル７００から分離されたときの電鋳要素７５０を示す。全体の高さ７６５は、オーバめっき部分７５２の高さ７６０、ならびにステム部分７５４の高さ（破線で描写される）を含む。オーバめっき部分７５２の高さ７６０は、電鋳要素７５０の全体の高さ７６５のある割合であり得、この割合は異なる実施形態においてさまざまであり得る。いくつかの実施形態において、高さ７６０は、５０％超など、全体の高さ７６５の大部分にわたり得る。さらなる実施形態において、高さ７６０は、ステム領域が示されないように、全体の高さ７６５を包含し得る。図６Ａ及び図６Ｂに関して前述したように、オーバめっきされた構成は、オーバめっき部分７５２の曲線的な頂面７５４による光学上の利点を提供し得る。さらに、頂面７５４は、太陽電池の効率を強化するために、光の反射を補助するように設計され得る。例えば、頂面７５４は、ランバート面を作製するように模様付けされ得、または他の実施形態において、頂面７５４は、鏡面反射を強化するように、銀などでコーティングされ得る。
【００３３】
電鋳の量及びマンドレル上に露出した金属領域の寸法は、形成される電鋳形状の程度を決定する。金属の蒸着はマンドレルによる制約を受けず、外表面層の誘電領域の上にオーバめっきすることを可能にする。図６Ｂ、図７Ａ、及び図７Ｂの実施形態において、オーバめっき部分は、ほぼ半球である。図８は、形成され得るオーバめっきされた形状の他の例示的な実施形態の断面を提供する。一実施形態において、電鋳要素８００は、頂部が平面切断された円形の断面形状であり、半球よりも多い面積を有する。この種類の要素８００は、例えば、電鋳の時間または電流を、図７Ｂの半球のオーバめっき部分７５２を形成するためのものと比べて著しく増加することによって生産され得る。別の例において、電鋳要素８５０は、曲線的な角を持つ長方形の断面を有する。この形状は、例えば、要素８００に比べてより幅広の金属マンドレル領域を用いて生産され得る。底部の角８５５はまた、電気めっき工程の性質により、わずかに曲線的であり得る。
【００３４】
本開示のオーバめっき部分の形状は、パルスめっき技術の使用、アノードまたはカソードの一部分の遮蔽、アノードの形状及び設置の変更、アノードとカソードの距離の調整、及び電鋳部分に衝突する流体の流れの変更によってさらに変更され得、それにより、形状は、より幅狭く、かつより高くされ得、双曲型または楕円型の形状を可能にし、さらには円錐形に近似するような突出した電鋳の狭小化も許容する。さらなる実施形態において、オーバめっきされた領域はまた、複数の高さのレジストの使用を介して、形状を調整され得る。例えば、より高いレジストが、より低いレジストの反対の、開トレンチの一方の側面上に設置され得、例えば、図７Ａのレジスト７１４の露出部分７１２の左側を、露出部分７１２の右側のレジスト７１４より厚くする。かかる例において、オーバめっきされた区域は、めっきされた領域の一方の側（すなわち、低い側）に半球状の表面を示し得るが、より厚いレジストの反対に平らな代替の側を有する。この二重レジスト法はまた、例えば、生産された部品のきれいな孔の形成、えくぼ形成などの他の効果を出すためにも用いられ得る。
【００３５】
図９は、マンドレルの外表面層内の露出した金属領域及び誘電領域によって形成された溝を少なくとも部分的に埋めるために、テンプレート金属がマンドレル９００の上にめっきされ得る、他の電鋳の実施形態を図示する。一実施形態において、テンプレート金属９２０は、テンプレート金属９２０がマンドレル９００の外表面層９１０の頂部とほぼ同一平面となるように、露出した金属領域９１２ａ及び取り囲む誘電領域９１４によって画定される溝を埋めるようにめっきされる。電鋳要素９２５は、平らな底面９２７が作製されるオーバめっきによってテンプレート金属９２０上に生産され得る例示的な部品を図示する。つまり、テンプレート金属９２０が外表面層９１０と同一平面であるため、電鋳要素９２５にステム部分（例えば、図７Ｂのステム部分７５４）が存在しない。よって、オーバめっき部分は、電鋳要素９２５の全体の高さを含む。別の実施形態において、テンプレート金属９３０は、テンプレート金属がマンドレルの溝に存在しない図７Ｂのステム部分７５４と比べて、より短いステム部分９３７を有する電鋳要素９３５を生産するために、露出した金属領域９１２ｂ上の溝を部分的に埋める。なおもさらなる実施形態において、テンプレート金属９４０は、テンプレート金属９４０が凸輪郭を有する上面９４２を形成するように、露出した金属領域９１２ｃの溝内でわずかに過充填される。その結果、テンプレート金属９４０上に形成される電鋳要素９４５は、凹底面９４７を有する。非平面底面９４７は、太陽電池に接合されたときに、はんだが電鋳要素９４５の下を逃げることを可能にするなどの利点を提供し得、よってはんだまたは他の接着材料の増大した量により、接合強度を増大させる。
【００３６】
よって、図９は、電鋳マンドレルの電鋳領域で９２０、９３０、または９４０などのテンプレート金属を採用することは、電鋳要素に特定の形状を与えることができるということを明示する。テンプレート金属は、金属要素がその上に電鋳されることを可能にするために導電性であるが、電鋳要素との弱い接着を有し得、これがテンプレート金属がマンドレル上に留まる一方で、電鋳物品の取り出しを許容する。よって、テンプレート金属は、マンドレル内に留まり得、金属物品が生産され、マンドレルから取り出された後に再利用され得る。テンプレート金属は、例えば、ニッケル、銅、錫、鉛、錫／鉛、銀、または金であり得、及び標準的な電鋳技術を用いて蒸着され得る。ある特定の実施形態において、テンプレート金属は、マンドレル材料を環境または電鋳工程において用いられる化学製品から保護するために選択され得る。テンプレート金属はまた、誘電体とマンドレルの露出した金属部分の間の接点を保護するためにも用いられ得る。さらなる実施形態において、パターン形成された誘電体とマンドレル基板との間の接点は、接点に第２の誘電体をパターン形成することにより、環境から保護され得る。テンプレート金属はまた、誘電体の層間剥離を、これを所定の位置に固定することにより、防止することをも補助し得る。テンプレート金属はまた、真空コーティング法によっても蒸着され得、低い接着表面を提供し得るチタニウム及びステンレス鋼などの金属の蒸着を可能にし、金属物品の剥離及び誘電体とマンドレル基板との間の接点のより良い保護を促進する。この場合、テンプレート金属は、マンドレルの露出した金属領域に制約するための第２のパターン形成ステップを必要とし得る。電鋳に用いられる別の一般的な卑金属用途は無電解析出であり、これは複雑な表面形状上で折り曲げるために金属を設置するために一般的に用いられる。この方法もまた、本明細書に記載のマンドレルのための卑金属を作製するために用いられ得る。
【００３７】
図１０Ａ及び図１０Ｂは、本発明の方法を用いて電鋳要素上に含まれ得る種々の層を説明する。図１０Ａにおいて、電鋳要素１０００は、バルク導体１０１０の頂面の上にめっきされた障壁層１０２０、及びバルク導体１０１０の底面上にめっきされた障壁層１０３０を持つ、銅などのバルク導体材料１０１０を有する。電鋳要素１０００の底面は、取り付けのための表面を提供するなど、光電池に面しているように構成される。障壁層１０２０及び１０３０のための材料は、銅の腐食を防止し、例えばニッケル、ホウ化ニッケル、銀、錫、または錫鉛合金であり得る。電鋳要素１０００は、障壁層１０３０をマンドレル内でめっきし、障壁層１０２０上にバルク導体１０１０を形成し、次に最上障壁層１０２０をめっきすることによって加工される。よって、障壁層１０２０及び１０３０がバルク導体１０１０を取り囲む。さらなる実施形態において、追加の層１０４０が障壁層１０２０上に蒸着され得る（破線で示される）。例えば、層１０４０は、はんだであり得、これは後に、電鋳要素１０００の電池への電気接触を作製するために、リフロー及びスクリーン印刷された光電池上の銀フィンガに結合され得る。他の実施形態において、層１０４０は、電鋳要素１０００の光学的特性を強化するために、銀または錫などの反射性材料を含み得る。例えば、頂面によって提供される強化された偏向及び反射は、金属物品の有効シェーディングをその設置面積未満に低減する。
【００３８】
図１０Ｂは、はんだが図１０Ａのように電鋳要素の頂面ではなく底面に適用される、電鋳要素１０５０の別の実施形態を示す。第１に、初期層１０６０がマンドレル１０５２の露出した金属領域内にめっきされる。層１０６０は、錫、鉛、またはそれらの任意の組み合わせであり得る。次に、層１０６０及び１０７０が効果的にマンドレルの露出した金属領域の一部となるように、銅の層１０７０が層１０６０の上に無電解析出される。銅層１０７０は、硫酸銅と層１０６０の金属（錫、鉛、またはこれら２つの任意の組み合わせ）との間の還元−酸化反応によって蒸着され、初期金属層１０６０の頂部に弱く接着された銅の表面層を残す。はんだ層１０８０は、銅層１０７０の上に形成される。銅層１０７０は、はんだに対する弱い接着を有し、したがってマンドレル１０５２からの電鋳要素１０５０の取り外しを促進する。この目的のために層１０６０〜１０８０にこれらの材料を用いることは、銅との反応が典型的に電気めっきの間に否定的特徴としてみられたため、既知の方法に反している。錫、鉛、またはこれらの２つの任意の組み合わせの銅との相互作用が、錫／鉛の表面に非常に弱く接着した銅金属の層を生成する。慣習的な電気めっき作業において、これは最終的に、電気めっきされた部品の層間剥離を引き起こし、したがって慣習的なめっき用途には望ましくない。本開示において、この場合ははんだ層１０８０であるが、どのような層がその上に蒸着されていようとも、剥離層を作製することができるため、弱く接着された銅層１０７０は、利点となる。
【００３９】
はんだ層１０８０は、マンドレル１０５２から取り出されたとき、電鋳要素１０５０に取り付けられたままである。障壁層１０３０は、例えば、次にはんだ層１０８０の上にめっきされて、図１０Ａについて記載されたように、バルク導体１０１０のための底面を形成し得る。しかしながら、この層１０３０のめっきは、電鋳要素１０５０の光電池への取り付けのために必要とされない。本実施形態におけるオーバめっきされた構成などによってバルク導体１０１０が次に形成される。障壁層１０２０は、バルク導体１０１０の頂面の上にめっきされ得、所望の表面仕上げを達成するための反射性材料などの追加層１０４０が、障壁層１０２０上に蒸着される。電鋳要素１０５０は次に、自立型金属物品としてマンドレル１０５２から分離され得る。
【００４０】
要素がマンドレル内にある間に図１０Ａの層１０４０または図１０Ｂの層１０８０などのはんだを電鋳要素に適用することは、電鋳物品が取り出されるか、またはマンドレルからはがした後にはんだめっきのステップを実行することに比べて、製造の利点を提供する。電鋳物品をマンドレルから取り出す前に、金属物品の電鋳中にはんだを適用することによって、はんだを提供するための別個のめっき工具が工程から排除され、よって費用が削減される。図１０Ｂの実施形態において、はんだ１０８０を電鋳要素１０５０の底部側のみに適用することは、頂面が底面と異なる材料でコーティングされることを可能にすることにより、さらなる利点を提供する。よって、図１０Ｂにおいて、電鋳要素１０５０の光に面した表面（例えば、頂面１０２０）は、取り付け表面（例えば、底面１０３０）と異なるように最適化され得る。電鋳要素１０５０がマンドレル１０５２から取り出される前に、はんだが頂面（例えば、層１０４０）のみに適用される実施形態において、はんだは、光電池への取り付け中に、電鋳要素１０５０の全体の表面をコーティングするために、後でリフローされ得る。
【００４１】
図１１Ａ〜図１１Ｃは、オーバめっき部分のエッジ面がさらに強化され得る別の実施形態を図示する。図１１Ａにおいて、電鋳要素１１００は、前述の実施形態のいずれかのように、導電性のマンドレル１１５０内に形成される。図１１Ｂにおいて、電鋳要素１１００とマンドレル１１５０の外表面１１５３と間の接点のエッジ領域１１２０は、銅電鋳の場合には塩化第二鉄または過硫酸アンモニウム溶液を用いるなどによりエッチングされる。種々の実施形態において、マンドレル表面を損傷することなく電鋳金属を選択的にエッチングする、任意の湿式エッチング液が用いられ得る。その結果、エッジ領域１１２０は、所望のコーティング層が適用され得なかった場合に、追加的な表面を露光するためにエッチバックする。エッチング後、エッジ領域１１２０は、図１１Ｃに示されるように、コーティングまたはめっきされ得る。例えば、エッジ領域１１２０は、電鋳要素１１００をより完全に封止するために、電鋳要素（例えば、図１０Ａの最上障壁層１０２０及び最下障壁層１０３０）の残りと同一のバリア金属によってめっきされ得る。他の実施形態において、エッジ部分１１２０は、反射特性を変更するために、模様付けまたはコーティングされ得る。マンドレル１１５０上にある間にエッジ領域１１２０をめっきすることは、金属物品がマンドレルから取り出された後に別個のめっきステップを実行することと比べて製造を簡素化し、したがって費用を削減する。
【００４２】
図１２は、光電池のための電気部品を製造する例示的な方法のフローチャート１２００である。第１に、ステップ１２１０において、図１〜図４に関連して記載されたものなどの、誘電領域及び露出した金属領域を有する外表面層を持つ導電性のマンドレルが提供される。露出した金属領域は、溝を含み得る予備成形されたパターンを含む。いくつかの実施形態において、溝は、ステップ１２２０において、少なくとも部分的に金属でめっきされ得る。金属は、図９におけるものなどの電鋳要素に形状を与えるためのテンプレート金属であり得る。他の実施形態において、露出した金属領域は、図１０Ａ〜図１０Ｂのように、マンドレルからの電鋳部品の剥離を促進するために、バルク導体に障壁層を提供するために、及び／または電鋳物品上にはんだをめっきするために１つ以上の金属層でめっきされ得る。ステップ１２３０において、金属物品は電鋳され、金属物品のうちの少なくとも１つの電鋳要素がオーバめっき部分を有する。金属物品は、光電池のための電気導管として機能するために、バルク導体材料から加工される。ステップ１２４０において、表面仕上げ、障壁層、及び／またははんだなどの追加の層がバルク導体上に適用される。オーバめっき部分のエッジ領域のエッチングは、図１１Ａ〜図１１Ｃに関連して記載されるようにステップ１２５０において実施され得、エッチング後に追加の層がエッジ領域に適用され得る。ステップ１２６０において、金属物品は電鋳マンドレルから分離される。
【００４３】
本明細書に記載の自立型の電鋳金属物品は、種々のセルの種類に適用でき、太陽電池の製造順序内の異なる点で挿入され得るものと理解され得る。さらに、電鋳電気導管は、太陽電池の前面上または後面の上どちらかに、または両方に利用され得る。また、本明細書に記載の実施形態は、主に太陽光発電用途に関して記載されたが、本方法及びデバイスはまた、再分配層（ＲＤＬ’ｓ）、フレックス回路、発光ダイオード、集積回路、及び電子回路ボード用の個別コンポーネントなどの他の電気及び半導体用途にも適用され得る。さらに、フローチャートのステップは、代替の順番に実行され得、示されない追加的なステップを含み得る。本記述はフルサイズの電池について説明されたが、ハーフサイズまたはクオーターサイズの電池にもまた適用可能であり得る。例えば、金属物品の設計は、単結晶の完全角型加工のようにすべての４つの角が面取りされているのではなく、１つまたは２つの面取りされた角のみを有する電池を収容する配置を有し得る。
【００４４】
本明細書は、本発明の特定の実施形態に関して詳細に記載したが、前述の理解を得れば、これらの実施形態に対する変更例、変形例、及び同等物を当業者が容易に着想することが理解されるものとする。本発明に対するこれらの及び他の修正及び変形は、添付の特許請求の範囲により具体的に記載される本発明の範囲を逸脱することなく当業者によって実施され得る。さらに、当業者は、前述の記載が例示のみを目的とし、本発明を制限することを意図しないことを理解するであろう。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図５Ｆ】
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【図５Ｇ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１２】
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【手続補正書】
【提出日】平成27年9月18日(2015.9.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電池のための金属物品の形成方法であって、
予備成形されたパターンを備える外表面層を有する導電性のマンドレルを提供することを含み、前記外表面層は誘電領域及び露出した金属領域を有し、
金属物品を電鋳することを含み、前記金属物品は前記導電性のマンドレルの前記外表面層の前記露出した金属領域上に形成される複数の電鋳要素を備え、前記複数の電鋳要素内の第１の電鋳要素が前記外表面層の上にオーバめっき部分を有し、
前記金属物品を前記導電性のマンドレルから分離することを含み、前記金属物品が前記導電性のマンドレルから分離されたときに、単一の、自立型の部品を形成するように、前記複数の電鋳要素が相互接続され、
前記複数の電鋳要素が、前記光電池のための電気導管として機能するように構成される、方法。
【請求項２】
前記オーバめっき部分の高さが、前記第１の電鋳要素の高さの少なくとも大部分を占める、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記電鋳することが、
バルク導体層を形成することと、
前記バルク導体層の底面上に第１のバリア材層を形成することとを含み、前記底面が前記光電池に面しているように構成され、さらに、
前記バルク導体層の頂面上に第２のバリア材層を形成することと、
前記第２のバリア材層の上にはんだの層を形成することと、を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記導電性のマンドレルから前記金属物品を分離する前に、前記オーバめっき部分のエッジ部分をエッチングすることをさらに含み、前記エッジ部分が、前記オーバめっき部分と前記マンドレルとの間の接点に位置し、エッチングが前記エッジ部分から材料を除去する、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記複数の電鋳要素のうちの前記第１の電鋳要素及び第２の電鋳要素が、互いに同一平面上にあり、それにより前記第１の同一平面上の電鋳要素が、前記第２の同一平面上の電鋳要素の第２の断面の大部分と重なる第１の断面を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
光電池のための電気部品であって、
複数の電鋳要素を含む金属物品を備え、前記複数の電鋳要素のうちの第１の電鋳要素はオーバめっき部分を有し、
前記金属物品が単一の、自立型の部品を形成するように、前記複数の電鋳要素が相互接続され、
前記複数の電鋳要素が、光電池のための電気導管として機能するように構成される、電気部品。
【請求項７】
前記オーバめっき部分の高さが、前記第１の電鋳要素の高さの大部分を占める、請求項６に記載の電気部品。
【請求項８】
前記オーバめっき部分が、
バルク導体層と、
前記バルク導体層の底面上の第１のバリア材層とを備え、前記底面が前記光電池に面しているように構成され、さらに、
前記バルク導体層の頂面上の第２のバリア材層を備える、請求項６に記載の電気部品。
【請求項９】
前記複数の電鋳要素が、連続する格子パターンを含む、請求項６に記載の電気部品。
【請求項１０】
前記複数の電鋳要素のうちの前記第１の電鋳要素及び第２の電鋳要素が互いに同一平面上にあり、それにより、前記第１の同一平面上の電鋳要素が、前記第２の同一平面上の電鋳要素の第２の断面の大部分と重なる第１の断面を有する、請求項６に記載の電気部品。
【国際調査報告】
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