(57)【要約】金属接点を備えた従来の太陽電池では、入射太陽エネルギーの無視できない部分が接点との相互作用による吸収または反射のいずれかによって直ちに失われる。太陽電池用の実効的に透明な接点（「ＥＴＣ」）は、入射光を太陽電池の光吸収面にリダイレクトするように設計された３次元接点ということができる。多くの実施形態では、ＥＴＣは三角形の断面を有する。そのようなＥＴＣは、それらの側面の少なくとも１つが光吸収表面と角度を形成するように、光吸収表面に設置することができる。この構成では、ＥＴＣは入射光を光吸収面にリダイレクトし、従来の太陽電池と比較して反射損失を軽減または除去することができる。本発明のいくつかの実施形態による構成によれば、ＥＴＣは実効的に透明であり、高い導電性にすることができる。
2020532097.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
実効的に透明な接点を組み込んだ太陽電池を製造する方法であって、該方法は、
光吸収面を用意するステップと、
複数の溝を規定する表面を有するモールドスタンプを用意するステップと、
前記モールドスタンプを使って前記光吸収面に実効的に透明な接点を形成するステップと、
を含む、方法。
【請求項２】
前記光吸収面は金属接点を含み、
前記複数の溝は前記金属接点の周期性に一致する周期性を有する平行溝を含み、
前記実効的に透明な接点は前記金属接点の上に形成される、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記実効的に透明な接点は、
導電性インクを前記金属接点の上に堆積し、
前記導電性インクが前記複数の溝と前記光吸収面とにより形成される中空チャネルを満たすように前記モールドスタンプを前記光吸収面に接触させ、
前記導電性インクを硬化させ、
硬化した前記導電性インクを前記金属接点上に残して前記モールドスタンプを除去する、
ことによって形成される、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記光吸収面は分岐パターンの金属接点を含み、前記金属接点の幅は各分岐後に減少し、
前記複数の溝は前記金属接点のパターンに一致する溝を含み、
前記実効的に透明な接点が前記金属接点の上に形成される、
請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記実効的に透明な接点は、
前記複数の溝を導電性インクで充填し、
前記充填された複数の溝を有する前記モールドスタンプの側面が前記光吸収面に隣接するように、前記モールドスタンプを前記光吸収面に接触させ、
前記導電性インクを硬化させ、
硬化した前記導電性インクを前記光吸収面に残して前記モールドスタンプを除去することによって、
形成される、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記実効的に透明な接点は、
前記複数の溝を有するモールドスタンプの側面が光吸収面に隣接するように前記モールドスタンプを前記光吸収面に接触させ、
前記複数の溝と前記光吸収面とにより形成される中空容積を導電性インクで充填し、
前記導電性インクを硬化させ、
硬化した前記導電性インクを前記光吸収面に残して前記モールドスタンプを除去することによって、
形成される、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記実効的に透明な金属接点を形成するステップは、前記光吸収面から前記モールドスタンプを除去した後に、前記硬化した導電性インクをアニールすることをさらに含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記複数の溝は毛細管作用によって導電性インクで満たされる、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記実効的に透明な接点を形成するステップは、前記複数の溝の内面を親水性にするために前記モールドスタンプに選択的な表面処理を行うことをさらに含む、請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
前記複数の溝は毛細管作用と圧力システムの組み合わせによって導電性インクで満たされる、請求項６に記載の方法。
【請求項１１】
前記圧力システムは、正圧を印加して前記複数の溝に導電性インクで満たす、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記導電性インクは銀ナノ粒子インクを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項１３】
前記導電性インクはガラス粒子をさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記銀ナノ粒子インクを硬化するステップは、熱硬化、紫外線硬化、銀ナノ粒子インク中のナノ粒子に同調した電磁放射、および電流の印加からなる群から選択されるプロセスを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記モールドスタンプは、ポリジメチルシロキサン、ポリメチルメタクリレート、およびエチレン酢酸ビニルからなる群から選択される材料を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記複数の溝は平行な三角形の溝を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記複数の溝の少なくとも１つは、少なくとも２対１の深さ対幅比を有する、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記光吸収面はテクスチャ加工表面を含み、
前記モールドスタンプはポリジメチルシロキサンで作られ、前記ポリジメチルシロキサンは、前記ポリジメチルシロキサンの弾性が前記光吸収面のテクスチャ加工表面を、前記モールドスタンプと前記光吸収面との間の密着性が促進するように補償するよう配合されている、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
前記実効的に透明な接点は２１℃未満の温度を有する環境内で形成される、請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
前記モールドスタンプはグラビア印刷ロールを備える、請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（連邦政府による資金提供を受けた研究または開発に関する声明）
本発明は、エネルギー省により授与された助成金番号ＤＥ−ＥＥ０００４９４６／Ｔ−１１３７５０および国立科学財団により授与された助成金番号ＥＥＣ１０４１８９５の下で、政府の支援によりなされた。政府は本発明に一定の権利を有する。
【０００２】
（関連出願への相互参照）
本出願は、３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１９（ｅ）の下、２０１７年８月１７日に提出された、「実効的に透明な接点の製造プロセス」と題する、米国特許仮出願第６２／５４６，７４６号に対して優先権の利益を主張するものである。米国特許仮出願第６２／５４６，７４６号の開示は参照によりその全内容がすべての目的ために本明細書に組み込まれる。
【０００３】
（発明の分野）
本発明は、概して、太陽電池用接点の製造方法に関し、より具体的には実効的に透明な接点に関する。
【背景技術】
【０００４】
太陽光発電は、光起電力効果を利用して光を電気に変換するための方法に類する。近年の技術の進歩により、太陽光発電はより実行可能なカーボンフリーの発電源になりつつある。太陽光発電システムは通常、太陽電池の配列を使用して電力を生成する。太陽電池は、基板として機能するさまざまな半導体、典型的にはシリコンベースの構造体で作ることができ、太陽電池から電流を伝導するために使用される前面および背面接点を含むことができる。変換プロセスは、光線を吸収して基板内の電子をより高いエネルギー状態に励起する太陽電池の活性領域と呼ばれる領域を含むことができる。励起により電子が電流として動き、その電流を外部回路に引き出して保存することができる。
【発明の概要】
【０００５】
一実施形態は、実効的に透明な接点を組み込んだ太陽電池を製造する方法を含み、この方法は、光吸収面を用意するステップと、複数の溝を規定する表面を有するモールドスタンプを用意するステップと、前記モールドスタンプを用いて前記光吸収面に実効的に透明な接点を形成するステップとを含む。
【０００６】
別の実施形態では、前記光吸収面は金属接点を含み、前記複数の溝は前記金属接点の周期性に一致する周期性を有する平行溝を含み、前記実効的に透明な接点は前記金属接点の上に形成される。
【０００７】
他の実施形態では、前記実効的に透明な接点は、導電性インクを前記金属接点上に堆積し、前記導電性インクが前記複数の溝と前記光吸収面とにより形成される中空チャネルを満たすように前記モールドスタンプを前記光吸収面と接触させ、前記導電性インクを硬化させ、前記モールドスタンプを除去して前記硬化した導電性インクを金属接点上に残す、ことによって形成される。
【０００８】
さらに別の実施形態では、前記光吸収面は分岐パターンの金属接点を含み、前記金属接点の幅は各分岐後に減少し、前記複数の溝は前記金属接点のパターンに一致する溝を含み、前記実効的に透明な接点が前記金属接点の最上部に形成される。
【０００９】
さらに他の実施形態では、前記実効的に透明な接点は、前記複数の溝を導電性インクで充填し、充填された前記複数の溝を有する前記モールドスタンプの側面が前記光吸収面に隣接するように、前記モールドスタンプを前記光吸収面と接触させ、前記導電性インクを硬化させ、硬化した前記導電性インクを前記光吸収面に残して前記モールドスタンプを除去することによって、形成される。
【００１０】
さらに別の実施形態では、前記実効的に透明な接点は、前記複数の溝を有するモールドスタンプの側面が前記光吸収面に隣接するように前記モールドスタンプを前記光吸収面と接触させ、前記複数の溝と前記光吸収面とにより形成さる中空容積を導電性インクで満たし、前記導電性インクを硬化させ、硬化した前記導電性インクを光吸収面に残して前記モールドスタンプを除去することによって、形成される。
【００１１】
さらに他の実施形態では、前記実効的に透明な金属接点を形成するステップは、前記光吸収面から前記モールドスタンプを除去した後に、前記硬化した導電性インクをアニールすることをさらに含む。
【００１２】
別の追加の実施形態では、前記複数の溝は毛細管作用によって導電性インクで満たされる。
【００１３】
さらなる追加の実施形態では、前記実効的に透明な接点を形成するステップは、前記複数の溝の内面を親水性にするために前記モールドスタンプに選択的な表面処理を行うことをさらに含む。
【００１４】
また別の実施形態では、前記複数の溝は毛細管作用と圧力システムの組み合わせを使って導電性インクで満たされる。
【００１５】
さらなる実施形態において、前記圧力システムは、正圧を印加して前記複数の溝を導電性インクで満たす。
【００１６】
さらに別の実施形態では、前記導電性インクは銀ナノ粒子インクを含む。
【００１７】
さらに別の実施形態では、前記導電性インクはガラス粒子をさらに含む。
【００１８】
さらに別の追加の実施形態では、前記銀ナノ粒子インクの硬化は、熱硬化、紫外線、銀ナノ粒子インク中のナノ粒子に同調した電磁放射、および電流の印加からなる群から選択されるプロセスを含む。
【００１９】
さらなる追加の実施形態では、前記モールドスタンプは、ポリジメチルシロキサン、ポリメチルメタクリレート、およびエチレン酢酸ビニルからなる群から選択される材料を含む。
【００２０】
さらに別の実施形態では、前記複数の溝は平行な三角形の溝を含む。
【００２１】
さらにまた別の実施形態では、前記複数の溝の少なくとも１つは、少なくとも２対１の深さ対幅比を有する。
【００２２】
さらに別の追加の実施形態では、前記光吸収面はテクスチャ加工表面を含み、前記モールドスタンプはポリジメチルシロキサンで作られ、前記ポリジメチルシロキサンは、前記ポリジメチルシロキサンの弾性が前記光吸収面のテクスチャ加工表面を前記モールドスタンプと前記光吸収面との間の密着性が促進するように補償するよう配合される。
【００２３】
さらに追加の実施形態では、前記実効的に透明な接点は２１℃未満の温度を有する環境内で形成される。
【００２４】
さらに別の実施形態では、前記モールドスタンプはグラビア印刷ロールを備える。
【００２５】
追加の実施形態および特徴が以下の記述に部分的に記載される。そして追加の実施形態および特徴は本明細書を検討することにより当業者に明らかとなるか、または本発明を実施することにより知ることができる。本開示の一部を形成する本明細書の残りの部分および図面を参照することにより、本発明の本質および利点のさらなる理解が実現され得る。
【００２６】
本発明は以下の図およびデータグラフを参照するとより完全に理解されるが、これらは本発明の例示的な実施形態として提示され、本発明の範囲の完全な列挙として解釈されるべきではない。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施形態による、標準的な平面接点の上に実効的に透明な接点を有する太陽電池の断面の側面図を概念的に示す。
【図２】本発明の一実施形態による、リーフパターン状の接点を有する太陽電池の上面図を概念的に示す。
【図３】本発明の一実施形態による、モールドスタンプを使って実効的に透明なコンタクトを製造する製造プロセスを概念的に示す。
【図４】図４Ａおよび４Ｂは、本発明の一実施形態による、太陽電池のテクスチャ加工表面へのモールドスタンプの密着を概念的に示す。
【図５】本発明の一実施形態による、導電性インクを堆積するための入口マイクロ流体チャネルを含むモールドスタンプを概念的に示す。
【図６】本発明の一実施形態による、モールドスタンプおよび太陽電池により形成されるチャネルに導電性インクを充填するために使用される正圧システムを概念的に示す。
【図７】図７Ａ−７Ｃは、本発明の一実施形態による、太陽電池の既存の接点の上にＥＴＣを製造するプロセスを概念的に示す。
【図８】図８Ａおよび８Ｂは、本発明の一実施形態による、太陽電池の上に設置する前にモールドスタンプに導電性インクを充填することによってＥＴＣを製造するプロセスを概念的に示す。
【図９】図９Ａ−９Ｃは、本発明の一実施形態による、モールドスタンプの設置前に導電性インクを太陽電池の接点上に直接堆積させることによってＥＴＣを製造するプロセスを概念的に示す。
【図１０】本発明の実施形態によるグラビア印刷プロセスを概念的に示す。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
ここで図面を参照すると、本発明の様々な実施形態による、実効的に透明な接点を組み込んだ太陽電池およびそのような構造を製造する方法が示されている。金属接点を備えた従来の太陽電池では、入射太陽エネルギーの無視できない部分が接点との相互作用時の吸収または反射のいずれかによってすぐに失われてしまう。太陽電池用の実効的に透明な接点（「ＥＴＣ」）は、入射光を太陽電池の光吸収面に向け直す（リダイレクトする）ように設計された三次元接点と呼ぶことができる。多くの実施形態では、ＥＴＣは三角形の断面を有する。そのようなＥＴＣは、それらの側面の少なくとも１つが光吸収面と角度を成すように、光吸収面上に設置することができる。この構成では、ＥＴＣは入射光を光吸収面にリディレクトすることができ、従来の接点を備えた太陽電池と比較した場合に反射損失を軽減または無くすことができます。本発明のいくつかの実施形態に従って構成すると、ＥＴＣは実効的に透明にすることができ且つ高い伝導性にすることができる。これらの接点はほとんどの種類の太陽電池に組み込むこともできる。
【００２９】
ＥＴＣを組み込んだ太陽電池は、大規模製造技術を含む多くの異なる方法で製造することができる。多くの実施形態では、ＥＴＣが太陽電池上の既存の接点の上に製造される。他の実施形態では、ＥＴＣが太陽電池上の従来の接点に取って代わる。ＥＴＣの製造は、所望のＥＴＣ形状および寸法に対応する断面を有する複数の溝を含むモールドスタンプを使用することができる。いくつかの実施形態において、モールドスタンプは、複数の溝を含むモールドスタンプの側面が太陽電池に密着するように、太陽電池に対して設置される。モールドスタンプはＥＴＣを形成する材料で満たすことができる。使用する材料の特定のタイプは、特定の用途により決めることができる。いくつかの実施形態では、モールドスタンプには、銀ナノ粒子インクなどの導電性インクまたはペーストが充填されるが、これに限定されない。種々の充填方法を実施することができる。さらに、充填プロセスは、モールドスタンプを太陽電池に設置する前または後に行うことができる。その後、材料を硬化させ、モールドスタンプから取り外してＥＴＣを形成することができる。本発明の様々な実施形態による、ＥＴＣを組み込んだ太陽電池および該太陽電池を構成する方法は、以下でさらに考察される。
【００３０】
（実効透明性）
平面接点を備えた従来の太陽電池では、吸収または反射のいずれかによって入射太陽エネルギーの無視できない部分が直ちに失われる。このような太陽電池では、活性光吸収面に入射する光子のみが電流に変換可能である。太陽電池のフロント接点損失を緩和するアプローチには、吸収性の低い透明導電性酸化物または反射性の低い金属接点の使用が含まれる。これらのアプローチを使用して透明度を向上させると、通常、伝導性が低下し、太陽電池の直列抵抗による電気損失が発生する。
【００３１】
本発明の多くの実施形態による太陽電池は、実効的に透明な接点を組み込む。これらの接点は、入射光子を太陽電池の活性光吸収面に反射またはリディレクトする３次元（「３Ｄ」）形状で形成されるという意味で実効的に透明である。ＥＴＣを実装すると、従来の平面格子フィンガーに比べて、接点の伝導性を大幅に低下させることなく、遮蔽損失および寄生吸収を克服することができる。ＥＴＣを組み込んだ太陽電池は、ＥＴＣを既存の接点の上または光吸収面の上のいずれかに設けることにより製造することができる。図１は、本発明の実施形態による、標準的な平面接点の上にＥＴＣを備えた太陽電池の一部の断面図を概念的に示している。図に示されるように、太陽電池１００は、平面接点１０２の上に、入射光１０６を太陽電池の活性光吸収面１０８に向け直すように設計された三角形断面のＥＴＣ１０４を含む。このようにすると、三角形断面ＥＴＣは実効的に透明として機能する。
【００３２】
図１に示す太陽電池を参照して三角形断面接点について上述したが、本発明の様々な実施形態によれば、所望の入射放射を特定の太陽電池用途の要件に適切なように向け直す断面形状を有する様々なＥＴＣのいずれかを利用することができる。ＥＴＣの設計と実装は、「太陽電池と実効的に透明な３Ｄ接点を組み込んだ太陽電池の製造方法」と題する米国特許出願第１５／１４４，８０７号、および「フロント接点からの光を内部全反射するカプセル化された太陽電池および関連方法」と題する米国特許出願第１５／４５３，８６７号において広く論じられている。米国特許出願第１５／１４４，８０７号および第１５／４５３，８６７号の開示は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【００３３】
（実効的に透明な接点の設計）
本発明の様々な実施形態による実効的に透明なコンタクトは、様々な形状、サイズ、およびパターンで製造することができる。いくつかの実施形態では、三角形断面は、正三角形（三角形の高さよりも広い底辺を有する）、二等辺三角形、直角三角形、不等辺三角形、または鈍角三角形とし得る。様々な実施形態において、三角形は、三角形の底辺よりも大きい高さを有するように構成される（すなわち、光吸収面に最も近い表面は、三角形が光吸収面の上方に伸びる高さよりも小さい幅を有する）。多くの実施形態では、ＥＴＣの表面は放物線形状を有する。他の実施形態では、接点に入射する光を太陽電池の光吸収面に向け直す様々な表面形状のいずれかを利用することができる。
【００３４】
ＥＴＣは、所与の用途の特定の要件に応じて広く変化する寸法で製造することができる。多くの実施形態では、ＥＴＣは、少なくとも２：１の高さ対底辺比を有する三角形断面を有し、底辺は太陽電池の表面に対して平行に位置する。さらなる実施形態では、ＥＴＣは少なくとも３：１の高さ対底辺比を有する。例えば、いくつかの実施形態では、ＥＴＣは約１０マイクロメートルの幅および約３０マイクロメートルの高さに製造される。容易に理解できるように、製造されるＥＴＣの寸法は、特定の用途の特定の要件に応じて決めることができる。異なる製造プロセスは異なる高さ対底辺の比を許容し得る。このような断面形状とサイズの違いは、ＥＴＣの実効的透明性に影響を与え得る。さらに、本発明の様々な実施形態によるプロセスは、１０マイクロメートル未満の線幅を有するＥＴＣの製造を可能にする。
【００３５】
本発明の様々な実施形態に従って、多種多様なＥＴＣパターンを実装することができる。多くの実施形態では、ＥＴＣは、太陽電池上の既存の接点のパターンと一致するパターンに製造される。いくつかの実施形態では、ＥＴＣは、太陽電池の接点フィンガーの上に三角プリズムの平行配列に製造される。ＥＴＣは、テーパ幅および／またはテーパ高さを有するように形成することもできる。チヤネルサイズを小さくすることにより、毛細管力を高めることができる。以下のセクションで説明するように、この毛細管力を利用してＥＴＣの製造における充填プロセスを支援することができる。毛細管力を高めることに加えて、材料の使用を減らすことができる。多くの実施形態において、三角形断面を有するＥＴＣが太陽電池のバスバー上に形成される。本発明の様々な実施形態に従って形成されたバスバーＥＴＣは、数マイクロメートルの形状サイズを有するものとし得る。十分なシート抵抗を提供するために複数の三角形バスバーを使用することができる。いくつかの実施形態では、十分な光学的透明性と入射光のリディレクションを提供するためにバスバーのサイズはメソスケールに縮小することができる。
【００３６】
いくつかの実施形態では、太陽電池上のＥＴＣおよび既存の接点は、分岐パターンに形成することができる。さらなる実施形態では、各溝または接点の幅は分岐が深くなるにつれて狭くなる。このようなパターンは、毛細管力の向上により充填プロセスを促進するのに役立つ。いくつかの実施形態では、分岐は互いに直角または平行である。他の実施形態では、分岐パターンは、分岐角度が異なるリーフパターンである。さらなる実施形態において、分岐角は、毛細管力が向上するように選択される。図２は、本発明の一実施形態による、リーフパターンの接点を有する太陽電池の上面図を概念的に示す。図示されているように、太陽電池２００は分岐リーフパターンのバスバー２０２およびフィンガー２０４を含む。
【００３７】
特定の接点設計について上述したが、入射光のリディレクションを容易にする、および／または、限定ではないが、毛細管力を増強するなど、充填機構を向上させるために、様々な異なる接点形状およびパターンを使用することができる。
【００３８】
（実効的に透明な接点を組み込んだ太陽電池の製造プロセス）
ＥＴＣを組み込んだ太陽電池は、本発明の様々な実施形態に従って多くの異なる方法で製造することができる。太陽電池へのＥＴＣの組み込みは、太陽電池の既存の平面接点の上にまたは光吸収面の上にＥＴＣを製造することにより行うことができる。多くの製造プロセスは、製造する所望のＥＴＣ構造に対応する断面の溝を有するモールドスタンプを使用することを含む。本発明の様々な実施形態によるモールドスタンプは、ポリジメチルシロキサン（「ＰＤＭＳ」）、ポリメチルメタクリレート（「ＰＭＭＡ」）、エチレン酢酸ビニル（「ＥＶＡ」）および他の適切なポリマーなどの様々な材料で作ることができるが、これらに限定されない。多くの実施形態では、モールドスタンプは、マスターモールドのコピーとして形成される。マスターモールドは、さまざまな微細加工技術を使用して形成することができる。いくつかの実施形態では、積層造形技術をマイクロスケールで利用して所望の構造をマスターモールド上に形成する。他の実施形態では、限定ではないがドライエッチングなどの選択的エッチング技術を使用して、マスターモールドを形成することができる。その後、標準の成形技術を使用して、モールドスタンプをマスターモールドからレリーフとして形成することができる。
【００３９】
ＥＴＣを既存の接点の上に製造する実施形態では、その製造プロセスは、太陽電池を製造する全製造プロセス全体において第２の金属化ステップとして導入される。第２の金属化ステップは、太陽電池を製造する既存のプロセスと統合することができる。従来の太陽電池では、金属接点は接点の下の半導体金属とオーム接点を形成し得る。これらのコンタクトが形成されたら、遮蔽損失を軽減して伝導性を向上させるために、第２の金属化ステップを導入して既存の金属コンタクトの上に整列したＥＴＣを集積化することができる。
【００４０】
本発明の一実施形態による、モールドスタンプを利用してＥＴＣを製造する製造プロセスが、図３に概念的に示されている。プロセス３００は、太陽電池を用意するステップ（３０２）を含むことができる。多くの実施形態では、太陽電池は既存の平面接点を含む。太陽電池は、当技術分野で知られている従来の技術を使用して製造することができる。モールドスタンプを用意するステップ（３０４）を含むことができる。本発明の様々な実施形態によるモールドスタンプは、溝のパターンを含むことができる。太陽電池が平面接点を含む実施形態では、溝は、既存の平面接点の周期性と一致する周期性を有するように設計することができる。上記のようなモールドスタンプを製造するには多くの方法のいずれかを利用することができる。
【００４１】
次に、モールドスタンプを太陽電池上に置くことができる（３０６）。太陽電池が既存の接点を含む実施形態では、モールドスタンプを溝が平面接点と整列し且つ接触するように置いて、各平面接点の上にチャネルを形成することができ、そのチャネルに導電性インクを充填することができる。多くの実施形態では、モールドスタンプの材料および太陽電池の表面は、導電性インクが形成されたチャネルから漏出しないように十分な密着を促進するのに最適である。いくつかの実施形態では、モールドスタンプと太陽電池を一緒に保持するために圧力を加えることができる。さらなる実施形態では、モールドスタンプと太陽電池を一緒に保持するためにクランプ機構を使用することができる。太陽電池の損傷を防ぐために、圧力をモールドスタンプの弾性および太陽電池の構造完全性に応じて適宜調整することができる。
【００４２】
多くの実施形態では、太陽電池はテクスチャ加工された表面を含む。そのような実施形態では、モールドスタンプは、スタンプがテクスチャ表面に密着するのを助ける弾性および柔軟性を有するように製造することができる。例えば、ＰＤＭＳモールドスタンプの弾性と柔軟性は、ＰＤＭＳの塩基と硬化剤の比率を調整することにより、製造プロセス中に調整することができる。いくつかの実施形態では、ＰＤＭＳ配合は、５：１から２５：１の範囲の塩基対硬化剤の重量比を含む。容易に理解できるように、利用される特定の塩基と硬化剤の重量比は、太陽電池のテクスチャ加工された表面の程度に依存し得る。通常、よりテクスチャ加工された表面はより柔らかいモールドスタンプを必要とし得る。いくつかの実施形態において、テクスチャ加工表面は２マイクロメートル以下のピーク間距離を有する形状特徴を含む。そのような実施形態では、２５：１の塩基対硬化剤比のＰＤＭＳを使用して、テクスチャ加工表面に密着し得るソフトモールドスタンプを形成することができる。
【００４３】
図４Ａおよび４Ｂは、本発明の実施形態による、太陽電池のテクスチャ加工表面に密着されたモールドスタンプを概念的に示す。図のように、太陽電池４００はテクスチャ加工表面４０２を含む。ＰＤＭＳモールドスタンプ４０４は、テクスチャ加工表面４０２への密着を達成できるように、高い弾性を有するように配合することができる。
【００４４】
形成されたチャネルは導電性インクで満たすことができる（３０８）。本発明の様々な実施形態に従って、多くの異なるタイプの導電性インクを使用してＥＴＣを形成することができる。多くの実施形態では、銀ナノ粒子インクを使用してＥＴＣを形成する。いくつかの実施形態では、ガラス粒子が導電性インク混合物に添加される。ＥＴＣが平面接点の上に形成される実施形態では、導電性インク混合物内のガラス粒子がＥＴＣと既存の接点との間の適切な密着を促進するのに役立つ。
【００４５】
導電性インクがチャネルを所望どおりに満たすことを保証するために、様々な方法を適用することができる。多くの実施形態では、チャネルの微小形状特徴によってチャネルを毛細管力により導電性インクで満たすことが可能になる。いくつかの実施形態では、モールドスタンプを傾けて、重力を使って溝を導電性インクで満たす。いくつかの実施形態では、モールドスタンプは、溝に接続された少なくとも１つの貫通孔を含み、この貫通孔を通して、チャネルに導電性インクを充填することができる。図５は、そのようなモールドスタンプを概念的に示している。図のように、モールドスタンプ５００は、インク充填のための入口マイクロチャネル５０２を含む。いくつかの実施形態では、圧力システムを使用して、充填を促進し、および／または毛細管力を高める。このような外部システムによって提供される圧力を各チャネルに個別に加えて、均一な圧力プロファイルを促進することができる。モールドスタンプの反対側を開いて、チャネルから空気を排除することができる。このようなプロセスには、正圧システムまたは負圧システムを使用することができる。例えば、いくつかの実施形態では、充填を促進するために真空システムが使用される。
【００４６】
図６は、本発明の一実施形態による、モールドスタンプと太陽電池によって形成されたチャネルを導電性インクで充填するために使用される正圧システムを概念的に示す。図のように、システム６００は、モールドスタンプ６０６と太陽電池６０８によって形成されたチャネル６０４を充填することができるインクリザーバ／正圧システム６０２を含む。インクリザーバ／正圧システム６０２は、チャネルの片側からインクを注入し、反対側から空気を排出する。
【００４７】
多くの実施形態では、選択表面処理をモールドスタンプに実行して処理された表面の表面エネルギーを変化させる。そのような処理はチャネル内面を親水性にするために実行することができ、それにより毛細管現象を高めることができる。表面処理には、酸素プラズマ処理とイソプロピルアルコール処理が含まれるが、これらに限定されない。
【００４８】
環境条件は、充填プロセスが成功するかどうかに影響を及ぼす可能性がある。たとえば、相対湿度を下げることにより、毛細管現象を高めることができる。したがって、多くの実施形態では、チャネルは、相対湿度レベルが２０％未満の環境で充填される。いくつかの実施形態において、環境の温度が毛細管作用を高めるために調整される。さらなる実施形態において、充填プロセスは室温より低いまたは２１℃より低い環境で行われる。このような条件は、条件をより簡単に制御できるグローブボックス内でプロセスを実行することによって調整することができる。容易に理解できるように、特定の環境条件は、使用する特定のタイプの導電性インクに依存し得る。
【００４９】
チャネルが適切に充填された後に、導電性インクを硬化させることができる（３１０）。多くの場合、導電性インクはその混合物内の溶媒を除去することによって硬化する。使用する導電性インクの種類に応じて、１つ以上の適切な硬化プロセスが使用される。例えば、ナノ粒子を含む導電性インクの硬化プロセスは、ナノ粒子と共鳴して熱を発生する特定の波長の電磁放射を含み得るが、これに限定されない。他の硬化プロセスとして、熱の印加、紫外線放射、電流の印加が含まれるが、これらに限定されない。これらの硬化プロセスの程度は、使用する特定の導電性インクにも依存し得る。いくつかの実施形態では、導電性インク内の溶媒を除去するために、熱硬化は少なくとも１００℃の温度で導電性インクに実行される。
【００５０】
硬化プロセスの後に、硬化した導電性インクまたは形成されたＥＴＣを平面コンタクトの上に残して、モールドスタンプを除去することができる（３１２）。形成されたＥＴＣは、個々のＥＴＣグリッド線抵抗を低減するために、オプションでアニールすることができる（３１４）。多くの実施形態では、アニールステップは、本発明の様々な実施形態による典型的な熱硬化プロセスよりも高い温度で実行される。
【００５１】
図７Ａ〜７Ｃは、本発明の一実施形態による、太陽電池の既存の接点の上にＥＴＣを製造するプロセスを概念的に示す。図のように、このプロセスは、既存の平面接点７０６を有する太陽電池７０４の上にモールドスタンプ７０２を位置合わせして設置するための位置合わせシステム７００を利用することを含む。設置されたとき、モールドスタンプ７０２が太陽電池７０４とチャネル７０８を形成し、これらのチャネルはその後マイクロ流体ディスペンサー７１０を使用して充填される（図７Ｂ）。ヒーター７１２は、太陽電池７０４を加熱するために使用され、導電性インクに熱エネルギーを加えてインクから溶媒を除去する。次に、モールドスタンプ７０２が取り外されてＥＴＣ７１４が残される（図７Ｃ）。
【００５２】
図３および図７Ａ〜７Ｃは、ＥＴＣを製造するための特定の部類のプロセスを示すが、多くの異なる方法のいずれかを利用することができる。例えば、多くの実施形態において、モールドスタンプの溝は、スタンプが太陽電池に対して設置される前に導電性インクで満たされる。その充填プロセスは、例えば、毛細管力の使用など、上記のプロセスのいずれかを含み得るが、それらに限定されない。いくつかの実施形態では、分注システムを利用して溝を充填する。分注システムは、導電性インクを堆積するように構成された１つまたは複数のノズルを含むことができる。さらなる実施形態では、個々のノズルが溝の長さに沿って同時に移動し、その長さに亘り充填するように構成される。いくつかの実施形態では、モールドスタンプが移動している間、分注システムは静止する。他の実施形態では、分注システムは、溝が満たされるまで溝の長さに沿った所定の地点で導電性インクを連続的に堆積する。システムがインクを堆積すると、毛細管現象によって付着したインクを溝の長さにわたり充填することができる。さらなる実施形態では、モールドスタンプはエラストマー材料で作られ、それを伸ばす、曲げる、および／またはねじることによってその溝の断面形状を変形することができる。このような変形によって充填プロセスを促進することができる。
【００５３】
図８Ａおよび８Ｂは、本発明の実施形態による、太陽電池上に設置する前にモールドスタンプに導電性インクを充填することによりＥＴＣを製造するプロセスを概念的に示す。図のように、インクノズルのシステム８００は、モールドスタンプ８０２を導電性インクで満たすために使用される。図８Ｂは、その後、太陽電池８０４を、導電性インクが太陽電池８０４と接触するように、モールドスタンプ８０２の上に設置できることを示している。その後、硬化プロセスが適用され、成形されたＥＴＣを残してモールドスタンプ８０２を取り外すことができる。
【００５４】
ＥＴＣを製造する別の部類のプロセスには、直接堆積ステップが含まれる。そのような実施形態では、導電性インクを平面接点上に直接堆積することができる。ＥＴＣ構造の典型的な規模を考えると、通常、少量の導電性インクを堆積する必要があるだけである。多くの実施形態では、導電性インクは、太陽電池のバスバー上に微小液滴として堆積される。他の実施形態では、導電性インクは太陽電池の活性領域の隣に堆積される。次に、モールドスタンプを太陽電池に対して整列させ、その溝側面を既存の接点に向けて太陽電池に設置することができる。溝は導電性インクの微小液滴を閉じ込め、毛細管力によって溝と既存の接点により形成されたチャネルをインクで満たすことができる。いくつかの実施形態では、このプロセスは、広い領域にわたってＥＴＣを形成するためにモールドスタンプを移動させることを含む。いくつかの実施形態では、大面積にわたってＥＴＣを形成するために複数のモールドスタンプを使用する。製造プロセスは、上記のプロセスと同様に進めることができる。
【００５５】
いくつかの実施形態では、インクが所望の位置に溜まるように、表面機能化を太陽電池に実施することができる。例えば、接点グリッドを親水性に処理し、それらの間の領域を疎水性に構成することができる。さらなる実施形態では、インク液滴の所望の領域への移動を支援するために、太陽電池に振動を加えることができる。いくつかの実施形態では、それに限定されないが、不活性ガスなどのガスの圧力を使用して任意のインク液滴を所望の状態に吹き飛ばすことができる。
【００５６】
図９Ａ〜９Ｃは、本発明の一実施形態による、モールドスタンプの設置前に太陽電池の接点上に導電性インクを直接堆積することによりＥＴＣを製造するプロセスを概念的に示す。図９Ａは、バスバー９０２および接点フィンガー９０４を有する太陽電池９００の上面図を示す。導電性インク９０６の微小液滴をバスバー９０２上に堆積することができる（図９Ｂ）。次いで、モールドスタンプを太陽電池９００に設置することができる。上述したようなメカニズムによって、堆積したインクはモールドスタンプにより形成されたチャネルを満たす。硬化プロセスが適用され、モールドスタンプが除去されると、導電性インクのパターン９０８がバスバー９０２および接点フィンガー９０４の上に残る。
【００５７】
いくつかの実施形態では、犠牲層が太陽電池上に塗布される。ＥＴＣは、上記のいずれかの方法で堆積することができる。そのような実施形態では、犠牲層をエッチング除去してＥＴＣ間の残留物を除去することができるため、溝内のモールドスタンプの選択的充填は不要である。
【００５８】
多くの実施形態では、ＥＴＣを形成するためにグラビア印刷プロセスが利用される。そのような実施形態では、モールドスタンプは本質的にグラビア印刷ロールである。ロールは、形成すべきＥＴＣの所望の寸法に対応する寸法の溝を含むことができる。いくつかの実施形態では、溝は太陽電池上の既存の接点と一致する間隔にされる。製造プロセス中、溝は、限定されないが、銀ナノ粒子インクなどの導電性インクで充填する、または選択的に充填することができる。上記のような充填メカニズムを適用することができる。例えば、グラビア印刷ロールの溝の小さな局所領域に導電性インクを堆積させることができる。グラビア印刷ロールが太陽電池を横切って移動すると、溝と既存の接点により形成される小さな断面が毛細管力を生じ、それによりチャネルの充填が促進される。また、導電性インクを太陽電池の既存の接点に堆積させることができる。いくつかの実施形態において、太陽電池は、インクで満たされた溝が太陽電池の表面と接触するときにインク内の溶媒が除去されるように、加熱される。したがって、グラビア印刷ロールが太陽電池を横切って転がるにつれてインクが堆積される。いくつかの実施形態では、グラビア印刷ロールを加熱して、溶媒除去プロセスを促進し、より良い堆積を可能にすることができる。いくつかの実施形態では、紫外線硬化インクが使用される。グラビア印刷ロールが太陽電池上を移動するとき、インクを太陽電池に堆積させるために紫外線を使用してインクを硬化させることができる。
【００５９】
図１０は、本発明の一実施形態によるグラビア印刷プロセスを概念的に示している。図のように、プロセス１０００は、グラビア印刷ロール９０２および分注ノズル１００４を利用して、太陽電池１００８上にＥＴＣ１００６のパターンを形成する。グラビア印刷ロール１００２が太陽電池１００８を横切って回転するとき、分注ノズル１００４はグラビア印刷ロール１００２の溝１０１０の１つ以上にインクを充填するように構成される。同時に、上記のような硬化メカニズムを使用して、充填された溝内の導電性インクを太陽電池１００８上に堆積させてＥＴＣ１００６を形成することができる。
【００６０】
上記の説明は本発明の多くの特定の実施形態を含むが、これらは本発明の範囲を限定するものとして解釈されるべきではなく、むしろその一実施形態の例として解釈されるべきである。したがって、本発明は、本発明の範囲および精神から逸脱することなく、具体的に説明した以外の方法で実施できることを理解されたい。したがって、本発明の実施形態は、あらゆる点で例示的であり、限定的ではないと見なされるべきである。したがって、本発明の範囲は、例示された実施形態によってではなく、添付の特許請求の範囲およびそれらの均等物によって決定されるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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