KR102015591B1 - Active backplane for thin silicon solar cells - Google Patents
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Abstract
태양 전지 기판 강화 및 전기 상호 접속을 제공하는 후면 접촉 태양 전지용 후면판에 관한 제조방법 및 구조가 개시된다. 본 발명은 반도체 기판의 후면 상에 에미터 전극 및 베이스 전극의 맞물려진 패턴을 증착하는 단계, 상기 에미터 전극 및 베이스 전극의 맞물려진 패턴에 프리프레그 후면판을 부착하는 단계, 전기 전도성 금속의 제1층에의 접근을 제공하는 상기 프리프레그 후면판에 홀을 형성하는 단계; 및 프리프레그 후면판의 홀을 통해 전기 전도성 금속의 제1층과 전기 상호 접속을 형성하는 프리프레그 후면판의 후면 상에 전기 전도성 금속의 제2층을 증착하는 단계를 포함한다.A manufacturing method and structure is disclosed for a backplane for a back contact solar cell that provides solar cell substrate reinforcement and electrical interconnection. The present invention provides a method of depositing an interdigitated pattern of an emitter electrode and a base electrode on a rear surface of a semiconductor substrate, attaching a prepreg back plate to the interlocked pattern of the emitter electrode and the base electrode, and forming a conductive material. Forming a hole in the prepreg backplane providing access to the first floor; And depositing a second layer of electrically conductive metal on the backside of the prepreg backplate forming an electrical interconnect with the first layer of electrically conductive metal through the holes in the prepreg backplate.
Description
관련 출원의 상호 참조Cross Reference of Related Application
본 발명은 2011년 3월 28일에 출원된 미국 가출원 제61/468,548호를 우선권 주장하며, 그 내용은 여기에 참조로 포함된다.The present invention claims priority to US Provisional Application No. 61 / 468,548, filed March 28, 2011, the contents of which are incorporated herein by reference.
본 발명은 2011년 8월 5일에 출원된 미국 일부 계속 출원 제13/204,626호를 우선권 주장하며, 그 내용은 여기에 참조로 포함된다.
The present invention claims priority to some US application Ser. No. 13 / 204,626, filed August 5, 2011, the contents of which are incorporated herein by reference.
본 발명은 일반적으로 광기전 및 마이크로일렉트로닉스 영역에 관한 것이다. 더욱 자세하게는, 후면 접촉 광기전 태양 전지의 고성능 전기적 상호 접속 및 기계적 강화와 관련된 방법, 구조 및 장치이다.
The present invention relates generally to the photovoltaic and microelectronics domain. More specifically, methods, structures, and apparatus are related to high performance electrical interconnection and mechanical strengthening of back contact photovoltaic solar cells.
결정 실리콘 태양 전지를 포함하는 광기전 태양 전지는 태양 전지 금속 전극 (에미터 및 베이스 전극)의 두 극성의 위치에 기초하여 전면 접촉(front-contact) 또는 후면 접촉(back-contact) 전지로서 분류될 수 있다. 종래의 전면 접촉 전지는 태양광이 비치는 측(sunny side) 또는 광 포획 측(light capturing side)이라고도 하는 전지 전면(또는 전측; frontside)에 에미터 전극 접촉을 갖고, 전지 후면(또는 후측; backside)에 베이스 전극 접촉을 가지며 (또는, 전면 접촉/후면 접합 태양 전지의 경우에 전지 전면에 베이스 전극 및 전지 후면에 에미터 전극) - 어느 경우든, 에미터 전극 및 베이스 전극은 태양 전지의 반대 면들에 위치된다. 그러나, 후면 접촉 전지는 전지 후면에 접촉하는 금속 전극의 양 극성을 모두 갖는다. 후면 접촉 태양 전지의 주요 이점은 이하를 포함한다:Photovoltaic solar cells comprising crystalline silicon solar cells can be classified as front-contact or back-contact cells based on the position of the two polarities of the solar cell metal electrodes (emitter and base electrodes). Can be. Conventional front contact cells have emitter electrode contacts to the cell front (or frontside), also known as the sunny side or light capturing side, and the cell backside (or backside). Has base electrode contact (or base electrode at the front of the cell and emitter electrode at the back of the cell in the case of a front contact / back junction solar cell) —in either case, the emitter electrode and the base electrode are at opposite sides of the solar cell. Is located. However, the back contact cell has both polarities of the metal electrode in contact with the back of the cell. Main advantages of back contact solar cells include:
(1) 전면 상에 금속 전극 그리드의 부재로 인해, 전지의 태양광이 비치는 측의 금속 접촉으로부터 광학 셰이딩 및 광학 반사 손실이 없고, 이는 후면 접촉 태양 전지의 단락 전류 밀도 (Jsc)를 증가시킨다;(1) Due to the absence of the metal electrode grid on the front surface, there is no optical shading and optical reflection loss from the metal contact on the solar side of the cell, which increases the short-circuit current density (J sc ) of the back contact solar cell. ;
(2) 두 금속 전극이 전지 후면에 위치되기 때문에, 광학 셰이딩 문제 없이 전극의 폭 및 두께가 증가 및 최적화될 수 있어, 에미터 및 베이스 금속 그리드의 직렬 저항은 감소되고, 금속화의 총 통전 용량 및 얻어지는 전지 변환 효율이 증가된다;(2) Since the two metal electrodes are located at the rear of the cell, the width and thickness of the electrodes can be increased and optimized without optical shading problems, so that the series resistance of the emitter and base metal grid is reduced, and the total conduction capacity of the metallization And the battery conversion efficiency obtained is increased;
(3) 후면 접촉 태양 전지는 전면 금속 그리드의 부재에 기인하여, 전면 접촉 전지보다 심미적으로 더욱 어필된다.
(3) The back contact solar cell is more aesthetically appealing than the front contact cell due to the absence of the front metal grid.
본 명세서에 완전히 기술되듯이 모든 목적을 위해 전체가 참조로 인용되는 국제 특허 출원 제 WO2011/072161, WO2011/072153, 및 WO2011/072179는 박형 실리콘 기판을 이용하는 후면 접촉 단결정 실리콘 태양 전지를 개시한다. WO2011/072179에, 박형 실리콘 기판은 기계적 표면 그라인딩 또는 화학적 실리콘 에칭에 의해(또는 프로톤 이식 또는 응력 유도 분열을 이용하여 더 두꺼운 웨이퍼로부터 박형 실리콘 기판을 분열시키는 것과 같은 다른 방법) 감소된 두께를 갖는 표준 쵸크랄스키 (CZ) 웨이퍼이다. WO2011/072161 및 WO2011/072153에서, 박형 실리콘 기판은 에피택셜-성장 박막 실리콘 기판(TFSS)이다. 여기서, 에피택셜 실리콘층은 재사용 가능한 실리콘 템플레이트의 최상부에 다공성 실리콘 분리층에 최초로 성장된 후, 전지 제조 공정 단계의 부분 또는 모든 완료 후에 다공성 실리콘 분리층에서 템플레이트로부터 분리될/나뉠 수 있다. 박형 CZ 웨이퍼 및 TFSS는 둘다 규칙적 또는 비규칙적 3차원 마이크로 구조로 이루어지거나 또는 실질적으로 평면일 수 있다.International patent applications WO2011 / 072161, WO2011 / 072153, and WO2011 / 072179, which are hereby incorporated by reference in their entirety for all purposes, disclose back contact single crystal silicon solar cells using thin silicon substrates. In WO2011 / 072179, a thin silicon substrate is a standard having a reduced thickness by mechanical surface grinding or chemical silicon etching (or other method such as splitting a thin silicon substrate from a thicker wafer using proton implantation or stress induced cleavage). Czochralski (CZ) wafers. In WO2011 / 072161 and WO2011 / 072153, the thin silicon substrate is an epitaxial-grown thin film silicon substrate (TFSS). Here, the epitaxial silicon layer may be first grown on the porous silicon separation layer on top of the reusable silicon template and then separated / divided from the template in the porous silicon separation layer after all or part of the cell manufacturing process step. Both thin CZ wafers and TFSSs may consist of regular or irregular three-dimensional microstructures or may be substantially planar.
그러나, 후면 접촉 태양 전지와 연관된 다음과 같은 시도들이 있다:However, there are the following attempts associated with back contact solar cells:
(1) 상대적으로 얇은 기판 두께(일부 실시예에서 약 1 ㎛ 내지 100 ㎛, 50 ㎛ 미만의 범위)에 기인하여, 박형 실리콘의 크랙 및 수득하는 제조율 손실을 방지하기 위해서, 기판은 기계적으로 지지되고, 처리 동안에 더욱 단단한 후면판/플레이트로 강화되어야 한다; 또한(1) Due to the relatively thin substrate thickness (in some embodiments, in the range of about 1 μm to 100 μm, less than 50 μm), the substrate is mechanically supported in order to prevent cracking of the thin silicon and loss of yield obtained. And should be reinforced with a harder backplane / plate during processing; Also
(2) 베이스 및 에미터 영역에 부착하는 카운터 전극들 사이에 치명적인 션팅(fatal shunting)을 방지하기 위해, 금속 전극들의 동일 평면 상의 상호 접속들(co-planar interconnections)은 전면 접촉 태양 전지 보다 높은 전극 위치 정확성(positioning accuracy)을 필요로 한다.
(2) To prevent fatal shunting between counter electrodes attached to the base and emitter regions, co-planar interconnections of metal electrodes are higher than the front contact solar cell. Requires positioning accuracy.
후면 접촉 태양 전지의 높은 제조율을 얻는 것이 강력한 제조 공정 및 효율적인 전지 디자인을 필요로 하기 때문에, 후면 접촉 태양 전지와 관련된 이러한 및 다른 문제들을 방지하기 위해 전지 구조 및 제조 공정을 고안하는 것에 대한 시도가 남아있다.
Since obtaining high production rates of back contact solar cells requires a powerful manufacturing process and efficient cell design, attempts to devise cell structures and fabrication processes to avoid these and other problems associated with back contact solar cells. Remains.
따라서, 후면 접촉 태양 전지에 관한 제조 방법 및 디자인에 대한 필요성이 증대하고 있다. 개시된 기술 요지(subject matter)에 따라서, 기계적으로 지지되는 프리프레그 후면판을 구비하는 후면 접촉 태양 전지를 제조하기 위한 방법, 구조 및 장치가 제공된다. 이러한 이노베이션은 이전에 개발된 후면 접촉 태양 전지와 관련된 단점 및 문제를 실질적으로 감소 또는 제거한다.Thus, there is an increasing need for manufacturing methods and designs for back contact solar cells. In accordance with the disclosed subject matter, a method, structure, and apparatus are provided for manufacturing a back contact solar cell having a mechanically supported prepreg backplate. This innovation substantially reduces or eliminates the disadvantages and problems associated with previously developed back contact solar cells.
개시된 기술 요지의 일 실시예에 따라서, 태양 전지 기판 강화 및 전기 상호 접속을 제공하는 후면 접촉 태양 전지용 후면판에 관한 제조방법 및 구조가 기재된다. 태양 전지 기판 강화 및 전기 상호 접속을 제공하는 후면 접촉 태양 전지용 후면판에 관한 제조방법 및 구조가 기재된다. 상기 방법은, 반도체 기판의 후면 상에 에미터 전극 및 베이스 전극의 맞물려진 패턴을 적층하는 단계, 상기 에미터 전극 및 베이스 전극의 맞물려진 패턴에 프리프레그 후면판을 부착하는 단계, 전기 전도성 금속의 제1층에의 접근을 제공하는, 상기 프리프레그 후면판에 홀을 형성하는 단계; 및 프리프레그 후면판의 홀을 통해 전기 전도성 금속의 제1층과 전기 상호 접속을 형성하는, 프리프레그 후면판의 후면 상에 전기 전도성 금속의 제2층을 적층하는 단계를 포함한다. 개시된 기술 요지의 기술적 이점은 후면 접촉 태양 전지 제조의 비용 감소 및 효율 증가를 포함한다.In accordance with one embodiment of the disclosed subject matter, a method and structure is disclosed for a backplane for a back contact solar cell that provides solar cell substrate reinforcement and electrical interconnection. A fabrication method and structure is disclosed for a backplane for a back contact solar cell that provides solar cell substrate reinforcement and electrical interconnection. The method includes depositing an interlocked pattern of emitter and base electrodes on a back side of a semiconductor substrate, attaching a prepreg backplane to the interlocked pattern of emitter and base electrodes; Forming a hole in the prepreg backplane that provides access to a first layer; And laminating a second layer of electrically conductive metal on the backside of the prepreg backplate forming an electrical interconnect with the first layer of electrically conductive metal through the holes in the prepreg backplate. Technical advantages of the disclosed subject matter include reduced costs and increased efficiency in back contact solar cell fabrication.
개시된 기술 요지의 이러한 및 다른 이점 이외에 추가적인 새로운 특성들은 여기에 제공되는 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 이러한 요약서의 목적은 기술 요지를 포괄적으로 설명하기 위한 것이 아니고, 이러한 기술 요지의 기능의 일부에 대해 짧은 오버뷰를 제공하기 위한 것이다. 여기에 제공되는 다른 시스템, 방법, 특징 및 이점은 이하 도면 및 상세한 설명을 따라 실시될 때 당업자에게 명백해질 것이다. 발명의 상세한 설명 내에 포함되는 모든 이러한 추가적 시스템, 방법, 특징 및 이점은 청구항의 범위 내에 있는 것으로 의도된다.
In addition to these and other advantages of the disclosed subject matter, additional novel features will become apparent from the detailed description provided herein. The purpose of this summary is not to provide a comprehensive description of the technical subject matter, but rather to provide a brief overview of some of the functions of the technical subject matter. Other systems, methods, features, and advantages provided herein will be apparent to those skilled in the art when implemented in accordance with the following figures and detailed description. All such additional systems, methods, features and advantages that fall within the description of the invention are intended to be within the scope of the claims.
개시된 기술 요지의 특징, 특성 및 이점은 이하에 설명하는 발명의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이고, 여기서 동일한 참조 번호는 동일한 특징을 나타낸다:
도 1A 및 B는 부분적으로 제조된 TFSS-기반의 후면 접촉 태양 전지의 실시예의 개략도이다;
도 2는 후면판의 단면도를 도시한다;
도 3A 내지 3D는 주요 제조 공정 단계 후, 후면판을 하이라이팅한 태양 전지의 도식이다;
도 4는 다른 후면판 실시예의 단면도를 도시한다;
도 5A 및 5B는 주요 제조 공정 단계 후, 후면판을 하이라이팅한 태양 전지의 도식이다;
도 6A 내지 6E는 주요 제조 공정 단계 후, 후면판을 하이라이팅한 태양 전지의 도식이다;
도 7A 내지 7C는 주요 제조 공정 단계 후, 후면판을 하이라이팅한 태양 전지의 도식이다;
도 8A 내지 8C는 주요 제조 공정 단계 후, 후면판을 하이라이팅한 태양 전지의 도식이다;
도 9A 내지 9E는 도 7A에 나타낸 후면판과 도 1A에 나타낸 태양 전지 어셈블리의 결합을 도시한다;
도 10A 내지 10C는 상호 접속된 태양 전지의 다른 실시예를 도시한다;
도 11은 태양 전지 모듈의 단면도를 도시한다;
도 12A 내지 12D는 금속 전극의 스트립을 제조하는 제조 공정 및 장치를 도시한다;
도 13A 및 13B는 후면판 상에 미리 제조된 금속 리본을 라미네이팅하기 위한 장치 및 방법을 도시한다;
도 14A 내지 14C는 변형된 영역을 갖는 금속 전극을 제조하는 제조 공정 및 장치를 도시한다;
도 15A 내지 15C는 다른 변형된 영역을 갖는 금속 전극을 제조하는 제조 공정 및 장치를 도시한다;
도 16A 및 16B는 개시된 기술 요지와 관련된 또 다른 태양 전지 및 지지 후면판 디자인을 도시한다;
도 17A 내지 C는 주요 "템플레이트 상에서" 제조 단계 후, 태양 전지의 도식이다;
도 18A 내지 C는 주요 "스마트 판(Smart Plane) 상에서" 제조 단계 후, 태양 전지의 도식이다;
도 19는 태양 전지에서 일반적인 세미 에디티브 구리 플레이팅 공정의 공정 흐름을 나타낸다; 또한
도 20A 및 20B는 각각 완성된 전지의 배면도 및 완성된 전지 일부의 상세도를 나타낸다.The features, characteristics and advantages of the disclosed technical subject matter will become apparent from the following detailed description of the invention, wherein like reference numerals denote like features:
1A and B are schematic diagrams of embodiments of partially fabricated TFSS-based back contact solar cells;
2 shows a cross-sectional view of the backplane;
3A-3D are schematics of solar cells highlighting the backplane after major manufacturing process steps;
4 illustrates a cross-sectional view of another backplane embodiment;
5A and 5B are schematics of solar cells highlighting the backplane after major manufacturing process steps;
6A-6E are schematics of solar cells highlighting the backplane after major manufacturing process steps;
7A-7C are schematics of solar cells highlighting the backplane after major manufacturing process steps;
8A-8C are schematics of solar cells highlighting the backplane after major manufacturing process steps;
9A-9E illustrate the combination of the backplane shown in FIG. 7A with the solar cell assembly shown in FIG. 1A;
10A-10C show another embodiment of interconnected solar cells;
11 shows a cross-sectional view of a solar cell module;
12A-12D show a fabrication process and apparatus for making strips of metal electrodes;
13A and 13B show an apparatus and method for laminating a prefabricated metal ribbon on a backplane;
14A-14C illustrate a fabrication process and apparatus for fabricating a metal electrode having modified regions;
15A-15C illustrate a fabrication process and apparatus for fabricating metal electrodes having other modified regions;
16A and 16B illustrate another solar cell and support backplane design in connection with the disclosed subject matter;
17A-C are schematics of solar cells after a major “on template” manufacturing step;
18A-C are schematics of solar cells after a major “on Smart Plane” manufacturing step;
FIG. 19 shows the process flow of a typical semi-additive copper plating process in solar cells; FIG. Also
20A and 20B show a back view of a finished cell and a detail of a portion of the completed cell, respectively.
이하 설명은 의미를 한정하는 것이 아니라, 본 발명의 일반적인 원리를 설명하기 위해서 만들어진다. 본 발명의 범위는 청구항과 관련하여 결정되어야 한다. 본 발명의 실시예는 같은 숫자는 다양한 도면의 같은 및 대응하는 부분을 나타내기 위해 사용되는 도면으로 설명된다.
The following description is not intended to limit the meaning but is made to explain the general principles of the invention. The scope of the invention should be determined with reference to the claims. Embodiments of the invention are described with the drawings wherein like numerals are used to represent like and corresponding parts of the various figures.
또한, 본 발명이 실리콘 및 다른 제조 물질과 같은 특정 실시예를 참고하여 기재되지만, 당업자라면 과도한 실험 없이, 다른 물질, 기술 영역, 및/또는 실시예에 여기에 논의되는 원리를 적용할 수 있다.
In addition, while the present invention has been described with reference to specific embodiments, such as silicon and other manufactured materials, those skilled in the art can apply the principles discussed herein to other materials, technical areas, and / or embodiments without undue experimentation.
본 출원은 대표예로서 박형 실리콘 태양 전지에 사용되는 에피택셜-성장 결정 박막 실리콘 기판(TFSS)을 참조하지만, 기재된 후면판 강화 및 전기 상호 접속 방법, 디자인, 장치 및 공정은 어느 형태의 반도체 기판, 예컨대 GaAs를 포함하는 화합물 반도체 뿐만 아니라 결정 반도체 잉곳으로부터 제조된 박형 쵸크랄스키 (CZ) 또는 플로트 존(Float Zone) (FZ) 웨이퍼에도 광범위하게 그리고 동등하게 적용 가능하다는 것을 특히 알아야 한다.While the present application refers to epitaxial-growth crystalline thin film silicon substrates (TFSS) used in thin silicon solar cells as representative examples, the described backplane strengthening and electrical interconnection methods, designs, devices, and processes include any type of semiconductor substrate, It should be noted in particular that it is broadly and equally applicable to thin Czochralski (CZ) or Float Zone (FZ) wafers made from crystalline semiconductor ingots as well as compound semiconductors including for example GaAs.
또한, 태양 전지 상에 박형 전극층과 후면판 상에 후형 전극층 사이에 접촉 연결을 설명할 수 있는 임의의 용어로서, 전도성 "포스트(posts)"가 실시예에 사용되지만, 전도성 "플러그(plugs)" 또는 전도성 범프(bumps)"도 이용 가능하고, 상호 교체하여 사용될 수 있다.
Further, as any term capable of describing a contact connection between a thin electrode layer on a solar cell and a thick electrode layer on a backplate, conductive "posts" are used in the examples, but conductive "plugs". Or conductive bumps " are also available and can be used interchangeably.
개시된 기술 요지는 박형 태양 기판 상에 고효율 후면판 태양 전지의 제조 및 실행; 특히 기판 크래킹 및 균열을 제거하기 위해서 박형 기판에 연속적인 기계적 및 구조적 지지체를 제공하고 고전도성 전지 상호 접속의 형성을 제공하는 제조방법 및 디자인에 대한 현존하는 난관의 일부를 해결한다.The disclosed technical subject matter includes the manufacture and implementation of a high efficiency backplane solar cell on a thin solar substrate; In particular, it solves some of the existing challenges to manufacturing methods and designs that provide continuous mechanical and structural support to thin substrates to eliminate substrate cracking and cracking and provide for the formation of highly conductive cell interconnects.
개시된 기술 요지의 디자인 및 방법은 일반적으로 바람직하게는 전기 전도성 (즉, 알루미늄, 알루미늄 합금, 또는 구리와 같은 금속성 물질) 상호 접속층 및 선택적 유전체 절연층(optional dielectric insulating layer)의 맞물려진 패턴을 구비하는 후면판을 포함한다. 그 후, 상기 후면판은 얼라인드 본딩(aligned bonding) 및 라미네이션 공정에서, 전기 전도성 및 전기 절연성 접착 물질로 TFSS 면에 결합될 수 있다. 후면판 상의 패터닝된 금속 상호 접속층은 일반적으로 태양 전지 TFSS 상의 금속층보다 매우 두껍고, 0.1 mm 내지 1 mm와 같이 두껍거나 (또는 더크거나) 또는 더 작거나, 또한 다른 태양 전지의 고려 사항에 따라 25 내지 250 미크론의 범위일 수 있다. 따라서, 전류는 직접적으로 박형 태양 전지로부터 직접 추출되고, 태양 전지 상의 패터닝된 박형 금속층과 후면판 상의 패터닝된 후형 금속층을 연결하는 전도성 접착제 플러그/범프/포스트를 통하여 후면판으로 가이딩될 수 있다(guided). 그 후, 후면판-결합된 TFSS는 재사용 가능한 반도체 (예컨대 실리콘 태양 전지용 실리콘) 템플레이트로부터 분리될/나뉠 수 있다. 그 후, TFSS의 분리된 실리콘 측 (태양광이 비치는 측, 전지의 전면)은 화학적으로 세정되고, 선택적으로 및 바람직하게 텍스처링되고, 표면 패시베이션 및 반사 방지 코팅(ARC) 층으로 코팅된다. 이러한 후면판이 결합된 복수의 태양 전지들은 후면판 에지에서 확장된 전도성 상호 접속으로부터 태양 전지를 연결함으로써 또는 후면판의 후측에 홀/바이어스/개구부를 통해 충전된 전도성 물질을 통해 태양 광기전 모듈을 형성하도록 연결되고 어셈블리될 수 있다.The design and method of the disclosed subject matter generally have an interlocking pattern of an electrically conductive (ie metallic material such as aluminum, aluminum alloy, or copper) interconnect layer and an optional dielectric insulating layer. It includes a backplane. The backplane may then be bonded to the TFSS face with an electrically conductive and electrically insulating adhesive material in an aligned bonding and lamination process. The patterned metal interconnect layer on the backplane is generally much thicker than the metal layer on the solar cell TFSS and is thicker (or larger) or smaller, such as 0.1 mm to 1 mm, or depending on other solar cell considerations. And 250 microns. Thus, the current can be extracted directly from the thin solar cell and guided to the backplane through a conductive adhesive plug / bump / post connecting the patterned thin metal layer on the solar cell and the patterned thick metal layer on the backplane ( guided). The backplane-coupled TFSS may then be separated / divided from the reusable semiconductor (eg silicon for silicon solar cells) template. Thereafter, the separated silicon side of the TFSS (sunlit side, front side of the cell) is chemically cleaned, optionally and preferably textured, and coated with a surface passivation and antireflective coating (ARC) layer. The plurality of solar cells incorporating such backplanes form solar photovoltaic modules by connecting the solar cells from a conductive interconnect that extends at the backplane edges or through conductive materials charged through holes / bias / openings on the backside of the backplane. Can be connected and assembled.
박형 (일반적으로 10 ㎛ 이하, 일부 실시예에서 약 0.1 ㎛ 내지 약 2 ㎛ 범위의 두께를 갖는 것) 맞물려진 에미터 및 베이스 금속 그리드 층은 금속 물리-기상-증착(metal physical-vapor-deposition) (예컨대 플라즈마 스퍼터링 또는 알루미늄 또는 알루미늄 실리콘 합금의 증발)과 같은 블랭킷 금속 코팅 공정(blanket metal coating process), 및 얼라인드 펄스 레이저 금속 제거(aligned pulsed laser metal ablation)와 같은 금속 패터닝 공정에 의해 태양 전지의 후면 상에 형성된다. 다른 패터닝된 금속 코팅 공정으로는 그것에 한정되지 않지만, 스크린 인쇄, 잉크젯 인쇄 및 패터닝된 마스킹 층을 갖는 금속 에칭을 들 수 있다.Thin (typically 10 μm or less, in some embodiments having a thickness in the range of about 0.1 μm to about 2 μm) the interlocked emitter and base metal grid layers are metal physical-vapor-deposition. Blanket metal coating processes such as plasma sputtering or evaporation of aluminum or aluminum silicon alloys, and metal patterning processes such as aligned pulsed laser metal ablation. It is formed on the back side. Other patterned metal coating processes include, but are not limited to, screen printing, ink jet printing, and metal etching with patterned masking layers.
후면판 어셈블리는 후면판 플레이트(backplane plate), 선택적 캡슐화되고 절연된 접착 물질(optional encapsulating and insulating adhesive material), 및 후형 맞물려진 에미터 및 베이스 금속 그리드 층(알루미늄 또는 알루미늄 합금박과 같은 고전도성, 저비용의 금속 박막의 몇몇 실시예뿐만 아니라, 적합하게는 구리와 같은 전기 전도성 물질로 제조되는)을 포함한다. 패터닝된 금속층은 절연 접착층에 의해 후면판에 캡슐화되거나 또는 결합된다. 일부 실시예에서 후면판은, 그것에 한정되지 않지만, 소다 라임 글래스, 플라스틱 및 유전체 물질의 복합체, 또는 구조적 강도 및 광 포획 능력이 적당한 임의의 다른 물질을 포함하는 유전체 물질로 이루어질 수 있다. 또는, 후면판은 양극 산화된 알루미늄으로 코팅된 알루미늄과 같은 유전체 코팅된 금속 물질로 이루어질 수 있다. 금속 그리드 층은 후면판 상에 미리 제조된 금속 스트립을 라미네이팅 함으로써, 또는 후면판 상에 미리 라미네이팅된 알루미늄 또는 알루미늄 합금박과 같은 금속박을 패터닝/슬릿팅(slitting)함으로써 제조될 수 있다. 절연 접착 물질의 예로는 일반적인 태양 광기전 모듈 봉합재 물질, 예컨대 다양한 제조자 제품의 에틸렌 비닐 아세테이트 (EVA) 및 Dai Nippon Printing (DNP) 제품의 산화된 LDPE (PV-FS Z68)를 포함한다.
The backplane assembly includes a backplane plate, an optional encapsulating and insulating adhesive material, and a thick interlocked emitter and base metal grid layer (high conductivity such as aluminum or aluminum alloy foil, As well as some embodiments of low cost metal thin films, suitably made of an electrically conductive material such as copper). The patterned metal layer is encapsulated or bonded to the backplane by an insulating adhesive layer. In some embodiments the backplane may be made of a dielectric material including, but not limited to, soda lime glass, a composite of plastic and dielectric material, or any other material that is suitable for structural strength and light trapping ability. Alternatively, the backplane may be made of a dielectric coated metal material, such as aluminum coated with anodized aluminum. The metal grid layer can be prepared by laminating a prefabricated metal strip on the backplane, or by patterning / slitting a metal foil, such as aluminum or aluminum alloy foil, prelaminated on the backplane. Examples of insulating adhesive materials include common solar photovoltaic module encapsulant materials, such as oxidized LDPE (PV-FS Z68) from ethylene vinyl acetate (EVA) and Dai Nippon Printing (DNP) products from various manufacturers.
태양 전지 및 후면판의 얼라인드 접합(joining)/결합은 전도성 접착 플러그/범프/포스트 및 후면판의 패터닝된 금속면과 태양 전지 측 사이에 부분적으로 멜팅 및 리플로우된 봉합재 유전체층에 의해 제조된다. 태양 전지 상 및 후면판 상에 맞물려진 금속 그리드는 평행 또는 직각 배열로 얼라인드 및 부착될 수 있다. 패터닝된 유전체층은 태양 전지와 후면판을 접합하기 전에 후면판 금속면 또는 태양 전지 금속면 상에 위치될 수 있다. 2개의 금속층 사이에 패터닝된 유전체층의 개방된 영역은 전기 전도성 및 접착 결합을 제공하기 위해 전도성 접착 물질로 충전된다.
Aligned joining / bonding of the solar cell and backplane is made by a conductive adhesive plug / bump / post and a partially melted and reflowed encapsulant dielectric layer between the patterned metal side of the backplane and the solar cell side. . Metal grids engaged on the solar cell and on the backplane may be aligned and attached in parallel or right angle arrangements. The patterned dielectric layer may be located on the backplane metal surface or the solar cell metal surface prior to bonding the solar cell and the backplane. The open area of the patterned dielectric layer between the two metal layers is filled with a conductive adhesive material to provide an electrically conductive and adhesive bond.
개시된 태양 모듈, 후면판 기반의 태양 전지, 및 후면판은 윤곽을 만든 건물벽 또는 자동차 차체와 같은 물체의 평평하지 않거나 곡면 상에 등각의 마운팅이 가능하도록 기계적으로 플렉시블하거나 세미-플렉시블할 수 있다. 또한, 개시된 태양 모듈, 후면판 결합된 태양 전지 및 후면판은 건물 일체형 태양광 발전 (BIPV) 및 자동차 어플리케이션과 같은 시스루(see-through) 어플리케이션을 위해 부분적으로 광을 통과시킬 수 있는 복수의 광 투과 개구부를 가질 수 있다.
The disclosed solar modules, backplane based solar cells, and backplanes can be mechanically flexible or semi-flexible to allow conformal mounting on uneven or curved surfaces of objects such as contoured building walls or automobile bodies. In addition, the disclosed solar modules, backplane coupled solar cells and backplanes have multiple light transmissions that can partially pass light for see-through applications such as building integrated solar power (BIPV) and automotive applications. It may have an opening.
도 1 내지 3D는 패터닝된 박형 금속 전극을 포함하는 TFSS 기반의 후면 접촉 태양 전지, 패터닝된 후형 금속 전극 (예컨대, 바람직하게는 알루미늄 또는 알루미늄 합금과 같은 저비용 고전도성 물질)을 갖는 후면판, 및 후면판 지지 및 강화를 갖는 완전히 제조된 후면 접촉 태양 전지를 제조하기 위한 접합/결합 공정의 개략도이다. 이 실시예에 있어서, 후면판 상의 금속 전극은 태양 전지 상의 금속 전극에 평행으로 얼라인드되어 있고, 후면판 및 태양 전지 상의 금속 전극은 결합 및 캡슐화된 구조에 완전히 임베딩되어 있다. 임베딩된 전극은, 임베딩된 금속 전극에서 공정 툴까지 교차 오염의 위험을 줄이고, 임베딩된 금속 전극이 텍스처링된 화학물질에의 임의의 노출 없이, 표면 텍스처링, 패시베이션 및 반사 방지 코팅과 같은 포스트-템플레이트-분리 공정 단계를 전지가 거치도록 한다.
1 through 3D illustrate a TFSS based back contact solar cell comprising a patterned thin metal electrode, a back plate having a patterned thick metal electrode (eg, a low cost high conductivity material, preferably aluminum or an aluminum alloy), and a back side. Schematic of a bonding / bonding process for making a fully manufactured back contact solar cell with plate support and reinforcement. In this embodiment, the metal electrodes on the backplane are aligned parallel to the metal electrodes on the solar cells, and the metal electrodes on the backplane and the solar cells are fully embedded in the bonded and encapsulated structure. Embedded electrodes reduce the risk of cross-contamination from embedded metal electrodes to process tools, and the embedded metal electrodes do not have any exposure to textured chemicals, such as post-templates such as surface texturing, passivation and antireflective coatings. Allow the cell to go through a separation process step.
도 1A는 재사용 가능한 템플레이트로부터 분리하기 전에 부분적으로 제조된 TFSS-기반의 후면 접촉 태양 전지의 개략도이다. 태양 전지 기판(6)은 트리클로로실란(TCS), 디클로로실란(DCS), 또는 실란과 같은 에피택셜 실리콘을 증착하는 공지의 방법을 사용하여 재사용 가능한 실리콘 템플레이트(2) 상의 다공성 실리콘 분리층(4)에 성장된 에피택셜 실리콘의 박층 (예컨대 1 ㎛ 내지 ~100 ㎛)이다. 본 명세서에서 기판은 실리콘과 같은 반도체 물질로 대부분 제조되고, 그 두께보다 훨씬 큰 측면 치수(직경, 길이, 폭)를 갖는 박형 플레이트를 말한다. 본 명세서에서 템플레이트는 기판이 원래 부착되어 있고, 태양 전지를 형성하기 위해 분리/나뉘는 구조를 말한다. 템플레이트는 복수의 기판을 제조하는데 사용될 수 있고, 일반적으로 독립형(stand-alone) 기판보다 두껍고 더욱 단단하다. 예컨대, 재사용 가능한 실리콘 템플레이트는 직경 100 mm 내지 450 mm의 원형, 또는 코너가 둥글려진 스퀘어형, 또는 100 mm 내지 몇백 밀리미터 범위의 측면 치수-태양 전지 어플리케이션용 보통 치수는 125mm x 125mm, 156mm x 156mm, 또는 210 mm x 210 mm-를 갖는 풀 스퀘어형 실리콘 웨이퍼로 이루어질 수 있다. 재사용 가능한 템플레이트의 두께는 200 um 내지 몇 밀리미터의 범위일 수 있고, 박막 실리콘 기판(TFSS, thin-film-silicon-substrate)의 두께는 약 1 미크론 내지 몇백 미크론의 범위일 수 있다.
1A is a schematic of a partially fabricated TFSS-based back contact solar cell prior to separation from the reusable template. The
기판과 템플레이트 사이의 부착은 기판 및 템플레이트와 동일하거나 또는 다른 물질로 이루어지는 박형의 기계적으로 약한 층을 통한다. 예컨대, 템플레이트 측에 더 높은 다공성 (60%~80%) 서브층 및 TFSS 측에 더 낮은 다공성 (10%~30%) 서브층을 구비하는 이중층(bi-layer)(또는 삼층 또는 그레이드 다공성(grade porosity)) 구조를 갖는 다공성 실리콘층. 낮은 다공성 층은 결함이 낮은 단결정 에피택셜 실리콘 성장을 가능하게 하기 위해 시드층으로서 작용하고, 높은 다공성 층은 TFSS 및 템플레이트의 분리를 가능하게 하는데 사용된다. 구조 및 공정의 상세는 미국 특허 제2008/0264477 및 2009/0107545에서 확인되고, 여기에 완전히 설명하듯이 모든 목적을 위해 전체가 참조로 인용된다. 여기에 완전히 설명하듯이 모든 목적을 위해 전체가 참조로 인용되는 국제 특허 WO2011/072161 및 WO2011/072179는 후면 접촉 실리콘 태양 전지를 제조하기 위한 특정 구조, 방법 및 공정이 개시되어 있다. 본 발명의 실시예는 예로서 재사용 가능한 실리콘 템플레이트 및 에피택셜 실리콘 증착을 이용하여 제조된 박형 실리콘 전지를 이용하여 주로 기재하지만, 개시된 기술 요지는 프로톤 이식 및 응력 유도 분열법과 같은 방법을 이용하여 벌크 웨이퍼 및 잉곳으로부터 박형 실리콘을 분열하는 것과 같은 다른 방법에 의해 제조되는 박형 반도체 전지에 적용 가능하다.
The attachment between the substrate and the template is through a thin, mechanically weak layer of the same or a different material as the substrate and the template. For example, a bi-layer (or three or grade porosity) having a higher porosity (60% -80%) sublayer on the template side and a lower porosity (10% -30%) sublayer on the TFSS side. porosity)) porous silicon layer having a structure. The low porosity layer acts as a seed layer to enable low defect single crystal epitaxial silicon growth, and the high porosity layer is used to enable separation of TFSS and templates. Details of structures and processes are found in US 2008/0264477 and 2009/0107545, which are incorporated by reference in their entirety for all purposes, as fully described herein. As fully described herein, international patents WO2011 / 072161 and WO2011 / 072179, which are incorporated by reference in their entirety for all purposes, disclose specific structures, methods and processes for manufacturing back contact silicon solar cells. Embodiments of the present invention are primarily described using thin silicon cells fabricated using reusable silicon templates and epitaxial silicon deposition as examples, but the disclosed subject matter is bulk wafers using methods such as proton implantation and stress induced cleavage methods. And thin semiconductor cells produced by other methods such as splitting thin silicon from ingots.
도 1A는 금속 전극의 양 극성(베이스 및 에미터)이 한쪽에 있는, 후면 접촉 태양 전지 기판의 부분을 도시한다. 재사용 가능한 템플레이트(2)로부터(또는 호스트 웨이퍼로부터) 태양 전지 기판(6)을 분리하기/나누기/분열하기 전에, 국부화된 에미터 도핑층(localized emitter doped layer)(8), 베이스 금속 전극(base metal electrodes)(10), 에미터 금속 전극(emitter metal electrodes)(12), 유전체 접착층(dielectric adhesive layer)(18), 베이스 전도성 포스트(base conductive posts)(14), 및 에미터 전도성 포스트(emitter conductive posts)(16)가 기판의 후면 (도 1A 및 1B에 나타낸 상측)에 형성된다. 도시된 바와 같이, 기판은 도핑된 에미터 및 베이스 접촉 영역을 갖는다; 그러나, 에피택셜-성장 실리콘 TFSS는, 에피택셜 성장 공정의 일부로서, 인-시츄 벌크 베이스 도핑(in-situ bulk base doping), 후면전계(back surface field, BSF) 도핑, 전면전계(front surface field, FSF) 도핑, 및 인-시츄 에미터 도핑(in-situ emitter doping) 중 하나 또는 이들의 조합을 갖거나 가지지 않을 수 있다.1A shows a portion of a back contact solar cell substrate, with both polarities (base and emitter) of a metal electrode on one side. Before separating / dividing / breaking the
여기에 논의되는 특정 실시예는 붕소 p형 에미터와 인을 사용하는 n형 벌크 베이스 도핑을 구비하지만(with n-type bulk base doping using phosphorous with a boron p-type emitter), 상기 방법은 태양 전지를 형성하는 도핑의 임의의 조합에 동등하게 적용 가능하다. 본 발명의 주요 실시예는 후면판 전지 지지체, 강화 및 상호 접속에 초점을 맞추기 때문에, 특정 도핑 영역, 표면 패시베이션층, 백 미러 층(back mirror layer) 및 전면 반사 방지 코팅(ARC) 층은 도면 및 상세한 설명의 단순성을 위해 도면에 도시하지 않았다.
While certain embodiments discussed herein have n-type bulk base doping using phosphorous with a boron p-type emitter, the method is a solar cell. Equally applicable to any combination of doping to form Since the main embodiments of the present invention focus on the backplane cell support, reinforcement and interconnection, certain doped regions, surface passivation layers, back mirror layers and front anti-reflective coating (ARC) layers are shown in the figures and It is not shown in the drawings for simplicity of the detailed description.
도 1A에 나타낸 중요 요소는 실질적으로 평행인 부스바리스 맞물려진 에미터(substantially parallel busbarless interdigitated emitter) (12) 및 베이스 (10) 금속 전극, 유전체 결합 및 캡슐화 층(the dielectric bonding and encapsulation layer) (18), 및 전기 전도성 베이스(electrically conductive base) (14) 및 에미터 (16) 접합 포스트(joining posts)이다. 금속층은 바람직하게는 물리 증착법(PVD) 공정, 예컨대 플라즈마 스퍼터링 또는 증발에 의해 증착되고, 이하 3가지 방법 중 하나에 의해 패터닝될 수 있다: (1) 금속 증착 동안 셰도우 마스크를 이용하는 것; (2) 레이저 제거와 같은 셸로우 레이저 스크라이빙; 또는 (3) 인쇄된 에칭 마스킹층으로 금속 화학 에칭. 금속 물질 옵션(Metallic material options)은, 박형 유전체층의 플라즈마 강화 화학 증기 증착(PECVD)과 관련된 공정 및 웨트 텍스처링 공정을 포함하는 다운스트림 태양 전지 공정에서, 오염 문제가 없거나 거의 없기 때문에, 그것에 한정되지 않지만, 알루미늄 또는 알루미늄-실리콘 합금을 포함한다. 또한, 이들 물질은 n+ 및 p+ 실리콘 접촉 영역 모두에 낮은 저항 접촉을 확립하고, 전지 광 포획을 돕기 위해 상대적으로 우수한 광학 리플렉터로서 작용한다. 전지 상에 증착된 금속층의 두께는 일반적으로 10 ㎛ 미만이고, 실시예에서 0.1 ㎛ 내지 2 ㎛의 범위이다. 맞물려진 전극의 길이는 태양 전지 크기와 비교할만하고, 125 mm 또는 156 mm 길이일 수 있다. 인접한 베이스 및 에미터 전극들 사이의 공간은, 예컨대 0.5 mm 내지 2 mm의 범위이다. 전극 폭은, 저항 옴 손실(resistive ohmic losses)을 저감하기 위해서 더 넓어지는 것이 바람직하다. 그러나, 후면판 결합 얼라인먼트 필요 조건의 허용 범위에 따라 달라지는(depending on the tolerance of the backplane bonding alignment requirement), 인접한 전극들 사이의 간격은 약 10 ㎛ 내지 1 mm일 수 있다. 부스바 전기 셰이딩 및 모든 표면적으로부터 완전한 추출 전류에 기인한 표면 손실을 감소시키기 위해, 이 다자인에 나타낸 금속 레이 아웃은 부스바리스(busbarless)(즉, 전지에 부스바가 없음)이다.
The key elements shown in FIG. 1A are substantially parallel busbarless interdigitated
선택적으로, 박형 금속층을 패터닝하는 동안, 박형 유전체 절연층(18)은, 접촉(전도성 베이스 포스트(14) 및 전도성 에미터 포스트(16)와 같이 나타낸)을 만들기 위해 전극에 국부 개구부를 제외한 전체 표면적을 커버하기 위해 금속 전극 상에 적층된다. 이러한 선택적 및 필요하지 않은 절연층은 페이스트상으로부터 스크린 인쇄 또는 액상으로부터 잉크젯-인쇄된 후 건조 및 경화될 수 있다. 또는, 유전체층은, 레이저 제거 또는 화학 에칭에 의해 패터닝되는 PVD 실리콘 니트라이드 또는 산화물층일 수 있다.Optionally, during the patterning of the thin metal layer, the thin dielectric insulating
그 후, 전도성 에미터 포스트(16) 및 전도성 베이스 포스트(14)는 스크린 인쇄, 잉크젯 인쇄 또는 직접 액체/페이스트 디스펜싱을 사용하여 전기 전도성 페이스트를 적용함으로써 형성된다. 전기 전도성 플러그(상호 교환하여 여기서 포스트라고도 함)의 용도는 전지에 또는 후면판 맞물려진 금속 핑거(backplane interdigitated metal finger)에 이러한 플러그를 첨가함으로써 수행될 수 있다. 예컨대, 선택적 적층된 유전체층을 건조 및 경화 후, 전도성 포스트는 이하 방법 중 하나에 의해 제조될 수 있다: (1) 금속 플레이팅; (2) 전도성 물질 잉크젯-인쇄 또는 디스펜싱 후 건조; 또는 (3) 전도성 접착층을 스크린 인쇄. 전도성 포스트형은 선분(line-segment), 프리즘, 또는 원통형 또는 타원형을 포함한다. 전도성 포스트의 높이는 선택적 유전체층의 두께보다 커서, 전도성 포스트는 이들을 둘러싸는 선택적 유전체층보다 튀어나온다(stick out). 예로서, 유전체 절연층이 100 ㎛이면, 포스트 높이는 적어도 100 um 내지 200 um의 범위인 것이 바람직하다.Thereafter,
도 1B는 기계적 또는 전기적 고장 때문에 전기적 연속성이 차단되는 경우에 전류를 흐르게 하는 가외성(redundancy)을 제공하기 위해 베이스 및 에미터 박형 금속 부스바가 적용되는, TFSS가 분리되기 전의 다른 후면 접촉 태양 전지의 부분이다. 태양 전지 기판(26)은 재사용 가능한 실리콘 템플레이트(22) 상에 위치되는 다공성 실리콘층(24) 상에 위치된다. 도시된 바와 같이 전지의 상측은 박형 에미터 도핑층(thin emitter doped layer)(28), 베이스 금속 전극(base metal electrodes)(30), 에미터 금속 전극(emitter metal electrodes)(32), 유전체 접착층(dielectric adhesive layer)(38), 베이스 전도성 포스트(base conductive posts)(34), 에미터 전도성 포스트(emitter conductive posts)(36), 베이스 금속 부스바(base metal busbar)(42), 및 에미터 밀 부스바(emitter meal busbar)(40)을 구비하는 후면 금속 접촉 측(태양광이 비치는 측과 맞은편)이다.
FIG. 1B shows a portion of another back contact solar cell before the TFSS is detached, where the base and emitter thin metal busbars are applied to provide redundancy that causes current to flow when electrical continuity is interrupted due to mechanical or electrical failure. to be. The
부스바는 맞물려진 전극들과 동일한 물질로 이루어질 수 있고, 부스바의 폭은 에미터 및 베이스 금속 그리드와 동일한 사이즈일 수 있어, 이들은 풀(full) 및 균일한 전류 추출에 영향을 주지 않을 수 있다. 전도성 접착 포스트(Conductive adhesive post)는 부스바 상에 위치될 수 있고, 이러한 부스바 상의 포스트 밀도는 금속 그리드 상에서 보다 큰 것이 바람직하다. 박형 금속 부스바를 구비하는 태양 전지의 나머지 구조적 디자인 및 제조 공정은 도 1A에 개시된 것과 유사하다.
The busbars may be made of the same material as the interlocked electrodes, and the width of the busbars may be the same size as the emitter and base metal grids so that they may not affect full and uniform current extraction. . Conductive adhesive posts may be located on the busbars, with post density on these busbars preferably being greater on the metal grid. The remaining structural design and manufacturing process of the solar cell with the thin metal busbars is similar to that disclosed in FIG. 1A.
도 2 내지 도 3D는 주요 제조 공정 단계 후, 후면판을 하이라이팅한, 태양 전지의 도식이다. 도 2 내지 3D의 단면도에서 묘사되는 이러한 구조적 특징은 달리 언급하지 않으면 일치한다. 도 2 내지 도 3D에서, 태양 전지의 단면도는 위쪽을 보는 전면(태양광이 비치는 측) 및 아래쪽을 보는 후면(태양광이 비치지 않는/접촉 측)을 구비하는 전지를 도시한다.2 to 3D are schematics of solar cells highlighting the backplane after the main manufacturing process steps. These structural features depicted in the cross-sectional views of Figures 2 to 3D are consistent unless otherwise noted. 2 to 3D, the cross-sectional view of the solar cell shows a cell having a front side (sunlight side) facing up and a back side (non-sunlight / contact side) facing down.
도 2는 후형 베이스 전극(thick base electrodes)(52), 후형 에미터 전극(thick emitter electrodes)(50), 에미터 부스바(emitter busbar)(60), 및 베이스 부스바(base busbar)(58)를 포함하는 맞물려진 후형 금속층에 결합/마운팅되는, 후면판 플레이트(backplane plate)라고도 하는 후면판(backplane)(54)을 포함하는 후면판의 부분을 도시한다. 맞물려진 금속 그리드는 도 1A 및 1B에 나타낸 맞물려진 금속 패턴과 평행하고 사이즈가 비교할만하다. 후면판은 바람직하게는 전기 절연성이고, 기계적으로 단단하고, 또한 열팽창계수(CTE)가 상대적으로 낮고, 비용이 낮고, 화학 내성이 높고, 열 안정성이 높다(예컨대 150 ℃ 내지 200 ℃). 후면판 물질의 예로는, 그것에 한정되지 않지만, 소다 라임 글래스 및 소정의 플라스틱을 들 수 있다. 후면판의 두께는 바람직하게는 약 0.25 mm 내지 3 mm의 범위이고, 더욱 바람직하게는 0.25 mm 내지 0.75 mm의 범위이고, 측면 치수는 결합될 실리콘 태양 전지에 못지 않다.
FIG. 2 shows a
패터닝된 금속층은 미리 제조되고, 절연 접착층에 부착된 후, 도 1(c)에 나타낸 바와 같이 후면판에 그대로 라미네이팅될 수 있다. 또는, EVA, PV-그레이드 실리콘 또는 PV-그레이드 Z68과 같이, 도 2에서 층(56)으로 나타낸 절연 접착 & 봉합재층(insulating adhesive & encapsulant layer)은 후면판 면 상에 라미네이팅될 수 있다. 그 후, 금속박, 예컨대 Al 또는 Al 합금박은 접착층의 상부에 라미네이팅될 수 있다. 금속층의 두께는 바람직하게는 25 ㎛ 내지 150 ㎛의 범위이고, 이는 매우 두꺼워 태양 전지에 증착되는 더 얇은 금속층보다 더욱 전기 전도성이 크다. 이 디자인을 사용하여, 글로벌 전류 및 전압 추출 및 전도는 후면판 상에 상대적으로 후형 패터닝된 금속층에 의해 주로 수행된다. 다음 단계에서, 금속박은 이하 방법 중 하나에 의해 패터닝 및 에지 트리밍(edge trimmed)될 수 있다: (1) 금속 잔해 제거를 위한 후속 세정으로 레이저 스크라이빙; (2) 패터닝된 마스킹층으로 화학적 에칭; (3) 기계적 스탬핑 또는 다이-커팅. 맞물려진 패턴으로 금속박을 패터닝한 후, 후면판 어셈블리는, 패터닝된 금속 그리드들 사이에 공간을 충전하고 캡슐화하기 위해, 부분적으로 멜팅되도록 가열하고, 절연 접착 및 봉합재 층에 리플로우(re-flow)될 수 있다.
The patterned metal layer may be prepared in advance, attached to an insulating adhesive layer, and then laminated to the back plate as shown in FIG. 1C. Alternatively, an insulating adhesive & encapsulant layer, represented by
도 3A는 도 1A의 태양 전지 및 결합된 후면판의 부분을 도시한다. 도 1A 및 3A의 단면도에서 묘사되는 그런 구조적 특징은 달리 언급하지 않으면 일치한다. 도 1A의 부착된 템플레이트를 구비하는 태양 전지는 우선 도 3A의 후면판의 상부에 위치되고, 후면판 상의 금속 패턴은 태양 전지 상의 금속 패턴에 평행하게 얼라인드되고(다시 말해서, 맞물려진 전극들은 평행으로 얼라인드되고), 후면판 상에 공간적으로 변형된 전기 상호 접속을 형성하기 위해 결합된다. 결합 또는 라미네이션 공정은 후면판과 태양 전지 사이에 포획된 에어 버블을 제거하기 위해 진공 환경에서 수행될 수 있고, 제어된 압력은 전체 표면 접촉을 형성하기 위해 결합 동안 인가될 수 있다.
FIG. 3A shows a portion of the solar cell and combined backplane of FIG. 1A. Such structural features depicted in the cross-sectional views of FIGS. 1A and 3A are consistent unless otherwise noted. The solar cell with the attached template of FIG. 1A is first placed on top of the backplane of FIG. 3A, and the metal pattern on the backplane is aligned parallel to the metal pattern on the solar cell (ie, the interlocked electrodes are parallel Aligned to form a spatially modified electrical interconnect on the backplane. The bonding or lamination process can be performed in a vacuum environment to remove air bubbles trapped between the backplane and the solar cell, and controlled pressure can be applied during bonding to form a full surface contact.
최초 결합(또는 라미네이션/캡슐화) 후, 어셈블리는 핫플레이트 접촉을 통해 또는 적외 램프에 의해 약하게 가열될 수 있다. 결과적으로, 전도성 포스트는 베이스 접촉(64) 및 에미터 접촉(62)으로서 도 3A에 나타낸 금속층과 완전히 전기적 접촉을 이룰 것이고, 부분적으로 멜팅되고, 리플로우된 절연 접착층은 2개의 플레이트와 함께 결합할 것이다.
After initial bonding (or lamination / encapsulation), the assembly can be lightly heated through hotplate contact or by an infrared lamp. As a result, the conductive post will be in full electrical contact with the metal layer shown in FIG. 3A as
도 3B는 전면 (태양과 마주보는, 태양광이 비치는 측) 실리콘 표면을 처리한 후 태양 전지의 부분을 도시한다. 또한, 도 3B에 나타낸 바와 같이, 제조된 태양 전지는 전면/태양광이 비치는 면 (상부면으로 나타냄) 상에 금속 그리드를 가지지 않는다. 재사용 가능한 호스트 템플레이트가 부착된 태양 전지 및 후면판의 결합 또는 라미네이션 후, 템플레이트는 결합된 어셈블리로부터 분리된다. 예컨대, 미국 특허 제2010/0022074, 2010/0279494, 및 2011/0021006은 분리 방법 및 장치가 개시되어 있고, 여기에 완전히 설명되듯이 모든 목적을 위해 전체가 참조로 인용된다.3B shows a portion of a solar cell after treating the front (solar side, facing the sun) silicon surface. In addition, as shown in FIG. 3B, the fabricated solar cell does not have a metal grid on the front / solar side (shown as the top side). After bonding or lamination of the solar cell and backplane to which the reusable host template is attached, the template is separated from the assembled assembly. For example, US Pat. Nos. 2010/0022074, 2010/0279494, and 2011/0021006 disclose separation methods and apparatus, which are incorporated by reference in their entirety for all purposes, as fully described herein.
템플레이트로부터 라미네이팅되고 결합된 후면판/전지 어셈블리를 분리한 후, 템플레이트 계면 및 박막 실리콘 기판(TFSS)에서의 쿼시-단결정 실리콘(quasi-monocrystalline silicon, QMS) 층 및 다공성 실리콘 잔해는, 희석된 KOH 또는 TMAH 또는 HF + HNO3 기반의 실리콘 에칭과 같은 제어된 실리콘 에칭 공정을 사용하여 세정 및 제거된다. 세정된 실리콘 템플레이트는 다공성 실리콘층의 형성 및 에피택셜 실리콘층의 성장의 다음 사이클에서 다시 사용될 것이다.
After separating the laminated and bonded backplane / cell assembly from the template, the quasi-monocrystalline silicon (QMS) layer and porous silicon debris at the template interface and thin-film silicon substrate (TFSS) are diluted KOH or It is cleaned and removed using a controlled silicon etch process such as TMAH or HF + HNO 3 based silicon etch. The cleaned silicon template will be used again in the next cycle of formation of the porous silicon layer and growth of the epitaxial silicon layer.
그 후, 태양 전지의 노출된 실리콘 태양광이 비치는 면은 (1) 효과적인 광 포획 및 감소된 광학 반사 손실을 위해 텍스처를 형성하도록 표면 텍스처링 공정; (2) 표면 패시베이션 및 반사 방지 코팅(ARC)을 거칠 것이다. 따라서, 도 3B에 나타낸 바와 같이, 태양 전지 TFSS(72) 상에 텍스처링되고, 패시베이션되고, ARC 코팅된 실리콘 표면(70)을 형성한다.
The exposed silicon solar side of the solar cell is then subjected to (1) a surface texturing process to form a texture for effective light capture and reduced optical reflection loss; (2) It will undergo surface passivation and antireflective coating (ARC). Thus, as shown in FIG. 3B, a textured, passivated, ARC coated
도 3B에서 임베딩된 베이스 부스바(74) 및 임베딩된 에미터 부스바(76)로 나타낸 바와 같이, 상호 접속 금속층이 결합 및 라미네이팅된 어셈블리에 완전히 임베딩되고, 캡슐화되는 경우에, 기재된 후속 공정 단계는 소정의 관련 문제 없이 수행될 수 있다. 그러나, 이하에 더 상세히 기재되는 바와 같이, 상호 접속 금속층이 결합 및 라미네이팅된 어셈블리의 에지 저편으로 확장되는 경우에, 확장된 금속면은, 잠재적 금속 에칭 및 상호 오염을 제거하기 위해, 금속면이 실리콘 웨트 에칭 및 PECVD 패시베이션/ARC 공정에 노출되는 것을 방지하도록, 절연 보호적 봉합재 층(insulating protective encapsulant layer)으로 코팅되어야 한다. 또한, 실리콘 웨트 에칭 세정 및 텍스처링 공정은 단일측 인라인 공정 툴 또는 배치 침전 공정 툴로(in a single-side in line process tool or in a batch immersion processing tool) 수행될 수 있다. 표면 패시베이션 및 ARC 층 코팅은, 텍스처링된 실리콘 표면을 커버하기 위해 실리콘 니트라이드의 박층을 증착함으로써, PECVD 툴로 증착될 수 있다.
As shown by the embedded
도 3C는 전지 후면으로부터 후면판 스루-홀(80)을 형성한 후의 태양 전지의 부분을 도시한다. 이러한 홀은 바람직하게는, 상기 기재된 바와 같이 후면판이 봉합재로 라미네이팅되기 전에, 기계적 드릴링, 레이저 드릴링, 또는 다른 방법을 사용하여 후면판 물질에 형성된다. 스루-홀(through-hole) 개구부는 상호 접속을 위해 후면으로부터 에미터 및 베이스 부스바를 노출한다. 예로서, 스루 홀은 이하 방법 중 하나에 의해 형성될 수 있다: (1) 레이저 드릴링 후 잔해 제거; (2) 초음파 글래스 드릴링과 같은 기계적 드릴링; (3) 제어된 화학적 에칭.3C shows the portion of the solar cell after forming the backplane through-
또한, 후면판 스루 홀은 바람직하게는 테이퍼링된다. 예컨대, 후면판 표면 상의 개구부는 1 mm 내지 5 mm의 범위일 수 있고, 금속 계면에서의 개구부는 외부 개구부 보다 10% 내지 50% 더 작을 수 있다. 홀 영역, 절연 접착 & 봉합재 층(56)에서 금속 전극을 커버링하는 봉합재는, 후속 전지 테스팅 및 소팅 및 모듈 패키징을 위한 스루 홀에서 금속 전극을 노출하기 위해 전지 공정의 마지막에 기계적 또는 열적 방법을 이용하여 제거될 수 있다.
In addition, the backplane through hole is preferably tapered. For example, the opening on the backplane surface may range from 1 mm to 5 mm, and the opening at the metal interface may be 10% to 50% smaller than the outer opening. The encapsulant covering the metal electrode in the hole region, insulation adhesive &
도 3D는 전도성 페이스트와 같은 전도성 물질을 가진 후면판 스루 홀을 충전하고, 에미터 전극(84)과 베이스 전극(82)으로 나타내는 바이어스를 형성한 후, 완전히 제조된 태양 전지의 부분을 도시한다. 예컨대, 이하 방법 중 하나는 스루 홀을 충전하는데 사용될 수 있다 : (1) 금속 입자를 포함하는 전도성 페이스트를 스크린 인쇄 후 건조 공정; (2) 홀 안으로 금속 입자를 포함하는 액체의 포지션/위치 제어된 디스펜싱 또는 잉크젯 인쇄 후 건조 공정; 또는 (3) 홀을 충전하도록 일렉트로플레이팅 금속 플러그. 이제, 태양 전지는 추가적인 태양 전지와 모듈 어셈블리를 구비한 상호 접속을 형성하는 것과 같은 공정이 더 준비된다.
3D shows a portion of a fully fabricated solar cell after filling a backplane through hole with a conductive material, such as a conductive paste, and forming a bias, represented by
도 4 내지 5B는 주요 제조 공정 단계 후, 후면판을 하이라이팅한, 태양 전지의 도식이다. 도 4 내지 5B의 단면도에서 묘사되는 구조적 특징은 달리 언급하지 않으면 일치한다. 도 4 내지 5B에서, 태양 전지의 단면도는 위쪽을 보는 전면(태양광이 비치는 측) 및 아래쪽을 보는 후면(태양광이 비치지 않는/접촉 측)을 구비하는 전지를 도시한다.4-5B are schematics of solar cells highlighting the backplane after a major manufacturing process step. The structural features depicted in the cross-sectional views of FIGS. 4-5B are consistent unless otherwise noted. 4-5B, the cross-sectional view of a solar cell shows a cell having a front side (sunlight side) facing up and a rear side (non-sunlight / contact side) facing down.
도 4-5B는 다른 TFSS-기반의 후면 접촉 태양 전지의 개략도를 도시한다. 도 4는 후형 베이스 전극(thick base electrodes)(92), 후형 에미터 전극(thick emitter electrodes)(90), 확장된 에미터 부스바(extended emitter busbar)(100), 확장된 베이스 부스바(base busbar)(98) 및 선택적 절연 접착 및 봉합재 층(96)을 포함하는 맞물려진 후형 금속층에 결합/마운팅되는, 후면판 플레이트(backplane plate)라고도 하는 후면판(backplane)(94)을 포함하는 후면판의 부분을 도시한다. 도 4의 태양 전지 구조는, 후면판 상의 금속 부스바가, 광기전 모듈 어셈블리 내에 전지 및 인터-셀 전기 상호 접속을 위해 후측 전지 베이스 및 에미터 접촉 전극을 제공하기 위해, 후면판 후측을 향해 후면판 에지를 둘러싸고 구부러지도록, 전지 및 후면판 바운더리 너머로 확장되는 것을 제외하고는 도 2의 것과 유사하다. 이 실시예에서, 후면판 상의 금속 전극은 태양 전지 상의 금속 전극과 평행하게 얼라인드된다.
4-5B show schematic diagrams of other TFSS-based back contact solar cells. 4 shows a
도 4는 결합된 맞물려진 금속층을 가진 다른 후면판 실시예의 부분을 도시한다. 여기에서, 후면판 상의 맞물려진 금속 그리드는 태양 전지 상의 금속 그리드에 평행하고, 에미터 및 베이스 밀 부스바는 후면판 에지까지 확장된다. 금속 부스바의 에지-확장된 길이는 바람직하게는 후면판 에지를 둘러싸고, 에지 측벽을 따라 또는 후면판의 후측 상에 접촉을 형성하기 위한 공간을 제공하기에 충분한 길이이다. 부스바의 에지 확장은 약 2 mm 내지 15 mm의 범위일 수 있다. 또한, 후면판 상의 금속층의 두께는 25 ㎛ 내지 150 ㎛의 범위이고, 이는 태양 전지 상의 금속 전극층보다 두꺼운 것이다. 예컨대, 후면판 상의 패터닝된 금속층은 이하 방법 중 하나에 의해 제조될 수 있다: (i) 패터닝된 금속층은 미리 제조되고, 절연 접착층에 부착된 후, 후면판 상에 그대로 라미네이팅 될 수 있다; (ii) 절연 접착 & 봉합재층, 예컨대 EVA, PV 실리콘 또는 Z68은 우선 후면판 표면 상에 적용되고(applied) 라미네이팅될 수 있다. 그 후, 금속박, 예컨대 Al 또는 Al 합금박은 절연 접착층의 상부에 라미네이팅 될 수 있다. 다음 단계에서, 금속박은 이하 방법 중 하나에 의해 패터닝된다: (i) 금속 잔해 제거용 후속 세정을 구비하는 레이저 스크라이빙; (ii) 패터닝된 마스킹층으로 화학적 에칭; (iii) 기계적 스탬핑 또는 다이 커팅. 패터닝 공정 동안, 금속 부스바의 확장된 에지 및 노출된 부분은 후면판 에지에 대해 플러시가 마운팅된(mounted flush) 에지 스페이서로 일시적으로 지지될 수 있다. 따라서, 확장된 부스바는 금속 패터닝 공정 동안 오버행잉(overhanging)되지 않는다. 금속 전극의 인접한 핑거 공간은 0.5 mm 내지 4 mm의 범위일 수 있고, 이는 태양 전지 상의 박형 금속 전극에 비교할만하다. 금속층에 패터닝 및 결합 후, 후면판 어셈블리는, 패터닝된 금속 그리드들 사이에 공간을 완전히 또는 부분적으로 충전하기 위해, 절연 접착층을 멜팅하고 리플로우하도록 가열될 수 있다.
4 shows a portion of another backplane embodiment with a joined intermetallic layer. Here, the interlocked metal grid on the backplane is parallel to the metal grid on the solar cell, and the emitter and base mill busbars extend to the backplane edge. The edge-extended length of the metal busbars is preferably of sufficient length to surround the backplane edge and provide space for forming contact along the edge sidewalls or on the backside of the backplate. The edge extension of the busbars may range from about 2 mm to 15 mm. In addition, the thickness of the metal layer on the backplane ranges from 25 μm to 150 μm, which is thicker than the metal electrode layer on the solar cell. For example, the patterned metal layer on the backplane may be manufactured by one of the following methods: (i) The patterned metal layer may be prefabricated, attached to an insulating adhesive layer, and then laminated as is on the backplane; (ii) An insulation adhesive & suture layer, such as EVA, PV silicone or Z68, may first be applied and laminated on the backplane surface. Thereafter, the metal foil, such as Al or Al alloy foil, may be laminated on top of the insulating adhesive layer. In the next step, the metal foil is patterned by one of the following methods: (i) laser scribing with subsequent cleaning for metal debris removal; (ii) chemical etching with the patterned masking layer; (iii) mechanical stamping or die cutting. During the patterning process, the extended edges and exposed portions of the metal busbars can be temporarily supported with edge spacers mounted flush with respect to the backplane edges. Thus, the expanded busbars are not overhanging during the metal patterning process. Adjacent finger spaces of the metal electrodes may range from 0.5 mm to 4 mm, which is comparable to thin metal electrodes on solar cells. After patterning and bonding to the metal layer, the backplane assembly may be heated to melt and reflow the insulating adhesive layer to completely or partially fill the space between the patterned metal grids.
도 5A는 도 1A의 태양 전지와 결합된 도 4의 후면판의 부분을 도시한다. 도 3A에 나타낸 바와 같이, 템플레이트가 부착된 태양 전지는 우선 후면판의 상부에 놓이고, 후면판 상의 금속 패턴은 태양 전지 상의 금속 패턴에 평행하게 얼라인드된다. 라이네이션 결합은 바람직하게는 후면판과 태양 전지 사이에 포획된 에어 버블을 제거하도록 진공 환경에서 행해지고, 또한 전체 표면 접촉을 형성하기 위해서, 결합 동안 제어된 압력이 가해질 수 있다. 최초 결합 후, 어셈블리는 핫플레이트 접촉 또는 적외 램프에 의해 선택적으로 약하게 가열된다. 결과적으로, 전도성 포스트는 베이스 접촉(104) 및 에미터 접촉(102)으로 도 5A에 나타낸 금속층과 전체 전기 접촉을 만들 것이고, 멜팅 및 리플로우된 접착 유전체층은 두개의 플레이트와 함께 결합할 것이다.
FIG. 5A shows a portion of the backplane of FIG. 4 combined with the solar cell of FIG. 1A. As shown in FIG. 3A, the templated solar cell is first placed on top of the backplane and the metal pattern on the backplane is aligned parallel to the metal pattern on the solar cell. The lining bond is preferably done in a vacuum environment to remove air bubbles trapped between the backplane and the solar cell, and a controlled pressure can be applied during the bond to form a full surface contact. After initial bonding, the assembly is optionally lightly heated by hotplate contact or an infrared lamp. As a result, the conductive post will make full electrical contact with the metal layer shown in FIG. 5A with
도 5B는 후면판 에지를 둘러싸는 벤트 베이스 부스바(114) 및 벤트 에미터 부스바(116)가 구비된 제조된 태양 전지의 부분을 도시한다. 도 5B에 나타낸 바와 같이, 제조된 태양 전지는 그 전면에 금속 그리드가 없다. 확장된 부스바는 벤트되고, 후면판 에지를 둘러싸는 것과 같이 나타낸다. 적당한 봉합재 (예컨대 EVA 또는 Z68)와 같이 공정-양립될 수 있는 절연 접착제(Process-compatible insulating adhesives)는 후면판 에지 표면에 리본 에지를 결합하기 위해 사용되고, 또한 후속 웨트 및 플라즈마 공정 단계가 가능하도록 금속 리본의 노출된 표면을 커버한다. 에지-실 절연 접착제(edge-sealing insulating adhesives)는 디스펜싱, 디핑, 또는 스프레잉, 또는 직접 어플리케이션(direct application) 및 봉합재 물질인 은의 라미네이션(lamination of slivers of the encapsulant material)에 의해 적용(applied)될 수 있다. 에지-실 절연 접착제의 예로는 EVA, Z68, 또는 PV 실리콘 용매액을 포함할 수 있다. 봉합재 접착제로 노출된 금속면의 보호는 잠재적 금속 상호 오염을 제거하기 위해, 금속면이 실리콘 웨트 에칭 및 PECVD 공정에 노출되는 것을 방지하기 위해 사용된다.5B shows a portion of a manufactured solar cell equipped with a
다음 단계에서, 부착된 재사용 가능한 템플레이트는 TFSS(122)로부터 분리된다. 호스트 템플레이트로부터 전지/후면판 어셈블리를 분리한 후, 템플레이트 계면 및 TFSS에서의 쿼시-단결정 실리콘 (QMS) 층 및 다공성 실리콘 잔해는 제어된 실리콘 에칭 공정, 예컨대 희석된 KOH 또는 TMAH 또는 또는 HF + HNO3 기반의 실리콘 에칭에서 세정 및 제거된다. 세정된 실리콘 템플레이트는, 다공성 실리콘층을 형성하고, 에피택셜 실리콘층을 성장하는 다음 사이클에서 다시 사용될 것이다.
In the next step, the attached reusable template is separated from the
그 후, 태양 전지의 노출된 실리콘 표면은 (1) 효과적인 광 포획 및 광학 반사 손실 감소를 위해 텍스처를 형성하도록 표면 텍스처링 공정, 및 (2) 박형 표면 패시베이션 및 반사 방지 코팅. 실리콘 웨트 에칭 세정 및 텍스처링 공정은 단일측 인라인 공정 툴 또는 배치 침지 공정 툴로 수행될 수 있다(conducted in a single-side in-line process tool or a batch immersion processing tool). 표면 패시베이션 및 ARC 층은, 도 5B에 나타낸 바와 같이, 태양 전지 TFSS(112) 상에 텍스처링 및 패시베이팅되고 ARC 코팅된 실리콘 표면(110)-텍스처링된 실리콘 표면을 커버하기 위해 실리콘 니트라이드의 박층을 증착함으로써, PECVD 공정으로 증착될 수 있다. 태양 전지는 추가적인 태양 전지 및 모듈 어셈블리와 상호 접속을 형성하는 것과 같은 다른 공정을 할 준비가 되었다.
The exposed silicon surface of the solar cell is then (1) a surface texturing process to form a texture for effective light capture and reduced optical reflection loss, and (2) a thin surface passivation and antireflective coating. Silicon wet etch cleaning and texturing processes may be conducted with a single-side in-line process tool or a batch immersion processing tool. The surface passivation and ARC layers are textured and passivated on the
도 6A 내지 6E는 주요 제조 공정 단계 후, 후면판을 하이라이팅하는, 태양 전지의 도식이다. 도 6A 내지 6E의 단면도에서 묘사되는 구조적 특징은 달리 언급하지 않으면 일치한다. 도 6A 내지 6E에서, 태양 전지의 단면도는 위쪽을 보는 전면(태양광이 비치는 측) 및 아래쪽을 보는 후면(태양광이 비치지 않는/접촉 측)을 구비하는 전지를 도시한다.6A-6E are schematics of solar cells highlighting the backplane after major manufacturing process steps. The structural features depicted in the cross sectional views of FIGS. 6A-6E are consistent unless otherwise noted. In Figures 6A-6E, the cross-sectional view of a solar cell shows a cell having a front side (sunlight side) facing up and a rear side (non-sunlight / contact side) facing down.
도 6A 내지 E는 후면판 지지체를 구비하는 완전히 제조된 후면 접촉 태양 전지를 제조하기 위해, 이들의 접합/결합 공정 및 패터닝된 후형 금속 전극을 구비하는 후면판, 패터닝된 박형 금속 전극 (예컨대, 스퍼터링된 또는 증발된 알루미늄)을 구비하는 TFSS-기반의 후면 접촉 태양 전지의 개략도를 도시한다. 이 실시예에서, 후면판 상의 금속 전극은 태양 전지 상에 금속 전극과 직각으로 얼라인드된다. 또한, 후면판 및 태양 전지 상의 금속 전극은 표면 텍스처링 및 패시베이션 & 반사 방지 코팅과 같은 포스트-템플레이트-분리 처리 단계의 완성을 가능하게 하도록 절연 봉합재 내에 및 결합된 구조 내에 완전히 임베딩되고 및 캡슐화된다.
6A through E illustrate a backplane, patterned thin metal electrode (eg, sputtering) with their bonding / bonding process and patterned thick metal electrode to fabricate a fully fabricated back contact solar cell with a backplane support. A schematic illustration of a TFSS-based back contact solar cell with a modified or evaporated aluminum). In this embodiment, the metal electrodes on the backplane are aligned perpendicular to the metal electrodes on the solar cell. In addition, the metal electrodes on the backplane and solar cell are fully embedded and encapsulated in the insulation encapsulation and in the bonded structure to enable completion of post-template-separation processing steps such as surface texturing and passivation & antireflective coatings.
도 6A는 선택적 절연 및 봉합재층(124)에 의해 후형 베이스 전극(122) 후형 에미터 전극(120)에 결합/마운팅되는, 후면판 플레이트라고도 하는, 후면판(126)을 포함하는 후면 판의 부분을 도시한다.
FIG. 6A is a portion of a
후면판 상의 맞물려진 금속 그리드, 후형 베이스 전극(122) 후형 에미터 전극(120)은 도 6A에 나타낸 후면판에 결합되도록, 도 1A에 나타낸 태양 전지 상의 맞물려진 금속 패턴보다 넓고 직각인 것을 알아야 한다. 따라서, 전극의 직각 오버랩 때문에, 도 1A의 태양 전지 상의 유전체 절연층은 잠재적 카운터 전극 단락(counter electrode shorting)을 제거하기 위해 튼튼해져야 한다. 유전체층은 바람직하게는 단지 10 um의 두께로 라미네이팅, 스크린-인쇄, 또는 잉크젯-인쇄된 절연층이다. 또한, 결과적으로, 전도성 포스트는 도 1A에 기재된 것보다 더 클 필요가 있어, 전도성 포스트는 후면판에의 효과적인 전도성 결합을 위해 절연 표면으로부터 확장될 수 있다.
Interlocked Metal Grid on Backplane,
도 6A의 후면판(126)은 전기적으로 절연 및 기계적으로 단단한 물질로 이루어지는 것이 바람직하다. 또한, 후면판은 바람직하게는 상대적으로 낮은 열팽창계수(CTE), 낮은 비용, 높은 화학 내성, 높은 열 안정성을 가져야 한다. 후면판 물질의 예로는, 그것에 한정되지 않지만, 소다 라임 글래스 및 소정의 플라스틱을 들 수 있다. 후면판의 두께는 바람직하게는 약 0.25 mm 내지 3 mm의 범위이고, 더욱 바람직하게는 0.25 mm 내지 0.75 mm의 범위이고, 측면 치수는 결합될 실리콘 태양 전지에 못지 않다. 후면판 상의 금속층의 두께는 바람직하게는 25 ㎛ 내지 150 ㎛의 범위이고, 이는 태양 전지 상의 금속 전극보다 더 두껍다. 후면판 상의 패터닝된 금속층은 이하 방법 중 하나로 제조될 수 있다: (1) 패터닝된 금속층은 미리 제조되고, 절연 접착 및 봉합채층에 부착된 후, 후면판 상에 그대로 라미네이팅 될 수 있다; (2) 절연 접착층, 예컨대 EVA, PV 실리콘 또는 Z68은 우선 후면판 표면 상에 라미네이팅된 후, 금속박, 예컨대 Al 또는 Al 합금박은 접착층의 상부에 라미네이팅 될 수 있다. 다음 단계에서, 금속박은 이하 방법 중 하나에 의해 패터닝 및 에지 트리밍(edge trimmed)된다: (i) 금속 잔해 제거를 위한 후속 세정으로 레이저 스크라이빙; (ii) 패터닝된 마스킹층으로 화학적 에칭; (iii) 기계적 스탬핑 또는 다이-커팅. (3) 금속 그리드는 절연 접착층 상에 직접적으로 평행-얼라인드 박형 금속 리본을 라미네이팅함으로써 형성될 수 있다. 이러한 박형 금속 리본의 예로는 알루미늄 (Al) 또는 Al 합금박, 또는 주석 (Sn)-플레이팅된 구리 (Cu) 리본 (또는 주석-코팅된 Al 또는 주석-코팅된 Al 합금)으로부터 절삭된 알루미늄 또는 알루미늄 합금 리본을 포함한다. 금속 전극, 후형 베이스 전극(122) 후형 에미터 전극(120)의 폭은 1 mm 내지 10 mm의 범위이고, 이는 태양 전지의 박형 금속 전극보다 더 넓은 것이다. 금속층의 패터닝 및 결합 후, 후면판 어셈블리는, 패터닝된 금속 그리드들 사이의 공간을 완전히 또는 부분적으로 충전하기 위해, 접착층을 부분적으로 멜팅하고 리플로우하도록 가열될 수 있다.
The
도 6B는 도 6A의 결합된 후면판 및 도 1A의 태양 전지의 부분을 도시하고, 기재된 결합 공정은, 후면판 상의 금속 전극이 태양 전지 상의 금속 전극에 직각으로 얼라인드된 것을 제외하고 도 3A의 것과 유사하다. 부착된 템플레이트를 구비하는 태양 전지는 우선 후면판의 상부에 놓이고, 후면판 상의 금속 패턴은 태양 전지 상의 금속 패턴과 평행하게 얼라인드된다. 즉, 태양 전지 상의 맞물려진 전극, 베이스 금속 전극(10) 및 에미터 금속 전극(12)은 후면판의 맞물려진 전극, 후형 베이스 전극(122) 후형 에미터 전극(120)과 직각으로 배열되고, 후면판 상의 공간적으로 변형된 전지의 상호 접속을 형성하기 위해 결합된다.
FIG. 6B shows the bonded backplane of FIG. 6A and the portion of the solar cell of FIG. 1A, the bonding process described in FIG. 3A except that the metal electrodes on the backplane are aligned perpendicular to the metal electrodes on the solar cells. Similar to The solar cell with the attached template is first placed on top of the backplane and the metal pattern on the backplane is aligned parallel to the metal pattern on the solar cell. That is, the interdigitated electrode,
결합은 후면판 및 태양 전지 사이에 포획된 에어 버블을 제거하기 위해 진공 환경에서 수행될 수 있고, 제어된 압력은 전체 표면 접촉을 형성하기 위해 결합 공정 동안 인가될 수 있다. 최초 결합 후, 어셈블리는 핫플레이트와의 접촉을 통해 또는 적외 램프 열 조사에 의해 선택적으로 약하게 가열된다. 결과적으로, 전도성 포스트는 금속층과 전체 전기 접촉을 만들 것이고, 멜팅된 및 리플로우된 접착 유전체층은 두개의 플레이트와 함께 결합할 것이다. 두개의 금속층의 직각으로 얼라인드된 결합은 태양 전지 상에서 상대적으로 작은 금속 그리드 피치부터 후면판 상의 큰 금속 피치까지 공간 변형을 제공한다. 따라서, 후면판-대-전지 얼라인먼트 및 태양 전지들 사이의 상호 접속은 상대적으로 허용 범위가 넓게 굵은 얼라인먼트로 더 알맞게 수행될 수 있다.
Bonding can be performed in a vacuum environment to remove air bubbles trapped between the backplane and the solar cell, and controlled pressure can be applied during the bonding process to form a full surface contact. After initial bonding, the assembly is optionally lightly heated through contact with the hotplate or by infrared lamp heat irradiation. As a result, the conductive post will make full electrical contact with the metal layer, and the melted and reflowed adhesive dielectric layer will join together the two plates. The perpendicularly aligned bonding of the two metal layers provides spatial deformation from a relatively small metal grid pitch on the solar cell to a large metal pitch on the backplane. Thus, the backplane-to-cell alignment and the interconnection between the solar cells can be more suitably performed with coarse alignment with a relatively wide tolerance.
도 6C는 그 태양광이 비치는 측 실리콘 표면을 처리한 후 태양 전지의 부분을 도시하였고, 따라서 기재된 공정은 도 3B의 것과 유사하다. 부착된 재사용 가능한 템플레이트를 구비하는 태양 전지 및 후면판을 결합한 후, 템플레이트는 결합된 후면판/전지 어셈블리로부터 분리된다. 분리 후, 템플레이트 계면 및 TFSS에서의 쿼시-단결정 실리콘층 및 다공성 실리콘 잔해는, 희석된 KOH 또는 TMAH 또는 HF + HNO3 기반의 실리콘 에칭과 같은 제어된 실리콘 에칭 공정을 사용하여 세정 및 제거된다. 세정된 실리콘 템플레이트는 다공성 실리콘층의 형성 및 에피택셜 실리콘층의 성장의 다음 사이클에서 다시 사용될 것이다. 그 후, 태양 전지의 노출된 실리콘 표면은 (1) 효과적인 광 포획 및 감소된 광학 반사 손실을 위해 텍스처를 형성하도록 표면 텍스처링 공정; (2) 텍스처링되고, 패시베이션되고, ARC 코팅된 실리콘 표면(128)으로 나타내는-박형 표면 패시베이션 및 반사 방지 코팅(ARC)을 거칠 것이다. 이러한 경우에, 상호 접속 금속층은 결합된 어셈블리에 완전히 임베딩 및 캡슐화되고, 상기 후속 공정 단계는 상호 오염 문제 없이 수행될 것이다. 실리콘 웨트 에칭 세정 및 텍스처링 공정은 단일측 인라인 공정 툴로 또는 배치 침전 공정 툴로(in a single-side in line process tool or in a batch immersion processing tool) 수행될 수 있다. 표면 패시베이션 및 ARC 층 코팅은, 텍스처링된 실리콘 표면을 커버하기 위해 실리콘 니트라이드의 박층을 증착함으로써, PECVD 툴로 수행될 수 있다. 상호 접속 금속층이 결합된 어셈블리의 에지 저편으로 확장되는 경우에, 확장된 금속면은, 잠재적 금속 상호 오염 문제를 제거하기 위해, 금속면이 실리콘 웨트 에칭 및 PECVD 공정에 노출되는 것을 방지하도록, 절연 접착층으로 보호될 필요가 있다.
FIG. 6C shows a portion of the solar cell after treating the sunlight side silicon surface, and the described process is similar to that of FIG. 3B. After joining the solar panel and backplane having the reusable template attached thereto, the template is separated from the assembled backplane / cell assembly. After separation, the quasi-single-crystal silicon layer and porous silicon debris at the template interface and TFSS are cleaned and removed using a controlled silicon etch process such as diluted KOH or TMAH or HF + HNO 3 based silicon etch. The cleaned silicon template will be used again in the next cycle of formation of the porous silicon layer and growth of the epitaxial silicon layer. The exposed silicon surface of the solar cell is then subjected to (1) a surface texturing process to form a texture for effective light capture and reduced optical reflection loss; (2) will be subjected to a textured, passivated, ARC coated silicon surface 128 -thin surface passivation and antireflective coating (ARC). In this case, the interconnect metal layer is fully embedded and encapsulated in the bonded assembly and the subsequent process steps will be performed without cross contamination problems. The silicon wet etch cleaning and texturing process may be performed with a single-side in line process tool or in a batch immersion processing tool. Surface passivation and ARC layer coating can be performed with a PECVD tool by depositing a thin layer of silicon nitride to cover the textured silicon surface. If the interconnect metal layer extends beyond the edge of the bonded assembly, the expanded metal surface is insulated adhesive layer to prevent the metal surface from being exposed to silicon wet etching and PECVD processes to eliminate potential metal cross contamination problems. It needs to be protected.
도 6D는 전지 후면으로부터 에미터 스루 홀(130) 및 베이스 스루 홀(132), 후면판 스루 홀을 형성한 후 태양 전지의 부분을 도시한다. 스루 홀은 이하 방법 중 하나에 의해 제조될 수 있다: (1) 레이저 드릴링 후 잔해 제거; (2) 초음파 글래스 드릴링과 같은 기계적 드릴링; (3) 제어된 화학적 에칭. 또는, 스루 홀은 스택 결합 및 라미네이션 전에 예비 드릴링될 수 있다. 또한, 후면판 스루 홀은 바람직하게는 테이퍼링된다. 예컨대, 후면판 표면 상에 개구부는 1 mm 내지 5 mm의 범위일 수 있고, 금속 계면에서 개구부는 외부 개구부 보다 10% 내지 50% 더 작을 수 있다. 6D shows a portion of the solar cell after forming the emitter through
도 6E는 전기적으로 전도성 페이스트와 같은 전도성 물질로 후면판 스루 홀을 충전한 후 형성되는, 완전히 제조된 태양 전지 상의 베이스 전극(134) 및 에미터 전극(136)을 도시한다. 이하 방법 중 하나는 스루 홀 충전을 제공하기 위해 사용될 수 있다: (1) 금속 입자를 포함하는 전도성 페이스트를 스크린 인쇄 후 건조 공정; (2) 홀 안으로 금속 입자를 포함하는 액체의 포지션/위치 제어된 디스펜싱 후 건조 공정; 또는 (3) 홀을 충전하도록 일렉트로플레이팅 금속 플러그. 태양 전지 사이의 상호 접속 및 태양 전지의 모듈 어셈블리는 이하 단락에서 설명될 것이다.
6E shows the
도 7A 내지 7C는 주요 제조 공정 단계 후, 태양 전지 및 다른 후면판의 도식이다. 도 7A 내지 7C의 단면도에 묘사된 구조적 특징은 달리 언급하지 않으면 일치한다.
7A-7C are schematics of solar cells and other backplanes after major manufacturing process steps. The structural features depicted in the cross-sectional views of FIGS. 7A-7C are consistent unless otherwise noted.
도 7C에서 태양 전지 구조는, 후면판 상의 금속 전극이 베이스 및 에미터 전기적 접촉을 제공하고, 광기전 모듈 어셈블리 내에 인터-셀 전기적 상호 접속을 위해, 확장되고, 구부러지고, 후면판 에지를 둘러싸는 것을 제외하고 도 6에 묘사된 태양 전지와 유사하다. 후면판 상의 금속 전극은 전지 상호 접속의 공간적 변형을 위해 태양 전지 상의 금속 전극과 직각으로 얼라인드된다.
In FIG. 7C, the solar cell structure is characterized in that the metal electrodes on the backplane provide base and emitter electrical contact, and are expanded, bent, and surround the backplane edges for inter-cell electrical interconnection within the photovoltaic module assembly. Except that it is similar to the solar cell depicted in FIG. 6. The metal electrodes on the backplane are aligned at right angles with the metal electrodes on the solar cell for spatial deformation of the cell interconnects.
도 6A에 나타낸 다른 후면판 디자인과 같이, 도 7A는 선택적 절연 접착제(142)에 의해 에지 확장(edge extension)(144)을 갖는 맞물려진 금속 리본에 결합되는 후면판(140)(후면판 플레이트라고도 함)을 포함하는 후면판의 부분을 도시한다. 후면판 상의 맞물려진 금속 그리드는 도 1A에 나타낸 태양 전지 상의 맞물려진 금속 패턴과 직각이고, 이는 도 7B에서 도 7A의 후면판에 결합된 것으로 도시된다.
Like the other backplane design shown in FIG. 6A, FIG. 7A is also referred to as backplate 140 (also referred to as backplate plate) coupled to an interlocked metal ribbon with
후면판 상의 금속층의 두께는 25 ㎛ 내지 150 ㎛의 범위이고, 이는 태양 전지 상의 금속 전극층보다 두꺼운 것이다. 금속 리본의 에지-확장 길이는 바람직하게는 후면판 에지를 둘러싸고, 에지 측벽을 따라 또는 후면판의 후측 상에 접촉을 형성하기 위한 공간을 제공하기에 충분한 길이이다. 금속 리본의 에지-확장 길이는 2 mm 내지 15 mm의 범위이다. 후면판 상의 패터닝된 금속층은 이하 방법 중 하나에 의해 제조될 수 있다: (1) 패터닝된 금속층은 미리 제조되고, 절연 접착층에 부착된 후, 후면판 상에 그대로 라미네이팅 될 수 있다; (2) 절연 접착층, 예컨대 EVA, PV 실리콘 또는 Z68은 우선 후면판 표면 상에 라미네이트될 수 있다. 그 후, 금속박, 예컨대 Al 또는 Al 합금박은 접착층 상부에 라미네이팅 될 수 있다. 다음 단계에서, 금속박은 이하 방법 중 하나에 의해 패터닝 및 에지 트리밍된다: (i) 금속 잔해 제거를 위한 후속 세정을 구비하는 레이저 스크라이빙; (ii) 패터닝된 마스킹층으로 화학적 에칭; (iii) 기계적 스탬핑 또는 다이 커팅. 패터닝 공정 동안, 금속층의 에지 확장된 부분은 후면판 에지에 대해 플러시가 마운팅된(mounted flush) 에지 스페이서로 일시적으로 지지될 수 있다. (3) 금속 그리드는 절연 접착층 상에 직접적으로 평행-얼라인드된 박형 금속 리본을 라미네이팅함으로써 형성될 수 있다. 이러한 박형 금속 리본의 예로는 알루미늄 (Al) 또는 Al 합금박, 또는 주석 (Sn)-플레이팅된 구리 (Cu) 리본 (또는 주석-코팅된 Al 또는 주석-코팅된 Al 합금)으로부터 절삭된 알루미늄 또는 알루미늄 합금 리본을 포함한다. 금속 전극의 폭은 1 mm 내지 10 mm의 범위이고, 이는 태양 전지의 박형 금속 전극보다 더 넓은 것이다. 금속층의 패터닝 및 결합 후, 후면판 어셈블리는, 패터닝된 금속 그리드들 사이의 공간을 완전히 또는 부분적으로 충전하기 위해, 절연 접착층을 부분적으로 멜팅 및 리플로우하도록 가열될 수 있다.
The thickness of the metal layer on the backplane ranges from 25 μm to 150 μm, which is thicker than the metal electrode layer on the solar cell. The edge-extended length of the metal ribbon is preferably of sufficient length to surround the backplane edge and provide space for forming contact along the edge sidewall or on the backside of the backplane. The edge-extension length of the metal ribbon is in the range of 2 mm to 15 mm. The patterned metal layer on the backplane may be manufactured by one of the following methods: (1) The patterned metal layer may be prepared in advance, attached to an insulating adhesive layer, and then laminated as is on the backplane; (2) An insulating adhesive layer such as EVA, PV silicone or Z68 may first be laminated onto the backplane surface. Thereafter, the metal foil, such as Al or Al alloy foil, may be laminated on top of the adhesive layer. In the next step, the metal foil is patterned and edge trimmed by one of the following methods: (i) laser scribing with subsequent cleaning for metal debris removal; (ii) chemical etching with the patterned masking layer; (iii) mechanical stamping or die cutting. During the patterning process, the edge extended portion of the metal layer may be temporarily supported with an edge spacer mounted flush with respect to the backplane edge. (3) The metal grid can be formed by laminating thin metal ribbons parallel-aligned directly on the insulating adhesive layer. Examples of such thin metal ribbons include aluminum cut from aluminum (Al) or Al alloy foil, or tin (Sn) -plated copper (Cu) ribbon (or tin-coated Al or tin-coated Al alloy) or Aluminum alloy ribbon. The width of the metal electrode is in the range of 1 mm to 10 mm, which is wider than the thin metal electrode of the solar cell. After patterning and joining the metal layer, the backplane assembly may be heated to partially melt and reflow the insulating adhesive layer to completely or partially fill the space between the patterned metal grids.
도 7B는 도 1A의 태양 전지 및 도 7A의 결합된 후면판의 부분을 도시한다. 부착된 템플레이트를 구비하는 태양 전지는 후면판의 상부에 놓이고, 후면판 상의 금속 패턴은 태양 전지 상의 금속 패턴과 직각으로 얼라인드된다. 후면판 라미네이션 및 결합은 바람직하게는 후면판과 태양 전지 사이에 포획되는 에어 버블을 제거하도록 진공 환경에서 행해지고, 또한 전체 표면 접촉을 형성하기 위해서, 결합 동안 제어된 압력이 가해질 수 있다. 최초 결합 후, 어셈블리는 핫플레이트 접촉 또는 적외 램프에 의해 선택적으로 약하게 가열될 수 있다. 결과적으로, 전도성 포스트는 금속층과 전체 전기 접촉을 만들 것이고, 멜팅된 및 리플로우된 접착 유전체층은 베이스 전극(146) 및 에미터 전극(148)을 형성하는 두개의 플레이트와 함께 결합할 것이다. 두개의 금속층의 직각으로 얼라인드된 결합은 태양 전지 상에서 상대적으로 작은 금속 그리드 피치부터 후면판 상의 큰 금속 피치까지 공간 변형을 제공한다. 따라서, 후면판 얼라인먼트 및 전지에 후면판의 부착 및 모듈 어셈블리에서 태양 전지의 상호 접속은 상대적으로 허용 범위가 넓게 굵은 얼라인먼트로 더 알맞게 수행될 수 있다.
FIG. 7B shows a portion of the solar cell of FIG. 1A and the combined backplane of FIG. 7A. The solar cell with the attached template is placed on top of the backplane and the metal pattern on the backplane is aligned perpendicular to the metal pattern on the solar cell. Backplane lamination and bonding is preferably done in a vacuum environment to remove air bubbles trapped between the backplane and the solar cell, and controlled pressure may be applied during bonding to form a full surface contact. After initial bonding, the assembly can optionally be slightly heated by hotplate contact or an infrared lamp. As a result, the conductive post will make full electrical contact with the metal layer, and the melted and reflowed adhesive dielectric layer will join together two plates forming
도 7C는 후면판 에지를 둘러싸고 벤트된, 벤트 에미터 전극(150) 및 벤트 베이스 전극(152)을 구비하는 제조된 태양 전지의 부분을 도시한다. 공정-양립될 수 있는 보호적 캡슐화 접착제(Process-compatible protective encapsulation adhesives)는 후면판 에지 표면에 리본 에지를 결합하기 위해 사용되고, 또한 후속 웨트 및 플라즈마 공정 단계가 가능하도록 금속 리본의 노출된 표면을 커버한다. 에지-실 절연 접착제는 디스펜싱, 디핑, 또는 스프레잉, 또는 직접 어플리케이션 및 봉합재 물질인 은의 라미네이션에 의해 적용(applied)될 수 있다. 에지-실 절연 접착제의 예로는 EVA, Z68, 또는 PV 실리콘 봉합재(PV silicone encapsulants)를 포함할 수 있다. 노출된 금속면의 보호적 커버링은 잠재적 금속 상호 오염을 제거하기 위해, 금속면이 실리콘 웨트 에칭 및 PECVD 공정에 노출되는 것을 방지하기 위해 사용된다.
FIG. 7C shows a portion of a fabricated solar cell having a
다음 단계에서, 부착된 재사용 가능한 템플레이트는 분리된다. 템플레이트 분리 후, 템플레이트 계면 및 TFSS에서의 쿼시-단결정 실리콘층 및 다공성 실리콘 잔해는, 희석된 KOH 또는 TMAH 또는 HF + HNO3 기반의 실리콘 에칭과 같은 제어된 실리콘 에칭 공정을 사용하여 세정 및 제거된다. 세정된 실리콘 템플레이트는 다공성 실리콘층의 형성 및 에피택셜 실리콘층의 성장의 다음 사이클에서 다시 사용될 것이다. 태양 전지의 노출된 실리콘 표면은 (1) 효과적인 광 포획을 위해 텍스처를 형성하도록 표면 텍스처링 공정; (2) 텍스처링되고, 패시베이션되고, ARC 코팅된 실리콘 표면(152)을 갖는 태양 전지 전면(태양광이 비치는 측)을 형성하기 위해, 박형 표면 패시베이션 및 반사 방지 코팅(ARC)을 거칠 것이다. 실리콘 웨트 에칭 세정 및 텍스처링 공정은 단일측 인라인 공정 툴 또는 배치 침전 공정 툴로(in a single-side in line process tool or in a batch immersion processing tool) 수행될 수 있고, 표면 패시베이션 및 ARC 층 코팅은, 텍스처링된 실리콘 표면을 커버하기 위해 실리콘 니트라이드의 박층을 증착함으로써, PECVD 툴로 수행될 수 있다. 도 7C에 나타낸 바와 같이, 제조된 태양은 태양 전지의 태양광이 비치는 측인 상부 표면 상에 금속 그리드가 없다.In the next step, the attached reusable template is detached. After template separation, the quasi-single-crystal silicon layer and porous silicon debris at the template interface and TFSS are cleaned and removed using a controlled silicon etch process such as diluted KOH or TMAH or HF + HNO 3 based silicon etch. The cleaned silicon template will be used again in the next cycle of formation of the porous silicon layer and growth of the epitaxial silicon layer. The exposed silicon surface of the solar cell may comprise (1) a surface texturing process to form a texture for effective light capture; (2) To form a solar cell front surface (sunlight side) having a textured, passivated, ARC coated
도 8A 내지 8C는 주요 제조 공정 단계 후, 태양 전지 및 다른 후면판의 도식이다. 도 8A 내지 8C의 단면도에 묘사한 구조적 특징은 달리 언급하지 않으면 일치한다.
8A-8C are schematics of solar cells and other backplanes after major manufacturing process steps. The structural features depicted in the cross-sectional views of FIGS. 8A-8C are consistent unless otherwise noted.
도 8A 내지 8C는 다른 TFSS-기반의 후면 접촉 태양 전지의 개략도를 도시한다. 도 8A는 선택적 절연 접착제(164)에 의해 금속 에지 크로스바(cross-bar)(162)를 갖는(후속 공정 단계에서 트리밍되도록) 에지 확장(edge extension)(160)를 구비하는 패터닝된 금속박에 결합된 후면판(168)(후면판 플레이트라고도 함)을 포함하는 후면판의 부분을 도시한다. 도 8에 묘사된 태양 전지 구조 및 공정들은, 후면판의 에지 상에 확장된 금속 그리드가 크로스바와 일시적으로 연결된다는 것을 제외하고는 도 7의 구조 및 공정과 유사하다. 후면판 상의 금속 전극은 태양 전지 상의 금속 전극에 직각으로 얼라인드되고, 결합된다.
8A-8C show schematic diagrams of other TFSS-based back contact solar cells. 8A is coupled to a patterned metal foil having an
도 8B는 도 8A의 결합된 후면판 및 도 1A의 태양 전지의 부분을 도시한다. 도 8C는 벤트 에미터 전극(170) 및 벤트 베이스 전극(172)을 갖고, 후면판 에지가 둘러싸인 제조된 태양 전지의 부분을 도시한다. 태양 전지의 전면은 텍스처링 및 패시베이션 및 ARC 코팅된 실리콘 표면(174)을 형성하기 위해 처리된다. 도 8A의 금속 에지 크로스바(162)와 같이, 금속층의 금속 에지 크로스바는 금속층 라미네이션, 패터닝 및 에지-벤딩 공정 동안 금속 전극 에지를 지지하는데 사용된다. 금속 에지 크로스바는 마운팅 또는 에지 벤딩 후 인접한 전극들을 분리하기 위해 트리밍 또는 스크라이빙될 수 있고, 전지의 처리는 도 7C에 나타낸 것과 유사하게 진행될 것이다.8B shows a portion of the combined backplane of FIG. 8A and the solar cell of FIG. 1A. 8C shows a portion of a fabricated solar cell having a
도 9A 내지 9E는 도 7A에 나타낸 후면판과 도 1A에 나타낸 태양 전지 어셈블리의 결합을 도시하고, 이러한 경우에 후면판 상의 금속 전극은, 도 7A 내지 7C의 앵글(angle)의 다른 앵글로부터, 주요 공정 단계 후, 태양 전지 상의 금속 전극과 직각으로 얼라인드되고 결합된다. 도 9A 내지 9E의 단면도에 묘사된 구조적 특징은 달리 언급되지 않으면 일치한다.
9A-9E show a combination of the backplane shown in FIG. 7A and the solar cell assembly shown in FIG. 1A, in which case the metal electrode on the backplane is taken from the other angles of the angles of FIGS. 7A-7C. After the process step, they are aligned and bonded at right angles to the metal electrode on the solar cell. The structural features depicted in the cross sectional views of FIGS. 9A-9E are consistent unless otherwise noted.
도 9A는 도 1A에 나타낸 태양 전지 어셈블리 및 도 7A에 나타낸 결합된 후면판의 단면도를 도시한다. 부착된 템플레이트를 구비하는 태양 전지는 우선 후면판의 상부에 놓이고, 후면판 상의 금속 패턴은 태양 전지 상의 금속 패턴과 직각으로 얼라인드된다. 결합은 바람직하게는 후면판과 태양 전지 사이에 포획된 에어 버블을 제거하도록 진공 환경에서 행해지고, 전체 표면 접촉을 형성하기 위해서, 결합 동안 제어된 압력이 가해질 수 있다. 최초 결합 후, 어셈블리는 핫플레이트 접촉 또는 적외 램프에 의해 선택적으로 약하게 가열된다. 결과적으로, 전도성 포스트는 베이스 접촉(182) 및 에미터 접촉(180)으로 나타내는, 금속층과의 전체 전기 접촉을 형성할 것이고, 멜팅된 및 리플로우된 접착 유전체층은 두개의 플레이트와 함께 결합할 것이다. 2개의 금속층의 직각으로 얼라인드된 결합은 태양 전지 상에서 상대적으로 작은 금속 그리드 피치부터 후면판 상의 큰 금속 피치까지 공간 변형을 제공한다. 따라서, 후면판 상부 전지 얼라인먼트 및 부착 및 PV 모듈 어셈블리의 태양 전지들 사이의 상호 접속은 상대적으로 허용 범위가 넓게 굵은 얼라인먼트로 더 알맞게 수행될 수 있다.
9A shows a cross-sectional view of the solar cell assembly shown in FIG. 1A and the bonded backplane shown in FIG. 7A. The solar cell with the attached template is first placed on top of the backplane and the metal pattern on the backplane is aligned perpendicular to the metal pattern on the solar cell. Bonding is preferably done in a vacuum environment to remove air bubbles trapped between the backplane and the solar cell, and controlled pressure may be applied during bonding to form a full surface contact. After initial bonding, the assembly is optionally lightly heated by hotplate contact or an infrared lamp. As a result, the conductive post will form a full electrical contact with the metal layer, represented by the
금속 리본의 에지-확장된 길이는 바람직하게는 후면판 에지를 둘러싸고, 에지 측벽 또는 후면판의 하나의 후측을 따라 접촉을 형성하기 위한 공간을 제공하기에 충분한 길이이다. 금속 리본의 에지-확장 길이는 2 mm 내지 15 mm의 범위가 바람직하다. 그 후, 오버행잉 금속 리본은, 도 7C의 벤트 에미터 전극(150) 또는 벤트 베이스 전극(152)일 수 있는, 둘러싸진 금속(186)에서 보여주는 바와 같이(shown as metal wrap around 186 ), 구부러지고, 후면판 에지를 둘러싼다.
The edge-extended length of the metal ribbon is preferably of sufficient length to surround the backplane edge and provide space for forming contact along one rear side of the edge sidewall or backplate. The edge-extension length of the metal ribbon is preferably in the range of 2 mm to 15 mm. The overhanging metal ribbon is then bent, as shown in metal wrap around 186, which may be
공정-양립될 수 있는 절연 접착제는 후면판 에지 표면에 리본 에지를 결합하기 위해 사용되고, 또한 도 9A의 (184)와 같이, 후속 웨트 및 플라즈마 공정 단계가 가능하도록 금속 리본의 노출된 표면을 커버한다. 에지-실 절연 접착제는 디스펜싱, 디핑, 또는 스프레잉 코팅에 의해, 또는 금속박 주변의 랩을 커버하기 위해(to cover the wrap around metal foil) 봉합재 물질인 은의 라미네이팅 및 적용에 의해 적용(applied)될 수 있다. 에지-실 절연 접착제의 예로는 EVA, Z68, 또는 PV 실리콘 봉합재를 포함한다. 노출된 금속면의 보호적 커버리지는 잠재적 금속 상호 오염을 제거하기 위해, 금속면이 실리콘 웨트 에칭 및 PECVD 공정에 노출되는 것을 방지한다.
A process-compatible insulating adhesive is used to bond the ribbon edge to the backplane edge surface and also covers the exposed surface of the metal ribbon to enable subsequent wet and plasma processing steps, as shown at 184 in FIG. 9A. . Edge-sealing insulation adhesives are applied by dispensing, dipping, or spraying coatings, or by laminating and applying silver, a sealing material, to cover the wrap around metal foil. Can be. Examples of edge- seal insulating adhesives include EVA, Z68, or PV silicone encapsulants. Protective coverage of the exposed metal surface prevents the metal surface from being exposed to silicon wet etch and PECVD processes to eliminate potential metal cross contamination.
도 9B는 재사용 가능한 템플레이트 분리로부터의 분리 및 상부 표면 처리 후, 후면판-지지된 태양 전지의 단면도를 도시한다. 템플레이트 분리 후, 템플레이트 계면 및 TFSS에서의 쿼시-단결정 실리콘층 및 다공성 실리콘 잔해는, 희석된 KOH 또는 TMAH 또는 HF + HNO3 기반의 실리콘 에칭과 같은 제어된 실리콘 에칭 공정을 사용하여 세정 및 제거된다. 세정된 실리콘 템플레이트는 다공성 실리콘층의 형성 및 에피택셜 실리콘층의 성장의 다음 사이클에서 다시 사용될 것이다. 그 후, 태양 전지의 노출된 실리콘 상부 표면은, 효과적인 광 포획 및 광학 반사 손실 감소를 위해, 텍스처링된 태양 전지 표면(182)로 나타낸, 텍스처를 형성하기 위해 표면 텍스처링 공정을 거친다. 실리콘 웨트 에칭 세정 및 및 텍스처링 공정은 단일측 인라인 공정 툴 또는 배치 침전 공정 툴로(in a single-side in line process tool or in a batch immersion processing tool) 수행될 수 있다.
9B shows a cross-sectional view of a backplane-supported solar cell after separation from reusable template separation and top surface treatment. After template separation, the quasi-single-crystal silicon layer and porous silicon debris at the template interface and TFSS are cleaned and removed using a controlled silicon etch process such as diluted KOH or TMAH or HF + HNO 3 based silicon etch. The cleaned silicon template will be used again in the next cycle of formation of the porous silicon layer and growth of the epitaxial silicon layer. The exposed silicon top surface of the solar cell is then subjected to a surface texturing process to form a texture, represented by the textured
도 9C는 표면 패시베이션 및 반사 방지층(ARC)(184)의 형성 후 후면판-지지된 태양 전지의 단면도를 도시한다. 표면 패시베이션 및 ARC 층은, 텍스처링된 실리콘 표면을 커버하기 위해 실리콘 니트라이드의 박층을 증착하는 것에 의해 PECVD 툴로 형성될 수 있다.
9C shows a cross-sectional view of a backplane-supported solar cell after surface passivation and formation of an antireflective layer (ARC) 184. Surface passivation and ARC layers may be formed with a PECVD tool by depositing a thin layer of silicon nitride to cover the textured silicon surface.
도 9D 및 9E는 에지-실 봉합재 접착제(edge-sealing encapsulant adhesive)(186)의 선택적 제거 후, 후면판-지지된 태양 전지의 다른 실시예이다. 도 9D는 후면판의 저면측으로부터 에지-실 봉합재 접착재(186)의 선택적 제거 후 후면판-지지된 태양 전지의 단면도를 도시한다. 에지-실 절연 접착제(edge-sealing insulating adhesive)의 국부 제거는 이하 방법 중 하나에 의해 수행될 수 있다: (1) 접착제가 부분적으로 제거되고, 금속면이 노출되는 것에 의한, 연마 테이프 래핑(Abrasive tape lapping); (2) 적당한 강도, 형태 및 치수를 갖는 연마 입자를 선택함으로써 연마 블라스팅(Abrasive blasting), 포커싱된 블라스팅은 금속층의 상부 표면층으로부터 접착층을 선택적으로 제거한다; (3) 드릴 비트(drill bit) 또는 밀링 팁(milling tip)은 금속 표면을 노출하기 위해 금속층의 부분 및 접착층을 제거하는 것에 의한, 기계적 드릴링/밀링(Mechanical drilling/milling); (4) 제거할 접착 영역에 직접적으로 레이저 빔을 위치 및 포커싱시키는 것에 의한, 레이저 가열 또는 제거(Laser heating or ablation), 상기 레이저 빔 에너지는 아래에 있는 접착 및 노출된 금속면을 태울 것이다. 에지-실 봉합재 접착제(186)의 국부 제거 후, 태양 전지는 탈이온수로 세정하고 압축 공기 건조될 수 있다.
9D and 9E are another embodiment of a backplane-supported solar cell after selective removal of edge-sealing
도 9E는 후면판의 측벽으로부터 에지-실 봉합재 접착제(186)의 선택적 제거 후 후면판-지지된 태양 전지의 단면도를 도시한다. 에지-실 절연 접착제의 국부 제거는 이하 방법 중 하나에 의해 수행될 수 있다: (1) 접착제가 부분적으로 제거되고, 금속면이 노출되는 것에 의한, 연마 테이프 래핑(Abrasive tape lapping); (2) 적당한 강도, 형태 및 치수를 갖는 연마 입자를 선택함으로써 연마 블라스팅(Abrasive blasting), 포커싱된 블라스팅은 금속층의 상부 표면층 및 접착층을 선택적으로 제거한다; (3) 드릴 비트(drill bit) 또는 밀링 팁(milling tip)은 금속 표면을 노출하기 위해 금속층의 부분 및 접착층을 제거하는 것에 의한, 기계적 드릴링/밀링(Mechanical drilling/milling); (4) 제거할 접착 영역에 직접적으로 레이저 빔을 위치 및 포커싱시키는 것에 의한, 레이저 가열 또는 제거(Laser heating or ablation), 상기 레이저 빔 에너지는 아래에 있는 접착 및 노출된 금속면을 태울 것이다. 에지-실 봉합재 접착제(186)의 국부 제거 후, 태양 전지는 탈이온수로 세정하고 압축 공기 건조될 수 있다.
9E shows a cross-sectional view of a backplane-supported solar cell after selective removal of edge-sealed suture adhesive 186 from the sidewall of the backplane. Local removal of the edge-sealing insulation adhesive can be performed by one of the following methods: (1) abrasive tape lapping, by which the adhesive is partially removed and the metal surface is exposed; (2) Abrasive blasting, focused blasting by selecting abrasive particles having appropriate strength, shape and dimensions selectively removes the top surface layer and adhesive layer of the metal layer; (3) a drill bit or milling tip is mechanical drilling / milling, by removing portions of the metal layer and adhesive layers to expose the metal surface; (4) Laser heating or ablation, by positioning and focusing the laser beam directly on the adhesive area to be removed, the laser beam energy will burn the underlying bonded and exposed metal surface. After local removal of the edge-
도 10A 내지 10C는 상호 접속 태양 전지의 다른 실시예를 도시하고, 이런 경우에 후면판 상의 금속 전극은 태양 전지의 금속 전극과 직각으로 얼라인드되고 결합된다. 도 10A 내지 10E의 단면도에 묘사된 구조적 특징은 달리 언급되지 않으면 일치한다.
10A-10C show another embodiment of an interconnect solar cell, in which case the metal electrode on the backplane is aligned and bonded at right angles to the metal electrode of the solar cell. The structural features depicted in the cross-sectional views of FIGS. 10A-10E are consistent unless otherwise noted.
도 10A는 임베딩 및 캡슐화된 전극 및 부스바를 갖는, 도 6E에 나타낸 태양 전지의 태양 전지 매트릭스의 전기 상호 접속을 도시한다. 도시된 바와 같이, 두개의 전지는, 전기 상호 접속(192)에서 나타내는 바와 같이, 반대 극성 전극, 베이스 전극(134) 및 에미터 전극(136)을 연결함으로써 직렬로 상호 접속된다(are interconnected in series). 전기 상호 접속(192)은, 예컨대 후면판 바이어스에서 Sn-코팅된 Cu 리본의 부분을 솔더링함으로써, 솔더링되고(soldered), 웰딩되고(welded), 또는 와이어-본딩되는 상호 접속(wire-bonded interconnect)될 수 있다. 두개의 접속된 전지 사이의 상호 접속 금속 부분 및 바이어스의 수는 10 내지 100의 범위일 수 있다. 에지 절연 접착제 및 봉합재(190)는 각각의 태양 전지에 보호 및 결합하는데 도움을 줄 수 있다.
FIG. 10A shows the electrical interconnection of the solar cell matrix of the solar cell shown in FIG. 6E with embedded and encapsulated electrodes and busbars. FIG. As shown, the two cells are interconnected in series by connecting the opposite polarity electrode,
도 10B는 에미터 및 베이스 전극을 둘러싸는, 도 5B, 7C 또는 8C에 나타낸 바와 같은 태양 전지를 사용함으로써 태양 전지 매트릭스의 전기 상호 접속을 도시한다. 이러한 경우에, 도 9D에도 나타낸 바와 같이, 에지 절연 접착제 및 봉합재(186)로부터 노출되는, 전기 상호 접속을 위한 노출된 금속면은 후면판의 후측 및 후면판 에지에 근접하여 위치된다. 두개의 전지는, 베이스 전극(196) 및 에미터 전극(198)으로 나타내는, 두개의 인접한 전지의 반대 극성 전극을 연결함으로써, 전기 상호 접속(200)으로 나타낸 바와 같이, 직렬로 상호 접속된다. 전기 상호 접속(200)은, 솔더링(soldered), 웰딩(welded), 또는 와이어-본딩 상호 접속(wire-bonded interconnect)될 수 있고, 또는 인접한 전지의 대응하는 에미터 전극에 하나의 전지의 베이스 전극을 연결하기 위해, 적당한 후면판 측벽 위치에 전도성 에폭시를 디스펜싱 및 건조함으로써 선택적으로 형성될 수 있다. 또는, 접속(connection)은 인접한 전지의 에미터 전극들에 하나의 전지의 베이스 전극들 사이에 Sn-코팅된 Cu 리본의 부분을 솔더링함으로써 제조될 수 있다. 두개의 연결된 전지 사이에 있을 수 있는 금속 접속의 수는 10 내지 100의 범위일 수 있다. 또는, 인접한 전지는 모듈 후면 시트 및 모놀리식 모듈 어셈블리법을 사용하여 상호 접속될 수 있다.
FIG. 10B shows the electrical interconnection of the solar cell matrix by using a solar cell as shown in FIG. 5B, 7C or 8C, surrounding the emitter and base electrode. In this case, as also shown in FIG. 9D, the exposed metal surface for electrical interconnection, exposed from the edge insulating adhesive and the
도 10C는 둘러싸여진 에미터 및 베이스 전극을 포함하는 도 5B, 7C 또는 8C에 나타낸 태양 전지를 사용함으로써 태양 전지 매트릭스의 전기 상호 접속의 실시예를 도시한다. 이러한 경우에, 도 9E에도 나타낸 바와 같이, 에지 절연 접착제 및 봉합재(186)로부터 노출되는, 전기 상호 접속을 위한 노출된 금속면은 후면판의 측벽에 있다. 두개의 전지는 베이스 전극(202) 및 에미터 전극(204)으로 나타내는, 반대 극성 전극을 연결함으로써, 전기 상호 접속(206)에 의해, 직렬로 상호 접속된다. 전기 상호 접속(206)은 솔더링(soldered), 웰딩(welded), 또는 와이어-본딩 상호 접속(wire-bonded interconnect)될 수 있고, 또는 인접한 전지의 대응하는 에미터 전극에 하나의 전지의 베이스 전극을 연결하기 위해, 적당한 후면판 측벽 위치에 전도성 에폭시를 디스펜싱 및 건조함으로써 선택적으로 형성될 수 있다. 두개의 연결된 전지 사이의 금속 접속의 수는 10 내지 100의 범위이다.
FIG. 10C illustrates an embodiment of electrical interconnection of a solar cell matrix by using the solar cell shown in FIG. 5B, 7C, or 8C that includes an enclosed emitter and base electrode. In this case, as also shown in FIG. 9E, the exposed metal surface for electrical interconnection, exposed from the edge insulating adhesive and the
도 11은 36 직렬 연결된 전지를 갖는 전지 매트릭스를 부분적으로 표현하기 위해 직렬로 연결된 두개의 전지를 사용하여 태양 전지 모듈의 단면도를 도시한다. 도 11에 묘사된 태양 전지는 도 10C의 것과 동일한 것이고, 도 10C 및 11의 단면도에서 묘사된 이러한 구조적 특징은 달리 언급하지 않으면 일치한다. 묘사된 바와 같이, 좌측 전지의 베이스 전극(214)은 우측 전지의 에미터 전극(216)과 전기적으로 연결된다. 두개의 전지가 나타내는 상호 접속 전지 매트릭스는 2개의 EVA 봉합재층, 상부 EVA 봉합재층(212)과 하부 EVA 봉합재층(218) 사이에 샌드위칭된다. EVA 시트는 라미네이팅된 후, 글래스 커버(210)와 같이 나타내는 모듈 전면에 두께 2 mm 내지 3 mm의 후형 로우-철 소다 라임 글래스(thick low-iron soda lime glass), 및 후면 시트(220)와 같이 나타내는, 모듈 후면에 복합재 플라스틱 시트(composite plastic sheet)에 의해 커버된다.11 shows a cross-sectional view of a solar cell module using two cells connected in series to partially represent a cell matrix having 36 series connected cells. The solar cell depicted in FIG. 11 is identical to that of FIG. 10C, and these structural features depicted in the cross-sectional views of FIGS. 10C and 11 are consistent unless otherwise noted. As depicted, the
도 12A 내지 12D는 절연 접착제를 갖는 후면판 상에 라미네이팅되는 박형 금속박으로부터 금속 전극의 스트립을 제조하는 제조 공정 및 장치를 도시한다. 일반적으로, 이러한 툴은 슬릿팅(slitting) 동안 자유롭게 회전 가능한 얼라인드된 샤프한 블레이드의 그룹, 조절 가능한 압력 및 위치 제어 유닛, 금속 슬릿팅을 위해 결합 물질의 적당한 온도를 세팅하기 위한 온도 제어된 가열 또는 냉각 척(chuck)으로 이루어진다. 즉, 금속박과 후면판 사이의 결합 물질은 금속 슬릿팅 동안 물질 강도를 증가시키기 위해 실온보다 낮은 온도에서 유지되고, 슬릿 금속 갭(slit metal gap)을 충전하기 위해 절연 접착 봉합재 물질(insulating adhesive encapsulant material)을 멜팅 및 리플로우하기 위해 실온보다 높은 온도로 승온시킬 수 있다. 도 12A 내지 도 12D의 단면도에 묘사된 구조적 특징은 달리 언급하지 않으면 일치한다.
12A-12D show a fabrication process and apparatus for producing strips of metal electrodes from thin metal foil laminated on a backplane with an insulating adhesive. Generally, such a tool is a group of aligned sharp blades rotatable freely during slitting, an adjustable pressure and position control unit, a temperature controlled heating to set the appropriate temperature of the bonding material for metal slitting or It consists of a cooling chuck. That is, the bonding material between the metal foil and the backplate is maintained at a temperature lower than room temperature to increase the material strength during metal slitting, and an insulating adhesive encapsulant to fill the slit metal gap. The material may be raised to a temperature above room temperature for melting and reflowing the material. The structural features depicted in the cross-sectional views of FIGS. 12A-12D are consistent unless otherwise noted.
도 12A는 후면판 제조 셋업(232) 상의 상호 접속 스트립 또는 리본으로 라미네이팅된 금속박을 슬릿팅하기 위해 사용되는 금속박 슬릿팅 장치(230)를 도시한다. 25 ㎛ 내지 150 ㎛ 두께의 알루미늄박과 같은 금속박(232)은 절연 접착제(234)의 샌드위치된 층을 통해 후면판 플레이트(236)의 상부에 라미네이팅된다(예컨대 200 ㎛ 내지 500 ㎛의 두께로). 후면판 플레이트는 0.2 mm 내지 3 mm 두께의 글래스 또는 플라스틱 시트일 수 있다. 절연 접착제 봉합재층의 예로는 Z68, EVA 또는 PV 실리콘을 포함한다. 온도 제어된 진공 척(238)(-20℃ 내지 150℃)은 샤프한 테이퍼링된 에지(sharp tapered edges)(246)를 구비하는 원형 슬릿팅 블레이드(248)의 얼라인드된 어레이(aligned array of circular slitting blades)를 포함하는 슬릿팅 장치(230) 아래에 금속박(232)을 위치시킨다. 슬릿팅 블레이드는 정밀 베어링(244)을 통해 측면 샤프트(lateral shaft)(240)에 부착되어, 블레이드는, 샤프트가 금속박의 평면에 평행하게 측면 이동하는 경우에, 자유롭게 회전할 수 있다-이러한 형태를 이용하여, 블레이드가 슬릿팅을 위해 금속박 상에서 아래로 눌려지는 경우에 블레이드 및 박 접촉에서 측면 이동이 없다. 결과적으로, 임의의 슬릿팅 위치 및 순간에, 금속박은 국부적으로 변형된 후, 국부적인 박의 수직 변형이 임계 깊이에 도달했을 때, 터진다(torn open). 샤프트가 이동함에 따라, 금속박의 터진 전면이 뒤따르고, 결국 좁은 분리 갭을 갖는 금속 리본이 후면판 상에 형성된다. 개구 영역에 금속박의 국부적 변형은 테이퍼링된 블레이드 에지(tapered blade edge)에 의해 영구적으로 되어 두개의 인접한 금속 리본은 슬릿팅 후 접촉하지 않게 된다.
12A shows a metal
이러한 제어된 금속박 슬릿팅을 효과적으로 행하는 일 실시예에 있어서, 슬릿팅 장치는 이하 형태를 포함할 수 있다: (1) 슬릿팅 힘(force), 압력 및 금속박 수직 변형 깊이는 정확하게 제어되어야 한다. 도 12A에 나타낸 바와 같이, 샤프트 어셈블리는 블레이드 슬릿팅 압력을 결정하는 제어 가능한 압력으로 압출된 유체를 갖는 슬릿팅 압력 및 깊이 제어 유닛(242)에 기계적으로 연결된다. 도시한 압력 챔버 둘다는 공통 압력원에 연결되어, 슬릿팅 동안 샤프트 측면 이동이 자가-얼라인드되고, 후면판 측면에 평행이다(shaft lateral motion is self-aligned and parallel to the backplane lateral surface). 공압 제어된 압력(pneumatic controlled pressure)은 세팅되어, 블레이드의 수직 이동은, 후면판 표면에 도달될 때 중단될 수 있다. (2) 아래 절연 접착제의 강도도 효과적인 금속박 슬릿팅을 위해 활발히 제어될 수 있다. 예컨대, 이런 경우에 아래 절연 접착층(underneath insulating adhesive layer)은 부드럽고, 금속박은, 최대 국부 변형에 도달하고, 후면판 상부면에 접촉을 만드는 경우 조차도 슬릿팅 블레이드에 의해 터질 수 있다. 따라서, 절연 접착제 물질은 바람직하게는 하드하고 단단하다. 일반적으로 절연 물질의 온도가 낮아질수록, 더 단단해진다. 따라서, 후면판을 홀딩하는 진공 척은, 소정의 슬릿팅 압력 및 측면 속도로 금속박 슬릿팅을 가능하게 하기 위해서, 바람직하게는 주위 온도보다 낮도록, 예컨대 0 ℃ 아래로 냉각된다. 게다가, 저온에서, 금속박은 실온에서보다 쉽게 파열할 수 있다; 따라서, 저온 슬릿팅 온도는 더욱 유용하다는 다른 고려 사항도 있다. 다른 방법에서, 부착된 절연 접착제 및 후면판을 갖는 금속박은 슬릿팅 전에 저온으로 냉각되고, 후면판이 진공 척되어 물질이 여전히 요구되는 낮은 슬릿팅 온도에 있도록 한 후, 시기 적절하게 슬릿팅 공정이 행해질 수 있다. (3) 슬릿팅 블레이드는 자가-얼라인드되는 방법으로 금속 리본의 에지를 영구히 벤딩하기 위해 사용되는, 특별히 고안된 테이퍼링된 숄더(tapered shoulder)를 가진다. 에지 벤딩에 기인하여, 인접한 금속 리본들 사이의 갭은 샤프한 블레이드 에지에 의해 단순히 터지는 경우보다 더 넓게 형성된다.
In one embodiment that effectively performs this controlled metal foil slitting, the slitting device may include the following forms: (1) The slitting force, pressure and metal foil vertical deformation depth must be accurately controlled. As shown in FIG. 12A, the shaft assembly is mechanically connected to the slitting pressure and
본 발명의 금속박 슬릿팅법은 이하 이점을 제공한다: 첫째, 블레이드 슬릿팅 전면 및 금속박 사이에 측면 방향으로 상대적 이동이 없기 때문에, 금속박은 터진다. 따라서, 이러한 슬릿팅 공정으로부터 발생되는 커팅된 금속 잔해가 없고, 금속 잔해에 의해 야기되는 전기 단락의 가능성이 감소한다. 둘째, 금속 리본이 국부 커팅 및 터짐에 의해 형성되기 때문에, 이러한 슬릿 공정으로부터 금속박 물질의 손실이 없다. 또한, 결과적으로, 원래 금속박의 전체 표면적 및 전체 체적이 전류를 추출 및 전도하는데 사용된다.
The metal foil slitting method of the present invention provides the following advantages: First, since there is no relative movement in the lateral direction between the blade slitting front face and the metal foil, the metal foil bursts. Thus, there is no cut metal debris resulting from this slitting process, and the possibility of electrical shorts caused by metal debris is reduced. Second, because the metal ribbon is formed by local cutting and bursting, there is no loss of metal foil material from this slit process. Also, as a result, the total surface area and total volume of the original metal foil is used to extract and conduct current.
도 12B는 절연 접착제(234) 및 후면판 플레이트(236)의 상부에, 참조번호 252로 나타내는, 에지 변형을 갖는 슬릿 금속 리본(250)을 도시한다. 두개의 인접한 금속 리본들 사이에 접착층으로 절삭되는 갭의 폭은 바람직하게는 50 ㎛ 내지 0.5 mm의 범위이고, 깊이는 바람직하게는 접착층으로 100 ㎛의 내지 접착층의 전체 두께를 거치는 것까지의 범위이다. 참조번호 252로 에지 변형에 의해 나타낸 바와 같이, 금속 리본의 에지는, 본 발명의 도 12A에서의 246인 테이퍼링된 블레이드 숄더 디자인에 의해 구부러지고, 더 나아가 서로 분리된다.
12B shows a
도 12C는 멜팅 및 리플로우 접착 공정 후 후면판 금속 리본을 도시한다. 이 단계에서, 금속 리본 아래에 절연 접착제, 절연 접착제(234)는, 예컨대 아래 핫 척(an underneath hot chuck) 또는 적외 램프에 의해 가열된다. 멜팅 시, 절연 접착제는 흘러, 참조번호 254로 나타낸 바와 같이, 인접한 금속 리본들 사이의 갭을 충전한다. 또한, 결과적으로, 금속 리본의 에지는 리플로우된 절연 봉합재 접착층에 의해 커버된다.
12C shows the backplane metal ribbon after the melting and reflow gluing process. In this step, the insulating adhesive, insulating
도 12D는 전도성 접착 포스트(260)를 통해 후면판 어셈블리 및 태양 전지(258)의 결합 후, 상호 접속 금속 리본 및 절연 접착제 구조를 도시한다. 결합 공정 동안, 절연 봉합재 접착제는, 예컨대 핫 척 또는 적외 램프에 의해 다시 가열되어, 리플로우된 절연 접착제(256)로 나타낸 바와 같이, 다시 멜팅되고 리플로우될 수 있다. 이러한 리플로우 동안, 멜팅된 접착제는 금속 리본 위에 뽑혀(pulled), 전도성 접착 포스트 영역을 제외하고, 태양 전지 상의 금속면으로부터 금속 리본의 상부를 분리한다. 이러한 두번째 접착 리플로우를 가능하게 하기 위해, 후면판 어셈블리와 태양 전지 사이의 결합은 바람직하게는 진공 챔버 내에서 행해져, 모세관력이 절연 접착층의 상면 및 측면 풀링(pulling)에 기여할 것이다. 또는, 다른 절연 접착 스페이서층(insulating adhesive spacer layer)은, 예컨대 스크린-인쇄, 잉크젯-인쇄 또는 위치, 또는 체적 제어된 디스펜싱에 의한 증착에 의해 전도성 접착 포스트 영역을 제외하고 태양 전지 표면에 적용될(applied) 수 있다.
12D shows the interconnect metal ribbon and insulating adhesive structure after coupling of the backplane assembly and
도 13A 및 13B는 절연 접착체를 갖는 후면판 상의 미리 제조된 금속 리본을 라미네이팅하는 방법 및 장치를 도시한다. 이러한 라미네이팅 툴은 금속 스트립 스페이싱 얼라인먼트(metal strip spacing alignment), 장력 제어를 위한 지그(jigs), 및 절연 접착 봉합재 물질을 멜팅 및 리플로우하기 위해 온도 제어된 가열 척(heating chuck)으로 이루어질 수 있다. 도 13A 및 13B의 단면도에 묘사된 구조적 특징으 달리 언급하지 않으면 일치한다.
13A and 13B illustrate a method and apparatus for laminating a prefabricated metal ribbon on a backplane with an insulating adhesive. Such laminating tools may consist of metal strip spacing alignment, jigs for tension control, and a temperature controlled heating chuck to melt and reflow insulating adhesive suture materials. . The structural features depicted in the cross-sectional views of Figures 13A and 13B are consistent unless otherwise noted.
도 13A는 후면판 플레이트(270) 및 절연 접착제(272)(예컨대, Z68의 EVA와 같은 PV-그레이드 봉합재) 상에 작동 중인 라미네이팅 장치의 개략도를 도시한다. 금속 리본(276)(예컨대, Al 또는 Al 합금)은 기계를 슬릿팅 및 리와인딩함으로써 미리 제조되고, 금속 리본 롤은, 금속 리본 롤 시트(278)를 형성하기 위해서 인접한 롤들 사이에 정밀한 스페이서를 놓음으로써 적절히 간격이 두어진다. 예컨대, 금속 리본의 폭은 2 mm 내지 15 mm의 범위이고, 두께는 0.1 mm 내지 0.5 mm의 범위이고, 측면 갭(lateral gap)은 0.5 mm 내지 2 mm의 범위일 수 있다. 측면 장력(Lateral tension)은, 금속 리본이 완전히 스트레칭되는 것을 보증하도록, 장력 제어 롤러(274) 및 (280)에 의해 라미네이션 공정 동안 금속 리본에 인가된다. 장력 제어 롤러(274) 및 (280)은 연결된 엑추에이터 및 프록시미티 센서에 의해 압력 제어되고, 이동 및 위치 제어되기 위해 스프링-로딩된 또는 공압 실린더에 연결될 수 있다(Tension control rollers 274 and 280 may be spring-loaded or pneumatic cylinder connected for pressure controlled and displacement and position controlled by connected actuators and proximity sensors). 또한, 후면판 에지에 더 굵은 얼라인먼트가 요구되어, 리본은, 결합될 때 태양 전지 상의 금속 전극과 직각 방향으로 위치될 것이다.
FIG. 13A shows a schematic diagram of a laminating apparatus in operation on
다음 단계에서, 금속 리본(276)은 간단히 적외 램프에 의해 가열되어, 아래 절연 접착제(272)는 도 13B의 리플로우된 절연 접착제(282)로 나타내는, 인접한 금속 리본들 사이의 공간을 충전하기 위해 멜팅 및 리플로우될 수 있다. 리플로우된 접착제(282)가 주위 온도까지 냉각되고, 금속 리본이 후면판 상에 견고히 마운팅된 후, 금속 리본의 오버행잉(overhanging) 부분은, 예컨대 레이저 트리밍, 기계적 펀칭, 커팅 또는 슬릿팅에 의해 커팅된다.
In the next step, the
도 13B는 금속 리본 롤 시트(278)로부터 커팅된 후, 결합된 금속 리본 부분을 도시한다. 도시된 바와 같이, 금속 리본은, 도 7A에 나타내고 도시한 바와 같이, 전극이 전기 상호 접속을 둘러싸는 것을 가능하게 하기 위해 후면판의 에지로부터 확장된다. 따라서 금속 리본의 오버행잉 길이는, 오버행이 다음 공정에서 후면판 에지를 둘러쌀 수 있도록 충분히 길게 커팅해야 한다.
13B shows the metal ribbon portion bonded after being cut from the metal
도 14A 내지 14C는 물질의 열 부조화로부터 발생하는 금속 전극의 아웃 오브 플레인 응력(out-of-plane stress)의 방향적 해소(directional releasing)를 위해 변형된 영역을 갖는 금속 전극을 제조하기 위한 장치 및 제조 공정을 도시한다. 일반적으로, 이러한 금속 형성 장치는 방향적 제어된 응력 감소를 위해, 실리콘 태양 전지 상의 금속 리본과 박형 금속층 사이에서 직접 금속-대-금속 접촉으로서 작용할 수 있기 위해서 라미네이팅된 금속 리본 상에 직각 마이크로 그루브 또는 웨이브형 패턴을 형성할 수 있다(may form orthogonal micro groove or wave-shaped patterns on the laminated metal ribbons for directional controlled stress reduction and to which may act as direct metal-to-metal contacts between the metal ribbons and thin metal layers on the silicon solar cells.). 또한, 도 14A에 묘사된 후면판 구조는 도 7A에 묘사된 후면판 구조와 유사하다. 도 14A 내지 14C 및 도 7A 내지 7C의 단면도에 묘사된 구조적 특징은 달리 언급하지 않으면 일치한다.
14A-14C illustrate an apparatus for fabricating a metal electrode having regions deformed for directional releasing of out-of-plane stresses of the metal electrode resulting from thermal incompatibility of the material; The manufacturing process is shown. Generally, such metal forming devices are orthogonal microgrooves on laminated metal ribbons so that they can act as direct metal-to-metal contact between metal ribbons and thin metal layers on silicon solar cells for directional controlled stress reduction. (May form orthogonal micro groove or wave-shaped patterns on the laminated metal ribbons for directional controlled stress reduction and to which may act as direct metal-to-metal contacts between the metal ribbons and thin metal layers on the silicon solar cells.). In addition, the backplane structure depicted in FIG. 14A is similar to the backplane structure depicted in FIG. 7A. The structural features depicted in the cross-sectional views of FIGS. 14A-14C and 7A-7C are consistent unless otherwise noted.
이전 도에서 묘사된 태양 전지에 결합된 후면판에서, 절연 접착층들 사이에 샌드위칭된 금속 리본은 평평하고, 전도성 접착 포스트를 통해 태양 전지의 금속층과 전기 접촉을 만든다. 종종, 결합된 태양 전지는 코팅, 라미네이션 및 패키징 공정을 거치기 때문에, 실온보다 높은 공정이 사용될 수 있다. 또한, 태양 모듈은 실제 사용 시에 스스로 온도 변화를 겪을 수 있다. 금속 리본은 절연 접착제, 전도성 접착제, 실리콘 및 글래스보다 다양한 열팽창계수를 갖기 때문에, 기계적 응력은 때때로 온도 변화를 겪을 때, 금속박에서 강해질 수 있다. 응력이 임계값 이상으로 증가할 때, 평평한 금속 리본은 아웃 오브 플레인 버클링(buckling) 및 변형을 거칠 수 있다. 이러한 응력 유도된 금속 리본 변형은 전도성 접착 포스트 영역까지 전기적 접속의 분리를 일으킬 수 있고, 또한 위쪽 리본 변형을 갖는 반대측 전극에 단락을 일으킬 수 있다. 이러한 잠재적 문제를 극복하기 위해, 본 발명은 금속박 상에 어레이된 국부 변형을 형성하기 위한 방법 및 장치를 제공한다. 국부적으로 형성된 변형은 후면판을 향해 변형된다. 금속 리본이 응력 하에 있는 경우, 아래 방향으로 및 후면판을 향해서만 휘어질(buckle) 것이다(결합된 태양 전지 및 금속 접촉으로부터).
In the backplane bonded to the solar cell depicted in the previous figure, the metal ribbon sandwiched between the insulating adhesive layers is flat and makes electrical contact with the metal layer of the solar cell through the conductive adhesive post. Often, combined solar cells are subjected to coating, lamination and packaging processes, so processes above room temperature can be used. In addition, solar modules may experience temperature changes on their own in actual use. Since metal ribbons have a different coefficient of thermal expansion than insulating adhesives, conductive adhesives, silicones, and glass, mechanical stress can sometimes be stronger in metal foils when subjected to temperature changes. As the stress increases above the threshold, the flat metal ribbon may undergo out of plane buckling and deformation. This stress induced metal ribbon deformation can cause separation of the electrical connection up to the conductive adhesive post area, and can also cause a short circuit to the opposite electrode with the upper ribbon deformation. To overcome this potential problem, the present invention provides a method and apparatus for forming local strains arrayed on a metal foil. The locally formed deformation is deformed towards the backplane. If the metal ribbon is under stress, it will only buckle downward and towards the backplane (from the combined solar cell and metal contacts).
도 14A는, 선택적 절연 접착제(142)에 의해 에지 확장(144)를 갖는 맞물려진 금속 리본에 결합되는 후면판 플레이트(140)를 포함하는 도 7A에 도시한 후면판 디자인의 금속 리본 상의 그루브형 영구적 변형을 형성하기 위해 사용되는 금속박 형성 장치(298)를 도시한다. 25 ㎛ 내지 200 ㎛ 두께의 알루미늄 리본과 같은 금속 리본(144)은, 200 ㎛ 내지 500 ㎛ 두께의 절연 접착제(142)의 샌드위칭된 층을 통해 후면판의 상부에 라미네이팅될 수 있다. 후면판 플레이트는 0.2 mm 내지 3 mm 두께의 글래스 또는 플라스틱 시트일 수 있다. 절연 접착층의 예로는 Z68, EVA 또는 PV 실리콘을 포함한다. 공지 방법 이외에도, 금속 리본을 제조 및 결합하는 방법이 도 12 및 13에 기재된다.
FIG. 14A is a grooved permanent on the metal ribbon of the backplane design shown in FIG. 7A including a
금속 리본 형성 장치(298)는 컨벡스(convex) 프로파일을 갖는 원형 형성 휠(forming wheel)(294)의 얼라인드된 어레이를 포함한다. 형성 휠(294)은 정밀 베어링(292)을 통해 측면 샤프트(290)에 부착되어, 휠은, 샤프트가 금속박의 평면에 평행하게 측면 이동을 거칠 경우에 자유롭게 회전할 수 있다. 측면 샤프트(290)는 리본의 평행 방향으로 위치되고, 샤프트의 측면 형성 이동은 금속 리본에 직각 방향이다. 이러한 형태를 사용하여, 형성 휠이 금속 리본 아래로 누르는 경우, 휠 및 리본 접촉에 측면 이동이 없다. 결과적으로, 임의의 형성 위치 및 임의의 순간에, 금속 리본은 국부적으로 변형되고, 변형이 임계 깊이에 도달했을 때 영구적으로 변형된다. 측면 샤프트(290)가 이동함에 따라, 금속 리본의 전면 형성으로 이어지고, 결국 그루브형 변형을 갖는 금속 리본은 후면판 상에 형성된다.
The metal
제어된 금속 리본 변형을 효과적으로 수행하는 것을 돕기 위해서, 금속 리본 형성 장치는 이하 형태를 포함할 수 있다: (1) 형성력, 압력 및 금속박 수직 변형 깊이는 정확하게 제어되어야 하고, 도 14A에 나타낸 바와 같이, 샤프트 어셈블리는, 형성 휠 압력을 결정할 수 있는 제어 가능한 압력 하에서 압출된 유체를 갖는 형성 압력 및 깊이 제어 유닛(296)에 기계적으로 연결된다. 좌측 및 우측 형성 압력 및 깊이 제어 유닛 둘다는 공통 압력원에 연결되고; 따라서, 형성 동안, 샤프트의 측면 이동이 자가-얼라인드되고, 후면판 측면에 평행이다. 공압 제어된 압력(pneumatic controlled pressure)은 세팅되어, 형성 휠의 수직 이동은, 휠이 후면판 표면에 도달될 때 중단될 수 있다. (2) 아래 절연 접착제의 강도는 효과적인 금속박 슬릿팅을 위해 활발히 제어될 수 있다. 예컨대, 아래 절연 접착층(underneath insulating adhesive layer)이 딱딱하면, 금속 리본이 변형하기 위해 딱딱해질 수 있다. 따라서, 개선된 형성 성능을 위해, 절연 접착 물질은 바람직하게는 부드럽다. 선택된 절연 접착 물질을 고려해 볼 때, 온도가 높아지면 그것은 더욱 부드러워진다. 따라서, 후면판을 홀딩하는 진공 척은, 소정의 형성 압력 및 측면 속도로 금속 리본 형성을 가능하게 하기 위해서, 바람직하게는 주위 온도보다 높도록, 예컨대 100 ℃ 아래로 가열된다. 다른 방법에서, 부착된 절연 접착제 및 후면판을 갖는 금속 리본은 IR 램프에 의해 가열될 수 있고 또는 이들은 후면판이 진공 척되어 물질이 여전히 요구되는 높은 온도에 있도록 한 직후, 수행되는 형성 및 형성 공정 전에, 고온까지 미리 가열될 수 있다. (3) 형성 휠(form wheel)은 최적화된 응력 감소 및 방향 성능을 갖는 금속 리본 변형 형태를 형성하기 위해 다양한 프로파일을 가지도록 고안 및 기계로 만들어질 수 있다.
To help effectively perform the controlled metal ribbon deformation, the metal ribbon forming apparatus may include the following forms: (1) The forming force, the pressure and the metal foil vertical deformation depth should be precisely controlled, and as shown in Fig. 14A, The shaft assembly is mechanically connected to the forming pressure and
도 14B는 직각의 아웃 오브 플레인(웨이브폼) 그루브(300)를 형성한 후 금속 리본(302)을 도시한다. 중요하게, 금속 리본의 최대 국부 변형은 0.5 mm 미만인, 절연 접착 두께와 동일하고, 형성 후 전체 리본 길이 감소는 최소이다.
14B shows the
도 14C는 수직의 아웃 오브 플레인 웨이브폼 변형을 갖는 형성된 금속 리본을 구비하는 태양 전지(304)에 결합된 후면판을 도시한다. 높은 공정 및 작동 온도에서, 소정의 온도 변화 동안, 금속 리본의 응력 유리 변형은 후면판에 변형 프리폼 프로파일을 가져올 것이다(will follow the deformation pre-formed profile - toward to the backplane). 동시에, 전도성 접착 포스트를 통해 접촉을 만드는 금속 리본 영역(또는 임의의 다른 공지된 태양 전지 접촉 디자인)은 프리폼 금속 리본 형태의 웨이브 패턴에 기인하여 위쪽 국부 압력을 경험할 것이다. 결과적으로, 접촉은 온도가 올라가는 경우에, 금속 리본으로부터 압축 로드(compressive load)를 경험할 것이다. 따라서, 온도가 변화하는 경우에 전기 접촉 고장을 피할 수 있다. 추가적인 이점으로서, 형성된 그루브는, 태양 전지가 더욱 쉽게 전기적 접촉을 행하기 위해 마운팅되는 경우에, 로딩된 스프링으로서 작용한다.
14C shows a backplane coupled to
도 15A 내지 15C는 후면판 어셈블리부터 태양 전지까지 직접적인 금속-대-금속 결합을 위한 다른 변형된(다른 변형 형태가 형성 휠의 형태에 따라 달라질 수 있지만, 벤트 커브된 또는 웨이브 형태로서 기재된) 영역을 갖는 금속 전극을 제조하기 위한 제조 공정 및 장치를 도시한다. 장치, 맞물려진 슬릿팅 블레이드 및 형성 휠을 구비하는 롤러는 자가-얼라인드되는 슬릿팅 및 형성 공정 모두에서 사용된다. 도 15A 내지 15C의 단면도에 묘사되는 구조적 특징은 달리 언급하지 않으면 일치한다.
15A-15C illustrate different modified regions for direct metal-to-metal bonding from the backplane assembly to the solar cell (described as bent curved or wave forms, although other variations may vary with the shape of the forming wheel). The manufacturing process and apparatus for manufacturing the metal electrode which have is shown. Rollers with devices, interlocked slitting blades and forming wheels are used in both self-aligned slitting and forming processes. The structural features depicted in the cross-sectional views of FIGS. 15A-15C are consistent unless otherwise noted.
도 15A는 슬릿팅 블레이드 및 형성 휠을 동일한 롤러, 맞물려진 롤러(322)로 맞물리게 함으로써 라미네이팅된 금속박으로부터 변형된 리본 전극을 형성하는데 사용될 수 있는 장치를 도시한다. 금속박(316), 예컨대 25 ㎛ 내지 200 ㎛ 두께의 알루미늄박은 절연 접착제(312)의 샌드위칭된 층을 통해 후면판(310)의 상부에 라미네이팅된다. 후면판은 0.2 mm 내지 3 mm 범위의 두께를 갖는 글래스 또는 플라스틱 시트일 수 있다. 절연 접착층의 예로는 두께가 200 ㎛ 내지 500 ㎛ 범위인 Z68, EVA 또는 PV 실리콘을 포함한다. 맞물려진 롤러는 단일 단계에서 에미터 및 베이스 전극을 형성하기 위해 다른(alternating) 슬릿팅 블레이드(318) 및 형성 휠(320)을 포함한다.
15A shows an apparatus that can be used to form a modified ribbon electrode from laminated metal foil by engaging the slitting blades and the forming wheel with the same rollers, interlocked
인접한 에미터 및 베이스 휠은 자가-얼라인드된 전기 상호 접속을 가능하게 하기 위해 90°상-이동된(phase-shifted) 웨이브-패턴을 갖는다. 롤러는 정밀 베어링을 통해 측면 샤프트에 부착되어(도시되지 않음), 롤러는, 금속박의 평면에 평행하게 측면 이동하는 경우에, 자유롭게 회전할 수 있다. 이러한 형태를 이용하여, 롤러가 슬릿팅을 위해 금속박 상에서 아래로 눌려지는 경우에 롤러 표면 및 박 접촉에서 측면 이동이 없다. 결과적으로, 임의의 슬릿팅 위치 및 순간에, 금속박은 국부적으로 변형된 후, 국부적인 박의 수직 변형이 임계 깊이에 도달했을 때, 터진다(torn open). 동시에, 형성 휠 하에, 슬릿 금속 리본은 변형된다. 샤프트가 이동함에 따라, 금속박의 터진 전면으로 이어지고(follow), 좁은 분리 갭을 갖는 금속 리본은 후면판 상에 형성된다. 개구 영역에서 금속박의 국부적 변형은 테이퍼링된 블레이드 에지(tapered blade edge)에 의해 영구해져서 두개의 인접한 금속 리본은 슬릿팅 후 접촉하지 않게 된다. 제어된 금속박 슬릿팅 및 형성을 효과적으로 행하기 위해서, 장치는 이하 형태를 포함할 수 있다: (1) 슬릿팅 및 형성력(slitting and forming force), 압력 및 금속박 수직 변형 깊이는 정확하게 제어되어야 하고, 샤프트 어셈블리는 롤러 슬릿팅 및 형성 압력을 결정할 수 있는 제어 가능한 압력으로 압출된 유체와 기계적으로 연결된다. 슬릿팅 동안 샤프트 측면 이동이 자가-얼라인드되고, 후면판 측면에 평행이다. 공압 제어된 압력(pneumatic controlled pressure)은 세팅되어, 롤러 표면의 수직 이동은, 후면판에 도달될 때 중단될 수 있다. (2) 아래 절연 접착제의 강도는 금속박 슬릿팅 및 형성 조건을 최적화하기 위해 활발히 온도 제어될 수 있다. 앞서 기재된 바와 같이, 아래의 딱딱한 접착제 물질은 슬릿팅을 위해 유리하고, 아래의 부드러운 접착제 물질은 형성을 위해 유리하다. 특정 두께를 갖는 특정한 접착 물질을 고려해 볼 때, 압력 파라미터(예컨대 온도, 롤러 압력 및 속도) 및 롤러 표면 프로파일은 고안 및 최적화될 수 있다.
Adjacent emitter and base wheels have a 90 ° phase-shifted wave-pattern to enable self-aligned electrical interconnection. The roller is attached to the side shaft (not shown) through the precision bearing, so that the roller can rotate freely when it is laterally moved parallel to the plane of the metal foil. With this configuration, there is no lateral movement at the roller surface and foil contact when the roller is pressed down on the metal foil for slitting. As a result, at any slitting position and moment, the metal foil deforms locally and then torn open when the vertical deformation of the local foil reaches a critical depth. At the same time, under the forming wheel, the slit metal ribbon is deformed. As the shaft moves, a metal ribbon with a narrow separation gap follows the popped front side of the metal foil and is formed on the back plate. The local deformation of the metal foil in the opening area is permanent by tapered blade edges so that two adjacent metal ribbons do not contact after slitting. In order to effectively perform controlled metal foil slitting and forming, the apparatus may include the following forms: (1) slitting and forming force, pressure and metal foil vertical deformation depth should be precisely controlled and the shaft The assembly is mechanically connected with the extruded fluid at a controllable pressure that can determine roller slitting and forming pressure. The shaft lateral movement is self-aligned during slitting and parallel to the backplane side. Pneumatic controlled pressure is set so that vertical movement of the roller surface can be stopped when reaching the backplate. (2) The strength of the insulating adhesive below can be actively temperature controlled to optimize the metal foil slitting and forming conditions. As previously described, the below hard adhesive material is advantageous for slitting and the below soft adhesive material is advantageous for forming. Given the particular adhesive material with a particular thickness, the pressure parameters (eg temperature, roller pressure and speed) and roller surface profile can be devised and optimized.
도 15B는 슬릿팅 및 형성 후의 금속 리본을 도시한다. 금속 리본의 최대 국부 변형은 0.5 mm 미만인, 절연 접착 두께와 동일하기 때문에, 슬릿팅 및 형성 후 전체 리본 길이 감소는 최소이다. 도시한 바와 같이, 웨이브형 에미터 전극(324) 및 베이스 전극(326)은 90°상-이동되어(phase-shifted), 태양 전지 상의 박형 금속 전극에 직각으로 결합되는 경우에, 베이스 웨이브 전극의 피크는 태양 전지 상의 박형 베이스 전극에 접촉을 만들고, 에미터 웨이브 전극의 피크는 태양 전지 상의 박형 에미터 전극에 접촉을 만든다-효율적인 자가-얼라인드 공정. 슬릿팅 및 형성 후, 후면판은 절연 접착제를 멜팅 및 리플로우 하기 위해 가열하여, 리플로우 접착제는 인접한 리본 전극들 사이의 갭을 충전할 것이다.
15B shows the metal ribbon after slitting and forming. Since the maximum local strain of the metal ribbon is equal to the insulation adhesive thickness, which is less than 0.5 mm, the total ribbon length reduction after slitting and forming is minimal. As shown, the
도 15C는 형성된 금속 리본을 구비하는 후면판 결합된 태양 전지를 도시한다. 이러한 상이동 웨이브형 에미터 전극(328) 및 베이스 전극(330)의 구조적 디자인을 사용하여, 후면판에 접촉될 금속 리본 표면은 자가-올려지고(self-raised), 크림핑된 금속 리본은, 후면판 어셈블리 및 태양 전지가 결합되는 경우에, 태양 전지(334) 상에 태양 전지 에미터 전극(332)과 같은 태양 전지 접촉점에 로딩된 스프링력을 가한다. 따라서, 이러한 3차원 금속 리본 디자인은 전도성 접착 포스트 물질 및 공정의 필요 없이 직접 금속-대-금속 접촉 및 결합할 기회를 제공한다.
15C illustrates a backplane coupled solar cell with a metal ribbon formed. Using the structural design of this phase shifting
도 16A 및 16B는 본 발명에 따른 다른 태양 전지 및 지지하는 후면판 디자인을 도시한다. 도 16A 및 16B의 단면도에 묘사된 구조적 특성은 달리 언급하지 않으면 일치한다. 이러한 후면판 디자인에서, 후형 금속 전극과 후형 유전체 봉합재층의 조합은 태양 전지의 후면판을 형성한다.
16A and 16B show another solar cell and supporting backplane design in accordance with the present invention. The structural characteristics depicted in the cross-sectional views of FIGS. 16A and 16B are consistent unless otherwise noted. In this backplane design, the combination of thick metal electrode and thick dielectric encapsulant layer forms the backplane of the solar cell.
도 16A는 도시한 태양 전지 상에 유전체 접촉층 없이 도 1A의 태양 전지 디자인과 실질적으로 일치하는 태양 전지 디자인을 도시한다. 따라서, 제조 공정 및 물질의 실시예는 출원, 특히 도 1A 및 대응하는 해설에 개시한다. 에피택셜-성장 박막 실리콘 태양 전지 기판(354)은 다공성 실리콘층(354)을 통해 재사용 가능한 실리콘 템플레이트(350)에 부착된다. 도핑된 에미터 접촉 영역(364), 베이스 접촉 영역(372), 및 맞물려진 박형 금속 전극(에미터 금속 전극(362) 및 베이스 금속 전극(360))은 태양 전지의 후면에 위치된다(태양 전지의 상부면으로 도 16A에 나타내는 것). 전도성 접착 포스트, 에미터 전도성 접착 포스트(358) 및 베이스 전도성 에미터 포스트(356)는, 후형 베이스 금속 전극(386) 및 후형 에미터 금속 전극(366)을 포함하는 후형 금속 전극층(374)과 전기적으로 접합하기 위해서 박형 금속 전극 표면의 상부 상에 스크린 인쇄 또는 잉크젯 인쇄될 수 있다. 후형 금속 전극(366) 및 (368)은 실리콘 기판 표면 상의 박형 금속 전극(360) 및 (362)에 직각인, 평행한 리본 형태이다. 후형 금속 전극은 바람직하게는 두께가 0.1 mm 내지 1 mm의 범위인 알루미늄 또는 알루미늄 합금 플레이트로부터 제조된다. 후형 금속 전극 리본은, 태양 전지와 결합 후, 레이저 제거 또는 기계적 밀링에 의해 분리되는 측면 접속과 결합하기 전에 말단에서 측면으로 접속될 수 있다. 유전체 봉합재의 후형층(370), 예컨대 EVA 또는 Z68은 후형 베이스 금속 전극(386) 및 후형 에미터 금속 전극(366)의 후형 금속층의 상부에 나타낸다.FIG. 16A shows a solar cell design substantially consistent with the solar cell design of FIG. 1A without a dielectric contact layer on the solar cell shown. Thus, embodiments of the manufacturing process and materials are disclosed in the application, in particular in FIG. 1A and the corresponding commentary. The epitaxial-grown thin film silicon
도 16B는, 박막 실리콘 기판(378)이 템플레이트(350)로부터 분리되고, 결합된 후형 금속 전극층(374) 및 리플로우된 유전체 봉합재층(376)에 의해 기계적으로 강화되는, 에피택셜-성장 박막 실리콘 태양 전지를 도시한다. 후형 금속 전극은 우선 박형 금속 전극에 직각으로 얼라인먼트된 전도성 접착 포스트 상에 놓인다. 그 후, 유전체 봉합재층(370)은 진공 라미네이터 내에서 전지의 후면 상에 라미네이팅된다. 라미네이션 동안, 봉합재는, 후형 및 박형 금속 전극들 사이의 갭을 충전하기 위해 가열, 멜팅 및 리플로우된다. 그 후, 재사용 가능한 실리콘 템플레이트는 어셈블리로부터 분리된 후, 도 3에 기재된 것과 동일한 공정에 따라 행해질 수 있는, 태양 전지 실리콘 표면 세정, 텍스처링, 패시베이션 및 반사 방지층 코팅이 된다. 태양 모듈 어셈블리 공정을 위한 전지의 상호 접속을 형성하기 위해서, 후형 금속 전극의 상부에 유전체 봉합재층은 도 3에 기재된 것과 동일한 공정에 따라 행해질 수 있는 레이저 드릴링, 기계적 드릴링, 및 제거 블라스팅을 포함하는 방법에 의해 국부적으로 개방될 수 있다.FIG. 16B shows epitaxially-grown thin film silicon, wherein thin
작동 시, 개시된 기술 요지는 전지 전류를 추출하기 위해 결합된 상대적으로 두꺼운 고전도성 금속 상호 접속을 가져서, 박형 후면 접촉 태양 전지의 제조 및 최종 모듈 패키징을 가능하게 하는, 기계적 지지 후면판 구조를 제조하기 위한 방법, 디자인 및 장치를 제공한다. 또한, 본 발명의 후면판 실시예는 반도체 기판 두께가 1 ㎛ 미만 내지 100 ㎛ 초과인 태양 전지와 접합하여 사용될 수 있다. 더욱 일반적으로, 태양 전지 기판은 몇 ㎛ 내지 약 50 ㎛까지 두께일 수 있다.
In operation, the disclosed subject matter has a relatively thick, highly conductive metal interconnect coupled to extract cell current, to fabricate a mechanically supported backplane structure that enables fabrication of thin back contact solar cells and final module packaging. To provide a method, design and apparatus for In addition, the backplane embodiment of the present invention can be used in conjunction with solar cells having a semiconductor substrate thickness of less than 1 μm to more than 100 μm. More generally, solar cell substrates may be up to several micrometers up to about 50 micrometers thick.
이하 설명은 재사용 가능한 템플레이트로부터 분리하기 전에 TFSS에 결합되는 프리프레그 물질로 이루어진 후면판-여기서 스마트 판(smart plane)으로서 후면판을 사용하여, 처리 방법 및 디자인을 제공하는 본 출원의 개시된 기술 요지에 대해 더욱 직접적으로 언급한다. 프리프레그는, 조합된 물질이 TFSS의 열팽창계수(CTE)를 매치하도록, TFSS에 접착을 위해 적어도 섬유 물질의 층 및 수지의 층/일부를 포함하는 섬유의 예비 함친된 복합체(a pre-impregnated composite)를 의미한다. 따라서, 프리프레그는 제1 전기 전도층과 제2 전기 전도층 사이의 전기적 분리 및 처리 동안 박형 반도체 TFSS에 기계적 지지를 제공한다. 이러한 새로운 "스마트 판" 기술은, 종래의 전지에서는 불가능했던 이러한 모듈 통합 특징에 의해 후면 접촉 전지 구조를 가능하게 한다(enables back contact cell architecture along with a host of module integration features not possible with conventional cells). 또한, 포스트 분리 구리 금속화(post release copper metallization)는, 구리와의 가까움을 통해 캐리어 템플레이트의 화학적 오염의 위험을 피하고(avoids risks of chemical contamination of a carrier template through the proximity with copper), 제조를 통해 장치의 온전함을 제공한다. 추가적으로, 이전에 개시된 금속화 방법은 완성된 태양 전지의 2개 층의 금속화 구조를 형성하기 위하여 프리프레그 스마트 판 처리와 조합될 수 있다.The following description is directed to the disclosed technical subject matter of the present application which provides a treatment method and design using a backplane made of prepreg material bonded to the TFSS prior to separation from the reusable template, wherein the backplane as a smart plane. More directly. The prepreg is a pre-impregnated composite comprising at least a layer of fibrous material and a layer / part of the resin for adhesion to the TFSS such that the combined material matches the coefficient of thermal expansion (CTE) of the TFSS. ). Thus, the prepreg provides mechanical support to the thin semiconductor TFSS during electrical separation and processing between the first electrically conductive layer and the second electrically conductive layer. This new "smart plate" technology enables back contact cell architecture along with a host of module integration features not possible with conventional cells. In addition, post release copper metallization avoids the risks of chemical contamination of a carrier template through the proximity with copper through its proximity to copper. Provide the integrity of the device. In addition, the previously disclosed metallization methods can be combined with prepreg smart plate treatment to form metallization structures of two layers of completed solar cells.
여기에 개시된 프리프레그 후면판 및 후속 처리의 이점은 적당한 물질 특성과 결합된 저비용 물질의 사용이다. 후면판 물질 선택을 위한 조건이 상당히 요구되기 때문에, 기계적 후면판의 고려 사항은 이하를 포함한다: 두께, 강도 (탄성 & 수율의 모듈러스), CTE (열팽창계수), Tg (유리 전이 온도) 결합 방법, 및 K (열전이계수). 또한, 화학적 관점으로부터, 후면판의 필요조건은 이하를 포함한다; 텍스처 패시베이션 및 ARC (반사 방지 코팅)의 호환성.An advantage of the prepreg backplates and subsequent processing disclosed herein is the use of low cost materials combined with appropriate material properties. Since conditions for backplane material selection are quite demanding, mechanical backplane considerations include: thickness, strength (elastic & yield modulus), CTE (coefficient of thermal expansion), Tg (glass transition temperature) bonding method , And K (heat transfer coefficient). In addition, from a chemical point of view, the requirements of the backplane include the following; Compatibility of texture passivation and ARC (antireflective coating).
개시된 전지 처리의 전류 시퀀스(current sequence)는 두개의 카테고리로 나뉜다: 1) 템플레이트 상에서 처리-TFSS가 템플레이트에 부착된다, (2) TFSS가 템플레이트로부터 분리된 후 스마트 판 처리. 후면 접촉 전지를 제조하기 위해 요구되는 많은 단계들은, Epi 층(TFSS)가 템플레이트에 부착될 때, 완료된다. 최종 "스마트 판 상에서 처리(on smart plane processing)" 단계는 이하를 포함할 수 있다: 텍스처링, 패시베이션 & ARC (반사 방지 코팅), 및 전기 상호 접속. 단계의 수는 적지만, 조건은 TFSS의 감도에 기인하여 만만치 않다. 예컨대, 텍스처링은, 확장된 기간 또는 시간 동안 승온된 온도에서 산 및 염기에 거의 완전히 전지를 노출한다. 또한, 패시베이션 및 ARC 조건은 몇분 동안 진공 하에서 고온을 포함한다. 또한, 전기 상호 접속의 형태에 따라 달라지는, 전지는, 플라즈마 러프닝 또는 그릿 블라스팅(grit blasting)을 포함할 수 있는 플레이팅 준비 단계, 물리 증기 증착(PVD) 또는 촉매 활성을 사용하는 씨드층 적층 후 패터닝, 플레이팅, 및 레지스트 제거가 행해질 수 있다. 이러한 단계들은 회로 기판 산업에 정례적일 수 있고, 태양 전지의 이런 경우에, 전지는 거의 완전하고, 풀 값(full value)이다. 따라서, 전지의 전면은, 손상된 전지를 야기하는 유해한 화학물질의 크랙 및 누수를 야기할 수 있는 손상을 방지하기 위해 이러한 단계들 동안에 보호되어야 한다.The current sequence of the disclosed cell process is divided into two categories: 1) process-TFSS is attached to the template on the template, (2) smart plate process after the TFSS is separated from the template. Many of the steps required to make a back contact cell are completed when the Epi layer (TFSS) is attached to the template. The final "on smart plane processing" step may include the following: texturing, passivation & ARC (antireflective coating), and electrical interconnect. Although the number of steps is small, the condition is not trivial due to the sensitivity of the TFSS. For example, texturing exposes the cell almost completely to acids and bases at elevated temperatures for extended periods or time. In addition, passivation and ARC conditions include high temperatures under vacuum for several minutes. In addition, depending on the type of electrical interconnection, the cell may be subjected to a plating preparation step that may include plasma roughing or grit blasting, after seed layer deposition using physical vapor deposition (PVD) or catalytic activity. Patterning, plating, and resist removal can be done. These steps can be routine in the circuit board industry, and in this case of the solar cell, the cell is almost full and full value. Thus, the front of the cell must be protected during these steps to prevent damage that can cause cracks and leaks of harmful chemicals that result in a damaged cell.
또한, 에피택셜 막에 물질을 결합한 후 기계적 분리하는 능력은 또 다른 중요한 특징이다. 장치를 온전하게 보존하는데 조합되는 모든 이러한 고려 사항들은 여기에 개시된 물질 및 작동의 새로운 선택을 이끌어낸다.
In addition, the ability to bond materials to epitaxial membranes after mechanical separation is another important feature. All these considerations, combined in preserving the device intact, lead to new choices of materials and operations disclosed herein.
도 17A 내지 C는 주요 "템플레이트 상에서(on template)" 제조 단계 후, 프리프레그 후면판의 라미네이션을 하이라이팅한 태양 전지의 도식이다. 도 18A 내지 C는 주요 "스마트 판 상에서(on smart plane)" 제조 단계 후, 태양 전지의 도식이다. 도 17A 내지 C 및 도 18A 내지 C의 단면도에 묘사된 구조적 특징은 달리 언급하지 않으면 일치한다.17A-C are schematics of solar cells highlighting the lamination of the prepreg backplane after the main “on template” manufacturing step. 18A-C are schematics of solar cells after a major “on smart plane” manufacturing step. The structural features depicted in the cross-sectional views of FIGS. 17A-C and 18A-C are consistent unless otherwise noted.
도 17A는 템플레이트(404), 에피택셜층(402), 및 희생층(도시하지 않지만 템플레이트(402)와 에피택셜층(402) 사이에 위치함)을 포함하는 태양 전지 예비 라미네이션(pre-lamination)을 도시한다. 패터닝된 금속화층(406)은, 예컨대 PVD 공정에 따라 증착된 Al-NiV-Sn 층일 수 있고, 에피택셜층이 템플레이트에 부착될 때, 증착된다. 프리프레그 후면판(400)은 에피택셜층(402)에 예비 라미네이션을 도시한다. 예컨대, 프리프레그 후면판(400)은 100-200 ㎛ 두께의 범위일 수 있고, 템플레이트(404)는 400-1000 ㎛ 두께의 범위일 수 있다. 이 상태에서, 태양 전지(여기서, 에피택셜층 또는 TFSS라고도 함)는 템플레이트에 부착된다-TFSS 형성법은, 여기에 개시되고, 미국 특허 제 2008/0264477 및 2009/0107545, 및 국제 특허 제 WO2011/072161 및 WO2011/072179에서 발견된 것과 유사 및 일치될 수 있고, 여기에 완전히 설명하듯이 모든 목적을 위해 전체에 참조로 인용된다. 패터닝된 금속화층(406)으로 나타내는 전지 접합(cell junction)은 분리 및 메탈화되고-따라서 최종 집전을 위한 준비를 한다. 이 단계에서, 스마트 판은, 프리프레그 후면판(400)으로 나타내는, 정확한 크기로 커팅되는 프리프레그 물질이다. 프리프레그 물질은, 예컨대 아라미드계 다기능 에폭시 수지 강화된 프리프레그일 수 있다. 낮은 수지 함량(RC)은 아라미드 섬유가 6ppm CTE 값을 도미네이트하게 한다. 실리콘의 CTE가 프리프레그보다 낮기 때문에, 보통 온도 익스커션을 넘어, 라미네이트는 치수 안정성을 유지한다(over modest temperature excursions the laminate maintains dimensional stability).FIG. 17A illustrates a solar cell pre-lamination comprising a
도 17B는 태양 전지 및 프리프레그층 라미네이션, 에피택셜층(402) 및 프리프레그 후면판(400)을 도시한다. 라미네이션 공정은, 온도, 압력 및 힘을 포함하는 파라미터 및 다중 단계를 포함한다. 최초로, 부분의 "레이업(layup)"은 라미네이션 프레스에 놓인다. 온도가 상술한 중간 온도로 증가시킬 때 진공이 즉시 가해진다. 힘은 추가적인 온도 증가 및 제어된 램프 다운 사이클과 결합된 레이업에 가해진다. 이러한 사이클 동안, 프리프레그 수지는, 전지의 에지를 실링할 때 에피택셜층 상에 금속화 패턴에 의해 형성된 바이어스로 흐른다.17B shows solar cell and prepreg layer lamination,
도 17C는 에피택셜층(402) 및 템플레이트(404)로 나타내는, 템플레이트로부터 에피택셜층의 기계적 분리를 도시한다. 얇은 CTE 부조화에 기인하여, 조합 프리프레그-에피(epi) 스택은 템플레이트로부터 분리하기 위해 바람직한 경향을 갖는다. 이러한 단계는 레이저 스크라이빙이 도움이 되고, 일부 경우에는 제어된 기계적 클램프 및 분리가 이용될 수 있다. 분리 후, 라미네이팅된 전지는 자유로이 스탠딩되고, 전면 텍스처링 및 패시베이션을 위한 준비가 되었다. 또한, 이 점에서, 전지는 최종 후면 전기 접속이 있을 때까지 완전히 기능적이다(at this point the cell is fully functional pending final backside electrical connection).FIG. 17C shows the mechanical separation of the epitaxial layer from the template, represented by
도 18A는, 텍스처 및 패시베이션 단계가 에피택셜층의 수광면(light receiving surface) 상에 행해진 후(텍스처된 표면(408)로 나타냄), 프리프레그 후면판(400), 패터닝된 금속화층(406), 에피택셜층(402)를 포함하는 태양 전지를 도시한다. 사용되는 텍스처 및 패시베이션 공정은 태양 산업에서 잘 알려진 것일 수 있다. 그러나, 스마트 판에 있어서는, 부착된 열 예산(thermal budget) 및 렘프 레이트(ramp rate)는 조심스럽게 조절되어야 한다. 프리프레그 물질은 일반적으로 약 175 ℃의 Tg를 갖고 있다-이는 그 온도에서 뻣뻣한 고체로부터 유연한 플라스틱으로의 물질의 특성 이동을 의미한다. CTE의 급격한 증가와 결합되는 Tg는 라미네이팅된 어셈블리의 행태에 영향을 준다. Tg를 증가시키는 능력은 작업 온도 범위 및 표면 패시베이션의 유효성을 더 확장시킨다. 표면 패시베이션은, 표면에서의 재조합 속도가 벌크 물질보다 높은 것에 기인하여 태양 전지에 중요하다.18A shows the
도 18B는 프리프레그 후면판(400)을 통해 블라인드 레이저 드릴링이 패터닝된 홀(410)을 형성한 후 태양 전지를 도시한다. 언더라잉 금속 스택을 끝내거나 또는 중단할 때, 경화된 프리프레그를 통해 레이저 드릴링하기 위한 능력은, 이러한 매우 중요한 단계가 태양 전지에 금속화 공정을 가능하게 한다. 홀 크기 및 홀의 테이퍼 각은 일렉트로플레이팅의 품질 및 편의에 중요한 역할을 한다. 현재, 레이저 기술 생산성은 1초당 1000+ 홀로 진전되었다. 빔 형성 기술은 언더라잉층에 손상이 가지 않도록 홀 형태를 최적화하기 위해 적용된다-이는 CO2 레이저를 사용하는 것을 포함한다.18B shows the solar cell after blind laser drilling forms a
도 18C는 프리프레그 후면판(400)에 형성되는 홀을 통해 어턴드 금속화층(atterned metallization layer)(406)에 접촉하는, 구리층(412)으로 나타내는, 패터닝된 금속화층이 후면판 상에 플레이팅된 후의 태양 전지를 도시한다. 플레이팅 공정 동안, 열가소성 수지의 보호 시트는, 보호 시트(414)로 나타내는, 어셈블리의 내구성을 높이고 전지를 보호하기 위해 전지면에 가해질 수 있다. 이러한 물질은, 공정이 발달하고 비용 문제가 발생하기 때문에 필요해질 수도, 필요하지 않을 수도 있다. 플레이팅이 완료된 후, 태양 전지는 완전히 기능적이고, 최종 시험 및 모듈화할 준비가 되었다.FIG. 18C shows a patterned metallization layer, shown as
금속-유기 페이스트 또는 신터링 페이스트는 비싸질 수 있고, 다단계 어플리케이션이 요구되기 때문에, 직접 구리 플레이팅은 저비용 금속화 용액이다; 그러나 알루미늄도 사용될 수 있다. 플레이팅을 거쳐서, 순금속 어플리케이션은 가장 높은 성능 및 잠재적으로 가장 낮은 비용의 방법이다-두가지 고려 사항은 저비용 고효율 태양 전지의 확장에 필요하다. 구리가 고체 상태 장치에 공지된 "독(poison)"이지만, 화학적 및 열 처리 후, 어플리케이션은 대부분 알려진 문제를 완화한다. 플레이팅을 거친 구리 금속화는 2가지 방법에 의해 행해질 수 있다-풀 에디티브 또는 세미 에디티브. 풀 에디티브 구리 플레이팅은 촉매적 무전해 플레이팅에 의해 수행될 수 있다. 미세 특성 능력에 직접적이지만(hile direct with fine feature capability), 이러한 공정은 본질적으로 느리다. 또는, 더욱 일반적으로 사용되는 것은 세미 에디티브 구리 플레이팅이다. 세미 에디티브 구리 플레이팅은 시드층 형성을 위한 블랭킷 무전해 구리 후 더욱 공격적인 전해 구리-플레이팅 속도를 거의 10X로 행해질 수 있는-를 적용한다.
Since metal-organic pastes or sintering pastes can be expensive and multistage applications are required, direct copper plating is a low cost metallization solution; But aluminum can also be used. Through plating, pure metal applications are the highest performance and potentially the lowest cost method-two considerations are needed for the expansion of low cost and high efficiency solar cells. Although copper is a known "poison" in solid state devices, after chemical and thermal treatments, applications mostly alleviate known problems. Plating copper metallization can be done by two methods-full or semi-additive. Full additive copper plating may be performed by catalytic electroless plating. While direct to fine feature capability, this process is inherently slow. Or, more commonly used is semi-additive copper plating. Semi-additive copper plating applies more aggressive electrolytic copper after the blanket electroless copper for seed layer formation, which can be done at nearly 10 ×.
또는, 사용되는 프리프레그층의 수에 따라, 구리 클래딩된 회로판 물질이 구매, 패터닝되고, 이후에 프리프레그의 중간층과 전지에 결합될 수 있다. 상대적으로 두꺼운 0.5 oz 구리 시트는 홀, 핑거 및 부스바의 최종 플레이트용 기초로서 작용한다. 중요하게는, 어떤 구리 금속화법이 적용되어도, 최종 구리 두께 조건은 모든 방법에 걸쳐 일치한다.
Alternatively, depending on the number of prepreg layers used, the copper clad circuit board material may be purchased, patterned, and then bonded to the intermediate layer of the prepreg and the cell. A relatively thick 0.5 oz copper sheet serves as the basis for the final plate of holes, fingers and busbars. Importantly, whatever copper metallization method is applied, the final copper thickness conditions are consistent across all methods.
도 19는 TFSS(412) 및 후면판(414)을 포함하는 태양 전지 상에 일반적인 세미 에디티브 구리 플레이팅 공정의 공정 흐름을 도시한다. 공정 흐름은 이하 단계를 포함한다: 최초 전도층의 형성(Al / Ni 또는 Al / NiV와 같은 PVD 시드층 또는 무전해 구리 시드층), 건조막 포토레지스트를 사용한 특징 패터닝, 전해 구리 플레이팅 (시드층에 의해 가능함), 레지스트 스트리핑 및 전도체 특징들 사이에서 시드층의 에칭에 의한 최후 제거.
19 shows the process flow of a typical semi-additive copper plating process on a solar cell that includes a
도 20A 및 20B는 각각 완성된 전지의 후면 뷰 및 완성된 전지의 일부의 디테일뷰를 도시한다. 홀은 맞물려진 금속화 핑거를 따라 도트로 나타내고, 전지의 각각의 말단에서, 부스바는 대응하는 전지 극성들을 접합한다. 전지 후면 접촉으로부터 표면 상에 구리 핑거 및 부스바를 위치시키는 것은 활성 전지의 완전한 이용을 가능하게 하고, 물질의 최대 효율적인 사용을 만든다.20A and 20B show a back view of a finished cell and a detail view of a portion of the finished cell, respectively. The holes are represented by dots along the interdigitated metallization fingers, and at each end of the cell, the busbars join the corresponding cell polarities. Placing copper fingers and busbars on the surface from cell back contact allows for the full use of the active cell and makes the most efficient use of the material.
도 20B는 플레이팅 특징의 기하학의 더욱 상세한 뷰를 도시한다. 이러한 경우에, 홀은 250um의 직경으로 묘사된다; 그러나 다른 기하학 및 치수도 고려된다. 온-셀 부스바(on-cell bus bar) 대신에, 부스바 기능도 모듈의 인터-셀 스트링층(inter-cell stringing layer)으로 이전될 수 있다.
20B shows a more detailed view of the geometry of the plating feature. In this case, the holes are depicted with a diameter of 250um; However, other geometries and dimensions are also contemplated. Instead of an on-cell bus bar, bus bar functionality can also be transferred to the inter-cell stringing layer of the module.
앞선 설명은 활성 흡수 물질로서 실리콘과 관련하여 프리프레그 후면판의 실시예에 초점을 맞추었다. 동일한 컨셉은 헤테로접합 물질, 예컨대 Ge,SiGe, SiC, SiGeC, a-Si 또는 a-SiGe과 실리콘의 사용, 및 III-V 물질, 예컨대 GaAs 또는 GaAs와 Si 또는 Ge 또는 이의 합금과의 조합과의 사용에 적용된다.
The foregoing description focused on the embodiment of the prepreg backplane with respect to silicon as the active absorbent material. The same concept is the use of heterojunction materials such as Ge, SiGe, SiC, SiGeC, a-Si or a-SiGe with silicon, and combinations of III-V materials such as GaAs or GaAs with Si or Ge or alloys thereof Applies to use.
실시예의 앞선 설명은 당업자가 청구된 기술 요지를 제조 또는 사용할 수 있도록 제공되었다. 이들 실시예에 각종 변형은 당업자에게 쉽게 명백해질 것이고, 여기서 정의된 일반적 원리는 혁신적인 능력을 사용하지 않고도 다른 실시예에 적용될 수 있다. 따라서, 청구된 기술 요지는 여기에 나타낸 실시예에 한정되는 것이 아니고, 여기에 개시된 원리 및 새로운 특징과 일치하는 가장 넓은 범위에 따르게 된다.
The previous description of the examples is provided to enable any person skilled in the art to make or use the claimed subject matter. Various modifications to these embodiments will be readily apparent to those skilled in the art, and the generic principles defined herein may be applied to other embodiments without using innovative capabilities. Thus, the claimed subject matter is not limited to the embodiments shown herein but is to be accorded the widest scope consistent with the principles and novel features disclosed herein.
이러한 상세한 설명 내에 포함되는 모든 이러한 추가적인 시스템, 방법, 특징 및 이점은 청구항의 범위 내에 있는 것으로 의도된다.
All such additional systems, methods, features, and advantages that fall within this detailed description are intended to be within the scope of the claims.
Claims (24)
광을 포획하는 전면(frontside surface)과 에미터 및 베이스 접촉을 형성하기 위한 후면(backside surface)을 포함하는, 결정 반도체 기판;
상기 결정 반도체 기판의 후면 상에 있는, 제1 에미터 전극 및 제1 베이스 전극의 맞물린 패턴(interdigitated pattern)을 갖는 제1 전기 전도성 금속화층;
상기 결정 반도체 기판의 후면에 부착되는 전기 절연성 후면판(backplane)으로, 상기 전기 절연성 후면판은 상기 결정 반도체 기판의 후면에 라미네이트되고, 상기 제1 에미터 전극의 일부와 상기 제1 베이스 전극의 일부까지 관통하는 홀을 갖는, 전기 절연성 후면판; 및
상기 전기 절연성 후면판 위에, 상기 홀 내에, 그리고 상기 제1 에미터 전극 및 제1 베이스 전극 위에 적층된 제2 전기 전도성 금속화층으로서, 상기 제2 전기 전도성 금속화층은 상기 전기 절연성 후면판을 관통하는 홀 내에 전기 전도성 베이스 플러그와 전기 전도성 에미터 플러그를 갖고, 제2 에미터 전극 및 제2 베이스 전극의 맞물린 패턴을 가지며, 상기 전기 전도성 에미터 플러그는 상기 제2 에미터 전극을 상기 제1 에미터 전극에 전기적으로 연결하고, 상기 전기 전도성 베이스 플러그는 상기 제2 베이스 전극을 상기 제1 베이스 전극에 전기적으로 연결하는 것인, 적층된 제2 전기 전도성 금속화층;을 포함하는,
후면 접촉 결정 반도체 태양 전지.
A back contact crystalline semiconductor solar cell, wherein the solar cell is
A crystalline semiconductor substrate comprising a frontside surface for trapping light and a backside surface for forming emitter and base contacts;
A first electrically conductive metallization layer having an interdigitated pattern of a first emitter electrode and a first base electrode on a back surface of the crystalline semiconductor substrate;
An electrically insulating backplane attached to a backside of the crystalline semiconductor substrate, wherein the electrically insulating backplane is laminated to the backside of the crystalline semiconductor substrate, wherein a portion of the first emitter electrode and a portion of the first base electrode are laminated. An electrically insulating backplane having holes penetrating up to; And
A second electrically conductive metallization layer laminated over said electrically insulative backplate, in said hole, and over said first emitter electrode and said first base electrode, said second electrically conductive metallization layer penetrating said electrically insulative backplate; An electrically conductive base plug and an electrically conductive emitter plug in the hole, and having an interlocking pattern of a second emitter electrode and a second base electrode, wherein the electrically conductive emitter plug connects the second emitter electrode to the first emitter; A second electrically conductive metallization layer, wherein the second electrically conductive base plug is electrically connected to an electrode, wherein the electrically conductive base plug electrically connects the second base electrode to the first base electrode.
Back contact crystal semiconductor solar cell.
상기 제2 전기 전도성 금속화층은 구리 금속화층인, 후면 접촉 결정 반도체 태양 전지.
The method of claim 1,
And the second electrically conductive metallization layer is a copper metallization layer.
상기 제2 전기 전도성 구리층은 풀 에디티브법(fully additive process)으로 형성되는, 후면 접촉 결정 반도체 태양 전지.
The method of claim 2,
And the second electrically conductive copper layer is formed by a fully additive process.
상기 제2 전기 전도성 구리층은 세미 에디티브법(semi-additive process)으로 형성되는, 후면 접촉 결정 반도체 태양 전지.
The method of claim 2,
And the second electrically conductive copper layer is formed by a semi-additive process.
상기 후면판의 홀은 레이저-형성된 홀인, 후면 접촉 결정 반도체 태양 전지.
The method of claim 1,
Wherein said hole in said backplane is a laser-formed hole.
상기 후면판의 홀은 CO2 레이저를 이용하는 레이저-형성된 홀인, 후면 접촉 결정 반도체 태양 전지.
The method of claim 5,
The hole of the backplane is a laser-formed hole using a CO2 laser.
상기 결정 반도체 기판의 두께는 100 미크론 미만인, 후면 접촉 결정 반도체 태양 전지.
The method of claim 1,
And the thickness of the crystalline semiconductor substrate is less than 100 microns.
반도체 기판의 후면 상에 에미터 전극 및 베이스 전극의 맞물린 패턴을 갖는 전기 전도성 금속의 제1층을 적층하는 단계;
상기 전기 전도성 금속의 제1층에 전기 절연성 후면판을 부착하는 단계;
상기 전기 절연성 후면판에 홀을 형성하여, 상기 전기 전도성 금속의 제1층에의 접근을 제공하는 단계; 및
상기 전기 절연성 후면판의 홀 내에, 상기 전기 절연성 후면판의 후면 위에 및 상기 에미터 전극 및 베이스 전극 위에 전기 전도성 금속의 제2층을 적층하는 단계로서, 상기 전기 전도성 금속의 제2층은 상기 전기 절연성 후면판의 홀을 통해 상기 전기 전도성 금속의 제1층과 전기적 상호접속을 형성하고, 상기 전기 절연성 후면판은 상기 전기 전도성 금속의 제1층과 상기 전기 전도성 금속의 제2층 사이에 전기적 분리(electrical isolation)를 제공하는 것인, 단계;
를 포함하는, 후면 접촉 태양 전지의 형성방법.
A method of forming a back contact solar cell, the method comprising:
Depositing a first layer of electrically conductive metal having an interlocking pattern of an emitter electrode and a base electrode on a backside of the semiconductor substrate;
Attaching an electrically insulating backplane to the first layer of electrically conductive metal;
Forming holes in the electrically insulating backplate to provide access to the first layer of electrically conductive metal; And
Depositing a second layer of electrically conductive metal in the hole of the electrically insulating backplane, over the back of the electrically insulating backplate and over the emitter electrode and the base electrode, wherein the second layer of the electrically conductive metal A hole in the insulating backplane forms an electrical interconnect with the first layer of electrically conductive metal, the electrically insulating backplane electrically separating between the first layer of the electrically conductive metal and the second layer of the electrically conductive metal. providing electrical isolation;
Comprising, a back contact solar cell formation method.
상기 전기 절연성 후면판에 홀을 형성하는 단계는 블라인드 레이저 드릴링(blind laser drilling) 공정에 따라서 수행되는, 후면 접촉 태양 전지의 형성방법.
The method of claim 8,
Forming a hole in the electrically insulating backplane is performed according to a blind laser drilling process.
상기 전기 전도성 금속의 제2층은 구리인, 후면 접촉 태양 전지의 형성방법.
The method of claim 8,
And the second layer of electrically conductive metal is copper.
구리로 이루어진 상기 제2층을 적층하는 단계는 풀 에디티브법에 따라 수행되는, 후면 접촉 태양 전지의 형성방법.
The method of claim 10,
Laminating the second layer made of copper is performed according to a full additive method.
구리로 이루어진 상기 제2층을 적층하는 단계는 세미 에디티브법에 따라 수행되는, 후면 접촉 태양 전지의 형성방법.
The method of claim 10,
Laminating the second layer made of copper is performed according to a semi-additive method.
상기 전기 전도성 금속의 제1층에 전기 절연성 후면판을 부착하는 단계는 상기 상기 전기 전도성 금속의 제1층에 전기 절연성 후면판을 라미네이팅하는 단계를 더 포함하는, 후면 접촉 태양 전지의 형성방법.
The method of claim 8,
Attaching an electrically insulating backplane to the first layer of electrically conductive metal further comprises laminating an electrically insulating backplate to the first layer of electrically conductive metal.
상기 반도체 기판은 에피택셜 실리콘 층이고, 상기 방법은,
결정 실리콘 템플레이트의 표면 상에 적어도 두개의 다른 공극을 갖는 다공성 실리콘 씨드 및 분리층을 형성하는 단계; 및
상기 다공성 실리콘 씨드 및 분리층 위에 에피택셜 실리콘층을 적층하는 단계로서, 상기 에피택셜 실리콘층의 두께는 100 미크론 미만이고 인시츄-도핑된 베이스 영역을 갖고, 상기 에피택셜 실리콘층은 인시츄-도핑된 베이스 영역 및 도핑된 에미터 영역과 에미터 접촉 및 베이스 접촉을 형성하기 위한 도핑된 에미터 영역 및 후면을 포함하는 것인, 단계;
를 포함하는, 후면 접촉 태양 전지의 형성방법.
The method of claim 8,
The semiconductor substrate is an epitaxial silicon layer, the method is
Forming a porous silicon seed and a separation layer having at least two different pores on the surface of the crystalline silicon template; And
Depositing an epitaxial silicon layer over the porous silicon seed and isolation layer, wherein the epitaxial silicon layer is less than 100 microns thick and has an in situ-doped base region, wherein the epitaxial silicon layer is in situ-doped. A doped emitter area and a back surface for forming emitter contact and base contact with the doped base area and the doped emitter area;
Comprising, a back contact solar cell formation method.
상기 전기 전도성 금속의 제1층은 10 미크론 미만의 두께를 갖는 것인, 후면 접촉 태양 전지의 형성방법.
The method of claim 8,
Wherein the first layer of electrically conductive metal has a thickness of less than 10 microns.
상기 전기 절연성 후면판은 프리프레그층을 포함하는, 후면 접촉 태양 전지의 형성방법.
The method of claim 8,
And wherein said electrically insulating backplane comprises a prepreg layer.
상기 프리프레그층은 아라미드계 에폭시 수지 강화된 프리프레그층인 것인, 후면 접촉 태양 전지의 형성방법.
The method of claim 16,
Wherein said prepreg layer is an aramid epoxy resin reinforced prepreg layer.
상기 전기 전도성 금속의 제2층은 알루미늄인 것인, 후면 접촉 태양 전지의 형성방법.
The method of claim 8,
And wherein said second layer of electrically conductive metal is aluminum.
상기 프리프레그층은 100 μm 내지 200μm 범위 내의 두께를 갖는 것인, 후면 접촉 태양 전지의 형성방법.
The method of claim 16,
Wherein the prepreg layer has a thickness in the range of 100 μm to 200 μm.
상기 전기 전도성 금속의 제1층은 10 미크론 미만의 두께를 갖는 것인, 후면 접촉 결정 반도체 태양 전지.
The method of claim 1,
Wherein the first layer of electrically conductive metal has a thickness of less than 10 microns.
상기 전기 절연성 후면판은 프리프레그층을 갖는 것인, 후면 접촉 결정 반도체 태양 전지.
The method of claim 1,
And wherein said electrically insulating backplane has a prepreg layer.
상기 프리프레그층은 100 μm 내지 200μm 범위 내의 두께를 갖는 것인, 후면 접촉 결정 반도체 태양 전지.
The method of claim 21,
Wherein the prepreg layer has a thickness in the range of 100 μm to 200 μm.
상기 프리프레그층은 아라미드계 에폭시 수지 강화된 프리프레그층인 것인, 후면 접촉 결정 반도체 태양 전지.
The method of claim 21,
Wherein said prepreg layer is an aramid epoxy resin reinforced prepreg layer.
상기 제2 전기 전도성 금속화층은 알루미늄 금속화층인 것인, 후면 접촉 결정 반도체 태양 전지.The method of claim 1,
And the second electrically conductive metallization layer is an aluminum metallization layer.
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