特許 6774086 ソーラーモジュールのソーラーセル相互接続用ビア構造

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6774086

(24)【登録日】2020年10月6日

(45)【発行日】2020年10月21日

(54)【発明の名称】ソーラーモジュールのソーラーセル相互接続用ビア構造

(51)【国際特許分類】

   H01L 31/05 20140101AFI20201012BHJP

【ＦＩ】

   H01L31/04 570

【請求項の数】20

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2018-512282(P2018-512282)

(86)(22)【出願日】2016年9月16日

(65)【公表番号】特表2018-528613(P2018-528613A)

(43)【公表日】2018年9月27日

(86)【国際出願番号】US2016052127

(87)【国際公開番号】WO2017049079

(87)【国際公開日】20170323

【審査請求日】2019年8月22日

(31)【優先権主張番号】14/858,808

(32)【優先日】2015年9月18日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】510312640

【氏名又は名称】アルタ デバイセズ，インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】ＡＬＴＡ ＤＥＶＩＣＥＳ，ＩＮＣ．

(74)【代理人】

【識別番号】100120891

【弁理士】

【氏名又は名称】林 一好

(74)【代理人】

【識別番号】100165157

【弁理士】

【氏名又は名称】芝 哲央

(74)【代理人】

【識別番号】100205659

【弁理士】

【氏名又は名称】齋藤 拓也

(74)【代理人】

【識別番号】100126000

【弁理士】

【氏名又は名称】岩池 満

(74)【代理人】

【識別番号】100185269

【弁理士】

【氏名又は名称】小菅 一弘

(74)【代理人】

【識別番号】100202577

【弁理士】

【氏名又は名称】林 浩

(72)【発明者】

【氏名】ヤン リンリン

(72)【発明者】

【氏名】ヘ ガン

(72)【発明者】

【氏名】パターソン ダン

(72)【発明者】

【氏名】ゴッドゥ ポール

(72)【発明者】

【氏名】ラン リーグアン

(72)【発明者】

【氏名】ヒガシ グレッグ

【審査官】 佐竹 政彦

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２０１３／００２５６４８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１５−１１９０２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２６３４０７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ３１／００−３１／０７８

Ｈ０５Ｋ ３／４０−３／４２

ＩＥＥＥ Ｘｐｌｏｒｅ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光起電力電池であって、
光エネルギーを電気エネルギーに変換するように構成される光起電力層、
前記光起電力層の前側に配置される前部導電層、
前記光起電力層の後側に配置される後部導電層であって、前記前部導電層および前記後部導電層は、前記光起電力層から発する電流を外部回路に導通するように構成される、後部導電層、および、
前記光起電力層の下に配置される基体層であって、前記基体層はビア構造を含み、前記ビア構造は、
前記後部導電層との電気的接触を形成する導電性材料で満たされる主要ビア、および、
前記主要ビアのすぐ近くに形成されて、前記主要ビアからの前記導電性材料のオーバーフローを捕獲するように構成される少なくとも１つの凹部を有するオーバーフロー捕獲領域、
を含む、
光起電力電池。

【請求項2】

前記少なくとも１つの凹部は、前記主要ビアを囲む円形溝を含み、前記溝の最上部は、前記基体層の後面で開く、請求項１に記載の光起電力電池。

【請求項3】

前記基体層の前記後面上に、前記溝の内側エッジが横方向距離によって前記主要ビアのエッジから離れて配置される、請求項２に記載の光起電力電池。

【請求項4】

前記横方向距離の範囲内の前記基体層の前記後面は、粗い表面積を含む、請求項３に記載の光起電力電池。

【請求項5】

前記主要ビアの最上部は、前記溝の底壁で開く、請求項２に記載の光起電力電池。

【請求項6】

前記少なくとも１つの凹部は、複数の長方形溝を含み、それぞれの溝の最上部は、前記基体層の後面で開く、請求項１に記載の光起電力電池。

【請求項7】

前記少なくとも１つの凹部は、前記基体層の後面に粗い表面積を含み、前記粗い表面積は、１０μｍよりも大きいピークトゥピークの粗さを有する、請求項１に記載の光起電力電池。

【請求項8】

前記主要ビアの前記導電性材料は、前記後部接触層と別の光起電力電池の前部接触層との間の電気的連続性を提供する、請求項１に記載の光起電力電池。

【請求項9】

前記基体層は、前記基体層と前記別の光起電力電池との間の接着を形成する非導電性材料で満たされる別のビア構造をさらに含む、請求項８に記載の光起電力電池。

【請求項10】

光起電力モジュールを製造する方法であって、
第１の光起電力電池の基体層の前面上に後部接触層を取り付けるステップ、
前記基体層にビアを形成するステップ、
前記ビアのすぐ近くで前記基体層の後面上に少なくとも１つの凹部を有するオーバーフロー捕獲構造を形成するステップ、
前記ビアに導電性材料を分配するステップ、
前記基体層を第２の光起電力電池に取り付けるステップであって、前記オーバーフロー捕獲構造は、前記ビアからの前記導電性材料のオーバーフローを捕獲するように構成される、ステップ、
を含む、方法。

【請求項11】

前記基体層を取り付ける前記ステップは、前記基体層の前記後面を前記第２の光起電力電池の前部接触層上に配置するステップを含み、前記ビア内の前記導電性材料は、前記第１の光起電力電池と前記第２の光起電力電池との間に電気的接触を提供する、請求項１０に記載の方法。

【請求項12】

前記少なくとも１つの凹部を有する前記オーバーフロー捕獲構造を形成する前記ステップは、前記ビアを囲む溝を形成するステップであって、前記溝の内側エッジは、横方向距離によって前記ビアのエッジから離れて配置される、ステップ、および、前記横方向距離の範囲内で前記基体層の前記後面を粗くするステップ、を含む、請求項１０に記載の方法。

【請求項13】

前記溝を形成する前記ステップおよび前記粗くするステップは、レーザーアブレーションを用いて実行される、請求項１２に記載の方法。

【請求項14】

前記少なくとも１つの凹部を有する前記オーバーフロー捕獲構造を形成する前記ステップは、前記基体層の前記後面から前記ビアの開口を拡大するステップを含む、請求項１０に記載の方法。

【請求項15】

前記少なくとも１つの凹部を有する前記オーバーフロー捕獲構造を形成する前記ステップは、レーザーアブレーションを用いて前記ビアを囲む領域を粗くするステップを含む、請求項１０に記載の方法。

【請求項16】

前記基体層が前記第２の光起電力電池に対して押圧されている間、前記オーバーフローが発生する、請求項１０に記載の方法。

【請求項17】

光起電力モジュールであって、
互いに電気的に結合される光起電力電池アレイであって、それぞれの光起電力電池は、光エネルギーを電気エネルギーに変換するように構成される光起電力デバイスを含む、光起電力電池アレイ、
前記光起電力デバイスの前面上に配置される前部電極、
前記光起電力デバイスの後面上に配置される後部電極であって、前記前部電極および前記後部電極は、前記光起電力デバイスから発する電流を外部回路に導通するように構成される、後部電極、および、
前記後部電極の後面上に配置される基体であって、前記基体は、
前記後部電極と、前記光起電力電池アレイの別の光起電力電池の前部電極との間に電気的接触を提供するための導電性材料で満たされる複数の後部ビア、および、
前記基体の後面上の複数のオーバーフロー捕獲領域であって、各オーバーフロー捕獲領域は、前記後部電極のエッジを越える前記導電性材料のオーバーフローを防止するように構成される少なくとも１つの凹部を有する、複数のオーバーフロー捕獲領域、
を含む基体、
を含む、光起電力モジュール。

【請求項18】

前記少なくとも１つの凹部は、前記複数の後部ビアのそれぞれの後部ビアにすぐ近くに配置される溝に対応し、前記溝は、前記基体の前記後面で開く、請求項１７に記載の光起電力モジュール。

【請求項19】

前記少なくとも１つの凹部は、前記複数の後部ビアのそれぞれの後部ビアを覆う溝を含み、前記溝は、前記基体の前記後面で開き、前記ビアは、前記溝の底部で開く、請求項１７に記載の光起電力モジュール。

【請求項20】

前記少なくとも１つの凹部は、突起およびくぼみを有する粗い領域を含み、前記粗い領域は、１０μｍよりも大きいピークトゥピークの粗さを有する、請求項１７に記載の光起電力モジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

［関連出願の相互参照］
この出願は、２０１５年９月１８日出願の米国特許出願第１４／８５８，８０８号の優先権を主張する。先願の開示内容は、参照により本明細書に完全に組み込まれる。

【0002】

［技術分野］
本開示は、概して、光起電力電池（ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ ｃｅｌｌ）の分野に関し、より詳しくは、光起電力電池上の接触金属化の分野に関する。

【背景技術】

【0003】

ソーラーセルまたは光起電力（ＰＶ）電池は、光起電力効果によって光のエネルギーを電気に直接変換する電気的デバイスである。ソーラーセルから発生するエネルギーは、化石燃料に再生可能で、環境にやさしく、そして直ちに利用可能な代替物を提供する。概して、ソーラーセルは、エネルギー変換のためのＰＮ接合の形の半導体材料でできているＰＶ層を利用する。生成された電圧および電流を蓄電または輸送のための外部回路に導くために、金属電極は、半導体材料の前部および後部に配置される。

【0004】

個々のソーラーセルによって発生する凝集された電流および電圧を達成するために、ソーラーセルアレイは相互接続されることができて、ソーラーモジュールまたはソーラーパネルに組み立てられることができる。ソーラーセルを相互接続する１つの一般的なアプローチは、電気的接続（例えば、上方セルおよび下方セル）を実現するために２つのソーラーセルを重ねることである。典型的なソーラーセル構成において、上方セルの後部電極は、下方セルの前部電極と電気的に接続される。このように、複数のソーラーセルは、直列に相互接続する。

【0005】

より詳しくは、ソーラーセルのＰＶ層の前側および後側上に配置される金属コンタクトは、それぞれ、前部電極および後部電極を形成する。後部電極は、ＰＶ層と非導電性基体層との間に配置される。このように、２つの電池が互いに部分的に重なり合うときに、非導電性基体は、上方セルの後部電極と下方セルの前部電極との間に配置される。２つの重なり合う電池間に電気的連続性を提供するために、ビアが基体に作られて、導電性材料で満たされる。そしてそれは、充填プロセスの間、一般に樹脂、ペーストまたはインクの形であり、硬化プロセスの後に堅くなる。以下、基体上のビアは、「後部ビア」として参照されてよい。

【0006】

実際には、欠陥のある接触に潜在的に至ることができるビア内部での空所の形成を防止するために、後部ビアは、通常、導電性材料によって過充填されやすい。しかしながら、後部ビアに過剰な導電性材料を充填することは、特に２つのソーラーセルが積み重ねられて、統合のために一緒に押圧されるときに、ビアからの導電性材料の制御されない横方向のオーバーフロー（または塗工）を引き起こす傾向がある。残念なことに、多くの寄与因子（例えば、材料配置のボリューム制御能力における変化、ビアサイズの変化、および時間、温度、水分、接触面その他の材料特性の変動）は、オーバーフローに結果としてならない空所のないビアのための正確な量の導電性材料を決定することを困難にする。例えば、妥当に反復可能な自動分配または印刷プロセスのための分配されるボリュームは、通常５％変化する。時間とともに変動する材料特性については、ボリューム変化は、１０％まで増加することができる。ビアサイズは、レーザーによる孔あけプロセスおよび基体の材料特性によって変化する可能性もある。

【0007】

ソーラーセルにおける導電性材料のオーバーフローは、別のソーラーセル（例えば、下方ソーラーセル）の前部電極および後部電極に望ましくなく到達でき、架橋できて、そして短絡を引き起こすことができる。従来は、この問題を解決するために、硬化手順の前にソーラーセルの周辺部まわりに絶縁材料が堆積される。残念なことに、これは、著しく増加した製造費用および製造時間に貢献する。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0008】

したがって、後部ビア充填によるそして短絡を引き起こさない空所のない電気的接触を提供する電池の相互接続機構を提供することは、有利である。

【0009】

本開示の実施形態は、導電性材料を含むための主要ビア、および主要ビアからの導電性材料のオーバーフローを捕獲するためのオーバーフロー捕獲領域を有するソーラーセル基体における複合ビア構造を利用する。いくつかの実施形態では、主要ビアの充填物は、ソーラーセル（上方セル）の後部電極と別のソーラーセル（下方セル）の前部電極との間の電気的接触として役立つ。それにより、セル間に電気相互接続を形成する。オーバーフロー捕獲領域は、基体後面上に形成される１つ以上の凹部を含む。例えば、統合のためにセルを一緒に積み重ねて、押圧するプロセスにおいて、導電性材料が主要ビアからあふれ出るときに、１つ以上の凹部は、複合ビア構造の境界の範囲内でオーバーフローを捕獲することができて、制限することができる。凹部は、主要ビアのすぐ近くのまたはそれを覆う長方形のまたは円形の溝でもよい。凹部は、基体後面を粗くすることによって形成されるくぼみでもよい。

【0010】

ビアのまわりのオーバーフロー捕獲領域は、導電性材料の過充填を許容する。そしてそれは、空所のないビアを有利に確実にし、決定的な領域への充填物のオーバーフローを都合よく制御する。過剰な充填物が予想外の領域まで広がらないので、オーバーフローに関連した潜在的短絡問題は、都合よく除去される。このように、従来のアプローチで実行されるような短絡を防止するためにソーラーセルの前部電極と後部電極との間に付加的な絶縁を形成することは、もはや必要でない。その結果、ソーラーセルの生産性および信頼性は増加することができて、製造時間およびコストは節約される。

【0011】

一実施形態によれば、光起電力アセンブリにおける光起電力電池は、光エネルギーを電気エネルギーに変換するように構成される光起電力層、光起電力層の前側に配置される前部導電層、光起電力層の後側に配置される後部導電層、および基体、を含む。前部導電層および後部導電層は、光起電力層から発する電流を外部回路に導通するように構成される。基体層は、光起電力層の下に配置される。基体層はビア構造を含み、ビア構造は、後部導電層との電気的接触を形成する導電性材料で満たされる主要ビア、および、主要ビアのすぐ近くで、主要ビアからの導電性材料のオーバーフローを捕獲するように構成されるオーバーフロー捕獲領域、を含む。

【0012】

前述は概要であり、そしてこのように、必然的に、詳細の簡略化、一般化および省略を含む。その結果、当業者は、概要が図示されるだけであり、いかなる形であれ制限することを意図しないことを理解するであろう。請求項によってのみ定義されるように、本発明の他の態様、発明の特徴および利点は、以下に述べる非限定的な詳述において明らかになる。

【0013】

本発明の実施形態は、同様の参照符号が同様の要素を示す添付図面に関連した以下の詳細な説明を読むことからよりよく理解されるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】図１は、本開示の一実施形態による複合ビア構造による互いに電気的に結合される２つの例示的ソーラーセルの統合構成を示す断面図である。

【図2A】図２Ａは、本開示の一実施形態による重なり合うソーラーセル間に電気的連続性を提供するための例示的複合ビア構造の構成を示す。

【図2B】図２Ｂは、本開示の一実施形態による重なり合うソーラーセル間に電気的連続性を提供するための例示的複合ビア構造の構成を示す。

【図2C】図２Ｃは、本開示の一実施形態による重なり合うソーラーセル間に電気的連続性を提供するための別の例示的複合ビア構造の構成を示す。

【図2D】図２Ｄは、本開示の一実施形態による重なり合うソーラーセル間に電気的連続性を提供するための第３の例示的複合ビア構造の構成を示す。

【図2E】図２Ｅは、本開示の一実施形態による重なり合うソーラーセル間に電気的連続性を提供するための第４の例示的複合ビア構造の構成を示す。

【図3】図３は、本開示の一実施形態による後部ビア構造による電気的に直列に結合される複数の太陽電池（ＰＶ ｃｅｌｌ）を有する例示的太陽電池モジュールの上面図を示す。

【図4】図４は、本開示の一実施形態による複数の複合ビア構造を有する太陽電池基体の後面からの平面図を示す。

【図5】図５は、本開示の一実施形態によるソーラーモジュールの２つの太陽電池を統合する例示的プロセスを表すフローチャートである。

【図6A】図６Ａは、本開示の一実施形態による重なり合うソーラーセル間に電気的連続性を提供するための複合ビア構造を有する例示的ソーラーセルの正面図を示す。

【図6B】図６Ｂは、複合ビア構造の直径に沿った図６Ａの例示的ソーラーセルの断面図を示す。

【図7】図７は、本開示の一実施形態による重なり合うソーラーセル間に電気的連続性を提供するための複合ビア構造を有する別の例示的ソーラーセルの正面図を示す。

【発明を実施するための形態】

【0015】

参照は目下本発明の好ましい実施形態に詳細になされる。そしてその例は添付図面に示される。本発明が好ましい実施形態と関連して記載されるとはいえ、それらが本発明をこれらの実施形態に制限することを意図しないことが理解されよう。反対に、本発明は、添付の請求項によって定義される本発明の精神および範囲に含まれる代替、変更および等価のものをカバーすることを意図する。さらに、本発明の実施形態の以下の詳述において、多くの具体的な詳細は、本発明の完全な理解を提供するために記載される。しかしながら、当業者によって、本発明がこれらの具体的な詳細なしで実施されてもよいと認識される。他の例では、本発明の実施形態の態様を不必要に曖昧にしないように、周知の方法、手順、構成要素および回路は、詳述しなかった。方法が明確にするため一連の番号をつけられたステップとして描写されてよいにもかかわらず、番号付けがステップの順序を必ずしも表すわけではない。ステップのいくらかがスキップされてよく、並列に実行されてよく、または、シーケンスの厳しい順序を維持する要件なしで実行されてよいことを理解すべきである。本発明の実施形態を示す図面は半図解式であり、スケールは正確でなく、そして、特に、寸法のいくつかはプレゼンテーションの明快さのために図において誇張されて示される。同様に、説明の容易さのための図面における図示が類似の方向を一般に示すにもかかわらず、図におけるこの描写はほとんどの場合任意である。通常、本発明は、いかなる方向においても運用されることができる。

【0016】

表記法および命名法
しかしながら、これらのおよび類似の用語は、適切な物理量に関連付けられたものであり、それら物理量に対する便宜上のラベルに過ぎないことに留意しなければならない。さもなければ特に述べない限り以下の説明から明らかなように、本発明の全体にわたって、「処理すること」または「接近すること」または「実行すること」または「格納すること」または「表現すること」のような用語を利用する考察は、コンピュータシステムのレジスタおよびメモリ、およびコンピュータシステム・メモリまたはレジスタまたは他の情報記憶、伝送または表示デバイスとして同じように表される他のデータへの他のコンピュータ可読媒体の中の物理的な（電子的な）量として表されるデータを操作して、変換する、コンピュータシステムのまたは類似の電子的計算デバイスの動作およびプロセスに関連すると認められる。構成要素がいくつかの実施形態に現れるときに、同じ参照番号の使用は、その構成要素が最初の実施形態で図示した構成要素と同じであることを示す。

【0017】

ソーラーモジュールのソーラーセル相互接続用ビア構造
全体として、本開示の実施形態は、ソーラーセル間に電気的接触を提供するために、基体の複合ビア構造を用いるソーラーセルを提供する。複合ビア構造は、上方ソーラーセルの後部電極と下方ソーラーセルの前部電極との間に電気的連続性を提供するために、導電性材料を含むためのビアを含む。複合ビア構造は、ビアから決定的な領域までの導電性材料のオーバーフローを捕獲して、制限するのに役立つ付加的な凹部を、ビアのすぐ近くにまたはビアを覆って含む。

【0018】

本明細書において、用語「ソーラーモジュール」および「光起電力（ＰＶ）モジュール」は、取り換えて使用され、用語「ソーラーセル」および「太陽電池（ＰＶ ｃｅｌｌ）」は、取り換えて使用される。本明細書において、用語「前部」、「後部」、「上部」および「下部」は、太陽電池がエネルギー変換のための位置に設置されるときに太陽電池の意図する方向に関して使用される。例えば、太陽電池の前側は、日光に面する向きを意図する。

【0019】

本開示は、ソーラーセルのいかなる特定の構成、構造、寸法、ジオメトリ、材料的組成、製造プロセスまたは使用にも限られない。いくつかの実施形態では、ソーラーセルのＰＶ層は、ＧａＡｓ、銅インジウムガリウムセレニド（ＣＩＧＳ）、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、アモルファスシリコン、アモルファス微結晶性Ｔａｎｄｅｍ、薄膜多結晶シリコンまたはその他に基づく１つ以上の薄膜サブ層を含んでよい。ソーラーセルの基体は、可撓性でもよくまたは堅くてもよく、ポリマー、シリコン、ガラスまたはその他でできている。例えば、基体は、可撓性であり、そして感圧接着剤（ＰＳＡ）層およびポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）層を含む。

【0020】

いくつかの実施形態では、太陽電池アレイは、より高い発電を達成するために電気的に直列に結合される。ここで、例えば、それぞれの太陽電池の前部電極は、別の太陽電池の後部電極と接続される。図１は、本開示の一実施形態による複合ビア構造１１５を介して互いに電気的に結合される２つの例示的なソーラーセル１１０および１２０の統合構成を示す断面図である。基本的な形において、各ソーラーセル１１０または１２０は、前部金属層１１１または１２１、ＰＶ層１１２または１２２、後部金属層１１３または１２３および非導電性基体１１４または１２４を含む。２つのソーラーセル１１０および１２０は、一緒に積み重なって、部分的に重複する。

【0021】

本開示によれば、基体１１４上の複合ビア構造１１５は、２つのパーツ、ビア１１６および円形凹部１１７を含む。ビア１１６は、上方セル１１０の後部金属層１１３と下方セル１２０の前部金属層１２１との間に電気的接続を提供する導電性材料で満たされる。それにより、上方セル１１０および下方セル１２０を直列に相互接続する。

【0022】

概して、後部金属層１１３が基体１１４と統合された後、導電性材料は、基体１１４の後面１１８からビア１１６内に分配される。上記の如く、ビアによる空所のない電気的接触を確実にするために、ビア１１６内に過剰量の導電性材料を分配することは、実際的である。その後、２つのセル１１０および１２０はきつく一緒に積み重なる。そしてそれは、導電性材料を基体１１４の後面１１８に沿って横にあふれさせることができる。従来のアプローチによれば、導電性材料のオーバーフローは制御されず、下方セル１２０の前部金属層１２１および後部金属層１２３の両方に到達するまで広がる場合があり、下方セル１２０の短絡現象に結果としてなる。

【0023】

本開示によれば、ビア１１６にすぐ近くに凹部１１７が形成されて、（凹部１１７の内側に陰影部によって示される）導電性材料のオーバーフローを捕獲するように構成される。これにより、凹部１１７は、ビアの近くで決定的領域への充填物のオーバーフローを制御する。過剰な充填物が意図しない領域まで広がらないので、オーバーフローに関連した潜在的短絡問題は、都合よく除去される。かくして、従来のアプローチで実行するように短絡を防止するためにソーラーセルの前部電極と後部電極との間に付加的な絶縁を形成することは、もはや必要でない。ソーラーセルの生産性および信頼性は、増加することができ、そして、製造時間およびコストは節約される。

【0024】

いうまでもなく、図１に示す太陽電池の各構成層は、さまざまな適切な材料組成物を有してよく、そして、公知技術である任意の好適なやり方で太陽電池において作られてよくまたは統合されてよい。また、さまざまな構成層を統合することのシーケンスは、特定の実施形態に応じて変化する。

【0025】

図２Ａ、図２Ｂは、本開示の一実施形態による重なり合うソーラーセル間に電気的連続性を提供するための例示的な複合ビア構造２１０の構成を示す。図２Ａは、複合ビア構造２１０を生む基体２４０の後面２４１からの平面図であり、そして図２Ｂは、断面図である。

【0026】

複合ビア構造２１０は、基体後面２４１で両方とも開いた、内側ビア２１１および円形溝２１２を含む。円形溝２１２の内側エッジ２１４は、横方向距離（中間リング２１３参照）によって内側ビア２１１のエッジ２１５から離れて間隔を置かれる。

【0027】

図２Ｂに示すように、後部金属層２５０は、基体２４０とＰＶ層２６０との間に配置される。内側ビア２１１は、図示のセルとその下に配置される（明確には示されない）セルとの間に電気的接触および／または機械的接着を提供するために用いる導電性接着剤を含むための意図された貯蔵部である。例えば、導電性接着剤は、インク、ペーストまたは樹脂の形であり、Ａｇ−エポキシから成ってよい。しかしながら、本開示は、ビア内に分配される材料のいかなる特定の組成にも制限されない。

【0028】

上記の如く、ビア２１１内に分配される導電性接着剤の量は、ビア２１１の容積容量を概して超える。本セルが別のセルと統合されるときに、ビア内に配置される導電性接着剤は、外圧を受けて、基体後面２４１に沿って横にオーバーフローする傾向がある。円形溝２１２は、塗工アウト接着剤を溝２１２の境界２１６に集めて、制限するように構成される。

【0029】

ビアおよび溝のサイズおよびアスペクト比がソーラーセルの構成ならびに相互接続プロセスニーズに基づいて決定されることは、いうまでもない。例えば、基体は約１００μｍの厚みを有し、内側ビア２１２の直径は３００〜４００μｍの範囲にあり、溝２１２の内径は５００〜６００μｍの範囲にあり、溝２１２の幅は１００〜２００μｍの範囲にあり、そして、溝２１２の深さは１０〜５０μｍの範囲にある。

【0030】

いくつかの実施形態では、複合ビア構造２１０によって定義される領域の範囲内で過剰な接着剤をさらに制限するための付加的な凹部として機能することができる顕微鏡的なくぼみを形成するために、中間リング２１３は、粗くなる。さらに、導電性接着剤を有する粗面は、導電性接着剤を有する表層接触面積を増加させることができて、したがって重なり合うソーラーセル間の強化された機械的接着に至ることができる。

【0031】

本開示は、複合ビア構造において分配される材料のオーバーフローを捕獲するために使用する溝の幾何学的形状、寸法および数によって制限されない。図２Ｃは、本開示の一実施形態による重なり合うソーラーセル間に電気的連続性を提供するため別の例示的な複合ビア構造２２０の構成を示す。図２Ｃは、複合ビア構造２２０を生む基体（明確には示されない）の後面からの平面図である。図２Ａの円形溝２１０の代わりに、複合ビア構造２２０は、ビア２２１にすぐ近くに２つの直線溝２２２Ａおよび２２２Ｂを含み、ビア２２１からあふれ出る過剰な導電性接着剤を捕獲するために構成される。直線溝２２２Ａおよび２２２Ｂのサイズ、アスペクト比および方向づけは、ソーラーセルの構成、分配プロセス、セル統合プロセスおよびその他に応じて、異なる実施形態において変化してよい。２１０と同様に、ビア２２１と溝２２２Ａおよび２２２Ｂとの間のブリッジング領域２２３は、ビア２２１からの導電性接着剤のオーバーフローを捕獲するための付加的な凹部を提供するために、粗くなることができる。

【0032】

図２Ｄは、本開示の一実施形態による重なり合うソーラーセル間に電気的連続性を提供するための第３の例示的な複合ビア構造２７０の構成を示す。複合ビア構造２７０は、ビア２７１からのオーバーフローを捕獲するためにビア２７１を覆っている浅い円形溝２７２を含む。より詳しくは、ビア２７１は、溝２７２の底部に開口する一端を有する。捕獲された導電性接着剤を有する表面積およびそのように結合力を増加させるために、溝の底部壁２７３は、粗くなることができる。

【0033】

図２Ｅは、本開示の一実施形態による重なり合うソーラーセル間に電気的連続性を提供するための第４の例示的な複合ビア構造２８０の構成を示す。複合ビア構造２８０は、ビア２８１を囲む基体後面２８３上の粗いゾーン２８２を含む。粗いゾーン２８２の顕微鏡的な凹部または穴は、ビア２８１からの導電性接着剤のオーバーフローを捕獲するために用いる。

【0034】

本開示による複合ビア構造は、ビア内に分配される材料のオーバーフローを捕獲するためのさまざまな他の凹部構成を含んでよいと認められる。別の実施形態のために、凹部は、ビアによらない複数の形あるいは規則的なまたは不規則な外形のくぼみを取ってもよい。

【0035】

図３は、本開示の一実施形態による後部ビア構造で電気的に直列に結合される複数の太陽電池を有する例示的なＰＶモジュール３００の上面図を示す。各太陽電池は、ＰＶ層の対向側に配置された前部電極および後部電極を含む。各太陽電池の前部電極は、櫛形状に構成されて、太陽電池の前面に散在する多くの個別電極（または「指電極」）、およびそこから電流を集めるためのすべての個別電極に接続した抽出電極（または「バスバー」）を含む。しかしながら、本開示は、各太陽電池の前部電極または後部電極の材料組成、構成および配置によって制限されない。例えば、前部電極は金属ストリップ（例えば、主に銅から成り、約５０μｍの厚みの）でできている。ＰＶ層は、単一層または、概して前部金属層２２０未満（例えば１０μｍ未満）の総厚さを有する薄膜のスタックを含む。

【0036】

図１〜図２Ｅに関するより詳細にて説明したように、後部電極は、導電性材料で満たされる多くの後部ビアを有する非導電性の可撓性基体の上に配置される。本開示によれば、後部ビアにすぐ近くに配置される１つ以上の凹部（例えば、溝、粗いゾーンにおける穴）は、後部ビアからの導電性材料のオーバーフローを捕獲して、制限するために用いる。

【0037】

例えば、基体は多層でできていて、約１００μｍの厚みである。その一方で、太陽電池の総厚さは約１１０μｍである。表面被覆または公知技術である他のいかなる適当な技法によっても、指電極は、ＰＶ層表面上に形成されてよい。この例では、バスバーは、指電極に対して垂直に向けられる。

【0038】

下方太陽電池３２０のバスバーが上方太陽電池３１０の後部ビア内の導電性充填と直接接触するように、２つの太陽電池３１０および３２０は、部分的に重複する。このように、下方太陽電池３２０のバスバー３２１は、上方太陽電池３１０の後部電極に電気的に接続している。

【0039】

一実施形態において、各ＰＶ層３１４または３２４は、ドープトＧａＡｓベースの薄膜によって形成される１つ以上のＰＮ接合を含む。本開示を実践するために、ＰＶ層は、公知技術であるさまざまな適切な薄膜プロセス（例えば、分子線エピタキシー法、有機金属化学蒸着法、物理的蒸着法、など）を使用して基体上に形成されてよい。

【0040】

図４は、本開示の一実施形態による複数の複合ビア構造を有する太陽電池基体４０１の後面からの平面図を示す。図１および図３に示すように、太陽電池の後面は、ソーラーモジュールへの統合のための別の太陽電池の前部電極に部分的に重なる。

【0041】

各複合ビア構造（例えば、４１０）は、内側ビア（例えば、４１１）、円形溝（例えば４１２）、および両者間にブリッジング領域を含む。この例では、ビア構造のいくらか（例えば、４２０および４３０）は、セル間の電気的接触を提供するための導電性材料で満たされる。他の後部ビア（例えば、４１０および４４０）は、接着剤材料で満たされる。そしてそれは、非導電性でありえて、主にセル間の機械的接着を提供するために使われてよい。いくつかの実施形態では、接着剤を含むために使用する後部ビアは、基体層４０１を通してしみ出ない。

【0042】

接着剤は、２つの重なり合うセル間の機械的結合力を強化するために、基体後面のコーナー４５１および４５２にも分配される。コーナー４５１および４５２は、接着剤がそれに適用される前に粗くされてよい。

【0043】

図５は、本開示の一実施形態によるソーラーモジュールにおいて２つの太陽電池を統合する例示的プロセス５００を表すフローチャートである。５０１で、太陽電池の後部接触層は、例えばラミネーションまたは他の接着プロセスによって、基体層に取り付けられる。５０２で、基体層は、レーザーアブレーションプロセスを用いて複数の後部ビアを生成する選択された場所で穴あけされる。しかしながら、ビアは、公知技術である他の任意の好適な方法（例えば機械的穿孔、エッチング、およびその他）でも形成されることができる。ビア形成プロセスは、太陽電池の基体層および他の関連した構成要素の特性にしたがって選択される。上記の如く、付加的な非スルー後部ビアは、ボンディング材料を含むために生成されてもよい。

【0044】

５０３で、オーバーフロー捕獲溝は、各後部ビア周辺に生成される。５０４で、後部ビアとオーバーフロー捕獲溝との間の基体後面上のブリッジング領域は、例えば、１０μｍのピークトゥピークの粗さを達成するためにレーザーアブレーションプロセスを使用して粗くされる。いくつかの実施形態では、基体後面上の他の選択された領域（例えば、オーバーフロー捕獲溝の底部、角または基体のコーナーまたはエッジ、およびその他）も、粗くされる。

【0045】

いくつかの他の実施形態では、図２Ｅに示すように、オーバーフロー捕獲溝は、後部ビアの一端を拡大することによって形成され、そして後部ビアを覆っている溝に結果としてなる。

【0046】

５０５で、太陽電池の後部電極との電気的接触を生成するために、例えば、注入、析出、蒸発または他の任意の適切な分配プロセスによって、導電性材料は、後部ビアを通して分配される。上述の通り、各後部ビア内に導電性材料を過充填することは、空所のない電気的接触を得るために必要であってよい。いくつかの実施形態では、ボンディング材料は、非スルー後部ビア内に同様に分配される。

【0047】

５０６で、充填された後部ビアを有する太陽電池（上方セル）は、上方セルの後部ビアが下方セルの前部電極と直接接触して、別のソーラーセル（下方セル）の上に積み重ねられる。このように、導電性材料は、上方セルの後部電極と下方セルの前部電極とを電気的に接続する。

【0048】

図６Ａは、本開示の一実施形態による重なり合うソーラーセル間に電気的連続性を提供するための複合ビア構造を有する例示的なソーラーセル６１０の正面図を示す。図６Ｂは、複合ビア構造の直径に沿った図６Ａの例示的なソーラーセルの断面図を示す。

【0049】

図６Ａは、ＰＶ層６０２上を覆う櫛形の前部電極を示す。前部電極は、指電極６０１Ｂおよびバスバー６０１Ａを含む。後部ビア６０４は、横方向の位置に関して指電極の間に配置される。各後部ビアは、後部ビアからの充填材料のオーバーフローを捕獲するための円形溝６０５によって囲まれる。

【0050】

図６Ｂに示すように、後部から前部まで、太陽電池は、基体層６１１、後部金属層６１２、ＰＶ層６１３、および図６Ａの指電極に対応する前部金属層６１４を含む。基体層６１１は、ＰＳＡ層６１１ＢおよびＰＥＴ層６１１Ａの組合せを含む。後部ビア６０４は、基体の両方のサブ層を貫通する。円形溝６０５は、ＰＳＡ層６１１Ｂの厚みよりも少ない深さを有する。

【0051】

図７は、本開示の一実施形態による重なり合うソーラーセル間に電気的連続性を提供するための複合ビア構造を有する別の例示的なソーラーセル７１０の正面図を示す。ソーラーセル７１０は、図６のソーラーセル６１０と実質的に同じ構成を有する。しかしながら、各後部ビア（例えば、７０４）は、後部ビアからの充填材料のオーバーフローを捕獲するための２つの直線溝（７０５Ａおよび７０５Ｂ）の間に配置される。この例では、直線溝は、バスバーと並列に方向づけられて、ビア７０４の直径よりも非常に大きい長さを有する。しかしながら、本開示は、この構成に制限されない。

【0052】

後部ビアからの充填材料のオーバーフローを捕獲するために、基体のコーナーにさらに２つの溝７０６および７０７が配置される。溝７０６および７０７は、他の溝（例えば、７０５Ａおよび７０５Ｂ）とは異なる方向を有する。直線溝の異なる方向の使用は、異なる方向のオーバーフローの捕獲を促進する。

【0053】

特定の好ましい実施形態および方法が本明細書において開示されたにもかかわらず、この種の実施形態および方法の変形および変更が本発明の精神と範囲から逸脱することなくなされてよいことは以前の開示から当業者に明らかである。本発明は、添付の請求の範囲並びに規則および準拠法の原則によって必要とされる範囲でだけ制限されることが意図される。

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図2D】

【図2E】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図7】