JP2017509145A - 光起電デバイスの薄膜ビアセグメントのための方法 - Google Patents

Abstract

薄膜光電子デバイス（１００、２００）のビア及びモノリシック相互接続のための方法であって、少なくとも１つのラインセグメントビアホール（１６３、１６５、１６５′、１６７）は、レーザードリル加工により形成されて、フロントコンタクト層（１５０、１５２、１５４、１５６、１５８）及び半導体活性層（１３０）を貫き、そしてレーザードリル加工によって、ビアホールの内面（１３５）に導電性の永久に金属化された銅に富んだＣＩＧＳタイプ合金のＣＩＧＳタイプ壁（１３２、１３４、１３６、１３８）を形成し、このことにより、フロントコンタクト層の少なくとも一部とバックコンタクト層（１２０、１２４、１２６、１２８、１２９）の一部の間に導電路を形成し、フロントコンタクト層の表面にバンプ形の高くなった部分（１５５）を形成し、バックコンタクト層の高くなった部分（１２５、１２７、１２７′）を形成して、フロントコンタクト層（１５０）の一部をカバーする銅に富んだＣＩＧＳタイプ合金の高くなった部分（１５５′）を任意に形成する。薄膜ＣＩＧＳデバイスは、この方法によって得られる少なくとも１つのラインセグメントビアホールを含む。【選択図】図２

Description

[0001]本発明は、光起電モジュールの電池間等の薄膜光電子デバイスのビア及びモノリシック相互接続に関する。

[0002]薄膜光起電モジュールは、通常、多数の電気的に相互接続された光電子部品から成る。このような部品は、光電池等の光電子デバイスや、ダイオード及び他の電子デバイス等の追加の任意の部品でもよい。光起電モジュールは、通常、電池間コネクタ及び母線等の電気相互接続部品も含む。

[0003]多層薄膜技術により、同一基板上で、数個の光電子部品及び関連部品のモノリシック集積化及び相互接続が可能となる。この集積化は、一連の層堆積及びスクライビング技術を用いて、その場で生産される。薄膜光電子又は光起電部品又はデバイスは、基本的に、３つの材料層である、導電性バックコンタクト電極層と、吸収体として知られる半導体光起電材料層と、別の導電性フロントコンタクト電極層とのスタックから成り、前部フロントコンタクト層は、通常、透明である。ＣＩＧＳと略記されるＣｕ（Ｉｎ、Ｇａ）Ｓｅ_２等の半導体材料に基づく光電池は、従来のウェーハベースのシリコン光起電デバイス又は太陽電池と比較して、太陽電気の費用が安価となり、エネルギー回収期間が短くなり、かつライフサイクルインパクトが向上する高い可能性を示す。

[0004]ウェーハベースの光起電デバイスと比較して、モノリシック光起電モジュールでは、光起電部品の一部を形成する薄膜を形成するために用いる材料量の減少、モノリシック集積化の労働コストの減少、及び例えばロールツーロール製造技術を用いた大量の光起電モジュールの自動生産の容易さのおかげで、コストが減少し得る。例えば、光電池のフロントコンタクト電極上の電流を集めるフロントコンタクトグリッド、光電子部品間の電気相互接続、及び母線によって占有される領域を低減することによって、光に暴露される光起電部品の相対的領域を増加させることにより、更なる節約が得られる。光起電モジュールの生産歩留まりもまた、製造工程数の減少、例えば、薄膜モノリシック光起電モジュールにおける光電子部品の相互接続を描写及び構築するために必要とされるスクライビング作業数の減少によって向上し得る。

[0005]特許文献１には、例えばレーザーアブレーションを用いたラップスルービアの形成による直列相互接続された光電子デバイスモジュールと、電極間並びに隣接モジュールへの電流を駆動するための導電材料の追加とが記載されている。ラップスルービアは、通常、ドリル加工及びそれに続く金属化を必要とする。これにより、コストが追加され、歩留まりが低下し得る追加の製造工程が必要となる。吸収体層のＣＩＧＳ材料の部分的な溶解から得られる銅に富んだＣＩＧＳタイプ壁によりビアホールを形成することを記載する特許文献２のモノリシック光起電モジュールの生産方法を用いた場合に、これらの工程の幾つかを回避する。

[0006]用途によっては、薄膜光電子デバイス、並びにラインセグメント及びそのバリエーションとして成形されるビアホールを備える薄膜光電子デバイスを形成する方法が必要である。

米国特許第７，２７６，７２４号明細書 国際公開第２０１１／１４８３４６号パンフレット

[0007]モノリシック光起電モジュール生産の分野における問題点は、光電池等の光起電部品間の高導電性ビアホール相互接続を確実に製造することに関連する。本願明細書に提供される実施形態は、減少したコスト及び高い生産歩留まりで薄膜モノリシック光起電モジュール装置の電池を確実に相互接続する方法を含むことができる。この方法は、光電池、ダイオード、グリッド、及び母線を含み得るモノリシック光起電モジュールの各種部品間の相互接続を製造するためにも用いることができる。この方法の速度及び大きな処理窓は、ロールツーロール生産方法を用いるモノリシック光起電モジュール装置の工業生産に有利である。本願明細書に提供される本開示の実施形態は、ビアホールラインセグメントを有する薄膜光電子デバイス、及び高速でこのようなラインセグメントを確実に製造する方法を更に含むことができる。

[0008]レーザーを使用するモノリシック相互接続の製造の分野の問題点は、レーザースクライビング光起電材料が可撓性基体上に形成されるときはなおさら、処理窓がレーザースクライビング・パラメータの非常に細かい調整を必要とするということである。

[0009]レーザースクライビング光起電材料が可撓性基板上に形成されるときに目立つ、更なる問題点は、モノリシック相互接続がそれらの導電率の製造再現性において変動を呈することがあり得るということである。

[0010]更に別の問題点は、レーザースクライビングが光起電材料の各種層を損傷して、可撓性基板からの材料のクラック及び局部的層間剥離を生じることがあり得るということである。これは、パルスレーザーでスクライビングするときに特にあてはまる。

[0011]本開示の実施形態は、このように、好ましくはレーザーを使用してスクライビング方法を利用することができて、そこにおいて、スクライビングプロセスによって発生する熱は、導電率を増大させるようにスクライビングされた空洞を囲む材料層を局所的に変化させて、このことにより、費用効果が優れている直列相互接続光電子部品及びそれに続くモノリシック光電子モジュール装置の設計及び生産が可能になる。

[0012]本発明の一実施形態は、バックコンタクト層が電池でパターン化されたＣＩＧＳ電池又はモジュール等の薄膜光起電材料を提供して、バックコンタクト層の一部とフロントコンタクト層の一部の間に少なくとも１つの導電性モノリシック相互接続を形成するようにラインセグメントビアホールを薄膜材料にスクライビングすることにより構築される。

[0013]本開示の実施形態は、このように、前記薄膜ＣＩＧＳデバイスの領域に少なくとも１つのラインセグメントビアホールを形成することを含む、少なくとも１つの薄膜ＣＩＧＳデバイスを形成する方法を含むモノリシックに集積化された光電子モジュールを製造する方法を提供できる。前記デバイスは、少なくとも１つのフロントコンタクト層、１つの半導体光電子活性層、１つのバックコンタクト層、及び１つの基板から成り、そして少なくとも１つのラインセグメントビアホールは、少なくとも１つのレーザーによってドリル加工することにより形成されて、少なくとも１つのフロントコンタクト層及び少なくとも１つの半導体光電子活性層の少なくとも一部を貫き、そして少なくとも１つのレーザーによるドリル加工によって、前記少なくとも１つのラインセグメントビアホールの内面を覆う活性層のレベルで導電性の永久に金属化された銅に富んだＣＩＧＳタイプ合金の少なくとも１つのＣＩＧＳタイプ壁を形成し、前記ＣＩＧＳタイプ合金は、ホールがドリル加工されるＣＩＧＳ半導体光電子活性層の化学組成の永久的な変化から生じ、少なくとも１つのフロントコンタクト層の少なくとも一部と少なくとも１つのバックコンタクト層の少なくとも一部の間に導電路を形成し、前記ラインセグメントビアホールの内面の端に沿ってフロントコンタクト層の表面にフロントコンタクトのバンプ形の高くなった部分を形成し、そして前記ラインセグメントビアホールの内面のベースにフロントコンタクト層の方へ高くなるバックコンタクト層の高くなった部分を形成する。

[0014]前記方法において、少なくとも１つのビアホールを形成することにより、ビアホール内のバックコンタクト層の一部を除去し、それによって基板の一部を露出させることができる。更にまた、少なくとも１つのビアホールを形成することにより、ビアホール内のバックコンタクト層の一部を除去し、それによって基板の一部を露出させることができて、そこにおいて、バックコンタクト層の一部を高くすることにより、基板の露出部分の周辺でバックコンタクト層の少なくとも一部の少なくとも１つの樋状カールアップを形成する。より正確に言うと、少なくとも１つのビアホールを形成することは、少なくとも第１の部分の少なくとも１つの樋状カールアップオンリーを形成すること、及び基板の露出部分の周辺でバックコンタクト層の少なくとも第２の部分の少なくとも１つの樋状カールアップアンドバックを形成することを含むことができる。前記方法において、基板はポリイミドでもよい。より詳細には、少なくとも１つのビアホールのドリル加工は、少なくとも１つの連続波レーザーによることができる。更にまた、少なくとも１つのビアホールを形成することは、前記薄膜ＣＩＧＳデバイスで、非対称のレーザースポットダイアグラムを有するレーザースポットを形成する少なくとも１つのレーザーによることができる。より正確に言うと、少なくとも１つのビアホールのドリル加工のための基板のレベルで測定されるレーザーパワーは、レーザーパワーがビアホールに供給される時間の一部にわたってレーザーパワーの漸進的増大から成ることができる。更にまた、少なくとも１つのレーザーによる少なくとも１つのビアホールのドリル加工は、薄膜ＣＩＧＳデバイスの表面で少なくとも１つのレーザースポットを動かすことができて、そこにおいて、前記ビアホールのドリル加工の開始に対応する端で、レーザーパワーがビアホールに供給される距離のパワー増大距離部分にわたってレーザーパワーの漸進的増大がある。少なくとも１つのビアホールのドリル加工は、デバイスの光に暴露される側から見るときに顕微鏡検査により、末端でよりも前記ビアホールラインセグメントのドリル加工の開始に対応する端で小さい曲率半径を有する楕円形パターンを描くＣＩＧＳタイプ合金の内面を形成できる。実際には、ビアホールの少なくとも一部に供給されるレーザーエネルギーが１Ｊ／ｍ〜８Ｊ／ｍであるように、少なくとも１つのレーザーによる少なくとも１つのビアホールのドリル加工は、少なくとも１つの連続波レーザーの少なくとも１つのレーザースポットを動かすことを含むことができる。より詳しくは、少なくとも１つのレーザーによる少なくとも１つのビアホールのドリル加工は、レーザー供給フルエンスが５×１０^８Ｊ／ｍ^２〜４１×１０^８Ｊ／ｍ^２の範囲にある時間間隔を含むことができる。より正確に言うと、少なくとも１つのレーザーによる少なくとも１つのビアホールのドリル加工は、レーザー供給定常状態フルエンスが７．５×１０^８Ｊ／ｍ^２〜１１×１０^８Ｊ／ｍ^２の範囲にある時間間隔を含むことができる。また、少なくとも１つのビアホールのドリル加工は、少なくとも１つのピコ秒パルスレーザーによることができる。より大きな製造スループットのために、少なくとも１つのビアホールのドリル加工は、隣接するアブレーティングラインをフロントコンタクト層にレーザースクライビングすると同時に行なうことができる。より幅広い方法で、前記薄膜ＣＩＧＳデバイスを形成することは、前記薄膜ＣＩＧＳデバイスの領域において複数の前記ラインセグメントビアホールから成る少なくとも一つの破線を形成することを含むことができる。

[0015]本開示の実施形態はまた、少なくとも１つのラインセグメントビアホールを薄膜ＣＩＧＳデバイスの領域に含む、記載の方法によって得ることができる前記薄膜ＣＩＧＳデバイスに関連し、前記デバイスは、少なくとも１つのフロントコンタクト層、１つの半導体光電子活性層、１つのバックコンタクト層、及び１つの基板から成り、そして少なくとも１つのビアホールは、少なくとも１つのフロントコンタクト層及び少なくとも１つの半導体光電子活性層の少なくとも一部を貫き、前記少なくとも１つのビアホールの内面を覆う活性層のレベルで導電性の永久に金属化された銅に富んだＣＩＧＳタイプ合金から形成した少なくとも１つのＣＩＧＳタイプ壁を備え、前記ＣＩＧＳタイプ合金はホールがドリル加工されたときに生じたＣＩＧＳ半導体光電子活性層の化学組成の永久的な変化から生じ、少なくとも１つのフロントコンタクト層の少なくとも一部と少なくとも１つのバックコンタクト層の少なくとも一部の間に導電路を備え、前記ラインセグメントビアホールの内面の端に沿ってフロントコンタクト層の表面にフロントコンタクトのバンプ形の高くなった部分を備え、そしてフロントコンタクト層の方へ高くなるバックコンタクト層の高くなった部分を備える。

[0016]前記デバイスにおいて、基板の一部はビアホール内で露出することができる。更にまた、基板の一部はビアホール内で露出することができて、バックコンタクト層の少なくとも高くなった部分は、基板の露出部分の周辺で少なくとも１つの樋状カールアップを形成できる。更にまた、少なくとも１つのビアホールは、少なくとも第１の部分の少なくとも１つの樋状カールアップオンリー、及び基板の露出部分の周辺のバックコンタクト層の少なくとも第２の部分の少なくとも１つの樋状カールアップアンドバックを備えることができる。より詳しくは、基板はポリイミドでもよい。より詳細には、デバイスの光に暴露される側からの顕微鏡検査により、ＣＩＧＳタイプ壁の内面の形状は、末端でよりも前記ビアホールのドリル加工が開始するところに対応するとして識別可能なビアホールラインセグメントの端で小さい曲率半径を有することができる。更にまた、少なくとも１つのラインセグメントビアホールは、フロントコンタクト層の表面の一部を少なくともカバーする導電性ＣＩＧＳタイプ合金の少なくとも１つの高くなった部分を備えることができる。より幅広い方法において、前記デバイスは前記薄膜ＣＩＧＳデバイスの領域において少なくとも１つの破線を含み、前記破線は複数の前記ラインセグメントビアホールから成る。

[0017]本開示の実施形態はまた、シャドーイングを起こさない母線、電流収集グリッドのさまざまなサイズ及び数、カプセル化材料、並びにビアの深さ及び／又は形状及び／又は位置及び／又は数のバリエーションを含むモノリシックに集積化された光電子モジュールを含むこともできる。

[0018]本願明細書に提供されている本開示の実施形態は、薄膜光起電デバイスの製造、より詳細には、可撓性光起電モジュール等の相互接続した光電子部品の光起電デバイス又はモジュールのロールツーロール製造の分野におけるいくつかの問題点を有利に解決できる。本願明細書に記載の実施形態又は方法の１つ以上を使用して製造した薄膜可撓性光起電デバイスの場合は、従来のデバイスを超えて得られる利点は、以下を含むことができる。
拡大レーザースクライビング処理窓
レーザースクライビング処理のより大きな再現性
より高い光起電変換効率
モノリシック相互接続のより大きな強度
より大きな生産歩留まり
より大きな設計の範囲
より大きな光起電モジュール信頼性
より低い製造コスト

[0019]上にリストアップされた利点は、本願明細書に記載の実施形態の１つ以上とともに使用するために必要であると考えるべきではなくて、本願明細書に記載の本発明の範囲に関して制限することを意図するものではない。

[0020]本願明細書に記載の実施形態の利点のうちの１つは、ラインセグメントビアホールの形成を含み、それは、接続を母線に、そしてシャドーイングを起こさない母線にさえ提供するためだけでなく、薄膜デバイスのモノリシック相互接続に特に有用であり得る。

[0021]高くなったＣＩＧＳタイプビアホール壁面を有する薄膜ＣＩＧＳデバイスのラインセグメントビアホールの実施形態の断面図を示す。 高くなったＣＩＧＳタイプビアホール壁面を有する薄膜ＣＩＧＳデバイスのラインセグメントビアホールの実施形態の断面図を示す。 [0022]複数のラインセグメントビアホールから成る薄膜ＣＩＧＳモジュールの断面図を示す。 [0023]図２に示される複数のラインセグメントビアホールから成る薄膜ＣＩＧＳモジュールの上面図、即ち光に暴露される側の図を示す。 [0024]ラインセグメントビアホールの上面図、即ち光に暴露される側の図、及びラインセグメントビアホールをレーザースクライビングするために用いる対応するレーザーパワーのグラフを示す。 ラインセグメントビアホールの上面図、即ち光に暴露される側の図、及びラインセグメントビアホールをレーザースクライビングするために用いる対応するレーザーパワーのグラフを示す。 [0025]一連のラインセグメントビアホールをスクライビングするために用いるレーザーパワー対時間のグラフである。 [0026]図２、１Ａ、１Ｂ、及び４Ａのバリエーションを示し、そこにおいて、高くしたＣＩＧＳタイプビアホール壁面は、より広くて、フロントコンタクト層上に形を成す。 図２、１Ａ、１Ｂ、及び４Ａのバリエーションを示し、そこにおいて、高くしたＣＩＧＳタイプビアホール壁面は、より広くて、フロントコンタクト層上に形を成す。 図２、１Ａ、１Ｂ、及び４Ａのバリエーションを示し、そこにおいて、高くしたＣＩＧＳタイプビアホール壁面は、より広くて、フロントコンタクト層上に形を成す。 図２、１Ａ、１Ｂ、及び４Ａのバリエーションを示し、そこにおいて、高くしたＣＩＧＳタイプビアホール壁面は、より広くて、フロントコンタクト層上に形を成す。 図２、１Ａ、１Ｂ、及び４Ａのバリエーションを示し、そこにおいて、高くしたＣＩＧＳタイプビアホール壁面は、より広くて、フロントコンタクト層上に形を成す。

[0027]図１Ａ〜１Ｂは、本願明細書に提供されている本開示の例示的実施形態を表し、各図は、ラインセグメントビアホールを形成する方法がモノリシックに集積化した光電子モジュールを形成するためにどのように実行されるかについての技術的なバリエーションを表す。当業者であれば、図に表される各種の部品の尺度が明快さを改善するように調整されて、従って、本願明細書に提供されている本発明の範囲に関して制限することを目的としないと認識するであろう。更に、図中の部品の数及び領域は、図式的に示されて、従って工業生産にふさわしい集積化した光電子モジュールを形成するために更に調整されて、構成されることができる。図１Ａ及び１Ｂに関して記述された大部分の特徴は、図６Ｂ及び６Ｃにもあてはまり、その違いは、図６Ｂ及び６Ｃの実施形態が、フロントコンタクト層１５０の表面を少なくとも部分的にカバーするＣＩＧＳタイプ合金１５５′の少なくとも１つの高くなった部分を含むこと、並びに図１Ａ及び１Ｂのフロントコンタクトの高くなった部分１５５のバンプが図６Ｂ及び６Ｃで番号１５７をつけられることである。

[0028]図１Ａは、薄膜デバイス１００の一部の断面を示し、そこで、ラインセグメントビアホール１６５が、好ましくはレーザーを使用してスクライビングされた。薄膜デバイスは、少なくとも一つの電気絶縁基板１１０、少なくとも１つの導電性バックコンタクト層１２０、少なくとも１つの吸収体層１３０、任意に少なくとも１つのバッファ層１４０、及び少なくとも１つの導電性フロントコンタクト層１５０から成る。

[0029]電気絶縁基板１１０は、堅くても可撓性でもよくて、様々な材料又は被覆材料、例えば、ガラス、被覆金属、プラスチックで被覆した金属、プラスチック、金属被覆プラスチック等の被覆プラスチック、又は可撓性ガラスでもよい。ポリイミドが非常に可撓性であり、高効率光電子デバイスを製造するのに必要とする温度を持続して、被覆金属基板より少ない処理を必要として、それに堆積する光起電材料層のそれらと互換性を持つ熱熱膨張率を呈するので、好ましい可撓性基板材料はポリイミドである。産業的に利用できるポリイミド基板は、通常、７μｍ〜１５０μｍの厚みで利用できて、約４００〜６００℃の温度を持続することができて、ロールツーロール生産を可能にする。

[0030]少なくとも１つの導電性バックコンタクト層１２０は、基板１１０をコーティングする。バックコンタクト層１２０は、好ましくは高い光反射率を有して、いくつかの他の薄膜材料、例えば、金属カルコゲニド、モリブデン・カルコゲニド、モリブデン・セレン化物（例えばＭｏＳｅ_２）、ナトリウム（Ｎａ）ドープＭｏ、カリウム（Ｋ）ドープＭｏ、Ｎａ及びＫドープＭｏ、遷移金属カルコゲニド、スズ・ドープ・インジウム酸化物（ＩＴＯ）、ドープ又は非ドープのインジウム酸化物、ドープ又は非ドープの酸化亜鉛、ジルコニウム窒化物、酸化スズ、窒化チタン、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、及びニオブ（Ｎｂ）を用いることもできるか又は有利に含むこともできるけれども、モリブデン（Ｍｏ）で一般にできている。

[0031]少なくとも１つの吸収体層１３０は、導電層１２０をコーティングする。吸収体層１３０は、通常は、ＡＢＣ材料でできていて、そこにおいて、Ａは、銅（Ｃｕ）又は銀（Ａｇ）を含むＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｕｎｉｏｎ ｏｆ Ｐｕｒｅ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙによって定義される化学元素の周期表の第１１族の元素を表し、Ｂは、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）、又はアルミニウム（Ａｌ）を含む周期表の第１３族の元素を表し、そしてＣは、硫黄（Ｓ）、セレニウム（Ｓｅ）、又はテルル（Ｔｅ）を含む周期表の第１６族の元素を表す。ＡＢＣ_２材料のような、ＡＢＣ材料の例は、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ_２半導体（別名ＣＩＧＳ）である。

[0032]任意には、少なくとも１つの半導体バッファ層１４０は、吸収体層１３０をコーティングする。前記バッファ層は、通常、１．５ｅＶより高いエネルギーバンドギャップを有して、例えば、ＣｄＳ、Ｃｄ（Ｓ、ＯＨ）、ＣｄＺｎＳ、インジウム硫化物、硫化亜鉛、ガリウム・セレン化物、インジウム・セレン化物、（インジウム、ガリウム）硫黄の化合物、（インジウム、ガリウム）セレニウムの化合物、酸化スズ、酸化亜鉛、Ｚｎ（Ｍｇ、０）Ｓ、Ｚｎ（０、Ｓ）材料、又はそのバリエーションでできている。

[0033]少なくとも１つの透明な導電層１５０は、バッファ層１４０をコーティングする。前記透明な導電層（別名フロントコンタクト）は、通常、例えば、インジウム酸化物、酸化スズ、又は酸化亜鉛等の材料のドープ又は非ドープのバリエーションでできている透明な導電性酸化物（ＴＣＯ）層から成る。

[0034]ラインセグメントビアホール１６５は、フロントコンタクト層１５０を堆積した後に通常形成される薄膜微細構造である。ラインセグメントビアホール１６５は、少なくとも１つのレーザーを使用して、好ましくは少なくとも１つの連続波レーザーで好ましくはスクライビングされる。その結果、スクライビングによって生じる局所発熱によって前記ラインセグメントビアホール１６５の内面を覆うＣＩＧＳ吸収体層１３０のレベルのＣＩＧＳ材料は、永久に導電性になり、それによってＣＩＧＳタイプ壁１３４を形成する。ＣＩＧＳタイプ壁１３４の材料は、吸収体層１３０のＣＩＧＳ材料の局所的熱誘導変質によって生じる。熱誘導変質は、ＣＩＧＳ材料の化学構成要素の部分的な溶融及び部分的な蒸発として説明することができて、それによってＣＩＧＳタイプ壁１３４が銅に富んだＣＩＧＳタイプ合金から形成されることに結果としてなる。

[0035]当業者であれば、走査電子顕微鏡検査、エネルギー分散Ｘ線分光法（ＥＤＳ）、及び画像処理ソフトウェアを使用して、薄膜微細構造及び材料の分布を観察して、定量化できる。銅に富んだＣＩＧＳタイプ合金のエネルギー分散Ｘ線分光法（ＥＤＳ）による特性解析は、それが少なくとも銅セレン化物及び銅を含むことを示唆する。

[0036]前記ＣＩＧＳタイプ合金は、従って、ラインセグメントビアホール１６５の金属被覆されたＣＩＧＳタイプ壁１３４を形成する。金属被覆されたＣＩＧＳタイプ壁１３４は、ラインセグメントビアホール１６５内でバックコンタクト層１２０から少なくともフロントコンタクト層１５０まで薄膜厚みの方向に広がる。金属被覆されたＣＩＧＳタイプ壁１３４は、従って、バックコンタクト層１２０とフロントコンタクト層１５０の間に導電路を提供する。ＣＩＧＳタイプ壁１３４の抵抗率は、通常、約１．６８×１０^８Ω．ｍの抵抗率を有する銅のそれと約２×１０^２２Ω．ｍの間の範囲にあり、満足な値は約１．９×１０^３Ω．ｍ〜２．１×１０^３Ω．ｍである。

[0037]従って、レーザースクライビング処理の間に供給されるエネルギーを制御することによって、セグメントビアホール１６５を望ましく形成できる。少なくとも１つのレーザー、好ましくは少なくとも１つの連続波レーザーを使用してスクライビング処理によって発生する局所発熱はまた、フロントコンタクト層１５０に向かって高くなるバックコンタクト層１２０の少なくとも１つの高くなった部分１２５を形成する。高くなった部分１２５は、ＣＩＧＳタイプ壁１３４との改良された機械的且つ電気的接触を提供できる。

[0038]更にまた、スクライビング処理によって発生する局所発熱によって、フロントコンタクト層１５０の表面にフロントコンタクトの高くなった部分１５５を任意に形成することができる。フロントコンタクトの高くなった部分は、通常、ビアホールの周辺のほとんどに沿ってバンプに似ている。バンプの形状は、通常、ビアホールのＣＩＧＳタイプ壁１３４の内面１３５に融合し、そして外側の方へ、フロントコンタクト層に漸進的に融合するか又は鈍角の継手１５９を形成できる。バンプの外側の断面は、例えば、任意に先端を切ったバンプ関数によってモデル化することができる。即ち、｜ｘ｜＜１(又は先端を切った場合、｜ｘ｜<<１)の場合、ｙ＝ｅｘｐ（−ｌ／(ｌ−ｘ^２））、それ以外の場合、ｙ＝０。前記フロントコンタクトの高くなった部分１５５は、下にある吸収体層１３０から拡散したインジウムを含むことができる。前記インジウムは、レーザーエネルギーが印加される位置からの、そしてレーザースクライビング処理の間に下にあるバックコンタクト層１２０の存在に起因するホットプレート効果による熱放射からの熱放射及び拡散の両方の結果として存在し得る。その結果、インジウムを吸収体層１３０からフロントコンタクト層１５０に拡散させる。

[0039]図１Ｂは、図１Ａのバリエーションの断面を示し、そこにおいて、基板１１０の一部はビアホール１６５′内で露出されて、バックコンタクト層１２０の少なくとも１つの高くなった部分は、基板の露出部分の周辺１１７で樋状カールアップ１２７、１２７′を形成する。基板１１０を露出させて、バックコンタクト層１２０の樋状カールアップ１２７、１２７′を形成することは、図１Ａに示される実施形態よりもより大きいレーザースクライビング製造窓、より大きい生産歩留まり、及び機械抵抗を与えることができる。図１Ｂは、ＣＩＧＳタイプ壁１３４、１３４′及びバックコンタクト層１２０の樋状カールアップ１２７、１２７′の対応する高くなった部分の２つのバリエーションを示す。ＣＩＧＳタイプ壁１３４及び樋状カールアップ１２７のバックコンタクトの高くなった部分のバリエーションは、その高くなった部分がカールアップして後方にカールし、それによってカールアップのカールアップアンドバック１２７タイプを形成し、それによって銅、銅のセレン化物、及びモリブデンから成る不均一合成物を形成するために、内面１３４の材料を囲んで、場合により局所的に融合することを特徴とする。内面１３４′及び樋状カールアップ１２７′のバックコンタクトの高くなった部分のバリエーションは、高くなった部分がカールアップするが、後方にカールせず、それによってカールアップのカールアップオンリー１２７′タイプを形成し、そしてカールアップアンドバック１２７におけるよりも少ない材料の融合から成ることを特徴とする。

[0040]２つのＣＩＧＳタイプ壁バリエーション１３４、１３４′及び樋状カールアップ１２７、１２７′の高くなった部分は、別々のビアホールに、又は同じビアホールに存在してもよい。例えば、ビアホール１６５′の一方の長い側面の少なくとも一部はバリエーション１３４、１２７を表わすことができるが、他方の長い側面の少なくとも一部はバリエーション１３４′、１２７′を表わすことができる。図１Ａと比較して、バックコンタクト層１２０の樋状カールアップ１２７、１２７′の高くなった部分を形成することは、いくつかの実施形態において、内面１３４、１３４′を比較的より高く上げて、更には任意にフロントコンタクトの高くなった部分１５５をより高く上げることに結果としてなることができる。

[0041]樋状カールアップ１２７、１２７′は、ビアホールの導電率及び薄膜層間剥離に対する強度を増大するのに有利でありえる。実質的に、樋状カールアップ１２７、１２７′は、モリブデン、銅、及びおそらく銅セレン化物の不均一分布から通常成る、溶接部を形成し、それは、薄膜層の互いの結合、特にバックコンタクトモリブデン層に対する近くの非溶融ＣＩＧＳ半導体光電子活性層の結合を局所的に補強する。従来技術に従って製造されるビアホール又はモノリシックに相互接続する溝、特に連続波レーザーの代わりにパルスレーザーを使用して製造されるそれらは、光起電デバイスの薄膜層における層間剥離、フレーキング、及びクラックにより通常判別可能な、より小さい機械的強度を呈することができる。

[0042]バリエーション１３４、１２７及び１３４′、１２７′を形成することは、ビアホールセグメントの導電率の局所的適応、又は、ビアホールセグメントが十分に長い場合、カールアップの高さ１２７３及び幅１２７５、銅に富んだＣＩＧＳタイプ合金の幅１３４５、並びにフロントコンタクト１５０のバンプ形の高くなった部分１５５に拡散したインジウムの量を変えることによるビアホールセグメントの長さに沿った導電率の局所的適応を設計するために有利でありえる。例えば、ビアホールセグメントの一面、例えば電池の光に暴露されるフロントコンタクト領域の大部分に最も近い面を他面、例えばフロントコンタクト層溝１５１（図２及び図３に示される）に最も近い面よりも導電性にすることは、ある実施形態において有利でありえる。電池の表面の局所的導電率のバリエーション、例えばフロントコンタクト導電性グリッド部品の存在、近接、又は隣接によってもたらされるバリエーションとの互換性を示すように、ビアセグメントの面の導電率を調整することも有利でありえる。実施形態は、例えば、さまざまな長さのビアホールセグメント、おそらく曲線を描くビアホールセグメントを含むことができて、そこにおいて、ビアセグメントのいずれか一つの面のいずれか一つは、バリエーション１３４、１２７及び１３４′、１２７′の組合せを含む。

[0043]前記バリエーションの少なくとも１つを含む少なくとも１つのビアホールラインセグメントを製造する方法は、レーザースポットを使用することを含むことができて、そこで、レーザースクライビングされるデバイスの表面のレーザーのスポットダイアグラムを考慮するときに、レーザースポットの最も高いレーザー光強度の領域は、レーザーのスポットダイアグラムの中心に関して対称的に位置しない。レーザーのスポットダイアグラムの非対称は、例えば、レーザービームの光路の中に配置されるレーザービーム・シェイパー又はレーザービーム・エキスパンダーの調整によって得ることができる。レーザースポット内の最も高いレーザー強度の領域の位置を選択するか又は制御することによって、当業者であれば、カールアップバリエーション１２７及び１２７′の形成を選択できるか又は制御できる。当業者であれば、例えば少なくとも一つのラインセグメントビアホール内の多様な特徴の複数の樋状カールアップを形成するために、ラインセグメントビアホールの形成を変えるように、レーザースポット内の最も高いレーザー強度の領域の位置を望ましく変えることもできる。

[0044]図２は、複数のラインセグメントビアホール１６３、１６５、１６５′、１６７から成る薄膜ＣＩＧＳ光起電モジュール２００の断面を示す。ラインセグメントビアホール１６５は、光起電モジュールの隣接電池間の直列モノリシック相互接続を可能にする。ラインセグメントビアホール１６３、１６７は、下にある母線１８２、１８８へのフロントコンタクト又はバックコンタクト層部品の電気相互接続を可能にする。少なくとも１つのラインセグメントビアホール１６３、１６５、１６５′、１６７は、図１Ａ〜１Ｂの少なくとも１つに記載されている、吸収体層のＣＩＧＳ材料の熱により誘発された変質から生じる銅に富んだＣＩＧＳタイプ壁１３２、１３４、１３６、１３８、及びバックコンタクト層の少なくとも１つの高くなった部分１２５、１２７を備える。前記ビアホール１６３、１６５、１６５′、１６７のうちのいずれか１つは、図１Ａ〜１Ｂにも示されるように、フロントコンタクト層部品１５６を覆って形成された少なくとも１つのフロントコンタクトの高くなった部分１５５を任意に備えることができる。どれか１つのビアホール１６３、１６５、１６５′、１６７は、図１Bにも示されるように、樋状カールアップ１２７、１２７′を備えて形成された少なくとも１つのバックコンタクト層部品１２８を任意に備えることができる。

[0045]図１Ａの説明と同様に、光起電モジュール２００は、少なくとも１つの電気絶縁基板１１０、ここではバックコンタクト層部品１２４、１２６、１２８、１２９により表される、少なくとも１つの導電性バックコンタクト層、少なくとも１つの吸収体層１３０、ここではバッファ層部品１４２、１４４、１４６、１４８により表される、任意に少なくとも１つのバッファ層、及びここではフロントコンタクト層部品１５２、１５４、１５６、１５８により表される、少なくとも１つの導電性フロントコンタクト層から成る。電気的に分離したバックコンタクト層部品を形成するバックコンタクト層溝１２１は、通常、吸収体層の堆積の前にレーザースクライビングされる。電気的に分離したフロントコンタクト層部品を少なくとも形成するフロントコンタクト層溝１５１は、通常、好ましくはパルスレーザーによって、より好ましくはピコ秒パルスレーザーによってレーザースクライビングされて、前記溝は前記バックコンタクト層部品の表面まで深く伸びることができる。

[0046]ラインセグメントビアホール１６５は、少なくとも１つの第１のフロントコンタクト層部品１５４、１５６と少なくとも１つの第２のバックコンタクト層部品１２６、１２８の間にモノリシック相互接続を確立する。前記ビアホールは、フロントコンタクト層溝１５１のスクライビングの前、後、又は同時にスクライビングすることができる。更にまた、同じレーザー源をビアホール１６５及びフロントコンタクト層溝１５１をスクライビングするのに用いることができる。

[0047]ラインセグメントビアホール１６３、１６７は、少なくとも一つの母線１８２、１８８への電気的接触を可能にする。ビアホール１６３、１６７は、基板１１０の一部をアブレートするように、ビアホール１６５、１６５′より深くスクライビングすることができる。導電性ペースト１７２、１７８は、それぞれ、ビアホール１６３、１６７の薄膜層と母線１８２、１８８の間に電路を確立するために用いることができる。前記導電性ペーストは、前記ビアホール１６３、１６５、１６５′、１６７内の内面１３２、１３４、１３６、１３８により提供される接続の導電率を増大させるために、少なくとも１つのビアホール１６３、１６５、１６５′、１６７の充填材として用いることもできる。

[0048]図３は、互い違いの方向を有する、複数のラインセグメントビアホール１６３、１６５、１６５′、１６７を含む薄膜ＣＩＧＳモジュール２００の模式的な上面又は平面図、即ち光に暴露される側の図を示して、それの断面は図２に示される。ラインセグメントビアホール１６３、１６５′のライン２１０は、方向１０１にスクライビングされて、ラインセグメントビアホール１６５、１６７は、逆方向１０２にスクライビングされた。スクライビングの方向は、ラインセグメントビアホールのドリル加工の開始１０５に対応する端が末端１０６より小さい曲率半径を有するという点で認識可能である。ドリル加工の開始１０５に対応する端の長さ及び形状は、レーザーの移動及び漸進的レーザーパワー増大の結果である。漸進的レーザーパワー増大は、パルスレーザーを使用するときにしばしば生じる不必要なクラック及び層間剥離の危険を最小化すると共に、導電性ＣＩＧＳタイプ合金を製作するために好ましい。いくつかのレーザースクライビング・パラメータ及び薄膜ＣＩＧＳデバイスの場合は、スクライビングの方向は、ドリル加工の開始１０５に対応する端がドリル加工の終了１０６に対応する端におけるよりＣＩＧＳタイプ壁１３２、１３４、１３６、１３８のより長い内面１３５を有するという点で認識することもできる。ラインセグメントビアホール１６３、１６５、１６５′、１６７は、ドリル加工の開始１０５に対応する端のビアホール長さの一部が、末端１０６の部分を除いて、ビアホールの平均幅より狭いことを特徴とすることもありえる。ラインセグメントビアホール１６５′は、バックコンタクト層部品１２８の樋状カールアップ１２７又は１２７′及び基板１１０の可視部分の上面図でも例示される。フロントコンタクト層溝１５１は、吸収体層１３０の部分を明らかにする。フロントコンタクト部品を分離するフロントコンタクト層溝１５１は、ラインセグメントビアホールを製造するために使用したのと同じ生産工程で製造することができて、このことにより生産の複雑さ、時間、コスト、及びツールの数を有利に減らす。

[0049]ラインセグメントビアホールがいかなる方向においてもスクライビングされることができるにもかかわらず、ラインセグメントビアホールの第１のラインを第１の方向１０１に、その次にラインセグメントビアホールの第２のライン、例えば隣接するラインを第２の反対方向１０２にスクライビングすることは、製造速度を増大するのに有利でありえる。更にまた、ラインセグメントビアホールは、図１Ａ〜１Ｂ、図２、及び図３の説明に示されるように種々のバリエーション、長さ及び／又は幅のような種々の寸法があり、そして所与のライン上のラインセグメントビアホールの間、即ちラインセグメントビアホールのラインの間に種々の分離を有することがありえる。

[0050]図４Ａは、ラインセグメントビアホール１６５′の実施形態の上面図、即ち光に暴露される側の図を示し、そして図４Ｂは、ラインセグメントビアホールをレーザースクライビングするのに用いた対応するレーザーパワー４００のグラフである。ラインセグメントビアホール１６５′は、薄膜デバイス１００で方向１０１にレーザースクライビングされる。図４Ａにおいて、使用するレーザーパワーは、基板の露出部分の周辺１１７にバックコンタクト層１２０の高くなった樋状カールアップ１２７を備えるビアホールを形成する。カールアップ１２７は、図１Ｂに示されるカールアップアンドバック１２７又はカールアップオンリー１２７′のカールアップバリエーションの部分を備えることができる。下にある基板１１０はまた、バックコンタクト層１２０の部分的アブレーションの結果として目に見える。図４Ａはまた、フロントコンタクト層１５０の一部をカバーしている少なくとも１つのフロントコンタクトの高くなった部分１５５によっておおわれるＣＩＧＳタイプ壁１３４を例示する。また、図４Ａにおいて、レーザーパワー増大距離部分４０５内で、ビアホールの周辺の残りより細長いＣＩＧＳタイプ壁１３４の内面１３５が目に見える。ビアホールの部分が、通常、末端１０６に至る端長４０６を除いて、ビアホールの平均幅より狭いことが、ドリル加工の開始１０５に対応する端に続く前記レーザーパワー増大距離部分４０５の中にある。

[0051]図４Ｂのグラフは、レーザーパワー対距離のプロット４００が通常どのようにレーザーパワー増大部分４１５から成るかについて示す。前記レーザーパワー増大部分は、パワーが無いパワーレベル且ついかなるスクライビングトレースも形成しないパワーレベルから始まり、そして図１Α、１Β、６Ｂ、及び６Ｃのための説明に示されるそれらと類似のいかなるビアホールセグメントも形成できるレベルのレーザーパワーで終わる。レーザーパワーの増大は、通常、レーザーのコントローラにより制御されるが、機械式又は光電子式のシャッタによって得ることもできる。距離の関数としてのレーザーパワーの増大は、通常漸進的であって、通常減衰１次又は２次システムモデルのランプ又はステップ応答として形づくられる。レーザースポットは、通常、前記レーザーパワー増大距離部分の間に距離４０５だけ移動する。しかしながら、レーザーパワーは、レーザースポットの移動なしで増大するように任意にセットすることができる。レーザーパワー増大距離部分の後に、通常、一定パワーの部分が続き、そこではレーザースポットはいかなる長さにわたっても移動して、薄膜光起電デバイス１００、２００にいかなるパターンもスクライビング又はトレースすることができる。前記パターンは、通常、少なくとも１つのラインセグメントから成るが、ターン、セグメントの被接続シーケンスから成るか又は曲線を描くこともできる。ビアホールのスクライビングは、ラインセグメントビアホールの末端１０６を形成するレーザーパワー減少ステップ４１６で終わる。レーザーパワーは、それから、通常急に、通常アブレーション閾値パワーより下の、ビアホールのいかなるスクライビングも、好ましくはいかなるスクライビングトレースも形成しないレベルに減少する。

[0052]要約すると、レーザーパワー減少ステップ４１６が末端１０６を形成するのに対して、レーザーパワー増大部分４１５はドリル加工端の開始１０５を形成する。エネルギーがレーザーパワー増大部分４１５の間に供給される率は、高導電性ＣＩＧＳタイプ壁１３４、１３４′及び樋状カールアップ１２７、１２７′を備えたビアホールをうまく形成するために重要なパラメータである。いくつかの望ましいレーザースクライビング処理パラメータの実施例が、以下に更に詳細に説明される。あまりに高い率は、層間剥離、過剰な層アブレーション、及び異常なビアホールをもたらし、それは、デバイス全体の光起電効率を低下させ、薄膜層のフレーキングの原因となり、破壊点を生じて、デバイスの寿命を短縮する場合がある。突然のレーザーパワー減少ステップ４１６は、通常、導電性末端１０６をうまく形成することを可能にする。突然のレーザーパワー減少は要件でないが、レーザーの出力が、スクライビングを可能にするレベルのレーザーパワー出力の間の最小限の期間、例えばシマー期間を強制できる電子コントローラ又はスイッチにより制御されるときに有利でありえる。

[0053]図５は、レーザーパワー対時間のグラフであり、そこでは、２つのラインセグメントビアホールは、例えば薄膜ＣＩＧＳモジュール２００の種々の部分にスクライビングされる。グラフのスケールは図４Ｂのそれと異なる。グラフは、少なくとも１つのラインセグメントビアホールをスクライビングするラインセグメントビアホール・スクライビング・シーケンスを例示する。レーザーパワープロット５００で示すように、少なくとも１つのラインセグメントビアホールをスクライビングするシーケンスは、少なくとも１つのレーザーパワー増大時間部分５１５から成り、そこにおいて、レーザーパワーは、第１のラインセグメントビアホールのスクライビングを開始するために漸進的に増大する。時間の関数としてのレーザーパワーの増大は、好ましくは漸進的であって、通常減衰１次又は２次システムモデルのランプ又はステップ応答として形づくられる。レーザーパワー増大時間部分５１５は、図３及び４Ａに示されるレーザーパワー増大距離部分４０５内でそれと形状が類似である開始の部分を形成するために用いることができる。レーザーパワーは、それから任意に定常状態に到達する。シーケンスは、それから通常、通常突然のレーザーパワー減少ステップによって、通常アブレーション閾値パワー以下のレーザーパワーレベルまでのレーザーパワー減少部分５１６を含む。これの後にそれから、減少パワーレベル部分５１７が続いて、それは、通常、ビアホール、又は好ましくはいかなるスクライビングトレースも形成しないレベルに維持される。ラインセグメントビアホール・スクライビング・シーケンスは、それから、必要とするだけの多くのラインセグメントに対して繰り返される。大きな処理窓によって、レーザーパワーレベル、レーザースクライビング期間、レーザーパワー増大及び減少部分期間並びにプロフィールは、図５に示すように、一方のラインセグメントビアホールからもう一方まで同じである必要はない。

[0054]これが、薄膜光起電デバイスのためのラインセグメントビアホールを製造するために必要でないにもかかわらず、製造プロセスを調整することを望む当業者であれば、これからは多数のラインセグメントビアホールを高速で製造することが可能であり、そして各ビアホールの特定の抵抗を測定し続ける。当業者はまた、ビアホール部分の特定の抵抗を測定して、その後で最適なレーザースポット形状及びレーザースポット内の最も高いレーザー強度の領域の位置を選択するために、特定の特徴、例えば、カールアップアンドバック１２７又はカールアップオンリー１２７′のカールアップバリエーション、カールアップの高さ１２７３及び幅１２７５、並びに銅に富んだＣＩＧＳタイプ合金１３４５の層内大きさを有するビアホールの部分を準備して、カットアウトすることもできる。満足なプロセスは、０．０６の標準偏差で、ＣＩＧＳタイプ壁の抵抗に対する平均値として３．２^×１０-３Ω．ｍ、より好ましくは２^×１０-３Ω．ｍを得る。

[0055]例えば、６Ｗ及び５０μｍ直径のレーザースポットをデバイスの表面に供給する連続波レーザーを使用するレーザーパワー増大時間部分５１５は、好ましくは３ｍ／ｓ〜５ｍ／ｓのレーザー走査速度で１０μｓ〜４μｓの間、そして好ましくは０．５ｍ／ｓ〜３ｍ／ｓのレーザー走査速度で５０μｓ〜７μｓの間持続する。デバイスの表面で測定される対応するレーザーパワー増大率は、従って、約１^×１０８Ｗ^／ｍ．ｓ-２〜１７^×１０８Ｗ^／ｍｓ２の範囲にある。約３．７ｍ／ｓの好ましいレーザー走査速度の場合は、好ましいレーザーパワー増大時間部分５１５は約７μｓ持続して、レーザーパワーの増大は、減衰１次又は２次システムモデルのステップ応答として形づくられる。好ましいレーザーパワー減少ステップ４１６は、アブレーション閾値パワー以下のレベルへのレーザーパワーの突然の減少である。

[0056]レーザーパワー増大距離部分４０５、４１５は、通常、長さが少なくとも５μｍである。定常状態又はレーザー定のパワーの部分は、スクライビングされるデバイスの表面における例えば約７Ｗの測定パワー且つ例えば約３．７ｍ／ｓのレーザー走査速度で設定できる。この場合、レーザーパワーは、１０μＷから３０ｋＷまで測定できる熱電対列センサーを備えたレーザーパワー計を使用してレーザースクライビングされるデバイスの表面で測定される。当業者であれば、おそらくレーザースクライビングスポットのより大きな速度と組み合わせて、より大きなレーザーパワーを選ぶことができる。定常状態レーザーパワーは、通常、０．２Ｗ〜２０Ｗ、好ましくは２Ｗ〜１０Ｗ、より好ましくは５Ｗ〜８Ｗの範囲の測定パワーに設定される。レーザーの波長は、通常、５３２ｎｍ〜１０６４ｎｍの範囲にある。レーザースクライビングスポットの直径は、通常、５μｍ〜１０００μｍの範囲、好ましくは５μｍ〜３００μｍ、より好ましくは３０μｍ〜５０μｍである。

[0057]ラインセグメントビアホール・スクライビング・シーケンスは、好ましくは、例えば、第１のビアホールの末端と第２のビアホールの開始端の間に約５０μｍの分離を有する、長さが約２００μｍであるラインセグメントビアホールを形成できる。通常、ビアホールの長さ４１０は、５０μｍ〜０．１ｍの範囲、好ましくは５０μｍ〜１０００μｍの範囲、より好ましくは１８０μｍ〜２２０μｍの範囲であり、そして１０μｍ〜１０００μｍの範囲、好ましくは１０μｍ〜１００μｍの範囲、より好ましくは４０μｍ〜６０μｍの範囲の分離でありえる。当業者であれば、１：１〜１００：１、好ましくは４：１の範囲であるスクライビング対非スクライビング長さ比を特定するのを好むことがありえる。ＣＩＧＳタイプ壁１３４の内面１３５及びフロントコンタクト層１５０をカバーしているフロントコンタクトの高くなった部分１５５から成る、ラインセグメント幅４１１は、通常、１０μｍ〜１００μｍの範囲、好ましくは２５μｍ〜７５μｍの範囲、より好ましくは４５μｍ〜５５μｍの範囲、例えば約５０μｍマイクロメートルである。図１Ｂを参照すると、フロントコンタクト層１５０の表面のフロントコンタクトの高くなった部分１５５のバンプは、ＣＩＧＳタイプ壁の内面の近くのフロントコンタクト端からそれがフロントコンタクト層と交わる外側の融合又は鈍形の継手まで測定される断面幅１５５５を有し、通常、３μｍ〜２５μｍの範囲、好ましくは１０μｍ〜１５μｍの範囲、例えば約１２μｍである。フロントコンタクト層の平坦面より上のフロントコンタクトの高くなった部分の厚み１５５３は、０．５μｍ〜６μｍの範囲、好ましくは１μｍ〜３μｍの範囲、より好ましくは１．５μｍ〜２．５μｍの範囲、例えば約２μｍである。基板１１０の表面から測定されるバックコンタクト層の樋状カールアップ１２７、１２７′の高さ１２７３は、通常、０．５μｍ〜１０μｍの範囲、好ましくは０．５μｍ〜５μｍの範囲、より好ましくは２μｍ〜４μｍの範囲、例えば約３μｍである。

[0058]レーザー走査速度は、通常、０．１ｍ／ｓ〜２００ｍ／ｓの範囲、好ましくは０．５ｍ／ｓ〜１００ｍ／ｓの範囲、より好ましくは０．５ｍ／ｓ〜６ｍ／ｓの範囲である。定常状態レーザーパワーでドリル加工により供給されるエネルギーは、通常、１Ｊ／ｍ〜８Ｊ／ｍ、好ましくは１．５Ｊ／ｍ〜２．２Ｊ／ｍにわたる。定常状態レーザーフルエンスは、通常、５×１０^８Ｊ／ｍ^２〜４１×１０^８Ｊ／ｍ^２、好ましくは７．５×１０^８Ｊ／ｍ^２〜１１×１０^８Ｊ／ｍ^２の範囲にある。ラインセグメントビアホールが好ましくは連続波レーザーを使用してスクライビングされるけれども、当業者であれば、パルスレーザー、例えばピコ秒レーザーを使用できる。

[0059]レーザースクライビングされた微細構造の構成は、Ｘ線回折（ＸＲＤ）分析システムを使用して分析できる。バックコンタクト層樋状カールアップの存在は、５８．５ ２６°と５９．５ ２６°の間の範囲、好ましくは５８．７ ２６°、より好ましくは（２２０）ミラー・インデックス方向を有するＭｏの存在に対応する５８．６６ ２６°のカウントの少なくとも一つのピークによって特徴づけられる。カウントの前記ピークは、本発明の実施形態に従って製造されるビア又はスクライビングを含まない薄膜ＣＩＧＳデバイスのためのカウントの数より少なくとも５％だけ大きい。カールアップされないＭｏ薄膜は、通常、（１１１）ミラー・インデックス方向を有する。樋状カールアップは、合金を融解ＣＩＧＳにより融合又は形成することができて、それによって銅及び特にカールアップの中に不均一性の集中を有する銅セレン化物から成る。

[0060]図６Ａは、図２のバリエーションであり、そして複数のラインセグメントビアホール１６３、１６５、１６５′、１６７を備える薄膜ＣＩＧＳ光起電モジュール２００の断面を示す。ラインセグメントビアホール１６５は、光起電モジュールの隣接セルの間の直列モノリシック相互接続を可能にする。ラインセグメントビアホール１６３、１６７は、下にある母線１８２、１８８へのフロントコンタクト又はバックコンタクト層部品の電気相互接続を可能にする。少なくとも１つのラインセグメントビアホール１６３、１６５、１６５′、１６７は、図６Ｂ〜６Ｃの少なくとも１つに記載されている、吸収体層のＣＩＧＳ材料の熱により誘導された変質から生じる銅に富んだＣＩＧＳタイプ壁１３２、１３４、１３６、１３８、及びバックコンタクト層の少なくとも１つの高くなった部分１２５、１２７を備える。前記ビアホール１６３、１６５、１６５′、１６７のうちのいずれか１つは、図６Ｂ〜６Ｃにも示すように、フロントコンタクト層部品１５６の上に形成されるＣＩＧＳタイプ合金１５５′の少なくとも１つの高くなった部分を任意に備えることができる。ビアホール１６３、１６５、１６５′、１６７のどれでも、図１Ｂ又は６Ｃにも示すように、樋状カールアップ１２７、１２７′を備えて形成された少なくとも１つのバックコンタクト層部品１２８を任意に備えることができる。他の点において、図６Ａは、図２のために与えられる説明に対応する。図６Ａと図２の違いは、図６Ａがフロントコンタクト層部品１５６の上に形成されるＣＩＧＳタイプ合金の高くなった部分１５５′を備えるということである。

[0061]図６Ｂ及び６Ｃは、フロントコンタクト層１５０の表面を少なくとも部分的にカバーする少なくとも１つのＣＩＧＳタイプ合金の高くなった部分１５５′を備えるデバイスの２つの例示的実施形態を表す。ＣＩＧＳタイプ合金の高くなった部分は、通常、ビアホールの周辺の大部分に沿ったフロントコンタクトの高くなった部分１５７のバンプを生じる。フロントコンタクトの高くなった部分１５７の前記バンプは、ＣＩＧＳタイプ合金の高くなった部分１５５′に融合することができて、外側の方へ、フロントコンタクト層と漸進的に融合するか又は鈍角の継手１５９を形成できる。図６Ｂ及び６Ｃのフロントコンタクトの高くなった部分１５７は、図１Ａ及び１Ｂのフロントコンタクトの高くなった部分１５５に対応する。他の点において、図６Ｂは、図１Ａのために与えられる説明に対応する。

[0062]図６Ｃは図６Ｂのバリエーションの断面を示し、そこにおいて、基板１１０の一部はビアホール１６５′内で露出されて、バックコンタクト層１２０の少なくとも１つの高くなった部分は、基板の露出部分の周辺１１７で樋状カールアップ１２７、１２７′を形成する。基板１１０を露出させて、バックコンタクト層１２０の樋状カールアップ１２７、１２７′を形成することは、図６Ｂに示される実施形態より大きいレーザースクライビング製造窓、大きい生産歩留まり、及び機械抵抗を与えることができる。図６Ｃは、ＣＩＧＳタイプ壁１３４、１３４′及びバックコンタクト層１２０の樋状カールアップ１２７、１２７′の対応する高くなった部分の２つのバリエーションを示す。前記バリエーションは、図１Ｂのために記載されているそれらと類似であり、違いは、バックコンタクト層１２０の樋状カールアップ１２７、１２７′の高くなった部分を形成することが、いくつかの実施形態において、ＣＩＧＳタイプ合金の高くなった部分１５５′として内面１３４、１３４′の比較的より高い上昇、更にフロントコンタクトの高くなった部分１５７の上昇を生じるということである。他の点において、図６Ｃは、図１Ａのために与えられる説明に対応する。

[0063]バリエーション１３４、１２７及び１３４′、１２７′を形成することは、カールアップの高さ１２７３及び幅１２７５、銅に富んだＣＩＧＳタイプ合金の幅１３４５、導電性ＣＩＧＳタイプ合金のリップの幅１３５５、及びフロントコンタクト１５０のバンプ形の高くなった部分１５５に拡散されるインジウムの量を変更することによって、ビアホールセグメントの導電率の局所的適応、又はビアホールセグメントが十分に長い場合、ビアホールセグメントの長さに沿った導電率の局所的適応を設計するために有利でありえる。例えば、一実施形態において、ビアホールセグメントの一方の側、例えば電池の光に暴露されるフロントコンタクト領域の大部分に最も近い側を他方の側、例えばフロントコンタクト層溝１５１（図２、３、及び６Ａに示される）に最も近い側より導電性にすることは有利でありえる。電池の表面の局所的導電率のバリエーション、例えばフロントコンタクト導電性グリッド部品の存在、近接、又は隣接によってもたらされるバリエーションとの互換性を提示するように、ビアセグメントの両側の導電率を調整することも有利でありえる。実施形態は、例えば、さまざまな長さのビアホールセグメント、おそらく曲線を描くビアホールセグメントを含み、そこにおいて、ビアセグメントのいずれか一つの両側のいずれか１つは、バリエーション１３４、１２７及び１３４′、１２７′の組合せを含む。

[0064]図６Ｄは、図６Ｃのラインセグメントビアホール１６５′の実施形態の上面図、即ち光に暴露される側の図を示し、そして図４Ｂは、ラインセグメントビアホールをレーザースクライビングするのに用いる対応するレーザーパワー４００のグラフである。ラインセグメントビアホール１６５′は、薄膜デバイス１００の中に方向１０１でレーザースクライビングされる。図６Ｄにおいて、使用するレーザーパワーは、基板の露出部分の周辺１１７にバックコンタクト層１２０の高くなった樋状カールアップ１２７を備えるビアホールを形成する。カールアップ１２７は、図６Ｃに示されるカールアップアンドバック１２７又はカールアップオンリー１２７′のカールアップバリエーションの部分を備えることがありえる。下にある基板１１０はまた、バックコンタクト層１２０の部分的なアブレーションの結果として目に見える。図６Ｄはまた、フロントコンタクト層１５０の一部をカバーしているＣＩＧＳタイプ壁１５５′を例示する。また、図６Ｄにおいて、レーザーパワー増大距離部分４０５の中に、ビアホールの周辺の残りより細長いＣＩＧＳタイプ壁１３４の内面１３５が目に見える。ビアホールの部分が、通常、末端１０６につながる端長さ４０６を除いて、ビアホールの平均幅より狭いことは、ドリル加工の開始１０５に対応する端に続く前記レーザーパワー増大距離部分４０５の中にある。鈍角の継手１５９の輪郭は、ラインセグメントビアホールの外側限界を示す。他の点において、図６Ｄは、図１Ａ及び４Ａのために与えられる説明に対応する。

[0065]図６Ｅは、カメラ付きの顕微鏡で得られたラインセグメントビアホール１６５、１６５′を備える薄膜デバイス２００の画像を示す。第２のラインセグメントビアホールの一部は、画像の左にも目に見える。両方のラインセグメントビアホールは、従って、図３に示される一連のラインセグメントビアホール２１０の一部である。図６Ｅに、ドリル加工の開始の端１０５の位置、ドリル加工の末端１０６、ＣＩＧＳタイプ合金の高くなった部分１５５′の少なくとも一つの位置、及びバックコンタクト層部品１２８の樋状カールアップ１２７、１２７′の少なくとも１つの位置が強調表示されている。スクライビングの方向は、従って、左から右へである。当業者であれば、楕円８００１で強調表示された、スクライビング方向１０１の左側のラインセグメントビアホール１６５′の特徴は、楕円８００２で強調表示された、前記スクライビング方向の右側のそれらより微細であるのに気がつくであろう。ラインセグメントビアホール１６５′は、従って、スクライビング方向１０１に関して非対称を示す。鈍角の継手１５９の輪郭は、ラインセグメントビアホールの外側限界を示す。

[0066]当業者であれば、ラインセグメントビアホール１６５、１６５′の特性を測定したくなることがありえる。例えば、導電性ＣＩＧＳタイプ合金の高くなった部分１５５′のリップ１３５５の幅の測定及びバックコンタクト層１２０、１２４、１２６、１２８、１２９のカールアップ１２７５の幅の測定のうちの少なくとも１つは、前記ラインセグメントビアホールが正しく形成されるという表示を提供できる。前記測定は、例えば、バックコンタクト層からフロントコンタクト層への満足なモノリシック相互接続が、ラインセグメントビアホールがドリル加工される半導体光電子活性層の化学組成の永久的変化から生じる導電性合金により達成されるという視覚的評価を提供できる。導電性ＣＩＧＳタイプ合金のリップの幅１３５５は、約３μｍ〜約１５μｍ、好ましくは約５μｍ〜約２０μｍ、より好ましくは約８μｍ〜約１２μｍの範囲にある。バックコンタクト層のカールアップ１２７５の幅は、約２μｍ〜約１５μｍ、好ましくは約４μｍ〜約１０μｍ、より好ましくは約６μｍ〜約８μｍの範囲にある。

[0067]ラインセグメントビアホール１６５、１６５′がどれだけ適切に形成されたかを評価する関連する別の基準は、例えば、スクライビングの方向に従ってラインセグメントビアホールの中央線に関して対向する特徴を分離する距離に関連がある。対向する特徴は、例えば、樋状カールアップ１２７、１２７′、ＣＩＧＳタイプ壁の内面１３５、フロントコンタクト層の鈍角の継手１５９、又は考慮されているラインセグメントビアホールの基板１１０の露出部分の幅でありえる。例えば、当業者であれば、前記特徴により形成される可視輪郭に基づいて、ドリル加工端の開始１０５及び末端１０６における湾曲の前記半径を測定することによってスクライビング品質を評価できる。例えば、鈍角の継手１５９の輪郭に基づく曲率半径は、ドリル加工の開始端１０５において、約７μｍ〜約４０μｍ、好ましくは約１２μｍ〜約２５μｍ、より好ましくは約１５μｍ〜約２０μｍの範囲にある。ドリル加工の末端１０６で、鈍角の継手１５９の輪郭に基づく曲率半径は、約１０μｍ〜約５０μｍ、好ましくは約２０μｍ〜約３５μｍ、より好ましくは約２３μｍ〜約３０μｍの範囲にある。

Claims (23)

1. 少なくとも１つの前記薄膜ＣＩＧＳデバイス（１００、２００）を形成する方法であって、前記薄膜ＣＩＧＳデバイスの領域に少なくとも１つのラインセグメントビアホール（１６３、１６５、１６５′、１６７）を形成するステップを含み、
   前記デバイスは、少なくとも、
   １つのフロントコンタクト層（１５０、１５２、１５４、１５６、１５８）と、
   １つの半導体光電子活性層（１３０）と、
   １つのバックコンタクト層（１２０、１２４、１２６、１２８、１２９）と、
   １つの基板（１１０）と、
   から成り、
   そして少なくとも１つのラインセグメントビアホールは、
   少なくとも１つのレーザーによってドリル加工により形成され、
   少なくとも１つのフロントコンタクト層及び少なくとも１つの半導光電子活性層のうちの少なくとも一部を貫き、
   そして少なくとも１つのレーザーによるドリル加工によって、
   前記少なくとも１つのラインセグメントビアホールの内面（１３５）を覆う前記活性層のレベルで導電性の永久に金属化された、銅に富んだＣＩＧＳタイプ合金の少なくとも１つのＣＩＧＳタイプ壁（１３４、１３４′、１３２、１３６、１３８）を形成し、前記ＣＩＧＳタイプ合金は、前記ホールがドリル加工される前記ＣＩＧＳ半導体光電子活性層の化学組成の永久的変化から生じ、
   少なくとも１つのフロントコンタクト層の少なくとも一部と少なくとも１つのバックコンタクト層の少なくとも一部の間に導電路を形成すること、
   前記ラインセグメントビアホールの前記内面（１３５）の端に沿って前記フロントコンタクト層の表面にフロントコンタクトのバンプ形の高くなった部分（１５５）を形成すること、
   前記フロントコンタクトの方へ高くなる前記バックコンタクト層の高くなった部分（１２５、１２７、１２７′）を形成すること、
   をもたらすことを特徴とする方法。
2. 少なくとも１つのビアホールを形成することによって、前記ビアホール内のバックコンタクト層の一部を除去し、それによって基板の一部を露出させることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 少なくとも１つのビアホールを形成することによって、前記ビアホール内のバックコンタクト層の一部を除去し、それによって基板の一部を露出させて、そして前記バックコンタクト層の一部を高くすることによって、基板の前記露出部分の周辺（１１７）で前記バックコンタクト層の少なくとも一部の少なくとも１つの樋状カールアップ（１２７、１２７′）を形成することを特徴とする請求項１乃至２の何れか１項に記載の方法。
4. 少なくとも１つのビアホールを形成するステップが、少なくとも第１の部分の少なくとも１つの樋状カールアップオンリー（１２７′）を形成すること、及び基板の前記露出部分の周辺（１１７）で前記バックコンタクト層の少なくとも第２の部分の少なくとも１つの樋状カールアップアンドバック（１２７）を形成することを含むことを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. 少なくとも１つのビアホールのドリル加工が、少なくとも１つの連続波レーザーによることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の方法。
6. 少なくとも１つのビアホールを形成するステップが、前記薄膜ＣＩＧＳデバイスに非対称のレーザースポットダイアグラムを有するレーザースポットを形成する少なくとも１つのレーザーによることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の方法。
7. 少なくとも１つのビアホールのドリル加工のための前記基板のレベルで測定される前記レーザーパワーが、レーザーパワーが前記ビアホールに供給される時間の一部にわたるレーザーパワーの漸進的増大（５１５）から成ることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の方法。
8. 少なくとも１つのレーザーによる少なくとも１つのビアホールのドリル加工が、前記薄膜ＣＩＧＳデバイスの表面で少なくとも１つのレーザースポットを移動することを含み、前記ビアホールのドリル加工の開始（１０５）に対応する端で、レーザーパワーが前記ビアホールに供給される距離（４１０）のパワー増大距離部分（４０５）にわたってレーザーパワーの漸進的増大（４１５）があることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の方法。
9. 少なくとも１つのビアホールのドリル加工が、前記デバイスの光に暴露される側から見る顕微鏡検査により、末端（１０６）におけるより、前記ビアホールラインセグメントの前記ドリル加工の開始（１０５）に対応する前記端において、より小さい曲率半径を有する楕円形パターンを描くＣＩＧＳタイプ合金の内面（１３５）を形成することを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載の方法。
10. 前記ビアホールの少なくとも一部に供給される前記レーザーエネルギーが１Ｊ／ｍと８Ｊ／ｍの間に含まれるように、少なくとも１つのレーザーによる少なくとも１つのビアホールのドリル加工が、少なくとも１つの連続波レーザーの少なくとも１つのレーザースポットを移動することを含むことを特徴とする請求項１乃至９の何れか１項に記載の方法。
11. 少なくとも１つのレーザーによる少なくとも１つのビアホールのドリル加工が、レーザー供給フルエンスが５×１０^８Ｊ／ｍ^２〜４１×１０^８Ｊ／ｍ^２の範囲にある時間間隔から成ることを特徴とする請求項１乃至１０の何れか１項に記載の方法。
12. 少なくとも１つのレーザーによる少なくとも１つのビアホールのドリル加工が、レーザー供給定常状態フルエンスが７．５×１０^８Ｊ／ｍ^２〜１１×１０^８Ｊ／ｍ^２の範囲にある時間間隔から成ることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
13. 少なくとも１つのビアホールのドリル加工が、少なくとも１つのピコ秒パルスレーザーによることを特徴とする請求項１乃至１２の何れか１項に記載の方法。
14. 少なくとも１つのビアホールのドリル加工が、前記フロントコンタクト層に隣接するアブレーティングラインをレーザースクライビングするのと同時に行なわれることを特徴とする請求項１乃至１３の何れか１項に記載の方法。
15. 前記薄膜ＣＩＧＳデバイス（１００、２００）を形成するステップが、前記薄膜ＣＩＧＳデバイスの領域に複数の前記ラインセグメントビアホール（１６３、１６５、１６５′、１６７）から成る少なくとも１つの破線（２１０）を形成することを含むことを特徴とする請求項１乃至１４の何れか１項に記載の方法。
16. 請求項１乃至１５の何れか１項に記載の方法によって得られる少なくとも１つのラインセグメントビアホールから成る薄膜ＣＩＧＳデバイス。
17. 薄膜ＣＩＧＳデバイス（１００、２００）であって、前記薄膜ＣＩＧＳデバイスの領域に少なくとも１つのラインセグメントビアホール（１６３、１６５、１６５′、１６７）を含み、前記デバイスは、
    １つのフロントコンタクト層（１５０、１５２、１５４、１５６、１５８）と、
    １つの半導体光電子活性層（１３０）と、
    １つのバックコンタクト層（１２０、１２４、１２６、１２８、１２９）と、
    １つの基板（１１０）と、
    を少なくとも備え、
    少なくとも１つのラインセグメントビアホールは、
    少なくとも１つのフロントコンタクト層及び少なくとも１つの半導光電子活性層のうちの少なくとも一部を貫き、
    前記少なくとも１つのラインセグメントビアホールの内面（１３５）を覆う前記活性層のレベルで導電性の永久に金属化された銅に富んだＣＩＧＳタイプ合金から形成される少なくとも１つのＣＩＧＳタイプ壁（１３４、１３４′、１３２、１３６、１３８）を備え、前記ＣＩＧＳタイプ合金は、前記ホールがドリル加工されたときに生じた前記ＣＩＧＳ半導体光電子活性層の化学組成の永久的変化から生じ、
    少なくとも１つのフロントコンタクト層の少なくとも一部と少なくとも１つのバックコンタクト層の少なくとも一部の間に導電路を備え、
    前記ラインセグメントビアホールの前記内面（１３５）の端に沿って前記フロントコンタクト層の表面にフロントコンタクトのバンプ形の高くなった部分（１５５）を備え、
    前記フロントコンタクト層の方へ高くなる前記バックコンタクト層の高くなった部分（１２５、１２７、１２７′）を備えることを特徴とするデバイス。
18. 基板の一部が前記ビアホール内で露出することを特徴とする請求項１７に記載のデバイス。
19. 基板の一部が前記ビアホール内で露出し、そしてバックコンタクト層の少なくとも高くなった部分が、基板の前記露出部分の周辺（１１７）で少なくとも１つの樋状カールアップ（１２７、１２７′）を形成することを特徴とする請求項１７乃至１８の何れか１項に記載のデバイス。
20. 少なくとも１つのラインセグメントビアホールが、少なくとも第１の部分の少なくとも１つの樋状カールアップオンリー（１２７′）と、基板の前記露出部分の周辺（１１７）で前記バックコンタクト層の少なくとも第２の部分の少なくとも１つの樋状カールアップアンドバック（１２７）とを備えることを特徴とする請求項１９に記載のデバイス。
21. 前記デバイスの光に暴露される側からの顕微鏡検査により、前記ＣＩＧＳタイプ壁（１３４、１３４′、１３２、１３６、１３８）の前記内面（１３５）の形状が、末端（１０６）におけるより、前記ビアホールのドリル加工が開始したところに対応すると識別可能な前記ビアホールラインセグメントの前記端（１０５）において、より小さい曲率半径を有することを特徴とする請求項１７乃至２０の何れか１項に記載のデバイス。
22. 少なくとも１つのラインセグメントビアホールが、前記フロントコンタクト層（１５０）の表面の一部を少なくともカバーする導電性ＣＩＧＳタイプ合金の少なくとも１つの高くなった部分（１５５′）を備えることを特徴とする請求項１７乃至２１の何れか１項に記載のデバイス。
23. 前記薄膜ＣＩＧＳデバイス（１００、２００）の領域に少なくとも１つの破線（２１０）を備え、前記破線は、複数の前記ラインセグメントビアホール（１６３、１６５、１６５′、１６７）から成ることを特徴とする請求項１７乃至２２の何れか１項に記載のデバイス。

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