用于半导体的独立金属件
阅读：268发布：2021-11-24
专利汇可以提供用于半导体的独立金属件专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且公开了一种独立金属件和制作方法，其中所述金属件 电铸 在导电芯模上。所述芯模具有外表面，所述外表面具有预成形图案，其中所述金属件的至少一部分在所述预成形图案中形成。将所述金属件与所述导电芯模分离，形成可以与光伏 电池 用 半导体 材料的表面耦合的独立金属件。，下面是用于半导体的独立金属件专利的具体信息内容。
1.一种用于光伏电池的电组件，所述电组件包括：
金属件，其包括多个电铸元件，该多个电铸元件包括与连续栅格整合的电池互连元件，所述连续栅格具有多个第一元件，该多个第一元件与多个第二元件交叉，其中所述电池互连元件被构造为直接耦合所述连续栅格到相邻电池；
其中所述电池互连元件横跨连续栅格的长度，并且包括具有多个分段的第一区域以及构造为条状物的第二区域，所述多个分段被耦合到所述条状物；
其中在所述连续栅格中的每个电铸元件具有高度和宽度，其中所述高度对所述宽度的比率是纵横比，且其中所述电铸元件中的大部分具有大于1的纵横比；
其中所述电铸元件互连和整合，使得所述金属件为单一独立件，且其中所述电铸元件被构造来充当用于光伏电池的光入射表面的电导管，所述连续栅格与所述光入射表面接触并且所述电池互连元件被构造来延伸超出所述光入射表面。
2.根据权利要求1所述的电组件，其中所述纵横比介于1与10之间。
3.根据权利要求1所述的电组件，其中所述多个电铸元件具有由导电芯模决定的图案，所述电铸元件在所述导电芯模中形成。
4.根据权利要求3所述的电组件，其中所述电铸元件中的至少一个包括覆盖电镀部分，所述覆盖电镀部分在所述导电芯模的外表面的上方形成。
5.根据权利要求4所述的电组件，其中所述覆盖电镀部分具有圆顶表面。
6.根据权利要求1所述的电组件，其中所述多个电铸元件包括在所述电铸元件的至少一部分上的导电涂层。
7.根据权利要求6所述的电组件，其中所述导电涂层包括焊料。
8.根据权利要求6所述的电组件，其中所述导电涂层包括焊膏。
9.根据权利要求6所述的电组件，其中所述导电涂层包括镍、铟、锡、铋、钨、钴、银、或其组合。
10.根据权利要求1所述的电组件，其中所述连续栅格还包括框架元件。
11.根据权利要求10所述的电组件，其中所述框架元件包括跨越所述连续栅格的至少一部分的汇流条。
12.根据权利要求1所述的电组件，其中所述金属件还包括电铸区域，其耦合至所述互连元件的所述第二区域，且其中所述电铸区域被构造来充当第二光伏电池的表面上电导管。
13.根据权利要求1所述的电组件，其中所述多个电铸元件包括多个平行的第一分段，其与多个平行的第二分段相交。
14.根据权利要求13所述的电组件，其中所述多个平行的第一分段和多个平行的第二分段是线性且垂直相交。
15.根据权利要求1所述的电组件，其中所述多个电铸元件中的每个彼此共面，使得第一共面电铸元件具有第一横截面，其与第二共面电铸元件的第二横截面的大部分重叠。
16.一种用于光伏电池的电组件，所述电组件包括：
金属件，其包括多个电铸元件，该多个电铸元件包括与连续栅格整合的电池互连元件，所述连续栅格具有多个第一元件，该多个第一元件与多个第二元件交叉，其中所述电池互连元件被构造为直接耦合所述连续栅格到相邻电池；
其中所述电池互连元件横跨连续栅格的长度，并且包括具有多个分段的第一区域以及构造为条状物的第二区域，所述多个分段被耦合到所述条状物；
其中在所述连续栅格中的每个电铸元件具有高度和宽度，其中所述高度 对所述宽度的比率是纵横比，且其中所述电铸元件中的大部分具有大于0.1的纵横比；
其中所述电铸元件互连和整合，使得所述金属件为单一独立件，且其中所述电铸元件被构造来充当用于光伏电池的光入射表面的电导管，所述连续栅格与所述光入射表面接触并且所述电池互连元件被构造来延伸超出所述光入射表面。
17.根据权利要求16所述的电组件，其中所述纵横比介于0.1与1之间。
18.根据权利要求16所述的电组件，其中所述多个电铸元件具有由导电芯模决定的图案，所述电铸元件在所述导电芯模中形成。
19.根据权利要求18所述的电组件，其中所述电铸元件中的至少一个包括覆盖电镀部分，所述覆盖电镀部分在所述导电芯模的外表面的上方形成。
20.根据权利要求19所述的电组件，其中所述覆盖电镀部分具有圆顶表面。
21.根据权利要求16所述的电组件，其中所述互连元件具有的高度小于所述连续栅格的高度。
22.根据权利要求16所述的电组件，其中所述连续栅格还包括框架元件。
23.根据权利要求22所述的电组件，其中所述框架元件包括跨越所述连续栅格的至少一部分的汇流条。
24.根据权利要求16所述的电组件，其中所述多个电铸元件中的至少一个具有锥形横截面形状，所述横截面是在所述电铸元件的所述高度的方向上截取。
25.一种形成用于光伏电池的电组件的方法，所述方法包括以下步骤：
i)在导电芯模上电铸金属件，其中所述导电芯模具有包括至少一个预成形图案的外表面，所述预成形图案包括耦合到电池互连图案的连续栅格图案，
其中所述金属件包括在所述预成形图案中形成的多个电铸元件，该多个电铸元件包括耦合到连续栅格的电池互连元件，所述连续栅格具有多个第一元件，多个第一元件与多个第二元件交叉，其中所述电池互连元件被构造为直接耦合所述连续栅格到相邻电池；以及ii)从所述导电芯模分离所述金属件，其中所述多个电铸元件互连，使得所述金属件在从所述导电芯模分离时形成单一独立件；
其中所述预成形图案具有高度和宽度，其中所述高度对所述宽度的比率是纵横比，且其中所述预成形图案具有大于1的纵横比；且
其中所述多个电铸元件被构造来充当用于光伏电池的光入射表面的电导管。
26.根据权利要求25所述的方法，其中所述纵横比介于1与10之间。
27.根据权利要求25所述的方法，其中所述电铸步骤包括覆盖电镀所述电铸元件，使得所述电铸元件延伸至所述导电芯模的所述外表面的上方。
28.根据权利要求25所述的方法，其中所述金属件的所述电铸步骤包括使所述芯模的所述外表面与包含第一金属的盐的第一溶液接触，其中包括所述第一金属的第一金属层在所述预成形图案内形成。
29.根据权利要求25所述的方法，其中所述多个第一元件和多个第二元件包括多个平行的第一元件，其与多个平行的第二元件相交，其中所述多个第一元件与所述多个第二元件共面，使得所述第一元件中的一个具有与所述第二元件中的一个的第二横截面的大部分重叠的第一横截面。
30.根据权利要求29所述的方法，其中所述多个第一元件中的每个具有在10微米与
5000微米之间的宽度，且所述多个第二元件中的每个具有在10微米与5000微米之间的宽度。
31.根据权利要求29所述的方法，其中所述多个平行的第一元件和所述多个平行的第二元件是线性且垂直相交。
32.根据权利要求25所述的方法，其中所述预成形图案具有锥形横截面形状，其在所述导电芯模的所述外表面处较宽。
33.根据权利要求25所述的方法，其中所述导电芯模具有第一外表面以及与所述第一外表面相对的第二外表面，其中所述第一外表面包括第一预成形图案且所述第二外表面包括第二预成形图案。
34.根据权利要求33所述的方法，其中所述第一预成形图案和所述第二预成形图案彼此不同。
35.根据权利要求25所述的方法，其中所述导电芯模是金属制，且其中所述至少一个预成形图案包括至少一个图案元件作为所述导电芯模中的空腔。
36.根据权利要求35所述的方法，其中所述图案元件是具有三个金属侧的相交沟槽。
37.根据权利要求35所述的方法，其中所述导电芯模包括在所述外表面上的第一层，且其中所述第一层包括低粘性材料或电介质材料中的至少一个。
38.根据权利要求37所述的方法，其中所述第一层至少部分延伸至所述图案元件中。
39.一种形成用于光伏电池的电组件的方法，所述方法包括以下步骤：
i)在导电芯模上电铸金属件，其中所述导电芯模具有包括至少一个预成形图案的外表面，所述预成形图案包括耦合到电池互连图案的连续栅格图案，
其中所述金属件包括在所述预成形图案中形成的多个电铸元件，该多个电铸元件包括耦合到连续栅格的电池互连元件，所述连续栅格具有多个第一元件，该多个第一元件与多个第二元件交叉，其中所述电池互连元件被构造为直接耦合所述连续栅格到相邻电池；以及
ii)从所述导电芯模分离所述金属件，其中所述多个电铸元件互连，使得所述金属件在从所述导电芯模分离时形成单一独立件；
其中所述预成形图案具有高度和宽度，其中所述高度对所述宽度的比率是纵横比，且其中所述预成形图案具有大于0.1的纵横比；且
其中所述多个电铸元件被构造来充当用于光伏电池的光入射表面的电导管。
40.根据权利要求39所述的方法，其中所述电铸步骤包括覆盖电镀所述电铸元件，使得所述电铸元件延伸至所述导电芯模的所述外表面的上方。
41.根据权利要求40所述的方法，其中所述覆盖电镀形成圆顶。
42.根据权利要求40所述的方法，其中所述覆盖电镀的上表面提供有助于所述光伏电池的光收集的光学表面。
43.根据权利要求39所述的方法，其中所述预成形图案具有锥形横截面形状，其在所述导电芯模的所述外表面处较宽。
44.根据权利要求43所述的方法，其中所述电铸步骤包括覆盖电镀所述电铸元件，使得所述电铸元件延伸至所述导电芯模的所述外表面的上方。
45.根据权利要求39所述的方法，其中所述电池互连元件包括汇流条。
46.根据权利要求45所述的方法，其中所述电池互连元件具有的高度小于所述连续栅格的所述高度。
47.根据权利要求39所述的方法，其中所述纵横比介于0.1与1之间。
用于半导体的独立金属件
[0001] 相关申请案
[0002] 本申请案要求在2013年3月13日提交的标题为“Free-Standing Metallic Article for Semiconductors”的美国专利申请第13/798,123号的优先权，该申请案为本申请案的受让人所有且特此以引用的方式并入。本申请案还涉及1)标题为“Free-Standing Metallic Article for Semiconductors”且在2013年3月13日提交的Babayan等人的美国专利申请第13/798,124号；2)标题为“Free-Standing Metallic Article for Semiconductors”且在2013年3月13日提交的Babayan等人的美国临时专利申请第61/778,443号；以及3)标题为“Free-Standing Metallic Article for Semiconductors”且在2013年3月13日提交的Babayan等人的美国临时专利申请第61/778,444号，所有这些申请均为本申请案的受让人所有且特此以引用的方式并入。
背景技术
[0003] 太阳能电池是将光子转换为电能的装置。由电池产生的电能通过耦合至半导体材料的电接触件收集，且通过与模块中的其它光伏电池的互连布线。太阳能电池的“标准电池”模型具有半导体材料，其用于吸收输入太阳能且将其转换为电能，被放置在抗反射涂层(ARC)下方及金属背板上方。电接触件通常用烧穿(fire-through)浆料制作至半导体表面，所述烧穿浆料是被加热，使得浆料扩散穿过ARC层且接触电池的表面的金属浆料。浆料被大致图案化为一组指状物及汇流条，其将随后用焊带焊接至其它电池以形成模块。另一种类型的太阳能电池具有半导体材料，其夹置在透明导电氧化物层(TCO)之间，其随后涂布最后一层导电浆料，所述导电浆料也被构造为指状物/汇流条图案。
[0004] 在这两种类型的电池中，金属浆料(其通常是银)作用以实现水平方向上(平行于电池表面)的电流流动，允许制作太阳能电池之间的连接以形成模块。太阳能电池金属化最常通过将银浆料丝网印刷至电池上，固化浆料且随后跨经丝网印刷的汇流条焊接焊带而完成。但是，银相对于太阳能电池的其它组份是昂贵的，且可能占总成本的高百分比。
[0005] 为了减小银成本，本领域中已知用于金属化太阳能电池的可替代方法。例如，已试图通过将铜直接电镀至太阳能电池上而用铜替换银。然而，铜电镀的缺陷是电池的铜污染，其影响可靠性。由于电镀所需的许多步骤(诸如沉积晶种层，施敷掩模及将电镀区域蚀刻或激光刻划掉以形成期望图案)，在直接电镀至电池上时，电镀处理量和产率也可能是问题。用于在太阳能电池上形成电导管的其它方法包括利用平行线或囊封电导线的聚合物薄片的布置且将它们放置至电池上。但是，使用线栅呈现多种问题，诸如不期望的制造成本和高串联电阻。
发明内容
发明内容
[0006] 公开了一种独立金属件和制作方法，其中金属件电铸在导电芯模上。芯模具有外表面，该外表面具有预成形图案，其中金属件的至少一部分在预成形图案中形成。将金属件从导电芯模分离，形成可以与光伏电池用半导体材料的表面耦合的独立金属件。附图说明
[0007] 本文所描述的每个方面和实施方案可以单独或相互组合地使用。现在将参照附图来描述这些方面和实施方案。
[0008] 图1A是传统太阳能电池的透视图。
[0009] 图1B是传统背接触式太阳能电池的横截面视图。
[0010] 图2示出一个实施方案中的示例性电铸芯模的透视图。
[0011] 图3A-3C描绘了生产独立电铸金属件的示例性阶段的横截面视图。
[0012] 图4提供导电芯模的一个实施方案的横截面视图。
[0013] 图5提供导电芯模的另一个实施方案的横截面视图。
[0014] 图6A-6B是金属件的两个实施方案的俯视图。
[0015] 图6C是图6B的截面B-B的横截面视图。
[0016] 图6D-6E是图6B的横截面的又一实施方案的部分横截面视图。
[0017] 图6F-6G是金属件的又一实施方案的俯视图。
[0018] 图7是用于制造电铸制品和形成半导体装置诸如太阳能电池的过程的示例性流程图。
[0019] 图8A-8B是利用独立金属件制造的示例性太阳能电池的透视图。
[0020] 图8C是太阳能电池的另一个实施方案的横截面视图。
[0021] 图8D是用于图8C的太阳能电池中的示例性金属件的俯视图。
[0022] 图9A-9B图示电铸元件的定制特征的一个实施方案。
[0023] 图10A-10B图示电铸元件的定制特征的另一个实施方案。
[0025] 图12描绘了使用聚合物薄片移除的金属件的一个实施方案的横截面视图。
[0026] 图13A-13B是被制造成背接触式太阳能电池中的示例性聚合物层的横截面视图。
[0027] 图14示出了用于制造具有电铸制品的聚合物层和形成半导体装置诸如太阳能电池的方法的示例性流程图。
[0028] 图15A-15D提供了使用金属件作为掩模以使半导体材料上的导电层图案化的示例性阶段的透视图。
[0029] 图16是一种使用金属件作为掩模以使半导体材料上的导电层图案化的方法的示例性流程图。
[0030] 图17是示例性圆柱形芯模的横截面视图。
[0031] 图18示出在上表面和底表面上具有图案的平坦芯模的一个实施方案的横截面视图。
[0032] 图19示出具有折线的柔性模块的一个实施方案的俯视图。
[0033] 图20示出柔性模块的另一个实施方案的俯视图。
[0034] 图21提供了具有双向折叠能力的柔性模块的另一个实施方案的俯视图。
[0035] 图22是使用如本文所述的金属件的柔性太阳能电池的俯视图。
具体实施方式
[0036] 图1A是传统太阳能电池100的简化示意图，包括抗反射涂层(ARC)110、发射体120、基底130、前接触件140和后接触层150。发射体120和基底130是被掺杂成p+或n-区域的半导体材料，且可以被合称为太阳能电池的活性区域。前接触件140通常烧穿抗反射涂层110，以与活性区域电接触。入射光透过ARC层110进入太阳能电池100，导致在发射体120和基底130的结处形成光电流。可以看出，由前接触件140造成的遮蔽将影响电池100的效率。所产生的电流通过连接至前接触件140和后接触件150的电路被收集。汇流条145可以连接在此处被示出为指状元件的前接触件140。汇流条145收集来自前接触件140的电流，且还可以用于提供其它太阳能电池之间的互连。前接触件140和汇流条145的组合件还可以被称为金属化层。在其它类型的太阳能电池中，可以使用透明导电氧化物(TCO)层代替电介质型ARC层，以收集电流。在TCO型电池中，可以将呈例如前接触件140和汇流条145的形式的金属化制造在TCO层上而无需烧穿，以收集来自TCO太阳能电池的电流。
[0037] 图1B图示另一类型的太阳能电池160的简化示意图，其中电接触件被制作在与光进入侧相对的背侧上。太阳能电池160又称作叉指型背接触电池，包括ARC层110、由半导体衬底制成的基底区域130、彼此具有相反极性的掺杂区域120和125(例如p型和n型)。掺杂区域120和125位于电池160的背侧上，与ARC层110相对。非导电层170提供掺杂区域120和125间的分离，且还完成使电池160的后表面钝化的作用。电接触件140和150互相交叉且通过钝化层170中的孔175分别电连接至掺杂区域120和125。虽然电接触件140和150在这种背接触式太阳能电池中不呈现遮蔽问题，但是它们仍可能呈现其它问题，诸如当在电池上形成接触件时的制造产量损失、如果使用银形成接触件的高材料成本或如果使用铜形成接触件的电池劣化。
[0038] 太阳能电池的金属化通常涉及在待连接至该电池的电接触件的所需图案中丝网印刷银浆。在图1A中，前接触件140被构造为平行分段的线性图案。因为银成本会大幅增加太阳能电池的费用，所以极期望减少或甚至消除银的使用。铜由于其高导电性而成为引人关注的银可替代物，但是铜可以导致半导体材料的污染且因此降低太阳能电池的性能。在太阳能电池中使用铜的已知方法涉及将铜直接沉积在电池上。然而，这些方法要求太阳能电池经受与这些电镀工艺期间的许多步骤有关的温度和化学品，这样会导致电池损坏。在其它已知方法中，平行铜线或交织栅格导线的布置是和电池分开制作，然后结合至电池。然而，利用这些方法可能难以使导线与电池对准或者难以制作足够小到起作用但仍使太阳能电池上的遮蔽最小化的导线。还已经制作了封装在聚合物薄膜中的线栅，但是这些方法可能很复杂且仍然呈现遮蔽和对准问题，特别是由于聚合物薄片的存在。铜浆是另一种可替代物，但这些浆料可能难以施加且仍然呈现扩散至太阳能电池中的问题。
[0039] 在本公开中，用于半导体诸如光伏电池的电导管被制造成电铸独立金属件。该金属件与太阳能电池分开制作，且可以包括多个元件诸如指状物和汇流条，它们可以作为单一件稳定地转移并容易与半导体装置对准。金属件的元件是在电铸过程中相互整合地形成。金属件是在电铸芯模中制造的，这样产生为太阳能电池或其它半导体装置定制的图案化金属层。例如，金属件可以具有拥有使太阳能电池的遮蔽最小化的高度对宽度纵横比的栅格线。金属件可以代替传统的汇流条金属化和焊带串接用于电池金属化、电池对电池互连和模块制作。将光伏电池的金属化层制成可以在处理步骤之间稳定转移的独立组件的能力在材料成本和制造方面提供了各种优点。
[0040] 图2描绘了一个实施方案中的示例性电铸芯模200的一部分的透视图。芯模200可以由导电材料诸如不锈钢、铜、阳极化铝、钛或钼、镍、镍铁合金(例如Invar)、铜或这些金属的任何组合制成，且可以被设计成具有足以允许高电镀电流并能够实现高处理量的面积。芯模200具有外表面205，其具有预成形图案，该预成形图案包括图案元件210和212且可以被定制成待制作的电导管元件的所需形状。在这个实施方案中，图案元件210和212是具有矩形横截面的凹槽或沟槽，然而在其它实施方案中，图案元件210和212可以具有其它横截面形状。图案元件210和212被描绘为形成栅格型图案的交叉分段，其中在这个实施方案中多组平行线彼此垂直交叉。
[0041] 图案元件210具有高度‘H’和宽度‘W’，其中高度对宽度比限定纵横比。通过使用芯模200中的图案元件210和212来形成金属件，可以定制用于光伏应用的电铸金属部件。例如，纵横比可以在约0.01与约10之间。在一些实施方案中，可以将纵横比设计成大于1，诸如在约1与约10之间或在约1与约5之间。相比于例如具有纵横比为1的标准圆形导线或相比于水平平坦且具有纵横比小于1的传统丝网印刷图案，高度大于宽度允许金属层携带足够的电流，但减少电池上的遮蔽。丝网印刷金属指状物的遮蔽值可以是例如大于6％。当金属件具有如本文所述的定制纵横比时，可以实现小于6％诸如在4-6％之间的遮蔽值。因此，制作纵横比大于1的电导管的能力能够将光伏电池的孔径损失降至最低，这对于效率最大化来说很重要。在电铸电导管被用在太阳能电池的后表面上的实施方案中，可以使用其它值诸如小于1的纵横比。
[0042] 图案元件的纵横比以及横截面形状和纵向布局可以电铸成型以符合所需规格诸如电流容量、串联电阻、遮蔽损失和电池布局。可以使用任何电铸工艺。例如，金属件可以由电镀工艺形成。具体地说，因为电镀一般是各向同性过程，所以利用图案芯模控制电镀以定制部件的形状是使效率最大化的显著改进。此外，虽然高而窄的导管线在被放置于半导体表面上时通常趋于不稳定，但是可以通过使用芯模制得的定制图案允许形成诸如互连线的特征，从而提供这些高而窄的导管以稳定性。在一些实施方案中，例如，预成形图案可以被构造为具有交叉线的连续栅格。这种构造不仅对形成栅格的多个电铸元件提供机械稳定性，而且还能够实现低串联电阻，因为电流分布在更多导管上。栅格型结构还可以提高电池的稳健性。例如，如果栅格的一些部分变成破损或无功能，则电流可以由于栅格图案的存在而从破损区域的周围流过。
[0043] 图3A-3C是使用芯模制作金属层件的示例性阶段的简化横截面视图。在图3A中，提供了具有图案元件210的芯模200。如图3B中所示，芯模200经受电铸工艺，其中电铸元件310在图案元件210内形成。在图3A-3C的实施方案中，图案元件210已经被设计成比在图2中具有更高的纵横比。电铸元件310可以例如仅为铜或在其它实施方案中为铜合金。在其它实施方案中，可以首先将镍层电镀到芯模200上，然后电镀铜，使得镍提供针对成品半导体装置的铜污染的阻挡。如图3B中的镍层315所描绘，可选地，额外镍层可被电镀到电铸元件310的顶部上以囊封铜。在其它实施方案中，可以使用所需的各种金属在图案元件210内电镀多个层，以实现将制作的金属件的所需性质。
[0044] 在图3B中，电铸元件310被示为形成为与芯模200的外表面205平齐。电铸元件312说明其中可以覆盖电镀(overplate)该元件的另一个实施方案。对于电铸元件312来说，电镀持续至金属延伸到芯模200的表面205的上方。通常由于电铸的各向同性本质将形成为圆顶的覆盖电镀部分可以作为握把以促进电铸元件312从芯模200的提取。电铸元件312的圆顶还可以通过例如作为有助于光收集的折射表面在光伏电池中提供光学优点。在未示出的其它实施方案中，除了在预成形图案210内形成的部分，金属件可以具有在表面205的顶部上形成的部分，诸如汇流条。
[0045] 在图3C中，电铸元件310被作为独立金属件300从芯模200移除。电铸元件310可以包括交叉元件320，诸如将由图2的图案212形成。交叉元件320可以有助于将金属件300制成单一独立件，使得其可以容易地转移至其它处理步骤，同时使个别元件310和320保持相互对准。额外的处理步骤可以包括针对独立金属件300的涂覆步骤和将其并入半导体装置中的组装步骤。通过将半导体的金属层制成独立件，整体半导体组合件的制造产量将不受金属层产量的影响。另外，金属层可以独立于其它半导体层经受温度和处理。例如，金属层可以经受将不影响半导体组合件的其余部分的高温处理或化学浴。
[0046] 在图3C中，在将金属件300从芯模200移除后，芯模200可以再用于制作额外部件。能够再利用芯模200相比于其中电镀在太阳能电池上直接进行的当前技术提供显著的成本降低。在直接电镀方法中，掩模或芯模是在电池本身上形成，且因此必须在每个电池上制作且经常被破坏。与要求使半导体装置图案化以及然后电镀的技术相比，具有可再利用芯模减少了处理步骤并节省成本。在其它传统方法中，将薄的印刷晶种层施加到半导体表面上以开始电镀过程。然而，晶种层方法的结果是低处理量。相反地，本文所描述的可再利用芯模方法可以利用允许高电流容量的厚金属芯模，从而产生高电镀电流并因此产生高处理量。金属芯模厚度可以例如在0.2至5mm之间。
[0047] 图4至图5是示例性芯模的横截面视图，展示了各种芯模和图案设计的实施方案。在图4中，平面金属芯模基底420具有覆盖在其上的电介质层430。在电介质层430中制作用于形成金属件的包括图案元件410的图案。电介质层430可以是例如氟聚合物(例如)、图案化光阻剂(例如Dupont 厚膜抗蚀剂)、或环氧基光阻剂(例如SU-8)的厚层。
光阻剂被选择性暴露和去除以显露所需图案。在其它实施方案中，电介质层430可以通过例如机械加工或精确激光切割而图案化。在这种类型的具有被电介质围绕的图案元件的芯模
400中，电镀将在金属芯模基底420处开始从底部向上填充图案元件410的沟槽。使用电介质或永久抗蚀剂允许再利用芯模400，这相比于消耗性芯模减少了处理步骤的数量、消耗性成本并增加了总体制造工艺的处理量。
光阻剂被选择性暴露和去除以显露所需图案。在其它实施方案中，电介质层430可以通过例如机械加工或精确激光切割而图案化。在这种类型的具有被电介质围绕的图案元件的芯模
400中，电镀将在金属芯模基底420处开始从底部向上填充图案元件410的沟槽。使用电介质或永久抗蚀剂允许再利用芯模400，这相比于消耗性芯模减少了处理步骤的数量、消耗性成本并增加了总体制造工艺的处理量。
[0048] 图5示出了主要由金属制成且包括用于形成金属件的空腔的另一个芯模500。当利用金属芯模500电铸时，图案元件510的金属表面允许从沟槽图案的全部三面快速电镀。在芯模500的一些实施方案中，可以可选地将脱模层520诸如电介质或低粘性材料(例如氟聚合物)涂覆在芯模500上的各个期望区域中。脱模层520可以降低电铸部件对芯模500的粘性或可以使可用于从芯模剥离电铸制品的衬底诸如粘着膜的粘性最小化。脱模层520可以与金属芯模同步图案化，或可以诸如利用湿式或干式蚀刻透过光阻剂在单独步骤中图案化。金属芯模中的图案元件510、530和540可以是例如凹槽和交叉沟槽，且可以通过例如机械加工、激光切割、光刻或电铸来形成。在其它实施方案中，如果暴露于电镀溶液的芯模表面被选择为对金属件具有较差粘性，则芯模500可以不需要脱模层520。例如，对于将具有第一层(即，外层)镍电镀的电铸部件，芯模400可以由铜制成。铜对镍具有低粘性，且因此允许成型镍包覆件被轻易地从铜芯模移除。当将脱模层520施加在芯模500上时，可以选择沟槽图案元件510在金属中的相对深度和电介质涂层的厚度以在图案元件510内形成的金属件的空隙形成最小化，同时仍能够实现高电镀速率。
[0049] 图5示出了其中脱模层520已经部分延伸至图案元件530的深度内的另一实施方案。涂层延伸至图案元件530内可以实现在图4的电介质围绕型图案元件410的电铸速率与图5的金属围绕型图案元件510的电铸速率之间的电铸速率。可以选择脱模层520延伸至图案元件530中的量以实现所需的电铸速率。在一些实施方案中，脱模层520可以延伸至图案元件530中达例如图案宽度量的大约一半。具有延伸至沟槽中的脱模层520的图案元件530可以允许沟槽内具有更一致的电镀速率，且因此可以制作更一致的栅格。可以改变电介质或脱模层520延伸至沟槽中的量，以使总体电镀速率和电镀一致性最佳。
[0050] 图5示出了其中图案元件540具有锥形壁的芯模500的又一个实施方案。锥形壁在芯模500的外表面505处较宽，以促进从图案化芯模移除成型金属元件。在未示出的其它实施方案中，本文所描述的任何芯模中的预成形图案的横截面形状可以包括多种形状诸如但不限于：弯曲横截面、图案的横截面的角落处的斜边、沿图案长度的弯曲路径以及相互交叉成彼此成各个角度的分段。
[0051] 图6A和图6B图示可以通过本文所述的电铸芯模制作的示例性金属层600a和600b的俯视图。金属层600a和600b包括在此处体现为大体上平行指状物610的电铸元件，该平行指状物已经通过导电芯模中的大体上平行凹槽形成。金属层600b还包括在此处体现为与垂直指状物610相交的水平指状物620的电铸元件，其中指状物610和620以大约垂直的角度相交。在其它实施方案中，指状物610和620可以相交成其它角度，同时仍然形成连续栅格或网状图案。金属层600a和600b还包括框架元件630，其可以充当汇流条以收集来自指状物610和620的电流。具有被整合形成为金属件的部分的汇流条可以提供制造改进。在太阳能模块制作的当前高容量方法中，经常通过将金属带手工焊接至电池上来实现电池连接。这样通常由于手工操作和焊带赋予电池的应力而导致电池破损或损坏。另外，手工焊接过程导致高劳动力相关的生产成本。因此，具有已经形成并连接至金属化层的汇流条或焊带(这在使用本文所述的电铸金属件时是可能的)能够实现低成本自动化制造方法。
[0052] 框架元件630还可以提供机械稳定性，使得金属层600a和600b在从芯模移除时为单一独立件。即，金属层600a和600b的单一性在于它们是单一组件，其中指状物610和620在与光伏电池或其它半导体组合件分开时保持连接。框架元件630可以另外在指状元件610和620附接至光伏电池时帮助维持它们之间的间隔和对准。框架元件630在图6A-6B中被示出为横跨金属层600a和600b的一个边缘延伸。然而，在其它实施方案中，框架元件可以仅部分延伸跨越一个边缘，或可以与多于一个边缘接界，或可以被构造为位于边缘上的一个或多个凸部或可以驻留在栅格本身内。此外，框架元件可以与指状物610和620同时电铸，或在其它实施方案中可以在已经形成指状物610和620后在不同步骤中电铸。
[0053] 图6C示出了在图6B的截面B-B处截取的金属层600b的横截面。指状物610在这个实施方案中被示出为具有大于1的纵横比，诸如约1至约5以及在此图中诸如大约2。横截面高度大于宽度降低了金属层600b对光伏电池的遮蔽影响。在各种实施方案中，指状物610和620的仅一部分可以具有大于1的纵横比，或指状物610和620的大部分可以具有大于1的纵横比，或指状物610和620全部可以具有大于1的纵横比。指状物610的高度‘H’可以在例如约
5微米至约200微米之间，或约10微米至约300微米之间。指状物610的宽度‘W’可以在例如约
10微米至约5mm之间，诸如约10微米至约150微米之间。平行指状物610之间的距离具有在每个指状物的中心线之间测得的间距‘P’。在一些实施方案中，间距可以介于例如约1mm与约
25mm之间。在图6B和图6C中，指状物610和620具有不同宽度和间距，但是高度大致相等。在其它实施方案中，指状物610和620可以具有彼此不同的宽度、高度和间距，或可以具有一些相同特性，可以具有全部相同的特性。数值可以根据多种因素诸如光伏电池的大小、针对所需效率的遮蔽量或金属件耦合至电池的前部还是后部来选择。在一些实施方案中，指状物
610可以具有约1.5mm与约6mm之间的间距，且指状物620可以具有约1.5mm与约25mm之间的间距。指状物610和620是在具有形状和间隔与指状物610和620大体上相同的凹槽的芯模中形成。框架元件630可以具有与指状物610和620相同的高度，或可以是如图6C中的虚线所指示的较薄件。在其它实施方案中，框架元件630可以在指状元件610和620的上方形成。
5微米至约200微米之间，或约10微米至约300微米之间。指状物610的宽度‘W’可以在例如约
10微米至约5mm之间，诸如约10微米至约150微米之间。平行指状物610之间的距离具有在每个指状物的中心线之间测得的间距‘P’。在一些实施方案中，间距可以介于例如约1mm与约
25mm之间。在图6B和图6C中，指状物610和620具有不同宽度和间距，但是高度大致相等。在其它实施方案中，指状物610和620可以具有彼此不同的宽度、高度和间距，或可以具有一些相同特性，可以具有全部相同的特性。数值可以根据多种因素诸如光伏电池的大小、针对所需效率的遮蔽量或金属件耦合至电池的前部还是后部来选择。在一些实施方案中，指状物
610可以具有约1.5mm与约6mm之间的间距，且指状物620可以具有约1.5mm与约25mm之间的间距。指状物610和620是在具有形状和间隔与指状物610和620大体上相同的凹槽的芯模中形成。框架元件630可以具有与指状物610和620相同的高度，或可以是如图6C中的虚线所指示的较薄件。在其它实施方案中，框架元件630可以在指状元件610和620的上方形成。
[0054] 图6C还示出了指状物610和620可以大体上彼此共面，因为指状物610和指状物620的大部分横截面积互相重叠。与彼此上下交织的传统网格相比，如图6C中所描绘的共面栅格可以提供低于具有相同横截面积的重叠圆形导线的剖面。金属层600b的交叉共面线也在电铸工艺期间相互整合地形成，从而提供进一步的稳健性给金属层600b的独立制品。即，整合元件是以单件形式形成，而不是由不同组件结合在一起。图6D和图6E示出了共面交叉元件的其它实施方案。在图6D中，指状物610的高度矮于指状物620，但是位于指状物620的横截面高度内。指状物610和620分别具有底表面612和622，它们在这个实施方案中对准以诸如提供用于安装至半导体表面上的平整表面。在图6E的实施方案中，指状物610具有大于指状物620的高度且延伸超出指状物620的上表面。指状物610的大部分横截面积与指状物620的整个横截面重叠，且因此指状物610和620如本公开中所定义是共面的。
[0055] 图6F和图6G仍示出了其它实施方案，其中电铸金属件实现了模块中的光伏电池间的互连。典型模块具有许多串联的电池，诸如36至60个之间。连接是通过使用涂有焊料的铜带将一个电池的前部附接至下一个电池的背部而实现。依此方式附接焊带要求焊带是薄的且因此具有抗力，使得该焊带可以围绕电池弯曲而不破坏电池边缘。互连通常还需要三个不同的焊带，每个单独焊接。在图6F的实施方案中，金属件650具有已经与第一栅格区域670整合电铸的互连元件660。互连元件660具有耦合至栅格670的第一末端，且被构造来延伸超出光伏电池的表面，以允许连接至相邻电池。互连元件660代替了对焊接在电池间的单独焊带的需求，从而降低制造成本并实现可能的自动化。在示出的实施方案中，互连元件660是线性分段，然而其它构造是可能的。此外，互连元件660的数量可以根据需要而变化，诸如提供多个元件660以降低电阻。互连元件660可以在电铸后弯曲或成角度，诸如用于实现电池之间的前部至后部连接；或可以在相对于栅格670形成角度的芯模中制造。
[0056] 互连元件660的另一端可以耦合至第二区域680，其中第二区域680也可以作为金属件650的部分在导电芯模中电铸。在图6F中，第二区域680被构造为凸部例如汇流条，其然后可以电连接至相邻电池的电导管690。导管690在此被构造为网格，但是其它构造是可能的。栅格670可以例如充当第一电池的前表面上的电导管，而栅格690可以是第二电池的后表面上的电导管。在图6G的实施方案中，金属件655具有代替汇流条型连接的网格。金属件655包括已经全部作为单一组件电铸的第一区域670、互连元件660和第二区域690，使得电池间连接已经由金属件655提供。因此，金属件650和655不仅在一个光伏电池的表面上提供电导管，而且还提供电池之间的互连。
[0057] 虽然图2至图5中所描述的芯模已经被描述为平坦芯模，但是芯模可以相反为有利于连续处理的圆柱形。图17示出了在外表面1720上制作有预成形图案1710的示例性圆柱形芯模1700的横截面视图。在这类实施方案中，圆柱形芯模1700可以浸在电铸浴中并旋转，且所得到的单一金属件可以作为连续条状物制得，该条状物随后可以根据需要被裁剪成分离的单一件。在其它实施方案中，图18的横截面视图中示例的平坦芯模1800可以具有位于上表面1820中的第一预成形图案1810和位于底表面1860中的第二预成形图案1850。第一预成形图案1810和第二预成形图案1850可以彼此相同或不同。例如，在图18中，第一预成形图案1810具有与第二预成形图案1850的宽度、高度和间距不同的元件。双面芯模1800可以用于一次制作该两种图案，或在其它实施方案中，一面可以被遮盖，而另一面用来制作电铸部件。在一个实施方案中，第一预成形图案可以用来制作用于太阳能电池的正面的金属件，且第二预成形图案可以用来形成用于太阳能电池的背面的金属件。
[0058] 图7描绘了用于制造与半导体组合件诸如光伏电池使用的独立电铸金属件的示例性流程图700。在本公开中，在形成半导体装置或光伏电池中提到的半导体材料可以包括非晶硅、结晶硅或适用于光伏电池的任何其它半导体材料。在步骤710中，使用导电芯模进行电铸工艺。该芯模具有一个或多个预成形图案，在其中形成金属件。在一些实施方案中，金属件被构造来充当光伏电池内的电导管。在某些实施方案中，金属件可以包括用于实现太阳能模块的光伏电池间的连接的特征。预成形图案可以具有大于1的纵横比，且可以包括彼此交叉的多个平行图案。在预成形图案内制作成品电铸金属件的至少一部分。金属件的其它部分诸如汇流条可以在预成形图案内或在芯模的上表面上形成。
[0059] 电铸步骤710可以包括使芯模的外表面与包含第一金属的盐的溶液接触，其中第一金属可以是例如铜或镍。第一金属可以形成整个金属件，或可以形成用于其它金属层的金属前体。例如，可以将包含第二金属的盐的溶液覆盖电镀在第一金属上。在一些实施方案中，第一金属可以是镍且第二金属可以是铜，其中镍提供铜扩散阻挡。可选地，可以将第三金属覆盖电镀在第二金属上，诸如在已经覆盖电镀在第一金属镍上的第二金属铜上第三金属为镍。在这种三层结构中，铜导管被镍囊封以提供针对半导体装置中的铜污染的阻挡。步骤710中的电铸工艺参数可以是例如在1至3000安培/平方英尺(ASF)范围内的电流和在例如1分钟至200分钟范围内的电镀时间。可以施加其它导电金属以促进粘着、促进可湿性、充当扩散阻挡或用于改善电接触，诸如锡、锡合金、铟、铟合金、铋合金、钨酸镍或钨酸钴镍。
[0060] 在形成金属件后，金属件在步骤720中从导电芯模分离出来变成独立的单一件。分离可以涉及在使用或不使用暂时聚合物薄片或者使用或不使用真空处理的情况下从芯模提起或剥离制品。在其它实施方案中，移除可以包括热冲击或机械冲击或超声能量，以助于从芯模释放制作的部件。独立金属件然后准备通过如下所述附接和电耦合该制品而被形成为光伏电池或其它半导体装置。将金属件转移至各个制造步骤可以不需要支撑元件诸如塑料或聚合物衬底来完成，这样可以降低成本。
[0061] 独立金属件可以被直接安装到太阳能电池上或可以在附接之前经历额外的处理步骤。应该注意，就本公开的目的来说，术语“金属件”还可以可互换地被称为栅格或网格，即使一些实施方案可以不包括相交交叉构件。如果已经形成的金属件没有阻挡层，则分离的独立金属件可以在步骤730中可选地经历额外的电镀操作。例如，可以通过例如无电镀或电镀来进行镀镍。在一些实施方案中，金属件还可以电镀有镍-钴-钨或钴-钨-磷以建立铜材料在高温下的扩散阻挡，而标准镍电镀防止铜在300℃下迁移至电池中。
[0062] 在已完成任何额外电镀后，在步骤740中，可以将附接机构施加在独立金属件上，使其准备用于安装至电池表面上。对于标准太阳能电池模型来说，可以将反应性金属层诸如烧穿银浆施加在待耦合至太阳能电池的金属件的表面上。反应性浆料提供金属件与半导体层之间的电连接，且可以稀薄地施加。可以通过例如丝网印刷将浆料施加在电铸金属件上。施加至栅格上的银量比在仅从烧穿浆料形成金属化层时所需要的量小得多。因为烧穿浆料被施加至栅格而非太阳能电池上，因此栅格与太阳能电池之间的电耦合是自对准的。即，不需要将电导管的指状物对准至已经被施加至太阳能电池上的浆料导电线，从而简化了制造过程。此外，在传统方法中，经常施加额外的浆料以确保与电接触件对准。相反地，本方法允许仅在需要时才施加银浆。施加附接机构的额外方法包括电镀；无电镀；波焊；物理气相沉积技术诸如蒸镀或溅镀；经由喷墨或气动分配技术的分配；或薄膜转移技术，诸如将栅格冲压至熔融焊料或金属的薄膜上。
[0063] 某些类型的太阳能电池使用电介质ARC，而其它类型使用导电ARC诸如TCO。对于TCO型太阳能电池(诸如涂有氧化铟锡(ITO)的太阳能电池)来说，步骤740中的附接机构可以是焊料诸如低温焊料。焊料被施加在将与电池接触的栅格表面上。通过将焊料施加在栅格上，使用最少量的焊料，从而降低材料成本。另外，焊料与栅格图案自对准。可以选择金属件上的焊料类型，用于实现多种特性诸如良好的欧姆接触和导电性、强粘性、快速热消散、与目标表面的低热膨胀系数(CTE)失配、稳健的机械应力消除、高机械强度、可靠的电迁移阻挡、充分的可湿性以及金属电铸栅格与太阳能电池的表面之间的化学上可靠的材料相互扩散阻挡。在一个实施方案中，可以施加免清洗焊料。在另一个实施方案中，可以将无电镀或电镀低熔点金属或合金(诸如但不限于铟、铟-锡、铟-铋、铅-锡-银-铜、铅-锡-银和铅-铟)施加至栅格上。在另一个实施方案中，可以将焊膏印刷至栅格上。该焊膏在栅格与太阳能电池可以耦合在一起之前可能需要干燥处理。在又一个实施方案中，可以将栅格的尖端(即底表面)浸渍或浸没在液体焊料中，该液体焊料将选择性附着在网格表面上。
[0064] 虽然以上附接机构已被描述为施加至电铸制品上，但是在其它实施方案中，步骤740可以包括将烧穿浆料或焊接材料施加至太阳能电池上。然后将使电铸制品与由浆料或焊料制作的导电图案接触。金属件可以通过可选地将铟金属或铟合金施加至该制品上而准备好与电池接触。铟可以通过将栅格浸在电解液中且同时提供电流而电镀至栅格的表面上。在另一个实施方案中，可以通过无电镀方法，通过将栅格浸在铟溶液中涂覆栅格。可以首先将栅格浸在熔融焊剂中以去除栅格尖端上的氧化物，然后浸在铟锡焊料中，使得仅栅格的尖端被铟锡焊料润湿。在另一个实施方案中，可以将栅格浸在铟锡浆料中，随后进行退火步骤，且再次只有栅格的尖端被涂覆。用铟涂覆仅尖端而不是整个栅格保留了贵重的铟，同时仍实现可接触表面。一旦尖端涂覆了铟，然后就可以通过例如太阳能电池的边缘上的光学对准标记使电铸制品的指状物或元件与电池上的烧穿浆料或焊料对准。
[0065] 在另一个实施方案中，金属件可以使用类似方法用于背接触式太阳能电池诸如图1B中所示出的那些。在步骤740中，将附接机构(通常将为焊料)施加至金属件或太阳能电池上，然后使金属件与电池接触。加热该附接机构以使金属件与电池电耦合。在背接触式太阳能电池的一个实施方案中，第一金属件的电铸元件将耦合至电池后表面上的p型区域，而第二金属件的电铸元件将耦合至n型区域。例如，该金属件可以如图6A中所示被构造来具有线性指状物，且第一金属件的指状物将与第二金属件的指状物交叉。
[0066] 在已将附接机构施加至金属件上后，在步骤750中，使金属件耦合至电池或半导体装置表面。使金属件与太阳能电池的表面接触。如果栅格制品的尖端已经涂有烧穿银浆，则组合件被加热至浆料的烧穿温度，诸如至少400℃或至少800℃的温度。栅格可以通过使用辊或夹子在烧制期间保持机械稳定。一旦烧穿浆料凝固，模块中的相邻太阳能电池就可以互连。就尖端涂有焊料的栅格来说，栅格被类似地耦合至太阳能电池并加热至特定焊料所需要的温度，范围通常在100℃与300℃之间。在大气或真空中的热和/或压力过程可以用来使焊料回流并形成金属件与太阳能电池之间的接触。
[0067] 在一些实施方案中，独立的栅格或金属件在被电镀所需阻挡层后可以在沉积抗反射涂层之前附接至太阳能电池。在标准电池中，可以使栅格与发射体表面(例如掺杂硅)接触并加热以形成硅化镍化学键。然后在可选的步骤760中，可以在栅格附接之后沉积ARC诸如氮化物。栅格的汇流条随后可以连接至模块中的另一个电池。在ARC层之前附接栅格的此实施方案不需要任何银烧穿使用。另外，此实施方案可以应用于硅异质结太阳能电池。例如，可以将独立金属件诸如栅格耦合至异质结电池非晶硅层的表面。然后可以将其加热以形成硅化镍键，且之后可以在栅格上沉积ITO层。
[0068] 在已经在步骤750中形成完整的光伏电池后，可以在步骤770中使形成太阳能模块的多个电池互连。在一些实施方案中，已经作为金属件的部分电铸的汇流条或凸部可以用于这些互连。
[0069] 可以看出，本文所描述的独立电铸金属件适用于各种电池类型且可以在太阳能电池的制造顺序内的不同点处插入。此外，电铸电导管可以用在太阳能电池的前表面或后表面或两者上。当前表面和后表面上都使用电铸制品时，可以同时施加该电铸制品以避免可以导致电池机械弯曲的任何热膨胀失配。
[0070] 图8A-8B图示利用独立金属件810制作的示例性光伏电池800的示意图。金属件810在这个实施方案中包括电铸元件812和框架元件814，该框架元件横跨接近电铸元件812的周边的边缘。电铸元件812被示出为在这个实施方案中垂直相交以形成连续栅格图案的平行线，但是在其它实施方案中，该电铸元件可以被构造来具有相交成其它角度的线，或作为一组平行线或作为其它图案。电铸元件812的尖端具有施加在其上的附接材料820，诸如焊料或烧穿银浆。附接材料820将金属件810电耦合至光伏组件830，其中光伏组件830可以包括光入射层832(例如ARC和/或TCO)、活性区域834(发射体和基底)和后接触层836。图8B示出了其中层832是ARC的光伏电池800的另一个实施方案，其中附接材料820是已经烧穿ARC的银浆。在图8A-8B中，可以将封装剂(未示出)施加在金属件810上以密封完整的光伏电池800，而与其它电池的互连由框架元件814形成。在其它实施方案中，第二金属件810可以类似地耦合至后接触层836(非入射光表面)，以提供针对光伏电池800的相反极性的电接触。
[0071] 图8C-8D示出了利用独立金属件制作的示例性背接触式太阳能电池801的简化示意图。在图8C的横截面视图中，太阳能电池801包括透明层831(例如ARC)、半导体衬底833、掺杂区域835和837以及钝化层840。两个独立金属件850和860具有以交替方式放置的电铸元件。金属件850和860的电铸元件通过钝化层840中的孔845分别提供与掺杂区域835和837的电接触。图8D示出了用于太阳能电池801中的金属件850和860的俯视图。金属件850具有与金属件860的指状物862交叉的指状物852。金属件850的框架元件854和金属件860的框架元件864充当每个金属件的电连接点，并且还提供机械稳定性。
[0072] 图9A-9B说图示其中可以减小施加在金属件与太阳能电池之间的焊料的遮蔽影响的又一个实施方案。图9A示出了标准焊料点910的垂直剖面图，这可以源自将具有直线形横截面的金属元件920焊接至太阳能电池930。由于焊料在接合的表面之间自然形成润湿角，因此焊料具有宽度为‘F1’的占用面积。此占用面积的宽度将阻挡光进入太阳能电池930中，从而导致遮蔽。在图9B中，电铸元件925的横截面形状相比于电铸元件920已经改变，改变之处在于电铸元件925在其下表面上具有倒角角落927。该倒角改变焊料点910的润湿角，使得占用面积宽度‘F2’小于‘F1’。因此，电铸元件925的定制形状减少遮蔽。如以上各个实施方案中所描述，定制电铸元件925的横截面形状的能力可以通过使用电铸芯模来达到。可以在芯模中形成诸如倒角、角缝、浅凹、突块等特征，以将这些特征赋予待制作的电铸部件。
[0073] 图10A-10B示出了减小施加至金属件的焊料的遮蔽影响的另一个实施方案的俯视图。图10A示出了施加至两个倾斜相交的线性分段1020的传统焊料点1010。焊料点1010的总占用面积具有宽度‘F3’。图10B示出了电铸元件1025，其中凹面切口特征1027已经并入电铸元件1025相交的角落处，通过其中已经形成元件1025的芯模的特征。凹面特征1027改变焊料1010的润湿角，使得占用面积宽度‘F4’相比于‘F3’减小。除此处所示的凹面特征以外的形状是可能的。因此，通过将特征并入成形芯模中以定制电铸元件的形状的能力可以减小用于将电铸元件耦合至光伏表面的焊料的遮蔽影响。
[0074] 在图11A-11C示出的另一个实施方案中，金属件在其中成型的芯模的一部分可以变成最终半导体装置的部分。图11A示出了类似于图4的前述芯模400的芯模1100的横截面视图，芯模1100具有金属基底1120和电介质层1130，该电介质层具有用于形成电铸元件1110的图案。电铸元件1110已经在电铸工艺期间形成于电介质层1130中。另外，电镀厚度还可以超过芯模图案的高度，用于形成覆盖电镀头部1112。在其它实施方案中，不进行覆盖电镀，如在电铸元件1111中一样。当从芯模1100移除包括电铸元件1130的金属件时，如箭头
1140所指示，可以将电介质层1130连同电铸元件1130从芯模金属基底1120一起剥离。头部
1112可以有助于将电铸元件1110固定至电介质层1130。
1140所指示，可以将电介质层1130连同电铸元件1130从芯模金属基底1120一起剥离。头部
1112可以有助于将电铸元件1110固定至电介质层1130。
[0075] 在图11B中，作为电铸元件1110的组合且被电介质层1130包围的分离金属件1150可以随后耦合至半导体表面以形成例如光伏电池。图11C的简化示意图中描绘了太阳能电池1160的一个实施方案。太阳能电池1160包括半导体组合件1170。金属件1150耦合至半导体组合件1170并被封装剂1180和窗口层1190诸如抗反射涂层覆盖。封装剂1180可以是例如乙烯醋酸乙烯酯(EVA)、热塑性聚烯烃(TPO)或聚乙烯醇缩丁醛(PVB)。图11A-11C的电介质层1130可以被选择为适于适当的半导体应用。就光伏电池来说，可转移电介质的目标特性将取决于预期太阳能模块的可靠性规范。由于电介质将被并入模块中，因此其必须具有能经受太阳能模块的寿命的耐用性。电介质还必须透明以允许光透射至太阳能电池中，且还应该抵抗铜扩散至电池中。一种合适的电介质是例如电子封装业中已知的耐焊料性电介质。
[0076] 在其它实施方案中，本文所述的金属件可以与聚合物薄片结合形成聚合物层。图12示出了这类方法的一个实施方案，其中具有电铸元件1210的金属件已经利用芯模1220形成。电铸元件1210可以被构造为例如一组平行线或形成栅格的多组交叉线。在这个实施方案中，已经覆盖电镀电铸元件1210以在其上表面上形成圆形头部1212，如上文已经针对图
3B的电铸元件312所描述。聚合物薄片1230被放置在芯模的表面上并用于从芯模1220移除电铸元件1210。图12示出了其中已将聚合物薄片1230和电铸元件1210从芯模1220提起的状态。聚合物薄片1230与芯模接触，使得电铸元件1210的头部1212至少部分嵌在聚合物薄片
1230中。头部1212由于较大的表面积而允许聚合物薄片1230抓持电铸元件1210，且头部
1212还可以充当锚定点。应该注意到，虽然头部1212体现为具有弯曲表面，但其它形状是可能的。另外，对于一些金属件和芯模来说，可以不需要覆盖电镀。将具有电铸元件1210的嵌入头部1212的聚合物薄片1230从芯模1220提起，以向上提拉头部1212，继而使金属件的电铸元件1210脱离芯模1220。电铸元件1212的底部仍然暴露在聚合物薄片1230外并从这些锚定点垂下，这允许该电铸元件随后根据需要经涂覆或电镀。
3B的电铸元件312所描述。聚合物薄片1230被放置在芯模的表面上并用于从芯模1220移除电铸元件1210。图12示出了其中已将聚合物薄片1230和电铸元件1210从芯模1220提起的状态。聚合物薄片1230与芯模接触，使得电铸元件1210的头部1212至少部分嵌在聚合物薄片
1230中。头部1212由于较大的表面积而允许聚合物薄片1230抓持电铸元件1210，且头部
1212还可以充当锚定点。应该注意到，虽然头部1212体现为具有弯曲表面，但其它形状是可能的。另外，对于一些金属件和芯模来说，可以不需要覆盖电镀。将具有电铸元件1210的嵌入头部1212的聚合物薄片1230从芯模1220提起，以向上提拉头部1212，继而使金属件的电铸元件1210脱离芯模1220。电铸元件1212的底部仍然暴露在聚合物薄片1230外并从这些锚定点垂下，这允许该电铸元件随后根据需要经涂覆或电镀。
[0077] 聚合物薄片1230可以由例如EVA、TPO或PVB制成。聚合物薄片1230可以可选地被构成为经粘合剂层1234覆盖的衬底层1232。粘合剂层1234面对芯模以接合电铸元件1210。衬底层1232可以是例如聚乙烯、聚酯或聚酯薄膜(例如 )，且粘合剂层1234可以是例如EVA或TPO。如果聚合物薄片1230包括粘合剂，则芯模1220可以包括可选的脱模层1225，以允许聚合物薄片1230容易地从芯模1220剥离。脱模层1225可以是例如氟聚合物或其它低粘性材料。粘合剂层1234被制作成具有允许头部1212至少部分嵌在其中的厚度。
[0078] 在一些实施方案中，聚合物薄片1230主要用于从芯模移除电铸元件1212，诸如充当转移材料。聚合物薄片1230随后可以与电铸元件1212分离，得到如已在前述实施方案中所描述的独立金属件。使用聚合物薄片从导电芯模移除金属件可以使得加工有利于自动化，从而实现高处理量。聚合物薄片还可以在电铸金属件经历额外的制造步骤时为该制品提供支撑。例如，由于电铸元件1210的底表面在从芯模1220取出后仍然暴露，因此聚合物薄片1230可以在该底表面被例如电镀阻挡层或施加焊料或烧穿浆料时用于固持金属件。聚合物薄片1230还可以提供额外的机械支撑以保持栅格在处理期间的尺寸。
[0079] 在其它实施方案中，聚合物薄片可以成为金属件将被放置在其中的最终半导体装置中的组件。图13A-B示出了其中将聚合物层1315放置在半导体组件1370上以形成光伏电池1300的示例性实施方案。在这个实施方案中，聚合物层1315充当光伏电池1300的后表面的电导管。然而，针对图13A-B所描述的过程还可以用于充当前接触件或前后两者的聚合物层1315。聚合物层1315包括聚合物薄片1330和电铸元件1310，其类似于图12的聚合物薄片1230和电铸元件1210。半导体组件1370可以是例如具有多个层诸如活性区域、后接触件和TCO层的太阳能电池。在一些实施方案中，聚合物层1315可以具有施加至电铸元件1310的暴露表面的反应性金属层(未示出)，或该反应性金属层可以施加至正在接收电铸元件1310的半导体组件1370的表面。使用热和压力将聚合物层1315机械和电耦合至电池1370。如图13B中所示，施加的热和压力将栅格挤压至聚合物材料1330中。电铸元件1310在聚合物1330中建立机械锚定点，且提供电铸元件1310在聚合物层1315中的可靠稳定性。聚合物材料1330被选择为具有太阳能封装材料的必需特性，诸如透明度、耐用性、可湿性和抗腐蚀性，以及根据电池类型可能必要的其它约束。用于聚合物薄片1330的材料可以是例如EVA、TPO、PVB和离聚物。
[0080] 图14是使用与电铸金属件诸如栅格或网格结合的聚合物衬底的示例性流程图1400。在步骤1410中，使用具有预成形图案的导电芯模通过电铸工艺制造金属件。在步骤
1420中，使该金属件与聚合物薄片接触，其中金属件的一部分嵌在聚合物薄片内。在步骤
1430中，将聚合物薄片和电铸元件从芯模提起或剥离以分离聚合物层与芯模，其中聚合物层是聚合物薄片和部分包含在其中的电铸栅格的复合物。在可选的步骤1440中，可以在电铸元件的暴露部分上进行额外的电镀或其它处理。例如，如果在电铸工艺期间未涂覆镍层，则步骤1440可以包括在栅格的暴露部分上电镀镍或另一阻挡材料。步骤1440还可以包括清洗步骤，诸如用于去除氧化物以使栅格准备好用于焊接。
1420中，使该金属件与聚合物薄片接触，其中金属件的一部分嵌在聚合物薄片内。在步骤
1430中，将聚合物薄片和电铸元件从芯模提起或剥离以分离聚合物层与芯模，其中聚合物层是聚合物薄片和部分包含在其中的电铸栅格的复合物。在可选的步骤1440中，可以在电铸元件的暴露部分上进行额外的电镀或其它处理。例如，如果在电铸工艺期间未涂覆镍层，则步骤1440可以包括在栅格的暴露部分上电镀镍或另一阻挡材料。步骤1440还可以包括清洗步骤，诸如用于去除氧化物以使栅格准备好用于焊接。
[0081] 如果聚合物薄片主要用作转移材料，则可以在步骤1450中将聚合物薄片从金属件分离。金属件然后可以在步骤1460中加工成光伏电池或其它半导体装置，该步骤可以包括执行图7的步骤740至770。在其中聚合物薄片将要并入成品装置中的其它实施方案中，在步骤1470中，可以将附接机构施加至栅格或半导体装置上，如已经在图7的步骤740中所描述。然后，在步骤1480中，诸如通过使用热和压力粘合，使聚合物层耦合至半导体装置。此粘合过程导致聚合物材料封装电铸栅格，且另外电耦合栅格与太阳能电池间的任何焊料或烧穿浆料。该粘合过程可以包括使电池和聚合物层在真空、高温和压力下经受层压过程。在层压条件下，焊料回流并在电池与聚合物负载金属栅格之间形成电接触，而聚合物结合至电池表面并形成稳健的机械接触。然后可以在步骤1490中通过执行任何最终加工步骤，诸如施加抗反射层并与太阳能模块中的其它电池形成互连，完成光伏电池。流程图1400的过程适于正面和背面连接以及各种类型的太阳能电池，包括标准、非标准TCO涂层和背接触式(例如叉指型背接触件)电池。
[0082] 在又一个实施方案中，可以使用本文所公开的金属件作为半导体表面上的导电层的掩模，其中金属件因此与导电层上产生的图案自对准。图15A示出了半导体装置1510的部分的透视图，该半导体装置包括用于太阳能电池的多个层。半导体装置1510具有位于其上表面上的导电金属层1520。导电金属层1520(在行业中还可以被称作接触层)可以大体上覆盖半导体装置1510的整个表面。被导电金属层1520覆盖的表面可以是太阳能电池的光入射上表面。导电金属层1520可以是例如沉积至标准太阳能电池上的金属薄膜，该标准太阳能电池被加工至即将沉积ARC层或完成烧穿金属层。导电层1520可以另外为TCO层。在一个实施方案中，导电层1520可以是上面沉积有镍的钛薄层。导电金属层1520被选择为与半导体装置1510形成良好的欧姆接触，且对半导体装置1510和随后将被附接的金属栅格具有极佳粘性。导电金属层1520可以是例如钛、钨、铬、钼或其组合，且可以使用本领域中已知的任何方法(包括沉积方法诸如物理气相沉积或电镀)提供在半导体装置上。导电金属层1520的厚度在一些实施方案中可以只有必要的那样厚，用于提供可以维持所需的电和机械性质的均匀薄膜。
[0083] 在图15B中体现为栅格1530的金属件可以机械和电耦合至包括半导体装置1510和导电金属层1520的组合件。此耦合(未示出)可以是通过使用焊膏、导电粘合剂或传统焊料而粘合，使得金属栅格1530与导电金属层1520具有良好的电和机械接触。可以将焊料、焊膏或粘合剂施加至栅格1530上，诸如栅格1530的底表面上。此栅格1530被设计成具有高导电性，但是在电池上提供相对低数量的遮蔽。例如，栅格1530可以具有这样的线，其具有较高的高度以提供充分导电性，但具有较窄的宽度以使遮蔽最小化。
[0084] 附接至导电金属层1520的金属件可以用作掩模以使导电金属层1520图案化，使得太阳能电池面积的大部分可以被清除用来吸收光。例如，如所示出，掩蔽区域1540直接在栅格1530的下方形成，而暴露部分1545包括导电金属层1520的剩余部分，该剩余部分中不存在栅格1530。可以去除暴露部分1545，使得导电金属层1520图案化成栅格1530的形状。导电金属层1520可以通过例如使用湿式化学蚀刻工艺、干式蚀刻工艺诸如反应性离子蚀刻或通过物理蚀刻工艺(例如但不限于离子研磨)去除暴露部分1545而图案化。蚀刻工艺可以去除暴露区域1545的全部或一部分。
[0085] 图15C示出蚀刻后的组合件，这样使得在这个实施方案中只有掩蔽区域1540保留在半导体装置1510的表面上。掩蔽区域1540具有大体上类似于栅格1530的图案且与栅格1530一致。因此，金属栅格1530在湿式或反应性离子蚀刻的情况下提供耐化学掩模且在物理蚀刻的情况下提供机械掩模，从而允许独立金属件耦合和对准至半导体组合件。在图15D中，示出了另一个实施方案，其中半导体装置1510是标准电池，且其中栅格1530已经耦合至硅而非TCO。在蚀刻后，氮化物层1550已经沉积在之前被导电金属层1520的暴露部分占据的区域，以形成光伏电池的ARC层。虽然未示出，但金属栅格1530还可以经涂覆。
[0086] 图16说明使用金属件作为掩模的示例性流程图1600。在步骤1610中，在半导体材料的表面上提供导电金属层。在步骤1620中，将金属件电和机械耦合至导电金属层。该金属件可以如上所述以及如例如图2至图7中所示电铸在具有预成形图案的导电芯模中。被金属件覆盖的半导体材料的表面部分是掩蔽区域，而未覆盖部分是暴露区域。在步骤1630中，暴露区域通过例如已经针对图15B-15C所描述的各种蚀刻工艺之一被部分或完全去除。现在可以进一步处理具有与金属件自对准的图案化导电金属层的所得组合件，以制造成品半导体装置组合件诸如太阳能电池。通过使用栅格作为掩模，处理步骤的总数量与传统掩蔽技术相比大幅减少，在传统掩蔽技术中，必须进行独立的掩蔽和图案化处理以使接触层图案化。此外，由于掩模与制得的图案化导电线自对准，因此不需要使金属栅格与导电线对准。金属栅格与传统烧穿银触点相比还提供增加的稳健度。
[0087] 因此，可以看出，使用本文所描述的电铸金属件允许制备多种不同的光伏电池和太阳能电池模块。可以在制造顺序内的不同点处插入电铸金属件。另外，可以具体地设计金属件以有效地制作具有额外的益处和性质组合的电池和模块，这些益处和性质的组合目前并非轻易可以获得。例如，由于金属件可以是横跨电池的基本上整个表面的单一件，因此产生改善的耐用性。具体地说，如果太阳能电池诸如在处理或模块生产期间产生裂缝，则金属件允许破裂的电池由于金属件的类栅格性质而保持完整并使电池的功能损失最小。另外，金属件横跨电池表面减少了焊料点失效的影响。此外，由于可以制作具有始终一致和可预测的厚度的电铸金属件，因此电流在电池中均匀传输。这种均匀的电流分配显著减少电池表面上热斑的产生，而这正是目前导致太阳能电池劣化和损坏的主要原因。
[0088] 在一些实施方案中，通过将特定设计特征包括在金属件中，可以制备如图19至图21中所示例的柔性模块。这类模块可以折叠成紧凑形式且易于携带(诸如放在背包中)，稍后可以诸如在更远的位置展开并使用。在其它实施方案中，柔性模块可以折叠以用于储存，诸如在屋顶或遮蓬安装中。
[0089] 例如，图19示出了可沿平行线折叠的模块1900。在这个实施方案中，模块1900包括三十二个独立电池1910，每个电池包括附接至半导体衬底的金属件1920。电池1910被放置在背衬底1930上，该背衬底可以由用于光伏模块的已知背衬材料制成且可以是刚性或柔性。通过诸如折叠或刻痕来分割背衬底1930，形成折线1941、1942和1943。电池1910以串联方式电连接，按照蛇形顺序从第一电池1910a至第四电池1910b，至第五电池1910c，至第八电池1910d，并依此类推至最后的电池1910e。电池1910之间的电连接可以使用如上所述的金属件的特征来实现，诸如通过使用图6F-6G的互连元件660和680。
[0090] 为了图19中的横跨折线1941、1942和1943的电池之间的互连，提供了可折叠互连件1950。例如，从电池1910d至下一组电池的连接跨过折线1941。因此，用于1910d的金属件被设计成具有可折叠互连件1950，而电池1910b与1910c之间的互连不跨过折线，所以它们之间不具有可折叠互连件。可折叠互连件1950可以是固体材料件诸如铜片或铜带，其具有足以允许其被轻易折叠而不破裂或断裂的厚度。因此，可折叠互连件1950充当活动铰链。在一些实施方案中，可折叠互连件1950可以包括提供额外柔性的开口1960。可折叠互连件1950可以是例如非折叠电池之间的互连件的细长变式。在一些实施方案中，可折叠互连件
1950可以是作为金属件的部分电铸的整合组件。在其它实施方案中，可折叠互连件1950可以是通过诸如电铸或冲压与金属件分开形成的元件，且随后接合至所需电池的金属件。通过如图所示在衬底1930上布置电池1910和可折叠互连件1950并使互连件1950跨越折线
1941、1942和1943，所得到的模块1900可以折叠。在图19的实施方案中，如弯曲箭头所指示，折线1941和1943可折叠成山折，而折线1942可折叠成谷折。因此，折叠模块1900使得面板A、B、C和D堆叠在彼此之上。
1950可以是作为金属件的部分电铸的整合组件。在其它实施方案中，可折叠互连件1950可以是通过诸如电铸或冲压与金属件分开形成的元件，且随后接合至所需电池的金属件。通过如图所示在衬底1930上布置电池1910和可折叠互连件1950并使互连件1950跨越折线
1941、1942和1943，所得到的模块1900可以折叠。在图19的实施方案中，如弯曲箭头所指示，折线1941和1943可折叠成山折，而折线1942可折叠成谷折。因此，折叠模块1900使得面板A、B、C和D堆叠在彼此之上。
[0091] 图20示出了类似于图19但具有更多电池的柔性模块2000的另一个实施方案。模块2000在面板A、B、C和D之间具有折线2041、2042和2043，可折叠互连件2050横跨折线2041、
2042和2043。模块2000可以类似于模块1900手风琴式折叠，诸如利用在山折与谷折之间交替的折线2041、2042和2043。图20中还示出了孔2070，其允许拉绳诸如缆线或引导线将模块收缩成折叠构造。在这个实施方案中，孔2070位于模块2000的边缘和接近折线2041、2042和
2043处，以在折叠点处施加张力。孔2070可以包括加固件诸如孔眼或孔环，以增加耐用性。
如连同折叠模块2000一起描述的缆线安装系统可以用于例如遮蓬式光伏模块的打开和储存。
2042和2043。模块2000可以类似于模块1900手风琴式折叠，诸如利用在山折与谷折之间交替的折线2041、2042和2043。图20中还示出了孔2070，其允许拉绳诸如缆线或引导线将模块收缩成折叠构造。在这个实施方案中，孔2070位于模块2000的边缘和接近折线2041、2042和
2043处，以在折叠点处施加张力。孔2070可以包括加固件诸如孔眼或孔环，以增加耐用性。
如连同折叠模块2000一起描述的缆线安装系统可以用于例如遮蓬式光伏模块的打开和储存。
[0092] 虽然图19和图20中的可折叠互连件被示出为近似矩形，但是其它形状是可能的。另外，虽然图19和图20中的可折叠互连件被示出为沿电池的边缘居中并涵盖边缘长度的约大部分，但在其它实施方案中，可折叠互连件可以沿电池边缘的仅一部分延伸，或可以沿边缘偏离中心(诸如在角落处)。可折叠互连件的具体构造可以被设计成适应特定模块的折叠几何形状。
[0093] 图21示出了具有双向折叠能力的柔性模块2100的另一个实施方案。在这个实施方案中，除了垂直折线2141、2142和2143以外，模块2100具有水平折线2145，其延伸穿过大约模块2100的中线。因此，可折叠互连件2151被用在横跨折线2145的相邻电池之间。模块2100因此可以类似于公路图在两个方向上折叠至紧凑尺寸。例如，如弯曲箭头所指示，模块2100可以沿折线2145对折，然后沿折线2141、2142和2143手风琴式折叠。
[0094] 图22说明形成利用由附接至电池的金属件提供的机械支撑的柔性模块的一种可替代方法。例如，太阳能电池2200的半导体衬底2210可以在附接金属件2220的同时沿虚线2240被刻痕或另外切割成分离件。只要金属件2220的栅格保持完整，半导体衬底2210的分离块就仍将附接至电池2200，且因此电池2200能够沿切割线2240弯曲或屈曲。额外的刻痕和切割线形成将提供额外的柔性程度。例如，半导体衬底在一些实施方案中可以折成2至36个部分。依此方式，附接有如本文所述的金属件的个别电池可以呈柔性，从而允许其作为模块的部分沿弯曲或不平整表面贴合，特别是在与如图19至图21中所示的可折叠互连件组合时。本领域的一般技术人员在考虑到本文所提供的详细描述时将明白其它额外的益处和性质。
[0095] 虽然已主要关于光伏应用描述本文中的实施方案，但是方法及装置还可以应用于其它半导体应用，诸如重新分配层(RDL)或柔性电路。此外，流程图步骤可以按可替代顺序执行，且可以包括未示出的额外步骤。
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