集中器型光电（CPV）模块、接收器和子接收器及其形成方法与流程

优先权申请文件的引用

本申请要求2009年2月9日提交的美国临时申请No.61/151,073,2009年2月9日提交的61/151,083和2009年4月3日提交的61/166,513的优先权，在此将这些申请的公开内容通过参考的方式并入。

技术领域

本发明涉及集成电路设备及其形成方法，更特别地，本发明涉及光电设备及其形成方法。

背景技术：

集中型光电(CPV)系统将太阳光集中到光电表面上，用于电力的产生。CPV系统通常安装在太阳能追踪器上，以随着太阳移过天空而将光的焦点保持在光电表面上。CPV系统的早期实例使用丙烯酸菲涅耳透镜来将光聚焦在水冷式硅太阳能电池，并使用双轴太阳能追踪。CPV系统的其他实例使用混合式硅树脂-玻璃菲涅耳透镜，并且使用无源散热片用于太阳能电池冷却。

半导体属性允许太阳能电池在集中型光系统中更高效地工作，只要利用适当的散热片保持电池结点温度足够冷即可。CPV系统在直射太阳光下最有效地工作，因为多云条件导致的散射光一般不能高效地集中。

CPV系统提供了优于传统的平板式太阳能电池的优点，因为CPV太阳能集中器一般比等量面积的太阳能电池较为低价。CPV系统硬件(太阳能集中器和追踪器)的目标定价适当地低于$3/Watt，而硅平板的通常售价为$3-$5/Watt。

低集中度CPV系统一般具有2-100个太阳的太阳能集中水平。出于经济的原因，一般使用传统的或改型的硅太阳能电池，并且在这些集中度下，热通量足够低，以致电池一般不需要被主动地冷却。光学定律表明，具有低集中度的太阳能集中器可以具有高接受角。因此，低集中度CPV系统一般不需要主动太阳追踪。一般具有100至300个太阳的太阳能集中水平的中集中度CPV系统需要太阳追踪和冷却。高集中光电(HCPV)系统使用由将太阳光集中到300个太阳或更多的强度的碟形反射器或菲涅耳透镜构成的集中光学器件。这些HCPV系统中的太阳能电池一般需要高容量的散热片以防止热破坏并管理温度相关的性能损失。多结太阳能电池当前比硅太阳能电池受欢迎，因为其一般更为高效。尽管多结太阳能电池的成本会是与之相当的硅电池的100倍，但电池成本一般仅仅是整个CPV系统的成本的一个小的因素，这意味着系统经济情况通常偏向于多结电池的使用。

技术实现要素：

根据本发明的一些实施例的形成集中器型光电(CPV)接收器的方法包括在基底上形成太阳能电池和自对中透镜支撑件。该自对中透镜支撑件优选形成为在其中具有开口，该开口将太阳能电池的光接收表面露出。在自对中透镜支撑件上还与太阳能电池的光接收表面相对地形成有球面透镜。根据本发明的这些实施例中的一些，球面透镜被密封于自对中透镜支撑件中的开口。优选地，密封为气密密封。密封操作可以包括在从大约150℃至大约350℃的范围内的温度下对球面透镜和自对中透镜支撑件进行退火。透镜和透镜支撑件的该退火可以在化学惰性环境中执行。化学惰性环境的示例包括可以没有氧气的氮气和/或氩气环境。

根据本发明的另外实施例，在形成自对中透镜支撑件的步骤之前是在太阳能电池的光接收表面上形成一对电气互连结构的步骤。形成自对中透镜支撑件的步骤然后可以包括将自对中透镜支撑件沉积到所述一对电气互连结构上。该自对中透镜支撑件可以是环形的。根据本发明的进一步实施例，在自对中透镜支撑件上形成球面透镜的步骤之前可以是在基底上形成围绕自对中透镜支撑件的环形密封结构。环形密封结构的直径可以大于自对中透镜支撑件的直径。该环形密封结构一般相对于自对中透镜支撑件同心地布置。基于本发明的这些实施例，集中器型光电(CPV)接收器可以包括位于基底上的太阳能电池和其中具有开口的自对中环形透镜支撑件，所述开口使太阳能电池的光接收表面露出。设置在自对中透镜支撑件上的透镜与光接收表面相对地延伸。

根据本发明的另外实施例的集中器型光电(CPV)模块可以包括背板，该背板上具有一系列的1mm²或更小的太阳能电池。这些电池可以具有小于大约20μm的厚度。在背板上还设有底板互连网络。该底板互连网络操作成将所述一系列的太阳能电池电连接在一起。还设有与背板隔开的前板。该前板包括位于其上的面对所述一系列太阳能电池的一系列主透镜。特别地，前板构造成将大于1000倍的透镜到电池光集中度提供给所述一系列太阳能电池。为了实现该1000倍的透镜到电池光集中度，主透镜能够构造为具有小于大约4mm的透镜凹陷的平凸透镜。特别地，透镜能够构造成具有由下面的关系式限定的透镜凹陷：

凹陷＝f(n-1)-((f(n-1))²-(1/2d)²)^1/2

其中，f是透镜的焦距，n是透镜的折射率，并且d是透镜的直径。

根据本发明的又一些实施例，可以设置一系列的副光学元件，这些副光学元件在所述一系列主透镜和所述一系列太阳能电池之间延伸。副光学元件中的每一个都安装成靠近相应的太阳能电池的光接收表面。特别地，副光学元件中的每一个均可构造成具有与相应的太阳能电池的光接收表面的中心基本对准的质心。这些副光学元件可以是具有小于大约5mm的直径的球面透镜。根据本发明的另外实施例，相对于所述一系列太阳能电池的副光学元件的尺寸、形状、构成以及位置组合起来足以，相对于没有一系列副光学元件的其他等同模块，增加CPV模块的接受角。

本发明的另外实施例包括集中器型光电(CPV)模块。这些模块包括前板和背板，前板具有位于其上的一系列主透镜，背板具有位于其上的面对所述一系列主透镜的一系列太阳能电池。还设有一系列副光学元件，这些副光学元件在所述一系列主透镜和所述一系列太阳能电池之间延伸。还设有底板。将所述一系列太阳能电池电连接在一起的该底板在背板和所述一系列太阳能电池之间延伸。根据本发明的一些实施例，底板包括分别与所述一系列太阳能电池的第一端子和第二端子电连接的第一互连网络和第二互连网络。还设有多个过电压保护二极管。这些二极管具有与第一互连网络电连接的阴极端子和与第二互连网络电连接的阳极端子。

前板具有位于其上的第一光接收表面。多个主透镜中的每一个均构造成将在前板的第一表面处接收的光集中到一系列副光学元件中相应的光学元件上。另外，多个副光学元件中的每一个均可进一步构造成将从所述一系列主透镜接收的光集中到所述一系列太阳能电池中相应的太阳能电池的光接收表面上。框架也可以安装到背板上。该框架构造成支撑与所述一系列太阳能电池相对的前板。根据本发明的另外实施例，前板和所述一系列主透镜可以构造为光学透明材料的邻接件(contiguous piece)或复合物。例如，所述一系列主透镜可以层压或模制到前板的内表面上。主透镜可以是平凸透镜。

根据本发明的又一些实施例，底板互连网络包括至少一个金属层。例如，底板互连网络可以包括铜层，其具有在从大约10μm至大约50μm的范围内的厚度。另外，底板互连网络可以包括位于背板的主表面上的第一局部释放金属层。该第一局部释放金属层可以构造成用作所述一系列太阳能电池的散热片。在与背板的主表面相对地延伸的背板副表面上还可以设置第二局部释放金属层。该第二局部释放金属层可以用作用于背板的散热片。根据本发明的又一些实施例，所述多个副光学元件中的每一个均可具有面对所述多个主透镜中相应的一个的凸面和面对所述一系列太阳能电池中的下方太阳能电池的凸面。

根据本发明的又一些实施例的形成集中器型光电(CPV)模块的方法包括形成其上具有一系列主透镜的前板和其上具有面对所述一系列主透镜的一系列太阳能电池的背板。还形成有一系列副光学元件，其形成为在所述一系列主透镜和所述一系列太阳能电池之间延伸。形成有在背板和所述一系列太阳能电池之间延伸的底板互连网络，其将所述一系列太阳能电池电连接在一起。

根据本发明的这些实施例中的一些，形成底板互连网络的步骤包括在背板的主表面上沉积金属层以及然后将该金属层图案化到第一底板和第二底板中，第一底板与太阳能电池的第一端子电连接，第二底板与太阳能电池的第二端子电连接。在本发明的这些实施例中的一些中，在主表面上沉积金属层的步骤之前可以是在主表面上形成电绝缘释放层。使金属层图案化的步骤之后还可以是选择性地去除电绝缘释放层的在第一底板与背板的主表面之间延伸的部分的步骤。

根据本发明的另外实施例的光电设备包括第一材料的第一基底，该第一基底中具有至少第一导电通孔，该第一导电通孔在第一基底的第一和第二相对表面之间延伸。在第一基底上设有不同于第一材料的第二材料的第二基底。第二基底包括太阳能电池，该太阳能电池具有位于其上的光接收表面、以及第一端子和第二端子，第一端子和第二端子与太阳能电池中的第一区域和第二区域电连接。在光接收表面上设有第一导电膜。第一导电膜从太阳能电池的第一端子延伸到第一导电通孔，并且延伸到第一基底的第一表面上。该太阳能电池可以是化合物半导体太阳能电池，并且太阳能电池中的第一区域和第二区域可以是具有相反导电类型的半导体区域。第二导电通孔也可以在第一基底的第一和第二相对表面之间延伸，并且可以设置从太阳能电池的第二端子延伸到第二导电通孔的第二导电膜。

根据本发明的另一个实施例的光电设备包括第一材料的第一基底，该第一基底具有位于其上的至少第一导电结构，该第一导电结构在第一基底的第一和第二相对表面之间延伸。在第一基底上设有不同于第一材料的第二材料的第二基底。第二基底包括太阳能电池，该太阳能电池具有位于其上的光接收表面、以及第一端子和第二端子，第一端子和第二端子与太阳能电池中的第一区域和第二区域电连接。在光接收表面上设有第一导电膜。第一导电膜从太阳能电池的第一端子延伸到第一导电结构。

附图说明

图1a-1c是示出了根据本发明的实施例的集中型光电(CPV)子接收器和接收器的截面视图。

图2是根据本发明的实施例的CPV子接收器的截面视图。

图3a-3c是根据本发明的实施例的CPV子接收器的截面视图。

图4是根据本发明的实施例的其上具有副透镜元件的CPV子接收器的截面视图。

图5a是根据本发明的实施例的安装于下方的底板互连网络的CPV子接收器的截面视图。

图5b是根据本发明的实施例的具有副球透镜的CPV接收器的截面视图。

图6是根据本发明的实施例的CPV模块的一部分的截面视图。

图7是根据本发明的实施例的安装在下方的底板互连网络上的CPV子接收器的二维阵列的平面图。

图8是根据本发明的实施例的其中具有主透镜元件和副透镜元件的CPV模块的一般化截面视图。

图9a-9b示出了根据本发明的实施例的形成具有自释放散热元件的底板互连网络的方法。

图10a-10c是示出了根据本发明的实施例的CPV接收器的截面视图。

图11a-11c是示出了根据本发明的实施例的CPV底板组装过程的流程图。

具体实施方式

现在将参照附图更全面地描述本发明，在附图中示出了本发明的优选实施例。然而，本发明可以以多种不同的形式来体现，并且不应理解为限于此处所阐释的实施例；相反，提供这些实施例是为了使本公开透彻和完整，并将向本领域普通技术人员全面地传达本发明的范围。通篇中相似的附图标记表示相似的元件。

应当理解，当将元件或层称为“在另一元件或层上”、“连接于”或“联接于”另一元件或层(及其变型)，其可以直接位于所述另一个元件或层上、连接于或联接于所述另一个元件或层连接，或者，可以存在中间元件或层。相反，当将元件称为“直接在另一元件或层上”、“直接连接于”或“直接联接于”另一元件或层(及其变型)，则不存在中间元件或层。通篇中相似的附图标记表示相似的元件。如此处所使用的，术语“和/或”包括相关所列项中的一个或多个的任何和全部组合，并且可以简写为“/”。

应当理解，尽管术语“第一”、“第二”、“第三”等可以在此处用来描述多种元件、部件、区域、层和/或部段，但这些元件、部件、区域、层和/或部段不应被这些术语限制。这些术语仅仅用来将一个元件、部件、区域、层和/或部段与另一个区域、层或部段区分开。因此，下面讨论的第一元件、部件、区域、层或部段也可以称作第二元件、部件、区域、层或部段而不偏离本发明的教导。

诸如“下面”、“下方”、“下”、“上”、“上方”等空间相对术语可以在此处使用，以便于描述如图所示的一个元件或特征与另一个(多个)元件或特征的关系。应当理解，除了图中描绘的方位之外，空间相对术语还意在包括在使用或操作中设备的不同方位。例如，如果图中的设备被翻转，则描述为在其他元件或特征“下方”或“下面”的元件将被定位在所述其他元件或特征的“上方”。因此，术语“下方”能够包括上方和下方两种方位。设备可以以另外的方式定位(旋转90度或定位在其他方位)，并且此处使用的空间相对描述词汇被相应地理解。

此处所用的术语用于仅仅描述特定实施例的目的，并不意在限制本发明。如此处使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”意在同样包括复数形式，除非文中清楚地另有说明。应当进一步理解，术语“包括”、“包含”、“具有”及其变型当在本说明书中使用时用来指定所声明的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或多个其他特征、步骤、操作、元件、部件和/或其组群的存在或添加。相反，术语“由……构成”当在本说明书中使用时用来指定所声明的特征、步骤、操作、元件和/或部件，并且排除了另外的特征、步骤、操作、元件和/或部件。

此处参照截面图和立体图来描述本发明的实施例，这些图是本发明的理想化的实施例(和中间结构)的示意图。因此，例如由于制造技术和/或公差导致的与图中的形状的不同是可以预见的。因此，本发明的实施例不应理解为限于此处所示区域的特定形状，而是包括例如由制造导致的形状偏差。例如，由于制造技术/公差，尖角可以稍微圆化处理。

除非另有限定，否则此处所用的所有术语(包括技术和科学术语)都具有与如本发明所属领域的普通技术人员所普遍理解的含义相同的含义。应当进一步理解，诸如在常用的词典中定义的术语应当理解为具有与其在相关领域的背景中的含义相一致的含义，并且不应在理想化或过于形式的意义上来理解，除非此处明确地进行了这样的限定。

图1a-1b示出了根据本发明的实施例的光电设备10。该光电设备10包括第一材料的第一基底12，第一基底12具有在其中延伸的第一导电通孔14a。该第一导电通孔14a在第一基底12的第一和第二相对表面12a、12b之间延伸。第一和第二相对表面12a、12b可以分别是顶表面和底表面。在第一基底12上形成有不同于第一材料的第二材料的第二基底20。第一基底12和第二基底20优选包括具有基本匹配的热膨胀系数(TCE)的材料。可以用于第一基底12的典型材料包括但不限于氧化铝、氮化铝、硅和氧化铍。

第二基底20包括太阳能电池，该太阳能电池具有位于其上的光接收表面20a、以及第一和第二导电端子22a、22b。这些第一和第二端子22a、22b分别电连接于太阳能电池中的第一和第二区域23a、23b。第一导电膜24a设置在光接收表面20a上。第一导电膜24a延伸到第一基底12的第一表面12a上，并且将太阳能电池的第一端子22a电连接于第一导电通孔14a。与第一端子22a的该电接触可以设置在图案化的电绝缘层25a中的开口内，电绝缘层25a可以进一步用作抗反射涂层。太阳能电池可以是其中含有化合物半导体层的多结太阳能电池，并且第一和第二区域23a、23b可以是具有相反导电类型(例如，N型、P型)的半导体区域。第二导电通孔14b也可以在第一基底12的第一和第二相对表面12a、12b之间延伸，并且第二导电膜24b可以设置成从太阳能电池的第二端子22b延伸到第二导电通孔14b。第二端子22b与第二导电膜24b之间的电接触可以设置在图案化的电绝缘层25b中的开口内。还设有与第一基底12的第二表面12b相邻的第一和第二输出焊盘26a、26b。如所示的，第一和第二输出焊盘26a、26b分别与第一和第二导电通孔14a、14b电连接。这些第一和第二输出焊盘26a、26b提供了用于将第二基底20内的太阳能电池的端子(例如，阳极端子和阴极端子)电连接于下方的接收器板(例如，底板)的方式。

这些第一和第二输出焊盘26a、26b使得光电设备10能够用作可以电连接于下方的接收器基底的集中型光电(CPV)子接收器。CPV子接收器的该构造实现了更高的CPV接收器性能、更高的精度、增加的可靠性、加强的扩展性和降低的成本，等等。另外，图1a-1b的光电设备10允许高精度、高生产能力制造工艺的使用，包括光刻、丝网印刷、激光钻孔和自对正表面贴装，以制造适用于小太阳能电池(<1mm)的接收器，包括使用薄太阳能电池的CPV系统。这些电池可以具有小于20μm、或者可能地小于12μm，或者甚至小于8μm的厚度。这些实施例还实现了有利地使用转移印刷太阳能电池、如从生长基底物理释放并利用压印机恢复和印刷的太阳能电池的CPV系统。转移印刷太阳能电池的示例在Nuzzo等人的名为“用于制造和组装可印刷半导体元件的方法和设备”的美国专利No.7,622,367中进行了描述，在此通过参考的方式将该专利的公开内容并入。

如下面更全面描述的，本发明的实施例提供可以以成本高效的方式制造和组装到模块中并且可以容易地扩容到高容量生产的用于CPV应用的子接收器；提供适用于小太阳能电池(<1mm)和/或薄太阳能电池(<20μm)的用于CPV的子接收器；提供可以以良好的位置精度组装的用于CPV的子接收器；以及提供包括用于来自太阳能电池的电能的转移而不损坏太阳能电池的装置的用于CPV的子接收器。因此，这里描述的本发明的实施例提供无需结合线、带、线缆或引线的用于CPV的子接收器。相反，这些实施例提供包括用于通过薄膜和厚膜、导电通孔和/或侧方定位的竖直互连结构转移电能的用于CPV的子接收器。本发明的这些实施例还提供可以在上架、分类和最后组装之前以并行的方式快速测试的用于CPV的子接收器。

因此，如图1c所示，图1a的光电设备10可以与其上具有图案化的第一和第二导电图案36a、36b(例如，厚膜互连结构)的下方接收器基底38电结合和机械结合。如所示的，电绝缘钝化层34设置在第一和第二导电图案36a、36b上。该钝化层34被图案化，以在其中限定出使导电图案36a、36b露出的开口。第一和第二导电焊料焊盘32a、32b利用诸如电镀的传统技术设置在导电图案36a、36b上。这些焊料焊盘32a、32b可以分别与第一和第二输出焊盘26a、26b电结合和机械结合，从而限定出安装的子接收器。该安装的子接收器可以是用作相对高电流光电设备/模块的任一系列互连子接收器中的一个，如下文中更全面地描述的。

图2示出了根据本发明另一实施例的光电设备10a。可以用作CPV系统内的子接收器的该光电设备10与图1a-1b的设备10类似。然而，如图2所示，设备10a采用位于第一基底12的外侧壁表面上的第一和第二导电结构15a、15b。如所示的，这些导电结构15a、15b以缠绕的方式在第一基底12的第一和第二相对表面12a、12b之间延伸。这些结构15a、15b替代图1a-1b所示的导电通孔14a、14b。

图3a-3c示出了根据本发明又一些实施例的光电设备10b-10d。图3a的光电设备10b与图1a-1b的设备10类似。然而，图1a的导电通孔14a、14b被具有倾斜侧壁的通孔14a’、14b’替代。导电通孔14a’、14b’的倾斜侧壁可以产生支持第一和第二导电膜24a、24b与第一和第二输出焊盘26a、26b之间的竖直电流的高可靠性电气互连结构。图3b的光电设备10c与图3a的光电设备10b类似。然而，导电通孔14a、14b被省略。替代地，具有倾斜侧壁的贯通基底沟槽27a、27b形成在第一基底12中，并且然后衬有在相应的第一和第二端子22a、22b与第一和第二输出焊盘26a、26b之间直接延伸的第一和第二导电层24a’、24b’。图3c的光电设备10d与图2的光电设备10a类似。然而，图2的导电结构15a、15b被在第一基底12的相对侧壁上直接延伸的第一和第二导电层24a”、24b”替代。此外，第一和第二输出焊盘26a’、26b’直接设置在第一基底12的第二表面12b上以及第一和第二导电层24a”、24b”的外侧边缘上，如图所示。

图1a-1c、图2以及图3a-3c的光电设备可以与将光聚焦到第二基底20内的太阳能电池的露出的光接收表面20a上的光学元件一起使用。例如，图4示出了其中具有聚光光学元件42的光接收子接收器40，聚光光学元件42与第一基底12相对地由透镜支撑设备44支撑。该支撑设备44可以是提供与光学元件42的气密密封的环形支撑件，如下文中关于图10a-10c更为全面描述的。

图5a-5b示出了另外的光接收子接收器50a、50b，其使用球透镜52(例如，玻璃透镜)来代替图4的聚光光学元件42。在图5a的子接收器构造50a中，环形透镜支撑件54设置在导电膜24a、24b与球透镜52之间。“自对中”透镜支撑件54定位成将球面球透镜52的中心与下方的太阳能电池基底20的中心对准。该太阳能电池基底20设置在光电设备10内，光电设备10与下方的接收器基底38电结合和机械结合，接收器基底38可以用作将在下文中更全面描述的单块底板。相比之下，图5b的子接收器构造50b使用直接安装在下方的接收器基底38’上的环形透镜支撑件54，接收器基底38’具有位于其上的第一和第二导电图案36a’、36b’(例如，厚膜金属化层)。

如将关于图6-9所描述的，本发明的实施例可以用来制造实现能量损失和布线成本的显著减少并提供较高电压输出的大阵列的微型太阳能电池。另外，如此处所描述的，微型太阳能电池与单块底板设计的组合实现了用于CPV模块的经济制造的表面安装设备。本发明的实施例还实现了具有高可靠性和延长的寿命的CPV模块的设计。特别地，本发明的实施例非常适于使用具有小于20微米、以及甚至小于12微米的基底厚度的超薄太阳能电池(例如，多结电池)的CPV系统的制造。本发明的实施例还使用转移印刷太阳能电池基底，如在上述Nuzzo等人的’367专利中所公开的那些。特别地，本发明的实施例能够在集中器型光电(CPV)模块中使用，这种CPV模块能够利用大规模并行组装和互连过程通过数量减少的组装步骤来制造。这些实施例能够满足提供相对于现有技术CPV模块具有增加的可靠性、功能性、效率和重量优势的CPV模块的目的。另外，诸如图1-5所示的子接收器的无导线CPV子接收器的使用能够提供优于现有技术的子接收器的显著优势。这些优势包括：由于来自集中的太阳光所照射的子接收器表面的热的高效散发而带来的改进的接收器性能；具有较低的I²R损失的电力的更高效转移；以及太阳能电池输出特性的精确匹配，这允许了用于大面积阵列应用的高效互连。

图6示出了根据本发明另一实施例的集中器型光电(CPV)模块65。该模块示出为包括背板，该背板具有位于其上的、操作成将一系列太阳能电池电连接在一起的底板互连网络。根据本发明的一些实施例，下方的接收器基底38’可以用作背板的部件。如图5a-5b以及图6所示，光接收子接收器50b设置在接收器基底38’上的隔开位置处。这些光接收子接收器50b可以被电气互连，以提供1mm²(或更小)的太阳能电池基底20的二维阵列，该阵列具有小于大约20μm的厚度。

底板互连网络36a’、36b’设置在接收器基底38’上。由外部框架64支撑的前板60与背板以间隔开的关系设置。具有位于外部面板62a上的外表面60a的该前板60示出为包括位于其上的一系列主透镜62b，主透镜62b位于CPV模块65以内并面对所述一系列太阳能电池基底20。外部面板62a和所述一系列主透镜62b可以构造成材料(例如，玻璃)的邻接件或单件，或者构造成光学透明材料的层压合成物。根据本发明的一些实施例，前板60可以构造成向所述一系列太阳能电池基底20提供大于1000倍的透镜到电池光集中度。为了实现该1000倍的透镜到电池光集中度，主透镜62b能够构造为具有小于大约4mm的透镜凹陷的平凸透镜。特别地，透镜能够构造成具有由下面的关系式限定的透镜凹陷：

凹陷＝f(n-1)-((f(n-1))²-(1/2d)²)^1/2

其中，“f”是透镜的焦距，“n”是透镜材料的折射率，并且“d”是透镜的直径。作为示例，当透镜具有小于大约28mm的直径时，由标准的BK 7光学玻璃(n～1.51)制成并且具有100mm的透镜焦距的一系列主透镜62b能够产生小于2mm的透镜凹陷。因此，为了实现具有至少1000倍的集中度的CPV模块，太阳能电池基底20应当具有小于1mm²的光接收面积。

图7是根据本发明的实施例的背板70的平面图。该背板70示出为包括具有位于其上的CPV子接收器50a的二维阵列的接收器基底38。这些子接收器50a与构成底板互连网络的第一和第二大面积电气互连结构36a、36b电连接。这些电气互连结构可以形成为具有在从大约10μm到大约50μm的范围内的厚度的铜层。还设有过电压保护二极管72。二极管72的阳极和阴极端子连接于电气互连结构36a、36b，如图所示。这些二极管72操作为限制出现在生成极少电流(或不生成电流)的太阳能电池基底20处的任何反电压的最大幅值。为了提供1000倍的集中度的CPV模块，太阳能电池基底20的数量一般在每平方米的模块孔1000到4000个的范围内(对于具有0.5mm至1mm范围内的宽度的太阳能电池)。由于太阳能电池基底20产生的输出电压一般与基底尺寸无关，所以当大阵列的基底20通过电气互连结构36a、36b的适当图案化连接成串联的列时，能够实现较高的模块输出电压。另外，如下文中关于图9a-9b更全面描述的，除了低电阻电气互连功能之外，大面积的电气互连结构36a、36b还可以操作为执行散热片功能。

图8是根据本发明的另外实施例的CPV模块的一般化截面视图。该一般化视图示出了在前板60的外表面60a处接收的光的并联路径如何通过位于前板60的内部的主透镜62b被重新引导到聚光路径75a-75c中。这些聚光路径75a-75c经过相应的副光学元件52’，副光学元件52’可以构造为球面球透镜(或折射透镜)。这些副光学元件52’中的每一个都安装成靠近子接收器50a内相应的太阳能电池的光接收表面。尽管不希望受任何理论的限制，但期望的是，当主透镜和副透镜元件涂覆有抗反射涂层并且具有大于±1度的光接受角时，由主透镜和副透镜提供的两阶式光集中器的使用能够产生高于80％的光传输效率。

这些子接收器50a可以在下方的接收器基底38上电连接在一起，如图7所示。根据本发明的一些实施例，副光学元件52’中的每一个均可以构造成具有与相应的太阳能电池基底20的接收表面的中心基本对准的质心。这些副光学元件52’可以是具有小于大约5mm的直径的球面透镜。特别地，相对于下方的一系列太阳能电池基底20的副光学元件52’的尺寸、形状、构成以及位置组合起来足以相对于没有一系列副光学元件52’的其他等同模块增加CPV模块的接受角。

图9a-9b是接收器基底38’的截面视图，其有利地增强了第一和第二导电图案36a’、36b’(例如，厚膜和薄膜金属化层)中的至少一些的散热能力。如图9a所示，电绝缘释放层39a可以形成在第一和第二导电图案36a’、36b’的一些部分与下方的基底38’之间。此外，电绝缘释放层39b可以连同导电图案37(例如，厚膜金属化层)设置在接收器基底38’的底表面上，其中导电图案37覆盖释放层39b的一些部分。

为了提高CPV模块内向环境的传热效率(通过辐射和对流)，第一和第二导电图案36a’、36b’以及图案37的一些部分可以部分地从下方的基底38’释放。例如，如图9b所示，释放层39a、39b可以被图案化，然后被去除(例如，通过蚀刻)，从而选择性地从基底38’释放金属图案36a’、36b’和37的一些部分。尽管不希望受到任何理论的限制，但是金属图案36a’、36b’和37可以沉积成具有其内的内部应力。这些应力能够被适当地改动，以在释放层39a、39b被去除时提供图案的一些部分(例如，散热“翅片”)的受控的剥离。图案的这些部分在图9b中用附图标记36a”、36b”和37’着重表示。

图10a-10c示出了根据本发明另外实施例的形成集中器型光电(CPV)接收器的方法。特别地，图10a示出了光电设备10e，其具有定位在下方的接收器基底38’上的太阳能电池基底20。第一和第二导电图案36a’和36b’也设置在接收器基底38’上和太阳能电池基底的端子(例如，阳极端子和阴极端子)上，如前面所描述的。第一和第二自对中透镜支撑件54和55设置在第一和第二导电图案36a和36b’上。这些第一和第二自对中透镜支撑件54和55可以被图案化为相对于彼此同心布置的环形支撑/密封结构，并且具有露出太阳能电池基底20的光接收表面的开口。

如图10b所示，球面透镜52形成在自对中透镜支撑件54、55上，从而限定出子接收器50b’。在本发明的这些实施例中的一些中，球面透镜52可以被密封于自对中透镜支撑件54、55中的开口。优选地，所设置的密封是气密密封。密封操作可以包括在从大约150℃至大约350℃的范围内的温度下对球面透镜52和自对中透镜支撑件54、55进行退火。透镜52和透镜支撑件54、55的该退火可以在化学惰性环境中执行。化学惰性环境的示例包括可以没有氧气的氮气和/或氩气环境。

图10c示出了具有安装在自对中透镜支撑件54上的球面透镜52的子接收器50b。如附图标记L1和L2所指的光路所示，通过自对中透镜支撑件54提供的透镜52与太阳能电池基底20的高精度对准能够用来通过将偏离中心的光重新引导到太阳能电池基底20的光接收表面上来提高子接收器50b的光聚集效率，如附图标记L2所着重表示的。

图11a-11c是示出了根据本发明另外实施例的CPV底板组装过程的流程图。如图11a所示，组装过程110a可以包括利用转移印刷技术将太阳能电池沉积到基底(例如，硅晶圆基底)上，见方框112a。转移印刷技术的一个示例公开在了Nuzzo等人的上述’367专利中。然后，可以执行金属沉积和图案化步骤以限定使太阳能电池的端子与基底上的相应区域(例如，贯通基底导电通孔)接触的电气互连结构，见方框114a。可以执行限定太阳能电池上的自对中透镜支撑件以及与透镜支撑件相邻的密封图案的步骤，见方框116a、118a。如前面关于图5-6以及图10a-10c所描述的，自对中透镜支撑件可以形成为环形支撑件，并且密封图案可以通过沉积和图案化相对于相应的透镜支撑件同心布置的密封材料环来形成。

如方框120a所示，基底(例如，晶圆)然后被分成(例如，沿着划线)多个光电设备，如图1a中所示的那些。如此处所描述的，这些光电设备可以用作太阳能电池子接收器。这些分割基底的步骤之后可以是将透镜元件附接到自对中透镜支撑件上以及然后固化/交联密封图案(例如，使用热处理)以将透镜元件气密地密封于透镜支撑件的步骤，见方框122a、124a。特别地，透镜元件(例如，球面透镜)和密封图案可以在从大约150℃至大约350℃的范围内的温度下在化学惰性环境中被退火。该化学惰性环境可以是包括氮气和/或氩气的无氧环境。具有透镜元件(例如，球透镜)的子接收器然后可以进行功能性测试，见方框126a。已经通过功能测试的子接收器然后可以被放置到呈二维阵列图案的CPV模块底板上，见方框128a。如图1c和图5a所示，可以执行底板焊料回流操作，以将太阳能电池互连结构(例如，输出焊盘26a、26b)电连接于底板金属化层(例如，图案36a、36b)，见方框130a。

现在参照图11b，替代性的组装过程110b可以包括利用转移印刷技术将太阳能电池沉积到基底(例如，硅晶圆基底)上，见方框112b。转移印刷技术的一个示例公开在了Nuzzo等人的上述’367专利中。然后，可以执行金属沉积和图案化步骤以限定使太阳能电池的端子与基底上的相应区域(例如，贯通基底导电通孔)接触的电气互连结构，见方框114b。可以执行限定太阳能电池上的自对中透镜支撑件以及与透镜支撑件相邻的密封图案的步骤，见方框116b、118b。如前面关于图5-6以及图10a-10c所描述的，自对中透镜支撑件可以形成为环形支撑件，并且密封图案可以通过沉积和图案化相对于相应的透镜支撑件同心布置的密封材料环来形成。

如方框126b所示，太阳能电池和电气互连结构可以在“晶圆”水平被测试，以识别合格和不合格设备。接下来，如方框120b所示，基底(例如，晶圆)然后被分成(例如，沿着划线)多个子接收器设备。“合格”的设备然后可以被放置到呈二维阵列图案的CPV模块底板上，见方框128b。如方框122b所示，透镜元件被附接到自对中透镜支撑件上。然后可以执行热处理步骤，以便(i)固化/交联密封图案，以将透镜元件气密地密封于透镜支撑件；以及(ii)使得底板焊料回流，这将太阳能电池互连结构(例如，输出焊盘26a、26b)电连接于底板金属化层(例如，图案36a、36b)，见方框124b、130b。

现在参照图11c，另外的组装过程110c可以包括利用转移印刷技术将太阳能电池沉积到基底(例如，硅晶圆基底)上，见方框112c。然后，可以执行金属沉积和图案化步骤以限定使太阳能电池的端子与基底上的相应区域(例如，贯通基底导电通孔)接触的电气互连结构，见方框114c。可以执行限定太阳能电池上的自对中透镜支撑件的步骤，见方框116c。如方框126c所示，太阳能电池和电气互连结构可以在“晶圆”水平被测试，以识别合格和不合格设备。接下来，如方框120c所示，基底(例如，晶圆)然后被分成(例如，沿着划线)多个子接收器设备。“合格”的设备然后可以被放置到呈二维阵列图案的CPV模块底板上，见方框128c。如方框118c和122c所示，密封图案与透镜支撑件相邻地形成，并且然后透镜元件被附接到自对中透镜支撑件上。接下来，可以执行热处理步骤，以便(i)固化/交联密封图案，以将透镜元件气密地密封于透镜支撑件；以及(ii)使得底板焊料回流，这将太阳能电池互连结构(例如，输出焊盘26a、26b)电连接于底板金属化层(例如，图案36a、36b)，见方框124c、130c。

在附图和说明书中，已经公开了本发明的典型的优选实施例；并且，尽管使用了具体的术语，但它们仅仅在一般的和描述性意义上使用，而不用于限制的目的，本发明的范围在权利要求中阐明。