JP2008512858A - エミッタラップスルーバックコンタクト太陽電池の製造プロセス及び製法 - Google Patents

Abstract

裏面構造を含んだバックコンタクト太陽電池とその製法が開示されている。裏面はドープ処理されてｎ^＋エミッタを形成し、その後に誘電層で被膜される。裏面の小領域がスクライブ処理され、ｐ型コンタクトが領域に形成される。大きな導電グリッド領域がその誘電層を覆う。この製法はｐ型基板の裏面のｐ型コンタクト面積を最小化し、ｎ型ドープ領域を最大化することで効率を高める。
【選択図】 図８

Description

本発明はバックコンタクトシリコン太陽電池の製法と製造プロセス並びに本発明の製法で製造された太陽電池に関する。

（関連出願）
本願は、２００４年９月７日出願の米国仮特許願６０/６０７９８４「エミッタラップスルーバックコンタクト太陽電池の改良プロセス及び製法」並びに２００５年８月１１日出願の米国仮特許願６０/７０７６４８「エミッタラップスルーバックコンタクト太陽電池のさらなる改良プロセス及び製法」の優先権を主張する。本願はまた、２００４年２月５日出願の米国仮特許願６０/５４２３９０「バックコンタクトシリコン太陽電池の製造」及び２００４年２月５日出願の米国仮特許願６０/５４２４５４「自動ドープコンタクトを使用した埋込コンタクト電池の製造プロセス」の優先権を主張し、全て２００５年２月３日出願された米国特許願１１/０５０１８５「バックコンタクト太陽電池及び製法」、米国特許願１１/０５０１８２「自動ドープコンタクトを備えた埋込コンタクト太陽電池」並びに米国特許願１１/０５０１８４「エミッタラップスルーバックコンタクトシリコン太陽電池のコンタクト製造法」の一部継続出願でもある。
（背景技術）
前面及び裏面の両方にコンタクトを有した通常のシリコン太陽電池と較べてバックコンタクト太陽電池はいくつかの利点を備えている。まずコンタクト遮蔽損失（コンタクトグリッドから反射した太陽光は電気変換不能）が減少あるいは排除されるため、バックコンタクト電池は高い変換効率を有する。さらに両極性コンタクトが同一面に提供されるため、バックコンタクト電池を電気回路に組み込むことは容易であり、よって安価である。１例としては、光起電モジュール及び太陽電池回路を１ステップでカプセル化することでバックコンタクト電池は従来の光起電モジュール構造体と比較して大幅に向上したコスト削減を提供する。また均一な外見によって美観が向上している。建造物と一体化した光起電システム並びに乗用車の光起電サンルーフ等、利用形態によっては外観は非常に重要な要素である。

基本的なバックコンタクト太陽電池は図１に図示されている。このシリコン基板はｎ型であってもｐ型であってもよい。デザインによっては重（多量）ドープエミッタ（ｎ^＋＋及びｐ^＋＋）の１つが省略されることがある。あるいは、デザインによっては重ドープエミッタは基板の裏面で互いに直接的に接触できる。裏面不活性化は裏面での光発生キャリアの損失の低減を助け、コンタクト間の非ドープ面でシャント（分流）電流による電気損失を低減化する。図面は裏面の特徴部のみを図示している。

バックコンタクトシリコン太陽電池を製造する幾つかの方法が存在する。それらは例えば、金属化ラップアラウンド（ＭＷＡ）、金属化ラップスルー（ＭＷＴ）、エミッタラップスルー（ＥＷＴ）及びバックジャンクション構造を含む。ＭＷＡとＭＷＴは集電グリッドを前面に有している。これらグリッドはバックコンタクト電池を製造するためにそれぞれエッジ周囲に巻きつけられ、あるいは孔部を通過して裏面に達している。ＥＷＴ電池は集電ジャンクション（エミッタ）をシリコンウェハのドープされた導電チャンネル（溝）を介して前面から裏面に巻き付けている。“エミッタ”とは半導体デバイス（装置）の重ドープされた領域のことである。そのような導電チャンネルは、例えば、レーザでシリコン基板に孔部をドリル加工し、引き続いてエミッタを前面と裏面に形成すると同時にドリル孔部内にエミッタを形成することで提供される。バックジャンクション電池は太陽電池の裏面に負極集電ジャンクションと正極集電ジャンクションの両方を有している。ほとんどの光は前面付近で吸収され、ほとんどのキャリアが光発生するので、バックジャンクション電池はキャリアが裏側の集電ジャンクションで前面から裏面へ拡散するのに充分な時間を有することができるようにする高品質の材料を必要とする。一方、ＥＷＴ電池は集電ジャンクションを前面に維持する。これは高集電効率には有利である。このＥＷＴ電池はジェームズ・Ｍ・ジーの米国特許５４６８６５２「バックコンタクト太陽電池の製造方法」で開示されている。様々な他のバックコンタクト電池デザインも多数の技術文献で解説されている。

米国特許５４６８６５２に加えて、ジーが共同発明者である他の２つの米国特許（米国特許５９６１７８６「バックコンタクト太陽電池を利用した積層光起電モジュール」及び米国特許５９７２７３２「モノリス型モジュール構造体の製造方法」）がバックコンタクト電池を使用したモジュール構造体と積層の製造方法を開示する。両特許は本発明で利用できる方法と特徴とを開示している。米国特許６３８４３１６「太陽電池とその製法」は別なバックコンタクト電池デザインを開示するが、ＭＷＴを利用しており、孔部やバイアスは比較的に離れて提供されており、前面には金属コンタクトが提供され、裏面に電流を導いており、孔部は金属で内側が被膜されている。

ドイツのミュンヘン市で２００１年１０月２２日から２６日にかけて開催された第１７回欧州光起電太陽エネルギー会議で発表されたアイケルブームタの「構築された金属フォイル上の無ブスバエミッタラップスルー太陽電池のインターコネクション用導電性接着剤」は、共焼成Ａｇ/Ａｌ合金のｐ型コンタクトを使用した太陽電池の製造方法を開示しており、図２から図５にかけて図示されており、以下のプロセスを有している。

１．ｐ型シリコンウェハ２をエッチング及び洗浄する。
２．両面に軽ＰＯＣｌ_３（ｎ^＋）拡散部４（１００オーム/単位面積）を提供する。
３．ＨＦエッチング及び洗浄する。
４．両面に拡散バリアとしてＳｉＮ層６を堆積する。この段階の太陽電池は図２に図示されている。
５．ｎ型コンタクト用に孔部８をレーザドリル加工し、ｐ型コンタクト用に溝１０をスクライブする。
６．レーザ損傷エッチング及び洗浄する。この段階の太陽電池は図３に図示されている。
７．ｎ^＋＋拡散部１２を形成するためにリンを太陽電池内に拡散させる重ＰＯＣｌ_３拡散を施す。
８．ＨＦエッチングする
９．ｐ型グリッド１６用にＡｌペーストを印刷する。
１０．ｎ型グリッド１８用に金属ペーストを印刷する。
１１．コンタクトを共焼成する。ｐ^＋のＡｌ合金ジャンクション２０はｐ型コンタクト溝のｎ^＋＋拡散部をオーバドープする。この段階の太陽電池は図５に図示されている。

得られる電池は合金Ａｌグリッドの非常に低い導電性を有するものである。

全てのバックコンタクトシリコン太陽電池の重大な課題は負極グリッドとジャンクション及び正極グリッドとジャンクションを電気的に隔離する低コストなプロセスの開発である。この技術課題はドープ層のパターン化、負コンタクト領域と正コンタクト領域との間の表面不活性化、並びに負極コンタクトと正極コンタクトの利用方法である。

本発明はバックコンタクト太陽電池の製法を提供する。この製法は第１導電型を含んだ半導体基板を提供するステップと、裏面に対極（反対極性）導電型を含んだ拡散部を提供するステップと、裏面に誘電層を堆積するステップと、基板の前面から裏面にまで延びる複数の孔部を形成するステップと、裏面の１または複数の領域から拡散部と誘電層とを除去するステップと、それぞれの領域に第１導電型を含んだコンタクトを提供するステップと、それらコンタクトと電気接触状態にて裏面に第１導電グリッドを堆積して提供するステップと、孔部内の拡散部と電気接触状態にて裏面に第２導電グリッドを提供するステップとを含んでいる。コンタクト提供ステップは好適には基板を、好適にはホウ素及びアルミニウムで成る群から選択される元素を含むドーパントでドープするステップを含んでいる。第１導電グリッドは好適にはそのドーパントを含まない。拡散部を提供するステップは好適には基板を好適にはＰＯＣｌ_３を含んだガスに曝露するステップを含んでいる。第１導電グリッドは好適には第２導電グリッドと櫛状に組み合わされている。

オプションでは、裏面に誘電層を堆積するステップは前面に誘電層を堆積するステップを含み、コンタクト提供ステップは孔部の内面に対極導電型を含む第２拡散部を同時的に提供するステップを含む。この製法はオプションで、好適には表面を酸化処理または表面に不活性層を堆積する方法を利用して、前面と裏面の一方または両方に不活性層を提供するステップをさらに含む。

この製法はオプションで孔部内面及び領域を好適にはニッケルを含んだメッキ金属コンタクト層で被膜するするステップをさらに含む。この被膜ステップはコンタクト提供ステップの後であって、導電グリッド提供ステップの前に実施される。コンタクト層は好適には無電メッキによりメッキされる。この製法はオプションで拡散部と誘電層の除去ステップの後で第２拡散部を提供するステップをさらに含む。第２拡散部は孔部の内面と領域に対極導電型を含んでおり、コンタクト提供ステップは第２拡散部をオーバドープするステップを含んでいる。

本発明は前述の方法のいずれかで製造されたバックコンタクト太陽電池をも提供する。本発明はさらに金属、好適にはニッケルを含んだ金属のメッキ層を含んだバックコンタクト太陽電池をも提供し、このメッキ層は基板のドープ領域と導電グリッドとの間に提供され、導電グリッドはその金属を含まない。

本発明はバックコンタクト太陽電池並びに、以下のステップを含んだ製法をも提供する。この製法は、第１導電型を含んだ半導体基板を提供するステップと、裏面にパターン化誘電層を堆積して提供するステップと、誘電層に覆われていない裏面の露出部分に対極導電型を含んだ拡散部を提供するステップと、露出部分並びに露出部分に隣接する誘電層に金属を被膜するステップと、その金属を焼成するステップとを含んでいる。誘電層を提供するステップは好適には誘電層のスクリーン印刷ステップを含んでいる。誘電層提供ステップはＰＯＣｌ_３及びＰＨ_３で成る群から選択されるガスを使用するステップを含んでいる。この金属は好適には第１導電型のドーパントを含んでいる。金属被膜ステップは好適にはその金属を含んだペーストをスクリーン印刷するステップを含んでいる。焼成ステップは好適には露出部分の拡散部をその金属でスパイキング（スパイク状）するステップを含んでいる。

本発明の１目的は、効率アップのために最小のｐ型コンタクト領域及び最大のｎ型拡散部またはｎ^＋エミッタと組み合わせ、導電性を増強するために太いグリッドラインを含んだバックコンタクト太陽電池の裏面コンタクト構造物を提供することである。

本発明の利点は、高効率太陽電池を製造する低コスト加工ステップを有した製造プロセスを提供することである。

本発明の他の目的、利点並びに新規な特徴及び適用範囲は図面を利用した以下の詳細な説明により解説されている。

本発明はバックコンタクト太陽電池の改良された製法とプロセスを提供する。特に、低コストである製法とプロセスを提供する。ここでは異なる別々の製法が開示されているが、それらの組み合わせ及び変形は可能である。図並びに実施例のプロセスはバックコンタクトエミッタラップスルー電池の製法を解説するが、それらプロセスはＭＷＴ、ＭＷＡまたはバックジャンクション太陽電池のごとき他のバックコンタクト電池構造体の製造にも利用できる。

本発明のプロセスは好適にはｐ型コンタクトのパターン化において、所望パターンで提供される拡散バリア材料の印刷（すなわちスクリーン印刷）ではなくレーザ（レーザスクライビング）を利用する。スクリーン印刷拡散バリアのパターン化はシリコンウェハとの低品質インターフェース、例えば低品質の不活性化されたインターフェースを提供する。コンタクト領域のレーザスクライビングによって、蒸着またはＣＶＤのごとき堆積プロセスが拡散層の堆積に使用でき、所望通りに調整されたシリコンとのインターフェースが提供される。また標準スクリーン印刷プロセスでは、拡散バリアは典型的にはリンまたはＰＯＣｌ_３拡散部が提供される前に印刷される。拡散バリアをリン拡散処理後に堆積することで、エミッタはｐ型溝にまで完全に延びることができ、電池効率を大きく向上させる。スクライビングまたは直接パターン化の他の方法、例えば、ダイシングソー、ダイヤモンドスクライビングまたはスクリーン印刷あるいはインクジェット印刷で利用されるＨＦエチャントペーストをオプションで利用することができる。

ｐ型コンタクトのパターン化にレーザを使用すると、他のいくつかの利点が得られる。まずレーザパターン化は大幅に向上した繊細な図形と解像度を提供する。解像度は好適には１μｍから１００μｍであり、さらに好適には１０μｍから１００μｍであり、スクリーン印刷で達成できるものより大幅に向上している。特にシリコン太陽電池に典型的な粗面において向上している。これら繊細な図形の提供によりＥＷＴ電池の効率がｐ型コンタクトの面積最小化で最大化できる。さらに印刷ステップにおいて位置合わせ許容度が広くなる。Ａｇグリッド（好適には１００μｍから１０００μｍ幅、通常は４００μｍ幅）はレーザドリル加工された孔部及びレーザスクライビングされた溝（１０μｍから１００μｍ、通常は５０μｍ）をカバーするだけであり、整合誤差の広い許容度を提供する。一方、全印刷プロセスはＡｇグリッドの１５０μｍから３００μｍ（通常は２００μｍ）の拡散バリア露出部への整合を必要とする。この数字はＡｇグリッド幅に近く、誤差の許容度が相対的に狭い。

ここではｐ型コンタクトのドーピングにＡｌ合金またはホウ素拡散部を使用するプロセスが開示されている。しかし、Ｇａ及びＩｎ等の他のｐ型ドーパントでも使用できる。同様に、リンに代わってどのようなｎ型ドーパントでも使用できる。本発明では好適にはｐ型コンタクトの重ｐ型ドーピングが裏面のｐ型コンタクトをｎ型コンタクト拡散部から電気的に隔離するために使用される。ドーパントプロセスに関わる課題はそれらのジャンクションでのｎ型拡散部とｐ型拡散部のシャント問題の解消である。これはｐ型金属化に影響されるであろう。

図６から図８は次のホウ素拡散プロセスに従って製造された太陽電子を図示する。

１．ウェハをエッチング及び洗浄する。
２．両面に軽ＰＯＣｌ_３拡散（好適には約７０から１４０オーム/単位面積）処理する。
３．ＨＦエッチング及び洗浄する。
４．酸化または不活性層を被膜する（オプション）。この層は前面、裏面、ウェハ面あるいはそれらの組み合わせにおいて望ましい。
５．両面に拡散バリアとしてＳｉＮ層を被膜する。
６．ｎ型コンタクト用の孔部をレーザドリル加工し、ｐ型コンタクト用の溝をスライビングする。
７．好適にはＮａＯＨを使用してレーザダメージエッチング及び洗浄する。
８．ｐ型溝またはピット内にホウ素含有ペースト２４を印刷、乾燥及び焼成する。この段階の太陽電池は図６に図示されている。
９．ｎ^＋＋拡散部１２を形成するため、あるいはＰ含有ペーストを孔部に提供して拡散するために、リンを太陽電池内に拡散させるべく重ＰＯＣｌ_３拡散処理（１０から２０オーム/単位面積）を施す。このホウ素は好適にはウェハに同時的に拡散し、ｐ^＋＋層２６を提供する。孔部にリンペーストではなくＰＯＣｌ_３拡散を使用する１利点は、ＰＯＣｌ_３ガスが孔部内にさらに均一な拡散部を提供するからである。この段階の太陽電池は図７に図示されている。
１０．ホウ素含有ペースト及びＰ含有ペーストを除去するためにＨＦエッチングする（場合によってはオプション）。
１１．櫛状になったＡｇのｎ型金属グリッド１８並びにｐ型金属グリッド２８を印刷し、ｎ型領域とｐ型領域にそれぞれコンタクトを提供する。
１２．コンタクトを共焼成する。この段階の太陽電池は図８に図示されている。

このプロセスではそれら２つのＡｇ含有ペーストは好適には充分に低い活性を有し、ＳｉＮ層にピンホール欠陥部を形成しないが、孔部と溝の内部でそれぞれｎ^＋＋層及びｐ^＋＋層に対して良好な電気接触を提供するには充分な活性を有している。ＳｉＮ層はペーストがそれを貫通することを防止するのに必要な厚みで製造できる。ＳｉＮ層は好適には約３０ｎｍから１４０ｎｍ厚であり、さらに好適には約８０ｎｍ厚である。

コンタクト層はオプションでスパッタリング、ＣＶＣまたは蒸着のごとき薄膜被膜技術による高品質金属化を含む。これら技術はシリコンとコンタクトするための理想的な特性を備えた純粋金属の超薄膜を被膜させる。問題はこの薄膜被膜が非常にコスト高であり、個別パターン化ステップを必要とすることである。バックコンタクト太陽電池の薄膜並びにメッキ金属化を活用するプロセスはムリガン他（米国特許願「太陽電池の金属コンタクト構造とその製造方法」米国２００４/０２００５２０Ａ１；２００１年１０月１４日出願）により解説されている。

あるいはコンタクト層はニッケルメッキを含んでもよい。焼結Ｎｉコンタクトは焼成Ａｇペーストコンタクトよりもずっと低い接触抵抗を有することができ、露出されたＳｉ面に無電Ｎｉメッキにより容易に選択的堆積ができる。Ｎｉは焼結ステップ中に典型的には固化反応を行い、ケイ化ニッケルを形成する。その場合、ケイ化ニッケルはコンタクト層である。Ｎｉコンタクトは焼成Ａｇコンタクトよりもジャンクションでシャントに関して少ない問題を提起するであろう。さらに、メッキプロセスを最良化することで、Ｎｉは存在するＳｉＮまたは他の誘電層に堆積することを防止される。無電Ｎｉはメッキ金属化を全面的に使用するシリコン太陽電池で使用される。追加の利点は、ＮｉメッキによってＡｇ、Ａｌまたは他のペーストが高集積度でコンタクトを形成するのに使用できるようにインターフェースが改善されることである。

全メッキ金属化電池技術の無電メッキの問題点は無電メッキ速度が非常に低速であることである。しかし本発明は電気接触には薄膜、好適には約１０ｎｍから１０００ｎｍ（最適には約１００ｎｍ）厚の膜を必要とするだけである。好適にはスクリーン印刷されたＡｇグリッドが導電体に適用される。この適用には好適には低温で焼成されるＡｇペーストが使用され、Ｎｉコンタクト及び下側のシリコンとの冶金作用を最小化する。ＣｕはＡｇよりも容易に酸化するので好適には非酸化金属または酸化防止剤で被膜処理されるが、スクリーン印刷されたＣｕグリッドを代用することができる。あるいはＮｉ等の基礎金属が印刷でき、導電性はＡｇまたはＣｕ等のさらに導電性が高い金属を（無電または電気）メッキすることで増大する。

ニッケルメッキされたコンタクトを製造するためにホウ素拡散されたＥＷＴプロセスにニッケルメッキが採用された場合、ステップ１０のＨＦエッチング後に好適には以下のステップが実施される。

１１．Ｎｉコンタクト層３４をメッキ（好適には無電メッキ）及び好適には焼結する。この段階の太陽電池は図９に図示されている。
１２．Ａｇのｎ型グリッド１８及びＡｇのｐ型グリッド３６を印刷し（好適には両極性グリッド用の低温Ａｇペースト使用）、コンタクトを焼成/焼結する。この実施例では、好適には同一金属がｎ型コンタクトとｐ型コンタクトの両方に使用される。あるいは異なる材料が使用できる。この段階の太陽電池は図１０に図示されている。銀または他の金属の厚コンタクトが印刷できる。あるいは薄コンタクト、好適にはさらなる金属層が無電メッキまたは電気メッキを利用して印刷できる。続く金属化は印刷されたものと同一金属または合金を必ずしも含まない。

ニッケルメッキされたコンタクトも図１１から図１３に示すごとくＡｌ合金ｐ型ジャンクションと共に使用できる。好適ステップは次を含む。

１．ウェハのエッチング及び洗浄をする。
２．両面に軽ＰＯＣｌ_３拡散（好適には約７０から１４０オーム/単位面積）処理する。
３．ＨＦエッチング及び洗浄する。
４．表面及び側部（オプション）を酸化または不活性化層を堆積する。
５．拡散バリアとして両面にＳｉＮを堆積する。
６．ｎ型コンタクトに孔部をレーザドリル加工し、ｐ型コンタクトの溝またはピットをスクライビングする。
７．好適にはＮａＯＨを使用してレーザダメージエッチング及び洗浄する。
８．重ＰＯＣｌ_３拡散（好適には約１０から３０オーム/単位面積）を施し、またはＰ含有ペーストを孔部に適用し、拡散する。
９．ｐ型グリッド１６のＡｌペーストを印刷する。
１０．ｐコンタクト溝またはピットにｎ^＋＋拡散部をオーバドープするジャンクション２０を形成するように合金Ａｌを適用する。この段階の太陽電池は図１１に図示されている。
１１．Ａｌ金属と表面酸化物を除去するためにＨＣｌ及びＨＦエッチングする。
１２．（無電）Ｎｉメッキを実施する。
１３．Ｎｉコンタクト３４を形成するように焼結する。この段階の太陽電池は図１２に図示されている。
１４．Ａｇのｎ型グリッド１８とＡｇのｐ型グリッド３６（好適には両極グリッド用に低温Ａｇペーストを使用）を印刷し、コンタクトを焼成/焼結する（あるいは無電メッキまたは電気メッキ金属化により金属化）。この段階の太陽電池は図１３に図示されている。

ＮｉはドープされたＳｉに低抵抗コンタクトを提供し、ｐ型コンタクト領域の最小化と低温Ａｇの利用を可能にする。低活性ＡｇペーストはＳｉＮ及びＮｉケイ化物層を貫通させないために望ましい。

本発明の方法では、重ｐ^＋コンタクト拡散部が裏面のｎ^＋拡散部と接触しているポテンシャルシャントが存在する。図１０と図１３参照。さらに正極Ａｇグリッドは裏面のｎ^＋拡散部にコンタクトすることができ、太陽電池をシャントする。オプションでは２種の材料がＰ−Ｎ接合ダイオードを形成するのでシャントは存在しない。またスパイキングは存在せずに最低量のトンネル現象のみが存在する。しかしこれら諸問題は、好適にはスクリーン印刷のごとき低コストプロセスを使用して裏面ｎ^＋拡散部とｐ^＋コンタクト拡散部との間に非ドープ領域を設置する追加ステップを含むことで完全に回避できる。プロセスの１例は次のごとくである。

１．ウェハをエッチング及び洗浄する。
２．誘電材料を形成するペーストを印刷する。
３．ペーストを焼成して誘電体を形成する。
４．表面を洗浄及びエッチングする（オプション）。
５．両面に軽（例えば、７０から１５０オーム/単位面積）リン拡散を施す。
６．酸化物をエッチングする。
７．両面に窒化ケイ素を堆積する。大きな屈折率を有し、シリコンプロセスと両立でき、シリコンとの良好なインターフェース特性を有した他の誘電材料（ＴｉＯ_２またはＴａ_２Ｏ_５等）が代用できる。
８．ｎ型バイアス用の孔部をレーザドリル加工し、ｐ型コンタクト用のピットまたは溝をスクライビングする。
９．レーザ除去された特徴部をエッチング及び洗浄する。
１０．ｐ型レーザ除去された特徴部にホウ素または他のｐ型ドーパント拡散ソースを印刷する。
１１．好適には、ｎ型バイアスのドープのために重（例えば５から３０オーム/単位面積）リン拡散部を提供し、ホウ素をｐ型コンタクト露出部に打ち込む。
１２．拡散ガラスをエッチングする。
１３．負極グリット及び正極グリッドを利用して焼きなます。

シャントを回避するためにｐ^＋領域とｎ^＋領域とを分離する別方法は好適には次のステップを含む。
１．好適にはレーザでｐ型シリコンウェハに孔部をドリル加工する。
２．ウェハをエッチング及び洗浄する。このステップはアルカリエッチングを含み、オプションで、吸収性改善のために前面を酸エッチングする。
３．好適にはＰＯＣｌ_３または別のｎ型ソースを使用してｎ型層１０４の形成のためにウェハ表面を、好適には約４５から１４０オーム/単位面積の範囲で拡散処理する。
４．拡散ガラスをエッチングする。
５．レーザ、エッチングペースト、物理手法その他を活用して裏面のｐコンタクト用の露出部をスクライビングする。好適にはこのステップはシリコンに欠陥を導入しない。なぜなら、それらをエッチング除去する機会がない。
６．ウェハの前面と裏面にＳｉＮ、好適にはチタン酸化物またはタンタル酸化物等を含んだ、好適には約４０ｎｍから１５０ｎｍ厚のパターン化誘電層１０６を堆積する。この層は好適には裏面で金属化層及び拡散バリアとして作用し、前面と裏面で光学コーティングとしても作用する。この層は好適には孔部に提供されない。この段階の太陽電池は図１４に図示する。
７．第１スクライブ部分と整合し、センタリングされているが、小径あるいは小幅の第２スクライブ部分を提供する。この段階の太陽電池は図１５に図示されている。
８．ホウ素含有ペーストのごときｐ型ドーパントペースト１２４をスクライブ加工された領域にスクリーン印刷し、ｐ^＋コンタクト層１２６を第２スクライブ露出部に拡散または合金処理にて形成する。この段階の太陽電池は図１６に図示する。
９．必要に応じてホウ素ガラスまたは他のｐ型ソースをエッチングする。
１０．ｐ型グリッド１２８とｎ型グリッド１１８を導電ペーストまたは金属メッキにより金属化する。この段階の太陽電池は図１７に図示する。

あるいは、次の類似プロセスが利用できる。
１．ウェハをエッチング及び洗浄する。このステップは吸収性改善のために前面をアルカリエッチングまたはオプションで酸エッチングすることを含む。
２．好適にはＰＯＣｌ_３または別なｎ型ソースで、好適には約７０から１４０オーム/単位面積の範囲でウェハ表面を軽拡散処理してｎ型層２０４を形成する。
３．拡散ガラスをエッチングする。
４．レーザ、エッチングペースト、物理的方法その他を活用して裏面のｐ型コンタクト露出部をスクライビングする。好適にはこのステップはシリコンに欠陥を導入しない。なぜなら、それらをエッチング除去する機会がないからである。
５．好適にはウェハの前面と裏面にＳｉＮを含んだ、好適には約４０ｎｍから１５０ｎｍ厚の誘電層２０６を堆積する。この層は好適には裏面で金属化部及び拡散バリアとして作用し、両面で光学コーティングとしても作用する。この窒化ケイ素は好適にはアモルファス合金含有シリコン、窒素及び水素（時にはＳｉＮ_ｘ：ＨまたはＳｉＮ_ｘ；Ｈと呼称）としてプラズマ支援化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）により堆積される。これらの膜は表面の不活性化及びバルク欠陥を提供し、シリコン太陽電池のエネルギー変換効率を改善することが知られている。
６．好適にはレーザを使用して孔部をドリル加工する。
７．好適にはＮａＯＨを使用してレーザダメージエッチング及び洗浄する。
８．孔部に重ＰＯＣｌ_３拡散部２１２（好適には約１０から３０オーム/単位面積）を提供する。あるいはＰ含有ペーストを孔部に提供し、拡散する。この段階の太陽電池は図１８に図示する。
９．拡散ガラスをエッチングする。
１０．第１スクライブ部と直接的に整合及びセンタリングされ、小径または小幅を有した第２スクライブ部提供する。この段階の太陽電池は図１９に図示されている。
１１．ホウ素含有ペーストのごときｐ型ドーパントペースト２２４をスクライブされた領域にスクリーン印刷し、拡散または合金によって第２スクライブ露出部にｐ^＋型コンタクト層２２６を形成する。この段階の太陽電池は図２０に図示される。
１２．必要に応じてホウ素ガラスまたはｐ型ソースをエッチングする。
１３．導電ペーストまたは金属メッキでｐ型グリッド２２８及びｎ型グリッド２１８を金属化する。この段階の太陽電池は図２１に図示されている。

この製法は前述の関連製法よりも多くのプロセスを含むが、いくつかの利点を備えている。まず、選択的エミッタ構造（前面の軽拡散並びに孔部の重拡散）は電池効率を最大化させる。次に、ＰＥＣＶＤ堆積ＳｉＮ_ｘ：Ｈの利用が好適である。なぜなら水素は優れた表面不活性化を提供する。しかし、この材料は、特にスクリーン印刷によるパターン化が不可能ではないまでも非常に困難である。従って前述の製法の誘電体はＳｉＮではなく、劣る不活性特性を有した別金属である可能性が高い。さらにスクリーン印刷は高価であり、正確なパターン化が困難である。しかし、これらの製法のどちらもｐ^＋領域を提供する。これは第２スクライビングステップで提供されたウェハの小部分でのみ形成されるが、裏面のｎ^＋領域から第１スクライブ内の誘電層のその部分で分離されている。

本発明の別な好適プロセスはｐ型コンタクト用の分離パターン化ステップを利用しない。ｐ型コンタクト領域は、パターン化ステップがリン拡散部用に実施されるのと同時的に提供される。このプロセスは好適には次のステップを含む。

１．孔部をレーザドリル加工する。
２．ウェハをエッチング及び洗浄する。このステップはオプションで吸収改善のために前面をアルカリエッチングあるいはオプションで酸エッチングすることを含む。
３．拡散バリアパターン（孔部近辺ではない）を形成する誘電材料を裏面にスクリーン印刷する。これでリン拡散ステップ中にパターン化されたリン拡散部を形成する。好適にはこのパターンは、特に誘電拡散バリアが容易にエッチングできず。ｐ型金属が拡散バリア及び裏面不活性材料を通って容易に焼成できないときには続くｐ型金属コンタクト用の露出部を含む。
４．誘電ペーストを焼きなます（例えば、約５００℃から１０００℃、約５分から３０分）。
５．好適にはガス源（例えば、ＰＯＣｌ_３、ＰＨ_３等）を使用してリン拡散を実行する。この拡散は好適には中間拡散である。すなわち、良好なスペクトルレスポンスを前面に提供するには充分に軽拡散であるが、ｎ型コンタクトの充分なドーピングには充分に重拡散である。
６．拡散によって残された酸化リンガラスを除去すべくエッチングする。適したエチャントはよく知られており、水性ＨＦ化学エッチング、ＨＦ蒸気エッチングまたは様々なプラズマエチャント化学剤が含まれる。
７．約７０ｎｍから８０ｎｍの屈折率及び所望の色によって定まる厚みを有した反射防止コーティングを形成するために前面に窒化ケイ素層または他の高屈折材料（例えば、ＴｉＯ_２及びＴａ_２Ｏ_５）を堆積する。窒化ケイ素は好適にはプラズマ支援化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）によりアモルファス合金含有シリコン、窒素及び水素（時にＳｉＮ_ｘ：ＨまたはＳｉＮ_ｘ：Ｈと呼称）として堆積される。これらの膜は表面の不活性化並びにバルク欠陥を提供し、シリコン太陽電池のエネルギー変換効率を改善することが知られている。
８．好適にはＳｉＮ_ｘ：Ｈ（オプション）にて窒化ケイ素または他の誘電体層を裏面に堆積する。この層は裏面を不活性化し、太陽電池効率を高める。このステップはステップ７と同時的あるいはステップ１０の後で実行できる。
９．ｐ型コンタクト及びグリッド（ｐ型金属）用に、好適にはペースト（好適にはＡｇ−ＡｌまたはオプションでＡｇまたはＡｌ）にて金属をスクリーン印刷する。
１０．ｐ型金属を乾燥させる。
１１．ｎ型コンタクト及びグリッド（好適にはＡｇ）用に金属を好適には約１０ミクロン厚から５０ミクロン厚でスクリーン印刷する。
１２．金属を焼成する。
１３．太陽電池をテストする。

この製法では、オームコンタクトを提供するためにｐ型金属は好適には誘電バリア露出部のリン（ｎ^＋）拡散部をスパイクする。そのような形状は図２２で概略的に図示されている。このプロセスの従来に勝る利点は１つのリン拡散部のみが要求され、孔部がプロセス開始時にドリル加工され（レーザダメージエッチングステップを省略）、プロセスコストを低減させることである。

バックコンタクトＥＷＴ電池も自己ドーピング金属化を利用した埋込コンタクト電池の製造プロセスと類似した製造プロセスで製造できる。自己ドーピング金属化が溝と孔部とを充填し、直列抵抗が問題を提起しないことを確認しなければならない。そのようなプロセスの１例は次のごとくである。

１．Ｓｉウェハをエッチング及び洗浄する。
２．ｎ型溝をレーザスクライビングし、裏面に孔部をレーザドリル加工する。
３．軽（８０から１２０オーム/単位面積）リン拡散する。
４．拡散プロセスからリンガラスを除去するようにＨＦエッチングする。
低圧化学蒸着により窒化ケイ素を堆積する。
６．裏面にｐ型溝またはピットをレーザスクライビングする。
７．ｎ型溝/孔部及びｐ型溝をｎ型自己ドーピング金属化及びｐ型自己ドーピング金属化でそれぞれ充填する。
８．金属化部を共焼成する。

前記の実施例の全てにおいて裏面の大面積のＳｉＮまたは他の誘電体層は好適には櫛状であるコンタクトラインをシリコンウェハに実際には接触させずに可能な限りに太くできる（多量電流を流すため）。またｐ型コンタクト面積を最小に保ちつつｎ^＋エミッタを最大化する。よってキャリア集電効率が向上する。

さらに本明細書中の全実施例において以下を含む多数の方法または変形が利用できる。バイアスはレーザドリル加工によって形成できる。化学エッチングまたはプラズマエッチングあるいは熱マイグレーション等の別方法でも可能である。それらの方法は米国特許願１０/８８０１９０「薄シリコンウェハのエミッタラップスルーバックコンタクト太陽電池」、米国特許願１０/６０６４８７「導電バイアスを提供するために熱マイグレーションを使用したバックコンタクト太陽電池の製法」及び国際特許願ＰＣＴ/ＵＳ０４/２０３７０「集積導電バイアスを備えたバックコンタクト太陽電池その製法」で解説されている。エッチングペーストは微細パターンを提供するようにスクリーン印刷できる。ボロシリケートガラスまたは他のｐ型ドーパントソースがｐ^＋ジャンクションの形成に使用できる。スクライビングされた溝のサイズの選択はコンタクト面積の減少並びに再結合速度の最小化との間をバランスさせるものでなければならない。最後に、選択的エミッタプロセスを利用することができる。ここでは拡散はバイアスまたは裏面よりも前面で軽い。このことは、例えば、前面に多孔質ＳｉＯ_２層をスクリーン印刷することで達成される。これは孔部と裏面は重拡散され、例えばＨＦでエッチング除去されるが、前面でリン拡散を抑制する。あるいは、これは前面をＰＯＣｌ_３炉内で１スロット（すなわちダブルローディング）で対面させてウェハをローディングすることでも達成できる。これで接触面の拡散部が減少する。

これら全てのプロセスはＥＷＴ電池に加えてバックジャンクションを提供するために使用できる。レーザはｎ型コンタクト用の孔部をドリル加工する代わりに簡単にピットまたは溝をスクライビングする。バックジャンクション太陽電池は負極及び正極の集電ジャンクションを裏面に有する。これら電池は前面近辺で吸収される光発生キャリアがデバイスの後部のジャンクションで収集されるデバイスの幅で拡散できるように高品質材料を必要とする。

（櫛状バックコンタクトグリッドパターンの直列抵抗の最小化）
バックコンタクトシリコン太陽電池は負極コンタクト及び正極コンタクト並びに集電グリッドを裏側に有しているので、負極グリッド及び正極グリッドは互いに電気的に絶縁されていなければならない。これらグリッドはボンディングパッドまたはブスバに電流を集めなければならない。典型的には金属リボンがボンディングパッドまたはブスバに取り付けられ、太陽電池を電気回路に接続する。

バックコンタクト電池のグリッドには２つの形状が存在する。櫛状バックコンタクト（ＩＢＣ）形状では、負導電型グリッド及び正導電型グリッドは櫛状構造体を形成する（図２３Ａ及び２３Ｂ参照）。この構造体は製造ラインで利用するのが容易であるが、断面積が小さく、長いグリッドラインであるために直列抵抗が高い。グリッドラインの長さ、すなわち直列抵抗の大きさはブスバの利用で低減することができる（図２３）。しかしブスバは光電流収集がブスバ上の領域で減少するので有効活性面積を減少させる。また、隣接するバックコンタクト太陽電池同士を相互接続する形状も、電池エッジのボンディングパッドよりも電池の中央でブスバを有した電池でさらに複雑化する。ＩＢＣパターンはスクリーン印刷のごとき低コスト製造技術で容易に提供することができる。

バックコンタクト電池のグリッド用の第２形状は多層金属化部を利用する（図２５）（リチャードＭスワンソンの米国特許４２３４３５２、１９８０年１１月１８日発行「熱光起電コンバータ並びに使用する電池」）。金属層は堆積された電気絶縁を提供する誘電層と垂直に重ねられる。多層金属化形状は、金属が裏面全体を覆うためにＩＢＣ形状よりも直列抵抗が小さい。しかしこの構造は２つの誘電層堆積（第１相及び第２層）を必要とし、金属化ステップに加えてパターン化ステップを必要とする。さらに、多層金属化は誘電絶縁層で電気シャントを引き起こす可能性を秘めたピンホール欠陥を回避するためには非常に高価な薄膜処理技術を必要とする。

本発明はバックコンタクトシリコン太陽電池の櫛状バックコンタクトグリッドパターンの好適ＩＢＣグリッドパターン（ボンディングパッドは電池のエッジ）の直列抵抗を減少させる２つの実施例を提供する。

第１実施例ではグリッドラインは、電池のエッジに到達するまで電流方向で幅が増加するようにテーパ状に設けられる。これで直列抵抗は一定のグリッドカバー率で減少する。なぜならグリッド断面積はグリッドで運搬される電流が増加するのと同一の比率で増加するからである。正極集電グリッド５１０及び負極集電グリッド５２０のテーパ幅パターンの好適実施例が図２６で示されている。図２７はメッキ金属化された太陽電池５０５の裏面の図２６で示すＩＢＣグリッドの断面図である。すなわちコンタクト金属化部にメッキされた金属５３０である。

一般的に、最良テーパ度は経験的または計算により決定できる。さらに、金属カバー率並びに同一極性グリッド間のスペースも同様に変更できる。典型的な特性のＩＢＣ電池のシミュレーションではＩＢＣグリッドの直列抵抗は１２５ｍｍＸ１２５ｍｍの電池用に計算された。同一極性グリッド間のスペースは２ｍｍに選択され、金属カバー率は４０％に選択された。グリッドラインは一定幅のＩＢＣ形状では４００μｍの幅であった。グリッドラインはテーパ形状では２００μｍから６００μｍに増加した。直列抵抗は一定幅ＩＢＣ形状と比べてテーパ形状では３６％少なかった。他のテーパ形状も必要に応じて利用できる。例えばグリッドラインは２５０μｍから５５０μｍ幅のテーパを有することができる。

第２実施例ではグリッド抵抗はグリッドラインを太くすることで減少させることができる。スクリーン印刷されたＡｇペーストグリッドの太さはペーストとスクリーンの物理的特性により限定される。許容抵抗損失を伴う大きな寸法で電流を導くにために、エッジ集電をさせるＩＢＣグリッドの好適形状（図２３Ａ）は典型的には比較的に太いグリッドライン（５０μｍ以上）を必要とする。これは容易にスクリーン印刷されるものより太い。印刷されたＡｇのＩＢＣグリッドのグリッドラインの太さを増加させる２つの好適方法は、ＩＢＣ電池を溶融ハンダに浸す（スズディッピング）方法とグリッドラインに金属メッキ（電気メッキまたは無電メッキ）を施す方法とである。スズディッピングは従来のシリコン太陽電池の製造のためにシリコン太陽電池製造業者に利用されている方法である。溶融ハンダの温度はハンダの組成によるが、一般的には２５０℃以下である。１実施例では印刷されたＡｇグリッドラインの溶解を最小限とするためＳｎ：Ａｇハンダが採用される。

あるいは、多くの金属は電気メッキまたは無電メッキでメッキできる。ＣｕとＡｇは特に有利である。それら金属はハンダが容易であり、優れた導電性を有している。メッキされたグリッドラインの別な利点は完成電池での減少した応力である。細い印刷Ａｇラインが好適には使用される。なぜなら、最終導電性は連続する金属堆積ステップで決定されるからである。Ａｇは高温で焼成される（一般的には７００℃以上）。よって、この層を薄くしておくことは、高焼成温度による応力を減少させる。さらに、メッキは一般的に低温（１００℃以下）で実施される。よってグリッド厚は低温で増加でき、完成電池の応力が小さくなる。

前述の実施例は一般的または特別に解説した反応物質及び/又は加工条件を他のものと置換することでも同様に可能であろう。プロセスの順序を変更したり、ステップを追加することも可能である。

以上、本発明を実施例を利用して解説したが、他の実施例でも同様な結果が得られよう。それらの変形や改良も本発明の想定内である。

図１は基本的バックコンタクト太陽電池の断面図である。 図２はアイケルブーム他の文献で解説されている方法に従って製造された太陽電池の断面図である。 図３はアイケルブーム他の文献で解説されている方法に従って製造された太陽電池の断面図である。 図４はアイケルブーム他の文献で解説されている方法に従って製造された太陽電池の断面図である。 図５はアイケルブーム他の文献で解説されている方法に従って製造された太陽電池の断面図である。 図６は本発明のホウ素拡散ＥＷＴ電池製造プロセスによって製造された太陽電池の断面図である。 図７は本発明のホウ素拡散ＥＷＴ電池製造プロセスによって製造された太陽電池の断面図である。 図８は本発明のホウ素拡散ＥＷＴ電池製造プロセスによって製造された太陽電池の断面図である。 図９はメッキされたニッケル（Ｎｉ）コンタクトをさらに有した、本発明のホウ素拡散ＥＷＴ電池プロセスによって製造された太陽電池の断面図である。 図１０はメッキされたニッケル（Ｎｉ）コンタクトをさらに有した、本発明のホウ素拡散ＥＷＴ電池プロセスによって製造された太陽電池の断面図である。 図１１はＮｉコンタクトを有したＡｌ合金ｐ型ジャンクションを含んだ本発明の太陽電池の断面図である。 図１２はＮｉコンタクトを有したＡｌ合金ｐ型ジャンクションを含んだ本発明の太陽電池の断面図である。 図１３はＮｉコンタクトを有したＡｌ合金ｐ型ジャンクションを含んだ本発明の太陽電池の断面図である。 図１４はダブルスクライビング法により製造された本発明の太陽電池の断面図である。 図１５はダブルスクライビング法により製造された本発明の太陽電池の断面図である。 図１６はダブルスクライビング法により製造された本発明の太陽電池の断面図である。 図１７はダブルスクライビング法により製造された本発明の太陽電池の断面図である。 図１８は別なダブルスクライビング法で製造された本発明の太陽電池の断面図である。 図１９は別なダブルスクライビング法で製造された本発明の太陽電池の断面図である。 図２０は別なダブルスクライビング法で製造された本発明の太陽電池の断面図である。 図２１は別なダブルスクライビング法で製造された本発明の太陽電池の断面図である。 図２２は本発明の１実施例の断面図であり、ｐ型金属がｎ^＋拡散部をスパイクしている。 図２３Ａは櫛状グリッドパターンの従来型バックコンタクト太陽電池の平面図である。異なる陰影のグリッドは負導電型と正導電型のグリッドを表す。ボンドパッドが電池エッジに提供され、太陽電池を電気回路に相互接続している。 図２３Ｂは図１５Ａで図示するＩＢＣ電池の従来型櫛状グリッドの断面図である。 図２４は電池のエッジと中央部にブスバを有したバックコンタクト太陽電池の従来型ＩＢＣグリッドパターンの平面図である。 図２５はバックコンタクト太陽電池の従来型多層金属化部の断面図である。 図２６は本発明のバックコンタクト太陽電池のＩＢＣグリッドパターンの平面図である。 図２７はメッキ金属化部を有したバックコンタクト太陽電池の断面図である。

Claims (24)

1. バックコンタクト太陽電池の製法であって、
   第１導電型を含んだ半導体基板を提供するステップと、
   裏面に反対の導電型を含んだ拡散部を提供するステップと、
   裏面に誘電層を堆積するステップと、
   基板の前面から裏面に延びる複数の孔部を形成するステップと、
   裏面の領域から前記拡散部と誘電層とを除去するステップと、
   裏面の領域のそれぞれに前記第１導電型を含んだコンタクトを設けるステップと、
   前記コンタクトと電気的接触状態で裏面に第１導電グリッドを設置するステップと、
   前記孔部の前記拡散部と電気的接触状態で裏面に第２導電グリッドを設置するステップと、
   を含んでいることを特徴とする製法。
2. コンタクトを設けるステップは基板をドーパントでドープするステップを含んでいることを特徴とする請求項１記載の製法。
3. ドーパントはホウ素あるいはアルミニウムであることを特徴とする請求項２記載の製法。
4. 第１導電グリッドはドーパントを含まないことを特徴とする請求項２記載の製法。
5. 拡散部を提供するステップは基板をガスに曝露するステップを含んでいることを特徴とする請求項１記載の製法。
6. ガスはＰＯＣｌ_３を含んでいることを特徴とする請求項５記載の製法。
7. 第１導電グリッドは第２導電グリッドと櫛形態で組み合わされていることを特徴とする請求項１記載の製法。
8. 誘電層を堆積するステップは誘電層を前面に堆積するステップを含んでおり、コンタクトを設けるステップは孔部の内面に反対導電型を含んだ第２拡散部を同時的に提供するステップを含んでいることを特徴とする請求項１記載の製法。
9. 前面及び/又は裏面に不活性層を構築するステップをさらに含んでいることを特徴とする請求項１記載の製法。
10. 不活性層を構築するステップは表面の酸化ステップあるいは不活性層の堆積ステップを含んでいることを特徴とする請求項９記載の製法。
11. 孔部の内面と領域をメッキ金属コンタクト層で被膜するステップをさらに含んでおり、該被膜ステップはコンタクトを設けるステップの後で、グリッドを設置するステップの前に実施されることを特徴とする請求項１記載の製法。
12. コンタクトの層はニッケルを含んでいることを特徴とする請求項１１記載の製法。
13. コンタクトの層は無電メッキでメッキされていることを特徴とする請求項１１記載の製法。
14. 拡散部及び誘電層の除去ステップの後で第２拡散部を提供するステップをさらに含んでおり、該第２拡散部は孔部の内面と領域に反対導電型を含んでおり、コンタクトを設けるステップは該第２拡散部をオーバドープするステップを含んでいることを特徴とする請求項１１記載の製法。
15. 請求項１記載の製法で製造されることを特徴とするバックコンタクト太陽電池。
16. 金属を含んだメッキ層を含んでいるバックコンタクト太陽電池であって、該メッキ層は基板のドープ領域と導電グリッドの間に提供され、該導電グリッドは前記金属を含まないことを特徴とするバックコンタクト太陽電池。
17. 金属はニッケルを含んでいることを特徴とする請求項１６記載のバックコンタクト太陽電池。
18. バックコンタクト太陽電池の製法であって、
    第１導電型を含んだ半導体基板を提供するステップと、
    裏面にパターン化された誘電層を堆積するステップと、
    前記誘電層で覆われていない裏面の露出部分に反対導電型を含んだ拡散部を提供するステップと、
    前記露出部分と該露出部分に隣接する前記誘電層に金属を提供するステップと、
    前記金属を焼成するステップと、
    を含んでいることを特徴とする製法。
19. 誘電層を堆積するステップは誘電層をスクリーン印刷するステップを含んでいることを特徴とする請求項１８記載の製法。
20. 拡散部を提供するステップは、ＰＯＣｌ_３あるいはＰＨ_３のガスを使用することを特徴とする請求項１８記載の製法。
21. 金属は第１導電型のドーパントを含んでいることを特徴とする請求項１８記載の製法。
22. 金属を提供するステップは該金属を含んだペーストをスクリーン印刷するステップを含んでいることを特徴とする請求項２１記載の製法。
23. 金属の焼成ステップは露出部分の拡散部を該金属でスパイキングするステップを含んでいることを特徴とする請求項１８記載の製法。
24. 請求項１８記載の製法で製造されることを特徴とするバックコンタクト太陽電池。

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