JP2002513212A - 太陽電池におけるコンタクト構造の製造方法 - Google Patents

太陽電池におけるコンタクト構造の製造方法

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Abstract

(57)【要約】 本発明は、半導体部品におけるコンタクト構造の製造工程に関するものであり、特に太陽電池などのそうしたコンタクト構造を持つ半導体部品に関する。本発明の一態様によれば、夫々層の連続(2)である第1の層上にエッチングマスク(3)を位置した後、その下の第2の層(1)まであるいは中まで凹部がエッチングされる。エッチングマスク(3)がアンダーカットされる、および/または第1の層(2)の少なくとも一つの領域が負の側面を含むように、エッチングが行われる。続いて、エッチングマスク(3)または電気的導電性物質(9)の導入のためのシャドウマスクを形成する第1の層(2)を用いてこの物質が凹部へ導入される。前記導電性物質(9)と前記第1の層または前記第1の連続層(2)間にコンタクトが生じないような高さまでのみ、この導電性物質が導入される。これらの構造により、初めて、付加的なマスキングを用いることなくエミッタ層を通じてベースへのコンタクティングが可能となる。本発明により、太陽電池上の金属コンタクトの製造をより簡素に、コスト的により有利にすることが可能である。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明はコンタクト構造を持つ太陽電池の他、太陽電池におけるそうしたコン
タクト構造の製造工程に関するものであり、特に、太陽電池の新規なコンタクテ
ィングを可能とする溝または穴の構造およびそれらの実現化に関するものである
。
【０００２】 太陽電池は光を電気エネルギーに変換する部品である。通常太陽電池は、各々
正と負の電荷キャリヤーの流動性を変える層からなる領域、n型導電領域、p型導
電領域を含む半導体物質からなる。これらの領域は各々エミッタ、ベースと呼ば
れる。入射光により生成された正および負の電荷キャリヤーは分離されて、各領
域に設けられた金属のコンタクトにより搬送される。通常、コンタクトに到達し
他のそれぞれの電荷キャリヤーと再結合しない電荷キャリヤーだけが太陽電池の
電力に資するものである。
【０００３】 金属コンタクトは通常、金属を蒸着して、それを電気メッキで厚くしたもので
、ニッケルを電流を用いずに凝結させたり、金属ペーストを被コンタクト領域面
に押圧することによりなされる。他の理由によりこれらの領域が太陽電池または
金属缶の全表面を覆わなかったり、ある点のみ蒸着する場合（例えば光の陰にな
ったり、コンタクトで再結合が増強されたりした場合）は、以下に説明するよう
に、製造の間マスクを用いることになる。 金属蒸着においては、通常、図1aに示すように、フォトリソグラフィーにより生
成されたワニスが塗布されたマスク(3)を被コンタクト層(1)に直接載置する。そ
して全表面に金属層(4)を金属蒸気(5)から蒸着させてワニス塗布マスクを取り除
く。
【０００４】 他の構成方法では、図1bに示すようにシャドウマスク(3)に各クランピングを
載置する。他のプロセスステップは図1aに関して説明した通りである。蒸着金属
を付着させるのに押圧プロセスも使用する。ここでは例えばスクリーン印刷マス
ク(3)またはあらかじめ作成したブロック（スタンプ印刷またはタンポン印刷に
よる）の二つのマスクを使用する。図1cはスキージ（水切り）(7)で金属がマス
クの中空間に金属ペースト状に挿入される様子を示している。 上述のプロセスを用いて生成された金属コンタクト部は、通常櫛状の形に実現さ
れる。つまり、いわゆるグリッドを形成する。
【０００５】 それらの最も簡素な形状では、太陽電池は全表面のベースとエミッタ領域を持
ち、エミッタは通常光を受ける側（正面側）の下にある（図2参照）。このよう
に、裏側の全表面に金属を設置することによりベースがコンタクトされる。エミ
ッタはグリッドによりコンタクトされるが、これは金属コンタクトでの反射によ
る太陽電池に対する光の損失をできる限り減らすためである。これは太陽電池の
コンタクトシェーディングと称される。シェーディングが少ないほど、つまり、
より多くの光が太陽電池に到達するほど、電池表面あたりの電流が多く採集され
、効率がより大きくなる。抵抗をより少なくして電流を移送するには、グリッド
のフィンガ間のスペースを大きく取りすぎてはならず、その数および断面が小さ
すぎてはならない。このように、ある量のシェーディングが考慮されなければな
らない。
【０００６】 図2はベース層(1)、エミッタ層(2)およびエミッタにコンタクトするためのエ
ミッタグリッド(8)を有する太陽電池を示している。光が当る正面(10)はエミッ
タ層(2)により形成される。ベース層(1)の裏側の全面にベースコンタクト(9)が
形成される。
【０００７】 WO 88/03709にはそうした太陽電池が記載されている。この太陽電池では、エ
ミッタ層は太陽電池の表面に形成されたグリッドと部分的に接触する溝を介して
コンタクトしている。この太陽電池では、溝はエッチングプロセスにより生成し
ている。しかしながらグリッドの配置および形状による、太陽電池表面の甚だし
く不都合なシェーディングを考慮すべきである。
【０００８】 金属コンタクトによるシェーディングを減少させる一つの方法としては、S.W.
Glunz他の「Optimized High-Efficiency Silicon Solar Cells（最適化された
高効率シリコン太陽電池） with Jsc=42 mA/cm2 and h=23.3%, 14th EU-PVSEC B
arcelona, Spain (1997)」により提案されているようにグリッドフィンガを高く
幅の狭いものに設計する方法がある。これは断面とグリッドの導電性を縮小する
ことなくコンタクトに覆われた太陽電池表面を縮小する方法である。
【０００９】 しかしながら、このプロセスでは、電気メッキにより蒸着した金属を凝結して
いる間にグリッドが高さのみ成長するような特殊なワニス塗布マスクが必要とな
る。この技術では、そうした微細なコンタクト上を押圧することは不可能である
。
【００１０】 US 4726850は「埋め込みコンタクトセル」と呼ばれる他の案を提供している。
これは金属を満たしたレーザ形成溝に（US 4626613も参照）基づいている。太陽
電池のシェーディングは溝の幅により決まり最小限にすることができるが、コン
タクトの断面は溝の深さにより保たれる。埋め込みコンタクトの他の利点は、金
属と太陽電池間のコンタクト面が大きくなるほど、コンタクト抵抗が低くなるこ
とである。
【００１１】 しかしながら、このプロセスの欠点は、溝を形成するのにレーザを使用すると
プロセスが大変複雑になることである。レーザ光線は正確な偏光または導光装置
により太陽電池の前面上を誘導する必要がある。しかも、レーザ光線は太陽電池
に損傷を与えてしまい、損傷を受けた層を除去するために溝をエッチしなければ
ならない。これは機械的に形成された、例えばノコ刃形成された溝に該当する。
【００１２】 効率を上げるために、製造を簡単にしてより安価な基礎素材を開発することは
、太陽電池技術が直面している最も重要な課題である。コンタクティングやマス
クの不要化はメタライゼーションに相当な簡素化をもたらしている。マスクを用
いない二つのグリッド生成プロセスを簡単に説明するが、これらはノコ刃パター
ンに類似したノコ刃溝により表面を構成することに基づいている。
【００１３】 したがって、最初のプロセスは、相互シェーディングにより傾斜した蒸着によ
り「ノコ刃」の先端のみがメタライズされるもので、M. Verbeek 他「Mechanica
lly Grooved High-Efficiency Silicon Solar Cells with Self-Aligned Metall
ization（機械的に溝が形成された、自己位置調整メタライゼーションによる高
効率シリコン太陽電池）, 25th IEEE-PVSC Washington, U.S.A. (1996)」により
提案されている。これは図3aに示している。この図は被コンタクト層(1)のノコ
刃形成された表面を示し、傾斜蒸着(5)により、この層の先端で片側のみでメタ
ライゼーション(4)が生じている。
【００１４】 第2のプロセスは、C. Gerhards 他「Mechanically V-Textured Low Cost Mult
icrystalline Silicon Solar Cells with a Novel Printing Metallization（機
械的にV字形成された新規な印刷メタライゼーションによる低コストの多結晶シ
リコン太陽電池）, 26th IEEE-PVSC Anaheim, U.S.A. (1997)」に記載されてい
る。このプロセスでは、高さの変化する「ノコ刃」を形成することにより、いわ
ゆる「ローラ印刷」による選択的メタライゼーションが可能となっている。この
メタライゼーションでは図3bに示すように金属ペースト(6)がスキージ(7)によっ
て付加される。
【００１５】 しかしながら、これら両プロセスでは、エッチングによりノコ刃形成を行った
後、およそ3から5μmの厚さの損傷を受けた層を除去しなければならない。しか
も、これらのプロセスはノコ刃形成の間の機械的緊張により、感度の高い物質、
例えば帯状延伸物質または薄い沈澱層には不向きである。また、これらのプロセ
スは、層の薄い太陽電池には不向きである。形成最小限のノコ刃深さは通常活性
太陽電池の厚さ（3から50μm）よりも大きいためである。
【００１６】 より安価な基礎物質を開発するなかで、コスト的に有利な基板上の薄層太陽電
池の発想が特に重要となった。太陽電池はキャリアー物質に該当する薄い半導体
層（3から50μm）のみで成っている。しかし、これらの基板は導通することが不
可能である。そこで、ベースへのコンタクトを基板の裏側から形成することが出
来ないのである。その代わり、ベースとエミッタのコンタクティングのために、
二つの連結グリッドからなる、いわゆる片側グリッドを使用するべきである。
【００１７】 図4aは片側コンタクティングによる薄層太陽電池の製造例を示している。ベー
ス層(1)が絶縁基板(11)上に形成される。各層のエミッタ領域(2)はこのベース層
に埋め込まれている。図に示すように、エミッタ領域とベースの両方のコンタク
ティングが連結したエミッタグリッド(8)および各ベースグリッド(9)を介して起
こる。
【００１８】 ドイツ国出願P 197 15 138.8に記載されているように、片側コンタクトの着想
は、同時に、多数の太陽電池を基板上で互いに接続するのにも使用することがで
きる。
【００１９】 図4bに示すように、同じ構成は、裏側コンタクトセルの、高効率太陽電池のた
めの発想にも該当する。ここでは正面の光シェーディング(10)を完全に排除する
ためにコンタクトおよび選択的なエミッタ領域(2)はベース層(1)の裏側で形成さ
れる。コンタクト部が幅の狭いグリッド(8,9)として実現した場合、裏側から太
陽電池に到達する光もまた電流を生成するのに貢献する（いわゆる「二面電池」
）。
【００２０】 これまで、この片側コンタクティングは非常に複雑なプロセスを用いてしか実
現できなかった。いわゆる選択的エミッタは多数のマスクにより形成され、つま
りエミッタは同質の層からは成らず、むしろエミッタグリッドの形に相当する副
領域から成っている。製造工程を図5に示す。最初にベース層(1)の表面をマスク
する（図5a）。それからマスク(3)に規定された部分でエミッタ領域(2)を生成す
る物質をベース層(1)の表面に拡散する。続く「引き上げ」プロセスでマスク(3)
を除去し（図5c）、図5dに示すようなベース(1)および選択的エミッタ領域(2)を
有する構造を形成する。このようにしてベース(1)に属する領域を表面上に保持
し表面でコンタクトさせることができる。
【００２１】 各金属コンタクト部を夫々相当するエミッタ領域とベース領域に正確に載置す
ることは重要な位置調整の問題であり付加的なマスクを必要とする。
【００２２】 したがって、本発明は簡素で安価に実現可能なコンタクト構造を持つ太陽電池
と太陽電池におけるコンタクト構造の製造工程を提供することを目的とする。
【００２３】 さらに、この工程では、片側コンタクトの太陽電池および裏側コンタクトの太
陽電池を簡単に実現することが可能である。
【００２４】 この目的は各々請求項11の太陽電池による請求項1および2に記載の工程により
解決できる。好適な実施例は従属請求項の要旨である。
【００２５】 本発明の第1の態様によれば（請求項1）、第1の層または第1の連続層にエッチ
ングマスクを位置させた後、第1の層または第1の連続層を通じて凹部を下の第2
の層までエッチする。本発明の主要な点はエッチングマスクをアンダーカットす
る（訳注: マスク端部より側面方向にエッチングが進行し、被エッチング材料の
パターン幅がマスク幅より減少すること）ようにエッチングを行うことである。
そして、マスクのアンダーカッティングおよびそれによる突出エッジにより物質
を導入するためのシャドウマスクを形成するエッチングマスクを用いて、電気的
導電性物質を凹部に導入する。導電物質は、凹部において導電物質と第1の層ま
たは第1の連続層との間にコンタクトを生成できない高さまで導入するのみであ
る。引き続いてエッチングマスクを除去する。
【００２６】 本発明の第2の態様によれば（請求項2）、第1のステップを請求項1に従う工程
のように実行する。しかし、本発明の第2の態様によれば、凹部のエッチングは
、各々負の側面を持つ少なくとも第1の層または第1の連続層の１領域がアンダー
カットされるように実行される。エッチングステップの後、エッチングマスクを
除去することができる。そして電気的導電性物質を凹部に導入する。この例では
、負の側面を持つ第1の層または第1の連続層の領域は、形成された突出エッジに
よりその物質を導入するためのシャドウマスクを形成する。また導電性物質は、
凹部において導電物質と第1の層または第1の連続層との間にコンタクトを生成で
きない高さまで導入するのみである。
【００２７】 請求項１及び2に従う発明の工程の特に有益な態様では、さらなるマスキング
または分離をせずに第1の層を通じて第2の層へのコンタクティングを実現するこ
とができ、太陽電池のエミッタ層を通じてベース層にコンタクトさせることが可
能となる。
【００２８】 この工程により、溝や穴やそれらの組み合わせなどいずれの所望のパターンも
１ステップで実現することができる。
【００２９】 この工程により、太陽電池には深刻な損傷が起こらず、処理対象物質は機械的
圧迫を受けることがない。
【００３０】 請求項1および2の発明の工程では、例えばフォトリソグラフィックにより構成
されたワニス塗布層をエッチングマスクとして使用することができる。酸化物、
窒化物または金属層もエッチングマスクとして使用することができる。この工程
で特に有用なのはさらなるマスキングステップを必要とせずに載置または把持に
よるシャドウマスクを使用できることである。
【００３１】 電気的導電性物質の導入は、例えば図１に関して本明細の冒頭で説明したよう
なプロセスなど当業者に公知のプロセスを用いて行うことができる。
【００３２】 請求項2に記載のコンタクト構造を持つ発明による太陽電池は、第1の層または
第1の連続層に、第2の層または第1の連続層まで達する凹部または開口部を持つ
。凹部は少なくとも第1の層または第1の連続層において、中空間が深により増加
する傾斜した側面（負の側面）を持つ。 凹部においては、導電性物質は、凹部において導電物質と第1の層または第1の連
続層との間にコンタクトを生成できない高さまで導入するのみである。
【００３３】 傾斜側面は直線的および湾曲した側面を意味し、換言すれば、垂直（太陽電池
の表面の各々第1の層またはエッチングマスクに対し垂直な側面）をのぞくいず
れの側面形状でも可能である。勿論、側面、凹部の断面を深さで拡大する意味で
夫々負の側面の傾斜としての、水平領域の側面におけるステップを含んでいる。 発明による工程は各々当業者に公知の太陽電池のためのコンタクティングであ
るコンタクト構造の改良である。請求項1および2に従うこの工程の要は特に成形
された凹部にある。説明したエッチングプロセスはプラズマエッチングプロセス
（請求項8）を用いて好適に実現することができる。
【００３４】 溝または穴の形態の凹部は、各側面形状の選択的アンダーカッティングにより
部分的に自己マスキングとして機能するという点で特徴付けられる（図6、請求
項2）。この凹部形態は、エッチングプロセスの選択的調整または異なる表面層
の物質のエッチング状態を変えることによっても実現できる。選択的（自己）マ
スキングにより、蒸着の間構造の幾つかの部分がメタライズされず、メタライゼ
ーションの間のエミッタとベース間の短絡を防ぐことができる。
【００３５】 したがって、初めて、エミッタの均質な拡散にしたがって、太陽電池のベース
がエミッタ側からコンタクトされるコンタクト構造が可能となっている。 凹部の選択的成形とは別に、自己マスキング効果は、構造を形成するのに必要な
マスクを損傷させないエッチングプロセスによっても得ることが可能であり、メ
タライゼーションの間マスクが部分的に凹部の側面をマスクするようにアンダー
カットが行われる（図7、請求項1）。同じマスクを構造の形成とメタライゼーシ
ョンに使用できるため、これらはいわゆる自己位置調整コンタクト構造である。 太陽電池におけるシェーディングを最小限にして同時にコンタクトの高電流導
電性および低コンタクト抵抗を確保するために、溝または穴は狭く、つまり高い
アスペクト比（深さ対幅の比）を持たなければならない。
【００３６】 発明の溝または穴構造はレーザまたは機械的成形を用いて形成することはでき
ない。これらの構造は限られた程度で、例えばウェット化学エッチングを用いて
実現することができる。
【００３７】 一方では、いくつかのエッチング溶液の特質を利用して、いくつかの結晶方向
で他よりもより迅速にエッチングを行うことができる。適切にカットされた単結
晶物質上では、これにより所望の構造を得ることができる。しかしながら、それ
らの大きさおよび形状は物質の結晶構造により与えられる。
【００３８】 他方では、エッチング溶液は全結晶方向で均等な速さでエッチングを行いエッ
チングマスクをアンダーカットするがそれに損傷は与えないよう用いることがで
きる。しかしながら、これは純粋に等方性のエッチ除去であり、半球構造、すな
わち低アスペクト比になる。
【００３９】 したがって、側面の傾斜またはアンダーカッティングを有益に調整できるプラ
ズマプロセスが好適に用いられる。
【００４０】 プラズマエッチングでは、高周波放射および/またはマイクロ波放射により反
応性および/または不活性ガスを誘発する。その結果生じるラジカルは試料表面
と反応し（等方性化学エッチング）、そして/または生じたイオンは電界により
それに加速衝突する。反応性イオンエッチング(RIE)では、主に反応性イオンが
用いられ、そのエネルギーで表面原子を排除したり化学反応を支援するだけでな
く、イオン自体が表面原子と反応する。誘導されたイオンの流れは異方性除去と
なる。プロセスパラメータを巧妙に選択することによって、等方性および異方性
のエッチングの関係に影響を及ぼして、アンダーカッティングにより構造の側面
形状に影響を及ぼすことになる。これは被エッチング物質およびその結晶配向動
作とは独立に用いることが可能であり、したがって安価な他結晶物質に適してい
る。
【００４１】 プラズマ処理に起こりうる処理対象物質への損傷は太陽電池にとり極めて重大
である。他のほとんどの半導体部品とは異なり、太陽電池では、浮遊電力は最小
限にとどめなければならない。これは電気的コンタクトができる限り多くの電荷
キャリヤーへ達するために電荷キャリヤーの再結合が大きく抑制される必要があ
ることを意味する。これを確実にするために、本例では、太陽電池に負の影響を
及ぼさない極めて低損傷のプラズマ援用エッチングプロセスを使用している。こ
れは小さいイオンエネルギーと各プロセスに適用されるエッチングガスの組み合
わせによって達成できる。
【００４２】 プラズマエッチングプロセスは、ウェット化学プロセスよりも適用領域が広が
るドライ化学プロセスである。例えば、発明によるコンタクト構造の製造のため
のプラズマエッチングプロセスにより、多孔質基板物質上の薄層太陽電池を処理
することが可能となる。プラズマエッチングプロセスはドライプロセスであるた
め、処理対象物質は液体と接触することがない。ウェット化学処理に必要となる
フォトリソグラフィックマスクよりコスト的にはるかに有利なエッチングマスク
としてもシャドウマスクを使用することができる。
【００４３】 本発明は以下の添付図面を参照する好適な実施例を用いた説明でより明らかに
なるであろう。
【００４４】 図1から5に示す、従来技術によるメタライジングのプロセスの例、コンタクテ
ィング形成および太陽電池設計は本明細の冒頭で既に説明した。
【００４５】 図6は、太陽電池のベース層(1)上に位置するエミッタ層(2)領域における各々
側面のエッチングによるアンダーカッティングにより形成されたコンタクト構造
の例を示している。全ての図示された構造が金属蒸着間の自己マスキングの効果
を示しており、エミッタコンタクト(8)のエミッタ層の表面上およびベースコン
タクト(9)の凹部に金属を堆積した後図示されたように現われる。凹部は埋めら
れるのみであるか、ベースコンタクト(9)とエミッタ層(2)間のコンタクトが生じ
ない程度まで金属の堆積が行われるのみである。図示の（左から右へ向かう図面
）凹部の側面は、エミッタ層における負の領域により、ベース層で直線的な負の
側面、垂直な側面、エミッタにおける負の領域により、エミッタ層で負の領域に
よりいずれの所望の側面形状を、そして同方性エッチング後にエミッタ層で負の
領域を持つ側面形状を有している。図示の側面形状は、例えば、エミッタおよび
ベースにおいて異なるエッチング状態により生成することができる。
【００４６】 図7は本発明の一態様に従う、エッチングマスク(3)のアンダーカッティングに
よる自己マスキングの例を示している。参照符号の意味は図6のものに相当する
。このアンダーカッティングでは、エッチングマスク(3)自体が損傷を受けるこ
とはない。凹部の正確な形状はなんの役割も果たしていない。つまり、図6のよ
うにエミッタ層(2)において負の側面は必要とされない。
【００４７】 右の写真は本工程で実現された構造のスキャン電子顕微鏡(REM)写真である。
この構造の製造は、例えば下流モードでECR反応炉において実行することができ
る。6フッ化イオウ SF6などのエッチングガスを、例えばガス流30sccmと、圧力3
Pa、マイクロ波出力400W、試料温度10°C、試料-プラズマ距離200mm、エッチン
グ時間15minで用いると、15μmの溝深さに達する。付加的な20Wの高周波(RIE)パ
ワーが使用された場合、溝はより狭く同時により深く実現される。
【００４８】 発明による工程の好適な実施例（例1）は太陽電池における埋め込みコンタク
トの自己位置調整メタライゼーションを提供する。この工程は、アスペクト関係
および「埋め込みコンタクトセル」の損傷に関する、レーザまたはノコ刃成形に
より形成される溝の向上をもたらす。
【００４９】 表面組成がエミッタ形成の前に生じた場合、エミッタコンタクトが実現できる
。太陽電池のベース領域に組成が生じた場合はベースコンタクトが実現される。
【００５０】 溝（または孔）の生成にマスク(3)を用いる。このマスクはフォトリソグラフ
ィックに生成したワニス塗布マスクまたはシャドウマスクでよい。太陽電池(1)
上に既に存在している、適切に開口した層（酸化物、窒化物、金属等）もマスク
として使用することができる。図8aに示すように、プラズマエッチング（例えば
RIEまたはECR-RIEなどマイクロ波援用RIEプロセス）により、マスクに損傷を与
えることなく、非常に幅が狭く深い構造を生成することができる。図8aはマスク
(3)のアンダーカッティングを示している。マスクはメタライゼーションにも使
用され、「引き上げ」プロセスにおけるメタライゼーションの後まで除去されな
い。マスクの除去後、メタライズされた溝(4)が形成され（図8b）、これにより
構造上のメタライゼーションマスクの位置調整を不要としている。メタライゼー
ションは蒸着または構造を金属ペーストで埋めることによっても行うことができ
る。これはスキージングまたは全面押圧によっても行うことができる。
【００５１】 他の発明による実施例（例2）では、初めて太陽電池の同質のエミッタを通じ
た、つまり図9に示すように全面を覆うエミッタ層を通じたベースへのコンタク
トが可能となる。これは片側コンタクティングにおけるベースの自己位置調整コ
ンタクテシングに相当する。単一のマスクを用いて発明の溝または穴の製造およ
びその後のメタライゼーションを行うことができる。共に複雑な選択的エミッタ
の製造および構造上でのメタライゼーションマスクの位置調整は不要となる。こ
うして、裏側コンタクトセルのみならず、片側からのコンタクトが可能な絶縁基
板上の薄層セルに使用できる単純な太陽電池が可能となる。
【００５２】 溝または穴は上記の例（例1）で述べたようにエミッタ層(2)上のマスク(3)（
図9a）を用いて形成する。エミッタ層(2)はベース層(1)上に位置する。このプロ
セスで、メタライゼーションの間エミッタ(2)のマスキングが確実にされるよう
にマスク(3)がアンダーカットされるか（図9a、9d）または凹部の側面形状がエ
ッチングされる（図9c）。メタライゼーションは金属の蒸着および可能であれば
それに続くメッキにより行われる。蒸着は正確に垂直に行われないため、エミッ
タ領域もまた陰を落すように夫々凹部においてマスクする必要があり、これは発
明の構造により確実にされる。ベースコンタクト(9)の実現化のためには、図9b
から9d下部に示すように、図凹部内部で、メタライゼーション(9)にエミッタ層(
2)無くなる高さまで金属の堆積または塗布を必要とするのみである。図示のメタ
ライゼーション(9)断面形状はマスキングにより形成される。
【００５３】 本願では、溝または穴は主としてウェット化学的に形成することもできる。し
かしながら、エッチングレートは等方性であり、つまり水平および垂直エッチが
同じであって、それに相当する太陽電池の大きなマスキングまたは高コンタクト
抵抗およびコンタクトの低電流導電性が伴う大変幅広い構造のみが実現可能であ
る。図9dはウェット化学エッチングにより生成できる溝の凹部の形態を示してい
る。
【００５４】 適切なエッチング溶液または各結晶方向の物質または反転構造を形成するため
のプラズマエッチングにおけるパラメータの同じく適切な選択を、関連する書類
に見出すことができる。
【００５５】 自己マスキング効果を伴う発明による構造がコンタクティングに使用されず、
発明によるマスク(3)のアンダーカッティングプロセスと引き続き同じマスクを
通じて行うメタライジングに従ってコンタクティングが起こらない場合、図10に
示すようにエミッタ(2)とベースコンタクト(9)間に短絡(12)が発生する。従って
太陽電池は使用不能である。
【００５６】 図11は裏側コンタクトセルの場合のエミッタおよびベースの同時自己位置調整
メタライゼーションの好適な実施例（例3）を示している。片側コンタクティン
グを持つセルのように、裏側全体がメタライズ可能であり、発明による溝または
孔によりエミッタおよびベースの同時自己位置調整コンタクティングが可能とな
る。上記の例（例2）のように、これらの構造ではエミッタ(2)を通じてベース(1
)までエッチングする。決定的なのは構造側面の自己マスキングである。図11は
スペーシングが深により増加するエミッタ層傾斜側面の領域に凹部を与える、エ
ミッタ層(2)表面近くの領域のアンダーカッティングを示している。それからマ
スクを除去し、全面メタライゼーションを行う。エミッタ層(2)上のメタライゼ
ーションによりエミッタコンタクト(8)が形成され、凹部におけるメタライゼー
ションによりベースコンタクト(9)が形成される。例1に関して説明したように、
これらの構造を形成するために様々なタイプのマスクが使用できる。表面近くの
エミッタ層の領域の突出エッジを持つ溝または穴の形状により、図11に示すよう
に、エミッタコンタクト(8)およびベースコンタクト(9)間の短絡を除外するよう
に金属を堆積する。図示の例では、単一のマスクを用いて、有効にエミッタ(2)
とベース(1)を同時にコンタクトさせることができる。
【００５７】 上記の例（例3）とは異なり、エミッタコンタクト(8)は、例えばエミッタグリ
ッドを実現するためなど、全面でなくとも実行可能である。この目的では図12に
示すように付加的なメタライゼーションマスク(13)が必要となる。しかしながら
、エミッタ(2)とベース(1)のメタライゼーションはなおも１ステップで実行する
ことができる。前述の例（例3）に従う凹部形成後、エミッタコンタクトを規定
するために付加的なマスク(13)を載置する。続く全面メタライジングの間、エミ
ッタとベースを同時にコンタクトさせる。そして付加的なマスクを除去する。こ
のエミッタおよびベースの同時メタライジングの形態は表側からの片側コンタク
ティングにも適用可能である。それは上述の例と同じ利点を持つのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来技術による太陽電池のためのメタライジングプロセスの例である。
【図２】 従来技術による単純な太陽電池の図である。
【図３】 従来技術によるマスクを用いないノコ刃構造のメタライジングの例である。
【図４】 従来技術による薄層太陽電池の片側コンタクティング(a)および裏側コンタク
トセル(b)の例である。
【図５】 従来技術による選択的エミッタ製造ステップの例である。
【図６】 本発明による自己マスキングコンタクト構造の好適な実施例である。
【図７】 本発明の一態様に従うエッチングマスクのアンダーカッティングによる、自己
マスキングに基づく自己位置調整メタライジングの例である。
【図８】 本発明に従う埋め込みコンタクトの自己位置調整製造ステップの例である。
【図９】 本発明による、太陽電池の同質エミッタ層を通じたベースへのコンタクティン
グの例である。
【図１０】 本発明による工程を用いない、構造のメタライジングの結果の例である。
【図１１】 本発明による、裏側コンタクティングの場合のエミッタおよびベースのメタラ
イジングの例である。
【図１２】 本発明による、片側コンタクティングのグリッドの同時メタライジングの例で
ある。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１２年５月３日（２０００．５．３）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００８】 金属コンタクトによるシェーディングを減少させる一つの方法としては、S.W.
Glunz他の「Optimized High-Efficiency Silicon Solar Cells（最適化された
高効率シリコン太陽電池） with Jsc=42 mA/cm2 and h=23.3%, 14th EU-PVSEC B
arcelona, Spain (1997)，pp．392-395」により提案されているようにグリッド
フィンガを高く幅の狭いものに設計する方法がある。これは断面とグリッドの導
電性を縮小することなくコンタクトに覆われた太陽電池表面を縮小する方法であ
る。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１１】 しかしながら、このプロセスの欠点は、溝を形成するのにレーザを使用すると
プロセスが大変複雑になることである。レーザ光線は正確な偏光または導光装置
により太陽電池の前面上を誘導する必要がある。しかも、レーザ光線は太陽電池
に損傷を与えてしまい、損傷を受けた層を除去するために溝をエッチしなければ
ならない。これは機械的に形成された、例えばノコ刃形成された溝に該当する。
C．M．Chong他は「Plasma-Grooved，Buried Silicon Solar Cells（プラズマ
によって溝が形成された、埋め込みシリコン太陽電池），Journal of Appl．P
hys．69(1991),No.７,pp．4135-4136」により、エミッタ層の内部に埋め込みコ
ンタクトを備えた太陽電池を発表している。この方法は、他の太陽電池と比較し
てコンタクトによる表面のシェーディングが少ない。ベースは太陽電池の後ろ側
からメタライゼーションが施された全面を介してコンタクトされる。溝の生成は
反応性スパッタエッチングによって行なわれる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２１】 各金属コンタクト部を夫々相当するエミッタ領域とベース領域に正確に載置す
ることは重要な位置調整の問題であり付加的なマスクを必要とする。DE3919693
は誘電層の凸部を有する太陽電池とその製造方法について記載する。その製造方
法において、誘電層は太陽電池のエミッタ層の表面に適用され、構築される。こ
のとき、この誘電層は、エミッタ層を通じてその下側にある太陽電池のベースに
溝あるいは凹部をエッチするためのエッチングマスクとして使用される。このエ
ッチングプロセスは誘電的なエッチングマスクがアンダーカットされるのと同様
な方法で実行される。そのとき、金属は形成された凹部に導入され、誘電層の凸
領域はシャドウマスクとして作用する。金属は、形成されたエミッタ層に対して
コンタクトがないように凹部にあるレベル分だけ導入される。この方法における
太陽電池のベース層のコンタクトはエミッタ層を貫通して実現される。この文献
の方法では、誘電層はその後除去されず、必要により反リフレクションコーティ
ングの機能を満たす所望の厚さにエッチングされるだけである。結果としてこの
方法により誘電層の凸部を有する太陽電池が作り出され、そのベースはエミッタ
層を貫通してＶ字形状の凹部にコンタクトする。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２２】 本発明は簡素で安価に実現可能なコンタクト構造を持つ太陽電池と太陽電池に
おけるコンタクト構造の製造工程を提供することを目的とする。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２５】 本発明の第1の態様によれば（請求項1）、第1の層または第1の連続層にエッチ
ングマスクを位置させた後、第1の層または第1の連続層を通じて凹部を下の第2
の層までエッチする。本発明の主要な点はエッチングマスクをアンダーカットす
る（訳注: マスク端部より側面方向にエッチングが進行し、被エッチング材料の
パターン幅がマスク幅より減少すること）ようにエッチングを行うことである。
そして、マスクのアンダーカッティングおよびそれによる突出エッジにより物質
を導入するためのシャドウマスクを形成するエッチングマスクを用いて、電気的
導電性物質を凹部に導入する。導電物質は、凹部において導電物質と第1の層ま
たは第1の連続層との間にコンタクトを生成できない高さまで導入するのみであ
る。引き続いてエッチングマスクを除去する。エッチングマスクの位置決めは第
1の層あるいは第1の連続層の上方にそのマスクを横たえ、あるいはかぶせる、付
加的なマスキングステップが要求されない方法によって行われる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正内容】
【００３０】 請求項2の発明の工程では、例えばフォトリソグラフィックにより構成された
ワニス塗布層をエッチングマスクとして使用することができる。酸化物、窒化物
または金属層もエッチングマスクとして使用することができる。この工程で特に
有用なのはさらなるマスキングステップを必要とせずに載置または把持によるシ
ャドウマスクを使用できることである。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５０
【補正方法】変更
【補正内容】
【００５０】 溝（または孔）の生成にマスク(3)を用いる。図8aに示すように、プラズマエ
ッチング（例えばRIEまたはECR-RIEなどマイクロ波援用RIEプロセス）により、
マスクに損傷を与えることなく、非常に幅が狭く深い構造を生成することができ
る。図8aはマスク(3)のアンダーカッティングを示している。マスクはメタライ
ゼーションにも使用され、メタライゼーションの後まで除去されない。マスクの
除去後、メタライズされた溝(4)が形成され（図8b）、これにより構造上のメタ
ライゼーションマスクの位置調整を不要としている。メタライゼーションは蒸着
または構造を金属ペーストで埋めることによっても行うことができる。これはス
キージングまたは全面押圧によっても行うことができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 Ｌｅｏｎｒｏｄｓｔｒａｓｓｅ 54， Ｄ −80636 Ｍｕｎｃｈｅｎ Ｄｅｕｃｈｌ ａｎｄ (72)発明者 シェーファー， セバスチャン ドイツ国 フライブルク デー−79106， ヴェンツィンゲルシュトラーセ 68 Ｆターム(参考） 5F051 FA13 FA19 FA24

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 少なくとも1つの第1の層または第2の層(1)上の1つの第1の連
    続層(2)を有する太陽電池におけるコンタクト構造の製造方法であって、 コンタクト構造を決定するエッチングマスク(3)を前記第1の層または前記第1
    の連続層(2)上に位置させるステップと、 前記エッチングマスク(3)がアンダーカットされるように、前記エッチングマ
    スク(3)に規定される部分で前記第1の層または前記第1の連続層(2)を通じて、そ
    の下の前記第2の層(1)まであるいは中まで凹部をエッチングするステップと、 前記凹部に電気的導電性物質(9)を導入し、前記エッチングマスク(3)は前記物
    質を導入するためのシャドウマスクを形成し、前記導電性物質(9)と前記第1の層
    または前記第1の連続層(2)間にコンタクトが生じないように、前記導電性物質が
    導入されるのみであるようにするステップと、 引き続く前記エッチングマスク(3)の除去ステップとからなることを特徴とす
    る太陽電池におけるコンタクト構造の製造方法。
  2. 【請求項２】 少なくとも1つの第1の層または第2の層(1)上の1つの第1の連
    続層(2)を有する太陽電池におけるコンタクト構造の製造方法であって、 コンタクト構造を決定するエッチングマスク(3)を前記第1の層または前記第1
    の連続層(2)に位置させるステップと、 各々負の側面を得るように前記エッチングマスク(3)がアンダーカットされる
    ように、前記エッチングマスク(3)に規定される部分で、前記第1の層または前記
    第1の連続層(2)を通じて、その下の前記第2の層(1)まであるいは中まで凹部をエ
    ッチングするステップと、 前記エッチングマスク(3)の除去ステップと、 前記凹部に電気的導電性物質(9)を導入するステップであって、前記アンダー
    カット領域では前記第1の層または前記第1の連続層(2)各負の側面が前記物質の
    前記導入のためのシャドウマスクを形成し、前記導電性物質(9)と前記第1の層ま
    たは前記第1の連続層(2)間にコンタクトが生じないように前記導電性物質が導入
    されるのみであるようにするステップ、 とからなることを特徴とする太陽電池におけるコンタクト構造の製造方法。
  3. 【請求項３】 前記アンダーカット領域は夫々負の側面を持ち前記第1の層
    または前記第1の連続層(2)の表面に近い領域であることを特徴とする、請求項2
    に記載の太陽電池におけるコンタクト構造の製造方法。
  4. 【請求項４】 前記第1の層または前記第1の連続層(2)の領域における前記
    エッチングマスク(3)のアンダーカッティングまたは前記負の側面の前記エッチ
    ングは、前記エッチングプロセスのパラメータの選択的制御、および/または前
    記エッチングマスクに使用する物質および/または前記第1の層または前記第1の
    連続層のエッチング状態を変化させることにより実現されることを特徴とする、
    請求項1から3のいずれかに記載の太陽電池におけるコンタクト構造の製造方法。
  5. 【請求項５】 前記導電性物質(9)は前記第1の層または前記第1の連続層(2)
    の全面に塗布されると同時に凹部へ導入されることを特徴とする、請求項2から4
    のいずれかに記載の太陽電池におけるコンタクト構造の製造方法。
  6. 【請求項６】 前記導電性物質(9)が導入される前に、第1の層または第1の
    連続層(2)に対するコンタクト構造の規定に新たなマスク(13)が適用されて、そ
    の結果前記導電性物質が前記凹部へ導入されると同時に前記第1の層または前記
    第1の連続層に対する前記コンタクト構造に導入され、その際に前記マスク(13)
    が除去されることを特徴とする、請求項2から4のいずれかに記載の太陽電池にお
    けるコンタクト構造の製造方法。
  7. 【請求項７】 前記第1の層(2)は前記太陽電池のエミッタ層であり、前記第
    2の層(1)はベース層であることを特徴とする、請求項1から6のいずれかに記載の
    太陽電池におけるコンタクト構造の製造方法。
  8. 【請求項８】 エッチングにはプラズマエッチング工程が使用されることを
    特徴とする、請求項1から7のいずれかに記載の太陽電池におけるコンタクト構造
    の製造方法。
  9. 【請求項９】 前記エッチングマスク(3)の位置決めは、前記第1の層または
    前記第1の連続層(2)への適用によりなされることを特徴とする、請求項1から8の
    いずれかに記載の太陽電池におけるコンタクト構造の製造方法。
  10. 【請求項１０】前記エッチングマスク(3)の位置決めは、前記第1の層または
    前記第1の連続層(2)の上にシャドウマスクを載置することによりなされることを
    特徴とする、請求項1から8のいずれかに記載の太陽電池におけるコンタクト構造
    の製造方法。
  11. 【請求項１１】 少なくとも第1の層または第2の層(1)上の第1の連続層(2)
    を有する太陽電池であって、 前記第2の層(1)まであるいは中まで延長する、第1の層または第1の連続層にお
    ける凹部または開口部であって、傾斜側面を持ち、少なくとも前記第1の層また
    は前記第1の連続層の領域において中空間が深により増加し、 前記導電性物質(9)と前記第1の層または前記第1の連続層(2)間にコンタクトが
    生じないように前記凹部または前記開口部に導入される電気的導電性物質(9) とからなることを特徴とする太陽電池。
  12. 【請求項１２】 前記第1の層は前記太陽電池の前記エミッタ層であり前記
    第2の層は前記ベース層であり、前記ベースコンタクトは前記エミッタ層を通じ
    て実現可能であることを特徴とする、請求項11に記載の太陽電池。
  13. 【請求項１３】 前記凹部または開口部は溝および/または穴であることを
    特徴とする、請求項11または12に記載の太陽電池。
  14. 【請求項１４】 前記第1の層または前記第1の連続層は表面に近い領域にお
    いて傾斜側面を有することを特徴とする、請求項11から13のいずれかに記載の太
    陽電池。
  15. 【請求項１５】 前記凹部は高アスペクト比を有することを特徴とする、請
    求項11から14のいずれかに記載の太陽電池。
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