JP2004510323A - 光起電部品及びモジュール - Google Patents
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Abstract
特定の基礎ドーピングを有する少なくとも１つの三結晶性ウエーハ（２）と、受光側（３）と、該受光側（３）とは反対側の電気結合側（４）と、該電気結合側（４）上に配置された少なくとも１つの交互配置形半導体構造（５）とを備え、交互配置形半導体構造（５）は、少なくとも１つのｎ型半導体部分構造（６）と、該ｎ型半導体部分構造（６）に対し特定間隔（８）で配置された少なくとも１つのｐ型半導体部分構造（７）とからなる光起電部品。こうして、半導体部分構造の一方及びシリコンウエーハは、ｐ−ｎ接合（９）を形成する。
Description
【０００１】
本発明は、シリコンウエーハを有する光起電部品の製造方法及び少なくとも１つのシリコンウエーハを有する光起電モジュールに関する。このシリコンウエーハは、所定の基礎ドーピング、受光側、該受光側から離れて対面する電気結合側、及び該電気結合側に配置された少なくとも１つの交互配置形半導体構造を有し、該交互配置形半導体構造は、少なくとも１つのｎ型半導体部分構造及び該ｎ型半導体部分構造から所定の距離を置いて配置された少なくとも１つのｐ型半導体部分構造を有する。該半導体部分構造の一方は、シリコンウエーハと共同でｐ−ｎ接続を形成する。
このような光起電部品はドイツ特許出願公開第１９５２５７２０号に開示されている。
【０００２】
公知の光起電部品の製造方法は、
（ａ）受光層及び該受光層とは反対側に電気結合層を有するシリコンウエーハにｐ型ドーピングの形状で所定の基礎ドーピングを付与する工程、
（ｂ）該シリコンウエーハの電気結合側にパッシベーション層を付与する工程、
（ｃ）該電気結合側のパッシベーション層に、シリコンウエーハ内に延長可能な複数の溝を隣接して配置、作製する工程、
（ｄ）ｎ型半導体部分構造を得るため、前記シリコンウエーハの複数の溝にｎ型ドーピング領域を作製する工程、
（ｅ）ｐ型半導体部分構造及び接点部分構造を得るため、前記パッシベーション層上の隣接する溝間に複数のｐ型膜厚電気接点部分を作製する工程、及び
（ｆ）補助接点部分構造を得るため、該各溝中に薄膜接点を作製する工程
からなる。
【０００３】
光起電部品は、電磁エネルギーを電気エネルギーに変換する働きのある太陽電池である。この部品の要部はシリコンウエーハである。シリコンウエーハは、互いに逆向きの２つの主表面を有する平坦な単結晶性シリコン本体である。シリコンウエーハの厚さは、普通、約１６０μｍ（マイクロメーター）以上であり、シリコンウエーハの横方向の範囲（直径）よりも小さい。シリコンウエーハの横方向の範囲は、例えば約１０ｃｍである。
【０００４】
シリコンウエーハは、半導体の基材としてシリコンを有する。その他、シリコンウエーハは、所定の基礎ドーピングを有する。所定の基礎ドーピングとは、基材の一電気特性を変えるため、基材中に所定のドーパント又は不純物原子を導入することであることが判る。ドーピングにより、ｐ型導電性及びｎ型導電性の２種類の導電性が得られる。シリコンに好適なドーパントは、ｐ型導電性を作るには周期表第三主族の元素であり、ｎ型導電性を作るには周期表第五主族の元素である。
【０００５】
シリコンウエーハは受光側（前側）を有し、受光側は集合組織（ｔｅｘｔｕｒｅ）を備えることができる。光起電部品を操作状態にすると、電磁放射は、受光層を経由してシリコンウエーハに届く。外部回路に電気エネルギーを供給するには、シリコンウエーハの電気結合側（後側）に交互配置形半導体構造を配置する。この半導体構造は、ｎ型半導体部分構造とｐ型半導体部分構造とからなる。これら半導体部分構造の一方は、シリコンウエーハと共同で、光電流の生成に必要なｐ−ｎ接合を形成する。
【０００６】
これらの半導体部分構造は、互いに所定の距離を置いて配置される。これは、交互配置形半導体部分構造間にｐ−ｎ接合がないことを意味する。半導体部分構造は、例えば格子状又は指状である。これらの半導体部分構造は、複数のウエブ（ｗｅｂ）からなり、１つの半導体部分構造の１つのウエブは、例えば溝又は間隙により、他の半導体部分構造のウエブから離れている。これらの半導体部分構造は、互いに対向して配置されたＰ−導電性半導体部分構造及びｎ−導電性半導体部分構造により作られる一方の面ができるだけ大きくなるように、互いに噛み合っている。
【０００７】
これら半導体部分構造の一方は、シリコンウエーハと共同で光起電部品のベースを形成する。他方の半導体部分構造は、光起電部品のエミッタを形成する。交互配置形半導体構造と電気的に接触させるため、この交互配置形半導体構造上に、ｎ型半導体部分構造と電気的に接触させる半導体部分構造と、Ｐ型半導体部分構造と電気的に接触させる半導体部分構造とを有する交互配置形接点構造を設ける。
【０００８】
本発明の目的は、シリコンウエーハを基準にして、光起電部品の電気結合側を製造する簡単な方法を提供することである。
この目的のため本発明は、受光側及び該受光側とは反対側に電気結合側を有するシリコンウエーハに所定の基礎ドーピングを付与する工程を含む光起電部品の製造方法において、更に
（ａ）該シリコンウエーハの電気結合側に、シリコンウエーハのドーピングとは異なるドーピングを付与したドープ層を作製して、シリコンウエーハ中にｐ−ｎ接合を得る工程、
（ｂ）該ドープ層上にｎ型半導体部分構造作製用ｎ型ドーパント及びｐ型半導体部分構造作製用ｐ型ドーパントを、交互配置形半導体部分構造に相当する形状で塗布し、次いでこれらドーパントをドープ層中に拡散せしめ、これにより該半導体部分構造を形成する工程、及び
（ｃ）該ドープ層を前記半導体部分構造間の間隔で除去することにより、これら半導体部分構造を分離する工程
を含むことを特徴とする前記製造方法を提供する。
【０００９】
本発明方法の利点は、パッシベーション層中に溝を作る必要がないことであり、したがって本発明方法は、一層簡単で経済的である。
シリコンウエーハの層厚は、１６０μｍ以上に限定される。これは、当該種類の光起電部品が単結晶性シリコンウエーハを備えるからである。１６０μ未満の層厚では、単結晶性シリコンウエーハの機械的安定性は保証できない。更に薄厚のシリコンウエーハを得るには、ドイツ特許出願公開第４３４３２９６号に記載されるように、シリコンウエーハとしては三結晶性シリコンウエーハが好適である。
【００１０】
本発明方法では、シリコンウエーハ又は光起電部品のいわゆる裏側結合が行われる。この方法では、光起電部品の明暗ひずみ（ｓｈａｄｉｎｇ）はシリコンウエーハにより防止でき、同時にシリコンウエーハの機械的安定性は１６０μｍ未満の層厚で保証できる。
【００１１】
シリコンウエーハの所定の基礎ドーピングは、ｎ型基礎ドーピング又はｐ型基礎ドーピングのいずれかであり、ｎ型ドーピングは負電荷（電子）により抑制され、またｐ型ドーピングは正電荷（ホール）により抑制される。したがってｎ型半導体部分構造又はｐ型半導体部分構造は、シリコンウエーハと共同でｐ−ｎ接合を形成する。これは、シリコンウエーハがこれら半導体部分構造の一方と共同で光起電部品のベースを形成することを意味する。光起電部品のエミッタは、他方の半導体部品構造により形成される。
【００１２】
シリコンウエーハの光活性材料による光子の吸収は、電荷分離を引き起こす。ドーピングにより、特定の少数の電荷担体が形成される。ｐ型ドーピングの場合、少数の電荷担体は電子であり、ｎ型ドーピングの場合、少数の電荷担体は“正荷電した”電子ホールである。ドープ層は、シリコンウエーハの所定の基礎ドーピングとは逆向きのドーピングを有する。これは、シリコンウエーハのｎ型基礎ドーピングの場合、ドープ層の層ドーピングはｐ型であり、逆にｐ型基礎ドーピングの場合、ドープ層の層ドーピングはｎ型であることを意味する。
【００１３】
他の実施態様では、シリコンウエーハの受光層側及び／又は電気結合側は、パッシベーション層を備える。パッシベーション層は、シリコンウエーハの表面に直接適用し、表面電荷再結合が起こる可能性を主として低減する。なお、表面電荷再結合は、光電流を減少させる。電気結合側のパッシベーション層は、更にｐ型半導体部分構造及びｎ型半導体部分構造相互の電気絶縁の課題を解消する。パッシベーション層は、ｐ型半導体部分構造とｎ型半導体部分構造との間の間隙に設ける。パッシベーション層は、特に酸化珪素及び／又は窒化珪素よりなる群から選ばれたパッシベーション剤を含む。
【００１４】
別の実施態様では、パッシベーション層上に少なくとも１つの透明材料を含むカプセル封じ層を塗布する。特に、受光層側パッシベーション層上のカプセル封じ層は、透明材料からなる。透明材料により、電磁放射は確実に光電活性なシリコンウエーハを貫通できる。透明材料は、光安定性であることが好ましい。これは、カプセル封じ層の透明材料からの伝送が光起電部品の操作中、本質的に安定していることを意味する。電磁放射の特定波長についての伝送は、例えば光誘導法によって減衰しない。カプセル封じ層は、３００〜１２００ｎｍ（ナノメーター）の領域で透明であることが好ましい。この領域ではシリコンは、電荷分離に必要な電磁放射を吸収する。特に透明材料は、ガラス及び／又はエチル−ビニル−アセテート（ＥＶＡ）の群から選ばれる。これとは別に、光起電部品の使用条件下で光安定性のあれば、他のいかなる合成材料も使用可能である。使用条件は、例えば電磁放射の１つの波長領域及び１つの強度に関連する。
【００１５】
本発明は更に、受光側及び該受光側とは反対側に電気結合側を有する光起電モジュールであって、該モジュールは、所定の基礎ドーピングを有する少なくとも１つのシリコンウエーハを備え、該少なくとも１つのシリコンウエーハは、受光側及び該受光側とは反対側の電気結合側を有し、これらシリコンウエーハは、該光起電モジュールのウエーハの受光側が該光起電モジュールの受光側を形成すると共に、該電気結合側が該光起電部品の電気結合側を形成するように配置され、かつシリコンウエーハ間は、該電気結合側で電気的に接続している前記光起電モジュールにおいて、前記シリコンウエーハは、所定の基礎ドーピングを有する三結晶性シリコンウエーハであり、各ウエーハは、電気結合側に、第一接点部分構造付きの少なくとも１つのｎ型半導体部分構造と、第二接点部分構造付きの少なくとも１つのｐ型半導体部分構造とを備え、前記ｎ型半導体部分構造又は前記ｐ型半導体部分構造のいずれか一方は前記シリコンウエーハと共同でｐ−ｎ接合を形成していることを特徴とする光起電モジュールに関する。
【００１６】
各シリコンウエーハ自体は、太陽電池形の光起電部品を形成する。シリコンウエーハのチェーンは、共同で太陽モジュールを形成する。このような配列による特定の利点は、ｐ型半導体部分構造及びｎ型半導体部分構造に対する電気接点がシリコンウエーハの一方の側に配置され、このため自動化により容易に製造できることである。太陽電池又は太陽モジュールをテープ巻きし、相互連結し、積層し、更にカプセル封じすると、太陽電池の両側を電気結合するのに比べて収率が著しく向上する。数個の太陽電池を複雑に相互連結した太陽モジュールは、太陽電池の受光側と電気結合側とを、折れた又は曲がった金属接点片によりテンションなく接続しなければならず、このような太陽モジュールは、時代遅れである。
【００１７】
【実施例】
本発明を図面に従って例示により更に詳細に説明する。
図１ａ及び図１ｂは、各々、光起電部品の断面図である。
図２は、光起電部品の一部切欠け断面図である。
図３ａ及び図３ｂは、各々、交互配置形結合構造の平面図である。
図４ａ及び図４ｂは、光起電部品の各種製造工程段階を示す図である。
【００１８】
光起電部品１は太陽電池１０１であり、シリコンウエーハ２（図１ａ）からなる。シリコンウエーハ２は、ドーパントとしてホウ素を含み、したがって所定の基礎ドーピングは、ｐ型ドーピングである。
シリコンウエーハ２の層厚２２は、約１００μｍである。シリコンウエーハは受光側３を有する。光起電部品１の操作中、電磁放射１９は、光電活性なシリコンウエーハ２に入る。シリコンウエーハ２の受光側３上には、酸化珪素のパッシベーション層１０が配置される。パッシベーション層１０の上にはカプセル封じ層１１を配置される。カプセル封じ層１１は、シリコンウエーハ２中に結合する光を増加させるための反射防止層である。シリコンウエーハ２は、更に電気結合側４を有し、この電気結合側は、シリコンウエーハ２の、受光側３とは反対の側である。電気結合側４上には、交互配置形半導体構造５が配置される。この半導体構造５は、ｎ型半導体部分構造６とｐ型半導体部分構造７とからなる。
【００１９】
これらの半導体部分構造は、部分構造間に介在空間又は間隔８があるように配置される（図２参照）。ｎ型半導体部分構造６及びｐ型半導体部分構造７は、共通のｐ−ｎ接合を持たない。これに対し、ｎ型半導体部分構造６及びｐ型ドープシリコンウエーハ２は、ｐ−ｎ接合９を形成する。
電気結合側４の表面上にはパッシベーション層１０もある。パッシベーション層１０は、交互配置形半導体構造６、７間の電気結合側４の表面上に配置される。パッシベーション層１０は、分離された電荷担体の表面電荷再結合を起こす光電流の減少に役立つばかりではない。パッシベーション層１０は、ｎ型半導体部分構造６とｐ型半導体部分構造７とを互いに電気絶縁するのにも役立つ。
【００２０】
光起電部品１と電気接触させるため、交互配置形半導体構造５は、交互配置形接点構造１６を備え、この接点構造は、ｎ型半導体部分構造６との電気接続用第一接点部分構造１７及びｐ型半導体部分構造７との電気接続用第二接点部分構造１８からなる。交互配置形接点構造１６のウエブ幅は、交互配置形半導体構造５のウエブ幅と本質的に一致する。
【００２１】
第一の可能な交互配置形接点構造１６、したがって交互配置形半導体構造５も図３ａに示す。第一及び第二接点部分構造１７、１８、したがってｎ型半導体及びｐ型半導体部分構造６、７は、こうして櫛状又は指状構造を形成する。これらの構造は互いに触れることなく噛み合っている。交互配置形接点構造１６及び交互配置形半導体構造５の他の実施態様を図３ｂに再現する。
【００２２】
本発明は、更に起電モジュール１０２形の光起電部品を提供する（図１ｂ参照）。光起電モジュール１０２は、複数の前記シリコンウエーハ２（太陽電池１０１）からなる。太陽モジュール１０２のシリコンウエーハ２は、シリコンウエーハ２の受光側３が光起電モジュール１０２の共通の受光側１３を形成し、かつシリコンウエーハ２の電気結合側４が光起電モジュール１０２の共通の電気結合側１４を形成するような方法でチェーン１２を形成するために配置される。シリコンウエーハ２は、同じ方向に向けて並列に配置される。シリコンウエーハ２のチェーン１２は、個々のシリコンウエーハ２又は個々の太陽電池１０１の、作製容易な電気的直列の相互接続１５で形成された太陽モジュール１０２である。太陽モジュール１０２は、全体として、エチル−ビニル−アセテート製のカプセル封じ層１１１中に埋め込んである。カプセル封じ層１１１は、太陽モジュール１０２と一緒に、ガラス製の第二カプセル封じ層１１２中に埋め込んである。これに代わる別の実施態様では、外側のカプセル封じ層は、異種の透明ガラス材料からなる。
【００２３】
本発明方法の数種の工程段階を示す図４ａ及び図４ｂについて述べる。
本発明方法では、まず受光側及び該受光側とは反対側に電気結合側を有し、かつ所定の基礎ドーピングを有するシリコンウエーハ２を供給する。ｐ型ドープシリコン（ホウ素ドーピング）の結晶からシリコンウエーハを鋸で切り取る。従来法によりシリコンウエーハを洗浄し、次いでエッチングにより表面の凹凸を除去する。切断中、シリコンウエーハの表面に微小のクラックが現われる可能性があるが、これはエッチング工程により除去できる。これにより、シリコンウエーハの機械的安定性は増大する。
【００２４】
製造すべきシリコンウエーハ２の電気結合側４上に燐含有液状組成物を散布する（作業段階４０１）。好適な組成物は、メルク（Ｍｅｒｃｋ）のｐｈｏｓｐｈｏｒｏｕｓ−Ｓｉｏｄｏｐ Ｂ−４３０で、これは燐イオン、及びテトラエチルシリケートとエタノールと酢酸エチルと酢酸との混合物を含有する（ｐｈｏｓｐｈｏｒｏｕｓ−Ｓｉｏｄｏｐ Ｂ−４３０は商標）。この組成物を塗布すると、シリコンウエーハとその上に塗布した燐含有層２４との層複合体２３が得られる。燐含有層２４は数μｍの厚さである。層複合体２３は、約２００℃で１０分間加熱して、燐含有層を硬化させる（作業段階４０２）。
【００２５】
次に、硬化した燐含有層から燐をｐ型シリコンウエーハ２中に拡散させる（作業段階４０３）。ｎ型ドーピングを有するドープ層の製造を行う。これは約８５０℃の温度で３０分間焼入れ（ｔｅｍｐｅｒ）しながら行う。得られたドープ層２５が、光起電部品１の操作に必要なｐ−ｎ接合９を作る。ドープ層２５は数１０μｍの厚さである。
燐含有層の硬化中又は燐の拡散中に、燐−ガラス層２６が形成される。ドープ層２５の製造後、燐−ガラス層２６は、塩酸水溶液でエッチングする（作業段階４０４）。
【００２６】
このドープ層２５上又は中に交互配置形半導体構造５を製造する。このため、ｐ型及びｎ型ドーパントをドープ層２５に適用する（作業段階４０５）。これは、ｎ型ドーパント２７含有ｎ−ペースト３０及びｐ型ドーパント２８含有ｐ−ペースト３１を、製造すべき交互配置形半導体部分構造６、７に相当する形状に印刷する（ウエブ幅２９は、４０〜１００μｍ）スクリーン印刷法により行う。これらのペースト３０、３１は、ｎ型及びｐ型ドーパント２７、２８の供給源として機能する。
【００２７】
ドーパント２７、２８は、連続炉中でバーンインする（作業段階４０６）。バーンイン中、ｐ−ペースト３１に含まれるドーパント（アルミニウム）は、ｎ型ドープ層２５中に打ち（撃ち）込まれる。この工程中、ｐ−ペースト３１の下ではドープ層２５のｎ−ドーピングが過剰補償される。その結果、ｐ型半導体部分構造７が得られる。このｐ型半導体部分構造７は、ｐ型シリコンウエーハ２と共同で電気接点を作るものである。ｎ型半導体部分構造６は、バーンイン中、ｎ−ペースト３０の下に生成する。ｎ−ペースト３０のバーンイン中、ドープ層２５のｎ型特性はそのまま残る。
【００２８】
更に、バーンイン中に交互配置形接点構造１６が形成される。ｐ−ペースト３１からは、ｐ型半導体部分構造７の電気接点用第二接点部分構造１８が生成し、またｎ−ペースト３０からは、ｎ型半導体部分構造６の電気結合用第一接点部分構造１７が生成する。
ｐ型半導体部分構造７とｎ型半導体部分構造６間の電気絶縁のため、エッチングマスクとして交互配置形接点構造１６を使用して、電気結合側４のプラズマエッチングを行う（作業段階４０７）。ｎ型及びｐ型半導体部分構造６、７間の接点部分構造１７、１８で被覆されていないドープ層２５の自由空間は、こうしてシリコンウエーハ２まで下方にエッチングされる。その結果、溝をエッチングし、これによりｎ型及びｐ型半導体部分構造は互いに分離される。
【００２９】
ｐ型半導体部分構造７及びシリコンウエーハ２は共同で光起電部品１の基礎３２を形成する。ｎ型半導体部分構造６は、光起電部品１のエミッタ３３を形成する。
表面電荷の再結合を防止すると共に、ｎ型及びｐ型半導体部分構造６、７を更に絶縁するため、ｎ型及びｐ型半導体部分構造６、７間のシリコンウエーハ２の表面上に酸化珪素のパッシベーション層１０を形成する（作業段階４０８）。
【００３０】
シリコンウエーハは、好適には三結晶性ウエーハであり、これはｐ型ドープシリコン（ホウ素ドーピング）の三結晶性結晶から鋸で切り取る。
上記実施例では、シリコンウエーハ２は、ｐ型ドーピングを備え、またドープ層はｎ型であった。しかし、本発明の他の実施態様では、シリコンウエーハは、ｎ型ドーピングを備え、またドープ層はｐ型のものである。シリコン用の好適なドーパントは、ｐ型ドーピングを作るには周期表第三主族の元素であり、ｎ型ドーピングを作るには周期表第五主族の元素である。
【００３１】
本発明方法は、自動化手段により容易に光起電部品を製造でき、したがって経済的に魅力的な方法である。また本発明方法は、該部品を太陽モジュール形に相互連結することに関する。こうして、該部品の効率等級は２０％が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１ａ及び図１ｂは、各々、光起電部品の断面図である。
【図２】光起電部品の一部切欠け断面図である。
【図３】図３ａ及び図３ｂは、各々、交互配置形結合構造の平面図である。
【図４ａ】光起電部品の各種製造工程段階を示す図である。
【図４ｂ】光起電部品の各種製造工程段階を示す図である。
【符号の説明】
１‥‥光起電部品
２‥‥シリコンウエーハ又は三結晶性ウエーハ
３‥‥ウエーハの受光側
４‥‥ウエーハの電気結合側
５‥‥交互配置形半導体構造
６‥‥ｎ型半導体部分構造
７‥‥ｐ型半導体部分構造
９‥‥ｐ−ｎ接合
１０‥‥パッシベーション層
１１‥‥カプセル封じ層
１６‥‥交互配置形接点構造
１７‥‥第一接点部分構造
１８‥‥第二接点部分構造
本発明は、シリコンウエーハを有する光起電部品の製造方法及び少なくとも１つのシリコンウエーハを有する光起電モジュールに関する。このシリコンウエーハは、所定の基礎ドーピング、受光側、該受光側から離れて対面する電気結合側、及び該電気結合側に配置された少なくとも１つの交互配置形半導体構造を有し、該交互配置形半導体構造は、少なくとも１つのｎ型半導体部分構造及び該ｎ型半導体部分構造から所定の距離を置いて配置された少なくとも１つのｐ型半導体部分構造を有する。該半導体部分構造の一方は、シリコンウエーハと共同でｐ−ｎ接続を形成する。
このような光起電部品はドイツ特許出願公開第１９５２５７２０号に開示されている。
【０００２】
公知の光起電部品の製造方法は、
（ａ）受光層及び該受光層とは反対側に電気結合層を有するシリコンウエーハにｐ型ドーピングの形状で所定の基礎ドーピングを付与する工程、
（ｂ）該シリコンウエーハの電気結合側にパッシベーション層を付与する工程、
（ｃ）該電気結合側のパッシベーション層に、シリコンウエーハ内に延長可能な複数の溝を隣接して配置、作製する工程、
（ｄ）ｎ型半導体部分構造を得るため、前記シリコンウエーハの複数の溝にｎ型ドーピング領域を作製する工程、
（ｅ）ｐ型半導体部分構造及び接点部分構造を得るため、前記パッシベーション層上の隣接する溝間に複数のｐ型膜厚電気接点部分を作製する工程、及び
（ｆ）補助接点部分構造を得るため、該各溝中に薄膜接点を作製する工程
からなる。
【０００３】
光起電部品は、電磁エネルギーを電気エネルギーに変換する働きのある太陽電池である。この部品の要部はシリコンウエーハである。シリコンウエーハは、互いに逆向きの２つの主表面を有する平坦な単結晶性シリコン本体である。シリコンウエーハの厚さは、普通、約１６０μｍ（マイクロメーター）以上であり、シリコンウエーハの横方向の範囲（直径）よりも小さい。シリコンウエーハの横方向の範囲は、例えば約１０ｃｍである。
【０００４】
シリコンウエーハは、半導体の基材としてシリコンを有する。その他、シリコンウエーハは、所定の基礎ドーピングを有する。所定の基礎ドーピングとは、基材の一電気特性を変えるため、基材中に所定のドーパント又は不純物原子を導入することであることが判る。ドーピングにより、ｐ型導電性及びｎ型導電性の２種類の導電性が得られる。シリコンに好適なドーパントは、ｐ型導電性を作るには周期表第三主族の元素であり、ｎ型導電性を作るには周期表第五主族の元素である。
【０００５】
シリコンウエーハは受光側（前側）を有し、受光側は集合組織（ｔｅｘｔｕｒｅ）を備えることができる。光起電部品を操作状態にすると、電磁放射は、受光層を経由してシリコンウエーハに届く。外部回路に電気エネルギーを供給するには、シリコンウエーハの電気結合側（後側）に交互配置形半導体構造を配置する。この半導体構造は、ｎ型半導体部分構造とｐ型半導体部分構造とからなる。これら半導体部分構造の一方は、シリコンウエーハと共同で、光電流の生成に必要なｐ−ｎ接合を形成する。
【０００６】
これらの半導体部分構造は、互いに所定の距離を置いて配置される。これは、交互配置形半導体部分構造間にｐ−ｎ接合がないことを意味する。半導体部分構造は、例えば格子状又は指状である。これらの半導体部分構造は、複数のウエブ（ｗｅｂ）からなり、１つの半導体部分構造の１つのウエブは、例えば溝又は間隙により、他の半導体部分構造のウエブから離れている。これらの半導体部分構造は、互いに対向して配置されたＰ−導電性半導体部分構造及びｎ−導電性半導体部分構造により作られる一方の面ができるだけ大きくなるように、互いに噛み合っている。
【０００７】
これら半導体部分構造の一方は、シリコンウエーハと共同で光起電部品のベースを形成する。他方の半導体部分構造は、光起電部品のエミッタを形成する。交互配置形半導体構造と電気的に接触させるため、この交互配置形半導体構造上に、ｎ型半導体部分構造と電気的に接触させる半導体部分構造と、Ｐ型半導体部分構造と電気的に接触させる半導体部分構造とを有する交互配置形接点構造を設ける。
【０００８】
本発明の目的は、シリコンウエーハを基準にして、光起電部品の電気結合側を製造する簡単な方法を提供することである。
この目的のため本発明は、受光側及び該受光側とは反対側に電気結合側を有するシリコンウエーハに所定の基礎ドーピングを付与する工程を含む光起電部品の製造方法において、更に
（ａ）該シリコンウエーハの電気結合側に、シリコンウエーハのドーピングとは異なるドーピングを付与したドープ層を作製して、シリコンウエーハ中にｐ−ｎ接合を得る工程、
（ｂ）該ドープ層上にｎ型半導体部分構造作製用ｎ型ドーパント及びｐ型半導体部分構造作製用ｐ型ドーパントを、交互配置形半導体部分構造に相当する形状で塗布し、次いでこれらドーパントをドープ層中に拡散せしめ、これにより該半導体部分構造を形成する工程、及び
（ｃ）該ドープ層を前記半導体部分構造間の間隔で除去することにより、これら半導体部分構造を分離する工程
を含むことを特徴とする前記製造方法を提供する。
【０００９】
本発明方法の利点は、パッシベーション層中に溝を作る必要がないことであり、したがって本発明方法は、一層簡単で経済的である。
シリコンウエーハの層厚は、１６０μｍ以上に限定される。これは、当該種類の光起電部品が単結晶性シリコンウエーハを備えるからである。１６０μ未満の層厚では、単結晶性シリコンウエーハの機械的安定性は保証できない。更に薄厚のシリコンウエーハを得るには、ドイツ特許出願公開第４３４３２９６号に記載されるように、シリコンウエーハとしては三結晶性シリコンウエーハが好適である。
【００１０】
本発明方法では、シリコンウエーハ又は光起電部品のいわゆる裏側結合が行われる。この方法では、光起電部品の明暗ひずみ（ｓｈａｄｉｎｇ）はシリコンウエーハにより防止でき、同時にシリコンウエーハの機械的安定性は１６０μｍ未満の層厚で保証できる。
【００１１】
シリコンウエーハの所定の基礎ドーピングは、ｎ型基礎ドーピング又はｐ型基礎ドーピングのいずれかであり、ｎ型ドーピングは負電荷（電子）により抑制され、またｐ型ドーピングは正電荷（ホール）により抑制される。したがってｎ型半導体部分構造又はｐ型半導体部分構造は、シリコンウエーハと共同でｐ−ｎ接合を形成する。これは、シリコンウエーハがこれら半導体部分構造の一方と共同で光起電部品のベースを形成することを意味する。光起電部品のエミッタは、他方の半導体部品構造により形成される。
【００１２】
シリコンウエーハの光活性材料による光子の吸収は、電荷分離を引き起こす。ドーピングにより、特定の少数の電荷担体が形成される。ｐ型ドーピングの場合、少数の電荷担体は電子であり、ｎ型ドーピングの場合、少数の電荷担体は“正荷電した”電子ホールである。ドープ層は、シリコンウエーハの所定の基礎ドーピングとは逆向きのドーピングを有する。これは、シリコンウエーハのｎ型基礎ドーピングの場合、ドープ層の層ドーピングはｐ型であり、逆にｐ型基礎ドーピングの場合、ドープ層の層ドーピングはｎ型であることを意味する。
【００１３】
他の実施態様では、シリコンウエーハの受光層側及び／又は電気結合側は、パッシベーション層を備える。パッシベーション層は、シリコンウエーハの表面に直接適用し、表面電荷再結合が起こる可能性を主として低減する。なお、表面電荷再結合は、光電流を減少させる。電気結合側のパッシベーション層は、更にｐ型半導体部分構造及びｎ型半導体部分構造相互の電気絶縁の課題を解消する。パッシベーション層は、ｐ型半導体部分構造とｎ型半導体部分構造との間の間隙に設ける。パッシベーション層は、特に酸化珪素及び／又は窒化珪素よりなる群から選ばれたパッシベーション剤を含む。
【００１４】
別の実施態様では、パッシベーション層上に少なくとも１つの透明材料を含むカプセル封じ層を塗布する。特に、受光層側パッシベーション層上のカプセル封じ層は、透明材料からなる。透明材料により、電磁放射は確実に光電活性なシリコンウエーハを貫通できる。透明材料は、光安定性であることが好ましい。これは、カプセル封じ層の透明材料からの伝送が光起電部品の操作中、本質的に安定していることを意味する。電磁放射の特定波長についての伝送は、例えば光誘導法によって減衰しない。カプセル封じ層は、３００〜１２００ｎｍ（ナノメーター）の領域で透明であることが好ましい。この領域ではシリコンは、電荷分離に必要な電磁放射を吸収する。特に透明材料は、ガラス及び／又はエチル−ビニル−アセテート（ＥＶＡ）の群から選ばれる。これとは別に、光起電部品の使用条件下で光安定性のあれば、他のいかなる合成材料も使用可能である。使用条件は、例えば電磁放射の１つの波長領域及び１つの強度に関連する。
【００１５】
本発明は更に、受光側及び該受光側とは反対側に電気結合側を有する光起電モジュールであって、該モジュールは、所定の基礎ドーピングを有する少なくとも１つのシリコンウエーハを備え、該少なくとも１つのシリコンウエーハは、受光側及び該受光側とは反対側の電気結合側を有し、これらシリコンウエーハは、該光起電モジュールのウエーハの受光側が該光起電モジュールの受光側を形成すると共に、該電気結合側が該光起電部品の電気結合側を形成するように配置され、かつシリコンウエーハ間は、該電気結合側で電気的に接続している前記光起電モジュールにおいて、前記シリコンウエーハは、所定の基礎ドーピングを有する三結晶性シリコンウエーハであり、各ウエーハは、電気結合側に、第一接点部分構造付きの少なくとも１つのｎ型半導体部分構造と、第二接点部分構造付きの少なくとも１つのｐ型半導体部分構造とを備え、前記ｎ型半導体部分構造又は前記ｐ型半導体部分構造のいずれか一方は前記シリコンウエーハと共同でｐ−ｎ接合を形成していることを特徴とする光起電モジュールに関する。
【００１６】
各シリコンウエーハ自体は、太陽電池形の光起電部品を形成する。シリコンウエーハのチェーンは、共同で太陽モジュールを形成する。このような配列による特定の利点は、ｐ型半導体部分構造及びｎ型半導体部分構造に対する電気接点がシリコンウエーハの一方の側に配置され、このため自動化により容易に製造できることである。太陽電池又は太陽モジュールをテープ巻きし、相互連結し、積層し、更にカプセル封じすると、太陽電池の両側を電気結合するのに比べて収率が著しく向上する。数個の太陽電池を複雑に相互連結した太陽モジュールは、太陽電池の受光側と電気結合側とを、折れた又は曲がった金属接点片によりテンションなく接続しなければならず、このような太陽モジュールは、時代遅れである。
【００１７】
【実施例】
本発明を図面に従って例示により更に詳細に説明する。
図１ａ及び図１ｂは、各々、光起電部品の断面図である。
図２は、光起電部品の一部切欠け断面図である。
図３ａ及び図３ｂは、各々、交互配置形結合構造の平面図である。
図４ａ及び図４ｂは、光起電部品の各種製造工程段階を示す図である。
【００１８】
光起電部品１は太陽電池１０１であり、シリコンウエーハ２（図１ａ）からなる。シリコンウエーハ２は、ドーパントとしてホウ素を含み、したがって所定の基礎ドーピングは、ｐ型ドーピングである。
シリコンウエーハ２の層厚２２は、約１００μｍである。シリコンウエーハは受光側３を有する。光起電部品１の操作中、電磁放射１９は、光電活性なシリコンウエーハ２に入る。シリコンウエーハ２の受光側３上には、酸化珪素のパッシベーション層１０が配置される。パッシベーション層１０の上にはカプセル封じ層１１を配置される。カプセル封じ層１１は、シリコンウエーハ２中に結合する光を増加させるための反射防止層である。シリコンウエーハ２は、更に電気結合側４を有し、この電気結合側は、シリコンウエーハ２の、受光側３とは反対の側である。電気結合側４上には、交互配置形半導体構造５が配置される。この半導体構造５は、ｎ型半導体部分構造６とｐ型半導体部分構造７とからなる。
【００１９】
これらの半導体部分構造は、部分構造間に介在空間又は間隔８があるように配置される（図２参照）。ｎ型半導体部分構造６及びｐ型半導体部分構造７は、共通のｐ−ｎ接合を持たない。これに対し、ｎ型半導体部分構造６及びｐ型ドープシリコンウエーハ２は、ｐ−ｎ接合９を形成する。
電気結合側４の表面上にはパッシベーション層１０もある。パッシベーション層１０は、交互配置形半導体構造６、７間の電気結合側４の表面上に配置される。パッシベーション層１０は、分離された電荷担体の表面電荷再結合を起こす光電流の減少に役立つばかりではない。パッシベーション層１０は、ｎ型半導体部分構造６とｐ型半導体部分構造７とを互いに電気絶縁するのにも役立つ。
【００２０】
光起電部品１と電気接触させるため、交互配置形半導体構造５は、交互配置形接点構造１６を備え、この接点構造は、ｎ型半導体部分構造６との電気接続用第一接点部分構造１７及びｐ型半導体部分構造７との電気接続用第二接点部分構造１８からなる。交互配置形接点構造１６のウエブ幅は、交互配置形半導体構造５のウエブ幅と本質的に一致する。
【００２１】
第一の可能な交互配置形接点構造１６、したがって交互配置形半導体構造５も図３ａに示す。第一及び第二接点部分構造１７、１８、したがってｎ型半導体及びｐ型半導体部分構造６、７は、こうして櫛状又は指状構造を形成する。これらの構造は互いに触れることなく噛み合っている。交互配置形接点構造１６及び交互配置形半導体構造５の他の実施態様を図３ｂに再現する。
【００２２】
本発明は、更に起電モジュール１０２形の光起電部品を提供する（図１ｂ参照）。光起電モジュール１０２は、複数の前記シリコンウエーハ２（太陽電池１０１）からなる。太陽モジュール１０２のシリコンウエーハ２は、シリコンウエーハ２の受光側３が光起電モジュール１０２の共通の受光側１３を形成し、かつシリコンウエーハ２の電気結合側４が光起電モジュール１０２の共通の電気結合側１４を形成するような方法でチェーン１２を形成するために配置される。シリコンウエーハ２は、同じ方向に向けて並列に配置される。シリコンウエーハ２のチェーン１２は、個々のシリコンウエーハ２又は個々の太陽電池１０１の、作製容易な電気的直列の相互接続１５で形成された太陽モジュール１０２である。太陽モジュール１０２は、全体として、エチル−ビニル−アセテート製のカプセル封じ層１１１中に埋め込んである。カプセル封じ層１１１は、太陽モジュール１０２と一緒に、ガラス製の第二カプセル封じ層１１２中に埋め込んである。これに代わる別の実施態様では、外側のカプセル封じ層は、異種の透明ガラス材料からなる。
【００２３】
本発明方法の数種の工程段階を示す図４ａ及び図４ｂについて述べる。
本発明方法では、まず受光側及び該受光側とは反対側に電気結合側を有し、かつ所定の基礎ドーピングを有するシリコンウエーハ２を供給する。ｐ型ドープシリコン（ホウ素ドーピング）の結晶からシリコンウエーハを鋸で切り取る。従来法によりシリコンウエーハを洗浄し、次いでエッチングにより表面の凹凸を除去する。切断中、シリコンウエーハの表面に微小のクラックが現われる可能性があるが、これはエッチング工程により除去できる。これにより、シリコンウエーハの機械的安定性は増大する。
【００２４】
製造すべきシリコンウエーハ２の電気結合側４上に燐含有液状組成物を散布する（作業段階４０１）。好適な組成物は、メルク（Ｍｅｒｃｋ）のｐｈｏｓｐｈｏｒｏｕｓ−Ｓｉｏｄｏｐ Ｂ−４３０で、これは燐イオン、及びテトラエチルシリケートとエタノールと酢酸エチルと酢酸との混合物を含有する（ｐｈｏｓｐｈｏｒｏｕｓ−Ｓｉｏｄｏｐ Ｂ−４３０は商標）。この組成物を塗布すると、シリコンウエーハとその上に塗布した燐含有層２４との層複合体２３が得られる。燐含有層２４は数μｍの厚さである。層複合体２３は、約２００℃で１０分間加熱して、燐含有層を硬化させる（作業段階４０２）。
【００２５】
次に、硬化した燐含有層から燐をｐ型シリコンウエーハ２中に拡散させる（作業段階４０３）。ｎ型ドーピングを有するドープ層の製造を行う。これは約８５０℃の温度で３０分間焼入れ（ｔｅｍｐｅｒ）しながら行う。得られたドープ層２５が、光起電部品１の操作に必要なｐ−ｎ接合９を作る。ドープ層２５は数１０μｍの厚さである。
燐含有層の硬化中又は燐の拡散中に、燐−ガラス層２６が形成される。ドープ層２５の製造後、燐−ガラス層２６は、塩酸水溶液でエッチングする（作業段階４０４）。
【００２６】
このドープ層２５上又は中に交互配置形半導体構造５を製造する。このため、ｐ型及びｎ型ドーパントをドープ層２５に適用する（作業段階４０５）。これは、ｎ型ドーパント２７含有ｎ−ペースト３０及びｐ型ドーパント２８含有ｐ−ペースト３１を、製造すべき交互配置形半導体部分構造６、７に相当する形状に印刷する（ウエブ幅２９は、４０〜１００μｍ）スクリーン印刷法により行う。これらのペースト３０、３１は、ｎ型及びｐ型ドーパント２７、２８の供給源として機能する。
【００２７】
ドーパント２７、２８は、連続炉中でバーンインする（作業段階４０６）。バーンイン中、ｐ−ペースト３１に含まれるドーパント（アルミニウム）は、ｎ型ドープ層２５中に打ち（撃ち）込まれる。この工程中、ｐ−ペースト３１の下ではドープ層２５のｎ−ドーピングが過剰補償される。その結果、ｐ型半導体部分構造７が得られる。このｐ型半導体部分構造７は、ｐ型シリコンウエーハ２と共同で電気接点を作るものである。ｎ型半導体部分構造６は、バーンイン中、ｎ−ペースト３０の下に生成する。ｎ−ペースト３０のバーンイン中、ドープ層２５のｎ型特性はそのまま残る。
【００２８】
更に、バーンイン中に交互配置形接点構造１６が形成される。ｐ−ペースト３１からは、ｐ型半導体部分構造７の電気接点用第二接点部分構造１８が生成し、またｎ−ペースト３０からは、ｎ型半導体部分構造６の電気結合用第一接点部分構造１７が生成する。
ｐ型半導体部分構造７とｎ型半導体部分構造６間の電気絶縁のため、エッチングマスクとして交互配置形接点構造１６を使用して、電気結合側４のプラズマエッチングを行う（作業段階４０７）。ｎ型及びｐ型半導体部分構造６、７間の接点部分構造１７、１８で被覆されていないドープ層２５の自由空間は、こうしてシリコンウエーハ２まで下方にエッチングされる。その結果、溝をエッチングし、これによりｎ型及びｐ型半導体部分構造は互いに分離される。
【００２９】
ｐ型半導体部分構造７及びシリコンウエーハ２は共同で光起電部品１の基礎３２を形成する。ｎ型半導体部分構造６は、光起電部品１のエミッタ３３を形成する。
表面電荷の再結合を防止すると共に、ｎ型及びｐ型半導体部分構造６、７を更に絶縁するため、ｎ型及びｐ型半導体部分構造６、７間のシリコンウエーハ２の表面上に酸化珪素のパッシベーション層１０を形成する（作業段階４０８）。
【００３０】
シリコンウエーハは、好適には三結晶性ウエーハであり、これはｐ型ドープシリコン（ホウ素ドーピング）の三結晶性結晶から鋸で切り取る。
上記実施例では、シリコンウエーハ２は、ｐ型ドーピングを備え、またドープ層はｎ型であった。しかし、本発明の他の実施態様では、シリコンウエーハは、ｎ型ドーピングを備え、またドープ層はｐ型のものである。シリコン用の好適なドーパントは、ｐ型ドーピングを作るには周期表第三主族の元素であり、ｎ型ドーピングを作るには周期表第五主族の元素である。
【００３１】
本発明方法は、自動化手段により容易に光起電部品を製造でき、したがって経済的に魅力的な方法である。また本発明方法は、該部品を太陽モジュール形に相互連結することに関する。こうして、該部品の効率等級は２０％が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１ａ及び図１ｂは、各々、光起電部品の断面図である。
【図２】光起電部品の一部切欠け断面図である。
【図３】図３ａ及び図３ｂは、各々、交互配置形結合構造の平面図である。
【図４ａ】光起電部品の各種製造工程段階を示す図である。
【図４ｂ】光起電部品の各種製造工程段階を示す図である。
【符号の説明】
１‥‥光起電部品
２‥‥シリコンウエーハ又は三結晶性ウエーハ
３‥‥ウエーハの受光側
４‥‥ウエーハの電気結合側
５‥‥交互配置形半導体構造
６‥‥ｎ型半導体部分構造
７‥‥ｐ型半導体部分構造
９‥‥ｐ−ｎ接合
１０‥‥パッシベーション層
１１‥‥カプセル封じ層
１６‥‥交互配置形接点構造
１７‥‥第一接点部分構造
１８‥‥第二接点部分構造
Claims (9)
- 受光側及び該受光側とは反対側に電気結合側を有するシリコンウエーハに所定の基礎ドーピングを付与する工程を含む光起電部品の製造方法において、更に
（ａ）該シリコンウエーハの電気結合側に、シリコンウエーハのドーピングとは異なるドーピングを付与したドープ層を作製して、シリコンウエーハ中にｐ−ｎ接合を得る工程、
（ｂ）該ドープ層上にｎ型半導体部分構造作製用ｎ型ドーパント及びｐ型半導体部分構造作製用ｐ型ドーパントを、交互配置形半導体部分構造に相当する形状で塗布し、次いでこれらドーパントをドープ層中に拡散せしめ、これにより該半導体部分構造を形成する工程、及び
（ｃ）該ドープ層を前記半導体部分構造間の間隔で除去することにより、これら半導体部分構造を分離する工程
を含むことを特徴とする前記製造方法。 - 前記シリコンウエーハが、三結晶性シリコンウエーハである請求項１に記載の方法。
- 工程（ｂ）が、前記ドープ層上にｎ型ドーパント含有金属ペースト及びｐ型ドーパント含有金属ペーストを、交互配置形半導体部分構造に相当する形状で塗布し、次いでこれらドーパントをバーンインして前記半導体部分構造及び交互配置形接点構造を形成する工程からなる請求項１又は２に記載の方法。
- 前記シリコンウエーハの基礎ドーピングには、ｐ−ドーピングが使用され、前記ドープ層の作製には、ドーパントとして燐が使用される請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
- 加熱される複合体を得るために、前記シリコンウエーハ上に液状の燐含有溶液が塗布される請求項４に記載の方法。
- 前記シリコンウエーハの受光側及び／又は電気結合側上にパッシベーション層を付与する工程を更に含む請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
- 前記パッシベーション層の付与工程が二酸化珪素層又は窒化珪素層の付与工程である請求項６に記載の方法。
- 前記パッシベーション層上に、少なくとも１つの透明材料を含むカプセル封じ層を塗布する工程を更に含む請求項６又は７に記載の方法。
- 受光側及び該受光側とは反対側に電気結合側を有する光起電モジュールであって、該モジュールは、所定の基礎ドーピングを有する少なくとも１つのシリコンウエーハを備え、該少なくとも１つのシリコンウエーハは、受光側及び該受光側とは反対側に電気結合側を有し、これらシリコンウエーハは、該光起電モジュールのウエーハの受光側が該光起電モジュールの受光側を形成すると共に、該ウエーハの電気結合側が該光起電部品の電気結合側を形成するように配置され、かつシリコンウエーハ間は、該電気結合側で電気的に接続している光起電モジュールにおいて、前記シリコンウエーハは、所定の基礎ドーピングを有する三結晶性シリコンウエーハであり、各ウエーハは、電気結合側に、第一接点部分構造付きの少なくとも１つのｎ型半導体部分構造と、第二接点部分構造付きの少なくとも１つのｐ型半導体部分構造とを備え、前記ｎ型半導体部分構造又はｐ型半導体部分構造のいずれか一方は、前記シリコンウエーハと共同でｐ−ｎ接合を形成していることを特徴とする光起電モジュール。
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