JP2004512674A - 太陽電池の製造方法、及び該方法により製造される太陽電池 - Google Patents
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Abstract
【課題】互いに隣接するp型導電性領域とn型導電性領域の間の短絡の形成を阻止することができる太陽電池の製造方法。
【解決手段】シリコン基板の少なくとも1つの面において、部分的に、マスキングペーストが施与され、次いで該マスキングペーストが乾燥され、そして結晶性シリコン基板の基板ドーパントの導電性のタイプと反対の導電性タイプを有するドーパントの拡散が行なわれ、引き続き行なわれる製造ステップの何れか1つのステップにおいて、複数の電極の少なくとも1つが、前記マスキングペーストによって、該複数の電極の該少なくとも1つの電極以外の電極から電気的に絶縁されるよう、複数の電極が形成される。
【選択図】図1
【解決手段】シリコン基板の少なくとも1つの面において、部分的に、マスキングペーストが施与され、次いで該マスキングペーストが乾燥され、そして結晶性シリコン基板の基板ドーパントの導電性のタイプと反対の導電性タイプを有するドーパントの拡散が行なわれ、引き続き行なわれる製造ステップの何れか1つのステップにおいて、複数の電極の少なくとも1つが、前記マスキングペーストによって、該複数の電極の該少なくとも1つの電極以外の電極から電気的に絶縁されるよう、複数の電極が形成される。
【選択図】図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、結晶性シリコン製太陽電池の製造方法、並びに該方法により製造される結晶性シリコン製太陽電池に関する。
【0002】
【従来の技術及びその問題点】
本発明の基礎をなす問題は、従来の結晶性シリコン太陽電池の場合でも、新規な結晶性シリコン太陽電池の場合でも、p型導電性ドープ層及びn型導電性ドープ層の(間の)電気的絶縁についてである。この問題は、本発明によって、単純で、エレガントで、かつ工業的製造においても費用がかからない態様によって解決される。
【0003】
太陽電池のp型導電性層とn型導電性層とを電気的に分離(絶縁)するためには、短絡を阻止するための離隔的(アイソレーティングないし間隔形成的)分離(isolierende Trennung)のみでは不充分である。太陽電池の効率を低下させないようにするためには、表面のp型領域とn型領域が互いに隣接する部位において再結合速度(Rekombinationsgeschwindigkeit)が大き過ぎてはならない。
【0004】
この両者は、本書において初めて紹介される方法によって解決されうる。
【0005】
この短絡を阻止するために、従来の結晶性シリコン太陽電池では、pn接合部の絶縁(分離)は、プラズマエッチング、機械的分離加工、及びレーザ照射によって行なわれる。
【0006】
p型導電性領域とn型導電性領域が複雑に入り組んでいる一層複雑な幾何学的構造の太陽電池(例えば、EWT太陽電池(非特許文献1参照)、POWER太陽電池(非特許文献2、3、4参照))では、実験室レベルでのpn接合部の絶縁(分離)は、以下のようにして行なわれる:
・ プラズマエッチング
・ (例えばウェハソー又はレーザによる)裏面エミッタの部分的除去
・ フォトリソグラフィ技術及び印刷技術並びに湿式(ウェット)化学処理ステップと組み合わせた、拡散障壁としての誘電体(絶縁)層(膜)の使用
・ 蒸着被覆電極の同時的拡散
【0007】
【非特許文献1】
J.M. Gee, W.K. Schubert, P.A.Basore; ”Emitter Wrap−Through Solar Cell”; 23rd IEEE Photo. Spec. Conf., 1993, p.265−70
【非特許文献2】
G. Willeke, P. Fath; ”The POWER silicon solar cell concept”; 12th EC PVSEC, Amsterdam, 1994, vol.1 p.766−68
【非特許文献3】
K. Faika et al; ”Novel techniques to prevent edge isolation of silicon solar cells by avoiding leakage currents between the aluminum rear contact”; Proc. 16th PVSEC, Glasgow, Mai(5月) 2000, in Druck(印刷中)
【非特許文献4】
K. Faika et al; ”Recent results in low cost back contact cells”; 16th PVSEC, Glasgow, 2000, in Druck(印刷中)
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、既知の方法には、以下に挙げるような欠点がある。
・ 時間及び費用がかかる
・ 表面が部分的に損傷することにより、再結合速度が増加し、そのため電池の効率が小さくなる。
【0009】
p型導電性領域とn型導電性領域とを分離(絶縁)するための追加の(複数の)処理ステップは、複雑な幾何学的構造を有する電池の場合にはとりわけ、工業レベルでの生産に際して大きな欠点がある。例えば裏面電極型太陽電池はモジュール回路化の際に多くの利点を有するにもかかわらずその工業的生産が成果をあげていないのは、これまでのところ、当該欠点から生じるコストがその原因の1つをなしている。
【0010】
・ 物理的欠点
1 機械的境界分離をする際に、オープンの、即ちパッシベーション化されないpn接合部が生成する。
2 プラズマエッチングにより表面損傷が引き起こされる。この表面損傷は、該損傷に伴う再結合の増加により電池の品質に不利な影響を及ぼす。
3 シリコンウェハの裏面に対し部分的に機械的切削加工を行なうことにより、空間電荷(帯電)領域が、直接電池表面に生じる。表面に亘って形成されるノイズレベルにより、再結合が増加する(「ジャンクションエッジ効果:Junction Edge Effects」)。これはとりわけVOCとFFにネガティブな影響を与える。
【0011】
それゆえ、本発明の課題は、互いに隣接するp型導電性領域とn型導電性領域の間の短絡の形成を阻止することである。
【0012】
【課題を解決するための手段】
この課題は、以下のようにして解決される。即ち、
シリコン基板の少なくとも1つの面において、部分的に、マスキングペースト(レジスト)(Maskierpaste)が施与され、次いで該マスキングペーストが乾燥され、そして結晶性シリコン基板の基板ドーパントの導電性タイプと反対の導電性タイプを有するドーパントの拡散が行なわれ、後続の製造ステップの何れか1つのステップにおいて、複数の電極の少なくとも1つが、前記マスキングペーストによって、該複数の電極の該少なくとも1つの電極以外の電極から電気的に絶縁されるよう、複数の電極が形成される。
【0013】
【発明の実施の形態】
概略して言えば、本発明の方法は、例えば裏面電極太陽電池、両面受光太陽電池及び高電圧太陽電池等の新規な太陽電池を簡単に製造するという本質的改善を提供するということができる。更に、薄いシリコンウェハを用いるコストがかからない将来の量産(工業)太陽電池の製造、及びその際に必要な部分的裏面電極形成に対し、本質的インパクトがあるであろう。更に、従来の量産(工業)太陽電池の現在の製造方法を簡単化することができる。
【0014】
本発明には、以下のような利点がある。即ち、
・ 処理操作の単純化→コストの軽減。
・ 表面での再結合速度が小さいため(電池の)効率がよくなる。
【0015】
マスキングペーストの使用により、従来の製造方法における以下の4つの処理ステップが、ただ1つの処理ステップに置き換えられる;
→ 高度に平坦な誘電体(絶縁体)層(膜)の析着
→ エッチングマスク(レジスト)(Aetzbarriere)の部分的施与
→ 上記誘電体(絶縁体)層(膜)の部分的除去のための処理ステップ
→ 上記エッチングマスク(レジスト)の除去
【0016】
[非特許文献1](上記EWT太陽電池に関する文献)で提案された方法は、遥かにより多数のかつよりコストのかかる処理ステップを含む。また、[非特許文献2](上記POWER太陽電池に関する文献)に記載された方法は、構造が与えられた(strukturiert)ウェハに対してのみ適合する。同時的拡散技術は、コストがかかる気相析着(ないし蒸着)技術によってのみ実現可能であり、その上、同時的拡散(処理)後は、更に高温処理を行なうことは最早不可能である。
【0017】
【実施例】
本発明では、以下のような試験を行なった:
拡散バリア(阻止)ペースト(Diffusionsbarrierenpaste)を10×10cm2大の裏面電極型太陽電池に施与した。この太陽電池の効率は、15.8%までにも達した(EU Joint Research Center in Ispra, Italienが独自に確認した)。太陽電池の製造は、Cz−Siに対しても多結晶Siに対しても首尾良く試験することができた。
【0018】
以下に、本発明の2つの実施例を詳細に説明する。
【0019】
図1では、まず、エッチングステップ及び洗浄ステップ後、半導体基板、好ましくは結晶シリコン(1)上に、バリアペースト(Barrierenpaste)(2)が施与される。次に、シリコン基板にn+拡散を行なう。そして、n電極(Kontakt)及びp電極(4及び5)を形成する。図の太陽電池は、特に、エミッタ・ラップ・スルー(EWT: Emitter−Wrap−Through)法により製造された電池が示されている、即ち、上面のn層が、(複数の)細孔を介して電池の裏面のn電極と結合している。
【0020】
図2では、異種(ないし不純物含有)基板(非シリコン基板:Fremdsubstrat)(3)上で成長形成された薄層セルは、その上面に、部分的にマスキングペースト(4)が施与され、次に、拡散が行なわれる。n電極とp電極とがマスキングペーストによって互いに分離されるように、電極(6及び7)はセル上面に形成される。
【図面の簡単な説明】
【図1】
本発明の一実施例。
【図2】
本発明の他の実施例。
【発明の属する技術分野】
本発明は、結晶性シリコン製太陽電池の製造方法、並びに該方法により製造される結晶性シリコン製太陽電池に関する。
【0002】
【従来の技術及びその問題点】
本発明の基礎をなす問題は、従来の結晶性シリコン太陽電池の場合でも、新規な結晶性シリコン太陽電池の場合でも、p型導電性ドープ層及びn型導電性ドープ層の(間の)電気的絶縁についてである。この問題は、本発明によって、単純で、エレガントで、かつ工業的製造においても費用がかからない態様によって解決される。
【0003】
太陽電池のp型導電性層とn型導電性層とを電気的に分離(絶縁)するためには、短絡を阻止するための離隔的(アイソレーティングないし間隔形成的)分離(isolierende Trennung)のみでは不充分である。太陽電池の効率を低下させないようにするためには、表面のp型領域とn型領域が互いに隣接する部位において再結合速度(Rekombinationsgeschwindigkeit)が大き過ぎてはならない。
【0004】
この両者は、本書において初めて紹介される方法によって解決されうる。
【0005】
この短絡を阻止するために、従来の結晶性シリコン太陽電池では、pn接合部の絶縁(分離)は、プラズマエッチング、機械的分離加工、及びレーザ照射によって行なわれる。
【0006】
p型導電性領域とn型導電性領域が複雑に入り組んでいる一層複雑な幾何学的構造の太陽電池(例えば、EWT太陽電池(非特許文献1参照)、POWER太陽電池(非特許文献2、3、4参照))では、実験室レベルでのpn接合部の絶縁(分離)は、以下のようにして行なわれる:
・ プラズマエッチング
・ (例えばウェハソー又はレーザによる)裏面エミッタの部分的除去
・ フォトリソグラフィ技術及び印刷技術並びに湿式(ウェット)化学処理ステップと組み合わせた、拡散障壁としての誘電体(絶縁)層(膜)の使用
・ 蒸着被覆電極の同時的拡散
【0007】
【非特許文献1】
J.M. Gee, W.K. Schubert, P.A.Basore; ”Emitter Wrap−Through Solar Cell”; 23rd IEEE Photo. Spec. Conf., 1993, p.265−70
【非特許文献2】
G. Willeke, P. Fath; ”The POWER silicon solar cell concept”; 12th EC PVSEC, Amsterdam, 1994, vol.1 p.766−68
【非特許文献3】
K. Faika et al; ”Novel techniques to prevent edge isolation of silicon solar cells by avoiding leakage currents between the aluminum rear contact”; Proc. 16th PVSEC, Glasgow, Mai(5月) 2000, in Druck(印刷中)
【非特許文献4】
K. Faika et al; ”Recent results in low cost back contact cells”; 16th PVSEC, Glasgow, 2000, in Druck(印刷中)
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、既知の方法には、以下に挙げるような欠点がある。
・ 時間及び費用がかかる
・ 表面が部分的に損傷することにより、再結合速度が増加し、そのため電池の効率が小さくなる。
【0009】
p型導電性領域とn型導電性領域とを分離(絶縁)するための追加の(複数の)処理ステップは、複雑な幾何学的構造を有する電池の場合にはとりわけ、工業レベルでの生産に際して大きな欠点がある。例えば裏面電極型太陽電池はモジュール回路化の際に多くの利点を有するにもかかわらずその工業的生産が成果をあげていないのは、これまでのところ、当該欠点から生じるコストがその原因の1つをなしている。
【0010】
・ 物理的欠点
1 機械的境界分離をする際に、オープンの、即ちパッシベーション化されないpn接合部が生成する。
2 プラズマエッチングにより表面損傷が引き起こされる。この表面損傷は、該損傷に伴う再結合の増加により電池の品質に不利な影響を及ぼす。
3 シリコンウェハの裏面に対し部分的に機械的切削加工を行なうことにより、空間電荷(帯電)領域が、直接電池表面に生じる。表面に亘って形成されるノイズレベルにより、再結合が増加する(「ジャンクションエッジ効果:Junction Edge Effects」)。これはとりわけVOCとFFにネガティブな影響を与える。
【0011】
それゆえ、本発明の課題は、互いに隣接するp型導電性領域とn型導電性領域の間の短絡の形成を阻止することである。
【0012】
【課題を解決するための手段】
この課題は、以下のようにして解決される。即ち、
シリコン基板の少なくとも1つの面において、部分的に、マスキングペースト(レジスト)(Maskierpaste)が施与され、次いで該マスキングペーストが乾燥され、そして結晶性シリコン基板の基板ドーパントの導電性タイプと反対の導電性タイプを有するドーパントの拡散が行なわれ、後続の製造ステップの何れか1つのステップにおいて、複数の電極の少なくとも1つが、前記マスキングペーストによって、該複数の電極の該少なくとも1つの電極以外の電極から電気的に絶縁されるよう、複数の電極が形成される。
【0013】
【発明の実施の形態】
概略して言えば、本発明の方法は、例えば裏面電極太陽電池、両面受光太陽電池及び高電圧太陽電池等の新規な太陽電池を簡単に製造するという本質的改善を提供するということができる。更に、薄いシリコンウェハを用いるコストがかからない将来の量産(工業)太陽電池の製造、及びその際に必要な部分的裏面電極形成に対し、本質的インパクトがあるであろう。更に、従来の量産(工業)太陽電池の現在の製造方法を簡単化することができる。
【0014】
本発明には、以下のような利点がある。即ち、
・ 処理操作の単純化→コストの軽減。
・ 表面での再結合速度が小さいため(電池の)効率がよくなる。
【0015】
マスキングペーストの使用により、従来の製造方法における以下の4つの処理ステップが、ただ1つの処理ステップに置き換えられる;
→ 高度に平坦な誘電体(絶縁体)層(膜)の析着
→ エッチングマスク(レジスト)(Aetzbarriere)の部分的施与
→ 上記誘電体(絶縁体)層(膜)の部分的除去のための処理ステップ
→ 上記エッチングマスク(レジスト)の除去
【0016】
[非特許文献1](上記EWT太陽電池に関する文献)で提案された方法は、遥かにより多数のかつよりコストのかかる処理ステップを含む。また、[非特許文献2](上記POWER太陽電池に関する文献)に記載された方法は、構造が与えられた(strukturiert)ウェハに対してのみ適合する。同時的拡散技術は、コストがかかる気相析着(ないし蒸着)技術によってのみ実現可能であり、その上、同時的拡散(処理)後は、更に高温処理を行なうことは最早不可能である。
【0017】
【実施例】
本発明では、以下のような試験を行なった:
拡散バリア(阻止)ペースト(Diffusionsbarrierenpaste)を10×10cm2大の裏面電極型太陽電池に施与した。この太陽電池の効率は、15.8%までにも達した(EU Joint Research Center in Ispra, Italienが独自に確認した)。太陽電池の製造は、Cz−Siに対しても多結晶Siに対しても首尾良く試験することができた。
【0018】
以下に、本発明の2つの実施例を詳細に説明する。
【0019】
図1では、まず、エッチングステップ及び洗浄ステップ後、半導体基板、好ましくは結晶シリコン(1)上に、バリアペースト(Barrierenpaste)(2)が施与される。次に、シリコン基板にn+拡散を行なう。そして、n電極(Kontakt)及びp電極(4及び5)を形成する。図の太陽電池は、特に、エミッタ・ラップ・スルー(EWT: Emitter−Wrap−Through)法により製造された電池が示されている、即ち、上面のn層が、(複数の)細孔を介して電池の裏面のn電極と結合している。
【0020】
図2では、異種(ないし不純物含有)基板(非シリコン基板:Fremdsubstrat)(3)上で成長形成された薄層セルは、その上面に、部分的にマスキングペースト(4)が施与され、次に、拡散が行なわれる。n電極とp電極とがマスキングペーストによって互いに分離されるように、電極(6及び7)はセル上面に形成される。
【図面の簡単な説明】
【図1】
本発明の一実施例。
【図2】
本発明の他の実施例。
Claims (9)
- 結晶性シリコン製太陽電池の製造方法において、
シリコン基板の少なくとも1つの面において、部分的に、マスキングペーストが施与され、次いで該マスキングペーストが乾燥され、
前記結晶性シリコン基板の基板ドーパントの導電性タイプと反対の導電性タイプを有するドーパントの拡散が行なわれ、
引き続き行なわれる製造ステップの何れか1つのステップにおいて、複数の電極の少なくとも1つが、前記マスキングペーストによって、該複数の電極の該少なくとも1つの電極以外の電極から電気的に絶縁されるよう、複数の電極が形成されること
を特徴とする太陽電池の製造方法。 - 前記シリコン基板の両面において、部分的に、マスキングペーストが施与され、次いで該マスキングペーストが乾燥されること
を特徴とする請求項1に記載の製造方法。 - 前記マスキングペーストが施与された面のうちマスキングペーストが施与されていない面部分に、貫通孔が形成されること
を特徴とする請求項1又は2に記載の製造方法。 - 前記貫通孔は、レーザによって形成されること
を特徴とする請求項3に記載の製造方法。 - 前記貫通孔は、機械的に形成されること
を特徴とする請求項3に記載の製造方法。 - 前記マスキングペーストは、印刷技術(好ましくは、シルクスクリーン印刷又は輪転印刷)によって施与されること
を特徴とする請求項1〜5の一に記載の製造方法。 - 前記マスキングペーストは、酸化物、好ましくは遷移金属の酸化物を含有すること
を特徴とする請求項1〜6の一に記載の製造方法。 - 前記シリコン基板は、結晶性の層と非シリコン層とから構成されること
を特徴とする請求項1〜7の一に記載の製造方法。 - 太陽電池の裏面における一の種類のドーパント導入領域は、前記マスキングペーストによって、他の種類のドーパント導入領域と接触する電極から分離されること
を特徴とする請求項1〜8の一に記載の製造方法。
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