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
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Abstract
【選択図】 図8
Description
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。
2.両面に軽POCl3(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POCl3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。
2.両面に軽POCl3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POCl3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POCl3拡散を使用する1利点は、POCl3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。
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。
2.両面に軽POCl3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POCl3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。
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(TiO2またはTa2O5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。
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POCl3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。
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POCl3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SiNx:HまたはSiNx;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POCl3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。
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、POCl3、PH3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、TiO2及びTa2O5)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SiNx:HまたはSiNx: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SiNx: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。
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。
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。
Claims (24)
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- ガスはPOCl3を含んでいることを特徴とする請求項5記載の製法。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。 - 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。
- 拡散部を提供するステップは、POCl3あるいはPH3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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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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