JP2009540584A - スルーコンタクトを備えた片面接触型の太陽電池および太陽電池の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の課題は、技術的に非常に簡単なやり方で、ウェハベースの太陽電池もサブストレート構成またはスーパーストレート構成の薄膜ベースの太陽電池も実現することができる、スルーコンタクトを備えた片面接触型の太陽電池を提供することである。このことはウェハベースの太陽電池の場合、ウェハ内の孔の簡単な形成を除いて別の構造化措置は必要とされないことを意味する。このことは薄膜太陽電池の場合には、僅かに点接触部が必要とされるに過ぎないことを意味する。総じて、接触系の構成および製造が著しく簡略化されるべきである。ウェハベースの太陽電池に関しても薄膜ベースの太陽電池に関しても全ての活性太陽電池層ならびに第2のコンタクト層が面全体にわたり析出されるべきである。それにもかかわらず、電界パッシベーション層を設けることによって高効率の確実に作動する太陽電池が提供されるべきである。さらに、電界パッシベーションのスルーコンタクトならびに技術的に有効な前面接触が提供されるべきである。この種の太陽電池を製造する方法は効率的で廉価で簡単にその構成に適合できるべきである。
放射層が裏面に設けられている太陽電池は、ウェハの少数電荷担体のバルク拡散距離がウェハの厚さよりも実質的に長い場合にのみ高効率を提供することができる。この場合には通常、電子的な品質が非常に高いウェハ(FZウェハ)が必要とされる。電子的な品質が中位であるウェハ(CZウェハ、ポリcSiウェハ、EFGウェハ)においては、放射層が前面に配置されるべきである。しかしながら、放射層がウェハ内の通過開口部(孔またはスリット)を通って点状/部分的に太陽電池の裏面に案内されることによって(「エミッタラップスルー」コンセプト)、本発明による裏面接触をやはり使用することができる。ウェハ内の通過開口部が放射層の一部になり、この放射層はウェハの構造化に続いてヘテロ太陽電池の前面に被着される。接触格子による放射層のスルーコンタクトの接続の場合には、基本的に吸収層と接触格子の短絡を回避することができる。通過開口部が接触格子の幾何学的な形状に適合されているか、すなわち接触フィンガはすなわちスリット状であるか、点状のスルーコンタクト間の吸収層に電気的に絶縁された層(例えば酸化物層)が設けられている。
ウェハの裏面(太陽電池の動作時における光の入射側とは反対側)において電気的に絶縁された保護層が設けられる。この保護層はウェハの後の構造化の間にウェハの裏面の表面を保護し、また後に再び除去される。さらに、この保護層はエミッタラップスルー構成の場合には絶縁層として使用される。
孔またはスリットが(例えばレーザ構造化によって)ウェハ内に形成される。これらの孔またはスリットは後に、前面(太陽電池の動作時に光が入射する側)に形成される機能層の点状、線格子または網状の貫通部として使用される。
このためにウェハが慣例のように拡散されるか、薄膜として実施されている面全体にわたる放射層または前面の電界パッシベーション層がウェハの前面に析出され、この層が孔/スリットを充填するか、縁取る(例えばa−Si:H)。したがってウェハ内の孔/スリットは太陽電池の前面に被着された機能層の一部となる。
続けて、ウェハの裏面における電気的に絶縁された保護層に金属性の接触格子(例えばAl)が被着される。ここで、孔/スリットがそれぞれ接触格子の接触フィンガの下方に設けられることを考慮しなければならない。このことは例えばシルクスクリーンまたはシャドーマスクまたはフォトリソグラフィを用いる金属析出によって行うことができる。ここで金属性のウェブがウェハの縁に設けられる。エミッタラップスルー構成の場合には、接触格子がウェハ(吸収層)内に生じる余剰少数電荷担体を案内するために使用され、この余剰少数電荷担体が放射層によって収集される。FSFラップスルー構成の場合には、接触格子がウェハ(吸収層)内に生じる余剰多数電荷担体を案内するために使用される。
接触格子の全体が露出されている表面が絶縁層によって包囲される。これはやはり種々の方式で実施することができる:シルクスクリーン法によって形成されるか、シャドーマスクまたはフォトリソグラフィを用いた絶縁層の析出によって形成されるか、接触格子の表面における熱的または電気化学的な金属酸化物の生成によって形成される。
選択的なエッチング(例えばHFディップ)によって、接触格子によって覆われていないウェハの裏面の大部分が電気的に絶縁された保護層の除去によって露出/浄化されるが、この際に接触格子の絶縁層が除去されることはない。
この場合、ウェハの裏面全体には(縁のウェブを除き)別の機能層(例えばa−Si:H)が面全体にわたり析出される。この別の機能層はウェハの表面も接触格子の表面も覆い、ウェハの露出された表面を良好にパッシベーションできなければならない。
続けて、別の機能層の表面が(縁におけるウェブを除いて)面全体にわたり金属的に接触される(例えばAl)。金属性のコンタクト層はエミッタラップスルー構成の場合、ウェハ(吸収層)内に生じた余剰多数電荷担体を案内するために使用され、前面の電界パッシベーションラップスルー構成の場合、ウェハ(吸収層)内に生じた余剰少数電荷担体を案内するために使用され、これらの電荷担体は放射層を介して収集される。
(必要に応じてウェブにおける絶縁層を除去した後の)ウェブならびにコンタクト層の電気的な接触によってヘテロ太陽電池は作動できる。2つの接触系(c−Siを基礎とする絶縁された金属性の接触格子のウェブおよびa−Si:Hを基礎とする面全体にわたるコンタクト層)はヘテロ太陽電池の裏面に設けられており、またこれらの接触系を技術的に非常に簡単にモジュールにおいて裏面で直列接続または並列接続させることができる。正方形のc−Siウェハの縁に接触格子のウェブが配置される場合には、接触格子のウェブおよびコンタクト層を簡単なやり方で直接的な接触によって(例えば導電性の接着銅条を用いて)直列接続または並列接続させることができる。
同様のコンセプトを薄膜ベースのヘテロ太陽電池にも適用することができる。この薄膜ベースの太陽電池においても、電流を案内する2つの接触系が好適には太陽電池の上側における処理を簡略化するために設けられている。このことは、サブストレート構成における前面接触およびスーパーストレート構成における裏面接触に対応する。しかしながらいずれの場合にも、サブストレートまたはスーパーストレートが電気的な接触部に取り入れられる必要はない。したがってそれらは導電性である必要はなく、また有利には簡単なガラスから構成することができる。
サブストレートまたはスーパーストレート(例えばガラス)上には薄膜技術によって第1の機能層および薄い吸収層からなる層群が被着される。この層群は薄膜ベースの太陽電池の所望の構成に応じて放射層/吸収層の層群であるか、電界パッシベーション層/吸収層の層群(例えばガラス上の高ドープされたポリc−Si種子層/エピタキシャルに析出されている低ドープされたポリc−Si吸収層の層群)である。このために、必要に応じてさらに1つまたは複数の機能層が中間層(サブストレート/スーパーストレートと第1の機能層との間)として必要とされ、この中間層は太陽電池の効率を高めるためにバッファ層/反射層/種子層またはパッシベーション層として使用される。例えば、放射部と吸収部との間の境界面をより良好にパッシベーションするために、放射層と吸収層との間においては可能な限り薄いバッファ層を使用することができる。吸収層としての結晶性シリコンウェハ上の放射材料がドープされたアモルファスシリコンである場合には、バッファ層を例えば超薄膜(約5nm)層として真性な(ドープされていない)アモルファスシリコンから形成することができる。しかしながらバッファ層を塩、例えば塩化セシウムから形成することができる。相応の表面ダイポールが張架され、同様にpn接合部における境界面再結合が抑制される。さらには必要に応じて吸収層の表面を構造化することができる。
孔またはスリットが(例えばレーザ構造化または選択性エッチングによって)吸収層内に形成される。これらの孔またはスリットは後に、吸収層の下方に析出された第1の機能層の点状、線格子状または網状のスルーコンタクトとして使用される。エミッタラップスルー構成の場合には、さらに事前に面全体にわたる絶縁層(例えば面全体にわたり析出されたPECVD酸化物)を吸収層の表面に形成しなければならない。BSFラップスルー構成またはFSFラップスルー構成の場合これは任意である。
吸収層内に形成された通過開口部(孔/スリット)は第2の機能太陽電池層に相当する機能層材料でもって充填されるか、導電性の材料でもって充填される。ここで、導電性の材料で充填する場合にはこの材料はエミッタラップスルー構成の場合に吸収層に対して電気的に絶縁されなければならないことを顧慮しなければならない。すなわち、この場合には通過開口部を先ず絶縁性の材料でもってその内側をコーティングし、続けて導電性の材料でもって充填しなければならない。BSFラップスルー構成またはFSFラップスルー構成の場合これは任意である。金属性の材料で充填する場合には、通過開口部を充填する金属性のペーストが(例えばシルクスクリーンによって)被着されることによって、このステップを接触格子を被着するステップと時間的に同時に(並行して)実施することができる。
続けて、吸収層の上側には金属性の接触格子(例えばAl)が被着される。このことはエミッタラップスルー構成の場合、吸収層の電界パッシベーション層に対向する面に相応に予め形成された電気的に絶縁された保護層上で行われなければならない。BSFラップスルー構成またはFSFラップスルー構成の場合には任意である。接触格子が被着される場合には、通過開口部が吸収層内でそれぞれ接触格子のフィンガの下方に設けられていることを顧慮しなければならない。エミッタラップスルー構成の場合には、接触格子が吸収層内に生じる余剰少数電荷担体を案内するために使用され、この余剰少数電荷担体は放射層によって収集される。FSFラップスルー構成の場合には、接触格子が吸収層内に生じる余剰多数電荷担体を案内するために使用される。接触格子が吸収層の前面に配置されている場合には、吸収層についての接触面は、予期される電流を最適に案内できるように寸法設計されているが、それにもかかわらず遮蔽面は最小である。接触格子の総面積は通常の場合、吸収層の総面積よりも5%小さい。
この場合、接触格子は絶縁層によって周囲が包囲される。このことはやはり種々の方式で行うことができる:つまり、接触格子の表面におけるシルクスクリーンによって行われるか、シャドーマスクまたはフォトリソグラフィを用いた絶縁層の析出によって行われるか、熱的または電気化学的な金属酸化物の形成によって行われる。この絶縁層は少なくとも、電荷担体の通り抜けも確実に阻止する程度の最小限の層厚を有する。
選択的なエッチング/浄化(例えばHFディップ)によって、接触格子によって覆われていない吸収層の表面の大部分が露出され、この際に接触格子の絶縁層は除去されない。このことは、エミッタスルーコンタクトの場合における電気的に絶縁された保護層(例えば熱酸化物)の除去および吸収層の露出された表面の浄化(=自然酸化物の除去)に相当する。
接触格子が設けられている吸収層の面全体に(後の接触のために必要とされる接触格子の小さい領域を除いて)第2の機能太陽電池層(例えばa−Si:H)が面全体にわたり析出される。これは所望の太陽電池構成に応じるものであり、放射層または前面の電界パッシベーション層(FSF)であるか、裏面の電界パッシベーション層(BSF)である。この層は吸収層の露出された表面も(完全にまたは部分的に)絶縁された接触格子の表面も完全に覆う。析出された第2の機能層は吸収層の露出された表面(面全体)を良好にパッシベーションできなければならない。
続いて、析出された第2の機能層の露出された面は面全体にわたり金属的に接触され(例えばAlまたはTCO)、良好なオームコンタクトが生じる。金属性のコンタクト層はエミッタラップスルー構成の場合には吸収層内に生じる余剰多数電荷担体を案内するために使用され、FSFラップスルー構成の場合には吸収層内に生じる余剰少数電荷担体を案内するために使用され、これらの電荷担体は放射層を介して収集される。接触層を面全体にわたり形成することができるか、マスク技術を使用して面の一部に形成することができ、また簡単なやり方で、例えば金属コンタクトを用いて、もしくは蒸着によって被着させることができる。
(必要に応じて絶縁層を除去した後に)接触格子に残されている領域の電気的な接触ならびにコンタクト層の電気的な接触によって太陽電池が提供される。2つの接触系(接触格子およびコンタクト層)は太陽電池の前面、すなわち後の動作時の太陽電池の光入射面上に設けられている。側方に配置されているウェブまたは接触格子上に(例えばシャドーマスクによって)端子領域を残すことによって、層を析出し、また先行して形成された絶縁層の(例えば機械的な引っ掻きによる)除去によって端子領域を露出している間に接触格子の電気的な接触を行うことができる。コンタクト層の電気的な接触をその直接的な接近可能性に基づき、別の措置を講じることなく直接的に行うことができる。モジュール接続を簡単なやり方で以下に説明するように行うことができる。
図1Aには、ウェハベースの吸収層AS(c−Si)と、この吸収層ASの前面VS(動作時に光が入射する側、光の入射は複数の平行な矢印によって示唆されている)側の放射層ES(拡散型またはa−Si:H)と、電界パッシベーション層BSF(例えばa−Si:H)とを備えた太陽電池HKS(ここではヘテロコンタクト太陽電池として実施されている;しかしながら吸収層および放射層の材料を相応に選択することによってホモコンタクト太陽電池も同様に考えられる)の断面図が示されている。さらに太陽電池HKSには点状の通過開口部DGを有するスルーコンタクトDKが3つの異なる実施形態で設けられている(左;拡散型/c−Si、中央;充填型/a−Si:H、右;絶縁性金属充填型/Al)。これは種々のスルーコンタクトの可能性を概略的に一緒に示したものである。実際にはその都度ただ1つの可能性のみが一貫して実施される(以下に説明する異なるスルーコンタクトについても該当する)。点状のスルーコンタクトDKの外側では吸収層ASが、放射層ESと接続されている接触格子KGとの短絡を回避するために絶縁された保護層OXによって覆われている。さらには、電界パッシベーション層BSF(または同様に放射層ES)は表面が閉じられている接触格子KGを覆うことができる(左側、右側)。しかしながら絶縁層ISを有する接触格子KGが電界パッシベーション層BSF(または放射層ES)の層厚よりも厚い場合、この電界パッシベーション層BSFが接触格子KGの領域において中断することも考えられる(中央)。この場合にはコンタクト層KSの中断も考えられる。しかしながらこの中断は煩雑な構造化ではなく、自ずと生じる配置構成である。別の図面において図示していない全ての参照符号は図1から見て取れる。
放射層ESが吸収層ASの裏面RSに配置される場合、パッシベーション層が付加的に前面の電界パッシベーション層FSF(電気的、例えばa−Si:H)として実施されている場合と同じやり方で前面のパッシベーション層(化学的)を吸収層AS内の通過開口部DGを介して点状に裏面RSにも案内することができる。ここで新たに定義する「FSFラップスルー」コンセプトは裏面接触型の太陽電池に関する「メタルラップスルー」コンセプトに対応するものであるが、このコンセプトでは金属の代わりに前面の電界パッシベーション層FSFが形成される。この電界パッシベーション層FSFは導電性の材料、例えばポリマー、金属または半導体(例えばa−Si:H)から構成されている。これによって、貫通接触している電界パッシベーション層FSFの導電性が吸収層ASの導電性よりも良いという前提のもとでは、もはや吸収層ASを通らずに電界パッシベーション層FSFを通って接触格子KGへと流れる電荷担体のオーム損失を最小にすることができる。これによって直列抵抗、したがって裏面RSに配置されている放射層ESを有する裏面接触型の太陽電池HKSのフィルファクターを改善することができる。
図3は、太陽電池HKSが直列接続SVおよび並列接続PVされている太陽電池モジュールSZMの裏面の平面図を示す。側方のウェブSTを備えたフィンガ状の接触格子KGおよびウェハベースの吸収層ASが見て取れる。面全体にわたる裏面のコンタクト層KSは図示していない。並列接続されているウェブSTは銅条KBによって相互に直列に接続されている。
図4Aには、薄い吸収層ASと、この吸収層ASの光入射側である前面に配置されている放射層ESと、吸収層ASを貫通して接触格子KGと接触している裏面の電界パッシベーション層BSF(BSFラップスルーコンセプトI)と、介在機能層FSと、サブストレートSUとを有する、サブストレート構成における太陽電池HKS(ここではヘテロコンタクト太陽電池として実施されている;しかしながら吸収層および放射層の材料を相応に選択することによってホモコンタクト太陽電池も同様に考えられる)の断面図が示されている。上側OSは太陽電池HKSのサブストレートSU側とは反対の側として定義されている。接触格子KGのフィンガは異なる高さで示されている。スルーコンタクトDKは導電性の材料(ポリマー、金属、a−Si:H)でもって充填されている通過開口部DGを基礎としている。面全体にわたるコンタクト層KSは透明な導電性酸化物層TCOとして実施されており、この導電性酸化物層TCOの上に電流を収集するコンタクト素子KEが設けられている。
図6Aは、スーパーストレートSP上の薄い吸収層ASと、太陽電池HKSの動作時に光が入射する側の前面VSにおける放射層ESとを備えた薄膜ベースの太陽電池HKSの断面図を示す。この断面図は異なる高さで実施されている接触格子KGの2つの接触フィンガGFの面を通っている。実際にはその都度ただ1つの可能性のみが一貫して実施される(以下に説明する異なるスルーコンタクトに対しても該当する)。放射層ESは点状のスルーコンタクトDK(左:導電性のポリマー、右:金属)を介して接触格子KGと接続されている(エミッタラップスルーコンセプトI)。吸収層ASは絶縁された保護層OXによって接触格子KGに対して電気的に絶縁されている。薄い放射層ESとスーパーストレートSPとの間には1つまたは複数の中間層ZSが設けられている。図6Bは接触格子KGの格子フィンガGFの面を通る長手方向の断面図を示す。
太陽電池HKSの動作時に光が入射する側の前面VSに放射層ESが設けられている前述の図面に記載されていた太陽電池HKSに類似するが、以下において説明する図面においては太陽電池HKSの動作時に光が入射する側とは反対側の裏面に放射層ESが配置されている。2つの接触系は太陽電池HKSの前面VSに設けられている。コンタクト層KSは透明に実施されており、さらに電流を収集するコンタクト素子KEを有し、このコンタクト素子KEは遮蔽損失を最小にするために接触格子KGに合同に配置されている。図8Aは異なる高さで実施されている2つの格子フィンガGFの面を通る断面図を示す。放射層ESのスルーコンタクトでは、サブストレートSUに取付けられている吸収層ASが接触格子KGとの短絡を回避するために絶縁された保護層OXを有している。2つの異なる点状のスルーコンタクトDKが示されている。これらのスルーコンタクトは先ず絶縁性の材料IMでもって被覆される。左側のスルーコンタクトDKは導電性のポリマーでもって充填されており、右側のスルーコンタクトDKは金属でもって充填されている。図8Bは格子フィンガGFの面を通る長手方向の相応の断面図を示す。2つの異なる点状のスルーコンタクトDKおよび吸収層AS上の絶縁された保護層OXが見て取れる。
図10Aおよび10BにはサブストレートSUを備えた太陽電池HKSが示されている。接触系は相応に太陽電池HKSの裏面RSに配置されている。コンタクト層KSは透明には実施されていない。上側OSは太陽電池HKSのスーパーストレートSP側とは反対の側として定義されている。図10Aは異なる高さで実施されている2つの接触フィンガGFの面を通る断面図を示す。前面の電界パッシベーション層FSFはスルーコンタクトDKを介して接触格子KGと接続されている(FSFラップスルーコンセプトI)。ここでもまた2つの異なるスルーコンタクトDKが示されている(左:前面の電界パッシベーション層FSFの機能性材料でもって充填されている、右:金属でもって充填されている)。図10Bは格子フィンガGFの面を通る長手方向の断面図を示す。図11Aおよび11Bは、FSFラップスルーコンセプトIIにより同様に構成されている太陽電池を示す。スルーコンタクトDKは金属スパイクMSによって形成される。
本発明の薄膜ベースの太陽電池構造により、僅か2つの構造化ステップで個々の太陽電池HKSの簡単な直列接続および並列接続が達成され、またさらには全ての太陽電池層を面全体にわたり析出することができる。
Claims (31)
- 種々にドープされている半導体材料からなる、スルーコンタクトによって構造化されている少なくとも1つの吸収層と、該吸収層の一方の側において面全体にわたり配置されている少なくとも1つの放射層とから構成されている片面接触型の太陽電池であって、
余剰電荷担体が前記吸収層において光の入射により生じ、前記吸収層と前記放射層との間のpn接合部において分離され、前記吸収層の一方の側において共通して配置されており、電気的に外部から接触されており、且つ相互に絶縁されている2つの接触系を介して収集および案内され、
一方の接触系は前記吸収層に配置されており、少なくとも上側全体が絶縁層によって覆われており、且つ一方の端部が前記スルーコンタクトと導電的に接続されており、他方の接触系は面全体にわたるコンタクト層として構成されている、片面接触型の太陽電池において、
前記吸収層(AS)の他方の側には面全体にわたり電界パッシベーション層(FSF/BSF)が配置されており、
前記吸収層(AS)と前記放射層(ES)または前記電界パッシベーション層(FSF/BSF)との間に、少なくとも上側全体が絶縁層によって覆われている前記接触格子(KG)が配置されており、
前記放射層(ES)または前記電界パッシベーション層(FSF/BSF)にコンタクト層(KS)が配置されており、2つの接触系が太陽電池(HKS)の上側(OS)に容易に接近可能に配置されており、
前記スルーコンタクト(DK)の他方の端部が前記放射層(ES)または前記電界パッシベーション層(FSF/BSF)と導電的に接続されており、前記放射層(ES)のスルーコンタクト(DK)では前記吸収層(AS)と前記接触格子(KG)との間に少なくとも導電的な接続部が生じていないことを特徴とする、片面接触型の太陽電池。 - 前記吸収層(AS)は自己担持型のウェハ(WF)として形成されているか、サブストレート(SU)またはスーパーストレート(SP)上の薄膜(DS)として形成されている、請求項1記載の片面接触型の太陽電池。
- 前記スルーコンタクト(DK)は、前記放射層(ES)または前記電界パッシベーション層(FSF/BSF)と同じ機能を有する半導体材料でもって充填されている、孔状またはスリット状または格子状または網状の導電性の通過開口部(DG)として形成されている、請求項1または2記載の片面接触型の太陽電池。
- 前記スルーコンタクト(DK)は、導電性材料でもって充填されている、孔状またはスリット状または格子状または網状の導電性の通過開口部(DG)として形成されており、少なくとも前記放射層(ES)のスルーコンタクト(DK)では前記通過開口部(DG)が絶縁性の材料(IM)でもって被覆されている、請求項1または2記載の片面接触型の太陽電池。
- 前記スルーコンタクト(DK)は、前記電界パッシベーション層(FSF/BSF)のスルーコンタクト(DK)では、孔状またはスリット状または格子状または網状の金属スパイク(MS)として形成されている、請求項1または2記載の片面接触型の太陽電池。
- 太陽電池(HKS)の前記上側(OS)に別の機能層(FS)が配置されており、個々の機能層(FS)が複数の機能を有する、請求項1から5までのいずれか1項記載の片面接触型の太陽電池。
- 前記吸収層(AS)と前記放射層(ES)との間、および/または、前記吸収層(AS)と前記電界パッシベーション層(FSF/BSF)との間にバッファ層が配置されている、請求項1から6までのいずれか1項記載の片面接触型の太陽電池。
- 遮蔽および電荷担体の収集に関して最適化されている格子面を有する接触格子(KG)が前記吸収層(AS)の前面(VS)に配置されており、前記コンタクト層(KS)が透明な形(TCO)で実施されている、請求項1から7までのいずれか1項記載の片面接触型の太陽電池。
- 前記コンタクト層(KS)と電気的に接続されている、前記接触格子(KG)と合同の格子状のコンタクト素子(KE)が透明な形(TCO)の前記コンタクト層(KS)上に配置されている、請求項8記載の片面接触型の太陽電池。
- 薄膜の形の前記吸収層(AS)とサブストレート(SU)またはスーパーストレート(SP)との間に別の機能層(FS)が配置されており、個々の機能層(FS)が複数の機能を有する、請求項2から9までのいずれか1項記載の片面接触型の太陽電池。
- 外部からの前記接触格子(KG)の電気的な接触のために、太陽電池(HKS)の端部にはウェブ(ST)が設けられている、請求項1から10までのいずれか1項記載の片面接触型の太陽電池。
- 太陽電池モジュール(SZM)において複数の太陽電池(HKS)を電気的に直列接続(SV)または並列接続(PV)するために前記ウェブ(ST)は櫛状に形成されている、請求項11記載の片面接触型の太陽電池。
- 外部からの前記接触格子(KG)の電気的な接触のために前記放射層(ES)および前記絶縁層(IS)内に開口部が設けられている、請求項1から12までのいずれか1項記載の片面接触型の太陽電池。
- 105再結合/cm2の電荷担体の最大境界面再結合率でもってパッシベーションされているpn接合部(pn)を前記放射層(AS)に対して張架する半導体材料からなる放射層(ES)が設けられている、請求項1から13までのいずれか1項記載の片面接触型の太陽電池。
- 電荷担体の通り抜けも阻止する層厚の絶縁層(IS)が設けられている、請求項1から14までのいずれか1項記載の片面接触型の太陽電池。
- 単結晶または多結晶またはポリ結晶のシリコンまたは再結晶化されたシリコンからなる吸収層(AS)が形成されており、前面または裏面の電界パッシベーション層(FSF,BSF)が形成されており、水素化アモルファスシリコンまたは多結晶もしくはポリ結晶のシリコンからなる機能層(FS)および放射層(ES)、殊にバッファ層または種子層が形成されており、アルミニウムからなる接触格子(KG)が形成されており、アルミニウムまたは透明な導電性酸化物(TCO)からなるコンタクト層(KS)が形成されており、クロムまたは銀からなるコンタクト素子(KE)が形成されており、金属または半導体材料またはポリマーからなる通過開口部(DG)を充填するための導電性材料が形成されている、請求項1から15までのいずれか1項記載の片面接触型の太陽電池。
- 請求項1から16までのいずれか1項記載の片面接触型の太陽電池の製造方法において、
ウェハ(WF)の形の吸収層(AS)を有し、2つの接触系が裏面(RS)に配置されている太陽電池(HKS)を製造する以下のステップを有する、すなわち、
(I)点状または線状または格子状または網状のスルーコンタクト(DK)を形成するためにウェハ(WF)を構造化するステップ、
(II)前記ウェハ(WF)の前面を面全体にわたりテクスチャライズおよびパッシベーションするステップ、
(III)前記スルーコンタクト(DK)に取り入れながら前記ウェハ(WF)の前面(VS)において放射層(ES)または電界パッシベーション層(FSF/BSF)の面全体にわたり形成するステップ、
(IV)前記スルーコンタクト(DK)を覆いながら前記ウェハ(WF)の裏面(RS)において接触格子(KG)を析出するステップ、
(V)前記接触格子(KG)の全体が露出されている表面において電気的な絶縁層(IS)を形成するステップ、
(VII)前記ウェハ(WF)の露出されている領域の全体をパッシベーションしながら、絶縁された前記接触格子(KG)を有する前記ウェハ(WF)の裏面(RS)においてまだ析出されていない電界パッシベーション層(FSF/BSF)または放射層(ES)を面全体にわたり析出するステップ、
(VIII)前記ウェハ(WF)の裏面に析出された前記放射層(ES)または前記電界パッシベーション層(FSF/BSF)においてコンタクト層(KS)を面全体にわたり析出するステップ、
(IX)前記接触格子(KG)と前記コンタクト層(KS)とを電気的に接触させるステップ、
を有することを特徴とする、片面接触型の太陽電池の製造方法。 - 請求項1から16までのいずれか1項記載の片面接触型の太陽電池の製造方法において、
薄膜ベースの吸収層(AS)を有し、2つの接触系が上側(OS)に配置されている太陽電池(HKS)を製造する以下のステップを有する、すなわち、
(I)放射層(ES)または電界パッシベーション層(FSF/BSF)および吸収層(AS)をサブストレート(SU)またはスーパーストレート(SP)上に被着させるステップ、
(II)前記吸収層(AS)を通る前記放射層(ES)または前記電界パッシベーション層(FSF/BSF)の点状または線状または格子状または網状のスルーコンタクト(DK)を形成するために簡単な通過開口部(DG)により前記吸収層(AS)を構造化するステップ、
(III)前記通過開口部(DG)を機能層材料または導電性の材料でもって充填するステップ、
(IV)前記スルーコンタクト(DK)を覆いながら前記吸収層(AS)の上側(OS)において接触格子(KG)を析出するステップ、
(V)前記接触格子(KG)の全体が露出されている表面において電気的な絶縁層(IS)を形成するステップ、
(VI)前記吸収層(AS)の露出されている領域の全体をパッシベーションしながら、前記接触格子(KG)を有する前記吸収層(AS)の上側(OS)においてまだ析出されていない放射層(ES)または電界パッシベーション層(FSF/BSF)を面全体にわたり析出するステップ、
(VII)前記接触格子(KG)を有する前記吸収層(AS)の側に析出された前記放射層(ES)または前記電界パッシベーション層(FSF/BSF)においてコンタクト層(KS)を面全体にわたり析出するステップ、
(VIII)前記接触格子(KG)と前記コンタクト層(KS)とを電気的に接触させるステップ、
を有することを特徴とする、片面接触型の太陽電池の製造方法。 - 請求項1から16までのいずれか1項記載の片面接触型の太陽電池の製造方法において、
薄膜ベースの吸収層(AS)を有し、2つの接触系が上側(OS)に配置されている太陽電池(HKS)を製造する以下のステップを有する、すなわち、
(I)電界パッシベーション層(FSF/BSF)および吸収層(AS)をサブストレート(SU)またはスーパーストレート(SP)上に被着させるステップ、
(II)前記吸収層(AS)の上側(OS)に接触格子を析出するステップ、
(III)金属スパイク(MS)の形のスルーコンタクト(DK)を形成するために前記接触格子(KG)を熱処理するステップ、
(IV)前記接触格子(KG)の全体が露出されている表面において電気的な絶縁層(IS)を形成するステップ、
(V)前記吸収層(AS)の露出されている領域をパッシベーションしながら、前記接触格子(KG)を有する前記吸収層(AS)の上側(OS)において放射層(ES)を面全体にわたり析出するステップ、
(VI)析出された前記放射層(ES)においてコンタクト層(KS)を面全体にわたり析出するステップ、
(VII)前記接触格子(KG)と前記コンタクト層(KS)とを電気的に接触させるステップ、
を有することを特徴とする、片面接触型の太陽電池の製造方法。 - 請求項1から16までのいずれか1項記載の片面接触型の太陽電池の製造方法において、
薄膜ベースの吸収層(AS)を有し、2つの接触系が上側(OS)に配置されている太陽電池(HKS)を製造する以下のステップを有する、すなわち、
(I)電界パッシベーション層(FSF/BSF)および吸収層(AS)をサブストレート(SU)またはスーパーストレート(SP)上に被着させるステップ、
(II)前記吸収層(AS)の上側(OS)に点状コンタクトを析出するステップ、
(III)金属スパイク(MS)の形のスルーコンタクト(DK)を形成するために前記点状コンタクトを熱処理するステップ、
(IV)前記点状コンタクトを覆いながら前記吸収層(AS)の上側において接触格子(KG)を析出するステップ、
(IV)前記接触格子(KG)の全体が露出されている表面において電気的な絶縁層(IS)を形成するステップ、
(V)前記吸収層(AS)の露出されている領域をパッシベーションしながら、前記接触格子(KG)を有する前記吸収層(AS)の上側(OS)において放射層(ES)を面全体にわたり析出するステップ、
(VI)析出された前記放射層(ES)においてコンタクト層(KS)を面全体にわたり析出するステップ、
(VII)前記接触格子(KG)と前記コンタクト層(KS)とを電気的に接触させるステップ、
を有することを特徴とする、片面接触型の太陽電池の製造方法。 - 前記放射層(ES)のスルーコンタクトでは必ず、また前記電界パッシベーション層(FSF,BSF)のスルーコンタクトでは選択的に、前記接触格子(KG)を被着する前に前記吸収層の上側(OS)において電気的に絶縁された保護層(OX)を面全体にわたり被着させるステップと、
前記放射層(ES)または前記電界パッシベーション層(FSF/BSF)を析出する前に、前記接触格子(KG)における前記絶縁層(IS)に影響を及ぼすことなく、前記電気的に絶縁された保護層(OX)から前記接触格子(KG)を有する前記吸収層(AS)の上側(OS)を露出させるステップとを有する、請求項16から20までのいずれか1項記載の方法。 - 前記放射層(ES)または前記電界パッシベーション層(FSF/BSF)を析出する前に、前記接触格子(KG)における前記絶縁層(IS)に影響を及ぼすことなく、前記接触格子(KG)を有する前記放射層(AS)の上側(OS)を不純物によって露出させるステップを有する、請求項16から20までのいずれか1項記載の方法。
- エッチング処理またはレーザ処理によって点状または線格子状または網状の通過開口部(DG)を形成することにより前記吸収層(AS)を構造化するステップを有する、請求項16から22までのいずれか1項記載の方法。
- 導電性の材料でもって前記通過開口部(DG)を充填するステップを有し、少なくとも前記放射層(ES)のスルーコンタクト(DK)の場合には前記通過開口部(DG)を予め絶縁性の材料(IM)でもって被覆する、請求項23記載の方法。
- 前記放射層(ES)または前記電界パッシベーション層(FSF/BSF)と同じ機能を有する半導体材料でもって前記通過開口部(DG)を充填するステップを有する、請求項24記載の方法。
- 拡散または析出により前記放射層(ES)または前記電界パッシベーション層(FSF/BSF)を形成するステップを有する、請求項16から25までのいずれか1項記載の方法。
- シャドーマスクを用いた金属析出、シルクスクリーン、インクジェットプリント、フォトリソグラフィによって、またはマスクを用いた熱的な蒸着によって導電性材料を選択的に被着させることによって前記接触格子(KG)を析出するステップを有する、請求項16から26までのいずれか1項記載の方法。
- 前記接触格子(KG)の析出時に前記吸収層(AS)の端部に接続領域としてのウェブ(ST)を形成し、前記吸収層(AS)の裏面において前記放射層(ES)または前記電界パッシベーション層(FSF/BSF)を析出している間に前記端子領域を残し、前記端子領域を露出させるステップを有する、請求項16から27までのいずれか1項記載の方法。
- 電気的に絶縁された保護層(OX)の熱的な蒸着によって、もしくは、熱的または湿化学的または電気化学的な成長によって、もしくは、マスクまたはシルクスクリーンまたはインクジェットプリントまたはフォトリソグラフィを用いたスパッタリングまたは気相析出によって、もしくは、熱的または電気化学的な金属酸化物の形成によって、電気絶縁性のペーストを選択的に被着させることにより、前記接触格子(KG)の全体が露出されている表面において前記絶縁層(IS)を形成するステップを有する、請求項16から28までのいずれか1項記載の方法。
- 前記接触格子(KG)を有する前記吸収層(AS)の上側(OS)を不純物により露出させるか、前記保護層(OX)を選択的なエッチングによって露出させるステップを有する、請求項16から29までのいずれか1項記載の方法。
- 熱的な蒸着またはスパッタリングまたは気相析出によって別の機能層(FS)、例えばバッファ層または種子層を付加的に析出するステップを有し、個々の機能層(FS)は複数の機能を有する、請求項16から30までのいずれか1項記載の方法。
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