JP2010141320A - 共平面裏面金属被覆を有する太陽電池 - Google Patents

共平面裏面金属被覆を有する太陽電池 Download PDF

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Abstract

【課題】裏面を平坦化できる太陽電池及びその裏面金属被覆の形成方法を提供する。
【解決手段】半導体基板４１と、裏側表面の第１部分に設けられ、裏側表面から離れた側に面する平面状第１表面部４６−１１、および平面状第１表面部４６−１１から裏側表面に向かって延びる第１端部４６−１２を有する裏面電界金属化層４６と、裏側表面の第２部分に設けられ、裏側表面から離れた側に面する平面状第２表面部４８−１１、および平面状第２表面部４８−１１から裏側表面に向かって延びる第２端部４８−１２を有するはんだパッド金属化層４８と、を含む太陽電池において、第１端部４６−１２が重畳しない方式で第２端部４８−１２に当接することによって、平面状第１表面部４６−１１が平面状第２表面部４８−１１と実質的に同一平面になるように裏面電界金属化層４６およびはんだパッド金属化層４８を配置する。
【選択図】図１

Description

本発明は太陽電池の製造に関し、より詳細には、Ｈ型太陽電池に裏面金属被覆を作製することに関する。
図１０は、内部光電効果により太陽光を電気に変換する従来のＨ型接点太陽電池４０の一例を示す簡略図である。太陽電池４０は、既知の技術を利用して処理される半導体（たとえば、多結晶シリコン）基板４１の上に形成され、この基板４１は、ｎ型不純物がドープされた上部領域４１Ａと、ｐ型不純物がドープされた下部領域４１Ｂとを含むことで、基板４１にｐｎ結合が形成されている。半導体基板４１の前面側表面４２には、ｎ型領域４１Ａに電気的に接続される一連の平行な金属グリッド線（フィンガ）４４（端面図に図示）が配設される。実質的に固体の導電層４６は、基板４１の裏側表面４３に形成され、ｐ型領域４１Ｂに電気的に接続される。通常、基板４１の上面４２には、反射防止膜４７が形成される。太陽電池４０は、太陽光ビームＬ１の光子が、上面４２から基板４１内に入り、半導体バンドギャップより大きいエネルギーで、半導体材料原子に衝突したときに電気を生成するものであり、この衝突が、価電子帯内の電子（−）を伝導帯に励起して、基板４１内で電子および対応するホール（＋）が流れるようにする。ｎ型領域４１Ａとｐ型領域４１Ｂとを分離しているｐｎ結合部は、励起された電子がホールと再結合することを阻止して、図１０に示すように、グリッド線４４および導電層４６を介して負荷に印加できる電位差を発生させる役割を担う。
図１１Ａおよび１１Ｂは、それぞれ太陽電池４０の前面側および裏面側の接点パターンを更に詳細に示す斜視図である。図１１Ａに示すように、前面側接点パターンの太陽電池４０は、平行な狭幅グリッド線４４の直線状の配列と、グリッド線４４に垂直に延びる一つ以上の広幅収集線（母線）４５とを含み、これらの線は両方とも上面４２に形成される。グリッド線４４は、前述した基板４１から電子（電流）を収集し、母線４５は、グリッド線４４から電流を収集する。太陽光電池モジュールにおいて、母線４５は、主にはんだ付けによって取り付けられる金属リボン（図示せず）の取り付け先であり、このリボンは、一つのセルと別のセルとを電気的に接続するために利用される。図１１Ｂに示すように、裏面側接点パターンの太陽電池４０は、実質的に連続した裏面電界（ＢＳＦ）金属化層４６と、２つの離隔したはんだパッド金属化構造４８とを含み、これらは裏側表面４３上に配設される。上面４２に形成される母線４５と同様に、はんだパッド金属化構造４８は、金属リボン（図示せず）をはんだ付けするポイントとして機能し、このリボンは、一つのセルと別のセルとを電気的に接続するために利用される。
太陽電池４０を製造する従来の方法は、３つの独立した印刷ステップでシリコン基板４１上に導電インクをスクリーン印刷することを含み、この３つの印刷ステップは、（１）前面側表面４２へのグリッド線４４および母線４５用の銀（Ａｇ）の印刷と、（２）裏側表面（後面）４３へのはんだパッド金属化構造用の銀−アルミニウム（ＡｇＡｌ）の印刷と、（３）裏側表面４３へのＢＳＦ金属被覆用のＡｌの印刷である。はんだパッドとＢＳＦ金属化層の両方を裏側表面４３に形成するためには、まず、ＡｇＡｌインクをスクリーン印刷して、１００〜２００℃で乾燥し、その後で、Ａｌインクのスクリーン印刷および乾燥を行う。
図１２は、前述した印刷プロセスが完了した後で、基板４１の裏側表面４３に形成されるはんだパッド金属化構造４８およびＢＳＦ金属化層４６の例を示す簡略部分断面図である（簡単にするため、前面側の構造は省略されている）。２ステップの連続印刷方法の結果、ＢＳＦ金属化層４６の形成に用いられるＡｌインクは、そのＡｌインクが、ＡｇＡlはんだパッド金属化構造４８に部分的に重畳するように印刷される。この重畳は、２つの金属化構造が、連続スクリーンの整列位置合わせ精度の公差内で互いに接触することを確実に行う点で重要である。一般に、一つのスクリーンと次のスクリーンとの位置合わせ精度は、約１００ミクロンであるため、必然的に、１００ミクロン程度の幅を有する重畳区画４６−１および４６−２を、はんだパッド金属化構造４８の対応する端部４８−１および４８−２に形成することで、電気接点に隙間が生じることを防いでいる。
図１２に示す２ステージのスクリーン印刷裏側金属化構造は、製造コストを増やすいくつかの問題を生じる。第１に、結果的に得られる重畳配置は、非平面トポグラフィ（すなわち、ＢＳＦ重畳区画４６−１および４６−２によって作製される隆起に起因するトポグラフィ）を生じ、このことは、真空チャック（図示せず）を利用して基板４１を保持することをより困難にし、ひいては、モジュール組み立て時のコストを上昇させる。また、多くの太陽電池生産ラインにおいて、個別の処理ステップごとに約０．５％のウエハ（基板）が失われることが一般的である。背面金属化のステップでは、そのような処理作業が２つ（すなわち、スクリーン印刷プロセスごとに一つ）存在するため、歩留まり損失は、印刷単独で１％程度になる。もちろん、処理ステップ数が可能な限り少なくなるように処理を最小限に抑制して、歩留まりを最大限向上させると共に、処理時間、労力、および所要床面積のコストを抑制することが望ましい。３番目として、重畳配置は、過分な量のＡｇＡｌを必要とする、つまり、はんだパッド金属化構造４８の端部４８−１および４８−２がＡｌ製のＢＳＦ金属被覆によって覆われてしまう。Ａｌで被覆されるため、端部４８−１および４８−２は、金属リボンのはんだ付けに利用することができず、太陽電池４０の材料コストを増やしている。また、Ａｌは、少数キャリアを寄せ付けない裏面電界を生成するのに対し、ＡｇＡlは生成しないため、太陽電池４０上でＡｇＡｌが存在するすべての場所（すなわち、Ａｌ以外の場所）では、再結合によって電流が失われる。
したがって、従来の２ステージのスクリーン印刷の生産プロセスに付随する前述の問題を回避する、太陽電池の裏面金属被覆の形成方法が求められている。
本発明は、裏側表面を有する半導体基板と、前記裏側表面の第１部分に設けられ、前記裏側表面から離れた側の面である平面状第１表面部、および前記平面状第１表面部から前記裏側表面に向かって延びる第１端部を有する裏面電界金属化層と、前記裏側表面の第２部分に設けられ、前記裏側表面から離れた側の面である平面状第２表面部、および前記平面状第２表面部から前記裏側表面に向かって延びる第２端部を有するはんだパッド金属化層と、を含む太陽電池であって、前記裏面電界金属化層および前記はんだパッド金属化層は、前記裏面電界金属化層の前記第１端部が、重畳しない方式で前記はんだパッド金属化層の前記第２端部に当接することによって、前記平面状第１表面部が、前記平面状第２表面部と実質的に同一平面になるように配置される、太陽電池である。
本発明は、裏側表面を有する半導体基板と、前記裏側表面の連続した領域を実質的に覆う裏面電界金属化層と、はんだパッド金属化層と、を含む太陽電池であって、前記はんだパッド金属化層は、前記裏面電界金属化層および前記はんだパッド金属化層が、実質的に同一平面にある表面を有するように、前記裏面電界金属化層内に埋め込まれる、太陽電池である。
本発明は、半導体基板上に裏面金属化構造を作製する方法であって、前記半導体基板に対して、少なくとも一つのノズル穴を有するプリントヘッドを相対移動させ、前記少なくとも一つのノズル穴からＡｌ不活性化層インクおよびＡｇＡlはんだパッドインクが同時に押し出されて、前記半導体基板に付着するように、前記プリントヘッドから前記Ａｌ不活性化層インクと、前記ＡｇＡlはんだパッドインクとを供給することを含む、方法である。
裏面を平坦化できる太陽電池及びその裏面金属被覆の形成方法を提供する。
前述したものおよび他の本発明の特徴、側面、および利点は、下記の説明と、付随する請求項と、付属の図面とを考慮することで、より適切に理解されるであろう。
本発明の概括的実施形態に従って作製される、太陽電池の裏側金属被覆を示す斜視図である。 本発明の他の実施形態に従って利用される、共押出プリントヘッドアセンブリを含む微細押出成形システムを示す前面図である。 動作中の、図２の微細押出システムの一部を示す簡略側面図である。 本発明の具体的実施形態に従って、図２の微細押出成形システムと組み合わせて利用される共押出プリントヘッドアセンブリを示す分解斜視図である。 図４の共押出プリントヘッドアセンブリの積層されたノズル層を示す簡略図である。 図４の共押出プリントヘッドアセンブリによって形成される裏側金属化層の一例を断面で示す端面図である。 本発明の他の実施形態に係る微細押出成形システムの一部を示す側面図である。 図７の微細押出成形システムを利用した裏側金属被覆の形成を示す、簡略化した上面斜視図である。 本発明の代替実施形態に従って形成される裏側金属化層の一例を断面で示す端面図である。 本発明の代替実施形態に従って形成される裏側金属化層の一例を断面で示す端面図である。 従来の太陽電池を示す簡略化した側面断面図である。 従来のＨ型太陽電池を示す上面斜視図である。 従来のＨ型太陽電池を示す底面斜視図である。 図１１Ａおよび１１Ｂの従来のＨ型太陽電池に対応する裏側金属化構造を示す簡略化した側面断面図である。
本発明は、微細押出成形システムの改良に関する。下記の説明は、当業者が、特定の用途およびその要件に関連して規定されるように本発明を作製および利用できるようにするためのものである。本明細書では、「上」、「上部」、「下」、「底部」、「前」、「後」、および「横方向」などの方向を表す用語は、説明を目的として相対的位置を提示するものであり、絶対的な規準系を指定することを意図したものではない。好ましい実施形態に対する各種の変形例は、当業者には明らかであろう。また、本明細書に定義する一般的原理は、太陽電池の製造以外の用途にも適用することができる。したがって、本発明は、図示および説明する特定の実施形態に限定されることを意図したものではなく、本明細書に開示する原理および新規な特徴に矛盾しない最も広範な範囲に一致するものである。
図１は、本発明の概括的実施形態に従って形成される太陽電池４０−１の裏側金属被覆を示す簡略化された側面断面図である。概括的実施形態によれば、太陽電池４０−１の前面側金属被覆（図示せず）は、図１０を参照して図示および説明したものと同様である。裏側金属被覆は、半導体基板（たとえば、単結晶シリコンウエハ）４１の裏側表面４３上に形成され、裏面電界（ＢＳＦ）金属化層４６−１と、１組のはんだパッド金属化層４８−１とを含む。ＢＳＦ金属化層４６−１は、裏側表面４３の対応する（第１）部分４３−１に形成される、金属（たとえば、Ａｌ）の連続シートで、裏側表面４３から離れた側の面としてほぼ平坦な上面（第１表面部）４６−１１を有する。ＢＳＦ金属化層４６−１は、はんだパッド金属化層４８−１との各界面に、端部４６−１２を含み、この各端部４６−１２は、平坦な第１表面部４６−１１から裏側表面４３に向かって延びる（すなわち、端部４６−１２は、上面４６−１１および裏側表面４３に対してほぼ９０°の角度を形成する）。はんだパッド金属化層４８−１は、裏側表面４３の対応する（第２）部分４３−２上に設けられる細長い構造体で、各はんだパッド金属化層４８−１は、裏側表面４３から離れた側の面として平坦な（第２）表面部４８−１１と、前記表面部４８−１１および裏側表面４３の間に延びる周囲（第２）端部４８−１２と、を有する。
本発明の一態様によれば、ＢＳＦ金属化層４６−１およびはんだパッド金属化層４８−１の上面は、裏側表面４３のほぼすべての上に、実質的に平坦な連続シートを協調的に画定する。すなわち、ＢＳＦ金属化層４６−１およびはんだパッド金属化層４８−１は、各ＢＳＦ端部４６−１２が、はんだパッド金属化層４８−１の対応する端部４８−１２に、重畳しない方式で当接することによって、各界面（すなわち、各端部４６−１２が対応する端部４８−１２に突き当たる場所）に隣接する平坦な第１表面部４６−１１それぞれが、対応するはんだパッド金属化層４８−１の隣接する平坦な表面部４８−１１と実質的に同一平面になるように配置される。ＢＳＦ金属化層４６−１およびはんだパッド金属化層４８−１を、図１に示す重畳しない方式で形成することによって、本発明は、平坦な表面を有する裏側金属化構造を提供し、この平坦な表面は、従来の重畳方式（上記で説明）で製造される太陽電池と比べ、より簡単に太陽電池を取り扱える（たとえば、真空チャックを利用できる）ようにする。また、はんだパッド金属の重畳区画（たとえば、図１１を参照しながら上記で説明した区画ｘｘｘ）を排除することによって、本発明は、高価なはんだパッド金属（すなわち、Ａｇ）量の削減を促進し、さらに、太陽電池パネルの製造において金属リボンのはんだ付けに利用できるはんだパッド金属の露出した表面部４８−１１の大きさを最大化する一方で、裏側表面４３に接触するはんだパッド金属の量を最小限に抑制することによって、表面の再結合速度を低減して、太陽電池４０−１の効率を向上させる。
図１に示したように、また、本発明の各種の代替実施形態に関連して下記で更に詳細に説明するように、各はんだパッド金属化層４８−１は、ゼロ個以上の任意構成の層４９の上に配置される（すなわち、任意構成の層４９が存在する場合、一つ以上の任意構成の層４９は、はんだパッド金属化層４８−１と裏側表面４３の間に配設される）。たとえば、後述する一実施形態によれば、任意構成の層４９は、はんだパッド金属被覆を含む（すなわち、任意構成の層４９は、はんだパッド金属化層４８−１の一部を構成し、はんだパッド金属化層４８−１およびＢＳＦ金属化層４６−１が共通の厚さＴを有するように、はんだパッド金属化層４８−１の上面４８−１１から裏側表面４３まで延びる）。また、他の実施形態において、任意構成の層４９は、はんだパッド金属化層４８−１と裏側表面４３の間に設けられる、ＢＳＦ金属（たとえば、Ａｌ）の薄い層によって実現される。後述する更に他の実施形態において、任意構成の層４９は、ＢＳＦ金属および介在障壁層から成る薄い層によって実施され、この介在障壁層は、ＢＳＦ金属およびはんだパッド金属化層４８−１の間に設けられる。これらの各実施形態の利点については、下記で説明する。
図２および図３に、本発明の代替実施形態に従って利用される、一般的な共押出成形システム５０を示す。共押出成形システム５０は、プリントヘッドアセンブリ１００に、２つの押出材料（すなわち、ここで説明したはんだパッドを含むインクと、ＢＳＦ金属被覆を含むインク）を供給する材料供給システム６０を含み、プリントヘッドアセンブリ１００は、下記で詳述する方式で、前述の２つの押出材料の共押出を行う機構および機能を含む。
図２を参照しながら説明すると、材料供給システム６０は、太陽電池の小規模生産に利用される実験的構成を例示したものであり、太陽電池の大規模生産には、通常、他の構成が利用されることは、当業者であれば認識されるであろう。図２の上部を参照すると、材料供給システム６０は、空気圧シリンダ６４−１および６４−２をそれぞれ支持する１対のハウジング６２−１および６２−２を含み、前記空気圧シリンダ６４−１および６４−２は、カートリッジ６６−１および６６−２に動作的に連結されて、カートリッジから押し出される材料が、供給管６８−１および６８−２を通ってプリントヘッドアセンブリ１００内に入るように構成される。図２の下部に示すように、微細押出成形システム５０は、Ｚ軸位置決め機構（部分的に図示）を更に含み、このＺ軸位置決め機構は、既知の技術を利用したハウジング／アクチュエータ７４（部分的に図示）によってＺ軸（垂直）方向に移動可能なＺ軸ステージ７２を含む。取り付け板７６は、Ｚ軸ステージ７２の下端に剛結合されて、プリントヘッドアセンブリ１００を支持し、取り付けフレーム（図示せず）は、Ｚ軸ステージ７２に剛結合されると共に、Ｚ軸ステージ７２から上方に延びて、空気圧シリンダ６４−１および６４−２、ならびにカートリッジ６６−１および６６−２を支持する。
図３は、ＢＳＦおよびはんだパッド金属化層４６−１および４８−１を基板４１の裏側表面４３に押し出して、ＢＳＦ金属化層４６−１およびはんだパッド金属化層４８−１を形成する微細押出システム５０の概要部を示す側面図である。プリントヘッドアセンブリ１００は、供給管６８−１／２（上記で説明）および対応する留め具６９を介して、材料供給システム６０に動作的に連結される。押し出された材料（インク）は、押し出しと引き抜きの少なくともいずれかの技法（たとえば、熱間および冷間技法）を用いて塗布され、これらの技法において、材料は、押出成形プリントヘッドアセンブリ１００を通って押し出され（たとえば、絞り出されるなど）、もしくは引き抜かれ（たとえば、真空を利用するなど）、またはその両方によって、プリントヘッドアセンブリ１００の下部にそれぞれ画定された一つ以上の吐出穴（出口ポート）１６９から送り出される。ＸＹＺ軸位置決め機構７０の取り付け板７６は、プリントヘッドアセンブリ１００を剛性的に支持して、基板４１を基準に位置決めする。また、ベース８０が設けられ、このベース８０は、プリントヘッドアセンブリ１００が、基板４１の上方で所定の方向（たとえば、Ｙ軸方向）に移動されるときに、基板４１を定常位置に支持する平台８２を含む。代替の実施形態（図示せず）において、プリントヘッドアセンブリ１００は、据え置き型で、ベース８０が、プリントヘッドアセンブリ１００の下で基板４１を動かすＸＹ軸位置決め機構を含む。
図３に示すように、プリントヘッドアセンブリ１００は、背面板構造１１０と、前面板構造１３０と、これらの間に連結される積層ノズル構造１５０とを含む。背面板構造１１０および前面板構造１３０は、吸入ポート１１６−１および１１６−２からそれぞれ流路１１５および１２５を通って積層ノズル構造１５０までＢＳＦおよびはんだパッドの押出材料を案内し、押出成形ノズル１６３の下に移動する押出材料が、所定の傾斜角θ１（たとえば、４５°）で基板４１に向かうように、積層ノズル構造１５０内に送り込む役割を担う。
図４は、本発明の具体的実施形態に係る微細押出プリントヘッド１００Ａを示す分解斜視図である。微細押出成形プリントヘッド１００Ａは、背面板構造１１０Ａと、前面板構造１３０Ａと、これらの間に連結される積層ノズル構造１５０Ａとを含む。背面板構造１１０Ａおよび前面板構造１３０Ａは、対応する吸入ポート１１６−１および１１６−２から積層ノズル構造１５０Ａまで押出材料を案内すると共に、積層ノズル構造１５０Ａ内に画定された押出成形ノズル１６２−１および１６２−２が、所定の傾斜角（たとえば、４５°）で基板４１を指すように積層ノズル構造１５０Ａを剛性的に支持する機能を有し、これにより、対応するノズル穴１６９に向かって各押出成形ノズル１６２−１および１６２−２を下方に移動する押出材料を、目標の基板４１に送る。
図４の上部を参照すると、背面板構造１１０Ａは、成形金属または機械加工金属（たとえば、アルミニウム）から成る角度付き背板１１１、後部プレナム１２０、およびこれらの間に設けられる後部ガスケット１２１を含む。角度付き背板１１１には１対の穴（図示せず）が画定され、これらの穴は、それぞれねじ切り皿座ぐり穴入口１１６−１および１１６−２から、下面１１４に画定された対応する穴出口まで延びている。後部プレナム１２０は、平行な前面１２２および背面１２４を含み、かつ、１対の管路（図示せず）が画定されている。この管路は、前面１２２から画定される対応する入口１２６−１および１２６−２から、背面１２４に画定される対応する出口（図示せず）まで延びる。前述した説明と同様、背面板構造１１０Ａの中に画定される穴／管路は、積層ノズル構造１５０に押出材料を供給する。
図４の下部を参照すると、前面板構造１３０Ａは、成形金属または機械加工金属（たとえば、アルミニウム）から成る前板１３１、前部プレナム１４０、およびこれらの間に設けられる前部ガスケット１４１を含む。前板１３１は、前面１３２、側面１３３、および傾斜背面１３４を含み、前面１３２および背面１３４は、所定の角度を形成している。前板１３１には、プリントヘッドアセンブリ１００Ａの他の区画への取り付け用の複数の穴が画定されているが、前板１３１は、押出材料を流さない。前部プレナム１４０は、平行な前面１４２および背面１４４を含み、また、対応する入口１４８から対応する出口１４９に延びる管路（図示せず）が画定され、前記入口１４８および出口１４９はいずれも前面１４２から画定されている。後述するように、前部プレナム１４０に画定される管路は、積層ノズル構造１５０ＡにＢＳＦ（Ａｌ）金属被覆インクを供給する役割を担う。
図４に記載され、かつ図５に略図式に示されるように、積層ノズル構造１５０Ａは、上部供給層１５１、上部ノズル板１５２、下部ノズル板１５３、下部供給層１５４、ならびに上部ノズル板１５２および下部ノズル板１５３の間に挟まれるノズル吐出板１６０を含む。上部供給層１５１は、上部プレナム長穴開口１５５−１を含み、この開口１５５−１は、上部ノズル板１５２に画定された２つの流路１５５−２にはんだパッド材料を供給し、次に、上部ノズル板１５２が、比較的狭いノズル１６２−１にはんだパッド材料を供給すると、この狭いノズル１６２−１は、ノズル吐出板１６０の前端１６８から画定される対応するスリット開口に材料を送り込む。また、スリット開口の間に設けられる三角形ディバイダ１６７は、各スリット穴の端部に向かって延びるがその端部には達しないため、２つの異なるインクは、プリントヘッドアセンブリ１００Ａから出るときに、所望の方式で接触することができる。図４に点線の矢印で示されるように、ＢＳＦ材料は、一連の開口１２６−１，１５９−１，１５９−２，１５９−３，１５９−４，１５９−５、および１４８を通って前部プレナム１４０内に供給され、この前部プレナム１４０は、材料の向きを変えて、吐出口１４９から、下部供給層１５４に画定された下部プレナム開口１５６−１の中、そして下部供給流路１５６−２の中に送り出し、下部供給流路１５６−２が、ノズル１６２−２内にＢＳＦ材料を送ると、ノズル１６２−２は、ノズル吐出板１６０の前端１６８から画定される対応するスリット開口に前記材料を向かわせる。プリントヘッドアセンブリ１００Ａは、材料組成を急激に変化させて、金属被覆インクの連続シート内のＡｌインクとＡｇインクの両方を付着させる層流の共押出印刷装置である。連続した金属被覆は、電池の領域全体から太陽電池のベース電流を収集して、太陽電池から太陽電池パネルまたはモジュールに電流を運ぶ、はんだ付けされたリボン金属被覆に電流を送るために不可欠な構成である。
図６は、太陽電池４０−１Ａの一部を示す図で、プリントヘッドアセンブリ１００Ａによってシリコン基板４１Ａ上に形成される裏面金属化構造を示したものである。具体的実施形態によれば、ＡｌインクとＡｇＡlインクの両方が同時に、シリコウエハ４１の裏側表面４３の個々の表面部分４３−１および４３−２に直接付着されて、連続シートとして、ＢＳＦ材料層４６−１Ａおよびはんだパッド金属化層４８−１Ａをそれぞれ形成し、これらの層において、ＡｇＡｌおよびＡｌの金属被覆が共通端部を形成する（すなわち、ＢＳＦ材料層４６−１の対向する側端４６−１２は、はんだパッド金属化層４８−１の対応する側端４８−１２に当接する）。ＢＳＦ材料層４６−１Ａおよびはんだパッド金属化層４８−１Ａの上面４６−１１および４８−１１は、裏側表面４３から離れた側を向き、側端４６−１２および４８−１２は、上面４６−１１，４８−１１と、裏側表面４３との間に延びる。この構造において、ＡｇＡｌ接触面積が最小化されている（すなわち、従来の構造に存在する重畳部分が排除されている）ため、裏側表面４３におけるキャリア再結合速度は、従来の重畳するスクリーン印刷構造（上記に記載）と比べて低下している。Ａｌインクは、噴射されて、アルミニウム製裏面電界（Ａｌ−ＢＳＦ）金属被覆を形成する時点で、シリコン内に溶融して、より広いウエハ領域に亘ってキャリア再結合速度を低下させるが、これは、ＡｇＡｌプリント線の必要な幅が、排除された重畳領域の面積分だけ小さくなるためである。また、この構造については、高価なＡｇの量が低減されることから、コストも削減される。
図７および図８は、それぞれ部分側面図および簡略部分斜視図で、本発明の他の実施形態に係る微細押出成形システム５０Ｂの一部を示したものである。図７に示すように、微細押出成形システム５０Ｂは、Ｚ軸位置決め機構７０Ｂと、プリントヘッドアセンブリ１００Ｂと、前述したものと同様の他の機構とを含む。ただし、プリントヘッドアセンブリ１００Ｂのノズル１６９Ｂは、押し出される材料が、間隔のあいたビード４６Ｂ−２Ａおよび４８Ｂ−２Ａ（すなわち、図８を参照しながら後述する状態）として付着するように分離されている点、およびシステム５０Ｂは、ガス噴射配列９０も含む点が異なる。このガス噴射配列９０は、Ｚ事項位置決め機構７０Ｂに取り付けられ、押し出されたビード４６Ｂ-２Ａおよび４８Ｂ−２Ａが目標の基板４１の裏側表面４３に接触した直後（すなわち、押し出された材料がまだ「湿っている」とき）に、ガス噴射配列９０が、前述の押し出されたビード４６Ｂ−２Ａおよび４８Ｂ−２Ａに向けて、加圧されたガス（たとえば、空気、乾燥窒素、または他の気相流体）９５を下方に送るように構成される。ガス噴射配列９０は、一つ以上の金属製空気噴射板９８−３を挟んでその両側に配設されるクランプ部９８−１および９８−２を含み、ねじ９９によってＺ軸位置決め機構７０Ｂに取り付けられる。図示したように、背面のクランプ部９８−２は、パイプ９１を介して加圧ガスを受け取るねじ切り吸入口９３を含む。加圧されたガスは、一つ以上の細長いノズル吐出口９６に連通する流路（図示せず）を通って流れる。図８に示すように、加圧されたガス９５をビード４６Ｂ−２Ａおよび４８Ｂ−２Ａに向けて下方に送ることによって、ビードが平坦化されて共に流れ、図６を参照しながら前述したものと同様の断面を持つ、材料の連続シートを裏側表面４３に形成する。つまり、加圧されたガス９５は、基板表面４３に向かってビード４６Ｂ−２Ａおよび４８Ｂ−２Ａを平坦化する（沈み込ませる）十分な力を印加することによって、比較的幅狭で背の高い押出成形ノズルを利用して、幅広かつ平坦な構造を容易に形成できるようにする。この技法では、単一のビードを何度も伸長させて、その付着幅を得ることができる。たとえば、この構成を用いて本発明者らが特定したところでは、押し出された材料の線の幅を約０．４ｍｍから２ｍｍより太い幅にならして、０．０１０〜０．０２０ｍｍの湿潤厚さになるように平坦化する（沈みこませる）ことができる。押出成形印刷に用いるインクの充てん量および粘度では、重力および湿潤力によってインクが沈み込むための時間を長く与えたとしても、前述の寸法の線を直接形成することは不可能であろう。
図７および図８を参照しながら説明した手法は、スクリーン印刷用の従来のインク（すなわち、比較的揺変性の高いインク）では作用しないが、容易に流動するように改良されたインクを用いることで適切に機能することに留意されたい。このようなインクには、「ＥＡＳＩＬＹ ＦＬＯＷＩＮＧ ＩＮＫＳ ＦＯＲ ＥＸＴＲＵＳＩＯＮ ＴＨＲＯＵＧＨ ＳＭＡＬＬ ＣＲＯＳＳ−ＳＥＣＴＩＯＮ ＣＨＡＮＮＥＬＳ／ＤＩＥＳ／ＮＯＺＺＬＥＳ（断面の小さい流路／型／ノズルからの押出成形用の流動が容易なインク）」という名称で２００８年１１月１８日に出願された、本願と共に所有される同時係属中の米国特許出願第１２／２７３，１１３号（代理人ドケット番号第２００８０１７３−ＵＳ−ＮＰ）に開示されるものなどがあり、この米国特許出願は、その開示内容全体を本願明細書の一部として援用する。また、Ａｌインクを更に小さい多数のビードに分離することによって、裏側表面４３に付着させるインクの量が削減され、ひいては、乾燥させたＡｌ厚さが低減されることによって、ウエアの歪みの原因となる応力が抑制される。好ましい実施形態において、ノズルは、過度の目詰まりを避けるため、５０ミクロン以上の高さを有する。また、裏面金属化に、金属粒子の充てん量が少ないインクを利用して、乾燥厚さを低減すると共に、Ａｇの場合には、製造コストを抑制することが更に望ましい。重力および表面張力の力のみを用いる場合、間隔が近接している線の沈み込みおよび結合に約１０〜３０（結合の達成度によって異なる）秒かかるが、このことは、裏面の印刷が単一のステップで終了し、印刷されたウエハは、いずれにしてもそのウエハが引き続き印刷装置から乾燥装置へと搬送装置の下流に移動するときに、このような遅延を経験する上、必要に応じてウエハバッファを利用できるため問題にはならない。前述したように、ガスの噴射により、沈み込みプロセスの速度が非常に速くなると共に、ウエハをバッファに収容する必要性を抑制することができる。
本発明について、特定の具体的実施形態を参照しながら説明したが、本発明の進歩的な特徴は、他の実施形態にも同様に適用可能であり、これらすべての実施形態は、本発明の範囲に入るものであることは、当業者であれば明瞭であろう。たとえば、本発明は、２種類の異なるドーピングインクおよび電極のうちの少なくともいずれかを付着させて、ｎ型ドープ領域と、ｐ型ドープ領域と、金属接点とを形成することによって、相互嵌合式バック接点電池の製造に適用することもできる。また、Ａｌインクを用いたＢＳＦ金属被覆、およびＡｇＡｌインクを用いたはんだ接点金属被覆の形成は、例示を目的としたものである。他の金属および合金を利用して、本発明の意図および範囲から逸脱せずに、前述の構造を形成することができる。個別の実施形態において、プリントヘッドは、Ａｌインク用とＡｇインク用の個別のスリット穴を備えるように構成することもでき、これらの穴は、若干重複させることができる。この構造は、従来技術を説明するために図１２に示したスクリーン印刷構造とほぼ同一の重畳構造を作製することになる。インクのビードは、方向制御装置を利用して、基板に向けて送ることができ、この方向制御装置は、「ＤＩＲＥＣＴＩＯＮＡＬ ＥＸＴＲＵＤＥＤ ＢＥＡＤ ＣＯＮＴＲＯＬ（指向性押出ビード制御）」という名称で２００８年１１月７日に出願された、本願と共に所有される同時係属中の米国特許出願第１２／２６７，０６９号、および「ＭＩＣＲＯ−ＥＸＴＲＵＳＩＯＮ ＳＹＳＴＥＭ ＷＩＴＨ ＢＥＡＤ ＤＥＦＬＥＣＴＩＮＧ ＭＥＣＨＡＮＩＳＭ（ビード偏向機構を備える微細押出成形システム）」という名称で２００８年１１月７日に出願された、本願と共に所有される同時係属中の米国特許出願第１２／２６７，２２３号に記載されており、これらの米国特許出願は、いずれもその開示内容全体を本願明細書の一部として援用する。Ａｇ以外の他の金属が利用されてもよい。たとえば、Ｃｕがはんだ付けされてもよく、ニッケルなどの適切な障壁金属と適合し得る。
４０，４０−１，４０−１Ａ 太陽電池、４１ 基板、４３ 裏側表面、４３−１ 第１部分、４３−２ 第２部分、４６−１，４６−１Ａ ＢＳＦ金属化層、４６−１１ 第１表面部（上面）、４６−１２ 端部、４６Ｂ−２Ａ，４８Ｂ−２Ａ ビード、４８−１，４８−１Ａ はんだパッド金属化層、４８−１１ 第２表面部（上面）、４８−１２ 端部、４９ 任意構成の層、５０ 共押出成形システム、６０ 材料供給システム、６２−１，６２−２ ハウジング、６４−１，６４−２ 空気圧シリンダ、６６−１，６６−２ カートリッジ、６８−１，６８−２ 供給管、６９−１，６９−２ 留め具、７０ ＸＹＺ軸位置決め機構、７２ Ｚ軸ステージ、７４ ハウジング／アクチュエータ、７６ 取り付け板、８０ ベース、８２ 平台、９０ ガス噴射配列、９３ ねじ切り吸入口、９５ ガス、９６ ノズル吐出口、９９ ねじ、１００，１００Ａ プリントヘッドアセンブリ、１１０，１１０Ａ 背面板構造、１１１ 背板、１１２ 吸入ポート、１１４ 下面、１１５，１２５ 流路、１２０ 後部プレナム、１２１ 後部ガスケット、１２２，１３２ 前面、１２４，１３４ 背面、１３０，１３０Ａ 前面板構造、１３３ 側面、１４０ 前部プレナム、１４１ 前部ガスケット、１５０，１５０Ａ 積層ノズル構造、１５１ 上部供給層、１５２ 上部ノズル板、１５３ 下部ノズル板、１５４ 下部供給層、１６２ 押出成形ノズル、１６９ 吐出穴。

Claims (3)

  1. 裏側表面を有する半導体基板と、
    前記裏側表面の第１部分に設けられ、前記裏側表面から離れた側に面する平面状第１表面部、および前記平面状第１表面部から前記裏側表面に向かって延びる第１端部を有する裏面電界金属化層と、
    前記裏側表面の第２部分に設けられ、前記裏側表面から離れた側に面する平面状第２表面部、および前記平面状第２表面部から前記裏側表面に向かって延びる第２端部を有するはんだパッド金属化層と、を含む太陽電池であって、
    前記裏面電界金属化層および前記はんだパッド金属化層は、前記裏面電界金属化層の前記第１端部が、重畳しない方式で前記はんだパッド金属化層の前記第２端部に当接することによって、前記平面状第１表面部が、前記平面状第２表面部と実質的に同一平面になるように配置される、太陽電池。
  2. 裏側表面を有する半導体基板と、
    前記裏側表面の連続した領域を実質的に覆う裏面電界金属化層と、
    はんだパッド金属化層と、を含む太陽電池であって、
    前記はんだパッド金属化層は、前記裏面電界金属化層および前記はんだパッド金属化層が、実質的に同一平面にある表面を有するように、前記裏面電界金属化層内に埋め込まれる、太陽電池。
  3. 半導体基板上に裏面金属化構造を作製する方法であって、
    前記半導体基板に対して、少なくとも一つのノズル穴を有するプリントヘッドを相対移動させ、
    前記少なくとも一つのノズル穴からＡｌ不活性化層インクおよびＡｇＡlはんだパッドインクが同時に押し出されて、前記半導体基板に付着するように、前記プリントヘッドから前記Ａｌ不活性化層インクと、前記ＡｇＡlはんだパッドインクとを供給することを含む、方法。
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