JP2010518609A - ハイブリッドシリコン太陽電池及び該ハイブリッドシリコン太陽電池の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
i)前、受光面及び裏面を有する結晶シリコン層、
ii)その裏面上において結晶層とのヘテロ接合を形成する非晶質半導体層、
iii)前記結晶層と接触する第1接点構造及び前記非晶質層と接触する第2接点構造、を含む太陽電池が提供される。このデバイスが、シリコンウェハー上、又はガラス若しくは他の適当な基板上における薄い結晶シリコン膜上に形成されてよい。
前、又は受光面とは反対に、シリコン太陽電池の前駆体の後面上にヘテロ接合を形成する方法が、
a)ドープされた結晶シリコン層上であって、シリコン層の後面上に反対にドープされた非晶質半導体層を形成する段階、
b)次に、前記非晶質半導体層と接触するように後面接点を形成する段階、
c)前記前面上において金属接点が要求されるいずれの部位において、前記結晶シリコン層と同じ導電型の高濃度ドープ領域を形成する段階、
d)前記高濃度ドープ領域と接触するように、金属接点を形成する段階
を含む。
a)窒化又は酸化によって前面プレーパッシベーション層を形成する段階、
b)リンドーパントを組み込むn−型水素化非晶質シリコンの前面堆積物を形成する段階、
c)任意のリンドーパントを組み込むシリコン窒化物の前面堆積物を形成する段階。
a)ドープされた水素化非晶質シリコン層上において正のバスバー(busbars)を備えたオープンパターン(open pattern)内に第2接点を形成する段階、
b)正の金属バスバーを露出させたままに残すマスクを用いて、プラズマ化学気相成長法(PECVD)によって、シリコン窒化物、シリコン酸化物、又はシリコン炭化物のような前面及び後面誘電層を形成し、リンドーパントを組み込む前面及び後面誘電層を形成する段階、
c)くし型(comb−like)金属被覆領域を含む嵌合構造においてn++領域を形成するように、後面上においてレーザードーピングが使用される段階、
d)前記n++領域上に金属接点を形成する段階。
a)正のバスバーを備えたくし型パターンにおいて後面接点を形成するように、アルミニウムのような金属のスパッタリングにより後面上に第2接点を形成する段階、
b)前記くし型金属被覆領域を備えた嵌合構造においてn++領域を形成するように、前記後面上にレーザードーピングを使用する段階、
c)結晶シリコン層と接触する前記第1接点を形成するように、n++領域の化学洗浄を実施し、次に、銅の表面原子を銀に置き換えるための、例えば、ニッケル、次に銅、次に無電界銀のような金属の無電解又は電気めっきを実施する段階、及び
d)前記金属を焼結する段階。
a)ガラス基板上に結晶シリコン膜を形成する段階、
c)前記結晶層の露出された後面とのヘテロ接合を形成する非晶質シリコン層を形成する段階、
d)正のバスバーを含むくし型パターンにおいて後面接点を形成するように、アルミニウムのような金属のスパッタリングによって前記後面上に第2接点を形成する段階、
e)前記くし型金属被覆領域を備えた嵌合構造においてn++領域を形成するように、前記後面上にレーザードーピングを使用する段階、
f)前記n++領域上に金属第1接点を形成する段階。
a)n−型シリコンウェハー14上における表面損傷除去、テクスチャリング及び洗浄が実施される。;
b)次に、p−型水素化非晶質シリコン層15が、ウェハー後面上への堆積により形成される。;
c)シリコン窒化物11の前面PECVD堆積が実施され、リンのドーパントが組み込まれる。これが、シリコン窒化層11の下の電子蓄積層12を生じさせる。;
d)次に、後面(第二)接点を形成するように、アルミニウムのような金属16のスパッタリングが使用される。;
e)前面上において金属接点が要求されるいずれの部位にn++領域13を形成するように、レーザードーピングが使用される。;
f)n++領域13の化学洗浄の後に、ニッケル、次に銅、次に無電界銀のような金属10の無電解/電気めっきが続き、銅の表面原子を銀と置き換える。;
g)金属焼結が実施される(Niめっきの後にこれがまだ実施されていない場合)。
a)n−型シリコンウェハー14上における表面損傷除去、テクスチャリング及び洗浄が実施される。;
b)PECVDシリコン酸化物18のような一時的な保護後面コーティングの適用又は成長。;
c)上記の実施例1のように、シリコン窒化物11の前面PECVD堆積が実施され、リンドーパントが組み込まれ、これが、シリコン窒化層11の下の電子蓄積層12を生じさせる。;
d)前面上において金属接点が要求されるいずれの部位にn++領域13を形成するように、レーザードーピングが使用される。;
e)次に、後面保護層18(図2参照)が、除去され後面が洗浄される。;
f)次に、ウェハー後面上への堆積により、p−型水素化非晶質シリコン層15が、形成される。;
g)次に、後面接点を形成するように、アルミニウムのような金属16のスパッタリングが使用される。;
h)n++領域13の化学洗浄の後に、ニッケル、次に銅、次に無電界銀のような金属10の無電解/電気めっきが続き、銅の表面原子を銀と置き換える。;
i)金属焼結が実施される(Niめっきの後にこれがまだ実施されていない場合)。
a)n−型シリコンウェハー34上における表面損傷除去、テクスチャリング及び洗浄が実施される。;
b)次に、p−型水素化非晶質シリコン層(連続的な又はくし型の断続的パターンのいずれか)35が、ウェハー後面上への堆積により形成される。;
c)次に、非晶質シリコン層35上の正のバスバー(busbars)を有するくし型パターン内において後面接点を形成するように、アルミニウムのような金属36のスパッタリングが使用される。;
d)リンドーパントが組み込まれるシリコン窒化物31の前面及び後面PECVD堆積が、後面上にマスクを備えて実施され、正の金属バスバーが露出されたままである。
e)くし型金属被覆領域36を含む嵌合構造内にn++領域33を形成するように、後面上においてレーザードーピングが使用される。;
f)n++領域33の化学洗浄の後に、ニッケル、次に銅、次に無電界銀のような金属30の無電解/電気めっきが続き、銅の表面原子を銀と置き換える。;
g)金属焼結が実施される(Niめっきの後にこれがまだ実施されていない場合)。
a)n−型シリコンウェハー44上における表面損傷除去、テクスチャリング及び洗浄が実施される。;
b)次に、p−型水素化非晶質シリコン層45が、ウェハー後面上への堆積により形成される。;
c)次に、後面接点を形成するように、アルミニウムのような金属46のスパッタリングが使用される。;
d)窒化又は酸化により、前面プレーパッシベーション層47が形成される。;
e)n−型水素化非晶質シリコン48の前面堆積物が形成され、リンドーパントが組み込まれる。;
f)低温シリコン窒化物41の前面堆積物が形成され、リンドーパントが組み込まれる。;
g)前面上において金属接点が要求されるいずれの部位にn++領域43を形成するように、レーザードーピングが使用される。;
h)n++領域43の化学洗浄の後に、ニッケル、次に銅、次に無電界銀のような金属40の無電解/電気めっきが続き、銅の表面原子を銀と置き換える。;
i)金属焼結が実施される(Niめっきの後にこれがまだ実施されていない場合)。
a)リンドーパントを組み込むシリコン窒化層51が、PECVD堆積によりガラス基板59上に形成される。;
b)薄膜n−型結晶シリコン層54が、シリコン窒化層51上のガラス基板上に形成される。;
c)次に、結晶シリコン膜の後面上への堆積により、p−型水素化非晶質シリコン層55が形成される。;
d)次に、正の金属バスバーを有するくし型パターン内において後面接点を形成するように、アルミニウムのような金属56のスパッタリングが使用される。;
e)リンドーパントが組み込まれるシリコン窒化物61の後面PECVD堆積が、マスクを備えて実施され、正の金属バスバーが露出されたままである。十分なリンドーパントが組み込まれ、次のレーザードーピングにより、n−型ドーパントが、p−型ドーパントに優先する(override)ことが可能となり、自己整合第1金属接点に対して要求されるn++領域が形成される。
f)後面上においてレーザードーピングが使用され、くし型金属被覆領域56を含む嵌合構造においてn++領域53を形成する。;
g)n++領域53の化学洗浄の後に、ニッケル、次に銅、次に無電界銀のような金属50の無電解/電気めっきが続き、銅の表面原子を銀と置き換える。;
h)金属焼結が実施される(Niめっきの後にこれがまだ実施されていない場合)。
11 シリコン窒化物
12 電子蓄積層
13 n++領域
14 n−型シリコンウェハー
15 p−型水素化非晶質シリコン層
16 金属
17 非晶質シリコン/結晶シリコンヘテロ接合構造
Claims (46)
- i)前、受光面及び裏面を有する結晶シリコン層、
ii)その裏面上において結晶層とのヘテロ接合を形成する非晶質半導体層、
iii)前記結晶層と接触する第1接点構造及び前記非晶質層と接触する第2接点構造、
を含むことを特徴とする太陽電池。 - 第2接点構造が、前記後面上の前記非晶質層と接触し、かつ、前記非晶質層上に位置することを特徴とする請求項1に記載の太陽電池。
- 前記非晶質層が、前記後面の全体にわたって連続することを特徴とする請求項1又は2に記載の太陽電池。
- 前記第2接点構造が、連続する接点材料の接触層を含むことを特徴とする請求項3に記載の太陽電池。
- 前記第2接点構造が、接点材料のグリッドを含むことを特徴とする請求項3に記載の太陽電池。
- 前記第2接点構造が、同じパターンに配置された前記非晶質層に位置合わせされた接点材料の断続的な構造を含むことを特徴とする請求項2に記載の太陽電池。
- 前記第1接点構造が、前記非晶質層及び前記第2接点構造と離隔され、間隔をあけた位置で前記非晶質層及び前記第2接点構造に広がり、前記結晶シリコン層の前記裏面と接触することを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載の太陽電池。
- 前記第2接点構造が、一組の接点材料の相互接続したフィンガーを含むことを特徴とする請求項7に記載の太陽電池。
- 前記第1接点構造が、前記ヘテロ接合及び第2接点構造と嵌合する後面n−型自己整合メタライゼーションを含むことを特徴とする請求項8に記載の太陽電池。
- 前記第1接点構造が、前記結晶シリコン層の前記前、受光面上に位置した断続的な構造を含むことを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載の太陽電池。
- 前記第1接点構造が、前記結晶シリコン層の前記前、受光面上に位置したグリッド構造を含むことを特徴とする請求項10に記載の太陽電池。
- 前記第1接点構造が、前記結晶シリコン層の前記前、受光面上に位置した一組のフィンガーを含むことを特徴とする請求項10に記載の太陽電池。
- 前記結晶シリコン層が、シリコンウェハー含むことを特徴とする請求項1から12のいずれか一項に記載の太陽電池。
- 前記結晶シリコン層が、ガラス基板上に薄い結晶シリコン膜を含むことを特徴とする請求項1から13のいずれか一項に記載の太陽電池。
- a)ドープされた結晶シリコン層上であって、前記結晶シリコン層の後面上に反対にドープされた非晶質半導体層を形成する段階、
b)前記非晶質半導体層と接触するように後面接点を形成する段階、
c)前記結晶シリコン層と接触する金属接点が要求されるいずれの部位において、前記シリコン層と同じ導電型の高濃度ドープ領域を形成する段階、
d)前記高濃度ドープ領域と接触するように、金属接点を形成する段階
を含む、前、又は受光面と反対側の、シリコン太陽電池の前駆体の後面上にヘテロ接合を形成する方法。 - 前記非晶質半導体層が、水素化非晶質シリコン、水素化非晶質シリコン炭化物、又は水素化非晶質シリコンゲルマニウム合金であることを特徴とする請求項15に記載の方法。
- 第2接点が、一つまたはそれ以上の金属層を適用することにより形成されることを特徴とする請求項15又は16に記載の方法。
- 前記第2接点が、前記非晶質半導体層上へのアルミニウムのスパッタリングによって形成されることを特徴とする請求項17に記載の方法。
- 第1接点構造が、n−型結晶シリコン層内の高濃度ドープn++領域上における一つの金属又は複数の金属のめっきによって形成されることを特徴とする請求項15から18のいずれか一項に記載の方法。
- 前記高濃度ドープn++領域が、デバイスの表面層内におけるリンドーパント源のレーザードーピングによって形成されることを特徴とする請求項19に記載の方法。
- 前記めっき金属が、Ni、Cu又はAgから選択されることを特徴とする請求項19又は20に記載の方法。
- 前記n++領域が、前記第1接点構造上における金属の無電解又は電気めっきの前に洗浄されることを特徴とする請求項19から21のいずれか一項に記載の方法。
- ニッケル層がめっきされ、次に、銅の層がめっきされ、次に無電界銀めっき仕上げされ、銅の表面原子が、銀に置き換えられることを特徴とする請求項22に記載の方法。
- めっきの後に、前記金属が焼結されることを特徴とする請求項23に記載の方法。
- 第1接点構造が、前記後面上に形成され、前記ヘテロ接合構造と嵌合することを特徴とする請求項15から24のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第1接点が、後面非晶質シリコン層及びドーパント源として機能する上部絶縁層を介した前記n++領域のレーザードーピングによって形成されることを特徴とする請求項25に記載の方法。
- 前記第1接点が、ドーパント源として機能する上部絶縁層及び前記後面非晶質シリコン層内の間隙を介した前記n++領域のレーザードーピングによって形成されることを特徴とする請求項25に記載の方法。
- 第1接点メタライゼーションが、前記n++領域の形成段階の間において前記絶縁層内に形成された隙間を通して前記n++領域に自己整合されることを特徴とする請求項26又は27に記載の方法。
- 前記後面上における前記第1接点及び前記第2接点の両方の形成段階が、
e)ドープされた水素化非晶質シリコン層上において正のバスバーを備えたオープンパターン内に第2接点構造を形成する段階、
f)正の金属バスバーを露出させたままに残すマスクを通して、プラズマ化学気相成長法(PECVD)によって前面及び後面誘電層を形成する段階であって、リンドーパントを組み込む前面及び後面誘電層を形成する段階、
g)前記第2接点構造を含む嵌合構造において、レーザードーピングによってn++領域を形成する段階、
h)前記n++領域上に金属接点を形成する段階
とさらに含むことを特徴とする請求項25から28のいずれか一項に記載の方法。 - 前記後面誘電層が、シリコン窒化物、シリコン酸化物、又はシリコン炭化物の1つ又はそれ以上の層として形成されることを特徴とする請求項29に記載の方法。
- 前記接点構造を形成する方法が、
i)正のバスバーを備えたくし型パターンにおいて前記後面接点を形成するように、金属のスパッタリングにより前記後面上に前記第2接点構造を形成する段階、
j)前記くし型金属被覆領域を備えた嵌合構造においてn++領域を形成するように、前記後面上にレーザードーピングを使用する段階、
k)結晶シリコンウェハーと接触する前記第1接点構造を形成するように、n++領域の化学洗浄を実施し、次に、金属の無電解又は電気めっきを実施する段階、及び
l)前記金属を焼結する段階
をさらに含むことを特徴とする請求項25から30のいずれか一項に記載の方法。 - 前記第2接点構造の金属が、アルミニウムであることを特徴とする請求項31に記載の方法。
- 前記第1接点構造のめっき段階が、ニッケルのめっき段階、その次に銅のめっき段階、その次に無電界銀めっき仕上げ段階を含み、銅の表面原子を銀と置き換えることを特徴とする請求項31に記載の方法。
- 前記シリコン層が、ドープされたシリコンウェハーを含むことを特徴とする請求項25から33のいずれか一項に記載の方法。
- 前記シリコンウェハーへの前記n++領域を通した前記後面第1接点構造の形成の後で、前記シリコンウェハーの前面への水素化シリコン窒化物のPECVD堆積が実施され、リンドーパントを組み込むことを特徴とする請求項34に記載の方法。
- 前記シリコン層が、ドープされたシリコンウェハーを含むことを特徴とする請求項15から24のいずれか一項に記載の方法。
- 前記ドープされたシリコン層が、n−型シリコンウェハーであり、前記へテロ接合を形成する前に、それ上において、表面損傷除去、テクスチャリン及び洗浄が実施されることを特徴とする請求項34、35又は36に記載の方法。
- 前記方法が、前記ウェハーの前面に誘電層を堆積する段階をさらに含むことを特徴とする請求項34、35、36又は37に記載の方法。
- 前記前面誘電層が、シリコン窒化物、シリコン酸化物、又はシリコン炭化物の1つ又はそれ以上の層として形成されることを特徴とする請求項38に記載の方法。
- 前記誘電層が、リンドーパントを組み込むPECVD堆積によって堆積されること特徴とする請求項38又は39に記載の方法。
- 前記シリコン窒化層の下に電子蓄積層を生じるように、前記誘電層が配置されること特徴とする請求項40に記載の方法。
- m)窒化又は酸化によって前面プレーパッシベーション層を形成する段階、
n)リンドーパントを組み込むn−型水素化非晶質シリコンの前面堆積物を形成する段階、
o)任意のリンドーパントを組み込むシリコン窒化物の前面堆積物を形成する段階
によって、前面構造が、形成されることを特徴とする請求項34から41のいずれか一項に記載の方法。 - 前記後面へテロ接合が形成される前に、前記第1接点構造が、前記前面上に形成され、酸化層が、前記結晶シリコンの後面上に一時的に形成され、前記へテロ接合の前記非晶質シリコン層及び次の前記第2接点構造の前記後面金属接点を形成する前に、再度除去されることを特徴とする請求項34から42のいずれか一項に記載の方法。
- 前記結晶層が、ガラス基板上にn−型結晶シリコンの薄膜を含み、
前記方法が、
a)ガラス基板上に結晶シリコン膜を形成する段階、
c)前記結晶塗膜層の露出された後面とのヘテロ接合を形成する非晶質シリコン層を形成する段階、
d)正のバスバーを含むくし型パターンにおいて前記後面接点を形成するように、金属のスパッタリングによって前記後面上に前記第2接点構造を形成する段階、
e)前記くし型金属被覆領域を備えた嵌合構造においてn++領域を形成するように、前記後面上にレーザードーピングを使用する段階、
f)前記n++領域上に金属第1接点を形成する段階を含むことを特徴とする請求項15から33のいずれか一項に記載の方法。 - 前記第2接点構造を形成するように堆積された前記金属が、アルミニウムであること特徴とする請求項44に記載の方法。
- 前記結晶シリコン層が堆積される前に、前面シリコン窒化層が、前記ガラス基板に堆積されること特徴とする請求項45に記載の方法。
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