JP2010520629A - 太陽電池の製造方法ならびに生成太陽電池 - Google Patents

Abstract

太陽光電池（11）の生産方法において平坦アルミニウム層は太陽光電池基材（13）の背面（22）に適用される。アルミニウムは温度の作用によりシリコン基材に合金にされ、アルミニウムBSF（24）を形成する。シリコンに合金されなかった残存アルミニウムは続いて除去される。アルミニウムBSF（24）は光に対して透明である。
【選択図】図１

Description

この発明は有利にシリコンまたはシリコン基材を含み、BSF（裏面界）被膜を有する太陽電池の製造方法、およびそのような方法を使用して製造される太陽電池に関する。

常用太陽光電池の製造は要約の形態で下に記述される一連の作業工程を含む。基礎原料は通例は吸着性を改良するために腐蝕加工によって表面に模様付けされた単結晶または多結晶p-Siウェーハーで準備される。単結晶シリコンの場合は前記腐蝕加工は水酸化ナトリウムまたはカリウム溶液とイソプロピルアルコールの混合物で実施される。多結晶シリコンは弗化水素および硝酸の溶液で腐蝕される。さらなる腐蝕−洗浄順序は次に以下の拡散加工に最適の表面調製を提供するように実施される。前記加工でシリコンp-n接合はほぼ0.5 μmの深さに燐拡散により生成される。p-n接合は光により形成される電荷担体を引離す。p-n接合を生ずるためにウェーハーはほぼ800℃〜950℃に炉で燐源、通例ガス混合物または水溶液の存在において加熱される。燐はシリコン表面に侵入する。燐ドープ被膜は陽導電性硼素ドープ支持体に対向するものとして陰導電性である。この加工で燐ガラスは表面に形成され、以下の工程でHFで腐蝕することにより除去される。続いてシリコン表面に通常SiN:Hを含む概算80nm厚被覆が反射を減少するためにしかも皮膜保護として適用される。金属接点は次に前側（銀）及び後側（金または銀）に適用される。有利にはアルミニウムのいわゆるBSF（裏面界）を生産するために前記過程でアルミニウムの一部がウェーハー表面に適用され、続く焼成工程でシリコンに合金にされる。

この発明の課題は先行技術の不利な条件を避けることができる前述の方法ならびにそれで製造される太陽光電池を提供することであり、特に太陽光電池の効率はさらに増加されることができる。

この課題は請求項１の特徴を有する方法及び請求項１５の特徴を有する太陽光電池により解決される。この発明の有利で好ましい発展は後続請求項の主題事項を構成し、細大もらさず下文に説明される。明示対照で特許請求の範囲の用語は本明細書の内容になされた。さらにまた明示対照で2007年3月8日に同出願人により提出された優先権特許出願独国第102007012277号の用語は現明細書の内容でなされた。

この発明によればBSF被膜は特にシリコンを含む太陽光電池基材の後面に、最初にアルミニウムまたはTCOが基材に適用されるように適用される。続いてアルミニウムまたはその部分は基材に合金にされ、結果として生ずるBSF被膜は透明であり、遮光を起こさない。この製造法ならびにその方法で生産されるBSFの利点は、また裏面からBSFが遮光を起こすことなく照射されることもできる両側またはいわゆる両面太陽電池も製造しうることである。特にこのように大領域およびまた小規模もしくは局部BSFがもたらされることができる。異なる用途加工をアルミニウムまたはTCOに使用することも可能であり、これらは下に記述されるものである。最後にそのような方法はほかの高効率太陽電池と比較して、比較的有望であり、結果として有望な電池が生産されることができる。アルミニウムを硼素の代わりにBSFに使用することを通じて大変もっと有望で制御容易な加工はとりわけ硼素よりずっと低いアルミニウムの合金温度で、詳細には900℃未満で使用されることができる。かくして例えば、硼素で合金にする場合は1000℃をずっと越える高温のために不利に変性されることになる多結晶シリコンも使用可能である。

この発明の展開でアルミニウムまたはTCOは点状または小領域形態で基材または基材の裏面に適用されることができる。かくしていくつかのBSFは点状のようにまたは小領域として生成されることができる。有利にこれらの点または小領域は特に同間隔を有する線に沿って位置する。それらはBSFで均等電気接触が可能であるように好ましくは均等格子または走査線集合の態様で適用される。BSFまたは細領域上で、特に前記線に沿って例えば、ニッケルまたは銀もしくはそれらの組合せの金属接点は続いて適用される。

この発明の多少異なる展開で基材へのアルミニウムの適用及びそれ故にBSFまたはBSFの導電領域は前述線の態様で起こることができる。ここで再び線が平行であり、互いから同間隔を有するとすれば有利である。

この発明のまださらに別の改良展開でアルミニウムは面または大領域態様で基材の後面に適用されることができ、特に全後面を覆うことができる。一般の認めるところでは基本的にここで異なる塗り厚または塗り厚勾配を提供することは可能であり、しかし有利におおよそ均一厚塗被が適用される。ここで再度線状アルミニウム-BSFの生産で前述の線状適用アルミニウムの場合におけるように次の工程で金属接点、もう一度特に線状金属接点が適用されることができる。

アルミニウムを基材に適用する非常に多くの可能性がある。一つの可能性でスクリーン印刷法またはインク噴射式法により適用されることができる。また液体またはペースト状形態で例えば、アルミニウム含有液体またはアルミニウム含有ゲルとして適用されることができる。別の可能性によればほかの金属被膜とほとんど同じ方法でアルミニウムはスパッター、蒸発、CVD法または合金により適用されることができる。

加熱法はアルミニウムを基材または基材シリコン物質に合金するために準備されることができる。これは有利にアルミニウムの以前適用に使用されるか発生する加熱と異なる。このように製法はよく制御されるかその予定目的に最適にされることができる。

アルミニウムを基材またはシリコン物質に合金することに続いて残存アルミニウム部分は除去される。特に基材に合金にされなかったかまだ純アルミニウムであってそれ故にそれ自体もしくは区別されることができる被膜を形成するアルミニウムだけが除去される。前記未合金アルミニウムは完全に除去されるか、例えば良続電気的接触及び電気接点の適用を許すように部分的にだけ除去されるか線状形態に残されるかいずれかである。代替的に未合金アルミニウムすべてを除去する可能性はある。有利にアルミニウムはそれ自体で知られている食刻法により除去される。

発明方法の展開でアルミニウム除去のあとに続いて基材の少なくとも後面の皮膜保護が存在することができる。有利に反射防止被膜は少なくとも基材の裏面に適用される。これは特に太陽光電池の裏面がまた光照射されるならば有利である。

アルミニウムの前述の除去または部分除去のあとに続いて燐をn-シリコンに拡散することで基材にp-n接合を生ずることは太陽光電池を製造するときに可能である。

また特に電気的接触の基材裏面で続いて起こる集積に前もって組立てられる構造の金属またはアルミニウムを基材で適用することも可能である。そのような構造は格別に前述の反射防止被膜で生成され、前記生産は機械的にまたは例えば、レーザー機械加工により発生する。結果として生ずる溝でアルミニウムを有利に前述の線状形態でもっと特別に下にあるアルミニウム-BSFに先導することは可能である。後の方のアルミニウムは次には除去されない。これに有利に後方極良伝導電気接点は線状形態で特に銀接点として適用される。

これら及びさらなる特徴は特許請求の範囲、明細書及び図面から集結されることができ、単独か下位組合せの形態の両方の各個特徴は発明の実施形態および他の分野で実施されることができ、しかも保護がここで請求される有利な独立して保護できる構成を示すことができる。出願の各個節及び副題細分は以下になされる陳述の一般有効性を少しも制限しない。

本発明方法の第一の展開によって面アルミニウム裏面界を加えて製造され、純アルミニウムが除去された太陽電池の断面を示す図である。 線状アルミニウム裏面界を有し、もう一度純アルミニウムが除去された図１の太陽電池の第二の展開を示す図である。 図２と同様しかし純アルミニウムが除去されなかった太陽電池の第三の展開を示す図である。

本発明の実施形態は下に添付の概略図面に関して記述される：

図１はp-ドープシリコン基材13を含む太陽電池11を示す。例えば、SiN:Hの反射防止被膜17は基材13の前面15に適用され、下にある基材13の示されない皮膜保護が生じている。前面15上で接点は反射防止被膜17における溝に適用され、下方ニッケル接点19と後者に適用される銀接点20を含む。反射防止被膜17における該当溝は接点19及び20について食刻法によりまたは代替的に機械仕事またはレーザー機械加工で生成されることができる。ニッケル接点19はいわゆる無電解めっき法により塗装されることができるのに対して銀接点20はLIP法において適用されることができる。接点19及び20は線状であり、基材13の下にあるシリコン被膜に直接配置される。

太陽電池11の後面22に対して面アルミニウム裏面界またはアルミニウムBSF 24は下からシリコン基材13に適用される。上に記述されるようにアルミニウムはスクリーン印刷法またはいくらかの別法を用いて適用されることができる。シリコンに合金するか焼き付けるより前に中間乾燥工程は発生することができる。合金にすることは炉で電灯を照射することか加熱することで発生することができる。

図１による太陽電池11の場合は表面塗布され、シリコンに合金されなかった大体純粋アルミニウムは、有利に食刻法工程によって除去される。大いに有利はアルミニウム-BSF 24に入れておかれるAlSi合金は透明であり、このように両面太陽電池11はもたらされることができ、光入射の場合にも後面22で機能することである。さらなる有利はアルミニウムの使用を通じて硼素または硼素自体をドープ処理することは避けられることができることである。かくしてアルミニウムはとりわけ適用及び合金する低温度を通して硼素よりもいっそう容易に取扱われることができる。いま一つの有利は透明導電性酸化物（TCO）と組み合わせられて使用する前述の可能性であり、すなわち大抵そのようなTCOはアルミニウムの代わりに使用されることができる。

アルミニウム-BSF 24にさらなる反射防止被覆26が適用される。前記被覆26に再度接点が前面15に関して同様方法でまたは最初にニッケル接点29そして銀接点30が導入される。

図２は別方法を用いて製造される選択的太陽電池111を示す。反射防止被膜117は図１の割合に記述されたけれどもシリコン基材113の前面115に適用される。格子状原模型で離隔されるか下は基材113に至るまで開口され、最初にニッケル接点119そして銀接点120は塗装される。従ってニッケル接点は例えば、化学蒸着により適用されることができる。

図１の表現から逸脱して後面122にアルミニウムは単独で点状態様、換言すれば細領域または線で図１のような大領域でなく適用される。しかしながらアルミニウム適用は上文に記述されるように発生することができる。続いて例えば、合金にすることに続いて図１の割合で記述されるほど超過または純粋アルミニウムは食刻除去され、アルミニウム裏面界124の小領域が残される。アルミニウム-BSF 124の上に裏面塗布した反射防止被覆126において構造が作製されるか後のものは例えば、食刻法または機械加工により開口される。次に上に記述されるように最初にニッケル接点129そしてその後、銀接点130が適用される。図２による太陽電池111においてアルミニウム-BSF 124は透明である。また図１の太陽電池でよりもっと小表面領域に限定される。

最後に図３はさらなる太陽電池211を示し、もう一度多少異なる構成を有する。上文に記述されるように前面215にもう一度反射防止被膜217、下方ニッケル接点219ならびに上方銀接点220がある。しかしながら裏面222に一般の認めるところでは上に記述される態様で適用は線状または点状アルミニウムBSF 224のアルミニウムについて生じ、シリコンに合金にされる。しかしながら上に記述されたものと違って純粋アルミニウムは除去されず、さて代わりに図１または図２による下ニッケル接点の代替え品を、すなわちアルミニウム接点232として形成し、それに下銀接点230が適用される。図３の太陽光セル211と図２の太陽光セル111の差異は結果としてアルミニウム-BSFを生産するためにアルミニウムを合金にすることのあとに続いて残存純粋アルミニウムは除去されず、代わりに下ニッケル接点の代替え品を形成する。かくして図１による太陽電池11の場合におけるようにもっと太陽電池211は比較的容易に製造されることができる。

図面に示される異なる被膜の適用、例えばアルミニウム-BSF向けアルミニウムの適用以前に前基板処理は生ずることができる。かくしてシリコンウェーハーは例えば、表面を最適にして鋸歯状損傷を排除するために表面に模様が付けられ、および／または食刻されることができる。またエミッター形成に燐ドーピングがある。また太陽電池の処理、例えば強化のためのさらなる方法工程が存在することができる。

記述される本発明の太陽電池の場合は多結晶シリコン物質を使用することが可能である。これは、硼素で合金するときに高温が必要とされ、多結晶シリコンを破解したので、以前は不可能であった。アルミニウムを合金にするために温度は900℃よりずっと低く保持されることができる。かくしてこの発明の範囲内で多結晶シリコン物質を基材に使用することは可能である。電気端子としてはんだ付けは暴露銀接点でも可能である。

Claims (15)

1. BSF被膜を有する太陽電池（11，111，211）の製造方法であって、太陽電池基材（13，113，213）、特にシリコン基材の裏面（22，122，222）にBSF被膜（24，124，224）がアルミニウムまたはTCOを該基材へ施用し、続いて該基材（13，113，213）に合金することによって適用され、該BSF被膜（24，124，224）は光に透明である、方法。
2. アルミニウムまたはTCOは該基材（113，213）に点状態様または小領域で適用され、有利に点状態様または小領域におけるいくつかのBSF（124，224）の局部生成が用意され、これらの点または小領域は直線に沿って位置し、特に同間隔を有し、続いて線状金属接点（129，130，232，229）が適用される、請求項１に記載の方法。
3. TCOまたはアルミニウムは線状に該基材（113，213）に適用される、請求項１に記載の方法。
4. アルミニウムは該基材（13）上で散布される態様で展開BSF（24）に適用され、有利に該基材の一面の全領域が覆われる、請求項１に記載の方法。
5. アルミニウムまたはTCOは該基材（13，113，213）にスクリーン印刷法により適用される、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の方法。
6. アルミニウムまたはTCOは液体またはペースト状形態で、好ましくはアルミニウム含有液体またはアルミニウム含有ゲルの形態で適用される、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
7. 該アルミニウムまたはTCOはスパッター、蒸発、CVD法または合金することにより適用される、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
8. 該アルミニウムを該基材（13，113，213）または該基材シリコン物質に合金することはアルミニウム適用とは別途である加熱を通じて生ずる、請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の方法。
9. 該基材（13，113）に合金になる工程の後に続いてアルミニウム、有利にアルミニウム被膜からのアルミニウムまたは純粋アルミニウムだけが除去され、ただし、好ましくは該基材に合金されないアルミニウムだけが除去される、請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の方法。
10. 該シリコン物質に合金されないかそれと合金されないアルミニウムはすべて除去される、請求項９に記載の方法。
11. 該アルミニウムは食刻法により除去される、請求項９又は１０に記載の方法。
12. アルミニウム除去の後に続いて皮膜保護が発生し、そして反射防止被膜（26，126，226）は基材（13，113，213）の後面（22，122，222）に適用される、請求項９〜１１のいずれか１項に記載の方法。
13. アルミニウム除去の後に続いてp-n接合は該基材（13，113，213）の該n-シリコンに燐の拡散により生成される、請求項９〜１２のいずれか１項に記載の方法。
14. 該アルミニウムは該基材（13，113，213）で前もって組み立てられる構造、特に下は該基材まで反射防止被膜（26，126，226）を通じた構造で、特にスクリーン印刷法により続くアルミニウム除去なしで適用される、請求項１〜請求項１３のいずれか１項に記載の方法。
15. 太陽光電池（11，111，211）であって、基材（13，113，213）から製造され、前記請求項１〜１４のいずれか１項に記載の方法で処理される、太陽光電池。

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