JP2010528487A - 太陽電池製造のための小さなコンタクトのアレイ - Google Patents

Abstract

印刷されたコンタクトマスク（４００）を使用する太陽電池の製造。コンタクトマスク（４００）は、インクジェット印刷によって形成されたドット（３０６）を含み得る。ドット（３０６）は、誘電層（例えばポリイミド）間の開口内に形成することができる。重ねられたドット（３０６）の交差部が、コンタクト領域を画定するギャップ（３２１）を形成することができる。ギャップ（３２１）の間隔は、ドット（３０６）を供給するノズルの整合によって決定することができる。ドット（３０６）をコンタクトマスク（４００）として使用して、下層の誘電層をエッチングし、下層の誘電層を貫通するコンタクト領域を形成することができる。金属コンタクトフィンガーをウェハ上に形成し、コンタクト領域を通しての、対応する拡散領域との電気的接続が形成される。

Description

本発明は、概括的には太陽電池に関する。より詳細には太陽電池の製造プロセス及び構造に関するが、それに限られない。

太陽電池は、太陽照射を電気エネルギーに変換するための公知の装置である。太陽電池は、半導体プロセス技術を利用して半導体ウェハ上に製造することができる。一般に、太陽電池は、シリコン基板内にＰ型及びＮ型拡散領域を形成することによって製造することができる。太陽電池に太陽照射光が当てられると、電子及び正孔が拡散領域に移動し、それにより、拡散領域間の電圧差が生成する。背面接合型太陽電池（backside junction solar cell）では、拡散領域及びそれに結合する金属コンタクトフィンガー（接触部、contact fingers）の両方が、太陽電池の背面にある。コンタクトフィンガーによって、外部電気回路が太陽電池に結合され且つ太陽電池によって給電される。

コストを理由として、金属コンタクトフィンガーの、対応する拡散領域との電気的な接続形成を含むバックエンドプロセスで用いるためのインクジェット印刷ステップが開発されている。より具体的には、それを通して金属コンタクトフィンガーを拡散領域に電気的に接続することができるコンタクトホールを画定するコンタクトマスクを、インクジェット印刷によって形成することができる。しかし、このコンタクトマスクは、典型的には、太陽電池ウェハの他の特徴的構造との臨界的な整合（厳密な整合、critical alignment）を必要とする。このような整合は、バックエンドプロセスにおける他のステップのプロセスパラメータを制限してしまう。

一態様では、太陽電池の製造で使用するためのコンタクトマスクが、インクジェット印刷によって形成されたドットを含んでいてよい。このドットは、誘電層（例えばポリイミド）間にある開口内に形成することができる。重ねられたドットの交差部によって（ドットの重ね合わせによって）、コンタクト領域を画定するギャップを形成することができる。ギャップの間隔は、ドットを供給するノズルの整列によって決定することができる。ドットをコンタクトマスクとして使用して、下層の誘電層をエッチングし、その下層の誘電層を貫通するコンタクト領域を形成することができる。金属コンタクトフィンガーをウェハ上に形成することができ、これにより、対応する拡散領域へのコンタクト領域を通しての電気的な接続が形成される。

本発明の上述の及び他の特徴は、添付の図面及び特許請求の範囲を含む本開示内容全体を読むことによって当業者に明らかとなろう。

本発明の態様で使用することができる例示的なインクジェットプリンタを概略的に示す。 インクジェット印刷によってウェハ上にコンタクトマスクを形成する一手段を概略的に示す。 図３Ａ〜３Ｄからなる。本発明の態様における太陽電池製造プロセスを概略的に示す断面図である。 本発明の態様による、ギャップと隣接するドットとの間の位置関係を示す上面図である。 本発明の態様による、複数の印刷パスによって形成されたコンタクトマスクを示す概略的な上面図である。

異なる図面で同じ参照表示を使用している場合、それは同一又は同様の構成要素を示す。

本開示は、本発明の態様がよく理解されるように、多数の特定の詳細、例えば装置、構造及び方法の例を示している。しかし、１つ以上の特定の詳細がなくても本発明が実施可能であるということは当業者により認識されるであろう。他の例では、本発明の局面が不明確になることを回避するために、周知の詳細は図示しないか又は説明していない。

図１に、本発明の態様で使用することができる例示的なインクジェットプリンタを概略的に示す。図１の例では、インクジェットプリンタは、プリントヘッド１１０及び複数のノズル１１２を含む。ノズル１１２は、行と列の形態で配置され、アレイを形成していてよい。半導体プロセスにおけるインクジェットプリンタの使用は、一般によく知られている。簡単に説明すると、材料をノズル１１２を通してウェハ１１４へと流出させる。ウェハ１１４上でプリントヘッド１１０を１回以上通過（パス）させることによって、ウェハ１１４上に印刷されたパターンが得られる。以下の態様では、このパターンは、太陽電池において金属コンタクト領域を形成するためのマスクとすることができる。

図２に、インクジェット印刷によってウェハ１１４上にコンタクトマスク２００を形成する１つの手法を概略的に示す。図２の例では、コンタクトマスク２００は、アパーチャ２１０を画定する複数のドット２０１を有する。例示を簡単にするために、図２では、ドット２０１の全てには参照符号を付与していない。アパーチャ２１０は、それを貫通して金属コンタクトが形成される領域を画定するものであり、ドット２０１がないことによって形成される。つまり、アパーチャ２１０は、アパーチャ２１０のエリアにドットが設けられないようにドット２０１を印刷することによって形成される。比較的高いドットパーインチ（ＤＰＩ）を有し、ドット直径が約１００μｍ、連続するドット２０１の中心間の距離２０２が約３１．７５μｍとなるインクジェットプリンタを使用することによって、アパーチャ２１０は、約３０μｍの直径を有するコンタクト領域を画定することができる。このマスク２００は、大抵の太陽電池の応用で満足いくものであるが、アパーチャ２１０の、ウェハ１１４の他の特徴的構造に対する整列を制限するウィンドウを加工することは比較的難しい。このことは、アパーチャ２１０がより小さく形成されている場合に特に当てはまる。

図３は図３Ａ〜３Ｄからなり、本発明の態様による太陽電池の製造プロセスを概略的に図示する断面図を示す。図３のプロセスは、太陽電池金属コンタクトフィンガーを形成するためのコンタクトマスクの形成に関する。説明を簡単にするために、本発明を理解する上で必要のないプロセスの詳細は省略した。

図３Ａを参照すると、太陽電池は、ウェハ３０１並びに複数の拡散領域３０３及び３０２の形態の基板を有している。拡散領域３０３及び３０２は、ウェハ３０１又はその上に重ねられた層に形成することができる。図３の例では、拡散領域３０３はＰ型拡散領域を含み、拡散領域３０２はＮ型拡散領域を含む。本発明の態様による任意の所与の太陽電池ウェハには、いくつかの拡散領域３０３及び３０２がある。図３Ａの太陽電池は、拡散領域３０３及び３０２が、前面３０４とは反対の側の背面にある背面接合型太陽電池である。前面３０４は、通常の運転時には太陽の方を向く。

拡散領域の上には誘電層３０４が形成されている。一態様では、誘電層３０４は、大気圧化学蒸着（ＡＰＣＶＤ）によって約１０００〜６０００Åの厚みに形成された二酸化シリコンを含む。層３０４は、拡散領域と、その上に重ねられた導電層、例えば続いて形成される金属コンタクトフィンガーとの間の電気的絶縁をもたらす。

誘電層３０４上には誘電層３０５が形成されており、これにより、有利には、１つの極性の金属コンタクトフィンガーが別の極性の拡散領域に対して電気的に短絡することが防止される。図３の例では、層３０５は、Ｎ型拡散領域３０２（つまりＮ型金属コンタクトフィンガー）に電気的に接続されている金属コンタクトフィンガーがＰ型拡散領域３０３に対して電気的に短絡することを防止する。一態様では、誘電層３０５は、５ミクロンの厚みにスクリーン印刷されたポリイミドを含む。誘電層３０５は、他の堆積技術を使用して形成することもできる。

しかし、誘電層３０５は、好ましくは、費用を抑えるためにスクリーン印刷されている。費用の低減は、太陽電池用途では特に重要である。一態様では、層３０５間の開口は約２００μｍである。

図３Ｂでは、複数のドット３０６が、ウェハ３０１上にインクジェット印刷されている。認識されるように、ドット３０６という名称は、ノズルを通る吐出材料によって形成されていることを示すために付けられている。つまり、ドット３０６は必ずしも円形でなくてよい。ドット３０６は、ギャップ３２１がドット３０６間に形成されるように、ウェハ３０１上にインクジェット印刷することができる。以下の説明でより明確となるが、ギャップ３２１はコンタクト領域を画定し、このコンタクト領域を通して、金属コンタクトフィンガーを、対応する拡散領域に電気的に接続することができる。ドット３０６は、ウェハ３０１上でのプリントヘッドの１回のパスで形成することができ、それにより、層３０５間の開口に形成されたギャップ３２１が得られる。図４のコンタクトマスク４００を形成するドット３０６は、ホットメルト樹脂を含んでいてよい。

図４に、本発明の態様による、ギャップ３２１と隣接するドット３０６との位置関係を図示する上面図を示す。図４の例では、コンタクトマスク４００は、ギャップ３２１が形成されるようにインクジェット印刷された複数の重ねられたドット３０６を含む。ギャップ３２１は、ドット３０６が印刷されていないエリアである。図４に示すように、各ギャップ３２１は、複数の（例えば４つの）重ねられたドット３０６の交差部によって形成されていてよい。有利には、ギャップ３２１のサイズ及び位置は、ドット３０６を供給するノズルの物理的な整列によって規定し、決定することができる。例えば、ドット３０６の中心間の寸法４０１は、インクジェットノズルのピッチによって規定することができる。したがって、ギャップ間の間隔も、ドットを供給するノズルの物理的な整列によって決定される。

コンタクトマスク４００は、これまで実現されていなかったいくつかの利点を提供する。ドット３０６間の間隔の精度が、ノズルの物理的な整列によって決定されるので、比較的低いＤＰＩのインクジェットプリンタを、複数のギャップ３２１を画定するために使用することができる。例えば、＋／−５μｍで約１００μｍのドット直径である場合、ドットの中心間の距離４０１は７５μｍの長さを有し、各ギャップ３２１は約６μｍの直径を有し得る。好ましくは、各ギャップのサイズは、ギャップが層３０５中のピンホールと整列する範囲、ひいては確率ができるだけ小さくなるように形成される。同様の理由で、ギャップ３２１は、好ましくは、層３０５間の開口内にのみ形成されている。

コンタクトマスク４００は、臨界的な整合なしでウェハ３０１上に印刷することができるという意味で、「整合不要（alignment free）」でもある。その理由は、ギャップ３２１が層３０５間の特定の位置で形成される必要がないからであり、つまり、ギャップ３２１が層３０５間に形成されてさえいればよい。また、コンタクトマスク４００を印刷するために、インクジェットプリンタは、図２のコンタクトマスク２００のように複雑なパターンを作る必要はなく、ウェハ３０１上を単に通過させるだけでよい。コンタクトマスク４００は、比較的真っ直ぐな経路に沿って１回又は複数回のパスで印刷することができる。一態様では、コンタクトマスク４００は、一方向で１回のパスでインクジェット印刷される。

図３Ｃへと続き、層３０４の部分を除去してその層３０４を貫通するコンタクト領域３１１を形成するために、コンタクトマスク４００が利用される。一態様では、コンタクト領域３１１は、エッチングマスクとしてコンタクトマスク４００を使用し且つ層３０５をあまり顕著にエッチングをしないエッチャントによって層３０４をエッチングすることによって形成される。例えば、二酸化シリコンを含む層３０４及びポリイミドを含む層３０５の場合は、コンタクト領域３１１は、エッチャントとしてフッ化水素酸を使用する緩衝酸化物エッチング（ＢＯＥ）プロセスで、層３０４の露出した部分（つまりギャップ３２１の直下の部分）を湿式エッチングすることによって形成することができる。層３０５は、そのようなエッチングプロセスにおいて、エッチ停止層として働く。図３Ｃに、ＢＯＥプロセス及びそれに続くコンタクトマスク４００の除去後の図３Ｂのサンプルを示す。ホットメルト樹脂を含むコンタクトマスク４００は、水酸化カリウム（ＫＯＨ）を使用するマスクストリッププロセスで除去することができる。

図３Ｃに示すように、コンタクトマスク４００によって、層３０５間の開口において複数のコンタクト領域３１１が得られた。コンタクト領域３１１は、コンタクト領域３１１を画定するのに使用される対応ギャップ３２１のサイズが小さいため、比較的小さい。よって、対応する拡散領域との電気的な接続を金属コンタクトフィンガーが貫通して形成することができる複数の比較的小さいコンタクト領域３１１が得られる。コンタクト領域３１１のサイズが比較的小さい（例えば、同じサイズのギャップ３２１に対し６μｍ）ことによって、比較的小さな金属コンタクトフィンガーの利用が可能となり、そしてそれにより、有利には、より高い効率が得られる。

図３Ｄでは、金属コンタクトフィンガー３１２及び３１３が、コンタクト領域３１１を貫通して形成されている。一態様では、金属コンタクトフィンガー３１２及び３１３は材料の積層体を含む。その材料は、１０００オングストロームの厚みのアルミニウム層を含み、そのアルミニウム層は５００オングストロームのチタン−タングステン層上に形成されていて、そのチタン−タングステン層は３００ミクロンの厚みの銅層上に形成され、その銅層は６ミクロンの厚みのスズ層上に形成されている。本発明の利点を損なうことがなければ、別の金属及び金属構造も使用することができる。本発明の態様による任意の所与の太陽電池ウェハでは、いくつかの金属コンタクトフィンガー３１２及び３１３が設けられている。図３Ｄの例では、金属コンタクトフィンガー３１２は、コンタクト領域３１１を通ってＰ型拡散領域３０３に電気的に接続されており、Ｐ型の金属コンタクトフィンガーである。同様に、金属コンタクトフィンガー３１３は、コンタクト領域３１１を通ってＮ型拡散領域３０２に電気的に接続されており、Ｎ型金属コンタクトフィンガーである。外部電気回路を金属コンタクトフィンガーに接続させ、これにより、太陽電池から電力を受け取ることができる。

図４に示すドット３０６は、ウェハ上でのプリントヘッドの１回のパスで印刷することができる。ウェハ上での２つ以上のパスを実施し、例えば特定のギャップ３２１を覆うこともできる。図５の例では、プリントヘッドの第１のパスが、図４に示すようにコンタクトマスク４００を形成し、プリントヘッドの第２のパスが、ギャップ３２１が（ドット３０６Ａの下で）覆われるようにドット３０６Ａを形成する。

新規の太陽電池製造のための小さなコンタクトのアレイを開示する。特定の本発明の態様を示したが、これらの態様が例示を目的としており、限定のためのものでないことを理解されたい。本開示を読むことで、多数の追加的な態様が当業者に明らかとなろう。

Claims (20)

1. 太陽電池へと加工されるウェハ上に第１の誘電層を形成し、
   前記第１の誘電層上に複数の第２の誘電層を形成し、
   前記第２の誘電層間の少なくとも開口に、複数のドットをインクジェット印刷し、前記ドットの交差部によって形成された複数のギャップを形成し、該ギャップの間隔が、前記ドットを供給するインクジェットプリンタノズルの整合によって決定される、太陽電池の製造方法。
2. 前記第２の誘電層が、前記ウェハ上にスクリーン印刷されたポリイミドを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記複数のドットをマスクとして使用して、前記第１の誘電層を貫通するコンタクト領域を形成し、
   前記ウェハから前記複数のドットを除去し、
   前記第１の誘電層に金属コンタクトフィンガーを形成し、前記コンタクト領域を通して、前記第１の誘電層の下に設けられている拡散領域との電気的な接続を形成する
   ことをさらに含む、請求項１に記載の方法。
4. 少なくともいくつかの金属コンタクトフィンガーが、少なくともいくつかのコンタクト領域を通って、対応するＮ型拡散領域との電気的な接続を生成するために形成されたＮ型金属コンタクトフィンガーと、少なくともいくつかのコンタクト領域を通って、対応するＰ型拡散領域との電気的な接続を生成するために形成されたＰ型金属コンタクトフィンガーとを含み、
   前記Ｐ型及びＮ型拡散領域が、前記ウェハの、通常の運転時に太陽の方を向くウェハの前面とは反対側の背面に形成されている、請求項３に記載の方法。
5. 前記第２の誘電層上に、前記Ｎ型金属コンタクトフィンガーが形成され、前記Ｐ型金属コンタクトフィンガーが形成されていない、請求項４に記載の方法。
6. 前記第１の誘電層が二酸化シリコンを含み、前記第２の誘電層がポリイミドを含む、請求項１に記載の方法。
7. 前記ドットが、ノズルを有するプリントヘッドの、前記ウェハ上での一方向での１回のパスで印刷される、請求項１に記載の方法。
8. 少なくとも別のパスで、ウェハ上でプリントヘッドを通過させ、複数のギャップのうち１つのギャップを覆う別のドットを印刷することをさらに含む、請求項７に記載の方法。
9. 太陽電池ウェハ上に第１の誘電層を形成し、
   前記第１の誘電層上に複数の第２の誘電層を形成し、
   少なくとも、２つの前記第２の誘電層の間の開口に、複数のドットを印刷し、前記複数のドットが、複数のギャップを形成するコンタクトマスクを形成し、前記ギャップのそれぞれが、前記複数のドットにおいて重ねられたドットの交差部によって画定され、
   前記第１の誘電層の、前記ギャップを通って露出している部分をエッチングし、複数のコンタクト領域を形成して、太陽電池の複数の拡散領域を露出させる
   ことを含む、太陽電池の製造方法。
10. 前記複数のドットを前記ウェハから除去し、
    前記複数のコンタクト領域内に金属コンタクトフィンガーを形成し、複数の拡散領域のうち対応するものに電気的に接続すること
    をさらに含む、請求項９に記載の方法。
11. 前記金属コンタクトフィンガーのいくつかが、太陽電池の背面にある複数の拡散領域のＮ型拡散領域に電気的に接続されているＮ型金属コンタクトフィンガーを含み、
    前記金属コンタクトフィンガーのいくつかが、太陽電池の背面にある複数の拡散領域のＰ型拡散領域に電気的に接続されているＰ型金属コンタクトフィンガーを含む、請求項１０に記載の方法。
12. 前記複数の第２の誘電層が、前記第１の誘電層上にスクリーン印刷されている、請求項９に記載の方法。
13. 前記複数のドットが、インクジェットプリンタを用いて印刷されている、請求項９に記載の方法。
14. 前記複数の第２の誘電層がポリイミドを含む、請求項９に記載の方法。
15. 前記第１の誘電層が二酸化シリコンを含む、請求項９に記載の方法。
16. 太陽電池ウェハ上で、２つの誘電層間の開口に複数のドットを印刷し、該複数のドットがギャップを画定し、該ギャップがそれぞれ、前記複数のドットにおいて重ねられたドットの交差部によって形成されており、前記ギャップ間の間隔が、前記複数のドットを供給するノズルの物理的な整合によって規定され、その場合、前記複数のドットが、該複数のドットが上に印刷された太陽電池ウェハの特徴的構造に臨界的に整合しておらず、
    前記複数のドットをエッチングマスクとして使用して前記複数のドットの下の別の層をエッチングし、それにより、下層の拡散領域へのコンタクト領域を形成し、該コンタクト領域が、前記ギャップによって画定されており、
    前記別の層の上に金属コンタクトフィンガーを形成し、該金属コンタクトフィンガーが、前記コンタクト領域を通って前記下層の拡散領域に電気的に接続している、太陽電池の製造方法。
17. 前記別の層が二酸化シリコンを含む、請求項１６に記載の方法。
18. 前記２つの誘電層がポリイミドを含む、請求項１６に記載の方法。
19. 前記金属コンタクトフィンガーがＮ型金属コンタクトフィンガーを含み、前記下層の拡散領域がＮ型拡散領域を含む、請求項１６に記載の方法。
20. 前記複数のドットが、ウェハ上でのインクジェットプリンタの１回のパスで一方向で印刷される、請求項１６に記載の方法。

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