JP2011507246A - 広いうら側エミッタ領域を有する裏面電極型太陽電池およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は裏面電極型太陽電池およびそれを製造する方法に関する。
【解決手段】裏面電極型太陽電池は、エミッタ電極（１１）に接触するエミッタ領域（５）およびベース電極（１３）に接触するベース領域（７）に特徴づけられるうら側表面（３）上の半導体基板（１）を含む。エミッタ領域およびベース領域は少なくともオーバーラップ領域（１９）でオーバーラップするが、太陽電池のうら側表面からみられるとき、オーバーラップ領域（１９）でのエミッタ領域（５）は、ベース領域（７）よりも半導体基板（１）に深く達する。結果として、半導体基板のうら側の大きな面積パーセントが、ベース電極（１３）がエミッタ領域（５）とショートを起こす危険をなくすために少なくとも部分的に半導体基板（１）の内部に埋められた、電荷を収集するエミッタで覆われる。

Description

本発明は広いうら側エミッタ領域を有する裏面電極型太陽電池に、およびこのタイプの裏面電極型太陽電池の製造方法に関する。

従来の太陽電池は、おもて側電極、すなわち、太陽電池の光に当たる表面に配置された電極、および、光が当たらない太陽電池の裏面にうら側電極を有する。これらの従来の太陽電池では、光を吸収する半導体基板の最大体積部分は、まさにうら側電極によって接触される半導体型（例えばｐ型）である。この体積部分は慣習的にベースと呼ばれ、それゆえ、うら側電極は慣習的にベース電極と呼ばれる。反対側の半導体型（例えばｎ型）の薄層は、半導体基板のおもて側の表面の領域に位置する。この層は慣習的にエミッタとよばれ、それに接触する電極はエミッタ電極と呼ばれる。

このタイプの従来の太陽電池では、電流の収集のために重要なｐｎ接合は、かくして、太陽電池のおもて側表面のすぐ下に位置する。電荷キャリアペアの最高の生成速度は太陽電池の光に当たる側で示され、ほとんどの光生成（少数）電荷キャリアはかくしてｐｎ接合へのごく短い距離を進まなければならないので、ｐｎ接合のこの位置は、特に低から中程度の品質の半導体材料を使用する際に、効率的な電流収集のために有利である。

しかし、太陽電池のおもて側に配置されるエミッタ電極は、おもて側のそれに関係する部分的な影のため、効率の損失を招く。太陽電池の効率を増大するためには、ベース電極およびエミッタ電極の両方を太陽電池のうら側に配置することが基本的に有利である。エミッタ領域とベース領域が使用中に光が当たらない側に位置している、ならびに、エミッタ電極およびベース電極の両方がうら側に形成されている太陽電池は、裏面電極型太陽電池（裏面コンタクト型太陽電池）と呼ばれる。

このタイプの裏面電極型太陽電池は、その電流を収集するｐｎ接合が少なくとも部分的に太陽電池のうら側に配置され、エミッタ領域およびベース領域の両方が太陽電池のうら側に相互に隣接して配置されるという問題に対処しなくてはならない。それゆえ、ｐｎ接合は、もはや、太陽電池の全表面に形成されることはできない；その代わり、大きなベース領域とともにｐｎ結合を形成するうら側のエミッタ領域は、今や、太陽電池のうら側表面のごく一部にだけ形成され得る。うら側ベース領域はベースと接触するために、これらの間に提供されなくてはならない。

ｐｎ接合によって収集される少数電荷キャリアの拡散長は高品質なシリコンでさえも制限されるので、ベース領域が電荷キャリアを収集するｐｎ接合に実質的に貢献しない、うら側表面に提供されるベース領域の面積領域は、特に電流を収集するｐｎ接合が太陽電池のうら側だけに配置される太陽電池においては、ｐｎ接合による電流の収集の効率性への影響をできるだけ小さくするために、逆に出来る限り小さくなければならない。この状況では、その方法は、従来、太陽電池のうら側の最大面積部分はエミッタに提供され、狭いベース領域だけがそれらの間に広がるというようなものである。

従来の裏面電極型太陽電池の一例が断面図で図５に概念的に示される。半導体基板１０１はその体積中に例えばｐ型半導体のベース領域を形成する。エミッタ領域１０５はうら側表面１０３に形成される。エミッタ領域１０５はうら側表面１０３の大部分を覆う。半導体基板１０１のベース領域１０７がうら側表面１０３まで到達する、幅の狭い、線状の領域は、図に示されるように太陽電池の断面が垂直に走る、細長い、指型のエミッタ領域１０５の間にそのまま残される。うら側表面の領域では、これらのベース領域は、太陽電池のベースの全体積よりも、より重くドープされることができる。全うら側表面１０３は、例えば、太陽電池のうら側の反射面として働くように、低屈折率を有することができ、および、例えば、二酸化ケイ素から形成されることができる、誘電体保護層１０９で覆われる。保護層１０９は、エミッタ電極１１３がエミッタ領域１０５と接触することができる局所的な開口部１１１を有する。さらに、誘電体層１０９は開口部１１５を有し、ベース電極１１７はその開口部を通じ、局所的にうら側表面まで到達するベース領域１０７に接触することができる。エミッタ電極１１３およびベース電極１１７は、幅の狭いギャップ１１９によってお互いに分離され、したがって、電気的に絶縁される。

このタイプの太陽電池では、ベース電極１１７は、うら側表面１０３上のベース領域１０７よりも幅が少し狭い。これは、ベース電極が突起部でエミッタ領域１０５とオーバーラップしないため、誘電体層１０９が完全に電気的に絶縁されないときであっても、ベース電極１１７がエミッタ領域１０５と望まないショートを生じることができないことを確実にする。

生産コストを最小にするため、図５に示されるような従来の裏面電極型太陽電池では、エミッタ電極１１３およびベース電極１１７は、一般に、共通のプロセス工程、例えば、それに続く電気めっき工程で適切ならば、金属の真空蒸着またはスパッタリングによる工程が適用され、かくして実質的に均一な厚さである。しかし、ベース電極１１７はエミッタ電極１１３よりもずっと幅が狭い。しかし、電極１１３、１１７の両方は、同じ電流を放電しなければならないので、ベースからベース電極を通じた電流の効率的な消散をするために十分な電極の金属の厚さを適用すると、エミッタ電極が要求されるよりもずっと厚いことがよくある。言い換えれば、ベースおよびエミッタ電極が同じプロセス工程で堆積されるとき、不必要に大量の金属が、より面積の広いエミッタ電極に堆積される。しかし、電極の金属コーティングの適用および関係する材料コストは、太陽電池の全コストのかなりの部分である。

それゆえ、エミッタ電極およびベース電極のための金属電極を、だいたい同じ幅で形成することが望ましく、この場合、金属電極の出来るだけ低い電気抵抗が少ない金属層の厚さで達成されるように、金属電極を出来るだけ広い幅で作ることが好ましい。

図６に図示される従来の裏面電極型太陽電池の別の実施態様では、エミッタ電極２１３によっておよびベース電極２１７によって半導体基板２０１のうら側表面上の覆われる面積部分は、それぞれ、実質的に同じである。しかし、この裏面電極型太陽電池でも、できるだけ広いうら側表面の領域は、エミッタ領域２０５で覆われることとなるので、うら側表面までのエミッタ領域２０５の間に広がるベース領域２０７はこれらの領域に接触するベース電極２１７よりも狭い。言い換えれば、ベース電極２１７は、それらがエミッタ領域２０５とオーバーラップする領域に水平に到達する。プロセスにおいてショートを回避するために、誘電体層２０９が可能な限り効果的な電気絶縁体でなければならない。しかし、特に太陽電池を製造する工程およびモジュールに太陽電池が設置される工程と互換性がある、非常に効率的な電気絶縁誘電層２０９の形成工程は、特に、局所的なショートは、現在工業生産される太陽電池では、典型的には約１５０ｃｍ^２の大きさである太陽電池のどのポイントでも許容されないという事実を考慮して、著しい技術的課題であることがわかった。

さらに、太陽電池のうら側表面に接触しているエミッタ領域が、特にエミッタ領域がｐ型エミッタであるときに、サーマルオキシデーション法のような従来のプロセスによっては不十分にしかパッシベート（不動態化）され得ないということが観察されてきた。

それゆえ、従来の裏面電極型太陽電池の上述した欠点が少なくとも部分的に解消された、裏面電極型太陽電池に対するおよび裏面電極型太陽電池を製造する方法に対するニーズがある。特に、一方では、できるだけ広いうら側のエミッタのおかげで良好な電流収集性能を示し、他方では、うら側の金属電極が有益な方法で形成されることができ、好ましくは同時に金属電極によって引き起こされる局所的なショートのリスクができるだけ小さくされ得るか、または太陽電池のうら側で表面のパッシベーションが改善され得る裏面電極型太陽電池に対する要求がある。

このニーズは独立請求項に記載された主題によって満たされる。本発明の有利な実施態様が従属請求項に記載されている。

図１は過剰補償されたベース領域をもつ本発明の実施態様の裏面電極型太陽電池の断面図である。 図２はエミッタプッシュ効果によって形成されたオーバーラップ領域を有する本発明の別の実施態様の裏面電極型太陽電池の断面図である。 図３はベース領域のエッジ領域に接続領域が形成された本発明の別の実施態様の裏面電極型太陽電池の断面図である。 図４は図３に示される実施態様のうら側への詳細なタイプの平面図である。 図５はオーバーラップ領域がエミッタ電極の近くにまで達している本発明の別の実施態様の裏面電極型太陽電池の断面図である。 図６はフローティングベース領域をもつ本発明の別の実施態様の裏面電極型太陽電池の断面図である。 図７は従来技術の裏面電極型太陽電池を表す。 図８は従来技術の別の裏面電極型太陽電池を表す。 すべての図は概要に過ぎず、スケール通りではない。図中、類似のまたは同一の要素は同じ符号で示されている。

本発明の第一の態様は、半導体基板、その半導体基板のうら側表面に沿ったエミッタ領域、その半導体基板のうら側表面に沿ったベース領域、エミッタ領域と電気的に接触するためのエミッタ電極およびベース領域の少なくともいくつかと電気的に接触するためのベース電極を有する裏面電極型太陽電池を記載する。半導体基板は、ｎ半導体型またはｐ半導体型のいずれかである半導体型をもつ。ベース領域は同様にベースの半導体型をもつ。エミッタ領域はベースの半導体型とは反対の半導体型をもつ。うら側表面上のエミッタおよびベース領域は少なくともオーバーラップ領域でオーバーラップし、オーバーラップ領域中のエミッタ領域は、ベース領域よりも深く、うら側表面から半導体基板内部に至る。

本発明のこの第一の態様は、以下の思想に基づくものと理解されてよい：うら側表面の対応する電極によって両方とも電気的に接触されることができる、エミッタおよびベース領域の両方が半導体基板のうら側表面に形成される。エミッタ領域およびベース領域がオーバーラップ領域で水平にオーバーラップし、ベース領域が半導体基板のうら側表面上に広がるのに反して、エミッタ領域がそこで半導体基板の内部に深く広がるという事実によって、従来の太陽電池では互いに矛盾していることが明らかである目的を達成することができる。

一方では、ベース電極によって接触されるベース領域は、比較的広くまたは長くなるように、うら側表面に形成される。特に、ベース領域は、その下に配置された誘電体層によって基板表面とベース電極を電気的に絶縁することが決定的に重要とならないように、ベース電極とだいたい同じか、またはそれよりも少し大きな面積を占める。原理的には、ベース領域の全体が、そのうら側表面で、対応するベース電極に、望まないショートを生じることなく、直接接続されることができる。

他方では、半導体基板のうら側表面上のベース領域の面積部分、およびベース電極の面積部分は、エミッタの部分領域またはうら側表面に接触するエミッタ電極の面積部分と、だいたい同じサイズであろう。それゆえ、エミッタ電極およびベース電極の両方は、それぞれ、電極中の実質的な直列抵抗損失を防ぐために必要な同じ厚みで形成されることができる。

説明された裏面電極型太陽電池では、うら側表面の非常に大きな部分が、この場合には、ベース領域に部分的にオーバーラップするエミッタ領域のせいで、エミッタで覆われ、電荷キャリア収集性能が、広いｐｎ接合のおかげで非常に良好なものとなることができる。

以下により詳細に説明される代表的な実施態様では、エミッタおよびベース領域は、本発明の裏面電極型太陽電池、特に、そこに形成されるオーバーラップ領域を製造するため、２つの連続するドーピング材料の半導体基板内部への拡散によって形成されることができる。この場合には、エミッタ領域が最初に第一の拡散工程で拡散され、次いで製造されるうら側表面上のベース領域が半導体基板の内部に配置されたベース領域と電気的な接触をする小さな部分的な領域がエミッタの拡散から局所的に保護されるか、またはエミッタ領域が次いでこの位置で局所的に開かれる／除去される。第二の拡散工程では、ベース領域がその後半導体基板のうら側表面に形成されることができる。

この場合には、「エミッタプッシュ効果」として知られる方法を使用することができる。その方法では、ドーピング材料をシリコン中に拡散するための２つの連続するプロセス、例えば、第二の拡散が、その前の第一の拡散のドーピング材料のいくらかを押すことができるので、第二の拡散は、同じか強い強度ではあるが、第一の拡散に対して、補償または過剰補償をする必要がない。言い換えれば、エミッタプッシュ効果は、ベース領域を製造するためのドーピング材料は半導体基板の表面から拡散注入するのだが、エミッタ領域を製造するための第一の拡散の間に導入されたドーピング材料を、半導体基板の内部にさらに拡散させる。これは、エミッタ領域およびベース領域がだいたい同じ濃度のドーパントをもつように、構造を提供することができるが、望ましいオーバーラップが生じるように、エミッタ領域は表面に配置されたベース領域よりもさらに半導体基板の内部に配置されている。経験から、特に、第二の拡散層がリン拡散層であるときに、エミッタプッシュ効果が非常に顕著であることが示されている。

または、オーバーラップ構造が、最初に深いエミッタが形成され、次いで、浅いベース領域が後で製造されるベース電極の領域に製造されるが、そのベース領域はこの領域に事前に含まれていたエミッタのドーピングが局所的に過剰補償されるように製造される。最初に製造されたエミッタは次いで過剰補償されるベース領域よりも深く形成されるので、２つの領域の望まれるオーバーラップが再び生じる。

ドーピング材料は、半導体基板に、所望の位置と深さに、例えば、拡散プロセスの代わりに、イオン注入法などの他の方法によっても導入することができる。さらに別の方法では、本発明の構造は、コーティング法、例えば、エピタクシー法、ヘテロエピタクシー法または他のコーティング法によって、半導体基板を被覆し、構造化することによって（または構造化するように被覆形成することによって）製造されることもできる。本発明の裏面電極型太陽電池のさらなる特徴、詳細および可能な利点は、以下に説明される。

裏面電極型太陽電池に使用される半導体基板は、例えば、単結晶または多結晶のシリコンウェハであってよい。または、アモルファスまたは結晶性のシリコンまたは他の半導体材料の薄層が基板として使用されることができる。

エミッタ領域のうちのいくつかは、半導体基板のうら側表面に沿って、表面上に直接広がる；しかし、エミッタ領域の部分、特にオーバーラップ領域では、表面に直接接触はしないが、半導体基板の内部にやや深く広がる。これらの内部に「埋められた」エミッタ領域は、うら側表面に接触するエミッタ領域の領域と電気的に接触することができ、それらはそこからエミッタ電極によって電気的に接触できる。

エミッタ領域は半導体基板にドーパントを拡散することによって製造されることができる。例えば、ｎ型のエミッタ領域は、リンの局所的拡散によって、ｐ型の半導体基板に製造されることができる。しかし、また、エミッタ領域は、例えば、イオン注入法、合金化法のような他の方法によっても製造されることができ、かくして、ホモ接合として知られるもの、すなわち、同じ半導体基礎基板、例えばシリコンの反対にドーピングされた領域をもつｐｎ接合を製造する。または、エミッタ領域は例えば、真空蒸着またはスパッタリングのようにエピタキシャルに堆積されることもでき、かくして、形成される材料の選択に依存して、ホモ接合またはヘテロ接合、すなわち、ベースとエミッタの半導体の導電型（ドーピング型）が異なるときにはヘテロ接合といわれ、ベースの半導体型の第一の半導体材料とエミッタの半導体型の第二の半導体材料と間のｐｎ接合として知られるものを製造する。可能な例は、結晶性シリコン（ｃ−Ｓｉ）からなる半導体基板上に、真空蒸着またはＰＥＣＶＤ法によって形成されるアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）からなるエミッタ領域である。

ベース領域は、上述の製造方法のうちの一つによって製造されることができるが、ドーパントを局所的拡散注入してベース領域を形成する方法による製造が好ましい。エミッタ領域およびベース領域は、それぞれ、半導体基板のうら側表面に向かって上からみて、いずれの場合にも直線状で、指状のエミッタ領域が、直線状で、指状のベース領域に近接して隣接するクシ状構造を有する。このタイプの入れ子構造はまた「交差指型」ともいわれる。

エミッタ電極とベース電極の両方は、それぞれ、局所的な金属コーティングの形態で、例えば、フィンガー状のグリッドの形態で、形成されることができる。この目的のため、例えば、銀またはアルミニウムのような金属を、例えば、マスクを通してまたはフォトリソグラフィを使用して、例えば、真空蒸着またはスパッタリングによって、ベース又はエミッタ領域に局所的に堆積させることができ、または、金属電極が所望の構造で、スクリーン印刷法またはディスペンサー法のような方法によって形成されることができる。エミッタ電極とベース電極との間のショートを防ぐために、それぞれ電気的に絶縁するギャップが、２つの間に設置されることができる。この結果は、全表面にわたって被覆され、その後に所望の電極分離の線に沿って局所的に除去する金属層によっても達成され得る。

本発明の裏面電極型太陽電池の必須の特徴は、ベース領域とエミッタ領域がうら側表面に向けて突き出して半導体基板のうら側に配置されている、オーバーラップ領域である。この場合、エミッタ領域はこの領域では半導体基板のさらに内部に移動しているが、ベース領域はうら側表面に直接接触し、この領域のエミッタは「埋没エミッタ」とよばれ得る。両方の領域は、この場合には、特に、半導体基板の厚みを考慮すると、半導体基板のうら側表面の非常に近くまで広がるが、半導体基板の厚みは、例えば数μｍのエミッタまたはベース領域の厚みと比べて伝統的に厚く、例えば、両方の領域はシリコンウェハ中で約２００μｍの厚みを形成し得る。しかし、エミッタ領域は、特にオーバーラップ領域において、ベース領域よりも、半導体基板の内部により深く広がることができる。例えば、ベース領域は例えば半導体基板のわずか１μｍ未満までの深さ、例えば、約０．５μｍの深さまで到達するのに対して、エミッタ領域は１μｍ超、好ましくは２μｍ超の深さまで、うら側表面の下に広がることができる。

完成した太陽電池では、エミッタ領域は、半導体基板の全うら側表面に沿って広がらない；そのかわり、それらの間に、エミッタの半導体型を持たず、かつ、後に、うら側表面に形成されるベース領域と半導体基板内部のベース領域との間に電気的接続を形成するために役に立つ、小さな局所的な領域が残される。対応するエミッタのドーピングがエミッタ領域の製造中と同じくらい早く起こらなかったか、または、先に製造されたエミッタのドーピングが、例えば、エッチング除去によってまたはレーザー除去によって、またはベースのドーピングによるエミッタのドーピングの過剰補償によって、除去された、これらの接続領域は、例えば、後で形成されるベース電極と平行の線状または点状であってよい。

本発明の一実施態様では、エミッタ領域は、半導体基板のうら側表面の６０％超、好ましくは７０％超、より好ましくは８０％超およびさらに好ましくは９０％超にわたって伸び、ベース領域は半導体基板のうら側表面の２５％超、好ましくは４０％超、より好ましくは４５％超およびさらに好ましくは５５％超にわたって伸びる。

エミッタ領域およびベース領域が部分的にオーバーラップするという事実の結果として、主体積に面するエミッタ領域および太陽電池のうら側に面するベース領域の面積の総和は、半導体基板のうら側表面の１００％超にまで合計されることができる。この場合に、エミッタおよびベース領域がオーバーラップすればするほど、エミッタ領域およびベース領域の面積部分が同時に大きくなる。この場合に、エミッタ領域の面積部分が大きくなればなるほど、より効率的に、入射光によって半導体基板内部に生成される少数電荷キャリアが、半導体基板内部のエミッタ領域とベース領域の間の接合部に形成されるｐｎ接合によって収集されることができる；これは、裏面電極型太陽電池の高い電流密度に貢献する。一方では、太陽電池のうら側に面するベース領域の面積部分が大きくなるほど、これらのベース領域をカバーするベース電極が、たとえ太陽電池のうら側に電気的に効果のある絶縁層がなくても、エミッタ領域とのショートをすることなく広くすることができる。細長い、フィンガー状の電極では、これは、水平に隣接するエミッタ領域とオーバーラップするリスクがなく、ベース電極がそれに応じて広いことを意味する。ベース電極の広い幅のおかげで、金属電極での直列抵抗損失が、比較的薄い金属層の厚みであっても、最小限度に抑えることができる。

本発明の別の態様では、ベース電極によって覆われる太陽電池のうら側表面の面積は、半導体基板のうら側表面上のベース領域の面積の７０％と１００％の間であり得る。言い換えれば、ベース領域の面積の７０％から１００％、好ましくは９０％から９８％が、ベース電極によって覆われ得る。結果として実現できるベース電極の広い面積のおかげで、低い直列抵抗損失がこれらの電極において提供され得る。一方では、ベース電極は、ベース電極とベース領域の隣に位置するエミッタ領域との間でのいかなるショートをも防ぐために、好ましくは、その下に位置するベース領域を越えて水平に突き出さない。

本発明の別の実施態様では、ドーピング濃度は、半導体基板のうら側表面上のベース領域において、半導体基板の内部のベース領域においてよりも、高い。これは、うら側表面上のベース領域は、太陽電池の製造中には引き続いて半導体基板に導入される、例えば、拡散されるという事実に起因し得る。このタイプの高濃度にドーピングされた表面のベース領域は、ＢＳＦｓ（背面電界）として作用することができる。例えば、半導体基板の内部のドーピング濃度は、うら側表面上のベース領域のドーピング濃度が１×１０^１８ｃｍ^−３超、好ましくは１×１０^１９ｃｍ^−３超であるのに対して、１×１０^１４ｃｍ^−３から１×１０^１７ｃｍ^−３の範囲である。そのように高濃度にドーピングされたベース領域のＢＳＦ特性に加えて、高濃度にドーピングされたエミッタおよびベース領域の間の比較的広いｐｎ接合がオーバーラップ領域に形成されることができる。本出願と同時に出願された同じ出願人による特許出願でより詳細に説明されるように、このタイプの平らなｐ^＋ｎ^＋接合は、太陽電池に対するバイパスダイオードの機能を提供する、ツェナーダイオード（Ｚｅｎｅｒ ｄｉｏｄｅｓ）として機能することができる。

本発明の別の実施態様では、半導体基板のうら側表面上のベース領域において、エミッタ領域においてよりも、ドーピング濃度が高い。これは、特に、ベース領域が先に形成されたエミッタ領域の局所的過剰補償によって形成されたときに、あてはまる。

もし、例えば、５×１０^１８ｃｍ^−３のドーピング濃度をもつエミッタ領域が製造されれば、例えば、２×１０^１９ｃｍ^−３超のドーピング濃度をもつベース領域が、エミッタ領域の一部の領域に、半導体の対応する反対の型にするためのドーパントで過剰補償することによって、次いで製造されることができる

本発明の別の態様では、エミッタ電極によって接触される半導体基板のうら側表面の面積は、ベース電極によって接触される半導体基板のうら側の面積から、相対的に、３０％未満の、好ましくは２０％未満の、より好ましくは１０％未満の差で、相違する。言い換えれば、エミッタ電極およびベース電極は、面積については、おおよそ類似のまたは同じサイズであり、エミッタ電極およびベース電極の両方は、それぞれ、理想的には、半導体基板のうら側表面の約５０％を覆う。電極の両方のタイプが面積に関してだいたい同じサイズなので、電極で発生し、水平面積の広さおよび電極の厚みの両方に依存する直列抵抗もまただいたい同じ大きさであろう。電極の両方のタイプは同じ厚みで製造されることができ、その厚みは電極中の直列抵抗損失が無視できるほど低くなるように選択される。たとえ、電極の2つのタイプが同じ方法工程で製造され、かくして自動的に同じ厚みを有しても、電極のタイプのどっちも過度に厚い厚みを有さず、電極を製造するために必要な金属は浪費されない。

本発明の別の実施態様では、半導体基板のうら側表面上のベース領域が半導体基板の内部のベース領域と接触する領域は点状接続領域として形成される。接続領域は、これについて、エミッタ領域とベース領域との間のオーバーラップを遮り、かくして、ベース領域に接触するベース電極と半導体基板の内部のベース領域との間の電気的接続として働く。これらの接続領域が点状に形成されるという事実によって、エミッタ領域の中断を可能な限り小さくすることができ、その結果、電流収集ｐｎ接合の面積が最大化される。例えば、点状接続領域は、フィンガー形のベース電極と平行に、一つまた一つと直線状に形成され、お互いに等間隔に離れて配置される。

本発明の別の実施態様では、前述の点状接続領域は、それぞれ、半導体基板のうら側表面上のベース領域の水平エッジ領域に配置される。接続領域はベース領域の中心にではなく、水平エッジ領域に形成されるので、半導体基板の内部で光の入射によって生成された電荷キャリアが、それらがベース電極に接続領域を通って流れる前に移動しなければならない距離を短くすることができる。ベース内での低減された直列抵抗が結果として達成される。

本発明の別の態様では、ベース領域はリンでドーピングされ、エミッタ領域はホウ素でドーピングされる。このタイプの構成はエミッタ領域が最初に形成され、リンでドーピングされたベース領域がその後拡散注入され、それによるエミッタプッシュ効果が利用されること、すなわち、事前にエミッタ領域において形成されたホウ素ドーピングが半導体基板の内部まで運ばれることを許す。この方法では、オーバーラップ領域は、手順的にシンプルな方法で生成される。

本発明の別の実施態様では、エミッタ領域は、実質的にエミッタ電極においてのみ、うら側表面に接触する。言い換えれば、エミッタ領域は実質的に、太陽電池のうら側表面上で直接、それらがエミッタ電極に接触されるエリア内にのみ広がり、他のすべての部分では、エミッタ領域は太陽電池の内部に深く「埋められ」、それらの間に位置するベース領域によって、うら側表面から分離されている。また言い換えれば、オーバーラップ領域はこの実施態様では水平にちょうどエミッタ電極に接触されるエミッタ領域の領域まで到達する。

これに関して「実質的に」の用語は、うら側表面に接触するエミッタ領域の領域は、製造公差を許容する精度で、すなわち、製造方法に依存して数μｍから数百μｍ以内の精度で、エミッタ電極に接触されるうら側表面の領域に一致することを意味するものと解釈される。この実施態様では、うら側表面に接触するエミッタ領域の領域の面積部分は、少なくとも、うら側表面に接触しない、すなわち、埋められた、エミッタ領域の領域の面積部分よりも小さい。

そのため、この実施態様では、うら側表面の広い部分がベース領域で覆われる。これらのベース領域は、特にそれらが例えばサーマルオキシデーション法のような確立されたプロセスを使用するｐ型のエミッタ領域であるよりも、ｎ型領域である場合に、より効果的に表面保護がされる。

本発明の別の実施態様では、ベース領域のうちの少なくともいくつかはベース電極と電気的な接触をしない。言い換えれば、うら側表面のすべてのベース領域がベース電極と電気的な接触をしているわけではない；そのかわり、いくつかのベース領域はベース電極から絶縁されている。直接接触していないこれらの領域はまたフローティング領域といい、特にそれらがｎ型領域であれば、特に効果的に表面保護がされる。

本発明の別の態様は、太陽電池、特に、本発明の上述した太陽電池を製造する方法を提案するが、その方法は、以下のプロセス工程を含む：ベースの半導体型をもつ半導体基板を用意する；半導体基板のうら側表面に沿って、ベースの半導体型とは反対のエミッタの半導体型をもつエミッタ領域を形成する；半導体基板のうら側表面に沿ってベースの半導体型をもつベース領域を形成する；エミッタ領域に電気的に接触するためのエミッタ電極を形成する；および、ベース領域のうちの少なくともいくつかに電気的に接触するためのベース電極を形成する。これについて、エミッタおよびベース領域は、それらが少なくともオーバーラップ領域でオーバーラップし、オーバーラップ領域にあるエミッタ領域が、うら側表面からみて、ベース領域よりも深く半導体基板の内部に到達するように、形成されることができる。

エミッタ領域およびベース領域は、異なる方法によって、例えば、マスクやリソグラフィなどを使用する局所的拡散注入法によって、イオン注入法によって、局所的合金化法によって、対応する層をエピタキシャル成長させることによって、全表面エリアに金属層を形成し、例えばレーザー除去によって局所的に除去するなどのその後構造を作製する方法によって、製造されることができる。

エミッタおよびベース電極は、同様に、種々の方法によって、例えば、局所的真空蒸着法によって、例えば、マスクもしくはリソグラフィを使用して、または、スクリーン印刷によって、またはディスペンサー法によって、形成されることができる。一般に、全表面エリアにその後局所的に除去することによって構造が作製される金属層を形成する方法を含む、電極を局所的に、例えば、フィンガー状またはグリッド状に、基板のうら側に形成できる方法を使用することができる。

本発明の一つの実施態様では、まず、第一の深さおよび第一のドーピング濃度をもつエミッタ領域、それから、第二の深さおよび第二のドーピング濃度をもつベース領域が形成されるが、第一の深さは第二の深さよりも大きく、第一のドーピング濃度は第二のドーピング濃度よりも小さい。言い換えれば、比較的軽くドーピングされた、深いエミッタが最初に形成され、その後、より重くドーピングされた、浅いベース領域によって、局所的に過剰補償されることができる。この場合には、過剰補償された領域の外により深く位置するエミッタ領域が残り、その結果、所望のオーバーラップ領域が形成される。

本発明の別の実施態様では、太陽電池のうら側表面からみてより深く配置された、（埋もれた）エミッタ領域は、表面近くで深いエミッタが形成されて過剰補償される方法ではなく、むしろ直接的に、例えば、望みの深さにドーピング材料をイオン注入する方法で、製造される。

本発明の他の実施態様では、エミッタ領域がホウ素のドーピングによって最初に形成され、ベース領域がリンのドーピングによって次に形成される。この点について、ベース領域が先に製造されたエミッタ領域の過剰補償によって製造されることは必須ではない。そのかわり、リンのドーピングの拡散注入の間に、そこに事前に存在したホウ素のドーピングが進められ、より深部に位置するエミッタ領域が形成される、エミッタプッシュ効果がこの実施態様では利用され得る。したがって、ドーピング濃度がベース領域においてエミッタ領域におけるよりも高いことは絶対必要なことではない。

本発明の別の実施態様では、ベース領域のうちの少なくともいくつかは、それらがベース電極と電気的な接触をしないように形成される。この態様では、特にｎ型のベース領域の場合に、効果的に表面がパッシベートされた、「フローティング」ベース領域として知られるものを形成することができる。フローティングベース領域は、ベース電極に接触されるベース領域から、エミッタ領域またはそれらの間に位置する他の絶縁層によって、電気的に絶縁されることができる。

本発明の実施態様、特徴および利点が、主に本発明の裏面電極型太陽電池に関して説明されているということが留意されるべきである。しかし、当業者は、上記したことおよび以下の説明から、他の事項が示されなくても、本発明の実施態様および特徴は、同様に太陽電池を製造するための本発明の方法に変形できることを理解するだろう。特に、種々の実施態様の特徴は、任意の望ましい方法で、お互いに組み合わせることができよう。

本発明のさらなる特徴および利点は以下の代表的な実施態様の説明によって（しかし、これらは発明を限定するものと解釈されるべきではない。）およびそれに付随する図面を参照することによって当業者に明らかとなる。

図１に断面図で表される本発明の裏面電極型太陽電池は、半導体基板１をシリコンウェハの形でもつ。エミッタ領域５およびベース領域７の両方は半導体基板１のうら側表面３に形成される。半導体基板の表面を保護するためにおよび／またはうら側反射面として役に立つが、必ずしも電気的に絶縁をする必要はない、酸化ケイ素または窒化ケイ素からなる誘電体層９もまたうら側表面３上に配置される。エミッタ電極１１およびベース電極１３はその後誘電体層９の上に形成される。エミッタおよびベース電極１１，１３の両方は、図の平面に対して垂直に走る、細長い、フィンガー形の電極の形で形成される。それらは実質的に同じ幅ｗ_Ｅ，ｗ_Ｂをもつ。エミッタ電極１１は、誘電体層９にある、一つまた一つと線状に隣接して配列された、線状開口部または点状開口部１５を通って、エミッタ領域５と接触する。うら側表面３に接触するエミッタ領域５の部分的な領域の幅ｗ_ｅは、対応するエミッタ電極１１の幅ｗ_Ｅよりも少し大きい。したがって、たとえ誘電体層９が電気的に絶縁していないときでも、エミッタ電極１１が隣接するベース領域７とショートを起こすリスクはない。同様に、フィンガー状のベース電極１３は誘電体層９を経て伸び、一つまた一つと線状に隣接して配列された、線状開口部を通ってまたは点状開口部１７を通って、その下に位置するベース領域７に接触する。この場合も、ベース電極１３の幅ｗ_Ｂは、一の極性の金属電極と他の極性の半導体領域との間、すなわち、ベース電極とエミッタ領域との間でショートするリスクがないように、その下に配置されるベース領域７の幅ｗ_ｂよりも少し小さい。

オーバーラップ領域１９では、エミッタ領域１５が水平に隣接するベース領域７にオーバーラップする。オーバーラップ領域１９は、この点について、示される裏面電極型太陽電池を製造するために、最初に比較的深い深さｔ_ｅをもつエミッタ領域５が半導体基板１のうら側内部に拡散注入され、次いで浅い深さｔ_ｂをもつベース領域７が拡散注入される方法で製造される。なお、この場合に使用される、例えば、温度や拡散時間のような、プロセス変数に起因したベース領域のその拡散注入は、ベース領域７の領域において、そこに配置されるエミッタのドーピングの過剰補償が発生するように行われる。

オーバーラップ領域１９はベース領域７の幅ｗ_ｂの半分よりも少し小さい幅ｗ_ｕをもつ。そのため、接続領域２１として機能し、そこで対応するベース領域７が半導体基板の内部と電気的に接触し、かつ、それを経由して半導体基板１内で生成された多数電荷キャリアがベース領域１３へ流れる、小さなギャップが、対向するオーバーラップ領域の間に残る。

図２に示される本発明の裏面電極型太陽電池の実施態様は、その特徴のほとんどにおいて、図１に表された実施態様に一致する。主な相違点は、オーバーラップ領域１９の端のエミッタ領域５にみられるような段状接合２３である。この接合２３は、エミッタプッシュ効果がエミッタ領域５およびベース領域７の形成中に働き、それによってベース領域７が拡散注入するにしたがって、その上に位置するエミッタ領域５がオーバーラップ領域１９において半導体基板１の内部に深く押しこまれるとき、形成される。

図３および４に表される本発明の裏面電極型太陽電池の実施態様は、これまで説明した実施態様とは、うら側表面３上で半導体基板１の内部へ配置されたベース領域７と接続する、接続領域２１が図１および２に表されるようにベース領域７のだいたい中心には配置されていないという点で主に相違する。そのかわり、それぞれベース領域７のエッジ領域２５に提供され、好ましくは金属電極へ平行に走る長い直線を形成しないで、特に好ましくは点状接続領域である、このタイプの２つの接続領域２１が提供される。結果として、エミッタ領域５上の領域、すなわち２つの水平に隣接するベース領域７の間における半導体基板１内部で発生した、多数電荷キャリアは、例えば、それらがベース電極１３へ流れる前に、図１および２に表される実施態様におけるように、ベース領域７の中心に設けられた接続領域２１まで長い距離を流れなければならない代わりに、エッジ領域２５に設けられた接続領域２１を通ってベース電極１３に向けて流れることができる。したがって、直列抵抗損失結果として低減されることができる。

この実施態様では、接続領域２１が点状にのみ形成されるという事実の結果として、ベース電極１３上の真ん中に配置されたエミッタ領域５の領域と、エミッタ電極１１と電気的に接触するエミッタ領域５の領域との電気的接触もある。接続領域２１上の小さな凹部は別にして、太陽電池の実質的に表面全体はかくしてエミッタ５によって覆われ、電荷キャリアが非常に効率的に収集される。

図５は、エミッタ領域５がうら側表面３とエミッタ電極１１の領域においてのみ接触する実施態様を表す。それらの間に位置する領域では、エミッタ領域５は太陽電池の内部に深く埋め込まれ、うら側表面３からそれらの間に位置するベース領域７によって隔離される。これらのベース領域７は順に誘電体層９、好ましくはサーマルオキサイド（熱酸化物）によって被覆され、結果として、非常に効率的に表面がパッシベートされる。

図６は、ベース領域７のうちのいくつかがベース電極１３と電気的に接触していない実施態様を表す。この「フローティング」ベース領域７´は接触されるベース領域７からエミッタ領域５の部分によって絶縁されている。フローティングベース領域７´はその上に堆積される誘電体層９によって非常に効率的にパッシベートされることができる。

最後に、「含む」、「有する」その他の用語はさらなる構成要件の存在を除外しないという事実への言及がされる。「一（一つ）」という用語は複数のものの存在を除外しない。請求項に記載された符号は、読みやすさを向上するためだけに使い、いかようにしても、請求項に係る発明の保護の範囲を制限することを意図するものではない。

１ 半導体基板
３ うら側表面
５ エミッタ領域
７ ベース領域
７´ ベース領域のうちの少なくともいくつか
１１ エミッタ電極
１３ ベース電極
１９ オーバーラップ領域
２１ 点状接続領域
２５ エッジ領域

Claims (15)

1. 半導体基板（１）；
   該半導体基板（１）のうら側表面（３）に沿い、ベースの半導体型をもつベース領域（７）；
   該半導体基板（１）のうら側表面（３）に沿い、ベースの半導体型とは反対のエミッタの半導体型をもつエミッタ領域（５）；
   該エミッタ領域（５）と電気的に接触するためのエミッタ電極（１１）；および
   該ベース領域（７）のうちの少なくともいくつかと電気的に接触するためのベース電極（１３）を有する裏面電極型太陽電池であって、
   該エミッタ領域（５）および該ベース領域（７）が少なくともオーバーラップ領域（１９）においてオーバーラップし、かつ、該オーバーラップ領域（１９）にある該エミッタ領域（５）が該うら側表面（３）から該ベース領域（７）よりも深く該半導体基板（１）内部に至る裏面電極型太陽電池。
2. 前記エミッタ領域（５）が前記半導体基板（１）のうら側表面（３）の６５％超に沿って伸長し、かつ、前記ベース領域（７）が前記半導体基板（１）のうら側表面（３）の４０％超に沿って伸長する、請求項１に記載の裏面電極型太陽電池。
3. 前記ベース電極（１３）によって覆われる、前記半導体基板（１）のうら側表面（３）の面積が、前記半導体基板（１）のうら側表面（３）上の前記ベース領域（７）の面積の５０％と１００％の間である、請求項１または２に記載の裏面電極型太陽電池。
4. ドーピング濃度が、前記半導体基板（１）の内部のベース領域よりも、前記半導体基板（１）のうら側表面（３）上の前記ベース領域（７）の方が高い、請求項１〜３のいずれかに記載の裏面電極型太陽電池。
5. ドーピング濃度が、前記エミッタ領域（５）よりも、前記半導体基板（１）のうら側表面（３）上の前記ベース領域（７）の方が高い、請求項１〜４のいずれかに記載の裏面電極型太陽電池。
6. 前記エミッタ電極（１１）に接触される前記半導体基板（１）のうら側表面（３）の面積が、前記ベース電極（１３）に接触される前記半導体基板（１）のうら側表面の面積と、比較して２０％未満の差で相違する、請求項１〜５のいずれかに記載の裏面電極型太陽電池。
7. 前記半導体基板（１）のうら側表面（３）上の前記ベース領域（７）領域が前記半導体基板（１）の内部でベース領域に接触する領域が点状接続領域（２１）として形成される、請求項１〜６のいずれかに記載の裏面電極型太陽電池。
8. 前記点状接続領域（２１）が前記半導体基板（１）のうら側表面（３）上の前記ベース領域（７）の側面エッジ領域（２５）にそれぞれ配置されている、請求項７に記載の裏面電極型太陽電池。
9. 前記ベース領域（７）がリンでドーピングされ、前記エミッタ領域（５）がホウ素でドープされている、請求項１〜８のいずれかに記載の裏面電極型太陽電池。
10. 前記エミッタ領域（５）が実質的に前記エミッタ電極（１１）の部分においてのみうら側表面（３）と接触する、請求項１〜９のいずれかに記載の裏面電極型太陽電池。
11. 前記ベース領域（７）のうちの少なくともいくつか（７´）が前記ベース電極（１３）と電気的な接触をしていない、請求項１〜１０のいずれかに記載の裏面電極型太陽電池。
12. 半導体基板（１）を用意する；
    該半導体基板（１）のうら側表面（３）に沿い、ベースの半導体型を持つベース領域（７）を形成する；
    該半導体基板（１）のうら側表面（３）に沿い、ベースの半導体型とは反対のエミッタの半導体型を有するエミッタ領域（５）を形成する；
    該エミッタ領域（５）を電気的に接触させるためのエミッタ電極（１１）を形成する；および
    該ベース領域（７）のうちの少なくともいくつかを電気的に接触させるためのベース電極（１３）を形成する；工程を含む太陽電池を製造する方法であって、
    該エミッタ領域（５）および該ベース領域（７）が、それらが少なくともオーバーラップ領域（１９）においてオーバーラップし、かつ、該オーバーラップ領域（１９）中の該エミッタ領域（５）が該うら側表面（３）から該半導体基板（１）の内部に該ベース領域（７）よりも深く到達する太陽電池を製造する方法。
13. 最初に第一の深さおよび第一のドーピング濃度をもつ前記エミッタ領域（５）が形成され、その後第二の深さおよび第二のドーピング濃度をもつ前記ベース領域（７）が形成され、第一の深さは第二の深さよりも大きく、第一のドーピング濃度よりも第二のドーピング濃度の方が低い、請求項１２に記載の方法。
14. 最初に前記エミッタ領域（５）がホウ素のドーピングによって形成され、その後前記ベース領域（７）がリンのドーピングによって形成される、請求項１２または１３に記載の方法。
15. 前記ベース領域（７）のうちの少なくともいくつか（７´）が、それらが前記ベース電極（１３）と電気的な接触をしないように形成される、請求項１２〜１４のいずれかに記載の方法。