JP2012525703A - 裏面反射体を備える両面型太陽電池 - Google Patents

裏面反射体を備える両面型太陽電池 Download PDF

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Abstract

製造コストを低減する簡易化された製造プロセスおよびそれによって得られる両面型太陽電池（BSC）を提供する。当該BSCは、裏面接触グリッド（113）およびオーバーレイされたブランケット金属反射体（117）を備える。当該接触グリッドと当該ブランケット層との間には、ドープしたアモルファスシリコン層が介在する。

Description

発明の分野
本発明は、概して、太陽電池、特に、両面型太陽電池のための改良された構造および製造プロセスに関する。
発明の背景
両面型太陽電池（BSC）は、任意の様々な異なる設計を使用することにより、従来の片面受光型太陽電池によって典型的に得られる効率よりも高い効率を達成することができる。そのような設計の1つは、米国特許第5,665,175号（特許文献1）に示されており、当該特許において、BSCの前面および裏面上にそれぞれ形成された第一および第二活性領域を備えかつ当該2つの領域が距離λによって分離されているBSC構成が開示されている。距離λは、第一および第二活性領域の間にリーク電流が流れることを可能とし、したがって、そのような両面型を採用している太陽電池パネルは、1つ以上の個々の太陽電池が影になるかまたは故障しても作動を継続することができる。
米国特許第7,495,167号（特許文献2）では、n+pp+構造およびそれを製造する方法が開示されている。開示されている当該構造において、ホウ素拡散によって形成されたp+層は、基板の初期レベルに近い耐用期間を示している。この耐用期間を達成するためには、リンのゲッタリングの後に当該電池を600℃以下の温度で1時間以上アニール処理しなければならないことが167号特許において教示されている。リンおよび低温ホウ素ゲッタリング工程によって回復された耐用期間を維持するため、最終的な熱処理工程が当該電池に施されており、当該工程において、電池は約700℃以下で1分間以下において焼成される。
米国特許出願公開第2005/0056312号（特許文献3）では、単一の太陽電池において2つ以上のpn接合を実現するための代替技術が開示されており、開示された当該技術では、透明基板（例えば、ガラスまたは石英基板）が採用されている。開示されている一態様において、BSCは、透明基板の対向する面上に形成された2つの多結晶もしくは非晶質薄膜電池を備える。当該太陽電池の設計により、窓層の低温被着の前に、吸収層の高温被着を完了することができ、したがって、pn接合の劣化または破壊を避けることができる。
このような太陽電池を製作するための様々なBSC設計および技術が存在するが、これらの設計および技術は、比較的複雑で、したがって高価となる傾向がある。したがって、両面型太陽電池に関連する恩恵を達成すると同時に、片面受光型太陽電池の製造の簡易さを維持する太陽電池設計が必要とされている。本発明は、そのような設計を提供する。
米国特許第5,665,175号 米国特許第7,495,167号 米国特許出願公開第2005/0056312号
本発明は、製造コストを低減する簡易化された製造プロセスおよびそれによって得られる両面型太陽電池（BSC）を提供するものである。本発明により、当該BSCは、裏面接触グリッドとオーバーレイされたブランケット金属反射体との組み合わせを採用している。さらに、ドープしたアモルファスシリコン層が、当該接触グリッドとブランケット層との間に介在する。
本発明の一態様において、当該製造方法は、第一導電型のドーパントをシリコン基板の裏面に被着して裏面ドープ領域を形成する工程であって、当該シリコン基板が当該ドーパントと同じ導電型である工程と、当該裏面ドープ領域の全面に裏面誘電体層を被着する工程と、当該シリコン基板の前面上に第二導電型の活性エリアを形成する工程と、当該活性エリアをエッチングする工程と、当該活性エリアに前面パッシベーションおよびAR用誘電体層を被着する工程と、前面および裏面接触グリッドを適用および焼成する工程と、ドープしたアモルファスシリコンの層を裏面接触グリッドおよび裏面誘電体に被着する工程と、当該ドープしたアモルファスシリコン層の全面に金属の層を被着する工程と、当該前面活性エリアを絶縁する工程とで構成される。当該方法は、さらに、当該ドープしたアモルファスシリコン層と当該金属層との間に導電性の界面層を被着する工程を含み得る。
本発明の少なくとも一態様において、ホウ素をドープした層をp型シリコン基板の裏面に被着する工程と、当該ホウ素をドープした層の全面に裏面誘電体を被着する工程と、n+層および前面接合を形成するためにシリコン基板の前面上にリンを拡散させる工程と、当該拡散工程の間に形成されたリンケイ酸塩ガラスを、（例えば、HFによるエッチングによって）除去する工程と、当該n+層に前面パッシベーションおよびAR用誘電体層を被着する工程と、前面および裏面接触グリッドを適用する工程と、当該前面および裏面接触グリッドを焼成する工程と、当該裏面グリッドおよび裏面誘電体に、ホウ素をドープしたアモルファスシリコン層を被着する工程と、当該ホウ素をドープしたアモルファスシリコン層に金属層を被着する工程と、例えばレーザースクライバーを用いて当該前面接合を絶縁する工程とで構成される製造方法を提供する。当該方法は、さらに、例えばITOまたはZnO：Alで構成される導電性界面層を、ホウ素をドープしたアモルファスシリコン層と金属層との間に被着する工程を含み得る。前面接触グリッドを焼成する工程および裏面接触グリッドを焼成する工程は、同時に実施してもよい。あるいは、裏面接触グリッドを適用および焼成する工程は、前面接触グリッドを適用および焼成する工程の前または後に実施してもよい。当該ホウ素をドープした層を被着する工程は、ホウ素をドープした二酸化シリコン層をCVD法を用いて被着する工程、ホウ素をドープしたポリシリコン層をCVD法を用いて被着する工程、ホウ素をドープしたアモルファスシリコン層をPE−CVD法を用いて被着する工程、ホウ酸溶液を基板の裏面にスプレーコーティングする工程、あるいは、ホウ素をドープしたスピンオンガラスを基板の裏面にスプレーコーティング／ワイプコーティングする工程によって構成することができる。リンを拡散させる工程は、およそ850℃の温度でおよそ10〜20分間実施され得る。裏面誘電体を被着する工程は、裏面接触グリッドを適用する工程の後に実施され得る。
本発明の少なくとも一態様において、第二導電型の前面活性領域と第一導電型の裏面ドープ領域とを備える第一導電型のシリコン基板と、当該前面活性領域および当該裏面ドープ領域に被着された誘電体層と、前面誘電体層に適用され、焼成の間に前面誘電体を通じて活性領域と合金化する、前面接触グリッドと、裏面誘電体層に適用され、焼成の間に裏面誘電体を通じて裏面ドープ領域と合金化する、裏面接触グリッドと、裏面接触グリッドおよび裏面誘電体に被着された、第一導電型のドーパントをドープしたアモルファスシリコン層と、ドープしたアモルファスシリコン層に被着されたブランケット金属層とで構成される両面型太陽電池（BSC）を提供する。当該BSCは、さらに、シリコン基板の前面に溝を備え得、当該溝は前面接合を絶縁する。当該BSCは、さらに、ドープしたアモルファスシリコン層と金属層との間に介在する、例えばITOまたはZnO：Alで構成される導電性界面層を含み得る。当該シリコン基板は、p型シリコンで構成され得、当該活性領域は、リンの拡散工程に起因するn+材料で構成され得、かつ当該ドープ領域および当該アモルファスシリコン層は、さらに、ホウ素ドーパントを含み得る。当該シリコン基板は、n型シリコンで構成され得、当該活性領域は、ホウ素の拡散工程に起因するp+材料で構成され得、かつ当該ドープ領域および当該アモルファスシリコン層は、さらに、リンドーパントを含み得る。
本発明の少なくとも一態様において、当該製造方法は、第一導電型のシリコン基板の前面上に第二導電型の活性エリアを形成する工程と、当該シリコン基板の前面をエッチングする工程と、前面パッシベーションおよびAR用誘電体層を当該活性エリアに被着する工程と、当該シリコン基板の裏面の全面に裏面誘電体層を被着する工程と、前面および裏面接触グリッドを適用および焼成する工程と、ドープしたアモルファスシリコンの層を裏面接触グリッドおよび裏面誘電体に被着する工程と、ドープしたアモルファスシリコン層の全面に金属の層を被着する工程とで構成される。当該方法は、さらに、活性エリアを形成する工程の間に形成された裏面接合を除去する工程を含み得る。当該方法は、さらに、ドープしたアモルファスシリコン層と金属層との間に導電性界面層を被着する工程を含んでいてもよい。
本発明の少なくとも一態様において、当該製造方法は、リンを、n+層および前面接合を形成するためにシリコン基板の前面上に拡散させ、それと同時に、裏面接合を形成するためにシリコン基板の裏面上に拡散させる工程と、当該拡散工程の間に形成されたリンケイ酸塩ガラスを（例えば、HFによるエッチングによって）除去する工程と、前面にパッシベーションおよびAR用誘電体層を被着し、裏面に裏面誘電体を被着する工程と、前面および裏面接触グリッドを適用および焼成する工程と、金属層を裏面接触グリッドおよび裏面誘電体に被着する工程とで構成される。前面接触グリッドを焼成する工程および裏面接触グリッドを焼成する工程は、同時に実施してもよい。あるいは、裏面接触グリッドを適用および焼成する工程を、前面接触グリッドを適用および焼成する工程の前または後に実施してもよい。当該方法は、さらに、裏面接合を除去する工程および前面接合を絶縁する工程を含み得る。裏面接合を除去した後、裏面に誘電体層を被着させる前に、例えば、スクリーン印刷またはシャドウ・マスクを使用した被着によって裏面金属グリッドを適用してもよい。当該裏面グリッドを適用する工程は、当該裏面接合を除去した後、当該裏面に誘電体層を被着する前に実施してもよい。
本発明の少なくとも一態様において、当該製造方法は、第一導電型のシリコン基板の裏面に裏面誘電体を被着する工程と、当該シリコン基板の前面上に第二導電型の活性エリアを形成する工程と、当該シリコン基板の前面をエッチングする工程と、前面パッシベーションおよびAR用誘電体層を当該活性エリアに被着する工程と、当該前面および裏面接触グリッドを適用および焼成する工程と、裏面接触グリッドおよび裏面誘電体に、ドープしたアモルファスシリコンの層を被着する工程と、当該ドープしたアモルファスシリコン層の全面に金属の層を被着する工程と、例えばレーザースクライバーを用いて、当該前面接合を絶縁する工程とで構成される。当該方法は、さらに、ドープしたアモルファスシリコン層と金属層との間に導電性界面層を被着する工程を含み得る。
本発明の少なくとも一態様において、当該製造方法は、シリコン基板の裏面に誘電体層を被着する工程と、n+層および前面接合を形成するために当該基板の前面上にリンを拡散させる工程と、当該拡散工程の間に形成されたリンケイ酸塩ガラスを（例えば、HFによるエッチングによって）除去する工程と、前面パッシベーションおよびAR用誘電体層を被着する工程と、前面および裏面接触グリッドを適用および焼成する工程と、当該裏面接触グリッドおよび裏面誘電体に、ホウ素をドープしたアモルファスシリコンの層を被着する工程と、当該ホウ素をドープしたアモルファスシリコン層に金属層を被着する工程と、例えばレーザースクライバーを用いて、当該前面接合を絶縁する工程とで構成される。当該方法は、さらに、例えばITOまたはZnO：Alで構成される導電性界面層を、ホウ素をドープしたアモルファスシリコン層と金属層との間に被着する工程を含み得る。前面接触グリッドの焼成工程および裏面接触グリッドの焼成工程は、同時に実施してもよい。あるいは、裏面接触グリッドを適用および焼成する工程は、前面接触グリッドを適用および焼成する工程の前または後に実施してもよい。
本発明の少なくとも一態様において、第一導電型の前面活性領域を有するシリコン基板と、当該シリコン基板の前面活性領域および裏面に被着された誘電体層と、焼成の間に裏面誘電体を通じて当該シリコン基板の裏面と合金化する、裏面誘電体に適用された裏面接触グリッドと、当該裏面接触グリッドおよび裏面誘電体に被着された、第一導電型のドーパントをドープしたアモルファスシリコン層と、当該ドープしたアモルファスシリコン層に被着されたブランケット金属層とで構成される両面型太陽電池（BSC）を提供する。当該BSCは、さらに、当該ドープしたアモルファスシリコン層と金属層との間に介在する、例えばITOまたはZnO：Alで構成される導電性界面層を含み得る。当該シリコン基板は、p型シリコンで構成され得、当該活性領域は、リンの拡散工程に起因するn+材料で構成され得、かつ当該アモルファスシリコン層は、さらに、ホウ素ドーパントを含み得る。当該シリコン基板は、n型シリコンで構成され得、当該活性領域は、ホウ素の拡散工程によって得られるp+材料で構成され得、かつ当該アモルファスシリコン層は、さらに、リンドーパントを含み得る。当該BSCは、さらに、当該シリコン基板の裏面に直接被着された、当該シリコン基板と当該裏面誘電体層との間に介在する金属グリッドパターンを備え得る。当該BSC、さらに、シリコン基板の前面に溝を備え得、当該溝は前面接合を絶縁する。
本明細書の残りの部分および図を参照すれば、本発明の性質および利点についてさらに理解が深まるであろう。
本発明によるBSCの好ましい態様を示す。 図1のBSCのプロセスフローを示す。 図1のBSCの代替の態様を示す。 図3のBSCのプロセスフローを示す。 図1のBSCの代替の製作プロセスを示す。 本発明によるBSCの代替の好ましい態様を示す。 図6のBSCのプロセスフローを示す。 本発明によるBSCの代替の好ましい態様を示す。 図8のBSCのプロセスフローを示す。 図6のBSCの代替の製作プロセスを示す。 図8のBSCの代替の態様を示す。 図11のBSCのプロセスフローを示す。
特定の態様の説明
従来の片面受光型太陽電池は、前面上にグリッド状の電極を備え、裏面全体が固体電極で覆われている。対照的に、従来の両面型太陽電池（BSC）では、光が前面だけでなく裏面からも入るように電極構造が設計されている。そのため、片面受光型太陽電池において裏面を覆っている固体電極の代わりに、BSCではグリッド電極が用いられている。そのような太陽電池では、当該グリッド状の裏面電極により、光、例えば間接光が裏側から入ることが可能である。さらに、そのような設計では、グリッド状裏面電極の接触の面積の減少によって効率が向上する。本発明は、非連続の、例えばグリッド状の、裏面電極と裏面反射体とを組み合わせることによって効率向上の利点が得られる両面型太陽電池を提供する。
図1は、図2において説明される手順に従って製作された好ましいBSC構造の断面図を示している。シリコン基板101は、p型またはn型のいずれかであり得る。図1または2に示される例示的デバイスおよびプロセスでは、p型基板が使用されている。
最初に、任意の様々な周知の基板調製プロセス（工程201）を用いて基板101を調製する。概して、工程201の間に、切断および取り扱いの際の損傷が、例えば、硝酸およびフッ化水素（HF）酸混合物を使用したエッチングプロセスにより除去される。基板を調製した後、基板101の底面をドープし、それによって裏面ドープ領域103を形成する（工程203）。好ましくは、領域103を、基板101と同じドーピング型でドープする。領域103のドーピングレベルを基板101よりも高くすることにより、接触抵抗を低くする。さらに、ドープ領域103は、裏面再結合、すなわち、裏面反射体を備えることにより悪化する問題を低減する。本発明の少なくとも一態様において、領域103を、基板101とは異なるドーピング型でドープする。
領域103は、任意の様々な技術を用いて形成することができる。例示的技術としては、化学気相成長法（CVD）、プラズマCVD（PE−CVD）、スプレーコーティング法、およびスピンコーティング法が挙げられるが、これらに限定されるわけではない。したがって、p型基板およびp型領域103の場合、この領域は、ホウ素をドープしたポリシリコン層をCVD法を用いて被着するか、ホウ素をドープした二酸化シリコンまたはアモルファスシリコン層をPE−CVD法を用いて被着するか、ホウ酸溶液またはドープしたスピンオンガラスを基板101の裏面にスプレーコーティング／スピンコーティングするか、あるいは他の方法によって形成することができる。
領域103を形成した後、誘電体層105を、基板101の裏面、具体的には、図示されているように、ドープ領域103に被着する（工程205）。好ましくは、層105は、窒化シリコンまたは二酸化シリコンまたは二酸化シリコン／窒化シリコンの積み重ねで構成され、好ましくは300℃〜400℃の温度でPE−CVD技術を用いて被着され、かつ窒化シリコンの場合はおよそ76ナノメートル、または酸化シリコンの場合は100ナノメートルの厚さを有する。次に、基板とは異なる導電型の活性領域を、基板101の前面上に形成する。例えば、p型基板の場合、工程207の間に基板101の前面上へリンを拡散させて、n+層107を作成し、基板101と当該n+層107との界面においてpn接合を形成させる。好ましくは、n+層107は、塩化ホスホリル（POCl3）を使用して形成され、この場合、当該拡散は、およそ825℃〜890℃の範囲の拡散温度、好ましくはおよそ850℃の温度で、10〜20分間、窒素雰囲気において実施される（工程207）。リン拡散工程207の間に、領域103からホウ素が基板101の裏面中に拡散して裏面電界（BSF）が形成されることは理解されるであろう。次いで、拡散工程207の間に形成されたリンケイ酸塩ガラス（PSG）を、例えば、フッ化水素（HF）エッチング液により、室温もしくは室温付近で1〜5分間エッチング処理を施して除去する（工程209）。当該好ましい態様において、前側接合は、0.3〜0.6ミクロンの深さ、および約8×1021／cm3の表面ドーピング濃度を有する。
工程211において、前面パッシベーションおよび反射防止（AR）用誘電体層109が被着され、当該層は、好ましくは、窒化シリコンまたは酸窒化シリコンまたは酸化シリコン／窒化シリコン系の材料の積み重ねで構成される。一態様において、層109は、およそ76ナノメートル厚の窒化シリコンの層で構成される。別の態様において、層109は、70ナノメートルのSi3N4とその上のおよそ10ナノメートルのSiO2とで構成される。好ましくは、層109は、300℃〜400℃の温度で被着される。
誘電体層109を被着した後、例えばスクリーン印刷法を用いて、接触グリッドをBSC100の前面および裏面に適用する（工程213）。例示的態様において、前面接触グリッド111は銀で構成され、一方、裏面接触グリッド113は、アルミニウム−銀混合物で構成される。好ましい態様において、前面および裏面接触グリッドの両方は、同じ接触サイズおよび間隔において整列され、その場合、電極は、幅およそ100ミクロン、厚さ15ミクロンであり、かつおよそ2.5ミリメートルの間隔で離されている。少なくとも代替の一態様において、裏面接触グリッドは、基板における側部電流フローからの抵抗損失を少なくするために、微細な間隔で配置される。次に、接触を焼成する工程215が、好ましくは、空気中で、750℃のピーク温度において3秒間実施される。このプロセスの結果として、接触111がパッシベーションおよびAR用誘電体コーティング109を通じてn+層107と合金化する。同様に、接触113は誘電体コーティング105を通じて層103と合金化する。図示されているように単一の焼成工程を実施してもよく、あるいは前面および裏面接触グリッドを別々に適用および焼成することも可能であり、それにより、各グリッドに対して異なる焼成条件を用いることが可能であることは、理解されるべきである。
裏面反射体は、裏面誘電体層105および接触113の全面に直接被着してもよいが、好ましくは、最初に、アモルファスシリコン層115が裏面に適用される（工程217）。層115は、好ましくは、赤外線吸収および直列抵抗を最小にするために、5〜40ナノメートルオーダー厚と薄く、例えばPE−CVDなどの技術を用いて被着される。層115を、基板101と同じドーパント型で、すなわち、p型基板を使用する例示的構造ではp型ドーパントによって、好ましくは1019／cm3以上のレベルに濃くドープする。例示的態様では、ドーパントとしてホウ素が使用されている。最後に、ブランケット金属層117が基板の裏面に被着され（工程219）、金属層117は、裏面反射体、および接触113との電気的接続を形成する手段の両方を提供する。典型的には、層117は、1〜10ミクロン厚であり、ウェハのそりを最小にするために薄い方が好ましい。アモルファスシリコンのバンドギャップ、すなわち、1.75eVでは、長波長光子は層115を透過し、反射層117に到達する。最後に、例えばレーザースクライバーを使用して、電池の周囲の電池前面に溝を形成することによって、前面接合が絶縁される（工程221）。
ブランケット金属層117は、好ましくは、物理的気相成長法（PVD）またはスクリーン印刷のどちらかを用いて被着されるが、他の技術を使用することも可能であるということは理解されるであろう。好ましくは、層117は、高い赤色反射率を有し、したがって、領域101における光子の路程を拡張し、バンドギャップに近い波長の光子の吸収を高める。さらに、例えばアルミニウムなどの低コスト金属が好ましい。図示されていないが、さらに裏面接触のハンダ接合を可能するために、銀のバス・バー、ニッケルバナジウムコーティング、または他の材料を、層117の裏面に追加してもよい。
図3および4は、前述において説明したデバイス構造およびプロセスに若干の修正を加えた代替の態様を示している。構造300では、シリコン層115と裏面反射体層117との間に、薄い導電性界面層301が追加されている（工程401）。層301は、層117の金属、例えば、アルミニウムなどが、層115のシリコンと混ざることを防ぎ、したがって、層117の高い反射性を維持するのに役に立つ。層301のための例示的材料としては、インジウムスズ酸化物（ITO）、およびアルミニウムをドープした酸化亜鉛（ZnO：Al）が挙げられる。最適には、層301の厚さは、裏面誘電体層105の厚さと組み合わせた場合に、近赤外において裏面と金属層117の間で光学的一致が得られるように選択される。したがって、例えば、層105が50ナノメートル厚の場合、ZnO：Al層301の厚さは、およそ35ナノメートル厚でなければならない。
図5は、電池100を製作するための代替のプロセスを示している。このプロセスでは、領域103の形成（工程203）の後に、n+層107およびpn接合を作成するためにリンが基板101の前面中に拡散されており（工程207）、そのために、裏面誘電体を被着する工程205が省略されている。次に、PSGがエッチング処理によって除去され（工程209）、前面誘電体109が被着される（工程211）。次いで、前面接触111および裏面接触が適用され（工程213）、それに続いて、裏面誘電体層105が被着される（工程501）。前述において言及したように、裏面誘電体層105は、好ましくは、窒化シリコンまたは二酸化シリコンまたは二酸化シリコン／窒化シリコンの積み重ねで構成される。所望であれば、工程211、213、および501の順序は変えてもよく、例えば、最初に裏面接触グリッド113を適用し、続いて、裏面誘電体層105を被着し、その後に前面接触グリッド111を適用し、次いで前面誘電体層109を被着してもよい。
前面および裏面接触グリッドの焼成（工程215）の後、前述においてすべて説明されているように、アモルファスシリコン層115が被着され（工程217）、続いてブランケット反射層117が被着される（工程219）。図示されてはいないが、所望であれば、シリコン層115と裏面反射体層117との間に導電性界面層301を追加してもよい。
図6および7は、ドープ領域103が省かれた代替の態様を示している。この態様では、基板の調製工程201の後、前面および裏面接合が形成される。例示的態様のp型基板の場合、前述において説明したように、基板101の前面上へリンを拡散させてn+層107を作成して、基板101とn+層107との界面にpn接合を形成させる（工程701）。この工程701の間に、リンが基板101の裏面上にも拡散され、n+層601および浮遊接合が形成される。好ましくは、工程701は、塩化ホスホリル（POCl3）を使用して、およそ825℃〜890℃の範囲の拡散温度、好ましくは約850℃の温度で、10〜20分間、窒素雰囲気において実施される。活性領域拡散工程701に続いて、（リンの場合）PSGエッチング工程209が、好ましくは、室温または室温近くで1〜5分間、HFエッチング液により実施される。
工程703において、前面パッシベーションおよび反射防止（AR）用誘電体層603が、裏面パッシベーションおよびAR用誘電体層605と同様に被着される。例示的態様において、層603および605は、2.07の屈折率を有する窒化シリコンで構成され、およそ76ナノメートルの層厚を有する。代替の態様において、層603および605は、酸窒化シリコンで構成される。別の代替の態様において、層603および605は、異なる組成物、例えば、10ナノメートルの二酸化シリコンおよび70ナノメートルの窒化シリコン、の2つの層の積み重ねで構成される。層603および605は、好ましくは、300℃〜400℃の温度で被着される。
次に、前述においてすべて説明されているように、前面および裏面接触グリッドが適用（工程213）および焼成（工程215）され、続いて、ブランケット反射層117が被着される（工程219）。例示的態様において、好ましくは、前面接触グリッド111は銀で構成され、一方、裏面接触グリッド113は、アルミニウムで構成される。接触を焼成する工程215は、好ましくは、空気中で、750℃のピーク温度において3秒間実施される。このプロセスの結果として、接触111が、パッシベーションおよびAR用誘電体コーティング603を通じてn+層107と合金化する。接触113は、パッシベーションおよびAR用誘電体コーティング605ならびに裏面拡散層601を通じて合金化し、基板101への接触を形成する。アルミニウムがp型ドーパントであるため、裏面拡散層601および接触113との間にダイオードが形成され、そのため、電流は、当該裏面拡散層から当該接触へは流れず、裏面拡散が浮遊状態となる。浮遊接合に流れる電流はゼロであるため、結果として、裏面がバルク101から絶縁される。図6および7には示されてはいないが、所望であれば、シリコン層115と裏面反射体層117との間に導電性界面層301を追加してもよい。この態様では、前述において説明したように、接触グリッド被着プロセスと、前面および裏面接触グリッドの焼成工程とを分けることも可能である。
図8および9は、基板の裏面上の浮遊接合が除かれている代替の態様を示している。構造800では、前面接合の形成およびPSGエッチングの後、基板101の裏面がエッチングされ（工程901）、それにより、裏面接合が除去され、前面接合が絶縁される。好ましい態様では、工程901において、硝酸およびHF酸の混合物などの等方性ウェットシリコンエッチング液が用いられる。裏面浮遊接合が除去された後、当該プロセスは、前述において図6および7に対して説明されたように継続される。好ましくは、この態様において、裏面接触グリッドは、アルミニウム−銀混合物で構成される。
図10は、電池600を製作するための代替のプロセスを示している。このプロセスでは、基板101の調製（工程201）の後、誘電体層605が基板101の裏面に適用される（工程1001）。前述において説明したように、好ましくは、誘電体層603は、窒化シリコンまたは酸窒化シリコンで構成される。前面n+層107の拡散の前に誘電体層605を適用することにより（工程701）、裏面接合の形成を防ぐことができる。前面拡散（工程701）およびPSGエッチング（工程209）の後、前面パッシベーションおよびAR用誘電体層603が被着され（工程1003）、続いて接触グリッドが適用（工程213）および焼成（工程215）され、アモルファスシリコン層115が被着され（工程217）、かつ裏面反射体117（工程219）が被着される。最後に、前面接合が、例えばレーザースクライバーを使用して、電池の周囲の電池前面に溝を形成することによって絶縁される（工程1005）。この態様は、さらに、シリコン層115と裏面反射体層117との間に導電性界面層301も備え得、さらに、前述において説明したように、接触グリッドの被着と、前面および裏面接触グリッドの焼成とを分けることもできる。
図11および12は、BFC800の変形を示している。BFC1100のBFC断面図に示されているように、金属グリッド1101が、電池101の裏面に直接適用され（工程1201）、その結果、接触抵抗が低下する。工程1201では、好ましくは、基板101の裏面がエッチングされ（工程901）、裏面接合が除去され、前面接合が絶縁された後に実施される。工程1201は、シャドウ・マスクによる被着プロセスを用いるか、またはスクリーン印刷法を用いることにより実施される。好ましくは、金属グリッド1101はアルミニウムで構成される。誘電体層603および605を被着した（工程703）後、接触グリッド111および113を、以前に説明したように、一緒にまたは別々に、適用および焼成する。裏面接触グリッド113は、金属グリッド1101に対して位置合わせされる。焼成工程の間に、接触グリッド113は金属グリッド1101と合金化する。次に、前述においてすべて説明されているように、アモルファスシリコン層115が被着され（工程217）、続いてブランケット反射層117が被着される（工程219）。図示されてはいないが、所望であれば、シリコン層115と裏面反射体層117との間に導電性界面層301を追加してもよい。
図11および12に対して上記において説明された態様の代替の態様では、当該プロセスにおいて、裏面接触グリッド113の適用および焼成工程が省かれている。この態様において、金属グリッド1101は、オーバーレイされた誘電体層を通じて焼成し、それにより、金属層117が金属グリッド1101に接続することが可能となる。
前述において言及したように、n型基板も本発明において使用することができる。そのような態様では、前述においてホウ素などのようなp型ドーパントを使用する場合について説明された領域においては、リンなどのようなn型ドーパントが使用される。同様に、前述においてp型ドーパント（例えば、ホウ素）が使用された領域においては、n型ドーパント（例えば、リン）が使用される。最後に、複数の図において使用されている同じ要素記号は、同じ構成部分／処理工程、または同等の機能の構成部分／処理工程を意味するということは理解されるべきである。
当業者であれば理解するであろうが、本発明は、その趣旨または基本的特徴から逸脱することなく、他の特定の形態において実施することができる。したがって、本明細書における開示および説明は、例示目的であって、本発明の範囲を限定することを意図するものではない。

Claims (62)

  1. 両面型太陽電池（BSC）を製造する方法であって、
    第一導電型のドーパントを、該第一導電型のシリコン基板の裏面に被着して、裏面ドープ領域を形成する工程と、
    該裏面ドープ領域の全面に裏面誘電体を被着する工程と、
    熱的拡散工程を含む、該シリコン基板の前面上に第二導電型の活性エリアを形成する工程であって、該方法が単一の熱的拡散工程を含む、工程と、
    該活性エリアをエッチングする工程と、
    該活性エリアに前面パッシベーションおよび反射防止（AR）用誘電体層を被着する工程と、
    裏面接触グリッドを適用する工程と、
    前面接触グリッドを適用する工程と、
    該裏面接触グリッドを焼成する工程と、
    該前面接触グリッドを焼成する工程と、
    該裏面接触グリッドおよび該裏面誘電体に、該第一導電型の第二ドーパントをドープしたアモルファスシリコンの層を被着する工程と、
    該アモルファスシリコンの層の全面に金属の層を被着する工程と、
    該活性エリアを絶縁する工程と
    を含む、方法。
  2. 裏面接触グリッドを適用する工程が、該裏面接触グリッドをスクリーン印刷する工程をさらに含み、前面接触グリッドを適用する工程が、該前面接触グリッドをスクリーン印刷する工程をさらに含む、請求項1記載の方法。
  3. アモルファスシリコンの層と金属の層との間に導電性界面層を被着する工程をさらに含み、該導電性界面層を被着する工程が、該金属層を被着する工程の前に実施される、請求項1記載の方法。
  4. ホウ素をドープした層をp型シリコン基板の裏面に被着する工程と、
    該ホウ素をドープした層に裏面誘電体を被着する工程と、
    n+層および前面接合を形成するために該シリコン基板の前面上にリンを拡散させる工程と、
    該リンを拡散させる工程の間に形成されたリンケイ酸塩ガラス（PSG）を除去する工程と、
    該n+層に前面パッシベーションおよび反射防止（AR）用誘電体層を被着する工程と、
    裏面接触グリッドを適用する工程と、
    前面接触グリッドを適用する工程と、
    該裏面接触グリッドを焼成する工程と、
    該前面接触グリッドを焼成する工程と、
    該裏面接触グリッドおよび該裏面誘電体に、ホウ素をドープしたアモルファスシリコンの層を被着する工程と、
    該ホウ素をドープしたアモルファスシリコンの層に金属層を被着する工程と、
    該前面接合を絶縁する工程と
    を含む、両面型太陽電池を製造する方法。
  5. 裏面接触グリッドを適用する工程が、該裏面接触グリッドをスクリーン印刷する工程をさらに含み、前面接触グリッドを適用する工程が、該前面接触グリッドをスクリーン印刷する工程をさらに含む、請求項4記載の方法。
  6. 前面接合を絶縁する工程が、レーザースクライバーを用いて実施される、請求項4記載の方法。
  7. ホウ素をドープしたアモルファスシリコンの層と金属の層との間に導電性界面層を被着する工程をさらに含み、該導電性界面層を被着する工程が、該金属層を被着する工程の前に実施される、請求項4記載の方法。
  8. 導電性界面層が、インジウムスズ酸化物とアルミニウムをドープした酸化亜鉛とからなる群より選択される材料で構成される、請求項7記載の方法。
  9. 裏面接触グリッドを焼成する工程および前面接触グリッドを焼成する工程が同時に実施される、請求項4記載の方法。
  10. 裏面接触グリッドを焼成する工程が、前面接触グリッドを適用する工程の前に実施される、請求項4記載の方法。
  11. ホウ素をドープした層を被着する工程が、ホウ素をドープした二酸化シリコン層を化学気相成長法を用いて被着する工程をさらに含む、請求項4記載の方法。
  12. ホウ素をドープした層を被着する工程が、ホウ素をドープしたシリコン層を化学気相成長法を用いて被着する工程をさらに含む、請求項4記載の方法。
  13. ホウ素をドープした層を被着する工程が、ホウ素をドープしたアモルファスシリコン層をプラズマ化学気相成長法を用いて被着する工程をさらに含む、請求項4記載の方法。
  14. ホウ素をドープした層を被着する工程が、ホウ酸溶液をシリコン基板の裏面にスプレーする工程をさらに含む、請求項4記載の方法。
  15. ホウ素をドープした層を被着する工程が、ホウ素をドープしたスピンオンガラスをシリコン基板の裏面にスプレーする工程をさらに含む、請求項4記載の方法。
  16. PSGを除去する工程が、フッ化水素エッチング液を用いて前面をエッチングする工程をさらに含む、請求項4記載の方法。
  17. 窒化シリコン、二酸化シリコン、および酸窒化シリコンからなる群より裏面誘電体ならびに前面パッシベーションおよびAR用誘電体を選択する工程をさらに含む、請求項4記載の方法。
  18. リンを拡散させる工程が、およそ850℃の温度で、およそ10〜20分間実施される、請求項4記載の方法。
  19. 裏面誘電体を被着する工程が、裏面接触グリッドを適用する工程の後に実施される、請求項4記載の方法。
  20. 前面および裏面を有する第一導電型のシリコン基板と、
    該シリコン基板の該裏面上に位置する該第一導電型のドープ領域と、
    該ドープ領域に被着された誘電体層と、
    該シリコン基板の該前面上に位置する第二導電型の活性領域と、
    該活性領域に被着されたパッシベーションおよびAR用誘電体層と、
    該誘電体層に適用された、第一金属で構成される第一接触グリッドであって、焼成工程の後に、該誘電体層を通じて、該シリコン基板の該裏面上に位置する該ドープ領域と合金化する、第一接触グリッドと、
    該パッシベーションおよびAR用誘電体層に適用された、第二金属で構成される第二接触グリッドであって、該焼成工程の後に、該パッシベーションおよびAR用誘電体層を通じて該活性領域と合金化する、第二接触グリッドと、
    該第一接触グリッドおよび該誘電体層に被着された、該第一導電型のドーパントをドープしたアモルファスシリコン層と、
    該アモルファスシリコン層に被着された、第三金属で構成されるブランケット層と
    を備える、両面型太陽電池。
  21. シリコン基板の前面に溝をさらに備え、該溝が、活性領域と該シリコン基板とによって形成された前面接合を絶縁する、請求項20記載の両面型太陽電池。
  22. アモルファスシリコン層とブランケット層との間に介在する導電性界面層をさらに備える、請求項20記載の両面型太陽電池。
  23. 導電性界面層が、インジウムスズ酸化物とアルミニウムをドープした酸化亜鉛とからなる材料の群より選択される、請求項22記載の両面型太陽電池。
  24. シリコン基板が、p型シリコンで構成され、活性領域が、リンの拡散工程に起因するn+材料で構成され、かつドープ領域およびアモルファスシリコン層が、ホウ素ドーパントをさらに備える、請求項20記載の両面型太陽電池。
  25. 誘電体層ならびにパッシベーションおよびAR用誘電体層が、それぞれ、窒化シリコン、二酸化シリコン、酸窒化シリコンからなる群より選択される材料で構成される、請求項24記載の両面型太陽電池。
  26. シリコン基板が、n型シリコンで構成され、活性領域が、ホウ素の拡散工程に起因するp+材料で構成され、かつドープ領域およびアモルファスシリコン層が、リンドーパントをさらに備える、請求項20記載の両面型太陽電池。
  27. 熱的拡散工程を含む、第一導電型のシリコン基板の前面上に第二導電型の活性エリアを形成する工程と、
    該シリコン基板の該前面をエッチングする工程と、
    該活性エリアに前面パッシベーションおよび反射防止（AR）用誘電体層を被着し、かつ該シリコン基板の裏面に裏面誘電体層を被着する工程と、
    裏面接触グリッドを適用する工程と、
    前面接触グリッドを適用する工程と、
    該裏面接触グリッドを焼成する工程と、
    該前面接触グリッドを焼成する工程と、
    該裏面接触グリッドおよび該裏面誘電体層に、該第一導電型のドーパントをドープしたアモルファスシリコンの層を被着する工程と、
    該アモルファスシリコンの層の全面に金属の層を被着する工程と
    を含む、両面型太陽電池（BSC）を製造する方法。
  28. 裏面接触グリッドを適用する工程が、該裏面接触グリッドをスクリーン印刷する工程をさらに含み、前面接触グリッドを適用する工程が、該前面接触グリッドをスクリーン印刷する工程をさらに含む、請求項27記載の方法。
  29. アモルファスシリコンの層と金属の層との間に導電性界面層を被着する工程をさらに含み、該導電性界面層を被着する工程が、該金属層を被着する工程の前に実施される、請求項27記載の方法。
  30. 活性エリアを形成する工程の間にシリコン基板の裏面上に形成された裏面接合を除去する工程をさらに含む、請求項27記載の方法。
  31. リンを、n+層および前面接合を形成するためにシリコン基板の前面上に拡散させ、かつ裏面接合を形成するために該シリコンの裏面上に拡散させる工程と、
    該リンを拡散させる工程の間に形成されたリンケイ酸塩ガラス（PSG）を除去する工程と、
    該n+層に前面パッシベーションおよび反射防止（AR）用誘電体層を被着し、かつ該シリコン基板の裏面に裏面誘電体層を被着する工程と、
    裏面接触グリッドを適用する工程と、
    前面接触グリッドを適用する工程と、
    該裏面接触グリッドを焼成する工程と、
    該前面接触グリッドを焼成する工程と、
    該裏面接触グリッドおよび該裏面誘電体に金属層を被着する工程と
    を含む、両面型太陽電池を製造する方法。
  32. 裏面接触グリッドを適用する工程が、該裏面接触グリッドをスクリーン印刷する工程をさらに含み、前面接触グリッドを適用する工程が、該前面接触グリッドをスクリーン印刷する工程をさらに含む、請求項31記載の方法。
  33. 裏面接触グリッドを焼成する工程および前面接触グリッドを焼成する工程が同時に実施される、請求項31記載の方法。
  34. 裏面接触グリッドを焼成する工程が、前面接触グリッドを適用する工程の前に実施される、請求項31記載の方法。
  35. 裏面接合を除去する工程および前面接合を絶縁する工程をさらに含む、請求項31記載の方法。
  36. 裏面接合を除去する工程が、裏面をエッチングする工程をさらに含む、請求項35記載の方法。
  37. 裏面接触グリッドを適用する工程が、裏面接合を除去する工程の後、裏面誘電体層を被着する工程の前に実施される、請求項35記載の方法。
  38. シリコン基板の裏面上に裏面金属グリッドを適用する工程をさらに含み、該裏面金属グリッドを適用する工程が、裏面接合を除去する工程の後、裏面誘電体層を被着する工程の前に実施され、かつ請求項31記載の方法が、該裏面接触グリッドを該裏面金属グリッドと揃える工程をさらに含む、請求項35記載の方法。
  39. 裏面金属グリッドを適用する工程が、シリコン基板の裏面上にシャドウ・マスクを適用する工程および該シリコン基板の該裏面に該裏面金属グリッドを被着する工程をさらに含む、請求項38記載の方法。
  40. 裏面金属グリッドを適用する工程が、シリコン基板の該裏面に該裏面金属グリッドをスクリーン印刷する工程をさらに含む、請求項38記載の方法。
  41. 裏面接触グリッドを焼成する工程が、前面接触グリッドを適用する工程の前に実施される、請求項38記載の方法。
  42. PSGを除去する工程が、フッ化水素エッチング液を用いて前面をエッチングする工程をさらに含む、請求項31記載の方法。
  43. 第一導電型のシリコン基板の裏面に裏面誘電体層を被着する工程と、
    熱的拡散工程を含む、該シリコン基板の前面上に第二導電型の活性エリアを形成する工程と、
    該シリコン基板の該前面をエッチングする工程と、
    該活性エリアに前面パッシベーションおよび反射防止（AR）用誘電体層を被着する工程と、
    裏面接触グリッドを適用する工程と、
    前面接触グリッドを適用する工程と、
    該裏面接触グリッドを焼成する工程と、
    該前面接触グリッドを焼成する工程と、
    該裏面接触グリッドおよび該裏面誘電体層に、該第一導電型のドーパントをドープしたアモルファスシリコンの層を被着する工程と、
    該アモルファスシリコンの層の全面に金属の層を被着する工程と、
    該前面接合を絶縁する工程と
    を含む、両面型太陽電池（BSC）を製造する方法。
  44. 裏面接触グリッドを適用する工程が、該裏面接触グリッドをスクリーン印刷する工程をさらに含み、前面接触グリッドを適用する工程が、該前面接触グリッドをスクリーン印刷する工程をさらに含む、請求項43記載の方法。
  45. 前面接合を絶縁する工程が、レーザースクライバーを用いて実施される、請求項43記載の方法。
  46. アモルファスシリコンの層と金属の層との間に導電性界面層を被着する工程をさらに含み、該導電性界面層を被着する工程が、該金属層を被着する工程の前に実施される、請求項43記載の方法。
  47. シリコン基板の裏面に誘電体層を被着する工程と、
    n+層および前面接合を形成するために該シリコン基板の前面上にリンを拡散させる工程と、
    該リンを拡散させる工程の間に形成されたリンケイ酸塩ガラス（PSG）を除去する工程と、
    該n+層に前面パッシベーションおよび反射防止（AR）用誘電体層を被着する工程と、
    裏面接触グリッドを適用する工程と、
    前面接触グリッドを適用する工程と、
    該裏面接触グリッドを焼成する工程と、
    該前面接触グリッドを焼成する工程と、
    該裏面接触グリッドおよび該裏面誘電体に、ホウ素をドープしたアモルファスシリコンの層を被着する工程と、
    該ホウ素をドープしたアモルファスシリコンの層に金属層を被着する工程と、
    該前面接合を絶縁する工程と
    を含む、両面型太陽電池を製造する方法。
  48. 裏面接触グリッドを適用する工程が、該裏面接触グリッドをスクリーン印刷する工程をさらに含み、前面接触グリッドを適用する工程が、該前面接触グリッドをスクリーン印刷する工程をさらに含む、請求項47記載の方法。
  49. 前面接合を絶縁する工程が、レーザースクライバーを用いて実施される、請求項47記載の方法。
  50. ホウ素をドープしたアモルファスシリコンの層と金属の層との間に導電性界面層を被着する工程をさらに含み、該導電性界面層を被着する工程が、該金属層を被着する工程の前に実施される、請求項47記載の方法。
  51. 導電性界面層が、インジウムスズ酸化物とアルミニウムをドープした酸化亜鉛とからなる群より選択される材料で構成される、請求項50記載の方法。
  52. 裏面接触グリッドを焼成する工程および前面接触グリッドを焼成する工程が同時に実施される、請求項47記載の方法。
  53. 裏面接触グリッドを焼成する工程が、前面接触グリッドを適用する工程の前に実施される、請求項47記載の方法。
  54. PSGを除去する工程が、フッ化水素エッチング液を用いて前面をエッチングする工程をさらに含む、請求項47記載の方法。
  55. 前面および裏面を有する、第一導電型のシリコン基板と、
    該シリコン基板の該裏面に被着された第一誘電体層と、
    該シリコン基板の該前面上の少なくとも一部に位置する第二導電型の活性領域と、
    該活性領域に被着された第二誘電体層と、
    該第一誘電体層に適用された、第一金属で構成される第一接触グリッドであって、焼成工程の後に該第一誘電体層を通じて該シリコン基板の該裏面と合金化する、第一接触グリッドと、
    該第一接触グリッドおよび該第一誘電体層に被着された、該第一導電型のドーパントをドープしたアモルファスシリコン層と、
    該アモルファスシリコン層に被着された、第三金属で構成されるブランケット層と
    を備える、両面型太陽電池。
  56. アモルファスシリコン層とブランケット層との間に介在する導電性界面層をさらに備える、請求項55記載の両面型太陽電池。
  57. 導電性界面層が、インジウムスズ酸化物とアルミニウムをドープした酸化亜鉛とからなる材料の群より選択される、請求項56記載の両面型太陽電池。
  58. シリコン基板が、p型シリコンで構成され、活性領域が、リンの拡散工程に起因するn+材料で構成され、かつアモルファスシリコン層が、ホウ素ドーパントをさらに備える、請求項55記載の両面型太陽電池。
  59. シリコン基板の裏面に直接被着されかつ該シリコン基板の該裏面と該第一誘電体層との間に介在する、第三金属のグリッドパターンをさらに備え、第一接触グリッドが、該グリッドパターンに対して位置合わせされ、焼成工程の後に該第一接触グリッドが、該第一誘電体層を通じて該第三金属の該グリッドパターンと合金化する、請求項55記載の両面型太陽電池。
  60. 第一接触グリッドが、第一誘電体層より前に、シリコン基板の裏面に直接適用される、請求項55記載の両面型太陽電池。
  61. シリコン基板の前面に溝をさらに備え、該溝が、活性領域と該シリコン基板とによって形成された前面接合を絶縁する、請求項55記載の両面型太陽電池。
  62. シリコン基板が、n型シリコンで構成され、活性領域が、ホウ素の拡散工程に起因するp+材料で構成され、かつアモルファスシリコン層が、リンドーパントをさらに備える、請求項55記載の両面型太陽電池。
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