JP2012527753A

JP2012527753A - シリコン太陽電池の個別化方法

Info

Publication number: JP2012527753A
Application number: JP2012511246A
Authority: JP
Inventors: マイヤーホーファー、ローラント
Original assignee: ロフィンーバーゼルラゼルテヒゲゼルシャフトミットベシュレンクテルハフツングウントコンパニコマンディートゲゼルシャフト
Priority date: 2009-05-20
Filing date: 2010-05-17
Publication date: 2012-11-08
Anticipated expiration: 2030-05-17
Also published as: WO2010133536A1; EP2291867A1; US20110124147A1; EP2291867B1; DE102009026410A1; JP5462936B2

Abstract

【課題】短絡を発生させることなくシリコン太陽電池を個別化する方法を提供する。
【解決手段】多数のシリコン太陽電池（４）の個別化方法において、第１の作業ステップでは、多数のシリコン太陽電池（４）を含むシリコンウェハに第１のレーザビーム（Ｌ１）により、分離線（５）に沿って、シリコンウェハ（２）内のｐｎ接合（１６）に隣接するシリコンウェハ（２）の前面（１４）に、少なくともｐｎ接合（１６）に迄達する深さ（ｔ）を有しかつシリコンウェハ（２）の側縁（２４）に迄延びる溝（２２）を形成し、第２の作業ステップでは、溝（２２）に向けられる第２のレーザビーム（Ｌ２）により、シリコンウェハ（２）を側縁（２４）から始めて分離線（５）に沿って切断し、切断中に生じる融解物（Ｍ）を、少なくともほぼ第２のレーザビーム（Ｌ２）の方向に流れる切断ガス（Ｇ）により、切断の際に生じる切断切り口（２８）から追い払う。
【選択図】図６

Description

本発明は、シリコン太陽電池を個別化する方法に関する。

シリコン太陽電池の製造時、シリコンウェハ内に通常は多数の単位シリコン太陽電池が作られ、これら単位太陽電池は、その後の製造ステップにおいて、個別化、即ち互いに分離されなければならない。従来技術では、これは機械的な鋸引き法や公知のレーザ切断法（例えば特許文献１参照）の何れかにより行なわれる。これらの方法が１ステップで、即ち唯一の処理ステップで行なわれるとき、特にレーザ切断法の場合に、単位シリコン太陽電池が短絡されることが起こり得る。この原因は、切断切り口に、ドーピング元素が集積された融解ゾーンが生じることにある。このため、切断切り口の縁において、ドーピング元素が混ざってｐｎ接合が破壊されるゾーンが発生する。これは、太陽電池の前面、即ちｐｎ接合が近くに存在する平坦面と、太陽電池の背面との間で短絡を引き起こす。この問題は、切断切り口の中に高速で流れ込む切断ガスにより融解物が追い払われる通常のレーザ切断の場合にも生じるし、通常はＱスイッチ固体レーザが使用されて材料が真っ先に蒸発により切断切り口から消散するレーザアブレーション法を用いる１ステップのレーザ切断の場合にも生じる。鋸引きによる機械的な分離の場合にも、このような短絡が回避されていない。何故なら、太陽電池背面の金属接触部の切断面が同様に汚されるからである。

この問題を避けるために、太陽電池を個別化する際に、最初のステップでレーザビームにより溝をシリコンウェハ内に形成し、その後でシリコンウェハを溝に沿って機械的に分割する２ステップの処理を使用することは公知である。

しかし、シリコンウェハを後で分割するときは、異なった製造技術による付加的な処理ステップが必要となる。更に、分割時、単位シリコン太陽電池が破壊されることがある。

国際特許出願公開第２００８／０８４２０６号パンフレット

本発明の基礎を成す課題は、上述の欠点を回避したシリコン太陽電池を個別化するための方法を提供することにある。

この課題は、本発明によれば請求項１の特徴事項を有する方法により解決される。この方法では、第１の作業ステップで、多数のシリコン太陽電池を含むシリコンウェハに、第１のレーザビームにより、分離線に沿ってシリコンウェハ内のｐｎ接合に隣接するシリコンウェハの前面に、少なくともｐｎ接合に迄達する深さを有しかつシリコンウェハの側縁に迄延びる溝を形成する。第２の作業ステップでは、溝に向けられる第２のレーザビームにより、シリコンウェハを、側縁から始めて分離線に沿って切断し、少なくともほぼ第２のレーザビームの方向に流れる切断ガスにより、切断中に生じる融解物を、切断の際に生じた切断切り口から追い払う。

溝は、シリコンウェハの少なくともｐｎ接合が存在する深さに迄延びているので、レーザ切断時に融解ゾーンに、場合によってはｐドーパントを含む融解物が生じる。この融解物は、シリコンウェハの背面の方向に追い払われるので、溝のｎドープされた側壁に堆積しない。それによって、縁において生じるシリコン太陽電池の短絡が回避される。

特に良好な結果は、第１のレーザビームも第２のレーザビームもパルス化されていて、第１のレーザビームのパルス持続時間が第２のレーザビームのパルス持続時間よりも短い場合に得られる。第１及び第２のレーザビームは、２つの異なるレーザにより発生させてもよいし、相応に異なる動作様式にて動作可能な１つのレーザにより発生させてもよい。

本発明を更に説明するために図示の実施例を参照する。

図１は、多数の太陽電池を含むシリコンウェハの平坦面を見た概略的な平面図である。図２は、第１の作業ステップ中におけるシリコン太陽電池を含むシリコンウェハの縁部における分離線に沿った縦断面図である。図３は、図１に対応する作業ステップにおいて分離線の方向にシリコンウェハの奥行き方向を見た側面図である。図４は、第２の作業ステップの開始時におけるシリコン太陽電池を含むシリコンウェハの縁部の分離線に沿った縦断面図である。図５は、図３に対応する作業ステップにおいて分離線の方向にシリコンウェハの奥行き方向を見た側面図である。図６は、第２の作業ステップの実行中におけるシリコン太陽電池を含むシリコンウェハの縁部の分離線に沿った縦断面図である。図７は、図５に対応する作業ステップにおいて分離線の方向にシリコンウェハの奥行き方向を見た側面図である。

図１によれば、シリコンウェハ２内に完成した多数のシリコン太陽電池４が配置されている。これらシリコン太陽電池４は、後に続く後述の製造ステップにおいて、予め与えられた分離線５のに沿って互いに分離され、即ち個別化される。

図２及び図３によれば、シリコンウェハ２は、ベースとして用いられるｐドープされたシリコン基板６から作られていて、シリコン基板６は、背面８に金属のベース接触部１０を備えている。ｐドープされたシリコン基板６内には、背面に対向する前面１４へのｎドーパントの添加により、僅かμｍの厚みしかないｎドープされたエミッタ層１２が作られており、従って僅かμｍしかない深さＴに、破線で書き込んだｐｎ接合１６が存在する。更に、シリコンウェハの前面１４には、反射防止層１８並びに多数のエミッタ接触部２０が設けられている。

シリコン太陽電池４を個別化すべく、第１の作業ステップでは、第１のレーザビームＬ１によって、分離線５に沿ってレーザ掘削法又はレーザアブレーション法で、シリコンウェハ２のｐｎ接合１６に隣接する前面１４に、少なくともｐｎ接合の深さＴ迄延びる深さｔを有する溝２２を形成する（刻み込む）。ｐｎ接合の深さＴは典型的には約１μｍである。図２及び図３の例では、掘削がシリコンウェハ２の側縁２４から始まっている。しかし、掘削は基本的にはシリコンウェハ２の縁から隔たった個所から始めてもよい。しかし出来上がった溝２２がシリコンウェハ２の側縁２４迄延びていることが重要である。第１のレーザビームＬ１はパルス化されており、パルス持続時間がナノ秒の範囲にあり、２００〜２０００ｎｍの範囲の波長が使用されるとよい。基本的には、ナノ秒の範囲を下回る短いパルス持続時間も適している。この場合、溝２２の深さｔは、ｐｎ接合の深さｔを数μｍだけ上回ること、例えば１０μｍよりも大きく上回ることが好ましい。実際には約１２〜１５μｍの溝２２の深さが適切であることが分かった。

溝２２の仕上げ後に、図４及び図５に従い、基板２が、第２の作業ステップにおいて、溝２２の中に向けられた、好ましくは同様にパルス化された第２のレーザビームＬ２により、側縁２４から始めて分離線５に沿って切断される。その際、レーザ切断中に生じる融解物Ｍが、レーザ切断開始時に発生してまだ背面８迄達していない側縁２４の側面の切断切り口２８から、ほぼ第２のレーザビームＬ２の方向に高速流動する切断ガスＧにより追い払われる。即ち、第２のレーザビームＬ２の方向において背面へ向けられる流動成分により追い払われる。この方法で、ベースの融解時、即ちシリコン基板６のｐドープされた領域の融解時に、ｐドーパントが集積される融解ゾーンが形成され、この融解ゾーンが溝２２のｎドープされた側壁迄広がってこれを濡らすことを防止できる。換言すれば、ｐドーパントが集積する融解物Ｍが、ｎドープされたエミッタ層１２と接触することがない。第２のレーザビームＬ２のパルス持続時間が典型的にはマイクロ秒範囲にあり、第２のレーザビームＬ２の波長が赤外線範囲近傍にあるとよい。

図６と図７によれば、切断切り口２８が背面８に達し、それによって、レーザビームＬ２の支援によって分離線５の方向に延びかつ背面８へ向かって開いた分離すき間が生じ、この分離すき間から融解物Ｍを背面８に向かって追い払うことができる。かくして分離すき間の側壁におけるｐｎ接合が維持される。

２シリコンウェハ、４シリコン太陽電池、５分離線、６シリコン基板、８背面、１０ベース接触部、１２エミッタ層、１４前面、１６ｐｎ接合、１８反射防止層、２０エミッタ接触部、２２溝、２４縁、２８切断切り口、Ｇ切断ガス、Ｌ１第１のレーザビーム、Ｌ２第２のレーザビーム、Ｍ融解ゾーン、Ｔｐｎ接合の深さ、ｔ溝の深さ

Claims

多数のシリコン太陽電池（４）を含むシリコンウェハ（２）に、第１のレーザビーム（Ｌ１）により、分離線（５）に沿って、シリコンウェハ（２）内のｐｎ接合（１６）に隣接するシリコンウェハ（２）の前面（１４）に、少なくともｐｎ接合（１６）に迄達する深さ（ｔ）を有し、かつシリコンウェハ（２）の側縁（２４）に迄延びる溝（２２）を形成する第１の作業ステップと、
溝（２２）に向けられる第２のレーザビーム（Ｌ２）によりシリコンウェハ（２）を側縁（２４）から始めて分離線（５）に沿って切断し、切断中に生じる融解物（Ｍ）を、少なくともほぼ第２のレーザビーム（Ｌ２）の方向に流れる切断ガス（Ｇ）により、切断の際に生じる切断切り口（２８）から追い払う第２の作業ステップとを含む
多数のシリコン太陽電池（４）の個別化方法。
第１及び第２のレーザビームがパルス化されていて、第１のレーザビームのパルス持続時間が第２のレーザビーム（Ｌ２）のパルス持続時間よりも短い請求項１記載の方法。