JP2013526077A - 構造化された裏面を有する太陽電池およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、入射光を受光する前面（２１）と、前面に対向する裏面（２２）とを有する少なくとも１つの半導体材料のウェーハ（２）を含む太陽電池（１）、並びに、前記太陽電池を製造するための方法に関する。裏面（２２）は、電気接点（３２）と、入射光をウェーハのコアへと配向し直すことができる光学構造体と称される不連続な構造体（４）とを含む。

Description

本発明は、太陽電池の分野に関する。

これらの電池は、一般にシリコン等の半導体材料のウェーハから形成され、光起電力変換はウェーハ内で行われる。

本発明は、半導体材料の少なくとも１つのウェーハと、ウェーハの裏面上の電気接点とを備える太陽電池に関し、裏面は入射光が通って進入する面とは反対側の面である。

また本発明は、このような太陽電池の製造方法にも関する。

太陽電池の製造コストを減らし、かつ必然的にこれらの電池による発電のコストを減らすために、この分野の製造業者は、その効率向上を探求している。

この目的のために、シリコンウェーハ内での光子の光伝搬を修正することが既に提案されている。

例えば、入射光へ暴露されるシリコンウェーハの前面のジオメトリを、その光学挙動を修正するように構造化することが提案されている。これらの光学構造体はピラミッド構造形態をとる場合があり、ピラミッドの平面の角度がシリコンの結晶軸に相当する。

ウェーハ前面のこのような光学構造体は、シリコン以外の材料に関しても提案されている。例えばこれは、多少ランダムに配列される表面粗さである場合がある。

すると、このようにして構造化された半導体材料のウェーハの前面を通過する入射光は、この構造化故に偏向される。これにより、半導体材料のウェーハのコア内での光子の移動長さが増大し、必然的に、ウェーハの光が当たっていない面へ達する代わりに、光起電力現象を発生させる確率が増大される。

今のところ、太陽電池の効率を高めることができる光学構造体は、主として、これを産業規模で製造する可能性のない理論上の提案がされている。

これは、半導体材料の前面におけるこれらの構造体の製造がうまく制御されないためであり、具体的には、前面の電気接点の形成がこれらの構造品質を低下させるためである。

結果的に、これらの構造体によって達成され得る太陽電池の実際の効率向上に対しては制御が存在しない。

太陽電池の効率を高めることができる構造は、半導体材料の裏面上でも提案されている。

一例として、非特許文献１の論文を挙げることができる。

この論文において、半導体材料のウェーハの裏面は、ブラッググレーティングを形成する異なる材料による幾つかの交互層と結合された回折格子を備える。

これらの構造の実装により、半導体材料のウェーハの裏面へ到達する光は、半導体材料のウェーハのコアへ向かって制御式に反射される。

これらの構造により達成されるパフォーマンスレベルを強調するために、前記論文の著者らは、裏面に回折格子のみを備えてブラッググレーティングを備えない半導体材料のウェーハとの比較を提案している。光学構造体は、半導体材料のウェーハの大部分に形成される。

これら全ての光学構造体の場合、産業上既知の方法でこの裏面に金属接点を製造させることができない。

実際のところ、この論文において、回折格子は半導体材料のウェーハを形成するシリコン内部に製造される。よって、電気接点は、シリコン内に形成されるパターンへ金属を注入することによってしか得ることができず、よって、シリコン／金属の融解温度で実行される焼付けが回折格子を形成するパターンを崩壊させることになる。さらに、この構造が回折格子を覆うブラッググレーティング（交互するＳｉ／Ｓｉ_３Ｎ_４層またはＳｉ／ＳｉＯ_２層で製造される）を含む場合、ブラッググレーティングも崩壊されてその機能を果たせないことから、如何なる電気接点も製造され得ない。

このため、著者らは、通常は裏側の電気接点によって提供される機能をシステムウェーハの両側へ移動している。

これは、太陽電池を産業規模で得ることとなると、特にバルクに起因して問題を呈する。

したがって、この電池の効率を高めるために太陽電池の半導体材料のウェーハの前面および／または裏面の一方の構造化を実行するという考案は、既に提案されているように思われる。

しかしながら、この既知の技術的解法は、制御が困難であることが分かっている。さらに、その産業化は困難であり、または裏面電気接点の製造に不適合でもある。

太陽電池の製造コストを低減し、必然的にこれらの電池による発電コストをさらに低減するために、当分野の製造業者は、これらの電池に使用される半導体材料のウェーハの、現在のところ約１８０μｍである厚さを減らすことも模索している。

この目的のために、現時点で予見され得る手法が、非特許文献２に詳述されている。さらに、これらの手法から行われる、理論上考えられ得る予測によると、現時点で１８０μｍであるシリコンウェーハの厚さが、現在の太陽電池の効率を保持しながら、または向上させつつ、２０１２年に厚さ１２０μｍ、２０１５年に８０μｍ、さらには２０２０年に４０μｍに変わると予想できる。

実際のところ、現在の太陽電池は一般にシリコンウェーハを利用するが、これは、電池により生み出されるキロワット時のコストの約４０％に相当する。したがって、シリコンウェーハの厚さを２分の１に減らせば、電池により生み出されるキロワット時のコストが２０％低減できることとなる。

残念ながら、シリコンウェーハの厚さの低減は、光起電力変換効率の低下を伴う。これは、ウェーハの厚さが低減されるほど、入射光光子がウェーハの厚さ全体を光起電力現象を発生することなく通過する確率が高まることに起因する。ウェーハを通過した入射光光子はウェーハの裏面を透過し、コアへ向かって制御されることなく反射される。

したがって、同等の、むしろ向上された光起電力変換効率を保持しながら製造コストを低減するために、低減された厚さのウェーハを先に述べたような光学構造体に関連づけることが提案されている。

残念ながら、この場合もやはり、半導体材料のウェーハの両面に光学構造体を配置することに関連して同じ困難が生じる。

"Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ ｉｎ ＳＩ Ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌｓ ｂｙ ｔｅｘｔｕｒｅｄ ｐｈｏｔｏｎｉｃ ｃｒｙｓｔａｌ ｂａｃｋ ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ"， Ｌ．Ｚｅｎｇ ＆ ａｌ．， Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ ８９， １１１１１１ （２００６） "Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｓｉ ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ"， Ｋ．Ｂａｅｒｔ ＆ ａｌ．， Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ （Ｉｎｔｅｒｎｅｔ）， Ａｕｇｕｓｔ ２００９

したがって、本発明の１つの目的は、既存の太陽電池の光電変換効率より優れた光電変換効率を実現する太陽電池を提案することにある。

本発明の別の目的は、既存の電池よりも厚さが低減され、かつ、既存の電池と同等、できればさらに優れた光電変換効率を有する太陽電池を提案することにある。

これらの目的の少なくとも一方を達成するために、本発明は、入射光を受光する前面と、前面に対向する裏面とを有する少なくとも１つの半導体材料のウェーハを備える太陽電池であって、裏面は、電気接点と、入射光をウェーハのコアへと配向し直すことができる光学構造体と称される不連続な構造体とを備えることを特徴とする太陽電池を提案する。

本太陽電池は、下記の他の技術的特性を、単独または組み合わせで提供することができる：
−半導体材料のウェーハの厚さは１０μｍから２００μｍであり、好ましくは１０μから１８０μｍ、より好ましくは５０μｍから１５０μｍである。
−光学構造は周期的なパターンの構造を有し、これによりこれらのパターンは入射光の回折格子を形成する。
−光学構造体のパターンのピッチは、半導体材料のウェーハの裏面により形成される平面の両方向で３００ｎｍから２μｍである。
−光学構造体のパターンの幅は、１００ｎｍから２μｍである。
−光学構造体のパターンの高さは、２０ｎｍから５μｍである。
−パターンは、線、バンプ接点または穴の形態である。
−電気接点は、下記の材料、アルミニウム、銀、銅、ニッケル、白金、クロム、タングステン、ナノチューブ形態のカーボンまたは透明導電性酸化物のうちの１つにより選択される材料で製造される。
−光学構造体は、シリカ、水素リッチであることが可能な窒化ケイ素、炭化ケイ素、アルミナ、二酸化チタン、窒化チタン、フッ化マグネシウム、無水タンタルまたはグラファイトから選択される物質である。
−光学構造体は、半導体材料のウェーハと電気接点との間に配置される。
−光学構造体は電気接点機能を有し、パッシベーション層が電気接点を覆う。
−半導体材料のウェーハの前面も、例えばピラミッドの平面の角度が半導体材料の結晶軸に相当するピラミッド構造により、または多少ランダムに配置される表面粗さにより形成される光学構造体を備える。

これらの目的のうちの少なくとも１つを達成するために、本発明は、入射光を受光する前面と、前面に対向する裏面とを有する少なくとも１つの半導体材料のウェーハを備える太陽電池を製造するための方法も提案し、本方法は、半導体材料のウェーハから、下記のステップ、即ち、
（ａ）ウェーハの裏面に、入射光をウェーハのコアへと配向し直すことができる光学構造体と称される不連続な構造体を製造するステップと、
（ｂ）光学構造体およびウェーハの裏面を覆う導電材料層を蒸着するステップと、
（ｃ）導電材料層と半導体材料のウェーハとの間に電気接点を形成するために、半導体材料のウェーハ、光学構造体および導電材料層によりこうして形成されるアッセンブリの焼付けを、光学構造体を形成する物質の融解温度より低い温度で実行するステップと、を含むことを特徴とする。

本発明による方法は、他の技術的特性を単独で、または組み合わせで提供することができる：
−ステップ（ａ）は、下記のステップ、即ち、
（ａ_１）半導体材料のウェーハ上、半導体材料のウェーハの裏面上へ樹脂層を蒸着するステップと、
（ａ_２）樹脂層内への逆パターンのリソグラフィ印刷を行うステップと、
（ａ_３）前記光学構造体を形成するために、ステップ（ｂ）で蒸着される物質の融解温度より高い融解温度を有し、かつ樹脂およびウェーハ裏面の双方を覆う物質層を蒸着するステップと、
（ａ_４）前記ステップ（ａ_３）で蒸着された物質が樹脂上に位置決めされた状態で前記樹脂を除去するステップと、を含む。
−ステップ（ｂ）とステップ（ｃ）との間に、前記ステップ（ｂ）が完了すると得られる構造体の前記金属層（３）上へ、穿孔を有する熱スクリーンを位置合わせして、前記スクリーンの穿孔を前記光学構造体（４）の２パターン（４１）間に残される隙間と一致させるステップが設けられている。

また本発明は、入射光を受光する前面と、前面に対向する裏面とを有する少なくとも１つの半導体材料のウェーハを備える太陽電池を製造するための代替方法も提案し、本方法は、半導体材料のウェーハから、下記のステップ、即ち、
（ａ’）ウェーハの裏面に、入射光をウェーハのコアへと配向し直すことができる不連続な導電材料で充填された光学構造体を製造するステップと、
（ｂ’）材料と半導体材料のウェーハとの間に電気接点を形成するために、半導体材料のウェーハおよび導電材料で充填された光学構造体によりこうして形成されるアッセンブリの焼付けを実行するステップと、
（ｃ’）導電材料で充填された光学構造体およびウェーハの裏面を覆うパッシベーション層を蒸着するステップと、を含むことを特徴とする。

本発明によるこの代替方法は、他の技術的特徴を提供することができる：
−ステップ（ａ’）は、下記のステップ、即ち、
（ａ’_１）半導体材料のウェーハの裏面上への樹脂層の蒸着、
（ａ’_２）樹脂層内への逆パターンのリソグラフィ印刷、
（ａ’_３）光学構造体を形成するための、樹脂およびウェーハ裏面の双方を覆う導電材料層の蒸着、
（ａ’_４）ステップ（ａ_３）で蒸着された物質が樹脂上に位置決めされた状態での樹脂の除去。
− ステップ（ａ’）とステップ（ｂ’）との間に、ステップ（ａ’）が完了すると得られる構造体の導電材料による光学構造体上へ有孔の熱スクリーンを、スクリーンの穿孔が光学構造体の２パターン間に残される隙間と一致するように、位置合わせするステップが設けられている。

最後に、本発明による方法のうちの１つまたはその他は、導電材料が次の物質、即ちアルミニウム、銀、金、銅、ニッケル、白金、クロムまたはタングステン、ナノチューブ形態のカーボンまたは透明導電性酸化物のうちの１つによって選択されるように規定することができる。

本発明の他の特徴、目的および優位点は、下記の図面を参照して行う以下の詳細な説明から明らかとなるであろう。

本発明に係る太陽電池を表す断面図である。 本発明に係る太陽電池の一変形例を表す断面図である。 図１の太陽電池を製造する方法の異なるステップを表す。 図２の太陽電池を製造する方法の異なるステップを表す。

太陽電池１は、入射光（図１および図２では、矢印Ｌで表されている）を受光する前面２１と、前面２１に対向する裏面２２とを有する少なくとも１つの半導体材料のウェーハ２を備える。

太陽電池１は、ウェーハ２の裏面２２上に、電気接点３２、およびウェーハ２の前面２１上に入射光を通させるように一般に格子形態である電気接点３１も備える。「電気接点」という用語は、接点を形成すべく選択される物質と、物質と半導体材料のウェーハとの間の合金領域との関連づけを意味するものとして理解されるべきである。

裏面２２は、不連続であって入射光をウェーハのコアへと配向し直すことができる、以下光学構造体４と称する構造体を備える。

「不連続構造体」という用語は、複数の独立したパターンにより形成され、よって不連続である構造体を意味するものとして理解されるべきである。

好ましくは、この光学構造体４は、入射光を入射光の光線とは異なる角度で配向し直すように配列される。したがって、ウェーハのコアにおける光子の移動長さは増加する。この目的に沿って、光学構造体４はパターン４１の周期的構造化を呈し、よってこれらのパターン４１は入射光のための回折格子を形成する。

パターン４１は、線、バンプ接点の形態で、または穴形態で配列されてもよい。

これらの線またはこれらのバンプ接点は、製造方法の性質に依存して様々な形態を有してもよい。したがって、これらは、長方形、三角形または円形もしくは半円であるプロファイル（横断面）を有してもよい。

パターン４１のピッチＰ、換言すれば２パターン間の距離は、半導体材料のウェーハ２の裏面２２により形成される平面の両方向で３００ｎｍから２μｍである。これらのパターンの幅は、１０ｎｍから２μｍである。結局のところ、これらのパターンの高さは、２０ｎｍから５μｍである。

例えば、パターン４１は、１００ｎｍの高さｈと、４０ｎｍの幅ｌとを有してもよい。２パターン間のピッチＰは、１μｍであることが可能である。出願人は、シリコンウェーハの裏面へこれらのパターンを製造しかつアルミニウム層を蒸着して電気接点を形成した後、次数ゼロについて反射率３８％、およびより高い次数について反射率６２％を決定することができた。

図１に表されている電池は、電気接点３２とは区別される光学構造体４を備える。光学構造体４は、半導体材料のウェーハ２と電気接点３２との間に配列される。

電気接点３２を形成するように選択される物質は、下記の金属、即ちアルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）、クロム（Ｃｒ）またはタングステン（Ｗ）のうちの１つから採用することが可能である。よって、電気接点３２は金属接点である。

変形例として、この物質は、非金属物質であり導電体でもある、カーボンナノチューブまたは透明導電性酸化物（頭字語ＴＣＯで知られることの方が多い）等であってもよい。

光学構造体４は、シリコンの酸化物、窒化ケイ素、炭化ケイ素、アルミニウムの酸化物（アルミナ）または二酸化チタン（これら全て、非晶質である場合も結晶である場合も、完全に化学量論的である場合もない場合も、完全に純粋である場合もない場合もある）から選択される物質で製造される。また、この光学構造体４に関しては、窒化チタン（ＴｉＮ）、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ_２）、無水タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）、グラファイトまたは多孔質シリコンを用いることも可能である。

これらの物質は、通常の焼付け温度より高い温度で物理的に安定である。太陽電池の製造に一般に使用される焼付け温度は、９００℃以下である（これらの物質は、明らかに、この温度までは化学的に安定である）。

より一般的には、光学構造体４の形成には、共融体を生成する可能性が高い別の物質との界面においても少なくとも９００℃までは物理的に安定な物質が選択される。したがって、この物質は、上述の界面における場合を含んで、この温度までは固相のままである。

このため、焼付けの間、光学構造体４は消失も、崩壊もしない。

これらの物質には、例えばシリコンで製造される半導体材料のウェーハ２との界面において組換え欠損を引き起こさないという優位点もある。

本発明に適合する太陽電池１は、例えば、シリコン製のウェーハ２と、二酸化ケイ素製の光学構造体４と、アルミニウム製の電気接点３２とを備えることができるであろう。

この場合、焼付けはアルミニウムとシリコンとの間の共融温度、即ち約５７７℃で実行されることが可能であり、この温度においてＳｉＯ_２はＳｉＯ_２／Ａｌ界面で、ＳｉＯ_２／Ｓｉ界面で、かつまさにＳｉＯ_２のコアで固相のままである。

よって、アルミニウムとシリコンとが融解しても、二酸化ケイ素製光学構造体は変化しない。これについては、金属と半導体材料のウェーハとの間に合金領域２３が表されている図３を参照することができる。

先に挙げた物質による他の関連づけも、明らかに予見することができる。

非限定的な別の例を挙げると、太陽電池１は、シリコン製のウェーハ２と、窒化チタン製の光学構造体４と、銅製の電気接点とを備えてもよい。

変形例として、図２に示されているように、光学構造体４は電気接点３２によって形成される。

この場合、電気接点３２は、半導体材料のウェーハ２の裏面２２上へ配列された不連続パターンの形態をとる。

電気接点３２を形成するように選択される物質は、下記の金属、即ちアルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）、クロム（Ｃｒ）またはタングステン（Ｗ）のうちの１つから採用することが可能である。よって、電気接点３２は金属接点を形成する。

変形例として、この物質は、非金属物質であり導電体でもある、カーボンナノチューブまたは透明導電性酸化物等であってもよい。

この場合もやはり、光学構造体４を形成する電気接点３２を覆う、パッシベーション層５と称される導電体でない物質製の層が設けられている。このパッシベーション層５も、光学構造体４のパターン４１間で半導体材料のウェーハ２の裏面２２と接触する。

このパッシベーション層５は、窒化ケイ素、恐らくは水素またはその他が添加された酸化ケイ素、窒化ケイ素、炭化ケイ素、酸化アルミニウム（アルミナ）または二酸化チタンで製造することが可能である。

この場合もやはり、裏面２２の電気接点３２を形成する物質は、非網羅式に次の金属、即ちアルミニウム、銀、金、銅、ニッケル、白金、クロムまたはタングステンのうちの１つから選択することが可能である。これもやはり、カーボンナノチューブまたは透明導電性酸化物等の非金属である導電性物質から選択することが可能である。

さらに、半導体材料のウェーハ２の前面２１も、電池１の光起電力変換効率をさらに高めるために、光学構造体（不図示）を備えてもよい。例えば、この追加的な光学構造体は、ピラミッドの平面の角度が半導体材料２の結晶軸に相当するピラミッド構造によって、または多少ランダムに配置される表面粗さによって形成することができるであろう。

図１および図２に示されている全ての構造体で、半導体材料のウェーハ２の厚さｅは、既存のウェーハの厚さである、換言すれば１８０μｍから２００μｍであることができるであろう。

変形例として、この厚さｅは、厳密に１８０μｍ未満であってもよい。より具体的には、半導体材料のウェーハ２の厚さｅは、厳密に１８０μｍ未満でありかつ１０μｍ以上であってもよい。例えば、この厚さｅは、５０μｍから１５０μｍであってもよい。

図１および図２の太陽電池の製造方法は、半導体材料のウェーハの前面２１上へ電気接点３１を形成するステップを省いて図３および図４に各々表されている。

図３には、図１の太陽電池をもたらす方法の全てが表されている。

図１に示されている太陽電池の製造に際しては、半導体材料のウェーハ２から下記の方法が採用される。
（ａ）ウェーハ２の裏面２２上へ、入射光をウェーハ２のコアへと配向し直すことができる不連続な光学構造体４が製造される。
（ｂ）光学構造体４およびウェーハ２の裏面２２を覆うように、導電材料層３が蒸着される。
（ｃ）半導体材料のウェーハ２、光学構造体４および導電材料層３によりこうして形成されたアッセンブリは、導電材料層３と半導体材料のウェーハ２との間に電気接点３２を形成するために、光学構造体４を形成する物質の融解温度より低い温度で焼き付けられる。

図１に示されている太陽電池を得るために、ステップ（ａ）は、「リフトオフ」として知られる方法によって実行することが可能である。この場合、ステップ（ａ）は下記のステップを含む。
（ａ_１）半導体材料のウェーハ２の裏面２２上への樹脂層６の蒸着。
（ａ_２）樹脂層６における逆パターンのリソグラフィ印刷。
（ａ_３）光学構造体を形成するための、ステップ（ｂ）で蒸着される導電材料の融解温度より高い融解温度を有しかつ樹脂およびウェーハ裏面の双方を覆う物質層４１の蒸着。
（ａ_４）ステップ（ａ_３）において樹脂上へ蒸着された物質を伴う樹脂の除去。よって、裏面上へ蒸着された物質自体のみが残る。

ステップ（ａ_３）において蒸着される層の厚さは、例えば蒸着の持続時間を制御することによって制御可能であることは留意すべきである。実際には、光学構造体４は、その厚さに依存して、例えばシリコン製である半導体材料２におけるイオン成分の拡散を許容する場合も、許容しない場合もある。これに当てはまるのが、ステップ（ｂ）において蒸着される物質が金属である場合である。すなわち、イオン成分が金属層から発生して光学構造体４を通っていく金属イオンである場合である。

動作の間、これは、光起電力変換により発生されかつ前面を介して抽出されなければならない電荷を、これらの電荷のトラップである組換え欠損が位置づけられるウェーハ２の裏面２２から遠くへ追いやる電界効果を強める。実際に、界面においては、自由電荷をトラップする所謂組換え欠損が依然として存在する。

ステップ（ｂ）は、真空蒸着によって、イオンビームスパッタリングによって、または当業者に知られる他の技術によって実行することが可能である。

焼付けステップ（ｃ）は、例えばシリコンである半導体材料のウェーハ２と、例えばアルミニウム等の金属である物質３との間に合金領域２３を暴露させる。

光学構造体４のパターン４１の形は、この焼付けステップ（ｃ）によって影響されず、よって、特に文献Ｄ１の教示とは相違して、このステップがこの光学構造体４の予期される光学特性を変更することはない。

ステップ（ｃ）の実装に先立って、ステップ（ｂ）の完了により得られた構造体の金属層３上で穿孔された熱スクリーン（不図示）を位置合わせすれば、焼付けを局在化することが可能である。穿孔された熱スクリーンの位置合わせは、その穿孔が光学構造体４の２つのパターン４１間に残る隙間に一致する類のものであり、よって、スクリーンは光学構造体４のパターン４１に一致する。

したがって、焼付けの間、熱スクリーンは、構造体に渡る温度分布を修正することを可能にする。スクリーンとの接触部位では、半導体材料のウェーハ２の温度は局所的に、穿孔部位よりも低くなる。したがって、共融点は、スクリーンの穿孔部位においてより迅速に到達され、スクリーンに接触する金属部位は変形されない。

よって、後続の製造ステップの間は、この領域のドーピングを回避するために、例えば不純物の拡散ステップの間に裏面を防護することによって、この事実を考慮することが必要である。

熱スクリーンの使用は、例えば焼付けがランプ炉で実行される場合に特に効果的である。

合金領域は、特にシリコン／アルミニウム合金の場合、使用に際して光起電力変換により発生される電荷を、組換え欠損が位置するウェーハ２の裏面２２から遠くへ追いやる電界効果を生み出すという優位点を有する。

例えば、電気接点３２がアルミニウムおよびシリコン製ウェーハ２によって生成される場合、焼付けは共融温度、即ち約５７７℃で実行されることが可能である。この温度において、光学構造体４を形成する物質は物理的（かつ化学的）に安定している。

焼付けの持続時間は、とりわけ、所望される光学的機能、即ち裏面上の反射率、回折効率を考慮することにより、最適化される。

図４には、図２の太陽電池を製造する方法全体が表されている。

図２に示されている太陽電池の製造に際しては、半導体材料のウェーハ２から下記の方法が採用される。
（ａ’）ウェーハ２の裏面２２上へ、入射光をウェーハ２のコアへと配向し直すことができる不連続な導電材料３で形成された光学構造体４が製造される。
（ｂ’）導電材料３と半導体材料のウェーハ２との間に電気接点３２を形成するために、半導体材料のウェーハ２および導電材料で充填された光学構造体４により形成されるアッセンブリが焼き付けられる。
（ｃ’）導電材料で充填された光学構造体４およびウェーハ２の裏面２２を覆ってパッシベーション層５が蒸着される。

ステップ（ａ’）は、図２に示されている太陽電池を得るために、「リフトオフ」法によって実行することが可能である。この場合、ステップ（ａ）は下記のステップを含む：
（ａ’_１）半導体材料のウェーハの裏面上への樹脂層の蒸着。
（ａ’_２）樹脂層内への逆パターンのリソグラフィ印刷。
（ａ’_３）光学構造体を形成するための、樹脂およびウェーハ裏面の双方を覆う導電材料層の蒸着。
（ａ’_４）ステップ（ａ_３）において樹脂上へ蒸着された物質を伴う樹脂の除去。よって、裏面２２上へ蒸着された物質自体のみが残る。

ステップ（ａ’_３）は、真空蒸着によって、イオンビームスパッタリングによって、または当業者に知られる他の技術によって実行することが可能である。

さらに、焼付けステップ（ｂ’）は、半導体材料のウェーハ２（例えばシリコン）と、電気接点３２（例えば依存するパッシベーション特性を有するアルミニウムで製造される）との間に合金領域２３を暴露する。電気接点がシリコンウェーハ上へアルミニウムで製造される場合、焼付けは共融温度、即ち約５７７℃で実行することが可能である。

この場合もやはり、光学構造体４のパターン４１はこの焼付けステップ（ｂ’）によって影響されず、よって、特に文献Ｄ１の教示とは相違して、このステップがこの光学構造体４の予期される光学特性を変更することはない。

焼付けを、パターンレベルで局在化することは可能である。このために、ステップ（ｂ’）の実装に先立って、ステップ（ａ’）の完了により得られた導電材料３の光学構造体の上へ穿孔された熱スクリーン（不図示）を位置合わせすることが可能である。穿孔された熱スクリーンの位置合わせは、その穿孔が光学構造体４のパターンに一致する類のものであり、よってスクリーンは、光学構造体４のパターン４１間の隙間に一致する。

したがって、焼付けの間、熱スクリーンは、構造体に渡る温度分布を修正することを可能にする。スクリーンとの接触部位では、半導体材料のウェーハ２の温度は局所的に、穿孔部位よりも低くなる。したがって、共融点は、スクリーンの穿孔部位において、換言すればパターンレベルでより迅速に到達され、スクリーンに接触する半導体材料のウェーハの部位は変形されない。

よって、後続の製造ステップの間は、この事実を考慮することが必要である。例えば、この領域のドーピングを回避するために、不純物の拡散ステップの間に裏面を保護する。

熱スクリーンの使用は、例えば焼付けがランプ炉で実行される場合に特に効果的である。

パッシベーション層の蒸着に存するステップ（ｃ’）は、恐らくはプラズマ支援の化学気相蒸着によって実行することが可能である。

予見される製造方法が何であれ、パッシベーションの強化を目的とする追加ステップは、例えば水素添加によって予見することが可能である。

上述の異なる製造方法において実装されるリソグラフィ印刷ステップは、レーザリソグラフィ、干渉リソグラフィによって実行することが可能である。これらは、わずかであるとは言えない平面度の欠陥、換言すれば高さ０．１μｍを超える平面度の欠陥を有する非平面の表面上で有効に機能するであろう。これらの平面度の欠陥は、より一般的には、高さ０．１μｍから１０μｍである。

また、リソグラフィックにプリントされるべき表面を、例えば化学的手段によってまずは平滑化することにより、他のリソグラフィ法を採用することも可能である。これらの異なる技術は、当業者には既知である。

Claims (14)

1. 入射光を受光する前面（２１）と、前記前面に対向する裏面（２２）とを有する少なくとも１つの半導体材料のウェーハ（２）を備える太陽電池（１）であって、前記裏面（２２）は電気接点（３２）と、入射光を前記ウェーハのコアへと配向し直すことができる、光学構造体と称される不連続な構造体（４）とを備え、前記構造体（４）は、シリカ、シリコン酸化物、水素リッチであることが可能な窒化ケイ素、炭化ケイ素、アルミナすなわちより一般的には酸化アルミニウム、二酸化チタン、窒化チタン、フッ化マグネシウム、無水タンタル、グラファイトまたは多孔質シリコンから選択される物質で製造されることを特徴とする太陽電池。
2. 前記半導体材料のウェーハ（２）の厚さは１０μｍから２００μｍであり、好ましくは１０μｍから１８０μｍであり、さらに好ましくは５０μｍから１５０μｍである、請求項１に記載の太陽電池。
3. 前記光学構造体（４）は周期的なパターンの構造を有し、これによりこれらのパターンは入射光のための回折格子を形成する、請求項１または２に記載の太陽電池。
4. 前記光学構造体（４）の前記パターンのピッチは、前記半導体材料のウェーハの前記裏面により形成される平面の両方向で３００ｎｍから２μｍである、請求項１〜３の何れか１項に記載の太陽電池。
5. 前記光学構造体（４）のパターンの幅は１００ｎｍから２μｍである、請求項３または４に記載の太陽電池。
6. 前記光学構造体（４）のパターンの高さは２０ｎｍから５μｍである、請求項３〜５の何れか１項に記載の太陽電池。
7. 前記パターンは線、バンプ接点または穴の形態である、請求項３〜６の何れか１項に記載の太陽電池。
8. 前記電気接点（３２）は、次の物質、即ちアルミニウム、銀、銅、ニッケル、白金、クロム、タングステン、ナノチューブ形態のカーボンまたは透明導電性酸化物のうちの１つから選択される物質で製造される、請求項１〜７の何れか１項に記載の太陽電池。
9. 前記光学構造体（４）は、前記半導体材料のウェーハ（２）と前記電気接点（３２）との間に配置される、請求項１〜８の何れか１項に記載の太陽電池。
10. 前記半導体材料のウェーハ（２）の前記前面（２１）は、例えば、ピラミッド構造により、または多少ランダムに配置される表面粗さにより形成される光学構造体をさらに備え、前記ピラミッド構造は、その平面の角度が前記半導体材料の結晶軸に相当する、請求項１〜９の何れか１項に記載の太陽電池。
11. 入射光を受光する前面（２１）と、前記前面に対向する裏面（２２）とを有する少なくとも１つの半導体材料のウェーハ（２）を備える太陽電池（１）を製造するための方法であって、前記方法は、前記半導体材料のウェーハから、下記のステップ、即ち、
    （ａ）前記ウェーハ（２）の前記裏面（２２）に、入射光を前記ウェーハのコアへと配向し直すことができる光学構造体と称される不連続な構造体（４）を、シリカ、シリコン酸化物、水素リッチであることが可能な窒化ケイ素、炭化ケイ素、アルミナすなわちより一般的には酸化アルミニウム、二酸化チタン、窒化チタン、フッ化マグネシウム、無水タンタル、グラファイトまたは多孔質シリコンから選択される物質で製造するステップと、
    （ｂ）前記光学構造体および前記ウェーハの前記裏面を覆う導電材料層（３）を蒸着するステップと、
    （ｃ）前記導電材料層と前記半導体材料のウェーハとの間に電気接点（３２）を形成するために、前記半導体材料のウェーハ、前記光学構造体および前記導電材料層によりこうして形成されるアッセンブリの焼付けを、前記光学構造体を形成する物質の融解温度より低い温度で実行するステップと、を含むことを特徴とする方法。
12. 前記ステップ（ａ）は、下記のステップ、即ち、
    （ａ_１）半導体材料のウェーハ上、半導体材料のウェーハの裏面上へ樹脂層を蒸着するステップと、
    （ａ_２）樹脂層内への逆パターンのリソグラフィ印刷を行うステップと、
    （ａ_３）前記光学構造体を形成するために、ステップ（ｂ）で蒸着される物質の融解温度より高い融解温度を有し、かつ樹脂およびウェーハ裏面の双方を覆う物質層を蒸着するステップと、
    （ａ_４）前記ステップ（ａ_３）で蒸着された物質が樹脂上に位置決めされた状態で前記樹脂を除去するステップと、を含む、請求項１１に記載の方法。
13. 前記ステップ（ｂ）と前記ステップ（ｃ）との間に、前記ステップ（ｂ）が完了すると得られる構造体の前記金属層（３）上へ、穿孔を有する熱スクリーンを位置合わせして、前記スクリーンの穿孔を前記光学構造体（４）の２パターン（４１）間に残される隙間と一致させるステップが設けられている、請求項１１または１２に記載の方法。
14. 前記導電材料（３）は次の物質、即ちアルミニウム、銀、金、銅、ニッケル、白金、クロムまたはタングステン、ナノチューブ形態のカーボンまたは透明導電性酸化物のうちの１つによって選択される、請求項１１〜１３の何れか１項に記載の方法。

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