JP2014523129A - ラップスルー接続を用いた光電池 - Google Patents

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Abstract

ラップスルー接続をもつ既知の光電池は、裏面に両方の極性の出力端子を有し、出力端子の一方はラップスルー接続を介して前面に結合される。発明した太陽電池は、裏面にエミッタ層を生成することによって製造される。電極材料は、裏面の互いに分離した第１及び第２の区域に付けられる。第１の区域の電極材料はエミッタと接触する。第２の区域は、裏面での接続を可能にする孔の周囲を覆う。第２の区域の電極材料はエミッタ上にあり、第２の区域のまわりでエミッタはトレンチによって中断される。前面において、電極材料のさらなる区域が孔の上に付けられる。必要に応じて、裏面の第２の区域の電極材料は、第１の区域の真下のエミッタ層を通って横方向に流れる電流から実質的に電気的に絶縁される支持表面に付けられる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光電池（例えば、太陽電池）及びそのような光電池を製造する方法に関する。
既知の光電池は、光が自由電荷キャリアを励起する半導体ボディを含み、自由電荷キャリアは、電池の出力端子間の出力電圧及び出力端子を通る電流を引き起こす。半導体ボディは、大きい直径と、その前面と裏面との間の非常に小さい厚さとをもつ薄い平坦なシートである。前面及び裏面の実質的に全体にわたって分布した電極により、端子への低抵抗接続が実現する。多くの光電池では、端子は、端子が接続される電極と一緒に前面及び裏面に設けられる。しかし、さらに、同じ面に、通常は裏面に、すなわち、使用中に太陽（又は他の光源）に背を向けて離れた面に端子を両方とも設けることが知られている。同じ面上の端子は、一方の面からもう一方の面に延びる導体材料で充填される孔（ビアとも呼ばれる）の形態のメタルラップスルー接続（ＭＷＴ）によって可能になる。
ＭＷＴ接続を使用することには、ＭＷＴ接続が短絡を引き起こすことがあり、それが、端子を通る出力電流の損失、又は損傷さえもたらすことがあるという課題がある。ＭＷＴ接続が最初に光電池のために提案されて以来、この問題は短絡を避けるための多くの提案をもたらしてきた。光電池におけるＭＷＴの短絡問題の解決策への長年の要求にもかかわらず、解決策は、追加の処理及び必要とされる精度に関して依然として全く錯綜している。
ＭＷＴ接続により光電池を製造するプロセスは、ｔｈｅ ３４ｔｈ ＩＥＥＥ ＰＶ Ｓｐｅｃｉａｌｉｓｔｓ ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ、Ｐｈｉｌａｄｅｌｐｈｉａ、２００９年、２２３〜２２７頁で公表された「Ｐｉｌｏｔ Ｌｉｎｅ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｏｆ ｓｃｒｅｅｎ ｐｒｉｎｔｅｄ ｃｓ−Ｓｉ ＭＷＴ ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌｓ ｅｘｃｅｅｄｉｎｇ １７％ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ」と題するＦｌｏｒｉａｎ Ｃｌｅｍｅｎｔ等による論文から分かる。このプロセスでは、開始点は、基板を通るビアをもつ半導体基板である。接合部は、表面をドープすることによって達成されている。裏面に、裏面電界層（ＢＳＦ）が、バルクへのコンタクト及びバルクのパッシベーションを設けるために生成される。Ｐコンタクトも裏面に印刷され、Ｐコンタクトは電池の端子の一方を実現するのに役立つ。導電性ペーストが、ビアの上を延びる電極格子パターンの形態で電池の前面に印刷される。他の端子から前面までの接続を行うために、導電性ペーストの区域は、まず、ビアの場所及びそのまわりの裏面上に、並びにビアの中に印刷される。導体性ペーストは焼成ステップで加熱され、それによって電極が形成される。電池の出力電圧は、Ｐコンタクトと焼成済み導電性ペーストとの間で、裏面からカップルアウトし得る。
ＭＷＴ技術で光電池を製造するすべてのプロセスと同じように、このプロセスは、ビアに関係した短絡問題を防止するために追加措置を必要とする。この電池の起こり得る短絡問題は、ビアの壁の意図的でない電流経路と、エミッタ層の局所的傷及び電池形状の位置合わせに起因する電流とに関係することがある。
Ｃｌｅｍｅｎｔ等によるプロセスは、ビア、及び局所的に背面においてビア及び前面コンタクトの場所を組み込む区域にエミッタ層を設け、例えばレーザ切削によって前面及び裏面にトレンチを切削することと組み合わせることによってこれらの問題に対処している。縁部のまわりでの前面からの電流を防止するために、トレンチが電池の縁部の近くの前面に設けられる。さらに、トレンチは、裏面において、ビアに接触する裏面の導電性ペーストの区域を取り囲む局所エミッタ区域に切削される。導電性ペーストの区域が正確に位置合わせされ、トレンチが（前面接触する）導電性ペーストの区域をＢＳＦから分離するように適切に位置づけられる場合、トレンチの切削が短絡を防止する。孔の壁にエミッタ層を確実に付けるという要求のために、エミッタを付けるのに利用可能なプロセスの選択が制限される。プロセス制限のために、この技法をｎ型半導体ボディに適用するのに複雑な措置が必要とされる。
米国特許出願公開第２００７／００２３０８２号及びＥＰ１９５０８１０が同様の電池を説明しており、ｎ型基板の前面のグレーデッドｐ型エミッタ層が、ビアを通して裏面の第１の電極に電気的に接続される導電性被覆で覆われている。裏面において、グレーデッドｎ型層が第２の電極に接触する裏面電界として使用され、真性からｐ型へのグレーディングをもつ層がビアを組み込む区域に設けられている。トレンチが、真性からｐ型へのグレーディングをもつ層、したがって第１及び第２の電極に接触する裏面の部分からグレーデッドｎ型層を分離している。別の実施形態では、グレーデッドｎ型層は、ビアを組み込む区域から選択的に除去するか、又はその区域の外側に選択的に堆積させることができ、ビアへの接触電極は、裏面において単一の真性アモルファスシリコン層に設けられている。
これらの実施形態では、ビアはエミッタに電気的に接続される導体を含み、ビア壁は不動態化されていないか、又は絶縁されていないので、それ故に、エミッタコンタクトは基材に直接接触し、その構成は分流又は逆電流問題の危険を増加させる。米国特許出願公開第２００７／００２３０８２号は、さらに、第１の電極と接触する裏面部分全体にわたってグレーデッドｎ型層を最初に除去する可能性について述べている。これは漏洩を減少させるが、製造プロセスをより複雑にする。
特に、本発明は、短絡電流をより簡単な方法で減少させることができる導電性ラップスルー接続をもつ光電池を可能にすることを目的とする。
１つの態様によれば、光電池を製造する方法が提供され、この方法は、
前面及び裏面を有する第１の導電性タイプの半導体ボディを用意するステップであって、少なくとも１つの孔が前面から裏面まで半導体ボディを通る、ステップと、
裏面に少なくとも隣接する第２の導電性タイプの層を半導体ボディの中又は上に生成するステップと、
裏面の互いに分離した第１及び第２の区域に電極材料を付けるステップであって、第１の区域の電極材料が第２の区域の外側で第２の導電性タイプの層に電気的に接触し、電極材料の第２の区域が裏面の孔を覆い、第２の区域の電極材料が第２の導電性タイプの層に付けられる、ステップと、
第２の区域のまわりの第２の導電性タイプの層の少なくとも部分的な中断を生成するステップと、
前面のさらなる区域に電極材料を付けるステップであって、さらなる区域の電極材料が、裏面の第２の区域の電極材料と電気的に接触して前面の孔を覆う、ステップと、
を含む。
導体ラップスルー電池が製作され、ここでは、エミッタが、裏面に、すなわち、両方の接触電極が設けられる電池の表面に設けられる。前側エミッタをもつ電池と比較して、これは、ビアの内壁又はエミッタコンタクトの下の背面がエミッタ層で完全には覆われていない、絶縁を有していない、又はビア中の金属コンタクトが過焼成されている場合でも、基板を通る短絡が生じる危険を減少させる。
電極材料は、第２の区域において支持表面としての第２の導電性タイプの層に付けられ、支持表面は、第１の区域の縁部に対応する位置で第２の導電性タイプの層を通って横方向に流れる電流から実質的に電気的に絶縁される。横方向電流は、電流が第２の区域の方向に向かう限りに関して、表面に平行な電流、例えば第２の導電性タイプの層内の電流である。このようにして、裏面の短絡電流が減少される。
第２の導電性タイプの層からの横方向電流からの実質的な電気的絶縁は、支持表面のまわりの横方向でその層を少なくとも部分的に中断することによって実現され、その場合、支持表面は第２の導電性タイプの層の表面とすることができる。代替として、実質的な電気的絶縁は、第２の区域全体によって覆われたすべての場所で少なくとも部分的に第２の導電性タイプの層を除去することによって、又は第２の区域に第２の導電性タイプの層を堆積させないか、若しくは部分的にしか堆積させないことによって実現することができる。この場合、半導体ボディは、支持表面を備えることができる。別の実施形態では、実質的な絶縁は、絶縁層を第２の区域に設けることにより実現することができ、絶縁層の上部は支持表面を備える。第２の導電性タイプの層の中断は、第２の区域のまわりの輪郭線において、トレンチを切削するか、又はその層を堆積させないことによって実現することができる。
電極材料が、第２の区域において、第２の区域のまわりに中断がある第２の導電性タイプの層上に付けられると、製造が簡単になる理由は、第２の区域には第２の導電性タイプの層がないようにする（これには、追加のプロセスステップ又は正確なパターニングが必要である場合もある）必要がないからである。例えば、第２の導電性タイプの層がヘテロ接合の一部である場合、第２の導電性タイプの層がない第２の区域はプロセスを著しく複雑にすることがある。当然、電極材料が第２の導電性タイプの層上の第２の区域に付けられるという要求により、例えばプロセス損傷などに起因して第２の導電性タイプの層が局所的に存在しない場所に第２の区域の電極材料が存在することがあるということが排除されない。
（エミッタを形成する）第２の導電性タイプの層は実質的に裏面全体にわたって延びることが好ましい。孔は、第２の導電性タイプの層の形成の前に形成されても、又は後に形成されてもよい。
一実施形態では、半導体ボディと同じ導電性タイプの増加した導電性の層を前面に生成することができる。この層は、孔の導体材料の区域との電気的接触を改善する前面電界として役立つことができる。さらなる実施形態では、この層は孔の壁に沿って延びることができる。エミッタが背面にあるので、これが短絡の問題をもたらすことはない。これはプロセスを簡単にし、電池の出力インピーダンスの低減を可能にする。
一実施形態では、１つのステップを使用して、ビアコンタクト、背面エミッタ格子、及び前面への接続を形成する場合でさえ、同じ金属材料を使用して、重大な短絡なしにビア及びエミッタ裏面電極構造体にコンタクトを形成することができる。
ビアを使用すると、前面電界を不必要にすることができる（それ自体既知であるように、前面電界は、基板と同じ導電性タイプの区域であるが、パッシベーション及び／又は電極材料への接触を強化するためにその導電性タイプのドーピングを増加させた区域である）。一実施形態では、前面電界は省略される。これにより、光透過が改善される。
一実施形態では、電極材料の第１及び第２の区域は電極材料から成るペーストを印刷することによって裏面に付けられる。これにより、簡単な製造及び低い製造コストが可能になる。続いて、ペーストを焼成（加熱）して、電気抵抗を減少させることができる。一実施形態では、前面の電極材料のさらなる区域が同様に印刷される。前面及び裏面ペーストの両方は、短絡の危険なしに一緒に焼成することができる。インクジェット印刷、スパッタリングなどのような電極材料を堆積させるための他の技法を使用することができる。ブランケット（連続的）電極材料を使用することができる。
別の態様によれば、光電池が提供され、光電池は、
前面及び裏面を有する第１の導電性タイプの半導体ボディであり、少なくとも１つの孔が前面から裏面まで半導体ボディを通る、半導体ボディと、
半導体ボディの中又は上において裏面に少なくとも隣接する第２の導電性タイプの層と、
裏面の互いに分離した第１及び第２の区域の電極材料であって、第１の区域の電極材料が前記第２の区域の外側で第２の導電性タイプの層に電気的に接触し、第２の区域が裏面の孔を覆い、第２の区域の電極材料が第２の導電性タイプの層上にあり、第２の区域のまわりの第２の導電性タイプの層が少なくとも部分的に中断される、第１及び第２の区域の電極材料と、
前面のさらなる区域の電極材料であって、さらなる区域が、裏面の第２の区域の電極材料と電気的に接触して前面の孔を覆う、電極材料と、
を備える。
これら並びに他の目的及び有利な態様は、以下の図を使用する例示的な実施形態の説明から明らかになるであろう。
光電池の一部の厚さの端から端までの断面図である。 光電池を製造するプロセスの流れ図である。 製造中の断面図である。 製造中の断面図である。 製造中の断面図である。 製造中の断面図である。 製造中の断面図である。 製造中の断面図である。 光電池を製造するプロセスの流れ図である。 製造中の断面図である。 製造中の断面図である。 代替の実施形態の流れ図である。 絶縁層をもつ電池を示す図である。 トレンチを越えて延びるコンタクトをもつ電池を示す図である。
図１は、光電池の一部の厚さの端から端までの、前面１０から裏面１２までの断面を概略的に示す。理解されるように、電池の前面及び裏面は図示の部分を越えて一面に十分に２次元で延び、各表面は、厚さよりも非常に大きい長さ及び幅、又はより概括的には直径を有する。したがって、電池の縁部は図に示されていない。
光電池は、前面１０から裏面１２までボディを通るビア１５（１つのみ図示されている）をもつ第１の導電性タイプの半導体ボディ１４を含む。エミッタ層１４０が裏面１２において半導体ボディ１４の中又は上に設けられ、エミッタ層１４０では、半導体ボディ１４が、半導体ボディ１４の第１の導電性タイプと反対の第２の導電性タイプのドーピングによりドープされる。１つの例では、第１及び第２の導電性タイプはそれぞれｎ型及びｐ型とすることができる。
前面に、及びオプションとしてビア１５の壁に少なくとも部分的に、前面電界層１４２が半導体ボディ１４の上又は中に設けられる。導電性材料（例えば金属）の第１のパターン１４４が、裏面１２においてエミッタ層１４０の部分の上に設けられる。さらに、導電性材料のアイランド１４６が、裏面１２においてビア１５の上に設けられる（１つのアイランドのみが示されるが、１つを超えるアイランドを裏面１２において、例えば異なるビア上に設けることができることが理解されるべきである）。導電性材料の第２のパターン１４８が、前面１０において前面電界１４２の上及びビア１５の上に設けられる。ビア１５は、アイランド１４６と第２のパターン１４８とを電気的に接続する導体材料１４９を含む。光電池の第１の端子（図示せず）は導電性材料の第１のパターン１４４に結合され、且つ第２の端子（図示せず）はアイランド１４６に接続される。端子（図示せず）は第１のパターン１４４及びアイランド１４６の上に存在することができ、又は他のところに存在することができ、相互接続（図示せず）が端子とそれぞれ第１のパターン１４４及びアイランド１４６との間で行われる。
エミッタ層１４０を通るトレンチ１８が、裏面１２においてアイランド１４６と導電性材料の第１のパターン１４４との間にアイランド１４６のまわりの閉じた輪郭線で設けられる。裏面１２に１つを超えるアイランドがある場合、各々がそれぞれの異なるアイランド１４６のまわりの閉じた輪郭線で複数のそのようなトレンチを設けることができる。電池のさらなる詳細は省略されている。例えば、テクスチャ、透明被覆、相互接続電極、及び追加層を設けることができる。
動作に際して、電池の出力電圧は、第１のパターン１４４及びアイランド１４６に接続された端子（図示せず）間で電池から供給され、電池の出力電流はこれらの端子を通って流れる。
図２は光電池を製造するプロセスの流れ図を示す。第１の導電性タイプの半導体材料の基板をもたらす多くの準備ステップがステップ２１によって象徴的に示される。第２のステップ２２において、１つの孔（ビアとも呼ばれる）又は、より概括的には、複数の孔（ビア）が、例えば、レーザドリル加工、機械的ドリル加工、又はエッチングによって基板を貫いて製作される。これは、図３の光電池の断面図に部分的に示されるような孔３２をもつ基板３０をもたらす（孔３２の直径及び長さは縮尺の大きさが合わされておらず、複数の孔（図示せず）を異なる位置で基板３０を貫いて製作することができる）。基板３０は、５０〜３００マイクロメートルの範囲の厚さを有することができ、円形、又は長方形、又は任意の形状とすることができ、例えば、少なくとも１００ミリメートルの最小直径（例えば、長さ又は幅）を有することができる。孔３２は、例えば、３００マイクロメートルの直径を有することができる。当然、より狭い又はより広い孔を使用することができる。１つの孔が示されているが、一実施形態では、複数の孔を設けることができることが理解されるべきである。例えば、１平方センチメートル当たり０．０１〜１個の孔の範囲の孔密度を使用することができ、孔密度は必ずしも均一に分布されなくてもよい。
第３のステップ２３において、第１の導電性タイプと反対の第２の導電性タイプのドープ層が裏面１２に生成される。この層は裏面全体の上に延びることが好ましい。図４は、孔及びドープ層４０（厚さは原寸に比例していない）をもつ基板３０の一部を示す。例として、一実施形態の結果が示されており、ドープ層４０は当初両方の表面に生成される。代替として、ドープ層４０は裏面にのみ生成することができる。すべての図の場合と同様に、電池の一部だけが示されており、電池の縁部は図の外側にある。ドープ層４０は、前面と裏面との間の縁部の上に同様に、又はビアの中に延びることができる。ドーピングは裏面上の横方向位置と無関係とすることができる。代替として、ドープ層４０（エミッタ層として働く）は、電池効率を増強するために、裏面の位置に応じたドーピングの変化を伴って生成することができる（いわゆる選択エミッタ）。横方向ドーピング変化を伴うそのようなエミッタ層を生成する方法はそれ自体既知である。エミッタ層は、メタライゼーションパターンで相互接続することができる局所ドーピングの多数の密接配置区域（いわゆる局所エミッタ）で構成することができる。
基板３０の表面層へのドーピングを追加するプロセス、及び基板３０にドープ層を追加するプロセス（例えば、ヘテロ接合を生成すプロセス）を含むいくつかのプロセスのうちの任意のものを使用して、ドープ層を生成することができる。ドープ層が基板３０に追加される一実施形態では、第３のステップ２３は、ドープされた水素リッチアモルファスシリコン層の堆積を含むことができる。ドープａ−Ｓｉ：Ｈ層は、例えば、ＰＥＣＶＤプロセスを使用して堆積させることができる（基板とドープ層との間に真性ａ−Ｓｉ：Ｈの層が有る無しにかかわらず）。ドーピングのタイプは、第２の導電性タイプ（例えば、Ｐ又はＢドーピング）に対応して選択される。ドーピングが基板３０の表面層に追加される実施形態では、第３のステップ２３は、基板３０中へのドーピングの拡散又は注入を含むことができる。ドープシリケートガラスを表面に堆積させ、その後にガラスからドーピングを拡散させることができるようにする加熱ステップに続くことができる。例えば、炉での加熱又はレーザ加熱を使用することができる。別の例では、イオン注入を使用して、基板３０の表面層にドーピングを注入することができる。前面及び裏面の両方にドープ層をもたらすプロセス、例えば、液体への浸漬又はガス雰囲気への露出を含むプロセスを使用することができる。
ドープ層４０の生成は、後の段階において、誘電体層又は透明導電性酸化物（ＴＣＯ）層の生成に続くことができる。そのような層は、例えば、ドーピングを追加するすべてのステップの後に追加することができる。ドープ層４０が基板３０に追加されたヘテロ接合層である場合、ＴＣＯ層は、例えば、後の段階で付けることができ、ＴＣＯ層はＩＴＯを含むことができる。ドーピングが基板３０の表面層に追加される場合、例えば窒化ケイ素の誘電体層を追加することができる。そのような層は、基板表面の絶縁及びパッシベーションを可能にすることができる。
第４のステップ２４において、第１の導電性タイプのドーパント層を基板３０の前面に生成して、前面電界（ＦＳＦ）を形成する。基板３０の表面層にドーピングを追加するプロセスを使用することができ、又は基板３０にドープ層を追加するプロセスを使用することができる。第１の導電性タイプを可能にするドーパントを使用して、第３のステップ２３で説明したプロセスのタイプのうちのいずれかを使用することができる。前面電界層は、前面全体、又は前面の少なくとも９０％にわたって延びることが好ましい。例えば、ドープ水素リッチアモルファスシリコン層を堆積させることによって層を追加することができる。ドープａ−Ｓｉ：Ｈ層は、例えば、ＰＥＣＶＤプロセスを使用して堆積させることができる（基板とドープ層との間に真性ａ−Ｓｉ：Ｈの層が有る無しにかかわらず）。前面電界層は、孔３２の壁の少なくとも一部にわたって、又は孔３２の壁全体にわたって孔３２の中に延びることができる。前面電界は、前面の横方向位置と無関係にドーピングにより生成することができる。代替として、前面電界は、電池効率を増強するために、前面の位置に応じたドーピングの横方向変化を伴って生成することができる（いわゆる選択前面電界）。前面電界層は、局所ドーピングの区域の形態で生成することもできる（局所前面電界）。その区域は、続いて与えられるメタライゼーションパターンによって相互接続することができる。
ヘテロ接合前面電界の場合、ＴＣＯが局所的に付けられ、後続のメタライゼーションによって相互接続され、それにより、メタライズした区域の中間での前面におけるＴＣＯの光吸収を避けることができることが有利である。ドープ層は、前面金属格子の下でのみ使用し、前面の他の所（位置合せのための若干の余地部を伴う）では使用しなくてもよく、それにより、光透過が増強される。
裏面エミッタを使用すると、前面を裏側コンタクトに接続するのにビアが使用されない場合でさえ、前面にそのような位置依存変化を付けることが可能になる。前面の選択した区域にのみ付けられたＴＣＯを使用することができる。オプションとして、ＴＣＯが付けられる区域の真下により高いドーピング濃度を使用して、ＦＳＦのドーピングを位置に応じて変化させることができる。これにより効率が向上する。
図５は、前面電界層５０（厚さは原寸に比例していない）をもつ基板３０を示す。オプションとして、初期ドープ層４０が前面にも生成されている場合、初期ドープ層４０は、前面電界層５０を生成する前に、例えば片面エッチングによって、前面から（同時に少なくとも孔３２の少なくとも一部から）選択的に除去することができる。第４のステップ２４は、後の段階において、透明導電性酸化物層（ＴＣＯ）、さらなる不動態化被覆、誘電体被覆などの塗布、及び／又は他の湿式化学ステップが続くことができる。見やすくするために、結果として生じる層は図から省略されている。
第５のステップ２５において、導体材料が裏面に付けられる。導体材料は、例えば、印刷、スパッタリング、又は蒸着によって付けることができる。
図６は、導体材料の付けた結果を示す。導体材料は、互いに分離した第１及び第２の区域６０、６２を含む２次元パターンで印刷、スパッタ、又は蒸着される。第１の区域６０は裏面の少なくとも９０％にわたって延びることが好ましい（第１の区域６０が連続的な導電性膜でなく、例えば導電性ラインの格子である場合、等価的に、第１の区域６０は、裏面区域の少なくとも９０％である第２の導電性タイプの層の区域から電流を収集することが好ましい）。第２の区域６２は孔３２の上に印刷され、孔の区域ちょうどよりも広い区域にわたって延びることができる。第２の区域６２は、例えば、２〜３ミリメートルの範囲の幅を有することができる。導体材料から成るペーストを使用することができる。第１及び第２の区域６０、６２の厚さは、例えば、０．５〜６０マイクロメートルの範囲にあることができる。この塗布の効果は、導電材料が孔３２の中にも又は孔３２の壁にも存在することになることである。
第６のステップ２６において、導体ペーストが、例えば、印刷、スパッタリング、又は蒸着によって前面に付けられる。図７は結果を示す。導体は、他の表面に印刷されている孔３２のペーストと接触して孔３２の上に延びる導体ライン７０として少なくとも付けられ、導体ライン７０は接触格子の一部であるか、又は接触格子に電気的に結合される。
第７のステップ２７において、印刷されたペーストが加熱される。（例えば、基板３０の表面層のドーピングに続いて）誘電体被覆が裏面に生成されている場合、ファイアスルーステップを使用することが好ましく、付けられた導体パターンからの導体材料が誘導体被覆に浸透する。ファイアリングスルーは、例えば、摂氏６００度、さらに摂氏８００度を超える温度で行うことができる。（例えば、基板３０とヘテロ接合を形成する追加ドープ層上に）ＴＣＯ層が生成されている場合、低温でのキュアステップ（ｃｕｒｉｎｇ ｓｔｅｐ）で十分である。摂氏１５０〜２００度の範囲の温度は十分であり、その温度でオーミックコンタクトを形成することができる。
第８のステップ２８において、トレンチが、孔３２上の第２の区域６２のまわりの閉じた輪郭線で生成される。トレンチは、第２の導電性タイプのドープ層４０及びその上の任意の他の導電層、例えばＴＣＯ層などを通って、第１の導電性タイプの半導体基板３０に達する。トレンチは、例えば、レーザ切削又は湿式化学的エッチングによって形成することができる。追加のトレンチを裏面の周辺に沿って形成して、電池の縁部に沿った導通を防止することができる。図８は、第７のステップ２７及び第８のステップ２８の結果を示す（他の図の場合と同様に、電池の一部だけが示されており、電池の縁部は図の外側にあることが理解されるべきである）。断面図では、トレンチ８０は、第２の区域６２の相互に反対の側に見える。第８のステップ２８は第７のステップ２７の後に示されているが、例えば、導体材料の塗布又は加熱の前により早く実行することができることが理解されるべきである。これにより、金属層を通る適切に絶縁したトレンチを生成する必要が避けられるので、プロセスが簡単化される。当然、トレンチが導体材料の塗布の前に製作される場合、導体材料の塗布がトレンチの一方の側から反対の側に延びないように注意すべきである。
第８のステップ２８の後、様々な他のステップを行って、電池を完成することができる。これらは、第９のステップ２９として象徴的に示される。従来のステップを第９のステップ２９で使用することができる。孔を製作する第２のステップ２２がプロセスの特別な段階で行われる一実施形態を説明したが、孔は、例えば第３のステップ２３又は第４のステップ２４の後の別の段階で生成できることが理解されるべきである。さらに、例として示したものと異なる手順で他のステップを行うことができる。
第４のステップ２４を用いた前面電界の利用を含む一実施形態を示したが、別の実施形態では、このステップを省略することができることが理解されるべきである。前面電界を使用すると、電池抵抗を低減させ、パッシベーションを改善することができるが、前面電界なしでさえ、動作する電池が得られる。
一実施形態では、半導体ボディの導電性タイプと反対のドーピングを前面及び裏面の両方に適用することができ、さらに半導体ボディと同じ導電性タイプの増加したドーピングを前面に（及び多分孔３２に）選択的に適用して、反対のタイプのドーピングに打ち勝つことができるが、代替として、反対の導電性タイプのドーピングを裏面に選択的に適用することができ、又は反対の導電性タイプのドーピングを前面から選択的に除去することができることが理解されよう。同様に、半導体基板と同じ導電性タイプの増加したドーピングを、裏面の反対の導電性タイプのドーピングを完全には補償しない濃度で、前面及び裏面の両方に適用することができる。別の実施形態では、半導体基板と同じ導電性タイプの増加したドーピングを裏面から選択的に除去することができる。
図９はプロセスの代替の実施形態の流れ図を示す。このプロセスでは、エッチングのステップ９５が第３のステップ２３の後に（例えば、必ずではないが、第４のステップ２４の直後に）行われる。図１０は、エッチングのステップ９５の後の断面を示し、ドープ層４０の一部が裏面１２から除去されている。この実施形態では、第８のステップの２８は省略することができる。より概括的には、エッチングするステップ９５は、第３のステップ２３の後で、孔の上への第２の区域６２に与えられる前にどこででも行うことができる。エッチングのステップ９５は、第２の区域６２が印刷されることになる第２の導電性タイプのドープ層と、それに加えて、絶縁のためのトレンチと同じ役割を果たすこの第２の区域６２のまわりの余地部とを局所的に除去する。図１１は、導体材料の区域を印刷した後の断面を示す。エッチングは、第２の区域６２が印刷されることになる露出した領域を残すマスクを裏面に付け、露出した領域内のエッチング剤に電池を曝すことによって達成することができる。エッチングのステップ９５を使用する代わりに、他の方法で、例えばレーザアブレーションで、材料を局所的に除去することができる。代替として、裏面１２の中又は上へのドープ層４０の形成は、例えば拡散／注入／レーザドーピング／堆積の間マスクすることによって、第２の区域６２が印刷されることになる場所で局所的に防止することができる。
前の実施形態において、第３のステップ２３における第１の導電性タイプと反対の第２の導電性タイプのドープ層４０の生成が、裏面全体にわたるこの層４０の塗布を含むことが好ましい。代替の実施形態では、ドープ層４０は、孔３２を含む裏面の区域にドープ層を生成しないために、第２の導電性タイプのドープ層４０を生成する前に、例えば第３のステップ２３において犠牲マスクを付けることによって、パターン化方法で生成することができる。この場合、ステップ９５のエッチングを省略して、図１０と同様の断面を生成できるが、凹部はない。続いて、図９のプロセスの残りの部分を使用することができる。
プロセスの代替の実施形態では、第２の区域６２は裏面のパターン化絶縁層に印刷される。トレンチが孔のまわりの輪郭線に切削されるか、又は第２の導電性タイプのドープ層４０のない区域が輪郭線内に設けられる（例えば、エッチングのステップ又はドープ層４０のパターン化生成によって）。パターン化絶縁層は、裏面において孔の上に及び輪郭線を越えて延びる。
図１２はプロセスのこの代替の実施形態の流れ図を示す。第３のステップ２３の後に（必ずしも第３のステップ２３の直後でなく）、第１の追加のステップ１２１が行われ、トレンチが孔３２のまわりの輪郭線で生成される。代替として、ドープ層４０が輪郭線内の区域全体から除去されるか、又はドープ層４０が、輪郭線内の区域に用いられないパターン化方法で付けられる。続いて、絶縁層生成のステップ１２２を行うことができ、絶縁層は、裏面において少なくとも孔３２の上及び輪郭線を越えて延びる区域に生成される。これは、第５のステップ２５の前に、例えば第１の追加のステップ１２１の直後に行うことができる。ポリイミド又は酸化ケイ素絶縁層を、例えば、印刷することによって付けることができ、又は酸化ケイ素又は窒化ケイ素などの誘電材料を堆積させることができる。一実施形態では、絶縁層は、トレンチが切削されているか、又はドープ層４０が存在しない輪郭線全体を含む裏面の区域に選択的にパターン化方法で付けられる。一実施形態では、絶縁層が付けられる区域は、輪郭線内の区域全体を含むとはかぎらない。孔３２の場所を含む内側区域及び孔３２のまわりの周囲は、絶縁層で覆われないままとすることができる。これは、印刷中に孔を詰まらせる危険を減少させ、印刷中の汚染の危険を減少させるという利点を有する。図１３は、トレンチ１３２の上に絶縁層１３０をもつ電池を示す。この実施形態では、導体材料が付けられる第２の区域６２が、絶縁層が付けられる区域内にとどまる限り、第２の区域６２は輪郭線を越えて延びることができることを除いて、プロセスは図９との関連で説明したように進む。トレンチ１３２から第２の区域６２の縁部まで延びるリングの状態で絶縁層１３０を裏面に設けることで十分であるが、絶縁層１３０は裏面において内側に孔３２の方にさらに延びることができる。図１４は、トレンチ１３２を越えて延びるが、絶縁層１３０が設けられている区域を越えないそのような第２の区域６２の一例をもつ電池を示す。
特に明記するように、この実施形態では、パターン化絶縁層１３０が使用され、それは第１の区域６０には存在せず、その結果、第１の区域６０の導体材料は反対の導電性タイプの層４０から電気的に分離されない。代替の実施形態では、第１の区域６０までさらに延びる絶縁層を使用することができる。例えば、窒化ケイ素などのパターニングしてない絶縁層を使用することができる。この場合、ファイアスルーのステップを行って、第１の区域６０の導体材料を裏面に接続することができる。互いに異なる導体材料（例えば、ファイアスルー導体ペースト及び非ファイアスルー導体ペースト）を第１及び第２の区域６０、６２に付けて、焼成することにより、トレンチ１３２によって画定された輪郭線の外側で第２の区域６２の絶縁層を通した接続がもたらされるのを避けることができる。
場合によっては、エミッタ層を通るトレンチを使用する必要も、エミッタ層が存在しない孔３６のまわりの区域を設ける必要もないことがあり、又はトレンチ若しくは区域は、エミッタ層の一部にのみを通ってわたることもある。低導電性エミッタ層が使用される場合、孔のまわりの第２の区域の導体材料からエミッタ層を介した第１の区域の導体材料までの短絡電流は、高い横方向抵抗と、第２の区域の大部分の場所から第１の区域までの距離とのために無視することができる。これは、例えばヘテロ接合が使用されるとき、エミッタ層が１００ナノメートル未満の厚さ（例えば、１０〜３０ナノメートル厚）をもつアモルファスシリコン層などのアモルファス半導体層である場合である。さらに、（アモルファス）エミッタ層は真性サブ層（実質的にネットドーピングタイプでない）を含むことができ、その場合に、真性サブ層のおかげでトレンチを設ける必要も、又はエミッタのない区域を完全には設ける必要もない。
低導電性エミッタ層が裏面で使用される場合、より高い導電性の層をエミッタ層上に追加することが望ましいことがある。この場合、より高い導電性の層が存在しない（選択的に堆積されていないか、又は選択的に除去されている）か、若しくは孔のまわりの第２の区域の導体材料の下では少なくともより少ないか、又は第２の区域のこのより高い導電性の層の一部が、第１の区域のこのより高い導電性の層の残りの部分からトレンチによって切り離されることが好ましい。
太陽電池のエミッタコンタクト及びベースコンタクトは、発電条件での分流及び逆バイアス条件下での漏れ電流を含む内部分流を太陽電池が有するという問題がないように、実質的に電気的に絶縁されることが好ましい。最大出力点での太陽電池の典型的な許容分流値は、２３９ｃｍ２の電池では約１０オームであり、それは約２０００オーム・ｃｍ２を意味するが、約２００オーム・ｃｍ２まで低下した分流をもつ電池は、依然として、商業的に許容されうる。太陽電池の逆電流の典型的な最大許容レベルは２３９ｃｍ２の電池に対して１０Ｖの逆バイアスで約１Ａであるが、太陽電池の逆電流の典型的な所望の標準レベルは、２３９ｃｍ２の電池に対して１０Ｖの逆バイアスで０．１Ａを超えないか、又はさらに低いことである。太陽電池の逆電流の許容レベルはモジュール製造技術によって決まり、このレベルを低下させる傾向がある。
これらの実施形態の各々では、電極材料は、第１の区域の縁部に対応する位置で、第２の導電性タイプの層を通って横方向に流れる電流から、少なくとも光電池の製造が完了した後で、実質的に電気的に絶縁されている支持表面上の第２の区域に付けられる。
例示的な実施形態では、支持表面は、半導体ボディと第２の区域の電極材料との間の第２の導電性タイプの層とすることができる。これらの例示的な実施形態のあるものでは、第２の導電性タイプの層は、半導体ボディに堆積された第２の導電性タイプのアモルファス半導体材料の層とすることができる。これにより、横方向の導電性を小さくすることができ、この導電性により、第２の区域の大部分の場所から第１の区域までの横方向距離のために十分な絶縁を行うことができる。これらの例示的な実施形態の別のものでは、この方法は、第２の区域のまわりの輪郭線で局所的に裏面上の第２の導電性タイプの層を少なくとも部分的に貫いて裏面から材料を除去することを含む（第２の区域を囲む輪郭線全体に沿うことが好ましいが、輪郭線の一部がそのような層を有しない場合、許容可能とすることができる）。別の例示的な実施形態では、この方法は、第２の区域のまわりの輪郭線で局所的に裏面上に第２の導電性タイプの層が生成されないようにすることを含む。第２の導電性タイプの層が輪郭線で全面的に除去又は防止される場合、すなわち、第２の導電性タイプの層を通るトレンチが第２の区域のまわりに設けられる場合、これにより、第１の区域の電極材料に隣接する第２の導電性タイプの層からの横方向電流から電気的に絶縁される。しかし、そのようなトレンチが第２の導電性タイプの層の厚さのごく一部分を残している場合でさえ、十分な電気的絶縁を行うことができる。
代替の例示的な実施形態では、支持層は、半導体ボディ又は第２の区域に隣接する第２の導電性タイプの層である。そのような例示的な実施形態では、この方法は、第２の導電性タイプの層を第２の区域のまわりの輪郭線内のいたるところで少なくとも部分的に除去することを含むことができる。代替として、この方法は、第２の区域のまわりの輪郭線内のいたるところで少なくとも部分的に第２の導電性タイプの層が生成されないようにすることを含むことができる。第２の導電性タイプの層が輪郭線内で全面的に除去又は防止される場合、これにより、第１の区域の電極材料に隣接する第２の導電性タイプの層からの横方向電流から電気的に絶縁される。しかし、この層が部分的にしか除去又は防止されない場合でさえ、十分な電気的絶縁を行うことができる。
代替の例示的な実施形態では、第２の区域の導体材料を支持する支持層は追加の絶縁層である。この場合、この方法は、第１の区域６０と半導体基板との間にある第２の導電性タイプの層のさらなる一部と途切れずに接続している第２の導電性タイプの層の一部の上にある第２の区域の少なくとも一部に追加の絶縁層を生成することを含み、第２の区域の電極材料は追加の絶縁層に付けられる。さらなる他の例示の実施形態では、この方法は、追加の絶縁層を生成する前に、孔のまわりの輪郭線で局所的に裏面上の第２の導電性タイプの層を少なくとも部分的に貫いて裏面から材料を除去することを含む。これにより、孔の壁への電流が防止される。

Claims (13)

  1. 前面及び裏面を有する第１の導電性タイプの半導体ボディを用意するステップであって、少なくとも１つの孔が前記前面から前記裏面まで前記半導体ボディを通る、ステップと、
    前記裏面に少なくとも隣接する第２の導電性タイプの層を前記半導体ボディの中又は上に生成するステップと、
    前記裏面の互いに分離した第１及び第２の区域に電極材料を付けるステップであって、前記第１の区域の前記電極材料が前記第２の区域の外側で前記第２の導電性タイプの前記層に電気的に接触し、前記電極材料の第２の区域が前記裏面の前記孔を覆い、前記第２の区域の前記電極材料が前記第２の導電性タイプの前記層に付けられる、ステップと、
    前記第２の区域のまわりの前記第２の導電性タイプの前記層の少なくとも部分的な中断を生成するステップと、
    前記前面のさらなる区域に電極材料を付けるステップであり、前記さらなる区域の前記電極材料が、前記裏面の前記第２の区域の前記電極材料と電気的に接触して前記前面の前記孔を覆う、ステップと、
    を含む、光電池を製造する方法。
  2. 前記少なくとも部分的な中断がトレンチを切削することによって実現される、請求項１に記載の方法。
  3. 前記トレンチが前記第２の区域のまわりの閉じた輪郭線で生成される、請求項２に記載の方法。
  4. 前記電極材料が、前記裏面における電極材料の前記第１及び第２の区域に前記電極材料から成るペーストを印刷することによって付けられる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
  5. 前記裏面における電極材料の前記第１及び第２の区域に前記電極材料を前記付けるステップの後に焼成するステップが続き、前記第１及び第２の区域の両方の前記電極材料が初めて焼成される、請求項３に記載の方法。
  6. 前記さらなる区域の前記電極材料が、前記電極材料から成るペーストを印刷することによって付けられ、前記さらなる区域の前記電極材料が前記焼成するステップにおいて初めて焼成される、請求項５に記載の方法。
  7. 前記さらなる区域に前記電極材料を付ける前に、前記半導体ボディと同じ導電性タイプの増加した導電性の層を前記前面に生成するステップを含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
  8. 前記さらなる区域の前記電極材料と前記半導体ボディとの間に、前記半導体ボディの下にある部分に対して前記第１の導電性タイプの増加したドーピングをもつ層無しで、前記さらなる区域が前記半導体ボディに直接接触して付けられる、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
  9. 前面及び裏面を有する第１の導電性タイプの半導体ボディであって、少なくとも１つの孔が前記前面から前記裏面まで前記半導体ボディを通る、半導体ボディと、
    前記半導体ボディの中又は上において前記裏面に少なくとも隣接する第２の導電性タイプの層と、
    前記裏面の互いに分離した第１及び第２の区域の電極材料であって、前記第１の区域の前記電極材料が前記第２の区域の外側で前記第２の導電性タイプの前記層に電気的に接触し、前記第２の区域が前記裏面の前記孔を覆い、前記第２の区域の前記電極材料が前記第２の導電性タイプの前記層上にあって、前記第２の区域のまわりの前記第２の導電性タイプの前記層が少なくとも部分的に中断される、第１及び第２の区域の電極材料と、
    前記前面のさらなる区域の電極材料であって、前記さらなる区域が、前記裏面の前記第２の区域の前記電極材料と電気的に接触して前記前面の前記孔を覆う、電極材料と、
    を備える光電池。
  10. 前記第２の区域のまわりの前記第２の導電性タイプの前記層がトレンチによって少なくとも部分的に中断される、請求項９に記載の光電池。
  11. 前記トレンチが前記第２の区域のまわりの閉じた輪郭線で延びる、請求項１０に記載の光電池。
  12. 前記電極材料は、前記第１の区域の縁部に対応する位置で前記第２の導電性タイプの前記層を通って横方向に流れる電流から、少なくとも光電池の製造が完了した後で、実質的に電気的に絶縁されている支持表面の前記第２の区域に存在する、請求項９〜１１のいずれか一項に記載の光電池。
  13. 前記前面の上に少なくとも延びる前記第１の導電性タイプの増加したドーピングをもつ層を前記半導体ボディの中又は上に備える、請求項９〜１２のいずれか一項に記載の光電池。
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