JP2015082659A - シリコン太陽電池のモジュールレベル処理 - Google Patents

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Abstract

【課題】厚みの薄い太陽電池の裏面において、良好な表面パッシベーション品質を得ることができる方法を提供する。【解決手段】接着層１１を介して少なくとも１つの結晶シリコン太陽電池基板１２をキャリア１０に接着し、接着層１１の一部を被覆されない状態で残す接着工程と、前記接着工程の後に、接着層１１の被覆されない部分１３と少なくとも１つの結晶シリコン太陽電池基板１２をプラズマに露出させる工程と、少なくとも１つの結晶シリコン太陽電池基板１２の表面部分を除去する工程と、イントリンシックなａ−Ｓｉ：Ｈパッシベーション層１４を少なくとも１つの太陽電池基板１２上に堆積する工程を含む。更に、少なくとも１つの太陽電池基板１２をキャリア１０に接着する前に、接着剤１１をアニールする工程と、少なくとも１つの太陽電池基板１２をキャリア１０に接着した後に、接着剤１１の脱ガスを行う工程とを含む。【選択図】図３

Description

本開示は、シリコン太陽電池のモジュールレベル処理の方法に関する。
結晶シリコン太陽電池モジュールのコストの大きな部分は、使用されるシリコン基板のコストであると考えられる。それゆえに、より薄い基板を用いた仕事はモジュールのコスト削減に繋がる。より薄い基板（例えば、膜厚が１８０マイクロメータより小さく、例えば５マイクロメータまで薄くした基板）では、薄い基板はより厚い電池に比較して破壊や反りの影響を受けやすいため、適切な製造プロセスが必要となる。破壊と反りの双方は、製造プロセスの生産率およびそれゆえに太陽電池およびモジュールのコストに影響する。
薄いバックコンタクト太陽電池を含む太陽電池モジュールを製造するための方法が提案され、ここでは、表側処理の後に、部分的に処理された基板が、接着剤の手段により、光学的に透明のキャリア（スーパーストレイト（superstrate））に接着され、裏側処理がその後に行われる（モジュールレベル処理）。そのような方法では、裏側のセル処理が行われる一方、基板はサポート構造上に接着され、これにより破壊や反りのリスクを減らす。
基板をキャリアに接着した後に、基板の裏側処理が行われる。キャリア（スーパーストレイト、例えばガラス）と接着剤の存在のために、例えばプロセス温度や所定の化学剤の使用のような、裏側処理工程のために多くの制限がある。
モジュールレベルの裏側処理のためのプロセス温度は、一般には２００℃以下に制限される。これは、高効率セルのための、表面パッシベーション、エミッタ形成、および／または裏面フィールド（ＢＳＦ）形成のために広く適用される方法が使用できないことを意味する。低温の代替えが、ａ−Ｓｉ：Ｈ／ｃ−Ｓｉヘテロ接合セルであり、エミッタおよびＢＳＦは、ドープされたアモルファスシリコン層のＰＥＣＶＤ堆積で形成される。薄い高品質イントリンシックａ−Ｓｉ：Ｈ層（パッシベーション層）が、界面欠陥の改良されたパッシベーションのために、ドープされたａ−Ｓｉ：Ｈ層と結晶シリコン基板との間に形成されてもよい。
シリコーン系接着剤は、一般には基板をキャリアに接着するために使用される。接着剤は、好適には、シリコン基板の面積より大きな面積でキャリア上に提供され、即ち、シリコン基板のエッジの外側に延びて、均一で安定した接続を可能にする。
基板に覆われない領域では、イントリンシックなａ−Ｓｉ：Ｈパッシベーション層のＰＥＣＶＤ堆積中に、接着剤がプラズマに直接露出する。この結果、パッシベーション品質の低下が起きる。この低下は、低分子量のシリコーン分子の脱ガス、および／またはアモルファスシリコン堆積中のシリコーン分子のエッチングにより発生し、および／またはアモルファスシリコン堆積プロセス中に使用される前駆体を含む接着剤から逃げる揮発性化合物の間の相互反応の結果である。
V. Steckenreiterらが、“Qualification of encapsulation materials for module-level-processing”, Solar Energy Materials and Solar Cells 120 (2014), 396-401頁で報告しているように、アモルファスシリコン表面パッシベーションの品質は、アモルファスシリコン堆積の直前に、プラズマ無しでシリコーン接着剤の脱ガスを行うことで改良できる。そのようなプレ脱ガス処理の効果は、使用される接着剤のタイプに依存する。シリコーン成分に依存して所定の場合にのみ機能することが、この方法の欠点である。プレ脱ガス処理は、ａ−Ｓｉ：Ｈ堆積に使用されるリアクタを用いて、ａ−Ｓｉ：Ｈ堆積の直前に行われる。ａ−Ｓｉ堆積と同じリアクタ中でプレ脱ガスを行うことは、チャンバの汚染に繋がる。
本開示は、太陽電池のモジュールレベル処理の方法を提供することを目的とし、この方法は、接着剤の手段によりキャリアまたはスーパーストレイトに接着された結晶太陽電池基板の裏側処理工程を含み、裏側処理中の接着剤の安定性が改良される。
本開示は、太陽電池のモジュールレベル処理の方法を提供することを目的とし、この方法は、接着剤の手段によりキャリアまたはスーパーストレイトに接着された結晶太陽電池基板の裏側のパッシベーションを含み、良好な裏面パッシベーション品質が、広い範囲の接着剤組成に対して得られる。
本開示は、太陽電池のモジュールレベル処理の方法に関す、この方法は、接着層の手段により少なくとも１つの結晶太陽電池基板をキャリアに接着し、これにより接着層の一部を被覆されない状態で残す工程と、接着層の被覆されない部分と少なくとも１つの結晶シリコン太陽電池基板をプラズマに露出させる工程と、少なくとも１つの結晶太陽電池基板の表面部分を除去する工程とを含む。
本開示の具体例では、接着層の被覆されない部分と、少なくとも１つの結晶シリコン太陽電池基板とをプラズマに露出させる工程は、例えば、酸素含有プラズマまたはアルゴン含有プラズマに露出させる工程を含んでも良いが、本開示はこれに限定されない。プラズマへの露出は、イオンへの露出を含み、例えば、プラズマのバルクから、接着層と少なくとも１つの結晶シリコン太陽電池基板の露出した表面に向かう、イオンの磁場誘起加速に起因する（イオン衝撃）。
好適な具体例では、複数の結晶シリコン太陽電池基板がキャリアに接着され、複数の電気的に接続された太陽電池を有する太陽電池モジュールを形成する。
好適な具体例では、キャリアと接着層は、太陽電池基板により吸収される太陽スペクトルの波長範囲（即ち、太陽電池基板の吸収スペクトルの範囲内）において光学的に透明である。接着層は、例えばシリコーン層であるが、本記載はこれに限定されない。好適な具体例では、少なくとも１つの太陽電池基板は、表側が透明キャリアに面するように配置される。キャリアは、太陽電池モジュール中で、スーパーストレイトの機能を有しても良い。
少なくとも１つの結晶シリコン太陽電池基板をキャリアに接着する工程は、キャリアを接着層で覆う工程と、接着層の上に少なくとも１つの太陽電池基板を配置する工程とを含んでも良い。プロセスのこの段階で、接着層は例えば粘着性のある液体またはゲルでも良いが、本開示はこれに限定されるものではない。
少なくとも１つの太陽電池基板を接着層の上に配置する前に、アニール工程が行われて、接着層を少なくとも部分的に硬化させても良い。アニール工程は、例えば１００℃〜１５０℃の温度で、５分〜１５分間加熱する工程を含む。
少なくとも１つの太陽電池基板を接着層の上に配置した後、脱ガス工程が行われて、接着剤からサイクリス（cyclis）と空気の泡を除去しても良い。脱ガス工程は、例えば１５０℃〜２００℃の温度で、１５分〜６０分間加熱する工程を含む。
少なくとも１つの結晶太陽電池基板の表面部分を除去する工程は、１マイクロメータから５マイクロメータの厚さ、例えば１マイクロメータから３マイクロメータの厚さ、少なくとも１つの結晶太陽電池基板の表面部分、を化学的にエッチングする工程を含む。このエッチング工程は、プラズマに露出することで起きるダメージを除去する。
少なくとも１つの結晶太陽電池基板の表面部分の化学的エッチングは、例えば、水中のＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウム水酸化物）からなる溶液中でエッチングする工程を含む。好適には、１％〜５％のＴＭＡＨ濃度が使用されるが、本開示はこれに限定されるものではない。エッチング工程は、例えば、２０℃〜５０℃の温度で行われるが、本開示はこれに限定されるものではない。例えばＫＯＨ溶液やＮＡＯＨ溶液のような他の好適なアルカリ水溶液のような他のエッチャントを用いても良いが、本開示はこれに限定されるものではない。
この方法は、更に、太陽電池屋太陽電池モジュールを形成するための、少なくとも１つの太陽電池基板の裏側処理工程を含む。裏側処理工程は、イントリンシックなａ−Ｓｉ：Ｈパッシベーション層を、少なくとも１つの太陽電池基板の上に、例えばＰＥＣＶＤで堆積する工程を含む。裏側処理工程は、更に、例えばエミッタ形成、裏面電界形成、コンタクト形成を含んでも良いが、本発明はこれらに限定されるものではない。
本開示にかかる方法の長所は、太陽電池の裏側において、広い組成の接着層に対して、良好な表面パッシベーション品質が得られることである。
本開示の具体例では、脱ガス工程は、好適には、表面パッシベーション層の堆積のために使用されるリアクタの外側で行われる。この方法の長所は、リアクタの汚染を避けることである。
様々な発明の形態の特定の目的および長所は、上述の通りである。もちろん、本開示の特定の具体例に関して、そのような目的や長所の全てが達成されることを必要としないことが理解されるであろう。このように、例えば、当業者は、ここで教示または示唆された他の目的や長所を必ずしも達成することなく、ここで教示された１つの長所や長所のグループを達成または最適化する方法で、本開示が具体化または実施できることを理解するであろう。
更に、この概要は、単に例示であり、本開示の範囲を限定することを意図しないことが理解される。機構および操作方法の双方についての、本開示は、添付図面とともに読む場合に、以下の詳細な開示を参照することにより、良く理解されるであろう。
本開示にかかる方法の処理工程を示す。 本開示にかかる方法の処理工程を示す。 本開示にかかる方法の処理工程を示す。 異なるタイプの接着剤に対して、アモルファスシリコンパッシベーション層の堆積前に、酸素プラズマ処理を行ったサンプルおよび行わなかったサンプルについて、シリコーン接着剤の手段によりスーパーストレイトに接着した結晶シリコン基板についてのライフタイム測定の結果を示す。
請求項中の参照符号は、本開示の範囲を限定するものと解釈するべきではない。
異なる図面において、同じ参照符号は、同一または類似の要素を示す。
以下の詳細な開示において、多くの特別な細部は、開示の全体の理解と、特定の具体例においてそれがどのように実際されるかを提供するために記載される。しかしながら、本開示は、そのような特定の細部無しでも実施できることが理解される。他の例では、本開示を不明確にしないために、公知の方法、手続きおよび技術は、詳しくは記載されない。
本発明は、特定に具体例に関して、所定の図面を参照しながら説明されるが、これに限定されるものではなく、請求の範囲によってのみ限定される。記載された図面は単に模式的であり、制限的ではない。図面において、図示目的で、要素のいくつかの大きさは誇張され、縮尺通りではない。寸法と相対寸法は、本開示の実施について、実際の縮小に対応する必要はない。
更に、開示や請求の範囲中の上、下、上に、下に等の用語は、記載目的で使用され、相対的な位置を示す必要はない。そのように使用された用語は、適当な状況において交換可能であり、ここに記載された開示の具体例は、ここで記載または図示されたものと異なる配置で操作可能であることが理解される。
請求の範囲で使用される「含む（comprising）」の用語は、それ以降に列挙された手段に限定するものと解釈すべきではなく、他の要素や工程を排除しない。言及された長所、数字、工程、または組成の存在は、言及された通りに特定して解釈され、１またはそれ以上の他の長所、数字、工程、または組成、またはそれらのグループのその存在または追加を除外しないことが必要である。このように、「手段ＡおよびＢを含むデバイス（a device comprising means A and B）」は、成分ＡおよびＢのみを含むデバイスに限定すべきではない。
本開示の文脈において、太陽電池または太陽電池モジュールまたは基板の、表面または表側は、光源に向かうように取り付けられ、これにより光を受ける面や側である。太陽電池または太陽電池モジュールまたは基板の、後面、裏面、後側または裏側は、表面または表側に対向する面または側である。
本開示の文脈において、「太陽電池基板（photovoltaic substrate）」は、太陽電池を形成するための表面処理がすでにその上で行われ、そして、太陽電池を形成するための裏側処理がまだ完了していない基板を示すために使用される。表面処理は、太陽電気を形成するプロセス中で、基板の表側で行われる全ての処理工程をいう。
本開示の文脈において、スーパーストレイトは、太陽電池モジュールの表側の透明保護カバーであり、周囲の衝撃からモジュールの太陽電池を保護し、太陽電池の吸収スペクトルに対応する太陽スペクトルの波長範囲で高度に透明である。
本開示にかかる方法は、接着層の手段により、少なくとも１つの結晶シリコン太陽電池基板をキャリアに接着し、これにより接着層の一部を被覆されない状態で残す工程と、接着工程の後に、接着層の被覆されない部分と少なくとも１つの結晶シリコン太陽電池基板をプラズマに露出させる工程と、少なくとも１つの結晶太陽電池基板の表面部分を除去する工程とを含む。
本開示の具体例では、接着層の被覆されない部分と、少なくとも１つの結晶シリコン太陽電池基板とをプラズマに露出させる工程は、例えば、酸素含有プラズマまたはアルゴン含有プラズマに露出させる工程を含んでも良いが、本開示はこれに限定されない。
プラズマへの露出は、イオンへの露出（イオン衝撃、即ちプラズマのバルクから加速されたイオンへの露出）を含む。プラズマへの露出は、更に真空ＵＶ光、即ちイオンとラディカルの分解の副産物としてプラズマ中で形成されるＵＶ光への露出を含んでも良い。
好適な具体例では、キャリアと接着剤は光学的に透明であり、少なくとも１つの太陽電池基板は透明キャリアに表側が面して配置される。少なくとも１つの結晶基板をキャリアに接着した後に、接着層の一部が太陽電池基板に覆われ、接着層の他の部分は太陽電池基板に覆われない（接着層の被覆されない部分）。
接着層の被覆されない部分をプラズマに露出させる工程は、接着層の表面改質になり、即ち、接着層の表面部分の材料特性の改質となることが見出された。接着層の上部は酸化されてシリカ状の層に変わり、接着層の底部は影響されないまま残り、中間部分は密度の増加した層に変わる。それらの異なる部分の膜厚は、例えば接着層の材料およびプラズマパラメータに依存する。プラズマ処理後に、接着層の異なる部分の間は、徐々に移行しても良い。
酸化された、接着層の上部や上部層は、少なくとも１つの結晶太陽電池基板の表面部分の除去工程中に除去されても良い。
この表面改質は、例えばイントリンシックなａ−Ｓｉ：Ｈパッシベーション層のＰＥＣＶＤ堆積のような、それに続くプラズマ処理中の接着層の安定性を改善することが、驚くことに見出された。中間の、接着層の高密度の部分（高密度層）は、プラズマ露出の下で接着層の劣化に対して良好な保護を提供する。このプラズマ露出は、例えば太陽電池基板の裏側処理中に行う処理工程に関係する。高密度層の存在は、例えばアモルファスシリコン裏側パッシベーション層のような、表面パッシベーション品質の劣化を防止しうる。
接着層の被覆されない部分の他に、また、少なくとも１つの太陽電池基板の裏側がプラズマに露出する。これにより、少なくとも１つの太陽電池基板の面部分にダメージが入る。本開示の方法では、このダメージは、例えばＴＭＡＨ含有溶液のようなシリコンエッチング溶液、またはＫＯＨ溶液またはＮａＯＨ溶液のような他の好適なアルカリ溶液の手段により除去されるが、本開示はこれに限定されるものではない。
図１〜図３は、本開示にかかる製造プロセスの処理工程を示す。
シリコン太陽電池基板１２（または複数のシリコン太陽電池基板）は、太陽電池基板１２の表側がスーパーストレイト１０に向くように配置されて、例えばシリコーン接着層のような接着層の手段で、光学的に透明なキャリア（スーパーストレイト）１０に接着される（取り付けられる）。シリコン太陽電池基板は、その上に表側太陽電池処理が行われた結晶シリコン基板である。例えば、基板１２をスーパーストレイト１０に取り付ける前に、基板が洗浄され、表面がテクスチュアにされても良く、および／または（例えばアモルファスシリコン層を用いて、または当業者に知られた他の好適なパッシベーション層を用いて）パッシベートされても良く、および／または表面フィールドが形成されても良く、および／または反射防止被覆が表面上に堆積されても良い。
スーパーストレイト１０への基板１２の取り付けは、例えば、スーパーストレイト１０の上に接着層１１を供給する工程を含み、続いてアニール工程が行われる。アニール工程は、例えば１００℃〜１５０℃の温度で、５〜１５分間、真空中で行われる。このアニール工程は、接着剤の（部分的な）硬化となる。これにより、接着層の粘度が向上する。アニール工程の後に、太陽電池基板１２はスーパーストレイト１０の上に接着される。次に、（例えば、１５０℃〜２００℃の温度で、真空中で、１５〜６０分間）脱ガス工程が行われ、サイクリスの脱ガスと、接着層中に捕獲された気泡の除去を行う。基板をスーパーストレイトに取り付けた後、接着剤は基板により完全には覆われない。基板の端部の周囲、および基板と基板との間は被覆されずに、従って環境に露出する。
接着層１１をスーパーストレイト１０の上に供給する工程は、スクリーン印刷、ディスペンシング、ブレードコーティング、スピンコーティング、スプレーコーティング、デップコーティング、またはラミネーションのような当業者に知られたいずれかの好ましい方法で行われても良いが、本開示はこれに限定されるものではない。
スーパーストレイト１０に太陽電池基板１２を接着した後、例えばＲＩＥ（反応性イオンエッチング）プラズマ処理のような、プラズマ中での処理が行われ、これにより、接着層の被覆されていない部分と、太陽電池基板の裏側とをプラズマに露出させる。このプラズマ処理は、露出した位置１３で、即ち、太陽電池基板により覆われない位置で、シリコーン接着層の面部分で材料特性を変える。接着層の上部は酸化され、シリカ状の層に変えられ、接着層の底部は影響されずに残り、中間部は、密度が増加した層に変わる。
このプラズマ処理のための好適なプロセスパラメータは、実験的に決定されても良く、使用される装置や使用されるプラズマの種類に依存しても良い。本開示の文脈中で行われた実験において、処理は雰囲気温度で行われても良く、好適には、Ａｒプラズマの場合は少なくとも１０秒間、Ｏ２プラズマの場合は少なくとも１分間、３００ｍＷ／ｃｍ２より高い電力と５００ｍＴｏｒｒより低い圧力で行われても良いことが見出されたが、本開示はこれに限定されるものではない。
ＲＩＥ酸素プラズマ処理は、太陽電池基板の裏側（露出側）で表面ダメージを引き起こし、太陽電池基板の面部分で、例えば１マイクロメータから３マイクロメータの膜厚の面部分で、欠陥を増加させる。このダメージは、続くシリコンエッチング工程で除去される。例えば、ＨＦ：ＨＣｌ：Ｈ２Ｏが１：１：２０、ＴＭＡＨ：Ｈ２Ｏが２：１００、およびＨＦ：ＨＣｌ：Ｈ２Ｏが１：１：２０の洗浄／エッチングシーケンスが行われても良い。この洗浄／エッチングプロセスは、太陽電池基板の裏側から汚染と表面ダメージを除去する。５０℃より高いエッチング温度と５％より高いＴＭＡＨ濃度では、基板の境界でライフタイムの低下が起きることが実験的に見出された。このライフタイムの低下は、ＴＭＡＨによるシリコーン接着剤に発生したダメージ（ＴＭＡＨによる接着層のエッチング）に関連する。温度の上昇とＴＭＡＨ濃度の増加に伴って、このダメージは増加するが、これはまた、使用される接着層の特徴にも依存する。それゆえに、ＴＭＡＨを使用する場合、エッチングプロセスは、好適には２０℃〜５０℃の温度で、例えば３０℃〜４５℃の温度で行われる。ＴＭＡＨ濃度は、好適には１％〜５％、例えば２％である。しかしながら、本開示はこれに限定されるものではない。例えば、より低い温度に対しては、より高いＴＭＨＡ濃度が使用され（例えば、２０℃では２５％ＴＭＡＨ）、より低いＴＭＡＨ濃度に対しては、より高い温度が使用される（例えば、１％ＴＭＡＨでは６０℃）。他の好適なシリコン基板エッチャントが使用される。
洗浄／エッチング工程は、プラズマ処理の結果として形成された、接着層のシリカ状の上部を除去しても良い。それゆえに、この洗浄およびエッチング工程の後に、接着層は、プラズマ処理により影響されていない底部と、増加した密度を有する（上述の中間部に対応する）表面部分とからなる。密度の増加したこの表面部分は、更に「不活性領域」とも言われる。
洗浄／エッチング工程の後に、太陽電池モジュールの裏側処理が行われても良い。裏側処理は、例えば、ＰＥＣＶＤにより、イントリンシックなアモルファスシリコン（ｉ−ａ−Ｓｉ：Ｈ）パッシベーション層１４を堆積する工程を含む。好適には、アモルファスシリコン層は、２００℃より低い温度で、例えば１５０℃〜２００℃の温度、例えば１６０℃で堆積される。イントリンシックなａ−Ｓｉ：Ｈ層を堆積した後、不活性雰囲気下でアニール工程が行われ、この層の品質が改良される。好適には、このａ−Ｓｉ：Ｈアニール工程は、３００℃より低い温度で行われる。
露出した接着剤のプラズマ処理を含む本開示にかかるプロセスシーケンスは、（シリコーン）接着面の改良となることが実験的に見出された。上述のように、洗浄工程およびエッチング工程の後に、接着層は、密度の増加した表面部分（不活性層）を含む。密度の増加したこの層は、その後のアモルファスシリコン堆積中に接着剤の脱ガスを防止し、プラズマがシリコーン接着層と直接相互反応するのを防止することが見出された。このプロセスにより、シリコーン接着層からの元素により汚染されない良好なアモルファスシリコン表面パッシベーション層を得ることができることが見出された。
実験は、シリコン基板を、ガラスのスーパーストレイトに、スクリーン印刷されたシリコーン接着剤の手段により接着して行われた。ｉ／ｎ＋アモルファスシリコン層で表側がパッシベーションされた、２００Ωｃｍの抵抗率を有するｎ型単結晶フロートゾーンシリコン基板が使用された。基板をスーパーストレイトに接着した後、接着剤は真空中（１５０ｍＴｏｒｒ）で１５分間、１００℃でアニールされた。接着後、２００℃で１時間、真空中で脱ガス工程が行われ、続いて徐冷された。次に、ＲＩＥ酸素プラズマ処理が、環境温度で、５分間、２００Ｗ、１００ｍＴｏｒｒで行われた。これに続いて、以下の洗浄およびエッチングシーケンスが行われた。ＨＦ：ＨＣｌ２％ １分間、ＴＭＡＨ２％ ４５℃ ６分間、ＨＦ：ＨＣｌ２％ ２分間。次に、３０ｎｍ膜厚のＰＥＣＶＤイントリンシックアモルファスシリコンパッシベーション層が堆積され、続いて１時間のアニール工程が行われた。
図４は、異なるタイプのシリコーン接着剤について、アモルファスシリコンパッシベーション層を堆積する前に酸素プラズマ処理を行う場合と行わない場合について、そのように接着されたウエハのＱＳＳＰＣ（Quasi Steady State Photo Conductance：擬定常状態光伝導度）ライフタイム測定の結果を示す。シリコーン接着剤は、Ｄｏｗ Ｃｏｒｎｉｎｇ ＰＶ−６０１０、ＰＶ−６１００、およびＰＶ−６１５０である。結果から、本開示にかかる方法を用いた場合、良好なライフタイム（およびそれによる良好な表面パッシベーション）は、異なるタイプの接着剤において得られると結論づけられる。
更に、どの元素が接着層の表面改質と不活性層の形成に貢献するかを調査するために、実験が行われた。上述のような酸素含有ＲＩＥプラズマが用いられた場合、プラズマは、酸素ラジカル、ＶＵＶ（真空紫外）光放射、およびイオン衝撃を存在させる。酸素ラジカルの存在は、接着層の表面の化学酸化となり、ＶＵＶ光放射は、ポリマー化や光酸化となり、そして、イオン衝突は、表面高密度化および物理的酸化となる。
プラズマへの露出によりシリコーン接着層に誘起される改質は、それらの３つの現象（の組み合わせ）の結果である。３つのメカニズムそれぞれの、不活性層形成への貢献を理解するために、専用の実験が行われた。
シリコーン接着層中に誘起された改質へのＯ２ラジカルの影響を調査するために、実験が行われ、同じ実験条件下で、Ｏ２プラズマ用いて処理されたサンプルと、Ａｒプラズマを用いて処理されたサンプルとが比較された。
実験で使用されたサンプルは、本開示の方法によりガラススーパーストレイトに接着されたシリコンウエハを含む。２００マイクロメータの膜厚と２Ωｃｍの抵抗率を有する、Ｎ型で５ｃｍ×５ｃｍのＦＺシリコンウエハが用いられた。ウエハは、１２．５ｃｍ×１２５ｃｍの面積を有する、７００マイクロメータ膜厚の石英スーパーストレイトに接着された。ウエハを石英スーパーストレイトに取り付ける前に、サンプルは、Ｈ２ＳＯ４／Ｈ２Ｏ２混合液中およびＨＦ／ＨＣｌ混合液中で洗浄され、アモルファスシリコンａ−Ｓｉ：Ｈ（ｉ／ｎ）パッシベーション層が表側に堆積された。スーパーストレイトに接着した後に、脱ガス工程が、２００℃で６０分間行われた。次に、サンプルの一部を酸素プラズマに露出させ、他の部分はアルゴンプラズマに露出させた。双方のプラズマのために使用されたプロセス条件は以下の通りである。電力密度６３６ｍＷ／ｃｍ２、圧力１００ｍＴｏｒｒ、ガス流量１００ｓｃｃｍ。プラズマ照射の時間は、異なるサンプルに対して異なり、１０秒から５分の間で変化する（１０秒、３０秒、１分、３分、および５分）。次に、サンプルは、ＨＦ−ＴＭＡＨ−ＨＦシーケンスで洗浄され、最後に裏側のａ−Ｓｉ：Ｈ（ｉ）パッシベーション層がＰＥＣＶＤで堆積される。裏側表面パッシベーション層の品質が、異なるサンプルについて、ＱＳＳＰＣ測定およびフォトルミネッセンス測定により評価された。
少数キャリア有効ライフタイムτeffが、注入レベルの関数として、ＱＳＳＰＣにより記録された。測定は、ウエアの中央部分の、おおよそ４ｃｍ×４ｃｍの領域で行われた。全てのサンプルに対して、異なるサンプルの間で大きな違いはなく、プラズマのタイプおよびプラズマ処理の時間にかかわらず、良好な有効ライフタイム値が測定された。
フォトルミネッセンス測定は、異なるサンプルの間で、均一性における違いを明らかにした。Ａｒプラズマで処理されたサンプルは、プラズマ処理の時間に関わりなく、５ｃｍ×５ｃｍのサンプル表面全体で均一なτeff値を示した。Ｏ２プラズマで処理されたサンプルは、酸素プラズマ中で、極めて短い時間（１０秒と３０秒）処理したサンプルを除いて、５ｃｍ×５ｃｍのサンプル表面全体で均一なτeff値が得られた。それらのサンプルでは、有効ライフタイムは、ウエハの中央に比較して、ウエハのエッジ近傍でより低くなった。低くなった有効ライフタイムを有するこのエッジ部分は、酸素プラズマ処理時間を長くすると、だんだん消滅する。
それらの実験の結果は、Ｏ２プラズマと同様に、Ａｒプラズマによりシリコーン接着層が強く酸化され、続く処理工程でプラズマと接着層との相互反応を防止するのに有用な不活性層が形成され、例えば良好なモジュールレベルのａ−Ｓｉ：Ｈパッシベーションを可能にする。しかしながら、双方のプラズマに対する異なった時間依存性は、Ｏ２とＡｒプラズマのそれぞれによりシリコーン接着層に導入された改質における違いを示唆している。それらの違いは、短い処理時間において重要となる。Ａｒプラズマを用いた３０秒の処理または１０秒の処理でさえも、不活性層を形成するには十分であるが、Ｏ２プラズマでは、より長いプラズマ処理時間が必要とされる。
それらの実験から、プラズマ照射中のＯ２ラジカルの存在は、不活性層の形成には必要とされないことが結論づけられる。それゆえに、不活性層の形成は、主に、イオン衝撃および／またはＵＶ光照射に関係するであろう。
（上述のような）Ａｒプラズマで処理されたサンプルとＡｒ雰囲気中でＵＶランプを用いて処理したサンプルとを比較することにより、シリコーン接着層中に導入される改質へのイオン衝撃の影響を調査するために、更なる実験が行われた。
２８ｍＷ／ｃｍ２の電力を有する２つの波長（１８５ｎｍと２５４ｎｍ）を出射するＵＶランプが使用された。（上述のように準備された）異なるサンプルが、プラズマ照射に代わって、大気圧中でＵＶ光に晒された。以下のような異なる照射時間が使用された。５分、１０分、２０分および４０分。ＵＶ光に晒した後、サンプルはＨＦ−ＴＨＡＭ−ＨＦシーケンス中で洗浄され、最後に裏側のａ−Ｓｉ：Ｈ（ｉ）パッシベーション層がＰＥＣＶＤで堆積された。表面パッシベーションの品質は、異なるサンプルに対して、ＱＳＳＰＣおよびフォトルミネッセンスにより評価した。
それらのＵＶ光処理サンプルに対して測定された有効ライフタイムは、１０秒間Ａｒプラズマ中で処理されたサンプルに比較して低いが、いずれの処理も行わないサンプルよりも高いことが見出された。サンプルのエッジでは、ウエハの中央の有効ライフタイムに比較して、より低い有効ライフタイムが測定された。それらの実験から、ＵＶ光に晒すだけでは、シリコーンとプラズマの相互作用を十分に防止できるような不活性層を形成するには不十分であると結論づけられる。
先の記載は、本開示の所定の具体例を詳しく述べる。しかしながら、当然に、いかに詳しく先の記載がテキスト中に表されても、本開示は多くの方法で実施しうる。本開示の所定の特徴または形態を記載する場合の、特定の用語の使用は、長所の特定の特徴や、この用語が関連する本開示の形態を含むように、この用語がここで再定義されることを暗示するものと取るべきではない。
多くの具体例に適用されるように本開示の新規な長所が上記詳細な記載に示され、記載され、指摘されるが、記載されたデバイスまたはプロセスの形態や細部において、多くの省略、置き換え、および変形が、本開示から離れることなく当業者により行われることが理解されるであろう。

Claims (15)

  1. 太陽電池のモジュールレベル処理の方法であって、
    接着層の手段により、少なくとも１つの結晶シリコン太陽電池基板をキャリアに接着し、これにより接着層の一部を被覆されない状態で残す工程と、
    接着工程の後に、接着層の被覆されない部分と少なくとも１つの結晶シリコン太陽電池基板をプラズマに露出させる工程と、
    少なくとも１つの結晶シリコン太陽電池基板の表面部分を除去する工程とを含む方法。
  2. 接着層の被覆されない部分と、少なくとも１つの結晶シリコン太陽電池基板とをプラズマに露出させる工程は、イオン衝撃への露出を含む請求項１に記載の方法。
  3. 少なくとも１つの結晶シリコン太陽電池基板は、表側がキャリアに向かうように配置される請求項１または２に記載の方法。
  4. 少なくとも１つの結晶シリコン基板をキャリアに接着する工程は、キャリアを接着層で覆う工程と、接着層の上に少なくとも１つの太陽電池基板を配置する工程とを含む請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
  5. 更に、少なくとも１つの太陽電池基板を接着層の上に配置する前に、アニール工程が行われる請求項４に記載の方法。
  6. アニール工程は、１００℃〜１５０℃の温度で、５分〜１５分間加熱する工程を含む請求項５に記載の方法。
  7. 更に、少なくとも１つの太陽電池基板を接着層の上に接着した後、脱ガス工程が行われる請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
  8. 脱ガス工程は、１５０℃〜２００℃の温度で、１５分〜６０分間加熱する工程を含む請求項７に記載の方法。
  9. 少なくとも１つの太陽電池基板の表面部分を除去する工程は、少なくとも太陽電池基板の裏側において、１マイクロメータから５マイクロメータの厚さの表面部分を化学的にエッチングする工程を含む請求項１〜８のいずれかに記載の方法。
  10. 少なくとも１つの太陽電池基板の表面部分を除去する工程は、ＴＭＡＨ水溶液中でエッチングする工程を含む請求項１〜９のいずれかに記載の方法。
  11. エッチング工程は、１％〜５％のＴＭＡＨを含む溶液中で、２０℃〜５０℃の温度でエッチングする工程を含む請求項１０に記載の方法。
  12. 更に、イントリンシックなａ−Ｓｉ：Ｈパッシベーション層を少なくとも１つの太陽電池基板上に堆積する工程を含む請求項１〜１１のいずれかに記載の方法。
  13. 少なくとも１つの結晶シリコン太陽電池基板をキャリアに接着する工程は、複数の結晶シリコン太陽電池基板をキャリアに接着する工程を含む請求項１〜１２に記載の方法。
  14. キャリアおよび接着層は、太陽電池基板の吸収スペクトル内の太陽スペクトルの波長範囲において光学的に透明である請求項１〜１３のいずれかに記載の方法。
  15. 接着層は、シリコーン接着層である請求項１〜１４のいずれかに記載の方法。
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