JP2015511989A - 生産性の高い半導体の金属被覆及び相互接続の噴霧処理 - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は2011年12月23日付米国プロビジョナル特許出願61/569,819号に基づく優先権主張を伴う出願である。この参照をもって全内容を本願に組み込む。
効率よく太陽光より発電した電力を取り入れるため、太陽電池は無駄の少ない、電子相互接続及び電池端子へのコンタクトが必要である。これらの方法は金属被覆を行うという点では十分であるが、以下の理由または組み合わせにより、特に高効率の太陽電池の構成においてはコストが掛かる。
装置の資本コストおよび複雑さ− 金属被覆製造装置及び方法はしばしばコストが掛かり、その処理も複雑である。特に、(プラズマスパッタリング、イオンビーム蒸着、及び気化的方法を含む)物理的蒸着(PVD)等の真空蒸着法では比較的低い面圧と高度の真空環境が必要である。
原材料の利用−公知の方法は金属被覆に使用する主原料が比較的少なく、結果として、例えばプラズマスパッタリングなどの真空蒸着法では限られた所要の材料の使用等のように追加の原料が必要となる、また主原料に高いコストが掛かる。
消耗品の費用−主原料でない製造の材料または消耗品たとえば化学品、フィルター、金属被覆に使われた樹脂の再生、プラズマスパッタリングで使われるターゲット金属の製造等にもコストが掛かる。
これらの要因により、従来の熱及びアーク被覆装置及び方法はマイクロエレクトロニクス、太陽電池及び他の半導体装置の大量生産の金属被覆アプリケーションに対しては有効とは言えずかつ経済的でない。
移送システムは、制御された大気領域を介してバッチキャリアプレート内に配置されたバックコンタクト型太陽電池を移動させる。さらにこのシステムはベース端子とエミッタ端子を含む第1の金属被覆パターンを備える半導体基板とバックコンタクト型太陽電池のバックプレーンに配置されたバックプレーンを有するバックコンタクト型太陽電池含む。このバックプレーンは太陽電池のベース端子とエミッタ端子にアクセスを提供するバイアスを含む。
さらに、図1のシステムは、窒素及び/または水素、またはフォーミングガス(必要に応じて、回収及び再循環される)などの不活性ガスを有する制御された非酸化性(例えば不活性)ないし還元性(例えば水素含有)環境において、金属被覆層の制御された環境熱噴霧被覆を提供することができる。
キャリアロードステーション22は、マスクキャリア中で搬送されている、ワークピース18を、選択的な加熱ゾーン38上に堆積ゾーン30、32及び34を含む制御された大気領域を介して搬送するベルトコンベア36上に、ワークピース18をおろすことができる。隔離ガスカーテン20は外環境から制御された環境の周囲領域を隔離するとともに、逆も同様にし(内部環境からも隔離し)、制御された大気のコンベア炉で一般的に開発された公知の技術及び大気圧化学蒸着(APCVD)装置を用いて最小のまたは無視できる酸素を含む制御されたガスの環境を生成する。そして、温度制御装置26は大気領域(それぞれ選択的に各堆積ゾーンに対して)の温度を制御する。図示していないが 、各堆積ゾーンは例えば隔離ガスカーテンによって完全に分離された領域であっても良い。ワークピース18は、マスク28を使用して、金属被覆層が堆積およびパターン化される堆積ゾーン30、32、34を通過し、その後アイソレーションガスカーテン20から出て、任意にキャリアアンロードステーション24へ移動する。
処理能力及び用具の生産性を高めるために、各トレイは一つのワークピースまたは複数のワークピースを保持することができる。そして、トレイまたはキャリアはコンベアベルト36等の適当な移動機構によって噴霧ゾーンに移送される。自動キャリアロードステーション22及びキャリアアンロードステーション24はコンベア36上でキャリアの積載及び降ろし作業に供することができる。
- 二段噴霧被覆システム:(1) メイン高導電率太陽電池相互接続として使用されるアルミニウム(ほぼ5〜100ミクロン以上)、(2) バルクアルミニウム層(〜1〜20ミクロンの層)上にはんだ付け可能な表面を形成するためのはんだ溶接面として使用される亜鉛または亜鉛アルミニウム合金。
- 三段噴霧被覆システム:(1) メイン高導電率太陽電池相互接続として使用されるアルミニウム(ほぼ5〜100ミクロン以上) 、(2) バルクアルミニウム層(〜1〜20ミクロンの層)上にはんだ付け可能な表面を形成するためのはんだウェッティング面として使用される亜鉛または亜鉛アルミニウム合金、(3) はんだ付け可能面及び、亜鉛または亜鉛合金を覆う防御層として使用される、スズ系はんだ等のはんだ(〜1〜20ミクロンの層) 。
- 四段噴霧被覆システム:(1)亜鉛または亜鉛合金(〜1〜20ミクロンの層)の密着および低抵抗コンタクト層、(2) メイン高導電率太陽電池相互接続として使用されるアルミニウム(ほぼ5〜100ミクロン以上)、 (3) バルクアルミニウム層(〜1〜20ミクロンの層)上にはんだ付け可能な表面を形成するためのはんだウェッティング面として使用される亜鉛または亜鉛アルミニウム合金、 (4) はんだ付け可能面及び、亜鉛または亜鉛合金を覆う防御層として使用されるスズ系はんだ等のはんだ(〜1〜20ミクロンの層)。
- 一段噴霧被覆システム:(1) メイン高導電率太陽電池相互接続として使用される銅(ほぼ5〜100ミクロン以上の範囲) 。
- 二段噴霧被覆システム:(1) 界面コンタクト及び障壁層として使用されるアルミニウムの初期層(〜1〜10ミクロン以上)、 (2) メイン高導電率太陽電池相互接続として使用される。銅(ほぼ5〜100ミクロン以上の範囲) 。
- 三段噴霧被覆システム:(1) 界面コンタクト及び障壁層として使用されるアルミニウムの初期層(〜1〜10ミクロン以上)、 (2) メイン高導電率太陽電池相互接続として使用される。銅(ほぼ5〜100ミクロン以上の範囲) 、(3) はんだ付け可能面及び、銅を覆う防御層として使用されるスズ系はんだははんだ付け可能面及び、銅を覆う防御層として使用される等のはんだ(〜1〜20ミクロンの層)。
2つのレベルの金属デザインの後者の場合には、太陽電池の活性領域に接触する、第1のレベル金属が、第2のレベルの金属に比べて、より微細な特徴(例えば櫛形バックコンタクト金属被覆パターン内の微細なピッチ)を有するように設計なされており、コストを削減し、太陽電池の性能を向上させることができる。この場合、第2のレベル金属は第1のレベル金属及びモジュールコネクタレベルに接続するとともに、より粗い特徴(例えば第2のレベル金属の第1のレベル金属と比較して直交変換を用いた構造、言い換えれば金属2フィンガは金属1フィンガに対して実質的に垂直に延びている)を持っている。
さらにマスキングストリップまたはワイヤは、例えば網状に配置する等、並列パターン以外の金属被覆パターンの生成に使用できる。他の例では、ワークピースの整列が、工程中または多数の工程サイクルの間、調整によってまたは回転によっておこなわれ、交差する線(例えばバスバーを形成するのに有用である(90度の交差)を有するパターンを生成する。上記に示したようにモバイル連続ストリップは、図3及び4に示したようにロールツーロール(roll to roll)配列で配置しても良い。
代わりの搬送システムは、例えば、基板積載ゾーン、処理ゾーン、降ろしゾーン(積載ゾーンを兼ねることができる)及びトレイ、マスク及びハンドリングシステム洗浄ゾーンとの間の基板またはトレイの中の基板の回転供給を含んで、使用される。
- 一つのあるいは複数の底部金属被覆層(例えばメインの高導電率アルミニウム金
属被覆層及びこれにつづく亜鉛接着層)は、接触または近接シャドウマスクを使用
しない熱噴霧を用いてブランケット状に堆積することができる。単一または複数の
頂部金属被覆層(例えば頂部はんだ層等)は、その後、パターン化された形状、例え
ばパターン化されたスクリーンプリンティング等、で堆積することができる。単一
または複数の頂部金属被覆層はその後エッチングマスクとして使用して、下地とな
る底部層を除去する。例えば、単層または複数層の頂部層及び他の基板のパーツを
エッチングせず、単層または複数層の底部層のみエッチングする選択的なウェット
またはドライエッチング反応を用いておこなう。例えば、アルミニウムまたはアル
ミニウム合金は底部層として使用することができ、はんだはリン酸及び酢酸との混
合物を含むまたは、代替的にカリウムまたはナトリウム水酸化物を含む選択的エッ
チング化学物質を用いて頂部層の1つとして用いて、アルミニウム及びアルミニウ
ム合金をエッチングすることができる。
- 基板上でブランケットのスプレーされたフィルムをパターン化するための代替的
な例は研削の配列または他の望まれない部分に堆積された金属を局所的に取り除く
研磨ホイールを使用することである。
12、14、16:スプレーガン
18:ワークピース
20:隔離ガスカーテン
22:キャリアロードステーション
24:キャリアアンロードステーション
26:温度制御装置
28:マスク
30、32、34:堆積ゾーン
36:ベルトコンベア
38:加熱ゾーン
40:キャリア
50:自動処理装置
52、58:ロール
54、74:ストリップ
56、62、76:ガイドローラ
60:自動処理装置
62:ガイドローラ
64:ストリップ
66:エッチング/洗浄セグメント
68:ライジング/乾燥セグメント
80:自動処理装置
90:再利用システム
92:クリーン及びエッチセグメント
96:搬送システム
100:帯電された分離壁
102:スプレーヘッド102
104:噴霧堆積金属ライン
106:基板
110:第2のレベル金属エミッタコンタクトフィンガ
112:第2のレベル金属ベースコンタクトフィンガ
116:ベースホール
118:第1のレベル金属エミッタフィンガ
120:第1のレベル金属ベースフィンガ
122、126:トレンチ
128:ホール
130:第2のレベルエミッタコンタクト
132:バックプレーン
134:第1のレベル金属エミッタコンタクト
136:p++エミッタコンタクト
138:第1のレベル金属ベースコンタクト
140:n+ベースコンタクト140
142:n型シリコン基板
144:第2のレベルベースコンタクト
146:亜リンケイ酸ガラス層
148:ホウケイ酸(boron silicate)ガラス層
150:先端表面テクスチャのパッシベーション層
152:p++エミッタ層
154:n+ベースコンタクト
156:絶縁層
Claims (18)
- 複数のワークピースを金属被覆する処理装置であって、
堆積ゾーンを少なくとも一つ有する外部酸化環境から隔離された制御された大気領域と、
前記堆積ゾーンが前記ワークピースを金属被覆するためのスプレーガンを少なくとも一つを含んでおり、さらに、
前記ワークピースを前記制御された大気領域を介して移動させる搬送システムと、
前記ワークピースを前記制御された大気領域を介して支持するバッチキャリアプレートと、
を備える処理装置。 - さらに、前記ワークピース上の金属被覆パターンを露出させかつ画定させるシャドウマスクを備えた請求項1に記載の処理装置。
- 前記シャドウマスクが前記ワークピース上に位置決めされた不連続のパターンを有するマスクである請求項2に記載の処理装置。
- 統合化されたマスク洗浄システムをさらに含む請求項2に記載の処理装置。
- 前記シャドウマスクがロールツーロール配列で配置されたストリップである請求項2に記載の処理装置。
- 前記シャドウマスクが連続的なストリップ配列で配置されたストリップである請求項2に記載の処理装置。
- さらに、ストリップ洗浄セグメントを備えた請求項6に記載の処理装置。
- 堆積ゾーンにおいてのワークピースの温度を調整する温度コントローラを含む請求項1に記載の処理装置。
- 自動処理装置を含む、複数のバックコンタクト型太陽電池の金属被覆システムであって、
該自動処理装置が;
少なくとも一つの堆積ゾーンを含む外部酸化環境から隔離された制御された大気領域と、
前記堆積ゾーンが太陽電池のバックコンタクトの金属被覆をするためのスプレーガンを少なくとも一つ含むものである堆積ゾーンと、
前記太陽電池の金属被覆パターンを露出させ及び画定させるシャドウマスクと、
前記太陽電池を前記制御された大気領域を介して移動させる搬送システムと、
前記太陽電池を前記制御された大気領域を介して支持するバッチキャリアプレートと、
を備えており、かつ、
前記バックコンタクト型太陽電池が、
ベース端子とエミッタ端子を含む第1の金属被覆パターンを有した半導体基板と、
前記バックコンタクト型太陽電池の裏面側に配置され、ベース端子とエミッタ端子にアクセスを提供する経路とを含むバックプレーンと、を備えている、金属被覆システム。 - 前記ワークピース上の金属被覆パターンを露出させかつ画定させるシャドウマスクを有する請求項9に記載の金属被覆システム。
- 前記シャドウマスクがワークピース上に位置決めされた不連続のパターンを有するマスクである請求項10に記載の金属被覆システム。
- 統合化されたマスク洗浄システムを有する請求項10に記載の金属被覆システム。
- 前記シャドウマスクがロールツーロール配列で配列されたストリップである請求項10に記載の金属被覆システム。
- 前記シャドウマスクが連続したストリップ配列で配置されたストリップである請求項10記載の金属被覆システム。
- さらに、ストリップ洗浄セグメントを有する請求項14に記載の金属被覆システム。
- 半導体基板上のベース端子とエミッタ端子を含む前記第1の金属被覆パターンが櫛形金属被覆パターンである請求項9に記載の金属被覆システム。
- 前記堆積ゾーンにおいてのワークピースの温度を調整する温度コントローラを有する請求項9に記載の処理装置。
- 複数のワークピースを金属被覆する処理装置であって、
少なくとも一つの堆積ゾーンを含む外部酸化環境から隔離された制御された大気領域と、
前記堆積ゾーンが前記ワークピースを金属被覆するためのスプレーガンを少なくとも一つ含んでおり、
さらに、前記ワークピースの金属被覆パターンを露出させかつ画定させるシャドウマスクと、
前記ワークピースを前記制御された大気領域を介して移動させる搬送システムと、
前記ワークピースを前記制御された大気領域を介して支持するバッチキャリアプレートと、
前記堆積ゾーンにおいてのワークピースの温度を調整する温度コントローラと、
を備える処理装置。
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