JP2015515257A - 裏面コンタクト裏面接合ソーラーセルの抵抗構成要素の取り出し方法 - Google Patents

裏面コンタクト裏面接合ソーラーセルの抵抗構成要素の取り出し方法 Download PDF

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Abstract

裏面コンタクトソーラーセルに関する電気的パラメータを試験する方法。ベース電極及びエミッタ電極の櫛形パターンを有する導電性金属の第１の層が、結晶半導体ソーラーセル基板の裏面上に形成される。導電性金属の第１の層上に電気絶縁層が形成され、導電性金属の第１の層と導電性金属の第２の層との間に電気的絶縁を提供する。電気絶縁層内にビアが形成され、導電性金属の第１の層へのアクセスを提供する。電気絶縁層上に第２の導電性メタライゼーション層が形成され、ビアを介して第１の導電性金属層と接触する。導電性メタライゼーション層を電流又は電圧を用いて探査することによって、裏面コンタクト半導体ソーラーセルから電気的パラメータが取り出される。【選択図】 図６Ａ

Description

（関連出願の相互参照）
本出願は、２０１２年４月２３日に出願された米国特許仮出願第６１／６３７，１２６号に対する優先権を主張し、当該特許仮出願は引用により全体が本明細書に組み込まれる。
（技術分野）
本開示は、一般に、半導体処理の分野に関する。より詳細には、本開示は、裏面コンタクト太陽電池セル（ソーラーセル）から電気的パラメータ値を取り出すための方法及び構造に関する。
一般に、結晶半導体ソーラーセルは、前面コンタクトソーラーセル（単結晶又は多結晶シリコンから形成されることが多い）又は裏面コンタクトソーラーセル（単結晶シリコンから形成されることが多い）に分類することができる。従来の前面コンタクトセルの直列抵抗は、前面コンタクトメタライゼーションを形成するのに使用される金属ペースト焼成処理によるコンタクト抵抗によって決定付けられる傾向にあるが、裏面コンタクトセルの直列抵抗には、関係する構成要素が付加される。加えて、裏面コンタクトソーラーセルの取り出しは、前面コンタクトソーラーセルと比べてより複雑で込み入っている。このことは、より薄い吸収体（例えば、約１００μｍ未満）の裏面コンタクトソーラーセルに対して特に当てはまり、この場合シリコンのベース拡散抵抗も重要となる。
典型的な裏面コンタクト／裏面接合ソーラー構成要素は、例えば、１）ベース拡散抵抗、２）エミッタ拡散抵抗、３）ベースコンタクト抵抗、４）エミッタコンタクト抵抗、及び５）金属抵抗を含むことができる。更に、二重又は多レベルメタライゼーション方式（図１に描いたものなど）はまた、エミッタ及びベース線路両方に対するメタル１（Ｍ１）−メタル２（Ｍ２）間コンタクト抵抗と、メタル２（Ｍ２）抵抗（メタル１及びメタル２は、それぞれ第１及び第２のレベルのメタライゼーションパターンを指す）とを含むことができる。現在のところ、裏面コンタクトセル、特に二重レベルメタライゼーションを備えた薄い裏面コンタクトセルの取り出し及び測定には依然として問題がある。しかしながら、ソーラーセルの開発の際には、二重レベルメタライゼーションの追加によって生じる抵抗構成要素の付加並びに更なる薄膜化によるベース拡散抵抗の増大により、裏面コンタクトソーラーセルの取り出しが不可欠なものになる。
従って、裏面コンタクトソーラーセルの電気的パラメータ試験方法及び構造の必要性が生じている。本開示の主題によれば、これまでに開発された裏面コンタクトソーラーセルの電気的パラメータ試験方法及び構造体に伴う問題、コスト及び製造上の欠点を実質的に排除又は低減した、二重レベルメタライゼーションを有する裏面コンタクトソーラーセルから少なくとも１つの電気的パラメータ値を取り出す方法及び構造体が提供される。
本開示の主題の１つの態様によれば、裏面コンタクトソーラーセルに関する電気的パラメータを試験する方法。１つの実施形態において、ベース電極及びエミッタ電極の櫛形パターンを有する導電性金属の第１の層が、結晶半導体ソーラーセル基板の裏面上に形成される。導電性金属の第１の層上に電気絶縁層が形成され、該電気絶縁層は、導電性金属の第１の層と導電性金属の第２の層との間に電気的絶縁を提供する。電気絶縁層内にビアが形成され、ビアは、導電性金属の第１の層へのアクセスを提供する。電気絶縁層上に第２の導電性メタライゼーション層が形成され、ビアを介して第１の導電性金属層と接触する。導電性メタライゼーション層を電流又は電圧を用いて探査することによって、裏面コンタクト半導体ソーラーセルから電気的パラメータが取り出される。
開示された手段のこれらの態様又は他の態様、並びに追加の新規の特徴は、本明細書で提供される明細書から明らかになるであろう。この概要の意図は、請求項に記載された主題の包括的な記述ではなく、むしろ本主題の機能の一部の短い概観を提供することである。本明細書で提供される他のシステム、方法、特徴及び利点は、添付の図面及び詳細な説明を考察すれば、当業者には明らかになるであろう。本明細書内に含まれる全てのこのような追加のシステム、方法、特徴及び利点は、請求項の範囲内にあるものとする。
開示した主題の特徴、特質、及び利点は、図面を参照すると以下に記載した詳細な説明からより明確になることができ、図面では類似の参照番号は類似の特徴要素を示している。
直列抵抗構成要素を示す多レベルメタライゼーション裏面コンタクトソーラーセルの断面図である。 裏面コンタクト裏面接合ソーラーセルの形成の一般的なプロセスフローである。 エピタキシャルシリコンリフトオフ処理を用いて裏面コンタクト／裏面接合セルを形成するための代表的な製造プロセスフローである。 薄い結晶ソーラーセルの断面図である。 ブロック設計レイアウトを示す抵抗試験構造の平面図である。 Ｍ１及びＭ２試験構造レイアウトの平面図である。 図５Ａのソーラーセル構造の断面図である。 Ｍ１−Ｍ２コンタクト及びＭ１抵抗試験構造の平面図である。 Ｍ１−Ｍ２コンタクト及びＭ１抵抗試験構造の平面図である。 試験構造の断面図である。 Ｍ１エミッタ及びベース線路の平面図である。 図８Ａのソーラーセル構造の断面図である。 ベースシート抵抗及びＭ１−ベースコンタクト試験構造の平面図である。 ベースシート抵抗及びＭ１−ベースコンタクト試験構造の平面図である。 Ｍ１エミッタ及びベース線路の平面図である。 図１０Ａのソーラーセル構造の断面図である。 エミッタシート抵抗及びＭ１−エミッタコンタクト試験構造の平面図である。 エミッタシート抵抗及びＭ１−エミッタコンタクト試験構造の平面図である。 Ｍ２再堆積後の試験パッドによるＭ２金属線路パターンの平面図である。
以下の説明は、限定的な意味で捉えるベきではなく、本開示の一般的な原理を説明する目的でなされる。本開示の範囲は、請求項を参照して決定されるベきである。本開示の例示的な実施形態は、図面において例示され、同様の番号は種々の図面の同様の部分及び対応する部分を参照するのに使用される。
開示される例示的なプロセスフロー、材料、及び次元は、特定の実施形態についての詳細な説明として提供され、また、開示される主題によるソーラーセルを形成及び設計する際に全体として使用されることになる。記載されるプロセスフロー及び構造の態様は、開示された主題によるソーラーセルを形成するために多くの様々な方法で組み合わせ及び／又は付加又は取り除くことができることは、当業者であれば理解されるであろう。
また、本開示は、１０〜２００ミクロンの範囲の厚さを有する単結晶シリコン基板及び他の記載した作製材料のメタライゼーション層を用いた裏面コンタクトソーラーセルのような特定の実施形態に関して記載しているが、当業者であれば、過度な実験を行うことなく、代替の半導体材料（ガリウムヒ素、ゲルマニウム、多結晶シリコン、その他など）、メタライゼーションスタックを備えたメタライゼーション層、技術領域、及び／又は実施形態を含む他の作製材料に本明細書で検討される原理を適用することができる。
開示される主題は、裏面コンタクトソーラーセルから（一部又は全ての）直列抵抗の構成要素を独立して取り出すための構造及び方法を提供する。幾つかの例では、試験構造は、種々の構成要素の取り出しを可能にする裏面コンタクト／裏面接合ソーラーセル用に開発された二重レベルメタライゼーション方式を利用する。直列抵抗は、ソーラーセルの曲線因子に直接影響を及ぼすので、セル効率を決定する重要なパラメータである。幾つかの例では、提供される抵抗試験構造及び方法は、ソーラーセルと同時に測定されている間、同じセル上のソーラーセルと並んで位置付けることができる。或いは、代替として、抵抗試験構造は、規則的頻度で大量生産ラインにて、或いは、曲線因子をトラブルシューティングするための開発／試験環境においてインライン故障診断として稼働させることができる。開示される試験構造及び方法の主要な利点は、試験しているプロセスフローがソーラーセルの作製プロセスフローと同一（２つのステップを用いたメタライゼーションパターン形成における僅かな修正の形態で差違が生じる場合がある）とすることができることである。従って、開示される試験構造及び方法は、同じウェーハ上又は独立した媒介手段としてソーラーセルと共に統合することができる。ソーラーセル作製プロセスフローを利用することにより、本明細書で開示される試験構造方法は、所与のプロセスフロー及びプロセスレシピでソーラーセルの真の直列抵抗構成要素を取り込むことが可能となる。また、これらの構造及び方法は、メタライゼーション相互接続の複数の層を備えた裏面コンタクトソーラーセルに関して主として説明しているが、単一レベル金属の裏面コンタクトセル（特に、単一レベル及び二重レベルメタライゼーション間で共通である抵抗構成要素に関して）に対しても適用可能である。
開示される試験構造及び方法の利点には、限定ではないが、以下のことが挙げられる。
−直列抵抗構成要素の全ては、完成したソーラーセル上で直接測定することができ、従って、複数の基板及び試験構造を使用する必要性が排除される（種々の相互作用を考慮する必要がない）。
−開示された試験構造を利用するウェーハは、製品ウェーハと同時に処理され、製品と同じ処理条件下での値を表す測定を可能にする。
試験構造は、ウェーハにわたるパラメータの変動を測定するよう再構成され、すなわち、直列抵抗Ｒの空間的変動だけでなく、ソーラーセルにわたる個別の構成要素への内訳（プロセス開発中の故障解析において特に有用とすることができる測定値）も取り出すことができる。
試験構造は、製品セルに組み込むことができ、取り出された直列抵抗データを用いて、セル線路の正常性を測定することができる。
本明細書で記載されるソーラーセル構造は、誘電体層によって分離された２つのメタライゼーション層を含む。２つの金属層は、誘電体層においてビアを用いて接続することができる。誘電体層は、限定ではないが、スクリーン印刷を含む多種多様な堆積方式を用いて堆積することができ、或いは、結着性樹脂により誘電体材料の積層体を用いて形成することができる。次いで、誘電体バックプレーン堆積／積層／付着の後、機械的、化学的、又はレーザ孔加工技法を用いてビアを孔加工することができる。或いは、誘電体は、堆積中に覆われない開口を介して残されたパターンで堆積することができる（又は、積層体の場合には、積層する前にビアホールを予め孔加工することができる）。
選択的位置でのビアを開けて金属層をパターン形成することにより、構造体は、直列抵抗の構成要素を測定するよう設計することができる。図１は、直列抵抗構成要素（ベースＭ２線路）を示す多レベルメタライゼーション裏面コンタクトソーラーセルの断面図である。図１に示すように、２レベル金属構造における直列抵抗は、以下の構成要素、すなわち、第２のレベル金属線路の抵抗（ＲM2）、Ｍ１−Ｍ２コンタクト抵抗（ＲM1-M2contact）、Ｍ１線路抵抗（ＲM1）、Ｍ１−シリコンコンタクト（ＲM1-base-contact又はＲM1-emiter-contact）、ベース拡散抵抗（Ｒbase）、前面表面電界拡散抵抗（ＲFSF）、及びエミッタ拡散抵抗（Ｒemiter）からなる。
開示された試験構造は、多レベルメタライゼーション又は従来の単一金属レベル機構に適用可能である。幾つかの例では、エピタキシャルベースのソーラーセルの場合に記載されるように、プロセスステップは、メタライゼーション層とは無関係とすることができる。試験構造及び方法は、多層裏面メタライゼーションを利用して高効率裏面コンタクト、裏面接合ソーラーセルの形成に直接適用されるように本明細書で詳細に記載される。前面コンタクトソーラーセルと比べると、全裏面接合裏面コンタクトのソーラーセルは、セルの裏面上に全てのメタライゼーション（ベース及びエミッタメタライゼーション並びにバスバー）が位置付けられ、セルの前面／太陽が当たる側上のメタルランナーに起因した太陽光の遮蔽（従来の前面コンタクトソーラーセルの場合におけるエミッタ金属フィンガー及びバスバーの光学的遮蔽損失）を排除することができる。また、セルのメタライゼーション（ベース及びエミッタコンタクトの両方）は、光学的遮蔽損失を排除するために同じ側（太陽の当たる側と反対側）で形成することができるが、ベース及びエミッタ電極両方が同じ側で接触しなければならないので、一部の裏面コンタクト設計においてはセルメタライゼーションがより複雑になる可能性がある（しかしながら、幾つかの例では、同じ側でのベース及びエミッタコンタクトは、モジュールレベルでのソーラーセルの相互接続を簡素化する場合もある）。
幾つかの例では、金属パターンの高い忠実度を必要とする櫛形メタライゼーション機構を用いる場合がある。また、メタライゼーションパターン幾何形状は、セル効率を高めるために次第に小型に形成されているので、メタライゼーション層の所要厚さもまた、例えば、１２５ｍｍ×１２５ｍｍ〜１５６ｍｍ×１５６ｍｍの寸法を有するソーラーセル上で高導電性メタライゼーション層（銅又はアルミニウムなど）として３０〜６０ミクロンのように次第に増大する可能性がある。
更に、所要メタライゼーション厚さを低減するために、セルメタライゼーションを２つの金属層／レベルに区分化することができ、バックプレーン材料（誘電又はポリマーシートなど）は、２つのメタライゼーション層の間に形成されて、厚みのある高コンダクタンスの第２のメタライゼーションレベルから誘起される応力の低減を助けることができる。換言すると、バックプレーン材料は、２つのメタライゼーション層を分離し、ソーラーセル基板に構造的支持を与えて、大面積裏面コンタクトソーラーセルに対するスケーリングを可能にする。従って、各層、すなわち第１のメタライゼーション層（Ｍ１）、バックプレーン材料、及び第２のメタライゼーション層（Ｍ２）は、コスト及び性能に関して別個に最適化することができる。また、一部の二重レベルメタライゼーションの実施形態において、２つの金属レベルが互いに対して直交してパターン形成され、第２の（最後の）金属レベルは、第１の（オンセル）金属レベルよりも遙かに僅かで且つ粗いフィンガーを有する。
また、本明細書で記載される以下の例示的な裏面接合裏面コンタクトソーラーセル設計及び製造プロセスは、電気的に絶縁され且つ機械的に支持されるバックプレーン層によって分離されたメタライゼーションの２つのレベル（二重層メタライゼーション）を利用しているが、開示される主題は、試験構造及び方法を必要とするあらゆる作製の実施形態に適用することができる。幾つかの例では、バックプレーンとメタライゼーション層の何らかの組み合わせは、恒久的構造支持／強化体として機能し、ソーラーセルを有意に損なうことなく、又はソーラーセルの製造コストを増大させることなく、高効率の薄い結晶シリコンソーラーセルのための埋め込み高導電性（アルミニウム及び／又は銅）相互接続を提供することができる。
幾つかの例では、本明細書で記載される試験構造及び方法は、現行の裏面コンタクト裏面接合ソーラーセル構造及び作製プロセスに付加し統合することができる。図２Ａは、開示された試験構造及び方法を利用できる裏面コンタクト裏面接合ソーラーセルの形成についての一般的なプロセスフローである。具体的には、図２Ａは、シリコン使用量を大幅に削減し且つ従来の製造ステップを排除して低コスト高効率の裏面接合／裏面コンタクト単結晶セルを作成した、薄いエピタキシャルシリコンリフトオフ処理を用いて試験される薄い結晶シリコンソーラーセル製造プロセスの主要な処理に焦点を当てた一般的プロセスフローである。図２Ａのプロセスフローは、本明細書で開示される試験構造及び方法を利用し統合することができる多孔質シリコンの剥離層上に再使用可能テンプレート及びエピタキシャルシリコン堆積を用いて形成されたスマートセル及びスマートモジュール設計用の積層バックプレーンを有するソーラーセルの作製を示している。
図２Ａに示されるプロセスは、典型的にはｐ型単結晶シリコンウェーハから作られた再使用可能シリコンテンプレートから始まり、ウェーハ上には多孔質シリコンの薄い犠牲層が形成されている（例えば、電流の存在下でＨＦ／ＩＰＡ湿式化学における表面改質プロセスを通じた電気化学エッチングプロセスによって）。出発材料又は再使用可能テンプレートは、例えば、ＦＺ、ＣＺ、ＭＣＺ（磁気安定化ＣＺ）などの結晶成長法を用いて形成された単結晶シリコンウェーハとすることができ、更に、このようなシリコンウェーハ上に成長させたエピタキシャル層を含む。半導体ドープ型は、ｐ型又はｎ型の何れでもよく、ウェーハ形状（最も一般的には方形であるが）は、準方形又は円形などあらゆる幾何学的又は非幾何学的形状とすることができる。
高品質エピタキシャルシード層並びに後続の分離／リフトオフ層の両方の機能を果たす多孔質犠牲シリコン層が形成されると、インサイチュ（ｉｎ−ｓｉｔｕ）ドープされた単結晶シリコンの薄い層（例えば、数ミクロンから最大で約７０ミクロンの範囲の層厚さ、又は約５０ミクロン未満の厚さ）が形成され、エピタキシャル成長とも呼ばれる。インサイチュ（ｉｎ−ｓｉｔｕ）ドープされた単結晶シリコン層は、例えば、トリクロロシランすなわちＴＣＳなどのシリコンガス及び水素を含む環境大気中で化学蒸着すなわちＣＶＤプロセスを用いて大気圧エピタキシーにより形成することができる。
バックプレーン積層の前に、例えば、スクリーン印刷又はスパッタ（ＰＶＤ）もしくは蒸着アルミニウム（又はアルミニウム合金又はＡｌ／ＮｉＶ／Ｓｎスタック）材料層の薄い層を用いて、ソーラーセルベース及びエミッタコンタクトメタライゼーションパターンがセル裏面上に直接形成される。メタライゼーションの第１の層（本明細書ではＭ１と呼ばれる）は、ソーラーセルコンタクトメタライゼーションパターン、例えば、櫛形裏面コンタクト（ＩＢＣ）セルのベース及びエミッタを定めるファインピッチＩＢＣ導体フィンガーを定める。Ｍ１層は、ソーラーセルの電流及び電圧を取り出し、ソーラーセル電力を、Ｍ１の後に形成されたより高導電性のソーラーセルメタライゼーションの第２のレベル／層（本明細書ではＭ２と呼ばれる）に伝送する。
ソーラーセル処理ステップの大部分が完了した後、恒久的セル支持及び強化体として、並びにソーラーセルの高導電性セルメタライゼーションを支持するために超低コストの誘電体バックプレーン層を薄いエピ層に結合することができる。バックプレーン材料は、セルプロセス統合及び信頼性要件に適合するプリント基板にて一般に使用される安価なプリプレグ材料のような、薄い（例えば、約５０〜２５０ミクロンの範囲、及び幾つかの例では、５０〜１５０ミクロンの範囲の厚さ）可撓性があり電気的絶縁性のポリマー材料シートから作ることができる。次いで、大部分が処理された裏面コンタクト裏面接合バックプレーン強化された大面積（例えば、少なくとも１２５ｍｍ×１２５ｍｍ、１５６ｍｍ×１５６ｍｍ、又はそれよりも大きいソーラーセル面積）ソーラーセルが、（例えば、機械的剥離ＭＲプロセスによって）機械的に脆弱な犠牲多孔質シリコン層に沿ってテンプレートから分離されリフトオフされるが、テンプレートは、ソーラーセルの製造コストを更に最小限にするために、何回も再使用することができる。次に、テンプレートから剥離された後に露出されるソーラーセルの太陽に当たる側上で最終セル処理を実施することができる。太陽に当たる側の処理は、例えば、前面テキスチャ処理及びパッシベーションの完了、並びに反射防止コーティング堆積プロセスを含むことができる。
図２Ａに概略を示したフローに関して説明したように、バックプレーンの形成（Ｍ１層上、内、又は近傍での）、その後の機械的に脆弱な犠牲多孔質シリコン層に沿ったテンプレートからのバックプレーン支持ソーラーセルの脱離、及び前面テキスチャ及びパッシベーションプロセスの完了の後、より高導電性のＭ２層がバックプレーン上に形成される。ビアホール（幾つかの例では、最大で数百又は数千のビアホール）がバックプレーン内に孔加工（例えば、レーザ孔加工により）され、約５０〜最大５００ミクロンの範囲の直径を有することができる。これらのビアホールは、これらのビアホール内に形成された導電性プラグを通じてパターン形成されたＭ２層とＭ１層との間の後続の電気接続部のためにＭ１の予め指定された領域上にある。ビアホール充填及び導電性プラグ形成の後又はこれと同時に、パターン形成されたより高導電性のメタライゼーション層Ｍ２が形成される（例えば、プラズマスパッタ、メッキ、蒸着、又はこれらの組み合わせによって、アルミニウム、Ａｌ／ＮＩＶ、Ａｌ／ＮｉＶ／Ｓｎ、又は銅を含むＭ２材料を用いる）。Ｍ１上のファインピッチＩＢＣフィンガー（例えば、数百のフィンガー）を有する櫛形裏面コンタクト（ＩＢＣ）ソーラーセルでは、パターン形成されたＭ２層は、Ｍ１に直交して設計することができ、換言すると、矩形又はテーパー付きのＭ２フィンガーがＭ１フィンガーに対して本質的に垂直である。この直交変換に起因して、Ｍ２層は、Ｍ１層よりも遙かに少ないＩＢＣフィンガーを有することができる（例えば、約１０〜５０分の１少ないＭ２フィンガー）。この理由から、Ｍ２層は、Ｍ１層よりも幅広のＩＢＣフィンガーを有して遙かに粗いパターンで形成することができる。ソーラーセルバスバーは、オンセルバウバーに伴う電気的遮蔽損失を排除するために、Ｍ１層上ではなく、Ｍ２層上に位置付けることができる。ベース及びエミッタ相互接続及びバスバーの両方がソーラーセル裏面バックプレーンのＭ２層上に位置付けることができるので、ソーラーセルの裏面からバックプレーン上のソーラーセルのベース及びエミッタ端子両方に電気的アクセスが設けられる。
Ｍ１及びＭ２の間に形成されたバックプレーン材料は、薄いシリコン層上に過度の熱誘起応力が発生するのを回避するために、十分に低い熱膨張係数（ＣＴＥ）を有するポリマー材料の薄いシートとすることができる。その上、バックプレーン材料は、バックエンドセル作製プロセスにおけるプロセス統合要件に、詳細には、セル前面の湿式テキスチャ中の耐薬品性及び前面パッシベーション及びＡＲＣ層のＰＥＣＶＤ堆積中の熱的安定性に適合すべきである。電気的絶縁したバックプレーン材料はまた、モジュールレベル積層プロセス及び長期信頼性要件にも適合すべきである。種々の好適なポリマー材料（プラスチック、フルオロポリマー、プリプレグ、その他など）及び好適な非ポリマー材料（ガラス、セラミック、その他など）をバックプレーン材料として用いることができるが、バックプレーン材料の選択肢は、限定ではないが、コスト、プロセス統合の容易さ、信頼性、柔軟性、その他などを含む多くの考慮事項によって決まる。
バックプレーン材料としての好適な材料選択肢はプリプレグである。プリプレグは、プリント回路基板の構成成分として使用され、樹脂及びＣＴＥ低減繊維又は粒子の組み合わせから作ることができる。バックプレーン材料は、安価で低ＣＴＥ（通常は、ＣＴＥ＜１０ｐｐｍ／℃、又はＣＴＥ＜５ｐｐｍ／℃）の薄い（例えば、５０〜２５０ミクロン、及びより詳細には約５０〜１５０ミクロンの範囲）プリプレグシートとすることができ、このシートは、テキスチャ化学物質に対して比較的化学的に耐性があり、少なくとも１８０℃（又は少なくとも２８０℃ほど）の温度で熱的に安定している。プリプレグシートは、真空ラミネータを用いて未だテンプレート上にある間に（セルのリフトオフプロセスの前に）ソーラーセル裏面に取り付けることができる。熱及び圧力を加えると、薄いプリプレグシートは、処理されたソーラーセルの裏面に恒久的に積層又は取り付けられる。次いで、例えば、パルスレーザスクラビングツールを用いてリフトオフ剥離境界がソーラーセルの周辺（テンプレート縁部付近）で定められ、次いで、機械的剥離又はリフトオフプロセスを用いて再使用可能テンプレートから分離される。後続のプロセスステップは、（ｉ）ソーラーセルの太陽の当たる側でのテキスチャ及びパッシベーションプロセスの完了、（ｉｉ）セル裏面（ソーラーセルバックプレーンの一部を含むことができる）上でのソーラーセルの高導電性メタライゼーションの完了を含むことができる。エミッタ及びベース極性両方を含む高導電性メタライゼーションＭ２層（例えば、アルミニウム、銅、又は銀を含む）は、積層ソーラーセルバックプレーン上で形成される。
図２Ｂは、エピタキシャルシリコンリフトオフ処理を用いて裏面コンタクト／裏面接合セルを形成する代表的な製造プロセスフローであり、以下の作製ステップを含むことができる。１）再使用可能テンプレートから始まり、２）テンプレート上に多孔質シリコン（例えば、陽極エッチングを用いて二重層多孔質Ｓｉを形成）し、３）ｉｎ−ｓｉｔｕドープによりエピタキシャルシリコンを堆積し、４）Ｍ１形成を含む、テンプレート上にある間に裏面コンタクト／裏面接合セル処理を実施し、５）裏面コンタクトセル上にバックプレーンシートを積層し、６）バックプレーン付近の剥離境界部をレーザスクライブしてエピタキシャルシリコン層を形成してセルを剥離し、７）湿式シリコンエッチング／テキスチャ／洗浄、ＰＥＣＶＤ太陽当たる側及びトレンチ縁部のパッシベーション、バックプレーンにおけるビアホールのレーザ孔加工、金属（Ａｌ）のＰＶＤ堆積又は蒸着又はＭ２のためのメッキ（Ｃｕ）、及びＭ２パターン形成を完了する最終レーザアブレーションを含むバックエンドプロセスの実施に進む。
図２Ａ及び図２Ｂの記載したプロセスフローは、約１０〜最大約１００ミクロンの範囲の例示的な厚さを有する、エピタキシャル堆積されたシリコン薄膜上に形成されたソーラーセルをもたらす。以下の表１及び２は、２つのプロセスフローの実施形態、並びに二重レベルメタライゼーションを有する薄い結晶（約５〜１００ｕｍの範囲の厚さを有する）の裏面コンタクト裏面接合ソーラーセルの形成の対応する処理ステップを表している。
表１；二重レベルメタライゼーションプロセスフローによる薄い単結晶裏面コンタクト裏面接合ソーラーセル
表２；二重レベルメタライゼーションプロセスフローによる薄い単結晶又は準単結晶裏面コンタクト裏面接合ソーラーセル
図３は、表１で詳細に説明したプロセスフローに従って形成された薄い結晶ソーラーセルの実施形態の断面図である。ソーラーセルから分離された多孔質シリコン及びマザーテンプレート構造も図示されており、テンプレートは、作製コストを償却するべく更に再利用サイクル用に処理（洗浄）することができる点に留意されたい。２つのレベルのメタライゼーション層Ｍ１及びＭ２は、互いに平行又は垂直に延びることができる点に留意されたい。換言すると、Ｍ１及びＭ２の櫛形フィンガーでは、平行パターン又は直交パターンで設計することができる。加えて、開示される試験構造及び方法はまた、代替の二重レベルメタライゼーション機構及びプロセスフローにも適用することができる。更に、特定の金属及び金属スタックが一例として図示されているが、メタライゼーション材料の選択肢の範囲を限定するものではない。
拡散層（エミッタ又はベース）へのコンタクトは、エミッタ及びベース両方の拡散及び金属半導体コンタクト抵抗を取り出すよう設計される。金属層１、金属層２、及び金属層１と金属層２の間のビアの設計は、金属線路抵抗及びコンタクト抵抗を取り出すよう設計されている。重要なことには、メタライゼーションパターンにおける僅かな改質は試験セルとソーラーセル製品との間に差違を含むので、試験構造ウェーハ用に使用されるプロセスフロー及び材料（金属層、誘電体層）は、製品ウェーハにおいて使用されるものと同じとすることができる。従って、本明細書で開示される試験構造は、試験構造セルにおいて抵抗を測定するのに用いることができ、製品セルとして完全に統合することができる。
幾つかの例では、抵抗試験構造セルにおいて、セルは、少なくとも３つの異なるブロックに分割することができる。幾つかの例では、試験構造は、特別にパターン形成されたＭ２層とすることができ、或いは、試験されることになる電気的パラメータ値及び所望の試験構造統合に応じて、Ｍ２層に接続される代替の構造とすることができる。図４は、開示される主題によるソーラーセル上のブロック設計レイアウトの実施形態を示す抵抗私見構造の平面図である。金属ブロックは、Ｍ２、Ｍ１−Ｍ２コンタクト、及びＭ１（Ｍ１からオンシリコンエミッタ又はベース拡散領域へのコンタクトは存在しない）の抵抗を取り出すのに使用される。ベースブロックは、ベースバルク拡散抵抗及びＭ１−ベースコンタクト抵抗を取り出すのに使用される。エミッタブロックは、エミッタ拡散抵抗及びＭ１−エミッタコンタクト抵抗を取り出すのに使用される。図４の実施例は、ベース抵抗についての空間的変動データを取り込み測定するための２つのベースブロックインスタンスを有する。同様に、エミッタ及び金属ブロックは、これらの構成要素の空間的抵抗情報を得るために異なる設計で繰り返すことができる。また、図４の設計は、１５６ｍｍ×１５６ｍｍセルのものであるが、試験構造は、あらゆるセルサイズに合わせて設計することができ、幾つかの例では、ソーラーセルと並んで小さなスペースを占めることができる（換言すると、試験構造は、物理的に取り付けられ、必ずしも電気的に接続されるわけではない）。更に、この試験構造の異なるサイズは、セル当たりに必要な繰り返される取り出しの回数を変えることにより得ることができる。図４では、ブロックは、セル自体のサイズの約１／４である。しかしながら、ブロックは、ソーラーセルと同じほど大きいか、又は金属ブロックにおいて幅がＭ２ピッチの約半分で、長さが数Ｍ１ピッチほど小さく、ベース及びエミッタブロックにおいて幅が約数Ｍ２ピッチで長さが数Ｍ１ピッチほど小さいとすることができる。
図５Ａは、Ｍ１及びＭ２試験構造レイアウトの平面図である。図示のように、金属ブロック構成要素に対応するＭ２線路と金属ブロック構成要素は、オンシリコンエミッタ又はベース拡散領域に接触せず、換言すると、Ｍ１から、金属ブロック構成要素が取り付けられるオンシリコンエミッタ又はベース拡散領域へのコンタクトが存在しない。このブロックＭ２線路においては、Ｍ１線路の上にパッドが存在する。図５Ｂは、図５Ａにおいてブロック矢印の方向で描かれたソーラーセル構造の断面図である。従って、この断面図は、エミッタＭ１線路のみを示しているが、同じことがＭ１ベース線路においても繰り返すことができる。ソーラーセルの下にある構造は同じであるが、唯一の例外は、Ｍ１からシリコンの間のコンタクト開放ステップがこのブロックにおいてスキップされ、Ｍ２線路は、全線路ではなくパッドであるように修正されていることである。
図５Ａ及び６Ｂは、代替プローブ構成を有する、Ｍ１−Ｍ２コンタクト及びＭ１抵抗試験構造の平面図である。Ｍ２パッドは、Ｍ１−Ｍ２ビアを介してＭ１線路に接続される。パッド当たりのビアの数は変わることができる。パッドの種々のペアに対する抵抗を測定することによって、Ｍ１及びＭ１−Ｍ２コンタクト抵抗は、伝送長法（ＴＬＭ）などの取り出し技術を用いて、及びビア抵抗の直接測定（図７に示す）によって取り出すことができる。図７は、１つのＭ１線路に沿った金属ブロックにおける試験構造の断面図である。ビア抵抗の直接測定は、電流源接続部Ｉ１及びＩ２並びに電圧プローブ接続部Ｖ１及びＶ２を用いて求められる。
ベースブロックでは、Ｍ１−エミッタコンタクトは存在しない。Ｍ２パッド及びＭ１−Ｍ２ビアは、電流がベースのみを通って流れるように並置することができる。例えば、全抵抗を測定するＭ２パッド（又は全線路）は、隣接するＭ１ベース線路に接続するように並置される。或いは、Ｍ２パッドが線路である場合には、Ｍ２線路は、Ｍ１線路に平行に延びて、Ｍ１−Ｍ２抵抗が制限されないように多数のビアを通って接続される。更に、Ｍ１−Ｍ２抵抗は、上述のように構造の金属ブロック部分によって取り出すことができる。従って、この設計レイアウトを通る測定全抵抗は、Ｍ１−Ｍ２ビア、Ｍ１−ベース拡散コンタクト抵抗、及びベース拡散抵抗を含む。よって、ベース拡散抵抗及びＭ１−ベース拡散コンタクト抵抗は、ＴＬＭを含む上述の技法の何れかを用いて識別することができる。前面表面電界（ＦＳＦ）が存在する場合には、この試験構造はまた、ベース抵抗と並列の前面表面電界の拡散抵抗を測定することができる。本設計は、異なるベース金属線路にわたる抵抗を測定することによって、単一層メタライゼーションの従来の裏面コンタクトセルにも導入することができる。
図８Ａは、Ｍ１エミッタ及びベース線路の平面図である。Ｍ２線路は、Ｍ１の上に延び、バックプレーン（誘電体の）によって分離されるが、簡単にするために平面図では省略されている点に留意されたい。図８Ｂは、図８Ａに黒矢印の方向で描かれ、ベースブロックを示すソーラーセル構造の断面図である。エミッタコンタクト開放は、セルのこの部分ではスキップされ、電流は、ベースＭ２からベースＭ１、及び薄いシリコンベースに流れて、隣接するベースＭ２に戻る。
図９Ａ及び９Ｂは、ベースシート抵抗及びＭ１−ベースコンタクト試験構造の平面図である。図９ＡはＭ１層であり、図９Ｂは、Ｍ１層上に位置付けられたＭ２層である。Ｍ１層及びＭ２層はビアにより接続される。
エミッタブロックでは、Ｍ１−ベースコンタクトは存在しない。ベースブロックと同様に、これらの構造は、エミッタシート抵抗及びエミッタ−Ｍ１コンタクト抵抗（図１０Ａ及び１０Ｂに示すような）を取り出すのに用いることができる。ベースブロックでは（Ｍ１−ベース拡散コンタクト及びベース拡散並びにＦＳＦ）、Ｍ１からエミッタ拡散へのコンタクトのスキップは必須ではなく、任意選択（及び図８Ａ及び８Ｂに描いた事例）であり、エミッタ拡散抵抗の取り出しでは、エミッタ拡散抵抗を遮断する、ベース拡散ドープ（ベースコンタクトにおける）をスキップすることが必要とされることの例外を除いて、取り出しは、ベースブロック取り出しと同様である。幾つかの例では、スキップされない場合には、エミッタＭ１線路間でエミッタ拡散接続は遮断されないことになる。このことに関する１つの処理解決手法は、エミッタブロックの下の領域においてホウ素ドープガラス層（ＢＳＧ）の開口ステップをスキップすることである。これにより、リンドープガラス（ＰＳＧ）層がシリコンと接触して堆積するのではなく、エミッタブロックの下で選択された領域におけるＢＳＧ層の上にのみ堆積することができるようになる。従って、ステップ（表２のステップ６）におけるドーパントドライブ中のこれらの領域にはリンは拡散されず、次のエミッタコンタクト線路への連続した不断のエミッタ拡散が確保される。この機構はまた、単一レベル金属裏面コンタクト設計と共に用いることができる。
図１０Ａは、Ｍ１エミッタ及びベース線路の平面図である。Ｍ２線路は、バックプレーン（誘電体の）によって分離されたＭ１の上部に延びているが、簡単にするために平面図では省略されている点に留意されたい。図１０Ｂは、図１０Ａの黒矢印の方向で描かれ、エミッタブロックを示すソーラーセル構造の断面図である。図１０Ｂに示すように、エミッタからシリコン中のエミッタ拡散抵抗を通じてエミッタまでの不断の電流経路が生じる。これにより、シリコンコンタクトへのエミッタ並びにエミッタの拡散抵抗の取り出しが可能となる。ベースＭ１線路下にベースコンタクト又はベース拡散は存在せず、これは、セルのこの空間領域においてのみこの形成ステップをスキップすることを可能にするパターンを設計することにより達成することができる。
図１１Ａ及び１１Ｂは、エミッタシート抵抗及びＭ１−エミッタコンタクト試験構造の平面図である。図１１ＡはＭ１層であり、図１１Ｂは、Ｍ１層上に位置付けられたＭ２層である。Ｍ１層及びＭ２層はビアによって接続される。
更に、本明細書で開示される試験構造は、個別のＭ２パッドをパターン形成することにより製品セルに組み込むことができる。これらの事例では、Ｍ２層が所望の電気的パラメータ値を取り出すためにパターン形成され、次いで、試験後、Ｍ２パターンが上述のように導電性Ｍ２パターンとして完成される。これらの構造は、直列抵抗の構成要素を取り出して、生産ラインにおけるプロセス制御に使用されるデータを取り込むのに用いることができる。抵抗値が取り出されると、Ｍ２を再度堆積（図１２に示すように）させて、これらのパッドをＭ２線路に接続することができる。図１２は、Ｍ２の再堆積後の試験パッドを備えたＭ２金属線路パターン、換言すると、個別のパッド有するＭ２金属パターン及び試験完了後にこれらのパッドをＭ２線路に接続するためのＭ２線路上に再堆積された金属の平面図である。
例示的な実施形態に関する上記の説明は、当業者が請求項に記載された主題を実施又は使用できるようにするために提供される。これらの実施形態に対する種々の修正形態は、当業者には容易に理解され、本明細書で定義された一般的な原理は、革新的能力を用いることなく他の実施形態に適用することができる。従って、請求項に記載された主題は、本明細書で示される実施形態に限定されるものではなく、本明細書で開示された原理及び新規の特徴と一致する最も広い範囲と認められるべきである。更に、本明細書内に含まれる全てのこのような追加のシステム、方法、特徴、及び利点は、請求項の範囲内にあるものとする。

Claims (13)

  1. 裏面コンタクト結晶半導体ソーラーセルの試験構造体であって、
    結晶ソーラーセル基板の裏面上にエミッタ電極及びベース電極の櫛形パターンを有する第１の導電性メタライゼーション層と、
    前記結晶基板の裏面に取り付けられ、前記第１のメタライゼーション層を第２の導電性メタライゼーション層から電気的に絶縁する電気絶縁層と、
    前記電気絶縁層内に形成された導電性ビアホールを介して前記第１の導電性相互接続層に高伝導度のセル相互接続を提供する第２の導電性メタライゼーション層と、
    を備え、前記第２の導電性相互接続層が、エミッタ電極とベース電極の櫛形パターンを有し、
    前記裏面コンタクト結晶半導体ソーラーセルの試験構造体が更に、
    前記第２の導電性メタライゼーション層に接触し、前記ソーラーセル構造体の少なくとも１つの電気的パラメータ値構成要素を取り出す導電性抵抗試験構造体と、
    を備える、裏面コンタクト結晶半導体ソーラーセルの試験構造体。
  2. 前記導電性抵抗試験構造体が、前記第２の導電性メタライゼーション層に接続された金属ブロック試験構成要素を含み、前記導電性抵抗試験構造体が、前記第１の導電性メタライゼーション層には接触しない、請求項１に記載の裏面コンタクト結晶半導体ソーラーセルの試験構造体。
  3. 前記導電性抵抗試験構造体が、前記第１の導電性メタライゼーション層のベース電極に接触したベースブロック試験構成要素を含む、請求項１に記載の裏面コンタクト結晶半導体ソーラーセルの試験構造体。
  4. 前記導電性抵抗試験構造体が、前記第１の導電性メタライゼーション層のエミッタ電極に接触したエミッタブロック試験構成要素を含む、請求項１に記載の裏面コンタクト結晶半導体ソーラーセルの試験構造体。
  5. 前記導電性抵抗試験構造体が更に、
    前記導電性抵抗試験構造体は前記第１の導電性メタライゼーション層には接触していない状態で、前記第２の導電性メタライゼーション層に接触した金属ブロック試験構成要素と、
    前記第１の導電性メタライゼーション層のベース電極に接触したベースブロック試験構成要素と、
    前記第１の導電性メタライゼーション層のエミッタ電極に接触したエミッタブロック試験構成要素と、
    を含む、請求項１に記載の裏面コンタクト結晶半導体ソーラーセルの試験構造体。
  6. 裏面コンタクト結晶半導体ソーラーセルから電気的パラメータ値を測定する方法であって、
    結晶半導体ソーラーセル基板の裏面上にベース電極及びエミッタ電極の櫛形パターンを有する導電性金属の第１の層を形成するステップと、
    前記導電性金属の第１の層上に電気絶縁層を形成するステップと、
    を含み、前記誘電体層が、前記導電性金属の第１の層と導電性金属の第２の層との間に電気的絶縁を提供し、
    前記方法が更に、
    前記電気絶縁層にビアを形成して、前記導電性金属の第１の層へのアクセスを可能にするステップと、
    前記電気絶縁層上に、前記ビアを介して前記導電性金属の第１の層に接触する第２の導電性メタライゼーション層を形成するステップと、
    前記第２の導電性メタライゼーション層を電流又は電圧を用いて探査することにより前記裏面コンタクト結晶半導体ソーラーセルから電気的パラメータ値を取り出すステップと、
    を含む、方法。
  7. 前記電気的パラメータ値が、前記第２の導電性メタライゼーション層、前記ビア、及び前記第１の導電性メタライゼーション層の抵抗である、請求項６に記載の裏面コンタクト結晶半導体ソーラーセルから電気的パラメータ値を測定する方法。
  8. 前記電気的パラメータ値が、前記結晶半導体ソーラーセル基板のベース拡散抵抗である、請求項６に記載の裏面コンタクト結晶半導体ソーラーセルから電気的パラメータ値を測定する方法。
  9. 前記電気的パラメータ値が、前記結晶半導体ソーラーセル基板のエミッタ拡散抵抗である、請求項６に記載の裏面コンタクト結晶半導体ソーラーセルから電気的パラメータ値を測定する方法。
  10. 前記第２の導電性メタライゼーション層、前記ビア、及び前記第１の導電性メタライゼーション層の抵抗を測定するステップと、
    前記結晶半導体ソーラーセル基板のベース拡散抵抗を測定するステップと、
    前記結晶半導体ソーラーセル基板のエミッタ拡散抵抗を測定するステップと、
    を更に含む、請求項６に記載の裏面コンタクト結晶半導体ソーラーセルから電気的パラメータ値を測定する方法。
  11. 裏面コンタクト結晶半導体ソーラーセルから電気的パラメータ値を測定する方法であって、
    結晶半導体ソーラーセル基板の裏面上にベース電極及びエミッタ電極の櫛形パターンを有する導電性金属の第１の層を形成するステップと、
    前記導電性金属の第１の層上に電気絶縁層を形成するステップと、
    を含み、前記誘電体層が、前記導電性金属の第１の層と導電性金属の第２の層との間に電気的絶縁を提供し、
    前記方法が更に、
    前記電気絶縁層にビアを形成して、前記導電性金属の第１の層へのアクセスを可能にするステップと、
    前記電気絶縁層上に、前記ビアを介して前記導電性金属の第１の層に接触する第２の導電性メタライゼーション層を形成するステップと、
    を含み、前記第２の導電性メタライゼーション層が、前記エミッタ電極に接触するエミッタブロックと前記ベース電極に接触するベースブロックとを含むパターンを有し、
    前記方法が更に、
    前記ベースブロックを電流又は電圧を用いて探査することにより前記結晶半導体ソーラーセル基板のベース拡散抵抗を測定するステップと、
    前記エミッタブロックを電流又は電圧を用いて探査することにより前記結晶半導体ソーラーセル基板のエミッタ拡散抵抗を測定するステップと、
    前記第２の導電性メタライゼーション層をベース導体フィンガー及びエミッタ導体フィンガーの櫛形パターンとして形成するステップと、
    を含む、方法。
  12. 前記ベース導体フィンガー及びエミッタ導体フィンガーの櫛形パターンが、前記ベース電極及びエミッタ電極の櫛形パターンに平行にパターン形成される、請求項１１に記載の裏面コンタクト結晶半導体ソーラーセルから電気的パラメータ値を測定する方法。
  13. 前記ベース導体フィンガー及びエミッタ導体フィンガーの櫛形パターンが、前記ベース電極及びエミッタ電極の櫛形パターンに垂直にパターン形成される、請求項１１に記載の裏面コンタクト結晶半導体ソーラーセルから電気的パラメータ値を測定する方法。
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