JP2016181694A - バックコンタクト型太陽電池セット及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】バックコンタクト型太陽電池セットを提供する。
【解決手段】半導体基板及び電極セットを備える。前記半導体基板の裏面は第一電池領域と、第二電池領域と、前述の２つの電池領域を隔離させる第一外部隔離領域とを含む。前記第一外部隔離領域は第一凹部及び前記第一凹部より高い第一凸部を有する。前記電極セットは第一接続電極を具備し、前記第一接続電極により前記第一凹部が被覆される。前記第一電池領域及び前記第二電池領域は前記第一接続電極を介して電気的に接続される。
【選択図】図２ａ
【解決手段】半導体基板及び電極セットを備える。前記半導体基板の裏面は第一電池領域と、第二電池領域と、前述の２つの電池領域を隔離させる第一外部隔離領域とを含む。前記第一外部隔離領域は第一凹部及び前記第一凹部より高い第一凸部を有する。前記電極セットは第一接続電極を具備し、前記第一接続電極により前記第一凹部が被覆される。前記第一電池領域及び前記第二電池領域は前記第一接続電極を介して電気的に接続される。
【選択図】図２ａ
Description
本発明は、バックコンタクト型太陽電池セット及びその製造方法に関し、より詳しくは、単一の基板に複数の太陽電池が形成されるバックコンタクト型太陽電池セット及びその製造方法に関する。
図１ａは従来のバックコンタクト結晶シリコン太陽電池の裏面を示す上面図であり、その構造は半導体基板９１に単一の太陽電池が形成され、前記半導体基板９１の裏面はエミッタ(emitter)領域９２ｅ、裏面電界(back-surface field)領域９２ｓ及び前記の両者を隔離させる隔離領域９３に領域分される。エミッタ領域９２ｅ及び裏面電界領域９２ｓの上にはエミッタ電極９４ｅ及び裏面電界電極９４ｓがそれぞれ設置されて電気エネルギーを導出させる。
図１ｂは図１ａのＷーＷ’線に沿ってなる部分の断面図であり、半導体基板９１の受光面９１１は反射防止層９６及び前面電界(front-surface filed)領域９７を有し、受光面９１１には金属電極が覆設されないため太陽電池の有効な入光面積が拡がり、裏面９１２の上には裏面パッシベーション層９５が設置されてキャリア再結合率が減少し、エミッタ電極９４ｅ及び裏面電界電極９４ｓは異なるパッシベーション層の開口部９５ｉによりエミッタ領域９２ｅ及び裏面電界領域９２ｓにそれぞれ接続される。同じ表面(例えば、裏面９１２)には相互に分離されるエミッタ領域９２ｅ及び裏面電界領域９２ｓを定義させるために、両者の間には隔離領域９３が設置され、且つ基板の表面に垂直になる方向から見ると、前記隔離領域９３の高さはエミッタ領域９２ｅ及び裏面電界領域９２ｓより高い。
いくつかの既知のバックコンタクト半導体太陽電池は半導体基板には相互に分離される複数のｐ型ドーピング領域(例えば、ｎ型基板のエミッタ領域)及び複数のｎ型ドーピング領域(例えば、ｎ型基板の裏面電界領域)が設置されるが、しかしながらこの種の既知のバックコンタクト型太陽電池のこれら前記ｐ型ドーピング領域及びこれら前記ｎ型ドーピング領域は、電極を介して互いに接続されるわけではない。
バックコンタクト型太陽電池は受光面に電極が設置される他の種類の太陽電池より効率が高いが、ただし、製造工程が複雑であり、現在市場で製品の主流とはなっていない。このため、業界ではバックコンタクト型太陽電池の製造を複雑化させずに、その機能の改善を続けている。そこで、本発明者は上記の欠点が改善可能と考え、鋭意検討を重ねた結果、合理的設計で上記の課題を効果的に改善する本発明の提案に到った。
本発明は、以上の従来技術の課題を解決する為になされたものである。即ち、本発明は、バックコンタクト型太陽電池セットを提供することを目的とする。単一の基板に電気的に接続される複数の太陽電池が形成されることで、光電変換効率を高め、隣接する２つの電池領域間の外部隔離領域の高さを減らすことで電極が断線する危険性を減少させる。
本発明の他の目的は、バックコンタクト型太陽電池セットの製造方法を提供し、製造の複雑さ及びコストを増加させずに前述のバックコンタクト型太陽電池セットの製造を完成させる。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るバックコンタクト型太陽電池セットは、半導体基板及び前記半導体基板の裏面に配置される電極セットを備える。前記裏面は第一電池領域と、第二電池領域と、前記第一電池領域と前記第二電池領域を隔離させる第一外部隔離領域とを有する。前記第一電池領域は第一エミッタ領域と、第一裏面電界領域と、前記第一エミッタ領域と前記第一裏面電界領域を隔離させる第一内部隔離領域とを含む。前記第二電池領域は第二エミッタ領域と、第二裏面電界領域と、前記第二エミッタ領域と前記第二裏面電界領域を隔離させる第二内部隔離領域とを含む。前記電極セットは第一接続電極と、前記第一エミッタ領域に直接接続される第一エミッタ電極と、前記第一裏面電界領域に直接接続される第一裏面電界電極と、前記第二エミッタ領域に直接接続される第二エミッタ電極と、前記第二裏面電界領域に直接接続される第二裏面電界電極とを備える。また、前記第一エミッタ電極及び前記第二裏面電界電極は前記第一接続電極を介して電気的に接続され、且つ前記第一接続電極により前記第一外部隔離領域の第一凹部が被覆される。前記第一凹部は半導体基板の表面に垂直になる方向が前記第一外部隔離領域の第一凸部より低くなる。
また、本発明のバックコンタクト型太陽電池セットの製造方法は、半導体基板の準備工程と、前記半導体基板の裏面に第一電池領域、第二電池領域、及び前記第一電池領域と前記第二電池領域との間に位置される第一外部隔離領域が形成される工程と、前記裏面に電極セットが形成される工程とを含む。前記第一電池領域は第一エミッタ領域と、第一裏面電界領域と、前記第一エミッタ領域と前記第一裏面電界領域を隔離させる第一内部隔離領域とを含む。前記第二電池領域は第二エミッタ領域と、第二裏面電界領域と、前記第二エミッタ領域と前記第二裏面電界領域を隔離させる第二内部隔離領域とを含む。前記電極セットは第一接続電極と、前記第一エミッタ領域に直接接続される第一エミッタ電極と、前記第一裏面電界領域に直接接続される第一裏面電界電極と、前記第二エミッタ領域に直接接続される第二エミッタ電極と、前記第二裏面電界領域に直接接続される第二裏面電界電極とを含む。前記第一エミッタ電極及び前記第二裏面電界電極は前記第一接続電極を介して電気的に接続され、且つ前記第一接続電極により前記第一外部隔離領域の第一凹部が被覆される。前記第一凹部は半導体基板の表面に垂直になる方向が前記第一外部隔離領域の第一凸部より低くなる。
なお、本発明のバックコンタクト型太陽電池セットは、半導体基板及び前記半導体基板の裏面に配置される電極セットを備える。前記裏面は第一電池領域と、第二電池領域と、前記第一電池領域と前記第二電池領域を隔離させる第一外部隔離領域とを有する。前記第一電池領域は第一エミッタ領域と、第一裏面電界領域と、前記第一エミッタ領域と前記第一裏面電界領域を隔離させる第一内部隔離領域とを含む。前記第二電池領域は第二エミッタ領域と、第二裏面電界領域と、前記第二エミッタ領域と前記第二裏面電界領域を隔離させる第二内部隔離領域とを含む。前記電極セットは第一接続電極と、前記第一エミッタ領域に直接接続される第一エミッタ電極と、前記第一裏面電界領域に直接接続される第一裏面電界電極と、前記第二エミッタ領域に直接接続される第二エミッタ電極と、前記第二裏面電界領域に直接接続される第二裏面電界電極とを備える。また、前記第一エミッタ電極及び前記第二裏面電界電極は前記第一接続電極を介して電気的に接続され、且つ前記第一接続電極により前記第一外部隔離領域の第一凹部が被覆される。前記第一凹部は半導体基板の表面に垂直になる方向が前記第一内部隔離領域及び前記第二内部隔離領域より低くなる。
本発明によれば、単一の半導体基板に複数の太陽電池が形成されることでＩ２Ｒの損失(Ｉ：電流値；Ｒ：抵抗)を減少させ、光電変換効率を高め、且つ隣接される電池の間の外部隔離領域の高さを減らして接続される電極の断線の危険性を減少させる。また、本発明の製造方法に基づくと、複雑さは従来のバックコンタクト型太陽電池の製造工程とほぼ変わらず、製造を複雑化させずに機能を改善させる目的を達成させる。
以下に図面を参照して、本発明を実施するための形態について、詳細に説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。
実施形態
実施形態
第１実施形態
図２ａは本発明の第１実施形態に係るバックコンタクト型太陽電池セット１０の裏面を示す上面図である。バックコンタクト型太陽電池セット１０は、半導体基板１を備え、前記半導体基板１の材質は単結晶シリコンや多結晶シリコン等であり、半導体基板１の裏面１２(図２ａに示す表面)は第一電池領域１００及び第二電池領域２００を含み、前記第一電池領域１００と前記第二電池領域２００との間は第一外部隔離領域３２１ｏにより隔離される。
図２ａは本発明の第１実施形態に係るバックコンタクト型太陽電池セット１０の裏面を示す上面図である。バックコンタクト型太陽電池セット１０は、半導体基板１を備え、前記半導体基板１の材質は単結晶シリコンや多結晶シリコン等であり、半導体基板１の裏面１２(図２ａに示す表面)は第一電池領域１００及び第二電池領域２００を含み、前記第一電池領域１００と前記第二電池領域２００との間は第一外部隔離領域３２１ｏにより隔離される。
また、第一電池領域１００は第一エミッタ領域２１ｅと、第一裏面電界領域２１ｓと、前記第一エミッタ領域２１ｅと前記第一裏面電界領域２１ｓを隔離させる第一内部隔離領域３１１ｉとを含み。第二電池領域２００は第二エミッタ領域２２ｅと、第二裏面電界領域２２ｓと、前記第二エミッタ領域２２ｅと前記第二裏面電界領域２２ｓを隔離させる第二内部隔離領域３１２ｉとを含む（図２ａ及び図２ｂ参照）。
エミッタ領域(例えば２１ｅ、２２ｅ)とバルク領域(bulk region)との電気特性は反対であり、裏面電界領域(例えば２１ｓ、２２ｓ)とバルク領域との電気特性は同じである。例えば、バルク領域の電気特性がｎ型に属すれば、エミッタ領域の電気特性はｐ型に属し、また、裏面電界領域のドーピング濃度がバルク領域より高いｎ型ドーピング領域である。このほか、前述の隔離領域(３２１ｏ、３１１ｉ、３１２ｉ)は共に半導体基板１の本来のキャリアの電気特性及びキャリア濃度を維持させるドーピング処理が行われない領域である。
半導体基板１の裏面１２の上は電極セット４により被覆され、前記電極セット４は第一エミッタ領域２１ｅ及び第一裏面電界領域２１ｓにそれぞれ接続される第一エミッタ電極４１ｅ及び第一裏面電界電極４１ｓと、第二エミッタ領域２２ｅ及び第二裏面電界領域２２ｓにそれぞれ接続される第二エミッタ電極４２ｅ及び第二裏面電界電極４２ｓと、第一エミッタ電極４１ｅ及び第二裏面電界電極４２ｓに接続される第一接続電極４１ｃとを備え、前記第一接続電極４１ｃにより第一電池領域１００及び第二電池領域２００の電気的接続を達成させる。
ある実施形態では、電極セット４と裏面１２との間には１層の裏面パッシベーション層５をさらに有し、前記裏面パッシベーション層５の材質は窒化ケイ素或いは酸化ケイ素等の誘電性材料であり、表面のキャリア再結合率の減少を目的とする。このような状況では、裏面パッシベーション層５の適切な位置に開口部が設けられ、電極セット４の各部(４１ｅ、 ４１ｓ、 ４２ｅ、 ４２ｓ)は前述の開口部を貫通させて各々が対応されるドーピング領域(２１ｅ、 ２１ｓ、 ２２ｅ、 ２２ｓ)に接続され、例は後述する。
図２ｂによると、第一外部隔離領域３２１ｏは第一電池領域１００の第一エミッタ領域２１ｅと第二電池領域２００の第二裏面電界領域２２ｓとの間に位置され、このため、第一接続電極４１ｃは第一外部隔離領域３２１ｏを跨いで第一エミッタ電極４１ｅ及び第二裏面電界電極４２ｓに接続される。また、本実施形態では、電池セット４の他の電極(４１ｅ、４１ｓ、４２ｅ、４２ｓ)は内部隔離領域(３１１ｉ、３１２ｉ)の上に被覆されず、異なる電極を有効的に隔ててショートの危険性を低減させる。
図２ｃは図２ａの裏面パッシベーション層５の開口部の概念図であり、前記裏面パッシベーション層５の開口部は、第一電池領域１００に位置される複数の第一内部開口部５１ｉと、第二電池領域２００に位置される複数の第二内部開口部５２ｉと、第一外部隔離領域３２１ｏに位置される第一外部開口部５１ｏとを備える。第一エミッタ電極４１ｅ及び第一裏面電界電極４１ｓは異なる第一内部開口部５１ｉにより第一エミッタ領域２１ｅ及び第一裏面電界領域２１ｓにそれぞれ接続される。第二エミッタ電極４２ｅ及び第二裏面電界電極４２ｓは異なる第二内部開口部５２ｉにより第二エミッタ領域２２ｅ及び第二裏面電界領域２２ｓにそれぞれ接続される。
第一外部開口部５１ｏはその領域の隔離領域の高さを減らすために存在し(後述)、又は、その領域の高さを減らした後に適合する誘電性材質(例えば、酸化ケイ素或いは窒化ケイ素等)によりその領域を満たしてパッシベーション効果を高める。後者を採用するならば、電池セットの完成品の第一外部隔離領域３２１ｏの上には第一外部開口部５１ｏが無い。また、本実施形態では、各内部隔離領域(３１１ｉ、３１２ｉ)が裏面パッシベーション層５により完全に被覆されることでパッシベーション効果を確保させる。特に説明が必要な点は、同じドーピング領域(例えば第一エミッタ領域２１ｅ)の上には連続する一つの裏面パッシベーション層開口部のみが設けられ、図２ｃに示す複数の第一内部開口部５１ｉが設けられなくともよい点である。反対に、複数の第一外部開口部が第一外部隔離領域３２１ｏに設けられ、図２ｃに示す連続する一つの裏面パッシベーション層開口部５１ｏが設けられなくともよい。
図３ａ、図３ｂ及び図３ｃは、図２ａのＸ−Ｘ’線、Ｙ−Ｙ’線及びＺ−Ｚ’線に沿ってなる電池セットの部分の断面図をそれぞれ図示する。図３ａ、図３ｂ及び図３ｃには半導体基板１の受光面１１の側に前面電界領域７を有すると共に反射防止層６により被覆されるのを図示する。
同じ電池領域内の異なる電気特性のドーピング領域の間は内部隔離領域により隔離され、例えば、図３ａの第一エミッタ領域２１ｅ及び第一裏面電界領域２１ｓはドーピング領域より高い第一内部隔離領域３１１ｉにより隔離される。また、異なる電気特性のドーピング領域に接続される電極もドーピング領域より高い内部隔離領域により隔離され、例えば、図３ａの第一エミッタ電極４１ｅ及び第一裏面電界電極４１ｓは第一内部隔離領域３１１ｉにより隔離される。このような設計により、ショートの問題を回避させて製造過程における歩留りを高める。ここから分かるように、第二エミッタ領域２２ｅ(第二エミッタ電極４２ｅ)及び第二裏面電界領域２２ｓ(第二裏面電界電極４２ｓ)は同様に、ドーピング領域より高い第二内部隔離領域３１２ｉにより隔離される。
異なる電池領域の間は外部隔離領域により隔離され、例えば、図３ｂの第一エミッタ領域２１ｅ(第一電池領域１００)及び第二裏面電界領域２２ｓ(第二電池領域２００)は第一外部隔離領域３２１ｏにより隔離される。いくつかの実施形態では、第一接続電極４１ｃが第一外部隔離領域３２１ｏを跨ぐため、基板の表面に垂直になる方向(以下では高さ方向と称する)が前記第一外部隔離領域３２１ｏの高さより低くなり、第一接続電極４１ｃの断線の危険性を回避する。
さらに、第一外部隔離領域３２１ｏとその周囲のドーピング領域(例えば、第一エミッタ領域２１ｅ或いは第二裏面電界領域２２ｓ)との高さ方向の段差が第一外部段差D３２１と定義され(図３ｂ参照)、第一内部隔離領域３１１ｉとその周囲のドーピング領域(例えば、第一エミッタ領域２１ｅ或いは第一裏面電界領域２１ｓ)との高さ方向の段差が第一内部段差D３１１と定義され、第二内部隔離領域３１２ｉとその周囲のドーピング領域(例えば、第二エミッタ領域２２ｅ或いは第二裏面電界領域２２ｓ)との高さ方向の段差が第二内部段差D３１２と定義される場合、第一外部段差D３２１が第一内部段差D３１１より小さく、及び／或いは第二内部段差D３１２より小さい。
なお、本発明の製造方法(後述)では、第一外部隔離領域３２１ｏの高さが減少する場合、前記部分の領域の裏面パッシベーション層５が除去されて第一外部開口部５１ｏが形成される(即ち、前記第一外部開口部５１ｏが第一外部隔離領域３２１ｏ内に位置される)。このため、本実施形態では、第一接続電極４１ｃにより第一外部開口部５１ｏが完全に被覆され、裏面パッシベーション層５の被覆されない基板の表面が外界からの汚染に晒される確率を低下させる。また、第一接続電極４１ｃの面積が制限されるため、図３ｃに示すように、第一外部隔離領域３２１ｏの第一凹部３２１ｔの高さを減らすのみで、側方の第一凸部３２１ｂの高さを変えずにその上に裏面パッシベーション層５が被覆されることで、より経済的な第一接続電極４１ｃの面積で第一凹部３２１ｔの被覆を完成させる。さらに説明が必要な点は、第一凹部３２１ｔの高さを減らすのみの状況では、前述の第一外部段差D３２１は前記第一凹部３２１ｔとその周囲のドーピング領域(例えば、第一エミッタ領域２１ｅ或いは第二裏面電界領域２２ｓ)との高さ方向の段差を指す点である。
いくつかの実施形態では、第一凹部３２１ｔは横方向(例えば、図中の左右の方向)に第一電池領域１００と第二電池領域２００との間に延伸され、第一凸部３２１ｂが前記第一凹部３２１ｔの前記横方向の二側に位置される。第一凹部３２１ｔの幅は前記横方向に第一電池領域１００及び第二電池領域２００のドーピング領域の幅に等しいか、より大きくか、或いはより小さく、特定の制限はない。いくつかの実施形態では、第一凹部３２１ｔは第一電池領域１００と第二電池領域２００との間に非連続で形成され、第一凸部３２１ｂが前記第一凹部３２１ｔの近隣に接続される。より詳しくは、第一外部隔離領域３２１ｏは一部にエッチングが行われる第一凹部３２１ｔ及びエッチングが行われない第一凸部３２１ｂを含み、これにより、第一凹部３２１ｔは基板の表面に垂直になる方向が前記第一内部隔離領域３１１ｉ及び前記第二内部隔離領域３２１ｉより低くなる。
前述の設計によると、単一の基板に２つの電池が形成され、各電池に必要な電極及びドーピング領域の長さが減少し、必要な電極の厚度も減少し、且つＩ２Ｒの損失(Ｉ:電流値；Ｒ：抵抗)が小さいため、光電変換効率が改善される。また、本発明に係る構造は、単一の基板に３つ或いは３つ以上の太陽電池が形成される実施方式にも適用される。
第２実施形態
図４は本発明の第２実施形態に係るバックコンタクト型太陽電池セットの裏面を示す上面図であり、即ち、単一の基板に３つの太陽電池が形成される。本実施形態では、第一電池領域１００及び第二電池領域２００以外に、第三電池領域３００をさらに有する。第二電池領域２００と第三電池３００領域との間は第二外部隔離領域３２２ｏにより隔離される。前記第三電池領域３００は、第三エミッタ領域２３ｅと、第三裏面電界領域２３ｓと、前記第三エミッタ領域２３ｅと前記第三裏面電界領域２３ｓを隔離させる第三内部隔離領域３１３ｉとを含む。電極セット４は、第三エミッタ領域２３ｅ及び第三裏面電界領域２３ｓにそれぞれ接続される第三エミッタ電極４３ｅ及び第三裏面電界電極４３ｓをさらに備える。このほか、電極セット４は第二外部隔離領域３２２ｏを跨ぐ第二接続電極４２ｃを備え、前記第二接続電極４２ｃ、第二エミッタ電極４２ｅ、及び第三裏面電極４３ｓが電気的に接続され、第二電池領域２００及び第三電池領域３００が電気的に接続される。前記電極セット４の全ての電極は同じプロセスで形成されるパターン化された電極層を利用する。
図４は本発明の第２実施形態に係るバックコンタクト型太陽電池セットの裏面を示す上面図であり、即ち、単一の基板に３つの太陽電池が形成される。本実施形態では、第一電池領域１００及び第二電池領域２００以外に、第三電池領域３００をさらに有する。第二電池領域２００と第三電池３００領域との間は第二外部隔離領域３２２ｏにより隔離される。前記第三電池領域３００は、第三エミッタ領域２３ｅと、第三裏面電界領域２３ｓと、前記第三エミッタ領域２３ｅと前記第三裏面電界領域２３ｓを隔離させる第三内部隔離領域３１３ｉとを含む。電極セット４は、第三エミッタ領域２３ｅ及び第三裏面電界領域２３ｓにそれぞれ接続される第三エミッタ電極４３ｅ及び第三裏面電界電極４３ｓをさらに備える。このほか、電極セット４は第二外部隔離領域３２２ｏを跨ぐ第二接続電極４２ｃを備え、前記第二接続電極４２ｃ、第二エミッタ電極４２ｅ、及び第三裏面電極４３ｓが電気的に接続され、第二電池領域２００及び第三電池領域３００が電気的に接続される。前記電極セット４の全ての電極は同じプロセスで形成されるパターン化された電極層を利用する。
このほか、図２ｃ、図３ａ乃至図３ｃに類似するように、本実施形態に係る第三エミッタ電極４３ｅ及び第三裏面電界電極４３ｓは裏面パッシベーション層５の複数の第三内部開口部(図示せず)を経て第三エミッタ領域２３ｅ及び第三裏面電界領域２３ｓにそれぞれ接続される。前記裏面パッシベーション層５は第二外部隔離領域３２２ｏに位置される第二外部開口部(図示せず)を有する。また、前記第二外部隔離領域３２２ｏは第二凹部及び第二凸部を備え、前記第二凹部の位置及び形状は第二外部開口部に対応され、且つ前記第二凹部の高さは前記第二凸部より低く、第二接続電極４２ｃは前記第二凹部を介して前記第二外部隔離領域３２２ｏを跨ぐことで断線の危険性を低下させる。より詳しくは、前記第二凹部及び前記第二凸部と前記第一凹部及び前記第一凸部とは同じプロセスを経て完成される。
以下、本発明に係るバックコンタクト型太陽電池セットの製造方法の実施形態を説明し、これは本発明に係るバックコンタクト型太陽電池の製造に用いられる。明確に表現するため、前述の製造方法は図５に示す工程Ｓ１乃至Ｓ５に分けて順に説明し、且つ図６及び図７には、図２ａの第一内部隔離領域３１１ｉを跨ぐＸ−Ｘ’線及び第一外部隔離領域３２１ｏを跨ぐＹ−Ｙ’線の二か所の部分の断面の変化の状況をそれぞれ図示する。
バックコンタクト型太陽電池セットが２つ以上の電池領域を備える場合、各内部隔離領域及び各外部隔離領域は製造時の状況が類似するため、再述しない。
工程Ｓ１は基板の準備工程であり、半導体基板１に対して受光面１１の粗造化及び裏面１２の平滑化等の処理を行うことを含む。この実施の説明では、半導体基板１はｎ型の単結晶シリコン基板を例にし、適切な濃度の水酸化カリウム(KOH)及びイソプロピルアルコール(IPA)の混合溶液により半導体基板１の表面に対してエッチングを行い、少なくとも受光面１１にピラミッド型の粗造構造を形成させ、受光面１１の反射率を低下させる。その後、適切な濃度の水酸化カリウム(KOH)溶液を裏面１２に施して平滑化させ、後続の金属電極(即ち、電極セット４)の付着を助ける。本工程が完成した後の構造は図６ａ及び図７ａに示す。
工程Ｓ２は電池領域の定義を行い、半導体基板１の裏面１２に第一電池領域１００、第二電池領域２００、及び前記第一電池領域１００と前記第二電池領域２００との間に位置される第一外部隔離領域３２１ｏが定義されることを含む。以下では、図６ｂ乃至図６ｆ及び図７ｂ乃至図７ｆを参照して説明を行う。
図６ｂ及び図７ｂを参照すると、例えば、まずプラズマＣＶＤ(PECVD)法により半導体基板１の裏面１２に酸化ケイ素材質の第一ドーピングバリア層８１が形成される。次に、例えば、レーザーアブレーション(laser ablation)法により第一ドーピングバリア層８１の一部が除去されて第一バリア層開口部８１１が形成される。続いて、例えば、水酸化カリウム(KOH)溶液により半導体基板１の前述のレーザーアブレーション過程で損傷した部分が除去され、図６ｂ及び図７ｂに示す第一陥没領域８１２が形成される。
図６ｃ及び図７ｃを参照すると、例えば、熱拡散法或いはイオン注入法により第一陥没領域８１２内に位置されるｎ型ドーピング領域が形成され、前記ｎ型ドーピング領域は図６ｃに示す第一裏面電界領域２１ｓ及び図７ｃに示す第二裏面電界領域２２ｓを含む。方向性があるイオン注入法によりドーピングを行う場合、即ち、図６ｃ及び図７ｃに示すように、ドーピング領域は第一陥没領域８１２の底面に主に分布される。方向性が無い熱拡散法によりドーピングを行う場合、ドーピング領域は第一陥没領域８１２の側壁に延伸されて分布される。
続いて、図６ｄ及び図７ｄを参照しながら説明する。この方法は図６ｂ及び図７ｂと類似し、裏面１２に第二ドーピングバリア層８２が形成される。同様に、前記第二ドーピングバリア層８２は、例えば、プラズマＣＶＤ(PECVD)法により形成され、且つ工程を簡略化するために、第二ドーピングバリア層８２は前の工程に残留した第一ドーピングバリア層８１を備え(例えば、図７ｃに示す工程の後に残留した第一ドーピングバリア層８１が除去されない)、その後、例えば、レーザーアブレーション法により第二バリア層開口部８２１が形成された後、水酸化カリウム(KOH)溶液により基板の損傷した部分が除去されて第二陥没領域８２２が形成される。この工程が完了した後、第一内部隔離領域３１１ｉ、第一内部隔離領域３１２ｉ(參考図２ａ)及び第一外部隔離領域３２１ｏの領域域の定義が完成する。
図６ｅ及び図７ｅに示すように、例えば、熱拡散法或いはイオン注入法により第二陥没領域８２２内に位置されるｐ型ドーピング領域が形成され、前記ｐ型ドーピング領域は第一エミッタ領域２１ｅ及び第二エミッタ領域２２ｅを含む(図２ａ参照)。同様に、ドーピング方法の方向性に従い、前述のｐ型ドーピング領域は第二陥没領域８２２の底部に主に分布されるか、或いは側壁領域まで延伸される。この工程が完了した後、第一電池領域１００及び第二電池領域２００のエミッタ領域(２１ｅ、２２ｅ)及び裏面電界領域(２１ｓ、２２ｓ)が完成する。
次は、図６ｆ及び図７ｆに示すように、前面電界領域７の形成であり、即ち、第二ドーピングバリア層８２が除去された後、半導体基板１の裏面１２は第三ドーピングバリア層８３により被覆され、受光面１１に対してドーピングを行い、例えば、リン等のｎ型ドーパントにより前面電界領域７が形成された後、第三ドーピングバリア層８３が除去される。
ちなみに、本実施形態では、裏面電界領域、エミッタ領域、前面電界領域の順序で形成されるが、この順序は需要に応じて調整可能である。
工程Ｓ３では、反射防止層６及び裏面パッシベーション層５が形成される（図６ｇ及び図７ｇ参照）。反射防止層６はピラミッド型の粗造構造を有する受光面１１の上に位置され、その材質は窒化ケイ素等であり、入射する光が半導体基板１に進入する比率を高める。裏面パッシベーション層５は裏面１２に位置され、その材質は窒化ケイ素、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、或いはそれらの多層の組み合わせ構造であり、表面びキャリア再結合率を低下させて光電変換効率を向上させる。
工程Ｓ４では、裏面パッシベーション層５の開口部が形成されて、外部隔離領域(例えば３２１ｏ)の高さが減らされる（図３ｂ乃至図３ｃ、図６ｈ乃至図６ｉ、及び図７ｈ乃至図７ｉ参照）。例えば、レーザーアブレーション方式により裏面パッシベーション層５の開口部が形成され、且つ裏面パッシベーション層５の開口部は第一電池領域１００に位置される複数の第一内部開口部５１ｉ及び第二電池領域２００に位置される複数の第二内部開口部５２ｉを備え、後に形成される電極が電池エミッタ領域及び裏面電界領域に直接接触される経路を提供することを目的とする。このほか、裏面パッシベーション層５の開口部は、第一外部隔離領域３２１ｏに位置される第一外部開口部５１ｏをさらに備える。前述のレーザーアブレーション過程後に、例えば、水酸化カリウム溶液によりレーザーにより損傷した部位の除去を行う。本発明に係る製造方法では、損傷した部位の除去の工程と同時に第一外部隔離領域３２１ｏの高さを減らし、即ち、水酸化カリウム溶液を使用して第一外部開口部５１ｏから露出される基板のエッチングを行い、これにより、第一外間領域３２１ｏが図３ｃに示す低い第一凹部３２１ｔ及び高い第一凸部３２１ｂを有する。前述の第一外部隔離領域３２１ｏを減らすプロセスは、本来の製造過程で行うレーザーで損傷した部位を除去する工程で行うため、製造の複雑さ及びコストがほぼ変わらずに維持される。
このほか、第一凹部３２１ｔ及び後続で形成される電極を直接接触させない場合、誘電性層(例えば、窒化ケイ素、酸化ケイ素、或いは酸化アルミニウム等の材質)をさらに形成させて被覆させ、追加の誘電性層の形成は図７ｉに示す工程の後に行う。ちなみに、図６ｈ乃至図６ｉに示すように、前述のレーザーアブレーション及びレーザーによる損傷の除去過程において、第一内部隔離領域３１１ｉ及び他の内部隔離領域は裏面パッシベーション層５により被覆される状態に維持される。
最後に、工程Ｓ５を行ってパターン化された金属電極が形成され、裏面のドーピング領域に直接接触される。すなわち、図３ａ乃至図３ｂ、図６ｊ及び図７ｊに示すように、第一エミッタ電極４１ｅ及び第一裏面電界電極４１ｓはそれぞれ異なる第一内部開口部５１ｉを介して第一エミッタ領域２１ｅ及び第一裏面電界領域２１ｓに直接接触され、且つ第二エミッタ電極４２ｅ及び第二裏面電界電極４２ｓはそれぞれ異なる第二内部開口部５２ｉを介して第二エミッタ領域２２ｅ及び第二裏面電界領域２２ｓに直接接触される。このほか、本工程では第一外部隔離領域３２１ｏを跨ぐ第一接続電極４１ｃが形成され、第一接続電極４１ｃは第一エミッタ電極４１ｅ及び第二裏面電界電極４２ｓに接続されて第一電池領域１００及び第二電池領域２００の電気的接続を達成させることを含む。いくつかの実施形態では、第一接続電極４１ｃにより第一凹部３２１ｔが完全に被覆されることで、その領域の裏面１２が裏面パッシベーション層５により被覆されずに外に露出されることが回避され、第一接続電極４１ｃにより第一凸部３２１ｂが完全に或いは部分的に被覆される。第一凸部３２１ｂを部分的に被覆させて材料のコストを削減するには、パッシベーション層により被覆されない領域を被覆させるのみでよく、特定の制限はない。
ちなみに、上述の各実施形態における部材間の比率及び空間の関係は説明に用いられるのみであり、本発明を限定させるものではない。
以上のように、本発明ではバックコンタクト型太陽電池セットの構造を提供し、同じ半導体基板に接続される複数の太陽電池が形成されることで電池の効率を高め、隣接する２つの電池領域間の外部隔離領域の高さを減らすことで電極が断線する危険性を低減させる。本発明ではバックコンタクト型太陽電池セットの製造方法をさらに提供し、本来の製造工程のエッチングプロセスで外部隔離領域の高さを減らし、製造の複雑さ及びコストは本発明の構造により増加することはなく、ゆえに本発明の目的が確実に達成される。
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
１０ バックコンタクト型太陽電池セット
１ 半導体基板
１１ 受光面
１２ 裏面
１００ 第一電池領域
２００ 第二電池領域
３００ 第三電池領域
２１ｅ 第一エミッタ領域
２１ｓ 第一裏面電界領域
２２ｅ 第二エミッタ領域
２２ｓ 第二裏面電界領域
２３ｅ 第三エミッタ領域
２３ｓ 第三裏面電界領域
３１１ｉ 第一内部隔離領域
３１２ｉ 第二内部隔離領域
３１３ｉ 第三内部隔離領域
３２１ｏ 第一外部隔離領域
３２１ｔ 第一凹部
３２１ｂ 第一凸部
３２２ｏ 第二外部隔離領域
３２２ｔ 第二凹部
３２２ｂ 第二凸部
Ｄ３１１ 第一内部段差
Ｄ３１２ 第二内部段差
Ｄ３２１ 第一外部段差
Ｄ３２２ 第二外部段差
４ 電極セット
４１ｅ 第一エミッタ電極
４１ｓ 第二裏面電界電極
４２ｅ 第二エミッタ電極
４２ｓ 第二裏面電界電極
４３ｅ 第三エミッタ電極
４３ｓ 第三裏面電界電極
４１ｃ 第一接続電極
４２ｃ 第二接続電極
５ 裏面パッシベーション層
５１ｉ 第一内部開口部
５２ｉ 第二内部開口部
５３ｉ 第三内部開口部
５１ｏ 第一外部開口部
６ 反射防止層
７ 前面電界領域
８ ドーピングバリア層
８１ 第一ドーピングバリア層
８２ 第二ドーピングバリア層
８３ 第三ドーピングバリア層
８１１ 第一バリア層開口部
８２１ 第二バリア層開口部
８１２ 第一陥没領域
８２２ 第二陥没領域
Ｄ３１１ 第一内部段差
Ｄ３１２ 第二内部段差
Ｄ３２１ 第一外部段差
９１ 半導体基板
９１１ 受光面
９１２ 裏面
９２ｅ エミッタ領域
９２ｓ 裏面電界領域
９３ 隔離領域
９４ｅ エミッタ電極
９４ｓ 裏面電界電極
９５ 裏面パッシベーション層
９５ｉ 開口部
９６ 反射防止層
９７ 前面電界領域
１ 半導体基板
１１ 受光面
１２ 裏面
１００ 第一電池領域
２００ 第二電池領域
３００ 第三電池領域
２１ｅ 第一エミッタ領域
２１ｓ 第一裏面電界領域
２２ｅ 第二エミッタ領域
２２ｓ 第二裏面電界領域
２３ｅ 第三エミッタ領域
２３ｓ 第三裏面電界領域
３１１ｉ 第一内部隔離領域
３１２ｉ 第二内部隔離領域
３１３ｉ 第三内部隔離領域
３２１ｏ 第一外部隔離領域
３２１ｔ 第一凹部
３２１ｂ 第一凸部
３２２ｏ 第二外部隔離領域
３２２ｔ 第二凹部
３２２ｂ 第二凸部
Ｄ３１１ 第一内部段差
Ｄ３１２ 第二内部段差
Ｄ３２１ 第一外部段差
Ｄ３２２ 第二外部段差
４ 電極セット
４１ｅ 第一エミッタ電極
４１ｓ 第二裏面電界電極
４２ｅ 第二エミッタ電極
４２ｓ 第二裏面電界電極
４３ｅ 第三エミッタ電極
４３ｓ 第三裏面電界電極
４１ｃ 第一接続電極
４２ｃ 第二接続電極
５ 裏面パッシベーション層
５１ｉ 第一内部開口部
５２ｉ 第二内部開口部
５３ｉ 第三内部開口部
５１ｏ 第一外部開口部
６ 反射防止層
７ 前面電界領域
８ ドーピングバリア層
８１ 第一ドーピングバリア層
８２ 第二ドーピングバリア層
８３ 第三ドーピングバリア層
８１１ 第一バリア層開口部
８２１ 第二バリア層開口部
８１２ 第一陥没領域
８２２ 第二陥没領域
Ｄ３１１ 第一内部段差
Ｄ３１２ 第二内部段差
Ｄ３２１ 第一外部段差
９１ 半導体基板
９１１ 受光面
９１２ 裏面
９２ｅ エミッタ領域
９２ｓ 裏面電界領域
９３ 隔離領域
９４ｅ エミッタ電極
９４ｓ 裏面電界電極
９５ 裏面パッシベーション層
９５ｉ 開口部
９６ 反射防止層
９７ 前面電界領域
Claims (12)
- 半導体基板と、
前記半導体基板の裏面に配置される電極セットとを備え、
前記裏面は、第一電池領域と、第二電池領域と、前記第一電池領域と前記第二電池領域を隔離させる第一外部隔離領域とを有し、前記第一電池領域は、第一エミッタ領域と、第一裏面電界領域と、前記第一エミッタ領域と前記第一裏面電界領域を隔離させる第一内部隔離領域とを含み、前記第二電池領域は、第二エミッタ領域と、第二裏面電界領域と、前記第二エミッタ領域と前記第二裏面電界領域を隔離させる第二内部隔離領域とを含み、
前記電極セットは、第一接続電極と、前記第一エミッタ領域に直接接続される第一エミッタ電極と、前記第一裏面電界領域に直接接続される第一裏面電界電極と、前記第二エミッタ領域に直接接続される第二エミッタ電極と、前記第二裏面電界領域に直接接続される第二裏面電界電極とを含み、
また、前記第一エミッタ電極及び前記第二裏面電界電極は前記第一接続電極を介して電気的に接続され、且つ前記第一接続電極により前記第一外部隔離領域の第一凹部が被覆され、前記第一凹部は半導体基板の表面に垂直になる方向が前記第一外部隔離領域の第一凸部より低くなることを特徴とするバックコンタクト型太陽電池セット。 - 前記第一凹部はその周囲のドーピング領域に対する第一外部段差が前記第一内部隔離領域のその周囲のドーピング領域に対する第一内部段差より小さく、及び／或いは前記第一外部段差は前記第二内部隔離領域のその周囲のドーピング領域に対する第二内部段差より小さいことを特徴とする、請求項１に記載のバックコンタクト型太陽電池セット。
- 前記裏面に配置される裏面パッシベーション層をさらに備え、前記裏面パッシベーション層により前記第一内部隔離領域及び前記第二内部隔離領域が完全に被覆され、且つ前記裏面パッシベーション層は前記第一凹部に位置される少なくとも１つの第一外部開口部を有することを特徴とする、請求項２に記載のバックコンタクト型太陽電池セット。
- 前記第一接続電極は前記第一外部開口部を経由して前記第一凹部に直接接触されることを特徴とする、請求項３に記載のバックコンタクト型太陽電池セット。
- 前記裏面パッシベーション層は前記裏面と前記電極セットとの間に位置され、且つ前記裏面パッシベーション層は前記第一電池領域に位置される複数の第一内部開口部及び前記第二電池領域に位置される複数の第二内部開口部をさらに有することを特徴とする、請求項３に記載のバックコンタクト型太陽電池セット。
- 前記裏面は、
第三電池領域と、
前記第二電池領域と前記第三電池領域を隔離させる第二外部隔離領域とをさらに有し、
前記第三電池領域は、第三エミッタ領域と、第三裏面電界領域と、前記第三エミッタ領域と前記第三裏面電界領域を隔離させる第三内部隔離領域とを含み、
また、前記電極セットは、第二接続電極をさらに備え、前記第二接続電極により前記第二外部隔離領域の第二凹部が被覆されることを特徴とする、請求項１に記載のバックコンタクト型太陽電池セット。 - 半導体基板の準備工程と、
前記半導体基板の裏面に第一電池領域、第二電池領域、及び前記第一電池領域と前記第二電池領域との間に位置される第一外部隔離領域が形成される工程と、
前記裏面に電極セットが形成される工程とを含み、
前記第一電池領域は、第一エミッタ領域と、第一裏面電界領域と、前記第一エミッタ領域と前記第一裏面電界領域を隔離させる一第一内部隔離領域とを含み、
前記第二電池領域は、第二エミッタ領域と、第二裏面電界領域と、前記第二エミッタ領域と前記第二裏面電界領域を隔離させる一第二内部隔離領域とを含み、
前記電極セットは、第一接続電極と、前記第一エミッタ領域に直接接続される第一エミッタ電極と、前記第一裏面電界領域に直接接続される第一裏面電界電極と、前記第二エミッタ領域に直接接続される第二エミッタ電極と、前記第二裏面電界領域に直接接続される第二裏面電界電極とを含み、
前記第一エミッタ電極及び前記第二裏面電界電極は前記第一接続電極を介して電気的に接続され、且つ前記第一接続電極により前記第一外部隔離領域の第一凹部が被覆され、前記第一凹部は半導体基板の表面に垂直になる方向が前記第一外部隔離領域の第一凸部より低くなることを特徴とするバックコンタクト型太陽電池セットの製造方法。 - 前記電極セットの形成の前にエッチングプロセスが行われ、前記第一凹部が前記第一凸部より低くなる工程をさらに含むことを特徴とする、請求項７に記載のバックコンタクト型太陽電池セットの製造方法。
- 前記エッチングプロセスを行う前に、先に裏面パッシベーション層が前記裏面に形成される工程をさらに含み、
また、前記裏面パッシベーション層は前記第一凹部から少なくとも露出される第一外部開口部を有し、且つ前記エッチングプロセスは前記第一外部開口部により前記第一外部隔離領域の前記第一凹部に対してエッチングが行われることを特徴とする、請求項８に記載のバックコンタクト型太陽電池セットの製造方法。 - 前記裏面パッシベーション層は、前記第一電池領域に位置される複数の第一内部開口部及び前記第二電池領域に位置される複数の第二内部開口部をさらに備え、且つ前記裏面パッシベーション層により前記第一内部隔離領域及び前記第二内部隔離領域が完全に被覆されることを特徴とする、請求項９に記載のバックコンタクト型太陽電池セットの製造方法。
- 前記第一外部開口部、これら前記第一内部開口部及びこれら前記第二内部開口部は同じプロセス中に形成されることを特徴とする、請求項１０に記載のバックコンタクト型太陽電池セットの製造方法。
- 半導体基板と、
前記半導体基板の裏面に配置される電極セットとを備え、
前記裏面は、第一電池領域と、第二電池領域と、前記第一電池領域と前記第二電池領域を隔離させる第一外部隔離領域とを含み、前記第一電池領域は、第一エミッタ領域と、第一裏面電界領域と、前記第一エミッタ領域と前記第一裏面電界領域を隔離させる第一内部隔離領域とを含み、前記第二電池領域は、第二エミッタ領域と、第二裏面電界領域と、前記第二エミッタ領域と前記第二裏面電界領域を隔離させる第二内部隔離領域とを含み、
前記電極セットは、第一接続電極と、前記第一エミッタ領域に直接接続される第一エミッタ電極と、前記第一裏面電界領域に直接接続される第一裏面電界電極と、前記第二エミッタ領域に直接接続される第二エミッタ電極と、前記第二裏面電界領域に直接接続される第二裏面電界電極とを具備し、
前記第一エミッタ電極及び前記第二裏面電界電極は前記第一接続電極を介して電気的に接続され、且つ前記第一接続電極により前記第一外部隔離領域の第一凹部が被覆され、
また、前記第一凹部は半導体基板の表面に垂直になる方向が前記第一内部隔離領域及び前記第二内部隔離領域より低くなることを特徴とするバックコンタクト型太陽電池セット。
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