JP2022547903A - ヘテロ接合による裏側エミッタ型の太陽電池構造体、およびそのような太陽電池構造体を製造するための方法ならびに装置 - Google Patents

ヘテロ接合による裏側エミッタ型の太陽電池構造体、およびそのような太陽電池構造体を製造するための方法ならびに装置 Download PDF

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Abstract

本発明は、ヘテロ接合による裏側エミッタ型の太陽電池構造体、およびそのような太陽電池構造体を製造するための方法ならびに装置に関する。本発明によれば、まず始めに、基板の裏側に裏側真性層が形成され、その後、基板の表側に表側真性層と表側ドーピング層とが形成され、最後に、基板の裏側に裏側ドーピング層が形成される。

Description

本発明は、ヘテロ接合による裏側エミッタ型の太陽電池構造体を製造するための方法であって、
・裏側エミッタ型の太陽電池構造体の吸収体を形成するために、第１の導電型のドーピングを有する結晶性半導体基板が提供され、
・半導体基板の表側に、アモルファス真性半導体材料からなる少なくとも１つの表側真性層が生成され、
・少なくとも１つの表側真性層上に、半導体基板のドーピングよりも高濃度の第１の導電型のドーピングを有するアモルファス半導体材料からなる少なくとも１つの表側ドーピング層が生成され、
・半導体基板の裏側に、アモルファス真性半導体材料からなる少なくとも１つの裏側真性層が生成され、
・少なくとも１つの裏側真性層上に裏側エミッタ型の太陽電池構造体のエミッタを形成するために、第１の導電型とは反対の第２の導電型のドーピングを有するアモルファス半導体材料からなる少なくとも１つの裏側ドーピング層が生成され、
・少なくとも１つの表側ドーピング層上に、少なくとも１つの導電性かつ透明の表側導体層が生成され、
・少なくとも１つの裏側ドーピング層上に、少なくとも１つの導電性かつ透明の裏側導体層が生成され、
・少なくとも１つの導電性かつ透明の表側導体層上に、表側コンタクト部が生成され、
・少なくとも１つの導電性かつ透明の裏側導体層上に、裏側コンタクト部が生成される、
方法に関する。
本発明はさらに、ヘテロ接合による裏側エミッタ型の太陽電池構造体であって、
・第１の導電型のドーピングを有する結晶性半導体基板からなる吸収体と、
・吸収体の表側に形成された、アモルファス真性半導体材料からなる少なくとも１つの表側真性層と、
・吸収体の裏側に形成された、アモルファス真性半導体材料からなる少なくとも１つの裏側真性層と、
・少なくとも１つの表側真性層上に形成された、吸収体のドーピングよりも高濃度の第１の導電型のドーピングを有するアモルファス半導体材料からなる少なくとも１つの表側ドーピング層と、
・少なくとも１つの裏側真性層上に形成された、第１の導電型とは反対の第２の導電型のドーピングを有するアモルファス半導体材料からなる少なくとも１つの裏側ドーピング層からなるエミッタと、
・少なくとも１つの表側ドーピング層上に形成された少なくとも１つの導電性かつ透明の表側導体層と、
・少なくとも１つの裏側ドーピング層上に形成された少なくとも１つの導電性かつ透明の裏側導体層と、
・少なくとも１つの導電性かつ透明の表側導体層上に形成された表側コンタクト部と、
・少なくとも１つの導電性かつ透明の裏側導体層上に形成された裏側コンタクト部と
を有する、ヘテロ接合による裏側エミッタ型の太陽電池構造体に関する。
本発明はさらに、ヘテロ接合による裏側エミッタ型の太陽電池構造体を製造するための装置であって、ヘテロ接合による裏側エミッタ型の太陽電池構造体は、
・第１の導電型のドーピングを有する結晶性半導体基板からなる吸収体と、
・吸収体の表側に形成された、アモルファス真性半導体材料からなる少なくとも１つの表側真性層と、
・吸収体の裏側に形成された、アモルファス真性半導体材料からなる少なくとも１つの裏側真性層と、
・少なくとも１つの表側真性層上に形成された、吸収体のドーピングよりも高濃度の第１の導電型のドーピングを有するアモルファス半導体材料からなる少なくとも１つの表側ドーピング層と、
・少なくとも１つの裏側真性層上に形成された、第１の導電型とは反対の第２の導電型のドーピングを有するアモルファス半導体材料からなる少なくとも１つの裏側ドーピング層からなるエミッタと、
・少なくとも１つの表側ドーピング層上に形成された少なくとも１つの導電性かつ透明の表側導体層と、
・少なくとも１つの裏側ドーピング層上に形成された少なくとも１つの導電性かつ透明の裏側導体層と、
・少なくとも１つの表側導体層上に形成された表側コンタクト部と、
・少なくとも１つの裏側導体層上に形成された裏側コンタクト部と
を有する、装置に関する。
欧州特許出願公開第２６８２９９０号明細書から、ヘテロ接合による表側エミッタを有する太陽電池を製造するための方法が公知である。この公知の方法では、まず始めに、第１の導電型のドーピングを有する半導体基板の表側に、表側アモルファス真性半導体層と表側アモルファスドーピング半導体層とからなる層スタックが堆積される。表側アモルファスドーピング半導体層は、第１の導電型とは反対の第２の導電型のドーピングを有する。その後、半導体基板の裏側に、裏側アモルファス真性半導体層と裏側アモルファスドーピング半導体層とからなる層スタックが堆積される。裏側アモルファスドーピング半導体層は、半導体基板と同じ導電型のドーピングを有する。
続いて、表側に、導電性かつ透明の層が反射防止層として構造化されることなく堆積され、その後、基板の縁部に形成された層スタック上に導電性の裏側被覆部が堆積されないように、かつこれにより、基板の縁部において導電性の層が電気的にコンタクトされないように、裏側に、導電性の裏側被覆部がマスクを介して被着される。最後に、表側コンタクト部および裏側のコンタクト部が生成される。
上記の層被着シーケンスにより、基板の側縁部において、交互のドーピングを有する層シーケンス、すなわち、それぞれ反射防止層が上に設けられているｎ－ｐ－ｎ＋またはｐ－ｎ－ｐ＋のシーケンスが生成される。欧州特許出願公開第２６８２９９０号明細書には、形成されるべき太陽電池における有利な縁部絶縁を達成するために、記載された層堆積シーケンスが必ず遵守されなければならないことが指摘されている。とりわけ、表側アモルファス真性半導体層と表側アモルファスドーピング半導体層からなる表側層スタックは、太陽電池の縁部でのシャント抵抗の発生のリスクを回避するために、裏側アモルファス真性半導体層と裏側アモルファスドーピング半導体からなる裏側層スタックの前に堆積されるべきである。
特開２００１－０４４４６１号明細書は、ヘテロ接合を有する表側エミッタ型の太陽電池構造体における望ましくない太陽電池の縁部でのシャントを回避するために、まず始めに、裏側アモルファス真性半導体層と裏側アモルファスドーピング層とからなる層スタックを、半導体基板領域よりも小さい領域の上にだけ堆積させること、すなわち、基板の縁部から間隔を置いて堆積させることを提案している。その後にようやく、表側アモルファス真性半導体層と表側アモルファスドーピング半導体層とからなる層スタックを、基板の表側に堆積させるべきである。
同様の手順は、米国特許出願公開第２０１７／０２０７３５１号明細書にも記載されている。
上に挙げた従来技術とは異なり、本発明は、裏側エミッタを有するヘテロ接合型の太陽電池構造体から出発する。表側エミッタを有するヘテロ接合型の太陽電池と比較して、そのような太陽電池は、導電性かつ透明の表側導体層の光電特性と、表側コンタクト部の設計とに関してさほど厳しい要件を課さなくてもよいという利点を有する。
このような裏側エミッタ・ヘテロ接合型の太陽電池の場合、従来技術では、まず始めに、光の入射のために企図された基板の表側に、真性半導体層と、半導体基板と同じ導電型でドーピングされたアモルファス半導体層とを堆積させ、その後にようやく、基板の裏側に、真性半導体層と、半導体基板とは異なるようにドーピングされたアモルファス半導体層とを形成することが通例である。
しかしながら、公知の裏側エミッタ・ヘテロ接合型の太陽電池では、シャント抵抗および逆電流が相当な値をとるおそれがあり、その結果、太陽電池の特性が損なわれることが示されている。
したがって、本発明の課題は、裏側エミッタ・ヘテロ接合型の太陽電池における太陽電池の電気的な太陽電池特性を改善することである。
上記の課題は、１つには、ヘテロ接合による裏側エミッタ型の太陽電池構造体を製造するための方法であって、
・裏側エミッタ型の太陽電池構造体の吸収体を形成するために、第１の導電型のドーピングを有する結晶性半導体基板が提供され、
・半導体基板の表側に、アモルファス真性半導体材料からなる少なくとも１つの表側真性層が生成され、
・少なくとも１つの表側真性層上に、半導体基板のドーピングよりも高濃度の第１の導電型のドーピングを有するアモルファス半導体材料からなる少なくとも１つの表側ドーピング層が生成され、
・半導体基板の裏側に、アモルファス真性半導体材料からなる少なくとも１つの裏側真性層が生成され、
・少なくとも１つの裏側真性層上に裏側エミッタ型の太陽電池構造体のエミッタを形成するために、第１の導電型とは反対の第２の導電型のドーピングを有するアモルファス半導体材料からなる少なくとも１つの裏側ドーピング層が生成され、
・少なくとも１つの表側ドーピング層上に、少なくとも１つの導電性かつ透明の表側導体層が生成され、
・少なくとも１つの裏側ドーピング層上に、少なくとも１つの導電性かつ透明の裏側導体層が生成され、
・少なくとも１つの導電性かつ透明の表側導体層上に、表側コンタクト部が生成され、
・少なくとも１つの導電性かつ透明の裏側導体層上に、裏側コンタクト部が生成され、
表側真性層および裏側真性層と、表側ドーピング層および裏側ドーピング層とが、以下の順序で生成され、すなわち、
・半導体基板の裏側に、少なくとも１つの裏側真性層が生成され、
・次に、半導体基板の表側に、少なくとも１つの表側真性層が生成され、
・次に、少なくとも１つの表側真性層上に、少なくとも１つの表側ドーピング層が生成され、
・次に、少なくとも１つの裏側真性層上に、少なくとも１つの裏側ドーピング層が生成される、
方法よって解決される。
驚くべきことに、本発明による方法では、まず始めに、基板の裏側に、アモルファス真性半導体層、すなわち裏側真性層が生成され、次に、基板の表側に、アモルファス真性半導体層と、アモルファスドーピング半導体層とが生成され、その後にようやく、基板の表側に、半導体基板とは異なるようにドーピングされたアモルファス半導体層、すなわち表側ドーピング層が生成されることによって、本発明に従って製造された全ての太陽電池におけるシャント抵抗および逆電流が格段に改善される。さらに、サーモグラフィ測定により、基板の縁部での漏れ電流が、本発明による方法シーケンスによって大幅に減少することが判明した。さらに、本発明に従って製造された太陽電池のパッシベーションの品質が向上し、このことは、より高い開放電圧と、裏側エミッタ・ヘテロ接合型の太陽電池のより良好な曲線因子とにおいて示されている。さらに、本発明による手順によれば、太陽電池の効率が向上する。
本発明による方法の好ましい変形例では、半導体基板として、ｎドーピングされた半導体基板が使用され、表側ドーピング層を生成するために、リンによってドーピングされたアモルファス半導体材料が使用され、裏側ドーピング層を生成するために、ホウ素によってドーピングされたアモルファス半導体材料が使用される。ホウ素は、リンよりも速く拡散し、したがって、ヘテロ接合による裏側エミッタ型の太陽電池構造体を製造するための設備においてリンよりも速く広がるので、アモルファス層を堆積させる際に、ホウ素がドーピングされた裏側ドーピング層を最後の層として堆積させることは、設備の清浄性に対して特にポジティブな効果をもたらす。
本発明による方法の好ましい実施形態では、半導体基板の表側での少なくとも１つの表側真性層の生成と、少なくとも１つの表側真性層上での少なくとも１つの表側ドーピング層の生成とは、同一の層堆積反応器において直接的に連続して行われるプロセスで実施される。これにより、表側真性層および表側ドーピング層を製造するために、単一の層堆積反応器だけしか必要なくなり、このことにより、ヘテロ接合による裏側エミッタ型の太陽電池構造体を製造するための装置が全体としてより簡単かつより低コストになる。
さらに、少なくとも１つの導電性かつ透明の裏側導体層が、少なくとも１つの裏側ドーピング層上に、半導体基板の側縁部から間隔を置いて堆積され、これにより、裏側における縁部領域が、導電性かつ透明の裏側導体層によって被覆されず、導電性かつ透明の裏側導体層を形成するための全ての方法ステップにおいて、導電性かつ透明の裏側導体層と表側導体層との間に電気的なコンタクトが生じなくなっている場合には、本発明によるヘテロ接合による裏側エミッタ型の太陽電池構造体の特に良好な縁部絶縁が得られる。
上記の課題はさらに、ヘテロ接合による裏側エミッタ型の太陽電池構造体であって、当該ヘテロ接合による裏側エミッタ型の太陽電池構造体は、
・第１の導電型のドーピングを有する結晶性半導体基板からなる吸収体と、
・吸収体の表側に形成された、アモルファス真性半導体材料からなる少なくとも１つの表側真性層と、
・吸収体の裏側に形成された、アモルファス真性半導体材料からなる少なくとも１つの裏側真性層と、
・少なくとも１つの表側真性層上に形成された、吸収体のドーピングよりも高濃度の第１の導電型のドーピングを有するアモルファス半導体材料からなる少なくとも１つの表側ドーピング層と、
・少なくとも１つの裏側真性層上に形成された、第１の導電型とは反対の第２の導電型のドーピングを有するアモルファス半導体材料からなる少なくとも１つの裏側ドーピング層からなるエミッタと、
・少なくとも１つの表側ドーピング層上に形成された少なくとも１つの導電性かつ透明の表側導体層と、
・少なくとも１つの裏側ドーピング層上に形成された少なくとも１つの導電性かつ透明の裏側導体層と、
・少なくとも１つの導電性かつ透明の表側導体層上に形成された表側コンタクト部と、
・少なくとも１つの導電性かつ透明の裏側導体層上に形成された裏側コンタクト部と
を有し、ヘテロ接合による裏側エミッタ型の太陽電池構造体の側縁部では、半導体基板の縁部領域上に内側から外側に向かって以下の順序で、すなわち、
・少なくとも１つの裏側真性層、
・その上に、少なくとも１つの表側真性層、
・その上に、少なくとも１つの表側ドーピング層、
・その上に、少なくとも１つの裏側ドーピング層
の順序で層シーケンスが設けられている、ヘテロ接合による裏側エミッタ型の太陽電池構造体によっても解決される。
裏側エミッタ型の太陽電池構造体の側縁部、すなわち縁部領域における層構成により、内側から外側に向かって連続する層が、以下の順序で、すなわち、
・少なくとも１つの表側真性層、
・その上に、少なくとも１つの表側ドーピング層、
・次に、少なくとも１つの裏側真性層、
・次に、少なくとも１つの裏側ドーピング層
の順序で存在するか、または重なり合っているような従来の層構成を、自身の側縁部において有する裏側エミッタ型の太陽電池構造体と比較して、本発明に従って製造された太陽電池のシャント抵抗および逆電流が格段に改善されることとなる。
本発明によるヘテロ接合による裏側エミッタ型の太陽電池構造体の好ましい実施形態では、半導体基板は、ｎドーピングされた半導体基板であり、表側ドーピング層は、リンによってドーピングされており、裏側ドーピング層は、ホウ素によってドーピングされている。
本発明によるヘテロ接合による裏側エミッタ型の太陽電池構造体の有利な実施形態は、少なくとも１つの導電性かつ透明の裏側導体層が、少なくとも１つの裏側ドーピング層上に、半導体基板の側縁部から間隔を置いて堆積されており、これにより、裏側における縁部領域が、導電性かつ透明の裏側導体層によって被覆されず、導電性かつ透明の裏側導体層と表側導体層との間に電気的なコンタクトが生じなくなるように構成されている。
上記の課題はさらに、ヘテロ接合による裏側エミッタ型の太陽電池構造体を製造するための装置であって、ヘテロ接合による裏側エミッタ型の太陽電池構造体は、
・第１の導電型のドーピングを有する結晶性半導体基板からなる吸収体と、
・吸収体の表側に形成された、アモルファス真性半導体材料からなる少なくとも１つの表側真性層と、
・吸収体の裏側に形成された、アモルファス真性半導体材料からなる少なくとも１つの裏側真性層と、
・少なくとも１つの表側真性層上に形成された、吸収体のドーピングよりも高濃度の第１の導電型のドーピングを有するアモルファス半導体材料からなる少なくとも１つの表側ドーピング層と、
・少なくとも１つの裏側真性層上に形成された、第１の導電型とは反対の第２の導電型のドーピングを有するアモルファス半導体材料からなる少なくとも１つの裏側ドーピング層からなるエミッタと、
・少なくとも１つの表側ドーピング層上に形成された少なくとも１つの導電性かつ透明の表側導体層と、
・少なくとも１つの裏側ドーピング層上に形成された少なくとも１つの導電性かつ透明の裏側導体層と、
・少なくとも１つの表側導体層上に形成された表側コンタクト部と、
・少なくとも１つの裏側導体層上に形成された裏側コンタクト部と
を有し、当該装置は、半導体基板の表側に少なくとも１つの表側真性層を生成し、半導体基板の裏側に少なくとも１つの裏側真性層を生成し、少なくとも１つの表側真性層上に少なくとも１つの表側ドーピング層を生成し、少なくとも１つの裏側真性層上に少なくとも１つの裏側ドーピング層を生成するために、３つの層堆積ストランドのみを有し、
・第１の層堆積ストランドは、半導体基板の裏側に少なくとも１つの裏側真性層を生成するための少なくとも１つの層堆積反応器を有し、
・第２の層堆積ストランドは、半導体基板の表側に少なくとも１つの表側真性層を生成するための、かつ少なくとも１つの表側真性層上に少なくとも１つの表側ドーピング層を生成するための少なくとも１つの層堆積反応器を有し、
・第３の層堆積ストランドは、少なくとも１つの裏側真性層上に少なくとも１つの裏側ドーピング層を生成するための少なくとも１つの層堆積反応器を有し、
第１の層堆積ストランドと第２の層堆積ストランドとの間、および第２の層堆積ストランドと第３の層堆積ストランドとの間に、少なくとも１つの基板輸送および回転システムが設けられている、装置によって解決される。
従来技術とは異なり本発明による装置では、半導体基板は、まず始めに、少なくとも１つの裏側真性層を生成するための少なくとも１つの層堆積反応器を有する第１の層堆積ストランドを通過し、次に、回転され、その後にようやく、半導体基板の表側に少なくとも１つの表側真性層を生成するための、かつ少なくとも１つの表側真性層上に少なくとも１つの表側ドーピング層を生成するための少なくとも１つの層堆積反応器を有する第２の層堆積ストランドに供給され、その後、再び回転されて、最後にようやく、少なくとも１つの裏側真性層上に少なくとも１つの裏側ドーピング層を生成するための少なくとも１つの層堆積反応器を有する第３の層堆積ストランドに輸送される。
本発明による装置の好ましい実施形態では、第１の層堆積ストランドは、半導体基板の裏側に少なくとも１つの裏側真性層を生成するための裏側真性層堆積反応器を有し、第２の層堆積ストランドは、半導体基板の表側に少なくとも１つの表側真性層を生成するための、かつ少なくとも１つの表側真性層上に少なくとも１つの表側ドーピング層を生成するための単一の表側層堆積反応器を有し、第３の層堆積ストランドは、少なくとも１つの裏側真性層上に少なくとも１つの裏側ドーピング層を生成するための裏側ドーピング層堆積反応器を有し、少なくとも１つの基板輸送および回転システムは、第２の層堆積ストランドの前または中の、表側層堆積反応器の前に設けられている。
以下、本発明の好ましい実施形態を、図面に基づいてより詳細に説明する。
図１ａ～図１ｉは、ヘテロ接合による裏側エミッタ型の太陽電池構造体を生成するための本発明による方法の実施形態のプロセスシーケンスの部分ステップを、それぞれ生成された層シーケンスの断面図に基づいて概略的に示す図である。 真性半導体層およびアモルファス半導体層が形成された後の、本発明によるヘテロ接合による裏側エミッタ型の太陽電池構造体の中間製品の側縁部に形成された層スタックを概略的に示す図である。 ヘテロ接合による裏側エミッタ型の太陽電池構造体を製造するための本発明による装置の部分領域の考えられる基本構造を概略的に示す図である。 ヘテロ接合による裏側エミッタ型の太陽電池構造体を製造するための本発明による装置の部分領域のさらなる考えられる基本構造を概略的に示す図である。
図１ａ～図１ｉは、例えば図１ｉに断面図で概略的に示されているような、ヘテロ接合による裏側エミッタ型の太陽電池構造体１を製造するための本発明による方法の１つの実施形態のプロセスシーケンスの部分ステップを、それぞれ生成された層シーケンスの断面図に基づいて概略的に示す。個々の図面に示されている層の層厚さは、縮尺通りには図示されていない。それぞれの層厚さの相互の比率も縮尺通りには図示されていないが、ある１つの層が別の層よりもより薄く図示されている場合には、その層は、典型的には実際にもより薄くなっている。
図面において、それぞれの層構造体のうちのそれぞれ上方に示されている側は、それぞれの層構造体の表側であり、下方に示されている側は、それぞれの層構造体の裏側である。表側は、完成した裏側エミッタ型の太陽電池構造体１において光が入射することが想定されている方の側である。
図１ａは、結晶性半導体基板２を概略的に示し、この結晶性半導体基板２の表側および裏側には空気酸化物層２１，２２が形成されている。半導体基板２は、第１の導電型のドーピングを有する。図示の実施例では、半導体基板２は、ｎドーピングされたシリコン基板であるが、本発明の他の実施形態では、他の半導体材料から形成されていてもよいし、かつ／またはｐドーピングを有していてもよい。ｎドーピングは、好ましくはリンドーピングであるが、少なくとも１つの他のドーピング材料および／または少なくとも１つの追加的なドーピング材料によって形成されていてもよい。
図示の例では、空気酸化物層２１，２２は、０．２～３．０ｎｍの間の厚さを有するＳｉＯ２層である。
空気酸化物層２１，２２は、事前に清浄化された半導体基板２上に雰囲気中で自動的に形成される。半導体基板２は、完成した裏側エミッタ型の太陽電池構造体１において吸収体を形成する。
図１ｂは、さらなる方法ステップ後における図１ａからの半導体基板２を示し、ここでは、半導体基板２が、ヘテロ接合による裏側エミッタ型の太陽電池構造体１を製造するための装置に装填される。図３および図４には、そのような装置３０，４０についての例の部分領域が示されている。
装填中、半導体基板２の両側は、典型的には２００℃未満の温度で雰囲気に曝されており、これにより、またしても、半導体基板２の表側および裏側に空気酸化物層２３，２４、すなわちここでは０．２～３．０ｎｍの厚さを有するＳｉＯ２層が形成されるか、または空気酸化物層２３，２４の厚さの分だけ空気酸化物層２１，２２が成長する。
図１ｃに概略的に示されている本発明による方法のさらなる方法ステップでは、空気酸化物層２１，２２，２３，２４を有する半導体基板２の裏側に、少なくとも１つのアモルファス真性半導体材料からなる少なくとも１つの裏側真性層３が堆積される。少なくとも１つの裏側真性層３の堆積は、好ましくはＰＥＣＶＤ法によって実施される。
図１ｃからの層構造体が次の層堆積反応器へと輸送されて回転される、図１ｄに示されているステップでは、図１ｃからの層構造体の表側および裏側に、再び空気酸化物層２５，２６が形成される。図示の例では、空気酸化物層２５，２６は、０．２～３．０ｎｍの厚さを有するＳｉＯ２層である。空気酸化物層２５は、表側に既に存在する空気酸化物層２１，２３上に直接的に成長する。空気酸化物層２６は、堆積された裏側真性層３上に成長する。
裏側真性層３の堆積後、層２１，２３，２５が上に設けられている半導体基板２の表側に、少なくとも１つのアモルファス真性半導体材料からなる少なくとも１つの表側真性層４と、半導体基板２のドーピングよりも高濃度の第１の導電型のドーピングを有する少なくとも１つのアモルファス半導体材料からなる少なくとも１つの表側ドーピング層５とが堆積される。このことは、図１ｅにおいて見て取ることができる。半導体基板２は、図示の実施例ではｎドーピングされているので、ここでは、表側ドーピング層５もｎドーピングされており、好ましくはリンによってドーピングされている。
表側真性層４は、表側ドーピング層５とは別個にそれぞれ異なる層堆積反応器において堆積可能である。しかしながら、図示の実施例において実施されたように、表側ドーピング層５を中間の基板処理なしに同一の層堆積反応器において表側真性層４の直後に堆積させると、特に有利である。その場合には、表側真性層４と表側ドーピング層５との間に空気酸化物が形成されることが回避される。
この層またはこれらの層が堆積された後に必要とされる基板処理の間に、基板が次の層堆積反応器へと輸送されて再度回転されている際に、図１ｅに概略的に示されている生成された層構造体は、再度雰囲気に到達し、これによって層構造体の両側に、再び空気酸化物層２７，２８が成長し、このことは、図１ｆに示されている。空気酸化物層２７，２８は、本実施例では０．２～３．０ｎｍの層厚さを有するＳｉＯ２層である。
さらなる基板処理の後、図１ｆに示されている層配列の裏側に、第１の導電型とは反対の第２の導電型のドーピングを有するアモルファス半導体材料からなる裏側ドーピング層６が生成される。このことは、図１ｇに示されている。図示の実施例では、裏側ドーピング層６は、ｐドーピングされたアモルファスシリコン層である。具体的には、本例で使用されているｐドーピングは、ホウ素ドーピングであるが、本発明の他の実施形態では、他のドーピングであってよい。裏側ドーピング層６は、その上に設けられる後述の電気的なコンタクト部のために、形成されるべきヘテロ接合による裏側エミッタ型の太陽電池構造体１のエミッタを形成する。
次いで、図１ｇからの層構造体は、少なくとも１つのさらなる層堆積反応器に輸送され、この輸送中、層構造体は、再度雰囲気条件に曝されている。この際、ここでも約０．２～３．０ｎｍの薄さである空気酸化物層２９，３０が、層構造体の表側および裏側に形成され、このことは、図１ｈにおいて見て取れる。
その後、図１ｉに概略的に示されているように、図１ｈからの層構造体の表側および裏側に、導電性かつ透明の表側導体層７および裏側導体層８が生成される。導電性かつ透明の表側導体層７および裏側導体層８は、好ましくは導電性かつ透明の酸化物（ＴＣＯ）からなる。図示の実施例では、導電性かつ透明の表側導体層７および裏側導体層８は、インジウムスズ酸化物層（ＩＴＯ層）である。
図示の実施例では、導電性かつ透明の裏側導体層８は、少なくとも１つの裏側ドーピング層６上に、半導体基板２の側縁部５０から間隔を置いて堆積されている。裏側ドーピング層６の堆積は、例えばマスクを介して実施可能である。これにより、ヘテロ接合による裏側エミッタ型の太陽電池構造体１の裏側における縁部領域５１は、導電性かつ透明の裏側導体層８によって被覆されないままになる。構造化された堆積により、導電性かつ透明の裏側導体層８が堆積されている間にも、導電性かつ透明の裏側導体層８と表側導体層７との間に電気的なコンタクトが生じなくなる。
最後に、導電性かつ透明の表側導体層７および裏側導体層８上に、それぞれ表側コンタクト部９および裏側コンタクト部１０が生成される。表側コンタクト部９および裏側コンタクト部１０は、図示の実施例では銀から形成されており、太陽電池の前側および裏側にフィンガ形状で設けられている。しかしながら、表側コンタクト部９および裏側コンタクト部１０は、他の導電性材料から形成されていてもよいし、かつ／または他の形状で被着されていてもよい。
上記の実施形態から分かるように、それぞれの基板輸送時に、空気酸化物層２１，２２，２３，２４，２５，２６，２７，２８，２９，３０が生成され、これらの空気酸化物層２１，２２，２３，２４，２５，２６，２７，２８，２９，３０は、半導体基板２とその上に堆積される真性層３，４との間の障壁、裏側真性層３と裏側ドーピング層６との間の障壁、および表側ドーピング層５ならびに裏側ドーピング層６と、その上にそれぞれ堆積される表側導体層７ならびに裏側導体層８との間の障壁を形成する。これらの障壁は、電荷担体の輸送を阻止し、したがって、形成されるべきヘテロ接合による裏側エミッタ型の太陽電池構造体１の太陽電池特性を劣化させてしまう。上記のように、表側ドーピング層４の直後に同一の層堆積反応器において表側ドーピング層５を堆積させたことにより、表側真性層４と表側ドーピング層５との間にそのような障壁が形成されることを回避することが可能となった。
さらに、ホウ素ドーピングされた裏側ドーピング層６をアモルファス半導体層の最後の層として堆積させるという本発明によるプロセスステップシーケンスにより、表側ドーピング層５に含まれているリンよりも高い拡散係数を有するホウ素の、裏側ドーピング層６からの拡散が最小限に制限される。これによっても、形成されるべきヘテロ接合による裏側エミッタ型の太陽電池構造体１の太陽電池特性に有利な影響がもたらされる。
図２において概略的に見て取れるように、本発明による手順は、さらなる別の有利な効果も有する。図２には、図１ｉからの本発明によるヘテロ接合による裏側エミッタ型の太陽電池構造体１の中間製品が概略的に示されている。図１ａ～図１ｉでは、見やすくするために太陽電池の縁部にそれぞれ形成される層シーケンスを省略したが、図２では、アモルファス半導体層３，４，５，および６が堆積された後であって、かつさらなる層７，８，９，１０が形成される前におけるこの層シーケンスが、特に大きく図示されている。
太陽電池の縁部には、図示の実施例ではｎドーピングされた半導体基板２から開始してｎ－ｉ－ｉ－ｎ＋－ｐの層シーケンスが生成される。これに対して従来技術では、従来のプロセスシーケンスからｎ－ｉ－ｎ＋－ｉ－ｐの層シーケンスが生成される。半導体基板２の縁部または側縁部における二重の真性層３，４は、形成された構造体を、太陽電池の縁部でのシャント抵抗および漏れ電流の形成から保護するように思われる。
図３および図４には、上記のようなヘテロ接合による裏側エミッタ型の太陽電池構造体１を製造するための考えられる設備コンセプトまたは装置３０，４０の部分領域が概略的に示されている。図３に部分的に概略的に示されている装置３０と、図４に部分的に示されている装置４０とは、それぞれアモルファス半導体層３，４，５，６を形成するために３つの層堆積ストランド３１，３２または４２，３３を有する。
第１の層堆積ストランド３１には、半導体基板２の裏側に少なくとも１つの裏側真性層３を生成するための少なくとも１つの層堆積反応器３６が設けられている。
第２の層堆積ストランド３２または４２には、半導体基板２の表側に少なくとも１つの表側真性層４を生成するための、かつ少なくとも１つの表側真性層４上に少なくとも１つの表側ドーピング層５を生成するための少なくとも１つの層堆積反応器３９，４１；４４が設けられている。装置４０では、第２の層堆積ストランド４２は、半導体基板２の表側に少なくとも１つの表側真性層４を生成するための、かつ少なくとも１つの表側真性層４上に少なくとも１つの表側ドーピング層５を生成するための単一の表側層堆積反応器４４のみを有する。
第３の層堆積ストランド３３には、少なくとも１つの裏側真性層３上に少なくとも１つの裏側ドーピング層６を生成するための少なくとも１つの層堆積反応器４３が設けられている。
第１の層堆積ストランド３１と第２の層堆積ストランド３２または４２との間、および第２の層堆積ストランド３２または４２と第３の層堆積ストランド３３との間には、基板輸送および回転システム３７が設けられている。装置３０，４０では、単一の基板輸送および回転システム３７のみが設けられており、この単一の基板輸送および回転システム３７は、表側層堆積反応器３９，４１または４４の前に配置されている。
個々の層堆積反応器の間および前には、それぞれ１つのロック装置４５が設けられている。
それぞれの層堆積ストランド３１，３２または４２，３３の始めには、それぞれ１つの装填および取り外し装置３５が設けられている。

Claims (9)

  1. ヘテロ接合による裏側エミッタ型の太陽電池構造体（１）を製造するための方法であって、
    ・前記裏側エミッタ型の太陽電池構造体（１）の吸収体を形成するために、第１の導電型のドーピングを有する結晶性半導体基板（２）が提供され、
    ・前記半導体基板（２）の表側に、アモルファス真性半導体材料からなる少なくとも１つの表側真性層（４）が生成され、
    ・前記少なくとも１つの表側真性層（４）上に、前記半導体基板（２）のドーピングよりも高濃度の第１の導電型のドーピングを有するアモルファス半導体材料からなる少なくとも１つの表側ドーピング層（５）が生成され、
    ・前記半導体基板（２）の裏側に、アモルファス真性半導体材料からなる少なくとも１つの裏側真性層（３）が生成され、
    ・前記少なくとも１つの裏側真性層（３）上に前記ヘテロ接合による裏側エミッタ型の太陽電池構造体（１）のエミッタを形成するために、前記第１の導電型とは反対の第２の導電型のドーピングを有するアモルファス半導体材料からなる少なくとも１つの裏側ドーピング層（６）が生成され、
    ・前記少なくとも１つの表側ドーピング層（５）上に、少なくとも１つの導電性かつ透明の表側導体層（７）が生成され、
    ・前記少なくとも１つの裏側ドーピング層（６）上に、少なくとも１つの導電性かつ透明の裏側導体層（８）が生成され、
    ・前記少なくとも１つの導電性かつ透明の表側導体層（７）上に、表側コンタクト部（９）が生成され、
    ・前記少なくとも１つの導電性かつ透明の裏側導体層（８）上に、裏側コンタクト部（１０）が生成される、
    方法において、
    前記表側真性層（４）および前記裏側真性層（３）と、前記表側ドーピング層（５）および前記裏側ドーピング層（６）とが、以下の順序で生成され、すなわち、
    ・前記半導体基板（２）の裏側に、前記少なくとも１つの裏側真性層（３）が生成され、
    ・次に、前記半導体基板（２）の表側に、前記少なくとも１つの表側真性層（４）が生成され、
    ・次に、前記少なくとも１つの表側真性層（４）上に、前記少なくとも１つの表側ドーピング層（５）が生成され、
    ・次に、前記少なくとも１つの裏側真性層（３）上に、前記少なくとも１つの裏側ドーピング層（６）が生成される
    ことを特徴とする、方法。
  2. 前記半導体基板（２）として、ｎドーピングされた半導体基板が使用され、
    前記表側ドーピング層（５）を生成するために、リンによってドーピングされたアモルファス半導体材料が使用され、
    前記裏側ドーピング層（６）を生成するために、ホウ素によってドーピングされたアモルファス半導体材料が使用される、
    請求項１記載の方法。
  3. 前記半導体基板（２）の表側での前記少なくとも１つの表側真性層（４）の生成と、前記少なくとも１つの表側真性層（４）上での前記少なくとも１つの表側ドーピング層（５）の生成とは、同一の層堆積反応器（４４）において直接的に連続して行われるプロセスで実施される、
    請求項１または２記載の方法。
  4. 前記少なくとも１つの導電性かつ透明の裏側導体層（８）は、前記少なくとも１つの裏側ドーピング層（６）上に、前記半導体基板（２）の側縁部（５０）から間隔を置いて堆積され、
    これにより、前記ヘテロ接合による裏側エミッタ型の太陽電池構造体（１）の裏側における縁部領域（５１）は、前記導電性かつ透明の裏側導体層（８）によって被覆されず、
    前記導電性かつ透明の裏側導体層（８）を形成するための全ての方法ステップにおいて、前記導電性かつ透明の裏側導体層（８）と前記表側導体層（７）との間に電気的なコンタクトが生じなくなっている、
    請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
  5. ヘテロ接合による裏側エミッタ型の太陽電池構造体（１）であって、当該ヘテロ接合による裏側エミッタ型の太陽電池構造体（１）は、
    ・第１の導電型のドーピングを有する結晶性半導体基板（２）からなる吸収体と、
    ・前記吸収体の表側に形成された、アモルファス真性半導体材料からなる少なくとも１つの表側真性層（４）と、
    ・前記吸収体の裏側に形成された、アモルファス真性半導体材料からなる少なくとも１つの裏側真性層（３）と、
    ・前記少なくとも１つの表側真性層（４）上に形成された、前記吸収体のドーピングよりも高濃度の前記第１の導電型のドーピングを有するアモルファス半導体材料からなる少なくとも１つの表側ドーピング層（５）と、
    ・前記少なくとも１つの裏側真性層（３）上に形成された、前記第１の導電型とは反対の第２の導電型のドーピングを有するアモルファス半導体材料からなる少なくとも１つの裏側ドーピング層（６）からなるエミッタと、
    ・前記少なくとも１つの表側ドーピング層（５）上に形成された少なくとも１つの導電性かつ透明の表側導体層（７）と、
    ・前記少なくとも１つの裏側ドーピング層（６）上に形成された少なくとも１つの導電性かつ透明の裏側導体層（８）と、
    ・前記少なくとも１つの導電性かつ透明の表側導体層（７）上に形成された表側コンタクト部（９）と、
    ・前記少なくとも１つの導電性かつ透明の裏側導体層（８）上に形成された裏側コンタクト部（１０）と
    を有する、ヘテロ接合による裏側エミッタ型の太陽電池構造体（１）において、
    前記ヘテロ接合による裏側エミッタ型の太陽電池構造体（１）の側縁部（５０）では、前記半導体基板（２）の縁部領域上に内側から外側に向かって以下の順序で、すなわち、
    ・前記少なくとも１つの裏側真性層（３）、
    ・その上に、前記少なくとも１つの表側真性層（４）、
    ・その上に、前記少なくとも１つの表側ドーピング層（５）、
    ・その上に、前記少なくとも１つの裏側ドーピング層（６）
    の順序で層シーケンスが設けられている
    ことを特徴とする、ヘテロ接合による裏側エミッタ型の太陽電池構造体（１）。
  6. 前記半導体基板（２）は、ｎドーピングされた半導体基板であり、
    前記表側ドーピング層（５）は、リンによってドーピングされており、
    前記裏側ドーピング層（６）は、ホウ素によってドーピングされている、
    請求項５記載の、ヘテロ接合による裏側エミッタ型の太陽電池構造体。
  7. 前記少なくとも１つの導電性かつ透明の裏側導体層（８）は、前記少なくとも１つの裏側ドーピング層（６）上に、前記半導体基板（２）の側縁部（５０）から間隔を置いて堆積されており、
    これにより、前記ヘテロ接合による裏側エミッタ型の太陽電池構造体（１）の裏側における縁部領域（５１）は、前記導電性かつ透明の裏側導体層（８）によって被覆されず、
    前記導電性かつ透明の裏側導体層（８）と前記表側導体層（７）との間に電気的なコンタクトが生じなくなっている、
    請求項５または６記載の、ヘテロ接合による裏側エミッタ型の太陽電池構造体（１）。
  8. ヘテロ接合による裏側エミッタ型の太陽電池構造体（１）を製造するための装置（３０，４０）であって、前記ヘテロ接合による裏側エミッタ型の太陽電池構造体（１）は、
    ・第１の導電型のドーピングを有する結晶性半導体基板（２）からなる吸収体と、
    ・前記吸収体の表側に形成された、アモルファス真性半導体材料からなる少なくとも１つの表側真性層（４）と、
    ・前記吸収体の裏側に形成された、アモルファス真性半導体材料からなる少なくとも１つの裏側真性層（３）と、
    ・前記少なくとも１つの表側真性層（４）上に形成された、前記吸収体のドーピングよりも高濃度の前記第１の導電型のドーピングを有するアモルファス半導体材料からなる少なくとも１つの表側ドーピング層（５）と、
    ・前記少なくとも１つの裏側真性層（３）上に形成された、前記第１の導電型とは反対の第２の導電型のドーピングを有するアモルファス半導体材料からなる少なくとも１つの裏側ドーピング層（６）からなるエミッタと、
    ・前記少なくとも１つの表側ドーピング層（５）上に形成された少なくとも１つの導電性かつ透明の表側導体層（７）と、
    ・前記少なくとも１つの裏側ドーピング層（６）上に形成された少なくとも１つの導電性かつ透明の裏側導体層（８）と、
    ・前記少なくとも１つの表側導体層（７）上に形成された表側コンタクト部（９）と、
    ・前記少なくとも１つの裏側導体層（８）上に形成された裏側コンタクト部（１０）と
    を有する、装置（３０，４０）において、
    当該装置（３０，４０）は、前記半導体基板（２）の表側に前記少なくとも１つの表側真性層（４）を生成し、前記半導体基板（２）の裏側に前記少なくとも１つの裏側真性層（３）を生成し、前記少なくとも１つの表側真性層（４）上に前記少なくとも１つの表側ドーピング層（５）を生成し、前記少なくとも１つの裏側真性層（３）上に前記少なくとも１つの裏側ドーピング層（６）を生成するために、３つの層堆積ストランド（３１；３２または４２；３３）のみを有し、
    ・第１の層堆積ストランド（３１）は、前記半導体基板（２）の裏側に前記少なくとも１つの裏側真性層（３）を生成するための少なくとも１つの層堆積反応器（３６）を有し、
    ・第２の層堆積ストランド（３２または４２）は、前記半導体基板（２）の表側に前記少なくとも１つの表側真性層（４）を生成するための、かつ前記少なくとも１つの表側真性層（４）上に前記少なくとも１つの表側ドーピング層（５）を生成するための少なくとも１つの層堆積反応器（３９，４１または４４）を有し、
    ・第３の層堆積ストランド（３３）は、前記少なくとも１つの裏側真性層（３）上に前記少なくとも１つの裏側ドーピング層（６）を生成するための少なくとも１つの層堆積反応器（４３）を有し、
    前記第１の層堆積ストランド（３１）と前記第２の層堆積ストランド（３２または４２）との間、および前記第２の層堆積ストランド（３２または４２）と前記第３の層堆積ストランド（３３）との間に、少なくとも１つの基板輸送および回転システム（３７）が設けられている
    ことを特徴とする、装置（３０，４０）。
  9. 前記第１の層堆積ストランド（３１）は、前記半導体基板（２）の裏側に前記少なくとも１つの裏側真性層（３）を生成するための裏側真性層堆積反応器（３６）を有し、
    前記第２の層堆積ストランド（４２）は、前記半導体基板（２）の表側に前記少なくとも１つの表側真性層（４）を生成するための、かつ前記少なくとも１つの表側真性層（４）上に前記少なくとも１つの表側ドーピング層（５）を生成するための単一の表側層堆積反応器（４４）を有し、
    前記第３の層堆積ストランド（３３）は、前記少なくとも１つの裏側真性層（３）上に前記少なくとも１つの裏側ドーピング層（６）を生成するための裏側ドーピング層堆積反応器（４３）を有し、
    前記少なくとも１つの基板輸送および回転システム（３７）は、前記第２の層堆積ストランド（４２）の前または中の、前記表側層堆積反応器（４４）の前に設けられている、
    請求項８記載の装置。
JP2022514784A 2019-09-05 2020-07-31 ヘテロ接合による裏側エミッタ型の太陽電池構造体、およびそのような太陽電池構造体を製造するための方法ならびに装置 Pending JP2022547903A (ja)

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