JP3398385B2 - 太陽電池の製作方法およびこの方法によって製作された太陽電池 - Google Patents

太陽電池の製作方法およびこの方法によって製作された太陽電池

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    • Y10S438/959—Mechanical polishing of wafer

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、貫通穴による格子を備えた太陽電池の製作
方法ならびにこの方法により製作された太陽電池に関す
る。
技術の多くの分野において、貫通穴を規則正しく配置
した構成要素が使用される。その際、穴はガス流および
液体流（フィルター技術、流体技術およびセンサ技
術）、荷電された粒子（イオン光学装置または電子光学
装置）および電磁放射（IR光学装置およびVIS光学装
置）のための通過穴として役立つかあるいは半導体板
（精密電子装置および光起電装置）の前面と背面を電気
的に接続するために役立つ。板状の基体に穴を規則正し
く配置するために、現在、材料や形成すべき穴の寸法に
応じて、いろいろな方法が使用されている。穴の直径が
ミリメートルの範囲およびそれ以上であると、穿孔また
はフライス加工のような機械的な方法が使用される。放
電加工によって、100μｍ以下の穴を導電材料に形成す
ることができる。金属、セラミックスおよび半導体に10
μｍ以上の寸法の穴を形成するために、微細集束された
脈動レーザが使用される。適当なマスクを備えた基体上
で金属を電着または無電流析出することにより、あるい
はネガティブプロフィルを有する成形体上で可延性の金
属フィルムまたは合成樹脂フィルムをプレスまたは圧延
することにより、同じオーダーの穴を有する格子を形成
可能である。セラミックスや半導体のような脆い材料の
場合には特別に、超音波ドリルを用いることができる。
金属や半導体にμｍ範囲またはμｍ以下の範囲の穴を形
成するためには、エッチング技術と組み合わせた写真製
版方法が特に適している。
先行技術文献として、米国特許第2911539号明細書な
らびにA.Takeoka等著による、1993年の「Solar Energy
Materials and Solar Cells 29」243頁から252頁に記載
の「Development and application of see−througha−
Si solar cells」があげられる。
従って、本発明の課題は、規則正しく配置された貫通
穴を有する格子網を製作するための方法を提供すること
である。この場合、従来の方法と比較して、格子構造、
加工すべき材料の種類および貫通穴の直径の変更に関す
る多様性を保証すべきである。
この課題は、請求項１による方法により解決される。
本発明による方法で、請求項14による太陽電池が製造
可能である。溝のたがいの間隔、側面の溝が上下に、な
らびに前面および背面の溝がたがいに取り囲む角度、溝
形状および溝深さが格子の主要配列を決定し、とくに穴
の配列、形状そして大きさを確実に決定する。
有利な実施形の場合、溝が、特に傾斜プロフィルを有
する高速回転する鋸刃によって、基体に機械的に形成さ
れる。この方法は特に、加工すべき材料の普遍性と、溝
と貫通穴ひいては格子網構造を形成する際の多様性に関
して有利である。鋸盤の使用時の高い精度は、精密な格
子の製作を保証する。５μｍまでの貫通穴の直径は、傾
斜した鋸刃を使用するときに特に可能である。この場
合、最小の穴直径は鋸刃の摩耗剤の粒子大きさだけによ
って制限される。スピンドルに複数の鋸刃を取付けるこ
とにより、製造能力を高めることができる。
溝は、他の機械的方法によって、特に高速回転する鋸
形成形体によって形成可能である。この場合、鋸形成形
体は、ローラ状の基体からなり、この基体は溝のネガテ
ィブプロフィルを有し、摩耗剤で被覆されている。この
ような構造付与ローラを使用することにより、格子の製
作能力が大きくなり、簡単に組み立てることができると
いう利点と、鋸刃よりもコストがかからないという利点
がある。ローラ状の基体は金属（例えば軟鋼、アルミニ
ウム、ブロンズ等）からなっている。しかし、他の材
料、特にセラミックスおよび特殊合成樹脂を使用するこ
とができる。適当な摩耗剤、例えばニッケル／ダイヤモ
ンド、窒化ホウ素、炭化珪素等からなる構造付与ローラ
を直接的に製作してもよい。
本発明の根底をなすこの太陽電池は、結晶シリコン板
の基礎層上に製作され、前面と背面の接触領域を除く全
面に形成されたエミッタ被覆層を備え、前面のエミッタ
被覆層が貫通穴を介して背面のエミッタ被覆層に電気的
に接続されている。
光起電力エネルギーを生産するための出発材料として
多結晶シリコン板を使用する場合一般的に、少数電荷担
体の拡散長さは比較的に短く、シリコンの小さな吸収係
数は、高い効率を得るための障害である。特に最新の低
コストのプレート鋳造方法の場合、方法技術的に制約さ
れて比較的に小さな結晶ひいては短い拡散長さしか達成
されない。
光起電力エネルギーを生産するための出発材料として
多結晶シリコン板を使用する場合一般的に、少数電荷担
体の拡散長さは比較的に短く、シリコンの小さな吸収係
数は、高い効率を得るための障害である。特に最新の低
コストのプレート鋳造方法の場合、方法技術的に制約さ
れて比較的に小さな結晶ひいては短い拡散長さしか達成
されない。
少数電荷担体の短い拡散長さの主たる両原因、粒子限
界と汚染の再結合を低減するために、多結晶シリコン基
板は、太陽電池製作プロセスの途中で、水素による処理
およびまたは燐ゲッター段階を受ける（１），（２）。
しかし、得られた結果は通常制限される。従って、普通
のブロック鋳造方法を改善することによってできるだけ
大まかな純粋材料を入手することが重要である。
シリコンの小さな吸収係数の問題を解決するために、
過去において、入射する光を良好に受け止めるためのい
ろいろな方法が開発された。
現在では、非反射コーティングの他に、特にシリコン
出発材料の表面に構造を付与する方法が用いられてい
る。単結晶シリコンの場合、有機またはアルカリ性のエ
ッチング溶液の異方のエッチング状態を補助して、場合
によっては穿孔する写真製版方法段階と組み合わせて、
不均一に分配されたピラミッド、反対のピラミッドから
なる型（３）、薄層状の構造物（４）またはＶ字形の溝
（５）が生ずる。
多結晶シリコン板内のいろいろな結晶配列の結晶の不
均一な分布に基づいて、前記方法は非常に不充分な結果
を示した。代わりの構造付与方法としては、技術水準で
は、レーザー（６）による表面組織化または傾斜してい
ないかまたは傾斜した切断鋸刃（７），（８）による慣
用のシリコンウェーハ鋸引きが行われた。表面組織はそ
の都度、太陽光の方へ向いた太陽電池の側で行われた。
本発明による構成要素によって、直接鋳造された結晶
の、特に微細結晶のシリコン板から、高出力太陽電池を
準備し、しかも多結晶シリコンの少数電荷担体の拡散長
さが比較的に短く、この材料の吸収係数が小さいにもか
かわらず、準備することが可能である。高出力太陽電池
を次のように製作することができる。すなわち、 ・構造的および電子的に低い品質の単結晶シリコン板お
よび多結晶シリコン出発材料から、 ・尖ったプロフィルを有する高速回転する鋸形成形体を
利用して、簡単な製作方法で、かつ少ない後続プロセス
段階で、 ・光起電力エネルギー変換時に高い効率で、 ・電池の両側の光を感知して、 ・軽い重量で 製作することができる。この場合、得られた太陽電池は
制御可能な透光性を有する。
上記の利点に基づいて、結晶シリコン板からなる本発
明による高出力太陽電池は、地球上における大きな面積
での使用に特に適している。更に、特に重量上の利点と
期待される良好な放射許容差を考慮して、地球外での使
用のために、単結晶シリコン上でのこの技術の適用も重
要である。穴の大きさによって調節可能である光透過性
を利用すると、他の特別な分野で使用可能である。例え
ば太陽電池は、業務範囲および個人分野の窓カバーや自
動車の日除けに使用可能であるかあるいは外壁被覆材の
統合された建築石材として役立つ。
本発明による高出力太陽電池の有利な実施形の場合に
は、太陽電池の表面が接触領域を除く全面で不動態化さ
れている。
溝の間のウェブは、交替する列順序で、n++拡散層ま
たはp++拡散層を備えている。
太陽電池の特に有利な変形例では、太陽電池の背面の
溝が、その一端または他端で交互に、それぞれ隣接する
溝に対して鋭角をなし、それによって貫通する溝がジグ
ザグ状に形成され、その間にあるウェブの、溝角度側の
端部が尖っている。側方へ尖っている片側のシリコンウ
ェブがn++拡散層（図６（２））を備え、反対側のウェ
ブがp++拡散層（図６（３））を備えている接触フィン
ガー拡散を実施する場合、戻し接触型太陽電池にとって
有利な、交替する電荷担体タイプ（n++−p++−n++）の
互いにかみ合う接触部の接触フィンガー構造が得られ
る。
太陽電池の背面の（それぞれ）外側の縁に、主条導体
が形成されている。それによって、特にこの接触フィン
ガー構造の場合、同じ電荷担体種類の個々の接触フィン
ガーの電気的な接続が、非常に簡単になる。
上記接触により、戻し接触型太陽電池を簡単に作るこ
とができる。この場合、電流を導出する金属接触部は背
面全体に設けられている。この構造は前面上の電池金属
被覆と比べて反射損失が発生しないという利点がある。
本発明は太陽電池を接触させるための方法に関する。
この方法は、溝の間に延設された突出するウェブが金属
で被覆されることを特徴とする。
この方法では特に、金属を含むペーストで覆ったロー
ラ状の本体を、突出するウェブ上で転動させる。このロ
ーラ押圧方法によって更に、選択的に接触拡散（n++お
よびp++）するためにドーピング物質を含むペーストお
よび不動態化酸化物または不動態化窒化物の選択的な開
放のためのエッチング剤を塗布することができる。
本発明による接触方法の特に有利な変形例の場合に
は、感光性ラッカーが塗布され、このラッカーが特に小
さな角度をなして斜めから光で照射され、続いて照射さ
れたラッカーが除去され、それによって生じた、溝の表
面の開口内に、金属被覆が行われる。
接触テープの金属被覆の前に、接触テープの範囲にお
いて強いｎ型拡散またはｐ型拡散が行われる。
所望される場合あるいは必要な場合には、金属被覆さ
れた接触テープは専ら太陽電池の背面に形成可能であ
る。
次に、図に部分的に示した実施の形態に基づいて本発
明を詳しく説明する。
図１は偏平なプロフィルと鋭角を有する切断鋸刃を示
す図、 図２は二つの構造付与ローラ基体の断面図、 図３はローラ構造付与方法を示す図、 図４は成形されていない滑らかな基体を備えた構造付
与ローラを示す図、 図５は実施の形態の変形例Ｉによる仕上げ処理された
太陽電池を切断して示す斜視図、 図６は実施の形態の変形例Ｉによる太陽電池の部分平
面図、 図７は図６の切断方向Ａ−Ｂに沿った実施の形態の変
形例Ｉによる太陽電池の横断面図、 図８は実施の形態の変形例IIによる仕上げ処理された
太陽電池を切断して示す斜視図、 図９は実施の形態の変形例IIによる太陽電池の部分平
面図、 図10は図９の切断方向Ａ−Ｂに沿った実施の形態の変
形例IIによる太陽電池の横断面図、 図11は実施の形態の変形例IIIによる太陽電池の背面
の平面図、 図12は接触フィンガーを金属被覆するためのローラ押
圧方法を示す図、 図13は上記の光にさらす過程を示す斜視図、 図14は図示した金属蒸着プロセスを示す斜視図、 図15は図５〜14の太陽電池と光子の関連を説明するた
めの原理図である。
実施の形態１ 格子を備えた本発明による構成要素の製作 板状の基体に、等間隔をおいて互いに平行に延びる溝
８を形成すると、前面と背面の溝８は90゜の角度をな
し、互いに等しい間隔を有するので、穴７の正方形の単
位セルを備えた格子網が得られる。前面と背面の溝８の
間隔が異なると、単位セルは直角の構造物となる。両側
の溝８がほぼ90゜をなすと、格子の基礎要素が平行四辺
形になる。一方の側または両側の溝８が互いに角度をな
すと、単位セルとして台形または三角形のほかに、格子
網内で穴を任意に配置することができる。直角の溝形状
の場合、穴７の大きさと形は前面と背面の溝８の幅によ
って決まる。板状の基体の両側の同じ幅の溝８は、その
交点に、辺の長さとして溝幅を有する正方形の穴を生じ
る。溝幅が異なる場合には直角な穴形状を生じる。Ｖ字
状の溝プロフィルを用いると、菱形の穴７が得られる。
この穴の大きさは前面と背面の溝８の深さにつれて大き
くなる。丸められた溝プロフィルは丸い穴形状を生じ
る。板面積全体に対する穴面積の占める割合は、穴の間
隔と穴の大きさによって、広い範囲にわたって用途に応
じて任意に調節可能である。この場合、上限は構成要素
の必要な機械的安定性だけによって決まる。
溝８を形成するための方法は、使用される材料の種類
と、形成される格子網の寸法に従う。
ａ）運転でのレーザーによる溝８の形成は、金属と半導
体に同様に良好に適用可能である。それによって、10μ
ｍの範囲の最小の幅を有する溝８を形成することができ
る。
ｂ）格子の基礎材料として単結晶の半導体材料、特にシ
リコンを使用する場合には、アルカリ性腐食剤と有機腐
食剤の異方性の腐食作用を利用して、かつ写真製版の工
程を取り入れて、Ｖ字形プロフィルを有する溝８を円板
状の基体に加工することができる。
ｃ）高速回転する鋸形成形体を使用して機械的に加工す
る場合には、市販の円板状鋸刃が、特に自動精密鋸盤の
高速回転するスピンドルに取付けられる。１枚刃で加工
すると、格子の製作のために必要な溝８が、30000回転
／分以下の回転数で回転する鋸刃を円板状基体にわたっ
て一定の送り速度でなぞることにより、一つずつ加工さ
れる。現在市販されている鋸盤により、繰り返し精度１
μｍで0.1μｍまでの最小の切削深さと切削間隔が得ら
れる。相前後する二つの切込みがなす角度は、０゜と90
゜の間で0.001゜の精度で調節可能である。なぞって加
工する間の鋸刃の送り速度は300mm/秒以下である。現在
の鋸刃に適している材料は、広い範囲のショートチッピ
ング材料である。これは普通のすべての半導体材料、特
にシリコン、セラミックス、フェライト、ガラス、宝石
およびモリブデン、チタン等のようなすべてのショート
チッピング金属である。更に、偏平なプロフィル（尖端
角度（図１参照）:180゜）を有する切断鋸刃のほかに、
Ｖ字状に尖った鋸刃を使用することができる。この場
合、その尖端角度は広い角度範囲にわたって自由に選択
可能である。市販の切断鋸刃は７μｍ以下の最小の厚さ
を有し、現在成形された鋸刃は最小100μｍ以下の厚さ
を有するものが入手可能である。生産量を増大させるた
めに、多数刃方法が用いられる。この場合、100個以下
の鋸刃が１本のスピンドルに取付けられている。
ｄ）構造付与ローラを用いて方法を実施する場合には、
ローラ状の基体が、精密機械的方法を用いて全周とロー
ラ全長にわたって、後の格子構造のネガティブのプロフ
ィルを備え、続いて（例えばダイヤモンド、窒化ホウ
素、炭化珪素等からなる）研磨剤粒子が塗布される。基
体の出発材料としては、金属（例えば軟鋼、アルミニウ
ム、ブロンズ等）、セラミックスおよび特殊合成樹脂が
適している。適当な摩耗剤から構造付与ローラを直接製
作することができる。
図２は、Ｖ字状溝からなるネガティブのプロフィルを
備えた構造付与ローラの断面を示している。構造付与ロ
ーラ2aは高速回転するスピンドルのフランジに取付け可
能である。図2bの中実の基体を備えた構造付与ローラ
は、２個の懸架個所を介して、高速回転するモータの駆
動ユニットに直接連結されている。Ｖ字状の溝またはネ
ガティブプロフィルを構造付与ローラに形成するため
に、ビール（Bier）氏等によって（KFK報告、1991年度2
3 2−３巻、165〜173頁）開発された、金属本体を精密
機械加工するためのダイヤモンドフライス加工法を用い
ることができる。この加工法の場合、非常に精密に研削
され、CNC制御されるXYZテーブル上に取付けられたダイ
ヤモンドによって、最小10μｍまでの範囲の構造物が高
速回転する金属本体に加工される。このようにして成形
された金属ローラは、次に、研磨剤粒子が被覆される。
これは、市販の技術を用いて、電気化学的方法で行うこ
とができる。この場合、結合剤マトリックス（例えばニ
ッケル）に埋め込まれたダイヤモンド粉末からなる数10
μｍの厚さの層が塗布される。焼結法によるコーティン
グも用いることができる。高速回転するスピンドルに締
め付け固定した適当な長さの構造付与ローラによって、
１回の加工工程で格子の片側に、図３に示すように構造
が付与される。
図４には、研磨剤層によって被覆された成形されてい
ない滑らかな金属基体からなる構造付与ローラが示して
ある。この種の構造付与ローラは特にバンド流延された
低コストのシリコン板を加工するために適している。
このようにして製作されたシリコン板またはシリコン
バンド（例えばバイエル（Bayer）RGSまたはＳ−ウェブ
シリコン）を、工業的な太陽電池製造のために使用する
場合には、比較的にでこぼこの表面または表面性質（汚
れによる表面近くの層の汚染と、板の表側の比較的に厚
い酸化シリコン層）に基づいて、問題が生じる。成形さ
れていないローラによって機械的な構造付与を行うと、
表面の平面化と同時に、酸化シリコン被覆物と汚染した
表面近くの層の除去が行われる。それによって、上記の
問題が回避され、バンド流延法で製造されたシリコン板
の品質が高まる。
実施の形態２ 高出力太陽電池としての本発明による構成要素の使用 次に、高出力太陽電池として本発明による構成要素を
使用するための３つの実施の形態の変形例I,II,IIIを説
明する。理解しやすくするために、先ず最初に、３つの
すべての変形例にとって非常に類似している製作方法に
ついて説明する。
太陽電池の製作プロセスのための出発材料として、結
晶シリコン板（単結晶、複結晶または多結晶）が役立
つ。この場合、このシリコン板の大きさ、表面性質およ
び材料品質については特別な要求を満足する必要はな
い。原理的には次のものを処理することができる。
・単結晶シリコン板 ・鋳造されたシリコンブロックから鋸引きされたウェー
ハ ・グラファイト網上でシリコン溶融物から析出すること
によって製造された複結晶のシリコンバンド ・鋳造フレームを用いてグラファイト板上で液状シリコ
ンを析出することによって得られる複結晶のシリコン板 第１のプロセス段階では、このシリコン板の両側に、
前面と背面の間で互いに角度をなして配置されたＶ字状
の溝８（好ましくは90゜）が、傾斜したプロフィルを有
する高速回転する鋸成形体（例えば、慣用のシリコン板
鋸または構造付与ローラに取付けられた鋭角に尖ったダ
イヤモンド鋸刃）を用いて形成される。溝８の深さは、 ・加工すべきシリコン板の厚さ ・溝間隔WR,WV（図6,9）と溝角度γ（図７）および ・前面と背面を接続する穴７（図５〜11）の大きさ に依存する。
例えば250μｍの厚さのシリコンウェーハの場合に
は、シリコン板鋸に取付けられた、35゜の尖端角度γと
約100μｍの溝間隔WR,WVと約130μｍの溝深さを有する8
00μｍの厚さの鋸刃が使用される。
実施の形態の変形例I,IIIで必要なシリコンウェブ６
を形成するために、ウェブを生じる相前後する二つの溝
８の間隔WR,WVは、隣接する溝８と比べて大きくなって
いる。
太陽電池の処理の終わりにおいて必要な、実施の形態
の変形例IIIのｎ型接触フィンガーとｐ型接触フィンガ
ー５の別個の電気的接続を簡単化するために、図11の太
陽電池の背面の構造付与が提案される。この接触フィン
ガー構造は、先ず最初に互いに平行に延びるＶ字形の溝
８を形成することによって得られる。続いて、次の構造
付与段階では、平行な溝８の第２セットが生じる。この
場合、第１の構造付与段階で生じた溝８の方向は、第２
の構造付与段階の溝８に対して小さな角度をなす。次の
プロセス段階で行われる接触フィンガー拡散の際に、一
方の側の横へ尖ったシリコンウェブ９は、n++拡散層を
有し、反対側のウェブ10のセットはp++拡散層を有す
る。それによって、交替する電荷担体のタイプ（n++−p
++−n++）の互いにかみ合う接点の、背面接触型太陽電
池にとって有利な接触フィンガー構造が得られる。更
に、同じ電荷担体タイプの個々の接触フィンガー５の電
気的な接続は、この接触フィンガー構造の場合に、太陽
電池の背面のそれぞれ外側の縁に主条導体を取付けるこ
とによって非常に簡単になる。
次の最適な方法段階として、恐らく蛍光（“蛍光ゲッ
ターリング”）と関連していわゆる“ダメージゲッタ
ー”段階で、鋸引きされたシリコン基板の処理が行われ
る。この場合、少数電荷担体拡散長さを増大させる、冒
頭に述べた作用によって行われる。
シリコンに溝８を製作することによって生じる欠陥
は、次のエッチング段階で除去される。鋸引きされたシ
リコン板の両側の、使用される摩耗剤の粒子の大きさに
依存する例えば10〜20μｍの厚さの層は、研磨作用を有
する腐食溶液によって腐食される。腐食剤としては、酸
混合物（例えば容積比が3:43:7のフッ化水素酸HF（50
％）−硝酸HNO3（70％）−酢酸CH3COOH（100％）、エッ
チング時間が７〜13分）と、アルカリ溶液（例えばKOH
溶液またはNaOH溶液）が使用の対象となる。
太陽電池のエミッタ２は全面で、シリコン材料１の両
側での蛍光拡散によって（この場合ｐ−ドーピングされ
て）生じる。ｎ−ドーピングされた出発材料よりもｐ−
伝導するシリコン板が有利であることは、拡散ｎ−層の
製作が簡単で表面の不動態化が良好であることに基づい
ている。
次のプロセス段階では、表面欠陥を不動態化するため
にシリコン材料が熱で酸化される。その際得られる酸化
層３によって、層厚の最適化が行われると共に、非反射
作用が得られる。熱による酸化の後で、窒化物（例えば
SiN）による全面被覆を選択的に行うことができる。そ
れによって、酸化シリコンと比べて効果的な非反射作用
と、エミッタ接触領域とベース接触領域のための次の強
いｎ−拡散およびｐ−拡散の際に効率の良い拡散バリヤ
が得られる。
太陽電池を接触させるために、太陽電池の領域から、
後で金属被覆される酸化シリコン／窒化物を除去しなけ
ればならない。この接触は、実施の形態の変形例I,II,I
IIに基づいて抜粋して示すようないろいろな方法で行う
ことができる。
そのために、実施の形態の変形例Ｉの場合には、突出
するシリコンウェブ６の表面から酸化物３または酸化層
および非反射層が除去される。これは一方では、機械的
な研磨工程によって行われ、他方では溝８への腐食抵抗
剤の充填と、それに続く、適当な腐食溶液による酸化物
３（または窒化物）の除去によって行われる。
実施の形態の変形例IIの場合には、写真製版のプロセ
ス段階による接触フィンガー領域の開放が行われる。続
いて、電池において、高いドーピング物質集中によって
拡散工程が行われ、一方の側に強いn++拡散（選択的な
エミッタ２）が生じ、反対側にp++拡散（ベース）が生
じる。その際、酸化物３のない接触領域４に局部的に、
n++層またはp++層が生じる。この場合、本来の高温拡散
段階を同時に行うことができる。太陽電池表面の残り
は、熱による酸化物３または場合によってはシリコン窒
化物によって、その下にあるエミッタ３内でのドーピン
グ物質の不所望な拡散侵入に対して保護される。
そして、無電流メッキ（例えばPd−Ni,Pd−Ni−Cu,Pd
−Ni−Ag等）によってフィンガー金属被覆を行うことが
できる。
図５に示した太陽電池構造で行われる他の金属被覆
は、図12に示すローラ押圧方法である。この方法はスク
リーン印刷技術に非常に適用されている。その際、ロー
ラ（好ましくは硬質ゴム）を用いて、スクリーン印刷で
使用されるペーストと同じ金属を含むペースが、突出す
るシリコンウェブ６に直に転動塗布され、更に処理され
る。この方法の場合には、微細な接触フィンガー５を作
ることができ、工業的な太陽電池処理に容易に移行する
ことができ、そして工業的に確かめられたスクリーン印
刷技術に近いという利点がある。
最後に、接触フィンガーの接続と、電池配線が行われ
る。これは例えばろう付け可能な金属被覆フィンガーを
使用する場合には、同時にいわゆる母線を形成する接続
テープのろう付けによって行われる。
結晶太陽電池の接触フィンガー金属被覆を行うための
現在の方法、すなわち、 ・場合によっては写真製版プロセス段階（９）と関連し
て、金属層または層列を蒸着またはスパッタリングする
こと、 ・次の加熱処理（７）と組み合わせて、金属粒子を混合
したペーストを塗布するためのスクリーン印刷方法、そ
して ・予め実施された写真製版方法段階（11）と共に無電流
メッキまたは電着方法あるいは電池に埋めた接触テープ
５をレーザで補助して（６）または機械的に形成するこ
と は、実施の形態の変形例IIの構造では適用不可能である
かまたは適用するのに多くのコストがかかる。
従って、本発明では、この変形例の場合に次のように
行われる。シリコン基体１は、Ｖ字形の溝８を形成する
プロセス段階、エッチング段階、エミッタ２の製作およ
び熱による酸化を行った後で、スピン工程、浸漬工程ま
たは洗浄工程で、ポジティブの感光性レジスト層によっ
て被覆される。浸漬工程のときの引張り方向は、シリコ
ン基板を均一に湿らすために、溝の方向に対して45゜の
角度で行われる。製作課題に従って乾燥を行った後、図
13の光照射が均一な強さ分布の光場でおなわれる。角度
βｂは接触フィンガー５の所望の幅に応じて、90−γ/2
（γ/2＝溝尖端角度の半分）と90゜の間の範囲で選択可
能である。斜めの光入射により、溝側面の上側の狭い帯
状部だけが照射される。なぜなら、照射方向手前に位置
する溝８が次の溝を日陰にするからである。同じような
照射を反対側の太陽電池面で行う。感光性レジストの照
射される面は、メーカーの指示に従って離される。そし
て、後で金属で被覆される太陽電池面の一部が、エッチ
ング停止部としての照射されない感光性レジストによっ
て、フッ化水素酸を含むエッチング溶液を用いて、熱酸
化物３を除去される。フィンガー金属被覆の前に、接触
領域４内の選択的な拡散が行われる。この場合、太陽電
池の片側に、n++拡散された接触範囲が作られ、反対側
にp++拡散された範囲が作られる。続いて、選択的なエ
ッチング段階の後で、金属被覆が行われる。これは一方
では、メッキ方法によって行われる。この場合、酸化物
を除去したシリコン上の水性塩溶液からニッケルを選択
的に分離する作用が利用され、それによって予め熱SiO2
を除去した太陽電池の面上だけで金属析出が行われる。
ニッケル層の厚さはメッキ浴内での滞在時間に応じて比
較的に自由に選択することができる。接触フィンガー５
の導電特性を改善するために、化学的なニッケルメッキ
に銅メッキ工程を続けることができるかあるいはニッケ
ルメッキされた面に銀メッキすることができる。他の金
属被覆方法として金属蒸着が用いられる。その際、シリ
コン基体１は感光性レジストの照射工程と同様に、蒸着
方向に対して傾斜されられる（図13）。接触フィンガー
５の充分な金属被覆を得るために、太陽電池の面の垂線
と蒸着方向との間の角度βｄは、照射角度βｂ（図12）
と同じかまたは幾分小さい。他の例では、電池表面全体
を接触金属で被覆することができる。アセトンで次に処
理する際に、剥離段階で、感光性レジストがまだ残って
いるすべての個所でこの被覆物は除去される。選択され
た被覆方法に応じて、接触部を温度調節するための熱処
理を続けて行うことができる。続いて、金属フィンガー
が上記の製作プロセスの後で主条導体（“母線”）によ
って連結される。金属被覆方法としてメッキを選択する
と、この工程は接触フィンガー５の製作プロセスに統合
することができる。そのために、感光性レジストを斜め
に照射した後で、垂直に光を入射した後で帯状マスクに
よって、電池の大きさに対応する幅の感光性レジストの
帯に、接触フィンガー５の方向に対して直角に照射す
る。
前記の方法は、感光性レジストの塗布を簡単に処理す
ることができ、写真製版のマスクの調節を省略すること
によって照射工程が非常に容易になるという利点があ
る。
本発明による太陽電池の機能 光が太陽電池に当たると、太陽電池の表面の溝８のＶ
字状のプロフィルによって、光がこの太陽電池内に非常
に効率的に入る。これは、入射する光線が溝壁で多重反
射することと、太陽電池を透過する光線部分が垂直な入
射方向から偏向していることに基づく。それによって、
光線部分が全反射の限界角度を下回ることによって、太
陽電池の内部で非常に効果的に受け止められる（図15参
照）。
図15は、光線に通路と共に、前面と背面に互いに角度
をなして配置されたＶ字状溝を示している。この場合、
本発明による穴は省略されている。一般的に、長い波長
の光のビームは、太陽電池材料で吸収しくく、慣用の太
陽電池では金属被覆された（すなわち鏡のようになっ
た）背面で反射して電池厚さを２回通過した後で前面か
ら再び出る。この構造の場合には、互いに垂直に設けら
れたＶ字状溝から入った光線が、略示するように太陽電
池の背面で入射面から偏向され、その後他の背面に当た
り、それによって太陽電池内で比較的に長い距離にわた
って進む。これは、吸収率ひいては赤外線内での太陽電
池の感度を大幅に高める。
一方では、前記の構造の場合に設けられる穴７を通っ
て光が垂直に入射するときに、光学的損失が発生し、他
方では、実施の形態の変形例Ｉの場合に接触フィンガー
５の反射損失によって光学的損失が発生する。溝の間隔
が100μｍで溝のエッジ長さが５μｍ（20μｍ）の場
合、穴７によって覆われる面の部分は0.25％（４％）で
ある。実施の形態の変形例Ｉの場合に接触金属被覆部に
よって光を感じない面積は、次のように評価することが
できる。接触ウェブ間隔ａが400μｍで、ウェブの幅が1
0μｍであると仮定すると、全面積に対する金属で被覆
した面積の比は2.5％である。実施の形態の変形例IIで
は、接触フィンガー５は光出力の損失を生じない。なぜ
なら、入射する光線がそこで隣接する溝内で中へ直接反
射され、電気的な出力を発生するために受け止め可能で
あるからである。実施の形態の変形例IIIの背面型太陽
電池の場合の接触フィンガーの全部の配置に基づいて、
電池金属被覆による影損失は生じない。太陽電池の平面
垂線が垂直に入った光の入射方向に対して、溝尖端角度
γの半分よりも大きく、光の方へ向いた溝の方向に対し
て平行に傾斜していると、部分的な光透明度を生じる基
体内の穴７の光通過が充分に阻止される。
効率的な光受け止めにとって望ましい溝構造と共に、
光損失が小さいことにより、1200nmのより小さな波長範
囲の入射太陽光の大部分が太陽電池で吸収される。その
際、シリコン内で電荷担体（電子と欠陥電子）が発生す
る。太陽電池の容積の主たる部分を充填したｐ−ドーピ
ングされた基板１内で、そこで発生した少数電荷担体、
すなわち電子がエミッタ２へ拡散する。その際、この太
陽電池構造の所望の幾何学的裁断と、ほとんど前面にわ
たるエミッタ２の形成に基づいて、例えば35μｍよりも
小さい離隔距離Ｒ（図10）に打ち勝たなければならな
い。40μｍの多結晶のシリコン内の慣用の拡散長さの場
合、発生した電荷担体を集める際に、多くの量が期待さ
れる。これを補助するこの太陽電池の他の特性は、熱シ
リコン酸化物３によるほとんど表面全体の不動態化と、
それと関連する表面汚染速度ｓの低下である。ほとんど
全部の外面に関して汚染速度ｓが小さい値であると、光
を当てた電池の開放した高い端子電圧に対して能動的に
作用する。
エミッタ面に達する時間は、n++不動態化領域４の上
方にある金属フィンガー５と、主条導体とを介して、外
側の回路に導出される。その際、n++接触領域と反対の
電池の側で発生した電子の一部は、両側の導電接続する
穴７を通って流れる。これは、単結晶上で写真製版方法
によって作られたポルカ（Polka）−ドット（Dot）−太
陽電池（９）の場合に適用される原理に似ている。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ファート・ペーター ドイツ連邦共和国、デー‐88709 メー ルスブルク、ヒンテレ・レーレン、１ (56)参考文献 特開 平３−288476（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−160476（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−75468（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−51282（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−1180（ＪＰ，Ａ) 米国特許4608451（ＵＳ，Ａ) 独国特許出願公開4033658（ＤＥ，Ａ １) 欧州特許出願公開548863（ＥＰ，Ａ １) Ｋｕａｎ，”Ｔｗｏ−ｓｉｄｅｄ ｇ ｒｏｏｖｅ ｅｔｃｈｉｎｇ ｍｅｔｈ ｏｄ ｔｏ ｐｒｏｄｕｃｅ ｓｉｌｉ ｃｏｎ ｉｎｋ ｊｅｔ ｎｏｚｚｌｅ ｓ”，ＩＢＭ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｄ ｉｓｃｌｏｓｕｒｅ Ｂｕｌｌｅｔｉ ｎ，1978年，ｖｏｌ．21，ｎｏ．６, ｐ．2586 Ｂｅｎｄｅｒ，”Ｐｏｌｙｃｒｙｓｔ ａｌｌｉｎｅ ｓｉｌｉｃｏｎ ｓｏｌ ａｒ ｃｅｌｌｓ ｗｉｔｈ ａ ｍｅ ｃｈａｎｉｃａｌｌｙ ｆｏｒｍｅｄ ｔｅｘｔｕｒｉｚａｔｉｏｎ”，Ａｐｐ ｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅ ｒｓ，1993年 ６月，ｖｏｌ．62，ｎ ｏ．23，ｐ．2941−2943 Ｗｉｌｌｅｋｅ，”Ｍｅｃｈａｎｉｃ ａｌ ｗａｆｅｒ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉ ｎｇ ｆｏｒ ｓｅｍｉｔｒａｎｓｐａ ｒｅｎｔ ｐｏｌｙｃｒｙｓｔａｌ ｌ ｉｎｅ ｓｉｌｉｃｏｎ ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌｓ”，Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙ ｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，1994年 ３ 月，ｖｏｌ．64，ｎｏ．10，ｐ．1274− 1276 Ｗｉｌｌｅｋｅ，”Ｔｈｅ ＰＯＷＥ Ｒ ｓｉｌｉｃｏｎ ｓｏｌａｒ ｃｅ ｌｌ ｃｏｎｃｅｐｔ”，12ｔｈ Ｅｕ ｒｏｐｅａｎ Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉ ｃ Ｓｏｌａｒ Ｅｎｅｒｇｙ Ｃｏｎ ｆｅｒｅｎｃｅ，1994年 ４月，ｐ. 766−768 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 31/04 - 31/708

Claims (21)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】入射する放射エネルギーによって電荷担体
    が発生する結晶性のシリコンから成る基板（１）と電荷
    担体を導出するための電気的な接触部（5,10）とから成
    る太陽電池を製作する方法において、 基本的にドーピングされている結晶性のシリコンから成
    る基体（１）内において、多数の溝（12,13）が基板
    （１）の前面および背面に加工され、溝が基板（１）の
    両側で互いにある角度をなすように、さらにこれらの溝
    が、前面および背面の溝（12,13）の交点に自動的に貫
    通穴を生じるような深さであるように配向および採寸さ
    れ、これにより格子網が形成され、その結果光線を透過
    させる太陽電池が得られることを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】Ｖ字形溝（12,13）が加工されることを特
    徴とする請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】溝（12,13）が互いに平行に加工されるこ
    とを特徴とする請求項１〜２のいずれか一つに記載の方
    法。
  4. 【請求項４】溝（12,13）が等間隔で加工されることを
    特徴とする請求項１または２または３記載の方法。
  5. 【請求項５】溝（12,13）が機械的に加工されることを
    特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の方法。
  6. 【請求項６】溝（12,13）が、ローラ状の金属基体から
    成り、溝（12,13）のネガティブプロフィルを有する高
    速で回転する鋸形成形体により形成されることを特徴と
    する請求項５記載の方法。
  7. 【請求項７】鋸形成形体が摩耗剤により覆われているこ
    とを特徴とする請求項６記載の方法。
  8. 【請求項８】溝（12,13）が基板（１）の外側に対し
    て、基板（１）の前面および／または背面において突出
    している接触ウェッブが電気的接触部（5,10）を形成す
    るために加工されることを特徴とする請求項１〜７記載
    の方法。
  9. 【請求項９】接触ウェッブが金属被覆され、金属皮膜を
    形成するためにローラ状の本体が、金属を含有するペー
    ストで被覆され、ウェッブの表面に沿って転動させられ
    ることを特徴とする請求項８記載の方法。
  10. 【請求項１０】ドーピング領域（4,11）が形成され、接
    触ウェッブ（6,9）上に配量領域（4,11）を形成するた
    めに、不動態被膜を選択的に開口するための腐食剤がロ
    ーラ状の本体で塗布されていることを特徴とする請求項
    ８記載の方法。
  11. 【請求項１１】ロール状の本体の選択的な接触拡散手段
    のためのドーピング剤を含有しているペーストが、塗布
    されていることを特徴とする請求項10記載の方法。
  12. 【請求項１２】エミッタが前面に渡って備わっているこ
    とを特徴とする前述の請求項のいずれかに記載の方法。
  13. 【請求項１３】太陽電池の表面が、接触領域を除いて全
    面に渡って不動態化させられることを特徴とする前述の
    請求項に記載のいずれか一つの方法。
  14. 【請求項１４】シリコンから成る基板（１）を備え、入
    射する放射エネルギーにより電荷担体が発生可能であ
    り、これらの電荷担体が分離可能であり、電気的接触部
    （5,10）により導出可能でありかつ貫通穴が形成される
    様式の太陽電池において、基板がドーピングされている
    結晶性のシリコン物質から成ること、基板（１）の前面
    および背面に溝（12,13）が加工されていること、 および溝（12,13）が、基板（１）の両側で互いにある
    角度を形成し、さらにこれらの溝が、前面および背面の
    溝（12,13）の交点に自動的に貫通穴（７）をそれぞれ
    生じるような深さであるように配向および採寸され、そ
    れにより格子網が形成されていることを特徴とする太陽
    電池。
  15. 【請求項１５】溝（12,13）がＶ字形に形成されている
    ことを特徴とする請求項14記載の太陽電池。
  16. 【請求項１６】溝（12,13）が互いに平行に加工されて
    いることを特徴とする請求項14または15のいずれかに記
    載の太陽電池。
  17. 【請求項１７】溝（12,13）が互いに等間隔で加工され
    ていることを特徴とする請求項14または15または16記載
    の太陽電池。
  18. 【請求項１８】溝（12,13）が基板（１）の外側に対し
    て、基板（１）の前面および背面に突出していて、かつ
    金属被膜で覆われている接触ウェッブ（6,9）が形成さ
    れるように加工されていることを特徴とする請求項14〜
    17記載の太陽電池。
  19. 【請求項１９】前面および背面が、接触ウェッブを除い
    て、全面に形成されたエミッタ層を有しており、前面
    （２）のエミッタ層が背面（８）のエミッタ層と貫通穴
    （７）を介して結合していることを特徴とする請求項18
    記載の太陽電池。
  20. 【請求項２０】表面が接触ウェッブ（6,9）を除いた領
    域全面において不動態化層（３）で覆われていることを
    特徴とする請求項18または19記載の太陽電池。
  21. 【請求項２１】請求項18,19または20記載の太陽電池で
    あって、突出した接触ウェッブ（6,9）が一方の面での
    み形成されているものにおいて、接触ウェッブ（6,9）
    が交互の順序でn++拡散もしくはp++拡散を備えているこ
    とを特徴とする太陽電池。
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