JP5801791B2 - バックエッチングを施したエミッタを有するシリコン太陽電池および類似の太陽電池を形成する方法 - Google Patents

Description

本発明は、バックエッチングを施した（好ましくは選択的な）エミッタを有するシリコン太陽電池および類似の太陽電池を形成する方法に関する。

太陽電池の表面上に形成されるエミッタは、多くの場合、生産関連の原因のために、直接表面上において高いドーピング濃度を呈する、ということが知られている。こうした高いドーピング濃度は、特に、表面の近くで発生する電荷キャリア対に関して再結合損失をもたらすことがある。

従って、エミッタ面におけるドーピング濃度を技術的に容易な方法で低減できる太陽電池の形成方法を利用可能にすることが望ましい。

ほとんどの場合、現在工業的に製造されている太陽電池は、シリコン（特に結晶シリコン）を主成分として形成されるものである。これらの太陽電池のほとんどは、太陽電池基板のオモテ面および／またはウラ面において、最大領域にわたり均質なエミッタ層を備える。現在工業的に生産されている多くのシリコン太陽電池の場合、金属接点は、スクリーン印刷処理の厚膜ペーストによって形成される。この目的のために、金属粒子を含有するペーストが、表側のエミッタ上に局所的に印刷されてから、エミッタの中へと打ち抜かれることにより、エミッタ層との優れた電気的接点が形成される。

優れたオーム接点を達成するためには、少なくとも金属接点が接触する部分において、エミッタ面の領域のドーピング濃度が高いエミッタ層を提供することが必要であることが知られている。

エミッタの品質を評価するための特性パラメータ、すなわちエミッタ層の断面にわたって統合されたドーピング濃度は、いわゆるシート抵抗である。シート抵抗が大きいほど、エミッタ層の内部のドーピング濃度が小さくなるので、一般的にエミッタ層の表面におけるドーピング濃度も小さくなる。スクリーン印刷金属被覆技術によって従来通りに形成されたエミッタの場合、接触可能なエミッタの最大シート抵抗は、一般的に５０〜６０オーム／平方の範囲にある、ということがわかっている。より高いシート抵抗を有するエミッタ層、従って基本的により低くドーピングするエミッタ層は、通常は、もはや厚膜ペーストによって確実に接触することができない。

従って、工業的に有益なスクリーン印刷金属被覆技術を用いる場合には、金属接点の領域における表面ドーピング濃度が高いエミッタ層を利用可能にする必要がある。しかしながら、一方で、表面ドーピング濃度がこのように高いと、太陽電池の表面において重い再結合損失が同時に生じ得る、ということが知られている。特に、太陽電池のオモテ面の非常に近くにおいて高周波の（青色またはＵＶ）光によって形成される電荷キャリア対は、この強くドーピングされたエミッタ層の内部で急速に再結合するので、太陽電池の電流に寄与することができない。この結果、高周波の光スペクトルにおけるＩＱＥ（内部量子効率）が低下するので、太陽電池から供給される全電流が低下し、最終的に太陽電池の効率が低下する。高い表面ドーピング濃度による新たな作用は、いわゆるバンドギャップの狭小化であり、開放電圧の低下をもたらし得るものである。一方では優れた接触可能性を、他方では高いＩＱＥを求める、という相反する要求を満たす試みの結果、いわゆる選択的エミッタというコンセプトが生まれた。後者の場合、金属接点の直下にあるエミッタ領域は、局所的に強くドーピングされるが、中間に存在する領域のドーピング濃度は、これよりもはるかに低い。

選択的エミッタ構造を形成するいくつかの方法は、既に、主に実験室規模での開発および検証が行われている。１つの方法において、選択的エミッタ構造は、局所的なマスキング層を用いる２つの別のプロセス工程における２つの別の拡散過程によって形成可能であり、誘電層がこのために用いられることが多い。しかしながら、ここで複数の高温拡散過程が必要であり、その結果として生産コストが著しく増加し得る。それに代わって、選択的エミッタ構造は、予め均質に形成されたエミッタ層の局所エッチングによって形成可能である。

しかしながら、この種の製造方法は、工業的に現在使用されている他のプロセス工程（例えばスクリーン印刷金属被覆法など）に適合しないことが多い。さらにまた、不均一なエッチング過程のために、個々のエミッタ領域においてドーピング濃度が局所的に均質でない、といった問題が発生することがある。

２つの拡散過程を用いて選択的エミッタを有するシリコン太陽電池を形成するという従来の方法は、通常は技術的に高価なものであり、そうした高コストのために、工業的に実行することがほとんど不可能であった。一方、エミッタの局所エッチングによる選択的エミッタ構造の形成は、これまではほとんどの場合、実験室においてのみ達成されたものであり、主として検証された方法は、太陽電池の金属被覆法の後にエミッタのエッチングが行われるというものであった。こうした形成方法は、通常、太陽電池の効率の少なからぬ低下をもたらすものであったり、あるいは工業規模で実行することがほとんど不可能であったりした。

従って、本発明の課題は、特に選択的エミッタを有するシリコン太陽電池の形成方法を提案することであると考えられ、特に先行技術の上述の問題は、少なくとも部分的に解決できる。特に、表面におけるドーピング濃度の低いエミッタを得ることを可能にする、シリコン太陽電池の形成方法が望まれる。さらにまた、工業的に確立された従来の他の形成工程に適合し、経費効率もよく、かつ効率の高い太陽電池の形成を可能にする、といった選択的エミッタを有するシリコン太陽電池の形成方法が望まれる。さらにまた、類似の太陽電池の必要性がある。

これらの課題および要求は、独立請求項に従う方法および太陽電池によって果たすことができる。有益な実施形態は、従属請求項において示される。

本発明の第１の態様によれば、バックエッチングを施したエミッタを有するシリコン太陽電池の形成方法は、太陽電池基板のエミッタ面に対して２次元的に延在するエミッタを形成する工程と、エミッタ面に多孔質シリコン層を形成する工程と、多孔質シリコン層をバックエッチングする工程とを含む。

本発明により示される方法は、第１態様に従って、エミッタ層において多孔質シリコン層を形成してからバックエッチングすることにより、エミッタ層の表面近くの強くドーピングされた領域を除去する、というアイデアに基づいていると考えられる。好ましい実施形態に関して下記に更に詳細に記載するように、多孔質層のこのようなバックエッチングは、技術的に容易な方法で実行できる。

本発明の第二態様によれば、選択的エミッタを有するシリコン太陽電池の形成方法は、太陽電池基板のエミッタ面に対して２次元的に延在するエミッタを形成する工程と、エミッタ面の第１部分領域上にエッチング防壁を処理する工程と、エッチング防壁によって覆われないエミッタ面の第２部分領域においてエミッタ面をエッチングする工程と、エッチング防壁を除去する工程と、第１部分領域に金属接点を形成する工程とを含む。上記の方法の工程は、好ましくは記載の順序で実行される。

本発明により示される方法は、第２態様に従って、以下のアイデアに基づいていると考えられる。第１に、エミッタは、均質なドーピング濃度を有する太陽電池基板の少なくとも１つの表面上に形成され、当該濃度は、例えばスクリーン印刷処理における接触を適切なものとするのに充分なほど高い。エミッタ面の第１部分領域は、好ましくは２次元的に延在するエミッタを形成した直後に、すなわち好ましくは例えば反射防止層または不活性化層としての誘電層を成膜する前に、または好ましくは金属接点を処理する前に、エッチング防壁によって保護される。次に、エミッタ面の保護されていない領域がエッチングされることにより、これらの領域におけるエミッタの厚さが減少するので、シート抵抗の高くなったエミッタが、これらの第２部分領域において生じる。次に、エッチング防壁が除去され、太陽電池は従来の方法でさらに処理可能であり、すなわち誘電層は反射防止または不活性化層としてのオモテ面に例えば成膜可能であり、次に、金属接点は、例えばスクリーン印刷処理によって後者にわたって処理可能である。

第１または第２の態様によって提示される方法は、多数の利点をもたらすことができる。工業的に確実に実行可能で経費効率のよい方法は、最大領域または部分領域にバックエッチングを施した、好ましくは選択的エミッタ構造を形成するために、利用可能となる。利点として、工業規模ですでに用いられ、試みられ、かつ検証されている技術を、個々の方法工程に用いることができる。例えば、エッチング耐性のあるラッカーまたはレジストは、エッチング防壁としてスクリーン印刷によって処理可能であり、その後のエッチングは、従来のウェット化学エッチング処理を用いて実行できる。上記の方法は、コスト集約型の真空技術を不要にするという点で有利である。

いずれにせよ、好ましくは太陽電池の形成において長く使用されてきた技術のみを用いるので、上記方法の実施に伴う技術的リスクを低く保つことができる。エッチング工程に用いることのできる化学物質は、太陽電池の形成において既に用いられているものである。エッチング防壁として用いられるスクリーン印刷ラッカーは、プリント回路基板の工業用製造において既に用いられているものである。従って、上記方法の実施について、技術、使用される媒体、および消耗品、ならびに処理用法は、公知であり、充分に開発されており、既に使用されているものである。

上記の方法は、シリコン太陽電池の形成のための従来の処理シーケンスに対して、特にほんの少数で制御が容易な方法工程を追加して用いることもできるので、１つ以上の新たなモジュールを備えることによって、上記の方法を既存の生産工場に特に容易に統合することができる。

本発明による方法の更なる詳細、可能な利点、および好ましい実施形態について、以下に説明する。

上記の方法は、いかなるシリコン太陽電池の形成のためにも用いることができる。例えば、太陽電池は、単結晶または複数結晶のシリコンウエハを基板として、またはこれに代わって結晶またはアモルファスシリコンの薄層を基板として、形成することができる。

選択的エミッタは、「エミッタ面」として以下に記載する太陽電池基板のオモテ面に形成される。利点として、「エミッタ面」は、使用中に太陽の方を向く太陽電池基板のオモテ面とすることができる。この代わりまたは追加的に、ウラ面にエミッタを形成することもできる。選択的エミッタは、ここでは（例えばｐ型の）ベース基板の伝導型とは反対の（例えばｎ型の）伝導型のドープ半導体層を意味するものと理解され、ドーピング濃度は、エミッタ領域にわたって局所的に大きく変化する。例えば、エミッタは、バックエッチングの前に強くドーピングすることができる。すなわち、選択的エミッタの変形において、次にオモテ面の金属被覆が成膜される第１部分領域は、例えば５×１０^１９ｃｍ^−３を超える高い表面ドーピング濃度で強くドーピングできる。この結果、これらのエミッタ領域におけるシート抵抗は、例えば、６０オーム／平方未満、好ましくは５０オーム／平方未満、より好ましくは４０オーム／平方未満となる。一方、選択的エミッタの変形において、中間にある他のエミッタ領域は、例えば１×１０^１９ｃｍ^−３未満の表面ドーピング濃度によって、より弱くドーピングできる。この結果、シート抵抗は、例えば、６０オーム／平方を超え、好ましくは７０オーム／平方を超え、より好ましくは８０オーム／平方を超える。強くドーピングされた領域は、金属接点と電気的に非常に良好に接触できるが、一方、弱くドーピングされた領域は、より高いＩＱＥおよびより低いエミッタ飽和電流を呈することができる。

上記の第２態様による本発明の詳細を、以下に更に詳細に説明するが、当然のことながら、これらの記載を、第１態様による本発明の対応する特徴に類似的にあてはめることもできる。

提示される方法の第１の主な方法工程として、２次元的に延在するエミッタは、太陽電池基板のエミッタ面に形成される。この目的のために任意の方法を用いることができる。例えば、２次元的に延在するエミッタは、より詳細に後述するように、高温ガス位相から燐を放散することによって、ＰＯＣｌ_３気相拡散によって太陽電池基板の表面内に拡散させることができる。しかしながら、例えば、印刷された固体ドーピング源からの拡散、追加的な別のエミッタ層の成膜、燐を含有する物質のスプレー法またはスピンオン法、太陽電池基板の表面内へのドーピングエージェントの注入など、他の任意の技術を用いることもできる。２次元的に延在するエミッタを形成するためのパラメータは、６０オーム未満／平方、好ましくは５０オーム未満／平方、より好ましくは４０オーム未満／平方といったエミッタシート抵抗が好ましく確立されるように選択される。

次に、太陽電池基板のオモテ面の第１部分領域上に、エッチング防壁が処理される。この目的のために、非常に多様な技術を用いることができる。例えば、スクリーン印刷による厚膜ペーストの印刷、インクジェット式処理による硬化性溶液の局部的スプレー法、エアロゾル印刷、マスクを通した蒸着などの、工業的に容易に実現できる技術を用いることが好ましい。

エッチング防壁として、次のエッチング工程中にエッチング媒体によって腐食されないような材料が選択されるので、エッチング防壁は、エミッタ面の下にある第１部分領域を、エッチング媒体から保護することができる。

次に、エッチング防壁によって保護されない太陽電池基板のエミッタ面の領域は、エッチング媒体を用いてエッチングされる。エッチング媒体としては、太陽電池基板のオモテ面の材料を腐食および溶解することができる様々な腐食液を用いることができる。この材料は、一般にシリコンであり、または例えば新たな任意の酸化工程の後には酸化シリコンとなるので、例えばフッ化水素酸（ＨＦ）および／または硝酸（ＨＮＯ_３）を含有する、例えば気体または溶液が考慮される。

エミッタ面は、第２部分領域において、ウェットエッチングによって低減されるドーピングエージェント（例えば燐など）の表面濃度によって、例えば、６０オーム／平方を超える、好ましくは７０オーム／平方を超える、より好ましくは８０オーム／平方を超える所望の高いシート抵抗が、残りのエミッタ層において達成される程度まで、好ましくはエッチングダウンされる。例えば、既にエッチングダウンされた層の厚さが光学的に観察され、または例えば従来の４点測定によって層抵抗を測定するためにエッチング過程を一時的に中断できるという点において、エッチング過程の間に、残りのエミッタ層のシート抵抗を確認できる。このようにして、シート抵抗のための所定の極限値に達したときに、エッチング過程を終了することができる。それに代わって、特定の所望のシート抵抗に達するまでのエッチング過程の持続時間を、予試験によって確認することができる。

エッチング過程の後に、エッチング防壁は、基板表面から再び除去される。このことは、例えばエッチング防壁を腐食および溶解する溶液を用いて、好ましくは化学的に行われる。

任意選択として、更なるエッチング過程を続けることが可能であり、そこでＰＯＣｌ_３拡散において形成される燐ガラスは、例えばエッチング除去することが可能であり、同一のステップにおいて、前のエッチング工程において既にエッチングされた第２部分領域を、更にエッチングすることが可能であり、または任意選択としてそこで形成される酸化物を、エッチング除去することが可能である。従って、第２部分領域において最終的に確立されるシート抵抗は、上記の第１エッチング過程によって、ならびにこの任意の第２エッチング過程によって、影響されることがある。

任意選択として、太陽電池基板のエミッタ面上の反射防止層および／またはパシベーション層としての、例えば誘電層の準備など、更なるエッチング工程を続けることができる。

次に、その処理の前の段階においてエッチング防壁によってエミッタ層のエッチングから一時的に保護された第１部分領域において、金属接触が形成される。高い表面ドーピング濃度、すなわち低いシート抵抗のために、これらの第１部分領域において、金属接触とシリコン太陽電池基板との間に、優れたオーム接触を達成することができる。金属接触は、任意の技術を用いて形成することができる。しかしながら、例えば金属粒子を含有する厚膜ペーストのスクリーン印刷などの、工業的に容易に実行できる技術が好ましい。

第１態様および第２態様の好ましい実施形態によると、上記の方法は、多孔質のシリコン層を形成する新たな工程を含む。第２態様の実施形態において、この方法工程は、エッチング防壁によって覆われない太陽電池基板のエミッタ面の第２部分領域にエッチング防壁を成膜した後に行われる。この方法工程は、好ましくは、エッチング防壁によって覆われない第２部分領域におけるエミッタ面をエッチングする方法工程と同時に行うことができる。すなわち、エッチング防壁によって保護されない領域において領域幅の広いエミッタ面をエッチングする代わりに、少なくとも部分的に多孔質のシリコン層の形成をもたらすエッチング方法が選択される。このことは、例えば、適切な温度、適切なエッチング持続時間といった、適切な腐食液および適切なエッチング境界条件を正しく選択することによって達成することができる。多孔質シリコン層は、優れた空間的均一性を有して形成することができ、結果として生じるシリコン層の厚さは、処理パラメータの適切な選択によって影響され得る。

更なる実施形態によると、予め形成された多孔質シリコン層を、次に酸化させる。この目的のために、例えば酸またはオゾン含有の湿式化学浴、または別のオゾン含有あるいはオゾン発生の源といった、酸化媒体に例えばさらすことができる。利点として、エッチング防壁は、この場合も、この酸化媒体に対して耐性があるはずである。

多孔質シリコン層の酸化中の処理パラメータ（例えば、処理持続時間、処理温度、用いられる媒体の酸化能力など）は、多孔質層全体が酸化するように選択することができる。

別の実施形態によると、場合によっては、予め酸化した多孔質シリコン層は、次に更なる方法工程においてエッチングすることができ、従って除去できる。エミッタ層の表面は、単一のエッチング工程において単純に領域幅に広くエッチングされるのではなく、多孔質層は、まず形成されてから、次に酸化され、次にエッチングで除去されるので、より均一なエッチング結果が達成される。多孔質シリコン層は、予め酸化することなくアルカリ性エッチングを行うことができる。

更に別の実施形態によると、酸化した多孔質シリコン層のエッチングは、エッチング防壁を除去した後に行われる。利点として、エッチング媒体は、純粋でかつ酸化していないシリコンを腐食することはほぼあり得ないが、酸化した多孔質シリコン層を腐食することはあり得る、という事実を利用することができる。従って、本実施形態によると、エッチングは、まずエッチング防壁によって保護されていない第２部分領域において行われてから、多孔質シリコン層を形成して酸化させることができる。次に、エッチング防壁を除去することができる。次に、多孔質シリコン層は、更なるエッチング過程において除去することができる。その結果、エッチング媒体の適切に選択すれば、エッチング防壁によって予め保護されている第１部分領域は、この処理において腐食されることはほとんどあり得ない。利点として、２次元的に延在するエミッタの形成中に形成される燐ガラスもまた、この新たなエッチング工程において共に除去することができる。

別の実施形態によると、形成された多孔質シリコン層の厚さは、光学的に検出することができる。多孔質シリコン層は、固体シリコンとは異なる屈折率を有するので、薄い多孔質シリコン層によって干渉効果が生じ得る。後者は、反射防止層と同様に、多孔質シリコン層の厚さによって異なる色を呈することがある。従って、多孔質シリコン層の色に基づいて、エッチング過程の間に、形成された多孔質シリコン層の厚さをすでに推定することができるようになる。多孔質シリコン層は、次のエッチング工程において好ましくは完全に除去され、その結果として、太陽電池基板の下に残っているエミッタ層の厚さが低減される。従って、多孔質シリコン層を除去した後に、残っているエミッタ層のシート抵抗の高さがどのくらいになるかを、光学的に間接的に推論することが可能である。それに代わって、形成された多孔質シリコン層の厚さは、楕円偏光測定的に判定することもできる。

別の実施形態によると、エミッタ面をエッチングする工程、多孔質シリコン層の形成および／または多孔質シリコン層の酸化は、溶液中で行われる。例えば、酸性溶液を用いることができる。例えば、シリコンまたは酸化シリコンを腐食する酸の溶液（例えば、ＨＦ、ＨＮＯ_３、Ｈ_２ＳＯ_４またはそれらの組み合わせ）を用いることができる。液状のエッチング液を用いると、特に、高いエッチング能力および／またはエッチング速度による非常に均一なエッチングが可能になる。

別の実施形態によると、２次元的に延在するエミッタの形成は、ＰＯＣｌ_３気相拡散によって、またはスプレー法またはスピンオン法によって行われ、これによって生じる燐ガラスは、エッチング防壁を処理する前には除去されない。ＰＯＣｌ_３気相拡散は、工業的に容易に実行可能であり、広範囲にわたる使用方法が見いだされる。拡散において生じる燐ガラスは、通常、拡散の後に、例えば更なる反射防止層または不活性化層が成膜された前に、エミッタ面から再び除去しなければならない。しかしながら、提示される方法において、燐ガラスのこのエッチング除去は、新たな方法工程である場合には、拡散の直後に行う必要はないが、次のエッチング工程の１つ（例えばエッチング防壁を除去した後に多孔質シリコン層を除去するためのエッチング工程）と同時に行うことができる。このようにして、処理経費および関連コストを低減することができる。

別の実施形態によると、エッチング防壁は、プラスチックを含有するペーストを用いて処理される。そのようなペーストは、高粘着性（流れが濃厚）であり得るので、例えば従来のスクリーン印刷技術によって、保護されるべきエミッタ面の第１部分領域上に局所的に印刷することができる。それに代わって、ペーストは低粘着性（流体）であり得るので、例えばインクジェット式の処理によって局所的にスプレーすることができる。最初は粘着性のあるペーストは、例えば熱処理または紫外光照射によって硬化させることができ、従って確実なエッチング防壁としての特性を獲得することができる。

別の実施形態によると、エッチング防壁および／または金属接触は、スクリーン印刷によって処理することができる。スクリーン印刷技術は、実証済みであり、工業的に検証されており、多くの利点を伴う。それに加えて、スクリーン印刷機および関連ノウハウは、多くの従来の生産工場によって既に利用可能であるので、提示される方法を実施するように工場を容易に変更することができる。

本発明の別の態様によると、選択的エミッタを有するシリコン太陽電池が提示される。太陽電池は、エミッタ面としての役割を果たすオモテ面および／またはウラ面に２次元的に延在するエミッタを有する太陽電池基板と、エミッタ面における誘電層およびエミッタ金属接点とを備える。２次元的に延在するエミッタの表面ドーピング濃度は、隣接する第２部分領域よりも第１部分領域のほうが高い。すなわち、これは選択的エミッタである。太陽電池基板の厚さは、第２部分領域よりも第１部分領域のほうが厚い。すなわち、上述のように、例えば生産プロセスの間にエミッタのバックエッチングによって生じ得るように、第１部分領域と第２部分領域との間に小さな段がある。誘電層は、例えば窒化シリコンまたは酸化シリコンから作られ、例えば反射防止層および／または不活性化層としての役割を果たし得るものであり、基本的にエミッタ面の全体を覆い、エミッタ金属接点と太陽電池基板との間に局所的に配置される。すなわち、誘電層は、エミッタ金属接点を、太陽電池基板の表面から少なくとも部分的に分離する。しかしながら、それによって、金属接点は、誘電層に少なくとも局所的に侵入することができ、金属接点と太陽電池基板との間の電気接点を可能にする。

提示されるシリコン太陽電池は、特に、上記の方法を用いて有利に形成することができ、選択的エミッタとして高い効率を呈する。優れた反射防止特性およびパシベーション特性のために不可避である太陽電池の誘電層が、エミッタ金属接点の下に配置される、ということも有利である。その結果、金属接点は、自由に配置され、金属接点を覆う誘電層を予め除去することなく、接触またはハンダ付けされることが可能である。

本発明の実施形態による製造方法および太陽電池の、いくつかの可能な特性および利点を下記に説明する。

上記の方法は、バックエッチングを施したエミッタ構造および／または選択的エミッタ構造の費用効果的な処理を可能にするものであり、短絡電流、および／または開放電圧、および／または太陽電池の充填率を増加させることによって、形成される太陽電池の効率を相対的に４パーセント以上増加させる。

効率の増加とは別に、選択的エミッタ構造を有する太陽電池は、更なる利点を提供することができる。均一なエミッタを有する標準的な太陽電池において、金属接点のアロイングは、重要なプロセス工程を意味し得る。５０〜６０オーム／平方というエミッタのシート抵抗は、すでに可能な限界にあるので、必要とされる温度を確立するための処理領域は、比較的に小さいものであり得る。選択的エミッタ構造の場合は、金属接点の下で（すなわち第１部分領域において）より高いドーピングを選択することができるので、可能な処理パラメータの領域は、より大きい。

厚膜ペーストの最適化において、従来は、フィンガ導電性と、接触抵抗と、レオロジ（流動作用）との間の妥協点に達せざるをえなかった優れた電気接点は、選択的エミッタを用いることによって、より容易に形成されるので、厚膜ペーストは、他のパラメータについて最適化することができ（例えば、より高いフィンガ導電性および最適化された流動作用）、より微細なフィンガのスクリーン印刷を可能にする。

選択的エミッタ構造は、太陽電池の効率に不利な影響を与えずに、費用効果的なスクリーン印刷ペーストの使用を直接的に可能にすることができる。

それに加えて、選択的エミッタは、より微細な金属接点を形成する方法を適切に用いることを可能にする。陰影損を低減するために、より微細なフィンガを有する金属グリッドを形成することが可能である。典型的な従来のフィンガ幅は、１００〜１４０μｍの範囲である。フィンガ幅が８０のμｍ未満に低減される場合は、金属被覆法によって陰影が小さくなるので、太陽電池はより多くの電流を伝える。しかしながら、従来の太陽電池の場合は、金属被覆と基板表面と間の接触面積も減るので、直列抵抗が増加し得る。選択的エミッタを有する電池の場合は、フィンガの下のドーピングがより高いため、特定の接触抵抗を低減することができるので、全体の直列抵抗は増加しない。

処理の安定性を保証するために、提示された製造方法を実行する生産ラインにおいて用いられる他の測定器を、新たに開発する必要はない。太陽電池の製造において既に用いられている市販の光学計測装置および電気計測装置は、オンラインにて処理を監視できる。処理は、非常に容易に制御可能であり、また安定しており、多様である。

更に、提示される方法に従って形成された太陽電池の場合は、領域全体にわたり、またはエッチング防壁によって保護されない領域において、バックエッチングによって有利なドーピングプロフィールを呈するエミッタを形成することが可能である、ということが明らかになった。エミッタは、その形成のためにドーピングエージェント源が太陽電池基板表面に直接に接触させられ、高い処理温度でドーピングエージェントが表面内に拡散された場合、直接表面上において極めて高いドーピング濃度を有する。このことは、高周波（青またはＵＶ）光を有する照明の存在下で、太陽電池特性に対して特に好ましくない影響を与えることがある。この非常に強くドーピングされた表層は、エミッタ面の第２部分領域におけるバックエッチングによって除去することができ、それによって短波スペクトル領域におけるＩＱＥに好ましい影響を与えることができる。バックエッチングを施したエミッタのドーピングプロフィールは、全体として同一のシート抵抗を示す拡散直後のエミッタの場合よりも、はるかに均一なものとなる、ということが見出された。例えば、６０オーム／平方のシート抵抗を有する、バックエッチングを施したエミッタは、ＩＱＥおよび／またはエミッタ飽和電流密度Ｊ_０ｅに関して、例えば１００オーム／平方のシート抵抗を有する従来通りに形成されたエミッタと同じように優れた特性を有し得る、ということが見出された。従って、提示される方法によると、完成した太陽電池の金属接点の間の第２部分領域において、例えば６０〜８０オーム／平方という比較的に低いシート抵抗を受け入れることも可能であり、太陽電池のＩＱＥに負の影響を与えない。同時に、そのように低いシート抵抗によって、太陽電池内部の全体の直列抵抗を低減することができ、全体として太陽電池の効率に好ましい影響を与える。

本発明の個々の実施形態に関する上記の特徴は、互いに任意に組み合わせることができる、ということを指摘しておく。特に、製造方法のために記載された特徴は、本発明による太陽電池の特徴と組み合わせることができる。

上述した本発明の更なる態様、特徴および利点は、添付の図面を参照して、特定の実施形態に関する以下の記載から理解できる。

本発明の一実施形態による太陽電池の断面図を示す図である。 図２（ａ）〜（ｇ）は本発明の更なる実施形態による製造方法の段階における太陽電池を示す図である。

図面は、いずれの場合も単なる略図である。特に、個々の層の厚さは、正確な縮尺で示されたものではない。図面の同一又は類似した参照番号は、同一又は類似した要素を示す。

図１は、ｐ伝導型のベース３と、２次元的に延在するｎ伝導型の選択的エミッタ５とを有する、太陽電池１を示す。エミッタ５は、第１部分領域７と、中間の第２部分領域９とを有し、第２部分領域９の厚さは第１部分領域７よりも薄く、第２部分領域９の層抵抗は第１部分領域７よりも大きい。小さな段１１は、第１部分領域７と第２部分領域９との間に延在する。窒化シリコンから作られる誘電層１５は、太陽電池基板１３のオモテ面の全体にわたって延在し、ベース３とエミッタ５とを含み、表面パシベーションおよび反射防止層としての役割を同時に果たす。指形の金属接点１７は、選択的エミッタ５のより厚い第１部分領域７の部分において、誘電層１５の上に配置される。誘電層１５は、金属接点１７と太陽電池基板１３の表面との間に配置されるが、いわゆる「スパイク」によって部分的に侵入される。スパイクは、金属接点１７からエミッタ５の表面まで延びて、この表面とのオーム接点を形成する。２次元的に延在するアルミニウムバックコンタクト１９は、太陽電池のウラ面に配置される。

図２を用いて、本発明の一実施形態による太陽電池の形成のための一連の形成工程を説明する。

出発点は、シリコンウエハ２１である。これを予め表面テクスチャ加工して洗浄しておくことができる（工程（ａ））。

２次元的に延在するエミッタ層５は、約８００〜１０００℃の高温でのＰＯＣｌ_３気相拡散を用いて、ｐ伝導型のウエハ２１の表面内に拡散される。この大部分が、次にベース３を提供する。この拡散処理によって、このように形成されたエミッタ層５の表面に、燐ガラス層２３が形成される（工程（ｂ））。

次に、いわゆるエッジ絶縁が行われ、オモテ面に形成されたエミッタ５と、ウラ面に形成されたエミッタ領域との間の電気接続が切り離される。この目的のために、エミッタを備えるウエハ２１を、例えばエッジにおいてエッチングプラズマにさらすことができる。その結果、エミッタ５を含むウエハの最外側層がエッチング除去される。次に、エッチング防壁２５は、スクリーン印刷によって、（図の紙面に対して垂直の）細長いフィンガの形で、燐ガラス層２３上に印刷される。この目的のために、例えばペーテルス・ラックウェルケ（Ｐｅｔｅｒｓ Ｌａｃｋｗｅｒｋｅ）社（ドイツ）製のＳＤ２０５２Ａ１という名称のスクリーン印刷ペースト（有機可塑物からなる層を形成することができる）を用いることができる（工程（ｃ））。

エッチング防壁２５の材料が、熱または紫外光照射によって硬化された後、太陽電池基板のオモテ面は、ＨＦ―ＦＩＮＯ_３−Ｈ_２Ｏ溶液にさらされる。エッチング液は、まずエッチング防壁２５によって保護されない領域の燐ガラス層２３をエッチング除去し、次にその下のエミッタ５を腐食することによって、多孔質シリコン層２７を形成する。詳細拡大図（Ａ）において容易に理解できるように、多孔質シリコン層２７は、エミッタ層５の中に延在する（工程（ｄ））。

形成された多孔質シリコン層は、次に、硝酸（ＨＮＯ_３）または硫酸（Ｈ_２ＳＯ_４）を含有する酸において酸化させられる。

エッチング防壁２５が除去された後、例えば硫酸における溶解（「ストリッピング」）によって、下に残っている燐ガラス層２３、および第２部分領域９において形成された酸化した多孔質シリコンも同時に、フッ化水素酸溶液（ＨＦ＋Ｈ_２Ｏ）においてエッチング除去される（工程（ｅ））。

このようにして、より強くドーピングされた厚い第１部分領域７と、より弱くドーピングされた薄い第２部分領域９とを有する、選択的エミッタ５が、太陽電池基板１３としての役割を果たすウエハ２１の表面に形成される。

次に、反射防止層および不活性化層としての役割を果たす誘電層１５は、例えばＰＥＣＶＤ処理（プラズマ化学気相成長法）によって、オモテ面の全体にわたって成膜される（工程（ｆ））。

次に、銀微粒子を含有する厚膜ペーストを用いたスクリーン印刷によって、厚膜金属接点１７は、誘電層１５にわたる強くドーピングされた第１部分領域７の上に印刷される。２次元的に延在するバックコンタクト２９は、アルミニウム粒子を含有する厚膜ペーストを用いて、太陽電池基板のウラ面上に印刷される。次の焼結工程において、印刷された接点が打ち抜かれることにより、オモテ面の金属接点１７が誘電層１５を部分的に「侵食」し、下にあるエミッタ５との接点を形成する（工程（ｇ））。

結論として、「備える」、「含む」などの用語は、他の追加的部材の存在を除外することを意図しない。「１つの」という用語も同様に、複数の要素または物体の存在を除外しない。更に、請求項において規定される方法工程に加えて、太陽電池を最終的に完成するために、更なる方法工程が必要または有利であってもよい。請求項における参照番号は、単に読みやすさのために役立つものであって、請求項の保護の範囲を限定することを意図するものでは決してない。

Claims (10)

1. 選択的エミッタを有するシリコン太陽電池（１）の形成方法であって、
   太陽電池基板（１３）のエミッタ面に対して２次元的に延在するエミッタ（５）を形成する工程と、
   前記エミッタ面の第１部分領域（８）上にエッチング防壁（２５）を処理する工程と、
   前記エッチング防壁によって覆われない前記エミッタ面の第２部分領域（９）に多孔質シリコン層（２７）を形成する工程と、
   前記エッチング防壁（２５）によって覆われない前記エミッタ面の前記第２部分領域（９）の前記エミッタ面をエッチングすることにより、前記エミッタ（５）の厚さが局所的に減少し、かつ前記エミッタ（５）のシート抵抗が局所的に高くなる工程と、
   前記エッチング防壁（２５）を除去する工程と、
   前記第１部分領域（７）に対して金属接点（１７）を形成する工程とを、この順序で含む、ことを特徴とする方法。
2. 前記多孔質シリコン層（２７）を酸化する工程を更に含む、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記多孔質シリコン層（２７）をエッチングする工程を更に含む、ことを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
4. 前記酸化された多孔質シリコン層（２７）のエッチング工程は、前記エッチング防壁（２５）を除去する工程の後に実行される、ことを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. 形成された前記多孔質シリコン層（２７）の厚さは、光学的に検出される、ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の方法。
6. 前記エミッタ面をエッチングする工程、多孔質シリコン層（２７）を形成する工程および多孔質シリコン層を酸化する工程の少なくともひとつは、溶液を用いて実行される、ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の方法。
7. 前記２次元的に延在するエミッタを形成する工程は、ＰＯＣｌ_３気相拡散によって実行され、当該実行に起因して発生する燐ガラス（２３）は、前記エッチング防壁を処理する工程の前に除去されない、ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の方法。
8. 前記エッチング防壁は、プラスチックを含有するペーストを用いて処理される、ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の方法。
9. 前記エッチング防壁は、スクリーン印刷によって処理される、ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の方法。
10. 前記金属接点は、スクリーン印刷によって処理される、ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の方法。
    

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