JP6837036B2 - ベース拡散エリアを小さくした太陽電池および該製造方法 - Google Patents
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Description
/412638号明細書、William P. Mulligan、Michael J. Cudzinovic、Thomas Pass
、David Smith及びRichard M. Swansonによる2003年4月10日出願の「Metal Contact Structure for Solar Cell and Method of Manufacture」と題する米国特許出願公開
第2004/0200520号(出願第10/412638号)明細書、並びにSmithら
に特許された米国特許第6998288号明細書にも開示されており、これらの文献は、参照によりここに援用される。
要なパラメータとなる。
少数電荷キャリアである正孔を表す。点線は、ウェハ101内での電荷キャリアの移動路を表す。
されるポイント拡散(point diffusions)である(例えば、「An Optimization Study of
Point-Contact Concentrator Solar Cells」、R.A. Sinton and R.M.Swanson、IEEE Photovoltaic Specialist Conference、1201〜1208頁を参照されたい)。第2の設
計は、典型的にはワンサン(非集光型)用途に使用される(例えば、「7000 High-efficiency Cells for a Dream」、P. J. Verlinden、R. M. Swanson及びR. A. Crane、Progres
in PhotoVoltaics、第2巻、1994年、143〜152頁を参照されたい)。
り、それぞれ、集光型システムにおいて使用される太陽電池の例の断面図及び斜視図を示す。このようなポイント拡散式の太陽電池における典型的なウェハ厚みは、約150ミクロンある。ポイント拡散式の背面結合(back junction)設計は、集光型システム内で使
用されて、多数電荷キャリア及び小数電荷キャリアの移動距離を短く保ちながら、拡散に関連するオージェ再結合を低減させる。集光光の下、太陽電池は高い注入レベルで動作し、拡散部内で優勢なキャリア再結合機構はオージェ再結合である。性能を最適化するには、N型拡散及びP型拡散の両領域のサイズ、ひいてはオージェ再結合が最小化されるポイント拡散式の設計が利用されるのが好ましい。ベース及びエミッタ拡散領域が小さいサイズであれば(例えば約10ミクロン)、再結合損失は減少する。しかし、多数電荷キャリア及び小数電荷キャリアの移動距離を小さくするために、拡散領域間の距離を小さく維持することも重要である。ポイント拡散式の設計で用いられるような10ミクロンオーダーの拡散領域では、スループットが比較的低くなり、低コストの太陽電池の製造とは相容れない高価な装置を必要とすることにも留意されたい。
ムとも呼ばれる非集中型の用途で使用される。ストリップ拡散式の背面結合設計は、非集中型の用途で使用されて、多数電荷キャリア及び小数電荷キャリアの移動距離を短く保ちながら、表面再結合を低減させる。ワンサン背面結合型太陽電池における優勢な再結合機構は、シリコン界面再結合、つまり表面再結合である。ストリップ設計では、太陽電池の
背面全体にN型拡散領域又はP型拡散領域が設けられており、これにより、再結合が低減される。少数電荷キャリア及び多数電荷キャリアの移動距離は、整合公差が許す限り金属指のピッチをできるだけ小さく維持することによって、小さくすることができる。
見えるように、透明に描かれている。金属グリッド505及び506は、掌状に互いに入り組んでいて(inter-digitaged)よい。外部電気回路は、金属グリッド505及び50
6に結合されており、太陽電池500からの電流を受容する。太陽電池500は、背面電極型太陽電池であって、拡散領域502及び503並びに金属グリッド506及び505は、太陽電池500の背面に形成されている。ウェハ501の、拡散領域503及び502とは反対側の表面は、太陽電池500の前面であり、通常の動作中には太陽の方を向いている。
、図6(a)及び6(b)を参照して前述したものと同じである。太陽電池500Bは、本質的には太陽電池500Aと同じであるが、絶縁体層504と金属グリッド506との間に絶縁体層701が追加されている。この絶縁体層701は、エミッタ領域502の部分の上に延びており、金属グリッド505とエミッタ領域502との間の電気的絶縁体の追加的な層を提供している。絶縁体層701は、絶縁体層504がピンホールを有し得る場合、又は金属グリッド506にエミッタ拡散領域502への短絡を招くような欠陥を有し得る場合に有利である。図7(b)は、太陽電池500Bの上面図を示す。図7(b)の例では、絶縁体層701は、金属グリッド506の下で面積が制限されている。絶縁体層701は、用途に応じて、金属グリッド505の下に形成されていてもよい。
いる。層901は、エミッタの極性でドープされている。この例では、基板がN型シリコンウェハ501であり、二酸化シリコン層901は、ホウ素(例えばBSG)のようなP型ドーパントでドープされている。以下にさらに詳細に示すが、層901のドーパントは、その後、ウェハ501へと推進され、連続するエミッタ拡散領域を形成する。酸化物層901内の開口部903は、ドープされた別の酸化物層(図9(b)の層902)のためのスペースを確保するもので、連続するエミッタ拡散領域によって取り囲まれた散在したドット状拡散領域を形成する際に使用される。したがって、図9(a)の例における開口903は、ドット状パターンを有する。
、本発明を限定するものではない。多数の追加的な態様が、本開示を読むことによって当
業者に明らかとなるであろう。
[項目1]
太陽電池の背面に形成されている、前記太陽電池内の少数電荷キャリアを収集するため
の連続するエミッタ拡散領域、
前記太陽電池の背面に形成された前記連続する拡散領域によって取り囲まれている、前
記太陽電池内の多数電荷キャリアを収集するための複数のドット状ベース拡散領域、
前記複数のドット状ベース拡散領域の少なくとも2つのドット状ベース拡散領域に電気
的に結合された第1の金属グリッド、
前記第1の金属グリッドと前記少なくとも2つのドット状ベース拡散領域との間の第1
の絶縁体層であって、前記第1の絶縁体層を貫通する少なくとも2つのコンタクトホール
を通って前記少なくとも2つのドット状ベース拡散領域に電気的に結合されている絶縁体
層、並びに
前記連続するエミッタ拡散領域に電気的に結合する第2の金属グリッドを備えており、
前記第1の金属グリッド及び前記第2の金属グリッドが、前記太陽電池の背面に形成され
ている、太陽電池。
[項目2]
前記連続するエミッタ拡散領域及び前記複数のドット状ベース拡散領域が、N型シリコ
ンウェハ内に形成されており、前記連続するエミッタ拡散領域が、P型ドープ領域を含み
、前記複数のドット状ベース拡散領域のそれぞれが、N型ドープ領域を含む、項目1に記
載の太陽電池。
[項目3]
前記連続するエミッタ拡散領域がホウ素でドープされており、前記複数のドット状ベー
ス拡散領域がリンでドープされている、項目2に記載の太陽電池。
[項目4]
前記第1の絶縁体層が、前記第2の金属グリッドと前記連続するエミッタ拡散領域との
間にあり、少なくとも別のコンタクトホールを備えており、該コンタクトホールを通って
、前記第2の金属グリッドが前記連続するエミッタ拡散領域に電気的に結合されている、
項目1に記載の太陽電池。
[項目5]
前記第1の絶縁体層を貫通する前記少なくとも2つのコンタクトホールがそれぞれ、前
記複数のドット状ベース拡散領域のドット状ベース拡散領域の直径よりも小さい直径を有
する、項目1に記載の太陽電池。
[項目6]
前記第1の金属グリッドと前記第1の絶縁体との間に第2の絶縁体をさらに備えており
、前記第1の金属グリッドが、前記第1及び第2の絶縁体層を貫通する少なくとも2つの
コンタクトホールを通って、前記少なくとも2つのドット状ベース拡散領域に電気的に結
合されている、項目1に記載の太陽電池。
[項目7]
前記複数のドット状ベース拡散領域が、太陽電池の背面に周期的に配置されている、項
目5に記載の太陽電池。
[項目8]
太陽電池の製造方法であって、
第1のドープ層を基板の第1の表面上に形成し、前記第1のドープ層が、前記基板を露
出させる複数の開口部を備えており、
前記第1のドープ層内の前記複数の開口部内に、第2のドープ層を形成し、
前記第1のドープ層から第1のドーパントを拡散させ、前記太陽電池の背面の連続する
エミッタ拡散領域を形成し、該エミッタ拡散領域が、前記太陽電池内の少数電荷キャリア
を収集するように構成されており、
前記複数の開口部内に形成された前記ドープ層から第2のドーパントを拡散させ、前記
太陽電池の背面の複数のベース拡散領域を形成し、該複数のベース拡散領域が、前記太陽
電池内の多数電荷キャリアを収集するように構成されており、
前記太陽電池の背面に第1の金属グリッドを形成し、該第1の金属グリッドが、前記エ
ミッタ拡散領域に電気的に結合されており、
前記太陽電池の背面に第2の金属グリッドを形成し、該第2の金属グリッドが、前記複
数のベース拡散領域のベース拡散領域に電気的に結合されている
ことを含む、方法。
[項目9]
前記第2のドープ層が、前記第1のドープ層上にも形成される、項目8に記載の方法。
[項目10]
前記基板がN型シリコンウェハを含む、項目8に記載の方法。
[項目11]
前記第1のドーパントがP型ドーパントを含み、前記第2のドーパントがN型ドーパン
トを含む、項目8に記載の方法。
[項目12]
前記複数の開口部のそれぞれがドット形状を有する、項目8に記載の方法。
[項目13]
前記第2の金属グリッドと前記エミッタ拡散領域との間に絶縁体層を形成し、該絶縁体
層がコンタクトホールを備えており、該コンタクトホールを通って、前記第2の金属グリ
ッドが、前記エミッタ拡散領域に電気的に結合されること
をさらに含む、項目8に記載の方法。
[項目14]
前記第1及び第2のドープ層が、二酸化シリコンを含む、項目8に記載の方法。
[項目15]
太陽電池の背面において多数電荷キャリアを収集するように構成された複数のベース拡
散領域、
前記太陽電池の背面において少数電荷キャリアを収集するように構成された、前記複数
のベース拡散領域の各ベース拡散領域の周りを取り囲んでいる連続するエミッタ拡散領域
、
前記複数のベース拡散領域の少なくとも1つのベース拡散領域に電気的に結合されてい
る第1の金属グリッド、並びに
前記連続するエミッタ拡散領域に電気的に結合されている第2の金属グリッド
を備えている、太陽電池。
[項目16]
前記複数のベース拡散領域がそれぞれ、非長方形の形状を有する、項目15に記載の太
陽電池。
[項目17]
前記第1の金属グリッドと前記少なくとも1つのベース拡散領域との間の第1の絶縁体
層をさらに備えており、前記第1の金属グリッドが、前記第1の絶縁体層内のコンタクト
ホールを通って、前記少なくとも1つのベース拡散領域に電気的に結合されている、項目
15に記載の太陽電池。
[項目18]
前記第1の絶縁体層と前記第1の金属グリッドとの間に第2の絶縁体層を備えており、
前記第1の金属グリッドが、前記第1及び第2の絶縁体層を貫通するコンタクトホールを
通って、前記少なくとも1つのベース拡散領域に電気的に結合されている、項目17に記
載の太陽電池。
[項目19]
前記第1及び第2の金属グリッドが、前記太陽電池の背面上に形成されている、項目1
5に記載の太陽電池。
[項目20]
前記複数のベース拡散領域及び前記連続するエミッタ拡散領域が、N型シリコンウェハ
内に形成されている、項目15に記載の太陽電池。
Claims (11)
- 太陽電池であって、
接合を形成する、第1拡散領域および第2拡散領域と、
前記第1拡散領域に電気的に結合された第1金属構造体および第2拡散領域に電気的に結合された第2金属構造体であって、前記第2金属構造体の一部が前記第1拡散領域上に延在している、第1金属構造体および第2金属構造体と、
前記第1拡散領域上に配置される第1絶縁体領域であって、前記第1金属構造体が、前記第1絶縁体領域内の開口を通して前記第1拡散領域に電気的に結合されている、第1絶縁体領域と、
前記第2拡散領域上に配置され、前記第1絶縁体領域と連続する第2絶縁体領域であって、前記第2金属構造体が、前記第2絶縁体領域内の開口を通して前記第2拡散領域に電気的に結合されている、第2絶縁体領域と、
前記第2金属構造体と前記第1拡散領域との間の第3絶縁体領域と、を含み、
前記第1拡散領域がエミッタ拡散領域であり、前記第2拡散領域がベース拡散領域であり、
前記エミッタ拡散領域が、2つまたは2つより多い別個のベース拡散領域を囲む連続的な層である、
太陽電池。 - 前記第3絶縁体領域が、前記第1絶縁体領域上に配置されている、請求項1に記載の太陽電池。
- 前記第3絶縁体領域が、前記第2絶縁体領域上に配置されている、請求項1または2に記載の太陽電池。
- 前記第1拡散領域が、前記第2拡散領域と直接接触している、請求項1〜3のいずれか1項に記載の太陽電池。
- 前記エミッタ拡散領域がホウ素でドープされており、前記ベース拡散領域がリンでドープされている、請求項1〜4のいずれか1項に記載の太陽電池。
- 前記第3絶縁体領域がポリイミドを含む、請求項1〜5のいずれか1項に記載の太陽電池。
- 前記第3絶縁体領域が、前記接合の上に配置されている、請求項1〜6のいずれか1項に記載の太陽電池。
- 前記第3絶縁体領域が、前記第2金属構造体と前記第1拡散領域との間、及び前記第2金属構造体と前記第2拡散領域との間に配置されている、請求項1〜7のいずれか1項に記載の太陽電池。
- 前記第1拡散領域が、前記第2拡散領域の断面サイズよりも大きな断面サイズを有する、請求項1〜8のいずれか1項に記載の太陽電池。
- 太陽電池を製造する方法であって、
第1拡散領域および第2拡散領域を形成して接合を形成する段階と、
前記第1拡散領域に電気的に結合する第1金属構造体および第2拡散領域に電気的に結合する第2金属構造体を、前記第2金属構造体の一部が前記第1拡散領域上に延在するように形成する段階と、
前記第1拡散領域上に配置される第1絶縁体領域を、前記第1金属構造体が、前記第1絶縁体領域内に形成された開口を通して前記第1拡散領域に電気的に結合されるように形成する段階と、
前記第2拡散領域上に配置され、前記第1絶縁体領域と連続する第2絶縁体領域を、前記第2金属構造体が、前記第2絶縁体領域内に形成された開口を通して前記第2拡散領域に電気的に結合されるように形成する段階と、
前記第2金属構造体と前記第1拡散領域との間に第3絶縁体領域を形成する段階と、を含み、
前記第1拡散領域および前記第2拡散領域を形成して前記接合を形成する前記段階が、前記第1拡散領域をエミッタ拡散領域として形成し、前記第2拡散領域をベース拡散領域として形成する段階を含み、
前記エミッタ拡散領域が、2つまたは2つより多い別個のベース拡散領域を囲む連続的な層である、
方法。 - 前記第3絶縁体領域を前記形成することが、スクリーン印刷またはインクジェット印刷法を実施することを含む、請求項10に記載の方法。
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