JP7492087B2 - バックコンタクト型太陽電池及びその製造 - Google Patents
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Description
バックコンタクト型太陽電池は、例えば、US2020/279968A1、US2014/096821A1、US2014/338747A1、CN209087883U、及びUS2017/117433A1から知られている。
●太陽電池の裏面の、半導体基板上に配置された第1のパッシベーション層上の第1の極性の高ドープ多結晶シリコン層、ここで該高ドープ多結晶シリコン層のドーパント濃度はベースのドーパント濃度よりも高い;
●前記裏面の、第2の極性のドープされた単結晶ベース領域、ここで該ドープベース領域のドーパント濃度はベースのドーパント濃度よりも高い;
●前記裏面の、前記ドープベース領域内の第2の極性の高ドープ単結晶ベース領域、ここで該高ドープベース領域のドーパント濃度は、ベースのドーパント濃度及び前記ドープベース領域のドーパント濃度よりも高い;
●オモテ面全体の第1の極性又は第2の極性のドープされた単結晶表面、ここで該ドープされた表面のドーパント濃度はベースのドーパント濃度よりも高い
を含む。
太陽電池の半導体基板は、裏面、特には研磨若しくはテクスチャ形成された(textured)裏面、及びオモテ面、特にはテクスチャ形成された(textured)オモテ面、を有する。テクスチャ形成は、例えば、湿式化学溶液によって行われる。
第1のパッシベーション層、特には二酸化シリコンを含む第1のパッシベーション層が、裏面の表面上に、及び/又はオモテ面の表面上に、付与される。第1のパッシベーション層は、例えば、好ましくは4nm以下の厚さを有する。第1のパッシベーション層は、例えば、熱プロセス若しくは湿式化学プロセスで、又は堆積によって、作製される。
一実施形態によれば、裏面の前記誘電体層及び前記第1の極性の高ドープシリコン層及び前記第1のパッシベーション層を局所的に除去することにより、裏面の半導体基板のベース領域が露出されるものとする。個々の層は、例えば、レーザー照射によって少なくとも部分的に除去される。
一実施形態によれば、裏面の半導体基板のベース領域を露出させることは、ベース領域内で局所的に、第1の極性の高ドープシリコン層及び/又は第1のパッシベーション層及び/又は半導体基板の一部をエッチングすることを含むものとする。例えば、湿式化学溶液が、先にレーザー照射されたベース領域において前記高ドープシリコン層、第1のパッシベーション層及び半導体基板の一部をエッチングするものとしてもよい。あるいは、湿式化学溶液は、前記高ドープシリコン層のみ又は半導体基板の一部のみをエッチングするものとしてもよい。この場合、その他の層、例えば第1のパッシベーション層又は前記高ドープシリコン層はレーザー照射によって除去される。有利には、高ドープシリコン層(任意に(optionally)半導体基板のオモテ面に堆積(deposit)されている)、及び/又は半導体基板のオモテ面に堆積(deposit)されたパッシベーション層もまた、湿式化学溶液によってエッチングされるようにしてもよい。
レーザー照射によって高ドープベース領域を生み出すことにより、ドーピング、特には太陽電池のオモテ面に最適化されたドーピングを、先行する前記炉拡散ステップで有利に作ることができる。オモテ面は、理想的には、裏面のベース領域よりも低度にドープされる。オモテ面及び裏面が1つのみの共通プロセスステップでドープされる場合、ドーピングの妥協が必要とされる。この欠点は、レーザー照射により裏面に高ドープベース領域を作ることによって解決される。
一実施形態によれば、前記方法は、裏面の第2のパッシベーション層及び/又はオモテ面の第3のパッシベーション層を付与するステップを含むものとする。パッシベーション層は、例えば、二酸化シリコン、シリコン窒化物、酸化アルミニウム、又は2層以上の誘電体層からなる積層物を含む。この場合、裏面のパッシベーション層の厚さ、屈折率及び組成は、オモテ面のパッシベーション層の厚さ、屈折率及び組成とは異なっていてもよい。パッシベーション層の厚さは、有利には、反射がオモテ面で低減され、裏面で増加するように最適化される。第2のパッシベーション層及び/又は第3のパッシベーション層は、有利には、第1のパッシベーション層よりも大きい厚さを有する。第2のパッシベーション層及び/又は第3のパッシベーション層の厚さは、有利には4nmより大きい。
一実施形態によれば、前記方法は、裏面の第2のパッシベーション層を選択的に除去するステップを含むものとする。パッシベーション層は局所的に除去することができるが、これは例えばレーザー照射によってなされる。
太陽電池10のオモテ面16は、好ましくはテクスチャ形成されている(textured)。太陽電池10の裏面14は研磨又はテクスチャ形成されていてよく、特には異なる領域において研磨又はテクスチャ形成されていてよい。
ドープ領域28はオモテ面16に位置する。ドープ領域28も同様に、半導体基板12と比較して、同じ極性を有するが、より高いドーパント濃度を有する。
高ドープベース領域30が、裏面のドープベース領域24内に形成される。高ドープベース領域も同様に、第2の極性を有するが、半導体基板12よりも、ドープベース領域24よりも、そしてドープ領域28よりも、顕著に高いドーパント濃度を有する。
好ましくは、第2の極性の電極36が電気的にコンタクトする表面は、第2の極性の高ドープベース領域30の表面に対応する。
次のステップでは、図2bを参照すると、第1の極性の高ドープシリコン層20、特には全表面の高ドープシリコン層20、が裏面14のトンネル層18上に堆積(deposit)される。以下では、高ドープシリコン層の第1の極性がp型ドーピングであると仮定する。高ドープp型シリコン層20の堆積(deposition)は、例えば、プラズマ支援化学気相成長PECVD、常圧化学気相成長APCVD、低圧化学気相成長(LPCVD)、又はカソードスパッタリングによって行うことができる。高ドープp型シリコン層20は、50nm~400nm程度の厚さを有する。図示されていないさらなる実施形態によれば、高ドープシリコン層の堆積(deposition)は、両面、すなわちオモテ面及び裏面で行うこともできる。
前記方法の次のステップでは、図2cを参照すると、誘電体層22が、裏面14で高ドープシリコン層20上に堆積(deposit)される。層の堆積(deposition)は、裏面14でのみ行われる。オモテ面16の寄生堆積(deposition)を完全に排除することはできない。誘電体層22は、例えば、PECVD、APCVD、LPCVD、又はPVDによって堆積(deposit)される。誘電体層22は、第1のパッシベーション層18の厚さよりも大きい厚さを有し、したがって4nmよりも厚い。
ベース領域24の露出は、例えば、レーザー照射による誘電体層22の局所的な除去によって行われる。また、第2の誘電体層22を完全には除去しないことも考えられる。
高ドープシリコン層20、第1のパッシベーション層18、及び任意に(optionally)半導体基板12の一部も同様に、レーザー照射によって少なくとも部分的に局所的に除去することができる。
本開示に係る態様には以下の態様も含まれる。
<1>
オモテ面(16)及び裏面(14)を有する半導体基板(12)、特にはシリコンウェハ、を含むバックコンタクト型太陽電池(10)であり、前記太陽電池(10)は、前記裏面に第1の極性の電極(36)及び第2の極性の電極(38)を含む、バックコンタクト型太陽電池(10)であって、
前記第1の極性の電極(36)が、第1の極性の高ドープシリコン層(20)上に配置され、前記高ドープシリコン層(20)が、前記半導体基板上に配置された第1のパッシベーション層(18)上に配置され、前記第2の極性の電極(38)が、前記半導体基板(12)の第2の極性の高ドープベース領域(30)を介して前記半導体基板(12)に直接電気的に且つ機械的にコンタクトすることを特徴とする、バックコンタクト型太陽電池(10)。
<2>
前記第2の極性の高ドープベース領域(30)が、前記太陽電池(10)の前記裏面(14)の第2の極性のドープベース領域(24)内に形成され、前記高ドープベース領域(30)におけるドーパント濃度が、前記ドープベース領域(24)におけるドーパント濃度よりも高く、前記高ドープベース領域(30)におけるドーパント濃度が、前記太陽電池(10)の前記オモテ面(16)のドープ領域(28)のドーパント濃度よりも高いことを特徴とする、<1>に記載のバックコンタクト型太陽電池(10)。
<3>
第2のパッシベーション層(32)が、前記第1の極性の電極(36)がコンタクトしておらず、前記第2の極性の電極(38)がコンタクトしていない前記裏面(14)の表面領域上に配置され、前記第2のパッシベーション層が前記第1のパッシベーション層よりも厚いことを特徴とする、<1>又は<2>に記載のバックコンタクト型太陽電池(10)。
<4>
前記太陽電池(10)の半導体基板(12)が、裏面(14)、特には研磨若しくはテクスチャ形成された裏面(14)、及びオモテ面(16)、特にはテクスチャ形成されたオモテ面(16)、を有する、<1>~<3>の少なくとも1つに記載のバックコンタクト型太陽電池を製造する方法であって、
第1のパッシベーション層(18)、特には二酸化シリコンを含む第1のパッシベーション層(18)が、前記オモテ面(16)の表面上に且つ/又は前記裏面(14)の表面上に付与されることを特徴とする、方法。
<5>
前記方法が、前記裏面(14)の前記第1のパッシベーション層(18)上に第1の極性の高ドープシリコン層(20)、特に全表面の高ドープシリコン層(20)、を堆積(deposit)させるステップを含むことを特徴とする、<3>に記載の方法。
<6>
誘電体層(22)が前記裏面(14)に付与されることを特徴とする、<4>又は<5>に記載の方法。
<7>
前記裏面(14)の前記誘電体層(22)及び前記第1の極性の高ドープシリコン層(20)及び前記第1のパッシベーション層(18)を局所的に除去することにより、前記裏面(14)の前記半導体基板のベース領域(24)が露出されることを特徴とする、<4>~<6>のいずれか1つに記載の方法。
<8>
前記半導体基板(12)の一部が、前記ベース領域(24)内で局所的に除去されることを特徴とする、<7>に記載の方法。
<9>
前記裏面の、前記半導体基板の前記ベース領域(24)を露出させることが、前記ベー
ス領域(24)内で局所的に、前記第1の極性の高ドープシリコン層(20)をエッチングすること及び/又は前記第1のパッシベーション層(18)をエッチングすること及び/又は前記半導体基板の一部をエッチングすることを含むことを特徴とする、<7>又は<8>に記載の方法。
<10>
前記エッチングすることが領域を研磨するための等方性エッチングを含み、及び/又は前記エッチングすることが領域をテクスチャ形成するための異方性エッチングを含むことを特徴とする、<9>に記載の方法。
<11>
前記方法が、ドーパント、特にはリン、を含む前駆体層(26)を、前記裏面(14)に、又は前記裏面(14)及び前記オモテ面(16)に設ける(attach)ステップを含むことを特徴とする、<4>~<10>のいずれか1つに記載の方法。
<12>
前記ドーパントが前記前駆体層(26)から前記裏面(14)のベース領域(24)内に及び/又は前記オモテ面(16)の表面内に拡散する高温ステップによって、前記裏面のベース領域(24)内のドーピングを増加させ、及び/又は前記オモテ面(16)にドープ領域(28)を生み出すことを特徴とする、<11>に記載の方法。
<13>
ドーパント濃度を局所的に増大させることにより、特にはレーザー照射によって増大させることにより、前記裏面(14)のドープベース領域(24)内に高ドープベース領域(30)が形成されることを特徴とする、<4>~<12>のいずれか1つに記載の方法。
<14>
前記方法が、前駆体層(26)、特にリンシリケートガラス、を前記オモテ面(16)から、及び/又は前記裏面(14)から除去するステップを含むことを特徴とする、<11>~<13>の少なくとも1つに記載の方法。
<15>
前記方法が、前記裏面(14)の第2のパッシベーション層(32)及び/又は前記オモテ面(16)の第3のパッシベーション層(34)を付与するステップを含むことを特徴とする、<4>~<14>の少なくとも1つに記載の方法。
<16>
前記方法が、前記裏面(14)の前記第2のパッシベーション層(32)を選択的に除去するステップを含むことを特徴とする、<15>に記載の方法。
<17>
前記方法が、前記太陽電池(10)の前記裏面(14)に第1の極性の電極(36)及び第2の極性の電極(38)を付与するステップを含むことを特徴とする、<4>~<16>の少なくとも1つに記載の方法。
Claims (13)
- オモテ面(16)及び裏面(14)を有する半導体基板(12)、特にはシリコンウェハ、を含むバックコンタクト型太陽電池(10)であり、前記太陽電池(10)は、前記裏面に第1の極性の電極(36)及び第2の極性の電極(38)を含み、前記第1の極性の電極(36)は、第1の極性の高ドープシリコン層(20)上に配置され、前記高ドープシリコン層(20)は、前記半導体基板上に配置された第1のパッシベーション層(18)上に配置され、前記第2の極性の電極(38)は、前記半導体基板(12)の第2の極性の高ドープベース領域(30)を介して前記半導体基板(12)に直接電気的に且つ機械的にコンタクトするバックコンタクト型太陽電池(10)であって、
前記第2の極性の高ドープベース領域(30)は、前記太陽電池(10)の前記裏面(14)の第2の極性のドープベース領域(24)内に形成され、前記高ドープベース領域(30)におけるドーパント濃度は、前記ドープベース領域(24)におけるドーパント濃度よりも高く、そして前記高ドープベース領域(30)におけるドーパント濃度は、前記太陽電池(10)の前記オモテ面(16)のドープ領域(28)のドーパント濃度よりも高いことを特徴とする、バックコンタクト型太陽電池(10)。 - 第2のパッシベーション層(32)が、前記第1の極性の電極(36)がコンタクトしておらず、前記第2の極性の電極(38)がコンタクトしていない前記裏面(14)の表面領域上に配置され、前記第2のパッシベーション層が前記第1のパッシベーション層よりも厚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(10)。
- 前記太陽電池(10)の半導体基板(12)が、裏面(14)、特には研磨若しくはテクスチャ形成された裏面(14)、及びオモテ面(16)、特にはテクスチャ形成されたオモテ面(16)、を有する、請求項1又は請求項2に記載のバックコンタクト型太陽電池を製造する方法であり、該方法は以下のステップ:第1のパッシベーション層(18)、特には二酸化シリコンを含む第1のパッシベーション層(18)を、前記裏面(14)の表面に付与すること;前記裏面(14)の前記第1のパッシベーション層(18)に第1の極性の高ドープシリコン層(20)、特に全表面の高ドープシリコン層(20)、を堆積すること;誘電体層(22)を前記裏面(14)に付与し、前記裏面(14)の前記誘電体層(22)及び前記第1の極性の高ドープシリコン層(20)及び前記第1のパッシベーション層(18)を局所的に除去することにより、前記裏面(14)の前記半導体基板のベース領域(24)を露出させること;前記半導体基板(12)の一部を、前記ベース領域(24)内で局所的に除去すること;を含む、前記方法であって、
前記方法は、前記方法がドーパントを含む前駆体層(26)、特にはリンを含む前駆体層、を裏面(14)に設ける(attach)ステップを含むこと、並びに、高温ステップによって前記前駆体層(26)からのドーパントが裏面(14)のベース領域(24)内に拡散し、裏面のベース領域(24)内のドーピングが増加すること、並びに、高ドープベース領域(30)が、背面(14)の前記ドープベース領域(24)におけるドーパント濃度を局所的に増加させることにより形成されること、を特徴とする、方法。 - 前記第1のパッシベーション層(18)が前記オモテ面(16)の表面にも付与されることを特徴とする、請求項3に記載の方法。
- 前記裏面の、前記半導体基板の前記ベース領域(24)を露出させることが、前記ベース領域(24)内で局所的に、前記第1の極性の高ドープシリコン層(20)をエッチングすること及び/又は前記第1のパッシベーション層(18)をエッチングすること及び/又は前記半導体基板の一部をエッチングすることを含むことを特徴とする、請求項3又は請求項4に記載の方法。
- 前記エッチングすることが領域を研磨するための等方性エッチングを含み、及び/又は前記エッチングすることが領域をテクスチャ形成するための異方性エッチングを含むことを特徴とする、請求項5に記載の方法。
- ドーパント、特にはリン、を含む前駆体層(26)を、前記裏面(14)に設ける(attach)前記ステップは、前記前駆体層(26)を前記オモテ面(16)にも設けることを含むことを特徴とする、請求項3~6のいずれか一項に記載の方法。
- 前記ドーパントが前記前駆体層(26)から前記裏面(14)のベース領域(24)内に拡散する前記高温ステップによって、前記前駆体層(26)からのドーパントが前記オモテ面(16)の表面内に拡散し、前記オモテ面(16)にドープ領域(28)を生み出すことを特徴とする、請求項7に記載の方法。
- ドーパント濃度をレーザー照射によって局所的に増大させることにより、前記裏面(14)のドープベース領域(24)内に前記高ドープベース領域(30)が形成されることを特徴とする、請求項3~8のいずれか一項に記載の方法。
- 前記方法が、前駆体層(26)、特にリンシリケートガラス、を前記オモテ面(16)から、及び/又は前記裏面(14)から除去するステップを含むことを特徴とする、請求項3~9のいずれか一項に記載の方法。
- 前記方法が、前記裏面(14)の第2のパッシベーション層(32)及び/又は前記オモテ面(16)の第3のパッシベーション層(34)を付与するステップを含むことを特徴とする、請求項3~10のいずれか一項に記載の方法。
- 前記方法が、前記裏面(14)の前記第2のパッシベーション層(32)を選択的に除去するステップを含むことを特徴とする、請求項11に記載の方法。
- 前記方法が、前記太陽電池(10)の前記裏面(14)に第1の極性の電極(36)及び第2の極性の電極(38)を付与するステップを含むことを特徴とする、請求項3~12のいずれか一項に記載の方法。
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