JPH07504785A - 組み合わせ金属被覆を有する太陽電池及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 組み合わせ金属被覆を有する太陽電池及びその製造方法 例えばシリコンからなる多結晶もしくは単結晶質半導体材料からなる高効率の太 陽電池は、あらゆる細部において高効率に向かって最適化されねばならない。

例えば、ご（弱いドーピングを有し、従って低い欠陥密度を有するウェーハが使 用される。該ｐｎ接合は前面ないしは入射側に例えば燐を拡散させることにより 製造され、この場合そうして製造された高ドーピングされた帯域は小さい深度を 有するに過ぎない。

太陽電池の背面側での電流導出を改良するために、ドーピングは背面接点の直ぐ 下で高められる。そのために、一般に例えば蒸着又は別の方法及び形式で背面に 施されかつ拡散侵入せしめられるアルミニウムが使用される。

太陽電池の金属被覆ないしは電流導出側接点の製造のためには、種々の方法及び 工程が公知である。簡単には、構造化された金属被覆はプリントにより行うこと ができる。金属粒子を含有する導電性ペーストを使用したシルクスクリーン法で は、任意の電極構造を製造することができる。金属被覆は、金属薄膜の蒸着によ り製造しかつ次の工程で例えばディップソルダーリング、電気析出又は無電流化 学析出により補強することができる。適当に前処理した表面では、また、化学析 出による金属被覆を直接半導体表面に製造することも可能である。

シルクスクリーン法で施された前面接点は、最低的８０μｍまでの構造幅で実現 できるに過ぎない。太陽電池の一層の性能向上にためには、前面接点に起因する 活性太陽電池表面の影を減少させるために、前面接点のためのより微細な構造が 必要である。

従って、本発明の課題は、微細に構造化された前面接点を有し、改良された効率 を示しかつ簡単に製造される改良された太陽電池を提供することである。本発明 のもう１つの課題は、この太陽電池を製造するために適当な方法を提供すること である。

この課題は、本発明に基づき、請求の範囲第１項記載の特徴を有する太陽電池に より解決される。本発明のその他の構成並びに太陽電池の製造方法は請求の範囲 第２項以降に記載されている。

本発明による太陽電池は、前面と背面接点のための異なった金属被覆を有利に組 み合わせたいわゆるハイブリッド接点太陽電池である。金属の化学的析出により 、シルクスクリーンペーストに比較して純粋な金属のより高い比導電性に基づく ことは言わずもなから、シルクスクリーン法を用いるよりも微細な構造を製造す ることができる。背面接点は、公知方法でプリントする。背面接点の構造幅は重 要でない、それというのも、ここでは影の問題は生じ得ないからである。プリン トペースト中に含有される付加的ドーピング物質（例えばアルミニウム）は、プ リントし、た背面接点を焼結する際に太陽電池の活性半導体層内に拡散浸入し、 そこでドーピングを増大しかっそうして半導体と背面接点との間に良好な導電性 接点を形成する。蒸着、スプレー又は類似した方法での背面へのドーピング物質 の付加的塗布及び／又は拡散侵入は不必要である。

本発明のもう１つの実施態様では、太陽電池の表面は、例えば結晶配向エツチン グ法により、テキスチャード加工されている。このようなピラミッド形の突起又 は切欠きを有する表面は、入射光の低い反射率及び高い吸収率を示す。

前面接点は、太陽電池の前面上の不動態層として働く窒化物又は酸化物層に形成 された開口内に配置されている。有利には、該開口は、活性半導体層に達してい てもよい溝である。それにより、前面接点の接着は微細な構造でも隆起した電極 構造に比して改良されている。次いで、露出した半導体材料上の開口に、金属の 選択的化学的析出を行う。これは２工程で行う。この場合には、まず例えばパラ ジウムからなる芽晶層を製造し、引き続き該芽晶層を電気メッキ又は無電流析出 により補強する。その際、芽晶層は閉じたパラジウム薄膜又は個々のパラジウム 芽晶からなる唯一の層であってよい。パラジウムの他に、前面接点は補強するた めに銅、ニッケル又は銀から選択される、少なくとも１種の金属からなる。前面 接点のための材料として銅を使用する際には、銅と半導体材料の間に別の金属か らなる薄い拡散遮断層が必要である。しかしながら、その高い導電率のために前 面接点の補強のためには銀が有利である。

背面接点は、全面的に施されていてもよく又は材料倹約のために例えば網状構造 を有することができる。

背面接点をブリ°ン卜するために使用されるペーストは、酸化物添加物の他に有 利には銀粒子及び別のドーピング物質としてアルミニウムを含有する。

次に、２つの実施例及び所属の第１ａ〜４ａ図並びに第１ｂ〜４ｂ図につき本発 明による太陽電池の製造方法を詳細に説明する。この場合、図面は種々の工程を 略示横断面図で示す。

実施例 種々の適当な太陽電池タイプのための代表的なものとして、結晶質シリコンから なる太陽電池の製造を説明する。

第１図：出発材料として、＜１００＞配向のｐドーピングしたＣｚウェーハを利 用する。塩基性の結晶配向エツチングにより、まず基板Ｓの表面にテキスチャー ド構造を製造する。そのようにして、一定の結晶配向に沿った有利なエツチング により、ピラミッド状の突起（図面には示されていない）を有する粗面化した表 面が生じる。次いで、後での太陽電池の前面として働く表面に、例えば燐Ｐの拡 散により、平坦なｐｎ接合ＯＢを製造する。その際、平坦なｎドープした領域ｎ が生じる。表面の不動態化のために、前面に不動態層、例えば酸化物層ＯＸを設 け、該層を後での太陽電池において同時に反射防止層として利用する。窒化珪素 層又は２種の材料から組み合わされた層も同じ目的を満足することができる。

次の工程として、酸化物層Ｏｘ上もしくはその内部に前面接点の規定及び形成を 行う。そのために、開口、例えば溝を金属被覆の所望の構造に相応して酸化物層 Ｏｘ内に形成する（第２ａ図参照）及び場合により溝をシリコン内にエツチング する（第２ｂ図参照）。

酸化物層Ｏｘ内の構造化した開口は、例えばフォトリソグラフィー及びエツチン グ技術処理により設けることができる。その後、ブレーナ技術（第１ａ〜４ａ図 ）又はチャンネル技術（第１ｂ〜４ｂ図）で更に加工することができる。

第２ｂ図：溝Ｇｒの直接的製造はレーザ書き込みにより達成され、この場合には 、酸化物層Ｏｘ及び場合によりシリコンを所望の構造に沿って適当な波長のレー ザで除去する。

同様に、例えばダイヤモンドを装着した工具を用いて機械的に研削することによ り溝Ｇｒを製造することも可能である。その後、再びレーザ構造化におけると同 様に後加工する。

それに対して選択的に、フォトリソグラフィー法を実施することもできる。この 場合には、まずポジー型フォトレジストを被覆し、所望の画像に基づき露光しか つ最後に現像する。今や、残留したフォトレジスト構造が、引き続いての例えば 弗化水素酸含有溶液中での湿式化学的酸化物開口のためのエツチングマスクとし て役立つ。

シリコン内への溝の製造は、エツチングマスクとして残留した酸化物を用いた塩 基性溶液中で行う。特に薄いウェーハ（基板）のためには、破損の危険のために ブレーナ技術（第１ａ〜４ａ図参照）が有利である実施例において、溝の幅は約 ２０〜３０μｍであり、一方１つの溝から隣接した溝までの距離は約１ｍｍであ る。

チャンネル技術においては、ｎドーピングを補強するために新たな燐拡散により 溝Ｇｒの周辺にｎ＋ドーピングした領域を製造する。この場合、酸化物層ＯＸを マスクとして利用する。そうして製造した装置は、第２ｂ図に示されている。

第３ａ／３ｂ図二次の工程で、背面接点を導電性ペーストのプリントにより製造 する。特にシルクスクリーン法が好適である。しかしながら、この場合には、原 則的に別の被覆法を使用することも可能である。例えばステンシル印刷、タンポ 印刷、ペースト書き込み、ローラ塗及び類似の方法が適当である。ペースト自体 は、印刷法のために好適な粘度を有し、かつ酸化物成分の他に良導電性金属、例 えば銀を含有する。有利には、良好な背面接点を製造するために、ペースト内に なお別のドーピング物質、例えばアルミニウムが含有されている。背面接点ＲＫ は全面的に施すことができる。しかしながら、良好な電流導出にとっては、コス トの安い網状構造で十分である。この場合には、プリントされた導体路のメツシ ュ幅ないしは間隔は、後からの前面金属被覆に相応する溝構造の間隔よりも粗（ 選択することができる。プリントした構造の焼結により、基板Ｓ中に付加的ドー ピング物質を導入し、そこにｐ＋トド−ングした帯域を形成し、そうして基板Ｓ と背面接点ＲＫの間の良導電性接点を製造することができる。

引き続き、前面接点を溝内の金属被覆により製造する。そのためには、まずパラ ジウム芽晶層ＫＳを選択的に表面窒化物又は酸化物不含の領域（溝）中にイオン 性パラジウム溶液で析出させる。良導電性金属のもう１つの層を化学的に析出さ せることにより、芽晶層ＫＳを補強する。補強のためには、例えばニッケル／銅 二重層が適当であり、この場合にはまず約１〜５μｍ１有利には約２μｍの厚さ のニッケル層Ｎｉを無電流で芽晶層ＫＳに上に析出させる。その上に、同様に無 電流で５〜２０μｍの厚さの銅層ｖＳを製造し、該層は場合によりもう１つの薄 膜により、例えばニッケル、銀又は錫からなる薄い被膜により、酸化に対して保 護することができる。

しかしながら、別の補強層ｖＳは、約５〜２（０μｍの厚さの銀層にに電気メツ キ析出により製造するのが有利である。このためには、シアン化物を含有する銀 塩溶液を使用することができる。同様に、シアン化物不含の浴、例えば塩化銀及 びチオ硫酸ナトリウムをベースとするものを使用することができる。

第４図は、酸化物開口並びにその内部に析出した前面金属被膜を有する溝をを破 断して示す（第４ａ図）。この場合、第４ｂ図に示された溝は、■字形横断面を 有するが、しかしまた平坦な底部、従って台形又は方形の横断面を有するように 製造することもできる。

この実施例では、溝の深さは約１５μｍであるが、しかしまたそれよりも浅（又 は深く形成されていてもよい。本発明の方法のためには、もっばら第１ａ〜４ａ 図におけるように結晶質基板Ｓの表面を、その上にある酸化物Ｏｘ又は窒化物を 除去することにより露出させることができる。前面接点の所定の層厚さ及び溝深 さを維持すると、前面接点は太陽電池の表面内に埋没する。また、酸化物層Ｏｘ の残りの表面に対して隆起するように、前面接点をより厚（構成することも可能 である（例えば第４ａ図参照）。

本発明による方法を用いると、まず、３０μｍまでの構造幅を有する微細に構造 化された前面接点と、背面接点を製造するための簡単な方法を組み合わせること を可能にする。更に、背面接点の製造はドーピング物質含有ペーストによって唯 一の工程で実施される、それに対して公知の方法は背面接点の領域に付加的ドー ピングを行うために特別の工程を必要とする。

更に、プリントされた背面が前面接点を製造する際の金属被覆に害されずに耐え かつ基板Ｓと低抵抗の電気接点を形成することは驚異的かつ新規である。パラジ ウム溶液の弗化物イオン含有媒体も、また高い温度及び／又は塩基性もしくは酸 性金属被覆浴も背面接点、ひいては太陽電池全体のの特性を害しない。背面接点 は、該方法では保護又はシールする必要はない。

溝内の前面接点の析出ないしは製造は、前面接点と基板の間の大きな接触面積を 可能にし、かつ表面への接点の良好な接着に寄与する。更に、不動態層Ｏｘ内の 溝Ｇｒは、接点の領域での所期のｎ“ドーピングを可能にするので、残りの結晶 質基板内の電荷担体のための拡散長さは十分な長さを維持する。

該実施例で製造された太陽電池を用いると、１６゜５パ一セント以上の効率が達 成される。

原理的には、該方法は多結晶シリコン又は他の半導体材料からなる基板において も適用することができ、この場合には種々の工程の適合が必要となることがある 。しかしながら、重要であるのは、常に、前記利点をもたらす、背面接点を製造 するための印刷法と前面接点の化学的析出との組み合わせである。

ＦＩＧ　ｌａ　ＦＩＧ　ｌｂ 日Ｇ　２ａ　ＦＩＧ　２ｂ ＦＩＧ　３ａ　ＦＩＧ　３ｂ 国際調査報告　ＰＣＴ／ＤＥ　９３１００２２３ＰＣＴ／口Ｅ９３１００２２３

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．多結晶又は単結晶質シリコンからなる層（Ｓ）と、前面側のｐｎ接合（ＵＢ ）と、背面接点と、前面接点としてのグリッド電極とを有する太陽電池において 、前記グリッド電極が少なくとも２種類の異なった金属の化学的析出により製造 され、かつ前面上に平面的に又は溝（Ｇｒ）内に配置されており、かつ背面接点 （ＲＫ）が、酸化物添加物の他に良導電性の金属及び別のドーピング物質を含有 するペーストのプリント及び焼結により製造されていることを特徴とする太陽電 池。 ２．前面の表面がテキスチャード加工されている、請求項１記載の太陽電池。 ３．グリッド電極が活性層上の酸化珪素又は窒化珪素層の開口内に配置されてい る、請求項１又は２記載の太陽電池。 ４．グリッド電極が、不動態層として役立ちかつ前面の表面を覆う窒化物又は酸 化物層内に設けられた溝内に配置されている、請求項１又は２記載の太陽電池。 ５．グリッド電極が、パラジウム芽晶層と、銅、ニッケル及び銀から選択される 少なくとも１種の別の金属からなる層とからなる、請求項１から４までのいずれ か１項記載の太陽電池。 ６．背面接点（ＲＫ）が網状構造を有する、請求項１から５までのいずれか１項 記載の太陽電池。 ７．プリントされた背面接点が導電性金属として銀及びドーピング物質としてア ルミニウムを含有する、請求項１から６までのいずれか１項記載の太陽電池８． 多結晶又は単結晶質シリコンからなる太陽電池を製造する方法において、以下の 工程： シリコンウェーハの活性層（Ｓ）にｐｎ接合ＵＢを製造する、 背面接点を製造するために背面に導電性ペーストをプリントしかつ焼結する、及 び 前面接点を製造するために前面にグリッド構造に基づき芽晶層（ＫＳ）及び少な くとも１種の別の金属を化学的に析出させる ことよりなることを特徴とする太陽電池の製造方法９．背面接点を製造する前に 前面を不動態層（Ｏｘ）により不動態化し、該不動態層内にグリッド電極の構造 に基づき開口又は液を製造し、かつ背面接点を製造した後にグリッド電極の析出 を専ら不動態層（Ｏｘ）内の開口又は清溝内で行う、請求項８記載の方法。 １０．背面接点を製造するために、良導電性金属の他に、背面接点（ＲＫ）の下 のドーピングを強化するドーピング物質を含有するペーストを使用する、請求項 ８又は９記載の方法。 １１．別のドーピング物質としてアルミニウムを含有するペーストを使用する、 請求項１０記載の方法。 １２．背面接点（ＲＫ）の製造をシルクスクリーン印刷により行う、請求項８か ら１１までのいずれか１項記載の方法。 １３．前面接点を製造するために以下の別の工程：開口又は溝（ＫＳ）内で露出 された活性層の表面にイオン性パラジウム溶液を用いてパラジウム芽晶の芽晶層 （ＫＳ）を製造する、及び 溶液中で良導電性金属の少なくとも１つの別の層（ＶＳ）を化学的に析出させる ことにより芽晶層（ＫＳ）を補強する を含む、請求項７から１１までのいずれか１項記載の方法。 １４．芽晶層の補強（ＶＳ）を銀の析出により行う、請求項１３記載の方法。 １５．パラジウム層（ＫＳ）上にニッケル（Ｎｉ）からなる拡散層及びその上に 銅層（ＶＳ）を無電流で析出させる、請求項１３記載の方法。 １６．不動態化層（Ｏｘ）内の開口をフォトリソグラフィーにより規定しかつ湿 式化学エッチングにより製造する、請求項８から１５までのいずれか１項記載の 方法。 １７．溝（Ｇｒ）をレーザを用いて製造する、請求項８から１５までのいずれか １項記載の方法。 １８．溝（Ｇｒ）を不動態層（Ｏｘ）及びシリコンの機械的剥離及び後続のエッ チングにより製造する、請求項８から１５までのいずれか１項記載の方法。 １９．溝（Ｇｒ）をフォトリソグラフィーにより前面上のフォトレジスト層に規 定しかつ不動態層（Ｏｘ）内でエッチングにより製造する、請求項８から１５ま でのいずれか１項記載の方法。