JPH0837318A - レーザ溝付け太陽電池 - Google Patents
レーザ溝付け太陽電池Info
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- JPH0837318A JPH0837318A JP7069933A JP6993395A JPH0837318A JP H0837318 A JPH0837318 A JP H0837318A JP 7069933 A JP7069933 A JP 7069933A JP 6993395 A JP6993395 A JP 6993395A JP H0837318 A JPH0837318 A JP H0837318A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 上部層の面積抵抗率を溝内と溝間で変えるこ
とによって、電池の直列抵抗は実質上変えないで、効率
を上げた溝付き太陽電池を提供する。 【構成】 この溝付き太陽電池は、太陽電池の生産に必
要な他の行程を行う前に、レーザーけがき手段によって
基板の表面をけがき、更に正確な表面のプロフィールを
決めるためのエッチングを行って、製造する。上部接触
シエージングは、基板に貫通孔を設け、電池の裏面より
電池の上部層への接触を行うことで除かれる。輻射抵抗
は、上面と裏面に溝を設け、かつその裏面の溝を上面の
溝の間に設け比較的薄い電池構造にすることにより改善
している。
とによって、電池の直列抵抗は実質上変えないで、効率
を上げた溝付き太陽電池を提供する。 【構成】 この溝付き太陽電池は、太陽電池の生産に必
要な他の行程を行う前に、レーザーけがき手段によって
基板の表面をけがき、更に正確な表面のプロフィールを
決めるためのエッチングを行って、製造する。上部接触
シエージングは、基板に貫通孔を設け、電池の裏面より
電池の上部層への接触を行うことで除かれる。輻射抵抗
は、上面と裏面に溝を設け、かつその裏面の溝を上面の
溝の間に設け比較的薄い電池構造にすることにより改善
している。
Description
【０００１】本発明は太陽電池の製造における改良に関
し、それによって電池の構造はウエハ基板内の深部から
少数キャリヤを生じた光量子の収集を容易にする。
し、それによって電池の構造はウエハ基板内の深部から
少数キャリヤを生じた光量子の収集を容易にする。
【０００２】太陽電池を照りつける長波長光は、吸収さ
れる前に、平均して、短波長光より電池内により深く侵
入する。それゆえ、長波長光の光子により生じた少数キ
ャリヤは電池の整流接合によって収集される前により多
く移動しなければならない。その結果、長波長光子から
生ずる少数キャリヤが再結合が生じる前に収集される機
会は、短波長光子から生ずる少数キャリヤのそれより非
常に少ない。この結果は、宇宙環境で使用される太陽電
池において非常に著しい。それは、少数キャリヤの寿命
の減少を生じる放射線損傷によるからである。宇宙空間
環境における少数キャリヤの寿命の減少という結果に打
勝つための試みにおいて、複数の溝が、電池の整流接合
の形成前に、基板の表面に化学的エッチングによって製
造され、溝内に設けられた接合が基板深部に形成された
少数キャリヤの収集を助けるように基板内に深く侵入し
た太陽電池が生産されている。
れる前に、平均して、短波長光より電池内により深く侵
入する。それゆえ、長波長光の光子により生じた少数キ
ャリヤは電池の整流接合によって収集される前により多
く移動しなければならない。その結果、長波長光子から
生ずる少数キャリヤが再結合が生じる前に収集される機
会は、短波長光子から生ずる少数キャリヤのそれより非
常に少ない。この結果は、宇宙環境で使用される太陽電
池において非常に著しい。それは、少数キャリヤの寿命
の減少を生じる放射線損傷によるからである。宇宙空間
環境における少数キャリヤの寿命の減少という結果に打
勝つための試みにおいて、複数の溝が、電池の整流接合
の形成前に、基板の表面に化学的エッチングによって製
造され、溝内に設けられた接合が基板深部に形成された
少数キャリヤの収集を助けるように基板内に深く侵入し
た太陽電池が生産されている。
【０００３】しかしながら、基板への溝の形成は短絡回
路電流密度に改良を与えるが、化学的エッチングに関連
する複雑化はこの解決策の実施を高価にする。特に、大
量生産される地上用太陽電池の場合は顕著である。
路電流密度に改良を与えるが、化学的エッチングに関連
する複雑化はこの解決策の実施を高価にする。特に、大
量生産される地上用太陽電池の場合は顕著である。
【０００４】レーザーけがき針は、以前にガラスまたは
セラミックタイルを切断するとき用いられたような同じ
方法で、１対の隣接する電池の間に溝をけがき、次いで
けがき線に沿ってウエハを切ることによって、共通ウエ
ハ上に形成された電池を分離するように用いられてい
る。またレーザーは絶縁される２つの隣接する区域の間
の開口を削除または孔明けによって支持体の絶縁する濃
度液処理区域に用いられるが、しかしながら、レーザー
によって生じる結晶構造の損傷のため、半導体装置の活
動する区域の処理にレーザーを使用することは以前には
可能であると考えられていなかった。
セラミックタイルを切断するとき用いられたような同じ
方法で、１対の隣接する電池の間に溝をけがき、次いで
けがき線に沿ってウエハを切ることによって、共通ウエ
ハ上に形成された電池を分離するように用いられてい
る。またレーザーは絶縁される２つの隣接する区域の間
の開口を削除または孔明けによって支持体の絶縁する濃
度液処理区域に用いられるが、しかしながら、レーザー
によって生じる結晶構造の損傷のため、半導体装置の活
動する区域の処理にレーザーを使用することは以前には
可能であると考えられていなかった。
【０００５】基板内に溝を設けることは電池接合の面積
を大いに増加し、さらに電池の上部層内に異なる面積抵
抗率を備える可能性をもたらす。つまり溝内のより低い
面積抵抗率が電池の直列抵抗を減少して上部層から電流
を導くのに用いられるフィンガーのより広い間隔を許
し、かつ溝間の区域の高い面積抵抗率が光電池効果を高
める。
を大いに増加し、さらに電池の上部層内に異なる面積抵
抗率を備える可能性をもたらす。つまり溝内のより低い
面積抵抗率が電池の直列抵抗を減少して上部層から電流
を導くのに用いられるフィンガーのより広い間隔を許
し、かつ溝間の区域の高い面積抵抗率が光電池効果を高
める。
【０００６】本発明の実施態様は、次のような予期しな
い結果に基づいている。つまりレーザーけがき針によっ
て支持体の表面にけがきされた溝がレーザーによって生
じる結晶損傷によって、支持体上に続いて形成された、
太陽電池に特に重大な損害結果は生じないのであるが、
しかし反対に、結晶損傷が、次の高温度処理の間、支持
体内の不純物が移動するゲッタリング部位を生ぜしめ、
これによって支持体の容積内の少数キャリヤの寿命を増
加させ、太陽電池の性能を高めるという予期しない結果
に基づいている。
い結果に基づいている。つまりレーザーけがき針によっ
て支持体の表面にけがきされた溝がレーザーによって生
じる結晶損傷によって、支持体上に続いて形成された、
太陽電池に特に重大な損害結果は生じないのであるが、
しかし反対に、結晶損傷が、次の高温度処理の間、支持
体内の不純物が移動するゲッタリング部位を生ぜしめ、
これによって支持体の容積内の少数キャリヤの寿命を増
加させ、太陽電池の性能を高めるという予期しない結果
に基づいている。
【０００７】また電池表面の溝付けは、光が溝付領域内
に落ちるにしたがい、電池の反反射特性を高め、もしも
電池によって最初に吸収されないなら、溝の他の表面上
に反射し、これによって吸収の見込みを増加することが
わかっている。溝付領域から逃げるために、光量子は、
溝内で数回反射される必要があり、それ故逃げる見込み
は低い。
に落ちるにしたがい、電池の反反射特性を高め、もしも
電池によって最初に吸収されないなら、溝の他の表面上
に反射し、これによって吸収の見込みを増加することが
わかっている。溝付領域から逃げるために、光量子は、
溝内で数回反射される必要があり、それ故逃げる見込み
は低い。
【０００８】第１の態様によると、本発明は太陽電池を
製造する方法よりなり、前記方法はレーザーけがき針を
用いて半導体基板の表面に孔または溝配列をけがきする
段階と、次に前記表面上に整流接合を形成する段階とか
らなり、前記接合は前記孔または溝内に延びている。好
ましくは、前記接合の上部層は、その面積抵抗率が溝間
よりは溝内で大きくなるように構成されている。
製造する方法よりなり、前記方法はレーザーけがき針を
用いて半導体基板の表面に孔または溝配列をけがきする
段階と、次に前記表面上に整流接合を形成する段階とか
らなり、前記接合は前記孔または溝内に延びている。好
ましくは、前記接合の上部層は、その面積抵抗率が溝間
よりは溝内で大きくなるように構成されている。
【０００９】第２の態様によると、本発明は基板を有
し、支持体の一表面がその中に形成された複数の溝また
はくぼみと、前記表面に形成され、前記溝内に延びる整
流接合と、溝内の区域におけるより溝間の区域において
より大きい面積抵抗率をもつ前記接合の上部層とを有す
る太陽電池からなる。
し、支持体の一表面がその中に形成された複数の溝また
はくぼみと、前記表面に形成され、前記溝内に延びる整
流接合と、溝内の区域におけるより溝間の区域において
より大きい面積抵抗率をもつ前記接合の上部層とを有す
る太陽電池からなる。
【００１０】本発明の好ましい実施例は、溝または孔の
繰返し配列を同時にけがくように用いられたレーザーけ
がき針を使用して支持体の表面をけがくことによって、
複数の平行溝または孔の配列を形成することにより得ら
れる。
繰返し配列を同時にけがくように用いられたレーザーけ
がき針を使用して支持体の表面をけがくことによって、
複数の平行溝または孔の配列を形成することにより得ら
れる。
【００１１】本発明の好適な実施例において、化学的な
腐食段階がレーザーけがきの段階と整流接合の形式段階
との間で用いられ、それによって孔または溝の形状の正
確な制御が達成される。また本発明のある実施例は基板
の後部から電池の表面層とともに接触が作られるように
レーザーの腐食段階の間基板を通りあけられた孔を使用
する。
腐食段階がレーザーけがきの段階と整流接合の形式段階
との間で用いられ、それによって孔または溝の形状の正
確な制御が達成される。また本発明のある実施例は基板
の後部から電池の表面層とともに接触が作られるように
レーザーの腐食段階の間基板を通りあけられた孔を使用
する。
【００１２】また本発明の実施例は高い効率を有し、放
射抵抗力のある薄い強い電池構造を形成するように支持
体の後部表面の溝付けを用いる。
射抵抗力のある薄い強い電池構造を形成するように支持
体の後部表面の溝付けを用いる。
【００１３】第３の態様によると本発明は基板を有し、
基板の対抗表面が各その中に形成された複数の溝または
くぼみと、前記表面の１つに形成され、その表面の溝ま
たはくぼみ内に延びる整流接合とを有する太陽電池から
なる。ここでこの整合の上部層は上述のように、可変の
面積抵抗率を有する。
基板の対抗表面が各その中に形成された複数の溝または
くぼみと、前記表面の１つに形成され、その表面の溝ま
たはくぼみ内に延びる整流接合とを有する太陽電池から
なる。ここでこの整合の上部層は上述のように、可変の
面積抵抗率を有する。
【００１４】本発明の実施例を添付図面を参照して説明
する。図１を参照すると、基板１０は裏面接点１１およ
び上部表面に整流接合１２とを有する。ｐ−タイプまた
はｎ−タイプの半導体材料のいずれかであるが、本実施
例ではｐ−タイプの半導体材料である基板１０と、基板
の上部表面に延在し、基板１０とは反対の不純物タイプ
の半導体材料で形成された上部層１３との間に整流接合
１２は形成されている。整流接合１２の形成前に、レー
ザーけがき針によって基板の上部表面にけがかれた溝又
は孔１４は、整流接合面積を大いに増加し、同時に少数
キャリヤが生じる区域により近い領域に整流接合部分を
置くことによって、基板内深くに生じた少数キャリヤ１
５の収集を容易にする。
する。図１を参照すると、基板１０は裏面接点１１およ
び上部表面に整流接合１２とを有する。ｐ−タイプまた
はｎ−タイプの半導体材料のいずれかであるが、本実施
例ではｐ−タイプの半導体材料である基板１０と、基板
の上部表面に延在し、基板１０とは反対の不純物タイプ
の半導体材料で形成された上部層１３との間に整流接合
１２は形成されている。整流接合１２の形成前に、レー
ザーけがき針によって基板の上部表面にけがかれた溝又
は孔１４は、整流接合面積を大いに増加し、同時に少数
キャリヤが生じる区域により近い領域に整流接合部分を
置くことによって、基板内深くに生じた少数キャリヤ１
５の収集を容易にする。
【００１５】本発明による溝又は凹み付き太陽電池の直
列抵抗は、溝又は孔間の上部層部分で用いられる面積抵
抗率よりも溝１４内に形成された上部層１３の部分の面
積抵抗率を小さくすることによって減少させている。
列抵抗は、溝又は孔間の上部層部分で用いられる面積抵
抗率よりも溝１４内に形成された上部層１３の部分の面
積抵抗率を小さくすることによって減少させている。
【００１６】この発明によれば、溝付き太陽電池の直列
抵抗は、溝間の上部層の部分で用いられる部分に対する
より溝１４内に形成された上部層１３の部分のためによ
り低い面積抵抗率を選択することによって減少すること
ができる。地上の使用のために、製造された溝なし太陽
電池において、頂部層に用いられた金属接触グリッドは
原価を最小に保つためにスクリーン印刷により時々用い
られるが、しかしスクリーン印刷は達成できる最小寸法
に制限を課し、これらは典型的に１５０ミクロンの最小
接触幅および少なくとも３ｍｍの最小空間である。これ
ら接触寸法について、横方向の抵抗を最小にするように
２５オームから５０オームまでの程度の上部層面積抵抗
率を有することが必要であり、しかし面積抵抗率のこの
ような低い値は光電池特性をおとす。この問題はこれら
の電池において接触形成のより複雑な方法がより近い間
隔を有するより薄い接触の使用を許すので、より高い面
積抵抗率が電池の直列抵抗を落すことなく用いることが
できるように、宇宙空間における使用のために製造され
た電池に断定されない。しかしながら宇宙空間電池に使
用される接触形成の方法はそれらの製造原価に相当に加
算される。
抵抗は、溝間の上部層の部分で用いられる部分に対する
より溝１４内に形成された上部層１３の部分のためによ
り低い面積抵抗率を選択することによって減少すること
ができる。地上の使用のために、製造された溝なし太陽
電池において、頂部層に用いられた金属接触グリッドは
原価を最小に保つためにスクリーン印刷により時々用い
られるが、しかしスクリーン印刷は達成できる最小寸法
に制限を課し、これらは典型的に１５０ミクロンの最小
接触幅および少なくとも３ｍｍの最小空間である。これ
ら接触寸法について、横方向の抵抗を最小にするように
２５オームから５０オームまでの程度の上部層面積抵抗
率を有することが必要であり、しかし面積抵抗率のこの
ような低い値は光電池特性をおとす。この問題はこれら
の電池において接触形成のより複雑な方法がより近い間
隔を有するより薄い接触の使用を許すので、より高い面
積抵抗率が電池の直列抵抗を落すことなく用いることが
できるように、宇宙空間における使用のために製造され
た電池に断定されない。しかしながら宇宙空間電池に使
用される接触形成の方法はそれらの製造原価に相当に加
算される。
【００１７】本発明により作られた溝付電池の場合に
は、２５オーム〜５０オームの程度の面積抵抗率は溝１
４内の上部層１３のその部分に設けられ、一方１００オ
ーム〜２００オームの程度の面積抵抗率は溝間の上部層
部分内で達成される。典型的に溝は５０ミクロン幅の程
度であり、溝間の空隙は１００ミクロンであり、金属接
触フィンガー１７（図２を見よ）が溝に直角な方向に走
り、スクリーン印刷接点のために前に述べられた寸法を
有する。
は、２５オーム〜５０オームの程度の面積抵抗率は溝１
４内の上部層１３のその部分に設けられ、一方１００オ
ーム〜２００オームの程度の面積抵抗率は溝間の上部層
部分内で達成される。典型的に溝は５０ミクロン幅の程
度であり、溝間の空隙は１００ミクロンであり、金属接
触フィンガー１７（図２を見よ）が溝に直角な方向に走
り、スクリーン印刷接点のために前に述べられた寸法を
有する。
【００１８】溝内領域が溝間領域より低い面積抵抗率を
持つ事は種々の方法で達成される。例えば、以下のよう
な方法がある。 （イ）拡散特性が拡散原料の付着される層の厚さに依存
するスピンオン（ｓｐｉｎ−ｏｎ）又はスプレーオン
（ｓｐｒａｙ−ｏｎ）拡散を使用する方法。スピンオン
あるいはスプレーオンに適した多くの液体拡散源は付着
される層が最大の厚さである領域に、より多くの拡散を
自動的に生ぜしめる。溝間の部分より溝内の部分に、よ
り厚い層を付着させる事は比較的簡単である。なぜなら
ば、重力、毛細管現象及び表面張力の総てが、拡散原料
の単位面積当たり大なる量が溝間の部分より溝内の部分
に付着することに寄与するからである。よって、溝内領
域は溝間領域より小さい面積抵抗率を持つ。 （ロ）（溝及び溝間の部分を含む）全面に大量の拡散を
施し、大量に拡散されたシリコンの一部を化学エッチン
グまたはプラズマエッチングによって除去する方法。希
釈異方性エッチング液（水酸化カリウム又は水酸化ナト
リウム等）あるいは希釈等方性エッチング液（硝酸及び
酢酸と組合された希釈弗化水素等）に基づく化学エッチ
ング液は、溝内の部分では少ないエッチング率を生ず
る。それは、エッチング液が自然枯渇によって溝内に届
きにくい事及び溝間の領域のエッチング液と比較して溝
内のエッチング液にはエッチング液を補充することが比
較的困難であることによる。そのために、エッチングが
最大である上面に、より大きい面積抵抗率が、エッチン
グが妨げられる溝内に、より小さい面積抵抗率が生ず
る。プラズマエッチングは、見えるところにある領域す
なわち溝間領域が溝の側壁等の隠された領域すなわち溝
内領域より、より大なる率でエッチングすることができ
る。エッチング率が小さい領域は、より小さい面積抵抗
率である。 （ハ）拡散源の適用の後に、シリコンを局部的に加熱す
るためにレーザーを使用する方法。下方にあるシリコン
中への添加物（ｄｏｐａｎｔ）の拡散は、拡散されるシ
リコンの温度によって非常に大きく決定される。レーザ
ーによるスキャンはシリコンの局部的加熱を可能にし、
それ故、スキャンされた領域内により多くの拡散を可能
にする。本発明においては、溝内の部分である。よっ
て、溝内領域は溝間領域より小さい面積抵抗率を持つ。 （ニ）溝形成前にシリコン面を酸化物あるいは絶縁層で
カバーする方法。溝形成前にシリコン面が酸化物あるい
は絶縁層でカバーされている、即ち、保護されているな
らば、拡散過程において、添加物（ｄｏｐａｎｔ）が、
シリコンが直接露出された溝内よりも保護された領域の
シリコン内に侵入することはずっと困難である。従っ
て、より多くの拡散が、上面すなわち溝間領域よりも溝
内領域に生ずる。よって、溝内領域は溝間領域より小さ
い面積抵抗率を持つ。
持つ事は種々の方法で達成される。例えば、以下のよう
な方法がある。 （イ）拡散特性が拡散原料の付着される層の厚さに依存
するスピンオン（ｓｐｉｎ−ｏｎ）又はスプレーオン
（ｓｐｒａｙ−ｏｎ）拡散を使用する方法。スピンオン
あるいはスプレーオンに適した多くの液体拡散源は付着
される層が最大の厚さである領域に、より多くの拡散を
自動的に生ぜしめる。溝間の部分より溝内の部分に、よ
り厚い層を付着させる事は比較的簡単である。なぜなら
ば、重力、毛細管現象及び表面張力の総てが、拡散原料
の単位面積当たり大なる量が溝間の部分より溝内の部分
に付着することに寄与するからである。よって、溝内領
域は溝間領域より小さい面積抵抗率を持つ。 （ロ）（溝及び溝間の部分を含む）全面に大量の拡散を
施し、大量に拡散されたシリコンの一部を化学エッチン
グまたはプラズマエッチングによって除去する方法。希
釈異方性エッチング液（水酸化カリウム又は水酸化ナト
リウム等）あるいは希釈等方性エッチング液（硝酸及び
酢酸と組合された希釈弗化水素等）に基づく化学エッチ
ング液は、溝内の部分では少ないエッチング率を生ず
る。それは、エッチング液が自然枯渇によって溝内に届
きにくい事及び溝間の領域のエッチング液と比較して溝
内のエッチング液にはエッチング液を補充することが比
較的困難であることによる。そのために、エッチングが
最大である上面に、より大きい面積抵抗率が、エッチン
グが妨げられる溝内に、より小さい面積抵抗率が生ず
る。プラズマエッチングは、見えるところにある領域す
なわち溝間領域が溝の側壁等の隠された領域すなわち溝
内領域より、より大なる率でエッチングすることができ
る。エッチング率が小さい領域は、より小さい面積抵抗
率である。 （ハ）拡散源の適用の後に、シリコンを局部的に加熱す
るためにレーザーを使用する方法。下方にあるシリコン
中への添加物（ｄｏｐａｎｔ）の拡散は、拡散されるシ
リコンの温度によって非常に大きく決定される。レーザ
ーによるスキャンはシリコンの局部的加熱を可能にし、
それ故、スキャンされた領域内により多くの拡散を可能
にする。本発明においては、溝内の部分である。よっ
て、溝内領域は溝間領域より小さい面積抵抗率を持つ。 （ニ）溝形成前にシリコン面を酸化物あるいは絶縁層で
カバーする方法。溝形成前にシリコン面が酸化物あるい
は絶縁層でカバーされている、即ち、保護されているな
らば、拡散過程において、添加物（ｄｏｐａｎｔ）が、
シリコンが直接露出された溝内よりも保護された領域の
シリコン内に侵入することはずっと困難である。従っ
て、より多くの拡散が、上面すなわち溝間領域よりも溝
内領域に生ずる。よって、溝内領域は溝間領域より小さ
い面積抵抗率を持つ。
【００１９】溝内の上部層の低い面積抵抗率は、上部層
厚さ増加によって、短波長（青色）光に対する電池の応
答について有害な結果を有する。それ故、選択された面
積抵抗率は、低い直列抵抗を与える値と青色光への応答
をひどく下げない値との間の妥協値である。しかしなが
ら、低い面積抵抗率が青色光への応答を下げるが、低い
直列抵抗、接合面積の増加による改良された電流密度お
よび基板深部内への整流接合部分の設置の有益な効果は
この応答低下を埋め合せる以上のものである。さらに、
溝内の底面積抵抗率は長波長（赤色）光への電池の応答
に重要な影響を与えない。
厚さ増加によって、短波長（青色）光に対する電池の応
答について有害な結果を有する。それ故、選択された面
積抵抗率は、低い直列抵抗を与える値と青色光への応答
をひどく下げない値との間の妥協値である。しかしなが
ら、低い面積抵抗率が青色光への応答を下げるが、低い
直列抵抗、接合面積の増加による改良された電流密度お
よび基板深部内への整流接合部分の設置の有益な効果は
この応答低下を埋め合せる以上のものである。さらに、
溝内の底面積抵抗率は長波長（赤色）光への電池の応答
に重要な影響を与えない。
【００２０】溝内の低面積抵抗率の上部層の宇宙空間用
電池への使用は、これら電池の接点フィンガーをもっと
広間隔にすることを可能にし、これによって、安価な構
成方法の使用を許し、従って、電池の製造コストを低減
する。
電池への使用は、これら電池の接点フィンガーをもっと
広間隔にすることを可能にし、これによって、安価な構
成方法の使用を許し、従って、電池の製造コストを低減
する。
【００２１】電池表面内の溝１４は、また、遮光通路と
して作用することによって電池の反−反射特性を改良す
る。溝間の電池の表面を照射し電池によって吸収されな
い光１６ａは表面によって反射され消耗する。しかしな
がら、溝１４内の１つの表面を照射し吸収されない光１
６ｂは、光の投射の角度と溝の形状によるが、一般的に
は溝の他の表面上に反射される。電池の上部表面に直角
に落ちる光１６ａのために、溝１４内の反射数は大きく
なり、これによって溝から外へ反射される光の割合は減
少する。
して作用することによって電池の反−反射特性を改良す
る。溝間の電池の表面を照射し電池によって吸収されな
い光１６ａは表面によって反射され消耗する。しかしな
がら、溝１４内の１つの表面を照射し吸収されない光１
６ｂは、光の投射の角度と溝の形状によるが、一般的に
は溝の他の表面上に反射される。電池の上部表面に直角
に落ちる光１６ａのために、溝１４内の反射数は大きく
なり、これによって溝から外へ反射される光の割合は減
少する。
【００２２】溝内の整流接合の位置及び整流接合の面積
増加による電流密度の改良と同様に、より以上の改良
は、基板表面のレーザーけがきの間、ゲッタリング部位
が作られ、それによってその後の高温度処理の間ゲッタ
リングが増進されることによると考えられる。
増加による電流密度の改良と同様に、より以上の改良
は、基板表面のレーザーけがきの間、ゲッタリング部位
が作られ、それによってその後の高温度処理の間ゲッタ
リングが増進されることによると考えられる。
【００２３】ゲッタリングとは、高温度処理の間、不純
物が基板の特定領域に引かれる工程であり、代表的なゲ
ッタリング部位は拡散工程によって生じた応力集中区域
であり、レーザーけがきによって生じた結晶構造損傷の
領域である。レーザーけがき工程は、結晶構造に著しい
量の損傷を生ぜしめ、従って沢山のゲッタリング部位が
この工程によって生じる。
物が基板の特定領域に引かれる工程であり、代表的なゲ
ッタリング部位は拡散工程によって生じた応力集中区域
であり、レーザーけがきによって生じた結晶構造損傷の
領域である。レーザーけがき工程は、結晶構造に著しい
量の損傷を生ぜしめ、従って沢山のゲッタリング部位が
この工程によって生じる。
【００２４】基板内の不純物の個数の減少は、ゲッタリ
ングの結果、少数キャリヤの寿命を増加し、従って再結
合が生じる前に整流接合１２で収集される少数キャリヤ
の確率を増加する効果を有している。
ングの結果、少数キャリヤの寿命を増加し、従って再結
合が生じる前に整流接合１２で収集される少数キャリヤ
の確率を増加する効果を有している。
【００２５】図３を参照すると、該実施例においては、
図２の金属接点フィンガー１７は金属絶縁半導体（ＭＩ
Ｓ）接点によって置換され、上部層１３が薄くドープさ
れた区域であり、整流接合１２の整流効果は、上部層上
の絶縁材１８の薄い層と、該絶縁材１８の層上に形成さ
れた金属または厚くドープされた多結晶の接点フィンガ
ー１９とを有するＭＩＳ接点によって補強されている。
フィンガー１９は図２に示された金属接点フィンガー１
７と同様な形状に配列される。しかし、絶縁層はシリコ
ン酸化物のような透明な絶縁層を用いることによって電
池の全表面上に形成されるか、あるいはフィンガー１９
の領域内のみで形成されるかのいずれかである。
図２の金属接点フィンガー１７は金属絶縁半導体（ＭＩ
Ｓ）接点によって置換され、上部層１３が薄くドープさ
れた区域であり、整流接合１２の整流効果は、上部層上
の絶縁材１８の薄い層と、該絶縁材１８の層上に形成さ
れた金属または厚くドープされた多結晶の接点フィンガ
ー１９とを有するＭＩＳ接点によって補強されている。
フィンガー１９は図２に示された金属接点フィンガー１
７と同様な形状に配列される。しかし、絶縁層はシリコ
ン酸化物のような透明な絶縁層を用いることによって電
池の全表面上に形成されるか、あるいはフィンガー１９
の領域内のみで形成されるかのいずれかである。
【００２６】図面の図４を参照するとき、レーザー溝電
池の反射特性は溝付けを配列することによって最適化さ
れるので、傾斜のある溝壁は相互に交差し、これによっ
て図１、図２および図３に示された平な間に溝のある区
域を実質的に除去する。図４の構造については、要求さ
れた溝付でない区域のみが上部接触金属被覆を有する平
坦な通路２１（図５ｂおよびFig ５ｃ図参照）である。
池の反射特性は溝付けを配列することによって最適化さ
れるので、傾斜のある溝壁は相互に交差し、これによっ
て図１、図２および図３に示された平な間に溝のある区
域を実質的に除去する。図４の構造については、要求さ
れた溝付でない区域のみが上部接触金属被覆を有する平
坦な通路２１（図５ｂおよびFig ５ｃ図参照）である。
【００２７】図４に示されたように、非常に正確な制御
がレーザー溝付けと組合わされた異方性特性のある化学
的腐食を用いることにより単結晶材料のそのような構造
が得ることができる。例えば、薄い腐食性の炭酸水溶液
は〔１１１〕結晶方向において非常に遅くシリコンを腐
食するが、しかし他の方向においては非常に早く腐食す
る。それ故、もしもウエハの表面２２が〔１００〕方位
を有するならば、溝２３を形成するようにレーザーによ
って溝付けされ、次いで薄い腐食性の炭配水溶液内で続
いて腐食され、シリコンは〔１１１〕結晶平面が図４の
溝付表面を形成するように露出されるまで非常に早く腐
食される。表面２４の面と一致して一度〔１１１〕結晶
平面が露出されると、腐食の速度が著しく遅く、最終の
腐食された表面形状の正確な制御を許し、これによっ
て、元の溝２３の深さおよび間隔まで装置の結果として
生じる表面の形状寸法を正確に限定されるようにする。
がレーザー溝付けと組合わされた異方性特性のある化学
的腐食を用いることにより単結晶材料のそのような構造
が得ることができる。例えば、薄い腐食性の炭酸水溶液
は〔１１１〕結晶方向において非常に遅くシリコンを腐
食するが、しかし他の方向においては非常に早く腐食す
る。それ故、もしもウエハの表面２２が〔１００〕方位
を有するならば、溝２３を形成するようにレーザーによ
って溝付けされ、次いで薄い腐食性の炭配水溶液内で続
いて腐食され、シリコンは〔１１１〕結晶平面が図４の
溝付表面を形成するように露出されるまで非常に早く腐
食される。表面２４の面と一致して一度〔１１１〕結晶
平面が露出されると、腐食の速度が著しく遅く、最終の
腐食された表面形状の正確な制御を許し、これによっ
て、元の溝２３の深さおよび間隔まで装置の結果として
生じる表面の形状寸法を正確に限定されるようにする。
【００２８】溝壁の傾斜を制御するように用いられた方
法にも拘らず、興味のある有用な構造が電池表面の間欠
的な溝付けの使用によって得ることができ、いくつかの
このような構造を現に図５ａ〜図５ｃ、図６ａ〜図６
ｃ、図７ａ、図７ｂ、図８ａ、図８ｂ、図９ａおよび図
９ｂを参照して説明する。
法にも拘らず、興味のある有用な構造が電池表面の間欠
的な溝付けの使用によって得ることができ、いくつかの
このような構造を現に図５ａ〜図５ｃ、図６ａ〜図６
ｃ、図７ａ、図７ｂ、図８ａ、図８ｂ、図９ａおよび図
９ｂを参照して説明する。
【００２９】図５ａから図５ｃを参照するとき、「小
板」構造が示され、レーザー溝付２３が図５ｃの最終腐
食基板のリブまたは支柱２６を有するために隙間２５に
よって間欠的に切断される。さらに、レーザー溝付け配
列のより大きい隙間２７は仕上げられた電池の上部接触
金属被覆のために位置を有する最終腐食基板の平坦な通
路２１に生じる。
板」構造が示され、レーザー溝付２３が図５ｃの最終腐
食基板のリブまたは支柱２６を有するために隙間２５に
よって間欠的に切断される。さらに、レーザー溝付け配
列のより大きい隙間２７は仕上げられた電池の上部接触
金属被覆のために位置を有する最終腐食基板の平坦な通
路２１に生じる。
【００３０】図６ａ〜図６ｃに向けるとき、図５ａのレ
ーザー溝２３は図６ａに示された４角型のレーザーけが
き針により孔をあけられた孔３３により置換えられるの
で、腐食後、図６ｂおよび図６ｃに示されたような逆ピ
ラミッド構造は再度支持体のの〔１１１〕結晶平面に対
応する逆ピラミッド構造の上部表面３４と共に製造され
る。
ーザー溝２３は図６ａに示された４角型のレーザーけが
き針により孔をあけられた孔３３により置換えられるの
で、腐食後、図６ｂおよび図６ｃに示されたような逆ピ
ラミッド構造は再度支持体のの〔１１１〕結晶平面に対
応する逆ピラミッド構造の上部表面３４と共に製造され
る。
【００３１】ウエハの上部および裏部表面の組合された
溝付けと次の腐食は「クリンクルカット」電池と称せら
れるそれ以上の種類の電池に昇格する。図７ａおよび図
７ｂを参照するとき、もしも図５ａの配列２３と同様な
溝付配列４３がウエハの上表面に設けられ、再度図５ａ
の配列２３と同様な第２の溝付配列５３がウエハの底表
面に設けられ、ウエハが次いで腐食されるならば、図７
ｂに示された形状の構造が製造され、平行な溝がウエハ
の両側面に沿って走り、一側面における溝は強くする支
柱またはリブ４６および５６（リブ５６は図示せず）を
もつ波型構造を有するようにウエハの他の側面を最高点
と対応し、各表面４４および５４は支持体の〔１１１〕
結晶平面に対応する。
溝付けと次の腐食は「クリンクルカット」電池と称せら
れるそれ以上の種類の電池に昇格する。図７ａおよび図
７ｂを参照するとき、もしも図５ａの配列２３と同様な
溝付配列４３がウエハの上表面に設けられ、再度図５ａ
の配列２３と同様な第２の溝付配列５３がウエハの底表
面に設けられ、ウエハが次いで腐食されるならば、図７
ｂに示された形状の構造が製造され、平行な溝がウエハ
の両側面に沿って走り、一側面における溝は強くする支
柱またはリブ４６および５６（リブ５６は図示せず）を
もつ波型構造を有するようにウエハの他の側面を最高点
と対応し、各表面４４および５４は支持体の〔１１１〕
結晶平面に対応する。
【００３２】図８ａ、図８ｂ、図９ａおよび図９ｂは追
加の「クリンクルカット」の構造を示し、図８ａおよび
図８ｂの構造はウエハの各側面に図６ａ〜図６ｃの逆ピ
ラミッドと同様な逆ピラミッドを有し、ウエハの一側面
のピラミッドについては他の側面のピラミッドから片寄
っており、一方図９ａおよび図９ｂの構造は上部表面に
逆ピラミッドおよび底表面に交差した溝構造を有し、図
７ａおよび図７ｂの構造を有する場合のようにほぼ一定
の厚さをもつ腐食したウエハ構造を有する。図７ａ、図
７ｂおよび図９ａ、図９ｂの構造は製造される良好な反
射特性を有する非常に薄い強い電池を与え、これらの構
造は良好は放射抵抗をもつ非常に高い効率の電池の生産
の助けになる。他方では図８ａおよび図８ｂ図の構造は
適度の厚さであるが、しかし大きい強度をもつ良好な反
射特性を有する電池を生産する。
加の「クリンクルカット」の構造を示し、図８ａおよび
図８ｂの構造はウエハの各側面に図６ａ〜図６ｃの逆ピ
ラミッドと同様な逆ピラミッドを有し、ウエハの一側面
のピラミッドについては他の側面のピラミッドから片寄
っており、一方図９ａおよび図９ｂの構造は上部表面に
逆ピラミッドおよび底表面に交差した溝構造を有し、図
７ａおよび図７ｂの構造を有する場合のようにほぼ一定
の厚さをもつ腐食したウエハ構造を有する。図７ａ、図
７ｂおよび図９ａ、図９ｂの構造は製造される良好な反
射特性を有する非常に薄い強い電池を与え、これらの構
造は良好は放射抵抗をもつ非常に高い効率の電池の生産
の助けになる。他方では図８ａおよび図８ｂ図の構造は
適度の厚さであるが、しかし大きい強度をもつ良好な反
射特性を有する電池を生産する。
【００３３】レーザー溝付け技術はまた一側面から他側
面まで電池を通る真直に延びる孔を有する構造を生産す
るように用いることができる。図６ａから図６ｃ、図８
ａ、図８ｂ、図９ａおよび図９ｂに示す構造は特にこの
技術に適合する。電池を完全に通過する孔を用いる構造
の効果は電池の裏部表面に作られた電池に両接点を有す
ることがその上可能であることであり、これによって、
上部接触シエージングに関連する損失を避けられる。例
えば、図６ａ〜図６ｃの構造と同様な構造の部分は図１
０ａおよび図１０ｂに示されており、溝付けは前に示さ
れたものよりなお大きいので逆ピラミッドの頂点３５は
ウエハの裏部表面に延びる。この構造については、一度
上部層１３が形成されると、金属被覆された上部接点３
６は各頂点で電池の裏部から設けることができる。この
技術は違ったやり方で生じる上部接触シエージングの問
題を除去することによって全電池効率の改良を許し、一
方同時に電流容量ともはや必要でないシエージングの程
度との間のできない取引としてより大きい電流容量であ
るように上部接点に連結される。
面まで電池を通る真直に延びる孔を有する構造を生産す
るように用いることができる。図６ａから図６ｃ、図８
ａ、図８ｂ、図９ａおよび図９ｂに示す構造は特にこの
技術に適合する。電池を完全に通過する孔を用いる構造
の効果は電池の裏部表面に作られた電池に両接点を有す
ることがその上可能であることであり、これによって、
上部接触シエージングに関連する損失を避けられる。例
えば、図６ａ〜図６ｃの構造と同様な構造の部分は図１
０ａおよび図１０ｂに示されており、溝付けは前に示さ
れたものよりなお大きいので逆ピラミッドの頂点３５は
ウエハの裏部表面に延びる。この構造については、一度
上部層１３が形成されると、金属被覆された上部接点３
６は各頂点で電池の裏部から設けることができる。この
技術は違ったやり方で生じる上部接触シエージングの問
題を除去することによって全電池効率の改良を許し、一
方同時に電流容量ともはや必要でないシエージングの程
度との間のできない取引としてより大きい電流容量であ
るように上部接点に連結される。
【００３４】前のレーザー溝構造のいづれも製造するよ
うに用いられるレーザーはどの指定された位置において
も電池を通して孔をあけるように非常に簡単に計画でき
るので構造のためこのような種々の孔あけはこの処理方
法で可能であり、明らかに技術のため孔あけは前に記載
したいづれの構造でも用いることができる。
うに用いられるレーザーはどの指定された位置において
も電池を通して孔をあけるように非常に簡単に計画でき
るので構造のためこのような種々の孔あけはこの処理方
法で可能であり、明らかに技術のため孔あけは前に記載
したいづれの構造でも用いることができる。
【００３５】レーザー溝電池を製造する好適な方法は所
望の表面方位（例えば「１００」）のシリコンウエハで
出発を必要とし、次いでレーザーを用いて所望の配列の
電池の１つまたは両側面の溝付けを必要とする。ウエハ
は次いで溝の壁の形状を限定するように適当な化学的溶
液で腐食される。その後の電池の加工は先行技術装置で
処理するように進行する。上部接合は適当な濃厚な液の
拡散によって形成され、所望ならば、裏部表面の場区域
は電池の裏部で形成される。上部および裏部接触の金属
被覆は、その後反反射被覆ができるように選ばれた、例
えば真空蒸着、スクリーン印刷または電気メッキによっ
て形成される。
望の表面方位（例えば「１００」）のシリコンウエハで
出発を必要とし、次いでレーザーを用いて所望の配列の
電池の１つまたは両側面の溝付けを必要とする。ウエハ
は次いで溝の壁の形状を限定するように適当な化学的溶
液で腐食される。その後の電池の加工は先行技術装置で
処理するように進行する。上部接合は適当な濃厚な液の
拡散によって形成され、所望ならば、裏部表面の場区域
は電池の裏部で形成される。上部および裏部接触の金属
被覆は、その後反反射被覆ができるように選ばれた、例
えば真空蒸着、スクリーン印刷または電気メッキによっ
て形成される。
【００３６】数多くの変化および変更が広く記載されて
いるように本発明の精神または範囲を逸脱することなく
上記したように本発明になされることはその技術におけ
る熟練者によって認められる。
いるように本発明の精神または範囲を逸脱することなく
上記したように本発明になされることはその技術におけ
る熟練者によって認められる。
【図１】本発明の第１実施例により製造された太陽電池
の概要の断面図。
の概要の断面図。
【図２】図１の太陽電池概要の平面図。
【図３】本発明の第２実施例により製造された太陽電池
の概要の断面図。
の概要の断面図。
【図４】本発明の実施例による十分に腐食された支持体
の概要の断面図。
の概要の断面図。
【図５】ａは本発明の第４実施例のレーザーけがき配列
の概要の平面図、ｂは十分に腐食された基板の概要の平
面図、ｃは十分に腐食された基板の概要の透視図。
の概要の平面図、ｂは十分に腐食された基板の概要の平
面図、ｃは十分に腐食された基板の概要の透視図。
【図６】ａは本発明の第５実施例のレーザーけがき配列
の概要の平面図。ｂは十分に腐食された基板の概要の平
面図。ｃは十分に腐食された基板の概要の透視図。
の概要の平面図。ｂは十分に腐食された基板の概要の平
面図。ｃは十分に腐食された基板の概要の透視図。
【図７】ａは第６実施例のレーザーけがき配列の平面
図。ｂは十分に腐食された支持体の透視図。
図。ｂは十分に腐食された支持体の透視図。
【図８】ａは第７実施例のレーザーけがき配列の平面
図。ｂは十分に腐食された支持体の透視図。
図。ｂは十分に腐食された支持体の透視図。
【図９】ａは第８実施例のレーザーけがき配列の平面
図。ｂは十分に腐食された支持体の透視図。
図。ｂは十分に腐食された支持体の透視図。
【図１０】図８ａ、図８ｂの実施例に連結する電極の改
良した方法を示す概要図。
良した方法を示す概要図。
１０ 基板 １１ 後部接触 １２ 整流接合 １４ 溝 １７，１９ 接触フィンガー １８ 絶縁層 ２３ レーザー溝付け ２４ 溝付表面 ３３ 孔 ３４ 上部表面 ３６ 金属被覆上部接点 ４３ 溝配列 ４４，５４ 表面 ５３ 第２の溝配列
Claims (15)
- 【請求項１】 太陽電池の製造方法において、前記方
法がレーザーけがき針を用いて半導体基板の表面に孔ま
たは溝配列のけがきをする工程と、次に前記表面上に整
流接合を形成する工程とを有し、前記接合が前記孔また
は溝内に延びていることを特徴とする太陽電池の製造方
法。 - 【請求項２】 前記レーザーけがき針が前記基板内の複
数の溝または孔を同時にけがきするように用いられるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の製造方法。 - 【請求項３】 化学的腐食段階が前記レーザーけがき工
程と前記整流接合を形成する工程との間で用いられ、前
記腐食工程が最終電池内の孔または溝の形状を制御する
ように用いられることを特徴とする特許請求の範囲第１
項または第２項記載の製造方法。 - 【請求項４】 前記レーザーけがき針が、前記基板の裏
部から太陽電池の上部層に接触できるようにレーザーけ
がき工程の間前記基板を貫通する孔をあけるのに使用さ
れることを特徴とする特許請求の範囲第１項から第３項
のいずれか１項に記載の製造方法。 - 【請求項５】 前記基板の裏部表面の溝付けが前記電池
構造の厚さを減少するように用いられ、前記裏部表面内
の溝が前記基板の上部表面内の溝の間に配置されること
を特徴とする特許請求の範囲第１項から第４項のいずれ
か１項に記載の製造方法。 - 【請求項６】 前記電池の表面に少くとも１本の金属導
体を形成して、前記溝がその少くとも１本の導体より外
方に延び、溝中の上部層が前記少くとも１本の導体に電
気的に接続するようにした工程を有する特許請求の範囲
第１項から第６項のいずれか１項に記載の製造方法。 - 【請求項７】 前記上部層の面積抵抗率が、前記溝又は
孔間の方が前記溝又は孔の中より大きいことを特徴とす
る特許請求の範囲第１項より第６項のいずれか１項に記
載の製造方法。 - 【請求項８】 前記上部層の前記溝又は孔間の面積抵抗
率が１００−２００Ω／□であることを抵抗率が１００
−２００Ω／□第７項記載の製造方法。 - 【請求項９】 前記上部層の前記溝又は孔の中の面積抵
抗率が２５−５０Ω／□であることを抵抗率が２５−５
０Ω／□第７項又は第８項記載の製造方法。 - 【請求項１０】 基板と、複数の溝またはくぼみを有す
る該基板の１つの表面と、前記１つの表面に形成され、
前記溝内に延びる整流接合と、前記接合の上部層が前記
溝内の区域より前記溝間の区域においてより大きな面積
抵抗率とを有することを特徴とする太陽電池。 - 【請求項１１】 前記溝内の上部層の面積抵抗率が２５
〜５０オームの程度であることを特徴とする特許請求の
範囲第１０項に記載の太陽電池。 - 【請求項１２】 前記溝間の上部層の面積抵抗率が１０
０〜２００オームの程度であることを特徴とする特許請
求の範囲第１０項又は第１１項記載の太陽電池。 - 【請求項１３】 基板と、前記基板の両表面に設けられ
た複数の溝またはくぼみと、その１つの表面形成され、
その１つの表面の前記溝またはくぼみ内に延びている、
整流接合とを有することを特徴とする太陽電池。 - 【請求項１４】 孔が前記基板を貫通して設けられ、前
記整流接合の上部層が前記貫通孔内に延び、かつ金属化
コンタクトが、前記基板の裏部の各前記孔に設けられ
て、前記接合の上部層と電気的に連絡されることを特徴
とする特許請求の範囲第１０項から第１３項のいずれか
１項に記載の太陽電池。 - 【請求項１５】 前記上部層の低面積抵抗率の領域が孔
内及び前記電池の裏表面の一部に沿って延び、前記低面
積抵抗率の領域への金属化コンタクトが前記基板の裏表
面に設けて、前記接合の上部層と低抗抗電気接触をもた
らすようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第１４
項記載の太陽電池。
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