JPS60121779A - 太陽電池およびその製造方法 - Google Patents
太陽電池およびその製造方法Info
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- JPS60121779A JPS60121779A JP59221126A JP22112684A JPS60121779A JP S60121779 A JPS60121779 A JP S60121779A JP 59221126 A JP59221126 A JP 59221126A JP 22112684 A JP22112684 A JP 22112684A JP S60121779 A JPS60121779 A JP S60121779A
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は優れた効率を有する太陽電池およびその製造方
法に関する。
法に関する。
従来技術
太陽電池のエネルギー変換効率を向上させるためには、
開路電圧を上昇させることが必要である。
開路電圧を上昇させることが必要である。
太陽電池をその表面に沿って再結合した場合、特に電池
に対する金属接点を再結合した場合、既存の技術では開
路電圧の上昇には限度がある。接点再結合を減少さける
一手段はＭｉｓ （金属薄型絶縁体半導体）または類似
の接点を採用りることであり、他の手段は接触面積を最
小限に抑えることである。これらの手段は補助的に使用
することもできる。
に対する金属接点を再結合した場合、既存の技術では開
路電圧の上昇には限度がある。接点再結合を減少さける
一手段はＭｉｓ （金属薄型絶縁体半導体）または類似
の接点を採用りることであり、他の手段は接触面積を最
小限に抑えることである。これらの手段は補助的に使用
することもできる。
高電圧のシリコン太陽電池を製造゛する場合、電池全体
にわたる再結合を最小限に抑えることにより、電池の暗
飽和電流密度の低下を図らなりればならない。再結合速
度が電池性能を左右しないように、基板の性質を特定し
得ることが明らかになったのは過去数年のことである。
にわたる再結合を最小限に抑えることにより、電池の暗
飽和電流密度の低下を図らなりればならない。再結合速
度が電池性能を左右しないように、基板の性質を特定し
得ることが明らかになったのは過去数年のことである。
しかし、未解決なのは、開路電圧決定機構としての薄型
エミッター界磁領域および背面界磁領域ならびに電池表
面における再結合の問題である。
エミッター界磁領域および背面界磁領域ならびに電池表
面における再結合の問題である。
発明が解決しようとする問題点
本発明の目的は、接触面積の削減により表面再結合を減
少させた不動態化エミッター太陽電池（ＰＥＳＣ）を提
供することにある。
少させた不動態化エミッター太陽電池（ＰＥＳＣ）を提
供することにある。
本発明の他の目的は、電池の頂面および／または背面の
接触面積を効果的に削減することを可能ならしめ、しか
も接点の諸性質を言うことなく、殊に外部接点を結合す
るための適正面積を保持し、かつ制電流用の断面接触面
積を広域に維持ｕしめるような太陽電池の製造方法を提
供することにある。
接触面積を効果的に削減することを可能ならしめ、しか
も接点の諸性質を言うことなく、殊に外部接点を結合す
るための適正面積を保持し、かつ制電流用の断面接触面
積を広域に維持ｕしめるような太陽電池の製造方法を提
供することにある。
本発明によれば、頂部金属接触層と底部金属接触層を有
する半導体本体から成り、前記本体は導電率の異なる２
つの領域を有し、前記両領域の間には接合部が形成され
、前記両領域の下部領域はいずれか一方の導電率ドパン
ト（ｄｏｐａｎｔ ）を含み、かつ前記底部金属接触層
に接触し、上部領域は前記下部領域のドパントに対向す
る他方の導電率ドバントを含み、前記上部領域は絶縁薄
層を介在して前記頂部金属接触層から分離され、ただし
前記絶縁薄層中に存在する正孔が占める部位の介在は除
外し、前記正孔は、その正孔部位内で前記半導体本体の
前記上部領域に直接接触する金属の初期蒸着により前記
頂部金属接触層の側方範囲を形成し、その後に前記頂部
金属接触層は、前記正孔部位内においてのみ付着する金
属の蒸着により前記正孔間に積重するのに十分な厚みに
堆積され、その結果、前記頂部金属接触層は、その接触
層と前記半導体本体の直接接触の制限面積に比べ、電池
頂面に広域の金属接触断面積を付与する太陽電池が提供
される。
する半導体本体から成り、前記本体は導電率の異なる２
つの領域を有し、前記両領域の間には接合部が形成され
、前記両領域の下部領域はいずれか一方の導電率ドパン
ト（ｄｏｐａｎｔ ）を含み、かつ前記底部金属接触層
に接触し、上部領域は前記下部領域のドパントに対向す
る他方の導電率ドバントを含み、前記上部領域は絶縁薄
層を介在して前記頂部金属接触層から分離され、ただし
前記絶縁薄層中に存在する正孔が占める部位の介在は除
外し、前記正孔は、その正孔部位内で前記半導体本体の
前記上部領域に直接接触する金属の初期蒸着により前記
頂部金属接触層の側方範囲を形成し、その後に前記頂部
金属接触層は、前記正孔部位内においてのみ付着する金
属の蒸着により前記正孔間に積重するのに十分な厚みに
堆積され、その結果、前記頂部金属接触層は、その接触
層と前記半導体本体の直接接触の制限面積に比べ、電池
頂面に広域の金属接触断面積を付与する太陽電池が提供
される。
さらに本発明によれば、頂部金属接触層と電池の接触を
最小限にするために、前記頂部金属接触層の実面積を最
大限にし、つまり前記頂部接点の電池に接触する実面積
が最小になり、かつ頂部金属接触層の全面積からはっき
りと識別できるようにした太陽電池の製造方法が提供さ
れる。
最小限にするために、前記頂部金属接触層の実面積を最
大限にし、つまり前記頂部接点の電池に接触する実面積
が最小になり、かつ頂部金属接触層の全面積からはっき
りと識別できるようにした太陽電池の製造方法が提供さ
れる。
問題点を解決するだめの手段
本発明の基づく太陽電池の形体として、半導体の下部領
域をＰ形不純物でドーピングし、上部領域をＮ形不純物
でドーピングしたものが挙げられる。あるいはドーピン
グを逆にした形体つまり下部領域をＮ形不純物で、上部
領域をＰ形不純物でそれぞれドーピングしたものであっ
てもよい。
域をＰ形不純物でドーピングし、上部領域をＮ形不純物
でドーピングしたものが挙げられる。あるいはドーピン
グを逆にした形体つまり下部領域をＮ形不純物で、上部
領域をＰ形不純物でそれぞれドーピングしたものであっ
てもよい。
金属接触層を構成する金属の適例はＡＱ 、ｌｅ、Ｃａ
、Ｃｕ、Ｈｆ、Ｉｎ、１ｖｌｏ、Ｍｎ１Ｎｉ 。
、Ｃｕ、Ｈｆ、Ｉｎ、１ｖｌｏ、Ｍｎ１Ｎｉ 。
ｐＨ，Ｐｄ、Ｓｃ、Ｓｎ、Ｔｉ、ＹおよびＺｒから成る
群から選ばれた１種またはそれ以上の金属である。
群から選ばれた１種またはそれ以上の金属である。
本発明の太陽電池に関する後記実施例中には、導電率の
異なった領域およびその接点の双方を半導体の同一側部
に配置した型のものが例示されている。
異なった領域およびその接点の双方を半導体の同一側部
に配置した型のものが例示されている。
本発明は、両接点を後面に形成した電池を含め、あらゆ
る形状の電池に適用可能である。また本発明は、絶縁層
の介在下で後面接点を半導体本体から分離させ、かつ後
面接点を接触正孔またはスロットで形成することにより
、後面接点におりる接触面積を削減させることにもでき
る。
る形状の電池に適用可能である。また本発明は、絶縁層
の介在下で後面接点を半導体本体から分離させ、かつ後
面接点を接触正孔またはスロットで形成することにより
、後面接点におりる接触面積を削減させることにもでき
る。
本発明によれば、頂部金属接点と電池の接触を最小にす
ることにより、その金属接点の実面積を最大限に拡張し
得る。これらの最小値と最大値の顕著な差異は単純にし
て実用的な一連の操作を介して達成できる。電池の頂部
接点は次の機能つまり（１）電池と接触りること、（２
）電池に外部接続を結合ηるための面積を規定すること
、（３）電池と結合面積の接触点から低抵抗路を形成す
るといった機能を果さねばならないが、本発明は当該要
件を個別に最適化できる。
ることにより、その金属接点の実面積を最大限に拡張し
得る。これらの最小値と最大値の顕著な差異は単純にし
て実用的な一連の操作を介して達成できる。電池の頂部
接点は次の機能つまり（１）電池と接触りること、（２
）電池に外部接続を結合ηるための面積を規定すること
、（３）電池と結合面積の接触点から低抵抗路を形成す
るといった機能を果さねばならないが、本発明は当該要
件を個別に最適化できる。
Ｐ−Ｎ形のＭＩＳ太陽電池Ｍｉ造体において、電池の頂
面を不動態化づることにＪ：す、電圧出力および電流出
力の観点から電池の性能を最大限に向上させることが理
想的である。頂部の接触面積を最小にした場合、頂面の
不動態化に及ぼす頂部との接触の影響を極小化すること
ができる。
面を不動態化づることにＪ：す、電圧出力および電流出
力の観点から電池の性能を最大限に向上させることが理
想的である。頂部の接触面積を最小にした場合、頂面の
不動態化に及ぼす頂部との接触の影響を極小化すること
ができる。
本発明の製造方法によれば、電流用の電線配置に比較的
広域の断面を呈し、同時に界面接触を介して直接的に、
またはキャリＶ−を酸化物干渉薄層に通過させることに
より間接的にシリコン基質ウェーハとの狭域接触面積を
有するような頂部金属接点を備えた太陽電池が提供され
る。
広域の断面を呈し、同時に界面接触を介して直接的に、
またはキャリＶ−を酸化物干渉薄層に通過させることに
より間接的にシリコン基質ウェーハとの狭域接触面積を
有するような頂部金属接点を備えた太陽電池が提供され
る。
実施例
以下、本発明を添付図面に基づいて詳しく説明する。
第１図から第３図に例示したように、各電池構造体はあ
る１つのドバント形（３）の層を有する別のドパン］〜
形（１）のシリコン１１４と、Ｓ！０２絶縁薄層（４）
と、底部つまり後部金属接点（２）と、頂部金属格子接
点（５）と、反射防止被膜（６）とで構成されている。
る１つのドバント形（３）の層を有する別のドパン］〜
形（１）のシリコン１１４と、Ｓ！０２絶縁薄層（４）
と、底部つまり後部金属接点（２）と、頂部金属格子接
点（５）と、反射防止被膜（６）とで構成されている。
ＰＥ５Ｃ電池の狭域金属接触領域（７）が第３図に示さ
れている。Ｎｉｌ内の矢印は表面再結合の相対速度を示
づものである。
れている。Ｎｉｌ内の矢印は表面再結合の相対速度を示
づものである。
エミッター領域を極力薄層に形成すれば、その領域内で
の再結合を低値に減少させることができる。次いで、第
１図に矢印で示す電池の頂面に沿った再結合により、電
池の開路電圧が決定される。
の再結合を低値に減少させることができる。次いで、第
１図に矢印で示す電池の頂面に沿った再結合により、電
池の開路電圧が決定される。
例えば反射防止被膜（６）の蒸着前に頂部に沿って熱的
酸化物薄層（４）を生長さぜるなどの適切な不動態化を
経れば、頂面の非金属領域の再結合速度を低減させても
よい。しかし、この形の不動態化は、エミッターに金属
接点が形成されているような領域内の再結合を低減する
ものではない。
酸化物薄層（４）を生長さぜるなどの適切な不動態化を
経れば、頂面の非金属領域の再結合速度を低減させても
よい。しかし、この形の不動態化は、エミッターに金属
接点が形成されているような領域内の再結合を低減する
ものではない。
第１図に矢印で示し゛〔あるごとく、これらの金属接触
領域は高再結合領域として残存している。上）本の他領
域内にｊ３ける再結合が極小化されるにつれて、頂面（
５）Ｆの再結合が電池の開路電圧に制約を加えることに
なる。
領域は高再結合領域として残存している。上）本の他領
域内にｊ３ける再結合が極小化されるにつれて、頂面（
５）Ｆの再結合が電池の開路電圧に制約を加えることに
なる。
本発明は、接触再結合速度を抑制し制御することが可能
な種々の製造方法を提供する。これらの方法から′ｌ＃
造ｌｌｌ０Ｆ、な電池は約７０Ｏｎ＋Ｖまたはそれ以上
の開路電圧を有する。
な種々の製造方法を提供する。これらの方法から′ｌ＃
造ｌｌｌ０Ｆ、な電池は約７０Ｏｎ＋Ｖまたはそれ以上
の開路電圧を有する。
接触再結合を抑制り−る一方法として、第２図のＭＩＮ
Ｐ構造体を使用する方法が挙げられる。この方法は本発
明者らによって開発されたものである（米国特許明ｍ書
第４，４０４，４２２号参照）。当該方法によれば、第
１図の不動態酸化物薄層（４）は本質的に頂部接点（５
）の下位に連続して延びているので（第２図）、電流を
ｍ子機械的に酸化物層（４）から伝達する間に、接触再
結合速度が大幅に低減される。また金属接点（５）をシ
リコン（３）から分離している酸化物層（４）の厚みは
通常は約２０から３０オングストロームであって、電子
の適正通過速度を確保する。
Ｐ構造体を使用する方法が挙げられる。この方法は本発
明者らによって開発されたものである（米国特許明ｍ書
第４，４０４，４２２号参照）。当該方法によれば、第
１図の不動態酸化物薄層（４）は本質的に頂部接点（５
）の下位に連続して延びているので（第２図）、電流を
ｍ子機械的に酸化物層（４）から伝達する間に、接触再
結合速度が大幅に低減される。また金属接点（５）をシ
リコン（３）から分離している酸化物層（４）の厚みは
通常は約２０から３０オングストロームであって、電子
の適正通過速度を確保する。
上記方法に基き、本発明者は６９４ｍ Ｖ （八ＭＯ９
２５℃）ものシリコン電池開路電圧を達成した。一方、
ソーラー・エナジー・リザーチ・インスチチュート（Ｓ
ｏｌａｒ Ｅ ｎｅｒｇｙ Ｒｅｓａｒｃｈ １口５
ｔｉｔｕｔｅ （Ｓ Ｅ ＲＩ ）により標準地電流試
験条件（試験の概要は１９７７年６月発行の１−テレス
トリアル・）Ａトボルタイック・メジャーメンＩ・・プ
ロシジュアズＪ （Ｔ ｅｒｒｅｓｔｒｉａｌ ｌ）
ｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｐ
ｒｏｃｅｄｕｒｅｓ ＞ 、レポートＥＲＤＡ／ＮＡＳ
Ａ／１０２２／７７／１６に記載〕の下で測定された電
池のエネルギー転換効率は１８．７％であった。
２５℃）ものシリコン電池開路電圧を達成した。一方、
ソーラー・エナジー・リザーチ・インスチチュート（Ｓ
ｏｌａｒ Ｅ ｎｅｒｇｙ Ｒｅｓａｒｃｈ １口５
ｔｉｔｕｔｅ （Ｓ Ｅ ＲＩ ）により標準地電流試
験条件（試験の概要は１９７７年６月発行の１−テレス
トリアル・）Ａトボルタイック・メジャーメンＩ・・プ
ロシジュアズＪ （Ｔ ｅｒｒｅｓｔｒｉａｌ ｌ）
ｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｐ
ｒｏｃｅｄｕｒｅｓ ＞ 、レポートＥＲＤＡ／ＮＡＳ
Ａ／１０２２／７７／１６に記載〕の下で測定された電
池のエネルギー転換効率は１８．７％であった。
頂面接点の影響を軽減する別の方法は、第３図に示した
ように、その接触面積を減少させる方法である。この種
の手段は、電池の製造を後記のごとくに行なえば、ＭＩ
ＮＰ電池に匹敵したエミッター不動態化を達成する。上
記手段により得た電池は、ＭＩＮＰ電池と識別するため
に、本明ｍ１１゜では不動態化エミッター電池（＋）
Ｅ Ｓ Ｃ”）と呼称される。同一効率の水準下でＭＩ
ＮＰ電池に比較した場合、ｌ） Ｅ Ｓ Ｅ電池は少な
い工程により製造可能であることが判明した。
ように、その接触面積を減少させる方法である。この種
の手段は、電池の製造を後記のごとくに行なえば、ＭＩ
ＮＰ電池に匹敵したエミッター不動態化を達成する。上
記手段により得た電池は、ＭＩＮＰ電池と識別するため
に、本明ｍ１１゜では不動態化エミッター電池（＋）
Ｅ Ｓ Ｃ”）と呼称される。同一効率の水準下でＭＩ
ＮＰ電池に比較した場合、ｌ） Ｅ Ｓ Ｅ電池は少な
い工程により製造可能であることが判明した。
１） Ｅ Ｓ ＩＥ電池においては、頂部金属化層の有
効接触面積は極めて低値に保持される。第３図から明ら
かなように、不動態酸化物を使用づ°ることにより、頂
部金属化層の主要本体をシリコン基材から単離さけるこ
とが可能であり、その結果、ＭＩＮＰ電池と同程度のエ
ミッター不動態化が得られる。ところがＰＥ５Ｃ電池は
、電気接触領域ｄ３よび頂部金属層パターンを形成づる
のに自己調比作用順序を採用′Ｃきるという利点を有１
゛る。
効接触面積は極めて低値に保持される。第３図から明ら
かなように、不動態酸化物を使用づ°ることにより、頂
部金属化層の主要本体をシリコン基材から単離さけるこ
とが可能であり、その結果、ＭＩＮＰ電池と同程度のエ
ミッター不動態化が得られる。ところがＰＥ５Ｃ電池は
、電気接触領域ｄ３よび頂部金属層パターンを形成づる
のに自己調比作用順序を採用′Ｃきるという利点を有１
゛る。
０．１Ωｃｍの基材を用いて製造した各Ｐ 、Ｅ Ｓ
Ｃ電池に関し、プリールイス・リリ゛−チ・レンター（
ＮＡＳＡ−Ｌｅｗｉｓ Ｒｅ５ｅａｒｃｈ Ｑｅｎｔｅ
ｒ）により測定された開路電圧は６８７ｍ Ｖ （ＡＭ
ｏ。
Ｃ電池に関し、プリールイス・リリ゛−チ・レンター（
ＮＡＳＡ−Ｌｅｗｉｓ Ｒｅ５ｅａｒｃｈ Ｑｅｎｔｅ
ｒ）により測定された開路電圧は６８７ｍ Ｖ （ＡＭ
ｏ。
２５℃）であった。一方、０．２Ωｃｍ基材を用い゛（
製造しｔ、：、 ｐ ［Ｅ Ｓ Ｃ電池に関し、５ＥＲ
Ｉにより標準地電流試験条件（ＡＭ ！ ５．１００＋
１ Ｖ／ＣＩ２゜２８℃）の下で測定されたエネルギー
転換効率は１９．１％であった。
製造しｔ、：、 ｐ ［Ｅ Ｓ Ｃ電池に関し、５ＥＲ
Ｉにより標準地電流試験条件（ＡＭ ！ ５．１００＋
１ Ｖ／ＣＩ２゜２８℃）の下で測定されたエネルギー
転換効率は１９．１％であった。
ＭＩＮＰおよびＰＥ５Ｃの両方法とも類似の電圧と効率
を呈し得るものとして示したが、後記の製造操作の単純
な点でＰＥ５Ｃが好ましい。
を呈し得るものとして示したが、後記の製造操作の単純
な点でＰＥ５Ｃが好ましい。
本発明に基いて製造された太陽電池の断面図と頂面図を
第４図および第５図に概略的に示した。
第４図および第５図に概略的に示した。
この太陽電池はある１つのドパシト形（８）を有するシ
リコン基材と、そのシリコン基材に設けた別のドパシト
形（１０）の層と、絶縁薄層または反射防止被膜（１１
）と、後部接点（９）と、矢印（１３）の方向に拡張し
た電気鍍金金属接点（１２）（例えばＱｕ 、Ａｃｔ等
）から成る。頂部接点（１２）と電池の接触は狭域接触
領域（１４）を経て行われるが、接触領域（１４）は細
線またはスロット（１６）あるいは電池上面の金属接点
（１２）の内部と絶縁層または反射防止液Ｉｌ＊（Ｉｆ
）を挿通したシリコン基材を接触させている複数個の離
隔した正孔または縦穴（１５）であってもよい。蒸着さ
れた金属接点を反射防止被膜またはその他の絶縁層の上
面で側りに（旬月〈１３）の位置）拡張さけ、隣接する
鍍金面を相互に結合することにより、電池頂面上に金属
接点（１２）の広域断面を有利に形成できるような場合
、金属接点（１２）は既知の鍍金技法で」１＃積される
。金属接点をはんだイ１け、浸漬ける等の他の技法にＪ
、り堆積しても同様の効果が達成される。
リコン基材と、そのシリコン基材に設けた別のドパシト
形（１０）の層と、絶縁薄層または反射防止被膜（１１
）と、後部接点（９）と、矢印（１３）の方向に拡張し
た電気鍍金金属接点（１２）（例えばＱｕ 、Ａｃｔ等
）から成る。頂部接点（１２）と電池の接触は狭域接触
領域（１４）を経て行われるが、接触領域（１４）は細
線またはスロット（１６）あるいは電池上面の金属接点
（１２）の内部と絶縁層または反射防止液Ｉｌ＊（Ｉｆ
）を挿通したシリコン基材を接触させている複数個の離
隔した正孔または縦穴（１５）であってもよい。蒸着さ
れた金属接点を反射防止被膜またはその他の絶縁層の上
面で側りに（旬月〈１３）の位置）拡張さけ、隣接する
鍍金面を相互に結合することにより、電池頂面上に金属
接点（１２）の広域断面を有利に形成できるような場合
、金属接点（１２）は既知の鍍金技法で」１＃積される
。金属接点をはんだイ１け、浸漬ける等の他の技法にＪ
、り堆積しても同様の効果が達成される。
第４図Ｊ３よび第５図にお１ノる符号ａ、ｂ、ｈは寸法
を表わす。
を表わす。
次に本発明の製造操作順序につい’ＣＦＪ１１１１］−
Ｊる。
Ｊる。
本発明の製造方法の第一実施例において、例えば拡散、
移植または」”ピタキシー生長によりＰ−Ｎ接合部を適
１，７Ｊなシリコンウェハー基材上に形成し、次いでこ
の段階または以降の段階で後部接点を形成し、さらに絶
縁層を電池上面に蒸着または生長させる（厚み約１００
オンゲストロムの５ｉＯｚ層または厚み約８００オンゲ
ストロムの反射防止被膜）。引き続いて、感光層を電池
頂面に蒸着し、適切であれば遮蔽し、露光させる。感光
層の作用は、絶縁体からシリコン基材を腐食するのに必
要な領域を形成するためである。換言すれば、金属接点
のための狭域接触領域を形成するためである。
移植または」”ピタキシー生長によりＰ−Ｎ接合部を適
１，７Ｊなシリコンウェハー基材上に形成し、次いでこ
の段階または以降の段階で後部接点を形成し、さらに絶
縁層を電池上面に蒸着または生長させる（厚み約１００
オンゲストロムの５ｉＯｚ層または厚み約８００オンゲ
ストロムの反射防止被膜）。引き続いて、感光層を電池
頂面に蒸着し、適切であれば遮蔽し、露光させる。感光
層の作用は、絶縁体からシリコン基材を腐食するのに必
要な領域を形成するためである。換言すれば、金属接点
のための狭域接触領域を形成するためである。
所要の接触金属（例えばＴｉ ／Ｐｄ 、 Ｔｉ ／Ｎ
ｉ 、 Ｔｉ ／Ｐｄ ／Ａ！Ｊ 、 Ｔ−ｉ ／Ｐｄ
／ＣｕまたはＴｉ ／Ｎｉ ／Ｃｕ ）は、前工程の
腐食により形成したスロットまたは正孔間に蒸着され、
次いで絶縁体または感光層に蒸着された過剰金属を取り
除く。
ｉ 、 Ｔｉ ／Ｐｄ ／Ａ！Ｊ 、 Ｔ−ｉ ／Ｐｄ
／ＣｕまたはＴｉ ／Ｎｉ ／Ｃｕ ）は、前工程の
腐食により形成したスロットまたは正孔間に蒸着され、
次いで絶縁体または感光層に蒸着された過剰金属を取り
除く。
最終工程として、標準鍍金技法に基き、追加の金属（例
えばＡｇまたはＣｕ ）を電池上面に蒸着または鍍金に
よりイ」着させる。この最終工程は鍍金金属を側方へ拡
張し、かつ隣接する接点を結合重るのに有利である。こ
こに述べた金属の拡張および接点の結合は従来の電池製
造技術において未解決の問題である。追加の金属をはん
だ付は等の別の技法により堆積することも選択的に可能
である。
えばＡｇまたはＣｕ ）を電池上面に蒸着または鍍金に
よりイ」着させる。この最終工程は鍍金金属を側方へ拡
張し、かつ隣接する接点を結合重るのに有利である。こ
こに述べた金属の拡張および接点の結合は従来の電池製
造技術において未解決の問題である。追加の金属をはん
だ付は等の別の技法により堆積することも選択的に可能
である。
本発明の製造方法の第二実施例において、］〕−Ｎ接合
部を形成し、絶縁材質の層を電池頂面に生長または蒸着
さＵる（例えば厚み約１００ＡングストロムのＳｉＯ２
層または厚み約８００Ａングストロムの反射防止被膜）
。この層内に設けである正孔またはスロットは通常の写
Ｒ−平板法または周知の作用順序により形成される。
部を形成し、絶縁材質の層を電池頂面に生長または蒸着
さＵる（例えば厚み約１００ＡングストロムのＳｉＯ２
層または厚み約８００Ａングストロムの反射防止被膜）
。この層内に設けである正孔またはスロットは通常の写
Ｒ−平板法または周知の作用順序により形成される。
所望の接触金属（例えばＮｉ）は、絶縁層で包囲されな
いシリコン領域（後部接点が別の技法によって配段され
ない場合には電池の後部を含む）に鍍金される。最終的
に追加の金属をはｌυだ付けにより付加する。はんだ付
けに代えて、電気鍍金等の別法を用いることもできる。
いシリコン領域（後部接点が別の技法によって配段され
ない場合には電池の後部を含む）に鍍金される。最終的
に追加の金属をはｌυだ付けにより付加する。はんだ付
けに代えて、電気鍍金等の別法を用いることもできる。
本発明の製造り法の第三の実施例において、Ｐ−Ｎ基材
と頂部金属接点（つまりＭＩＮＰ電池）の間に、頂部金
属接点と基材の間を挿通ずるのに十分な薄さの酸加物層
を残置している電池上に金属接点が形成される。
と頂部金属接点（つまりＭＩＮＰ電池）の間に、頂部金
属接点と基材の間を挿通ずるのに十分な薄さの酸加物層
を残置している電池上に金属接点が形成される。
先ずＰ−Ｎ接合部を形成し、この段階または以降の段階
において後部接触層を形成する。酸化物層（２０オンゲ
ストロム）を電池上面に熱的に生長または蒸着し、さら
に感光層を酸化層の上面に蒸着する。適切な露光により
感光層を所定通りに標識化またはパターン化させる。次
いで別の２つの層を電池構造体の上面に蒸着する。１つ
は反射防止被膜、他の１つは臨時層（例えばマグネシウ
ム金属または適切な有機物質）である。パターン化され
た感光層に重設づる領域を取り除くことにより、上記両
層をパターン化させる。
において後部接触層を形成する。酸化物層（２０オンゲ
ストロム）を電池上面に熱的に生長または蒸着し、さら
に感光層を酸化層の上面に蒸着する。適切な露光により
感光層を所定通りに標識化またはパターン化させる。次
いで別の２つの層を電池構造体の上面に蒸着する。１つ
は反射防止被膜、他の１つは臨時層（例えばマグネシウ
ム金属または適切な有機物質）である。パターン化され
た感光層に重設づる領域を取り除くことにより、上記両
層をパターン化させる。
上述の工程に引き続き、金属薄層（金属の３層）を蒸着
する。必要ならば臨時層を用いて接点の金属化を除去す
る。第三実施例における接点金属化の除去は、マグネシ
ウム金属層を塩酸に露出さＶｌその金属を腐蝕させるこ
とにより行われる。換言すれば、マグネシウム層の上面
に予め蒸着された物質は腐蝕工程時に抜は落ちる。
する。必要ならば臨時層を用いて接点の金属化を除去す
る。第三実施例における接点金属化の除去は、マグネシ
ウム金属層を塩酸に露出さＶｌその金属を腐蝕させるこ
とにより行われる。換言すれば、マグネシウム層の上面
に予め蒸着された物質は腐蝕工程時に抜は落ちる。
次いで電池構造体を第一実施例の場合と同様にして鍍金
またははんだ付けする。
またははんだ付けする。
第三実施例は第一実施例に比べて余分な工程を必要とす
る関係で、工業的観点からすれば第一実施例および第二
実施例が好適である。
る関係で、工業的観点からすれば第一実施例および第二
実施例が好適である。
本発明の製造方法の第四実施例において、Ｐ−Ｎ接合部
を適切なシリコンウェー八基材上に形成し、この段階ま
たは以降の段階で上述のごとくに後部接点を形成する。
を適切なシリコンウェー八基材上に形成し、この段階ま
たは以降の段階で上述のごとくに後部接点を形成する。
次いで酸化物薄層（２０オンゲス１ヘロム）を電池構造
体の上面に蒸着し、酸化物層の上面に反射防止被膜を蒸
着する。第四実施例に用いた反射防止物質は、必要に応
じて適切な腐蝕試薬により腐去される物質である。この
試薬は酸化物薄層を攻撃するものではない。第四実施例
の他の工程は第一実施例に関連して記載したものと同じ
である。
体の上面に蒸着し、酸化物層の上面に反射防止被膜を蒸
着する。第四実施例に用いた反射防止物質は、必要に応
じて適切な腐蝕試薬により腐去される物質である。この
試薬は酸化物薄層を攻撃するものではない。第四実施例
の他の工程は第一実施例に関連して記載したものと同じ
である。
本発明の第一実施例に基づいて製造された４個の高性能
ＰＥ５Ｃ電池に関し、その重要な性能変数を表１に示し
た。
ＰＥ５Ｃ電池に関し、その重要な性能変数を表１に示し
た。
表中の数値は５ＥＲＩにより標準地電流試験条件（ＡＭ
ｌ ５＜１００１Ｗ１０１２．２８℃）の下で測定され
たものである。各電池が主として相違づるのは拡散条件
にＪ３いてである。拡散層シートの抵抗値はＮ＋１１３
８Ｂ電池からＭ１７６電池およびＮｎ１７７ｆｆｉ池に
移るにつれて低下し、Ｎｏ、 １３８Ｂ電池の抵抗値が
目標範囲の上限値に近似するのに対し、Ｎｏ、１７７電
池のそれが下限値に近似している。拡散を除いた他の変
数についＣは、各電池とも増減鎗約１％の類似特性を顕
わした。拡散値の低下に伴って電流密度が上昇し、さら
に充電因子の低下および若干の電圧低下を招くといった
傾向が見られた。電流密度の上昇理由が僅かながら解明
されたのに従い、エミッター側の直列抵抗損失の増大に
よって充電因子の低下が進み、かつ・ 適正以下の表面
ドーピング１１１度に起因する不良の表面不動態化によ
って電圧の低下が進んだ。現在、ＰＥ５Ｃ？ｔｆ池にと
って最適と考えられている表面ドーピング濃度は２から
３ Ｘ ｉ Ｑ” ＯＲ−″である。
ｌ ５＜１００１Ｗ１０１２．２８℃）の下で測定され
たものである。各電池が主として相違づるのは拡散条件
にＪ３いてである。拡散層シートの抵抗値はＮ＋１１３
８Ｂ電池からＭ１７６電池およびＮｎ１７７ｆｆｉ池に
移るにつれて低下し、Ｎｏ、 １３８Ｂ電池の抵抗値が
目標範囲の上限値に近似するのに対し、Ｎｏ、１７７電
池のそれが下限値に近似している。拡散を除いた他の変
数についＣは、各電池とも増減鎗約１％の類似特性を顕
わした。拡散値の低下に伴って電流密度が上昇し、さら
に充電因子の低下および若干の電圧低下を招くといった
傾向が見られた。電流密度の上昇理由が僅かながら解明
されたのに従い、エミッター側の直列抵抗損失の増大に
よって充電因子の低下が進み、かつ・ 適正以下の表面
ドーピング１１１度に起因する不良の表面不動態化によ
って電圧の低下が進んだ。現在、ＰＥ５Ｃ？ｔｆ池にと
って最適と考えられている表面ドーピング濃度は２から
３ Ｘ ｉ Ｑ” ＯＲ−″である。
ＰＥ５Ｃ形の最高効率品として卓越した電池は、０６２
ΩＣｌ１ｌの基材を用いた場合に６５３ｍＶの開路電圧
を呈する電池である。この決定に至ったのは、表面再結
合の影響を極小化した状態のシリコンの性質を試験した
上でのことである。短絡密度３６．０ ｍＡ／−は、シ
リコン電池について、標準試験条件（３６，３ｍＡ／ｃ
ａ２のＮｏ、１３ＢＢｆｆｔ池は別個のものとして報告
されている）の下で、ＳＥＲｉによりこれまでに測定さ
れた最高値に近似した値である。この種の高値は優れた
二重被膜の反射防止材および３．０から３．５％といっ
た低接触シェージング損失に起因するものである。
ΩＣｌ１ｌの基材を用いた場合に６５３ｍＶの開路電圧
を呈する電池である。この決定に至ったのは、表面再結
合の影響を極小化した状態のシリコンの性質を試験した
上でのことである。短絡密度３６．０ ｍＡ／−は、シ
リコン電池について、標準試験条件（３６，３ｍＡ／ｃ
ａ２のＮｏ、１３ＢＢｆｆｔ池は別個のものとして報告
されている）の下で、ＳＥＲｉによりこれまでに測定さ
れた最高値に近似した値である。この種の高値は優れた
二重被膜の反射防止材および３．０から３．５％といっ
た低接触シェージング損失に起因するものである。
また０、８１１の高充電因子値は高開路電圧、電池の理
想因子近単−性（〜１．０５）、良好な縁接合単離と頂
部接点デザインによる低無給電分路および低直列抵抗に
起因する。
想因子近単−性（〜１．０５）、良好な縁接合単離と頂
部接点デザインによる低無給電分路および低直列抵抗に
起因する。
本発明の実施例中に例示した基材はボロンによりドーピ
ングした低抵抗のフロートゾーンシリコンである。０．
２０ＣＩＩシリコンを用いた場合に最高の効率が、また
０、１０ＣＩ１１シリコンを用いた場合に最高の開路電
圧が得られた。
ングした低抵抗のフロートゾーンシリコンである。０．
２０ＣＩＩシリコンを用いた場合に最高の効率が、また
０、１０ＣＩ１１シリコンを用いた場合に最高の開路電
圧が得られた。
上述の各電池構造体を８００から９５０℃の温度範囲で
燐拡散した。８００から８５０℃の温度下、乾燥酸素中
で公称１０ｎｍ厚みの不導体酸化物Ｒ層が生長しＩｃ
Ｏ先に述べた自己調心写真平板法を使用し、５μｍ幅の
接触スＯツ１へおにび同一幅のＴｉ／Ｐｄ薄形接触手を
形成しＩＣ０さらに、接触手のパターンを規定するため
に、酸化物腐蝕に抗して′ａｉＩｋシ１ｃ感光層を使用
した。Ａ（＋を８μｍの厚みで接触手に鍍金した。頂部
接触の全有効範囲は３．０から３．５％であり、有効接
触面積は１％以下であった。次いで電池を公称２ ｘ
２ ａｍの大きさにレージ−切断した。最終的に、Ｚｎ
ＳとＭＧＦ２の反射防止二重被膜を蒸着し、１０ｎｍＳ
ｉｏ２層を考慮に入れて最適化した。
燐拡散した。８００から８５０℃の温度下、乾燥酸素中
で公称１０ｎｍ厚みの不導体酸化物Ｒ層が生長しＩｃ
Ｏ先に述べた自己調心写真平板法を使用し、５μｍ幅の
接触スＯツ１へおにび同一幅のＴｉ／Ｐｄ薄形接触手を
形成しＩＣ０さらに、接触手のパターンを規定するため
に、酸化物腐蝕に抗して′ａｉＩｋシ１ｃ感光層を使用
した。Ａ（＋を８μｍの厚みで接触手に鍍金した。頂部
接触の全有効範囲は３．０から３．５％であり、有効接
触面積は１％以下であった。次いで電池を公称２ ｘ
２ ａｍの大きさにレージ−切断した。最終的に、Ｚｎ
ＳとＭＧＦ２の反射防止二重被膜を蒸着し、１０ｎｍＳ
ｉｏ２層を考慮に入れて最適化した。
本発明の製造方法に基づいて製造された太陽電池は、既
知の製造方法による太１’＆電池に比較し、１ネルギー
転換効率の点で優れている。本発明による電池の全面積
基準の効率値は、従来技術による電池のそれが１７から
１８％であるのに対し、１９．１７％（ＡＭＩ、２８℃
）であった。電池の効率とは、入射太陽光線力または他
の入射光源力に対する電力出力の比率である。
知の製造方法による太１’＆電池に比較し、１ネルギー
転換効率の点で優れている。本発明による電池の全面積
基準の効率値は、従来技術による電池のそれが１７から
１８％であるのに対し、１９．１７％（ＡＭＩ、２８℃
）であった。電池の効率とは、入射太陽光線力または他
の入射光源力に対する電力出力の比率である。
本発明が従来技術を凌駕した点は、２０％効率のシリコ
ン電池を製造すめための要所が開路電圧の上昇にあるこ
とに端を発している。この意味で約６６０１１１Ｖの開
路電圧が最低要件と考えられる。
ン電池を製造すめための要所が開路電圧の上昇にあるこ
とに端を発している。この意味で約６６０１１１Ｖの開
路電圧が最低要件と考えられる。
上記要件の他に、拡散条件、光学結合、頂部接触デザイ
ンおよび縁接合単離を最適化すれば、１９．５から２０
％の効率を有する電池を製造し得ることが期待できる。
ンおよび縁接合単離を最適化すれば、１９．５から２０
％の効率を有する電池を製造し得ることが期待できる。
当該効率値を備えた電池の性能を一段と向上させるには
、小数キ１１すＶ−寿命（現状では２０から２５μｓ）
の増大が必要になる。この寿命を２倍にすると、０．５
％の電池効率の上昇が見込まれる。同寿命が５倍になれ
ば、原理的にはオージェ再結合によって課された小数キ
ャリヤー寿命の極限値近傍に到達する。この極限値は現
状では１ｍｓであろうと評価されている。
、小数キ１１すＶ−寿命（現状では２０から２５μｓ）
の増大が必要になる。この寿命を２倍にすると、０．５
％の電池効率の上昇が見込まれる。同寿命が５倍になれ
ば、原理的にはオージェ再結合によって課された小数キ
ャリヤー寿命の極限値近傍に到達する。この極限値は現
状では１ｍｓであろうと評価されている。
第１図は従来の高効率ＰＮ太陽電池の横断面を概略的に
示す図、 第２図は電池仝而に沿って酸化物不導体化した改良型金
属−絶縁体−ＮＰ接合（ＭＩＮＰ）の電池の横断面を概
略的に示す図、 第３図は本発明に基づいて製造され、接触面積の削減に
より表面再結合を低下させた状態のＰＥ５Ｃの横断面を
概略的に示す図、 第４図は本発明に基づいて製造された不動態化太陽電池
の横断面を概略的に示し、狭域接触面積を例示した図、 第５図は第４図に示した太陽電池の正面図である。 （１，３，８，１０） ニドパント、 （２，９） ：後部金属接触層、（４）：絶縁層、（５
，１２） ：頂部金属接触層、 （６，１１） ：反則防止被膜、 （７，１４） ：狭域金属接触面積、（１５）正孔、（
１６） ：スロツ］〜。
示す図、 第２図は電池仝而に沿って酸化物不導体化した改良型金
属−絶縁体−ＮＰ接合（ＭＩＮＰ）の電池の横断面を概
略的に示す図、 第３図は本発明に基づいて製造され、接触面積の削減に
より表面再結合を低下させた状態のＰＥ５Ｃの横断面を
概略的に示す図、 第４図は本発明に基づいて製造された不動態化太陽電池
の横断面を概略的に示し、狭域接触面積を例示した図、 第５図は第４図に示した太陽電池の正面図である。 （１，３，８，１０） ニドパント、 （２，９） ：後部金属接触層、（４）：絶縁層、（５
，１２） ：頂部金属接触層、 （６，１１） ：反則防止被膜、 （７，１４） ：狭域金属接触面積、（１５）正孔、（
１６） ：スロツ］〜。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 〔１〕頂部金属接触層と底部金属接触層を有する半導体
本体から成り、前記本体は導電率の異なる２つの領域を
有し、前記両領域の間には接合部が形成され、前記両領
域の下部領域はいずれか一方の導電率のドパン１−を含
み、かつ前記底部金属接触層に接触し、上部領域は前記
下部領域のドパントに対向する他方の導電率のドバント
を含み前記上部領域は絶縁薄層を介在して前記頂部金属
接触層から分離され、ただし前記絶縁薄層中に存在する
正孔が占める部位の介在は除外し、前記正孔は、その正
孔部位内で前記半導体本体の前記上部領域に直接接触す
る金属の初期蒸着により前記頂部金属接触層の側方範囲
を形成し、その後に前記頂部金属層は、前記正孔部位内
においてのみ付着する金属の蒸着により前記正孔間に積
重するのに十分な厚みに堆積され、その結果、前記頂部
金属層は、その接触層と前記半導体本体の直接接触の制
限面積に比べ、電池頂面に広域の金属接触断面積を付与
する太陽電池。 〔２〕前記半導−鉢本体の前記下部領域はＰ形不純物で
ドーピングされ、前記上部領域はＮ形不純物でドーピン
グされる特許請求の範囲第１項記載の電池。 〔３〕前記半導体本体の前記下部領域はＰ形不純物でド
ーピングされ、前記上部領域はＮ形不純物でドーピング
される特許請求の範囲第１項記載の電池。 〔４〕前記底部金属接触層の側方範囲は、その接触層を
前記半導体本体の前記下部領域から分離する絶縁薄層中
の正孔により形成される特許請求の範囲第１項から第３
項のいずれか１項記載の電池。 〔５〕前記導電率の異なる両領域および前記頂部金属接
触層は前記半導体本体の同側部に配列されている特許請
求の範囲第１項記載の電池。 〔６〕前記頂底両金属接触層はＡ（＋ 、Ａｆ、Ｃａ、
ＣＵ １Ｈｆ １１ ｎ １ＭＱ 、Ｍ ｎ 、Ｎ ｉ
１Ｐ ｂ、Ｐｄ 、Ｓｃ 、Ｓｎ、、Ｔｉ 、Ｙおよ
びｌｒから成る群から選ばれた少なくとも１種の金属で
構成される特許請求の範囲第１項から第３項のいずれか
１項記載の電池。 〔７〕ある１つの導電率のドパントを含む半導体層上に
、別の導電率のドバントを含む半導体層を形成し、かつ
その両生導体層間に接合部を配置する工程と、前記両生
導体層の一方に底部金属接触層を蒸着する工程と、前記
両生導体層の他方に絶縁薄層を形成する工程と、前記絶
縁薄層の上面に感光層を形成゛りる工程と、前記感光層
を遮蔽し；かつ頂部金属接点と前記他方の半導体層の接
触に必要な面積を規定する工程と、前記遮蔽感光層を露
出し、かつ前記頂部金属接点と前記他方の半導体層の接
触に必要な面積を規定する工程と、前記頂部金属接点と
前記他方の半導体層の接触のために規定された面積から
前記感光層および前記絶縁薄層を撤去する工程と、前記
面積内に頂部金属接触層を蒸着し、かつ前記絶縁薄層お
よび前記感光層のいずれか一方に蒸着された過剰金属を
除去する工程と、前記蒸着残留金属の上面に金属を追加
し、かつ隣接する金属領域を所定位置内で相互に結合す
るのに必要な厚みに蒸着する工程から成る太陽電池の製
造方法。 〔８〕ある１つの１ｍ率のドバントを含む半導電層上に
、別の導電率のドバントを含む半導体層を形成し、かつ
その両層間に接合部を配置する工程と、前記半導体層の
上面に絶縁薄層を形成する工程と、頂部金属接点と前記
半導体層の接触のために規定された面積から前記絶縁ｉ
ｌｌ中に正孔およびスロットのいずれか一方を形成する
工程と、前記面積内に付着する頂部金属接点と後部金属
接点を蒸着する工程と、前記面積内の前記金属上面に金
属を追加し、かつ隣接する金属領域を所定位置内で相互
に結合するのに必要な厚みに蒸着する工程から成る太陽
電池の製造方法。 （９）ある１つの導電率のドパントを含む半導体層上に
、別の導電率のドパントを含む半導体層を形成し、かつ
その両生導体層間に接合部を配置り゛る工程と、前記両
生導体層の一方に底部金属接触層を蒸Ｉｇ−１″る］：
ｆｉ！と、前記両生導体層の他方に絶縁１ｍを形成す
る工程と、前記絶縁薄層の上面に感光層を形成り−る工
程と、電池の所定表面パターンに相応して前記感光層を
遮蔽する工程と、前記遮蔽感光層を露光１゛る工程と、
前記感光層の上面に反射防止材の層を形成する工程と、
前記反射防止層上に適切な被膜を臨時に形成する工程と
、前記パターン感光層を覆う面積から前記臨時被膜およ
び前記反射防止材を撤去する工程と、前記面積内に頂部
金属接触層を蒸着し、かつ前記絶縁薄層を介在して前記
頂部金属接触層を前記他方の半導体層に接触させる工程
と、前記絶縁薄層上に残存する臨時被膜および過剰に蒸
着された金属を除去する工程と、前記蒸着残留金属の上
面に金属を追加し、かつ隣接する金属領域を所定位置内
で相互に結合するのに必要な厚みに蒸着する工程から成
る太陽電池の製造方法。 〔１０〕ある１つの導電率のドパ〕・トを含む半導体層
上に、別の導電率のドバントを含む半導体層を形成し、
かつその両生導体層間に接合部を配置する工程と、前記
両生導体層の一方に底部金属接触層を蒸着づる工程と、
前記両生導体層の他方に絶縁薄層を形成する工程と、前
記絶縁薄層に腐食自在反射防止材の層を形成する工程と
、前記反射防止層を遮蔽し、かつ頂部金属接点と前記他
方の半導体層の接触に必要な面積を規定する工程と、前
記面積から前記反射防止層を腐食により除去し、ただし
前記絶縁薄層は残存させる工程と、前記面積内に頂部金
属接点を蒸着し、次いで前記反射防止層に蒸着された過
剰金属を除去する工程と、前記蒸着残留金属の上面に金
属を追加し、かつ隣接する金属領域を所定位置内で相互
に結合するのに必要な厚みに蒸着する工程から成る太陽
電池の製造方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| AU1952 | 1983-10-20 | ||
| AU195283 | 1983-10-20 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60121779A true JPS60121779A (ja) | 1985-06-29 |
Family
ID=3692452
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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