KR20170003526A - 배면 접촉 태양전지용의 자체 정렬된 접촉부 - Google Patents

배면 접촉 태양전지용의 자체 정렬된 접촉부 Download PDF

Info

Publication number
KR20170003526A
KR20170003526A KR1020167026447A KR20167026447A KR20170003526A KR 20170003526 A KR20170003526 A KR 20170003526A KR 1020167026447 A KR1020167026447 A KR 1020167026447A KR 20167026447 A KR20167026447 A KR 20167026447A KR 20170003526 A KR20170003526 A KR 20170003526A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
solar cell
contact
layer
emitter
self
Prior art date
Application number
KR1020167026447A
Other languages
English (en)
Inventor
아난드 데쉬판데
포완 카퍼
메흐다드 엠. 모슬리하이
비렌드라 브이. 라나
션 엠. 시우터
Original Assignee
솔렉셀, 인크.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 솔렉셀, 인크. filed Critical 솔렉셀, 인크.
Publication of KR20170003526A publication Critical patent/KR20170003526A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0224—Electrodes
    • H01L31/022408—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H01L31/022425—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells
    • H01L31/022441—Electrode arrangements specially adapted for back-contact solar cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0224—Electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/042—PV modules or arrays of single PV cells
    • H01L31/048—Encapsulation of modules
    • H01L31/049—Protective back sheets
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/06—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers
    • H01L31/068—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PN homojunction type, e.g. bulk silicon PN homojunction solar cells or thin film polycrystalline silicon PN homojunction solar cells
    • H01L31/0682—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PN homojunction type, e.g. bulk silicon PN homojunction solar cells or thin film polycrystalline silicon PN homojunction solar cells back-junction, i.e. rearside emitter, solar cells, e.g. interdigitated base-emitter regions back-junction cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H01L31/1804—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof comprising only elements of Group IV of the Periodic Table
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/547—Monocrystalline silicon PV cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

개시된 대상의 일 양태에 따라, 후면접촉 후면접합 태양 전지를 위한 자가 정렬된 접촉부가 제공된다. 태양 전지는 광 수용 전면 및 전면과는 반대쪽에 있고 전기 절연 백플레인에 부착된 후면을 가지는 반도체층을 포함한다. 기부 및 기부에 자가 정렬된 전극 에미터 및 에미터 구역을 가지는 제1 금속층은 반도체층 후면에 배치된다. 전지 상호접속부를 제공하고 비아 플러그에 의해 제1 금속층에 연결된 패턴형성된 제2 금속층은 백플레인에 배치된다.

Description

후면접촉 태양 전지를 위한 자가 정렬된 접촉부{SELF ALIGNED CONTACTS FOR BACK CONTACT SOLAR CELLS}
관련 출원에 대한 상호 참조
본원은 2014년 2월 26일자로 출원된 미국 가출원 제61/954,116호(이의 전문은 본 명세서에 참조문헌으로 포함됨)의 이익을 주장한다.
기술분야
본 개시내용은 일반적으로 광기전력(PV) 태양 전지, 더욱 상세하게는, 태양 전지를 위한 자가 정렬된 접촉부(self aligned contact)의 분야에 관한 것이다.
광기전력 태양 전지 기술이 점점 더 널리 퍼지는 규모에서 에너지 생성 해결책으로 채택되면서, 태양 전지 효율, 금속화, 재료 소모 및 제작과 관련한 제작 및 효율 개선이 필요하다. 제조 비용 및 전환 효율 인자는 태양 전지 흡수장치가 두께가 더욱 더 얇고 면적이 더 크게 되게 하여서, 기계적 취성, 효율을 증가시키고, 이들 얇은 흡수장치 기반 태양 전지의 프로세싱 및 취급을 복잡하게 한다(특히 결정질 실리콘 흡수장치와 관련하여 증가한 취성 효과).
일반적으로, 태양 전지 접촉부 구조는 기부 및 에미터 확산 영역 상의 전도성 금속화(예를 들어, 기부 및 에미터 접촉부 영역에서의 실리콘을, 각각, 비교적 고도의 인 및 붕소 영역을 통해 연결하는 알루미늄 금속화)를 포함한다.
개시된 대상의 특징, 성질 및 이점은, 도면과 함께 취해질 때, 하기 기재된 상세한 설명으로부터 더 명확해질 것이고, 도면에서 동일한 참조 번호는 동일한 특징을 나타내고, 여기서,
도 1a 내지 도 1d는 자가 정렬된 접촉부 구조를 가지는 태양 전지의 횡단면 다이어그램;
도 2A 내지 도 2E는 자가 정렬된 접촉부를 가지는 인접하는 접합부 상호교차(interdigitated) 후면접촉 태양 전지의 제작 동안의 다양한 단계에서의 태양 전지의 횡단면 다이어그램;
도 3A 내지 도 3G는 자가 정렬된 접촉부를 가지는, 비인접하는 접합부 상호교차 후면접촉 태양 전지의 제작 동안의 다양한 단계에서의 태양 전지의 횡단면 다이어그램;
도 4A 내지 도 4E는 자가 정렬된 접촉부를 가지는, 비인접하는 접합부 상호교차 후면접촉 태양 전지의 제작 동안의 다양한 단계에서의 태양 전지의 횡단면 다이어그램;
도 5는, 도 1a와 일치하고 다중 수준 금속화를 가지는, 자가 정렬된 접촉부 구조를 가지는 태양 전지의 횡단면 다이어그램.
따라서, 후면접촉 태양 전지를 위한 제작 방법의 수요가 생긴다. 개시된 대상에 따라, 후면접촉 태양 전지의 제작을 위한 방법이 제공된다. 이러한 혁신은 이전에 개발된 후면접촉 태양 전지 제작 방법과 연관된 단점 및 문제점을 실질적으로 감소시키거나 제거한다.
본 특허는 태양 전지에 관한 것이다. 적어도 부분적으로 공통의 발명자권을 가지고, 본 명세서에 기재된 것 이외의, 태양 전지 구조 및 제작 상세내용을 제공하는, 관련 특허 출원은 미국 특허 출원 제14/179,526호(2014년 2월 2일에 출원), 미국 특허 출원 제14/072,759호(2013년 11월 5일에 출원)(2014년 11월 6일에 미국 공보 제20140326295호로 공개), 미국 특허 제13/869,928호(2013년 4월 24일에 출원)(2013년 9월 5일에 미국 공보 제20130228221호로 공개), 미국 특허 출원 제14/493,341호(2014년 9월 22일에 출원) 및 미국 특허 출원 제14/493,335호(2014년 9월 22일에 출원)(이들 모두 이의 전문은 본 명세서에 참조문헌으로 포함됨)를 포함한다.
개시된 대상의 일 양태에 따라, 후면접촉 후면접합 태양 전지(back contact back junction solar cell)를 위한 자가 정렬된 접촉부가 제공된다. 태양 전지는 광 수용 전면 및 전면과는 반대쪽에 있고 전기 절연 백플레인(backplane)에 부착된 후면을 가지는 반도체층을 포함한다. 기부 및 기부에 자가 정렬된 전극 에미터 및 에미터 구역을 가지는 제1 금속층은 반도체층 후면에 배치된다. 전지 상호접속부를 제공하고 비아 플러그(via plug)에 의해 제1 금속층에 연결된 패턴형성된 제2 금속층은 백플레인에 배치된다.
개시된 대상의 이들 및 다른 이점, 및 추가적인 신규한 특징은 본 명세서에 제공된 설명으로부터 명확할 것이다. 이 요약의 의도는 대상의 포괄적인 설명이 아니고, 오히려 대상의 기능 중 일부의 짧은 개관을 제공하는 것이다. 여기 제공된 다른 시스템, 방법, 특징 및 이점은, 하기 도면 및 상세한 설명의 검토 시, 당해 분야의 당업자에게 명확할 것이다. 이 설명에 포함된 모든 이러한 추가적인 시스템, 방법, 특징 및 이점은 청구항의 범위 내에 있는 것으로 의도된다.
개시된 대상은 후면접촉 후면접합 태양 전지를 위한 자가 정렬된 접촉부를 만드는 구조 및 방법을 제공한다. 구체적으로, 개시된 대상 및 상응하는 도면은 후면접촉 후면접합(예를 들어, 상호교차 후면접촉 IBC) 태양 전지를 위한 자가 정렬된 접촉부를 사용하여 박층 실리콘 태양 전지의 형성을 위한 저손상, 고효율 및 저비용 공정 플로우를 제공한다. 기재된 신규한 자가 정렬된 접촉부 구조는 더 높은 태양 전지 전환 효율을 성취할 수 있다. 추가적으로, 자가 정렬된 접촉부를 가지는 태양 전지 구조의 형성을 위한 최소 또는 감소한 공정 단계를 가지는 태양 전지 제작 방법이 기재되어 있다.
용어 자가 정렬된은 기부 및 에미터 금속 접촉부 아래의 n+ 및 p+ 영역의 고도의 도핑이, 도 1a 내지 도 1d에 도시된 것과 같은, 접촉부 개구와 관련하여 자가 정렬되는 전지 구조를 기술한다. 도 1a는 실리콘 흡수장치 접촉부에 대해 금속 바로 아래에 더 높은 도핑 수준(예를 들어, 1E18㎝-3 초과)을 가지는 도펀트 확산 구역을 가지는 자가 정렬된 접촉부 구조를 가지는 선택적 에미터 태양 전지의 횡단면 다이어그램이다. 자가 정렬된 접촉부 구조는, 개선된 금속/Si 접촉부 저항에 대해 실리콘에서 고도로 도핑된 구역(n형 및 p형) 및 금속/Si 접촉부에서 더 낮은 표면 재조합 속도를 가짐으로써 그리고 태양 전지에서 고도의 도핑 영역(예를 들어, IE18㎝-2 초과의 도핑)을 최소화하여, 전체 포화 전류 밀도를 감소시킴으로써, 더 높은 태양 전지 효율을 제공할 수 있다. 대안적으로, 본 명세서에 개시된 자가 정렬된 접촉부 구조는, 도 1b에 도시된 것과 같이, 금속과 Si 사이에서의 장벽 층을 통한 이종/터널링 접촉부를 사용함으로써 또한 형성될 수 있다. 도 1b는 금속과 Si 사이에서의 장벽 층을 통한 이종/터널링 접촉부를 사용하여 형성된 자가 정렬된 접촉부 구조를 가지는 태양 전지의 횡단면 다이어그램이다.
자가 정렬된 구조의 이점은 고도의 도핑 영역이 이들이 필요한 접촉부 아래에만 제한된다는 것이다. 접촉부 개구가 자가 비정렬된 접촉부 구조를 가지는 고도의 도핑에 정렬될 필요가 있을 때, 고도의 확산은 정렬 관용을 수용하도록 접촉부 개구보다 훨씬 더 넓을 필요가 있다. 자가 비정렬된 접촉부 구조와 비교되면서, 제공된 자가 정렬된 접촉부 구조는 2개의 명확한 이유로 더 높은 효율을 가질 수 있다. 첫째로, 고도의 도핑은 부동태화 하에 사용될 때 해로울 수 있다 - 즉, 고도의 도핑은 불량한 부동태화, 예컨대 금속 하에 사용될 때 더욱 그렇고 몇몇 경우에만 오직 유용하다. 따라서, 자가 정렬된 구조는 고품질 부동태화 하에 고도의 도핑의 영역을 제거한다. 둘째로, 자가 비정렬된 구조의 경우 2개의 개구가 만들어질 필요가 있다: 도핑을 위한 첫번째 것 그리고 접촉부 개구를 위한 둘번째 것. 이들 개구가 실리콘에서 손상을 만들기 쉬운 방법(예를 들어, 몇몇 경우에 레이저 프로세싱)을 이용하여 만들어질 때, 자가 정렬된 구조는 외부 체류 개구를 제거하고, 이 단계로부터 레이저 손상을 최소화하고 몇몇 경우에는 제거한다. 추가로, 효율 이점 이외에, 자가 정렬된 구조는 더 적은 공정 단계를 필요로 하고, 따라서 전지 비용을 줄일 수 있다.
하기 표 1은 도펀트 페이스트 단계를 사용하여, 도 1a에 도시된 것과 같은, 자가 정렬된 접촉부 및 전계 에미터를 가지는, 선택적 에미터 태양 전지의 형성을 위한 프론트엔드(front-end) 공정 플로우를 나타낸다.
Figure pct00001
표 1은 자가 정렬된 접촉부가 고효율 후면접촉 후면접합 태양 전지를 만들기 위해 사용되는 공정 플로우를 나타낸다. 도시된 바대로, 단계 1은 웨이퍼(예를 들어, CZ 웨이퍼)로부터의 손상을 제거하는 톱 손상 제거 단계이지만; 제공된 플로우는 형판에 있으면서 프로세싱되는 에피택셜로 형성된 실리콘 기판에 동등하게 적용 가능하고, 이 경우에 단계 1 톱 손상 제거는 본 명세서에 자세히 기재된 바와 같은 다공성 실리콘 및 에피택셜 실리콘 증착 단계에 의해 대체된다. 따라서, 에피택셜 실시형태에서, 기재된 프론트엔드 프로세싱은 형판 부착된 에피택셜 기판의 노출된 표면에서 발생하고, 이 후에 에피택셜 기판은 백엔드(back end) 프로세싱에서의 형판으로부터 방출(예를 들어, 기계적 또는 습식 에칭 방출)될 수 있다. 중요하게는, 제공된 예시적인 공정 플로우는 설명 목적을 위해 고효율 후면접촉 후면접합 태양 전지의 제작의 상황에서 기재되어 있고, 당해 분야의 당업자는 개시된 다양한 프로세싱 단계를 전체 공정 플로우 내에 조합하거나 부가하거나 제거하거나 변경하거나 이동시킬 수 있다. 즉, 본 명세서에 제공된 표에 기재된 각각의 공정 플로우의 구성요소는 함께 또는 다른 공지된 태양 전지 제조 방법과 조합될 수 있다. 예를 들어, 표 1을 참조하면, 단계 3에서 도시된 레이저 접촉부 개구는 기부 및 에미터 접촉부만을 위한 자가 정렬된 접촉부를 별도로 형성하기 위해 (예를 들어, 표 2에 도시된 바대로) 2개의 단계에서 분리될 수 있고, 단계 4에 도시된 도펀트 페이스트 인쇄 단계는 (예를 들어, 도 8에 도시된 바대로) 이미 인쇄된 도펀트 페이스트의 상부에서 비도핑된 페이스트의 추가적인 제3 프린트를 가질 수 있다. 추가로, 표 1의 단계 6에 기재되고 어닐링된 도펀트 페이스트를 제거하는, 습식 에칭 단계는 건조 HF 증기 에칭 공정에 의해 대체될 수 있거나, 제거 단계 6은 모든 건식 프론트엔드 공정에 대해 전체로 생략(즉, 제거)될 수 있다. 추가로, 표 1의 단계 6에 기재된 레이저 접촉부 개방 단계는 무레이저 프론트엔드 공정에 대해 에칭 페이스트 증착, 건조 및 세정을 포함하는 에칭 페이스트 공정에 의해 대체될 수 있다.
하기 표 2는, 도펀트 페이스트를 사용하고 별도의 접촉부 개방 단계를 사용하는, 자가 정렬된 접촉부를 가지는 선택적 에미터 태양 전지의 형성을 위한 프론트엔드 공정 플로우를 나타낸다.
Figure pct00002
하기 표 3은, 도펀트 페이스트 및 확산 장벽의 적용에 의한, 자가 정렬된 접촉부를 가지는 선택적 에미터 태양 전지의 형성을 위한 프론트엔드 공정 플로우를 도시한다.
Figure pct00003
대안적으로, APCVD USG 증착으로서 표 3의 단계 5에 도시된 확산 장벽 증착은 또한 비도핑된 페이스트 프린트일 수 있다.
표 2 및 표 3의 공정 플로우 실시형태는 확산 어닐링 동안 도펀트 페이스트로부터의 자동도핑을 감소시키기 위해 사용될 수 있다.
하기 표 4는, 확산 장벽 도펀트 페이스트 프린트를 가지는, 자가 정렬된 접촉부를 가지는, 도 1c에 도시된 것과 같은, 비인접하는 접합부 태양 전지의 형성을 위한 프론트엔드 공정 플로우를 나타낸다. 도 1c는 실리콘 흡수장치 접촉부에 대해 금속 바로 아래에 더 높은 도핑 수준(예를 들어, 1E18㎝-3 초과)을 가지는 도펀트 확산 구역을 가지는 자가 정렬된 접촉부 구조를 가지는 비인접하는 접합부 태양 전지의 횡단면 다이어그램이다.
Figure pct00004
대안적으로, 표 4의 비인접하는 접합부 태양 전지 플로우를 참조하면, 표 4의 단계 2, 단계 3 및 단계 4는 APCVD 붕소 도핑된 산화규소(BSG1) 증착, 이어서 피코초(ps) CO2 레이저의 2개의 단계에 의해 대체될 수 있다 - 도펀트 페이스트 프린트를 가지는 자가 정렬된 접촉부 및 APCVD에 의해 붕소 도핑된 산화규소를 가지는 비인접하는 접합부라 칭해지는 대안적인 실시형태.
하기 표 5는, 도펀트 페이스트를 사용하는, 자가 정렬된 접촉부를 가지는, 비선택적 에미터 태양 전지를 위한 제작 공정 플로우를 나타낸다.
Figure pct00005
대안적으로, 하기 표 6은, 옥시염화인 POCl3(POCl)를 사용하는, 자가 정렬된 접촉부를 가지는, 비선택적 에미터 태양 전지를 위한 제작 공정 플로우를 나타낸다.
Figure pct00006
하기 표 7은, 도펀트 페이스트를 사용하여, 자가 정렬된 부동태화된 기부 접촉부를 가지는, 비선택적 에미터 태양 전지를 위한 제작 공정 플로우를 나타낸다.
Figure pct00007
하기 표 8은, 도 1b에 도시된 것과 같은, 자가 정렬된 기부 터널링/이종 접합부 접촉부를 가지는, 태양 전지를 위한 제작 공정 플로우를 나타낸다.
Figure pct00008
하기 표 9는, 기부 접촉부 아래에 고도의 확산 구역이 없는, 자가 정렬된 접촉부를 가지는, 태양 전지를 위한 제작 공정 플로우를 나타낸다.
Figure pct00009
대안적으로, 본 명세서에 기재된 자가 정렬된 접촉부 구조 및 방법이 적용될 수 있다.
하기 표 10은, 도 1d에 도시된 것과 같은, 전계 기부를 가지는, 자가 정렬된 접촉부를 가지는 태양 전지의 형성을 위한 프론트엔드 공정 플로우를 나타낸다. 도 1d는 실리콘 흡수장치 접촉부에 대해 금속 바로 아래에 더 높은 도핑 수준(예를 들어, 1E18㎝-3 초과)을 가지는 도펀트 확산 구역을 가지는, 전계 기부 및 자가 정렬된 접촉부 구조를 가지는 태양 전지의 횡단면 다이어그램이다. 대안적으로, 예를 들어, 표 10에 기재되고 어닐링된 도펀트 페이스트를 제거하는 HF 증기 단계 6은 습식 에칭 단계에 의해 대체될 수 있다.
Figure pct00010
대안적으로, 하기 표 11은, 도 1d에 도시된 것과 같은, 에칭 페이스트 및 도펀트 페이스트 프린트를 가지는, 전계 기부 및 자가 정렬된 접촉부를 가지는 태양 전지의 형성을 위한 프론트엔드 공정 플로우를 나타낸다.
Figure pct00011
도 2A 내지 도 2E는, 도펀트 페이스트를 가지는, 자가 정렬된 접촉부를 가지는 인접하는 접합부 상호교차 후면접촉 태양 전지의 제작 동안 다양한 단계에서의 태양 전지의 횡단면 다이어그램을 보여주는 공정 플로우 표시이다. 도 2A는 실리콘 기판/웨이퍼에 (예를 들어, APCVD에 의해) 증착된 산화알루미늄(Al2O3) 층을 나타낸다. 산화알루미늄 층은 비도핑된 규산염 유리 층을 또한 가질 수 있다. 다음에, 도 2B에 도시된 바대로, 나노초(ns 또는 ps) 레이저는 기부 및 에미터 접촉부를 개방한다. 이 단계는 또한 습식 에칭을 포함하여 어떤 산화물 잔류물(예를 들어, 알루미늄 실리콘 옥사이드 잔류물)도 제거할 수 있다. 다음에, 도 2C에 도시된 바대로, 도펀트 페이스트는 에미터 및 기부 구역에서 페이스트 프린트되고, 이어서 확산 어닐링되어서 도펀트를 추진/확신시키고 기부 및 에미터 구역을 형성한다. 다음에, 도 2D에 도시된 바대로, 도펀트 페이스트는 (예를 들어, 습식 에칭에 의해) 스트리핑된다. 다음에, 도 2E에 도시된 바대로, 금속은 기부 및 에미터 구역에 인쇄되고 어닐링되어서 최소 단락 위험을 발생시킨다.
도 3A 내지 도 3G는, 도펀트 페이스트를 가지는, 자가 정렬된 접촉부를 가지는, 비인접하는 접합부 상호교차 후면접촉 태양 전지의 제작 동안 다양한 단계에서의 태양 전지의 횡단면 다이어그램을 보여주는 공정 플로우 표시이다. 도 3A는 실리콘 기판/웨이퍼에 (예를 들어, APCVD에 의해) 증착된 산화알루미늄(Al2O3) 층을 나타낸다. 산화알루미늄 층은 비도핑된 규산염 유리 층을 또한 가질 수 있다. 다음에, 도 3B에 도시된 바대로, 나노초(ns) 레이저는 기부 접촉부를 개방한다. 이 단계는 또한 습식 에칭을 포함하여 어떤 산화물 잔류물(예를 들어, 알루미늄 실리콘 옥사이드 잔류물)도 제거할 수 있다. 다음에, 도 3C에 도시된 바대로, 비도핑된 규산염 유리 층은 (예를 들어, APCVD에 의해) 증착된다. 다음에, 도 3D에 도시된 바대로, 피코초(ps) 레이저는 기부 및 에미터 접촉부 개구를 절제시킨다. 다음에, 도 3E에 도시된 바대로, 도펀트 페이스트는 에미터 및 기부 구역에서 페이스트 프린트되고, 이어서 확산 어닐링되어서 도펀트를 추진/확신시키고 기부 및 에미터 구역을 형성한다. 다음에, 도 3F에 도시된 바대로, 도펀트 페이스트는 (예를 들어, 습식 에칭에 의해) 스트리핑된다. 다음에, 도 3G에 도시된 바대로, 금속은 기부 및 에미터 구역에 인쇄되고 어닐링되어서 최소 단락 위험을 발생시킨다.
도 4A 내지 도 4E는, 처음에 비도핑된 페이스트를 사용하여, 도펀트 페이스트를 가지는, 자가 정렬된 접촉부를 가지는, 비인접하는 접합부 상호교차 후면접촉 태양 전지의 제작 동안 다양한 단계에서의 태양 전지의 횡단면 다이어그램을 보여주는 공정 플로우 표시이다. 도 4A는 오직 실리콘 기판/웨이퍼의 원하는 기부 구역에 인쇄된 비도핑된 산화규소(SiO2) 페이스트를 도시한다. 다음에, 도 4B에 도시된 바대로, 도핑된 층(예를 들어, 도핑된 산화알루미늄 층 Al2O3 또는 도핑된 봉규산염 유리 층 BSG1) 및 비도핑된 규산염 유리(USG) 층은 (예를 들어, APCVD에 의해) 증착된다. 비도핑된 규산염 유리 층은, 비도핑된 층과 비교하여, 3배 내지 4배 더 두꺼운 두께를 가질 수 있다. 다음에, 도 4C에 도시된 바대로, 피코초(ps) 레이저는 기부 및 에미터 접촉부 개구를 절제한다. 다음에, 도 4D에 도시된 바대로, 도펀트 페이스트는 에미터 및 기부 구역에서 페이스트 프린트되고, 이어서 확산 어닐링되어서 도펀트를 추진/확신시키고 기부 및 에미터 구역을 형성한다. 다음에, 도펀트 페이스트는 (예를 들어, 습식 에칭에 의해) 스트리핑된다. 다음에, 도 4E에 도시된 바대로, 금속은 기부 및 에미터 구역에 인쇄되고 어닐링되어서 최소 단락 위험을 발생시킨다.
자가 정렬된 후면접촉 후면접합 태양 전지를 제조하는 방법이 CZ 웨이퍼의 일반 상황에서 기재되어 있지만, 이들 방법은 에피택셜로 성장한 후면접촉 후면접합 태양 전지의 상황에서도 동등하게 적용 가능하다. 또한, 상기 방법은 (예를 들어, 대략 100 um 내지 200 um의 범위의 흡수장치 두께를 가지는) 두꺼운 결정질 실리콘, 및 (예를 들어, 대략 5 um 내지 100 um의 범위의 흡수장치 두께를 가지는) 얇은 결정질 실리콘 후면접촉 후면접합 태양 전지 둘 다에 적용 가능하다.
하기 표에 표시된 공정 플로우에 일반적으로 및 특별히 적용 가능하게, 에미터 또는 기부 접촉부는 다양한 전계 유전체 제거 기술을 이용하여, 예컨대 레이저 또는 습식 에칭 또는 에칭 페이스트를 사용하여 순차적으로(어느 한 순서로) 또는 동시에 개방된다. 그리고 후속하여, 개방된 접촉부에서 도펀트 소스를 침착시키고, 고온에서 실리콘으로 도펀트를 추진시키고, 전계 유전체를 에칭제로부터 해롭지 않게 유지시키면서 도펀트 소스를 선택적으로 제거/에칭한다. 이것은 접촉부가 개방된 영역 아래에서만 실리콘으로 추진된 도펀트를 남겨두어서, 자가 정렬된 구조가 남는다.
기재된 제조 방법은 접촉부 아래 도펀트의 소스에 의해 추가로 분류될 수 있다. 이것은 도펀트 페이스트(예를 들어, n형의 경우 인 및 p형의 경우 붕소) 또는 이들에서 도펀트가 혼입된 증착된 필름, 예를 들어 APCVD 증착된 붕소 또는 인 도핑된 SiO2 필름으로부터 생길 수 있다. 마지막으로, 하이브리드 소스, 여기서 N+ 및 p+ 도펀트 소스는 일 유형에 대해 APCVD로부터 생기고, 다른 유형의 도펀트에 대해 도펀트 페이스트로부터 생긴다. 추가의 하위카테고리는 웨이퍼 및 에피택셜 기반 흡수장치 둘 다에 적용 가능한 도펀트 소스, 및 도펀트 소스 카테고리(도펀트 페이스트, APCVC 필름 및 하이브리드 도펀트 소스)를 에칭/제거하는 기술에 의해 정의된다. 예로서, 산화물 기반 도펀트 소스, 예컨대 도핑된 SiO2의 경우, HF에 의한 습식 공정 중 어느 하나가 사용될 수 있거나, HF 기상 에칭을 이용한 건식 공정이 이용될 수 있다. 전계 영역이 또한 SiO2인 경우, 고도로 도핑된 SiOx 필름이 비도핑된 필름보다 훨씬 빠르게 에칭될 수 있으면서 습식 HF 선택도가 얻어진다. 대안적으로, 전계 영역 스택은 (예를 들어, 또한 APCVD를 이용하여 증착된) Al2O3을 함유할 수 있다. 이 필름은, 900℃ 초과와 같은 고온에서 처리되면, HF 용액에 대한 높은 선택도를 가질 수 있다. 대안적으로, HF 증기는 도펀트 소스를 또한 매우 선택적으로 에칭한다.
일반적으로, 접촉부가 동시에 개방되면, 도펀트 소스 둘 다는 스크린 인쇄된 도펀트 페이스트일 수 있다. 접촉부가 순차적으로 개방되면, 접촉부 둘 다에 대한 증착된 필름, 또는 하이브리드 소스를 이용할 수 있다.
표 12는, 분리된 접합부를 생성시키고 도펀트 페이스트(예를 들어, 스크린 인쇄된 도펀트 페이스트)를 사용하여 달성되는, 프론트엔드 자가 정렬된 접촉부 제작 플로우를 나타낸다. 분리된 접합부에서, 에미터 도핑은 기부 접촉부 도핑과 인접하지 않고, 기부의 배경 벌크 도핑에 의해 분리된다. 단계 2는 에미터, 이어서 캡의 증착을 나타낸다. 그리고, 에미터 소스가 APCVD 증착된 붕소 도핑된 Al2O3인 것으로 도시되어 있지만, 이것은 또한 붕소 도핑된 SiO2 층 또는 상이한 수단을 이용하여 증착된 또 다른 도펀트 소스 층일 수 있다. 제1 레이저 절제(단계 3)는, 어닐링 시, 접합부 사이에 분리가 있도록, 에미터와 기부 도핑 사이의 분리를 착수하는 것이다. 플로우는 레이저 ns UV 및 ps UV를 사용하는 것을 제안한다. 피코초 그린 레이저, 펨토초 레이저, 또는 에칭 페이스트 또는 리소그래피 기술은 이 기부 창을 생성하기 위해 또한 사용될 수 있다. 피코초 레이저를 사용하는 경우, 실리콘에서의 레이저 손상을 제거하기 위해 실리콘의 작은 습식 에칭이 뒤따를 수 있다. 표 12의 단계 5는 피코초 그린 레이저 또는 펨토초 레이저를 사용하여 또한 수행될 수 있다. 단계 5는 기부 접촉부에 대한 기부 창 내에 개방된 접촉부, 및 에미터에 개방된 접촉부이다. 접촉부 둘 다는 동일한 단계에서 개방되고, 그러므로 도펀트 소스를 인쇄하는 방법은 이 접촉부의 상부에서의 선택적 프린트, 예컨대 (얇은 도펀트 소스의 필름의 블랭킷 증착과 비교하여) 도펀트 페이스트의 스크린 인쇄이어야 한다. 단계 7에서의 접촉부 둘 다에서의 도펀트를 추진시키는 어닐링에 후속하여, 도펀트 소스는 습식 에칭되거나 HF 증기를 사용하여 선택적으로 에칭된다. 별개의 실시형태에서, 도펀트의 소스가 실리콘 기반 도펀트 소스에서처럼 전도성인 경우, 에칭 단계가 생략될 수 있다(단계 8번).
Figure pct00012
또 다른 실시형태에서, 건조 또는 도펀트 추진 동안 동시확산의 위험이 존재하는 경우, 접촉부가 순차적으로 개방될 수 있다. 이 시니리오에서, 기부 또는 에미터 접촉부 중 어느 하나가 처음에 개방되고, 상응하는 페이스트가 인쇄되고 건조된다. 다음에, 다른 접촉부가 개방되고, 상응하는 페이스트가 인쇄되고 건조된다. 마지막으로, 페이스트 둘 다가 동일한 시간에 추진된다. 이 대안은 건조 및 소성 동안 접촉부에서의 교차 오염을 피할 수 있다.
교차 오염의 문제점이 도펀트 추진 동안 있는 더 극심한 경우에, 접촉부 개방, 도펀트 페이스트 프린트, 건조/소성 및 어닐링에 일 유형의 도펀트에서 수행될 수 있다. 이 순서에 제2 유형의 접촉부에 반복되는 동일한 단계가 후행한다. 이것은 2개의 상이한 어닐링을 생성시키고, 이 경우 열 예산이 최적화되어야 한다.
표 12에서 공정 플로우의 인접하는 접합부 실시형태에서, 단계 3 및 단계 4는 생략될 수 있고, 접촉부는 기부 및 에미터 둘 다에 직접적으로 개방될 수 있다.
마지막으로, 또 다른 변형에서, 전계 영역은 도펀트 소스 에칭제 화학물질에 저항하는 박막에 의해 포획될 수 있다. 도펀트 소스가 SiOx 기반이고, 에칭 화학물질이 HF 기반인 경우, 캡 층은 APCVD 기반 Al2O3(비도핑 또는 도핑) 또는 산화티탄(TiO2) 또는 무정질 실리콘(a-Si)일 수 있다.
표 13은, 도펀트 소스로서 작용하는, APCVD 증착된 필름만을 사용하는, 프론트엔드 분리된 접합부 자가 정렬된 태양 전지 공정 플로우를 나타낸다. 이 플로우는 단계 4까지 표 12와 동일한 단계(모든 변형이 상기 기재됨)를 따른다. 단계 5에서, 오직 유일한 유형의 접촉부가 처음에 개방된다. 이 경우에, 이것은 (n형 후면접촉 전지의 경우) 에미터 접촉부이다. 이것에 에미터 접촉부 도핑(단계 6)에 대한 도펀트 소스인 APCVD BSG 필름이 뒤따른다. 다음에, 기부 접촉부가 개방되고, PSG는 APCVD를 이용하여 증착된다. 변형에서, 에미터 및 기부 접촉부 개방의 순서가 역전될 수 있다. 표 13에 기재된 분리된 접합부 플로우의 인접하는 버전은 인접하는 접합부를 생성하는 단계 3 및 단계 4를 생략/제거한다.
Figure pct00013
하기 표 14는, 하이브리드 접근법을 이용한, 프론트엔드 분리된 접합부 자가 정렬된 공정 플로우를 나타낸다. 이 접근법에서, 도펀트 소스 중 하나는 증착된 APCVD 필름이지만, 다른 유형의 도펀트 소스는 인쇄된 도펀트 페이스트이다.
Figure pct00014
표 14의 플로우는 표 13에서의 처음의 4개의 단계를 (이의 변형과 함께) 공유한다. 표 14의 단계 5에서, 에미터 접촉부가 개방된다. BSG는 단계 6에서 증착되고, 단계 7은 레이저에 의해 기부 접촉부를 개방한다(그렇지만, 플로우는 상이한 파장을 가지는 ps 레이저, 나노초 또는 펨토초 레이저를 사용하는 것이, 이들이 접촉부 개방 요건을 충족시키는 한, 불가능하게 하지 않다는 것을 제시한다는 것에 주목한다). 후속하여, 인 기반 도펀트 페이스트가 인쇄되고, 단계 8에서 건조된다. 단계 9는 BSG 및 인 페이스트로부터 도펀트를 추진시켜 접촉부 아래 도핑된 영역을 생성시키는 어닐링 단계인 반면, 단계 10은 습식 또는 HF 증기 기술에 기반하여 도펀트 소스를 제거한다. 표 14에 기재된 분리된 접합부 플로우의 인접하는 버전은 인접하는 접합부를 생성하는 단계 3 및 단계 4를 생략/제거한다.
표 14의 플로우의 변형에서, BSG2(단계 6) 및 인 도펀트 페이스트(단계 8)의 순서는 역전된다. 기부 접촉부가 처음에 개방되고, 이후 인이 페이스팅된다. 이것은 결국 에미터 접촉부 및 BSG2 증착이 따르고, 남은 플로우는 유사하다.
또 다른 변형에서, 하이브리드 도펀트 소스는 APCVD PSG 및 도펀트 페이스트 붕소에 기반하여서, 기부 접촉부는 APCVD 증착된 도핑된 SiO2 필름에 의해 만들어지는 반면, 에미터 접촉부는 붕소 기반 도펀트 페이스트를 사용하여 만들어진다. 이 변형은 접촉부 개방의 순서 및 이의 수반하는 도펀트 소스가 2개의 가능성을 가지는 추가의 변형을 가진다.
하기 표 15는, 표 14의 하이브리드 접근법의 변형을 나타내는 프론트엔드 공정 플로우이고, 여기서 도펀트 페이스트 및 도핑된 유전 필름 둘 다는 접촉부 도핑 아래의 기부 및 에미터에 대한 도펀트의 소스로서 사용된다.
Figure pct00015
표 14와 비교하여 표 15의 변형에서, 에미터 및 기부 접촉부 둘 다는 APCVD-PSG 및 확산 어닐링에 의해 분리된다. 이것은 확산 어닐링 동안 도펀트 동시확산의 위험을 감소시키도록 수행된다. 동시확산은 도펀트 페이스트(인 또는 붕소)로부터의 기부 또는 에미터 접촉부 확산 영역으로부터의 도펀트 소스(인 또는 붕소)가 기상을 통해 다른 극성(기부 또는 에미터)으로 이동하는 공정이다. 이 공정은 예를 들어 PSG의 상부에 고상 도펀트 소스(APCVD-PSG)를 붓고, 표 15에 기재된 것처럼, 다음의 접촉부 에미터 접촉부 개방 단계 전에 어닐링을 부가함으로써 회피될 수 있다. 몇몇 경우에, 페이스트는 인이고, 기부는 (n형 후면접촉 전지의 경우) 처음에 개방되고, 변형에서 페이스트는 붕소 페이스트이고, 에미터는 처음에 개방된다.
표 15의 변형에서, 공정 플로우는, 하기 표 16에 기재된 바와 같이, 단계 3 및 단계 4를 생략함으로써 인접하는 접합부를 형성한다. 본 개시내용에 걸친 것처럼, 표 15와 관련하여 기재된 변형은 인접하는 접합부 플로우에 동등하게 적용 가능하다.
Figure pct00016
표 15 및 표 16의 변형에서, 동시확산 위험은 APCVD-PSG를 제거하거나 확산 어닐링을 제거함으로써 회피될 수 있다.
지금까지 기재된 변형을 가지는 모든 자가 정렬된 공정 플로우가 에피택셜로 성장한 얇은 필름 태양 전지에 동등하게 유효하다는 것에 주목한다. 표 12에 기재된 접근법(도펀트 페이스트를 가지는 분리된 접합부)에 상응하는 대표적인 공정 플로우는 에피택셜 박막 태양 전지에 대해 표 17에 기재되어 있다. 에피택셜 플로우는 플로우를 대부분 건조하게 유지시키는 HF 증기 접근법을 이용할 수 있는 반면, 에피택셜 흡수장치는 여전히 형판에 있다. 하이브리드 도펀트 소스 또는 모든 APCVD 도펀트 소스(CZ 웨이퍼에 도시됨)를 가지는 인접하는 접합부 및 분리된 접합부를 가지는 모든 다른 실시형태는 표 16에 기반한 변형된 플로우를 가지는 에피택셜 태양 전지에 동등하게 유효하다. 본원은 에피택셜 형성의 다른 양태에 대한 더 자세한 플로우를 제공한다. 제조 방법과 함께 자가 정렬된 속성은 에피택셜 및 CZ 웨이퍼 기반 공정 플로우의 이전에 기재된 변형 중 어느 하나와 조합될 수 있다.
Figure pct00017
태양 전지 후면 기부 및 에미터 구역의 완료 후, 본 명세서에 기재된 태양 전지 구조는, 제1 수준 금속으로부터 전지 상의 기부 및 에미터 금속화 제1 수준 금속(M1) 및 제2 수준 금속(M2) 수집 전력(전압 및 전류)을 포함하고(그러므로, 태양 전지 금속화를 완료), 전지 상호접속부에 전지를 또한 형성할 수 있는, 다층 금속화 구조, 예컨대 2 수준 금속화 구조를 이용할 수 있다. 제2 수준 금속(M2)은 기부 및 에미터 전류 수집 핑거(finger) 및 임의로 태양 전지 기부 및 에미터 버스바(busbar)(예를 들어, 각각 기부 및 에미터 버스바로부터 연장된 M2 기부 및 에미터 핑거)의 상호교차 패턴을 포함할 수 있다. 제1 수준 금속(M1)은 M2의 상호교차 핑거에 직교/직각이거나, 몇몇 경우에 평행하게 배열된 비교적 미세한 피치 상호교차 핑거(제2 수준 금속 피치보다 훨씬 더 미세한 피치)를 가지는 상호교차 후면 접촉부 금속화 구조를 포함한다. M1과 M2 사이에 형성되고 태양 전지에 부착된, 비교적 얇은 전기 절연 백플레인은 태양 전지 구조 지지, M1 전기 절연을 제공하고, 태양 전지 제작(특히, M2 제작 및 태양 전지 전면 프로세싱) 프로세싱 개선을 허용한다. 백플레인 시트는, 남은 태양 전지 제조 공정 단계의 완료 전에, 예를 들어 후면접촉/후면접합 태양 전지에 적층되거나 달리 부착된, 태양 전지 반도체 기판 재료(예를 들어, 실리콘 태양 전지를 위한 결정질 실리콘)와 CTE가 매우 일치하는 연속 가요성 재료일 수 있다.
다중 수준 금속화 설계에서, 예를 들어 제1 수준 전지 상의 금속 M1(예를 들면, 알루미늄 또는 또 다른 적합한 금속을 포함하는 미세 피치의 상호교차 금속화 구조), 및 제2 수준 금속 M2(예를 들면, 알루미늄, 구리 또는 적합한 전도성 금속을 포함하는 거친 피치의 상호교차 금속화 구조)를 포함하는 2 수준 금속 설계에서, M1은 상호교차 기부 및 에미터 라인(예를 들면, 2㎜ 미만 및 몇몇 경우에 1㎜ 미만의 기부-에미터 핑거 피치를 가짐)을 포함할 수 있고, M2(몇몇 경우에 M1 핑거에 실질적으로 직교/직각이고, M1과 비교하여 훨씬 더 거친 기부-에미터 피치를 가지는 상호교차 핑거를 가짐)는 M1 기부 및 에미터 라인 사이에 전기 연결장치로서 작용한다(즉, 무버스바 M1 패턴, 반면 임의의 전지 버스바는 M2 패턴에 위치할 수 있음). 개시된 다중 수준 금속 설계에서의 금속층은 유전체 또는 전기 절연 층, 예컨대 수지/섬유 기반 프리프레그(prepreg) 재료 또는 대안적으로 적합한 플라스틱 또는 중합체 기반 재료에 의해 분리되어, 연속 백플레인에 배치된 태양 전지 어레이에서의 복수의 태양 전지의 각각에 대해 연속 백플레인을 형성한다. 중요하게는, 백플레인은 바람직하게는 열 프로세싱 동안 CTE 불일치 스트레스 또는 굽힘(warpage) 효과를 최소화하기 위해 반도체 흡수장치(예를 들어, 결정질 실리콘)의 CTE에 비교적 근접한 CTE(열 팽창 계수)이어야 하고, 예를 들어 특수 제제화된 아라마이드 섬유 수지 프리프레그 재료는 가요성, 전기 절연, 열 및 화학 안정성, 및 다른 원하는 프로세싱 및 신뢰도 특징, 예컨대 효과적인 무균열 적층을 제공하면서 실리콘과 가깝게 일치하는 CTE를 제공한다. M1/M2 상호접속 구조는 M1과 M2 사이에 배치된, 패턴형성된 M2 층의 형성 후 태양 전지의 후면에 적층 또는 부착된, 절연 층(예를 들어, 절연 유전 층, 예컨대 프리프레그 백플레인)에 걸쳐 전도성 재료 충전된 비아를 포함한다.
구체적으로, 제공된 태양 전지는, 백플레인 적층 전에 바로 태양 전지 후면에 형성된, 비교적 얇은 패턴형성된 금속(예를 들어, 알루미늄 페이스트의 스크린 인쇄 또는 알루미늄 잉크의 잉크젯 인쇄, 또는 대안적으로 알루미늄 타겟으로부터의 플라스마 스퍼터링, 이어서 레이저 절제 또는 습식 에칭 패턴형성에 의해 형성된 얇은 알루미늄)을 사용한 바람직하게는 무버스바(임의의 버스바가 사용될 수 있지만) 제1 수준 접촉부 금속화(M1), 및 백플레인 적층 후에 형성된, (예를 들어, 대략 3 내지 5 마이크론 두께의 Al 또는 대안적으로, 약 1 내지 수 마이크론의 구리(어느 경우에도, 납땜 가능한 코팅, 예컨대 주석에 의해 임의로 캡핑될 수 있음)를 포함하는) 제2 수준 얇은 패턴형성된 금속 M2를 포함하는 2 수준 금속화 계획을 이용할 수 있다. 패턴형성된 M2 층은 고전도도 금속 호일(구리 또는 알루미늄 포함)의 도금 또는 적층 및 패턴형성에 의해 또한 형성될 수 있다. M1 및 M2 층은 백플레인에 의해 분리되고, 전도성 비아 플러그를 통해 지정된 구역에서 상호접속된다(전도성 비아 플러그는 M2 형성 동안 형성될 수 있음). M1은 미세 피치 패턴을 가지고, M2는 바람직하게는 M1에 직교(또는 실질적으로 직각)이고, 거친 피치 패턴을 가진다(그러므로, M1과 비교하여 기부 및 에미터 핑거가 더 적음). 패턴형성된 M2는 전지 수준 전기 금속화를 완료하고, 연속 백플레인에 적층된 복수의 태양 전지를 위한 전지 대 전지 전기 상호접속부를 또한 제공할 수 있다 - 따라서 몇몇 경우에, 별개의 전지를 전지 태빙(tabbing)/버싱(bussing)/납땜 처리해야 하는 필요성을 제거한다. 추가로, M2는 어레이/모듈 전기 상호접속 설계에 원해질 때 어레이/모듈 수준 버싱 또는 상호접속을 형성할 수 있다.
몇몇 경우에, 전압 및 전류 스케일링(예를 들어, 더 높은 전압 및 더 낮은 전류 태양 전지)는 M2 전도도 요건 및 구속을 완화하거나 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 다른 인자를 고려하여, 더 두꺼운 M2 금속화(예를 들어, 약 50 내지 80 마이크론 두께의 전기도금된 구리)와 비교하여 더 얇은 M2 금속(예를 들어, PVD에 의한 약 2 내지 5 마이크론 두께의 증발된 알루미늄 또는 플라스마 스퍼터링 또는 증발에 의해 형성된 약 1 내지 수 마이크론의 구리)을 이용한다. 중요하게는, M1 및 M2 금속화 층의 두께는 M1 층 및 M2 층에서 상호교차 핑거의 수, 치수 및 형성에 기초하여 또한 조정될 수 있다. M1이 M2의 상호교차 핑거와 비교하여 더 미세한 상호교차 핑거로 패턴형성되는 것이 유리할 수 있다. 그러나, 제공된 전지 구조 및 제작 실시형태는 백플레인 및 M2 금속화 층을 이용하는 다양한 이중 수준 금속화 계획에 적용 가능하다.
백플레인 적층 전에, 태양 전지 기부 및 에미터 접촉부 금속화 패턴은 예를 들면 스크린 인쇄된 또는 잉크젯 인쇄된 또는 플라스마 스퍼터링(PVD)된 또는 증발된 알루미늄(또는 알루미늄 실리콘 합금 또는 Al/NiV/Sn 스택) 재료 층의 얇은 층을 사용하여 전지 후면에 직접적으로 형성된다. 이 금속화의 제1 층(본 명세서에서 M1이라 칭함)은 태양 전지 접촉부 금속화 패턴을 한정하고, 예를 들어 미세 피치 상호교차 후면접촉(IBC) 전도체 핑거는 IBC 전지의 기부 및 에미터 구역을 한정한다. M1 층은 태양 전지 전류 및 전압(그러므로, 태양 전지 전력)을 추출하고, M1 후에 형성된 고전도도 태양 전지 금속화(본 명세서에서 M2이라 칭함)의 제2 수준/층으로, 백플레인에서 형성된 전도성 비아 플러그를 통해, 태양 전지 전기 전력을 전달한다. 전도성 비아 플러그는 예를 들어 백플레인 층에서, 비아 홀의 레이저 드릴링 후, 패턴형성된 M2 층의 형성 동안 동시에 형성될 수 있다.
태양 전지(들)의 후면에 부착되고 패턴형성된 M1과 M2 층 사이에 배치된 백플레인 재료는, 과도한 열 유도 스트레스 및 태양 전지 어레이에서 왜곡의 발생을 피하기 위해, 반도체 흡수장치 층의 것과 밀접히 일치하는 충분히 낮은 열 팽창(CTE) 계수를 가지는, 중합체 재료의 얇은(예를 들어, 대략 25 마이크론 내지 1㎜ 및 몇몇 경우에 대략 25 마이크론 내지 250 마이크론) 시트일 수 있다. 더구나, 백플레인 재료는 백엔드 전지 제작 공정에 대한 공정 통합 요건, 특히 전지 전면의 습식 텍스쳐링 동안의 화학 내성 및 전면 부동태화 및 반사방지 코팅(ARC) 층의 PECVD 증착 동안의 열 안정성을 충족시켜야 한다. 더구나, 전기 절연 백플레인 재료는 모듈 수준 적층 공정 및 장기간 신뢰도 요건을 또한 충족시켜야 한다. 다양한 적합한 중합체(예컨대 플라스틱, 불소중합체, 프리프레그 등) 및 적합한 비중합체 재료(예컨대 유리, 세라미 등)가 백플레인 재료로서 사용될 수 있지만, 백플레인 재료 선택은 재료 비용, 공정 통합의 용이성, 신뢰도, 유연성, 질량 밀도 등(이들로 제한되지는 않음)을 포함하는 많은 고려사항에 따라 달라진다.
백플레인 재료에 대한 유리한 재료 선택은 프리프레그 및 더욱 상세하게는 아라마이드 섬유 수지 기반 프리프레그이다. 몇몇 경우에, 부직 아라마이드 섬유가 특히 유리하다. 일반적으로, 프리프레그는 수지에 의해 예비 함침되고, 복합체 부분(프리프레그는 복합체를 습식 레이업(lay-up) 시스템보다 더 빠르게 그리고 더 쉽게 생성하도록 사용될 수 있음)을 생성하도록 준비된 강화 재료이다. 프리프레그는 강화 섬유 또는 직물을, 일치성을 보장하도록 설계된 기기를 사용하여, 특수 제제화된 예비 촉매화된 수지와 배합함으로써 제조될 수 있다. 저렴한 프리프레그 재료는 인쇄 회로 기판에 흔히 사용된다.
백플레인(예를 들어, 프리프레그 시트)은 진공 라미네이터를 사용하여 태양 전지 후면에 부착될 수 있다. 열 및 압력의 조합의 저용 시, 얇은 백플레인(예를 들어, 프리프레그 시트)은 부분적으로 프로세싱된(또는 심지어 완전 프로세싱된) 태양 전지의 후면에 영구적으로 적층되거나 부착된다. 부분적으로 프로세싱된 태양 전지의 경우, 후속하는 적층 후 제작 공정 단계는 (i) 태양 전지의 서니사이드(전면)에서의 텍스쳐링 및 부동태화 공정의 완료, (ii) (태양 전지 백플레인의 부분을 손상시킬 수 있는) 태양 전지의 후면 상의 고전도도 금속화(M2)의 완료를 포함할 수 있다. 에미터 및 기부 극성 둘 다를 포함하는, 고전도도 금속화 M2 층(예를 들어, 알루미늄, 구리 또는 은을 포함)(알루미늄 및/또는 구리는 훨씬 더 낮은 재료 비용 때문에 은과 비교하여 바람직함)은 태양 전지의 후면에 부착된 적층된 백플레인에 형성된다.
(M1 층 상에 또는 층에서 및 층 주위에서) 백플레인의 형성 후, 더 높은 전도도 M2 층은 백플레인에 형성된다. 비아 홀(몇몇 경우에, 태양 전지마다 수백 또는 수천 개의 비아 홀까지)은 (예를 들어, 레이저 드릴링, 에칭 또는 부분 레이저 드릴링과 이어서 에칭의 조합에 의해) 백플레인으로 드릴링되고, 대략 50 내지 500 마이크론의 범위의 직경(특히 약 100 내지 300 마이크론의 범위의 직경)을 가질 수 있다(몇몇 경우에 가늘어짐). 이들 비아 홀은, 이들 비아 홀에 형성된 전도성 플러그를 통해, 패턴형성된 M2 층과 M1 층 사이의 전기 접속에 대해, M1의 미리 특수화된 랜딩(landing) 패드 구역에 랜딩한다. 몇몇 경우에, 비아는 전도성 금속화에 의해 커버되거나 적어도 부분적으로 충전될 수 있고, M2는 별개의 단계에서 증착될 수 있고, 다른 경우에 M2 증착은 동일한 M2 증착 또는 형성 단계에서 비아를 적어도 부분적으로 커버하거나 부분적으로 충전한다. 후속하여 또는 비아 홀 충전 및 전도성 플러그 형성과 연관되어, 패턴형성된 고전도도 금속화 층 M2는 (예를 들어, 플라스마 스퍼터링, 도금, 증발 또는 이들의 조합에 의해 - 예를 들면, 알루미늄, Al/NIV, Al/NiV/Sn, 또는 구리 또는 납땜 코팅된 구리를 포함하는 M2 재료를 사용하여) 형성된다. M1 상의 미세 피치 IBC 핑거(예를 들면, 수백 개의 핑거)를 가지는 상호교차 후면접촉(IBC) 태양 전지의 경우, 패턴형성된 M2 층은 M1에 직교로 설계될 수 있다 - 즉, M1 핑거에 실질적으로 직각인 직사각형 또는 가늘어지는 M2 핑거. 이 직교 변환으로 인해, 패턴형성된 상호교차 M2 층은 (예를 들면, M1 핑거와 관련하여 약 10 내지 50 이하의 M2 핑거의 인자로) M1 층보다 훨씬 더 적고 더 넓은 IBC 핑거를 가질 수 있다. 그러므로, M2 층은 M1 층보다 더 넓은 IBC 핑거를 가지는 훨씬 더 거친 패턴으로 형성될 수 있다. 임의의 태양 전지 버스바는 M1 층(즉 무버스바 M1)에서 아니라 M2 층에 배치될 수 있어서, 전지 상의 버스바와 관련한 전기 쉐도잉(shading) 손실을 제거한다. 기부 및 에미터 상호접속 및 버스바 둘 다가 태양 전지 후면 백플레인 상의 M2 층에 배치될 수 있으므로, 전기 접속은 태양 전지의 후면으로부터 백플레인 상의 태양 전지의 기부 및 에미터 단자 둘 다에 제공된다.
도 5는, 도 1a와 일치하고 다중 수준 금속화를 가지는, 자가 정렬된 접촉부 구조를 가지는 태양 전지의 횡단면 다이어그램이다. 구체적으로, 도 5는 백플레인 비아를 통한 제1 수준 금속 M1에서 제2 수준 금속 M2로의 에미터 접속을 보여주고, 여기서, 제2 수준 금속 M2의 상호교차 핑거는 M1의 상호교차 핑거에 직교로 패턴형성된다.
당해 분야의 당업자가 청구된 대상을 만들거나 사용하는 것이 가능하게 예시적인 실시형태의 하기 설명이 제공된다. 이들 실시형태에 대한 다양한 변형은 당해 분야의 당업자에게 용이하게 명확할 것이고, 본 명세서에 정의된 일반 원칙은 획기적인 능력의 사용 없이 다른 실시형태에 적용될 수 있다. 따라서, 청구된 대상은 본 명세서에 기재된 실시형태에 제한되지 않는 것으로 의도되지만, 본 명세서에 개시된 원칙 및 신규한 특징과 일치하는 가장 넓은 범위에 부합한다.
이 설명 내에 포함된 모든 이러한 추가적인 시스템, 방법, 특징 및 이점이 청구항의 범위 내에 있는 것으로 의도된다.

Claims (1)

  1. 후면접촉 후면접합 박층 태양 전지(back contact back junction thin solar cell)로서,
    부동태화 층을 가지는 광 포획 전면 표면,
    도핑된 기부 구역, 및
    상기 도핑된 기부 구역과는 반대의 극성을 가지는 도핑된 후면 에미터 구역을 포함하는 증착된 반도체층;
    상기 후면 에미터 구역 상의 후면 부동태화 유전체 층 및 패턴형성된 반사 층;
    상기 후면접촉 후면접합 박층 태양 전지의 후면에서 제1 수준 상호교차(interdigitated) 금속화 패턴을 형성하는 금속 상호접속부에 연결된 자가 정렬된 후면 에미터 접촉부 및 후면 기부 접촉부; 및
    상기 후면접촉 후면접합 박층 태양 전지의 후면에 배치된 적어도 하나의 영구적 지지 강화제; 및
    상기 영구적 후면 지지 강화 구조에 의해 제1 층으로부터 분리된 제2 금속층으로서, 국소로 상기 영구적 후면 지지 강화 구조에서 홀의 상호교차 패턴을 통해 상기 제1 수준 금속화 패턴에 접촉하는, 상기 제2 금속층을 포함하는, 후면접촉 후면접합 박층 태양 전지.
KR1020167026447A 2014-02-26 2015-02-26 배면 접촉 태양전지용의 자체 정렬된 접촉부 KR20170003526A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201461945116P 2014-02-26 2014-02-26
US61/945,116 2014-02-26
PCT/US2015/017852 WO2015130989A1 (en) 2014-02-26 2015-02-26 Self aligned contacts for back contact solar cells

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20170003526A true KR20170003526A (ko) 2017-01-09

Family

ID=54009634

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020167026447A KR20170003526A (ko) 2014-02-26 2015-02-26 배면 접촉 태양전지용의 자체 정렬된 접촉부

Country Status (5)

Country Link
EP (1) EP3111482A4 (ko)
JP (1) JP2017508292A (ko)
KR (1) KR20170003526A (ko)
CN (1) CN106256025A (ko)
WO (1) WO2015130989A1 (ko)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6291136B1 (ja) * 2016-10-14 2018-03-14 信越化学工業株式会社 太陽電池の製造方法及び太陽電池の製造システム
CN108831953B (zh) * 2017-05-04 2021-04-27 上海凯世通半导体股份有限公司 太阳能电池的制作方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4927770A (en) * 1988-11-14 1990-05-22 Electric Power Research Inst. Corp. Of District Of Columbia Method of fabricating back surface point contact solar cells
JP2001217443A (ja) * 2000-02-04 2001-08-10 Sony Corp 半導体素子およびその製造方法、太陽電池およびその製造方法ならびに半導体素子を用いた光学素子
JP2004221188A (ja) * 2003-01-10 2004-08-05 Ebara Corp 裏面接合型太陽電池およびその製造方法
US7335555B2 (en) * 2004-02-05 2008-02-26 Advent Solar, Inc. Buried-contact solar cells with self-doping contacts
US9508886B2 (en) * 2007-10-06 2016-11-29 Solexel, Inc. Method for making a crystalline silicon solar cell substrate utilizing flat top laser beam
US20100184250A1 (en) * 2009-01-22 2010-07-22 Julian Blake Self-aligned selective emitter formed by counterdoping
MY166305A (en) * 2009-12-09 2018-06-25 Solexel Inc High-efficiency photovoltaic back-contact solar cell structures and manufacturing methods using thin planar semiconductor absorbers
US8241945B2 (en) * 2010-02-08 2012-08-14 Suniva, Inc. Solar cells and methods of fabrication thereof
US20130213469A1 (en) * 2011-08-05 2013-08-22 Solexel, Inc. High efficiency solar cell structures and manufacturing methods
US8486747B1 (en) * 2012-04-17 2013-07-16 Boris Gilman Backside silicon photovoltaic cell and method of manufacturing thereof

Also Published As

Publication number Publication date
WO2015130989A1 (en) 2015-09-03
CN106256025A (zh) 2016-12-21
EP3111482A4 (en) 2017-10-25
JP2017508292A (ja) 2017-03-23
EP3111482A1 (en) 2017-01-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6328606B2 (ja) 背面接触型太陽光発電モジュールの半導体ウエハのセル及びモジュール処理
US9842949B2 (en) High-efficiency solar photovoltaic cells and modules using thin crystalline semiconductor absorbers
US20170278991A1 (en) Multi-level solar cell metallization
JP6250552B2 (ja) マルチレベルソーラーセルメタライゼーション
US20150171230A1 (en) Fabrication methods for back contact solar cells
US20130213469A1 (en) High efficiency solar cell structures and manufacturing methods
US20140360567A1 (en) Back contact solar cells using aluminum-based alloy metallization
EP2071632B1 (en) Thin-film solar cell and process for its manufacture
US20170236954A1 (en) High efficiency solar cell structures and manufacturing methods
US20140158193A1 (en) Structures and methods of formation of contiguous and non-contiguous base regions for high efficiency back-contact solar cells
EP2462622A1 (en) Methods and apparatus for metallization of solar cells
AU2016200610B2 (en) Structures and methods of formation of contiguous and non-contiguous base regions for high efficiency back-contact solar cells
KR20150119262A (ko) 벌크 웨이퍼를 사용한 모노리식 섬 후측 접촉 후측 접합 태양 전지
US20150155398A1 (en) Photovoltaic monolithic solar module connection and fabrication methods
KR20140146633A (ko) 알루미늄계 합금 금속화를 이용하는 후면 접촉 태양 전지
US8283199B2 (en) Solar cell patterning and metallization
WO2016036892A1 (en) Dual level solar cell metallization having first level metal busbars
CN110073504A (zh) 高光电转换效率的太阳能电池、其制造方法、太阳能电池组件和光伏发电系统
KR20170003526A (ko) 배면 접촉 태양전지용의 자체 정렬된 접촉부
JP2015516145A (ja) 高効率太陽電池構造体及びその製造方法
WO2016033614A1 (en) Laser doping for making back contact back junction solar cells
KR101153591B1 (ko) 결정질 실리콘 태양전지의 구조 및 제조방법
WO2015100392A2 (en) Self aligned contacts for monolithically isled back contact back junction solar cells
KR20160094930A (ko) 모놀리식 태양 전지 어레이 및 제조 방법