(57)【要約】  光起電装置は、光起電接合を形成する半導体材料をドープした部分により設けられた前面と背面とを有する半導体光起電型電池構造を有している。複数の分離した電気接点が、半導体材料の部分の各々の前面に埋め込まれている。電気接点は面上の二次元に分散し、互いに分離し、半導体材料の部分の各々と電気的に接触している。背面の電気接点が、半導体材料の他の各部位の背面に、それと電気的に接触して設けられている。太陽電池装置は、上述の装置と、半導体材料の前面と背面の電気接点と接触する電極を含んでいる。
2009521102.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光起電接合を形成する半導体材料のドープした部分により設けられた前面と背面とを有する半導体光起電型電池構造と、
半導体材料の前記部分の各々の前記前面に埋め込まれた複数の電気接点であって、前記電気接点は、前記面上で二次元に分散し、互いに分離し、半導体材料の前記部分の前記各々と電気的に接触している電気接点と、
半導体材料の各部分の他の背面に設けられ、半導体材料と電気的に接触している背面電気接点、を含むことを特徴とする光起電装置。
【請求項２】
請求項１記載の光起電装置において、前記電気接点は、前記面上の直交した２つの方向に分散していることを特徴とする光起電装置。
【請求項３】
請求項２記載の光起電装置において、前記電気接点は、前記面上の直交した２つの方向に均一に分散していることを特徴とする光起電装置。
【請求項４】
請求項１記載の光起電装置において、前記電気接点は、配列状に配置されていることを特徴とする光起電装置。
【請求項５】
請求項１記載の光起電装置において、前記電気接点は、行と列に配置されていることを特徴とする光起電装置。
【請求項６】
請求項５記載の光起電装置において、隣接した行の隣り合う二つの接点間の位置に、その前後の行の接点を配置することを特徴とする光起電装置。
【請求項７】
請求項１記載の光起電装置において、概ね前記各電気接点は、前記前面に概ね垂直に向き、電気導体に接触するように作用する接触面を有していることを特徴とする光起電装置。
【請求項８】
請求項７記載の光起電装置において、前記接触面は、概ね矩形の形状を有していることを特徴とする光起電装置。
【請求項９】
請求項７記載の光起電装置において、前記接触面は、概ね円形の形状を有していることを特徴とする光起電装置。
【請求項１０】
請求項７記載の光起電装置において、前記接触面は、概ね星型の形状を有していることを特徴とする光起電装置。
【請求項１１】
請求項１記載の光起電装置を含み、さらに、前記電気接点と接触する第一電極を含む太陽電池装置であって、前記第一電極は、電気的に絶縁され光学的に透明な表面を有する膜と、前記膜の前記表面上の接着層と、該接着層に埋め込まれ、前記接着層から突出した導体表面を有する少なくとも一つの電気導体と、前記電気接点によって前記太陽電池から収集した電流を前記電気導体によって集めるように前記電気導体を前記電気接点の少なくともいくつかに結合する合金と、を含むことを特徴とする太陽電池装置。
【請求項１２】
請求項１１記載の太陽電池装置において、前記電気導体は、共通バスに接続されていることを特徴とする太陽電池装置。
【請求項１３】
請求項１１記載の太陽電池装置において、前記電気接点は行と列に配置され、前記電極は、平行に間隔を隔てて配置された複数の電気導体を含み、前記電気導体は各々の行又は列の複数の前記電気接点と接触することを特徴とする太陽電池装置。
【請求項１４】
請求項１３記載の太陽電池装置において、前記電気導体の各々は、共通バスに接続されていることを特徴とする太陽電池装置。
【請求項１５】
請求項１１記載の太陽電池装置は、さらに、前記背面の電気接点と接触する第二電極を含み、前記第二電極は、第二の表面を有し電気的に絶縁された第二の膜と、前記第二の膜の前記第二の表面上の第二接着層と、該第二接着層に埋め込まれ、前記第二接着層から突出した第二導体表面を有する少なくとも一つの第二電気導体と、前記第二電気導体を背面の電気接点に結合し、前記背面の電気接点から前記太陽電池で受け取った電流を、前記第二電気導体によって集めるようになされた第二合金とを含んでいることを特徴とする太陽電池装置。
【請求項１６】
請求項１記載の光起電装置を製造するプロセスであって、
電気接点ペーストの複数の各部分を、半導体光起電型電池構造の前記前面上に二次元に分散するステップと、
電気接点ペーストの前記各部分を前記前面に埋め込み、前記電気接点ペーストの前記各部分が、前記前面に各々分離した電気接点を形成するステップと、
前記背面の電気接点を前記背面に形成するステップと、を含むことを特徴とするプロセス。
【請求項１７】
請求項１６記載のプロセスにおいて、分散するステップが、電気接点ペーストの前記各部分を前記前面に印刷するステップを含むことを特徴とするプロセス。
【請求項１８】
請求項１７記載のプロセスにおいて、印刷するステップが、スクリーン印刷のステップを含むことを特徴とするプロセス。
【請求項１９】
請求項１６記載のプロセスにおいて、分散するステップが、電気接点ペーストの前記各部分を、前記表面上の２つの直交した方向に分散するステップを含むことを特徴とするプロセス。
【請求項２０】
請求項１９記載のプロセスにおいて、分散するステップが、電気接点ペーストの前記各部分を、前記表面上の２つの直交した方向に均一に分散するステップを含むことを特徴とするプロセス。
【請求項２１】
請求項１６記載のプロセスにおいて、分散するステップが、電気接点ペーストの前記各部分を、配列に分散するステップを含むことを特徴とするプロセス。
【請求項２２】
請求項１６記載のプロセスにおいて、分散するステップが、電気接点ペーストの前記各部分を、行と列に分散するステップを含むことを特徴とするプロセス。
【請求項２３】
請求項２２記載のプロセスにおいて、分散するステップが、隣接した行の隣り合う二つの接点間の位置に、その前後の行の電気接点ペーストの前記各部分を配置するステップを含むことを特徴とするプロセス。
【請求項２４】
請求項１６記載のプロセスにおいて、電気接点ペーストの前記各部分を埋め込むステップが、その上に電気接点ペーストの各部分を有する半導体光起電型電池構造を、十分な時間、十分な温度で加熱し、電気接点ペーストの各部分の少なくともいくつかの前記電気接点ペーストを金属相に転移させ、前記前面を介して前面の下の半導体材料の部分に拡散するようにする一方、前記前面上で金属相となった電気接点ペーストの十分な部分が、前記分離して形成された電気接点の電気接点面として作用するようにしたステップを含むことを特徴とするプロセス。
【請求項２５】
太陽電池装置を形成するプロセスであって、請求項１６記載のプロセスを含むプロセスが、さらに、
第一低融点合金を含む第一被覆を有する第一の電気導体表面が前記接着層から突出するように、少なくとも一つの電気導体が埋め込まれ、電気的に絶縁され光学的に透明な、第一接着層を有する第一の膜を含む第一電極を配置するステップであって、前記半導体光起電型電池構造の前面に形成された複数の前記電気接点に前記第一の電気導体表面が接触するようにしたステップと、
前記第一低融点合金によって前記第一の電気導体表面を前記複数の電気接点に融着させ、前記電気接点を前記第一電気導体に電気的に接続するステップであって、前記第一電気導体が、前記第一電気接点を介して前記太陽電池装置からの電流を引き出せるようにしたステップとを含むことを特徴とするプロセス。
【請求項２６】
請求項２５記載のプロセスにおいて、前記少なくとも一つの電気導体をバスに接続するステップをさらに含むことを特徴とするプロセス。
【請求項２７】
請求項２５記載のプロセスにおいて、前記電気接点は行と列に配置され、前記電極は、平行に間隔を隔てて配置された複数の電気導体を含み、各電気導体が各行又は各列の複数の前記電気接点と接触するように、前記電極が前記前面に配置されていることを特徴とするプロセス。
【請求項２８】
請求項２７記載のプロセスにおいて、前記電気導体の各々を共通バスに接続するステップをさらに含むことを特徴とするプロセス。
【請求項２９】
請求項２５記載のプロセスを含むプロセスにおいて、さらに、
第二低融点合金を含む第二被覆を有する第二の電気導体表面が前記接着層から突出するように、少なくとも一つの電気導体が埋め込まれ、電気的に絶縁された、第二接着層を有する第二の膜を含む第二電極を配置するステップであって、前記半導体光起電型電池構造の背面に形成された前記背面の電気接点に前記第二の導体表面が接触するようにしたステップと、
前記第二低融点合金によって前記第二の電気導体表面を前記背面の電気接点に融着させ、前記背面の電気接点を前記第二電気導体に電気的に接続するステップであって、前記電気導体が、前記背面の電気接点を介して前記太陽電池装置への電流を供給できるようにしたステップとを含むことを特徴とするプロセス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池に関し、特に、半導体光起電型電池と、太陽電池構造中に電気接点を形成する方法とに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウエハを含む光起電型太陽電池は、光を照射されると電流を生成することがよく知られている。この生成した電流は、太陽電池の前面側及び背面側の電気接点として作用する、ウエハの前面及び背面の金属部により、電池から収集することができる。部分的に電導性を有するペーストは、通常、銀及び／又はアルミを含んでおり、これを、マスクを介して、電池の前面及び背面にスクリーン印刷する。太陽電池の構造の前面（活性化）側については、通常、マスクは開口部を有しており、その開口部を介して金属化する表面にペーストが接触する。開口部の構成により、ペーストが電池表面に形成するパターンの形状と、最終的に得られる電気接点の形状とが決定される。前面側のマスクは、通常、複数の薄い平行線状の接点と、二つあるいはそれ以上の数のより太い線とを生成するように構成されている。このより太い線は、複数の平行線状の接点に接触し、通常はそれらから垂直に延びたものとなっている。
【０００３】
マスク上からペーストを塗布した後マスクを取り除き、部分的に電導性ペーストが載ったウエハを初期加熱しペーストを乾燥させる。次に、ウエハをオーブンで“焼く”とペーストは金属相に転移し、少なくともその一部は、太陽電池の前面を介して電池の内部に拡散し、一方、ペーストの一部は前面上に半田付けされたまま残る。このようにして、複数の薄い平行線は、“フィンガー”と呼ばれる薄い平行線状の電気接点を形成する。このフィンガーは、“バスバー”と呼ばれるより太い垂直線と交差している。フィンガーの目的は、ＰＶ電池の前面側から電流を集めることである。バスバーの目的は、フィンガーから電流を受け取り、それを電池の外に引き出すことである。
【０００４】
通常、各フィンガーの幅と高さは、それぞれ約１２０ミクロンと１０ミクロンである。さらに、スクリーン印刷技術固有の技術的制限によって、フィンガーの高さには１から１０ミクロンの変動があり、またフィンガーの幅には１０から３０ミクロン又はそれよりも大きな変動がある。フィンガーは、小さな電流を収集するには十分なものであるが、複数のフィンガーから大量の電流を収集するためにバスバーが必要となり、その結果、バスバーは、実質的により大きな断面と幅を有するものとなる。
【０００５】
背面側の金属部は、電池の背面のいくつかの小さい部分を除いた全面にわたり、アルミを含み部分的に導電性のあるペースト層を含んでいる。初期加熱の間に、ペーストは乾燥する。その後、アルミペーストで印刷されていない部分に銀／アルミペーストをスクリーン印刷し、さらにそれを乾燥させる。さらに、ウエハを“焼いて”いる際には、アルミペーストは、背面表面電界層（ＢＳＦ）と呼ばれる不活性化層とアルミ接触層とを形成し、銀／アルミペーストは銀／アルミパッドを形成する。アルミ接触層は、ＰＶ電池本体から電流を収集し、それを銀パッドに送る。銀／アルミパッドは、電流をＰＶ電池から送り出すために用いられる。
【０００６】
太陽電池の前面のフィンガーとバスバーによって占められている領域は、日影領域と呼ばれ、太陽光の照射が太陽電池表面に到達するのを防げる。日影領域により、太陽電池の変換効率は減少してしまう。最近の太陽電池では、日影領域は太陽電池の全表面の６％から１０％を占めている。
【０００７】
さらに、ＰＶ電池により生成される電圧は、本来は金属部の面積に比例した値となるが、前面の金属部と、背面の銀／アルミパッドにより、その電圧は低下してしまう。従って、ＰＶ電池の変換効率を最大化するためには、前面の金属部が占有する領域を最小化することが望ましい。さらに、特に銀／アルミペーストの必要量を減らすためには、背面の銀金属部の領域を最小化することも望ましい。これにより、電池の効率を向上させ、高価な銀／アルミペーストを用いる太陽電池の製造コストを十分に抑えることになる。
【０００８】
前面の金属部を形成するために、最新のスクリーン印刷技術を用いることにより、製造する太陽電池のフィンガーとバスバーの幅と厚さを最適化し、金属部を最小のレベルに抑えることができる。しかし、金属部の領域をさらに減らすことを妨げる原理的な制限が存在する。一つは、太陽電池の動作時にフィンガー中に流れる電流による抵抗損失が増すことを防ぐために、フィンガーの断面積は、所定の断面積よりも小さくすることができないことである。さらにバスバーも、動作中の抵抗損失を防ぐために最小の断面積を有する必要がある。さらに従来の技術では、ＰＶモジュールを製造する際に、銀／アルミパッドに半田付けしスズメッキした銅製のタブにより、太陽電池を直列に相互接続する必要があるため、太陽電池の背面の銀／アルミパッドを取り去ることができない。
【０００９】
７０ミクロン以下の幅を持つ細幅のフィンガーを印刷する方法については、いくつかの文献がある（ビー・ラアブ（Ｂ． Ｒａａｂｅ）、エフ・ハスタ（Ｆ．  Ｈｕｓｔｅｒ）、エム・マッカン（Ｍ．  ＭｃＣａｎｎ）、ピー・ファス（Ｐ．  Ｆａｔｈ）共著、“高アスペクト比をもつスクリーン印刷フィンガー”、第２０回光起電型太陽エネルギー欧州会議予稿集、２００５年６月６〜１０日、スペイン・バルセロナ開催：ジャァプ・ホルンストラ（Ｊａａｐ Ｈｏｏｒｎｓｔｒａ）、アーサー・ダブリュー・ウィーバー（Ａｒｔｈｕｒ  Ｗ．  Ｗｅｅｂｅｒ）、ヒューゴ・エイチ・シー・デムーア（Ｈｕｇｏ Ｈ．Ｃ．  ｄｅ  Ｍｏｏｒ）、ウィム・シー・シンケ（Ｗｉｍ  Ｃ．  Ｓｉｎｋｅ）共著、“前面金属部の微細線、厚手膜スクリーン印刷の改善におけるペーストの流動性の重要性”、第１４回光起電型太陽エネルギー欧州会議予稿集、１９９７年６月３０日〜７月４日、スペイン・バルセロナ開催：エー・アール・バーガース（Ａ．Ｒ．  Ｂｕｒｇｅｒｓ）、エイチ・エイチ・シー・デムーア（Ｈ．Ｈ．Ｃ．  ｄｅ  Ｍｏｏｒ）、ダブリュー・シー・シンケ（Ｗ．Ｃ．  Ｓｉｎｋｅ）、ピー・ピー・ミシェルス（Ｐ．Ｐ．  Ｍｉｃｈｉｅｌｓ）共著、“金属部パターンの干渉許容度”、第１２回光起電型太陽エネルギー欧州会議予稿集、１９９４年４月１１〜１５日、オランダ・アムステルダム開催）。しかし、従来の７０ミクロン以下のフィンガーは、断面積が小さすぎるため、太陽電池が生成する所要レベルの電流を抵抗損失を増やさずに扱うことはできない。適切な導電性をもつフィンガーを達成するためには、電食技術を用いて、スクリーン印刷ペーストの第一層上に第二層を形成したり、プリント印刷した最初の金属部の上にさらに金属層を形成する必要がある。しかしこれらの方法では、コストの高さと工程の複雑さにより、光電池の製造費用は極めて高いものとなる。
【００１０】
これまでは、前面の日影領域が小さく、背面に銀／アルミパッドのスクリーン印刷のない光起電型太陽電池を製造する簡便な方法はなかったと思われる。
（発明の概要）
【００１１】
本発明の第一の特徴としては、光起電装置を提供するものである。本装置は、光起電接合を形成する半導体材料のドープした部分により各々が設けられた前面と背面とを有する、半導体光起電型電池構造を含むものである。さらに本装置は、半導体材料の部分の各々の前面に設けられた複数の電気接点を含み、これらの電気接点は面上に二次元に分散し、互いに分離し、半導体材料の部分の各々と電気的に接触している。さらに本装置は、半導体材料の各部分の他の背面に設けられ、半導体材料と電気的に接触した背面電気接点を含んでいる。
【００１２】
電気接点は、面上の直交した２つの方向に分散していてもよい。
【００１３】
電気接点は、面上の直交した２つの方向に均一に分散していてもよい。
【００１４】
電気接点は、配列状に配置されていてもよい。
【００１５】
電気接点は、行と列に配置されていてもよい。
【００１６】
隣接した行の隣り合う二つの接点間の位置に、その前後の行の接点を配置してもよい。
【００１７】
概ね各電気接点は、概ね前面に垂直に向き、電気導体に接続するように実施可能な接続面を有していてもよい。
【００１８】
接触面は、概ね矩形の形状を有していてもよい。
【００１９】
接触面は、概ね円形の形状を有していてもよい。
【００２０】
接触面は、概ね星型の形状を有していてもよい。
【００２１】
太陽電池装置は光起電装置から作られ、さらに、電気接点と接触する第一電極を含んでいる。第一電極は、電気的に絶縁され光学的に透明な表面を有する膜と、膜の表面の接着層と、接着層に埋め込まれ、接着層から突出した導体表面を有する少なくとも一つの電気導体と、電気接点によって太陽電池から収集した電流を電気導体によって集めるように、電気導体を電気接点の少なくともいくつかに結合する合金とを含んでいてもよい。
【００２２】
電気導体は、共通バスに接続されていてもよい。
【００２３】
電気接点は、行と列に配置されていてもよい。電極は、平行に間隔を隔てて配置された複数の電気導体を含んでもよく、電気導体は、各々の行又は列の複数の電気接点と接触してもよい。
【００２４】
電気導体の各々は、バスに接続されていてもよい。
【００２５】
太陽電池装置は、背面の電気接点と接触する第二電極をさらに含んでいてもよい。第二電極は、第二の表面を有し電気的に絶縁された第二の膜と、第二の膜の第二の表面上の第二接着層と、第二接着層に埋め込まれた少なくとも一つの第二電気導体と、第二接着層から突出した第二電気導体の第二導体表面と、背面の電気接点から太陽電池で受け取った電流が電気導体によって供給されるように第二電気導体を背面の電気接点に結合する、第二合金とを含んでいてもよい。
【００２６】
本発明の他の特徴としては、半導体光起電型電池に接点を形成するプロセスを提供するものである。本プロセスは、電気接点ペーストの複数の各部分を、光起電接合を形成するドープされた半導体材料の各部分を含む半導体光起電型電池構造の前面の上に二次元に分散するステップと、電気接点ペーストの各部分を前面に埋め込み、電気接点ペーストが前面に各々分離した電気接点を形成するステップであって、分離した電気接点は、半導体材料のドープした対応する部分と電気的に接触することを特徴とするステップと、半導体材料の他の各部分によって設けられ、それらと電気的に接触する背面の電気接点を背面に形成するステップとを含んでいる。
【００２７】
分散するステップは、電気接点ペーストの各部分を、前面に印刷するステップを含んでいる。
【００２８】
印刷するステップは、スクリーン印刷のステップを含んでいてもよい。
【００２９】
分散するステップは、電気接点ペーストの各部分を、表面上の２つの直交した方向に分散するステップを含んでいてもよい。
【００３０】
分散するステップは、電気接点ペーストの各部分を、２つの直交した方向に均一に分散するステップを含んでいてもよい。
【００３１】
分散するステップは、電気接点ペーストの各部分を、配列に分散するステップを含んでいてもよい。
【００３２】
分散するステップは、電気接点ペーストの各部分を、行と列に分散するステップを含んでいてもよい。
【００３３】
分散するステップは、隣接した行の隣り合う二つの接点間の位置に、その前後の行の電気接点ペーストの各部分を、配置するステップを含んでいてもよい。
【００３４】
電気接点ペーストの各部分を、前面に埋め込むステップは、その上に電気接点ペーストの部分を有する半導体光起電型電池構造を、十分な時間、十分な温度で加熱し、電気接点ペーストの各部分の少なくともいくつかの電気接点ペーストを金属相に転移させ、前面を介して前面の下の半導体材料の部分に拡散するようにし、さらに、前面の上で金属相となった電気接点ペーストの十分な部分が、分離して形成された電気接点の電気接点面として作用するようにしたステップを含んでいてもよい。
【００３５】
本プロセスはさらに、低融点合金を含む被覆を有するその導体表面が接着層から突出するように、少なくとも一つの電気導体が埋め込まれ、電気的に絶縁され光学的に透明な表面を有する膜を含む電極を前面上に配置して、半導体光起電型電池構造の前面に形成された複数の電気接点に導体表面が接触するようにし、低融点合金によって導体表面を複数の電気接点に融着させ、電気接点を電気導体に電気的に接続することによって、電気導体が電気接点を介して太陽電池からの電流を引き出せるようにすることを含んでいてもよい。
【００３６】
本プロセスは、少なくとも一つの電気導体をバスに接続するステップをさらに含んでいてもよい。
【００３７】
電気接点は行と列に配置され、電極は平行に間隔を隔てて配置された複数の電気導体を含んでいる。電極は前面に配置され、各電気導体は、各行又は各列の複数の電気接点と接触するようになされていてもよい。
【００３８】
本プロセスは、各電気導体を共通バスに接続するステップをさらに含んでいてもよい。
【００３９】
本プロセスはさらに、低融点合金を含む第二被覆を有するその第二導体表面が第二接着層から突出するように、少なくとも一つの第二電気導体が埋め込まれ、第二接着層を有し電気的に絶縁された第二の膜を含む電極を背面上に配置して、半導体光起電型電池構造の背面に形成された複数の電気接点に第二導体表面が接触するようにし、第二低融点合金によって第二導体表面を背面の電気接点に融着させ、背面の電気接点を第二電気導体に電気的に接続することによって、電気導体が、背面の電気接点を介して太陽電池に電流を供給できるようにするステップを含んでいてもよい。
【００４０】
当業者が、添付の図面とともに以下の本発明の特定の実施例の記述を見れば、本発明の他の様相と特徴は明白なものとなるであろう。
【実施例】
【００４１】
図１において、本発明の第一の態様の第一の実施例による、半導体光起電型電池構造１１に電気接点を形成する方法を一般的に１４９に示した。
【００４２】
半導体光起電型電池構造
図２によれば、本実施例において半導体光起電型電池構造１１は、その中にｐ−ｎ接合２３を形成するｎ型領域２０とｐ型領域とを拡散させたシリコンウエハを含んでいる。ここでは、ｎ型領域２０とｐ型領域２２とは逆にしてもよい。本実施例では、前面１４はｎ型領域２０の表面により形成され、ｐ型領域２２はｎ型領域に隣接させて設けられ、背面１３を形成する。本実施例では、ｎ型領域は約０．６ミクロンの厚みを有し、ｐ型領域は約２００ミクロンから６００ミクロンの厚みを有する。
【００４３】
電気接点を形成するプロセス
図１において、電気接点を形成するプロセスは、電気接点ペーストの複数の各部分を、光起電接合を形成する半導体材料のドープされた各部分を含む半導体光起電型電池構造の前面に二次元に分散するステップと、電気接点ペーストの各部分を前面に埋め込み、電気接点ペーストの各部分が、前面に各々分離した電気接点を形成するようにしたステップとを含んでいる。分離した電気接点は、光起電接合を形成する半導体材料のドープされた対応した部分と電気的に接触している。本プロセスはさらに、半導体材料の他の各部分の背面に、それらと電気的に接触する背面電気接点を形成するステップを含んでいる。
【００４４】
本プロセスは、スクリーン印刷などにより、前面１４に電気接点ペースト１５７の各部分を印刷するステップから始まる。印刷はスクリーン印刷を含んでもよく、そこでは、行及び列１５４、１５６の配列に従うような所定の方向に配置された複数の開口部１５２を有するマスク１５０が、溶媒中にアルミ、銀、接着剤及びシリコンを含む電気接続ペーストの所定量を受け入れるように設けられている。塗布器１５８を、マスク１５０上で走査し、マスク１５０の開口部１５２を通して、ペースト１５７が前面１４上に二次元に分散するようにする。
【００４５】
塗布器１５８は直交する２方向に順番に動かし、例えば、前面１４上の直交する２方向に電気接点ペースト１５７を分散させるようにする。自動機械を用いて、マスク１５０の開口部１５２を通して、電気接点ペースト１５７が前面１４上に分散するようにしてもよい。
【００４６】
マスク１５０には、様々な形状の開口部とそれらの様々な配置を採用することにより、電気接点ペーストを任意の所定の方向に分散させてもよく、直交する２方向に均一に分散させたり、直交する２方向に不均一に分散させたり、配列状に分散させたり、行及び列状に分散させたり、隣接した行の隣り合う二つの開口部の位置に、その前後の行の開口部を配置した千鳥格子状に分散させたり、一つ又は二つの方向にガウス分布に従って分散させたり、マスクの片側及び／又は端側に向かって開口部の密度が増加するように分散させたり、あるいは他の様式で分散させることができる。
【００４７】
電気接点ペーストを分散させた後、マスク１５０を表面から離し、例えば、図中１６０で示されるように、所望の分散パターン、すなわち、行及び列、均一な行及び列、不均一な行及び列、千鳥格子の行及び列などのパターンで、分離した島状に分散した電気接点ペーストを残してもよい。
【００４８】
次に、電気接点ペースト１６０を乾燥するまで加熱する。ペースト１６０が乾燥したら、背面の金属部ペースト１５を構造１１の背面全体の面１３に押し当て、ペーストが乾燥するまで加熱する。電気接点ペースト１６０と背面の金属部ペースト１５の両方がともに乾燥したら、電気接点ペースト１６０の各部分を、前面の表面１４に埋め込むようにし、電気接点ペーストの各部分が、前面の表面１４に個々の分離した電気接点を形成し、背面の金属部のペースト１５が背面１３に溶け込むようにする。本実施例では、この工程は１６２で図示した部分に相当し、そこでは、その上に電気接点ペースト１６０と背面の金属部ペースト１５とを分散させた半導体電池構造１１をオーブン１６４に入れ、それを十分な時間、十分な温度で加熱し、個々の電気接点ペーストの電気接点ペーストの小さい部分が金属相に転移し、前面１４を介してその下部の半導体光起電型電池構造の内部に侵入するようにする一方、金属相に転移した電気接点ペースト１６０の十分な部分（ほとんど全部）が、前面１４に露出するようにする。
【００４９】
電気接点ペースト１６０は、前面１４に電気接点１６を形成し、これらの電気接点は、動作する側の面の下部のｎ型半導体材料に電気的に接触しているが、他の接点とは分離している。各電気接点１６は、電気接点ペースト１６０の部分によって、前面１４に金属相として残って形成された電気接点面３７を有している。このように電気接点１６は、前面１４上に断続的に設けられている。
【００５０】
同様に、背面の金属部ペースト１５は、半導体光起電型電池構造１１の背面１３に溶け込み、それにより背面表面電界層を形成し、背面の電気接点１７が得られる。
【００５１】
本実施例では、オーブン１６４は、分離した複数の電気接点１６が埋め込まれ、単一の大きな接点を含む背面の電気接点１７が溶け込んだ前面１４を有する、完成した半導体光起電型電池装置１２を取り出す出口を有している。
【００５２】
半導体光起電型電池装置
図１に示したプロセスの結果として、図３の装置１２に一般的に示されるように、本発明の第一の実施例による完成した半導体光起電型電池装置が得られる。装置１２は、光起電接合２３を形成する半導体材料の各ドープされた部分２０、２２によって形成された前面と背面１３と、半導体材料のそれぞれの一つの前面１４に埋め込まれた複数の電気接点１６とを有する半導体光起電型電池構造を含んでいる。電気接点１６は表面１４に二次元に分散し、互いに分離し、半導体材料の部分のそれぞれの一つと電気的に接触している。本装置はさらに、半導体材料の他の部分のそれぞれの一つの背面上にあり、それと電気的に接触している背面電気接点１７を含んでいる。
【００５３】
本実施例の図４によれば、完成した半導体光起電型電池装置１２の電気接点１６は、前面１４に二次元に分散しており、その分散は図１に示したマスク１５０によって形成されたものである。電気接点１６は、前面１４下の半導体光起電型電池構造と電気的に接続しているが、互いに分離している。
【００５４】
本実施例では、図中の３０及び３２で一般的に示されているように、電気接点１６は直交する２方向に分散しており、本実施例では、これらの電気接点はこの２方向に均一に分散している。すなわち、第一の方向３０の接点間の間隔は均一であり、第二の方向３２の接点間の間隔も均一である。本実施例では、接点は行と列に配置されており、第一の行は図中３４で一般的に示したものであり、第一の列は図中３６で一般的に示したものとなっている。このように、本実施例では接点は配列に配置されている。
【００５５】
この他に、図１に示したマスク１５０を用いて、接点に関して他の分散状態を与えることもできる。例えば、前面１４上の接点の密度を第一の方向３０に向かって増加させたり、第二の方向３２に向かって増加させたり、もしくはこれら両方向に向かって増加させることもできる。あるいは、第一及び／又は第二の方向にガウス分布や他の分散状態を与えることもできる。
【００５６】
本実施例では、電気接点１６は細長い矩形形状をもつ電気接点面３７を有しており、その長さ３８は約０．５ｍｍから約２ｍｍであり、その幅４０は約０．１ｍｍから１ｍｍである。本実施例では、各接点面３７は一般的に同一の長さと幅を有しており、一般的に同一の方向、すなわち直交軸の第一の方向３０を向いている。各接点１６は、物理的に分離しており、互いの接点同士は離れている。しかし、各接点１６は前面１４下のｎ型材料とも電気的に接触を保ち、半導体光起電型電池構造１１と電気的に接続している。従って、電気接点１６は、太陽電池構造の前面１４から見ると物理的には分離しているように見えるが、実際には、これらは前面１４下の半導体光起電型電池構造と電気的に接続している。ある意味では、接点１６は従来技術にあるような連続した線状のフィンガーではなく、前面１４上で断続した“フィンガー”であるように見える。
【００５７】
図５において、本発明の第二の実施例による半導体光起電型電池装置を、図中５０で一般的に示す。本実施例では、半導体光起電型電池装置は図３の１２で示したものと同一であるが、図４に示した矩形状の接点の代りに、本装置は円形状の接点面５３をもつ電気接点５２を有している。
【００５８】
図５に示すように、本実施例において各電気接点５２は、上述したものと同じく半導体光起電型電池構造の表面上の直交した２方向３０及び３２に分散し、これら直交した２方向に均一に分散している。さらに、電気接点５２は行と列に配置され、その第一の行は図中５４で一般的に示され、その第一の列は図中５６で一般的に示されている。また本実施例では、電気接点５２は、第一の直交方向では距離５８の間隔で配置され、また第二の直交方向３２では第二の距離６０の間隔で配置されている。
【００５９】
これらの２つの距離は、同一であるか互いに異なるものであってよい。さらに上記の代わりに、接点５２は、第一３０及び／又は第二３２の方向に密度が増加するように前面１４上で分散させることもでき、あるいはより一般的に、これらの２つの方向に一定の密度あるいは変化する密度をもって分散させることができる。
【００６０】
上述したように、各電気接点５２は、約１ｍｍの直径６２を有する円形状の接点面５３を有している。さらに各電気接点５２は、前面１４と、半導体光起電型電池構造１１のｎ型層２０内に埋め込まれている。図１に示したマスク１５０に円形状に設けた開口部を用いて、図示したような円形状の接点面５３を有する電気接点を形成することができる。
【００６１】
図６において、本発明の第三の実施例による半導体光起電型電池装置を、図中７０で一般的に示す。本装置７０は、図２に示したものと同一の半導体光起電型電池装置１１を含み、さらに上述したものと同じく半導体光起電型電池構造の前面１４上の直交した２方向３０及び３２に分散した複数の矩形状の接点を含んでおり、その一つを図中７２で示す。本実施例では、接点７２は複数の千鳥格子状の行に配置されており、その行の一つを図中７４で一般的に示し、その第二の行を図中７６で示している。本実施例において、行７４などの所定の行の接点７２間には間隔７８が設けられており、各行の接点は同一の間隔７８を有している。しかし、第二の行７６の接点７２は、隣接した行、すなわち行７４の接点のほぼ中間位置に揃えて配置されている。この配置は、接点の全ての行にわたって繰り返され、隣接した行の隣り合う二つの接点間の位置に、その前後の行の接点が配置されている。すなわち、隣接した行は距離７９だけずれた千鳥格子となっている。各矩形状の接点７２の寸法と間隔は、図４に示した接点１６と同一の寸法と間隔を有している。
【００６２】
図７において、本発明の第四の実施例による半導体光起電型電池装置を、図中８０で一般的に示す。本実施例の装置８０は、上述した（図６に）実施例のものと同一であり、ここでは、千鳥格子状の行に配置された接点８２を含んでおり、隣接した行の隣り合う二つの接点間の位置に、その前後の行の接点が配置されるようになっている。その他の点では、図７に示した任意の行の接点８２は、図５に示した接点５２と同一の形状、寸法、間隔を有している。
【００６３】
図８及び図９によれば、電気接点の接点面は、図８の８１で示したような星型、図９の８３で示したようなＸ型、その他、全ての側面が接点面とそれに最も近接した接点との間を空隙、空間、絶縁体や半導体によって取り囲まれた任意の形状を有していてもよい。
【００６４】
太陽電池ユニット
図１０において、図３から図７に示した装置のいずれかによる半導体光起電型電池装置を“太陽電池ユニット”に組み込み、図中９２で示した第一電極を前面１４に固定して、電気接点７２と接触させ、第二電極９３を背面の電気接点１７に固定して、電気回路に接続したものを示す。
【００６５】
図１０に示した実施例において、第一電極９２は、表面９６と、その表面上に接着層９８とを有する電気的に絶縁され光学的に透明な膜９４を含んでいる。さらに、電極９２は接着層９８に埋め込まれ、接着層から突出した導体面１０２を有する少なくとも一つの電気導体１００を含んでいる。合金１０４を用いて、電気導体１００を少なくともいくつかの電気接点７２に接合し、電気接点により半導体光起電型電池装置から収集した電流を電気導体に集めるようにする。
【００６６】
本実施例では、電気導体１００を少なくともいくつかの電気接点７２に接合する合金は、加熱すると固化し、電気導体１００を行に配置された複数の電気接点７２に接合、接続するような材料を含んでいてもよい。この合金は、例えば電気導体表面１０２の被覆であってもよい。
【００６７】
図１０に示すように、電極９２は、電気導体１００、電気導体１１２、１１４及び１１６を含む複数の電気導体を含んでいる。本実施例において、電気導体１００、１１２、１１４及び１１６は、例えば、半導体電池装置１２の前面１４上の接点の隣接した列３６、１１８、１２０及び１２２間の間隔７８に対応した間隔で、並列に電極の接着層上に配置されている。従って本発明では、実質的に、電気接点７２は行と列に配列され、半導体電池装置１２の前面１４に電極が押し付けられた際に、各列３６、１１８、１２０及び１２２の複数の電極７２に電気導体が接触するように、電極９２は互いに間隔をもって並列に配置された複数の電気導体１００、１１２、１１４及び１１６を含んでいる。
【００６８】
最初は、図１０に示すように第一電極９２はカールした状態で、電極の後縁部１０６が、半導体電池装置１２の後縁部１０８に位置を揃えて配置してもよく、次に、電気導体１００、１１２、１１４及び１１６が埋め込まれた接着層９８を有する膜９４を、半導体電池装置１２の前面１４に押し付け、電極９２を伸ばし、接着層を前面１４に固定してもよい。このようにして、電気導体１００、１１２、１１４及び１１６が、半導体電池構造の後縁部１０８と半導体電池装置の前縁部１１１との間の接点の各列に並んだ電気接点７２と接触するようになる。
【００６９】
この他に、第一電極９２の後縁部１０６を、半導体電池装置１２の右側の側縁部１２４と位置を揃えて配置し、半導体電池装置の前面１４上に伸ばすことにより、半導体電池装置１２の前面１４上の電気接点７２の各列の複数の電気接点７２に、電気導体１００、１１２、１１４及び１１６が接触するようにすることもできる。
【００７０】
本実施例では、電気導体１００、１１２、１１４及び１１６は、光学的に透明な膜９４の外に伸びていて、共通バス１０７と接続して終端している。なお、この共通バスは、例えば銅などの金属箔で形成することができる。
【００７１】
第一電極９２の一般的なその他の構造については、本明細書中で参考として援用されている本発明の出願者による国際特許出願番号ＷＯ２００４／０２１４５５Ａ１に、さらに詳細な記述がある。
【００７２】
第二電極９３は、すべての点に関して第一電極９２と同様であり、実際には、上述した複数の第一電極はあらかじめ製造しておき、個々の電極を、必要に応じて前面１４又は背面の電極１７に押し付けておくこともできる。なお、第二電極９３は、その背面で光を受けようとするものではないため、必ずしも第一電極のように光学的に透明なものとする必要はない。
【００７３】
背面の電気接点１７は接点の行を有さず、むしろ、半導体電池構造の背面の全表面１３上に広がる単一の平坦な平面状の接点である。第二電極９３の電気導体１００、１１２、１１４及び１１６は低融点合金ペーストで形成し、電極９３は背面の電極１７に接着して固定する。低融点合金は、十分に加熱すると電気導体を背面の電気接点に接合するように作用する。
【００７４】
図１１に示すように、第二電極９３は、そのバス９５が半導体電池装置１２の後縁部１０８に隣接するように背面の電気接点１７に密着させてもよく、一方、第一電極９２のバス１０７は、半導体電池装置１２の前縁部１１０の隣接して配置される。これにより、例えば、単に、互いに隣接した位置に隣接した太陽電池構造を配置し、隣接した太陽電池構造バスバー９５及び１０７を互いに重ね合わせて接触するようにすることで、隣接した太陽電池構造を直列に接続することができる。
【００７５】
第一電極９２を前面１４上に置いて、電気導体１００、１１２、１１４及び１１６が、接点７２の各列３６、１１８、１２０及び１２２に接触するようにし、第二電極９３を背面電極１７上に置いた後は、装置の状態はアセンブリと見なすことができる。次に、このアセンブリを加熱して第一電極９２の低融点合金を溶かし、電気接点を電気導体に電気的に接続するように、第一電極９２の各電気導体１００、１１２、１１４及び１１６の接点面を電気接点７２の各行の接点面に接合し、さらに、第二電極９３の低融点合金によって各電気導体の電導面を背面の電気接点１７に接合し、電気導体が太陽電池からの電流を電気接点に流せるようにする。一旦低融点合金がこの接合を形成すると、図１１の図中１０で示した完成した太陽電池は、電気回路で用いることができる状態となり、このようにして製造が終わる。
【００７６】
以上説明したように製造された太陽電池はいくつかの利点を有している。前面で電気接点によって占有される領域が小さいため、ｐ−ｎ接合の日影部分が減少し、太陽電池を流れる電流を５％から１０％だけ増やすことができる。さらに、金属部によって占有される領域が小さく、背面フィールド領域は、銀／アルミフィンガーによって遮られることもないため、太陽電池は従来の電池よりも３％高い電圧を生成することができる。これら２つの総合的な効果により、太陽電池の効率を１０％から１５％ほどまで増加させることができる。さらに、以上で説明した種類の太陽電池では、接点を形成する際に用いる銀の量もかなり少ないため、従来の太陽電池よりも製造コストが低いものとなる。
【００７７】
本発明の特定の実施例について説明してきたが、これらの実施例は、本発明を単に例証するためのものであり、付属のクレームで定義された本発明の範囲を制限するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明の第一実施例による、半導体ウエハ上に接点を形成する方法の各段階を表すプロセスの概要図である。
【図２】図１の方法により形成される電気接点上の半導体光起電型電池構造の断面図。
【図３】本発明の他の態様の実施例による装置に、図１のプロセスにより電気接点が形成された状態の斜視断面図。
【図４】図３に示した装置の平面図であり、矩形形状を有する電気接点を示す図。
【図５】本発明の他の実施例による装置の平面図であり、電気接点が円形形状である図。
【図６】本発明の第３の実施例による装置の平面図であり、電気接点が矩形形状であり、千鳥格子状に配置されている図。
【図７】本発明の第４の実施例による装置の平面図であり、電気接点が円形形状であり、千鳥格子状に配置されている図。
【図８】本発明の他の実施例による、星型形状を有する電気接点の平面図。
【図９】本発明の他の実施例による、十字架形状を有する電気接点の平面図。
【図１０】図３、４、５、６又は７に示した種類の装置の斜視図であり、電極が前面の電気接点と背面のアルミ接点層に接続した状態を示す図。
【図１１】図１０に示した装置において、第一及び第二電極を前記前面の電気接点と背面アルミ層の各々に貼り付けた状態を示す側面図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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