(57)【要約】  本発明による太陽電池（ＨＫＳ）では、吸収層（ＡＳ）の一方の側に取付けられている接触格子（ＫＧ）の上面が少なくとも非導電性の絶縁層（ＩＳ）によって覆われている。この接触格子（ＫＧ）は吸収層（ＡＳ）と放射層（ＥＳ）との間または吸収層（ＡＳ）と電界パッシベーション層（ＦＳＦ／ＢＳＦ）との間に設けられており、これらの層はそれぞれ構造化されずに面全体にわたり析出され、やはりその面全体がコンタクト層（ＫＳ）によって覆われる。したがって２つの接触系（ＫＧ，ＫＳ）が常に太陽電池（ＨＫＳ）の上面（ＯＳ）に設けられる。それぞれ別の機能太陽電池層が点状、線状、格子状または網状の通過開口部（ＤＧ）を介して吸収層（ＡＳ）を通り接触格子（ｋＧ）と貫通接触される。
2009540584.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
種々にドープされている半導体材料からなる、スルーコンタクトによって構造化されている少なくとも１つの吸収層と、該吸収層の一方の側において面全体にわたり配置されている少なくとも１つの放射層とから構成されている片面接触型の太陽電池であって、
余剰電荷担体が前記吸収層において光の入射により生じ、前記吸収層と前記放射層との間のｐｎ接合部において分離され、前記吸収層の一方の側において共通して配置されており、電気的に外部から接触されており、且つ相互に絶縁されている２つの接触系を介して収集および案内され、
一方の接触系は前記吸収層に配置されており、少なくとも上側全体が絶縁層によって覆われており、且つ一方の端部が前記スルーコンタクトと導電的に接続されており、他方の接触系は面全体にわたるコンタクト層として構成されている、片面接触型の太陽電池において、
前記吸収層（ＡＳ）の他方の側には面全体にわたり電界パッシベーション層（ＦＳＦ／ＢＳＦ）が配置されており、
前記吸収層（ＡＳ）と前記放射層（ＥＳ）または前記電界パッシベーション層（ＦＳＦ／ＢＳＦ）との間に、少なくとも上側全体が絶縁層によって覆われている前記接触格子（ＫＧ）が配置されており、
前記放射層（ＥＳ）または前記電界パッシベーション層（ＦＳＦ／ＢＳＦ）にコンタクト層（ＫＳ）が配置されており、２つの接触系が太陽電池（ＨＫＳ）の上側（ＯＳ）に容易に接近可能に配置されており、
前記スルーコンタクト（ＤＫ）の他方の端部が前記放射層（ＥＳ）または前記電界パッシベーション層（ＦＳＦ／ＢＳＦ）と導電的に接続されており、前記放射層（ＥＳ）のスルーコンタクト（ＤＫ）では前記吸収層（ＡＳ）と前記接触格子（ＫＧ）との間に少なくとも導電的な接続部が生じていないことを特徴とする、片面接触型の太陽電池。
【請求項２】
前記吸収層（ＡＳ）は自己担持型のウェハ（ＷＦ）として形成されているか、サブストレート（ＳＵ）またはスーパーストレート（ＳＰ）上の薄膜（ＤＳ）として形成されている、請求項１記載の片面接触型の太陽電池。
【請求項３】
前記スルーコンタクト（ＤＫ）は、前記放射層（ＥＳ）または前記電界パッシベーション層（ＦＳＦ／ＢＳＦ）と同じ機能を有する半導体材料でもって充填されている、孔状またはスリット状または格子状または網状の導電性の通過開口部（ＤＧ）として形成されている、請求項１または２記載の片面接触型の太陽電池。
【請求項４】
前記スルーコンタクト（ＤＫ）は、導電性材料でもって充填されている、孔状またはスリット状または格子状または網状の導電性の通過開口部（ＤＧ）として形成されており、少なくとも前記放射層（ＥＳ）のスルーコンタクト（ＤＫ）では前記通過開口部（ＤＧ）が絶縁性の材料（ＩＭ）でもって被覆されている、請求項１または２記載の片面接触型の太陽電池。
【請求項５】
前記スルーコンタクト（ＤＫ）は、前記電界パッシベーション層（ＦＳＦ／ＢＳＦ）のスルーコンタクト（ＤＫ）では、孔状またはスリット状または格子状または網状の金属スパイク（ＭＳ）として形成されている、請求項１または２記載の片面接触型の太陽電池。
【請求項６】
太陽電池（ＨＫＳ）の前記上側（ＯＳ）に別の機能層（ＦＳ）が配置されており、個々の機能層（ＦＳ）が複数の機能を有する、請求項１から５までのいずれか１項記載の片面接触型の太陽電池。
【請求項７】
前記吸収層（ＡＳ）と前記放射層（ＥＳ）との間、および／または、前記吸収層（ＡＳ）と前記電界パッシベーション層（ＦＳＦ／ＢＳＦ）との間にバッファ層が配置されている、請求項１から６までのいずれか１項記載の片面接触型の太陽電池。
【請求項８】
遮蔽および電荷担体の収集に関して最適化されている格子面を有する接触格子（ＫＧ）が前記吸収層（ＡＳ）の前面（ＶＳ）に配置されており、前記コンタクト層（ＫＳ）が透明な形（ＴＣＯ）で実施されている、請求項１から７までのいずれか１項記載の片面接触型の太陽電池。
【請求項９】
前記コンタクト層（ＫＳ）と電気的に接続されている、前記接触格子（ＫＧ）と合同の格子状のコンタクト素子（ＫＥ）が透明な形（ＴＣＯ）の前記コンタクト層（ＫＳ）上に配置されている、請求項８記載の片面接触型の太陽電池。
【請求項１０】
薄膜の形の前記吸収層（ＡＳ）とサブストレート（ＳＵ）またはスーパーストレート（ＳＰ）との間に別の機能層（ＦＳ）が配置されており、個々の機能層（ＦＳ）が複数の機能を有する、請求項２から９までのいずれか１項記載の片面接触型の太陽電池。
【請求項１１】
外部からの前記接触格子（ＫＧ）の電気的な接触のために、太陽電池（ＨＫＳ）の端部にはウェブ（ＳＴ）が設けられている、請求項１から１０までのいずれか１項記載の片面接触型の太陽電池。
【請求項１２】
太陽電池モジュール（ＳＺＭ）において複数の太陽電池（ＨＫＳ）を電気的に直列接続（ＳＶ）または並列接続（ＰＶ）するために前記ウェブ（ＳＴ）は櫛状に形成されている、請求項１１記載の片面接触型の太陽電池。
【請求項１３】
外部からの前記接触格子（ＫＧ）の電気的な接触のために前記放射層（ＥＳ）および前記絶縁層（ＩＳ）内に開口部が設けられている、請求項１から１２までのいずれか１項記載の片面接触型の太陽電池。
【請求項１４】
１０5再結合／ｃｍ2の電荷担体の最大境界面再結合率でもってパッシベーションされているｐｎ接合部（ｐｎ）を前記放射層（ＡＳ）に対して張架する半導体材料からなる放射層（ＥＳ）が設けられている、請求項１から１３までのいずれか１項記載の片面接触型の太陽電池。
【請求項１５】
電荷担体の通り抜けも阻止する層厚の絶縁層（ＩＳ）が設けられている、請求項１から１４までのいずれか１項記載の片面接触型の太陽電池。
【請求項１６】
単結晶または多結晶またはポリ結晶のシリコンまたは再結晶化されたシリコンからなる吸収層（ＡＳ）が形成されており、前面または裏面の電界パッシベーション層（ＦＳＦ，ＢＳＦ）が形成されており、水素化アモルファスシリコンまたは多結晶もしくはポリ結晶のシリコンからなる機能層（ＦＳ）および放射層（ＥＳ）、殊にバッファ層または種子層が形成されており、アルミニウムからなる接触格子（ＫＧ）が形成されており、アルミニウムまたは透明な導電性酸化物（ＴＣＯ）からなるコンタクト層（ＫＳ）が形成されており、クロムまたは銀からなるコンタクト素子（ＫＥ）が形成されており、金属または半導体材料またはポリマーからなる通過開口部（ＤＧ）を充填するための導電性材料が形成されている、請求項１から１５までのいずれか１項記載の片面接触型の太陽電池。
【請求項１７】
請求項１から１６までのいずれか１項記載の片面接触型の太陽電池の製造方法において、
ウェハ（ＷＦ）の形の吸収層（ＡＳ）を有し、２つの接触系が裏面（ＲＳ）に配置されている太陽電池（ＨＫＳ）を製造する以下のステップを有する、すなわち、
（Ｉ）点状または線状または格子状または網状のスルーコンタクト（ＤＫ）を形成するためにウェハ（ＷＦ）を構造化するステップ、
（ＩＩ）前記ウェハ（ＷＦ）の前面を面全体にわたりテクスチャライズおよびパッシベーションするステップ、
（ＩＩＩ）前記スルーコンタクト（ＤＫ）に取り入れながら前記ウェハ（ＷＦ）の前面（ＶＳ）において放射層（ＥＳ）または電界パッシベーション層（ＦＳＦ／ＢＳＦ）の面全体にわたり形成するステップ、
（ＩＶ）前記スルーコンタクト（ＤＫ）を覆いながら前記ウェハ（ＷＦ）の裏面（ＲＳ）において接触格子（ＫＧ）を析出するステップ、
（Ｖ）前記接触格子（ＫＧ）の全体が露出されている表面において電気的な絶縁層（ＩＳ）を形成するステップ、
（ＶＩＩ）前記ウェハ（ＷＦ）の露出されている領域の全体をパッシベーションしながら、絶縁された前記接触格子（ＫＧ）を有する前記ウェハ（ＷＦ）の裏面（ＲＳ）においてまだ析出されていない電界パッシベーション層（ＦＳＦ／ＢＳＦ）または放射層（ＥＳ）を面全体にわたり析出するステップ、
（ＶＩＩＩ）前記ウェハ（ＷＦ）の裏面に析出された前記放射層（ＥＳ）または前記電界パッシベーション層（ＦＳＦ／ＢＳＦ）においてコンタクト層（ＫＳ）を面全体にわたり析出するステップ、
（ＩＸ）前記接触格子（ＫＧ）と前記コンタクト層（ＫＳ）とを電気的に接触させるステップ、
を有することを特徴とする、片面接触型の太陽電池の製造方法。
【請求項１８】
請求項１から１６までのいずれか１項記載の片面接触型の太陽電池の製造方法において、
薄膜ベースの吸収層（ＡＳ）を有し、２つの接触系が上側（ＯＳ）に配置されている太陽電池（ＨＫＳ）を製造する以下のステップを有する、すなわち、
（Ｉ）放射層（ＥＳ）または電界パッシベーション層（ＦＳＦ／ＢＳＦ）および吸収層（ＡＳ）をサブストレート（ＳＵ）またはスーパーストレート（ＳＰ）上に被着させるステップ、
（ＩＩ）前記吸収層（ＡＳ）を通る前記放射層（ＥＳ）または前記電界パッシベーション層（ＦＳＦ／ＢＳＦ）の点状または線状または格子状または網状のスルーコンタクト（ＤＫ）を形成するために簡単な通過開口部（ＤＧ）により前記吸収層（ＡＳ）を構造化するステップ、
（ＩＩＩ）前記通過開口部（ＤＧ）を機能層材料または導電性の材料でもって充填するステップ、
（ＩＶ）前記スルーコンタクト（ＤＫ）を覆いながら前記吸収層（ＡＳ）の上側（ＯＳ）において接触格子（ＫＧ）を析出するステップ、
（Ｖ）前記接触格子（ＫＧ）の全体が露出されている表面において電気的な絶縁層（ＩＳ）を形成するステップ、
（ＶＩ）前記吸収層（ＡＳ）の露出されている領域の全体をパッシベーションしながら、前記接触格子（ＫＧ）を有する前記吸収層（ＡＳ）の上側（ＯＳ）においてまだ析出されていない放射層（ＥＳ）または電界パッシベーション層（ＦＳＦ／ＢＳＦ）を面全体にわたり析出するステップ、
（ＶＩＩ）前記接触格子（ＫＧ）を有する前記吸収層（ＡＳ）の側に析出された前記放射層（ＥＳ）または前記電界パッシベーション層（ＦＳＦ／ＢＳＦ）においてコンタクト層（ＫＳ）を面全体にわたり析出するステップ、
（ＶＩＩＩ）前記接触格子（ＫＧ）と前記コンタクト層（ＫＳ）とを電気的に接触させるステップ、
を有することを特徴とする、片面接触型の太陽電池の製造方法。
【請求項１９】
請求項１から１６までのいずれか１項記載の片面接触型の太陽電池の製造方法において、
薄膜ベースの吸収層（ＡＳ）を有し、２つの接触系が上側（ＯＳ）に配置されている太陽電池（ＨＫＳ）を製造する以下のステップを有する、すなわち、
（Ｉ）電界パッシベーション層（ＦＳＦ／ＢＳＦ）および吸収層（ＡＳ）をサブストレート（ＳＵ）またはスーパーストレート（ＳＰ）上に被着させるステップ、
（ＩＩ）前記吸収層（ＡＳ）の上側（ＯＳ）に接触格子を析出するステップ、
（ＩＩＩ）金属スパイク（ＭＳ）の形のスルーコンタクト（ＤＫ）を形成するために前記接触格子（ＫＧ）を熱処理するステップ、
（ＩＶ）前記接触格子（ＫＧ）の全体が露出されている表面において電気的な絶縁層（ＩＳ）を形成するステップ、
（Ｖ）前記吸収層（ＡＳ）の露出されている領域をパッシベーションしながら、前記接触格子（ＫＧ）を有する前記吸収層（ＡＳ）の上側（ＯＳ）において放射層（ＥＳ）を面全体にわたり析出するステップ、
（ＶＩ）析出された前記放射層（ＥＳ）においてコンタクト層（ＫＳ）を面全体にわたり析出するステップ、
（ＶＩＩ）前記接触格子（ＫＧ）と前記コンタクト層（ＫＳ）とを電気的に接触させるステップ、
を有することを特徴とする、片面接触型の太陽電池の製造方法。
【請求項２０】
請求項１から１６までのいずれか１項記載の片面接触型の太陽電池の製造方法において、
薄膜ベースの吸収層（ＡＳ）を有し、２つの接触系が上側（ＯＳ）に配置されている太陽電池（ＨＫＳ）を製造する以下のステップを有する、すなわち、
（Ｉ）電界パッシベーション層（ＦＳＦ／ＢＳＦ）および吸収層（ＡＳ）をサブストレート（ＳＵ）またはスーパーストレート（ＳＰ）上に被着させるステップ、
（ＩＩ）前記吸収層（ＡＳ）の上側（ＯＳ）に点状コンタクトを析出するステップ、
（ＩＩＩ）金属スパイク（ＭＳ）の形のスルーコンタクト（ＤＫ）を形成するために前記点状コンタクトを熱処理するステップ、
（ＩＶ）前記点状コンタクトを覆いながら前記吸収層（ＡＳ）の上側において接触格子（ＫＧ）を析出するステップ、
（ＩＶ）前記接触格子（ＫＧ）の全体が露出されている表面において電気的な絶縁層（ＩＳ）を形成するステップ、
（Ｖ）前記吸収層（ＡＳ）の露出されている領域をパッシベーションしながら、前記接触格子（ＫＧ）を有する前記吸収層（ＡＳ）の上側（ＯＳ）において放射層（ＥＳ）を面全体にわたり析出するステップ、
（ＶＩ）析出された前記放射層（ＥＳ）においてコンタクト層（ＫＳ）を面全体にわたり析出するステップ、
（ＶＩＩ）前記接触格子（ＫＧ）と前記コンタクト層（ＫＳ）とを電気的に接触させるステップ、
を有することを特徴とする、片面接触型の太陽電池の製造方法。
【請求項２１】
前記放射層（ＥＳ）のスルーコンタクトでは必ず、また前記電界パッシベーション層（ＦＳＦ，ＢＳＦ）のスルーコンタクトでは選択的に、前記接触格子（ＫＧ）を被着する前に前記吸収層の上側（ＯＳ）において電気的に絶縁された保護層（ＯＸ）を面全体にわたり被着させるステップと、
前記放射層（ＥＳ）または前記電界パッシベーション層（ＦＳＦ／ＢＳＦ）を析出する前に、前記接触格子（ＫＧ）における前記絶縁層（ＩＳ）に影響を及ぼすことなく、前記電気的に絶縁された保護層（ＯＸ）から前記接触格子（ＫＧ）を有する前記吸収層（ＡＳ）の上側（ＯＳ）を露出させるステップとを有する、請求項１６から２０までのいずれか１項記載の方法。
【請求項２２】
前記放射層（ＥＳ）または前記電界パッシベーション層（ＦＳＦ／ＢＳＦ）を析出する前に、前記接触格子（ＫＧ）における前記絶縁層（ＩＳ）に影響を及ぼすことなく、前記接触格子（ＫＧ）を有する前記放射層（ＡＳ）の上側（ＯＳ）を不純物によって露出させるステップを有する、請求項１６から２０までのいずれか１項記載の方法。
【請求項２３】
エッチング処理またはレーザ処理によって点状または線格子状または網状の通過開口部（ＤＧ）を形成することにより前記吸収層（ＡＳ）を構造化するステップを有する、請求項１６から２２までのいずれか１項記載の方法。
【請求項２４】
導電性の材料でもって前記通過開口部（ＤＧ）を充填するステップを有し、少なくとも前記放射層（ＥＳ）のスルーコンタクト（ＤＫ）の場合には前記通過開口部（ＤＧ）を予め絶縁性の材料（ＩＭ）でもって被覆する、請求項２３記載の方法。
【請求項２５】
前記放射層（ＥＳ）または前記電界パッシベーション層（ＦＳＦ／ＢＳＦ）と同じ機能を有する半導体材料でもって前記通過開口部（ＤＧ）を充填するステップを有する、請求項２４記載の方法。
【請求項２６】
拡散または析出により前記放射層（ＥＳ）または前記電界パッシベーション層（ＦＳＦ／ＢＳＦ）を形成するステップを有する、請求項１６から２５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項２７】
シャドーマスクを用いた金属析出、シルクスクリーン、インクジェットプリント、フォトリソグラフィによって、またはマスクを用いた熱的な蒸着によって導電性材料を選択的に被着させることによって前記接触格子（ＫＧ）を析出するステップを有する、請求項１６から２６までのいずれか１項記載の方法。
【請求項２８】
前記接触格子（ＫＧ）の析出時に前記吸収層（ＡＳ）の端部に接続領域としてのウェブ（ＳＴ）を形成し、前記吸収層（ＡＳ）の裏面において前記放射層（ＥＳ）または前記電界パッシベーション層（ＦＳＦ／ＢＳＦ）を析出している間に前記端子領域を残し、前記端子領域を露出させるステップを有する、請求項１６から２７までのいずれか１項記載の方法。
【請求項２９】
電気的に絶縁された保護層（ＯＸ）の熱的な蒸着によって、もしくは、熱的または湿化学的または電気化学的な成長によって、もしくは、マスクまたはシルクスクリーンまたはインクジェットプリントまたはフォトリソグラフィを用いたスパッタリングまたは気相析出によって、もしくは、熱的または電気化学的な金属酸化物の形成によって、電気絶縁性のペーストを選択的に被着させることにより、前記接触格子（ＫＧ）の全体が露出されている表面において前記絶縁層（ＩＳ）を形成するステップを有する、請求項１６から２８までのいずれか１項記載の方法。
【請求項３０】
前記接触格子（ＫＧ）を有する前記吸収層（ＡＳ）の上側（ＯＳ）を不純物により露出させるか、前記保護層（ＯＸ）を選択的なエッチングによって露出させるステップを有する、請求項１６から２９までのいずれか１項記載の方法。
【請求項３１】
熱的な蒸着またはスパッタリングまたは気相析出によって別の機能層（ＦＳ）、例えばバッファ層または種子層を付加的に析出するステップを有し、個々の機能層（ＦＳ）は複数の機能を有する、請求項１６から３０までのいずれか１項記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、種々にドープされている半導体材料からなる、スルーコンタクトによって構造化されている少なくとも１つの吸収層と、この吸収層の一方の側において面全体にわたり配置されている少なくとも１つの放射層とから構成されている片面接触型の太陽電池に関し、この太陽電池においては光の入射により吸収層内に余剰電荷担体が生じ、吸収層と放射層との間のｐｎ接合部において分離され、吸収層の一方の側の全体に配置されており、電気的に外部から接触されており、且つ相互に絶縁されている２つの接触系によって収集および案内される。一方の接触系は吸収層に配置されており、少なくとも上面全体が絶縁層によって覆われており、またその一方の端部がスルーコンタクトと導電的に接続されている接触格子として構成されており、他方の接触系は面全体にわたるコンタクト層として構成されている。さらに本発明は相応の太陽電池の製造方法に関する。吸収層を自己担持型のウェハとして実施することができるか、サブストレートまたはスーパーストレート上の薄膜として実施することができる。
【０００２】
太陽電池は光を電気的なエネルギに変換する構成素子である。通常の場合、それらの太陽電池は半導体材料から構成されており、正の電荷担体および負の電荷担体に関して異なる導電性の領域または層、つまりｎ導電型の領域またはｐ導電型の領域を有する。これらの領域は放射部（Emitter）および吸収部（Absorber）と称される。入射する光によって生じる正の余剰電荷担体および負の余剰電荷担体が放射層と吸収層との間のｐｎ接合部において分離され、それぞれの領域と導電的に接続されている接触系によって収集および案内される。接触系に達し、それ以前にそれぞれの逆極性の電荷担体と再結合しなかった余剰電荷担体のみが太陽電池の利用可能な電力に相応に寄与する。
【０００３】
片面接触型の太陽電池は、共通した面にわたる吸収層から余剰電荷担体を別個に収集するための２つの接触系を有する。このことは先ず基本的に、一方の面のみを接触のために処理すればよいという利点を有する。本発明においては、太陽電池の動作時に入射する光にさらされる面（前面）に２つの接触系が設けられている場合には「前面接触」という概念が使用される。本発明においては、太陽電池の動作時に入射する光にさらされない面（裏面）に２つの接触系が配置されている場合には「裏面接触」という概念が使用される。さらには「上側」という概念も太陽電池との関係において使用される。これは太陽電池の動作時、また殊に製造時に接近可能な側を意味する。ウェハベースの吸収層の場合には太陽電池の両側が接近可能であり、したがって上側と称される。サブストレートまたはスーパーストレートを有する薄膜ベースの太陽電池の場合には、太陽電池のサブストレート側またはスーパーストレート側とは反対側がそれぞれ「上側」と称される。これはサブストレートでは前面であり、スーパーストレートでは裏面である。
【０００４】
接触系の配置構成において何よりも重要なことは電荷担体の収集の効率である。太陽電池の吸収層の電子的な品質が十分に良好である場合、すなわち少数電荷担体の有効バルク拡散距離が吸収層の層厚よりも実質的に長い場合、有利には放射層を通常の場合太陽電池の裏面に設けることができる。殊に裏面接触の場合には、第１に接触系による遮蔽損失が生じず、これにより太陽電池の効率が改善され、第２に太陽電池の動作時に入射する光にさらされている面の簡単な面全体にわたる覆いが別の機能層を用いて実現されるという利点が得られる。この別の機能層は例えば、少数電荷担体を後方散乱させるための前面の電界パッシベーション層（ＦＳＦ；Front Surface Field）または付加的な反射防止層でよい。しかしながら、吸収層の電子的な品質が比較的低い場合、すなわち少数電荷担体の有効バルク拡散距離が吸収層の層厚よりも短い場合、またはその層厚のオーダにある場合には、放射層が有利には太陽電池の前面に設けられる。この場合には、吸収層の有効バルク拡散距離よりも短い深さにおいて生成される吸収層の全ての少数電荷担体を確実に収集することができる。前面接触の場合には、少数電荷担体を一層効率的に後方散乱させるために、裏面の電界パッシベーション層（ＢＳＦ；Back Surface Field）を設けることができる（裏面接触の場合における前面の電界パッシベーション層（ＦＳＦ；Front Surface Field）に類似する）。
【０００５】
本発明による太陽電池にとって重要であることは、従来技術における、相応に構造化された吸収層を通るスルーコンタクトにより前面とも接触する片面側の裏面接触である。これはいわゆるメタルラップスルー（ＭＷＴ）技術またはエミッタラップスルー（ＥＷＴ）技術であり、これらの技術においては、接触格子を介して前面の放射層と接触する金属性のウェブまたは前面の放射層自体が吸収層を通って太陽電池の裏面における相応の接触系と貫通接触される。
【０００６】
スルーコンタクトを備えた前面における片面接触型の太陽電池は技術的に簡単で効率的な製造方法が存在しないためこれまで実現されていない。従来技術からは、スルーコンタクトを備えた裏面における片面接触型の太陽電池のみが公知である。スルーコンタクトを備えた裏面接触型の太陽電池に関する有用な概観はE.V.Kerschaverらによる刊行物「Back-contact Solar Cells: A Review」(Prog. Photovolt: Res. Appl., 25.05.2005, published online in Wileys InterScience D0l:10.1002/pip.657)から得られる。
【０００７】
ウェハベースの太陽電池に関するエミッタラップスルー技術はUS 5.468.652に開示されている。この刊行物からは、レーザにより吸収層の前面に配置されている放射層および吸収層を通って穿孔された孔がウェハの裏面における接触系と接触される点接触が公知である。放射層も選択的なＢＳＦ層も拡散により形成される。他方の接触系は少数電荷担体を案内するためにウェハの裏面に対して絶縁されており、またウェハの裏面に対して絶縁されていない、多数電荷担体を案内するための接触系と箱入り構造（インターデジタル）で配置されている。殊に、放射層と吸収層またはＢＳＦ層の裏面の構造化された分離は箱入り構造にされている２つの接触系も含めて必要である。従来技術ではこの分離は絶縁された酸化物層の選択的な除去および選択的な拡散によって行われる。
【０００８】
ウェハベースの太陽電池に関する別のエミッタラップスルー技術はＲＩＳＥ−ＥＷＴ太陽電池として公知である（P. Engelhardtらによる刊行物「The RISE-EWT Solar Cell - A New Approach Towards Simple - High Efficiency Silicon Solar Cells」15th International Photovoltaic Science and Engineering Conference, Shanghai, China, 2005, p. 802-803を参照されたい）。ウェハの裏面における箱入り構造の２つの接触系も含めた、裏面における放射層と吸収層ないしＢＳＦ層との構造化された分離はレーザ構造化（櫛状の凹部の形成）により行われるので、裏面では面全体にわたり金属を析出することができ、この金属が２つの接触系を形成する。
【０００９】
さらにはDE 696 31 815 T2から、スルーコンタクトを有していないウェハベースの裏面接触型の結晶ホモ太陽電池が公知であり、この太陽電池においては絶縁層によって包囲されている接触格子が設けられており、この接触格子の上方には絶縁層を介して面全体にわたるコンタクト層が配置されている。しかしながら、このホモコンタクト太陽電池においては放射層の構造化が接触格子を構成するドーパントを用いた吸収層の逆ドーピングによって行われる。したがって放射層は独立した機能層として構成されているのではなく、吸収層内に集積された小さい領域によって直接的に接触格子の下方に構成される。煩雑な拡散工程によって急峻なｐｎ接合部を形成できない可能性がある。金属格子上の絶縁層を選択的な酸化物、例えば酸化アルミニウムによって形成することができる。
【００１０】
DE 198 54 269 A1にはサブストレートおよびスルーコンタクトを備えた薄膜ベースのヘテロ太陽電池が開示されており、このヘテロ太陽電池においては一方の接触系が確かに接触格子として構成されているが、導電性のサブストレートの手前において吸収層の裏面に直接的に集積されている。他方の接触系は面全体にわたるコンタクト層として構成されており、導電性のサブストレートの裏面に配置されている（図６を参照されたい）。したがってサブストレートの導電性は機能の本質をなす。吸収層とサブストレートとの間の接触格子は完全に絶縁層によって包囲されており、吸収層と接触格子との直接的な導電性の接続および間接的な導電性の接続が回避される。放射層を除いた接触格子の導電性の接続は、面全体にわたり形成されている放射層および吸収層を通過する通過開口部の形で、吸収層を通るスルーコンタクトによって得られる。通過開口部は部分的に放射層の材料でもって充填されており、また部分的に接触格子の材料でもって充填されており、したがって実現は技術的に相応に困難である。図３には、箱入り構造にされている２つの接触系を有する実施形態が示されており、これらの接触系は絶縁層内に埋込まれてサブストレート上に直接的に設けられている。接触のために２つの異なる点接触が必要とされる。このために放射層、吸収層および絶縁層を通る孔が形成され、これらの孔は放射層の点接触の場合には２段階に形成され、放射層の材料でもって被覆されなければならず、吸収層の点接触の場合には孔の下方の領域のみが選択的に金属的に充填される。択一的に、吸収層の接触のために設けられている接触系もサブストレート上において絶縁されずに析出することができる。この場合には接触系が吸収層の析出部と直接的に接触される。これにより吸収層の点接触が省略されるが、このためにはコンタクト層がサブストレート上において相応に絶縁されて、または絶縁されずに構造化されなければならない。しかしながら全ての実施形態においては、太陽電池の下側（サブストレートの一番近くにある面）における２つの接触系が活性の太陽電池層の下に位置し、したがって相応に製造が難しく、また接触も困難である。
【００１１】
ｎ++層およびｐ層に関して２つの接触型を有する裏面接触型のｎ++ｉｐドープ構成である薄膜ベースのスーパーストレート太陽電池はWO 03/019674 A1に開示されている。真性ドープされたｉ層を吸収層と解することができ、またｎ++層またはｐドープ層を放射層またはＢＳＦ層と解することができる。２つの接触系は活性の太陽電池層（放射吸収層および電界パッシベーション層からなる）の上方の太陽電池の上側の面（スーパーストレートから最も離れている面、この面は同時に太陽電池の裏面を表す）に設けられており、点接触によって絶縁層を貫通してｐ層に接触しているか、絶縁層、ｐ層およびｉ層を貫通してｎ++層に接触している。点接触はｐ層の場合には金属性であり、ｎ++層の場合には孔を放射層の材料（ｎ層）でもって被覆しなければならない。種々の点接触は太陽電池の上側の面における帯状の接触部を介して２つの構造化された接触系に統合される。殊に、完成した太陽電池モジュールが統合された直列接続回路および並列接続回路も実現される。
【００１２】
発明の課題
本発明の課題は、技術的に非常に簡単なやり方で、ウェハベースの太陽電池もサブストレート構成またはスーパーストレート構成の薄膜ベースの太陽電池も実現することができる、スルーコンタクトを備えた片面接触型の太陽電池を提供することである。このことはウェハベースの太陽電池の場合、ウェハ内の孔の簡単な形成を除いて別の構造化措置は必要とされないことを意味する。このことは薄膜太陽電池の場合には、僅かに点接触部が必要とされるに過ぎないことを意味する。総じて、接触系の構成および製造が著しく簡略化されるべきである。ウェハベースの太陽電池に関しても薄膜ベースの太陽電池に関しても全ての活性太陽電池層ならびに第２のコンタクト層が面全体にわたり析出されるべきである。それにもかかわらず、電界パッシベーション層を設けることによって高効率の確実に作動する太陽電池が提供されるべきである。さらに、電界パッシベーションのスルーコンタクトならびに技術的に有効な前面接触が提供されるべきである。この種の太陽電池を製造する方法は効率的で廉価で簡単にその構成に適合できるべきである。
【００１３】
本発明によればこの課題は独立請求項に記載されている構成により解決される。有利な修正形態は所属のそれぞれの従属請求項に記載されており、それらの修正形態を以下では本発明と関連させて詳細に説明する。
【００１４】
本発明による太陽電池は、相互に対向している２つの導電的な機能太陽電池層、つまり放射層と電界パッシベーション層を有し、これらの層は吸収層の前面および裏面に分かれて設けられており、２つの機能太陽電池層のうちの一方が吸収層を介して貫通接触される。貫通接触された箇所は金属性の接触格子を介して導電的に相互に接続され、接触格子の表面において電気的に絶縁されている。外側に向かって絶縁されている接触格子は吸収層と面全体にわたり析出される機能太陽電池層との間に設けられている。この（貫通接触されなかった）機能太陽電池層は面全体にわたりコンタクト層と接触している。したがって煩雑な構造化または接触系の両側の絶縁は完全に省略される。ここでもまた２つの機能太陽電池層である放射層および電界パッシベーション層は常に構造化されておらず、これによって製造コストがさらに低減され、また効率をさらに高めることができる。吸収層の構造化は幾何学的に最も簡単なスルーコンタクトの形成に限定され、接触格子の集積構造化は省略される。同様に本発明によれば、太陽電池における放射層または電界パッシベーション層の煩雑な領域構造化も行われない。２つの接触系は常に絶縁層および別の機能太陽電池層（放射層または電界パッシベーション層）によって相互に隔てられているが、製造時に容易に接近可能な太陽電池の上側（薄膜ベースの太陽電池では、サブストレートまたはスーパーストレート側とは反対側の面）に設けられている。本発明の種々の択一的な実施形態は、自己担持型のウェハベースの太陽電池としての実施形態、または択一的なサブストレート構成またはスーパーストレート構成および（光の入射に関して）前面または裏面に配置されている放射層を備えた代替的な放射層スルーコンタクトまたは電界パッシベーション層スルーコンタクト構成における薄膜太陽電池としての実施形態を基礎とする。
【００１５】
エミッタラップスルー技術によって、本発明においては前面に配置されている放射層での裏面接触を実現することができる。これとは反対に本発明において電界パッシベーション層が貫通接触（ＦＳＦラップスルー、ＢＳＦラップスルー）される場合には、貫通接触された電界パッシベーション層の導電性が吸収層よりも良好であるという前提では、もはや吸収層ＡＳを通らずにＦＳＦ層を通って接触格子へと流れる多数電荷担体のオーム損失を最小にすることができる。殊に、サブストレートまたはスーパーストレート上に析出される薄膜ベースの太陽電池に関しては、例えば最後に析出された機能太陽電池層（放射層または電界パッシベーション層）によって吸収層の境界面を最良にパッシベーションできる場合には前面接触も有利である。この場合、放射層または電界パッシベーション層と接触する面全体にわたるコンタクト層は透明に実施される。薄膜ベースの太陽電池の場合、本発明では２つの接触系が常に上側、すなわち太陽電池の容易に接近可能な側に設けられており、殊に接触部が埋設されておらず、したがって、殊に簡単で付加的な構造化ステップを用いた後の直列接続または並列接続に関して同様に容易に接近可能である。ウェハベースの太陽電池においては、吸収層の両側が基本的に容易に接近可能であり、また２つの接触系を配置するための上側として使用される。
【００１６】
太陽電池の前面への電界パッシベーション層（ＦＳＦラップスルーまたはＢＳＦラップスルー）または２つの接触系のスルーコンタクトは従来技術から公知ではない。さらに、従来技術による２つの接触系が常に（放射層、吸収層および電界パッシベーション層から構成されている）活性太陽電池層の「外側に」設けられており、他方本発明では接触格子が常に太陽電池層の「内側に」設けられている、すなわち吸収層と放射層との間に設けられているか、吸収層と電界パッシベーション層との間に設けられているという点において公知のスルーコンタクトは基本的に本発明とは異なる。さらには、２つの接触系が常に技術的に容易に接近可能な太陽電池の上側に設けられている。このことは本発明においては、殊に薄膜ベースの太陽電池のスルーコンタクトの場合には、１つの接触型しか必要とされず（下側、すなわちサブストレート／スーパーストレートに続く吸収層の面に設けられている太陽電池層の貫通接触）、２つの接触型（放射層の貫通接触および吸収層または電界パッシベーション層の接触）はもはや必要とされないことを意味する。このことはウェハベースの太陽電池の場合には、第２の接触系（コンタクト層）を面全体にわたり析出することができるので、吸収層または接触系のさらに煩雑な構造化を行う必要はないことを意味する。ウェハ内の孔の簡単な形成を除いて、さらなる構造化措置は必要とされず、また全ての活性太陽電池層を面全体にわたり析出することができる。
【００１７】
（Ａ）裏面接触型のウェハベースの太陽電池
放射層が裏面に設けられている太陽電池は、ウェハの少数電荷担体のバルク拡散距離がウェハの厚さよりも実質的に長い場合にのみ高効率を提供することができる。この場合には通常、電子的な品質が非常に高いウェハ（ＦＺウェハ）が必要とされる。電子的な品質が中位であるウェハ（ＣＺウェハ、ポリｃＳｉウェハ、ＥＦＧウェハ）においては、放射層が前面に配置されるべきである。しかしながら、放射層がウェハ内の通過開口部（孔またはスリット）を通って点状／部分的に太陽電池の裏面に案内されることによって（「エミッタラップスルー」コンセプト）、本発明による裏面接触をやはり使用することができる。ウェハ内の通過開口部が放射層の一部になり、この放射層はウェハの構造化に続いてヘテロ太陽電池の前面に被着される。接触格子による放射層のスルーコンタクトの接続の場合には、基本的に吸収層と接触格子の短絡を回避することができる。通過開口部が接触格子の幾何学的な形状に適合されているか、すなわち接触フィンガはすなわちスリット状であるか、点状のスルーコンタクト間の吸収層に電気的に絶縁された層（例えば酸化物層）が設けられている。
【００１８】
薄膜として実施されている放射層が太陽電池の裏面に残される場合には、同様に前面のパッシベーション層を、（このパッシベーション層が前面の導電性電界パッシベーション層ＦＳＦ（例えばａ−Ｓｉ：Ｈ）として実施されている場合）吸収層におけるスルーコンタクトを通って点状／部分的に太陽電池の裏面に案内することができる。ここで新たに定義する「ＦＳＦラップスルー」コンセプトは裏面接触型の太陽電池のための公知の「メタルラップスルー」コンセプトにほぼ対応するものであるが、このコンセプトでは金属の代わりに前面の電界パッシベーション層ＦＳＦが吸収層を通って貫通接触される。これによって、貫通接触された前面の電界パッシベーション層の導電性はウェハよりも良好であるという前提では、吸収層としてのウェハを通ってはもはや流れずに、前面の電界パッシベーション層を介して接触格子へと流れる多数電荷担体のオーム損失を最小にすることができる。直列抵抗、したがって裏面の放射層を備えたその種の裏面接触型の太陽電池のフィルファクターをこの措置によって改善することができる。
【００１９】
放射層またはウェハの技術的に煩雑な構造化を行う必要なく、２つの接触系をウェハの裏面に配置することができる。このための有利な製造方法および有利な修正形態は以下の通りである：
【００２０】
・ウェハの裏面における電気的に絶縁された保護層の面全体にわたる形成
ウェハの裏面（太陽電池の動作時における光の入射側とは反対側）において電気的に絶縁された保護層が設けられる。この保護層はウェハの後の構造化の間にウェハの裏面の表面を保護し、また後に再び除去される。さらに、この保護層はエミッタラップスルー構成の場合には絶縁層として使用される。
【００２１】
・点状、線格子状、または網状のスルーコンタクトを形成するためのウェハの構造化
孔またはスリットが（例えばレーザ構造化によって）ウェハ内に形成される。これらの孔またはスリットは後に、前面（太陽電池の動作時に光が入射する側）に形成される機能層の点状、線格子または網状の貫通部として使用される。
【００２２】
・外部反射および内部反射を低減するためにウェハの前面の面全体にわたるテクスチャライズおよびパッシベーション
【００２３】
・スルーコンタクトに取り入れながらのウェハの前面における放射層または電界パッシベーション層の面全体にわたる形成
このためにウェハが慣例のように拡散されるか、薄膜として実施されている面全体にわたる放射層または前面の電界パッシベーション層がウェハの前面に析出され、この層が孔／スリットを充填するか、縁取る（例えばａ−Ｓｉ：Ｈ）。したがってウェハ内の孔／スリットは太陽電池の前面に被着された機能層の一部となる。
【００２４】
・スルーコンタクトを覆いながらのウェハの裏面における接触格子の形の接触系の析出
続けて、ウェハの裏面における電気的に絶縁された保護層に金属性の接触格子（例えばＡｌ）が被着される。ここで、孔／スリットがそれぞれ接触格子の接触フィンガの下方に設けられることを考慮しなければならない。このことは例えばシルクスクリーンまたはシャドーマスクまたはフォトリソグラフィを用いる金属析出によって行うことができる。ここで金属性のウェブがウェハの縁に設けられる。エミッタラップスルー構成の場合には、接触格子がウェハ（吸収層）内に生じる余剰少数電荷担体を案内するために使用され、この余剰少数電荷担体が放射層によって収集される。ＦＳＦラップスルー構成の場合には、接触格子がウェハ（吸収層）内に生じる余剰多数電荷担体を案内するために使用される。
【００２５】
・接触格子の全体が露出されている表面における、電荷担体の通り抜けも阻止する電気的な絶縁層の形成
接触格子の全体が露出されている表面が絶縁層によって包囲される。これはやはり種々の方式で実施することができる：シルクスクリーン法によって形成されるか、シャドーマスクまたはフォトリソグラフィを用いた絶縁層の析出によって形成されるか、接触格子の表面における熱的または電気化学的な金属酸化物の生成によって形成される。
【００２６】
・接触格子における絶縁層を損傷させないウェハの裏面の露出
選択的なエッチング（例えばＨＦディップ）によって、接触格子によって覆われていないウェハの裏面の大部分が電気的に絶縁された保護層の除去によって露出／浄化されるが、この際に接触格子の絶縁層が除去されることはない。
【００２７】
・ウェハの前面には形成されなかった放射層または電界パッシベーション層のウェハの裏面全体にわたる析出、それと同時のパッシベーション
この場合、ウェハの裏面全体には（縁のウェブを除き）別の機能層（例えばａ−Ｓｉ：Ｈ）が面全体にわたり析出される。この別の機能層はウェハの表面も接触格子の表面も覆い、ウェハの露出された表面を良好にパッシベーションできなければならない。
【００２８】
・ウェハの裏面に析出された放射層または電界パッシベーション層における、コンタクト層の形の別の接触系の面全体にわたる析出
続けて、別の機能層の表面が（縁におけるウェブを除いて）面全体にわたり金属的に接触される（例えばＡｌ）。金属性のコンタクト層はエミッタラップスルー構成の場合、ウェハ（吸収層）内に生じた余剰多数電荷担体を案内するために使用され、前面の電界パッシベーションラップスルー構成の場合、ウェハ（吸収層）内に生じた余剰少数電荷担体を案内するために使用され、これらの電荷担体は放射層を介して収集される。
【００２９】
・接触格子およびコンタクト層の電気的な接触
（必要に応じてウェブにおける絶縁層を除去した後の）ウェブならびにコンタクト層の電気的な接触によってヘテロ太陽電池は作動できる。２つの接触系（ｃ−Ｓｉを基礎とする絶縁された金属性の接触格子のウェブおよびａ−Ｓｉ：Ｈを基礎とする面全体にわたるコンタクト層）はヘテロ太陽電池の裏面に設けられており、またこれらの接触系を技術的に非常に簡単にモジュールにおいて裏面で直列接続または並列接続させることができる。正方形のｃ−Ｓｉウェハの縁に接触格子のウェブが配置される場合には、接触格子のウェブおよびコンタクト層を簡単なやり方で直接的な接触によって（例えば導電性の接着銅条を用いて）直列接続または並列接続させることができる。
【００３０】
（Ｂ）薄膜ベースのヘテロ太陽電池、サブストレート構成およびスーパーストレート構成
同様のコンセプトを薄膜ベースのヘテロ太陽電池にも適用することができる。この薄膜ベースの太陽電池においても、電流を案内する２つの接触系が好適には太陽電池の上側における処理を簡略化するために設けられている。このことは、サブストレート構成における前面接触およびスーパーストレート構成における裏面接触に対応する。しかしながらいずれの場合にも、サブストレートまたはスーパーストレートが電気的な接触部に取り入れられる必要はない。したがってそれらは導電性である必要はなく、また有利には簡単なガラスから構成することができる。
【００３１】
薄膜技術においては全ての層がサブストレートまたはスーパーストレートから出発して連続的に析出され、このサブストレートまたはスーパーストレートを以下では、サブストレートまたはスーパーストレートとして後に使用されることに依存せずに下方に位置すると称される。すなわち、層の上側／下側のような使用される概念はサブストレートまたはスーパーストレートから離れた面もしくはサブストレートまたはスーパーストレートに近い面に関係し、これに対し層の前面／裏面のような概念は光の入射に関係する。
【００３２】
薄い吸収層は通常の場合比較的多くの欠陥を有するようにしか析出できないので、好適には、吸収層の厚さはこの吸収層の少数電荷担体のバルク拡散距離のオーダにあるように調整される。この場合には、吸収層内に生じる全ての少数電荷担体をかろうじて収集することができる。放射層は好適には吸収層の前面に設けられる。何故ならば、前面においては常に少数電荷担体が生じ、この少数電荷担体がそこに形成されているｐｎ接合部を介して迅速に案内されるからである。
【００３３】
すなわちサブストレート構成ならびにスーパーストレート構成においては、好適には、薄い放射層が薄い吸収層の前面に設けられ、これに対し裏面には高導電性の薄い電界パッシベーション層を設けることができる。薄膜技術の枠内では太陽電池の全ての機能層が連続的にサブストレートまたはスーパーストレート上に析出されるので、このことはサブストレート構成においては先ず裏面の電界パッシベーション層（ＢＳＦ）が析出され、続いて吸収層が析出され、その後に放射層が析出されることを意味し、これに対しスーパーストレート構成においては相応に先ず放射層が析出され、続いて吸収層が析出され、その後に裏面の電界パッシベーション層（ＢＳＦ）が析出されることを意味する。吸収層の下方に設けられている機能太陽電池層は、２つの接触系をヘテロ太陽電池の前面に配置できるようにするために吸収層を通って貫通接触される。貫通接触できる機能層とはサブストレート構成の場合には裏面の電界パッシベーション層（ＢＳＦ）であり（ＢＳＦラップスルー）、スーパーストレート構成の場合には放射層である（エミッタラップスルー）。
【００３４】
例えば、サブストレート構成における前面の放射層を備えた薄膜ベースのヘテロ太陽電池は、金属誘導結晶化によって生じ、同時に薄い吸収層のための種子層（Saatschicht）として使用される裏面の電界パッシベーション層としての高ドープされたポリｃ−Ｓｉ層と、ドープ型は同じであるが比較的弱くドープされている、気相からエピタキシャルに析出されたポリｃ−Ｓｉ吸収層と、異なるドープ型を有する、気相からアモルファスに析出されたａ−Ｓｉ：Ｈ放射層とから構成されている。同様に、例えば、スーパーストレート構成における前面の放射層を備えた薄膜ベースのヘテロ太陽電池は、金属誘導結晶化によって生じ、同時に吸収層のための種子層として使用される放射層としての高ドープされたポリｃ−Ｓｉ層と、異なるドープ型を有する、気相からエピタキシャルに析出されたポリｃ−Ｓｉ吸収層と、吸収層と同じドープ型を有する、気相からアモルファスに析出されたａ−Ｓｉ：Ｈ裏面電界パッシベーション層とから構成されている。
【００３５】
原則として、放射層を太陽電池の裏面にも配置することができる。もっともこの配置構成は吸収層の層厚が実質的にこの吸収層における少数電荷担体のバルク拡散距離よりも薄いように吸収層の層厚を選定できる場合にのみ有効である。この場合にのみ、主として前面の吸収層内に生じる少数電荷担体が著しい再結合損失も伴うことなく放射層に達することが保証されている。それと同時に吸収層の十分に高い吸収性が要求される場合には、非常に欠陥の少ない吸収層の析出が必要となる。この要求が満たされており、且つ電界パッシベーション層の境界面パッシベーションが放射層の境界面パッシベーションよりも良好である場合（境界面パッシベーションを個別にそのような境界面パッシベーションに最適化することができるので大抵の場合はこれに当てはまる）、放射層の裏面の配置は有利である。何故ならば、ヘテロ太陽電池の前面のパッシベーションは裏面のパッシベーションよりも重要だからである。
【００３６】
薄膜技術の枠内において太陽電池の全ての機能層が連続的にサブストレートまたはスーパーストレート上に析出されるので、これはサブストレート構成においては先ず放射層が析出され、続いて吸収層が析出され、その後に前面の電界パッシベーション層（ＦＳＦ）が析出されることを意味し、これに対しスーパーストレート構成においては相応に先ず前面の電界パッシベーション層（ＦＳＦ）が析出され、続いて吸収層が析出され、その後に放射層が析出されることを意味する。吸収層の下方に設けられている機能太陽電池層はここでもまた、２つの接触系をヘテロ太陽電池の上側に配置できるようにするために吸収層を通って貫通接触される。すなわちこの機能太陽電池層はサブストレート構成の場合には放射層であり（エミッタラップスルー）、スーパーストレート構成の場合には前面の電界パッシベーション層（ＦＳＦ）である（ＦＳＦラップスルー）。
【００３７】
例えば、サブストレート構成における裏面の放射層を備えた薄膜ベースのヘテロ太陽電池は、金属誘導結晶化によって生じ、同時に薄い吸収層のための種子層として使用される放射層としての高ドープされたポリｃ−Ｓｉ層と、異なるドープ型を有する、気相からエピタキシャルに析出されたポリｃ−Ｓｉ吸収層と、吸収層と同じドープ型を有する、気相からアモルファスに析出されたａ−Ｓｉ：Ｈ前面電界パッシベーション層（ＦＳＦ）とから構成されている。同様に、例えば、スーパーストレート構成における裏面の放射層を備えた薄膜ベースのヘテロ太陽電池は、金属誘導結晶化によって生じ、同時に薄い吸収層のための種子層として使用される前面の電界パッシベーション層（ＦＳＦ）としての高ドープされたポリｃ−Ｓｉ層と、同じドープ型を有するが比較的弱くドープされている、気相からエピタキシャルに析出されたポリｃ−Ｓｉ吸収層と、異なるドープ型を有する、気相からアモルファスに析出されたａ−Ｓｉ：Ｈ放射層とから構成されている。吸収層の下方に設けられており、したがってサブストレートまたはスーパーストレートの近傍に設けられている機能太陽電池層を、吸収層内に設けられている通過開口部を介して、サブストレートまたはスーパーストレートからさらに離れて位置する吸収層の前面に貫通接触させることができる。相応の機能層によって収集される吸収層の電荷担体は吸収層の前面において絶縁性に覆われている金属性の接触格子を介して収集される。ここでは接触格子のフィンガがそれぞれ吸収層内の通過開口部を覆っていることを顧慮しなければならない。この場合には接触格子が第２の（面全体にわたり析出可能な）機能太陽電池層内に集積されている。２つの接触系は太陽電池の上側に設けられている。吸収層の構造化は通過開口部（孔またはスリット）の簡単な形成に限定される。２つの機能太陽電池層（放射層および電界パッシベーション層）を有利には面全体にわたり析出することができる。この種の薄膜ベースの太陽電池のための有利な製造方法および有利な修正形態は以下の通りである：
【００３８】
・サブストレートまたはスーパーストレートにおける放射層または電界パッシベーション層および吸収層の被着
サブストレートまたはスーパーストレート（例えばガラス）上には薄膜技術によって第１の機能層および薄い吸収層からなる層群が被着される。この層群は薄膜ベースの太陽電池の所望の構成に応じて放射層／吸収層の層群であるか、電界パッシベーション層／吸収層の層群（例えばガラス上の高ドープされたポリｃ−Ｓｉ種子層／エピタキシャルに析出されている低ドープされたポリｃ−Ｓｉ吸収層の層群）である。このために、必要に応じてさらに１つまたは複数の機能層が中間層（サブストレート／スーパーストレートと第１の機能層との間）として必要とされ、この中間層は太陽電池の効率を高めるためにバッファ層／反射層／種子層またはパッシベーション層として使用される。例えば、放射部と吸収部との間の境界面をより良好にパッシベーションするために、放射層と吸収層との間においては可能な限り薄いバッファ層を使用することができる。吸収層としての結晶性シリコンウェハ上の放射材料がドープされたアモルファスシリコンである場合には、バッファ層を例えば超薄膜（約５ｎｍ）層として真性な（ドープされていない）アモルファスシリコンから形成することができる。しかしながらバッファ層を塩、例えば塩化セシウムから形成することができる。相応の表面ダイポールが張架され、同様にｐｎ接合部における境界面再結合が抑制される。さらには必要に応じて吸収層の表面を構造化することができる。
【００３９】
放射層の層厚は常に、吸収層の電荷担体がエミッタの吸収層側とは反対側の裏面に到達できるように寸法設計されている。さらには放射層を良好にパッシベーションされたｐｎ接合部が吸収層に張架されるような材料から構成することができ、電荷担体の１０5再結合／ｃｍ2の最大境界面再結合率を維持することができる。しかしながら、例えば１０2再結合／ｃｍ2の境界面再結合率が達成されるようにしてもよい。
【００４０】
・吸収層を貫通する放射層または電界パッシベーション層の点状、線格子状または網状のスルーコンタクトを形成するための簡単な通過開口部を有する吸収層の構造化
孔またはスリットが（例えばレーザ構造化または選択性エッチングによって）吸収層内に形成される。これらの孔またはスリットは後に、吸収層の下方に析出された第１の機能層の点状、線格子状または網状のスルーコンタクトとして使用される。エミッタラップスルー構成の場合には、さらに事前に面全体にわたる絶縁層（例えば面全体にわたり析出されたＰＥＣＶＤ酸化物）を吸収層の表面に形成しなければならない。ＢＳＦラップスルー構成またはＦＳＦラップスルー構成の場合これは任意である。
【００４１】
択一的に、ＢＳＦラップスルー構成またはＦＳＦラップスルー構成における金属性のスルーコンタクトにおいては、例えば熱的な蒸発により金属性の接触格子または金属性の点状コンタクト（例えばＡｌ）が吸収層の表面に設けられ、薄膜層群が続いて焼結される場合には、吸収層の先行する構造化も省略することができる。これによって、金属を有利なスパイク形成に基づき吸収層内に打ち込むことができるので（例えば特にＳｉにおけるＡｌ）、金属が裏面または前面の電界パッシベーション層に貫通接触される。この方法ステップを同様に、吸収層の面における接触格子の被着に並行して行うことができる。
【００４２】
・機能層材料または導電性材料による通過開口部の充填
吸収層内に形成された通過開口部（孔／スリット）は第２の機能太陽電池層に相当する機能層材料でもって充填されるか、導電性の材料でもって充填される。ここで、導電性の材料で充填する場合にはこの材料はエミッタラップスルー構成の場合に吸収層に対して電気的に絶縁されなければならないことを顧慮しなければならない。すなわち、この場合には通過開口部を先ず絶縁性の材料でもってその内側をコーティングし、続けて導電性の材料でもって充填しなければならない。ＢＳＦラップスルー構成またはＦＳＦラップスルー構成の場合これは任意である。金属性の材料で充填する場合には、通過開口部を充填する金属性のペーストが（例えばシルクスクリーンによって）被着されることによって、このステップを接触格子を被着するステップと時間的に同時に（並行して）実施することができる。
【００４３】
・吸収層の放射層側または電界パッシベーション層側における接触格子の形の接触系の析出
続けて、吸収層の上側には金属性の接触格子（例えばＡｌ）が被着される。このことはエミッタラップスルー構成の場合、吸収層の電界パッシベーション層に対向する面に相応に予め形成された電気的に絶縁された保護層上で行われなければならない。ＢＳＦラップスルー構成またはＦＳＦラップスルー構成の場合には任意である。接触格子が被着される場合には、通過開口部が吸収層内でそれぞれ接触格子のフィンガの下方に設けられていることを顧慮しなければならない。エミッタラップスルー構成の場合には、接触格子が吸収層内に生じる余剰少数電荷担体を案内するために使用され、この余剰少数電荷担体は放射層によって収集される。ＦＳＦラップスルー構成の場合には、接触格子が吸収層内に生じる余剰多数電荷担体を案内するために使用される。接触格子が吸収層の前面に配置されている場合には、吸収層についての接触面は、予期される電流を最適に案内できるように寸法設計されているが、それにもかかわらず遮蔽面は最小である。接触格子の総面積は通常の場合、吸収層の総面積よりも５％小さい。
【００４４】
接触格子（ここで「格子」の概念はフィンガ状または網状のあらゆる構成であると解されるか、交差部も有さない類似する狭いウェブの構成であると解される）を事前に製造された形で吸収層上に直接的に例えば導電性の接着剤を用いて被着させることができる。さらには、接触格子を選択的に吸収層上に直接的に簡単なシルクスクリーンによって、または相応のマスクを使用して、導電性の材料の熱的な蒸発によって、またはシャドーマスクもしくはフォトリソグラフィを用いる金属析出によって被着させることができる。インクジェットプリントまたはフォトリソグラフィの利用も同様に考えられる。
【００４５】
・接触格子（ＫＧ）の全体が露出されている表面における、電荷担体の通り抜けも阻止する電気的な絶縁層（ＩＳ）の形成
この場合、接触格子は絶縁層によって周囲が包囲される。このことはやはり種々の方式で行うことができる：つまり、接触格子の表面におけるシルクスクリーンによって行われるか、シャドーマスクまたはフォトリソグラフィを用いた絶縁層の析出によって行われるか、熱的または電気化学的な金属酸化物の形成によって行われる。この絶縁層は少なくとも、電荷担体の通り抜けも確実に阻止する程度の最小限の層厚を有する。
【００４６】
接触格子の全体が露出されている表面に絶縁層を被着させるために、例えば絶縁性のペーストを選択的にシルクスクリーンまたはインクジェットプリントを用いて、もしくはマスク、殊にシャドーマスク、スパッタリング、気相析出またはフォトリソグラフィを用いて設けることができる。択一的に、接触格子の全体が露出されている表面およびその間に露出された吸収層にも電気的に絶縁された保護層を熱的または湿式または電気化学的に成長させることができる。この際に、接触格子および吸収層に対して異なる材料が選択されていることに基づき異なる保護層も形成される。例えばアルミニウムからなる接触格子では相応に酸化アルミニウムであり、酸素焼結の場合におけるシリコンからなる吸収層では熱的な酸化シリコンである。酸化焼結の例においては、シリコン吸収層上のアルミニウム接触格子では接触格子の全体が露出されている表面における約２０ｎｍの厚さの酸化アルミニウムが期待され、接触格子によって覆われていない吸収層上においては約５ｎｍの厚さの酸化ケイ素が期待される。保護層を熱的に形成する場合には、この工程を、温度制御式の熱処理でＢＳＦを形成するために吸収層に接触格子の導電性材料を焼結させる工程と一緒に実施することができる。
【００４７】
・接触格子上の絶縁層に影響を及ぼさない、吸収層の放射層または電界パッシベーション層側とは反対側の面の露出
選択的なエッチング／浄化（例えばＨＦディップ）によって、接触格子によって覆われていない吸収層の表面の大部分が露出され、この際に接触格子の絶縁層は除去されない。このことは、エミッタスルーコンタクトの場合における電気的に絶縁された保護層（例えば熱酸化物）の除去および吸収層の露出された表面の浄化（＝自然酸化物の除去）に相当する。
【００４８】
したがって吸収層上の保護層（有利には酸化物層）の選択的なエッチングを問題なく実施することができる。何故ならば、種々の酸化物は通常の場合、エッチングプロセスにおいて異なるエッチングレートを有するからである。殊に、エッチング媒体が相応に選択されている場合には、金属酸化物はシリコン酸化物よりもエッチング耐性がある。相応に放射層に対しても使用されるアルミニウムおよびシリコンを材料とした場合には、選択性のエッチングを例えば希薄な液体ＨＦに単純に短時間浸すことによって実施することができる。フッ素は選択的にシリコン酸化物を除去するだけでなく、それと同時にＳｉ−Ｈ結合を生じさせることによって、シリコンからなる吸収層表面の良好なパッシベーションを保証する。すなわち、吸収層上の酸化物を除去した後にこの吸収層が露出された表面において良好にパッシベーションされるようにエッチング材料を選択することができる。
【００４９】
・吸収層の露出した領域のパッシベーションを同時に実施する、接触格子が設けられている吸収層の面上におけるまだ析出されていない放射層または電界パッシベーション層の面全体にわたる析出
接触格子が設けられている吸収層の面全体に（後の接触のために必要とされる接触格子の小さい領域を除いて）第２の機能太陽電池層（例えばａ−Ｓｉ：Ｈ）が面全体にわたり析出される。これは所望の太陽電池構成に応じるものであり、放射層または前面の電界パッシベーション層（ＦＳＦ）であるか、裏面の電界パッシベーション層（ＢＳＦ）である。この層は吸収層の露出された表面も（完全にまたは部分的に）絶縁された接触格子の表面も完全に覆う。析出された第２の機能層は吸収層の露出された表面（面全体）を良好にパッシベーションできなければならない。
【００５０】
・接触格子が設けられている吸収層の面に析出されている放射層または電界パッシベーション層におけるコンタクト層の形の別の接触系の面全体にわたる析出
続いて、析出された第２の機能層の露出された面は面全体にわたり金属的に接触され（例えばＡｌまたはＴＣＯ）、良好なオームコンタクトが生じる。金属性のコンタクト層はエミッタラップスルー構成の場合には吸収層内に生じる余剰多数電荷担体を案内するために使用され、ＦＳＦラップスルー構成の場合には吸収層内に生じる余剰少数電荷担体を案内するために使用され、これらの電荷担体は放射層を介して収集される。接触層を面全体にわたり形成することができるか、マスク技術を使用して面の一部に形成することができ、また簡単なやり方で、例えば金属コンタクトを用いて、もしくは蒸着によって被着させることができる。
【００５１】
・接触格子およびコンタクト層の電気的な接触
（必要に応じて絶縁層を除去した後に）接触格子に残されている領域の電気的な接触ならびにコンタクト層の電気的な接触によって太陽電池が提供される。２つの接触系（接触格子およびコンタクト層）は太陽電池の前面、すなわち後の動作時の太陽電池の光入射面上に設けられている。側方に配置されているウェブまたは接触格子上に（例えばシャドーマスクによって）端子領域を残すことによって、層を析出し、また先行して形成された絶縁層の（例えば機械的な引っ掻きによる）除去によって端子領域を露出している間に接触格子の電気的な接触を行うことができる。コンタクト層の電気的な接触をその直接的な接近可能性に基づき、別の措置を講じることなく直接的に行うことができる。モジュール接続を簡単なやり方で以下に説明するように行うことができる。
【００５２】
大面積のサブストレートまたはスーパーストレート、例えばガラス上の析出が行える薄膜太陽電池技術においては通常の場合、一度に１つの全体の太陽電池モジュールが製造される。このために機能太陽電池層の析出後に個々の領域（通常は帯状）がサブストレートまたはスーパーストレート上に構造化によって形成され、それらが個々の太陽電池として機能し、また相応に直列接続および／または並列接続される。本発明による薄膜ベースのヘテロ太陽電池構造では、僅か２つの構造化ステップで個々の太陽電池領域の簡単な直列接続および並列接続が達成され、全ての太陽電池層をさらに面全体にわたり析出することができる。これに関する詳細な実施形態は別記している。
【００５３】
本発明による方法は同様に、太陽電池の片面側の前面接触または裏面接触の確立に適している。片面側の接触の選択は、吸収層の電気的な品質および所望のサブストレート構成またはスーパーストレート構成に依存する。吸収層の品質が良好である場合には、放射層を吸収層の裏面に配置することができる。しかしながら吸収層の品質が良好でない場合には、放射層は吸収層の前面に配置されるべきである。このことは、サブストレート構成の場合における前面接触およびスーパーストレート構成の場合における裏面接触に相当する。前面接触の場合にはコンタクト層を透明に、例えば透明な導電性酸化物層、ＴＣＯの形で実施することができる。吸収層の前面における電荷担体の収集を改善するために、電流を収集するコンタクト素子をさらに設けることができる。遮蔽損失を最小にするために、コンタクト素子および接触格子が合同に構成されており、直接的に重なって配置されている場合には有利である。
【００５４】
吸収層、放射層および電界パッシベーション層を有利にはシリコンから形成することができる。結晶性シリコン、殊にｎ型またはｐ型にドープされているシリコン（ｎ／ｐ  ｃ−Ｓｉ）を吸収層に対して使用することができ、また相応にｐ型またはｎ型にドープされており水素が増加されているアモルファスシリコン（ｐ／ｎ  ａ−Ｓｉ：Ｈ）を放射層に対して使用することができる。吸収層と放射層との間に選択的に設けられているバッファ層を同様に有利にはアモルファスシリコン（もっともここではドープされていない）から形成することができる。この種の材料系は電荷担体を分離するための非常に良好にパッシベーションされたｐｎ接合部を保証する。裏面接触の場合には全ての接触系およびコンタクト素子をアルミニウムから形成することができる。前面接触の場合には、コンタクト層を透明な導電性材料、例えばＺｎＯから形成しなければならない。サブストレートおよびスーパーストレートは有利には非導電性のガラスから形成されている。電界パッシベーション層を吸収層の前面においてはポリ結晶シリコンから形成することができ、また裏面においては水素が増加されたアモルファスシリコンから形成することができる。スルーコンタクトを形成するために放射層材料または電界パッシベーション層材料を使用することができるが、別の導電性材料、例えばポリマーまたは金属も使用することができる。接触格子および通過開口部のための絶縁性の材料として例えば酸化物が適している。同時に電界パッシベーション層としても機能するパッシベーション層に対して例えばＳｉＮを使用することができる。
【００５５】
以下では、種々の実施形態での本発明による片面接触型の太陽電池を縮尺通りではない概略的な図面に示した実施例に基づき詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１Ａ】ウェハベース、裏面接触型、エミッタラップスルーコンセプトを示す。
【図１Ｂ】ウェハベース、裏面接触型、エミッタラップスルーコンセプトを示す。
【図１Ｃ】ウェハベース、裏面接触型、エミッタラップスルーコンセプトを示す。
【図１Ｄ】ウェハベース、裏面接触型、エミッタラップスルーコンセプトを示す。
【図２Ａ】ウェハベース、裏面接触型、ＦＳＦラップスルーコンセプトを示す。
【図２Ｂ】ウェハベース、裏面接触型、ＦＳＦラップスルーコンセプトを示す。
【図３】ウェハベース、裏面接触型、直列接続および並列接続を示す。
【図４Ａ】薄膜ベース、前面における放射層、サブストレート構成、ＢＳＦラップスルーコンセプトＩを示す。
【図４Ｂ】薄膜ベース、前面における放射層、サブストレート構成、ＢＳＦラップスルーコンセプトＩを示す。
【図５Ａ】薄膜ベース、前面における放射層、サブストレート構成、ＢＳＦラップスルーコンセプトＩＩを示す。
【図５Ｂ】薄膜ベース、前面における放射層、サブストレート構成、ＢＳＦラップスルーコンセプトＩＩを示す。
【図６Ａ】薄膜ベース、前面における放射層、スーパーストレート構成、エミッタラップスルーコンセプトＩを示す。
【図６Ｂ】薄膜ベース、前面における放射層、スーパーストレート構成、エミッタラップスルーコンセプトＩを示す。
【図７Ａ】薄膜ベース、前面における放射層、スーパーストレート構成、エミッタラップスルーコンセプトＩＩを示す。
【図７Ｂ】薄膜ベース、前面における放射層、スーパーストレート構成、エミッタラップスルーコンセプトＩＩを示す。
【図８Ａ】裏面における放射層、サブストレート構成、エミッタラップスルーコンセプトＩを示す。
【図８Ｂ】裏面における放射層、サブストレート構成、エミッタラップスルーコンセプトＩを示す。
【図９Ａ】薄膜ベース、裏面における放射層、サブストレート構成、エミッタラップスルーコンセプトＩＩを示す。
【図９Ｂ】薄膜ベース、裏面における放射層、サブストレート構成、エミッタラップスルーコンセプトＩＩを示す。
【図１０Ａ】薄膜ベース、裏面における放射層、スーパーストレート構成、ＦＳＦラップスルーコンセプトＩを示す。
【図１０Ｂ】薄膜ベース、裏面における放射層、スーパーストレート構成、ＦＳＦラップスルーコンセプトＩを示す。
【図１１Ａ】薄膜ベース、裏面における放射層、スーパーストレート構成、ＦＳＦラップスルーコンセプトＩＩを示す。
【図１１Ｂ】薄膜ベース、裏面における放射層、スーパーストレート構成、ＦＳＦラップスルーコンセプトＩＩを示す。
【図１２Ａ】薄膜ベース、直列接続を示す。
【図１２Ｂ】薄膜ベース、直列接続を示す。
【図１３Ａ】薄膜ベース、並列接続を示す。
【図１３Ｂ】薄膜ベース、並列接続を示す。
【００５７】
裏面接触型の放射層スルーコンタクトを備えたウェハベースのヘテロ太陽電池（エミッタラップスルーコンセプト）
図１Ａには、ウェハベースの吸収層ＡＳ（ｃ−Ｓｉ）と、この吸収層ＡＳの前面ＶＳ（動作時に光が入射する側、光の入射は複数の平行な矢印によって示唆されている）側の放射層ＥＳ（拡散型またはａ−Ｓｉ：Ｈ）と、電界パッシベーション層ＢＳＦ（例えばａ−Ｓｉ：Ｈ）とを備えた太陽電池ＨＫＳ（ここではヘテロコンタクト太陽電池として実施されている；しかしながら吸収層および放射層の材料を相応に選択することによってホモコンタクト太陽電池も同様に考えられる）の断面図が示されている。さらに太陽電池ＨＫＳには点状の通過開口部ＤＧを有するスルーコンタクトＤＫが３つの異なる実施形態で設けられている（左；拡散型／ｃ−Ｓｉ、中央；充填型／ａ−Ｓｉ：Ｈ、右；絶縁性金属充填型／Ａｌ）。これは種々のスルーコンタクトの可能性を概略的に一緒に示したものである。実際にはその都度ただ１つの可能性のみが一貫して実施される（以下に説明する異なるスルーコンタクトについても該当する）。点状のスルーコンタクトＤＫの外側では吸収層ＡＳが、放射層ＥＳと接続されている接触格子ＫＧとの短絡を回避するために絶縁された保護層ＯＸによって覆われている。さらには、電界パッシベーション層ＢＳＦ（または同様に放射層ＥＳ）は表面が閉じられている接触格子ＫＧを覆うことができる（左側、右側）。しかしながら絶縁層ＩＳを有する接触格子ＫＧが電界パッシベーション層ＢＳＦ（または放射層ＥＳ）の層厚よりも厚い場合、この電界パッシベーション層ＢＳＦが接触格子ＫＧの領域において中断することも考えられる（中央）。この場合にはコンタクト層ＫＳの中断も考えられる。しかしながらこの中断は煩雑な構造化ではなく、自ずと生じる配置構成である。別の図面において図示していない全ての参照符号は図１から見て取れる。
【００５８】
図１Ｂは、３つの異なるスルーコンタクトＤＫを有する接触格子ＫＧの格子フィンガＧＦの面における、図１Ａによる太陽電池ＨＫＳの長手方向の断面図を示す図１Ｃは、図１Ａによる太陽電池ＨＫＳの裏面ＲＳ（動作時の光入射側とは反対側、光の入射は平行な矢印によって示されている）の平面図を示し、また図１Ｄは前面ＶＳの平面図を示す。通過開口部ＤＧが孔（点状、上側）およびスリット（線状、下側）の形で示されている。
【００５９】
裏面接触型の前面の電界パッシベーション層スルーコンタクトを備えたウェハベースの太陽電池（ＦＳＦラップスルーコンセプト）
放射層ＥＳが吸収層ＡＳの裏面ＲＳに配置される場合、パッシベーション層が付加的に前面の電界パッシベーション層ＦＳＦ（電気的、例えばａ−Ｓｉ：Ｈ）として実施されている場合と同じやり方で前面のパッシベーション層（化学的）を吸収層ＡＳ内の通過開口部ＤＧを介して点状に裏面ＲＳにも案内することができる。ここで新たに定義する「ＦＳＦラップスルー」コンセプトは裏面接触型の太陽電池に関する「メタルラップスルー」コンセプトに対応するものであるが、このコンセプトでは金属の代わりに前面の電界パッシベーション層ＦＳＦが形成される。この電界パッシベーション層ＦＳＦは導電性の材料、例えばポリマー、金属または半導体（例えばａ−Ｓｉ：Ｈ）から構成されている。これによって、貫通接触している電界パッシベーション層ＦＳＦの導電性が吸収層ＡＳの導電性よりも良いという前提のもとでは、もはや吸収層ＡＳを通らずに電界パッシベーション層ＦＳＦを通って接触格子ＫＧへと流れる電荷担体のオーム損失を最小にすることができる。これによって直列抵抗、したがって裏面ＲＳに配置されている放射層ＥＳを有する裏面接触型の太陽電池ＨＫＳのフィルファクターを改善することができる。
【００６０】
図２Ａには、ウェハベースの吸収層ＡＳと、この吸収層ＡＳを貫通して接触格子ＫＧと接触している電界パッシベーション層ＦＳＦと、吸収層ＡＳの裏面に配置されている放射層ＥＳとを有する太陽電池ＨＫＳの断面図が示されている。貫通接触ＤＫはやはり充填型、コーティング型または拡散型の通過開口部ＤＧを通って行われる。接触格子ＫＧは吸収層ＡＳまた付加的に電界パッシベーション層ＦＳＦと導電的に接続されている。図２Ｂはやはり接触格子ＫＧの格子フィンガＧＦの面における長手方向の断面図を示す。電界パッシベーション層ＦＳＦ，ＢＳＦのスルーコンタクトでは接触格子ＫＧに対する吸収層ＡＳの絶縁は必要ない。接触格子ＫＧは２つの機能層から余剰電荷担体を収集する。
【００６１】
直列接続および並列接続されている裏面接触型のウェハベースの太陽電池
図３は、太陽電池ＨＫＳが直列接続ＳＶおよび並列接続ＰＶされている太陽電池モジュールＳＺＭの裏面の平面図を示す。側方のウェブＳＴを備えたフィンガ状の接触格子ＫＧおよびウェハベースの吸収層ＡＳが見て取れる。面全体にわたる裏面のコンタクト層ＫＳは図示していない。並列接続されているウェブＳＴは銅条ＫＢによって相互に直列に接続されている。
【００６２】
サブストレート構成における前面の放射層および裏面の電界パッシベーション層スルーコンタクトを備えた薄膜ベースの太陽電池（ＢＳＦラップスルーコンセプトＩ，ＩＩ）
図４Ａには、薄い吸収層ＡＳと、この吸収層ＡＳの光入射側である前面に配置されている放射層ＥＳと、吸収層ＡＳを貫通して接触格子ＫＧと接触している裏面の電界パッシベーション層ＢＳＦ（ＢＳＦラップスルーコンセプトＩ）と、介在機能層ＦＳと、サブストレートＳＵとを有する、サブストレート構成における太陽電池ＨＫＳ（ここではヘテロコンタクト太陽電池として実施されている；しかしながら吸収層および放射層の材料を相応に選択することによってホモコンタクト太陽電池も同様に考えられる）の断面図が示されている。上側ＯＳは太陽電池ＨＫＳのサブストレートＳＵ側とは反対の側として定義されている。接触格子ＫＧのフィンガは異なる高さで示されている。スルーコンタクトＤＫは導電性の材料（ポリマー、金属、ａ−Ｓｉ：Ｈ）でもって充填されている通過開口部ＤＧを基礎としている。面全体にわたるコンタクト層ＫＳは透明な導電性酸化物層ＴＣＯとして実施されており、この導電性酸化物層ＴＣＯの上に電流を収集するコンタクト素子ＫＥが設けられている。
【００６３】
図４Ｂは、点状のスルーコンタクトＤＫにおける接触格子ＫＧの格子フィンガＧＦの面を通る断面図を示す。図５Ａ，５Ｂには図４Ａ，４Ｂと同様の構造が示されているが、ここではスルーコンタクトＤＫが導電性の材料、例えば接触格子ＫＧのようなアルミニウムからなる点状の金属スパイクＭＳを基礎としている点において異なる（ＢＳＦラップスルーコンセプトＩＩ）。
【００６４】
スーパーストレート構成における前面の放射層および放射層スルーコンタクトを備えた薄膜ベースの太陽電池（エミッタラップスルーコンセプトＩ，ＩＩ）
図６Ａは、スーパーストレートＳＰ上の薄い吸収層ＡＳと、太陽電池ＨＫＳの動作時に光が入射する側の前面ＶＳにおける放射層ＥＳとを備えた薄膜ベースの太陽電池ＨＫＳの断面図を示す。この断面図は異なる高さで実施されている接触格子ＫＧの２つの接触フィンガＧＦの面を通っている。実際にはその都度ただ１つの可能性のみが一貫して実施される（以下に説明する異なるスルーコンタクトに対しても該当する）。放射層ＥＳは点状のスルーコンタクトＤＫ（左：導電性のポリマー、右：金属）を介して接触格子ＫＧと接続されている（エミッタラップスルーコンセプトＩ）。吸収層ＡＳは絶縁された保護層ＯＸによって接触格子ＫＧに対して電気的に絶縁されている。薄い放射層ＥＳとスーパーストレートＳＰとの間には１つまたは複数の中間層ＺＳが設けられている。図６Ｂは接触格子ＫＧの格子フィンガＧＦの面を通る長手方向の断面図を示す。
【００６５】
図７Ａおよび７Ｂは図６Ａおよび６Ｂと同様に構成されている太陽電池ＨＫＳを示す。幅広のスルーコンタクトＤＫを備えた別のエミッタラップスルーコンセプトＩＩが示されている。直線形のスルーコンタクトＤＫが設けられている場合には吸収層ＡＳ上の絶縁された保護層ＯＸを省略することができる。何故ならばその場合には、スルーコンタクトＤＫの幅によって格子フィンガＧＦの全体の長さにわたって吸収層ＡＳの接触格子ＫＧとの短絡が既に阻止されるからである。
【００６６】
サブストレート構成における裏面の放射層および放射層スルーコンタクトを備えた薄膜ベースの太陽電池（エミッタラップスルーコンセプトＩ，ＩＩ）
太陽電池ＨＫＳの動作時に光が入射する側の前面ＶＳに放射層ＥＳが設けられている前述の図面に記載されていた太陽電池ＨＫＳに類似するが、以下において説明する図面においては太陽電池ＨＫＳの動作時に光が入射する側とは反対側の裏面に放射層ＥＳが配置されている。２つの接触系は太陽電池ＨＫＳの前面ＶＳに設けられている。コンタクト層ＫＳは透明に実施されており、さらに電流を収集するコンタクト素子ＫＥを有し、このコンタクト素子ＫＥは遮蔽損失を最小にするために接触格子ＫＧに合同に配置されている。図８Ａは異なる高さで実施されている２つの格子フィンガＧＦの面を通る断面図を示す。放射層ＥＳのスルーコンタクトでは、サブストレートＳＵに取付けられている吸収層ＡＳが接触格子ＫＧとの短絡を回避するために絶縁された保護層ＯＸを有している。２つの異なる点状のスルーコンタクトＤＫが示されている。これらのスルーコンタクトは先ず絶縁性の材料ＩＭでもって被覆される。左側のスルーコンタクトＤＫは導電性のポリマーでもって充填されており、右側のスルーコンタクトＤＫは金属でもって充填されている。図８Ｂは格子フィンガＧＦの面を通る長手方向の相応の断面図を示す。２つの異なる点状のスルーコンタクトＤＫおよび吸収層ＡＳ上の絶縁された保護層ＯＸが見て取れる。
【００６７】
図９Ａおよび９Ｂは図８Ａおよび８Ｂと同様に構成されている太陽電池ＨＫＳを示す。幅広のスルーコンタクトＤＫを備えた別のエミッタラップスルーコンセプトＩＩが示されている。直線形のスルーコンタクトＤＫが設けられている場合には吸収層ＡＳ上の絶縁された保護層ＯＸを省略することができる。何故ならばその場合には、スルーコンタクトＤＫの幅によって格子フィンガＧＦの全体の長さにわたり吸収層ＡＳの接触格子ＫＧとの短絡が既に阻止されるからである。
【００６８】
スーパーストレート構成における裏面の放射層および前面の電界パッシベーション層スルーコンタクトを備えた薄膜ベースの太陽電池（ＦＳＦラップスルーコンセプトＩ，ＩＩ）
図１０Ａおよび１０ＢにはサブストレートＳＵを備えた太陽電池ＨＫＳが示されている。接触系は相応に太陽電池ＨＫＳの裏面ＲＳに配置されている。コンタクト層ＫＳは透明には実施されていない。上側ＯＳは太陽電池ＨＫＳのスーパーストレートＳＰ側とは反対の側として定義されている。図１０Ａは異なる高さで実施されている２つの接触フィンガＧＦの面を通る断面図を示す。前面の電界パッシベーション層ＦＳＦはスルーコンタクトＤＫを介して接触格子ＫＧと接続されている（ＦＳＦラップスルーコンセプトＩ）。ここでもまた２つの異なるスルーコンタクトＤＫが示されている（左：前面の電界パッシベーション層ＦＳＦの機能性材料でもって充填されている、右：金属でもって充填されている）。図１０Ｂは格子フィンガＧＦの面を通る長手方向の断面図を示す。図１１Ａおよび１１Ｂは、ＦＳＦラップスルーコンセプトＩＩにより同様に構成されている太陽電池を示す。スルーコンタクトＤＫは金属スパイクＭＳによって形成される。
【００６９】
直列接続または並列接続されている前面接触型の薄膜ベースの太陽電池
本発明の薄膜ベースの太陽電池構造により、僅か２つの構造化ステップで個々の太陽電池ＨＫＳの簡単な直列接続および並列接続が達成され、またさらには全ての太陽電池層を面全体にわたり析出することができる。
【００７０】
図１２Ａは、貫通接触している前面の放射層ＥＳと裏面の電界パッシベーション層ＢＳＦとを有するスーパーストレート構成における、裏面接触型の太陽電池モジュールＳＺＭの直列回路の断面図を示し、図１２Ｂはコンタクト層ＫＳが省略されている太陽電池モジュールＳＺＭの裏面の平面図を示す。同様に図１３Ａおよび１３Ｂは太陽電池モジュールＳＺＭの並列回路の断面図および平面図を示す。接触格子ＫＧの接触はそれぞれ太陽電池モジュールＳＺＭの右側において行われ、コンタクト層ＫＳの接触は右側において行われる。
【００７１】
吸収層ＡＳの前面ＶＳに接触格子ＫＧを被着した直後または接触格子ＫＧに電気的な絶縁層ＩＳを被着した直後に、個々の太陽電池ＨＫＳ１，ＨＫＳ２への第１のモジュール構造化ステップＭＴ１が行われる（例えば機械的な引っ掻きまたはレーザスクライブによって幅細のストライプが形成される）。この構造化により少なくとも薄い吸収層ＡＳと第１の機能太陽電池層（ここではＢＳＦ）が完全に分離される。しかしながらこの構造化が下方のサブストレートＳＵまたはスーパーストレートＳＰにまで到達してもよい（選択的な中間層ＺＳの分離）。理想的には、異なる太陽電池ＨＫＳ１，ＨＫＳ２に属しているそれぞれ２つの隣接する格子フィンガＧＦ１，ＧＦ２が、これらの格子フィンガ間の中間空間がレーザ構造化によって除去されるように設計される。さらには、生じた中間空間の周囲を中間空間絶縁層ＺＩＳによって被覆する必要がある（例えばレーザ構造化によって生じる酸化物によって行われる）。
【００７２】
直列接続の場合（図１２Ａ，１２Ｂ）、太陽電池ＨＫＳ１のコンタクト層ＫＳは太陽電池ＨＫＳ２の格子フィンガＧＦ２と接触していなければならない。並列接続の場合には、個々の太陽電池ＨＫＳ１，ＨＫＳ２のコンタクト層ＫＳおよび接触格子ＫＧがそれぞれ接触していなければならない（太陽電池ＨＫＳ１のコンタクト層ＫＳは太陽電池ＨＫＳ２のコンタクト層ＫＳと接触し、太陽電池ＨＫＳ１の格子フィンガＧＦ１は太陽電池ＨＫＳ２の格子フィンガＧＦ２と接触する）。つまり、直列接続の場合には、例えば格子フィンガＧＦ１が電気的に絶縁されているが、格子フィンガＧＦ２は電気的に絶縁されていないことを達成する必要がある。このことは、絶縁層ＩＳがシルクスクリーン法によって被着される場合には、接触格子ＫＧの電気的な絶縁の際に最も簡単に行うことができる。択一的に、例えばレーザを用いて事後的に点状に完全に焼き切ることも考えられ、これにより本来的に存在する絶縁層ＩＳが再び破壊される。並列接続の場合には２つの格子フィンガＧＦ１，ＧＦ２が絶縁されたまま残り、また格子フィンガＧＦ１，ＧＦ２の接続は直接的に接触格子ＫＧのウェブＳＴ（バスバー）によって行われる。所望の直列接続または並列接続は第２の機能性太陽電池層（ここでは裏面の電界パッシベーション層ＢＳＦ）およびコンタクト層ＫＳの面全体にわたる析出によって自動的に行われる。直列接続の場合には、コンタクト層ＫＳを面全体にわたり被着した後に第２のモジュール構造化ステップＭＴ２が行われ、この第２のモジュール構造化ステップＭＴ２においては太陽電池ＨＫＳ１の第２の機能性太陽電池層（ここでは裏面の電界パッシベーション層ＢＳＦ）の太陽電池ＨＫＳ２からの分離が行われる。
【００７３】
択一的に、コンタクト層ＫＳを被着した後（第１のモジュール構造化ステップＭＴ１）に初めて太陽電池ＨＫＳを形成することができる。裏面接触型のウェハベースの太陽電池ＨＫＳにおいて既に説明したような接続方法が使用される。これによって第２のモジュール構造化ステップＭＴ２が省略されるが、直列接続または並列接続は事後的に行わなければならない。
【符号の説明】
【００７４】
ＡＳ  吸収層、  ＢＳＦ  裏面側の電界パッシベーション層、  ＤＧ  通過開口部、  ＤＫ  スルーコンタクト、  ＥＳ  放射層、  ＦＳ  機能層、  ＦＳＦ  前面側の電界パッシベーション層、  ＧＦ  格子フィンガ、  ＨＫＳ  太陽電池（ヘテロコンタクト太陽電池の実施形態）、  ＩＭ  絶縁性の材料、  ＩＳ  非導電性の絶縁層、  ＫＢ  銅条、  ＫＥ  コンタクト素子、  ＫＧ  接触格子、  ＫＳ  コンタクト層、  ＭＳ  金属スパイク、  ＭＴ  モジュール構造化ステップ、  ＯＳ  ＨＫＳの上側（接近可能な側）、  ＯＸ  電気的に絶縁された保護層、  ＰＶ  並列接続、  ＲＳ  ＡＳの（光の入射が行われない）裏面、  ＳＰ  スーパーストレート、  ＳＴ  ウェブ、  ＳＵ  サブストレート、  ＳＶ  直列接続、  ＳＺＭ  太陽電池モジュール、  ＴＣＯ  透明導電性酸化物層、  ＶＳ  ＡＳの（光の入射が行われる）前面、  ＺＩＳ  中間絶縁層、  ＺＳ  中間層
【図１Ａ】
2009540584.tif 000003
【図１Ｂ】
2009540584.tif 000004
【図１Ｃ】
2009540584.tif 000005
【図１Ｄ】
2009540584.tif 000006
【図２Ａ】
2009540584.tif 000007
【図２Ｂ】
2009540584.tif 000008
【図３】
2009540584.tif 000009
【図４Ａ】
2009540584.tif 000010
【図４Ｂ】
2009540584.tif 000011
【図５Ａ】
2009540584.tif 000012
【図５Ｂ】
2009540584.tif 000013
【図６Ａ】
2009540584.tif 000014
【図６Ｂ】
2009540584.tif 000015
【図７Ａ】
2009540584.tif 000016
【図７Ｂ】
2009540584.tif 000017
【図８Ａ】
2009540584.tif 000018
【図８Ｂ】
2009540584.tif 000019
【図９Ａ】
2009540584.tif 000020
【図９Ｂ】
2009540584.tif 000021
【図１０Ａ】
2009540584.tif 000022
【図１０Ｂ】
2009540584.tif 000023
【図１１Ａ】
2009540584.tif 000024
【図１１Ｂ】
2009540584.tif 000025
【図１２Ａ】
2009540584.tif 000026
【図１２Ｂ】
2009540584.tif 000027
【図１３Ａ】
2009540584.tif 000028
【図１３Ｂ】
2009540584.tif 000029
【国際調査報告】
2009540584.tif 000030
2009540584.tif 000031
2009540584.tif 000032
2009540584.tif 000033