(57)【要約】  背面コンタクト太陽電池（１０）は、反射防止層（１２）を前面上に有するウェハ（１６）であって、エミッタ（２０）及び背面電界（３２）を背面上に有し、且つレーザアブレーションを使用して生成されたコンタクト（２８）を前記背面上に有するウェハ（１６）を有し、ピッチは最大でも８００マイクロメートルである。さらに、そのような太陽電池（１０）（図１）を製造する方法が提供される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）ｎ−ドーピングされた領域又はｐ−ドーピングされた領域（２０、２２）を生成するために、好ましくはレーザドーピングを用いてドーピングする工程、
（ｂ）太陽電池（１０）の背面上のコンタクト面（２６）を、好ましくはレーザアブレーションを用いて露出させる工程、
（ｃ）前記太陽電池の背面に金属層を施す工程、及び
（ｄ）金属コンタクト（２８）を生成するためにレーザアブレーションを用いて前記金属層を構造化する工程であって、ピッチは最大でも８００マイクロメートルである工程、
を有する、背面コンタクト太陽電池をシリコン結晶から製造する方法。
【請求項２】
ドーピングされた領域（２０、２２）はレーザドーピングを使用して生成される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ピッチ（ｐ）は最大でも５００マイクロメートル、より好ましくは最大でも１００マイクロメートル、特に好ましくは最大でも６０マイクロメートルである、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記ピッチ（ｐ）は最小でも５マイクロメートルである、請求項１又は請求項２に記載の方法。
【請求項５】
工程（ｃ）の後、最初に、エッチング耐性のある層が施され、前記エッチング耐性のある層は工程（ｄ）において選択的に除去され、引き続くエッチング工程を使用して、互いに電気的に分離された前記金属コンタクトが作成される、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
工程（ｃ）においてアルミニウム層が施され、次に、陽極酸化に対して耐性のある層が施され、前記陽極酸化に対して耐性のある層は引き続く工程（ｄ）においてレーザを用いて選択的にアブレーションされ、次に、アブレーションされた領域において前記アルミニウム層は完全に陽極酸化される、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記金属コンタクト（２８）は、レーザ溶接を用いて少なくとも１つの介在する誘電体層を介してコンタクトされた金属箔のストリップを含むバスバー（３４）を使用して接続される、請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
陽極酸化されたアルミニウム箔で作られたストリップが、前記バスバー（３４）を生成するために使用される、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記太陽電池（１０）の前記背面上にｐ型エミッタ（２０）を生成するために且つ／又はｎ型背面電界（ＢＳＦ）（２２）を生成するために、レーザドーピング工程が使用される、請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
ドーパント、特にホウ素、アルミニウム、又はガリウムを含む前駆体層が、前記太陽電池（１０）の前記背面上に堆積され、パルスレーザを用いた局所的照射を使用してｐ型エミッタ（２０）が作成される、請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
ドーパント、特にホウ素、アルミニウム、又はガリウムを用いたイオンインプランテーションを使用してｐ型エミッタ（２０）が局所的に作成される、請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
反射防止層（１２）を前面上に有するウェハ（１６）であって、エミッタ領域（２０）及びベース領域（背面電界）（２２）を背面上に有し、且つレーザアブレーションによって生成されたコンタクト（２８）を前記背面上に有するウェハ（１６）を有し、前記ピッチ（ｐ）は最大でも８００マイクロメートルである、好ましくは請求項１〜請求項１１のいずれか一項に従って製造された背面コンタクト太陽電池。
【請求項１３】
前記ピッチ（ｐ）は最大でも５００マイクロメートル、より好ましくは最大でも１００マイクロメートル、特に好ましくは最大でも６０マイクロメートルであり、前記ピッチ（ｐ）は好ましくは最大でも５マイクロメートルである、請求項１２に記載の太陽電池。
【請求項１４】
ベース領域（２２）及びエミッタ領域（１８）の前記コンタクト（２８）は、レーザ溶接点（３８）を使用して誘電体層を介して電気的に接続された金属箔ストリップで作られたバスバー（３４）を使用して接続された、請求項１２又は請求項１３に記載の太陽電池。
【請求項１５】
前記金属箔ストリップ（３４）は、陽極酸化されたアルミニウム箔を含む、請求項１４に記載の太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、背面コンタクト太陽電池を結晶シリコンから製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
既知の製造方法では、ｎドーピングされた領域とｐドーピングされた領域とを生成するため、及び蒸着金属のコンタクティングのために、炉拡散が使用される。背面コンタクト太陽電池において必要なドーピングされた領域の構造化された生成のため、及び金属被覆のために、マスキング工程が必要とされる。拡散炉内のシリコンウェハは全体的に同一の温度を有するため、拡散は全表面において均一に発生する。したがって、それぞれの拡散について、太陽電池の背面上に異なってドーピングされたｎ領域及びｐ領域のストリップ又はポイント構造を生成することは、ドーパント原子の内向きの拡散を局所的に阻止し、又は、拡散されるべきでない領域を除去するためのマスキング若しくは拡散に続く局所的エッチング工程を必要とする。両方の工程を行う場合は、拡散を阻止するマスキング層又はエッチング耐性のある保護層を、必要とされる高分解能の構造化がされるように（ａｌｓ  ａｕｆ  ｄｅｒｅｎ  ｈｏｃｈａｕｆｌｏｅｓｅｎｄｅ  Ｓｔｒｕｋｔｕｒｉｅｒｕｎｇ  ｅｒｆｏｒｄｅｒｌｉｃｈ）施す必要がある。ホウ素拡散及びリン拡散の両方は局所的に行われなければならないため、これらの工程は炉拡散を実施する前に行う必要であり、且つ互いに相対的に非常に正確に遂行されなければならない。加えて、太陽電池のコンタクティングのために背面パッシベーション層を開くことは高い精度を必要とし、したがってリソグラフィ工程が必要とされる。さらに、金属コンタクトを施すことは、少なくとも１つのリソグラフィ工程を必要とする。２つの異なる金属が使用される場合、２つのリソグラフィ工程が必要である。
【０００３】
上述の理由により、リソグラフィを使用したマスキングを用いて背面コンタクト太陽電池を製造することは経済的ではない。
【０００４】
特許文献１によれば、引き続く炉拡散のための前駆体層をスクリーン印刷又はインクジェット印刷を用いて局所的に印刷することによって背面コンタクト太陽電池が結晶シリコンから製造される。
【０００５】
そのような製造により、ドーピングされる領域の不正確な整合がもたらされ、したがって最適以下の効率がもたらされる。
【０００６】
レーザドーピングを用いて、ドーピングされた領域を固体上に高度に無欠陥な状態で生成することが、特許文献２から原理上知られている。最初に、ドーパントを含む媒体が固体の表面とコンタクトされる。前記媒体とコンタクトされた前記表面の下に位置する前記固体の一領域が、次に、レーザパルスを用いた照射によって短時間にわたって融解され、それにより前記ドーパントは融解された領域内に拡散し、前記融解された領域が冷える間、欠陥なしで再結晶する。
【０００７】
原理上、炉拡散を使用したドーピングのためのマスキング工程及びリソグラフィ工程は、そのような方法を用いて回避され得る。太陽電池の背面上への単純且つ経済的なコンタクティングという問題が残っている。
【０００８】
レーザドーピング方法を使用してドーピングされた領域を生成することが、特許文献３から知られている。太陽電池の背面上のコンタクト面がレーザアブレーションを用いて露出され、続いてスクリーン印刷を用いてコンタクトされる（非特許文献１、及び、非特許文献２も参照されたい）。
【０００９】
スクリーン印刷は経済的な且つ実証済みの方法ではあるが、スクリーン印刷を用いて高い精度を達成することは不可能であり、したがって効率は制限される。さらに、スクリーン印刷の際の電荷キャリアの再結合は、例えば、ＰＶＤ（物理蒸着）で堆積されるコンタクトを使用するよりも大きい。
【００１０】
特許文献４から、背面コンタクト太陽電池上のコンタクティングのために、最初に背面上に金属層を生成し、次にエッチングバリア層を堆積し、次にレーザを用いて前記エッチングバリア層を選択的に除去し、最後にエッチング工程を使用して異なる極性間の電気的分離を達成することが知られている。
【００１１】
しかし基本的に、さらにより大きな効率が望ましい。
【００１２】
特許文献５によれば、金属箔がコンタクティングのために施される。前記箔はレーザによって選択的に溶接され、異なる極性の間で分離される。
【００１３】
そのような方法は非常に時間がかかり且つ高価である。
【００１４】
非特許文献３によれば、陽極酸化方法を使用して背面コンタクト太陽電池においてコンタクティングを生成することが知られている。この方法は、異なるリソグラフィ工程を含む様々な工程により、非常に複雑である。
【００１５】
最後に、特許文献６から、例えばコンタクティングのためのフィンガ構造を生成するために、レーザ転写プロセスを用いてドーピング材料又は導電性材料を転写することが知られている。
【００１６】
レーザ転写を使用した転写はかなり複雑なプロセスである。加えて、より大きな効率が望ましい。さらに、レーザ転写は一般に、シード層、すなわち厚さ数１０ナノメートルの薄層に限定される。それらの薄層は電流を輸送するための金属被覆として適切ではなく、原則として、続いてより厚くされなければならず、これにより追加の方法工程が必要となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】国際公開第２００７／０８１５１０Ａ２号パンフレット
【特許文献２】独国特許出願公開第１０２００４０３６２２０Ａ１号明細書
【特許文献３】国際公開第２０１５／０７１２１７Ａ１号パンフレット
【特許文献４】国際公開第２００６／０４２６９８Ａ１号パンフレット
【特許文献５】国際公開第２０１５／０４７９５２Ａ１号パンフレット
【特許文献６】米国特許出願公開第２０１６／００２０３４３Ａ１号明細書
【非特許文献】
【００１８】
【非特許文献１】Ｍ．Ｄａｈｌｉｎｇｅｒ（Ｍ．ダーリンガー）ら著、「Ｌａｓｅｒ−Ｄｏｐｅｄ  Ｂａｃｋ−Ｃｏｎｔａｃｔ  Ｓｏｌａｒ  Ｃｅｌｌｓ（レーザドーピングされた背面コンタクト太陽電池）」ＩＥＥＥ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｓ、Ｖｏｌ．５、Ｎｏ．３、２０１５年５月、８１２〜８１８ページ、
【非特許文献２】Ｍ．Ｄａｈｌｉｎｇｅｒ（Ｍ．ダーリンガー）ら著「Ｌａｓｅｒ  Ｄｏｐｅｄ  Ｓｃｒｅｅｎ−ｐｒｉｎｔｅｄ  Ｂａｃｋ  Ｃｏｎｔａｃｔ  Ｓｏｌａｒ  Ｃｅｌｌｓ  Ｅｘｃｅｅｄｉｎｇ  ２１％  Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ（レーザドーピングされスクリーン印刷された効率２１％を超える背面コンタクト太陽電池）」Ｅｎｅｒｇｙ  Ｐｒｏｃｅｄｉａ、Ｖｏｌ．５５、２０１４年９月、４１０〜４１５ページ
【非特許文献３】Ｐ．Ｖｅｒｌｉｎｄｅｎ（Ｐ．ベアリンデン）ら著、「Ｈｉｇｈ  Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ  Ｌａｒｇｅ  Ａｒｅａ  Ｂａｃｋ  Ｃｏｎｔａｃｔ  Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｏｒ  Ｓｏｌａｒ  Ｃｅｌｌｓ  ｗｉｔｈ  ａ  Ｍｕｌｔｉｌｅｖｅｌ  Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ（マルチレベル相互接続を有する高効率大面積背面コンタクト集光式太陽電池）」Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｓｏｌａｒ  Ｅｎｅｒｇｙ、１９８８年、Ｖｏｌ．６、３４７〜３６６ページ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
この背景から、本発明の基本的な目的は、背面コンタクト太陽電池を結晶シリコンから製造する方法であって、高品質及び可能な最高の効率を有する、可能な最も単純且つ最も安価な製造を可能にする方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
この目的は、
（ａ）ｎ−ドーピングされた領域又はｐ−ドーピングされた領域を生成するために、好ましくはレーザドーピングを用いてドーピングする工程、
（ｂ）太陽電池の背面上のコンタクト面を、好ましくはレーザアブレーションを用いて露出させる工程、
（ｃ）前記太陽電池の背面に金属層を施す工程、及び
（ｄ）金属コンタクトを生成するためにレーザアブレーションを用いて前記金属層を構造化する工程であって、ピッチは最大でも８００マイクロメートルである、工程、
を有する、背面コンタクト太陽電池を結晶から製造する方法を使用して達成される。
【００２１】
本発明の全目的がこのようにして達成される。
【００２２】
（ｄ）によるレーザアブレーション工程を使用して前記太陽電池の前記背面上にコンタクトが生成されるため、高い精度により、最大でも８００マイクロメートル、好ましくは最大でも５００マイクロメートル、より好ましくは最大でも１００マイクロメートル、特に好ましくは最大でも６０マイクロメートルの小さなピッチを得ることが可能である。例えば前記ピッチは約５０マイクロメートルであってもよい。
【００２３】
本発明によれば、ピッチが減少するにつれて効率が増加することが見出された。
【００２４】
可能な最小のピッチを可能にするために、前記太陽電池の製造の間、ドーピングされた領域の生成及びコンタクト面の露出などのその他の工程においては、全体として可能な最大の精度を提供するために、リソグラフィ工程及びマスキング工程を可能な限り回避しなければならず、且つ印刷技術も回避しなければならない。これらの工程のそれぞれに関して好ましくはレーザ技術が使用される。
【００２５】
前記ピッチは、使用されるレーザを較正する際の精度に応じた下限を有する。一下限は約５マイクロメートルのピッチである。
【００２６】
用語「太陽電池」はその最も広い意味において解釈されるべきであることが理解される。これはフォトセルなどの特殊な形態も含む。
【００２７】
本発明の別の実施形態では、工程（ｃ）の後、最初に、エッチング耐性のある層が施され、前記エッチング耐性のある層は工程（ｄ）において選択的に除去され、引き続くエッチング工程を使用して、互いに電気的に分離された前記金属コンタクトが作成される。
【００２８】
このようにして、アブレーション中にレーザがあまりにも深く進入することによる損傷の危険なしに、隣接するコンタクトの間の短絡が防止される。
【００２９】
本発明方法の代替の一実施形態では、工程（ｃ）においてアルミニウム層が施され、次に、陽極酸化に対して耐性のある層が施され、前記陽極酸化に対して耐性のある層は引き続く工程（ｄ）においてレーザを用いて選択的にアブレーションされ、次に、アブレーションされた領域において前記アルミニウム層は完全に陽極酸化される。
【００３０】
このようにして、隣接する極性の間に残っているアルミニウムの完全な除去の代わりに、酸化アルミニウムへの完全な変換が達成され、これにより短絡は同様に確実に防止される。
【００３１】
残っている平坦な表面領域は特定の利点をもたらす。
【００３２】
本発明の追加の改良では、前記金属コンタクトは、レーザ溶接を用いて少なくとも１つの介在する誘電体層を介してコンタクトされた金属箔のストリップを含むバスバーを使用して接続される。
【００３３】
本発明の第１の実施形態によれば、陽極酸化されたアルミニウム箔のストリップが、前記バスバーを生成するために使用される。レーザ溶接プロセスは各極性について前記絶縁層を介して行われる。
【００３４】
もちろん、様々な誘電体層又は層スタックが絶縁のために箔ストリップ上で又はウェハの背面上で使用されてもよい。
【００３５】
前記太陽電池の前記背面上にｐ型エミッタを生成するために且つ／又はｎ型背面電界（ＢＳＦ）を生成するために、好ましくはレーザドーピング工程が使用される。
【００３６】
この目的のために、好ましくはドーパント、特にホウ素、アルミニウム、又はガリウムを含む前駆体層が、前記太陽電池の前記背面上に好ましくは堆積され、パルスレーザを用いた局所的照射を使用してｐ型エミッタが作成される。
【００３７】
あるいは前記ｐ型エミッタは、ドーパント、特にホウ素、アルミニウム、又はガリウムを用いたイオンインプランテーションを使用して局所的に作成されてもよい。
【００３８】
このようにして前記エミッタは高い精度を有して、且つマスキング工程もリソグラフィ工程もなしに作成され得る。
【００３９】
本発明のさらなる実施形態によれば、レーザ照射を用いたエミッタドーピングの間、エミッタコンタクト面の下で局所的に、より大きなドーピングが、ビーム形成を使用して、又は別の独立に合焦されるレーザビームを使用することによって作成される。前記ビーム形成において、コンタクトの領域内で、より高いドーピングをそこで得るためにパルスエネルギー密度が局所的に増加されることが重要である。対応するビーム形成は、例えば回折光学素子を使用して行われてもよい。
【００４０】
これにより、特に低損失のコンタクティングが単純な方法で可能になる。
【００４１】
好ましくは３０ナノ秒〜５００ナノ秒のパルス持続時間を有し、さらに好ましくは５００ナノメートル〜６００ナノメートルの波長を有し、さらに好ましくは１ｋＨｚ〜２ＭＨｚのパルス繰り返し率を有し、さらに好ましくは１Ｊ／ｃｍ２〜５Ｊ／ｃｍ２のパルスエネルギー密度を有するパルスレーザが、前記レーザドーピングのために好ましくは使用される。
【００４２】
そのようなレーザを使用することにより、ドーピングのための最適な整合がもたらされる。シリコン表面及び前駆体層は、ドーピングプロセスが最短の時間で所望の深さまで局所的に実行され得、同時に過剰なドーピングが防止され得るように、局所的に加熱されてもよい。パルスエネルギー密度の局所的な変化を使用することにより、ドーピングは、コンタクト領域内及びコンタクトされないエミッタの領域内で同時に最適に調節され得る。
【００４３】
好ましくは、レーザビームは光学素子を用いて矩形領域Ｘ・Ｙ上に形成され、予め規定された表面をドーピングするためにレーザと基板とはステップ長さ（Ｓｃｈｒｉｔｔｌａｅｎｇｅ）Ｌで互いに相対的に増分的に移動される。
【００４４】
このようにして、正確なドーピングが矩形領域又は線状領域内で生成され得る。
【００４５】
この場合、幅Ｘは好ましくは０．０２ミリメートル〜２ミリメートルであり、長さＹは好ましくは５マイクロメートル〜５００マイクロメートルである。
【００４６】
前記基板と前記レーザとが互いに相対的に増分的に移動される前記ステップ長さＬは、好ましくは０．１・Ｙ〜Ｙである。シリコンウェハを反復照射及び移動することによって、又は表面上に形成されるレーザビームをＹ方向において前記ステップ長さＬで移動することによってストリップ又はポイントの所望される全表面領域がドーピングされる。
【００４７】
本発明の１つの有利な改良では、前記太陽電池の前記背面上にｎ型背面電界（ＢＳＦ）を作成するために、最初に、リンケイ酸ガラス層（ＰＳＧ）が前駆体として前記基板上に堆積され、次に、レーザを用いて照射されてｎ型ドーピングが生成される。ＰＳＧ層の堆積は、高温拡散炉内で、前記ウェハの前面ドーピング（前面電界、ＦＳＦ）と同時に行われる。ＦＳＦの作成により、前記太陽電池の前面の向上したパッシベーションが可能になる。
【００４８】
好ましくは、レーザドーピングの後、前記リンケイ酸ガラス層はエッチングを使用して除去され、次に、前記基板の背面上のリンドーピングされた層の少なくとも一部がエッチバックされる。
【００４９】
エッチバックは、深さ及びリン濃度に応じて前記シリコンウェハの両面において、又は背面のみにおいて行われる。エッチバック工程の目標は、ホウ素エミッタ領域内に存在するリンを減らすことである。エミッタ領域内のリン表面濃度は、引き続く熱酸化の後でリン表面濃度がホウ素表面濃度の５分の１以下となるように、前記エッチバック工程によって調節されてもよい。
【００５０】
前記前面があまりにも高度にリンでドーピングされている場合、前記前面におけるリン濃度は減少されなければならない。ここでの目標は、引き続く高温酸化工程の後の約１・１０１８ｃｍ−３〜１・１０２０ｃｍ−３の表面リン濃度が、このようにして生成されるＦＳＦを使用した最適な前面パッシベーションのために得られることである。加えて、前記シリコンウェハは前記エッチバックによる化学クリーニングを受ける。
【００５１】
ＢＳＦ層の前記レーザドーピングの後、又は部分的なエッチバック工程の後、熱酸化が７００℃〜１１００℃、好ましくは８００℃〜１０５０℃の範囲内で実行される。
【００５２】
このいわゆるドライブイン（ｄｒｉｖｅ−ｉｎ）工程において、二酸化シリコンが表面パッシベーションとして成長する。さらに、高温によりドーパント原子が前記シリコンウェハ内にさらに拡散する。これによりドーピングの表面濃度は、太陽電池エミッタにおいて、並びにＢＳＦ及びＦＳＦの両方において低下する。
【００５３】
本発明のさらなる好ましい実施形態では、反射防止層、好ましくはＰＥＣＶＤを用いて堆積される窒化シリコン層が、前記前面上に堆積される。
【００５４】
低シリコン及び高シリコンの酸化シリコン又は窒化シリコンで作られたスタック層が、好ましくはＰＥＣＶＤを用いて好ましくは前記太陽電池の前記背面上に堆積される。
【００５５】
低シリコン層は、好ましくは低い屈折率（ｎ＜１．７）と７０ナノメートル〜３００ナノメートルの厚さとを有し、それに引き続く高シリコン層は、好ましくは高い屈折率（ｎ＞２．７）と１０ナノメートル〜１００ナノメートルの厚さとを有する層である。両方の層が同じシステム内で同じプロセス工程において順次堆積されてもよい。これらは特に「光閉じ込め」を増加し、前記背面をパッシベーション化（ｐａｓｓｉｖｉｅｒｅｎ）する。さらに、高屈折率層は、引き続くプロセス工程におけるアブレーションマスキング工程で使用される（Ｆｅｒｎｅｒ  ｄｉｅｎｔ  ｄｉｅ  ｈｏｃｈｂｒｅｃｈｅｎｄｅ  Ｓｃｈｉｃｈｔ  ａｌｓ  Ａｂｌａｔｉｏｎｓ  Ｍａｓｋｉｅｒｓｃｈｒｉｔｔ）。
【００５６】
前記スタック層が施された後、コンタクト領域を露出させるために好ましくはＵＶレーザを用いてアブレーションが実行され、ここで、好ましくは最後に堆積された高シリコン層のみが、コンタクト領域においてアブレーションされ、なぜならこれらの高シリコン層のみがＵＶ放射を吸収するからである。前記低シリコン層はＵＶ放射に対して透過的であり、したがってそれによって吸収され得ず、結果としてそのアブレーションが防止される。
【００５７】
シリコン界面に至るまでの残りの層が、次に、引き続くコンタクティングのためにエッチング除去されてもよい。
【００５８】
このようにして、前記コンタクト面が、前記シリコン界面におけるレーザ損傷なしに局所的に開かれる。
【００５９】
好ましくは前面テクスチャが前記太陽電池の前記前面上に、前記エミッタのドーピングの前に生成される。前記前面テクスチャの生成は、前記基板の湿式化学研磨及びテクスチャエッチングを使用して前記前面上で達成されてもよい。
【００６０】
前記湿式化学研磨は最初の工程として、必要に応じて一方の面上で実行されてもよく、これに続いて湿式化学テクスチャエッチングが一方の面上で行われる。この順序はまた、最初に湿式化学テクスチャエッチングが前記太陽電池の前面テクスチャを生成するために実行され、これに続いて前記太陽電池の前記背面の片面湿式化学研磨と、前記太陽電池の前記背面上のホウ素含有前駆体層の堆積とが行われるというように変えられてもよい。
【００６１】
先に説明した方法によって製造される、結晶シリコンで作られた背面コンタクト太陽電池は、反射防止層を前面上に有するウェハであって、エミッタ及びベース領域（背面電界）を背面上に有し、加えて、レーザアブレーションによって生成されたコンタクトを前記背面上に有するウェハを有し、前記ピッチは最大でも８００マイクロメートルである。好ましくは前記ピッチは明らかにより小さく、例えば１００マイクロメートル以下の範囲内、例えば約５０マイクロメートルなどである。
【００６２】
これにより高効率がもたらされる。加えて、ＢＳＦ部分ｆＢＳＦに対する依存度が減少する。
【００６３】
先に述べた本発明の特徴、及び以下でさらに説明する本発明の特徴は、示された特定の組み合わせにおいて使用されるのみでなくてもよく、本発明の枠組みから逸脱することなく他の組み合わせにおいて、又は単独で使用されてもよいということが理解される。
【００６４】
本発明の追加の特徴及び利点は、好ましい例示的実施形態の以下の説明から、図面を参照してもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の太陽電池の単純化された断面図である。
【図２】図１による太陽電池の背面の単位セルの上面図の概略図である。
【図３ａ】太陽電池のＢＳＦ部分ｆＢＳＦ及びピッチｐの関数としての前記太陽電池の効率を、様々なウェハ品質について示す。
【図３ｂ】太陽電池のＢＳＦ部分ｆＢＳＦ及びピッチｐの関数としての前記太陽電池の効率を、様々なウェハ品質について示す。
【図３ｃ】太陽電池のＢＳＦ部分ｆＢＳＦ及びピッチｐの関数としての前記太陽電池の効率を、様々なウェハ品質について示す。
【図３ｄ】太陽電池のＢＳＦ部分ｆＢＳＦ及びピッチｐの関数としての前記太陽電池の効率を、様々なウェハ品質について示す。
【図３ｅ】太陽電池のＢＳＦ部分ｆＢＳＦ及びピッチｐの関数としての前記太陽電池の効率を、様々なウェハ品質について示す。
【図３ｆ】太陽電池のＢＳＦ部分ｆＢＳＦ及びピッチｐの関数としての前記太陽電池の効率を、様々なウェハ品質について示す。
【図４】箔ストリップを用いたコンタクトの、溶接点を介した接続の概略図である
【発明を実施するための形態】
【００６６】
図１は、番号１０を用いて全体として識別される本発明の太陽電池の断面を概略的に示す。
【００６７】
太陽電池１０はｎ型シリコンウェハ１６を有する。ｎ−シリコンウェハ１６の前面は、ピラミッド状テクスチャ上にパッシベーション及び反射防止層１２を備えている。その下には前面リン拡散層、前面電界（ＦＳＦ）１４がある。
【００６８】
太陽電池１０はその背面上に、レーザドーピングされたホウ素エミッタ領域２０を有し、エミッタ領域２０上では選択的強度においてそれぞれがドーピングされたエミッタ１８が実施されており、エミッタ領域２０にはコンタクト２８が施されている。
【００６９】
さらに、リンを用いてレーザドーピングされたベース領域２２が、太陽電池１０の背面上に配置されている。前記背面は、パッシベーション層２４を使用してコンタクト２８から絶縁されており、コンタクト２８を通して、選択的にドーピングされたエミッタ１８及び高度にドーピングされたベース領域２２へのコンタクティングが生成される。
【００７０】
図２は、図１による太陽電池１０の背面の単位セルの上面図の概略図である。前記単位セルは、図の上及び下において鏡像関係を有して連続している。太陽電池のエッジは左側及び右側である。３０はベースコンタクト領域を示す。２２はＢＳＦドーピング（裏面電界）によって作成されたベース領域を示す。３４はバスバーのためのドーピングを示す。２０はエミッタドーピングを示す。１８は選択的により高度にドーピングされたエミッタを示す。最後に、３６はエミッタコンタクト領域を示す。
【００７１】
いわゆる「ピッチ」は、２つの隣接するエミッタ１８の間の距離を意味する（ピッチはある意味では太陽電池の「周期」でもある）。図１ではｐを用いてピッチが示されている。
【００７２】
図３ａ〜図３ｆは、太陽電池の相対効率の、ピッチｐ及びＢＳＦ部分ｆＢＳＦ（全表面積（ベース領域２２及びエミッタ１８）に対するオーミックコンタクトの表面部分（ベース領域２２、ＢＳＦドーピング））に対する関係を、特に、様々なウェハについて示す。ここで、ρはウェハの固有抵抗を意味し、τは小数電荷キャリアの体積サービス寿命（ｖｏｌｕｍｅｎｌｅｂｅｎｓｄａｕｅｒ）を意味する。
【００７３】
これは、ウェハの固有抵抗に関わらず、且つ体積サービス寿命に関わらず、ピッチｐがより小さければ、相対効率ηはより大きい、ということを示している。加えて、ピッチｐがより小さければ、ＢＳＦ部分ｆＢＳＦに対する依存度はより低い。より大きなピッチｐにおけるＢＳＦ部分ｆＢＳＦに関連する特徴的な極大値は、ｐがより小さくなるにつれて平滑化されている。５０マイクロメートルのピッチｐにおいては、ＢＳＦ部分ｆＢＳＦとの関連は実質的にもはや存在しない。
【００７４】
本発明によれば、ピッチｐとのこの関連が、可能な最大の効率を達成するために利用される。
【００７５】
本発明によれば、レーザ技術を使用して、８００マイクロメートル未満の、好ましくは１００マイクロメートル未満の、より好ましくは６０マイクロメートル未満のピッチを有する太陽電池１０を、技術的に比較的単純な方法で製造することが可能である。原則として、ピッチは５マイクロメートルより大きい。
【００７６】
そのような太陽電池１０の製造について以下に詳細に説明する。
【００７７】
本発明の方法は、いかなるマスキング工程も一切なしで進行する。代わりに、レーザドーピング工程と、背面パッシベーション層を開くためのレーザアブレーション工程とが使用される。エミッタを生成するためのレーザドーピングはまた、所望により、局所的イオンインプランテーション工程によって置き換えられてもよい。さらなるレーザアブレーション工程が、エミッタ１８及びベース領域２２のためのコンタクト２８の生成の間に使用される。
【００７８】
すでにベースドーピングされたｎ型シリコンウェハが、太陽電池１０を製造するために使用される。
【００７９】
最初に、太陽電池１０の前面が、ピラミッド状テクスチャ表面を生成するために湿式化学アルカリテクスチャライジングを受ける。次に、太陽電池１０の背面が湿式化学的な片面研磨（アルカリ性又は酸性）を受ける。これに続いて太陽電池１０の前記背面上に、ホウ素、アルミニウム、又はガリウム含有前駆体層が堆積される。これらの工程の順序は変えてもよい。湿式化学研磨（必要に応じて片面のみ）が最初に実行され、続いて太陽電池１０の前記前面上の片面湿式化学テクスチャライジングが行われてもよい。
【００８０】
太陽電池１０の前記背面上の前記前駆体層は、例えば、スパッタシステムを使用して、又はプラズマ化学堆積システム（例えば、ＡＰＣＶＤ）を使用して、又はスピンコーティング方法若しくはスプレーコーティングシステムを使用して施されてもよい。
【００８１】
次に、太陽電池１０の前記背面上にｐ型エミッタを生成するためにレーザドーピングプロセスが使用される。ここで、レーザパルスがシリコンウェハの表面を融解する。液体シリコン内の高い拡散定数により、液相の間、前記前駆体層内に存在するドーピング原子が、約１００ナノ秒以内に前記シリコンウェハの前記表面内に約１０００ナノメートルの深さに至るまで拡散し、このようにしてｐ型エミッタが形成される。
【００８２】
ここでレーザビームは、表面積Ｘ・Ｙを有するシャープに境界を定められた矩形領域を単一のレーザパルスが融解するように、光学素子を使用してシリコン表面上に形成されてもよい。好ましくは、０．０２ミリメートル＜Ｘ＜２ミリメートル、及び５マイクロメートル＜Ｙ＜５００マイクロメートルである。ここで、変数Ｘはエミッタストリップ又はエミッタポイントの幅を規定する。エミッタストリップ又はポイントの全表面領域が、前記シリコンウェハの反復照射及び移動により、又は前記表面上に形成されるレーザビームの、Ｙ方向におけるステップ長さＬによる移動によりドーピングされる。ここで、好ましくは０．１・Ｙ＜Ｌ＜Ｙである。
【００８３】
加えて、エミッタドーピングの間、エミッタバスバー領域の下に、局所的に増加されたホウ素ドーピングが生成される。これは、レーザ照射中にビーム形成を使用して、又は異なる独立に合焦されるレーザビームを使用することによって行われる。ビーム形成の間、コンタクトの領域内で、より大きなドーピングをそこで得るためにパルスエネルギー密度を局所的に増加することが重要である。対応するビーム形成は、例えば回折光学素子を使用して達成してもよい。
【００８４】
前記エミッタバスバー領域の下の前記局所的に増加されたホウ素ドーピング（選択的エミッタとも呼ばれる）により、より低い全体的直列抵抗が達成され、したがって前記太陽電池のより良好なフィルファクタが達成される。さらに、エミッタコンタクトの下の局所的に増加されたホウ素ドーピングにより、金属半導体界面上での電荷キャリアの再結合が減少する。これにより太陽電池１０の開放電圧が増大し、したがって効率が増加する。さらに、コンタクト抵抗が減少し、したがって全直列抵抗が低下し、フィルファクタが上昇する。
【００８５】
両方の局所的ドーピングが、エミッタレーザドーピングの間に、追加のプロセス工程なしで達成されてもよい。ドーピングプロファイル、したがって層抵抗は、レーザパルスのエネルギー密度を変化させることによって調節される。
【００８６】
エミッタ１８のレーザドーピングの後、残りの前駆体層は湿式化学的に除去される。この目的のために使用される化学溶液は、使用される前駆体層によって異なる。
【００８７】
次に、シリコンウェハ１６は、塩酸−過酸化水素溶液を使用し、次にフッ化水素酸浴を使用してクリーニングされる。
【００８８】
予め堆積された前駆体層を使用した上述のレーザドーピングの代替として、ホウ素でドーピングされた太陽電池１０のエミッタ１８はまた、局所的イオンインプランテーション工程を使用して作成されてもよい。ドーパント原子のイオンインプランテーションと活性化とによってアモルファス化されたシリコンの欠陥のない再結晶は、以下で説明する熱酸化を使用して達成されるが、熱酸化はまた、レーザドーピング工程が存在する場合において引き続いて実行されてもよい。
【００８９】
さらに、いわゆる背面電界（ＢＳＦ）が、リンに富む前駆体層を使用したレーザドーピングによって、高度にドーピングされたｎ領域の形態で前記シリコンウェハの前記背面上に作成される。
【００９０】
この目的のために、最初に、リンに富むリンケイ酸ガラス層が前記シリコンウェハの前記前面上及び前記背面上の両方に、標準的な高温管状炉内で堆積される。ＰＯＣｌ３及びＯ２がプロセスガスとして使用される。堆積は７００℃〜８５０℃の温度において実行される。さらに、リンのうちのいくらかは前記シリコンウェハ内に数ナノメートル〜５００ナノメートル拡散する。この拡散は、できるだけ浅く表層的な深さのドーピングが発生するが、リンに富むリンケイ酸ガラスが生成するか又はリンに富む界面が存在するように最適化される。
【００９１】
前記リンに富む界面又は前記リンケイ酸ガラス層は、引き続くレーザドーピングプロセスのためのドーパント源として働く。
【００９２】
エミッタドーピングについて先に説明したように、レーザパルスが前記シリコンウェハの表面を融解する。液体シリコン内の高い拡散定数により、液相の間、前記リンケイ酸ガラス層内に存在するリン原子が、約１００ナノ秒以内に前記シリコンウェハの表面内に約１０００ナノメートルの深さに至るまで拡散し、ＢＳＦ領域３２、高度にドーピングされたｎ領域が形成される。先に説明したように、ここでレーザビームは、表面積Ｘ・Ｙのサイズを有するシャープに境界を定められた矩形領域を単一のレーザパルスが融解するように、光学素子を使用してシリコン表面上に形成される。再び、ＢＳＦストリップ又はポイントの全表面領域が、シリコンウェハとレーザビームとの間の、Ｙ方向における間隔Ｌによる相対移動を使用して徐々にドーピングされる。加えて、エミッタドーピングに関してすでに上述したものと同じ幾何学的関係が使用される。
【００９３】
局所的ＢＳＦレーザドーピングの後、前記リンケイ酸ガラス層はフッ化水素酸溶液（１％〜５０％）を用いて除去される。
【００９４】
次に、リンがドーピングされた層のうちのいくらかは、基板の少なくとも背面上でエッチバックされる。この目的のために、フッ化水素酸、硝酸、酢酸、及び脱イオン化水で作られた湿式化学溶液が使用されて、前記リンがドーピングされた層の深さ約１０ナノメートル〜３００ナノメートルまでエッチバックされる。このエッチング工程は、深さ及びリン濃度に応じて、前記シリコンウェハの両面において又は前記背面のみにおいて行われる。バックエッチングの目標は、ホウ素エミッタ領域内に存在するリンを減らすことである。
【００９５】
以下で説明する熱酸化の後、前記エミッタ領域内のリン表面濃度はホウ素表面濃度の５分の１以下でなければならない。前記前面があまりにも高度にリンドーピングされている場合、前記前面におけるリン濃度の減少が必要とされる。ここでの目標は、引き続く高温酸化の後で１・１０１８ｃｍ−３〜１・１０２０ｃｍ−３のリン表面濃度を得ることである。加えて、前記バックエッチング工程は前記シリコンウェハの化学クリーニングを提供する。
【００９６】
次に、第１の湿式化学クリーニングが、塩酸−過酸化水素溶液と引き続くフッ化水素酸浴とを使用して実行される。
【００９７】
いわゆるドライブイン工程としての熱酸化がこれに続く。ここで、二酸化シリコン層が表面パッシベーションとして成長する。あるいは、窒化シリコン層、酸窒化シリコン層、又は炭化シリコンスタック層が同様に使用されてもよい。前記ドライブインの間、高温（約８００℃〜１０５０℃）によりドーパント原子が前記シリコンウェハ内にさらに拡散する。これによりドーピングの表面濃度は、背面電界（ＢＳＦ）（ベース領域）及び前面電界（ＦＳＦ）の両方において、並びにエミッタにおいて低下する。結果として生じる二酸化シリコンは５ナノメートル〜１０５ナノメートルの層厚さまで成長し、ここで、反射防止コーティングと組み合わせた５ナノメートル〜２０ナノメートルの範囲内の層厚さが望ましい。
【００９８】
太陽電池１０の表面における太陽放射の実効的反射を減らすために、窒化シリコン層が太陽電池１０の前記前面上に、プラズマ促進化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）を用いて堆積される。ここでの屈折率は１．９〜２．３でなければならない。
【００９９】
厚さ１μｍ〜５０μｍのアルミニウム層が太陽電池１０の前記背面の全表面領域に、例えば蒸着又はカソードスパッタリングによって施される。この層は、ベース領域２２及びエミッタ１８上にコンタクト２８を生成するために後で使用される。
【０１００】
金属層、半導電層、又は誘電体カバー層がアルミニウム層に、例えば蒸着、ＡＰＣＶＤ、ＰＥＣＶＤ、ＣＶＤ、又はカソードスパッタリングによって施される。この層はエッチング耐性がなければならないか、又は続いて使用されるエッチング剤（例えば、リン酸、塩酸、水酸化ナトリウム、又は水酸化カリウム）のうちの１つによってわずかにエッチング可能であるのみでなければならない。この層は、例えば、ニッケル、亜鉛、アモルファスシリコン又はＳｉＯｘ、窒化シリコン、又は炭化シリコンを含んでもよい。
【０１０１】
次に、前記アルミニウム層に施された前記カバー層が局所的にレーザアブレーションされる。
【０１０２】
引き続くエッチング工程において、レーザを用いて露出された領域内のアルミニウムがエッチング剤（例えば、リン酸、塩酸、水酸化ナトリウム、又は水酸化カリウム）を用いて除去され、それにより、互いに絶縁されたコンタクト２８がベース領域２２及びエミッタ１８上に作成される。
【０１０３】
エッチングを用いて材料を除去することによって交互のコンタクト領域間の絶縁を作る代わりに、一方法変形形態によれば、アルミニウム層を選択的に陽極酸化することによって絶縁が生成されてもよい。
【０１０４】
この目的のために、前記アルミニウム層を施した後で、例えばＳｉＯｘ、ＳｉＮｘ、ＳｉＣｘ、Ｓｉ、Ｎｉ、Ｃｕなどの、陽極酸化に対して耐性のある層が施される。この層は、引き続く工程においてレーザアブレーションを用いて選択的に除去される。次に、アブレーションされた領域が陽極酸化浴（例えばＨ２ＳＯ４又はシュウ酸）中で完全に陽極酸化される（この変形例によれば、図１において、隣接するコンタクト２８の間に残るスリットは酸化アルミニウムを用いて完全に充填される）。
【０１０５】
いずれの場合も、レーザ技術を使用することによって非常に小さなピッチｐが可能となり、このピッチｐは１００μｍの程度、又はさらには約５０μｍ程度であり得る。図３ａ〜図３ｆからわかるように、これにより効率ηが大幅に向上する。
【０１０６】
先に説明したレーザドーピングプロセスにおいてパルスレーザシステムが使用される（国際公開第２０１５／０７１２１７Ａ１号パンフレット及び独国特許出願公開第１０２００４０３６２２０Ａ１号明細書を参照されたい。これらの全体は参照によって本明細書中に援用される）。以下のレーザパラメータが、ドーパントの最適化された深さプロファイルを生成するために好ましい。
−  ３０ナノ秒〜５００ナノ秒のパルス持続時間、
−  ５００ナノメートル〜６００ナノメートルの波長、
−  １ｋＨｚ〜２ＭＨｚのパルス繰り返し率
−  １Ｊ／ｃｍ２〜５Ｊ／ｃｍ２のパルスエネルギー密度
【０１０７】
所望により、さらなるセル回路のためのバスバー（コンタクトストリップ）３４が、金属箔で作られた箔ストリップを用いて両方のコンタクト極性（エミッタ及びベース）のレーザ溶接を使用して作成される。前記箔ストリップはそれぞれが他方の極性とオーバラップしてもよい。誘電体層又は層スタックが前記箔ストリップを相補的な極性から絶縁する。
【０１０８】
最も単純な場合、アルミニウム箔で作られたストリップが使用され、前記アルミニウム箔はコンタクト２８に面した側上に絶縁陽極酸化層を備えている。レーザ溶接プロセスは各極性について前記絶縁層を介して行われる。
【０１０９】
もちろん、別の誘電体層又は層スタックが絶縁のために前記箔ストリップ上で又は前記ウェハの前記背面上で使用されてもよい。
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図３ｃ】
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【図３ｄ】
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【図３ｅ】
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【図３ｆ】
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【図４】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年4月16日(2018.4.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）ｎ−ドーピングされた領域又はｐ−ドーピングされた領域（２０、２２）を生成するために、好ましくはレーザドーピングを用いてドーピングする工程、
（ｂ）太陽電池（１０）の後面上のコンタクト面（２６）を、好ましくはレーザアブレーションを用いて露出させる工程、
（ｃ）前記太陽電池の後面に金属層を施す工程、及び
（ｄ）金属コンタクト（２８）を生成するためにレーザアブレーションを用いて前記金属層を構造化する工程であって、ピッチは最大でも８００マイクロメートルである、工程、
を有する、後面コンタクト太陽電池をシリコン結晶から製造する方法であって、
工程（ｃ）においてアルミニウム層が施され、次に、陽極酸化に対して耐性のある層が施され、前記陽極酸化に対して耐性のある層は後続の工程（ｄ）においてレーザを用いて選択的にアブレーションされ、次に、アブレーションされた領域において前記アルミニウム層は完全に陽極酸化されることを特徴とする、方法。
【請求項２】
ドーピングされた領域（２０、２２）はレーザドーピングを使用して生成される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ピッチ（ｐ）は最大でも５００マイクロメートル、より好ましくは最大でも１００マイクロメートル、特に好ましくは最大でも６０マイクロメートルである、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記ピッチ（ｐ）は最小でも５マイクロメートルである、請求項１又は請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記金属コンタクト（２８）は、レーザ溶接を用いて少なくとも１つの介在する誘電体層を介してコンタクトされた金属箔のストリップを含むバスバー（３４）を使用して接続される、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
陽極酸化されたアルミニウム箔で作られたストリップが、前記バスバー（３４）を生成するために使用される、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記太陽電池（１０）の前記後面上にｐ型エミッタ（２０）を生成するために且つ／又はｎ後面電界（ＢＳＦ）（２２）を生成するために、レーザドーピング工程が使用される、請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
ドーパント、特にホウ素、アルミニウム、又はガリウムを含む前駆体層が、前記太陽電池（１０）の前記後面上に堆積され、パルスレーザを用いた局所的照射を使用してｐ型エミッタ（２０）が作成される、請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
ドーパント、特にホウ素、アルミニウム、又はガリウムを用いたイオンインプランテーションを使用してｐ型エミッタ（２０）が局所的に作成される、請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
反射防止層（１２）を前面上に有するウェハ（１６）であって、エミッタ領域（２０）及びベース領域（後面電界）（２２）を後面上に有し、且つレーザアブレーションによって生成されたコンタクト（２８）を前記後面上に有するウェハ（１６）を有し、前記ピッチ（ｐ）は最大でも８００マイクロメートルである、請求項１〜請求項９のいずれか一項に従って製造された後面コンタクト太陽電池。
【請求項１１】
前記ピッチ（ｐ）は最大でも５００マイクロメートル、より好ましくは最大でも１００マイクロメートル、特に好ましくは最大でも６０マイクロメートルであり、前記ピッチ（ｐ）は好ましくは最大でも５マイクロメートルである、請求項１０に記載の太陽電池。
【請求項１２】
ベース領域（２２）及びエミッタ領域（１８）の前記コンタクト（２８）は、レーザ溶接点（３８）を使用して誘電体層を介して電気的に接続された金属箔ストリップで作られたバスバー（３４）を使用して接続された、請求項１０又は請求項１１に記載の太陽電池。
【請求項１３】
前記金属箔ストリップ（３４）は、陽極酸化されたアルミニウム箔を含む、請求項１２に記載の太陽電池。
【国際調査報告】
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