(57)【要約】  基礎ドーピングされたシリコンウエハ（３）と受光前面（４）と背面（６）とを備える太陽電池（１）であって、背面（６）はインターデジタル半導体パターンを有し、このインターデジタル半導体パターンは、第1ドーピングされた少なくとも１つの第1拡散ゾーン（９）からなる第1パターンと、第1拡散ゾーン（９）から分離していると共に第1ドーピングとは異なる第2ドーピングが為された少なくとも１つの第2拡散ゾーン（１０）からなる第2パターンとを含み、第2拡散ゾーン（１０）の各々は、背面（６）からシリコンウエハ（３）中に延びる少なくとも１つの溝（１２）の面に沿って配置される太陽電池。
2005510885.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受光前面と背面とを有するシリコンウエハからなる太陽電池であって、該シリコンウエハは基礎ドーピングされ、その背面にはインターデジタル半導体パターンを有し、このインターデジタル半導体パターンは、第1ドーピングされた少なくとも１つの第1拡散ゾーンからなる第1パターンと、第1拡散ゾーンから分離していると共に第1ドーピングとは異なる第2ドーピングが為された少なくとも１つの第2拡散ゾーンからなる第2パターンとを含み、第2拡散ゾーンの各々は、背面からシリコンウエハ中に延びる少なくとも１つの溝の面に沿って配置される太陽電池。
【請求項２】
インターデジタル半導体の構造がインターデジタル接触構造を備える、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項３】
第1ドーピングが基礎ドーピングと同じ型である、請求項１又は２に記載の太陽電池。
【請求項４】
前記溝が、薄いウエハ区域を形成するようにウエハ中に延びる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の太陽電池。
【請求項５】
第1拡散ゾーンと第２拡散ゾーンとの分離寸法が、第2拡散ゾーンの厚みより大きく、好ましくは第1拡散ソーンの厚みと第2拡散ソーンの厚みとの和より大きい、請求項１〜４のいずれか一項に記載の太陽電池。
【請求項６】
受光前面と背面とを有すると共に基礎ドーピングされたシリコンウエハを設け、シリコンウエハの背面にインターデジタル半導体パターンを設けることを含む太陽電池の製造方法であって、インターデジタル半導体パターンを設けることが、
（ａ）第1ドーパントを含有したドーピングペーストを背面に塗布してドーピングペーストで覆われた少なくとも１つの領域からなるパターンを得るステップ；
（ｂ）ドーピングペーストを乾燥させるステップ；
（ｃ）遊離酸素を含有した雰囲気中において高温にて第1ドーパントをシリコンウエハ中に拡散させることにより、第1ドーピングされた少なくとも１つの第1拡散ゾーンからなるパターンを作り、同時に酸化ケイ素層を作るステップ；
（ｄ）第1拡散ゾーンの間の領域に第1エッチング剤を塗布することにより、酸化ケイ素層の一部をエッチングし、第1エッチング剤とエッチングされた酸化ケイ素層とを除去して酸化ケイ素縁からなるパターンを得るステップ；
（ｅ）酸化ケイ素縁の間に第2エッチング剤を塗布することにより、シリコンウエハの一部をエッチングし、第2エッチング剤とエッチングされたシリコンとを除去して少なくとも１つの溝からなるパターンを得るステップ；
（ｆ）前記少なくとも１つの溝各々の面に、第1ドーピングとは異なる第2ドーピングを施した第2拡散ゾーンを作るステップ；及び
（ｇ）ドーピングペーストと酸化ケイ素層の残りとを除去してインターデジタル半導体パターンを得るステップ
を含む太陽電池の製造方法。
【請求項７】
インターデジタル半導体の構造にインターデジタル接触構造を付与することをさらに含む請求項６に記載の方法であって、シリコンウエハと拡散ゾーンの表面上に不動態化層を付与するステップ；不動態化層上に金属化層を付与するステップであって、各金属化層は拡散ゾーンに沿って延びている前記ステップ；及び金属化層を焼成することにより電気接点を作るステップを含む方法。
【請求項８】
ステップ（ａ）においてスクリーン印刷によりドーピングペーストを塗布する、請求項６又は７に記載の方法。
【請求項９】
エッチング剤が、スクリーン印刷により塗布されたエッチングペーストである、請求項６〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
ステップ（ｃ）において８００〜１２００℃の範囲の温度にてドーパントをシリコンウエハ中に拡散させることを実施する、請求項６〜９のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、背面接点を有する太陽電池の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池は、受光前面と背面とを有するシリコンウエハからなる。シリコンウエハには基礎ドーピングが施され、この基礎ドーピングはｎ型又はｐ型とし得る。太陽電池により作られた電流を運び去るために、通常は太陽電池の背面だけでなく受光前面にも金属接点が設けられる。特に、受光前面上の金属接点は、効率に関して問題を引き起こす。というのは、金属で覆うことにより、太陽電池の有効領域を影にするからである。影を小さくするように金属の覆いを最適化しても、約１０％の金属の覆いが残るのは避けられない。というのは、電気的な損失を小さく保つように金属化しなければならないからである。背面の金属接点では、接触のための影の障害は生じないが、電気的な損失と金属接点を背面に付与するコストとの間の最適化を達成しなければならない。
【０００３】
両方の接点が太陽電池の背面に設けられた結果、金属接点により影にならない太陽電池がある。このような電池の例は、国際特許出願公開第０２／２３６３９号に記載されている。しかし、背面にのみ接点を有するこのような電池を製造することは、非常に複雑であり、多くのマスキング、エッチング及び洗浄のプロセス工程を伴う。さらに、金属化構造は正確に位置決めしなければならない。背面接点を有する太陽電池を製造するために要する相対的に多くの費用が、これらのより効率的な太陽電池の大規模な導入を妨げてきた。
【特許文献１】国際特許出願公開第０２／２３６３９号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、機械的に頑丈であると共に荷電キャリアの再結合が少ない、背面接点を有する太陽電池を提供することである。本発明の別の目的は、公知の電池と比べて費用効率も高いが信頼性も高い方法で製造できる、背面接点を有する太陽電池を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
このため、本発明による太陽電池は、受光前面と背面とを有するシリコンウエハからなり、該シリコンウエハは基礎ドーピングされ、その背面にはインターデジタル半導体パターンを有し、このインターデジタル半導体パターンは、第1ドーピングされた少なくとも１つの第1拡散ゾーンからなる第1パターンと、第1拡散ゾーンから分離していると共に第1ドーピングとは異なる第2ドーピングが為された少なくとも１つの第2拡散ゾーンからなる第2パターンとを含み、第2拡散ゾーンの各々は、背面からシリコンウエハ中に延びる少なくとも１つの溝の面に沿って配置される。
【０００６】
太陽電池により作られた電流を運び去るために、インターデジタル半導体の構造がインターデジタル接触構造を備える。
【０００７】
本発明はさらに、受光前面と背面とを有すると共に基礎ドーピングされたシリコンウエハを設け、シリコンウエハの背面にインターデジタル半導体パターンを設けることを含む太陽電池の製造方法であって、インターデジタル半導体パターンを設けることが、
（ａ）第1ドーパントを含有したドーピングペーストを背面に塗布してドーピングペーストで覆われた少なくとも１つの領域からなるパターンを得るステップ；
（ｂ）ドーピングペーストを乾燥させるステップ；
（ｃ）遊離酸素を含有した雰囲気中において高温にて第1ドーパントをシリコンウエハ中に拡散させることにより、第1ドーピングされた少なくとも１つの第1拡散ゾーンからなるパターンを作り、同時に酸化ケイ素層を作るステップ；
（ｄ）第1拡散ゾーンの間の領域に第1エッチング剤を塗布することにより、酸化ケイ素層の一部をエッチングし、第1エッチング剤とエッチングされた酸化ケイ素層とを除去して酸化ケイ素縁からなるパターンを得るステップ；
（ｅ）酸化ケイ素縁の間に第2エッチング剤を塗布することにより、シリコンウエハの一部をエッチングし、第2エッチング剤とエッチングされたシリコンとを除去して少なくとも１つの溝からなるパターンを得るステップ；
（ｆ）前記少なくとも１つの溝各々の面に、第1ドーピングとは異なる第2ドーピングを施した第2拡散ゾーンを作るステップ；及び
（ｇ）ドーピングペーストと酸化ケイ素層の残りとを除去してインターデジタル半導体パターンを得るステップ
を含む太陽電池の製造方法に関する。
【０００８】
太陽電池により作られた電流を運び去ることができる太陽電池を製造するため、本方法は、インターデジタル半導体の構造にインターデジタル接触構造を付与することをさらに含み、シリコンウエハと拡散ゾーンの表面上に不動態化層を付与するステップ；不動態化層上に金属化層を付与するステップであって、各金属化層は拡散ゾーンに沿って延びている前記ステップ；及び金属化層を焼成(firing)することにより電気接点を作るステップを含む。
【０００９】
本発明により、構造化された拡散ゾーンを作り出すことが可能となる。というのは、スクリーン印刷により、太陽電池のシリコンウエハにペーストを塗布することができるからである。よって、太陽電池の製造に必要などんな構造も、簡単で確実に再現可能で費用効率の良い方法により作り出すことができる。というのは、比較的簡単な方法でのペーストの構造化された塗布により、太陽電池の個々のゾーンの正確な位置決めを実現できるからである。
【００１０】
太陽電池のシリコンウエハ中に拡散ゾーンを作る際にスクリーン印刷可能なドーピング及び／又はエッチングペーストを塗布することにより、背面接点を有する太陽電池を簡単かつ高い費用効率にて製造することができる。第1拡散ゾーンを作るため及び酸化ケイ素層をエッチングするために用いたスクリーンのデザインは、金属化層を付与するのに用いるスクリーンに対して使用できる。よって、このタイプの太陽電池を製造するために現在必要とされるプロセス工程に関係した経済的な不利益は、本発明により取り除かれる。
【００１１】
プロセス工程の適切な協調により、背面接点を有する太陽電池を製造するための特に費用効率の高い方法を見いだすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、例として図面を参照して例示的な実施態様に基づいて本発明をさらに詳細に説明する。
【００１３】
図1は、本発明による太陽電池の断面の一部を縮尺は無視して概略的に示す。
図2〜８は、本発明による太陽電池の製造のプロセス工程を概略的に示す。
【００１４】
以下、本発明による太陽電池１の断面の一部を縮尺は無視して概略的に示す図1を参照する。
【００１５】
太陽電池１は、受光前面４と背面６とを有するシリコンウエハ３からなる。シリコンウエハ３には基礎ドーピングが施され、この場合はｐ型ドーピングである。
【００１６】
シリコンウエハ３は、背面６にて、インターデジタル半導体パターンを有し、このパターンは、第1ドーピングが施された少なくとも１つの第1拡散ゾーン９からなる第1パターンと、少なくとも１つの第2拡散ゾーン１０からなる第2パターンとを含む。第2拡散ゾーン１０は、第1拡散ゾーン９から分離しており、かつ第1ドーピングとは異なる第2ドーピングが施されている。各々の第2拡散ゾーン１０は、背面６からシリコンウエハ３中に延びる少なくとも１つの溝１２の面に沿って設けられる。好ましくは、溝の数は、ウエハの１センチメートル幅当たり１〜１００個の範囲にあり、溝の幅は、０．０５〜５ミリメートルの範囲にあり、隣接した溝間の縁の幅も、０．０５〜５ミリメートルの範囲にあるのが好ましい。溝は互いに平行であるのが好ましい。
【００１７】
好ましくは、インターデジタル半導体構造は、インターデジタル接触構造を有し、その際、第1拡散ゾーン９は、第1接触構造１３を有し、第2拡散ゾーン１０は、第2接触構造１４を有し、通常動作中、太陽電池により作られた電流を運び去ることができる。このインターデジタル接触構造が、背面接点を形成する。
【００１８】
好ましくは、第1拡散ゾーン９の第1ドーピングは、シリコンウエハ３の基礎ドーピングと同じ型である。従って、第2拡散ゾーン１０のドーピングは基礎ドーピングとは異なる。
【００１９】
本発明による太陽電池の利点は、溝１２の場所でのシリコンウエハ３（薄いウエハ区域）の厚みが、第1拡散ゾーン９の場所でのシリコンウエハ３の元の厚みより小さいことである。よって、好ましくは基礎ドーピングとは異なるドーピングが施された第2拡散ゾーン１０の場所では、厚みが小さいことにより、キャリアの再結合の可能性が小さくなる。そして、第1拡散ゾーンの場所での厚みは大きく、本発明の太陽電池１に機械的強度を付与する。
【００２０】
溝１２は、薄いウエハ区域を形成するようにシリコンウエハ３中に延びる。この薄いウエハ区域の厚みは、シリコンウエハ３の厚みの３０〜６０％であるか又は５０〜１５０マイクロメートルの範囲にあるのが好ましく、いずれにしても最小である。
【００２１】
好ましくは、前面４は反射防止コーティング１５を有し、背面は接触構造１３と１４の間に反射防止コーティング１７を有する。反射防止コーティング１５及び１７はまた、シリコンウエハ３の表面を不動態化する働きもある。反射防止コーティングの好ましい材料は、酸化ケイ素及び窒化ケイ素、又は酸化ケイ素と窒化ケイ素の混合物である。
【００２２】
異なる型の拡散ゾーン間に十分な電気絶縁を与えるため、好ましくは、第1拡散ゾーン９と第2拡散ゾーン１０の間の分離寸法１８は、第2拡散ゾーン１０の厚みより大きく、さらに好ましくは、第1拡散ゾーン９の厚みと第2拡散ゾーン１０の厚みの和より大きい。
【００２３】
次に、図2〜８を参照して本発明による太陽電池の製造方法を説明する。図1に関して既に説明した要素は、同じ参照番号で示す。
【００２４】
他の製造プロセスと同様に、本発明による背面接点を有する太陽電池を製造するための出発点は、適切なｐ型又はｎ型の基礎ドーピングを施した切断されたシリコンウエハ３である。シリコンウエハ３の厚みは、太陽電池の設計に依存して自由に選択できる。表面層は切断工程で損傷し得るが、この損傷はエッチングにより除去される。太陽電池の設計に依存して、次に追加の予備的なプロセス工程、例えば独国特許出願公開第１９８１１８７８号に記載のようなテクスチャ・エッチングをシリコンウエハ３に施すプロセス工程を行ってもよい。
【００２５】
シリコンウエハ３は、受光前面４と背面６とを有する。シリコンウエハ３の背面６にインターデジタル半導体パターンを付与する第1工程は、第1ドーパントを含有したドーピングペースト２０を背面６に塗布し、ドーピングペースト２０で覆われた少なくとも１つの領域からなるパターンを得ることを含む（図2参照）。ドーピングペースト２０はスクリーン印刷により塗布するのが好ましい。
【００２６】
その後、ドーピングペースト２０を乾燥させる。
【００２７】
次に、図3を参照する。次の工程は、遊離酸素を含有した雰囲気中で高温にて第1ドーパントをドーピングペースト２０からシリコンウエハ３中に拡散させることにより、第1ドーピングが施された少なくとも１つの第1拡散ゾーン９からなるパターンを作り、同時に受光前面４と背面６とに酸化ケイ素層２１及び２２を作ることである。
【００２８】
第1ドーパントとしては、ｐドープの第1拡散ゾーン９を得る場合にはホウ素、アルミニウム、ガリウム又はインジウムが挙げられ、ｎドープの第1拡散ゾーン９を得る場合にはリン、ヒ素又はアンチモンが挙げられる。上記高温は、８００℃〜１２００℃（例えば、ドーパントがホウ素ならば９００℃〜１２００℃、ドーパントがリンならば８００℃〜１０００℃）であるのが好ましい。
【００２９】
次の工程を図4に示す。この工程は、第1拡散ゾーン９の間の領域にエッチング剤２５を塗布することにより、酸化ケイ素層２２の一部をエッチングし、エッチング剤２５とエッチングされたシリコンとを除去して酸化ケイ素縁２６からなるパターンを得ることを含む。好ましくは、エッチング剤は、スクリーン印刷により塗布されるエッチングペーストであり、その活性成分は酸性水溶液である。
【００３０】
図5を参照して説明すると、酸化ケイ素縁２６は、溝１２（図1参照）を作るためのマスクとして使用する。酸化ケイ素縁２６の間に第2エッチング剤２７を塗布する。所望の深さにエッチングが達すると、第2エッチング剤とシリコンウエハ３のエッチングされた部分とを除去し、少なくとも１つの溝１２からなるパターンを得る。好ましくは、エッチング剤は、酸化ケイ素はエッチングしないように選択したアルカリ水溶液である。
【００３１】
次に、次工程の結果を示す図6を参照する。この工程は、少なくとも１つの溝１２各々における面に第1ドーピングとは異なる第2ドーピングを施した第2拡散ゾーン１０を作ることを伴う。前の工程で第1拡散ゾーン９の間にエッチング剤を塗布したので、エッチング剤の除去後に酸化ケイ素の縁２６が残り、これらの縁が、第1拡散ゾーン９と第2拡散ゾーン１０の間の分離１８（図1参照）を担う。縁２６は保護ゾーンであり、第2ドーピングの拡散のためのマスクを形成する。
【００３２】
第2ドーパントの拡散は気相から行うのが好ましいので、該ドーパントはリン又はホウ素とし得る。
【００３３】
本発明による方法の最後の工程は、ドーピングペースト２０と酸化ケイ素層の縁２６とを除去し、シリコンウエハ３の背面６にてインターデジタル半導体パターン９、１０を得ることである。ドーピングペースト２０と縁２６とを除去するのに好ましいエッチング剤は、希釈されたフッ化水素酸である。結果を図7に示す。
【００３４】
インターデジタル半導体パターンは、第1ドーピングが施された第1パターンの第1拡散ゾーン９と、溝１２の面に沿って設けられた第2パターンの第2拡散ゾーン１０とを含む。第2拡散ゾーン１０は、第1拡散ゾーン９から分離しており、第1ドーピングとは異なる第2ドーピングが施されている。本発明による方法の利点は、拡散ゾーン９と１０の間のエッジ絶縁が自動的に形成されるようにエッチング工程を実施し、その結果、このために必要な例えばプラズマエッチングによる追加的なエッジ絶縁工程を省くことができることである。
【００３５】
太陽電池の通常動作中に作られる電流を運び去るために、インターデジタル半導体パターン上に金属接点を付与する。この工程の前に、不動態化層としても働く適当な反射防止コーティング、例えば窒化ケイ素、酸化ケイ素又は窒化ケイ素と酸化ケイ素との混合物などを塗布することにより、シリコンウエハ３の表面を不動態化することができる。
【００３６】
表面４及び６には、酸化ケイ素の反射防止コーティング１５及び１７を設ける（図8参照）。
【００３７】
次に、背面６に塗布した反射防止コーティング１７上に、金属化層３０及び３１を塗布する。この金属化層３０及び３１の各々は、拡散ゾーン９及び１０に沿って延びている。その後、金属化層３０及び３１を焼成することにより、電気接点１３及び１４（図1参照）を得る。金属化層に用いられるペーストには、ドーパントを与えることもできるし、ドーパントがなくてもよい。好ましくは、このペーストにはドーパントがない。というのは、拡散ゾーンが既にオーム接触を与えているからである。ドーパントがないペーストを使用することは、２つの金属化層３０及び３１に対して同じペーストが使用されるという別の利点を有する。
【００３８】
ドーピングペースト２０を塗布するのに用いたスクリーンと同じデザインのスクリーンを使用するスクリーン印刷により、金属化層３０を塗布するのが好ましい。そして、エッチング剤２５を塗布するのに用いたスクリーンと同じデザインのスクリーンを使用するスクリーン印刷により、金属化層３１を塗布するのが好ましい（図4参照）。このようにして、後に電気接点１３及び１４を形成する領域を拡散ゾーン９及び１０と容易に位置合わせすることができる。
【００３９】
別法として、両方の金属化層を１つの工程にてスクリーン印刷することができるように、金属化層３０及び３１を印刷するのに用いるスクリーンのデザインを１つに統合することができる。この場合、異なる接点は既に互いに位置合わせされているので、相互接触又は相互汚染の問題が存在しない。この別法において用いる金属化ペーストはドーパントがないので、両方の金属化層３０及び３１に対して同じペーストを使用する。
【００４０】
シリコンウエハの基礎ドーピングはｐ型又はｎ型とすることができ、第1拡散ゾーン９のドーピングはｐ型又はｎ型とすることができ、その際には第2拡散ゾーン１０のドーピングはｎ型又はｐ型のどちらかである。
【００４１】
好ましくは、第1拡散ゾーンのドーピングは基礎ドーピングと同じであるが、第1拡散ゾーンのドーピングに属するキャリアの濃度がシリコンウエハ３よりも大きな第1拡散ゾーン９を形成する。同じ種類のキャリアのこのような濃度差は、背面場(field)と称され、これは本発明による太陽電池では背面６に沿って連続的でないので局所的な背面場である。この場合、第2拡散ゾーン１０のドーピングは基礎ドーピングとは異なるので、界面にｐ−ｎ又はｎ−ｐ接合が形成される。
【００４２】
太陽電池の設計及びその用途に依存して、拡散ゾーン９及び１０中のドーパントの濃度及び侵入深さは種々規定できる。
【００４３】
拡散ゾーン９及び１０中に既に存在している高ドーピングゆえに、非ドープのペースト、例えば非ドープの銀ペーストを２つの金属接点１３及び１４に用いることができる。しかし、異なるドーピング又は不十分なドーピングの場合には、それぞれの領域の接触のために適応させたドープ金属化ペーストを使用できる。
【００４４】
本発明により製造した個々の太陽電池を統合して太陽モジュールを形成することができる。このため、隣り合った電池の背面接点を適当な接続材により連結して直列接続又は並列接続を形成する。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明による太陽電池の断面の一部を縮尺は無視して概略的に示す。
【図２】本発明による太陽電池の製造のプロセス工程（図2〜８）の一つを概略的に示す。
【図３】本発明による太陽電池の製造のプロセス工程（図2〜８）の一つを概略的に示す。
【図４】本発明による太陽電池の製造のプロセス工程（図2〜８）の一つを概略的に示す。
【図５】本発明による太陽電池の製造のプロセス工程（図2〜８）の一つを概略的に示す。
【図６】本発明による太陽電池の製造のプロセス工程（図2〜８）の一つを概略的に示す。
【図７】本発明による太陽電池の製造のプロセス工程（図2〜８）の一つを概略的に示す。
【図８】本発明による太陽電池の製造のプロセス工程（図2〜８）の一つを概略的に示す。
【符号の説明】
【００４６】
１    太陽電池
３    シリコンウエハ
４    受光前面
６    背面
９    第1拡散ゾーン
１０    第2拡散ゾーン
１２    溝
１３    第1接触構造
１４    第2接触構造
１５    反射防止コーティング
１７    反射防止コーティング
【図１】
2005510885.tif 000003
【図２】
2005510885.tif 000004
【図３】
2005510885.tif 000005
【図４】
2005510885.tif 000006
【図５】
2005510885.tif 000007
【図６】
2005510885.tif 000008
【図７】
2005510885.tif 000009
【図８】
2005510885.tif 000010
【国際調査報告】
2005510885.tif 000011
2005510885.tif 000012
2005510885.tif 000013