(57)【要約】【課題】  太陽電池格子構造および太陽電池格子構造を製造する方法を提供する。【解決手段】  太陽電池の格子構造は、表面にテクスチャ加工したシリコン基板を用意し、シリコン基板の前側にリンをドーピングしてｎ−エミッタを形成し、裏側にはアルミニウム（Ａｌ）・メタライゼーションを施す。ｎ−エミッタ上に反射防止コーティング（ＡＲＣ）として機能する誘電層を付着し、前側にマスクを適用して前記誘電層の格子開口を画定し、マスクされていない前記格子開口をエッチングして開口し、その上に、光誘起めっきによるニッケルまたはコバルトの層を形成する。マスク層を剥離し、光誘起めっきした層に急速熱アニーリングを行って薄いシリサイド層を形成し、シリサイド上にバリア層および銅層を付着し、さらに保護層を付着することにより形成される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池の格子構造であって、
表側にリンがドーピングされてｎ−エミッタが形成されたシリコン基板と、
前記シリコン基板上に適用された、反射防止コーティング（ＡＲＣ）として機能する誘電層と、
前記前側にパターン形成されて付着されたニッケル（Ｎｉ）またはコバルト（Ｃｏ）層と、
前記ニッケルまたはコバルト層の急速熱アニーリングによって形成されたシリサイド層と、
前記シリサイド層上に付着された任意のバリア層と、
前記シリサイド／バリア層上に付着された銅層と、
前記銅層の上に適用された薄い保護層と、
を含む、太陽電池格子構造。
【請求項２】
前記基板が（１００）結晶方位を有する単結晶シリコン基板または多結晶シリコン基板である、請求項１に記載の構造。
【請求項３】
前記誘電層が、窒化シリコン、酸化シリコン、およびそれらの組み合わせから成る群から選択される、請求項１に記載の構造。
【請求項４】
前記バリア層が、ＮｉＰ、ＣｏＰ、ＣｏＷＰ、およびそれらの組み合わせから成る群から選択される、請求項１に記載の構造。
【請求項５】
前記シリコン基板の裏側にアルミニウム（Ａｌ）・メタライゼーションが形成されている、請求項１に記載の構造。
【請求項６】
太陽電池の格子構造の製造方法であって、
シリコン基板を用意するステップと、
シリコン基板の表面にテクスチャ加工するステップと、
前記シリコンの前側にリンをドーピングしてｎ−エミッタを形成するステップと、
前記ｎ−エミッタ上に反射防止コーティング（ＡＲＣ）として機能する誘電層を付着するステップと、
前記前側にマスクを適用して前記誘電層の格子開口を画定するステップと、
前記マスクされていない前記格子開口をエッチングして開口するステップと、
前記格子開口上に、光誘起めっき層を形成するステップと、
前記マスク層を剥離するステップと、
前記光誘起めっきした層に急速熱アニーリングを行って薄いシリサイド層を形成するステップと、
前記シリサイド上にバリア層を付着するステップと、
前記シリサイド／バリア膜の上に銅層を付着するステップと、
前記銅層の上に保護層を付着するステップと、
を含む、方法。
【請求項７】
前記シリコンの裏側にアルミニウム（Ａｌ）・メタライゼーションをスクリーン印刷して高温で焼成するステップをさらに含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記光誘起めっきによってニッケル（Ｎｉ）またはコバルト（Ｃｏ）の層が形成され、前記急速熱アニーリングを１０秒から１０分の範囲で２５０℃ないし６００℃の間で行って、シリサイド層を形成するステップを含む、請求項６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は太陽電池に関し、具体的には、太陽電池格子構造および太陽電池格子構造を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコン光起電力業界では、格子メタライゼーションのためにアルミニウム／銀（Ａｌ／Ａｇ）ベースのペーストのスクリーン印刷が広く用いられる。この技術の主な欠点は、伝導線の小型化が難しいこと、およびペースト導体のコンタクト抵抗が高いことである。スクリーン印刷された伝導線の最小幅は、１００ミクロンのオーダーである。更に、スクリーン印刷では低アスペクト比のフィーチャしか印刷することができず、これは充分な導電率を与えるためには伝導線が太くなってしまうということであり、前側格子の遮光が増すことを意味する。また、Ａｌ／Ａｇペーストは極めて高価な材料であり、スクリーン印刷プロセスは太陽電池構築プロセスにおいてウェハひび割れの主な原因である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第７，３３９，１１０号
【特許文献２】米国特許第４，９２７，７７０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
Sunpowerに対する米国特許第７，３３９，１１０号に記載された方法は、真空ベースのプロセスを用いてシード層およびバリア層を付着した後にＣｕのめっきを行う。従来の太陽電池のための真空および溶液プロセスの組み合わせは、コストが法外に高い。このため、Sunpowerは、相互嵌合（interdigitated）単結晶シリコン太陽電池においてこれを用い、より高いコストで高い効率を達成して高コスト・プロセスを正当化する。
【０００５】
電池の裏面に逆の極性の相互嵌合コンタクトを有する太陽電池は、前側金属格子およびブランケットまたは格子メタライズ裏側コンタクトを有する従来の太陽電池とは異なる。これらの太陽電池では、前側格子の遮光を排除したために光発生が改善され、格子直列抵抗が低減し、更に、青色光応答が改善された。これは、前側コンタクトが存在しないので前側コンタクト抵抗を最小限に抑えるための高濃度の前面ドーピングが必要ないからである。Swansonに対する米国特許第４，９２７，７７０号に記載されたように、裏側コンタクト電池構造では、同一平面上にコンタクトがあるために、簡略化されたモジュール・アセンブリが可能となる。
【０００６】
相互嵌合裏側コンタクト（ＩＢＣ：interdigitated back-contact）太陽電池は製造されているが、コストの問題点によってＩＢＣ太陽電池は商品化されていない。このため、ＩＢＣ太陽電池を製造する際には、裏側拡散、従来のマイクロエレクトロニクス・フォトリソグラフィによって製造されたコンタクトおよび金属線、薄膜メタライゼーション、およびエッチング・プロセスの使用を含む、従来のマイクロエレクトロニクス（集積回路）処理が採用されている。しかしながら、このプロセスは、従来の低コストの平板太陽電池パネルに適用するには費用対効果が小さい。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、太陽電池の格子スタック構造が提供される。これは、電気めっきを含む溶液ベースの処理技法を用いて容易に製造することができ、動作の効率が高く経済的に製造される。溶液ベースの処理技法は電気めっきを含み、格子構造は、従来のスクリーン印刷した伝導線に比べて、電気めっきした線を用いて細く長く形成することができる。本発明のプロセスの一態様は、光誘起めっきを行って薄い金属層を適用することを含む。この層はＮｉまたはＣｏを含むことができる。急速熱アニーリングによってシリサイド層を形成し、これによってシリコンに対するシリサイド・コンタクトを設ける。次いで、溶液ベースのプロセスによって任意の拡散バリア層を付着する。この層は、電気めっきしたＮｉＰ、ＣｏＰ、およびＣｏＷＰを含むことができる。続いて、ゼロに近い応力で厚いＣｕ層を電気めっきし、これによって良好な機械的強度のためにスタックに加わる応力を最小限に抑える。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本開示に従った格子スタックの構造の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本開示およびこれに伴う利点の多くのいっそう完全な評価は、以下の詳細な説明を参照し添付図面と関連付けて考察した場合に、より良く理解され、容易に明らかとなろう。
【００１０】
本開示に従った太陽電池格子構造は、単結晶シリコン基板／ウェハまたは多結晶シリコン基板において製造される。図１は、以下のようなこの構造およびプロセス・シーケンスを示す。
１．ｐ−シリコン基板を用いることができる。
２．シリコン表面にテクスチャ加工（textured）して、最大の光吸収のためにある粗さを与える。
次いで、シリコンの前側にリンをドーピングして薄いｎ−エミッタを形成する。この厚さは１００ｎｍから１ミクロンの範囲とする。
裏側のＡｌメタライゼーションはスクリーン印刷し、６００から９００℃の範囲の高温で焼成する。
３．窒化シリコン、酸化シリコン等の反射防止コーティング（ＡＲＣ）として機能する誘電層を、ｎ−エミッタの上に付着する。
４．前側にマスクを適用して、誘電層の格子開口を画定する。
５．エッチング方法を適用して、マスクされていない格子領域を開口する。
硫酸塩ベース、スルファミン酸ベース、または塩化物ベースの酸性めっき溶液を含む様々なめっき溶液を用いて、ニッケル（Ｎｉ）およびコバルト（Ｃｏ）で、裏側Ａｌに対する電気コンタクトを光誘起めっきする。光強度は１，０００ルクスから１００，０００ルクスの範囲として、前側格子上に電気めっきのための自由電子を発生させる。
６．マスク層を剥離する。
７．めっきしたＮｉまたはＣｏの急速熱アニーリングを行って、１０秒から２０分の範囲で、２５０℃および６００℃の間で、薄いシリサイド層を形成する。
８．シリサイド上に任意のバリア層を付着する。これは、ＮｉＰ、ＣｏＰ、ＣｏＷＰ、およびそれらの組み合わせを含むことができ、無電解または電気めっきのいずれかを用い、Ｎｉ、Ｃｏ、およびＷ塩に加えて、Ｐの組み込みのソースとして次亜リン酸塩ベースの塩を用いる。
９．めっき浴および低い応力を与える条件を用いて、シリサイド／バリア膜の上に厚いＣｕ層を付着する。
ベンゾトリアゾール（ＢＴＡ）溶液リンスから吸収されたＢＴＡ層等の任意の薄い保護層を、保護のために、またははんだ適合性の向上のためにＣｕの上に付着して、銀（Ａｇ）またはすず（Ｓｎ）の薄い層を電着する。
【００１１】
好適な実施形態においては、ＫＯＨまたはＮａＯＨを用いてウェハをエッチングして、インゴット・ウェハ成形から固体損傷を除去する。シリコンの約２０から５０μｍを除去すれば良い。エッチングの後、標準的なウェット洗浄シーケンスを用いてウェハを洗浄する。
【００１２】
好適な実施形態においては、単結晶基板の上面にテクスチャ加工表面を形成する。頂点の分散は、典型的に高さ１から１０μｍの範囲である。このランダムなテクスチャによって、太陽電池への光の結合を補助する。
【００１３】
単結晶でないウェハでは、酸エッチング、プラズマ・エッチング、および機械的研磨を含むいくつかの代替的な方法によってテクスチャを生成することも可能である。テクスチャ加工の後に、標準的な拡散前ウェット洗浄シーケンスを用いてウェハを洗浄することができる。
【００１４】
別の好適な実施形態においては、ドーパント・ソースとして液体リン・ソース（Ｈ３ＰＯ４溶液）またはガス・ソース（ＰＯＣｌ３）を用いる。ＡｓまたはＳｂ等の他のｎ＋ドーパントを用いることも可能である。
【００１５】
別の好適な実施形態では、太陽電池の前側表面にＳｉＮまたはＴｉＯ２等のＡＲＣを適用する。このコーティングによって太陽電池への光の結合を補助し、従って効率を向上させる。あるいは、シード金属スタックを付着した後にＡＲＣを付着することも可能である。更に、基板の両側にＡＲＣを適用することも可能である。
【００１６】
別の好適な実施形態では、スクリーン印刷によって裏側にＡｌ層をコーティングし、焼成してｐ＋層を形成し、導体として機能させる。好適な実施形態におけるアルミニウムは、半導体材料に対するオーム接触を生成し、裏面反射材として機能する。
【００１７】
薄いシリコン太陽電池においては、弱く吸収された赤外放射がシリコンの厚さを通過し、多くの場合、裏側メタライゼーションにおける吸収によって失われる。前表面テクスチャを裏面反射材と組み合わせて用いて、光学経路を長くすることができる。この設計フィーチャによって太陽電池における光発生電流が大きくなる。
【００１８】
別の好適な実施形態においては、次いでＡＲＣ層上の前側の上にパターニングしたレジストを塗布する。レジスト・マスクは誘電層の格子開口を画定し、この場合、エッチング方法を用いて格子領域を開口する。
【００１９】
裏側Ａｌメタライゼーションと電気的に接触させて、前側格子に、光誘起めっきによるニッケル（Ｎｉ）またはコバルト（Ｃｏ）層を適用する。
【００２０】
めっきしたＮｉまたはＣｏの急速熱アニーリングによってシリサイド層を形成する。
【００２１】
好適な実施形態において、第２の層は、金属および他の不純物に対する拡散バリアとして機能する。
【００２２】
好適な実施形態では、バリア層は、ＮｉＰ、ＣｏＰ、ＣｏＷＰ、およびそれらの組み合わせから成る群から選択される。バリア層は、無電解または電気めっきのいずれかを用いてシリサイド上に付着される。あるいは、バリア層としてクロム（Ｃｒ）を用いることも可能である。
【００２３】
好適な実施形態では、同じ光誘起方法を用いて、裏側Ａｌメタライゼーションに対する電気的接触を生成することによって、格子の上に厚い銅（Ｃｕ）層を電着する。
【００２４】
好適な実施形態においては、Ｃｕの後に、ベンゾトリアゾール（ＢＴＡ）または電気めっきしたＡｇもしくはＳｎを含むことができる薄い層を加えて、はんだ付け性の改善またはめっき領域の腐食の防止あるいはその両方を行うことができる。
【００２５】
本開示の構造およびプロセスの利点には、コスト競争力、低温プロセス、良好な導電性、伝導線の断面の厚さおよびアスペクト比の維持の容易さ、および最小の遮光のための、溶液ベースのプロセスが含まれる。
【００２６】
明らかに、上述の開示に鑑み、この開示の多数の変更および変形が可能である。従って、特許請求の範囲内で、本明細書中で具体的に記載したのではない他の方法でこの開示を実施可能であることは理解されよう。
【図１】
2011238903.tif 000003