(57)【要約】  シリコン太陽電池用のフロント接点としてフロント側のエミッタ電極をシリコンウェハ上に生成するための方法において、上記シリコンウェハのフロント側に凹部を生成する。次いで、フロント側のｎドープシリコン層と反射防止層を生成する。次いで、導電性の金属粒子およびエッチングのガラスフリットを含有するペーストを凹部内に加え、上記ペーストが、瞬間的な加熱の結果として、反射防止層を通してｎドープシリコン層までエッチングし、ｎドープシリコン層と電気的に接触する。その後、凹部内の熱処理されたペースト上に導電性のフロント接点金属をフロント接点としてガルバニック的に付着させる。
2013502064.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
結晶性シリコン太陽電池用のフロント接点としてフロント側のエミッタ電極をシリコンウェハ上に生成するための方法であって、前記シリコンウェハの前記フロント側に前記フロント接点用の凹部を生成し、フロント側のｎドープシリコン層を生成しかつ反射防止層を塗布した後に導電性の金属粒子およびエッチングのガラスフリットを含有するペーストまたはインクを前記凹部内に加え、瞬間的な加熱または熱処理の後に、前記ペーストまたはインクを、前記反射防止層を通して前記ｎドープシリコン層までエッチングさせかつ前記ｎドープシリコン層と電気的に接触させ、次いで、前記凹部内の前記熱処理されたペーストまたはインクの上に導電性のフロント接点金属をガルバニック的に付着させるかまたは塗布する方法。
【請求項２】
前記フロント接点金属をガルバニック的に付着させるかまたは塗布する間に、複数の金属を特定の順序で塗布する、好ましくは、まず、後に塗布される銅が前記シリコン内に拡散するのを防ぐために拡散隔壁としてニッケルを塗布し、その後に前記銅を塗布し、最後に前記銅の酸化を防ぐためにすずを塗布することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ペースト中の前記金属粒子が、前記ペーストの固体比が特に３０％〜７０％、好ましくは４０％〜６０％の銀を含むナノ粒子を含むことを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記フロント接点金属により、前記凹部を少なくとも３０％程度、好ましくはほぼ５０％〜６０％程度充填することを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
好ましくは５０μｍ〜１００μｍの間の幅で、かつ特に１５μｍ〜４０μｍの深さで、レーザの作用によって前記凹部を生成することを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
インクジェットの方法によって前記凹部内に前記ペーストまたはインクを加えることを特徴とする、請求項１から５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記凹部内に前記ペーストを単独で加えることを特徴とする、請求項１から６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記熱処理されたペースト上への前記フロント接点金属との前記フロント接点の前記付着または塗布を、光により誘発される亜鉛めっきまたは光により促進される亜鉛めっきによって行うことを特徴とする、請求項１から７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記凹部のほぼ半分がフロント接点金属で充填されることを特徴とする、請求項１から８のいずれか１項に記載の方法によって生成されるシリコン太陽電池。
【請求項１０】
前記シリコン太陽電池の完成した金属性のフロント接点が、ほぼ６０μｍ〜８０μｍの前記凹部に対応する幅とほぼ１０μｍ〜２０μｍの高さを有することを特徴とする、請求項９に記載のシリコン太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、結晶性シリコン太陽電池用のフロント接点としてフロント側のエミッタ電極をシリコンウェハ上に生成するための方法、およびそうした方法によって生成されるシリコン太陽電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
結晶性シリコン太陽電池上にフロント接点を生成するためには、通常、スクリーン印刷によって、反射防止層がのったフロント側のｎドープシリコン層の上に導体トラックをプリントする。現在は、上記の導体トラックをほぼ１２０μｍ〜１５０μｍの幅でプリントすることができ、フロント接点はほぼこの幅をもつことになる。そしてこの幅で、フロント接点はまた太陽電池を覆うが、そうすると、従来の数のフロント接点が全体にある場合、重大な悪影響がある。現在は、スクリーン印刷の方法には解像度に限界があり、したがって狭い導体トラックをかろうじて塗布できるに過ぎないため、スクリーン印刷によってより狭い導体トラックを生成することは、技術的にかろうじて可能であるに過ぎない。それでも、結晶性シリコン太陽電池のフロント側のエミッタ電極の遮へいを少なくし、それによりその効率を増加させるためには、一般に認められているように、上記のスクリーン印刷方法の間に、エミッタ電極用の導体トラックの構造の幅をさらに一層低下させる試みをすることができる。しかしながら、これには、同時に高さを増加させることなく導体トラックの幅を低下させると断面領域の低下を伴うという悪影響がある。すると、これにより導電性が低下することになり、その結果として、直列抵抗に関する電気的な損失が増加する。
【発明の概要】
【０００３】
本発明は、背景技術のところで言及した方法およびそれによって生成されるシリコン太陽電池を提供するという目的に基づくものであり、本発明により、先行技術での問題を回避することができ、特に、可能な限り幅を狭くしたフロント接点を生成することができる。
【０００４】
この目的は、請求項１の特徴を含む方法および請求項９の特徴を含むシリコン太陽電池によって実現される。本発明の有利かつ好ましい構成はさらに別の請求項の主題であり、以下でより詳細に説明する。この場合、以下で列挙する特徴のうちのいくつかは、その方法だけまたはシリコン太陽電池だけに関して言及する。しかしながら、このことにかかわらず、それらの特徴は、その方法とシリコン太陽電池の両方に適用可能であることを意図している。請求項の表現は、明示的な参照によって明細書の内容に組み込まれている。
【０００５】
シリコンウェハのフロント側にフロント接点用の凹部を生成する。その後、フロント側のｎドープシリコン層を公知のやり方で生成し、それに従来の反射防止層を塗布する。したがって、凹部は、その後にフロント接点用の形状を特に細長いラインと予め定めるように意図した形状をもつことができる。その後、凹部内にペーストを加える。上記ペーストは、導電性の金属粒子およびエッチングのガラスフリットを含有する。次いで、上記ペーストを瞬間的に、特に数秒間、加熱または熱処理する。それは、例えばほぼ８００℃の温度で行うことができる。その結果、特にガラスフリットのおかげで、ペーストが、反射防止層を通してｎドープシリコン層までエッチングし、金属粒子によってｎドープシリコン層と電気的に接触することができる。次いで、さらなるステップで、凹部内の熱処理されたペーストまたはそれによって形成された導電層の上に、フロント接点金属をガルバニック的に付着させるかまたは塗布する。すると都合のよいことに、フロント接点またはフロント側のエミッタ電極としてのこのフロント接点金属がその後電気伝導の実際の役割を果たすように、フロント接点金属の厚さは、熱処理されたペーストまたはそれによって形成された導電層の厚さより著しく大きくなる。
【０００６】
この方法の利点は、凹部（それは好適には一種のトレンチとして実施される）または上記凹部の幅によって、その後生じるフロント接点の幅を予め定めることができるという点である。５０μｍ〜１００μｍの間、好適には６０μｍ〜８０μｍの幅で凹部が生成された場合、実際これは、生じるフロント接点の最大幅でもある。したがって、場合によっては、フロント接点を従来の幅の半分にすることができる。実際に、これによって、遮へいされる部分が従来より大幅に小さくなる。幅が深さよりも大きくなるように、例えば、深さが１５μｍ〜４０μｍの凹部を生成することができる。
【０００７】
具体的には、凹部の１つの効果は、その上、粘性がかなり低いペーストであれば、ペーストは２次元領域上でのスクリーン印刷の場合のようには勝手に流れられないということである。結果として、粘性が非常に低いペーストまたはインクでも使うことができる。そしてこれにより、ペーストまたはインクの塗布が簡略化される。それ自体は当業者によく知られているいわゆるインクジェット印刷装置を使うインクジェット方法によって、その塗布を行うことが好都合である。これは特に、狭い凹部またはトレンチ内に、比較的高い精度または高い解像度で行うことができる。一般に、スクリーン印刷の手順では、スクリーンを詰まらせることなく長期にわたって概して故障が起きないほどの品質では上記効果を実現することができず、結果として頻繁に保守点検をする必要が生じる。
【０００８】
それ自体でそうした導電性の接点接続用の一種の標準的なペーストとなり得るそのペーストまたはインクは、導電性の粒子として銀を含むナノ粒子を含有することができる。これは、例えば、薄い被膜をもつ銀とすることができる。上記ナノ粒子は、ペーストまたはインクの固体比のほぼ３０％〜７０％、好適にはほぼ４０％〜６０％またはほぼ半分を占めることができる。
【０００９】
ペースト中のエッチングのガラスフリットは、通常通り、例えば鉛酸化物および／またはカドミウム酸化物で実施することができる。
【００１０】
一方、凹部は、スクライブなどによって機械的に生成することもできる。しかしながら、急速かつ正確に動作し、所望の寸法の凹部を生成するレーザによる作用が有利であることがわかった。
【００１１】
凹部をフロント接点金属によって完全に充填する必要はない。それどころか、特に、上記凹部を全面的に充填しないように注意すべきである。これは、ある量のフロント接点金属をその後実質的に凹部を越えて付加的に付着させた場合、幅が凹部を上回る従来の特徴でそのフロント接点金属が付着することになるというおそれがあるからである。そうすると、望ましくないほどに遮へい部分が大きくなる。このため、やはり凹部をほぼ半分だけ充填するか、あるいはそれより多少広く充填すれば十分であると考えられる。そして、シリコン太陽電池の完成した金属性のフロント接点はほぼ１０μｍ〜２０μｍの高さをもつことができ、その高さで電気伝導は十分になる。ペーストを加える上述の方法により、実際にペーストが凹部の中だけに加えられることを保証することができる。これにより、望ましくない遮へいも縮小させるか、あるいは回避することができる。
【００１２】
フロント接点金属をガルバニック的に付着させるかまたは塗布する間に、正確には特定の時系列で複数の金属を塗布することができる。その後に塗布される銅（それは、主として後続のフロント接点の電気伝導を請け負う）がシリコン内に拡散するのを防ぐために、まず拡散隔壁としてニッケルを塗布すると都合がよいことがわかった。このことは、そうした銅の拡散によってシリコンまたはその半導体の特性が言わば損なわれるため、非常に重要である。最後に、銅の酸化を防ぐためにすずを塗布することができる。この場合、塗布される銅の割合を他の金属の割合より大幅に大きくしてもよい。フロント接点用の金属をガルバニック的に塗布する上記の３つのステップは、連続した設備で続けて実行することができる。この場合、光でこの塗布または電着を促進するか、またはそのプロセス中にシリコンウェハを光で照らすことが可能である。これにより、導入され加えられる電流強度が低下する。この点については、この技法を説明しているＥＰ５４２１４８Ａ１を参照されたい。
【００１３】
これらのおよびさらに別の特徴は、特許請求の範囲からだけでなく明細書および図面からも明らかになる。個々の特徴は、本発明の実施形態および他の分野においてそれぞれ単独でまたはサブコンビネーションの形で複数で実現することができ、本出願で保護を請求した有利なかつ固有の保護可能な実施形態を構成することができる。本出願が個々の区分および副題に細分されても、以下になされる説明の一般的な有効性は制限されない。
【００１４】
本発明の例示的な実施形態を図面に概略的に示し、以下でより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】フロント接点を生成するための、シリコンウェハのある処理ステップを示した図である。
【図２】フロント接点を生成するための、シリコンウェハの別の処理ステップを示した図である。
【図３】フロント接点を生成するための、シリコンウェハのさらに別の処理ステップを示した図である。
【図４】フロント接点を生成するための、シリコンウェハのさらに別の処理ステップを示した図である。
【図５】フロント接点を生成するための、シリコンウェハのさらに別の処理ステップを示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１は、結晶性シリコンウェハ１１の横断面を示す。上記ウェハは上向きのフロント面１２を有する。ウェハを処理してシリコン太陽電池を形成することが意図されている。
【００１７】
図２に従って、レーザ１５により、トレンチのような凹部１４をフロント面１２内に作る。凹部１４は、６０μｍ〜８０μｍの幅と２０μｍ〜３０μｍの深さをもつことができる。凹部１４の特定の実施形態では、ここで図示したように常に完全な長方形になるわけではないが、それは乱れではない。実際に重要なことは、凹部または一種のトレンチが生成されるということである。
【００１８】
図３に従った別のステップでは、フロント面１２上に、公知のやり方でｎドープシリコン層１６を生成する。その上に、公知のやり方で従来の反射防止層１７を塗布する。すると、これら２つの層も実際に凹部１４を有するか、または凹部１４が依然として存在している。
【００１９】
図４に従ったさらに別のステップでは、インクジェットプリンタ１８によって、凹部１４内に前述のペースト１９を加える。そうしたインクジェットプリンタ１８は当技術分野で知られており、これ以上詳細を説明する必要はない。ペースト１９は、上記の判断基準に応じた組成で形成することができ、固体比が例えば固体重量比でほぼ５０％の銀を含むナノ粒子を含む。さらに、ペーストは、エッチングのガラスフリット、特に鉛またはカドミウムの酸化物（それ自体は公知である）を付加的に含む。凹部１４に塗布するペースト１９の量は変化させてもよい。存在するペースト１９は、熱処理すなわち上記のパラメタで焼結をする後続のステップ（図示せず）の間に、ガラスフリットによって反射防止層１７を通してエッチングし、ｎドープシリコン層と接触するかまたはｎドープシリコン層を貫通するのに十分な量にすべきである。これは、ここに図示したよりもさらに一層進めることができる。さらに、好適には凹部１４の実質的なまたは全体の幅にわたって延在する熱処理されたペースト１９の表面とｎドープ層１６との間には、その後にフロント接点を生成することができるように、金属性または導電性の接続が存在すべきである。
【００２０】
そして、図５は、好適には上述のやり方で照明により促進させることによって、フロント接点金属２１がどのようにガルバニック的に塗布されたかを示す。このフロント接点金属２１は、ペースト１９よりもはるかに厚く、その組成のため、電気伝導も非常に良好である。フロント接点金属２１は、熱処理されたペーストによって形成された導電層の上に、非常に良好に付着させることができる。フロント接点金属２１は、上述の金属であるニッケル、銅およびすずからなるか、またはそれらを含むことができ、そしてそれらの金属は、ガルバニックな３つのステップで続けて塗布される。
【００２１】
それによって全体に形成されたフロント接点２２は凹部１４のほぼ半分を充填することができるが、あるいはそれより多少広く充填することもできる。フロント接点金属２１が２次元フロント面１２に到達しそこに広がることがないように注意すべきである。まず、銅がシリコンの中に入ることがあり得るが、それは上記の理由のために避けるべきである。さらに、実際には凹部の幅以上が覆われるため、シリコンウェハ１１から製作される結晶性シリコン太陽電池のフロント面１２の遮へい部分が増大することになる。
【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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【国際調査報告】
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