(57)【要約】【課題】改良された太陽電池構造部およびその製造方法の提供。【解決手段】太陽電池の表面上に接触子パターンを形成する工程を含む方法であって、太陽電池が表面組織化された半導体基板を含み、前記形成する工程が、太陽電池の下方層を覆って少なくとも１の薄層（融蝕閾値を有する材料含む）を形成する工程と、少なくとも１の薄層の第２部分を照射することなく、少なくとも１の薄層の第１部分を、少なくとも部分的に均質化されたプロファイルを有するレーザで照射する工程とを含み、前記レーザは少なくとも１の薄層の材料の融蝕閾値またはそれに近似する流束量で操作され、前記照射工程の間、前記表面組織化された半導体基板が、少なくとも部分的に均質化されたビームプロファイルをさらに均質化して、少なくとも１の薄層の材料の融蝕閾値またはそれに近似する流束量でのレーザの操作を容易にする、方法。【選択図】図４ｃ
2015035623.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池の表面上に接触子パターンを形成する工程を含む方法であって、
前記太陽電池が、表面組織化された半導体基板を含み、
前記形成する工程が、
前記太陽電池の下方層を覆って少なくとも１の薄層を形成する工程であって、前記少なくとも１の薄層は融蝕閾値を有する材料を含む、工程と、
前記少なくとも１の薄層の第２部分を照射することなく、前記少なくとも１の薄層の第１部分をレーザで照射する工程であって、前記レーザは、少なくとも部分的に均質化されたプロファイルを有し、前記少なくとも１の薄層の第１部分全体を照射により融蝕除去し、前記少なくとも１の薄層の第２部分を前記接触子パターンとして残存させ、前記レーザは前記少なくとも１の薄層の材料の融蝕閾値またはそれに近似する流束量で操作される、工程と、
前記照射工程の間、前記表面組織化された半導体基板が、前記少なくとも部分的に均質化されたビームプロファイルをさらに均質化して、前記少なくとも１の薄層の材料の融蝕閾値またはそれに近似する流束量でのレーザの操作を容易にする、方法。
【請求項２】
前記少なくとも部分的に均質化されたビームプロファイルが、非ガウス・ビームプロファイルである、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記非ガウス・ビームプロファイルが、非ガウス・トップハットビームプロファイルである、ことを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記表面組織化された半導体基板が、前記少なくとも部分的に均質化されたビームプロファイルにおける１以上の空間的不均質性に相当する高さスケールを有する表面組織を備える、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記表面組織化された半導体基板が、ランダムなピラミッド形表面組織を備える、ことを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
さらに、前記接触子パターン上に自己整列金属被覆を形成する工程を含む、ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記少なくとも１の薄層の材料が、導電性材料を含み、
前記接触子パターンが、導電性接触子パターンである、ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記少なくとも１の薄層が、複数の薄層からなる少なくとも１の薄層を含み、
前記形成する工程が、複数の薄層を形成する工程を含み、
前記複数の薄層が、前記少なくとも１の薄層を含み、
前記複数の薄層のうちの少なくとも２の薄層が、異なった導電性材料を含む、
ことを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記導電性接触子パターンが、複数の導電性フィンガを備え、
該導電性フィンガが、約５０μｍ以下の幅を有する、
ことを特徴とする請求項７または８に記載の方法。
【請求項１０】
前記少なくとも１の薄層の材料が、半導体材料を含み、
前記接触子パターンが、ヘテロ−接触子パターンである、
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記半導体材料が、さらに導電性ドーパントを含む、ことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記少なくとも１の薄層が、複数の薄層からなる少なくとも１の薄層を含み、
前記形成する工程が、複数の薄層を形成する工程を含み、
前記複数の薄層が、前記少なくとも１の薄層を含み、
前記複数の薄層のうちの少なくとも２の薄層が、異なった導電性材料を含む、
ことを特徴とする請求項１０または１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記へテロ−接触子パターンが、複数の、少なくとも部分的に導電性のフィンガを備え、
該フィンガが、約５０μｍの幅を有する、ことを特徴とする請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
前記少なくとも部分的に均質化されたレーザビームが、マスクを介して投影される、ことを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
前記マスクが、前記レーザビームを正多角形の形状にする、ことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記マスクが、前記レーザビームを正多角形の形状とし、
前記正多角形形状が、該正多角形を横断して延びる細いラインによって遮光されている、ことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記少なくとも部分的に均質化されたレーザビームが、複数のマスクまたは動的に変化するマスクを介して投影される、ことを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１８】
前記少なくとも部分的に均質化されたレーザビームによって融蝕除去された薄層の第１部分が、前記薄層の８０％を超えて含む、ことを特徴とする請求項１〜１７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１９】
請求項１〜１８のいずれか１項に記載の方法を使用して形成された太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池に関する。さらに詳細には、本発明は、改良された太陽電池構造部およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
関連出願情報
本出願は、２００９年４月２１日に出願され、出願番号第６１／１７１，１８７号を割り当てられた、「Method for Forming Structures in a Solar Cell」と題される先願の米国仮出願の利益を主張するものであり、２００９年４月２１日に出願され、出願番号第６１／１７１，１９４号を割り当てられた、「High-Efficiency Solar Cell Structures and Methods of Manufacture」と題される同一出願人による先願の米国仮出願と、代理人整理番号第３３０４．００１ＡＷＯとして出願され、出願番号第      号を割り当てられた、「High-Efficiency Solar Cell Structures and Methods of Manufacture」と題される同一出願人により同時出願された国際特許出願とに関する。これらの出願はそれぞれ、ここに、参照によりその全体として本明細書に組み込まれる。本発明の全態様が、上述の出願の任意の開示との組合せにおいて利用することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
太陽電池の前（照射される）側に、典型的にはフィンガおよびバスバーである金属被覆された構造部を形成することは、多くの電池設計において必須のステップである。典型的には、これらの構造部は、陰影損失および接触子再結合損失を最小限に抑えるために可能な限り微細（最小限の幅）であることが望ましい。後に金属被覆され得るヘテロ接触子構造部を使用して、接触子再結合損失を低減させることもできる。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、前面／後面金属構造部および選択的ヘテロ接触子構造部を形成するための方法を提供することにより、これらのおよび他の要件に対処する。
【０００５】
本発明は、一態様においては、太陽電池の表面上に導電性接触子パターンを形成する方法からなり、該方法は、太陽電池の少なくとも１つの下方層を覆って薄い導電層を形成するステップと、レーザビームを使用して薄い導電層の大部分を融蝕（ａｂｌａｔｉｎｇ）することにより、導電性接触子パターンを残すステップとを含む。自己整列金属被覆が、導電性接触子パターン上に形成されてもよい。
【０００６】
この下方層は、薄い導電層の下方に不活性化層および／または非反射層を備えてもよく、この導電性接触子パターンは、この少なくとも１つの下方層を介して太陽電池の半導体層に至る電気的接触を形成する。
【０００７】
融蝕後に導電性接触子パターンのエッチングまたは洗浄を利用することにより、残渣を除去してもよい。
【０００８】
別の態様においては、本発明は、太陽電池のヘテロ接触子パターンを形成する方法からなり、該方法は、太陽電池の少なくとも１つの下方層を覆って薄層を形成するステップと、レーザビームを使用して薄層の大部分を融蝕することにより、ヘテロ接触子パターンを残すステップとを含む。金属被覆が、ヘテロ接触子パターンを介した少なくとも１つの下方層への導電接続を促進するために、ヘテロ接触子パターンを覆って形成されてもよい。
【０００９】
この薄層は、複数の異なる層を備えてもよい。
【００１０】
融蝕後の太陽電池の表面のエッチングを利用することにより、表面構造（ｓｕｒｆａｃｅ  ｔｅｘｔｕｒｅ）を形成しても、および／または任意のレーザ融蝕損傷を除去してもよい。ヘテロ接触子パターンが、その場での熱処理（ｉｎ−ｓｉｔｕ  ｈｅａｔ  ｔｒｅａｔｍｅｎｔ）により変質されてもよい。
【００１１】
薄層の全てまたは一部が、ドープされた半導体材料または表面不活性化層を含んでもよい。
【００１２】
レーザビームは、トップハット（ｔｏｐ  ｈａｔ）ビームプロファイルを有してもよく、マスクを介して投影されてもよい。マスクにより形成されるレーザビーム形状が、正多角形であってもよく、場合によっては多角形を横断して延びる細いラインによって遮光されてもよい。複数のマスクまたは動的に変化するマスクが使用されてもよい。
【００１３】
レーザは、レーザエネルギーが薄い導電層内には強く吸収され、少なくとも１つの下方層内には弱く吸収されるような、波長およびパルス幅で操作されてもよい。一実施形態においては、薄い導電層の表面積の８０％超が、融蝕され、前記融蝕後に残る構造部は、接触フィンガおよび／またはバスバーのパターンである。
【００１４】
さらに、本発明の技術により、さらなる特徴および利点が実現される。本発明の他の実施形態および態様が、本明細書に詳細に説明されるが、これらは、特許請求される本発明の一部と見なされる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
本発明と見なされる主題は、本明細書の最後の特許請求の範囲において、詳細に示され、明確に特許請求される。添付の図面と組み合わされる以下の詳細な説明から、本発明の前述のおよび他の目的、特徴、および利点が明らかになる。
【００１６】
【図１】本発明の一態様による、レーザ機械加工システムの主要構成要素の機能ブロック図である。
【図２ａ】本発明の一態様による、正方形／矩形トップハットビームプロファイルを使用する太陽電池の構造化を示す図である。
【図２ｂ】本発明の一態様による、正方形／矩形トップハットビームプロファイルを使用する太陽電池の構造化を示す図である。
【図２ｃ】本発明の一態様による、正方形／矩形トップハットビームプロファイルを使用する太陽電池の構造化を示す図である。
【図２ｄ】本発明の一態様による、正方形／矩形トップハットビームプロファイルを使用する太陽電池の構造化を示す図である。
【図３ａ】本発明の一態様による、ラインを含む正方形のトップハットビームプロファイルを使用する太陽電池の構造化を示す図である。
【図３ｂ】本発明の一態様による、ラインを含む正方形のトップハットビームプロファイルを使用する太陽電池の構造化を示す図である。
【図３ｃ】本発明の一態様による、ラインを含む正方形のトップハットビームプロファイルを使用する太陽電池の構造化を示す図である。
【図３ｄ】本発明の一態様による、ラインを含む正方形のトップハットビームプロファイルを使用する太陽電池の構造化を示す図である。
【図４ａ】本発明の一態様による、２つの異なるマスク形状の組合せを使用する太陽電池の構造化を示す図である。
【図４ｂ】本発明の一態様による、２つの異なるマスク形状の組合せを使用する太陽電池の構造化を示す図である。
【図４ｃ】本発明の一態様による、２つの異なるマスク形状の組合せを使用する太陽電池の構造化を示す図である。
【図４ｄ】本発明の一態様による、２つの異なるマスク形状の組合せを使用する太陽電池の構造化を示す図である。
【図４ｅ】本発明の一態様による、２つの異なるマスク形状の組合せを使用する太陽電池の構造化を示す図である。
【図５】本発明の一態様により形成された、太陽電池の前方面上の完成したフィンガ／バスバー構造部を示す図である。
【図６ａ】本発明による例示的なＴｉ太陽電池フィンガを示す図である。
【図６ｂ】本発明による例示的なＴｉ太陽電池フィンガを示す図である。
【図７】本発明による例示的なＮｉ太陽電池フィンガを示す図である。
【図８ａ】図７の例示的なフィンガの自己整列金属被覆を示す図である。
【図８ｂ】図７の例示的なフィンガの自己整列金属被覆を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明は、一態様においては、ネガ型レーザ融蝕を利用して太陽電池の前面（および／または背面）上にライン構造部を形成することにより、入射光との干渉を最小限に抑え、他の利点をもたらす、非常に微細な特徴部を得る、太陽電池構造部を作製するための製造アプローチを提供する。
【００１８】
電池の構造化は、所要のラインパターンのネガが入射レーザにより「描画」または融蝕されるような、例えばマスク（またはマスクレス）投影される「トップハット」均質ビームプロファイルを使用するレーザ直接描画などにより実施される。均質トップハットプロファイルにより、最小限のパターン重畳および高い解像度での制御された薄膜融蝕が可能となる。かかるパターニングは、通常は、ガウスビームプロファイルシステムでは不可能である。
【００１９】
図１は、マスクを介して投影されるトップハット均質ビームプロファイルを使用してレーザ融蝕を実施するためのシステムの主要構成要素を示す機能図である。この例示的なシステム１０は、レーザ源１２、ホモジナイザおよび光学素子１４、マスク１６、スキャナ１８（一実施形態においてはレンズを含む）、および融蝕を要する太陽電池２２を保持するための並進ステージ２０を備える。
【００２０】
トップハットレーザプロファイル（例えばガウスプロファイルではなく制御されたフラットトッププロファイルとなることが知られている）の形成は、ホモジナイザ、マスク、ミラー、並進ステージ、および／または反復的な特徴部を全面露光し直接描画することが可能なスキャナとの組合せで非常に高出力（＞３００Ｗ）のレーザを使用することにより達成することが可能であり、これらの機械加工される特徴部は、マスク、並進ステージ、および／またはスキャナによって画定される。使用されるレーザ源は、高出力マルチモード源であってもよい。このレーザ源の波長、パルス幅、繰返し率、およびパルスエネルギーは、プロセス要件に最適なものとなるように選択される。かかるレーザ源の例には、半導体励起固体Ｎｄ：ＹＡＧレーザおよびエキシマレーザが含まれる。他の例には、パルス（Ｑスイッチ）レーザまたは連続波レーザが含まれる。レーザは、レーザエネルギーが、薄膜層内には強く吸収され、半導体基板内には弱く吸収されることにより、上方層の融蝕を達成するような、波長およびパルス幅で作動されてもよい。
【００２１】
パターンを描画する投影ビームの正確なサイズおよび形状は、プロセス要件に合致するように、システム光学素子およびマスクによって決定される。一般的には、および非限定的なものであるが、マスクにより形成されるレーザビーム形状は、任意の正多角形であってもよく、場合によってはこの多角形を横断して延びる細いラインによって遮光されてもよい。複数のマスクまたは動的に変化するマスクを使用して、単一の太陽電池を加工することもできる。レーザは、パルスレーザであってもよく、トップハットビームプロファイルを有してもよく、単一のレーザパルスにより区域を加工してもよく、スキャンされるビームの重畳は、単一パルスによる加工面積の２０％未満である。本発明によれば、上方薄膜の表面積の８０％超が、後に融蝕されて、所要の微細パターンを残してもよい。
【００２２】
本発明による、太陽電池の前方部の大部分から薄膜を除去するために使用し得る２つの例示的な形状およびスキャニングパターンが、図２および図３に示される。
【００２３】
一例として、図２ａ〜図２ｄは、並進パターン１３０（図２ｃ）に沿って移動される単純な正方形または矩形の露光ユニット１３２（図２ｄ）を示す。結果的に得られる薄膜１２６中の微細構造部は、ビームおよび／または太陽電池が互いに対して相対的に並進する際に、ネガ型レーザ融蝕により形成される。さらに詳細には、基板１２２（図２ａの側面図に示され、場合によっては他の層を含む）が、その上に、融蝕を要する薄膜層１２４が形成されている。レーザ露光ユニット１３２は、この膜上に平面並進パターン１３０（図２ｃ）で並進／ステップ移動／走査されて、区域１４０が避けられ、微細パターンの構造部１２６（図２ｂ）が得られる。
【００２４】
別の例としては、図３ａ〜図３ｄは、並進パターン２３０（図３ｃ）に沿って移動されるマスク中に中心ブロックセグメント２３３を有する正方形または矩形の露光ユニット２３２（図３ｄ）を示す。このブロックセグメントは、ネガ型融蝕により薄膜中に微細構造部２２６を形成するために使用することが可能である。さらに詳細には、基板２２２（図３ａの側面図に示され、場合によっては他の層を含む）が、その上に、融蝕を要する薄膜層２２４を形成されている。ブロック区域２３３を有するレーザ露光ユニット２３２は、この膜上に平面並進パターン２３０（図３ｃ）で並進／ステップ移動／走査されて、区域２４０がブロックされ、微細パターンの構造部２２６（図３ｂ）が得られる。
【００２５】
図２ｄおよび図３ｄに図示される露光ユニット形状は、図４ａ〜図４ｅに図示されるように単一のレーザスキャンシーケンスへと組み合わせることが可能である。さらに詳細には、基板３２２（図４ａの側面図に示され、場合によっては他の層を含む）が、その上に、融蝕を要する薄膜３２４を形成されている。ブロック区域３３３（図４ｄ）を有するレーザ露光ユニット３３２、さらに矩形パターン３３４（図４ｅ）は、この膜上に平面並進パターン３３０（図４ｃ）で並進／ステップ移動／走査されて、区域３４０が避けられ、微細パターンの構造部３２６（図４ｂ）が得られる。マスク形状３３２および３３４の非常に迅速な変化は、例えばマスクの平面に（またはその非常に近い位置に）ビームブロック要素を挿入する高速検流計を使用することなどによって実現されてもよい。したがって、図２および図３に示される形状同士の間の移行は、加工時間全体に悪影響を及ぼすことなく、非常に迅速に（数ミリ秒で）行われ得る。かかる動的マスク変化技術は、ビームおよび／またはステージの並進と同期させることにより、経済的に作製することの可能なパターンのタイプの自由度をさらに高めることが可能である。
【００２６】
図５は、本発明の上述の態様のいずれかにより形成される、その表面上にフィンガ４２６およびバスバー４２７のパターンを有する太陽電池４２２を示す。この結果的に得られる構造部は、非常に微細（＜１０ｕｍライン幅）であることが可能である。最小パターン解像度は、名目上は、システムの光学解像度により決定される。この技術により、多数のタイプの薄膜を費用効率よくパターニングして太陽電池を形成することができる。一例としては、３Ｊ／ｃｍ2の融蝕しきい値を有する薄膜を考慮されたい。３００Ｗレーザ源は、２．５秒の短さで２５０ｃｍ2の太陽電池の全面積をパターニングすることが可能である。このような高処理能力は、太陽電池生産における要求の厳しい経済性を助けるものとなる。
【００２７】
一改良例は、基板（１２２、２２２、３２２）上の任意の形態の表面組織（ｔｅｘｔｕｒｅ）の使用を伴う。この表面組織は、トップハットレーザビームの強度プロファイルに存する空間的不均質性に相当するスケールのものである。かかる表面組織は、重要なビーム均質化機能をもたらす。層（１２４、２２４、３２４）の融蝕しきい値のまたはそれに近似の流束量（ｆｌｕｅｎｃｅ）でレーザビームを操作することが概して望ましく、したがって、局所的に均質化されたビームにより制御および精度がさらに高まるためである。
【００２８】
本発明は、太陽電池の前方受光表面に対して適用するものとして説明したが、背面表面上の構造部に対しても同様に適用することが可能である。太陽電池の両面に対して本発明を適用することにより、前方表面および背面表面の両方に入射する光子を変換することが可能となり得る両面太陽電池が得られる。
【００２９】
上述の図面を参照すると、本発明は、例えば太陽電池内の接触子金属被覆または他の微細構造部などを形成するための方法を提供する。この方法は、以下のステップを含む。
【００３０】
Ａ１）太陽電池（例えば半導体基板）の前方（または後方）表面上に、連続薄膜金属層（１２４、２２４、３２４）が蒸着される。この金属膜の材料および厚さは、金属膜が所望の接着特性、接触抵抗特性、めっき特性、およびレーザ融蝕特性を有するように選択される。適切な特性を有し得る金属または合金の例には、ニッケル、ニッケル−バナジウム、ニッケル−ニオブ、ニッケル−タンタル、アルミニウム、アルミニウム−シリコン、クロム、チタン、銀、およびタングステンが含まれる。
【００３１】
Ａ２）レーザ融蝕により、薄膜金属層が、前方表面の大部分から除去されて、例えばフィンガまたはバスバーなどの、太陽電池のための前方接触子金属被覆を形成することが可能な構造部（１２６、２２６、３２６）が残る。
【００３２】
Ａ３）これらの薄膜金属構造部の自己整列金属被覆を任意に実施することが可能である。名目上は、これは、直列抵抗損失（ｓｅｒｉｅｓ  ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ  ｌｏｓｓｅｓ）を低減させるためになされる。典型的には、この金属被覆は、既存の薄膜金属構造部上への選択的な電気めっき、光誘起めっき、および／または無電解めっきにより実施される。
【００３３】
本発明によれば、ステップＡ１）からＡ３）に加えて、多数の変形および追加が可能である。例えば、ステップＡ２）の後に、化学洗浄を実施して、任意の残留金属を除去してもよい。さらに、ステップＡ３）の自己整列金属被覆の前に、熱アニールステップを実施してもよい。いくつかの実施形態においては、ステップＡ１）の薄膜金属層の蒸着の前に、表面不活性化層および／または非反射層を太陽電池上に蒸着することが可能である。かかる不活性化層および非反射層は、下層の半導体基板との電気的接触を可能にするか、またはこの電気的接触を可能にするように、その場で（ｉｎ−ｓｉｔｕ）変質され得る。いくつかの実施形態において代替的に、または追加的に、表面不活性化層および／または非反射層が、ステップＡ３）の最終金属被覆後のある段階で太陽電池上に蒸着されてもよい。
【００３４】
別の改良例は、薄層（１２４、２２４、３２４）としての多層金属の使用を伴う。単一の金属（または合金）層が、最適なプロセスまたは太陽電池デバイス性能を実現しないかもしれない。多層金属積層（ｓｔａｃｋ）を用いることにより、様々な金属特性を利用してさらに良好な性能を実現することができる。例えば、２層金属積層においては、底部金属（基板１２２、２２２、３２２に隣接する）が、低融蝕しきい値を有する一方で、上部金属が、のちの自己整列金属被覆ステップ（Ａ３）に適合したものであることが望ましい。かかる積層の一例は、上部金属としてのＮｉと、その下方の底部金属としてのＴｉとが可能である。
【００３５】
上述の図面を参照すると、本発明の別の実施形態は、太陽電池内の選択的ヘテロ接触子構造部（または、より一般的には選択的エミッタとして説明され得るようなもの）を形成するための方法を伴う。この方法は、以下のステップを含む。
【００３６】
Ｂ１）半導体基板の前方表面上に、連続薄膜層（１２４、２２４、３２４）が蒸着される。この薄膜層は、複数の積層された膜から構成されてもよく、膜積層は、所望の接触抵抗特性、接触再結合特性、直列抵抗特性、レーザ融蝕特性、接着特性、およびエッチング抵抗（ｅｔｃｈ  ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）特性を有するように設計される。
【００３７】
この積層において使用される膜は、以下のものを含んでもよい。
・  多結晶シリコンもしくはアモルファスシリコン、シリコン、多結晶シリコン炭化物もしくはアモルファスシリコン炭化物、多結晶ダイヤモンド状炭素もしくはアモルファスダイヤモンド状炭素などのドープされる半導体膜、および／または、
・  シリコン酸化物、シリコン窒化物、真正アモルファスシリコン、真正多結晶シリコン、アルミニウム酸化物、アルミニウム窒化物、リン窒化物、チタン窒化物、真正アモルファスシリコン炭化物、真正多結晶シリコン炭化物などのドープされない膜。
【００３８】
Ｂ２）レーザ融蝕により、薄膜層が、前方表面の大部分から除去されて、例えばフィンガまたはバスバーなどの構造部（１２６、２２６、３２６）が残る。これらの構造部は、後に金属被覆され得る。
【００３９】
Ｂ３）電池の前方表面がエッチングされて、表面組織（ｓｕｒｆａｃｅ  ｔｅｘｔｕｒｅ）を形成してもよく、および／または、任意のレーザ融蝕損傷を取り除いてもよい。このエッチングに対して抵抗性を有するように設計されている、レーザによりパターニングされる薄膜構造部が、残される。
【００４０】
Ｂ４）これらの薄膜構造部の自己整列金属被覆を実施してもよい。典型的には、この金属被覆は、既存の薄膜構造部上への選択的な電気めっき、光誘起めっき、および／または無電解めっきにより実施される。
【００４１】
上述のステップＢ１）からＢ４）に加えて、多数の変形および追加が可能である。例えば、ステップＢ３）の後に、ドーパント拡散および／または熱酸化を実施して、エミッタを形成しても、および／または電池の前方表面を効果的に不活性化してもよい。これは、熱酸化が薄膜構造部の選択的なめっきを促進することが可能であるという追加的な利点を有する。別の変形例は、ステップＢ２）後に熱処理を追加して、薄膜層のエッチング抵抗などの特性を変化させることを伴ってもよい。典型的には全ての方式において、非反射層および／または追加の不活性化層が、ステップＢ４）の最終金属被覆後のある段階で蒸着されてもよい。
【００４２】
本発明は、上述の本明細書に組み込まれる特許出願内に列挙されたもののいずれかを含む、多数の太陽電池構造部に対して適用することが可能である。以下のものは、単なる例であり、本発明は、それらの例に限定されない。
【実施例１】
【００４３】
チタン金属の薄層が、不活性化されランダムなピラミッド表面組織を有する（ｐｙｒａｍｉｄ  ｔｅｘｔｕｒｅｄ）単結晶シリコンウェーハから融蝕されて、薄い金属フィンガが形成される。チタンは、物理蒸着により約５００Åの厚さまでウェーハの前方部上に蒸着される。この金属は、ウェーハ表面の大部分から融蝕されて、約５０μｍの幅を有する薄い金属フィンガが残される。かかる金属融蝕は、Ｎｄ：ＹＡＧレーザを利用して実施することが可能である。かかるレーザがマスクを介してイメージングされ、トップハット（または疑似トップハット）プロファイルが形成されると、次いで、最小ショット重畳（＜２０％）の単発融蝕（ｓｉｎｇｌｅ  ｓｈｏｔ  ａｂｌａｔｉｏｎ）を利用して、太陽電池のフィンガおよびバスバーのパターンを形成する微細ライン金属特徴部を作製することが可能となる。この例においては、試料に対して１４０Ｗを送達することが可能な産業用レーザシステムにより、約４秒で２５０ｃｍ2の太陽電池を加工することが可能である。さらに、レーザ融蝕の前後の電池寿命測定値により、所要の操作流束量が、電池不活性化の損傷しきい値未満であることが分かる。この大面積レーザ融蝕により作製される例示的な太陽電池フィンガが、図６ａ〜図６ｂに図示される。
【実施例２】
【００４４】
薄層が、ニッケル−７％バナジウム合金であり、不活性化されランダムなピラミッド表面組織を有する単結晶シリコンから融蝕されて、薄い金属フィンガが形成される。Ｎｉ（７％Ｖ）は、物理蒸着により約５００Åの厚さまで蒸着される。この金属は、ウェーハ表面の大部分から融蝕されて、約５０μｍの幅を有する薄い金属フィンガが残される。かかる金属融蝕は、Ｎｄ：ＹＡＧレーザを利用して実施することが可能である。かかるレーザがマスクを介してイメージングされ、トップハット（または疑似トップハット）プロファイルが形成されると、次いで、区域ごとの２回の融蝕（ｔｗｏ  ｓｈｏｔ  ｐｅｒ  ａｒｅａ）を利用して、太陽電池のためのフィンガおよびバスバーのパターンを形成する微細ライン金属特徴部を作製することが可能となる。さらに、このようにパターニングされたニッケル膜は、自己整列金属被覆に適切なシード層（ｓｅｅｄ  ｌａｙｅｒ）として直接に機能することが可能となる。パターニングされたニッケルシードのこのような金属被覆は、例えば、Ｎｉを約１μｍの厚さまで電気めっきし、その後Ｃｕを約２０μｍの厚さまで電気めっきすることなどにより、実施することが可能である。したがって、結果的に得られる完成した金属積層は、直列抵抗電力損失の低い前方金属フィンガとして機能するのに十分な高さの導電性を有することが可能となる。この大面積レーザ融蝕により作製される例示的な太陽電池フィンガが図７に示されており、自己整列金属被覆が図８ａ〜図８ｂに図示される。
【００４５】
本発明のこれらのプロセス制御態様の１つまたは複数を、例えばコンピュータ使用可能媒体などを有する製品（例えば１つまたは複数のコンピュータプログラム製品など）内に含ませることが可能である。この媒体は、中に例えば本発明の可能性を具現化し促進するためのコンピュータ読み取り可能プログラムコード手段などを有している。この製品は、コンピュータシステムの一部として含まれるか、または別個に販売され得る。
【００４６】
さらに、本発明の可能性を実現するために機械により実行可能な少なくとも１つの命令プログラムを具体化する、その機械による読み取りが可能な少なくとも１つのプログラム記憶デバイスを提供することが可能である。
【００４７】
本明細書において示される流れ図およびステップは、単なる例である。本発明の趣旨から逸脱しない、本明細書において説明されるこれらの図またはステップ（または動作）に対する多数の変形形態が存在する。例えば、これらのステップは、異なる順序で実施されてもよく、またはステップが、追加、削除、または変更されてもよい。これらの変形形態は全て、特許請求される本発明の一部と見なされる。
【００４８】
本明細書においては好ましい実施形態を詳細に示し説明したが、本発明の趣旨から逸脱することなく種々の変更、追加、および代替等々を行うことが可能であり、したがってこれらは、以下の特許請求の範囲において規定される本発明の範囲内に含まれるものと見なされることが、当業者には明らかであろう。
【図１】
2015035623.tif 000003
【図２ａ】
2015035623.tif 000004
【図２ｂ】
2015035623.tif 000005
【図２ｃ】
2015035623.tif 000006
【図２ｄ】
2015035623.tif 000007
【図３ａ】
2015035623.tif 000008
【図３ｂ】
2015035623.tif 000009
【図３ｃ】
2015035623.tif 000010
【図３ｄ】
2015035623.tif 000011
【図４ａ】
2015035623.tif 000012
【図４ｂ】
2015035623.tif 000013
【図４ｃ】
2015035623.tif 000014
【図４ｄ】
2015035623.tif 000015
【図４ｅ】
2015035623.tif 000016
【図５】
2015035623.tif 000017
【図６ａ】
2015035623.tif 000018
【図６ｂ】
2015035623.tif 000019
【図７】
2015035623.tif 000020
【図８ａ】
2015035623.tif 000021
【図８ｂ】
2015035623.tif 000022
【外国語明細書】
2015035623000001.pdf