(57)【要約】  本発明は、太陽電池(1)及びその製造方法に関する。当該太陽電池(1)は、その背面(3)上にエミッタコンタクト(43)とベースコンタクト(45)の両方を有する。その2つのコンタクト(43,45)は、側部(5)によって互いに電気的に絶縁されている。側部(5)の金属コーティングが除去される。当該太陽電池背面(3)のエミッタ領域(4)は、当該太陽電池前面のトランスミッタ(9)に接続される。当該太陽電池背面(3)のエミッタ領域(4)及びチャネル(7)はレーザーによって形成される。側壁の金属コーティングは、選択エッチングによって除去される。前記金属コーティングは、エッチングバリヤ層(11)が不十分である側部領域(5)でのみ除去される。
2008537331.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池の製造方法であって：
基板前面及び基板背面を有する半導体基板を供する工程；
前記基板背面上に、該基板前面に対して基本的に平行に第1領域及び第2領域を形成する工程、並びに前記第1領域と前記第2領域とを隔離する傾斜側部を形成する工程；
前記基板背面の少なくとも一部の領域上に金属層を堆積する工程；
前記金属層の少なくとも一部の領域上に、前記金属層をエッチングするエッチャントに対して基本的には耐性を有しているエッチングバリヤ層を堆積する工程；及び
前記金属層の少なくとも一部の領域をエッチングする工程であって、前記傾斜側部上の前記金属層は基本的に除去される、工程；
を有する方法。
【請求項２】
前記エッチングバリヤ層がはんだ付け可能である、請求項1に記載の方法。
【請求項３】
前記エッチングバリヤ層が、銀及び/又は銅を有する、請求項1又は2に記載の方法。
【請求項４】
前記の傾斜側部を形成する工程は、前記傾斜側部が、前記基板前面に対して少なくとも60°の角度になるような工程である、請求項1,2又は3に記載の方法。
【請求項５】
前記のエッチングバリヤ層の堆積が、前記基板前面に対してほぼ垂直な方向で実行される、請求項1から4までのいずれか1つに記載の方法。
【請求項６】
前記のエッチングバリヤ層の堆積が、気相成長又はスパッタリングによって実行される、請求項1から5までのいずれか1つに記載の方法。
【請求項７】
前記傾斜側部の形成が、レーザーの手段によって実行される、請求項1から6までのいずれか1つに記載の方法。
【請求項８】
前記第1領域の形成が、レーザーの手段によって実行される、請求項1から7までのいずれか1つに記載の方法。
【請求項９】
前記第1領域の形成は、前記第1領域が、前記第2領域よりも前記基板前面に対して近くなるように実行される、請求項1から8までのいずれか1つに記載の方法。
【請求項１０】
前記第1領域及び前記第2領域が形成される前に誘電層を前記基板背面上に形成する工程であって、前記第1領域の形成中に、前記誘電層は、前記第1領域中で局所的に除去される、工程をさらに有する、請求項1から9までのいずれか1つに記載の方法。
【請求項１１】
前記基板前面上と前記基板背面の前記第1領域内の両方に、ドープされたエミッタ層を形成する工程をさらに有する、請求項1から10までのいずれか1つに記載の方法。
【請求項１２】
前記基板背面の前記第1領域と前記基板前面とを接続するドープされたエミッタ接続チャネルを形成する工程をさらに有する、請求項1から11までのいずれか1つに記載の方法。
【請求項１３】
複数の側部が、前記第1領域と前記第2領域との間に形成される、請求項1から11までのいずれか1つに記載の方法。
【請求項１４】
基板前面と基板背面を有する半導体基板；
前記基板背面上の第1型のドーピングを有するベース領域；
前記基板背面上の第2型のドーピングを有するエミッタ領域；
前記基板前面上の前記第2型ドーピングを有するエミッタ領域；
前記ベース領域の少なくとも一部と電気的に接続するベースコンタクト；及び
前記基板背面上の前記エミッタ領域の少なくとも一部と電気的に接続するエミッタコンタクト；
を有する太陽電池であって、
前記基板背面上の前記ベース領域と前記エミッタ領域とは、該領域に対して傾くように配置される側部領域によって隔離されていて、
前記ベースコンタクト及び前記エミッタコンタクトはそれぞれ、前記半導体基板と接続する第1金属層を有し、
該第1金属層は、前記基板前面に対してほぼ平行に延び、
前記側部領域は金属層を有していないため、前記エミッタコンタクトと前記ベースコンタクトとは電気的に絶縁されている、
ことを特徴とする太陽電池。
【請求項１５】
前記第1金属層を少なくとも部分的に覆うはんだ付け可能な第2金属層をさらに有する、請求項14に記載の太陽電池。
【請求項１６】
前記第2金属が、銀及び/又は銅を有する、請求項15に記載の太陽電池。
【請求項１７】
前記第1金属層がアルミニウムを有する、請求項14から16のいずれか1つに記載の太陽電池。
【請求項１８】
前記側部領域が、前記基板前面に対して60°よりも大きな角度を形成している、請求項14から17のいずれか1つに記載の太陽電池。
【請求項１９】
前記基板背面の前記エミッタ領域が、前記ベース領域よりも前記基板前面に対して近い、請求項14から18のいずれか1つに記載の太陽電池。
【請求項２０】
前記基板背面の前記エミッタ領域が、ドープされたエミッタ接続チャネルによって、前記基板前面の前記エミッタ領域と接続する、請求項14から19のいずれか1つに記載の太陽電池。
【請求項２１】
前記ベース領域と前記ベースコンタクトとの間に誘電層をさらに有する太陽電池であって、前記ベースコンタクトが前記誘電層中の開口部を介して前記ベース領域と局所的に接続する、請求項14から20のいずれか1つに記載の太陽電池。
【請求項２２】
前記ベース領域が、側部領域を有する少なくとも1の深溝によって、前記基板背面の前記エミッタ領域から隔離されている、請求項14から21のいずれか1つに記載の太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エミッタコンタクト及びベースコンタクトが半導体基板背面上に備えられている太陽電池、並びにその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池は、光を電気エネルギーに変換するのに用いられる。この過程において、半導体基板では、光によって生成される電荷対が、pn接合によって分離される。pn接合では、その電荷対が、エミッタコンタクト及びベースコンタクトを介して、需要者が有する電気回路に送られる。
【０００３】
従来技術
従来の太陽電池では、エミッタコンタクトは大抵の場合半導体基板の前面、つまり光源の方向を向いている面、に備えられている。しかしたとえば特許文献1、特許文献2、及び特許文献3では、エミッタコンタクト及びベースコンタクトが基板背面上に備えられている太陽電池が提案された。この構成では、コンタクトによって前面が隠されないため、効率が改善され、かつ太陽電池の外観がより魅力的なものとなる。しかも係る太陽電池を連続して接続することが容易に可能となる。その理由は太陽電池背面が隣接する太陽電池の前面と接続される必要がないからである。
【０００４】
換言すれば、前面がメタライゼーションされていない太陽電池は複数の利点を供する。太陽電池の前面がコンタクトによって隠されないため、入射放射線エネルギーは、制約なく半導体基板中で電荷を生成できる。しかもこれらの太陽電池は接続してモジュールを作製するのが容易であり、かつその太陽電池はより魅力的な外観をも有する。
【０００５】
しかし従来の所謂背面コンタクト太陽電池には複数の欠点がある。大抵の場合では、これらの製造プロセスは高価である。様々な方法で、半導体基板背面上でエミッタコンタクトから電気的に絶縁されるようにベースコンタクトを形成するために、複数のマスク工程、複数のエッチング工程、及び/又は複数の気相堆積工程が必要となる。しかも従来の背面コンタクト太陽電池は、局所的な回路の短絡によく悩まされる。局所的な回路の短絡とはたとえば、ベース領域とエミッタ領域との間の反転層、又はエミッタコンタクトとベースコンタクトとの間での不適切な絶縁の結果生じる。これにより太陽電池の効率は低下する。
【０００６】
前面がメタライゼーションされていない太陽電池は、たとえば非特許文献1から既知である。この太陽電池の考え方は絶えず改良されてきた（特許文献4）。この点接触型太陽電池の単純化されたバージョンはサンパワーコーポレーションによって試験的に製造されている（非特許文献2）。
【０００７】
上述の太陽電池を製造するには、複数のマスク工程において、異なったドーピングがなされた領域が、共存した状態で形成され、かつ金属構造を堆積させることによってメタライズすなわちコンタクトがとられる。その金属構造の一部は多層金属構造である。
【０００８】
上述したことは、これらの方法が、複数のマスク工程を必要とするので、高価又は複雑になる、という欠点につながる。
【０００９】
特許文献1から、前面がメタライゼーションされていない太陽電池は既知である。その太陽電池は、背面に隆起領域及び陥没領域を有する。この太陽電池もまた、複数のマスク工程及エッチング工程でしか製造できない。
【００１０】
特許文献2は、前面がメタライゼーションされていない太陽電池について説明している。その作製においては、太陽電池に適合したマスク工程は必要ない。しかしこの太陽電池の効率が不十分である。その理由は、反転層が両コンタクト系を接続することで、並列抵抗が小さくなり（シャント抵抗）、充填率が低くなるからである。
【００１１】
特許文献3は、背面にベースコンタクト及びエミッタコンタクトが備えられている太陽電池について説明している。この太陽電池もまた背面構造を有する。しかしコンタクトは、隆起領域の側部に位置している。この太陽電池では、コンタクトを形成するのに2の真空蒸着工程が必要となる。さらに局所エミッタの形成は、この太陽電池の場合では、技術的に困難である。
【００１２】
背面接触型太陽電池には、背面構造の作製が高価又は複雑で、作製中での電気短絡も何があっても避けなければならない、という特別な困難がある。
【特許文献１】特開昭57-5149号明細書
【特許文献２】独国特許第4143083号明細書
【特許文献３】独国特許第10142481号明細書
【特許文献４】米国特許第5053083号明細書
【特許文献５】独国特許第10046170号明細書
【非特許文献１】スワンソン(R.M.Swanson)他、“点接触型太陽電池(Point  Contact  Silicon  Solar  Cells)”、電力研究所(Electric  Power  Research  Institute)、AP-2859、1983年5月
【非特許文献２】マッキントッシュ(K.R.McIntosh)、クドジノビック(M.J.Cudzinovic)、スミス(D-D  Smith)、マリガン(W-P.Mulligan)、及びスワンソン(R.M.Swanson)、“低コスト背面接触型太陽電池製造のためのシリコンウエハの選択(The  choice  of  silicon  wafer  for  the  production  of  low-cost  rear-contact  solar  cells)”、第3回PVエネルギー変換世界会議(3rd  World  Conference  of  PV  Energy  Conversion)、大阪、2003年（出版中）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の目的は、上述の問題を回避又は少なくとも最小限にすること、並びに、高効率で製造の容易な太陽電池及びその製造方法を供することである。
【００１４】
本発明に従うと、この目的は、独立請求項の特徴を有する太陽電池及び製造方法によって実現される。本発明の有利な実施例及び改良型は、従属請求項で述べられている。
【００１５】
具体的には、本発明は、単純な方法で、2の背面コンタクト系の形成に係る問題を解決し、その後、製造の容易な太陽電池について記載する。2の背面コンタクト系の絶縁の型に関係なく、太陽電池それ自体は、エミッタ貫通(emitter-wrap-through)(EWT)型太陽電池として設計されて良い。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の第1態様に従うと、太陽電池の製造方法が述べられている。当該方法は、基板前面及び基板背面を有する半導体基板を供する工程；基板背面に第1領域及び第2領域を形成する工程であって、領域は基板前面に対して基本的に平行である工程、及び第1領域と第2領域とを隔離する傾斜側部を形成する工程；基板背面の少なくとも一部の領域上に金属層を堆積する工程；第1金属層の少なくとも一部の領域上にエッチングバリヤ層を堆積する工程であって、エッチングバリヤ層は第1金属層をエッチングするエッチャントに対して基本的には耐性を有している工程；少なくとも一部の領域上の金属層をエッチングする工程であって、傾斜側部上の金属層は基本的に除去される工程；を有する。
【００１７】
シリコンウエハが、半導体基板として用いられて良い。当該方法は特に、たとえば多結晶シリコン又は小数キャリアの拡散長がウエハの厚さよりも短いCzシリコンのような低品質シリコンウエハの使用に適している。
【００１８】
基板背面上の“第1領域”及び“第2領域”の語は、完成した太陽電池における、エミッタ領域とベース領域を画定する領域であって、かつn型又はp型の各異なるドーピングを有する領域のことを指す。両領域は平坦であることが好ましい。基板背面にわたって2の領域の均等な分布を実現させるためには、2の領域は互いに入り込んだ状態であって良い。つまり2の領域は、くし状に設けられて良い。その領域が拡張する主な方向は、基板前面に対して基本的に平行である。このことは、個々の部分領域が平坦ではない場合、たとえばくし状構造の各くしの刃(finger)の断面がU字である場合にも適用される。
【００１９】
本発明に従うと、少なくとも1の側部は、第1領域と第2領域とを互いに隔離する。本明細書では、“側部”の語は、基板前面ひいては第1領域及び第2領域の面に対して少なくとも60°の角をなす領域のことを指す。その角度は可能な限り急峻であることが好ましく、基板前面に対して、たとえば80°よりも大きく傾き、より好適にはほぼ垂直である。側部が基板背面アンダーカットするように、90°よりも大きな角度も可能である。
【００２０】
側部はレーザーの手段によって形成されることが好ましい。この過程において、たとえば第1領域では、適切な発光波長の高エネルギーレーザーによって基板材料が除去される。それにより、第1領域は、第2領域よりも基板前面に近接する。つまり第1領域内の基板は第2領域内の基板よりも薄い。第1の、低い深溝形状領域から、第2の、高くて隆起した領域へ遷移する場所で、側部は形成される。上述の2領域が互いに入り込んでいるとき、つまり互いがくし状に位置しているとき、側部はくし状構造全体に沿って延びる。
【００２１】
金属層を堆積する工程は、基板背面全体にされることが好ましい。基板背面の個々の領域をたとえばフォトリソグラフィによってマスクする必要はない。場合によっては、堆積プロセス中に基板を保持するのに用いられる基板背面の一部には、金属層が存在しないままである。金属層にはアルミニウムが用いられることが好ましい。
【００２２】
金属層が、再度少なくとも一部の領域に堆積された後、エッチングバリヤ層が前記金属層上に堆積される。よってエッチングバリヤ層は、少なくとも部分的にその金属層を覆う。
【００２３】
本発明に従うと、エッチングバリヤ層は、その金属層をエッチングするエッチャントに対して基本的に耐性を有している。このことは、その金属層をひどく侵襲する液体のエッチング溶液又は反応性ガスが、エッチングバリヤ層をエッチングしないか、又はわずかにしかエッチングしない、ことを意味する。たとえばその金属層に対するエッチャントのエッチング速度は、エッチングバリヤ層に対するエッチャントのエッチング速度よりも、たとえば桁で違うほどに速い。たとえば銀又は銅のような金属が、シリコン酸化物又はシリコン窒化物のような誘電材料のように、エッチングバリヤ層に用いられて良い。
【００２４】
続くプロセス工程では、背面に金属層及び該金属層を覆うエッチングバリヤ層を有する基板背面が、エッチャントに曝露される。エッチングバリヤ層によって覆われている領域では、金属層は、エッチャントによって侵襲されないか、わずかにしか侵襲されない。他方、基板背面の第1領域及び第2領域に対して傾いた配置となるので、エッチングバリヤ層が非常に薄い、エッチングバリヤ層が穴を有している、又はエッチングバリヤ層が全く形成されない、側部領域では、エッチャントは金属層を直接侵襲できる。それに加えて、エッチングバリヤ層は、エッチングによってアンダーカットされ、又は、徐々になくなる下地金属層がない場合には、十分に安定ではなく、最終的にはエッチング工程において完全に除去されることが好ましい。その結果、第1領域内の金属層は、もはや第2領域内の金属層とは電気的に接続しない。
【００２５】
エッチングバリヤ層には、たとえば銀又は銅のようなはんだ付け可能な金属が用いられることが好ましい。本明細書において、“はんだ付け可能”(“can  be  soldered”、”solderable”)という概念は、従来のケーブル又は接触細片がエッチングバリヤ層へはんだ付け可能であり、そのケーブル又は接触細片は、たとえば太陽電池を相互接続するのに用いることができる、ことを意味する。この目的のため、単純でかつ経済的なはんだ付け方法を用いることが可能である。その際、たとえばアルミニウム若しくはチタン又はこれらの化合物のはんだ付けに必要とされる、特殊なはんだ又ははんだ用の道具は必要ない。たとえばエッチングバリヤ層は、従来の銀はんだ及び従来のはんだ用アイロンではんだ付け可能である。
【００２６】
はんだ付け可能なエッチングバリヤ層を用いることで、太陽電池の相互接続中に接触細片を下地の金属層にはんだ付けするために、エッチング後に、太陽電池表面からエッチングバリヤ層を除去する必要のない状況が実現される。
【００２７】
好適には、金属層及び/又はエッチングバリヤ層は、第1領域及び/又は第2領域に対して基本的に垂直な方向に堆積される。係る堆積は、気相成長によって行われて良い。気相成長は、たとえば熱的又は電子ビームの手段により、又はスパッタリングによって行われて良い。この過程において、各対応する層の材料を放出する材料源に対する堆積中の半導体基板の配置の結果として、堆積の方向が決まる。平均的には、材料源からの材料粒子は、第1領域及び第2領域に対してほぼ垂直に衝突するべきである。ほぼ垂直とは、たとえば90°±20°である。
【００２８】
このようにして、第1領域と第2領域とを隔離する側部に堆積される金属の量よりも、かなり多くの量の金属が、第1領域と第2領域上に堆積される。その理由は、側部は、材料粒子の伝播方向に対して好適には30°未満である鋭角を有するからである。エッチングバリヤ層は、非常に薄く堆積される。そのため第1領域と第2領域では、エッチングバリヤ層の厚さは5μm未満で、好適には2μm未満で、より好適には500nm未満である。傾斜した側部領域では、エッチングバリヤ層は、非常に薄い又は有孔性構造を有するので、それらの場所では、エッチングバリヤ層は、もはや有効にエッチングバリヤとして機能できない。
【００２９】
本発明の実施例では、上述の方法は、所謂エミッタ貫通(emitter-wrap-through)(EWT)型太陽電池の製造に用いられる。この構成では、太陽電池の背面エミッタ領域を形成する領域は、接続チャネルの手段を介して、太陽電池前面のエミッタと導通している。接続チャネルにはエミッタのドーピングも含まれる。好適には、この構成では、半導体基板表面全体に、たとえば100nmよりも厚い熱酸化膜のような誘電層が供され、かつこの酸化膜は、湿式化学プロセスで、基板前面から選択的に除去される。基板背面上の、以降でエミッタ領域となる領域内では、下地の基板材料と共に酸化膜が、レーザーの手段によって、側部を少なくとも数μm程度形成するのに十分な深さだけ除去される。同時に、基板前面への接続チャネルが、レーザーを用いて形成される。続くエミッタの拡散中、残った誘電層は、下地領域に対するバリヤ層として機能する。それにより、エミッタは、これまでに曝露された前面及び背面の領域、並びに接続チャネルにのみ拡散する。
【００３０】
EWT太陽電池を製造する本発明による方法を用いることには、共通のプロセス工程において高エネルギーのレーザーにより、全体を覆う拡散バリヤ層が背面のエミッタ領域から除去できること、及び、前面エミッタへの接続チャネルを形成できる、という利点がある。
【００３１】
本発明に従った方法の別な実施例では、複数の側部が、第1領域と第2領域との間に設計されている。これはたとえば、レーザーによって第1領域と第2領域との間に深溝が形成され、かつその深溝はほぼ垂直になるように配置されている別の側部を有する、ことを可能にする。これは、第1領域と第2領域との間でのより信頼性のある電気的絶縁を保証することができる。
【００３２】
本発明の第2態様に従うと、基板前面と基板背面を有する半導体基板、基板背面上の第1型のドーピングを有するベース領域、基板背面上の第2型のドーピングを有するエミッタ領域、基板前面上の第2型ドーピングを有するエミッタ領域、ベース領域の少なくとも一部と電気的に接続するベースコンタクト、及びエミッタ領域の少なくとも一部と電気的に接続するエミッタコンタクトを有する太陽電池が提案される。当該太陽電池は、基板背面上のベース領域とエミッタ領域とは前記領域に対して傾くように配置される側部領域によって隔離されていて、ベースコンタクト及びエミッタコンタクトはそれぞれ、半導体基板と接続する第1金属層を有し、該金属層は、基板前面に対してほぼ平行に延び、側部領域は金属層を有していないため、エミッタコンタクトとベースコンタクトとは電気的に絶縁されている、ことを特徴とする。
【００３３】
具体的には、太陽電池は、本発明に従った上述の方法によって供することのできる特性を有して良い。
【００３４】
換言すると、本発明の機能の原理は簡単に次のように表すことができる。
【００３５】
コンタクト隔離の新たな優れた原理は、太陽電池のn型ドープ領域とp型ドープ領域とを接続する薄いアルミニウム層の気相成長又はスパッタリングに基づいている。上記のように気相成長又はスパッタリングされた銀又は銅の層は、太陽電池のはんだ付けが可能であることを保証すると同時に、以降のプロセス工程の内の1工程でのエッチング溶液による侵襲に対するエッチングバリヤとして用いられる。
【００３６】
太陽電池の隆起構造と陥没構造との間の遷移での側部状構造では、メタライゼーションプロセスのため、エッチングバリヤとして用いられる最後に堆積された層は、完全なエッチング耐性ではない。よって、これらの領域から第1堆積金属層を明確に除去するエッチング溶液によって、そのエッチングバリヤの浸食が可能となる。この過程では、エッチングバリヤそれ自体が、エッチングによってアンダーカットされ、前記エッチングバリヤの残った部分は迅速に除去されて良い。第2エッチング工程では、第2工程は、特に側部状構造の領域からエッチングバリヤそれ自体を侵襲する。その領域はエッチングによってアンダーカットされる。
【００３７】
この効果の増幅は、2以上の近接する深溝（以降で図3を参照しながら説明される）を用いることによって初めて実現される。エッチングによるアンダーカット効果の結果、近接する深溝の間の狭い隆起領域全体のメタライゼーション層が明確に除去される。
【００３８】
狭い深溝それ自体は、レーザープロセスによって、迅速でかつ経済的に形成することができる。
【００３９】
本発明の別な特徴及び利点は、添付の図と共に、好適な典型的実施例についての以下の詳細な説明で明らかになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
図1を参照すると、最初に本発明に従った製造方法の実施例が説明されている。この方法は、図2に図示されている、本発明に従った太陽電池1についても同様に適用されて良い。
【００４１】
最初（工程a）で、シリコンウエハ2は、加熱された超音波槽中で引っ張り洗浄される。それに続いて、ウエハ切断中に発生した損傷は、加熱されたKOH中で除去される。このときウエハ最外部のおよそ10μmが除去される。それに続いて、ウエハには所謂RCA洗浄が施される。ウエハ表面は、NH4OH、HF、HCl及びHFで順次洗浄されることで酸化される。酸化膜はその後エッチングによって除去される。
【００４２】
次に（工程b）、ウエハ表面全体が、N2/O2雰囲気中、約1050℃で酸化される。酸化膜の厚さは約250nmになる。
【００４３】
この酸化膜49は続いて（工程c）、HF槽中での垂直エッチングプロセスによって、以降で太陽電池前面8となる領域から除去される。曝露された基板前面では、表面テクスチャ51は、加熱されたテクスチャ溶液中に侵浸させることによって形成される。テクスチャ溶液とはたとえば、KOH及びIPA（イソプロピルアルコール）溶液である。
【００４４】
続いて（工程d）、テクスチャ加工された基板前面は、厚さ約60nmのSiN槽53を成膜することによって保護される。
【００４５】
続く工程(e)では、高エネルギーレーザーによって、基板背面3及びその上の酸化膜49の一部が除去される。このようにして、第1の深溝形状領域4が形成される。第1領域4は、側部5によって、第2の隆起領域6から隔離される（図2）。この構成では、深溝の指標、つまり第1領域の中央から隣の第1領域の中央までの距離、は2.5mmで、かつ深溝の幅は1.25mmである。
【００４６】
同じ方法に関連する工程(e)では、レーザーによって、第1領域4から基板前面8までの接続チャネル7が形成される。
【００４７】
水で希釈されたHCl（そして場合によっては超音波によって）、及び任意でNH4OHによってウエハを新たに洗浄した後、レーザー処理の間に発生した損傷は、加熱されたKOH中で除去される。このときウエハ最外部のおよそ10μmが除去される。これに続き、熱HNO3とそれに続いて冷HFによってさらに洗浄される。その後（工程f）、管状加熱炉中において、エミッタが、POCl3拡散によって、酸化膜49によって覆われていない基板表面全体に拡散する。エミッタ層の抵抗は約40Ω/□に設定される。
【００４８】
SiNを有する2重層55が基板前面に成膜される（工程g）前に、新たなRCA洗浄が行われる。第1SiN層は表面保護に用いられる。第2層は、反射防止層として用いられ、かつたとえば約2.05の屈折率では、約100nmの厚さとなる。最後のHF侵浸が省略される短縮RCA洗浄後、N2/O2雰囲気中、約500℃で、厚さがわずか1.5nmのトンネル酸化膜が生成される。
【００４９】
続いて（工程h）、背面がメタライズされる。メタライズするため、電子ビーム銃によって、最初に、厚さ約15μmのAlからなる金属層が気相成長される。この構成では、アルミニウム層の厚さは、基板背面の第1領域4及び第2領域6に関連する。その第1領域4及び第2領域6は、アルミニウム蒸気の伝播方向に対してほぼ垂直になるように位置合わせされている。傾斜角に対応して（たとえばcos依存性）、アルミニウム蒸気の伝播方向に対して傾くように位置合わせされた側部5上に堆積されるアルミニウムは少なくなる。それに続いて、電子ビーム銃によっても、厚さ約2μmの銀からなる金属層11がアルミニウム全体にわたって堆積される。
【００５０】
続く選択エッチング工程において、銀からなる層11は、エッチングバリヤ層として用いられる。このプロセスでは、HClはエッチャントとして用いられる。HClは、アルミニウムを激しく侵襲する一方で、銀をほとんど侵襲しない。このプロセスでは、側部領域での銀層が非常に薄い又は有孔性である結果として、この領域でのアルミニウム層はエッチングされる。銀によって強く保護されている第1及び第2領域では、エッチング溶液がアルミニウム層に接触しないため、これらの領域の前記アルミニウム層はほとんどそのまま残る。
【００５１】
最後に（工程i）、ベースコンタクト10が、局所コンタクト57によって太陽電池のベース領域と導通するように、レーザーによって下地の酸化膜49を貫通する。このプロセスはLFC（レーザー加熱コンタクト、特許文献5参照）プロセスとして知られている。最後に、これに続き、約330℃で1〜3分間焼き戻しされる。
【実施例１】
【００５２】
図3を参照すると、本発明に従った太陽電池の別な実施例が説明されている。
【００５３】
上述のように、電気的コンタクトが基板背面(14)でとられている半導体基板(13)を有する太陽電池(12)が提案されている。半導体基板背面は、小さな穴(16)によって半導体基板前面(17)と接続する局所n型ドープ領域を有する。半導体基板前面のみならず小さな穴もn型ドープ層を有する。半導体基板自身はp型ドープされている。
【００５４】
半導体背面は、局所的に狭い深溝形状領域(18)を有する。その局所的に狭い深溝形状領域(18)と広い隆起領域(20)との境界は側部状構造(19)によって画定されている。
【００５５】
最初に、半導体基板背面は、その全領域にわたって誘電層(21)を有する。その誘電層は、n型ドープ領域への開口部(22)及びp型ドープ領域への開口部(23)を局所的に有する。
【００５６】
誘電層の全領域は、開口領域(22,23)を含めて、導電性材料(24)によってコーティングされる。導電性材料(24)はアルミニウムであることが好ましい。コーティングは、気相成長又はスパッタリングによって行われることが好ましい。それに続いて、さらに別な導電性材料及びはんだ層(25)が上記コーティング上に成膜される。はんだ層(25)は銀又は銅であることが好ましい。
【００５７】
2の導電性材料(24)及び(25)が太陽電池の回路を短絡させないように、半導体基板背面の隆起領域(20)は、エッチング溶液による侵襲、又は側部状構造(10)での一連の湿式化学エッチング工程によって隔離される。
【００５８】
図4を参照すると、本発明に従った太陽電池の別な典型的実施例が説明されている。
【００５９】
上述のように、電気的コンタクトが基板背面(28)でとられている前記半導体基板(27)を有する太陽電池(26)が提案されている。半導体基板背面は、局所n型ドープ領域(29)を有する。半導体基板自身はp型ドープされている。
【００６０】
半導体背面は、局所的に狭い深溝形状領域(30)を有する。その局所的に狭い深溝形状領域(30)と半導体基板背面の広い隆起領域(32)との境界は、側部状構造(31)によって画定されている。いずれの場合でも、2の深溝形状領域(30)は近接していて、狭い隆起構造(33)によって互いが画定されている。
【００６１】
最初に、半導体基板背面は、その全領域にわたって誘電層(34)を有する。その誘電層は、n型ドープ領域への開口部(35)及びp型ドープ領域への開口部(36)を局所的に有する。
【００６２】
誘電層の全領域は、開口領域(35,36)を含めて、導電性材料(37)によってコーティングされる。導電性材料(37)はアルミニウムであることが好ましい。コーティングは、気相成長又はスパッタリングによって行われることが好ましい。それに続いて、さらに別な導電性でかつはんだ付可能な層(38)が上記コーティング上に成膜される。導電性でかつはんだ付可能な層(38)は銀又は銅であることが好ましい。
【００６３】
2の導電性材料(37)及び(38)が太陽電池の回路を短絡させないように、半導体基板背面の広い隆起領域(32)は、側部状構造(31)及び狭い隆起領域(33)上で、好適にはエッチング溶液による侵襲、又は一連の湿式化学エッチング工程によって隔離される。
【００６４】
図4に図示された実施例は、基本的に2重深溝(30)を示す役割を果たす。2重深溝(30)は、エミッタコンタクトとベースコンタクトとの間の電気的絶縁の改善に寄与する。簡明を期すため、基板前面の任意のエミッタ及び前面のエミッタと背面のエミッタとの間のドープされた接続チャネルは、図では省略されている。別法として、本発明に従った太陽電池の実施例は以下のように説明することができる。
【００６５】
背面で電気的コンタクトがとられる半導体基板、好適にはシリコン、を有する太陽電池であって、当該太陽電池背面は、側部状領域によって隔離されている局所的に深溝形状領域を有することを特徴とする太陽電池。
【００６６】
半導体基板背面の深溝形状領域又は隆起領域の少なくとも一部が、小さな穴によって半導体基板前面と接続することを特徴とする、上記実施例のいずれか1に記載の太陽電池。
【００６７】
上記実施例のいずれか1に記載の太陽電池であって、当該太陽電池背面の全領域又はほぼ全領域が最初に、少なくとも2の導電性材料を有する一連の層でコーティングされることを特徴とする太陽電池。
【００６８】
第1成膜層がアルミニウムを有し、かつそれに続く少なくとも1の成膜層がはんだ付け可能であることを特徴とする、上記実施例のいずれか1に記載の太陽電池。
【００６９】
成膜された層のうちの少なくとも1が、気相成長又はスパッタリングによって成膜されることを特徴とする、上記実施例のいずれか1に記載の太陽電池。
【００７０】
上記実施例のいずれか1に記載の太陽電池であって、当該太陽電池背面の導電層を2以上の領域に分離する工程が、エッチング溶液による侵襲又は側部状領域での複数の湿式化学エッチング工程の順次実行によって行われることを特徴とする太陽電池。
【００７１】
いずれの場合でも、2以上の深溝形状領域が近接し、かつ2以上の深溝形状領域は狭い隆起領域によって互いが画定されている、上記実施例のいずれか1に記載の太陽電池。
【００７２】
背面の導電層を2以上の領域に分離する工程が、エッチング溶液による侵襲の結果として、又は側部状領域、及び近接する深溝領域間の狭い隆起領域での複数の湿式化学エッチング工程の結果として行われることを特徴とする、上記実施例のいずれか1に記載の太陽電池。
【００７３】
まとめると、本発明は次のようにも説明されうる。
【００７４】
電気的コンタクトが基板背面(3)でとられている半導体基板(2)を有する太陽電池(1)が提案されている。半導体基板背面は、局所的に深溝形状領域(4)を有する。その深溝形状領域(4)は、側部状構造(5)によって、半導体基板背面の隆起領域(6)との境界が画定されている。
【００７５】
深溝形状領域は、小さな穴(7)によって半導体基板前面(8)と接続する。半導体基板前面、小さな穴、及び側部状構造を含む深溝形状領域はn型ドープ層を有する。半導体基板自身はp型ドープされている。
【００７６】
半導体基板背面の全面は最初に導電性材料(10)でコーティングされる。コーティングは、気相成長又はスパッタリングによって行われることが好ましい。それに続いて、さらに別な導電性でかつはんだ付可能な層(11)が前記コーティング上に成膜される。
【００７７】
2の導電性材料(10)及び(11)が太陽電池の回路を短絡させないように、深溝形状領域(4)は、エッチング溶液による侵襲、又は側部状構造(5)での一連の湿式化学エッチング工程によって、半導体基板背面の隆起領域(6)から隔離される。
【００７８】
本発明に従った太陽電池、及び本発明に従った製造プロセスは、単なる例示である上記実施例中に記載されている。開示された請求項の技術的範囲内での変化及び修正は、当業者にとっては明らかである。
【００７９】
RISE-EWT（rear  interdigitated  single  evaporation-emitter  wrap  through）型太陽電池とも呼ばれる太陽電池が供されることによって、とりわけ以下の利点が得られる。その利点とはとりわけ、太陽電池背面上にのみ存在するエミッタ及びベースの相互に入り込んだコンタクトグリッドにより、当該太陽電池が高効率であることである。高品質の電気的コンタクトは、真空蒸着によって形成される。当該太陽電池の前面と背面の両面に1つになったpn接合が備えられている。当該太陽電池は、シリコン窒化物及び熱的に成長させた二酸化シリコンに基づく優れた表面不活性化によって保護される。
【００８０】
製造プロセスは、その単純性及び産業上の実装可能性を特徴とする。その理由は、マスク工程及びリソグラフィ工程が含まれないからである。しかもプロセスは、“穏やかに”行われる。つまり機械的なプロセス工程の代わりにレーザープロセスが用いられ、かつコンタクト形成には、スクリーンプリントの代わりに真空蒸着が用いられる。従って当該方法は、影響を受けやすい薄いシリコンウエハにとって特に適している。従って当該方法は、コスト削減の大きな可能性を有している。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明に従った方法に関連する手順を概略的に図示している。
【図２】本発明の第1実施例に従った太陽電池の断面を概略的に図示している。
【図３】本発明の第2実施例に従った太陽電池の断面を概略的に図示している。
【図４】本発明の第3実施例に従った太陽電池の断面を概略的に図示している。
【図１】
2008537331.tif 000003
【図２】
2008537331.tif 000004
【図３】
2008537331.tif 000005
【図４】
2008537331.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成19年2月15日(2007.2.15)
【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】
太陽電池の製造方法であって：
基板前面及び基板背面を有する半導体基板を供する工程；
前記基板背面に、前記基板前面に対して基本的に平行に第1領域及び第2領域を形成する工程、並びに前記第1領域と前記第2領域とを隔離する傾斜側部を形成する工程；
前記基板背面の少なくとも一部の領域上に金属層を堆積する工程；
前記金属層の少なくとも一部の領域上に、前記金属層をエッチングするエッチャントに対して基本的には耐性を有しているエッチングバリヤ層を堆積する工程；及び
前記金属層の少なくとも一部の領域をエッチングする工程であって、前記傾斜側部上の前記金属層は基本的に除去される、工程；
を有する方法。
【請求項２】
前記エッチングバリヤ層がはんだ付け可能である、請求項1に記載の方法。
【請求項３】
前記エッチングバリヤ層が、銀及び/又は銅を有する、請求項1又は2に記載の方法。
【請求項４】
前記の傾斜側部を形成する工程は、前記傾斜側部が、前記基板前面に対して少なくとも60°の角度になるような工程である、請求項1,2又は3に記載の方法。
【請求項５】
前記のエッチングバリヤ層の堆積が、前記基板前面に対してほぼ垂直な方向で実行される、請求項1から4までのいずれか1つに記載の方法。
【請求項６】
前記のエッチングバリヤ層の堆積が、気相成長又はスパッタリングによって実行される、請求項1から5までのいずれか1つに記載の方法。
【請求項７】
前記傾斜側部の形成が、レーザーの手段によって実行される、請求項1から6までのいずれか1つに記載の方法。
【請求項８】
前記第1領域の形成が、レーザーの手段によって実行される、請求項1から7までのいずれか1つに記載の方法。
【請求項９】
前記第1領域の形成は、前記第1領域が、前記第2領域よりも前記基板前面に対して近くなるように実行される、請求項1から8までのいずれか1つに記載の方法。
【請求項１０】
前記第1領域及び前記第2領域が形成される前に誘電層を前記基板背面上に形成する工程であって、前記第1領域の形成中に、前記誘電層は、前記第1領域中で局所的に除去される、工程をさらに有する、請求項1から9までのいずれか1つに記載の方法。
【請求項１１】
前記基板前面上と前記基板背面の前記第1領域内の両方にドープされたエミッタ層を形成する工程をさらに有する、請求項1から10までのいずれか1つに記載の方法。
【請求項１２】
前記基板背面の前記第1領域と前記基板前面とを接続するドープされたエミッタ接続チャネルを作製する工程をさらに有する、請求項1から11までのいずれか1つに記載の方法。
【請求項１３】
複数の側部が、前記第1領域と前記第2領域との間に作製される、請求項1から11までのいずれか1つに記載の方法。
【請求項１４】
基板前面と基板背面を有する半導体基板；
前記基板背面上の第1型のドーピングを有するベース領域；
前記基板背面上の第2型のドーピングを有するエミッタ領域；
前記基板前面上の前記第2型ドーピングを有するエミッタ領域；
前記ベース領域の少なくとも一部と電気的に接続するベースコンタクト；及び
前記基板背面上の前記エミッタ領域の少なくとも一部と電気的に接続するエミッタコンタクト；
を有する太陽電池であって、
前記基板背面上の前記ベース領域と前記エミッタ領域とは、該領域に対して傾くように配置される側部領域によって隔離されていて、
前記ベースコンタクト及び前記エミッタコンタクトはそれぞれ、前記半導体基板と接続する第1金属層を有し、
該第1金属層は、前記基板前面に対してほぼ平行に延び、
前記側部領域は金属層を有していないため、前記エミッタコンタクトと前記ベースコンタクトとは電気的に絶縁されていて、
前記基板背面の前記エミッタ領域が、ドープされたエミッタ接続チャネルによって、前記基板前面の前記エミッタ領域と接続する、
ことを特徴とする太陽電池。
【請求項１５】
前記第1金属層を少なくとも部分的に覆うはんだ付け可能な第2金属層をさらに有する、請求項14に記載の太陽電池。
【請求項１６】
前記第2金属が、銀及び/又は銅を有する、請求項15に記載の太陽電池。
【請求項１７】
前記第1金属層がアルミニウムを有する、請求項14から16のいずれか1つに記載の太陽電池。
【請求項１８】
前記側部領域が、前記基板前面に対して60°よりも大きな角度を形成している、請求項14から17のいずれか1つに記載の太陽電池。
【請求項１９】
前記基板背面の前記エミッタ領域が、前記ベース領域よりも前記基板前面に対して近い、請求項14から18のいずれか1つに記載の太陽電池。
【請求項２０】
前記ベース領域と前記ベースコンタクトとの間に誘電層をさらに有する太陽電池であって、前記ベースコンタクトが前記誘電層中の開口部を介して前記ベース領域と局所的に接続する、請求項14から19のいずれか1つに記載の太陽電池。
【請求項２１】
前記ベース領域が、側部領域を有する少なくとも1の深溝によって、前記基板背面の前記エミッタ領域から隔離されている、請求項14から20のいずれか1つに記載の太陽電池。
【国際調査報告】
2008537331.tif 000007
2008537331.tif 000008
2008537331.tif 000009
2008537331.tif 000010
2008537331.tif 000011
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