(57)【要約】  本発明は太陽電池および当該太陽電池の製造方法に関する。前記太陽電池はドープした領域（２ａ，２ｂ）を有する半導体基板を含んでいる。前記半導体基板の片面には、前記ドープした領域（２ａ，２ｂ）と接続された接点部（３ｂ，３ｃ）と、重畳配置された接続部（４ａ，４ｂ）とが備えられている。前記接続部（４ａ，４ｂ）は中間に介在する絶縁被膜層（５）に設けられた孔（９）を通じて前記接点部（３ｂ，３ｃ）と接続されている。
2011528174.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面側および裏面側を有する半導体基板と、第１の金属接点部と、少なくとも１つの第２の金属接点部とを含んでおり、前記半導体基板は第１のドーピング形式の少なくとも１つの第１のドープ領域と、第１のドーピング形式とは反対の第２のドーピング形式の少なくとも１つの第２のドープ領域とを有し、前記第１と第２のドーピング形式は少なくとも部分的に互いに隣接配置されてｐｎ接合を形成し、前記半導体基板の金属薄膜面に２つの接点部が配置され、前記金属薄膜面は太陽電池の表面側または裏面側であり、前記第１の接点部は前記第１のドープ領域と導電接続され、前記第２の接点部は前記第２のドープ領域と導電接続されている太陽電池であって、
さらに、太陽電池の前記金属薄膜面に共に配置された第１の導電接続部と少なくとも１つの第２の導電接続部とを含んでおり、
前記第１の接点部は非導電性の絶縁被膜層によって少なくとも部分的に覆われ、当該絶縁被膜層はまた前記第１の接続部によって少なくとも部分的に覆われ、
前記第２の接点部は非導電性の絶縁被膜層によって少なくとも部分的に覆われ、当該絶縁被膜層はまた前記第２の接続部によって少なくとも部分的に覆われ、
前記第１の接続部は前記第１の接点部と導電接続され、前記第２の接続部は前記第２の接点部と導電接続され、
前記絶縁被膜層と前記第１の接続部と第２の接続部とはこの太陽電池の全体を構成する構成要素であることを特徴とする太陽電池。
【請求項２】
前記絶縁被膜層ならびに前記第１と第２の接続部の寸法が、前記金属薄膜面と平行に見て、太陽電池の寸法を大幅に超えないことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
【請求項３】
前記接点部が、孔状除去部を除いて、絶縁被膜層によって実質的に完全に覆われており、かつ、前記接続部は前記の孔状除去部においてそれぞれに対応する前記接点部に直接隣接して導電接続を形成していることを特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池。
【請求項４】
前記第１と第２の接続部が、前記金属薄膜面と平行に見て、互いに相反して増減する断面積を有しており、前記第１の接続部の断面積は太陽電池の第１の端縁領域から出発して、太陽電池の前記第１の端縁領域とは反対側の第２の端縁領域に向かって減少してゆき、反対に、前記第２の接続部の断面積は前記第１の端縁領域から出発して、前記第２の端縁領域に向かって増大してゆき、前記第１の接続部の断面積は前記第１の端縁領域から出発して、前記第２の端縁領域に向かって略線形に減少してゆき、前記第２の接続部の断面積は前記第１の端縁領域から出発して、前記第２の端縁領域に向かって略線形に増大してゆくことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の太陽電池。
【請求項５】
前記第１の端縁領域と前記第２の端縁領域とが、それぞれセルコネクタを形成するのに適するように形成されていることを特徴とする請求項４に記載の太陽電池。
【請求項６】
少なくとも１つの接点部が、少なくとも１つのはんだパッドを有すると共に、当該接点部は絶縁被膜層で覆われており、当該絶縁被膜層は前記はんだバッドの領域に孔を有するため、対応する前記接続部ははんだパッドに直接隣接して導電接続を形成していることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の太陽電池。
【請求項７】
太陽電池の基本構造がそれ自体公知のＭＷＴ太陽電池の構造と同じであり、その際、前記半導体基板は、前記金属薄膜面を金属孔接続によって太陽電池の反対側の面と導電接続する金属薄膜スルーホールを有し、かつ、前記金属薄膜面の前記第１の接点部は前記金属孔接続に隣接して導電接続を形成し、とりわけ、前記第１の接点部は絶縁被膜層で覆われ、当該絶縁被膜層は挿入実装が前記接点部に当接する領域に孔を有していることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の太陽電池。
【請求項８】
前記第１の接点部と前記挿入実装とは１つの方法ステップで作製されていることを特徴とする請求項７に記載の太陽電池。
【請求項９】
請求項１〜７のいずれか一項に基づいて形成された、金属薄膜面にそれぞれ２つの電気接点領域を有する少なくとも２個の太陽電池を含んでいる太陽電池モジュールであって、
前記少なくとも２個の太陽電池は太陽電池モジュール内に互いに隣接配置されており、前記太陽電池同士の互いに隣接する端縁領域はセルコネクタによって導電接続されていることを特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項１０】
Ａ  半導体基板の金属薄膜面に第１の金属接点部と少なくとも１つの第２の金属接点部とを形成し、その際、前記半導体基板は第１のドーピング形式の少なくとも１つの第１のドープ領域と、第１のドーピング形式とは反対の第２のドーピング形式の少なくとも１つの第２のドープ領域と、を有し、前記第１と第２のドーピング形式は互いに少なくとも部分的に隣接配置されてｐｎ接合を形成しているステップと、
Ｂ  前記第１の接点部と前記第１のドープ領域との導電接続および前記第２の接点部と前記第２のドープ領域との導電接続を作り出す方法ステップと、
を含んでいる太陽電池の製造方法であって、
前記第１の接点部上に、前記第１の接点部を少なくとも部分的に覆う非導電性の絶縁被膜層が形成され、さらに当該絶縁被膜層上に、当該絶縁被膜層を少なくとも部分的に覆う第１の導電接続部が形成され、同じく、前記第２の接点部上に、前記第２の接点部を少なくとも部分的に覆う非導電性の絶縁被膜層が形成され、さらに当該絶縁被膜層上に、当該絶縁被膜層をまたも少なくとも部分的に覆う第２の導電接続部が形成されて、前記第１の接続部は前記第１の接点パターンと導電接続され、前記第２の接続部は前記第２の接点部と導電接続され、前記絶縁被膜層とと前記第１の接続部と第２の接続部とはこの太陽電池の全体を構成する構成要素であることを特徴とする方法。
【請求項１１】
前記絶縁被膜層ならびに前記第１と第２の接続部は、それらの寸法の点で、太陽電池の寸法を大幅に超えないことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
ｉ）  孔あけされた絶縁被膜層を太陽電池の前記金属薄膜面に形成し、その際、前記絶縁被膜層は前記第１と第２の接点部を覆うと共に、前記第１の接点部の領域に少なくとも１つの孔列を有し、前記第２の接点部の領域に少なくとも１つの第２の孔列を有しているステップと、
ｉｉ）  前記絶縁被膜層上に前記第１と第２の接続部を形成して、前記接続部が前記孔列領域において前記絶縁被膜層を貫いて前記接点部にじかに接するするようにする方法ステップと、
を含んでいる請求項１０または１１の記載の方法。
【請求項１３】
ｉ）  金属薄膜面に対して実質的に垂直をなして半導体基板を貫いて延びる除去部を半導体基板に作り出すステップと、
ｉｉ）  前記第１の接点部を形成するステップと、
ｉｉｉ）  太陽電池の前記金属薄膜面に、孔あけされた絶縁被膜層を形成し、その際、前記絶縁被膜層は前記第１の接点部を覆い、少なくとも１つの孔列は前記第１の接点部の領域に位置し、その他の孔列は半導体基板に作り出された前記除去部の領域に位置しているステップと、
ｉｖ）  前記絶縁被膜層上に前記第１と第２の接続部を形成して、前記接続部が前記孔列の領域で前記絶縁被膜層を貫き、その際、前記第２の接続部の材料は前記絶縁被膜層の孔列に入り込んで、前記半導体基板に設けられた除去部を満たして第２の接点部を形成するステップと、
を含んでいる請求項１０または１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は請求項１のプレアンブル記載部分に基づく太陽電池ならびに請求項１０のプレアンブル記載部分に基づく太陽電池製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
請求項１のプレアンブル記載部分太陽電池は片面接触型太陽電池とも称される。この種の太陽電池は太陽電池の金属薄膜面に正ならびに負の接点を有するために、例えば太陽電池モジュール内での太陽電池の接続はこの金属薄膜面のみで行われる。
【０００３】
そのような太陽電池は特に金属薄膜面が太陽電池の裏面側である場合に利点を有する。このように構成すれば、電気的接続のために必要な金属薄膜によるシャドーイングは電磁線の入射のために形成された太陽電池表面側では不可避ではなくなり、このことから、遮光損が減少するために太陽電池効率が高まるからである。
【０００４】
片面に２つの接点を有する公知の太陽電池構造は、ＭＷＴ（メタルラップスルー）太陽電池（欧州特許第９８５２３３号）、ＥＷＴ（エミッタラップスルー）太陽電池（米国特許第５４６８６５２号）、ＲＳＫ太陽電池（米国特許第５０５３０５８号）およびＰＵＭ太陽電池（Ｊ．Ｈ．Ｂｕｌｔｍａｎｎ，“Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ  ｔｈｒｏｕｇｈ  ｖｉａｓ  ｆｏｒ  ｉｍｐｒｏｖｅｄ  ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ  ａｎｄ  ｅａｓｙ  ｍｏｄｕｌｅ  ｍａｎｕｆａｃｔｏｒｉｎｇ  ｏｆ  ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  ｓｉｌｉｃｏｎ  ｓｏｌａｒ  ｃｅｌｌｓ”，２００１，Ｓｏｌａｒ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  ＆  Ｓｏｌａｒ  Ｃｅｌｌｓ  ６５（２００１），ｐ．３３９〜３４５）である。
【０００５】
モジュール内におけるこれらの公知の太陽電池構造の接続には種々の方式が知られている。一般に、裏面側には、互いに対向する２つの端縁領域の一方に太陽電池の正の接点の、他方に太陽電池の負の接点の、それぞれ１つの幅広の金属薄膜面が配置され、正の接点用の金属薄膜と負の接点用の金属薄膜とが形成されている。これによって、太陽電池モジュール内部において隣接配置された太陽電池は帯状のセルコネクタによって互いに導電接続され、所望の縦列接続または直列接続を実現することができる。
【０００６】
上記のような公知の解決方法における問題は、太陽電池の金属薄膜面の金属薄膜パターンは、同時に、太陽電池自体とキャリアの導出を考慮し、またモジュール内における太陽電池の接続を考慮して最適化されなければならないという点である。
【０００７】
ただし、この場合、一部互いに相反する最適化条件が存在するため、一般に、半導体構造または太陽電池の金属薄膜パターンあるいはその両方に損失が生じ、特に、太陽電池の効率低下をもたらす直列抵抗損が生じてしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】欧州特許第９８５２３３号
【特許文献２】米国特許第５４６８６５２号
【特許文献３】米国特許第５０５３０５８号
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Ｊ．Ｈ．Ｂｕｌｔｍａｎｎ，“Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ  ｔｈｒｏｕｇｈ  ｖｉａｓ  ｆｏｒ  ｉｍｐｒｏｖｅｄ  ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ  ａｎｄ  ｅａｓｙ  ｍｏｄｕｌ  ｍａｎｕｆａｃｔｏｒｉｎｇ  ｏｆ  ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  ｓｉｌｉｃｏｎ  ｓｏｌａｒ  ｃｅｌｌｓ”，Ｓｏｌａｒ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  ＆  Ｓｏｌａｒ  Ｃｅｌｌｓ  ６５（２００１），ｐ３３９〜３４５。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
そこで、本発明の目的は、片面接触型太陽電池のために、同時に太陽電池モジュール内の太陽電池の低コストかつ効率的な接続を考慮しつつ、効率を最適化し得る可能性の優れた利用を実現する太陽電池および太陽電池製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題は請求項１に記載の太陽電池および請求項１０に記載の太陽電池製造方法によって解決される。本発明による太陽電池の好適な実施態様は請求項２〜９に記載したとおりであり、本発明による製造方法の好適な実施形態は請求項１１および１３に記載した通りである。
【００１２】
本発明による太陽電池は、表面側と裏面側とを有する半導体基板ならびに１つの第１の接点部（パターン）と少なくとも１つの第２の接点部（パターン）とを含む。前記半導体基板は、第１のドーピング形式の少なくとも１つの第１のドープ領域と、第１のドーピング形式とは反対の第２のドーピング形式の少なくとも１つの第２のドープ領域を有している。この場合、ドーピング形式はｎ形ドーピングと、それとは反対のｐ形ドーピングである。前記の第１と第２のドーピング形式は少なくとも部分的に互いに隣接配置されて、ｐｎ接合を形成する。
【００１３】
一般に、前記第１のドープ領域はｎ形ドープされており、前記第２のドープ領域はｐ形ドープされている。ただし、これらのドーピング形式の交換も同じく本発明の範囲に属する。
【００１４】
２つの接点部は前記半導体基板の金属薄膜面に配置されている。この金属薄膜面とは太陽電池の表面側または裏面側である。
【００１５】
前記第１の接点部は前記第１のドープ領域と導電接続され、同じく、前記第２の接点部は前記第２のドープ領域と導電接続されている。
【００１６】
本出願の趣旨において、「導電接続」という表現に際し、ｐｎ接合近辺またはｐｎ接合を経て発生する類の電流または再結合は無視される。それゆえ、本出願の趣旨において、前記２つのドープ領域はｐｎ接合を経て導電接続されておらず、同じく、前記第１の接点部は前記第２のドープ領域とは導電接続されておらず、前記第２の接点部は前記第１のドープ領域とは導電接続されていない。
【００１７】
重要な点は、太陽電池はさらに、１つの第１の導電接続部（パターン）と、少なくとも１つの第２の導電接続部（パターン）を含み、これら２つの接続部は太陽電池の前記金属薄膜面に配置されているということである。
【００１８】
前記第１の接点部は少なくとも部分的に非導電性の絶縁被膜層によって覆われ、この絶縁被膜層もまた少なくとも部分的に前記第１の接続部によって覆われている。同じく、前記第２の接点部は少なくとも部分的に非導電性の絶縁被膜層によって覆われ、この絶縁被膜層もまた少なくとも部分的に前記第２の接続部によって覆われている。
【００１９】
前記第１の接続部は前記第１の接点部と導電接続され、前記第２の接続部は前記第２の接点部と導電接続されている。
したがって、公知の太陽電池構造との重要な相違は、本発明による太陽電池は金属薄膜面に被膜層系を有し、この被膜層系は、第１の被膜層をなす前記２つの接点部と、中間に介在する絶縁被膜層と、さらにその上に配置された前記２つの接続部とからなっているという点である。前記絶縁被膜層は太陽電池の金属薄膜面を全面的には覆っていないことから、前記絶縁被膜層によって覆われていない箇所において接点部と接続部間の電気的接続が生ずる。
【００２０】
好適には、前記絶縁被膜層は孔を備えた被膜層として形成されている。ただし、太陽電池の前記金属薄膜面に複数の絶縁被膜層を配置して、接続部と接点パターン間の接触がこれら複数の絶縁被膜層の境界間で行うこと、またはこれら複数の絶縁被膜層が接点部と接続部間の接続を行うための複数の孔を有すること、あるいはその両方の方法を行うことも本発明の範囲に属する。
したがって、（場合によっては、互いに隣接配置された複数の絶縁被膜層からなる）絶縁被膜層ならびに第１と第２の接続部は太陽電池の全体を構成する構成要素である。
【００２１】
本発明による太陽電池は、金属接続構造が太陽電池モジュールの一部である。これによって、金属接続構造が多数の太陽電池の面を覆い、個々の太陽電池はこの太陽電池モジュール構成要素上に形成されるという形をとる公知の太陽電池構造とは区別される。
【００２２】
これに対して、本発明による太陽電池はその金属薄膜面に不可欠の構成要素として、上述した被膜層構造−接点部／絶縁被膜層／接続部−を有している。
【００２３】
前記絶縁被膜層ならびに前記第１と第２の接続部の寸法は、前記金属薄膜面と平行に見て、太陽電池の寸法を大幅に超えないことが好ましい。したがって、前記絶縁被膜層ならびに前記第１と第２の接続部は、特に、最大で前記金属薄膜面の面積の１．５倍、好ましくは前記金属薄膜面の面積より小さいかまたはそれに等しい面積に及んでいるのが好適である。
【００２４】
好ましい実施形態において、前記接点部は、前記絶縁被膜層の孔状除去部を除いて、実質的に完全に絶縁被膜層で覆われている。これらの孔状除去部において前記接続部はそれぞれに対応する接点部に直接に隣接しており、導電接続を作り出している。
【００２５】
さらに別の好適な実施形態において、前記接続部は、前記金属薄膜面と平行に見て、互いに相反して増減する断面積を有するように形成されている。前記第１の接続部の断面積は太陽電池の第１の端縁領域から出発して、太陽電池の前記第１の端縁領域とは反対側の第２の端縁領域に向かって減少してゆき、反対に、前記第２の接続部の断面積は前記第１の端縁領域から出発して、前記第２の端縁領域に向かって増大してゆく。
【００２６】
特に、前記断面積の変化は前記端縁領域からの距離と共に線形に増大ないし減少してゆくのが好適である。
【００２７】
前記端縁領域は、それ自体公知のセルコネクタを形成するのに適するように形成されているのが好適である。それゆえ、この好適な実施形態において、本発明による太陽電池を公知である接続方式を採用して一体に接続して太陽電池モジュールを形成することが可能である。
【００２８】
ここで、本発明による太陽電池構造の重要な利点の一つは、前記接続部の配置および形成が前記接点部の配置および形成とは関係なく選択可能であることである。したがって、前記接点部を太陽電池の前記ドープ領域の配置および形成の点で最適化することが可能であり、また、それとは関係なく、例えば上述した端縁領域のような接触面に向かってキャリアをできるだけ損失がないようにして誘導すべく前記接続部を最適化することが可能である。これにより、上記の公知の太陽電池構造に比較して、特に、直列抵抗損のさらなる減少が達成可能であり、太陽電池の効率を高めることができる。
【００２９】
さらに別な好適実施態様において、少なくとも１つの接点部は少なくとも１つのはんだバッドを有し、この接点部は前記絶縁被膜層が当該はんだパッドの領域に孔を有するようにして絶縁被膜層で覆われているため、対応する前記接続部は当該はんだパッドに直接に隣接することができる。これにより、接続部と接点部間の簡易かつ耐久的な導電接続を作り出すことができる。
【００３０】
さらに別の好適な実施態様において、太陽電池は、例えば欧州特許第９８５２３３号に記載されているようなそれ自体公知のＭＷＴ太陽電池の構造と同じ基本構造を有している。この場合、前記半導体基板は、前記金属薄膜面を金属孔接続によって太陽電池の反対側の面と導電接続する金属薄膜スルーホールを有している。それゆえ、これによってキャリアを例えば太陽電池の表面側から、前記金属薄膜スルーホールを経て、金属薄膜面として形成された太陽電池の裏面側に誘導し、同所において、前記金属薄膜スルーホールに隣接する第１の接点部と、対応する前記接続部とを経て導出することが可能である。
【００３１】
この場合、前記第１の接点部は絶縁被膜層で覆われ、当該絶縁被膜層は前記挿入実装が前記接点部に当接する領域に孔を有しているのが好適である。これによって、前記挿入実装からの直接の、かつ、直列抵抗損のごく僅かなキャリア導出が保証される。
【００３２】
ＭＷＴ太陽電池の構造と同じ基本構造を有する本発明による太陽電池の上述した好適な実施態様において、１つの方法ステップにて、前記金属薄膜面から出発して前記第１の接点部が作り出され、同時に、金属薄膜スルーホールの孔が前記第１の接点部の材料で満たされるようにして、前記第１の接点部が前記金属薄膜スルーホールと共に実現されるのが好適である。
【００３３】
本発明にはさらに、請求項１０に記載の太陽電池製造方法も含まれている。
【００３４】
本発明による方法は、第１の金属接点部と少なくとも１つの第２の金属接点部とが半導体基板の金属薄膜面に形成される方法ステップＡを含んでいる。半導体基板は、上述したように、第１のドーピング形式での少なくとも１つの第１のドープ領域と、第１のドーピング形式とは反対の第２のドーピング形式での少なくとも１つの第２のドープ領域を有している。この第１と第２のドープ領域は互いに少なくとも部分的に隣接して、ｐｎ接合を形成している。
本発明による方法の方法ステップＢにおいて、前記第１の接点部と前記第１のドープ領域との導電接続および前記第２の接点部と前記第２のドープ領域との導電接続が作り出される。
【００３５】
重要な点は、前記第１の接点部上に、前記第１の接点部を少なくとも部分的に覆う非導電性の絶縁被膜層が形成され、さらに当該絶縁被膜層上に、当該絶縁被膜層を少なくとも部分的に覆う第１の導電接続部が形成されるということである。同様にして、前記第２の接点部上に、前記第２の接点部を少なくとも部分的に覆う非導電性の絶縁被膜層が形成され、さらに当該絶縁被膜層上に、当該絶縁被膜層をまたも少なくとも部分的に覆う第２の導電接続部が形成される。
【００３６】
前記第１の接続部は前記第１の接点部と導電接続され、前記第２の接続部は前記第２の接点部と導電接続される。
【００３７】
前記絶縁被膜層ならびに前記第１と第２の接続部の寸法は太陽電池の寸法を大幅に超えないことが好適である。
【００３８】
本発明による方法の好適な実施態様では、孔あけされた絶縁被膜層を太陽電池の前記金属薄膜面に形成する方法ステップｉ）を含んでいる。当該絶縁被膜層は前記第１と第２の接点部を覆うと共に、前記第１の接点部の領域に少なくとも１つの孔列を有し、前記第２の接点部の領域に少なくとも１つの第２の孔列を有している。
方法ステップｉｉ）において、前記絶縁被膜層上に前記第１と第２の接続バターンが形成されて、当該接続部は前記孔列の領域において前記絶縁被膜層を貫いて直接に前記接点部に隣接する。
【００３９】
したがって、本発明によって初めて、太陽電池の前記金属薄膜面に被膜層構造を配置することにより、前記接点部を前記半導体基板の構造に関して最適化するとともに、前記接続部を特に太陽電池モジュール内において外部電流回路との接触点に向かってキャリアを誘導することに関しても最適化することが可能である。
【００４０】
前記絶縁被膜層および／または前記接続部はそれ自体公知のスクリーン印刷法によるかまたは蒸着によって形成されるのが好適である。
【００４１】
本発明による太陽電池構造の好適な寸法は以下の通りである。
太陽電池は好ましくは１〜５０ｃｍの端縁長さを有し、とりわけ、太陽電池が略正方形の形状を有する場合には、１０ｃｍ〜２０ｃｍの端縁長さが好適である。
絶縁被膜層と接続部とを有していない太陽電池の厚さは好ましくは５０μｍ〜５００μｍであり、特に好ましくは約１００μｍ〜３００μｍである
前記金属接点部は、好ましくは０．１μｍ〜１００μｍの厚さを有する。前記絶縁被膜層は有利には１μｍ〜１０００μｍ、とりわけ１０μｍ〜１００μｍの厚さを有する。前記金属接続部は好ましくは１μｍ〜１０００μｍの範囲の厚さを有する。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】ＭＷＴ構造をベースとした本発明による太陽電池を概略的に示す図である。
【図２】ＭＷＴ構造をベースとした本発明による太陽電池を概略的に示す図である。
【図３】ＭＷＴ構造をベースとした本発明による太陽電池を概略的に示す図である。
【図４】ＭＷＴ構造をベースとした本発明による太陽電池を概略的に示す図である。
【図５】ＭＷＴ構造をベースとした本発明による太陽電池を概略的に示す図である。
【図６】太陽電池モジュール内部における、本発明による２個の太陽電池をセルコネクタによって接続する様相を概略的に示す図である。
【図７】図１〜５に示した太陽電池を製造するための本発明による方法のフローチャートである。
【図８】裏面側接触セル構造をベースとした本発明による太陽電池を概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
以下、複数の実施例および図面を参照して、本発明による太陽電池および本発明による方法のその他の特徴ならびに好適な実施態様を説明する。
【００４４】
図１は本発明による太陽電池の表面側の概略を示す図である。
本発明による太陽電池は半導体基板１を含んでいる。この半導体基板の表面側は全面にわたって、ｎ形ドープしたエミッタ２ａとして形成された第１のドープ領域によって覆われている。
【００４５】
この表面側はさらに、複数の金属薄膜フィンガからなる表面側接点部３ａを有している。これらの金属薄膜フィンガはエミッタ２ａと導電接続されているため、エミッタ２ａからのキャリアは表面側接点部３ａの金属薄膜フィンガによって導出可能である。
【００４６】
図１に破線で示した円は半導体基板１に設けられた孔を示しており、これらの孔は図１において描図面に対して垂直をなして半導体基板１を貫いている。これらの孔により、表面側接点部３ａの各々の金属薄膜フィンガと本発明による太陽電池の裏面側との電気的接続を意味する金属薄膜スルーホール７が設けられている。
【００４７】
図２は、前記に太陽電池の金属薄膜面と称されている、本発明による太陽電池の裏面側を概略的に示す図である。図２には、絶縁被膜層ならびにｎ形およびｐ形接続部は表されていない。この金属薄膜面は中央が、帯状の裏面側ｎ形接点部３ｂとして形成された第１の接点部によって覆われている。この接点部３ｂは前記の金属薄膜スルーホール７が太陽電池の裏面側に当接する箇所と同じ領域を覆うように配置されているため、裏面側ｎ形接点部３ｂは金属薄膜スルーホール７を経て表面側接点部３ａの金属薄膜フィンガと導電接続されており、したがって、エミッタ２ａとも導電接続されている。
【００４８】
裏面側の残りの部分は実質的に、裏面側ｐ形接点部３ｃとして形成された第２の接点部によって覆われている。
【００４９】
図２に示した接点部３ｂおよび３ｃ上には、図３に表したように、絶縁被膜層５が配置されている。この絶縁被膜層５は実質的に本発明による太陽電池の裏面側全体を覆っており、個々の孔９の箇所のみがこの絶縁被膜層被覆の例外である。
【００５０】
孔９は３列で配置されており、その際、図３において上段および下段の列（９ａおよび９ｂ）の孔９は接点部３ｃに達しており、他方、図３において中央の列（９ｃ）の孔９は接点部３ｂに達している。
【００５１】
本発明による太陽電池において、図３に示した絶縁被膜層の上には、図４に概略的に示したように、接続部が配置されている。
【００５２】
この場合、第１の接続部は略三角形状のｎ形接続部４ａとして形成されている。この接続部４ａは、前記絶縁被膜層の中央列（９ｃ）のすべての孔を覆って配置されている。その際、このｎ形接続部４ａは絶縁被膜層の中央列の孔を貫いており、それゆえ、裏面側ｎ形接点部３ｂと導電接続され、したがって、エミッタ２ａとも導電接続されている。
【００５３】
第２の接続部はｐ形接続部４ｂとして形成されている。この接続部４ｂは本発明による太陽電池の裏面側の残りの領域をほぼ覆っており、その際、ｎ形接続部４ａとｐ形接続部４ｂとの間には、双方の接続部４ａ，４ｂ間の電気的絶縁を保証するいずれの接続部によっても覆われていない隙間が残されている。
【００５４】
ｐ形接続部４ｂは特に、前記絶縁被膜層５の上段および下段の列（９ａおよび９ｂ）のすべての孔９を覆っている。
ｎ形接続部の場合と同様に、ｐ形接続部４ｂもそれによって覆われた絶縁被膜層５の孔９を貫いており、それゆえ、裏面側ｐ形接点部３ｃと導電接続され、これにより同じくベース２ｂとも導電接続されている。
【００５５】
有利には、接続部４ａおよび４ｂ上には、さらにいわゆる「はんだパッド」が形成される。これらのはんだパッドは、その材料特性によって接続部４ａおよび４ｂがそれぞれはんだパッドを経てセルコネクタと導電接続されるのを容易にする、好ましくは略円形の金属面である。
【００５６】
図５は、図１に鎖線で表した線Ａに沿った、描図面に対して垂直な断面を示している。半導体基板１の表面側は、半導体基板１に設けられてスルーホール金属薄膜７によって満たされた一連の孔を除いて、実質的に全面にわたってエミッタ２ａで覆われている。金属薄膜スルーホール７の上方には、表面側ｎ形接点部３ａの金属薄膜フィンガが長手方向縦断面によって表されている。半導体基板１の裏面側において、裏面側ｎ形接点部３ｂは、金属薄膜スルーホール７が裏面側に当接する領域に配置されている。裏面側ｎ形接点部３ｂと、金属薄膜スルーホール７と、表面側ｎ形接点部３ａとは互いに直接に隣接して、導電接続されている。
【００５７】
エミッタ２ａは前記の孔の壁面を経て金属薄膜スルーホール７に沿って半導体基板１の裏面側に達し、裏面側において、裏面側ｎ形接点部３ｂによって覆われた領域よりも僅かに大きい領域を覆っている。
【００５８】
半導体基板１の、ｎ形ドープされていない、つまり、エミッタ２ａとして形成されていない領域はｐ形ドープした領域を表しており、したがって、ベース２ｂを形成している。
【００５９】
エミッタ２ａとベース２ｂとは互いに直接に隣接しているため、ｐｎ接合が形成される。
半導体基板１の裏面側には、ベース２ｂと導電接続された裏面側ｐ形接点部３ｃが配置されている。
ここで重要なのは、接点部３ｂおよび３ｃが、複数の孔９を有する絶縁被膜層５によって覆われていることである。
これらの孔によって、絶縁被膜層５上に配置された接続部４ａおよび４ｂは接点部３ｂおよび３ｃと導電接続されている。
【００６０】
それゆえ、本発明による太陽電池において、例えば図５に表したように、接点部３ｂおよび３ｃを最適化して、半導体基板１からの、つまり、エミッタ２ａとベース２ｂからのキャリアの最適捕集が行われるようにすることが可能である。
【００６１】
他方、接続部４ａおよび４ｂは、例えば図４に表したように、接点部３ｂおよび３ｃにおいて捕集されたキャリアが太陽電池の端縁（図４において、右と左の端縁）に向かって最適誘導されるように最適化することが可能である。
したがって、本発明による太陽電池によれば上述した２つの最適化が互いに独立に実施可能であるため、総じて太陽電池の効率は向上する。
【００６２】
図６には、太陽電池モジュール内における、図１〜５に示した本発明による太陽電池の接続の概略が表されている。この場合、図の上側部分には、下方すなわち金属薄膜面から眺めた図が表されており、図６の下側部分には、側面から眺めた図が概略的に示されており、その際、この側面図において金属薄膜面は下に配置されている。
【００６３】
本発明による複数の太陽電池は裏面側において、セルコネクタ１０により、一方の太陽電池のｎ形接続部４ａがセルコネクタ１０を経て隣接配置された他方の太陽電池のｐ形接続部４ｂと導電接続されるため、モジュール内において所望の、特に太陽電池の端縁領域を介した太陽電池の直列接続が行われるようにして接続される。
【００６４】
図６に示したセルコネクタの配置は一般に工業的製造においてすでに実現されているセルコネクタによる太陽電池の接続を表していることから、本発明による太陽電池は、変更の必要なく、既存の工業的製造プロセスに直接に使用することが可能である。図６にあっては、方形の基本形を有したセルコネクタが示されている。ただし、その他の任意のセルコネクタ形状も同じく可能であり、例えば骨形形状のセルコネクタが多くの場合に使用されている。
【００６５】
図７は、図１〜６に示した太陽電池の製造に使用される本発明による方法の実施例を示している。
そのため、方法ステップ＃１において、先ず、半導体基板に孔あけが行われる。これは好ましくはレーザを用いて行われる。
【００６６】
ステップ＃２において、半導体基板の製造時に残存している切断時損傷がエッチングプロセスによって取り除かれ、場合により、光入射用に形成される半導体基板の表面側に、光入射を向上させるためのテキスチャー（組織形態）が付与される。使用されるプロセスに応じかつまた太陽電池の使用分野に応じて、テキスチャーを両面側、つまり、表面側と裏面側とに付与することも好適である。これによって、太陽電池の製造プロセスを簡易化しかつ／または太陽電池の光入射特性の向上を図ることが可能である。
半導体基板は均一にｐ形ドープされている。
【００６７】
ステップ＃３において、表面側全体および孔の壁面ならびに裏面側の一部にわたって、エミッタ２ａの拡散が行われる。半導体基板の裏面側は、図５に示したように、孔が配置されている領域がエミッタ２ａによって覆われている。一般に、ステップ＃３において、拡散は両面側（つまり、表面側と裏面側）で全面にわたって実施される。
【００６８】
拡散は、裏面側にマスキング層を形成した後、それ自体公知の気相からの拡散によって行われることが可能であり、その際、マスキング層はフォトリソグラフィーにより、好ましくはスクリーン印刷技法によって形成される。この場合には、ステップ＃９（端縁および接点絶縁）は不要である。
【００６９】
ただし、拡散をそれ自体公知のドーピングペーストプリント法と、続いての温度ステップによって実施することも同じく可能であり、その際、ドーピングペーストは表面側では全面にわたり、裏面側では図５に示した領域だけに形成される。プリント法において、ドーピングペーストは同じく孔を貫くために、同時に孔壁のドーピングも行われる。
【００７０】
ステップ＃４において、半導体基板の表面側に、光入射をさらに高める反射防止被膜層が形成される。
ステップ＃５において、金属薄膜スルーホール７ならびに裏面側ｎ形接点部３ｂの金属薄膜が行われる。
ステップ＃６において、ｐ形接点の金属薄膜が実施される。つまり、裏面側ｐ形接点部３ｃはそれ自体公知の技術により、好ましくはスクリーン印刷によって形成される。
ステップ＃７において、表面側接点部３ａの金属薄膜が行われる。この場合にも、それ自体公知の金属薄膜技法を使用することが可能であり、この場合、それ自体公知のスクリーン印刷技法の使用が好適である。
ステップ＃５、６および７については、これら３つの方法ステップの順序を変更することも本発明の範囲に属する。
【００７１】
ステップ＃８において、温度ステップにより、いわゆる「接点焼結」が実施される。つまり、形成された金属薄膜と隣接する半導体基板ドープ領域との間の電気的接触が作り出される。
ステップ＃９において、端縁に生ずることの多い欠陥、例えば短絡または再結合中心の電気的絶縁を達成するために、端縁が絶縁される。同じく、このステップにおいて、金属薄膜面における接点絶縁が実施される。このステップにおいて、エミッタはｐ形接点から電気的に切り離される。
好ましくは、絶縁は、いわゆる「レーザ絶縁」によって行われる。すなわち、エミッタ領域はレーザによって線状に取り除かれて、これらの線に沿ってエミッタ領域の電気的絶縁が達成される。
【００７２】
重要なことは、方法ステップ＃１０において、図１〜５に関連して述べた絶縁被膜層５が形成されることである。この絶縁被膜層は、例えばスクリーン印刷技法によって、所望の孔を備えるようにして形成することが可能である。また、先ず絶縁被膜層を全面にわたって形成し、続いて、孔が所望される箇所の絶縁被膜層を、例えばレーザによって再び融除することも同じく可能である。
【００７３】
ステップ＃１１において、先述した方法、好ましくはスクリーン印刷または蒸着によって、ｎ形接続部４ａとｐ形接続部４ｂとが形成される。
【００７４】
モジュール形成のため、ステップ＃１２において、最終的にセルコネクタにより、図６に示したようにして、特に端縁を介した隣接太陽電池同士の電気的接続が作り出される。
【００７５】
また、ステップ＃５をステップ＃１１に組み入れることも同じく本発明の範囲に属する。したがって、本発明による方法のこの改変にあっては、ステップ＃１１において、孔９上へのｎ形接続部４ａの形成に際し、裏面側ｎ形接点部３ｂと金属薄膜スルーホール７も作り出される。この場合、金属薄膜スルーホール７と表面側接点部３ａとの導電接触も作り出される。本発明による方法のこの実施形態においてステップ＃５は省略される。
【００７６】
図８に示した概略図は、それ自体公知の裏面側接触セル構造をベースとした本発明による太陽電池のさらに別の実施例の表面側に対して垂直をなす断面図を示している。
【００７７】
この太陽電池の基本構造は図１〜６に示した太陽電池の構造と同じであり、したがってまた、同一の要素には同じ符号が付されている。ただし、図８に示した太陽電池構造は単に裏面側にエミッタ２ａを有しているだけであり、したがって、表面側接点部３ａ、孔および金属薄膜スルーホール７そして表面側と孔壁における当該ｎ形ドープ領域は欠落している。
【００７８】
図８に示した構造は、図７に示した本発明による方法によって同じく製造されるが、ただしその場合、ステップ＃１とステップ＃７は省かれる。
【００７９】
図８に示した太陽電池構造は、図１〜６に示した太陽電池構造に比較して簡略であり、したがって、さらに費用を抑え、それゆえ、さらに経済的なコストで製造可能であるという利点を有する。ただし、ｎ形ドープ領域が裏面側にしか設けられていないという点が短所である。これにより、図１〜６に示した太陽電池構造に比較して効率が低下することが考えられる。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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