(57)【要約】  太陽電池の多レベル金属被覆に関する製造方法及び構造体並びにバックコンタクト太陽電池の製造方法及び構造体が提供される。【選択図】      図９４
2015516145.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パターン化されたエミッタ及びベース領域を形成するための受光前面及び裏面を含む結晶半導体基板と；
前記結晶基板の前記裏面にエミッタ電極及びベース電極の櫛型パターンを有する第１の導電性金属被覆層と；
前記結晶基板の前記裏面に取り付けられて、前記第１の金属被覆層を第２の導電性金属被覆層から電気的に分離する電気絶縁層と；
前記電気絶縁層に形成された形成された導電性ビアプラグを通して前記第１の導電性相互接続層への高導電率電池相互接続を与える第２の導電性金属被覆層であって、エミッタ電極及びベース電極の櫛型パターンを有する第２の導電性相互接続層と；
を備えたバックコンタクト結晶半導体太陽電池。
【請求項２】
前記結晶半導体基板の前記裏面上の前記パターン化されたエミッタ領域は、ヘテロ接合エミッタである、請求項１に記載のバックコンタクト結晶半導体太陽電池。
【請求項３】
前記ヘテロ接合エミッタ領域は、多結晶シリコンゲルマニウム（ポリ−ＳｉＧｅ）及びアモルファスシリコン層（ａ−Ｓｉ）を含む、請求項２に記載のバックコンタクト結晶半導体太陽電池。
【請求項４】
前記ヘテロ接合エミッタ領域は、トンネル誘電体層を更に含む、請求項３に記載のバックコンタクト結晶半導体太陽電池。
【請求項５】
前記受光前面は、該前面を不動態化するために真性アモルファスシリコンのドープされたアモルファスシリコンに堆積された窒化物層を含むテクスチャー化及び不動態化された層である、請求項１に記載のバックコンタクト結晶半導体太陽電池。
【請求項６】
結晶半導体基板の裏面にベース電極及びエミッタ電極の櫛型パターンを有する第１の導電性金属層を形成し、前記基板は、パターン化されたエミッタ及びベースコンタクトシリコン層を形成するための受光前面及び裏面を含むものであり；
前記第１の導電性金属層に電気絶縁層を形成し、該誘電体層は、前記第１の導電性金属層と第２の導電性金属層との間に電気的分離を与えるものであり；
前記結晶半導体基板を約１００ミクロン未満の厚みに希薄化し；
前記導電性金属の第１層へのアクセスを与えるホールを前記電気絶縁層に形成し；及び
前記ホールを通して前記第１の電気導電性金属層に接触する第２の導電性金属被覆層を前記電気絶縁層に形成する；
ことを含むバックコンタクト太陽電池の製造方法。
【請求項７】
前記希薄化は、研磨又はラッピングプロセスである、請求項６に記載のバックコンタクト太陽電池の製造方法。
【請求項８】
前記希薄化は、エッチングプロセスである、請求項６に記載のバックコンタクト太陽電池の製造方法。
【請求項９】
前記エッチングプロセスは、高温ＫＯＨを使用する、請求項８に記載のバックコンタクト太陽電池の製造方法。
【請求項１０】
前記第２の導電性金属被覆層は、ＰＶＤを使用して堆積される、請求項６に記載のバックコンタクト太陽電池の製造方法。
【請求項１１】
前記第２の導電性金属被覆層は、熱スプレーを使用して堆積される、請求項６に記載のバックコンタクト太陽電池の製造方法。
【請求項１２】
前記第２の導電性金属被覆層は、ＰＶＤ及び印刷の組み合わせを使用して堆積される、請求項６に記載のバックコンタクト太陽電池の製造方法。
【請求項１３】
前記第２の導電性金属被覆層は、ＰＶＤ及びメッキの組み合わせを使用して堆積される、請求項６に記載のバックコンタクト太陽電池の製造方法。
【請求項１４】
前記結晶半導体基板は、エピタキシャルベースのシリコン基板である、請求項６に記載のバックコンタクト太陽電池の製造方法。
【請求項１５】
前記ウェハベースの結晶半導体基板は、ＣＺウェハである、請求項６に記載のバックコンタクト太陽電池の製造方法。
【請求項１６】
前記ウェハベースの結晶半導体基板は、連続成長方法を使用して形成されるＣＺウェハである、請求項６に記載のバックコンタクト太陽電池の製造方法。
【請求項１７】
前記ウェハベースの結晶半導体基板は、マルチ結晶シリコンウェハである、請求項６に記載のバックコンタクト太陽電池の製造方法。
【請求項１８】
前記電気絶縁層は、前記第１の導電性金属層上にラミネートされる、請求項６に記載のバックコンタクト太陽電池の製造方法。
【請求項１９】
前記電気絶縁層は、前記第１の導電性金属層上に印刷される、請求項６に記載のバックコンタクト太陽電池の製造方法。
【請求項２０】
前記半導体基板の前面に前面不動態化層を形成することを更に含む、請求項６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照：本出願は、２０１２年４月２日に出願された米国プロビジョナル特許出願第６１／６１９，３００号の優先権を主張するもので、この出願は、参考としてここにそのまま援用される。
【０００２】
本発明は、一般的に、光起電力及び半導体マイクロエレクトロニックの分野に関する。より詳細には、本発明は、高効率のバックコンタクト結晶シリコン光起電力太陽電池に関する。
【背景技術】
【０００３】
現在、結晶シリコン（多結晶及び単結晶の両シリコン）は、光電池（ＰＶ）産業において最大の市場シェアを有し、現在のところ、全世界的ＰＶ市場シェアの約８５％を占めている。薄い結晶シリコンの太陽電池への移行がＰＶコスト低下のための最も強力で且つ効果的な方法の１つであると長い間理解されているが（比較的材料コストの高い結晶シリコンウェハは、全ＰＶモジュールコストの一部分として太陽電池に使用されるだけであるので）、薄いウェハは非常に脆く、ウェハの取り扱い及び電池の処理中に機械的に割れて、薄くて脆いシリコンウェハによる生産収率のロスを招くという問題により、薄い結晶ウェハの使用が妨げられている。他の問題は、薄い電池構造体では光が充分に捉えられないことである。というのは、シリコンは、間接的バンドギャップ半導体材料であり、波長の長い赤及び赤外線光子（特に、約９００ｎｍから１１５０ｎｍの波長範囲の光子）の吸収に比較的長い光学的経路を必要とし、しばしば、ウェハの厚み自体より相当に長くなるからである。更に、既知の設計及び製造技術を使用して、高い機械的収率及び低いウェハ破壊率の要求と、費用効果のある仕方でのＰＶ工場における高い製造収率とのバランスをとることは、しばしば困難である。
【０００４】
現在の結晶シリコンウェハ太陽電池の基板（半導体吸収層）厚みに関して、１４０μｍから２００μｍの現在厚み範囲より若干薄い方へ移行すると、電池及びモジュール製造中の機械的収率をかなり危うくし始める。これは、１５６ｍｍ×１５６ｍｍ及び２１０ｍｍ×２１０ｍｍ電池のような大きな電池サイズに対して特に大きな課題である（１２５ｍｍ×１２５ｍｍの小さな電池に比して）。従って、電池の半導体吸収層が約１００μｍより薄くて、ミクロンサイズの規模及びサブミクロンの厚みに至るような非常に薄い太陽電池構造体を処理するように向けられる製造解決策は、プロセスフロー全体にわたり一時的に及び／又は永久的にホストキャリアにより電池を完全に支持する電池プロセスを使用するか、又は構造上の革新を伴い新規な自己支持スタンドアローン基板を使用する電池プロセスを使用しなければならない。この構造上の革新は、電池基板が高スループット太陽電池及びモジュール工場において破壊に対して著しく頑強であるようにしなければならない。後者は、例えば、結晶シリコン薄膜で形成された新規な三次元ハニカム及びピラミッド構造である。
【０００５】
電池アーキテクチャー側では、バック接合／バックコンタクトの単結晶半導体（単結晶シリコンのような）太陽電池は、非常に高い効率の助けとなっている。これは、主に、前面に金属の陰に関連したロスがなく且つ前面にエミッタがなく、高いブルー応答を生じる上で助けとなるからである。更に、ｎ型ベースの使用は、ｐ型ベースに比して非常に高い少数キャリア寿命を可能にし、且つ光誘起質低下（ＬＩＤ）を生じない。更に、ｎ型ベースを伴うバックコンタクト／バック接合電池は、良好に確立された窒化シリコン前面不動態化及び反射防止コーティング層を使用し、窒化シリコンより成る不動態層（又は層スタック）の正の固定電荷が、フィールド助成不動態化によって可能にされる前面再結合速度（ＦＳＲＶ）の減少で前面不動態化を改善するようにする。更に、裏面金属は、より厚く作られ、高いエリアカバレージ（例えば、９０％を上回る）で非常に低い直列抵抗（又は非常に高い金属相互接続導電性）を確保し、フロントコンタクト電池についてしばしば問題となる陰影とのトレードオフを心配しなくてよい。バックコンタクト／バック接合電池は、特に、少なくとも次の２つの個別の理由で、非常に薄い（例えば、太陽電池）基板と結合される上で強い助けとなる。即ち、第１に、高効率のバックコンタクト／バック接合電池は、少数キャリアの拡散長さが基板（又はアクティブな結晶半導体吸収層）の厚みの少なくとも５×（少なくとも約５倍）であるという厳密な要求がある。非常に薄い（例えば、結晶半導体層の厚みが約８０ミクロン未満で、更に好ましくは、約５０ミクロン未満の）太陽電池基板は、非常に長いバルク基板寿命又は非常に高品質の材料を要求せずに、その要件を可能にし、従って、実際には、最も厳密な基板品質要件を排除した安価な出発材料で実施することができる。これは、間接的に、更なるコスト効果を与え、即ち材料の品質は、その薄さに加えて緩和することができる。第２の理由は、バックコンタクト／バック接合電池の製造を可能にするプロセスフローに関連している（次の章で更に説明する）。バックコンタクト電池アーキテクチャー及びそれに関連したプロセスフローは、全ての高温プロセスステップ（即ち、約４００℃〜１１５０℃の範囲のプロセス温度での電池プロセスステップ）を電池の片側で行うために提供されるので、他の側での処理を通して進行するときの薄い基板のキャリアに対する要件が相当に緩和される。従って、非常に薄い基板（例えば、結晶半導体層の厚みが約８０ミクロン未満で、更に好ましくは、約５０ミクロン未満の）をバックコンタクト／バック接合アーキテクチャーと共に使用することは、理想的な太陽電池組み合わせを表わす。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
過去に、太陽ＰＶ  Ｒ＆Ｄにおいて薄い基板のためのガラスのようなキャリアを使用する試みがなされたが、それらのキャリアは、ソーダ石灰ガラス（又は他のほとんどの非シリコン異質材料）の場合には最大処理温度が比較的低いことを含む重大な制限で悩まされており、処理温度は、太陽電池の効率を潜在的に危うくする約４００℃よりかなり低く制限される。又、小さな面積（例えば、１０ｃｍ2より充分小さい電池面積）の薄い電池を製造する試みもなされ、これは、（処理温度を約４００℃より充分低く制限することを含む熱処理制限で依然悩まされているが）重大な破壊の問題はない。しかしながら、費用効果のある製造を通して商業的に生き残るために大きな電池面積（１００ｃｍ2より充分上の面積）もしばしば要求される。
【０００７】
それ故、太陽電池の金属被覆に関連した製造方法及び設計の必要性が生じている。ここに開示する要旨によれば、太陽電池のマルチレベル金属被覆のための方法、構造及び装置が提供される。これらの革新は、以前に開発された太陽電池に関連した欠点や問題を実質的に低減し又は排除する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
ここに開示する要旨の１つの態様により、太陽電池のマルチレベル金属被覆に関連した製造方法及び構造体について説明する。１つの実施形態において、バックコンタクト太陽電池は、受光前面と、パターン化されたエミッタ及びベース領域を形成するための裏面とを有する基板を備えている。裏面のベース及びエミッタ領域には、第１の導電性金属被覆層がパターン化される。その第１の導電性金属被覆層には電気絶縁層が形成され。そしてその電気絶縁層には第２の導電性金属被覆層が形成される。第２の導電性金属被覆層は、電気絶縁層に形成された導電性ビアプラグを経て第１の導電性金属被覆層に接続される。
【０００９】
ここに開示する要旨のこれら及び他の効果、並びに付加的な新規な特徴は、ここに述べる説明から明らかとなろう。この概要の意図は、要旨を包括的に説明するのではなく、むしろ、要旨の幾つかの機能の簡単な概略を述べるものである。当業者にとって、添付図面及び以下の詳細な説明を検討すれば、他のシステム、方法、特徴及び効果が明らかとなるであろう。この説明に包含される全てのそのような付加的なシステム、方法、特徴、及び効果は、特許請求の範囲内に入ることが意図される。
【００１０】
ここに開示される要旨の特徴、性質及び効果は、同じ特徴部が同じ参照番号で示された添付図面を参照して以下に述べた詳細な説明から明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】太陽電池処理キャリアの組み合わせを示す図である。
【図２】バックコンタクト太陽電池実施形態の断面図である。
【図３】ｅｘ−ｓｉｔｕ(装置外)エミッタプロセスフロー実施形態を示す図である。
【図４】エピタキシャル基板を使用するバックコンタクト太陽電池製造プロセスフローである。
【図５】エピタキシャル基板を使用するバックコンタクト太陽電池製造プロセスフローである。
【図６】エピタキシャル基板を使用するバックコンタクト太陽電池製造プロセスフローである。
【図７】エピタキシャル基板を使用するバックコンタクト太陽電池製造プロセスフローである。
【図８】エピタキシャル基板を使用するバックコンタクト太陽電池製造プロセスフローである。
【図９Ａ】バックコンタクト太陽電池の処理ステップ後の断面図である。
【図９Ｂ】バックコンタクト太陽電池の処理ステップ後の断面図である。
【図９Ｃ】バックコンタクト太陽電池の処理ステップ後の断面図である。
【図９Ｄ】バックコンタクト太陽電池の処理ステップ後の断面図である。
【図９Ｅ】バックコンタクト太陽電池の処理ステップ後の断面図である。
【図９Ｆ】バックコンタクト太陽電池の処理ステップ後の断面図である。
【図９Ｇ】バックコンタクト太陽電池の処理ステップ後の断面図である。
【図９Ｈ】バックコンタクト太陽電池の処理ステップ後の断面図である。
【図９Ｉ】バックコンタクト太陽電池の処理ステップ後の断面図である。
【図９Ｊ】バックコンタクト太陽電池の処理ステップ後の断面図である。
【図９Ｋ】バックコンタクト太陽電池の処理ステップ後の断面図である。
【図９Ｌ】バックコンタクト太陽電池の処理ステップ後の断面図である。
【図１０】エピタキシャル基板を使用するバックコンタクト太陽電池製造プロセスフローである。
【図１１】エピタキシャル基板を使用するバックコンタクト太陽電池製造プロセスフローである。
【図１２】エピタキシャル基板を使用するバックコンタクト太陽電池製造プロセスフローである。
【図１３】エピタキシャル基板を使用するバックコンタクト太陽電池製造プロセスフローである。
【図１４】エピタキシャル基板を使用するバックコンタクト太陽電池製造プロセスフローである。
【図１５】エピタキシャル基板を使用するバックコンタクト太陽電池製造プロセスフローである。
【図１６】エピタキシャル基板を使用するバックコンタクト太陽電池製造プロセスフローである。
【図１７】エピタキシャル基板を使用するバックコンタクト太陽電池製造プロセスフローである。
【図１８】エピタキシャル基板を使用するバックコンタクト太陽電池製造プロセスフローである。
【図１９】エピタキシャル基板を使用するバックコンタクト太陽電池製造プロセスフローである。
【図２０】エピタキシャル基板を使用するバックコンタクト太陽電池製造プロセスフローである。
【図２１】エピタキシャル基板を使用するバックコンタクト太陽電池製造プロセスフローである。
【図２２】劈開基板を使用するバックコンタクト太陽電池製造プロセスフローである。
【図２３】劈開基板を使用するバックコンタクト太陽電池製造プロセスフローである。
【図２４】劈開基板を使用するバックコンタクト太陽電池製造プロセスフローである。
【図２５】劈開基板を使用するバックコンタクト太陽電池製造プロセスフローである。
【図２６】劈開基板を使用するバックコンタクト太陽電池製造プロセスフローである。
【図２７】劈開基板を使用するバックコンタクト太陽電池製造プロセスフローである。
【図２８】劈開基板を使用するバックコンタクト太陽電池製造プロセスフローである。
【図２９】劈開基板を使用するバックコンタクト太陽電池製造プロセスフローである。
【図３０】劈開基板を使用するバックコンタクト太陽電池製造プロセスフローである。
【図３１】劈開基板を使用するバックコンタクト太陽電池製造プロセスフローである。
【図３２】劈開基板を使用するバックコンタクト太陽電池製造プロセスフローである。
【図３３】劈開基板を使用するバックコンタクト太陽電池製造プロセスフローである。
【図３４】劈開基板を使用するバックコンタクト太陽電池製造プロセスフローである。
【図３５】劈開基板を使用するバックコンタクト太陽電池製造プロセスフローである。
【図３６】バルクウェアを使用するバックコンタクト太陽電池製造プロセスフローである。
【図３７】バルクウェアを使用するバックコンタクト太陽電池製造プロセスフローである。
【図３８】バルクウェアを使用するバックコンタクト太陽電池製造プロセスフローである。
【図３９】バルクウェアを使用するバックコンタクト太陽電池製造プロセスフローである。
【図４０】バルクウェアを使用するバックコンタクト太陽電池製造プロセスフローである。
【図４１】バルクウェアを使用するバックコンタクト太陽電池製造プロセスフローである。
【図４２】バルクウェアを使用するバックコンタクト太陽電池製造プロセスフローである。
【図４３】バルクウェアを使用するバックコンタクト太陽電池製造プロセスフローである。
【図４４】バルクウェアを使用するバックコンタクト太陽電池製造プロセスフローである。
【図４５】バルクウェアを使用するバックコンタクト太陽電池製造プロセスフローである。
【図４６】選択的エミッタのためのバックコンタクト太陽電池製造プロセスフローである。
【図４７】図４６のフローから生じる電池の断面図である。
【図４８】バックコンタクト太陽電池製造プロセスフローである。
【図４９】図４８のフローから生じる電池の断面図である。
【図５０】バックコンタクト太陽電池製造プロセスフローである。
【図５１】後退レジスト側壁をもつ構造体の断面図である。
【図５２】種々の処理ステップ後の太陽電池バックプレーン実施形態の上面図である。
【図５３】種々の処理ステップ後の太陽電池バックプレーン実施形態の上面図である。
【図５４】種々の処理ステップ後の太陽電池バックプレーン実施形態の上面図である。
【図５５】種々の処理ステップ後の太陽電池バックプレーン実施形態の上面図である。
【図５６】種々の処理ステップ後の太陽電池バックプレーン実施形態の上面図である。
【図５７】種々の処理ステップ後の太陽電池バックプレーン実施形態の上面図である。
【図５８】ヘテロ接合電池のバックコンタクト太陽電池製造プロセスフローである。
【図５９】ヘテロ接合電池のバックコンタクト太陽電池製造プロセスフローである。
【図６０】ヘテロ接合アーキテクチャーをもつ太陽電池の断面図である。
【図６１Ａ】エピタキシャル構造を使用するバックコンタクト太陽電池製造プロセスフローである。
【図６１Ｂ】エピタキシャル構造を使用するバックコンタクト太陽電池製造プロセスフローである。
【図６１Ｃ】エピタキシャル構造を使用するバックコンタクト太陽電池製造プロセスフローである。
【図６２Ａ】バックプレーン処理ステップ後のバックコンタクト太陽電池の上面断面図である。
【図６２Ｂ】バックプレーン処理ステップ後のバックコンタクト太陽電池の上面断面図である。
【図６２Ｃ】バックプレーン処理ステップ後のバックコンタクト太陽電池の上面断面図である。
【図６２Ｄ】バックプレーン処理ステップ後のバックコンタクト太陽電池の上面断面図である。
【図６２Ｅ】バックプレーン処理ステップ後のバックコンタクト太陽電池の上面断面図である。
【図６２Ｆ】バックプレーン処理ステップ後のバックコンタクト太陽電池の上面断面図である。
【図６２Ｇ】バックプレーン処理ステップ後のバックコンタクト太陽電池の上面断面図である。
【図６３Ａ】ある処理ステップ後のＰＬＵＴＯ構造体の断面図である。
【図６３Ｂ】ある処理ステップ後のＰＬＵＴＯ構造体の断面図である。
【図６３Ｃ】ある処理ステップ後のＰＬＵＴＯ構造体の断面図である。
【図６３Ｄ】ある処理ステップ後のＰＬＵＴＯ構造体の断面図である。
【図６４Ａ】４層バックプレーンＯＡＳＩＳ構造体の態様の断面図である。
【図６４Ｂ】４層バックプレーンＯＡＳＩＳ構造体の態様の上面図である。
【図６４Ｃ】４層バックプレーンＯＡＳＩＳ構造体の態様の上面図である。
【図６４Ｄ】４層バックプレーンＯＡＳＩＳ構造体の態様のプロセスフロー図である。
【図６４Ｅ】４層バックプレーンＯＡＳＩＳ構造体の態様のプロセスフロー図である。
【図６４Ｆ】４層バックプレーンＯＡＳＩＳ構造体の態様のプロセスフロー図である。
【図６５Ａ】種々のセルバックプレーン金属フィンガー設計の上面図である。
【図６５Ｂ】種々のセルバックプレーン金属フィンガー設計の上面図である。
【図６５Ｃ】種々のセルバックプレーン金属フィンガー設計の上面図である。
【図６５Ｄ】種々のセルバックプレーン金属フィンガー設計の上面図である。
【図６６】バックプレーン実施形態の上面図である。
【図６７】ＯＡＳＩＳ構造体の断面図である。
【図６８Ａ】ハイブリッド構造体の断面図である。
【図６８Ｂ】ハイブリッド構造体の断面図である。
【図６８Ｃ】ハイブリッド構造体の断面図である。
【図６９】浸漬コンタクトボンディング構造体の実施形態の断面図である。
【図７０】浸漬コンタクトボンディング構造体の実施形態の断面図である。
【図７１】コンタクト太陽電池製造プロセスフロー図である。
【図７２Ａ】ＰＬＵＴＯバックプレーン構造体を製造するためのプロセスフローである。
【図７２Ｂ】ＯＡＳＩＳバックプレーン構造体を製造するためのプロセスフローである。
【図７３Ａ】バックコンタクト太陽電池プロセスフローのＰＬＵＴＯ実施形態の製造ステップ中の電池の断面図である。
【図７３Ｂ】バックコンタクト太陽電池プロセスフローのＰＬＵＴＯ実施形態の製造ステップ中の電池の断面図である。
【図７３Ｃ】バックコンタクト太陽電池プロセスフローのＰＬＵＴＯ実施形態の製造ステップ中の電池の断面図である。
【図７３Ｄ】バックコンタクト太陽電池プロセスフローのＰＬＵＴＯ実施形態の製造ステップ中の電池の断面図である。
【図７３Ｅ】バックコンタクト太陽電池プロセスフローのＰＬＵＴＯ実施形態の製造ステップ中の電池の断面図である。
【図７３Ｆ】バックコンタクト太陽電池プロセスフローのＰＬＵＴＯ実施形態の製造ステップ中の電池の断面図である。
【図７３Ｇ】バックコンタクト太陽電池プロセスフローのＰＬＵＴＯ実施形態の製造ステップ中の電池の断面図である。
【図７３Ｈ】バックコンタクト太陽電池プロセスフローのＰＬＵＴＯ実施形態の製造ステップ中の電池の断面図である。
【図７３Ｉ】バックコンタクト太陽電池プロセスフローのＰＬＵＴＯ実施形態の製造ステップ中の電池の断面図である。
【図７３Ｊ】バックコンタクト太陽電池プロセスフローのＰＬＵＴＯ実施形態の製造ステップ中の電池の断面図である。
【図７４Ａ】バックコンタクト太陽電池プロセスフローのＯＡＳＩＳ実施形態の製造ステップ中の電池の上面図である。
【図７４Ｂ】バックコンタクト太陽電池プロセスフローのＯＡＳＩＳ実施形態の製造ステップ中の電池の断面図である。
【図７４Ｃ】バックコンタクト太陽電池プロセスフローのＯＡＳＩＳ実施形態の製造ステップ中の電池の断面図である。
【図７４Ｄ】バックコンタクト太陽電池プロセスフローのＯＡＳＩＳ実施形態の製造ステップ中の電池の断面図である。
【図７５】予め穿孔された誘電体シートを使用するＯＡＳＩＳ構造体２ステップラミネーションを示す断面図である。
【図７６】予め穿孔された誘電体シートを使用するＯＡＳＩＳ構造体１ステップラミネーションを示す断面図である。
【図７７Ａ】バックコンタクト太陽電池形成中のＰＬＵＴＯハイブリッド構造体の断面図である。
【図７７Ｂ】バックコンタクト太陽電池形成中のＰＬＵＴＯハイブリッド構造体の断面図である。
【図７７Ｃ】バックコンタクト太陽電池形成中のＰＬＵＴＯハイブリッド構造体の断面図である。
【図７７Ｄ】バックコンタクト太陽電池形成中のＰＬＵＴＯハイブリッド構造体の断面図である。
【図７８】櫛型バックコンタクト太陽電池の規範的なマルチレベル金属被覆実施形態を示す図である。
【図７９】櫛型バックコンタクト太陽電池の規範的なマルチレベル金属被覆実施形態を示す図である。
【図８０】櫛型バックコンタクト太陽電池の規範的なマルチレベル金属被覆実施形態を示す図である。
【図８１】裏面マルチレベル金属被覆設計でのバックコンタクト太陽電池の断面図である。
【図８２】裏面マルチレベル金属被覆設計でのバックコンタクト太陽電池の断面図である。
【図８３】裏面マルチレベル金属被覆設計でのバックコンタクト太陽電池の断面図である。
【図８４】金属１設計の関数としての電力ロスの設計関連結果を示すグラフである。
【図８５】Ｍ２バックプレーン直交フィンガー数対金属被覆ピッチの相対的感度と、Ｍ１ベース対エミッタ金属巾比とを示すグラフである。
【図８６】０．２５％（６０ｍＷ）の絶対的電池効率ロスにおけるセル上アルミニウム金属（Ｍ１）の厚み・対・バックプレーン直交アルミニウム金属ホイルフィンガー対（Ｍ２）の数を示すグラフである。
【図８７】０．５０％（１２０ｍＷ）の絶対的電池効率ロスにおけるセル上アルミニウム金属（Ｍ１）の厚み・対・バックプレーン直交アルミニウム金属ホイルフィンガー対（Ｍ２）の数を示すグラフである。
【図８８Ａ】テンプレートにエピタキシーを使用する太陽電池製造プロセスのフローである。
【図８８Ｂ】光学的吸収材希薄化と共にウェハベース電池を使用する太陽電池製造フローである。
【図８８Ｃ】図８８Ａ及び８８Ｂのフローに対するその後の電池処理ステップを示す太陽電池製造プロセスのフローである。
【図８９】バックプレーンラミネーションの前にテクスチャー化と共にウェハベース電池を使用する太陽電池製造プロセスのフローである。
【図９０】熱酸化物前面不動態化と共にウェハベース電池を使用する太陽電池製造プロセスのフローである。
【図９１】ドープ型エミッタ及びベースコンタクト領域及びパターン化第１層金属を形成した後の電池上バックコンタクト構造体の断面図である。
【図９２】第１レベル及び第２レベルの金属被覆層パターン実施形態を示す太陽電池裏面の上面図である。
【図９３】ホモ接合バックコンタクト太陽電池の断面図である。
【図９４】ヘトロ接合バックコンタクト太陽電池の断面図である。
【図９５Ａ】エピタキシャルベース及びウェハベースのヘテロ接合太陽電池のための太陽電池製造プロセスフローである。
【図９５Ｂ】エピタキシャルベース及びウェハベースのヘテロ接合太陽電池のための太陽電池製造プロセスフローである。
【図９６】ホモ接合エミッタを伴うエピタキシャルベース及びウェハベース太陽電池のための太陽電池製造プロセスフローである。
【図９７】図９５及び９６のフローに対するその後の電池処理ステップを示す太陽電池製造プロセスのフローである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下の説明は、これに限定されるものではなく、本開示の一般的な原理を説明するためのものである。本開示の範囲は、請求の範囲を参照して決定されねばならない。本開示の規範的実施形態が図面に示されており、種々の図面の同じ及び対応部分を指すために同じ番号が使用されている。
【００１３】
本開示は、結晶シリコン及び他の製造材料のような特定の実施形態を参照して説明するが、当業者であれば、ここに述べる原理を、過度の実験を伴わずに、他の材料、技術的分野及び／又は実施形態に適用することができよう。
【００１４】
ここに開示する要旨は、好ましくは、約１ミクロン（１μｍ）未満から約１００ミクロン（１００μｍ）までの厚みの範囲、更に好ましくは、約１ミクロン（１μｍ）未満から約５０ミクロン（５０μｍ）までの厚みの範囲で、電池吸収層（又は基板）と共に単結晶シリコンのような薄い結晶半導体吸収材を特に使用する、高効率のバック接合／バックコンタクト太陽電池の種々の構造及び製造方法を提供する。このように提供される電池構造及び製造方法は、約１００μｍから約２００μｍまでの厚みの範囲（従来のＣＺ又はＦＺウェハ厚みの厚み範囲も含む）の厚い結晶半導体基板又は吸収材にも適用される。結晶の太陽電池基板は、（大気圧エピタキシーのような）エピタキシャル成長を含む化学的蒸着（ＣＶＤ）方法、又は他の結晶シリコン材料形成技術（光子インプランテーション、金属応力誘起の剥離、又はレーザを利用するいわゆるカーフレススライス又は剥離方法を含むが、これに限定されない）を使用して形成される。非常に薄い結晶半導体太陽電池基板を処理する全ての関連に関する製造方法の種々の実施形態は、インプランテーション助成のウェハ劈開方法のようなカーフレス劈開方法を含めて、他の形式の材料及びウェハベースの解決策へと拡張することができる。提供される種々の電池実施形態の重要な属性は、実質的に減少された半導体（例えば、シリコン）材料消費量、非常に低い製造コスト、高い電池効率及び比較的高いエネルギー収率を含み、従って、光起電力太陽モジュールの性能を改善する。より詳細には、これは、薄い結晶半導体層を使用してバック接合／バックコンタクト太陽電池を製造し、薄い結晶半導体基板において非常に高い変換効率を生じさせ、更に、非常に低いコストを生み出すことを伴う本発明の独特の電池設計アーキテクチャー及び製造方法の組み合わせから得られる。ここに開示する種々の実施形態は、種々の結晶半導体材料（シリコン、砒化ガリウム、ゲルマニウム、等）に適用できるが、単結晶シリコンの好ましい実施形態が提供される（砒化ガリウム、ゲルマニウム、窒化ガリウム、等を含む他の単結晶半導体にも適用される）。
【００１５】
ここに開示される要旨は、バック接合／バックコンタクトアーキテクチャーをもつ非常に薄い結晶太陽電池（約１ミクロンから１５０ミクロンまで、及び更に好ましくは、約１ミクロンから約５０ミクロンまでの厚み範囲の電池吸収材）に特に関連した革新を提供する。第１に、新規な非常に薄い（１ミクロンから１５０ミクロンの厚み範囲の）バックコンタクト／バック接合結晶シリコン電池構造体が提供される。第２に、バックコンタクト／バック接合結晶シリコン電池構造体を製造するための方法が提供される。第３に、薄い基板がラインを通して処理される間及びそれらが現場に配備される間に（「キャリア」を使用して）それらを支持する方法が提供される。これら３つの分類の種々の組み合わせにより、構造体、プロセスフロー及び薄い電池支持キャリアの多様なセットが生成される。図１は、ここに開示する一時的な薄膜キャリア１及び永久的な薄膜キャリア２を含む種々の薄膜キャリア組み合わせを示すグラフィックフローチャートである。図１は、２種類のキャリアを示し、それらの異なる組み合わせで、非常に薄いバックコンタクト／バック接合結晶半導体太陽電池の新規な構造及び製造方法、並びにここに開示する特定の実施形態が構成される。２種類のキャリアは、第１キャリア及び第２キャリアを含む。キャリア１及び２が確立されるときの異なる電池製造プロセスフローのオプションが、図３に含まれて、ここに提供される。プロセスフローのいずれかをキャリア１及びキャリア２のほとんどの組み合わせと対にできることに注意されたい。
【００１６】
それらの独特の組み合わせを使用して得られる最終的な構造体は、バックコンタクトの太陽電池である。重要なことに、この開示は、構造体、プロセスフロー及び薄い電池支持キャリアのセットを多数の独特のセットで提供するが、基礎となるプロセスフローの全てのセットが本書により明確に網羅されることはなく、網羅されないセットも、ここに開示する電池設計及びプロセスフローアーキテクチャーに基づいて包含されることを理解されたい。当業者がここに開示する種々の態様を結合できるように多数のプロセスフロー及び別の実施形態もここに詳細に述べる。
【００１７】
本開示は、薄い半導体（薄い単結晶シリコンのような）電池を支持するのに使用される種々のホストキャリア方法及び構造体を提供する。薄膜シリコン基板（以下、ＴＦＳＳ）を製造しそして永久的に補強することを通してそれを取り扱い及び支持することに関する分類に最初に注目することによりスタートする。これは、図１に薄いキャリア１及び薄膜キャリア２として示されている。
【００１８】
商業的に生き残れる薄いシリコン太陽電池技術としては、高い製造収率が必須である。本書に述べる非常に薄い太陽電池（約１ミクロンから１５０ミクロン、より好ましくは、約５ミクロンから約６０ミクロンの厚み範囲の電池吸収材）は、高い製造収率を維持すると共に商業的に生き残るためにセルの取り扱い及び処理全体を通して完全に且つ常時支持される。これは、薄い電池が、一時的な又は永久的な支持アタッチメント（基板キャリアとも称される）なしに決して処理又は取り扱いされないことを意味する。又、これらの薄い半導体電池は、現場に設置して動作するために光起電力モジュールにアッセンブルされると、永久的に支持され（及び補強され）、モジュールのラミネーション／パッケージング、現場での設置、及び現場での動作の間に機械的な弾力性、信頼性及び高い収率を維持するようにされる。太陽電池は、その両側にアクセスし処理する必要があるために（電池の裏面及び太陽面を完全なものにするために）、一般的に、ＴＦＳＳにとって２つのキャリアが要求され（取り扱い、処理、及び最終的なモジュールパッケージング全体を通して薄い半導体基板を常時支持するために）、即ち太陽電池の各面の処理に１つづつ要求される。キャリアは、多数の重要な基準を満足しなければならず、第１に、キャリアは、費用効果がなければならない（即ち、電池当たりのコストが非常に低く、又はピークワット当たりのコストが非常に低い）。それらの合算される償却コストは、（慣習的なウェハベースの太陽電池に比して）それらが節約する薄い電池のシリコンのコスト未満でなければならない。第２に、キャリアの少なくとも１つは、熱膨張係数（ＣＴＥ）の不一致、及び／又は電池に導入される望ましからぬ不純物による複雑さを伴うことなく、高効率の太陽電池を製造するのに必要な比較的高い処理温度（特に、約３００℃から１１５０℃程度までの範囲の温度）に耐えることができねばならない。更に、キャリアの一方しか高温の電池処理（即ち、ＣＶＤエピタキシーを使用して電池基板自体を形成し及び要求される電池裏面の装置構造を完成するための高温処理）をサポートできない場合には、処理フローは、必要な全ての高温処理ステップがこの高温可能キャリア（一時的再使用可能なキャリア）上で行われるものでなければならない。上述したように、これらの特定の基準は、バックコンタクト／バック接合電池にとって非常に好ましいもので、ひいては、高効率のバックコンタクト／バック接合の薄い電池を真に可能にするものである。第３に、少なくとも１つのキャリアは、好ましくは、太陽電池を製造するのに必要な湿式処理及び最終的な電池金属被覆に耐えることができねばならない。重要な湿式処理ステップは、例えば、希釈され加熱されたアルカリ（ＫＯＨ及び／又はＮａＯＨ及び／又はＴＭＡＨを含む）溶液中でのシリコン前面ランダムピラミッドテクスチャー化エッチングを含む。第４に、第１の面（好ましくは、バックコンタクト／バック接合電池処理のための電池裏面）が部分的又は完全に処理されると、キャリア（一時的に再使用可能なキャリアとして働く）は、薄い電池（薄膜半導体基板：ＴＦＳＳ）が、要求時に高い収率でキャリアから容易に取り外され又は持ち上げられて、ＴＦＳＳ層が第１の面の処理のためにその持ち上げプロセスに関連して他のキャリアへ転写される（最初に処理された面、好ましくは、バックコンタクト電池の電池裏面に取り付けられる）ようにされねばならない。その後、第１の面（好ましくは、電池の裏面）が部分的に処理されるだけである場合には、残りの処理ステップ（例えば、最終的な電池の金属被覆を完了する）は、例えば、以下に詳細に述べる種々の実施形態を使用して完成することができる。好ましくは、本発明の実施形態内で、高温が可能な一時的キャリア及び高温処理ステップが、永久的なキャリア及び湿式処理並びに最終的な電池金属被覆ステップに先立って行われる。更に、永久的なキャリアを、持ち上げの前にＴＦＳＳ層に取り付けるまで、ＣＶＤエピタキシーを使用して薄いシリコン基板を形成することでスタートして、一時的なキャリアにある間にＴＦＳＳにおいて遂行される全てのプロセスは、好ましくは、乾式処理ステップである（ＣＶＤエピタキシーによりＴＦＳＳ層を形成する前の湿式多孔性シリコンプロセスステップ以外の一時的キャリア上での湿式処理ではなく）。更に、電池コンタクトの形成後であって、永久的キャリアを取り付ける前、及び一時的再使用可能なキャリア又はテンプレートからＴＦＳＳ層を持ち上げ分離する前に、電池コンタクト金属被覆を行うのが好ましい。
【００１９】
ＴＦＳＳのためのキャリア＃１（即ち、再使用可能なテンプレート）の支持：ＴＦＳＳとバックコンタクト／バック接合アーキテクチャーとを組み合わせるために、第１キャリア、以後「キャリア１」について、２つの選択肢を開示する。それらの選択肢が、キャリア１のもとで図１に示されている。以下の説明では、バックコンタクト／バック接合電池の「太陽面」を電池「前面」と交換可能に称し、一方、「非太陽面」を電池「裏面」と交換可能に称する。
【００２０】
１．キャリア１のための第１に開示する選択肢は、比較的厚い（好ましくは、約０．２ｍｍから２ｍｍの厚み範囲）半導体（例えば、好ましくは、高効率の単結晶シリコン太陽電池については、単結晶シリコン）ウェハ（１５０ｃｍ2から２０００ｃｍ2を越えるウェハ面積をもつ）であり、再使用可能なテンプレートとしても働く（ひいては、多数のテンプレート再使用サイクルにわたってコストを償却する）。望ましい電池面積、例えば、１５６ｍｍ×１５６ｍｍの方形電池寸法（このサイズは、少なくとも２１０ｍｍ×２１０ｍｍ、或いは３００ｍｍ×３００ｍｍ及び４５０ｍｍ×４５０ｍｍまでのより大きなサイズに拡張されてもよい）をもつ大面積の薄い太陽電池基板が、最初に、再使用可能な結晶半導体テンプレートの頂部にエピタキシャル半導体（エピタキシャルシリコン）成長を使用して製造され、そしてその後、除去される。再使用可能なテンプレートは、実質的に平面であり、或いは異なる実施形態では、事前に構成された３次元の事前パターンを有してもよい。本書は、実質的に平面のテンプレートに焦点を合わせるが、種々の実施形態は、ランダムな構造又はパターン化された規則的構造３Ｄ特徴を伴う事前構成のテンプレートに適用することもできる。これは、ｅｐｉ（エピタキシャルシリコン）成長に対して何回も（好ましくは少なくとも数十回）再使用することができ、その再使用サイクルにわたってコストを償却することができる。その有用な再使用寿命の後に、再使用可能なテンプレートは、最終的にリサイクルされて、ＣＺ結晶成長及びウェハスライスを通して新たなテンプレートを形成することができる。ＴＦＳＳは、犠牲的剥離層を使用して再使用可能なテンプレートから剥離され、剥離層は、１つの好ましい実施形態では、好ましくは、少なくとも、２つの異なる多孔性（高多孔性の埋設剥離層及び低多孔性のシード層）或いは勾配型多孔性をもつ多孔性シリコン層である。再使用可能なテンプレートは、比較的厚い（好ましくは約０．２ｍｍから２ｍｍの範囲の）シリコンウェハであるのが好ましいので、その後のＴＦＳＳとのＣＴＥ不一致の問題なく、且つ汚染の問題なく、比較的高い処理温度（例えば、約１１５０℃又はそれ以上まで）に耐えて、上述したキャリア１の重要な基準の１つを満足することができる。このテンプレートは、１５６ｍｍ、１６５ｍｍ、２００ｍ、３００ｍｍ又は４５０ｍｍのような種々のサイズ（又は約１００ｍｍから数百ｍｍ、少なくとも４５０ｍｍまでの範囲の直径又は辺寸法）、丸又は方形或いは多角形のような形状、及びクラックや割れを生じることなく完全な又は部分的な太陽電池プロセスに通すことのできる厚み、即ち少なくとも約２００μｍの厚み（及び約２ｍｍ又はそれより大きな厚み）である。費用効果に関連したキャリア１の第２の基準は、複数のＴＦＳＳ製造サイクルにわたりテンプレートを再使用しそしてテンプレートコストを償却することにより（及び必要又は希望に応じて非研磨のテンプレートを使用することにより）達成される。最終的に、このキャリアも、高い再現性及び一貫性でＴＦＳＳの高収率除去を行う上で助けとなる前記キャリア基準を満足する。これは、好ましくは、ＨＦ及びＩＰＡ（又はＨＦ及び酢酸、又はＨＦと別の適当な材料との混合）より成る液体において湿式電気化学的エッチングプロセスを使用して、テンプレートとＴＦＳＳとの間に多孔性シリコン層（エピタキシャルシード層として働き、その後に、剥離層として働く）を形成して、ＴＦＳＳのエピタキシャル成長を先行させることにより達成される。多孔性シリコン層の多孔性は、ｉ）エピタキシャルプロセス中に高い忠実度でテンプレートの結晶性を転写し、及びii）必要時にテンプレートから非常に高い収率で除去し剥離できるようにするという２つの目的を果たすために（低多孔度の上層及び高多孔度の埋設下層を使用することにより）考慮され且つ深さにおいて調整される。電池の剥離は、機械的な剥離（ＭＲ）、又は液体中での音波型機械的剥離（ＳＭＲ）、又は別の適当な方法のようなプロセスを使用して達成され、永久的キャリア２への取り付け又はラミネーション後のＴＦＳＳ層の持ち上げ除去を生じさせる。
【００２１】
２．キャリア１のための第２に開示する選択肢は、再使用可能な厚いウェハ又はインゴットである。ＴＦＳＳの取り外しは、ＭｅＶ（メガエレクトロンボルト）陽子（水素イオン）インプラントのような高インプランテーションエネルギーを使用して、ホストウェハ又はインゴットから薄いスライスを分離することで達成される。
【００２２】
ホストキャリア上の多孔性シリコン／ｅｐｉ技術を、厚いウェハ／インゴット及びインプラント誘起分離技術と比較すると、多数のトレードオフを示すことができる。インプラントを伴うウェハ／インゴットは、多孔性シリコン及びエピタキシャル成長並びにそれに付随する反応物を必要としないという効果がある（しかしながら、それは、ポリシリコンの供給材料及びインゴットの成長に依存する）。他方、それは、若干高価なＭｅＶ陽子インプランテーションの資本装置と、インプランテーション装置を運転するための高いエネルギー消費とを必要とする。シリコンの品質は、インゴットのコストに基づいて高く、潜在的に、湿式処理も許す。ダウンサイドでは、過剰に高い陽子インプランテーションドーズの必要性を排除するためにインゴットが＜１１１＞配向を有するので、ウェハは、標準的な湿式テクスチャー化ではなく、より高価で且つダメージ発生の乾式テクスチャー化に依存する。多孔性シリコン／ｅｐｉ組み合わせは、それが標準的なアルカリ湿式テクスチャー化に適合し且つ基板ドーピングを高効率要件の助けとなるものに対して調整／等級付けできるという効果がある。又、非常に薄いシリコン電池基板（約１ミクロンまで）は、多孔性のシリコン／ｅｐｉ製造方法を使用することができ、そしてドーピングプロフィールをエピタキシャル成長プロセス中にエンジニアリング及び調整することができる（陽子インプランテーションにより形成される薄いシリコン層については不可能）。
【００２３】
ＴＦＳＳのためのキャリア＃２の支持：バックプレーン：第２のキャリアは、バックコンタクト／バック接合電池の特定の状況において、好ましくは、多数の基準を満足しなければならない。残りのプロセスステップを通してＴＦＳＳを支持しなければならないことが明らかである。第２に、それが取り付けられる側（本発明の特定アーキテクチャーでは裏面）において従来の処理を保護する一方、他側（前面）を処理しなければならない。これは、第２のキャリアが、好ましくは、前面の処理中に使用される湿式化学処理の影響を比較的受けず又はそれに耐えることを要求する（特に、主として、湿式化学処理は、ＴＦＳＳの太陽側を清掃しテクスチャー化するのに使用される）。第３に、高導電性の金属被覆層（好ましくは、アルミニウム及び／又は銅より成る）を一体的部分として有してもよいし有していなくてもよい。金属被覆を有する場合には、キャリア（好ましくは、非常に低コストの永久的に取り付けられたキャリア）であるのに加えて、低い抵抗で電池の金属にシームレスに取り付けられる金属被覆をなす。最終的に、高いプライオリティではないが、シリコンとのＣＴＥ不一致によりＴＦＳＳにクラックを発生したり、キャリア材料の質低下を生じたりせずに、優れた前面不動態化を達成するに充分な熱処理能力（好ましくは、少なくとも、約１８０℃の温度まで、そして更に好ましくは、少なくとも、約２５０℃又は３００℃の温度まで）をもたねばならない。太陽電池の裏面に取り付けられるこの第２のキャリアは、以下、太陽電池「バックプレーン」として識別される。
【００２４】
多数のバックプレーン実施形態がここに開示され、そして図１に「薄膜キャリア２」という見出しで示されている。図１にキャリア２について示された多数の選択肢は、いずれも、上述した２つのキャリア１の選択肢のいずれかに関連して使用され、即ち、キャリア２の実施形態は、再使用可能なテンプレート／ｅｐｉ／多孔性シリコン選択肢、又はインゴット（又は厚いウェハ）／インプラント選択肢のいずれかと共に使用される。
【００２５】
キャリア２（バックプレーン）は、２つの広いクラスへと分割される（図１）：第１の分類「キャリア１における全裏面プロセス」は、キャリア２が取り付けられる側（裏面）での全ての必要な処理がキャリア１において完了した後にのみキャリア２が取り付けられるというものである。バックコンタクト／バック接合電池では、これは、パターン化ドーパント拡散、コンタクトオープン、及び全裏面コンタクト金属被覆を含む全ての非太陽側（裏面）処理ステップを終了させることを伴う。この側では、更なる処理は要求されないが、ある場合には、最終的電池金属被覆への電気的なアクセスが要求される。第２の分類「キャリア２における部分裏面プロセス」は、裏面での部分プロセスのみが終了した後にキャリア２が取り付けられるというものである。本書は、部分処理を伴う後者の分類に焦点を当て、この段落内で考えられる多数のサブグループについて述べるが、第１の分類について全処理を伴う変形が本発明の範囲内で暗示されることを理解されたい。
【００２６】
非太陽側（即ち、電池裏面）における部分処理パラダイムの陰に隠れた駆動力の１つは、銅のような潜在的に有害な材料（寿命低下材料を含む）が裏面処理の一部分にある場合に、それらが、他のＴＦＳＳを搬送するのに再使用できるキャリア１を汚染しないように（ひいては、生産ラインにおける金属の相互汚染のおそれを防止するように）保証することである。これは、製造ラインにおける相互汚染及びそれにより生じる効率の低下を防止する（ひいては、電池への相互汚染のおそれなく高収率のテンプレート再使用を可能にする）。従って、非太陽側での部分処理の陰に隠れた考え方は、ＴＦＳＳがキャリア１から取り外され剥離された後に、潜在的に寿命を低下する材料及びプロセス（高導電率の銅メッキ金属被覆）を導入し、相互汚染のおそれを排除することである。
【００２７】
部分処理パラダイム内のバックプレートの３つのサブ分類が図１に示されている。前面補強「ＦＳＲ］と称される第１のケースでは、部分的に処理された裏面に取り付けられた一時的キャリアを使用してＴＦＳＳがテンプレートから剥離される。その後、一時的裏面キャリアでＴＦＳＳを支持するようにしてテクスチャー化及び不動態化のような前面電池プロセスが実行される。一時的キャリアは、ＴＦＳＳの剥離の容易さで選択され、そして電気（移動静電気チャック、ＭＥＳＣ）、移動真空チャック、ＭＯＶＡＣ、或いは加熱やＵＶ露出の際に剥離される一時的接着剤のような既知の方法を使用する。残りの裏面ステップ（例えば、銅の金属被覆）は、一時的な裏面支持体から、光学的に透明な永久的前面補強材（例えば、低コストＥＶＡカプセル／ガラス組み合わせ）へとＴＦＳＳを転写し、従って、残りの処理（例えば、残りの金属被覆ステップ）のために裏面を開放することにより、遂行される。前面補強の特定の要件は、モジュールレベルパッケージングによって通常被る質低下を越えて光の透過及び結合を質低下させないことである。従って、ＥＶＡ／ガラスベースの補強、等が好ましいが、他の材料セットも考えられる（ＥＴＦＥで作られた透明な前面フッ素ポリマーシートを伴うＥＶＡのような）。
【００２８】
部分的裏面処理を伴うバックプレーンの第２及び第３のサブ分類「金属被覆をもたないバックプレーン」及び「金属被覆をもつバックプレーン」は、（上述したＦＳＲとは対照的に）永久的なバックプレーンであることを特徴とする。これら２つの分類間の相違は、「金属被覆をもたないバックプレーン」は、その構造体に一体化又は埋設された厚い金属被覆を有しておらず、むしろ、この金属被覆は、前面（太陽側）が処理された後にバックエンドに向かって設けられることである。一方、「金属被覆をもつバックプレーン」は、バックプレーンに一体化された厚い第２レベルの金属被覆（例えば、パターン化された金属ホイル）を有する。バックプレーンの厚い金属被覆層は、ＴＦＳＳの薄い金属被覆層に接続して、第２の相互接続層を形成すると共に、バスバーも含む。この厚い高導電率金属被覆層（好ましくは、アルミ及び／又は銅で作られた）は、バックコンタクト電池の抵抗を減少させる。
【００２９】
本開示は、バックプレーンの「金属被覆をもたないバックプレーン」の分類内で３つの特定の実施形態について詳細に述べる。重要なことに、これは、このパラダイムをこれら３つの実施形態に限定するものではないと解釈されたい。第１のケースは、裏面補強又は「ＢＳＲ」と称される。このプロセスフローでは、ＴＦＳＳは、永久的裏面補強材を使用してテンプレート（第１キャリア）から剥離される。永久的裏面補強材は、裏面を部分的にカバーするだけであり、従って、前面処理がＢＳＲ支持体で完了された後にオープンエリアを通して裏面の処理を行うことができる。その構造例は、バックプレーンが格子パターンで作られ、格子間の実質的に大きなオープンエリアが非太陽裏面における最後の幾つかの処理ステップのために裏面へのアクセスを与える。
【００３０】
永久的な「金属被覆をもたないバックプレーン」の第２実施形態は、頭字語「ＰＬＵＴＯ」として知られている設計である。このプロセスフローでは、簡単で且つ安価なバックプレーン材料（例えば、樹脂及び繊維の混合物より成る比較的低ＣＴＥのプリプレグ材料）がＴＦＳＳに取り付けられ、一方、それが第１のキャリアに取り付けられる。バックプレーンの取り付けは、直接的なボンディング／ラミネーションでもよいし（材料が接着剤を含む場合）、又は中間接着層、例えば、スクリーン印刷のような手段を使用して印刷される（又はスプレー塗装器又はローラー塗装器を使用して塗布される）誘電体接着剤（ＤＡ）を使用してもよい。プリプレグアッセンブリ／材料選択は、次の基準を満足するものでなければならない。
ａ．剥離されたＴＦＳＳ／プリプレグアッセンブリは、比較的応力やクラックがなく、曲りが非常に少ないものでなければならない。
ｂ．バックプレーンは、前面テクスチャー化（例えば、高温のＫＯＨを使用する）及びＰＥＣＶＤ不動態化プロセスのようなその後の処理ステップを通して進む間に、クラックのない特性を維持しなければならず且つＴＦＳＳに応力クラックを誘起してはならない。
ｃ．バックプレーンは、テクスチャー化及びテクスチャー化後の表面清掃（及び考えられるテクスチャー化前のシリコンエッチング）のような前面処理中に使用される化学薬品に比較的耐えねばならない。
【００３１】
ＰＬＵＴＯバックプレーンを使用して全ての前面処理が完了した後に、アクセスホール（数百から数千の穴）が、好ましくは、高生産性のレーザドリルツールを使用して、バックプレーン（プリプレグ材料のような）に穿孔され、そして好ましくは、パターン化された導電性シードペーストのスクリーン印刷及び予めパターン化された金属ホイル層（アルミニウム及び／又は銅より成る）の取り付けを組み合わせて使用するか又はメッキを施すかのいずれかにより、残りの電池金属被覆が終了される。ホールの穿孔は、多様なレーザ及び機械的な方法を使用して遂行され、特定の実施例では、これは、高速スループットのＣＯ2レーザを使用して達成される。穿孔技術についての要件は、高速スループットであること、ＴＦＳＳ又はＴＦＳＳの下の材料にダメージが及ばないこと、ＴＦＳＳの下の材料に低抵抗で電気的アクセスするために（必要に応じて）レーザでオープンしたコンタクトを清掃する確実な方法があること、及びホールをその下の金属に適切に整列させることを含む。レーザ穿孔に続いて、残りの金属被覆（第２レベルの金属より成る）は、メッキ（無電解メッキ及び／又は電気メッキの両方）、フレーム溶射のような直接的な厚い金属の書き込み技術、金属被覆を伴う安価なブレッドボードをバックプレーンに取り付けること、パターン化された導電性シードペーストのスクリーン印刷後に金属ホイルフィンガーを取り付けること、又はモノリシックモジュールアッセンブリ（ＭＭＡ）のような解決策においてモジュールアッセンブリの一部分として金属被覆をもたせることを含む多数の方法を使用して終了される。若干の変更プロセスは、プリプレグに、それをＴＦＳＳに取り付け／ラミネーションする前に予めホールを穿孔し（レーザ穿孔でＴＦＳＳにダメージが及ぶ危険性を排除するために）、そして別の取り外し容易な安価な薄い材料層又はシート（薄いＭｙｌａｒシート又は別の適当な材料のような）によりプリプレグを保護するという実施形態を含む。この実施形態では、取り外し可能な保護シートは、太陽側の電池処理（湿式テクスチャー化及びＰＥＣＶＤ不動態化プロセスを含む）が完了した後であって、最終的な電池金属被覆が完了する前（又はＭＭＡのケースではモジュールアッセンブリの前に）除去されるのが好ましい。
【００３２】
図１の永久的「金属被覆をもたないバックプレーン」の「Ｃｕプラグ」は、上述したいわゆるＰＬＵＴＯ実施形態の若干の変更を伴う設計である。ネーミングの慣習として金属で特に識別されるが、この解決策は、導電性材料として銅に限定されると解釈されてはならない。この場合、バックプレーンは、ＰＬＵＴＯに比して付加的な層裏張りを有する。例えば、バックプレーンは、ガラス又は他の硬質の個体バックシート材料（例えば、アノード処理されたＡｌ）と、柔軟な取り付け材料、例えば、カプセル材ＰＶ−ＦＳ  Ｚ６８（ＤＮＰソーラから）、短くＺ６８とも称される、とで構成される。バックシートは、ホールが予め穿孔されるが、その下の取り付け材料がシール材として働いて、ＴＦＳＳ金属を、前面処理中に（例えば、前面湿式アルカリテクスチャー化の間に）化学的な侵食から保護する。テクスチャー化及び不動態化プロセスの後に、シール材は、バックシート（ソーダ石灰ガラスＳＬＧ）の予め穿孔されたホールを通してオープンされる。これは、レーザ穿孔又は機械的なパンチのような多様な方法を使用して遂行される。これらのホールが開けられると、金属インク／ペースト印刷（ステンシルプリンタ、スクリーンプリンタ、インクジェットプリンタ、又はエーロゾルジェットプリンタを使用する）、又はＰＶＤ（例えば、プラズマスパッタリング）、又は無電解メッキのような直接的書き込みスキームを使用して、連続的なシード金属層が堆積される。この金属は、次いで、メッキによって厚くされ、そしてバックシートの頂部においてｐ型とｎ型の拡散コンタクト金属間で分離される。例えば、スクリーン印刷レジストを含む種々の既知のメッキ及び分離プロセスが使用され、次いで、金属のブランケットメッキを行い、レジストをエッチバックし、メッキされた金属をマスクとして使用して、その下の薄いシード金属層をエッチングする。それとは別にそして好ましくは本発明の実施形態において、適当なペースト（例えば、銅又はニッケル或いは別の適当な導体を含むペースト）のスクリーン印刷のように、バックプレーンへの直接的な書き込みにより、パターン化された導電性ペーストが形成される。次いで、パターン化されたメッキシードに（例えば、銅メッキのような）直接的なメッキを使用して最終的な金属被覆が完成される（ひいては、犠牲的なレジスト及びレジストストリップ及びシードエッチバックプロセスの必要性を排除する）。
【００３３】
別の実施形態は、片側又は乾式前面テクスチャー化プロセスを使用して、部分的に処理された裏面を保護する必要性をなくすと共に、バックプレーンを取り付ける前又は前面を処理する前に全てのアクセスポイントを事前にオープンできるようにする（レーザ穿孔又は機械的穿孔又はパンチを使用して）。
【００３４】
部分的な裏面処理を伴う図１に示すバックプレーンの「金属被覆をもつバックプレーン」サブ分類は、一体化金属被覆を有する永久的なバックプレーンを特徴とする。「金属被覆をもつバックプレーン」の３つの実施形態は、図１に詳細に開示され、頭字語ＯＡＳＩＳ、ＳＬＧベース（ソーダ石灰ガラス）、及び「非基板側での金属被覆」（ＴＦＳＳから離れた方を向く金属被覆を伴うバックプレーン）で示されている。２つの実施形態では、ＯＡＳＩＳ及びＳＬＧベース、バックプレーン一体化金属は、ＴＦＳＳへのラミネーション／ボンディング中にＴＦＳＳを向き、一方、第３の実施形態「非基板側での金属被覆」では、バックプレーンの金属被覆がＴＦＳＳから離れる方を向く。
【００３５】
ＯＡＳＩＳバックプレーン実施形態は、多数のコンポーネントを有する。第１に、それは、金属被覆層として働いてもよいし、働かなくてもよい金属バックプレーンより成る。この金属被覆層は、特定の実施形態では、バスバーを伴う指を互いに組んだ状態へとパターン化されたもので、例えば、Ａｌホイル又は半田接続可能なアルミニウムホイルから作られる。Ａｌホイルは、ニッケル及びＳｎ（又はＳｎ半田合金）が予めコーティング又は予めメッキされ、ＴＦＳＳ上の第１レベルの相互接続部へ第２レベルの相互接続部を接続する導電性ビアの良好な接着を与える。バックプレートは、Ｚ６８、ＥＶＡ又はプリプレグ又は別の適当なポリマー／プラスチックカバーシートのような適当な保護層により頂部の化学的侵食から保護される。これらの層は、最終的にオープンされて、頂部からのテスト及びモジュール接続のためのアクセスを与える。ＥＶＡ又はＺ６８等の材料へのパターン化された金属のラミネーション中に、最終的なアッセンブリが頂部及び底部の両方から実質的に平坦になるように取り付け材料のフローを利用することにより実質的な平坦性が達成される。このアッセンブリの平坦な底部では、Ａｌホイル金属とその下のＴＦＳＳ金属との接続は、導電性ビアを受け容れるためのギャップを有する誘電体層のビア又は選択的導電性ポストを使用して作られる。好ましい実施形態では、導電性ビア（以下、導電性エポキシ又はＣＥ）及び誘電体材料（以下、誘電体エポキシ又はＤＥ）は、ＴＦＳＳ又はバックプレーンのいずれかにスクリーン印刷される。ＣＥ材料の要件は、費用効果があり、高い導電性であり、好ましい実施形態ではスクリーン印刷可能であり、そしてその下のバックプレーン金属及びその下のＴＦＳＳ金属の両方へ低い接触抵抗で取り付けられることを含む。ＤＥ材料の要件は、費用効果があり、非導電性の誘電体であり、好ましい実施形態ではスクリーン印刷可能であり、そしてその上のバックプレーン材料（金属及びＥＶＡ又はＺ６８誘電体カプセル材の両方）及びその下のＴＦＳＳ材料（ＴＦＳＳ金属及び誘電体の両方より成る）の両方に良く接着することを含む。例えば、ＯＡＳＩＳバックプレーンは、以下の分類の選択肢に基づく多様な変形を有する。
【００３６】
ａ．バックプレーンにおけるバックプレート材料：例えば、アルミニウムホイル、ＳｎがコーティングされたＡｌホイル、又はガラス（ソーダ石灰ガラスを含む異なる種類のガラス）、又は他のポリマー材料を含む。その要件は、バックプレートがＴＦＳＳを支持するためにバックプレーンに強度及び堅牢性を与えねばならないことである。又、その後の熱プロセス中に、熱膨張係数の不一致のためにＴＦＳＳにクラックを誘起しないことである。
【００３７】
ｂ．パターン化された金属被覆材料：例えば、低い接触抵抗で導電性ビアに取り付けるように導電性とするために他の金属でコーティングされるＡｌホイルを含む。別の例では、これらは、予めコーティングされたＡｌホイルでよい。１つの実施形態では、金属被覆材料は、バックプレート材料と同じでもよいし、又は接着剤を使用してバックプレート材料に取り付けることもできる。金属被覆の厚みは、それがバックプレートと同じである場合には強度要件により、及び抵抗要件により指示される。
【００３８】
ｃ．金属被覆のパターン設計：選択肢は、主として、使用する相互に組んだ指の本数、ひいては、巾で構成される。使用する指の最も広い巾及び最小の本数は、導電性ビアポスト間のＴＦＳＳ金属線における最大許容抵抗（低下するフィルファクタをもたない）によって決定される。パターン化された設計のもとに入る第２の事柄は、金属ホイルが付加的な機能をもつかどうかである。例えば、それらは、部分的なスプリング状のアクションを与えるように設計され、これは、例えば、それらを各指内で物理的に分離させるか、又はそれらを蛇のようなパターンで部分的にカットするかのいずれかによって達成されるが、種々の設計が考えられる。スプリング状の機能は、金属ホイルを自由に膨張及び収縮させて、それらが熱膨張係数の不一致によりＣＥ又はＴＦＳＳを切断することのない方向に向かって連動される。
【００３９】
ｄ．誘電体及び導電性接続材料の選択：これら材料を選択するための基準は、既に上述した。
ｅ．ＣＥ及びＤＥ材料を堆積する方法：１つの好ましい実施形態では、それらは、スクリーン印刷される。この印刷は、ＴＦＳＳ又はバックプレーンのいずれかに行われる。
【００４０】
ｆ．直交対平行設計：バックプレーン金属被覆（第２レベルの金属又はＭ２）が電池上(on-cell)ＴＦＳＳ金属被覆（第１レベルの金属又はＭ１）に平行であるか直交であるかは、多数の事柄により指示される。直交のバックプレーン（Ｍ２の指がＭ１に直交又はクロスカット又は垂直である）は、バックプレーンにおける線の巾（又はＭ２の指の巾）が一般的に独立であり、そしてより詳細には、Ｍ１の指より相当広いという効果を有する。これは、この金属被覆を相当に粗くし、且つ整列要件をＭ１より厳密でなくする上で助けとなる。しかしながら、直交する線が短絡しないよう保証するように用心しなければならない。従って、誘電体材料は、良好なカバレージをもたねばならない。平行な設計は、バックプレーン金属（Ｍ２）のピッチ及び寸法を、電池上のＴＦＳＳ金属（Ｍ１）設計と同じになるように制限する。電池のこの設計は、一般的に、非常に厳密であり、ひいては、低いベース抵抗、低い電気的陰影、等を含む多数の装置事柄により指示される。
【００４１】
ｇ．モジュール接続のためのホイルバスバーのアクセススキーム：例えば、これは、保護層を貫通するスルーホールによるものでもよいし、或いはＡｌホイルがバックプレーンの頂部へ巻き付けられて、例えば、前面処理中にラミネートされたポリマーにより保護され、そしてホイルへのコンタクトアクセスがプロセスの終わりに可能にされる巻き付けでもよい。
【００４２】
図２は、ＳＬＧベースのバックコンタクト太陽電池実施形態の断面図である。ここに開示するソーダ石灰ガラス又はＳＬＧベースの実施形態は、いわゆるＯＡＳＩＳバックプレーンのサブ分類であり、バックプレート材料は、図２に示すように、ソーダ石灰ガラスシートである。これは、Ｚ６８（又は別の適当なカプセル）材料を使用してＳｎコーティングされた（又は半田合金コーティングされた）Ａｌホイル金属被覆に取り付けられる。Ａｌホイルは、ガラスバックプレーンの頂部にバスバーをもつためにガラスに巻き付けられ、従って、その側の保護層ｚ６８でシールされる。「非基板側での金属被覆」のバックコンタクト太陽電池実施形態は、ＴＦＳＳから離れた方を向いた側に一体化金属被覆を有する。
【００４３】
これらのバックプレーンがバックコンタクト太陽電池を形成するためのプロセスフローに適合する特定例を、以下の製造方法において略述する。
【００４４】
ＴＦＳＳベースのバック接合／バックコンタクト太陽電池の一般的構造及び方法
以上の説明は、ＴＦＳＳバック接合／バックコンタクト太陽電池の高い処理／製造収率を保証するための第１及び第２（バックプレーン）キャリアに関する選択及び組み合わせについてであった。以下の章は、それらのキャリアをもつＴＦＳＳベースの全太陽電池のための製造方法及びプロセスフローについて扱う。プロセスフローについて示すが、多数のケースにおいて、バックプレーンは要約である。この要約は、前記章で述べた多数のバックプレーン選択肢のいずれかに置き換えてもよい。更に、バックプレーンと特定のフローとの組み合わせは、テンプレート／多孔性シリコン（ＰＳ）ベースのキャリア１、又はインゴット（又は厚いウェハ）／インプラントベースのキャリア１と共に使用される。これら２つのケースに関する特定のフローが示される。図１は、プロセスフロー選択肢と、キャリア１及びキャリア２に対するそれらの関係とを示すが、ここでも、図１のプロセスフロー又は以下のプロセスフローは、例示に過ぎず、限定された意味で使用されてはならないことに注意されたい。更に、これらの規範的プロセスフロー実施形態は、多様なバックプレーン選択肢、及び２つのキャリア１選択肢のいずれかと共に使用できるものとして解釈されたい。これに対する注目すべき例外は、ｉｎ−ｓｉｔｕ（その場の）エミッタベースのプロセスフローは、インゴット（又は厚いウェハ）／インプラントキャリア１選択肢と共に使用されないことである。
【００４５】
ｅｘ−ｓｉｔｕ(装置外)対ｉｎ−ｓｉｔｕ(その場)のエミッタ：図１に示したプロセスフローは、更に、プロセスフローの２つの広い分類に分けられる。即ち、エミッタがエピタキシャル成長プロセスの一体的部分として形成されず、大気圧化学蒸着（ＡＰＣＶＤ）エピタキシャル成長のような技術を使用してＴＦＳＳが製造された後に形成されるｅｘ−ｓｉｔｕエミッタと；キャリア１テンプレート／多孔性シリコン選択肢に適していて、ＴＦＳＳのシリコンエピタキシャル成長の一部分として成長される（ひいては、エミッタのその後の形成の必要性を排除する）ｉｎ−ｓｉｔｕエミッタと；である。この開示は、ｅｘ−ｓｉｔｕエミッタ形成を伴う実施形態に焦点を当てるが、ｉｎ−ｓｉｔｕエミッタベースのフローも、ある場合には当業者によって適用することができよう。ｅｘ−ｓｉｔｕ及びｉｎ−ｓｉｔｕエミッタの前記選択肢については、以下の事柄に注意しなければならない。
【００４６】
１．ｅｘ−ｓｉｔｕ硼素ドープのｐ＋エミッタは、ｉｎ−ｓｉｔｕ燐系のｎ型エピタキシャル基板がエピタキシーを使用して成長された後に形成される。パターン化されたｅｘ−ｓｉｔｕエミッタは、好ましくは、ＡＰＣＶＤ  ＢＳＧ（硼素で強くドープされたガラス）、ＢＳＧのレーザ切除(ablation)の組み合わせを使用して形成され、その後に、エミッタの駆動が行われる。
２．ｅｘ−ｓｉｔｕエミッタは、ｉｎ−ｓｉｔｕエミッタの場合に存在する太陽電池の大量製造中のエピタキシャル自動ドーピングの危険性を排除する。
３．ｅｘ−ｓｉｔｕエミッタは、ベースをエミッタと分離する（又はパターン化されたエミッタ及びベース領域を形成する）ためにシリコンのパルスピコ秒レーザ切除の必要性を排除する。
【００４７】
プロセスフローによって共有される一般的構造及び製造方法属性：最終的バック接合／バックコンタクト太陽電池構造体のクラス及び製造方法の特定例を以下に詳細に述べる。構造体及び方法は、これらの特定例に限定されないことに注意されたい。当業者が前記の一般的なキャリア方法を使用することで広範囲の例が導出される。ここに詳述する特定の構造及び方法について、識別される共通の属性は、次のものを含む。
【００４８】
１．ここに開示するプロセス実施形態の共通の構造的属性：
ａ．約２５μｍ（ミクロン）から５０μｍのｅｐｉ厚み。より一般的には、この範囲は、５μｍから、約２００μｍの従来厚みまでである。
ｂ．燐系のｎ型ベースドーピング。一般的に、これは、他のｎ型ドーパント材料（例えば、砒素又はアンチモン又はインジウム）及びｐ型ベース、例えば、硼素又はガリウムドーピングにより形成されるものであるが、これに限定されない。
【００４９】
２．ここに開示するプロセス実施形態の共通の製造方法属性：
ａ．キャリア１（厚いウェハ／インゴットのテンプレート）に対するプロセスは、次のものを含む：
ｉ．ＡＰＣＶＤベースのプロセスが炉のアニールに関連して使用されてｅｘ−ｓｉｔｕエミッタを形成するのが好ましい。ＡＰＣＶＤは、一般的に、硼珪酸ガラス（ＢＳＧ）及び燐珪酸ガラス（ＰＳＧ）の両方を有する。しかしながら、ＡＰＣＶＤ  ＰＳＧの他の代用品も考えられ、検討する。
ii．上述したように、テンプレート／多孔性シリコン（ＰＳ）第１キャリアに対する別の実施形態では、ｅｘ−ｓｉｔｕのＡＰＣＶＤエミッタがエピタキシャルベースのｉｎ−ｓｉｔｕエミッタに置き換えられ、その後、レーザベースのシリコン切除を行って、ベースをエミッタエリアから分離する。
iii．エミッタ／ベース分離、エミッタ及びベースコンタクト、並びに電池のバスバーレスＡｌフィンガーのためのパルスピコ秒ベースのレーザ切除パターン。一般的なケースでは、このパターンは、ナノ秒（ｎｓ）レーザのような他のレーザによって定義される。更に、電池のＡｌ（又はＡｌ−Ｓｉのようなアルミニウム合金）フィンガーは、良好な電池性能の助けとなる任意の設計でよい。これは、自身のバスバーが、電池上金属被覆レベルより高いレベル、例えば、バックプレーンにおいて接続される多数の小型電池（単一基板上）を含むが、これに制限されない。
iv．任意の酸化を伴うアニールステップで、ＢＳＧドーパント（及びもしあれば、ＰＳＧ）の駆動及び活性化、並びに熱酸化ベースの裏面不動態化の遂行に注意を払う。好ましい実施形態では、これは、同じステップで行われるが、必要があれば、一般的に、個別のステップへ分割される。更に、これは、管ベースで行われてもよいし、又はインライン熱処理炉で行われてもよい。
ｖ．プラズマスパッタリング又は蒸発又はイオンビーム堆積のような物理的蒸着（ＰＶＤ）のような真空ベースの堆積である金属１堆積ステップであって、その後に、その金属１層をパターン化するためのパルスピコ秒レーザ切除ステップのようなレーザ切除が続く。或いは又、金属１（Ｍ１）堆積ステップは、処理されたＴＦＳＳ裏面にパターン化された金属インク又はペーストを直接堆積するために、例えば、インクジェットを使用する直接書き込み印刷、スクリーン印刷、ステンシル印刷、又はエーロゾルジェット印刷を伴う。
vi．キャリア１がテンプレート／多孔性シリコン（ＰＳ）である場合には、好ましいプロセス方法実施形態は、早目にＴＦＳＳが持ち上がったり気泡が生じたりするおそれがあるので、（キャリア２に取り付けられたＴＦＳＳの持ち上げ分離が完了するまでエピタキシャル成長間に）その上に湿式処理を使用しない。しかしながら、これに限定されるものではないことを解釈されたい。ここに開示する要旨は、例えば、珪酸ガラスのような誘電体膜を除去するためにＨＦ蒸気のようなエッチング蒸気の使用を通して、湿式処理又は半湿式処理を実行することのできる一般的なケースを含む。
vii．キャリア１においてバックプレーンのラミネーションを行い、そしてキャリア１に取り付けられている間にキャリア１からＴＦＳＳを剥離する。
【００５０】
ｂ．キャリア２（バックプレーン）におけるプロセス
ｉ．処理された多孔性シリコン層から生じる準単結晶シリコン（ＱＭＳ）層を除去するための剥離後の湿式エッチング。これは、湿式プロセスを使用して、前面をテクスチャー化することも含む。好ましい実施形態では、これらの湿式ステップは、ＫＯＨ系（又はＮＡＯＨ系）のエッチング化学薬品を使用して単一のステップで遂行される。しかしながら、必要があれば、一般的に、それらは、ＫＯＨ系化学薬品を使用するステップと、ＴＭＡＨ系又は個別のＫＯＨ系（又はＮＡＯＨ系）化学薬品を使用するＱＭＳ除去ステップとの、２つの個別のステップに分割される。又、ＫＯＨ又はＴＭＡＨのいずれかでテクスチャー化なしにＱＭＳ除去のみを行うこともできる（ＫＯＨは、コストが低いという理由で効果的である）。又、湿式テクスチャー化に代わって、レーザ又はプラズマ処理に基づく乾式テクスチャー化を使用するか、テクスチャー化を使用しないか、広い帯域の太陽光を効果的に結合する他の手段を使用し、これらの「他の」手段は、誘電体粒子、或いは銀や金の粒子のような分散したナノ粒子に依存するものである。
ii．テクスチャー化を含む場合には、テクスチャー化後の表面清掃プロセスがバック接合／バックコンタクト電池にとって重要なステップとなる。この清掃ステップは、その清掃プロセスに続いて高品質の前面不動態化層の形成を可能にする。この目的のための特定の清掃用化学薬品は、ＨＦ／ＨＣＬ化学薬品及び／又はオゾン処理ＨＦ化学薬品をベースとするが、いわゆるＲＣＡ清掃のようなより高価な代替品を使用することもできる。テクスチャー化清掃の後であって且つ不動態化の直前に希釈ＨＦ浸漬を遂行することも、低い前面再結合速度（ひいては、高品質の不動態化）を得るために重要である。プリプレグ又は付加的な接着層を下にもつプリプレグのような有機バックプレーン材料があって、テクスチャー化及びテクスチャー化後の清掃プロセス中にバックプレーンがあまり完全でない場合には、Ｓｉ又はＳｉＯｘ（アモルファス酸化シリコン）及び窒化シリコンのような不動体層（１つ又は複数）を堆積する前の付加的なプロセスステップについて開示する。このプロセスステップは、低い圧力又は大気圧プラズマ又は基（水素基及び／又はイオンのような）の流れを使用して、バックプレーン材料から再堆積された有機残留物及び自然酸化物の両方を除去するものである。そのようなプロセスは、不動態化ツール（ＰＥＣＶＤ不動態化のような）の初期段階に一体化されるか、又はオフラインで遂行されるのが好ましい。
【００５１】
ｃ．低温の前面不動態化、及び要求された装置仕様を満足するＡＲＣ層。一般的に、これは、選択されたバックプレーンでの処理を充分に受け容れられる温度で堆積された不動態化層を含む。不動態化の許容最大温度は、ＴＦＳＳにクラックを生じることなく、バックプレーン材料の質低下を生じることなく、及び／又は太陽電池のフィルファクタ及び他の信頼性に関するパラメータを妥協することなく、バックプレーンがそれに耐える能力に依存する。ＰＥＣＶＤ  ＳｉＮについては約１５０℃又はそれ以上の範囲の温度で良好な不動態化が期待される。その１つの例は、（約１５０℃から２００℃の範囲の基板温度でＰＥＣＶＤを使用して堆積される）薄いアモルファスシリコンのＰＥＣＶＤを使用した後に、（好ましくは、アモルファスシリコン又はアモルファス酸化シリコンと同じ温度の）低温ＳｉＮ堆積を使用することである。より一般的には、良好な不動態化は、シリコンでの非常に低い界面捕獲密度と、少数キャリアを前面から離れるように反発する電荷の極性とを有していなければならない。ｎ型材料については、この埋設される電荷は、安定した正の電荷である必要がある。不動態化の適当な時間の後にフォーミングガス、中性ガス又は真空中或いは他の適当な雰囲気中でのその後の熱アニールは、不動態化の質を改善するのに便利である。そのような熱アニールは、ＰＥＣＶＤ不動態化温度以上の温度（熱的安定性及びバックプレーン材料のＣＴＥ一致に基づいて約３００℃まで）で遂行される。
【００５２】
ｄ．バックプレーン金属及びそのバスバーへのアクセス。その詳細は、バックプレーンの形式に依存する。バックプレーンが、一体化又は埋設された金属ホイルの金属被覆を有する種類のもの（上述した）である場合には、選択肢が、事前に作られたスルーホール（湿式処理中にカバーされる）であるか、又は巻き付けのバスバー開口（湿式処理中にカバーされる）である。バックプレーン金属被覆が最終的な処理ステップであるバックプレーンについては、アクセスが問題にならない。
【００５３】
図３は、ここに開示する要旨によるｅｘ−ｓｉｔｕエミッタプロセスフロー実施形態を示す図である。このプロセスフローは、ベースコンタクトが作られる方法の相違によって区別される４つの分類「フロー１ないし４」へ分割される。図３に示す全てのフローは、テンプレート／多孔性シリコンキャリア１、又はバルクウェハインゴット／インプラントキャリア１と共に使用され、バックプレーンの選択肢は本開示において概略的に述べる。
【００５４】
フロー選択肢１：このプロセスフローは、ＡＰＣＶＤ  ＰＳＧを使用してベースドーピングを行う。バッチ炉アニールを使用するか又はＰＳＧ層のパルスナノ秒レーザホット切除を使用して（後者のケースでは、下に横たわるＴＦＳＳをドープすると共に、ベースコンタクト開放のためにＰＳＧ層を切除する）、ＰＳＧ層が堆積されそして燐が駆動される。
【００５５】
フロー選択肢２：このプロセスは、スクリーン印刷（又はステンシル印刷）されたシリコンナノ粒子燐インク、或いはインクジェット（又はエーロゾルジェット）印刷により施されるシリコンナノ粒子燐インクを使用する。これに続いて、熱アニールが行われる。
【００５６】
フロー選択肢３：この選択肢は、燐ペーストのスクリーン印刷、或いはインクジェット印刷により施される燐インクを使用する。これに続いて、バッチ炉装置で熱アニールを行って、ドーパントを駆動させる。
【００５７】
フロー選択肢４：このプロセスは、オキシ塩化燐ＰＯＣｌ3を出発燐ドーパント材料として使用する（プロセスは、ＰＯＣｌ3管炉で遂行されるのが好ましい）。これは、後拡散燐ガラス湿式エッチング又はＨＦ蒸気エッチングを必要とする。
【００５８】
図３の４つのフロー選択肢分類のサブ分類について以下に詳細に述べる。
【００５９】
フロー選択肢１：ＡＰＣＶＤ  ＰＳＧベースのベースドーピング：このクラスには、次の２つのサブ分類がある。ａ）パルスｎｓレーザ処理を使用して、ベース及びエミッタコンタクトをレーザの使用で駆動する（及びベース及びエミッタコンタクトホールを同時に開ける）ホット切除；ｂ）炉のアニールでベースコンタクト拡散領域を形成する（好ましくはパルスｐｓレーザ処理を使用する）コールド切除。図４は、（図３のフロー選択肢１Ａ１に対応して）２つのキャリアをもつ薄いバック接合／バックコンタクト太陽電池を製造するための選択的エミッタと共にホットレーザ切除を使用する（好ましくはパルスｎｓレーザ処理を使用する）プロセスフローである。プロセスは、マザーテンプレート結晶シリコンウェハの清掃でスタートする。ある例では、これは、直径が２００ｍｍで、厚みが２００μｍから１．２ｍｍの半導体標準ウェハである。別の例では、これは、辺が１６５ｍｍで、完全方形で、厚みが２００μｍから１．２ｍｍの結晶シリコンウェアである。このテンプレートは、例えば、ＫＯＨのような化学薬品、ＨＦ、ＨＣｌのような酸、又はその組み合わせ（ＨＦ／ＨＣｌ）、及び／又はオゾン処理したＨＦより成る化学薬品を使用して清掃される。又、清掃は、金属及び有機不純物を清掃するために知られた他の化学的清掃材を使用して行うこともできる。別の例は、ＲＣＡ清掃であるが、ＲＣＡ清掃は、太陽電池製造プロセスにとってより高価である。清掃に続いて、電気化学的エッチング（好ましくは、ＨＦ／ＩＰＡにおける）を使用して、二層又は多層の（少なくとも２つの多孔度の）多孔性シリコンの形成が行われる。形成される第１の層（又は上層）は、低多孔度の層である（例えば、これは、１５−４０％の範囲（これに限定されないが）の多孔度をもつ層である）。これに続いて、より高い多孔度をもつ第２の層（埋設層）（例えば、これは、４５−７０％多孔度の範囲（これに限定されないが）の多孔度をもつ層）がその下に形成されて、テンプレートにより接近し、低多孔度の層をテンプレートから分離させる。低多孔度の多孔性シリコン層の頂部に良質のエピタキシャルシリコン層を形成できる優れたエピタキシャルシード上層、ＴＦＳＳをテンプレートから持ち上げて分離するために高多孔度の層を必要時に破壊することによる信頼性及び高剥離収率、及びテンプレート上での処理ステップ（好ましくは、ＴＦＳＳの形成後からその持ち上げ分離までのテンプレート上の全乾式処理ステップであるが、それに限定されない）中にテンプレートキャリアからのＴＦＦの早目の剥離や気泡の発生がないこと、を含む多数の重要な要件を層が緩和する限り、単層又は三層又は多孔度勾配のある多孔性シリコンも、一般的に考えられる。多孔性シリコン形成プロセスに続いて、乾式ステップがあり、次いで、水素前焼成及びエピタキシャルシリコン成長が、好ましくは、約５μｍから約５０μｍの厚み範囲で行われる。水素前焼成及びエピタキシャル成長の両プロセスは、同時に行われるのが好ましく、成長プロセスの一体的部分は、前焼成状態の選択である。水素前焼成プロセスステップ（好ましくはエピタキシャル成長反応炉におけるｉｎ−ｓｉｔｕ前焼成）中に、前焼成で自然酸化物及び他��潜在的な表面汚染物が除去されるだけでなく、シリコンのリフロー及び固相拡散も生じて、多孔性シリコンの表面孔が低多孔度層の表面においてシールし（低多孔度の多孔性シリコンの表面エネルギーの減少により生じる駆動力のために）、従って、高質なＴＦＳＳ層のその後のエピタキシャル成長に対して優れたエピタキシャルシード層を形成する。これは、ひいては、良好なエピタキシャル成長、及び高い少数キャリア寿命をもつ高質のｉｎ−ｓｉｔｕドープのＴＦＳＳ層の形成を容易にする。エピタキシャル成長プロセスに続いて、好ましくは、インライン大気圧ＣＶＤ（ＡＰＣＶＤ）炉を使用してＢＳＧ堆積が行われる。ＢＳＧ層は、最終的に、熱アニールを使用してＢＳＧからの硼素をその下のＴＦＳＳへ熱拡散することによりエミッタ領域を形成するための硼素ソースとして働く。図４には、１５０ｎｍの厚みが示されているが、これは、バックミラー及びエミッタドーピングの要求に関して調整される。実際に、ＢＳＧの厚みは、約５０ｎｍから２５０ｎｍまでの範囲であり、そしてＢＳＧ層は、非ドープの酸化物層でキャップされる（非ドープのガラス厚みは、約１０ｎｍから１００ｎｍの範囲）。ＢＳＧ層の堆積の後に、ＢＳＧ層のピコ秒（ｐｓ）パルスレーザ切除が続き、このレーザ切除は、シリコンにおいて停止し、従って、その下に横たわるシリコンにダメージを及ぼすことはない（パルスｎｓレーザ切除に比して無視できる熱影響ゾーン）。切除されたエリアは、最終的に、装置のベース部分となり、ここでは、エミッタは拡散されず、そしてドープされたベースコンタクト領域が露出される。装置の設計に基づいて、このエリアの一部分（ベース開口の一部分）は、約３％から約２０％の範囲である（ほぼ８０％から９７％の範囲のエミッタ面積比に対応する）。高い電池効率にとってはエミッタ面積部分が広いのが好ましく、これは、パルスｐｓレーザ処理の使用を通して可能となる。非常に大きな開口、従って、ベースの大きな部分は、少数キャリアがエミッタに到達するまでに長い距離を移動しなければならないことになる。これは、電池の変換効率をドラグダウンするより大きな再結合を生じる（電気的陰影としても知られている）。開口の巾の狭いサイズは、ベース拡散及びコンタクトエリアをこのエリア内に整列及び配置できることにより制限される。ＢＳＧをイソプショナリー(isoptionally)にレーザ切除した後に、非ドープの珪酸ガラス（ＵＳＧ）のＡＰＣＶＤを行うのに続いて、ＰＳＧ／ＵＳＧを行って、三層を形成する。その下に横たわるＵＳＧ層は、その厚みに基づき、アニール中に燐の拡散程度をコントロールする。厚いＵＳＧ層は、燐の拡散を防止し、裏面フィールド（以下、ＢＳＦ）をもたない真の分離接合（エミッタ及びベース拡散領域がタッチしない）を生じる。ＢＳＦ層は、装置の開路電圧（Ｖｏｃ）の増加を助ける。その下に横たわるＵＳＧ層が薄い（又は全く堆積されていない）場合には、ある程度の燐が、熱アニールステップ中にＴＦＳＳ表面領域へ拡散する。これは、次いで、ＢＳＦの形成と、いわゆる当接接合電池構造との両方を生じさせる。ＰＳＧ及びＢＳＧ層各々における燐及び硼素の濃度は、エミッタ及びベース領域に適当なドーピング濃度を生じるようにコントロールされる。電池の設計要件に基づいて、ＢＳＧ及びＰＳＧ層におけるこれらのドーパント濃度は、約２％から７％の範囲である。ＵＳＧ／ＰＳＧ／ＵＳＧが堆積された後に（パルスｐｓレーザ切除直接パターン化プロセスの後に）、装置は、次いで、多機能炉アニールステップを通して処理され、そこには、窒素（又は不活性ガス）雰囲気中での不活性アニールと、任意の酸化アニールとの両方があり、その後、任意であるが、低温ｉｎ−ｓｉｔｕゲッタリングアニール（好ましくは、鉄のようなゲッター金属汚染物に対して約５５０℃から６５０℃の温度範囲で行われる）が続き、更に、その後、任意であるが、低温ｉｎ−ｓｉｔｕフォーミングガスアニール（約４００℃から５００℃の温度範囲）が続く。目標は、同じ多機能炉アニールプロセスレシピ内でそれらのｉｎ−ｓｉｔｕアニールステップの条件を最適化して、良質の裏面酸化物不動態化、望ましい燐及び硼素ドーパント駆動及びドーパント活性化、金属不純物のゲッタリング、及び裏面不動態化特性の更なる改善が単一のツールで達成されるようにすることである。又、酸化アルミニウムＡｌ2Ｏ3の薄い層を中間の裏面にもたせることが好都合である。というのは、負の電荷を合体できる傾向となり、ひいては、電子、エミッタの少数キャリアをその表面から反発させ、そしてその領域に非常に良好な表面不動態化を与えることができるからである。そのようなＡｌ2Ｏ3層は、ＢＳＧ層の堆積に使用される同じＡＰＣＶＤツールにおいて第１のステップとしてｉｎ−ｓｉｔｕ堆積することができる。Ａｌ2Ｏ3を合体するフローは、以下で開示する。
【００６０】
図４に示すように、アニールステップの後に、ピコ秒パルスレーザ切除を行って、コンタクトをオープンする（パルスｎｓレーザのような他の形式のレーザも使用できる）。しかしながら、ホットレーザ切除と称される特殊なレーザ切除プロセスを使用することができ、これは、エミッタ及びベースの両方へのコンタクトをオープンするだけでなく、同時に、各ドーパントをコンタクトオープンエリアのＴＦＳＳシリコン表面へ迅速に駆動させるという２つの役割を果たす。従って、ベースコンタクトは、燐がＰＳＧからシリコンへ駆動されるようにしてＵＳＧ／ＰＳＧ層を通して形成され（ＰＳＧは、シリコンと接触している）、一方、エミッタコンタクトは、ＵＳＧ／ＰＳＧ／ＵＳＧ／ＢＳＧスタックを通して形成され、そして硼素が駆動される（ＢＳＧ層から；これは、シリコンに接触しているか、又はＡｌ2Ｏ3の超薄層のみでシリコンから分離されている）。ホット切除処理は、強くドープされたｎ＋及びｐ＋コンタクトエリアを生成することができ、その下で、金属が最終的にシリコンに接触する（ベース及びエミッタコンタクト金属被覆のために）。これは、接触抵抗を減少すると共に、金属コンタクトにおける再結合速度を低下するという両方のために望ましい。従って、局部的に強いドーパント領域を生成しつつ、軽くドープされたエミッタ領域（高い電池効率のために望まれる）のような軽くドープされた領域（アニールにより指示される）を、コンタクト領域から離れて、不動態化のもとに維持する。これは、コンタクトから離れた領域からコンタクトに接近した領域においてドーピング濃度の独立した最適化を保証し、そして選択的エミッタ及びベースの有効な形成を可能にし、ひいては、高いＶｏｃ、優れた赤外線量子効率、及び高い全体的電池効率について有益である。
【００６１】
レーザホット切除の後に、金属１に対するある実施形態では、物理的蒸着（ＰＶＤ）をベースとする薄いアルミニウム又はＡｌ−Ｓｉ層の堆積（例えば、プラズマスパッタリング又は蒸発）が行われる。このアルミニウム（Ａｌ）層は、裏面不動態化誘電体スタックに関連すると共に、装置のベース及びエミッタ領域への良好な電気的接触をなす上で助けとなる裏面反射器（ＢＳＲ）の機能を果たす。ドープされたエミッタ及びベースコンタクト領域の両方に対するＡｌ（又はＳｉがドープされたＡｌ）ＰＶＤの接触抵抗は、重要である。又、ＰＶＤプロセスは、ホットＰＶＤ（電池基板が１５０℃から４５０℃のおおよその範囲の温度に加熱される間にＡｌ層を堆積する）として行われてもよいし、或いはＰＶＤ後のアニールが必要に応じて１５０℃から４５０℃の間で行われてもよい。これは、良好な接触抵抗（従って、高いフィルファクタ）を保証すると共に、ＡＰＣＶＤ層からのアルミニウム（Ａｌアニール）及びＨ2の存在中で良好な不動態化を行う（フォーミングガスアニールを効果的に遂行して、裏面不動態化を改善し、電池Ｖｏｃを改善する）という利点を取り入れる。その後、他のＰＶＤ金属層が、接着の必要性、反射率の要件、及びレーザ金属分離の要件に基づいて堆積される。１つの態様において、ＮｉＶ（又はＮｉ）及びＳｎの組み合わせを、Ａｌのスパッタ堆積後にその場でＰＶＤを使用してＡｌの頂部に第２及び第３の層としてスパッタすることもできる。Ｓｎの頂部層を伴うこの金属スタックの機能は、バックプレーン金属又はＭ２の接着が損なわれないよう保証することである（ひいては、電池のセルファクタ及び長期信頼性を改善する）。このスタックの変形において、Ａｌ／ＮｉＶ／Ｓｎスタックは、Ｓｎの融点より下でアニールされ、ＳｎとＮｉＶとの間で半田状のアニールを与えることができる。その後に、パルスピコ秒レーザを使用して、ベース及びエミッタの両金属エリアを分離しそしてパターン化する。典型的な設計は、互いに指を組んだ設計である。好ましい実施形態では、Ｍ１に対して電池上にバスバーが定義されず、互いに組んだ指だけが定義される。これは、バスバーの下の電気的陰影を最小にし、電池の効率を上げる。しかしながら、バスバー及び小型電池のような他の設計を伴う他の実施形態が、金属切除レーザプロセスと共に定義される。一般的に、エミッタ／ベース線のピッチを含む特定の寸法は、ベース及びエミッタの拡散抵抗を含む（これに限定されないが）多数の装置設計事項によって指示される。ＰＶＤは、真空スパッタリング、真空蒸発、イオンビーム堆積（ＩＢＤ）、大気アークスプレー、及び他の熱物理的蒸気コーティング方法を含む。異なる、あまり好ましくない実施形態では、レジストのスクリーン印刷と、それに続くエッチングも使用して、ベース及びエミッタパターンを分離することができる。しかしながら、この解決策には、（金属エッチング及びレジスト剥離湿式ステップとして）テンプレートにおいて湿式処理を遂行するために危険がある。
【００６２】
金属被覆プロセスの別の変形では、ＰＶＤ金属（スパッタリング、蒸発、等の真空技術を含む）を使用するのではなく、一般的な金属スクリーン印刷解決策を使用することができる。この解決策は、高価になる傾向があると共に、電池が真空にある間に多孔性シリコン界面からのデラミネーション圧力のためにマザーテンプレートからｅｐｉ基板を早目に変位させる危険を呈する傾向もある真空プロセスを使用しないという利点がある。金属スクリーン印刷実施形態では、一般的に、ベース及びエミッタ金属がスクリーン印刷され（これは、単一のアルミニウムペースト材料を使用する単一のスクリーン印刷プロセスである）、そしてエミッタ及びベース拡散領域への金属被覆接触をなすために焼成され、ベース及びエミッタの拡散は、多数の考えられる技術を使用して行われ、その１つは、上述したものであり、そして多数の他の技術は、以下に詳細に述べる。残りのプロセスフローも同様である。スクリーン印刷された金属（１つ又は複数）は、同時に焼成されるか又は順次に焼成され、ベース及びエミッタに対して同じでもよいし異なるものでもよい。更に、スクリーン印刷された金属は、フリットされるか、軽くフリットされるか、又はフリットレス（例えば、適当なフリットレスアルミニウムペースト）である。このプロセスの特定例は、エミッタ及びベースの両方においてフリットレスのＡｌ金属ペーストをスクリーン印刷しそして同じプロセスステップを使用して同時焼成することを含む。Ｍ１金属パターンは、その基礎となる電池設計に依存するが、一般的に、ウェハレベル応力を減少し、そしてＴＦＳＳにおけるマイクロクラックの形成の危険性を低減するためにセグメント化された金属線を含む。このプロセスの別の例は、燐のコンタクトに対してＡｇをスクリーン印刷しそして焼成する一方、ベースコンタクトに対してＡｌをスクリーン印刷しそして焼成することを含む。これらのスクリーン印刷された線又はフィンガーは、連続的であるか又はセグメント化される。この態様において、ＰＳＧは、ベースにおいてセグメント化される場合には、ベースエリアに選択的に堆積され、従って、ベースコンタクトドーピングのポケットを生成する。その後、Ａｇ金属がドーピングソース（このケースではＰＳＧ）を通して焼成され、ベースポケット内にコンタクトを生成する。この解決策は、相当に小さいベースコンタクト少数キャリア再結合を保証することにより効率上の効果を有し、従って、太陽電池のＶｏｃ及びＪｓｔの両方を改善する。又、レーザプロセスを使用してベースコンタクトをオープンする必要性を排除する。このセグメント化金属設計は、バックプレーンの多様性のためにのみ考えられる。バックプレーンは、バックプレーン層において電流を合計しつつ、電流を垂直方向に引き出すことを許す。（他の装置制約により指示される）Ａｇ金属セグメントと同じ厳密なピッチでバックプレーンレベル接続を与えるのが困難である場合には、エミッタ金属が印刷されるのと同時に、Ａｇセグメントの頂部に連続的な金属をスクリーン印刷することができる（例えば、Ａｌ）。この金属（Ａｌ）は、ＰＳＧ酸化物を貫通しないことを保証するように注意を払わねばならず、それは、金属ペーストの正しい選択を使用することで回避することができる。
【００６３】
プロセスフローの他の変形を扱う次の章では明確に述べないが、次に述べるプロセスフローにはＰＶＤ金属選択肢に代わって直接書き込み金属スクリーン印刷選択肢も使用できることを理解されたい。
【００６４】
図４に示す特定の実施形態において、次のステップは、電池上のパターン化された金属線に導電性材料（例えば、エポキシ材料）をスクリーン印刷することである。もし必要であれば、電池をシャンティングから保護するために誘電体接着層も印刷される。これは、導電性接着剤を含む以下に述べる全てのプロセスフローに対して、必要に応じて、１つの選択肢であると理解される（プロセスフロー図には明確に示されていないが）。これに続いて、金属線へのバックプレーンの整列、取り付け及びラミネーションが行われる。個別の実施形態では、導電性及び／又は誘電体材料のスクリーン印刷がバックプレーン金属において行われる。その後、導電性金属をもつバックプレーンアッセンブリがテンプレート上の金属線に整列されて取り付けられる。バックプレーンに導電性エポキシを印刷する効果は、テンプレートへのスクリーン印刷ステップがないことであり、これは、テンプレートにおける完全に接触のない処理を保証し、機械的な収率を高める。問題は、整列がより厳密になることである。
【００６５】
多数の形式のバックプレーンを前章で述べたが、２つの実施形態について以下に詳細に述べる。
【００６６】
ａ．面と向かった(face to face)結合：厚みが好ましくは５０μｍから３００μｍのパターン化されたＡｌホイルで作られた厚い相互接続スタックは、著しい抵抗ロスなく電流を横方向に導通する上で助けとなる。導電性ホイルは、ＰＶ資格付きの従順なカプセル材料、例えば、Ｚ６８（これに限定されないが）を使用してガラス又はプラスチックのいずれかであるバックプレーンに取り付けられる。ＡｌホイルＺ６８及びバックプレーン材料（例えば、ガラス又はプラスチック）は、バックプレーンアッセンブリと称される。このアッセンブリは、互いに指を組んだ状態に予めパターン化されたホイルパターンが面を下にしてテンプレートに取り付けられるように、前記導電性エポキシを使用してテンプレートに取り付けられる。次の２つの構成では、Ａｌホイルパターンの寸法が異なる。第１の構成では、Ａｌホイル線がテンプレート上のパターン化された線と平行である。第２の構成では、バックプレーンのＡｌ線がテンプレート上の金属線に直交する。直交のケースでは、エミッタ及びベース線の短絡を回避するために、チェッカー盤の交差点パターンで交互のテンプレート金属線のみがオーバーランバックプレーンホイル線に接触される。直交構成は、バックプレーン線又はフィンガー（Ｍ２フィンガー）を、巾が広く且つ本数が少なくなるようにして、その製造を管理し且つそのコストを減少できるようにするので、効果的である。平行線は、テンプレート上の金属線のピッチ／寸法に合致しなければならず、ひいては、装置の設計により制限を受ける。薄い電池のケースでは、このピッチは、更に、制限を受ける。というのは、薄い電池では、ベースのシート抵抗が高いからである。Ｍ１への接触が望まれない交差接合において直交する線間に短絡が生じないよう保証するために多数の予防策が示唆されている。これは、ラミネーション中にＡｌホイルの下にＺ６８又は別の適当な誘電体カプセル材料を流すことにより保証される。Ａｌホイルが穿孔される場合には、流れを改善することができる。直交構成とのシャントの危険性を回避する別の方法は、負のチェッカー盤パターンで誘電体（非導電性）ポストをダミー印刷することである。これは、接触が望まれない交差点において、オーバーランＡｌホイルが非導電性ポストにより支持され、その結果、テンプレート上の金属線にタッチするような弛みが生じないようにする。
【００６７】
下面側からバックプレーンの頂部へ電流を引き出す必要が依然ある。これに対する２つの一般的なスキームは、次の通りであり：第１に、他の側でバックプレーンの縁にＡｌホイルを巻き付ける（以下、巻き付けバスバー）。このスキームに伴う危険性は、その後の幾つかのステップ中に巻き付けたホイルの保護が困難なことを含む。第２のスキームでは、幾つかのスルーホールが穿孔され、その下のホイルからそれらの位置へ電流がアクセスされる。これらのホールを生成する多数の方法がここに開示される。
【００６８】
ｂ．バックプレーンの第２の構成は、Ａｌホイルをもたないものである。バックプレーンアッセンブリは、バックプレーン材料（おそらくは、ポリマー又はプラスチック材料、又はガラスも考えられる）、及びＺ６８又は同様の材料のみで構成される。ポリマー又はプラスチック材料シートは、それを貫通する多くのホールを穿孔するのに容易／安価であり、且つ出来上がる太陽電池を柔軟又は半柔軟なものにする（ひいては、電池の低コストで柔軟なモジュールパッケージングを可能にする）ので、格子ガラスより効果的である。ポリマー又はプラスチックバックプレーンに伴う課題は、プラスチックでのその後のステップで温度をより低い値（例えば、〜１５０℃以下から３００℃まで）に制限する必要があることである。というのは、ガラスに比してＣＴＥ不一致が大きいからである（埋設型の低ＣＴＥファイバ又はプラスチックで作らない限り）。ホールは、バックプレーンを通して穿孔されるだけで、Ｚ６８を通して穿孔されない。その後の湿式及び乾式処理中に、Ｚ６８カバーは、その下の装置を保護する。最終的に、Ｚ６８は、オープンされ、そしてモジュールアッセンブリを使用して、その下の電池から電流を直接引き出す。これは、電池のコストを劇的に安価にする一方、モジュールにおいて若干複雑なアッセンブル処理を要求する。
【００６９】
プロセスフローは、上述したバックプレーン実施形態と同様であるが、残りのプロセスフローではＡｌホイル構成を詳細に説明する。バックプレーンアッセンブリは、電池／テンプレートに取り付けられ（図４）そしてラミネート及び硬化される。その後に、レーザ溝堀を行って、電池境界及び剥離境界を画成する。その後、機械的剥離（ＭＲ）又は音波型機械的剥離（ＳＭＲ）のような利用可能な技術を使用して機械的な剥離が遂行される。
【００７０】
剥離の後に、テンプレートが清掃され、そして多孔性シリコンの再使用のため及び次の再使用に対するｅｐｉのために返送される。バックプレーンアッセンブリ（第２の永久的なキャリアである）に取り付けられたＴＦＳＳは、ここで、ＱＭＳ（又は多孔性シリコン）側で清掃され、そしてテクスチャー化される。１つの特定の実施形態では、これは、ＫＯＨ／ＳＣＤ又はＫＯＨ／ＩＰＡ組み合わせのようなホットＫＯＨベースの化学薬品を使用して１つのショットで遂行される（ＫＯＨは、ＮａＯＨに置き換えられてもよい）。その後に、テクスチャー化後の清掃が行われ、これは、ある場合には、ＨＦ／ＨＣｌ組み合わせを使用して行われる。その後、ＴＦＳＳは、太陽側でその最終的なプロセスステップが行われ、これは、（水素処理された）ＳｉＮｘ  ＡＲＣ及び不動態化層を堆積することである。バックプレーンアッセンブリが存在するために、このプロセスの最大温度は、バックプレーン材料の選択に基づいて１５０℃から３００℃の範囲の低い値に制限される。バックコンタクト電池に対し低い温度で満足な不動態化を達成する方法は、初期の不動態化において検討されている。これは、テクスチャー化の後に優れた清掃を実行し、そして薄い（例えば、３ｎｍから１０ｎｍ）アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）又はアモルファス酸化シリコン層をＳｉＮの前に堆積することを含むことを述べれば充分であろう。ＳｉＮは、好ましくは、正の電荷が豊富にあって、正に荷電した少数キャリアホールを表面から離れるように反発し、表面再結合を減少しなければならない。
【００７１】
図４のプロセスフローの最終的なステップは、バックプレーンの既存のホールを通してＺ６８材料にアクセスホール開けることである。これは、Ａｌホイルからエミッタ及びベース電流を垂直方向に引き出す（又は引っ込める）ためである。１つの特定の実施形態では、Ｚ６８材料を通して燃焼してその下のＡｌホイルへの接触を形成するホット半田材料を使用してＺ６８にスルーアクセスホールが生成される。その後、モジュールアッセンブリのために半田を使用することができる。別の実施形態では、Ｚ６８（又は別の適当なカプセル材）材料をクイック放射（潜在的にＩＲ）に露出させ、それを後方に引っ張って、Ｓｎ又は半田合金へのアクセスポイントをオープンさせる。更に別の構成では、レーザを使用して、Ｚ６８、又はガラス及びＺ６８の両方の端にホールが穿孔される。更に別の構成では、バックプレーンアッセンブル時にＺ６８及びガラスの両方を通してホールが穿孔されるが、その下の装置は、ここでは、片側テクスチャー化ツールを使用して、又はホールの頂部にＺ６８を一時的に付加することにより、テクスチャー化槽から保護される。
【００７２】
図５は、直接的な金属書き込み技術（図３のフロー選択肢１Ａ１に対応する）を使用することを除くと、図４に示したものと同様の本発明の代表的な選択的エミッタ及びホット切除プロセスフローである。直接的な書き込み技術は、ＰＶＤ金属堆積及びその後のレーザ金属分離ステップの必要性を排除する。図４に示すプロセスフローの変形として、ＰＶＤ金属堆積及びその後のレーザ金属分離は、多数の直接的な金属書き込み技術に置き換えられる。これらは、１つ以上の金属ペーストのスクリーン印刷、１つ以上の金属ベースインクのインクジェット／エーロゾル印刷、及びレーザ転写印刷を含むが、それに限定されない。これらの直接金属書き込み技術に続いて、高温アニールが行われる。
【００７３】
図６及び７は、各々、図４及び５に並列な２つの選択的エミッタ及びホット切除プロセスフローであり、その相違は、図６及び７に詳細に示すフローが、前面のテクスチャー化を排除することによりエピタキシャルシリコン成長中にｉｎ−ｓｉｔｕ前面フィールド（ＦＳＦ）の形成を許すことである。従って、図６及び７は、図３のフロー選択肢１Ａ２に対応する。ＦＳＦの効果は、前面再結合速度を減少することにより（減少ＦＳＲ  Ｖ）、ベース抵抗を減少し、Ｖｏｃを増加する上で助けとなることである。このテクスチャー化フローがないことの背後にある考え方は、ｉｎ−ｓｉｔｕドープの前面フィールドを保護することである。ＱＭＳ除去（前面からの少量のシリコン除去）を行った後、フローは、テクスチャー化を行わずに直接的に不動態化へと進む。光捕獲に関するテクスチャー化の機能は、前面不動態化に続く付加的なその後のステップにより達成される。これらのステップは、１つの例では、スプレーコーティングで適当な誘電体又は金属粒子層を堆積し、そして硬化することを含む。
【００７４】
図６は、ＰＶＤ金属スタック堆積を示す一方、図７は、直接書き込み金属技術を示す。図６は、テクスチャーレスプロセスを使用して得られるｉｎ−ｓｉｔｕ前面フィールドを有するＰＶＤ金属堆積でのプロセスフローを示す。光捕獲は、電池の前面に粒子層を使用して達成される。図７は、図６に示したＰＶＤ金属及びレーザ分離方法に代わる直接的な金属書き込みを示す。
【００７５】
図８は、図３のフロー選択肢１Ｂに対応するプロセスフローの実施形態である。このフローは、上述した変形を伴い図１に示すフローと同様であるが、１つの相違は、図８のフローは、ホット切除ではなく、コールド切除を使用する（好ましくは、パルスｐｓレーザを使用する）ことである。後端ステップは、図４のフロー選択肢１Ａと同様であるが、最初のテンプレート上ステップに若干の変更を伴う。コールド切除のプロセスは、テンプレート上の若干のステップを変更する。図示されたように、フローは、エミッタ及びベースの拡散エリアを分離するためのＢＳＧ層のレーザ切除まで同じである。このレーザステップに続いて、（ホット切除プロセスの場合に使用される）ＵＳＧ／ＰＳＧ／（ＵＳＧ）スタックに代わってＡＰＣＶＤ  ＵＳＧ層のみの堆積が行われる。その後に、レーザ切除プロセスを使用してＵＳＧ層が切除され、燐ドーピング開口を生成する。これに続いて、ＰＳＧ／ＵＳＧ（ＰＳＧの頂部にＵＳＧキャップをもつ）スタック堆積が行われる。ここで、熱酸化アニール及び駆動が遂行される。これは、エミッタ接合の形成、シリコンのベースドーピングの形成、及び熱酸化物での裏面不動態化を保証する。次のステップは、コールドパルスｐｓレーザ切除を使用してエミッタ及びベースコンタクトをオープンすることである。ホット切除との相違は、コールドパルスｐｓレーザ切除の場合に、レーザがドーパントを駆動する負担を同時にもたないことである（これは、高温アニールを使用してベース及びエミッタの両方について既に行われている）。レーザは、コンタクトをオープンして、シリコンで停止し、シリコンへのダメージは無視できる程度である。コールドレーザ切除は、容易な製造プロセスと考えられるが、ホット切除は、少なくとも２つの効果がある。第１に、ステップ数を半減し、コストの節約をもたらす。第２に、ベースコンタクトをエミッタ／ベース分離エリアに整列させるだけでよく、一方、コールド切除は、最初に、ＵＳＧオープンエリアをエミッタ／ベース分離領域に整列させ、次いで、ベースコンタクトをＵＳＧオープンエリアに整列させる必要がある。所与の整列能力及びコンタクトサイズの場合に、コールド切除は、広いエミッタ／ベース分離エリアでのスタートを要求する。図８のフローに示すその後のプロセスステップは、先に示したフローと同様である。
【００７６】
図９Ａ−Ｌは、（図３のフロー選択肢１Ｂに対応する）図８のコールド切除の主要製造ステップを示す断面図である。図９Ａは、ＵＳＧ／ＢＳＧ（ＢＳＧの頂部にＵＳＧカンをもつ）堆積ステップを示し、図９Ｂは、ＵＳＧ／ＢＳＧレーザ切除ステップを示し、図９Ｃは、ＵＳＧ堆積ステップを示し、図９Ｄは、ＵＳＧ／ＰＳＧ／（ＵＳＧ）堆積ステップを示し、図９Ｕは、酸化アニール／ドーパント駆動堆積ステップを示し、図９Ｆは、レーザコールド切除及びコンタクトオープンステップを示し、図９Ｇは、ＰＶＤ  Ａｌ（或いはＡｌ／ＮｉＶ／Ｓｎ、又はＡｌの下層及び適当な半田合金の上層より成る別の適当なスタック）堆積ステップを示し、図９Ｈは、レーザ金属切除及びエポキシ印刷ステップを示し、図９Ｉは、バックプレーン取り付けステップを示し、図９Ｊは、電池／テンプレート剥離ステップを示し、図９Ｋは、ＱＭＳ（ＴＦＳＳに残る多孔性シリコンの残留物）除去及びテクスチャー化ステップを示し、そして図９Ｌは、低温前面不動態化ステップを示す。
【００７７】
図３のフロー選択肢２：シリコンナノ粒子燐系ベースドーピング：図１０は、シリコンナノ粒子燐系ベースドーピング（ペースト又はインク）のためのプロセスフローを概略的に示す。Ａｌ  ＰＶＤでスタートするプロセスフローの後端、テンプレート清掃／多孔性シリコン／ｅｐｉ／ＡＰＣＶＤ  ＢＳＧ／ＵＳＧ堆積より成るフローの前端、及びＢＳＧスタックのレーザ切除は、図４及び図８を参照して既に開示された。フロー選択肢２の上述した３つのサブ変形（選択肢２Ａ、２Ｂ及び２Ｃ）のうち、選択肢２Ａ及び２Ｂは、ホット切除を使用し、そして選択肢２Ｃは、コールド切除を使用する。図１０、１１及び１２は、各々、図３の選択肢２Ａ、２Ｂ及び２Ｃに対する全プロセスフローを示す。
【００７８】
選択肢２Ａを表わしている図１０は、ＢＳＧレーザ切除後の酸化アニールが熱炉アニールツールにおいて遂行されることを示している。これは、多機能プロセスであり、ＢＳＧからシリコンへ硼素を駆動することによりエミッタを形成すると共に、ＢＳＧが切除されたエリアに熱酸化物層を形成し、最終的にベース領域となるところを不動態化するという少なくとも二重の目的を有する。これに続いて、エミッタ領域のホットレーザ切除を行って、フロー選択肢１Ａで述べたプロセスと同様の選択的エミッタを形成する。同時に、コールド切除をベースエリアに使用して、ベースドーピング接触のために酸化物をオープンする。その後に、シリコンナノ粒子ベースの燐ペーストがスクリーン印刷されるか、又はベースコンタクトオープンエリアに注入するような他の方法を使用して分配される。その後に、ペーストは、ベースドーピングを駆動するようにアニールされる。その後、（全ての変更を伴う）選択肢１への同じプロセスフローがＰＶＤ  Ａ１でスタートする。
【００７９】
図１１は、２つのＡＰＣＶＤツールを使用するホット切除及びシリコンナノ粒子燐ペースト又はインクを伴うフロー選択肢２Ｂを示す。選択肢２Ｂ（図１１）において、ＢＳＧレーザ切除後に、ＡＰＣＶＤを使用して、ＵＳＧを堆積する（選択肢２Ａの熱酸化物に代わって）。その後、エミッタのホット切除及びＵＳＧのコールド切除がベースコンタクトオープンに対して行われる。その後、燐系のシリコンナノ粒子（ペースト又はインク）のスクリーン印刷又はインクジェットが遂行される。その後、熱アニールを行って、ベースコンタクト及び選択的エミッタを形成する。その後の処理は、幾つか変更はあるが、フロー選択肢１と同じである。
【００８０】
選択肢２Ｃ（図１２）は、コールド切除フローである。図１２は、燐ドーピングのためのシリコンナノ粒子ペーストを伴うコールド切除でのフロー選択肢２Ｃを示す。ここで、ＢＳＧレーザ切除後に、選択肢２Ｂと同様に、ＡＰＣＶＤを使用してＵＳＧを堆積する。しかしながら、その後、コールド切除を使用してベース及びエミッタコンタクトをオープンする。その後、ナノ粒子燐ペーストがベースエリアに塗られ（この場合も、ペーストのスクリーン印刷又はインクのインクジェット印刷により）、そしてアニールされる。アニール動作でエミッタが駆動され、ベースドーピングエリアを形成する。その後の処理は、以上に開示したものと同様である。
【００８１】
シリコンナノ粒子を伴う全ての選択肢（図３のフロー選択肢２）において、ペーストは、シリコンナノ粒子をベースとするので、ペーストが塗られた後にベースコンタクトをオープンする必要はないことに注意されたい。従って、金属は、この硬化されたペーストに直接置かれる。必要に応じて、ＰＶＤ  Ａｌを置く前にエリアをオープンすることを受け容れるようにフローを変更することができる。
【００８２】
図３のフロー選択肢３：燐ペーストベースのベースドーピング：前記フローに比してここでの相違は、商業的に入手できる燐ペーストを使用してベースコンタクトを形成することである。ＢＳＧスタックのレーザ切除まで及びＡｌ  ＰＶＤ以降の全てのプロセスステップは、選択肢１と同じままである。図３のフロー選択肢３Ａ、３Ｂ及び３Ｃに各々対応して図１３、１４及び１５に３つの燐ペーストベースのベースドーピング変形例が示されている。これら３つのサブ選択肢は、僅かな相違があるが、上述したナノ粒子ペーストの３つのサブ選択肢の鏡像である。図１３（フロー選択肢３Ａ）及び図１４（フロー選択肢３Ｂ）は、ホット切除を使用し、一方、図１５（選択肢３Ｃ）は、コールド切除プロセスである。更に、図示されたように、図１３（フロー選択肢３Ａ）は、１つのＡＰＣＶＤを使用し、一方、図１４（フロー選択肢３Ｂ）及び図１５（選択肢３Ｃ）は、２つのＡＰＣＶＤツールを使用する。
【００８３】
選択肢３Ａ（図１３）において、ＢＳＧ切除の後に、フロー選択肢２Ａと同様に、熱酸化物を使用してエミッタ形成及びベースエリア不動態化のための酸化アニールが行われる。その後、フロー選択肢２Ａとは異なり、レーザ切除を使用して、コールド切除でベースコンタクトのみをオープンする。このステップに続いて、スクリーン印刷（又はインクジェット印刷のような直接書き込みのために燐ペーストを分配する他の方法）が行われ、その後、アニールを行って、ベースコンタクト燐拡散領域を駆動する。その後、エミッタのホット切除及びベースエリアのコールド切除を行って、選択的エミッタ及びベースコンタクトを形成する。これに続いてＰＶＤ  Ａｌからスタートする全てのステップは、既に開示された。
【００８４】
選択肢３Ｂ（図１４）は、ＢＳＧ切除後にＡＰＣＶＤ  ＵＳＧ堆積を有し、その後に、ＵＳＧのパルスｐｓレーザ（又は本発明のいずれかのプロセスフローにコールド切除が要求されるときにパルスｐｓレーザに代わって使用できるパルスｆｓレーザ）コールドレーザ切除を行ってベースコンタクトをオープンする。選択肢３Ａと同様に、これに続いて、燐ペーストのスクリーン印刷と、燐のベースコンタクト及びエミッタエリアの駆動及びアニールとが行われる。又、これに続いて、エミッタのホット切除及びベースのコールド切除を行って、燐ペーストを通してベースのコンタクトを再オープンする。これに続いてＡｌ  ＰＶＤをスタートする全てのステップは、既に開示された。
【００８５】
選択肢３Ｃ（図１５）は、ＢＳＧ切除後のＡＰＣＶＤ  ＵＳＧを使用する。これに続いて、ベースオープンのためのＵＳＧの切除があり、その後、燐ペーストのスクリーン印刷があり、その後、酸化アニール及び／又はエミッタ形成アニールがあり、ベースドーピング、及び不動態化がある。その後、エミッタ及びベースエリアのコールド切除を行ってコンタクトをオープンする。その後、Ａｌ  ＰＶＤをスタートする全てのステップは、既に開示された。
【００８６】
フロー選択肢４：ＰＯＣｌ3系のベースドーピング：図１６、１７及び１８は、ベースドーピングのために炉ＰＯＣｌ3（オキシ塩化燐）ドープを使用するグローのセットである。図示されたように、ＢＳＧレーザ切除までを含む全てのステップ、並びにＡｌ  ＰＶＤ以降を含む全てのステップは、既に開示されたものと同じである。図３のフロー選択肢４Ａ、４Ｂ及び４Ｃに対応して、各々、３つのＰＯＣｌ3系ベースドーピング変形例が図１６、１７及び１８に示されている。図１６（フロー選択肢４Ａ）及び図１７（フロー選択肢４Ｂ）は、ホット切除を使用し、一方、図１８（選択肢４Ｃ）は、コールド切除プロセスである。更に、図示されたように、図１６（フロー選択肢３Ａ）は、１つのＡＰＣＶＤを使用し、一方、図１７（フロー選択肢３Ｂ）及び図１８（選択肢３Ｃ）は、２つのＡＰＣＶＤツールを使用する。
【００８７】
選択肢４Ａ（図１６）において、ＢＳＧスタックのレーザ切除の後、バッチ炉において酸化アニールが行われ、これは、同時にエミッタを駆動すると共に、ベース領域に不動態化熱酸化物を形成する。これに続いて、ベースコンタクトオープンのために熱酸化物のコールド切除を行い、これに続いて、ＰＯＣｌ3炉ドーピングを行ってベースコンタクト拡散領域を形成する。その後、エミッタコンタクトオープンのためにホット切除を使用し、そしてベースエリアにおいてＰＯＣｌ3形成ガラスを通して進むためにコールド切除を行う。又、全てのＰＯＣｌ3形成ガラスを切除するためにレーザが使用されると考えられ、これは、バックミラーの観点から望ましい。これに続いて、上述したようにＡｌ  ＰＶＤが行われる。
【００８８】
選択肢４Ｂ（図１７）において、熱酸化物アニールに代わってＡＰＣＶＤ酸化物が堆積される。これに続いて、ＵＳＧ材料のコールドレーザ切除を行って、ベースコンタクトを形成する。これに続いて、ＰＯＣｌ3ドーピングを行い、これは、ベース拡散を形成すると共に、エミッタ領域をシリコンへ駆動するという２つのことに注意を払う。その後に、ホット切除を使用して、エミッタコンタクトをオープンし、そして選択的エミッタを形成するように駆動し、ここで、コールド切除を使用して、ＰＯＣｌ3ガラス材料を通して進み、ベースコンタクトをオープンする。これに続いて、ＰＶＤ  Ａｌでスタートする標準プロセスが行われる。
【００８９】
選択肢４Ｃ（図１８）において、熱酸化物に代わって、ＵＳＧのＡＰＣＶＤを使用してＰＯＣｌ3のブロックを生成する。これに続いて、ベースコンタクトオープン及びＰＯＣｌ3プロセスのためにＵＳＧのコールド切除を行う。ＰＯＣｌ3プロセスは、ベースコンタクトを形成するだけでなく、同時にエミッタを拡散する。これに続いて、エミッタ及びベースコンタクトオープンのコールド切除を行う。残りのプロセスフローは、前記のままである。
【００９０】
最小電池のプロセスフロー：本章は、選択肢１として上述したプロセスフローの変形例（ＰＳＧを使用してベースコンタクトを形成する）について述べる。この変形例では、多数のステップが組み合わされ、そしてＣＥ印刷ステップを排除して、少ない数のツールを使用して、高効率のバックコンタクト薄型電池を生成する。これら最小ステップのフローを定義する属性は、導電性エポキシのスクリーン印刷が低温半田合金（例えば、半田融点が１３８℃の５８％Ｂｉ−４２％Ｓｎ、或いは融点が１４０−１４５℃のＢｉ４５％Ｓｎ０．３３％Ａｇ）の使用により排除されることであり、この半田合金は、電池のＡｌ金属／ミラーの頂部と、バックプレーン金属フィンガーとの両方に上層として形成され、金属フィンガーにはピン格子アレイが事前に形成される。バックプレーンが電池上に整列され配置されると、バックプレーンのピン格子アレイが熱ラミネーションプロセス中に電池に半田固定される。
【００９１】
図１９のホット切除直接書き込みプロセスは、注目すべき次の属性をもつ最小ステップのプロセスフローの第１実施形態を示す。即ち、使用する２つのＡＰＣＶＤプロセスステップは、テクスチャー化プロセスを有し、ＰＳＧ及びホット切除を使用して、ベース拡散を形成し、レーザを使用して形成された選択的エミッタを有し、スクリーン印刷、インクジェット、エーロゾル印刷、レーザ転写印刷のような直接的金属書き込みプロセス、及びＣＥスクリーン印刷なしの直接的半田ボンディングを有する。
【００９２】
図２０のコールド切除直接書き込みプロセスは、最小プロセスフローの第２実施形態を示す。これは、幾つかのプロセスステップを排除するための半田取り付け及び直接金属書き込みの図１９の共通属性を保持する。しかしながら、ホット切除に依存せずそして３つのＡＰＣＶＤステップを有するという点で図１９とは相違する。
【００９３】
非Ｅｐｉバルク薄型基板プロセスフロー：先に、２つの形式のキャリア１実施例を開示した。第１形式のキャリア１は、テンプレートを使用し、第２形式のキャリア１は、水素イオンインプランテーションを含む利用可能な多数の技術を使用して薄いＣＺ又はＦＺスライスを劈開又は剥離するところの厚いウェハ又はインゴットである。次の章は、薄いシリコン基板を得るためのウェハ劈開解決策に関連してバックプレーン革新を使用する電池レベルプロセスフローについて説明する。陽子インプラントベースの劈開は、＜１１１＞テクスチャー化基板を形成し、これは、乾式テクスチャー化を要求するのが好ましい。この実施形態は、超薄型基板（例えば、非常に厚い再使用可能なウェハ、例えば、数ｍｍ又は数ｃｍ厚みのウェハ又はレンガ状物から分離／劈開された約１μｍないし８０μｍ厚みの基板）の陽子インプラント劈開／スライスを示す。
【００９４】
図２１は、ウェハ劈開解決策を使用して薄いシリコン基板を得る第１プロセスフローを示す。プロセスフローは、基板を生成するのに使用される最初のステップを除き、図４に示すフロー１Ａ１（キャリア１の再使用可能なテンプレートを使用する）と並列である。このフローの特定の属性は、２つのＡＰＣＶＤプロセス（ＡＰＣＶＤ  ＰＳＧ及びホットレーザ切除を使用して形成されるベースコンタクト拡散）の使用、ｉｎ−ｓｉｔｕ「前面フィールド」（ＦＳＦ）燐ドーピングを伴ったり伴わなかったりして平坦な又は予めテクスチャー化されたテンプレートにおいて遂行される電池前面テクスチャー化、真空スパッタリング、真空蒸発、大気アーク／熱スプレーコーティング、等を使用して行われる金属堆積、等、である。第１ステップは、再使用可能な厚いウェハでスタートする。
【００９５】
図２１において、先ず、ウェハに、ＭｅＶの陽子インプラントが植え込まれ、植え込みエネルギーで基板厚みがセットされる。この基板生成ステップに続いて、図示されたステップは、バックプレーン取り付けステップまで、図４に示すフローと同様である。バックプレーンの後に、インプラントにより生成された劈開により厚いウェハからウェハが剥離される。これに続いて、＜１１１＞表面であるために、レーザを使用して実行される乾式テクスチャー化プロセス、又は乾式プラズマプロセスがある。任意のテクスチャー化後の清掃がその後に行われ、再使用可能なテンプレートを使用する先の実施形態は、必ずしも乾式テクスチャー化プロセスを要求しない。図２１に示すように、乾式テクスチャー化の後に、不動態化及びバックプレーンアクセスステップが遂行される。
【００９６】
図２２から３５は、陽子インプランテーション及び劈開された薄いシリコン電池を使用するバックコンタクト薄型結晶太陽電池のための図２１に示されたプロセスフローの幾つかの変形例及び実施例を示す。これらの変形例は、テンプレートプロセスフローにおいて再使用可能なＰＳ／エピタキシャルＴＦＳＳを使用して説明された同様のフローの鏡像である。プロセスフローの４つの分類は、図３のフロー選択肢と同様であり、これら４つの分類は、ベース拡散エリアを生成するのに使用される方法に基づいて互いに区別される。図２１のフローを含む第１の分類は、ＰＳＧ層を使用して、ベース拡散エリアを生成し、第２の分類は、シリコンナノ粒子を使用し、第３の分類は、燐ペーストを使用し、そして第４の分類は、ＰＯＣｌプロセスを使用してベース拡散領域を生成する。
【００９７】
図２２から２６は、ＰＳＧベースのドーピング分類に属するフローを示す。これらプロセスフローの各々は、以下に直接列挙される次のような属性により特徴付けされる。
【００９８】
図２２は、図３のフローポイント１Ａ１に対応し、そして次の属性により特徴付けされる。
・再使用可能な厚いウェハ又はレンガ状物又はインゴット片からスライス／劈開により形成される薄い基板（例えば、ＭｅＶ陽子インプラントの後に）；この薄い基板は、典型的に（１１１）配向の基板であり（適度な陽子インプランテーションドーズでの劈開を容易にするため）、乾式のレーザ又はプラズマテクスチャー化を要求する。
・付加的なプロセスステップを伴わずに選択的エミッタを含む（ホット切除プロセスを使用する）。
・２つのＡＰＣＶＤプロセスを使用する。
・ＡＰＣＶＤ  ＰＳＧ＆ホットレーザ切除を使用して形成されるベースコンタクト拡散
・電池前面のテクスチャー化を含む。
・ｉｎ−ｓｉｔｕ前面フィールド（ＦＳＦ）の燐ドーピングを伴ったり伴わなかったりして平坦な又は予めテクスチャー化されたテンプレートにおいて遂行される。
・フロー１Ａ１と同じであるが、櫛型電池金属（例えば、Ａｌ又はＡｌ／Ｓｎ又はＡｌ／ＮｉＶ／Ｓｎ）フィンガーのための直接的な書き込みプロセスを伴う。
・金属堆積は、スクリーン印刷、レーザ転写印刷、インクジェット印刷、エーロゾル印刷のような直接書き込みプロセスを使用して遂行される。
【００９９】
図２３は、図３のフロー選択肢１Ａ２に対応し、次の属性により特徴付けられる。
・再使用可能な厚いウェハ又はインゴット片からスライス／劈開により形成される薄い基板（例えば、ＭｅＶ陽子インプラントの後に）；この薄い基板は、典型的に（１１１）配向の基板であり、乾式のレーザ又はプラズマテクスチャー化を要求する。
・付加的なプロセスステップを伴わずに選択的エミッタを含む（ホット切除プロセスを使用する）。
・２つのＡＰＣＶＤプロセスを使用する。
・ＡＰＣＶＤ  ＰＳＧ及びホットレーザ切除を使用して形成されるベースコンタクト拡散。
・電池前面テクスチャー化なし（テクスチャーレス）。むしろ、特定の光トラップ層（誘電体又は金属粒子のような）をコーティングすることにより光捕獲を助ける。
・前面フィールド（ＦＳＦ）の燐ドーピングを含む。
・金属堆積は、プラズマスパッタリング、真空蒸発、大気アーク／熱スプレーコーティング、等を使用して遂行される。
【０１００】
図２４は、図３のフロー選択肢１Ａ２に対応し、次の属性により特徴付けられる。
・再使用可能な厚いウェハ又はインゴット片からスライス／劈開により形成される薄い基板（例えば、ＭｅＶ陽子インプラントの後に）；この薄い基板は、典型的に（１１１）配向の基板であり、乾式のレーザ又はプラズマテクスチャー化を要求する。
・付加的なプロセスステップを伴わずに選択的エミッタを含む（ホット切除プロセスを使用する）。
・２つのＡＰＣＶＤプロセスを使用する。
・ＡＰＣＶＤ  ＰＳＧ及びホットレーザ切除を使用して形成されるベースコンタクト拡散。
・電池前面テクスチャー化なし（テクスチャーレス）。むしろ、特定の光トラップ層をコーティングすることにより光捕獲を助ける。
・前面フィールド（ＦＳＦ）の燐ドーピングを含む。
・金属堆積は、スクリーン印刷、レーザ転写印刷、インクジェット印刷、エーロゾル印刷、等の直接書き込みプロセスを使用して遂行される。
【０１０１】
図２５は、図３のフロー選択肢１Ｂに対応し、次の属性により特徴付けられる。
・再使用可能な厚いウェハ又はレンガ状物又はインゴット片からスライス／劈開により形成される薄い基板（例えば、ＭｅＶ陽子インプラントの後に）；この薄い基板は、典型的に（１１１）配向基板であり、乾式のレーザ又はプラズマテクスチャー化を要求する。
・付加的なプロセスステップを伴わずに選択的エミッタを含む（ホット切除プロセスを使用する）。
・３つのＡＰＣＶＤプロセスを使用する。
・ＡＰＣＶＤ  ＰＳＧ及び炉アニールを使用して形成されたベースコンタクト拡散。
・金属堆積は、プラズマスパッタリング、真空蒸発、大気アーク／熱スプレーコーティング、等を使用して遂行される。
【０１０２】
図２６は、図３のフロー選択肢１Ｂに対応し、次の属性により特徴付けられる。
・再使用可能な厚いウェハ又はレンガ状物又はインゴット片からスライス／劈開により形成される薄い基板（例えば、ＭｅＶ陽子インプラントの後に）；この薄い基板は、典型的に（１１１）配向基板であり、乾式のレーザ又はプラズマテクスチャー化を要求する。
・付加的なプロセスステップを伴わずに選択的エミッタを含む（ホット切除プロセスを使用する）。
・３つのＡＰＣＶＤプロセスを使用する。
・ＡＰＣＶＤ  ＰＳＧ及び炉アニールを使用して形成されたベースコンタクト拡散。
・金属堆積は、レーザ転写印刷、インクジェット印刷、エーロゾル印刷、等の直接書き込みプロセスを使用して遂行される。
【０１０３】
図２７は、図３のフロー選択肢２Ａに対応し、次の属性により特徴付けられる。
・再使用可能な厚いウェハ又はインゴット片からスライス／劈開により形成される薄い基板（例えば、ＭｅＶ陽子インプラントの後に）；この薄い基板は、典型的に（１１１）基板であり、乾式のレーザ又はプラズマテクスチャー化を要求する。
・付加的なプロセスステップを伴わずに選択的エミッタを含む（ホット切除プロセスを使用する）。
・１つのＡＰＣＶＤプロセスステップしか使用しない。
・スクリーン印刷又はインクジェット印刷のシリコンナノ粒子燐ペーストを使用して形成されたベースコンタクト拡散。
【０１０４】
図２８は、図３のフロー選択肢２Ｂに対応し、次の属性により特徴付けられる。
・再使用可能な厚いウェハ又はレンガ状物又はインゴット片からスライス／劈開により形成される薄い基板（例えば、ＭｅＶ陽子インプラントの後に）；この薄い基板は、典型的に（１１１）配向基板であり、乾式のレーザ又はプラズマテクスチャー化を要求する。
・付加的なプロセスステップを伴わずに選択的エミッタを含む（ホット切除プロセスを使用する）。
・２つのＡＰＣＶＤプロセスステップを使用する。
・スクリーン印刷又はインクジェット印刷のシリコンナノ粒子燐ペーストを使用して形成されたベースコンタクト拡散。
【０１０５】
図２９は、図３のフロー選択肢２Ｃに対応し、次の属性により特徴付けられる。
・再使用可能な厚いウェハ又はレンガ状物又はインゴット片からスライス／劈開により形成される薄い基板（例えば、ＭｅＶ陽子インプラントの後に）；この薄い基板は、典型的に（１１１）配向基板であり、乾式のレーザ又はプラズマテクスチャー化を要求する。
・ホット切除プロセスなし及び選択的エミッタなし。
・２つのＡＰＣＶＤプロセスステップを使用する。
・スクリーン印刷又はインクジェット印刷のシリコンナノ粒子燐ペーストを使用して形成されたベースコンタクト拡散。
【０１０６】
図３０は、図３のフロー選択肢３Ａに対応し、次の属性により特徴付けられる。
・再使用可能な厚いウェハ又はレンガ状物又はインゴット片からスライス／劈開により形成される薄い基板（例えば、ＭｅＶ陽子インプラントの後に）；この薄い基板は、典型的に（１１１）配向基板であり、乾式のレーザ又はプラズマテクスチャー化を要求する。
・付加的なプロセスステップを伴わずに選択的エミッタを含む（ホット切除プロセスを使用する）。
・１つのＡＰＣＶＤプロセスステップしか使用しない。
・標準的な商業的燐ペーストを使用して形成されるベースコンタクト拡散（例えば、スクリーン印刷により塗布される）。
【０１０７】
図３１は、図３のフロー選択肢３Ｂに対応し、次の属性により特徴付けられる。
・再使用可能な厚いウェハ又はレンガ状物又はインゴット片からスライス／劈開により形成される薄い基板（例えば、ＭｅＶ陽子インプラントの後に）；この薄い基板は、典型的に（１１１）配向基板であり、乾式のレーザ又はプラズマテクスチャー化を要求する。
・付加的なプロセスステップを伴わずに選択的エミッタを含む（ホット切除プロセスを使用する）。
・２つのＡＰＣＶＤプロセスステップを使用する。
・標準的な商業的燐ペーストを使用して形成されるベースコンタクト拡散（例えば、スクリーン印刷により塗布される）。
【０１０８】
図３２は、図３のフロー選択肢３Ｃに対応し、次の属性により特徴付けられる。
・再使用可能な厚いウェハ又はレンガ状物又はインゴット片からスライス／劈開により形成される薄い基板（例えば、ＭｅＶ陽子インプラントの後に）；この薄い基板は、典型的に（１１１）配向基板であり、乾式のレーザ又はプラズマテクスチャー化を要求する。
・ホット切除プロセスなし及び選択的エミッタなし。
・２つのＡＰＣＶＤプロセスステップを使用する。
・標準的な商業的燐ペーストを使用して形成されるベースコンタクト拡散（例えば、スクリーン印刷を使用して塗布される）。
【０１０９】
図３３は、図３のフロー選択肢４Ａに対応し、次の属性により特徴付けられる。
・再使用可能な厚いウェハ又はレンガ状物又はインゴット片からスライス／劈開により形成される薄い基板（例えば、ＭｅＶ陽子インプラントの後に）；この薄い基板は、典型的に（１１１）配向基板であり、乾式のレーザ又はプラズマテクスチャー化を要求する。
・付加的なプロセスステップを伴わずに選択的エミッタを含む（ホット切除プロセスを使用する）。
・１つのＡＰＣＶＤプロセスステップしか使用しない。
・ＰＯＣｌ3炉ドーピングを使用して形成されるベースコンタクト拡散。
【０１１０】
図３４は、図３のフロー選択肢４Ｂに対応し、次の属性により特徴付けられる。
・再使用可能な厚いウェハ又はレンガ状物又はインゴット片からスライス／劈開により形成される薄い基板（例えば、ＭｅＶ陽子インプラントの後に）；この薄い基板は、典型的に（１１１）配向基板であり、乾式のレーザ又はプラズマテクスチャー化を要求する。
・付加的なプロセスステップを伴わずに選択的エミッタを含む（ホット切除プロセスを使用する）。
・２つのＡＰＣＶＤプロセスステップを使用する。
・ＰＯＣｌ3炉ドーピングを使用して形成されるベースコンタクト拡散。
【０１１１】
図３５は、図３のフロー選択肢４Ｃに対応し、次の属性により特徴付けられる。
・再使用可能な厚いウェハ又はレンガ状物又はインゴット片からスライス／劈開により形成される薄い基板（例えば、ＭｅＶ陽子インプラントの後に）；この薄い基板は、典型的に（１１１）配向基板であり、乾式のレーザ又はプラズマテクスチャー化を要求する。
・ホット切除プロセスなし及び選択的エミッタなし。
・２つのＡＰＣＶＤプロセスステップを使用する。
・ＰＯＣｌ3炉ドーピングを使用して形成されるベースコンタクト拡散。
【０１１２】
バックプレーン技術を使用するバルクＣＺ及びＦＺウェハのための特定プロセスフロー：フローのこのカテゴリーでは、バックプレーン技術を使用するバルクＣＺ（チョクラルスキー）及びＦＺ（フロートゾーン）ウェハのための代表的なバックコンタクト／バック接合プロセスフローについて詳述する。区別ファクタの中には、バックプレーンの挿入と、直接的パターン定義のためのピコ秒レーザプロセスの広範な使用とが含まれる。明確に述べないが、必要に応じて、バックプレーン技術をバルクＦＺ及びＣＺウェハに使用して、エッチングによりそれらを希薄化し、非常に長寿命にしなくてもよい安価なバルクウェハが望まれるときに有用な非常に薄い電池吸収材を形成する。又、これらの安価な比較的短寿命のウェハは、ｐ型バルクドーピングのものである。ここに示す全てのプロセスフローは、ｎ型ベース（バルク）ドーピングである好ましいドーピングを伴うウェハの例である。
【０１１３】
フローの５つの分類について以下に詳細に述べるが、各分類は、２つのサブ分類を有する。サブ分類は、電池に金属を堆積してパターン化するのに使用される方法によって区別される。第１のサブ分類では、本書において先に述べたフローと同様に、レーザベースの金属分離プロセスを伴うＰＶＤを使用して、パターン化されたベース及びエミッタ金属を得る。第２のサブ分類では、ＰＶＤ／レーザ分離ステップに代わって直接パターン化金属書き込み技術が使用される。５つの主な分類の全プロセスフローを図示して説明するが、分類は、次の特徴に従って定義される。
【０１１４】
ＣＺ／ＦＺ選択肢Ｉ：テクスチャー化の前に形成されるＰＳＧベースの前面フィールド（ＦＳＦ）。
ＣＺ／ＦＺ選択肢II：テクスチャー化の前に形成されるＰＯＣｌ3ベースのＦＳＦ。このプロセスは、ＰＯＣｌ3ガラスデグレーズステップをもたない。
ＣＺ／ＦＺ選択肢III：ＰＯＣｌ3ガラスデグレーズを伴うＰＯＣｌ3ベースのＦＳＦ。
ＣＺ／ＦＺ選択肢IV：テクスチャー化後に形成されるＰＳＧベースのＦＳＦ。
ＣＺ／ＦＺ選択肢Ｖ：ＦＳＦなし。
【０１１５】
図３６は、ＣＺ／ＦＺ選択肢Ｉに対応し、次の属性により特徴付けられる。
・付加的なプロセスステップを伴わずに選択的エミッタを含む（ホット切除プロセスを使用する）。
・分離されたベース−エミッタ接合。
・２つのＡＰＣＶＤプロセスを使用する。
・ＡＰＣＶＤ  ＰＳＧ及びホットレーザ切除を使用して形成されるベースコンタクト拡散。
・前面ＦＳＦ及び裏面ベースコンタクト拡散に使用されるＡＰＣＶＤ  ＰＳＧ。
・テクスチャー化前のＦＳＦ形成。
・インラインバックプレーン取り付け。
・金属堆積は、プラズマスパッタリング、真空蒸発、大気アーク／熱スプレーコーティング、等を使用して遂行される。
【０１１６】
図３７は、ＣＺ／ＦＺ選択肢Ｉに対応し、次の属性により特徴付けられる。
・付加的なプロセスステップを伴わずに選択的エミッタを含む（ホット切除プロセスを使用する）。
・分離されたベース−エミッタ接合。
・２つのＡＰＣＶＤプロセスを使用する。
・ＡＰＣＶＤ  ＰＳＧ及びホットレーザ切除を使用して形成されるベースコンタクト拡散。
・前面ＦＳＦ及び裏面ベースコンタクト拡散に使用されるＡＰＣＶＤ  ＰＳＧ。
・テクスチャー化前のＦＳＦ形成。
・インラインバックプレーン取り付け。
・金属堆積は、レーザ転写印刷、インクジェット印刷、エーロゾル印刷、等の直接書き込みプロセスを使用して遂行される。
【０１１７】
図３８は、ＣＺ／ＦＺ選択肢IIに対応し、次の属性により特徴付けられる。
・付加的なプロセスステップを伴わずに選択的エミッタを含む（ホット切除プロセスを使用する）。
・分離されたベース−エミッタ接合。
・２つのＡＰＣＶＤプロセスを使用する。
・ＡＰＣＶＤ  ＰＳＧ及びホットレーザ切除を使用して形成されるベースコンタクト拡散。
・裏面ベースコンタクト拡散のみに使用されるＡＰＣＶＤ  ＰＳＧ。
・同時又は逐次のアニール及び酸化に使用されるＰＯＣｌ3管ベースのアニール。
・ＰＯＣｌ3ガラスデグレーズなし。
・テクスチャー化前のＦＳＦ形成
・金属堆積は、真空スパッタリング、真空蒸発、大気アーク／熱スプレーコーティング、等を使用して遂行される。
【０１１８】
図３９は、ＣＺ／ＦＺ選択肢IIに対応し、主たる属性は、金属に対する直接書き込みを除くと図３８と同様であり、そして次の属性により特徴付けられる。
・付加的なプロセスステップを伴わずに選択的エミッタを含む（ホット切除プロセスを使用する）。
・分離されたベース−エミッタ接合。
・２つのＡＰＣＶＤプロセスを使用する。
・ＡＰＣＶＤ  ＰＳＧ及びホットレーザ切除を使用して形成されるベースコンタクト拡散。
・裏面ベースコンタクト拡散のみに使用されるＡＰＣＶＤ  ＰＳＧ。
・同時又は逐次のアニール及び酸化に使用されるＰＯＣｌ3ベース炉アニール。
・ＰＯＣｌ3ガラスデグレーズなし。
・テクスチャー化前のＦＳＦ形成
・金属堆積は、スクリーン印刷、レーザ転写印刷、インクジェット印刷、エーロゾル印刷、等の直接書き込みプロセスを使用して遂行される。
【０１１９】
図４０は、ＣＺ／ＦＺ選択肢IIIに対応し、そして次の属性により特徴付けられる。
・付加的なプロセスステップを伴わずに選択的エミッタを含む（ホット切除プロセスを使用する）。
・分離されたベース−エミッタ接合。
・２つのＡＰＣＶＤプロセスを使用する。
・ＡＰＣＶＤ  ＰＳＧ及びホットレーザ切除を使用して形成されるベースコンタクト拡散。
・裏面ベースコンタクト拡散のみに使用されるＡＰＣＶＤ  ＰＳＧ。
・同時又は逐次のアニール及び酸化に使用されるＰＯＣｌ3ベース炉アニール。
・ＰＯＣｌ3ガラスデグレーズを伴う。
・テクスチャー化前のＦＳＦ形成
・金属堆積は、プラズマスパッタリング、真空蒸発、大気アーク／熱スプレーコーティング、等を使用して遂行される。
【０１２０】
図４１は、ＣＺ／ＦＺ選択肢IIIに対応し、そして次の属性により特徴付けられる。
・付加的なプロセスステップを伴わずに選択的エミッタを含む（ホット切除プロセスを使用する）。
・分離されたベース−エミッタ接合。
・２つのＡＰＣＶＤプロセスを使用する。
・ＡＰＣＶＤ  ＰＳＧ及びホットレーザ切除を使用して形成されるベースコンタクト拡散。
・裏面ベースコンタクト拡散のみに使用されるＡＰＣＶＤ  ＰＳＧ。
・同時又は逐次のアニール及び酸化に使用されるＰＯＣｌ3ベース炉アニール。
・ＰＯＣｌ3ガラスデグレーズを伴う。
・テクスチャー化前のＦＳＦ形成
・金属堆積は、スクリーン印刷、レーザ転写印刷、インクジェット印刷、エーロゾル印刷、等の直接書き込みプロセスを使用して遂行される。
【０１２１】
図４２は、ＣＺ／ＦＺ選択肢IVに対応し、そして次の属性により特徴付けられる。
・付加的なプロセスステップを伴わずに選択的エミッタを含む（ホット切除プロセスを使用する）。
・分離されたベース−エミッタ接合。
・２つのＡＰＣＶＤプロセスを使用する。
・ＡＰＣＶＤ  ＰＳＧ及びホットレーザ切除を使用して形成されるベースコンタクト拡散。
・前面ＦＳＦ及び裏面ベースコンタクト拡散に使用されるＡＰＣＶＤ  ＰＳＧ。
・テクスチャー化後のＦＳＦ形成
・金属堆積は、プラズマスパッタリング、真空蒸発、大気アーク／熱スプレーコーティング、等を使用して遂行される。
【０１２２】
図４３は、ＣＺ／ＦＺ選択肢IVに対応し、そして次の属性により特徴付けられる。
・付加的なプロセスステップを伴わずに選択的エミッタを含む（ホット切除プロセスを使用する）。
・分離されたベース−エミッタ接合。
・２つのＡＰＣＶＤプロセスを使用する。
・ＡＰＣＶＤ  ＰＳＧ及びホットレーザ切除を使用して形成されるベースコンタクト拡散。
・前面ＦＳＦ及び裏面ベースコンタクト拡散に使用されるＡＰＣＶＤ  ＰＳＧ。
・テクスチャー化後のＦＳＦ形成
・金属堆積は、スクリーン印刷、レーザ転写印刷、インクジェット印刷、エーロゾル印刷、等の直接書き込みプロセスを使用して遂行される。
【０１２３】
図４４は、ＣＺ／ＦＺ選択肢Ｖに対応し、そして次の属性により特徴付けられる。
・付加的なプロセスステップを伴わずに選択的エミッタを含む（ホット切除プロセスを使用する）。
・分離されたベース−エミッタ接合。
・２つのＡＰＣＶＤプロセスを使用する。
・ＡＰＣＶＤ  ＰＳＧ及びホットレーザ切除を使用して形成されるベースコンタクト拡散。
・裏面ベースコンタクト拡散に使用されるＡＰＣＶＤ  ＰＳＧ。
・ＦＳＦなし
・金属堆積は、プラズマスパッタリング、真空蒸発、大気アーク／熱スプレーコーティング、等を使用して遂行される。
【０１２４】
図４５は、ＣＺ／ＦＺ選択肢Ｖに対応し、そして次の属性により特徴付けられる。
・付加的なプロセスステップを伴わずに選択的エミッタを含む（ホット切除プロセスを使用する）。
・分離されたベース−エミッタ接合。
・２つのＡＰＣＶＤプロセスを使用する。
・ＡＰＣＶＤ  ＰＳＧ及びホットレーザ切除を使用して形成されるベースコンタクト拡散。
・裏面ベースコンタクト拡散に使用されるＡＰＣＶＤ  ＰＳＧ。
・ＦＳＦなし
・金属堆積は、スクリーン印刷、レーザ転写印刷、インクジェット印刷、エーロゾル印刷、等の直接書き込みプロセスを使用して遂行される。
【０１２５】
図３に示すフローファミリ１Ｂに加えて、２つの個別のＢＳＧ層堆積を、付加的なコールドパルスｐｓ（又はｆｓ）レーザ切除ステップと共に使用することにより、選択的エミッタ構造を裏側に生成することができ且つそのようにすることが望まれる。ＡＰＣＶＤ層及びレーザ切除を使用するこの選択的エミッタ構造は、エピタキシャル堆積された膜から、又はＣＺウェハから、又はその他処理された吸収層、例えば、ＭｅＶインプランテーション及びスパッタリングのような高エネルギーを使用して劈開されたものから生成された吸収層において、上述した全ての構造及びフローの変形として適用される。図４６は、付加的なＢＧＳ層及びピコ秒レーザ切除パターン化を使用して選択的エミッタ構造（弱いエミッタ接合ドーピング及び強いエミッタコンタクトドーピング濃度をもつ）を生成するためのセルプロセスフローを示す。図４７は、図４６のフローから生じる電池構造の断面図で、電池は、異なる拡散シート抵抗を伴う２つのＢＳＧ堆積により形成された選択的エミッタを含む。
【０１２６】
図４６に見られるように、清掃されたテンプレートでスタートして、多孔性シリコンの二層又は層構造が形成される。弱くｎ型ドープされたエピタキシャル膜（典型的に約５×１０14ｃｍ-3から１×１０18ｃｍ-3の範囲のｉｎ−ｓｉｔｕベースドーピングで、厚みが約５μｍから１００μｍ）が堆積される。ベースの燐ドーピング濃度は、エピタキシャル成長プロセス中に予め指定されたプロフィールに基づいて変更される（この場合も、好ましくは、約５×１０14ｃｍ-3から１×１０18ｃｍ-3の範囲）。先に述べたように、ドーピングは、２つ以上のドーピングレベルを使用して任意に行われ、例えば、高いＶｏｃ（高い少数キャリア寿命）及び高いフィルファクタ（低い寄生ベース抵抗）の両方を達成するように最適なドーピングを実施する。そのような最適なドーピングは、装置の太陽側の表面に接近して強いドーピングが実施される前面フィールドより成る。しかしながら、その形態では、弱いドーピングを行うことも効果的であり、これは、ひいては、異なる作用からではあるが、良好な前面再結合速度も導く。この作用は、界面状態のバンド位置に対する表面のバンドラインアップによるものと考えられ、そのような界面状態をあまり厳しくないものにする。
【０１２７】
エピタキシャルシリコン層の堆積の後に、第１のＢＳＧ層が若干低い硼素濃度で堆積され、裏面領域のバルクに弱くドープされたエミッタを後で形成する。このプロセスに続いて、エミッタコンタクトを形成すべきエリアのレーザ切除（好ましくは、ピコ秒レーザ）が行われる。このプロセス及びその後の構造化プロセスは、好都合にも、構造体を横切る平行線を含む。エミッタコンタクト及びベースコンタクトのエリアは、交互の櫛型パターンで整列される。あるゾーン、即ちプロセスの後半に、バスバーが金属２層に配置される（第２の金属堆積の）ゾーンでは、直線、平行、櫛型のベース及びエミッタコンタクトパターンから逸脱することが効果的である。この逸脱は、各バスバーの下で経験する電気的陰影を急激に減少するために使用される。次いで、第２のＢＳＧ層が比較的高い硼素濃度で堆積されて、強くドープされたエミッタコンタクト領域（例えば、ｐ＋＋ドープ）を形成する。その後、ベースコンタクトのエリアが、好ましくは、ピコ秒レーザを使用して、レーザ切除される。次いで、燐ドープのベースコンタクトに対して先駆体として働くＰＳＧ層が堆積される。その後、窒素のような中性雰囲気を任意に含み、その後、酸素又は水蒸気のような酸化雰囲気を任意に含む（そして更に、後端低温ゲッティング及び最終フォーミングガスアニールを任意に含む）多機能高温プロセスステップ中にドーパントが駆動される。ここで、接合が駆動される。その後、コンタクトエリアにおいてレーザ切除により、好ましくは、ピコ秒レーザを使用して、コンタクトが形成される。次いで、金属１（堆積される第１金属及び電池に最も接近して配置される金属）が、例えば、Ａｌ、Ｎｉ、又はＮｉＶ及びＳｎのＰＶＤを使用して堆積及び構造化され、その後、例えば、ピコ秒レーザ切除を使用してパターン化を行うか、或いはアルミニウム含有ペーストの１つ以上の層をスクリーン印刷し、エーロゾル印刷し、インクジェット印刷し、又はその他の印刷を行う。アルミニウムペーストは、その後のアニール時に接合へのスパイクを減少するためのある程度のシリコン、又は他のスパイク減少剤を第１の層に含ませるように選択される。金属１の構造にも起因する第２の層では、ペースト又はインクは、金属１と金属２との間を接触するのに使用されるその後のビアアクセスホールの穿孔とうまく調和するために適当な粒子構造を含むよう選択される。他の選択基準は、金属１（Ｍ１）内に低い線抵抗をもつための最適な導電率である。特に、低いインク又はペーストの場合に、ベース及びエミッタの両方に対する接触抵抗を低くするための正しいペーストを選択することも重要である。要望があれば、異なる金属を含む異なるペースト又はインクを使用して、ベースコンタクト拡散・対・エミッタコンタクト拡散への接触をなすことができる。例えば、最初の金属１層は、ニッケルインクのようなインクの薄い層であり、これは、コンタクト領域において非常に局所的に堆積され、次いで、好ましくは、自己制限プロセス中に熱で珪化物へと変化される。しかしながら、金属１のその後の層は、形成される各珪化物の最も抵抗率の低い相を与えるに充分な低い温度で処理される。その後ビアアクセスホールをレーザで穿孔するための良好なプロセスウインドウを促進すると同時に、電池当たりの金属１消費（厚み）及びコストを抑えるために、指定のビアホールエリアの下に厚いアルミニウム金属ペーストパッドを局所的に印刷する一方、連続的又はセグメント化されたフィンガーを形成するために電池のどこにでも非常に薄いアルミニウムペーストを印刷するのが賢明であることに注意されたい。この設計は、例えば、ビアホールのエリアに付加的な金属ペースト材料を印刷する（ひいては、金属ペーストの二重スクリーン印刷）か、或いは良好な整列公差のためにビアホールのエリアにおける線巾を増加するか、或いは前者及び後者を組み合わせることにより形成される。
【０１２８】
ＰＶＤに続くピコ秒（又はｆｓ）レーザ切除パターン化が金属１堆積方法として明確に述べられたが、ここに述べる全てのフロー及び構造は、別の実施形態において、金属１ペーストのための印刷プロセス、例えば、インクジェット印刷、エーロゾル印刷、又はスクリーン印刷を使用してもよいことに注意されたい。ペースト又はインクの印刷に続いて、ペースト又はインクが適当に焼成及びアニールされる。次いで、バックプレーンは、これに限定されないが、例えば、適当な低ＣＴＥプレプレグ材料のラミネーションに取り付けられ、又は第１のスクリーン印刷及び熱或いは放射処理、例えば、ＵＶ放射により、任意であるが金属１のスペース間で、別の接着フィラーのラミネーションに取り付けられ、表面を平坦化した後にバックプレーンをラミネーションすることができる。そのような付加的な接着剤が使用される場合には、プレプレグのようなバックプレーン材料が、その後、比較的平坦な表面構造体にラミネーションされる。
【０１２９】
プレプレグのようなラミネーション材料は、テンプレート側の寸法より、例えば、各側で数ミリメータ程度が小さい。例えば、標準的な１５６ｍｍ×１５６ｍｍの最終的電池の場合に、少し大きなラミネーション材料、例えば、約１５８ｍｍ×１５８ｍｍと、少し大きなテンプレート、例えば、約１６５ｍｍ×１６５ｍｍとをもつことが効果的である。
【０１３０】
ラミネーション後に、ラミネーション領域のちょうど外側のエリアにおいて、シリコンの切除溝を、エピタキシャル膜を部分的に又は完全に通して、レーザ、好ましくは、ナノ秒ＵＶレーザで、或いは熱レーザ分離、即ち進行レーザビームを使用して局部的にエリアを加熱しその後に冷却するプロセスを使用し、追跡ミストジェット、水、又はヘリウムのような他の冷却材を使用してカットし、それにより、エピタキシャル層とテンプレートとの間の界面に多孔性シリコンにより形成される、剥離層の領域で終了する劈開前部を生成することができる。
【０１３１】
そのような準備の後に、ラミネーションされ補強された薄膜太陽基板（ＴＦＳＳ）は、好ましくは、引っ張りプロセス、剥離プロセス、引っ張り／剥離プロセス、或いは音波のサポートを通して、例えば、ＴＦＳＳ及びテンプレートスタックを超音波槽に浸漬するか、又はスタックの両側に真空を与えることのできる乾式剥離ステーションに超音波エネルギーを加えるか、又は真空振動によるか、或いはそれらの組み合わせにより、テンプレートから剥離することができる。ＴＦＳＳの剥離の後に、残りのテンプレートは、剥離された活性エリアの外側のエリアを残りのエピタキシャル材料から剥離するプロセスを受け、これは、それを研磨するか、水又は他の液体圧力を使用するか、化学的に除去するか、又はその組み合わせにより行われる。その後、テンプレートが清掃されて検査され、次いで、フィードバックされて、多孔性シリコン形成、エピタキシャル膜堆積、等の別のラウンドのために循環される。
【０１３２】
剥離されたＴＦＳＳは、次いで、好ましくは、多数のレーザの１つ又は組み合わせ、例えば、ＵＶ又は緑のナノ秒レーザを使用して、サイズ的にトリミングされる。そのようなサイズ的なトリミングは、縁境界のちょうど内側に部分切除溝も含み、装置の外側からのマイクロクラックの伝播を構造体が受け難くする。トリミングの後、例えば、適当な添加物を伴うＫＯＨのようなアルカリテクスチャー化の化学薬品を使用してＴＦＳＳがテクスチャー化され、それに続いて、例えば、ＨＦ及びＨＣｌを使用してテクスチャー化後の清掃が行われ、疎水性の表面で仕上げられる（例えば、ＨＦ最終製造ステップを使用して）。次いで、ＴＦＳＳは、例えば、ａ−Ｓｉ又はａ−ＳｉＯｘの堆積に続いて、窒化シリコンのようなＡＲＣ層の堆積により、前面不動態化を受け、それらは、全て、ＰＥＣＶＤを使用して遂行されるのが好ましい。
【０１３３】
又、窒化シリコンは、水素と、ベース少数キャリアを反発するための正電荷とを与えることにより、前面不動態化にも貢献する。堆積中、又は線の端のようなその後のステップにおいて、不動態化層及び界面は、不動態化を改善するため、例えば、フォーミングガス又は中性雰囲気又は真空を使用してアニールされる。そのようなアニールは、約２００℃からバックプレーン材料の最大許容温度までの範囲の温度で遂行され、且つアモルファスシリコン（又は酸化シリコン）の結晶が生じないことを保証すると共に、マイクロクラックが生じないことも保証する。最大許容温度は、約３００℃から３５０℃の高さである。
【０１３４】
その後、ウェハの裏面は、好ましくは、ＣＯ2レーザを使用して穿孔されて金属１層上又はちょうどその内側で停止するビアホールを受ける。次いで、金属１に直交する配列の金属２の堆積が使用される。例外は、金属２の一部分であることが望まれる場合のバスバーエリアである。上述したように、バスバーの下では、バスバーエリアからの全電気的陰影を最小にするために、金属１フィンガー並びにエミッタ及びベース領域の配列が異なることが望ましい。
【０１３５】
金属２の堆積の前に、自然酸化物を除去するためにサブ大気圧又は大気圧プラズマエッチング又は清掃のようなコンタクトの表面清掃が使用される。金属２を施すために、上述したような種々の技術が使用され、レジスト印刷を使用して後でパターン化されるＰＶＤシード、Ｃｕ及びＳｎのメッキ、レジスト剥離及び局部シード層エッチング、或いはパターン又は非パターン化印刷シード層、例えば、印刷ニッケルインク又はペースト（或いは銅インク又はペースト）と、それに続く適当な焼成、及びその後の銅メッキとを含む。或いは、金属２の層は、Ａｌ、Ｚｎを伴うＡｌ、或いはＣｕ、又はＣｕ及びそれに続くＳｎのフレームスプレーのような熱スプレーを使用して施されてもよい。熱スプレーは、インラインで行われるか、又は周期的に清掃されるパターン化マスクを通して行われる。
【０１３６】
金属２層の寸法は、領域アクセスが主として小さな寸法の金属１層により得られそして金属２層が金属１に直交配置されるので、緩和される。ラミネートされたバックプレーンは、他の機能（永久サポート及び補強のような）の中でも、金属１層と金属２層との間の分離誘電体として働くと共に、２つの層（Ｍ１及びＭ２）間にアクセスを与えるビアホールのためのマトリクスをなす。図４７の電池の規範的厚み寸法は、エピタキシャルＳｉ〜１０から５０μｍ、裏面不動態化酸化物５０から２５０ｎｍ、バックプレーン（プレプレグ、アノード処理Ａｌ合金又は酸化冶金学的グレードシリコン：ｍｇ−Ｓｉ）〜１５０から５００μｍ、スパッタ（ＰＶＤ）Ａｌ又は印刷（ＡｌＳｉ、Ａｌ）コンタクト／ミラー〜５０から２５０ｎｍ、メッキＮｉ（頂部及び底部）〜１００から５００ｎｍ、メッキ頂部Ｓｎ〜０．５から５μｍ、及びメッキ銅金属〜２５から５０μｍを含む。
【０１３７】
バスバーが電池の一部ではなく、むしろ、モジュールの一部である場合には、電池の幾何学形状が簡単になり、そして金属１及び金属２の両方が、金属１と金属２との間に直交方向に配列された平行な櫛型フィンガーのみを完全に含むようにすることができる。
【０１３８】
しかしながら、金属１の構造が完全に直線的でないことの別の効果は、この設計がＴＦＳＳエリア内の金属２カバレージのエリアを引っ込ませ又は除外できるようにし、それにより、メッキプロセス中にＴＦＳＳの縁をシールできるようにすることである。そのようなシールは、例えば、Ｃｕを含む潜在的に有害な金属メッキ溶液での活性吸収材エリアの汚染を防止する。
【０１３９】
又、特に、若干厚い印刷金属ペーストの場合には、金属１層の櫛型金属線をセグメント化することも効果的である。セグメントは、線全体にわたる直列抵抗が著しく悪くならないように金属２への接触も依然形成されるように配列されねばならない。例えば、長さが約０．５から５ｃｍの線セグメントに対してこれらの要件が満足されるときには、ペーストアニール中或いは金属堆積又は金属ペーストアニールに続くプロセスステップ中に金属１線の収縮により開始されるマイクロクラックの発生並びに過剰な曲がり及び応力がセグメントにより防止される。
【０１４０】
重要なことに、電池の裏面に別の誘電体を形成して使用してもよい。硼素ドープエミッタのようなｐ型エミッタについては、負の電荷を与えるエミッタ領域に不動態化誘電体を接触させるのが効果的である。それ故、上述した全ての構造体及びフローの変形例では、エピタキシャル堆積膜から、又はＣＺウェハから、又はＭｅＶインプランテーション及び分割のような高エネルギーを使用して劈開されたもののような他の仕方で処理された吸収層から生成された吸収層において、薄い（例えば、約５ｎｍから５０ｎｍの範囲の厚み）酸化アルミニウム（好ましくはＡＰＣＶＤ又はＡＬＤにより形成された）のような材料を、裏面に接触する第１層として（それ故、エピタキシャル層の頂部に）もたせることもできる。図４８は、酸化アルミニウムの堆積を活性吸収層の裏面不動態化として合体する規範的なプロセスフローであり、そして図４９は、図４８に示すプロセスにより形成され、そして堆積された酸化アルミニウムを活性吸収層の裏面不動態化として合体する電池構造体の規範的実施形態の断面図である。図４９の電池は、酸化アルミニウムを裏面不動態化誘電体として示す。酸化アルミニウムは、好ましくは、ＡＰＣＶＤのような大気圧プロセスを使用するか、又は原子層堆積（ＡＬＤ）により堆積される。そのような層は、第１のＢＳＧ層を堆積する直前に好ましくは同じツールで堆積され、そしてＢＳＧを使用するエミッタドーピングがこの層を通して進められる。或いは又、層それ自身が、ドーパントとして拡散して、エミッタ領域、特に、選択的エミッタ態様では弱くドープされたエミッタ領域を形成するために活性化されるべき硼素、又は滅多にないが、充分なアルミニウムを含むことができる。酸化アルミニウム層は、その後、ＢＳＧ、ＵＳＧ及びＰＳＧを使用するときに上述した同じレーザ切除プロセスを受ける。
【０１４１】
図４９の電池に対する規範的な厚み寸法は、エピタキシャルＳｉ〜１０から５０μｍ、裏面不動態化酸化物５０から２００ｎｍ、バックプレーン（プレプレグ、アノード処理Ａｌ合金又は酸化ｍｇ−Ｓｉ）〜１５０から５００μｍ、スパッタ（ＰＶＤ）Ａｌ又は印刷（ＡｌＳｉ、Ａｌ）コンタクト／ミラー〜５０から２５０ｎｍ、メッキＮｉ（頂部及び底部）〜１００から５００ｎｍ、メッキ頂部Ｓｎ〜０．５から５μｍ、及びメッキ銅金属〜２５から５０μｍを含む。
【０１４２】
前記堆積シーケンスとは別に、図５０にフローで示すように、酸化アルミニウムをその後の時点に適用することもできる。図５０は、酸化アルミニウムの堆積を、活性吸収層の裏面不動態化として合体する別のプロセスフローの一例である。このフローでは、エミッタ及びベースコンタクト拡散ドーピングの先駆体として働くドープされたガラス層を除去した後に酸化アルミニウムが堆積される。
【０１４３】
例えば、ＢＳＧ、ＰＳＧ及びＵＳＧを使用する前記スキームの１つを使用して接合を拡散した後に、例えば、ＨＦ浸漬、又は好ましくはＨＦ蒸気エッチングを使用してそれらのＡＰＣＶＤ酸化物層を剥離し、その後、ガス流により適当に残留物を除去することができる。次いで、酸化アルミニウムが、適当なエミッタ及びベースコンタクト拡散を既に含んでいるシリコンに直接堆積される。任意であるが、酸化アルミニウムは、その後の金属１堆積のピンホールシャントを防止するために、充分な厚みにされるか、又はＵＳＧのような他の堆積酸化物でキャップされる。他の全ての実施形態について上述したように更に別の処理が進められる。
【０１４４】
金属１層は、電気的接触に加えて、薄い吸収層を通過する光子のためのミラーをなす。それ故、非常に有効なミラーは、光子捕獲及びエネルギー取り入れの改善のために赤外線光子を反射することにより多量の光子を取り入れ且つ変換するのに効果的である。金属のエリアカバレージ及びその特定の反射率は、この機能に対して重要な役割を果たす。カバレージのエリアを増加するために、図５１に示すように、既にパターン化された構造体上に、薄いＰＶＤベースの金属、ＰＶＤ層を堆積する。図５１は、ブランケット堆積金属層膜のパターン化及び分離を可能にする構造体の断面図で、この構造体は、裏面コンタクト型電池の裏面における金属カバレージのエリアを向上させるものである。図５１の構造体は、反射されるべき光子を非常に透過し且つＰＶＤ又は蒸発のような充分に視線ベースの堆積プロセスに対して金属層の分離（電気的隔離）を与える材料の張り出し構造で構成される。そのような層は、金属１層の分離に対してレーザ切除の必要性を排除する。隣接するエミッタ及びベース金属線の直接的なシャントを回避するためにそのようなプロセスでは清潔さ及びプロセスコントロールが重要である。図５１の構造体は、レジストの二重スクリーン印刷により形成されるレトログレード(retrograde)レジスト側壁を示す。更に、光学的に透明なＥＶＡ又はＰＶシリコンは、レジスト材料として使用される。或いは又、長期信頼性を伴う他の適当な材料が使用されてもよい。というのは、レジスト材料は、電池に永久的に留まり、そして更に後部ミラー反射に貢献するからである。
【０１４５】
それに加えて、テンプレート上プロセスの幾何学的構造は、最適化することができる。バスバー領域の下で電流を取り入れることのできる上述した構造体に加えて、特に、金属１については、好都合に使用でき且つ金属層２に配置されたバスバーの下に扇状に広がる他の幾何学的構造もある。しかしながら、簡単化のため、エミッタ及びベース領域並びにコンタクトのほとんどの線は、平行な櫛型の線であり、その簡単な構造が図５２及び５３に示されている。
【０１４６】
図５２は、直線的な櫛型エミッタ及びベースフィンガーの場合のコンタクト開口を含むベースコンタクトウインドウ及びエミッタのレイアウトを示す電池バックプレーンの上面図である。図５３は、金属１堆積を含む図５２の電池バックプレーン構造体の上面図で、金属１層と金属２層との間を接触できるようにするためのバックプレーン材料のビアホールの位置を示す大きな丸いエリアが追加されている。
【０１４７】
しかしながら、ベース拡散領域及びベースコンタクト開口領域の両方をエミッタエリアの海における島の形態でレイアウトすることもでき、その幾何学形状が図５４及び５５に示されている。そのようなレイアウトでは、ベース領域の下の電気的陰影が減少される。ベースの少数キャリア（ｎ型材料ではホール）の電気的陰影は、ホールが、エミッタ領域へ垂直方向のみに移動しなければならないのではなく、エミッタ領域へと横方向にも移動しなければならないときに生じる。これは、ベース拡散領域の下のケースである。図５４は、ベースコンタクト島のアレイの場合にコンタクト開口を含めて、ベースコンタクトウインドウ及びエミッタに対するレイアウトを示す電池バックプレーンの上面図である。図５５は、金属１線及びビアホール位置が存在するベースコンタクト島のアレイの場合にコンタクト開口を含めて、ベースコンタクトウインドウ及びエミッタに対するレイアウトを示す電池バックプレーンの上面図である。ベースコンタクト島に対しビアホールの位置間には直接的な相関がないと仮定することに注意されたい。
【０１４８】
ベース島が使用されるときには、電流収集のためにエミッタまで移動するホールの平均経路が減少され、ホール収集効率を高める。図５２から５５は、直線構造に比してベースコンタクト島構造を示している。ベース拡散島及びベースコンタクトホール開口は、レーザ切除プロセス中に入念に整列されねばならない。そのような整列及び同期は、それらの構造の成功にとって重要である。島対直線領域の幾何学的観点は、ここに開示する全ての構造に対して保持される。
【０１４９】
２つの硼素ドーパントソース、例えば、上述した２つの異なるＢＳＧ層を使用する前記選択的エミッタ形成のケースも同じ概念が保持される。図５６及び５７は、そのように生成される選択的エミッタに対するレーザパターンの幾何学形状を例示する。図５６は、直線的櫛型エミッタ及びベースフィンガー並びに選択的エミッタエリアに対するコンタクト開口を含み、エミッタへのコンタクトのエミッタ拡散領域が前記コンタクト領域から離れるエミッタ拡散領域より強くドープされる、ベースコンタクトウインドウ及びエミッタのレイアウトを示す電池バックプレーンの上面図である。図５７は、金属１堆積を含む図５６と同じ選択的エミッタ構造のレイアウトを概略的に示す電池バックプレーンの上面図である。大きな丸いエリアは、バックプレーン材料のビアホールが金属１層と金属２層との間を接触できるような位置である。
【０１５０】
同様に、ここでのほとんどの開示において、金属１は、ＰＶＤ及びその後のレーザ切除を使用して生成される。しかしながら、全ての構造及び方法は、スクリーン印刷、インクジェット又はエーロゾルジェット印刷、及び熱又はフレームスプレーのような直接書き込み金属１適用方法に完全に適合し且つ適用可能である。
【０１５１】
又、ここに開示するほとんどの実施形態において、ｉｎ−ｓｉｔｕアニール方法には、不動態化のアニールが使用されている。しかしながら、全てのプロセス及び方法は、不動態化材料の堆積後の適当な時点で不動態化アニールがｅｘ−ｓｉｔｕで行われる状態にも完全に適用することができる。ｅｘ−ｓｉｔｕアニーリングの効果は、次のことを含む。即ち、ｅｘ−ｓｉｔｕアニーリングは、全ての当該材料、主として、活性ＴＦＳＳ吸収材、例えば、シリコン、バックプレーン材料、金属１ペースト材料、並びに少なくとも金属１の線間、及びシリコンのような活性吸収材とバックプレーンラミネートとの間に使用される任意の付加的な接着剤、の間の熱膨張係数の一致の厳密さを低減する。不動態化それ自身が、充分に低い温度、例えば、ＰＥＣＶＤマシンのような精巧な堆積ツールでは２２０℃以下で行われるときには、その後のアニールを３００℃のような高い温度で行うことが、オーブンのような非常に簡単なツールにおいて、簡単に潜在的にコインを、ＴＦＳＳ間に任意にインターリーブして積み重ねるという仕方で、行える。この処理シーケンスは、当該材料間の残留ＣＴＥ不一致により生じる問題の取り扱いを軽減する。
【０１５２】
ヘテロ接合：今日市場に出回っているほとんどのシリコン系太陽電池は、ホモ接合をベースとするものである。ヘテロ接合、特に、広いバンドギャップのエミッタを伴うものは、高いＶｏｃ、ひいては、高い効率の能力の潜在性から有益である。薄型シリコン電池に関連してヘテロ接合を与えるための費用効果のある多数の方法が提供されている。ヘテロ接合は、主として、エミッタに水素付加アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）を導入することにより達成され、これは、結晶シリコンに比して広いバンドギャップを与える。アモルファスシリコンを伴うそのような電池を処理するときの１つの主たるタスクは、アモルファスシリコン堆積後の有効プロセス温度を、シリコンの結晶温度、典型的に、４００℃より低く保持することである。実際に、アモルファスＳｉ（又は酸化シリコン）の堆積は、約１５０℃から２００℃の範囲の温度でＰＥＣＶＤを使用して行われる。
【０１５３】
図５８及び５９は、ａ−Ｓｉエミッタに基づき且つエピタキシャル堆積された薄いシリコン吸収構造体を使用することに基づいてヘテロ接合電池を生成するプロセスフロー実施形態（両方とも炉処理及びインクジェット燐印刷を使用しない）である。図６０は、ｅｐｉベース電池を使用するヘテロ接合薄型シリコン電池を使用して得られる構造体の断面図である。そのような電池の構造上の設計は、厚いシリコンも使用できること以外は、ＣＺウェハベースフローに対して同じである。しかしながら、その後にＣＺシリコンを、寿命と赤外線の吸収との間に最適なトレードオフを伴う厚みまで希薄化することもでき、赤外線の吸収は、厚い吸収層により助成される。図６０の電池の規範的な厚み寸法は、エピタキシャルＳｉ〜１０から５０μｍ、裏面不動態化酸化物５０から２５０ｎｍ、バックプレーン（プレプレグ、アノード処理Ａｌ合金又は酸化ｍｇ−Ｓｉ）〜１５０から５００μｍ、スパッタ（ＰＶＤ）Ａｌ又は印刷（ＡｌＳｉ、Ａｌ）コンタクト／ミラー〜５０から２５０ｎｍ、メッキＮｉ（頂部及び底部）〜１００から５００ｎｍ、メッキ頂部Ｓｎ〜０．５から５μｍ、及びメッキ銅金属〜２５から５０μｍを含む。
【０１５４】
これらプロセスは、多孔性シリコン層の頂部にエピタキシャル堆積を使用して生成されたシリコンのような薄いシリコン、及びインプラント／劈開ベースの薄型シリコンアーキテクチャー、並びにＣＺウェハ及び薄型ＣＺウェハベースの電池に適用することができる。図６１は、そのような実施形態に対するプロセスフロー実施形態を示す。テンプレート清掃、多孔性シリコンの形成、及びｎ型ベースのエピタキシャルＳｉ堆積は、他のフローと同様である。エピタキシーに続いて、先ず、真性の、次いで、ｐ＋ドープのアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）スタックを含む一連の薄い（典型的に＜２００ｎｍ厚みの）堆積が行われる。ａ−Ｓｉそれ自体は、導電率が若干低くなる傾向があるので、充分低い抵抗で電流を搬送するよう助けるためにアモルファスＳｉの後にバッキング層の堆積を追加することが要求される。そのようなバッキング層は、ａ−Ｓｉの結晶化を防止するに充分な低い温度で堆積されねばならない。そのような種類の規範的な層は、ＩＴＯ又はＺｎＯ、或いはシリコン及びゲルマニウムの多結晶合金（ＳｉｌｘＧｅｘ）のような導電性酸化物透明層であり、これは、ＧＥを充分に含む状態で、充分低い温度において、多結晶形態で堆積される。その後、ベースコンタクトを配置すべき領域において、ａ−Ｓｉエミッタ材料及び任意のバッキング材料は、好ましくは、ピコ秒レーザを使用して切除される。その後、二酸化シリコン又は酸化アルミニウムより成る後部不動態化層が堆積される。ベースコンタクトの領域では、その後、例えば、燐のインクドットを印刷することにより燐ドーパントソースを局部的に適用することができる。その後のステップにおいて、ベースコンタクトのドーパントは、例えば、シリコンの頂部を溶融して、堆積されたドーパントをシリコン格子に合体させるナノ秒レーザを使用して駆動される。又、ピコ秒レーザは、誘電体を除去してａ−Ｓｉエミッタに接触させるためにエミッタコンタクト側に使用される。金属１の堆積では、両プロセスの熱履歴がａ−Ｓｉ結晶化のためのスレッシュホールドを越えないならば、金属層を画成するためのＰＶＤ及びその後の切除と、スクリーン印刷との両方を使用することができる。バックプレーンラミネーション、及び種々の実施形態を伴うそれ以降の処理は、その後、ホモ接合プロセスについて述べた同じ方法で進められる。
【０１５５】
以下の説明は、薄いＳｉウェハに適用された後も除去されない永久的な補強を与え且つ前面又は裏面コンタクトの薄型Ｓｉ太陽電池と共に太陽モジュールパネルに使用される永久的支持構造体（バックプレーン）を使用する処理方法及び設計について述べる。更に、ここに開示するバックプレーンは、適度に低いロスで薄型太陽電池から電流及び電力を引き出す。ここに開示する永久的支持構造体は、これに限定されないが、熱、マイクロ波、又はレーザエネルギーのような放射により、縁画成又はトリミング、テクスチャー化及び清掃、不動態化及び反射防止コーティング（ＡＲＣ）堆積、及びそれに続く任意のアニールを含む必要なプロセスステップを通して薄い太陽電池の取り扱い及び支持を可能にする。更に、永久的支持構造体は、これに限定されないが、セル内、セル対セル、及びセル対モジュールの接触を含めて、金属の堆積、印刷、メッキ、ラミネーション、又は金属含有、又は一般的に、導電性膜、及び誘電体を含むビア開口、種々の金属被覆、及び誘電体材料適用スキームのような接触スキームを支持する。
【０１５６】
ここに開示する要旨は、製造プロセス中にエミッタ及びベースへのコンタクトを備え付けそして破損を減少するために非常に薄いシリコン（Ｓｉ）太陽電池及びウェハを補強するための新規な方法及び構造に関する。これらの方法及び構造は、Ｓｉウェハ生産技術がウェハ厚みの減少に関して急速に進歩しており、太陽電池産業が１８０ないし２５０μｍの標準的なＳｉ太陽電池厚みから、より薄い電池に向かって前進して、Ｓｉの使用量、ひいては、材料コストを減少しようとしていることが動機となっている。厚みが３０μｍ未満のＳｉウェハの製造は、層転写及びエピタキシャルＳｉ堆積のような種々の方法を通して立証されている。しかしながら、この産業は、一般的に、電池の破損が著しく増大し、製造収率を低下するので、約１４０μｍ未満の厚みのＳｉ太陽電池を製造することはできない。ここに開示する要旨は、数十ミクロンまで又はそれ以下の厚みの非常に薄いシリコンを、太陽電池生産ラインを通して高い収率で取り扱い、ひいては、破損に関連したコストを削減することに関する。現在、この産業の標準的な基板厚みは、１８０μｍより大きい。太陽電池の製造者は、１４０μｍ程度に薄いＳｉウェハを使用して製造を開始するが、厚み１４０μｍのＳｉウェハは、大量生産プロセスに使用するにはしばしば脆過ぎる。シリコンが少ないことは安価な太陽電池を許す（シリコン材料のコストが太陽電池の全コストの実質的な部分を構成する）ので、電池性能に著しく有害な影響を及ぼすことなく、約５０μｍ未満厚みの太陽電池材料で積極的なコスト節約を果たせることが予想される。上述したように、太陽電池基板は、これに限定されないが、標準的な擬似方形、方形及び六角形を含む種々の形態で整形される。基板のサイズ及び面積も、例えば、１２５ｍｍ×１２５ｍｍ又は×１５６ｍｍ、或いはこれに限定されないが、２１０ｍｍ×２１０ｍｍを含む更に大きな電池へと変化する。更に、基板材料は、単、多、又はマルチ結晶シリコンのいずれでもよい。ここに開示する要旨は、基板のソース及び形状により区別される種々の形式の基板に適用可能である。例えば、次の少なくとも２つの分類に適用可能である。
【０１５７】
Ａ）チョクラルスキー（ＣＺ）又はフロートゾーン（ＦＺ）技術（テクスチャー化又は非テクスチャー化）を使用して得られるインゴットからのフラットなウェハ、或いはバルクインゴットのワイヤソーイング、研磨、ラッピング、エッチング、又はイオンインプランテーション（水素又はヘリウム）ベースのスライスのような技術を使用して得られるマルチ結晶鋳造インゴット。
【０１５８】
Ｂ）四塩化シリコン（ＳＴＣ）、トリクロロシラン（ＴＣＳ）、ジクロロシラン（ＤＣＳ）又はシランのような、シリコンの堆積に使用される先駆体を使用して直接発生されるエピタキシャル又は多結晶成長基板。これらの基板は、裏面フィールド（ＢＳＦ）、バルクドーピング、前面フィールド（ＦＳＦ）及びエミッタのような、出来上がった太陽電池において慣習的であるドーパント拡散を、エピタキシャル成長プロセスの一部分として有してもよいし有していなくてもよい。この方法は、太陽電池を形成するドーピングの多数の組み合わせのいずれにも広く且つ等しく適用できる。例えば、（１）硼素ドープのｐ型エミッタと共に燐を使用するｎ型バルクドーピング、及び（２）燐ベースのｎ型エミッタと共に硼素を使用するｐ型バルクドーピング。ｐ型エミッタと共にｎ型ドープのベース層を使用するのが優先的であることに注意されたい。というのは、これらｎ型ベースの太陽電池は、硼素ドープのｐ型ベースを伴うシリコン太陽電池材料にしばしば見られる光誘起の質低下を示す傾向があるからである。
【０１５９】
エピタキシャル基板を製造する多数の実施形態が考えられる。１つの実施形態では、エピタキシャル基板は、マザーテンプレートの犠牲層上に成長され、そしてその後、変位される。マザーテンプレートは、次いで、より多くのエピタキシャル基板を成長させるために数回再使用される（例えば、残留物の除去により、又、例えば、傾斜又はエリアラッピング又は研磨、清掃及び犠牲層の再形成による任意の再コンディショニングにより）。犠牲層は、マザーテンプレートの結晶構造に関する情報をエピタキシャル層へ転送しなければならず、そして基板及びマザーテンプレートに対して選択的に除去される。犠牲層の１つの特定の実施形態は、多孔性シリコンであり、その多孔度は、上述した２つの重要な機能を達成するために調整されてもよい。
【０１６０】
エピタキシャル基板の実施形態内で、その基礎となる出発マザーテンプレートにより区別される多数の可能性が考えられる。それらの可能性の幾つかを以下に一例として述べるが、それに限定されるものではない。
【０１６１】
ｉ）実質的に平坦なエピタキシャル基板：これは、少なくとも２つの個別のケースを有する。第１のケースでは、エピタキシャル層が、パターンをもたないフラットな非テクスチャー化テンプレートの頂部に成長される。テンプレートは、標準的なチョクラルスキー（ＣＺ）成長を使用して成長されるか、又はテンプレート製造コストを節減するためシード付き鋳造擬似単結晶インゴットとして製造される。マルチ結晶テンプレート材料も使用され、これは、次いで、マルチ結晶の薄い電池を生成する。ここで、実質的に平坦な基板は、エピタキシャル基板と称される。剥離されたエピタキシャル基板も、パターンをもたずフラットである。第２のケースでは、基礎的パターン又はテクスチャーがテンプレートにあるが、このテクスチャーのサイズスケールは、エピタキシャル基板の厚みより実質的に小さい。従って、剥離されたエピタキシャル層もテクスチャー化されるが、依然、実質的に平坦である。この基板も、ここでは、エピタキシャル基板と称される。
【０１６２】
ii）三次元エピタキシャル基板：ここで、基礎となるテンプレートは、予めパターン化され又は予め構造化され、そしてパターンの幾何学的形状又はテクスチャーは、エピタキシャル膜の厚みに実質的に等しいか又はそれより大きいオーダーである。従って、エピタキシャル膜が剥離されると、実質的に非平坦な３Ｄ幾何学形状をもつことになる。このパラダイム内で、事前パターン幾何学形状の多数の例が考えられ、例えば、ピラミッドベースの電池がある。この基板も、ここでは、エピタキシャル基板と称される。
【０１６３】
前記説明において、剥離層は、多孔性シリコンより成り、そしてエピタキシャル層も、シリコンである。しかしながら、ここに開示する要旨は、水素のインプランテーションを行って劈開剥離領域を形成するか、或いはシリコン内に収束されるレーザを使用して剥離又は劈開領域を形成するもののような他の剥離層方法にも適用できる。更に、ここに開示する要旨は、シリコン以外の活性吸収材にも適用でき、これは、シリコンとゲルマニウム又は炭素或いはその混合物のようなヘトロエピタキシャル組み合わせ、及びIII−Ｖ族からの材料、例えば、砒化ガリウム（ＧａＡｓ）を含み、これは、例えば、ゲルマニウム又は勾配のあるシリコンゲルマニウム領域に成長させることができ、この領域は、多孔性シリコン層に成長されたもので、本質的にシリコン基板に剥離層と共に良質のＧａＡｓを成長させるためにＧａＡｓとその下のシリコンとの間に格子一致を許すように設計される。
【０１６４】
上述した基板（インゴットからのフラットなウェハ及びエピタキシャル基板）では、堆積されるシリコンの厚みが実質的に薄い場合、或いは処理条件が永久的補強に使用される材料に適合しない場合には、永久的な補強に適するまで処理中に太陽電池を一時的に支持するためにキャリアを導入する必要がある。一時的補強の可能性は、静電気、真空、又はそれらを組み合わせた方法を使用する移動キャリアを含む（これに限定されないが）。これらの構造は、薄い基板を実質的に強化及び補強し、従って、高い製造収率を保証する。しかしながら、ここに開示する要旨は、前面又は裏面コンタクトの薄型Ｓｉ太陽電池と一緒に太陽モジュールパネルに使用するための永久的補強を与える。
【０１６５】
更に、剥離層と共にテンプレートに形成されるエピタキシャル基板の場合には、ここに開示する要旨は、製造プロセス中に連続的な薄型基板支持を与える。例えば、初期には、好ましくは、乾式及び潜在的に高温のプロセスステージがテンプレートを補強手段として使用し、そしてその後は、好ましくは低温及び潜在的に湿式プロセスステージがバックプレーン補強構造及び方法を使用する。従って、ここに開示する要旨は、薄い活性の吸収層をもつ太陽電池（薄型太陽電池）の製造を可能にする永久的支持構造体、及びそれにより得られる太陽電池の構造体を製造する材料、設計、構造及び方法に関する。更に、ここに開示する要旨は、電池製造フローの種々の実施形態内に永久的支持構造体を一体化させ、ここに開示されるバックプレーン構造体、材料及び方法は、高効率の薄膜太陽電池基板を使用する光起電力太陽電池の製造に使用される。
【０１６６】
ここに開示する薄膜太陽電池構造体の効果的な設計は、バック接合及びバックコンタクトを含む側に補強が加えられるバック接合バックコンタクト電池である。しかしながら、コンタクトの少なくとも１つの極性を前面にもつ電池設計も、典型的に２５０℃から３５０℃より低い低温処理に関連してここに開示する要旨を使用してサポートされ、そして補強手段を取り付けた後に前面コンタクトが製造される場合には前面コンタクトを製造するのに使用される。効果的な低温プロセスは、プロセスを持続するためバックプレーン材料にとって裏面を充分に冷たく保ちながら前面のみを加熱するというレーザアニールを使用する。前面コンタクトのための方法は、例えば、Ａｌ又は他の金属の前面線を形成し、その後、接触及び任意のエミッタ接合の形成のためにレーザアニールを行い、前面で接触するか又はパターン化インプランテーションを行い、その後、レーザ又は他の実質的に低温アニールを行って接合を形成し、その後、アルミニウム堆積のような適当な金属被覆スキームを実行し、堆積、印刷又は噴霧を使用してパターン化するか、或いはパターン化せずに、後でパターン化することを含む。
【０１６７】
本開示の意図は、補強を可能にし、従って、多数の形式の薄膜構造体の高い製造収率を可能にするものであるが、ここに開示する実施形態は、バックコンタクト電池を製造するより挑戦的なプロセスのための解決策を提示することに焦点を当てる。金属被覆の点まで薄膜太陽基板（ＴＦＳＳ）を製造するための実現可能な構造及び方法の例を、図６１Ａ−Ｃのプロセスフローにおいて一般的に説明する。図６１Ａ−Ｃは、本開示全体にわたって更に詳細に述べる一般的なバックプレーン補強関連ステップを含めて、バックコンタクト太陽電池を形成するための主要な処理ステップを示すプロセスフローである。
【０１６８】
プロセスフローは、テンプレートと称される清掃された再使用可能な半導体ウェハでスタートする。次いで、多孔性半導体材料のような剥離層がテンプレートの表面に堆積される。シリコンウェハの場合には、これは、多孔性シリコンである。多孔性シリコン層は、異なる多孔度の少なくとも２つのゾーンを含み、上層は、下層より多孔度が低いのが好ましい。下層は、指定の弱い層として働き、一方、上層は、シリコン層堆積の前にｅｐｉ炉においてその後の焼成ステップにリフローされ、そのリフローは、表面を再構成して、エピタキシャル堆積を可能にするシード面を与える。水素（Ｈ2）中で混合されるトリクロロシラン（ＴＣＳ）のような少なくとも１つのシリコン含有ガスを使用して高温度で実行されるその後のエピタキシャル堆積において、半導体、例えば、シリコンの薄い層がテンプレートの頂部の多孔性層の上に堆積される。この層は、太陽電池に対して薄い活性の吸収層又は光捕獲層として働く。図示されたように、活性の吸収ベース層は、例えば、堆積ステップ中にホスフィン（ＰＨ3）の添加により形成されるｎ型層である。ＰＨ3は、水素中で希釈されるのも任意である。堆積中のＰＨ3フローの目盛を使用して、必要に応じて膜のドーピング勾配を達成することができる。
【０１６９】
エピタキシャル堆積の後に、更なるステップは、例えば、硼珪酸ガラス（ＢＳＧ）の大気圧化学蒸着（ＡＰＣＶＤ）によりエミッタ層を形成及び構造化し、そして必要に応じてＢＳＧをレーザ切除して、ベースコンタクトのための開口を形成することを含む。その後の任意のステップは、非ドープ珪酸ガラス（ＵＳＧ）を堆積し、その後、レーザ切除を行って、ベースコンタクトとエミッタとの間に分離ゾーンを後で形成することを含む。次いで、燐珪酸ガラス（ＰＳＧ）を先駆体として堆積して、強くｎドープされたベースコンタクトを後で形成する。非ドープ層は、必要に応じて各層を分離するために使用される。その後の熱駆動ステップは、任意ではあるが半導体（シリコンのような）との良好な界面を形成するための少なくとも１つのステップでの酸化と共に使用されて、ドープされた拡散プロフィールを駆動する。次いで、レーザを使用して、望ましいコンタクトエリアにおいて誘電体を切除し、その後の金属被覆ステップでの接触を可能にする。前記切除プロセスのための適当なレーザは、ピコ秒レーザを含み、特に、その下に横たわる半導体に対して表面下ダメージをほとんど又は全く生じないピコ秒ＵＶレーザを含む。
【０１７０】
ここに開示するバックプレーン取り付け及び構造化の後に、バックプレーンで補強され構造化された薄膜太陽基板（ＴＦＳＳ）をテンプレートから剥離した後にテンプレートを再使用できることに注意されたい。この再使用は、多孔性の層の形成及びエピタキシャル堆積の次のラウンドに対してテンプレートを再び準備させるために清掃ステップを必要とする。図６２Ａ−Ｃは、バックプレーン補強ステップの前の構造体を示す図である。図６２Ａ及びＢは、各々、ＰＶＤ及び金属コンタクト開口の後の電池構造体の上面図及び断面図である。図６２Ｃは、選択的エミッタ構造に対するＰＶＤ及び金属コンタクト開口の後の電池構造体の断面図である。選択的エミッタ構造体にどのように到達するかの方法例は図７３Ｆから７３Ｊに詳細に示されている。図６２Ｄは、誘電体層及びエポキシピラーの形成後の図６２Ｂの構造体の断面図である。図６２Ｆは、金属フィンガー（アルミニウムホイルとして示された金属層２）の形成後の図６２Ｅの構造体の上面図である。図６２Ｇは、図６２Ｆのカプセル化構造体の断面図である。
【０１７１】
一般的に、ここに開示するバックプレーン構造体は、直交方向の電流引き出しを使用する。バックコンタクトの太陽電池では、電流は、典型的に、両コンタクトが同じ側にあるので、長い距離に沿って進行する必要があり、従って、大面積の平坦な電気的接触は容易に実現されない。電気的陰影を減少するために、金属フィンガーピッチを典型的に小さく保つ必要がある一方、フィンガーの高さを実質的なものにする必要があり、その結果、バックコンタクトの太陽電池に金属フィンガーを形成するためのプロセスは、しばしばコストがかかり且つ高い応力が生じる。そのような高い応力は、従来のバックコンタクト電池に対して大きな基板サイズへの移行を妨げている。
【０１７２】
ここに開示する要旨は、直交方向の電流引き出しを使用することによるバックコンタクト金属フィンガー形成に関連した高コスト及び高応力プロセスに対する解決策を与える。薄型太陽電池の金属フィンガーは、薄く保たれ、電流は、接触ドットを通して案内され、それらドットは、これに限定されないが、銀エポキシ、半田、或いは堆積又は印刷された次のレベルの金属のような導電性接着剤より成る。残りのエリア又は接触ドットの周りのほとんどの残り部分は、印刷された誘電体接着剤又は誘電体接着剤シートで覆われ、バックプレーンに対して電気的分離を与える。そのような誘電体シートは、例えば、薄膜太陽基板（ＴＦＳＳ）にラミネートされるプレプレグより成り、これには、後で、金属層１と金属層２との間に接触を確立すべきエリアにおいてビアが穿孔される。
【０１７３】
次いで、バックプレーン構造体の大きなエミッタ及びベースフィンガーが薄膜太陽電池基板（ＴＦＳＳ）上の各小さなエミッタ及びベースフィンガーに接触するところで電流が直交方向に引き出される。この直交方向の伝達を使用することにより、電池の薄い金属層内を電流が進行しなければならない個々の距離が最小にされるか又は比較的短く保持され、それにより、構造体において経験される電気的に直列の抵抗を減少し、ひいては、薄型太陽電池に薄い金属フィンガーを可能にする。
【０１７４】
第１及び第２層の金属線は、典型的に、互いに直交するが、ある程度の変更が使用される。バスバーを、通常の完全に直交する構成において、第２層金属の一部分として電池において実施すべき場合には、バスバーの下のエリアが実質的な電気的陰影で悩まされることになる。というのは、各バスバーの領域では、反対の第１の金属層の線に接触するためのビア穿孔がバスバーの存在により妨げられ、そして反対のキャリアが収集されないか、又は各第２層金属の最も近いフィンガーにより収集されるべく活性吸収エリア（例えば、シリコン）内を遠く移動しなければならないからである。従って、織り合わされた第１金属線のパターンであって、バスバーに直接接続されるか（金属線がバスバーと同じ極性を有する場合）、又は他の極性では、第２金属層の最も近いフィンガーに接続される金属線のパターンをバスバーの下に設けることが好都合である。このアーキテクチャーを使用すると、電気的陰影は、相当に減少され、そして第１金属層の線及び第２金属層の線が各々交互の極性で直交方向に配列される電池のバルクにおける状態に比して第１金属層の直列抵抗のみが付加的なロスに貢献するに過ぎない。
【０１７５】
種々のバックプレーンフローの実施形態の変形例についての広い一般的な用語での説明は、バックプレーン補強フローに関連した典型的な層、構造、材料、機能及び単位プロセスについて開示する。重要なことは、バックプレーン又は処理方法の各実施形態が、説明された全ての層及び機能を要求するのではないことである。
【０１７６】
ここに開示するバックプレーンフロー及びバックプレーン構造及び方法に直ちに影響する層に多数の電池層及び構造が関連している。以下、そのような層及び構造は、薄膜太陽電池（ＴＦＳＳ）に最も接近した層及び構造でスタートして、電池の背面の層（モジュールに接触する層に最も接近した）で終了する順序で一般的に取り上げて説明する。
【０１７７】
ＴＦＳＳには、薄膜太陽基板の頂部に適当にパターン化された誘電体層（１つ又は複数）があり、これは、例えば、薄膜がテンプレート上にある間に薄膜上に堆積され又は成長される。誘電体（１つ又は複数）の下には、エミッタ及びベースのゾーン（エミッタ及びベース領域）並びに薄膜基板のベースコンタクトがある。そのような層の機能の１つは、薄膜太陽基板の活性領域からの誘電体分離を端子と金属線との間に与えることであり、そして第２に、エミッタ及び／又はベースコンタクトを形成するためのドーパントソースとして使用される。誘電体層を設ける方法及び実施形態は、ドーパント駆動、熱アニール、及び／又は熱酸化を任意に後に伴うドープされたガラス、又は非ドープのガラスのような成長又は堆積された誘電体層を含む。
【０１７８】
レーザ切除、エッチングペースト、リソグラフィー及びエッチングのような適当なパターン化方法を使用して作られたエミッタ及び／又はベースのゾーン（エミッタ及びベース領域）の少なくとも１つのコンタクト開口は、適当なコンタクトエリアを伴うドープされたゾーンへの局部的アクセスを与えるのに使用される。コンタクトエリアは、最良の接触及びシャント抵抗のパラメータで、且つキャリアに対して高い再結合率を伴う最小の面積を与えることで、最適化されることを必要とする。プロセスフローに基づき、そのようなコンタクト開口は、電池プロセスフローにおいて後で作られるが、一般的には、第１層の金属被覆を行う前に作られる。
【０１７９】
金属コンタクト（ここでは、第１金属被覆層又は第１導電性相互接続層とも称される）が、ＴＦＳＳ上に、エミッタ及びベースエリアの少なくとも一方又は両方へ堆積される。第１金属被覆層（１つ又は複数）は、印刷又はパターン化金属層（１つ又は複数）のような、ＰＶＤ又は他の方法を使用して堆積されたＴＦＳＳ（テンプレート処理を使用して基板を形成する場合にはテンプレートに取り付けられている間に）において、櫛型金属電極のような金属フィンガーとしてパターン化される。第１金属被覆層を形成するベース及びエミッタ金属コンタクト層は、互いに適当に隔離され、そしてレーザ切除、印刷、リソグラフィー及びエッチング、エッチングペースト、又は他の方法を使用してパターン化される。第１金属被覆層の機能は、電池のエミッタ及びベースエリアの少なくとも一方へ接触を与えると共に、電池端子（エミッタ及びベース）から次のバックプレーン層／レベルへ電流をルーティングし；そして第２に、低い接触抵抗を与える表面、例えば、シリコンのｐ型及び強くドープされたｎ型材料の両方に低い接触抵抗を与えるアルミニウムを設ける一方、アルミニウムの頂部の任意の材料は、次の層／レベルに対して良好な接触抵抗を与える。第３に、第１金属被覆層は、次のレベルの金属がメッキを使用して施される場合に、後でメッキされる表面、例えば、Ｓｎ又はＮｉ又はＮｉＶ又はＴａ被覆表面を与える。第４に、第１金属被覆層は、第１金属被覆層の頂部にラミネーション等により堆積された誘電体層を、例えば、レーザ穿孔を使用して穿孔すべき場合に良好な停止層をなす。第１金属被覆層を堆積する規範的な方法は、ＰＶＤ、蒸発、スクリーン印刷、インクジェット印刷、及びエーロゾルジェット印刷である。規範的な材料及び実施形態は、ＰＶＤ層又はスタック、例えば、Ａｌそれ自体、又はＡｌＳｉ１％、Ｎｉ又はＮｉＶを伴うＡｌ、そして任意であるが、Ｓｎ、又はＳｎＡｇ、Ｔａ又はＰｄ又はＡｇを伴うＡｌである。層厚みが０．５ミクロンより大きい厚いＡｌ又はＡｌＳｉ１％は、遠赤外線に特に適した反射器として働き、従って、更なる電池処理においてその後にビアホールをＣＯ2レーザで穿孔するための停止層として働く。他の例は、次の層と良好に接触するために局部的に印刷された付加的なパッドをもつＰＶＤスタックであり、レーザ穿孔を停止するための良好な余地を与えると共に、整列された事前穿孔誘電体がラミネーション中にシフトするのを防止するための機械的なロックを与える。そのようなパッドは、導電性エポキシのようなＡｌ又はＡｇを含むペーストより成る。或いは又、印刷されたＡｌ、又は少量のＳｉを伴う印刷されたＡｌ（ＡｌＳｉ）又はその組み合わせのような印刷された金属（１つ又は複数）が、任意であるが、レーザ穿孔プロセスを保証する良好な接触及び良好な反射のための局部的Ａｇキャップと共に使用されてもよい。そのような印刷層では、金属は、その後の金属ビアに整列されたフィンガー、中断フィンガー、又はドットで印刷される。例えば、インクジェット又はスクリーン印刷を使用して印刷されそして適当に加熱されたときに局部的に珪化物を生成するＴｉ、Ｃｏ又はＮｉのような耐火金属は、第１金属被覆層又は第１金属被覆層の��部分として使用されてもよい。そのような珪化物は、他の金属の下に、例えば、印刷されたＡｌ又はＡｌＳｉの下に任意に使用される。
【０１８０】
次のレベルの誘電体層（ここでは第２誘電体層と称される）は、ＴＦＳＳ及びバックプレーンの付加的なコンポーネントに対する接着層として働く。又、第２誘電体層は、ＴＦＳＳの金属フィンガー（第１導電性相互接続層）と、誘電体の頂部又はバックプレーン内の大きな金属フィンファー（第２導電性相互接続層）との間に直交方向の配列を可能にする隔離誘電体としても働く。又、第２誘電体層は、テクスチャー化及びテクスチャー化後の清掃のような湿式処理の時間に第２誘電体が構造体の最も外側の層として働く処理実施形態において、第１導電性相互接続層及び第１誘電体層と共にＴＦＳＳの裏面への化学的侵食からの保護も与える。又、第２誘電体は、薄膜シリコン太陽電池基板より成る取り付けられた活性の吸収層のためのバックプレーン補強に対して機械的安定性を与えるようにも働く。第２誘電体層の堆積方法は、ラミネーションプロセスを使用して取り付けられる前穿孔誘電体シート；ラミネーションプロセスを使用して取り付けられそしてラミネーション及びその後の湿式処理の時間には穿孔されずに前記湿式処理ステップの後に穿孔される後穿孔シート；及び例えば、ＴＦＳＳ表面又はＴＦＳＳバックプレーン構造体のバックプレーン側に印刷されるパターン化された誘電体接着剤を含む。第２誘電体層の規範的な材料は、ラミネーション前又はラミネーション後の穿孔を経てパターン化されるプレプレグ、ＥＶＡ、Ｚ６８  ＰＥシート及び他のもののような第１誘電体シートを含む（好ましくは、例えば、ＣＯ2レーザのようなレーザを使用するプレプレグの場合）。或いは又、そのようなシートの穿孔にパンチ又はスタンププロセスが使用されてもよい。又、熱可塑性又はＢステージ処理可能な材料のような印刷された誘電体接着剤が第２誘電体として使用されてもよい。他の規範的な第２誘電体層は、Ｔｅｄｌａｒ、Ｍｙｌａｒ、Ｔｅｏｎｅｘ、例えば、Ｑ８３又は他のＰＥＮ又はＰＥＴ材料のような保護材料で覆われたプレプレグ、ＥＶＡ、Ｚ６８、等の誘電体のシートのサンドイッチ構造を含み、ここで、少なくとも１つの層は、安全保護のために連続的であり、そして少なくとも１つ又は全部の他の層は、（ラミネーション後の穿孔の場合には）連続的であり、又はラミネーション前の穿孔の場合には穿孔される。後者は、その下の金属フィンガーに対して低接触抵抗の容易なアクセスを許す。別の規範的な第２誘電体層は、例えば、浸漬接触結合構造の場合には、ランダムであるか、又は規則的であるが不整列の穿孔シートを含む。
【０１８１】
バックプレーン補強されたＴＦＳＳの裏面への湿式化学的接触がない実施形態においてその後に湿式処理ステップを遂行する場合には、湿式処理中に保護シートが必要でなく、又、湿式処理の前の任意の時点でアクセスビアホールの穿孔を行うことができる。
【０１８２】
取り付けられた誘電体のビアホール（コンタクト開口とも称される）は、その下のＴＦＳＳにおける第１レベル金属フィンガー（第１導電性相互接続層）とバックプレーンにおける次のレベルの金属（第２導電性相互接続層）との間のアクセスを与える。ラミネーション後にビアホールを穿孔するか又はビアホールを保護シートで覆ったままにすることは、以下に述べるＰＬＵＴＯ構造の場合のように、テクスチャー化、清掃及び前面不動態化ステップ中に、その下のＴＦＳＳにおける金属の保護を与え、従って、補強された構造体を湿式化学槽に浸漬できるようにする。誘電体のビアホール（コンタクト開口）は、好ましくは、上述したようにレーザを使用して穿孔することにより形成されるか、又は印刷される誘電体接着剤の場合には、ビアホールが望まれるエリアを未印刷のままにすることで形成される。
【０１８３】
次のレベルの金属は、バックプレーン構造及びプロセス実施形態に基づいて、ビアを通してバックプレーン上の次のレベルの金属へ、或いは直接的に電池対電池又はモジュールコネクタへルーティングする。ビア充填材の典型的な材料及び実施形態は、導電性エポキシであるか、或いはより一般的には、ステンシルであるか又はビアへスクリーン印刷されるか、或いは予め穿孔された誘電体シートを付着する前に施される導電性接着剤である。又、典型的な材料は、半田又は半田ペースト、例えば、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｎ、Ｂｉ又はその混合物、ＳｎＢｉ混合物を含む、を含むものであり、これは、魅力的なバックプレーン誘電体処理温度と同じ範囲であるか又はそれより低い約１４０℃の低い半田適用温度であるために特に効果的である。
【０１８４】
少なくとも部分的なビア充填又はビア充填省略に続いて、堆積される次のレベルの金属は、誘電体の頂部に巾の広い金属フィンガーを与えるように働く（ここでは、第２導電性相互接続層又は第２金属被覆層と称される）。付加的なビア充填金属が間に使用されない更に望ましいケースでは、前記第２レベル金属を直接使用して、その下の、穿孔されたビアにおける第１レベル金属への接触をなす。そのような大きな金属フィンガーは、メッキされた金属と、任意であるが以前のブランケットＰＶＤシードとで構成され、これは、次いで、ベース金属分離からエミッタ金属のためのパターン化され且つ後で除去される誘電体印刷によって覆われる。後者の印刷は、後で除去され、そしてエッチバックプロセスを行って、ブランケットシード金属を除去する。メッキされるフィンガーの場合に、任意であるが、シャドーマスクを使用してシードを印刷又は堆積し、それが予めパターン化されるようにしてもよい。バスバー構造体の存在に基づいて、フィンガー構造体のメッキ中に多量の接触ポイントが使用されてもよい。印刷、噴霧又はメッキのような方法により堆積され又は構築されるのではなく、大きな金属フィンガー（第２導電性相互接続層）は、例えば、半田付け可能なアルミニウム、即ちＡｌとＮｉ、ＮｉＶ及び任意であるがＳｎの薄い被覆とで作られた予め形成されたフィンガーで構成されてもよい。構造強度のために、そのようなフィンガー線は、インターロックされてもよいし又は任意にインターロックもできるタイルであってもよい。直交フィンガーを堆積する別の例は、フレーム又は熱スプレーの使用のようなスプレー掛け金属を含む。更に別の選択肢は、半田又は導電性接着点によりその下のビアに局部的に取り付けられる柔軟な印刷ホイルであり、そのような印刷ホイルは、フレックス回路又はフレックスコネクタに使用されるものと異なりはしない。
【０１８５】
金属フィンガーの実施形態は、バスバー設計を任意に含んでもよい。そうでなければ、導電性接着剤の半田付け又は印刷によるその後の接触でバックプレーンを接続し、それにより、電池をモジュールに接続する。ある実施形態では、ホールに導電性材料を印刷することは要求されず、むしろ、穿孔されたビアホールの任意の清掃を、金属の自然酸化物の除去と一緒に任意に行った後に、次のレベルの金属のシード層（第２導電性相互接続層）を、開いたビアホールに直接適用することができる。
【０１８６】
ここに述べるＯＡＳＩＳ及びハイブリッド構造体に特に適用される任意の付加的な層は、次のものを含む。
【０１８７】
ａ．バックプレーンで補強されたＴＦＳＳが、テクスチャー化及びテクスチャー化後の清掃のような化学的処理を受けるときに、バックプレーンに第２層金属が既にある場合には、第２レベル金属の頂部に保護誘電体層をもつことが賢明である。この層の機能は、ＣＴＥの不一致及び構造上の曲がりをコントロールする上で任意に助けとなるように化学的作用からの保護を与えると共に、後でテスト及びモジュール相互接続を行うために電池の接触エリアを与え及び保護することである。そのような接触エリアは、例えば、シート又は層をレーザでカット又は穿孔することにより湿式ステップ（１つ又は複数）を受けた後にこの保護層を通してオープンされる。規範的な材料実施形態は、プレプレグ、ＥＶＡ、Ｚ６８、Ｔｅｄｌａｒ、Ｍｙｌａｒ  ＰＥＮ（例えば、Ｔｅｏｎｅｘ  Ｑ８３）の使用を含む。任意であるが、２つ以上の層のサンドイッチをこのタスクに使用することができ、少なくとも１つの層は、化学的薬品からの裏面及び縁の化学的保護を与える。
【０１８８】
ｂ．前記誘電体層に加えて、ほとんどの太陽電池モジュール実施形態に要求される充分なフラットさ及び堅牢性を与えるか又は所定の形状又は曲率を構造体に与えるように働くバッキング層が追加される。後者は、フラットな電池を使用しないアーキテクチャー設計において好都合に使用される。しかしながら、この曲率は、ここに述べるプレプレグ、等の適当に選択された初期バックプレーン誘電体層（１つ又は複数）の使用によって潜在的に充分な程度まで調整することができる。又、そのようなバッキング層（１つ又は複数）は、これを通してその下の金属層に接触して、それを通して金属性コンタクトをルーティングできるようにするため穿孔する必要もある。任意であるが、バッキング層には、コンタクトの極性の１つが指定されてもよい。材料の典型的な実施形態は、アルミニウム、スチール、ガラス、又は他の適当な堅牢な薄いプレートで、好ましくは、１又は０．５ｍｍより薄いプレートである。
【０１８９】
ｃ．金属性材料、又はその他、化学的に耐えない材料がバッキング層として使用される場合には、付加的な頂部保護カバー層が使用され、これは、バッキング層の化学的な侵食を防止し且つ化学的な露出の後に、例えば、機械的カッティング又はレーザカッティングを使用して穿孔を行ってバッキング層の下の金属へ電気的接触アクセスを与え、従って、バックプレーン補強された電池を多電池モジュールに接触できるようにする。そのような保護層の典型的な材料実施形態は、プレプレグ、Ｍｙｌａｒ、ＰＥＮ、例えば、ＴｅｏｎｅｘのＱ８３である。バックプレーン補強された電池へのこれら保護層の取り付けは、その下の付加的な接着剤により遂行されるか、又はバッキング層の孔を通してバッキング層の縁の周りに接触する接着剤により遂行される。接着剤は、例えば、プレプレグ、ＥＶＡ又はＺ６８より成る。バッキング層は、頂部保護カバー層に対してその下の接着剤の縁の巻き付きを許すために若干小さなサイズにされる傾向がある。ラミネーションプロセス中には、バックプレーン補強されたＴＦＳＳのバックプレーン側に適当な形状のカバーを押し付けるのが効果的であり、カバーは、ラミネーションプロセス中に流れる接着剤によりエリアが閉じるのを防止する手段をなす。これは、ひいては、ラミネーションプロセス後に適当なポイントでバックプレーンコンタクトへの電気的アクセスの容易さを著しく促進する。そのようなバッキング層としてガラスが使用される場合には、ガラスを通して穿孔したホールを通るか、或いはガラスの頂部においてガラスの縁の周りに広い金属フィンガーを巻き付け、その後にそれらを化学的に耐える材料で覆うか、又はモジュール内の隣接電池に接触するために直接使用される金属フィンガーを電池の外側に突出させることにより、接続をなすことができる。又、後者は、電池の湿式化学的露出の間に化学的に耐える保護層の適用も要求する。本開示の適用で多数の実施形態が許されるので、本開示の応用は、多数の実施形態を許すので、本開示は、異なる形式の支持構造体、材料及びプロセスを使用する多数の考えられる実施形態を提示する。これら実施形態の幾つかにおいて、特定の構造、材料及びプロセスを、その効果及び考慮すべき要点と共に指摘する。特に明確に述べない場合には、概念的に同様の構造、材料及びプロセスが説明された他の実施形態についても、そのような要点が保持されると考えられる。
【０１９０】
又、本開示で網羅される構造、材料及び方法は、全て明確に記述できない多数の潜在的な実施の変形を許す。本開示の意図は、ここに提示する実施形態の少なくとも一部分が同等の形態で実施され利用される場合には、そのような全ての実施を網羅することである。最終的な構造に加えて、特定の方法又はプロセスフローを、その最終的な構造を達成するための幾つかの変形と共に、各ケースについて示す。以下のプロセスフロー及び構造は、キャリア支持を必要とする非常に薄いシリコンを仮定する。というのは、このケースが非常に一般的だからである。キャリア支持を要求しない厚いシリコンは、ここに提示するより一般的なケースの特殊なケースである。
【０１９１】
説明上、本発明は、ＰＬＵＴＯ構造、ＯＡＳＩＳ構造、ハイブリッド構造、及び浸漬コンタクト結合構造を含む多数のバックプレーン及びプロセスフロー実施形態を提供する。しかしながら、ここに開示するバックプレーン構造及び処理要素は、当業者により多数の組み合わせ及び変形で使用することができる。
【０１９２】
図６３Ａから６３Ｄは、ある処理段階中の第１の実施形態、以下「ＰＬＵＴＯ」と称される、の断面図である。図６３Ａは、プレプレグラミネーション、レーザ切除、及びＰＶＤシード金属処理ステップの後のＰＬＵＴＯ構造を示す。図６３Ａに示すように、ＰＬＵＴＯ構造は、次の要素で構成される。先ず、この図では、ＰＶＤを使用して堆積され、その後にパターン化されるとして表わされた、活性吸収層、パターン化されたエミッタ及びベース領域、並びにパターン化された第１層金属より成る薄膜太陽基板（ＴＦＳＳ）である。典型的に、金属１フィンガーは、金属２（図３のケースではメッキされたＣｕ／Ｓｎ）に対して直交方向に延びる線である。ＴＦＳＳの前面（太陽側とも称される）は、テクスチャー化されそして不動態化される。第２に、ＰＬＵＴＯは、プレプレグ又は他の適当な接着剤誘電体バックプレーン形成材料を含み、これは、ＴＦＳＳ構造体にラミネートされ、そして任意であるがラミネーションと同じステップにおいて硬化される。誘電体バックプレーン材料は、良好な接着性、化学的に不活性であるか又は頂部カバーシートにより任意に保護されるシリコンの熱膨張係数に対する良好な一致性をもつように選択される。熱的一致は、例えば、ＣＯ2レーザを使用して穿孔されるビアの穿孔を許す。ビアの穿孔は、その下の金属１へ進行し、そして金属１層の頂部又はちょうどその中で停止する必要がある。更に、プレプレグ材料は、基礎となるシリコンの熱膨張係数に最良に一致するか、又は少なくとも、ラミネートされそして後で剥離されるサンドイッチ構造における本来の曲がり及びそれに関連した応力を減少するために、編まれた繊維又は不織の繊維（例えば、ガラス、Ｋｅｖｌａｒ、又は他の適当な材料、並びに樹脂又は異なる樹脂）を全て最適な比率で合体するような任意に異なる特性をもつ１つ以上の材料シートで構成される。非対称的に樹脂を被覆したプレプレグシートをもたせるか又は２つ以上のプレプレグシートを異なる樹脂含有量又はタイプでラミネートさせるように熱的な不一致及び接着のバランスをとるのが効果的である。
【０１９３】
図６３Ｂ、６３Ｃ及び６３Ｄは、メッキ及びＳｎキャップ層処理ステップにおけるＰＬＵＴＯ構造を示す。図６３Ｃ及び６３Ｄは、プレプレグのラミネーションの前に、付加的な接着剤が、例えば、スクリーン印刷により、金属１構造体の間に配置される例を示す。図６３Ｄのラミネーションの前に施される接着剤は、金属１の線と金属１との間のスペースを覆うことに注意されたい。ラミネーションの前に施される接着剤は、金属１の線間のスペースのみに印刷されるか（図６３Ｃ）、或いは金属１の線上に少なくとも一部分印刷され（図６３Ｄ）、これは、多数の付加的なプロセス選択肢及び利益をもたらす。接着剤は、より平坦な出発ラミネーション表面を与えることによりその後のラミネーション中の平坦化要求を軽減する上で助けとなる。又、特に、接着剤が、硬化時に、低いモジュラスを有して、ひいては、バックプレーン（例えば、プレプレグ）と活性吸収材（例えば、エピタキシャル成長された剥離されたシリコン）との間の熱膨張係数の不一致を切り離す上で助けとなる場合には、接着力及び応力緩衝の改善も与える。第３に、前記ビアは、ＰＶＤのような金属被覆又は印刷されたシード層又は導電性ペーストで少なくとも一部分充填され又は接触される。図６３Ｂ−Ｄは、メッキされた銅を、ビアホールを充填し且つビアホールへ及びビアホールから電流をルーティングするフィンガーをなすための規範的金属被覆として示す。金属フィンガー（金属２）は、第１層金属のＴＦＳＳ上金属フィンガー（金属１）に対して本質的に直交する仕方で配列される。
【０１９４】
このスキームを念頭に多数の同様の構造体が考えられ、例えば、ＴＦＳＳ上金属フィンガーへのコンタクトを形成する２つ以上の金属より成る構造体が考えられる。図示された構造体に共通することは、外側の第２層金属（金属２）が内側の第１層金属（金属１）に本質的に直交して配列される二層金属設計である。更に、第２層金属の寸法は、相当に大きくて、製造が容易である。以下「ＯＡＳＩＳ」と称される第２グループの構造的実施形態は、次の２つの概念によって定義される。第１に、少なくともある時点で、構造体は、直交又は準直交電流移送、即ち次の構造属性で述べた概念に依存し、それは、直交電流抽出のための直交フィンガー設計と、直交電流抽出のためのタイル設計であり、直交フィンガー設計は、１）構造上の完全性を与えると共に、電池バックプレーン構成が曲がったり反ったりしないよう保持するインターロック型フィンガー、及び２）フィンガーにおける応力緩和カットを含み、そしてタイル設計は、１）フィンガーの方向において薄型太陽電池とバックプレーン材料との間のＣＴＥ不一致関係応力を減少するためのセグメント化されたフィンガー（タイル）、及び２）構造上の完全性を与えると共に、電池バックプレーン構成が曲がったり反ったりしないよう保持するインターロック型タイルを含む。第２のＯＡＳＩＳ特性は、太陽電池製造プロセスのテクスチャー及び不動態化プロセスの時間に、半導体内のベース及びエミッタへの接触をなす金属層に隣接する少なくとも１つの付加的な金属層がバックプレーンに既に一体化されていることである。
【０１９５】
図６４Ａ−Ｆは、４層バックプレーンＯＡＳＩＳ構造体（バックボーンなし）及び製造プロセスフロー実施形態の種々の態様を示す。図６４Ａは、全部で６つの金属フィンガー（３つのベース／エミッタ対）をもつテンプレートから剥離された後のＯＡＳＩＳ構造体の断面図である。この構造体は、次の要素、即ち第１の、ＰＬＵＴＯと同様の構造体で、パターン化された第１層金属フィンガーを含むＴＦＳＳを備えている。第２の誘電体接着剤は、スクリーン印刷を使用してパターン化された仕方で付着されるか、又はＴＦＳＳに付着する前に前穿孔されるか又は後穿孔されるプレプレグ材料のようなシートとして付着される。第３に、ステンシルであるか又はスクリーン印刷される導電性コンタクトのアレイは、銀エポキシ、等の導電性エポキシのような材料で作られる。導電性材料は、誘電体に開口が存在するエリアに適用される。第４に、構造体は、金属フィンガーの第２の導電層を含む。金属フィンガーの第２層は、アルミニウム又は半田付け可能なアルミニウムペースト（ＳＡＰ）、例えば、アルミニウム（Ａｌ）にニッケル（Ｎｉ）又はニッケルバナジウム（ＮｉＶ）及びスズ（Ｓｎ）の薄い層を被覆したものである。この材料は、更に別の誘電体、例えば、プレプレグ、ＥＶＡ、Ｚ６８、又は他の適合する誘電体に埋め込まれる。この更に別の誘電体は、導電性の第２層金属フィンガーへの接触アクセスを許すために予め穴あけされるのも任意である。例えば、Ｍｙｌａｒ、Ｔｅｄｌａｒ又は他のＰＥＮ又はＰＥＴベースの材料、例えば、Ｔｅｏｎｅｘ、特に、Ｔｅｏｎｅｘ  Ｑ８３で作られた任意の化学的に耐えるカバーシートが構造体の頂部に付着される。そのような構造体を得るための多数のプロセスフロー実施形態が考えられる。バックプレーンの４つの層は、１）誘電体／導電性接着剤、２）ＳＡＰｌａｔｅフィンガー、３）次の層の接着剤、及び４）トップカバーシートである。
【０１９６】
重要な構造上の相違は、全てのコンポーネントが一緒に敷設されて同時にラミネートされる単一バックプレーンラミネーションプロセスと、第２層金属がフラットなバックプレーンにラミネートされてその周囲誘電体に埋め込まれた後に、ＴＦＳＳへの第２のラミネーションが行われ、ＴＦＳＳは、その時点で、適当な強度の剥離層によりテンプレートに支持されるというプロセスとの間で引き出される。後者のケースでは、バックプレーンは、コスト及びロジスティックに対して潜在的な利益を伴ってＴＦＳＳとは個別に製造され、保管され、そして計画される。又、このケースでは、選択肢があり、即ちＴＦＳＳとバックプレーンとの間に接着を与える誘電体接着剤と；ＴＦＳＳ上金属フィンガーとバックプレーンの一部である大きな金属フィンガーとの間を接触するのに使用される導電性材料と；のいずれか一方又は両方が、ラミネーションの前にバックプレーン側又はＴＦＳＳ側のいずれかに適用される。
【０１９７】
図６４Ｂは、線端アクセスホールがバックプレーン周囲付近に形成されたバックプレーン構造体の例えば２５μｍプラスチック又はプレプレグであるトップカバーシートの上面図である。図示されたように、３つのエミッタアクセスホール及び３つのベースアクセスホールがある。既に事前に穿孔されているＥＶＡカプセルシートを通して半田付け可能なＡｌランディングパッドを露出させるために薄いバックシートにアクセスホールがレーザ（又は機械的に）穿孔される。このアクセスホールは、直径が約５から１５ｍｍであり、そしてより強い接触、並びにモジュールラミネーション及びアッセンブルのためにＰｂのない半田が充填される。１つの実施形態において、直交するフィンガー当たり１つのダイ直径アクセスホールが使用される（下に横たわる６つの直交フィンガーに対して６つのアクセスホールが示されている）。図６４Ｃは、外部モジュールストリンガーコンタクトのための外部アクセスホールの構成を示すバックプレーン構造体の上面図である。内部電池バスバーも外部電池バスバーも要求されないことに注意されたい。図６４Ｄは、主要なＯＡＳＩＳバックプレーン製造ステップを強調するプロセスフローである。図６４Ｅ及び６４Ｆは、ＯＡＳＩＳバックプレーン実施形態の構造上のプロセスフローを示す。図６４Ｅの構造体１は、頂部から底部まで３層スタック、即ち１）例えば、透明プラスチック又はプレプレグで作られた薄い（２５μｍ）カバーシート；２）大きなアクセスホールが事前に穿孔され、例えば、未硬化ＥＶＡ又はプレプレグで作られた薄い（２００μｍ）ＥＶＡ又はプレプレグカプセル材；及び３）レーザ罫書き及びＫＨＯエッチング又はスタンピングを使用して事前に製造される薄い（２００μｍ）半田接続可能なＡｌフィンガー；を示している。図６４Ｅの構造体２では、３層スタックが、１）薄いプラスチックカバーシート；２）事前に穿孔されたＥＶＡ又はプレプレグ；及び３）直交インターロックＳＡＰｌａｔｅ  Ａｌフィンガー；のスタックを形成するように整列される。図６４Ｅの構造体３は、オープンフェースラミネーションを行って、同時平坦化し、Ａｌフィンガー間のギャップを充填し、そして平坦なバックプレーンバックボーン構造体を準備した後のスタックを示す。図６４Ｆの構造体４は、スクリーン印刷によるフィールド誘電体（例えば、熱可塑性誘電体接着剤）又はレーザ事前穿孔誘電体シート（例えば、プレプレグ又はＺ６８）の形成後の構造体を示す。図６４Ｆの構造体５は、スクリーン印刷によるｂステージ処理可能な導電性接着剤（ＣＡ）ピラーの形成後の構造体を示す。図６４Ｆの構造体６は、電池への取り付け／ラミネーション、剥離、及び後端処理（縁シールも形成）の後の構造体を示す。図６４Ｆの構造体は、頂部の薄いプラスチックカバーシートの最終的レーザ穿孔を行って電気的接触アクセスホールを形成した後、及び半田バンプをテスト及び分類のためにアクセスホールに適用した後の構造体を示す。
【０１９８】
図６５Ａ−Ｄは、バックプレーンの一部分である大きな金属フィンガーの潜在的な形状を示す種々の実施形態の上面図である。図６５Ａは、６つのフィンガーをもつインターロックパターンを示し、図６５Ｂは、６つのフィンガーをもつスプリングセグメント化バランスパターン（平行四辺形）を示し、図６５Ｃは、６つのフィンガーをもつ物理的セグメント化バランスパターンを示し、そして図６５Ｄは、インターロック型コンタクトパターンを示す。フィンガーは、一般的に、電池上の第１層金属フィンガーと直交するように配列される。直交転送であるから、第２金属層フィンガーの寸法は、金属ルートを通る直列抵抗のために危ういオーミックロスを伴うことなく比較的大きくてもよい。典型的に、これらの金属フィンガーは、約１００から数百ミクロン厚みの範囲にある。バックプレーンをラミネートすべき主たる材料は、優先的な劈開方向として働く結晶平面に沿って優先的に機械的に弱い方向を有する結晶シリコンである。従って、好ましい劈開方向を与えないようにインターリーブ型フィンガー又はタイルを有する全体的構造の強度を確保することが賢明である。フィンガーが使用される場合には（図６５Ａ及び６５Ｂに示すように）、フィンガーへのスリットの追加は、大きな金属フィンガーの方向に沿ったＣＴＥ不一致関連応力を減少するスプリングアクションを与えるように働く。タイルが使用される場合には（図６５Ｃには３６枚のタイルが示されている）、タイルの各列は、同じ極性（各々、エミッタ及びベース）を有し、そして各タイルは、後で接続されればよく、これは、例えば、カバー埋設誘電体シートの事前穴あけを要求するか、或いは電池が完成した後にコンタクトホールを開けることを要求する。これらのコンタクトホールには、導電性エポキシ又は半田のようなコンタクト材料が充填され、モジュールアッセンブリ製造の一部分としてストリンガーに接触される。例えば、図６５Ｄに示す設計のような、多数の他の大きな金属フィンガー幾何学形状が考えられる。図６４Ｂ及び６４Ｃの構造及び幾何学形状は、電池を互いに且つモジュールに接触させるための実施形態を示す。
【０１９９】
図６６は、直交ＯＡＳＩＳ設計を示す電池裏面の上面図である。アルミニウムフィンガーエミッタ及びベースコンタクトは、直交方向に配列され、そしてその下のセル上第１層金属フィンガーに接触される。
【０２００】
図６７は、ここでは、５又は６層ＯＡＳＩＳ構造体と称されるＯＡＳＩＳ構造体（バックボーンを伴う）実施形態の断面図である。図６４に示した４層ＯＡＳＩＳ構造体に比して、図６７に示す構造体は、より堅牢でフラットな機械的支持体を構造体に与えるための付加的なプレート（１つ又は複数）を含む。その支持プレートは、電気的接触アクセスホールを設けるために事前に穴あけされ、そしてそれ自身の誘電体接着剤シートにより（層を付加してＯＡＳＩＳ構造体を６層構造にする）、或いはその下の誘電体シートを、適当な接着及び縁シールのために装置の縁の周りで、前記事前に開けられた孔を通して充分にリフローさせることにより、達成される。支持プレートは、例えば、アルミニウム、スチール、適当なポリマー、ガラス、又はセラミックのような低コストの材料でなければならない。付加的な接着剤シートは、プレプレグ、ＥＶＡ及びＺ６８、並びにその関連材料を含む前記と同じ材料で構成される。トップカバーシートへの接着を保証するための接着剤のコントロールされたリフローは、ラミネーションプロセス中に適用される予め形成された適当な固定具によって可能にされ、これは、接着材料が望ましいコンタクトホールを閉じるのを防止すると同時に、バックボーン層の下に埋め込まれた接着材料のリフローが流れ出してトップカバーシート層に接触できるようにする。
【０２０１】
以下「ハイブリッド」構造体と称される第３グループの構造的実施形態が、各々、図６８Ａ及び６８Ｂ−Ｃの上面図及び側面図に示されている。図６８Ｂは、エミッタコンタクトを示すハイブリッド構造体の断面図であり、そして図６８Ｃは、ベースコンタクトを示すハイブリッド構造体の断面図である。ＰＬＵＴＯ及びＯＡＳＩＳ構造体も実質的に同様であり、そして多数の中間／組み合わせ構造がＰＬＵＴＯ及びＯＡＳＩＳ概念から導出され、図６８Ａ−Ｃは、そのような１つの例を示す。図６８Ａ−Ｃのハイブリッド構造体は、湿式処理及び不動態化のときに、構造体上の唯一のコンポーネントが以下のプロセスフローの説明において第１層金属として分類されるものであるというＰＬＵＴＯ特徴要素を有する。又、ここに開示するハイブリッド構造体は、大きな金属フィンガーアレイを含むという点でＯＡＳＩＳ特徴要素も含むが、この大きな金属フィンガーアレイは、テクスチャー化及び不動態化プロセス後の時点で適用され、従って、ＯＡＳＩＳ構造体の特徴のようにＴＦＳＳへ取り付ける前にバックプレーン構造体に一体化されることはない。
【０２０２】
図６８Ａ−Ｃのハイブリッド構造体は、次の要素、即ちパターン化された第１層金属を伴うＴＦＳＳ；堆積中にスクリーン印刷を使用するか、又はラミネーション前又はラミネーション後に穿孔されたプレプレグ材料を使用してパターン化される誘電体；ビアを通してアクセス可能な電池上第１層金属から誘電体の頂部へ又は大きな金属フィンガーのアレイへ直接的に金属をルーティングするように働く金属層（１つ又は複数）；ＴＦＳＳの第１層金属に対して直交するように配列され且つ任意のバッキングプレート（例えば、ガラス、ポリマー、セラミック又は金属で作られた）と共にプレプレグ、ＥＶＡ又はＺ６８のような誘電体に埋め込まれる大きな金属フィンガー；及び金属格子を外方に延ばして電池に比してオーバーサイズにすることにより形成されるか、或いは大きな金属フィンガーが埋め込まれた誘電体を通して接触することにより形成された側に位置する電池対電池及び電池対モジュール接触のためのコンタクトエリア；を備えている。或いは又、埋設及び任意の支持プレート材料の周りに大きな金属フィンガーを巻き付けそして電池の真の裏面に金属を直接露出させることによりコンタクトが形成されてもよい。
【０２０３】
以下「浸漬接触結合」構造体と称される第４グループの構造的実施形態が図６９及び７０の断面図に示されている。図６９は、Ａｌ  ＯＡＳＩＳバックプレーンを使用する浸漬接触結合構造体及び方法の断面図で、結合の前後の構造体を示している。図７０は、モノリシックモジュールアレイ（ＭＭＡ）タイプのバックプレーンを使用する浸漬接触結合構造体及び方法の断面図で、結合の前後の構造体を示している。上述したＰＬＵＴＯ、ＯＡＳＩＳ、及びＰＬＵＴＯ／ＯＡＳＩＳハイブリッド構造体は、電池の第１層金属を次の層の金属から分離する誘電体接着剤−スクリーン印刷材料又はラミネートプレプレグシートを有し、これは、次の層の金属への接触をなす開いたビアホールを許すように整列状態でパターン化される。浸漬接触結合構造体では、誘電体接着剤は、第１層金属と、バックプレーンの一部分である金属との間の接触点に対して整列状態でパターン化されるのではない。接触は、半田又は導電性エポキシのような印刷導電性バンプの、整列されパターン化されたアレイによってなされ、これは、望ましい接触スポットに配置されそしてラミネーションプロセスにおいて誘電体ラミネーションシートを通してプッシュされる。誘電体ラミネーションシートは、例えば、ＥＶＡ又はＤＮＰのＺ６８のような、ラミネーション中に充分に軟化する材料で作られる。これらの材料は、異なる金属層間に低抵抗の接触をなすため導電性バンプに対して充分な割合のオープンエリアを与える穿孔シートとして任意に形成される。従って、浸漬接触結合構造体は、パターン化された第１層金属を伴うＴＦＳＳ；導電性バンプの整列アレイ；例えば、規則的又はランダムな形態で穿孔されるか、或いは結合プロセスの一部分として穿孔されるＥＶＡ又はＺ６８より成る誘電体シート；図６９に示すように、ＯＡＳＩＳ実施において、大きな金属フィンガーが埋め込まれたＯＡＳＩＳ形式の事前ラミネート型バックプレーン；図７０に示すように、ＭＭＡ形式のバックプレーンへの直接的実施において、誘電体接着剤シート（例えば、ＰＥＮ又は適当に耐える別の材料で作られた）を経てＴＦＳＳに接続された保護カバー；を備えている。
【０２０４】
図７１は、バックプレーン補強のアッセンブリ及び製造を伴うバックコンタクト太陽電池のためのプロセスフロー実施形態である。図７３Ａ−Ｊは、そのようなフローを処理する前端を示す。
【０２０５】
プロセスの前端は、再使用又は新規なテンプレートの湿式清掃で始まり、その後、剥離層、例えば、高多孔度の上に低多孔度をもつ多孔性シリコンの二層が形成される。それに続いて、例えば、トリクロロシラン（ＴＣＳ）ガス及びドーパント、例えば、ホスフィン（ＰＨ3）を使用して水素中でｎ型ベースを生成するエピタキシャルシリコン堆積を使用して、活性吸収電池エリアが堆積される。そのような堆積は、２つ以上の個別のドープ濃度領域を深さの関数として有するように構成されるのも任意である。その後、ドープされたガラスの層が、例えば、大気圧化学蒸着（ＡＰＣＶＤ）を使用して堆積され、その後、ピコ秒レーザを使用してパターン化プロセスが行われる。
【０２０６】
１つの実施形態では、第１のガラス層は、少量のエミッタドーパント（硼珪酸ガラスＢＳＧの硼素）を含み、これは、非ドープ珪酸ガラス（ＵＳＧ）の層で任意にキャップされて、あまり強くなくドープされたエミッタを形成し、その後、より強くドープされたエミッタを生成すべきエリアにおいて硼珪酸ガラスの切除を行い、これは、エミッタ金属１への低抵抗接触を与える。その後、エミッタへの金属１接触の領域において、より強くドープされるＢＳＧ層（ＢＳＧ２）が、任意にＵＳＧキャップ層と共に、堆積される。次いで、好ましくは、ピコ秒レーザを使用して、ベースコンタクトのエリアが切除される。その後、燐のドーパントソースとして働く燐珪酸ガラス（ＰＳＧ）層が堆積され、これは、次いで、強くＮ＋型ドープされたベースコンタクト領域を生成し、ベースへの低抵抗コンタクトを形成する。その後のステップにおいて、プロフィールが熱アニールされて、接合を駆動する。任意であるが、アニール雰囲気は、中性雰囲気と酸化雰囲気との間で選択され、後者は、低い裏面再結合速度を可能にする高質の界面を裏面に形成するように働く。次のステップとして、エミッタ及びベースのドープされた接合へのコンタクトエリアは、その後に施される金属１層の接触を可能にするためにオープンされ、ここで、金属１は、例えば、接合を通るスパイクを回避しながら接合への金属１の低抵抗接触を形成するためにアルミニウム（Ａｌ）又はＡｌＳｉより成る印刷層又は一連の印刷層である。印刷された金属層（１つ又は複数）は、任意であるが、次のステップの前に熱アニールされてもよい。この点において、装置の前端は、完成したと考えられ、そしてバックプレーン関連ステップが開始される。
【０２０７】
次のステップは、単一ステップラミネーション又はバックプレーン準備であり、その後に、テンプレートの薄膜太陽基板へのラミネーションが行われる。そのようなラミネーションは、好ましくは、ラミネートを硬化するために真空中及び高温度で実行される。均一で且つ信頼性のある接着を確保するために圧力が加えられる。圧力は、構造体が受ける熱及び真空サイクル全体を通じて可変である。ラミネーションプロセス及びツールに関する種々の実施形態が考えられ、これは、ラミネートをもつ複数のテンプレートを、剥離シート及び圧力分配緩衝層で分離しながらスタックするか、又は大きなトレー配列体に複数のテンプレートを横に並んでラミネーションすることを含む。そのような大きなトレー配列体は、それ自体、複数のスロット（日光）をもつ商業用ラミネート装置にスタックされ、その全部を、典型的に上下から、又は片側のみから加熱する。液圧プレス要素を使用して、圧力を加えることができる。セルロース又はゴム又は他の適当な従順なシートの充分に選択された厚いシートを使用して、局部的スタック高さ変動又は異なるテンプレート高さによる圧力差を克服する。これは、各々、テンプレートの年代の相違や、同時にラミネーションされる再使用回数の相違により生じるものである。バックプレーン材料（例えば、プレグレグ）のラミネーションの前に、本開示において既に述べたように、付加的な接着剤を施すのが効果的である。
【０２０８】
次のステップは、バックプレーンにラミネーションされた薄膜太陽基板（ＴＦＳＳ）をテンプレートから、ラミネーション後剥離することを含む。ＴＦＳＳのラミネーションの前、又は剥離の前に、バックプレーンの外側のエピタキシャル膜を通して、又はバックプレーン及びエピタキシャル膜を通して、レーザカットでＴＦＳＳの形状の輪郭を描くのが賢明である。エピタキシャル層を越えてテンプレートへカットすることによるテンプレートのダメージを最小にするように注意を払わねばならない。このカッティングプロセスにおいて熱レーザ分離と称されるレーザベース技術が使用され、熱レーザビームの直後に、例えば、水のような冷たい液体又は霧の噴射、或いはヘリウムのような冷たいガスの噴射により形成される冷却スポットでトレースする。そのようにすることにより、シリコンを通して劈開が開始され、これは、剥離層の領域においてＴＦＳＳとテンプレートとの間の界面で終了する。
【０２０９】
次は、縁のトリミング（カッティング）、及び任意であるが、補強された薄い基板の縁から脆い薄膜を切り離すことを含む縁準備である。装置の外縁は、剪断又はスタンピングのような機械的なトリミングによるか又はレーザトリミングによりサイズがカットされる。装置の角は、その角を和らげると共に、その後のプロセスステップ全体にわたりダメージを生じ難くするために、面取り又は他の適当な形状を使用してカットされるように選択される。
【０２１０】
次は、湿式（又は任意に乾式）テクスチャー化ステップであり、その後、テクスチャー化後の清掃及び乾燥が続く。テクスチャー化の前には、１つ以上の準備ステップがあり、例えば、後で適当なピラミッドを形成する上で助けとなるグリットブラスティングのような機械的な粗面化ステップ、或いは有機残留物の除去や、テクスチャー化を助成するための薄い化学的酸化物の形成のような表面処理がある。
【０２１１】
次は、不動態化層堆積の前に真空の助けがあったりなかったりして乾式焼成を任意に行う低温での不動態化ステップである。低温での実現可能な不動態化層は、例えば、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）又は酸化シリコン又は準化学量論的酸化シリコン、シリコンオキシニトライド又は窒化シリコンである。或いは又、化学的酸化物又はオキシニトライドのような不動態層は、湿式プロセスタンクにおいて堆積される。
【０２１２】
次は、好ましくは、シリコンにキャリアを発生できる波長範囲において非常に低い吸収度で且つ各少数キャリアを反発するための適当な内蔵電荷と共に、窒化シリコン、Ａｌ2Ｏ3、又は他の適当な誘電体のような材料を使用する反射防止コーティングステップである。任意であるが、フォーミングガス又は他の熱アニールを使用して、前面不動態化を改善することができる。任意であるが、前面不動態化を改善するための前面からのレーザアニール、及び任意であるが、バルク品質及び裏面不動態化は、レーザ処理パラメータ及び選択されたレーザ波長（１つ又は複数）の貫通深さに依存する。次のステップは、電池端子の次の埋設層へのコンタクトをオープンすることより成る。選択されたバックプレーン構造に基づき、次の埋設層は、例えば、ラミネーションの前に電池に堆積された電池上のパターン化された金属層；接触アクセスが必要とされるエリアにおいてのみ前記パターン化された金属層に堆積されたコンタクトパッド；又は元の金属コネクタに対して任意であるが本質的に直交して配列された金属の、次のレベルの埋設ルート；を含む。この接触プロセスは、保護／誘電体層へのレーザ穿孔或いは機械的ホール又はスリット穿孔を使用して遂行される。任意であるが、このステップの前に、その後のメッキプロセス中に前面のメッキ又は汚染を防止するシート又は材料により表面が保護される。
【０２１３】
その後に、その下に横たわる金属は、多数の任意の手段、例えば、シード金属の接着性及び／又はプレータビリティ(platability)を促進するための任意の表面準備ステップ；ＰＶＤ、メッキ、スクリーン印刷、インクジェット、エーロゾルジェット、ステンシル印刷を含む印刷、或いはフレーム又は熱スプレーのようなスプレーによるシード金属の堆積；非パターン化堆積の場合には、印刷されたレジストのようなパターン化ステップ；又は非レジストカバーエリアにおけるメッキ、それに続くレジスト除去及びシード層エッチバック（それらは、全て、メッキ技術において共通のプロセスである）；の１つにより接触開口を通して接触される。典型的な金属被覆材料は、例えば、ニッケルの出発層、それに続く銅を含み、そしてスズ及び他の半田付け可能なキャップ層で終わり、そして印刷層は、銀及び合金、ニッケル、銅、アルミニウム及びスズを含む適当な金属を含む。ＰＶＤシード層の場合には、選択肢は、Ｓｎ、Ｎｉ、ＮｉＶ、Ａｌ、Ｐｄ、Ｔａ、Ｃｕ、Ａｇ又は合金を含むが、これに限定されない。
【０２１４】
任意のテスト及びビニングの後に、例えば、半田付け可能なストリンガーリボンを使用して太陽モジュールへの接触が容易に達成される。ストリンガーリボンは、例えば、まっすぐであるか、又はドッグボーン形状であり、そして完全に黒い見掛けを保持すると共に必要に応じて電気的隔離として任意に働くために、例えば、モジュールの顧客に見えるエリアに黒い又は暗くされたエリアを任意に含む。例えば、共通の太陽裏面カプセルを使用して最終的なカプセル化が行われる。
【０２１５】
以下の開示は、説明のために提示される規範的構造及びプロセスフローに関する。ＰＬＵＴＯ構造とＯＡＳＩＳ構造との間の主たる相違は、エピタキシャル薄膜の前面の湿式処理又は他の形態のテクスチャー化のとき、ＰＬＵＴＯ補強構造体は、以下第１層金属と称される電池上金属エミッタ及びベースコンタクトフィンガーを除く他の金属構造体を含まず、一方、ＯＡＳＩＳ構造体は、第２層金属被覆の少なくとも一部分を含むことである。
【０２１６】
電池上金属は、物理的蒸着（ＰＶＤ）、又は例えばレーザ切除を使用するパターン化を後に伴う蒸発（例えば、電子ビーム又は熱蒸発による）のようなブランケット堆積技術を使用するか、或いは典型的に、焼成、焼結又は駆動(drive-in)のための熱的ステップを後に伴う、スクリーン印刷を使用する金属又は金属先駆体の直接的パターン化堆積を使用して、堆積される。重要なことに、以下の説明は、ＰＶＤ及び蒸発ベースのプロセスについて類似性を保持する。以下、特に指示のない限り、他の全ての大面積ブランケット堆積型のプロセスを表わすのにＰＶＤが使用される。そのようなブランケット膜がテンプレート上の全エピタキシャル電池構造体にわたって堆積されてもよいし、或いは例えば、テンプレートの真の縁や活性構造体の外側の望まれない場所での堆積を回避するために堆積中にシャドーマスクを実施することもできる。
【０２１７】
ＰＬＵＴＯ及びＯＡＳＩＳ構造体、並びにＰＬＵＴＯ及びＯＡＳＩＳハイブリッド構造体のプロセスフローの異なる実施形態が図７２Ａ及び７２Ｂに概略的に示されている。図７２Ａは、ＰＬＵＴＯ構造体及びＰＬＵＴＯハイブリッドに関するプロセスフローである。以下のテーブルは、図７２Ａに示すプロセスフローに使用される略語を定義する。
用語 定義
2015516145.tif 000003
2015516145.tif 000004
テーブル１：図７２Ａのための用語及び定義
【０２１８】
図７２は、ＯＡＳＩＳ構造体及びＯＡＳＩＳハイブリッドに関するプロセスフローである。以下のテーブルは、図７２Ｂに示すプロセスフローに使用される略語を定義する。
用語 定義
2015516145.tif 000005
テーブル２：図７２Ｂのための用語及び定義
【０２１９】
図７３Ａ−Ｊは、バックコンタクト太陽電池を製造するためのＰＬＵＴＯ構造体の実施形態のプロセスフローの主たる製造ステップ中の電池の断面を示す。図７３Ａ−Ｅは、非ドープ層の使用及びその後のパターン化を通してベース及びエミッタコンタクトエリア間を物理的に分離させることに基づくフローを示す。図７３Ａは、ＢＳＧ堆積及びエミッタオープンステップ後の電池を示す。図７３Ｂは、ベースウインドウオープンステップ後の電池を示す。図７３Ｃは、ＰＳＧベース堆積、アニール及びオープンステップ後の電池を示す。図７３Ｄは、レーザコンタクトオープンステップ後の電池を示す。図７３Ｅは、金属堆積及びレーザ分離ステップ後の電池を示す。
【０２２０】
図７３Ｆ−Ｊは、接触抵抗を低くするために高いドーピングで利益が得られるエミッタと金属１の接触を形成しなければならない領域以外のどこででもエミッタ領域をより弱くドープさせることにより選択的エミッタ形成を可能にするフローを示す。図７３Ｆは、弱くドープされるエミッタ先駆体堆積（ＢＳＧ１）及び強くドープされるエミッタ領域オープンステップ後の電池を示す。図７３Ｇは、強くドープされるエミッタ先駆体堆積（ＢＳＧ２）及びベースコンタクトオープンステップ後の電池を示す。図７３Ｆは、金属堆積及びレーザ分離ステップ後の電池を示す。図７３Ｈは、接合を形成するためのＰＳＧ（＋ＵＳＧ）堆積及びドーパント駆動ステップ後の電池を示す。図７３Ｉは、レーザコンタクトオープンステップ後の電池を示す。図７３Ｈは、接合を形成するためのＰＳＧ（＋ＵＳＧ）堆積及びドーパント駆動ステップ後の電池を示す。図７３Ｊは、金属１堆積、例えば、印刷、又は切除を伴うＰＶＤステップ後の電池を示す。
【０２２１】
図７４Ａ−Ｄは、バックコンタクト太陽電池を製造するためのＯＡＳＩＳ構造体の実施形態のプロセスフローの主たる製造ステップ中の電池の上面図（図７４Ａ）及び断面図である。図７４Ａは、ＯＡＳＩＳ構造の電池の上面図である。図７４Ｂは、ベースコンタクト形成ステップ後の電池を示す。図７４Ｃは、バックプレーンラミネーションステップ後のＯＡＳＩＳ構造の電池の上面図である。図７４Ｂは、バックボーンを伴う最終的なＯＡＳＩＳ電池を示す。
【０２２２】
ここに提示される全てのバックプレーン実施形態に対して、プロセスのバックプレーン部分の前に実現可能な処理フロー及び構造体について開示された。例えば、ある出発基板実施形態では、テンプレートによって支持されるエピタキシャル電池構造体は、エミッタ及びベースの半導体エリアへオープンしたコンタクトを有している。ベースへのコンタクトは、低い接触抵抗のために強くドープされたコンタクトエリアを有し、一方、エミッタは、一次金属へのコンタクトの周りに強くドープされたエリアを伴う選択的エミッタであることも任意である。これらコンタクトは、図７３の規範的実施形態に示すように、種々の技術を使用してオープンされ、これらのコンタクトは、前記誘電体のレーザ切除を使用してオープンされる。これらのコンタクトは、エミッタ及びベースコンタクトの交互の線アレイにおいて最良に形成される。
【０２２３】
その後、第１層金属が形成される。この層は、ここでは、多数の金属又は多数の構造体で構成される場合でも第１層金属と称される。１つの実施形態において、第１金属構造体は、スパイクを減少してｐ型及びｎ型の両領域へのオーミック接触を保証するためにアルミニウム又は少量のシリコンを伴うアルミニウムであるのが好ましい。ＰＶＤを使用して材料を堆積する場合には、選択肢は、典型的に、アルミニウムのような単一の材料だけである。というのは、堆積は、一般的に、全電池エリアに対して遂行され、後で構成されるからである。ブランケット堆積材料は、後でパターン化される。パターン化については多数の選択肢が存在し、１つの規範的な実施形態では、レーザ切除を使用して金属が構成される。レーザ切除については、ピコ秒レーザ切除を使用するような多数の選択肢が考えられる。金属は、エミッタ及びベースコンタクト金属の交互の線が、エミッタ及びベースコンタクト開口の交互の線の上に形成されるようにパターン化されるのが好ましい。
【０２２４】
ＰＶＤに代わって、第１金属に対して印刷プロセス、例えば、スクリーン印刷又はエーロゾル印刷が、材料に基づき、その後の熱処理と共に使用される場合には、両コンタクトに対してスパイクを減少するためにアルミニウム又は少量のシリコンを伴うアルミニウムが使用されるか、又はｐ型領域コンタクトについてはアルミニウムが、そしてｎ型領域コンタクトについては銀、等の別の金属が使用される。又、選択する材料は、鏡像としてのその性能にも依存する。良好な鏡像性能（鏡面又はランバート）は、特に、薄いシリコンを使用する電池にとって重要な長い波長に対して全体的な光−電気変換を改善することができる。或いは又、珪化物を形成する耐火金属は、低抵抗接触のために第１金属層として使用されてもよいが、それらの鏡像品質が充分でなく、プロセスは、非常に複雑になる。
【０２２５】
金属に対するＰＶＤ及び印刷プロセスは、両方とも、スタックされる金属層の堆積を任意に許す。ＰＶＤベースのプロセスでは、アルミニウム堆積の後に、接着を改善するニッケルバナジウム（ＮｉＶ）又はニッケル（Ｎｉ）層が続き、Ｎｉは、応力が低いためにしばしば好ましい。その後に、スズ（Ｓｎ）層が続き、これは、プロセスフローにおいて更にメッキを許す。このスタックに代わって、Ａｌがあり、タンタル（Ｔａ）がそれに続く。他の層組み合わせも考えられる。処理の簡単さ、及び開口を経て後で導入されるレーザプロセスに対する鏡像層として良好な性能のために、Ａｌのみが第１層金属として使用される。メッキ層が次の金属層として後で使用され、そしてアルミニウムがベース金属層のみであるときには、アルミニウムは、亜鉛処理又は二重亜鉛処理のような特殊な表面処理を必要とする。
【０２２６】
金属又は金属スタックは、多数の特性を念頭において選択する必要があり、即ち、良好な接着性を、第１に、ｅｐｉ時にその下の酸化物又はガラス層に与え、第２に、スタックの金属間に与え、そして第３に、スタックの頂部金属とバックプレーンとの間、又は正確に言えば、バックプレーンの接着成分に与える必要がある。
【０２２７】
これについて、アルミニウムが第１の堆積金属であり、且つ頂部付近のガラス層がドーパントソースとして働き、例えば、燐珪酸ガラス（ＰＳＧ）がベースコンタクトのためのｎ型ドーパントソースとして働く場合には、典型的に、ＰＳＧにおける燐含有量を約６％以下に保持し及び／又はＰＳＧ層に非ドープのガラス層をキャップすることが有用である。堆積中及び堆積後の金属の任意の処理は、その後の接着性を改善するように働く。そのような処理は、熱アニール、レーザアニール、表面の粗面化、等を含む。堆積された材料について、アルミニウムは、ここに提示するバックプレーン材料に対しても良好な接着性を与える。
【０２２８】
印刷された金属は、通常、溶媒を焼成するための１つ以上の熱ステップ、並びに任意の焼結及び／又は駆動ステップを要求する。２つ以上の金属が印刷される場合には、全部に対して１つの熱ステップを行うか、又は金属の印刷と印刷との間に１つ以上の熱ステップを行うことが考えられる。又、金属の印刷は、有益なエリア、例えば、その後の時点で次の層へのコンタクトエリアとして働くエリアにおいて、金属を選択的に厚くすることも許す。スクリーン印刷される金属を使用するときに選択的に厚くするための１つの方法は、異なるスクリーン構造体を使用する間に２つ以上の印刷を行うことである。
【０２２９】
堆積された金属又は金属スタックの表面は、ＰＶＤベースのプロセスに関連して使用される金属切除のための大きなプロセスウインドウを許すように最適化される。ＰＶＤ及び印刷された金属の両方について、金属スタックの頂部金属（又は金属の表面）は、第１の金属層に１つの金属しか使用されない場合には、その後の時点で、バックプレーン材料を通してビアホールを穿孔するのに使用されるレーザビームに対して充分な厚み及び高い反射性を与えるように選択され又は光学的処理されるのが有益であり、ここで、これらビアは、第１金属層への次のレベルの金属接触を与えるという機能がある。そのようなビア穿孔のために、例えば、ＣＯ2レーザが使用され、そしてアルミニウム、銅、銀及び多数の他の金属は、ＣＯ2レーザの長い赤外線波長範囲において良好な反射性を与える傾向がある。
【０２３０】
印刷される金属の場合には、金属を局部的に厚くし及び／又は将来のビアのエリアに別の金属印刷を局部的に追加することが有益である。これは、ビアホール穿孔のためのプロセスウインドウを増大すると共に、第２層金属のための良好な金属エリアを与えてそこに接触させるように働く。
【０２３１】
第１層金属及びそのパターン化及び処理の後の次の主たるプロセスステップであるラミネーションの前に、エピタキシャル層がテンプレートにある間にそれをオーバーサイズでカットし、バックプレーン補強のエピタキシャル電池構造体の剥離中に既知の破断位置を与えるのが賢明である。
【０２３２】
ラミネーションにおけるＰＬＵＴＯ構造のプロセスフロー：パターン化された第１層金属を含む薄膜エピタキシャル太陽電池構造体（ＴＦＳＳ）にラミネーションされるべきバックプレーン材料として選択される材料は、多数の重要な特性を念頭において選択され、その幾つかは、次の通りである。第１に、その材料は、シリコンの熱膨張係数に対して適当に一致したものでなければならない。第２に、その材料は、それ自体が、或いはブランケット又はパターン化された接着層の助けで、ＴＦＳＳに良好な接着性を示すと共に、その接着性を、バックプレーン補強のＴＦＳＳを最終的な太陽電池へ製造するのに要求され且つ有用な寿命全体にわたりモジュールの太陽電池に要求される温度、圧力及び湿度範囲全体にわたって発揮しなければならない。第３に、バックプレーン補強のＴＦＳＳは、太陽電池及びモジュールへの製造全体にわたって化学薬品、ガス環境及び全ての取り扱いステップに耐える必要がある。第４に、その材料は、コスト的に競争力があり、無毒で且つ容易に入手できることが必要である。
【０２３３】
以上の説明は、活性吸収材料としてシリコンに関連したプレプレグバックプレーンの実施形態に焦点を当てた。同じ概念が、Ｇｅ、ＳｉＧｅ、ＳｉＣ、ＳｉＧｅＣ、ａ−Ｓｉ、又はａ−ＳｉＧｅのようなヘテロ接合材料を伴うシリコンの使用、並びにＧａＡｓのようなIII−Ｖ材料、又はＧａＡｓとＳｉ又はＧｅ又はその合金との組み合わせとの使用に適用される。そのような要求を満足するための魅力的な規範的材料群は、印刷回路板産業において同様の処方で使用されるプレペグである。そのようなプレペグは、樹脂のマトリクスにおいてアラミド、Ｋｅｖｌａｒ又はガラス繊維のような異なる種類の織られた繊維及び不織繊維で入手できる。
【０２３４】
そのようなシートは、ＴＦＳＳがテンプレート上にある間にそれにラミネートされる。補強は、１枚のシート又は２枚以上のシートより成り、接着性及びＣＴＥ不一致を最適化するために、異なる前処理又は異なる繊維、繊維含有割合、並びに樹脂形式及び含有割合の全てが使用される。
【０２３５】
先に指摘したように、プレプレグのラミネーションの前に、付加的な接着剤を電池に印刷するのが好都合である。この接着剤は、熱又はＵＶ硬化可能であり、そして全エリアを覆い（図６３Ｄに示すように）、従って、その後のビアホールを開けるステップにおいて穿孔される必要があるか、又はビアホールを穿孔すべき開口が印刷されるか、又は金属１の線間のエリアのみを覆うようにする（図６３Ｃに示すように）かのいずれかである。
【０２３６】
他のバックプレーン補強材料選択肢は、太陽モジュールカプセルに使用するものと同様の材料、例えば、ＥＶＡ又はＺ６８を含む。以下の例では、プレプレグ材料の処理が明確に述べられるときは、他の適当なバックプレーン材料の使用も網羅すると理解されたい。
【０２３７】
選択される材料は、プロセスフロー及び材料の調合にもよるが、非常に従順又は柔軟な電池構造を有し、並びに非フラットな太陽モジュールのような用途に対して更なるアーキテクチャー上の解決策を可能にする非フラットな電池表面を可能にするという選択肢を含む。
【０２３８】
任意であるが、ＴＦＳＳに接触するプレプレグエリアは、ラミネーション時に保護シートを使用して覆われ、この保護シートは、テクスチャー化及びテクスチャー化後の清掃や、メッキ及びメッキ表面の準備のようなバックプレーン補強ＴＦＳＳのその後の処理中にプレプレグシートの水分又は化学薬品の摂取を抑制する。そのようなカバーシートは、例えば、Ｍｙｌａｒ、又は化学的に耐えられる他のＰＥＮベースの材料である。
【０２３９】
ラミネーションプロセスそれ自体を支配する典型的なパラメータは、圧力、温度、温度差及びランプレートの使用、程度及びタイミング、樹脂及び繊維の形式並びに含有率、プレプレグラミネーションシート（１つ又は複数）の任意の事前タック又は事前処置、処理時間、温度の時間、真空の付与及びレベルである。ラミネーションを通して又は少なくともプレプレグを水や湿った化学薬品に露出する前に、プレプレグが完全に硬化することが効果的である。
【０２４０】
ラミネーションステップから冷却した後、テンプレート上にラミネートされたＴＦＳＳは、ラミネーションツールからアンロードされ、その後、テンプレートから機械的に又はエッチングのような他の手段で剥離される。一般的に、裏面補強されたＴＦＳＳ及びテンプレートの上側は、直接的な引っ張りの使用により、又は剥離により、又はパルス状の引っ張り力、例えば、構造体の片側又は両側に真空をパルス的に付与することで生じる力により、チャック及び分離される。
【０２４１】
剥離は、圧電アクチュエータによって管理される音波又は超音波の機械的な力の使用により助成されるのも任意であり、圧電アクチュエータは、補強されたＴＦＳＳ及び／又はテンプレートの頂面をチャックするのに使用されるプレートに結合される。又、剥離の直前に、レーザカッティングステップをＴＦＳＳエリアの周りに使用して、好ましい境界を与え、その中で又はそれに沿って剥離を行う。
【０２４２】
剥離の後に、バックプレーンで補強されたＴＦＳＳの縁は、更なる処理に適したサイズ又は最終的なサイズにトリミングされる。一般的に、トリミングプロセスは、切断、剪断又は鋸引きによる機械的トリミングを使用するか、又はＣＯ2レーザ、パルス状ＹＡＧレーザ、等の１つ以上のレーザを使用するか、又はそれらの機械的トリミング及びレーザトリミングの組み合わせにより実行される。
【０２４３】
切断の幾何学形状及び設定、並びに切断がバックプレーン側から開示されるかＴＦＳＳ側から開始されるかに基づき、トリミングの切断を構造体に整列させるための多数の選択肢がある。それらの整列選択肢の中で、可視又は赤外線カメラの使用が挙げられる（後者は、埋設された整列ターゲットを使用する場合である）。剥離層残留物におけるマーキングは、ＴＦＳＳの裏面におけるレーザ処理のプロセスを反映し、そのような運び通されるマーキングは、直接見える整列ターゲットとして働く。
【０２４４】
縁トリミングの前又は後に、いずれにせよ、大容量の自動湿式化学的ツールへ露出する前に、選択された材料及びプロセスと、バックプレーン補強型ＴＦＳＳをテンプレートから剥離した後に生じるフラットさとに基づき、その剥離されたバックプレーン補強型ＴＦＳＳの任意の熱及び圧力処理は、その後の処理にとって効果的な層の最適なフラットさを与える上で助けとなる。バックプレーン補強型ＴＦＳＳは、剥離層のリフローされた頂部を含む剥離層の残部を含む。この層は、非常に不完全で、ゲッタリングサイトとしても働く。これは、次のテクスチャー化ステップにおいて、又はテクスチャー化前の個別のステップで、除去される。テクスチャー化後の清掃は、不動態化の前に、金属、及び任意であるが、有機残留物を除去するのに使用される。バックプレーン材料の温度範囲に適合する不動態化及び反射防止コーティングのための選択肢は多数あり、典型的に、それらのステップは、２００から２５０℃より低い温度に制限される。
【０２４５】
テクスチャー化された表面に接触する初期不動態化層は、二酸化シリコン又はシリコンサブ酸化物(silicon-sub-oxide)、即ち酸素とシリコンとの間の化学量論的な比が２より小さい酸化シリコン、のような酸化物であり、そのような酸化物層は、化学的蒸着（ＣＶＤ）又は湿式化学処理を経て堆積又は成長される。或いは又、初期不動態化層は、例えば、ＣＶＤを経て堆積されたオキシニトライド、或いは固有に又は任意にドープされたアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）層でもよい。この層は、例えば、ＣＶＤ又はＰＶＤを使用して堆積される。反射防止コーティングは、特に、ｐ型ベース電池に対して窒化シリコンを使用して遂行されるが、酸化アルミニウムも任意である。この層は、例えば、ＣＶＤを使用して堆積される。
【０２４６】
頂部層（１つ又は複数）を堆積した後に、或いは堆積と堆積との間に、前面再結合速度（ＦＳＲＶ）及び裏面再結合速度（ＢＳＲＶ）を減少するために、アニールを使用することができる。そのようなアニールは、装置、特に、バックプレーンに許された熱履歴範囲に適合する仕方でコントロールされねばならない。そのようなアニールに適したプロセスは、フォーミングガスのアニール、空気中又は不活性雰囲気中のアニール、及びバックプレーン材料の許容熱履歴を越えないように表面に充分接近し及び／又は充分短い時間中にそれらのエネルギーを堆積するように適当に同調されるレーザアニールを含む。この用途でのレーザアニールプロセスは、例えば、可視又は近赤外線波長範囲でのパルスレーザアニールである。
【０２４７】
その後のプロセス中に前面を保護し且つ取り扱いを改善するため、光学的に透明な保護層を前面に取り付けるのが賢明である。そのような層は、熱硬化性又は熱可塑性材料、例えば、ＥＶＡ又はＰＥ系材料、例えば、Ｚ６８又はｚ６８のような材料である。後者は、リフローされて、プロセスのモジュールアッセンブル部分において電池をガラスに取り付けるのに使用される。
【０２４８】
その後の第２レベル金属被覆の構造体を準備するため、良好な接着性の裏面を準備する任意のステップが挿入される。そのようなステップは、グリットブラスティング又はサンディングのようなプロセスで表面を機械的に粗面化することを含む。或いは又、接着性を促進する表面の化学的処理又はプラズマ処理を使用してもよい。そのような処理は、必要に応じて、テクスチャー化の前に実行できることに注意されたい。
【０２４９】
プロセスステップの次のセットは、バックプレーン材料の下にこれまで保護されている第１金属層へのコンタクトを確立するように働く。このコンタクトのオープンは、レーザベースのビア穿孔により達成される。このプロセスに使用される規範的レーザは、ＣＯ2レーザであるが、パルスＵＶ、可視又はＩＲ  ＹＡＧレーザを使用して、バックプレーン材料を切除することもできる。ホールは、とりわけ、望ましいビアホールサイズ及び利用できるレーザパルスエネルギーに基づいて、同じスポットにおける直接パルスにより、単一又は繰り返しパルスを使用して、又は複数のパルスでエリアをトレパンすることにより、穿孔することができる。その下の第１層金属へのレーザ穿孔プロセスの最良の選択として、その下の金属は、レーザビームを非常に反射するものでなければならず、例えば、アルミニウム及び銀は、ＣＯ2レーザ波長において非常に反射性が高い。ＣＯ2レーザ波長に対する吸収特性に基づき、穿孔されるべき材料（プレプレグ）に染料を入れるのが効果的である。この染料は、バックプレーン（例えば、プレプレグ）における穿孔速度を高めるように働き、それにより、その下の金属に対する選択性を高める。又、染料は、モジュールにおける電池の全体的に暗い見掛けに対し電池の側壁を暗くするという視覚上の機能も有する。
【０２５０】
又、レーザ穿孔プロセスは、開けられたビアホールの残留物をプラズマエッチングし、又は例えば、過酸化水素を使用してビアホールの有機物を清掃し、又はビア穿孔プロセスの初めと終わりで異なる形式のレーザ間又はレーザのパラメータ設定間を切り換える、等の他のプロセスと組み合わせることもできる。
【０２５１】
潜在的なプラズマエッチングは、それが使用される場合で、特に、ＰＶＤを使用するときのように真空中で堆積が行なわれる場合には、次のレベルの金属堆積の直前に実施される。次のレベルの金属堆積の直線の清掃プロセスに対して分子基の使用も考えられる。
【０２５２】
プロセスフローのこの実施において、ビアホールは、ＴＦＳＳ上の基礎的な構造体に、特に、第１層金属からのパターン化された金属フィンガーに整列される必要がある。付加的な金属コンタクトが、ビアの下の第１層金属の頂部に印刷される場合には、レーザプロセスウインドウを増大するか、又は次の層への良好な接着性及び電気的接触を促進するために、ビアホールは、この層にも整列されねばならない。ＴＦＳＳ上の整列構造体又はターゲットについては、テンプレート上パターン化プロセス又はパターン化堆積プロセスのいずれか一方の間に、整列ターゲットが敷設されるか、さもなければ、構造体それ自身、特にそれが対称性を破壊する場合には、活性エリアの縁が、整列ターゲットの活性エリアを使用せずに整列をなすのに使用される。補強材料は、一般的に、透明でないから、ビアホール穿孔プロセスのためのＴＦＳＳ上のターゲットに対する整列は、多数の方法で遂行することができる。第１に、ラミネーションの前に補強バックプレーン材料にウインドウ切欠部をもたせることにより行う。これらのウインドウは、ラミネーション中にウインドウへリフローする樹脂であって整列ターゲットを目で確認できるに充分なほど透明な樹脂を含む必要がある。又は、第２に、整列ターゲットは、バックプレーン材料又は薄いシリコンを通してターゲットを探索する赤外線カメラのような適当な感度波長を伴うカメラを使用して見ることができる。
【０２５３】
ＴＦＳＳを通して赤外線（ＩＲ）を透過することによりレーザ穿孔ツールにおいてターゲットを探索する赤外線カメラの使用は、適当な計装で、ターゲットの探索とビアの穿孔との間に移動が生じないという効果がある。ビアを穿孔しそして任意に清掃した後に、裏面補強されたＴＦＳＳは、ここで、第１層金属に接触するための第２層金属を形成する準備ができる。
【０２５４】
第２層金属の形成を説明する前に、別の厳密に関連した実施形態について説明する。ラミネーションの前にバックプレーン材料へビアホールを穿孔できることにも注意されたい。このプロセスは、以下、ビアの事前穿孔と称される。事前穿孔は、全穿孔プロセスウインドウに対して効果的である。コンタクトホールが事前穿孔される場合には、その下の第１層金属材料に対する選択の必要性が除去されるか又は著しく緩和される。事前穿孔では、プレプレグのようなバックプレーン補強材料の２枚以上のシートが使用される場合に、適度に低い温度でタッキングラミネーションを使用して事前穿孔の前にシートにタックすることが賢明である。更に、ビアの事前穿孔中にレーザでビアの縁を局部的に硬化させる。これは、開いたホールを閉じる傾向のある樹脂の流出を減少するように働く。事前穿孔されたホールは、ラミネーションの後、テクスチャー化及びテクスチャー化後の清掃のための湿式化学的プロセス中にその下の第１層金属を必ずしも適当に保護しないので、前記Ｍｙｌａｒ、Ｔｅｏｎｅｘ又は他のＰＥＮ又はＰＥＴ系材料の非穿孔保護シートを追加するのが有用である。エリアを穿孔した後にビアが穿孔される前記ビア穿孔プロセスと同様に、このときも、プロセスの選択性について要求はあまり厳しいものではない。プロセス選択性のそのような利益は、他のビア穿孔後のホール清掃ステップの必要性を潜在的に排除する。非穿孔保護シートの適用とは別に、ガラス又はポリマーのような適当な誘電体と接触されるべき第１層金属を局部的に覆うこともでき、この誘電体は、テクスチャー及びテクスチャー後の清掃プロセスに耐えるに充分な化学的耐性があるが、第１層金属に第２層金属コンタクトを形成する前に除去されてもよい。湿式処理が浸漬により実行されず、片側の湿式化学的薬品適用により実行される場合には、事前穿孔シートを使用するときに保護シートが要求されない。
【０２５５】
事前穿孔された補強バックプレーンが、そのときにテンプレートにより支持されているＴＦＳＳにラミネートされるときには、ラミネーションのためにテンプレート上のＴＦＳＳにバックプレーンシート（１つ又は複数）を整列させねばならない。ラミネーション中に整列位置が保持されるよう保証するために、レーザ又は他の局部加熱ソースを使用してシート（１つ又は複数）を表面に事前タックすることができる。或いは又、第１層金属形成の一部分として、ビアのエリアは、背の高い、好ましくは、印刷された金属領域で構築されてもよい。そのような局部的ピラーは、適切な大きさにされたとき、事前穿孔されたシートをラミネーション中に位置固定するように働く。上述した任意の局部保護材料は、その場合、そのようなピラーの頂部に適用される。そのようなピラーは、非常に希薄なパターンで使用され、前記ピラーの材料使用量を節約する。
【０２５６】
第２層金属形成：金属の第２層は、各端子の１つ以上のバスバーストリップを潜在的に除いて、第１層金属フィンガーに対し本質的に直交するように構成されるのが好ましい。直交関係は、第２層金属をパターン化するための要件を著しく緩和する。例えば、第１層金属のパターン化要件が百又は数百マイクロメータである場合には、第２層金属のパターン化要件が数ミリメータから数センチメータの範囲である。これは、ひいては、簡単なシャドーマスク又は非常に安価な印刷、ローラーコーティング、又はスプレー掛けのような非常に経済的なパターン化技術の使用を可能にする。又、大きな寸法の金属フィンガーの型抜きの使用も許す。この緩和は、直交関係幾何学形状に対し、各第１層金属フィンガーにおいて電流が進まねばならない距離は、抽出のためのビアに到達するまでは適度に短いという概念によって可能にされる。
【０２５７】
第２層金属を形成するための種々のプロセスフロー選択肢は、実施形態及びそれに続く別の態様を含めて開示される。アルミニウムが第２層への接触金属である場合には、亜鉛処理(zincation)、好ましくは、二重亜鉛処理が、アルミニウムの頂部への信頼性あるメッキにとって効果的である。ＰＶＤプロセスがそれに続く場合には、スパッタ前エッチング清掃を行うことで亜鉛処理を回避することができる。
【０２５８】
第１層金属に接触するための適当なＰＶＤプロセスは、スパッタ前エッチング、Ａｌでスタートし、その後、Ｎｉ又はＮｉＶ堆積を行い、その後、任意のＳｎ堆積を行う。このＰＶＤプロセスは、シャドーマスクを使用して遂行され、従って、パターン化された金属堆積を可能にする。或いは又、第１層金属のためのパターン化と同様に、堆積後にレーザ切除を使用して金属をパターン化してもよい。堆積された金属又は金属スタックは、堆積後にその特性をチューニングするためにアニールされるのも任意である。
【０２５９】
或いは又、ビアは、先ず、アルミニウム、銅、ニッケル又は銀のペーストのような導電性ペーストを印刷、例えば、ステンシル印刷することにより、充填又は部分的に充填される。次いで、ビアを少なくとも部分的に充填するのに使用される金属の頂部に、ＰＶＤ又はスクリーン印刷を使用して、シード金属又は金属スタックが堆積される。印刷されたペーストは、適用後に、焼成及び／又はアニールされる。
【０２６０】
このシードの頂部に、残りの金属がメッキされる。或いは又、第２層金属の直交金属フィンガーの全必要厚みが、適当なペーストを使用してメッキされてもよい。メッキの場合には、シード金属の堆積は、上述したように、パターン化の仕方で遂行されるか、或いはブランケット層として遂行されて、それが、その後、ベースメッキエリアからエミッタを分離するレジスト構造体を使用してパターン化されてもよい。メッキの後に、レジストが剥離され、そしてレジストを使用して保護されていたエリアにおいてシード層がエッチバックされる。典型的なメッキシーケンスは、Ｎｉでスタートし、次いで、銅（Ｃｕ）となり、そして半田付けのためにＳｎで終わりとなる。それとは別に、シード材料に基づき、Ｃｕを直接メッキすることができる。又、メッキ後に、印刷を使用して、半田付けが要求されるエリアに、Ｓｎを局部的に施すこともできる。印刷シードの場合、手頃であれば、例えば、スクリーン印刷又はインクジェット印刷を使用して全第２レベル金属被覆を印刷することもできる。
【０２６１】
第２層金属の構造体は、端子当たり１つ又は複数のバスバーを有してもよいし、或いは金属フィンガーだけを含んでもよい。第２層金属のメッキプロセスの場合には、モジュール一体化に要求される接触点の数は、メッキ時点の独立バスバーの数で計る。電池から電池へのモジュール内の接触は、ドッグボーン形状のコンタクトフィンガーを使用して達成される。フィンガーのみの構造では、辺ごとのドッグボーン接触点は、端子ごとの第２層金属フィンガーの数に等しいことが必要である。バスバーが使用されない点までバスバーのエリアを最小にすることは、バスバーの下の電気的陰影のエリアを最小にすることにより電流を引き出すことのできる電池上の全活性エリアを最大にするよう働く。
【０２６２】
電池と電池との間のコンタクト金属ストリップは、Ｃｕと、半田又は半田接続可能なアルミニウム、例えば、薄いＮｉ及びＳｎ又はスズ／ビスマス（ＳｎＢｉ）コーティングを伴うＡｌとで構成される。モジュールにおいて見えるエリアでは、ストリップは、パネルの全部黒の見掛けに追加するために局部的に黒くペイントされる。そのようなペイントコーティングは、誘電体としても働き、モジュール内に電池を緊密に配列することを許す。
【０２６３】
ＯＡＳＩＳ構造体の製造：図６４及び６７は、ＯＡＳＩＳ構造体の規範的な実施形態を示す。ＯＡＳＩＳタイプのバックプレーン構造体は、その時点でテンプレートにより支持されるＴＦＳＳに２つ以上の成分を単一ステップでラミネーションすることにより実現されるか、又はＯＡＳＩＳタイプのバックプレーンは、１つ以上のラミネーションステップを使用して個別に形成され、次いで、テンプレートに支持されたＴＦＳＳに適用される。後者の経路が選択された場合には、ある層をＴＦＳＳ側又はバックプレーン側のいずれかに適用するための付加的な選択肢がある。これは、例えば、ＴＦＳＳとバックプレーンとの間の接着を与える導電性接着剤についても言えることであり、この接着剤は、スクリーン印刷のようなプロセスにより施され、或いはラミネーション前に穿孔されるかラミネーション後に穿孔されるプレプレグのような誘電体シートをラミネートすることにより施される。誘電体がないエリアにおいて、誘電体のビアを通してＴＦＳＳの金属フィンガーとバックプレーンの次の層の金属との間に導電性接触を与えるために施される導電性接着剤又は導電性エポキシのような導電性材料についても同じことが言える。これらの場合に、少なくとも誘電体接着剤をｂステージ処理可能にするか、又は少なくとも一部分リフロー可能にすることが効果的である。というのは、誘電体は、異なる側で２つのラミネーションを受けねばならないからである。次いで、バックプレーンをＴＦＳＳに接続するラミネーションステップの熱履歴を、誘電体が完全に硬化するように選択させるのが効果的であると分かる。典型的な誘電体選択肢は、プレプレグ材料のシートか、或いはポリエステル又は他の樹脂のようなスクリーン印刷可能な誘電体接着剤である。
【０２６４】
ＯＡＳＩＳ形成の実施形態：図７２Ｂは、ＯＡＳＩＳ構造体を形成するための選択肢である。この実施形態は、バックプレーンを保管及びステージ処理できるように単一ステップ又は個別ステップでバックプレーンを製造及び取り付けすることを含む。第２に、パターン化された第１層金属フィンガーをもつＴＦＳＳと、バックプレーンの大きな金属フィンガーとの間の取り付けについて、この実施形態は、印刷された誘電体接着剤及び導電性接着剤又はエポキシの組み合わせの使用と、ラミネーション前又はラミネーション後の穿孔から変化するプレプレグのような誘電体シートの使用とを含む。ラミネーション前穿孔の場合には、ＣＡポストは、バックプレーンが個別に製造される場合には、構造体のＴＦＳＳ側に印刷されるか、又は構造体のバックプレーン側に印刷される。前穿孔されたプレプレグを使用する単一ステップラミネーションでは、ＣＡポストは、ＴＦＳＳの金属フィンガーに印刷される。
【０２６５】
誘電体接着剤を使用するＯＡＳＩＳラミネーション：テンプレート上のＴＦＳＳに取り付ける前にＯＡＳＩＳバックプレーンを製造し、そして印刷された誘電体接着剤を使用してＴＦＳＳをバックプレーンに接合する図６４Ｇ−Ｆに示されたプロセスフロー実施形態では、次の出発材料が使用される。好ましくは、Ｔｅｄｌａｒ、Ｍｙｌａｒ、Ｔｅｏｎｅｘ或いは他のＰＥＮ又はＰＥＴ材料で作られた化学的に耐性のある頂部カバーシートと、それに続くアクセスホールが穿孔された誘電体シート（ＥＶＡ、Ｚ６８又はプレプレグ）は、大面積の金属フィンガーの構造体上に配列される。金属フィンガーは、例えば、放電製造、レーザマーキング、及びそれに続くエッチング（アルミニウムが使用される場合には、ＫＯＨのような材料において）により、半田付け可能なアルミニウム、即ちＮｉ及びＳｎの薄い層をもつＡｌの平坦なシートから構成されるか、或いは１つ以上のスタンピングダイを使用して型抜きすることができる。これらの構造体は、整列されて、互いに上下に敷設され、任意であるが、剥離シートで覆われるか、或いは両側において粘着性のない表面で覆われて一緒にラミネートされる。材料及びラミネーションの条件、例えば、適当な排気、温度範囲、ランピング及びラミネーション圧力を正しく選択することで、誘電体材料が流れて、構造体を平坦化する。例えば、裏面コンタクトエリアにおいて平坦化が望まれないエリアは、適当な形状のラミネーションコンタクトチャックを設けるか、或いは縁から材料が流出してホールをふさぐのを防止するためにコンタクトホールの縁を予めカットする（例えば、それらホールのカット中に増加レーザ電力を使用して）ことにより、オープン状態に保たれる。
【０２６６】
Ｂステージ処理可能な又は少なくとも部分的にリフロー可能な、即ち熱可塑性の、印刷誘電体接着剤は、接着剤として使用されて、バックプレーン又はＴＦＳＳに施される（図示せず）。更に、導電性接着剤は、いずれの側に印刷されてもよい。誘電体及び導電性接着剤は、各々、印刷後に適当な任意の熱処理を受ける。コストを低く保つために、導電性バンプの全エリアは、少なく保たねばならず、好ましくは、全電池エリアの２％より少なく保たねばならない。ラミネーションの前に、ＴＦＳＳを、活性エリアのちょうど外側の領域で事前にカットして、ラミネーション後に剥離を行うときにｅｐｉ層の指定の破断点を設けることができる。その後、バックプレーン及びテンプレート上のＴＦＳＳが一緒にラミネートされる。このプロセスでは、ＴＦＳＳ上の金属フィンガーとバックプレーン上の大きな金属フィンガーとの間の電気的接触も確立される。ラミネーション後に、ＰＬＵＴＯ構造体で述べた剥離と同様の機械的な剥離により構造体が剥離される。剥離され且つバックプレーンで補強された装置の縁は、これもＰＬＵＴＯ構造体について述べたトリミングと同様に、トリミングされる。トリミングが行われるバックプレーン構造体の縁は、化学的に耐える適当な誘電体によりシールされるのが好ましい。その後、ＰＬＵＴＯ構造体と同様に、ＴＦＳＳの太陽側で、剥離層の残留物が清掃され、表面がテクスチャー化され、テクスチャー化後に清掃され、そして不動態化される。電池の最終的なプロセスとして、バックプレーンの大きな金属フィンガーへの接触アクセス点が、例えば、カバーシート材料のレーザ穿孔によりオープンされる。
【０２６７】
導電性半田バンプを使用するか、又はモジュールアッセンブルの製造に使用されるストリンガーからの半田を使用して、電池への接触を確立する。電池がそれ自身の半田バンプを受け取ることは、ここの電池をテストして、合格の電池がその後にモジュールへとアッセンブルされるという効果があるが、そのようなテストは、適当なプローブカード構成体を使用して行うこともできる。
【０２６８】
誘電体シートを使用するラミネーション：上述した印刷誘電体接着剤プロセスを使用するラミネーションとは別に、誘電体シート、例えば、事前に穿孔されたプレプレグ材料も、大きな金属フィンガーを含むバックプレーンとＴＦＳＳとの間の接着剤として使用される。事前穿孔された誘電体シート（２段階ラミネーション）を使用するＯＡＳＩＳフローを示す図７５の断面図は、このプロセスを示す。ここでは、導電性接着剤が望ましいエリアに印刷され、そして事前穿孔された誘電体シートが、印刷導電性接着剤の格子に整列されて敷設される。このプロセスでは、導電性接着剤がＢステージ処理可能であって、敷設プロセス中に乾燥され且つ汚されず、ラミネーション中に依然リフローして、ＴＦＳＳの金属とバックプレーン金属との間に良好な接触を与える。ラミネーション後の残りのプロセスは、印刷誘電体接着剤を使用する前記ケースと同様である。
【０２６９】
ＯＡＳＩＳ構造体のための１段階ラミネーションプロセス：ラミネーション中の適切な熱履歴及び熱シーケンスにより、バックプレーンのラミネーション及びバックプレーンのテンプレート上のＴＦＳＳへのラミネーションという個別のステップをとるのではなく、ＯＡＳＩＳ構造体の全てのコンポーネントを単一のステップで取り付けることができる。
【０２７０】
図７５の断面図は、事前穿孔の誘電体シート（１段階ラミネーション）を使用するＯＡＳＩＳフローを示す。ここで、ＴＦＳＳ側に導電性接着剤を印刷する必要がある。誘電体接着剤を使用する場合には、この接着剤も、好ましくは、導電性接着剤を印刷する前に、ＴＦＳＳ側に印刷される。プレプレグシートのような誘電体シートが使用される場合には、このシートは、１段階ラミネーションでは事前穿孔される必要がある。前記両方の場合には、事前穿孔誘電体シートを敷設する前に導電性バンプが印刷され、そして事前穿孔シートが事前形成バンプに整列される。バックプレーンの大きな金属フィンガーが敷設され、頂部の穿孔誘電体シート（例えば、ＥＶＡ、Ｚ６８又はプレプレグ）が敷設され、そして最終的に、カバーシートが追加される。次いで、当該材料の所要プロセスパラメータに適応されるプロセスプロフィールを使用してラミネーションプロセスが実行され、典型的なラミネーション温度は、３００℃より低く、又は２５０℃より低い。このラミネーション後に、更なる処理は、ＯＡＳＩＳ構造体について上述したプロセスフローと同様に進められる。
【０２７１】
ＰＬＵＴＯ−ＯＡＳＩＳハイブリッド構造体のためのプロセスフロー：図７７Ａ−Ｄは、ＰＬＵＴＯハイブリッド構造体のプロセスステップを示す。図７７Ａは、プレプレグビア穿孔プロセス中のＰＬＵＴＯハイブリッド構造体の断面図である。図７７Ｂは、金属堆積及び隔離プロセス中のＰＬＵＴＯハイブリッド構造体の断面図であり、金属の隔離は、図面に対して平行であり、それ故、図示されていない。ある実施形態では、Ａｌ（＋ＮｉＶ＋Ｓｎ）ＰＶＤ及び隔離がある。図７７Ｃは、導電性エポキシスクリーン印刷及びバックプレーンラミネーション後のＰＬＵＴＯハイブリッド構造体のベースコンタクトを通る断面図である。図７７Ｃは、導電性エポキシスクリーン印刷及びバックプレーンラミネーション後のＰＬＵＴＯハイブリッド構造体のエミッタコンタクトを通る断面図である。このハイブリッド構造体のプロセスフローは、図７３Ａ−Ｅに示された表面の不動態化及び準備後にレーザ穿孔によりビアホールを開けるプロセスを含む及びそこまでのＰＬＵＴＯベースフローと実質的に等価である。ＰＬＵＴＯ構造及びフローに対する相違、及びＯＡＳＩＳ構造体及びフローとの類似性は、図７７のハイブリッド構造体が、メッキプロセスを使用して形成される金属被覆構造体ではなく、バックプレーン補強のＴＦＳＳに取り付けられる大きな金属フィンガーの構造体を含むことである。そのようにするために、ＰＬＵＴＯフローで述べたビア清掃後に、先ず、金属コンタクトがビアの底部から、例えば、プレプレグのような誘電体の頂部へルーティングされる。これは、１つ又は複数のステップで行われる。複数のステップが使用される場合には、ビアは、先ず、ステンシル又はスクリーン印刷ペーストを使用して少なくとも部分的に充填される。次いで、例えば、ＰＶＤにより、スリット付きシャドーマスクを通して、金属フィンガーが堆積される。或いは又、金属をルーティングするプロセスが１つのステップ又はシーケンスで遂行される場合には、ビアの底部の表面を、例えば、スパッタ前エッチング及び／又はアッシング(ashine)を行うことにより、ＰＶＤ堆積の直前に清掃して、高い接触抵抗又は不充分な接触信頼性に貢献する潜在的な有機残留物及び自然酸化物を除去することができる。
【０２７２】
フィンガーに対する若干粗雑な寸法的要件（数ｍｍないし数ｃｍ）のために考えられることであるが、シャドーマスクを通して金属フィンガーを堆積するのは別に、ブランケット金属として金属を堆積し、その後、例えば、レーザ切除を使用してパターン化することもできる。
【０２７３】
ＴＦＳＳの金属フィンガーに対して直交方向に延び且つＰＬＵＴＯ構造体について説明したように極性当たり１つ又は複数のバスバーを任意に含む大きな巾の金属フィンガーの頂部に、導電性バンプ又はエポキシのアレイが印刷される。ＯＡＳＩＳ構造体と同様に、例えば、Ｎｉ及び／又はＳｎコーティングを伴う半田付け可能なＡｌで作られた大きな金属フィンガーをもつ付加的なバックプレーンがあり、それは、事前に製造されて、既に補強されているＴＦＳＳにラミネートされるか、或いは単一ステップでラミネートされる。バックプレーンそれ自体は、例えば、大きな巾の金属フィンガーで構成され、フィンガーは、誘電体接着層により位置保持され、誘電体接着層は、例えば、ガラス、ポリマー、セラミック又は金属のバッキングプレートを有する。電池を他の電池に接触させるか、又は一般的にモジュール内に接触させるために、大きな巾の金属フィンガーの上の層にホールをもたせるか、又は大きな巾の金属フィンガーが電池の縁を越えて延びるようにさせることが好都合である。そのような金属フィンガーは、ＯＡＳＩＳ構造体の場合と同様に形成され、例えば、ＥＤＭ、スタンピング、スリットカッティング、或いは機械的又はレーザマーキングを使用してエッチングエリアを画成した後の適当なエッチングにより、形成される。構造上の観点から、バスバーとなるエリアが両極性に接続されて、電池アッセンブルの前にのみ、コンタクト極性の各側がカットされるような仕方で、プロセス全体を通じて構造体を保持することが好都合である。これは、大きな巾の金属フィンガー格子が電池に比してオーバーサイズとなるように選択される場合に、特に簡単なプロセスとなる。
【０２７４】
別の態様として、そのような金属接続は、モジュールアッセンブリに一体化されてもよく、その場合、大きな面積の金属フィンガーは、並列に処理及びラミネートされる。これが考えられるのは、既に補強された電池の初期金属が電池のテスト及び分類を可能にするからである。
【０２７５】
ハイブリッド構造の場合、電池上の細いフィンガーとバックプレーン上の広いフィンガーとの間の金属線の直交方向の転写が、電池上の金属フィンガーから第２層堆積又は印刷金属へ又は印刷金属からバックプレーンアルミニウムホイルへ実施される。後者の場合、第２層堆積又は印刷金属とアルミニウムホイルフィンガーとの間に別の誘電体を実施するのも効果的である。
【０２７６】
浸漬接触結合構造体のためのプロセスフロー：浸漬接触結合構造体は、ＯＡＳＩＳタイプの構造体と同様に処理される。プロセスステップの主たる相違は、図６９及び７０に示されており、これについて以下に述べる。前記構造体で述べたように、ＴＦＳＳ上の薄い金属フィンガーをパターン化した後に、それらのフィンガーは、導電性バンプのアレイで覆われる。次いで、ＯＡＳＩＳ構造体と同様に、本質的に２つの態様がある。その１つは、導電性バンプのアレイをもつＴＦＳＳを、事前に製造されたバックプレーンに結合することであり、そして第２は、バックプレーンの全てのコンポーネントを敷設して共通にラミネーションすることである。両態様は、ＯＡＳＩＳフローで述べた構造及びフロー選択肢を有する。両方の場合に、浸漬コンタクト結合構造体について、接着性誘電体は、導電性バンプのアレイに対して相補的にパターン化されたビアホールのアレイを含む。むしろ、誘電体は、ラミネーション時に生じるリフローの間に誘電体が軟化するとき導電性バンプに穴が開くに充分なオープンエリアを与えるためのランダムに又は規則的に穿孔されたアレイとして適用される。或いは又、誘電体は、事前に穴が開けられないが、導電性バンプは、適度に従順な誘電体の選択で、バンプが依然誘電体に穴を開け、そして誘電体を通る低接触抵抗の接触を形成し、且つＴＦＳＳ金属フィンガーとバックプレーン上の大きな巾の金属フィンガーとの間に接触を確立するように働くような形状にされる。
【０２７７】
上述したように、ここに開示する要旨は、太陽電池の新規な構造体及びその金属被覆のための方法に関するもので、より詳細には、太陽電池からの効率的な光発生電気収集及び低ロス相互接続のための活性半導体光子吸収層に関連した複数（２つ以上）レベルの金属被覆に関する。ある太陽電池実施形態では、半導体光子吸収層は、結晶シリコンであり、バックコンタクトの金属化アーキテクチャーをもつ単結晶シリコン太陽電池を含むが、これに限定されない。更に、電気絶縁支持バックプレーンに関連して二重層金属被覆を参照して主として説明したが、金属被覆層の数（例えば、２、３、４又はそれより高いレベルの金属被覆を使用する）は、ここに開示する要旨に基づき相互レベル金属被覆電気絶縁材として使用される電気絶縁層（２レベル金属被覆の場合）又は層（３つ以上の金属被覆レベルを含む金属被覆の場合）を備えた太陽電池の裏面（又は太陽面とは逆の面）において使用される（「スタック」された金属被覆材料より成る単一金属被覆層を含む）。更に、ある実施形態では、各レベルの金属又は電気的相互接続層（１つ又は複数）は、これに限定されないが、ブランケット金属堆積（例えば、物理的蒸着、又はＰＶＤ技術、例えば、プラズマスパッタリング、蒸発、熱又はアークプラズマスプレー又はイオンビーム堆積により；或いはメッキのような電気化学的堆積プロセスの使用により）のような多数の利用可能な技術を使用して独立してパターン化され、その後、パルスレーザ金属切除、又はリソグラフィーの組み合わせ（例えば、パターン化されたエッチングレジスト層のスクリーン印刷の使用）を使用してパターン形成を行い、そしてその後、金属のエッチング及びレジスト層の剥離を行う。或いは又、金属被覆パターンは、金属被覆プロセスそれ自体（ｉｎ−ｓｉｔｕパターン化と称される）の間に及びそれにより形成されてもよい。ｉｎ−ｓｉｔｕパターン化は、例えば、金属被覆ペーストのスクリーン印刷（希望のパターンを形成する）、ｉｎ−ｓｉｔｕシャドーマスクを使用するＰＶＤ、等を含む。金属層は、電気絶縁誘電体層（２つの金属被覆レベルに対して１つの電気絶縁層を使用し、そして一般的に、２以上の整数をＮとすれば、Ｎ個の金属被覆レベルに対してＮ−１の電気絶縁層を使用する）により分離され、そして誘電体層を通して形成される導電性材料が部分的に又は完全に充填される（従って、導電性ビアプラグを形成する）電気絶縁層を通して形成された相互レベルビアホール（ビア）の特定パターンを使用して一緒に接続される。導電性ビアプラグ（予め指定された相互接続パターンに基づいて２つの隣接する金属被覆レベルを接続する）は、より高い金属被覆レベルを形成するのに使用される同じ金属被覆材料及びプロセスを使用して形成される。各金属層は、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｓｎ又は金属の組み合わせのような同様の又は異種の金属形式で構成され、例えば、アルミニウム及び銅より成る低コスト高導電率金属被覆材料で構成され、そして異なる寸法にパターン化することができる。以下、アルミニウム（Ａｌ）を参照して説明するが、導電性金属被覆材料は、ある場合には実現可能な材料選択肢である（銅、亜鉛又は銀を含むが、銀は、高価であり、太陽電池金属被覆としてはアルミニウム及び銅のような非常に低コストで高導電率の選択肢より望ましくない）。
【０２７８】
ある実施形態では、金属被覆構造体は、二重レベル金属被覆構造体を使用し、ここで、太陽電池吸収基板に近い第１レベル（又は下位レベル）金属被覆は、金属１又はＭ１と称され、そしてＭ１の頂部にあって、ある実施形態では、電気絶縁層により第１レベルから分離される第２レベル（又は上位レベル）は、金属２又はＭ２と称される。例えば、パターン化されたＭ１は、Ｍ１及びＭ２を分離する電気絶縁層又はシートの下で太陽電池基板上に直接形成され、一方、Ｍ２は、太陽電池基板に取り付けられた電気絶縁層又はシートの頂部に形成される（換言すれば、電気絶縁層又はシートは、Ｍ１とＭ２との間にサンドイッチされ、そしてＭ１は、太陽電池基板と電気絶縁層又はシートとの間にサンドイッチされる）。電気絶縁層又はシート（１つ又は複数）とＭ１の上の金属被覆構造体との組み合わせは、太陽電池バックプレーンと称される。バックコンタクト太陽電池のための単一金属構造体に勝る二重層（二層）金属被覆構造体の効果は、次のことを含むが、これに限定されない。
【０２７９】
−二重レベル金属被覆は、Ｍ１層をより薄く且つＭ１パターン線をより狭くすることを許し、従って、太陽電池のフィルファクタを妥協せずに、より高いシート抵抗Ｍ１の使用を許す。これは、電流が、ビアを経てＭ２へ引っ張られる前にＭ１上の比較的短い距離について（例えば、数百ないし数千ミクロンの規模で）局部的に（全体的ではなく）搬送されるに過ぎないからであり、ここで、金属被覆線は、広く、厚く、そして電気的抵抗が低い。
ｉ．薄いＭ１は、吸収層にあまり応力を生じず、ひいては、収率を健全なものにし、且つ太陽電池の大きなエリアへのＭ１の拡張を許す。これは、太陽電池産業がコスト節減（及びあるケースではバックコンタクト／バック接合結晶シリコン太陽電池設計での性能改善）を動機としてより脆くて薄い吸収層に向かって努力していることから特に重要である。
ii．狭いＭ１は、バックコンタクト／バック接合結晶シリコン太陽電池におけるエミッタ部分を増大し、これは、電気的陰影を減少し且つ電池変換効率を上げることができるようにする。
【０２８０】
−又、二重レベル金属被覆は、種々の及び新規な電池アーキテクチャーで要求されるようなＭ１及び他の設計のセグメント化の融通性も許す。
−二重レベル金属化は、Ｍ１バスバーの排除により電気的陰影を排除するバスバーレスのＭ１を許し、電池の効率を更に高める。
【０２８１】
−Ｍ１に対するＭ２の直交変換に関連して使用されるときには（即ち、Ｍ２フィンガーがＭ１フィンガーに実質的に垂直である）、二重レベル金属被覆は、Ｍ２の線寸法をＭ１の寸法から切り離す。直交変換は、Ｍ２寸法をＭ１寸法とは一般的に異なるようにし、そして特にそれより粗いものにし、費用効果の非常に高い堆積戦略を使用して厚いＭ２を堆積できるようにする。これは、Ｍ２金属フィンガーの数をＭ１フィンガーの数より著しく少なくできることも意味する。
【０２８２】
現在の太陽電池金属被覆設計は、活性吸収層に隣接し及び接続された単一の金属被覆レベル（例えば、シリコン太陽電池の焼成されたペースト金属被覆）をしばしば使用する。慣習的なフロントコンタクトの太陽電池アーキテクチャーでは、太陽電池の各側は、電池へ光を通すようにパターン化された前面／太陽面（太陽に向いた太陽電池面）金属（典型的にスクリーン印刷された銀ペースト金属被覆）と、パターン化され又はパターン化されない裏面金属被覆／非太陽面（太陽に向いた面とは反対の太陽電池面）（典型的にスクリーン印刷されたアルミニウムペースト金属被覆）とをもつ金属被覆層を有する。例えば、典型的なフロントコンタクト結晶シリコン太陽電池は、電池の太陽面に、１つのパターン化されたエミッタ金属被覆層（しばしば銀より成る）を有すると共に、パターン化された誘電体層をもつ電池の裏面に、１つのブランケットベース金属被覆層（しばしば裏面フィールド又はＢＳＦ層としても働くアルミニウムより成る）又は任意の局所化された裏面フィールド又はＢＳＦをもつスクリーン印刷されたアルミニウムを有する。バックコンタクトバック接合（櫛型バックコンタクト又はＩＢＣとしても知られた）の太陽電池では、単一の金属被覆層が非太陽面においてパターン化され（例えば、ＩＢＣパターンとして）、太陽面には金属被覆がなく、従って、日光の、妨げのない理想的な最大結合に対して太陽側の光学的陰影は生じない。ここに開示する多レベル（例えば、二層又は二重層）金属被覆実施形態は、フロント接合／バックコンタクト又はバックコンタクト／バック接合太陽電池のようないかなる太陽電池アーキテクチャーにも適用できるが、バックコンタクト／バック接合（ＢＣ／ＢＪ）結晶シリコンアーキテクチャー（ＩＢＣ太陽電池としても知られている）を参照して説明する。
【０２８３】
少なくとも２レベルの太陽電池金属被覆の多レベル金属被覆スキームであって、例えば、直交Ｍ２−Ｍ１パターン（別々の金属被覆層が直交方向に整列され、又は相互接続フィンガーをもつ隣接金属被覆レベルが互いに実質的に垂直である）で設計され且つ２レベル金属被覆スキームの場合にＭ１とＭ２との間に１つづつある電気絶縁層によって分離されるものは、既知の太陽電池金属被覆構造体及び製造方法に勝る多数の金属被覆、効率及び電池処理の硬化を提供する。例えば、２つの金属被覆レベルＭ１及びＭ２が１つの電気絶縁層又はシートにより分離される二層（２レベルとして知られている）金属被覆実施形態では、Ｍ２及び電気絶縁層又はシートの組み合わせ（本発明では太陽電池バックプレーンとしても知られている）が半導体吸収層のための補強及び支持構造体として働き、超薄型太陽電池吸収層に特に適用できる効果である。そのようなバックプレーン補強及び支持構造体は、堅牢にされるか（例えば、ガラス又はセラミック層のような非ポリマー絶縁材を使用して）、又は従順／柔軟にされる（例えば、プレプレグ材料のようなポリマー材料を使用して）。特に、高効率結晶半導体太陽電池（特にバックコンタクト／バック接合太陽電池）のための二層金属被覆に対する多レベル金属化の付加的な利益及び効果は、次のものを含むが、それに限定されない。
【０２８４】
−Ｍ１金属は、既知の吸収層上金属被覆パターン（バックコンタクト／バック接合電池に対して数十ミクロンの金属厚みを使用する）に比して著しく薄くされる（例えば、数百ないし数千ｎｍ厚みの範囲）。より薄いＭ１金属被覆は、シリコン吸収層に付着されるＭ１からあまり応力を生じさせず、これは、特に、吸収層の厚みが約１００ミクロンより薄い超薄型電池、及び／又は電池エリアが１２５ｍｍ×１２５ｍｍより大きい大面積電池にとって非常に望ましい効果である。大面積の規模が考えられるのは、ここに開示する要旨による多レベル金属被覆がＭ１厚み要求を電池面積から切り離すためである。というのは、Ｍ１は、全体的な電力収集ではなく、コンタクト金属被覆及び局所的エリア電力収集に使用されるからである。従って、多レベル金属構成（例えば、電池に薄いＭ１層をもつ２レベル金属構成であって、Ｍ１金属の厚みは、本質的に、電池寸法又は面積とは独立している）の応力減少は、シリコン（又は結晶半導体）基板を非常に大きな電池面積（例えば、１２５ｍｍ×１２５ｍｍより大きく、例えば、電池面積１０００ｃｍ2まで又はそれ以上）、及び非常に薄い吸収層厚み（例えば、１００ミクロン未満の厚み、及び約１ミクロンから約１００ミクロンの範囲）に拡張できるようにする。多レベル金属構成は、薄いＭ１を許す。というのは、Ｍ１層は、太陽電池電力の面積抽出のためのコンタクト金属被覆として働き、比較的低い導電率線を経て長い距離にわたって電池電流を搬送する必要がないからである。例えば、電流（又は電力）は、Ｍ１から導電性プラグを経て次の上位金属レベル（非常に厚く及び／又は広いことにより遥かに抵抗が小さい）へ太陽電池のエリア全体にわたり垂直方向に局部的にプルアップされ、そして１つの実施形態では、電流又は電力が、Ｍ１とＭ２との間に形成されて導電性ビアプラグが充填された（又は部分的に充填された）誘電体層の周期的なビアホールを通してＭ１からＭ２へ引っ張られる。Ｍ１線に沿ったビアプラグ／ホールは、Ｍ１線セグメントのオーミックロスが無視でき且つ太陽電池のフィルファクタに著しい有害な影響を及ぼさない間隔で配置される。
【０２８５】
−Ｍ１は、非常に細く且つ微細である。ＢＣ／ＢＪ電池の大きな裏面エリアは、織り合わされたベース拡散を伴うエミッタ領域でしばしば覆われる。１レベルの金属被覆設計では、電池のシャントを回避するために、ベースＭ１金属が、通常、ベース拡散内にネスト状にされて、電池のシャントを回避するが、最小ベース金属抵抗要件が広い金属被覆パターンを要求する。従って、ベース拡散領域は、ベース金属の巾より大きく、ＢＣ／ＢＪ電池のエミッタ部分を減少させる。エミッタ部分を増加する能力に限度があることで、電気的陰影を最小にする非常に高い寿命要件を生じ、ひいては、電池製造コストが高くなる。従って、多レベル金属設計を通して細いＭ１パターンを利用する能力は、著しいコスト節約を許し、電気的陰影を最小にする上で助けとなる。
【０２８６】
−ここに開示する多レベル金属被覆システム及び方法は、完全に接続された金属１を要求せず、従って、Ｍ１の設計及びパターン化の融通性を高める（例えば、ベース及びエミッタ線／フィンガーとして使用されるセグメント化／個別Ｍ１線）。例えば、上位Ｍ２レベルにおいてブロックレベル間接続を与えながら、Ｍ１の全エリアの画成された小さなブロックを光子吸収層に接続することしかできない。設計の柔軟性に関する付加的な効果は、セグメント化されたＭ１パターン及び短い長さのＭ１線セグメントを許すものである（太陽電池の全エリアに及ぶ既知の金属被覆パターンに比して）。これらのＭ１設計は、金属１と半導体との間の温度係数不一致から生じる信頼性の問題を軽減すると共に、太陽電池構造体をクラックに対してより頑強なものにし、従って、高い製造収率及び現場での良好な信頼性を与える。更に、Ｍ１におけるブロックレベル分離接続は、単一の慣習的サイズの太陽電池内に複数の小型電池を形成することを許し、各小型電池は、それ自身のＭ１パターンを有し、そしてＭ２接続を通して各々に接続される
【０２８７】
−多レベル金属被覆スキーム（例えば、アルミニウム又は銅より成る薄い電池上Ｍ１金属被覆及び厚いＭ２金属被覆をもつ２レベル金属スキーム）は、金属被覆を要求する異なる属性を切り離し、従って、金属２のコストを下げる。一般的に、従来のＢＣ／ＢＪセルでは、金属被覆は、次のものを含む多数の機能を果たさねばならない。
ｉ．ｎ型及びｐ型の両拡散（ベース及びエミッタコンタクト領域）に対して独立して良好な接触抵抗を与える。
ii．特に、波長が約１ミクロン以上の赤外線光子に対して高質のバックミラーとして働く有効赤外線（ＩＲ）反射率を有する。
iii．低い抵抗率（例えば、パターン厚み又は材料選択によって達成される）を有する一方、大量生産に対してコスト効率がよい。これは、銀のような高価な高導電率材料を回避しつつ、アルミニウム及び／又は銅の選択を導く。
iv．Ｃｕのような、シリコンの寿命を劇的に短縮させる金属形式を使用する設計においては、そのシリコン寿命短縮金属が、Ｔｉ、ＴｉＷ、ＴｉＮ、Ｔａ、又はＴａＮ、ＴｉＷ、又はＮｉのような有効拡散バリア材料によってシールドされるように金属スタックを設計しなければならない。或いは又、シリコンに馴染みのある高導電率、低コスト金属、例えば、アルミニウムが使用されてもよい。
【０２８８】
−多レベル金属被覆設計、例えば、２レベル太陽電池金属被覆スキームは、低接触抵抗に関連した属性、及び効率的な光捕獲のための後部ミラー特性に対して特にＭ１が選択されるのを許し、一方、Ｍ２属性は、低コスト及び高電気的（及び熱的）コンダクタンスについて選択される。
【０２８９】
太陽電池のための多レベル金属被覆の規範的実施形態において、異なるレベルにおける金属被覆層は、同じ方向に沿って延びるか又は互いに直交又は垂直のような異なる方向に独立して延びるように配向される。例えば、厚くて高導電率のＭ２は、薄いセル上Ｍ１に垂直に延びてもよいし又はＭ１に平行に延びてもよい。Ｍ２がＭ１に垂直に延びる（Ｍ１に対するＭ２の直交変換と称される）効果は、Ｍ２の巾及びピッチ寸法がＭ１より非常に粗く且つ大きく、その結果、Ｍ２電極の数がＭ１電極の数より（特定の設計要件及び仕様に基づいて約５から５０の範囲のファクタだけ）少ないことである。この金属被覆アーキテクチャーの属性、即ち直交相互接続変換に関する２レベル電池金属被覆の組み合わせは、Ｍ２の堆積及びパターン化の制約を減少することにより効果を与える。厚いＭ２の非常に粗い寸法は、比較的安価な／簡単な直接書き込み技術、例えば、Ｃｕ又はアルミニウムペーストのような金属性ペーストの直接書き込み熱スプレー、スクリーン及びステンシル印刷、及び銅又はニッケルインクのような金属性インクのエーロゾル印刷による堆積又はインクジェットを使用して、Ｍ２堆積へのドアを開く。或いは又、Ｍ２は、前記技術の１つ（ＰＶＤのような）によりシード層を形成し、そして銅のような高導電性金属をメッキすることの組み合わせによって形成されてもよい。Ｍ２のピッチ及び巾に対する構造上の事柄は、Ｍ１の抵抗により指示され、これは、次いで、電流を上方に引き出すためのビアの間隔を指示する。
【０２９０】
コスト及び効率は、太陽電池製造において多レベル金属被覆を生成する方法を選択するときの重要なメトリックである。高効率の、費用効果のある太陽電池のための多レベル金属被覆を形成する多数の方法を、Ｍ１とＭ２との間に位置するサンドイッチされた電気絶縁又は誘電体層を有する二重レベル金属被覆に関連して以下に説明するが、これらの方法は、多レベル金属被覆へ拡張されてもよく、且つ従来の厚い太陽電池及び非常に薄いシリコン太陽電池の両方に等しく適用できる。又、電気絶縁層は、太陽電池の補強及び支持構造体の一部分として働いてもよい。ここに開示する方法及び構造体を使用する非常に薄い太陽電池は、ワイヤソー、エピタキシャルリフトオフ、陽子インプランテーション及び剥脱、応力誘起剥離、レーザウェハ、又は他の薄いシリコンスライス技術により形成された約１から１００ミクロンの厚み範囲の結晶シリコン層を伴う超薄型結晶シリコン太陽電池を含む。ここに述べる金属被覆方法は、説明上、別の順序で一体化、結合又は配列されてもよいが、二重レベル金属被覆を形成するための方法は、次の４つの分類に分けられる。（１）Ｍ１を堆積し及びパターン化するための方法；（２）Ｍ１の頂部に電気絶縁誘電体層を形成する方法（例えば、堆積、ラミネーション、等により）；（３）Ｍ１をＭ２に接続するために誘電体を通してビアホールを形成しそしてその後に清掃を行うための方法；及び（４）Ｍ２を堆積及び／又はパターン化する方法。
【０２９１】
Ｍ１を堆積しそしてパターン化する方法に関するステップ１では、プラズマスパッタリング（又は蒸発）、その後、レーザ切除又は湿式エッチングを使用するパターン化、又はパターン化スクリーン印刷（又はステンシル印刷又はインクジェット印刷又はエーロゾル印刷）のような技術を使用して、Ｍ１を堆積する。ＰＶＤのようなブランケット堆積技術（プラズマスパッタリング又は蒸発）では、その後のパターン化が、レーザ金属切除を使用して、又は標準的リソグラフィー及びエッチング技術（例えば、レジストのスクリーン印刷、その後の湿式又は乾式エッチング）を使用して遂行される。更に、スクリーン印刷又はインクジェット印刷（又はステンシル印刷、エーロゾルジェット印刷）を使用する場合には、Ｍ１層は、適当な金属ペースト又は金属インクを使用してパターン化金属層として直接形成される。シリコンのｎ型及びｐ型の両拡散へのミラー品質及び低抵抗率を確保するようにＭ１金属を選択しなければならないことに注意されたい。例えば、Ｍ１の金属性材料は、アルミニウム（又はアルミニウム及びシリコンの合金）を含む。というのは、導電率が高く、ＩＲ反射性が高く、シャントせずに良好なオーミック接触を生じ、及び低コストであるからである。或いは又、銀及び薄いニッケル、それに続くアルミニウムは、Ｍ１金属スタックとして使用されるが、銀は、典型的に、例えば、アルミニウム比してコストが高いことに関連し、従って、製造コストを低くし且つベース及びエミッタの両領域に対して良好なオーミック接触を与えるためにアルミニウムが使用される。
【０２９２】
Ｍ１とＭ２との間に電気絶縁誘電体層又はシートを形成することに関するステップ２では、設計上の事柄は、材料の選択と、堆積又は形成の方法とを含む。材料選択の事柄は、材料コストを含む。というのは、任意であるが、誘電体材料は、従来の金属被覆コストの一部分に過ぎないからである。例えば、多数のプラスチック及びポリマー材料は、これに限定されないが、従来のプリント回路（ＰＣ）板において接着層及び構造上の支持層として働くプレプレグ材料を含むコストターゲットを満足する。更に別の誘電体材料選択の事柄及び制約は、プロセスフロー中のどのステップに誘電体材料が挿入形成されるか、及びそれがＭ１とＭ２との間の電気的分離中間層として働くことを越えて付加的な機能を果たすかどうかに依存する。例えば、薄いシリコン電池（厚みが１００ミクロン未満の結晶シリコン電池のような）の場合に、この誘電体層は、電池の処理中に及び光起電力（ＰＶ）モジュールラミネーションプロセス中にそしてフィールドにおけるＰＶモジュールの寿命中に、薄いシリコンを取り扱い及び支持するための永久的な補強／支持層としても働く。この例では、誘電体層は、絶縁材料のシートを薄いシリコン太陽電池の吸収層へラミネートすることにより太陽電池形成プロセスの途中に挿入され、これは、下流の太陽電池形成プロセスステップとの適合性、及び薄いシリコンを支持するための機敏さを保証するために材料の選択に付加的な制約を課す。従来の厚いシリコンに関連した別の実施形態では、誘電体材料の選択の制約は、著しく緩和される。というのは、誘電体層が、ラインの終わりにおいて、メイン太陽電池製造プロセスステップの完了後から金属被覆ステージまでに形成されるからである。更に、誘電体材料の付加的な機能として、電池レベルインテリジェンスを構築する活性コンポーネント及び電気的コンポーネントが誘電体（例えば、プレプレグ形式の誘電体材料）に配置される。一般的に、電気絶縁層は、柔軟な太陽電池及び柔軟な太陽モジュールを形成するために従順／柔軟であり（プレプレグ又は他のポリマー材料のような）、或いは堅牢な太陽電池及びＰＶモジュールのために堅牢である（ガラス又は他のセラミック材料のような）。
【０２９３】
この電気的絶縁層を形成するための多数の方法をここに説明する。形成方法は、これに限定されないが、熱スプレー、誘電体スピンオン、スクリーン印刷又はステンシル印刷のような直接書き込み技術を使用して誘電体層を堆積することを含む。或いは又、形成方法は、ポリマー又はプラスチックシートのような安価な誘電体の薄いシート（例えば、２５μｍから２００μｍ厚み）を、例えば、圧力及び温度の組み合わせを適用することによりＭ１レベルを含む太陽電池の裏面（太陽面とは反対の）にラミネートして、それにより、電気絶縁誘電体膜又はラミナントがリフローしてＭ１トポロジーに実質的に合致しそしてそれを完全にカプセル化することを含む。ある実施形態では、このラミネートは、あるＰＣ基板の構成ブロック層として一般に使用されるアラミド繊維及び樹脂で作られたプレプレグ材料である。他のプレプレグ材料が使用されてもよい。
【０２９４】
Ｍ２をＭ１に接続するビアホールの形成に関連したステップ３では、従来のマスク及び乾式プラズマエッチングのような技術が使用される。或いは又、誘電体の機械的穴あけのような機械的な形成によりビアホールが形成されるが、特に、薄いシリコン電池の場合だけでなく、従来の厚い太陽電池についても、ダメージを避けるように注意を払わねばならない。更に別の実施形態では、レーザ処理を利用し、パルスレーザビームを使用してビアホールが穿孔される。例えば、ＣＯ2〜１０ミクロン波長レーザのような費用効果のある高速レーザは、数秒ないし数十秒以下で全電池基板誘電体シートをカバーする非常に速い速度でプレプレグラミナントシートを関するホールを穿孔する。レーザ及び基礎的なＭ１金属の選択は、固有の適合性をもつように行われる。というのは、レーザは、基礎的な金属を通して穴あけすることなくそこで綺麗に停止しなければならないからである。１つの解決策は、Ｍ１金属で強く反射されるレーザを使用し、従って、レーザエネルギーは、Ｍ１金属へ吸収されず、Ｍ１金属は、穿孔プロセスに対してエンドポイント検出及び自己制限端として働く。更に別の実施形態では、ビアホールが穿孔される場所にのみ、誘電体が堆積／ラミネートされる前に、停止層の厚い金属パッド（例えば、アルミニウム及び／又は銀ペーストで作られた）が印刷される。Ｍ１及びその後に堆積されるＭ２の両方に対するこれら金属パッドの接触抵抗が、太陽電池の合計直列抵抗に向かって無視できる程度の貢献しかしないように低く、例えば、導電性エポキシパッドがＭ１の頂部に印刷されて、レーザ穿孔停止層として働くよう保証するように注意を払わねばならない。金属パッドのエポキシは、スクリーン印刷のような既知の方法を使用して適用される。更に別の実施形態では、約１０ミクロンから４０ミクロンの厚み範囲のＡｌ金属ペーストパッドが、Ａｌペースト金属線（約５ミクロンから４０ミクロンの厚み範囲）の頂部に使用される。
【０２９５】
ビアホールを形成する第４の方法は、誘電体ペーストのスクリーン印刷又はステンシル印刷による適当にパターン化された電気絶縁誘電体層の直接的印刷を使用し、パターン化された印刷は、誘電体層にビアホールを含む。ビアホールを含むパターン化された誘電体層の直接書き込みは、リソグラフィー及びエッチング又はレーザ穿孔を使用してその後にホールを形成する必要性を排除する。
【０２９６】
誘電体がポリマー又はプラスチック系である（例えば、ポリマー、プラスチック、プレプレグ材料、等より成るある範囲の低コスト材料から形成される）場合には、ビアホールは、Ｍ２とＭ１との間に低い接触抵抗で綺麗な接触を保証するために、それが穿孔された後に清掃される。種々の清掃方法は、これに限定されないが、１）湿式有機清掃；２）酸化ガス雰囲気（例えば、酸素又は亜酸化窒素）を使用して生成される強い酸化プラズマでの乾式エッチング清掃；３）プラズマスパッタエッチング；４）オゾン処理；５）炭素を燃焼させるその後のレーザステップ；又は６）残留汚染層を通して燃焼する高温金属堆積を含む。
【０２９７】
Ｍ２堆積及びパターン化（或いはパターン化されたＭ２層の直接書き込み堆積）に関するステップ４では、例えば、メッキ、インクジェット印刷、スクリーン印刷により形成されたシード層又はパターン化されたＰＶＤ層の頂部でのメッキのような従来の方法が使用され、或いは又これに限定されないが、スクリーン印刷、ステンシル印刷、熱（又はアーク又はプラズマ）金属スプレー、インクジェット又はエーロゾル印刷のような直接書き込み技術が使用される。直接パターン化金属ホイル取り付け、又はカット設計によるホイル取り付け及びその後のパターン化も使用され、特に直交構造の場合には、ホイル取り付けの前に、Ｍ１及びＭ２を分離するビアホールに導電性層が堆積される。直交二層金属被覆構造における金属ホイルＭ２は、大きな平面内Ｍ２パターン寸法のために平坦で且つ機械的に再現性のある構造を提供する。例えば、Ｍ２金属ホイルフィンガー巾は、金属ホイル層厚みより相当に大きい（例えば、１０倍大きい）。
【０２９８】
二重レベル金属被覆を形成するための特定のプロセスフロー実施形態を以下に説明し、そしてエピタキシャルシリコンリフトオフ方法を使用するバックコンタクト／バック接合の薄い単結晶シリコン太陽電池に関して述べるが、ここに述べる金属被覆方法及び構造体は、標準結晶シリコンウェハベース電池を含む任意の厚み（例えば、ＣＺ又はＦＺウェハを使用する１００ミクロンから２００ミクロンの厚み範囲）の太陽電池にも適用することができる。
【０２９９】
例えば、アルミニウム、又はアルミニウム及びシリコンより成る合金の薄いＭ１が裏面太陽電池基板表面に堆積される。パターン化堆積は、Ａｌペーストのスクリーン又はステンシル印刷を使用し、及び／又は金属堆積のための多数の他の直接パターン書き込み技術、例えば、インクジェット及びエーロゾル印刷又はＰＶＤ、それに続くレーザ切除を使用する。スクリーン印刷Ａｌ／Ａｌ−Ｓｉ金属の厚みは、太陽電池設計の導電率要件に基づいて約５ミクロンから約４０ミクロンの範囲である。或いは又、アルミニウム／アルミニウムシリコンが、スパッタリングのような物理的蒸着技術を使用してＭ１として堆積される。Ｍ１のためのＰＶＤ  Ａｌ又はＡｌＳｉ堆積の場合には、堆積後のブランケット金属層が、その後、パルスピコ秒レーザ（例えば、約１ミクロン波長の近赤外線範囲の波長をもつ）を使用してパターン化され、これは、金属線を切除して、エミッタ及びベース極性をパターン化しそして電気的に分離する。１つの実施形態では、バック接合／バックコンタクト単結晶シリコン電池のＭ１パターンは、後部誘電体層に関連して改善された後部ミラーＩＲ反射率に対して少なくとも７０％及び９０％超までの比較的大きな金属カバレージエリア比で隔離領域により分離された直線（長方形、三角形又は台形）櫛型ベース及びエミッタフィンガーのアレイである。重要なことに、バスバーで誘起される電気的陰影作用を排除すると共に太陽電池効率を最大にするためにＭ１にはバスバーがない。Ｍ１を形成するためのパターン化Ａｌスクリーン印刷のケースでは、フォローアップＡｌペーストは、任意である。Ａｌペーストは、上述したレーザ停止層として働くためにＭ１に沿ってパッドの周期的パターンとして印刷される。或いは又、第１のＡｌペースト線導電率が充分でない場合には、（パッドの第２印刷とは対照的に）第１の印刷と同じパターンで使用されるときの第２の印刷も、Ｍ１の抵抗を減少するように働くと共に、レーザ停止層として働く。
【０３００】
プラズマスパッタリングのようなＰＶＤを使用してＭ１を堆積する場合には、レーザ切除金属パターン化の後に、反射性導電性エポキシパッドの任意のスクリーン印刷が任意に行われ（例えば、アルミニウム及び／又は銀ペーストを使用して）、ここでは、ビアホールドリルがＭ１上に位置され／着地される。これは、小さな厚みのスパッタされたＭ１が適用される場合にレーザ停止能力がないために要求される。スパッタ堆積されるＭ１の厚みは、コストを低くすると共に、例えば、ピコ秒ＩＲレーザを使用してパターン化の容易さを増すために薄く保持される。Ａｇ及び／又はＡｌ系導電性エポキシは、薄いＭ１層それ自体よりも優れた反射パッド停止パワーをＣＯ2レーザに与える。
【０３０１】
その後、例えば、約５０から５００ミクロン（あるケースでは５０ミクロンから２００ミクロン）までの範囲の厚みを有する薄いポリマー（例えば、適当なプレプレグ）シートが、例えば、圧力−熱ラミネーションプロセスを使用して、Ｍ１の頂部及び電池基板裏面（換言すれば、電池の太陽面とは反対の面）にラミネートされる。電気絶縁誘電体シートは、薄いシリコンに取り付けられ、そして電池処理の途中で（例えば、エピタキシャルシリコン電池のためのリフトオフプロセスの直前に）挿入されて、この実施形態では、薄いシリコン電池の永久的補強層及びキャリアとしても働くので、誘電体の選択は、コストの事柄に加えて次のような付加的な属性により指示される。第１に、誘電体は、Ｍ１接続部がアクセスされそしてＭ２が誘電体（例えば、プレプレグ）の頂部に堆積されるようにレーザ穿孔を使用して穿孔される導電性の材料でなければならない。第２に、Ｍ１及びＭ２の両方と、電池分離領域（典型的に酸化シリコン又は窒化シリコン及び／又は酸化アルミニウムで覆われた）との有効接着層を電池の裏面に支持しなければならない。第３に、ラミネーション及びその後の太陽電池処理温度において及び長期フィールド動作中に、シリコンとラミナントとの間のＣＴＥ不一致によりシリコンにクラックが生じないよう保証するために、シリコンに対して比較的充分に一致した熱膨張係数（ＣＴＥ）をもたねばならない（１０ｐｐｍ／℃より充分に低いＣＴＥ、例えば、約０から５ｐｐｍ／℃の範囲のＣＴＥ）。第４に、ここに述べるＢＣ／ＢＪアーキテクチャーでは、誘電体層が形成された後に、テクスチャー化及び前面不動態化のような太陽電池の太陽面の処理ステップが続き（１つの実施形態では、誘電体層をラミネーションした後のステップは、薄いシリコン／誘電体シートラミネートを再使用可能なテンプレートからリフトオフして剥離し、電池の太陽面を露出して、電池の太陽面処理を完了させることであり）、従って、裏面不動態化層は、前面又は電池の太陽面のテクスチャー化及び清掃に使用される湿式化学薬品に露出される。この場合には、誘電体層は、電池のテクスチャー化及びテクスチャー化後の清掃中にＭ１層を含む電池の裏面を保護するための有効なシール材として働かねばならない。第５に、誘電体層は、応力のために太陽電池を実質的に曲げてはならない（例えば、電池の全体的な曲がりは、１５６ｍｍ×１５６ｍｍの太陽電池に対して約２又は３ｍｍ未満に制限されねばならない）。第６に、ラミネーションプロセスは、太陽電池の大量生産に要求されるスループット速度を満足しなければならない。そして最終的に、誘電体材料は、使用する不動態化プロセス、即ちＢＣ／ＢＪ太陽電池のある実施形態では中枢のプロセス／構造体に基づいて、１５０℃から４００℃までの範囲の基板加熱を通常使用するＰＥＣＶＤ不動態化プロセスを使用して優れた前面不動態化を保証するために、高いプロセス温度を持続できるように高い熱的安定性（例えば、少なくとも２００℃まで、及びある場合には、少なくとも３００℃まで）を有していなければならない。
【０３０２】
誘電体層のラミネーションに続いて、太陽電池は、この薄型シリコンのプロセスフロー実施形態に対して独特の多数のプロセスステップを通して進む。それらのステップは、上述したように、多孔性犠牲層に沿ったテンプレートからの薄いシリコン基板の機械的剥離、前面テクスチャー化及びテクスチャー化後の清掃、前面窒化シリコン不動態化、及びＭ２層の形成を含む。前面テクスチャー化及び不動態化プロセスステップの完了に続いて、ラミネートされた誘電体シートに、Ｍ１−Ｍ２導電性ビアプラグを通してＭ２及びＭ１を接続するためのビアホールを、レーザ穿孔、例えば、ＣＯ2〜１０ミクロン波長のレーザを使用して穿孔し、Ｍ１（又はＭ１に印刷された導電性エポキシパッド）で停止するホールを穿孔する。事前に確立された基準を使用して、ビアホールをパッドに整列する。更に、誘電体ラミネートを通るレーザ穿孔ホールは、ホール内に炭素残留物を生じ、これは、その後、例えば、プラズマスパッタエッチングを使用して、又は高温Ｍ２堆積中に高温金属で直接的に清掃される。
【０３０３】
薄型結晶半導体（例えば、薄型結晶シリコン）太陽電池のためのこのプロセスフローの変形例において、Ｍ１層は、接合のスパイク発生を防止するために、適当なペースト、例えば、ほとんどがアルミニウムで且つ若干のシリコンを含むペーストを使用してスクリーン印刷され（又はインクジェット印刷、エーロゾル印刷、ステンシル印刷で形成され）、そしてＰＶＤ堆積及びレーザパターン化ではなく焼成される。この直接書き込み方法は、ＰＶＤ及びパターン化方法に比して、更なる製造コストの節減をなす。Ｍ１が直接電池上にあって且つＭ２が誘電体シートにより電池から分離される二重レベル金属被覆は、厚い従来のシリコン太陽電池のように形成することもできる。これは、ここに開示する要旨に基づく多レベル金属被覆実施形態が、シリコンのインゴット又は鋳造レンガから従来のワイヤ鋸引きでは形成されない薄い基板を使用する薄型半導体吸収層太陽電池と共に使用され、且つワイヤ鋸引きプロセスを使用してインゴットから形成される標準厚みのウェハに形成された太陽電池と共に使用されることを意味する。ＢＣ／ＢＪ太陽電池は、線抵抗を減少するために高い導電率を要求するので、電池面積が大きくなるにつれて、金属被覆の設計は、シート抵抗を低くし且つ高い電流搬送能力を可能にするために厚い金属層を使用しなければならない。ここに提供される多レベル金属被覆構造体及び方法は、ＢＣ／ＢＪ電池の面積を１５６ｍｍ×１５６ｍｍ及びそれ以上（例えば、１０００ｃｍ2まで及びそれ以上の電池面積）に拡張しながら、電池設計及び製造プロセスに基づいて約１ミクロンから数百ミクロンまでの広範囲の厚みにわたって電池吸収層を使用できるようにする実現技術である。
【０３０４】
重要なことに、多レベル金属被覆のための構造体及び形成方法は、本開示で詳細に述べるが、各構造体及びプロセスフローの種々の態様は、ここに開示する要旨に基づいて組み合わされ及び／又は変更されてもよい。
【０３０５】
図７８ないし８０は、櫛型バックコンタクト（ＩＢＣ）太陽電池の規範的多レベル金属被覆実施形態を示す図である。図７８ないし８０の金属被覆パターンは、第１層金属１（Ｍ１）及び第２層金属２（Ｍ２）金属又は金属合金を使用し、ここでは、設計ルール及び特徴サイズが非常に緩和されそして粗い（換言すれば、広い金属被覆線及びスペース）ものである。他の形成プロセスの中で、Ｍ２、又は両Ｍ１及びＭ２は、スプレー堆積（熱又はＡＲＣスプレー）されてもよい。
【０３０６】
図７８は、バックコンタクト太陽電池の一部分の上面図であって、バックプレーン誘電体層（基礎的な金属１パターンを詳述するためにバックプレーン層は図示されていない）の頂部にスプレー堆積され（例えば、マスク関連コストを減少するために直接書き込みパターンで）又はメッキされた高導電率金属フィンガーを使用する直交パターン転写を示している。金属１パターンは、第１レベル金属エミッタフィンガー１１８（例えば、熱スプレーされ、スクリーン印刷された金属ペースト、又はＰＶＤ堆積され／レーザ切除された金属ベースフィンガー）と、第１レベル金属ベースフィンガー１２０（例えば、熱スプレーされ、スクリーン印刷された金属ペースト、又はＰＶＤ堆積され／レーザ切除された金属ベースフィンガー）とを含む。第１レベル金属エミッタフィンガー１１８は、多レベルのコンタクト開口溝１２２及び溝１２６を通してその下の太陽電池エミッタ領域に接触し、そして第１レベル金属ベースフィンガー１２０は、ホール１２８を通してその下の太陽電池ベース領域に接触する。第２レベル金属エミッタコンタクトフィンガー１１０（例えば、メッキされたＣｕ又は熱スプレーされた金属）は、第１と第２の金属被覆層間に位置するバックプレーンのエミッタホール１１４（例えば、穿孔されたビアホール）を通して第１レベル金属エミッタフィンガー１１８に接触する。第２レベル金属ベースコンタクトフィンガー１１２（例えば、メッキされたＣｕ又は熱スプレーされた金属）は、第１と第２の金属被覆層間に位置するバックプレーンのベースホール１１６（例えば、穿孔されたビアホール）を通して第１レベル金属ベースフィンガー１２０に接触する。
【０３０７】
図７９は、バックプレーンにより支持されそして平行な金属被覆層を有するバックコンタクト太陽電池の断面図である。この構造体は、図７８に示す直交構造体とは対照的に、平行な金属１及び金属２を示すことに注意されたい。図７９のバックコンタクト電池は、前面テクスチャー不動態層１５０と共に、ｎ型ベースとして示されたシリコン基板１４２（例えば、エピタキシャルシリコン基板又はウェハ形成シリコン基板）を含む。前面テクスチャー不動態層は、ランダムにテクスチャー化されたピラミッドのようなテクスチャー化構造を含み、任意であるが、前面フィールド面は、不動態層で覆われる（例えば、熱酸化物＋窒化シリコン、又はアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）／ＳｉＮ、又はアモルファス酸化シリコン（ａ−Ｓｉ−Ｏ）／ＳｉＮ、又は真性アモルファスシリコン（ｉ−ａ−Ｓｉ）、又は真性アモルファス酸化シリコン（ｉ−ａ−Ｓｉ−Ｏ）／ｎ型アモルファスシリコン（ｎ−ａ−Ｓｉ）／ＳｉＮ）。第１レベル金属エミッタコンタクト１３４は、ｐ＋＋エミッタコンタクト１３６においてｐ＋エミッタ層１４８に接触し、そして第１レベル金属ベースコンタクト１３８は、ｎ＋ベースコンタクト１４０においてｎ型シリコン基板１４２に接触する。硼珪酸ガラス層１４８及び燐珪酸ガラス１４６は、バックコンタクト電池製造中に電池ドーピング処理を使用する。バックプレーン１３２は、第１レベルエミッタコンタクト１３４及び第１レベルベースコンタクト１３８を含む第１レベル金属被覆パターン（例えば、Ａｌ、ＡｌＳｉ又は熱スプレーされたＡｌ、ＡｌＳｉ、Ａｌ＋Ｚｎ）と、第２レベルエミッタコンタクト１３０及び第２レベルベースコンタクト１４４を含む第２レベル金属被覆パターン（例えば、熱スプレーされたＡｌ及びＡｌ／Ｚｎ）との間の電気絶縁層として形成される。第１レベル金属被覆パターン及び第２レベル金属被覆パターンは、（例えば、レーザ穿孔プロセスにより）バックプレーンに形成されたビア／ホールを通して接触される。
【０３０８】
図８０は、バックプレーンによって支持されそして図７９に示すホモ接合電池と同様の平行な金属被覆層を有するが、第１レベル金属エミッタコンタクト１３４が誘電体層１５６（例えば、トンネル誘電体層のａ−Ｓｉ）に位置されたｐ＋＋エミッタ層１５２（例えば、ポリＳｉＧｅエミッタ層）に接触し、そして第１レベル金属ベースコンタクト１３８がｎ＋ベースコンタクト１５４（例えば、レーザドープされた）に接触するバックコンタクト太陽電池の断面図である。
【０３０９】
図７９及び８０に示す金属被覆コンタクトは、図７８に示す線パターンで形成される。特に第１レベル金属のための金属線は、エミッタ及びベースの両コンタクトに対して同じ金属、合金又は金属スタックを含んでもよい。しかしながら、同じレベルのエミッタコンタクト金属及びベースコンタクト金属は、異なるものでもよい。金属被覆後の最終的な熱処理、及びスプレー掛け中の熱処理は、スプレー掛けされたワークピースに生じる応力を減少し、従って、金属層の接着性を改善し、基板の曲がりを更に減少するのに使用される。多層構造体を書き込むことにより金属線又はパターンを直接書き込むこともできる（例えば、アルミニウムより成る金属の第１層は、太陽電池のベース及びエミッタ領域に接触し、その後、低接触抵抗のためにアルミニウム−亜鉛合金で作られた頂部層は、ビアを通して第２レベル金属、金属２に接触する）。
【０３１０】
図８１は、裏面多レベル金属被覆設計のバックコンタクト太陽電池の断面図である。Ｍ１金属（例えば、アルミニウム）は、薄型シリコン太陽電池の裏面においてベース及びエミッタ領域でパターン化される。誘電体材料がＭ１金属パターンのギャップ及び空所を充填し、そして誘電体硬化プレプレグがＭ１層とＭ２層との間に電気的な分離を与える。導電性プラグ（例えば、Ｍ２と同じ材料で作られそして同じＭ２形成プロセスで形成される）は、Ｍ１からＭ２直交フィンガーパターン（例えば、アルミニウム又は銅で作られた）への接触をなす。
【０３１１】
図８２は、裏面多レベル（二重レベル）金属被覆設計の更に別のバックコンタクト太陽電池の断面図である。図示されたように、図８２のバックコンタクト太陽電池は、再使用可能なテンプレートにエピタキシャル堆積プロセスを使用して形成される。太陽電池製造プロセスは、典型的に、ｐ型単結晶シリコンウェハで作られた再使用可能な結晶シリコンテンプレートでスタートし、これに多孔性シリコンの薄い犠牲層が形成される（例えば、電気化学的エッチングプロセス、アノードエッチング、電流の存在中でＨＦ／ＩＰＡ湿式化学処理において表面変更プロセスを通して形成される多孔性シリコン二層）。高質のエピタキシャルシード層及びその後の分離／リフトオフ層の両方として働く犠牲的多孔性シリコン層の形成時に、ｉｎ−ｓｉｔｕドープの単結晶シリコンの薄い層（例えば、層厚みが数ミクロンから約１００ミクロンまで又は数ミクロンから約６０ミクロンまで）が形成され、これも、エピタキシャル成長と称される。ｉｎ−ｓｉｔｕドープの単結晶シリコン層は、例えば、トリクロロシラン又はＴＣＳ及び水素のようなシリコンガスを含む雰囲気において化学的蒸着又はＣＶＤプロセスを使用して大量大気圧エピタキシーにより形成される。次いで、硼珪酸ガラスの少なくとも１つの層、或いは硼珪酸ガラスの２つの層（ＢＳＧ１及びＢＳＧ２）が、各々、個別の大気圧化学蒸着（ＡＰＣＶＤ）プロセスにおいて堆積され、そして各ＡＰＣＶＤプロセスに続いて、ピコ秒レーザ切除プロセスを行って、ＢＳＧ層にエミッタ（ｐ＋）及びベースコンタクト拡散（ｎ＋）領域のための開口を形成する。次いで、ＡＰＣＶＤプロセスを使用して燐珪酸ガラス（ＰＳＧ）を形成した後に、熱アニールを行い（エミッタ接合、ベース及びエミッタコンタクト拡散、及び改善された裏面不動態層を形成し）、その後、ピコ秒レーザ切除プロセスを行って、誘電体スタック層にエミッタ（ｐ＋）及びベース（ｐ＋）領域へのコンタクトホール開口を形成する。次いで、例えば、スクリーン印刷プロセス（例えば、アルミニウム又はアルミニウム−シリコンペーストのスクリーン印刷）においてエミッタ（ｐ＋）及びベース（ｐ＋）領域にパターン化されたＭ１が形成される。Ｍ１アニール後に、永久的な電池支持及び補強のため及び太陽電池の高導電率電池金属被覆の支持のために太陽電池の裏面にバックプレーンがラミネートされる。
【０３１２】
ほとんど処理されたバックコンタクト、バック接合、バックプレーン補強の大面積（例えば、太陽電池面積が少なくとも１２５ｍｍ×１２５ｍｍ以上、１０００2ｃｍまで又はそれ以上）太陽電池が、機械的に弱くされた犠牲的多孔性シリコン層に沿って分離されてテンプレートからリフトオフされる（例えば、機械的剥離又はＭＲプロセスを経て）一方、テンプレートは、何回も再使用でき、太陽電池の製造コストを更に低減することができる。次いで、最終的な電池処理を、テンプレートから剥離された後に露出される太陽電池の太陽面で行う。太陽面処理は、例えば、前面テクスチャー化（例えば、湿式エッチング又はレーザテクスチャー化処理による）、不動態化（例えば、ＰＥＣＶＤプロセスを使用する）、及び反射防止コーティング堆積プロセスを完了することを含む。
【０３１３】
次いで、例えば、ＣＯ2レーザを使用してバックプレーンにバックプレーンビアを形成し、そして例えば、アルミニウム及びニッケルのＰＶＤを使用してバックプレーンに金属２シードを堆積する。次いで、例えば、スズ及び／又は銅メッキのような金属２を太陽電池の裏面に形成する。
【０３１４】
バックプレーン材料は、薄い（例えば、約５０ないし２５０ミクロン）柔軟な電気絶縁ポリマー材料シート、例えば、プロセス一体化及び信頼性要件を満足するプリント回路板（ＰＣＢ）で通常使用されている低廉なプレプレグ材料で作られる。一般的に、プレプレグは、樹脂が予め含浸されて複合部品を形成するのに使用する準備ができた補強材料である（プレプレグは、湿式レイアップシステムより複合物を素早く且つ容易に形成するように使用できる）。プレプレグは、一貫性を保証するように設計された装置を使用して補強繊維（１つ又は複数）を、特別な構成の、予め触媒作用させた樹脂と結合することにより製造される。柔軟なバッキングペーパーでカバーされて、プレプレグは、容易に取り扱われ、そしてある期間（アウトライフ）中室温において従順のままとされる。更に、プレプレグの進歩により、保管のために冷蔵を必要としない材料、貯蔵寿命の長いプレプレグ、および低温で硬化する製品が製造された。プレプレグのラミネーションは、圧力下で加熱することにより硬化される。従来のプレプレグは、オートクレーブで硬化するように構成されているが、低温のプレプレグは、相当に低い温度で真空バッグ圧力を使用するだけで完全に硬化される。
【０３１５】
プレプレグ樹脂の粘性は、その特性に影響を及ぼし、そしてそれは、温度の影響を受ける。２０℃では、プレプレグ樹脂は、「乾燥」のように感じるが、べとつく固体である。加熱すると、樹脂の粘性が劇的に低下し、繊維の周りに流れて、プレプレグに必要な柔軟性を与え、型の形状に適合させることができる。プレプレグが活性化温度を越えて加熱されると、その触媒が反応し、そして樹脂の分子の公差リンク反応が加速する。進行性重合化は、樹脂が流れなくなる点を通過するまで樹脂の粘性を高める。次いで、反応が進んで完全硬化となる。従って、プレプレグ材料は、Ｍ１の金属被覆パターンのギャップ／空所内及びその周りに「流れる」ように使用される。
【０３１６】
更に、ＰＣＢは、コア及びプレプレグの交互の層であり、コアは、誘電体の薄い断片であって、銅のホイルが両面に結合され（コア誘電体は、硬化したガラス繊維−エポキシ樹脂であり）、そしてプレプレグは、非硬化のガラス繊維−エポキシ樹脂である。プレプレグは、加熱されてプレスされたときに硬化し固まる。換言すれば、プレプレグは、繊維に樹脂が予め含浸（結合）された非硬化の複合材料のロールである。製造中に、プレプレグサンドイッチは、正確な温度及び時間で加熱されて、樹脂を若干硬化させ、それ故、交差リンクにより若干凝固する。これは、Ｂステージ処理(B-Staging)と称される。サンドイッチは、あまり加熱し過ぎないよう保証するよう注意を払わねばならない。というのは、これは、プレプレグを硬くし過ぎて「板」のように思わせるからである。Ｂステージ処理中に溶媒を除去し、樹脂は、溶媒が比較的乾燥したものとなる。通常、プレプレグには、典型的な熱硬化性樹脂及び幾つかの熱可塑性樹脂が使用される。最も一般的な樹脂は、エポキシである。というのは、プレプレグの主要な市場が、エポキシの優れた機械的、化学的及び物理的特性を必要とする航空宇宙産業、スポーツ用品、及び電気回路板だからである。典型的に、プレプレグの厚み範囲は、約１ミル（〜２５μｍ）程度からその量の倍数までである。
【０３１７】
更に、プレプレグは、熱可塑性（熱硬化性と共通ではない）で作られてもよい。熱可塑性プレプレグは、その頑強さ、溶媒耐性、又は他の幾つかの特殊な目的でしばしば使用される。使用するほとんどの熱可塑性は、航空宇宙用途の３５０°Ｆ硬化エポキシと競合するＰＥＥＫ、ＰＥＩ及びＰＰＳのような非常に高性能の樹脂である。頑強性のような特殊な特性に依存する自動車本体パネルのような幾つかの新規な用途は、熱可塑性を単独で、又は熱硬化性と混合して使用する。
【０３１８】
図８３は、裏面多レベル（二重レベル）金属被覆設計小型電池例を伴う更に別のバックコンタクト太陽電池の断面図である。図８２のバックコンタクト太陽電池の形成を参照して述べたように、図８３のバックコンタクト太陽電池は、同様の裏面及び前面処理ステップに沿って再使用可能なテンプレートにエピタキシャル堆積プロセスを使用して形成されるが、金属２は、ＰＶＤプロセス及びその後にレーザパターン化プロセスを使用して（例えば、パルスナノ秒レーザ金属切除を使用して）堆積され、Ｍ２上に分離金属被覆領域を形成しパターン化する。
【０３１９】
例えば、図８２に示すような電池のための二重バスバーＭ２金属被覆パターン（換言すれば、電池上分布バスバーもなく小型電池もない）に対する櫛型バックコンタクトＩＢＣＭ２金属被覆（金属層２）導電率要件は、次のような要素に分解される。２Ｎの電池上金属フィンガー、Ｉmp＝８Ａ、η＝２０％、及びＩＢＣ金属被覆ピッチ＝［１５６／（２Ｎ）］ｍｍであると仮定する。次いで、フィンガー当たりのオーミックパワーロス＝Ｐf＝（ρ／ｔ）［（Ｉmp2．Ｌ）／（３．Ｗ．Ｎ2）］であり、但し、ρ／ｔは、Ａｌ金属ホイルのシート抵抗、Ｉmpは、最大電力における電池電流、Ｌは、電池の辺の寸法、Ｗは、金属ホイルフィンガーの巾（平行なフィンガーの場合）、そしてＮは、電池におけるエミッタ−ベースフィンガー対である。従って、合計オーミックパワーロスＰL＝２Ｎ．Ｐf＝２．（ρ／ｔ）［（Ｉmp2．Ｌ）／（３．Ｗ．Ｎ）］である。ここで、合計バックプレーン相互接続パワーロスは、絶対効率ロスでは０．２％又は相対効率ロスでは１％の等価値に制限されねばならない（これは、Ｐt≦５０ｍＷに対応する）。そして、フィンガー巾Ｗ＝０．４ｍｍ、Ｎ＝１２５、ρ＝３μΩ．ｃｍ、Ｉmp＝８Ａ、Ｌ＝１５６ｍｍと仮定する。Ａｌの要求厚みｔを計算する：（５０×１０-3＝２.（３×１０-8／ｔ）［（８2×０．１５６）／３×０．４×１０-3×１２５］。従って、バルクＡｌ抵抗率３μΩ．ｃｍの最小バックプレーンでは、アルミニウムの厚みｔ＝８０μｍである。
【０３２０】
別の例では、図８３に示すような電池のための電池上分布バスバーＭ２金属被覆パターン（換言すれば、小型電池）に対する櫛型バックコンタクトＩＢＣ  Ｍ２金属被覆（金属層２）導電率要件は、次のような要素に分解される。２Ｎ電池上金属フィンガー行、及びＩmp＝８Ａ、η＝２０％と仮定する。Ｍ列のＩＢＣ小型電池（Ｍ対のバスバー）があると仮定し；分布電池上バスバーは、電気的陰影を生成し（Ｍが大きいと、電気的陰影が大きい）；バスバーの巾は、０．７５ｍｍであり、ｅ−陰影ロスを≦０．３％絶対効率に制限し、最大許容Ｍは３であり、Ｍ＝３と仮定し；小型電池列巾＝Ｌ’＝Ｌ／Ｍ＝１５６／３＝５２ｍｍ、及びＩ’mp＝Ｉmp／Ｍ；そしてＩＢＣ金属被覆ピッチ＝［１５６／（２Ｎ）］ｍｍである。次いで、小型電池フィンガー当たりのオーミックパワーロス＝Ｐf＝（ρ／ｔ）［（Ｉ’mp2．Ｌ’）／（３．Ｗ．Ｎ2）］であり、但し、ρ／ｔは、Ａｌ金属ホイルのシート抵抗、Ｉ’mpは、最大電力における小型電池電流、Ｌ’は、小型電池の列の寸法、Ｗは、金属ホイルフィンガーの巾（平行なフィンガーの場合）、そしてＮは、各小型電池におけるエミッタ−ベース列フィンガー対の数である。従って、合計オーミックパワーロスＰL＝Ｍ．２Ｎ．Ｐf＝２Ｍ．（ρ／ｔ）［（Ｉ’mp2．Ｌ’）／（３．Ｗ．Ｎ）］である。ここで、合計バックプレーン相互接続パワーロスは、絶対効率ロスで０．２％又は相対効率ロスで１％の等価値に制限されねばならない（これは、Ｐt≦５０ｍＷに対応する）。フィンガー巾Ｗ＝０．４ｍｍ、Ｎ＝１２５、ρ＝３μΩ．ｃｍ、Ｉ’m＝２．６７Ａ、Ｌ’＝５２ｍｍと仮定する。Ａｌの要求厚みｔを計算する：５０×１０-3＝２×３×（３×１０-8／ｔ）［（２．６７2×０．０５２）／（３×０．４×１０-3×１２５）］。従って、バルクＡｌ抵抗率３μΩ．ｃｍの最小バックプレーンでは、アルミニウムの厚みｔ＝９μｍである。
【０３２１】
図８４は、２５μｍ厚みのエピタキシャルシリコンバックコンタクト太陽電池のエミッタ領域における金属１設計の、特に横方向多数キャリア搬送オーミックロスの関数としてパワーロスの設計関連計算結果を示すグラフである。
【０３２２】
図７８に示すような直交相互接続パターン（換言すれば、Ｍ１エミッタ／ベースフィンガーに比してＭ２エミッタ／ベースフィンガーの直交変換）を使用する二重金属被覆構造の設計は、分析モデルを使用して、必要なＭ２直交フィンガーの最小数を決定する。他のファクタの中で、Ｍ２金属被覆を最小にすると、Ｍ２金属に関連したコストを減少すると共に、金属被覆パターンにより半導体基板に誘起される応力を減少する。例えば、Ｍ２バックプレーン直交フィンガーの最小数は、次のように計算される。電池上バックプレーンＭ１  Ａｌ金属ホイル厚みが８０μｍ未満であるか、又はＭ２  Ａｌ金属ホイル厚みが２００μｍより大きいときと同様に、オーミックロスは、電池上金属被覆により支配されるのであって、バックプレーンＡｌ金属ホイルではないと仮定する。分析モデルを構築しそして解明するための更なる仮定：ρ及びｔは、電池上Ａｌ金属（ＰＶＤ又は硬化したインク）抵抗率及び厚みであり（ρ／ｔは、ベース及びエミッタ金属被覆のための電池上Ａｌ金属シート抵抗）；Ｆは、バックプレーンにおける直交Ａｌ金属ホイルフィンガー対の数であり；Ｉmpは、Ｇｅｎ−１電池の最大電力電流（９．３Ａ）であり、ＷBMは、電池上Ｍ１ベースＡｌ金属巾であり；ＷEMは、電池上Ｍ１エミッタＡｌ金属巾であり；ベースとエミッタ金属フィンガーとの間の電池上ギャップは、ＷBM＋ＷEMの〜５％以下（又は８００μｍベース＋エミッタピッチについて≦４０μｍ）であり；電池効率＝２１％（電池ピーク電力＝５．１１Ｗp）、従って、０．２５％絶対効率ロス〜６０ｍＷ及び０．５０％絶対効率ロス〜１２０ｍＷ；及びＰは、ベース及びエミッタの総合計オーミックロスである。
【０３２３】
２組の積分方程式を使用して、電池上金属によるベース及びエミッタの合計オーミックロスを解明する。一方の積分方程式は、縁のベース及びエミッタフィンガーに対してセットされ、そして他方の積分方程式は、残りのベース及びエミッタバックプレーンフィンガー（縁フィンガーを除く全てのフィンガー）に対してセットされる。合計ロス（Ｐtot）は、全てのベース及びエミッタフィンガーに対する和であり、そしてその解は、分析解Ｐtot＝（ρ／ｔ）.［（Ｆ＋３）／９６］.（Ｉmp2／Ｆ3）.［（ＷBM＋ＷEM）2／（ＷBM.ＷEM）］へと簡単化される。
【０３２４】
８００μｍのエミッタ／ベースピッチ及び大きな（≧９５％）Ｍ１電池上Ａｌ金属被覆エリアカバレージ（即ち、ベース−エミッタ金属ギャップ≦４０μｍ）を仮定すれば、次のものが計算される。
2015516145.tif 000006
テーブル１
【０３２５】
テーブル１において明らかなように、所与の電池上ベース金属比ＷBM／(ＷBM＋ＷEM)及びベース＋エミッタピッチの金属ギャップ≦５％の場合に、ロスファクタ[(ＷBM＋ＷEM)2／(ＷBM.ＷEM)]は、ピッチとは独立している（例えば、８００μｍ及び１３００μｍピッチに対して同じ）。更に、３５．０％から４７．５％の範囲の電池上ベース金属比の場合に、Ｐtot解のファクタ[(ＷBM＋ＷEM)2／(ＷBM.ＷEM)]は、〜４．０ないし４．４程度である。最も小さなファクタ（４．０）は、５０％の電池上ベース金属比に対して得られる。３５％程度の低いベース金属は、４．４０への受け容れられる小さな増加を生じる。設計ルールとして、３５％程度のベース金属比（例えば、８００μｍピッチの場合にＷBM＝２８０μｍ）が使用される。
【０３２６】
図８５は、テーブル１の計算結果に基づくグラフであり、金属被覆のピッチ及びＭ１ベース対エミッタ金属巾比に対するＭ２バックプレーン直交フィンガーの相対的な敏感さを強調している。
【０３２７】
以下のテーブル２は、バックプレーン直交Ａｌホイルフィンガー対（Ｍ２）の数を電池上Ａｌ（Ｍ１）シート抵抗及び厚みと比較している。
2015516145.tif 000007
テーブル２
【０３２８】
前記計算は、次のような直交バックプレーン設計結論を導く。
−指定の最大許容電池効率ロス（０．２５％又は０．５０％絶対値）の場合に、電池上Ａｌ金属のシート抵抗と、バックプレーンＡｌホイルフィンガー対の所要数との間に強い相関関係があり；
−ρ＝３μΩ.ｃｍのＰＶＤ−Ａｌに対する０．２０から０．５０μｍの実際の電池上Ａｌ厚み範囲、或いはρ＝３μΩ.ｃｍの２ないし５μｍ直接書き込みＡｌインクの場合に、バックプレーンＡｌ・金属・ホイルフィンガー対（Ｆ）の所要数は、０．２５％に制限される絶対効率ロスに対して３ないし４である。
−より薄い範囲の電池上Ａｌ厚み（例えば、ＰＶＤ−Ａｌについては０．２０μｍ又はρ＝４５μΩ.ｃｍの大きな硬化インク抵抗率をもつ直接書き込みＡｌインクについては２ないし３μｍ）の場合に、バックプレーンＡｌ・金属・ホイルフィンガーのＦ＝３対でも、絶対電池効率ロスを０．５０％に制限する。
【０３２９】
図８６は、絶対電池効率ロス＝０．２５％（６０ｍＷ）において、電池上アルミニウム金属（Ｍ１）の厚みをバックプレーン直交Ａｌ・金属・ホイルフィンガー対（Ｍ２）の数に対して示すグラフである。図８６に示すグラフにおいて明らかなように、３μΩ.ｃｍのバルクＡｌ抵抗率をもつ電池上ＰＶＤ−Ａｌの場合に、０．２０μｍの電池上ＰＶＤ  Ａｌ厚みがバックプレーンにおける直交ＡｌフィンガーのＦ＝４対に関連して使用され、そして０．４０μｍの電池上ＰＶＤ  Ａｌ厚みがバックプレーンにおける直交ＡｌフィンガーのＦ＝３対に関連して使用される。４５μΩ.ｃｍのバルクＡｌ抵抗率をもつ電池上硬化Ａｌインクの場合に、３μｍの電池上硬化Ａｌインク厚みがバックプレーンにおける直交ＡｌフィンガーのＦ＝４対に関連して使用され、そして６μｍの電池上硬化Ａｌインク厚みがバックプレーンにおける直交ＡｌフィンガーのＦ＝３対に関連して使用される。
【０３３０】
図８７は、絶対電池効率ロス＝０．５０％（１２０ｍＷ）において、電池上アルミニウム金属（Ｍ１）の厚みをバックプレーン直交アルミニウム・金属・ホイルフィンガー対（Ｍ２）の数に対して示すグラフである。図８７に示すグラフにおいて明らかなように、３μΩ.ｃｍのバルクＡｌ抵抗率をもつ電池上ＰＶＤ−Ａｌの場合に、０．１０μｍの電池上ＰＶＤ  Ａｌ厚みがバックプレーンにおける直交ＡｌフィンガーのＦ＝４対に関連して使用され、そして０．２０μｍの電池上ＰＶＤ  Ａｌ厚みがバックプレーンにおける直交ＡｌフィンガーのＦ＝３対に関連して使用される。４５μΩ.ｃｍのバルクＡｌ抵抗率をもつ電池上硬化Ａｌインクの場合に、１．５μｍの電池上硬化Ａｌインク厚みがバックプレーンにおける直交ＡｌフィンガーのＦ＝４対に関連して使用され、そして３μｍの電池上硬化Ａｌインク厚みがバックプレーンにおける直交ＡｌフィンガーのＦ＝３対に関連して使用される。
【０３３１】
以下のテーブル３は、電池上金属被覆厚み（Ｍ１）に比してバックプレーン直交フィンガー対（Ｍ２）の数の結果の概要を示す。
2015516145.tif 000008
テーブル３
【０３３２】
テーブル３から明らかなように、ある実施形態では、３μｍ硬化Ａｌインク（又は０．２μｍＰＶＤ  Ａｌ）に関連するＦ＝３が、０．５０％以下のロスに対して選択され、そして別の実施形態では、３μｍ硬化Ａｌインク（又は０．２μｍＰＶＤ  Ａｌ）に関連するＦ＝４が、０．２５％以下のロスに対して選択される。
【０３３３】
動作中に、ここに開示された多レベル金属被覆構造体、例えば、直交及び非直交変換を含む二重レベル金属被覆は、性能、コスト、機械的収率、及びアーキテクチャーに関する次のようなＭ１／Ｍ２設計上の融通性を与える。
【０３３４】
−高いＭ１設計上融通性（例えば、図５４及び５５に示すようなセグメント化Ｍ１設計及び小型電池設計）は、薄いＭ１パターンを許し、性能を妥協せずに、シリコン上の金属（薄いシリコン基板及びウェハベースの厚いシリコン基板）に関連した応力及び曲がりを減少する。更に、Ｍ１は、大面積バックコンタクト太陽電池における薄いシリコン基板の支持構造体として働く。
【０３３５】
−バスバーレスのＭ１パターン：Ｍ１パターンは、太陽電池の縁及びＭ２上に形成されたバスバーへと延び、Ｍ１バスバーによる電気的陰影を防止する。
−狭いＭ１による大きなエミッタ部分：狭いＭ１パターンは、狭いベース拡散を許し（例えば、Ｍ１ベース金属がベース拡散領域内に位置されるネスト状設計において）、従って、エミッタ部分を大きくし且つベース拡散領域からの電気的陰影を少なくする。
【０３３６】
−Ｍ２は、Ｍ２とシリコンとの間に誘電体層を配置することによってシリコン基板から減結合され、Ｍ２の応力を減少すると共に、厚いＭ２設計を許す。
−直交Ｍ２パターンは、非常に粗いＭ２寸法を許し、これは、付加的な金属被覆形成方法を使用できるので、Ｍ２の形成コストを節減する。更に、直交パターンは、バイパスダイオード及びＭＰＰＴ電子コンポーネントのようなアクティブなコンポーネントの挿入を許す。
【０３３７】
ここに述べる実施形態は、柔軟な又は堅牢なバックプレーンに支持された非常に薄い（例えば、約１ミクロンから約１００ミクロンまでの）単結晶シリコン吸収層を使用するバックコンタクト／バック接合結晶シリコン太陽電池に関連して主として説明したが、ここに開示する要旨の態様は、幾つかの例において、当業者により他の太陽電池及びモジュール実施形態に適用されてもよく、それらは、次のもの：即ちフロントコンタクト太陽電池及びそのような電池を含むＰＶモジュール；結晶ＧａＡｓ、ＧａＮ、Ｇｅ及び／又は他の元素及び化合物半導体から作られたもののような非結晶シリコン太陽電池及びモジュール；及び結晶半導体ウェハ（結晶シリコンウェハのような）から作られたバックコンタクト／フロント接合、バックコンタクト／バック接合及びフロントコンタクト太陽電池を含むウェハベースの太陽電池；を含むが、それに限定されないことを理解されたい。
【０３３８】
上述したように、シリコンは、現在、主流の高効率太陽電池のための有力な吸収材選択肢である。本開示は、太陽電池製造処理及び構造、駆動の改善、例えば、高効率太陽電池におけるワット当たりコストの改善の形態で解決策を提供する。それら解決策は、著しく少ないシリコン材料の使用を含むが、これに限定されない。処理方法及び構造は、著しく少ないシリコン材料の使用を提供し、例えば、再使用可能なテンプレートにエピタキシャル堆積し、その後、エピタキシャル膜を指定の犠牲的剥離層又は領域（例えば、多孔性シリコン、応力誘起分割、レーザ劈開、又は他の剥離方法、例えば、水素インプランテーションにより形成された）により剥離（又はリフトオフ分離）することで形成された電池を提供する。
【０３３９】
高効率バックコンタクトウェハベース電池のための第２のプロセス能力であって、手頃な第２層金属構造体（例えば、熱スプレー及び／又は二重ワイヤアークスプレーで形成されたアルミニウム及び／又は銅で作られた）より成る多レベル金属被覆を含み、全体的な金属被覆コストを節減し、大きな電池基板の使用及び大きな電池電流の引き出しを可能にし、高導電率の厚い金属（金属２）の応力を活性の薄い電池層から切り離し、且つ薄い吸収層電池を使用するものが提供される。第１層金属と第２層金属との間に位置する手頃な金属間誘電体又は電気絶縁層であって、永久的な機械的支持体としても働くものを使用することで、電池基板厚みを更に減少させることができる。
【０３４０】
第３に、ヘテロ接合設計及び構造と、ここに開示する高効率ケーパブル電池構造に関連して一体化され且つ使用される形成方法との使用で、バックコンタクト、バック接合電池概念のワット当たりの効率及びコスト特性が更に拡張される。
【０３４１】
第４に、ここに開示する要旨の態様は、非シリコン材料、例えば、ＧａＡｓのような直接バンドギャップ材料から形成される電池に直接適用することができる。例えば、これらの材料を使用する電池は、機械的支持バックプレーン及び手頃な剥離層又は劈開領域からも利益が得られる。
【０３４２】
第５に、熱スプレーされる金属（又は低コスト大気圧二重ワイヤアークスプレーを使用して堆積される金属）、例えば、純粋なＡｌ又はＡｌ含有金属合金、例えば、Ａｌ／Ｚｎ、Ａｌ／Ｃｕ、等の使用で、金属被覆製造装置及び処理コストを下げることができる。更に、金属のスプレー掛け（例えば、熱スプレー及び／又は二重ワイヤアークスプレーによる）は、完全乾式及び直接書き込み金属被覆プロセスのために使用され、これは、汚染及び吸収材寿命短縮を引き起こす金属被覆の傾向を湿式メッキ処理に比して減少させる。というのは、湿式メッキプロセス中又はその後に（銅のような）金属は（しばしば偶発的に）太陽電池のシリコンエリアに到達し得るからである。
【０３４３】
ここに開示する要旨は、高効率太陽電池構造、特に、バック接合バックコンタクト電池のための構造及び処理方法を提供し、その実施形態は、次のものを含むが、それに限定されない。
【０３４４】
−選択的エミッタ技術（例えば、二重層硼珪酸ガラスＢＳＧ適用及びＢＳＧ層のレーザ誘起パターン化を使用するか、又はレーザアニールペーストによる）；
−種々の実施形態を含む金属被覆スキームであって、２レベル（二重レベル）金属被覆のような多レベル金属被覆を含み、それは、アルミニウム及び／又は銅、及び／又はアルミニウム−亜鉛、或いはその組み合わせのような低コスト金属被覆材料を使用し、大気圧熱スプレー及び／又は二重ワイヤアークスプレー（ＴＷＡＳ）のような処理方法を使用して形成されたものであり；
【０３４５】
−太陽電池の太陽面（前面）へのヘテロ接合の適用；
−エミッタ及びベースコンタクト並びにコンタクトドーピングスキームのための種々の実施形態を含めて、太陽電池裏面へのヘテロ接合の適用；
−第１及び第２レベル金属を分離する誘電体層を施す種々の実施形態（ラミネーション及びその後のホール穿孔・対・直接的印刷）；
【０３４６】
−１つの実施形態では、金属レベル１フィンガーと金属レベル２フィンガーとの間の直交配列を含み、そしてそれとは別に、平行Ｍ１／Ｍ２フィンガー設計及びより複雑なＭ１／Ｍ２設計／構成２レベル電池金属被覆スキームを含む（ある場合には、緩く／粗いピッチＭ２に比して緻密なピッチＭ１を含む）多レベル金属被覆構造；及び
−エピタキシャル層ベース電池及びウェハベース電池の両方（並びに種々の薄型シリコン又は薄型半導体太陽電池、これは、エピタキシャル半導体リフトオフにより形成される薄い半導体層、応力誘起分割を使用する剥離、及び陽子イオンインプランテーションによる分離を含むが、これに限定されない）への全ての構造及びフローの適用。
【０３４７】
重要なことに、ここに述べる規範的なプロセスフロー及び構造体の実施形態の態様は、例示として表わされたもので、これに限定されず、むしろ、ここに開示する要旨に基づく多数の種々の方式及び順列で組み合わせることができる。例えば、電池前面におけるヘテロ接合不動態化は、電池裏面へのヘテロ接合適用と組み合わされてもよいし、前面ヘテロ接合不動態化又は裏面ヘテロ接合不動態化のいずれかを実施してもよい。更に、一般的に、ここに述べる規範的なプロセスフロー及び構造体の態様は、高効率の太陽電池、特に、薄い半導体層を使用する電池（例えば、活性吸収層の厚みが１ミクロン以下から約１００ミクロンまでの範囲のシリコン及び／又は砒化ガリウム及び／又は他の半導体材料層を含む半導体層をもつ電池）を形成するように組み合わされてもよい。又、ここに開示する太陽電池は、シリコンを活性光吸収材として使用して述べると共に、シリコンに適した対応ドーパントソース及びガラスも詳述したが、ここに詳細に述べた構造及びプロセスフローに表わされた態様及び概念は、化合物半導体（例えば、ＧａＡｓ、等）の他の光吸収材、多孔性シリコンのような剥離層の使用、バックプレーン補強、バックコンタクト、レーザ切除、及び金属被覆スキーマにも適用できる。従って、ここに開示する太陽電池構造体及び製造方法は、別の光吸収材及び太陽電池製造材料及びプロセスを使用し及びそれに適用することができる。
【０３４８】
更に、以下の太陽電池及びプロセスフローは、一般的に、例えば、燐のベースを有し、その後、硼珪酸ガラスの堆積（ＢＳＧ）、燐珪酸ガラス（ＰＳＧ）の堆積、及びその後の拡散によりエミッタが形成されて、各々、エミッタ及びベースコンタクトを生成するｎ型電池について説明するが、ここに開示する要旨は、ｐ型ベース電池にも適用できる。例えば、ｐ型ベース電池は、例えば、硼素ドープのベースを有し、ＰＳＧ及びＢＳＧ堆積及び拡散によりエミッタを形成して、ｐ型電池に対するｎ型エミッタ及びｐ型ベースコンタクトを各々生成する。
【０３４９】
以下、種々の方法により種々の太陽電池構造体を製造するための種々の部分構造体及び処理方法の概略を述べる。部分構造体及び方法の別の選択肢も更に詳細に述べる。明確に除外されないところでは、以下に述べる部分構造体及び方法選択肢の規範的なリストが組み合わされる。重要なことに、全体的な太陽電池製造プロセスフローの異なる点でプロセス方法が行われ、この開示は、そのような全ての順列を網羅することを意図する。部分構造体及び方法は、次のものを含むが、これに限定されない。
【０３５０】
−少なくとも数百マイクロ秒の寿命を有する幾つかの例におけるウェハベース活性吸収電池材料（例えば、チョクラルスキー（ＣＺ）、連続成長ＣＺ、ＦＺ、シード鋳造単結晶、多結晶又はアップグレードの冶金グレードシリコンＵＭＧ）の使用。そして剥離層又は層システム（例えば、結晶シリコンテンプレートを電気化学的にエッチングして多孔性シリコン層を形成することにより作られる剥離層）を含む再使用可能なテンプレート（例えば、結晶シリコン）にエピタキシャル堆積されて後で剥離されることに基づく活性吸収材の使用。
【０３５１】
−均質エミッタの形成及び選択的エミッタの形成。そのようなエミッタを形成する多数の実施形態が要約される。
−低コストで両ドーピング極性へのオーミック接触（ｎ型及びｐ型オーミック接触）を形成するための物理的蒸着（ＰＶＤ）（スパッタリング又は蒸発のような）の使用、及びペースト又はインク（例えば、アルミニウムを含むペースト／インク、又はアルミニウムシリコン粒子混合物）の直接的印刷（スクリーン印刷、ステンシル印刷、インクジェット印刷、又はエーロゾルジェット印刷のような）の使用。
【０３５２】
−バックプレーン誘電体材料が電池に堆積された後に穿孔されて、第１及び第２金属層並びに印刷（直接書き込み）誘電体層に相互接続及び接触するためのコンタクト開口としての複数のビアホールを形成し、その誘電体層は、金属被覆の２つのレベル間に相互接続するためのビアホールを含むパターンで印刷される。後者は、例えば、その後の湿式処理ステップ（例えば、テクスチャー化又はテクスチャー化後の清掃）中に第１金属の化学的侵食に対して保護するバリアを与え、湿式処理ステップは、片面形態（金属被覆とは反対の電池面）では実行されず、バックプレーン誘電体材料の湿式化学的露出を回避する。
【０３５３】
−メッキベースのプロセスシーケンス（例えば、スパッタリング又は蒸発のようなＰＶＤによるシード層堆積）又は無電解堆積、インクジェット堆積、又はエーロゾル印刷堆積、それに続く、２つの極性のエリアを画成する犠牲的パターン化分離誘電体の印刷、それに続く、主金属又は金属スタックのメッキ（例えば、銅のメッキ）、誘電体及び誘電体の下のシード層を剥離することによる仕上げ、及び任意のアニール、を使用して製造される第２層金属。或いは又、その第２層金属は、熱スプレー又はアークプラズマスプレー（例えば、二重ワイヤアークプラズマスプレー又はＴＷＡＳ）を適用することにより製造されてもよい。そして、ある場合には、ＰＶＤ層又は層システムを使用して、金属２の完全な厚みを形成し、その後、リソグラフ又はスクリーン印刷ステップによるか又はレーザ切除によりパターン化して異なる極性のエリアを画成し及び分離することが行われる。下層がアルミニウムの場合には、Ｎｉ、ＮｉＶ、又はＮｉ、ＮｉＶのようなキャップ層が追加され、その後、Ｓｎが追加される。
【０３５４】
−バックプレーンを適用した後に（例えば、ラミネーションにより）、化学的エッチング、ラッピング又は研磨によりウェハを薄くして、比較的短い寿命のウェハ又は長い寿命のウェハの使用を許し、これは、薄いウェハにより与えられる高い開路電圧（Ｖｏｃ）から有益である。というのは、薄いウェハに発生されるキャリアは、一般的に、端子までの経路が短くなるからである。ウェハベースの製造フロー（図８８Ｂに示すような）では、出発ウェハは、厚みの範囲が約１４０から約２２０ミクロンの大きさまでである。バックプレーンのラミネーションの後に、ウェハは、次いで、例えば、化学的エッチング、ラッピング、又は研磨により、約３５から１００ミクロンの範囲の厚みに薄くされ、従って、キャリアがウェハ前面から裏面エミッタに到達する経路を短縮する。比較的薄いウェハを使用する他の効果は、特に、柔軟なバックプレーンで支持されたときに薄いシリコンに高い柔軟性及び曲がり特性があることである。薄い吸収層は、柔軟なバックプレーンと組み合わされて、非平坦モジュールの製造又は非平坦面へのシリコンベース太陽電池の一体化のような多数のアーキテクチャー解決策を与える。更に、薄いウェハは、薄いエピタキシャル堆積及び剥離の太陽電池構造体とは別に、エピタキシャル薄膜電池能力を、商業的に入手し易い太陽電池出発ウェハへと拡張できるようにする。
【０３５５】
−種々の前面不動態化実施形態。例えば、テクスチャー化が少なくともバックプレーンを適用する（例えば、ラミネーション、印刷又はスプレーにより）前に遂行され、そしてラミネーション後に前面から希薄化が行われないウェハベースの電池フローの場合に、高温前面不動態化が使用される（例えば、熱成長酸化物から）。ある例では、低温不動態化が使用される（例えば、薄い（例えば、２から１０ｎｍ厚み）アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）又は酸素含有アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ−Ｏ）、又は炭素含有アモルファスシリコン、これは、堆積されるべきａ−Ｓｉ層とその下のテクスチャー化結晶シリコンとの偶発的な且つ望ましからぬエピタキシャル整列を回避するように働く）。そしてある場合には、ヘトロ接合型の前面不動態化が使用され、これは、真性ａ−Ｓｉ又はａ−Ｓｉ−Ｏ、それに続いて、ドープされたａ−Ｓｉを使用する（例えば、ｎ型ベースｎドープのａ−Ｓｉ、例えば、燐ドープのａ−Ｓｉの場合）。これら不動態化出発層の各々に対し、例えば、窒化シリコン（ＳｉＮ）のような反射防止コーティング（ＡＲＣ）のその後の堆積が使用され、ここで、ＳｉＮは、ＡＲＣ層、正の固定電荷の貯蔵部、及び埋め込まれる水素のソースとして働いて、ａ−Ｓｉ又はａ−Ｓｉ−Ｏ（又はａ−ＳｉＣｘ）及びａ−Ｓｉ又はａ−Ｓｉ−Ｏ／ｃ−Ｓｉ界面における懸垂結合を効果的に不動態化する。光学的な性能を最適化すると共に光の反射を更に減少するため、二次ＡＲＣ層又は勾配のある屈折率をもつＡＲＣ層も使用される。
【０３５６】
−堆積され、その後に、濃縮化されたガラスによる、例えば、大気圧化学蒸着（ＡＰＣＶＤ）層からの、裏面不動態化。そしてドープ又は非ドープのＡｌ2Ｏ3（酸化アルミニウム）層の裏面不動態化が行われ、Ａｌ2Ｏ3のドープをその後に拡散ステップに使用して、エミッタ接合エリア（例えば、ｐ＋エミッタ拡散）又はベースコンタクトエリアの少なくとも一方を形成する。それと共に、ヘテロ接合裏面不動態化層が形成される。ヘテロ接合裏面不動態化層を形成する実施形態は、以下に詳細に述べる。
【０３５７】
−任意であるが、例えば、薄い単結晶シリコン太陽電池のエピタキシャル堆積中にｉｎ−ｓｉｔｕドーピングにより形成される前面フィールド（ＦＳＦ）及び／又は裏面フィールド（ＢＳＦ）は、２つの機能を果たす。即ち、発生された少数キャリアを前面から反射し（ＦＳＦの場合に）そして低い前面再結合速度（ＦＳＲＶ）を可能にし；及びベースを通して多数キャリア電流を横方向に搬送し（ＦＳＦ又はエミッタ包囲ＢＳＦのいずれかの場合）、従って、有効ベース抵抗を下げる。前面フィールド（ＦＳＦ）収容構造体は、低いＦＳＲＶに対して良好な表面不動態化に依存する非前面フィールド収容構造体と比較される。ある場合には、例えば、炉ステップからの高温駆動に依存するＦＳＦ構造体は、一般的に、ウェハベース解決策に限定される。しかしながら、薄いシリコンのエピタキシー中にレーザアニール又はレーザドーピング又はｉｎ−ｓｉｔｕドーピングに依存するＦＳＦ構造体をウェハベース及びエピタキシャル堆積ベースの両構造体に対して使用することができる（例えば、ベースドーピングと同じドーピング極性をもつＦＳＦ及び／又はＢＳＦのためのｉｎ−ｓｉｔｕドーピング、例えば、薄いエピタキシャルシリコン電池に対して燐でのｉｎ−ｓｉｔｕ  ｎ型ドーピング）。
【０３５８】
−一定／均一ドーピングに比してエピタキシャル膜堆積の方向における可変ドーピングレベルでのドーピング。膜成長方向のドーピングレベルの変化は、堆積−剥離概念を使用する電池構造に対して制限される。ｉｎ−ｓｉｔｕ  ＦＳＦの適用、有効ベース抵抗を減少するための埋設高導電率ドープ層（又はＢＳＦ層）の適用、又は表面の近くへの高導電率層の適用（バック接合／バックコンタクトエピタキシャル太陽電池のエミッタ側における）のために可変ドーピングレベル又は勾配付きベースドーピングプロフィールが使用され、これは、次いで、装置の裏面の近くに存在するエミッタ接合の空乏層巾を減少する。
【０３５９】
図８８Ａ、８８Ｂ、８８Ｃ、８９、９０、９５Ａ、９５Ｂ、９６及び９７は、高効率太陽電池、例えば、薄型結晶半導体太陽電池（単結晶シリコン及び砒化ガリウムを含むが、これに限定されない）を形成するためのプロセスフロー実施形態である。規範的なプロセスフローが詳細な説明として示され、そして各フローの種々の態様の順列及び組み合わせは、ここに開示する要旨の範囲内に含まれる。幾つかのプロセスステップのシーケンスを変更するところの選択肢を含む（それに限定されないが）更なる選択肢が暗示的に含まれることが意図される。図９１から９４は、ここに開示するプロセスから得られる構造体を示す図である。一般的に、図８８Ａは、再使用可能なテンプレート上にエピタキシーを使用する種々の高効率フロー選択肢を示し；図８８Ｂは、ラミネーション後に薄くする能力を伴うウェハベース電池を使用する種々の高効率フロー選択肢を示し；図８９は、ラミネーション前にテクスチャー化を伴うウェハベース電池を使用する種々の高効率フロー選択肢を示し；そして図９０は、熱酸化物前面不動態化を伴うウェハベース電池を使用する種々の高効率フロー選択肢を示す。
【０３６０】
図９１は、パターン化された第１層金属及びドープされたエミッタ及びベースコンタクト領域を伴う電池上構造体の断面図である。この断面図は、エピタキシャル層ベース電池及びウェハベース電池の両方を代表するものである。エピタキシャル電池ウェハの場合に、ここに示すシリコン基板は、裏面処理部分の間に多孔性シリコン層又は層スタックを経てシリコンテンプレートに取り付けられる。第１レベル金属（金属Ｍ１）、例えば、印刷されたＡｌ、Ａｌ／Ｓｉ又はＰＶＤ堆積されレーザ切除された金属スタックは、酸化物層を通して形成されたコンタクト開口（例えば、ピコ秒レーザ切除されたコンタクト開口）を経て、ドープされたエミッタコンタクト領域（選択的Ｐ型エミッタ領域）及びドープされたベースコンタクト領域に電気的に接触する。
【０３６１】
図９２は、２つのレベルの金属層間に電流を転送するための直交Ｍ１／Ｍ２金属被覆パターンの上面図である（バックプレーン図示せず）。高導電率の第２レベル金属及びエミッタフィンガーは、スプレー堆積され（例えば、低コストのために直接書き込みパターンとして）、ＰＶＤ堆積され、又はＰＶＤ堆積後にバックプレーン誘電体層（図示せず）の上にメッキがなされ、第１レベル金属ベースに本質的に直交して延びる第２レベル金属フィンガー（図９２のＭ１Ｂ）と、エミッタフィンガー（図９２のＭ１Ｅ）は、誘電体層として働く誘電体バックプレーン（図示せず）により分離される。コンタクトホール（例えば、レーザ切除されたコンタクトホール）は、第１レベル金属がその下の電池エミッタ及びベースコンタクト領域に接触するためのアクセスを与え、ベースコンタクト（Ｍ１Ｂコンタクト）のためのレーザ切除ベースコンタクト開口及びエミッタコンタクト（Ｍ１Ｅコンタクト）のための円筒状コンタクトホールにおけるコンタクト溝／スリットとして示されている。誘電体バックプレーンに形成され／穿孔されるビアホールは、第１及び第２レベル金属の各エミッタとベースフィンガーとの間の電気的接触を可能にし／与える。
【０３６２】
図９３は、裏面パターン処理、金属１の適用、バックプレーンラミネーション（及びｅｐｉベースの電池の場合には電池剥離）、任意の希薄化（ウェハベース電池の場合）、テクスチャー化、不動態化、バックプレーンビア穿孔、及び第２層金属被覆の後のホモ接合バックコンタクト電池構造体の断面図である。第２レベル金属／Ｍ２（例えば、図９３にＡｌ＋Ａｌ／Ｚｎとして示されたＡｌ／Ｚｎを伴う熱スプレーされたＡｌ）は、レーザ穿孔されたビアを通して、第１レベル金属／Ｍ１（例えば、図９３にアルミニウムとして示されたＡｌ又はＡｌＳｉ）に接触する。Ｍ１は、エピタキシャル層ベース又はウェハベース電池（ｎベース）上のベース領域（Ｎ＋）及び選択的エミッタ領域（Ｐ＋＋）に接触する。図示されたように、電池前側の前面は、テクスチャー化され（例えば、ランダムなテクスチャー化ピラミッドを伴う）、そして任意の前面フィールド（ＦＳＦ）を含む。電池前側の前面は、不動態化層（例えば、熱酸化物（Ｔｏｘ）及び窒化シリコン（ＳｉＮ）又はａ−Ｓｉ／ＳｉＮ又はａ−Ｓｉ−Ｏ／ＳｉＮ又はｉ−ａ−Ｓｉ又はｉ−ａ−Ｓｉ−Ｏ／ｎ−ａ−Ｓｉ／ＳｉＮ）で覆われる。又、ここに示すＢＳＧ層は、任意にドープされた酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）層が先行するか又はそれに置き換えられ、この層は、例えば、大気圧化学的蒸着（ＡＰＣＶＤ）を使用するか又はＡＬＤにより付着される優れた裏面不動態層をなすことにも注意されたい。第２層金属は、Ｍ１エミッタに接触し、そしてベースは、直交方向に延びる（図９２に示す）ことに注意されたい。
【０３６３】
図９４は、裏面パターン処理、金属１の適用、バックプレーンラミネーション（及びｅｐｉベースの電池の場合には電池剥離）、任意の希薄化（ウェハベース電池の場合）、テクスチャー化、不動態化、バックプレーンビア穿孔、及び第２層金属被覆の後のヘテロ接合バックコンタクト電池構造体の断面図である。図９４の電池は、図９３の電池と同様であるが、それは、ヘテロ接合バックコンタクト太陽電池でありそしてＭ１は、エピタキシャル層（トンネル誘電体上のａ−Ｓｉ）ベース又はウェハベース電池（ｎベース）上のベース領域（Ｎ＋）、例えば、レーザドープＮ＋領域、及びエミッタコンタクト層（Ｐ＋＋）に接触する。
【０３６４】
図９５Ａ及び９５Ｂは、ヘテロ接合エミッタに関連してエピタキシャル層又はウェハベース電池を使用する種々の高効率フロー選択肢を示す。図９６は、ホモ接合エミッタに関連してエピタキシャル層又はウェハベース電池を使用する種々の高効率フロー選択肢を示す。ヘテロ接合太陽電池に関しては、エピタキシャル層の場合に、任意のトンネル誘電体又はａ−Ｓｉエミッタ層の少なくとも１つの層が、ベース層を堆積するのに使用された同じエピタキシャル炉においてウェハを取り出すことなく堆積されることが考えられる。ウェハベースの電池では、ｉｎ−ｓｉｔｕ又はｅｘ−ｓｉｔｕの区別は、適用されない。というのは、トンネル誘電体又はａ−Ｓｉエミッタの堆積の前にエピタキシャルプロセスが適用されないからである。図９７は、図９５及び９６のフローに対するその後の電池処理を示す。
【０３６５】
図８８Ａ、８８Ｂ、８８Ｃ、８９、９０、９５、９６及び９７のプロセスフロー実施形態に関するステップ１Ａ１、１Ａ２、１Ａ３、１Ａ４、１Ｂ１及び１Ｂ２に関して
１Ａ１：ｅｐｉ（エピタキシーの略語）ベース電池の場合には、再使用可能なテンプレート（例えば、硼素でドープされたｐ型シリコンで作られた）が使用される。電池プロセスサイクルの後に、出発又は再使用テンプレートは、傾斜部からエピタキシャル層の堆積残留物を除去すると共に、テンプレート上処理及びその後の再使用サイクル中にテンプレート薄片化又は破損の傾向を下げる傾斜部を形成するために傾斜部研磨を受ける。更に、電池プロセスサイクルの後に、テンプレートは、その後の処理に有害なエリアにおけるエピタキシャル層残留物を取り除く除去ステップも受ける。規範的な残留物除去プロセスは、既知の方法、及び縁の近くでの研磨ステップ、例えば、傾斜部又は近傾斜部研磨、又はエリア研磨又はラッピングを使用し、任意であるが、それに続いて、必要に応じて、即ち主として欠陥のために、活性エリアにエピタキシャル層残留物が見つかった場合には、ポリシングを行う。
【０３６６】
１Ａ２：その後のテンプレート清掃ステップは、多孔性シリコン層残留物の除去、シリコンエッチング、及びテンプレートからの金属、及び任意であるが、有機残留物の除去を含む。
【０３６７】
１Ａ３：多孔性シリコン層構造体が電気化学的エッチングにより形成される。例えば、多孔度値が異なる少なくとも２つのゾーンより成る多孔性シリコン層が形成され、その場合に、ｅｐｉ層を堆積すべき低多孔度ゾーンが形成され（例えば、約３５％未満の多孔度値を有する）、そしてｅｐｉ層の剥離を助けるためにテンプレートに近い領域に高多孔度ゾーンが形成される（例えば、約５０％より高い多孔度値を有する）。前エピタキシャル堆積では、水素が多孔性上層（多孔度の低い層）を焼成し、次いで、孔を閉じるように再形成して、その後のエピタキシャル層形成のために有効な出発単結晶シード層を構成し、そして埋設された高多孔度層が指定の機械的に弱い層を形成するように再形成する（その後の必要時リフトオフ／剥離のための）。例えば、ステップ８において、バックプレーン補強されたエピタキシャル膜は、全電池エリア上でテンプレートから分割されそして太陽電池の形成を完了するために更に処理され、そしてテンプレートは、前記エピタキシャル残留物及び多孔性シリコン残留物除去（テンプレート再コンディショニング）及びテンプレート表面清掃の後に付加的なｅｐｉ層形成プロセスに再使用される。このプロセスループには検査ステップが暗示的に含まれる。
【０３６８】
エピタキシャル層堆積は、例えば、トリクロロシラン（ＴＣＳ）、ジクロロシラン（ＤＣＳ）、シラン（ＳｉＨ4）又は四塩化シリコン（ＳＴＣ）のような低コストで且つ豊富にシリコンを含む先駆体を使用して大気圧大量生産バッチ又はインラインエピタキシャル炉において遂行される。
【０３６９】
シリコン堆積中に、膜は、ｎ型バックコンタクト／バック接合太陽電池の場合に、例えば、燐がｉｎ−ｓｉｔｕドープされる。ｎ型ベース太陽電池の場合には、ドーパント原子は、例えば、エピタキシャル層形成中にＰＨ3をコントロールして添加することによって合体される燐である。更に、ＰＨ3のこの添加は、例えば、１つ以上の薄い高ドープ層を合体することによりベース抵抗を下げるために高及び低ドーピング又は勾配付きドーピングのゾーンを形成するように堆積プロセス中に変更される（例えば、５×１０14ｃｍ-3ないし５×１０15ｃｍ-3の範囲のｉｎ−ｓｉｔｕベースドーピングを伴う低ドープベース領域に関連した５×１０15ｃｍ-3ないし５×１０18ｃｍ-3の範囲のドーピングで）。適当な空乏モード炉において、ガス流方向が数回スイッチされ、例えば、指定のドーピングプロフィールに対して指定のドーピングゾーン当たり少なくとも１回スイッチされる。
【０３７０】
ドーピングプロフィールは、次のことを含む多数の効果を発揮する。装置の太陽面に近い高いドーピングレベル（換言すれば、バックコンタクト／バック接合電池の場合にｅｐｉ堆積の第１部分）は、ｉｎ−ｓｉｔｕ前面フィールド（ＦＳＦ）を発生すると同時に、有効ベース抵抗を減少するのに使用される。そして、装置の裏面における高ドーピングレベル（換言すれば、ｅｐｉ堆積の最後の部分）は、裏面フィールド（ＢＳＦ）層を形成することにより接合の空乏領域巾を減少するのに使用される。更に、高いドーピングレベルを有する埋設層（例えば、ベース領域全体にわたって埋設された１つ又は複数の層）は、有効ベース抵抗を減少しつつ、比較的低いベースドーピング及び非常に高い少数キャリアバルク寿命（少なくとも１００マイクロ秒から１ｍｓ以上まで）を許す。ＢＳＦ及びＦＳＦは、ベース抵抗を減少するのに使用される。
【０３７１】
１Ｂ１：気相エピタキシャル電池フローとは対照的に、ウェハベースフローは、スライスしたウェハでスタートする。出発ウェハは、縁を僅かに面取りした完全な方形、１辺が１２５ｍｍ×１２５ｍｍ又は１５６ｍｍ×１５６ｍｍの範囲のサイズ、或いは２１０ｍｍ×２１０ｍｍ及びそれ以上の大きさの擬似方形のような任意の形状でよい。
【０３７２】
１Ｂ２：出発ウェハは、清掃されそして鋸引きダメージが除去される。鋸引きダメージの除去は、酸性の化学薬品（フッ化水素酸及び硝酸のような）又はアルカリ化学薬品（加熱した水酸化カリウム（ＫＯＨ）のような）を使用して遂行される。高温及び高濃度のＫＯＨは、ＫＯＨのプロセスがこれらの範囲においてより等方性となるので、プロセスを面の少ないものとする(less faceted)。その後のプロセスは、そのようなウェハが、鋸引きダメージ除去の一部分として、フッ化水素酸及び硝酸の濃縮混合物（ＨＦ／ＨＮＯ3）での化学的ポリシングを受ける場合には有益である。ある例において、化学的ポリシングは、このときにウェハの裏面のみに適用して、このときに消費されるシリコンをできるだけ少なくし、ウェハの機械的安定性及び強度を保持して、ウェハ処理中の機械的破損率を減少させる。或いは又、化学的ポリシングは、両面式であってもよい。
【０３７３】
ＨＦ／ＨＮＯ3鋸引きダメージ除去及び化学的ポリシングステップの後に、このエッチング中に発生した多孔性シリコンの表面汚れのＫＯＨベースの除去が行われる。ＫＯＨの適用後に、ＨＣＬを含むか又はＨＣｌとＨＦ又はＨＣＬと過酸化水素（Ｈ2Ｏ2）の混合物のような化学薬品を使用して金属を除去するために表面が処理される。ある場合には、疎水性の層に対し、その後の処理ステップの前に、ウェハ清掃及び鋸引きダメージ除去は、浸漬、スプレー掛け又は蒸気の付与によりウェハ表面をＨＦに露出させることで終了となる。超希釈の高温ＨＦでの（例えば、１％より充分低いＨＦ濃度）最終的なすすぎも、この点において適用される。
【０３７４】
準備したＣＺ又は連続成長のＣＺ出発ウェハ（連続成長インゴットから形成される）は、次いで、本質的に均一な出発ベースドーピングを有する（例えば、ＣＺインゴット又はシード鋳造単結晶シリコンレンガからスライスされたウェハ）。例えば、ｎ型電池の場合には、連続成長のＣＺを適用して、抵抗率が適当に緊密に分布したシリコンウェハを生成し、長い寿命及び適当に低いベース抵抗の両方を可能にし、これは、ウェハが全電池プロセスの一部分として薄くされるときに特に適用できる。
【０３７５】
又、必要に応じて、より重いｎドープ層をウェハの裏面に適用して同等のベース抵抗をもたせることによりインゴットを横切る非均一なドーピングを克服することもできる。そのような重いｎドープ層は、ＰＯＣＬ3、ＰＳＧのようなドーパント先駆体を使用するか又は燐ベースのインプラント及びそれに続くアニールを使用することにより適用される。このような場合には、より低いバルクドーピングが使用され、これは、一般的に、より長い寿命を可能にする。
【０３７６】
２．ｅｐｉ堆積の後に（又はウェハベース電池に対する鋸引きダメージ除去及び任意の裏面化学的ポリシングの後に）、一連のプロセスステップを使用して、（バックコンタクト／バック接合電池の場合）電池の裏面にエミッタ接合及びドープされたコンタクト領域を準備し構成する。これらプロセスは、図８８Ａ、８８Ｂ、８８Ｃ、８９、９０、９５、９６及び９７のステップ２、２Ｂ及び３、３Ｂ１及び３Ｂ２として示され、そして多数のプロセス及びフロー選択肢で構成される。
【０３７７】
電池及び電池処理は、裏面構造（エミッタ及びベースコンタクト領域を含む）がホモ接合により形成されるかヘテロ接合により形成されるかに実質的に基づいて異なる。以下のプロセスフローでは、ヘテロ接合バックコンタクト領域の場合に熱アニールステップ（アイコン３）が省略されることに注意されたい。
【０３７８】
ホモ接合裏面コンタクト：図９１及び９３は、ホモ接合裏面コンタクト構造体実施形態を例示する断面図である。図９１は、ドープされたエミッタ及びベースコンタクト領域に接触する電池上裏面パターン化第１層金属を形成することを含む裏面処理後の太陽電池構造体の断面図である。エピタキシャル電池ウェハの場合には、シリコン基板は、裏面構造体処理中に電池前面の多孔性シリコン層を経てテンプレートに取り付けられる。図９３は、ホモ接合バックコンタクト太陽電池に対して、パターン第１層金属被覆（Ｍ１）形成、バックプレーンラミネーション（及びｅｐｉベース電池の場合には電池剥離、及びウェハベース電池の場合には任意の希薄化）、テクスチャー化、不動態化、ビア穿孔、及び第２層金属被覆（Ｍ２）形成を含む裏面処理後のホモ接合選択的エミッタ太陽電池構造体の断面図である。図９４は、ヘテロ接合バックコンタクト太陽電池に対して、パターン第１層金属被覆（Ｍ１）形成、バックプレーンラミネーション（及びｅｐｉベース電池の場合には電池剥離、及びウェハベース電池の場合には任意の希薄化）、テクスチャー化、不動態化、ビア穿孔、及び第２層金属被覆（Ｍ２）形成を含む裏面処理後のヘテロ接合均一エミッタ太陽電池構造体の断面図である。図９３及び９４の両方において、エミッタ及びベース領域への第２層金属コンタクトは、第２層金属と同じ平面／レベルになく（Ｍ２、及びＭ１へのＭ２電気的コンタクトは、同じ処理ステップにおいて同じ材料で形成されるが）、そしてＭ１金属被覆フィンガーに対して直交方向に延びる（図９２に示すように）。
【０３７９】
図９３及び９４に示す構造体を生成するための電池製造処理は、エミッタが均一／均質であるか選択的であるか（例えば、強くドープされたエミッタコンタクト領域と共に軽くドープされたエミッタ接合領域を含む）に依存し、換言すれば、選択的エミッタは、エミッタコンタクトを含む／それに接近した領域のみに強いドープを有しそして残りのエミッタ領域に弱いドープを有する（これは、ほとんどの場合に、ほとんどのエミッタ領域及びほとんどの電池領域を含む）。
【０３８０】
ある均一ホモ接合エミッタ形成実施形態（ここでは、堆積がガラス堆積ステップとレーザパターン化ステップとの間で交番し又は順送りとなるのでカスケード型又はカスケードステップと称される）では、硼素ドープの珪酸ガラス（ＢＳＧ）が電池の裏面に堆積されて、硼素ドープエミッタの先駆体を形成し、次いで、ベースコンタクト領域が、選択的ベースコンタクト領域の上のＢＳＧ層のレーザ切除（例えば、ピコ秒（ｐｓ）レーザを使用する）により画成される。
【０３８１】
選択的ホモ接合エミッタ形成実施形態では、軽くドープされた主たるエミッタ接合領域が、低硼素濃度又は厚みのＢＳＧガラスを堆積することにより画成され、その後、ＢＳＧガラスのレーザ切除（例えば、ｐｓレーザを使用して）及び厚い又は重い硼素ドープガラスの局部的堆積を行い、次いで、均一エミッタについて上述した同様の仕方でベースコンタクト領域が画成される。例えば、ベースコンタクト領域は、普通の平行線、或いは個別又は分離された（又は中断したベースの）島部として形成され、これは、ある場合には、ベースコンタクト領域の下の電気的陰影を減少する。というのは、ベースコンタクト領域の下に発生するキャリアが、平均で、それを収集するためのエミッタへの接近した経路を有するからである。
【０３８２】
ベースコンタクト領域が画成された後に、そのオープンした領域に燐ドープの珪酸ガラス（ＰＳＧ）が堆積される。
【０３８３】
前記プロセスフローは、ＢＳＧ層を使用して主たるエミッタ接合領域を形成すること（その後のレーザパターン化及び炉でのアニール）に基づくものであるが、シリコンエピタキシーの最終段階中に（その後ｐ＋ドープのエミッタのレーザ切除を行ってエミッタ領域をパターン化する）、ｉｎ−ｓｉｔｕ硼素ドープ（ベースのための燐からエミッタ接合のための硼素へとドーピングを切り換える）によりエミッタ領域を直接形成することもできる。
【０３８４】
次いで、ラミネーション後にシリコンを薄くしないウェハベース電池の場合に、図８９にプロセスフロー選択肢として示したように、本質的に片面のテクスチャー化ステップが以前に適用された場合には、ｅｘ−ｓｉｔｕ  ＦＳＦを形成するためにＰＳＧ又はＰＯＣｌ3を前面においてドーパントとして使用することもできる。
【０３８５】
次いで、電池は、熱アニールされ（例えば、管炉において）、これは、ガラス領域の下でドーパントを駆動するように働く。アニールの少なくとも一部分の間に酸化雰囲気を導入することで、高質の裏面不動態化及び低い裏面再結合速度（ＢＳＲＶ）のために薄い熱成長不動態化酸化物を元の酸化シリコン界面に生成させる。アニールプロセスは、不純物取得ステップとしても働く。
【０３８６】
又、前面がＦＳＦドーパント先駆体を有する場合には、このＦＳＦがドーパントと同時に駆動される。
【０３８７】
ウェハベースの電池の場合に、ＰＳＧ又はＰＯＣｌ3先駆体とは別に、ＦＳＦドーパントは、ウェハのテクスチャー化された前面へのｎ型ドーパント（Ｓｉの場合にはＡｓ、Ｐ又はＳｂのような）のイオンインプランテーションにより供給される。インプランテーションされたドーパントは、次いで、装置の裏面の接合を駆動する同じステップにおいてアニールされ活性化される。
【０３８８】
ヘテロ接合裏面コンタクトの形成：図９４は、ヘテロ接合裏面コンタクト構造体実施形態の断面図であり；図９５は、ヘテロ接合裏面コンタクト構造体（図９４に示す構造体のような）を形成するためのプロセスフローであり；そして図９６は、ホモ接合裏面コンタクト構造体を形成するためのプロセスフローである。従って、ヘテロ接合及びホモ接合裏面コンタクト形成の場合について２つの別の一般的プロセスフロー及びそれにより得られる構造体が提供される。ある場合には、図９５に示すように、ヘテロ接合は、エピタキシャルシリコン炉においてｉｎ−ｓｉｔｕで、エピタキシャルシリコン堆積の後に、多数の付加的な層の少なくとも１つとして堆積される。エピタキシャル層の形成後に、例えば、トンネル酸化物の場合に窒素又は酸素の場合にアンモニアを使用して（又はＮＯ、Ｎ2Ｏ、等の他のガス）、ｅｐｉ層の頂部に超薄型高質トンネル窒化物又はトンネル酸化物（又はトンネルオキシニトライド）が成長される（例えば、約５から３０オングストロームの範囲の厚みを有する）。そのようなトンネル誘電体は、過剰な直列抵抗を与えないために１ｎｍ未満から３ｎｍ未満の厚みである。その後、炉の温度が下げられ、アモルファスＳｉ（ａ−Ｓｉ）又は酸素を伴うａ−Ｓｉ（ａ−Ｓｉ−Ｏ）が堆積される。任意のトンネル誘電体層は、堆積されるべきａ−Ｓｉ（又はａ−ＳｉＯ又はａ−ＳｉＮ又はａ−ＳｉＯＮ）層のエピタキシャル整列を回避する上で助けとなる。このａ−Ｓｉの堆積に続いて、約３００ないし５００℃の範囲の温度において、実質的なＧｅ含有量をもつ（例えば、１０％を越える）薄い（数百から＞１０００Å）ｐ＋ドープのＳｉＧｅが堆積される。そのような材料は、ａ−Ｓｉの結晶化を依然抑制できる約４００ないし５００℃の温度において低抵抗率のｉｎ−ｓｉｔｕドープの多結晶形態で堆積される。この構成では、ＳｉＧｅの低シート抵抗エミッタエリアが画成され、従って、より高価なスパッタＴＣＯ層（ＩＴＯ層のような）の必要性を排除する。その後のレーザ切除ステップで、ベースコンタクトを形成すべき領域において薄いＳｉＧｅ及びａ−Ｓｉ層を切除する。その後、ＰＳＧ層が堆積される。そのとき、ＰＳＧ層からの燐が、例えば、パルスナノ秒レーザを使用するパルスレーザアニールにより駆動され活性化されて、局部的なＮ＋ドープ領域を形成する。それに続くコンタクトオープン段階では、ｐｓレーザを使用して、残りの燐ドープガラスを通してエミッタ及びベース領域の両方を切除し、両端子極性へのコンタクト形成を可能にする。
【０３８９】
エピタキシャル炉においてトンネル窒化物又は酸化物（又はオキシニトライド）並びにａ−Ｓｉ及びポリＳｉＧｅの層を堆積／成長するのとは別に、これらの層（又はａ−Ｓｉ及びドープされたＳｉＧｅ層の一部分）は、大気圧化学蒸着（ＡＰＣＶＤ）炉において堆積されてもよい（１つの例では、堆積と堆積との間にコントロールされた大気を遮断することなく）。特に、限定しないが、ウェハベースの電池に関して、そのような堆積／成長プロセスは、プラズマエンハンストＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）又は低圧ＣＶＤ（ＬＰＣＶＤ）システムにおいて遂行されてもよい。或いは又、トンネル誘電体は、シリコンエピタキシャル炉においてエピタキシャル成長プロセスの終わりにｉｎ−ｓｉｔｕで形成され、それに続いて、ＡＰＣＶＤ炉においてａ−Ｓｉ及びドープされたＳｉＧｅ層が形成される。ここに述べるプロセスが完了すると、種々の選択肢に対する裏面のベースコンタクト及びエミッタ領域が形成され、そして電池は、その後の処理の準備ができる。
【０３９０】
図８８Ａ、８８Ｂ、８８Ｃ、８９、９０、９５、９６及び９７のプロセスフローにおいてステップ４として示されたコンタクト開口（例えば、ピコ秒レーザのようなレーザ処理を使用して形成された）のパターン及び構造に関して、装置の裏面に接合が実施された後に、レーザ切除（例えば、パルスピコ秒又はｐｓレーザ）を使用して、接合コンタクト領域へのコンタクトをオープンする。例えば、ベースコンタクトの場合には、コンタクトがドープされたベースコンタクト領域内に本質的に直線に配列されそして整列される。分離された領域又は島部のアレイを含むベースドープコンタクト領域（又はエミッタドープコンタクト領域）の場合には、ベースコンタクトがそのような幾何学形状に適応される。
【０３９１】
コンタクトオープン後に、第１レベル金属が堆積される（ステップ５Ａ１、５Ａ２、５Ｂ１及び５Ｂ２として示されている）。第１レベル金属堆積選択肢は、これに限定されないが、（接合のスパイクを減少するために）Ａｌ、又はＳｉ成分を伴うＡｌのような金属の物理的蒸着（ＰＶＤ）金属被覆（例えば、プラズマスパッタリング又は蒸発）を含み、そしてある場合には、ｎ型及びｐ型の両シリコン、その後、Ｎｉ又はＮｉＶそして任意であるがＳｎ（又は他の半田材料）への改善されたオーミック接触を与える。第１レベル金属堆積の後に、比較的薄い第１金属層（例えば、厚みが約２ミクロン未満で、ある場合には、約１ミクロン未満であるスタック）が、例えば、パルスｐｓレーザを使用して切除によりパターン化される。任意であるが、このパターン化の後に、例えば、第２レベル金属への接触がなされるエリアにおいて導電性エポキシのスクリーン印刷により付加的な金属が局部的に付着されてもよい。
【０３９２】
ＰＶＤ金属被覆スキームとは別に、第１レベル金属は、スパイクを減少するために純粋なＡｌ又はＳｉを含むＡｌの合金の金属ペーストを使用して印刷される（例えば、インクジェット、エーロゾルジェット、ステンシル又はスクリーン印刷により）。ペーストは、付着後に乾燥され、そして任意であるが、必要なときだけ第２層が印刷される（例えば、第２レベル金属への指定のコンタクトの周りのエリアに）単一又は二重印刷ステップで付着される。ペーストは、良好な接触抵抗にとってフリットのエッチング支援が必要であるかどうかに基づいて、フリットを含んでもよいし含まなくてもよい。ある場合には、ペーストがフリットを含まず、従って、ネスト設計は不要である。例えば、ネスト設計とは、各極性金属（ベースコンタクト金属及びエミッタコンタクト金属）の広がりが各ベース又はエミッタコンタクト領域の広がりを越えない設計である。低い直列及び接触抵抗の金属層を形成するためのペースト最終アニールは、任意であるが、２つ以上の加熱ステップにおいて遂行される。堆積された第１レベル金属は、レーザ、例えば、ナノ秒（ｎｓ）又はｐｓレーザを使用してアニールされてもよいし、又はアニールステップは、レーザ及び熱アニール処理を組み合わせてもよい。レーザアニールに関しては、電池上の異なるエリアに異なるレーザ条件を使用し、例えば、指定のエミッタコンタクトエリアに高いレーザ作用を使用してＡｌをシリコンへと深く駆動してＡｌ−Ｓｉ共融物を形成し、従って、軽くドープされた選択的エミッタ接合構造体に関連して局部的に重くドープされたｐ＋＋エミッタコンタクトを形成することができる。
【０３９３】
更に、第１レベル金属設計及びパターンは、異なる形状（例えば、インターリーブされた多“Ｈ”バー形状で、より弛緩した（広い）第２レベル金属設計を許す）の櫛型フィンガー（交互の接触極性の長い平行フィンガー）のバスバーレスパターン（電気的陰影を排除するための）を含む。
【０３９４】
プロセスフローステップ６、７Ａ及び７Ｂに関しては、第１レベル金属の形成が完了した後に、バックプレーンが適用される（例えば、ラミネーション又は熱スプレー、スクリーン印刷のような印刷、又は他のコーティング方法により）。ある場合には、特に、エピタキシャル層ベースの電池フローに関して、バックプレーン適用の前に、例えば、装置の周囲エリア又は活性装置の外側での任意の前ラミネーションカットが行われる。シート形態でバックプレーンをラミネーションする場合には、バックプレーン材料は、プレプレグ及び繊維強化樹脂シートのような材料を含む。印刷バックプレーンについては、材料は、小さなガラスビード又は繊維のような樹脂及びフィラーの混合物を含む。両方の場合に、材料混合物は、接着、熱膨張係数（ＣＴＥ）の一致、化学的及び熱的弾力性について最適化される。更に、印刷バックプレーン材料（スクリーン印刷可能な誘電体ペーストのような）の場合には、第１金属レベルと、その後の第２レベル金属との間の接触についてビアホールがオープンし又は部分的にオープンするようにバックプレーンパターンが直接的に印刷される。直接的なバックプレーンパターン印刷は、バックプレーンラミネーションの前に前面テクスチャー化が遂行されるとき、例えば、テクスチャー化を共形堆積ｅｐｉ層へ伝達する前テクスチャー化テンプレートを使用するときに、特に適用することができる。しかしながら、もし必要であれば、片面テクスチャー化マシンを使用して片面テクスチャー化が行われてもよい。又、非パターン化バックプレーン材料実施形態（ラミネートされるか又は付着される）については、バックプレーンそれ自体がその後のテクスチャリング中に保護層として働く。
【０３９５】
ここに開示するプロセスフローのステップ８に関して、ラミネーション後に、エピタキシャルウェハベース電池の場合に、バックプレーン補強エピタキシャル電池構造体がテンプレートから剥離されそしてリフトオフされる。テンプレートは、次いで、多数の電池を製造するためにテンプレート再使用サイクルの開始に戻される。薄膜太陽基板（ＴＦＳＳ）とも称されるバックプレーン補強エピタキシャル電池構造体は、次いで、電池の外周の幾何学的輪郭を画成するために縁の周りでトリミングされる（例えば、レーザにより）。
【０３９６】
重要なことに、指定の剥離層としての多孔性シリコンの使用とは別に、ここに述べる基本的なプロセスフロー及び構造体と容易に統合できる別の劈開メカニズム又は分離方法を使用して、活性電池エリアをテンプレート又はキャリアウェハから劈開又は剥離することができる。例えば、水素イオン（又は陽子）をコントロールされた深さにインプランテーションすることを使用して、機械的に弱い層を形成し、インプラント深さにより画成された線に沿って構造体を剥離することができる。或いは又、レーザ処理を使用して、ソースウェハからコントロールされた厚みを劈開／分離することもできる。例えば、バックプレーン材料とは反対側からウェハを横切って１つ又は複数の厳密に収束されたレーザビーム（μｍ範囲の収束）がスキャンされる。これらのレーザビームは、劈開されるべき層の厚みを定義する深さに収束される。多孔性シリコンを剥離層として使用するのと同様に、この剥離劈開ステップの後に、ソースウェハは、再使用プロセスシーケンスを受け、そして剥離されたバックプレーン補強電池構造体が更に処理される。他の剥離／分離方法は、コントロールされた応力フィールドを形成するために厚い金属層を使用して再使用可能なウェハから薄い半導体層を応力誘起分割及び剥離することを含む。
【０３９７】
ここに開示するプロセスフローのステップ９に関して、ラミネーション後に（及び電池剥離後に）電池が過剰に曲がる場合には、特に、再使用可能なテンプレートからの剥離を使用するか又はソースウェハに基づくセルに関連して、平坦化ステップ（例えば、熱支援の平坦化ステップ）を使用して、ＴＦＳＳを平坦化し、そして電池の曲がりを減少して、大量高スループットの後続プロセスツールを通しての取り扱いを改善することができる。
【０３９８】
ここに開示するプロセスフローにおいてステップ１０として示されたその後のテクスチャー及びテクスチャー後の清掃ステップにおいて、エピタキシャル電池ベースのＴＦＳＳは、多孔性シリコンのリフロー焼成後であってエピタキシャル堆積前に形成した多孔性シリコン層の屑／残留物、即ち高多孔度層及び準単結晶シリコン（ＱＭＳ）層のくずの選択的湿式除去を受ける。単結晶半導体材料では、アルカリテクスチャープロセスで残留層を除去し、そしてランダムなピラミッド状テクスチャーを形成し、太陽電池の光捕獲を改善すると共に、光学的反射ロスを減少させることができる。或いは又、指定のエッチバックステップを使用して、ＱＭＳ層及び出発エピタキシャル層の一部分を除去し、その後、テクスチャー化プロセスが行われる。或いは又、レーザテクスチャー化又はプラズマテクスチャー化のような乾式テクスチャー化ステップ（乾式テクスチャー化残留ダメージを除去するためのテクスチャー後の最終的湿式清掃ステップを伴ったり伴わなかったりする）が使用されてもよい。テクスチャー化有機残留物は、例えば、水酸化カリウム（ＫＯＨ）及び過酸化水素（Ｈ2Ｏ2）の混合物のような化学薬品を使用して電池表面から除去される。テクスチャー化の後であって不動態化の前に、例えば、塩酸（ＨＣｌ）を使用して、表面から金属汚染物を除去するために、金属除去ステップが遂行される。更に、ある場合には、不動態化の前に表面の疎水性を残すことが望まれる。結晶シリコンベースの電池の場合には、これは、フッ化水素酸（ＨＦ）の適用、例えば、浸漬、超希釈浸漬、ＨＣｌとの合成、蒸発−ＨＦステップ、又は超希釈ＨＦを使用する乾燥、の種々の実施によって達成される。
【０３９９】
又、ウェハベースの電池は、前面フィールドを含むウェハの場合に特に関連して、製造プロセス中のこの時点でテクスチャー化及びその後の清掃も受ける（図８９及び９０のステップ１Ｂ２に示すようにプロセスフローにおいて早期に行われない限り）。ウェハベースの電池がプロセスのこの時点で（ラミネーション後に）テクスチャー化を受けるとき、テクスチャー化は、例えば、エッチング（約９０℃以上の温度のＫＯＨ又は高温ＫＯＨを使用する）、ラッピング又は研磨ステップを使用して、シリコンの希薄化によって進められ、材料のバルク寿命要件が厚いシリコン電池に比して緩いコントロールされた薄いシリコン層を形成する。ある場合には、シリコンの希薄化（バックプレーンラミネーション後の）は、薄いシリコン装置のように、平均的に望ましく、発生された少数キャリア（ｎ型材料におけるホール）は、端子へ進むための短い経路を有し、従って、材料寿命要件（出発材料の質及びコストの尺度）が緩和される。ウェハが希薄化されるので、ウェハ構造体が弱くなり、その後の電池処理にとってウェハが脆くなる。しかしながら、支持バックプレーンの取り付け／ラミネーション後にウェハを希薄化することで、そのような電池は、大量処理装置を通して高い機械的収率で搬送することができる。
【０４００】
任意であるが、図８９のステップ１０に示すように、希薄化処理ステップを受けずに予めテクスチャー化されるウェハベース電池の場合には、その後の処理ステップの前に表面酸化物又はガラスが除去される。
【０４０１】
テクスチャー化及びテクスチャー化後の清掃ステップの後に、ここに開示するプロセスフローにおいてステップ１１Ａ、１１Ｂ及び１２として示された前面不動態ステップが行われる。ウェハベースの電池及びエピタキシャル層ベースの電池の両方について、不動態化ステップは、薄い真性アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）、又は準化学量論的酸素含有のａ−Ｓｉ（ａ−Ｓｉ−Ｏ）、又は準化学量論的窒素含有のａ−Ｓｉ（ａ−Ｓｉ−Ｎ）、又は準化学量論的炭素含有のａ−Ｓｉ（ａ−Ｓｉ−Ｃ）、又は準化学量論的酸素及び／又は窒素及び／又は炭素含有のａ−Ｓｉ（ａ−Ｓｉ−ＯＮＣ）の堆積を含む。この堆積の後に、任意であるが、ヘテロ接合前面不動態化を形成しそして少数キャリア反発フィールドを発生するｎドープのａ−Ｓｉ層が作られる。アモルファスシリコン前面不動態層の合計厚みは、１００オングストローム未満である。いずれにせよ、その後の（例えば、同じツールにおいて）窒化シリコン層が堆積され、これは、更なる不動態化のための水素のドナーとして働き、そして表面から少数キャリア（ホール）を反発するための固定の正の電荷を与え、光を電池へ結合する上で助けとなる（光学的反射ロスを減少する）反射防止コーティング（ＡＲＣ）を形成する。窒化シリコンとは別に、ＳｉＣｘＮｙのような他の組み合わせをＡＲＣとして使用してもよい。
【０４０２】
ここに開示するプロセスフローにおいてステップ１３として示す任意の平坦化ステップは、熱アニールと組み合わされて、ＡＲＣ層堆積の後に使用される（或いは又その後のプロセスステップの後に）。第１層金属への接触を与えるバックプレーンのビアは、バックプレーン材料を通してビアを穿孔することで形成される（ステップ１４に示すように）。パターン化されたビアは、レーザ（例えば、ＣＯ2レーザ）を使用してバックプレーン材料を切除することにより穿孔されて、その下の第１レベル金属を露出させる。
【０４０３】
第１レベル金属を露出させる（バックプレーンを通してビアを穿孔して）プロセスの後に、第２レベル金属被覆が形成される。バックプレーン支持の薄型電池に関連して形成される２レベル金属アーキテクチャーは、低コスト、大面積、高効率の太陽電池を製造できるようにする。第２レベル金属の形成が、ここに開示するプロセスフローにステップ１５Ａ及び１５Ｂ１、１５Ｂ２として示されている。第２レベル金属、例えば、長方形又はテーパ付けフィンガーの櫛型パターンは、第１レベルの金属被覆に対して直交方向にパターン化され、換言すれば、Ｍ１及びＭ２の櫛型フィンガーは、実質的に垂直に配置され、これは、第２金属レベルにおける導体フィンガーの数を実質的に少なくし、第２レベル金属の設計ルールを緩和する（第１レベル金属の数百ミクロンに対してミリメータ又はセンチメータ）。図９２は、太陽電池の裏面の上面図で、直交するＭ１／Ｍ２金属被覆構成を示している。或いは又、第１レベル金属が「多Ｈ形状パターン」を使用してパターン化される場合には、第２レベル金属設計ルールが第１レベル金属に本質的に直交せずに緩和される。第２レベル金属の緩和寸法を達成するために多数の幾何学的設計が考えられる。
【０４０４】
第２レベル金属被覆に関して：第２レベル金属は、シード層堆積（例えば、ＰＶＤ又は無電解メッキを使用する）と、ビアホールの底部に露出された第１レベル金属の表面を清掃するための任意のＰＶＤ前表面清掃エッチングとを含む金属メッキシーケンスを使用して形成される。例えば、ＰＶＤ層スタックは、Ａｌを含み、それに続いてＮｉＶ及びＳｎを含む。シード層堆積の後に、メッキされるべきエリアは、例えば、犠牲的レジストのスクリーン印刷を使用して画成される。その後のメッキにおいて、金属（例えば、銅Ｃｕ）及びそれに続くＳｎは、電気メッキにより堆積される。メッキ中に電池の前面（太陽面）を保護するために、前面は、一時的剥離可能な又は永久的に透明な保護層で覆われ、これは、メッキ後に除去／剥離される。或いは又、メッキ用の化学薬品への露出から電池の活性面を保護する電池取り付け具がメッキ中に使用されてもよい。ある場合には、そのような取り付け具として第１レベル金属より遠い縁から引っ込められた第２レベル金属パターンが好都合である。二重層（多層）金属被覆は、製造プロセスの融通性及び電池の機械的融通性の両方を許す。電気メッキプロセスに続いて、レジスト、任意の前面保護層、及びその後、露出されたシード層金属が剥離され、そして任意のアニールの後、電池は、電気的テスト及びモジュール一体化の準備ができる。
【０４０５】
メッキのためのＰＶＤシードとは別に、スクリーン又はインクジェット印刷された金属ペースト又はインクによりシードが準備されてもよい。シード層がパターン化形態で付着される場合には、適当な取り付け具で、メッキのためのスクリーン印刷パターン化が回避される。或いは又、第２レベル金属は、例えば、直接書き込み金属被覆プロセスを使用して、熱スプレー金属として形成され、低資本及び消耗品コスト解決策を使用して製造コストを更に下げることができる。
【０４０６】
バックコンタクトアーキテクチャーに関連したバックプレーンの補強は、パターン設計及び製造処理に関して比較的緩和された第２レベル金属被覆要件を見込んだものである。従って、第２レベル金属被覆に要求される装置は、特に、緩和された幾何学形状に関連して使用されるとき、複雑さのレベルが比較的低くなる。電池の電流を搬送／運搬するためのＭ２金属被覆材料は、これに限定されないが、アルミニウム、又はアルミニウムを高いパーセンテージで含む材料を含み、従って、比較的低いコスト対導電率比を生じる。別のＭ２金属被覆材料は、例えば、銅、アルミニウムと銅及び／又は亜鉛、或いはアルミニウムと銅及び／又は亜鉛の合金の層を含む。
【０４０７】
第２層金属を熱スプレーする（フレームスプレー及び／又はアークスプレーを使用して）前に、穿孔されたビアの底部を低抵抗接触のために準備する任意の清掃及び表面準備ステップが使用される。そのような表面準備は、バックプレーン材料から残留炭素を除去するためのプラズマステップ（酸素及び／又は水素のプラズマのような）、或いはＣＯレーザ穿孔の後にＡｌペースト又はＳｉを伴うＡｌ又は他の材料に見られるもののような自然酸化物を除去するためのフォーミングガスプラズマ（例えば、大気圧の）を含む。酸化物の除去は、パルスナノ秒又はピコ秒レーザのようなレーザを使用して遂行される。或いは又、湿式化学薬品浸漬又は化学蒸着を使用して、そのような酸化物を除去してもよい。ある場合には、酸化物除去は、コントロールされた大気圧を遮断せずに後続のフレームスプレー堆積を実行する一体型ツールにおいて酸化物除去が行われる。熱スプレーされるべき金属材料は、その後の接触（特に、モジュールレベルでの）を許すための、例えば、Ａｌ及び合金、及び／又はＡｌ及びＺｎ（又はＡｌ及びＣｕ、又はＡｌ及びＣｕ及びＺｎ）の積層スタックを含む。水素プラズマでの前清掃は、金属スプレー堆積と組み合わされてもよい。更に、堆積は、１つの金属で開始され、例えば、純Ａｌが二重ワイヤ又は２ワイヤＡＲＣスプレー（ＴＷＡＳ）によりスプレー掛けされ、そして同じマシンを使用して、付加的な金属又は合金が、より簡単な単一ワイヤフィードスプレーで堆積されてもよい。
【０４０８】
第２レベルの金属被覆パターンは、例えば、ウェハの縁にバスバー接続を伴ったり伴わなかったりして金属の交互の／櫛型の直線的な平行ストリップを含む。第２レベル金属がウェハにバスバー接続を伴わない場合に、バス接続は、モジュールストリングの一部分となるか、又は各ストリップセグメントは、モジュールの隣接セルに１つづつ接続される。
【０４０９】
熱スプレーパターン化の実施形態は、例えば、ブランケット金属堆積を行い、その後にマスキング及びエッチングを行って、金属被覆パターンを発生することを含む。或いは又、ある場合には、製造コストを下げるために、第２レベル金属が、金属被覆パターン情報を含むシャドーマスクを通して堆積される。この場合、マスクは、各堆積又は多数の堆積の後に堆積金属残留物が清掃されるか、或いは使い捨ての低コスト材料（例えば、熱及び化学的に耐える紙又は膜）で構成される。
【０４１０】
緩やかなパターン幾何学形状（数ミリから数センチメータの範囲の）をもつある第２レベル金属被覆パターンでは、金属被覆パターンは、例えば、複数のノズルを使用するか、又はノズル又はコーティングされるべき電池のためのスキャニングメカニズムを使用することにより、直接書き込みするように形成される。
【０４１１】
ある場合には、例えば、純Ａｌが電池にスプレー掛けされるとき、任意の第２レベル金属被覆ステップは、例えば、同じツールで堆積されるか又はコントロールされた雰囲気を中断せずに、銅及び／又はＮｉ及び／又はＳｎ及び／又はＺｎ或いは他の金属又は合金のような半田付け可能なコンタクトの局部的な印刷又はスプレー掛けを含む。例えば、１つの実施形態では、Ａｌ（又はＡｌと別の元素、例えば、Ｚｎ又はＣｕとの合金）が主たる金属２構造体として使用され、そしてＣｕ又はＳｎの薄い層が半田付けのために頂部に堆積される。
【０４１２】
熱又はアークプラズマスプレープロセス（１つ又は複数）のためのコントロールされた雰囲気は、酸素を減少した又は酸素のない雰囲気、例えば、窒素、フォーミングガス、水素、又は不活性の雰囲気、例えば、アルゴン又はヘリウム（必要に応じてガスの閉ループ捕獲及び回復を伴う）を含む。ここに開示するプロセスフローのステップ１６に示すように、前面不動態化並びに第２レベル金属層及びコンタクトを特に最適化するための任意の最終的アニールの後に、電池は、ここに開示するプロセスフローのステップ１７として示すテスト及び分類の準備ができる。
【０４１３】
或いは又、不動態化層が付着された後に必要に応じていつでも最終的アニールが使用されてもよい。
【０４１４】
高効率の太陽電池製造のための熱スプレー一体化スキーム：以下の説明は、一体的第２レベル金属に関連して特に使用されるバックコンタクト太陽電池への熱又はアークプラズマスプレーの概念に直接関連している。熱スプレー又はアークプラズマスプレー（フレーム、アーク又は二重アーク）は、金属の溶融断片がシリコン電池に直接堆積されてオーミック接触として使用されるか又は拡散ソースとして使用される前面結晶、マルチ結晶及び多結晶太陽電池について証明されており、そしてドーパントは、金属種それ自体であってもよいし、又は合体される種がドーパントである場合には金属合金でもよい。しかしながら、熱スプレーは、シリコン太陽電池製造、特に、バックコンタクトの太陽電池に適用されたときに、次のことを含む課題で悩まされている。１）Ｓｉへの直接的な熱スプレーは、コントロールされた熱ゾーンを与えず、従って、コントロールされた意図的な又は意図的でない拡散前面を与えず、そして２）前面シリコン太陽電池における金属のパターン化は、反射エリア、ひいては、光学的陰影を減少することにより高い効率に到達するために微細な幾何学形状を要求する。金属マスク又は直接的書き込みを微細な熱スプレーと共に使用すると、そのような微細な幾何学的形状をサポートするのに要求される臨界寸法の限界にすぐに到達する。
【０４１５】
高効率太陽電池の近年の進歩は、前面における金属カバレージをゼロ金属（バックコンタクト金属しかもたない）に減少するという更なる改善を要求する。高効率のための他の領域は、結晶シリコンの厚みを減少して、材料寿命の小さな公差及び高度な表面を許し、表面再結合を最小にし、及び反射防止コーティングを最大にすることを含む。バックコンタクトの金属被覆、薄いシリコン吸収材厚み、及び特に、２レベル金属電池アーキテクチャーは、熱スプレー金属被覆のための新たな可能性を開く。後部の２レベル金属スキームは、金属印刷のための臨界寸法を緩和する。薄いシリコンは、結合された低コスト基板により、ここに開示するように与えられる機械的支持を要求し、従って、熱スプレーされる材料は、主として支持材料に位置され、堆積熱ゾーンからのＳｉの緩衝を果たす。
【０４１６】
１５６×１５６ｍｍ平方の電池に対してほぼ１０Ａのピーク電流を与える高効率の太陽電池は、モジュール内の残りの電池へ大きな電流を搬送するために低い接触抵抗及び高い導電率の金属被覆を要求する。ある場合には、純アルミニウム、亜鉛、銅、スズ及びそれに対応する合金の適用は、ＰＶＤ及びメッキをしばしば使用するが、これは、太陽電池製造にとって高価であると考えられる。又、ある場合には、ペーストの使用は、ガラスフリットが酸化物層を通してのエッチングを与える場合に、良好な接触抵抗を導くが、低いバルク導電率を犠牲にする。
【０４１７】
ここに開示するバック／裏面コンタクトシリコンセルは、特に第２レベル金属に関して幾何学形状及びパターンの緩和を許す。例えば、薄型電池のバックプレーン補強材料を伴う２レベル金属被覆スキームは、金属間誘電体、並びに直交金属１金属２パターン変換としても働く。この構造は、粗い金属２パターンを可能にし、これは、次いで、直接書き込み金属被覆のために金属マスクを通して熱又はアークプラズマスプレーの使用を許すか、又は共形コーティング及びそれに続くエッチバック方法の使用を許す。結晶シリコン太陽電池を参照して説明したが、ここに開示する構造及び処理方法は、ここに述べた材料に限定されない。重要なことに、このスキームは、マルチ結晶及び多結晶を含むシリコンの異なる結晶状態、並びにＧａＡｓ、ＣＩＧＳ及びＣｄＴｅのような半導体システムに適用される。更に、２レベル金属被覆スキームは、標準厚みのシリコン（１２０から１６０μｍ以上）又は支持される薄いシリコン（５から５０μｍ）を含むシリコン吸収層厚みに適用される。
【０４１８】
厚くて支持されないシリコンについては、熱スプレー材料は、熱酸化物又は堆積された酸化物の頂部に座り、そして酸化物のオープンウインドウ又はビアペースとピラーを通してシリコンに電気的に接触する。更に、標準厚みのシリコンは、第２層金属のピッチを緩和できるバックプレーンを有することからも有益である。図９１ないし９４の電池断面図及び上面図は、印刷又はＰＶＤのような金属被覆方法を利用するのに加えて又はそれとは別に、熱スプレーされる（例えば、低コストの大気圧フレームスプレー及び／又はアークプラズマスプレーによる）金属（例えば、純粋又は合金形態のアルミニウム及び／又は銅を、亜鉛のような他の適当な低コスト金属と共に）を第２金属レベルＭ２として利用する構造体を示す。この第２レベル金属は、希望の金属パターンの位置をイメージする開口をもつ個体マスクを使用する直接書き込み金属２パターン形成のために（コスト削減のために）堆積中にパターン化されるか、又は熱スプレーの共形コーティングに続いてレジストベース又は金属ベースのマスキング及びその後の湿式又は乾式エッチングの後にパターン化される。金属マスクの堆積は、この産業で既に使用されている標準スクリーン印刷技術を使用する。
【０４１９】
バックプレーンで支持される薄いシリコンの場合に、バックプレーンは、誘電体として働く。その下の金属１層への直接的なアクセスを得るために誘電体にビア／ホールが形成され、そして堆積された第２レベル金属Ｍ２がバックプレーンの上面においてパターン化される。誘電体の下の第１金属パターンＭ１は、誘電体の頂部に堆積された熱スプレー掛け第２レベル金属被覆Ｍ２パターンに対して直交してもよいし又は平行でもよい。
【０４２０】
規範的実施形態の以上の説明は、当業者が、請求の範囲の要旨を実施し又は使用できるようにするためのものである。当業者であれば、これら実施形態の種々の変更が容易に明らかであろうし、又、ここに規定する一般的な原理は、革新的な機能を使用せずに他の実施形態に適用することもできる。従って、請求の範囲の要旨は、ここに示した実施形態に制限されるものではなく、ここに開示する原理及び新規な特徴に一貫した最も広い範囲に従うものとする。
【０４２１】
本書に含まれるそのような全てのシステム、方法、特徴及び効果は、特許請求の範囲内に包含されることが意図される。
【符号の説明】
【０４２２】
１１８：第１レベル金属エミッタフィンガー
１２０：第１レベル金属ベースフィンガー
１２２、１２６：溝
１２８：ホール
１３０：エミッタコンタクト
１３４、１３６：エミッタコンタクト
１３８：ベースコンタクト
１４０：ベースコンタクト
１４２：シリコン基板
１４４：ベースコンタクト
１４６、１４８：ガラス層
１５０：前面テクスチャー不動態層
１５２：エミッタ層
１５４：ベースコンタクト
１５６：誘電体層
【図１】
2015516145.tif 000009
【図７８】
2015516145.tif 000010
【図７９】
2015516145.tif 000011
【図８０】
2015516145.tif 000012
【図２】
2015516145.tif 000013
【図３】
2015516145.tif 000014
【図４】
2015516145.tif 000015
【図５】
2015516145.tif 000016
【図６】
2015516145.tif 000017
【図７】
2015516145.tif 000018
【図８】
2015516145.tif 000019
【図９Ａ−９Ｂ】
2015516145.tif 000020
【図９Ｃ−９Ｄ】
2015516145.tif 000021
【図９Ｅ−９Ｆ】
2015516145.tif 000022
【図９Ｇ−９Ｈ】
2015516145.tif 000023
【図９Ｉ−９Ｊ】
2015516145.tif 000024
【図９Ｋ−９Ｌ】
2015516145.tif 000025
【図１０】
2015516145.tif 000026
【図１１】
2015516145.tif 000027
【図１２】
2015516145.tif 000028
【図１３】
2015516145.tif 000029
【図１４】
2015516145.tif 000030
【図１５】
2015516145.tif 000031
【図１６】
2015516145.tif 000032
【図１７】
2015516145.tif 000033
【図１８】
2015516145.tif 000034
【図１９】
2015516145.tif 000035
【図２０】
2015516145.tif 000036
【図２１】
2015516145.tif 000037
【図２２】
2015516145.tif 000038
【図２３】
2015516145.tif 000039
【図２４】
2015516145.tif 000040
【図２５】
2015516145.tif 000041
【図２６】
2015516145.tif 000042
【図２７】
2015516145.tif 000043
【図２８】
2015516145.tif 000044
【図２９】
2015516145.tif 000045
【図３０】
2015516145.tif 000046
【図３１】
2015516145.tif 000047
【図３２】
2015516145.tif 000048
【図３３】
2015516145.tif 000049
【図３４】
2015516145.tif 000050
【図３５】
2015516145.tif 000051
【図３６】
2015516145.tif 000052
【図３７】
2015516145.tif 000053
【図３８】
2015516145.tif 000054
【図３９】
2015516145.tif 000055
【図４０】
2015516145.tif 000056
【図４１】
2015516145.tif 000057
【図４２】
2015516145.tif 000058
【図４３】
2015516145.tif 000059
【図４４】
2015516145.tif 000060
【図４５】
2015516145.tif 000061
【図４６】
2015516145.tif 000062
【図４７】
2015516145.tif 000063
【図４８】
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【図４９】
2015516145.tif 000065
【図５０】
2015516145.tif 000066
【図５１】
2015516145.tif 000067
【図５２】
2015516145.tif 000068
【図５３】
2015516145.tif 000069
【図５４】
2015516145.tif 000070
【図５５】
2015516145.tif 000071
【図５６】
2015516145.tif 000072
【図５７】
2015516145.tif 000073
【図５８】
2015516145.tif 000074
【図５９】
2015516145.tif 000075
【図６０】
2015516145.tif 000076
【図６１Ａ】
2015516145.tif 000077
【図６１Ｂ】
2015516145.tif 000078
【図６１Ｃ】
2015516145.tif 000079
【図６２Ａ】
2015516145.tif 000080
【図６２Ｂ】
2015516145.tif 000081
【図６２Ｃ】
2015516145.tif 000082
【図６２Ｄ】
2015516145.tif 000083
【図６２Ｅ】
2015516145.tif 000084
【図６２Ｆ】
2015516145.tif 000085
【図６２Ｇ】
2015516145.tif 000086
【図６３Ａ】
2015516145.tif 000087
【図６３Ｂ】
2015516145.tif 000088
【図６３Ｃ】
2015516145.tif 000089
【図６３Ｄ】
2015516145.tif 000090
【図６４Ａ】
2015516145.tif 000091
【図６４Ｂ】
2015516145.tif 000092
【図６４Ｃ】
2015516145.tif 000093
【図６４Ｄ】
2015516145.tif 000094
【図６４Ｅ】
2015516145.tif 000095
【図６４Ｆ】
2015516145.tif 000096
【図６５Ａ】
2015516145.tif 000097
【図６５Ｂ】
2015516145.tif 000098
【図６５Ｃ】
2015516145.tif 000099
【図６５Ｄ】
2015516145.tif 000100
【図６６】
2015516145.tif 000101
【図６７】
2015516145.tif 000102
【図６８Ａ】
2015516145.tif 000103
【図６８Ｂ】
2015516145.tif 000104
【図６８Ｃ】
2015516145.tif 000105
【図６９】
2015516145.tif 000106
【図７０】
2015516145.tif 000107
【図７１】
2015516145.tif 000108
【図７２Ａ】
2015516145.tif 000109
【図７２Ｂ】
2015516145.tif 000110
【図７３Ａ】
2015516145.tif 000111
【図７３Ｂ】
2015516145.tif 000112
【図７３Ｃ】
2015516145.tif 000113
【図７３Ｄ】
2015516145.tif 000114
【図７３Ｅ】
2015516145.tif 000115
【図７３Ｆ】
2015516145.tif 000116
【図７３Ｇ】
2015516145.tif 000117
【図７３Ｈ】
2015516145.tif 000118
【図７３Ｉ】
2015516145.tif 000119
【図７３Ｊ】
2015516145.tif 000120
【図７４Ａ】
2015516145.tif 000121
【図７４Ｂ】
2015516145.tif 000122
【図７４Ｃ】
2015516145.tif 000123
【図７４Ｄ】
2015516145.tif 000124
【図７５】
2015516145.tif 000125
【図７６】
2015516145.tif 000126
【図７７Ａ】
2015516145.tif 000127
【図７７Ｂ】
2015516145.tif 000128
【図７７Ｃ】
2015516145.tif 000129
【図７７Ｄ】
2015516145.tif 000130
【図８１】
2015516145.tif 000131
【図８２】
2015516145.tif 000132
【図８３】
2015516145.tif 000133
【図８４】
2015516145.tif 000134
【図８５】
2015516145.tif 000135
【図８６】
2015516145.tif 000136
【図８７】
2015516145.tif 000137
【図８８Ａ】
2015516145.tif 000138
【図８８Ｂ】
2015516145.tif 000139
【図８８Ｃ】
2015516145.tif 000140
【図８９】
2015516145.tif 000141
【図９０】
2015516145.tif 000142
【図９１】
2015516145.tif 000143
【図９２】
2015516145.tif 000144
【図９３】
2015516145.tif 000145
【図９４】
2015516145.tif 000146
【図９５Ａ】
2015516145.tif 000147
【図９５Ｂ】
2015516145.tif 000148
【図９６】
2015516145.tif 000149
【図９７】
2015516145.tif 000150
【国際調査報告】
2015516145.tif 000151
2015516145.tif 000152