(57)【要約】基板の上に金属フィルムパターンをパターン形成する方法および結果として得られる構造であって、この方法は、基板の上に金属フィルムパターンを形成するステップと、基板表面および金属フィルムパターンの上にコーティングを堆積させるステップと、レーザ照射によって金属フィルムパターンの上のコーティングを取り除くステップとを含む。基板およびコーティングは、レーザ照射と有意には相互作用せず、レーザ照射は金属フィルムパターンおよびコーティングと相互作用し、その結果金属フィルムパターンの上のコーティングが取り除かれる。本発明により、太陽電池向けの誘電体コーティングに取り囲まれている金属パターンの形成のための技法が提案され、誘電体コーティングは、前面上で反射防止コーティング、裏面上で内部反射体として機能することができ、さらにいずれかの面上の金属パターンを後に電気めっきする際の誘電体バリアとして機能することもできる。
2015510692.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上に金属フィルムパターンをパターン形成する方法であって、
前記基板の上に金属フィルムパターンを形成するステップと、
前記基板表面および前記金属フィルムパターンの上にコーティングを堆積させるステップと、
レーザ照射によって前記金属フィルムパターンの上の前記コーティングを取り除くステップとを含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記基板の表面の上に金属フィルムを堆積させるステップと、
前記金属フィルムの上にエッチレジストを堆積させるステップと、
前記金属フィルムをエッチングするステップと、
前記エッチレジストを取り除くステップと
によって前記金属フィルムパターンが形成されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記金属フィルムパターンは、金属ペーストをスクリーン印刷すること、ナノ粒子金属インクをインクジェット印刷すること、または金属ナノ粒子をエアロゾル印刷することによって形成されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記基板およびコーティングは、前記レーザ照射と有意には相互作用しないことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記レーザ照射は、前記金属フィルムパターンおよび前記コーティングと相互作用し、その結果前記金属フィルムパターンの上の前記コーティングが取り除かれることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記基板は、太陽電池向けの基板を備えることを特徴とする上記請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
前記金属フィルムパターンは、太陽電池の前方および／または後方コンタクト電極を形成することを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記金属フィルムパターンは、後に金属で電気めっきされて、前記金属フィルムパターンの電気伝導性を向上させることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記コーティングは、誘電体光反射防止層であることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
前記コーティングは光反射層であることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項１１】
基板の上で、金属フィルムフィンガーパターンがコーティングに取り囲まれ、前記金属フィルムフィンガーと前記取り囲んでいるコーティングとの間に隙間が存在しないことを特徴とする上記請求項１〜１０のいずれかに従って形成される構造。
【請求項１２】
前記パターン形成されたレジストは、続くパターンマスクの露光および現像を必要とすることなく、直接書き込まれ、その場で硬化されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項１３】
前記レジストをパターン形成する直接書込み技法は、インクジェットまたはスクリーン印刷であることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記金属フィルムパターンは、様々な組成の複数の薄膜金属層を備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記金属フィルムパターンは、以下の金属または金属合金：クロム、銀、銅、ニッケル、チタン、アルミニウム、ニッケル−バナジウム、ニッケル−ニオブ、ニッケル−チタン、ニッケル−ジルコニウム、ニッケル−クロム、ニッケル−白金、ニッケル−アルミニウム、ニッケル−タングステン、チタン−タングステン、コバルト−ニッケル、クロム−コバルト−ニッケル、クロム−コバルト、クロム−ニッケル、クロム−シリコン、クロム−銅、クロム−アルミニウム、アルミニウム−シリコン−銅、アルミニウム−シリコンまたはアルミニウム−クロムのうちの１または複数で構成されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
複数の薄膜金属の積層における最上金属フィルムは直接電気めっき可能で、以下の金属層：銀、銅、ニッケル、クロム、ニッケル−ニオブ、ニッケル−バナジウム、ニッケル−チタン、ニッケル−ジルコニウム、ニッケル−クロム、ニッケル−白金、ニッケル−アルミニウム、ニッケル−タングステン、クロム−コバルト−ニッケル、クロム−コバルト、クロム−ニッケル、クロム−シリコン、クロム−銅またはクロム−アルミニウムのうち１つからなることを特徴とする請求項１４または１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記レーザ照射は、パルス幅が２００ｎｓｅｃ未満で平均出力密度が２ジュール毎平方センチメートル未満のパルス状であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記レーザ照射は、２５０ｎｍから２０００ｎｍの範囲、理想的には９００ｎｍから２０００ｎｍの範囲の波長を有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
前記レーザ照射５は、トップハットビームプロファイルを有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
前記基板は、光トラッピングを向上させるためにその一方または両方の表面がテクスチャ加工された太陽電池向けシリコンウエハであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２１】
前記レーザ照射は、前記金属フィルムパターンの上の前記コーティングを部分的に取り除く、または分断させることを特徴とする請求項１または２０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願情報
本出願は、２０１２年１月２３日に出願された米国特許仮出願第６１／５８９，４５９号明細書の優先権を主張する。本出願はまた、２０１０年４月２１日に出願され、国際公開第２０１０／１２３９７４号パンフレットとして２０１０年１０月２８日に公開され、２００９年４月２１日に出願された米国特許仮出願第６１／１７１，１９４号明細書の優先権を主張する、「高効率太陽電池構造および製造方法（Ｈｉｇｈ−Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ  Ｓｏｌａｒ  Ｃｅｌｌ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｏｆ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ）」と題されるＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０３１８６９号にも関連している。これらの出願はそれぞれ、参照によりその全体が本明細書中に援用される。本発明の態様はすべて、上記出願の開示と組み合わせて使用することができる。
【０００２】
本発明は、太陽電池およびモジュールに関する。特に、本発明は、太陽電池構造の改良および電池効率増進のための製造方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
太陽電池は、本質的に無限の量の太陽エネルギーを使用可能な電力に変換することによって、社会に広範にわたる利益をもたらしている。それらの使用が増加するにつれて、ある種の経済的要因、たとえば大量生産および効率などが重要となる。
【０００４】
図１〜図２の例示的な太陽電池の概略断面図を参照すると、太陽放射線は、通常前側と称される太陽電池の一方の表面を優先的に照射するとされている。入射する光子から電気エネルギーへの高いエネルギー変換効率を実現するためには、光子がシリコンウエハ内に効率良く吸収されることが重要である。これは、前側上の優れた表面テクスチャ加工（Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｔｅｘｔｕｒｉｎｇ）および反射防止コーティング、ならびにウエハ自体を除くすべての層内部での低い寄生的吸収によって実現することができる。高い太陽電池効率のための重要なパラメータは、金属電極による前面の遮光量である。一般に、最適化された金属グリッドは、グリッドの金属構造の遮光の損失と電気抵抗の損失とのトレードオフである。太陽電池の効率の最適化には、高い電気伝導率を有するはずの非常に微細でそれらの間の距離が短いフィンガーを有するグリッドが必要となる。この構造を形成するための実用的な技術が、この発明の対象である。
【０００５】
一部の太陽電池の生産技術では、前面上に電極を印刷するためにスクリーン印刷技術を使用することができる。銀ペーストを窒化ケイ素反射防止コーティングの上に印刷し、高温プロセスにおいてコーティングをファイヤスルーすることができる。これは、短いプロセス順序であり、したがって結晶性シリコン太陽電池技術において最も高い市場占有率を獲得している。しかしながら、この手法に特有のある種の特性には、金属グリッドの５０μｍを超える、典型的には約１００μｍの比較的広い線幅およびかなり低い線導電率が含まれ、これらは印刷されるペースト中における幾つかの非金属の構成成分の使用に起因している。また、焼成プロセスにより、結果的に金属ペーストの成分が反射防止層を通って基板内に貫入し、そこで再結合の増加が起こる。これは、前方の接合素子と後方の接合素子との両方の場合に通じ、前方の接合素子では、空間電荷領域への望ましくない貫入によってｐｎ接合が重大な損傷を受ける可能性があり、後方接合素子では、前面の再結合が増加し後方の接合エミッタの収集効率が大幅に低下する。
【０００６】
前側のメタライゼーションについて改良した構造、すなわち、高効率太陽電池向けに最適化された前方コンタクト構造を図１に示す。反射防止誘電体コーティング２は、金属コンタクト４の真下を除いた全面で基板１を覆う。メタライゼーション線４の線幅は、５０μｍ程度またはそれ以下で、前側の金属による総表面被覆率は、約７％以下である。
【０００７】
より高い伝導率を得るために、薄い金属コンタクト４は、続いて必要とされる厚さまでめっき（４’）してもよい。図２は、所望の厚さまでの電極４’のめっきを開始するためのシード層として、金属コンタクト線４を使用することができることを示している。線導電率増大のために電気めっきを使用すると、めっきされた金属４’の優れた均一性を可能とするために、約５０〜５００ｎｍ程度の十分な厚さの金属コンタクト４が必要となる。めっきが行われる場合、反射防止コーティング２は、基板の表面上への金属めっきを防止するためにめっきバリアとしても機能しなければならず、このためだけに、反射防止コーティングは優れた電気絶縁体、たとえば、大半が損傷を受けていない誘電体フィルムでなければならない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
太陽電池についての導電性金属グリッドの形成のための現況技術は高価すぎる、かつ／または特定の性能に限界がある。したがって、太陽電池についての導電性金属グリッドの形成のための簡単で、高性能、また費用対効果が大きい手段が必要とされる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明には、金属パターンからの誘電体コーティングの選択的レーザアブレーションを採用することによって、たとえば、太陽電池向けの基板上に、導電性金属グリッドを製造するための技法が含まれる。
【００１０】
本発明は、一態様において、基板の上の金属フィルムパターンをパターン形成する方法および結果として得られる構造であって、この方法は、前記基板の上に金属フィルムパターンを形成するステップと、前記基板表面および前記金属フィルムパターンの上にコーティングを堆積させるステップと、レーザ照射によって前記金属フィルムパターンの上の前記コーティングを取り除くステップとを含む。金属フィルムパターンは、前記基板の表面の上に金属フィルムを堆積させるステップと、前記金属フィルムの上にエッチレジストを堆積させるステップと、前記金属フィルムをエッチングするステップと、前記エッチレジストを取り除くステップとによって形成することができる。前記金属フィルムパターンは、金属ペーストをスクリーン印刷すること、ナノ粒子金属インクをインクジェット印刷すること、または金属ナノ粒子をエアロゾル印刷することによって形成することができる。
【００１１】
一態様において、前記基板およびコーティングは、前記レーザ照射と有意には相互作用せず、前記レーザ照射は前記金属フィルムパターンおよび前記コーティングと相互作用し、その結果前記金属フィルムパターンの上の前記コーティングが取り除かれる。前記レーザ照射により、前記金属フィルムパターンの上の前記コーティングを部分的に取り除く、または分断させることができる。
【００１２】
前記基板は、太陽電池向け基板を備えることができ、前記金属フィルムパターンは、太陽電池の前方および／または後方コンタクト電極を形成する。前記金属フィルムパターンは、後に金属で電気めっきして、前記金属フィルムパターンの電気伝導性を向上させることができる。前記コーティングは、誘電体光反射防止層または光反射層でよい。
【００１３】
本発明には、本明細書中に記載されている方法のいずれかにより形成される構造が含まれ、基板の上で、金属フィルムフィンガーパターンがコーティングに取り囲まれ、前記金属フィルムフィンガーと前記取り囲んでいるコーティングとの間には隙間が存在しない。
【００１４】
一実施形態においては、レジストを使用して金属層を局所的にエッチバックし、その後メタライズされた領域を含めた全域に誘電体コーティングを堆積させ、金属の最上部から誘電体コーティングの選択的レーザアブレーションを行う。
【００１５】
さらなる一実施形態においては、金属ナノ粒子のインクジェットまたはエアロゾル印刷を使用して金属パターンを形成し、その後メタライズされた領域を含めた全域に誘電体コーティングを堆積させ、金属の最上部から前記誘電体コーティングの選択的レーザアブレーションを行う。
【００１６】
さらなる一実施形態においては、金属ペーストのスクリーン印刷を使用して金属パターンを形成し、その後メタライズされた領域を含めた全域に誘電体コーティングを堆積させ、金属の最上部から誘電体コーティングの選択的レーザアブレーションを行う。
【００１７】
本発明により、現状の現況技術に勝る多くの明白な利点がもたらされる。具体的に、それは太陽電池向けの誘電体コーティング２に取り囲まれている金属パターン４の形成のための簡単な技法であり、誘電体コーティングは、前面上で反射防止コーティング、裏面上で内部反射体として機能することができ、さらにいずれかの面上の金属パターンを後に電気めっきする際の誘電体バリアとして機能することもできる。また、本発明により、基板の片側のみに製作されるコンタクト構造用の櫛形コンタクトグリッドを製作する好ましい方法も提案される。
【００１８】
この発明の一実施形態においては、基板のより広い領域にレーザビームが照射されたとしても、パターン形成された金属で覆われているそれらの基板領域からのみレーザアブレーションによって誘電体コーティングが選択的に取り除かれるため、非常に微細な金属パターンを生成することができる。誘電体コーティング２のこうした選択的レーザアブレーションは、それが、誘電体コーティングの除去に関して、レーザ照射と、金属４および誘電体上に重なる誘電体コーティング２’との相互作用に依拠するため、自己整合的なパターン形成プロセスである。金属で覆われていないそれらの領域における誘電体コーティング２および基板１は、これらの領域に同じレーザビームが照射されていることがあるにもかかわらず、大半がレーザ照射の影響を受けない。誘電体コーティングのこうした自己整合的なレーザアブレーションとは、図１にあるような非常に幅狭の金属パターンを生成することができ、誘電体コーティングの開口のサイズだけが金属パターンのサイズおよびレーザ照射の波長に支配されることを意味する。さらに、このような自己整合的な選択的レーザアブレーションのパターン形成は、簡単で歩留りが高く、費用対効果が大きい製造プロセスである。
【００１９】
誘電体コーティング２の選択的レーザアブレーションのパターン形成により、そうでない場合に金属リフトオフなどの技術において観察されることがある、金属と誘電体反射防止コーティングとの間のいかなる空隙も回避される。これは重要なことである。というのも誘電体コーティングは、基板と、任意のめっき金属および周囲環境との間のバリアとして作用するからである。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
本発明と見なされる対象には特に目を向け、本明細書の終わりに特許請求の範囲において明確に主張する。本発明の上記および他の目的、特徴および利点は、添付図面と組み合わせて理解される以下の詳細な説明から明らかである。
【００２１】
【図１】高効率太陽電池向けの最適化した前方コンタクト構造を有する太陽電池の概略的な部分断面図である。
【図２】所望の厚さまでの電極４’のめっきを開始するためのシード層として使用することができる金属コンタクト線４を示す図である。  図３〜図１６は、金属エッチレジストを使用して、たとえば、太陽電池向けの金属グリッドパターンを形成する本発明の例示的な実施形態を示す、太陽電池の概略図、部分断面図であり、次の通りである。
【図３】基板上に堆積される金属フィルムを示す図である。
【図４】金属層の上に施される幅狭レジスト線を示す図である。
【図５】レジストで覆われている部分以外エッチングされた金属フィルムを示す図である。
【図６】レジストが取り除かれることにより、基板上に幅狭線金属パターンが残されることを示す図である。
【図７】前面にわたって堆積される誘電体コーティングを示す図である。
【図８】基板に適用されるレーザ照射を示す図であり、その結果図９に示す構造が得られる。
【図９】誘電体層の除去後、金属構造および誘電層が、金属フィルムと誘電体コーティングとの間に隙間なく基板を覆うことを示す図である。
【図１０】所要の線導電率を実現するためにめっきによって厚くした金属グリッドパターンを示す図である。
【図１１】太陽電池の前側および／または後側に現れうる予定の金属パターンを示す図である。
【図１２ａ】幅狭線金属フィンガーの詳細を示す平面および断面図である。
【図１２ｂ】幅狭線金属フィンガーの詳細を示す平面および断面図である。
【図１３】本発明のレーザ加工を行うために適しているレーザ機械加工システムを示す簡略化した図である。
【図１４】本発明による２つの適用可能なビーム強度出力密度またはフルエンスプロファイルの例を示す図である。
【図１５ａ】本発明に従って、パターン形成された金属フィルムの上に重なる誘電体コーティングの自己整合的な選択的レーザアブレーションのためのプロセスにおいて、正方形のトップハットビームプロファイルをどのように基板の上に走査するまたは並進させることができるかを示す例を示す図である。
【図１５ｂ】本発明に従って、パターン形成された金属フィルムの上に重なる誘電体コーティングの自己整合的な選択的レーザアブレーションのためのプロセスにおいて、正方形のトップハットビームプロファイルをどのように基板の上に走査するまたは並進させることができるかを示す例を示す図である。
【図１６ａ】本発明に従って、パターン形成された金属フィルムの上に重なる誘電体コーティングの自己整合的な選択的レーザアブレーションのためのプロセスにおいて、正方形のトップハットビームプロファイルをどのように基板の上に走査するまたは並進させることができるかを示す例を示す図である。
【図１６ｂ】本発明に従って、パターン形成された金属フィルムの上に重なる誘電体コーティングの自己整合的な選択的レーザアブレーションのためのプロセスにおいて、正方形のトップハットビームプロファイルをどのように基板の上に走査するまたは並進させることができるかを示す例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図３〜図１６（ここでは、同様の要素を参照するために同様の参照番号を使用する）は、金属エッチレジストを使用して、金属グリッドパターン（たとえば、太陽電池用）を形成する、本発明の例示的な実施形態を示す。本発明に従って基板上に金属パターンを形成するための技術は数多く存在し、提示する順序は可能な一例に過ぎないことが理解される。
【００２３】
初めに、基板１を提供する。この基板は、ｐ型またはｎ型のいずれかをドーピングしたシリコン半導体ウエハでよい。この基板を、たとえば、ランダムピラミッドパターンによりテクスチャ加工して、太陽電池における光トラッピングを向上させることができる。この基板には、エミッタ構造または表面場を形成するように片面または両面にドーパントが拡散していてもよい。このようなドーパントの拡散は、たとえば、いわゆる選択的エミッタ構造を形成するように、パターン化してもよい。基板の片側表面または両表面には、薄膜パッシベーション層が存在していてもよい。このようなパッシベーション層は、たとえば、ドープもしくは真性非晶質シリコン層、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、ドープもしくは真性ポリシリコン、ドープもしくは真性炭化ケイ素、酸化アルミニウム、またはこのような多種多様のパッシベーション層およびその組合せのいずれかで構成することができる。
【００２４】
基板の表面にわたって金属フィルム４を堆積させ、結果的に基板１の上の金属層４を示す図３に示す構造を得る。このような金属堆積は、たとえば、スパッタリング、熱蒸着、または電子ビーム蒸着など、十分に確立されている技法を用いて行うことができる。この金属フィルムは、複数の異なる金属層で構成され、これらの金属層は異なる機能を行うことが求められことが理解される。たとえば、底部の、つまり基板に隣接する金属層は、優れた電気接点を形成し、基板に対する密着性をもたらすことを求められることがあり、最上または中間の金属層は、拡散バリアとして作用することを求められることがあり、最上金属層は、電気めっきシードとして機能する必要があることがある。さらに、金属フィルムには、後の選択的な誘電体のレーザアブレーションを可能とするために特定の特性、たとえば、厚さおよび／または組成が必要とされることが理解される。
【００２５】
金属フィルム４の上に幅狭レジスト線３を施し、結果的に図４に示す構造を得る。
【００２６】
レジストは、基板の表面上で任意のパターンを形成することができる。太陽電池の場合には、このようはパターンを、たとえば、多くの幅狭のフィンガーと、数本のより幅広のバスバーとで構成することができる。レジスト３は、たとえば、インクジェットまたはスクリーン印刷によって施すことができる。あるいは、フォトリソグラフィ手段によって幅狭レジスト線３を形成することもできる。
【００２７】
レジスト３で覆われている部分を除いて金属フィルム４をエッチングし、結果的に図５に示す構造を得る。金属エッチングは、たとえば、酸エッチングによって行うことができる。金属エッチングの度合いは、大小のアンダーカット（ｕｎｄｅｒｃｕｔ）を作成し、またはアンダーカットを作成せず、したがって最終的な線幅を画定するように制御することができる。
【００２８】
レジストを取り除き、基板上に金属パターン４を残し、結果的に図６に示す構造を得る。
【００２９】
太陽電池の前面の場合には、５０μｍ未満のフィンガー幅を容易に実現することができる。
【００３０】
全面にわたって誘電体コーティング２を堆積させ、結果的に図７に示す構造を得る。部分的に、誘電体コーティングは、金属フィルム４を覆う（２’）。
【００３１】
このような誘電体堆積は、たとえば、スパッタリング、ディップコーティング、化学気相成長、プラズマ強化化学気相成長などの十分に確立されている技法を用いて行うことができる。太陽電池の前面の場合には、この誘電体コーティング２が反射防止コーティングとして機能することがあり、また太陽電池の表面を不動態化することもあることが理解される。さらに、この誘電体層は、たとえば、周知の技法を実施して反射防止性を向上させるために、複数の異なる層および／または傾斜層で構成することができることが理解される。
【００３２】
この構造に適用されるレーザ照射５を示す図８に示されるように、基板の表面にレーザビーム５を照射し、結果として図９に示す構造を得る。一実施形態においては、誘電体コーティング２も基板１もビームと有意には相互作用しない、すなわちレーザビーム５ａが、著しい損傷を与えることなくこれらの領域を通り抜けるように、レーザ照射パラメータを選択する。金属フィルム４と有意に相互作用するようにレーザ照射パラメータを選択し、レーザビーム５ｂは金属フィルム４において吸収される。この吸収の結果、金属フィルムを部分的に切除することができ、特に金属表面の薄い層を切除することができる。この相互作用により、金属フィルム４の上に重なる２’誘電体コーティングが局所的に取り除かれる。
【００３３】
基板の全面に照射しても、あるいは金属パターンを有するその領域のみを照射してもよい。
【００３４】
この選択的誘電アブレーションの結果として、図９に示す構造を得る。この図９には、誘電体層２の除去後、金属構造４および誘電体層２が、金属フィルムと誘電体コーティングとの間に隙間なく基板１全体を覆うことが示してある。
【００３５】
ここで、基板上にその後の処理を行ってもよく、たとえば、清浄して破片を取り除き、または熱処理して電気接点を改善することができる。シリコン太陽電池の前面の場合には、所要の線導電率を実現させるために、図１０に示すようにめっき４’によって金属フィルム４を厚くすることができる。誘電体コーティング２は、めっき金属４と基板との間でバリアとして働く。
【００３６】
総合すれば、この例により、太陽電池向け金属接点構造の形成のための、簡単なプロセス順序が示される。プロセス順序は一例において以下の通りである。
１．基板上に金属フィルムを堆積させる。
２．レジストを施す。
３．金属をエッチングし、レジストを取り除く。
４．誘電体フィルムを堆積させる。
５．レーザアブレーションを行う。
６．めっきする。
【００３７】
さらに、このようなプロセス順序は、太陽電池の前面および／または後面上の接点構造の形成に適用可能であることが理解される。さらに、追加のプロセスステップを追加することなく、前面および後面の両方で同時にこの順序を実施することができることが理解される。
【実施例】
【００３８】
選択的レーザアブレーションの実施例
【００３９】
図１１は、太陽電池基板１の前側および／または後側に現れうる予定の金属パターンを示す。この金属パターンは、たとえば、バスバー６および幅狭ラインフィンガー４で構成されてもよい。
【００４０】
図１２ａ〜図１２ｂは、太陽電池の一部で現れることがある幅狭ライン金属フィンガー４の詳細を示す平面図および断面図である。図１２ａ（平面図および断面図）は、金属フィンガー４を覆う誘電体コーティング２を示す。図１２ｂ（平面図および断面図）は、レーザ照射により金属フィンガーの最上部から誘電体コーティングを取り除いた後の電池を示す。
【００４１】
図１３は、本発明によるレーザ加工を行うために適しているレーザ機械加工システムの簡略化した図を示す。レーザビームは、レーザで生成される。レーザビームは、任意選択の外部光学系を通して供給され、外部光学系は、ビームエキスパンダ、ビームコリメータ、ビームホモジナイザ、投影マスク（ｉｍａｇｅｄ  ｍａｓｋ）、ファイバビーム送達システム、可変減衰器、リレーレンズおよびミラーなどの構成要素を備えることができる。ガルバノメータスキャナおよび／または並進ステージ（ｔｒａｎｓｌａｔｉｏｎ  ｓｔａｇｅ）を使用して、レーザビームを並進させることにより、基板（たとえば、太陽電池向け）を網羅する。最終レンズを使用して、ビームの焦点を、基板（たとえば、太陽電池向け）上に合わせる。図１３に例示するような、かかるレーザ機械加工システム配置は容易に入手可能であり、太陽電池製造などハイスループット工業用途に適用可能である。
【００４２】
本発明では、異なるレーザビーム強度プロファイルを使用してもよい。図１４は、２つの適用可能なビーム強度（出力密度またはフルエンス）プロファイルの例を示す。
【００４３】
ガウシアンビームプロファイル、またはガウシアンに近いプロファイルは、多くのレーザ源によって典型的に発生するものであり、いかなる横断面における強度分布も、ビーム軸を中心とする円対称のガウス関数である。示している代替のビームプロファイルは、いわゆる「トップハット」または「フラットトップ」ビームプロファイルである。このようなプロファイルは、理想的にはほぼ均等な強度を露光領域内に有する。トップハットの露光領域の形状は、円形、正方形、矩形または適切な光学系によって生成される任意の形状でよい。このようなトップハットビームプロファイルは、典型的には、ビームシェイパ（ｂｅａｍ  ｓｈａｐｅｒ）と呼ばれる特殊な回折または屈折光学系、または多モードファイバを使用して生成される。本発明によるレーザ加工に、これらのプロファイルのいずれか、またはこれらの組合せもしくは変形を使用してもよい。
【００４４】
図１５ａ〜図１５ｂおよび図１６ａ〜図１６ｂは、パターン形成された金属フィルム４の上に重なる誘電体コーティングの自己整合的な選択的レーザアブレーション（ｓｅｌｆ−ａｌｉｇｎｅｄ  ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  ｌａｓｅｒ  ａｂｌａｔｉｏｎ）のためのプロセスにおいて、正方形のトップハットビームプロファイルをどのように基板の上に走査するまたは並進させるかを示す例を示す。図に示すように、このプロセスは、幅狭の金属フィンガーのサイズ、配置および形状の変動に対して認容性がある。様々な異なるビーム走査、オーバーラップおよび配置方式がこの発明に適用可能であり、示した２つは、一般的原理の代表的な例に過ぎないことが理解される。
【００４５】
図１５ａ〜図１５ｂは、正方形のトップハットプロファイルのレーザビームスポットを用いた全域レーザ照射の例を示す。正方形のスポットを走査するまたは並進させて、プロセス領域全体を網羅する。図１５ｂから分かるように、パターン形成された金属フィルム４の上に重なる誘電体コーティングを除去する自己整合的な選択的レーザアブレーションプロセスに関し、この照射パターンは、パターン形成された金属フィルム４のサイズ、位置または形状を問わず機能する。
【００４６】
図１６ａ〜図１６ｂは、正方形のトップハットプロファイルのレーザビームスポットを用いた整合的なレーザ照射パターンの例を示す。正方形のスポットを走査するまたは並進させて、幅狭の金属フィンガー４を網羅する。図１６ｂから分かるように、パターン形成された金属フィルム４の上に重なる誘電体コーティングを除去する選択的レーザアブレーションプロセスに関し、この照射パターンは、幅狭の金属線４のサイズ、位置または形状の変動を正確に追跡する必要がない。
【００４７】
したがって、本発明は、基板の上の金属フィルムパターンをパターン形成する方法であって、この方法は、基板の上に金属フィルムパターンを形成するステップと、基板表面および金属フィルムパターンの上にコーティングを堆積させるステップと、レーザ照射によって金属フィルムパターンの上のコーティングを取り除くステップとを含む。金属フィルムパターンは、基板の表面の上に金属フィルムを堆積させるステップと、金属フィルムの上にエッチレジストを堆積させるステップと、金属フィルムをエッチングするステップと、エッチレジストを取り除くステップとによって形成することができる。金属フィルムパターンは、金属ペーストをスクリーン印刷すること、ナノ粒子金属インクをインクジェット印刷すること、または金属ナノ粒子をエアロゾル印刷することによって形成することができる。
【００４８】
一態様において、基板およびコーティングは、レーザ照射と有意には相互作用せず、レーザ照射は金属フィルムパターンおよびコーティングと相互作用し、その結果金属フィルムパターンの上のコーティングが取り除かれる。このレーザ照射により、金属フィルムパターンの上のコーティングを部分的に取り除く、または分断させることができる。
【００４９】
基板は、太陽電池向け基板を備えることができ、金属フィルムパターンは、太陽電池の前方および／または後方コンタクト電極を形成する。金属フィルムパターンは、後に金属で電気めっきして、金属フィルムパターンの電気伝導性を向上させてもよい。コーティングは、誘電体光反射防止層または光反射層であってもよい。
【００５０】
本発明には本明細書中に記載されている方法のいずれかにより形成される構造が含まれ、基板の上で、金属フィルムフィンガーパターンがコーティングに取り囲まれ、金属フィルムフィンガーと取り囲んでいるコーティングとの間には隙間が存在しない。
【００５１】
パターン形成されたレジストは、続くパターンマスクの露光および現像を必要とすることなく、直接書き込み、その場で硬化することができ、レジストをパターン形成する直接書込み技法は、インクジェットまたはスクリーン印刷である。
【００５２】
金属フィルムパターンは、様々な組成の複数の薄膜金属層を備える。金属フィルムパターンまたはそれら層のいずれかは、以下の金属または金属合金のうちの１または複数で構成することができる：クロム、銀、銅、ニッケル、チタン、アルミニウム、ニッケル−バナジウム、ニッケル−ニオブ、ニッケル−チタン、ニッケル−ジルコニウム、ニッケル−クロム、ニッケル−白金、ニッケル−アルミニウム、ニッケル−タングステン、チタン−タングステン、コバルト−ニッケル、クロム−コバルト−ニッケル、クロム−コバルト、クロム−ニッケル、クロム−シリコン、クロム−銅、クロム−アルミニウム、アルミニウム−シリコン−銅、アルミニウム−シリコンまたはアルミニウム−クロム。複数の薄膜金属の積層における最上金属フィルムは直接電気めっき可能で、以下の金属層のうち１つからなる：銀、銅、ニッケル、クロム、ニッケル−ニオブ、ニッケル−バナジウム、ニッケル−チタン、ニッケル−ジルコニウム、ニッケル−クロム、ニッケル−白金、ニッケル−アルミニウム、ニッケル−タングステン、クロム−コバルト−ニッケル、クロム−コバルト、クロム−ニッケル、クロム−シリコン、クロム−銅またはクロム−アルミニウム。
【００５３】
レーザ照射は、パルス幅が２００ｎｓｅｃ未満で平均出力密度が２ジュール毎平方センチメートル未満のパルス状でよく、２５０ｎｍから２０００ｎｍの範囲、理想的には９００ｎｍから２０００ｎｍの範囲の波長を有し、トップハットビームプロファイルを有する。
【００５４】
本出願は、２００９年４月２１日に出願され出願番号６１／１７１，１９４が割り当てられた「高効率太陽電池構造および製造方法（Ｈｉｇｈ−Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ  Ｓｏｌａｒ  Ｃｅｌｌ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｏｆ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ）」と題される、同一出願人による先願米国仮出願と、また、代理人整理番号３３０４．００１ＡＷＯとして出願され、出願番号ＰＣＴ／ＵＳ１０／３１８６９が割り当てられた「高効率太陽電池構造および製造方法（Ｈｉｇｈ−Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ  Ｓｏｌａｒ  Ｃｅｌｌ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｏｆ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ）」と題される、同一出願人による同時出願の国際特許出願と関連している。これらの出願はそれぞれ、参照によりその全体が本明細書中に援用される。本発明の態様はすべて、上記出願の開示のいずれかと組み合わせて使用することができる。
【００５５】
本明細書において好ましい諸実施形態を図示し、詳細に説明してきたが、本発明の精神から逸脱することなく様々な変更、追加、代替実施形態等が可能であることが、したがってこれらは以下の特許請求の範囲で定義される本発明の範囲内であると見なされることが当業者には明らかであろう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２ａ】
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【図１２ｂ】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５ａ】
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【図１５ｂ】
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【図１６ａ】
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【図１６ｂ】
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【国際調査報告】
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