(57)【要約】  本開示は、太陽光発電素子の接点を形成する方法およびその方法によって製造された太陽光発電素子を提供する。方法は、太陽光発電素子の表面上にポリマー層を堆積するステップと、ポリマー層の一領域をレーザ光に露光するステップと、ポリマー層を現像して、表面の対応する部分にアクセスするための少なくとも１つの開口部をポリマー層内に形成するステップと、導電材料を、導電材料が表面の対応する部分と電気的に接触するようにポリマー層の少なくとも１つの開口部内に堆積するステップと、残っている現像されたポリマー層の少なくとも一部分を表面から除去するステップを含む。
2017527986.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽光発電素子の接点を形成する方法であって、
太陽光発電素子の表面上にポリマー層を堆積するステップと、
前記ポリマー層の一領域をレーザ光に露光するステップと、
前記ポリマー層を現像して、前記表面の対応する部分にアクセスするための少なくとも１つの開口部を前記ポリマー層内に形成するステップと、
導電材料を、導電材料が前記表面の一部と電気的に接触するような方式で前記ポリマー層の前記少なくとも１つの開口部内に堆積するステップと、
残っている現像されたポリマー層の少なくとも一部を前記表面から除去するステップを含む方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、前記ポリマー層はフォトレジスト材料を含む方法。
【請求項３】
請求項２に記載の方法であって、前記フォトレジスト材料はポジ型フォトレジスト材料であり、前記表面の少なくとも１つの部分は前記ポリマー層の露光される領域の下部に配置される方法。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載の方法であって、前記ポリマー層を堆積するステップは、スプレーポリマー材料を前記表面上にスプレーするか、スピン塗布可能なポリマー材料を前記表面上にスピン塗布するか、またはドライフィルムポリマー材料を表面上に施用することを含む方法。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載の方法であって、前記ポリマー層を熱処理することをさらに含む方法。
【請求項６】
請求項５に記載の方法であって、前記ポリマー層を熱処理することは、２０℃から１００℃の間の温度で前記ポリマー層を焼き付けることを含む方法。
【請求項７】
請求項５または６に記載の方法であって、前記ポリマー層を熱処理することは、４０℃から６０℃の間の温度で前記ポリマー層を焼き付けることを含む方法。
【請求項８】
請求項５から７のいずれか一項に記載の方法であって、前記ポリマー層を熱処理することは、５分から６０分の間の期間にわたり前記ポリマー層を焼き付けることを含む方法。
【請求項９】
請求項５から８のいずれか一項に記載の方法であって、前記ポリマー層を熱処理することは、１５分から４５分の間の期間にわたり前記ポリマー層を焼き付けることを含む方法。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか一項に記載の方法であって、前記ポリマー層を堆積することは、多数のポリマー層のスタックを堆積して、各堆積したポリマー層に対して対応する熱処理を実行することを含む方法。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法であって、前記ポリマー層の一領域をレーザ光に露光することは、前記レーザ光を前記領域にわたり移動させて前記領域を前記レーザ光に漸進的に露光することを含む。
【請求項１２】
請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法であって、前記太陽光発電素子は可動段上に配置され、前記ポリマー層の一領域をレーザ光に露光するステップは、前記可動段を前記レーザ光に対して移動させることを含む方法。
【請求項１３】
請求項１から１２のいずれか一項に記載の方法であって、前記レーザ光は複数のレーザビームを含む方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の方法であって、前記複数のレーザビームは複数のレーザ源によって作られる方法。
【請求項１５】
請求項１３または１４に記載の方法であって、前記複数のレーザビームは、１つ以上のビームスプリッタを用いて１つ以上のレーザビームを分岐させることによってもたらされる方法。
【請求項１６】
請求項１から１５のいずれか一項に記載の方法であって、前記ポリマー層は前記レーザ光の影響で部分的に融解する方法。
【請求項１７】
請求項１から１６のいずれか一項に記載の方法であって、前記レーザ光は、前記ポリマー層を通って前記表面の一部分に達し、前記表面の前記部分の特性に影響を与える方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載の方法であって、表面の前記部分は前記レーザ光の影響で部分的に融解する方法。
【請求項１９】
請求項１から１８のいずれか一項に記載の方法であって、レーザ光は青色波長または紫外線波長範囲に波長を有する方法。
【請求項２０】
請求項１から１９のいずれか一項に記載の方法であって、レーザ光は４００ｎｍから４１０ｎｍの範囲の波長を有する方法。
【請求項２１】
請求項１から２０のいずれか一項に記載の方法であって、前記ポリマー層の前記領域に達する前記レーザ光の光電力は０．１ｍＷから１Ｗの間である方法。
【請求項２２】
請求項１から２１のいずれか一項に記載の方法であって、前記ポリマー層を現像するステップは、０．４％から２．０％の重量分のＮａＯＨを含む化学溶液に前記ポリマー層を曝すことを含む方法。
【請求項２３】
請求項２２に記載の方法であって、前記ポリマー層は３０秒から１０分の間の期間にわたり前記化学溶液に曝される方法。
【請求項２４】
請求項１から２３のいずれか一項に記載の方法であって、方法はさらに、前記表面の前記部分を、フッ化水素酸を含有する化学溶液に曝すことを含む方法。
【請求項２５】
請求項１から２４のいずれか一項に記載の方法であって、前記方法はさらに前記表面の前記部分をプラズマエッチングするステップを含む方法。
【請求項２６】
請求項１から２５のいずれか一項に記載の方法であって、導電材料を前記ポリマー層の少なくとも１つの開口部内に堆積させるステップは、第１の導電材料を前記表面の前記部分に電気化学めっきまたは無電界めっきすることを含む方法。
【請求項２７】
請求項２６に記載の方法であって、前記第１の導電材料は銅またはニッケルを含む方法。
【請求項２８】
請求項２６に記載の方法であって、前記方法はさらに、前記表面の前記部分への前記第１の導電材料の付着を促進するために、前記第１の導電材料の堆積の前に、前記表面の前記部分に１つの層を堆積させるステップを含む方法。
【請求項２９】
請求項２６または２８に記載の方法であって、前記方法はさらに、前記表面の前記部分への前記第１の導電材料の付着を促進するために、前記第１の導電材料の堆積の前に、表面の前記部分を化学的に処理するステップを含む方法。
【請求項３０】
請求項２６から２９のいずれか一項に記載の方法であって、前記方法はさらに、前記表面から前記ポリマー層を除去するステップの前または後に、第２の導電材料を、その第２の導電材料が前記第１の導電材料を少なくとも部分的に包囲するように、前記太陽光発電素子の表面に堆積するステップを含む方法。
【請求項３１】
請求項３０に記載の方法であって、第２の導電材料を堆積するステップは、錫を電気化学的にめっきすることを含む方法。
【請求項３２】
請求項３０に記載の方法であって、第２の導電材料を堆積するステップは、錫の無電界めっきを含む方法。
【請求項３３】
請求項１から３２のいずれか一項に記載の方法であって、前記表面から前記ポリマー層を除去するステップは、アセトン、１−メチル−２−ピロリドン、テルペンチンまたはＮａＯＨを含む化学溶液に前記ポリマー層を曝すことを含む方法。
【請求項３４】
太陽光発電素子を形成する方法であって、
不純物含有シリコン基板を提供するステップと、
前記シリコン基板の表面上に真性シリコン層を堆積するステップと、
前記真性シリコン層の少なくとも一部分上に不純物含有シリコン層を堆積するステップと、
前記不純物含有シリコン層の少なくとも一部分上に透明導電性酸化物層を堆積するステップと、
請求項１から３３に記載の方法を用いて、前記透明導電性酸化物層上にパターニングされた金属の電気接点を形成するステップを含む方法。
【請求項３５】
太陽光発電素子であって、
不純物含有シリコン基板と、
前記シリコン基板の表面の少なくとも一部と接触する真性シリコン層と、
前記真性シリコン層の少なくとも一部と接触する不純物含有シリコン層と、
前記不純物含有シリコン層の少なくとも一部と接触する透明導電性酸化物層と、
請求項１から３３の方法によって形成された前記透明導電性酸化物層と電気的に接触するパターニングされた金属接点を備える素子。
【請求項３６】
太陽光発電素子であって、
不純物含有シリコン基板と、
前記シリコン基板の表面の少なくとも一部分と接触する薄膜酸化物自体がトンネル接点である薄膜酸化物層と、
前記薄膜酸化物層の少なくとも一部と接触する不純物含有シリコン層と、
前記不純物含有シリコン層の少なくとも一部と接触する透明導電性酸化物層と、
請求項１から３３のいずれか一項に記載の方法によって形成された前記透明導電性酸化物層と電気的に接触するパターニングされた金属接点を備える素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池セルの形成方法およびその方法によって形成された太陽電池セルに関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池は太陽から来る光子のエネルギーを吸収して電力を生成する。吸収された光子はエネルギーを供給して太陽電池内に電子・正孔対を生成し、それは電界によって、対応する電気的接点の方向に駆動される。前面および裏面電気的接点は、電子と正孔を捕集し、それにより太陽電池から電流を抽出することを可能にする。
【０００３】
商業的に入手可能な太陽電池は一般にパターニングされた前面接点を有する。前面接点は、太陽電池の前面にわたる複数の導電フィンガとして、およびフィンガからのキャリアを捕集し、外部回路に接続される周囲バスバーとして構成されることが多い。前面接点パターンは、シェーディング損失を極減するために、一般に電池の前面の少しの領域のみを占めるように設計される。
【０００４】
前面接点パターンは一般に「スクリーン印刷ステップ」を用いて実現される。アプリケーション次第で、電池の裏面接点もスクリーン印刷によって実現されてもよく、また、パターニングされてもよい。
【０００５】
スクリーン印刷は、事前に作製されたパターンを有するスクリーン印刷マスクの孔に金属ペーストを押し付けることからなる。金属ペーストは一般に銀系のペーストである。銀系のペーストは特に多くの商用太陽電池の前面接点に関して良好なスクリーン印刷性能を提供する。しかしながら、シリコン価格の定常的な降下と銀の高コストが、スクリーン印刷ステップを現行太陽電池素子の最終コストの主要な影響因子にしてきた。
【０００６】
銅等のより安価な材料を用いて太陽電池の電気的接点を実現してもよい。しかしながら、銅はスクリーン印刷に適していないことが実証され、太陽電池の製造者は、銅の接点を彼らの素子に適用する新規の方法を研究している。
【０００７】
太陽電池用の電気的接点を実現する代替的方法が利用可能であり、それらの性能は実験室環境では実証されている。しかしながら、これらの環境は一般に大量の太陽電池製造環境における低コスト且つ高スループット要件に適合しない処理ステップを必要とする。これらの方法の大部分は、フォトリソグラフィーを実行し、接点を形成するための開口部を形成するために、アライメントステップとマスキングステップを必要とする。これらのステップは素子の表面上に厳密な高解像度のパターンを形成することを可能にする。パターンは犠牲層に形成されてもよく、パターンの開口部は、銅等の金属製材料を堆積するために用いられてもよい。パターンを実現するために必要とされる解像度に基づいて、異なる特性のフォトレジスト材料が用いられる。一般に、高解像度フォトレジストは、より低解像度のフォトレジストよりも高価である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
伝統的なフォトリソグラフィーは、マスクの厳密なアライメントと感光材料（フォトレジスト）のスピン塗布を必要とするため、太陽電池の大量製造には実行可能でない。アラインメントステップは複雑で時間がかかることになり得る。太陽電池用の電気的接点を実現するために必要な精度を提供し、且つマスキングステップを包含しないパターニング技法を備えることが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、第１の態様により、太陽光発電素子の接点を形成する方法を提供し、当該方法は、
太陽光発電素子の表面上にポリマー層を形成するステップと、
前記ポリマー層の一領域をレーザ光に露光するステップと、
前記ポリマー層を現像して、前記表面の対応する部分にアクセスするために前記ポリマー層内に少なくとも１つの開口部を形成するステップと、
前記ポリマー層の少なくとも１つの開口部内に導電性材料を、その導電性材料が前記表面の対応する部分と電気的に接触するように堆積させるステップと、
残っている現像された前記ポリマー層の少なくとも一部を前記表面から除去するステップを含む。
【００１０】
一実施形態において、前記ポリマー層は前記レーザ光の影響で部分的に融解する。前記融解した部分の物理特性は、前記融解した部分が現像液内に除去され得るように変えられる。別法として、前記ポリマー層は最初に前記現像液に融解可能であってよく、前記融解した部分は前記現像液に対する耐性を有するようになってもよい。
【００１１】
好ましくは、前記ポリマー層は、層が市販の現像液を用いて現像され得るようにフォトレジスト材料を含んでもよい。
【００１２】
一実施形態において、前記ポリマー層を堆積するステップは、スプレーポリマー材料を前記表面にスプレーすることを含む。前記ポリマー材料はポジ型フォトレジスト材料であってよく、前記表面の少なくとも１つの部分は、フォトレジスト材料の前記露出した領域の下に配置されてもよい。前記ポリマー層はＫＯＮＴＡＣＴ  ＣＨＥＭＩＥ  ＰＯＳＩＴＩＶ２０フォトレジストまたはＥＬＥＣＴＲＯＬＵＢＥ  ＰＲＰポジ型フォトレジストを含んでもよい。
【００１３】
一実施形態において、前記ポリマー層を堆積するステップは、スピン塗布可能なポリマー材料を前記表面上にスピン塗布するか、またはドライフィルムポリマー材料を前記表面上に施用することを含む。このステップは多数回繰り返されてもよい。
【００１４】
一実施形態において、当該方法はさらに、前記ポリマー層を堆積した後に前記ポリマー層を熱処理するステップを含む。前記ポリマー層を熱処理することは、例えば５分から６０分の間の期間にわたり２０℃から１００℃の間の温度で前記ポリマー層を焼き付けることを含む。
【００１５】
前記ポリマー層を堆積することは、多数のポリマー層のスタックを堆積して、各堆積したポリマー層に対して対応する熱処理を実行することを含む。
【００１６】
一実施形態において、前記ポリマー層を熱処理することは、ベルト炉または高温ドライガスを用いて前記フォトレジストを焼き付けることを含む。別の実施形態において、前記フォトレジストはホットプレートを用いて焼き付けられてもよい。
【００１７】
一実施形態において、前記ポリマー層の一領域をレーザ光に露光することは、前記レーザ光をその領域にわたり移動させてその領域を前記レーザ光に漸進的に露光することを含む。
【００１８】
別法として、前記太陽光発電素子は可動ベルト等の可動段上に配置されてもよく、前記ポリマー層の一領域を前記レーザ光に露光するステップは、可動ベルトを前記レーザ光に対して移動させることを含んでもよい。
【００１９】
前記レーザ光は複数のレーザビームを含んでもよい。前記複数のレーザビームは複数のレーザ源によって作られてもよい。１つ以上のビームスプリッタを用いて１つ以上のレーザビームを分岐させることで、前記複数のレーザビームをもたらしてもよい。
【００２０】
一実施形態において、前記レーザ光は、前記ポリマー層を通って前記表面の一部分に達し、前記表面のその部分の特性に影響を与える。前記表面のその部分は前記レーザ光の影響で部分的に融解してもよい。
【００２１】
実施形態において、前記レーザ光は青色波長および／または紫外線波長範囲に波長を有する。前記レーザ光は４００ｎｍから４１０ｎｍの範囲の波長を有してもよい。
【００２２】
前記ポリマー層の領域に達する前記レーザ光の光電力は０．１ｍＷから１Ｗの間であってよい。
【００２３】
一実施形態において、前記ポリマー層を現像するステップは、０．４％から２．０％のＮａＯＨを含む化学溶液に前記ポリマー層を曝すことを含む。前記ポリマー層は前記化学溶液に、３０秒から１０分の間の期間にわたり曝されてもよい。
【００２４】
一実施形態において、前記方法はさらに、前記表面のその部分を、フッ化水素酸を含有する化学溶液に曝すことを含む。一実施形態において、前記方法はさらに前記表面の一部をプラズマエッチングするステップを含む。
【００２５】
実施形態において、第１の導電材料を前記ポリマー層の前記開口部内に堆積させるステップは、前記第１の導電材料を前記表面の一部に電気化学めっきまたは無電界めっきによって堆積させることを含む。前記第１の導電材料は銅またはニッケルを含んでもよい。
【００２６】
実施形態において、前記方法はさらに、前記表面の一部への前記第１の導電材料の付着を促進するために、前記第１の導電材料の堆積の前に、前記表面の一部に導電層を堆積させることを含む。
【００２７】
別の実施形態において、前記方法はさらに、前記表面の一部への前記第１の導電材料の付着を促進するために、前記第１の導電材料の堆積の前に、前記表面の一部を化学的に処理することを含む。
【００２８】
一実施形態において、前記方法はさらに、前記表面から前記ポリマー層を除去する前または後に、第２の導電材料を前記太陽光発電素子の前記表面に堆積して、前記第２の導電材料が前記第１の導電材料を少なくとも部分的に包囲するようにしてもよい。前記第２の導電材料を堆積するステップは、錫の電気化学めっきまたは錫の無電界めっきを含んでもよい。
【００２９】
一実施形態において、前記表面から前記ポリマー層を除去するステップは、アセトン、１−メチル−２−ピロリドン、テルペンチンまたはＮａＯＨを含む化学溶液に前記ポリマー層を曝すことを含む。
【００３０】
第２の態様によれば、本発明は太陽光発電素子を形成する方法を提供し、方法は、
不純物含有シリコン基板を提供するステップと、
前記シリコン基板の表面上に真性シリコン層を堆積するステップと、
前記真性シリコン層の少なくとも一部分上に不純物含有シリコン層を堆積するステップと、
前記堆積された不純物含有シリコン層の少なくとも一部分上に透明導電性酸化物層を堆積するステップと、
第１の態様による方法を用いて、前記透明導電性酸化物層上にパターニングされた金属の電気接点を形成するステップを含む。
【００３１】
第３の態様によれば、本発明は太陽光発電素子を提供し、太陽光発電素子は、
不純物含有シリコン基板と、
前記シリコン基板の表面の少なくとも一部分と接触する真性シリコン層と、
真性シリコン層の少なくとも一部分と接触する不純物含有シリコン層と、
前記不純物含有シリコン層の少なくとも一部分と接触する透明導電性酸化物層と、
本発明の第１の態様によって形成された前記透明導電性酸化物層と電気的に接触するパターニングされた金属接点を備える。
【００３２】
第４の態様によれば、本発明は太陽光発電素子を提供し、太陽光発電素子は、
不純物含有シリコン基板と、
前記シリコン基板の表面の少なくとも一部分と接触する薄膜酸化物層を備え、前記薄膜酸化物自体がトンネル接点であり、
前記薄膜酸化物層の少なくとも一部分と接触する不純物含有シリコン層と、
前記不純物含有シリコン層の少なくとも一部と接触する透明導電性酸化物層と、
第１の態様によって形成された前記透明導電性酸化物層と電気的に接触するパターニングされた金属接点を備える。
【００３３】
本発明の有利な実施形態は、太陽光発電素子の接点を形成し、スクリーン印刷ステップを回避して太陽光発電素子の表面にパターニングされた金属の接点を形成することを可能にする方法を提供する。これらの実施形態は、従来型のリソグラフィー技法によって通常提供される利点のいくつかを提供するが、それをフォトグラフィーマスクを用いる必要なく実現する。これらの実施形態は、太陽光発電素子の表面に施されたフォトレジスト層を露光するためにレーザ光を用いる。レーザ光は、リソグラフィープロセスで伝統的に用いられる従来型フォトレジストよりも概して安価なスプレー式フォトレジストと共に用いられる。これは、これらの実施形態の方法を、太陽光発電素子の大量生産に適切なものにする。
【００３４】
本方法の実施形態の利点は、達成されるパターン解像度が、露光により融解するフォトレジスト材料の部分のサイズに関連し、用いられるフォトレジストの従来の「解像度評価」に関連しないということである。これは、より安価でより低い解像度のフォトレジストを用いてより高い解像度を得ることを可能にする。例えば、２００μｍ解像度のフォトレジストを用いて４０μｍから５０μｍの解像度が得られる。
【００３５】
本発明の特徴と利点は、添付の図面を参照した、例としてのみの本発明の実施形態の以下の説明から明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施形態による太陽光発電素子の、接点形成プロセスの異なる段階での模式図である。
【図２】本発明の実施形態による太陽光発電素子の、接点形成プロセスの異なる段階での模式図である。
【図３】本発明の実施形態による太陽光発電素子の、接点形成プロセスの異なる段階での模式図である。
【図４】本発明の実施形態による太陽光発電素子の、接点形成プロセスの異なる段階での模式図である。
【図５】本発明の実施形態による太陽光発電素子の、接点形成プロセスの異なる段階での模式図である。
【図６】本発明の実施形態による太陽光発電素子の、接点形成プロセスの異なる段階での模式図である。
【図７】本発明の実施形態による太陽光発電素子の、接点形成プロセスの異なる段階での模式図である。
【図８】本発明の実施形態による、太陽光発電素子への接点を形成する処理ステップを概説する流れ図である。
【図９】図８のステップのうちいくつかを実行するために用いられる装置の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
ここで図１を参照すると、太陽光発電素子１００の処理ステップが示されている。図１の太陽光発電素子１００はこの段階で前面接点も裏面接点も有していない。
【００３８】
素子１００はｎドープシリコン基板１０２と、シリコン基板１０２の表面上に配置された真性シリコン層１０４と、真性シリコン層１０４の一部に配置されたｐ型シリコン層１０６を備える。さらに、素子１００はｐ型シリコン層１０６の一部分上に配置された透明導電性酸化物１０８の層を有する。
【００３９】
素子１００は潜在的に両面受光型太陽光発電素子であってよく、素子１００の上面の構造は素子１００の底面で繰り返される。底面に、素子は真性シリコン層１１０と、ｎ型シリコン層１１２と、透明導電性酸化物１１４の層を有する。
【００４０】
本明細書に記載される太陽光発電素子の接点を形成する方法は、例えば前面透明導電性酸化物１０８または裏面透明導電性酸化物１１４の表面部分での素子１００の接点を形成するために用いられてもよい。
【００４１】
実施形態によれば、例えば、透明導電性酸化物１０８の表面部分にポリマー層を堆積することで、前面透明導電性酸化物層１０８の表面部分に接点を形成できる。次にポリマー層の領域はレーザ光に露光される。露光される領域を選択することにより、パターンに従って接点が形成され得る。例えば、接点は、表面でのシェーディング損失を極減しながら、素子１００からの電荷キャリアの抽出を最適化するように設計された複数のフィンガを備えたパターンとして形成され得る。用いられるフォトレジストがポジ型であるかネガ型であるかによって、接点が形成されることになっている領域が露光されるか、または代わりに隣接する領域が露光されてもよい。レーザ光はポリマー層の一部を融解させ、これらの部分で層の物理特性のいくつかを変更する。例えば、融解した部分は現像液に融解可能になってもよいし、または現像液に耐性を有するようになってもよい。ポリマー層を現像することによって、層の露光された部分に対応する、または露光された部分のネガ部分に対応する層に開口部のパターンが形成されてもよい。
【００４２】
本明細書に記載される実施形態において、ポリマー層はポジ型フォトレジストの層を備え、故に層の露光された部分は市販の現像液と技法を用いて現像され得る。開口部は、金属フィンガが配置される位置に形成される。
【００４３】
接点を形成する導電材料は次に、導電材料が表面の一部と電気的に接触するように、フォトレジスト層の開口部内に堆積される。フォトレジスト層の残りの部分は次に表面から除去されてパターニングされた接点のみを残す。
【００４４】
前面透明導電性酸化物層の表面部分に配置されたスプレー式フォトレジスト層１１６が図１に示されている。示された実施形態において、フォトレジスト層１１６はスプレーオンデポジション技法を用いて堆積されている。従来のフォトレジスト堆積方法と対照的に、スプレーオンデポジションは、太陽電池への適用に十分な均一性のレベルを有する均一なフォトレジストの層を迅速に堆積することを可能にする。さらに、スプレーオンデポジションはフォトレジストの廃棄分を極減するため、フォトレジストを用いる効率を改善する。この例においてスプレー式フォトレジスト層１１６は、ポジ型フォトレジスト材料であるＥＬＥＣＴＲＯＬＵＢＥ  ＰＲＰである。これは商業的に入手可能なフォトレジスト材料である。フォトレジストのコストは、太陽光発電素子の大量生産における伝統的なフォトリソグラフィー技法の使用を不都合なものにしている要因のうちの一つである。伝統的にフォトリソグラフィーは大量製造ラインに適合されたことがない。しかしながら、本発明者は、ＥＬＥＣＴＲＯＬＵＢＥ  ＰＲＰポジ型フォトレジスト材料等のスプレーオン材料の使用が、太陽光発電産業におけるフォトレジストの使用に一般に関連する欠点のうちいくつかを緩和することを見出した。
【００４５】
透明導電性酸化物１０８の表面の形態によって、ＥＬＥＣＴＲＯＬＵＢＥ  ＰＲＰポジ型フォトレジスト材料の１つ以上のスプレーオンステップが必要となり得る。より平坦な表面には一般に、より少ない個数のステップが必要とされる。肌理出しした表面は一般に、より多くのスプレーオンステップを必要とする。
【００４６】
スプレーオンデポジションの後で、フォトレジスト層は溶媒を蒸発させるために熱処理される。説明された実施形態において、素子１００は焼付オーブンで約５０℃で約２０分にわたり焼き付けられる。焼付プロセスの温度と持続時間は変動してもよい。例えば、製造環境では、素子１００はベルト炉のベルト上に配置されて、より低温でより長時間加熱されてもよいし、または、高温乾燥ガスを用いて加熱されてもよい。
【００４７】
フォトレジスト層１１６が焼き付けられた後で、フォトレジスト層１１６の領域は、フォトレジスト材料の化学的特性を局所的に変化させるためにレーザ光に露光される。
【００４８】
図２を参照すると、フォトレジスト層１１６の領域を露光するために用いられる３つの別個のレーザ源２０２が示されている。別法として、単一の、より高出力のレーザ源が用いられてもよく、生成されたレーザビームは適切なビームスプリッタを用いて分岐されてもよい。レーザ光は適切な光学部品を用いてフォトレジスト層１１６に集中される。
【００４９】
レーザ源２０２は、領域をレーザ光に露光するために素子１００に対して移動されてもよい。付加的にまたは代替的に、素子１００は可動ベルト等の可動段に取り付けられてレーザ光に対して移動されてもよい。
【００５０】
製造環境において、複数の素子はベルト上で低速で移動しがちであり、複数のレーザ源は、フォトレジストの領域をレーザ光に対して露光するために素子付近に位置決めされ、素子に相対して移動する可能性もある。
【００５１】
いくつかの場合では、レーザ光は透明導電性酸化物１０８の表面の部分にフォトレジスト層を介して達して、例えばその導電性等の物理的特性に影響することがある。
【００５２】
露光プロセス中に、フォトレジスト層１１６はレーザ光の影響により部分的に融解する。説明した実施形態において、パターン解像度はフォトレジスト層の融解した部分のサイズに関連する。これは、より安価な、より低解像度のフォトレジストを用いてより高い解像度を得ることを可能にして、コストの点での利点を提供する。例えば、２００μｍの解像度のフォトレジストを用いて、４０μｍから５０μｍの解像度が得られる。
【００５３】
説明した実施形態において、ＥＬＥＣＴＲＯＬＵＢＥ  ＰＲＰポジ型フォトレジスト材料を露光するために用いられるレーザ源２０２のレーザ光は、４０５ｎｍの波長と１ｍＷの光電力を有する。別の実施形態では、露光時間およびその他の処理パラメータに依存して別の波長と光電力が用いられてもよい。
【００５４】
ポジ型フォトレジストを露光するためにレーザ光を用いることは、高価なフォトマスクとマスクアライナを必要とするフォトリソグラフィーの伝統的手段と対照的にマスクレスプロセスである。単にフォトレジストにわたってレーザ光を走査するのみでフォトレジストを直接露光できる能力は、太陽光発電素子の大量生産に適した高いスループットをもたらし得る。
【００５５】
レーザ光が数ミクロンから数十ミクロン程度でスポットサイズに集中するので、フォトレジストに入射するレーザ光は強度が十分に高いため、露光期間が短くなり得る。したがって、製造に適切な高速のレーザ速度が用いられ得る。さらに、レーザ光が集中するにつれ、レーザの光出力は０．１ｍＷから数百ｍＷにわたることができ、複雑な冷却システムを備えた大型で高価なレーザを用いる必要を排除する。したがって、レーザ露光プロセスを実行する製造ツールは、大量商業的生産に必要とされるように、比較的低価格で単純である。対照的に、レーザドープ選択的エミッタ太陽光発電構造を製造するために用いられる商用レーザツールは、数十ワット規模の光電力出力を有し、複雑な冷却システムを必要とするため、それらは比較的高価となる。
【００５６】
フォトレスト材料は製造プロセスにおいて消耗材料である。したがって、フォトレジスト材料を包含する太陽光発電プロセスを商業化するために、フォトレジスト材料のコストが含まれなければならず、フォトレジストは、少ない材料損耗と良好な製造歩留まりで、迅速且つ容易に施用され除去されるために適していなければならない。Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｂｅ  ＰＲＰおよびＫｏｎｔａｋｔ  Ｃｈｅｍｉｅ  Ｐｏｓｉｔｉｖ  ２０スプレーオンポジ型フォトレジストはこれらの基準を満たす。対照的に、伝統的なフォトレジストは、スピン塗布され、フォトレジストの多くが表面からスピンして逸れてしまうため、高い損耗につながる。伝統的なフォトレジストはより高価であり、大表面を完全に覆うために多くの量を必要とし、多数のウェーハ破損により不十分な歩留まりをもたらす。
【００５７】
低コストのスプレーオンポジ型フォトレジストを、低出力の高速で移動するレーザ光を用いた直接露光と組み合わせることは、伝統的な太陽光発電フォトリソグラフィー技法への代替的な商業的ソリューションを提供する。
【００５８】
図３は、レーザビーム２０２に露光されたフォトレジスト層１１６の領域３０２を示す。領域３０２におけるフォトレジスト層１１６の化学的組成はレーザ光によって変えられ、領域３０２で露光されたＥＬＥＣＴＲＯＬＵＢＥ  ＰＲＰポジ型フォトレジスト材料は、ＮａＯＨを０．７％重量分含有する化学溶液を用いて現像され得る。フォトレジスト層１１６の現像液への露出は約５分間実行される。
【００５９】
現像プロセスの結果が図４に示され、フォトレジスト層１１６内の開口部４０２を示している。電気的接点を形成するために、導電材料が開口部４０２内に堆積され得る。
【００６０】
ここで図５を参照すると、フォトレジスト層１１６の開口部４０２内の第１の導電材料が示されている。第１の導電材料は銅フィンガ５０２の形態で提供される。銅フィンガ５０２は、電気化学めっき法を用いて堆積される。これは例えば、太陽電池を前面バイアスすることによって達成され得る。前面バイアスによって太陽光発電素子の電子は素子を介してｐ型側の透明導電性酸化物１０８へと駆動され、したがって、めっき液内の金属イオンと反応してめっきされた金属接点を形成できる。
【００６１】
図１から７は、パターニングされた金属接点を太陽光発電素子のｐ型側に形成する方法を示すが、方法は、太陽光発電素子のｎ型側にも適用されてもよい。太陽光発電素子のｎ型側にこの方法を適用する場合も、銅フィンガの堆積は、フォトレジスト開口部を介して電気化学めっきによって実行され得る。これは、例えば光誘導めっきまたはバイアスアシスト光誘導めっきによって達成され得る。
【００６２】
別法として、無電界めっきで銅フィンガ５０２を堆積してもよい。めっき法を用いて、ニッケル、錫または銀等のその他の材料も開口部４０２内に堆積され得る。
【００６３】
説明した実施形態において、銅フィンガ５０２をめっきする前に、透明導電性酸化物１０８への銅の付着を促進するために透明導電性酸化物１０８の部分上に層を堆積するさらなるステップが実行される。さらに、付着を促進するために、透明導電性酸化物１０８の部分の化学的処理が実行される。いくつかの場合には、銅の付着を改善するという最終目的で、化学的処理と、付加的な層が一緒に用いられてもよい。
【００６４】
ここで図６を参照すると、フォトレジスト層１１６が除去された後の素子１００が示されている。フォトレジスト層１１６は、アセトン、１−メチル−２−ピロリドン、テルペンチンまたはＮａＯＨを含む化学溶液にフォトレジスト層１１６を曝すことによって除去される。別法として、フォトレジスト層１１６の残った部分すべてがレーザ光またはその他の光源に露光されて、現像ステップと同じ方式で除去されてもよい。
【００６５】
説明した実施形態において、第２の導電材料を堆積するためにさらなるステップが実行される。第２の導電材料は少なくとも部分的に銅フィンガ５０２を包囲する。このステップは、フォトレジスト層１１６の除去の前または後に実行され得る。
【００６６】
ここで図７を参照すると、フォトレジスト層１１６の除去後に第２の導電材料が堆積された素子１００が示されている。図７において第２の導電材料は、素子１００の部分を無電解錫溶液に曝すことによって堆積された錫層７０２である。
【００６７】
図１から７は、前面接合太陽光発電素子のｐ型側への前面接点を形成する処理ステップ中の、本発明の実施形態による素子１００を示す。素子１００は、ヘテロ接合真性薄膜（Ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎ  Ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ  Ｔｈｉｎ  Ｌａｙｅｒ、ＨＩＴ）セルとして構成され、潜在的に両面太陽光発電素子であってよい。同じ方法ステップを用いて、例えば素子１００の底面に接点を形成するか、または、金属酸化物半導体（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ、ＭＯＳ）もしくは金属絶縁された半導体（Ｍｅｔａｌ  Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ、ＭＩＳ）の前面および／または裏面側に接点を形成してもよい。太陽光発電素子のｐ型またはｎ型側のうちいずれかに本発明の実施形態によって形成された接点を備え、他方に、例えばスクリーン印刷、スパッタリングまたは蒸着等の伝統的手段によって形成された接点を有する太陽光発電素子を製造することも可能である。
【００６８】
図８は、接点構造を形成するために用いられる実施形態による処理ステップの流れ図８００である。ステップ８０５で、フォトレジスト層が太陽光発電素子の表面上に堆積される。ステップ８１０で、フォトレジスト層の領域がレーザ光に露光され、ステップ８１５で、フォトレジスト層は現像されて表面の部分にアクセスするための開口部を形成する。ステップ８２０で、導電材料は、導電材料が表面の一部と電気的に接触するような方式でフォトレジスト層の開口部内に堆積される。ステップ８２５で、フォトレジスト層は表面から除去される。
【００６９】
ここで図９を参照すると、方法８００のステップのうちいくつかを実行するために用いられる装置９００の模式図が示されている。太陽電池９０２は、装置９００のいくつかの段階を通ってベルト９０４上で移送される。装置９００は、より大規模な太陽電池製造ラインの一部を表してもよい。区域９０６において、ＥＬＥＣＴＲＯＬＵＢＥ  ＰＲＰポジ型フォトレジストが、スプレーアセンブリ９０８を用いて太陽電池９０２上に堆積される。太陽電池９０２は次に区域９１０に移送され、そこで太陽電池９０２はレーザ光に露光される。この形態の装置において、定置型レーザ９１２のアレイは太陽電池９０２の上方に配置されている。太陽電池９０２がレーザ下を一方向に移動すると、フォトレジストの直線状ラインはレーザ光に露光されてフィンガのパターンを形成する。太陽電池９０２は、次に現像区域９１４に移動されて、そこで現像のために現像液浴９１６が用いられる。現像後、太陽電池９０２は堆積段階（図９には示していない）に移されて、フィンガを形成する金属材料を堆積されるか、またはその他の段階に移されて製造プロセスを完了する。
【００７０】
本発明の実施形態は、異なるタイプの太陽電池のための接点を形成するために用いられてもよい。太陽電池に依存して、方法ステップの何らかの変形が必要となり得る。これらの変形は、レーザおよびポリマー層を用いた素子の表面のマスキングを可能にする本発明の趣旨から逸脱しない。
【００７１】
いくつかの別の実施形態において、ポリマー層はドライフィルム技法を用いて表面に施用されてもよく、および／または、ホットプレートを用いて焼き付けられてもよい。さらに太陽光発電素子の前面または裏面導電性表面にアクセスするために付加的なステップが実行されてもよい。例えば、ポリマー層内に開口部が形成されると、素子の表面は、誘電性部分を除去するためにフッ化水素酸を含有する化学溶液に曝されてもよい。別法として、これらの部分はプラズマエッチングステップを用いて除去されてもよい。
【００７２】
本明細書で用いられる「備える」（およびその文法上の変形）という用語は、「有する」または「含む」の包括的意味で用いられ、「のみから構成される」の意味では用いられない。
【００７３】
広義に説明された本発明の趣旨および範囲から逸脱せずに、特定の実施形態に示された本発明に多数の変形および／または変更をなしてもよいことは、当業者には理解されよう。したがって、本発明はあらゆる観点から例示的であり、限定的ではないと看做される。
【符号の説明】
【００７４】
１００  太陽光発電素子、１０２  ｎドープシリコン基板、１０４  真性シリコン層、１０６  ｐ型シリコン層、１０８  透明導電性酸化物、１１０  真性シリコン層、１１２  ｎ型シリコン層、１１４  透明導電性酸化物、１１６  フォトレジスト層、２０２  レーザ源、３０２  領域、４０２  開口部、５０２  銅フィンガ、７０２  錫層、９００  装置、９０２  太陽電池、９０４  ベルト、９０６  区域、９０８  スプレーアセンブリ、９１０  区域、９１２  定置型レーザアレイ、９１４  現像区域、９１６  現像液浴。
【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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【国際調査報告】
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