(57)【要約】開示された主題の一態様によれば、背面接触背面接合太陽電池のための自己整合接触が提供される。太陽電池は、光を受領する正面および正面の反対側の背面を有し、電気絶縁する背面板に取り付けられた半導体層を備える。ベースおよびエミッタの領域に自己整合されたベースおよびエミッタの電極を有する第１の金属層は、半導体層の背面上に位置付けられる。セルの相互連結を提供し、ビアプラグにより第１の金属層に連結された、パターン化された第２の金属層は、背面板上に位置付けられる。【選択図】図５
2017508292.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
堆積された半導体層であって、
不動態層を備える光を捕捉する正面と、
ドープされたベース領域と、
前記ドープされたベース領域と反対の極性をもつドープされた背面のエミッタ領域とを備える、
堆積された半導体層と、
前記背面のエミッタ領域上の背面の不動態の誘電体層およびパターン化された反射層と、
背面接触背面接合の薄い太陽電池の背面上に、第１のレベルの交差指型金属化パターンを形成する金属の相互連結に連結された、自己整合された背面のエミッタ接触および背面ベース接触と、
前記背面接触背面接合の薄い太陽電池の背面上に位置付けられた、少なくとも１つの永久の支持強化と、
前記永久の背面支持強化構造により第１の層から分離された第２の金属層であって、前記第２の層は、前記永久の背面支持強化構造内の穴の交差指型パターンを局所的に通る前記第１のレベルの金属化パターンに接触する、第２の金属層と
を備える、背面接触背面接合の薄い太陽電池。
【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、２０１４年２月２６日に出願された米国特許仮出願第６１／９５４，１１６号の優先権を主張し、その全体が参照によって本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本開示は、一般に太陽光発電（ＰＶ）太陽電池に関し、より詳細には太陽電池のための自己整合接触に関する。
【背景技術】
【０００３】
太陽光電池技術はエネルギー発電ソリューションとして益々広範囲に採用されているので、太陽電池の有効性、金属化、物的消費、および製造に関する製造および有効性の改良が必要である。製造コストおよび変換効率の因子は、今までより厚さが薄く大きさが大きい太陽電池吸収体を運転することであり、したがってこれらの薄い吸収体に基づいた太陽電池の機械的脆弱性、効率、ならびに複雑な処理および取扱が増し、特に結晶シリコン吸収体に対して脆弱効果が増大した。
【０００４】
概して太陽電池の接触構造は、ベースおよびエミッタの拡散領域上の導電性金属化、例えば比較的高濃度のリンおよびホウ素領域のそれぞれを通ってベースおよびエミッタの接触領域内のシリコンを連結するアルミニウム金属化を含む。
【０００５】
開示された主題の特徴、性質、および利点は、同じ参照番号が同じ特徴を表す図面と共に読むときに、以下の詳細な説明からより明らかになろう。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１Ａ】自己整合接触構造を備える太陽電池の断面図である。
【図１Ｂ】自己整合接触構造を備える太陽電池の断面図である。
【図１Ｃ】自己整合接触構造を備える太陽電池の断面図である。
【図１Ｄ】自己整合接触構造を備える太陽電池の断面図である。
【図２Ａ−２Ｃ】自己整合接触を有する隣接した接合交差指型背面接触太陽電池の製造中の、様々なステップにおける太陽電池の断面図である。
【図２Ｄ−２Ｅ】自己整合接触を有する隣接した接合交差指型背面接触太陽電池の製造中の、様々なステップにおける太陽電池の断面図である。
【図３Ａ−３Ｃ】自己整合接触を有する隣接しない接合交差指型背面接触太陽電池の製造中の、様々なステップにおける太陽電池の断面図である。
【図３Ｄ−３Ｅ】自己整合接触を有する隣接しない接合交差指型背面接触太陽電池の製造中の、様々なステップにおける太陽電池の断面図である。
【図３Ｆ−３Ｇ】自己整合接触を有する隣接しない接合交差指型背面接触太陽電池の製造中の、様々なステップにおける太陽電池の断面図である。
【図４Ａ−４Ｃ】自己整合接触を有する隣接しない接合交差指型背面接触太陽電池の製造中の、様々なステップにおける太陽電池の断面図である。
【図４Ｄ−４Ｅ】自己整合接触を有する隣接しない接合交差指型背面接触太陽電池の製造中の、様々なステップにおける太陽電池の断面図である。
【図５】図１Ａと一致する自己整合接触構造を備え、多層の金属化を有する、太陽電池の断面図である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって背面接触太陽電池のための製造方法が必要とされている。開示された主題によれば、背面接触太陽電池の製造方法が提供される。これらの技術革新は、以前に開発された背面接触太陽電池の製造方法に関連した不都合および問題を実質的に減らすまたは取り除く。
【０００８】
本特許は太陽電池に関する。本明細書に記載されたものに加えて、少なくとも部分的に共同発明を有し、太陽電池構造および製造の詳細を提供する関連した特許出願には、２０１４年２月２日に出願された米国特許出願第１４／１７９，５２６号、２０１３年１１月５日に出願された米国特許出願第１４／０７２，７５９号（２０１４年１１月６日に米国特許出願公開第２０１４０３２６２９５号として公開された）、２０１３年４月２４日に出願された米国特許出願第１３／８６９，９２８号（２０１３年９月５日に米国特許出願公開第２０１３０２２８２２１号として公開された）、２０１４年９月２２日に出願された米国特許出願第１４／４９３，３４１号、および２０１４年９月２２日に出願された米国特許出願第１４／４９３，３３５号が含まれ、すべてはそれらの全体が参照によって本明細書に組み込まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
開示された主題の一態様によれば、背面接触背面接合太陽電池のための自己整合接触が提供される。太陽電池は、光を受領する正面および正面の反対側の背面を有し、電気絶縁する背面板に取り付けられた半導体層を備える。ベースおよびエミッタの領域に自己整合されたベースおよびエミッタの電極を有する第１の金属層は、半導体層の背面上に位置付けられる。セルの相互連結を提供し、ビアプラグにより第１の金属層に連結された、パターン化された第２の金属層は、背面板上に位置付けられる。
【００１０】
開示された主題のこれらの利点および他の利点、ならびに追加の新規の特徴は、本明細書に提供された説明から明らかになろう。本要約の意図は主題の包括的な説明ではなく、むしろ主題の機能の一部の短い要旨を提供することである。以下の図面および詳しい説明を検討すると、本明細書に提供された他のシステム、方法、特徴、および利点が当業者に明らかになろう。この説明に含まれるこのような追加のシステム、方法、特徴、および利点のすべては特許請求の範囲内であることが意図される。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
開示された主題は、背面接触背面接合太陽電池のための自己整合接触を作成するための構造および方法を提供する。具体的には開示された主題および対応する図は、背面接触背面接合（例えば交差指型背面接触ＩＢＣ）太陽電池のための自己整合接触を使用して薄いシリコン太陽電池を形成するために、低損傷、高効率、低コストのプロセス流れを提供する。説明された新規の自己整合接触構造は、より高い太陽電池の変換効率を達成できる。加えて自己整合接触をもつ太陽電池構造の形成のために、最小のまたは低減されたプロセスステップを有する太陽電池の製造方法が説明される。
【００１２】
用語自己整合は、ベースおよびエミッタ金属接触の下の重度ドーピングのｎ＋およびｐ＋の領域が、図１Ａ〜図１Ｄに示されたような接触開口に対して自己整合するような電池構造を説明する。図１Ａは、シリコン吸収体接触に向かって金属の真下により重度ドーピングレベル（例えば１Ｅ１８ｃｍ−３を超える）をもつドーパント拡散領域を有する、自己整合接触構造を備える選択的エミッタ太陽電池の断面図である。自己整合接触構造は、改良された金属／シリコン（Ｓｉ）接触抵抗のためにシリコン内に重度にドープされた領域（ｎ型およびｐ型）ならびに金属／Ｓｉ接触でより低い表面再結合速度を有することにより、また太陽電池内の重度ドーピング領域（例えば１Ｅ１８ｃｍ−２より高いドーピング）を最小にし、したがって全飽和電流密度を低減することにより、より高い太陽電池効率を提供できる。また別法として、本明細書に開示された自己整合接触構造は、図１Ｂに示されたような、金属とＳｉとの間の障壁層を通るヘテロ／トンネリング接触を使用することによって形成されてもよい。図１Ｂは、金属とＳｉとの間の障壁層を通るヘテロ／トンネリング接触を使用して形成された、自己整合接触構造を備える太陽電池の断面図である。
【００１３】
自己整合構造の利点は、重度ドーピング領域が必要とされる接触の下のみに限定されることである。接触開口が非自己整合接触構造を備える重度ドーピングと整合される必要がある場合、重拡散が整合公差に適合するために接触開口よりはるかに広い必要がある。非自己整合接触構造と比べると、提供された自己整合接触構造は、２つの明確な理由のためにより高い効率を有することができる。第１に重度ドーピングは不動態の下で使用されると有害であることがある、換言すると重度ドーピングは、金属などの不動態の乏しい下で使用されるとより有益であり、場合によっては不動態の乏しい下で使用されるときだけ有益である。したがって自己整合構造は、高品質の不動態下の重度ドーピングの領域を取り除く。第２に、非自己整合構造に対して２つの開口が作成される必要がある、すなわち１つ目はドーピングのため、２つ目は接触開口のためである。これらの開口がシリコン内に損傷を生み出す傾向がある方法を使用して作成される場合（例えばレーザー処理の場合）、自己整合構造は外側にネストした開口を除去し、このステップからレーザー損傷を最小にし、場合によっては取り除く。さらに効果的な利点に加えて、自己整合構造は必要なプロセスステップが少なく、したがって電池コストを下げることができる。
【００１４】
以下の表１は、ドーパントペースト・ステップを使用して図１Ａに示されたような、自己整合接触および電界エミッタを有する、選択的エミッタ太陽電池の形成のための前工程プロセス流れを示す。
【表１】
2017508292.tif 000003
【００１５】
表１は、自己整合接触を使用して高効率の背面接触背面接合太陽電池を製造するプロセス流れを示す。示されたようにステップ１はウェハ（例えばＣＺウェハ）から損傷を除去するための鋸損傷の除去であるが、提供されたプロセス流れは鋳型上にある間に処理されたエピタキシャルに形成されたシリコン基板に等しく適用可能であり、この場合ステップ１の鋸損傷の除去は、本明細書に詳細に説明されたように多孔質シリコンおよびエピタキシャルシリコン堆積のステップと置換される。したがってエピタキシャルの実施形態では、説明された前工程プロセスが鋳型に取り付けられたエピタキシャル基板の露出面に起きる前に、エピタキシャル基板が後工程処理において鋳型から解放されてもよい（例えば機械的またはウェットエッチングリリース）。提供された例示的プロセス流れは、便宜的に高効率の背面接触背面接合太陽電池の製造の文脈で説明されており、当業者は説明された様々な処理ステップをプロセス流れ全体の中で組み合わせる、加えるもしくは除去する、変える、または動かしてもよいことが重要である。換言すると、本明細書に提供された表に説明されたそれぞれのプロセス流れからの要素を、一緒に組み合わせてもよく、または他の公知の太陽電池の製造方法と組み合わせてもよい。例えば表１に関して、ステップ３に示されたレーザー接触開口は、別個にベースおよびエミッタ接触のみのために自己整合接触を形成するように（例えばステップ２に示されたように）２つのステップに分けることができ、ステップ４に示されたドーパントペースト印刷ステップは、すでに印刷されたドーパントペースト（例えば図８に示されたように）の上にドープされないペーストの追加の第３の印刷を有してもよい。さらに表１のステップ６に示されたウェットエッチングステップ、およびアニールドーパントペーストを除去するステップは、ドライＨＦ気相エッチング処理に置換されてもよく、または除去するステップ６は、すべてのドライ前工程プロセスに対して完全に省略されてもよい（すなわち除去されてもよい）。さらに表１のステップ６に示されたレーザー接触開口ステップは、レーザーのない前工程プロセスのためのエッチングペーストの堆積、乾燥、およびすすぎを含むエッチングペーストプロセスに置換されてもよい。
【００１６】
以下の表２は、ドーパントペーストを使用し、また個別の接触開口ステップを使用して自己整合接触を有する選択的エミッタ太陽電池の形成のための前工程プロセス流れを示す。
【表２】
2017508292.tif 000004
【００１７】
下記の表３は、ドーパントペーストおよび拡散障壁の適用をもつ自己整合接触を有する、選択的エミッタ太陽電池の形成のための前工程プロセス流れを示す。
【表３】
2017508292.tif 000005
【００１８】
また別法として、ＡＰＣＶＤ・ＵＳＧの堆積として表３のステップ５に示された拡散障壁の堆積はドープされないペースト印刷であってもよい。
【００１９】
表２および表３のプロセス流れの実施形態を使用して、拡散アニール中にドーパントペーストから自己ドーピングを低減してもよい。
【００２０】
以下の表４は、拡散障壁ドーパントペースト印刷をもつ自己整合接触を有する、図１Ｃに示されたような、隣接しない接合太陽電池の形成のための前工程プロセス流れを示す。図１Ｃは、シリコン吸収体に向かって接触金属の真下により高いドーピングレベル（例えば１Ｅ１８ｃｍ−３を超える）をもつドーパント拡散領域を有する、自己整合接触構造を備える隣接しない接合太陽電池の断面図である。
【表４】
2017508292.tif 000006
【００２１】
別法として表４の隣接しない接合太陽電池の流れに関して、表４のステップ２、３、および４はＡＰＣＶＤホウ素ドープ酸化シリコン（ＢＳＧ１）の堆積に続いて、ピコ秒（ｐｓ）ＣＯ２レーザーの２つのステップに置換されてもよく、代替実施形態はドーパントペースト印刷をもつ自己整合接触およびＡＰＣＶＤによるホウ素ドープ酸化シリコンをもつ隣接しない接合と呼ばれる。
【００２２】
以下の表５は、自己整合接触を有し、リンドーパントペーストを使用する非選択的エミッタ太陽電池に対する製造プロセス流れを示す。
【表５】
2017508292.tif 000007
【００２３】
別法として、以下の表６は、自己整合接触を有し、リン酸塩化物ＰＯＣ１３（ＰＯＣ１）を使用する非選択的エミッタ太陽電池に対する製造プロセス流れを示す。
【表６】
2017508292.tif 000008
【００２４】
以下の表７は、ドーパントペーストを使用して自己整合不動態ベース接触を有する、非選択的エミッタ太陽電池に対する製造プロセス流れを示す。
【表７】
2017508292.tif 000009
【００２５】
以下の表８は、図１Ｂに示されたような、自己整合ベーストンネリング／ヘテロ接合接触を有する太陽電池に対する製造プロセス流れを示す。
【表８】
2017508292.tif 000010
【００２６】
以下の表９は、ベース接触の下に重拡散のない自己整合接触を有する太陽電池に対する製造プロセス流れを示す。
【表９】
2017508292.tif 000011
【００２７】
別法として、本明細書に説明された自己整合接触構造および方法は適用されてもよい。
【００２８】
以下の表１０は、図１Ｄに示されたような、電界ベースをもつ自己整合接触を有する太陽電池の形成に対する前工程プロセス流れを示す。図１Ｄは、シリコン吸収体に向かって接触金属の真下により高いドーピングレベル（例えば１Ｅ１８ｃｍ−３を超える）をもつドーパント拡散領域を有する、電界ベースおよび自己整合接触構造を備える太陽電池の断面図である。別法として、例えば表１０のＨＦ気相のステップ６、およびアニールドーパントペーストを除去するステップは、ウェットエッチングステップに置換されてもよい。
【表１０】
2017508292.tif 000012
【００２９】
別法として、以下の表１１は、図１Ｄに示されたような、エッチングペーストおよびドーパントペースト印刷を備えた電界ベースの自己整合接触を有する、太陽電池の形成に対する前工程プロセス流れを示す。
【表１１】
2017508292.tif 000013
【００３０】
図２Ａ〜図２Ｅは、ドーパントペーストを備えた自己整合接触を有する、隣接した接合交差指型背面接触太陽電池の製造中の、様々なステップにおける太陽電池の断面図を示すプロセス流れを表す。図２Ａは、シリコン基板／ウェハ上に（例えばＡＰＣＶＤによって）堆積された酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）層を示す。また酸化アルミニウム層はドープされないケイ酸塩ガラス層を有してもよい。次に図２Ｂに示されたように、ナノ秒（ｎｓまたはｐｓ）レーザーはベースおよびエミッタ接触を開口する。またこのステップはあらゆる酸化残留物（例えばアルミニウムケイ素酸化残留物）を除去するためにウェットエッチングを含んでもよい。次に図２Ｃに示されたように、ドーパントペーストは、ドーパントを打ち込み／拡散し、ベースおよびエミッタ領域を形成するために、エミッタおよびベース領域におけるペースト印刷に続く拡散アニールである。次に図２Ｄに示されたように、ドーパントペーストを（例えばウェットエッチングによって）取り去る。次に図２Ｅに示されたように、金属をベースおよびエミッタ領域上に印刷し、アニーリングによりシャントの危険性が最小になる。
【００３１】
図３Ａ〜図３Ｇは、ドーパントペーストを備えた自己整合接触を有する、隣接しない接合交差指型背面接触太陽電池の製造中の、様々なステップにおける太陽電池の断面図を示すプロセス流れを表す。図３Ａは、シリコン基板／ウェハ上に（例えばＡＰＣＶＤによって）堆積された酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）層を示す。また酸化アルミニウム層はドープされないケイ酸塩ガラス層を有してもよい。次に図３Ｂに示されたように、ナノ秒（ｎｓ）レーザーはベース接触を開口する。またこのステップはあらゆる酸化残留物（例えばアルミニウムケイ素酸化残留物）を除去するためにウェットエッチングを含んでもよい。次に図３Ｃに示されたように、ドープされないケイ酸塩ガラス層が（例えばＡＰＣＶＤによって）堆積される。次に図３Ｄに示されたように、ピコ秒（ｐｓ）レーザーはベースおよびエミッタ接触開口を切除する。次に図３Ｅに示されたように、ドーパントペーストは、ドーパントを打ち込み／拡散し、ベースおよびエミッタ領域を形成するために、エミッタおよびベース領域におけるペースト印刷に続く拡散アニールである。次に図３Ｆに示されたように、ドーパントペーストを（例えばウェットエッチングによって）取り去る。次に図３Ｇに示されたように、金属をベースおよびエミッタ領域上に印刷し、アニーリングによりシャントの危険性が最小になる。
【００３２】
図４Ａ〜図４Ｅは、まずドープされないペーストを使用してドーパントペーストを備えた自己整合接触を有する、隣接しない接合交差指型背面接触太陽電池の製造中の、様々なステップにおける太陽電池の断面図を示すプロセス流れを表す。図４Ａは、シリコン基板／ウェハ上の所望のベース領域のみに印刷されたドープされないケイ酸（ＳｉＯ２）ペーストを示す。次に図４Ｂに示されたように、ドープされた層（例えばドープされた酸化アルミニウム層Ａｌ２Ｏ３またはドープされたホウケイ酸塩ガラス層ＢＳＧ１）およびドープされないケイ酸塩ガラス層（ＵＳＧ）層が（例えばＡＰＣＶＤによって）堆積される。ドープされないケイ酸塩ガラス層はドープされない層に比べて３〜４倍の厚さを有してもよい。次に図４Ｃに示されたように、ピコ秒（ｐｓ）レーザーはベースおよびエミッタ接触開口を切除する。次に図４Ｄに示されたように、ドーパントペーストは、ドーパントを打ち込み／拡散し、ベースおよびエミッタ領域を形成するために、エミッタおよびベース領域におけるペースト印刷に続く拡散アニールである。次にドーパントペーストを（例えばウェットエッチングによって）取り去る。次に図４Ｅに示されたように、金属をベースおよびエミッタ領域上に印刷し、アニーリングによりシャントの危険性が最小になる。
【００３３】
自己整合背面接触背面接合太陽電池の製造方法が概ねＣＺウェハに関連して説明されているが、これらの方法はエピタキシャル成長した背面接触背面接合太陽電池に関連しても等しく適用可能である。加えて厚い結晶シリコン（例えば約１００ｕｍ〜２００ｕｍの範囲内の厚さの吸収体を有する）ならびに薄い結晶シリコン背面接触背面接合太陽電池（例えば約５ｕｍ〜１００ｕｍの範囲内の厚さの吸収体を有する）の両方に適用可能である。
【００３４】
概してかつ具体的に以下の表に表されたプロセス流れに適用可能であるので、エミッタまたはベース接触は、レーザーもしくはウェットエッチングもしくはエッチングペーストなどの様々な電界誘電体除去技法を使用して連続して（いずれかの順で）または同時に開口される。また続いて、ドーパント源を開口した接触内に堆積し、ドーパントを高温でシリコンの中に運び、ドーパント源を選択的に除去／エッチングする一方で、電界誘電体をエッチング液に損傷されないように保つ。これにより、接触が自己整合構造を残したまま開口される領域内のみのシリコンの中に運ばれたドーパントが残る。
【００３５】
説明された製造方法は、接触するドーパントの源によってさらに分類されてもよい。これらはドーパントペースト（例えばｎ型のリンおよびｐ型のホウ素）、または例えばＡＰＣＶＤが堆積したホウ素もしくはリンがドープされたＳｉＯ２フィルムにドーパントを組み込む堆積フィルムに由来することが可能である。最後にＮ＋およびｐ＋ドーパント源がドーパントの一方の型はＡＰＣＶＤ、ドーパントの他方の型はドーパントペーストに由来するハイブリッド源。さらなる下位範疇は、ウェハおよびエピタキシャルベースの吸収体の両方、ならびにドーパント源の範疇（ドーパントペースト、ＡＰＣＶＣフィルム、およびハイブリッドドーパント源）に適用可能なドーパント源をエッチング除去する／取り除くために技法によって画定される。一例として、ドープされたＳｉＯ２などの酸化物ベースのドーパント源に対して、ＨＦを備える湿式工程を使用することができ、またはＨＦ気相エッチングを使用する乾式工程を展開してもよい。また電界領域もＳｉＯ２である場合は、重度ドープされたＳｉＯｘフィルムがドープされないフィルムよりはるかに迅速にエッチングし得るので、湿式ＨＦは選択的に獲得される。別法として、電界領域の堆積は（例えばさらにＡＰＣＶＤを使用して堆積された）Ａｌ２Ｏ３を含有してもよい。このフィルムは例えば９００℃を超える高温で一旦処理されると、ＨＦ水溶液に高選択性を有することがある。別法として、ＨＦ気相も高選択的にドーパント源をエッチングする。
【００３６】
概して接触が同時に開口される場合は、両方のドーパント源はスクリーン印刷されたドーパントペーストであってもよい。接触が連続して開口される場合は、接触またはハイブリッド源のどちらにも堆積されたフィルムを利用してよい。
【００３７】
表１２は、分離した接合を生じ、ドーパントペースト（例えばスクリーン印刷されたドーパントペースト）を使用して達成される前工程自己整合接触の製造流れを示す。分離した接合において、エミッタドーピングはベース接触ドーピングに隣接せず、ベースの背景バルクドーピングによって分離される。ステップ２は、エミッタに続くキャップの堆積を示す。またエミッタ源はＡＰＣＶＤが堆積したホウ素ドープされたＡｌ２Ｏ３であるように示されているが、これはホウ素ドープされたＳｉＯ２層または異なる手段を使用して堆積された別のドーパント源層であってもよい。第１のレーザー切断（ステップ３）は、アニール時に接合の間に分離が存在するように、エミッタとベースドーピングとの間の分離を切開することである。流れはレーザーのｎｓＵＶおよびｐｓＵＶの使用を提案している。またピコ秒緑色レーザー、フェムト秒レーザー、またはエッチングペーストもしくはリソグラフィ技法を使用して、このベースウィンドウを生成してもよい。ピコ秒レーザーを使用する場合、シリコン内のレーザー損傷を除去するためにシリコンの小さいウェットエッチングが続いてもよい。また表１２のステップ５は、ピコ秒緑色レーザーまたはフェムト秒レーザーを使用して行われてもよい。ステップ５は、ベース接触のためのベースウィンドウ内の接触開口、ならびにエミッタのための接触開口である。どちらの接触も同じステップで切開され、それゆえドーパント源の印刷方法は、（薄いドーパント源フィルムの包括堆積に比べると）ドーパントペーストのスクリーン印刷などのこれらの接触の上部の選択的印刷であるべきである。ステップ７で両方の接触内のドーパントを運ぶアニールの後で、ドーパント源はウェットエッチングされるか、または選択的にＨＦ気相を使用してエッチングされる。分離実施形態では、ドーパント源がシリコン系ドーパント源と同様に導電性である場合、エッチングステップを省略してもよい（ステップ８）。
【表１２】
2017508292.tif 000014
【００３８】
別の実施形態では、乾燥またはドーパントの運搬中に共拡散の危険性がある場合、接触を連続して開口することができる。このシナリオではベースまたはエミッタ接触のいずれかが最初に開口され、対応するペーストが印刷され乾燥される。次に他方の接触が開口され、対応するペーストが印刷され乾燥される。最後に両方のペーストが同時に運ばれる。この代替形態は、乾燥および燃焼中に接触内の二次汚染を回避できる。
【００３９】
二次汚染の問題がドーパントの運搬中にあるより極端な場合には、接触開口、ドーパントペースト印刷、乾燥／燃焼、およびアニールはドーパントの１つの型に実行されてもよい。この手順に続いて接触の第２の型で同じステップが繰り返される。これにより熱予算を削除するべき場合に２つの異なるアニールをもたらす。
【００４０】
表１２のプロセス流れの隣接した接合部の実施形態では、ステップ３およびステップ４を省略してもよく、接触をベースおよびエミッタの両方に直接開口できる。
【００４１】
最後に別の変形形態では、電界領域は、ドーパント源のエッチング液の化学的性質に耐性のある薄いフィルムによって覆われてもよい。ドーパント源がＳｉＯｘ系であり、エッチングの化学的性質がＨＦ系である場合、キャップ層はＡＰＣＶＤ系Ａｌ２Ｏ３（ドープされないもしくはドープされた）または酸化チタン（ＴｉＯ２）または無結晶シリコン（ａ−Ｓｉ）であってもよい。
【００４２】
表１３は、ドーパント源として働くＡＰＣＶＤが堆積したフィルムのみを使用する、前工程の分離した接合自己整合太陽電池のプロセス流れを示す。この流れはステップ４まで表１２（上に説明されたすべての変形形態を有する）と同じステップが続く。ステップ５では接触の１つの型のみが最初に開口される。この場合その型は（ｎ型背面接触セルに対する）エミッタ接触である。この後にＡＰＣＶＤ・ＢＳＧフィルムが続き、これはエミッタ接触ドーピングのためのドーパント源である（ステップ６）。次にベース接触が開口され、ＰＳＧがＡＰＣＶＤを使用して堆積される。変形形態では、エミッタおよびベース接触開口の順を逆転できる。表１３に説明された分離した接合流れの隣接した例は、隣接した接合部を生成するためにステップ３およびステップ４を省略／除去する。
【表１３】
2017508292.tif 000015
【００４３】
以下の表１４は、ハイブリッド手法を使用して前工程の分離した接合自己整合のプロセス流れを示す。この手法ではドーパント源の１つは堆積したＡＰＣＶＤフィルムである一方で、他方の型のドーパント源は印刷されたドーパント源である。
【表１４】
2017508292.tif 000016
【００４４】
表１４の流れは最初の４つのステップを（その変形形態とともに）表１３と共有する。表１４のステップ５では、エミッタ接触が開口される。ＢＳＧはステップ６で堆積され、ステップ７はレーザーでベース接触を開口する（流れはｐｓレーザーの使用を提案しているが、異なる波長のナノまたはフェムト秒レーザーは、それらが接触開口の要件を満たす限り除外されないことに留意されたい）。続いてステップ８でリン系ドーパントペーストが印刷され、乾燥される。ステップ９は、ＢＳＧから、また接触するドープされた領域を生成するためにリンペーストからドーパントを運ぶためのアニールステップであるが、ステップ１０は、ウェットまたはＨＦ気相技法のいずれかに基づいたドーパント源を除去する。表１４に説明された分離した接合流れの隣接した例は、隣接した接合を生成するためにステップ３およびステップ４を省略／除去する。
【００４５】
表１４の流れの変形形態では、ＢＳＧ２（ステップ６）およびリンドーパントペースト（ステップ８）の順が逆転される。ベース接触が最初に開口され、リンペーストが続く。これにエミッタ接触およびＢＳＧ２堆積が続き、残りの流れは同様である。
【００４６】
別の変形形態では、ハイブリッドドーパント源は、ＡＰＣＶＤが堆積しドープされたＳｉＯ２フィルムでベース接触が作成される一方で、エミッタ接触はホウ素系ドーパントペーストを使用して作成されるように、ＡＰＣＶＤ ＰＳＧおよびドーパントペーストホウ素に基づく。この変形形態は、接触開口およびそれに付随するドーパント源の順が２つの可能性を有する変形形態をさらに有する。
【００４７】
以下の表１５は、ドーパントペーストおよびドープされた誘電体フィルムの両方が、接触するドープされたベースおよびエミッタに対するドーパント源として使用される、表１４のハイブリッド手法の変形形態を示す前工程プロセス流れである。
【表１５】
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【００４８】
表１４に比べて表１５の変形形態では、エミッタおよびベース接触の両方はＡＰＣＶＤ−ＰＳＧおよび拡散アニールによって分離される。これは拡散アニール中にドーパントの共拡散の危険性を低減させるために行われる。共拡散は、ベースまたはエミッタ接触拡散領域（リンもしくはホウ素）由来のドーパント源が、ドーパントペースト（リンもしくはホウ素）から気相を通って他の極性（ベースまたはエミッタ）に移動する際の工程である。表１５に示されたように、例えば固相ドーパント源（ＡＰＣＶＤ−ＰＳＧ）をＰＳＧの上部に置き、次の接触エミッタ接触開口ステップの前にアニールを加えることにより、この工程は回避できる。場合によっては、ペーストはリンであり、ベースが最初に（ｎ型背面接触セルに対して）開口され、変形形態ではペーストはホウ素ペーストであり、エミッタが最初に開口される。
【００４９】
表１５のプロセス流れの変形形態は、以下の表１６に示されたように、ステップ３およびステップ４を省略することにより隣接した接合を形成する。本開示全体を通して、表１５に関連して説明された変形形態は、隣接した接合流れと等しく適用可能である。
【表１６】
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【００５０】
表１５および１６の変形形態では、共拡散の危険性はＡＰＣＶＤ−ＰＳＧを取り除く、または拡散アニールを取り除くことによって回避できる。
【００５１】
今までに説明された変形形態を伴うすべての自己整合のプロセス流れは、エピタキシャル成長した薄いフィルムの太陽電池と等しく有効であることに留意されたい。表１２に概要を示した手法に対応する代表的プロセス流れ（ドーパントペーストを備える分離した接合）は、エピタキシャルの薄いフィルムの太陽電池に対して表１７に示されている。エピタキシャル流れは、流れをほとんど乾燥したままに保つためにＨＦ気相手法を使用してもよい一方で、エピタキシャル吸収体は依然として鋳型上にある。ハイプリッドドーパント源またはすべてのＡＰＣＶＤドーパント源（ＣＺウェハに対して示されている）で隣接した接合および分離した接合を備えた他のすべての実施形態は、表１６に基づいて修正された流れをもつエピタキシャル太陽電池と等しく有効である。本出願は、エピタキシャル形成の他の態様についてより詳細な流れを提供する。自己整合の特性をその製造方法とともに、エピタキシャルおよびＣＺウェハに基づいたプロセス流れの以前に検討されたあらゆる変形形態と組み合わせることができる。
【表１７】
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【００５２】
太陽電池背面のベースおよびエミッタ領域を完成した後、本明細書に説明された太陽電池構造は、オンセル型ベースおよびエミッタ金属化第１のレベルの金属（Ｍ１）、および第１のレベルの金属から電力（電圧および電流）を集める第２のレベルの金属（Ｍ２）（ゆえに太陽電池の金属化を完了する）を備える、２つのレベルの金属化構造などの多層金属化構造を利用してもよく、またこれは電池間の相互連結を形成してもよい。第２のレベルの金属（Ｍ２）は、ベースおよびエミッタの電流収集指の交差パターン、また恣意的に太陽電池のベースおよびエミッタの母線（例えばＭ２のベースおよびエミッタの指がそれぞれベースおよびエミッタの母線から延在する）を備えてもよい。第１のレベルの金属（Ｍ１）は、Ｍ２の交差した指に直交／垂直または場合によっては平行に配置された、比較的微細なピッチで交差した指（第２のレベルの金属ピッチよりはるかに微細なピッチ）を備える、交差指型背面接触の金属化構造を備えてもよい。Ｍ１とＭ２との間に形成され、太陽電池に取り付けられた、比較的薄い電気絶縁背面板は、太陽電池の構造支持、Ｍ１の電気絶縁を提供し、太陽電池の製造（特にＭ２の製造および太陽電池の正面の処理）処理を改良することができる。背面板シートは、残りの太陽電池の製造プロセスステップを完了する前に、例えば背面接触／背面接合太陽電池に積層された、あるいは別法で取り付けられた太陽電池半導体基板材料（例えばシリコン太陽電池のための結晶シリコン）と一致したＣＴＥに近い連続した可撓性材料であってもよい。
【００５３】
多レベルの金属化設計、例えば第１のレベルのオンセル型金属Ｍ１（例えばアルミニウムまたは別の適切な金属を備える微細なピッチの交差指型金属化構造）、および第２のレベルの金属Ｍ２（例えばアルミニウム、銅、または適切な導電性金属を備える粗いピッチの交差指型金属化構造）を備える２つのレベルの金属設計では、Ｍ１は、交差指型ベースおよびエミッタの線（例えばベース・エミッタの指のピッチが２ｍｍ未満、場合によっては１ｍｍ未満）を備え、Ｍ２（場合によってはＭ１の指に実質的に直交／垂直な交差した指を備え、またＭ１に比べてはるかに粗いベース・エミッタのピッチをもつ）は、Ｍ１のベースおよびエミッタの線の間の電気接続器として働く（すなわちバスバーレスのＭ１のパターンだが、恣意的に電池のバスバーをＭ２のパターン上に置いてもよい）。開示された多レベルの金属設計における金属層は、連続した背面板上に置かれた太陽電池アレイにおける複数の太陽電池のそれぞれに対して連続した背面板を形成する、樹脂／繊維系プリプレグ材料、あるいは別法として適切なプラスチックもしくは高分子系材料などの誘電体または電気絶縁層によって分離される。重要なことには、背面板は好ましくは、熱処理中にＣＴＥ（熱膨張係数）の不一致応力または反り効果を最小にするように、半導体吸収体（例えば結晶シリコン）のＣＴＥに一致したＣＴＥに比較的近い必要がある。例えば特別に考案されたアラミド繊維のプリプレグ材料はシリコンと一致する近いＣＴＥを提供し得る一方で、可撓性の電気絶縁、熱および化学安定性、ならびに有効な亀裂のない積層などの他の望ましい処理および信頼できる特徴を提供し得る。Ｍ１／Ｍ２の相互連結構造は、Ｍ１とＭ２との間に位置付けられた、すなわちパターン化されたＭ２層の形成後に太陽電池の背面に積層された、または取り付けられた、絶縁層（例えばプリプレグ背面板などの絶縁誘電層）を通ってビアに充填された導電材料を含む。
【００５４】
具体的には、提供された太陽電池は、背面板の積層の前に太陽電池の背面上に直接形成された比較的薄いパターン化された金属（例えばアルミニウムペーストのスクリーン印刷、アルミニウムインクのインクジェット印刷、あるいは別法としてアルミニウムターゲットに続いてレーザー切断もしくはウェットエッチングのパターン化によるプラズマスパッタリングによって形成された薄いアルミニウム）を使用する、好ましいバスバーレス（しかし恣意的にバスバーを使用してもよい）の第１のレベルの接触金属化（Ｍ１）、ならびに背面板の積層後に形成された第２のレベルの薄いパターン化された金属Ｍ２（例えば約３〜５ミクロンの厚さのＡｌまたは別法として約１〜数ミクロンの銅を備え、どちらの場合も恣意的にスズなどのはんだ付けが可能な被覆で覆われてもよい）を備える、２つのレベルの金属化方式を利用してもよい。またパターン化されたＭ２層は、メッキまたは積層を使用して、また高導電性金属フォイル（銅またはアルミニウムを含む）をパターン化して形成されてもよい。Ｍ１およびＭ２の層は、背面板によって分離され、導電性ビアプラグを通って（導電性ビアプラグはＭ２の形成中に形成されてもよい）指定された領域で相互連結される。Ｍ１は微細なピッチのパターンを有し、Ｍ２は好ましくはＭ１に直交し（または実質的に垂直であり）、粗いピッチパターンを有する（ゆえにＭ１に比べてベースおよびエミッタの指は少ない）。パターン化されたＭ２は電池レベルの電気金属化を完成し、また連続した背面板に積層された複数の太陽電池に対して電池間の電気的相互接続を提供してもよく、したがって場合によっては電池間のタブ結合／バス結合／はんだ付けを分離する必要がなくなる。さらにＭ２は、アレイ／モジュールの電気的相互接続設計が所望されるときに、アレイ／モジュールレベルのバス結合または相互接続を形成してもよい。
【００５５】
場合によっては電圧および電流のスケーリング（例えばより高い電圧およびより低い電流の太陽電池）は、Ｍ２の導電性要件および制限を緩和し低減してもよい。例えば他の要因を考慮して、厚いＭ２金属化（例えば約５０〜８０ミクロンの厚さの電気メッキされた銅）に比べて、薄いＭ２金属（例えばＰＶＤによって蒸着された約２〜５ミクロンの厚さのアルミニウム、またはプラズマスパッタリングもしくは蒸着によって形成された約１〜数ミクロンの銅）を利用する。また重要なことには、Ｍ１およびＭ２の金属化層の厚さは、Ｍ１層およびＭ２層上の交差した指の数、寸法、および形状に基づいて調節されてもよい。Ｍ１は、Ｍ２の交差した指に比べてより微細な交差した指を備えてパターン化されることが好都合であることがある。しかし提供された電池の構造および製造の実施形態は、背面板およびＭ２の金属化層を利用する様々な二重レベルの金属化方式に適応可能である。
【００５６】
背面板の積層前に、太陽電池のベースおよびエミッタの接触の金属化パターンは、例えばスクリーン印刷された、またはインクジェット印刷された、またはプラズマスパッタリングされた（ＰＶＤ）、または蒸着されたアルミニウム（またはアルミニウム・シリコン合金もしくはＡｌ／Ｎｉｖ／Ｓｎ積層）材料層の薄層を使用して、電池の背面上に直接形成される。金属化のこの第１の層（本明細書ではＭ１と呼ばれる）は、太陽電池の接触の金属化パターンを画定する、例えば微細なピッチの交差指型背面接触（ＩＢＣ）の導体指は、ＩＢＣ電池のベースおよびエミッタ領域を画定する。Ｍ１層は太陽電池の電流および電圧（ゆえに太陽電池の電力）を抽出し、背面板に形成された導電性ビアプラグを通る太陽電池の電力を、Ｍ１の後に形成された高導電性の太陽電池の金属化（本明細書ではＭ２と呼ばれる）の第２のレベル／層に伝送する。導電性ビアプラグは、パターン化されたＭ２層の形成中に、例えば背面板層内にビアホールをレーザードリル加工後に、同時に形成することができる。
【００５７】
太陽電池（複数可）の背面に取り付けられ、パターン化されたＭ１層とＭ２層との間に置かれた背面板材料は、熱膨張の係数（ＣＴＥ）が充分に低い高分子材料の薄い（例えば約２５ミクロン〜１ｍｍ、場合によっては約２５ミクロン〜２５０ミクロン）シートであってもよい。このＣＴＥは、過剰な熱に誘導される応力および反りを太陽電池アレイ上に引き起こさないために、半導体吸収体層のＣＴＥに緊密に一致する。さらに背面板材料は、後工程電池の製造工程、特に電池の正面の湿式テクスチャリング中の耐化学性、および正面の不動態化および反射防止被覆（ＡＲＣ）層のＰＥＣＶＤ堆積中の熱安定性に必要な工程統合に適合するべきである。またさらに電気絶縁する背面板材料は、モジュールレベルの積層工程および長期信頼性の要件を満たすべきである。様々な適切な高分子（プラスチック、フッ素重合体、プリプレグなど）および適切な非重合体材料（ガラス、セラミックなど）を背面板として使用してもよいが、背面板材料の選択は、これに限定されないが、材料費、工程統合の容易さ、信頼性、柔軟性、質量密度などを含む多くの検討事項に依存する。
【００５８】
背面板材料に好都合な材料選択はプリプレグであり、より具体的にはアラミド繊維樹脂系プリプレグである。場合によっては不織布のアラミド繊維が特に好都合である。概してプリプレグは樹脂を予備含浸した補強材であり、複合部を生成するためにすぐに使用できる（プリプレグを使用して、湿式レイアップシステムより迅速に容易に複合部を生成できる）。プリプレグは、一貫性を確実にするために設計された器具を使用して、特別に考案された予備触媒された樹脂と強化繊維または織物を組み合わせることによって製造されてもよい。一般に印刷回路基板には安価のプリプレグ材料が使用される。
【００５９】
背面板（例えばプリプレグシート）は、真空ラミネータを使用して太陽電池の背面に取り付けられてもよい。熱と圧力の組合せを加えると、薄い背面板（例えばプリプレグシート）は、部分的に処理された（またはさらに完全に処理された）太陽電池の背面に永久に積層される、または取り付けられる。部分的に処理された太陽電池の場合には、次の積層後の製造プロセスステップは、（ｉ）太陽電池の太陽側（正面）上のテクスチャリングおよび不動態工程を完了すること、および（ｉｉ）太陽電池の背面（太陽電池の背面板上の一部を含んでもよい）に高伝導性金属化（Ｍ２）を完了することを含んでもよい。エミッタおよびベースの両方の極性を含む高伝導性金属化Ｍ２層（例えばアルミニウム、銅、または銀を備え、アルミニウムおよび／または銅は材料費がはるかに低いので銀に比べて好ましい）は、太陽電池の背面に取り付けられた積層された背面板上に形成される。
【００６０】
（Ｍ１層の上、中、または周囲に）背面板の形成後、高伝導性金属化Ｍ２層は背面板上に形成される。ビアホールは（場合によっては１つの太陽電池に対して数百個または数千個のビアホール）背面板の中にドリル加工され（例えばレーザードリル加工、エッチング、または部分的なレーザードリル加工に続くエッチングの組合せ）、約５０〜５００ミクロンの範囲の直径（具体的には約１００〜３００ミクロンの範囲の直径）（場合によっては先細である）を有してもよい。これらのビアホールは、これらのビアホール内に形成された導電性プラグを通って、パターン化されたＭ２層とＭ１層との間の電気接続のためにＭ１の事前に指定されたランディングパッド領域に置かれる。場合によっては、ビアは被覆されてもよく、または導電性金属化で少なくとも一部が充填されてもよく、Ｍ２は別個のステップで堆積されてもよく、他の場合ではＭ２の堆積は同じＭ２の堆積または形成ステップでビアを少なくとも部分的に被覆するか、または部分的に充填する。続いてまたはビアホールの充填および導電性プラグの形成と併せて、パターン化された高伝導性金属化層Ｍ２が（例えばプラズマスパッタリング、メッキ、蒸着、またはそれらの組合せにより、例えばアルミニウム、Ａｌ／ＮＩＶ、Ａｌ／ＮｉＶ／Ｓｎ、または銅もしくははんだ付けで覆われた銅を備えるＭ２材料を使用して）形成される。Ｍ１上に微細なピッチの交差指型背面接触（ＩＢＣ）の指（例えば数百の指）を備えたＩＢＣ太陽電池については、パターン化されたＭ２層は、Ｍ１の指に直交して設計されてもよく、換言すれば長方形または先細のＭ２の指は実質的にＭ１の指に垂直である。この直交変形のために、パターン化された交差指型Ｍ２層は、Ｍ１層より非常に少なく、かつ広いＩＢＣの指（例えばＭ１の指に対してＭ２の指は約１０〜５０だけ少ない）を有してもよい。ゆえにＭ２層はＭ１層より広いＩＢＣの指を備えたはるかに粗いパターンに形成されてもよい。恣意的に太陽電池のバスバーは、オンセル型バスバーに関連した電気的日陰損失を取り除くために、Ｍ１層上ではなく（換言すればＭ１はバスバーレス）、Ｍ２上に位置付けられてもよい。ベースおよびエミッタの相互連結ならびにバスバーのどちらも太陽電池の背面の背面板上のＭ２層上に位置付けられてもよいので、太陽電池の背面から背面板上の太陽電池のベースおよびエミッタ端子の両方に電気的アクセスが提供される。
【００６１】
図５は、図１Ａと一致する自己整合接触構造を備え、多レベルの金属化を有する太陽電池の断面図である。特に図５は、第２のレベルの金属Ｍ２の交差した指がＭ１の交差した指に直交にパターン化される背面板ビアを通って、第２のレベルの金属Ｍ２にエミッタ結合する第１のレベルの金属Ｍ１を示す。
【００６２】
例示的実施形態の前述の説明は、当業者が主張された主題を作成できる、または使用できるために提供される。これらの実施形態への様々な修正は当業者には容易に明らかになり、本明細書に定義された一般的な原理は、新規の機能を使用することなく他の実施形態に適用されてもよい。したがって主張された主題は本明細書に示された実施形態に限定されることを意図するものではなく、本明細書に開示された原理および新規の特徴と一致する最も広い範囲を許容することを意図するものである。
【００６３】
本明細書に含まれるようなすべての追加のシステム、方法、特徴、および利点は特許請求の範囲内に含まれることが意図される。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図２Ａ−２Ｃ】
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【図２Ｄ−２Ｅ】
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【図３Ａ−３Ｃ】
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【図３Ｄ−３Ｅ】
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【図３Ｆ−３Ｇ】
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【図４Ａ−４Ｃ】
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【図４Ｄ−４Ｅ】
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【図５】
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【国際調査報告】
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