(57)【要約】  太陽電池の箔ベースのメタライゼーションに対する手法及び結果として得られる太陽電池について説明する。例えば、太陽電池を製造する方法には、複数の交互に設けられたＮ型及びＰ型半導体領域を基板内又は基板の上側に形成することが伴う。本方法にはまた、交互に設けられたＮ型及びＰ型半導体領域のうちの隣接する領域間にペーストを形成することが伴う。本方法にはまた、ペーストを硬化させて、交互に設けられたＮ型及びＰ型半導体領域間の位置に位置合わせされた非導電性材料領域を形成することが伴う。本方法にはまた、交互に設けられたＮ型及びＰ型半導体領域に金属箔を接着させることが伴う。本方法にはまた、交互に設けられたＮ型及びＰ型半導体領域間の位置に位置合わせされた金属箔を通してレーザアブレートして、交互に設けられたＮ型及びＰ型半導体領域と位置合わせされた残存する金属箔の領域を絶縁することが伴う。非導電性材料領域は、レーザアブレートしている間にレーザ停止部として働く。
2017537473.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池を製造する方法であって、
複数の交互に設けられたＮ型及びＰ型半導体領域を基板内又は基板の上側に形成することと、
交互に設けられた前記Ｎ型及びＰ型半導体領域のうちの隣接する領域間にペーストを形成することと、
前記ペーストを硬化させて、交互に設けられた前記Ｎ型及びＰ型半導体領域間の位置に位置合わせされた非導電性材料領域を形成することと、
交互に設けられた前記Ｎ型及びＰ型半導体領域に金属箔を接着させることと、
交互に設けられた前記Ｎ型及びＰ型半導体領域間の位置に位置合わせされた前記金属箔を通してレーザアブレートして、交互に設けられた前記Ｎ型及びＰ型半導体領域と位置合わせされた残存する金属箔の領域を絶縁することであって、前記非導電性材料領域は前記レーザアブレートしている間にレーザ停止部として働いて、絶縁することと、を含む、方法。
【請求項２】
交互に設けられた前記Ｎ型及びＰ型半導体領域のうちの隣接する領域間に前記ペーストを形成することが、前記ペーストをスクリーン印刷することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ペーストを硬化させて前記非導電性材料領域を形成することが、前記ペーストを約摂氏４５０度以下の温度にまで加熱すること、若しくは紫外線（ＵＶ）放射に曝露すること、又はその両方を行うことを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記ペーストを硬化させて前記非導電性材料領域を形成することが、前記ペーストの有機媒体の実質的にすべてを取り除いて、前記ペーストの結合剤及び不透明顔料の実質的にすべてを保持することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記結合剤は無機結合剤であり、前記ペーストを硬化させて前記非導電性材料領域を形成することが、前記無機結合剤を前記非導電性材料領域の剛性無機マトリックスに転化させることを含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記金属箔を通してレーザアブレートすることが、波長を有するレーザを用いることを含み、前記ペースト及び結果として得られる前記非導電性材料領域が、前記波長の光を散乱又は吸収するための不透明顔料を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記金属箔を接着させることの前に、
複数の金属シード材料領域を形成して、交互に設けられた前記Ｎ型及びＰ型半導体領域のそれぞれの上に金属シード材料領域を設けることであって、交互に設けられた前記Ｎ型及びＰ型半導体領域に前記金属箔を接着させることが前記複数の金属シード材料領域に前記金属箔を接着させることを含む、設けること、を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記複数の金属シード材料領域に前記金属箔を接着させることが、レーザ溶接プロセス、熱圧着プロセス、及び超音波接合プロセスからなる群から選択される技法を用いることを含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
交互に設けられた前記Ｎ型及びＰ型半導体領域に前記金属箔を接着させることが、前記金属箔を、交互に設けられた前記Ｎ型及びＰ型半導体領域の露出部分に直接接着させ、かつ前記非導電性材料領域に直接接着させることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記ペースト及び結果として得られる前記非導電性材料領域は接着剤を含み、前記金属箔を、交互に設けられた前記Ｎ型及びＰ型半導体領域の前記露出部分に直接接着させ、かつ前記非導電性材料領域に直接接着させることが、スキージを用いて、交互に設けられた前記Ｎ型及びＰ型半導体領域の前記露出部分ならびに前記非導電性材料領域の前記露出部分に、前記金属箔を取り付けることを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
請求項１に記載の方法により製造された太陽電池。
【請求項１２】
太陽電池であって、
基板と、
前記基板内又は基板の上側に配置された複数の交互に設けられたＮ型及びＰ型半導体領域と、
交互に設けられた前記Ｎ型及びＰ型半導体領域間の位置に位置合わせされた複数の非導電性材料領域であって、前記複数の非導電性材料領域は結合剤及び不透明顔料を含み、前記不透明顔料の量が、前記複数の非導電性材料領域の組成物の全重量の約５０％よりも大きい、非導電性領域と、
前記複数の交互に設けられたＮ型及びＰ型半導体領域に電気的に接続された複数の導電性コンタクト構造であって、各導電性コンタクト構造は、交互に設けられた前記Ｎ型及びＰ型半導体領域の上側に配置された金属箔部分であって、かつ前記Ｎ型及びＰ型半導体領域のうちの対応する領域と位置合わせされた金属箔部分を含む、導電性コンタクト構造と、を含む太陽電池。
【請求項１３】
前記不透明顔料が、酸化チタン（ＴｉＯ２）、硫酸バリウム（ＢａＳＯ４）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、カーボンブラック、及びカーボンナノチューブからなる群から選択される、請求項１２に記載の太陽電池。
【請求項１４】
前記結合剤が、シロキサン、シルセスキオキサン、及び非シリコンアルコキシドからなる群から選択される無機結合剤である、請求項１２又は１３に記載の太陽電池。
【請求項１５】
前記結合剤が、ポリイミド及びセルロースからなる群から選択される有機結合剤である、請求項１２から１４の何れか一項に記載の太陽電池。
【請求項１６】
各導電性コンタクト構造は、交互に設けられた前記Ｎ型及びＰ型半導体領域のうちの対応する領域と前記金属箔部分との間に直接配置された金属シード層を更に含む、請求項１２から１５の何れか一項に記載の太陽電池。
【請求項１７】
前記複数の非導電性材料領域は接着剤を更に含み、各導電性コンタクトに対して、前記金属箔部分が、交互に設けられた前記Ｎ型及びＰ型半導体領域のうちの対応する領域の上に直接配置され、かつ前記複数の非導電性材料領域のうちの１つの一部の上に直接配置される、請求項１２から１６の何れか一項に記載の太陽電池。
【請求項１８】
前記複数の非導電性材料領域が、シリコンアルコキシド若しくはアルミニウムアルコキシド又はその両方を含む、請求項１７に記載の太陽電池。
【請求項１９】
前記複数の非導電性材料領域によって、前記太陽電池の太陽エネルギー吸収効率が増加する、請求項１２に記載の太陽電池。
【請求項２０】
太陽電池の非導電性領域を形成するためのペーストであって、
結合剤と、
不透明顔料と、
前記結合剤及び前記不透明顔料と混合された有機媒体と、を含み、前記ペーストの組成物の全重量の約２５％超が前記不透明顔料であり、前記ペーストの前記組成物の全重量の約５０％未満が前記有機媒体である、ペースト。
【請求項２１】
前記不透明顔料が、酸化チタン（ＴｉＯ２）、硫酸バリウム（ＢａＳＯ４）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、カーボンブラック、及びカーボンナノチューブからなる群から選択される、請求項２０に記載のペースト。
【請求項２２】
前記結合剤が、シロキサン、シルセスキオキサン、及び非シリコンアルコキシドからなる群から選択される無機結合剤である、請求項２０に記載のペースト。
【請求項２３】
前記無機結合剤が前記有機媒体中に溶解されている、請求項２２に記載のペースト。
【請求項２４】
前記結合剤が、ポリイミド及びセルロースからなる群から選択される有機結合剤である、請求項２０から２３の何れか一項に記載のペースト。
【請求項２５】
前記ペーストの前記組成物の全重量の約２０％超が前記結合剤である、請求項２０から２４の何れか一項に記載のペースト。
【請求項２６】
前記有機媒体が、エチルセルロース、テルピネオール、グリコールエーテル、及び２−ブトキシエチルアセテートからなる群から選択される、請求項２０から２５の何れか一項に記載のペースト。
【請求項２７】
前記ペーストは硬化温度が約摂氏４５０度以下であり、前記有機媒体の実質的にすべてが前記硬化温度において除去可能であるが、前記結合剤及び前記不透明顔料の何れもが、前記硬化温度において実質的に除去可能ではない、請求項２０から２６の何れか一項に記載のペースト。
【請求項２８】
前記ペーストがガラスフリット材料を含まない、請求項２０から２７の何れか一項に記載のペースト。
【請求項２９】
接着剤を更に含む、請求項２０から２８の何れか一項に記載のペースト。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示の実施形態は、再生可能エネルギーの分野であり、特に、太陽電池の箔ベースのメタライゼーションに対する手法及び結果として得られる太陽電池を含んでいる。
【背景技術】
【０００２】
光起電力電池は、太陽電池として一般に知られており、太陽放射を電気エネルギーに直接変換するための周知のデバイスである。一般に、太陽電池は、半導体処理技術を使用して半導体ウェハ上又は基板上に作製され、基板の表面近くにｐ−ｎ接合が形成される。太陽放射が基板の表面に衝突して基板内に入ると、基板のバルク内に電子と正孔の対が生成される。電子と正孔の対が基板内のｐドープ及びｎドープ領域まで移動する結果、ドープ領域間に電圧差が発生する。ドープ領域が太陽電池上の導電性領域に接続されて、電流が電池からそこに結合された外部回路まで流れる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
効率は太陽電池の重要な特性である。なぜならば、太陽電池の発電能力に直接関連するからである。同様に、太陽電池を生産する上での効率は、そのような太陽電池の費用対効果に直接関連する。したがって、太陽電池の効率を向上させるための技術、又は、太陽電池の製造における効率を向上させるための技術が、一般的に望ましい。本開示のいくつかの実施形態は、太陽電池構造体を製造するための新しいプロセスを提供することによって、太陽電池製造の効率を向上を可能にする。本開示のいくつかの実施形態は、新規の太陽電池構造体を提供することによって、太陽電池の効率の向上を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
【図１Ａ】本開示の実施形態による箔ベースのメタライゼーションを用いた太陽電池の製造における種々の段階の断面図を例示する。
【図１Ｂ】本開示の実施形態による箔ベースのメタライゼーションを用いた太陽電池の製造における種々の段階の断面図を例示する。
【図１Ｃ】本開示の実施形態による箔ベースのメタライゼーションを用いた太陽電池の製造における種々の段階の断面図を例示する。
【図１Ｄ】本開示の実施形態による箔ベースのメタライゼーションを用いた太陽電池の製造における種々の段階の断面図を例示する。
【図１Ｅ】本開示の実施形態による箔ベースのメタライゼーションを用いた太陽電池の製造における種々の段階の断面図を例示する。
【図１Ｆ】本開示の実施形態による箔ベースのメタライゼーションを用いた太陽電池の製造における種々の段階の断面図を例示する。
【０００５】
図１Ａは、太陽電池の基板の背面の一部の上側に、交互に設けられたＮ型及びＰ型半導体領域（エミッタ領域）が形成された後の太陽電池製造における段階を例示する図である。
【０００６】
図１Ｂは、図１Ａの構造に対して、交互に設けられたＮ型及びＰ型半導体領域のうち隣接する領域間にペーストを形成した後を例示する図である。
【０００７】
図１Ｃは、図１Ｂの構造に対して、ペーストを硬化させて、交互に設けられたＮ型及びＰ型半導体領域間の位置に位置合わせされた非導電性材料領域を形成した後を例示する図である。
【０００８】
図１Ｄは、図１Ｃの構造に対して、複数の金属シード材料領域を任意的に形成して、交互に設けられたＮ型及びＰ型半導体領域のそれぞれの上に金属シード材料領域を設けた後を例示する図である。
【０００９】
図１Ｅは、図１Ｄの構造に対して、交互に設けられたＮ型及びＰ型半導体領域に金属箔を接着させた後を例示する図である。
【００１０】
図１Ｆは、図１Ｅの構造に対して、交互に設けられたＮ型及びＰ型半導体領域間の位置に位置合わせされた金属箔を通してレーザアブレートして、交互に設けられたＮ型及びＰ型半導体領域と位置合わせされた残存する金属箔の領域を絶縁した後を例示する。
【００１１】
【図２】本開示の実施形態により図１Ａ〜１Ｆに対応するような太陽電池を製造する方法における動作をリストにしたフローチャートである。
【００１２】
【図３】本開示の別の実施形態による箔ベースのメタライゼーションを有する別の太陽電池の断面図を例示する。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下の詳細な説明は、本質的に単に例示的であり、主題の実施形態又はこのような実施形態の適用及び使用を限定することは意図されていない。本明細書で使用するとき、「典型的な」という語は、「実施例、実例、又は例示としての役割を果たすこと」を意味する。本明細書で典型的として説明される実装形態はいずれも、必ずしも他の実装形態よりも好ましいか又は有利なものとして解釈されるべきではない。更には、前述の「技術分野」、「背景技術」、「発明の概要」、又は以下の「発明を実施するための形態」で提示される、明示又は暗示されるいずれの理論によっても、束縛されることを意図するものではない。
【００１４】
本明細書は、「一実施形態（ｏｎｅ  ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」又は「一実施形態（ａｎ  ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」への言及を含む。「一実施形態では（ｉｎ  ｏｎｅ  ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ)」又は「一実施形態では（ｉｎ  ａｎ  ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」という語句の出現は、必ずしも、同じ実施形態を指すものではない。特定の機構、構造、又は特性を、本開示と矛盾しない任意の好適な方式で組み合わせることができる。
【００１５】
用語法。  以下のパラグラフは、本開示（添付の「特許請求の範囲」を含む）で見出される用語に関する、定義及び／又はコンテキストを提供する。
【００１６】
「備える」。この用語は、オープンエンド型である。添付の「特許請求の範囲」で使用されるとき、この用語は、付加的な構造又は段階を排除するものではない。
【００１７】
「〜ように構成された」。様々なユニット又は構成要素が、タスクを実行する「ように構成された」として記述又は請求されることがある。そのようなコンテキストでは、「〜ように構成された」は、それらのユニット／構成要素が、動作中にそれらのタスクを実行する構造を含むことを示すことによって、その構造を含意するために使用される。それゆえ、ユニット／構成要素は、指定のユニット／構成要素が現時点で動作可能ではない（例えば、オン／アクティブではない）場合であっても、そのタスクを実行するように構成されていると言うことができる。ユニット／回路／構成要素が、１又は複数のタスクを実行する「ように構成された」と記載することは、そのユニット／構成要素に関して、米国特許法第１１２条第６項が適用されないことを、明示的に意図するものである。
【００１８】
「第１の」、「第２の」など。本明細書で使用するとき、これらの用語は、それらが前に置かれる名詞に関する指標として使用されるものであり、いずれのタイプの（例えば、空間的、時間的、論理的などの）順序付けも暗示するものではない。例えば、「第１の」太陽電池への言及は、この太陽電池が順番における最初の太陽電池であることを必ずしも暗示するものではなく、その代わりに、用語「第１の」は、この太陽電池を別の太陽電池（例えば、「第２の」太陽電池）から区別するために使用される。
【００１９】
「結合された」−以下の説明は、要素又はノード又は機構が一体に「結合された」ことについて言及する。本明細書で使用するとき、明示的に別段の定めがある場合を除き、「結合された」とは、１つの要素／ノード／機構が、別の要素／ノード／機構に、直接的又は間接的に連結される（又は、それと直接的若しくは間接的に連通する）ことを意味するものであり、これは、必ずしも機械的なものではない。
【００２０】
更には、特定の用語法はまた、以下の説明において参照目的のためにのみ使用される場合があり、それゆえ、限定的であることは意図されていない。例えば、「上部」、「下部」、「上側」、及び「下側」などの用語は、参照された図面内での方向を指す。「前部」、「後方」、「後部」、「側部」、「外側」、及び「内側」などの用語は、説明中の構成要素について記述する本文及び関連図面の参照によって明らかにされる、一貫性はあるが任意の基準系内における、構成要素の諸部分の向き及び／又は位置を記述するものである。そのような用語法は、具体的に上述された語、それらの派生語、及び類似の意味の語を含み得る。
【００２１】
「抑制する」−本明細書で使用するとき、抑制する、とは、効果を低減又は最小化することを説明するために使用される。構成要素又は機構が、作用、動作、若しくは条件を抑制するとして説明される場合、それは、完全に、その結果若しくは成果、又は将来の状態を完全に阻止し得るものである。更に、「抑制する」はまた、さもなければ生じ得るであろう成果、性能、及び／又は効果を、低減又は減少させることにも言及することができる。したがって、構成要素、要素、又は機構が、結果又は状態を抑制するとして言及される場合、これらの構成要素、要素、又は機構は、その結果若しくは状態を完全に阻止又は排除する必要はない。
【００２２】
太陽電池の箔ベースのメタライゼーションに対する手法及び結果として得られる太陽電池について、本明細書で説明する。以下の説明では、多くの特定の詳細（例えば特定のペースト組成及びプロセスフロー動作）について述べて、本開示の実施形態の十分な理解が得られるようにする。これらの具体的な詳細なしに、本開示の実施形態を実践することができる点が、当業者には明らかとなるであろう。他の場合には、本開示の実施形態を不必要に不明瞭にしないために、リソグラフィ及びパターニング技術などの、周知の製造技術は詳細に説明されない。更には、図に示される様々な実施形態は、例示的な表現であって、必ずしも原寸に比例して描写されるものではないことを理解されたい。
【００２３】
本明細書では、太陽電池を製造する方法について開示する。一実施形態では、太陽電池を製造する方法には、複数の交互に設けられたＮ型及びＰ型半導体領域を基板内又は基板の上側に形成することが伴う。本方法にはまた、交互に設けられたＮ型及びＰ型半導体領域のうち隣接する領域間にペーストを形成することが伴う。本方法にはまた、ペーストを硬化させて、交互に設けられたＮ型及びＰ型半導体領域間の位置に位置合わせされた非導電性材料領域を形成することが伴う。本方法にはまた、交互に設けられたＮ型及びＰ型半導体領域に金属箔を接着させることが伴う。本方法にはまた、交互に設けられたＮ型及びＰ型半導体領域間の位置に位置合わせされた金属箔を通してレーザアブレートして、交互に設けられたＮ型及びＰ型半導体領域と位置合わせされた残存する金属箔の領域を絶縁することが伴う。非導電性材料領域は、レーザアブレートしている間にレーザ停止部として働く。
【００２４】
また本明細書では太陽電池について開示する。一実施形態では、太陽電池は基板を含む。複数の交互に設けられたＮ型及びＰ型半導体領域が基板内又は基板の上側に配置されている。複数の非導電性材料領域が、交互に設けられたＮ型及びＰ型半導体領域間の位置に位置合わせされている。複数の非導電性材料領域は結合剤及び不透明顔料を含んでいる。不透明顔料の量は複数の非導電性材料領域の組成物の全重量の約５０％よりも大きい。複数の導電性コンタクト構造が、複数の交互に設けられたＮ型及びＰ型半導体領域に電気的に接続されている。各導電性コンタクト構造には、金属箔部分が、交互に設けられたＮ型及びＰ型半導体領域のうちの対応する領域の上側に配置され、領域と位置合わせされて含まれている。
【００２５】
また本明細書では、太陽電池を製造するためのペースト及びペースト配合物が開示されている。一実施形態では、太陽電池の非導電性領域を形成するためのペーストは、結合剤、不透明顔料、ならびに結合剤及び不透明顔料と混合された有機媒体を含んでいる。不透明顔料はペーストの組成物の全重量の約２５％超を構成し、一方で有機媒体はペーストの組成物の全重量の約５０％未満を構成する。
【００２６】
本明細書で説明する１又は複数の実施形態は、太陽電池用の金属（例えばアルミニウム）ベースのメタライゼーションを対象にしている。一般論として、バックコンタクト太陽電池は典型的に、太陽電池の背面上に２種類の極性のパターニングされた金属が必要である。予めパターニングされた金属がコスト、複雑さ、又は効率の理由で利用できない場合、ブランケット金属の低コスト、少量の材料処理がレーザベースのパターン化手法に有利に働くことが多い。一実施形態では、櫛形バックコンタクト（ＩＢＣ）太陽電池用のアルミニウムメタライゼーションプロセスを開示している。一実施形態ではＭ２−Ｍ１プロセスを参照する。Ｍ２層は金属箔から製造してもよく、一方で、Ｍ１層は太陽電池の一部の上に形成された金属層（シード層と呼ばれることもある）である。
【００２７】
高効率電池を得るためには、電池の背面上での金属パターニングプロセスは典型的に、２つの要求を満足しなければならない。（１）金属の完全な絶縁、及び（２）損傷がない処理。大量製造するためには、プロセスは高処理能力プロセス（例えば５００ウェハ／時間を超える処理能力）である必要もあり得る。パターンが複雑な場合、シリコンの上部の厚い（例えば、１ミクロンを超える）又は高反射性金属（例えば、アルミニウム）をレーザを用いてパターニングすると、製造中に実質的な処理能力問題を引き起こす可能性がある。処理能力問題が起こり得るのは、厚くて及び／又は高反射性の金属を高速でアブレートするために必要なエネルギーが、その下にあるエミッタの損傷閾値を上回るレーザエネルギー（例えば、１Ｊ／ｃｍ２よりも大きい）を必要とするからである。金属を完全に絶縁する必要があり、また金属厚さ及びレーザエネルギーは変動しているため、オーバーエッチングが金属パターニングに対して実施されることが多い。特に、金属を完全に取り除き、かつ損傷を与えるレーザビームにエミッタを露出することがない、利用可能な高処理能力／低コストのレーザ−エネルギーウィンドウは存在しないように思われる。
【００２８】
より具体的には、いくつかの実施形態では、無機（又は他の）結合剤を含んだ誘電体レーザ停止部材料層について説明している。例えば、スクリーン印刷可能なペーストを、誘電体レーザ停止部層（又は損傷バッファ層）として用いるのに適している場合がある。一実施形態では、ペーストに、不透明顔料、有機ビヒクル、及び無機結合剤材料を組み込んで、レーザアブレーション耐性及び材料接着性を向上させる。一実施形態では、それに加えて又はその代わりに、ペーストに言及することは、インク、コロイド状材料、又はゲルを参照するべく用いられ得る。
【００２９】
更なるコンテキストを与えるために、次世代の太陽電池に直面する主要な問題点は、光起電力電池性能に対するレーザ損傷であり、これはレーザを用いて電池上で金属構造体をパターニングするときに起こり得る。レーザを用いて金属構造体を完全に電気絶縁するときには、金属を完全に切断しなければならず、レーザエネルギーの一部が下にある構造体に達して、損傷を生じさせる場合がある。本明細書で説明する１又は複数の実施形態は、損傷バッファ材料として機能する材料を設けて、レーザエネルギーが重大な電池部品に損傷を与えずに、かつ完全な金属絶縁を可能にするようにデザインされている。このような問題を解決するこれまでの試みとしては、不透明顔料を含むポリマーのレーザ停止部層を用いることが挙げられる。しかし、このような試みは、ポリマー樹脂のレーザアブレーション耐性が低いために、あまり成功していない。別の潜在的な解決方法は、高焼成温度ガラスフリット又はセラミックベースの結合剤を用いることであり得るが、このような材料の必要な焼成温度は、摂氏５００度を超える。この温度では電池性能が悪影響を受ける可能性がある。最後に、金属製のレーザ停止部層が、特にプリント回路基板業界で頻用されるが、電気絶縁の要求があるためソーラ産業では不適切であろう。
【００３０】
一実施形態では、ペーストを、非導電性バッファ領域を形成するための前駆物質として太陽電池の表面に塗布する。１つのこのような実施形態では、ペーストには不透明顔料、結合剤、及び印刷ビヒクルが含まれる。印刷及び乾燥／硬化された後に、印刷されたフィルムは、その下にあるデバイスに対するレーザ処理中の損傷を妨げる働きをする。特定の実施形態では、ペーストを以下の原材料を用いて調合する。（１）不透明顔料（例えば、ＴｉＯ２、ＢａＳＯ４、ＺｎＳ、ＺｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３）、（２）ペースト配合物に対する有機ビヒクル（例えば、エチルセルロース、テルピネオール、グリコールエーテル）、及び（３）硬化温度が約摂氏４５０度未満の無機結合剤（例えば、シロキサン、シルセスキオキサン、他のアルコキシド）。
【００３１】
一実施形態では、顔料は光散乱体としてペースト中に含まれていて（及び硬化された非導電性材料領域中に保持されていて）、下位層内へのレーザ浸透を最小限にし、またレーザ停止部層によって吸収されるレーザエネルギーを減らす。不透明顔料を用いて入射レーザエネルギーを反射、散乱、及び／又は吸収して、下位層内へのレーザ浸透を最小限にすることができる。好適な顔料は、レーザ投射下での熱劣化を最小限にするために高温安定性を有していてもよい。顔料に対する高屈折率は、光散乱を最大にするために有用であることができる。含まれる顔料は、レーザ波長を吸収してもよいし又はレーザ波長において透明であってもよい。最終的なフィルムは絶縁性であるという要求があるために電気絶縁性の顔料が好ましい。しかし、弱導電性の顔料を、十分に低い装填量で用いることができる。後で詳述するように、可能な不透明顔料としては以下が挙げられる（しかしこれらに限定されない）。ＴｉＯ２、ＢａＳＯ４、ＺｎＳ、ＺｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、など。
【００３２】
一実施形態では、ペーストの結合剤材料は有機又は無機のいずれかであってもよいが、結合剤材料の高温安定性は高くなければならず、特に主要なアブレーションメカニズムが熱アブレーションである長パルス幅レーザ（ナノ秒以上）に対してそうである。一実施形態では、結合剤を用いて、熱応力下での亀裂を伴うことなく、その下にある電池に接着させることができる。有機結合剤としては、ポリイミド及びセルロース化合物が挙げられ、無機結合剤としては、シロキサン、シルセスキオキサン、又は他の非Ｓｉアルコキシドが挙げられる。印刷ビヒクルは、溶媒、粘度調整剤、分散剤、及び他の広く用いられるスクリーン印刷ペースト原材料を含んでいてもよい。
【００３３】
一実施形態では、前述の原材料の適切に調合された組み合わせによって、ペーストをウェハ上に、パターニングされたスクリーン印刷して、それに続いて乾燥／焼成動作を行なって、（１）有機ビヒクルを取り除き、また（２）無機（又は好適な有機）結合剤を硬化させて剛性の無機（又は有機）マトリックスにして、顔料粒子を所定の位置に保持することが可能になる。一実施形態では、結果として得られる無機ネットワークは、アブレーション耐性がポリマー結合剤よりも高いが、やはりガラスフリット結合剤（より高温のスクリーン印刷用途で用いられている）よりも焼成温度が低い。高温は、電池性能に対するその悪影響があるため、望ましくない場合があることを理解されたい。
【００３４】
本明細書で説明する実施形態に対する代替的な手法としては、ガラスフリット結合剤を用いることを挙げることができる。しかし、ほとんどの低温焼成ガラスフリット結合剤には、有毒な化合物、例えば鉛及びカドミウムが含まれている。鉛フリー、カドミウムフリーのガラスを用いてもよいが、高い焼成温度が必要であるため、その後に電池性能劣化が生じる可能性がある。本明細書で説明する実施形態によって、太陽電池に接触するための金属フィンガーの堆積及びパターニングに対する完全乾燥プロセスが可能になる。優位点には、そうでない場合には堆積金属の電気メッキ及び／又はウェットエッチパターニングに付随がある、作業費用の低減を挙げることができる。結果として、そうでない場合には下位層に対する損傷が非常に望ましくなく金属構造の絶縁が必要である、レーザ処理を可能にすることができる。
【００３５】
本開示の実施形態の別の態様では、「粘着性のある」損傷バッファ層が太陽電池に含まれている。コンテキストを与えるために、太陽電池に導電箔を接着させることは、箔の配置を機械的又は熱的にシフトさせ得るプロセス動作中に重大な問題となる可能性がある。一例として、レーザ溶接中に電池に箔が良好に接着されていないと、箔がシフトして、レーザと箔との位置合わせ不良が生じる可能性がある。別のプロセス例は、レーザパターニングである。溶接の強度が不十分であるか又は密度が不十分であると、パターニングの熱によって処理中に箔がシフトして、レーザパターンと箔との位置合わせが不十分になる場合がある。更に、接着剤を用いないと、箔は箔／シード（Ｍ１−Ｍ２）コンタクト領域間の領域での移動が「自由」となる場合があって、信頼性の問題が潜在的に生じる。他の実施形態では、接着剤を別個に塗布するか、又はＭ１−Ｍ２溶接部の密度を高くする。接着の解決に取り組むべく熱圧着接合を用いることもでき得るであろう。しかし熱圧着も高密度溶接も、Ｍ１が存在しない領域にＭ２が接着することにはならない。一実施形態では、損傷バッファ層はＭ１フィンガー間に配置されているため、箔をＭ１フィンガー領域（ＴＣ又は溶接によって）ならびに中間領域（例えば、「粘着性のある」損傷バッファによって）の両方に接着させることができる。
【００３６】
一実施形態では、粘着性のある損傷バッファをレーザ溶接又は熱圧着動作の前に堆積する。そのバッファはスクリーン印刷を介して堆積してもよい。特定の実施形態では、接着剤バッファ層は、導電箔及びその下にあるシリコンエミッタ領域の両方との強力な接着性を示す。例えば、一実施形態としてアルミホイルを伴う場合、ペーストとして、シリコンアルコキシド（例えばポリフェニルシルセスキオキサン）及びアルミニウムアルコキシドの両方を含むものを用いて、シリコン及びアルミホイルの両方に対して強い接合を形成する。接着剤又は「粘着性のある」バッファ材料はまた、レーザ反射性及び／又は吸収性材料成分を含んで、その下にあるシリコンに対するレーザ損傷を防止してもよい。バッファ前駆物質ペーストを堆積させて部分硬化させた後に、スキージ方法を用いて、箔をウェハに「取付け」又は配置することができる。対になった組み合わせを次に硬化させて、接着剤を固定させてもよい。その後、箔電池にＭ１−Ｍ２コンタクト形成を施して（例えば、熱圧着又はレーザ溶接によって）、それに続いてレーザ箔パターニングを行なうことができる。代替案には、二層損傷バッファ（例えば、損傷バッファ材料を印刷した後にそこに接着剤を印刷することによって製造されるバッファ層）を用いることが伴ってもよい。しかし、このような代替的な手法は、そうでない場合には処理時間を増加させる場合がある。
【００３７】
前述のペースト及び結果として得られる非導電性材料領域から利益を得ることができる処理の例示的な実施例では、アルミニウム（Ａｌ）箔（例えば、何らかの他の方式によって電池にレーザ溶接又は接合されている）をレーザパターニングして櫛形パターンのコンタクトフィンガーを形成することに基づくレーザ溝切手法によって、櫛形バックコンタクト太陽電池に対する新しい電極パターニング方法が得られる。このような手法の実施形態を実装して、複雑な位置合わせ及び／又はマスキングプロセスを回避して、ウェハ上のＡｌ箔をパターニングするための損傷がない方法を得ることができる。一例としては、図１Ａ〜１Ｆに例示するのは、本開示の実施形態による箔ベースのメタライゼーションを用いた太陽電池の製造における種々の段階の断面図である。図２は、本開示の実施形態により図１Ａ〜１Ｆに対応するような太陽電池を製造する方法における動作をリストにしたフローチャートである。
【００３８】
図１Ａに例示するのは、太陽電池の基板の背面の一部の上側にエミッタ領域が形成された後の太陽電池製造における段階である。図１Ａとフローチャート２００の対応する動作２０２とを参照して、複数の交互に設けられたＮ型及びＰ型半導体領域が基板の上側に形成されている。特に、基板１００の上側にＮ型半導体領域１０４及びＰ型半導体領域１０６が配置され、これらは薄い誘電体材料１０２上に配置されている。誘電体材料１０２は、Ｎ型半導体領域１０４又はＰ型半導体領域１０６それぞれと基板１００との間の介在材料として存在する。基板１００は受光面１０１を背面の反対側に有する。背面の上側では、Ｎ型半導体領域１０４及びＰ型半導体領域１０６が形成されている。
【００３９】
一実施形態では、基板１００は単結晶シリコン基板（例えば、バルクの単結晶Ｎ型ドープシリコン基板）である。しかしながら、基板１００は、大域的太陽電池基板上に設けられた、多結晶シリコン層などの層であり得ることを理解されたい。一実施形態では、薄い誘電体層１０２は、厚さが約２ナノメートル以下のトンネリング酸化ケイ素層である。１つのこのような実施形態では、用語「トンネリング誘電体層」は非常に薄い誘電体層を指し、この層を通して電気導電を実現することができる。導電性は、量子トンネル現象及び／又は誘電体層内の薄い箇所を通る直接的な物理接続の小さい領域が存在することに起因してもよい。一実施形態では、トンネリング誘電体層は薄い酸化ケイ素層であるか又はそれを含んでいる。他の実施形態では、Ｎ型及びＰ型エミッタ領域は基板自体の中に形成される。この場合、別個の半導体領域（例えば領域１０４及び１０６）及び誘電体層１０２は含まれないであろう。
【００４０】
一実施形態では、交互に設けられたＮ型及びＰ型半導体領域１０４及び１０６はそれぞれ、形成された多結晶シリコンである。多結晶シリコンの形成は、例えば、プラズマ強化化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）プロセスを用いて行なう。１つのこのような実施形態では、Ｎ型多結晶シリコンエミッタ領域１０４にはＮ型不純物（例えばリン）がドープされている。Ｐ型多結晶シリコンエミッタ領域１０６には、Ｐ型不純物（例えばホウ素）がドープされている。図１Ａに示したように、交互に設けられたＮ型及びＰ型半導体領域１０４及び１０６の間には、トレンチ１０８が形成されていてもよく、トレンチ１０８は基板１００内に部分的に延びている。更に、図示しないが、一実施形態では、底部反射防止コーティング（ＢＡＲＣ）材料又は他の保護層（例えばアモルファスシリコン層）が、交互に設けられたＮ型及びＰ型半導体領域１０４及び１０６の上に形成されている。
【００４１】
一実施形態では、図１Ａに示すように、受光面１０１は、テクスチャ化された受光面である。一実施形態では、やはり図１Ａに示すように、水酸化物ベースのウェットエッチング液を用いて、基板１００の受光面１０１及び場合によりトレンチ１０８表面をテクスチャ化する。受光面をテクスチャ化するタイミングは変わってもよいことを理解されたい。例えば、テクスチャ化を、薄い誘電体層１０２を形成する前又は後に行なってもよい。一実施形態では、テクスチャ化された表面は、入射光を散乱させ、太陽電池の受光面１０１で反射される光の量を減少させるための規則的又は不規則な形状の表面を有するものであってもよい。図１Ａを再び参照して、更なる実施形態には、受光面１０１上に不動態化層及び／又は反射防止コーティング（ＡＲＣ）層（層１１２として一括して示す）を形成することを含めることができる。不動態化層及び／又はＡＲＣ層を形成するタイミングも変わってもよいことを理解されたい。
【００４２】
図１Ｂに例示するのは、交互に設けられたＮ型及びＰ型半導体領域のうちの隣接する領域間にペーストを形成した後の太陽電池製造における段階である。図１Ｂとフローチャート２００の対応する動作２０４とを参照して、ペースト材料１２０の領域を、交互に設けられたＮ型及びＰ型半導体領域１０４及び１０６のうちの隣接する領域間に形成する。実施形態において、トレンチ１０８が形成された場合には、図１Ｂに示すように、ペースト１２０をトレンチ１０８内に形成する。
【００４３】
一実施形態では、ペースト材料１２０の領域を、ペーストをスクリーン印刷することよって形成する。１つのこのような実施形態では、スクリーン印刷によって、図１Ｂに示したように、ペースト材料１２０の領域を、交互に設けられたＮ型及びＰ型半導体領域１０４及び１０６の露出面が残るパターンで形成することが可能になる。
【００４４】
一実施形態では、ペースト材料１２０の領域を、太陽電池の非導電性領域を形成するのに適したペーストから形成する。１つのこのような実施形態では、ペーストには、結合剤、不透明顔料、ならびに結合剤及び不透明顔料と混合された有機媒体が含まれる。特定の実施形態では、不透明顔料は、ペーストの組成物の全重量の約２５％超を構成し、一方で、有機媒体は、ペーストの組成物の全重量の約５０％未満を構成する。
【００４５】
一実施形態では、ペースト１２０を再び参照して、不透明顔料は、限定することなく、酸化チタン（ＴｉＯ２）、硫酸バリウム（ＢａＳＯ４）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、カーボンブラック、又はカーボンナノチューブなどのものである。他の不透明顔料としては、酸化亜鉛、炭酸カルシウム、及びシリケートを挙げることができる。上記不透明顔料は、概ね白色及び黒色顔料を対象にしていると見なしてもよい。しかし、光の特定の波長を対象とする顔料を、上記の顔料の代わりに又は上記の顔料に加えて用いてもよいことを理解されたい。一例としては、酸化クロムを緑色光（例えば緑色レーザ光線）に対する不透明顔料として用いてもよい。
【００４６】
一実施形態では、ペースト１２０を再び参照して、結合剤は、限定することなく、シロキサン、シルセスキオキサン、又は非シリコンアルコキシドなどの無機結合剤である。１つのこのような実施形態では、無機結合剤は有機媒体中に溶解されている。結合剤に言及する場合、結合剤自体とすることもできるし、又はペーストを硬化させると実現される最終的な結合剤材料に対する前駆物質とすることもできることを理解されたい。別の実施形態では、結合剤は有機結合剤（例えば、限定することなく、ポリイミド又はセルロース）である。一実施形態では、全体に渡って、用語「セルロース」を用いた場合、セルロース又はセルロース誘導体又はセルロース誘導化合物を指すことができる。一実施形態では、結合剤はペーストの組成物の全重量の約２０％超を構成する。しかし他の実施形態では、ペースト配合物はほんの５％の結合剤を含んでいてもよい。
【００４７】
一実施形態では、ペースト１２０を再び参照して、有機媒体は、限定することなく、エチルセルロース、テルピネオール、グリコールエーテル、又は２−ブトキシエチルアセテートなどのものである。不透明顔料、結合剤、及び有機媒体に加えて、ペースト１２０にはまた、１又は複数の添加剤（例えば分散剤、粘度調整剤、希釈剤、接着促進剤、湿潤剤、消泡剤などが）含まれていてもよいことを理解されたい。
【００４８】
一実施形態では、ペースト１２０を再び参照して、ペーストは硬化温度が約摂氏４５０度以下である。１つのこのような実施形態では、有機媒体の実質的にすべてが硬化温度において除去可能であるが、結合剤及び不透明顔料の何れもが硬化温度において実質的に除去可能ではない。一実施形態では、ペーストがガラスフリット材料を含まない。しかし他の実施形態では、ガラスフリット材料が含まれている。一実施形態では、ペーストは接着剤を更に含む。
【００４９】
図１Ｃに例示するのは、ペーストを硬化させた後の太陽電池製造における段階である。図１Ｃとフローチャート２００の対応する動作２０６とを参照して、ペースト材料１２０の領域を硬化させて、交互に設けられたＮ型及びＰ型半導体領域間の位置に位置合わせされた非導電性材料領域１２２を形成する。
【００５０】
一実施形態では、ペースト１２０を硬化させて非導電性材料領域１２２を形成することにはペーストを加熱することを伴うが、約摂氏４５０度以下の温度に制限される。このような低温焼成によって残る太陽電池の損傷は皆無かそれに近くてよい。しかし、他の実施形態では、ペーストの硬化を、最大で摂氏８００〜９００度の温度まで焼成することによって行なう（例えば、このような焼成の間に最小の損傷のみを受け得る電池構造に対して）。別の実施形態では、ペースト１２０を硬化させて非導電性材料領域１２２を形成することには、紫外線（ＵＶ）放射に曝露すること、又は加熱及びＵＶ放射への曝露の組み合わせが伴う。一実施形態では、硬化させると、ペーストの有機媒体の実質的にすべてが取り除かれるが、ペーストの結合剤及び不透明顔料の実質的にすべてが保持される。１つのこのような実施形態では、ペーストの結合剤は無機結合剤であり、硬化させることには、無機結合剤を非導電性材料領域１２２の剛性無機マトリックスに転化させることが伴う。
【００５１】
図１Ｄに例示するのは、図１Ｃの構造上に金属層を形成した後の太陽電池製造における段階である。図１Ｄとフローチャート２００の対応する任意的な動作２０８とを参照して、金属層（太陽電池に対して金属シード層、又はＭ１層、と呼ばれることもある）を形成し、層１２４として示す。一実施形態では、金属層１２４を、複数の金属シード材料領域を提供するものと見なすことができる。交互に設けられたＮ型及びＰ型半導体領域１０４及び１０６のそれぞれの上に金属シード材料領域がある。すなわち、単一の連続した層を、非導電性材料領域１２２ならびに交互に設けられたＮ型及びＰ型半導体領域１０４及び１０６の両方の上に形成してもよいが、金属層１２４が交互に設けられたＮ型及びＰ型半導体領域１０４及び１０６に接触する領域を、対応する金属シード領域と見なしてもよい。代替的な実施形態では、パターニングされた金属層を形成して、対応する金属シード領域を設ける。いずれの場合でも、一実施形態では、金属層１２４はアルミニウム層である。特定のこのような実施形態では、アルミニウム層を物理蒸着によって約１ミクロン未満の厚さに形成する。他の実施形態では、金属層１２４に含まれる金属は、例えば、限定することなく、ニッケル、銀、コバルト又はタングステンである。
【００５２】
図１Ｅに例示するのは、図１Ｄの構造上に金属箔を位置決め（又は配置するか又は取り付けて）かつ接着させた後の太陽電池製造における段階である。図１Ｅとフローチャート２００の対応する動作２１０とを参照して、金属箔１２６が、交互に設けられたＮ型及びＰ型半導体領域１０４及び１０６に接着されている。図示した実施形態において、金属箔１２６は、金属層１２４上に配置されて溶接されているか、又は別の方法で金属層１２４に溶接領域１２８で結合している。１つのこのような実施形態では、図１Ｄに示すように、溶接領域１２８は、交互に設けられたＮ型及びＰ型半導体領域１０４及び１０６の上側の位置に形成されている。
【００５３】
一実施形態では、図１Ｄに示したように、金属シード材料領域（例えば、金属層１２４）が、交互に設けられたＮ型及びＰ型半導体領域１０４及び１０６のそれぞれの上に設けられている。その実施形態では、金属箔１２６を複数の金属シード材料領域１２４に接着させることによって、金属箔１２６が交互に設けられたＮ型及びＰ型半導体領域１０４及び１０６に接着されている。特定のこのような実施形態では、技術、例えば、限定することなく、レーザ溶接プロセス、熱圧着プロセス又は超音波接合プロセスを用いる。
【００５４】
一実施形態では、金属箔１２６は、厚さが約５〜１００ミクロンの範囲、好ましくは厚さが約５０ミクロン未満の範囲を有するアルミニウム（Ａｌ）箔である。一実施形態では、Ａｌ箔は、アルミニウムと第２の元素（例えば、限定することなく、銅、マンガン、シリコン、マグネシウム、亜鉛、スズ、リチウム、又はそれらの組み合わせ）とを含むアルミニウム合金箔である。一実施形態では、Ａｌ箔は焼き戻しグレード箔、例えば、限定することなく、Ｆ−グレード（製造されたままの）、Ｏ−グレード（最大ソフトの）、Ｈ−グレード（歪み硬化した）又はＴ−グレード（熱処理した）である。
【００５５】
別の実施形態によれば、シードレス（１２４金属層がない）手法を実装してもよいことを理解されたい。このような手法では、金属箔１２６は、交互に設けられたＮ型及びＰ型半導体領域１０４及び１０６の材料に直接接着されている。これについては、図３に関連して以下で詳細に説明する。例えば、一実施形態では、金属箔１２６を、交互に設けられたＮ型及びＰ型多結晶シリコン領域に直接接着させる。
【００５６】
他の実施形態では、金属箔の代わりに、本明細書で説明する手法は、他のブランケットバルクメタライゼーション処理（例えば、ブランケット金属ペースト、ブランケットメッキなど）に好適であってもよい。ブランケット若しくはパターニングされた金属シード又はスパッタリングされたブランケット金属に基づく製造手法も、本明細書で説明するペーストから利益を得ることができる。更に、金属箔を記載する実施形態が、Ｍ１層又はＭ２層を参照していてもよいことを理解されたい。したがって、本明細書で説明する手法は、ブランケット堆積金属（シード形態又はバルク形態）例えば、ブランケット金属ペースト、メッキ金属、蒸着、スパッタリングなどを伴っていてもよい。
【００５７】
図１Ｆに例示するのは、図１Ｅの構造の金属箔をパターニングした後の太陽電池製造における段階である。図１Ｆとフローチャート２００の対応する動作２１２とを参照して、レーザアブレートする処理１３０を、交互に設けられたＮ型及びＰ型半導体領域１０４及び１０６の間の位置に位置合わせされた金属箔１２６を通して行なって、交互に設けられたＮ型及びＰ型半導体領域１０４及び１０６と位置合わせされた残存する金属箔１２６の領域を絶縁する。非導電性材料領域１２２は、レーザアブレートすること１３０の間にレーザ停止部として働く。
【００５８】
一実施形態では、金属箔１２６を通してレーザアブレートすること１３０には、波長を有するレーザを用いることが伴う。ペースト１２０及び結果として得られる非導電性材料領域１２２は、レーザの波長の光を散乱又は吸収するための不透明顔料を含んでいる。一実施形態では、レーザアブレーション１３０をマスクがない方式で行なう。しかし他の実施形態では、マスク層を金属箔１２６の一部の上に、レーザアブレートする前に形成して、レーザアブレートした後に取り除く。
【００５９】
前述したように、別の実施形態では、金属層１２４（すなわち、金属シード）を形成しない。一例としては、図３に例示するのは、本開示の別の実施形態による箔ベースのメタライゼーションを有する別の太陽電池の断面図である。図３を参照して、金属箔１２６を、交互に設けられたＮ型及びＰ型半導体領域１０４及び１０６に直接接着させる（例えば、溶接１２８によって）。その実施形態では、金属箔は非導電性材料領域１２２と直接接触するようになる。一実施形態では、ペースト１２０及び結果として得られる非導電性材料領域１２２には接着剤が含まれる。１つのこのような実施形態では、金属箔１２６を、交互に設けられたＮ型及びＰ型半導体領域１０４及び１０６の露出部分に直接接着させ、かつ非導電性材料領域１２２に直接接着させることを、スキージを用いて、交互に設けられたＮ型及びＰ型半導体領域１０４及び１０６ならびに非導電性材料領域１２２の露出部分に、金属箔１２６を取り付けることによって行なう。
【００６０】
本明細書で説明する実施形態には、前述した１又は複数の手法により太陽電池を製造することが含まれる。図１Ｆ及び３を参照して、一実施形態では、太陽電池は基板１００を含んでいる。複数の交互に設けられたＮ型１０４及びＰ型１０６半導体領域が、基板１００内（図示せず）又は上側（図示あり）に配置されている。複数の非導電性材料領域１２２は、交互に設けられたＮ型及びＰ型半導体領域１０４及び１０６の間の位置に位置合わせされる。一実施形態では、複数の非導電性材料領域１２２は結合剤と不透明顔料とを含み、不透明顔料の量は複数の非導電性材料領域の組成物の全重量の約５０％よりも大きい。複数の導電性コンタクト構造が、複数の交互に設けられたＮ型及びＰ型半導体領域１０４及び１０６に電気的に接続されている。各導電性コンタクト構造には、交互に設けられたＮ型及びＰ型半導体領域１０４及び１０６の対応する領域の上側に配置された、金属箔部分１２６が、対応する領域と位置合わせされて含まれている。特定の実施形態では、特に図１Ｆを参照して、各導電性コンタクト構造は、交互に設けられたＮ型及びＰ型半導体領域１０４及び１０６の対応する領域と金属箔部分１２６との間に直接配置された金属シード層１２４を更に含んでいる。
【００６１】
一実施形態では、非導電性材料領域１２２の不透明顔料は、限定することなく、酸化チタン（ＴｉＯ２）、硫酸バリウム（ＢａＳＯ４）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、カーボンブラック、又はカーボンナノチューブなどのものである。一実施形態では、非導電性材料領域１２２の結合剤は、限定することなく、シロキサン、シルセスキオキサン、又は非シリコンアルコキシドなどの無機結合剤である。別の実施形態では、非導電性材料領域１２２の結合剤は、限定することなく、ポリイミド又はセルロースなどの有機結合剤である。
【００６２】
一実施形態では、複数の非導電性材料領域１２２によって、太陽電池の太陽エネルギー吸収効率が増加する。１つのこのような実施形態では、ＩＲタイプ波長光の背面反射の向上が実現される。すなわち、特に、テクスチャ化トレンチを備える黒バックシート適用例に対して見られるように、より長い波長を電池内に反射するようにデザインされた背面側でペーストを用いることによってＩＲ透過から生じる典型的な損失を埋め合わせることができる。
【００６３】
図３を特に参照して、一実施形態では、複数の非導電性材料領域１２２には更に接着剤が含まれる。各導電性コンタクトに対して、金属箔部分１２６は、交互に設けられたＮ型及びＰ型半導体領域１０４又は１０６の対応する領域上に直接配置され、また複数の非導電性材料領域１２２のうちの１つの一部の上に直接配置されている。１つのこのような実施形態では、複数の非導電性材料領域１２２には、シリコンアルコキシド若しくはアルミニウムアルコキシド、又はその両方が含まれる。
【００６４】
特定の材料について前述の実施形態を参照して具体的に説明しているが、いくつかの材料については、本開示の実施形態の趣旨及び範囲内にある他のこのような実施形態を伴う他のもので容易に置き換えてもよい。例えば、一実施形態では、異なる材料基板（例えばＩＩＩ−Ｖ族材料基板）を、シリコン基板の代わりに用いることができる。加えて、バックコンタクト型太陽電池の配置構成についてかなり言及しているが、本明細書中に説明される手法はフロントコンタクト型太陽電池にも適用してもよいことは理解されたい。他の実施形態では、前述した手法は、太陽電池以外を製造することに適用可能とすることができる。例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）の製造は、本明細書で説明する手法から利益を得る場合がある。
【００６５】
このように、太陽電池の箔ベースのメタライゼーションに対する手法及び結果として得られる太陽電池について開示した。
【００６６】
具体的な実施形態が上述されてきたが、これらの実施形態は、特定の機構に関して単一の実施形態のみが説明される場合であっても、本開示の範囲を限定することを意図するものではない。本開示で提供される機構の例は、別段の定めがある場合を除き、制約的であることよりも、むしろ例示的であることを意図するものである。上記の説明は、本開示の利益を有する当業者には明らかとなるような、変更、修正、及び等価物を包含することを意図するものである。
【００６７】
本開示の範囲は、本明細書で対処される問題のいずれか又は全てを軽減するか否かにかかわらず、本明細書で（明示的又は暗示的に）開示される、あらゆる機構若しくは機構の組み合わせ、又はそれらのあらゆる一般化を含む。したがって、本出願（又は、本出願に対する優先権を主張する出願）の審査の間に、任意のそのような機構の組み合わせに対して、新たな請求項を形式化することができる。特に、添付の「特許請求の範囲」を参照して、従属請求項からの機構を、独立請求項の機構と組み合わせることができ、それぞれの独立請求項からの機構を、任意の適切な方式で、単に添付の請求項で列挙される具体的な組み合わせのみではなく、組み合わせることができる。
【００６８】
一実施形態では、太陽電池を製造する方法は、複数の交互に設けられたＮ型及びＰ型半導体領域を基板内又は基板上側に形成することと、交互に設けられたＮ型及びＰ型半導体領域のうちの隣接する領域の間にペーストを形成することと、ペーストを硬化させて、交互に設けられたＮ型及びＰ型半導体領域間の位置に位置合わせされた非導電性材料領域を形成することと、交互に設けられたＮ型及びＰ型半導体領域に金属箔を接着させることと、交互に設けられたＮ型及びＰ型半導体領域間の位置に位置合わせされた金属箔を通してレーザアブレートして、交互に設けられたＮ型及びＰ型半導体領域と位置合わせされた残存する金属箔の領域を絶縁することであって、非導電性材料領域はレーザアブレートしている間にレーザ停止部として働いて、絶縁することと、を含む。
【００６９】
一実施形態では、交互に設けられたＮ型及びＰ型半導体領域のうちの隣接する領域間にペーストを形成することが、ペーストをスクリーン印刷することを含む。
【００７０】
一実施形態では、ペーストを硬化させて非導電性材料領域を形成することが、ペーストを約摂氏４５０度以下の温度にまで加熱すること、若しくは紫外線（ＵＶ）放射に曝露すること、又はその両方を行うことを含む。
【００７１】
一実施形態では、ペーストを硬化させて非導電性材料領域を形成することが、ペーストの有機媒体の実質的にすべてを取り除いて、ペーストの結合剤及び不透明顔料の実質的にすべてを保持することを含む。
【００７２】
一実施形態では、結合剤は無機結合剤であり、ペーストを硬化させて非導電性材料領域を形成することが、無機結合剤を非導電性材料領域の剛性無機マトリックスに転化させることを含む。
【００７３】
一実施形態では、金属箔を通してレーザアブレートすることが、波長を有するレーザを用いることを含み、ペースト及び結果として得られる非導電性材料領域が、波長の光を散乱又は吸収するための不透明顔料を含む。
【００７４】
一実施形態では、本方法は、金属箔を接着させることの前に、複数の金属シード材料領域を形成して、交互に設けられたＮ型及びＰ型半導体領域のそれぞれの上に金属シード材料領域を設けることが、交互に設けられたＮ型及びＰ型半導体領域に金属箔を接着させることが複数の金属シード材料領域に金属箔を接着させることを更に含む。
【００７５】
一実施形態では、複数の金属シード材料領域に金属箔を接着させることが、レーザ溶接プロセス、熱圧着プロセス、及び超音波接合プロセスからなる群から選択される技法を用いることを含む。
【００７６】
一実施形態では、交互に設けられたＮ型及びＰ型半導体領域に金属箔を接着させることが、金属箔を、交互に設けられたＮ型及びＰ型半導体領域の露出部分に直接接着させ、かつ非導電性材料領域に直接接着させることを含む。
【００７７】
一実施形態では、ペースト及び結果として得られる非導電性材料領域は接着剤を含み、金属箔を、交互に設けられたＮ型及びＰ型半導体領域の露出部分に直接接着させ、かつ非導電性材料領域に直接させることが、スキージを用いて、交互に設けられたＮ型及びＰ型半導体領域の露出部分ならびに非導電性材料領域の露出部分に、金属箔を取り付けることを含む。
【００７８】
一実施形態では、太陽電池は、基板と、基板内又は基板上側に配置された複数の交互に設けられたＮ型及びＰ型半導体領域と、交互に設けられたＮ型及びＰ型半導体領域間の位置に位置合わせされた複数の非導電性材料領域であって、複数の非導電性材料領域は結合剤及び不透明顔料を含み、不透明顔料の量が、複数の非導電性材料領域の組成物の全重量の約５０％よりも大きい、非導電性領域と、複数の交互に設けられたＮ型及びＰ型半導体領域に電気的に接続された複数の導電性コンタクト構造であって、各導電性コンタクト構造は、交互に設けられたＮ型及びＰ型半導体領域の上側に配置された金属箔部分であって、かつ半導体領域のうちの対応する領域と位置合わせされた金属箔部分を含む、導電性コンタクト構造と、を含。
【００７９】
一実施形態では、不透明顔料が、酸化チタン（ＴｉＯ２）、硫酸バリウム（ＢａＳＯ４）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、酸化アルミニウム（Ａ１２Ｏ３）、カーボンブラック、及びカーボンナノチューブからなる群から選択される。
【００８０】
一実施形態では、結合剤が、シロキサン、シルセスキオキサン、及び非シリコンアルコキシドからなる群から選択される無機結合剤である。
【００８１】
一実施形態では、結合剤が、ポリイミド及びセルロースからなる群から選択される有機結合剤である。
【００８２】
一実施形態では、各導電性コンタクト構造は、交互に設けられたＮ型及びＰ型半導体領域のうちの対応する領域と金属箔部分との間に直接配置された金属シード層を更に含む。
【００８３】
一実施形態では、複数の非導電性材料領域は接着剤を更に含み、各導電性コンタクトに対して、金属箔部分が、交互に設けられたＮ型及びＰ型半導体領域のうちの対応する領域の上に直接配置され、かつ複数の非導電性材料領域のうちの１つの一部の上に直接配置される。
【００８４】
一実施形態では、複数の非導電性材料領域が、シリコンアルコキシド若しくはアルミニウムアルコキシド又はその両方を含む。
【００８５】
一実施形態では、複数の非導電性材料領域によって、太陽電池の太陽エネルギー吸収効率が増加する。
【００８６】
一実施形態では、太陽電池の非導電性領域を形成するためのペーストは、結合剤と、不透明顔料と、結合剤及び不透明顔料と混合された有機媒体とを含み、ペーストの組成物の全重量の約２５％超が不透明顔料であり、ペーストの組成物の全重量の約５０％未満が有機媒体である。
【００８７】
一実施形態では、不透明顔料が、酸化チタン（ＴｉＯ２）、硫酸バリウム（ＢａＳＯ４）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、酸化アルミニウム（Ａ１２Ｏ３）、カーボンブラック、及びカーボンナノチューブからなる群から選択される。
【００８８】
一実施形態では、結合剤が、シロキサン、シルセスキオキサン、及び非シリコンアルコキシドからなる群から選択される無機結合剤である。
【００８９】
一実施形態では、無機結合剤が有機媒体中に溶解されている。
【００９０】
一実施形態では、結合剤が、ポリイミド及びセルロースからなる群から選択される有機結合剤である。
【００９１】
一実施形態では、ペーストの組成物の全重量の約２０％超が結合剤である。
【００９２】
一実施形態では、有機媒体が、エチルセルロース、テルピネオール、グリコールエーテル、及び２−ブトキシエチルアセテートからなる群から選択される。
【００９３】
一実施形態では、ペーストは硬化温度が約摂氏４５０度以下であり、有機媒体の実質的にすべてが硬化温度において除去可能であるが、結合剤及び不透明顔料の何れもが、硬化温度において実質的に除去可能ではない。
【００９４】
一実施形態では、ペーストがガラスフリット材料を含まない。
【００９５】
一実施形態では、ペーストが接着剤を更に含む。
【図１Ａ】
2017537473.tif 000003
【図１Ｂ】
2017537473.tif 000004
【図１Ｃ】
2017537473.tif 000005
【図１Ｄ】
2017537473.tif 000006
【図１Ｅ】
2017537473.tif 000007
【図１Ｆ】
2017537473.tif 000008
【図２】
2017537473.tif 000009
【図３】
2017537473.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成29年7月21日(2017.7.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池であって、
基板と、
前記基板内又は基板の上側に配置された複数の交互に設けられたＮ型及びＰ型半導体領域と、
交互に設けられた前記Ｎ型及びＰ型半導体領域間の位置に位置合わせされた複数の非導電性材料領域であって、前記複数の非導電性材料領域は結合剤及び不透明顔料を含み、前記不透明顔料の量が、前記複数の非導電性材料領域の組成物の全重量の約５０％よりも大きい、非導電性領域と、
前記複数の交互に設けられたＮ型及びＰ型半導体領域に電気的に接続された複数の導電性コンタクト構造であって、各導電性コンタクト構造は、交互に設けられた前記Ｎ型及びＰ型半導体領域の上側に配置された金属箔部分であって、かつ前記Ｎ型及びＰ型半導体領域のうちの対応する領域と位置合わせされた金属箔部分を含む、導電性コンタクト構造と、を含む太陽電池。
【請求項２】
前記不透明顔料が、酸化チタン（ＴｉＯ２）、硫酸バリウム（ＢａＳＯ４）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、カーボンブラック、及びカーボンナノチューブからなる群から選択される、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項３】
前記結合剤が、シロキサン、シルセスキオキサン、及び非シリコンアルコキシドからなる群から選択される無機結合剤である、請求項１又は２に記載の太陽電池。
【請求項４】
前記結合剤が、ポリイミド及びセルロースからなる群から選択される有機結合剤である、請求項１から３の何れか一項に記載の太陽電池。
【請求項５】
各導電性コンタクト構造は、交互に設けられた前記Ｎ型及びＰ型半導体領域のうちの対応する領域と前記金属箔部分との間に直接配置された金属シード層を更に含む、請求項１から４の何れか一項に記載の太陽電池。
【請求項６】
前記複数の非導電性材料領域は接着剤を更に含み、各導電性コンタクトに対して、前記金属箔部分が、交互に設けられた前記Ｎ型及びＰ型半導体領域のうちの対応する領域の上に直接配置され、かつ前記複数の非導電性材料領域のうちの１つの一部の上に直接配置される、請求項１から５の何れか一項に記載の太陽電池。
【請求項７】
前記複数の非導電性材料領域が、シリコンアルコキシド若しくはアルミニウムアルコキシド又はその両方を含む、請求項６に記載の太陽電池。
【請求項８】
前記複数の非導電性材料領域によって、前記太陽電池の太陽エネルギー吸収効率が増加する、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項９】
太陽電池の非導電性領域を形成するためのペーストであって、
結合剤と、
不透明顔料と、
前記結合剤及び前記不透明顔料と混合された有機媒体と、を含み、前記ペーストの組成物の全重量の約２５％超が前記不透明顔料であり、前記ペーストの前記組成物の全重量の約５０％未満が前記有機媒体である、ペースト。
【請求項１０】
前記不透明顔料が、酸化チタン（ＴｉＯ２）、硫酸バリウム（ＢａＳＯ４）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、カーボンブラック、及びカーボンナノチューブからなる群から選択される、請求項９に記載のペースト。
【国際調査報告】
2017537473.tif 000011
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