(57)【要約】製造コストを低減する簡易化された製造プロセスおよび得られる両面型太陽電池（BSC）を提供する。当該BSCは、例えばリン拡散工程などによって形成された、基板（101）の前面に位置する活性領域（103）を備える。リン拡散の場合にはPSGを除去し、前面接合を絶縁した後、誘電体層（105／107）を前面および裏面に被着する。接触グリッド（109／111）は、例えば、スクリーン印刷によって形成される。裏面誘電体を被着する前に金属グリッドを裏面に適用してもよく、当該裏面接触グリッドは、金属グリッドに対して位置合わせされ、接触を焼成する間に該金属グリッドと合金化する。2012525702.tif 000003
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
リンを、前面接合を形成するためにシリコン基板の前面上に拡散させ、かつ裏面接合を形成するために該シリコンの裏面上に拡散させる工程と、
該リン拡散工程の間に形成されたリンケイ酸塩ガラス（PSG）を除去する工程と、
n+層に前面パッシベーションおよび反射防止（AR）用誘電体層を被着し、かつ該シリコン基板の該裏面に裏面パッシベーションおよびAR用誘電体層を被着する工程と、
裏面接触グリッドを適用する工程と、
前面接触グリッドを適用する工程と、
該裏面接触グリッドを焼成する工程と、
該前面接触グリッドを焼成する工程と
を含む、両面型太陽電池を製造する方法。
【請求項２】
裏面接触グリッドを適用する工程が、該裏面接触グリッドをスクリーン印刷する工程をさらに含み、かつ前面接触グリッドを適用する工程が、該前面接触グリッドをスクリーン印刷する工程をさらに含む、請求項1記載の方法。
【請求項３】
裏面接触グリッドを焼成する工程が、浮遊裏面接合を形成するために裏面パッシベーションおよびAR用誘電体層を通じかつ裏面接合を通じて該裏面グリッドを焼成する工程をさらに含む、請求項1記載の方法。
【請求項４】
裏面接合を除去する工程および前面接合を絶縁する工程をさらに含む、請求項1記載の方法。
【請求項５】
裏面接合を除去する工程が、裏面をエッチングする工程をさらに含む、請求項4記載の方法。
【請求項６】
シリコン基板の裏面上に裏面金属グリッドを適用する工程をさらに含み、該裏面金属グリッドを適用する工程が、裏面接合を除去する工程の後かつ裏面パッシベーションおよびAR用誘電体層を被着する工程の前に実施され、かつ請求項1記載の方法が、該裏面接触グリッドを該裏面金属グリッドに対して位置合わせする工程をさらに含む、請求項4記載の方法。
【請求項７】
裏面金属グリッドを適用する工程が、シリコン基板の裏面にシャドウ・マスクを通して該裏面金属グリッドを被着させる工程をさらに含む、請求項6記載の方法。
【請求項８】
裏面金属グリッドを適用する工程が、シリコン基板の裏面上に該裏面金属グリッドをスクリーン印刷する工程をさらに含む、請求項6記載の方法。
【請求項９】
裏面接触グリッドを焼成する工程が、前面接触グリッドを適用する工程の前に実施される、請求項6記載の方法。
【請求項１０】
裏面接触グリッドを焼成する工程および前面接触グリッドを焼成する工程が同時に実施される、請求項1記載の方法。
【請求項１１】
裏面接触グリッドを焼成する工程が、前面接触グリッドを適用する工程の前に実施される、請求項1記載の方法。
【請求項１２】
PSGを除去する工程が、フッ化水素酸エッチング液により前面をエッチングする工程をさらに含む、請求項1記載の方法。
【請求項１３】
シリコン基板の裏面に誘電体層を被着させる工程と、
n+層および前面接合を形成するために、該シリコン基板の前面上にリンを拡散させる工程と、
該リン拡散工程の間に形成されたリンケイ酸塩ガラス（PSG）を除去する工程と、
該n+層に前面パッシベーションおよび反射防止（AR）用誘電体層を被着する工程と、
裏面接触グリッドを適用する工程と、
前面接触グリッドを適用する工程と、
該裏面接触グリッドを焼成する工程と、
該前面接触グリッドを焼成する工程と、
該前面接合を絶縁する工程と
を含む、両面型太陽電池を製造する方法。
【請求項１４】
裏面接触グリッドを適用する工程が、該裏面接触グリッドをスクリーン印刷する工程をさらに含み、かつ前面接触グリッドを適用する工程が、該前面接触グリッドをスクリーン印刷する工程をさらに含む、請求項13記載の方法。
【請求項１５】
前面接合を絶縁する工程が、レーザースクライバーを使用して実施される、請求項13記載の方法。
【請求項１６】
裏面接触グリッドを焼成する工程および前面接触グリッドを焼成する工程が同時に実施される、請求項13記載の方法。
【請求項１７】
裏面接触グリッドを焼成する工程が、前面接触グリッドを適用する工程の前に実施される、請求項13記載の方法。
【請求項１８】
PSGを除去する工程が、フッ化水素エッチング液により前面をエッチングする工程をさらに含む、請求項13記載の方法。
【請求項１９】
前面および裏面を有するシリコン基板と、
該シリコン基板の該前面の少なくとも一部に位置する第一導電型の活性領域と、
該活性領域に被着された第一誘電体層と、
該シリコン基板の該裏面に被着された第二誘電体層と、
該第一誘電体層に適用された、第一金属で構成される第一接触グリッドであって、焼成工程の後に、該第一誘電体層を通じて該活性領域と合金化する、第一接触グリッドと、
該第二誘電体層に適用された、第二金属で構成される第二接触グリッドであって、焼成工程の後に、該第二誘電体層を通じて該シリコン基板の該裏面と合金化する、第二接触グリッドと
を備える、両面型太陽電池。
【請求項２０】
シリコン基板の裏面の少なくとも一部に位置する第一導電型の浮遊接合をさらに備える、請求項19記載の両面型太陽電池。
【請求項２１】
シリコン基板がp型シリコンで構成され、活性領域が、リン拡散工程に起因するn+材料で構成され、かつ第一および第二誘電体層が、窒化シリコン、酸化シリコン、および酸窒化シリコンからなる群より選択される、請求項19記載の両面型太陽電池。
【請求項２２】
シリコン基板の裏面に直接被着されかつ該シリコン基板の該裏面と該第二誘電体層との間に介在する、第三金属のグリッドパターンをさらに備え、スクリーン印刷された第二接触グリッドが該グリッドパターンに対して位置合わせされ、かつ、焼成工程の後、該スクリーン印刷された第二接触グリッドが、該第二誘電体層を通じて該第三金属の該グリッドパターンと合金化する、請求項19記載の両面型太陽電池。
【請求項２３】
シリコン基板の前面に溝をさらに備え、該溝が、活性領域とシリコン基板とによって形成された前面接合を絶縁する、請求項19記載の両面型太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
本発明は、概して、太陽電池、特に、両面型太陽電池のための改良された構造および製造プロセスに関する。
【背景技術】
【０００２】
発明の背景
両面型太陽電池（BSC）は、任意の様々な異なる設計を採用することにより、従来の片面受光型太陽電池によって典型的に得られる効率よりも高い効率を達成することができる。そのような設計の1つは、米国特許第5,665,175号（特許文献1）に示されており、当該特許では、BSCの前面および裏面上にそれぞれ形成された第一および第二活性領域を備え、かつ当該2つの領域が距離λによって分離されているBSC構成が開示されている。距離λは、第一および第二活性領域の間にリーク電流が流れることを可能とし、したがって、そのような両面型を採用している太陽電池パネルは、1つ以上の個々の太陽電池が影になるか故障しても作動を継続することができる。
【０００３】
米国特許第7,495,167号（特許文献2）では、n+pp+構造およびそれを製造する方法が開示されている。開示されている当該構造において、ホウ素拡散によって形成されたp+層は、基板の初期レベルに近い耐用期間を示している。167号特許では、この耐用期間を達成するためにはリンのゲッタリングの後に当該電池を600℃以下の温度で1時間以上アニール処理しなければならないことが教示されている。リンおよび低温ホウ素ゲッタリング工程によって回復された耐用期間を維持するため、最終的な熱処理工程が当該電池に施され、当該工程において、電池は約700℃以下の温度で1分以下において焼成される。
【０００４】
米国特許出願公開第2005/0056312号（特許文献3）では、単一の太陽電池において2つ以上のpn接合を実現するための代替技術が開示されており、開示されている当該技術では、透明基板（例えば、ガラスまたは石英基板）を採用している。開示されている一態様において、BSCは、透明基板の対向する面上に形成された2つの薄膜多結晶質もしくは非晶質電池を備える。当該太陽電池設計により、窓層の低温被着の前に、吸収層の高温被着を完了することができ、したがって、pn接合の劣化または破壊を避けることができる。
【０００５】
このような太陽電池を製作するための様々なBSC設計および技術が存在するが、これらの設計および技術は、比較的複雑で、したがって高価である傾向がある。したがって、両面型太陽電池に関連する恩恵を達成すると同時に、片面受光型太陽電池の製造の簡易さを維持する太陽電池設計が必要とされている。本発明は、そのような設計を提供する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第5,665,175号
【特許文献２】米国特許第7,495,167号
【特許文献３】米国特許出願公開第2005/0056312号
【発明の概要】
【０００７】
本発明は、簡易化された製造プロセスならびにそれによって得られる両面型太陽電池（BSC）を提供するものであり、当該簡易化された製造プロセスによって製造コストが低減される。本発明の少なくとも一態様において、リンを、n+層および前面接合を形成するためにシリコン基板の前面上に拡散させ、同時に、n+層および裏面接合を形成するためにシリコン基板の裏面上にも拡散させる工程と、当該拡散工程中に形成されたリンケイ酸塩ガラスを、（例えば、HFによるエッチングによって）除去する工程と、前面および裏面にパッシベーションおよびAR用誘電体層を被着させる工程と、前面および裏面接触グリッドを適用する工程と、当該前面および裏面接触グリッドを焼成する工程とで構成される製造方法を提供する。当該前面接触グリッドの焼成工程および裏面接触グリッドの焼成工程は、同時に実施してもよい。あるいは、裏面接触グリッドの適用工程および焼成工程を、前面接触グリッドの適用工程および焼成工程の前または後に実施してもよい。当該方法は、さらに、裏面接合を通じて裏面接触グリッドを焼成して、浮遊接合を残す工程を含む。当該方法は、さらに、背面接合を除去し、前面接合を絶縁する工程を含んでいてもよく、この工程は、裏面誘導体を被着する工程の前に実施される。裏面接合を除去した後、裏面に誘電体層を被着させる前に、例えば、スクリーン印刷、またはシャドウ・マスクを使用した被着によって、裏面金属グリッドを適用してもよい。
【０００８】
本発明の少なくとも一態様において、シリコン基板の裏面に誘電体層を被着する工程と、n+層および前面接合を形成するために当該基板の前面上にリンを拡散させる工程と、当該拡散工程中に形成されたリンケイ酸塩ガラスを、（例えば、HFによるエッチングによって）除去する工程と、レーザースクライバーを用いて当該前面接合を絶縁する工程と、前面パッシベーションおよびAR用誘電体層を被着する工程と、前面および裏面接触グリッドを適用する工程と、当該前面および裏面接触グリッドを焼成する工程と、例えばレーザースクライバーを用いて当該前面接合を絶縁する工程とで構成される製造方法を提供する。当該前面接触グリッドの焼成工程および裏面接触グリッドの焼成工程は、同時に実施してもよい。あるいは、裏面接触グリッドの適用工程および焼成工程を、前面接触グリッドの適用工程および焼成工程の前または後に実施してもよい。
【０００９】
本発明の少なくとも一態様において、第一導電型の前面活性領域を有するシリコン基板と、当該シリコン基板の前面活性領域および当該裏面に被着した誘電体層と、前面誘電体に適用された前面接触グリッドと、裏面誘電体に適用された裏面接触グリッドとで構成される両面型太陽電池（BSC）であって、焼成工程の間に当該前面接触グリッドが、前面誘電体を通じて当該活性領域と合金化し、かつ焼成工程の間に当該裏面接触グリッドが、裏面誘電体を通じてシリコン基板の裏面と合金化する、両面型太陽電池を提供する。当該シリコン基板はp型シリコンで構成され得、当該活性領域は、リン拡散工程に起因するn+材料で構成され得、かつ当該誘電体層は、窒化シリコン、酸化シリコン、および／または酸窒化シリコンで構成され得る。当該BSCは、さらに、第一導電型の浮遊裏面接合を備え得る。当該BSCは、さらに、シリコン基板の裏面に直接被着された金属グリッドパターンを備え得、この場合、裏面にスクリーン印刷された当該接触グリッドは、裏面誘電体を通じて焼成し、焼成の間に金属グリッドパターンとの電気的接触を形成する。当該BSC、さらに、シリコン基板の前面に溝を備え得、当該溝は前面接合を絶縁する。
【００１０】
本明細書の残りの部分および図を参照すれば、本発明の性質および利点についてさらに理解が深まるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明によるBSCの好ましい態様を示す。
【図２】図1のBSCのプロセスフローを示す。
【図３】図1のBSCの代替のプロセスフローを示す。
【図４】本発明によるBSCの代替の態様を示す。
【図５】図4のBSCのプロセスフローを示す。
【図６】図4のBSCの代替のプロセスフローを示す。
【図７】本発明によるBSCの代替の態様を示す。
【図８】図7のBSCのプロセスフローを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
特定の態様の説明
図1は、図2で説明された手順により製作された好ましい両面型太陽電池（BSC）構造の断面図を示している。シリコン基板101は、p型またはn型のいずれかであり得る。図1および2に示されているデバイスおよびプロセスでは、p型基板が使用されている。
【００１３】
最初に、任意の様々な周知の基板調製プロセス（工程201）を用いて基板101を調製する。概して、工程201の間に、切断および取り扱いの際の損傷が、例えば、硝酸およびフッ化水素（HF）酸混合物を使用したエッチングプロセスにより除去される。基板を調製した後、基板101の前面上へリンを拡散させて、n+層103を作成し、基板101とn+層103との界面にpn接合を形成させる。この工程の間に、リンが基板101の裏面上にも拡散され、n+層104および浮遊接合が形成される。好ましくは、n+層103は、塩化ホスホリル（POCl3）を使用して、825℃〜890℃の範囲の拡散温度で、好ましくは約850℃の温度で、10〜20分間、窒素雰囲気において形成される（工程203）。次いで、拡散工程203の間に形成されたリンケイ酸塩ガラス（PSG）を、好ましくはHFエッチング液により、室温もしくは室温付近で1〜5分間、エッチング処理を施して除去する（工程205）。好ましい態様において、前面および裏面接合は、0.3〜0.6ミクロンの深さ、および約8×1021／cm3の表面ドーピング濃度を有する。
【００１４】
工程207において、前面パッシベーションおよび反射防止（AR）用誘電体層105が、裏面パッシベーションおよびAR用誘電体層107と同様に被着され、ここで、各層は、好ましくは約76ナノメートルの厚さを有する。例示的態様において、層105および107は、2.07の屈折率を有する窒化シリコンで構成される。代替の態様において、層105および107は、酸窒化シリコンで構成される。別の代替の態様において、層105および107は、異なる組成物の2つの層の積み重ね、例えば10ナノメートルの二酸化シリコンと70ナノメートルの窒化シリコンで構成される。層105および107は、好ましくは、300℃〜400℃の温度で被着される。
【００１５】
誘電体層を被着した後、例えばスクリーン印刷法を用いて、接触グリッドをBSC100の前面および裏面に適用する（工程209）。例示的態様において、前面接触グリッド109は銀で構成され、その一方で裏面接触グリッド111はアルミニウムで構成される。好ましい態様において、前面および裏面接触グリッドの両方が、同じ接触サイズおよび間隔で配置され、その場合、電極は、幅およそ100ミクロン、厚さ15ミクロンであり、かつおよそ2.5ミリメートルの間隔で離されている。少なくとも代替の一態様において、裏面接触グリッドは、基板における側面電流フローからの抵抗損失を少なくするために、微細な間隔を採用する。最後に、接触焼成工程211が、好ましくは、空気中で750℃のピーク温度において3秒間実施される。このプロセスの結果として、接触109は、パッシベーションおよびAR用誘電体コーティング105を通じてn+層103と合金化する。接触111は、パッシベーションおよびAR用誘電体コーティング107ならびに裏面拡散層104を通じて基板101と合金化し、基板101への接触を形成する。アルミニウムがp型ドーパントであるため、裏面拡散層104および接触111との間にダイオードが形成され、そのため、電流は、当該裏面拡散層から当該接触へは流れず、かつ当該裏面拡散が浮遊状態となる。浮遊接合に流れる電流はゼロであるため、結果として、裏面がバルク101から絶縁される。
【００１６】
図3は、電池100を製作するための代替のプロセスを示している。図示されているように、このプロセスでは、前面および裏面接触グリッドが別々に適用および焼成され、それにより、各グリッドに対して異なる焼成条件を用いることが可能である。好ましくは、最初に接触グリッド111が適用（工程301）および焼成（工程303）され、続いて接触グリッド109が適用され（工程305）かつ前面接触グリッドが焼成される（工程307）。
【００１７】
図4および5は、基板の裏面上の浮遊接合が取り除かれている代替の態様を示している。構造400において、前面接合の形成およびPSGエッチングの後、基板101の裏面がエッチングされ（工程501）、それにより、裏面接合が除去され、前面接合が絶縁される。好ましい態様において、工程501は、硝酸およびHF酸の混合物などの等方性ウェットシリコンエッチング液を用いている。裏面浮遊接合が除去された後、当該プロセスは、前述において図2および3に対して説明されたように継続される。好ましくは、この態様において、裏面接触グリッドは、アルミニウム−銀混合物で構成される。
【００１８】
図6は、電池400を製作するための代替のプロセスを示している。このプロセスでは、基板101の調製（工程201）の後、誘電体層107が基板101の裏面に適用される（工程601）。前述において説明したように、好ましくは、誘電体層107は、窒化シリコンまたは酸窒化シリコンで構成される。前面n+層103の拡散（工程203）の前に誘電体層107を適用することにより、裏面接合の形成を防ぐことができる。前面拡散（工程203）およびPSGエッチング（工程205）の後、前面パッシベーションおよびAR用誘電体層105が被着され（工程603）、続いて接触グリッドが適用され（工程209）、かつ焼成される（工程211）。最後に、例えばレーザースクライバーを用いて、電池の周囲の電池前面に溝を形成することにより、前面接合が絶縁される（工程605）。この態様では、図3に対して説明されたように、前面および裏面接触グリッドのスクリーン印刷および焼成を別々に行うことも可能である。
【００１９】
図7および8は、BFC400の変形を示している。BFC700のBFC断面図において示されているように、金属グリッド701が、電池101の裏面に直接適用されており（工程801）、それにより、接触抵抗が低下する。工程801は、好ましくは、基板101の裏面をエッチングして（工程501）裏面接合を除去し前面接合を絶縁した後に実施される。工程801は、シャドウ・マスクを用いた被着プロセスを用いるか、またはスクリーン印刷法を用いることにより実施される。好ましくは、金属グリッド701はアルミニウムで構成される。誘電体層105および107の被着（工程207）の後、接触グリッド109および111の適用および焼成が、図6に示されているように、および図2に対して説明されているように、同時に実施されるか、あるいは図3に対して説明されているように別々に実施される。接触形成プロセスが、図2または図3のどちらに示されている方法で実施されるかにかかわらず、裏面接触グリッド111は、金属グリッド501に位置合わせされることは理解されるであろう。焼成工程の間に、接触グリッド111は金属グリッド501と合金化する。
【００２０】
当業者であれば理解するであろうが、本発明は、その趣旨または基本的特徴から逸脱することなく、他の特定の形態において実施することができる。したがって、本明細書における開示および説明は、例示目的であって、本発明の範囲を限定することを意図するものではない。
【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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【国際調査報告】
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