(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。当該BSCは、例えばリン拡散工程などによって基板（101）の前面上に位置する活性領域（107）を備える。裏面はドープ領域（103）を備えており、当該ドープ領域は、当該基板と同じ導電型を有するが、そのドーピングレベルは基板より高い。接触グリッド（111／113）は、例えば、スクリーン印刷によって形成される。前面接合の絶縁は、レーザースクラブを用いて実施される。2012525701.tif 000003
2012525701.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
p型シリコン基板の裏面に、ホウ素をドープした層を被着する工程と、
該ホウ素をドープした層に裏面誘電体を被着する工程と、
n+層および前面接合を形成するために、該シリコン基板の前面上にリンを拡散させる工程と、
該リンを拡散させる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、
裏面接触グリッドの印刷を適用する工程と、
前面接触グリッドの印刷を適用する工程と、
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】
前面接合を絶縁する工程が、レーザースクライバーによってBSCの前面に溝を形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５】
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６】
ホウ素をドープした層を被着する工程が、ホウ素をドープした二酸化シリコン層を化学気相成長法を用いて被着する工程をさらに含む、請求項1記載の方法。
【請求項７】
ホウ素をドープした層を被着する工程が、ホウ素をドープしたシリコン層を化学気相成長法を用いて被着する工程をさらに含む、請求項1記載の方法。
【請求項８】
ホウ素をドープした層を被着する工程が、ホウ素をドープしたアモルファスシリコン層をプラズマ化学気相成長法を用いて被着する工程をさらに含む、請求項1記載の方法。
【請求項９】
ホウ素をドープした層を被着する工程が、ホウ酸溶液をシリコン基板の背面に噴霧する工程をさらに含む、請求項1記載の方法。
【請求項１０】
ホウ素をドープした層を被着する工程が、ホウ素をドープしたスピンオンガラスをシリコン基板の裏面に噴霧する工程をさらに含む、請求項1記載の方法。
【請求項１１】
PSGを除去する工程が、フッ化水素エッチング液を用いて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１２】
窒化シリコン、二酸化シリコン、および酸窒化シリコンからなる群より誘電体を選択する工程をさらに含む、請求項1記載の方法。
【請求項１３】
ホウ素をドープした層に裏面誘電体を被着する工程が、該ホウ素をドープした層に誘電体スタックを被着する工程をさらに含む、請求項1記載の方法。
【請求項１４】
窒化シリコン、二酸化シリコン、および酸化アルミニウムからなる群より誘電体スタックのための材料を選択する工程をさらに含む、請求項12記載の方法。
【請求項１５】
リンを拡散させる工程が、およそ850℃において、およそ10〜20分間実施される、請求項1記載の方法。
【請求項１６】
窒化シリコンおよび酸窒化シリコンからなる群より前面パッシベーションおよびAR用誘電体層を選択する工程をさらに含む、請求項1記載の方法。
【請求項１７】
前面および裏面を有する第一導電型のシリコン基板と、
該シリコン基板の該裏面上に位置する該第一導電型のドープ領域と、
該ドープ領域に被着された誘電体層と、
該シリコン基板の該前面上に位置する第二導電型の活性領域と、
該活性領域に被着されたパッシベーションおよびAR用誘電体層と、
該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、焼成工程の後に合金化され、該誘電体層を通じて、該シリコン基板の該裏面上に位置する該ドープ領域へ達する、第一接触グリッドと、
パッシベーションおよびAR用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、該焼成工程の後に合金化され、該パッシベーションおよびAR用誘電体層を通じて、該活性領域へ達する、第二接触グリッドと、
該シリコン基板の該前面の溝であって、該活性領域と該シリコン基板とによって形成された前面pn接合を絶縁する溝と
を備える、両面型太陽電池。
【請求項１８】
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の結果として得られたn+材料で構成され、かつドープ領域がホウ素ドーパントで構成される、請求項17記載の両面型太陽電池。
【請求項１９】
誘電体層が、窒化シリコンおよび二酸化シリコンからなる群より選択される材料で構成され、かつパッシベーションおよびAR用誘電体層シリコン基板が、窒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材料で構成される、請求項18記載の両面型太陽電池。
【請求項２０】
シリコン基板がn型シリコンで構成され、活性領域がホウ素拡散工程の結果として得られるp+材料で構成され、ドープ領域がリンドーパントで構成される、請求項17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し得る。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す。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、開示された当該技術では、透明基板（例えば、ガラスまたは石英基板）が採用されている。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つの薄膜多結晶もしくは非晶質電池を備える。当該太陽電池の設計により、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】
このような製作のための様々な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り、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、p型シリコン基板の裏面に、ホウ素をドープした層を被着する工程と、当該ホウ素をドープした層に裏面誘電体を被着する工程と、n+層および前面接合を形成するためにシリコン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、当該n+層に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。ホウ素をドープした層を被着する工程は、ホウ素をドープした二酸化シリコン層をCVD法を用いて被着する工程、ホウ素をドープしたポリシリコン層をCVD法を用いて被着する工程、ホウ素をドープしたアモルファスシリコン層をPE−CVD法を用いて被着する工程、ホウ酸溶液を基板の裏面にスプレーコーティングする工程、またはホウ素をドープしたスピンオンガラスを基板の裏面にスプレーコーティング／ワイプコーティングする工程によって、あるいは他の方法によって構成することができる。リン拡散工程は、825℃〜890℃の範囲の温度で、およそ10〜20分間かけて実施され得る。
【０００８】
本発明の少なくとも一態様において、第二導電型の前面活性領域と第一導電型の裏面ドープ領域とを備える第一導電型のシリコン基板と、当該前面活性領域および当該裏面ドープ領域に被着された誘電体層と、焼成の際に合金化され前面誘電体を通じて活性領域へ達する、前面パッシベーションおよびAR用誘電体層に適用された前面接触グリッドと、焼成の際に合金化され裏面誘電体を通じて裏面ドープ領域へ達する、裏面誘電体層に適用された裏面接触グリッドと、前面接合を絶縁する、シリコン基板の前面の溝とで構成される両面型太陽電池（BSC）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ていてもよく、当該活性領域は、リンの拡散工程から得られるn+材料で構成されていてもよく、かつ当該ドープ領域はホウ素ドーパントで構成されていてもよい。当該シリコン基板は、n型シリコンで構成されていてもよく、当該活性領域は、ホウ素の拡散工程から得られるp+材料で構成されていてもよく、かつ当該ドープ領域は、リンドーパントで構成されていてもよい。
【０００９】
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】
【００１０】
【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のための別のプロセスフローを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
特定の態様の説明
図1は、図2および3で説明される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1〜3に示される例示的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。
【００１２】
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の底面をドープし、それによって裏面ドープ領域103を形成する（工程203）。領域103を、基板101と同じドーピング型でドープする。領域103のドーピングレベルを基板101よりも高くすることにより、接触抵抗が減少する。さらに、ドープ領域103は、裏面再結合を減少させ、かつ、裏面絶縁体における正の電位が少数キャリアを裏面に引き付けることで前面の収集接合から遠ざける効果を低下させる。
【００１３】
領域103は、任意の様々な技術を用いて形成することができる。例示的技術としては、化学気相成長法（CVD）、プラズマCVD（PE−CVD）、スプレーコーティング法、およびスピンコーティング法が挙げられるが、これらに限定されるわけではない。したがって、p型基板の場合、領域103は、ホウ素をドープしたポリシリコン層をCVD法により被着するか、ホウ素をドープした二酸化シリコンまたはアモルファスシリコン層をPE−CVD法により被着するか、ホウ酸溶液またはドープされたスピンオンガラスを基板101の裏面にスプレー／スピンコーティングするか、あるいは他の方法により、形成することができる。
【００１４】
領域103を形成した後、誘電体層105を、基板101の裏面、具体的には、図示されているように、ドープ領域103に被着する（工程205）。好ましくは、層105は、窒化シリコンまたは二酸化シリコンのいずれか、好ましくは300℃〜400℃の温度で被着された窒化シリコンまたは二酸化シリコンのいずれかで構成され、かつ窒化シリコンの場合はおよそ76ナノメートル、二酸化シリコンの場合は100ナノメートルの厚さを有する。代替の態様において、層105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は、誘電体スタック、例えば、10ナノメートルの二酸化シリコンもしくは酸化アルミニウムに70ナノメートルの窒化シリコンを積み重ねたもの、で構成される。
【００１５】
誘電体層105を被着した後、基板101の前面上へリンを拡散させてn+層107を作成して、基板101とn+層107との界面にpn接合を形成させる（工程207）。好ましくは、n+層107は、塩化ホスホリル（POCl3）を使用して形成され、この場合、拡散は、825℃〜890℃の範囲の拡散温度で、好ましくは、およそ850℃の温度で、10〜20分間、窒素雰囲気において実施される（工程207）。リン拡散工程207の間に、領域103からホウ素が基板101の裏面中に拡散して、裏面電界（BSF）が形成されることは理解されるであろう。拡散工程207の間に形成されたリンケイ酸塩ガラス（PSG）は、次いで、例えば、フッ化水素（HF）エッチング液を用いて、室温もしくは室温付近で、1〜5分間においてエッチングされる（工程209）。当該好ましい態様において、前側接合は、0.3〜0.6ミクロンの深さ、および約8×1021／cm3の前面ドーピング濃度を有する。
【００１６】
工程211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109が被着され、この場合、層109は、好ましくはおよそ76ナノメートル厚である。例示的態様において、層109は、窒化シリコンまたは酸窒化シリコンで構成される。好ましくは、層109は、300℃〜400℃の温度において被着される。
【００１７】
誘電体層109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213）。例示的態様において、前面接触グリッド111は銀で構成され、一方、裏面接触グリッド113は、アルミニウム−銀混合物で構成される。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は、同じ接触サイズおよび間隔で配置されて使用され、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、基板における側部電流フローからの抵抗損失を少なくするために、微細な間隔で配置される。次に、接触焼成工程213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111は合金化され、パッシベーションおよびAR用誘電体コーティング109を通じてn+層107へ達する。同様に、接触113は合金化され、誘電体コーティング105を通じて層103へ達する。最後に、例えばレーザースクライバーを使用して、電池の周囲の電池前面に溝を形成することにより、前面接合を絶縁する（工程217）。
【００１８】
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、前面および裏面接触グリッドを別々に適用および焼成し、それによって各グリッドに対して異なる焼成条件を使用することが可能であることを除いて、このプロセスは、図2に示されているものと同じである。好ましくは、最初に接触グリッド113が適用され（工程301）かつ焼成され（工程303）、続いて前面接触グリッド111の適用（工程305）および焼成（工程307）が行われる。
【００１９】
前に言及したように、n型基板も本発明において使用することができる。そのような態様では、n型ドーパント、例えばリンなどが領域103に対して使用され、一方で、p型材料、例えばホウ素などが前面中に拡散されて、基板101と拡散領域107との界面においてpn接合を形成する。
【００２０】
当業者であれば理解するであろうように、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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【国際調査報告】
2012525701.tif 000007
2012525701.tif 000008