特許 5752798 バイパスダイオード及びその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5752798

(24)【登録日】2015年5月29日

(45)【発行日】2015年7月22日

(54)【発明の名称】バイパスダイオード及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 31/0443 20140101AFI20150702BHJP

   H01L 31/18 20060101ALI20150702BHJP

【ＦＩ】

   H01L31/04 522

   H01L31/04 400

【請求項の数】9

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2013-539844(P2013-539844)

(86)(22)【出願日】2011年10月3日

(65)【公表番号】特表2013-543279(P2013-543279A)

(43)【公表日】2013年11月28日

(86)【国際出願番号】US2011054607

(87)【国際公開番号】WO2013058724

(87)【国際公開日】20130425

【審査請求日】2013年2月21日

(31)【優先権主張番号】12/967,976

(32)【優先日】2010年12月14日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】505379467

【氏名又は名称】サンパワー コーポレイション

(74)【代理人】

【識別番号】110000877

【氏名又は名称】龍華国際特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】リム、スン バム

(72)【発明者】

【氏名】キム、テソク

(72)【発明者】

【氏名】スミス、デーヴィッド ディー．

(72)【発明者】

【氏名】カズンズ、ピーター ジェイ．

【審査官】 堀部 修平

(56)【参考文献】

【文献】 特表２００３−５０５８６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００２−５２７８８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−１７９１６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００９／１５１８０９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２００９／１５１８０８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００５−２２３１３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−００７９７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−２７０３５９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ３１／０４ − ３１／０７８

Ｈ０１Ｌ ３１／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１導電型の第１活性領域と、平面視で前記第１活性領域と異なる領域に形成された第２導電型の第２活性領域とを備える太陽電池のためのバイパスダイオードであって、
前記太陽電池の基板と、
前記基板上に配置される薄い誘電体層と、
前記薄い誘電体層上に配置された前記第１導電型の第１導電性領域と、
前記第１導電性領域上に配置され、前記第１導電型とは反対の前記第２導電型の第２導電性領域と
を備え,
前記薄い誘電体層の厚さが、５オングストローム以上、５０オングストローム以下であり、
前記第１導電性領域及び前記第２導電性領域は、前記第１活性領域及び前記第２活性領域と異なる領域に形成されるバイパスダイオード。

【請求項2】

前記第２導電性領域は、前記第１導電性領域よりも狭く、前記第１導電性領域の上面が露出している請求項１に記載のバイパスダイオード。

【請求項3】

前記基板は、Ｎ型ドーパント不純物原子でドーピングされ、
前記第１導電型はＰ型であり、
前記第２導電型はＮ型であり、
前記第１導電性領域の上面を露出させることは、Ｐ型領域を露出させることを含む請求項１または２に記載のバイパスダイオード。

【請求項4】

前記第２導電性領域は、前記第１導電性領域の最上部内に配置され、かつ、前記第１導電性領域の前記最上部に囲まれるが、前記第１導電性領域の最下部には配置されない請求項１または２に記載のバイパスダイオード。

【請求項5】

前記基板は、Ｎ型ドーパント不純物原子でドーピングされ、
前記第１導電型はＰ型であり、
前記第２導電型はＮ型であり、
前記第２導電性領域は、Ｐ型領域内に配置され、かつ、前記Ｐ型領域に囲まれる請求項１または４に記載のバイパスダイオード。

【請求項6】

前記基板に配置され、前記第１導電性領域の下の前記基板の部分を囲むアイソレーショントレンチを更に備え、
前記アイソレーショントレンチは、前記第１導電性領域及び前記第２導電性領域上に配置される誘電体層に覆われている請求項１から５の何れか一項に記載のバイパスダイオード。

【請求項7】

第１導電型の第１活性領域と、平面視で前記第１活性領域と異なる領域に形成された第２導電型の第２活性領域とを備える太陽電池のためのバイパスダイオードの製造方法であって、
前記太陽電池の基板上に、薄い誘電体層を形成する工程と、
前記薄い誘電体層上に、前記第１導電型の第１導電性領域を形成する工程と、
前記第１導電性領域上に、前記第１導電型と反対の前記第２導電型の第２導電性領域を印刷する工程とを備え、
前記第２導電性領域は、前記第１導電性領域の上面が露出した状態を維持するべく、前記第１導電性領域よりも狭く印刷され、
前記薄い誘電体層の厚さが、５オングストローム以上、５０オングストローム以下であり、
前記第１導電性領域及び前記第２導電性領域は、前記第１活性領域及び前記第２活性領域と異なる領域に形成されるバイパスダイオードの製造方法。

【請求項8】

前記基板上に前記薄い誘電体層を形成する工程は、前記第１導電性領域を形成する工程の前に行われ、
前記製造方法は、
前記基板に設けられ、前記第１導電性領域の下の前記基板の部分を囲むアイソレーショントレンチを形成する工程と、
ランダムな又は規則的なテクスチャ化されたパターンを設けるべく、前記アイソレーショントレンチの底面をエッチングする工程と、
前記アイソレーショントレンチ内、並びに、前記第１導電性領域及び前記第２導電性領域それぞれの少なくとも一部分上に誘電体層を形成する工程とを更に備える請求項７に記載のバイパスダイオードの製造方法。

【請求項9】

前記基板は、Ｎ型ドーパント不純物原子でドーピングされ、
前記第１導電型はＰ型であり、
前記第２導電型はＮ型である請求項７又は８に記載のバイパスダイオードの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、再生可能エネルギー、特に太陽電池のためのバイパスダイオードの分野に属する。

【0002】

［連邦政府による資金提供を受けた研究開発の記載］
本明細書において記載される発明は、米国エネルギー省により与えられた契約番号第ＤＥ−ＦＣ３６−０７ＧＯ１７０４３のもとで、政府の支援によりなされた。政府は、本発明において一定の権利を有する。

【背景技術】

【0003】

太陽電池として既知の光起電電池は、太陽放射を電力に直接変換させるための装置として既知である。一般的に、基板表面付近にｐ−ｎ接合を形成するため、半導体プロセス技術を使用して、半導体ウエハ又は基板上に太陽電池が製造される。基板の表面に衝突及び進入する太陽放射は、基板のバルク内に電子−正孔対を生じる。電子−正孔対は、基板のｐ型にドーピングされた領域及びｎ型にドーピングされた領域内に移動し、ドーピングされた領域の間に電圧差を生じさせる。ドーピングされた領域は、太陽電池上の導電性領域に接続されて、電池から連結された外部回路へと電流が流れる。

【図面の簡単な説明】

【0004】

【図1】本発明の実施形態による、太陽電池のためのモノリシックバイパスダイオードの上面図である。

【図2】本発明の実施形態による、太陽電池のためのバイパスダイオードを形成するために、レーザを使用してＰ型エミッタ領域の一部をドーピングして、その部分をＮ型領域に変換するプロセスを例示する概略図である。

【図3】本発明の実施形態による、図２のＰ型及びＮ型領域を含むバイパスダイオードの上面図である。

【図4】本発明の実施形態による、レーザドーピングにより形成されるバイパスダイオードの断面図である。

【図5】本発明の実施形態による、太陽電池のためのバイパスダイオードの製造方法における操作を表すフローチャートである。

【図6A】本発明の実施形態による、図５のフローチャートの操作５０２に対応する太陽電池の製造における段階の断面図である。

【図6B】本発明の実施形態による、図５のフローチャートの操作５０４に対応する太陽電池の作製の段階における段階の断面図である。

【図6C】本発明の実施形態による、図５のフローチャートの操作５０４に対応する太陽電池の製造の段階における断面図である。

【図6D】本発明の実施形態による、太陽電池の製造における段階の断面図である。

【図6E】本発明の実施形態による、太陽電池の製造における段階の断面図である。

【図6F】本発明の実施形態による、太陽電池の製造における段階の断面図である。

【図7】本発明の実施形態による、印刷手法により形成されるバイパスダイオードの断面図である。

【図8】本発明の実施形態による、太陽電池のためのバイパスダイオードの製造方法における操作を表すフローチャートである。

【図9A】本発明の実施形態による、図８のフローチャートの操作８０２に対応する太陽電池の製造における段階の断面図である。

【図9B】本発明の実施形態による、図８のフローチャートの操作８０４に対応する太陽電池の製造における段階の断面図である。

【図9C】本発明の実施形態による、太陽電池の製造における段階の断面図である。

【図9D】本発明の実施形態による、太陽電池の製造における段階の断面図である。

【図9E】本発明の実施形態による、太陽電池の製造における段階の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0005】

太陽電池のためのバイパスダイオードが本明細書において記載される。以下の記載において、本発明の実施形態の全体的な理解をもたらすために、具体的なダイオード構造及びプロセスフロー操作など、多数の具体的な詳細が記載される。これらの具体的な詳細を使用することなく、本発明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。本発明の実施形態を不必要に不明瞭にしないために、金属コンタクト部形成技術などの、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、例示的な表示であって、必ずしも一定の縮尺で描かれていないことを理解するべきである。

【0006】

太陽電池のためのバイパスダイオードが本明細書において開示される。一実施形態において、太陽電池のバイパスダイオードは、太陽電池の基板を含む。バイパスダイオードはまた、基板上に配置された第１導電型の第１導電性領域を含む。バイパスダイオードはまた、第１導電性領域上に配置され、第１導電型と反対の第２導電型の第２導電性領域を含む。

【0007】

本明細書において、太陽電池のためのバイパスダイオードの製造方法が開示される。一実施形態において、太陽電池のためのバイパスダイオードの製造方法は、太陽電池の基板上に、第１導電型の第１導電性領域を形成する工程を含む。製造方法はまた、第１導電型とは反対の第２導電型の第２導電性領域を、第１導電性領域の最上部内に第１導電性領域に囲まれるように設けられるが、第１導電性領域の最下部には設けられないように形成する工程を含む。別の実施形態において、太陽電池のためのバイパスダイオードの製造方法は、太陽電池の基板上に、第１導電型の第１導電性領域を形成する工程を含む。製造方法はまた、第１導電性領域上に、第１導電型と反対の第２導電型の第２導電性領域を印刷する工程を含み、第２導電性領域は、第１導電性領域の上面が露出した状態を維持するべく、第１導電性領域よりも狭く印刷される。

【0008】

太陽電池は典型的には、遮光される又は汚れが付着すると逆バイアスされ、発熱する。バイパスダイオードは、このような事象において太陽電池が故障するのを防ぐために使用することができる。しかしながら、バイパスダイオードが列毎（例えば、１２〜１８個の電池）に取り付けられるために、発電力が失われる場合があり、また、ホットスポットが存在する場合は、保護は完璧でない。したがって、個別の電池のバイパスダイオードを保護することが望ましいと考えられる。

【0009】

本発明の実施形態により、各太陽電池を個別に保護するために、内蔵型バイアスダイオード保護が提供される。保護は逆バイアス事象及びホットスポットの温度抑制のためのものである。一実施形態において、垂直ＰＮ接合ポリシリコンダイオードは、レーザプロセスを使用して、ポリシリコンエミッタの一部をドーピングすることによって作製される。一実施形態において、垂直ＰＮ接合ポリシリコンダイオードは、ドーピングした非晶質シリコン又はナノ結晶性シリコン層を、ポリシリコンエミッタの上部に堆積することによって作製される。いずれにせよ、作製されるダイオードは、太陽電池のためのバイパスダイオードとして機能し、ホットスポットの温度を低減させる。特定の実施形態において、内蔵バイパスダイオードを提供するため、できる限り少ないプロセス操作が適用される。更に、接合が横方向接合ではなく垂直接合であるため、ダイオードは、対応する太陽電池の小さな面積のみを犠牲にして形成可能である。実施形態において、通常のパネル及び集光太陽電池の両方において有用である。

【0010】

図１には、本発明の実施形態による、太陽電池のためのモノリシックバイパスダイオードの上面図が例示されている。図１に示すように、太陽電池の部分１００は、Ｎ＋領域１０４及びＰ＋領域１０６を有するポリシリコンバイパスダイオード１０２を含む。金属グリッド１０８は、１０４及び１０６の両領域と接触する。ダイオードの概略１１０によって表されるように、バイパスダイオード１０２は、対応する太陽電池へと分路されている。

【0011】

一実施形態において、バイパスダイオード１０２は、トレンチによって横方向に、及びＰ＋／ｎ−Ｓｉベース接合によって垂直に分離される。一実施形態において、Ｐ＋ポリシリコンは、バイパスダイオード１０２の底部にあり、他のＰフィンガーとは分離されている。一実施形態において、バイパスダイオード１０２が占める面積は、発電に使用することができず、したがって、太陽電池の全面積に対して小さくなるように作製される。一実施形態において、バイパスダイオード１０２は、電力消費を低減するために、逆バイアスにおいてより高い電流を供給する。トレンチ分離については、何れもＳｕｎＰｏｗｅｒ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｓａｎ Ｊｏｓｅ，ＣＡ，ＵＳＡ）が出願人である、米国特許第７，８１２，２５０号及び米国特許出願公開第２００９／０３０８４３８号公報に記載される技術により達成することができる。

【0012】

本発明の態様において、レーザドーピングプロセスは、太陽電池のためのバイパスダイオードの製造に使用することができる。例えば、図２は、本発明の実施形態による、太陽電池のためのバイパスダイオードを製造するために、レーザを使用してＰ型エミッタ領域の一部をドーピングして、その部分をＮ型領域に変換するプロセスを例示する概略図である。図２に示すように、レーザ２０２は、Ｐ型ポリシリコンエミッタ領域２０４の一部をドーピングして、Ｎ型ポリシリコン２０６へと変換するために使用される。レーザドーピング法により、垂直ＰＮ接合ポリシリコンダイオード２０８が提供される。かかるダイオードを太陽電池と組み込むことは、逆バイアスにおいて、電池のバイパス保護を可能にし得る。特定の実施形態において、レーザドーピングは、前駆体膜としてリンケイ酸ガラス（ＰＳＧ）又はＰＯＣｌ_３を使用して、又は、ガス浸漬レーザドーピングプロセスを使用して、Ｐ型ポリシリコンをＮ型ポリシリコンへとカウンタードーピングするために使用される。別の特定の実施形態において、レーザドーピングは、ＰＯＣｌ_３又はリン酸ガスを用いたアニール又はドーパントによるプロセス操作などの、前のプロセス操作によって成長された、リンがドーピングされた酸化膜を使用して、Ｐ型ポリシリコンを、Ｎ型ポリシリコンへとカウンタードーピングするために使用される。別の特定の実施形態において、レーザドーピングは、液体前駆体による水ジェットレーザドーピングを使用して、Ｐ型ポリシリコンをＮ型ポリシリコンへとカウンタードーピングするために使用される。

【0013】

図３には、本発明の実施形態による、図２のＰ型及びＮ型領域を含むバイパスダイオードの上面図が例示されている。図３を参照し、Ｎ型ポリシリコン２０６は、Ｐ型パッド２１０と接触する。ポリシリコンダイオード２０８のＰ型部分との接触も設けられ、複数の太陽電池へと分岐する内蔵型ダイオード２０８の相互接続を提供する。このようなバイパスダイオードの空間領域は、必要とされる電流保護の度合い、及び、順方向バイアスにおいて選択される犠牲の程度によって調節され得る。

【0014】

図４には、本発明の実施形態により、レーザドーピングにより形成されるバイパスダイオードの断面図が例示されている。垂直Ｎ＋／Ｐ＋バイパスダイオード（図４の破線の円４０２内に位置する）は、上記のレーザプロセスを使用して、Ｐ＋ポリシリコンを、Ｎ＋ポリシリコンにカウンタードーピングすることによって作製され得る。

【0015】

図４に示すように、太陽電池４００のためのバイパスダイオード４０２は、太陽電池４００の基板４０４を含む。第１導電型の第１導電性領域４０６は、基板４０４の上に設けられる。第２導電性領域４０８は、第１導電性領域４０６上に設けられる。第２導電性領域４０８は、第１導電型と反対の第２導電型である。図４に示されるように、一実施形態において、第２導電性領域４０８は、第１導電性領域４０６の最上部内に配置され囲まれるが、第１導電性領域４０６の最下部内には設けられない。

【0016】

図２及び図３に関連して記載したように及び図４に表されるように、一実施形態において、基板４０４は、Ｎ型ドーパント不純物原子でドーピングされ、第１導電型はＰ型であり、第２導電型はＮ型であり、第２導電性領域４０８はＰ型領域内に設けられ囲まれる。しかしながら、別の実施形態において、基板４０４は、Ｐ型ドーパント不純物原子でドーピングされ、第１導電型はＮ型であり、第２導電型はＰ型であり、第２導電性領域４０８は、Ｎ型領域内に設けられて、これによって囲まれる。

【0017】

一実施形態において、バイパスダイオード４０２は、基板４０４上に配置された薄い誘電体層４１０を更に含む。図４に示されるように、第１導電性領域４０６は薄い誘電体層４１０の上に設けられる。一実施形態において、薄い誘電体層４１０は、およそ５〜５０オングストロームの範囲の厚さを有する酸化シリコン層である。一実施形態において、バイパスダイオード４０２は、基板４０４内に設けられて第１導電性領域４０６の下の基板４０４の部分を囲むアイソレーショントレンチ４１２を更に含む。一実施形態において、アイソレーショントレンチ４１２は、反射防止コーティング層など誘電体層４１４に覆われ、これは、図４に示されるように、第１導電性領域４０６及び第２導電性領域４０８上にそれぞれ設けられている。図４に表されるように、特定の実施形態において、アイソレーショントレンチ４１２の底面は、不規則又は規則的にテクスチャ加工したパターンを有する。不規則又は規則的にテクスチャ加工したパターンは、基板４０４の露出領域に異方性エッチングプロセスを適用することによって形成されてもよく、そのパターンは基板４０４の結晶面によって決定され得る。バイパスダイオード４０２、したがって太陽電池４００は、金属コンタクト層４１６などの他の構造を含み得る。太陽電池４００は、裏面コンタクト部４１８などの、裏面コンタクト部の形成のために好適な構造を含み得る。

【0018】

図５には、本発明の実施形態による、太陽電池のためのバイパスダイオードの製造方法における操作を表すフローチャート５００が例示されている。図６Ａ〜６Ｆは、本発明の実施形態による、図５のフローチャートの操作に対応する、太陽電池の製造における様々な段階での断面図が例示されている。

【0019】

フローチャート５００の操作５０２及び対応する図６Ａに示すように、太陽電池のためのバイパスダイオードの製造方法は、太陽電池の基板６０４上に第１導電性領域６０２を形成する工程を含む。一実施形態において、第１導電性領域６０２は、第１導電型である。一実施形態において、第１導電性領域６０２の形成には、ポリシリコンを含むドーピングされた多結晶層、ドーピングされたナノ粒子、ドーピングされた非晶質膜、又は、導電性ポリマーが挙げられるがこれらに限定されない材料を使用する工程が含まれる。また図６Ａに示されるように、裏面コンタクト部のための領域など、他の導電性領域が形成されてもよい。例えば、領域６０６は、第１導電型を有し、領域６０８は、反対の第２の導電型を有する。

【0020】

フローチャート５００の操作５０４及び対応する図６Ｂ及び図６Ｃに示すように、太陽電池のためのバイパスダイオードの製造方法は、第２導電性領域６１０が、第１導電性領域の最上部内に第１導電性領域によって囲まれるように設けられるが、第１導電性領域の最下部６０１には設けられないように形成する工程を含む。一実施形態において、第２導電性領域６１０は、第１導電型と反対の第２導電型である。一実施形態において、第２導電性領域６１０を形成する工程は、上記のレーザドーピングプロセス６９９を使用する工程を含む。特定の実施形態において、基板６０４は、Ｎ型ドーパント不純物原子でドーピングされ、第１導電型はＰ型であり、第２導電型はＮ型である。しかしながら、別の実施形態において、基板６０４は、Ｐ型ドーパント不純物原子でドーピングされ、第１導電型はＮ型であり、第２導電型はＰ型である。

【0021】

図６Ａを再び参照し、一実施形態において、製造方法は、第１導電性領域６０２を形成する工程の前に、基板上に薄い誘電体層６１２を形成する工程を更に含み、第１導電性領域６０２は、薄い誘電体層６１２上に形成される。一実施形態において、薄い誘電体層６１２は、およそ５〜５０オングストロームの範囲の厚さを有する、酸化シリコン層である。

【0022】

図６Ｄに示すように、一実施形態において、太陽電池のためのバイパスダイオードの製造方法はまた、基板６０４に設けられ、第１導電性領域６０２の下の基板６０４の部分を囲むアイソレーショントレンチ６１４を形成する工程を含む。一実施形態において、製造方法はまた、アイソレーショントレンチ６１４内、並びに、第１導電性領域６０２及び第２導電性領域６１０の少なくとも一部上に、誘電体層６１８を形成する工程を含む。図６Ｆに示すように、特定の実施形態において、その後のコンタクト部の形成のために、誘電体層６１８内に開口部が形成される。別の特定の実施形態において、図６Ｅに表されるように、本方法は更に、誘電体層６１８を形成する工程の前に、アイソレーショントレンチ６１４の底面をエッチングして、規則的又は不規則的にテクスチャ加工したパターン６１６を付与する工程を含む。

【0023】

図６Ａ〜図６Ｆに関して記載されるプロセスは、上記の順序以外の順序で行われてもよい。例えば、一実施形態では、アイソレーショントレンチ６１４の形成（図６Ｄに形成されるものとして図示される）の後に、及び、不規則又は規則的にテクスチャ加工したパターン６１６の形成（図６Ｅに形成されるものとして図示される）の後に、第２導電性領域６１０（図６Ｂ及び図６Ｃにおいて形成されるものとして図示される）が形成される。別の実施形態では、アイソレーショントレンチ６１４の形成（図６Ｄに形成されるものとして図示される）の後であって、不規則又は規則的にテクスチャ加工したパターン６１６の形成（図６Ｅに形成されるものとして図示される）前に、第２導電性領域６１０（図６Ｂ及び図６Ｃにおいて形成されるものとして図示される）が形成される。別の実施形態では、アイソレーショントレンチ６１４の形成（図６Ｄに形成されるものとして図示される）の後、不規則又は規則的にテクスチャ加工したパターン６１６の形成（図６Ｅに形成されるものとして図示される）の後、並びに、誘電体層６１８の開口部（図６Ｆにおいて形成されるものとして図示される）の形成の後に、第２導電性領域６１０（図６Ｂ及び図６Ｃにおいて形成されるものとして図示される）が形成される。

【0024】

本発明の別の態様において、太陽電池のためのバイパスダイオードを作製するために印刷プロセスを使用することができる。例えば、一実施形態において、個別の電池バイパスダイオード保護を提供するために、ドーピングされたナノ粒子のインクジェットが使用される。この方法は、ナノ粒子太陽電池に適用可能であり、様々なエミッタの作製において使用され得る。

【0025】

上記のように、バイパスダイオードは、太陽電池が遮光又は汚れによって逆バイアスとなり、発熱したときに、逆電圧による故障から保護するために使用することができる。太陽電池毎に１つのバイパスダイオードを埋め込むことは一般的に高価すぎて実施できないため、実際には、バイパスダイオードは通常、太陽電池の群にわたって配置される。例えば、従来では、バイパスダイオードを太陽電池に加えることは、集光式シリコン太陽電池における費用要件を満たすために電池の群に対してのみ行われ、薄膜太陽電池の堆積及びパターン化工程の一部として行われている。それでも、モジュール内に最大短絡電流を集めるためには、遮光された電池を個別にバイパスすることが理想的であり得る。したがって、一実施形態において、インクジェットドーピングされたシリコンナノ粒子プロセスに追加的な操作を行うことなく、個別の電池にバイパスダイオードを埋め込むための実用的な方法が提供される。

【0026】

一実施形態において、印刷可能なモノリシックなバイパスダイオードが、バイパスダイオードのはんだ付けを必要としないモジュール設計を含む費用対効果の高い電池／モジュールの集光太陽電池に提供される。すなわち、新たに加工工程を行うことなく、印刷可能なポリシリコンエミッタ技術を使用して、バックコンタクト型シリコン太陽電池に、埋め込みバイパスダイオードの機能を追加するための新しい方法が提供され得る。図７を参照して以下に詳細に記載されるように、一実施形態において、ポリシリコンエミッタを形成するべくドーピングされたシリコンナノ粒子を印刷する工程において、バイパスダイオード領域も印刷される。

【0027】

印刷されるバイパスダイオードにおいて、Ｎ^＋及びＰ^＋エミッタは、対応する死角領域の金属化及び最小化のために最適化される特定の領域内に、垂直に印刷され得る。すなわち、レイアウトの際に、順バイアス状態ではバイパスダイオード領域が死角領域となることを考慮してもよい。印刷後、シリコンエミッタを溶解させて電流経路を設けるべく、焼結又は硬化プロセスが行われてもよい。バイパスダイオードのために垂直に積層されたＮ^＋／Ｐ^＋エミッタの間の、内部混合又は拡散は、最小であるものと想定され得る。一実施形態において、生じる垂直ＰＮ接合ポリシリコンダイオードは、太陽電池のためのバイパスダイオードとして機能し、かつ、ホットスポットの温度を低減させる。一実施形態において、連続的な構造を形成するために、印刷されたエミッタを焼結又は融解させるべく焼結が適用される。特定の実施形態において、バイパスダイオードのための垂直に積層されたＮ＋／Ｐ＋エミッタの間の内部混合又は拡散はごく僅かである。

【0028】

図７には、本発明の実施形態による印刷手法により形成されるバイパスダイオードの断面図が例示されている。上記のように、垂直Ｎ＋／Ｐ＋バイパスダイオード（図７の破線の円７０２内に位置する）は、ドーピングしたシリコン（Ｓｉ）ナノ粒子又はドーピングした有機半導体を使用して作製されてもよい。

【0029】

図７に示すように、太陽電池７００のためのバイパスダイオード７０２は、太陽電池７００の基板７０４を含む。第１導電型の第１導電性領域７０６は、基材７０４の上に設けられる。第２導電性領域７０８は、第１導電性領域７０６上に設けられる。第２導電性領域７０８は、第１導電型と反対の第２導電型である。図７に示されるように、一実施形態において、第２導電性領域７０８は、第１導電性領域７０６よりも狭く、第１導電性領域７０６の上面７０７が露出している。

【0030】

図７に示されるように、一実施形態において、基板７０４は、Ｎ型ドーパント不純物原子でドーピングされ、第１導電型はＰ型であり、第２導電型はＮ型であり、第１導電性領域７０６の上面を露出させることは、Ｐ型領域を露出させることを含む。しかしながら、別の実施形態において、基板７０４は、Ｐ型ドーパント不純物原子でドーピングされ、第１導電型はＮ型であり、第２導電型はＰ型であり、第１導電性領域７０６の上面を露出させることは、Ｎ型領域を露出させることを含む。

【0031】

一実施形態において、バイパスダイオード７０２は、基板７０４上に配置された、薄い誘電体層７１０を更に含む。図７に示されるように、第１導電性領域７０６は薄い誘電体層７１０の上に配置される。一実施形態において、薄い誘電体層７１０は、およそ５〜５０オングストロームの範囲の厚さを有する酸化シリコン層である。一実施形態において、バイパスダイオード７０２は、基板７０４内に設けられて第１導電性領域７０６の下の基板７０４の部分を囲むアイソレーショントレンチ７１２を更に含む。一実施形態において、アイソレーショントレンチ７１２は、反射防止コーティング層などの誘電体層７１４に覆われ、これは、図７に示されるように、第１導電性領域７０６及び第２導電性領域７０８上にそれぞれ設けられている。図７に表されるように、特定の実施形態において、アイソレーショントレンチ７１２の底面は、不規則又は規則的にテクスチャ加工したパターンを有する。不規則又は規則的にテクスチャ加工したパターンは、基板７０４の露出領域に異方性エッチングプロセスを適用することによって形成されてもよく、この場合、パターンは基板７０４の結晶面によって決定される。バイパスダイオード７０２、したがって太陽電池７００は、金属コンタクト層７１６などの他の構造を含み得る。太陽電池７００は、裏面コンタクト部７１８などの、裏面コンタクト部の形成のために好適な構造を含み得る。

【0032】

図８には、本発明の実施形態による、太陽電池のためのバイパスダイオードの製造方法における操作を表すフローチャート８００が例示されている。図９Ａ〜９Ｅには、本発明の実施形態による、図８のフローチャートの操作に対応する、太陽電池の製造における様々な段階での断面図が例示されている。

【0033】

フローチャート８００の操作８０２及び対応する図９Ａに示すように、太陽電池のためのバイパスダイオードの製造方法は、太陽電池の基板９０４の上に第１導電性領域９０２を形成する工程を含む。一実施形態において、第１導電性領域９０２は、第１導電型である。一実施形態において、第１導電性領域９０２を形成する工程は、ドーピングしたナノ粒子、ドーピングした非晶質膜又は導電性ポリマーが挙げられるがこれらに限定されない材料を使用する工程を含む。また図９Ａに示されるように、裏面コンタクト部のための領域など、他の導電性領域がまた形成されてもよい。例えば、領域９０６は、第１導電型を有し、領域９０８は、第２の反対の導電型を有する。

【0034】

フローチャート８００の操作８０４及び対応する図９Ｂに示すように、太陽電池のためのバイパスダイオードの製造方法はまた、第１導電性領域９０２上に、第１導電型と反対の第２導電型の第２導電性領域９１０を印刷する工程を含み、第２導電性領域９１０は、第１導電性領域９０２の上面９０３が露出した状態を維持すべるべく、第１導電性領域よりも狭く印刷される。一実施形態において、第１導電性領域９０２上に第２導電性領域９１０を印刷する工程としては、インクジェットプロセス、スクリーン印刷プロセス又はエアゾールジェットプロセスが挙げられるが、これらに限定されない。一実施形態において、第２導電性領域９１０を印刷する工程は、ドーピングしたナノ粒子、ドーピングした非晶質膜又は導電性ポリマーが挙げられるがこれに限定されない材料を使用する工程を含む。別の実施形態において、第２導電性領域９１０は、最初に、第１導電性領域とほぼ同じ幅を有するように印刷される。そして、工程において、例えば、レーザアブレーションによりコンタクト部を形成する工程において、第２導電性領域９１０の幅が第１導電性領域の幅よりも狭く形成される又は開口部が形成されることにより、第１導電性領域９０２の上面９０３の一部が露出される。

【0035】

一実施形態において、第２導電性領域９１０は、第１導電型と反対の第２導電型である。一実施形態において、基板９０４は、Ｎ型ドーパント不純物原子でドーピングされ、第１導電型はＰ型であり、第２導電型はＮ型である。しかしながら、別の実施形態において、基板９０４は、Ｐ型ドーパント不純物原子でドーピングされ、第１導電型はＮ型であり、第２導電型はＰ型である。

【0036】

図９Ａを再び参照し、一実施形態において、製造方法は、第１導電性領域９０２を形成する工程の前に、基板上に薄い誘電体層９１２を形成する工程を更に含み、第１導電性領域９０２は、薄い誘電体層９１２上に形成される。一実施形態において、薄い誘電体層９１２は、およそ５〜５０オングストロームの範囲の厚さを有する酸化シリコン層である。
図９Ｃを参照し、一実施形態において、太陽電池のためのバイパスダイオードの製造方法はまた、基板９０４に設けられ、第１導電性領域９０２の下の基板９０４の部分を囲むアイソレーショントレンチ９１４を形成する工程を含む。一実施形態において、製造方法はまた、アイソレーショントレンチ９１４内、並びに、第１導電性領域９０２及び第２導電性領域９１０それぞれの少なくとも一部上に、誘電体層９１８を形成する工程を含む。図９Ｅに表されるように、特定の実施形態において、その後のコンタクト部の形成のために、誘電体層９１８内に開口部が形成される。別の特定の実施形態において、図９Ｄに表されるように、製造方法は更に、誘電体層９１８を形成する工程の前に、アイソレーショントレンチ９１４の底面をエッチングして、規則的又は不規則的にテクスチャ加工したパターン９１６を付与する工程を含む。

【0037】

以上、太陽電池のためのバイパスダイオードが開示された。本発明の実施形態によれば、太陽電池のためのバイパスダイオードは、太陽電池の基板を含む。第１導電性領域は、基板の上に設けられ、第１導電型である。第２導電性領域は第１導電性領域上に設けられ、第１導電型と反対の第２導電型である。一実施形態において、第２導電性領域は、第１導電性領域よりも狭く、第１導電性領域の上面が露出している。第２導電性領域は、第１導電性領域の最上部内に設けられ、かつ第１導電性領域囲まれるが、第１導電性領域の最下部内には設けられない。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図6C】

【図6D】

【図6E】

【図6F】

【図7】

【図8】

【図9A】

【図9B】

【図9C】

【図9D】

【図9E】