特許 6063577 光起電力太陽電池及びモジュールにおけるモノリシック集積バイパススイッチのためのシステム及び方法

(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】6063577

(24)【登録日】2016年12月22日

(45)【発行日】2017年1月18日

(54)【発明の名称】光起電力太陽電池及びモジュールにおけるモノリシック集積バイパススイッチのためのシステム及び方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 31/0443 20140101AFI20170106BHJP

   H01L 31/0224 20060101ALI20170106BHJP

【ＦＩ】

   H01L31/04 522

   H01L31/04 262

【請求項の数】38

【全頁数】80

(21)【出願番号】特願2015-537802(P2015-537802)

(86)(22)【出願日】2013年10月16日

(65)【公表番号】特表2015-532543(P2015-532543A)

(43)【公表日】2015年11月9日

(86)【国際出願番号】US2013065316

(87)【国際公開番号】WO2014062850

(87)【国際公開日】20140424

【審査請求日】2015年5月11日

(31)【優先権主張番号】61/714,723

(32)【優先日】2012年10月16日

(33)【優先権主張国】US

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】509101804

【氏名又は名称】ソレクセル、インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100092093

【弁理士】

【氏名又は名称】辻居 幸一

(74)【代理人】

【識別番号】100082005

【弁理士】

【氏名又は名称】熊倉 禎男

(74)【代理人】

【識別番号】100067013

【弁理士】

【氏名又は名称】大塚 文昭

(74)【代理人】

【識別番号】100086771

【弁理士】

【氏名又は名称】西島 孝喜

(74)【代理人】

【識別番号】100109070

【弁理士】

【氏名又は名称】須田 洋之

(74)【代理人】

【識別番号】100109335

【弁理士】

【氏名又は名称】上杉 浩

(74)【代理人】

【識別番号】100120525

【弁理士】

【氏名又は名称】近藤 直樹

(72)【発明者】

【氏名】モスレヒ メールダッド エム

【審査官】 吉岡 一也

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００８−１９２７５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００９−５４５１７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−２１７４４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２６８６８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１２−５０１５５１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ３１／０２−３１／０７８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

隔離溝で区画された太陽電池領域及びバイパススイッチ領域を形成する半導体層であって、受光前面及び該前面とは反対の裏面を有している半導体層と、
前記半導体層の裏面に位置され、前記太陽電池領域にベース及びエミッタ金属被覆を与えると共に、前記バイパススイッチ領域に金属被覆を与えるパターン化第１レベル金属層（Ｍ１）と、
前記パターン化第１レベル金属層（Ｍ１）に位置された電気絶縁バックプレーンと、
を備え、前記隔離溝は、前記半導体層を通して前記電気絶縁バックプレーンへと形成されて、前記太陽電池領域及び前記バイパススイッチ領域を電気的に隔離し、更に、
前記電気絶縁バックプレーンに位置されたパターン化第２レベル金属層（Ｍ２）と、
前記電気絶縁バックプレーンを貫通して形成されて、前記パターン化第２レベル金属層（Ｍ２）の選択部分を前記パターン化第１レベル金属層（Ｍ１）の選択部分に接続する複数の導電性ビアプラグと、
を備え、前記パターン化第１レベル金属層、前記パターン化第２レベル金属層、及び前記複数の導電性ビアプラグは、前記太陽電池及びバイパススイッチの一体化構造体の電気的金属被覆及び相互接続を完成するように設計される、モノリシック集積の太陽電池及びバイパススイッチ。

【請求項2】

前記パターン化第１レベル金属層（Ｍ１）は、バスバーレスベース及びエミッタフィンガーの櫛型パターンである、請求項１に記載のモノリシック集積の太陽電池及びバイパススイッチ。

【請求項3】

前記パターン化第２レベル金属層（Ｍ２）は、太陽電池バスバーを伴うベース及びエミッタフィンガーの櫛型パターンである、請求項１に記載のモノリシック集積の太陽電池及びバイパススイッチ。

【請求項4】

前記パターン化第２レベル金属層（Ｍ２）は、前記パターン化第１レベル金属層（Ｍ１）に対して実質的に直交する、請求項１に記載のモノリシック集積の太陽電池及びバイパススイッチ。

【請求項5】

前記半導体層は、単結晶シリコン層である、請求項１に記載のモノリシック集積の太陽電池及びバイパススイッチ。

【請求項6】

前記半導体層は、多結晶シリコン層である、請求項１に記載のモノリシック集積の太陽電池及びバイパススイッチ。

【請求項7】

前記半導体層は、ｎ型吸収材及びベースを伴う太陽電池の形成のためのｎ型バックグランドドーピングを有する、請求項１に記載のモノリシック集積の太陽電池及びバイパススイッチ。

【請求項8】

前記太陽電池は、後部コンタクト太陽電池である、請求項１に記載のモノリシック集積の太陽電池及びバイパススイッチ。

【請求項9】

前記太陽電池は、櫛型後部コンタクト（ＩＢＣ）太陽電池である、請求項１に記載のモノリシック集積の太陽電池及びバイパススイッチ。

【請求項10】

前記バイパススイッチ領域は、バイパスダイオードを含む、請求項１に記載のモノリシック集積の太陽電池及びバイパススイッチ。

【請求項11】

前記バイパススイッチは、ｐｎ接合ダイオードである、請求項１に記載のモノリシック集積の太陽電池及びバイパススイッチ。

【請求項12】

前記ｐｎ接合ダイオードのｐ型及びｎ型の端子は、前記太陽電池のｎ型及びｐ型の端子にそれぞれ接続されている、請求項１１に記載のモノリシック集積の太陽電池及びバイパススイッチ。

【請求項13】

前記バイパススイッチは、ショットキーバリアダイオードである、請求項１に記載のモノリシック集積の太陽電池及びバイパススイッチ。

【請求項14】

前記バイパススイッチは、トランジスタである、請求項１に記載のモノリシック集積の太陽電池及びバイパススイッチ。

【請求項15】

前記半導体層は、１ミクロンから２００ミクロンの範囲の厚みを有する、請求項１に記載のモノリシック集積の太陽電池及びバイパススイッチ。

【請求項16】

前記電気絶縁バックプレーンは、５０ミクロンから２５０ミクロンの範囲の厚みを有する、請求項１に記載のモノリシック集積の太陽電池及びバイパススイッチ。

【請求項17】

前記電気絶縁バックプレーンは、熱膨張係数（ＣＴＥ）が前記半導体層に比較的厳密に一致する柔軟な材料である、請求項１に記載のモノリシック集積の太陽電池及びバイパススイッチ。

【請求項18】

前記モノリシック集積の太陽電池及びバイパススイッチは、柔軟であり、そして柔軟な軽量の光起電力モジュールラミネートでパッケージされる、請求項１に記載のモノリシック集積の太陽電池及びバイパススイッチ。

【請求項19】

前記受光前面は、不動態化及び反射防止被膜を有する、請求項１に記載のモノリシック集積の太陽電池及びバイパススイッチ。

【請求項20】

前記モノリシック集積の太陽電池及びバイパススイッチに対する前記隔離溝の面積比は、１％以下である、請求項１に記載のモノリシック集積の太陽電池及びバイパススイッチ。

【請求項21】

前記太陽電池領域に対する前記バイパススイッチ領域の面積比は、１％以下である、請求項１に記載のモノリシック集積の太陽電池及びバイパススイッチ。

【請求項22】

前記太陽電池領域に対する前記バイパススイッチ領域の面積比は、０．３％以下である、請求項１に記載のモノリシック集積の太陽電池及びバイパススイッチ。

【請求項23】

前記太陽電池領域に対する前記バイパススイッチ領域の面積比は、約０．２６％から約１．３％の範囲内である、請求項１に記載のモノリシック集積の太陽電池及びバイパススイッチ。

【請求項24】

前記電気絶縁バックプレーンは、柔軟なプリプレグシートである、請求項１に記載のモノリシック集積の太陽電池及びバイパススイッチ。

【請求項25】

前記電気絶縁バックプレーンは、堅牢である、請求項１に記載のモノリシック集積の太陽電池及びバイパススイッチ。

【請求項26】

前記電気絶縁バックプレーンは、柔軟なアラミド繊維及び樹脂プリプレグシートである、請求項１に記載のモノリシック集積の太陽電池及びバイパススイッチ。

【請求項27】

前記半導体層は、複数の小型太陽電池領域及び対応するバイパススイッチ領域を含む、請求項１に記載のモノリシック集積の太陽電池及びバイパススイッチ。

【請求項28】

前記半導体層は、シリコン、ゲルマニウム、砒化ガリウム、窒化ガリウム、燐化ガリウム、他のIII−Ｖ半導体、又はその組み合わせのグループからの少なくとも１つの結晶半導体材料を含む、請求項１に記載のモノリシック集積の太陽電池及びバイパススイッチ。

【請求項29】

前記バイパススイッチは、前記太陽電池を取り巻き且つ前記隔離溝により前記太陽電池から分離された全周リムダイオードである、請求項１に記載のモノリシック集積の太陽電池及びバイパススイッチ。

【請求項30】

前記バイパススイッチは、複数のダイオードを含む、請求項１に記載のモノリシック集積の太陽電池及びバイパススイッチ。

【請求項31】

前記バイパススイッチは、前記太陽電池の少なくとも１つの辺に位置され且つ前記隔離溝により前記太陽電池から分離されたダイオードである、請求項１に記載のモノリシック集積の太陽電池及びバイパススイッチ。

【請求項32】

前記バイパススイッチは、前記太陽電池の少なくとも１つのコーナーに位置され且つ前記隔離溝により前記太陽電池から分離されたダイオードである、請求項１に記載のモノリシック集積の太陽電池及びバイパススイッチ。

【請求項33】

前記バイパススイッチは、前記太陽電池のエリア内に位置され且つ前記隔離溝により前記太陽電池から分離された少なくとも１つのダイオードアイランドを含む、請求項１に記載のモノリシック集積の太陽電池及びバイパススイッチ。

【請求項34】

前記バイパススイッチは、太陽電池の２つの対向する対角方向コーナー間に位置され且つ前記隔離溝により前記太陽電池から分離された少なくとも１つの対角方向ダイオードアイランドを含む、請求項１に記載のモノリシック集積の太陽電池及びバイパススイッチ。

【請求項35】

モジュールラミネートで支持された複数のモノリシック集積の太陽電池及びバイパススイッチを更に含む、請求項１に記載のモノリシック集積の太陽電池及びバイパススイッチ。

【請求項36】

前記モジュールラミネートは、柔軟なラミネートである、請求項３５に記載のモノリシック集積の太陽電池及びバイパススイッチ。

【請求項37】

前記モジュールラミネートは、堅牢なガラスカバーモジュールラミネートである、請求項３５に記載のモノリシック集積の太陽電池及びバイパススイッチ。

【請求項38】

前記モジュールラミネートは、軽量の光起電力モジュールラミネートである、請求項３５に記載のモノリシック集積の太陽電池及びバイパススイッチ。

【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、２０１２年１０月１６日に出願されたプロビジョナル特許出願第６１／７１４，７２３号の利益を主張するもので、参考としてここにそのまま援用される。

【0002】

本発明は、一般的に、太陽光起電力（ＰＶ）電池及びモジュールの分野に関するもので、より詳細には、光起電力（ＰＶ）太陽電池及びモジュールにおいて分散型一体的陰管理のためにモジュールラミネートに埋め込まれて電力及びエネルギー収穫を向上させるモノリシック集積バイパススイッチ（ＭＩＢＳ）に関する。

【背景技術】

【0003】

結晶シリコン光起電力（ＰＶ）モジュールは、現在（２０１２年現在）、全世界的ＰＶ年間需要市場及び世界的累積設置ＰＶ容量のほぼ８５％以上を締めている。結晶シリコンＰＶのための製造プロセスは、チョクラルスキー（ＣＺ）シリコンインゴット又は鋳造シリコンブリックで形成された単結晶又は多結晶シリコンウェハで出発して、結晶シリコン太陽電池を使用することに基づいている。非結晶シリコンベースの薄膜ＰＶモジュール（例えば、ＣｄＧＳ、有機、及びアモルファスシリコンＰＶモジュール）は、低コスト製造プロセスの潜在性を与えるが、典型的に、主流の結晶シリコンＰＶモジュール（商業用結晶シリコンモジュールとしては、約１４％から約２０％の典型的範囲、及びほとんどは約１４％から１７％の範囲のモジュール効率を与える）に比して、商業用薄膜ＰＶモジュールとしては変換効率が極めて低く（ＳＴＣモジュール効率で１桁から約１４％の範囲）、且つ良好に確立された結晶シリコン太陽ＰＶモジュールに比して現場の信頼性の証明された長期追跡記録がない。先端の結晶シリコンＰＶモジュールは、種々の他のＰＶ技術に比して、優れた全エネルギー変換性能、長期現場信頼性、無毒性、及びライフサイクル持続性を与える。更に、近年の発展及び進歩は、結晶シリコンＰＶモジュールの全製造コストを、既にほぼ＄０．６５ないし＄０．８０／Ｗｐ以下に引き下げている。破壊的な単結晶技術、例えば、再使用可能な結晶シリコンテンプレート、薄い（例えば、ほぼ１０μｍから１００μｍ、及び典型的に、≦７０μｍの結晶シリコン吸収材厚みの）エピタキシャルシリコン、バックプレーンアタッチメント／ラミネーションを使用する薄いシリコン支持体、及び多孔性シリコンリフトオフ技術の使用に基づいて製造された高効率の薄い単結晶シリコン太陽電池は、高い効率（標準テスト条件又はＳＴＣのもとで太陽電池及び／又はモジュール効率が少なくとも２０％）を約束すると共に、ＰＶモジュールの製造コストを大量生産規模で＄０．５０／Ｗｐより充分低いものにする。

【0004】

図１Ａは、結晶シリコン太陽電池のような典型的な太陽電池、又はＧａＡｓ太陽電池のような化合物半導体の等価回路を示す回路図である。太陽電池は、ダイオードと並列に、又、寄生的シャント抵抗とも並列に、そして寄生的直列抵抗と直列に、Ｉ_Lと示された又は短絡電流Ｉ_SC（太陽電池のベース及びエミッタ端子が電気的に短絡されたときに流れる電流）としても知られた光発生又は光誘起電流を生じさせる電流ソースとして表わされている。電流ソースにより発生される電流は、太陽電池における日光照射電力強度のレベルに依存する。太陽電池の再結合ロスにより望ましからぬ暗電流Ｉ_Dが流れる。端子がオープンで負荷に接続されていないときに太陽電池にまたがる電圧は、Ｖ_OC又は開路電圧として知られている。現実的な太陽電池等価回路は、図１Ａ及び１Ｂの回路図に示されたように、有限直列抵抗Ｒ_Sと有限シャント抵抗Ｒ_SHも含む。理想的な太陽電池では、直列抵抗Ｒ_Sがゼロであり（即ち、直列抵抗のオーミック電力ロスがない）、そしてシャント抵抗Ｒ_SHが無限大である（シャント抵抗の電力消散ロスがない）。しかしながら、実際の及び現実的な太陽電池では、有限（非ゼロ）の直列抵抗は、太陽電池がその半導体吸収層及び金属被覆構造体に寄生的直列抵抗成分を有する（即ち、完全な電気導体ではない）ことによるものである。半導体層の抵抗及び金属被覆抵抗を含むそのような規制的抵抗成分は、太陽電池の動作中にある程度のオーミックロス及び電力消散（ひいては、フィルファクタ(Fill Factor)の低下）を生じる。有限（無限でない）のシャント抵抗は、太陽電池内のエリアに基づく且つ縁に誘起される（これに限定されないが不完全な縁分離を含む）シャント欠陥及び他の非理想的状態のような有害な影響のために一方の端子から他方の端子へ望ましからぬ電流漏れがあることにより生じる。この場合も、理想的な太陽電池は、直列抵抗がゼロであり、且つシャント抵抗が無限の抵抗値である。

【0005】

図２Ａは、太陽電池の等価回路モデルを示す回路図で、電流ソース、光発生電流及び暗電流を示し（寄生的直列及びシャント抵抗成分は示さず）、そして図２Ｂは、それに対応する定性電流／電圧（ＩＶ）グラフで、電池への日光照射がある場合及びない場合の結晶シリコン太陽電池のような太陽電池の典型的な電流／電圧（ＩＶ）特性を示す。Ｉ_L及びＩ_Dは、各々、望ましいアクティブな光発生電流及び望ましからぬ暗電流である。

【0006】

光起電力（ＰＶ）モジュールに使用される太陽電池は、本質的に、ホトダイオードであり、それらは、受光面に到着する日光を、半導体吸収材の光発生荷電キャリア（典型的に電子及びホール）を経て電力へと直接変換する。複数の太陽電池をもつモジュールでは、陰に入る電池は、同じＰＶモジュール内にラミネートされた陰に入らない電池と同じ量の電力（又は電流）を発生することができない。典型的なＰＶモジュールにラミネートされた全ての電池は、通常、直列ストリングに接続されるので、電力の相違は、電池を通る光発生電流にも相違を引き起こす（陰に入る電池・対・陰に入らない電池）。陰に入らない電池と直列に接続された陰に入る電池（又は一部分陰に入る電池）を経て直列接続の陰に入らない電池の高い電流を引き出すように試みる場合には、陰に入る電池（又は一部分陰に入る電池）の電圧が実際に負になる（即ち、陰に入る電池は、実際上、逆バイアスされる）。この逆バイアス状態のもとでは、陰に入る電池は、電力を発生するのではなく、著しい電力を消費し又は消散する。陰に入る又は一部分陰に入る電池により消費及び消散される電力は、電池を加熱させ、陰に入る電池が配置されたモジュール内に局部的なホットスポットを形成し、最終的に、おそらく、電池及びモジュールの永久的な欠陥を引き起こし、ひいては、その業界に重大な信頼性欠陥問題を招くことになる（保護手段が実施されない限り）。

【0007】

標準的な結晶シリコンＰＶモジュール（即ち、典型的に６０個の太陽電池より成るＰＶモジュール）は、典型的に、ＰＶモジュール内で３つの２０電池（又は７２電池モジュールの場合には２４電池或いは９６電池モジュールの場合には３２電池）の直列接続ストリングへと配線され、２０電池の各ストリングは、外部接合ボックスに配置された外部バイパスダイオード（典型的にｐｎ接合ダイオード又はショットキーダイオード）により保護される。２０電池のこれらのストリングは、接合ボックス内で互いに直列に電気的接続されて、最終的なＰＶモジュールアッセンブリ電気的相互接続を形成すると共に、典型的に直列接続の太陽電池より成るモジュールの出力電気リードを形成する。ＰＶモジュールがその表面に比較的均一の太陽照射を受けそして陰に入る電池がない限り、モジュール内の電池は、本質的に同じ量の電力（及び電流）を発生し、ほとんどの結晶シリコンＰＶモジュールに対して電池の最大電力電圧又はＶ_mpは、約〜０．５Ｖから０．６Ｖ程度である。従って、直列に接続された２０電池の各ストリングにまたがる最大電力電圧又はＶ_mpは、結晶シリコン電池を使用する３つの２０電池直列接続サブストリングより成る６０電池ＰＶモジュールでは、ほぼ１０から１２Ｖ程度となる。均一なモジュール照射状態のもとでは、各外部バイパスダイオードは、その端子にまたがって約−１０から−１２Ｖの逆バイアス電圧を有し（例えば、モジュールがその最大電力点又はＭＰＰで動作する間に）、そしてバイアスダイオードは、逆バイアスのＯＦＦ状態に留まる（従って、接合ボックスに配置された逆バイアスの外部バイパスダイオードによって出力されるモジュール電力には影響がない）。２０電池ストリングの太陽電池が一部分又は完全に陰に入る場合には、陰に入らない電池より、発生される電力が少ない（且つ電流が少ない）。ストリングの電池は、通常、電気的に直列に接続されるので、陰に入る太陽電池は、実際上、逆バイアスされて、電力を消散し始め、それ故、電力を発生するのではなく、逆バイアスされた陰に入る電池の位置に局部的なホットスポットを形成する。適切な予防処置をとらないと、陰に入る電池の電力消散、及びそれにより生じる局部的な加熱で、破壊的欠陥（例えば、逆バイアスの陰に入る電池の欠陥、電池対電池の電気的相互接続の欠陥、及び／又はモジュールカプセル材及び／又はバックシートのようなモジュールラミネーション材の欠陥）のおそれが生じるために電池及びモジュールの信頼性が低下し、且つ設置されたＰＶシステムの過熱又はホットスポットにより火災の危険も考えられる。

【0008】

結晶シリコンモジュールは、しばしば、外部バイアスダイオードを使用して、太陽電池が部分的又は完全に陰に入ることにより生じる前記ホットスポット作用を排除すると共に、ホットスポットによる電池及びモジュールの潜在的な信頼性欠陥や、電池の逆バイアス加熱による安全性の危惧を防止する。陰に入る電池の逆バイアスにより生じるそのようなホットスポット現象は、影響のあるＰＶ電池に永久的なダメージを生じ、そしてＰＶモジュールのＰＶ電池の表面に到着する日光が充分に均一でない場合には（例えば、１つ以上の太陽電池が完全に又は部分的に陰に入るために）、火災の危険も生じ得る。バイパスダイオード（整流器）は、通常、ＰＶモジュール内で太陽電池のサブストリングにまたがって配置され、典型的に、３つの２０電池サブストリングをもつ標準的な６０電池結晶シリコン太陽モジュールでは２０太陽電池のサブストリング当たり１つの外部バイアスダイオードである（３つの２４電池サブストリングをもつ７２電池の結晶シリコン太陽モジュールでは、２４太陽電池のサブストリング当たり１つの外部バイパスダイオードの構成もあり、又、任意の数の太陽電池をもつモジュールでは多数の他の構成も考えられる）。直列接続の電池ストリングにまたがって外部のバイパスダイオードをもつこの接続構成は、モジュールにおける逆バイアスホットスポットを防止し、そして実生活で陰に入ったり又は一部分陰に入ったり或いは汚れたりする種々の状態のもとでその寿命全体にわたりＰＶモジュールが高い信頼性で動作できるようにする。電池が陰に入らない場合には、ストリングの各電池は、サブストリングの他の電池と比較的一致する電流値で電流ソースとして働き、サブストリングの外部バイパスダイオードは、モジュールにおけるサブストリングの合計電圧で逆バイアスされる（例えば、直列の２０個の電池は、結晶シリコンＰＶモジュールのバイパスダイオードにまたがって約１０Ｖから１２Ｖの逆バイアスを形成する）。サブストリングの電池が陰に入る状態では、その陰に入る電池が逆バイアスされ、その陰に入る電池を含むサブストリングのバイパスダイオードをターンオンし、これにより、陰に入らないサブストリングの良好な太陽電池からの電流を、陰に入る電池をもつサブストリングに関連した外部バイパスダイオードに流すことができるようにする。外部バイパスダイオード（典型的に標準的な主流６０電池の結晶シリコンＰＶモジュール接合ボックスに含まれた３つの外部バイパスダイオード）は、電池が陰に入る場合にＰＶモジュール及び電池を保護するが、実際上、陰に入るロスの結果として設置されたＰＶシステムの電力収穫及びエネルギー収率に著しいロスも招く。

【0009】

図３Ａ及び３Ｂは、直列に接続された３つの２０電池サブストリング２（各サブストリングの２０個の電池が直列に接続された）と、モジュール内の電池が陰に入る又は過剰に部分的に陰に入る間に電池を保護するための３つの外部バイパスダイオード４とを有する代表的な６０電池の結晶シリコン太陽モジュールの図である（図３Ａは、１つの電池が陰に入る状態で、陰に入る電池６を示し、そして図３Ｂは、複数の電池が部分的に陰に入る状態で、部分的に陰に入る電池行８を示している）。一例として、図３Ａは、陰に入る１つの電池が最も下の行にある（１つの電池が陰に入るだけで１つの２０電池サブストリングが影響を受ける）６０電池モジュールを示し、そして図３Ｂは、部分的に陰に入る６つの電池が最も下の行にある（陰に入ることで３つの２０電池サブストリング全部が影響を受ける）６０電池モジュールを示している。サブストリングの１つ以上の電池が陰に入る（又はかなりの程度まで部分的に陰に入る）場合には（図３Ａに示すように）、陰に入る電池を伴うサブストリングのための外部バイパスダイオードがアクチベートされて、サブストリング全体をシャントし、従って、ホットスポットを防止することで陰に入る電池を保護すると共に、有効なモジュール電力出力を約１／３減少する（太陽電池が陰に入ることで３つのうちの１つのサブストリングだけが影響を受ける場合）。サブストリング当たり少なくとも１つの電池が陰に入る場合には（図３Ｂに示すように）、３つのバイパスダイオードが全部アクチベートされて、モジュール全体をシャントし、従って、３つの２０電池サブストリングの各々に少なくとも１つの陰に入る電池又は部分的に陰に入る電池があるときにはモジュールからの電力の抽出が防止される。

【0010】

一例として、典型的な従来の外部ＰＶモジュール接合ボックスは、６０電池の結晶シリコン太陽モジュールにおいて３つの外部バイパスダイオードを収容する。外部接合ボックス及びそれに関連する外部バイパスダイオードは、全ＰＶモジュール部品構成表(Bill of Materials)（ＢＯＭ）コストの一部分に貢献し、そしてＰＶモジュールＢＯＭコストの約１０％（又は約５％から１５％）に貢献する（即ち、太陽電池のコストを除くＰＶモジュールＢＯＭコストのパーセンテージとして）。更に、外部接合ボックスは、設置されたＰＶシステムにおける現場の信頼性欠陥及び火災の危険性の源でもある。ほとんどの現在の結晶シリコンＰＶモジュールは、主として、外部バイパスダイオードが接合ボックスに入れられた外部接合ボックスを使用するが、前部コンタクト電池が３つのバイパスダイオードをＰＶモジュールアッセンブリ内に直接配置及び積層するがモジュール積層プロセス中には前部コンタクト太陽電池から離しておく（しかしながら、前部コンタクト電池の２０電池サブストリング当たり１つのバイパスダイオードを依然使用して）ＰＶモジュールの例が幾つかある。この例は、外部バイパスダイオードに依然制約があり、即ち、１つの電池が陰に入るだけで、サブストリング内に陰に入る電池をもつ電池サブストリング全体をバイパスダイオードがシャントし、従って、設置されたＰＶシステムの電力収穫及びエネルギー収率を低下させる。

【0011】

モジュールの直列ストリングにおいてモジュールに対する陰の信頼性欠陥作用を最小にするための１つの既知の方法は、図５に示す規範的な回路と共に図４Ａ及び４Ｂに概略的に示すように、直列接続されたモジュールにまたがってバイパスダイオードを使用することである。この構成は、実際上、各モジュール接合ボックス内に外部バイパスダイオードをもつモジュールと同じである。図４Ａは、太陽ＰＶモジュールの直列接続ストリングに対する陰に入らない電流経路を示し、そして図４Ｂは、１つのモジュールが陰に入りそしてその陰に入るモジュールにまたがる関連バイパスダイオードがモジュールをシャントして直列ストリングのための別のバイパス電流路を形成する太陽ＰＶモジュールの同じ直列接続ストリングを示す。図５は、モジュールサブストリング又はストリングに外部バイパスダイオードが使用される複数の直列接続太陽電池の回路モデル図である（等価電気回路図で示された各太陽電池は、電流ソース、整流ダイオード、寄生的直列及び並列抵抗素子を含む）。直列接続ストリングの電池がどれも陰に入らない場合には、バイパスダイオードが逆バイアス状態にあり、太陽電池ストリングは、通常に動作して太陽モジュール発電に完全に貢献する。いずれかの電池が部分的又は完全に陰に入る場合には、陰に入る電池（１つ又は複数）（従って、直列接続のストリングでは全ての太陽電池）が逆バイアスされ、それ故、外部バイパスダイオードが順方向バイアスされ、従って、ホットスポット、信頼性欠陥、及び／又は陰に入る電池へのダメージのおそれを排除する。換言すれば、ＰＶモジュールの少なくとも一部分が陰に入ると、そのバイパスダイオードが順方向バイアスされて電流を導通し、モジュールの直列ストリングにおける性能低下及び信頼性の問題を防止する。バイパスダイオードは、陰に入るモジュール（又は少なくとも１つの電池が陰に入るサブストリング）全体の電圧を小さな負の電圧（例えば、−０．５Ｖから０．７Ｖ）に保持し、モジュールストリングアレイ出力の全電力低下を制限する。

【0012】

図６は、バイパスダイオードをもつ場合及びもたない場合の典型的な結晶太陽電池の電流／電圧（Ｉ／Ｖ）特性を示すグラフである（ｐｎ接合のバイパスダイオードで示された例；ショットキーダイオードの場合、実際の電圧降下は僅かである）。バイパスダイオードは、陰に入る太陽電池にまたがり印加される最大逆バイアス電圧を、バイパスダイオードのターンオン順バイアス電圧（例えば、ショットキー又はｐｎ接合バイパスダイオードの場合に、各々、約０．３Ｖ−０．５Ｖ及び０．６Ｖ−０．７Ｖ）以下に制限する。

【0013】

図７は、図４及び５と同様の結晶シリコンＰＶモジュールの代表例を示す図で、６０電池モジュール内の２０電池サブストリング当たり１つの陰に入る（又は部分的に陰に入る）電池があり（例えば、陰に入る電池１０、この代表例に示すように、全部で３つの電池が陰に入る）、３つの２０電池サブストリングにおける３つの陰に入る電池は、全太陽ＰＶモジュールにより供給される電力の排除を招く。というのは、陰に入る電池を保護するために３つの２０電池サブストリング全体が外部バイパスダイオードによってシャントされるからである。２０電池サブストリング当たり１つの外部バイパスダイオードの構成を使用すると、３つの２０電池サブストリングに３つの陰に入る電池を有する結果として、ＰＶモジュールから抽出される電力は、陰により影響されるモジュールが３／６０（又は６０個の電池のうちの３つ）だけでも、本質的にゼロに降下する。この場合も、外部バイパスダイオードを伴うこのタイプの従来のＰＶモジュール構成は、この分野での設置されたＰＶシステム、特に、モジュールが陰に入り及び／又は汚れる状態を最も受け易い設備において、著しいエネルギー収率低下及び電力収穫不利益を招く。

【0014】

複数のモジュールストリングを伴う結晶シリコンＰＶシステムでは、モジュールが陰に入る作用、及びそれによる電力収穫及びエネルギー収率への有害な影響は、モジュールの単一の直列ストリングについて上述した例よりも非常に大きなものとなる。直列接続のモジュールストリングの複数の並列ストリングをもつ太陽ＰＶシステムでは、並列ストリングは、互いにほぼ同じ電圧を発生しなければならない（即ち、並列ストリングの電圧は、厳密に一致しなければならず、さもなければ、著しい電力ロスとなる）。その結果、並列に接続された全てのモジュールストリングをほぼ同じ電圧で動作するという電気的な制約は、設置されたＰＶアレイに著しい電力ロスを生じることなく陰に入るストリングがそのバイパスダイオードをアクチベートするという完全な融通性を許すものではない。それ故、本質的に全てのケースにおいて、１つのストリング内の１つの電池に影響するだけのＰＶモジュールの陰又は部分的な陰でも、実際上、ストリング全体により発生される電力をカットオフすることがある。代表例として、前記例で述べたように、陰に入らない１つのＰＶモジュールストリングと、陰に入る１つのＰＶモジュールストリングとについて考える。最大電力ポイント追跡（ＭＰＰＴ）能力は、第１のＰＶモジュールストリングからの全電力の発生、及び第２のＰＶモジュールストリングからの全電力の７０％の発生を可能にする。このように、両ストリングは、同じ電圧に到達する（並列ストリングからの電流は、直列接続モジュールの並列接続ストリングに対して同じモジュールストリング電圧において加算的である）。それ故、この例では、集中型ＭＰＰＴを伴う集中型ＤＣ／ＡＣインバータを使用して、ＰＶモジュールアレイにより発生される電力は、モジュールの陰がない状態で考えられる最大電力の８５％となる。これは、ＰＶシステムに対して１５％の電力ロスを表わす。

【0015】

図８及び９は、基地のＰＶシステム設備の２つの例を示す図である。図８は、６００ＶＤＣ、９００ＷのＰＶ出力を発生するようにバイパスダイオードが接続されたＰＶモジュールの従来の３×６アレイ（例えば、各々５０Ｗ出力をもつ）の例を示す。図９は、充電バッテリと共に外部モジュールバイパスダイオード及びブロッキングダイオードをもつ３つのＰＶモジュールの直列接続を示す。従来の結晶太陽ＰＶモジュールでは、直列及び並列に接続されたモジュールストリングは、典型的に、外部バイパス（及びバッテリ充電回路の場合にはブロッキングダイオードも）を使用する。しかしながら、上述した例と同様に、これらの代表的な従来のＰＶモジュール設備は、上述した問題又は性能上の制約のために設置されたＰＶシステムの電力収穫制限及び低いエネルギー収率で悩まされている。

【0016】

別の代表的な従来の実施例は、主として集光型(Concentrator)ＰＶ（又はＣＰＶ）用途に対し、前部コンタクト（太陽電池の前側のエミッタコンタクトフィンガ及びバスバー）、ゲルマニウム基板上の化合物半導体（III−Ｖ）、マルチ接合太陽電池と共に使用されるモノリシック化合物半導体バイパスダイオードである。図１０は、（マルチ接合太陽電池層の成長のための比較的厳密な格子一致を与えるために）出発ゲルマニウム基板上に化合物マルチ接合太陽電池層を使用して製造された前部コンタクトマルチ接合化合物半導体ＣＰＶ太陽電池を伴うこの従来のモノリシックバイパスダイオードの一例を示す図である。この従来例は、ＣＰＶ用の前部コンタクト化合物半導体マルチ接合太陽電池を製造するのにも使用される同じ出発ゲルマニウム（Ｇｅ）ウェハ上にいわゆるバイパスダイオードとして使用される多層化合物半導体ショットキーダイオードを示す。この例では、ショットキーバイパスダイオード、及び化合物半導体（この従来のケースでは、砒化ガリウム及びその三元III−Ｖ合金）マルチ接合太陽電池は、両方とも、太陽電池の同じ側（上側）にあり、太陽電池の太陽側と、それとは反対の裏側との両方に電気的コンタクトがあり、そして異なる材料層のスタックを有し（即ち、ショットキーダイオードに使用される堆積及び処理された材料スタックは、マルチ接合太陽電池に使用される堆積及び処理された材料スタックとはかなり異なり）、これにより、太陽電池製造プロセスを非常に複雑なものにし（製造プロセスステップの追加及びショットキーダイオード装置に使用される付加的な材料層のために）、且つコストのかかるものにしている（従って、ＣＰＶ電池がかなり高価であるＣＰＶ用途についてのみ示されたそのような実施形態は、結晶シリコン太陽電池及び他の非ＣＰＶ太陽電池よりも遥かに高価である）。この従来の実施に伴う別の制限及び潜在的な製造収率及び複雑さの問題は、マルチ接合太陽電池及びショットキーダイオードの材料スタック厚み及び又は高さが異なることである。これは、太陽電池及びショットキーダイオードのモノリシック金属化コンタクト及び相互接続を実施するための更なる課題及びプロセス複雑さの増加を表わす。同じ高価なゲルマニウム基板上に高価なマルチ接合太陽電池と共にこの従来のモノリシックショットキーバイパスダイオードがある結果として、この従来のマルチ接合太陽電池実施形態のプロセスステップ及び製造コストの増加による全体的なプロセス複雑さが実質的に更に増加する一方、電池のアクティブな太陽側と同じ側にショットキーバイパスダイオードが一体化されるために（及びバイパスダイオードと比較的小さなアクティブなＣＰＶマルチ接合電池面積との相対的な面積比が若干大きいために）太陽電池及び太陽モジュール（並びに設置されたＰＶシステム）の有効効率の不利益又はロスを招く。前部エミッタコンタクトの化合物半導体マルチ接合太陽電池と共にゲルマニウム基板上に作られたこのモノリシックバイパスショットキーダイオードは、太陽電池及びバイパスダイオードに実質的に異なる材料層スタックを要求し、従って、モノリシック太陽電池及びショットキーダイオードの全体的な処理を実質的に複雑化し、太陽電池製造プロセスステップの数を増加し、そしてその全体的な製造コストを上昇させる。太陽電池製造のためのプロセスステップの増加によるそのような著しい処理複雑さの増加及びコストの上昇は、ＣＰＶ太陽電池では比較的高い集光比を使用することで受け容れられるが、非常に高い集光のＣＰＶではない太陽電池、例えば、結晶シリコン太陽電池では、経済的に実現可能ではなく、又は実用的ではない。

【0017】

図１１は、マルチ接合化合物半導体ＣＰＶ電池と共に既知のモノリシックバイパスダイオードの例を示す図である。図１１に示すものには、図１０に示す従来構造のモノリシックショットキーバイパスダイオードの全ての制約及び制限（プロセスの複雑さ及びコストを含む）も適用される。この従来例は、化合物半導体のマルチ接合（多層構造で使用される三元ＧａＡｓ合金の組み合わせと共に）太陽電池と同じゲルマニウム（Ｇｅ）基板上にモノリシックバイパスダイオードとして使用されるｐｎ接合ダイオード（ショットキーダイオードではなく）を示している。この例では、ｐｎ接合バイパスダイオード及び化合物半導体のマルチ接合太陽電池は、両方とも、太陽電池の同じ側（上側）にあり、そして異なる材料スタックを有し（従って、プロセス及び材料層は、互いに調和せず）、これにより、太陽電池製造プロセスを非常に複雑で且つコストのかかるものにする（従って、そのような実施形態は、ＣＰＶマルチ接合太陽電池が非ＣＰＶ単一接合太陽電池よりも著しく高価であるＣＰＶ用途に対してのみ実証される）。この従来例では、（比較的格子一致されたIII−Ｖ二元及び三元化合物半導体層を後で成長させるための）同じ高価なゲルマニウム基板におけるｐｎ接合バイパスダイオードと太陽電池とのモノリシック集積の結果として、全体的な製造プロセスの複雑さ及びコストが更に増加する一方、電池のアクティブな太陽側と同じ側におけるバイパスダイオードの一体化と、ＣＰＶ太陽電池及びそれに関連したｐｎ接合ダイオードに使用される異なる材料スタック構造とのために、太陽電池及び太陽モジュール（並びに設置されたＣＰＶシステム）の有効効率の不利益を招く。この場合も、前部コンタクトの化合物半導体マルチ接合ＣＰＶ太陽電池におけるｐｎ接合バイパスダイオードのこのモノリシック集積は、太陽電池及びバイパスダイオードに異なる材料層スタックを要求し、従って、全モノリシック太陽電池構造及びその製造処理を実質的に複雑化し、太陽電池製造プロセスステップの数を増加し、そしてその製造コストを上昇させる。太陽電池製造のためのそのような著しい処理複雑さの増加及びコストの上昇は、ＣＰＶシステムに使用される高価で且つ複雑なＣＰＶ太陽電池では受け容れられるが、非ＣＰＶの（非常に高い集光のＰＶではない）太陽電池、例えば、非常に広範囲に使用される結晶シリコン太陽電池及びモジュールでは、経済的に実現可能でない。

【0018】

一般的に、非常に高い集光のＣＰＶ用途のために高価なゲルマニウム基板上の高価なマルチ接合前部コンタクト太陽電池に、図示されたようにバイパスダイオード（ショットキーダイオード又はｐｎ接合ダイオード）を従来のようにモノリシック集積することは、余計な処理ステップがあり、材料スタックと処理ステップとの間の調和が欠如し、製造コストが高く、太陽電池とのモノリシック集積の製造プロセスの複雑さが増加するにも関わらず、その特定の用途では受け容れられるが（低コスト解決策からは遠いが）、（高価なＭＯＣＶＤ成長のマルチ接合化合物半導体材料スタックを伴う）高価な出発基板上の高価な化合物半導体のマルチ接合太陽電池に対して実証されている従来の解決策は、禁止的に複雑で、高価であり、且つ主流のフラットパネル（非集光又は低から中間の集光）低コスト太陽ＰＶ電池及びモジュールには受け容れられない。又、上述したように、バイパスダイオードのモノリシック集積の従来の方法は、高価な太陽電池により使用される非常に広いエリアの一部分を消費するので、日光吸収の有効面積、ひいては、日光吸収面積のロスによる有効電池効率を減少する。高価なゲルマニウム基板上に高価な化合物半導体マルチ接合太陽電池と共にモノリシックバイパスダイオードを形成する従来の態様では、太陽電池及びバイパスダイオードの電気的金属被覆及びコンタクトが、基板の太陽側及び裏側の両方を含めて、基板及び装置の両側にあり、太陽電池及びバイパスダイオードの全モノリシック相互接続を非常に複雑で且つコストのかかるものにする。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0019】

それ故、これに限定されないが、高効率の結晶シリコン太陽電池、並びに結晶半導体（シリコン及び／又は他の半導体材料、例えば、砒化ガリウム系を使用する）太陽電池、例えば、バックプレーンを含む太陽電池及び／又は高効率後部コンタクトの太陽電池を含み、各太陽電池にはバイパススイッチがモノリシック集積され、実質的に調和した製造プロセスフローに基づき、且つ電池レベルバイパススイッチのモノリシック集積の結果として太陽電池製造プロセスの複雑さ及びコストを増加することなく、分散型の陰管理、高いエネルギー及び電力収穫率、設置されたＰＶシステムに対するエネルギー収率の改善、並びに太陽電池及びＰＶモジュールの保護を与える高効率の太陽電池の要望が生じている。

【課題を解決するための手段】

【0020】

ここに開示する要旨によれば、少なくとも１つのモノリシック集積の電池上(on-cell)電子バイパススイッチ（ＭＩＢＳ）を伴う後部コンタクト太陽電池であって、以前に開発された太陽光起電力電池及びモジュールに関連した欠点及びエネルギー収率収穫の制限、並びに既知のモノリシック及び非モノリシックバイパスダイオード実施の制限及び欠点を実質的に排除又は低減する太陽電池が提供される。

【0021】

ここに開示する要旨の１つの態様によれば、モノリシック集積の電池上電力用電子装置、より詳細には、太陽電池ごとに少なくとも１つのモノリシックバイパススイッチ、例えば、ショットキーダイオード（スーパーバリアショットキーダイオードを含むがこれに限定されない）又はｐｎ接合ダイオード又はトランジスタベースのスイッチを備えた後部コンタクト太陽電池が提供される。後部コンタクトの太陽電池は、光捕獲前面、光捕獲前面とは反対の裏面、及びバックプレーンを有する半導体吸収材基板（例えば、エピタキシャル成長により又はチョクラルスキーウェハから又は鋳造多結晶ウェアから形成された結晶シリコン吸収材）で構成される。又、裏面は、二面太陽電池の場合には二次の光捕獲面としても働く。第１の櫛型(interdigitated)金属被覆パターン（Ｍ１として知られた第１の金属被覆レベル）が半導体基板の裏面に位置され、そして薄いバックプレーンシート又は材料層（例えば、電気絶縁グリッド又は柔軟な材料で作られた）が半導体基板の裏面に取り付けられて（例えば、積層されて）、それを支持する。パターンＭ１の形成方法は、適当な金属スタック（例えば、Ａｌ、ＮｉＶより成る）の物理的蒸着（ＰＶＤ）及びパターン化（レーザ切除又はマスク式湿式又は乾式エッチングパターン化）、或いは適当な金属ペースト（適当なアルミニウム又はアルミニウム・シリコン合金ペースト、等）の直接的印刷（スクリーン印刷又はステンシル印刷又はインクジェット印刷、等）を含むが、これに限定されない。第２の櫛型金属被覆パターン（Ｍ２として知られた第２の太陽電池金属被覆レベル）は、バックプレーンに位置され（そして導電性ビアプラグがＭ１及びＭ２レベルを相互接続するところの予め特定されたビアホールを除きバックプレーンによりＭ１から電気的に隔離及び分離され）、そしてバックプレーンを貫通する導電性ビアホールのパターン化されたアレイを通して指定の場所で第１の櫛型金属被覆パターンに電気的に相互接続される（従って、パターン化された２レベル金属被覆構造体を生成する）。電子バイパススイッチ（例えば、ショットキーダイオード又はバイパスダイオード或いはトランジスタスイッチ）のような少なくとも１つのモノリシック集積の電池上電子コンポーネントは、太陽電池の製造に使用される本質的に同じプロセスステップと同時に、且つそれを使用して、太陽電池の製造に使用される同じ半導体基板内にモノリシック製造され、そしてパターン化された太陽電池金属被覆構造体（Ｍ１及び／又はＭ２）を使用して望ましい極性で並列バイパススイッチ（例えば、整流ショットキーダイオード又はｐｎ接合ダイオードを含むが、これに限定されない）として太陽電池の端子（例えば、太陽電池のベース及びエミッタ端子）へ電気的に相互接続される。

【0022】

ここに開示する要旨のこれら及び他の観点、並びに付加的な新規な特徴は、以下の説明から明らかとなろう。この概要の意図は、要旨を包括的に説明するのではなく、むしろ、要旨の幾つかの機能及び実施形態の簡単な概略を述べるものである。当業者にとって、添付図面及び以下の詳細な説明を検討すれば、他のシステム、方法、特徴及び効果が明らかとなるであろう。例えば、本発明の代表的な実施形態は、櫛型（又は櫛型後部コンタクト：ＩＢＣ）金属被覆構造をもつ薄い単結晶シリコン吸収材を使用する後部コンタクト／後部接合太陽電池に使用されるものとして説明するが、モノリシック集積のバイパススイッチ実施形態（種々の構造及び処理方法）及び本発明の概念は、他の太陽電池吸収材、及び適当な半導体吸収材で作られた他の太陽電池構造にも適用することができ、これは、前部接合／後部コンタクト（及び非櫛型パターン相互接続）をもつもの（ＧａＡｓ、ＧａＮ、等の他の半導体材料より成る結晶シリコン又は構造体を伴う）、前部エミッタコンタクト及び裏面ベースコンタクトの両方をもつ太陽電池（ＧａＡｓ、ＧａＮ、等の他の半導体材料より成る結晶シリコン又は構造体を伴う）、単結晶シリコン以外の材料で作られた太陽電池、ここに述べる以外の厚い半導体吸収材層を使用する太陽電池、金属被覆ラップスルー（ＭＷＴ）太陽電池、ＰＥＲＣ及びＰＥＲＬ太陽電池、シリコンヘトロ接合（ＳＨＪ）太陽電池、等を含むが、これに限定されない。この説明に包含される全てのそのような付加的なシステム、方法、特徴、及び効果は、特許請求の範囲内に入ることが意図される。

【0023】

ここに開示される要旨の特徴、性質及び効果は、同じ特徴部が同じ参照番号で示された添付図面（種々の大きさは正しい縮尺で示されていない）を参照して以下に述べた詳細な説明から明らかとなろう。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1A】電流ソース、電池の暗電流を伴う整流ダイオード、寄生的な有限直列抵抗、及び寄生的な有限シャント抵抗を含む太陽ＰＶ電池の等価回路を示す電気回路図である。

【図1B】電流ソース、電池の暗電流を伴う整流ダイオード、寄生的な有限直列抵抗、及び寄生的な有限シャント抵抗を含む太陽ＰＶ電池の等価回路を示す電気回路図である。

【図2A】理想的な太陽電池（寄生的な直列抵抗又はシャント抵抗が示されていない）の簡単な等価回路モデルを示す図である。

【図2B】暗い状態及び日光照射状態のもとで太陽電池の電流／電圧（ＩＶ）特性を示す対応Ｉ−Ｖグラフである。

【図3A】典型的な６０電池結晶シリコン太陽モジュールの代表的な図で、陰に入る電池が１つある場合を示す。

【図3B】典型的な６０電池結晶シリコン太陽モジュールの代表的な図で、部分的に陰に入る電池が複数ある場合を示す。

【図4A】太陽モジュールの直列接続ストリングに対する陰に入らない電流路を示す図である。

【図4B】１つのモジュールが陰に入る太陽モジュールの同じ直列接続ストリングと、その直列接続モジュールストリングに対する別のバイパス電流路を与える外部バイパスダイオードとを示す図である。

【図5】複数の直列接続太陽電池より成るモジュールサブストリングに使用される外部バイパスダイオードの回路図で、太陽電池を等価回路図で示した図である。

【図6】保護バイパスダイオードがある場合とない場合の結晶太陽電池の電流／電圧（Ｉ−Ｖ）特性を示すグラフである。

【図7】代表的な従来の６０電池の結晶シリコンＰＶモジュールの一例を示す図で、直列接続太陽電池の３つの異なる２０電池サブストリングにおいて３つの電池が陰に入る状態を示す（３つの外部バイパスダイオードは図示されておらず、２０電池の直列接続サブストリング当たり１つの外部バイパスダイオードがある）。

【図8】ＰＶモジュールのアレイが直並列のモジュール相互接続で配置された代表的な従来のＰＶシステム設備の例を示す（バイパスモジュールに外部ダイオードを伴う）。

【図9】ＰＶモジュールのアレイが全て直列のモジュール相互接続で配置された代表的な従来のＰＶシステム設備の例を示す（外部モジュールバイパスダイオードを伴う）。

【図10】高価なゲルマニウム基板上での高価な化合物半導体成長プロセスにより形成される高価なマルチ接合化合物半導体集光型ＰＶ（ＣＰＶ）太陽電池と化合物半導体（ＧａＡｓ系）バイパスダイオード（ショットキーダイオード又はｐｎ接合ダイオード）との従来のモノリシック集積を示す図で、Ｇｅ及びＧａＡｓ系のマルチ接合太陽電池材料スタック及び製造プロセスフローが、バイパスダイオード材料スタック及び製造プロセスフローとは異なり且つそれと調和せず、従って、バイパスダイオードの追加の結果として付加的なプロセスの複雑さ及び製造コストが顕著なものとなる（この態様では装置の前面及び裏面の両方に電池及びバイパスダイオード金属被覆が形成される）。

【図11】高価なゲルマニウム基板上での高価な化合物半導体成長プロセスにより形成される高価なマルチ接合化合物半導体集光型ＰＶ（ＣＰＶ）太陽電池と化合物半導体（ＧａＡｓ系）バイパスダイオード（ショットキーダイオード又はｐｎ接合ダイオード）との従来のモノリシック集積を示す図で、Ｇｅ及びＧａＡｓ系のマルチ接合太陽電池材料スタック及び製造プロセスフローが、バイパスダイオード材料スタック及び製造プロセスフローとは異なり且つそれと調和せず、従って、バイパスダイオードの追加の結果として付加的なプロセスの複雑さ及び製造コストが顕著なものとなる（この態様では装置の前面及び裏面の両方に電池及びバイパスダイオード金属被覆が形成される）。

【図12】エピタキシャルシリコン成長を使用する薄い結晶シリコンの後部コンタクト／後部接合結晶シリコン太陽電池製造プロセスの重要な処理ステップを強調する代表的なプロセスフロー図である（この太陽電池は、本発明の１つの実施形態として２レベル金属被覆を伴うバックプレーン技術を利用する）。実施形態は、このタイプのプロセスフロー及び多数の他の製造プロセスフローを使用して太陽電池に適用され、これは、出発単結晶ウェハ（例えば、チョクラルスキー（ＣＺ）又は多結晶ウェハ（鋳造結晶ブリック）、又はエピタキシャル成長、又は他の基板製造方法から製造される太陽電池を含むが、これに限定されない。

【図13】太陽電池（等価回路図で示された太陽電池）当たり１つの内部（埋め込まれた）モノリシック製造バイパススイッチ（即ち、ショットキーダイオード又はｐｎ接合ダイオード又は別の半導体スイッチ、例えば、トランジスタスイッチ）を伴う本発明の分散型セルラー陰管理システムの実施形態を示す回路図で、本発明の実施形態は、電池当たり１つの内部モノリシックバイパスダイオード、又は複数の太陽電池当たり１つの内部モノリシックバイパスダイオード、又は単一の太陽電池当たり複数の内部モノリシックバイパスダイオードを使用する（ここに述べる実施形態は、太陽電池当たり１つのモノリシックバイパスダイオードのためのものであるが、本発明の設計、プロセス及び概念は、上述した他の構成にも適用できる）。

【図14】全周閉ループリム（周囲）ＭＩＢＳバイパスダイオードを使用するモノリシック集積バイパススイッチ（ＭＩＢＳ）太陽電池の太陽側を見た図で、ダイオード基板は、溝隔離領域により主太陽電池基板領域から分離され且つ電気的に隔離されている（そのようなモノリシック構成は、バックプレーンにより可能となる）。

【図15】複数の全周閉ループＭＩＢＳバイパスダイオードが、連続バックプレーンを共有する複数の太陽電池島又はアイランドを取り巻いて（例えば、Ｎを整数とすれば、島又はアイランドのＮ×Ｎアレイとして示され；Ｎ及びＭを異なる整数とすれば、島又はアイランドの他のＮ×Ｍアレイも使用される）、太陽電池をモノリシック形成するＭＩＢＳ太陽電池実施形態の太陽側を見た図で、全てのＭＩＢＳ領域及び太陽電池島又はアイランドは、島／アイランド及び関連ＭＩＢＳバイパスダイオードの間で共有される連続バックプレーンを使用し、溝隔離領域を使用して電気的に分離される。

【図16】互いに逆のｎ型及びｐ型の半導体ドーピング極性の領域を備え、全周閉ループ（リム形状）の連続ｐｎ接合ダイオードを伴う後部コンタクト／後部接合太陽電池実施形態のＭＩＢＳ装置（ＭＩＢＳ及び関連太陽電池が連続バックプレーンを共有する）の上面図である。

【図17】別の幾何学的ＭＩＢＳダイオードパターンを伴い、太陽電池の周囲縁の周り及びその付近に位置された複数のｐｎ接合ダイオードを使用し、複数のＭＩＢＳアイランド及び太陽電池が連続バックプレーンを共有する後部コンタクト／後部接合太陽電池実施形態に関連した複数のＭＩＢＳ装置の上面図である。

【図18A】太陽電池及びＭＩＢＳ装置の両方に対して調和されたプロセスフローを使用する太陽電池（及び同時のＭＩＢＳ）装置の処理の異なるステージでモノリシック形状の連続バックプレーンにおけるＭＩＢＳ周囲リムダイオード及び太陽電池を示す断面図である。

【図18B】太陽電池及びＭＩＢＳ装置の両方に対して調和されたプロセスフローを使用する太陽電池（及び同時のＭＩＢＳ）装置の処理の異なるステージでモノリシック形状の連続バックプレーンにおけるＭＩＢＳ周囲リムダイオード及び太陽電池を示す断面図である。

【図19A】モノリシック集積の陰管理でＭＩＢＳイネーブルの後部コンタクト／後部接合太陽電池を形成するための製造プロセスの完了後の後部コンタクト後部接合太陽電池のＭＩＢＳリムダイオード（ｐｎ接合ダイオードＭＩＢＳ）太陽電池実施形態を詳細に示す断面図である。

【図19B】モノリシック集積の陰管理でＭＩＢＳイネーブルの後部コンタクト／後部接合太陽電池を形成するための製造プロセスの完了後の後部コンタクト後部接合太陽電池のＭＩＢＳリムダイオード（ショットキーダイオードＭＩＢＳ）太陽電池実施形態を詳細に示す断面図である。

【図20A】例えば、比較的高い導電率のアルミニウム（又は別の適当な金属又は金属合金）金属被覆（例えば、アルミニウム又はアルミニウム−シリコン合金或いは別の適当な金属ペーストの、ＰＶＤに続くパターン化、直接的なスクリーン印刷、或いは別の適当なＭ１形成方法により形成される）を使用するＭＩＢＳ（ショットキーダイオード又はｐｎ接合ダイオードのいずれかを使用）の第１レベル金属被覆パターン（Ｍ１）実施形態の上面図である。

【図20B】図２０Ａの一部分の拡大図で、例えば、比較的高い導電率のアルミニウム（又は別の適当な金属又は金属合金）金属被覆（例えば、アルミニウム又はアルミニウム−シリコン合金或いは別の適当な金属ペーストの、ＰＶＤに続くパターン化、直接的なスクリーン印刷、或いは別の適当なＭ１形成方法により形成される）を使用するＭＩＢＳ（ショットキーダイオード又はｐｎ接合ダイオードのいずれかを使用）の第１レベル金属被覆パターン（Ｍ１）実施形態の上面図である。

【図21】周囲ＭＩＢＳリムダイオード（ｐｎ接合又はショットキーダイオードを使用）を伴う櫛型後部コンタクト（ＩＢＣ）／後部接合太陽電池の裏面の図（オプション１）で、この図は、第２レベルの金属（金属２又はＭ２フィンガ及びバスバー）パターンと共に、複数の導電性ビアプラグがそのパターン化Ｍ２レベルを指定領域においてパターン化金属１（Ｍ１）レベルに相互接続して、太陽電池及びＭＩＢＳリム電気的相互接続を完成するところを示す（太陽電池及びＭＩＢＳリムダイオードの寸法は正しい縮尺で示されていない）。Ｍ２フィンガーパターンは、Ｍ１フィンガーパターンに実質的に直交し又は垂直であり、そしてＭ２フィンガーの数は、Ｍ１フィンガーの数より実質的に少なく、即ちＭ１パターンは微細ピッチのパターンであり、Ｍ２パターンは粗いピッチのパターンである。

【図22】周囲ＭＩＢＳリムダイオード（ｐｎ接合又はショットキーダイオードを使用）を伴う櫛型後部コンタクト（ＩＢＣ）／後部接合太陽電池の裏面の図（オプション２）で、この図は、第２レベルの金属（金属２又はＭ２）パターンと共に、導電性ビアプラグがそのパターン化Ｍ２をパターン化金属１（Ｍ１）に相互接続して、電池及びＭＩＢＳリム電気的相互接続を完成するところを示す（太陽電池及びＭＩＢＳリムダイオードの寸法は正しい縮尺で示されていない）。Ｍ２フィンガーパターンは、Ｍ１フィンガーパターンに実質的に直交し又は垂直であり、そしてＭ２フィンガーの数は、Ｍ１フィンガーの数より実質的に少なく、即ちＭ１パターンは微細ピッチのパターンであり、Ｍ２パターンは粗いピッチのパターンである。

【図23A】ＭＩＢＳダイオード及び太陽電池の相対的な幾何学的配置の種々の代表的な実施形態の平面図（上面図）である（これらの例は、正方形の太陽電池で示され、擬似方形の電池基板のような他の基板形状を使用する太陽電池形状にも同じ一般的設計を使用できる）。これらの図における寸法は、正しい縮尺で示されていない。全太陽電池＋ＭＩＢＳエリアの一部分であるＭＩＢＳの面積は、（ＭＩＢＳに割り当てられる非発電エリア部分を最小にするために）比較的小さく選択され、例えば、太陽電池面積の約１％未満に選択される。

【図23B】ＭＩＢＳダイオード及び太陽電池の相対的な幾何学的配置の種々の代表的な実施形態の平面図（上面図）である（これらの例は、正方形の太陽電池で示され、擬似方形の電池基板のような他の基板形状を使用する太陽電池形状にも同じ一般的設計を使用できる）。これらの図における寸法は、正しい縮尺で示されていない。全太陽電池＋ＭＩＢＳエリアの一部分であるＭＩＢＳの面積は、（ＭＩＢＳに割り当てられる非発電エリア部分を最小にするために）比較的小さく選択され、例えば、太陽電池面積の約１％未満に選択される。

【図23C】ＭＩＢＳダイオード及び太陽電池の相対的な幾何学的配置の種々の代表的な実施形態の平面図（上面図）である（これらの例は、正方形の太陽電池で示され、擬似方形の電池基板のような他の基板形状を使用する太陽電池形状にも同じ一般的設計を使用できる）。これらの図における寸法は、正しい縮尺で示されていない。全太陽電池＋ＭＩＢＳエリアの一部分であるＭＩＢＳの面積は、（ＭＩＢＳに割り当てられる非発電エリア部分を最小にするために）比較的小さく選択され、例えば、太陽電池面積の約１％未満に選択される。

【図23D】ＭＩＢＳダイオード及び太陽電池の相対的な幾何学的配置の種々の代表的な実施形態の平面図（上面図）である（これらの例は、正方形の太陽電池で示され、擬似方形の電池基板のような他の基板形状を使用する太陽電池形状にも同じ一般的設計を使用できる）。これらの図における寸法は、正しい縮尺で示されていない。全太陽電池＋ＭＩＢＳエリアの一部分であるＭＩＢＳの面積は、（ＭＩＢＳに割り当てられる非発電エリア部分を最小にするために）比較的小さく選択され、例えば、太陽電池面積の約１％未満に選択される。

【図23E】ＭＩＢＳダイオード及び太陽電池の相対的な幾何学的配置の種々の代表的な実施形態の平面図（上面図）である（これらの例は、正方形の太陽電池で示され、擬似方形の電池基板のような他の基板形状を使用する太陽電池形状にも同じ一般的設計を使用できる）。これらの図における寸法は、正しい縮尺で示されていない。全太陽電池＋ＭＩＢＳエリアの一部分であるＭＩＢＳの面積は、（ＭＩＢＳに割り当てられる非発電エリア部分を最小にするために）比較的小さく選択され、例えば、太陽電池面積の約１％未満に選択される。

【図23F】ＭＩＢＳダイオード及び太陽電池の相対的な幾何学的配置の種々の代表的な実施形態の平面図（上面図）である（これらの例は、正方形の太陽電池で示され、擬似方形の電池基板のような他の基板形状を使用する太陽電池形状にも同じ一般的設計を使用できる）。これらの図における寸法は、正しい縮尺で示されていない。全太陽電池＋ＭＩＢＳエリアの一部分であるＭＩＢＳの面積は、（ＭＩＢＳに割り当てられる非発電エリア部分を最小にするために）比較的小さく選択され、例えば、太陽電池面積の約１％未満に選択される。

【図23G】ＭＩＢＳダイオード及び太陽電池の相対的な幾何学的配置の種々の代表的な実施形態の平面図（上面図）である（これらの例は、正方形の太陽電池で示され、擬似方形の電池基板のような他の基板形状を使用する太陽電池形状にも同じ一般的設計を使用できる）。これらの図における寸法は、正しい縮尺で示されていない。全太陽電池＋ＭＩＢＳエリアの一部分であるＭＩＢＳの面積は、（ＭＩＢＳに割り当てられる非発電エリア部分を最小にするために）比較的小さく選択され、例えば、太陽電池面積の約１％未満に選択される。

【図23H】ＭＩＢＳダイオード及び太陽電池の相対的な幾何学的配置の種々の代表的な実施形態の平面図（上面図）である（これらの例は、正方形の太陽電池で示され、擬似方形の電池基板のような他の基板形状を使用する太陽電池形状にも同じ一般的設計を使用できる）。これらの図における寸法は、正しい縮尺で示されていない。全太陽電池＋ＭＩＢＳエリアの一部分であるＭＩＢＳの面積は、（ＭＩＢＳに割り当てられる非発電エリア部分を最小にするために）比較的小さく選択され、例えば、太陽電池面積の約１％未満に選択される。

【図23I】ＭＩＢＳダイオード及び太陽電池の相対的な幾何学的配置の種々の代表的な実施形態の平面図（上面図）である（これらの例は、正方形の太陽電池で示され、擬似方形の電池基板のような他の基板形状を使用する太陽電池形状にも同じ一般的設計を使用できる）。これらの図における寸法は、正しい縮尺で示されていない。全太陽電池＋ＭＩＢＳエリアの一部分であるＭＩＢＳの面積は、（ＭＩＢＳに割り当てられる非発電エリア部分を最小にするために）比較的小さく選択され、例えば、太陽電池面積の約１％未満に選択される。

【図23J】ＭＩＢＳダイオード及び太陽電池の相対的な幾何学的配置の種々の代表的な実施形態の平面図（上面図）である（これらの例は、正方形の太陽電池で示され、擬似方形の電池基板のような他の基板形状を使用する太陽電池形状にも同じ一般的設計を使用できる）。これらの図における寸法は、正しい縮尺で示されていない。全太陽電池＋ＭＩＢＳエリアの一部分であるＭＩＢＳの面積は、（ＭＩＢＳに割り当てられる非発電エリア部分を最小にするために）比較的小さく選択され、例えば、太陽電池面積の約１％未満に選択される。

【図23K】ＭＩＢＳダイオード及び太陽電池の相対的な幾何学的配置の種々の代表的な実施形態の平面図（上面図）である（これらの例は、正方形の太陽電池で示され、擬似方形の電池基板のような他の基板形状を使用する太陽電池形状にも同じ一般的設計を使用できる）。これらの図における寸法は、正しい縮尺で示されていない。全太陽電池＋ＭＩＢＳエリアの一部分であるＭＩＢＳの面積は、（ＭＩＢＳに割り当てられる非発電エリア部分を最小にするために）比較的小さく選択され、例えば、太陽電池面積の約１％未満に選択される。

【図23L】ＭＩＢＳダイオード及び太陽電池の相対的な幾何学的配置の種々の代表的な実施形態の平面図（上面図）である（これらの例は、正方形の太陽電池で示され、擬似方形の電池基板のような他の基板形状を使用する太陽電池形状にも同じ一般的設計を使用できる）。これらの図における寸法は、正しい縮尺で示されていない。全太陽電池＋ＭＩＢＳエリアの一部分であるＭＩＢＳの面積は、（ＭＩＢＳに割り当てられる非発電エリア部分を最小にするために）比較的小さく選択され、例えば、太陽電池面積の約１％未満に選択される。

【図24】後部コンタクト／後部接合単結晶シリコン太陽電池及び関連ＭＩＢＳ装置を製造するための代表的な太陽電池製造プロセスフローの実施形態を示す（これらの代表的な実施形態は、出来上がる太陽電池のための薄いエピタキシャル成長シリコン基板と共に示されており、本発明のＭＩＢＳ構造体及び方法は、例えば、これに限定されないが、チョクラルスキー又はＣＺインゴットからワイヤソーにより製造された出発単結晶シリコンウェハ、又は鋳造多結晶シリコンブリックからワイヤソーにより製造された出発多結晶シリコンウェハを使用して作られた後部コンタクト太陽電池を含む他の太陽電池に関連して使用することもできる）。

【図25】後部コンタクト／後部接合単結晶シリコン太陽電池及び関連ＭＩＢＳ装置を製造するための代表的な太陽電池製造プロセスフローの実施形態を示す（これらの代表的な実施形態は、出来上がる太陽電池のための薄いエピタキシャル成長シリコン基板と共に示されており、本発明のＭＩＢＳ構造体及び方法は、例えば、これに限定されないが、チョクラルスキー又はＣＺインゴットからワイヤソーにより製造された出発単結晶シリコンウェハ、又は鋳造多結晶シリコンブリックからワイヤソーにより製造された出発多結晶シリコンウェハを使用して作られた後部コンタクト太陽電池を含む他の太陽電池に関連して使用することもできる）。

【図26】後部コンタクト／後部接合単結晶シリコン太陽電池及び関連ＭＩＢＳ装置を製造するための代表的な太陽電池製造プロセスフローの実施形態を示す（これらの代表的な実施形態は、出来上がる太陽電池のための薄いエピタキシャル成長シリコン基板と共に示されており、本発明のＭＩＢＳ構造体及び方法は、例えば、これに限定されないが、チョクラルスキー又はＣＺインゴットからワイヤソーにより製造された出発単結晶シリコンウェハ、又は鋳造多結晶シリコンブリックからワイヤソーにより製造された出発多結晶シリコンウェハを使用して作られた後部コンタクト太陽電池を含む他の太陽電池に関連して使用することもできる）。

【図27】後部コンタクト／後部接合単結晶シリコン太陽電池及び関連ＭＩＢＳ装置を製造するための代表的な太陽電池製造プロセスフローの実施形態を示す（これらの代表的な実施形態は、出来上がる太陽電池のための薄いエピタキシャル成長シリコン基板と共に示されており、本発明のＭＩＢＳ構造体及び方法は、例えば、これに限定されないが、チョクラルスキー又はＣＺインゴットからワイヤソーにより製造された出発単結晶シリコンウェハ、又は鋳造多結晶シリコンブリックからワイヤソーにより製造された出発多結晶シリコンウェハを使用して作られた後部コンタクト太陽電池を含む他の太陽電池に関連して使用することもできる）。

【図28】後部コンタクト／後部接合単結晶シリコン太陽電池及び関連ＭＩＢＳ装置を製造するための代表的な太陽電池製造プロセスフローの実施形態を示す（これらの代表的な実施形態は、出来上がる太陽電池のための薄いエピタキシャル成長シリコン基板と共に示されており、本発明のＭＩＢＳ構造体及び方法は、例えば、これに限定されないが、チョクラルスキー又はＣＺインゴットからワイヤソーにより製造された出発単結晶シリコンウェハ、又は鋳造多結晶シリコンブリックからワイヤソーにより製造された出発多結晶シリコンウェハを使用して作られた後部コンタクト太陽電池を含む他の太陽電池に関連して使用することもできる）。

【図29】後部コンタクト／後部接合単結晶シリコン太陽電池及び関連ＭＩＢＳ装置を製造するための代表的な太陽電池製造プロセスフローの実施形態を示す（これらの代表的な実施形態は、出来上がる太陽電池のための薄いエピタキシャル成長シリコン基板と共に示されており、本発明のＭＩＢＳ構造体及び方法は、例えば、これに限定されないが、チョクラルスキー又はＣＺインゴットからワイヤソーにより製造された出発単結晶シリコンウェハ、又は鋳造多結晶シリコンブリックからワイヤソーにより製造された出発多結晶シリコンウェハを使用して作られた後部コンタクト太陽電池を含む他の太陽電池に関連して使用することもできる）。

【図30】後部コンタクト／後部接合単結晶シリコン太陽電池及び関連ＭＩＢＳ装置を製造するための代表的な太陽電池製造プロセスフローの実施形態を示す（これらの代表的な実施形態は、出来上がる太陽電池のための薄いエピタキシャル成長シリコン基板と共に示されており、本発明のＭＩＢＳ構造体及び方法は、例えば、これに限定されないが、チョクラルスキー又はＣＺインゴットからワイヤソーにより製造された出発単結晶シリコンウェハ、又は鋳造多結晶シリコンブリックからワイヤソーにより製造された出発多結晶シリコンウェハを使用して作られた後部コンタクト太陽電池を含む他の太陽電池に関連して使用することもできる）。

【図31】後部コンタクト／後部接合単結晶シリコン太陽電池及び関連ＭＩＢＳ装置を製造するための代表的な太陽電池製造プロセスフローの実施形態を示す（これらの代表的な実施形態は、出来上がる太陽電池のための薄いエピタキシャル成長シリコン基板と共に示されており、本発明のＭＩＢＳ構造体及び方法は、例えば、これに限定されないが、チョクラルスキー又はＣＺインゴットからワイヤソーにより製造された出発単結晶シリコンウェハ、又は鋳造多結晶シリコンブリックからワイヤソーにより製造された出発多結晶シリコンウェハを使用して作られた後部コンタクト太陽電池を含む他の太陽電池に関連して使用することもできる）。

【図32】セグメント化ｐｎ接合ダイオードとして形成されたＭＩＢＳリムダイオードを伴うＭＩＢＳ後部コンタクト／後部接合太陽電池実施形態の平面図（上面図）である。

【図33A】セグメント化ｐｎ接合ダイオード構造で作られた代表的なＭＩＢＳリムダイオードのための太陽電池第１レベル金属被覆パターン（金属１又はＭ１）実施形態の概略上面図である。

【図33B】図３３Ａの一部分の拡大図で、セグメント化ｐｎ接合ダイオード構造で作られた代表的なＭＩＢＳリムダイオードのための太陽電池第１レベル金属被覆パターン（金属１又はＭ１）実施形態の概略上面図である。

【図34A】ｐｎ接合ダイオードＭＩＢＳ又はショットキーダイオードＭＩＢＳのいずれかを使用する太陽電池のための第１レベルのみの金属被覆（Ｍ１レベル）及びＭＩＢＳ／太陽電池相互接続パターン（Ｍ１）の平面図（上面図）である。

【図34B】図３４Ａの一部分の拡大図で、ｐｎ接合ダイオードＭＩＢＳ又はショットキーダイオードＭＩＢＳのいずれかを使用する太陽電池のための第１レベルのみの金属被覆（Ｍ１レベル）及びＭＩＢＳ／太陽電池相互接続パターン（Ｍ１）の平面図（上面図）である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

以下の説明は、これに限定されるものではなく、本開示の一般的な原理を説明するためのものである。本開示の範囲は、請求の範囲を参照して決定されねばならない。本開示の規範的実施形態が図面に示されており、種々の図面の同じ及び対応部分を指すために同じ番号が使用されている。

【0026】

本開示は、単結晶シリコン基板、エピタキシャルシリコン太陽電池吸収層等の単結晶シリコン、及びここに述べる他の製造材料を使用する後部コンタクト太陽電池のような特定の実施形態を参照して述べるが、当業者であれば、ここに述べる原理を、異なる基板タイプ及び／又は太陽電池構造及び／又は全太陽電池製造方法に基づいて他の太陽電池に適用するもでき、これは、チョクラルスキー（ＣＺ）単結晶シリコン又は鋳造多結晶出発ウェハ（従って、エピタキシャルシリコン堆積を伴わない太陽電池基板）を使用して作られる後部コンタクト太陽電池、他の後部コンタクト太陽電池（例えば、ＭＷＴ後部コンタクト太陽電池）、エピタキシャルシリコン吸収材又はチョクラルスキー（ＣＺ）シリコン出発ウェハ又は鋳造多結晶シリコン出発ウェハ、結晶シリコン以外の種々の半導体材料を含む他の製造材料（例えば、結晶砒化ガリウム、窒化ガリウム、ゲルマニウム、等）を使用して作られる前部コンタクト太陽電池、不当な実験を伴わない技術領域及び／又は実施形態を含む。更に、例えば、ｐ型又はｎ型のような出発半導体層のドーパント濃度／プロファイルは、バックグランドドーピングとして知られている。

【0027】

従って、ここでの実施形態は、櫛型後部コンタクト（即ち、ＩＢＣ）結晶（単結晶又は多結晶）シリコン太陽電池について述べるが、ここに開示する本発明の態様は、広範囲の太陽電池アーキテクチャー（例えば、金属被覆ラップスルー又はＭＷＴ後部コンタクト太陽電池、前部コンタクト太陽電池、二面太陽電池、等）及び材料（結晶シリコンの他に、例えば、ＧａＡｓ、Ｇｅ、等）に適用できることを理解されたい。

【0028】

上述したように、既知の結晶シリコン（又は他の電池ベースの）ＰＶシステムにおいて陰がある中で信頼できるモジュール動作を与える現在の最新の太陽電池保護及び太陽モジュール陰誘起ホットスポット防止解決策は、しばしば、次のうちの１つ又はその組み合わせ、即ち、別々の又は個別のバイパスダイオード、ＰＶモジュールの直列接続太陽電池の１つのサブストリング（例えば、６０電池又は７２電池のＰＶモジュールでは、各々、サブストリング当たり２０又は２４個の電池）当たり最も一般的な１つの外部個別バイパスダイオード（通常は光起電力モジュール接合ボックスに入れられて電気的に配線される）（典型的に、モジュール内の全ての太陽電池に対して陰誘起ホットスポット保護を与えるために結晶シリコンＰＶモジュール当たり３つの外部バイパスダイオードが外部モジュール接合ボックスに入れられる）、を利用することに基づいており；更に、電池ベースＰＶモジュールのエネルギー収率を高めるために、ＰＶモジュールに接続された外部マイクロインバータ（ＤＣ−ＡＣ）又はＤＣ−ＤＣコンバータを使用し、及び／又はモジュール内にパッケージされた電池間にいわゆるプログラム可能な相互接続技術を使用して、モジュールレベルで最大電力ポイント追跡（ＭＰＰＴ）が与えられる。

【0029】

従来のバイパスダイオードは、陰に入る電池を保護し、ホットスポットを防止し、そしてホットスポット及び陰に入る（又は部分的に陰に入る）逆バイアス電池によるモジュール欠陥を防止するのに使用されるが、それらは、モジュールに陰又は汚れが存在するときモジュールの電力抽出ロスのために現実的な現場での運転において著しいエネルギー収穫低下又はエネルギー収率低下も招く（現場での特定の運転期間にわたり、例えば、年間ベースで、設置されたＰＶモジュールのＫＷｐ当たり収穫されるエネルギーのｋＷｈに関して）。例えば、標準的な６０電池のＰＶモジュール設計を仮定すれば、１つの電池が陰に入ると、モジュール電力の約１／３（又は３３．３３％）のロスを招き（接合ボックス内の従来の外部バイパスダイオードは、電池の逆バイアスを防止するために陰に入る電池を含む全２０電池サブストリングをバイパスし）、一方、１つの電池は、現場での通常の陰に入らないモジュールの運転状態中に（典型的に６０電池のＰＶモジュールの場合）合計モジュール電力の約１／６０しか占めていない。同様に、３つの電池が陰に入り、そして６０電池のＰＶモジュールにおいて２０電池のサブストリング当たり１つの電池が陰に入ると仮定すれば（その一例が図７に示されている）、３つの全ての外部バイパスダイオードがアクチベートされ、そしてモジュールから抽出される電力がゼロ（又は１００％のモジュール電力ロス）へと降下し、一方、３つの陰に入る電池は、通常の陰に入らない運転状態中のモジュール電力の３／６０（又は１／２０）しか占めていない。

【0030】

対照的に、ここに開示する本発明の分散型モノリシック陰管理解決策は、モノリシック集積バイパススイッチ（ＭＩＢＳ）を使用してＰＶモジュール電力収穫を高め且つエネルギー収率を高めたスマートＰＶ電池及びスマートＰＶモジュールを提供し、前記ＭＩＢＳは、太陽電池の製造中に製造コストを本質的に増分的に増大せずに、各太陽電池と同時に且つそれとモノリシック集積で製造される（従って、外部個別バイパスダイオードを伴う外部接合ボックスの必要性を排除する）。又、ここに開示するＭＩＢＳ構造及び実施方法は、他の関連する利益に加えて、太陽電池モジュールの全体的な信頼性を高め、且つ運転寿命を延長するようにも設計される。

【0031】

更に、ここに開示するシステム及び方法は、劇的なＰＶシステムコスト及び発電原価（ＬＣＯＥ）の減少（＜＄１／Ｗ設置ＰＶシステムコストを維持）及びエネルギー収率に関する性能改善（ＰＶ設置場所及び運転条件の仕様に基づいて、約＄０．１０／ｋＷｈ未満及び約＄０．０６／ｋＷｈ発電原価又はＬＣＯＥ未満を可能にする）を提供する付加的な分散型電池レベル（セルラー）電力用電子装置を一体化できるスマートＰＶ電池及びスマートＰＶモジュールを可能にする。本発明の実施形態の重要な用途は、住居屋上用の電池及びモジュール、住居及び商業ビルのビル一体型光起電力装置（ＢＩＰＶ）、商業用屋上装置、地上設置の実用規模の発電所、自動車、ポータブル電子装置、ポータブル及びトランスポータブル発電、及び他の特殊な用途を含む。

【0032】

上述したように、結晶シリコンの光起電力（ＰＶ）モジュールは、現在、全世界のＰＶマーケットの約８５％以上を占めるようになった。これら結晶シリコンのＰＶモジュールのシリコンウェハ材料コストは、現在、全結晶シリコンＰＶモジュール製造コストのほぼ３０％ないし５０％を構成する。図１２は、シリコンの使用量を実質的に減少し、そして多数の慣習的な製造ステップを排除して、低コスト、高効率の後部接合／後部コンタクト単結晶電池を形成するエピタキシャルシリコン／多孔性シリコンベースの薄い結晶シリコンの後部コンタクト／後部接合（櫛型後部コンタクト又はＩＢＣとしても知られている）太陽電池製造プロセスの重要な処理ステップを強調する代表的なプロセスフローである。より詳細には、このプロセスフローは、多孔性シリコンの剥離層に再使用可能なテンプレート及びエピタキシャルシリコン堆積を使用してスマート電池及びスマートモデルのためのラミネート型バックプレーンを伴う高効率太陽電池を製造する（バックプレーンは、比較的薄くて、例えば、約５０ミクロンないし２００ミクロン厚みであり、薄い柔軟な又は堅牢な電気絶縁シートが太陽電池の裏面に取り付けられて、電池上Ｍ１及びバックプレーン上Ｍ２の金属被覆レベルを伴う２レベル金属被覆構造を可能にする）。本発明において、スマート電池は、少なくともモノリシックバイパススイッチが関連した太陽電池として説明する。ここに述べるスマート電池は、調和された製造プロセスフローを使用する太陽電池処理中に同時に製造されるモノリシック集積のバイパススイッチ（ＭＩＢＳ）を備えている（即ち、ＭＩＢＳ装置は、太陽電池に使用される同じ製造プロセスステップと同時に且つそれを使用して形成され、増分的な製造コストは本質的に追加されない）。図１３に示すような代表的なプロセスフローは、エピタキシャルシリコン及び多孔性シリコンのリフトオフ処理に基づき、太陽電池半導体吸収層を形成するように示されているが、本発明の実施形態は、（例えば、太陽電池を製造するのに使用される出発半導体ウェハを使用することにより）多孔性シリコン又はエピタキシャルシリコンプロセスを使用しなくても、バックプレーン支持シートを使用して、結晶半導体の太陽電池（単結晶チョクラルスキー（ＣＺ）シリコン出発ウェハ、又は単結晶のフロートゾーン（ＦＺ）シリコン出発ウェハ又は鋳造多結晶出発ウェハ又はＧａＡｓウェハ、或いは出発ワイヤソー処理ウェハから又は異なる半導体材料のエピタキシャル成長層から形成された別の半導体材料で作られたものを含む）に完全に適用することもできる。バックプレーン支持シートは、半導体基板に一致する比較的良好な熱膨張係数（ＣＴＥ）をもつ薄い柔軟なシート、例えば、適当なプリプレグ材料（例えば、編まれたアラミド繊維及び適当な樹脂の組み合わせを使用して作られたプリプレグ）の５０ミクロンないし２５０ミクロン厚みのシートである。或いは又、バックプレーン材料は、後部コンタクト／後部接合（又はＩＢＣとしても知られた）太陽電池の場合には他の適当な柔軟な（例えば、ポリマー又はプラスチック）或いは堅牢な電気絶縁材料で作られる。バックプレーンは、半導体基板に永久的に取り付けられ又はラミネートされる連続シートであり、（ｉ）薄い（例えば、厚みが数ミクロンから１００ミクロンを越えるまでの）半導体基板の支持を与え、（ii）薄い（例えば、１００ミクロン以下の）半導体吸収材に関連して柔軟なバックプレーンを使用する場合には屈曲可能な／柔軟な太陽電池の製造を可能にし、（iii）２レベル太陽電池（及びＭＩＢＳ）金属被覆構造の製造を可能にして、著しいアーキテクチャー及び性能上の利益を生じさせ、（iv）信頼性あるモノリシック支持層として働く連続バックプレーンで半導体層に溝隔離領域を形成できるようにし、（ｖ）バスバーなしに電池上金属被覆（第１レベル金属又はＭ１）を形成できるようにして、陰による電気的ロスを太陽電池から排除し、及び（vi）比較的粗い（従って、作り易い）金属被覆ピッチ（Ｍ１に比して）で且つＰＶモジュールの電池対電池相互接続に使用される最終的太陽電池バスバーでバックプレーン上金属被覆（第２レベル金属又はＭ２）の形成を可能にする、ことを含む多数の重要な機能を果たす。

【0033】

図１２に示す代表的なプロセスフローは、典型的にｐ型（例えば、硼素が強くドープされた単結晶シリコンウェハ）で作られた再使用可能な結晶（単結晶又は多結晶）シリコンテンプレートでスタートし、そこに多孔性シリコンの薄い犠牲層が形成される（例えば、ウェハを通過する電流が存在する中でＨＦ／ＩＰＡ又はＨＦ／酢酸湿式化学作用において表面変更プロセスを経ての電気化学的エッチングプロセスにより）。多孔性シリコン層は、少なくとも２つの異なる多孔度を有し、即ち高多孔度埋設層（その後のリフトオフ剥離層として働く）、及び低多孔度表面層（その後のエピタキシャルシード層として働く）を有する。高質のエピタキシャルシード層及びその後の分離／リフトオフ（又は剥離）層の両方として働く犠牲的多孔性シリコン層を形成すると、その場で(in-situ)ドープされる結晶シリコンの比較的薄い層（例えば、層厚みが数ミクロンから約１００ミクロンの範囲、又はより特定すれば、数ミクロンから約７０ミクロンの範囲）が形成され、これも、エピタキシャルシリコン成長と称される。その場でドープされるエピタキシャル結晶シリコン層は、例えば、トリクロロシラン又はＴＣＳ及び水素のような適当なシリコンソースガス（及びホスフィン又はＰＨ₃のような適当なドーパントソース）を含むプロセス雰囲気中で化学蒸着又はＣＶＤプロセス（ＡＰＣＶＤとしても知られている）を使用して大気圧エピタキシーにより形成される。エピタキシャル層は、高効率の太陽電池を製造するためにｎ型ドーピングで形成される（ｎ型基板は、ｐ型シリコンに比して長い少数キャリア寿命を与え、そしてｐ型シリコン基板を使用して作られる太陽電池に光誘起の劣化を引き起こすＢ−Ｏペアリング欠陥で悩まされることはない）。

【0034】

太陽電池処理ステップの大部分（例えば、裏面ドープのエミッタ及びベース領域、後部不動態化構造、後部ベース及びエミッタコンタクト、及びアルミニウム又はアルミニウム−シリコン合金のような適当な金属被覆材料で作られた微細ピッチの櫛型フィンガーを伴うパターン化された電池上バスバーレスＭ１金属被覆層）が完成した後に、比較的安価なバックプレーン層（例えば、シリコンに比較的厳密に一致するＣＴＥをもつ５０から２５０ミクロン厚みの柔軟なプリプレグ層）が永久的な電池支持及び強化のために薄いエピタキシャルシリコン層に接合され又はラミネートされて、太陽電池の２レベル電池金属被覆アーキテクチャーを可能にする。バクプレーン材料は、薄い（例えば、約５０から２５０ミクロン）の柔軟な（又は必要に応じて堅牢な）電気絶縁材料シート、例えば、プリント回路板のような用途に一般的に使用される安価な柔軟なプリプレグ材料（アラミド繊維プリプレグシートのような半導体基板に比較的厳密にＣＴＥが一致する）で作られ、これは、太陽電池及びＰＶモジュールのプロセス一体化及び信頼性要件を満足する。プリプレグの他に、他の適当なポリマー又はプラスチック材料が太陽電池及びＭＩＢＳバックプレーン材料（柔軟又は半柔軟又は堅牢）として使用される。ほとんど処理された（パターン化されたＭ１層を通して処理されて連続バックプレーンシートとラミネートされた）後部コンタクト後部接合バックプレーン強化の大面積（例えば、太陽電池面積が少なくとも１２５ｍｍ×１２５ｍｍ以上で、例えば、大きさが少なくとも１５６ｍｍ×１５６ｍｍの正方形又は擬似方形フォーマット）太陽電池は、次いで、機械的に弱くされた犠牲的多孔性シリコン層に沿って再使用可能なテンプレートから分離及びリフトオフされ（例えば、機械的剥離（ＭＲ）プロセスにより）、一方、テンプレートは、何回も（例えば、少なくとも数回、そしてある場合には、少なくとも１０回）使用されて、全太陽電池及びＰＶモジュール製造コストを更に低減させることができる。次いで、最終的なバックエンド電池処理（太陽側のテクスチャー、不動態化及び反射防止膜又はＡＲＣの堆積の完了、及びそれに続く、ビアプラグ及び第２レベル金属被覆又はＭ２の完了を含む）が、テンプレートから剥離された後に露出される太陽電池の太陽側で先ず遂行される。太陽側での処理は、例えば、前側のテクスチャー化（例えば、アルカリ又は酸性湿式化学処理を使用する）、表面不動態化、及び反射防止膜（ＡＲＣ）の堆積（例えば、ＰＥＣＶＤ又はＡＬＤ及びＰＥＣＶＤにより形成されたＳｉＮｘＨｙ又はＳｉＯｗＨｚ／ＳｉＮｘＨｙ又はＡｌ₂Ｏ₃／ＳｉＮｘＨｙを含む不動態化及びＡＲＣ層又は層スタックを使用する）プロセスを完了させることを含む。出発ＣＺ又はＦＺ或いは多結晶シリコンウェハを使用して（再使用可能な基板上に多孔性シリコン及びエピタキシャル成長を使用するのではなく）、上述したＩＢＣ電池を製造するプロセスが使用される（図１２の左に示す最初の３つのブロック又はステップは、必要とされず、それに代わって、出発結晶シリコンウェハを使用して、図１２の最初の３つのステップの右側に示す太陽電池製造プロセスを経て進む）。

【0035】

本発明のＭＩＢＳ実施方法及び設計は、製造プロセスステップ又はツールを実質的に変更したり追加したりせずに、従って、太陽電池の製造コストを実質的に増加せずに、ここに開示する太陽電池製造プロセスフロー（及び、これに限定されないが、ワイヤソー処理の出発ウェハ又はエピタキシャル成長の太陽電池基板を使用することを含む他の結晶シリコン太陽電池プロセスフロー）に一体化することができる。１つの実施形態では、バックプレーンイネーブルの２レベル相互接続及びバックプレーンイネーブルの太陽電池支持に関連して後部接合／後部コンタクト（又はＩＢＣ）電池設計を組み合わせることで、モノリシック集積のバイパススイッチ（ＭＩＢＳ）実施のための太陽電池アーキテクチャーを電池レベルで可能にし、従って、モジュール接合ボックスに関連した又は各電池に関連した個別コンポーネントの使用の必要性を排除することができる。永久的な構造上の支持／補強として働き、且つ高効率結晶半導体太陽電池（例えば、結晶シリコン太陽電池）のためのバックプレーンイネーブルの低コスト／高導電率（例えば、アルミニウム及び／又は銅及び／又はそれらの合金、又は他の適当な高導電率金属被覆材料を使用する）相互接続を与えるのに加えて、これらのバックプレーン技術は、太陽電池の電力を著しく犠牲にすることなく（ＭＩＢＳが太陽電池面積の非常に僅かな部分であるので）且つ太陽電池の全製造コストの増加が全くないか又は無視できる程度であるようにして、各太陽電池とＭＩＢＳとの有効な一体化も可能にする。本発明の実施形態は、従来の個別バイパスダイオードの信頼性の問題及びコンポーネントコストを排除する（太陽電池又はモジュール接合ボックスへの個別コンポーネントの半田付けや取り付けの必要性も排除する）ことにより、ＭＩＢＳを使用する非常に経済的で且つ信頼性のある一体型の陰管理解決策を可能にする。又、それらは、太陽電池それ自体と同様の優れた信頼性も与える（ＭＩＢＳ及び太陽電池のモノリシック集積と、それらが調和した製造プロセス及び材料を使用する事実とにより）。

【0036】

バックプレーン材料は、適当な材料の薄い（例えば、約５０ミクロンから２５０ミクロン厚みで、この範囲より薄くても厚くてもよい）シートであり、例えば、熱膨張係数（ＣＴＥ）が半導体基板のＣＴＥに充分厳密に一致して、過剰な熱誘起ＣＴＥ不一致応力が薄い半導体（例えば、結晶シリコン）層に生じるのを回避するためのプリプレグシート又はポリマー又はプラスチック材料のような柔軟な材料である。更に、バックプレーン材料は、バックエンド電池製造プロセスのためのプロセス一体化要件を満足しなければならず、この要件は、特に、太陽電池の前面の湿式エッチング／テクスチャー化中の化学的な耐性と、その後の、前面（単層又は多層）不動態化及びＡＲＣ層のＰＥＣＶＤ堆積中の充分な熱的安定性とを含む。又、薄い半導体基板に取り付けられる電気絶縁バックプレーン材料シートは、その後のモジュールレベルラミネーションプロセス熱履歴、及び長期現場運転信頼性要件も満足しなければならない。種々の適当なポリマー（プラスチック、フッ素ポリマー、プリプレグ、等）及び適当な非ポリマー材料（ガラス、セラミック、等）は、バックプレーン材料（柔軟な又は堅牢なバックプレーン）として使用できるが、バックプレーン材料の選択は、これに限定されないが、コスト、太陽電池プロセス一体化のし易さ、長期信頼性、熱的安定性、柔軟性、従順性、等を含む多数の事柄に依存する。

【0037】

バックプレーンの良好な材料選択肢は、繊維及び樹脂の適当な組み合わせより成るプリプレグである。プリプレグシートは、プリント回路板（ＰＣＢ）の構築ブロックのような多数の用途に使用され、そして適当な樹脂と、熱膨張係数又はＣＴＥ低下繊維（アラミド繊維等）又はプラスチックの組み合わせから形成される。バックプレーン材料シートは、安価で、低ＣＴＥで（結晶シリコンのような半導体材料は３ｐｐｍ／℃程度の比較的低いＣＴＥ値を有するので、典型的に、ＣＴＥ＜１０ｐｐｍ／℃、又はある場合には、ＣＴＥ＜５ｐｐｍ／℃）、薄い（通常は、約５０ミクロンから２５０ミクロンの範囲、そしてある場合には、バックプレーンシートのコストを下げ且つバックプレーンラミネートの太陽電池の柔軟性を向上させるために約５０ミクロンから１００ミクロンの狭い範囲）プリプレグシートであり、これは、湿式エッチング／テクスチャー化化学薬品（例えば、アルカリ性又は酸性テクスチャー化化学薬品）に対して化学的に比較的耐えると共に、少なくとも約１８０℃まで（又は約４００℃から４５０℃程度まで）の温度において熱的に比較的安定している。テンプレート上の多孔性シリコンにエピタキシャルシリコン堆積を使用して作られる結晶シリコン太陽電池の場合に、プリプレグシートは、真空−熱ラミネータを使用して電池半導体基板がテンプレート上にまだある間に（即ち、太陽電池基板のリフトオフプロセスの前に）、パターン化Ｍ１金属被覆層（太陽電池裏面の第１レベル金属）を通して太陽電池製造プロセスが完了した後に太陽電池基板の裏面に取り付けられる。或いは又、出発ＣＺ単結晶又はＦＺ単結晶或いは鋳造多結晶ウェハを使用して（且つテンプレート上の多孔性シリコンにエピタキシャルシリコン堆積を使用せずに）作られる結晶シリコン太陽電池の場合には、プリプレグシートは、パターン化Ｍ１金属被覆層（太陽電池裏面の第１レベル金属）を通して太陽電池製造プロセスが完了した後であって且つバックエンドプロセスステップ（太陽側テクスチャー化、不動態化、ＡＲＣ、並びにバックプレーンを通る導電性ビアプラグ及びバックプレーンに形成される第２レベルの金属被覆レベル又はＭ２等）が完了する前に、太陽電池ウェハ裏面に取り付けられる。熱（例えば、約２００℃から３００℃までの温度）及び圧力（例えば、数気圧から約２０気圧までの圧力）を組み合わせて適用すると、薄いプリプレグシートが、部分的に処理された後部コンタクト太陽電池の裏面に永久的にラミネートされ又は取り付けられる。テンプレート上の多孔性シリコンにエピタキシャルシリコン堆積を使用して作られる結晶シリコン太陽電池の場合には、例えば、パルスレーザ罫書きツールを使用することにより、太陽電池の周囲に（予め特定された除外ゾーンに基づくテンプレートの縁の近くに）リフトオフ剥離周囲境界が画成され、次いで、機械的剥離又はリフトオフプロセスを使用して、バックプレーンラミネートの太陽電池基板が再使用可能なテンプレートから分離されリフトオフされる。その剥離されたバックプレーン取り付けの太陽電池は、次いで、縁の周りで任意にレーザトリミングされて、最終的な特定太陽電池寸法に基づいて最終的なまっすぐの太陽電池周縁を準備する。或いは又、出発ＣＺ単結晶又はＦＺ単結晶或いは鋳造多結晶ウェハを使用して（且つテンプレート上の多孔性シリコンにエピタキシャルシリコン堆積を使用せずに）作られる結晶シリコン太陽電池の場合には、剥離プロセスがなく、そして任意の、ラミネーション後のレーザトリミングプロセスを使用して、太陽電池（及びＭＩＢＳ）の活性な縁から延びる過剰なプリプレグを除去することもできる。その後のプロセスステップ（エピタキシャル電池を伴うもの、又はＣＺ／ＦＺ／多結晶シリコンウェハベースの電池を伴うもの）は、次のことを含む。即ち、（ｉ）太陽電池の太陽側における前面テクスチャー化及び不動態化／ＡＲＣプロセスの完了、（ii）電池裏面（太陽電池のバックプレーン）における太陽電池高導電性金属被覆の完了（第２レベル金属被覆又はＭ２は、関連するＭ１−Ｍ２導電性プラグと共に形成され、金属被覆材料は、アルミニウム及び／又は銅及び／又はそれらの合金或いは他の適当な金属材料を含む）。太陽電池のエミッタ及びベースの両極性（フィンガー及びバスバー）への相互接続を含む高導電率の金属被覆（例えば、太陽電池材料及び製造コスト全体を減少するために銀ではなく安価なアルミニウム及び／又は銅を含む）が、パターン化されたＭ２層を使用して、ラミネート型太陽電池バックプレーンに形成される。

【0038】

本発明の後部コンタクト太陽電池及びＭＩＢＳ実施形態では、ここに述べる太陽電池設計及び製造プロセスは、２レベルの金属被覆（電池上Ｍ１又は第１金属被覆レベル、及びバックプレーン上Ｍ２又は第２金属被覆レベル）を有し、これらは、電気絶縁バックプレーン層により分離され、そして予め特定された相互接続構成に基づきパターン化Ｍ２及びＭ１金属被覆領域を相互接続する導電性ビアプラグを通してビアホールの予め指定されたパターンに基づいて相互接続される。本発明の実施形態を使用するＩＢＣ電池では、Ｍ１パターンは、櫛型ベース及びエミッタ金属被覆フィンガーの比較的微細ピッチのパターンであり（太陽電池効率に対する電気的な陰の低下作用を排除するためにＭ１にバスバーを伴わず）、一方、Ｍ２パターンは、櫛型ベース及びエミッタ金属被覆フィンガーの比較的粗いピッチのパターンであり、Ｍ２フィンガーは、Ｍ１フィンガーに実質的に直交し又は垂直であり、そしてＭ２フィンガーの数は、Ｍ１フィンガーの数より実質的に少ない（例えば、約５ないし５０の係数で）。バックプレーンラミネーションプロセスの前に、例えば、スクリーン印刷又はプラズマスパッタ（ＰＶＤ）アルミニウム（又はアルミニウム−シリコン合金）材料層の比較的薄い層（１ミクロンから約２０ミクロンまでの一部分の厚み；典型的にＰＶＤにより形成される薄い層及びスクリーン印刷により形成される厚い層）を使用することによって、太陽電池のベース及びエミッタコンタクト金属化パターンが電池の裏面（Ｍ１金属化レベル）に直接形成される。バックプレーン取り付け又はラミネーションプロセス（ここではＭ１と称される）の前に太陽電池裏面又は背面に形成されるこの第１の金属被覆層は、ＩＢＣ電池のベース及びエミッタ領域を画成する微細ピッチ（例えば、約０．５ｍｍから数ｍｍまでのベース及エミッタ金属被覆フィンガーピッチ）の櫛型後部コンタクト（ＩＢＣ）Ｍ１導体フィンガーのような太陽電池コンタクト金属被覆パターンを画成する。ある場合には、パターン化Ｍ１層は、太陽電池金属被覆バスバーに関連した有害な電気的陰ロスを排除するために太陽電池バスバーを有していない。Ｍ１層（太陽電池コンタクト金属被覆としても知られている）は、太陽電池の電流及び電圧（又は太陽電池の電力）を抽出し、そして太陽電池の電力を、バックプレーン面にＭ１の後に形成された（そしてラミネートされ又は取り付けられたバックプレーンシートによりパターン化されたＭ１層から物理的に分離された）比較的高い導電率の太陽電池金属被覆（ここでは、Ｍ２と称される）の第２レベル／層へ転送する。パターン化Ｍ１層の形成に続いてバックプレーンシートを太陽電池の裏面に取り付け又はラミネートした後に、そしてエピタキシャルシリコン太陽電池の場合には、その後に、テンプレートからバックプレーン支持の太陽電池を取り外した後に（太陽電池がＣＺ又はＦＺ単結晶シリコンウェハ或いは鋳造多結晶シリコンウェハに形成される場合は該当せず）、前面テクスチャー化及び不動態化、並びにＡＲＣ形成製造プロセスに続いて、ビアホールがバックプレーンシートを貫通して形成され（ホールは、パターン化Ｍ１層の指定のパッド上に到達する）、そして比較的高いシートコンダクタンスの層Ｍ２がバックプレーンに形成される（例えば、アルミニウム及び／又は銅を含む比較的安価な高導電性金属又は金属合金を使用して）。ビアホール（ある場合には、連続バックプレーンのエリアに数百又は数千のビアホールがある）は、（例えば、パルスレーザドリルプロセスにより）バックプレーンに穿孔される。これらビアホールは、そのビアホールに形成された導電性プラグを通してパターン化Ｍ１及びＭ２層間を後で電気的に相互接続するためにパターン化Ｍ１フィンガー（太陽電池のベース及びエミッタ金属フィンガー）の予め特定された領域に到達する。その後、パターン化された高導電率金属被覆層Ｍ２が形成される（例えば、プラズマスパッタリング、電気化学的堆積又はメッキ、バックプレーンへの金属ホイルの取り付け、又はその組み合わせにより；Ｍ２材料、例えば、アルミニウム及び／又は銅を含む比較的安価な且つ高導電率の電気導体を使用して）。Ｍ１に微細ピッチのＩＢＣフィンガー（例えば、ＩＢＣ太陽電池当たり数百のＭ１金属フィンガー）を伴う櫛型後部コンタクト（ＩＢＣ）太陽電池の場合に、パターン化されたＭ２層は、その導体フィンガーがＭ１に実質的に直交又は垂直となり、即ちＭ２ベース及びエミッタフィンガーがＭ１ベース及びエミッタフィンガーに本質的に垂直となるように設計され及び製造される。Ｍ２フィンガーは、ベース及びエミッタの極性間を交番し、そしてＭ２層の一部分として形成されたベース及びエミッタの各バスバーに接続される。Ｍ１に対するＭ２のこの直交変換のために、Ｍ２層は、Ｍ１層よりもＩＢＣフィンガーが遥かに少なく（例えば、Ｍ１フィンガーに比してＭ２フィンガーは、約５から５０の係数で少ない）。従って、Ｍ２層は、Ｍ１層よりも相当に広いＭ２ ＩＢＣフィンガーで相当に粗いパターンとなる。例えば、Ｍ２フィンガーの平均的な巾は、数ｍｍから１ｃｍを越えるまでであり、一方、Ｍ１フィンガーの平均的な巾は、数百ミクロンから１ｍｍを越えるまでである。太陽電池上のバスバーに関連した電気的陰ロスを排除するために、太陽電池バスバーは、Ｍ２層には配置されるが、Ｍ１層には配置されない。ベース及びエミッタ相互接続、及びバスバーは、両方とも、太陽電池裏面のバックプレーン上のＭ２層に配置されるので、バックプレーン上の太陽電池のベース及びエミッタ端子の両方に電気的アクセスが与えられる。又、パターン化されたＭ２層は、導電性ビアプラグも形成する（例えば、パターン化されたＭ２層フィンガー及びバスバーに使用される同じ堆積金属層を使用して）。

【0039】

ＭＩＢＳを使用するインテリジェントなセルラー陰影響抑制（ＩＳＩＳ）又は一体型陰管理
多くの場合、ＰＶモジュール内の太陽電池の直列配線及び相互接続のために、ＰＶモジュール光吸収面に僅かな量の障害物があっても、大きな出力ロスを招く。電気的直列及び並列構成で接続されたＰＶモジュールのアレイを備えた設置されたＰＶシステムを考慮するときにも同じことが言える。電池及びモジュールが陰に入る（部分的に又は完全に陰に入る）結果としての電力収穫能力のロスは、例えば、次のものを含む。例えば、ある公表された研究によれば、ＰＶモジュールの表面積の０．１５％、２．６％及び１１．１％に支障があると、各々、３．７％、１６．７％、及び３６．５％の出力電力ロスを引き起こし、従って、部分的に陰に入る場合でも、設置されたＰＶシステムのエネルギー収率の著しい低下を招く。先に述べたように、電池が部分的又は完全に陰に入ることで支障のある１つの電池の電流が降下するときには、陰に入る電池は、ストリング又はサブストリングに直列に配線された全ての他の電池の電流を引き下げるか、或いは又、陰に入る太陽電池は、陰に入らない電池により発生される大きな電流によって逆バイアスされ、ＰＶモジュールの設計及び構造に修正処置がとられないと、陰に入る電池のエリアにホットスポット及び信頼性の問題を招く。

【0040】

ここに開示するＭＩＢＳベースのＩＳＩＳ又は陰管理設計は、バイパススイッチ（ｐｎ接合ダイオード又はショットキーダイオード、或いは又適当なトランジスタスイッチのような別の半導体スイッチ）をモノリシック集積して、直列ストリング及びＰＶモジュールへの影響を最小にして、支障のある電池又は陰に入る電池の周りに電気を自動的にリルート（又はバイパス）させ、それにより、太陽電池製造プロセスフロー（ひいては、いわゆる調和されたプロセスフロー）を実質的に変更せずに、且つ太陽電池の全体的製造コストの増分的追加がないか又は無視できる程度とすることで、ＰＶモジュールの発電能力及びＰＶモジュールの全体的なエネルギー収率出力を最大にする。本発明で述べるＭＩＢＳベースのＩＳＩＳ又は陰管理構造及び方法は、ＰＶモジュール内の不一致の電流に関連した熱消散から熱的に誘起される応力を実質的に軽減することにより電池及びモジュールの全体的な信頼性を改善し；外部バイパスダイオードをもつモジュール接合ボックスの必要性を排除すると共に、個別のバイパススイッチコンポーネントの必要性も排除し、従って、出来上がるスマートＰＶモジュールのワット当たりのコストを減少し；及び太陽電池上に個別バイパスダイオードコンポーネントをマウントし、半田付けすることに関連した熱的及び機械的応力も排除する。

【0041】

太陽電池と共にモノリシック集積のバイパススイッチ（ＭＩＢＳ）を使用するインテリジェントなセルラー陰影響抑制（ＩＳＩＳ）又は陰管理解決策
以下、本発明の種々の陰管理ＭＩＢＳ実施形態について説明する。代表例として、分散型スイッチに実質的な電力消散ロスを生じることなく、ここに開示する分散型セルラー陰管理（ＩＳＩＳ）システムに使用するためのＭＩＢＳ ＯＮ抵抗の選択に関する事柄及び基準は、次のことを含むが、これに限定されない。
−オン状態電圧降下が小さく、ある場合には、順方向バイアスダイオードよりも遥かに小さいセルラーバイパススイッチ。例えば、Ｖ_mp＝５７５ｍＶ（最大電力ポイント電圧）及びＩ＝９．００Ａ（最大電力ポイント電流）（ほぼＶ_oc＝６６０ｍＶの開路電圧及び約ＩＳＣ＝９．７５Ａの短絡電流に対応する）を仮定すれば、５０ｍＶのオン状態電圧は、０．４５Ｗのオン状態電力消散を生じ、これは、ダイオードの場合の約１０％より小さい（この計算は、スイッチの直列抵抗Ｒ_seriesに関連したロスは除く）。
−オン状態スイッチ電力消散を最小にするためにオン状態直列抵抗が非常に小さく、例えば、オン状態スイッチＲ_seriesが１０ｍΩ以下であるセルラーバイパススイッチ（例えば、Ｒ_series＝５ｍΩ、スイッチのオーミック電力消散＝０．４０５Ｗ）。
−ＭＩＢＳは、オン状態又は順方向バイアス電圧が〜０．２Ｖから〜０．５Ｖの低順方向バイアス電圧のショットキーダイオード、或いはオン状態順方向バイアス電圧が〜０．６Ｖから〜０．７Ｖのｐｎ接合ダイオードを使用する。最適なショットキーダイオードを使用すると、電池が陰に入ることでＭＩＢＳスイッチがアクチベートされたときｐｎ接合ダイオードに比して電力消散が低くなる。

【0042】

次の機能をもつＭＩＢＳ構造が使用される。
−電池が陰に入ることでＭＩＢＳがターンオンされた（ＭＩＢＳダイオードが順方向にバイアスされた）とき電力消散が低い。例えば、オーミックロスによるＭＩＢＳ電力消散は、ほぼ平均電池発電以下に制限され、そしてある場合には、平均太陽電池発電の一部分に制限される。５Ｗｐ（ワットピーク）太陽電池の場合に、ＭＩＢＳ装置設計（例えば、ショットキーダイオード又はｐｎ接合ダイオード）は、陰に入る電池のＭＩＢＳ装置に電池ストリングの全電流が流れるときに、太陽電池の直列接続ストリング内の陰に入る電池の電力消散を、約２Ｗないし約５Ｗ以下に制限する（ｐｎ接合ダイオードに比してショットキーダイオードの順方向バイアス電圧が低いためにｐｎ接合ＭＩＢＳに比してショットキーダイオードＭＩＢＳでの電力消散が低い）。ＭＩＢＳダイオードは、ＭＩＢＳ装置がアクチベートされたときＭＩＢＳ電力消散を最小にするためにオン抵抗を非常に低くするように設計される。
−太陽電池のＭＩＢＳがオフである（逆方向にバイアスされる）とき、又は電池が陰に入らず、通常の陰に入らない状態で動作するときのＭＩＭＳ装置の比較的低い逆方向漏洩電流。例えば、ＭＩＢＳ装置は、その逆方向漏洩電流が太陽電池の光発生電流の実質的に１％未満となり又は０．１％未満となるように設計される。

【0043】

図１３は、ＰＶモジュール内の太陽電池当たり１つの低電力消散ＭＩＢＳ装置（例えば、各ＭＩＢＳ装置は、ショットキーダイオード又はｐｎ接合ダイオードを含む）を使用する分散型セルラー陰管理（インテリジェントなセルラー陰影響抑制ＩＳＩＳ）を示す回路図である。この分散型ＭＩＢＳ（ＭＩＢＳ装置としてｐｎ接合ダイオード又はショットキーダイオードのいずれかを使用する）構成体は、外部の接合ボックスバイパスダイオード及び個別の電池上ダイオードコンポーネント（太陽電池に個別ダイオードを半田付けするか又は導電接着剤で取り付ける必要があり、現場に潜在的な信頼性の問題を招く）の必要性を排除し、且つ複数電池サブストリング構成当たり１つのバイパスダイオード（例えば、従来の構成のように、６０電池モジュールにおける２０電池サブストリング構成当たり１つのバイパスダイオードを使用するとき）に比してＰＶ設備におけるモジュールの全エネルギー収率性能を改善する。図示されたように、太陽電池当たり１つのＭＩＢＳ（ショットキーダイオード又はｐｎ接合ダイオードのような整流ダイオード）が使用されるので、全モジュールは、モジュール内の全ての太陽電池の単一ストリングとして配線され、例えば、全部が電気的に直列に接続される（例えば、６０電池モジュールの場合には直列に接続された６０個の電池の１つのストリング）。或いは又、モジュール内の太陽電池は、モジュール電流及び電圧要件に基づいて直列／並列相互接続構成の組み合わせで配線される。従って、ここに開示するＭＩＢＳベースのＩＳＩＳ又は陰管理アーキテクチャー及び製造方法の使用は、モジュール製造プロセスを簡単化し、且つモジュールの部品構成表（ＢＯＭ）コストを減少する一方、高い電力出力性能及び現場の信頼性を与える。

【0044】

ＰＶモジュールにおける分散型陰管理のためのモノリシック集積バイパススイッチ（ＭＩＢＳ）
外部バイパススイッチ及び個別バイパススイッチのコンポーネントの必要性を排除するモノリシック集積の陰管理解決策によるスマート太陽電池の種々の例についてここに説明する。ＭＩＢＳ構造及び方法は、例えば、他の利益の中で、次の効果を与える。
−モノリシック集積バイパススイッチ（ＭＩＢＳ）は、電池製造コストに対する増分的な製造コストを本質的にゼロとして（即ち、各太陽電池と共にＭＩＢＳを実施する結果、電池当たりの製造コストの増加が全くないか又は無視できる程度として）、各電池において実施することができる。
−ＭＩＢＳイネーブルの太陽電池は、ＰＶモジュール接合ボックスに外部個別バイパスダイオードを含む慣習的なＰＶモジュールに比して、ＰＶモジュールにおけるエネルギー収率の向上及びエネルギー収穫の向上のために電池レベルで直接分散型陰管理を行う。
−ここに述べるものを含む多数の製造実施形態において、ＭＩＢＳイネーブルの太陽電池の製造は、付加的な電池／モジュール製造コストを本質的に追加することがなく、又、無視できる程度の電池効率／電力不利益を被るが、（例えば、住居の屋根の上のＰＶ設備において）モジュールの環境的な陰及び／又は汚れを伴う現実的な現場条件で運転されるＰＶモジュールに対して実質的に向上したエネルギー収穫及び高いエネルギー収率を与える。
−ＭＩＢＳを使用する本発明のモノリシック集積の解決策及びプロセスは、太陽電池プロセスフローに本質的に変更を生じず（ひいては、調和した製造プロセスフロー）、太陽電池処理の複雑さを本質的に増加せず、且つ太陽電池処理コストを本質的に増加せずに、バクプレーン支持体を取り付け又はラミネートした比較的薄い（例えば、厚み数ミクロンから１００ミクロンを越える範囲の半導体吸収材又は基板厚み）半導体（例えば、薄いエピタキシャルシリコン基板又は薄い結晶シリコンウェハ）太陽電池のためのものである。更に、ここに述べるＭＩＢＳ実施形態は、太陽電池それ自体と同じ材料スタック層（半導体、誘電体及び金属層）を使用し、従って、太陽電池、及び太陽電池に関連したＭＩＢＡ装置の製造処理は、太陽電池製造に使用される同じプロセスツールを使用して同時に且つ調和した状態で遂行される。
−ｐｎ接合ダイオード又は金属電極ショットキーダイオードのいずれかを使用し、個別のバイパススイッチコンポーネント及びそれを太陽電池に取り付ける必要性を排除したＭＩＢＳ電池のための規範的なモノリシック集積解決策が提供される。
−個別ダイオードコンポーネントの信頼性の問題及びコンポーネントコストを排除する（且つ個別スイッチコンポーネントの太陽電池への半田付け又は導電性接着剤による取り付けの必要性も排除する）低コスト及び高信頼性の一体型陰管理解決策が提供される。
−ここに開示するＭＩＢＳ方法及び構造は、太陽電池と同じ材料を使用するので、太陽電池それ自体と同一の優れた長期信頼性を有する。ＭＩＢＳ及びそれに関連した太陽電池は、太陽電池金属被覆構造、例えば、Ｍ１層及び／又はＭ２層を使用して、必要に応じて相互接続される。
−又、ここに開示するＭＩＢＳ方法及び構造は、太陽電池に取り付けられた個別の半田付けされたバイパスダイオードコンポーネントがなく且つ周囲のＭＩＢＳ装置は、太陽電池のためのマイクロクラック防止シールド又はガードとして働くので、薄い半導体マイクロクラック（マイクロクラックの発生及び／又は伝播）を軽減する。

【0045】

例えば、ＭＩＢＳ太陽電池の重要な属性及び利益は、次のことを含むが、これに限定されない。
−ここに開示するＭＩＢＳ実施形態は、一般的には、種々の電池ベースＰＶモジュールに適用され、より詳細には、薄い（例えば、約１μｍから約１００μｍ厚み又はそれより厚い半導体吸収材）結晶半導体（例えば、シリコン及び砒化ガリウム）太陽電池を含む結晶半導体太陽電池に適用される。
−ここに開示するＭＩＢＳ実施形態は、薄い結晶シリコンのような比較的薄い結晶半導体の太陽電池であって、各太陽電池には少なくとも１つの比較的低電力消散モノリシック集積バイパススイッチ（ＭＩＢＳ）を有し、これが複数のＭＩＢＳイネーブルの太陽電池で作られたＰＶモジュールにおいて信頼できる電池レベルの陰管理を行う太陽電池を形成するための構造及び製造方法を提供する。
−ここに開示する構造及び方法は、薄い（例えば、約１μｍから約１００μｍ又はそれより厚い）エピタキシャルシリコンリフトオフ処理を使用して製造されるか、或いは出発結晶シリコンウェハ（ＣＺ又はＦＺ又は多結晶シリコンウェハ）を使用して製造されて、ラミネートされ又は取り付けられたバックプレーン支持体を含む高効率の後部コンタクト／後部接合（ＩＢＣとも称される）太陽電池について説明する。しかしながら、ここに開示する要旨の構造及び方法は、結晶シリコン以外の半導体吸収材料（例えば、砒化ガリウム、ゲルマニウム、窒化ガリウム、等）で作られた太陽電池、及び他の太陽電池設計（例えば、前部コンタクト電池又は他の後部コンタクト非ＩＢＣ電池）にも適用できる。
−ここに開示するＭＩＢＳ太陽電池実施形態は、薄い（半導体電池吸収材厚みが約２００ミクロン未満で、ある例では、約１００ミクロン未満の）半導体吸収材と、太陽電池の裏面に永久的にラミネートされ又は取り付けられた連続バックプレーン支持層との組み合わせによって促進されイネーブルされる。
−ＭＩＢＳ太陽電池は、太陽電池の製造プロセスフローの間に、例えば、太陽電池の周囲リムに形成されたモノリシック集積のバイパススイッチ（ｐｎ接合ダイオード又はショットキーダイオード）を有し、これは、電池製造プロセスに著しい増分的コストを追加することなく、且つ電池の電力出力を犠牲にすることなく実施される。というのは、ＭＩＢＳ装置エリアの消費は、太陽電池の活性エリアの比較的僅かな部分に過ぎないからである（例えば、ＭＩＢＳエリアは、太陽電池エリアの約１％より小さく、又、１％の断片より小さく、例えば、約０．１％から１％となるように選択される）。
−多角形の太陽電池については、周囲リム（縁に位置する）バイパススイッチダイオードは、多角形の１つの辺、又は多角形の複数の辺、又は多角形の辺に沿って連続するように形成される。比較的一般的な方形の太陽電池フォーマット（例えば、１５６ｍｍ×１５６ｍｍ、２１０ｍｍ×２１０ｍｍの典型的な寸法、或いは他の望ましい太陽電池寸法、例えば、電池の面積が約１００ｃｍ²未満から１０００ｃｍ²を越えるまでの範囲である太陽電池）では、周囲リムダイオード（ｐｎ接合ダイオード又はショットキーダイオード）が、太陽電池周囲の少なくとも一部分（少なくとも１つの辺又は角、或いは１つの辺の少なくとも一部分又は１つの角の一部分、或いはその組み合わせ）に形成されるか、或いは連続閉ループ（又は連続セグメント化閉ループ）全周リムとして形成され、これは、太陽電池全体をその周囲にわたって取り巻き、非常に面積の小さいアイランドリムで包囲された大きな太陽電池アイランドエリアを形成し、それらは、両方とも、連続バックプレーンに支持される（図１４に示すように）。
−ＭＩＢＳバイパスダイオード及び太陽電池は、同じ共通の連続バックプレーンを共有し、それらの半導体層（例えば、ＣＺ又はＦＺ又は多結晶ウェハで作られたエピタキシャルシリコン又は半導体基板）は、電池製造プロセス中に遂行される溝隔離プロセスを使用して、例えば、装置隔離溝を形成するために貫通半導体パルスレーザ罫書きを使用することにより、互いに完全に隔離される。この隔離溝は、半導体層（例えば、薄いエピタキシャルＳｉ）の全厚みを貫通し、そして電気絶縁バックプレーンで停止する。溝隔離の巾は、隔離罫書き及び半導体層厚みに使用されるレーザビーム（例えば、パルスナノ秒レーザビーム）の特性に依存し、そして例えば、約１ミクロンから約１００ミクロンまで或いはそれを越える範囲である（面積に関連したロスを減少するために狭い溝が形成される）。一般的に、狭い溝隔離巾が効果的である。実際に、溝隔離巾は、数十ミクロン程度である。或いは又、溝隔離領域は、パルスレーザ罫書き以外の技術の使用により、例えば、機械的なダイシング又は超音波罫書き又は別の方法により、形成されてもよい。パルスレーザ罫書き又はカットプロセスのような適当な溝隔離形成プロセスは、半導体層を選択的にカットし、そして半導体基板の厚みを通してカットした後にバックプレーンシートで実際上停止し、バックプレーン材料を実質的に除去することはない（従って、連続バックプレーンシートの完全性を維持する）。

【0046】

更に、共有製造プロセスフローを使用して太陽電池と同時に製造されるモノリシック集積バイパススイッチ（ＭＩＢＳ）は、とりわけ、次の効果を与える。
−一体型のバイパススイッチは、太陽電池又はＰＶモジュールに追加される増分的製造コストが無視できるか又は本質的にゼロとなるようにして製造される。
−個別のバイパススイッチを太陽電池または太陽電池バックプレーンに取り付ける必要性が排除される。
−個別のダイオードのような個別のコンポーネントを太陽電池に取り付け（例えば、半田付けし）、そして個別のコンポーネントを取り付けたそのような電池を太陽モジュールにおいて永久的にラミネートするという潜在的な信頼性の問題を解決する。
−個別コンポーネントの隆起がなく、且つ厚いモジュールカプセル材（例えば、ＥＶＡ又はポリオレフィン）を使用して個別コンポーネントの凹凸や隆起を受け容れる必要性を排除するので、太陽電池とモノリシック集積バイパススイッチとの全体的な平坦性を維持する。
−個別のバイパススイッチ（例えば、ダイオード又はトランジスタ）、及び／又は外部バイパスダイオードを伴う外部接合ボックスのコストを排除する。
−太陽電池における個別バイパススイッチコンポーネントのアッセンブルプロセス（例えば、コンポーネント半田付け）のコストを排除する。

【0047】

ＭＩＢＳ太陽電池は、太陽電池自身に比して実質的に同じ信頼性を有する。というのは、ＭＩＢＳ構造は、同じ太陽電池材料及びプロセス（半導体基板、誘電体、金属被覆及びバクプレーン材料）から作られ、そして太陽電池と共にモノリシック集積されるからである。これは、太陽電池及びＰＶモジュールの全体的な信頼性が犠牲にならないので（電池に半田付けされる個別のコンポーネントに代わって頑強なモノリシックバイパスダイオードを使用するために）、バンカビリティの問題及び課題を最小にする。

【0048】

モノリシック集積バイパススイッチ（ＭＩＢＳ）は、太陽電池アイランドの回りのリムｐｎ接合ダイオードのようなｐｎ接合ダイオードである。或いは又、ＭＩＢＳは、ｎ型シリコン上に、例えば、アルミニウム又はアルミニウム−シリコン合金のショットキーコンタクトで作られた太陽電池アイランドの周りのリムショットキーダイオードのような金属コンタクトショットキーダイオード（これは、通常、ｐｎ接合ダイオードより小さな順方向バイアス電圧を与える）である。

【0049】

リムダイオード設計が使用される場合には、モノリシック集積バイパススイッチ（ＭＩＢＳ）は、太陽電池の製造中及び／又は製造後の太陽電池におけるマイクロクラックの発生及び／又は伝播を軽減又は排除するという付加的な利益も与える。これは、溝隔離領域により太陽電池アイランドから分離されたＭＩＢＳリムが縁誘起及び縁伝播マイクロクラックに対するシールド又はガードとしても働くという事実によるものである。

【0050】

ここに述べる太陽電池実施形態は、永久的に取り付けられた（例えば、ラミネートされた）バックプレーンと、電池と一体化されたＭＩＢＳ装置とをもつ後部コンタクト／後部接合ＩＢＣ電池を含む後部コンタクト太陽電池のようなスマート太陽電池及びスマート太陽モジュールをイネーブルする。図１４は、全周レーザ罫書き隔離溝２２により太陽電池アイランド２４から隔離された全周閉ループリムＭＩＢＳバイパスダイオード２０を使用するＭＩＢＳ太陽電池実施形態の太陽側を示す図である。ＭＩＢＳバイパスダイオード２０及び太陽電池アイランド２４は、共通の共有裏面バックプレーン（図示せず）に取り付けられ、そして共通の、最初は連続していて、その後に区画化される太陽電池半導体基板から（出発半導体ウェア又は基板から）形成される。隔離溝は、罫書き方法、例えば、パルスレーザ罫書き、プラズマ罫書き、又は機械的ダイシングにより、太陽電池基板２４を通して、電池の背面に位置するバックプレーンまで形成される。図１４は、閉ループ全周リムダイオード（ｐｎ接合ダイオード又はショットキーダイオード）を伴うＭＩＢＳイネーブルの太陽電池の太陽面（フロントサイド又はトップサイドとも称される）を示す。この実施形態に示すように、太陽電池２４は、正方形電池であり、例えば、１５６ｍｍ×１５６ｍｍの寸法を有するが、他の太陽電池形状及び寸法を使用してもよい。太陽電池２４は、薄い半導体（例えば、出発ＣＺ又はＦＺ又は多結晶ウェハからの薄いエピタキシャルシリコン又は薄い結晶シリコン）の後部コンタクト後部接合太陽電池である。全周リムダイオード２２は、１０ないし１０００ミクロンの範囲の巾を有し、例えば、１００から５００ミクロンの範囲のダイオード巾である。

【0051】

太陽電池からリムバイパスダイオードを分離し及び隔離する全周貫通シリコン溝は、例えば、レーザビーム直径及び半導体層厚みに基づいて数ミクロンから約１００ミクロンのおおよその範囲の隔離巾を有する（大きな巾を使用するのはあまり望ましくないが、約１００ミクロンより大きな巾でもよい）。パルスナノ秒（ｎｓ）レーザ罫書きにより形成される典型的な溝隔離巾は、ほぼ２０から約１００ミクロンであるが、溝隔離巾は、もっと小さくてもよい。パルスレーザ切除又は罫書きは、溝隔離領域を形成するための有効で且つ証明された方法であるが、ＭＩＢＳ太陽電池の全実施形態に対して溝隔離領域を形成するのにパルスレーザ罫書きに代わって他の非機械的及び機械的罫書き技術も使用できることに注意されたい。別の非レーザ方法は、充分な特殊な解像度（即ち、比較的狭い溝隔離巾）で半導体基板（吸収材）層の選択的カッティング又は罫書きを行うことのできるプラズマ罫書き、超音波又は音響ドリル／罫書き、噴水ドリル／罫書き、又は他の適当な機械的ダイシング又は罫書き方法を含む。

【0052】

モノリシック集積回路という語は、半導体基板としても知られている半導体材料層の切片上に製造された複数の半導体装置及びそれに対応する電気的相互接続部を説明するのに使用される。従って、モノリシック集積回路は、典型的に、結晶シリコンのような半導体材料の薄い連続切片又は層上に製造される。ここに述べる一体的な太陽電池及びバイパススイッチ構造体は、一体的な太陽電池及びバイパススイッチ（ＭＩＢＳ）装置が両方とも半導体基板層の切片上に形成／製造される（出発半導体ウェハ、又はエピタキシャル堆積で形成された成長半導体層のいずれかから）ので、モノリシック半導体集積回路である。更に、半導体基板層の裏面に取り付けられる連続バックプレーンの組み合わせは、ここに開示する要旨に基づくモノリシック集積太陽電池及びバイパススイッチ（又はモノリシック集積バイパススイッチＭＩＢＳ）を可能にする。

【0053】

図１５は、ＭＩＢＳ太陽電池実施形態の太陽側を示す図で、複数の全周閉ループＭＩＢＳバイパスダイオード、例えば、ＭＩＢＳバイパスダイオード２６を備え、その半導体基板は、全周隔離溝２７により電池３０ａの半導体基板から電気的に隔離され、更に、複数の太陽電池（又は連続バックプレーンを共有し且つｉＣｅｌｌ^TMとしても知られているＭ１及びＭ２金属層を共有する太陽電池のアイランド）３０ａ−３０ｐから、全周レーザ罫書き（又は上述した別の適当な罫書き方法）溝、例えば、電池隔離溝（半導体基板を通してカットされ且つ共有連続バックプレーンシートに到達又は終結する）２８によって隔離されて、共通の連続バックプレーン上に全て配置された複数の電池アイランド又はタイルに基づく小型電池アレイ（これもｉＣｅｌｌ^TMとして知られている複数の小型電池又は小型電池アイランドより成る太陽電池）を形成し、これは、共通の（そしてある実施形態では、連続する）共有バックプレーンを共有し、そして共通の、最初は連続的で、その後に区画化される太陽電池半導体基板（区画化は、溝隔離パターンを通して遂行される）から形成される。

【0054】

図１５は、共有される連続的永久取り付けのバックプレーンシート、及び単一の元の半導体基板（出発ＣＺ又はＦＺ又は多結晶ウェハからの或いはエピタキシャル堆積等で成長された）上に複数の小型電池及び全周閉ループリムダイオードを備えたＭＩＢＳイネーブル太陽電池の太陽側の図である。各小型電池アイランド３０ａ−３０ｐは、全周隔離溝（共有される連続的バックプレーンシートに到達し又は終結される貫通半導体罫書き又はカット領域）と、全周ＭＩＢＳリムダイオード（例えば、電池３０ａのためのＭＩＢＳバイパスダイオード２６及び周囲隔離溝２７）とを有し、従って、各小型電池は、対応するＭＩＢＳリムダイオードを有し、又は換言すれば、小型電池当たり少なくとも１つのＭＩＢＳリムダイオードがあって、それらは、全て、ｉＣｅｌｌ^TMに対して同じ共有連続的バックプレーンを共有する。ある例では、全周溝隔離ギャップ（例えば、２７）及びＭＩＢＳ装置（例えば、２６）の合計面積は、関連小型電池（例えば、３０ａ）の全面積の比較的僅かな部分（約数パーセント点未満、特に、約１％未満）となるようにされる。これは、非光発電太陽電池エリアに割り当てられる面積が最大有効合計面積太陽電池及びＰＶモジュール効率のために最小となるよう保証するための設計ルールである。ｉＣｅｌｌ^TM構成において共通の連続バックプレーンシートを共有する小型電池は、電池金属被覆パターン設計を通して電気的に直列に接続されるが、並列、又は直並列の組み合わせのような小型電池の他の電気的相互接続も考えられ実際的である。これらの相互接続は、ｉＣｅｌｌ^TMＭ１及びＭ２金属被覆層全体にわたって形成される。

【0055】

代表的な例として、図１５は、共有連続バックプレーンにｉＣｅｌｌ^TMを形成するための同じサイズ及び形状の小型電池の４×４アレイを示し、各小型電池は、対応する全周閉ループリムダイオード（ショットキーダイオード又はｐｎ接合ダイオードのいずれか）を有する。複数の小型電池及び関連ＭＩＢＳ装置の半導体領域は、全て、単一の元の連続的半導体基板から（出発半導体ウェハから又はエピタキシャル成長のような堆積方法により成長される）であり、これは、その後、溝分離領域を通して種々の装置基板の中で電気的隔離を形成するように区画化される。一般的に、このアーキテクチャーは、Ｎを２以上の整数とすれば、小型電池アレイを形成するために小型電池のＮ×Ｎアレイと、それに対応する全周閉ループリムダイオードとを使用する。図１５は、正方形太陽電池に対して対称的なＮ×Ｎ小型電池アレイを示しているが、小型電池設計は、Ｎ×Ｍ小型電池の非対称的アレイを有してもよい。小型電池は、方形でもよいし（方形のマスター電池に対してＮ＝Ｍであるとき）、長方形でもよいし（ＮがＭに等しくなく及び／又はマスター電池が方形ではなく長方形であるとき）、又は六角形、等の多角形のような種々の他の幾何学形状でもよい。

【0056】

更に、マスター電池又はｉＣｅｌｌ^TMより成る小型電池（マスター電池は、共通の連続するバックプレーンシートを共有する小型電池のアレイを指し、それらは、全て、同じ元の太陽電池半導体基板から（出発ワイヤソー処理ウェハから又はエピタキシャル成長のような堆積方法により成長された）のもので、その後、溝隔離領域を通して小型電池領域へと区画化される）は、実質的に等しい面積を任意に有するが、これは、必要とされない。小型電池アレイの小型電池は、レーザ罫書き又はプラズマ罫書き（或いは噴水罫書き又は超音波罫書き等）の適当なカッティング又は罫書き技術により形成される溝隔離を使用して互いに電気的に隔離される。更に、各小型電池半導体基板は、その基板が同じ連続する電気絶縁バックプレーンを共有する間に溝隔離ギャップを使用して、それに対応する隣接する全周閉ループＭＩＢＳダイオード半導体基板から電気的に隔離される。太陽電池における全ての溝隔離領域は、同じ製造プロセス段階中に形成され、例えば、電池製造プロセスフローの間のパルスレーザ罫書きプロセスステップのような単一プロセスステップ中に形成される。

【0057】

ＭＩＢＳダイオードは、ＭＩＢＳ装置又は陰管理スイッチとして使用されるｐｎ接合ダイオードである。ＭＩＢＳイネーブルの太陽電池を製造するためのｐｎ接合ＭＩＢＳダイオード製造プロセスは、とりわけ、次のような属性及び利益を有する。
−本発明で述べるようなバックプレーンイネーブルの２レベル金属被覆アーキテクチャーを伴うＩＢＣ太陽電池のようなある太陽電池処理設計では、ＭＩＢＳを実施するための主太陽電池製造プロセスフローにおけるプロセスステップ／ツールの変更や追加は本質的にない（例えば、再使用可能な結晶シリコンテンプレート又は出発ＣＺ／ＦＺ単結晶シリコンウェハからのシリコン基板又は出発鋳造多結晶シリコンウェハからのシリコン基板に関連したエピタキシャルシリコン及び多孔性シリコン／リフトオフ処理を使用し、そして太陽電池とＭＩＢＳ装置との間で共有される電気絶縁連続バックプレーンを使用する後部接合／後部コンタクト結晶シリコン太陽電池製造を仮定する）。従って、太陽電池と共にＭＩＢＳを実施するための製造コストの追加は本質的にない。
−エピタキシャルリフトオフ電池プロセスにより又は出発結晶（ＣＺ単結晶又はＦＺ単結晶又は鋳造多結晶ウェハ）から形成された半導体基板層のような結晶半導体吸収材層を使用する後部コンタクト／後部接合（又はＩＢＣ）太陽電池設計では、後部コンタクト、後部接合電池プロセスステップ（裏面ドープのベース及びエミッタ領域、裏面不動態化、ベース及びエミッタコンタクト開口、及びパターン化Ｍ１金属被覆層）のほとんどを伴う電池処理の完了に続いて、次のプロセスが遂行される（種々の考えられるプロセスフローの一例として；ＩＢＣプロセスフローの多数の変形例及び実施形態が考えられ、本発明ではそれらが全て含まれて詳細に説明されるのではない）。（ｉ）太陽電池裏面へのバックプレーンシートの取り付け又はラミネーションを行い；（ii）再使用可能なテンプレートにおいて多孔性シリコンにエピタキシャル成長のシリコン層を使用する場合には、半導体基板（即ち、薄いエピタキシャルシリコン基板）の剥離前溝隔離罫書き（例えば、パルスナノ秒レーザ罫書きツールを使用するか、或いはプラズマ罫書き又は機械的ダイシング罫書きのような別の罫書きツールを使用する）を行ってエピタキシャルシリコンリフトオフ剥離境界を画成し（注：このステップは、再使用可能なテンプレート上でシリコンのエピタキシャル成長を使用せずに、ＣＺ単結晶ウェハ又はＦＺ単結晶ウェハ又は鋳造多結晶ウェハ上に太陽電池及びＭＩＢＳが製造されるときには、要求されない）；（iii）再使用可能なテンプレートにおいて多孔性シリコン上にエピタキシャル成長シリコン層を使用する場合には、バックプレーンに支持された電池の機械的リフトオフ剥離を行い、そしてそれを再使用可能な結晶シリコンテンプレートから取り外し（注：このステップは、再使用可能なテンプレート上でシリコンのエピタキシャル成長を使用せずに、ＣＺ単結晶ウェハ又はＦＺ単結晶ウェハ又は鋳造多結晶ウェハ上に太陽電池及びＭＩＢＳが製造されるときには、要求されない）；（iv）正確なトリミングのためにバックプレーンにラミネートされた電池の任意のレーザトリミングを行い（例えば、パルスナノ秒又はマイクロ秒又はピコ秒レーザソースを使用して）、そしてその関連ＭＩＢＳと共に太陽電池に対する最終的な希望の正確な寸法を確立し；（ｖ）太陽電池の太陽側でパルスナノ秒レーザ罫書き（又はプラズマ罫書き又は機械的ダイシング罫書き又は噴水罫書き又は他の適当な罫書き技術）を行って、溝隔離領域を形成すると共に、内部太陽電池半導体アイランド及び周囲リムダイオード半導体領域を画成し、このステップは、ＭＩＢＳ領域を、その半導体領域が溝隔離（溝ギャップ）領域を通して太陽電池半導体領域から電気的に隔離されるように形成し及び画成し；（vi）その後に、電池の太陽側で必要に応じて任意の湿式エッチングを行い（例えば、必要に応じてシリコン基板を薄くするために）、テクスチャー化及びテクスチャー化後の表面清掃を行い、それに続いて、ＰＥＣＶＤ太陽側不動態化及び反射防止被膜層の堆積のような付加的な電池プロセスステップを行い、そして最後に、パターン化されたＭ１層の予め特定された領域にアクセスするためにバックプレーンを貫通するビアホールを含めて背面の電池金属被覆を完了させると共に、パターン化された第２レベル金属被覆（又はパターン化されたＭ２）及び導電性ビアプラグを形成する（例えば、穿孔されたビアホールを通してＭ２金属を貫通して、導電性ビアプラグの予め特定されたパターンに基づいて、パターン化されたＭ２及びパターン化されたＭ１層を相互接続する。上述した代表的なプロセスフローでは、太陽電池及びそれに関連したＭＩＢＳに対して再使用可能なテンプレートにおいて多孔性シリコンにエピタキシャル成長のシリコン層を使用する場合に、溝隔離罫書きプロセス及びツールは、バックプレーンにラミネートされる太陽電池及びＭＩＢＳ基板の剥離前溝罫書き及び／又は剥離後の正確なトリミングに使用されるプロセス及びツールと同じであることも任意である。
−レーザ罫書き（又は半導体基板層の厚み全体を通して比較的狭い溝を形成し、バックプレーンシート材料の除去又は溝掘りが無視できる程度で且つ連続するバックプレーンシートの完全性を犠牲にしないようにバックプレーンシートに到達し終結することのできる適当な罫書き又はカットプロセス）では、溝隔離プロセスは、半導体層（例えば、出発結晶シリコンウェハからのエピタキシャルシリコン又はシリコン基板）の全厚みを通して薄い半導体基板層内に完全な貫通半導体（例えば、シリコンベースの太陽電池及びＭＩＢＳの場合には貫通シリコン）溝領域を形成し、そしてその後、バックプレーン材料の除去を最小又は無視できる程度としてバックプレーンで停止するように遂行され（例えば、パルスナノ秒レーザソースを使用して）、従って、ｎ型ベース（ひいては、ｎ型半導体電池及びＭＩＢＳ基板層）及びｐ＋エミッタ太陽電池（これは、後部コンタクト／後部接合又はＩＢＣ太陽電池に対して共通のドーピング形式である）を仮定すれば、ＭＩＢＳダイオードのための電気的に隔離された半導体リム領域（例えば、ｎ型ＩＢＣ電池を製造するときにはｎ型結晶シリコン）、及び太陽電池のための半導体アイランド領域を形成する。要望があれば、半導体基板は、ｐ型シリコン層（ひいては、太陽電池のためのｐ型ベース）であり、そして電池裏面のドープされたフィールドエミッタ領域は、ｎ＋ドープ（例えば、燐又は砒素ドープ）の接合領域である。

【0058】

ｐｎ接合ＭＩＢＳダイオードパターンは、多数の考えられるパターン設計の１つである。例えば、１つのＭＩＢＳダイオードパターンでは、周囲リムダイオードのｐ＋エミッタ領域（ＩＢＣ太陽電池のドープされたエミッタ領域と同時に形成される）は、ｎ型ベース領域間にサンドイッチされる（又はそれにより取り巻かれる）連続的な閉ループバンドであり（ｎ型半導体は、太陽電池のベースとして太陽電池アイランド内にも使用され）、このパターンは、図１６に示されている（寸法は、正しい縮尺で示されていない）。

【0059】

図１６は、全周閉ループ連続的ｐｎ接合ダイオードを伴うＭＩＢＳ後部コンタクト／後部接合（即ち、ＩＢＣ）太陽電池の実施形態の上面図である（ＭＩＢＳリムダイオード巾及び他の相対的な電池寸法は、ここでは、正しい縮尺で示されていない）。この代表的な実施形態は、ｎ型半導体層（即ち、ＩＢＣ太陽電池のためのｎ型ベース）を使用して説明する。しかしながら、ｐ型半導体層（即ち、ＩＢＣ太陽電池のためのｐ型ベース）を使用して同様の構造体を形成することができる。太陽電池アイランド４０（例えば、ｎ型ベースを伴うＩＢＣ太陽電池）は、全周溝領域３６により取り巻かれ、この領域は、太陽電池半導体基板４０を、ｎ型（例えば、燐又は砒素ドープの）領域３８及びｐ＋ドープの（例えば、硼素又はガリウムドープの）表面領域３４を含むＭＩＢＳリム半導体基板領域から隔離し（内側ｎドープの領域３８及び外側ｎドープの領域３２は、ｐ＋ドープの領域３４を取り巻き又はサンドイッチし）、そしてｎドープの基板領域は、ｐ＋の下にあり、外側ｎドープの領域３２は、互いに電気的に連通し、そしてｐ＋ドープの表面領域３４をその側部及び下で取り巻いて、ＭＩＢＳ装置のためのｐｎ接合ダイオードを形成し、それらは、全て、共通の連続バックプレートを共有し、そして共通の、最初は連続しているが、その後に溝分離ギャップを使用して区画化される太陽電池半導体基板から形成される。図１６は、太陽電池４０と同じ共通の連続バックプレーンシート又は基板に取り付けられ又はラミネートされた全周ＭＩＢＳリムダイオードのｐ＋ドープの（太陽電池のフィールドエミッタ接合及びｐｎ接合ダイオードのｐ＋領域として働く）及びｎドープのシリコン基板（太陽電池アイランド４０のｎドープの基板領域は、太陽電池ベース領域としても働く）領域を示す。ｎ型ベース及びｐ＋エミッタを伴うＩＢＣ太陽電池のためのこの代表的な例では、太陽電池それ自体が、ｎ型シリコン太陽電池ベースと、ｐ＋ドープシリコンの太陽電池エミッタ接合領域とを有する。ｐｎ接合ダイオードに代わってショットキーダイオードがＭＩＢＳとして使用される場合には、ＭＩＢＳリム領域のｐ＋ドープ領域３４がｎ型シリコンへのアルミニウム又はアルミニウム−シリコン合金ショットキーコンタクトに置き換えられる（従って、Ａｌ／ｎ型シリコンショットキーコンタクトの形成を許すために後者のシナリオではＭＩＢＳ領域にｐ＋ドーピングが行われない）。ある場合には、ショットキーコンタクト整流器は、ｐｎ接合ダイオードに比して優れたＭＩＢＳ装置をなす。というのは、ショットキーダイオードがｐｎ接合ダイオードに比して低い順方向バイアス電圧とされ（例えば、ｐｎ接合ダイオードが約０．６Ｖから０．８Ｖであるのに比してショットキーダイオードは、約０．２Ｖから０．５Ｖであり）、従って、ショットキーダイオードＭＩＢＳは、ｐｎ接合ＭＩＢＳに比して電力消散が少ないからである。

【0060】

図１６は、ドープされたＭＩＢＳ ｐｎ接合ダイオード領域、即ちｐ＋ｎ接合ダイオードを形成するドープされたｐ＋ダイオード領域３４と、ｐ＋ドープの閉ループバンドをサンドイッチ又は取り巻き且つ包囲する周囲のｎ型シリコン領域３２及び３８とを示している。調和された同時のＭＩＢＳ及び太陽電池製造プロセスフローを使用すると、ＭＩＢＳのｐｎ接合ダイオードのｐ＋ドープ領域は、エピタキシーに依存しないその場でドープされたｎ型エピタキシャルシリコン又はｎ型出発ウェハ（例えば、ＣＺ又はＦＺ単結晶ウェハ又は鋳造多結晶ウェハ）を太陽電池のベース領域として使用する後部コンタクト／後部接合（即ち、ＩＢＣ）太陽電池製造プロセスフローの間に主太陽電池のｐ＋エミッタ（二重ドープされた選択的エミッタ及びドープされたエミッタコンタクト領域を伴う太陽電池の場合にはフィールドエミッタ又はｐ＋ドープのエミッタコンタクト領域のいずれか）と一緒に且つ同時に形成される。同様に、太陽電池においてそのベース領域（ｎ型ベースを伴うＩＢＣ太陽電池の場合）及びその関連ＭＩＢＳの両方として使用されるｎ型シリコン領域は、太陽電池のｎ型半導体ベースである（例えば、現場でドープされるエピタキシャルシリコン堆積プロセスの間に形成された、再使用可能なテンプレート上の多孔性シリコン上のエピタキシャル成長シリコン層を使用する場合）。又、ＭＩＢＳダイオードの弱くドープされた又はｎ型領域の導電性（例えば、Ｍ１層による金属性）オーミックコンタクトのためのｎ＋ドープ領域も、太陽電池のｎ型ベース領域の導電性（例えば、Ｍ１層による金属性）オーミックコンタクトのためのｎ＋ドープのベースコンタクト領域として知られているより強くドープされた領域と一緒に且つ同時に形成される。従って、ＭＩＢＳ ｐｎ接合ダイオード装置層及び製造プロセスステップは、ＭＩＢＳを伴わない太陽電池それ自体と本質的に調和され且つそれと同じであり、従って、太陽電池製造と共にＭＩＢＳダイオードを実施するための製造コストの追加は無視できる程度に過ぎないか又は本質的に皆無である。

【0061】

全周ｐ＋ドープ領域３４（ｎ型基板領域で包囲され取り巻かれた）は、溝隔離リムの半導体基板表面積の一部分ないしほとんど（例えば、約５％から約９５％、より詳細には、約２０％から約８０％）を占有し、そして内側ｎ型領域３８及び外側ｎ型領域３２（内側及び外側のｎ型領域は本質的にｎ型基板領域である）により、溝隔離されたリムダイオードの縁及びＭＩＢＳの側壁縁から分離されて、ｐ＋ｎ接合の縁及び空乏領域の縁をＭＩＢＳリムｐｎ接合ダイオードの縁又は側壁から離したままにする（逆方向漏洩電流の悪化又は増加を防止し、且つｐｎ接合ダイオードのブレークダウン電圧の悪化又は減少を防止するために）。ｐ＋ドープの領域（太陽電池エミッタと同時に形成される）は、部分的又は完全に陰に入る場合に一体的な電池レベル陰管理及び逆バイアス保護のためにＭＩＢＳ ｐｎ接合リムダイオードを形成する。ＭＩＢＳ ｐ＋ｎ接合ダイオード及びそれに関連した空乏領域の縁は、リムダイオードの不動態化縁（隔離溝３６の内側境界、及びリムダイオードの側壁縁を形成する外側境界）から離れた（引っ込んだ）状態に保たれ、良好なバイパスダイオード性能と、それに関連した低い逆漏洩電流及び高い逆ブレークダウン電圧とを保証する。又、溝隔離のＭＩＢＳリムｐｎ接合ダイオードの縁は、太陽電池の太陽側不動態層を形成するために使用される同じ不動態化及びＡＲＣプロセスを使用して同時に不動態化され、そしてＡＲＣ層は、水素添加の窒化シリコン、又は水素添加の窒化シリコンとその下の不動態層の組み合わせを堆積するため、例えば、プラズマエンハンスト化学蒸着又はＰＥＣＶＤプロセスにより形成され、不動態層は、アモルファスシリコン又はアモルファス酸化シリコン又はアモルファス酸窒化シリコン又はアモルファスオキシ炭化シリコン又は二酸化シリコン又は酸化アルミニウム又はその組み合わせを含む。一例として、全リム（内側ｎ型領域３８、外側ｎ型領域３２及びｐ＋ドープ領域３４を含む）半導体（例えば、結晶シリコン）巾が、例えば、約４００ミクロンであると仮定すれば、ドープされたｐ＋領域は、巾が約３００ミクロンであり、且つ各側壁縁から約５０ミクロン分離される（換言すれば、内側ｎ型領域３８、外側ｎ型領域３２は、各々、巾が約５０ミクロンである）。或いは又、別の例として、全リム（内側ｎ型領域３８、外側ｎ型領域３２及びｐ＋ドープ領域３４を含む）半導体（例えば、結晶シリコン）巾が、例えば、約６００ミクロンであると仮定すれば、ドープされたｐ＋領域は、巾が約２００ミクロンであり、且つ各側壁縁から約２００ミクロン分離される（換言すれば、内側ｎ型領域３８、外側ｎ型領域３２は、各々、巾が約２００ミクロンである）。ここに開示する要旨によれば、他の絶対的及び相対的寸法、より小さい及びより大きい、の両方が考えられる。図１６のＭＩＢＳダイオード実施形態は、閉ループの全周リムｐｎ接合ダイオードとして示されているが、非閉ループ溝分離ＭＩＢＳリムダイオード、太陽電池の縁又はその付近でクラスター化された溝隔離ＭＩＢＳダイオードアイランド（図１７に示す）、太陽電池エリア全体にわたって分散された溝隔離ＭＩＢＳダイオードアイランド、等を含む（これに限定されないが）ＭＩＢＳダイオードの多数の他の実施形態も考えられる。

【0062】

或いは又、図１６に示す構造を参照して述べたように、ＭＩＢＳリムダイオードは、図１６に示して上述したｐｎ接合ダイオードに代わって全周へーループの連続的ショットキーダイオードを有してもよい（ＭＩＢＳリムダイオード巾及び他の相対的な電池寸法は、正しい縮尺で示されていない）。ショットキーダイオードＭＩＢＳ実施形態では、図１６のｐ＋ｎ接合ダイオードを形成するｐ＋ダイオード領域３４が形成されず、弱くドープされたｎ型シリコン（太陽電池のｎ型ベース又は太陽電池のｎ型シリコン基板それ自体に使用されるものと同じである）に置き換えられ、これは、適当なショットキーバリアコンタクト、例えば、アルミニウム／ｎ型Ｓｉショットキーバリアコンタクト閉ループバンドを形成するのに使用されるものであり、アルミニウムショットキーバリアコンタクトは、本質的に、図１６に示すように、ｐ＋ダイオード領域３４と同じ全体的構造を有し、そしてｎ型シリコン基板領域により取り巻かれ又は包囲され及びサンドイッチされる。再使用可能なテンプレート上の多孔性シリコンにエピタキシャル成長シリコン層を使用する場合には、その後のアルミニウムショットキーバリアコンタクトに使用されるＭＩＢＳダイオードのｎ型シリコン領域が、太陽電池のベース領域としてその場でドープされるｎ型エピタキシャルシリコン堆積を使用する後部コンタクト／後部接合太陽電池製造プロセスフローの間に主太陽電池のｎ型エピタキシャルベースと一緒に及びそれと同時に形成される。同様に、再使用可能なテンプレート上の多孔性シリコンにエピタキシャル成長シリコン層を使用する場合には、ｎ型シリコン領域（太陽電池のベース、及びＭＩＢＳショットキーダイオードの非ショットキー／オーミック接触領域の両方に使用される）は、エピタキシャルシリコン堆積プロセスの間に形成される太陽電池の、その場でドープされる同じエピタキシャルベースである。或いは又、エピタキシャルシリコン堆積に代わって出発結晶シリコンウェハ（ＣＺ単結晶又はＦＺ単結晶或いは多結晶ウェハ）を使用する場合には、出発結晶シリコンウェハからのｎ型シリコン基板は、その後のアルミニウムショットキーバリアコンタクトの形成に使用されるＭＩＢＳダイオードｎ型領域、及び主太陽電池のｎ型ベース領域の両方として働く。いずれの場合にも（エピタキシーなしにｎ型結晶出発ウェハを使用するか又はｎ型エピタキシャルシリコン成長のいずれかを使用する）、ＭＩＢＳショットキーダイオード（アルミニウム／ｎ型シリコンショットキーコンタクトバンドのようなショットキーコンタクトの少なくとも片側又は両側に配置され、従って、金属（例えば、アルミニウム）ショットキーコンタクトバンドをサンドイッチし又は取り巻き、且つアルミニウムショットキーバリアコンタクトの縁から離間されて、逆方向漏洩電流のシャント又は増加を防止する）のｎ型領域の低抵抗オーミックコンタクトのための強くドープされた領域をなすｎ＋ドープの領域（燐のようなｎ型ドーパントでドープされたより強くドープされた領域）も、太陽電池のｎ型ベース領域の低抵抗オーミックコンタクトのためのｎ＋ドープの領域と一緒に形成される。それ故、ＭＩＢＳ ｐｎ接合ダイオードと同様に、ＭＩＢＳショットキーバリアダイオード装置の層及び製造プロセスステップは、ＭＩＢＳを伴わない太陽電池と本質的に調和され且つそれと同じであり、従って、ＭＩＢＳショットキーバリアダイオード実施のための製造コスト増加は無視できる程度か又は皆無である。

【0063】

ＭＩＢＳ装置の全周アルミニウム／ｎ型シリコンショットキーバリアコンタクト領域は、溝隔離の周囲リム面の面積の僅かな部分（数パーセント程度に低い）からほとんど（例えば、約９５％程度に大きい）まで占有し、そしてある場合には、内側及び外側ｎ型領域（ショットキーバリアコンタクト領域を取り巻く不動態化され且つｎ＋コンタクトされたｎ型領域）により、溝隔離リムダイオードの縁及び構造体の側壁縁から離間及び分離されて、ショットキーバリア（例えば、アルミニウム／ｎ型シリコン）ショットキーコンタクト縁及び半導体空乏領域縁を、不動態化ＭＩＢＳリムダイオードの縁又は側壁から離れるように保つ（逆バイアス電流及び逆ブレークダウン電圧並びに順バイアス特性のようなショットキーバリアダイオード特性の悪化を防止するために）。アルミニウム／ｎ型シリコンショットキーコンタクト領域は、電池レベル陰管理及び逆バイアス保護のためのＭＩＢＳショットキーリムダイオードを形成する。弱くドープされたｎ型領域へのショットキーバリア金属（例えば、アルミニウム又はアルミニウム−シリコン合金）コンタクト、及び強くドープされたｎ＋コンタクト領域を経ての周囲のｎ型領域へのオーミック金属（例えば、アルミニウム又はアルミニウム−シリコン合金）コンタクトは、パターン化Ｍ１と同じ金属層を使用するのと同時に、太陽電池のパターン化Ｍ１層を形成するのに使用される同じプロセスを使用して、ＭＩＢＳ装置に形成される。アルミニウム／ｎ型シリコン又はアルミニウム−シリコン合金／ｎ型シリコンショットキーバリアコンタクトのようなＭＩＢＳ装置ショットキーバリアコンタクトは、内側及び外側ｎ型シリコン領域（ショットキーバリア金属によりカバーされない周囲のｎ型領域）境界によりリムダイオードの不動態化縁から離れるように保たれ、順バイアス及び逆バイアスの両特性を含む良好なバイアスダイオード性能特性を確保する。又、溝隔離のＭＩＢＳリムショットキーダイオードの縁も、例えば、ＰＥＣＶＤ（単層又は多層不動態化及びＡＲＣを堆積するための）プロセス又は原子層堆積又はＡＬＤ（例えば、酸化アルミニウム不動態化層を堆積するための）とＰＥＣＶＤ（水素添加の窒化シリコン不動態化／ＡＲＣ層）プロセスとの組み合わせにより太陽電池太陽側不動態化及びＡＲＣ層（１つ又は複数）が堆積されるのと同時に、不動態化される。又、太陽電池の太陽側に使用される同じ不動態化及びＡＲＣプロセス及び膜で、（パターン化Ｍ１側とは反対側で）ＭＩＢＳ前面にも不動態化層が形成される。

【0064】

図１７は、太陽電池に関連した複数のｐｎ接合ダイオードを使用する別の幾何学的ＭＩＢＳダイオードパターンを伴うＭＩＢＳ後部コンタクト／後部接合（又はＩＢＣ）太陽電池実施形態の上面図である。重要なことに、図１６に関連して上述したように、この実施形態も、ｐｎ接合ダイオードＭＩＢＳに代わってショットキーバリアダイオードＭＩＢＳを使用する。図１７のＭＩＢＳダイオード太陽電池は、太陽電池５０と、太陽電池の周縁及びその付近にクラスター化された複数のセグメント化又は分離されたＭＩＢＳダイオードアイランド４８（ＭＩＢＳダイオード寸法は、正しい縮尺ではない）とを備え、全てのＭＩＢＳアイランド及び太陽電池基板は、共通の連続的バックプレーンを共有し、そして共通の、最初連続的でその後に溝隔離パターン化された太陽電池半導体基板（出発シリコンウェハから形成されるか又は上述したエピタキシャルシリコンリフトオフプロセスにより形成される）から形成される。この代表的実施形態は、太陽電池５０と、太陽電池の周縁及びその付近にクラスター化された複数のセグメント化又は分離されたＭＩＢＳダイオードアイランド４８とを示しているが、別の実施形態及び設計では、（太陽電池の周縁及びその付近にクラスター化されるだけではなく）太陽電池基板エリア全体にわたり希望のパターンに基づいて分散された複数のセグメント化又は分離されたＭＩＢＳダイオードアイランド４８を使用できることを理解されたい。ｎ型半導体（ベース）層を伴うＩＢＣ電池の場合に、ＭＩＢＳダイオードアイランド４８は、ｐ＋ドープ接合領域４６（太陽電池のｐ＋フィールドエミッタ及び／又はエミッタコンタクト拡散領域と同時に形成される）で形成されたｐｎ接合ＭＩＢＳダイオードアイランドであり、これは、又、ショットキーダイオードアイランド（ｎ型シリコンへのアルミニウム又はアルミニウム−シリコン合金コンタクトのような適当なショットキーバリア金属コンタクトより成る）でもよく、ｎドープ（弱いｎドープ）のシリコン領域４４（太陽電池のベース領域として使用される最初のｎ型半導体基板と同じである）により取り巻かれ且つ包囲され、そしてＭＩＢＳ半導体基板は、共有の連続的な電気絶縁バックプレーンシート又は基板に到達し終結する全周隔離溝４２によって太陽電池５０の基板から電気的に隔離される。

【0065】

ＭＩＢＳ装置の複数のｐｎ接合ダイオードアイランドは、例えば、方形、円形、長方形又は他の多角形を含む（これに限定されないが）任意の幾何学的形状で作られ、そしてその側部寸法は、例えば、約１００ミクロン未満から約数百ミクロンまでの範囲であり且つ数ミリメータ程度でもよい。溝隔離されたＭＩＢＳダイオードアイランドの数は、少なくとも２から数十又は数百のＭＩＢＳアイランドの範囲である。ＭＩＢＳアイランドは、望ましい分布パターン（太陽電池基板エリア全体にわたる均一な規則的な分布パターンか、又は太陽電池の縁の周り及びその付近でクラスター化されるか、或いは他の望ましい分布パターンを含むが、これに限定されない）に基づいて太陽電池基板全体にわたり分布される。全てのＭＩＢＳダイオードアイランド４８は、太陽電池シリコン基板領域からＭＩＢＳダイオードシリコンアイランドを適切に電気的隔離するための溝隔離縁を有する（それらは、全て、同じ連続的な電気的絶縁バックプレーンシート又は基板を共有する）。図１７（ｎ型ベース／基板ＩＢＣ太陽電池を伴うＭＩＢＳについて述べる例）に示すように、各ＭＩＢＳアイランドのｐ＋ドープ接合領域は、ｎドープ領域４４（太陽電池のｎ型ベース領域のｎ型シリコン基板材料層と同じであり、且つ出発ウェハからの最初のｎ型シリコン基板層又は成長されたｎ型エピタキシャル層と同じである）により溝隔離ＭＩＢＳダイオードの縁から離間され分離される。ｐ＋ドープ領域（太陽電池フィールドｐ＋エミッタ及び／又はｐ＋エミッタコンタクトの拡散領域を形成するのに使用される同じプロセスを使用して及びそれと同時に形成され、後者は、選択的エミッタプロセスでＩＢＣに対して行われる）は、各ＭＩＢＳアイランドにｐｎ接合ダイオードを同時に形成する。ＭＩＢＳアイランドに形成されるｐ＋ｎ接合は、ＭＩＢＳのｐｎ接合ダイオードの不動態化縁から離間され且つそれから離れた状態に保たれる（半導体ｐｎ接合空乏層縁を縁から離れた状態に保ち、且つ縁誘起の悪化を伴うことなく最良のｐｎ接合ダイオードの順方向バイアス及び逆方向バイアス特性を得るために）。ＭＩＢＳダイオードアイランドの縁（及び前面領域）は、例えば、ＰＥＣＶＤ不動態化プロセス（又はＰＥＣＶＤと、必要に応じて、ＡＬＤのような別のプロセスとの組み合わせ）により、太陽電池の太陽側不動態化及びＡＲＣ層（１つ又は複数）が堆積されるのと同時に不動態化される。代表例として、例えば、約５００ミクロンのＭＩＢＳダイオードアイランド側部寸法を仮定すれば、ドープされたｐ＋領域４６は、各側壁縁から約５０ミクロン分離された約４００ミクロンの側部寸法を有する（換言すれば、ｐ＋ドープ領域に隣接するｎドープ領域４４の巾は、約５０ミクロンである）が、他の寸法及び配置も考えられる。或いは又、多数の可能性の中の別の代表例として、ＭＩＢＳダイオードアイランド側部寸法が、例えば、約６００ミクロンであると仮定すれば、ドープされたｐ＋領域４６は、側部寸法が約２００ミクロンで、各側部縁から約２００ミクロン分離されている（換言すれば、ｐ＋ドープ領域に隣接するｎドープ領域４４の巾は、約２００ミクロンである）。

【0066】

図１８Ａ及び１８Ｂは、太陽電池及びＭＩＢＳ処理の異なるステージにおける共有連続バックプレーン基板（太陽電池及びその関連ＭＩＢＳ装置が形成される最初の半導体基板に永久的にラミネートされ又は取り付けられた）上のＭＩＢＳリムダイオード及び太陽電池の断面図である。他の図と同様に、これらの図では、ＭＩＢＳリムダイオード及び太陽電池の相対的寸法は、正しい縮尺で示されていない。この代表例は、周囲（全周リムのような）ＭＩＢＳダイオードシリコン基板領域を画成して、太陽電池シリコン基板領域から分離する（両方とも出発シリコンウェハ又はエピタキシャルシリコンリフトオフプロセスのいずれかにより同じ最初のシリコン基板から形成される）ための溝隔離（例えば、半導体基板を通してのパルスレーザカッティング又は罫書き）プロセスの前後のバックプレーンラミネートの太陽電池半導体基板を示す。エピタキシャルシリコンリフトオフ処理を使用して形成される後部コンタクト／後部接合太陽電池の場合には、溝隔離プロセスは、パターン化Ｍ１金属被覆層の完成を通して後部コンタクト／後部接合太陽電池処理が完了した後であって且つ再使用可能なテンプレートからのバックプレーンラミネーション及び太陽電池リフトオフ及び取り外しの完了後に太陽側からシリコン基板を通して罫書くことにより遂行される。結晶シリコン（例えば、ＣＺ単結晶又はＦＺ単結晶或いは鋳造多結晶シリコン）ウェハを使用して製造される後部コンタクト／後部接合太陽電池の場合には、溝隔離プロセスは、パターン化Ｍ１金属被覆層の完成を通して後部コンタクト／後部接合太陽電池処理が完了した後であって且つ太陽電池裏面におけるバックプレーンラミネーションプロセスの完了後に太陽側からシリコン基板を通して罫書くことにより遂行される。

【0067】

図１８Ａは、薄い（例えば、約１ミクロンから約２００ミクロン、より詳細には、約１００ミクロン未満の厚み範囲の）シリコン基板、例えば、約５ミクロンから８０ミクロンの範囲の半導体基板厚みのエピタキシャルシリコン層、又は太陽電池基板製造後の約５０ミクロンから２００ミクロンの範囲のラミネーション後のシリコン基板厚みのシリコンウェハ（ＣＺ単結晶又はＦＺ単結晶或いは鋳造多結晶シリコンウェハ）（太陽電池の構造上の詳細は示さず）を備えた後部コンタクト／後部接合（ＩＢＣ）太陽電池６０に取り付けられ又はラミネートされる比較的薄い（例えば、約５０ミクロンから２５０ミクロンの厚み範囲の）バックプレーンシート（例えば、適当なアラミド繊維プリプレグシート）６２を示す断片図である。図示されたように、エピタキシャルシリコン層は、ｎ型バックグランドドーピングを有する。太陽電池のためのエピタキシャルシリコンリフトオフ処理の場合には、薄いシリコン基板の製造ステップは、パターン化Ｍ１金属被覆層、バックプレーンラミネーション、及び再使用可能なシリコンテンプレートからのエピタキシャルシリコンリフトオフ剥離及び分離の完了を通してのテンプレート上の後部コンタクト／後部接合電池処理を含む（リフトオフ剥離及び分離は、エピタキシャルリフトオフシリコン基板ではなく出発シリコンウェハを使用するときにはプロセスに使用されない）。図１８Ａの後部コンタクト／後部接合電池は、ＭＩＢＳリムダイオード基板を画成し且つ電気的に隔離又は区画化し、そしてＭＩＢＳリムダイオードの隔離境界として働くための溝隔離領域の形成（例えば、パルスレーザ罫書きにより形成する）前に示されている。薄いバックプレーンシート６２は、柔軟な電気絶縁プリプレグシートで、厚みが約５０から２００ミクロンの範囲であり、そしてシリコン基板に対してＣＴＥが比較的厳密に一致する（例えば、適当なアラミド繊維／樹脂プリプレグ材料を使用することにより）。薄いバックプレーンシート６２は、後部コンタクト／後部接合太陽電池６０の裏面にラミネートされ（例えば、熱／真空／圧力ラミネーションにより）、そして太陽電池及びＭＩＢＳリムダイオードの両方により共有される共通の連続バックプレーン基板として働く。バックプレーンは、バックプレーン並びにパターン化Ｍ１及びＭ２層を共有する一体型太陽電池及びＭＩＢＳ装置の全体的な構造完全性を保持する。

【0068】

図１８Ｂは、ＭＩＢＳリムダイオード６６及び太陽電池アイランド６８を画成し及び隔離するための溝隔離領域６４の形成（例えば、パルスレーザ罫書き又は別の適当な方法による）後に図１８Ａの連続バックプレーンシート６２に取り付けられる太陽電池６０を示す断面図である。溝隔離プロセスは、半導体基板層の全厚みを通してカットして、溝隔離の狭いギャップ（例えば、巾が数ミクロンから数百ミクロン、より詳細には、巾が１００ミクロン未満の溝）を形成し、連続バックプレーンシートを実質的に掘ることはない（バックプレーンシートの厚みに基づいて、露出した溝領域において溝隔離プロセスで数ミクロンから約数十ミクロンのバックプレーン材料を除去することが許されるが、ある場合には、バックプレーン材料シートを除去してもよい量は、比較的僅かであるか又は皆無である）。例えば、太陽電池６８は、方形（又は擬似方形）の辺寸法が約１５６ｍｍ×１５６ｍｍ又は約２１０ｍｍ×２１０ｍｍの範囲である（数ｃｍ²から数百ｃｍ²、及び１０００ｃｍ²を越える広い範囲にわたって太陽電池の面積を与えるために太陽電池に対して他の寸法が選択されてもよい）。溝隔離領域６４は、巾が数ミクロンから約１００ミクロン（又はそれを越える）である。パルスレーザ溝形成は、約２０から６０ミクロン程度の比較的狭い巾（これが望ましい）の溝隔離領域を形成することができる（従って、太陽電池とＭＩＢＳ装置との間の溝分離という重要な目的に対してシリコン基板があまり浪費されない）。ＭＩＢＳリムダイオード６６は、巾が約２００ミクロンから６００ミクロンの範囲の（それより小さな巾又は大きな巾も可能である）全周リムダイオードであり、そしてｐｎ接合ダイオード又はショットキーバリアダイオードのいずれのバイパススイッチでもよい。ある場合には、ＭＩＢＳ装置の面積を太陽電池の全面積の比較的小さい部分とするために（太陽電池及びそれにより出来上がる太陽ＰＶモジュールの全面積効率を最大にするために）全周リムダイオードの全巾は、できるだけ小さく選択される。全太陽電池及びＭＩＢＳ製造プロセス（例えば、スクリーン印刷、レーザ切除、等）の解像度能力は、全周リムＭＩＢＳ装置の最小達成可能巾の能力を決定する。

【0069】

図１９Ａ及び１９Ｂは、太陽電池の不動態化／ＡＲＣ被膜層７０及びＭＩＢＳ装置の同被膜層７２として示された太陽電池（及びＭＩＢＳ装置）のテクスチャー化表面上の前面不動態化及びＡＲＣ被膜を含めて、ＭＩＢＳイネーブルの後部コンタクト／後部接合ＩＢＣ太陽電池を形成するための製造プロセスの完了後の、共有連続バックプレーン６２上の図１８Ｂに示した後部コンタクト／後部接合太陽電池のＭＩＢＳリム又は全周ダイオード太陽電池実施形態を詳細に示す断面図である。パターン化Ｍ１及びＭ２金属被覆層のような太陽電池及びＭＩＢＳの構造上の細部は、示されていない。図１９Ａは、ｐｎ接合周囲リムダイオードバイパススイッチを使用するＭＩＢＳ実施形態を示す。溝隔離のＭＩＢＳリムｐｎ接合ダイオード領域７２は、ｎドープ（例えば、燐ドープ）領域及びｐ＋ドープ（例えば、強く硼素ドープされた）領域を含み、ｐｎ接合ダイオードバイパススイッチとして使用される。ＭＩＢＳリムｐｎ接合ダイオード領域７２は、例えば、巾が約２００から６００ミクロンの全周リムダイオードである（先に述べたように、それより小さな寸法又は大きな寸法も可能である）。ＭＩＢＳリムダイオード及び太陽電池の相対的寸法は、正しい縮尺で示されていない。１つの製造実施形態において、図１９Ａは、ＭＩＢＳイネーブルの後部コンタクト／後部接合（ＩＢＳ）太陽電池のための製造プロセス完了後のバックプレーンラミネート（又はバックプレーン取り付け）のＭＩＢＳイネーブル太陽電池を示しており、そのプロセスは、パターン化第１レベル金属被覆又はＭ１（例えば、スクリーン印刷又はＰＶＤのアルミニウム又はアルミニウム−シリコン合金、或いはニッケルを含む別の適当な金属、等で作られた）を通しての後部コンタクト／後部接合電池処理、バックプレーンラミネーション、結晶シリコンの再使用可能なテンプレートからのエピタキシャルシリコンリフトオフ剥離及び分離（エピタキシャルシリコンのリフトオフプロセスを使用して基板を形成する場合には、このプロセスは、出発結晶シリコンウェハを使用するときに適用されない）、ＭＩＢＳリムダイオード境界を画成するための溝隔離領域の形成（例えば、パルスレーザ罫書き又はカッティングによる）、任意のシリコンエッチング、テクスチャー化及びテクスチャー化後の清掃、不動態化及びＡＲＣ堆積（例えば、ＰＥＣＶＤ、又はＡＬＤとＰＥＣＶＤの組み合わせによる）、及びバックプレーンにおける最終的パターン化第２レベル金属又はＭ２の製造（導電性ビアプラグと共に）を含む。

【0070】

図１９Ａに示すように、太陽電池のｐ＋エミッタ領域（フィールドエミッタ領域及び／又は強くドープされたエミッタコンタクト領域）を形成するのに使用されるプロセスは、ＭＩＢＳのｐｎ接合形成のためのｐ＋接合ドーピングを形成するのにも使用される。例えば、アルミニウム、又はある程度シリコンを添加したアルミニウムのようなアルミニウム合金で作られたパターン化Ｍ１金属（図示せず）は、太陽電池のためのコンタクト金属被覆又は第１レベル金属被覆を与えるだけでなく、ＭＩＢＳのｐｎ接合ダイオードのための金属被覆コンタクト（ｎ＋ドープのコンタクト窓を通してのｎ型基板領域及びｐ＋領域の両方への）も形成する。ＭＩＢＳのｐｎ接合ダイオードのｎドープのシリコン領域は、太陽電池のベース領域としても働く同じｎ型シリコン基板から形成され（例えば、エピタキシーなしに出発ｎ型結晶シリコンウェハを使用するときにはｎ型シリコンウェハから、又はエピタキシャルシリコンリフトオフ処理を使用して太陽電池及びＭＩＢＳ基板を形成するときにはエピタキシャル堆積により形成されるその場でドープのｎ型結晶シリコン層から）、基板バルク領域ドーピングは、基板のバックグランドドーピングとも称される。パターン化Ｍ１及びＭ２金属被覆構造は、要求されるモノリシック太陽電池及びＭＩＢＳのｐｎ接合ダイオードの電気的相互接続を完成し、そしてＭＩＢＳダイオードの端子が太陽電池のベース及びエミッタの各端子に適切に相互接続されて、陰に対して電池レベルの一体的陰管理及び連続的太陽電池保護を与えるように保証する。図１９Ａに示したように、ＭＩＢＳのｐｎ接合ダイオードの側壁縁及び頂面も、太陽電池の不動態化／ＡＲＣ被膜層７０の太陽面及び縁を不動態化するのに使用される同じ不動態化層及びプロセスを使用して不動態化される。図１９Ａは、パターン化Ｍ１及びＭ２金属被覆、裏面不動態層、Ｍ１コンタクトホール、バックプレーンを貫通するＭ１−Ｍ２ビアホール、及びＭＩＢＳ装置構造におけるｎ型基板Ｍ１接続のためのｎ＋ドープコンタクト窓のような太陽電池及びＭＩＢＳ構造をあまり詳細に示していない。

【0071】

図１９Ｂは、周囲ショットキーリムダイオードバイパススイッチを使用するＭＩＢＳの実施形態を示す。隔離されたショットキーリムダイオードバイパススイッチ領域７４は、ｎドープ領域と、内側及び外側のｎ＋領域とを備え、ショットキーダイオードバイパススイッチとして使用される。ショットキーリムダイオードバイパススイッチ領域７４は、巾が２００から６００ミクロンの範囲の全周リムダイオードである（この寸法は、この範囲より大きく又は小さく選択されてもよい）。

【0072】

１つの製造上の実施形態において、図１９Ｂは、ＭＩＢＳイネーブル後部コンタクト／後部接合太陽電池太陽電池の製造プロセス完了後のバックプレーンラミネート又はバックプレーン取り付けのＭＩＢＳイネーブル太陽電池を示し、その製造プロセスは、パターン化第１レベル金属被覆又はＭ１（例えば、強くドープされたシリコンの有効なオーミックコンタクト、及びアルミニウム又はアルミニウム−シリコン合金のような弱くドープされたシリコンの有効なショットキーバリアコンタクトの両方として働くことのできる適当な導体で作られた）を通しての後部コンタクト／後部接合電池の処理の完了、バックプレーンラミネーション、エピタキシャルリフトオフシリコン基板を使用するときには結晶シリコンの再使用可能なテンプレートからのエピタキシャルシリコンリフトオフ剥離及び分離（このプロセスは、エピタキシャルリフトオフ基板ではなく、出発結晶シリコンウェハを使用するときには適用されず又は要求されない）、ＭＩＢＳリムショットキーダイオードの境界を画成するための溝隔離の形成（例えば、パルスレーザ罫書き又はカッティングによる）、任意のシリコン薄膜化エッチング、テクスチャー化及びテクスチャー化後の清掃、不動態化及びＡＲＣの形成（例えば、ＰＥＣＶＤか、又はＰＥＣＶＤとＡＬＤのような別のプロセスとの組み合わせによる）、及びバックプレーンにおける最終的パターン化の第２レベル金属又はＭ２の製造（導電性Ｍ１−Ｍ２ビアプラグに関連した）を含む。

【0073】

図１９において明らかなように、太陽電池のベース領域としても使用されるｎ型シリコン基板（例えば、エピタキシャルリフトオフ処理を使用するときにはその場でドープされるエピタキシャル堆積により形成されるか、或いはエピタキシャルリフトオフ処理を使用しないときには出発ｎ型結晶シリコンウェハから形成される）は、ＭＩＢＳショットキーダイオードのためのｎ型シリコン基板領域としても使用される。例えば、アルミニウム、又はある程度シリコンを添加したアルミニウムのような適当なアルミニウム合金で作られたＭ１金属（図示せず）は、太陽電池のためのＭ１オーミックコンタクト金属被覆（ｎ＋ドープのコンタクト開口を通してのベース領域、及び太陽電池のｐ＋ドープのコンタクト開口を通してのエミッタコンタクト領域の両方に対する）を形成するだけでなく、ＭＩＢＳショットキーダイオードのための金属被覆コンタクトも形成する（弱くドープされたｎ型シリコン基板領域の非オーミックショットキーバリアコンタクト、及び強くドープされたｎ＋ドープ領域を通してのｎ型シリコンへのオーミックコンタクトの両方）。ＭＩＢＳダイオードの弱くドープされたｎ型シリコン基板領域は、太陽電池に使用される同じｎ型基板からのもので、そのベース領域として働く（例えば、ｎ型基板は、エピタキシャルシリコンリフトオフ処理を使用するときにはその場でドープされるｎ型エピタキシャルシリコン堆積により形成されるか、又はエピタキシャルシリコンリフトオフ処理を使用しないときには出発ｎ型結晶シリコンウェハから形成される）。ｎ型シリコン基板へのＭＩＢＳショットキーダイオードオーミックコンタクトのための強くドープされるｎ＋拡散ドープは、太陽電池の強くドープされるｎ＋ドープのベースコンタクト領域を形成するのに使用される同じプロセスを使用して同時に形成される（その後のパターン化Ｍ１金属被覆のための準備において）。パターン化Ｍ１及びＭ２金属被覆構造の組み合わせは、太陽電池とＭＩＢＳショットキーダイオードとの電気的相互接続を完了し、そしてＭＩＢＳダイオード端子が太陽電池端子に適切に接続されて、電池レベル一体的陰管理及び太陽電池保護を与えるように保証する。図１９Ｂで明らかなように、ＭＩＢＳショットキーダイオードの側壁縁及び頂面も、太陽電池の太陽面及び縁に不動態化及びＡＲＣ層を形成するのに使用される同じ不動態化及びＡＲＣ層及びプロセスを使用して不動態化され、不動態化／ＡＲＣ被膜層７０に注意されたい。この場合も、図１９Ｂは、これに限定されないが、パターン化Ｍ１及びＭ２金属被覆層を含む太陽電池構造をあまり構造的に詳細に示していない。

【0074】

ここに開示するＭＩＢＳ実施形態は、共有バックプレーン基板に関連して溝隔離を使用して、ＭＩＢＳ装置と太陽電池の半導体基板領域間に区画及び電気的隔離を確立する。溝隔離を形成する１つの方法は、パルス（例えば、パルスナノ秒）レーザ罫書きである。上述した全周ＭＩＢＳリムダイオード或いはｐｎ接合又はショットキーダイオードのために太陽電池の基板領域からＭＩＢＳダイオード基板領域を区画化し且つ電気的に隔離する溝隔離領域を形成するレーザ罫書きプロセスを使用するための重要な事柄及びレーザ属性の概略を以下に述べる。
−溝隔離形成のためのパルスレーザ罫書きは、シリコンを貫通して罫書き及びカッティングするのに一般的に使用され且つ証明されている適当な波長（例えば、バックプレーン材料に対して半導体基板層を貫通してカットするように比較的良好な選択度で半導体層を切除する緑又は赤外線又は別の適当な波長）のパルスナノ秒（ｎｓ）レーザソースを使用する。レーザソースは、フラットトップ（トップハットとしても知られている）又は非フラットトップ（例えば、ガウス）のレーザビームプロフィールを有する。シリコンにおいて高い吸収性であるがバックプレーンを部分的又は完全に透過する（従って、貫通半導体層レーザカッティングが完了してビームがバックプレーンシートに到達した後にバックプレーン材料を実質的に除去することなく半導体層をカットする）パルスレーザソース波長を使用することができる。例えば、シリコン基板層を有効にカットし且つバックプレーン材料を部分的に透過する（従って、溝隔離カットの間のバックプレーン材料の除去量は、ほとんどないか無視できる程度である）パルスナノ秒ＩＲ又は緑レーザビームを使用することができる。
−パルスナノ秒レーザソースのパルスレーザビーム直径及び他の特性は、隔離罫書き巾が数ミクロンから数十ミクロンの範囲となるよう選択される。というのは、巾が約１００ミクロンより大きくなると、むしろ大き過ぎて、貴重なシリコン基板面積を不必要に浪費し、太陽電池及びモジュールの全面積効率をある程度下げることになるからである。従って、非常に望ましい太陽電池面積に比して溝隔離面積を最小にするのが有利である。実際に、パルスナノ秒レーザカッティングは、約２０ミクロンから約６０ミクロンまでの望ましい範囲の巾をもつ溝隔離領域を形成することができる。例えば、１５６ｍｍ×１５６ｍｍの太陽電池の場合、３０ミクロンの溝隔離巾は、電池面積の一部分としての溝隔離面積について０．０７７％の面積比に対応する。これは、太陽電池面積に比して無視できる程度の面積を表わし、換言すれば、この小さな比は、太陽電池面積の無視できる程度の浪費であり、全面積太陽電池及びモジュール効率の無視できる程度のロスを保証する。
−溝隔離を形成するためのパルスナノ秒（ｎｓ）レーザ罫書きは、ここに述べる後部コンタクト／後部接合太陽電池製造プロセスにおいて出発結晶シリコンウェハを使用して太陽電池及び関連ＭＩＢＳ装置を製造するときにはバックプレーンラミネーションプロセスの直後に（及びエピタキシャルシリコンのリフトオフ処理を使用して製造される太陽電池及びＭＩＢＳの場合は、バックプレーンラミネーションプロセスを完了し、その後に、再使用可能なテンプレートからそのラミネートされた電池のリフトオフ剥離を行った後に、且つ太陽電池のパルスレーザトリミングの前又は後に）遂行される。エピタキシャルシリコンリフトオフ処理を使用して製造される太陽電池及びＭＩＢＳの場合には、溝隔離罫書き又はカッティングプロセスは、リフトオフ剥離境界を画成するためのエピタキシャルシリコン層の剥離前の罫書きに使用され及び／又はラミネート型太陽電池の剥離後のトリミングに使用される同じパルスレーザツール及びソースを任意に使用することができる。従って、溝隔離領域を形成するのに付加的なレーザプロセスツールは必要とされない。
−又、溝隔離を形成するためのパルスナノ秒（ｎｓ）レーザは、リムにより取り巻かれ及び画成される太陽電池隔離アイランドの外側に完全隔離のＭＩＢＳリムダイオード領域を画成するのにも使用できる。或いは又、パルスｎｓレーザ罫書きプロセスは、マルチＭＩＢＳダイオードアイランド設計や、多数の他の考えられるＭＩＢＳパターン設計のような他の設計のＭＩＢＳダイオードを形成することができる。
−パルスレーザ罫書きは、薄い（例えば、２００ミクロン以下、より詳細には、１００ミクロン以下）シリコン基板層を（太陽側から）カットし、その後、バックプレーン材料シート上で停止するのに使用される。希望及び／又は要求に応じて、反射監視を使用するような簡単なリアルタイムのその場でのレーザ罫書きプロセス終了点決めは、完全な貫通半導体層レーザカットを可能にしながらバックプレーンシートにおける溝掘り又は材料除去を最小にするためのプロセスコントロール及び終了点決めに使用される。
−その後、太陽電池及びＭＩＢＳリムダイオード領域の側壁は、残りの太陽電池製造プロセスステップの間に、湿式エッチングされ（例えば、太陽電池の太陽面湿式エッチング／テクスチャー化プロセスの一部分として）、テクスチャー化後清掃され、そして不動態化される（不動態化及びＡＲＣ層の堆積により）。

【0075】

ＭＩＢＳ装置実施形態として使用されるｐｎ接合ダイオードを使用する太陽電池に関連して重要なプロセスフロー属性を以下に説明する。
−太陽電池プロセスフローは、ＭＩＢＳ装置の実施について本質的に不変で且つ調和されたままであり（従って、増分的製造コストの追加は、無視できる程度又は皆無であり）、各太陽電池を伴うＭＩＢＳ ｐｎ接合ダイオードを実施するのに必要な付加的な製造プロセスツールはない。
−全周ＭＩＢＳリムダイオード領域及び太陽電池アイランド（又はＭＩＢＳダイオード構成の他の設計）を画成する溝隔離プロセスは、例えば、パターン化Ｍ１層及びバックプレーンラミネーションを通してシリコン基板へ至る電池処理の完了後に（エピタキシャルシリコンリフトオフ処理から作られる太陽電池の場合には、エピタキシャル基板剥離プロセスの後に）太陽面又は前面で遂行され、そしてエピタキシャルシリコンリフトオフ処理から作られる太陽電池の場合には、剥離ツールの一部分として剥離前シリコン罫書きに使用される同じパルスレーザソースを使用する。溝隔離レーザ罫書きは、シリコン基板層を完全に罫書き、そしてバックプレーンで実質的に停止し、バックプレーン材料の除去は、ほとんどないか無視できる程度である。
−ＭＩＢＳ ｐｎ接合ダイオードｐ＋ドープの接合領域は、太陽電池のｐ＋ドープのフィールドエミッタ（又はフィールドエミッタ及びエミッタコンタクト領域に対して２つの異なるエミッタの強いドープの領域を含む選択的エミッタプロセスを伴うＩＢＣ電池プロセスの場合には、太陽電池ｐ＋ドープのエミッタコンタクト領域）を形成する同じプロセスステップで同時に形成される。ＭＩＢＳ ｐｎ接合ダイオードｎドープの領域は、太陽電池基板及びベース領域として使用される出発ｎ型結晶シリコンウェハと同じである（又はエピタキシャルシリコンリフトオフ処理から作られる太陽電池の場合には、その場でのドープのエピタキシャル太陽電池ベース領域と同じである）。例えば、後部接合／後部コンタクト太陽電池を製造するのに使用される同じ太陽電池エミッタ及びベースドーピングプロセス（例えば、ＡＰＣＶＤ、レーザ切除、及び熱処理を伴う）は、望ましいｐ＋／ｎリムダイオード装置構造を同時に形成するのにも使用され、増分的プロセスコストの追加はない。
−金属１（Ｍ１）及び金属２（Ｍ２）導体パターンは、ＭＩＢＳ ｐｎ接合ダイオードのｐ＋ドープ電極が太陽電池のｎ型ベースに接続され、そしてＭＩＢＳダイオードのｎ型基板領域オーミックコンタクト（太陽電池のｎ＋ドープのベースコンタクト領域と一緒に形成されるｎ＋ドープのコンタクト領域を通る）電極が太陽電池のｐ＋エミッタに接続されるように設計される。これらの適切に形成される接続は、ＭＩＢＳダイオードがアクチベートされたときの望ましからぬ電流集中及び局所的ホットスポットを最小にし且つ太陽電池が陰に入ることにより太陽電池をバイパスするように分散形態で設計される。
−電池バスバー（ベース及びエミッタバスバー）、並びに櫛型ベース及びエミッタフィンガーの最終的な粗いピッチのパターンは、第２レベルの金属Ｍ２パターンで形成される（これは、バックプレーンの露出面、換言すれば、太陽電池の太陽面とは反対の平面）に形成される。又、パターン化Ｍ２は、太陽電池とそのＭＩＢＳ装置との相互接続をモノリシックに完成する。Ｍ１パターンは、バスバーによる電気的な陰を排除するためにバスバーのない微細ピッチの櫛型ベース及びエミッタフィンガーのみを有する。

【0076】

ｐｎ接合ダイオードＭＩＢＳ実施形態を使用する必要なＭＩＢＳダイオードエリアについて以下に説明する。例示のために、この例は、１５６ｍｍ×１５６ｍｍの太陽電池について説明する。最小のＭＩＢＳバイパスダイオードエリアは、ダイオードの最大許容順方向バイアス（オン状態）抵抗のような事柄により支配され、換言すれば、太陽電池が陰に入る結果としてＭＩＢＳダイオードがアクチベートされそして順方向にバイアスされるときの事柄により支配される。約３×１０¹⁵ｃｍ^-3の燐ドーピングを伴うｎ型基板領域、太陽電池ベースを仮定すれば、これは、約１．６０Ω・ｃｍのｎ型基板（又はｎ型ベース領域）抵抗率に対応する。更に、約４０μｍ（ミクロン）の比較的薄い結晶シリコンベース領域厚みを仮定すれば、３つの異なるレベルの許容直列抵抗値（コンタクト抵抗を除く）に対する必要なＭＩＢＳバイパスダイオード面積が次のように計算される（この例は、おおよそのガイドラインとして非常に概略的な大きさ計算として与えられる）。

【0077】

最大許容直列抵抗Ｒ_S＝０．０１０Ω（５Ｗの電池で最大ＲＩ²＝１Ｗの電力消散）の場合：
−面積＝（１．６Ω・ｃｍ×４０×１０^-4ｃｍ）／０．０１Ω＝０．６４ｃｍ²（ＭＩＢＳ装置面積〜太陽電池面積の０．２６％）
−１５６ｍｍ×１５６ｍｍ電池のリム巾：０．６４／（１５．６×４）＝０．０１０ｃｍ＝０．１０ｍｍ又は１００ミクロン

【0078】

最大許容直列抵抗Ｒ_S＝０．００５Ω（５Ｗの電池で最大ＲＩ²＝０．５Ｗの電力消散）の場合：
−面積＝（１．６Ω・ｃｍ×４０×１０^-4ｃｍ）／０．００５Ω＝１．２８ｃｍ²（ＭＩＢＳ装置面積〜太陽電池面積の０．５２％）
−１５６ｍｍ×１５６ｍｍ電池のリム巾：１．２８／（１５．６×４）＝０．０２０ｃｍ＝０．２０ｍｍ又は２００ミクロン

【0079】

最大許容直列抵抗Ｒ_S＝０．００２Ω（５Ｗの電池で最大ＲＩ²＝０．１Ｗの電力消散）の場合：
−面積＝（１．６Ω・ｃｍ×４０×１０^-4ｃｍ）／０．００２Ω＝３．２０ｃｍ²（ＭＩＢＳ装置面積〜太陽電池面積の１．３０％）
−１５６ｍｍ×１５６ｍｍ電池のリム巾：３．２０／（１５．６×４）＝０．０５０ｃｍ＝０．５０ｍｍ又は５００ミクロン

【0080】

以上の概略的な計算に基づき、１５６ｍｍ×１５６ｍｍの太陽電池の場合に、リムダイオード面積が太陽電池面積のほぼ〜０．２６％から〜１．３％の状態で、約１００μｍから５００μｍの範囲のＭＩＢＳリムダイオード巾が合理的である（比較的小さなＭＩＢＳ対太陽電池面積比を維持しつつオン抵抗誘起の電力消散を制限することに関して）。

【0081】

図２０Ａは、図１６に示すような周囲ＭＩＢＳリムｐｎ接合ダイオードを伴う後部コンタクト／後部接合（ＩＢＣ）太陽電池に対して、例えば、アルミニウム又はアルミニウム−シリコン合金金属被覆（又は別の適当な金属又は合金材料）を使用する第１レベル金属被覆パターン（Ｍ１）実施形態（半導体基板へ連続的バックプレーンをラミネートする前に電池及びＭＩＢＳ裏面上に形成されたパターン化Ｍ１金属層）の平面図である。図２０Ｂは、説明上与えられた図２０Ａの選択的拡大図である。図２０Ａ及び２０Ｂは、パターン化Ｍ１層（例えば、アルミニウム又はアルミニウム−シリコン合金）櫛型ベース及びエミッタ金属フィンガー９６として形成されたバスバーレス櫛型太陽電池ベース及びエミッタ金属と、ＭＩＢＳ ｐｎ接合ダイオードｐ及びｎコンタクトを形成するアルミニウム（又はアルミニウム−シリコン又は別の適当な導体）金属被覆コンタクトとを示す。溝隔離領域８６は、太陽電池半導体基板をＭＩＢＳバイパスダイオード半導体基板領域から区画し及び電気的に隔離する。アルミニウム（又はアルミニウム−シリコン合金又は別の適当な金属）コンタクト金属は、ベース金属被覆フィンガー８８として示された太陽電池のｎドープ領域に位置されると共に、ｎドープ領域金属被覆コンタクト８２として示されたＭＩＢＳバイパスダイオード９２のｎドープ領域にも位置される（アルミニウム又はアルミニウム−シリコン合金のオーミックコンタクトは、ドープされたｎ＋コンタクト拡散領域を通して形成される）。アルミニウム又はアルミニウム−シリコン合金のコンタクト金属は、エミッタ金属被覆フィンガー９０として示された太陽電池のｐ＋ドープ領域に位置されると共に、ｐ＋ドープ領域金属被覆コンタクト８４として示されたＭＩＢＳバイパスダイオード９４のｐ＋ドープ領域にも位置される（ドープされたｐ＋コンタクト拡散領域を通して）。パターン化Ｍ１アルミニウム又はアルミニウム−シリコン合金の金属被覆層は、アルミニウム又はアルミニウム合金ペースト層のパターン化スクリーン印刷により形成されるか、又はアルミニウム又はアルミニウム合金（例えば、シリコンアルミニウム）の物理的蒸着（ＰＶＤ）に続いてパターン化プロセス（例えば、レーザ切除）を行うことにより形成される。アルミニウム又はアルミニウム−シリコン合金層（Ｍ１層）の厚みは、ＰＶＤにより形成されたＭ１アルミニウムについては１ミクロンの小さな部分から約数ミクロンの範囲であり、そしてアルミニウム又はアルミニウム−シリコン合金ペーストのスクリーン印刷により形成されたアルミニウム又はアルミニウム−シリコン合金については数ミクロンから数十ミクロン（例えば、約２０ミクロン）の範囲である。

【0082】

或いは又、後部コンタクト／後部接合（ＩＢＣ）太陽電池の周囲ＭＩＢＳリムショットキーダイオードＭＩＢＳ実施形態では、第１レベル金属被覆（Ｍ１）パターン（例えば、アルミニウム又はアルミニウム−シリコン合金の金属被覆）は、図２０Ａ及び２０Ｂに示された同じものでよい。図２０Ｂを参照して述べる周囲ＭＩＢＳリムショットキーダイオードＭＩＢＳ実施形態では、電池は、バスバーレスの櫛型太陽電池ベース及びエミッタ金属（例えば、アルミニウム又はアルミニウム−シリコン合金）オーミックフィンガー９６と、弱くドープされたｎ型シリコンにＭＩＢＳダイオード非オーミックショットキーダイオードをそして（ｎ型基板へのオーミックコンタクトのための）強くドープされたｎ＋シリコンにオーミックコンタクトを形成するアルミニウム又はアルミニウム−シリコン金属被覆コンタクトとを備えている。パターン化Ｍ１の一部分として、アルミニウム（又はアルミニウム−シリコン合金）コンタクト金属は、ベース金属被覆オーミックフィンガー８８として示された太陽電池のｎ型基板領域に形成された強くドープされたｎ＋領域に位置されると共に、そしてｎドープ領域金属被覆オーミックコンタクト８２として示されたＭＩＢＳショットキーバイパスダイオード９２のｎ型基板領域に形成されたｎ＋ドープオーミックコンタクト領域にも位置される（強いｎ＋ドープのコンタクト拡散領域はｎドープのシリコン基板に接触する）。又、アルミニウム又はアルミニウム−シリコンコンタクト金属（パターン化Ｍ１層の一部分として）は、エミッタ金属被覆オーミックフィンガー９０として示された太陽電池の強いｐ＋ドープの領域に位置される（ｐ＋ドープコンタクト拡散領域を通して）。又、パターン化Ｍ１の一部分として、アルミニウム又はアルミニウム−シリコン合金のショットキーバリアコンタクト金属８４は、ＭＩＢＳバイパスダイオード９４の弱くドープされたｎ型基板領域に直接位置され、例えば、ｎ型表面のみに位置されて、整流器のショットキーバリア領域を形成する。パターン化Ｍ１アルミニウム又はアルミニウム−シリコン合金（又は別の適当な材料）の金属被覆層は、アルミニウム又はアルミニウム−シリコン（又は別の適当な導電性材料）ペースト層のパターン化スクリーン印刷により形成されるか、又はアルミニウム又はアルミニウム−シリコン（又は別の適当な導電性材料）の物理的蒸着（ＰＶＤ）に続いてパターン化プロセス（例えば、レーザ切除）を行うことにより形成される。アルミニウム層の厚みは、ＰＶＤにより形成されたＭ１アルミニウム又はアルミニウム−シリコン合金については１ミクロンの小さな部分から約数ミクロンの範囲であり、そして対応するペーストのスクリーン印刷により形成されたアルミニウム又はアルミニウム−シリコンについては数ミクロンから数十ミクロン（例えば、約２０ミクロン）の範囲である。

【0083】

後部コンタクト／後部接合太陽電池ＩＢＣ太陽電池及びその関連ＭＩＢＳダイオードは、金属被覆及び相互接続されて、完成した太陽電池を形成する。規範的金属被覆は、太陽電池及びＭＩＢＳの共有バックプレーンに関連した及びそれによってイネーブルされる２レベルの金属被覆構造を使用し、第１レベルのコンタクト金属被覆パターン（Ｍ１）は、例えば、アルミニウム、又はアルミニウムと僅かな割合のシリコンのような適当なアルミニウム合金で作られるもので、バックプレーンの取り付け／ラミネーションの前に形成され、そして第２レベルの最終的パターン化金属層（Ｍ２）は、例えば、アルミニウム及び／又は銅或いはその組み合わせより成る厚い高導電率の導体で作られるもので、バリア層及び／又は頂部半田層のような付加的な層を任意に有する。Ｍ１とＭ２との間のレベル間接続は、バックプレーンが電気絶縁レベル間誘電体層として働くようにして、パターン化Ｍ２層を形成する前にバックプレーン層に穿孔又は形成されたビアホールを通る導電性ビアプラグを使用して作られる。上述した２レベルモノリシック太陽電池及びＭＩＢＳ金属被覆構造の重要な属性は、次の通りである。
−第１レベル金属Ｍ１（例えば、バックプレーンの取り付け及びラミネーションの前に太陽電池の裏面に形成される）は、ＰＶＤ（プラズマスパッタリング蒸着、イオンビーム堆積、等）アルミニウム（又はアルミニウム合金）或いはスクリーン印刷アルミニウム（又はアルミニウム合金）ペーストで作られたパターン化アルミニウム層（及び／又はＡｌ及びＳｉのようなアルミニウムを含む合金）である。
−パターン化Ｍ１は、コンタクト金属被覆として働きそして太陽電池に櫛型ベース及びエミッタ金属被覆線を形成する（ある実施形態では、バスバーに関連した電気的な陰を排除し又は最小にするためにＭ１にバスバーはない）。
−ある実施形態では、パターン化櫛型Ｍ１金属被覆フィンガーは、溝隔離領域の下に重畳するように太陽電池アイランドを越えて延びず且つＭＩＢＳリムダイオード領域へと延びない。太陽電池とその関連ＭＩＢＳ装置との間の電気的相互接続は、パターン化Ｍ２層を使用してなされ、そして導電性ビアプラグは、予め特定された相互接続設計に基づいてパターン化Ｍ１層とＭ２層との間にパターン化相互接続を形成する。
−ＭＩＢＳに使用される全周リムダイオード設計の場合には、Ｍ１アルミニウム又はアルミニウム合金金属被覆レベルは、３つの同心的な全周連続的アルミニウム金属被覆ループ（方形電池について方形ループとして示された）を形成して、ｐ＋ドープの接合領域、及びＭＩＢＳリムダイオードの内側及び外側ｎドープ基板領域（ｎ＋ドープのコンタクト拡散領域を通る）への電気的オーミックコンタクトをなすように設計される。
−Ｍ２金属レベルは、銅及び／又はアルミニウム（又はその組み合わせ）を含む比較的安価な低抵抗率の導体材料でのスクリーン印刷及び／又はＰＶＤ（例えば、アルミニウムを含む金属被覆のためのプラズマスパッタリング及び／又は熱蒸着及び／又は電子ビーム蒸着）、及び／又は電気化学的堆積又はメッキ（例えば、銅を含む金属被覆のための）、或いは他の金属被覆プロセス（又はその組み合わせ）を使用して形成される。
−パターン化Ｍ２金属は、複数の導電性ビアプラグを通して櫛型の電池上Ｍ１フィンガーに接続された実質的に直交する櫛型フィンガーにおいてパターン化される。この設計において、太陽電池の櫛型微細ピッチＭ１フィンガーに対する太陽電池の粗いピッチのＭ２フィンガーの直交配列は、Ｍ２フィンガーの数をＭ１フィンガーの数より実質的に少なくすることができる。例えば、太陽電池は、バックプレーンラミネーションの前に数百のＭ１フィンガーを電池に直接形成することができ、一方、バックプレーンラミネーションの後に形成されるＭ２の数は、典型的に、Ｍ１フィンガーの数より約５から約５０少ない。
−パターン化Ｍ２金属は、ＭＩＢＳ ｐｎ接合ダイオードの強いｐ＋ドープの及びｎ型の基板コンタクトＭ１金属被覆を、各々、太陽電池のベース及びエミッタバスバーに接続する。或いは又、ＭＩＢＳに対してショットキーバリアダイオードを使用する場合には、パターン化Ｍ２金属は、ＭＩＢＳショットキーダイオードのショットキーバリアコンタクト（例えば、弱くドープされたｎ型シリコン上のアルミニウム又はアルミニウム−シリコン合金の非オーミックショットキーコンタクト）及びｎ型オーミックコンタクトＭ１金属被覆を、各々、太陽電池のベース及びエミッタバスバーに接続する。

【0084】

ここに述べる実施形態は、薄い結晶シリコン吸収層及び連続バックプレーンを使用する後部コンタクト／後部接合結晶シリコン太陽電池に関連して主として説明したが、ここに開示する要旨の態様は、当業者であれば、他の太陽電池及びモジュール実施形態にも適用できることに注目するのが重要である。これは、次のものを含むが、これに限定されない。非ＩＢＣ後部コンタクト太陽電池（ＭＷＴ太陽電池を含むが、これに限定されない）；前部コンタクト太陽電池及びそれに対応するＰＶモジュール；結晶ＧａＡｓ、ＧａＮ、Ｇｅ、及び／又は他の元素及び化合物半導体から作られたもののような非結晶シリコン太陽電池及びモジュール；及びＣＺ単結晶シリコンウェハ、ＦＺ単結晶シリコンウェハ、及び鋳造多結晶シリコンウェハのような結晶半導体ウェハから作られた後部コンタクト／前部接合、後部コンタクト／後部接合、及び前部コンタクトの太陽電池を含む種々のウェハベースの太陽電池。

【0085】

しかしながら、先に述べたように、後部コンタクト電池の使用は、ある観点において、最終的なモジュール製造に実質的に影響を及ぼすことなくＭＩＢＳ実施形態を後部コンタクト電池に適用できるので好都合である。更に、電池の裏面のエミッタ及びベース相互接続リードの両方を利用できることで、エネルギー収穫の向上及び付加的な電池レベル監視及びコントロール機能のために電池上電子装置の全体的な実施を更に簡単化する。

【0086】

図２１は、周囲ＭＩＢＳリムダイオード（例えば、ｐｎ接合ダイオード又はショットキーバリアダイオード）を伴う後部コンタクト／後部接合太陽電池の裏面を示す図で、第２レベルの金属被覆パターン（Ｍ２）実施形態を示している。この設計では、パターン化Ｍ２は、共有電気絶縁バックプレーン上に位置され、バックプレーンシートによってＭ１層から物理的に分離される。パターン化Ｍ２層は、ＭＩＢＳ ｐｎ接合ダイオードｐ＋ドープ領域Ｍ１オーミックコンタクト金属（例えば、パターン化Ｍ２金属被覆層の部分としても形成された図２０Ｂのｐ＋ドープ領域金属被覆コンタクト８４）に接続されるベースバスバー１０４、ＭＩＢＳ ｐｎ接合ダイオードｎドープ基板領域Ｍ１金属オーミックコンタクト（例えば、図２０Ｂのｎドープ領域金属被覆コンタクト８２）に接続されるエミッタバスバー１０２、予め特定されたパターンに基づきＭ２フィンガーをＭ１フィンガーに相互接続する導電性ビアプラグ１００（各Ｍ２ベースフィンガーは、導電性ビアプラグを通して全てのＭ１ベースフィンガーに接続され、そして各Ｍ２エミッタフィンガーは、導電性ビアプラグを通してＭ１エミッタフィンガーに接続され）、並びにエミッタ櫛型フィンガー１１２及びベース櫛型フィンガー１０６を備えている。図２１は、パターン化Ｍ１層（この図には示さず）のＭ１フィンガーに対して実質的に直交又は垂直の向きでオーバーレイされたパターン化Ｍ２層を示し、前記パターン化Ｍ１層は、例えば、バスバーレス櫛型太陽電池のベース及びエミッタ金属フィンガーと、図２０Ａに示すようなＭＩＢＳダイオードオーミックコンタクトを形成するアルミニウム（又はアルミニウム−シリコン合金）金属被覆コンタクトとを含むパターン化Ｍ１層である。ＭＩＢＳリムダイオード（ｐｎ接合ダイオード又はショットキーバリアダイオード）及び太陽電池並びに関連金属被覆寸法は、相対的に正しい縮尺で示されていない。複数の導電性ビアプラグ１００は、バックプレーンを貫通してビアをドリルして意図されたＭ１領域に到達し（Ｍ１層を貫通して到達パッドを穿孔することなく）、その後、Ｍ２金属被覆の望ましい部分をＭ１金属層の特定の部分に相互接続するためにＭ２金属被覆プロセスにより導電性ビアプラグを形成することによって形成される（即ち、Ｍ２エミッタフィンガーは、導電性ビアプラグにより、ＭＩＢＳ ｎ型基板へのＭ１コンタクト及びＭ１エミッタフィンガーへ接続され；そしてＭ２ベースフィンガーは、導電性ビアプラグにより、ｐｎ接合ダイオードのｐ＋領域へのＭ１コンタクト及びＭ１ベースフィンガーへ接続されるか、又はショットキーバリアダイオードのショットキーバリアＭ１金属領域へ接続される）。導電性ビアプラグを通して接続された図２０Ａに示すＭ１パターン及び図２１に示すＭ２パターンの組み合わせは、太陽電池及び関連ＭＩＢＳ装置の全体的な金属被覆、並びにＭＩＢＳ端子と太陽電池端子とのモノリシック分散型相互接続を完成し、これは、次いで、電池レベルにおいてモノリシック集積の陰管理相互接続を形成するのに使用される。

【0087】

電気的極性を区別するために、図２１は、グレーの２つの陰影でＭ２層を示している。Ｍ２パターンの濃いグレーの部分は、ＭＩＢＳリムｐｎ接合ダイオードｐ＋ドープ（又はＭＩＢＳに対してショットキーダイオードが使用される場合にはショットキーダイオードアルミニウム／ｎ型シリコンショットキーコンタクト）の、下に横たわるＭ１金属被覆領域に接続された太陽電池ベースバスバー１０４を含む。この代表的実施形態に示されたように、太陽電池相互接続へのＭＩＢＳのＭ２−Ｍ１相互接続は、太陽電池基板の３つの辺：即ちベースバスバー１０４内、並びにＭ２の左右の辺における２つの垂直ベースバスバーフィンガー１０８（各辺に１つのバスバー）、に位置する導電性ビアプラグを通して行われる。この構造は、太陽電池のベースと、ＭＩＢＳ ｐｎ接合ダイオードのｐｎ接合ダイオードｐ＋端子（又はＭＩＢＳショットキーダイオードのアルミニウム（又はアルミニウム−シリコン）／ｎ型シリコンショットキーバリアコンタクト端子）との間の分散型相互接続を形成する。Ｍ２の内部のベースバスバー１０４に接続された垂直フィンガーとして示された櫛型ベースフィンガー１０６は、導電性ビアプラグを通して、下に横たわるＭ１櫛型ベースフィンガー（図示せず）に接続される。図２０Ａに示すＭ１パターンに対するＭ２パターンの直交変換を使用すると、Ｍ１ベースフィンガーの数に比してＭ２ベースフィンガーの数は、典型的に、ほぼ５から約５０の係数で実質的に減少される。Ｍ２パターンの薄いグレーの部分は、下に横たわるＭ１金属被覆領域の一部分として形成されたＭＩＢＳリムｐｎ接合ダイオードｎ型シリコン基板オーミックコンタクト又はＭＩＢＳリムショットキーバリアダイオードｎ型シリコンオーミックコンタクトに接続された（ｎ型シリコンオーミックコンタクトのためのドープされたｎ＋コンタクト拡散を通して）太陽電池エミッタバスバー１０２を含む。図示されたように、相互接続は、太陽電池の３つの辺：即ちエミッタバスバー１０２内、並びに左右の辺における４つのエミッタバスバーフィンガー１１０（各辺に２つのバスバー）、における導電性ビアプラグを通して行われる。この構造は、太陽電池のエミッタと、ＭＩＢＳ ｐｎ接合ダイオード又はＭＩＢＳショットキーバリアダイオードのｎ型シリコン基板（オーミックコンタクトのためにｎ＋コンタクト拡散を通して）端子との間の分散型相互接続を形成する。Ｍ２の内部のエミッタバスバー１０４に接続されたエミッタ櫛型フィンガー１１２は、導電性ビアプラグを通して、下に横たわるＭ１櫛型ベースフィンガーに接続される。この場合も、Ｍ１パターンに対するＭ２パターンの直交変換を使用することにより、Ｍ１エミッタフィンガーの数に比してＭ２エミッタフィンガーの数は、典型的に、ほぼ５から約５０の係数で実質的に減少される。Ｍ２パターン直交変換の結果として、Ｍ２パターン（例えば、フィンガー）は、その最小寸法（又は平均フィンガー巾）がＭ１フィンガーパターンより相当に大きい。例えば、Ｍ２における櫛型太陽電池ベース及びエミッタフィンガー及びバスバーは、非常に巾の広い金属フィンガーを有し、そしてそのフィンガー対フィンガーのピッチが、パターン化Ｍ１層における櫛形太陽電池ベース及びエミッタフィンガーより非常に大きい。この構成では、最も狭いＭ２フィンガーは、（導電性ビアプラグを通して接続された）ＭＩＢＳリムダイオードと太陽電池端子との間のＭ２−Ｍ１相互接続のための側部フィンガー（ベースバスバーフィンガー１０８及びエミッタバスバーフィンガー１１０）である。この構成では、太陽電池とＭＩＢＳ装置との接続は、Ｍ２からＭ１への導電性ビアプラグを通して太陽電池及びＭＩＢＳの３つの辺で行われる。

【0088】

図２２は、周囲ＭＩＢＳリムダイオード（例えば、ｐｎ接合ダイオード又はショットキーバリアダイオード）を伴う後部コンタクト／後部接合太陽電池の裏面の概略図で、別の第２レベル金属被覆パターン（Ｍ２）を示している。パターン化Ｍ２は、共有電気的絶縁連続バックプレーンに配置され、ラミネートされたバックプレーンによりＭ１層から物理的に分離される。パターン化Ｍ２は、ＭＩＢＳ ｐｎ接合ダイオードｐ＋ドープ領域Ｍ１金属（例えば、図２０Ｂのｐ＋ドープ領域金属被覆コンタクト８４）に接続されるベースバスバー１２４、ＭＩＢＳダイオードｎドープ基板領域Ｍ１金属オーミックコンタクト（例えば、図２０Ｂのｎドープ領域金属被覆コンタクト８２）に接続されるエミッタバスバー１２２、Ｍ２をＭ１に接続する導電性ビアプラグ１２０、櫛型エミッタフィンガー１２８（導電性ビアプラグを通してＭ１櫛型エミッタフィンガーに接続される）、及び櫛型ベースフィンガー１２６（導電性ビアプラグを通してＭ１櫛型エミッタフィンガーに接続される）を備えている。図２２は、例えば、バスバーレス櫛型太陽電池ベース及びエミッタ金属フィンガーと、図２０Ａに示すＭＩＢＳダイオード金属被覆コンタクトを形成するアルミニウム又はアルミニウム−シリコン合金の金属被覆コンタクトとを含むパターン化Ｍ１層（図示されていない下に横たわるＭ１層）上にオーバーレイされるパターン化Ｍ２層を示す。

【0089】

ＭＩＢＳリムダイオード（ｐｎ接合ダイオード又はショットキーバリアダイオード）並びに太陽電池及び関連金属被覆の寸法は、正しい相対的縮尺で示されていない。複数の導電性ビアプラグ１２０は、Ｍ２金属被覆の望ましい部分をＭ１金属被覆層の特定の部分に接続するもので、バックプレーンを貫通して、意図されたＭ１領域へビアをドリルし、次いで、Ｍ２金属被覆中に導電性ビアプラグを形成することにより形成される。導電性ビアプラグを通して接続される図２０Ａに示すＭ１パターン及び図２２に示すＭ２パターンの組み合わせは、太陽電池及びＭＩＢＳ装置の全体的金属被覆と、太陽電池端子へのＭＩＢＳ装置端子のモノリシック分散型相互接続とを完成し、これは、電池レベルでモノリシック一体化陰管理相互接続を形成するのに使用される。

【0090】

電気的極性を区別するために、図２２は、２つの異なるグレーの陰影でＭ２を示している。Ｍ２パターンの濃いグレーの部分は、ＭＩＢＳリムｐｎ接合ダイオードｐ＋ドープ（又はＭＩＢＳに対してショットキーバリアダイオードが使用される場合にはショットキーバリアダイオードアルミニウム／ｎ型シリコンショットキーコンタクト）の、下に横たわるＭ１金属被覆領域に接続された太陽電池ベースバスバー１２４を含み、その接続は、太陽電池基板の２つの辺（１つの辺は、バスバー辺である）：即ちベースバスバー内、及びＭ２の左側の垂直フィンガーとして示されたベースバスバーフィンガー１３０、にある導電性ビアプラグを通して行われる。この構造は、太陽電池のベース領域と、ＭＩＢＳ ｐｎ接合ダイオードのｐ＋端子（又はＭＩＢＳショットキーバリアダイオードのアルミニウム／ｎ型シリコンショットキーコンタクト端子）との間に分散型相互接続を形成する。Ｍ２の内部の垂直フィンガーとして示された櫛型ベースフィンガー１２６は、ベースバスバーに接続されると共に、導電性ビアプラグを通して、下に横たわるＭ１櫛型ベースフィンガーにも接続される。Ｍ１パターンに対するＭ２パターンの直交変換は、Ｍ１ベースフィンガーの数に比してＭ２ベースフィンガーの数を、典型的に、ほぼ５から約５０の係数で実質的に減少させる。Ｍ２パターンの薄いグレーの部分は、下に横たわるＭ１金属被覆領域の一部分として形成されたＭＩＢＳリムｐｎ接合ダイオードｎ型シリコン基板オーミックコンタクト（ドープされたｎ＋領域へのオーミックコンタクトを通して）又はＭＩＢＳリムショットキーバリアダイオードｎ型シリコン基板オーミックコンタクト（ｎ型シリコンオーミックコンタクトのためのｎ＋コンタクト拡散を通して）に接続された太陽電池エミッタバスバー１２２を含む（Ｍ２−Ｍ１相互接続は、太陽電池の２つの辺：即ちエミッタバスバー内、及びＭ２の右側の垂直エミッタバスバーフィンガー１３２、における導電性ビアプラグを通して行われる）。この構造は、太陽電池のエミッタと、ＭＩＢＳ ｐｎ接合ダイオード又はＭＩＢＳショットキーバリアダイオードのｎ型シリコン基板（オーミックコンタクトのためにｎ＋コンタクト拡散を通して）端子との間の分散型相互接続を形成する。Ｍ２の内部の垂直フィンガーとして示された櫛型エミッタフィンガー１２８は、エミッタバスバーに接続されると共に、導電性ビアプラグを通して、下に横たわるＭ１櫛型エミッタフィンガーにも接続される。この場合も、Ｍ１パターンに対するＭ２パターンの直交変換を使用することにより、Ｍ１エミッタフィンガーの数に比してＭ２エミッタフィンガーの数は、典型的に、ほぼ５から約５０の係数で実質的に減少される。Ｍ２パターン直交変換の結果として、Ｍ２パターン（例えば、櫛型フィンガー）は、その最小寸法（又は平均フィンガー巾）がＭ１パターン（又はＭ１の平均フィンガー巾）より相当に大きい。例えば、Ｍ２における櫛型ベースフィンガー１２６、櫛型エミッタフィンガー１２８及びバスバーは、非常に巾の広い金属フィンガー又は線を有し、そしてそのフィンガー対フィンガーのピッチが、Ｍ１層に形成される櫛形太陽電池ベース及びエミッタフィンガーより非常に大きい。この構成では、最も狭いＭ２フィンガーは、導電性ビアプラグを通してのＭＩＢＳリムダイオードと太陽電池端子との間のＭ２−Ｍ１相互接続のための２つの側部フィンガー（垂直ベースバスバーフィンガー１３０及び垂直エミッタバスバーフィンガー１３２）である。この構成では、太陽電池とＭＩＢＳ装置との相互接続は、（Ｍ２からＭ１へ導電性ビアプラグを通して接続された）太陽電池及びＭＩＢＳの２つの辺で行われる。この構成は、太陽電池及びＭＩＢＳの辺（換言すれば、主太陽電池バスバーに対して使用されない２つの辺）により広いフィンガー、即ち垂直ベースバスバーフィンガー１３０及び垂直エミッタバスバーフィンガー１３２を可能にし、太陽電池とＭＩＢＳ装置との間で分散型相互接続をなすことができる。

【0091】

ここに述べるＭＩＢＳ装置は、ショットキーバリアダイオード又はｐｎ接合ダイオードのいずれかを使用する。ショットキーバリアダイオードがＭＩＢＳとして使用される場合には、ＭＩＢＳシリコン基板領域の弱くドープされたｎ型シリコンにショットキーコンタクトとして位置されたアルミニウム金属電極、又はある程度シリコンを含むアルミニウムが使用される。ショットキーバリアダイオードのＭＩＢＳ実施形態に関する重要な属性及び説明は、次のものを含む。
−ＭＩＢＳショットキーバリアダイオードは、半導体表面（例えば、シリコン）に２つの金属コンタクトを（同じＭ１層から）形成することにより作られる。半導体基板の強くドープされた領域に形成される一方の金属コンタクトは、オーミックコンタクト（例えば、ｎ型基板の指定エリアに配置されたｎ＋ドープ領域を通して形成された）であり、そして他方のコンタクトは、半導体基板の弱くドープされたｎ型領域に形成され、そしてダイオード整流電気的特性を与える金属対ｎ型半導体ショットキーバリア（非オーミック）コンタクトを形成する。ＭＩＢＳショットキーダイオードのショットキーバリア（非オーミック）コンタクト及びｎ型基板オーミックコンタクト（後者はｎ型基板上のドープされたｎ＋領域を通る）の両方に対して同じ金属（Ｍ１パターン）が使用され、太陽電池製造の付加的な製造コストは最小であるか又は皆無である。
−半導体基板に対して（例えば、ここに述べる結晶シリコン後部コンタクト／後部接合電池の太陽電池ベース領域に対して）ｎ型シリコンが使用される場合には、アルミニウム又はアルミニウムにシリコンを若干含む合金がショットキーバリア金属として使用される。これらの材料は、優れたショットキーバリアダイオード性能特性を与え、太陽電池プロセスフロー及び材料に適合する。アルミニウムは、その仕事関数がｎ型シリコンの仕事関数より低く、弱くドープされたｎ型シリコン上に良好なショットキーバリアを形成し、弱くドープされたシリコン表面は、太陽電池のベース及び吸収材としても使用されるｎ型シリコン層基板により形成される。アルミニウム、又はアルミニウムにある程度のシリコンを含む合金は、ショットキーダイオードの他方の端子のためのｎ＋ドープシリコン上のオーミックコンタクトとしても使用される（即ち、ｎ＋ドープ領域を通るｎ型シリコン基板へのオーミックコンタクト）。
−高性能のショットキーバリアダイオードの場合、前部コンタクト太陽電池であるか、後部コンタクト太陽電池であるかに関わらず、ｐ型シリコン基板に比してｎ型シリコン基板が使用される。ｎ型シリコン基板の使用は、（ｐ型シリコンウェハで通常観察される）バルク光誘起劣化なしに高効率の太陽電池を製造できるという効果がある。
−（ショットキーコンタクトとも称される）ｎドープシリコン上のアルミニウムショットキーバリアコンタクト金属電極に正の電位を印加すると、シリコン層にまたがって小さな電位降下が生じ、従って、弱くドープされたｎ型シリコン基板からアルミニウムショットキーコンタクト電極への電子の注入に対してバリアの高さが減少される。従って、シリコンよりも金属に向かってより多くの電子が拡散し、正味電流が接合を通して流れる。これは、ショットキーバリアダイオードの順方向バイアス又はオン状態である。この順方向バイアス状態は、陰に入る場合に太陽電池の保護を与えるＭＩＢＳ状態である。
−ショットキーアルミニウム金属電極に負の電圧（又は逆方向バイアス電圧）が印加されると、バリアにまたがる電位が上昇し、空乏層の巾を広げると共に、ｎ型シリコン基板から金属電極への電子の注入を抑制する。それにより生じる電位バリアは、金属電極へと流れる電子を制限して、無視できる程度の電流にする（ＭＩＢＳショットキーダイオードのオフ状態、この逆方向バイアス状態は、太陽電池が陰に入らないときのＭＩＢＳ状態を表わす）。アルミニウム−半導体ショットキーコンタクト接合は、ＭＩＢＳとして使用されるべき優れた整流特性を与えることができる。順方向バイアス（オン状態）のもとでは大きな電流が生じるが、逆方向バイアス（オフ状態）のもとでは無視できる程度の電流が流れ、両方とも、ＭＩＢＳにとって望ましい特性である。
−ある場合には、ショットキーバリアダイオードは、ＭＩＢＳ実施形態においてｐｎ接合ダイオードとは対照的に使用される。ショットキーバリアダイオードは、ｐｎ接合ダイオードよりオン状態の順方向バイアス電圧が低く（例えば、ショットキーダイオードでは〜０．２Ｖから０．５Ｖ程度であるのに対して、ｐｎ接合ダイオードでは〜０．６Ｖから０．８Ｖであり）、ショットキーバリアダイオードがＭＩＢＳとして使用されるときにはＭＩＢＳ装置による電力消散が低くなる（太陽電池が陰に入るときには、ＭＩＢＳ装置がターンオンして太陽電池を保護する）。ｐｎ接合ダイオードに比してショットキーバリアダイオードの電力消散が低いことは、かなりの効果であり、ショットキーバリアダイオードをＭＩＢＳ装置の優れた選択肢とするものである。
−ＭＩＢＳリムショットキーダイオードＭＩＢＳ実施形態は、比較的弱くドープされたｎ型シリコン基板を主ドープのダイオード領域として使用する。エピタキシャル成長ｎ型ベース及び後部コンタクト／後部接合太陽電池設計と共にエピタキシャルシリコンリフトオフ太陽電池プロセスを使用する太陽電池基板製造プロセスでは、ＭＩＢＳダイオードのｎ型シリコン領域がエピタキシャルｎドープシリコンと同じ基板（又は太陽電池のベース領域）から形成され、それらは、その後、電池処理中に溝隔離を使用して互いに電気的に隔離される。この場合に、ショットキーアルミニウムコンタクトに使用される領域は、弱くｎ型ドーピングされ、これは太陽電池のベースドーピングと同じであり（例えば、３×１０¹⁵ｃｍ^-3程度の燐ドーピングであるが、ドーピングは、太陽電池の設計要件に基づいてこの量より多くても少なくてもよく）、強くドープされるｎ＋ベースコンタクト拡散領域はない。又、ｎ型シリコン基板へのオーミックコンタクト（ショットキーダイオードの第２端子）は、ｎ型基板の指定領域に形成されたｎ＋ドープ（強くドープされた燐）のオーミックコンタクト領域を通してパターン化Ｍ１金属被覆層の一部分としてアルミニウム（又はアルミニウムにシリコンをある程度含ませた合金）を使用して形成することもできる。
−ＭＩＢＳショットキーバリアダイオードのオーミックコンタクトは、強くドープされたｎ＋ドープのコンタクト拡散領域を通して、ｎ型シリコン基板領域へのアルミニウムオーミックコンタクトを使用することにより形成される（これは、後部コンタクト／後部接合太陽電池のベースオーミックコンタクトに使用されるｎ＋ドープの領域も形成する同じプロセスを使用してそのプロセスの間に形成される）。
−アルミニウム（又はアルミニウム−シリコン）対ｎ型シリコンのショットキーコンタクト、及びアルミニウム（又はアルミニウム−シリコン）対ｎ＋シリコン（及びｎ型シリコン）のオーミックコンタクトを形成するのに使用されるアルミニウム（又はＡｌ／Ｓｉ合金）層は、太陽電池の櫛型ベース及びエミッタコンタクト金属被覆を形成するのに使用される同じ金属−１（Ｍ１）アルミニウム（及び／又はアルミニウム−シリコン）層である。例えば、これは、シリコンへの高品質電気的オーミック（及びショットキー）コンタクトを形成するためにシリコンをある程度含む（シリコンへの接合スパイク又はアルミニウムスパイクを防止するために数パーセント程度のシリコン）高導電率アルミニウム層である。パターン化Ｍ１アルミニウム層は、アルミニウム（又はアルミニウム合金）ペースト又はアルミニウム（又はアルミニウム合金）インク（この場合も、例えば、接合スパイクを防止するためにあるシリコン含有パーセンテージで）のスクリーン印刷、ステンシル印刷、エーロゾルジェット印刷、又はインクジェット印刷を使用し、それに続いて、ペースト又はインクの熱硬化を使用して形成される。或いは又、金属１（Ｍ１）は、別の適当な方法、例えば、プラズマスパッタリング、熱又は電子ビーム蒸着、イオンビーム堆積のような堆積方法、或いは別のブランケット堆積方法に続いてＭ１パターン化（例えば、レーザ切除又は湿式エッチングパターン化）により形成することもできる。Ｍ１アルミニウム又はアルミニウム合金層の厚みは、アルミニウム層の抵抗率に依存する。典型的に、物理的蒸着又はＰＶＤ（例えば、プラズマスパッタリング又は熱蒸着又は電子ビーム蒸着）は、近バルク導電率（例えば、抵抗率〜３μΩ・ｃｍ）のアルミニウム層を堆積し、従って、Ｍ１アルミニウム層の必要な厚みは、約１００ｎｍから約２０００ｎｍのおおよその範囲である（２レベルのＭ１−Ｍ２金属被覆アーキテクチャーであるために厚いＭ１金属は要求されない）。他方、アルミニウム又はアルミニウム合金ペースト又はインクからＭ１を形成すると、典型的に、低い金属導電率（バルクアルミニウムより相当に低い導電率）となり、例えば、〜３０μΩ・ｃｍから〜２００μΩ・ｃｍの範囲の材料抵抗率となる。それ故、Ｍ１がペースト又はインクから製造される場合には、厚い金属層が要求される（例えば、スクリーン印刷のＭ１は約１ミクロンから約２０ミクロンの厚み範囲）。

【0092】

図２３Ａから２３Ｌは、正方形の太陽電池を伴うＭＩＢＳについて示されたＭＩＢＳダイオード及び太陽電池の相対的な幾何学的配列の種々の代表的実施形態を示す平面図である。太陽電池及びＭＩＢＳの寸法は、実際的又は相対的に正しい縮尺で示されていない。図２３の代表的実施形態において明らかなように、ＭＩＢＳダイオードの全面積（関連溝隔離の面積を含む）は、太陽電池の面積より相当に小さい（ＭＩＢＳ及び溝隔離の全面積と太陽電池の面積との分数は、＜１％、多くの場合は、約０．３％以下に選択される）。もちろん、大きな面積比が使用されてもよい（全面積電池及びモジュール効率が低下するという望ましからぬ結果を招くが）。

【0093】

図２３Ａは、先に述べた全周閉ループリムＭＩＢＳ設計を示し、太陽電池アイランド１４０は、全周溝隔離領域１４２により区画され電気的に分離された全周ＭＩＢＳリムダイオード１４４で取り巻かれている。この設計は、幾つかの利点を有するが、使用できる他のＭＩＢＳ−太陽電池設計の可能性の数は、無限である。

【0094】

例えば、図２３Ｂ、２３Ｃ及び２３Ｆは、非全周ＭＩＢＳダイオード設計の例を示し、ＭＩＢＳダイオードは、方形太陽電池の１つ、２つ又は３つの辺における非閉ループリムダイオードで作られる（方形太陽電池の４つの全ての辺に形成された全周ＭＩＢＳダイオードとは対照的に）。図２３Ｂは、１つの辺にＭＩＢＳリムダイオードを伴う太陽電池であって、太陽電池エリア１４６、溝隔離領域１４８、及びその溝隔離領域１４８によって区画され電気的に分離された非全周ＭＩＢＳリムダイオード１５０を備えた太陽電池を示す。図２３Ｃは、２つの辺にＭＩＢＳリムダイオードを伴う太陽電池であって、太陽電池エリア１５２、溝隔離領域１５４、及びその溝隔離領域１５４によって区画され電気的に分離された非全周ＭＩＢＳリムダイオード１５６を備えた太陽電池を示す。図２３Ｆは、３つの辺にＭＩＢＳリムダイオードを伴う太陽電池であって、太陽電池エリア１７０、溝隔離領域１７２、及びその溝隔離領域１７２によって区画され電気的に分離された非全周ＭＩＢＳリムダイオード１７４を備えた太陽電池を示す。

【0095】

別の実施形態として、図２３Ｄは、太陽電池エリア内に単一のアイランドとして構成されたＭＩＢＳを示し、アイランドＭＩＢＳダイオード１６２は、太陽電池エリア１５８内で閉ループ溝隔離領域１６０により画成されそして電気的に隔離／区画される。（図２３Ｄは、ＭＩＢＳアイランドが太陽電池の中心の回りにある例を示すが、アイランドは、太陽電池エリア内のどこに位置されてもよい。）ＭＩＢＳアイランドは、任意の幾何学形状でよい（図２３Ｄ及び２３Ｅは、長方形のＭＩＢＳダイオードアイランドを示すが、他の多角形又は他の幾何学的形状が使用されてもよい。）図２３Ｅは、複数の個々のＭＩＢＳアイランド（Ｍ１及びＭ２金属被覆パターンを通して電気的に相互接続される）の形態のＭＩＢＳ実施形態を示し、複数のアイランドＭＩＢＳダイオード１６８は、太陽電池エリア１６４内で閉ループ溝隔離領域１６６により画成されそして電気的に隔離／区画化される。

【0096】

図２３Ｇに示す別の実施形態では、ＭＩＢＳ装置は、太陽電池のコーナーに位置される。図２３Ｇでは、コーナーＭＩＢＳダイオード１８０は、太陽電池エリア１７６の１つのコーナーにおいて溝隔離領域１７８により画成されそして電気的に隔離されている。図２３Ｇは、三角形のコーナーＭＩＢＳを示すが、コーナーＭＩＢＳの形状は、任意の幾何学形状（例えば、方形、長方形、等）でよい。更に、コーナーＭＩＢＳ装置の数は、２つ以上でもよく、例えば、図２３Ｈに示す２つのコーナーＭＩＢＳ装置、図２３Ｉに示す３つ又は４つのコーナーＭＩＢＳ装置でもよい。図２３Ｈは、複数のコーナーＭＩＢＳダイオード１８６が太陽電池エリア１８２の２つのコーナーにおいて溝隔離領域１８４によって画成されそして電気的に隔離／区画化される構成を示す。図２３Ｉは、複数のコーナーＭＩＢＳダイオード１９２が太陽電池エリア１８８の４つのコーナーにおいて溝隔離領域１９０によって画成されそして電気的に隔離／区画化される構成を示す。

【0097】

図２３Ｊに示す別の実施形態では、ＭＩＢＳ装置は、太陽電池の１つのコーナーから逆の対角方向コーナーへ延びる対角方向ストリップとして形成される。図２３Ｊは、狭い対角方向ストリップＭＩＢＳダイオード１９８が太陽電池エリア１９４の１つのコーナーから反対のコーナーへ延びる溝隔離領域１９６により画成されそして電気的に隔離／区画化される構成を示す。或いは又、ＭＩＢＳ装置は、図２３Ｋに示すように太陽電池の２つの対向する辺の間に延びる単一のストリップでもよいし、又は図２３Ｌに示すように太陽電池の２つの対向する辺の間に延びる複数のストリップでもよい。図２３Ｋは、辺から辺のストリップＭＩＢＳダイオード２０４が溝隔離領域２０２により画成されそして電気的に隔離／区画化され、且つ太陽電池エリア２００の１つの辺から反対の辺へと中心に位置される構成を示す。図２３Ｌは、辺から辺の複数のストリップＭＩＢＳダイオード２１０が溝隔離領域２０８により太陽電池エリア２０６の１つの辺から反対の辺へ画成されそして電気的に隔離／区画化された別の構成を示す。

【0098】

図２３に示す代表的な構造は、本質的に無限の数の考えられるＭＩＢＳ幾何学的設計の中で太陽電池に対するＭＩＢＳ幾何学的設計の幾つかの例に過ぎない。ここでは、正方形の太陽電池についての例が示されているが、ここに開示する要旨の種々の概念及び実施形態は、擬似方形、長方形、六角形、他の多角形、円、等を含む（これに限定されないが）任意の幾何学形状で作られた太陽電池にも適用できることを理解されたい。

【0099】

図２４から３１は、薄いエピタキシャルシリコンリフトオフ及び再使用可能な結晶シリコンテンプレートを使用して後部コンタクト／後部接合単結晶シリコン太陽電池及びその関連ＭＩＢＳ装置（ｐｎ接合ダイオード又はショットキーバリアダイオードのいずれか）を製造するための種々の代表的なプロセスフロー実施形態である。次の太陽電池及びＭＩＢＳ製造プロセスフローは、バックプレーン及び２レベル金属被覆（電池上Ｍ１及びバックプレーン上Ｍ２）を伴う薄い（例えば、１００ミクロン以下の）エピタキシャルシリコン後部接合／後部コンタクト太陽電池の例として示されるが、ここに開示する設計、概念及び種々の実施形態は、これに限定されないが、バルク単結晶インゴット又は鋳造多結晶ブリック又は多結晶リボンから形成される結晶シリコンウェハ（例えば、スラリー又はダイアモンドワイヤソー、水素イオンインプランテーション及び剥離、金属応力誘起の剥離、等を使用して得られる結晶シリコンウェハ）、標準厚みのＣＺ又はＦＺ単結晶シリコンウェハに製造される結晶シリコン太陽電池、ｎ型シリコンウェハを使用する前部コンタクトホモ接合及びヘテロ接合太陽電池、シリコン以外の半導体材料（例えば、砒化ガリウム、窒化ガリウム、等）から作られる前部コンタクト又は後部コンタクトの太陽電池、及び単一金属被覆層を使用する種々の金属被覆スキーム、又は２つ以上の金属レベルを使用する多レベル金属被覆、を含む種々の他の太陽電池設計及び技術と共に一体型ＭＩＢＳへと拡張され且つそれに適用されることを理解されたい。これらのプロセスフローは、ＭＩＢＳ装置（ｐｎ接合ダイオード又はショットキーバリアダイオードとしてここに述べる）が高効率の後部コンタクト／後部接合のバックプレーンラミネート型太陽電池とモノリシック集積され、プロセスの複雑さ、製造プロセスツール、又は増分的ＭＩＢＳ関連の製造コストの追加はゼロ又は無視できる程度である。本質的に、ここに開示する全ての実施形態は、太陽電池製造に既に使用されているものと同じ材料層及びプロセスをＭＩＢＳ実施のために利用する。

【0100】

図２４は、ｐｎ接合ダイオードＭＩＢＳを伴うエピタキシャルシリコン太陽電池を製造するための代表的なプロセスフロー実施形態である。図２４のプロセスフローは、２つのＡＰＣＶＤ ＢＳＧプロセスを使用して、選択的エミッタエリアのための強くドープされたｐ＋フィールドエミッタ及び更に強くドープされたｐ＋＋ドープのオーミックコンタクト（ｐ＋及びｐ＋＋の全領域は、硼素ドープである）領域を形成するという製造プロセス（二重ＢＳＧ選択的エミッタプロセスと称される）を使用して、高効率の後部コンタクト／後部接合太陽電池をそれに関連したＭＩＢＳ ｐｎ接合ダイオードと共に製造する選択肢を示す。エピタキシャルシード及びリフトオフ剥離層の両方として働く犠牲的な多孔性シリコンの形成（ツール１）の後に再使用可能な結晶シリコンテンプレートにｎ型シリコンをエピタキシャル堆積することにより太陽電池及びＭＩＢＳの共通基板が形成される。その場でドープされるエピタキシャル層（ツール２で形成される）は、後部コンタクト／後部接合太陽電池のｎ型基板及びベース領域に対して望ましいｎ型ドーピングを有する（これは、ＭＩＢＳ ｐｎ接合ダイオードのｎ型基板にも使用される）。その後、エピタキシャル層がテンプレートにより支持される間に、後部コンタクト／後部接合電池処理（パターン化Ｍ１層を通しての電池処理）のほとんどが遂行される。これらのプロセスステップは、ＡＰＣＶＤ（大気圧化学蒸着）、パルスレーザ切除、炉での熱処理、並びにパターン化Ｍ１のためのアルミニウム又はアルミニウム−シリコン合金ペーストのスクリーン印刷及び硬化の組み合わせを使用して（図２４のツール１１まで）、Ｍ１金属被覆層形成を通しての後部接合／後部コンタクト太陽電池処理ステップを完了させる。これらのプロセスは、太陽電池が再使用可能な結晶シリコンテンプレートに支持される間に遂行される。次いで、テンプレート上の太陽電池の裏面にバックプレーンが永久的に取り付けられ且つラミネートされる（ツール１２）。その後（ツール１２において）、太陽電池及びそれに関連したＭＩＢＳは、剥離境界を画成するためのレーザ罫書き、機械的リフトオフ剥離、及びリフトされた太陽電池の任意のレーザトリミングにより、再使用可能なテンプレートからリフトオフされ且つ取り外される。ＭＩＢＳ基板領域（１つ又は複数）を区画し且つ電気的に隔離するための溝隔離領域が、例えば、太陽電池及びＭＩＢＳ周囲境界の、剥離前シリコン罫書き及び／又は剥離後トリミングを遂行するのにも使用される同じパルスレーザソース又はツールを使用して、取り外されたバックプレーンラミネート型太陽電池の太陽側から罫書くことにより形成される。次いで、残りの最終的な太陽電池（及びＭＩＢＳ）処理ステップが完了される（ツール１４ないし１８）。これらのステップは、太陽面テクスチャー化及びテクスチャー化後の湿式清掃（これは、レーザ罫書きされた隔離溝を清掃しそして溝隔離領域のレーザ生成ダメージも除去する）、ＰＥＣＶＤ太陽面不動態化及びＡＲＣ（これは、ＭＩＢＳ前面及び側壁／縁も不動態化する）、及びバックプレーンにおける最終的な高導電率パターン化Ｍ２金属被覆及び導電性ビアホールの生成（例えば、スクリーン印刷、ＰＶＤ及び／又はメッキの１つ又は適当な組み合わせを使用することによる）を含む。

【0101】

図２４のプロセスフローにおいて、太陽電池を伴うＭＩＢＳ実施は、付加的な製造プロセスツール又はプロセスステップを要求しない。溝隔離領域は、剥離前及び剥離後に太陽電池を罫書き及び／又はトリミングするのに使用される同じツール又はレーザソース（１つ又は複数）を使用して形成される。従って、ＭＩＢＳ太陽電池実施のための増分的コストはゼロ又は無視できる程度である。図２４のプロセスフローは、代表例として示されているが、製造プロセスの複雑さ又はコストを追加することなく太陽電池及び関連ＭＩＢＳを製造するためのそのようなプロセスフローの多数の他の変形が考えられる。図２４のプロセスフローは、エピタキシャルシリコンリフトオフ基板形成を使用して作られる太陽電池及びＭＩＢＳについて図示して説明するが、同様のプロセスフローを使用して、エピタキシャルシリコンリフトオフ基板形成なしに出発結晶シリコンウェハに太陽電池及び関連ＭＩＢＳ装置を形成することができる。これは、出発ＦＺ又はＣＺ又は鋳造ワイヤソー結晶シリコンウェハを使用して行われる（従って、ツール１及び２を排除する）。この場合には、リフトオフ剥離がなく、ツール１３に示されたプロセスステップが溝隔離領域を形成する。図２４に示す他のプロセスステップは、全て、エピタキシャルシリコンリフトオフ処理について示したものと同じである。

【0102】

この場合も、ｎ型エピタキシャルシリコン層（又はエピタキシャルシリコン基板に代わってＣＺ又はＦＺ又は多結晶ウェハを使用する場合はｎ型結晶シリコンウェハ）は、太陽電池及びＭＩＢＳ装置の両方に対してモノリシック基板として働く。このｎ型層は、太陽電池の吸収材基板及びベース、並びにＭＩＢＳ ｐｎ接合ダイオードのｎ型基板領域として働く。ｐ＋フィールドエミッタ及びｐ＋＋ドープエミッタのコンタクト領域を形成するエミッタプロセスは、ｐｎ接合ダイオードのＭＩＢＳ ｐ＋（及び／又はｐ＋＋）領域も形成する。ｎ＋の強くドープされた領域を形成するためのＡＰＣＶＤ ＰＳＧ支援プロセスは、太陽電池のベースオーミックコンタクト領域、及びｐｎ接合ダイオードのｎ型基板領域へのＭＩＢＳオーミックコンタクトの両方に使用される。太陽電池のＭ１−Ｍ２金属被覆は、ＭＩＢＳ ｐｎ接合ダイオードへの接触をなし、一体型陰管理バイパススイッチとして太陽電池とのモノリシック相互接続を完成する。

【0103】

図２５は、（二重ではなく）単一のＡＰＣＶＤ ＢＳＧを使用して選択的エミッタなしにＭＩＢＳ ｐｎ接合ダイオードを伴うエピタキシャルシリコン太陽電池を製造するためのプロセスフロー実施形態である。このプロセスフローは、１つのＡＰＣＶＤ ＢＳＧプロセスを使用して、強く硼素をドープしたｐ＋エミッタ（二重ＢＳＧ選択的エミッタ）を形成するというプロセスフローを使用して、高効率の後部コンタクト／後部接合太陽電池及びその関連ＭＩＢＳ ｐｎ接合ダイオードを製造する選択肢を示す。この場合も、ｎ型エピタキシャルシリコン層は、太陽電池及びＭＩＢＳ装置の両方に対してモノリシック基板として働く。このｎ型層は、太陽電池の吸収材及びベース領域、並びにＭＩＢＳ ｐｎ接合ダイオードのｎ型基板領域として働く。又、ｐ＋エミッタ領域を形成するエミッタプロセスは、ＭＩＢＳ ｐｎ接合ダイオードのＭＩＢＳ ｐ＋領域も形成する。ｎ＋の強くドープされた領域を形成するためのＡＰＣＶＤ ＰＳＧ支援プロセスは、太陽電池ベースオーミックコンタクト領域と、ｐｎ接合ダイオードのｎ型基板領域へのＭＩＢＳオーミックコンタクトとの両方に使用される。太陽電池Ｍ１−Ｍ２金属被覆は、ＭＩＢＳ ｐｎ接合ダイオードへの接触をなすと共に、一体型の陰管理バイパススイッチとして太陽電池とのモノリシック相互接続を完成させるために使用される。図２５のプロセスフローは、エピタキシャルシリコンロフトオフ基板形成を使用して作られた太陽電池及びＭＩＢＳについて図示して説明するが、同様のプロセスフローを使用して、エピタキシャルシリコンリフトオフ基板形成なしに出発結晶シリコンウェハに太陽電池及び関連ＭＩＢＳ装置を形成することができる。これは、出発ＦＺ又はＣＺ又は鋳造ワイヤソー結晶シリコンウェハを使用して行われる（従って、ツール１及び２を排除する）。この場合には、リフトオフ剥離がなく、ツール１１に示されたプロセスステップが溝隔離領域を形成する。図２５に示す他のプロセスステップは、全て、エピタキシャルシリコンリフトオフ処理について示したものと同じである。

【0104】

図２６から３１は、ＭＩＢＳ装置として使用されるショットキーバリアダイオードと共に太陽電池を製造するためのプロセスフロー実施形態である。ここに開示するプロセスフローの態様は、ここに開示する要旨によりＭＩＢＳ太陽電池実施のための種々の他の処理技術へと組み合わされ及び／又は拡張される。

【0105】

図２６は、ＭＩＢＳアルミニウム／ｎ型シリコンショットキーバリアダイオードを伴うエピタキシャル太陽電池（選択的エミッタを伴う太陽電池）を製造するためのプロセスフローである。図２６のプロセスフローは、２つのＡＰＣＶＤ ＢＳＧプロセスを使用して、選択的エミッタエリアのための強くドープされたｐ＋フィールドエミッタ及び更に強くドープされたｐ＋＋ドープのエミッタオーミックコンタクト（ｐ＋及びｐ＋＋の全領域は硼素ドープである）領域を形成するようにして（二重ＢＳＧ選択的エミッタプロセスと称される）、高効率の後部コンタクト／後部接合太陽電池をそれに関連したＭＩＢＳショットキーバリアダイオードと共に製造する選択肢を示す。エピタキシャルシード及びリフトオフ剥離層の両方として働く犠牲的な多孔性シリコン層の形成（ツール１）の後に再使用可能な結晶シリコンテンプレートにｎ型シリコンをエピタキシャル堆積することによって太陽電池及びＭＩＢＳの共通基板が形成される。その場でドープされるエピタキシャル層（ツール２で形成される）は、後部コンタクト／後部接合太陽電池のベース領域に対して望ましいｎ型ドーピングを有する（これは、ＭＩＢＳショットキーバリアダイオード基板にも使用される）。エピタキシャル層がテンプレートにより支持される間に、後部コンタクト／後部接合電池処理のほとんどが遂行される。これらのプロセスステップは、ＡＰＣＶＤ（大気圧化学蒸着）、パルスレーザ切除、炉での熱処理、並びにアルミニウムペーストのスクリーン印刷及び硬化の組み合わせを使用して（図２６のツール１２まで）、Ｍ１金属被覆層形成を通しての後部接合／後部コンタクト太陽電池処理ステップを完了させる。これらのプロセスは、全て、太陽電池が再使用可能なシリコンテンプレートに支持される間に遂行される。

【0106】

ＡＰＣＶＤ ＰＳＧ／ＵＳＧプロセスの直後であって且つＭＩＢＳショットキーバリアダイオードの製造を可能にするための炉アニールプロセスの前に、ＰＳＧ／ＵＳＧ層のパルスピコ秒（又はパルスフェムト秒又はナノ秒）レーザ切除を遂行するために１つの特定のプロセスツールがフローに追加される（ツール８）。この追加された単一のプロセスステップ及びツールは、パターン化Ｍ１プロセスの間にショットキーコンタクト（ｎ型シリコンに対するアルミニウム又はアルミニウム−シリコン）のその後の製造を許す。次いで、テンプレート上の太陽電池の裏面にバックプレーンが永久的に取り付けられ且つラミネートされる（ツール１３）。その後（ツール１４において）、太陽電池（及びそれに関連したＭＩＢＳ）は、（剥離境界を画成するためのレーザ罫書き、機械的リフトオフ剥離、及びリフトされた太陽電池のレーザトリミングにより）再使用可能なテンプレートからリフトオフされ且つ取り外され、そしてＭＩＢＳ領域（１つ又は複数）を区画し且つ電気的に隔離するための溝隔離領域（１つ又は複数）が、例えば、太陽電池及びＭＩＢＳ周囲境界の、剥離前シリコン罫書き及び／又は剥離後トリミングを遂行するのに使用される同じパルスレーザソース又はツールを使用して、取り外されたバックプレーンラミネート型太陽電池の太陽側から罫書くことにより形成される。次いで、残りの最終的太陽電池（及びＭＩＢＳ）処理ステップが完了され（ツール１５ないし１９）、これらのステップは、太陽面テクスチャー化及びテクスチャー化後の湿式清掃（これは、レーザ罫書きされた隔離溝を清掃する）、ＰＥＣＶＤ太陽面不動態化及びＡＲＣ堆積（これは、ＭＩＢＳ前面及び側壁／縁も不動態化する）、及びバックプレーンにおける最終的な高導電率Ｍ２金属被覆（スクリーン印刷、ＰＶＤ及び／又はメッキの１つ又は適当な組み合わせを使用して）を含む。

【0107】

図２６のＭＩＢＳショットキーダイオード太陽電池実施は、１つの付加的なプロセスステップ（ＡＰＣＶＤ ＰＳＧ／ＵＳＧプロセスの直後のＰＳＧ／ＵＳＧ切除）を遂行するのに１つの付加的な製造プロセスツール（ツール８）しか要求しない。溝隔離領域は、剥離前及び剥離後に太陽電池を罫書き及び／又はトリミングするのに使用される同じツール又はレーザソース（１つ又は複数）を使用して形成される。従って、図２６の代表的な製造プロセスフローを使用して太陽電池と共にこのＭＩＢＳショットキーダイオード実施形態を具現化するための増分的コストは比較的僅かである。図２６のプロセスフローは、エピタキシャルシリコンロフトオフ基板形成を使用して作られる太陽電池及びＭＩＢＳについて図示して説明するが、同様のプロセスフローを使用して、エピタキシャルシリコンリフトオフ基板形成なしに出発結晶シリコンウェハに太陽電池及び関連ＭＩＢＳ装置を形成することができる。これは、出発ＦＺ又はＣＺ又は鋳造ワイヤソー結晶シリコンウェハを使用して行われる（従って、ツール１及び２を排除する）。この場合には、リフトオフ剥離がなく、ツール１４に示されたプロセスステップが溝隔離領域を形成する。図２６に示す他のプロセスステップは、全て、エピタキシャルシリコンリフトオフ処理について示したものと同じである。

【0108】

図２６のプロセスフローは、代表例として示されており、製造プロセスの複雑さの追加又は著しいコストの追加もなく太陽電池及びその関連ＭＩＢＳの組み合わせを製造するためにそのようなプロセスフローの多数の他の変形が考えられる。その場合も、ｎ型エピタキシャルシリコン層（又はエピタキシャルシリコンリフトオフ処理に代わってウェハを使用する場合にはｎ型シリコンウェハ）は、太陽電池及びＭＩＢＳ装置の両方についてモノリシック基板として働く。このｎ型シリコン基板層は、太陽電池の吸収材及びベースとして、並びに（Ｍ１アルミニウム対ｎ型シリコンショットキーコンタクトを含む）ＭＩＢＳショットキーバリアダイオードのｎ型基板領域として働く。ｎ＋の強くドープされた領域を形成するためのＡＰＣＶＤ ＰＳＧ支援プロセスは、太陽電池のベースオーミックコンタクト、及びＭＩＢＳショットキーダイオードのｎ型基板領域へのＭＩＢＳオーミックコンタクトの両方に使用される。太陽電池のＭ１−Ｍ２金属被覆は、ＭＩＢＳショットキーバリアダイオードへの接触をなし、一体型陰管理バイパススイッチとして太陽電池とのモノリシック相互接続を完成する。図２６のプロセスフローは、付加的な材料又は材料層を追加せずに、１つの簡単なプロセスステップ（ツール８）を追加するだけで、且つＭＩＢＳ関連の製造コストの比較的僅かな増加だけで、ＭＩＢＳ装置（この場合にはショットキーバリアダイオード）を高効率の後部コンタクト／後部接合バックプレーンラミネート型太陽電池と共にモノリシック集積できることを示している。図２６の実施形態は、太陽電池製造に既に使用されている同じ材料層及びプロセスをＭＩＢＳ実施に使用することができる。

【0109】

図２７は、ＭＩＢＳアルミニウム／ｎ型シリコンショットキーバリアダイオードを伴うエピタキシャル太陽電池（エミッタをもたない太陽電池）のための代表的な製造プロセスフローを示す。このプロセスフローは、１つのＡＰＣＶＤ ＢＳＧプロセスを使用して、強くドープされたｐ＋エミッタ（いわゆる単一のＢＳＧエミッタで、選択的エミッタのない）を形成するプロセスフローを使用して、高効率の後部コンタクト／後部接合太陽電池をそれに関連したＭＩＢＳショットキーバリアダイオードと共に製造する選択肢を示す。以前のフロー（図２６）で述べた二重ＢＳＧに代わってこのフローでは単一のＢＳＧを使用することを除いて、図２６及び２７のプロセスフローは、同等である。図２７のプロセスフローは、エピタキシャルシリコンリフトオフ基板形成を使用して作られる太陽電池及びＭＩＢＳについて図示して説明するが、同様のプロセスフローを使用して、エピタキシャルシリコンリフトオフ基板形成なしに、出発結晶シリコンウェハ上に太陽電池及び関連ＭＩＢＳ装置を形成することができる。これは、出発ＦＺ又はＣＺ或いは鋳造ワイヤソー結晶シリコンウェハを使用することにより行われる（従って、ツール１及び２を排除する）。この場合には、リフトオフ剥離がなく、ツール１２に示されたプロセスステップが溝隔離領域を形成する。図２７に示す他のプロセスステップは、全て、エピタキシャルシリコンリフトオフ処理について示したものと同じである。

【0110】

図２８は、ＭＩＢＳアルミニウム／ｎ型シリコンショットキーダイオードを伴うエピタキシャル太陽電池（選択的エミッタプロセスをもたない太陽電池）のための別の代表的な製造プロセスフローを示す。このプロセスフローは、１つのＡＰＣＶＤ ＢＳＧプロセスを使用して、強くドープされたｐ＋エミッタ（いわゆる単一ＢＳＧ非選択的エミッタ）を形成するプロセスフローを使用して、高効率の後部コンタクト／後部接合太陽電池をそれに関連したＭＩＢＳショットキーバリアダイオードと共に製造する選択肢を示す。この実施形態のＭＩＢＳショットキーバリアダイオードの製造を可能にするために、１つの特定のプロセスツールをフローに加えて（ツール５：ＡＰＣＶＤ ＵＳＧ又は非ドープ酸化物）、酸化物の非ドープ層を堆積し、ＭＩＢＳショットキーコンタクトに後で使用されるｎ型シリコン領域を保護する（Ｍ１アルミニウム又はアルミニウム−シリコン合金を使用して）。この追加されたツール５は、太陽電池のｎ＋ドープ領域をｐ＋エミッタ領域から分離できるようにすることにより（分離接合を形成することによる当接接合を防止するために）太陽電池プロセスフローにとっても有用である。ベース及びエミッタコンタクトをオープンするためにその後に使用されるこのパルスピコ秒（又はパルスフェムト秒またはパルスナノ秒）レーザ切除ツール（ツール９）は、ＭＩＢＳショットキーコンタクトのためのｎ型シリコン領域をオープンするのにも使用される。この単一の追加プロセスステップ及びツール（ツール５）は、パターン化Ｍ１プロセス中にショットキーコンタクト（アルミニウム対ｎ型シリコン）のその後の製造を許す。ＭＩＢＳショットキーバリアダイオードをイネーブルするこのプロセスフローに示すように、この実施形態における太陽電池を伴うＭＩＢＳの実施は、１つの付加的なプロセスステップ（２つのレーザ切除プロセスステップ間のＡＰＣＶＤ ＵＳＧ）だけを行うのに１つの付加的な製造プロセスツール（ツール５）しか要求しない。図２８のプロセスフローは、エピタキシャルシリコンリフトオフ基板形成を使用して作られる太陽電池及びＭＩＢＳについて図示して説明するが、同様のプロセスフローを使用して、エピタキシャルシリコンリフトオフ基板形成なしに、出発結晶シリコンウェハ上に太陽電池及び関連ＭＩＢＳ装置を形成することができる。これは、出発ＦＺ又はＣＺ或いは鋳造ワイヤソー結晶シリコンウェハを使用することにより行われる（従って、ツール１及び２を排除する）。この場合には、リフトオフ剥離がなく、ツール１３に示されたプロセスステップが溝隔離領域を形成する。図２８に示す他のプロセスステップは、全て、エピタキシャルシリコンリフトオフ処理について示したものと同じである。

【0111】

図２９は、ＭＩＢＳアルミニウム／ｎ型シリコンショットキーバリアダイオードを伴うエピタキシャル太陽電池（選択的エミッタをもつ太陽電池）のための別の代表的な製造プロセスフローを示す。このプロセスフローは、２つのＡＰＣＶＤ ＢＳＧプロセスを使用して、選択的エミッタエリアに対して強くドープされたｐ＋フィールドエミッタ及び更に強くドープされたｐ＋＋ドープのエミッタオーミックコンタクト（ｐ＋及びｐ＋＋領域は、全て、硼素ドープである）領域を形成するプロセスフロー（いわゆる二重ＢＳＧ選択的エミッタプロセス）を使用して、高効率の後部コンタクト／後部接合太陽電池を、それに関連したＭＩＢＳショットキーバリアダイオードと共に製造する選択肢を示す。ＭＩＢＳショットキーバリアダイオードの製造を可能にするために、１つの特定の追加プロセスが既存の太陽電池製造ツールにおいて遂行されて（ツール９は、ベース及びエミッタコンタクトホールをオープンすると共にｎ型シリコンショットキーコンタクト窓を露出するのに使用され）、ｎ＋シリコン層のパルスピコ秒（又はパルスフェムト秒）レーザ切除を遂行し、Ｍ１とのＭＩＢＳショットキーコンタクト形成のための露出した弱くドープされたｎ型シリコン領域を形成する。この単一の追加プロセスステップ（ツール９に付加的なレーザ切除ソースを追加することで、専用の製造ツールを追加することなく実行できる）は、パターン化Ｍ１形成プロセス中にショットキーコンタクト（アルミニウム対ｎ型シリコン）のその後の製造を許す。ＭＩＢＳショットキーバリアダイオードをイネーブルするこのプロセスフローに示すように、この実施形態における太陽電池を伴うＭＩＢＳの実施は、１つの付加的なプロセスステップしか要求しない（これは、既存のコンタクト切除ツール、即ちツール９において、ｎ＋シリコン切除を遂行して、露出した弱くドープされたｎ型シリコン領域を形成するように実行できる）。上述したプロセスフローは、ＭＩＢＳ装置（この場合には、ショットキーバリアダイオード）を、付加的な材料又は材料層を追加することなく、１つのプロセスステップ（ベース及びエミッタコンタクト開口を形成するのにも使用される共有太陽電池製造ツール９において遂行される）を追加するだけで、且つ僅かな増分的ＭＩＢＳ関係製造コストで、高効率の後部コンタクト／後部接合バックプレーンラミネート型太陽電池とモノリシックに且つ容易に一体化できることを示している。図２９のプロセスフローは、エピタキシャルシリコンリフトオフ基板形成を使用して作られる太陽電池及びＭＩＢＳについて図示して説明するが、同様のプロセスフローを使用して、エピタキシャルシリコンリフトオフ基板形成なしに、出発結晶シリコンウェハ上に太陽電池及び関連ＭＩＢＳ装置を形成することができる。これは、出発ＦＺ又はＣＺ或いは鋳造ワイヤソー結晶シリコンウェハを使用することにより行われる（従って、ツール１及び２を排除する）。この場合には、リフトオフ剥離がなく、ツール１３に示されたプロセスステップが溝隔離領域を形成する。図２８に示す他のプロセスステップは、全て、エピタキシャルシリコンリフトオフ処理について示したものと同じである。

【0112】

図３０は、ＭＩＢＳアルミニウム／ｎ型シリコンショットキーバリアダイオードを伴うエピタキシャル太陽電池（非選択的エミッタをもつ太陽電池）のための別の代表的な製造プロセスフローを示す。このプロセスフローは、１つのＡＰＣＶＤ ＢＳＧプロセスを使用して、強くドープされたｐ＋エミッタ領域を形成するプロセスフロー（いわゆる単一ＢＳＧ非選択的エミッタ）を使用して、高効率の後部コンタクト／後部接合太陽電池を、それに関連したＭＩＢＳショットキーバリアダイオードと共に製造する選択肢を示す。ＭＩＢＳショットキーバリアダイオードの製造を可能にするために、１つの特定の追加プロセスが既存の太陽電池製造ツール（ベース及びエミッタコンタクトホールをオープンするのにも使用されるツール７）において遂行されて、ｎ＋シリコン層のパルスピコ秒（又はパルスフェムト秒又はパルスナノ秒）レーザ切除を遂行し、パターン化Ｍ１とのＭＩＢＳショットキーコンタクト形成のための露出した弱くドープされたｎ型シリコン領域を形成する。この単一の追加プロセスステップ（専用の製造ツールを追加せずに実行できる）は、パターン化Ｍ１形成プロセス中にショットキーコンタクト（アルミニウム対ｎ型シリコン）のその後の製造を許す。ＭＩＢＳショットキーバリアダイオードをイネーブルするこのプロセスフローに示すように、この実施形態における太陽電池を伴うＭＩＢＳの実施は、１つの付加的なプロセスステップしか要求しない（これは、既存のコンタクト切除ツール、即ちツール７において、ｎ＋シリコン切除を遂行して、露出した弱くドープされたｎ型シリコン領域を形成するように実行できる）。上述したプロセスフローは、ＭＩＢＳ装置（この場合には、ショットキーバリアダイオード）を、付加的な材料又は材料層を追加することなく、１つのプロセスステップ（ベース及びエミッタコンタクト開口を形成するのにも使用される共有太陽電池製造ツール７において遂行される）を追加するだけで、且つ僅かな増分的ＭＩＢＳ関係製造コストで、高効率の後部コンタクト／後部接合バックプレーンラミネート型太陽電池とモノリシックに且つ容易に一体化できることを示している。図３０のプロセスフローは、エピタキシャルシリコンリフトオフ基板形成を使用して作られる太陽電池及びＭＩＢＳについて図示して説明するが、同様のプロセスフローを使用して、エピタキシャルシリコンリフトオフ基板形成なしに、出発結晶シリコンウェハ上に太陽電池及び関連ＭＩＢＳ装置を形成することができる。これは、出発ＦＺ又はＣＺ或いは鋳造ワイヤソー結晶シリコンウェハを使用することにより行われる（従って、ツール１及び２を排除する）。この場合には、リフトオフ剥離がなく、ツール１１に示されたプロセスステップが溝隔離領域を形成する。図３０に示す他のプロセスステップは、全て、エピタキシャルシリコンリフトオフ処理について示したものと同じである。

【0113】

図３１は、ＭＩＢＳアルミニウム／ｎ型シリコンショットキーバリアダイオードを伴うエピタキシャル太陽電池（その場でドープされたエピタキシャルｐ＋＋／ｐ＋エミッタをもつ太陽電池）のための別の代表的な製造プロセスフローを示す。このプロセスフローは、その場でのｐ＋＋／ｐ＋エミッタ（ｎ型ベース領域の形成後にエピタキシャルシリコンプロセスの終わりに堆積される）と共にエピタキシャル堆積を使用するプロセスフローを使用して、高効率の後部コンタクト／後部接合太陽電池を、それに関連したＭＩＢＳショットキーバリアダイオードと共に製造する選択肢を示す。このその場でのエミッタプロセスは、ＡＰＣＶＤ ＢＳＧエミッタドーピングの必要性を排除する（エピタキシャルシリコンプロセス中にエミッタ接合が既にその場で形成されるので）。ショットキーバリアダイオードの製造は、酸化物レーザ切除を使用してベース及びエミッタコンタクト開口をオープンし、且つパルスナノ秒レーザアニーリングを使用するコンタクト後のアニーリングを行うのにも使用される同じプロセスツールであるツール６を使用して、その場で形成されたｐ＋＋／ｐ＋エミッタシリコンのレーザ切除によりｎ型シリコン開口を使用して遂行される。これは、ＭＩＢＳ基板領域上のｎ型シリコンショットキーコンタクトにおいてＭ１（アルミニウム）の形成を可能にする。太陽電池及びＭＩＢＳの共通基板は、最初、（エピタキシャルシリコン層厚みの大きな部分に対して）ベース領域のためにｎ型シリコンドーピングでシリコンをエピタキシャル堆積し、次いで、ｐ＋ドープのエピタキシャルエミッタの薄い層、それに続いて、ｐ＋＋ドープのエミッタコンタクト層の薄い層を堆積することで形成される。エピタキシャルシード及びリフトオフ剥離層の両方として働く犠牲的多孔性シリコン（ツール１）の形成後に再使用可能な結晶シリコンテンプレート上にその場でドープされる（ベース及びエミッタ）エピタキシャル層が形成される。その場でドープされるエピタキシャル層（ツール２により形成される）は、後部コンタクト／後部接合太陽電池のベースに対して望ましいｎ型ベースドーピング（ＭＩＢＳショットキーバリアダイオード基板に対しても使用される）と、太陽電池エミッタ領域のためのｐ＋＋／ｐ＋ドーピングとを有する。後部コンタクト／後部接合電池処理（パターン化Ｍ１層を通しての処理）のほとんどは、その後、エピタキシャル層がテンプレートにより支持されている間に遂行される。これらのプロセスステップは、ＡＰＣＶＤ（大気圧化学蒸着）、パルスレーザ切除及びアニール、並びにアルミニウムペーストのスクリーン印刷及び硬化の組み合わせを使用して（図３１のツール８まで）、Ｍ１金属被覆層を通して後部コンタクト／後部接合太陽電池処理ステップを完了させる。これらのプロセスは、全て、太陽電池が再使用可能なシリコンテンプレートに支持されている間に遂行される。ＭＩＢＳショットキーバリアダイオードの製造を可能にするために、１つの特定の追加プロセスが既存の太陽電池製造ツール（ベース及びエミッタコンタクトホールをオープンするのにも使用されるツール６）において遂行されて、ｐ＋＋／ｐ＋シリコン層のパルスピコ秒（又はパルスフェムト秒又はパルスナノ秒）レーザ切除を遂行し、パターン化Ｍ１とのＭＩＢＳショットキーコンタクト形成のための露出した弱くドープされたｎ型シリコン領域を形成する。この単一の追加プロセスステップ（専用の製造ツールを追加せずに実行できる）は、Ｍ１プロセス中にショットキーコンタクト（アルミニウム対ｎ型シリコン）のその後の製造を許す。次いで、テンプレート上の太陽電池の裏面にバックプレーンが永久的に取り付けられ且つラミネートされる。その後（ツール１０において）、太陽電池（及びその関連ＭＩＢＳ）は、再使用可能なテンプレートからリフトオフされ且つ取り外され（剥離境界を画成するためのレーザ罫書き、機械的リフトオフ剥離、及びリフトされた太陽電池のレーザトリミングにより）、そしてＭＩＢＳ領域を区画し且つ電気的に隔離するための溝隔離領域は、取り外されたバックプレーンラミネート型太陽電池の太陽面から罫書きにより形成され、ある場合には、シリコンの剥離前罫書き、及び／又は太陽電池及びＭＩＢＳ周囲境界の剥離後トリミングを遂行するのにも使用される同じパルスレーザソース又はツールを使用して形成される。次いで、残りの最終的な太陽電池（及びＭＩＢＳ）処理ステップが完了され（ツール１１から１５）、これは、太陽面テクスチャー化及びテクスチャー化後の湿式清掃（レーザで罫書きされた隔離溝も清掃する）、ＰＥＣＶＤ太陽面不動態化及びＡＲＣ形成（ＭＩＢＳ前面及び側壁／縁も不動態化する）、及びバックプレーンにおける最終的な高導電率Ｍ２金属被覆及び導電性ビアプラグ（スクリーン印刷、ＰＶＤ及び／又はメッキの１つ又は適当な組み合わせを使用して）を含む。ＭＩＢＳショットキーバリアダイオードをイネーブルするこのプロセスフローに示すように、この実施形態の太陽電池を伴うＭＩＢＳ実施は、１つの付加的なプロセスステップしか要求しない（既存のコンタクト切除ツール、即ちツール６において、ｐ＋＋／ｐ＋シリコン切除を遂行して、露出した弱くドープされたｎ型シリコン領域を形成するのに実行できる）。溝隔離プロセスは、実際には、剥離前及び剥離後に太陽電池を罫書き及び／又はトリミングするのに使用される同じツール又はレーザソースを使用して遂行される。それ故、この特定の代表的製造プロセスフローを使用して太陽電池と共に本発明のＭＩＢＳショットキーバリアダイオード実施形態を具現化するためのコスト増加は本質的に僅かである。このプロセスフローは、代表例として示されており、製造プロセスの複雑さ又はコストを追加することなく太陽電池及び関連ＭＩＢＳ装置の組み合わせを製造するためのそのようなプロセスフローの多数の他の変形が考えられる。この場合も、ｎ型エピタキシャルシリコン層は、太陽電池及びＭＩＢＳ装置の両方に対してモノリシック基板として働く。このｎ型基板層は、太陽電池の吸収材及びベース領域として働くと共に、ＭＩＢＳショットキーバリアダイオードのｎ型基板領域（Ｍ１アルミニウム対ｎ型シリコンショットキーコンタクトを含む）として働く。ｎ＋の強くドープされた領域を形成するためのＡＰＣＶＤ ＰＳＧは、太陽電池ベース領域オーミックコンタクトと、ＭＩＢＳショットキーバリアダイオードのｎ型基板領域へのＭＩＢＳオーミックコンタクトとの両方に使用される。又、太陽電池Ｍ１−Ｍ２金属被覆は、ＭＩＢＳショットキーバリアダイオードへの接触をなし、そして一体型陰管理バイパススイッチとして太陽電池とのモノリシック相互接続を完成するのにも使用される。上述したプロセスフローは、ＭＩＢＳ装置（この場合には、ショットキーバリアダイオード）を、付加的な材料又は材料層を追加することなく、１つのプロセスステップ（ベース及びエミッタコンタクト開口を形成するのにも使用される共有太陽電池製造ツール６において遂行される）を追加するだけで、且つ僅かな又は無視できる増分的ＭＩＢＳ関係製造コストで、高効率の後部コンタクト／後部接合バックプレーンラミネート型太陽電池とモノリシックに且つ容易に一体化できることを示している。本発明の実施形態は、太陽電池に既に使用されているものと同じ材料層及びプロセスをＭＩＢＳ実施に使用する。

【0114】

上述した代表的なプロセスフローは、主太陽電池プロセスフローへの無視できる程度の又は僅かなコスト追加でモノリシック製造プロセスを使用して太陽電池と共にショットキーバリアダイオード又はｐｎ接合ダイオードのいずれかのＭＩＢＳ装置を実施するための本発明の幾つかの実施形態を示す。

【0115】

周囲ＭＩＢＳダイオードは、ＭＩＢＳシリコンリム（図３２に見られる）のｎ型シリコン領域に分散されたｎ型領域（図１６に見られる）又はセグメント化ｐ＋ドープのアイランドの間にサンドイッチされた連続的閉ループｐ＋ドープの接合を有する。セグメント化ｐ＋ドープのアイランドは、Ｍ２をモノリシック集積の太陽電池及びＭＩＢＳ基板の外縁から若干引っ込めることを許す。図３２には、１つのセグメント化アイランド設計が示されているが、他のセグメント化設計も考えられる。

【0116】

図３２は、複数のセグメント化ｐｎ接合領域又はアイランドをＭＩＢＳ ｎ型シリコン基板領域（Ｍ１金属被覆の前に示す）内にもつＭＩＢＳ後部コンタクト／後部接合太陽電池実施形態の平面図である。太陽電池アイランド２２０は、溝隔離領域２２６により取り巻かれ、この領域は、ｎドープ領域２２２及びｐｎ接合アイランド領域２２４より成るＭＩＢＳリム領域から太陽電池２２０を区画し且つ隔離し、それらは、全て、共通の連続的バックプレーンを共有し、そして共通の、最初は連続的で、その後に区画される太陽電池半導体基板から形成される。この構造では、太陽電池アイランド２２０は、全周リムｐｎ接合ダイオードから全周閉ループ溝分離により区画され隔離される。ＭＩＢＳ ｐｎ接合ダイオードについて図３２に示した同じ設計を、アイランド領域２２６がＭ１アルミニウム対ｎ型シリコンのショットキーコンタクト領域であるショットキーバリアダイオードにも適用することができる。

【0117】

図３３Ａは、図３２に示すもののように、ＭＩＢＳ ｎ型シリコン基板領域（代表的なＭ１パターンと共にＭ１金属被覆の後に示された）内に複数のセグメント化ｐｎ接合領域又はアイランドを使用する代表的なＭＩＢＳリムダイオードのための第１レベル金属被覆パターン（Ｍ１）実施形態の平面図である。図３３Ｂは、説明上与えられた図３３Ａの拡大図である。ＭＩＢＳリムダイオード及び太陽電池の寸法は、正しい縮尺で示されていない。この特定例は、全周閉ループ溝隔離を使用して全周リムｐｎ接合ダイオードから区画及び隔離された主太陽電池アイランドを示す。この設計は、メッシュタイプＭ１パターンでＭＩＢＳ装置のｎ型シリコン基板領域へのオーミックコンタクトを形成するのを許す（従って、太陽電池へのＭＩＢＳ装置のＭ２−Ｍ１相互接続に対して別の代替的Ｍ２設計を許す）。又、ＭＩＢＳ ｐｎ接合ダイオードについて上述した同じ設計をショットキーバリアダイオードに適用することもできる（リムアイランドは、Ｍ１アルミニウム対ｎ型シリコンショットキーコンタクト領域である）。

【0118】

図３３Ａ及び３３Ｂは、バスバーレス櫛型太陽電池ベース及びエミッタ金属（Ｍ１）、例えば、アルミニウム、フィンガー２３５と、ＭＩＢＳダイオードｐ＋及びｎ型基板オーミックコンタクトを形成するアルミニウム金属被覆コンタクトとを示す。溝隔離領域２４４は、太陽電池をＭＩＢＳバイパスダイオード領域から区画し且つ隔離する。ベース金属被覆フィンガー２３６として示された太陽電池のｎドープ領域に、及びｎドープ領域金属被覆コンタクト２３４として示されたＭＩＢＳバイパスダイオード２３０のｎドープ領域にも、アルミニウムコンタクト金属が配置される（ｎ＋コンタクト拡散領域を通してオーミックコンタクトが作られる）。エミッタ金属被覆フィンガー２３８として示された太陽電池のｐ＋ドープ領域に、及びｐ＋ドープ領域金属被覆コンタクト２４２として示されたＭＩＢＳバイパスダイオード２３２のｐ＋ドープ領域にも、アルミニウムコンタクト金属が配置される（ｐ＋コンタクト拡散領域を通してオーミックコンタクトが作られる）。アルミニウム又はアルミニウム−シリコンペースト層のスクリーン印刷により、又はアルミニウム又はアルミニウム−シリコン合金の物理的蒸着（ＰＶＤ）に続くパターン化プロセスにより、パターン化Ｍ１アルミニウム金属被覆層が形成される。アルミニウム層の厚みは、ＰＶＤにより形成されるＭ１アルミニウムについては１ミクロンの小部分から数ミクロンまでの範囲であり、そしてアルミニウムペーストのスクリーン印刷により形成されたアルミニウムについては数ミクロンから数十ミクロン（例えば、約２０ミクロン）の範囲である。

【0119】

Ａｌ／ｎ−ＳｉショットキーバリアダイオードＭＩＢＳでは、ショットキーコンタクトのためのｎ型シリコン上のアルミニウムコンタクトは、純粋なアルミニウムで作られたペーストであるか、又はシリコンへのアルミニウムスパイクの可能性を軽減又は排除するためにシリコンをある程度添加したアルミニウム合金で作られたペーストである（太陽電池のＭ１単一印刷又は二重印刷について同じペーストが使用される）。

【0120】

任意であるが、ＭＩＢＳ ｐｎ接合ダイオードにおける太陽の光発生作用は、不動態化を低下させそしてＭＩＢＳリムダイオードにおける前面再結合速度（ＦＳＲＶ）を実質的に高めるための太陽電池の太陽面におけるＭＩＢＳダイオードリムの線端(end-of-the-line)レーザ照射を含む多数の技術の１つにより抑制され又は軽減される。或いは又、ＭＩＢＳダイオードリム面には、適当な安価な黒い光阻止(light blocker)インクが塗られ、そのような光阻止インクは、インクジェット又はスクリーン印刷で塗布される。或いは又、ｐｎ接合コンタクトのＭ１金属コンタクトエリアカバレージを最大にし、従って、（太陽電池ではなく）ＭＩＢＳ装置における金属コンタクト再結合ロスを増加するＭ１パターン設計が使用されてもよい。

【0121】

上述した金属被覆構造体は、２レベルの金属被覆スキームでＭ１及びＭ２の両層の組み合わせを使用する太陽電池及びＭＩＢＳ（例えば、ｐｎ接合ダイオード又はショットキーバリアダイオード）の金属被覆及び相互接続を有する。別の金属被覆構造体では、ＭＩＢＳの完全な金属被覆がＭ１レベルで生じ、そしてＭ２は、太陽電池の最終的高導電率金属被覆のみに使用される。この解決策は、ＭＩＢＳのｐｎ接合又はショットキーダイオードが、ミニ電池又はタイル状ミニ電池の電池アレイと一体化されて、図１５に示すように、マスター電池（直列接続のミニ電池又は溝隔離タイルで作られたマスター電池）を形成するときに、特に魅力的である。Ｍ１レベルにおけるＭＩＢＳの完全な金属被覆は、タイル状電池をもたない太陽電池と共に使用されてもよい。

【0122】

関連太陽電池へのＭ１のみのＭＩＢＳ金属被覆及びＭＩＢＳダイオード（ｐｎ接合ダイオード又はショットキーバリアダイオード）の相互接続は、次のことを考慮する。（ｉ）Ｍ２を、太陽電池の櫛型Ｍ１フィンガーに到達する導電性Ｍ２−Ｍ１ビアプラグを通しての太陽電池金属被覆及び相互接続専用とする；（ii）ＭＩＢＳダイオード金属被覆エリアに到達するＭ２−Ｍ１ビアプラグの排除；（iii）Ｍ２を、全ＭＩＢＳ一体化太陽電池周縁に対して引っ込め且つオフセットさせて、銅メッキを使用するときの片面Ｍ２銅メッキツールのような幾つかのＭ２金属被覆プロセスに対して魅力的なものにする。

【0123】

図３４Ａは、図１６に示されたもののように、周囲ＭＩＢＳリムｐｎ接合ダイオードを伴う後部コンタクト／後部接合太陽電池のための第１レベルのみの金属被覆及びＭＩＢＳ／太陽電池相互接続パターン（Ｍ１）の平面図である。図３４Ａの構造において、第１レベル金属（Ｍ１金属被覆パターン）は、Ｍ１のみを使用する太陽電池及び関連ＭＩＢＳ ｐｎ接合ダイオード装置を完全に相互接続するのに使用され、従って、最終的な太陽電池金属被覆のみに対して付加的な金属被覆層（例えば、バックプレーン上に形成されるＭ２金属被覆層）を使用し、この場合、導電性Ｍ２−Ｍ１ビアプラグは、太陽電池の櫛型エミッタ及びベースＭ１フィンガーのみに到達しそして接続される。

【0124】

図３４Ｂは、説明上与えられた図３４Ａの拡大図である。図３４Ａ及び３４Ｂの構造は、櫛型太陽電池ベース及びエミッタ金属（Ｍ１）、例えば、アルミニウム又はアルミニウム−シリコン合金、櫛型フィンガー２５０と、ＭＩＢＳダイオードｐ＋及びｎ型基板オーミックコンタクトを形成するアルミニウム金属被覆コンタクトとを含む。溝隔離領域２６０は、太陽電池をＭＩＢＳバイパスダイオード領域から区画し且つ隔離する。ベース金属被覆フィンガー２５６として示された太陽電池のｎドープ領域に、及びｎドープ領域金属被覆コンタクト２６４として示されたＭＩＢＳバイパスダイオード２５２のｎドープ領域にも、アルミニウム又はアルミニウム−シリコン合金コンタクト金属が配置される（ｎ＋コンタクト拡散領域を通してコンタクトが作られる）。又、エミッタ金属被覆フィンガー２５８として示された太陽電池のｐ＋ドープ領域に、及びｐ＋ドープ領域金属被覆コンタクト２６２として示されたＭＩＢＳバイパスダイオード２５４のｐ＋ドープ領域にも、アルミニウムコンタクト金属が配置される（ｐ＋コンタクト拡散領域を通してコンタクトが作られる）。

【0125】

同様に、図３４Ａ及びＢは、ｎ型シリコンショットキーバリアダイオード上にアルミニウムを使用する全周リムダイオードに対する第１レベルのみの金属被覆及びＭＩＢＳ／太陽電池相互接続パターン（Ｍ１）を示すのに使用される。上述したように、この場合に、第１レベル金属（Ｍ１金属被覆パターン）は、Ｍ１のみを使用して太陽電池及び関連ＭＩＢＳショットキーバリアダイオード装置を完全に相互接続するのに使用され、従って、付加的な金属被覆層（例えば、バックプレーン上のＭ２金属被覆層）は、最終的な太陽電池金属被覆のみに使用され、この場合に、導電性Ｍ２−Ｍ１ビアプラグは、太陽電池の櫛型エミッタ及びベースＭ１フィンガーのみに到達しそしてそれに接続される。

【0126】

図３４Ａ及びＢを参照して上述したアルミニウム・オン・ｎ型シリコンのショットキーバリアダイオード実施形態を使用する全周リムダイオードのための第１レベルのみの金属被覆及びＭＩＢＳ／太陽電池相互接続パターン（Ｍ１）では、電池は、バスバーレス櫛型太陽電池ベース及びエミッタ金属（アルミニウム）オーミックフィンガー２５０と、ＭＩＢＳダイオードショットキー及びオーミックコンタクトを形成するアルミニウム金属被覆コンタクトとを備えている。ベース金属被覆オーミックフィンガー２５６として示された太陽電池のｎドープ領域に、及びｎドープ領域金属被覆コンタクト２６４として示されたＭＩＢＳショットキーバイパスダイオード２５２のオーミックコンタクトｎドープ領域にも、アルミニウムコンタクト金属が配置される（ｎ＋コンタクト拡散領域はｎドープシリコンに接触する）。又、エミッタ金属被覆オーミックフィンガー２５８として示された太陽電池のｐ＋ドープ領域にアルミニウムコンタクト金属が配置される（ｐ＋コンタクト拡散領域を通して）。ＭＩＢＳバイパスダイオード２５４の弱くドープされたｎ型領域に、例えば、ｎ型表面のみに、ショットキーコンタクト金属２６２が配置される。

【0127】

ＭＩＢＳ実施形態は、多孔性シリコン犠牲的及びエピタキシャルシリコンリフトオフ処理により形成された薄い（２００μｍ以下の厚み及び１００μｍ以下の薄い厚み）結晶シリコン吸収材層並びにそれに関連する連続的バックプレーンを使用する後部コンタクト／後部接合結晶シリコン太陽電池に関連して以上に述べたが、ここに開示する要旨に基づくＭＩＢＳ実施形態は、次のものを含む（それに限定されないが）他の太陽電池及びＰＶモジュール実施形態にも適用できることを理解されたい。
−陽子又は水素のイオンインプランテーション及び剥離、金属応力誘起の薄いシリコン剥離、或いはスラリー又はダイアモンドワイヤソーで作られる結晶シリコンウェハの厚みのようなカーフレスの薄いシリコン剥離技術によって製造される結晶シリコンで作られた太陽電池基板及びそれにより得られる太陽電池。
−結晶砒化ガリウム、窒化ガリウム、ゲルマニウム、炭化シリコン、他の化合物半導体、等の他の結晶半導体材料を使用して作られた太陽電池。
−非ＩＢＣ後部コンタクト太陽電池（ＭＷＴ太陽電池を含むがこれに限定されない）。
−前部コンタクト太陽電池及びそのような全部コンタクト電池を含むＰＶモジュール。
−太陽電池ウェハがバックプレーンに取り付けられるようにしてワイヤソー及び他のウェハ技術を使用して作られた結晶半導体ウェハ（例えば、ＣＺ又はＦＺ単結晶シリコンウェハ又は鋳造多結晶シリコンウェハ）から形成された後部コンタクト／後部接合並びに前部コンタクト太陽電池を含むウェハベースの太陽電池。

【0128】

後部コンタクト／後部接合の電池は、幾つかの用途において、ＭＩＢＳ実施形態を最終的モジュールアッセンブリに悪影響を及ぼすことなく具現化できるので好都合である。（例えば、バックプレーンに支持された薄い結晶半導体のような後部コンタクト／後部接合（ＩＢＣ）太陽電池を使用する）電池の裏面にエミッタ及びベースの両相互接続リードが利用できることは、種々のＭＩＢＳ実施形態に対して好都合である。

【0129】

更に、ここに開示する太陽電池実施形態は、堅牢なガラスで覆われたモジュール、又はガラスカバーをもたない柔軟な軽量光起電力モジュールラミネートのような種々の材料において電池モジュールとしてパッケージされる。

【0130】

実施形態の以上の説明は、当業者が請求の範囲の要旨を利用できるようにするために述べられたものである。当業者であれば、それらの実施形態に対する種々の変更が容易に明らかであろうし、又、革新的才能を使用しなくても、ここに定義する一般的な原理を他の実施形態に適用することができるであろう。従って、請求の範囲に述べた要旨は、ここに示した実施形態に限定されるものではなく、ここに開示した原理及び新規な特徴に一致する最も広い範囲が与えられるものとする。

【符号の説明】

【0131】

２：サブストリング
４：バイパスダイオード
６：陰に入る電池
８：部分的に陰に入る行
１０：陰に入る電池
２０：バイパスダイオード
２２：隔離溝
２４：太陽電池アイランド
２６：バイパスダイオード
２７、２８：隔離溝
３０：電池
３２、３８：シリコン領域
３４：表面領域
３６：全周溝隔離領域
４０：太陽電池アイランド
４２：全周隔離溝
４４：シリコン領域
４６：接合領域
４８：ＭＩＢＳダイオードアイランド
５０：太陽電池
６０：太陽電池
６２：バックプレーンシート
６４：溝隔離領域
６６：ＭＩＢＳリムダイオード
６８：太陽電池アイランド
７０：被膜層
７２：ｐｎ接合ダイオード領域
７４：バイパススイッチ領域
８２、８４：金属被覆コンタクト
８６：溝隔離領域
８８：ベース金属被覆フィンガー
９２、９４：バイパスダイオード
９６：金属フィンガー
１００：導電性ビアプラグ
１０２：エミッタバスバー
１０４：ベースバスバー
１０６：櫛型フィンガー
１０８：ベースバスバーフィンガー
１１０：エミッタバスバーフィンガー
１１２：エミッタ櫛型フィンガー
１２２：エミッタバスバー
１２４：ベースバスバー
１２６：櫛型ベースフィンガー
１２８：櫛型エミッタフィンガー
１３０：ベースバスバーフィンガー
１３２：エミッタバスバーフィンガー
１４０：太陽電池アイランド
１４２：全周溝隔離領域
１４４：ＭＩＢＳリムダイオード
１４６：太陽電池エリア
１４８：溝隔離領域
１５０：ＭＩＢＳリムダイオード
１５２：太陽電池エリア
１５４：溝隔離領域
１５６：ＭＩＢＳリムダイオード
１５８：太陽電池エリア
１６０：溝隔離領域
１６２：ＭＩＢＳダイオード
１６４：太陽電池エリア
１６６：溝隔離領域
１６８：ＭＩＢＳダイオード
１７０：太陽電池エリア
１７２：溝隔離領域
１７４：ＭＩＢＳリムダイオード

【図1A】

【図1B】

【図2A】

【図2B】

【図3A】

【図3B】

【図4A】

【図4B】

【図5】

【図6】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18A】

【図18B】

【図19A】

【図19B】

【図20B】

【図21】

【図22】

【図23A】

【図23B】

【図23C】

【図23D】

【図23E】

【図23F】

【図23G】

【図23H】

【図23I】

【図23J】

【図23K】

【図23L】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】

【図29】

【図30】

【図31】

【図32】

【図33B】

【図34B】

【図7】

【図20A】

【図33A】

【図34A】