特許 6837036 ベース拡散エリアを小さくした太陽電池および該製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6837036

(24)【登録日】2021年2月10日

(45)【発行日】2021年3月3日

(54)【発明の名称】ベース拡散エリアを小さくした太陽電池および該製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 31/068 20120101AFI20210222BHJP

   H01L 31/0224 20060101ALI20210222BHJP

   H01L 31/0352 20060101ALI20210222BHJP

【ＦＩ】

   H01L31/06 300

   H01L31/04 260

   H01L31/04 340

【請求項の数】11

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2018-167275(P2018-167275)

(22)【出願日】2018年9月6日

(62)【分割の表示】特願2017-83513(P2017-83513)の分割

【原出願日】2007年6月6日

(65)【公開番号】特開2019-9460(P2019-9460A)

(43)【公開日】2019年1月17日

【審査請求日】2018年10月5日

(31)【優先権主張番号】11/492,282

(32)【優先日】2006年7月24日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】505379467

【氏名又は名称】サンパワー コーポレイション

(74)【代理人】

【識別番号】110000877

【氏名又は名称】龍華国際特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】デ・セウスター，デニス

(72)【発明者】

【氏名】カズンズ，ピーター，ジェイ

【審査官】 原 俊文

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００１−１８９４８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−１２４６９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５７−１０２０７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５７−１６４５８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−１７２１９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００４／０２００５２０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００２−０５７３５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第４９２７７７０（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ３１／００−３１／２０

ＩＥＥＥ Ｘｐｌｏｒｅ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

太陽電池であって、
接合を形成する、第１拡散領域および第２拡散領域と、
前記第１拡散領域に電気的に結合された第１金属構造体および第２拡散領域に電気的に結合された第２金属構造体であって、前記第２金属構造体の一部が前記第１拡散領域上に延在している、第１金属構造体および第２金属構造体と、
前記第１拡散領域上に配置される第１絶縁体領域であって、前記第１金属構造体が、前記第１絶縁体領域内の開口を通して前記第１拡散領域に電気的に結合されている、第１絶縁体領域と、
前記第２拡散領域上に配置され、前記第１絶縁体領域と連続する第２絶縁体領域であって、前記第２金属構造体が、前記第２絶縁体領域内の開口を通して前記第２拡散領域に電気的に結合されている、第２絶縁体領域と、
前記第２金属構造体と前記第１拡散領域との間の第３絶縁体領域と、を含み、
前記第１拡散領域がエミッタ拡散領域であり、前記第２拡散領域がベース拡散領域であり、
前記エミッタ拡散領域が、２つまたは２つより多い別個のベース拡散領域を囲む連続的な層である、
太陽電池。

【請求項2】

前記第３絶縁体領域が、前記第１絶縁体領域上に配置されている、請求項１に記載の太陽電池。

【請求項3】

前記第３絶縁体領域が、前記第２絶縁体領域上に配置されている、請求項１または２に記載の太陽電池。

【請求項4】

前記第１拡散領域が、前記第２拡散領域と直接接触している、請求項１〜３のいずれか１項に記載の太陽電池。

【請求項5】

前記エミッタ拡散領域がホウ素でドープされており、前記ベース拡散領域がリンでドープされている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の太陽電池。

【請求項6】

前記第３絶縁体領域がポリイミドを含む、請求項１〜５のいずれか１項に記載の太陽電池。

【請求項7】

前記第３絶縁体領域が、前記接合の上に配置されている、請求項１〜６のいずれか１項に記載の太陽電池。

【請求項8】

前記第３絶縁体領域が、前記第２金属構造体と前記第１拡散領域との間、及び前記第２金属構造体と前記第２拡散領域との間に配置されている、請求項１〜７のいずれか１項に記載の太陽電池。

【請求項9】

前記第１拡散領域が、前記第２拡散領域の断面サイズよりも大きな断面サイズを有する、請求項１〜８のいずれか１項に記載の太陽電池。

【請求項10】

太陽電池を製造する方法であって、
第１拡散領域および第２拡散領域を形成して接合を形成する段階と、
前記第１拡散領域に電気的に結合する第１金属構造体および第２拡散領域に電気的に結合する第２金属構造体を、前記第２金属構造体の一部が前記第１拡散領域上に延在するように形成する段階と、
前記第１拡散領域上に配置される第１絶縁体領域を、前記第１金属構造体が、前記第１絶縁体領域内に形成された開口を通して前記第１拡散領域に電気的に結合されるように形成する段階と、
前記第２拡散領域上に配置され、前記第１絶縁体領域と連続する第２絶縁体領域を、前記第２金属構造体が、前記第２絶縁体領域内に形成された開口を通して前記第２拡散領域に電気的に結合されるように形成する段階と、
前記第２金属構造体と前記第１拡散領域との間に第３絶縁体領域を形成する段階と、を含み、
前記第１拡散領域および前記第２拡散領域を形成して前記接合を形成する前記段階が、前記第１拡散領域をエミッタ拡散領域として形成し、前記第２拡散領域をベース拡散領域として形成する段階を含み、
前記エミッタ拡散領域が、２つまたは２つより多い別個のベース拡散領域を囲む連続的な層である、
方法。

【請求項11】

前記第３絶縁体領域を前記形成することが、スクリーン印刷またはインクジェット印刷法を実施することを含む、請求項１０に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、太陽電池に関する。より詳細には、太陽電池構造に関するが、それに限定されることはない。

【背景技術】

【0002】

太陽電池は、太陽の照射を電気エネルギーに変換する公知の装置である。太陽電池は、半導体プロセス技術を使用して、半導体ウェハ上に製造することができる。一般に、太陽電池は、シリコン基板内にＰ型及びＮ型の拡散領域を形成することによって製造することができる。太陽電池に当てられた太陽照射によって、電子及び正孔が生成し、これらは、拡散領域へと移動し、それにより、拡散領域間で電圧差が生じる。背面電極型太陽電池（back side contact solar cell）では、両拡散領域及びそれらに結合されている金属グリッドが、太陽電池の背面に設けられている。この金属グリッドによって、外部電気回路を太陽電池に結合でき、太陽電池によって該外部電気回路に給電を行うことが可能となる。背面電極型太陽電池は、米国特許第５０５３０８３号及び第４９２７７７０号明細書にも記載されており、これらの文献は参照によりここに援用される。

【0003】

効率は、太陽電池の電力発生の性能に直接的に関係するので、太陽電池の最も重要な特徴である。したがって、太陽電池の効率を増大させる技術が、一般に望まれている。本発明は、従来の太陽電池と比較してより高い効率を可能にする改善された背面電極型太陽電池構造を開示する。

【発明の概要】

【0004】

一態様では、太陽電池は、背面に形成されたベース拡散領域及びエミッタ拡散領域を有する。エミッタ拡散領域は、太陽電池において小数電荷キャリアを収集するように構成されており、ベース拡散領域は、多数電荷キャリアを収集するように構成されている。エミッタ拡散領域は、ベース拡散領域を分離する連続する領域であってよい。各ベース拡散領域の面積は小さくなっていてよく、それにより、小数電荷キャリアは減少し、多数電荷キャリアの横方向流れによる直列の抵抗損失も実質的に増大することはない。各ベース拡散領域は、例えばドット（dot）の形状を有していてよい。

【0005】

本発明の上記の及び他の特徴は、添付の図面及び特許請求の範囲を含む本開示全体を読むことによって、当業者に直ちに明らかとなるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】背面電極型太陽電池の断面図であり、電荷キャリアの横方向の輸送を概略的に示す。

【図2】拡散領域のピッチがウェハの厚みより小さく作られている場合の、図１の太陽電池の電荷キャリアの垂直方向の輸送を概略的に示す。

【図3(a)】集光型システムにおいて使用されている太陽電池の一例の断面図である。

【図3(b)】集光型システムにおいて使用されている太陽電池の一例の斜視図である。

【図4】ストリップ状拡散領域を有する太陽電池の一例を示す。

【図5】本発明の態様による太陽電池を概略的に示す。

【図6(a)】本発明の態様に基づく、図５の太陽電池の変形を概略的に示す。

【図6(b)】本発明の態様に基づく、図５の太陽電池の変形を概略的に示す。

【図7(a)】本発明の態様に基づく、図５の太陽電池の変形を概略的に示す。

【図7(b)】本発明の態様に基づく、図５の太陽電池の変形を概略的に示す。

【図8(a)】本発明の態様に基づく、図５の太陽電池の変形を概略的に示す。

【図8(b)】本発明の態様に基づく、図５の太陽電池の変形を概略的に示す。

【図9(a)】本発明の態様による太陽電池の製造過程の一断面図を示す。

【図9(b)】本発明の態様による太陽電池の製造過程の一断面図を示す。

【図9(c)】本発明の態様による太陽電池の製造過程の一断面図を示す。

【図9(d)】本発明の態様による太陽電池の製造過程の一断面図を示す。

【図9(e)】本発明の態様による太陽電池の製造過程の一断面図を示す。

【発明を実施するための形態】

【0007】

異なる図面においても、同じ参照番号が使用されていれば、同じ又は類似の構成要素を指す。

【0008】

本開示では、本発明の態様をよく理解できるように、多数の特定の詳細、例えば構造及び製造ステップの例が提案されている。しかし、当業者は、１つ又は複数の前記詳細がなくとも本発明が実施可能であることを理解するであろう。

【0009】

本開示は、太陽電池の製造に関する。太陽電池の製造プロセスは、同一出願人による開示、つまり、William P. Mulligan、Michael J. Cudzinovic、Thomas Pass、David Smith、Neil Kaminar、Keith McIntosh及びRichard M. Swansonによる２００３年４月１０日出願の「Improved Solar Cell and Method of Manufacture」と題する米国特許出願第１０
／４１２６３８号明細書、William P. Mulligan、Michael J. Cudzinovic、Thomas Pass
、David Smith及びRichard M. Swansonによる２００３年４月１０日出願の「Metal Contact Structure for Solar Cell and Method of Manufacture」と題する米国特許出願公開
第２００４／０２００５２０号（出願第１０／４１２６３８号）明細書、並びにSmithら
に特許された米国特許第６９９８２８８号明細書にも開示されており、これらの文献は、参照によりここに援用される。

【0010】

通常の操作では、少数電荷キャリアは太陽電池のエミッタ拡散領域に収集され、多数電荷キャリアはベース拡散領域に収集される。Ｎ型基板を有する背面電極型太陽電池の場合には、少数電荷キャリアは、Ｐ型拡散領域（この場合には「エミッタ拡散領域」）によって収集され、金属グリッドを介して正極端子に導通している。多数電荷キャリアは、Ｎ型拡散領域（この場合には「ベース拡散領域」）によって収集され、金属グリッドを介して負極端子に導通している。キャリアの生成のほとんどが太陽電池の前面で起こる場合には、多数電荷キャリア及び少数電荷キャリアの両キャリアは、拡散領域によって収集されるべく、生成地点から背面へと移動しなくてはならない。この距離は、「キャリア移動距離（carrier path length）」とも呼ばれ、背面電極型太陽電池の性能を決定する上での重
要なパラメータとなる。

【0011】

多数及び少数電荷キャリアの移動距離は、太陽電池の背面の拡散領域のピッチ（つまり間隔）に依存する。ピッチが大きくなればなるほど、電荷キャリアは、収集されるために生成地点から横方向により長い距離を移動しなくてはならない。図１に、背面電極型太陽電池の一例の断面図を示し、電荷キャリアの横方向輸送を概略的に例示する。図１のの例では、太陽電池はウェハ１０１を備えており、このウェハ１０１は、その背面にベース拡散領域１０２及びエミッタ拡散領域１０３を有している。ベース金属指（metal finger）１０５によって、ベース拡散領域１０２との外部電気接続が可能となり、エミッタ金属指１０６によって、エミッタ拡散領域との外部電気接続が可能となる。これらの拡散領域の上には、絶縁体層１０４が形成されている。図１の例では、ウェハ１０１は、約０．２００ｍｍの厚みを有するＮ型シリコンウェハであり、拡散領域のピッチは、約２．０００ｍｍである。黒丸は、この例では多数電荷キャリアである電子を表す。白丸は、この例では
少数電荷キャリアである正孔を表す。点線は、ウェハ１０１内での電荷キャリアの移動路を表す。

【0012】

少数電荷キャリア及び多数電荷キャリアの横方向の移動は、背面電極型太陽電池に２つの不都合な損失機構をもたらす。つまり（ａ）少数電荷キャリアの横方向の輸送による少数電荷キャリアの再結合の増加、及び（ｂ）多数電荷キャリアの横方向の輸送による直列抵抗の増大、をもたらす。ピッチは、図１の例のウェハの厚みより数倍大きいので、電荷キャリアの横方向輸送、ひいてはそれに関連する損失も甚大となる。

【0013】

ピッチが、ウェハの厚みより数倍小さいのであれば、電荷キャリア輸送は、ほぼ一次元（垂直方向の輸送）となり、前述した横方向の損失機構は抑えられる。これについて、図２に概略的に示す。図２は、図１の太陽電池において、拡散領域のピッチをウェハ１０１の厚みよりも小さくした場合の電荷キャリアの垂直方向の輸送を示している。図１及び２の太陽電池は、ウェハ１０１の厚み及び拡散領域のピッチ以外の構成は同じである。図２の例では、ウェハ１０１の厚みは０．１５０ｍｍであり、拡散領域のピッチは、約０．０５０ｍｍである。黒丸は、この例では多数電荷キャリアである電子を表す。白丸は、この例では少数電荷キャリアである正孔を表す。点線は、ウェハ１０１における電荷キャリアの移動路を表す。図２の他の要素は、図１を参照して前述した通りである。

【0014】

高効率の背面電極型拡散太陽電池には、太陽電池内の損失を抑えるための２つの設計利用されている。第１の設計は、集光型システム（concentrator system）で典型的に使用
されるポイント拡散（point diffusions）である（例えば、「An Optimization Study of
Point-Contact Concentrator Solar Cells」、R.A. Sinton and R.M.Swanson、IEEE Photovoltaic Specialist Conference、１２０１〜１２０８頁を参照されたい）。第２の設
計は、典型的にはワンサン（非集光型）用途に使用される（例えば、「7000 High-efficiency Cells for a Dream」、P. J. Verlinden、R. M. Swanson及びR. A. Crane、Progres
in PhotoVoltaics、第２巻、１９９４年、１４３〜１５２頁を参照されたい）。

【0015】

集光型システムは、大きな面積に照射される太陽エネルギーを捕捉するための光学機器を使用し、太陽電池が配置されているより小さな面積へとエネルギーを集束させる。図３（ａ）及び３（ｂ）は、R. A. Sinton及びR. M. Swansonによる引用文献からのものであ
り、それぞれ、集光型システムにおいて使用される太陽電池の例の断面図及び斜視図を示す。このようなポイント拡散式の太陽電池における典型的なウェハ厚みは、約１５０ミクロンある。ポイント拡散式の背面結合（back junction）設計は、集光型システム内で使
用されて、多数電荷キャリア及び小数電荷キャリアの移動距離を短く保ちながら、拡散に関連するオージェ再結合を低減させる。集光光の下、太陽電池は高い注入レベルで動作し、拡散部内で優勢なキャリア再結合機構はオージェ再結合である。性能を最適化するには、Ｎ型拡散及びＰ型拡散の両領域のサイズ、ひいてはオージェ再結合が最小化されるポイント拡散式の設計が利用されるのが好ましい。ベース及びエミッタ拡散領域が小さいサイズであれば（例えば約１０ミクロン）、再結合損失は減少する。しかし、多数電荷キャリア及び小数電荷キャリアの移動距離を小さくするために、拡散領域間の距離を小さく維持することも重要である。ポイント拡散式の設計で用いられるような１０ミクロンオーダーの拡散領域では、スループットが比較的低くなり、低コストの太陽電池の製造とは相容れない高価な装置を必要とすることにも留意されたい。

【0016】

ストリップ拡散式の太陽電池は、「ワンサン（one-sun）」若しくは「平板型」システ
ムとも呼ばれる非集中型の用途で使用される。ストリップ拡散式の背面結合設計は、非集中型の用途で使用されて、多数電荷キャリア及び小数電荷キャリアの移動距離を短く保ちながら、表面再結合を低減させる。ワンサン背面結合型太陽電池における優勢な再結合機構は、シリコン界面再結合、つまり表面再結合である。ストリップ設計では、太陽電池の
背面全体にＮ型拡散領域又はＰ型拡散領域が設けられており、これにより、再結合が低減される。少数電荷キャリア及び多数電荷キャリアの移動距離は、整合公差が許す限り金属指のピッチをできるだけ小さく維持することによって、小さくすることができる。

【0017】

図４に、ストリップ拡散部を有する太陽電池４００の例を概略的に示す。太陽電池４００では、Ｎ型拡散領域４０３及びＰ型拡散領域４０２は、Ｎ型シリコンウェハ４０１上の太陽電池４００の背面に形成されたストリップ状の長方形の拡散領域である。太陽電池４００の背面においても、金属グリッド４０６はＮ型拡散領域４０３（この例ではベース拡散領域）に接触し、メタルグリッド４０５はＰ型拡散領域４０２（この例ではエミッタ拡散領域）に接触している。

【0018】

商用のワンサン用途のためのストリップ拡散式の背面結合型太陽電池は、スクリーン印刷のような比較的低コストのパターニング技術を利用して製造されている（例えば、「The Choice of silicon wafer for the production of low-cost rear-contact solar cells」、K. McIntosh、M. Cudzinovic、D. Smith、W. Mulligan及びR Swanson、Proceedings of WCPEC-3、日本国大阪、２００３年５月１１〜１８日を参照）。この印刷技術は、費用効率はより高いが、フォトリソグラフィよりも解像度及び整合の正確さがずっと低くなり、その結果、ピッチはウェハ厚みよりも著しく大きくなる。このような電池の性能は、少数電荷キャリア及び多数電荷キャリアの両キャリアの横方向輸送損失によって制限されてしまう。

【0019】

このような低コストのパターニング技術では、ストリップパターンの設計には、少数電荷キャリアの横方向輸送損失と多数電荷キャリアの横方向輸送損失との間での妥協が求められる。電池の設計者は、（ａ）少数電荷キャリアの横方向輸送による少数電荷キャリア再結合、及び（ｂ）多数電荷キャリアの横方向輸送損失による直列抵抗損失をバランスするように、指ピッチ（finger pitch）を選択しなくてはならない。そのため、典型的には、エミッタ拡散ストリップ（例えばＰ型拡散領域４０２）を、ベース拡散ストリップ（例えばＮ型拡散領域４０３）よりも大きく製作し、それにより、ほとんどの太陽電池上で、少数電荷キャリアの一次元の垂直方向の流れが可能となる。設計者がピッチを大きくしようとした場合、少数電荷キャリア拡散損失は、少数電荷キャリア輸送はほとんどが垂直方向に起こるので減少するが、多数電荷キャリアの横方向移動距離も増大し、その結果、抵抗損失が増大する。設計者がピッチを小さくしようとした場合、抵抗損失は減少するが、少数電荷キャリアのための有効な移動距離が増大し、その結果、少数電荷キャリアの再結合損失も増大する。

【0020】

本発明の態様によって、ベース拡散領域の面積がより小さい背面結合太陽電池構造を利用することによって、二次元の不都合な影響が減少する。以下の例では、ベース拡散領域は「ドット状（dotted）」であり、各領域がドットの形状（例えば、円、楕円）を有する。このドット状の拡散領域は、本発明の利点を損なうことがなければ他の形状を有していてもよい。

【0021】

図５に、本発明の一態様による太陽電池５００を概略的に示す。太陽電池５００は、ワンサン（つまり非集中型）の用途で使用されるように構成されている。この太陽電池５００は、ドット状のベース拡散領域５０３の形態をしている低減された面積を有するベース拡散領域を備えている。図５の例では、ベース拡散領域５０３はＮ型拡散領域からなっており、連続するエミッタ拡散領域５０２はＰ型拡散領域からなっており、両拡散領域は、Ｎ型シリコンウェハ５０１上に形成されている。金属グリッド５０６は、ベース拡散領域５０３（例えば２つ以上のベース拡散領域）に電気的に結合されており、金属グリッド５０５は、連続するエミッタ拡散領域５０２に電気的に結合されている。図５に示す金属グリッド５０６の１つは、ベース拡散領域５０３の非長方形の形状（この例ではドット）が
見えるように、透明に描かれている。金属グリッド５０５及び５０６は、掌状に互いに入り組んでいて（inter-digitaged）よい。外部電気回路は、金属グリッド５０５及び５０
６に結合されており、太陽電池５００からの電流を受容する。太陽電池５００は、背面電極型太陽電池であって、拡散領域５０２及び５０３並びに金属グリッド５０６及び５０５は、太陽電池５００の背面に形成されている。ウェハ５０１の、拡散領域５０３及び５０２とは反対側の表面は、太陽電池５００の前面であり、通常の動作中には太陽の方を向いている。

【0022】

図５に示すように、ドット状のベース拡散設計は、太陽電池５００の背面の表面の大部分を覆っているブランケット背面エミッタ拡散領域５０２と、周期的なベース拡散領域５０３のドットとを有する。つまり、ストリップ状設計でベース拡散領域及びエミッタ拡散領域を交互にストリップ状に並べる代わりに、ドット状ベース拡散設計は、連続的なエミッタ拡散領域を有し、このエミッタ拡散領域によって占有されていない太陽電池の背面の領域に、複数のベース拡散領域が形成されている。連続するエミッタ拡散領域５０２は、２つ以上の個々の拡散領域５０３を取り囲んでいる。互いに入り組んだ金属グリッド５０６及び５０５は、拡散領域を各端子に接続している、つまり、Ｐ型拡散領域５０２を正極端子に、Ｎ型拡散領域５０３を負極端子に接続している。この設計の１つの利点は、少数電荷キャリアの輸送のほとんどが垂直方向（つまり一次元）になっていて、再結合損失が低減することである。少数電荷キャリアの損失が、実質的に低減すると、少数電荷キャリアと多数電荷キャリアとの横方向輸送の設計上の妥協点が、より小さいピッチへ、また等しい指サイズへと大きくシフトする。これによって、設計において、多数電荷キャリアの横方向輸送に関連する直列抵抗も低減する。基板としてより寿命の低いシリコンを使用した場合には、少数電荷キャリア損失の低減がとりわけ重要となることにも留意されたい。これによって、より安価で低品質のシリコン（例えば、多結晶又は低グレードのＣＺシリコン）を使用た、高効率の背面結合型太陽電池の製造の可能性が広がる。

【0023】

図５の例では、ベース拡散領域５０３は散在しており、連続するエミッタ拡散領域５０２によって囲まれており、ベース拡散領域５０３の金属グリッド５０６は、エミッタ拡散領域上にわたって延伸している。金属グリッド５０６が、下層のエミッタ拡散領域５０２から電気的に絶縁され、短絡損失の導入が確実に防止されているように注意しなくてはならない。これは、負極グリッドとエミッタ拡散部との間に無欠陥の絶縁体層を設けることによって達成できる。この絶縁体に形成された開口部によって、ベース拡散領域５０３と金属グリッド５０６との間での接触が可能となる。

【0024】

図６（ａ）及び６（ｂ）にそれぞれ、本発明の態様による太陽電池５００Ａの概略的な斜視図及び上面図を示す。太陽電池５００Ａは、図５に示す太陽電池５００の特定の態様である。よって、構成要素５０１、５０２、５０３、５０５及び５０６は、図５を参照して前述したものと同じである。図６（ａ）の例では、絶縁体層５０４が、金属グリッドと拡散領域との間に形成され、電気的な短絡を防止する。コンタクトホール５０８によって、金属グリッド５０６と下層のベース拡散領域５０３との電気的な接触が可能となる。同様に、コンタクトホール５０７は、金属グリッド５０５と下層のエミッタ拡散領域５０２との電気的接触を可能にする。図６（ｂ）に、太陽電池５００Ａの上面図を示す。図６（ｂ）の例では、コンタクトホール５０８は、ベース拡散領域５０３より小さい。コンタクトホール５０７は、金属グリッド５０５から、連続するエミッタ拡散領域５０２へと、単純に下方向へ延伸している。

【0025】

図７（ａ）及び７（ｂ）にそれぞれ、本発明の態様による太陽電池５００Ｂの概略的な斜視図及び上面図を示す。太陽電池５００Ｂは、図６（ａ）及び６（ｂ）に示す太陽電池５００Ａの特定の態様である。したがって、要素５０１、５０２、５０３、５０５５及び５０６は、図５を参照して前述したものと同じであり、要素５０４、５０７及び５０８は
、図６（ａ）及び６（ｂ）を参照して前述したものと同じである。太陽電池５００Ｂは、本質的には太陽電池５００Ａと同じであるが、絶縁体層５０４と金属グリッド５０６との間に絶縁体層７０１が追加されている。この絶縁体層７０１は、エミッタ領域５０２の部分の上に延びており、金属グリッド５０５とエミッタ領域５０２との間の電気的絶縁体の追加的な層を提供している。絶縁体層７０１は、絶縁体層５０４がピンホールを有し得る場合、又は金属グリッド５０６にエミッタ拡散領域５０２への短絡を招くような欠陥を有し得る場合に有利である。図７（ｂ）は、太陽電池５００Ｂの上面図を示す。図７（ｂ）の例では、絶縁体層７０１は、金属グリッド５０６の下で面積が制限されている。絶縁体層７０１は、用途に応じて、金属グリッド５０５の下に形成されていてもよい。

【0026】

設計の基準（つまり、パターニング技術によって可能となる最小の整合公差及び構造のサイズ）によって、ストリップ状拡散設計及びドット状拡散設計の両方においてベース拡散領域のサイズが決定付けられる。例えば、２００ミクロンのコンタクト開口部及び２００ミクロンの層間公差を可能にするパターニング技術によって、ベース拡散領域は、約６００ミクロンに、つまり標準の設計では６００ミクロンのストリップ幅、ドット状設計では６００ミクロンの直径に決定付けられる。ドット状設計によって、ベース拡散領域の被覆率が低減され、一方でベース拡散領域間の距離を等しく保つようにした場合、多数電荷キャリアの横方向流れに関連する直列抵抗損失が増大することなく、少数電荷キャリアの再結合損失は低減する。別態様で、ドット状拡散領域のピッチを小さくし、一方でベース被覆率を同一に保つようにした場合、ベース拡散領域上の少数電荷キャリアの横方向流れに関連する少数電荷キャリア再結合を増大させることなく、直列抵抗損失が低減する。上記２つの境界間の最適な構成は、特定の太陽電池によっって決まる。いかなる場合でも、ドット状拡散設計によって、ワンサン用途で使用されるストリップ状拡散設計又は集光型の用途で使用されるポイント拡散式設計より高い効率が得られる。

【0027】

ドット状ベース拡散設計の性能は、自己整合接触を利用することによってさらに向上させることができる。自己整合接触は、使用される絶縁体層にあるコンタクトホールを使用してベース拡散領域をパターン化し、ベース拡散金属グリッド（例えば金属グリッド５０６）を連続するエミッタ拡散領域から電気的に絶縁するものである。自己整合接触プロセスによって、ベース拡散領域のサイズを小さくしてコンタクトホールのサイズとすることができる。例えば、上述の同じ設計基準を使用して、ベース拡散領域の直径を、６００ミクロンから２００ミクロンへ低減することができる。ベース拡散領域のサイズが、ウェハの厚みに近づくと、少数電荷キャリアの横方向輸送が低下し、少数電荷キャリアは、ほとんど垂直方向に輸送される。

【0028】

図８（ａ）及び８（ｂ）に、本発明の態様による太陽電池５００Ｃの斜視図及び上面図をそれぞれ概略的に示す。太陽電池５００Ｃは、図６（ａ）及び（ｂ）に示した太陽電池５００Ａの特定の態様である。太陽電池５００Ｃは、ここで「５０３Ａ」と番号が付与されている各ベース拡散領域がコンタクトホール５０８を使用してパターン化されている点を除いて、太陽電池５００Ａと同じである。つまり、太陽電池５００Ｃにおいては、絶縁体層内のコンタクトホール５０８（「５０４Ａ」と番号付与されている）は、ベース拡散領域５０３Ａをパターニングするために使用される。これによって、コンタクトホール５０８と同じ直径を有する拡散領域５０３Ａが得られる（図８（ｂ）も参照）。太陽電池５００Ａ及び５００Ｃの、それ以外の他の構成要素は全て同じである。

【0029】

図９（ａ）〜９（ｅ）に、本発明の態様によって製造される太陽電池５００Ｂ（図７（ａ）及び７（ｂ）も参照）の断面図を示す。以下のステップは、従来の半導体製造技術を利用して行うことができる。

【0030】

図９（ａ）には、ドープされた二酸化シリコン層９０１が、基板の表面上に形成されて
いる。層９０１は、エミッタの極性でドープされている。この例では、基板がＮ型シリコンウェハ５０１であり、二酸化シリコン層９０１は、ホウ素（例えばＢＳＧ）のようなＰ型ドーパントでドープされている。以下にさらに詳細に示すが、層９０１のドーパントは、その後、ウェハ５０１へと推進され、連続するエミッタ拡散領域を形成する。酸化物層９０１内の開口部９０３は、ドープされた別の酸化物層（図９（ｂ）の層９０２）のためのスペースを確保するもので、連続するエミッタ拡散領域によって取り囲まれた散在したドット状拡散領域を形成する際に使用される。したがって、図９（ａ）の例における開口９０３は、ドット状パターンを有する。

【0031】

図９（ｂ）では、ドープされた二酸化シリコン層９０２が、層９０１上及びウェハ５０１の露出した部分（つまり開口９０３）上に形成されている。層９０２は、ベース拡散領域の極性でドープされている。この例では、基板は、Ｎ型シリコンウェハ５０１であり、層９０２は、リンのようなＮ型ドーパント（例えばＰＳＧ）でドープされている。

【0032】

図９（ｃ）では、酸化物層９０１及び９０２のドーパントは、高温拡散プロセスを使用してウェハ５０１へと推進される。これによって、ウェハ５０１に、連続するエミッタ拡散領域５０２及び複数のベース拡散領域５０３が形成される（図７（ａ）及び７（ｂ）も参照）。エミッタ拡散領域５０２は、層９０１からウェハ５０１へのＰ型ドーパントの拡散によって形成される。ベース拡散領域５０２は、層９０２の一部から開口９０３へのＮ型ドーパントの拡散によって形成される（図９（ａ）を参照）。層９０１は、Ｎ型ドーパントが、層９０２から、エミッタ拡散領域５０２が形成される場所へと拡散することを防止する拡散マスクとして働く。ドープ層９０１及び９０２は、共に、拡散プロセス後には、絶縁体層５０４として働く。

【0033】

図９（ｄ）では、絶縁体層７０１は、ベース拡散領域５０３及びエミッタ拡散領域５０２の部分上に配置された絶縁体層５０４の部分上に形成される。絶縁体層７０１は、好ましくは、スクリーン印刷、インクジェット印刷又は他の安価な印刷技術によって形成される。したがって、絶縁体層７０１は、ポリイミド又は他のスクリーン印刷又はインクジェット印刷によって形成することができる絶縁体を含むことができる。絶縁体層７０１内にはコンタクトホール５０８が画定され、これにより、続いて形成された金属グリッド５０６が、ベース拡散領域５０３と電気的に接触できるようになる。

【0034】

図９（ｅ）では、コンタクトホール５０８の下にある絶縁体層５０４の一部がエッチング除去されている。同様に、絶縁体層５０４の一部がエッチング除去されて、コンタクトホール５０７が形成されている。金属グリッド５０６は、絶縁体層７０１上に且つコンタクトホール５０８を通って形成され、金属グリッド５０６とベース拡散領域５０３との間に電気的接続を作り出す。金属グリッド５０５は、絶縁体層５０４上に且つコンタクトホール５０７を通って形成され、金属グリッド５０７とエミッタ拡散領域５０２との間に電気的接続を作り出す。

【0035】

太陽電池５００Ｂ及びここに開示の他の太陽電池は、同一出願人による米国特許第６９９８２８８号明細書に開示の製造ステップを使用しても製造することができ、この文献は、参照によりその全体が援用される。本発明の利点を損なうことがなければ、ここに開示の太陽電池構造を製造するための他の製造技術も使用することができる。

【0036】

以上、本発明の特定の態様を提示したが、これらの態様は、例示を目的としたものであり
、本発明を限定するものではない。多数の追加的な態様が、本開示を読むことによって当
業者に明らかとなるであろう。
［項目１］
太陽電池の背面に形成されている、前記太陽電池内の少数電荷キャリアを収集するため
の連続するエミッタ拡散領域、
前記太陽電池の背面に形成された前記連続する拡散領域によって取り囲まれている、前
記太陽電池内の多数電荷キャリアを収集するための複数のドット状ベース拡散領域、
前記複数のドット状ベース拡散領域の少なくとも２つのドット状ベース拡散領域に電気
的に結合された第１の金属グリッド、
前記第１の金属グリッドと前記少なくとも２つのドット状ベース拡散領域との間の第１
の絶縁体層であって、前記第１の絶縁体層を貫通する少なくとも２つのコンタクトホール
を通って前記少なくとも２つのドット状ベース拡散領域に電気的に結合されている絶縁体
層、並びに
前記連続するエミッタ拡散領域に電気的に結合する第２の金属グリッドを備えており、
前記第１の金属グリッド及び前記第２の金属グリッドが、前記太陽電池の背面に形成され
ている、太陽電池。
［項目２］
前記連続するエミッタ拡散領域及び前記複数のドット状ベース拡散領域が、Ｎ型シリコ
ンウェハ内に形成されており、前記連続するエミッタ拡散領域が、Ｐ型ドープ領域を含み
、前記複数のドット状ベース拡散領域のそれぞれが、Ｎ型ドープ領域を含む、項目１に記
載の太陽電池。
［項目３］
前記連続するエミッタ拡散領域がホウ素でドープされており、前記複数のドット状ベー
ス拡散領域がリンでドープされている、項目２に記載の太陽電池。
［項目４］
前記第１の絶縁体層が、前記第２の金属グリッドと前記連続するエミッタ拡散領域との
間にあり、少なくとも別のコンタクトホールを備えており、該コンタクトホールを通って
、前記第２の金属グリッドが前記連続するエミッタ拡散領域に電気的に結合されている、
項目１に記載の太陽電池。
［項目５］
前記第１の絶縁体層を貫通する前記少なくとも２つのコンタクトホールがそれぞれ、前
記複数のドット状ベース拡散領域のドット状ベース拡散領域の直径よりも小さい直径を有
する、項目１に記載の太陽電池。
［項目６］
前記第１の金属グリッドと前記第１の絶縁体との間に第２の絶縁体をさらに備えており
、前記第１の金属グリッドが、前記第１及び第２の絶縁体層を貫通する少なくとも２つの
コンタクトホールを通って、前記少なくとも２つのドット状ベース拡散領域に電気的に結
合されている、項目１に記載の太陽電池。
［項目７］
前記複数のドット状ベース拡散領域が、太陽電池の背面に周期的に配置されている、項
目５に記載の太陽電池。
［項目８］
太陽電池の製造方法であって、
第１のドープ層を基板の第１の表面上に形成し、前記第１のドープ層が、前記基板を露
出させる複数の開口部を備えており、
前記第１のドープ層内の前記複数の開口部内に、第２のドープ層を形成し、
前記第１のドープ層から第１のドーパントを拡散させ、前記太陽電池の背面の連続する
エミッタ拡散領域を形成し、該エミッタ拡散領域が、前記太陽電池内の少数電荷キャリア
を収集するように構成されており、
前記複数の開口部内に形成された前記ドープ層から第２のドーパントを拡散させ、前記
太陽電池の背面の複数のベース拡散領域を形成し、該複数のベース拡散領域が、前記太陽
電池内の多数電荷キャリアを収集するように構成されており、
前記太陽電池の背面に第１の金属グリッドを形成し、該第１の金属グリッドが、前記エ
ミッタ拡散領域に電気的に結合されており、
前記太陽電池の背面に第２の金属グリッドを形成し、該第２の金属グリッドが、前記複
数のベース拡散領域のベース拡散領域に電気的に結合されている
ことを含む、方法。
［項目９］
前記第２のドープ層が、前記第１のドープ層上にも形成される、項目８に記載の方法。
［項目１０］
前記基板がＮ型シリコンウェハを含む、項目８に記載の方法。
［項目１１］
前記第１のドーパントがＰ型ドーパントを含み、前記第２のドーパントがＮ型ドーパン
トを含む、項目８に記載の方法。
［項目１２］
前記複数の開口部のそれぞれがドット形状を有する、項目８に記載の方法。
［項目１３］
前記第２の金属グリッドと前記エミッタ拡散領域との間に絶縁体層を形成し、該絶縁体
層がコンタクトホールを備えており、該コンタクトホールを通って、前記第２の金属グリ
ッドが、前記エミッタ拡散領域に電気的に結合されること
をさらに含む、項目８に記載の方法。
［項目１４］
前記第１及び第２のドープ層が、二酸化シリコンを含む、項目８に記載の方法。
［項目１５］
太陽電池の背面において多数電荷キャリアを収集するように構成された複数のベース拡
散領域、
前記太陽電池の背面において少数電荷キャリアを収集するように構成された、前記複数
のベース拡散領域の各ベース拡散領域の周りを取り囲んでいる連続するエミッタ拡散領域
、
前記複数のベース拡散領域の少なくとも１つのベース拡散領域に電気的に結合されてい
る第１の金属グリッド、並びに
前記連続するエミッタ拡散領域に電気的に結合されている第２の金属グリッド
を備えている、太陽電池。
［項目１６］
前記複数のベース拡散領域がそれぞれ、非長方形の形状を有する、項目１５に記載の太
陽電池。
［項目１７］
前記第１の金属グリッドと前記少なくとも１つのベース拡散領域との間の第１の絶縁体
層をさらに備えており、前記第１の金属グリッドが、前記第１の絶縁体層内のコンタクト
ホールを通って、前記少なくとも１つのベース拡散領域に電気的に結合されている、項目
１５に記載の太陽電池。
［項目１８］
前記第１の絶縁体層と前記第１の金属グリッドとの間に第２の絶縁体層を備えており、
前記第１の金属グリッドが、前記第１及び第２の絶縁体層を貫通するコンタクトホールを
通って、前記少なくとも１つのベース拡散領域に電気的に結合されている、項目１７に記
載の太陽電池。
［項目１９］
前記第１及び第２の金属グリッドが、前記太陽電池の背面上に形成されている、項目１
５に記載の太陽電池。
［項目２０］
前記複数のベース拡散領域及び前記連続するエミッタ拡散領域が、Ｎ型シリコンウェハ
内に形成されている、項目１５に記載の太陽電池。

【図1】

【図2】

【図3(a)】

【図3(b)】

【図4】

【図5】

【図6(a)】

【図6(b)】

【図7(a)】

【図7(b)】

【図8(a)】

【図8(b)】

【図9(a)】

【図9(b)】

【図9(c)】

【図9(d)】

【図9(e)】