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(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】
(24)【登録日】2022-08-08
(45)【発行日】2022-08-17
(54)【発明の名称】太陽電池
(51)【国際特許分類】
   H01L 31/0747 20120101AFI20220809BHJP
   H01L 31/0352 20060101ALI20220809BHJP
【FI】
H01L31/06 455
H01L31/04 340
【請求項の数】 10
(21)【出願番号】P 2020081590
(22)【出願日】2020-05-01
(62)【分割の表示】P 2018180765の分割
【原出願日】2012-12-19
(65)【公開番号】P2020129689
(43)【公開日】2020-08-27
【審査請求日】2020-06-01
(31)【優先権主張番号】13/333,908
(32)【優先日】2011-12-21
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】13/333,904
(32)【優先日】2011-12-21
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
【前置審査】
(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】弁理士法人RYUKA国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】カズンズ、ピーター ジェイ.
(72)【発明者】
【氏名】スミス、デイヴィッド ディー.
(72)【発明者】
【氏名】リム、スン ビー.
【審査官】原 俊文
(56)【参考文献】
【文献】特表2009-535845(JP,A)
【文献】特表2011-517120(JP,A)
【文献】国際公開第2010/113750(WO,A1)
【文献】特表2011-523230(JP,A)
【文献】国際公開第2009/096539(WO,A1)
【文献】米国特許出願公開第2011/0056545(US,A1)
【文献】米国特許出願公開第2010/0139764(US,A1)
【文献】中国特許出願公開第102185030(CN,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H01L 31/02-31/078
H01L 31/18-31/20
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
シリコン基板と、
前記シリコン基板の裏面上に配置された酸化物層と、
前記酸化物層上に配置された第1のエミッタ領域であって、第1の導電性のドーピングされた半導体の層を有する、第1のエミッタ領域と、
前記シリコン基板の前記裏面上に配置された薄い誘電体層であって、前記薄い誘電体層の一部は、前記酸化物層と接触する、薄い誘電体層と、
前記薄い誘電体層上に配置された第2のエミッタ領域であって、第2の導電型の多結晶シリコンを有する、第2のエミッタ領域と、
前記第1のエミッタ領域および前記第2のエミッタ領域上にそれぞれ配置され、前記第1のエミッタ領域および前記第2のエミッタ領域にそれぞれ電気的に接続された第1および第2のコンタクトとを備え、
前記第2のコンタクトは、前記ドーピングされた半導体の層と前記酸化物層との部分的に除去された部分であるコンタクト開口部に形成され、前記第2のコンタクトは、前記多結晶シリコンに接続され
前記第1のエミッタ領域において、前記第2の導電型の多結晶シリコンは、前記シリコン基板と前記第1のコンタクトとの間に形成されない
太陽電池。
【請求項2】
前記ドーピングされた半導体の層は、アモルファスシリコンを含む
請求項1に記載の太陽電池。
【請求項3】
前記ドーピングされた半導体の前記層は、前記第2のエミッタ領域の一部の上にさらに延びる
請求項1または2に記載の太陽電池。
【請求項4】
前記多結晶シリコンと前記第2のエミッタ領域の前記一部の上に延びる前記ドーピングされた半導体の層の一部との間に配置された材料層をさらに備え、
前記材料層は、前記第2の導電型のドーパントを含む
請求項3に記載の太陽電池。
【請求項5】
第2の導電型の前記多結晶シリコンは、リンを含む
請求項1から4のいずれか一項に記載の太陽電池。
【請求項6】
第2の導電型の前記多結晶シリコンは、ホウ素を含む
請求項1から4のいずれか一項に記載の太陽電池。
【請求項7】
前記ドーピングされた半導体の層は、前記薄い誘電体層の上に配置される
請求項1から6のいずれか一項に記載の太陽電池。
【請求項8】
前記ドーピングされた半導体の前記層は、炭化ケイ素または窒化アルミニウムガリウムを含む
請求項1から7のいずれか一項に記載の太陽電池。
【請求項9】
前記太陽電池の表面の上に配置されたドーピングされた半導体の第2の層をさらに備える
請求項1から8のいずれか一項に記載の太陽電池。
【請求項10】
前記ドーピングされた半導体の前記第2の層は、炭化ケイ素または窒化アルミニウムガリウムを含む
請求項9に記載の太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本明細書に記載する主題の実施形態は、一般に太陽電池製造に関する。より詳細には、主題の実施形態は、薄いシリコン太陽電池及び製造のための技術に関する。
【背景技術】
【0002】
太陽電池は、日射を電気エネルギーに変換する周知の装置である。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される場合がある。太陽電池には、P型及びN型拡散領域が含まれる。太陽電池に日射が当たると電子及び正孔が生成され、これらの電子及び正孔が拡散領域に移動することにより、拡散領域間に電圧差が生じる。裏面コンタクト太陽電池においては、拡散領域及びこれらの拡散領域に結合した金属コンタクトフィンガーが、共に太陽電池の裏面にある。このコンタクトフィンガーによって、外部電気回路が、太陽電池に結合されること及び太陽電池から電力供給を受けることが可能となる。
【0003】
効率は、太陽電池の電力を生成する性能に直接関係するため、太陽電池の重要な特性である。したがって、製造プロセスを改善し、製造コストを削減し、そして太陽電池の効率化を図る技術が、一般に望ましい。このような技術は、熱プロセスによってシリコン基板上にポリシリコン及びヘテロ接合層を形成することを含む。この熱プロセスで、本発明は太陽電池の効率化を可能にする。これらの又は他の同様の実施形態が、本発明の背景技術を形成する。
【図面の簡単な説明】
【0004】
より完全な本主題の理解は、発明を実施するための形態、及び特許請求の範囲を、以下の図面と併せて考察し、参照することによって導き出すことができる。同様の参照番号は、図面全体を通して同様の要素を指す。
【0005】
図1】本発明の実施形態に従って製造されている太陽電池の断面図である。
図2】本発明の実施形態に従って製造されている太陽電池の断面図である。
図3】本発明の実施形態に従って製造されている太陽電池の断面図である。
図4】本発明の実施形態に従って製造されている太陽電池の断面図である。
図5】本発明の実施形態に従って製造されている太陽電池の断面図である。
図6】本発明の実施形態に従って製造されている太陽電池の断面図である。
図7】本発明の実施形態に従って製造されている太陽電池の断面図である。
図8】本発明の実施形態に従って製造されている太陽電池の断面図である。
図9】本発明の実施形態に従って製造されている太陽電池の断面図である。
図10】本発明の実施形態に従って製造されている太陽電池の断面図である。
図11】本発明の実施形態に従って製造されている太陽電池の断面図である。
図12】本発明の実施形態に従って製造されている太陽電池の断面図である。
【0006】
図13】本発明の別の実施形態に従って製造されている太陽電池の断面図である。
図14】本発明の別の実施形態に従って製造されている太陽電池の断面図である。
図15】本発明の別の実施形態に従って製造されている太陽電池の断面図である。
図16】本発明の別の実施形態に従って製造されている太陽電池の断面図である。
図17】本発明の別の実施形態に従って製造されている太陽電池の断面図である。
図18】本発明の別の実施形態に従って製造されている太陽電池の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0007】
以下の発明を実施するための形態は、本質的には、単なる実例に過ぎず、本主題の実施形態、又はそのような実施形態の応用及び用途を限定することを意図するものではない。本明細書で使用される「例示の」という語は、「実施例、実例、又は例証として供する」ことを意味する。本明細書に例示として記載されるどの実施も、必ずしも他の実施より好適又は有利なものと解釈されない。更に、上記の技術分野、背景技術、概要、又は以下の発明を実施するための形態で提示される、明示又は暗示の何らかの理論に拘束されることを意図するものではない。太陽電池の製造方法が開示される。方法は、裏面上に薄い誘電体層を有するシリコン基板、及び薄い誘電体層上に成膜されたシリコン層を準備することと、成膜されたシリコン層上にドーピング材料の層を形成することと、ドーピング材料の層上に酸化物層を形成することと、交差指型パターンに、酸化物層、ドーピング材料の層及び成膜されたシリコン層を部分的に除去することと、昇温してドーピング材料の層から成膜されたシリコン層にドーパントを移動させると同時に、酸化物層を成長させることと、ドーピングされた結晶化ポリシリコン層を形成するために、成膜されたシリコン層にドーピング材料の層からのドーパントをドーピングすることと、太陽電池の裏面上に、ドーピングされたワイドバンドギャップ半導体及び反射防止コーティングを成膜することと、太陽電池の前面上に、ドーピングされたワイドバンドギャップ半導体及び反射防止コーティングを成膜することと、を含む。
【0008】
太陽電池の別の製造方法が開示される。方法は、裏面上に薄い誘電体層及び薄い誘電体層上に成膜されたシリコン層を有するシリコン基板を準備することと、成膜されたシリコン層上にドーピング材料の層を形成することと、ドーピング材料の層上に酸化物層を形成することと、交差指型パターンで、酸化物層、ドーピング材料の層及び成膜されたシリコン層を部分的に除去することと、テクスチャ化シリコン領域を形成するために、露出したシリコン基板をエッチングすることと、昇温してドーピング材料の層から成膜されたシリコン層にドーパントを移動させると同時に、酸化物層を成長させることと、ドーピングされたポリシリコン層を形成するために、成膜されたシリコン層にドーピング材料の層からのドーパントをドーピングすることと、太陽電池の裏面上に、ドーピングされたワイドバンドギャップアモルファスシリコンの厚い第1層及び反射防止コーティングを被覆することと、太陽電池の前面上でドーピングされたワイドバンドギャップアモルファスシリコンの薄い第2層及び反射防止コーティングを被覆することあって、薄い層が厚い層の厚さの10%~30%未満である、ことと、を含む。
【0009】
太陽電池の更に別の製造方法が開示される。方法は、裏面上に薄い誘電体層及び薄い誘電体層上にドーピングされたシリコン層を有するシリコン基板を準備することと、ドーピングされたシリコン層上に酸化物層を形成することと、交差指型パターンで、酸化物層及びドーピングされたシリコン層を部分的に除去することと、酸素が供給される環境でシリコン基板を加熱することによって、太陽電池の裏面上に酸化ケイ素層を成長させることことであって、シリコン層を結晶化して、ドーピングされたポリシリコン層を形成する、ことと、太陽電池の裏面上にドーピングされたワイドバンドギャップ半導体を成膜することと、太陽電池の前面上にドーピングされたワイドバンドギャップ半導体及び反射防止コーティングを成膜することと、を含む。
【0010】
太陽電池の更に別の製造方法が開示される。方法は、裏面上に薄い誘電体層及び薄い誘電体層上にドーピングされたシリコン層を有するシリコン基板を準備することと、ドーピングされたシリコン層上に酸化物層を形成することと、交差指型パターンで、酸化物層及びドーピングされたシリコン層を部分的に除去することと、テクスチャ化シリコン領域を形成するために、露出したシリコン基板をエッチングすることと、酸素が供給される環境でシリコン基板を加熱することによって、太陽電池の裏面上に酸化ケイ素層を成長させることであって、シリコン層を結晶化して、ドーピングされたポリシリコン層を形成する、ことと、太陽電池の裏面上にドーピングされたワイドバンドギャップアモルファスシリコン及び反射防止コーティングを成膜する工程と、太陽電池の前面にドーピングされたワイドバンドギャップアモルファスシリコン及び反射防止コーティングを成膜することと、を含む。
【0011】
太陽電池の製造方法の更に別の実施形態が開示される。方法は、裏面に薄い誘電体層及び薄い誘電体層上にドーピングされたシリコン層を有するシリコン基板を準備することと、ドーピングされたシリコン層上に酸化物層を形成することと、交差指型パターンで、酸化物層及びドーピングされたシリコン層を部分的に除去することと、テクスチャ化シリコン領域を形成するために、露出したシリコン基板をエッチングすることと、酸素が供給される環境でシリコン基板を加熱することによって、太陽電池の裏面上に酸化ケイ素層を成長させることであって、シリコン層を結晶化して、ドーピングされたポリシリコン層を形成する、ことと、太陽電池の前面及び裏面上にドーピングされたワイドバンドギャップアモルファスシリコン及び反射防止コーティングを同時に成膜することと、一連のコンタクト開口部を形成するために、ドーピングされたワイドバンドギャップ半導体及び酸化物層を部分的に除去することと、ドーピングされたポリシリコン層に電気的に結合されている第1金属グリッド、及び太陽電池の裏面のエミッタ領域に電気的に結合されている第2金属グリッドを同時に形成することと、を含む。
【0012】
太陽電池を製造する改善された技術とは、シリコン基板の裏面上に薄い誘電体層及び成膜されたシリコン層を提供することである。ドーピングされたポリシリコンの領域を、成膜されたシリコン層にドーパントを移動させることによって又はドーピングされたポリシリコン領域のインサイチュな形成によって、形成することができる。酸化物層及びドーピングされたワイドバンドギャップ半導体の層が、太陽電池の前面及び裏面に続いて形成され得る。一変形態様は、酸化物の形成及びドーピングされたワイドバンドギャップ半導体の形成前に、前面及び裏面表面をテクスチャ化することを伴う。コンタクトホールが、ドーピングされたポリシリコン領域を露出するために、上位層を貫いて続いて形成され得る。メタライゼーションプロセスを、ドーピングされたポリシリコン層上へコンタクトを形成するために、続いて実行することができる。コンタクトの第2グループはまた、太陽電池の裏面上のドーピングされたポリシリコンの領域間に配置されるワイドバンドギャップ半導体層によって形成されたシリコン基板のエミッタ領域に金属を直接接続することによって、形成され得る。
【0013】
製造プロセスに関連して実行される様々なタスクが、図1図18に示される。また、様々なタスクのいくつかは、例示された順序で実行される必要がなく、本明細書に詳細に記載されない追加機能を有するより包括的な手順、プロセス又は製造に組み込まれてもよい。
【0014】
図1図3は、シリコン基板102、薄い誘電体層106及び成膜されたシリコン層104を含む太陽電池100を製造する実施形態を示す。いくつかの実施形態では、シリコン基板102を、薄い誘電体層106の形成前に、洗浄、研磨、平坦化及び/又は薄膜化するか、ないしは別の方法で処理することができる。薄い誘電体層106及び成膜されたシリコン層104を、熱プロセスによって成長させることができる。後に第1酸化物層110が続く、ドーピング材料108の層は、従来の成膜プロセスにより、成膜されたシリコン層104上に成膜させることができる。ドーピング材料108の層は、ドーピング材料、つまりドーパント109、例えばホウ素などのポジ型ドーピング材料の層又はリンなどのネガ型ドーピング材料の層を含むことができるが、これらに限定されない。薄い誘電体層106及び成膜されたシリコン層104は、それぞれ、熱プロセスによって成長し又は従来の成膜プロセスにより成膜されると記載されるが、ここで説明又は列挙される任意の他の形成、成膜又は成長プロセス工程と同様に、それぞれの層又は物質を、任意の適切なプロセスを使用して形成することができる。例えば、化学気相成長(CVD)プロセス、減圧CVD(LPCVD)、常圧CVD(APCVD)、プラズマCVD(PECVD)、熱成長、スパッタリングだけでなく任意の他の所望の技術を、形成が説明される箇所で使用することができる。したがって、同様に、ドーピング材料108を、成膜技術、スパッタ、又はインクジェット印刷若しくはスクリーン印刷などの印刷プロセスによって、基板に形成することができる。
【0015】
図4は、材料除去プロセスを実行し、露出したポリシリコン領域124を形成した後の、図1図3と同じ太陽電池100を示す。材料除去プロセスのいくつかの例としては、マスク及びエッチングプロセス、レーザアブレーションプロセス並びに他の同様の技術が挙げられる。露出したポリシリコン領域124及びドーピング材料の層108を、交差指型パターンを含む任意の所望の形状で形成することができる。マスキングプロセスが使用される場合には、既定の交差指型パターンでマスクインクを適用するためにスクリーンプリンタ又はインクジェットプリンタを使用して、プロセスを実行することができる。したがって、露出したポリシリコン領域124及びドーピング材料の層108の交差指型パターンをもたらすマスクインクを除去するために、従来の化学的ウェットエッチング技術を使用することができる。少なくとも1つの実施形態では、第1酸化物層110の部分又は全部が除去され得る。図4及び図5に示されるように、成膜されたシリコン層104及び誘電体層106の領域が除去される同じエッチング又はアブレーションプロセスで、この酸化物層110の除去を達成することができる。
【0016】
図5を参照すると、太陽電池100に第2エッチングプロセスを施し、その結果として露出したポリシリコン領域124にエッチングをもたらし、日射の集光を増加させるための太陽電池の裏面の第1テクスチャ化シリコン領域130及び太陽電池の前面の第2テクスチャ化シリコン領域132を形成することができる。テクスチャ化表面は、入射光を散乱させ、太陽電池の表面を反射して戻る光の量を減少させる規則的又は不規則的な形状表面を有するものとすることができる。
【0017】
図6を参照すると、太陽電池100を加熱140し、ドーピング材料109をドーピング材料の層108から成膜されたシリコン層104へ移動させることができる。同じ加熱140がまた、酸化ケイ素又は第2酸化物層112を、ドーピング材料の層108及び第1テクスチャ化シリコン領域130上に形成することができる。このプロセスの間に、第3酸化物層を、第2テクスチャ化シリコン領域132上に成長114させることができる。どちらの酸化物層112、114も、高品質の酸化物を含み得る。高品質の酸化物は、改善されたパッシベーションを提供することができる摂氏900度を超える温度での熱酸化によって典型的に成長した低い界面準位密度の酸化物である。
【0018】
したがって、図7を参照すると、成膜されたシリコン層104をドーパント材料の層108からのドーピング材料109によってドーピングし、ドーピングされたポリシリコン層150を形成することができる。一実施形態では、昇温してドーピング材料の層108から成膜されたシリコン層104にドーパント109を移動させると同時に、酸化物層を成長させることによって、ドーピングされたポリシリコン層の形成が達成され得る。ドーピング材料の層108からのドーパント109を成膜されたシリコン層104にドーピングすることが、ドーピングされた結晶化ポリシリコン層又はドーピングされたポリシリコン層150を形成する。いくつかの実施形態の1つでは、ポジ型ドーピング材料が使用されるならば、ドーピングされたポリシリコン層150は、正ドーピングされたポリシリコンの層を含み得る。例示された実施形態では、シリコン基板102は、バルクN型シリコン基板を含む。いくつかの実施形態では、ネガ型ドーピング材料が使用されるならば、ドーピングされたポリシリコン層150は、負ドーピングされたポリシリコンの層を含み得る。一実施形態では、シリコン基板102は、バルクP型シリコン基板を含まなければならない。
【0019】
図8を参照すると、ドーピングされた第1ワイドバンドギャップ半導体層160が、太陽電池100の裏面上に成膜され得る。一実施形態では、ドーピングされた第1ワイドバンドギャップ半導体層160は、少なくとも10Ω・cmの抵抗を有して部分的に導電性である。同じ実施形態では、ドーピングされた第1ワイドバンドギャップ半導体層160は、1.05電子ボルト(eV)より大きいバンドギャップを有し、第1テクスチャ化シリコン領域130によって及び第2酸化物層112によって既に被覆された太陽電池の裏面上のエリアでヘテロ接合として作用し得る。ドーピングされたワイドバンドギャップ半導体の例としては、炭化ケイ素及び窒化アルミニウムガリウムが挙げられる。上記の性質及び特性を呈する任意の他のドーピングされたワイドバンドギャップ半導体材料を、同様に使用することができる。ドーピングされた第1ワイドバンドギャップ半導体層160は、ドーピングされた厚い第1ワイドバンドギャップアモルファスシリコン層で構成され得る。
【0020】
図9を参照すると、ドーピングされた第2ワイドバンドギャップ半導体162が、太陽電池100の前面上の第2テクスチャ化シリコン領域132上に成膜され得る。一実施形態では、太陽電池100の裏面及び前面上のドーピングされたワイドバンドギャップ半導体層160、162はどちらも、ドーピングされたワイドバンドギャップネガ型半導体を含むことができる。別の実施形態では、ドーピングされた第2ワイドバンドギャップ半導体162は、ドーピングされた厚い第1ワイドバンドギャップ半導体層と比較して、相対的に薄くなり得る。したがって、いくつかの実施形態では、ドーピングされた薄い第2ワイドバンドギャップ半導体層は、ドーピングされた厚い第1ワイドバンドギャップ半導体層の10%~30%の厚さを含むことができる。更に別の実施形態では、太陽電池の裏面及び前面上のドーピングされたワイドバンドギャップ半導体層160、162はどちらも、それぞれ、ドーピングされたワイドバンドギャップネガ型半導体又はドーピングされたワイドバンドギャップポジ型半導体を含むことができる。続いて、反射防止コーティング(ARC)170が、同じプロセスで、ドーピングされた第2ワイドバンドギャップ半導体162上に成膜され得る。別の実施形態では、反射防止コーティング170が、同じプロセスで、ドーピングされた第1ワイドバンドギャップ半導体160上に成膜され得る。いくつかの実施形態では、ARC 170は窒化ケイ素で構成され得る。
【0021】
図10は、一連のコンタクト開口部180を形成するための、太陽電池100の裏面上のドーピングされた第1ワイドバンドギャップ半導体160、第2酸化物層112及びドーピング材料の層108の部分的な除去を示す。一実施形態では、除去技術を、アブレーションプロセスを使用して達成することができる。このようなアブレーションプロセスの1つは、レーザアブレーションプロセスである。別の実施形態では、除去技術を、後にエッチングプロセスが続くマスクのスクリーン印刷又はインクジェット印刷といった、任意の従来のエッチングプロセスとすることができる。
【0022】
図11を参照すると、第1金属グリッド又はグリッド線190が、太陽電池100の裏面上に形成され得る。第1金属グリッド線190を、コンタクト開口部180内でドーピングされたポリシリコン150に電気的に結合することができる。一実施形態では、第1金属グリッド線190を、コンタクト開口部180を介してドーピングされた第1ワイドバンドギャップ半導体160、第2酸化物層112及びドーピング材料の層108に形成し、太陽電池から電力供給される外部電気回路の正の電気端子を接続することができる。
【0023】
図12を参照すると、第2金属グリッド又はグリッド線192が、太陽電池100の裏面上に形成され得る。第2金属グリッド線192は、第2テクスチャ化シリコン領域132に電気的に結合される。一実施形態では、第2金属グリッド線192を、太陽電池の裏面上のエリアでヘテロ接合として作用するドーピングされた第1ワイドバンドギャップ半導体160、第2酸化物層112及び第1テクスチャ化シリコン領域130に結合し、太陽電池から電力供給される外部電気回路の負の電気端子に接続することができる。いくつかの実施形態では、図11及び図12で参照される金属グリッド線の形成を、電気メッキプロセス、スクリーン印刷プロセス、インクジェットプロセス、アルミニウム金属ナノ粒子から形成される金属へのメッキ、又は任意の他のメタライゼーション若しくは金属形成プロセス工程によって、実行することができる。
【0024】
図13図18は、太陽電池200を製造する別の実施形態を示す。以下で別段の指定がない限り、図13図18で構成要素を表すために使用される数字の表示は、表示数を100増加させた以外は、上の図1図12で構成要素又は特徴を表すために使用された数字の表示と同様である。
【0025】
図13図14を参照すると、太陽電池200を製造するための別の実施形態は、シリコン基板202上に第1酸化物層210、薄い誘電体層206、ドーピングされたポリシリコン層250を形成することを含み得る。シリコン基板202を、前述と同様に、薄い誘電体層206の形成前に、洗浄、研磨、平坦化及び/又は薄膜化するか、ないしは別の方法で処理することができる。第1酸化物層210、誘電体層206及びドーピングされたポリシリコン層250を、熱プロセスによって成長させることができる。一実施形態では、酸素化環境でシリコン基板202を加熱することによって、太陽電池の裏面上に酸化ケイ素層又は酸化物層210を成長させることによって、ドーピングされたシリコン層を結晶化して、ドーピングされたポリシリコン層250を形成する。別の実施形態では、誘電体層206上にドーピングされたポリシリコン層250を成長させることは、正ドーピングされたポリシリコンを成長させることを含み、正ドーピングされたポリシリコンは、ホウ素のドーパントなどのドーピング材料209で構成され得る。別の実施形態では、負ドーピングされたポリシリコンを使用することができる。薄い誘電体層206及びドーピングされたポリシリコン層250は、それぞれ、熱プロセスによって成長し又は従来の成膜プロセスにより成膜されると記載されるが、前述したように、ここで説明又は列挙される任意の他の形成、成膜又は成長プロセス工程と同様に、それぞれの層又は物質を、任意の適切なプロセスを使用して形成することができる。
【0026】
太陽電池200を、第1酸化物層210、ドーピングされたポリシリコン層250及び誘電体層206を部分的に除去することによって更に処理し、従来のマスキング及びエッチングプロセスを使用して交差指型パターンによって、シリコン基板の露出した領域220を表出させることができる。従来のマスキング及びエッチングプロセスを使用する場合には、アブレーションプロセスを使用することができる。アブレーションプロセスを使用するならば、第1酸化物層210は、図14に示されるように、ドーピングされたポリシリコン層250上に部分的に無傷で残され得る。別の実施形態では、エッチングプロセスと結合されたスクリーン印刷又はインクジェット印刷技術を使用することができる。このような実施形態では、第1酸化物層210は、ドーピングされたポリシリコン層250からエッチング除去され得る。
【0027】
図15を参照すると、露出したシリコン基板220、及び太陽電池200の前面上の露出した領域を同時にエッチングして、日射の集光を増加させるための第1テクスチャ化シリコン表面230及び第2テクスチャ化シリコン表面232を形成することができる。
【0028】
図16を参照すると、裏面に第2酸化物層212及び太陽電池200の前面に第3酸化物層214を形成しながら、太陽電池200を摂氏900度を超える温度まで加熱240することができる。別の実施形態では、酸化物層212、214はどちらも、前述したように、高品質の酸化物を含むことができる。
【0029】
図17を参照すると、ドーピングされた第1ワイドバンドギャップ半導体層260が、太陽電池の裏面及び前面上に同時に成膜され得る。ドーピングされた第1ワイドバンドギャップ半導体層260は、10Ω・cmより大きい抵抗を有して部分的に導電性を示し得る。ドーピングされた第1ワイドバンドギャップ半導体層260はまた、1.05eVより大きいバンドギャップを有し得る。加えて、第1ワイドバンドギャップ半導体層は、第1テクスチャ化シリコン領域230及び第2酸化物層212を覆う太陽電池の裏面のエリアでヘテロ接合として作用することができる。
【0030】
ドーピングされた第1ワイドバンドギャップ半導体層260は、ドーピングされた第2ワイドバンドギャップ半導体層262より10%から30%厚くなり得る。他の実施態様では、厚さを、本明細書に記載された技術から逸脱することなく、10%未満又は30%を超えて変化させることができる。ドーピングされたワイドバンドギャップ半導体層260、262をどちらも、正ドーピングされた半導体とすることができる。尚、異なる基板及びポリシリコンドープ極性を有する他の実施形態では、負ドーピングされたワイドバンドギャップ半導体層を同様に使用することができる。続いて、反射防止コーティング(ARC)270が、ドーピングされた第2ワイドバンドギャップ半導体262上に成膜され得る。一実施形態では、反射防止コーティング270は、窒化ケイ素で構成され得る。いくつかの実施形態では、ARCは、ドーピングされた第1ワイドバンドギャップ半導体層260上に同じく成膜され得る。
【0031】
図18を参照すると、ドーピングされた第1ワイドバンドギャップ半導体層260及び第2酸化物層212を、ドーピングされたポリシリコン層250上で部分的に除去し、図10図12を参照して前述したものと同様の一連のコンタクト開口部を、同様の成形技術で形成することができる。続いて、第1金属グリッド線290を、太陽電池200の裏面上に形成することができ、第1金属グリッド線290を、コンタクト開口部内でドーピングされたポリシリコン250に電気的に結合することができる。第2金属グリッド線292を太陽電池200の裏面上に形成することができ、第2金属グリッド線292を第1テクスチャ化シリコン領域又はN型エミッタ領域230に電気的に結合する。一実施形態では、第1及び第2金属グリッド線の両方を、同時に形成することができる。次に、追加的なコンタクトが、太陽電池200を組み込んだエネルギーシステムの他の構成要素によって、第1及び第2金属グリッド線290、292になされ得る。
【0032】
少なくとも1つの例示的実施形態が、上述の発明を実施するための形態で提示されてきたが、莫大な数の変形例が存在することを認識するべきである。本明細書に記載される例示的実施形態は、特許請求される主題の範囲、適用性、又は構成を限定する意図が全くないこともまた、認識するべきである。むしろ、上述の発明を実施するための形態は、当業者に、説明される実施形態を実践するための簡便な指針を提供するものである。本特許出願が出願される時点での、既知の等価物、及び予見可能な等価物を含む、特許請求の範囲によって規定される範囲から逸脱することなく、諸要素の機能及び配置に、様々な変更が実施可能であることを理解するべきである。
(項目1)
シリコン基板を含む太陽電池を製造する方法であって、シリコン基板が通常動作時に太陽に面する前面及び上記前面と反対の裏面を有し、
上記方法は、
上記裏面上に薄い誘電体層及び上記薄い誘電体層上に成膜されたシリコン層を有するシリコン基板を準備することと、
上記成膜されたシリコン層上にドーピング材料の層を形成することと、
上記ドーピング材料の層上に酸化物層を形成することと、
上記酸化物層、上記ドーピング材料の層及び上記成膜されたシリコン層を交差指型パターンに部分的に除去することと、
昇温して上記ドーピング材料の層から上記成膜されたシリコン層にドーパントを移動させると同時に、酸化物層を成長させることと、
ドーピングされた結晶化ポリシリコン層を形成するために、上記成膜されたシリコン層に上記ドーピング材料の層からのドーパントをドーピングすることと、
上記太陽電池の上記裏面上に、ドーピングされたワイドバンドギャップ半導体及び反射防止コーティングを成膜することと、
上記太陽電池の上記前面上に、ドーピングされたワイドバンドギャップ半導体及び反射防止コーティングを成膜することとを含む方法。
(項目2)
上記シリコン基板を準備することが、N型バルクシリコンのシリコン基板を準備することを含む、項目1に記載の方法。
(項目3)
上記シリコン基板を準備することが、P型バルクシリコンのシリコン基板を提供することを含む、項目1に記載の方法。
(項目4)
上記成膜されたシリコン層上にドーピング材料の層を形成することが、上記成膜されたシリコン層上にポジ型ドーピング材料の層を形成することを含む、項目1に記載の方法。
(項目5)
上記成膜されたシリコン層上にドーピング材料の層を形成することが、上記成膜されたシリコン層上にネガ型ドーピング材料の層を形成することを含む、項目1に記載の方法。
(項目6)
上記ドーピングされたワイドバンドギャップ半導体を成膜することが、ドーピングされたワイドバンドギャップアモルファスシリコンを成膜することを含む、項目1に記載の方法。
(項目7)
上記ドーピングされたワイドバンドギャップ半導体を成膜することが、1.05電子ボルトより大きいバンドギャップを有する半導体を成膜することを含む、項目1に記載の方法。
(項目8)
上記酸化物層、上記ドーピング材料の層及び上記成膜されたシリコン層を交差指型パターンに部分的に除去することが、上記酸化物層、上記ドーピング材料の層及び上記成膜されたシリコン層を除去するためにエッチングプロセスを使用することを含む、項目1に記載の方法。
(項目9)
上記酸化物層、上記ドーピング材料の層及び上記成膜されたシリコン層を上記交差指型パターンに部分的に除去することが、上記酸化物層、上記ドーピング材料の層及び上記成膜されたシリコン層を除去するためにアブレーションプロセスを使用することを含む、項目1に記載の方法。
(項目10)
上記太陽電池の上記前面上に反射防止コーティングを成膜することが、窒化ケイ素を成膜することを含む、項目1に記載の方法。
(項目11)
シリコン基板を備える太陽電池を製造する方法であって、上記シリコン基板が、通常動作時に太陽に面する前面及び上記前面と反対の裏面を有し、
上記方法は、
上記裏面上に薄い誘電体層を及び上記薄い誘電体層上にドーピングされたシリコン層を有するシリコン基板を準備することと、
上記ドーピングされたシリコン層上に酸化物層を形成することと、
上記酸化物層及び上記ドーピングされたシリコン層を交差指型パターンに部分的に除去することと、
テクスチャ化シリコン領域を形成するために、露出した上記シリコン基板をエッチングすることと、
酸素が供給される環境で上記シリコン基板を加熱することによって、上記太陽電池の上記裏面上に酸化ケイ素層を成長させることであって、上記ドーピングされたシリコン層を結晶化して、ドーピングされたポリシリコン層を形成することと、
上記太陽電池の上記前面及び上記裏面上に、ドーピングされたワイドバンドギャップアモルファスシリコン及び反射防止コーティングを同時に成膜することと、
一連のコンタクト開口部を形成するために、上記反射防止コーティング、上記ドーピングされたワイドバンドギャップアモルファスシリコン及び上記酸化物層を部分的に除去することと、
上記ドーピングされたポリシリコンに電気的に結合される第1金属グリッド、及び、上記太陽電池の上記裏面の上記交差指型パターンの一部分に電気的に結合される第2金属グリッドを同時に形成することと、を含む、方法。
(項目12)
上記ドーピングされたポリシリコン層が、負ドーピングされたポリシリコンの層を含む、項目11に記載の方法。
(項目13)
上記ドーピングされたポリシリコン層が、正ドーピングされたポリシリコンの層を含む、項目11に記載の方法。
(項目14)
上記太陽電池の上記前面及び裏面上に反射防止コーティングを成膜することが、上記太陽電池の上記裏面及び前面に窒化ケイ素を成膜することを含む、項目11に記載の方法。
(項目15)
シリコン基板を備える太陽電池を製造する方法であって、上記シリコン基板が、通常動作時に太陽に面する前面及び上記前面と反対の裏面を有し、
上記方法は、
上記裏面に薄い誘電体層を及び上記薄い誘電体層上にドーピングされたシリコン層を有するシリコン基板を準備することと、
上記ドーピングされたシリコン層上に酸化物層を形成することと、
上記酸化物層及び上記ドーピングされたシリコン層を交差指型パターンに部分的に除去することと、
テクスチャ化シリコン領域を形成するために、露出した上記シリコン基板をエッチングすることと、
酸素が供給される環境で上記シリコン基板を加熱することによって、上記太陽電池の上記裏面上に酸化ケイ素層を成長させることであって、上記シリコン層を結晶化して、ドーピングされたポリシリコン層を形成することと、
上記太陽電池の上記裏面上にドーピングされたワイドバンドギャップアモルファスシリコン及び反射防止コーティングを成膜することと、
上記太陽電池の上記前面上にドーピングされたワイドバンドギャップアモルファスシリコン及び反射防止コーティングを成膜することと、を含む方法。
(項目16)
上記ドーピングされたポリシリコン層が、リンを含む、項目15に記載の方法。
(項目17)
上記ドーピングされたポリシリコン層が、ホウ素を含む、項目15に記載の方法。
(項目18)
シリコン基板を備える太陽電池を製造する方法であって、上記シリコン基板が、正常動作時に太陽に面する前面及び上記前面と反対の裏面を有し、
上記方法は、
上記裏面上に薄い誘電体層を及び上記薄い誘電体層上にドーピングされたシリコン層を有するシリコン基板を準備することと、
上記ドーピングされたシリコン層上に酸化物層を形成することと、
上記酸化物層及び上記ドーピングされたシリコン層を交差指型パターンに部分的に除去することと、
酸素が供給される環境で上記シリコン基板を加熱することによって、上記太陽電池の上記裏面上に酸化ケイ素層を成長させることであって、上記シリコン層を結晶化して、ドーピングされたポリシリコン層を形成することと、
上記太陽電池の上記裏面上にドーピングされたワイドバンドギャップ半導体を成膜することと、
上記太陽電池の上記前面上にドーピングされたワイドバンドギャップ半導体及び反射防止コーティングを成膜することと、を含む方法。
(項目19)
上記シリコン基板を準備することが、N型バルクシリコンのシリコン基板を準備することを含む、項目18に記載の方法。
(項目20)
上記シリコン基板を準備することが、P型バルクシリコンのシリコン基板を準備することを含む、項目18に記載の方法。
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9
図10
図11
図12
図13
図14
図15
図16
図17
図18