JP2004520713A - 選択エミッター層を有する太陽電池 - Google Patents

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Abstract

本発明はキャリヤ材料に塗布された酸化物層を構造化する方法に関するものである。この種の酸化物層をコスト上有利に構造化するには、スクリーンプリント過程の後に酸化物エッチング成分を含有するスクリーンプリントペーストをプリントシテンシルにより酸化物層にプリントすると共に、プリントされたスクリーンプリントペーストを所定の作用時間の後に再び除去する。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、キャリヤ材料に塗布された酸化物層の構造化方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
キャリヤ材料上で酸化物層を構造化させる問題は、たとえば太陽電池の作成に際し生ずる。結晶質珪素−太陽電池は一般にｐ−導電性基板からなり、その表側にはｎ−導電性物質（たとえば燐）の均質な厚い層が拡散される。ウェファーの表側および裏側には入射光の下で生じた電流を除去するため金属導電性接触部を施す。コスト上有利かつ大量生産可能な作成法に鑑み、接触部は一般にスクリーンプリント技術により得られる。
【０００３】
ｎ−ドーピングのレベルにて、２つの対向縁部条件を調和させねばならない。
【０００４】
表側接触部につきスクリーンプリント技術を用いるには、充分高いｎ−ドーピングを設けることが重要である。珪素のドーピングが低過ぎれば珪素と接触部との間の移行抵抗が高くなり過ぎる。これは、太陽電池のシリーズ抵抗が上昇するという結果をもたらし、次いでこれは太陽電池の照明特性曲線の沈降する係数をもたらす。他面において、高過ぎるｎ−ドーピングは太陽電池の青色感受性の低下をもたらし、これは荷重負荷と作用度の低下との早期の再組み合わせをもたらす結果となる。
【０００５】
これら両対向縁部条件を調和させるには、ｎ−ドーピングにていわゆる選択エミッタ構造が提案される。ここで平面的に極く小さい割合のみを高ｎ−ドーピングとの表側接触部の下に設ける一方、他の領域には低いｎ−ドーピングを設けて、高い青色感受性を実現する。
【０００６】
結晶珪素−太陽電池の上記構造にこれら選択エミッタ構造を一体化させるには、たとえば構造化された酸化物層により実現しうるマスキングが必要となる。勿論、この酸化物層はこれに特に必要なプロセス工程で得なければならない。
【０００７】
酸化物層をフォトリトグラフ法に従い或いはレーザー光線により構造化させることは公知である。勿論、これら方法は比較的コスト上無駄があり、従って低コストの太陽電池分野で用いるには適していない。
【特許文献１】ＤＥ ３３ ４０ ８７４ Ｃ２号
【特許文献２】ＵＳ ４，１５８，５９１号
【特許文献３】ＤＥ １９５ ０８ ７１２ Ｃ２号
【特許文献４】ＷＯ ００／５４３４１号
【特許文献５】ＵＳ ４ ４８６ ４６６号
【特許文献６】ＵＳ ４ ３２７ １６７号
【特許文献７】ＵＳ ５ ２９２ ６１９号
【特許文献８】ＵＳ ５ ４５４ ８６１号
【特許文献９】ＵＳ ５ ４７２ ９１０号
【特許文献１０】ＵＳ ４ ２７１ ２５８号
【特許文献１１】ＵＳ ４ ５１０ ２７６号
【特許文献１２】ＵＳ ４ ５０４ ６０７号
【特許文献１３】ＵＳ ４ ５５１ ４８８号
【特許文献１４】ＵＳ ４ ４９９ １６３号
【特許文献１５】ＵＳ ４ ９２７ ７３６号
【特許文献１６】ＥＰ ０ ８９１ １２７ Ａ２号
【特許文献１７】ＥＰ ０ ８６０ ７４２ Ａ１号
【特許文献１８】ＥＰ ０ ７１３ ３５７ Ａ１号
【特許文献１９】ＥＰ ０ １７４ ５５５ Ａ２号
【特許文献２０】ＷＯ ９６／１９０１２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の課題は従って、キャリヤ材料に施された酸化物層をコスト上有利に構造化させうる方法を提供することにある。特に本発明の課題は、選択エミッタ層を有する太陽電池のコスト上有利な作成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この課題は、請求項１に記載の方法、並びに請求項１９に記載のスクリーンプリントペーストにより解決される。この方法の好適使用は請求項５および９による方法とで与えられる。スクリーンプリントペーストの好適使用についても請求項２５、２６および２７により示される。
【００１０】
キャリヤ材料に塗布された酸化物層を構造化させる本発明の方法においては、スクリーンプリント過程の後に酸化物エッチング成分を含有するスクリーンプリントペーストをステンシルにより酸化物層にプリントすると共に、プリントされたスクリーンプリントペーストを所定作用時間の後に再び除去する。
【００１１】
従って本発明によれば、それ自体公知のスクリーンプリント法を使用して、キャリヤ材料に塗布された酸化物層を構造化させる。このためスクリーンプリントペーストに酸化物エッチング成分を設ける。ペーストがプリントされる。全平面領域にて酸化物がエッチングされ、非プリント領域には酸化物が維持される。
【発明の効果】
【００１２】
エッチングプロセスは、水または適する溶剤における珪素円盤の洗浄により終了する。従って、このプロセスは構造化につき使用されたフォトレジストマスクとそれに属するプロセス工程または構造化のための高価なレーザー装置なしに行われ、僅か１つのスクリーンプリント装置のみを必要とする。このプロセスは従って自動化可能であると共に、工業規模にて大個数のコスト上有利な生産に適している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
好適実施形態によれば、酸化物エッチング成分は弗化水素酸（ＨＦ）および／または弗化アンモニウム（ＮＨ4 Ｆ）および／または弗化水素アンモニウム（ＮＨ4 ＨＦ2 ）からなっている。弗化水素酸は弗化水素（ＨＦ）の水溶液である。市販入手しうる弗化水素酸は約４０重量％のＨＦを含有し、石英およびシリケートを欠如する。弗化水素酸（ＨＦ）および／または弗化アンモニウム（ＮＨ4 Ｆ）および／または弗化水素アンモニウム（ＮＨ4 ＨＦ2 ）は従ってガラスおよび金属をエッチングするため特に酸化珪素をエッチングするために使用することができる。
【００１４】
更なる好適実施形態によれば、酸化物エッチング成分はスクリーンプリントペーストに対し１０〜２０容量％の割合を占めるよう準備される。この割合にて作用時間を特に良好に制御しうることが示された。酸化物層の厚さに応じ作用時間はたとえば３０秒〜２分間である。
【００１５】
更なる本発明の解決策は入射光側に選択エミッタ層を有する太陽電池の作成方法であって次の工程：
ｐ−ドーピングされたウェファーに酸化物層を生成させ、
上記した本発明によるスクリーンプリント法により酸化物エッチング成分を有するスクリーンプリントペーストを使用しながら酸化物層を構造化させ、
選択高ｎ−ドーピングを構造化された領域に導入し、
酸化物層を除去し、
全面的に弱いｎ−ドーピングを選択高ｎ−ドーピングの上方に導入し、
スクリーンプリント過程の後の入射光側を選択高ｎ−ドーピングの領域で接触させる
を含む。
【００１６】
好適実施形態によれば、ｎ−ドーピングは燐−ドーピングにより導入される。燐−ドーピングの導入に際し生ずるホスホルガラス（ＰＯＣｌ3 ）を好ましくはその後のエッチング工程にて再び除去する。
【００１７】
更なる好適実施形態によれば、表側を銀スクリーンプリントペーストと接触させる。
【００１８】
従来技術により工業的に作成される太陽電池の場合、表側をスクリーンプリント技術により接触させる。これには１０Ｅ２０原子／ｃｍ3 の範囲の燐−表面濃度を有する約０．３μｍの拡散ｎ−層の厚さを必要とする。ｎ＋−層の深さおよび表面濃度により、照射された太陽スペクトルの短波長部分におけるその感受性も決定される。青色感受性をさらに増大させ、すなわち短回路電流密度を増大させるべき場合は、ｎ＋−層における燐の侵入深さおよび表面濃度を低下させねばならない。これはＡｇ−金属化とｎ−ドーピング珪素層との間の接触抵抗を増大させる結果となり、次いでこれは太陽電池の明特性曲線の低下係数を再びもたらし、従って減少する効率をもたらす。
【００１９】
減少する燐−表面濃度に際し珪素と金属接触部との間の僅かな移動抵抗を実現する１つの方策は、低いバリヤ高さを有する金属（たとえばニッケルもしくはチタン）の中間層の使用である。しかしながら、これは他の金属化技術（たとえば無電流金属分離技術もしくは蒸発技術）への移行をも意味する。勿論、これら方法は大量生産に有利でなく、更に明らかに高い制作コストを伴う。
【００２０】
スクリーンプリント接触部および高められた青色感受性を有する結晶質珪素−太陽電池を作成するためのここに提案された方策は、２つの領域におけるｎ＋−層を分割することにある。金属化された領域の間におけるウェファー表面の平面的に幅広な主たる部分は燐により弱くのみドーピングされて高青色感受性を実現する。
【００２１】
金属化の下のウェファー表面における他の平面的に極めて小さい割合のみが燐により強くドーピングされて、低い接触抵抗を確保する。酸化物エッチング成分を有するスクリーンプリントペーストの使用は、ここでは酸化物層の簡単な構造化による選択エミッタ層のコスト上有利な作成をも可能にする。
【００２２】
更なる問題は太陽電池の裏側の接触である。太陽電池裏側のスクリーンプリント接触に際し、珪素を１．５Ｅ１６原子／ｃｍ3 の基礎ドーピングでＡｇと結合させねばならない。これは高い接触抵抗のみで成功し、これには勿論太陽電池の係数を強度に調和させる。接触抵抗を減少させるには、ウェファー裏側に対する珪素のドーピングを約１０Ｅ１９原子／ｃｍ3 の範囲に増大させねばならない。これには種々異なる方法が存在する。
【００２３】
バッハ・サーベス・フィールド（ＢＳＦ）なしの、太陽電池の場合、Ａｇ−スクリーンプリント用ペーストへのアルミニアムの混入により裏側のドーピング部が得られる。アルミニウムが既に約５７７℃にて合金形成にて珪素と共に既に形成する。金属化部分の燃焼後の冷却に際しＡｇペーストのアルミニウム部分は約５７７℃以上の温度にて珪素と共に溶融物を形成する。燃焼後の冷却に際し溶融物が再結晶化し、ここで固化した珪素は１０Ｅ１９原子／ｃｍ3 の範囲における溶解度限界までアルミニウムがドーピングされる。このドーピング濃度にて珪素は低い接触抵抗にてＡｇと接触することができる。
【００２４】
他の種類はバック・サーフェス・フィールド（ＢＳＦ）を有する太陽電池である。珪素太陽電池の厚さを減寸させる検討に際し、太陽電池の作用度減少が観察される。これはより薄い吸光長さに際しもはや充分な太陽光の吸光に戻らない。他方、裏側近傍における電荷キャリヤが増大し、ここで拡散により小数電荷キャリヤは裏側電極に達することができ、これにより多数電荷キャリヤにより、得られた電流を減少させることができる。裏側に対する高ドーピングされた層により小数電荷キャリヤの拡散に抗するフィールド、すなわちいわゆるバック・サーフェス・フィールド（ＢＳＦ）を得ることができる。ｐ−ドーピングされた太陽電池本体およびその入射光側もしくは表側に対するｎ＋−ドーピングエミッタを有する太陽電池構造においては、裏側に対するｐ＋−ドーピングが必要である。これを得るには、たとえばそれ自身蒸発により薄い層として裏側に施こされると共にテンパー工程により導入もしくは合金化しうるような多くのアルミニウムが提案される。さらに、アルミニウム含有の裏側接触部を施すと共に対応してアルミニウムを導入することによりｐ＋−ドーピングを得ることも可能である。さらに、アルミニウムを固体−拡散源から太陽電池基板まで拡散導入することも可能である。勿論、これは太陽電池基板が両側にてアルミニウムドーピングされてｐ＋ｐｐ＋−構造が生ずるという欠点を伴う。
【００２５】
更に、硼素はｐ−ドーピング部を得るにも適している。その際、相応のバック・サーフェス・フィールドを対応する揮発性もしくはガス形成性硼素化合物のガス拡散により、または裏側への硼素含有珪素層の塗布により、或いは液体ドーピング物質含有溶液の塗布により得ることができる。ドーピングの導入に必要な温度はしかしながら周囲拡散でなく硼素化合物の高い揮発性に基づくことが観察され、これはドーピングしない太陽電池領域のマスキングにより阻止せねばならない。
【００２６】
ＤＥ３３ ４０ ８７４ Ｃ２号からは、バック・サーフェス・フィールドの作成方法が公知であり、相応のドーピング物質をドーピング質含有層から半導体に導入する。
【００２７】
直接的拡散またはドーピング質層の導入によるバック・サーフェス・フィールドの作成がＵＳ ４，１５８，５９１号から公知である。ドーピングされないウェファーの表面は第２ウェファーでの被覆により保護することができる。
【００２８】
プロセス上簡単に作成されるアルミニウムでのｐ＋−ドーピングは、腐食性増大の欠点を有する。時間の経過と共に、アルミニウム含有層領域が分解して溶出することもあり、これは上側接触部の損傷および太陽電池性能の低下をもたらしうる。この問題の解決策はＤＥ １９５ ０８ ７１２ Ｃ２号から公知である。基本的概念は、ここでは硼素含有拡散原料層からの硼素の追い出しによりバック・サーフェス・フィールドのｐ＋−ドーピングを生成させることである。ウェファーの縁部および表側からの望ましくないドーピングが阻止され、酸素含有雰囲気下での９００〜１２００℃の高温における追い出しが採用される。これら条件下でウェファーの縁部および表側に酸化物層が直ちに形成され、これら層はマスキングに役立つと共にこれら状況に対する望ましくないドーピングを阻止する。導入の後、酸化物層も拡散原料層も簡単なエッチング工程により除去される。
【００２９】
本発明の更なる解決策として、選択エミッタ層の作成に際し表側をマスキングするためバック・サーフェス・フィールドを生成させる際に形成される酸化物層を利用することが提案される。
【００３０】
従って更なる本発明の解決策は入射光側に選択エミッタ層を有すると共に裏側にバック・サーフェス・フィールドを有する太陽電池の作成方法からなり、この方法は次の工程：すなわち
珪素からなるウェファーの裏側にドーピング物質として硼素を含有する拡散原料層を塗布し、
酸素含有雰囲気下に９００〜１２００℃の温度にてウェファーを処理して酸化物層を得ると共にドーピング質を導入し、
上記した本発明によるスクリーンプリント法にて酸化物エッチング成分を含むスクリーンプリントペーストを使用しながら酸化物層を構造化させ、
選択高ｎ−ドーピングを構造化された領域に導入し、
拡散原料層と酸化物層とを除去し、
全面的に弱いｎ−ドーピングを導入し、
ｎ−ドーピングをウェファーの縁部にて分離し、
スクリーンプリント過程の後の入射光側を選択高ｎ−ドーピングの領域にて接触させ、
裏側接触物を裏側に施す
工程を含むことを特徴とする。
【００３１】
ＤＥ １９５ ０８ ７１２ Ｃ２号から自体公知のＢＳＦ−フィールドの作成方法は、従って特に有利に酸化物層の本発明による構造化と組み合せることができる。何故なら、ＢＳＦ−ドーピングの導入に際しマスキングするための酸化物層を更なるプロセス工程を必要とすることなく形成しうるからである。
【００３２】
更に、ＤＥ １９５ ０８ ７１２ Ｃ２号から公知の方法の利点を全て有する。
【００３３】
たとえば半導体移行部を得る前に太陽電池の表側に対する燐の拡散導入の前にバック・サーフェス・フィールド（ＢＳＦ）の生成を行うことに注目すべきである。選択される高温度は硼素ドーピングの深い侵入に重要である。これは、その後の太陽電池の全体的作成工程に対しても安定であり、これは明らかに低温度にて行われる。
【００３４】
更なる利点は燐の拡散導入による移行部の作成である。これは周囲にて、すなわちウェファーの両側および縁部で行うことができる。更に燐拡散については層領域のマスキングも覆いも必要でなく、所定領域における望ましくないドーピングを排除することができる。深く侵入するＢＳＦドーピングは表面でのみ燐により補償される。
【００３５】
裏側接触部のアルミニウム含有材料により、裏側接触部の燃焼に際しｐ＋−層まで貫通接触させることができ、その際裏側接触部の領域にて燐ドーピングされたｎ−層を再び補償することができる。その際、裏側接触部を構造化または全面的に塗布することができる。
【００３６】
拡散原料層は硼素含有層であって、そこから硼素を熱的に追い出すことができる。好ましくは拡散原料層は硼素ドーピングラッカーで塗布される。これは硼素もしくはその化合物の他に粉末ＳｉＯ2 を懸濁物で含有する。このドーピングラッカーは一般に高性能半導体における高ドーピングを生成させるよう作用する。これは流体で塗布することができ、たとえば加速することもでき、他の可能性は硼素ドーピングペーストの使用であり、これはスクリーンプリント法にて施される。ドーピングペーストの使用および処理はたとえばＷＯ ００／５４３４１号に記載されている。
【００３７】
好ましくは太陽電池の裏側は疎水性であると共に酸化物フリーに作成される。この表面にはドーピングラッカーができるだけ薄い層として塗布されかつ乾燥される。これにより、拡散原料層が導入に際し亀裂を形成し或いは全く剥げ落ちることが回避される。均質かつ無傷の拡散原料層により裏側の均質ドーピングが達成される。
【００３８】
拡散原料層から太陽電池への硼素の導入は９００〜１２００℃、好ましくは１０００〜１１００℃にて行われる。これら導入温度は太陽電池につきそれ自体一般的な導入温度を超えている。
【００３９】
硼素ドーピングラッカーの使用については一般に構造要素もしくはウェファーを一方の側にてラッカーで被覆し、従って堆積物にて互いに積層させ、その際それぞれドーピングすべき或いはドーピングしない表面を互いに上下戴置する。それぞれ上下位置する表面のドーピングを阻止すべき場合はマスキングを必要としない。この提案された方法はしかしながら、構造要素またはウェファーを高い必要導入温度にて一緒に焼成し、次いで機械的もしくは化学的に互いに分離せねばならないと言う欠点を有する。
【００４０】
本発明による方法においては、ドーピングしない領域のマスキングも覆いも堆積により必要でなくなる。ドーピングの導入に際し太陽電池（ウェファー）は互いに離間配置され、全体的焼成は全く行われない。
【００４１】
ドーピングの導入に際し、雰囲気は酸素含有とせねばならない。好ましくは純酸素雰囲気下で処理される。酸化物層が直ちに形成しうるので、太陽電池を予め導入温度に予熱されたオーブンに直接導入することができる。酸化物の急速な形成の後、酸素雰囲気を他のガス（例えば窒素）により交換することができる。
【００４２】
この方法の更なる利点は、硼素に比べた酸化物層の高い親和性であり、これは硼素に比べ珪素の親和性よりも大である。これは、場合により酸化物層からの雰囲気脱出性の揮発性硼素へのドーピングの導入に際し吸収されて、極く僅かに硼素ドーピングから遮断される表面領域に侵入させうるよう作用する。
【００４３】
冷却の後、拡散原料層も酸化物層も、たとえばＨＦ−Ｄｉｐにより除去される。
【００４４】
太陽電池につき必要とされる半導体移行部は燐の拡散により得られる。これは周囲拡散によって行うことができ、ここではｎ−ドーピングされたエミッタ層を表側に生ぜしめるだけでなく、裏側にも扁平なｎ−ドーピング層領域を生ぜしめる。燐−ドーピングの導入に際し生ずるホスホルガラス（ＰＯＣｌ3 ）を好ましくはその後のエッキング工程にて再び除去する。
【００４５】
約８００〜９００℃における燐の拡散導入に際し燐の単なる導入の場合よりも実質的に低い温度に調整されるので、太陽電池の裏側には１〜５μｍの実質的に深いｐ＋−ドーピングが約０．２μｍの深さのｎ−ドーピングの下で維持され続ける。
【００４６】
機能的な半導体構造要素を得るには太陽電池の縁部におけるｎ−ドーピングを分離せねばならない。
【００４７】
かくして太陽電池の短回路およびそれから生ずる性能損失が回避される。分離するには、太陽電池を上下に堆積させると共に短時間にわたりエッチングプラズマに露呈させる。
【００４８】
機能的裏側接触部を維持するには、裏側にｎ−層を貫通してｐ＋層を接触させねばならない。これは約１〜３重量％のアルミニウムを含有する裏側接触部で達成される。アルミニウムは裏側接触部の燃焼に際し太陽電池の裏側へ侵入すると共にそこでｐ＋−ドーピング部を形成し、これは裏側接触部の下でｎ−ドーピングを補償する。従って低オームの回路領域が裏側接触部の下で得られ、これは太陽電池の操作に際し良好な電流伝導に役立つ。
【００４９】
機能的太陽電池につきまだ欠如する表側（表側接触部）に対する電流伝導性接触部は裏側接触部の前、その間またはそれと同時に或いは裏側接触部の燃焼後に公知方法で作成することができる。
【００５０】
本発明の更なる解決策は、結合剤と酸化物エッチング成分とを特徴とするスクリーンプリント用ペーストにある。
【００５１】
好適実施形態によれば、スクリーンプリントペーストは１０〜５００Ｐａ・ｓ、好ましくは５０〜２００Ｐａ・ｓの粘度を有する。
【００５２】
その際、粘度は摩擦抵抗の物質依存性部分であって、隣接する液体層の移動に際し運動に対向作用するものである。ニュートンによれば、２つの平行配置されて相対的に移動する摺動面の間の流体層における剪断抵抗（移動張力
【数１】
Figure 2004520713
）は速度もしくは剪断力
【数２】
Figure 2004520713
に比例すると共に、摺動速度μおよび摺動面間隔ｈに比例する。比例ファクターηは物質定数であり、これは動的粘度と称される。規定程式によればηはジメンション ｍＰａ・ｓを有する。ニュートンもしくは純粘性の液体においてηは圧力および温度に依存する。その際、依存度は物質組成により決定される。不均質な組成の液体もしくは物質は非ニュートンもしくは構造粘性の性質を有する。これら物質の粘度は更に剪断力Ｇにも依存する。
【００５３】
更なる好適実施形態によれば、結合剤はタベストリーペーストで構成される。タベストリーペーストは環境上無害な結合剤として良く適し、ここで粘度は水の添加を介し正確に調整することができる。市販入手しうるタベストリーペーストとしては、例えばフィルマ・ヘンケル社のメチラン（登録商標）を使用することができる。酸化物エッチング成分としては弗化水素酸（ＨＦ）および／または弗化アンモニウム（ＮＨ4 Ｆ）および／または弗化水素アンモニウム（ＮＨ4 ＨＦ2 ）をタベストリーペーストに混入することができる。酸化物エッチング成分は好ましくはスクリーンプリントペーストの１０〜２０容量％の割合を占める。
【００５４】
代案として、たとえばエポキシド樹脂から結合剤を構成することも考えられる。エポキシド樹脂は多くの場合ラッカー結合剤として使用され、スクリーンプリントペーストの結合剤としてもたとえばＵＳ４，４８６，４６６号から公知である。特許公報ＵＳ４，４８６，４６６号の開示を本出願明細書に参考のため引用する。特許公報ＵＳ４，４８６，４６６号は耐寒性スクリーンプリントペーストを開示しており、ここにたとえば弗化水素酸（ＨＦ）および／または弗化アンモニウム（ＮＨ4 Ｆ）および／または弗化水素アンモニウム（ＮＨ4 ＨＦ2 ）からなる本発明の酸化物エッチング成分を混入することができる。更に、ＵＳ４，４８６，４６６号には１連の改質剤も挙げられており、これを介しスクリーンプリントペーストの性質を調節することができる。これには「魚眼」の形成を阻止する流動プロモータが役立つ。スクリーニングプロモータはプレス促進性添加物として役立つ。ゲル化剤はスクリーンプリント用ペーストの粘度を所望通り調整するのに役立つ。ＵＳ４，４８６，４６６号には、スクリーンプリント法の実施に際しスクリーンプリントペーストの流動を示すゲル化状態が記載され、外力を伴わない静止状態にてスクリーンプリントペーストの固化した非流動性状態をも示す。
【００５５】
スクリーンプリントペーストのための更なる公開公報としては、ＵＳ ４ ３２７ １６７号、ＵＳ ５ ２９２ ６１９号、ＵＳ ５ ４５４ ８６１号、ＵＳ ５ ４７２ ９１０号、ＵＳ ４ ２７１ ２５８号、ＵＳ ４ ５１０ ２７６号、ＵＳ ４ ５０４ ６０７号、ＵＳ ４ ５５１ ４８８号、ＵＳ ４ ４９９ １６３号、ＵＳ ４ ９２７ ７３６号、ＥＰ ０ ８９１ １２７ Ａ２号、ＥＰ ０ ８６０ ７４２ Ａ１号、ＥＰ ０ ７１３ ３５７ Ａ１号、ＥＰ ０ １７４ ５５５ Ａ２号およびＷＯ ９６／１９０１２号が挙げられる。
【００５６】
本発明によるスクリーンプリントペーストの好適使用は、キャリヤ材料に塗布された酸化物層を構造化させるため、入射光側に選択エミッタ層を有する太陽電池を作成するため、並びに入射光側に選択エミッタ層を有すると共に裏側にバック・サーフェス・フィールドを有する太陽電池を得るための上記各方法に適している。
【実施例】
【００５７】
以下、添付図面を参照して本発明を実施例により詳細に説明する。
【００５８】
スクリーンプリチキングにより、粘着性ペーストをプリントステンシルを有する微細メッシュのシーブ（またはエッチングされた金属シール）を介しキャリヤ材料上にプリントする。厚層技術によるスクリーンプリント法においては更なる工程として燃焼をも行い、電気的および機械的性質を確認する（乾燥された層につき層厚さ１０〜２５μｍ）。燃焼は本発明によるスクリーンプリント法では行わず、その代わりに所定作用時間の後にスクリーンプリントペーストを適する溶剤で再び洗浄除去する。
【００５９】
プリント種類としては、反発を伴うプリントまたは接触プリントがある。図１は反発法に従うスクリーンプリント技術を示す。シーブの反発は一般に、スクリーンプリントペーストをこのシーブで篩うラーケルの縁部とシーブとの間の調整角度αを以て僅か１００μｍである。シーブはシーブ枠体により保持される一方、ラーケルはラーケル速度ｖおよびラーケル圧力ｐをシーブを介し加える。この場合、スクリーンプリントペーストをスクリーン上に移動させる。図２は接触プリント法に従うスクリーンプリント技術を示す。この場合、スクリーンは基板上に位置し、僅かなラーケル圧力を有するラーケルをスクリーン上で移動させる。移動終了Ｅの後、スクリーンからのラーケルの持ち上げを行う。このスクリーンはスクリーン緊張装置により水圧／空気圧牽引−およびクランプ−装置で均一に緊張される。スクリーン緊張の制御は計測器にて決定された重量にて決定面積を有するスクリーンの所定の懸垂により行われる。特殊な空気圧／水圧式プリント装置によりラーケル圧力（Ｐ）、圧力速度（Ｖ）、反発（ａ）およびラーケルの経路（水平および垂直、調整角度）をプロセス段階の種々異なる自動化程度を以て研究および生産につき調整することを可能にする。
【００６０】
以下、市販入手しうるタペストリーペースト（たとえばフィルマ・ヘンケル社のメチラン（登録商標））に基づくエッチングペーストの簡単な混合につき説明する。市販入手しうるタペストリーペーストの５ｇの粉末を１５０ｍｌの水と一緒に攪拌する。約３０分間の後、このペーストに弗化アンモニウムと弗化水素酸、すなわち５ｇのＮＨ4 Ｆ＋２５ｍｌのＨＦ４０％からなる混合物を攪拌混入する。この混合物は約１時間後にエッチングにつき仕上がる。この種のエッチングペーストを用い、スクリーンプリント過程の後に厚さ約１００ｎｍの熱形成ＳｉＯ2 を約１分間で選択的に除去することができる。エッチングは水へのＳｉウェファーの浸漬および微細な水流による強力な噴射によって終了される。
【００６１】
スクリーンプリント技術を実施するためのプリントスクリーンブは一般に、必要とされる層厚さに相応する針金直径およびメッシュ幅に応じてプラスチックウェブもしくは針金ウェブで構成される。これらウェブは感受性材料で直接的もしくは間接的に構造化される。図３は直接的エマルジョンスクリーンの断面を示す。これに対し、図４は間接的エマルジョンスクリーンの断面図を示す。最も細い線のプリントにつき、必要な高精度の順次施されるプリントにて金属マスクが使用され、これは場合により直接的もしくは間接的に穴構造を設けることができる。
【００６２】
図５は針金直径Ｄおよびメッシュ開口ｏを有するスクリーンウェブにおけるパラメータの図面である。スクリーンパラメータはメッシュ数である：
１インチ当たりのメッシュ数：
たとえば Ｍ２５０＝１インチ当たり２５０メッシュ
または Ｔ１００＝１ｃｍ当たり１００メッシュ
プリントされた層厚さは約０．５×Ｄである。
【００６３】
図６〜１１は、太陽電池の断面図により種々なプロセス段階を示す。
【００６４】
図６は、塗布されたドーピングラッカー層２を有する出発ウェファー１を示す。太陽電池につき、たとえば＜１００＞−配向を有するｐ−ドーピングされたＣｚ−珪素からウェファーが選択される。この場合、短い塩基性の結晶配向されたエッチングにより表面に対する組織化を行うことができ、反射を阻止すべく入射光配置が改善される（図６には図示せず）。次いで、裏側ＲＳには薄いドーピングラッカー層２（たとえばシオドップ（登録商標）、フィルマ・メルク社）が遠心付着されて乾燥される。
【００６５】
図７は、ＢＳＦ形成のプロセス工程を示す。図６に従い作成されたウェファーは、集団で使用されると共に１０００〜１１００℃まで予熱されたオーブンに導入される。オーブン内で純酸素雰囲気を調整して、硼素ドーピングラッカー層２より覆われないウェファー１の全表面に直接的に酸化物層４を形成させる。同時に、ドーピングラッカー層２から硼素を除去すると共にウェファー１の裏側ＲＳに拡散させる。その際、約１〜５μｍ深さのｐ＋−ドーピングされた領域５が形成される。
【００６６】
図８は、エッチングペーストによる上記スクリーンプリント法に従う酸化物層４の構造化を示す。エッチングペーストの洗浄除去の後、構造化された領域９および１０が残る。
【００６７】
図９は、選択エミッタ層を形成させるための高ｎ＋−燐ドーピングの工程を示す。酸化物層４はマスキングとして役立ち、高い燐ドーピングが領域１１および１２においてのみ形成される。
【００６８】
図１０は、酸化物層４およびウェファーのドーピングラッカー２が除去された後の太陽電池の全面的に弱い燐−ドーピングを示す。燐の拡散混入（矢印６参照）により、周囲の扁平なｎ−ドーピングされた表面領域７が得られる。
【００６９】
図１１はウェファーの裏側の接触部を示す。エッチングにより円盤の縁部にてｎ−領域７を分離させた後（たとえばプラズマにて）裏側接触部３が施される。これは、たとえば結合剤および酸化性添加剤の他に導電性（銀粒子）および１〜３０重量％のアルミニウムを含有するペーストでのスクリーンプリンチングにより行われる。プリンチングの後、裏面接触部３を約７００〜８００℃にて焼却する。その際、更にペーストに含有されるドーピング物質アルミニウムが太陽電池裏側に導入され、ｐ＋−ドーピングにつきおよび従ってｐ＋−領域５と裏面接触部３との間の良好なオーム接触部につきｎ−ドーピングの補償により回路領域８がそこに設けられる。
【００７０】
要約すれば、入射光側に選択エミッタ層を有すると共に裏側にバック・サーフェス・フィールドを有する太陽電池の作成にて次のプロセス工程が示される：
１． 加工するための珪素円盤の準備：鋸により裁断された表面層の除去および清浄。
２． 珪素円盤へのドーピング物質含有層の塗布および珪素円盤へのドーピング物質の拡散（ＢＳＦ−作成）。
３． 珪素円盤の表側に対するマスキング層の作成。円盤裏側への硼素の拡散は酸化性雰囲気下に行われる。次いで円盤表側にて酸化物層が洗浄され、その後に選択エミッタ構造を得るために使用することができる。
４． エッチングペーストを用いて選択エミッタを得るための構造物の作成。
５． 順次にスクリーンプリントで金属化される領域への高燐−ドーピングの導入。
６． ホスホルガラスおよび酸化物マスクの除去。
７． 金属接触部間の領域における全面的に弱い燐−拡散。
８． 太陽電池の表側および裏側を電気分離させるための珪素円盤の縁部におけるｎ−導電層の開口。
９． 酸化物Ｓｉ−窒化物または他の不働化層との表面再組み合わせを低下させるための太陽電池表側の電気的不働化。
１０． Ａｇ−スクリーンプリントとの太陽電池の接触。太陽電池表側にて、珪素円盤の高ｎ＋−ドーピングのパターンにＡｇ−金属化を正確に調整せねばならない。
１１． 接触金属化部の燃焼。
【００７１】
図１２〜１５は、表側（ＶＳ）および裏側（ＲＳ）に対する太陽電池の得られたドーピングプロフィルを示す。ここでドーピング濃度は、それぞれ裏側ＲＳと表側ＶＳとの間の円盤厚さに応じて塗布される。
【００７２】
図１２は、表側接触部の領域における太陽電池の表側の得られたドーピングプロフィルを示す。領域１はウェファーの低い均一な初期ｐ−ドーピングを示す一方、領域７は表側接触部の領域における高燐ドーピングを示す。図１３はこれに対し、表側の上方領域における得られたドーピングプロフィルを示し、これは青色感受性を増大させるため低燐−ドーピングを有する。
【００７３】
図１４は、裏側接触部を燃焼させる前の太陽電池の裏側における得られたドーピングプロフィルを示す。領域１はウェファーの低い均一な初期ｐ−ドーピングを再び示す。領域５は、ウェファーの裏側ＲＳに約５μｍ導入されたｐ＋−ドーピングを特徴とする。燐拡散により得られた均一なｎ−ドーピング７は約０．２μｍの僅かな侵入深さを以て表側にエミッタを形成すると共に、裏側にてｐ＋ドーピングの補償により必要に応じｎ−ドーピング領域を形成する。
【００７４】
図１５には裏側接触部を燃焼させた後のドーピングプロフィルを示し、ここでは図示した断面の切断領域に裏側接触部が存在する。アルミニウムにより回路領域にて裏側のｎ−ドーピングが補償されて、充分なｐ＋−ドーピング領域８が裏側接触部の下に生ずる。プリントされると共に燃焼された裏側接触部の太陽電池に対する良好なオーム接触が従って実現される。
【００７５】
図１６は仕上げ太陽電池を断面にて示す。これは少なくとも１つの表側接触部１３を有し、更に選択的に表側には反射防止層１４をも有し、これはたとえば酸化物または窒化珪素で形成することができる。反射防止層１４の下には薄層−酸化物からなる不働化層１５が存在する。裏側接触部１６は充分に或いは選択的に破壊されて介在する裏側不働化層で形成することができる。不働化層は、表側接触部および／または裏側接触部を塗布する前に生成させることができる。高い表面ドーピングに基づき酸化物は特に急速に洗浄され、不働化につき既に存在する中庸温度および短いプロセス時間にて充分である。選択エミッタ層１７はｎ＋−ドーピング部を有する接触フィンガ１３の領域および均一なｎ−ドーピング部を有する残余の領域に設けられる。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】反射波によるスクリーンプリント技術の図面。
【図２】接触プリント法に従うスクリーンプリント技術の図面。
【図３】直接的エマルジョンスクリーンの断面図。
【図４】間接的エマルジョンスクリーンの断面図。
【図５】スクリーンウェブにおける各パラメータの図面。
【図６】太陽電池の断面図を参照した種々のプロセス段階の図面。
【図７】太陽電池の断面図を参照した種々のプロセス段階の図面。
【図８】太陽電池の断面図を参照した種々のプロセス段階の図面。
【図９】太陽電池の断面図を参照した種々のプロセス段階の図面。
【図１０】太陽電池の断面図を参照した種々のプロセス段階の図面。
【図１１】太陽電池の断面図を参照した種々のプロセス段階の図面。
【図１２】表側（ＶＳ）および裏側（ＲＳ）における太陽電池の得られたドーピングプロフィル。
【図１３】表側（ＶＳ）および裏側（ＲＳ）における太陽電池の得られたドーピングプロフィル。
【図１４】表側（ＶＳ）および裏側（ＲＳ）における太陽電池の得られたドーピングプロフィル。
【図１５】表側（ＶＳ）および裏側（ＲＳ）における太陽電池の得られたドーピングプロフィル。
【図１６】仕上げ太陽電池の断面図。
【符号の説明】
【００７７】
１ ウェファー
２ ドーピングラッカー層
３ 裏側接触部
４ 酸化物層

Claims (27)

  1. キャリヤ材料に塗布された酸化物層を構造化する方法において、スクリーンプリント過程の後に酸化物エッチング成分を含有するスクリーンプリントペーストをプリントステンシルにより酸化物層にプリントし、
    プリントされたスクリーンプリントペーストを所定の作用時間の後に再び除去する
    ことを特徴とする構造化方法。
  2. 酸化物エッチング成分が弗化水素酸（ＨＦ）および／または弗化アンモニウム（ＮＨ4 Ｆ）および／または弗化水素アンモニウム（ＮＨ4 ＨＦ2 ）からなることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  3. 酸化物エッチング成分がスクリーンプリントペーストに対し１０〜２０容量％の割合を占めることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
  4. 作用時間が３０秒〜２分間であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
  5. 入射光側に選択エミッター層を有する太陽電池の作成方法において：
    ｐ−ドーピングされたウェファー上に酸化物層を生ぜしめ、
    請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法により酸化物層を構造化させ、
    選択高ｎ−ドーピングを構造化領域に導入し、
    酸化物層を除去し、
    全面的に弱いｎ−ドーピングを選択高ｎ−ドーピングの上方に導入し、
    スクリーンプリント過程の後に入射光側を選択高ｎ−ドーピングの領域にて接触される
    ことを特徴とする太陽電池の作成方法。
  6. 燐−ドーピングによりｎ−ドーピングを導入することを特徴とする請求項５に記載の方法。
  7. 燐ドーピングの導入に際し生ずるホスホルガラス（ＰＯＣｌ3 ）をその後のエッチング工程にて再び除去することを特徴とする請求項６に記載の方法。
  8. 表側を銀スクリーンプリントペーストと接触させることを特徴とする請求項５〜７のいずれか一項に記載の方法。
  9. 入射光側に選択エミッター層を有すると共に裏側にバック・サーフェス・フィールドを有する太陽電池を作成する方法において：
    ドーピング物質として硼素を含有する拡散発生層を珪素からなるウェファーの裏側に塗布し、
    ウェファーを酸素含有雰囲気にて９００〜１２００℃の温度で処理して酸化物層を発生させると共にドーピング物質を回収し、
    酸化物層を請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法により構造化させ、
    選択高ｎ−ドーピングを構造化領域にもたらし、
    拡散発生層および酸化物層を除去し、
    全面的に弱いｎ−ドーピングを導入し、
    ｎ−ドーピングをウェファーの縁部にて切除し、
    スクリーンプリント過程の後に入射光側を選択高ｎ−ドーピングの領域にて接触させ、
    裏側接触部を裏側に塗布する
    ことを特徴とする太陽電池の作成方法。
  10. 拡散発生層として硼素ドーピングラッカーまたは硼素ドーピングペーストを塗布することを特徴とする請求項９に記載の方法。
  11. 拡散発生層および酸化物層をＨＦ溶液でのエッチングにより除去することを特徴とする請求項９または１０に記載の方法。
  12. ウェファーの縁部におけるｎ−ドーピングの切除を外側縁部のエッチングにより行うことを特徴とする請求項９〜１１のいずれか一項に記載の方法。
  13. ｎ−ドーピングを燐−ドーピングにより導入することを特徴とする請求項９〜１２のいずれか一項に記載の方法。
  14. 燐−ドーピングの導入に際し生ずるホスホルガラス（ＰＯＣｌ3 ）をその後のエッチング工程にて再び除去することを特徴とする請求項１３に記載の方法。
  15. 表側を銀スクリーンプリントペーストと接触させることを特徴とする請求項９〜１４のいずれか一項に記載の方法。
  16. 裏側を、１〜３重量％のアルミニウムを含有する銀スクリーンプリントペーストと接触させることを特徴とする請求項９〜１５のいずれか一項に記載の方法。
  17. 領域における裏側を、裏接触部で覆われた領域の間にて硼素ドーピングを平面ｎ＋ドーピングで補償するよう接触させることを特徴とする請求項９〜１６のいずれか一項に記載の方法。
  18. 反射防止層を入射光側に塗布すると共に、不働化層を裏側に塗布することを特徴とする請求項９〜１７のいずれか一項に記載の方法。
  19. 結合剤および酸化物エッチング成分を特徴とするスクリーンプリントペースト。
  20. １０〜５００Ｐａ・ｓ、好ましくは５０〜２００Ｐａ・ｓの粘度を特徴とする請求項１９に記載のスクリーンプリントペースト。
  21. 結合剤がタペストリーペーストからなることを特徴とする請求項１９または２０に記載のスクリーンプリントペースト。
  22. 結合剤がエポキシド樹脂からなることを特徴とする請求項１９または２０に記載のスクリーンプリントペースト。
  23. 酸化物エッチング成分が弗化水素酸（ＨＦ）および／または弗化アンモニウム（ＮＨ4 Ｆ）および／または弗化水素アンモニウム（ＮＨ4 ＨＦ2 ）からなることを特徴とする請求項１９〜２２のいずれか一項に記載のスクリーンプリントペースト。
  24. 酸化物エッチング成分がスクリーンプリントペーストに対し１０〜２０容量％の割合を占めることを特徴とする請求項１９〜２３のいずれか一項に記載のスクリーンプリントペースト。
  25. 請求項１〜４のいずれか一項に記載のキャリヤ材料に塗布された酸化物層を構造化させる方法のための請求項１９〜２４のいずれか一項に記載のシルクプリントペーストの使用。
  26. 請求項５〜７のいずれか一項に記載の入射光側に選択エミッタ層を有する太陽電池の作成方法のための請求項１９〜２４のいずれか一項に記載のシクルプリントペーストの使用。
  27. 請求項８〜１６のいずれか一項に記載の入射光側に選択エミッタ層を有すると共にバック・サーフェース・フィールドを裏側に有する太陽電池の作成方法ための請求項１９〜２４のいずれか一項に記載のシクルプリントペーストの使用。
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