片面コンタクト型ソーラーセルの製造方法および片面コンタクト型ソーラーセル
吸収層の１つの面に両コンタクトシステムを有する公知の片面コンタクト型ソーラーセルは、放出層およびコンタクトシステムに関して特別な構造を有し、この構造は面倒な構造化ステップを必要とした。本発明による方法では、吸収層または放出層の構造化を行う必要なく、片面コンタクトを可能にする。本方法は、表側コンタクトの製造にも裏側コンタクトの製造にも同様に適している。吸収層（ＡＳ）の面に、コンタクト格子（ＫＧ）を直接配置する（表側コンタクト、裏側コンタクト）。次に、このコンタクト格子（ＫＧ）の自由な表面全体に、非導電性の絶縁層（ＩＳ）をカバーする。その後、面全体に放出層（ＥＳ）を堆積することにより、吸収層（ＡＳ）と放出層（ＥＳ）との間にコンタクト格子（ＫＧ）が得られる。放出層（ＥＳ）にコンタクト層（ＫＳ）を設ける。裏側コンタクトの場合、放出層（ＥＳ）も吸収層（ＡＳ）の裏側（ＯＳＡ）に配置することにより、付加的な吸収損失が回避される。ウェハベースの厚層ソーラーセルも薄層ソーラーセル（ＨＫＳ）も製造することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の説明
本発明は、半導体材料から成る少なくとも１つの吸収層と面全体に堆積された放出層とを有する次のような片面コンタクト型ソーラーセルの製造方法に関する。すなわち、前記吸収層および放出層のいずれか一方はｐ型ドーピングを有し、他方はｎ型ドーピングを有し、過剰多数キャリアおよび過剰少数キャリアが該吸収層において光入射によって生成され、吸収層と放出層との間においてｐｎ接合部で分離され、該吸収層の多数キャリアは第１のコンタクトシステムを介して集められて引き出され、該吸収層の少数キャリアは該放出層および第２のコンタクトシステムによって集められて引き出され、両コンタクトシステムは同一のソーラーセル面上に設けられる形式の片面コンタクト型ソーラーセルの製造方法に関する。本発明はまた、片面コンタクト型ソーラーセルにも関する。
【０００２】
ソーラーセルは、光を電気エネルギーに変換する素子である。通常はソーラーセルは半導体材料から成り、正キャリアおよび負キャリアに対して異なる導電度の領域または層、ｎ型またはｐ型の導電型の領域を含む。これらの領域は、放出体および吸収体と称される。入射光によって生成された正および負の過剰キャリアは、放出体と吸収体との間においてｐｎ接合部で分離され、各領域に導電接続されているコンタクトシステムによって集められて取り出される。このことに相応して、ソーラーセルの使用可能な電力には次のような過剰キャリアのみが寄与する。すなわち、コンタクトシステムに到達し、その時点より前に、それぞれ逆極性のキャリアと再結合しなかった過剰キャリアのみが寄与する。
【０００３】
片面コンタクト型ソーラーセルは、共通の面上で過剰多数キャリアおよび過剰少数キャリアを別個に集めるために２つのコンタクトシステムを有する。このことは、まず基本的に、コンタクトのために片面のみを処理すればよく、それと同時に、他方の面をコンタクトに関して処理しなくてもよいという利点を有する。本発明では「表側コンタクト」という概念は、両コンタクトシステムがソーラーセルの表側に設けられ、ひいては、ソーラーセルの面のうちその後の使用時に光に対向する面に設けられる場合に使用する。それに対して「裏側コンタクト」という概念は、両コンタクトシステムがソーラーセルの裏面上に配置され、ひいては、ソーラーセルの面のうちでその後の使用時に光と反対側になる面に配置される場合に使用される。しかし、このようなコンタクトシステムの構成で常に重要なのは、まず第１に、キャリア収集の効率である。ソーラーセルの吸収層が十分に良好な電子的品質である場合、すなわち、少数キャリアの有効拡散長さが吸収層の層厚さより大きい場合、電流を取り出すコンタクトシステムは通常、有利には、ソーラーセルのその後の使用時に光と反対側になる面上に設けられる（裏側コンタクト）。このことによってとりわけ、次のような利点が得られる。すなわち、第１にコンタクトシステムによる遮蔽損失が生じず、ソーラーセルの効率改善が実現されるという利点と、第２に、ソーラーセルの表側を良好かつ簡単に面全体で表側パッシベーションを行うことができ、それによって、表側における過剰キャリアの再結合を効率的かつ簡単に阻止できるという利点とが得られる。しかし、吸収層が比較的低い電子的品質である場合、すなわち、少数キャリアの有効拡散長さが吸収層の層厚さより小さい場合、電流を取り出すコンタクトシステムは有利には、ソーラーセルの表側に設けられる（表側コンタクト）。このようにして、吸収体の有効拡散長さより小さい深さで生成された該吸収体の少数キャリアをすべて確実に集めることができる。その際に不可避の、少なくとも１つのコンタクトシステムによる不都合な遮蔽に対して、片面表側コンタクトでは、技術的に非常に簡単な次のようなコンタクト手法で、すなわち、とりわけ裏側コンタクトを有さないことにより、たとえば薄層堆積で吸収層または放出層の構造化を必要としないコンタクト手法で、意義深い利点が得られる。
【０００４】
従来技術
従来は片面表側コンタクト型ソーラーセルは、技術的に簡単かつ効率的な製造方法が存在しないために、ほとんど実現することができなかった。従来技術からは主に、片面裏側コンタクトが公知である。このような片面裏側コンタクトでは、吸収層の多数キャリアを集めるための第１のコンタクトシステムが該吸収層の少数キャリアを集めるための第２のコンタクトシステムから電気的に確実に絶縁されることを保証しなければならない。従来技術からは、こうするために片面裏側コンタクト型ソーラーセルを製造および構成するための種々のコンセプトが公知である。
【０００５】
このような裏側コンタクトの１つのコンセプトに、表面隆起部を使用するコンセプトが存在する。このコンセプトは、たとえばＤＥ４１４３０８３Ａ１から公知である。ここでは、第１のコンタクトシステムおよび第２のコンタクトシステムは、隆起部を有する基板表面上に直接配置されるか、または該基板表面上の絶縁層上に（たとえば多角形、円錐形、または円筒形に形成されて）配置され、該隆起部は少なくとも部分領域において、まずパッシベーション材料によって被覆された後、コンタクトシステムを被着するために部分的に該パッシベーション材料が除去される。さらに、コンタクトシステム間に基板面に沿って、吸収層の少数キャリアを取り出すための反転層が延在する。さらにＤＥ４１４３０８４Ａ１から、まず、構造化された基板表面全体をパッシベーションし、その後、隆起部の領域においてこのパッシベーション層を除去することが公知である。
【０００６】
最後にＤＥ１０１４２４８１Ａ１から、前記隆起部をリブ形状で、活性半導体基板の下面に配置し、各リブ側縁に、指向性蒸着によってコンタクトシステムを設けることが公知である。したがって、このようなコンセプトの一部には常に、基板下面に隆起部を形成した後、異なる処理で処理することが含まれる。
【０００７】
裏側コンタクトの別のコンセプトに、ポイントコンタクト（ＰＣ）がある。このポイントコンタクトでは、両コンタクトシステムは裏側に点形で非常に小さく抑えられることにより、飽和阻止電流が低減され、ひいてはソーラーセルの無負荷電圧が上昇される。表面パッシベーションが極度に良好であることは、ここでは重要ではない。ＵＳ５４６８６５２から、たとえば次のようなポイントコンタクトが公知である。すなわちレーザによって、吸収層の表側に配置された放出層と吸収層とに空けられた孔が基板下面において第２のコンタクトシステムとコンタクトされるポイントコンタクトが公知である。ここでは第２のコンタクトシステムは、吸収層の多数キャリアを取り出すための第１のコンタクトシステムに接続されている。ＷＯ０３／０１９６７４Ａ１から、異なる大きさのコンタクト孔直径を有するポイントコンタクトが公知である。このポイントコンタクトは、矩形の領域に対称的に配置されている。さらに、最も近い従来技術として本発明の基礎となっているＤＥ１９８５４２６９Ａ１から、次のようなポイントコンタクトソーラーセルが公知である。すなわち、吸収層の少数キャリアを集めるための第２のコンタクトシステムが格子形に構成され、導電性の基板より前方に吸収層の裏側に直接配置されているポイントコンタクトソーラーセルが公知である。吸収層から多数キャリアを集めるための第１のコンタクトシステムは面全体に形成されており、導電性の基板の裏側に配置されている。吸収層と基板との間の第２のコンタクトシステムは、両面において電気的に絶縁されている。放出層との接続はここでも、該放出層と吸収層とに孔を空け、この孔にコンタクト孔として金属を充填することによって行われる（図６を参照されたい）。第２のコンタクトシステムの電気的コンタクトは、ソーラーセルの側方に配置されたブリッジを介して行われる。したがって、このようなポイントコンタクトでも構造化ステップが必要である。
【０００８】
裏側コンタクトを有するインターデジタル形ソーラーセルの第３のコンセプトでも（Interdigitated Back Contact IBC）でも同様のことが当てはまる。ここでも、第１のコンタクトシステムと第２のコンタクトシステムとは櫛状に基板裏側で接続されている。このことはたとえば、ＵＳ４９２７７７０、ＵＳ２００４／０２００５２０Ａ１、ＤＥ１９５２５７２０Ｃ２またはＤＥ１００４５２４６Ａ１から公知である。しかし、ポイントコンタクトソーラーセルとは異なって放出層は、使用時に光に対向する吸収層の表側に一続きで配置されず、その代わり、使用時に光と反対側になる裏面上に小さい部分領域で配置される。ここでは、少数キャリアを後方散乱する表面フィールド（Back Surface Field BSF）を形成するために、同じでありかつ比較的強いドーピングを有する部分領域との交代が行われ、たとえば吸収層の交代が行われる。したがってこのような構造化手段は、このコンセプトでは放出層のパターン形成にまで及ぶ。ここでは、異なる部分領域の相互間の電気的絶縁が重要な問題となる。
【０００９】
さらにＤＥ６９６３１８１５Ｔ２から、ウェハをベースとする裏側コンタクト型の結晶ホモソーラーセルが公知である。ここでは、放出層の構造化は吸収層の逆ドーピングによって行われる。この逆ドーピングは、コンタクト格子に由来するドーパントによって行われる。ここでは、コンタクト格子の形態の一方のコンタクトシステムは放出層に配置され、絶縁層によって包囲され、他方のコンタクトシステムによって被覆される。このようにして、両コンタクトシステムは相互に積層され、絶縁層によってのみ分離される。放出体は独立した機能層としては形成されず、その代わり、組み込まれた小さい領域として、吸収層の半導体材料（結晶シリコン）に逆ドーピングによって形成される。すなわち、これはホモソーラーセルである。金属格子上の絶縁層は自己配向で、たとえば酸化アルミニウム等の選択性酸化物によって形成することができる。比較的深くまで達する放出領域は高い温度影響で、金属格子の成分の拡散と半導体材料における合金の形成とによって（逆ドーピング）、吸収層の裏側の半導体材料中に形成されるか、ないしは予め裏側に拡散注入されたＢＳＦ層に形成される。したがってコンタクト格子は、常に放出領域に配置される。このような逆ドーピングによって、２つの逆ドーピングされた半導体層間で明確なｐ／ｎ接合部を形成することはできない。逆ドーピングのための拡散過程は高い温度を必要とし、制御が困難である。このことはすべて、公知のホモソーラーセルにおいて効率を制限する要因となる。
【００１０】
最後に、本発明のように基本的にコンタクト問題に取り組んでいるＤＥ１９８１９２００Ａ１から、放出層および両コンタクトシステムが指形に構造化される片面表側コンタクトが公知である（図４を参照されたい）。また、エッチング構造化によってトレンチまたは孔が形成されシャドウマスクを透過してメタライジングが被着されることによって形成される片面コンタクトも挙げておく。ＤＥ１９７１５１３８Ａ１から、表側コンタクトを有するソーラーセルを両コンタクトシステムおよび放出層の構造化によって直列接続し、櫛状のコンタクトシステムのウェブを相互に適切に導電接続することが公知である。裏側コンタクト型ソーラーセルとのこのような直列接続または並列接続も、従来技術から公知である。
【００１１】
課題提起
本発明の課題は、コンタクトシステムに関しても個々のソーラーセル層に関しても簡単に面倒な構造化手段なしで実施することができる片面コンタクト型ソーラーセルの製造方法を提供することである。それと同時にこの製造方法では、両コンタクトシステムが良好に電気的に分離され高信頼性で動作する可能な限り高効率のソーラーセルを提供しなければならない。前記課題に対する本発明の解決手段は、方法に関する請求項と、それに対して並行する生成物の請求項とに記載されている。方法の請求項と生成物の請求項とにそれぞれ所属する従属請求項に有利な実施形態が記載されており、これらを以下で、本発明に関して詳細に説明する。
【００１２】
本発明による方法によって、吸収層または放出層を構造化する必要がない片面コンタクトが実現される。こうするためには、コンタクト格子の形態の第１のコンタクトシステムは吸収層の面に被着される。このことによって、良好なオームコンタクトが形成される。ここで吸収層とのコンタクト格子のコンタクト面は、期待される電流を最適に取り出すことができるように寸法決めされる。コンタクト格子の全面積は通常、吸収面積の５％を下回る。次にコンタクト格子を、吸収層と接触しない自由な表面全体で、絶縁層の被着によって電気的に絶縁する。その際には、この絶縁層は少なくとも、キャリアの貫通トンネリングも確実に阻止するように選択された最小層厚さを有する。以下で、絶縁層を被着するための種々の手段を挙げる。コンタクト格子の電気的なコンタクトは、放出層の堆積時と、その後に生成された絶縁層の除去（たとえば機械的な掻き取り）による接続領域の露出時に、側方に配置されたウェブまたは該コンタクト格子上の接続領域の（シャドウマスクごとの）切欠によって行われる。
【００１３】
コンタクト格子の電気的な絶縁の後、放出層が該コンタクト格子上に面全体に被着され、該コンタクト格子は吸収層と放出層との間に設けられる。ここで、被着された放出層の層厚さは次のように選択される。すなわち、著しいオーム損失を受けることなく、吸収層の少数キャリアが放出層の吸収層と反対側の裏面に到達できるように選択される。とりわけ、放出体薄層も被着することができる。すなわち、放出層およびコンタクト格子の層厚さに応じて、コンタクト格子を完全に被覆する閉じられた面全体の放出層（該放出層の層厚さはコンタクト格子および絶縁層の層厚さより大きい）が形成されるか、または、コンタクト格子を完全には被覆しない断続的な放出層（該放出層の厚さはコンタクト格子および絶縁層の層厚さより小さい）が形成される。放出層のこのような断続は面倒な構造化ではなく、層厚さの選択によって必ず得られる簡単な面全体の放出体堆積の系列である。さらに、放出層は次のような材料から成る。すなわち、吸収層との間に良好なパッシベーション性のｐｎ接合面が形成され、キャリアの最大界面再結合速度を１０５再結合／ｃｍ２ｓに維持できる材料から成る。しかし、たとえば１０２再結合／ｃｍ２ｓの界面再結合速度を実現することができる。放出層の実施形態に関しては、下記を参照されたい。
【００１４】
次に、吸収層の少数キャリアを放出層から取り出すための第２のコンタクトシステムは、本発明による方法では未構造化のコンタクト層として放出層の裏面に配置される。このことにより、良好なオームコンタクトが形成される。
【００１５】
ここではコンタクト層は、面全体に形成されるか、またはマスク技術を適用することによって面の一部に形成され、たとえば金属コンタクトを適用するかまたは蒸着することにより、簡単に被着することができる。コンタクト層は、直接到達できることにより、別の手段を使用せずに電気的に直接コンタクトすることができる。
【００１６】
本発明による方法では、ソーラーセルの片面表側コンタクトにも片面裏側コンタクトにも同様に適している。上記ですでに、片面コンタクトの選択は吸収層の電子的品質に依存することを述べた。この電気的品質が良好である場合、遮蔽損失が比較的小さいので、裏側コンタクトを行うことができる。しかし電子的品質が悪い場合には、表側コンタクトを優先しなければならない。
【００１７】
裏側コンタクトは、吸収層の多数キャリアを集めるためのコンタクト格子を該吸収層の裏面に被着するステップ II を実施することで形成される。その際には、吸収層の裏面に放出層も配置される。このことによって、吸収層の表側に放出層が配置されることによって通常発生する吸収損失が回避される。表側において吸収層を放出層によってパッシベーションすることがなくなるので、吸収層は、該吸収層を設けるステップＩの後、別のステップＡにおいて、相応に透過性のカバー層によってパッシベーションしなければならない。ここでは、たとえば酸化シリコンまたは窒化シリコンから成るパッシベーション性のカバー層は、（表面欠陥の直接的なパッシベーション、または少数キャリアを後方散乱する表面フィールドの形成、Front Surfice Field FSF の形成によって）表面再結合を低減するために使用され、また、反射防止層の形態で入射光の反射の低減にも使用される。
【００１８】
表側コンタクトは、ステップ II を吸収層の表側で実施することで実現される。これに相応して、表側コンタクトでは、同様にその後の光入射面になる面に配置された放出層から吸収層の少数キャリアを取り出すためのコンタクト層も透過性に形成すべきであり、たとえば透明導電酸化物層ＴＣＯの形態で形成しなければならない。吸収層の裏面にカバー層を設けるべきか否かは（ステップＢ）、ここでも吸収層の電子的品質にも依存する。これが良好である場合、キャリア再結合を回避するためにパッシベーション層が必要である。さらに場合によっては、吸収されないフォトンを反射するための反射層も必要である。それに対して、吸収層の電子的品質が悪い場合、少数キャリアは吸収層裏面には到達しないので、別の手段を講じる必要はない。吸収層の裏面はパッシベーション性のカバー層を必要としないので、たとえば、吸収層および／または吸収されなかったフォトンを反射するための反射層を成長させるための非常に欠陥の多い開始層（種層）をカバー層として使用することができる。表側でのキャリア収集を改善するためには、コンタクト層を被着するステップＶの後に別のステップＣを実施することができる。これは、コンタクトエレメントを透明なコンタクト層の表側に被着することである。遮蔽損失を低減するためには、コンタクトエレメントおよびコンタクト格子を合同で形成し、相互に直接積層して配置するのが有利である。
【００１９】
コンタクト格子の被着は事前製造された状態で、たとえば導電接着材を使用して、吸収層に直接被着することができる。ここでは「格子」という概念は、指形または同様のパターンも含む。さらにコンタクト格子は、１回のスクリーン印刷によって、または適切なマスクを適用して導電性材料を熱蒸着することにより、選択的に吸収層に直接設けることができる。インクビーム印刷またはフォトリソグラフィを適用することも可能である。
【００２０】
コンタクト格子で少数キャリアの不所望の再結合を阻止するためには、コンタクト格子を吸収層に被着するステップ II の後に付加的なステップＦを行うことができる。このステップは、コンタクト格子に由来するたとえばアルミニウム等の導電性の材料を、該コンタクト格子の下方に位置する吸収層中にアニールして、たとえばｐ型ドーピングされたシリコン中にアニールして、裏面パッシベーションフィールドを形成するステップである（Back-Surface-Field BSF, alneal 処理）。とりわけこの熱によるステップは、電気的に絶縁された絶縁層をコンタクト格子に形成する熱によるステップと関連づけることができる（次欄を参照されたい）。
【００２１】
ステップ III においてコンタクト格子の自由な表面に絶縁層を被着するためには、スクリーン印刷またはインクビーム印刷を適用するか、または、とりわけシャドウマスクであるマスクを適用するか、またはスパッタリングまたは気相堆積またはフォトリソグラフィを適用することによって、たとえば絶縁性材料を選択的に被着することができる。択一的に、コンタクト格子の自由な表面全体と吸収層裏面とに、熱的または湿式化学的または電気化学的に酸化物層を成長させることもできる（ステップＤ）。このステップでは、コンタクト格子と吸収層とで異なって選択された材料に起因して、異なる酸化物層が形成される。たとえばアルミニウムから成るコンタクト格子では相応に酸化アルミニウムが形成され、シリコンから成る吸収層の場合には、酸素アニールの場合に熱酸化シリコンが形成される。酸素アニールの例では、アルミニウムコンタクト格子の系では、シリコン吸収層上に約２０ｎｍの厚さの酸化アルミニウムが該コンタクト格子の自由な表面全体に形成されることを期待することができ、該コンタクト格子によって被覆されない吸収層の表面には約５ｎｍの厚さの酸化シリコンが形成されることを期待することができる。酸化物層が熱的に生成される場合、このプロセスを、コンタクト格子の導電性材料を吸収層中にアニールしてＢＳＦを形成するステップＦと一緒に、温度制御される加熱プロセスで実施することができる。
【００２２】
次に、酸化物層を吸収層に選択的なエッチングによって形成するステップ（ステップＥ）は、相応に問題なく行うことができる。というのも、酸化物が異なると通常は、該酸化物のエッチングプロセス時のエッチング速度は異なるからである。とりわけ、適切に選択されたエッチング剤では、金属酸化物は酸化シリコンより高いエッチング耐性を有する。相応に放出層にも使用されるアルミニウムおよびシリコンの材料例では、たとえば短時間の単純な浸漬による選択的エッチングは、希釈されたフッ酸に置き換えることができる。このフッ酸は、酸化シリコンを選択的に除去するだけでなく、シリコンから成る吸収層がＳｉ‐Ｈ結合の形成によって良好に表面パッシベーションされるのも保証する。したがってこのエッチング剤は、吸収層における酸化物の除去後に該吸収層が、露出された表面で良好にパッシベーションされるように選択することができる。
【００２３】
ヘテロソーラーセルでは、放出体と吸収体との間の界面をより良好にパッシベーションするために、放出層と吸収層との間でバッファ層を使用することが多い。したがって、絶縁層をコンタクト格子上に形成するステップ III の後に別の任意選択のステップＧを実施するのが有利である。このステップＧは相応に、オプションとしてバッファ層を可能な限り小さい層厚さで面全体に堆積するステップである。吸収体である結晶シリコンウェハ上に設けられた放出体材料として、ドーピングされた非晶質シリコンが使用される場合、このバッファ層はたとえば超薄（約５ｎｍ）の層として、真性の（ドーピングされていない）非晶質シリコンから形成することができる。また、バッファ層を塩から、たとえば塩化セシウムから形成することもできる。その際には、適切な表面ダイポールが形成され、ｐｎ接合面における界面再結合が抑圧される。
【００２４】
本発明による上記の方法によって高効率のソーラーセルを、ウェハを吸収層としてベースとする厚層セルとしても、サブストレートまたはスーパーストレート上に成長した層結合体を有する薄層セルとしても、もっぱら片面のコンタクトによって製造することができる。ここで留意すべきなのは、自己担持型のウェハが吸収層とされる場合、両面を任意に処理できることである。それに対して、薄層構成の場合には常に、サブストレート（光入射はまず機能層を透過する）またはスーパーストレート（光入射はまずスーパーストレートを透過する）で出発して順次的な処理を行わなければならない。というのも、薄い吸収層は担持しないからである。したがって、ウェハソーラーセルや薄膜ソーラーセルの製造の間でステップの順序を変更することができる。個々のステップ自体は変更なしで維持される。したがって、基本的に本発明によるソーラーセルは、以下のことを特徴とする。すなわち、第１のコンタクトシステムとして、吸収層の多数キャリアの収集に関して面最適化され放出体に対して絶縁層によって電気的に絶縁されたコンタクト格子が該吸収層と放出層との間に配置され、第２のコンタクトシステムとして、該放出層の該吸収層と反対側の面に扁平なコンタクト層が配置され、該放出層は、１０５再結合／ｃｍ２ｓの過剰キャリアの最大界面再結合速度でパッシベーションするｐｎ接合面を該吸収層との間に成す半導体材料から成ることを特徴とする。このようにして裏側コンタクトされたソーラーセルはさらに、新規の層構造ジオメトリを示す。というのも、このソーラーセルは吸収層の裏面に一続きの放出層を有するからである。
【００２５】
吸収層および放出層は、有利にはシリコンから成る。その際にはとりわけ、相応にｐ型ドーピングまたはｎ型ドーピング（ｐ／ｎ ａ‐Ｓｉ：Ｈ）された吸収層に、ｎ型ドーピングまたはｐ型ドーピング（ｎ／ｐ ｃ‐Ｓｉ）された結晶シリコンを使用し、放出層に、水素でエンリッチされた非晶質シリコンを使用することにより、ヘテロコンタクトソーラーセルが形成される。吸収層と放出層との間にオプションとして設けられるバッファ層も、有利には非晶質シリコンから、しかもドーピングしないで形成される。このような材料系は、キャリア分離のためのｐｎ接合面が特に良好にパッシベーションされるのを保証する。この場合、裏側コンタクトでは、すべてのコンタクトシステムをアルミニウムから形成することができる。表側コンタクトの場合、コンタクト層は透明導電材料から形成しなければならない。繰り返しを避けるため、本発明による片面コンタクト型ソーラーセルの別の実施形態に関しては、専門的な説明部分を参照されたい。
【００２６】
実施例の説明
本発明による片面コンタクト型ソーラーセルの製造方法および片面コンタクト型ソーラーセル自体を以下で、概略的な図面に示された実施例にしたがって詳細に説明する。各図は、拡大比率通りではない。
【００２７】
図面
図１ 本方法の概略的な流れ図である。
【００２８】
図２ 裏側コンタクト型ソーラーセルの断面図である。
【００２９】
図３ 表側コンタクト型ソーラーセルの断面図である。
【００３０】
図４ 複数の片面コンタクト型ソーラーセルのモジュール接続の平面図である。
【００３１】
片面コンタクト型ソーラーセルの製造方法は、表側コンタクトの形成にも裏側コンタクトの形成にも同様に使用することができる。ここでは以下で、ソーラーセルＳＺの表側ＯＳＺを、該ソーラーセルＳＺのその後の動作で光入射用の面として定義し、該ソーラーセルＳＺの裏面ＯＳＡを、該ソーラーセルＳＺのその後の動作で光入射用でない面として定義する。光入射に関しては、別の構成要素でも同様のことが適用される。
【００３２】
図１に、裏側コンタクト型ソーラーセルＳＺの製造が、（ソーラーセルの断面が示された）概略的な流れ図で図解されている。表側コンタクト型ソーラーセルの製造も同様に行われる。ｐ型ドーピング（ｐ ｃ‐Ｓｉ）された結晶シリコンから成る吸収層ＡＳと、水素でエンリッチされｎ型ドーピング（ｎ ａ‐Ｓｉ：Ｈ）された非晶質シリコンから成る放出層ＥＳと、コンタクト格子ＫＧおよびコンタクト層ＫＳのためのアルミニウムとを有するソーラーセルＳＺの製造を、一例として挙げる。ソーラーセルＳＺをヘテロコンタクトソーラーセルＨＫＳ（図２を参照）として構成するために使用されるこのような材料選定では、アルミニウム／シリコンコンタクトは公知のように短時間のアニールによって、高濃度でｐドーピングされたシリコンを含みキャリアを後方散乱する局所的な領域ＢＳＦが形成され、これによって、コンタクト格子ＫＧにおける再結合が低減される（alneal 処理）。
【００３３】
ステップＩ
適切な吸収層ＡＳを選定および形成するステップ。これはシリコンウェハとすることができ、また、薄膜技術によって成長したシリコン薄層とすることもできる。有利には、ｐ型ドーピングされた結晶シリコンとされる（ｐ ｃ‐Ｓｉ）。その後で行われる、光に対向する吸収層ＡＳの表側ＯＳＺへの光入射が矢印によって示されており、これらの矢印は図１では、吸収層ＡＳより下方に示されている。必要な場合には、吸収層の表側ＯＳＺをテクスチャ加工することにより、光入力結合を改善することができる。このことは、ウェハベースのソーラーセルの場合、吸収層の裏面ＯＳＡにも当てはまる。
【００３４】
ステップＡ
吸収層ＡＳの表側ＯＳＺを、酸化シリコンまたは窒化シリコンから成るカバー層ＤＳによって標準的な手法にしたがってパッシベーションするステップ。ここでは、カバー層ＤＳは２重機能を有することができる。というのも、パッシベーションの他にも（パッシベーション層ＰＡＳ）入射光の反射を低減することもできるからである（反射防止層ＡＲＳ）。別個の機能を有する２つ以上のカバー層ＤＳを被着することも可能である。
【００３５】
ステップ II
吸収層ＡＳの裏面ＯＳＡに、アルミニウムから成るコンタクト格子ＫＧを被着するステップ。コンタクト格子ＫＧは、カバーマスクによって熱蒸着で被着することができ、または１回のスクリーン印刷またはインクビーム印刷またはフォトリソグラフィによって被着することもできる。
【００３６】
ステップＦ
コンタクト格子ＫＧのアルミニウムを吸収層ＡＳ中にアニールするステップ（図１において、垂直にすり抜ける矢印によって示されている）（alneal 処理）。このステップにより、キャリアを後方散乱する局所的な領域ＢＳＦがＡｌコンタクト格子ＫＧの下方に形成される。場合によってはＢＳＦを生成するために、ステップＡとステップ II およびＦとを交代することもできる。ステップＦはオプションではあるが、このステップＦによってソーラーセルＳＺの効率をさらに上昇することができる。ステップＦは、ステップＤと共通の加熱プロセスで実施することができる。
【００３７】
ステップ III
非導電性の絶縁層ＩＳをコンタクト格子ＫＧ上に、自由な表面すべてにおいて生成するステップ。ここでは、絶縁層ＩＳは少なくとも、キャリアのトンネリングが確実に阻止されるような層厚さを有さねばならない。このような絶縁手段によって、両コンタクトシステム相互間の高信頼性の絶縁が保証される。絶縁層ＩＳは、たとえばスクリーン印刷またはインクビーム印刷またはマスク技術またはスパッタリングまたは気相堆積またはフォトリソグラフィによって絶縁材料を被着することにより、簡単に生成することができる。択一的に、絶縁性の酸化物層ＯＸをステップＤにしたがって生成することもできる（酸化アルミニウムＡｌ２Ｏ３および酸化シリコンＳｉＯ２）。その際には、次に吸収層ＡＳ上の酸化シリコンを、ステップＥにしたがって吸収層ＡＳにおいて選択的に除去する。
【００３８】
ステップＤ
たとえば、酸素雰囲気中でアニールを行うことによりＡｌコンタクト格子ＫＧの表面を酸化するステップ（図１では、垂直にすり抜ける矢印によって示されている）。ここでは、少なくともステップＦが実施されない場合、約３０ｎｍの厚さの酸化アルミニウムＡｌ２Ｏ３と約５ｎｍの厚さの酸化シリコンＳｉＯ２とが得られる。酸化物層ＯＸを湿式化学的または電気化学的に成長させることもできる。
【００３９】
ステップＥ
吸収層ＡＳの領域において、たとえば希釈されたフッ酸に浸漬することにより（ＨＦ‐Ｄｉｐ）、酸化シリコンを選択的にエッチング除去するステップ（図１では、上方向を指す小さい矢印によって示されている）。フッ酸は酸化シリコンを非常に強力にエッチングするが、酸化アルミニウムをほとんどエッチングしないので、浸漬時には酸化シリコンのみが選択的に除去される。ステップＦが省略される場合、酸化シリコンは酸化アルミニウムよりもさらに薄くなる。窒化シリコンがパッシベーション性のカバー層ＤＳとして使用される場合、このカバー層ＤＳもまた、フッ酸によるエッチングに対して不活性である。それに対して、熱酸化シリコンがカバー層ＤＳとして使用される場合、エッチング速度は次のように選択しなければならない。すなわち、吸収層ＡＳの表側ＯＳＺの酸化シリコンは（約２００ｎｍに）維持され、かつ、該吸収層ＡＳの裏面ＯＳＡの酸化シリコン（約５ｎｍ）は完全に除去されるように選択しなければならない。ＨＦディップによって裏面の酸化シリコンが除去されるだけでなく、さらにシリコン表面が、形成されたＳｉ‐Ｈ結合によって良好にパッシベーションされる。
【００４０】
ステップＧ
超薄のバッファ層ＰＳを、たとえばプラズマアシスト気相堆積（ＰＥＣＶＤ）によって面全体に堆積するオプションのステップ。ここで選択された実施例では超薄のバッファ層ＰＳは、水素化された真性の非晶質シリコンｉ ａ‐Ｓｉ：Ｈである。ここではバッファ層ＰＳは、吸収層ＡＳと放出層ＥＳとの間の界面（ｐｎ接合面）のパッシベーションに使用され、これによって再結合を低減する。こうするために、バッファ層ＰＳを可能な限り小さい層厚さで、たとえば５ｎｍの層厚さで被着することができる。
【００４１】
ステップ IV
たとえば、ｎドーピングおよび水素化された非晶質シリコンｎ ａ‐Ｓｉ：Ｈから成る薄層放出体のプラズマアシスト気相堆積（ＰＥＣＶＤ）によって薄厚の放出層ＥＳを面全体に堆積するステップ。スパッタリングまたは熱蒸着による堆積も可能である。吸収層ＡＳの裏面ＯＳＡに裏側コンタクトが形成される際、薄厚（ｐｎ接合面を形成できるようにするためには、最小で約５ｎｍ）の放出層ＥＳが存在するので、この裏側コンタクトを有意な再結合損失なしで、比較的厚く堆積することもでき（たとえば５ｎｍではなく５０ｎｍ）、コンタクト格子ＫＧの寸法が比較的大きいにもかかわらず（高さ約１μｍ）吸収層ＡＳが完全にカバーされるのを保証することができる。このような層厚さ比率で、コンタクト格子ＫＧの領域において放出層ＥＳが中断される。しかしこのことは、ソーラーセルＳＺの動作に影響しない。各図に、コンタクト格子ＫＧが放出層ＥＳによって隙間無くカバーされているのが示されている。すなわち、ここでは放出層ＥＳは、コンタクト格子ＫＧと絶縁層ＩＳとを合わせた厚さより厚く選択される。吸収層ＡＳとの間に放出層ＥＳは、キャリアを分離するｐｎ接合面を成す。ここでは放出層ＥＳは、キャリアが該放出層ＥＳの吸収層と反対側の面ＯＳＥに、有意なオーム損失を伴わずに到達できるような最大層厚さを有する。
【００４２】
ステップＶ
第２のコンタクトシステムを扁平なコンタクト層ＫＳの形態で、放出層ＥＳの吸収層と反対側の裏面に被着するステップ。たとえば、面全体の金属性コンタクトをアルミニウムの熱蒸着によって行うことができる。
【００４３】
ステップ VI
コンタクト格子ＫＧとコンタクト層ＫＳとをコンタクトするステップ。コンタクト層ＫＳが自由に到達可能であることにより、該コンタクト層ＫＳを容易に、任意の場所で電気的にコンタクトすることができる。ステップ IV による放出層ＥＳの堆積時と後方のコンタクト層ＫＳの蒸着時とでそれぞれマスクを適用して、コンタクト格子ＫＧの上方において小さい領域を切り欠くことにより、該コンタクト格子ＫＧを直接コンタクトすることができる。次に、このような領域において絶縁層ＩＳを（たとえば、たとえば３０ｎｍの薄さの酸化アルミニウム層の摩擦等の機械的な破壊によって）除去することにより、コンタクト格子ＫＧまで給電路を案内することができる。
【００４４】
択一的に、コンタクト格子ＫＧは櫛状のウェブＳＴをソーラーセルの外側に有することができ、このウェブＳＴは、放出層ＥＳおよびコンタクト層ＫＳの生成時には半分まで被覆される。このウェブＳＴはその際、絶縁層ＩＳの除去後に電気的にコンタクトされる（図１において、ステップ VI において択一的に、右側に示されている）。
【００４５】
ステップＨ
オプションとして、ステップ IV の後に別のステップＨである、吸収層ＡＳのコンタクト格子ＫＧによってカバーされていない表面を洗浄するステップも実施することができる。しかし実際には、放出層ＥＳのａ‐Ｓｉ：Ｈ堆積直前には常に、吸収層ＡＳの表面を洗浄ないしは露出することにより（短時間ＨＦディップ）、放出体堆積直前の吸収層ＡＳの良好な界面パッシベーション、ひいてはヘテロソーラーセルＨＫＳの良好な効率を保証しなければならない。その際にはＨＦディップによって、３０分より長い時間で沈着されたシリコン表面上に常に存在する自然の酸化シリコンを除去するか、または、コンタクト格子ＫＧの絶縁プロセスによって生成された熱的／電気化学的な酸化シリコンを除去する。
【００４６】
図２に、処理完了されたソーラーセルＳＺの（コンタクト格子ＫＧのコンタクトフィンガに対して横方向の）断面が示されている（光入射は、平行な矢印によって示されている）。このソーラーセルＳＺは裏側コンタクトを有する。吸収層ＡＳの表側ＯＳＺに、２重機能カバー層ＤＳが配置されている。吸収層ＡＳの裏面ＯＳＡに、該吸収層ＡＳから多数キャリアを集めるためのコンタクト格子ＫＧが設けられている。コンタクト格子ＫＧの下方には、吸収層ＡＳにおいてキャリア後方散乱フィールドＢＳＦが形成されており、これによって再結合損失が低減される。コンタクト格子ＫＧは電気的な絶縁層ＩＳによって被覆されることにより、後続の面全体の放出層ＥＳとの短絡が生じないようにされている。吸収層ＡＳと放出層ＥＳとの間には、オプションとしてバッファ層ＰＳを配置することができる。放出層ＥＳと吸収層ＡＳとの間には、キャリアを分離するｐｎ接合面が形成されており、吸収層の少数キャリアは放出層に送られる。放出層ＥＳの面全体に、該放出層ＥＳからキャリアを集めるためのコンタクト層ＫＳが被着されている。たとえば金属性であるこのコンタクト層ＫＳは、吸収されなかったフォトンに対する反射層ＲＳとしても使用される。電気的コンタクト（電圧Ｖ）は、自由に到達可能なコンタクト層ＫＳとコンタクト格子ＫＧの露出場所との間で行われる。
【００４７】
図３に、処理完了されたソーラーセルＳＺの（コンタクト格子ＫＧのコンタクトフィンガに対して横方向の）断面が示されている（光入射は、平行な矢印によって示されている）。このソーラーセルＳＺは表側コンタクトを有する。ここでは、吸収層ＡＳの表側ＯＳＺに扁平なコンタクト層ＫＳが、透明導電酸化物層ＴＣＯの形態で形成されている。このコンタクト層ＫＳの下方の構成は、図２に示された裏側コンタクトを有するソーラーセルＳＺの構成に相応する。この構成との相違点として、図３に示された表側コンタクト型ソーラーセルＳＺでは、透明なコンタクト層ＫＳの表側ＯＳＫに、オプションである金属性のコンタクトエレメントＫＥが配置されている。このコンタクトエレメントＫＥによって、キャリアの収集および取り出しが改善される。というのもコンタクト層ＫＳとしては、透明導電酸化物層の電気伝導度は層厚さに依存して、金属性のコンタクト層ＫＳほど有効でないからである。コンタクトエレメントＫＥを使用して、電流取り出しに必要なＴＣＯコンタクト層ＫＳの層厚さを低減することができる。遮蔽を低減するために、コンタクトエレメントＫＥはコンタクト格子ＫＧに対して合同に形成されて配置される。コンタクトエレメントＫＥは、たとえばクロム／銀から形成することができ、コンタクト層ＫＳとともに電気的にコンタクトされる。
【００４８】
さらに、裏側コンタクト型ソーラーセルＳＺとの相違点として、吸収層ＡＳの材料の電子的品質が比較的低い場合、表側コンタクト型ソーラーセルＳＺの場合には、吸収層ＡＳの裏面ＯＳＡにパッシベーション層ＰＡＳを設ける必要がない。したがって吸収層ＡＳの裏面ＯＳＡに、裏側カバー層ＤＳとしてたとえば、吸収層ＡＳを最適に堆積するための種層ＳＳを設けることができる。この種層ＳＳは、すでに基板ＳＵ上に被着完了していることができる。
【００４９】
さらに、パッシベーション層ＰＡＳないしは種層ＳＳの他に、吸収されなかったフォトンを反射する付加的な反射層ＲＳもカバー層ＤＳとして設けることもできる。
【００５０】
図４に、共通のソーラーセルモジュールＳＺＭ内において複数の片面コンタクト型ソーラーセルＳＺの接続例が示されている（裏側コンタクトの場合のその後の光入射とは反対側の裏面の平面図では簡略化されており、面全体のコンタクト層ＫＳはコンタクト格子ＫＧにわたって存在するが、コンタクト格子ＫＧのウェブＳＴはコンタクト層ＫＳによって被覆されていない）。すなわち、片面コンタクト型ソーラーセルＳＺのここで提案されているコンセプトにより、個々のソーラーセルＳＺを技術的に非常に簡単に直列接続／並列接続して、ソーラーセルモジュールＳＺＭを構成することができる。このような接続は、とりわけ結晶シリコンウェハをソーラーセルＳＺ用の吸収層ＡＳとして使用する場合に有利である。というのも、直列接続および並列接続のプロセスは片面裏側コンタクトによって格段に簡略化されるからである。コンタクト格子ＫＧのウェブＳＴ（図１を参照されたい。ステップ VI に択一的手段）が、吸収層ＡＳである正方形のｃ‐Ｓｉウェハの縁部に設けられる場合、放出層ＥＳをカバーするコンタクト層ＫＳとコンタクト格子ＫＧのウェブＳＴとを直接的なコンタクトＫＴによって、たとえば銅リボンＫＢによって、簡単に直列接続ＳＶまたは並列接続ＰＶすることができる。
【００５１】
図４に示された接続は、片面裏側コンタクト型ソーラーセルＳＺに関する。片面表側コンタクト型ソーラーセルＳＺの接続では、コンタクト格子ＫＧおよびコンタクトエレメントＫＥのウェブＳＴは相互に積層されず、相互に対向するという構成上の小さい差異が生じる。もちろん、別の接続法も可能であり、とりわけ薄層技術に適合された接続法も可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本方法の概略的な流れ図である。
【図２】裏側コンタクト型ソーラーセルの断面図である。
【図３】表側コンタクト型ソーラーセルの断面図である。
【図４】複数の片面コンタクト型ソーラーセルのモジュール接続の平面図である。
【符号の説明】
【００５３】
ＡＲＳ 反射防止層
ＡＳ 吸収層
ＢＳＦ キャリア後方散乱フィールド
ＤＳ カバー層
ＥＳ 放出層
ＨＫＳ ヘテロコンタクトソーラーセル
ＩＳ 非導電性の絶縁層
ＫＢ 銅リボン
ＫＥ コンタクトエレメント
ＫＧ コンタクト格子
ＫＳ コンタクト層
ＫＴ コンタクト
ＯＳＡ ＡＳの裏面
ＯＳＥ ＥＳの吸収層と反対側の面
ＯＳＫ ＫＳの表側
ＯＳＺ ＡＳの表側
ＯＸ 導電性酸化物層
ＰＳ パッシベーション層
ｐｎ ｐｎ接合面
ＰＳ バッファ層
ＰＶ 並列接続
ＲＳ 反射層
ＳＳ 種層
ＳＴ ウェブ
ＳＵ 基板
ＳＶ 直列接続
ＳＺＭ ソーラーセルモジュール
ＳＺ ソーラーセル
ＴＣＯ 透明導電酸化物層
Ｖ 電圧
【技術分野】
【０００１】
発明の説明
本発明は、半導体材料から成る少なくとも１つの吸収層と面全体に堆積された放出層とを有する次のような片面コンタクト型ソーラーセルの製造方法に関する。すなわち、前記吸収層および放出層のいずれか一方はｐ型ドーピングを有し、他方はｎ型ドーピングを有し、過剰多数キャリアおよび過剰少数キャリアが該吸収層において光入射によって生成され、吸収層と放出層との間においてｐｎ接合部で分離され、該吸収層の多数キャリアは第１のコンタクトシステムを介して集められて引き出され、該吸収層の少数キャリアは該放出層および第２のコンタクトシステムによって集められて引き出され、両コンタクトシステムは同一のソーラーセル面上に設けられる形式の片面コンタクト型ソーラーセルの製造方法に関する。本発明はまた、片面コンタクト型ソーラーセルにも関する。
【０００２】
ソーラーセルは、光を電気エネルギーに変換する素子である。通常はソーラーセルは半導体材料から成り、正キャリアおよび負キャリアに対して異なる導電度の領域または層、ｎ型またはｐ型の導電型の領域を含む。これらの領域は、放出体および吸収体と称される。入射光によって生成された正および負の過剰キャリアは、放出体と吸収体との間においてｐｎ接合部で分離され、各領域に導電接続されているコンタクトシステムによって集められて取り出される。このことに相応して、ソーラーセルの使用可能な電力には次のような過剰キャリアのみが寄与する。すなわち、コンタクトシステムに到達し、その時点より前に、それぞれ逆極性のキャリアと再結合しなかった過剰キャリアのみが寄与する。
【０００３】
片面コンタクト型ソーラーセルは、共通の面上で過剰多数キャリアおよび過剰少数キャリアを別個に集めるために２つのコンタクトシステムを有する。このことは、まず基本的に、コンタクトのために片面のみを処理すればよく、それと同時に、他方の面をコンタクトに関して処理しなくてもよいという利点を有する。本発明では「表側コンタクト」という概念は、両コンタクトシステムがソーラーセルの表側に設けられ、ひいては、ソーラーセルの面のうちその後の使用時に光に対向する面に設けられる場合に使用する。それに対して「裏側コンタクト」という概念は、両コンタクトシステムがソーラーセルの裏面上に配置され、ひいては、ソーラーセルの面のうちでその後の使用時に光と反対側になる面に配置される場合に使用される。しかし、このようなコンタクトシステムの構成で常に重要なのは、まず第１に、キャリア収集の効率である。ソーラーセルの吸収層が十分に良好な電子的品質である場合、すなわち、少数キャリアの有効拡散長さが吸収層の層厚さより大きい場合、電流を取り出すコンタクトシステムは通常、有利には、ソーラーセルのその後の使用時に光と反対側になる面上に設けられる（裏側コンタクト）。このことによってとりわけ、次のような利点が得られる。すなわち、第１にコンタクトシステムによる遮蔽損失が生じず、ソーラーセルの効率改善が実現されるという利点と、第２に、ソーラーセルの表側を良好かつ簡単に面全体で表側パッシベーションを行うことができ、それによって、表側における過剰キャリアの再結合を効率的かつ簡単に阻止できるという利点とが得られる。しかし、吸収層が比較的低い電子的品質である場合、すなわち、少数キャリアの有効拡散長さが吸収層の層厚さより小さい場合、電流を取り出すコンタクトシステムは有利には、ソーラーセルの表側に設けられる（表側コンタクト）。このようにして、吸収体の有効拡散長さより小さい深さで生成された該吸収体の少数キャリアをすべて確実に集めることができる。その際に不可避の、少なくとも１つのコンタクトシステムによる不都合な遮蔽に対して、片面表側コンタクトでは、技術的に非常に簡単な次のようなコンタクト手法で、すなわち、とりわけ裏側コンタクトを有さないことにより、たとえば薄層堆積で吸収層または放出層の構造化を必要としないコンタクト手法で、意義深い利点が得られる。
【０００４】
従来技術
従来は片面表側コンタクト型ソーラーセルは、技術的に簡単かつ効率的な製造方法が存在しないために、ほとんど実現することができなかった。従来技術からは主に、片面裏側コンタクトが公知である。このような片面裏側コンタクトでは、吸収層の多数キャリアを集めるための第１のコンタクトシステムが該吸収層の少数キャリアを集めるための第２のコンタクトシステムから電気的に確実に絶縁されることを保証しなければならない。従来技術からは、こうするために片面裏側コンタクト型ソーラーセルを製造および構成するための種々のコンセプトが公知である。
【０００５】
このような裏側コンタクトの１つのコンセプトに、表面隆起部を使用するコンセプトが存在する。このコンセプトは、たとえばＤＥ４１４３０８３Ａ１から公知である。ここでは、第１のコンタクトシステムおよび第２のコンタクトシステムは、隆起部を有する基板表面上に直接配置されるか、または該基板表面上の絶縁層上に（たとえば多角形、円錐形、または円筒形に形成されて）配置され、該隆起部は少なくとも部分領域において、まずパッシベーション材料によって被覆された後、コンタクトシステムを被着するために部分的に該パッシベーション材料が除去される。さらに、コンタクトシステム間に基板面に沿って、吸収層の少数キャリアを取り出すための反転層が延在する。さらにＤＥ４１４３０８４Ａ１から、まず、構造化された基板表面全体をパッシベーションし、その後、隆起部の領域においてこのパッシベーション層を除去することが公知である。
【０００６】
最後にＤＥ１０１４２４８１Ａ１から、前記隆起部をリブ形状で、活性半導体基板の下面に配置し、各リブ側縁に、指向性蒸着によってコンタクトシステムを設けることが公知である。したがって、このようなコンセプトの一部には常に、基板下面に隆起部を形成した後、異なる処理で処理することが含まれる。
【０００７】
裏側コンタクトの別のコンセプトに、ポイントコンタクト（ＰＣ）がある。このポイントコンタクトでは、両コンタクトシステムは裏側に点形で非常に小さく抑えられることにより、飽和阻止電流が低減され、ひいてはソーラーセルの無負荷電圧が上昇される。表面パッシベーションが極度に良好であることは、ここでは重要ではない。ＵＳ５４６８６５２から、たとえば次のようなポイントコンタクトが公知である。すなわちレーザによって、吸収層の表側に配置された放出層と吸収層とに空けられた孔が基板下面において第２のコンタクトシステムとコンタクトされるポイントコンタクトが公知である。ここでは第２のコンタクトシステムは、吸収層の多数キャリアを取り出すための第１のコンタクトシステムに接続されている。ＷＯ０３／０１９６７４Ａ１から、異なる大きさのコンタクト孔直径を有するポイントコンタクトが公知である。このポイントコンタクトは、矩形の領域に対称的に配置されている。さらに、最も近い従来技術として本発明の基礎となっているＤＥ１９８５４２６９Ａ１から、次のようなポイントコンタクトソーラーセルが公知である。すなわち、吸収層の少数キャリアを集めるための第２のコンタクトシステムが格子形に構成され、導電性の基板より前方に吸収層の裏側に直接配置されているポイントコンタクトソーラーセルが公知である。吸収層から多数キャリアを集めるための第１のコンタクトシステムは面全体に形成されており、導電性の基板の裏側に配置されている。吸収層と基板との間の第２のコンタクトシステムは、両面において電気的に絶縁されている。放出層との接続はここでも、該放出層と吸収層とに孔を空け、この孔にコンタクト孔として金属を充填することによって行われる（図６を参照されたい）。第２のコンタクトシステムの電気的コンタクトは、ソーラーセルの側方に配置されたブリッジを介して行われる。したがって、このようなポイントコンタクトでも構造化ステップが必要である。
【０００８】
裏側コンタクトを有するインターデジタル形ソーラーセルの第３のコンセプトでも（Interdigitated Back Contact IBC）でも同様のことが当てはまる。ここでも、第１のコンタクトシステムと第２のコンタクトシステムとは櫛状に基板裏側で接続されている。このことはたとえば、ＵＳ４９２７７７０、ＵＳ２００４／０２００５２０Ａ１、ＤＥ１９５２５７２０Ｃ２またはＤＥ１００４５２４６Ａ１から公知である。しかし、ポイントコンタクトソーラーセルとは異なって放出層は、使用時に光に対向する吸収層の表側に一続きで配置されず、その代わり、使用時に光と反対側になる裏面上に小さい部分領域で配置される。ここでは、少数キャリアを後方散乱する表面フィールド（Back Surface Field BSF）を形成するために、同じでありかつ比較的強いドーピングを有する部分領域との交代が行われ、たとえば吸収層の交代が行われる。したがってこのような構造化手段は、このコンセプトでは放出層のパターン形成にまで及ぶ。ここでは、異なる部分領域の相互間の電気的絶縁が重要な問題となる。
【０００９】
さらにＤＥ６９６３１８１５Ｔ２から、ウェハをベースとする裏側コンタクト型の結晶ホモソーラーセルが公知である。ここでは、放出層の構造化は吸収層の逆ドーピングによって行われる。この逆ドーピングは、コンタクト格子に由来するドーパントによって行われる。ここでは、コンタクト格子の形態の一方のコンタクトシステムは放出層に配置され、絶縁層によって包囲され、他方のコンタクトシステムによって被覆される。このようにして、両コンタクトシステムは相互に積層され、絶縁層によってのみ分離される。放出体は独立した機能層としては形成されず、その代わり、組み込まれた小さい領域として、吸収層の半導体材料（結晶シリコン）に逆ドーピングによって形成される。すなわち、これはホモソーラーセルである。金属格子上の絶縁層は自己配向で、たとえば酸化アルミニウム等の選択性酸化物によって形成することができる。比較的深くまで達する放出領域は高い温度影響で、金属格子の成分の拡散と半導体材料における合金の形成とによって（逆ドーピング）、吸収層の裏側の半導体材料中に形成されるか、ないしは予め裏側に拡散注入されたＢＳＦ層に形成される。したがってコンタクト格子は、常に放出領域に配置される。このような逆ドーピングによって、２つの逆ドーピングされた半導体層間で明確なｐ／ｎ接合部を形成することはできない。逆ドーピングのための拡散過程は高い温度を必要とし、制御が困難である。このことはすべて、公知のホモソーラーセルにおいて効率を制限する要因となる。
【００１０】
最後に、本発明のように基本的にコンタクト問題に取り組んでいるＤＥ１９８１９２００Ａ１から、放出層および両コンタクトシステムが指形に構造化される片面表側コンタクトが公知である（図４を参照されたい）。また、エッチング構造化によってトレンチまたは孔が形成されシャドウマスクを透過してメタライジングが被着されることによって形成される片面コンタクトも挙げておく。ＤＥ１９７１５１３８Ａ１から、表側コンタクトを有するソーラーセルを両コンタクトシステムおよび放出層の構造化によって直列接続し、櫛状のコンタクトシステムのウェブを相互に適切に導電接続することが公知である。裏側コンタクト型ソーラーセルとのこのような直列接続または並列接続も、従来技術から公知である。
【００１１】
課題提起
本発明の課題は、コンタクトシステムに関しても個々のソーラーセル層に関しても簡単に面倒な構造化手段なしで実施することができる片面コンタクト型ソーラーセルの製造方法を提供することである。それと同時にこの製造方法では、両コンタクトシステムが良好に電気的に分離され高信頼性で動作する可能な限り高効率のソーラーセルを提供しなければならない。前記課題に対する本発明の解決手段は、方法に関する請求項と、それに対して並行する生成物の請求項とに記載されている。方法の請求項と生成物の請求項とにそれぞれ所属する従属請求項に有利な実施形態が記載されており、これらを以下で、本発明に関して詳細に説明する。
【００１２】
本発明による方法によって、吸収層または放出層を構造化する必要がない片面コンタクトが実現される。こうするためには、コンタクト格子の形態の第１のコンタクトシステムは吸収層の面に被着される。このことによって、良好なオームコンタクトが形成される。ここで吸収層とのコンタクト格子のコンタクト面は、期待される電流を最適に取り出すことができるように寸法決めされる。コンタクト格子の全面積は通常、吸収面積の５％を下回る。次にコンタクト格子を、吸収層と接触しない自由な表面全体で、絶縁層の被着によって電気的に絶縁する。その際には、この絶縁層は少なくとも、キャリアの貫通トンネリングも確実に阻止するように選択された最小層厚さを有する。以下で、絶縁層を被着するための種々の手段を挙げる。コンタクト格子の電気的なコンタクトは、放出層の堆積時と、その後に生成された絶縁層の除去（たとえば機械的な掻き取り）による接続領域の露出時に、側方に配置されたウェブまたは該コンタクト格子上の接続領域の（シャドウマスクごとの）切欠によって行われる。
【００１３】
コンタクト格子の電気的な絶縁の後、放出層が該コンタクト格子上に面全体に被着され、該コンタクト格子は吸収層と放出層との間に設けられる。ここで、被着された放出層の層厚さは次のように選択される。すなわち、著しいオーム損失を受けることなく、吸収層の少数キャリアが放出層の吸収層と反対側の裏面に到達できるように選択される。とりわけ、放出体薄層も被着することができる。すなわち、放出層およびコンタクト格子の層厚さに応じて、コンタクト格子を完全に被覆する閉じられた面全体の放出層（該放出層の層厚さはコンタクト格子および絶縁層の層厚さより大きい）が形成されるか、または、コンタクト格子を完全には被覆しない断続的な放出層（該放出層の厚さはコンタクト格子および絶縁層の層厚さより小さい）が形成される。放出層のこのような断続は面倒な構造化ではなく、層厚さの選択によって必ず得られる簡単な面全体の放出体堆積の系列である。さらに、放出層は次のような材料から成る。すなわち、吸収層との間に良好なパッシベーション性のｐｎ接合面が形成され、キャリアの最大界面再結合速度を１０５再結合／ｃｍ２ｓに維持できる材料から成る。しかし、たとえば１０２再結合／ｃｍ２ｓの界面再結合速度を実現することができる。放出層の実施形態に関しては、下記を参照されたい。
【００１４】
次に、吸収層の少数キャリアを放出層から取り出すための第２のコンタクトシステムは、本発明による方法では未構造化のコンタクト層として放出層の裏面に配置される。このことにより、良好なオームコンタクトが形成される。
【００１５】
ここではコンタクト層は、面全体に形成されるか、またはマスク技術を適用することによって面の一部に形成され、たとえば金属コンタクトを適用するかまたは蒸着することにより、簡単に被着することができる。コンタクト層は、直接到達できることにより、別の手段を使用せずに電気的に直接コンタクトすることができる。
【００１６】
本発明による方法では、ソーラーセルの片面表側コンタクトにも片面裏側コンタクトにも同様に適している。上記ですでに、片面コンタクトの選択は吸収層の電子的品質に依存することを述べた。この電気的品質が良好である場合、遮蔽損失が比較的小さいので、裏側コンタクトを行うことができる。しかし電子的品質が悪い場合には、表側コンタクトを優先しなければならない。
【００１７】
裏側コンタクトは、吸収層の多数キャリアを集めるためのコンタクト格子を該吸収層の裏面に被着するステップ II を実施することで形成される。その際には、吸収層の裏面に放出層も配置される。このことによって、吸収層の表側に放出層が配置されることによって通常発生する吸収損失が回避される。表側において吸収層を放出層によってパッシベーションすることがなくなるので、吸収層は、該吸収層を設けるステップＩの後、別のステップＡにおいて、相応に透過性のカバー層によってパッシベーションしなければならない。ここでは、たとえば酸化シリコンまたは窒化シリコンから成るパッシベーション性のカバー層は、（表面欠陥の直接的なパッシベーション、または少数キャリアを後方散乱する表面フィールドの形成、Front Surfice Field FSF の形成によって）表面再結合を低減するために使用され、また、反射防止層の形態で入射光の反射の低減にも使用される。
【００１８】
表側コンタクトは、ステップ II を吸収層の表側で実施することで実現される。これに相応して、表側コンタクトでは、同様にその後の光入射面になる面に配置された放出層から吸収層の少数キャリアを取り出すためのコンタクト層も透過性に形成すべきであり、たとえば透明導電酸化物層ＴＣＯの形態で形成しなければならない。吸収層の裏面にカバー層を設けるべきか否かは（ステップＢ）、ここでも吸収層の電子的品質にも依存する。これが良好である場合、キャリア再結合を回避するためにパッシベーション層が必要である。さらに場合によっては、吸収されないフォトンを反射するための反射層も必要である。それに対して、吸収層の電子的品質が悪い場合、少数キャリアは吸収層裏面には到達しないので、別の手段を講じる必要はない。吸収層の裏面はパッシベーション性のカバー層を必要としないので、たとえば、吸収層および／または吸収されなかったフォトンを反射するための反射層を成長させるための非常に欠陥の多い開始層（種層）をカバー層として使用することができる。表側でのキャリア収集を改善するためには、コンタクト層を被着するステップＶの後に別のステップＣを実施することができる。これは、コンタクトエレメントを透明なコンタクト層の表側に被着することである。遮蔽損失を低減するためには、コンタクトエレメントおよびコンタクト格子を合同で形成し、相互に直接積層して配置するのが有利である。
【００１９】
コンタクト格子の被着は事前製造された状態で、たとえば導電接着材を使用して、吸収層に直接被着することができる。ここでは「格子」という概念は、指形または同様のパターンも含む。さらにコンタクト格子は、１回のスクリーン印刷によって、または適切なマスクを適用して導電性材料を熱蒸着することにより、選択的に吸収層に直接設けることができる。インクビーム印刷またはフォトリソグラフィを適用することも可能である。
【００２０】
コンタクト格子で少数キャリアの不所望の再結合を阻止するためには、コンタクト格子を吸収層に被着するステップ II の後に付加的なステップＦを行うことができる。このステップは、コンタクト格子に由来するたとえばアルミニウム等の導電性の材料を、該コンタクト格子の下方に位置する吸収層中にアニールして、たとえばｐ型ドーピングされたシリコン中にアニールして、裏面パッシベーションフィールドを形成するステップである（Back-Surface-Field BSF, alneal 処理）。とりわけこの熱によるステップは、電気的に絶縁された絶縁層をコンタクト格子に形成する熱によるステップと関連づけることができる（次欄を参照されたい）。
【００２１】
ステップ III においてコンタクト格子の自由な表面に絶縁層を被着するためには、スクリーン印刷またはインクビーム印刷を適用するか、または、とりわけシャドウマスクであるマスクを適用するか、またはスパッタリングまたは気相堆積またはフォトリソグラフィを適用することによって、たとえば絶縁性材料を選択的に被着することができる。択一的に、コンタクト格子の自由な表面全体と吸収層裏面とに、熱的または湿式化学的または電気化学的に酸化物層を成長させることもできる（ステップＤ）。このステップでは、コンタクト格子と吸収層とで異なって選択された材料に起因して、異なる酸化物層が形成される。たとえばアルミニウムから成るコンタクト格子では相応に酸化アルミニウムが形成され、シリコンから成る吸収層の場合には、酸素アニールの場合に熱酸化シリコンが形成される。酸素アニールの例では、アルミニウムコンタクト格子の系では、シリコン吸収層上に約２０ｎｍの厚さの酸化アルミニウムが該コンタクト格子の自由な表面全体に形成されることを期待することができ、該コンタクト格子によって被覆されない吸収層の表面には約５ｎｍの厚さの酸化シリコンが形成されることを期待することができる。酸化物層が熱的に生成される場合、このプロセスを、コンタクト格子の導電性材料を吸収層中にアニールしてＢＳＦを形成するステップＦと一緒に、温度制御される加熱プロセスで実施することができる。
【００２２】
次に、酸化物層を吸収層に選択的なエッチングによって形成するステップ（ステップＥ）は、相応に問題なく行うことができる。というのも、酸化物が異なると通常は、該酸化物のエッチングプロセス時のエッチング速度は異なるからである。とりわけ、適切に選択されたエッチング剤では、金属酸化物は酸化シリコンより高いエッチング耐性を有する。相応に放出層にも使用されるアルミニウムおよびシリコンの材料例では、たとえば短時間の単純な浸漬による選択的エッチングは、希釈されたフッ酸に置き換えることができる。このフッ酸は、酸化シリコンを選択的に除去するだけでなく、シリコンから成る吸収層がＳｉ‐Ｈ結合の形成によって良好に表面パッシベーションされるのも保証する。したがってこのエッチング剤は、吸収層における酸化物の除去後に該吸収層が、露出された表面で良好にパッシベーションされるように選択することができる。
【００２３】
ヘテロソーラーセルでは、放出体と吸収体との間の界面をより良好にパッシベーションするために、放出層と吸収層との間でバッファ層を使用することが多い。したがって、絶縁層をコンタクト格子上に形成するステップ III の後に別の任意選択のステップＧを実施するのが有利である。このステップＧは相応に、オプションとしてバッファ層を可能な限り小さい層厚さで面全体に堆積するステップである。吸収体である結晶シリコンウェハ上に設けられた放出体材料として、ドーピングされた非晶質シリコンが使用される場合、このバッファ層はたとえば超薄（約５ｎｍ）の層として、真性の（ドーピングされていない）非晶質シリコンから形成することができる。また、バッファ層を塩から、たとえば塩化セシウムから形成することもできる。その際には、適切な表面ダイポールが形成され、ｐｎ接合面における界面再結合が抑圧される。
【００２４】
本発明による上記の方法によって高効率のソーラーセルを、ウェハを吸収層としてベースとする厚層セルとしても、サブストレートまたはスーパーストレート上に成長した層結合体を有する薄層セルとしても、もっぱら片面のコンタクトによって製造することができる。ここで留意すべきなのは、自己担持型のウェハが吸収層とされる場合、両面を任意に処理できることである。それに対して、薄層構成の場合には常に、サブストレート（光入射はまず機能層を透過する）またはスーパーストレート（光入射はまずスーパーストレートを透過する）で出発して順次的な処理を行わなければならない。というのも、薄い吸収層は担持しないからである。したがって、ウェハソーラーセルや薄膜ソーラーセルの製造の間でステップの順序を変更することができる。個々のステップ自体は変更なしで維持される。したがって、基本的に本発明によるソーラーセルは、以下のことを特徴とする。すなわち、第１のコンタクトシステムとして、吸収層の多数キャリアの収集に関して面最適化され放出体に対して絶縁層によって電気的に絶縁されたコンタクト格子が該吸収層と放出層との間に配置され、第２のコンタクトシステムとして、該放出層の該吸収層と反対側の面に扁平なコンタクト層が配置され、該放出層は、１０５再結合／ｃｍ２ｓの過剰キャリアの最大界面再結合速度でパッシベーションするｐｎ接合面を該吸収層との間に成す半導体材料から成ることを特徴とする。このようにして裏側コンタクトされたソーラーセルはさらに、新規の層構造ジオメトリを示す。というのも、このソーラーセルは吸収層の裏面に一続きの放出層を有するからである。
【００２５】
吸収層および放出層は、有利にはシリコンから成る。その際にはとりわけ、相応にｐ型ドーピングまたはｎ型ドーピング（ｐ／ｎ ａ‐Ｓｉ：Ｈ）された吸収層に、ｎ型ドーピングまたはｐ型ドーピング（ｎ／ｐ ｃ‐Ｓｉ）された結晶シリコンを使用し、放出層に、水素でエンリッチされた非晶質シリコンを使用することにより、ヘテロコンタクトソーラーセルが形成される。吸収層と放出層との間にオプションとして設けられるバッファ層も、有利には非晶質シリコンから、しかもドーピングしないで形成される。このような材料系は、キャリア分離のためのｐｎ接合面が特に良好にパッシベーションされるのを保証する。この場合、裏側コンタクトでは、すべてのコンタクトシステムをアルミニウムから形成することができる。表側コンタクトの場合、コンタクト層は透明導電材料から形成しなければならない。繰り返しを避けるため、本発明による片面コンタクト型ソーラーセルの別の実施形態に関しては、専門的な説明部分を参照されたい。
【００２６】
実施例の説明
本発明による片面コンタクト型ソーラーセルの製造方法および片面コンタクト型ソーラーセル自体を以下で、概略的な図面に示された実施例にしたがって詳細に説明する。各図は、拡大比率通りではない。
【００２７】
図面
図１ 本方法の概略的な流れ図である。
【００２８】
図２ 裏側コンタクト型ソーラーセルの断面図である。
【００２９】
図３ 表側コンタクト型ソーラーセルの断面図である。
【００３０】
図４ 複数の片面コンタクト型ソーラーセルのモジュール接続の平面図である。
【００３１】
片面コンタクト型ソーラーセルの製造方法は、表側コンタクトの形成にも裏側コンタクトの形成にも同様に使用することができる。ここでは以下で、ソーラーセルＳＺの表側ＯＳＺを、該ソーラーセルＳＺのその後の動作で光入射用の面として定義し、該ソーラーセルＳＺの裏面ＯＳＡを、該ソーラーセルＳＺのその後の動作で光入射用でない面として定義する。光入射に関しては、別の構成要素でも同様のことが適用される。
【００３２】
図１に、裏側コンタクト型ソーラーセルＳＺの製造が、（ソーラーセルの断面が示された）概略的な流れ図で図解されている。表側コンタクト型ソーラーセルの製造も同様に行われる。ｐ型ドーピング（ｐ ｃ‐Ｓｉ）された結晶シリコンから成る吸収層ＡＳと、水素でエンリッチされｎ型ドーピング（ｎ ａ‐Ｓｉ：Ｈ）された非晶質シリコンから成る放出層ＥＳと、コンタクト格子ＫＧおよびコンタクト層ＫＳのためのアルミニウムとを有するソーラーセルＳＺの製造を、一例として挙げる。ソーラーセルＳＺをヘテロコンタクトソーラーセルＨＫＳ（図２を参照）として構成するために使用されるこのような材料選定では、アルミニウム／シリコンコンタクトは公知のように短時間のアニールによって、高濃度でｐドーピングされたシリコンを含みキャリアを後方散乱する局所的な領域ＢＳＦが形成され、これによって、コンタクト格子ＫＧにおける再結合が低減される（alneal 処理）。
【００３３】
ステップＩ
適切な吸収層ＡＳを選定および形成するステップ。これはシリコンウェハとすることができ、また、薄膜技術によって成長したシリコン薄層とすることもできる。有利には、ｐ型ドーピングされた結晶シリコンとされる（ｐ ｃ‐Ｓｉ）。その後で行われる、光に対向する吸収層ＡＳの表側ＯＳＺへの光入射が矢印によって示されており、これらの矢印は図１では、吸収層ＡＳより下方に示されている。必要な場合には、吸収層の表側ＯＳＺをテクスチャ加工することにより、光入力結合を改善することができる。このことは、ウェハベースのソーラーセルの場合、吸収層の裏面ＯＳＡにも当てはまる。
【００３４】
ステップＡ
吸収層ＡＳの表側ＯＳＺを、酸化シリコンまたは窒化シリコンから成るカバー層ＤＳによって標準的な手法にしたがってパッシベーションするステップ。ここでは、カバー層ＤＳは２重機能を有することができる。というのも、パッシベーションの他にも（パッシベーション層ＰＡＳ）入射光の反射を低減することもできるからである（反射防止層ＡＲＳ）。別個の機能を有する２つ以上のカバー層ＤＳを被着することも可能である。
【００３５】
ステップ II
吸収層ＡＳの裏面ＯＳＡに、アルミニウムから成るコンタクト格子ＫＧを被着するステップ。コンタクト格子ＫＧは、カバーマスクによって熱蒸着で被着することができ、または１回のスクリーン印刷またはインクビーム印刷またはフォトリソグラフィによって被着することもできる。
【００３６】
ステップＦ
コンタクト格子ＫＧのアルミニウムを吸収層ＡＳ中にアニールするステップ（図１において、垂直にすり抜ける矢印によって示されている）（alneal 処理）。このステップにより、キャリアを後方散乱する局所的な領域ＢＳＦがＡｌコンタクト格子ＫＧの下方に形成される。場合によってはＢＳＦを生成するために、ステップＡとステップ II およびＦとを交代することもできる。ステップＦはオプションではあるが、このステップＦによってソーラーセルＳＺの効率をさらに上昇することができる。ステップＦは、ステップＤと共通の加熱プロセスで実施することができる。
【００３７】
ステップ III
非導電性の絶縁層ＩＳをコンタクト格子ＫＧ上に、自由な表面すべてにおいて生成するステップ。ここでは、絶縁層ＩＳは少なくとも、キャリアのトンネリングが確実に阻止されるような層厚さを有さねばならない。このような絶縁手段によって、両コンタクトシステム相互間の高信頼性の絶縁が保証される。絶縁層ＩＳは、たとえばスクリーン印刷またはインクビーム印刷またはマスク技術またはスパッタリングまたは気相堆積またはフォトリソグラフィによって絶縁材料を被着することにより、簡単に生成することができる。択一的に、絶縁性の酸化物層ＯＸをステップＤにしたがって生成することもできる（酸化アルミニウムＡｌ２Ｏ３および酸化シリコンＳｉＯ２）。その際には、次に吸収層ＡＳ上の酸化シリコンを、ステップＥにしたがって吸収層ＡＳにおいて選択的に除去する。
【００３８】
ステップＤ
たとえば、酸素雰囲気中でアニールを行うことによりＡｌコンタクト格子ＫＧの表面を酸化するステップ（図１では、垂直にすり抜ける矢印によって示されている）。ここでは、少なくともステップＦが実施されない場合、約３０ｎｍの厚さの酸化アルミニウムＡｌ２Ｏ３と約５ｎｍの厚さの酸化シリコンＳｉＯ２とが得られる。酸化物層ＯＸを湿式化学的または電気化学的に成長させることもできる。
【００３９】
ステップＥ
吸収層ＡＳの領域において、たとえば希釈されたフッ酸に浸漬することにより（ＨＦ‐Ｄｉｐ）、酸化シリコンを選択的にエッチング除去するステップ（図１では、上方向を指す小さい矢印によって示されている）。フッ酸は酸化シリコンを非常に強力にエッチングするが、酸化アルミニウムをほとんどエッチングしないので、浸漬時には酸化シリコンのみが選択的に除去される。ステップＦが省略される場合、酸化シリコンは酸化アルミニウムよりもさらに薄くなる。窒化シリコンがパッシベーション性のカバー層ＤＳとして使用される場合、このカバー層ＤＳもまた、フッ酸によるエッチングに対して不活性である。それに対して、熱酸化シリコンがカバー層ＤＳとして使用される場合、エッチング速度は次のように選択しなければならない。すなわち、吸収層ＡＳの表側ＯＳＺの酸化シリコンは（約２００ｎｍに）維持され、かつ、該吸収層ＡＳの裏面ＯＳＡの酸化シリコン（約５ｎｍ）は完全に除去されるように選択しなければならない。ＨＦディップによって裏面の酸化シリコンが除去されるだけでなく、さらにシリコン表面が、形成されたＳｉ‐Ｈ結合によって良好にパッシベーションされる。
【００４０】
ステップＧ
超薄のバッファ層ＰＳを、たとえばプラズマアシスト気相堆積（ＰＥＣＶＤ）によって面全体に堆積するオプションのステップ。ここで選択された実施例では超薄のバッファ層ＰＳは、水素化された真性の非晶質シリコンｉ ａ‐Ｓｉ：Ｈである。ここではバッファ層ＰＳは、吸収層ＡＳと放出層ＥＳとの間の界面（ｐｎ接合面）のパッシベーションに使用され、これによって再結合を低減する。こうするために、バッファ層ＰＳを可能な限り小さい層厚さで、たとえば５ｎｍの層厚さで被着することができる。
【００４１】
ステップ IV
たとえば、ｎドーピングおよび水素化された非晶質シリコンｎ ａ‐Ｓｉ：Ｈから成る薄層放出体のプラズマアシスト気相堆積（ＰＥＣＶＤ）によって薄厚の放出層ＥＳを面全体に堆積するステップ。スパッタリングまたは熱蒸着による堆積も可能である。吸収層ＡＳの裏面ＯＳＡに裏側コンタクトが形成される際、薄厚（ｐｎ接合面を形成できるようにするためには、最小で約５ｎｍ）の放出層ＥＳが存在するので、この裏側コンタクトを有意な再結合損失なしで、比較的厚く堆積することもでき（たとえば５ｎｍではなく５０ｎｍ）、コンタクト格子ＫＧの寸法が比較的大きいにもかかわらず（高さ約１μｍ）吸収層ＡＳが完全にカバーされるのを保証することができる。このような層厚さ比率で、コンタクト格子ＫＧの領域において放出層ＥＳが中断される。しかしこのことは、ソーラーセルＳＺの動作に影響しない。各図に、コンタクト格子ＫＧが放出層ＥＳによって隙間無くカバーされているのが示されている。すなわち、ここでは放出層ＥＳは、コンタクト格子ＫＧと絶縁層ＩＳとを合わせた厚さより厚く選択される。吸収層ＡＳとの間に放出層ＥＳは、キャリアを分離するｐｎ接合面を成す。ここでは放出層ＥＳは、キャリアが該放出層ＥＳの吸収層と反対側の面ＯＳＥに、有意なオーム損失を伴わずに到達できるような最大層厚さを有する。
【００４２】
ステップＶ
第２のコンタクトシステムを扁平なコンタクト層ＫＳの形態で、放出層ＥＳの吸収層と反対側の裏面に被着するステップ。たとえば、面全体の金属性コンタクトをアルミニウムの熱蒸着によって行うことができる。
【００４３】
ステップ VI
コンタクト格子ＫＧとコンタクト層ＫＳとをコンタクトするステップ。コンタクト層ＫＳが自由に到達可能であることにより、該コンタクト層ＫＳを容易に、任意の場所で電気的にコンタクトすることができる。ステップ IV による放出層ＥＳの堆積時と後方のコンタクト層ＫＳの蒸着時とでそれぞれマスクを適用して、コンタクト格子ＫＧの上方において小さい領域を切り欠くことにより、該コンタクト格子ＫＧを直接コンタクトすることができる。次に、このような領域において絶縁層ＩＳを（たとえば、たとえば３０ｎｍの薄さの酸化アルミニウム層の摩擦等の機械的な破壊によって）除去することにより、コンタクト格子ＫＧまで給電路を案内することができる。
【００４４】
択一的に、コンタクト格子ＫＧは櫛状のウェブＳＴをソーラーセルの外側に有することができ、このウェブＳＴは、放出層ＥＳおよびコンタクト層ＫＳの生成時には半分まで被覆される。このウェブＳＴはその際、絶縁層ＩＳの除去後に電気的にコンタクトされる（図１において、ステップ VI において択一的に、右側に示されている）。
【００４５】
ステップＨ
オプションとして、ステップ IV の後に別のステップＨである、吸収層ＡＳのコンタクト格子ＫＧによってカバーされていない表面を洗浄するステップも実施することができる。しかし実際には、放出層ＥＳのａ‐Ｓｉ：Ｈ堆積直前には常に、吸収層ＡＳの表面を洗浄ないしは露出することにより（短時間ＨＦディップ）、放出体堆積直前の吸収層ＡＳの良好な界面パッシベーション、ひいてはヘテロソーラーセルＨＫＳの良好な効率を保証しなければならない。その際にはＨＦディップによって、３０分より長い時間で沈着されたシリコン表面上に常に存在する自然の酸化シリコンを除去するか、または、コンタクト格子ＫＧの絶縁プロセスによって生成された熱的／電気化学的な酸化シリコンを除去する。
【００４６】
図２に、処理完了されたソーラーセルＳＺの（コンタクト格子ＫＧのコンタクトフィンガに対して横方向の）断面が示されている（光入射は、平行な矢印によって示されている）。このソーラーセルＳＺは裏側コンタクトを有する。吸収層ＡＳの表側ＯＳＺに、２重機能カバー層ＤＳが配置されている。吸収層ＡＳの裏面ＯＳＡに、該吸収層ＡＳから多数キャリアを集めるためのコンタクト格子ＫＧが設けられている。コンタクト格子ＫＧの下方には、吸収層ＡＳにおいてキャリア後方散乱フィールドＢＳＦが形成されており、これによって再結合損失が低減される。コンタクト格子ＫＧは電気的な絶縁層ＩＳによって被覆されることにより、後続の面全体の放出層ＥＳとの短絡が生じないようにされている。吸収層ＡＳと放出層ＥＳとの間には、オプションとしてバッファ層ＰＳを配置することができる。放出層ＥＳと吸収層ＡＳとの間には、キャリアを分離するｐｎ接合面が形成されており、吸収層の少数キャリアは放出層に送られる。放出層ＥＳの面全体に、該放出層ＥＳからキャリアを集めるためのコンタクト層ＫＳが被着されている。たとえば金属性であるこのコンタクト層ＫＳは、吸収されなかったフォトンに対する反射層ＲＳとしても使用される。電気的コンタクト（電圧Ｖ）は、自由に到達可能なコンタクト層ＫＳとコンタクト格子ＫＧの露出場所との間で行われる。
【００４７】
図３に、処理完了されたソーラーセルＳＺの（コンタクト格子ＫＧのコンタクトフィンガに対して横方向の）断面が示されている（光入射は、平行な矢印によって示されている）。このソーラーセルＳＺは表側コンタクトを有する。ここでは、吸収層ＡＳの表側ＯＳＺに扁平なコンタクト層ＫＳが、透明導電酸化物層ＴＣＯの形態で形成されている。このコンタクト層ＫＳの下方の構成は、図２に示された裏側コンタクトを有するソーラーセルＳＺの構成に相応する。この構成との相違点として、図３に示された表側コンタクト型ソーラーセルＳＺでは、透明なコンタクト層ＫＳの表側ＯＳＫに、オプションである金属性のコンタクトエレメントＫＥが配置されている。このコンタクトエレメントＫＥによって、キャリアの収集および取り出しが改善される。というのもコンタクト層ＫＳとしては、透明導電酸化物層の電気伝導度は層厚さに依存して、金属性のコンタクト層ＫＳほど有効でないからである。コンタクトエレメントＫＥを使用して、電流取り出しに必要なＴＣＯコンタクト層ＫＳの層厚さを低減することができる。遮蔽を低減するために、コンタクトエレメントＫＥはコンタクト格子ＫＧに対して合同に形成されて配置される。コンタクトエレメントＫＥは、たとえばクロム／銀から形成することができ、コンタクト層ＫＳとともに電気的にコンタクトされる。
【００４８】
さらに、裏側コンタクト型ソーラーセルＳＺとの相違点として、吸収層ＡＳの材料の電子的品質が比較的低い場合、表側コンタクト型ソーラーセルＳＺの場合には、吸収層ＡＳの裏面ＯＳＡにパッシベーション層ＰＡＳを設ける必要がない。したがって吸収層ＡＳの裏面ＯＳＡに、裏側カバー層ＤＳとしてたとえば、吸収層ＡＳを最適に堆積するための種層ＳＳを設けることができる。この種層ＳＳは、すでに基板ＳＵ上に被着完了していることができる。
【００４９】
さらに、パッシベーション層ＰＡＳないしは種層ＳＳの他に、吸収されなかったフォトンを反射する付加的な反射層ＲＳもカバー層ＤＳとして設けることもできる。
【００５０】
図４に、共通のソーラーセルモジュールＳＺＭ内において複数の片面コンタクト型ソーラーセルＳＺの接続例が示されている（裏側コンタクトの場合のその後の光入射とは反対側の裏面の平面図では簡略化されており、面全体のコンタクト層ＫＳはコンタクト格子ＫＧにわたって存在するが、コンタクト格子ＫＧのウェブＳＴはコンタクト層ＫＳによって被覆されていない）。すなわち、片面コンタクト型ソーラーセルＳＺのここで提案されているコンセプトにより、個々のソーラーセルＳＺを技術的に非常に簡単に直列接続／並列接続して、ソーラーセルモジュールＳＺＭを構成することができる。このような接続は、とりわけ結晶シリコンウェハをソーラーセルＳＺ用の吸収層ＡＳとして使用する場合に有利である。というのも、直列接続および並列接続のプロセスは片面裏側コンタクトによって格段に簡略化されるからである。コンタクト格子ＫＧのウェブＳＴ（図１を参照されたい。ステップ VI に択一的手段）が、吸収層ＡＳである正方形のｃ‐Ｓｉウェハの縁部に設けられる場合、放出層ＥＳをカバーするコンタクト層ＫＳとコンタクト格子ＫＧのウェブＳＴとを直接的なコンタクトＫＴによって、たとえば銅リボンＫＢによって、簡単に直列接続ＳＶまたは並列接続ＰＶすることができる。
【００５１】
図４に示された接続は、片面裏側コンタクト型ソーラーセルＳＺに関する。片面表側コンタクト型ソーラーセルＳＺの接続では、コンタクト格子ＫＧおよびコンタクトエレメントＫＥのウェブＳＴは相互に積層されず、相互に対向するという構成上の小さい差異が生じる。もちろん、別の接続法も可能であり、とりわけ薄層技術に適合された接続法も可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本方法の概略的な流れ図である。
【図２】裏側コンタクト型ソーラーセルの断面図である。
【図３】表側コンタクト型ソーラーセルの断面図である。
【図４】複数の片面コンタクト型ソーラーセルのモジュール接続の平面図である。
【符号の説明】
【００５３】
ＡＲＳ 反射防止層
ＡＳ 吸収層
ＢＳＦ キャリア後方散乱フィールド
ＤＳ カバー層
ＥＳ 放出層
ＨＫＳ ヘテロコンタクトソーラーセル
ＩＳ 非導電性の絶縁層
ＫＢ 銅リボン
ＫＥ コンタクトエレメント
ＫＧ コンタクト格子
ＫＳ コンタクト層
ＫＴ コンタクト
ＯＳＡ ＡＳの裏面
ＯＳＥ ＥＳの吸収層と反対側の面
ＯＳＫ ＫＳの表側
ＯＳＺ ＡＳの表側
ＯＸ 導電性酸化物層
ＰＳ パッシベーション層
ｐｎ ｐｎ接合面
ＰＳ バッファ層
ＰＶ 並列接続
ＲＳ 反射層
ＳＳ 種層
ＳＴ ウェブ
ＳＵ 基板
ＳＶ 直列接続
ＳＺＭ ソーラーセルモジュール
ＳＺ ソーラーセル
ＴＣＯ 透明導電酸化物層
Ｖ 電圧
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの吸収層と、面全体に堆積された放出層とを有する片面コンタクト型のソーラーセルの製造方法であって、
該吸収層および放出層は半導体材料から成り、該吸収層の半導体材料および該放出層の半導体材料のいずれか一方はｐ型ドーピングされており、他方はｎ型ドーピングされており、
光入射によって該吸収層中に過剰な多数キャリアおよび少数キャリアが生成され、該吸収層と放出層との間のｐｎ接合部において分離され、該吸収層の多数キャリアは第１のコンタクトシステムを介して集められて取り出され、該吸収層の少数キャリアは該放出層および第２のコンタクトシステムによって集められて取り出され、
両コンタクトシステムは同一のソーラーセル面に設けられている形式の方法において、
Ｉ．未構造化の吸収層（ＡＳ）を設けるステップと、
II．該第１のコンタクトシステムを、多数キャリアの収集に関して面最適化されたコンタクト格子（ＫＧ）の形態で、該吸収層（ＡＳ）の面に被着するステップと、
III．キャリアのトンネリングも阻止する非導電性の絶縁層（ＩＳ）を該コンタクト格子（ＫＧ）上に、該コンタクト格子（ＫＧ）の自由な表面全体に生成するステップと、
IV．過剰なキャリアが再結合する最大界面再結合速度が１０５再結合／ｃｍ２ｓでパッシベーションするｐｎ接合面（ｐｎ）を該吸収層（ＡＳ）との間に形成する半導体材料から成る放出層（ＥＳ）を、該吸収層（ＡＳ）との間に該放出層（ＥＳ）の該吸収層と反対側の面（ＯＳＥ）に少数キャリアが有意なオーム損失を伴わずに到達できる層厚さで堆積するステップと、
Ｖ．該第２のコンタクトシステムを扁平なコンタクト層（ＫＳ）の形態で、該放出層（ＥＳ）の該吸収層と反対側の面（ＯＳＥ）上に被着するステップと、
VI．該コンタクト格子（ＫＧ）およびコンタクト層（ＫＳ）を電気的にコンタクト（Ｖ）するステップ
とを有することを特徴とする製造方法。
【請求項２】
前記ステップ II を前記吸収層（ＡＳ）の裏面（ＯＳＡ）で実施し、
前記ステップＩまたは ステップ IV またはステップＶの実施後に、
Ａ．透明なカバー層（ＤＳ）を該吸収層（ＡＳ）の表側（ＯＳＺ）に生成するステップ
を実施する、請求項１記載の製造方法。
【請求項３】
前記透明なカバー層（ＤＳ）をパッシベーション層（ＰＡＳ）および反射防止層（ＡＲＳ）として形成する、請求項２記載の製造方法。
【請求項４】
前記コンタクト層（ＫＳ）を透明に形成する場合、前記ステップ II を前記吸収層（ＡＳ）の表側（ＯＳＡ）で実施し、
該吸収層の電子的品質に依存して、前記ステップＩの実施前または実施後に、
Ｂ．１つまたは複数のカバー層（ＤＳ）を該吸収層（ＡＳ）の裏面（ＯＳＡ）に生成するステップ
を実施する、請求項１記載の製造方法。
【請求項５】
前記カバー層（ＤＳ）をパッシベーション層（ＰＡＳ）として形成するか、または反射層（ＲＳ）として形成するか、または種層（ＳＳ）として形成する、請求項４記載の製造方法。
【請求項６】
前記ステップＶの実施後に、
Ｃ．前記コンタクト格子（ＫＧ）に対して合同に形成され配置されたコンタクトエレメント（ＫＥ）を、透明なコンタクト層（ＫＳ）の表側（ＯＳＫ）に被着するステップ
を実施し、
前記ステップ VI において、該コンタクトエレメント（ＫＥ）を該コンタクト層（ＫＳ）と一緒に電気的にコンタクトする、請求項４または５記載の製造方法。
【請求項７】
マスクを使用する熱蒸着、またはスクリーン印刷、またはインクビーム印刷、またはフォトリソグラフィによって、導電性の材料を選択的に被着することにより前記ステップ II を実施する、請求項１から６までのいずれか１項記載の製造方法。
【請求項８】
マスクを使用する熱蒸着またはスパッタリングまたは気相堆積、またはスクリーン印刷、またはインクビーム印刷、またはフォトリソグラフィによって、前記コンタクト格子（ＫＧ）の自由な表面全体に電気的に絶縁性の材料を選択的に被着することによって、前記ステップ III を実施する、請求項１から７までのいずれか１項記載の製造方法。
【請求項９】
前記コンタクト格子（ＫＧ）と該コンタクト格子（ＫＧ）に被覆されていない前記吸収層（ＡＳ）の場所とに酸化物層（ＯＸ）を熱的または湿式化学的または電気化学的に成長させ（ステップＤ）、その後、該吸収層（ＡＳ）の該コンタクト格子（ＫＧ）によって被覆されていない場所において該酸化物層（ＯＸ）を選択的にエッチングする（ステップＥ）ことによって、前記ステップ III を実施する、請求項１から７までのいずれか１項記載の製造方法。
【請求項１０】
前記ステップ VI において、前記ステップＶで行われる前記放出層（ＥＳ）の堆積中に前記コンタクト格子（ＫＧ）において接続領域を切り欠きし、前記ステップ IV 後に生成された絶縁層（ＩＳ）を除去することによって該接続領域を露出する、請求項１から９までのいずれか１項記載の製造方法。
【請求項１１】
前記ステップ VI を、熱蒸着またはスパッタリングまたは気相堆積によって実施する、請求項１から１０までのいずれか１項記載の製造方法。
【請求項１２】
前記ステップ II の後に、
Ｆ．前記コンタクト格子（ＫＧ）の導電性の材料を前記吸収層（ＡＳ）中にアニールするステップ
を実施する、請求項１から１１までのいずれか１項記載の製造方法。
【請求項１３】
前記ステップＦと前記ステップ III とを、酸化物層（ＯＸ）の熱成長のために実施する、請求項１０および１２記載の製造方法。
【請求項１４】
前記ステップ IV の実施後に、
Ｇ．バッファ層（ＰＳ）を小さい層厚さで堆積するステップ
を実施する、請求項１から１３までのいずれか１項記載の製造方法。
【請求項１５】
前記ステップＧを、熱蒸着またはスパッタリングまたは気相堆積によって実施する、請求項１４項記載の製造方法。
【請求項１６】
前記ステップ IV の後に、
Ｈ．前記コンタクト格子（ＫＧ）によって被覆されない前記吸収層（ＡＳ）の表面を洗浄するステップ
を実施する、請求項１から１５までのいずれか１項記載の製造方法。
【請求項１７】
前記吸収層（ＡＳ）に、単結晶シリコンまたはマルチクリスタルシリコンまたは多結晶シリコンまたは再結晶化されたシリコンを使用し、
前記バッファ層（ＰＳ）および放出層（ＥＳ）に、水素化された非晶質シリコンを使用し、
前記コンタクト格子（ＫＧ）にアルミニウムを使用し、
前記ステップ II を前記吸収層（ＡＳ）の裏面（ＯＳＡ）において実施する場合には、前記コンタクト層（ＫＳ）にアルミニウムを使用するか、または該ステップ II を該吸収層（ＡＳ）の表側（ＯＳＺ）において実施する場合には、該コンタクト層（ＫＳ）に透明導電酸化物（ＴＣＯ）を使用する、請求項１から１６までのいずれか１項記載の製造方法。
【請求項１８】
前記吸収層（ＡＳ）をウェハまたは薄層として、サブストレート（ＳＵ）またはスーパーストレート上に形成し、
薄層技術の場合、該サブストレート（ＳＵ）またはスーパーストレートで開始して、連続的に層を堆積するための前記ステップを実施する、請求項１から１７までのいずれか１項記載の製造方法。
【請求項１９】
少なくとも１つの吸収層と、面全体に堆積された放出層とを有する片面コンタクト型のソーラーセルであって、
該吸収層および放出層は半導体材料から成り、
該吸収層および放出層のいずれか一方の半導体材料はｐ型ドーピングを有し、他方の半導体材料はｎ型ドーピングを有し、
該吸収層において光入射により過剰な多数キャリアおよび少数キャリアが生成され、該吸収層と放出層との間のｐｎ接合部において分離され、
該多数キャリアは該吸収層から第１のコンタクトシステムによって集められて取り出され、
該少数キャリアは該吸収層から該放出層および第２のコンタクトシステムによって集められて取り出され、
両コンタクトシステムは同一のソーラーセル面に設けられている形式のソーラーセルにおいて、
該第１のコンタクトシステムとして、該多数キャリアの収集に関して面最適化され該放出層（ＥＳ）に対して絶縁層（ＩＳ）によって電気的に絶縁されるコンタクト格子（ＫＧ）が、未構造化の該吸収層（ＡＳ）と放出層（ＥＳ）との間に配置されており、
該絶縁層（ＩＳ）は、キャリアのトンネリングも阻止し、
該第２のコンタクトシステムとして扁平なコンタクト層（ＫＳ）が、該放出層（ＥＳ）の該吸収層と反対側の面（ＯＳＥ）上に配置されており、
該放出層（ＥＳ）は次のような半導体材料、すなわち、過剰なキャリアが再結合する最大界面再結合速度が１０５再結合／ｃｍ２ｓでパッシベーションするｐｎ接合面（ｐｎ）を該吸収層（ＡＳ）との間に成す半導体材料から成ることを特徴とする、ソーラーセル。
【請求項２０】
前記コンタクト格子（ＫＧ）は前記吸収層（ＡＳ）の裏面（ＯＳＡ）上に配置されており、
該吸収層（ＡＳ）の表側（ＯＳＺ）に透明なカバー層（ＤＳ）が配置されている、請求項１９記載のソーラーセル。
【請求項２１】
前記透明なカバー層（ＤＳ）はパッシベーション層（ＰＡＳ）および反射防止層（ＡＲＳ）として形成されている、請求項２０記載のソーラーセル。
【請求項２２】
前記コンタクト格子（ＫＧ）は前記吸収層（ＡＳ）の表側（ＯＳＺ）に配置されており、
前記コンタクト層（ＫＳ）は透明に形成されており、
該吸収層（ＡＳ）の電子的品質に依存して、該吸収層（ＡＳ）の裏面（ＯＳＡ）にカバー層（ＤＳ）が配置されている、請求項１９記載のソーラーセル。
【請求項２３】
透明な前記コンタクト層（ＫＳ）の表側（ＯＳＫ）に、前記コンタクト格子（ＫＧ）と合同に形成されて配置されたコンタクトエレメント（ＫＥ）が設けられている、請求項２１記載のソーラーセル。
【請求項２４】
前記カバー層（ＤＳ）はパッシベーション層（ＰＡＳ）として形成されているか、または反射層（ＲＳ）として形成されているか、または種層（ＳＳ）として形成されている、請求項２２または２３記載のソーラーセル。
【請求項２５】
前記ソーラーセル（ＳＺ）の縁側に、前記コンタクト格子（ＫＧ）の電気的コンタクトのためにウェブ（ＳＴ）が配置されている、請求項１９から２４までのいずれか１項記載のソーラーセル。
【請求項２６】
前記ウェブ（ＳＴ）は、１つのソーラーセルモジュール（ＳＺＭ）において、複数のソーラーセル（ＳＺ）を電気的に直列接続（ＳＶ）または並列接続（ＰＶ）するために形成されている、請求項２５記載のソーラーセル。
【請求項２７】
前記放出層（ＥＳ）および絶縁層（ＩＳ）に、前記コンタクト格子（ＫＧ）の電気的コンタクトのために開口が配置されている、請求項１９から２４までのいずれか１項記載のソーラーセル。
【請求項２８】
前記コンタクト格子（ＫＧ）の下方に、前記少数キャリアを後方散乱する表面フィールド（ＢＳＦ）が配置されている、請求項１９から２７までのいずれか１項記載のソーラーセル。
【請求項２９】
前記吸収層（ＡＳ）と放出層（ＥＳ）との間に、小さい層厚さを有するバッファ層（ＰＳ）が配置されている、請求項１９から２８までのいずれか１項記載のソーラーセル。
【請求項３０】
前記吸収層（ＡＳ）はウェハまたは薄層として、サブストレート（ＳＵ）またはスーパーストレート上に形成されている、請求項１９から２９までのいずれか１項記載のソーラーセル。
【請求項３１】
吸収層（ＡＳ）：ｎ型ドーピングまたはｐ型ドーピングされた結晶（単結晶、マルチクリスタル、多結晶または再結晶化された）シリコン
放出層（ＥＳ）：該吸収層（ＡＳ）と逆のｐ型ドーピングまたはｎ型ドーピングを有する水素エンリッチされた非晶質シリコン
バッファ層（ＰＳ）：ドーピングを含まない水素エンリッチされた非晶質シリコン
絶縁層（ＩＳ）：酸化アルミニウム
カバー層（ＤＳ）：酸化シリコンまたは窒化シリコン
コンタクト格子（ＫＧ）：アルミニウム
コンタクト層（ＫＳ）：アルミニウムまたは透明導電酸化物（ＴＣＯ）
コンタクトエレメント（ＫＥ）：クロムまたは銀
が使用されている、請求項１８から３０までのいずれか１項記載のソーラーセル。
【請求項１】
少なくとも１つの吸収層と、面全体に堆積された放出層とを有する片面コンタクト型のソーラーセルの製造方法であって、
該吸収層および放出層は半導体材料から成り、該吸収層の半導体材料および該放出層の半導体材料のいずれか一方はｐ型ドーピングされており、他方はｎ型ドーピングされており、
光入射によって該吸収層中に過剰な多数キャリアおよび少数キャリアが生成され、該吸収層と放出層との間のｐｎ接合部において分離され、該吸収層の多数キャリアは第１のコンタクトシステムを介して集められて取り出され、該吸収層の少数キャリアは該放出層および第２のコンタクトシステムによって集められて取り出され、
両コンタクトシステムは同一のソーラーセル面に設けられている形式の方法において、
Ｉ．未構造化の吸収層（ＡＳ）を設けるステップと、
II．該第１のコンタクトシステムを、多数キャリアの収集に関して面最適化されたコンタクト格子（ＫＧ）の形態で、該吸収層（ＡＳ）の面に被着するステップと、
III．キャリアのトンネリングも阻止する非導電性の絶縁層（ＩＳ）を該コンタクト格子（ＫＧ）上に、該コンタクト格子（ＫＧ）の自由な表面全体に生成するステップと、
IV．過剰なキャリアが再結合する最大界面再結合速度が１０５再結合／ｃｍ２ｓでパッシベーションするｐｎ接合面（ｐｎ）を該吸収層（ＡＳ）との間に形成する半導体材料から成る放出層（ＥＳ）を、該吸収層（ＡＳ）との間に該放出層（ＥＳ）の該吸収層と反対側の面（ＯＳＥ）に少数キャリアが有意なオーム損失を伴わずに到達できる層厚さで堆積するステップと、
Ｖ．該第２のコンタクトシステムを扁平なコンタクト層（ＫＳ）の形態で、該放出層（ＥＳ）の該吸収層と反対側の面（ＯＳＥ）上に被着するステップと、
VI．該コンタクト格子（ＫＧ）およびコンタクト層（ＫＳ）を電気的にコンタクト（Ｖ）するステップ
とを有することを特徴とする製造方法。
【請求項２】
前記ステップ II を前記吸収層（ＡＳ）の裏面（ＯＳＡ）で実施し、
前記ステップＩまたは ステップ IV またはステップＶの実施後に、
Ａ．透明なカバー層（ＤＳ）を該吸収層（ＡＳ）の表側（ＯＳＺ）に生成するステップ
を実施する、請求項１記載の製造方法。
【請求項３】
前記透明なカバー層（ＤＳ）をパッシベーション層（ＰＡＳ）および反射防止層（ＡＲＳ）として形成する、請求項２記載の製造方法。
【請求項４】
前記コンタクト層（ＫＳ）を透明に形成する場合、前記ステップ II を前記吸収層（ＡＳ）の表側（ＯＳＡ）で実施し、
該吸収層の電子的品質に依存して、前記ステップＩの実施前または実施後に、
Ｂ．１つまたは複数のカバー層（ＤＳ）を該吸収層（ＡＳ）の裏面（ＯＳＡ）に生成するステップ
を実施する、請求項１記載の製造方法。
【請求項５】
前記カバー層（ＤＳ）をパッシベーション層（ＰＡＳ）として形成するか、または反射層（ＲＳ）として形成するか、または種層（ＳＳ）として形成する、請求項４記載の製造方法。
【請求項６】
前記ステップＶの実施後に、
Ｃ．前記コンタクト格子（ＫＧ）に対して合同に形成され配置されたコンタクトエレメント（ＫＥ）を、透明なコンタクト層（ＫＳ）の表側（ＯＳＫ）に被着するステップ
を実施し、
前記ステップ VI において、該コンタクトエレメント（ＫＥ）を該コンタクト層（ＫＳ）と一緒に電気的にコンタクトする、請求項４または５記載の製造方法。
【請求項７】
マスクを使用する熱蒸着、またはスクリーン印刷、またはインクビーム印刷、またはフォトリソグラフィによって、導電性の材料を選択的に被着することにより前記ステップ II を実施する、請求項１から６までのいずれか１項記載の製造方法。
【請求項８】
マスクを使用する熱蒸着またはスパッタリングまたは気相堆積、またはスクリーン印刷、またはインクビーム印刷、またはフォトリソグラフィによって、前記コンタクト格子（ＫＧ）の自由な表面全体に電気的に絶縁性の材料を選択的に被着することによって、前記ステップ III を実施する、請求項１から７までのいずれか１項記載の製造方法。
【請求項９】
前記コンタクト格子（ＫＧ）と該コンタクト格子（ＫＧ）に被覆されていない前記吸収層（ＡＳ）の場所とに酸化物層（ＯＸ）を熱的または湿式化学的または電気化学的に成長させ（ステップＤ）、その後、該吸収層（ＡＳ）の該コンタクト格子（ＫＧ）によって被覆されていない場所において該酸化物層（ＯＸ）を選択的にエッチングする（ステップＥ）ことによって、前記ステップ III を実施する、請求項１から７までのいずれか１項記載の製造方法。
【請求項１０】
前記ステップ VI において、前記ステップＶで行われる前記放出層（ＥＳ）の堆積中に前記コンタクト格子（ＫＧ）において接続領域を切り欠きし、前記ステップ IV 後に生成された絶縁層（ＩＳ）を除去することによって該接続領域を露出する、請求項１から９までのいずれか１項記載の製造方法。
【請求項１１】
前記ステップ VI を、熱蒸着またはスパッタリングまたは気相堆積によって実施する、請求項１から１０までのいずれか１項記載の製造方法。
【請求項１２】
前記ステップ II の後に、
Ｆ．前記コンタクト格子（ＫＧ）の導電性の材料を前記吸収層（ＡＳ）中にアニールするステップ
を実施する、請求項１から１１までのいずれか１項記載の製造方法。
【請求項１３】
前記ステップＦと前記ステップ III とを、酸化物層（ＯＸ）の熱成長のために実施する、請求項１０および１２記載の製造方法。
【請求項１４】
前記ステップ IV の実施後に、
Ｇ．バッファ層（ＰＳ）を小さい層厚さで堆積するステップ
を実施する、請求項１から１３までのいずれか１項記載の製造方法。
【請求項１５】
前記ステップＧを、熱蒸着またはスパッタリングまたは気相堆積によって実施する、請求項１４項記載の製造方法。
【請求項１６】
前記ステップ IV の後に、
Ｈ．前記コンタクト格子（ＫＧ）によって被覆されない前記吸収層（ＡＳ）の表面を洗浄するステップ
を実施する、請求項１から１５までのいずれか１項記載の製造方法。
【請求項１７】
前記吸収層（ＡＳ）に、単結晶シリコンまたはマルチクリスタルシリコンまたは多結晶シリコンまたは再結晶化されたシリコンを使用し、
前記バッファ層（ＰＳ）および放出層（ＥＳ）に、水素化された非晶質シリコンを使用し、
前記コンタクト格子（ＫＧ）にアルミニウムを使用し、
前記ステップ II を前記吸収層（ＡＳ）の裏面（ＯＳＡ）において実施する場合には、前記コンタクト層（ＫＳ）にアルミニウムを使用するか、または該ステップ II を該吸収層（ＡＳ）の表側（ＯＳＺ）において実施する場合には、該コンタクト層（ＫＳ）に透明導電酸化物（ＴＣＯ）を使用する、請求項１から１６までのいずれか１項記載の製造方法。
【請求項１８】
前記吸収層（ＡＳ）をウェハまたは薄層として、サブストレート（ＳＵ）またはスーパーストレート上に形成し、
薄層技術の場合、該サブストレート（ＳＵ）またはスーパーストレートで開始して、連続的に層を堆積するための前記ステップを実施する、請求項１から１７までのいずれか１項記載の製造方法。
【請求項１９】
少なくとも１つの吸収層と、面全体に堆積された放出層とを有する片面コンタクト型のソーラーセルであって、
該吸収層および放出層は半導体材料から成り、
該吸収層および放出層のいずれか一方の半導体材料はｐ型ドーピングを有し、他方の半導体材料はｎ型ドーピングを有し、
該吸収層において光入射により過剰な多数キャリアおよび少数キャリアが生成され、該吸収層と放出層との間のｐｎ接合部において分離され、
該多数キャリアは該吸収層から第１のコンタクトシステムによって集められて取り出され、
該少数キャリアは該吸収層から該放出層および第２のコンタクトシステムによって集められて取り出され、
両コンタクトシステムは同一のソーラーセル面に設けられている形式のソーラーセルにおいて、
該第１のコンタクトシステムとして、該多数キャリアの収集に関して面最適化され該放出層（ＥＳ）に対して絶縁層（ＩＳ）によって電気的に絶縁されるコンタクト格子（ＫＧ）が、未構造化の該吸収層（ＡＳ）と放出層（ＥＳ）との間に配置されており、
該絶縁層（ＩＳ）は、キャリアのトンネリングも阻止し、
該第２のコンタクトシステムとして扁平なコンタクト層（ＫＳ）が、該放出層（ＥＳ）の該吸収層と反対側の面（ＯＳＥ）上に配置されており、
該放出層（ＥＳ）は次のような半導体材料、すなわち、過剰なキャリアが再結合する最大界面再結合速度が１０５再結合／ｃｍ２ｓでパッシベーションするｐｎ接合面（ｐｎ）を該吸収層（ＡＳ）との間に成す半導体材料から成ることを特徴とする、ソーラーセル。
【請求項２０】
前記コンタクト格子（ＫＧ）は前記吸収層（ＡＳ）の裏面（ＯＳＡ）上に配置されており、
該吸収層（ＡＳ）の表側（ＯＳＺ）に透明なカバー層（ＤＳ）が配置されている、請求項１９記載のソーラーセル。
【請求項２１】
前記透明なカバー層（ＤＳ）はパッシベーション層（ＰＡＳ）および反射防止層（ＡＲＳ）として形成されている、請求項２０記載のソーラーセル。
【請求項２２】
前記コンタクト格子（ＫＧ）は前記吸収層（ＡＳ）の表側（ＯＳＺ）に配置されており、
前記コンタクト層（ＫＳ）は透明に形成されており、
該吸収層（ＡＳ）の電子的品質に依存して、該吸収層（ＡＳ）の裏面（ＯＳＡ）にカバー層（ＤＳ）が配置されている、請求項１９記載のソーラーセル。
【請求項２３】
透明な前記コンタクト層（ＫＳ）の表側（ＯＳＫ）に、前記コンタクト格子（ＫＧ）と合同に形成されて配置されたコンタクトエレメント（ＫＥ）が設けられている、請求項２１記載のソーラーセル。
【請求項２４】
前記カバー層（ＤＳ）はパッシベーション層（ＰＡＳ）として形成されているか、または反射層（ＲＳ）として形成されているか、または種層（ＳＳ）として形成されている、請求項２２または２３記載のソーラーセル。
【請求項２５】
前記ソーラーセル（ＳＺ）の縁側に、前記コンタクト格子（ＫＧ）の電気的コンタクトのためにウェブ（ＳＴ）が配置されている、請求項１９から２４までのいずれか１項記載のソーラーセル。
【請求項２６】
前記ウェブ（ＳＴ）は、１つのソーラーセルモジュール（ＳＺＭ）において、複数のソーラーセル（ＳＺ）を電気的に直列接続（ＳＶ）または並列接続（ＰＶ）するために形成されている、請求項２５記載のソーラーセル。
【請求項２７】
前記放出層（ＥＳ）および絶縁層（ＩＳ）に、前記コンタクト格子（ＫＧ）の電気的コンタクトのために開口が配置されている、請求項１９から２４までのいずれか１項記載のソーラーセル。
【請求項２８】
前記コンタクト格子（ＫＧ）の下方に、前記少数キャリアを後方散乱する表面フィールド（ＢＳＦ）が配置されている、請求項１９から２７までのいずれか１項記載のソーラーセル。
【請求項２９】
前記吸収層（ＡＳ）と放出層（ＥＳ）との間に、小さい層厚さを有するバッファ層（ＰＳ）が配置されている、請求項１９から２８までのいずれか１項記載のソーラーセル。
【請求項３０】
前記吸収層（ＡＳ）はウェハまたは薄層として、サブストレート（ＳＵ）またはスーパーストレート上に形成されている、請求項１９から２９までのいずれか１項記載のソーラーセル。
【請求項３１】
吸収層（ＡＳ）：ｎ型ドーピングまたはｐ型ドーピングされた結晶（単結晶、マルチクリスタル、多結晶または再結晶化された）シリコン
放出層（ＥＳ）：該吸収層（ＡＳ）と逆のｐ型ドーピングまたはｎ型ドーピングを有する水素エンリッチされた非晶質シリコン
バッファ層（ＰＳ）：ドーピングを含まない水素エンリッチされた非晶質シリコン
絶縁層（ＩＳ）：酸化アルミニウム
カバー層（ＤＳ）：酸化シリコンまたは窒化シリコン
コンタクト格子（ＫＧ）：アルミニウム
コンタクト層（ＫＳ）：アルミニウムまたは透明導電酸化物（ＴＣＯ）
コンタクトエレメント（ＫＥ）：クロムまたは銀
が使用されている、請求項１８から３０までのいずれか１項記載のソーラーセル。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公表番号】特表２００８−５４３０６７（Ｐ２００８−５４３０６７Ａ）
【公表日】平成２０年１１月２７日（２００８．１１．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−５１３９１６（Ｐ２００８−５１３９１６）
【出願日】平成１８年５月２２日（２００６．５．２２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＤＥ２００６／０００９１７
【国際公開番号】ＷＯ２００６／１２８４２７
【国際公開日】平成１８年１２月７日（２００６．１２．７）
【出願人】（５９１１５７２０２）ヘルムホルツ−ツェントルム ベルリン フュア マテリアリーエン ウント エネルギー ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング (22)
【氏名又は名称原語表記】Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚ−Ｚｅｎｔｒｕｍ Ｂｅｒｌｉｎ ｆｕｅｒ Ｍａｔｅｒｉａｌｉｅｎ ｕｎｄ Ｅｎｅｒｇｉｅ ＧｍｂＨ
【住所又は居所原語表記】Ｇｌｉｅｎｉｃｋｅｒ Ｓｔｒ．１００，Ｄ−１４１０９ Ｂｅｒｌｉｎ，Ｇｅｒｍａｎｙ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２０年１１月２７日（２００８．１１．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年５月２２日（２００６．５．２２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＤＥ２００６／０００９１７
【国際公開番号】ＷＯ２００６／１２８４２７
【国際公開日】平成１８年１２月７日（２００６．１２．７）
【出願人】（５９１１５７２０２）ヘルムホルツ−ツェントルム ベルリン フュア マテリアリーエン ウント エネルギー ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング (22)
【氏名又は名称原語表記】Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚ−Ｚｅｎｔｒｕｍ Ｂｅｒｌｉｎ ｆｕｅｒ Ｍａｔｅｒｉａｌｉｅｎ ｕｎｄ Ｅｎｅｒｇｉｅ ＧｍｂＨ
【住所又は居所原語表記】Ｇｌｉｅｎｉｃｋｅｒ Ｓｔｒ．１００，Ｄ−１４１０９ Ｂｅｒｌｉｎ，Ｇｅｒｍａｎｙ
【Ｆターム（参考）】
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