JP2011507245A - 細長い、交差指型のエミッタ領域およびベース領域をうら側に有する裏面電極型太陽電池ならびにその製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、細長いエミッタ領域（５）および細長いベース領域（７）が半導体基板（１）に太陽電池のうら側表面上に細かく交互配置されるように設けられた裏面電極型太陽電池およびその製造方法に関する。細長いエミッタ領域（５）は、それに対して直角に伸びる細長いエミッタ電極（１１）によって接触され、細長いベース領域（７）は、それに対して直角に伸びる細長いベース電極（１３）によって接触されるが、エミッタおよびベース領域（５，７）の構造幅は実質的にエミッタおよびベース電極の構造幅よりも小さい。エミッタおよびベース領域（５，７）の細かく交互配置された配列の仕方は、半導体基板内部での良好な電流収集特性および低直列抵抗をもたらす。金属電極のより複雑でない構造のおかげで、後者はシンプルで信頼性が高い方法で製造されることができる。

Description

本発明は細長い、交差指型のエミッタ領域およびベース領域をうら側に有する裏面電極型太陽電池に、ならびにこのタイプの裏面電極型太陽電池の製造方法に関する。

従来の太陽電池はおもて側の電極、すなわち、光が当たる、太陽電池のおもて側に配置された電極、および、光が当たらない、うら側の電極を有する。これら従来の太陽電池では、光を吸収する半導体基板の最大の体積部分が、まさにうら側の電極に接触される半導体型（例えば、ｐ型）である。この体積部分は慣習的にベースと呼ばれ、それゆえ、うら側の電極は慣習的にベース電極と呼ばれる。反対側の半導体型（例えば、ｎ型）の薄い層は、半導体基板のおもて側の表面領域に位置する。この層は慣習的にエミッタと呼ばれ、それに接触する電極はエミッタ電極と呼ばれる。

したがって、このタイプの従来の太陽電池では、電流の収集に極めて重要なｐｎ接合は太陽電池のおもて側表面のすぐ下に位置する。電荷キャリアペアの最高生成速度は太陽電池の光が当たる側で示され、そのためほとんどの光生成（少数）電荷キャリアはｐｎ接合までのほんの短い距離を進めばよいので、ｐｎ接合のこの位置は、特に低〜中程度の品質の半導体材料を使用する際に、電流の効率的な収集のために有利である。

しかし、太陽電池のおもて側に配置されるエミッタ電極は、おもて側のそれに関係する部分的な影のおかげで、効率の損失を招く。太陽電池の効率を増加するためには、ベース電極およびエミッタ電極を太陽電池のうら側に配置することが基本的に有利である。この目的のために、対応するエミッタ領域が太陽電池のうら側に形成されなければならない。エミッタ領域およびベース領域の両方が使用中に光が当たらない側に位置し、エミッタ電極およびベース電極がうら側に形成される太陽電池は、裏面電極型太陽電池（裏面コンタクト型太陽電池）と呼ばれる。

電流を収集するｐｎ接合が少なくとも部分的に太陽電池のうら側に配置された、このタイプの裏面電極型太陽電池は、エミッタ領域およびベース領域が太陽電池のうら側に交互に配置されるという問題に対処しなければならない。従って、ｐｎ接合はもはや太陽電池の表面全体に形成され得ない；そのかわり、大きなベース領域とともにｐｎ接合を形成するうら側のエミッタ領域は、今や、太陽電池のうら側表面の一部にのみ形成し得る。うら側のベース領域は、ベースに接触するために、それらの間に提供されなければならない。

従来の裏面電極型太陽電池の一例が図７に断面図で示される。半導体基板１０１はその体積中に、例えばｐ型半導体の、ベース領域を形成する。エミッタ領域１０５はうら側表面１０３に形成される。エミッタ領域１０５はうら側表面１０３の大部分を覆う。半導体基板１０１のベース領域１０７がうら側表面１０３にまで到達する、幅の狭い、線状の領域は、細長い、指型のエミッタ領域１０５の間にフリーのまま残される。うら側表面１０３は、例えば、太陽電池のうら側の反射面に使うことができるように、低屈折率を持ち得る誘電体保護層１０９でおおわれ、例えば、二酸化ケイ素から形成されることができる。保護層１０９は、エミッタ電極１１３がエミッタ領域１０５に接触することができる局所的な開口部１１１を有する。さらに、誘電体層１０９はベース電極１１７が局所的にうら側表面に達するベース領域１０７と接触することができるベース開口部１１５を有する。エミッタ電極１１３およびベース電極１１７は、幅の狭いギャップ１１９によって相互に分離され、かくして電気的に絶縁される。

図８は、図７に示した従来の裏面電極型太陽電池のうら側の平面図である。細長い、指型のエミッタおよびベース電極１１３、１１７がクシのような形でどのように交互に配置されているかがわかる。エミッタ電極１１３は、この場合、ベース電極１１７よりもかなり広い幅を有する。それらの左右の端では、エミッタ電極１１３が、エミッタ金属被覆を拡大するものとして太陽電池の端に形成された、エミッタ電流を収集するエミッタブスバー１２１に接続する。したがって、ベース電極１１７はベースブスバー１２３に、電池のうら側の反対側の端に到達する。

記載された従来の裏面電極型太陽電池には、以下の最適化の問題がある：光によってベース基板１０１に生成された電荷キャリアの効率的な収集のためには、生成された少数電荷キャリアがｐｎ接合までの短い距離を有し、それらが再結合する前に収集されるようにするために、できるだけ広いエミッタ領域１０５、すなわち、できるだけ広いｐｎ接合が有利である。しかし、この従来の太陽電池のデザインでは、広いエミッタのために、ベース基板１０１中の多数電荷キャリアにとって長距離を伴う。これは、特に、低導電性を示す低濃度でドープされたベース基板では、抵抗損失につながり得る。それゆえ、太陽電池の最適化は電流収集および直列抵抗の最小化の間のトレードオフで行われなければならない。

これらの問題は、フィンガー形電極１１３，１１７が組み合わせられた太陽電池の太陽電池のブスバー１２１，１２３の下で激しくなる。この場合には、ブスバーは、電流ピックアップ点、「はんだパッド」までの複数の電極フィンガーの電流の合計を運ぶ。ここでは電流強度が高いので、ブスバーは、図８に表されるように、電極フィンガーよりも広くなるように設計されなければならない。特に、エミッタブスバー１２１の下では、それゆえ、直列抵抗の問題が大いに増大し、かくして全体として太陽電池の効率を低下させ得る。電流収集容量の減少は、この従来の太陽電池デザインではエミッタがない、ブスバー１２３の領域でも起こり得る。これによって、全体として、太陽電池の効率に負の影響をもたらし得る。さらに、エミッタブスバーおよびベースブスバーについて言及された損失は、はんだパッドとして使えるブスバーの広げられた領域の下から、強烈な形で発生する。

裏面電極型太陽電池の最適化において、考慮されるさらなる態様は、製造コストを最小化するために、エミッタ電極１１３およびベース電極１１７は、共通の方法工程において、例えば、金属の真空蒸着によって、一般的に形成されるという事実である。両方の電極タイプはかくして実質的に同一の厚みとなる。ところが、図７および８に表される裏面電極型太陽電池では、ベース電極１１７はエミッタ電極１１３よりもずっと狭い。しかし、電極１１３，１１７の両方は、同じ電流を放電しなければならないので、ベースからのベース電極を通った電流の効率的な消散にとって十分な電極の金属層の厚みを適用するとき、エミッタ電極は要求されるよりもずっと厚いといえる。別の言葉では、ベースおよびエミッタ電極が共通のプロセス工程で堆積されるとき、不必要に大量の材料がより広いエミッタ電極に堆積される。しかし、電極への金属コーティングの適用および関連する材料コストは、太陽電池の全コストの相当部分である。

それゆえ、エミッタ電極およびベース電極の両方に対して、だいたい同じ幅で、金属電極を形成すること、および、この場合には、金属電極の電気抵抗ができるだけ低く、かつ、薄い金属層の厚みで達成できるように、好ましくは両方の電極タイプを可能な限り広くすることが望ましい。

図９に概要が図示されるような裏面電極型太陽電池が、裏面電極型太陽電池に負わせられた、上述の、部分的に矛盾する要求を満たすことを意図して、開発された。これらの裏面電極型太陽電池は、非常に微細な構造をベースおよびエミッタ領域２０５，２０７ならびにベースおよびエミッタ電極２１３，２１７の両方に有する。この場合には、構造幅は、典型的には、５μｍと１００μｍの間である。

図示された太陽電池タイプは電流を収集するｐｎ接合を形成する狭いエミッタ領域２０５を有する。狭いベース領域２０７は、どちらの場合でも、それらの間に位置する。このようにして、多数電荷キャリアが半導体基板２０１の内部で、ベース領域２０７までおよびそれからベース電極２１７までの、ほんの短い距離しか進む必要がないことを確実にすることができる。同時に、隣接するエミッタ領域２０５の間の短い距離は、少数電荷キャリアが電流を収集するｐｎ接合までのほんの短い距離を移動すればよいことを確実し、それにより良好な電流収集効率が保証される。

それでもやはり、特に、広い裏面電極型太陽電池の費用効率の高い大量生産にとって、エミッタおよびベース領域ならびにエミッタおよびベース電極の両方を、５μｍから１００μｍの幅を有するそのような細かい構造で正確に製造することは大きな技術的挑戦であろうということが気づかれている。研究室スケールでは、例えば、フォトリソグラフィのような高精度な方法が頻繁にこの目的のために使用される。これらの製造方法は、個別のエラーであっても、特にエミッタおよびベース電極の隣接するフィンガー間の電極分離においては、太陽電池に深刻なダメージを引き起こし得るため、非常に高い信頼性で実施されなければならない。関連して、微細に構造化された裏面電極型太陽電池は、それゆえ、安価な太陽電池の工業的な大量生産には一般に適さない

図９に示される、微細構造を有する裏面電極型太陽電池に関するさらなる問題は、小さな構造幅のせいで、隣接するエミッタおよびベース電極２１３，２１７の間に、電気的絶縁のために必ず設置されなければならないギャップ２１９が太陽電池のうら側表面積のかなりの部分を占めるという事実である。したがって、電極フィンガーの厚みは、低直列電気抵抗が電流の水平伝導によって達成されることができるように、十分に大量の金属を提供するように、対応して厚くなるように選択されなければならない。特に、スパッタリングまたはエレクトロプレーティングのようなコーティング方法では、そのような狭く、同時に厚い金属電極は、技術的に困難であるか、またはコストの増大を伴う。

それゆえ、従来の裏面電極型太陽電池の上述の問題点が少なくとも部分的に解決される、裏面電極型太陽電池および裏面電極型太陽電池を製造する方法に対する要求がある。特に、一方では、良好な電流収集特性を示し、他方では、ベース内での低直列抵抗を可能とする裏面電極型太陽電池に対する要求がある。この場合において、このタイプの太陽電池は技術的にシンプルで、再現性があり、信頼性の高い方法で、かつ、低コストで製造されることができることが望ましい。

この要求は、本発明の独立請求項の主題によって満たされる。本発明の好適な実施態様が従属請求項、および以下の説明に記載される。

すべての図は模式化されたものにすぎず、スケール通りではない。図では、類似または同一の要素が同じ符号で表される。
図１は本発明の一実施態様の裏面電極型太陽電池のうら側からみた平面図である。 図２は図１に示される実施態様の電極構造の平面図である。 図３は図１のＡ−Ａ面での断面図である。 図４は図１のＢ−Ｂ面での断面図である。 図５は本発明の別の実施態様の裏面電極型太陽電池のうら側からみた平面図である。 図６は本発明の別の実施態様の裏面電極型太陽電池のうら側からみた平面図である。 図７は従来の裏面電極型太陽電池の断面図である。 図８は図７の従来の裏面電極型太陽電池のうら側からみた平面図である。 図９は別の従来の裏面電極型太陽電池の断面図である。

本発明の第一の態様は、半導体基板、当該半導体基板のうら側表面上の細長いエミッタ領域、当該半導体基板のうら側表面上の細長いベース領域、当該エミッタ領域を電気的に接続するための当該細長いエミッタ領域を横断する細長いエミッタ電極、および当該ベース領域を電気的に接続するための当該細長いベース領域を横断する細長いベース電極を有する裏面電極型太陽電池を記載する。半導体基板は好ましくは、ｎ半導体型またはｐ半導体型のいずれかのベースの半導体型をもつ。うら側表面上の細長いベース領域もまたベースの半導体型をもつ。エミッタ領域はベースの半導体型とは反対のエミッタの半導体型をもつ。細長いエミッタ領域は細長いエミッタ電極よりも小さい構造幅をもち、細長いベース領域は細長いベース電極よりも小さい構造幅をもつ。

この本発明の第一の態様は、以下の思想に基づくものと認定されてもよい：狭くて細長いベース領域と狭くて細長いエミッタ領域の両方が太陽電池のうら側表面に形成され、ベースおよびエミッタ領域は相互に隣接して配置され、かつ、相互にクシのように噛み合うように形成され得る。細長いエミッタおよびベース電極はそれぞれのエミッタおよびベース領域と電気的に接触するために提供される。エミッタおよびベース電極はそれぞれエミッタおよびベース領域を横断するように走り、太陽電池のうら側の少なくとも部分的な領域におけるエミッタおよびベース領域を横断し得る。例示によってまたは好適な実施態様を参照して、以下にさらに詳細に示されるように、適当な方法によって、エミッタ電極が排他的にエミッタ領域に接触するがベース領域に接触しないこと、および、反対に、ベース電極が排他的にベース領域に接触するが、エミッタ領域に接触しないことを確実にすることができる。

提案された太陽電池のデザインは、とりわけ、エミッタおよびベース電極の構造幅がエミッタおよびベース領域の構造幅とは独立に選択されることを許容する。この方法では、太陽電池の最適化は、ジオメトリカルな配置ならびに、一方ではエミッタおよびベース領域の、他方ではエミッタおよびベース電極の構造幅に課された部分的に矛盾する要求を考慮することができる。いまや、エミッタおよびベース領域の構造幅を、エミッタおよびベース電極の構造幅よりも小さくするように選択することが有利であると証明されている。他方では、ベース中の良好な電流収集特性および低直列抵抗損失の両方が、狭く、近接して隣接したエミッタ領域およびその間に走る狭くて同様に近接して隣接したベース領域の結果として達成され得る。他方では、電極のシンプルかつ信頼性の高い製造が比較的幅広のエミッタおよびベース電極の結果として達成され得る。さらに、エミッタおよびベース電極は、電極タイプの一方がその部分に無駄に厚い厚みを有しないで、および、そうでない場合には、一方の電極タイプが金属コーティングの所定の厚みで、その幅が小さいために過度に高い電気抵抗を有することにならないように、両方の電極タイプが、共通のプロセス工程で同じ厚みで形成されるように、面積に関しておおよそ同じサイズで形成され得る。

本発明の裏面電極型太陽電池の実施態様のさらなる特徴、詳細および可能性のある利点は、以下に説明される。

裏面電極型太陽電池のために使用される半導体基板は、例えば、単結晶または多結晶のシリコンウェハーであってもよい。あるいは、アモルファスもしくは結晶性のシリコンまたは他の半導体材料でできた薄い層が基板として使用され得る。

細長いエミッタ領域はドーパントの半導体基板への拡散によって製造されることができる。例えば、ｎ型のエミッタ領域は、ｐ型の半導体基板に、リンの局所的拡散によって形成され得る。しかし、他方、エミッタ領域は、例えば、イオン注入法または合金化法のような他の方法によって製造されてもよく、かくして、ホモ接合として知られるもの、すなわち、例えばシリコンのような、同じ半導体基礎材料の反対にドーピングされた領域でのｐｎ接合を形成する。あるいは、エミッタ領域もまた、例えば、ホモ接合またはヘテロ接合として知られるもの、すなわち、後者の場合においてはベースの半導体型の第一の半導体材料とエミッタの半導体型の第二の半導体材料との間のｐｎ接合、を形成する真空蒸着またはスパッタリングによって、エピタキシャルに堆積され得る。可能な例は、結晶性シリコン（ｃ−Ｓｉ）からなる半導体基板上にＰＥＣＶＤ技術によって形成されたアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）の層からなるエミッタ領域である。

半導体基板のうら側表面上の細長いベース領域のいずれかは、エミッタ領域を半導体基板に製造する際に除かれ、そのためにベースの半導体型のままである領域であってもよいか、または、それらはエミッタ領域を形成するための上述の製造方法のうちの一つによって形成されることができる。

フォトリソグラフィ法が、例えば、微細なエミッタおよびベース領域を形成するために使用されることができる。あるいは、例えば、レーザーストラクチャリングによって製造され得る、対応したマスクが使用されることができる。

細長いエミッタ領域および／または細長いベース領域は、例えばＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）からなる層を、水平方向の導電性を向上させるために、さらに有することができる。

ベースおよびエミッタ領域を太陽電池のうら側に配置する、太陽電池の動作のモードに有益である、相補的な形態は、以下に示す技術的にシンプルな方法で製造されることができる。つまり、エミッタ（またはベース）が最初に太陽電池のうら側の全面に最初に形成され、次いで、全面にわたって形成された前者のエミッタ（またはベース）層に対して局所的に過剰補償する、ベース（またはエミッタ）領域が、例えばイオン注入法または構造化拡散マスクを通したドーピング材料の拡散によって局所的にドーピング材料を導入することによって、所望の点に製造される。

さらに別のものは、例えば、広い面積に最初にエミッタ領域を形成し、その次に、そこで、エミッタ領域が、レーザーによるなどして、部分的領域の局所的除去の結果としてより細かい構造幅に形成されることができる。

エミッタ領域およびベース領域は、それぞれ、上から半導体基板のうら側表面に向かってみて、どちらの場合でも、フィンガー状の直線のエミッタ領域がフィンガー状の直線のベース領域に隣接して近接する、クシ状構造として形成されることができる。このタイプの入れ子状構造は、「交差指型」ともいわれる。クシ状構造は太陽電池の全表面にわたって同じ方法で形成される必要がない。それは、太陽電池表面の特定の領域において特定の機能に適合されることができる。例えば、ベースブスバーの下の領域でエミッタブスバーの下の領域と異なる構造が選択され得る。さらに、この構造は、純粋に排他的に太陽電池の特定の場所、例えば、ブスバーまたははんだパッドの領域に、存在してもよい。

エミッタ電極およびベース電極の両方は、それぞれ、局所的な金属コーティングの形で、例えば、フィンガー状のグリッドの形で、形成されることができる。この目的のため、例えば銀またはアルミニウムのような金属が太陽電池のうら側表面に、例えば、マスクを通してまたはフォトリソグラフィを使用して、例えば、真空蒸着またはスパッタリングまたはスクリーン印刷もしくはディスペンサー法その他の方法によって、局所的に堆積されることができる。一般に、例えば、電極を基板のうら側表面にフィンガー形またはグリッド形にするには、次工程でその一部を除去することによって構造化される全面にわたった金属層を形成することの可能性を含む、電極を局所的に形成することができるあらゆる方法を使用することができる。エミッタ電極とベース電極との間のショートを避けるために、この２つの間に電気絶縁ギャップが提供されることができる。

本発明の一実施態様では、細長いエミッタ領域および／または細長いベース領域の平均構造幅は、細長いエミッタ電極および／または細長いベース電極の平均構造幅よりも、少なくとも１０％、好ましくは少なくとも２０％、より好ましくは少なくとも５０％少ない。例えば、エミッタおよびベース領域は５から５００μｍの範囲の構造幅をもつことができ、エミッタおよびベース電極は、２００μｍから２ｍｍの範囲でそれに対応して大きな構造幅をもつことができる。

エミッタおよびベース領域の構造幅は、例えば、隣接するエミッタ領域間の平均距離が、これは入れ子状の場合にはベース領域の構造幅におおよそ対応するが、光によって生成した電荷キャリアがエミッタ領域によって形成されるｐｎ接合で効率的に収集され得るように、半導体基板の有効少数電荷キャリア拡散長よりも短いかまたは実質的に等しいような方法で選択されることができる。一方では、エミッタ領域の平均構造幅は、隣接するベース領域間の距離に実質的に対応し、ベース領域に運ばれる多数電荷キャリアに関して、直列抵抗ができるだけ低く維持されるような方法で選択されることができる。

エミッタおよびベース電極の構造幅は、一方では、電極が技術的にシンプルな方法でおよび特にエミッタおよびベース電極の間の電極の分離が信頼性高く確実にされるような方法で製造されるように、ならびに、他方では、隣接する細長いエミッタ電極間またはベース電極間の距離が、電荷キャリアが低濃度でドーピングされたベース領域を通って電極まで長い水平距離を移動する必要がないように、かつ、少なくとも部分的に細長い、比較的高濃度でドーピングされたエミッタおよびベース領域に沿ってのそれぞれの電極までの電荷キャリアの伝達がいかなる実質的な直列抵抗損失を生じないように、十分に小さくなるように選択されることができる。

本発明の別の実施態様では、複数の細長いエミッタ領域および複数の細長いベース領域が、それぞれ、互いに交互に隣接し、かつ、互いに平行して配置され、複数の細長いエミッタ電極および複数の細長いベース電極が、それぞれ、互い違いにかつお互い平行に配置される。隣接するエミッタおよびベース領域間の中心間距離は、隣接するエミッタおよびベース電極間の中心間距離よりも小さい。

言い換えれば、エミッタおよびベース領域は、エミッタおよびベース電極と同様に、それぞれ、互いに噛み合う構造として形成され得るが、噛み合いの程度は、単位面積あたりの隣接する領域または電極の数として定義され、エミッタおよびベース領域に対しては、エミッタおよびベース電極に対してよりも大きい。

本発明の別の実施態様では、細長いエミッタ電極は細長いベース領域を横切るが、その細長いベース領域は、それを横切る細長いエミッタ電極から、電気的絶縁層によって絶縁されている。

言い換えれば、細長いエミッタ電極のうちの少なくともいくつかは、少なくとも一部の領域で、その下に位置するベース領域を超えて、横に、例えば直角に、走ることができる。この場合に、太陽電池内の局所的な短絡回路を防止するために、エミッタ電極は、電気絶縁層によって、その下を走るベース領域から絶縁される。電気絶縁層は、例えば、半導体基板のうら側表面に形成される、窒化ケイ素や酸化ケイ素からなる誘電体層や有機レジスト製の層その他であってもよい。層は、例えば、最初にうら側表面の全体に形成され、その後局所的に、電気的接続が電極とその下に位置するエミッタまたはベース領域との間に形成される場所で空いていてもよい。

本発明の別の実施態様では、裏面電極型太陽電池は、半導体基板のうら側表面上の細長いベース領域が、半導体基板の内部のベース領域よりも、電気伝導性が高いような方法で製造される。

言い換えれば、細長いベース領域は、エミッタのドーピングが行われていないおよびそれゆえオリジナルの半導体基板と同じドーピングがされている、単なる領域ではない。そのかわり、ベース領域は、半導体基板と比較して、例えば、１×１０^１８ｃｍ^−３超の、好ましくは１×１０^１９ｃｍ^−３超の、より好ましくは５×１０^１９ｃｍ^−３超の、さらに好ましくは１×１０^２０ｃｍ^−３超の、高いドーピング濃度およびそれによる高い伝導性を示す。例えば、細長いベース領域は、ベース半導体型を製造するためにドーパントが半導体基板のうら側に局所的に拡散される、追加の拡散プロセス工程によって製造され得る。

細長いベース領域中での導電性の増大によって、多数電荷キャリアが、わずかの低直列抵抗損失で、または実質的な抵抗損失なく比較的長距離を越えて、高導電性の細長いベース領域を通ってそれを横断するベース電極まで伝わることができる。

特に、さらに好ましい実施態様に一致して、エミッタ領域およびベース領域が、半導体基板のうら側表面に実質的に均一に分散しているとき、すなわち、例えば、比較的高濃度でドーピングされたうら側のベース領域間の距離が、好ましくは太陽電池のうら側表面全域にわたって、短いように細かく分散されているとき、これは、半導体基板のベースのような主体積中の多数電荷キャリアが、それらがその後さらなる実質的な直列抵抗損失なくベース電極に伝えられ得る、高伝導性の細長いベース領域に到着するまでに、ほんの短い距離を移動すればよいということを意味する。これによって、太陽電池の全体的な直列抵抗を低減することができる。「微細な細長いベースまたはエミッタ領域の好ましい均一な分布」の用語は、この場合には、太陽電池の予想される短絡電流密度ならびに基層の厚み、ドーピングおよび電荷移動度によって規定される基層の抵抗において、電圧の実質的な降下が半導体基板のうら側のベース領域間で発生しないように、うら側の比較的高濃度にドーピングされたベース領域間の距離が十分に短い、という事実をいう。エミッタ領域およびベース領域の構造幅は、この場合には、同じサイズである；しかし、その代わり、できるだけ広い電荷キャリア収集ｐｎ接合を形成するために、エミッタ領域はベース領域よりも幅広に選択されることもができる。

本発明の別の態様は、以下の工程を有する裏面電極型太陽電池を製造する方法を示す：ベースの半導体型の半導体基板を用意する；上記半導体基板のうら側表面上にエミッタの半導体型の細長いエミッタ領域を形成する；上記半導体基板のうら側表面上にベースの半導体型の細長いベース領域を形成する；エミッタ領域を電気的に接続するために細長いエミッタ電極を細長いエミッタ領域を横断するように形成する；ベース領域を電気的に接続するために細長いベース電極を細長いベース領域を横断するように形成する。細長いエミッタ領域はこの場合細長いエミッタ電極よりも小さな構造幅をもち、細長いベース領域は細長いベース電極よりも小さな構造幅をもつ。

エミッタ領域およびベース領域は、異なる方法、例えば、マスクやリソグラフィなどを使用して局所的に拡散注入する方法によって、イオン注入法によって、局所的合金化法、対応する層のエピタキシャル形成によって、またはその他の方法によって、製造されてもよい。

エミッタおよびベース電極は、種々の方法によって、例えば、局所的真空蒸着によって、例えば、マスクまたはリソグラフィを使用して、または、スパッタリングによって、さもなくば、スクリーン印刷またはディスペンサー法によって形成することができる。一般に、例えば、基板のうら側に、電極をフィンガー形またはグリッド形にする方法において、全表面積にわたって金属層を適用し、次いで局所的にはく離することによって構造を作る方法を含む、局所的に電極を形成することができるいかなる方法を使用してもよい。それは、なかんずく、電極が、最初にうら側表面全体を覆う共有の金属層として形成されることができ、次にエミッタおよびベース領域の間の電極分離が、例えば、金属の局所的除去によって、例えば、エッチング除去またはレーザー除去によって、なされることができる、ということを意味する。

実施態様、発明の特徴および利点は、主に本発明の裏面電極型太陽電池に主に関連して記載されていることが認められるべきである。しかし、当業者は、上述および後述の説明から、他の事項を示されなくても、実施態様および本発明の特徴は太陽電池を製造するための発明の方法に同様に変形可能であることを理解できよう。特に、種々の実施態様の特徴は相互に望ましい方法で組み合わせられてもよい。

本発明のさらなる特徴および利点は、（発明を限定するものと解釈されるべきではないが、）以下の代表的な実施例の記載からおよびそれに付随する図面を参照することによって当業者に明らかになる。

図１は裏面電極型太陽電池の一実施態様をそのうら側からみた平面図で表す。説明上の理由から、エミッタおよびベース電極１１，１３は、その下に位置するエミッタおよびベース領域５，７が見えるように、破線の境界線によって、透過状態で示される。明確にするため、エミッタおよびベース電極１１，１３の構造は、再度、図２に別途示される。４つのエミッタ電極フィンガーが表されているが、現実の太陽電池はこのタイプの多数のエミッタ電極フィンガーを有していることおよび図中でその大きさがスケール通りに表されていないことはいうまでもない。

図１にみられるように、実質的にうら側表面の全長にわたって互いに平行に走る、細長い、指形のエミッタ電極１１が、半導体基板１のうら側表面に配置される。エミッタ電極フィンガー１１は、太陽電池の端で、フィンガー１１と交差するように走るエミッタブスバー２１に接続する。

エミッタフィンガー１１からオフセットして、複数のベース電極フィンガー１３が互いに平行に、かつ、エミッタ電極フィンガーとかみ合うように広がる。ベース電極フィンガーはベースブスバー２３に太陽電池の反対側の端で接続する。

図でｙ軸方向に走るエミッタおよびベース電極フィンガー１１，１３と交差するように、細長いエミッタ領域５および細長いベース領域７が半導体基板１のうら側表面３上を走る。互いに平行に走る細長いエミッタ領域５および互いに平行に走るベース領域７は、それらの中央で、領域５，７と交差するように走る接続部分２５，２７によって、それぞれ接続され、それぞれで矢筈（ヘリンボーン）模様が形成される。細長いエミッタおよびベース領域は、図中で、ｘ方向、すなわち、エミッタおよびベース電極フィンガー１１，１３の方向と直行するように走る。

エミッタおよびベース電極フィンガーの構造幅Ｗ_Ｅ，Ｗ_Ｂは、それぞれ、それらと交差するようにそれぞれ走るエミッタおよびベース領域５，７の構造幅Ｗ_ｅ，Ｗ_ｂのだいたい３から４倍広い。

図２および３にみられるように、エミッタおよびベース電極１１，１３は、うら側表面３の広範囲な領域において、エミッタ領域５およびベース領域７から、誘電層の形態の電気絶縁層９によって、分離されている。電極１１，１３は、それらの下側に位置する領域５，７と、絶縁層９の開口部１５，１７だけで、局所的に接続することができる。

エミッタ領域５およびベース領域７の両方は、そのうら側で、半導体基板１に拡散し、ドーパント濃度の増大による導電性の増加を示す。エミッタ領域５は、ｘ軸方向に、その上に位置するエミッタ電極１１に覆われる範囲を越え、それに隣接するベース電極１３の領域にまで、水平に突き出しているので、低い直列抵抗損失をもつ高濃度にドーピングされたエミッタ領域５に沿ってエミッタ電極１１に向けて形成され、そして導通するｐｎ接合のおかげで、電荷は、効率的に収集され得る。同じことがベース電極１３およびベース領域７にもあてはまる。双方の良好な収集特性および低直列抵抗は、したがって、エミッタおよびベース領域５，７の細かな噛み合いによって達成され得る。

エミッタおよびベース領域５，７と比べると、エミッタおよびベース電極１１，１３は、より粗い噛み合いを有する。例えば１ｍｍ超の範囲の大きさを有する、メタリゼーションのそのような粗い構造は、技術的にシンプルで信頼性の高い方法で製造されることができる。特に、エミッタ電極１１およびベース電極１３の間のギャップ２９はそれゆえ比較的広く、例えば数百μｍの幅を有するように、実質的な金属被覆エリアの損失なく形成することができ、これによって電極間の信頼性の高い絶縁を確実にする。

図５は本発明の太陽電池の別の実施態様をそのうら側からみた平面図で表す。この実施態様では、エミッタ領域５およびベース領域７からなるパターンは、少なくともブスバー２１，２３の外側の領域において非常にシンプルに、すなわち、横断歩道を連想させる、交互に配列された細長く、狭い領域５，７の形態に保たれている。相互に隣接するエミッタおよびベース領域５，７は、それぞれ、この場合には、もはや半導体基板中の追加された接続領域によってｙ方向で接合することはない。そのかわり、このタイプの電気的接続は、それぞれ、それらに対して横に走り、個々のエミッタおよびベース領域５，７にそれぞれ局所的に接続するエミッタおよびベース電極１１，１３の結果としてだけ起こる。

図６は、エミッタがうら側表面の大部分を覆い、エミッタ電極１１の下の領域にまで伸びる細長いベース領域７がベース電極１３の端の領域の中のわずかな領域だけに設置される、別の実施態様を表す。高濃度にドーピングされたベース領域７はかくして、エミッタ電極１１の領域で発生された大部分の電荷をベース電極１３に実質的な直列抵抗損失なく放電することができる。細長いベース領域７の間に細長いエミッタ領域５が同じ様に伸びる。ベース電極１３のフィンガーの先端の領域において、細長いエミッタ領域フィンガー７がエミッタブスバー２１の領域の下のウェルに、電荷を低損失で放電すること可能にするために、やや斜めに突き出す。

図６で説明される実施態様において、細長い電極１１，１３に対して横に走る細長いエミッタおよびベース領域５，７は、特に最適化された方法で実施されている。一方では、細長いベース領域のうち少数だけが必要であり、そのため、これらの領域の製造は実施するのに容易である。他方では、これらの領域は、エミッタ電極１１およびエミッタブスバー２１の下の領域からの電荷の効率よい、低損失放電をそれらが目的とする方法で提供するように、それらのエリアで精密に設けられる。細長いベース領域７の間に走る細長いエミッタ領域５は、この場合において、同時に、エミッタ領域に対する効率的に導電性の接続であり、ベース電極１３およびベースブスバー２３の下で、ｐｎ接合を形成し、かくして電流を収集する。

本発明の基礎にある原理が非常に多数の具体的な形態によって実施されることができるということは、上述の説明から当業者にとって明らかであろう。特に、エミッタおよびベース領域ならびにエミッタおよびベース電極の配置は、それらのジオメトリおよびアレンジメントに関してならびにそれらの製造に関して、例えば、独立請求項に記載されるように、本発明の基本思想から外れることなく著しく変更されることができる。

最後に、「含む」、「有する」等の用語は、さらなる構成要件の存在を除外しないという事実について言及する。「一（一つ）」の用語は複数のものの存在を除外しない。請求項に記載された参照番号は見やすさを向上させるためだけに提供され、いかなる点でも請求項に係る発明の保護の範囲を限定するものではない。

１ 半導体基板
３ うら側表面
５ エミッタ領域
７ ベース領域
９ 電気絶縁層
１１ エミッタ電極
１３ ベース電極
２１ エミッタブスバー
２３ ベースブスバー

Claims (10)

1. 半導体基板（１）；
   該半導体基板（１）のうら側表面（３）上の細長いベース領域（７）であって、ベースの半導体型をもつ該ベース領域（７）；
   該半導体基板（１）のうら側表面（３）上の細長いエミッタ領域（５）であって、ベースの半導体型とは反対のエミッタの半導体型をもつ該エミッタ領域（５）；
   該細長いエミッタ領域（５）を横断する、該エミッタ領域（５）と電気的に接触するための細長いエミッタ電極（１１）；および
   該細長いベース領域（７）を横断する、該ベース領域（７）と電気的に接触するための細長いベース電極（１３）；を有する裏面電極型太陽電池であって、
   該細長いエミッタ領域（５）は該細長いエミッタ電極（１１）よりも小さな構造幅を有し、かつ、該細長いベース領域（７）は該細長いベース電極（１３）よりも小さな構造幅を有する、裏面電極型太陽電池。
2. 前記細長いエミッタ領域（５）および／または前記細長いベース領域（７）の平均構造幅が太陽電池の同じ領域の前記細長いエミッタ電極（１１）および／または前記細長いベース電極（１３）の平均構造幅よりも少なくとも１０％少ない、請求項１に記載の裏面電極型太陽電池。
3. 複数の細長いエミッタ領域（５）および複数の細長いベース領域（７）が、それぞれ、お互いに互い違いに隣接しながら、かつ、お互いに平行して配置され、複数の細長いエミッタ電極（１１）および複数の細長いベース電極（１３）がそれぞれお互いに互い違いにかつ平行に配置され、ならびに隣接するエミッタおよびベース領域の間の中心間距離（Ｗ_ｅ，Ｗ_ｂ）が隣接するエミッタ電極およびベース電極の間の中心間距離（Ｗ_Ｅ，Ｗ_Ｂ）よりも小さい、請求項１または２に記載の裏面電極型太陽電池。
4. 前記細長いエミッタ電極（１１）が前記細長いベース領域（７）を横断し、かつ、前記細長いベース領域（７）がそれらを横断する前記細長いエミッタ電極（１１）から電気絶縁層（９）によって絶縁されている、請求項１〜３のいずれかに記載の裏面電極型太陽電池。
5. 前記細長いベース電極（１３）が細長いエミッタ領域（５）を横断し、かつ、前記細長いエミッタ領域（５）がそれらを横断する前記細長いベース電極（１３）から電気絶縁層（９）によって絶縁されている、請求項１〜４のいずれかに記載の裏面電極型太陽電池。
6. 前記半導体基板（１）のうら側表面（３）上の前記細長いベース領域（７）において、該半導体基板（１）の内部のベース領域よりも電気伝導性が高い、請求項１〜５のいずれかに記載の裏面電極型太陽電池。
7. 前記エミッタ領域および前記ベース領域（５，７）が前記半導体基板（１）のうら側表面（３）に沿って実質的に均一に分散されている、請求項１〜６のいずれかに記載の裏面電極型太陽電池。
8. 前記細長いベース領域（７）がエミッタブスバー（２１）によって覆われる領域に突き出している、請求項１〜７のいずれかに記載の裏面電極型太陽電池。
9. 前記細長いエミッタ領域（５）がベースブスバー（２３）によって覆われる領域に突き出している、請求項１〜８のいずれかに記載の裏面電極型太陽電池。
10. 半導体基板（１）を用意する；
    該半導体基板（１）のうら側表面（３）上に細長いベース領域（７）であって、ベースの半導体型をもつベース領域（７）を形成する；
    該半導体基板（１）のうら側表面（３）上に細長いエミッタ領域（５）であって、ベースの半導体型とは反対のエミッタの半導体型をもつエミッタ領域（５）を形成する；
    該細長いエミッタ領域（５）を横断する、該エミッタ領域（５）に接触するための細長いエミッタ電極（１１）を形成する；および
    該細長いベース領域（７）を横断する、該ベース領域（７）に接触するための細長いベース電極（１３）を形成する；工程を含む太陽電池を製造する方法であって、
    該細長いエミッタ領域（５）が該細長いエミッタ電極（１１）よりも小さな構造幅を有し、かつ、該細長いベース領域（７）が該細長いベース電極（１３）よりも小さな構造幅を有する裏面電極型太陽電池を製造する方法。

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