(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池を製造する方法であって、当該方法が、
粒子源を有するチャンバ内に太陽電池を配置するステップと;
前記太陽電池の第1の領域に、第1の型のドーパントを導入するステップと;
前記粒子源と前記太陽電池との間に、アパーチャとアセンブリセグメントとを備えたパターン化アセンブリを配置するステップと;
前記太陽電池の第2の領域以外の領域への第2の型のドーパントの導入を最小にしながら、前記太陽電池の第2の領域に、前記アパーチャを経て伝播する前記第2の型のドーパントを選択的に注入するステップであって、前記第2の領域は、前記第1の領域の内側である、ステップと、
を含む、太陽電池の製造方法。
【請求項２】
前記太陽電池は、n型の太陽電池である、請求項1に記載の方法。
【請求項３】
前記第1の型のドーパントは、p型のドーパントである、請求項1に記載の方法。
【請求項４】
前記第2の領域に注入される第2の型のドーパントは、p型のドーパントを含む、請求項1に記載の方法。
【請求項５】
前記第2の領域に注入される第2の型のドーパントは、n型のドーパントを含む、請求項1に記載の方法。
【請求項６】
前記第1の型のドーパントは、n型のドーパントである、請求項5に記載の方法。
【請求項７】
前記第1の領域は、前記注入された第2の領域より小さい多数キャリア濃度を有する、請求項1に記載の方法。
【請求項８】
前記アセンブリセグメントは、前記太陽電池から0.1mmから5cmまでの範囲の距離だけ離間される、請求項1に記載の方法。
【請求項９】
前記第2の型のドーパントは、3keVから800keVまでの範囲のエネルギーで選択的に注入される、請求項1に記載の方法。
【請求項１０】
前記第2の型のドーパントを選択的に注入するステップは、ビームで伝播する前記第2の型のドーパントを選択的に注入するステップを含み、
前記ビームは、2mA以上のビーム電流を有する、請求項1に記載の方法。
【請求項１１】
前記太陽電池の第2の領域に注入する前記第2の型のドーパントのドーズ量は、1×1014/cm2〜1×1017/cm2である、請求項1に記載の方法。
【請求項１２】
前記太陽電池の側面を前記パターン化アセンブリの側面と接触させて、前記第2の領域と前記アパーチャとを整列させるステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。
【請求項１３】
前記パターン化アセンブリは、バイアスをかけられる、請求項1に記載の方法。
【請求項１４】
前記パターン化アセンブリを前記太陽電池に対して並進させるステップと、
第3の領域に、前記アパーチャを通る、前記第2の型のドーパントを選択的に注入すると共に、前記第2の型のドーパントの、前記第1の領域への導入を最小にするステップと、
をさらに含む、請求項1に記載の方法。
【請求項１５】
前記第1の型のドーパントと、前記第2の型のドーパントとは、同一の型のドーパントである、請求項1に記載の方法。
【請求項１６】
前記パターン化アセンブリは、複数のアパーチャを備え、前記複数のアパーチャの各々は、円形である、請求項1に記載の方法。
【請求項１７】
前記パターン化アセンブリは、複数のアパーチャを備え、前記複数のアパーチャの各々は、円形である、請求項1に記載の方法。
【請求項１８】
複数の前記第2の領域は、選択的に注入する前記第2の型のドーパントによって形成される、請求項1に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、太陽電池を製造するためのシステムに関し、特に、太陽電池製造用のパターン化アセンブリ及び太陽電池の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池への関心の高まりに伴い、太陽電池を製造するプロセスを改良することにより多くの注目が注がれている。太陽電池を製造するサブプロセスのうちの1つは、太陽電池の電気的及び/又は光学的特性を変えるドーピングプロセスとすることができる。抵抗又は二酸化ケイ素(パッシベーティング)層のパターン化ドーピングを必要とする、従来のドーピング工程では、パッシベーティング層の一部を除去し、太陽電池の一部を露出させる。この露出部分に、n型のドーパント(例えばリン)を含むガラスを置くことができる。次に、パッシベーション層の余計な部分を表面から除去し、p型のドーパント(例えばボロン)を含む、他のガラスを置くことができる。
【０００３】
次に、太陽電池に熱を加えることができる。熱を付与することで、ガラスからn型、p型双方のドーパントが太陽電池の内部に拡散し、n型及びp型のドープド領域を形成することができる。次に、最初にドーパント材料を含んでいるガラスを除去することができる。
【０００４】
しかしながら、従来のドーピングプロセスは、不都合な点が無いわけではない。例えば、従来の太陽電池の製造プロセスは、太陽電池に密接に接触するドープドガラスを必要とする。例えば気孔又は気泡のような異物がガラス/太陽電池の界面に存在する場合に、この異物がドーピング処理を妨げ、及び/又はドーピング処理が均一なドープド領域を形成できないことがある。
【０００５】
加えて、パッシベーティング層及びドープドガラスは、低い融解及び/又はガラス転移温度を有する材料からつくることがある。従って、過剰な加熱が異物を放出し、この異物を太陽電池に導入することになる。さらに、過剰な加熱によって、パッシベーティング層の構造的一体化を低下させてしまう。異物及び構造的一体化の低下は、不安定及び/又は繰返し不可能なドーピング状態及び/又は不均一なドープド領域の形成をもたらしてしまう。
【０００６】
かような欠点をなくすために、例えば結晶石英のような高い融解温度を有する材料を用いることができる。しかしながら、高い融解温度を有する材料のコストは非常に高く、太陽電池を製造するためにかような材料を使用するのは非実用的である。あるいは、太陽電池に与える熱を少なめにすることができる。しかしながら、少なめの熱の付与によっては、均一なドープド領域を提供することができない。
【０００７】
従来の太陽電池の製造プロセスの他の欠点は、ドープド領域を形成するのに拡散プロセスを用いることにある。この分野で既知のように、ドープド領域を首尾良く均一にするには、例えばドープドガラス及び太陽電池の双方のドーパント濃度勾配、及び均一な温度の付与といったような、制御するのが困難なパラメータに依存する。従って、従来の拡散プロセスにより均一なドープド領域を形成するのは難しい。
【０００８】
従来のドーピングプロセスのさらにもう1つの不利な点を、そのプロセスの効率に見出すことができる。特に、パターン化ドーピングを必要とする太陽電池を設計する場合に、従来の製造プロセスは、パッシベーティング層を形成し、このパッシベーティング層の一部を除去するためにリソグラフィ及びエッチングプロセスを実行し、ドープドガラスを置き、そして、このガラスを除去するためにエッチングプロセスを実行するといった、追加の工程を必要とする。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
かような欠点は、太陽電池の品質を低下させ、及び/又は太陽電池を製造するためのコストを増加させ、製品及び最終的には消費者に、追加の財政的な負担をかける。従って、太陽電池を製造するための改良されたシステム及び方法が必要である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
太陽電池を製造するための装置及び方法が開示される。特定の実施形態では、太陽電池は、粒子源を有するチャンバ内に太陽電池を配置するステップと;前記粒子源と前記太陽電池との間に、アパーチャとアセンブリセグメントとを備えたパターン化アセンブリを配置するステップと;前記太陽電池の第1の領域以外の領域への第1の型のドーパントの導入を最小にしながら、前記太陽電池の第1の領域に、前記アパーチャを経て伝播する前記第1の型のドーパントを選択的に注入するステップと、によって製造することができる。
【００１１】
他の実施形態では、粒子源を有するチャンバ内に太陽電池を配置するステップと;前記粒子源と前記太陽電池との間に、第1のアパーチャを備えたパターン化アセンブリを配置するステップと;前記第1のアパーチャを経て伝播する、第1の型のドーパントを前記太陽電池の第1の領域に選択的に注入するステップと;前記太陽電池の第1の領域の内側の部分に位置する第2の領域に、第1の型のドーパントを選択的に注入するステップと、によって製造することができる。
【００１２】
他の実施形態では、太陽電池は、粒子源を有するチャンバ内に太陽電池を配置するステップと;前記粒子源と前記太陽電池との間に、少なくとも1つの第1のアパーチャを備えた第1のパターン化アセンブリを配置するステップと;前記粒子源と前記太陽電池との間に、少なくとも1つの第2のアパーチャを備えた第2のパターン化アセンブリを配置するステップと;前記少なくとも1つの第1のアパーチャを通る、第1の型のドーパントを前記太陽電池の第1の領域に選択的に注入するステップと;前記少なくとも1つの第2のアパーチャを通る、第2の型のドーパントを前記太陽電池の第2の領域に選択的に注入するステップと、によって製造することができる。
【００１３】
他の実施形態では、太陽電池は、粒子源を有するチャンバ内に太陽電池を配置するステップと;前記粒子源と前記太陽電池との間に、前記太陽電池から約0.1mmから約5cmまでの範囲の距離だけ離間させて、アパーチャとアセンブリセグメントとを有するパターン化アセンブリを配置するステップと;前記パターン化アセンブリのアパーチャに整列する前記太陽電池の第1の領域を選択的にエッチングするステップと;前記第1の領域に第1の型のドーパントを選択的に注入するステップと、によって製造することができる。
【００１４】
他の実施形態では、太陽電池は、粒子生成源と;太陽電池と;前記粒子生成源と前記太陽電池との間に位置するパターン化アセンブリと;を備え、前記パターン化アセンブリは、アライナと、少なくとも1つのアパーチャと、少なくとも1つのアセンブリセグメントとを有し、前記アライナは、前記パターン化アセンブリと前記太陽電池とを整列させ、前記アパーチャは、前記太陽電池の内側部分に整列され、前記アセンブリセグメントは、前記太陽電池の周辺部に整列され、前記太陽電池に向かう粒子の一部は、前記アパーチャを通過して、前記太陽電池の内部に達し、前記太陽電池に向かう粒子の他の部分は、前記アセンブリセグメントに入射して、前記太陽電池の周辺部に達するのが防止される、システムによって製造することができる。
【００１５】
本開示を、添付の図面に示すように、その例示的な実施形態を参照して更に詳細に説明する。本開示を、例示的な実施形態を参照して、以下に説明するが、本開示は、それに限定されないと理解すべきである。当業者は、本願における教示にアクセスすることで、本願明細書において記載されている本開示の範囲内、及び本開示がかなり役に立つ追加的な実施態様、変更例、及び実施例を認識されよう。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
本開示のより完全な理解を容易にするために、同様の番号が同様の構成要素を示す、添付図面を参照する。
これらの図面は、本開示を制限するものとして解釈されてはならず、例示のみを目的とする。
【図１】本開示の一実施形態による太陽電池を製造するためのシステムのブロック図である。
【図２】本開示の他の実施形態による太陽電池を製造するための他のシステムのブロック図である。
【図３】図3A−3Dは、図1及び2に示すパターン化アセンブリの一例の平面図及び断面図である。
【図４】本開示の他の実施形態による太陽電池を製造するための他のシステムのブロック図である。
【図５】図5A及び5Bは、図4に示すパターン化アセンブリの一例の平面図及び断面図である。
【図６】図6A及び6Bは、図4に示すパターン化アセンブリの他の例の平面図及び断面図である。
【図７】本開示の他の実施形態による太陽電池を製造するための他のシステムのブロック図である。
【図８】図8A及び8Bは、図7に示すパターン化アセンブリの一例の平面図及び断面図である。
【図９】図9A−9Hは、本開示の他の実施形態による太陽電池を製造する方法を示す図である。
【図１０】図10A−10Gは、本開示の他の実施形態による太陽電池を製造するための他の方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
ここでは、太陽電池製造用のパターン化アセンブリ及び太陽電池の製造方法のいくつかの実施形態を、添付図面を参照して開示する。本明細書に含まれる詳細な開示は、その開示の内容をよりよく理解するための例示が目的であり、その例に限定することを意図していない。本開示は、特定の太陽電池製造システムに関して成すことができる。本開示は、例えば、プラズマドーピング(「PLAD」)又は、プラズマ浸漬イオン注入（「PIII」）システム、又はビームライン・イオン注入システムに関して成すことができる。しかしながら、本開示は、プラズマベース又は非プラズマベースのドーピングシステム、プラズマベース又は非プラズマベースのエッチングシステム、プラズマベース又は非プラズマベースの堆積システム、及び噴霧湿式化学(sprayed wet chemistry)システムを含む、他の太陽電池製造システムにも同様に適用できる。
【００１８】
加えて、特定のシステムの特定の参照は、システムがそれに制限されることを意味しない。例えば、ビームライン・システムに関連しての開示は、このシステムがPIIIシステムのPLADに対して適用できないことを意味しない。さらに、本開示の異なる実施形態は、互いに類似の特徴を含むことができる。明瞭化及び単純化の目的のために、同様の特徴部についての詳細な説明は、省略する。
【００１９】
図1には、本開示の一実施形態による太陽電池を処理するためのシステム100を示してある。本実施形態において、システム100は、PLAD又はPIIIシステムや、例えばプラズマエッチング又は堆積システムのような他のプラズマベースのシステムや、他の非プラズマベースのシステムとすることができる。システム100は、チャンバ102、複数のアンテナ104a及び104b、第１及び第2の電源106及び108を備えることができる。チャンバ102内には、太陽電池110、プラテン112、粒子116を含む粒子源114、及びパターン化アセンブリ120を配置することができる。一方、パターン化アセンブリ120は、粒子116を太陽電池110に導入するための少なくとも1つのアパーチャ120aと、粒子116が太陽電池110に導入されるのを防止するための少なくとも1つのアセンブリセグメント120bを備えることができる。
【００２０】
本開示において、粒子116は、荷電又は中性、又は原子の、又は素粒子の、又は分子の粒子とすることができる。粒子116の例としては、電子;陽子;中性子;ヘリウムの原子又はイオン;フッ素を含む原子、分子又はイオン;リンを含む原子、分子又はイオン;ボロンを含む原子、分子又はイオン;及び他の任意の原子、分子又はイオンを含む。粒子116の例としては、他の分子イオン又はクラスタを含むこともできる。加えて、粒子116は、気体、液体又は固体状態とすることができる。液体状態の粒子の例は、例えば液体エッチャントのように、気相又は液体状態の化学物質とすることができる。従って、本開示は、粒子の種類又は粒子の状態に限定されない。
【００２１】
本開示における、かような粒子116は、粒子源114で生成するか、又はそれに含まれるものとすることができる。粒子源114の例としては、気体、液体、固体（例えば、物理気相成長源）、及び粒子116を有するプラズマを含むことができる。当業者は、本開示が特定の種類の粒子源に限られないことを認識されよう。
【００２２】
本開示において、太陽電池110は、入射放射エネルギーを電気エネルギーに変換することができる任意タイプの太陽電池とすることができる。本開示の太陽電池は、例えば、シリコン（”Si”）、砒化ガリウム（”GaAs”）、セレン化ガリウム（”GaSe”）、セレン化亜鉛（”ZnSe”）、窒化ガリウム（”GaN”）、テルル化カドミウム（”CaTe”）、燐化インジウム（”InP”）、二セレン化銅インジウム（”CuInSe2”）、セレン化銅インジウム・ガリウム（”CuInxGa(1-x）Se2”、即ち”CIGS”）を含む、ドープド又は非ドープド半導体とすることができる。太陽電池110は、有機太陽電池、あるいは、半導体又は有機太陽電池の組合せとすることもできる。さらに、本開示の太陽電池は、結晶構造、多結晶又は微結晶の構造、アモルファス構造、及びそれらの組合せとすることができる。
【００２３】
図1に示すように、アパーチャ120aは、パターン化アセンブリ120のどこにでも位置させることができる。一実施形態において、アパーチャ120aは、パターン化アセンブリ120の内部で、2つのアセンブリセグメント120bの間に位置させることができる。他の実施形態では、アパーチャ120aをパターン化アセンブリ120の周辺部に位置させることができる。さらに、他の実施形態では、パターン化アセンブリ120は、パターン化アセンブリ120の内部にある少なくとも1つのアパーチャ120aと、パターン化アセンブリ120の周辺部に位置する少なくとも1つのアパーチャ120aとを含むものとすることができる。したがって、アパーチャ120aの位置は、単に図1に示した位置だけに限定されない。
【００２４】
本開示において、アンテナ104a及び104bは、例えば、誘導結合プラズマ源、ヘリコン源、又はマイクロ波源のような、粒子製造源の一部とすることができる。図は、2つのアンテナ104a及び104bを示しているが、当業者は、本システムがアンテナ104a及び104bのうちの1つのみを含むものとすることができると認識されよう。加えて、当業者は、システム100がアンテナ104aと104bとを含む場合であっても、粒子の生成の間に、アンテナ104a及び104bのうちの1つのみに給電することができると認識されよう。アンテナに給電する場合には、アンテナ104a及び104bのうちの少なくとも1つに、一定の、又はパルス化DC又はRF電流を印加することができる。
【００２５】
図1に示すように、パターン化アセンブリ120は、粒子源114と太陽電池110との間に位置させることができる。本実施形態において、パターン化アセンブリ120及び太陽電池110は、プラテン112によって支持することができる。他の実施形態では、太陽電池110及びパターン化アセンブリ120のうちの少なくとも1つを、プラテン112以外のホルダー（図示せず）によって支持することができる。他の例では太陽電池110及びパターン化アセンブリ120の少なくとも一方又は双方を、チャンバ壁によって支持することができる。
【００２６】
一実施形態において、パターン化アセンブリ120のアセンブリセグメント120bは、太陽電池110の上面から離間させることができる。離間させる場合に、アセンブリセグメント120bと太陽電池110との間の距離は、約0.1mmから約5cmまでの範囲とすることができる。太陽電池100の上に表面層（例えば誘電体層）を形成する場合には、この距離は表面層の厚さ分だけ増加する。あるいは、距離は同じのまま、薄い表面層を配置することができる。他の実施形態では、アセンブリセグメント120bを、太陽電池110又は形成された層に直接接触させることができる。
【００２７】
図1に示すように、パターン化アセンブリ120は、第1の電源106に結合させることができ、一方で、アンテナ104a及び104bの一方又は双方と太陽電池110は、第2の電源108に結合させることができる。他の実施形態では、太陽電池110を、第1の電源106に結合させることができる。また別の実施形態では、アンテナ104a及び104bの一方又は双方、パターン化アセンブリ120、及び太陽電池110を、第１及び第2の電源106及び108のうちの1つに結合させることができる。さらに他の実施形態では、システム100が第3の電源（図示せず）を備え、パターン化アセンブリ120、アンテナ104a及び104bの一方又は双方、及び太陽電池110を異なる電源に結合させることができる。
【００２８】
本実施形態において、パターン化アセンブリ120及び太陽電池110のうちの一方にバイアスをかけることができ、その一方で、パターン化アセンブリ120及び太陽電池110のうちの他方を電気的に浮遊させることができる。他の実施形態では、パターン化アセンブリ120及び太陽電池110のうちのバイアスをかけない一方を接地させることができる。他の実施形態では、パターン化アセンブリ120及び太陽電池110の双方にバイアスをかけるか;電気的に浮遊させるか;又は接地させることができる。バイアスをかける場合は、パターン化アセンブリ120、及び/又は太陽電池110に直接バイアスをかけるか、又は、例えばプラテン112のような他の構成要素を介して間接的にバイアスをかけることができる。
【００２９】
バイアスをかける場合には、パターン化アセンブリ120、太陽電池110、又はこれらの双方に印加する電圧は、正又は負のいずれの電圧とすることもできる。双方ともにバイアスをかける場合には、パターン化アセンブリ120及び太陽電池110を、同一又は反対の電圧によってバイアスをかけることができる。加えて、パターン化アセンブリ120及び太陽電池110の双方に印加する電圧は、同一又は異なる電圧値とすることができる。
【００３０】
電流をパターン化アセンブリ120、太陽電池110、又は双方に印加する場合には、その電流は、パルス化電流、連続するDC又はRF電流とすることができる。パルス化電流をパターン化アセンブリ120及び太陽電池110の双方に印加する場合には、パルスを同期させるのがよい。例えば、パルス周波数、パルス幅、パルスの振幅、及び/又はパルスのタイミングを同期させることができる。パルス化電流は、システム100のアンテナ104a及び104bのうちの少なくとも1つに印加するパルス化DC又はRFの電流に同期させることもできる。
【００３１】
動作中、粒子源114には粒子116を含ませることができる。上述したように、粒子116は、アンテナ104a及び104bのうちの少なくとも1つに給電することによって生成することができる。一方、パターン化アセンブリ120、太陽電池110、又は双方にバイアスをかけることができる。印加電圧に依存して、パターン化アセンブリ120及び太陽電池110の各々を、陽極又は陰極として作用させることができ、粒子116をパターン化アセンブリ120に引きつけるか又はパターン化アセンブリ120から跳ね返すことができる。
【００３２】
図1に示すように、太陽電池110の方へ伝播する粒子116の一部は、少なくとも1つのアパーチャ120aを経て通すことができ、一方で、粒子116の他の部分は、パターン化アセンブリセグメント120bで阻止することができる。次に、送られた粒子116は、太陽電池110に導入することができる。従って、粒子116が導入される太陽電池110の領域は、パターン化アセンブリ120のアパーチャ120aによって画成することができる。
【００３３】
粒子が荷電粒子である場合には、太陽電池110に導入する粒子116のエネルギーは、約3keVから約800keVまでの範囲とすることができる。加えて、粒子の電流は、2mA以上とすることができる。粒子のドーズ量は、約1×1014/cm2から約1×1017/cm2とすることができる。しかしながら、当業者は、エネルギー、電流、及びドーズ量を他の値とすることができると認識されよう。
【００３４】
粒子116を太陽電池110に注入する場合に、粒子116はドープド領域を形成する。粒子116及び太陽電池110の型に応じて、異なる型のドープド領域を形成することができる。例えば、n型粒子116（例えばリンを含んでいる粒子）を、太陽電池110に注入して、ｎ型領域を形成することができる。他の例では、ｐ型にする粒子（例えばボロンを含んでいる粒子）を、太陽電池110に注入して、ｐ型のドープド領域を形成することができる。本開示において、双方の型の粒子を注入する場合に、異なる領域に注入する粒子のドーズ量は同じにするか、又は異ならせることで、注入領域を同じか、又は異なるドーパント又はキャリア濃度とすることができる。加えて、双方の型の粒子を太陽電池110の隣接領域に注入する場合には、p−n接合を形成することができる。異なるドーパントを、パターン化アセンブリ120を介して注入することによって、高度に分離された(highly resolved)p−n接合を形成することができる。このプロセスでは、従来の太陽電池製造プロセスにおける一般的な等方性の拡散を最小化することができる。加えて、多数のp−n接合が望まれる場合に、均一のp−n接合を形成することができる。
【００３５】
p−n接合に加えて、1つ以上のコンタクト領域を形成することができる。例えば、ｎ型ドーパントを既存のｎ型ドープド領域の内部に注入して、新しく注入した部分を、より高いｎ型ドーパント又はキャリア濃度、及びｎ導電型にすることができる。反対に、ｐ型ドーパントを既存のｐ型ドープド領域の内部に注入して、新しく注入した部分を、より高いｐ型ドーパント又はキャリア濃度、及びｐ導電型にすることができる。その後、新しく形成したｎ型及びｐ型の注入部分は、コンタクト領域としての機能を果たす。これらのコンタクト領域は、高度に分離された均一な領域とすることができる。このように高度に分離された均一なコンタクト領域は、等方性の拡散を伴う従来のドーピングプロセスによっては、不可能である。
【００３６】
図2には、本開示の他の実施形態による他のシステム200を示してある。本実施形態において、システムは、太陽電池を処理するビームライン・イオン注入システム、又は湿式化学システムとすることができる。システム200は、チャンバ202及び電源106を備えることができる。チャンバ202内に、太陽電池110;プラテン112;粒子116を含む粒子源114;及びパターン化アセンブリ120を配置することができる。パターン化アセンブリ120は、少なくとも1つのアパーチャ120aと少なくとも1つのアセンブリセグメント120bとを有することができる。明瞭化及び単純化の目的のために、前の実施形態に記載したのと同様な特徴部についての記載は省略する。
【００３７】
一実施形態において、パターン化アセンブリ120のアセンブリセグメント120bは、太陽電池110の上面から離間させることができる。離間させる場合は、アセンブリセグメント120bと太陽電池110との間の距離を、約0.1mmから約5cmまでの範囲とすることができる。太陽電池の上に表面層（例えば誘電体層）を必要とする場合には、この距離は表面層の厚みの分だけ増やすことができる。あるいは、距離を同じままとして、薄い表面層を配置することができる。他の実施形態では、アセンブリセグメント120bを、太陽電池110又は表面層に直接接触させることができる。
【００３８】
システム200がビームライン・イオン注入システムである場合には、このシステム200は、粒子116を生成するための陰極、傍熱陰極（”IHC”）、Freeman型イオン源、Bernas型イオン源、電子又はイオンフラッド銃(ion flood gun)を含むものとすることもできる。加えて、システム200は、粒子116をビーム状の状態で操作することができ、粒子を太陽電池110の方へ向けることができる、1つ以上のビームラインコンポーネント（図示せず）を含むこともできる。
【００３９】
一実施形態において、パターン化アセンブリ120は接地させることができる。あるいは、パターン化アセンブリ120及び太陽電池110を、電気的に浮遊させるか、あるいはバイアスをかけることができる。バイアスをかける場合は、パターン化アセンブリ120及び/又は太陽電池110を、電源106に結合させることができる。システム200は、第2の電源（図示せず）をさらに備えることもでき、太陽電池110及びパターン化アセンブリ120を異なる電源に結合させることができる。
【００４０】
動作中、システム200は、粒子源114に含まれる粒子116を生成することができる。その後、システム200は、粒子源114から粒子116をパターン化アセンブリ120の方へ、ビーム状の状態で向けることができる。本実施形態において、粒子ビームのエネルギーは、約3keVから約800keVまでの範囲とすることができる。その間、ビームの電流は、2mA以上とすることができる。それと同時に、荷電粒子の濃度又はドーズ量は、約1×1014/cm2から約1×1017/cm2とすることができる。しかしながら、当業者は、エネルギー、電流、及びドーズ量を他の値とすることができると認識されよう。
【００４１】
図2に示すように、太陽電池に向けられる粒子116の一部は、アパーチャ120aを経て太陽電池110内に注入させることができ、一方で、粒子116の他の部分が太陽電池110に注入されるのを防止することができる。パターン化アセンブリ120によって、従来の拡散ベースの製造プロセスでは不可能である、高度に分離された均一なドープド領域、p−n接合、及び/又はコンタクト領域を形成することができる。
【００４２】
システム200が太陽電池110を処理する湿式化学システムである場合は、粒子源114に太陽電池を処理するための粒子116を液体状態にて含ませることができる。動作中、パターン化アセンブリ120は、粒子源114と太陽電池110との間に配置することができる。太陽電池110には、誘電体又はフォトレジスト層（図示せず）も被覆することができる。あるいは、太陽電池110の表面にはいかなる層も形成しないものとすることができる。その後、粒子116又は液状化学品を、太陽電池110の方へ向けることができる。次に、粒子116は、太陽電池110又は存在するならば、パターン化アセンブリ120のアパーチャ120aに整列する表面層の選択された1つ又は複数の領域を処理する（例えば、エッチングする）ことができる。
【００４３】
図3A−3Dには、図1及び図2に示したパターン化アセンブリ120のいくつかの例の平面図及び断面図を示してある。本開示において、アセンブリ120は、高い融解及び/又はガラス転移温度を有する1つの材料又は材料の組合せから作ることができる。1つ又は複数の材料の例としては、シリコン;カーボン;ボロン;アルミニウム;石英;他の金属又は金属合金;高い融解及び/又はガラス転移温度を有する他の誘電体;及び他の単体又は化合物半導体材料を含む。
【００４４】
図3A−Cのパターン化アセンブリ120の平面図に示すように、アセンブリ120は円形形状とすることができる。あるいは、アセンブリ120は、長方形、五角形、六角形、八角形、他の多角形形状とすることができる。加えて、アセンブリ120は、図3Aに示すように、1つ以上の長方形のアパーチャ;図3Bに示すように、1つ以上の円形のアパーチャ;図3Cに示すように、1つ以上の三角形、シェブロン、又は楔状のアパーチャ;又はそれらの組合せを有するものとすることができる。当業者は、アセンブリ120のアパーチャが他の形状を有することができると認識されよう。アセンブリ120が複数のアパーチャ120aを含む場合は、これらのアパーチャ120aは同じか異なる形状、及び/又は、同じか異なるサイズを有するものとすることができる。加えて、アパーチャ120aは、同じか異なる距離で、互いに離間させることができる。
【００４５】
図3Dの断面図に示すように、アセンブリ120は、このアセンブリ120及び太陽電池を所望な方位に置くことができる太陽電池アライナを備えることもできる。パターン化アセンブリのアライナは、太陽電池110の側面の全体又は一部に接触するエッジ140aとすることができる。パターン化アセンブリのアライナは、太陽電池110の1つ以上の位置合わせ箇所と相通じて、パターン化アセンブリ120と太陽電池とを所望な方位に整列させる1つ以上の位置合わせ箇所140bを備えることもできる。
【００４６】
図4には、本開示の他の実施形態によるシステム400を示してある。このシステム400は、チャンバ402及び電源（図示せず）を備えることができる。チャンバ402内には、太陽電池110;プラテン112;粒子116を含む粒子源114を配置することができる。加えて、少なくとも1つのアパーチャ420aと少なくとも1つのアセンブリセグメント420bとを有するパターン化アセンブリ420を配置することができる。図4に示すように、本実施形態のシステム400は、前の実施形態に記載したシステム100及び200に含まれるものと同様ないくつかの特徴部を有するものとすることができる。明瞭化及び単純化のために、前の実施形態に記載したのと同様の特徴部の記載は、省略する。
【００４７】
本実施形態において、パターン化アセンブリ420は、アセンブリセグメント420bと太陽電池110との間の垂直方向に沿った距離が、好ましくは約5cmから約10cmまでの範囲となるように、配置することができる。表面層（図示せず）が必要な場合は、アセンブリセグメント420bと太陽電池110との間の距離を、表面層の厚みの分だけ増やすことができる。あるいは、距離を同じままにして、薄い表面層を配置することができる。
【００４８】
動作中、パターン化アセンブリ420は、粒子源114と太陽電池との間に位置させることができる。次に、粒子源114に含まれる粒子116を、太陽電池110の方へ向けることができる。その間、パターン化アセンブリ420に、電源106によってバイアスをかけることができる。太陽電池110の方へ向けられる粒子116の一部は、アセンブリセグメント420bの上に入射して、太陽電池110に注入されるのを防止することができる。一方、粒子の他の部分は、アパーチャ420aを通過するので、太陽電池110に注入することができる。図4に示したように、アパーチャ420aに入る粒子116は、アセンブリ420によって生じる静電力による影響を受けるので、粒子116の軌道は変化する。粒子116の電荷、及びアセンブリ420に印加されるバイアスのタイプと大きさに依存して、アセンブリは、粒子116を集束させることができる。従って、パターン化アセンブリ420は、太陽電池110に導入される粒子116の分解能を向上させることができる。
【００４９】
図5A−5Bには、システム400に組み込まれるパターン化アセンブリ520の平面図及び断面図を示してある。少なくとも1つのアパーチャ420aと少なくとも1つのパターン化アセンブリセグメント420bとに加えて、パターン化アセンブリ420は、このアセンブリ420と太陽電池（図示せず）とを所望の方位に整列させるために、アセンブリ520のどこかに位置させる、太陽電池アライナを備えることができる。本実施形態において、太陽電池アライナは、太陽電池の側面の全体又はその一部に接触するエッジ（図示せず）とすることができる。太陽電池アライナは、太陽電池又は太陽電池の位置合わせ箇所と相通じてパターン化アセンブリ420と太陽電池とを所望の方位に整列させる位置合わせ箇所440bとすることもできる。
【００５０】
パターン化アセンブリ420は、このパターン化アセンブリ420の少なくとも1つの表面上に配置される少なくとも1つの絶縁層450を随意備えることができる。絶縁層450がある場合には、この絶縁層は粒子がアセンブリのアパーチャ420aに入るまでの粒子の軌道に及ぼすパターン化アセンブリ420の影響を制限することができる。
【００５１】
図6A及び6Bには、システム400に組み込むことができる他のパターン化アセンブリ620の平面図及び断面図を示してある。パターン化アセンブリ620は、1つ以上のパターン化アセンブリユニット622を備えることができる。各ユニット622は、第1及び第2のパターン化アセンブリセグメント626a及び626bと、セグメント626aと626bとの間に位置するアパーチャ624とを備えることができる。パターン化アセンブリ620が複数のパターン化アセンブリユニット622を備える場合には、これらのパターン化アセンブリユニット622を、隣接するパターン化アセンブリユニット622の間に位置する第1の絶縁セグメント632によって、互いに離間させることができる。図6Bに示すように、パターン化アセンブリ620は、このパターン化アセンブリ620の任意の位置に配置する太陽電池アライナを備えることもできる。この太陽電池アライナは、太陽電池（図示せず）の側面の全体又は一部と接触するエッジ（図示せず）とし、太陽電池を所望な方位に向かせることができる。あるいは、太陽電池アライナは、太陽電池の1つ以上の位置合わせ箇所と相通じる位置合わせ箇所640bとすることができる。
【００５２】
パターン化アセンブリ620は、第1及び第2のパターン化アセンブリセグメント626a及び626bを分離するアパーチャ624の近くに配置される第2の絶縁セグメント634を随意備えることができる。加えて、パターン化アセンブリ620は、パターン化アセンブリ620の少なくとも1つの表面に配置される随意の第3の絶縁層636を備えることができる。この第3の絶縁層636によって、粒子がアパーチャ624に入るまで、粒子の軌道に及ぼすパターン化アセンブリ620の影響を制限することができる。
【００５３】
図6Aに示すように、パターン化アセンブリ620は、電源ユニット606に結合させることができる。電源ユニット606は、各セグメントユニット622に結合される電源を備えることができる。あるいは、電源ユニット606は、各セグメント626a及び626bに結合される複数の電源606a及び606bを備えることができる。
【００５４】
動作中、第1及び第2のパターン化アセンブリセグメント626a及び626bに、電源ユニット606の電源606a及び606bによってバイアスをかけることができる。本実施形態において、異なるパターン化アセンブリユニット622に、同一又は反対の電圧を印加することができる。異なるパターン化アセンブリユニット622を反対の電圧によってバイアスをかける場合には、パターン化アセンブリユニット622が、可調整ゲートとして機能し、粒子の電荷に基づいて、粒子を選択的に送ることができる。例えば、1つのアセンブリユニット622を正の電圧でバイアスをかける一方で他のアセンブリユニット622を負の電圧でバイアスをかけることができる。負電圧でバイアスされたアセンブリユニット622は、正に帯電した粒子をユニット622のアパーチャ624を経て通過させるも、負に帯電した粒子が通過するのを防止することができる。従って、不所望な荷電粒子が、太陽電池に注入されるのを防止することができる。
【００５５】
図7には、本開示の他の実施形態によるシステム700を示してある。システム700は、チャンバ702及び電源ユニット706を備えることができる。チャンバ702は、太陽電池710と;パターン化アセンブリ720と;第1及び第2の粒子762及び782を含む第1及び第2の粒子源760及び780とを含むことができる。パターン化アセンブリ720は、第1及び第2の部分740及び750を備えることができる。これらの各部分740及び750は、少なくとも1つのアパーチャ742及び752と、少なくとも1つのパターン化アセンブリセグメント744及び754とを有するものとすることができる。アパーチャ742及び752の位置は、一の特定の実施形態において、各部分740及び750に対して同じでなくても良い。図7に示すように、本実施形態のシステム700は、前に開示したものと同様の多くの特徴部を含む。明瞭化及び簡単化の目的のために、同様な特徴部についての記載は省略する。
【００５６】
本実施形態において、第1及び第2の粒子762及び782は、同じ型の粒子、あるいは、異なる型の粒子とすることができる。例えば、第1及び第2の粒子762及び782は、異なるイオンとすることができる。他の例では、第1の粒子762をイオンとするのに対して、第2の粒子782を液体エッチャントとすることができる。
【００５７】
本実施形態において、太陽電池710は、単一の太陽電池710とすることができる。他の実施形態では、太陽電池710は、互いに近くにある複数の太陽電池710とすることができる。単純化のために、以下、太陽電池710は、単一の太陽電池710と見なす。
【００５８】
動作中、各粒子源760及び780からの粒子762及び782は、太陽電池710の方へ向けることができる。その後、粒子762及び782の一部は、第1及び第2のパターン化アセンブリ部分740及び750のアパーチャ742及び752を通過させて、太陽電池710に注入することができる。このプロセスにて、システム700は、太陽電池710の1つ以上の表面層を製造するか、又は多数の太陽電池710を製造することができる。従って、システム700は、より大きな製造効率を有する。
【００５９】
図8A及び8Bには、図7に示すパターン化アセンブリ720の例の平面図及び断面図を示してある。第1及び第2の部分740及び750、並びに、これらの各部分740及び750における少なくとも1つのアパーチャ742及び752並びに少なくとも1つのパターン化アセンブリセグメント744及び754を有することに加えて、パターン化アセンブリ720は、このパターン化アセンブリ720と太陽電池とを所望の方位に整列させる太陽電池アライナを備えることもできる。図8Bの断面図に示すように、太陽電池アライナは、太陽電池の側面の全体又はその一部と接触するエッジ770aを含むことができる。太陽電池アライナは、太陽電池の1つ以上の位置合わせ箇所と相通じる少なくとも1つの位置合わせ箇所770bを含むこともできる。
【００６０】
図9A−Hを参照するに、ここには本開示の一実施形態による太陽電池を製造する方法が示してある。本実施形態において、太陽電池を製造するプロセスは、(1)p−n接合、(2) 放射受容表面、及び(3)コンタクト領域をそれぞれ形成/処理するステップを、必ずしもこの順序でなく含むことができる。
【００６１】
以下に、太陽電池900に1つ又は複数のp−n接合を形成するためのステップを説明する。本実施形態において、太陽電池は、n型の太陽電池とすることができる。しかしながら、他の実施形態では、太陽電池は、p型の太陽電池とすることができる。さらに別の実施形態では、太陽電池を、ドープしていない、中性の太陽電池とすることができる。加えて、太陽電池は、好ましくは、Si太陽電池とすることができる。しかしながら、他の実施形態では、太陽電池を、他の型の太陽電池とすることができる。さらに、太陽電池は、単結晶、多結晶、又はアモルファス太陽電池とすることができる。
【００６２】
図9Aに示すように、表面層906は、太陽電池900の下側の表面904に形成することができる。本開示において、表面層906は、例えばパッシベーティング層、誘電体層、ハード・マスク、金属層、フォトレジスト層のような、ポリマー、無機、セラミック、又は金属の層、又はその組合せで構成することができる。
【００６３】
その後、下側の表面904に形成した表面層906の一部を除去することができる。一実施形態において、この部分は、リソグラフィ及びエッチングプロセスにより、除去することができる。他の実施形態では、この部分は、表面層906の近くにパターン化アセンブリ（図示せず）を配置することによって除去することができる。その後、表面層を除去し得る粒子を、アセンブリのアパーチャを経て選択的に導入して、表面層906の一部を除去することができる。表面層906の一部を除去した後に、p型の粒子908を、太陽電池900の露出部に導入することができる。このプロセスで、ｐ型の領域910を形成することができる。次に、このｐ型領域910上に表面層906を形成して、下側表面904の全体を表面層906で覆うようにすることができる。
【００６４】
図9Bに示すように、次に、ｐ型領域910に隣接する1つ又は複数の領域から表面層906を除去するようにして、ｐ型領域910に隣接する1つ又は複数の領域を露出させることができる。表面層906を除去した後に、露出した1つ又は複数の隣接領域にｎ型の粒子914を導入することができる。このプロセスでは、1つ又は複数のn型領域916を、p型領域910に隣接して形成し、従って、p−n接合を形成することができる。本開示において、ｎ型領域916を形成するために導入するｎ型粒子のドーズ量は、ｐ型領域910を形成するために導入するｐ型粒子のドーズ量よりも、少ないか、等しいか、又は多くすることができる。従って、ｎ型領域916は、ｐ型領域910と等しいか、又は異なる粒子又はキャリア濃度とすることができる。
【００６５】
本実施形態において、ｐ型領域910は、ｎ型領域916を形成する前に形成するのが好適である。しかしながら、他の実施形態では、ｐ型領域910を、ｎ型領域916を形成した後に形成することができる。加えて、本実施形態では、粒子を、注入プロセスにより導入することができる。粒子の注入は、このプロセスが等方性拡散を最小にすることができるため、好ましい。しかしながら、他の実施形態では、粒子を拡散プロセスにより導入することができる。さらに別の実施形態では、注入プロセスにより、1つのタイプの粒子を導入するのに対し、拡散プロセスにより、他のタイプの粒子を導入することができる。注入プロセス又は拡散プロセスにより、粒子を導入するにあたり、本開示のパターン化アセンブリは、表面層の代わりに、又は表面層に加えて用いて、粒子を選択的に導入することができる。
【００６６】
以下に、放射を受容するための表面層を形成するためのステップを説明する。本実施形態では、表面層906を太陽電池900の上側及び下側の表面902及び904に形成することができる。その後、表面層906を除去して、上側の表面902を露出させることができる。露出させた上側の表面902は、例えばKOHのような、表面をエッチングすることができる粒子で異方性エッチングをして、複数の条溝918を形成するのが好適である。
【００６７】
その後、ｎ型の粒子914を、条溝918に導入することができる（図9C）。ｎ型粒子914は、例えばH3PO4のような、リンを含む粒子とすることができる。しかしながら、他のｎ型粒子を用いることもできる。加えて、条溝918に導入するｎ型粒子914と、ｎ型領域916を形成するのに導入するn型粒子とは、同じか、又は異なるｎ型粒子とすることができる。本開示では、ｎ型粒子918は、注入又は拡散プロセスにより条溝918に導入することができる。しかしながら、拡散プロセスに関連する不都合があるため、注入プロセスの方が好ましい。
【００６８】
ｎ型粒子914を条溝918に導入した後、次に酸化物層940を条溝918上に形成することができる(図9D)。次に、例えばSi3N4層のような、反射防止コーティング942を、酸化物層940上に被覆することができる(図9D)。
【００６９】
以下に、コンタクト領域910a及び916aを形成するためのステップを説明する。図9Eに示すように、下側の表面904に配置された表面層906の一部を除去して、ｐ型領域910の一部及びｎ型領域916の一部を露出させることができる。上述したように、表面層906は、リソグラフィ及びエッチングプロセスか又はパターン化アセンブリを用いるエッチングプロセスにより除去することができる。図9Eに示すように、露出させるｐ型及びｎ型の各部分は、ｐ型及びｎ型のそれぞれの領域910及び916よりも小さくすることができる。
【００７０】
次に、パターン化アセンブリ920を、下側の表面904の近くに配置することができる(図9F)。アセンブリ920のアパーチャ920aは、露出させたp型部分910aと整列させることができる一方で、アセンブリセグメント920bは、露出させたｎ型部分916aに整列させることができる。一実施形態において、図9Fに示すように、露出させたｐ型領域910a及びｎ型領域916aの各部分の大きさは、アパーチャ920aの大きさより小さくすることができる。他の実施形態では、露出させたｐ型領域910a及びｎ型領域916aの各部分の大きさは、アパーチャ920aの大きさと等しくすることができる。
【００７１】
パターン化アセンブリ920を整列させた後、追加のｐ型粒子908を、露出したｐ型部分910aに導入することができる。このプロセスで、ｐ型領域910より高いｐ型のキャリア濃度を有するｐ型コンタクト領域910aを形成することができる（図9F）。しかしながら、パターン化アセンブリセグメント920bによって、ｐ型粒子908がｎ型領域916aの露出部分に導入されるのを防止することができる。
【００７２】
本開示では、ｐ型粒子908を、注入又は拡散プロセスにより、ｐ型領域の露出部分に導入することができる加えて、ｐ型コンタクト領域を形成するのに導入するｐ型粒子908のドーズ量は、ｐ型領域910を形成するのに導入するｐ型粒子908のドーズ量よりも少ないか、等しいか、又は多くすることができる。従って、ｐ型コンタクト領域910aは、p型領域910よりも遥かに大きなキャリア濃度を有するものとすることができる。また、ｐ型コンタクト領域を形成するのに導入するｐ型粒子908のドーズ量は、ｎ型領域916を形成するのに導入するｎ型粒子914のドーズ量よりも少ないか、等しいか、又は多くすることができる。従って、ｐ型コンタクト領域910aは、ｎ型領域916よりも遥かに大きなキャリア濃度を有するものとすることができる。
【００７３】
ｎ型コンタクト領域916aを形成するには、パターン化アセンブリ920のアパーチャ920aを露出したｎ型の部分と整列させるのに対し、アセンブリセグメント920bは、ｐ型コンタクト領域910aと整列させることができる。その後、追加のｎ型粒子914を、露出したｎ型部分916aに導入することができる。このプロセスでは、ｎ型領域916よりも高いｎ型キャリア濃度を有するｎ型コンタクト領域916aを形成することができる（図9G）。しかしながら、パターン化アセンブリセグメント920bによって、n型粒子914がｐ型コンタクト領域910aに導入されるのを防止することができる。
【００７４】
本開示では、ｎ型粒子914を、注入又は拡散プロセスにより、ｎ型領域916の露出部に導入することができる。加えて、ｎ型コンタクト領域916aを形成するのに導入するｎ型粒子914のドーズ量は、ｎ型領域916を形成するのに導入するｎ型粒子914のドーズ量よりも少ないか、等しいか、又は多くすることができる。加えて、ｎ型コンタクト領域916aを形成するのに導入するｎ型粒子914のドーズ量は、ｐ型領域910又はｐ型コンタクト領域を形成するのに導入するｐ型粒子908のドーズ量より少ないか、等しいか、又は多くすることができる。
【００７５】
本開示において、アパーチャ及びアセンブリセグメント920a及び920bを、所望の領域又は露出部に整列させるのは、太陽電池900に対してアセンブリ920を並進させることによって達成することができる。あるいは、数個のアセンブリ920を用いることができる。特に、特定の領域又は部分と整列させる少なくとも1つのアパーチャを有するアセンブリ920を用いて、特定の型の領域又はコンタクト領域を形成することができる。その後、異なる領域又は部分と整列させる少なくとも1つのアパーチャを有する異なるアセンブリを用いて、異なる型の領域又はコンタクト領域を形成することができる。
【００７６】
当業者は、コンタクト領域910a及び916aを形成する順序が限定されないと理解されよう。従って、ｎ型コンタクト領域916aは、ｐ型コンタクト領域910aを形成する前に形成することができる。
【００７７】
本開示において、太陽電池を製造するプロセスは、太陽電池900に導入する粒子又は不純物の分布の均一性を高めるために、例えば急速熱処理（”RTP”）又は急速熱アニーリング（”RTA”）のような、少なくとも1つの拡散ドライブイン・ステップを含むこともできる。拡散ドライブイン・プロセスは、特定の粒子を導入した後に実行することができる。例えば、拡散ドライブイン・プロセスは、p−n接合を形成するため、上側の表面を処理するため、及び/又はコンタクト領域を形成するための粒子を導入した後に実行することができる。
【００７８】
ｐ型及びｎ型コンタクト領域910a及び916aを形成した後に、導体980をコンタクト領域910a及び916a上に形成することができる。本実施形態において、導体980は、例えば、スクリーン印刷リソグラフィ法のようなプロセスにより形成することができる(図9H)。導体を形成した後に、焼成アルミニウムペーストコンタクト982を、第1及び第2のコンタクト領域910a及び916aに形成することができる。
【００７９】
上述の実施形態は、表面層906の使用を含むが、本開示のパターン化アセンブリ920を、表面層906の代わりに、又は表面層906に加えて用いて、粒子を選択的に導入することができる。
【００８０】
図10A−Fには、太陽電池1000を製造する他の例示的な方法を示してある。前に開示した方法と同様に、太陽電池を製造するプロセスは、(1)p−n接合、(2)放射受容表面、及び(3)コンタクト領域を形成/処理するためのステップを、必ずしもこの順序でなく含むことができる。明瞭化及び単純化の目的のために、先に開示したのと同様なステップ又は特徴部の説明は省略する。
【００８１】
以下に、p−n接合を形成するためのステップを説明する。図10Aに示すように、少なくとも1つのアパーチャ1020aと、パターン化アセンブリセグメント1020bとを有するパターン化アセンブリ1020を、太陽電池1000の近くに配置することができる。太陽電池1000は、好ましくは、例えば、ｎ型のSi太陽電池1000とすることができる。しかしながら、他のタイプの太陽電池を用いることもできる。図9につき説明した太陽電池900とは異なり、本実施形態の太陽電池は、最初に表面層1006がなくてもよい。他の実施形態では、表面層1006を太陽電池に配置してもよい。
【００８２】
パターン化アセンブリ1020を配置した後に、p型の粒子1008を、アパーチャ1020aを経て、太陽電池1000に導入して、ｐ型領域1010を形成することができる(図10A)。その間、ｐ型粒子1008は、他の領域に導入するのを阻止することができる(図10A)。その後、パターン化アセンブリ1020は、アパーチャ1020aがｐ型領域1010に隣接する1つ又は複数の領域と整列させる一方で、アセンブリセグメント1020bは、ｐ型領域1010と整列させるように配置することができる(図10B)。次に、n型粒子1014を、1つ又は複数の隣接領域に導入して、p型領域1010に隣接する1つ又は複数のｎ型領域1016を形成することができる。このようにして、p−n接合を形成することができる。本開示において、ｎ型領域1016を形成するのに導入するｎ型粒子1014のドーズ量は、ｐ型領域1010を形成するのに導入するｐ型粒子1008のドーズ量よりも少ないか、等しいか、又は多くすることができる。従って、ｎ型領域1016は、ｐ型領域1010と等しいか、あるいは異なる粒子又はキャリア濃度とすることができる。
【００８３】
本実施形態において、ｐ型領域1010は、好ましくは、ｎ型領域1016を形成するのに先立って形成することができる。しかしながら、他の実施形態では、ｐ型領域1010を、ｎ型領域1016を形成した後に形成することができる。加えて、本実施形態では、粒子は注入プロセスにより導入することができる。この注入プロセスは、粒子の等方性の拡散を最小にすることができるため、好ましい。しかしながら、他の実施形態では、粒子を、拡散プロセスにより導入することができる。さらに別の実施形態では、1つの型の粒子を注入プロセスにより導入するのに対し、他の型の粒子を拡散プロセスにより導入することができる。
【００８４】
以下に、放射受容表面を形成するためのステップを説明する。例えば、KOHのようなエッチング粒子（図示せず）を、太陽電池1000の上側の表面1002に導入することができる。エッチング粒子は、好ましくは、異方性エッチングをして、複数の条溝1018を形成する(図10C)。その後、追加のｎ型粒子1014を、条溝1018に導入することができる(図10C)。ｎ型粒子1014は、例えばH3PO4のような、リンを含む粒子とすることができる。しかしながら、他のｎ型粒子を用いることもできる。加えて、条溝1018に導入するｎ型粒子1014と、ｎ型領域1016を形成するのに導入するn型粒子とは、同じであるか、又は異なるｎ型粒子とすることができる。本開示では、ｎ型粒子1018は、注入又は拡散プロセスにより、条溝1018に導入することができる。しかしながら、拡散プロセスに伴う不都合があるために、注入プロセスの方が好ましい。
【００８５】
n型粒子1014を条溝1018に導入した後に、酸化物層1032を、溝1008の上に形成することができる(図10D)。この酸化物層1032の上には、例えばSi3N4層のような、反射防止層1034を形成することができる。
【００８６】
以下に、コンタクト領域1010a及び1016aを形成するためのステップを説明する。太陽電池1000の下側の表面1004に、表面層1006を形成することができる。上述したように、表面層は、例えば、パッシベーティング層、誘電体層、ハード・マスク、金属層、レジスト層を含むものとすることができる。表面層1006を形成した後に、この表面層1006の一部を除去することができる（図10E）。前の実施形態にて述べたように、表面層1006の部分は、リソグラフィ及びエッチングプロセスにより除去することができる。あるいは、表面層1006の一部は、パターン化アセンブリを配置して、例えば、エッチングプロセスにより選択的に表面層1006を取り除くことによって除去することができる。表面層1006の部分を除去することにより、ｐ型領域1010の一部及びｎ型領域1016の一部1016aを露出させることができる。図10Eに示すように、露出したｐ型部分1010a及びｎ型部分1016aの各々は、p型領域1010及びｎ型領域1016の各々より小さくすることができる。一実施形態では、図10Eに示すように、露出させるｐ型部分1010a及びｎ型部分1016aのそれぞれの大きさを、アパーチャ1020aの大きさより小さくすることができる。他の実施形態では、露出したｐ型部分1010a及びｎ型部分1016aのそれぞれを、アパーチャ1020aの大きさに等しくすることができる。
【００８７】
次に、パターン化アセンブリ1020を、太陽電池1000の近くに配置することができる(図10E)。アセンブリ1020のアパーチャ1020aは露出したp型部分に整列させるのに対し、アセンブリセグメント1020bは、露出したｎ型部分に整列させることができる。パターン化アセンブリを整列させた後、追加のｐ型粒子1008を、露出したｐ型部分1010aに導入することができる(図10E)。このプロセスで、ｐ型領域1010より高いｐ型キャリア濃度を有するp型コンタクト領域1010aを形成することができる。しかしながら、パターン化アセンブリセグメント1020bによって、ｐ型粒子1008がｎ型領域の露出部分に導入されるのを防ぐことができる。
【００８８】
本開示において、ｐ型粒子1008は、注入又は拡散プロセスにより導入することができる。加えて、ｐ型コンタクト領域を形成するのに導入するｐ型粒子1008のドーズ量は、ｐ型領域1010を形成するのに導入するｐ型粒子1008のドーズ量より少ないか、等しいか、又は多くすることができる。従って、ｐ型コンタクト領域1010aのキャリア濃度をｐ型領域1010のそれより遥かに大きくすることができる。また、ｐ型コンタクト領域1010aを形成するのに導入するｐ型粒子1008のドーズ量は、ｎ型領域1016を形成するのに導入するｎ型粒子1014のドーズ量より少ないか、等しいか、又は多くすることができる。従って、ｐ型コンタクト領域1010aのキャリア濃度をｎ型領域1016のそれより遥かに大きくすることができる。
【００８９】
ｎ型コンタクト領域1016aを形成するために、パターン化アセンブリ1020のアパーチャ1020aを、露出したｎ型部分に整列させる一方で、アセンブリセグメント1020bを、ｐ型コンタクト領域1010aに整列させることができる。その後、追加のｎ型粒子1014を、露出したｎ型部分に導入することができる。このプロセスで、ｎ型領域1016より高いｎ型キャリア濃度を有するｎ型コンタクト領域1016aを形成することができる（図10F）。しかしながら、パターン化アセンブリ部分1020bによって、ｎ型粒子1014がｐ型コンタクト領域1010aに導入するのを防止することができる。
【００９０】
本開示において、ｎ型粒子1014は、注入又は拡散プロセスにより導入することができる。加えて、ｎ型コンタクト領域1016aを形成するのに導入するｎ型粒子1014のドーズ量は、ｎ型領域1016を形成するのに導入するｎ型粒子1014のドーズ量より少ないか、等しいか、又は多くすることができる。また、ｎ型コンタクト領域1016aを形成するのに導入するn型粒子1014のドーズ量は、ｐ型領域1010又はｐ型コンタクト領域1010aを形成するのに導入するｐ型粒子1008のドーズ量より少ないか、等しいか、又は多くすることができる。
【００９１】
本開示において、アパーチャ及びアセンブリセグメント、1020a及び1020bを、所望の領域又は露出部に整列させるには、太陽電池1000に対してアセンブリ1020を並進させることによって達成することができる。あるいは、数個のアセンブリ1020を用いることができる。特に、特定の領域又は部分に整列させる少なくとも1つのアパーチャを有するアセンブリ1020を用いて、特定の型の領域又はコンタクト領域を形成することができる。その後で、異なる領域又は部分に整列させる少なくとも1つのアパーチャを有する異なるアセンブリ1020を用いて、異なる型の領域又はコンタクト領域を形成することができる。
【００９２】
当業者は、コンタクト領域1010a及び1016aを形成する順序が限定されないと理解されよう。従って、ｎ型コンタクト領域1020aを、ｐ型コンタクト領域1010aを形成するのに先立って形成することができる。
【００９３】
本開示において、太陽電池を製造するプロセスは、太陽電池1000に導入される粒子又は不純物の分布の均一性を高める、例えばRTP又はRTAのような、少なくとも1つの拡散ドライブイン・ステップを含むこともできる。拡散ドライブイン・プロセスは、特定の粒子を導入した後に実行することができる。例えば、拡散ドライブイン・プロセスは、p−n接合を形成するための、上側の表面を処理するための、及び/又はコンタクト領域を形成するための粒子を導入した後に実行することができる。
【００９４】
ｐ型及びｎ型コンタクト領域1010a及び1016aを形成した後に、導体1080をコンタクト領域1010a及び1016aに形成することができる。本実施形態において、導体1080は、例えば、スクリーン印刷リソグラフィ・プロセスにより形成することができる(図10G)。導体1080を形成した後に、焼成アルミニウムペーストコンタクト1082を、第1及び第2のコンタクト領域1010a及び1016aに形成することができる。
【００９５】
上述の実施形態は、表面層1006の使用を含むが、本開示のパターン化アセンブリ1020を、表面層1006の代わりに、又は表面層1006に加えて用いて、粒子を選択的に導入することができる。
【００９６】
以上、粒子を太陽電池の特定の領域に導入する、及びその導入を制御するシステム及び方法を開示した。本開示を、特定の太陽電池の製造システム、特定の種類の粒子源、特定の種類の太陽電池、特定の目的のための特定の環境での特定の実装の文脈で本願明細書において記載したが、本開示はそれに限定されない。当業者は、その有用性がそれに限定されるものでなく、本開示が任意数の目的のために、任意数の環境においても有益に実装することができると理解されよう。したがって、以下に記載する請求項は、本願明細書にて記載した本開示の全範囲及び精神を考慮して解釈すべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ−３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４】
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【図５Ａ−５Ｂ】
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【図６Ａ−６Ｂ】
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【図７】
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【図８Ａ−８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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【図９Ｅ】
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【図９Ｆ】
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【図９Ｇ】
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【図９Ｈ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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【図１０Ｅ】
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【図１０Ｆ】
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【図１０Ｇ】
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