(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光受容表面及びＰ−Ｎ整流接合を有する基板と、
前記Ｐ−Ｎ整流接合は、前記基板に提供される第１導電型のベース領域及び前記ベース領域と前記光受容表面との間に延長される第２導電型の半導体層と、を含み、
前記第２導電型の半導体層を貫通して前記第１導電型のベース領域に延長するトレンチと、
前記トレンチの下部附近で前記第１導電型のベース領域に電気的に接続される第１電極と、
前記第２導電型の半導体層上の透明導電層と、
前記第２導電型の半導体層及び前記透明導電層に電気的に接続される第２電極と、を含むことを特徴とする太陽電池。
【請求項２】
前記透明導電層は、亜鉛酸化物と、インジウム錫酸化物と、これの組合せからなる群から選択された材料を備えていることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
【請求項３】
前記第２電極は、前記トレンチに延長し、前記第２導電型の半導体層の側壁及び前記透明導電層の側壁と接触することを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
【請求項４】
前記透明伝導層上に反射防止層を追加に備えていることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
【請求項５】
前記反射防止層は、前記第２電極を覆っていることを特徴とする請求項４に記載の太陽電池。
【請求項６】
光受容表面及びＰ−Ｎ整流接合を有する基板と、
前記Ｐ−Ｎ整流接合は、前記基板に提供される第１導電型のベース領域及び前記ベース領域と前記光受容表面との間に延長される第２導電型の半導体層と、を含み、
前記第２導電型の半導体層を貫通して前記第１導電型のベース領域に延長するトレンチと、
前記トレンチの下部附近で前記第１導電型のベース領域に電気的に接続される第１電極と、
前記光受容表面上の反射防止層と、
前記トレンチ内に位置し、前記第２導電型の半導体層に電気的に接続される第２電極と、を含み、
前記第２電極は、前記反射防止層の上部表面と平坦面を形成する平坦な上部表面を有していることを特徴とする太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池に関し、より詳細には、半導体太陽電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池は、太陽エネルギ（例えば、太陽光）を電気に変換する素子である。太陽電池は、多くの適用形態がある。個別のセルは、小さな機構に電力を供給する用途に使われることができ、セルの大きいアレイ（例えば、光電池（ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ）アレイ）は、動力網からの電力が得られない状況で特に有用となる再生可能エネルギの形態を生産することに使われることができる。太陽電池アレイは、現在グリッド基盤の電気システムのために開発されている。
【０００３】
太陽電池は、基板に入射される光の吸収によって基板（例えば、半導体基板）内で電子−正孔対を形成することによって作動する。光子が吸収される際、前記基板の結晶格子内の電子にそのエネルギを供給する。一般的に、このような電子は、結晶格子の価電子帯に存在して、周辺原子の間に共有結合に強く拘束される。前記光子によって電子に供給されたエネルギは、前記電子を結晶格子の伝導帯に励起して、前記基板内で自由に移動させることに充分なものでありうる。その電子が以前に属していた共有結合は、“正孔（ｈｏｌｅ）”として知られている、一つの少ない電子を有する。不足している共有結合の存在は、隣接する原子の結合された電子が“正孔”に移動することを可能にし、異なる正孔を残して、このようにして正孔は格子を通じて移動することができる。基板内で電子及び正孔のこのような移動は、太陽電池に接続された負荷を横切るｄｃ電圧を形成することに利用されることができる。
【０００４】
特に、Ｐ−Ｎ接合で形成されるビルトイン電場は、電子−正孔対の電子と正孔を各々ｎ型半導体領域及びｐ型半導体領域に移動させることに充分なものでありうる。ｐ−ｎ接合及び半導体基板の対向する表面上の一対の電極を利用する太陽電池の一例が特許文献１及び  特許文献２に開示されている。太陽電池の他の例は、特許文献３に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許４、７２６、８５０号明細書
【特許文献２】米国特許４、７４８、１３０号明細書
【特許文献３】米国特許７、３３５、５５５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、高い光収率効果を得ることができる太陽電池を提供することにある。
【０００７】
本発明の他の課題は、高い光収率効果を得ることができる太陽電池を形成する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述の目的を達成するため、本発明の実施形態による太陽電池は、光受容表面と、Ｐ−Ｎ整流接合を有する基板とを含む。前記Ｐ−Ｎ整流接合は、前記基板に提供される第１導電型（例えば、Ｐ型）のベース領域と、前記ベース領域と前記光受容表面との間に延長される第２導電型の半導体層とを含む。前記半導体層を貫通して前記ベース領域に延長するトレンチがまた提供される。第１及び第２電極は、前記光受容表面附近に提供される。第１電極が前記半導体層に電気的に接続され、第２電極は、前記トレンチの下部に隣接する前記ベース領域に電気的に接続される。
【０００９】
本発明の追加的な実施形態によると、太陽電池は、前記第２電極と前記第２導電型の半導体基板との間に延長して、その間に電気的な絶縁性を提供する電気的に絶縁なトレンチ側壁スペーサが前記トレンチの側壁上に追加に提供されることができる。又、前記第２導電型の半導体層は、単結晶シリコンに比べて互いに異なるバンドギャップを有する非晶質シリコン層でありうる。特に、前記第２導電型の半導体層は、前記基板とヘテロ接合を形成する非晶質シリコン層でありうる。このような実施形態による太陽電池は、前記第２導電型の半導体層と前記ベース領域との間に延長する第２導電型の境界層を含むことができる。前記第２導電型の境界層は、前記第２導電型の半導体層と非整流ヘテロ接合を形成することができ、前記ベース領域とＰ−Ｎ整流接合を形成することができる。
【００１０】
本発明のまた他の実施形態は、前記光受容表面上に反射防止層をさらに含む。前記光受容表面は、局部的な凹凸がある不規則的な表面形状を有する。特に前記非整流ヘテロ接合は、非平坦な接合形状を有することができ、前記光受容表面は、前記非整流ヘテロ接合の非平坦な接合形状と類似の不規則的な表面形状を有することができる。又、前記非整流ヘテロ接合は、第１非平坦接合形状を有し、前記整流接合は、前記第１非平坦接合形状と類似している第２非平坦接合形状を有することができる。
【００１１】
本発明の追加的な実施形態は、太陽電池を形成する方法を含む。この方法のうち、いくつかは第１導電型（例えば、ｎ型）のベース領域を有する半導体基板上に第２導電型（例えば、ｐ型）の半導体層を形成する段階を含む。前記第２導電型の半導体層を通じて前記ベース領域に延長する第１トレンチが形成される。前記第１トレンチを形成する段階において、前記第２導電型の半導体層上に反射防止層を形成する段階が先行される。前記第１トレンチの側壁上にトレンチ側壁スペーサが形成される。前記第１及び第２トレンチは、前記基板を横切って延長するストライプ型でありうる。前記第２トレンチは、前記ベース領域に電気的に接続された第１電極で満たされる。前記第２トレンチを満たす段階において、前記第２トレンチの下部及び側壁に第１導電型不純物を注入する段階が先行されることができる。第２電極は、また前記第２導電型の半導体層と接触して形成されることができる。前記第２電極は、前記第１トレンチの外部及び／又は内部に形成されることができる。本発明のいくつかの実施形態によると、第１トレンチを形成する段階において、前記ベース領域に第２導電型の境界層を形成する段階が先行されることができる。前記境界層は、前記半導体層から前記ベース領域に複数の第２導電型の不純物を拡散することによって、前記ベース領域に第２導電型の境界層を形成して、それによって前記ベース領域の一部が第１導電型から第２導電型に転換されて形成されることができる。前記境界層は、非晶質シリコンを含むことができる前記半導体層と非整流ヘテロ接合を形成することができる。前記半導体層は、前記基板の表面上にインシチュ（ｉｎ−ｓｉｔｕ）ドーピングされた非晶質シリコン層を蒸着して形成されることができる。前記表面は、局部的な凹凸が形成された不規則な表面形状を有することができる。
【００１２】
本発明の追加的な実施形態による太陽電池の形成方法は、表面に局部的な凹凸を形成するために第１導電型のベース領域を有するシリコンウエハの表面を形成する段階を含む。前記表面が形成された後、前記形成された表面上にインシチュドーピングされた第２導電型の非晶質シリコン層が蒸着されることができて、それによって前記表面と凹凸が形成された整流ヘテロ接合を形成する。前記非晶質シリコン層は、約１０１９ｃｍ−３から約１０２１ｃｍ−３の範囲のドーピング濃度を有することができる。その後、第２導電型の境界層は、前記非晶質シリコン層から前記ベース領域に、複数の第２導電型の不純物を拡散することによって前記ベース領域に第２導電型の境界層を形成して、それによって前記ベース領域の一部が第１導電型から第２導電型に転換されることによって形成されることができる。その後、トレンチは、前記非晶質シリコン層と前記境界層を貫通して前記ベース領域に延長されるように形成されることができる。第１及び第２電極が形成される。前記第１電極は、前記非晶質シリコン層に電気的に接続され、前記第２電極は、前記トレンチの下部附近の前記ベース領域に電気的に接続される。本発明のいくつかの実施形態において、前記第１及び第２電極を形成する段階は、前記トレンチの下部に第２電極を形成する段階と、電気的絶縁分離層で前記第２電極を覆った後に前記トレンチの上部附近に第１電極を形成する段階とを含む。
【００１３】
本発明のいくつかの実施形態において、凹凸を形成する段階は、エッチング液に表面を露出して、追加的なエッチングに対して局部的なエッチングマスクとして作用する残余物を形成するように前記半導体ウエハの表面をエッチングする段階を含む。特に、表面に凹凸を形成する段階は、塩素及び弗素を含む乾式エッチング液に表面を露出することを含む。特に、前記乾式エッチング液は、低圧工程チャンバで塩素Ｃｌ２、酸素Ｏ２及びＳＦ６ソースガスの組合によって形成されることができる。
【００１４】
本発明の追加的な実施形態によって、境界層を形成する段階は、約５００℃から約９００℃の範囲の温度で、第２導電型の非晶質シリコン層を熱処理して約５００Åから約２０００Åの範囲で所望の厚さを有する境界層を形成することを含む。特に、トレンチを満たす段階は、前記半導体基板の表面に複数の交差する溝を形成してグリッド型トレンチを形成する段階を含む。前記グリッド型トレンチは、前記シリコンウエハの周辺部近辺に最外部のリング形トレンチを含む。前記第１電極を形成する段階は、前記第１電極の一部及びリング形トレンチ内の電気的絶縁分離層の一部を選択的に除去して、それによって前記第２電極を露出する段階を含む。
【発明の効果】
【００１５】
上述のように、本発明によると、高い光収率効果を得ることができる太陽電池を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態による集積回路太陽電池の断面図である。
【図２】図１の太陽電池のＡ部分の拡大断面図である。
【図３】本発明の実施形態による集積回路太陽電池を形成する方法を示す図１の中間構造の断面図である。
【図４】本発明の実施形態による集積回路太陽電池を形成する方法を示す図１の中間構造の断面図である。
【図５】本発明の実施形態による集積回路太陽電池を形成する方法を示す図１の中間構造の断面図である。
【図６】本発明の実施形態による集積回路太陽電池を形成する方法を示す図１の中間構造の断面図である。
【図７】本発明の実施形態による集積回路太陽電池を形成する方法を示す図１の中間構造の断面図である。
【図８】本発明の実施形態による集積回路太陽電池を形成する方法を示す図１の中間構造の断面図である。
【図９】本発明の実施形態による集積回路太陽電池を形成する方法を示す図１の中間構造の断面図である。
【図１０Ａ】本発明の一実施形態による集積回路太陽電池の平面図である。
【図１０Ｂ】図１０Ａの集積回路太陽電池のＩ−Ｉ’線に沿った断面図である。
【図１１】図１０Ｂの太陽電池のＡ部分の拡大断面図である。
【図１２Ａ】本発明の一実施形態による集積回路太陽電池の平面図である。
【図１２Ｂ】図１２Ａの集積回路太陽電池のＩ−Ｉ’線に沿った断面図である。
【図１２Ｃ】図１２Ａの集積回路太陽電池のＩ−Ｉ’線に沿った他の断面図である。
【図１３Ａ】本発明の一実施形態による集積回路太陽電池の平面図である。
【図１３Ｂ】図１３Ａの集積回路太陽電池のＩ−Ｉ’線に沿った断面図である。
【図１４Ａ】本発明の一実施形態による集積回路太陽電池を形成する方法を示す中間構造の平面図である。
【図１４Ｂ】図１４Ａの中間構造の断面図である。
【図１５Ａ】本発明の一実施形態による集積回路太陽電池を形成する方法を示す中間構造の平面図である。
【図１５Ｂ】図１５Ａの中間構造の断面図である。
【図１６Ａ】本発明の一実施形態による集積回路太陽電池を形成する方法を示す中間構造の平面図である。
【図１６Ｂ】図１６Ａの中間構造の断面図である。
【図１７Ａ】本発明の一実施形態による集積回路太陽電池を形成する方法を示す中間構造の平面図である。
【図１７Ｂ】図１７Ａの中間構造の断面図である。
【図１８Ａ】本発明の一実施形態による集積回路太陽電池を形成する方法を示す中間構造の平面図である。
【図１８Ｂ】図１８Ａの中間構造の断面図である。
【図１９Ａ】本発明の一実施形態による集積回路太陽電池を形成する方法を示す中間構造の平面図である。
【図１９Ｂ】図１９Ａの中間構造の断面図である。
【図２０Ａ】本発明の一実施形態による集積回路太陽電池を形成する方法を示す中間構造の平面図である。
【図２０Ｂ】図２０Ａの中間構造の断面図である。
【図２１Ａ】図１２Ａ及び図１２Ｃによって示した本発明の実施形態による集積回路太陽電池を形成する各々の方法を示す中間構造の平面図である。
【図２１Ｂ】図２１Ａの中間構造のＩ−Ｉ’線に沿った断面図である。
【図２２Ａ】図１２Ａ及び図１２Ｃによって示した本発明の実施形態による集積回路太陽電池を形成する各々の方法を示す中間構造の平面図である。
【図２２Ｂ】図２２Ａの中間構造のＩ−Ｉ’線に沿った断面図である。
【図２３Ａ】図１２Ａ及び図１２Ｃによって示した本発明の実施形態による集積回路太陽電池を形成する各々の方法を示す中間構造の平面図である。
【図２３Ｂ】図２３Ａの中間構造のＩ−Ｉ’線に沿った断面図である。
【図２４Ａ】本発明の実施形態に他の集積回路太陽電池を形成する各々の方法を示す中間構造の平面図である。
【図２４Ｂ】図２４Ａの中間構造のＩ−Ｉ’線に沿った断面図である。
【図２５Ａ】本発明の実施形態に他の集積回路太陽電池を形成する各々の方法を示す中間構造の平面図である。
【図２５Ｂ】図２５Ａの中間構造のＩ−Ｉ’線に沿った断面図である。
【図２６】本発明の実施形態による集積回路太陽電池を使用することができる光電池システムのブロック図である。
【図２７Ａ】本発明の一実施形態による集積回路太陽電池の平面図である。
【図２７Ｂ】図２７Ａの太陽電池実施形態のＩ−Ｉ’線に沿った断面図である。
【図２８Ａ】本発明の一実施形態による集積回路太陽電池の平面図である。
【図２８Ｂ】図２８Ａの太陽電池実施形態のＩ−Ｉ’線に沿った断面図である。
【図２９Ａ】本発明の一実施形態による集積回路太陽電池の平面図である。
【図２９Ｂ】図２９Ａの太陽電池実施形態のＩ−Ｉ’線に沿った断面図である。
【図３０Ａ】本発明の一実施形態による集積回路太陽電池の平面図である。
【図３０Ｂ】図３０Ａの太陽電池実施形態のＩ−Ｉ’線に沿った断面図である。
【図３１Ａ】本発明の一実施形態による集積回路太陽電池の平面図である。
【図３１Ｂ】図３１Ａの太陽電池実施形態のＩ−Ｉ’線に沿った断面図である。
【図３２Ａ】本発明の一実施形態による集積回路太陽電池の平面図である。
【図３２Ｂ】図３２Ａの太陽電池実施形態のＩ−Ｉ’線に沿った断面図である。
【図３３】本発明の一実施形態による集積回路太陽電池の平面図である。
【図３４Ａ】本発明の一実施形態による集積回路太陽電池の平面図である。
【図３４Ｂ】図３４Ａの太陽電池実施形態のＩ−Ｉ’線に沿った断面図である。
【図３４Ｃ】図３４Ａの太陽電池実施形態のＩＩ−ＩＩ’線に沿った断面図である。
【図３５】本発明の一実施形態による集積回路太陽電池の平面図である。
【図３６Ａ】本発明の一実施形態による集積回路太陽電池の平面図である。
【図３６Ｂ】図３６Ａの太陽電池実施形態のＩ−Ｉ’線に沿った断面図である。
【図３７Ａ】本発明の一実施形態による集積回路太陽電池の平面図である。
【図３７Ｂ】図３７Ａの太陽電池実施形態のＩ−Ｉ’線に沿った断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付の図を参照して本発明の望ましい実施形態を詳細に説明する。しかし、本発明は、ここで説明される実施形態に限定されずに他の形態に具体化されうる。却って、ここで紹介される実施形態は、開示された内容が徹底して完全されるように、そして当業者に本発明の思想が十分に伝えられることができるようにするために提供されることである。  明細書全体にかける同一の参照番号に表示された部分は同一の構成要素を示す。
【００１８】
又、層が異なる層、又は基板“上”にあると言及される場合に、それは異なる層、又は基板上に直接形成される、或いはこれらの間に第３の層が介在されうる。又、図面で、層及び領域の厚さは、明確性のために誇張された。又、“第１”、“第２”及び“第３”のような用語は、本発明の多様な実施形態において多様な領域及び層を説明するために使われることであり、前記領域と層は、このような用語によって制限されない。このような用語は、一つの領域又は層と異なる領域又は層とを区別するために使われる。従って、一実施形態で“第１層”と言及されることが他の実施形態では“第２層”と言及されうる。
【００１９】
図１乃至図２を参照して、本発明の実施形態による太陽電池は、光受容表面を有する上部面と前記上部面に対向して延長する下部面を有する基板を含むことができる。前記基板は、第１導電型不純物（例えば、ｐ型不純物）にドーピングされうる半導体基板領域１１０を含んで示される。特に、前記基板領域１１０は、以下に説明される図３乃至図９によって示される半導体工程段階を経ったｐ型単結晶シリコンウエハから形成されることができる。前記基板は、前記基板領域１１０上に延長する第２導電型（例えば、ｎ型）の半導体層１２０をまた含むことができる。前記第２導電型の半導体層１２０の上部面は、光受容表面に作動することができ、前記光受容表面上には、反射防止層１３１が形成されることができる。前記反射防止層１３１の目的は、前記光受容表面から離れる入射光の反射を減らすことによって、光受容効率を高めることでありうる。
【００２０】
図１の“Ａ”領域に表示され、図２に詳細に示しているように、前記基板領域１１０は、第１導電型（例えば、ｐ型）のベース領域１１０ｂと、前記ベース領域１１０ｂとＰ−Ｎ整流接合を形成する第２導電型の境界層１１０ａとを含む。以下、より詳細に記述されるように、前記境界層１１０ａは、前記第２導電型の半導体層１２０から前記ベース領域１１０ｂに十分な量の不純物（例えば、ｎ型不純物）を拡散させて形成され、それによって前記ベース領域１１０ｂの一部を第１導電型から第２導電型に転換する。
【００２１】
前記境界層１１０ａ及び前記第２導電型の半導体層１２０は、第２導電型の電気的導電領域１２２を共同に形成することができる。又、前記第２導電型の半導体層１２０は、非晶質シリコン層に形成されることができ、前記境界層１１０ａと非整流ヘテロ接合を形成する。このようなヘテロ接合は、Ｐ−Ｎ接合近くの電子−正孔対を形成するために捕獲される波長の範囲を増加させることによって、ホモ接合に比べて高い光受容効率を維持することに有利的である。前記半導体層１２０は相対的に高くドーピングされた層であり、例えば約１０１９ｃｍ−３から約１０２１ｃｍ−３の範囲のドーピング濃度の第２導電型（例えば、リン）を有するインシチュドーピングされた半導体層のように形成されうる。前記境界層１１０ａの厚さは、前記Ｐ−Ｎ接合周辺の望ましくない電子−正孔の再結合を減らすことによって太陽電池の効率を増加させるように選択される。不充分な厚さの境界層１１０ａは、前記境界層１１０ａと前記第２導電型の半導体層１２０との間のヘテロ接合でのインタフェース欠陥によってもたらされる相対的に高い程度の電子−正孔の再結合に関連されうる。又、厚さが過度な境界層１１０ａは、前記Ｐ−Ｎ接合周囲の広い空乏領域（ｄｅｐｌｅｔｉｏｎ  ｒｅｇｉｏｎ）を横切る過度なキャリア移動によってもたらされる相対的に高い電子−正孔の再結合によって制限されうる。このような考慮に基づいて、約５００Åから約２０００Å範囲の厚さを有する境界層１１０ａは、与えられた半導体物質で電子−正孔の再結合を減らして高い程度の光収率効果を得ることができる。
【００２２】
前記第２導電型の半導体層１２０上に配置されることができる前記反射防止層１３１は、太陽電池の作動の間に光受容表面に入射される望ましい光の波長をλとする際、光吸収効率を高めるために約λ／４の厚さを有することができる。又、前記反射防止層１３１は、酸化シリコン層及び窒化シリコン層を含む層のように多層構造に形成されることができる。前記太陽電池の光受容効率を増加させることに加えて、前記反射防止層１３１は、その下の前記太陽電池の光受容表面を保護し、電気的保護膜を提供することができる。
【００２３】
続いて、図２を参照すると、前記第２導電型の半導体層１２０と前記反射防止層１３１との間の界面に示した光受容表面は、局部的な凹凸が形成された不規則な表面形状を有するように形成されることができる。このような不規則な表面形状は、前記反射防止層１３１の表面に示した複数の離隔されたピラミッド形突出部に形成されうる。特に、前記第２導電型の半導体層１２０と前記境界層１１０ａとの間の非整流ヘテロ接合は、非平坦な接合形状を有することができ、前記光受容表面は、前記非整流ヘテロ接合の非平坦な接合形状と類似である形状の不規則な表面形成を有することができる。尚、前記非整流ヘテロ接合は、第１非平坦接合形状を有することができ、前記境界層１１０ａと前記ベース領域１１０ｂとの間の整流接合は、前記第１非平坦接合形状の形状と類似である第２非平坦接合形状を有することができる。
【００２４】
図１の太陽電池は、前記光受容表面上に配置された一対の電極をさらに含む。前記一対の電極は、前記ベース領域１１０ｂと電気的に接続される第１電極１４１と前記第２導電型の半導体層１２０と電気的に接続された第２電極１４３に示される。前記電極は、前記光受容表面に陰影（ｓｈａｄｉｎｇ）損失を減らす相対的に狭い幅を有するストライプ（ｓｔｒｉｐe）型電極でありうる。前記第１電極１４１及び第２電極１４３は、アルミニウムＡｌ、銅Ｃｕ、ニッケルＮｉ、タングステンＷ、チタンＴｉ、窒化チタンＴｉＮ、窒化タングステンＷＮで構成されたグループから選択された少なくとも一つ以上の金属で形成されうる。前記電極１４１、１４３はまた、金属シリサイド層及び／又はＴｉ／ＴｉＮ／Ａｌ又はＴｉ／ＴｉＮ／Ｗのような多層導電体を含む。
【００２５】
前記第２導電型の半導体層１２０を貫通して前記ベース領域１１０ｂに延長するトレンチ１１６が提供される。以下、より詳細に説明されるように、前記トレンチ１１６は、上部ストライプ型トレンチ１１３と上部トレンチ１１３の下部を通して延長する下部ストライプ型トレンチ１１４とで形成されることができる。前記下部トレンチ１１４は、例えば、約０．３マイクロメータから約１マイクロメータ範囲の幅を有することができ、前記基板を横切って延長するストライプ又はそれと類似である形状を有することができる。前記上部トレンチ１１３の側壁には、一例として酸化物及び／又は窒化物絶縁層で形成されうる電気的に絶縁される側壁スペーサ１１５を整列配置することができる。前記側壁スペーサ１１５は、前記第２導電型の半導体層１２０から前記第１電極１４１を電気的に絶縁させる。又、相対的に高くドーピングされた第１導電型の不純物領域１１７は、前記下部トレンチ１１４内で、前記ベース領域１１０ｂと前記第１電極１４１との間の直列抵抗を減らすように形成されうる。前記不純物領域１１７は、一例として約０．３マイクロメータの厚さを有することができる。図示されたように、相対的に浅いトレンチ／リセス１１８が前記半導体層１２０内に形成され、前記第２電極１４３に満たされうる。
【００２６】
図３乃至図９は、図１乃至図２の太陽電池を形成する方法を含む本発明の追加的な実施形態を示す。図３に示したように、このような方法は、第１導電型の不純物（例えば、硼素Ｂ）を前記基板１１０の対向する前面及び後面に注入した後、前記基板１１０を熱処理して、前記注入された不純物を活性化して第１導電型の半導体基板１１０（例えば、Ｐ型ウエハ）に第１導電型（例えば、Ｐ型）のＢＳＦ領域１１１（ｂａｃｋ  ｓｉｄｅ  ｆｉｅｌｄ）を形成する追加的な段階を含むことができる。その後、図４に示したように、前記基板１１０の前面（ｆｒｏｎｔ  ｓｕｒｆａｃｅ）に、複数の凹凸を発生させて非平坦に形成されうる。前記前面のこのような凹凸は、ピラミッド又はこれと類似である構造１１２を有するように図示されており、プラズマエッチング、機械的スクライビング（ｓｃｒｉｂｉｎｇ）、フォトリソグラフィ及び化学的エッチングのような通常的な技術を使用して形成されることができる。例えば、酸化層（図示せず）が前記基板１１０の前面上に犠牲層として形成されることができ、パターン化されたフォトレジスト（図示せず）をエッチングマスクとして使用してフォトリソグラフィ方式にパターン化させることができる。前記基板１１０の前面は、その後パターン化された犠牲層をエッチングマスクとして利用してエッチングさせることができる。このような工程の間に、前記基板１１０の前面上の何れのＢＳＦ領域１１１も通例的に除去される。
【００２７】
図５を参照して、非晶質半導体層１２０が前記基板１１０の非平坦な前面上に形成される。前記非晶質半導体層１２０は、第２導電型（例えば、Ｎ型）で高くドーピングされた（例えば、インシチュドーピングされた）層でありうる。特に、前記非晶質半導体層１２０内の第２導電型ドーピング濃度は、約１０１９ｃｍ−３から約１０２１ｃｍ−３の範囲でありうる。数百オングストロームから約１０００Åの範囲、特に約６００Åの厚さを有することができる前記非晶質半導体層１２０は、多様な技術で提供されることができる。このような技術は、ＰＥＣＶＤ（Ｐｌａｓｍａ  ｅｎｈａｎｃｅｄ  ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）又はシラン（ｓｉｌａｎｅ）及び水素ガスを利用する低圧ＣＶＤを含む。特に、インシチュドーピングされた非晶質半導体層１２０は、シランＳｉＨ４、ホスフィンＰＨ４及び水素ガスを利用するＣＶＤで形成されることができる。
【００２８】
続いて、図５を参照して、第２導電型の境界層１１０ａが形成される。前記境界層１１０ａは、第２導電型不純物を前記非晶質半導体層１２０から前記基板１１０に拡散させて形成され、それによって第１導電型のベース領域１１０ｂとＰ−Ｎ整流接合を形成する。このような第２導電型不純物の拡散は、前記基板１１０のアニーリング（ａｎｎｅａｌｉｎｇ）によって実行されうる。前記Ｐ−Ｎ整流接合周囲の望ましくない電子−正孔の再結合を減らして太陽電池効率を増加させるために、前記アニーリングは、境界層１１０ａが約５００Åから約２０００Å範囲の厚さを有するように充分な温度及び充分な持続時間との間で実行されることができる。本発明のいくつかの実施形態によると、前記非晶質半導体層１２０表面の非平坦さは、前記非晶質半導体層１２０上にＨＳＧ（ｈｅｍｉｓｐｈｅｒｉｃａｌ  ｓｉｌｉｃｏｎ  ｇｒａｉｎ）層を成長させることにより増加され、それによって太陽電池の光受容効率を増加させることができる。これの代わりに、荒い表面構造を有して電気的に導電性があり、光学的に透明な層（例えば、ＺｎＯ層）が前記非晶質半導体層１２０上に提供されることができる。
【００２９】
図６乃至図７に示したように、反射防止層１３１が前記非晶質半導体層１２０上に形成される。前記反射防止層１３１は、ＰＥＣＶＤのような通常的な蒸着技術で前記非晶質半導体層１２０の上部に一つ以上の電気的な絶縁層（例えば、ＳｉＯ２、ＳｉＮ）を提供して形成されることができる。光受容効率を増加させるために、前記反射防止層１３１は、太陽電池が作動する間、光受容表面に入射される望ましい光の波長をλとする際、約λ／４の厚さを有することができる。その後、フォトリソグラフィエッチング段階（例えば、乾式エッチング）が前記非晶質半導体層１２０及び前記境界層１１０ａを貫通して前記ベース領域１１０ｂに延長する相対的に狭いストライプ型の第１トレンチ１１３を形成するために実行される。本発明のいくつかの実施形態によって、前記ストライプ型の第１トレンチ１１３は、約１マイクロメータ以下の幅を有することができる。例えば、前記ストライプ型トレンチは、約０．３マイクロメータの幅を有することができる。
【００３０】
側壁絶縁スペーサ１１５が前記第１トレンチ１１３の側壁上に形成される。前記側壁絶縁スペーサ１１５は、ＳｉＯ２層又はＳｉＮ層又は複数の絶縁層の複合体で形成されることができる。前記側壁絶縁スペーサ１１５は、前記第１トレンチ１１３に電気的な絶縁層をコーンフォーマルに（ｃｏｎｆｏｒｍａｌｌｙ）形成し、前記第１トレンチ１１３の下部が露出される際まで前記形成された層を非等方にエッチバック（ｅｔｃｈ−ｂａｃｋ）して形成されることができる。電気的な絶縁層をコーンフォーマルに蒸着するこの段階は、前記基板１１０の下部面上に保護絶縁層１３２を形成する段階を含むことができる。
【００３１】
図８を参照すると、前記第１トレンチ１１３の下部は、第１マスク（図示せず）及び前記側壁絶縁スペーサ１１５をエッチングマスクに使用してよりエッチングされることができる。このようなエッチング段階は、実質的に前記ベース領域１１０ｂに延長する延長トレンチ１１４の形成をもたらす。第１トレンチ及び延長トレンチ１１４は、前記側壁絶縁スペーサ１１５によって覆われている上部側壁を有する多段階トレンチ１１６を共に形成することができる。前記延長トレンチ１１４の形成段階後に、前記延長トレンチ１１４の下部及び側壁に第１導電型不純物（例えば、Ｐ型不純物）を選択的に注入して相対的に高くドーピングされた不純物領域１１７を形成する段階を進行することができる。その後、図９に示したように、反射防止層１３１を貫通して非晶質シリコン層１２０まで延長する相対的に浅い第２トレンチ１１８をエッチングするエッチング段階が実行される。前記第２トレンチ１１８は、前記Ｐ−Ｎ整流接合より薄く形成される。その後、図１に示したように前記多重レベルトレンチ１１６及び前記第２トレンチ１１８は、各々第１及び第２電極１４１、１４３で満たされる。前記第１及び第２電極１４１、１４３は、金属層の蒸着及びパターニングによって形成されることができる。前記金属層は、アルミニウムＡｌ、銅Ｃｕ、ニッケルＮｉ、タングステンＷ、チタンＴｉ、窒化チタンＴｉＮ、窒化タングステンＷＮ及びこのような金属のシリサイドで構成されたグループから選択された一つ以上で形成されることができる。特に、本発明のいくつかの実施形態によると、前記金属層は、Ｔｉ／ＴｉＮ／Ａｌ又はＴｉ／ＴｉＮ／Ｗ層でありうる。前記第１及び第２電極１４１、１４３の形成後に、水素を含む雰囲気で、前記電極をアニーリングする段階を実行することができる。このような水素アニーリングは、前記基板内でＮ型不純物を活性化して、電子の移動性を高めて、また前記基板表面の欠陥を修復して作動の間に漏洩電流を減らすように実行されることができる。
【００３２】
図１０Ａ〜図１０Ｂ及び図１１を参照すると、第１導電型（例えば、Ｐ型）のベース領域１１１１を有する半導体基板１１１０（例えば、単結晶半導体（例えば、シリコン）ウエハ）に形成されている本発明の追加的な実施形態による太陽電池が示される。図１０Ｂ及び図１１において“Ａ”領域で表示されたように、前記基板１１１０は、前記基板１１１０の上部光受容表面からの入射光が反射されることを減らして、太陽電池の光受容効率を増大させるように構成されたテクスチャード加工された（ｔｅｘｔｕｒｅｄ）表面を含むことができる。非平坦な形状を有するＰ−Ｎ整流接合が第２導電型（例えば、Ｎ型）の境界層１１１３と前記ベース領域１１１１間に提供される。約１０１９ｃｍ−３から約１０２１ｃｍ−３の範囲のＮ型ドーピング濃度を有する前記境界層１１１３は、相対的に高くドーピングされた半導体層１１１４（例えば、Ｎ＋非晶質シリコン層）から第２導電型の不純物（例えば、リンＰ）を拡散して前記ベース領域１１１１内に形成させることができる。前記境界層１１１３の厚さは、前記Ｐ−Ｎ接合周囲の電子−正孔の望ましくない再結合を減らして太陽電池の効率を増加させるように選択されることができる。
【００３３】
不充分な厚さの境界層１１１３は、前記境界層１１１３と前記第２導電型の半導体層１１１４との間のヘテロ接合でのインタフェースの欠陥によってもたらされる相対的に高い程度の電子−正孔の再結合に関連されうる。又は、過度な厚さの境界層１１１３は、前記Ｐ−Ｎ接合周囲の広い空乏領域（ｄｅｐｌｅｔｉｏｎ  ｒｅｇｉｏｎ）を横切る過度なキャリア移動によってもたらされる相対的に高い電子−正孔再結合によって制限されうる。このような考慮に基づいて、約５００Åから約２０００Å範囲の厚さを有する境界層１１１３は、電子−正孔再結合を減らして高い程度の光収率効果を得ることができる。
【００３４】
尚、前記境界層１１１３と前記第２導電型の半導体層１１１４との間のヘテロ接合は、捕獲することができる波長の範囲を増加させて前記Ｐ−Ｎ接合周囲の電子−孔対の発生を増加させることによって、ホモ接合に比べて高い光受容効率を得ることに有利でありえる。図１０Ａ〜図１０Ｂ及び図１１は、前記第２導電型の半導体層１１１４上に反射防止層１１４１を含むことを示している。前に説明されたように、前記反射防止層１１４１は、入射光の波長に比例する厚さを有することができる。例えば、前記反射防止層１１４１は、前記太陽電池の光受容表面上に入射される望ましい光の波長をλとする際、約λ／４の厚さを有することができる。酸化シリコン層、窒化シリコン層、又は酸化シリコンと窒化シリコンの多重層で形成されることができる前記反射防止層１１４１は、また前記太陽電池に電気的及び物理的な不動化（ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ）及び保護を提供することができる。
【００３５】
交差するトレンチ１１２１、１１２３の２次元アレイ及びリング形の外部“エッジ”トレンチ１１２５を含むトレンチ１１２０が前記基板１１１０に形成される。図１０Ａの太陽電池のＩ−Ｉ’線に沿った断面図である１０Ｂに示したように、前記トレンチ１１２０は、前記反射防止層１１４１、前記第２導電型の半導体層１１１４及び前記境界層１１１３を完全に貫通して延長する。前記トレンチ１１２１、１１２３は、入射光の陰影損失を減らすために約１マイクロメータ又はそれ以下（例えば、０．３マイクロメータ）の幅“Ｗ”を有することができる。しかし、前記“エッジ”トレンチ１１２５は、低い抵抗の接触及びワイヤ接続のために十分に広いことができる（例えば、“Ｗａ”＞“Ｗ”）。前記トレンチ１１２１、１１２３は、前記境界層１１１３と前記ベース領域１１１１との間の前記Ｐ−Ｎ整流接合より十分に深いことができ、従ってトレンチ電極１１３１、１１３１ａと前記ベース領域１１１１との間に十分に低い抵抗接触が形成されることができる。
【００３６】
図１０Ｂに示したように、第１導電型の不純物領域１１１５が選択的な注入及び不純物活性化技術の組合せを利用して、前記トレンチ１１２０の下部及び側壁に提供することができる。前記不純物領域１１１５は、前記ベース領域１１１１の第１導電型のドーピング濃度を超過する第１導電型ドーピング濃度を有する。当業者に理解されるように、前記不純物領域１１１５は、前記ベース領域１１１１から電流受容を増大させるＢＳＦ（ｂａｃｋ  ｓｕｒｆａｃｅ  ｆｉｅｌｄ）領域に作用することができる。
【００３７】
図１０Ａ乃至図１０Ｂは、また前記太陽電池の前面（即ち、光受容面）上に、第１及び第２電極を含むことを示している。前記第１電極１１３１、１１３１ａは、前記トレンチ１１２０の下部附近に延長されるように示され、前記不純物領域１１１５及び／又はベース領域１１１１とオーム接触を形成する。前記トレンチ１１２０内及び前記第１電極１１３１、１１３１ａ上に電気的な絶縁層１１３５（例えば、酸化シリコン）が提供される。又、前記第２電極１１３３、１１３３ａが、図示したように電気的な絶縁層１１３５上に提供される。前記第２電極１１３３、１１３３ａは、前記第２導電型の半導体層１１１４とオーム接触を形成することができ、前記反射防止層１１４１の上部面上に延長することができる。前記第２電極１１３３の幅であるＷ２は、前記トレンチ１１２１、１１２３の幅である“Ｗ”より大きいことができる。電気的な絶縁層１１３５は、示したように、境界層１１１３と前記第２導電型の半導体層１１１４との間の界面より低い上部面を有することができる。
【００３８】
電気的な接触（例えば、ワイヤ接続）が半導体基板１１１０の周辺部のエッジ開口１１１９附近の前記第１電極１１３１ａ及び図１０Ａに示したように前記周辺部周囲の円弧型の部分に延長する前記第２電極１１３３ａに提供されることができる。特に、円弧型の開口は、前記第２電極１１３３ａ及び下部の電気的な絶縁層１１３５内に形成されることができ、それによってリング形“エッチ”トレンチ１１２５の下部附近の前記第１電極１１３１ａの上部面を露出することができる。
【００３９】
本発明のいくつかの実施形態によると、前記第１電極１１３１、１１３１ａ及び前記第２電極１１３３、１１３３ａは、アルミニウムＡｌ、銅Ｃｕ、ニッケルＮｉ、タングステンＷ、チタンＴｉ、窒化チタンＴｉＮ、窒化タングステンＷＮ及び金属シリサイド及び前記電気的な導電物質の組合せを含むグループから選択された少なくとも一つ以上の物質に形成されることができる。例えば、前記第１電極１１３１、１１３１ａ及び前記第２電極１１３３、１１３３ａは、Ｔｉ／ＴｉＮ／Ａｌ又はＴｉ／ＴｉＮ／Ｗのような多層導電体を含む。又、前記第１電極１１３１、１１３１ａは、Ｐ型半導体電極に形成されることができ、前記第２電極１１３３、１１３３ａは、Ｎ型半導体電極に形成されることができる。
【００４０】
本発明のまた他の実施形態による太陽電池が図１２Ａ〜図１２Ｃに示す。特に、図１２Ａ〜図１２Ｂの太陽電池の実施形態は、図１０Ａ〜図１０Ｂの太陽電池の実施形態と類似である。しかし、図１０Ａ〜図１０Ｂの前記第２電極１１３３に対する前記反射防止層１１４１の位置が修正された。特に、図１２Ａ〜図１２Ｂに示したように、前記反射防止層１１４１は、前記基板１１１０の周辺部エッジに対して、相対的に内側である前記第２電極１１３３及び境界層１１１３の部分を覆うブランケット（ｂｌａｎｋｅｔ）層として形成されうる。又、図１２Ｃは、前記反射防止層１１４１と前記境界層１１１３との間に提供される光学的に透明で、電気的に導電性である層（以下、透明導電層）１１３７を含む本発明の実施形態を示す。本実施形態で、前記第２電極１１３３が透明導電層１１３７の上部上に直接的に延長するようにパターン化されうる。このような方法で、前記透明導電層１１３７は、前記第２電極１１３３と前記境界層１１１３との間に流れる（図示していないが、前記第２導電型の半導体層１１１４を通じて）電流の均一な流れを促進させる低い抵抗層として作動することができる。前記透明導電層１１３７は、インジウム錫酸化物層、又は亜鉛酸化物ＺｎＯ層で形成されることができる。しかし、他の光学的透明物質がまた使われることができる。前記透明導電層１１３７の表面形状も相対的に荒くて、前記太陽電池の光受容効率を高めることができる。
【００４１】
本発明の追加的な実施形態において、図１０Ａ〜図１０Ｃの前記太陽電池の実施形態は、図１３Ａ〜図１３Ｂの太陽電池の実施形態で示したように修正されることができる。特に、図１３Ａ〜図１３Ｂの太陽電池の実施形態は、前記第２電極１１３３のパターニングを変更して前記第２電極１１３３の上部面が前記反射防止層１１４１と平坦な面を形成することができる。このような平坦な表面形状は、前記反射防止層１１４１と平坦面を形成するように前記第２電極１１３３を平坦化して形成されることができる。又、前記第２電極１１３３のエッチ部分がリング形の延長部１１３３ｂで提供されることができる。前記延長部１１３３ｂは、前記第１電極１１３１ｂの表面を露出する前記半導体基板１１１０の周辺部で円形の第２エッチ領域１１１９ｂを形成する。前記円形の第２エッチ領域１１１９ｂは、幅“Ｗａ”より小さな幅を有する。前記リング形の延長部１１３３ｂ及び前記第２電極１１３１ｂの露出された表面は、太陽によって生成された電流を負荷（ｌｏａｄ）（図示せず）又は光電池（ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ）システム（例えば、図２６）に供給する外部電極（例えば、ワイヤ接続（図示せず））のための接点を提供する。
【００４２】
本発明の追加的な実施形態による太陽電池を形成する方法が、図１４Ａ〜図２０Ａに示されている。図１４Ｂ〜図２０Ｂは、中間構造である図１４Ａ〜図２０ＡのＩ−Ｉ’線に沿った断面図である。特に、図１４Ａ〜図１４Ｂは、境界層１１１３の形成を示し、いくつかの実施形態において第１導電型（例えば、Ｐ型）の前記ベース領域１１１１上に第２導電型（例えば、Ｎ型）の境界層１１１３と第２導電型の半導体層１１１４（例えば、高くドーピングされた非晶質シリコン層、図示せず）の組合せを示す。前記境界層１１１３及び前記第２導電型の半導体層１１１４は、図１０Ａ〜図１０Ｂ及び図１１を参照して前に説明されたように形成されて、Ｐ−Ｎ整流接合を形成することができる。図１１に示したように、前記半導体基板１１１０の第１表面は、テクスチャード加工された表面形状を有することができる。
【００４３】
図１５Ａ〜図１５Ｂを参照すると、反射防止層１１４１が前記太陽電池の光受容効率を増加させるために境界層１１１３上に形成される。酸化シリコン層、窒化シリコン層、又はこれらの組合せでありうる前記反射防止層１１４１は、ＰＥＣＶＤのような工程技術を利用して形成されることができる。前記反射防止層１１４１は、また通常的な反射防止コーティング（ＡＲＣ：ａｎｔｉ−ｒｅｆｌｅｃｔｉｎｇ  ｃｏａｔｉｎｇ  ）層を利用して形成されることができる。図１６Ａ〜図１６Ｂは、前記反射防止層１１４１上にフォトレジスト層１１４３の蒸着を示す。前記フォトレジスト層１１４３は、開口１１４３ａ、１１４３ｂを形成するためにフォトリソグラフィ技術でパターニングされることができる。前記開口は、図１６Ａに示したように、交差する開口の交差グリッド（ｇｒｉｄ）を提供することができる。前記フォトレジスト層１１４３は、また前記リング形エッジ開口１１１９を形成するようにパターン化されることができる。
【００４４】
図１７Ａ〜図１７Ｂを参照すると、パターニングされたフォトレジスト層１１４３をエッチングマスクに利用して、前記半導体基板１１１０内にトレンチのアレイ及びリング形エッチトレンチ１１２５を形成するための選択的なエッチング段階が実行される。前記トレンチは、共に２次元的なグリッドトレンチ１１２０で示される。特に、交差するトレンチの配列（即ち、２次元グリッド）を共に形成する複数の第１トレンチ１１２１及び複数の第２トレンチ１１２３は、前記反射防止層１１４１及び前記境界層１１１３を完全に貫通して延長されるように形成され、第１導電型の前記ベース領域１１１１にまで延長する。本発明のいくつかの実施形態によると、前記トレンチは、前記半導体基板１１１０の厚さの約２／３の深さを有することができる。図１０Ｂを参照して前記に説明されたように、前記トレンチ１１２１、１１２３は、最大約１マイクロメータの厚さを有するが、通常的に例えば、約０．３マイクロメータの薄い厚さを有する。
【００４５】
図１８Ａ〜図１８Ｂは、前記トレンチ１１２１、１１２３及び１１２５の下部に隣接する第１導電型の不純物領域１１１５を形成することを示す。前記不純物領域１１１５は、第１導電型不純物（例えば、硼素）を前記反射防止層１１４１及び／又はパターン化されたフォトレジスト層１１４３を注入マスクとして利用して前記グリッドトレンチ１１２０の側壁及び下部に注入させて形成されることができる。本発明のいくつかの実施形態において、前記第１導電型の不純物の注入は、前記ベース領域１１１１に比べて高い第１導電型の不純物濃度を有する不純物領域１１１５を形成するのに充分なエネルギ及び量で実行される。このような注入段階以後、電気的な導電性のブランケット層（図示せず）が前記反射防止層１１４１上及び前記グリッドトレンチ１１２０内に蒸着されることができる。前記電気的な導電性のブランケット層は、アルミニウムＡｌ、銅Ｃｕ、ニッケルＮｉ、タングステンＷ、チタンＴｉ、窒化チタンＴｉＮ、窒化タングステンＷＮ及び金属シリサイド及びこのような電気的な伝導性物質の組合せを有するグループから選択された少なくとも一つ以上の金属で形成されることができる。特に、電気的な伝導性のブランケット層は、Ｔｉ／ＴｉＮ／Ａｌ又はＴｉ／ＴｉＮ／Ｗの複合体で形成されることができる。前記ブランケット層は、その後、前記トレンチ１１２１、１１２３、１１２５の下部に前記第１電極１１３１を画定するようにパターニングされる。このようなブランケット層のパターニングは、前記ブランケット層の一部を選択的にエッチバックする非等方エッチング段階に実行されることができる。前記非等方エッチング段階の間に、前記反射防止層１１４１は、エッチング防止層として作用することができる。図示したように、前記第１電極１１３１は、前記ベース領域１１１１と前記境界層１１１３との間のＰ−Ｎ接合界面より低い上部表面（前記グリッドトレンチ１１２０内）を有することができる。
【００４６】
続いて、図１８Ａ〜図１８Ｂを参照すると、ブランケット絶縁層（図示せず）が、前記反射防止層１１４１上に、そして前記グリッドトレンチ１１２０内に蒸着されることができる。酸化シリコンと同一の層間絶縁物質で形成されることができる前記ブランケット絶縁層は、その後、前記グリッドトレンチ１１２０内に画定されるように選択的にエッチバックされて絶縁層１１３５を形成する。前記エッチバック段階は、フォトリソグラフィ工程なしに実行されることができる。例えば、非等方エッチング段階は、前記反射防止層１１４１をエッチング防止層として利用して実行されることができる。エッチバック後、前記絶縁層１１３５は、図示したように、前記境界層１１１３の上部面より低い上部面を有することができる。
【００４７】
図１９Ａ〜図１９Ｂを参照すると、他の電気的な導電層（図示せず）が前記反射防止層１１４１上に、そして前記絶縁層１１３５上にコーンフォーマルにブランケット層に蒸着される。上述のように、前記電気的な導電層は、アルミニウムＡｌ、銅Ｃｕ、ニッケルＮｉ、タングステンＷ、チタンＴｉ、窒化チタンＴｉＮ、窒化タングステンＷＮ及び金属シリサイド及びこのような電気的な導電物質の組合せで構成されたグループで選択された物質で形成されることができる。フォトレジスト層（図示せず）が前記電気的な導電層上に蒸着され、フォトレジストマスク１１４４でパターニングされることができる。その後、前記フォトレジストマスク１１４４は、前記第２電極１１３３を形成するエッチング段階で利用されることができる。前記第２電極１１３３の形成工程の間、前記エッジ領域１１１９の少なくとも一部がハードマスク１１４６で覆われ、図１０Ａに示したように前記基板１１１０の周辺部附近に第２電極１１３３ａを形成することができる。前記エッチ領域１１１９内の前記絶縁層１１３５の一部は、フォトレジストマスク１１４４及び前記ハードマスク１１４６によって図１９Ｂに示したように露出されることができる。
【００４８】
図２０Ａ〜図２０Ｂを参照すると、前記フォトレジストマスク１１４４と前記ハードマスク１１４６が除去され、他のフォトレジスト層（図示せず）で形成することができる。前記フォトレジスト層は、その後、他のフォトレジストマスク１１４５を形成するようにパターニング（例えば、湿式エッチングを利用して）することができる。その後、前記絶縁層１１３５の露出された部分を選択的に除去して、前記絶縁層１１３５下にあり、前記半導体基板１１１０の周辺部附近に延長する前記第１電極１１３１ａの部分を露出するように乾式エッチング段階が実行される。前記第１電極１１３１ａの露出された部分は、外部ワイヤ（例えば、ワイヤボンディング）接続の接点になりうる。
【００４９】
図２１Ａ〜図２３Ａ及び図２１Ｂ〜図２３Ｂは、本発明の方法の実施形態を追加に示す。特に、図２１Ａ〜図２１Ｂは、前記境界層１１１３上に光学的に透明である導電層１１３７を含むことを示す。その後、図２２Ａ〜図２３Ａ、図２２Ｂ〜図２３Ｂ、図１２Ａ及び図１２Ｃに示したように反射防止層１１４１が前記基板１１１０上にコーンフォーマルに形成されることができる。パターニングされたフォトレジスト層１１４７は、図２３Ａ〜図２３Ｂに示したように前記反射防止層１１４１上に形成される。その後、前記パターニングされたフォトレジスト層１１４７は、前記反射防止層１１４１の露出された部分、及び前記透明導電層１１３７を選択的にエッチバックする工程の間にマスクとして使われることができ、それによって、前記基板１１１０の周辺部附近で前記第１電極１１３１ａの一部を露出する。その後、前記パターニングされたフォトレジスト層１１４７は、図１２Ｃに示したように除去される。
【００５０】
本発明の追加的な実施形態によると、図１３Ａ〜図１３Ｂの太陽電池の実施形態は、図２４Ａ〜図２５Ａ、図２４Ｂ〜図２５Ｂに示した段階を利用して形成されることができる。例えば、前記太陽電池の形成方法は、前記第２電極をパターニングして、前記第２電極１１３３の上部表面が前記反射防止層１１４１と平坦面を形成するような修正された段階を含むことができる。このような平坦面形状は、前記第２電極１１３３を図２４Ｂに示したように、前記反射防止層１１４１と水平を形成するように平坦化して達成することができる。
【００５１】
前記第２電極１１３３のエッジ部分は、リング形の延長部１１３３ｂで提供されることができる。図１３Ｂに示したように前記延長部１１３３ｂは、前記第１電極１１３１ｂの表面を露出する前記半導体基板１１１０の周辺部で円形の第２エッジ領域１１１９ｂを画定する。前記円形の第２エッジ領域１１１９ｂは、図１０Ｂに示した幅“Ｗａ”より小さな幅を有する。前記円形の第２エッジ領域１１１９ｂは、図２５Ａ〜図２５Ｂに示したように前記第２電極１１３３と前記反射防止層１１４１が水平をなす表面上に、パターニングされたフォトレジスト層１１４９を形成することで提供されることができる。その後、図１３Ａ〜図１３Ｂに示したように、前記第２電極１１３３の露出された部分とその下の前記絶縁層１１３５の部分が選択的に除去されて前記第１電極１１３１ｂの狭い上部面が露出されることができる。図１３Ａ〜図１３Ｂの前記太陽電池の実施形態は、前記第２電極１１３３と前記境界層１１１３との間の総接触面積を増加させることによって図１０Ａ〜図１０Ｂに示した太陽電池の実施形態に比べて、より高い効率を潜在的に提供する。
【００５２】
図２６を参照すると、本発明の太陽電池の実施形態が示される。上述した本発明の太陽電池の実施形態は、太陽電池アレイ３０００から電力が供給された電力制御ネットワーク４０００内で使用しうる。図示したように、各々の太陽電池アレイ３０００は、複数の太陽電池モジュール２０００で構成され、前記太陽電池モジュール２０００は、太陽電池１０００のアレイを含む。このような方法で、個別の太陽電池１０００から供給される相対的に低い電圧及び／又は電流は、他の太陽電池１０００から供給される電圧及び／又は電流と結合されて相対的に大きい電力源を発生させる。前記電力制御ネットワーク４０００は、入力装置４１００と、電力格納装置４２００と、充電／放電制御器４３００と、システム制御器４４００とを含むことに示している。前記システム制御器４４００は、前記電力格納装置４２００、前記充電／放電制御器４３００、電力管理システム（ＰＣＳ：  ｐｏｗｅｒ  ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ  ｓｙｓｔｅｍ）４１２０及び前記グリッド接続システム４１４０を制御する。前記出力装置４１００は、ＰＣＳ４１２０と、グリッド接続システム４１４０とを含むことができる。前記ＰＣＳ４１２０は、前記太陽電池アレイ３０００からの直流ＤＣを交流ＡＣに変換するインバータでありうる。前記グリッド接続システム４１４０は、外部電力システム５０００に接続されることができる。前記充電／放電制御器４３００は、前記太陽電池アレイ３０００から発生される出力が前記外部電力システム５０００に伝えられる電力を超過する場合、超過されるエネルギを前記電力格納装置４２００に伝達するように作動する。又、前記充電／放電制御器４３００は、前記太陽電池アレイ３０００から発生される出力が前記外部電力システム５０００の要求に対して不足している場合、前記電力格納装置４２００からエネルギを受けるように作動する。
【００５３】
上述した本発明の実施形態は、太陽電池の表面に受容される入射光に対応する電荷キャリアの高効率収集のための多様な電極形態、及びパターンを有するように製作されることができる。例えば、図２７Ａは、本発明の追加的な実施形態による集積回路の太陽電池２７００の平面図であり、図２７Ｂは、図２７Ａの太陽電池２７００のＩ−Ｉ’線に沿った断面図である。このような図面に示したように、前記太陽電池２７００は、上部面電極２７０８によって囲まれて、Ｎ型導電性を有することができる第２導電型領域２７１０（四角領域に示す）の２次元アレイを含む。前記第２導電型領域２７１０は、Ｐ型導電性を有することができる基板領域２７０２と各々Ｐ−Ｎ整流接合を形成する。前記Ｐ型基板領域２７０２への電気的な接触が、図２７Ｂに示したようにメッシュ（ｍｅｓｈ）形トレンチの下部に位置されるトレンチ内部電極２７０４によってなされることができる。前記メッシュ型の上部面電極２７０８は、介在されるトレンチ内部の電気的な絶縁層２７０６（例えば、酸化シリコン）によって前記トレンチ内部電極２７０４から電気的に隔離される。前記トレンチ内部の電気的な絶縁層２７０６は、その上に上部面電極２７０８及びＮ型領域２７１０が形成された前記基板領域２７０２の上部と平坦面を形成することができる。
【００５４】
図２８Ａは、本発明の追加的な実施形態による集積回路太陽電池２８００の平面図であり、図２８Ｂは、図２８Ａの太陽量電池のＩ−Ｉ’線に沿った断面図である。図２８Ａの平面図に示したように、前記太陽電池２８００は、図２７の太陽電池２７００と類似しているが、トレンチ内部電極２８０４（例えば、図２８Ｂを参考）が前記太陽電池２８００の最上部の光受容表面まで延長されることが示される。特に、図２８Ｂは、基板領域２８０２と各々Ｐ−Ｎ整流接合を形成する複数のＮ型領域２８１０を有するＰ型基板領域２８０２を示す。複数の上部面電極２８０８を利用してＮ型領域２８１０に電気的な接触が行われ、前記太陽電池２８００を横切って平行に延長するストライプ型電極で示された前記トレンチ内部電極２８０４によってＰ型基板領域２８０２に電気的な接触が行われる。図２８Ｂにも示したように、前記トレンチ内部電極２８０４及び前記上部面電極２８０８は、前記太陽電池２８００の光受容表面附近に延長する電気的な絶縁層２８０６によって電気的に相互絶縁される。前記上部面電極２８０８は、前記上部面電極２８０８下部に提供された電気的な絶縁スペーサ２８０９によって前記基板領域２８０２と電気的に絶縁される。
【００５５】
図２９Ａは、本発明の追加的な実施形態による集積回路太陽電池２９００の平面図であり、図２９Ｂは、図２９Ａの太陽電池２９００のＩ−Ｉ’線に沿った断面図である。図２９Ａ〜図２９Ｂに示したように、前記太陽電池２９００は、図２８Ａ〜図２８Ｂの太陽電池の実施形態と類似している。しかし、電気的な絶縁層２９０６はトレンチ内部電極２９０４上部の対向する側面上の基板領域２９０２の内に移動した。上部面電極２９０８は、前記電気的な絶縁層２９０６の上部面上に提供され、これは図２９ＢのＮ型領域２９１０を図２８Ｂの前記Ｎ型領域より大きくすることができる。従って、図２９Ａ〜図２９Ｂの太陽電池の実施形態は、図２８Ａ〜図２８Ｂの太陽電池の実施形態より相対的に高い光受容効率を有することができる。図２９Ａ〜図２９Ｂの前記太陽電池の実施形態は、図示したように、前記Ｎ型領域２９１０上及び隣接する前記電極２９０８の間の空間にコーンフォーマルに提供される光学的に透明である絶縁層２９１２を含むことができ、それによって平らな表面形状が前記太陽電池２９００の光受容表面附近に提供されることができる。
【００５６】
図３０Ａは、本発明の追加的な実施形態による集積回路の太陽電池３０００の平面図であり、図３０Ｂは、図３０Ａの太陽電池３０００のＩ−Ｉ’線に沿った断面図である。図３０Ａ〜図３０Ｂに示したように、トレンチ内部電極３００４は、前記太陽電池３０００の光受容表面を横切って平行したストライプ形態で延長する。前記トレンチ内部電極３００４の各々は、前記基板領域３００２に電気的に接続され、各々の絶縁スペーサ３００６によってＮ型領域３０１０から電気的に絶縁される。前記Ｎ型領域３０１０は、下部の基板領域３００２と各々Ｐ−Ｎ接合を形成して上部面電極３００８と電気的に接続される。電気的絶縁スペーサ３００９は、下部の基板領域３００２から前記電極３００８を絶縁させるために、前記上部面の電極３００８の下に提供される。
【００５７】
図３１Ａは、本発明の追加的な実施形態による集積回路の太陽電池３１００の平面図であり、図３１Ｂは、図３１Ａの太陽電池３１００のＩ−Ｉ’線に沿った断面図である。前記太陽電池３１００は、図示したように四角形のＮ型領域３１１０の２次元アレイを有し、前記Ｎ型領域３１１０がメッシュ型の上部面電極３１０８によって囲まれた基板領域３１０２を含む。前記上部面電極３１０８は、図示したように電気的な絶縁スペーサ３１０９によって前記基板領域３１０２から分離されて絶縁される。ストライプ型トレンチ内部電極３１０４は、図３１Ｂに示したように各トレンチの下部附近に提供される。前記トレンチ内部電極３１０４は、前記基板領域３１０２に電気的に接続される。電気的な絶縁スペーサ３１０６は、前記トレンチ内部電極３１０４と前記Ｎ型領域３１１０との間に提供される。前記基板領域３１０２（例えば、シリコンウエハ）の周辺部に接続されるワイヤ接続（図３１Ａ〜図３１Ｂに図示せず）を利用して前記トレンチ内部電極３１０４に外部制御が行われることができる。
【００５８】
図３２Ａは、本発明の追加的な実施形態による集積回路太陽電池３２００の平面図であり、図３２Ｂは、図３２Ａの太陽電池３２００のＩ−Ｉ’線に沿った断面図である。前記太陽電池３２００は、その上に四角形Ｎ型領域３２１０の２次元アレイを有する基板領域３２０２を含み、前記四角形Ｎ型領域３２１０は、前記基板領域３２０２とＰ−Ｎ接合を形成する。複数の平行したストライプ型のトレンチ内部電極３２０８が各トレンチに提供される。前記トレンチ内部電極３２０８は、その上に配置されたＮ型領域３２１０と電気的に接続される。しかし、示したように、トレンチの下部及び側壁に沿って延長する電気的な絶縁ライナ（ｌｉｎｅｒｓ）３２０９によって周囲の基板領域３２０２と電気的に絶縁される。前記基板領域３２０２に電気的に接続される複数の平行ストライプ型電極３２０４がまた示したように相応するトレンチに提供される。前記太陽電池３２００の光受容表面附近に延長する前記電極３２０４は、電気的な絶縁スペーサ３２０６（例えば、酸化物スペーサ）によってＮ型領域３２１０のアレイから電気的に絶縁される。
【００５９】
図３３は、図３１Ａ〜図３１Ｂの実施形態３１００と類似している本発明の他の実施形態による集積回路太陽電池３３００の平面図である。前記太陽電池３３００は、図示したように四角形のＮ型領域３３１０の２次元アレイを含み、前記Ｎ型領域３３１０がメッシュ型上部面電極３３０８によって囲まれている。平行ストライプ型トレンチ内部電極３３０４は、各トレンチの下部（図３３に図示せず）附近に提供される。しかし、図３１Ａ〜図３１Ｂの太陽電池とは違い、前記平行ストライプ型トレンチ内部電極３３０４は、図３１Ａ〜図３１Ｂの前記電極３１０４に比べて傾斜して延長する。
【００６０】
図３４Ａは、本発明の追加的な実施形態による集積回路太陽電池３４００の平面図であり、図３４Ｂは、図３４Ａの太陽電池３４００のＩ−Ｉ’線に沿った断面図であり、図３４Ｃは、図３４Ａの太陽電池３４００のＩＩ−ＩＩ’線に沿った断面図である。従って、図３４Ｂ〜図３４Ｃに示したように、トレンチ内部電極３４０４の交差するグリッドがＰ型基板領域３４０２内に埋立されている。前記Ｐ型基板領域３４０２は、四角形Ｎ型領域３４１０と各々Ｐ−Ｎ整流接合を形成する。前記Ｎ型領域３４１０と電気的に接続したメッシュ型電極３４０８が提供される。前記メッシュ型電極３４０８は、電気的な絶縁スペーサ３４０９（例えば、二酸化硅素スペーサ）によって前記基板領域３４０２と電気的に絶縁される。図３５は、図３４Ａ〜図３４Ｃの実施形態と類似している本発明の追加的な実施形態による集積回路太陽電池３５００の平面図である。示したように、傾斜したトレンチ内部電極３５０４の交差するグリッドは、四角形Ｎ型領域３５１０のアレイと各々Ｐ−Ｎ接合を形成するＰ型基板領域内に埋立される。前記Ｎ型領域３５１０と電気的に接続されたメッシュ型電極３５０８が提供される。
【００６１】
図３６Ａは、本発明の追加的な実施形態による集積回路太陽電池３６００の平面図であり、図３６Ｂは、図３６Ａの太陽電池３６００のＩ−Ｉ’線に沿った断面図である。図３６Ａ〜図３６Ｂに示したように、複数の相対的に薄いストライプ型電極３６０８は、下部の基板領域３６０２（例えば、Ｐ型）とＰ−Ｎ接合を形成する複数のストライプ型Ｎ型領域３６１０と並んで太陽電池３６００の光受容表面上に提供される。前記電極３６０８は、電気的な絶縁スペーサ３６０９（例えば、酸化物スペーサ）によって下部の前記基板領域３６０２と電気的に絶縁される。図３６Ａ〜図３６Ｂは、前記Ｎ型領域３６１０及び前記ストライプ型電極３６０８と平行に延長するトレンチ内部電極３６０４を示す。前記基板領域３６０２と電気的に接続された前記電極３６０４は、電気的な絶縁スペーサ３６０６によって隣接Ｎ型領域３６１０から電気的に絶縁される。
【００６２】
図３７Ａは、本発明の追加的な実施形態による集積回路太陽電池３７００の平面図であり、図３７Ｂは、図３７Ａの太陽電池３７００のＩ−Ｉ’線に沿った断面図である。図３７Ａ〜図３７Ｂに示したように、複数の相対的に薄いストライプ型電極３７０８が前記太陽電池３７００の光受容表面上に提供される。各々の電極３７０８は、下部の基板領域３７０２（例えば、Ｐ型）と各々Ｐ−Ｎ接合を形成する一対のストライプ型Ｎ型領域３７１０との間に介在される。前記電極３７０８は、電気的な絶縁スペーサ３７０９（例えば、酸化物スペーサ）によって前記下部基板領域３７０２から電気的に絶縁される。図３７Ａ〜図３７Ｂは、前記Ｎ型領域３７１０及び前記ストライプ型電極３７０８と平行に延長するトレンチ内部電極３７０４を示す。前記基板領域３７０２に電気的に接続された前記電極３７０４は、電気的な絶縁スペーサ３７０６によって、隣接するＮ型領域３７１０から電気的に絶縁される。
【００６３】
図面と明細書で、本発明の特に望ましい実施形態が開示され、特定用語が使われたが、これは一般的で説明的な意味のみで使われ、請求項によって示される本発明の範囲を制限する目的には使われない。
【符号の説明】
【００６４】
１１０  基板領域
１１０ｂ  ベース領域
１１０ａ  境界層
１１１  ＢＳＦ領域
１１３  上部トレンチ
１１４  下部トレンチ
１１６  多重レベルトレンチ
１１８  第２トレンチ
１２０  第２導電型の半導体層
１３１  反射防止層
１３２  保護絶縁層
１４１  第１電極
１４３  第２電極
１１５  側壁スペーサ
【図１】
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【図２】
0005507117.tif 000003
【図３】
0005507117.tif 000004
【図４】
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【図５】
0005507117.tif 000006
【図６】
0005507117.tif 000007
【図７】
0005507117.tif 000008
【図８】
0005507117.tif 000009
【図９】
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【図１０Ａ】
0005507117.tif 000011
【図１０Ｂ】
0005507117.tif 000012
【図１１】
0005507117.tif 000013
【図１２Ａ】
0005507117.tif 000014
【図１２Ｂ】
0005507117.tif 000015
【図１２Ｃ】
0005507117.tif 000016
【図１３Ａ】
0005507117.tif 000017
【図１３Ｂ】
0005507117.tif 000018
【図１４Ａ】
0005507117.tif 000019
【図１４Ｂ】
0005507117.tif 000020
【図１５Ａ】
0005507117.tif 000021
【図１５Ｂ】
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【図１６Ａ】
0005507117.tif 000023
【図１６Ｂ】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図２０Ａ】
0005507117.tif 000031
【図２０Ｂ】
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【図２１Ａ】
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【図２１Ｂ】
0005507117.tif 000034
【図２２Ａ】
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【図２２Ｂ】
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【図２３Ａ】
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【図２３Ｂ】
0005507117.tif 000038
【図２４Ａ】
0005507117.tif 000039
【図２４Ｂ】
0005507117.tif 000040
【図２５Ａ】
0005507117.tif 000041
【図２５Ｂ】
0005507117.tif 000042
【図２６】
0005507117.tif 000043
【図２７Ａ】
0005507117.tif 000044
【図２７Ｂ】
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【図２８Ａ】
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【図２８Ｂ】
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【図２９Ａ】
0005507117.tif 000048
【図２９Ｂ】
0005507117.tif 000049
【図３０Ａ】
0005507117.tif 000050
【図３０Ｂ】
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【図３１Ａ】
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【図３１Ｂ】
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【図３２Ａ】
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【図３２Ｂ】
0005507117.tif 000055
【図３３】
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【図３４Ａ】
0005507117.tif 000057
【図３４Ｂ】
0005507117.tif 000058
【図３４Ｃ】
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【図３５】
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【図３６Ａ】
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【図３６Ｂ】
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【図３７Ａ】
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【図３７Ｂ】
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