(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池の製造方法であって、
基板の表面に複数の粒子及び複数の空隙を含む多孔質層を形成する工程と、
前記多孔質層の１つ又は複数の領域に溶液を分配し、パターニングされた複合層を提供する工程と、
前記基板の領域を露出させるべく、前記溶液を含む前記１つ又は複数の領域を除く、前記溶液を含まない前記多孔質層の全ての部分を除去する工程と、
前記多孔質層の１つ又は複数の領域に前記溶液を分配し、前記パターニングされた複合層を提供する工程、及び、前記溶液を含む前記１つ又は複数の領域を除く、前記溶液を含まない前記多孔質層の前記全ての部分を除去する工程の後に、前記基板を加熱する工程と
を備える太陽電池の製造方法。
【請求項２】
前記基板を加熱する工程は、前記パターニングされた複合層、前記多孔質層、又はこれらの両者を固化させることを含む請求項１に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項３】
前記溶液を分配する工程は、前記基板に対する電荷キャリア不純物原子のドーパント源を含む溶液を分配することを含む請求項１又は２に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項４】
前記基板を加熱する工程は、前記電荷キャリア不純物原子を前記ドーパント源から前記基板の内部に向けてドライブインさせることを含む請求項３に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項５】
前記ドーパント源は、シリコン原子に対するＮ型ドーパント源であり、
前記方法が、
第２の溶液を前記多孔質層の他の１つ又は複数の領域に分配し、二重にパターニングされた複合層を提供する工程
を更に備え、
前記第２の溶液が、前記基板に対する電荷キャリア不純物原子のＰ型ドーパント源を含み、
前記基板を加熱する工程は、前記電荷キャリア不純物原子を前記Ｐ型ドーパント源から前記基板の内部に向けてドライブインさせる工程を更に備える請求項４に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項６】
前記多孔質層を前記基板の前記表面に形成する工程は、前記基板の前記表面に前記溶液を受容し、前記溶液の横方向への拡散を制限するのに適した寸法を有するように、前記複数の空隙のそれぞれの空隙を形成することを含む請求項１から５のいずれか一項に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項７】
前記溶液を分配する工程は、前記基板に対する電荷キャリア不純物原子のＮ型ドーパント源を含む前記溶液を分配することを含み、
前記方法が、
第２の溶液を前記多孔質層の他の１つ又は複数の領域に分配し、二重にパターニングされた複合層を提供する工程
を更に備え、
前記第２の溶液が、前記基板に対する電荷キャリア不純物原子のＰ型ドーパント源を含み、
前記多孔質層を前記基板の前記表面に形成する工程は、前記基板の前記表面に前記溶液及び前記第２の溶液をそれぞれ受容し、前記溶液が前記第２の溶液を含む前記１つ又は複数の領域に向かう横方向への拡散を制限し、前記第２の溶液が前記溶液を含む前記１つ又は複数の領域に向かう横方向への拡散を制限するのに適した寸法を有するように、前記複数の空隙のそれぞれの空隙を形成することを含む請求項１から４のいずれか一項に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項８】
前記溶液を分配する工程は、インクジェット処理を用いることを含み、
前記溶液の粘度は、０．０１Ｐａ・ｓである請求項１から７のいずれか一項に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項９】
前記多孔質層を前記基板の表面に形成する工程は、
前記基板の表面の凹凸と対応した形状を有する前記多孔質層を形成することを含み、前記多孔質層の厚みは、０．５〜２０ミクロンの範囲とする請求項１から８のいずれか一項に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項１０】
前記溶液を含む前記１つ又は複数の領域を除く、前記溶液を含まない前記多孔質層の全ての部分を除去する工程は、前記溶液を含む前記１つ又は複数の領域を除く、前記溶液を含まない前記多孔質層の前記全ての部分をエッチングする工程を有し、
前記多孔質層を前記基板の前記表面に形成する工程は、前記複数の粒子を前記基板の前記表面に堆積することを含み、前記複数の粒子は、前記エッチングで用いられるエッチング溶液に対して化学的に反応性を有する請求項１から９のいずれか一項に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項１１】
前記多孔質層の１つ又は複数の領域に溶液を分配し、パターニングされた複合層を提供する工程は、前記多孔質層の複数の領域に前記溶液を分配し、前記溶液を含む前記多孔質層の複数の領域と前記溶液を含まない前記多孔質層の１つ又は複数の領域とを含む前記パターニングされた複合層を提供することを含む請求項１から１０のいずれか一項に記載の太陽電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、再生可能エネルギーの分野に関し、詳細には太陽電池を製造する方法に関する。
【０００２】
［連邦政府による資金提供を受けた研究開発の記載］
本明細書に記載された発明は、米国エネルギー省によって裁定された契約番号第ＤＥ−ＦＣ３６−０７ＧＯ１７０４３号の下、政府の支援でなされたものである。政府は、本発明において特定の権利を有し得る。
【背景技術】
【０００３】
太陽電池として一般に知られている光起電力電池は、太陽放射を電気エネルギーへと直接的に変換する装置として周知である。太陽電池は、半導体処理加工技術を用いて半導体ウェハ又は基板上に製造され、基板の表面近くにｐ−ｎ接合を形成する。基板の表面に太陽放射が衝突することにより、基板本体に電子正孔対を作り出し、これが基板のｐ型ドープされた領域及びｎ型ドープされた領域に移動し、これによって、ドープされた領域間に電位差が発生する。ドープ領域が、太陽電池上の金属コンタクトに接続され、電流が電池から連結された外部回路へと流れる。
【０００４】
太陽電池の発電容量に直接関連することから、効率が、太陽電池の重要な特性である。同様に、太陽電池を生産する上での効率は、このような太陽電池のコスト効率に直接関連する。
【発明の概要】
【０００５】
したがって、太陽電池の効率が増加するための技術又は太陽電池の製造における効率が増加するための技術が、望まれている。本発明の実施形態は、太陽電池構造を製造するための新規なプロセスを提供することによって、太陽電池の製造効率の増加を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本発明の一実施形態による太陽電池の製造方法における操作を表すフローチャートである。
【図２Ａ】本発明の一実施形態による、図１のフローチャートの操作１０２及び図３のフローチャートの操作３０２に対応する、太陽電池の作製における一段階を示す断面図。
【図２Ｂ】本発明の一実施形態による、図１のフローチャートの操作１０４及び図３のフローチャートの操作３０４に対応する、太陽電池の製造における一段階を示す断面図。
【図２Ｃ】本発明の一実施形態による太陽電池の製造における一段階を示す断面図。
【図２Ｄ】本発明の一実施形態による太陽電池の製造における一段階を示す断面図。
【図２Ｅ】本発明の一実施形態による、図１のフローチャートの操作１０６に対応する、太陽電池の製造における一段階を示す断面図。
【図２Ｆ】本発明の一実施形態による太陽電池の製造における一段階を示す断面図。
【図３】本発明の一実施形態による太陽電池の製造方法における操作を表すフローチャート。
【図４】本発明の一実施形態による、太陽電池の基板、それに形成された固化された多孔質層を有する基板の断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
太陽電池の製造方法が、本明細に記載されている。以下の説明では、本発明の完全な理解を提供するために、特定の処理過程フロー操作などの数多くの特定の詳細が記載される。これらの特定の詳細を使用することなく、本発明の実施形態を実践することができる点は、当業者にとって明らかである。また、本発明の実施形態を不必要に不明瞭にしないために、金属接点構造などの、周知の製造技術は詳細に説明されない。更には、図に示される様々な実施形態は、例示的な表示であって、必ずしも一定のスケールで描写されるものではない。
【０００８】
本明細書では、太陽電池を作製する方法を開示する。一実施形態では、太陽電池を製造する方法は、基板の表面に多孔質層を形成する工程を含む。この多孔質層は、複数の粒子及び複数の空隙を含む。パターニングされた複合層を提供するべく、溶液は、多孔質層の１以上の多孔質層の領域に分配される。次いで、基板が加熱される。一実施形態では、多孔質層は、溶媒吸収層である。一実施形態では、太陽電池を製造する方法は、基板の表面に多孔質を形成する工程を含む。この多孔質層は、複数の粒子及び複数の空隙を含む。パターニングされた複合層を提供するべく、溶液は、多孔質層の１以上の領域に分配される。この溶液は、基板に対してドープするべく、電荷キャリア不純物原子のドーパント源を含有する。一実施形態では、多孔質層は溶媒吸収層である。
【０００９】
更に本明細書は、太陽電池を開示する。一実施形態では、太陽電池は基板を含む。この太陽電池はまた、基板の表面に設けられた、多孔質層も含み、この多孔質層は、複数の粒子及び複数の空隙を含む。一実施形態では、多孔質層は、溶媒吸収層である。
【００１０】
多孔質表面混合物は、紙製造において印刷の解像度を改善するために用いられている。しかしながら、このような用途で用いられる場合、解像度の改善は混合物の主要な機能であるが、印刷後に多孔質層全体は、そのまま残る。本発明の一実施形態によると、多孔質混合物とドーパント材料との間に新しい相互作用が生み出され、多孔質表面材料の除去によって、後続のエッチング工程において、パターン印刷され、ドープされ及び形状的に改善されたコーティングが生成される。
【００１１】
本発明の一実施形態によると、例えば、ドーピング源を提供するための太陽電池の製造において用いられる基板上又は基板上に設けられた層上に、精密なパターンを形成することが望ましい。しかしながら、インクジェット法を用いる場合、液体ドーパント流体は、一旦ウェハ又は基板表面に供給されると、表面全体にわたって広がる傾向にある。この広がりを減らすことが、解像度を改善するために望ましい。一実施形態では、クラッキングを生じるほど厚くなく、ドーパント層全体がエッチングする工程などの処理過程後に除去されてしまうほど薄くないような、一定の層が表面に堆積されることが重要である。いくつかの実施形態では、ウェハ又は基板の表面がテクスチャ化された表面を有し、相対的に一定の厚みを有するドーパント皮膜が、テクスチャ化された表面に堆積されることが重要である。
【００１２】
本発明の一実施形態によると、溶媒系インクジェット材料の印刷品質は、新しい複合材料を作製することによって改善される。一実施形態では、噴射前に、粒子材料が基板又はウェハ表面に堆積される。一実施形態では、次いで、溶媒材料と粒子材料の両者を含むように複合材料が形成され、この複合材料は、いずれかの材料の単独の場合とは異なる性質を有する。一実施形態では、エッチングする工程などの加工処理後に、分別効果を可能にする、粒子材料プラス溶媒系の特性と比較して、粒子材料単独の特性が差別化される。一実施形態では、粒子材料との組み合わせの後に、ドーパントなどの溶媒材料の特定の性質が保持されるが、溶媒材料内に最初に存在した特定の性質が、混合した後は、組み合わされた材料内に存在することになる。一実施形態では、すでにウェハ又は基材表面に堆積された粒子材料の開口構造内に溶媒材料を噴射することによって、改善された印刷品質が得られる。この方法では、ディファレンシャル化学エッチング又は後の工程において吐出されるべきでない領域に対して吐出されてしまった領域の除去を可能にする、新しい局所的複合材料が形成される。広くは、一実施形態では、パターニングされたドーパント層を半導体ウェハ上へ、又はより具体的には太陽電池に直接堆積する新しいプロセスが提供される。
【００１３】
本発明の一実施形態によれば、特定の評価基準を同時に満たす液体特性を有する溶媒系インクジェット材料を形成するための必要条件を減らすことができる。例えば、一実施形態では、ドーパントキャリアが必要である。一実施形態では、インクジェット印刷後の高い横方向印刷解像度が必要とされる。一実施形態では、印刷された層の厚さは、典型的にはシリコンウェハの研磨されていない表面上に又はテクスチャ化された表面である、非平坦面構造上を被覆する能力を備える必要がある。一実施形態では、上記の３つの属性の全てが、単一のアプローチでもたらされる。本発明の一実施形態によると、本明細書に記載された１以上のアプローチの利点は、複合材料の最終特性に存在し、すなわち粒子材料の開口構造とインクジェット法で吐出された溶媒材料との間の相互作用である。
【００１４】
いくつかの利点としては、一実施形態では、（ａ）ディファレンシャルエッチングする工程などの加工処理後の条件下で、複合材料が非複合材料とは異なるように反応すること、（ｂ）複合材料が非複合材料とは異なる局在化された特徴を有すること、（ｃ）複合材料が、ドーパント源として作用するなどの溶媒材料のいくつかの特徴を担時すること、及び、（ｄ）複合材料が、厚さ及び形状範囲など、粒子材料の特徴を担時すること、のうちの１以上が挙げられる。概して、一実施形態では、複合材料の最終特性は、後続のエッチング処理により、太陽電池製造のために効率的でかつ正確となるような、印刷され、ドープされ、形状学的に改善された被覆をもたらし得るような特性となる。
【００１５】
本発明の一実施形態によると、懸濁液中の粒子材料又は表面コーティングを有する粒子材料を含む、粒子材料が表面全体に堆積される。この表面は、概して、インクジェットによってその後印刷されることになるシリコン太陽電池の表面である。多孔質材料は、シリカの化合物、又は、金属純度条件に合致する材料を含む太陽電池と適合性のある他の材料である。
【００１６】
一実施形態では、粒子材料は、次に列挙する堆積特性のうちの１以上を有する。（ａ）液体が空隙を満たすよう導入される開口構造が堆積後に形成される、（ｂ）ウェハ表面に接着性を有する、（ｃ）粒子層が部分的又は完全にそれ自体に接着するように粒子材料内の他の粒子に対して接着性を有する、（ｄ）一つ前の処理工程からのシリコンピークのような対象のトポロジー構造を被覆するのに十分な厚さがあること、又は、（ｅ）エッチング溶液に対して化学的に反応性を有する。一実施形態では、粒子材料における粒子の寸法は、次に列挙する属性の１以上を有するように選択される。（ａ）噴射されると同時に、ウェハ表面まで母材（マトリックス）を貫通するように噴射される材料の能力が最適化する属性、又は、（ｂ）吐出材料を受容していない粒子材料を溶解及び除去するための後続の化学的エッチング又は同様な処理の能力が最適化する属性、一実施形態では、略０．０１マイクロメートルと略４マイクロメートルとの間の範囲の寸法の固体粒子材料が、上述の望ましい特性を提供すると予想される。しかしながら、別の実施形態では、多孔質粒子材料も同様に利用可能である。
【００１７】
本発明の一実施形態では、表面の全体又は一部に粒子材料を堆積した後に、当該表面が溶媒系基材でインクジェットパターン印刷される。溶媒系基材は、局所的に貫通し、粒子材料を印刷されたパターンに凝集するが、パターンの外側には貫通かつ凝集しない。印刷及び必要に応じて焼成の後に、表面は化学的にエッチングされるか、同様に処理され、溶媒材料によって凝集されなかった領域内の粒子材料を除去する。粒子層の追加的実施形態としては、（ａ）更なる硬化の際に多孔質層へと変化するゾル−ゲルなどの連続層の堆積、又は（ｂ）下に位置する層の表面を、堆積の際にそれが多孔質であるように変化させる工程が挙げられるが、これに限定されない。一実施形態では、加熱などの次の処理が用いられる場合、印刷された材料がにじみ、解像度が低減する可能性があるために、高粘度を有する溶媒の使用は有効でない。
【００１８】
太陽電池は、基板上に多孔質層を形成し、この多孔質層の１以上の領域の内に溶液を分配し、この基板を加熱することによって製造され得る。例えば、図１は、本発明の一実施形態による太陽電池の製造方法における操作を表すフローチャート１００を示す。図２Ａ〜２Ｆは、本発明の実施形態による、フローチャート１００の操作に対応する、太陽電池の製造における様々な工程を示す断面図である。
【００１９】
フローチャート１００の操作１０２、及び、対応する図２Ａを参照すると、太陽電池の製造方法は、基板２００の表面に多孔質層２０２を形成する工程を含む。本発明の実施形態によると、多孔質層２０２は、複数の粒子２０４及び複数の空隙２０６を含む。一実施形態では、複数の粒子２０４は、金属を含まない又は本質的に金属を含まない、若しくは、金属汚染物を含まない。一実施形態では、複数の空隙２０６の空隙寸法は、略０．５〜１０マイクロメートルの範囲とする。一実施形態では、多孔質層２０２の多孔率は、略３０〜６５％の範囲とする。一実施形態では、基板２００の表面に多孔質層２０２を形成する工程は、複数の空隙２０６のそれぞれが溶液を受容し、下記に説明するように溶液の横方向への拡散を制限するのに適した寸法を有するように、複数の空隙２０６を形成することを含む。このような制限に用いられる機構としては、毛管現象によるものであり得るが、これに限定されない。基板２００は、グローバル太陽電池基板上に設けられた多結晶シリコン層などの層でもよいことが理解されるべきである。
【００２０】
複数の粒子２０４の粒子は、静電力によって基板２００の表面に保持され得る。例えば、本発明の一実施形態によると、複数の粒子２０４の粒子は、基板２００上に静電界を誘起することによって、基板２００の表面に保持される。静電界を利用して、粒子を基板２００に転送してもよい。粉末ペンキとレーザープリンターの両方で共通の処理過程が用いられてもよい。例えば、一実施形態では、複数の粒子２０４の粒子を基板２００に対して定位置に保持するために表面張力が用いられる。一実施形態では、多孔質層２０２は固体であり、多孔質層２０２を形成する工程は、複数の粒子２０４及び溶媒の混合物を供給することを含む。次いで、混合物から溶媒が蒸発させて多孔質層２０２を提供する。一実施形態では、基板２００の上面などの基板２００の表面の全領域が、多孔質層２０２で覆われる。しかしながら、別の実施形態では、例えば処理コストを減らすために、基板２００の表面の一部の領域が覆われる。
【００２１】
本発明の一実施形態によると、基板２０４上に多孔質層２０２を形成する工程は、基板２００の表面の凹凸と対応した形状を有する多孔質層２０２を形成する工程を含む。一実施形態では、基板２００の上面などの基板２００の表面の二乗平均平方根で表される表面の凹凸は、略２０〜３０マイクロメートルの範囲とする。一実施形態では、多孔質層２０２の厚さは、略０．５〜２０マイクロメートルの範囲とする。印刷解像度のための横方向への拡散の厚さの制御として多孔質層２０２内の液体又は溶液の横方向への拡散を抑制する効果と、ドーパント溶液が、例えば多孔質層２０２の底部に到達するような、基板２００の表面に到達することを可能にするのに十分に薄い層内の垂直方向への拡散効果との間で、平衡がとられ得ることが理解されるべきである。
【００２２】
フローチャート１００の操作１０４、及び対応する図２Ｂを参照すると、太陽電池を製造する方法は、溶液２０８を多孔質層の１以上の領域に分配し、パターニングされた複合層２１０を提供することを更に含む。
【００２３】
本発明の一実施形態によると、溶液２０８を分配する工程は、インクジェット処理を用いることを含む。しかしながら、他の実施形態は、限定されないが、ワイプ式処理又はスプレー式処理を用いることを含む。一実施形態では、インクジェット処理を用いる場合、多孔質層２０２に対して低粘度を有する（又は多孔質２０２用の媒質のような）液体を使用することが好ましい。高粘度の液体を使用すると、滲みが生じることがあり、解像度減少又は後続の加熱操作における限定された領域となる可能性がある。一実施形態では、溶液２０８を分配する工程は、インクジェット処理を用いることを含み、溶液２０８の粘度は、略１０センチポアズである液体として分配される。一実施形態では、溶液２０８を分配する工程は、基板２００に対してドープするべき電荷キャリア不純物原子のドーパント源を有する溶液を分配することを含む。一実施形態では、電荷キャリア不純物原子のドーパント源としては、（例えば、シリコン基板に対して）Ｎ型電荷キャリア不純物原子が挙げられる。一実施形態では、電荷キャリア不純物原子のドーパント源としては、（例えば、シリコン基板に対して）Ｐ型電荷キャリア不純物原子が挙げられる。一実施形態では、同一のドーパントの異なるレベルが用いられ、処理過程が数回繰り返される。一実施形態では、Ｎドーパント及びＰドーパントが共堆積される。一実施形態では、溶液２０８の分配の前又は後に、第２のドーパントが異なるソースから供給される（例えば、第２のドーパントは、ＡＰＣＶＤなどの別個の堆積層内に含まれる）ので、ただ本明細書に記載された方法などの印刷技術では、１つのドーパント源のみが得られる。
【００２４】
図２Ｃを参照すると、任意の実施形態では、溶液２０８を分配する工程は、基板２００に対してドープするべき電荷キャリア不純物原子のドーパント源を含む溶液を分配することを含む。このような実施形態の１つでは、ドーパント源は、シリコン原子に対するＮ型ドーパント源であり、該方法は、二重にパターニングされた複合層２１４を提供するべく、多孔質層２０２の他の１以上の領域に第２の溶液２１２を分配する工程を更に備える。このような実施形態では、第２の溶液を分配することは、基板２００用の電荷キャリア不純物原子のＰ型ドーパント源を有する溶液を分配することを含む。別のこのような実施形態では、ドーパント源はシリコン原子に対するＰ型ドーパント源であり、該方法は、二重にパターニングされた複合層２１４を提供するべく、多孔質層２０２の他の１以上の領域に第２の溶液２１２を分配する工程を更に含む。このような実施形態では、第２の溶液を分配する工程は、基板２００に対してドープするべき電荷キャリア不純物原子のＮ型ドーパント源を含む溶液を分配することを含む。他の実施形態では、１以上の溶液を、多孔質層２０２の異なる領域に分配してもよく、これら１以上の溶液は、ドーパント濃度が互いに異なっている。別の実施形態では、図示されていないが、異なる領域間に空間が存在しない、例えば、第１の溶液２０８から形成された領域と第２の溶液２１２から形成された領域の間にスペースが生じないような、二重パターニングされた複合層２１４を提供するべく、加熱及び印刷の組み合わせが用いられる。
【００２５】
図２Ｄを参照すると、任意の実施形態では、太陽電池の製造方法は、溶液２０８又は溶液２０８及び２１２が分配される１以上の領域を除く多孔質層２０２の全ての部分をエッチングする工程を更に含む。このエッチングする工程は、基板２００の領域を露出させ、エッチングされた複合層２１６を提供する。本発明の実施形態によると、エッチングする工程は、多孔質層２０２と、溶液２０８又は溶液２０８及び溶液２１２が分配される１以上の領域との間のエッチング選択比に基づいて行われる。一実施形態では、このエッチング選択比は、多孔率又は組成などのパラメータに基づくが、これに限定されない。別の実施形態では、エッチング以外の除去技術が、複合層２１６を提供するために用いられる。別の実施形態では、異なる領域間にスペースが存在しない二重にパターニングされた複合層２１４を提供するべく、加熱及び印刷の組み合わせが用いられる場合、エッチング工程は適切でない場合がある。
【００２６】
フローチャート１００の操作１０６、及び対応する図２Ｅを参照すると、太陽電池の製造方法は、基板２００を加熱することを更に含む。本発明の一実施形態によると、基板２００を加熱する工程は、ドーパント源のＮ型ドーパントなどの電荷キャリア不純物原子を、基板２００の内部に向けてドライブインさせ、領域２１８を形成することを含む。一実施形態では、基板２００を加熱する工程は、例えばＰ型ドーパント源からの第２の溶液の電荷キャリア不純物原子を、基板２００の内部に向けてドライブインさせ、領域２２０を形成することを更に含む。しかしながら、別の一実施形態では、溶液２０８（及び、使用される場合は第２の溶液２１２）はドープされず又は本質的にドーパントを含まないので、加熱操作の主要な機能は、ドーパントを基板２００の内部に向けてドライブインさせることではない。
【００２７】
本発明の別の実施形態によると、基板２００を加熱する工程は、図４と関連付けて以下により詳細に説明されるように、多孔質層２０２の残存部分を固化させる。一実施形態では、ドーパント原子は、後の操作で基板２００の内部に向けてドライブインされる。すなわち、第１の加熱工程は、第１の溶液２０８及び第２の溶液２１２を含む多孔質層２０２の部分を固化させるために先ず用いられ、これを母材と称する場合がある。続いて、第２の加熱操作が実行され、ドーパントを基板２００の内部に向けてドライブインさせる。特定の実施形態では、第１の加熱工程の主な目的は、溶液２０８（及び２１２）が基板２００表面と接触した状態の部分の母材を固化させることであり、この固体を母材の領域（例えば、溶液を受容していない多孔質層２０２の領域は除く）内でのみ固化させる。一実施形態では、加熱工程では、溶液を有さない多孔質層２０２の部分を部分的に固化させるが、後の印刷のために又は多孔質層から離れてエッチングする工程の選択を可能にするために、少なくとも幾分かの空隙率が保持される。特定の一実施形態では、基板２００が母材を固化するべく加熱され、次いで多孔質層を除去するためにエッチングが実行され、最後に、基板２００が加熱され、次いでドーパント不純物原子を基板２００の内部に向けてドライブインさせるべく加熱する。別の特定の実施形態では、基板２００が母材を固化するよう加熱され、多孔質層２０２の残存部分が後続の処理過程のために保持される。別の特定の実施形態では、基板２００が処理され、固化するべく再度加熱される、又は、固化とドーパントのドライブインを同時に行うべく加熱される。別の特定の実施形態では、ドーパントのドライブイン、及び、多孔質層２０２の残存部分の除去又は多孔質層２０２の残存部分をエッチングするために、基板２００が加熱される。
【００２８】
図２Ｆを参照すると、１つの任意の一実施形態では、太陽電池の製造方法は、例えば、エッチングされた複合層２１６を除去する工程のような、多孔質層２０２の全ての残存部分を除去する工程を更に含む。一実施形態では、多孔質層２０２の残存部分は、ドライエッチング処理で除去される。別の実施形態では、多孔質層２０２の残存部分は、湿式エッチング処理で除去される。一実施形態では、乾式又は湿式エッチング処理は、機械的に補助される。
【００２９】
太陽電池を更に又は完全に製造するために、上記の方法は、図２Ｆから、ドープされた領域２１８及び２２０の上部に金属コンタクトを形成することを更に含む。一実施形態では、完成した太陽電池は、バックコンタクト型の太陽電池である。このような実施形態では、Ｎ型ドープ領域２１８及びＰ型ドープ領域２２０は、活性領域である。導電性コンタクトが、活性領域と接続されてもよく、誘電性材料で構成され得る分離領域によって互いに分離されてもよい。一実施形態では、太陽電池はバックコンタクト型太陽電池であり、太陽電池の不規則にテクスチャ化された表面などの受光面に設けられた抗反射被覆層を更に含む。一実施形態では、図４と関連付けて以下に記載されるように、この操作が実行されない場合もあり、固化された材料が基板２００上に保持され得ることに注意されたい。
【００３０】
本発明の別の態様では、基板上に多孔質層を形成し、溶液を多孔質層の１以上の領域に分配することによって、太陽電池が製造され、この溶液は、基板に対する電荷キャリア不純物原子のドーパント源を含む。例えば、図３は、本発明の一実施形態による太陽電池の製造方法における操作を表すフローチャート３００を示す。図２Ａ〜２Ｆは、本発明の一実施形態による、フローチャート３００の操作に対応する太陽電池の製造における種々の段階を示す断面図である。
【００３１】
フローチャート３００の操作３０２及び対応する図２Ａを参照すると、太陽電池の製造方法は、フローチャート１００の操作１０２と同様に、基板２００の表面に多孔質層２０２を形成する工程を含む。一実施形態では、多孔質層２０２は、複数の粒子２０４及び複数の空隙２０６を含む。一実施形態では、多孔質層２０２を基板２００の表面に形成する工程は、複数の空隙２０６のそれぞれが、溶液を受容し、溶液の横方向への拡散を制限するのに適した寸法を有するように、複数の空隙を形成することを含む。一実施形態では、基板２００上に多孔質層２０２を形成する工程は、基板２０２の表面の凹凸と対応した形状を有する多孔質層２０２を形成することを含む。このような実施形態では、多孔質層２０２の厚さは、略０．５〜２０マイクロメートルの範囲とする。一実施形態では、多孔質層２０２は固体であり、多孔質層２０２を形成する工程は、複数の粒子２０４及び溶媒の混合物を供給し、続いて溶媒を蒸発させて、混合物から多孔質層２０２を提供することを含む。
【００３２】
フローチャート３００の操作３０４及び対応する図２Ｂを参照すると、太陽電池の製造方法は、パターニングされた複合層２１０を提供するべく、多孔質層の１以上の領域に溶液２０８を分配する工程を更に含み、溶液２０８は、基板２００に対してドープするべき電荷キャリア不純物原子のドーパント源を含む。一実施形態では、溶液２０８を分配する工程は、インクジェット処理を用いることを含む。このような実施形態では、溶液２０８の粘度は、略１０センチポアズである液体として分配される。一実施形態では、溶液２０８は、シリコン基板に対する電荷キャリア不純物原子のドーパント源を含む。例えば、一実施形態では、電荷キャリア不純物原子は、限定されるものではないが、リン・ドーパントなどのＮ型ドーパントである。別の実施形態では、電荷キャリア不純物原子は、限定されるものではないがホウ素ドーパントなどのＰ型ドーパントである。
【００３３】
図２Ｃを参照すると、任意の一実施形態では、上記ドーパントはシリコン原子に対するＮ型ドーパント源であり、該方法は、第２の溶液２１２を多孔質層２０２の他の１以上の領域に分配して、二重にパターニングされた複合層２１４を提供することを更に含む。一実施形態では、第２の溶液２１２を分配する工程は、基板２００に対してドープするべき電荷キャリア不純物原子のＰ型ドーパント源を有する溶液を分配することを含む。一実施形態では、溶液２０８を分配する工程及び第２の溶液２１２を分配する工程は、溶液２０８及び第２の溶液２１２の両方を、多孔質層２０２を印刷するシングルパスで分配することを含む。一実施形態では、溶液２０８を分配する工程及び第２の溶液２１２を分配する工程は、多孔質層２０２の第１のパス(pass)で溶液２０８（または第２の溶液２１２）を分配し、多孔質層２０２の第１のパスとは異なる第２のパスで第２の溶液２１２（または溶液２０８）を分配することを含む。
【００３４】
図２Ｄを参照すると、任意の一実施形態では、基板２００の領域を露出させるべく、溶液２０８（および、必要に応じて第２の溶液２１２）が分配される１以上の領域を除く多孔質層２０２の全ての部分がエッチングされ、このエッチング工程は、多孔質層２０２と溶液２０８（および、必要に応じて第２の溶液２１２）が分配される１以上の領域とのエッチング選択比に基づいて行われる。
【００３５】
図２Ｅを参照すると、任意の一実施形態では、太陽電池を製造する方法は、基板２００を加熱する工程を更に含む。図２Ｆを参照すると、任意の一実施形態では、多孔質層２０２の全ての残存部分が除去される。太陽電池の更なる又は完全な製造のために、上記方法は、図２Ｆからのドープされた領域２１８及び２２０の上部に金属接点を形成する工程を更に含むことも可能である。
【００３６】
図１〜３の上記実施形態に関して記載されたように、多孔質層は、太陽電池の基板上に保持される、又は、次の段階において除去されてもよい。しかしながら、太陽電池構造は、一連の処理の結果として、このような多孔質層を最終的に保持する、又は、少なくとも一時的に含有し得る。一例として、図４は、本発明の一実施形態による太陽電池の基板の断面図を図示し、この基板は、多孔質層を有する。
【００３７】
図４を参照すると、太陽電池は、基板４００を含む。固化された多孔質層４０２は、基板４００の表面に設けられる。固化された多孔質層４０２は、複数の粒子４０４及び複数の空隙４０６を含む。本発明の一実施形態によると、固化された多孔質層４０２の部分は、太陽電池を製造するために用いられた処理では除去されず、基板４００の表面、若しくはグローバル基板の上の層又は積層上に人工物としてそのまま残る。
【００３８】
以上、太陽電池の製造方法が開示された。本発明の一実施形態によると、太陽電池の製造方法は、基板の表面に多孔質層を形成する工程を含み、この多孔質層は、複数の粒子及び複数の空隙を含む。この方法はまた、パターニングされた複合層を提供するべく、溶液を多孔質層の１以上の領域に分配する工程を含む。この方法はまた、基板を加熱することも含む。一実施形態では、溶液を分配する工程は、基板に対してドープするべく、電荷キャリア不純物原子のドーパント源を有する溶液を分配することを含む。特定の実施形態では、基板を加熱する工程は、電荷キャリア不純物原子をドーパント源から基板の内部に向けてドライブインさせることを含む。
［項目１］
太陽電池の製造方法であって、
基板の表面に複数の粒子及び複数の空隙を含む多孔質層を形成する工程と、
前記多孔質層の１以上の領域に溶液を分配し、パターニングされた複合層を提供する工程と、
前記基板を加熱する工程とを備える太陽電池の製造方法。
［項目２］
前記基板を加熱する工程は、前記パターニングされた複合層、前記多孔質層、又はこれらの両者を固化させることを含む項目１に記載の太陽電池の製造方法。
［項目３］
前記溶液を分配する工程は、前記基板に対してドープするべく、電荷キャリア不純物原子のドーパント源を含む溶液を分配することを含む項目１に記載の太陽電池の製造方法。
［項目４］
前記基板を加熱する工程は、前記電荷キャリア不純物原子を前記ドーパント源から前記基板の内部に向けてドライブインさせることを含む項目３に記載の太陽電池の製造方法。
［項目５］
前記ドーパント源は、シリコン原子に対するＮ型ドーパント源であり、
前記方法が、
第２の溶液を前記多孔質層の他の１以上の領域に分配し、二重にパターニングされた複合層を提供することを更に含み、前記第２の溶液が、前記基板に対してドープするべく、電荷キャリア不純物原子のＰ型ドーパント源を含み、
前記基板を加熱する工程は、前記電荷キャリア不純物原子を前記Ｐ型ドーパント源から前記基板の内部に向けてドライブインさせる工程を更に備える項目４に記載の太陽電池の製造方法。
［項目６］
前記多孔質層を前記基板の前記表面に形成する工程は、前記複数の空隙のそれぞれが、前記基板の前記表面に前記溶液を受容し、前記溶液の横方向への拡散を制限するのに適した寸法を有するように、前記複数の空隙を形成することを含む項目１に記載の太陽電池の製造方法。
［項目７］
前記基板の領域を露出させるべく、前記溶液が分配される前記１以上の領域を除く前記多孔質層の全ての部分をエッチングする工程を更に備え、
前記エッチングする工程は、前記多孔質層と、前記溶液が分配される前記１以上の領域との間のエッチング選択比に基づいて行われる項目１に記載の太陽電池の製造方法。
［項目８］
前記溶液を分配する工程は、インクジェット処理を用いることを含む項目１に記載の太陽電池の製造方法。
［項目９］
前記溶液の粘度は、略１０センチポアズである項目８に記載の太陽電池の製造方法。
［項目１０］
前記多孔質層を前記基板の表面に形成する工程は、
前記基板の表面の凹凸と対応した形状を有する多孔質層を形成することを含み、前記多孔質層の厚みは、０．５〜２０ミクロンの範囲とする項目１に記載の太陽電池の製造方法。
［項目１１］
前記多孔質層が固体であり、
前記多孔質層を形成する工程は、
前記複数の粒子及び溶媒の混合物を供給する工程と、
前記溶媒を蒸発させて、前記混合物から前記多孔質層を提供する工程を含む項目１に記載の太陽電池の製造方法。
［項目１２］
太陽電池の製造方法であって、
基板の表面に複数の粒子及び複数の空隙を含む多孔質層を形成する工程と、
前記基板に対してドープするべく、電荷キャリア不純物原子のドーパント源を含む溶液を、前記多孔質層の１以上の領域に分配して、パターニングされた複合層を提供する工程と、を備える太陽電池の製造方法。
［項目１３］
前記ドーパント源は、シリコンに対するＮ型ドーパント源であり、
前記方法は、
二重にパターニングされた複合層を提供するべく、前記多孔質層の他の１以上の領域に第２の溶液を分配する工程を更に備え、
前記第２の溶液を分配する工程は、前記基板に対してドープするべき電荷キャリア不純物原子のＰ型ドーパント源を含む第２の溶液を分配することを含む項目１２に記載の太陽電池の製造方法。
［項目１４］
前記溶液を分配する工程及び前記第２の溶液を分配する工程は、前記溶液及び前記第２の溶液の両方を、前記多孔質層を分配するシングルパスで分配することを含む項目１３に記載の太陽電池の製造方法。
［項目１５］
前記溶液を分配する工程及び前記第２の溶液を分配する工程は、前記多孔質層の第１のパスで前記溶液を分配し、前記多孔質層の前記第１のパスとは異なる第２のパスで前記第２の溶液を分配することを含む項目１３に記載の太陽電池の製造方法。
［項目１６］
前記多孔質層を前記基板の前記表面に形成する工程は、前記複数の空隙のそれぞれが、前記基板の前記表面に前記溶液を受容し、前記溶液の横方向への拡散を制限するのに適した寸法を有するように、前記複数の空隙を形成することを含む項目１２に記載の太陽電池の製造方法。
［項目１７］
前記基板の領域を露出させるべく、前記溶液が分配される前記１以上の領域を除く前記多孔質層の全ての部分をエッチングする工程を更に備え、
前記エッチングする工程は、前記多孔質層と、前記溶液が分配される前記１以上の領域との間のエッチング選択比に基づいて行われる項目１２に記載の太陽電池の製造方法。
［項目１８］
前記溶液を分配する工程は、インクジェット処理を用いることを含む、
項目１２に記載の太陽電池の製造方法。
［項目１９］
前記溶液の粘度は、略１０センチポアズである項目１８に記載の太陽電池の製造方法。
［項目２０］
前記多孔質層を前記基板の表面に形成する工程は、
前記基板の表面の凹凸と対応した形状を有する多孔質層を形成することを含み、前記多孔質層の厚みは、０．５〜２０ミクロンの範囲とする項目１２に記載の太陽電池の製造方法。
［項目２１］
前記多孔質層は固体であり、
前記多孔質層を形成する工程は、
前記複数の粒子及び溶媒の混合物を供給する工程と、
前記溶媒を蒸発させて、前記混合物から前記多孔質層を提供する工程とを含む項目１２に記載の太陽電池の製造方法。
［項目２２］
基板と、
前記基板の表面に設けられた、複数の粒子及び複数の空隙を含む固化した多孔質層とを備える太陽電池。
【図１】
0005956443.tif 000002
【図２Ａ】
0005956443.tif 000003
【図２Ｂ】
0005956443.tif 000004
【図２Ｃ】
0005956443.tif 000005
【図２Ｄ】
0005956443.tif 000006
【図２Ｅ】
0005956443.tif 000007
【図２Ｆ】
0005956443.tif 000008
【図３】
0005956443.tif 000009
【図４】
0005956443.tif 000010