(57)【要約】  本開示は、一方向の電流を促進するように構成された構造を備えている半導体デバイスにおいてＴＣＯ材料の表面部分を処理するための方法を提供する。本方法を実施するために、ＴＣＯの表面部分が電解液に曝露され、電流がデバイスに誘導される。この電流は、曝露された表面部分への金属材料の付着が、曝露されていない表面部分への金属材料の付着に対して改善されるようなやり方で、ＴＣＯ材料を還元することを可能にする。
2019512868.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方向の電流を促進するように構成された構造を備えている半導体デバイスにおいてＴＣＯ材料の表面部分を処理するための方法であって、
前記ＴＣＯ材料の前記表面部分を、前記ＴＣＯ材料の一領域を通って電流が誘導されたときに前記ＴＣＯ材料の一部を電気化学的に還元するために適した電解液に曝露するステップと、
前記ＴＣＯ材料に電流を誘導するステップと
を含んでおり、
前記誘導された電流によって前記ＴＣＯ材料を還元し、前記曝露された表面部分への金属材料の付着を曝露されていない表面部分への前記金属材料の付着よりも改善するようなやり方で実行される方法。
【請求項２】
前記一方向の電流を促進するように構成された構造は、光吸収層と、少なくとも１つの担体選択層とを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記一方向の電流を促進するように構成された構造は、ｐ−ｎ接合を含み、前記ＴＣＯ材料に電流を誘導するステップは、前記ｐ−ｎ接合をバイアスするステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記半導体デバイスへと電極要素を電気的に相互接続し、前記電極要素を前記電解液に接触するように配置された湿潤電極へと電気的に相互接続するステップをさらに含み、前記誘導された電流が、前記電解液と、前記半導体デバイスと、前記ＴＣＯ材料と、前記電極要素と、前記湿潤電極とを含む電気回路を通って流れることができる、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記ＴＣＯ材料は、前記半導体デバイスのｎ型またはｐ型領域上の連続的な層として配置され、前記誘導された電流は、前記層を横切る方向に流れる、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記ＴＣＯ材料は、前記半導体デバイスのｎ型領域上の連続的な層として配置され、前記ＴＣＯ材料に電流を誘導するステップは、前記半導体デバイスの一部分を電磁放射線へと曝露して、光によって生成される電流を誘導するステップを含む、請求項４または５に記載の方法。
【請求項７】
前記誘導された電流の特性を変調することによって前記ＴＣＯ層の前記表面の構造的または電気的特性を制御するステップをさらに含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記誘導された電流の特性は、前記誘導された電流の大きさであり、前記放射線の強度を変調することによって変調させられる、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記半導体デバイスと前記電解液中の電極との間に電圧を印加するステップをさらに含み、前記印加電圧は、前記ｐ−ｎ接合における前記電磁放射線によって引き起こされる電圧低下を減少させるような電圧である、請求項６〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記ＴＣＯ材料は、前記半導体デバイスのｐ型領域上の連続的な層として配置され、前記ＴＣＯ材料に電流を誘導するステップは、前記半導体デバイスと前記電解液中の電極との間に電圧を印加するステップを含み、前記印加電圧は、前記ｐ−ｎ接合を順方向にバイアスするような電圧である、請求項４または５に記載の方法。
【請求項１１】
前記印加電圧の特性を変調することによって前記ＴＣＯ層の前記表面の構造的または電気的特性を制御するステップをさらに含む、請求項９または１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記半導体デバイスは、前記電磁放射線に対して少なくとも半透明な電極要素を備え、前記電圧は、前記電極要素を介して印加される、請求項９〜１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記方法の実行中に前記ＴＣＯ材料がエッチングされるようなやり方で実行される、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記方法の実行中に前記表面における前記ＴＣＯ材料中の金属元素の濃度が高まるようなやり方で実行される、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記方法の実行後に前記曝露された部分の粗さが大きくなるようなやり方で実行される、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
処理後の前記ＴＣＯ材料の前記表面の特性に影響を及ぼすように前記電解液の特性を選択するステップをさらに含む、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
前記ＴＣＯ材料の前記表面を電解液に曝露する前に、前記電解液へと曝露される前記ＴＣＯ材料のパターン状の表面を定めるように前記ＴＣＯ材料上にマスクを形成するステップ
をさらに含む、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
前記電解液は、Ｈ２ＳＯ４を含む、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
前記電解液におけるＨ２ＳＯ４の重量濃度は、０．１％〜１０％の間である、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記電解液は、Ｈ２ＳＯ４およびＮａ２ＳＯ４を含む、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２１】
前記電解液におけるＨ２ＳＯ４の重量濃度は、０．１％〜１０％の間であり、前記電解液におけるＮａ２ＳＯ４の重量濃度は、０．０５％〜０．２５％の間である、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記方法の実行中に前記ＴＣＯ材料へと移される電荷の総量が、１ｍＣ／ｃｍ２〜５０ｍＣ／ｃｍ２の間に含まれる、請求項１〜２１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２３】
前記方法の実行中に前記ＴＣＯ材料へと移される電荷の総量が、１５ｍＣ／ｃｍ２〜２５ｍＣ／ｃｍ２の間に含まれる、請求項１〜２２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２４】
前記ＴＣＯ材料の前記表面へと金属をめっきするステップをさらに含む、請求項１〜２３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２５】
前記ＴＣＯ材料の前記表面へと金属をめっきするステップは、電界誘導めっき、光誘導めっき、または電気めっきによって実行される、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記曝露、誘導、およびめっきするステップは、前記ＴＣＯ材料への前記金属の付着が、前記方法による処理が行われていないＴＣＯ材料への前記金属の付着よりも強くなるようなやり方で実行される、請求項２４または２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記ＴＣＯ材料への前記金属の付着は、バスバー引張試験機によって測定したとき、バスバーの幅１ｍｍにつき０．５Ｎよりも強い、請求項２４〜２６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２８】
前記ＴＣＯ材料に付着した前記金属のフィンガを、前記ＴＣＯ材料の前記表面に沿って前記フィンガに向かって前記フィンガを横切る方向に移動するスタイラスを使用して浮き上がらせるために必要な力が、少なくとも３０μｍの幅および少なくとも８μｍの高さを有するフィンガにおいて少なくとも１Ｎである、請求項２４〜２７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２９】
前記力は、１Ｎ〜３Ｎの間に含まれる、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
ｐ−ｎ接合を含む半導体デバイスにおいてＴＣＯ材料に金属材料をめっきするための方法であって、
前記ＴＣＯ材料の表面を、前記ＴＣＯ材料の一領域を通って電流が誘導されたときに前記ＴＣＯ材料を電気化学的に還元するために適した電解液に曝露するステップと、
前記ｐ−ｎ接合をバイアスすることによって前記ＴＣＯ材料に電流を誘導するステップと、
前記曝露された表面への前記金属材料の付着を改善するようなやり方で、前記電流および前記電解液によって前記ＴＣＯ材料の前記表面を還元することを許容するステップと、
前記金属材料を前記ＴＣＯ材料の前記表面へとめっきするステップと
を含む方法。
【請求項３１】
前記ＴＣＯ材料は、インジウムスズ酸化物を含み、ＳｎＯ２の一部が、前記方法の実行中にＳｎＯへと還元される、請求項１〜３０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３２】
前記ＴＣＯ材料は、インジウムスズ酸化物を含み、ＳｎＯの一部が、前記方法の実行中にＳｎへとさらに還元される、請求項１〜３１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３３】
前記半導体デバイスは、シリコン太陽電池である、請求項１〜３２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３４】
電解液の収容に適した槽と、請求項１〜３３のいずれか一項に記載の方法の実行に適した電気設備とを備える製造装置。
【請求項３５】
ｐ−ｎ接合と、
少なくとも１つのＩＴＯ層と、
前記ＩＴＯ層上に堆積させられた少なくとも１つの金属接点と
を備え、
前記ＩＴＯ層は、５０ｎｍ〜１００ｎｍの間に含まれる厚さを有し、前記ＩＴＯ層への前記金属接点の付着を改善するために請求項１〜３３のいずれか一項に記載の方法によって処理されている、光電池。
【請求項３６】
前記ＩＴＯ層は、Ｉｎ２Ｏ３およびＳｎＯ２を含み、前記ＩＴＯ層におけるＳｎＯ２の濃度は、５％〜２０％の間に含まれる、請求項３５に記載の光電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広くには、半導体デバイスの製造の分野に関し、とくには、半導体デバイスにおける透明導電性酸化物（ＴＣＯ）材料の表面を処理するための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスは、多くの場合に、デバイスと他の外部の構成要素との間の電気的接触を生み出すために使用することができる金属要素を有する。金属要素は、半導体デバイスの種々の部分を相互接続するためにも使用することができる。
【０００３】
例えば、太陽電池は、光によって生成された電荷担体を電流としてデバイスから取り出すことを可能にする金属電極を有する。これらの金属電極を、バスバーによって相互接続された金属フィンガの格子など、パターン状の金属構造物で構成でき、あるいは全面の金属層で構成することができる。パターン状の構造物は、通常は、太陽電池の表面のうち、太陽光に曝される１つ以上の表面において使用される。
【０００４】
電気化学金属めっきが、金属電極を形成するために、太陽電池の表面に金属材料を堆積させるために使用される実行可能な選択肢である。例えば、両面ヘテロ接合太陽電池を製造するために、太陽電池の両側に配置されたＴＣＯ層上に金属電極を形成しなければならない。これらのＴＣＯ層は、一般に、太陽電池のｐ型水素化非晶質シリコン層およびｎ型水素化非晶質シリコン層上に堆積させたインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）で構成される。
【０００５】
太陽電池の製造に使用される有力な金属である銀は、最も高価な金属の１つである。したがって、銀をより安価な金属で置き換えることによって、太陽電池の製造コストを大幅に下げることができる。しかしながら、電気化学的方法によるＩＴＯへの金属電極の形成は、ＩＴＯへの金属の付着の問題ゆえに、困難な課題であることが判明している。この問題は、銅電極に関してとくに顕著である。ＩＴＯ層へのパターン状のめっきによる銅電極の付着は、ＩＴＯに直接めっきされた銅がめっき後またはマスクの除去時に剥離することが判明しているため、良好でないことが明らかになっている。この乏しい付着は、高い直列抵抗に起因して、太陽電池の電気的性能を低下させる。銅電極がＩＴＯから剥離する場合、構造上の問題も生じ得る。
【０００６】
ＩＴＯへとめっきによる銅電極を形成するための方法であって、上述の付着の問題を緩和する方法を有することが、有益であると考えられる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の態様によれば、本発明は、一方向の電流を促進するように構成された構造を備えている半導体デバイスにおいてＴＣＯ材料の表面部分を処理するための方法を提供し、この方法は、
ＴＣＯ材料の表面部分を、ＴＣＯ材料の一領域を通って電流が誘導されたときにＴＣＯ材料の一部を電気化学的に還元するために適した電解液に曝露するステップと、
ＴＣＯ材料に電流を誘導するステップと
を含み、
誘導された電流によってＴＣＯ材料を還元し、曝露された表面部分への金属材料の付着を曝露されていない表面部分への金属材料の付着よりも改善するようなやり方で実行される。
【０００８】
いくつかの実施形態において、一方向の電流を促進するように構成された構造は、光吸収層と、少なくとも１つの担体選択層とを含む。例えば、この構造は、電子選択膜と正孔選択膜との間に配置された吸収層を備えることができる。
【０００９】
別の実施形態において、一方向の電流を促進するように構成された構造は、ｐ−ｎ接合を含む。ＴＣＯ材料に電流を誘導するステップは、例えばｐ−ｎ接合を「バイアスする」ことによって半導体デバイスにおいて電流を生成することからなってよい。ｐ−ｎ接合を、ｐ−ｎ接合を放射線に曝露すること、またはｐ−ｎ接合をまたいで電圧を印加することによって、バイアスすることができる。
【００１０】
いくつかの実施形態において、この方法は、半導体デバイスへと電極要素を電気的に相互接続するステップをさらに含む。さらに、湿潤電極を、誘導された電流が電解液、半導体デバイス、ＴＣＯ材料、電極要素、および湿潤電極を含む電気回路を通って流れることができるように、電解液内に配置することができる。
【００１１】
この方法が実行されている間、デバイスの少なくとも一部分は、電解液の外に置かれる。
【００１２】
いくつかの実施形態において、ＴＣＯ材料は、半導体デバイスのｎ型またはｐ型領域上の連続的な層として配置され、誘導された電流は、この層を横切る方向に流れる。
【００１３】
好都合なことに、これは、層の全域にわたってＴＣＯの付着特性のより良好な均一性を提供する。
【００１４】
ＴＣＯ材料を、半導体デバイスのｎ型領域上の連続的な層として配置でき、電流を、半導体デバイスの一部分を電磁放射線へと曝露することによって誘導することができる。
【００１５】
いくつかの実施形態においては、ｐ−ｎ接合における電磁放射線によって引き起こされる電圧低下を減少させるために、半導体デバイスと電解液中の湿潤電極との間に電圧が印加される。
【００１６】
好都合には、この印加電圧を、放射線によって生じたｐ−ｎ接合の自己バイアスを補償し、電流を促進するために使用することができる。
【００１７】
誘導される電流の大きさなどの特性を変調することによって、ＴＣＯ層の表面の１つ以上の構造的または電気的特性を制御することができる。これを、放射線または印加電圧の強度を変調することによって行うことができる。
【００１８】
あるいは、ＴＣＯ材料を、半導体デバイスのｐ型領域上の連続的な層として配置でき、電流を、電極要素を使用して接合に順方向のバイアス電圧を印加することによって誘導することができる。
【００１９】
印加電圧の大きさなどの特性を変調することによって、ＴＣＯ層の表面の１つ以上の構造的または電気的特性を制御することができる。
【００２０】
いくつかの実施形態において、この方法は、この方法の実行中にＴＣＯ材料がエッチングされるようなやり方で実行される。この方法が実行されている間に、表面におけるＴＣＯ材料中の金属元素の濃度も増加し得る。いくつかの場合には、曝露された部分の粗さも増加し得る。
【００２１】
電解液の１つ以上の特性を、処理後のＴＣＯ材料の表面の特性に影響を及ぼすように意図的に選択することができる。
【００２２】
いくつかの実施形態においては、ＴＣＯ材料の表面を電解液に曝露する前に、電解液へと曝露されるパターン状の表面を定めるように、ＴＣＯ材料上にマスクが形成される。
【００２３】
いくつかの実施形態において、電解液は、Ｈ２ＳＯ４を含む。電解液におけるＨ２ＳＯ４の重量濃度は、０．１％〜１０％の間であってよい。電解液は、Ｎａ２ＳＯ４を０．０５％〜０．２５％の重量濃度でさらに含むことができる。
【００２４】
いくつかの実施形態において、処理の全体を通してＴＣＯ材料へと移される電荷の総量は、１ｍＣ／ｃｍ２〜５０ｍＣ／ｃｍ２の間に含まれ、特定の実施形態においては、１５ｍＣ／ｃｍ２〜２５ｍＣ／ｃｍ２の間に含まれる。
【００２５】
いくつかの実施形態において、この方法は、ＴＣＯ材料の表面に金属をめっきするステップを含むことができる。めっきするステップを、電界誘導めっき、光誘導めっき、または電気めっきによって実行することができる。
【００２６】
第１の態様による方法の実行後に、めっきによる金属のＴＣＯへの付着は改善される。
【００２７】
いくつかの実施形態において、ＴＣＯ材料への金属の付着は、バスバー引張試験機によって測定したとき、バスバーの幅１ｍｍにつき０．５Ｎよりも強い。
【００２８】
また、付着を、ＴＣＯ材料に付着した金属のフィンガを、ＴＣＯ材料の表面に沿ってフィンガに向かってフィンガを横切る方向に移動するスタイラスを使用して浮き上がらせるために必要な力を測定することによって、測定することも可能である。この測定技術を使用し、いくつかの実施形態においては、金属フィンガを浮き上がらせるために必要な力が、少なくとも３０μｍの幅および少なくとも８μｍの高さを有するフィンガにおいて少なくとも１Ｎである。
【００２９】
第２の態様によれば、本発明は、ｐ−ｎ接合を含む半導体デバイスにおいてＴＣＯ材料に金属材料をめっきするための方法を提供し、この方法は、
ＴＣＯ材料の表面を、ＴＣＯ材料の一領域を通って電流が誘導されたときにＴＣＯ材料を電気化学的に還元するために適した電解液に曝露するステップと、
ｐ−ｎ接合をバイアスすることによってＴＣＯ材料に電流を誘導するステップと、
曝露された表面への金属材料の付着を改善するようなやり方で、電流および電解液によってＴＣＯ材料の表面を還元することを許容するステップと、
金属材料をＴＣＯ材料の表面へとめっきするステップと
を含む。
【００３０】
ＴＣＯ材料は、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）を含むことができ、ＩＴＯのＳｎＯ２の一部を、この方法の実行中にＳｎＯへと還元することができる。さらに、ＳｎＯの一部を、この方法の実行中にＳｎへと還元することができる。
【００３１】
いくつかの実施形態において、半導体デバイスは、シリコン太陽電池であり、第１または第２の態様の方法は、光によって生成された電荷担体を電流としてデバイスから取り出すことを可能にする金属電極を形成するために使用される。
【００３２】
第３の態様によれば、本発明は、電解液の収容に適した槽と、これまでのクレームのいずれか１つに記載の方法の実行に適した電気設備とを備える製造装置を提供する。
【００３３】
第４の態様によれば、本発明は、
ｐ−ｎ接合と、
少なくとも１つのＩＴＯ層と、
前記ＩＴＯ層上に堆積させられた少なくとも１つの金属接点と
を備え、
ＩＴＯ層は、５０ｎｍ〜１００ｎｍの間に含まれる厚さを有し、ＩＴＯ層への金属接点の付着を改善するために第１の態様の方法によって処理されている、光電池を提供する。
【００３４】
いくつかの実施形態において、ＩＴＯ層は、Ｉｎ２Ｏ３およびＳｎＯ２を含み、ＩＴＯ層におけるＳｎＯ２の濃度は、５％〜２０％の間に含まれる。
【００３５】
本発明の実施形態の利点は、めっきに先立ってＴＣＯに対して実行される前処理プロセスに関する。このプロセスを、ヘテロ接合太陽電池のｎ型領域またはｐ型領域上に堆積させたＴＣＯ層について実行することができる。好都合なことに、この前処理プロセスは、太陽電池を循環する電流によって駆動される。これは、光によって生成される電流であってよく、あるいは太陽電池にバイアス電圧を印加することによって誘導される電流であってよい。この手法は、「前処理電流」を高度の均一性にて制御することを可能にする。
【００３６】
次に、本発明の実施形態を、添付の図面を参照して、あくまでも例として説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】いくつかの実施形態に従ってＴＣＯ材料の表面部分を処理するための工程を概略的に示すフロー図である。
【図２】図１の方法を実行するために使用される装置の概略図である。
【図３】いくつかの実施形態に従ってＴＣＯ材料に金属材料をめっきするための工程を概略的に示すフロー図である。
【図４】いくつかの実施形態に従って処理されたＴＣＯ層を含む太陽電池の概略図である。
【図５】付着試験後の金属フィンガの画像を示している。
【図６】処理前（ａ）および処理後（ｂ）の太陽電池の表面のＳＥＭ画像を示している。
【図７】ＩＴＯ層の処理後の表面の化学的な表面状態の２つの図を示している。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
本発明の実施形態は、ＴＣＯ材料へのいくつかの金属の付着が改善されるように、半導体デバイスにおけるＴＣＯ材料を処理するための方法および装置に関する。また、いくつかの実施形態は、金属の付着を改善するように処理されたＴＣＯ材料に金属をめっきする方法に関する。いくつかの実施形態は、ヘテロ接合太陽電池などのＴＣＯ層を備える光起電デバイスであって、ＴＣＯ層が金属の付着を改善するように処理されている光起電デバイスに関する。
【００３９】
ＴＣＯの処理は、半導体デバイスの一方向の電流を促進するように構成された構造の特性を利用して行われる。
【００４０】
ＴＣＯ材料への直接の機械的接触を必要とするＴＣＯの他の処理方法とは異なり、本明細書に開示される方法および装置においては、処理されるＴＣＯの表面に、もっぱら電解液だけが接触する。さらに、誘導される電流が、処理される表面層を通って横方向に流れる必要がない。代わりに、誘導される電流は、処理される表面を横切って導かれ、したがって均一な付着特性を可能にする。
【００４１】
ここで図１を参照すると、いくつかの実施形態に従ってＴＣＯ材料の表面部分を処理するための工程を概略的に示すフロー図１００が示されている。ステップ１０５において、一方向の電流を促進するように構成された構造を備える半導体デバイスが用意される。太陽電池の場合、この構造は、電子選択膜と正孔選択膜との間に配置された吸収層を備えることができる。あるいは、この構造は、ヘテロ接合太陽電池またはホモ接合太陽電池などにおけるｐ−ｎ接合を備えることができる。
【００４２】
ステップ１１０において、ＴＣＯ材料の表面部分が、電流がＴＣＯ材料の一領域を通って誘導されたときにＴＣＯ材料を電気化学的に還元するために適した電解液に曝される。
【００４３】
ステップ１１５において、半導体デバイスに電流が誘導される。電流を、半導体デバイスにバイアス電圧を印加することによって誘導することができ、あるいは半導体デバイスを放射線に曝すことによって誘導することができる。いくつかの場合には、バイアス電圧および放射線が、同時に印加される。
【００４４】
半導体デバイスが太陽電池である場合、ＴＣＯは、太陽電池のｎ型領域またはｐ型領域上に連続層として配置され得る。本方法が、ｎ型領域上のＴＣＯを処理するために使用される場合、太陽電池を電磁放射線に曝すことによって電流を誘導することができる。いくつかの場合、光によって生成される電流が、ＴＣＯの処理の実行に充分であり得る。他の場合、電流は、放射線によって生じたｐ−ｎ接合の自己バイアスを補償するために太陽電池にバイアス電圧を印加することによって促進される。
【００４５】
本方法を使用してｐ型領域上のＴＣＯを処理する場合、太陽電池内に電流を誘導するために、順方向のバイアス電圧が必要である。
【００４６】
本方法の１つの利点は、誘導された電流が層を横切る方向に流れ、ＴＣＯの露出部分の均一な還元をもたらし、したがって付着の均一性の改善をもたらすことである。とくには、電流は、電解液と、太陽電池と、ＴＣＯ材料とを含む電気回路を通って流れる。これは、図２を参照して次節でさらに詳しく説明される。
【００４７】
電解液、太陽電池、およびＴＣＯ材料を通って流れる電流は、ＴＣＯ材料の還元ならびに還元性の電解液に曝されたＴＣＯの表面部分への銅などのいくつかの金属材料の付着の改善を可能にする。付着は、上述のプロセスによるＴＣＯの処理が行われていない場合の同じＴＣＯへの同じ金属の付着と比べて改善される。
【００４８】
ここで図２を参照すると、図１の方法を実行するために使用される装置２００の概略図が示されている。装置２００は、電解液２０４の収容に適した化学槽２０２を備える。太陽電池２０５のＴＣＯ層２０７の一部分が、電解液２０４へと露出される。太陽電池２０５を、化学槽内の支持体（図示せず）または真空ホルダ（図示せず）を使用して、所定の位置に保持することができる。あるいは、太陽電池２０５を、電解液２０４の表面に浮かべてもよい。
【００４９】
さらに、装置２００は、電解液に沈められた湿潤電極２０６と、湿潤電極２０６と太陽電池２０５に電気的に接触した電極要素２１０との間に電圧を印加するための電源２０８とを備える。装置２００は、太陽電池２０５を放射線に曝すように構成された放射線源２１２を備える。ＴＣＯ層２０７が電解液に曝される一方で、太陽電池２０５の残りの部分は、本方法が実行されている間、乾燥状態に保たれる。
【００５０】
図２の実施形態において、放射線源２１２は、化学槽２０２の底部に配置され、光子２１３が、太陽電池２０５の底面に向かって移動する。
【００５１】
別の実施形態においては、半透明電極を使用してデバイスの上面に接触でき、放射線源２１２を太陽電池２０５の上方に配置することができる。
【００５２】
光によって生成された電流が、電解液２０４と、太陽電池２０５と、ＴＣＯ層２０７と、電極２１０と、湿潤電極２０６とを含む回路を流れる。電流は、ＴＣＯ層２０７を横切って流れ、層の全域にわたってＴＣＯの金属付着特性のより良好な均一性を提供する。
【００５３】
パターン状のマスク２１５が、処理のためにＴＣＯ層２０５の特定の領域を選択するために使用される。マスク２１５を、例えば、フォトレジスト材料を用いて形成することができる。金属を、マスク２１５を介してめっきすることができ、あるいはマスク２１５を、めっき工程の前に除去することができる。
【００５４】
処理が行われている間に、ＴＣＯ層の一部がエッチングされてもよい。処理された部分２１４の金属元素の濃度は、処理の間に上昇する。例えば、ＩＴＯ層の場合、層におけるＳｎＯ２の一部が、まずはＳｎＯに還元され、本方法が充分な時間にわたって実行される場合には、Ｓｎに還元される。ＩＴＯの場合にはスズである金属元素の濃度の上昇は、銅などの他の金属材料のＴＣＯ層への付着を促進する。
【００５５】
電解液２０４は、Ｈ２ＳＯ４を１％の重量濃度で含み、Ｎａ２ＳＯ４を０．１４％の重量濃度で含む。電解液２０４の化学組成を、ＴＣＯ層２０７の最終的な付着特性に影響を及ぼすように変化させることができる。
【００５６】
処理された領域２０７の表面の付着特性および構造特性は、ＴＣＯ材料へと移された電荷の総量に関連する。銅のＩＴＯへのめっきに関して、２２ｍＣ／ｃｍ２の総電荷が、良好な付着特性をもたらすことが明らかになった。しかしながら、ＴＣＯおよびめっきされる材料の性質に応じて、１ｍＣ／ｃｍ２〜５０ｍＣ／ｃｍ２の間に含まれる電荷を使用することができる。
【００５７】
処理された領域２１４の構造的および／または電気的な特性を、光２１３の強度および／または電圧２０８の大きさを変化させることにより、回路を通って流れる電流の大きさを変調することによって制御することも可能である。
【００５８】
ここで図３を参照すると、ＴＣＯ層を処理し、処理後のＴＣＯ層に金属材料をめっきする工程を概略的に示すフロー図３００が示されている。ステップ１０５、１１０、および１１５において、ＴＣＯ材料が、図１を参照して上述したように処理される。３０５において、ＴＣＯを還元する充分な時間が許容される。ステップ３１０において、金属が、処理後の表面へと、電界誘導めっき、光誘導めっき、または電気めっきによってめっきされる。
【００５９】
ここで図４を参照すると、図３の方法を用いて製造されたヘテロ接合太陽電池デバイス４００が示されている。太陽電池４００は、２つの水素化真性非晶質シリコン層４０４の間に配置されたｎ型結晶シリコン基板４０２を用いて形成される。デバイス４００は、ｐ型水素化非晶質シリコン層４０６を一方側に有し、ｎ型水素化非晶質シリコン層４０８を他方側に有する。ＩＴＯ層４１０および４１２が、ｐ型およびｎ型水素化非晶質シリコン層４０６および４０８上に配置される。ＩＴＯ層は、５０ｎｍ〜１００ｎｍの間に含まれる厚さを有し、図１の方法に従って金属の付着を改善するように処理される。
【００６０】
ＩＴＯ層は、接触の機能に加えて、反射防止コーティング（ＡＲＣ）としても使用される。処理工程の最中に使用される電流の制御が、ＩＴＯ層が処理の最中にエッチングされるため、重要である。本出願の出願人は、少量の電流が処理中のＩＴＯの特性のより良好な制御を可能にすることを見出した。電流制限ダイオード（ＣＬＤ）などの小電流を調節するためのデバイスを、処理装置において使用することができる。銅フィンガ４１４は、電界誘導めっき、光誘導めっき、または電気めっきを使用して、太陽電池４００に形成される。
【００６１】
ＴＣＯ材料への金属フィンガの付着を、バスバー引張試験またはテープ試験などのいくつかの方法を使用して測定することができる。現時点において、付着を測定するための業界標準は確立されていない。
【００６２】
本出願の出願人は、ＩＴＯ層への金属フィンガの付着を測定するための新規な方法を工夫した。この方法は、スタイラスを金属フィンガの側壁に遭遇するまでフィンガを横切る方向にＩＴＯの表面に沿って移動させ、フィンガが浮き上がるまでフィンガを横から押すステップを含む。
【００６３】
フィンガ４１４の付着は、未処理のＩＴＯ層上にめっきされた銅フィンガと比較して改善される。スタイラス測定を使用して、８μｍの高さを有する幅３０μｍの金属フィンガを未処理のＩＴＯ層から浮き上がらせるために必要な力は、０．２Ｎ未満である。これに対し、図３の方法によれば、測定される力は、少なくとも１Ｎである。
【００６４】
ここで図５（ａ）を参照すると、付着試験後のフィンガの顕微鏡画像が示されている。フィンガは、外れるよりもむしろ、表面から切り取られた。図５（ｂ）は、約２５μｍの幅および約１０μｍの高さを有する銅めっきによるフィンガのＦＩＢ断面画像である。
【００６５】
ここで図６を参照すると、いくつかの実施形態による方法での処理の前（図６ａ）および後（図６ｂ）の表面のＳＥＭ画像が示されている。
【００６６】
ここで図７を参照すると、いくつかの実施形態に従って処理されたＩＴＯ層の化学的な表面状態の２つの図が示されている。図７（ａ）は、種々の電荷密度レベルについての実施形態に従って処理されたＩＴＯ層の表面上のＳｎＯ２、ＳｎＯ、およびＳｎの原子百分率を示している。処理の電荷密度が増加すると、Ｓｎ４＋（ＳｎＯ２）の割合が低下する。他方で、電荷を増やしたとき、Ｓｎ２＋（ＳｎＯ）の増加を観測でき、２９ｍＣ／ｃｍ２の電荷密度を用いた場合に、少濃度であるがＳｎ元素が示されている。
【００６７】
図７（ｂ）は、処理の電荷密度の増加につれて金属−酸素化合物の濃度が低下することを示すことによって、図７（ａ）の結果を確認している。
【００６８】
本明細書に含まれている文書、行為、材料、装置、物品、などについてのあらゆる議論は、これらの事項の一部または全部が、本出願の各々の請求項の優先日よりも前に存在していたため、先行技術基盤の一部を形成し、あるいは本発明に関係する分野の平凡な一般的知識であったと、認めるものではない。
【００６９】
本明細書の全体を通して、「・・・を備える」という単語、あるいは「・・・を含む」または「・・・を備えている」などの変種は、そこに記載された要素、事物、または工程、あるいは要素、事物、または工程のグループを含むことを意味するが、他のあらゆる要素、事物、または工程、あるいは要素、事物、または工程のグループの除外を意味しないと理解される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５（ａ）】
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【図５（ｂ）】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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