(57)【要約】【課題】先行技術の改善を提供する。【解決手段】本開示は、レーザ波長を有するパルスレーザを伴うレーザアブレーションを用いて、予め定めたパターンに従ってアモルファス半導体層をパターン化する方法を提供する。方法は、アモルファス半導体層を基板上に設け、分布ブラッグ反射器をアモルファス半導体層の上に設け、分布ブラッグ反射器はレーザ波長において反射性であり、吸収層を分布ブラッグ反射器の上に設け、吸収層はレーザ波長において吸収性であり、予め定めたパターンに従って、パルスレーザを伴うレーザアブレーションによって吸収層をパターン化し、パターン化吸収層をエッチングマスクとして使用してエッチングステップを実施することによって分布ブラッグ反射器をパターン化し、パターン化分布ブラッグ反射器をエッチングマスクとして使用してアモルファス半導体層をエッチングする。本開示はさらに、こうしたアモルファス半導体層パターン化プロセスを用いてシリコンヘテロ接合バックコンタクト太陽電池セルを製造する方法を提供する。【選択図】図１
2018093180.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ波長を有するパルスレーザを伴うレーザアブレーションを用いて、予め定めたパターンに従ってアモルファス半導体層をパターン化するための方法であって、
アモルファス半導体層を基板上に設けるステップと、
分布ブラッグ反射器をアモルファス半導体層の上に設けるステップであって、分布ブラッグ反射器はレーザ波長において反射性である、ステップと、
吸収層を分布ブラッグ反射器の上に設けるステップであって、吸収層はレーザ波長において吸収性である、ステップと、
予め定めたパターンに従って、パルスレーザを伴うレーザアブレーションによって吸収層をパターン化し、これによりパターン化吸収層を得るステップと、
パターン化吸収層をエッチングマスクとして使用してエッチングステップを実施することによって分布ブラッグ反射器をパターン化し、これによりパターン化分布ブラッグ反射器を得るステップと、
パターン化分布ブラッグ反射器をエッチングマスクとして使用してアモルファス半導体層をエッチングし、これにより予め定めたパターンに従ってアモルファス半導体層をパターン化するステップとを含む、方法。
【請求項２】
パターン化分布ブラッグ反射器を除去するステップをさらに含む請求項１記載の方法。
【請求項３】
分布ブラッグ反射器は、レーザ波長において７０％より高い、好ましくは８０％より高い反射率を有する請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
吸収層は、レーザ波長において９０％より高い吸収率を有する請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
分布ブラッグ反射器は、交互配列した誘電体層のスタックを含む請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
分布ブラッグ反射器は、交互配列した誘電体層のスタックを含み、スタックは、シリコン酸化物層およびシリコン窒化物層からなる少なくとも１つのサブスタックを含む請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
分布ブラッグ反射器は、交互配列した誘電体層のスタックを含み、スタックは、１〜１０個のサブスタックを含み、各サブスタックは、シリコン酸化物層およびシリコン窒化物層からなる請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
分布ブラッグ反射器は、交互配列した半導体層のスタックを含む請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
吸収層は、アモルファスシリコン層である請求項１〜８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
アモルファス半導体層は、アモルファスシリコン層を含む請求項１〜９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
シリコンヘテロ接合バックコンタクト太陽電池セルを製造するための方法であって、
ドープ結晶シリコン基板の後面に、第１ドーピング型の第１ドープアモルファスシリコン層を堆積するステップと、
請求項１〜１０のいずれかに記載の方法を用いて、予め定めたパターンに従って第１ドープアモルファスシリコン層をパターン化するステップとを含む、方法。
【請求項１２】
第１ドープアモルファスシリコン層をパターン化するステップの後、第２ドープアモルファスシリコン層を結晶シリコン基板の後面に堆積するステップを含み、第２ドープアモルファスシリコン層は、第１ドーピング型とは反対の第２ドーピング型を有する、請求項１１記載のシリコンヘテロ接合バックコンタクト太陽電池セルを製造するための方法。
【請求項１３】
請求項１２が請求項２に従属する場合、パターン化分布ブラッグ反射器を除去する前に、第２ドープアモルファスシリコン層の堆積が行われる、請求項１２記載のシリコンヘテロ接合バックコンタクト太陽電池セルを製造するための方法。
【請求項１４】
第１ドープアモルファスシリコン層は、結晶シリコン基板のドーピング型とは反対の第１ドーピング型を有し、第１パターン化ドープアモルファスシリコン層の予め定めたパターンは、バックコンタクトヘテロ接合シリコン太陽電池セルのエミッタパターンに対応する、請求項１１〜１３のいずれかに記載のシリコンヘテロ接合バックコンタクト太陽電池セルを製造するための方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、アモルファス半導体層、例えば、アモルファスシリコン層をパターン化する方法に関する。
【０００２】
本開示に係る方法は、シリコンヘテロ接合太陽電池セル、例えば、シリコンヘテロ接合両指交差型(interdigitated)バックコンタクトセルの製造プロセスにおいてアモルファスシリコン層をパターン化するために使用できる。
【０００３】
本願を導くプロジェクトは、マリー・スクウォドフスカ−キュリー(Marie Sklodowska-Curie)助成同意第６５７２７０号の下での欧州ユニオンホライズン２０２０研究および革新プログラムから財政的支援を受けている。
【背景技術】
【０００４】
シリコンヘテロ接合（ＳＨＪ）太陽電池セルを製造する方法において、ヘテロ接合は、薄いドープ水素化アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）層を結晶シリコン基板上に設けることによって形成できる。良好な表面パッシベーションのために、ドープ水素化アモルファスシリコン層を設ける前に薄い真性水素化アモルファスシリコン層が結晶シリコン基板表面上に設置できる。ＳＨＪ両指交差型バックコンタクト（ＳＨＪ−ＩＢＣ）太陽電池セルの製造プロセスにおいて、後面において異なってドープされる領域を設けるニーズがある。これは、結晶シリコン基板の後面においてパターン化ｐ型ａ−Ｓｉ：Ｈ層およびパターン化ｎ型ａ−Ｓｉ：Ｈ層が並んで形成されることを意味する。典型的には、最初に第１ドーピング型のａ−Ｓｉ：Ｈ層が後面全体に形成され、この層は、予め定めたパターンに従って層を局所的に除去することによってパターン化される。その後、第２の反対のドーピング型のａ−Ｓｉ：Ｈ層が、第１ドーピング型の第１ａ−Ｓｉ：Ｈ層が除去された場所に設けられる。これは、これらの場所において結晶シリコン表面の再パッシベーションを必要とする。
【０００５】
フォトリソグラフィがａ−Ｓｉ：Ｈ層をパターン化するために使用できるが、これは大規模工業生産と相性がよくない。フォトリソグラフィの代替として、レーザアブレーションが使用できる。しかしながら、レーザアブレーションの際、結晶シリコン表面が損傷する。レーザアブレーションプロセスは、欠陥、表面粗さおよび／または熱損傷をシリコン基板に対して誘起することがあり、そのためａ−Ｓｉ：Ｈ層のパターン化の後にレーザ損傷除去ステップを実施するニーズがあり、アブレーション領域での結晶シリコン表面の良好な再パッシベーションが問題になることがある。従って、レーザアブレーション誘起損傷が減少または実質的に回避される方法が開発されつつある。
【０００６】
文献（”SLASH Concept: A Novel Approach for Simplified Interdigitated Back Contact Solar Cells Fabrication”, Proceedings of the 38th IEEE PVSC, 2012, pages 001602 - 001605, T. Desrues et al.）は、ＰＥＣＶＤ（プラズマ化学気相堆積）ＳｉＮｘ：Ｈ層が、パターン化されるａ−Ｓｉ：Ｈ層の上部に設けられる方法を提案する。ＰＥＣＶＤＳｉＮｘ：Ｈ層は、最初にレーザアブレーションによってパターン化され、次に下地のａ−Ｓｉ：Ｈ層が、パターン化ＳｉＮｘ：Ｈ層を誘電体ハードマスクとして使用することによって、ウェット化学エッチングによってパターン化される。ＳｉＮｘ：Ｈ層の堆積条件を最適化することによって、レーザ波長でのその吸収係数が増加／最大化し、そのためそれはレーザパワーの相当な部分を吸収し、より少ないレーザパワーが下地のａ−Ｓｉ：Ｈ層および結晶シリコン基板に到達できる。これは、ａ−Ｓｉ：Ｈ層が直接にレーザアブレーションされる方法と比較して、ａ−Ｓｉ：Ｈ層および結晶シリコン基板へのレーザ損傷の低減をもたらす。しかしながら、例えば、ＳＨＪ−ＩＢＣセルを製造するためのプロセスで必要とされるような連続形状、例えば、ライン形状または矩形形状を含むパターンを形成するためのこの方法を使用した場合、パターンは、隣接するドット形状エリアにレーザパルスを提供することによって形成される。こうしたプロセスにおいて２つの隣接するレーザパルスまたは２つの隣接するドット形状エリアの間のオーバーラップが回避できない。これは、オーバーラップエリアでの増加したレーザパワーをもたらし、下地のａ−Ｓｉ：Ｈ層および結晶基板に到達して損傷を誘起する。
【０００７】
文献（”Emitter Patterning for Back-Contacted Si Heterojunction Solar Cells Using Laser Written Mask Layers for Etching and Self-Aligned Passivation (LEAP)”, IEEE Journal of Photovoltaics, Vol. 6, No. 4, July 2016, pages 894 - 899, Sven Ring et al.）は、オーバーラップしたレーザパルスのエリアにおいて基板へのレーザ損傷を低減または実質的に回避できるプロセスを説明する。この方法は、パターン化されるａ−Ｓｉエミッタ層を備えた結晶基板の上部に、ＳｉＯ２／ａ−Ｓｉ：Ｈ／ＳｉＯ２／ａ−Ｓｉ：Ｈ層スタックを堆積することと、レーザアブレーションによって上側ａ−Ｓｉ：Ｈ層をパターン化することと、レーザアブレーションしたａ−Ｓｉ：Ｈ層をエッチングマスクとして使用し、ＨＦおよびＫＯＨ中でウェットエッチングすることによって下地のＳｉＯ２およびａ−Ｓｉ：Ｈ層をそれぞれパターン化することと、エッチングマスクとして機能する下側ａ−Ｓｉ：Ｈ中間層を用いて、ＨＦ中のウェットエッチングを用いて下地のＳｉＯ２層を開放することと、最後にａ−Ｓｉエミッタ層をアルカリ性エッチャント中でエッチングすることとを含む。ＳｉＯ２／ａ−Ｓｉ：Ｈ／ＳｉＯ２／ａ−Ｓｉ：Ｈ層スタックの下側ａ−Ｓｉ：Ｈ中間層は、スタックの上側ａ−Ｓｉ：Ｈ層のレーザアブレーションの際、基板をレーザ損傷から保護できることが示される。この手法の不都合は、上側ａ−Ｓｉ：Ｈ層の下方に位置するＳｉＯ２／ａ−Ｓｉ：Ｈ層のパターニングが、上側ａ−Ｓｉ：Ｈ層のレーザアブレーションの後、異なる層について異なるエッチャント、例えば、ＳｉＯ２層をパターン化するためのＨＦ系エッチャントおよび下側ａ−Ｓｉ：Ｈ層をパターン化するためのアルカリ性エッチャントを必要とすることである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本開示の目的は、下地の基板、例えば、結晶シリコン基板への損傷が実質的に減少する、アモルファスシリコン層のレーザアブレーション式パターニングのための方法を提供することである。
【０００９】
本開示の更なる目的は、例えば、アモルファスシリコン層がレーザアブレーション式プロセスによってパターン化され、シリコン基板への損傷が実質的に減少する、シリコンヘテロ接合太陽電池セル、例えば、シリコンヘテロ接合両指交差型バックコンタクトセルを製造するための方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的は、本開示の実施形態に係る方法によって達成される。
【００１１】
第１態様において、本開示は、レーザアブレーションを用いて予め定めたパターンに従って、アモルファス半導体、例えば、アモルファスシリコン層をパターン化するための方法に関する。
【００１２】
第２態様において、本開示は、シリコンヘテロ接合バックコンタクト太陽電池セル、例えば、シリコンヘテロ接合両指交差型バックコンタクト太陽電池セルを製造するための方法に関し、エミッタ領域または裏面電界(back surface field)領域が第１態様の実施形態に従ってパターン化される。
【００１３】
本開示の第１態様に従って、レーザ波長を有するパルスレーザを伴うレーザアブレーションを用いて、予め定めたパターンに従ってアモルファス半導体層をパターン化するための方法が、
アモルファス半導体層を基板上に設けるステップと、
分布ブラッグ反射器をアモルファス半導体層の上に設けるステップであって、分布ブラッグ反射器はレーザ波長において反射性である、ステップと、
吸収層を分布ブラッグ反射器の上に設けるステップであって、吸収層はレーザ波長において吸収性である、ステップと、
予め定めたパターンに従って、パルスレーザを伴うレーザアブレーションによって吸収層をパターン化し、これによりパターン化吸収層を得るステップと、
パターン化吸収層をエッチングマスクとして使用してエッチングステップを実施することによって分布ブラッグ反射器をパターン化し、これによりパターン化分布ブラッグ反射器を得るステップと、
パターン化分布ブラッグ反射器をエッチングマスクとして使用してアモルファス半導体層をエッチングし、これにより予め定めたパターンに従ってアモルファス半導体層をパターン化するステップとを含む。
【００１４】
従って、アモルファス半導体層は、基板上に形成できる。アモルファス半導体層は、先行技術で知られているいずれか適切な方法を用いて基板上に形成できる。従って、分布ブラッグ反射器は、アモルファス半導体層の上に形成できる。分布ブラッグ反射器は、先行技術で知られているいずれか適切な方法を用いて形成できる。従って、吸収層は、分布ブラッグ反射器の上に形成できる。吸収層は、先行技術で知られているいずれか適切な方法を用いて形成できる。
【００１５】
従って、吸収層は、パルスレーザを伴うレーザアブレーションを用いてパターン化される。吸収層は、予め定めたパターンに従ってパターン化され、これによりパターン化吸収層を得る。従って、分布ブラッグ反射器は、パターン化吸収層をエッチングマスクとして使用し、エッチングによってパターン化される。これにより予め定めたパターンは、分布ブラッグ反射器に転写され、その結果、パターン化分布ブラッグ反射器が達成される。従って、アモルファス半導体層は、パターン化分布ブラッグ反射器をエッチングマスクとして使用し、エッチングによってパターン化される。これにより予め定めたパターンは、アモルファス半導体層に転写され、その結果、パターン化アモルファス半導体層が達成される。従って、パターン化アモルファス半導体層は、予め定めたパターンに従ってパターン化される。よって、予め定めたパターンは、吸収層から分布ブラッグ反射器に相応に転写され、続いて分布ブラッグ反射器からアモルファス半導体層に転写される。
【００１６】
アモルファス半導体層は、アモルファスシリコン層またはアモルファスシリコンゲルマニウム層でもよい。アモルファス半導体層は、単一層または少なくとも２つの層を含むスタック、例えば、真性（非ドープ）アモルファス半導体層およびドープアモルファス半導体層を含むスタックでもよい。
【００１７】
本開示の実施形態に係るアモルファス半導体層をパターン化するための方法はさらに、パターン化分布ブラッグ反射器を除去するステップを含んでもよい。
【００１８】
分布ブラッグ反射器は、レーザ波長において７０％より高い、好ましくは８０％より高い反射率を有してもよい。分布ブラッグ反射器は、交互配列した層のスタック、より詳細には第１屈折率を有する第１材料および、第１屈折率とは異なる第２屈折率を有する第２材料からなる交互配列した層のスタックを含んでもよい。第１および第２材料は、誘電体材料または半導体材料でもよい。分布ブラッグ反射器は、交互配列した誘電体層のスタックを含んでもよく、スタックは、シリコン酸化物層およびシリコン窒化物層を含む少なくとも１つのサブスタックを含む。分布ブラッグ反射器は、交互配列した誘電体層のスタックを含んでもよく、スタックは、１〜１０個のサブスタックを含んでもよく、各サブスタックは、シリコン酸化物層およびシリコン窒化物層を含む。
【００１９】
吸収層は、レーザ波長において９０％より高い吸収率を有してもよい。本開示の実施形態において、吸収層は、アモルファスシリコン層でもよい。
【００２０】
本開示の第２態様に係るシリコンヘテロ接合バックコンタクト太陽電池セルを製造するための方法が、
ドープ結晶シリコン基板の表面に、第１ドーピング型の第１ドープアモルファスシリコン層を堆積するステップと、
本開示の第１態様の実施形態に係る方法を用いて、予め定めたパターンに従って第１ドープアモルファスシリコン層をパターン化するステップとを含む。
【００２１】
第２態様に係る方法はさらに、第１ドープアモルファスシリコン層をパターン化するステップの後、第２ドープアモルファスシリコン層を結晶シリコン基板の同じ表面に堆積するステップを含み、第２ドープアモルファスシリコン層は、第１ドーピング型とは反対の第２ドーピング型を有する。第２ドープアモルファスシリコン層を堆積することは、パターン化分布ブラッグ反射器を除去する前に行ってもよい。
【００２２】
第１ドープアモルファスシリコン層は、結晶シリコン基板のドーピング型とは反対の第１ドーピング型を有してもよく、第１ドープアモルファスシリコン層に形成された予め定めたパターンは、バックコンタクトヘテロ接合シリコン太陽電池セルのエミッタパターンに対応してもよい。この場合、第２ドープアモルファスシリコン層は、結晶シリコン基板のドーピング型と等しい第２ドーピング型を有してもよく、第２ドープアモルファスシリコン層は、バックコンタクトヘテロ接合シリコン太陽電池セルの裏面電界領域を形成してもよい。
【００２３】
他の実施形態において、第１ドープアモルファスシリコン層は、結晶シリコン基板のドーピング型と等しい第１ドーピング型を有してもよく、第１ドープアモルファスシリコン層に形成された予め定めたパターンは、バックコンタクトヘテロ接合シリコン太陽電池セルの裏面電界パターンに対応してもよい。この場合、第２ドープアモルファスシリコン層は、結晶シリコン基板のドーピング型とは反対の第２ドーピング型を有してもよく、第２ドープアモルファスシリコン層は、バックコンタクトヘテロ接合シリコン太陽電池セルのエミッタ領域を形成してもよい。
【００２４】
本開示の方法の利点は、例えば、上述したＳＬＡＳＨ手法と比べて、誘電体堆積条件の最適化の必要性なしで下地の基板へのレーザ損傷を少なくとも低減できることである。
【００２５】
本開示の方法の利点は、アモルファスシリコン層のパターニングの後、レーザ損傷除去ステップを実施する必要性がないことである。
【００２６】
本開示の方法の利点は、分布ブラッグ反射器をパターン化し、その後パターン化分布ブラッグ反射器を除去することは、分布ブラッグ反射器を形成する異なる層について単一のエッチャントを用いて行ってもよいことである。
【００２７】
本開示の方法の利点は、方法は、工業生産プロセスおよび大規模高スループット生産と相性がいいことである。
【００２８】
本開示の特定かつ好ましい態様が、添付した独立および従属の請求項に記述されている。従属請求項からの特徴は、独立請求項の特徴および他の従属請求項の特徴と適切に組み合わせてもよく、請求項に明記されたものだけに限らない。
【００２９】
本開示の上記および他の特性、特徴および利点が、一例として本開示の原理を説明する添付図面と関連して、下記の詳細な説明から明らかになるであろう。この説明は、例示の目的に過ぎず、本開示の範囲を限定しない。下記の参照図面は添付図面を参照する。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本開示の第１態様の実施形態に係るアモルファスシリコン層をパターン化するための方法のフローチャートを概略的に示す。
【図２】本開示の第１態様の実施形態に係るアモルファスシリコン層をパターン化するための方法の処理ステップを概略的に示す。
【図３】本開示の第１態様の実施形態に係るアモルファスシリコン層をパターン化するための方法の処理ステップを概略的に示す。
【図４】本開示の第１態様の実施形態に係るアモルファスシリコン層をパターン化するための方法の処理ステップを概略的に示す。
【図５】本開示の第１態様の実施形態に係るアモルファスシリコン層をパターン化するための方法の処理ステップを概略的に示す。
【図６】本開示の第１態様の実施形態に係るアモルファスシリコン層をパターン化するための方法の処理ステップを概略的に示す。
【図７】本開示の第１態様の実施形態に係るアモルファスシリコン層をパターン化するための方法の処理ステップを概略的に示す。
【図８】シリコン酸化物層で被覆したシリコン基板からなるテスト構造（下向き三角）および、シリコン酸化物層およびシリコン窒化物層でそれぞれ構成される５個のサブスタックで構成された誘電体分布ブラッグ反射器で被覆したシリコン基板からなるテスト構造（上向き三角）について波長の関数として測定した反射率を示す。
【図９】レーザアブレーションテストおよび表面パッシベーションテストのために使用されるテスト構造の断面を概略的に示す。
【図１０】本開示の第２態様の実施形態に係るシリコンヘテロ接合バックコンタクト太陽電池セルを製造するための処理フローを概略的に示す。
【図１１】本開示の第２態様の実施形態に係るシリコンヘテロ接合バックコンタクト太陽電池セルを製造するための方法の処理ステップを概略的に示す。
【図１２】本開示の第２態様の実施形態に係るシリコンヘテロ接合バックコンタクト太陽電池セルを製造するための方法の処理ステップを概略的に示す。
【図１３】本開示の第２態様の実施形態に係るシリコンヘテロ接合バックコンタクト太陽電池セルを製造するための方法の処理ステップを概略的に示す。
【図１４】本開示の第２態様の実施形態に係るシリコンヘテロ接合バックコンタクト太陽電池セルを製造するための方法の処理ステップを概略的に示す。
【図１５】本開示の第２態様の実施形態に係るシリコンヘテロ接合バックコンタクト太陽電池セルを製造するための方法の処理ステップを概略的に示す。
【図１６】本開示の第２態様の実施形態に係るシリコンヘテロ接合バックコンタクト太陽電池セルを製造するための方法の処理ステップを概略的に示す。
【図１７】本開示の第２態様の実施形態に係るシリコンヘテロ接合バックコンタクト太陽電池セルを製造するための方法の処理ステップを概略的に示す。
【図１８】本開示の第２態様の実施形態に係るシリコンヘテロ接合バックコンタクト太陽電池セルを製造するための方法の処理ステップを概略的に示す。
【図１９】本開示の第２態様の実施形態に係るシリコンヘテロ接合バックコンタクト太陽電池セルを製造するための方法の処理ステップを概略的に示す。
【００３１】
異なる図面において、同じ参照符号は同じまたは類似の要素を参照する。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
本発明は、特定の実施形態に関して一定の図面を参照して説明するが、本発明はこれに限定されず、請求項によってのみ限定される。記載した図面は、概略的かつ非限定的なものである。図面において、幾つかの要素のサイズは、説明目的のために誇張したり、縮尺どおり描写していないことがある。寸法および相対寸法は、本発明の実際の具体化に対応していない。
【００３３】
さらに、説明および請求項での用語「第１」「第２」「第３」などは、類似の要素を区別するために使用しており、必ずしも時間的、空間的、ランキングまたは他の手法での順番を記述するためではない。ここで使用した用語は、適切な状況下で交換可能であり、ここで説明した本開示の実施形態は、ここで説明したり図示したものとは別の順番で動作可能であると理解すべきである。
【００３４】
さらに、説明および請求項での用語「上部(top)」、「下部(bottom)」、「上方(over)」、「下方(under)」等は、説明目的で使用しており、必ずしも相対的な位置を記述するためのものでない。こうして用いた用語は、適切な状況下で交換可能であって、ここで説明した本開示の実施形態がここで説明または図示した以外の他の向きで動作可能であると理解すべきである。
【００３５】
請求項で使用した用語「備える、含む(comprising)」は、それ以降に列挙された手段に限定されるものと解釈すべきでなく、他の要素またはステップを除外していないことに留意する。記述した特徴、整数、ステップまたは構成要素の存在を、参照したように特定するように解釈する必要があるが、１つ又はそれ以上の他の特徴、整数、ステップまたは構成要素、あるいはこれらのグループの存在または追加を除外していない。こうして表現「手段Ａ，Ｂを備えるデバイス」の範囲は、構成要素Ａ，Ｂのみから成るデバイスに限定すべきでない。本開示に関して、デバイスの関連した構成要素だけがＡとＢであることを意味する。
【００３６】
本明細書を通じて「一実施形態」または「実施形態」への参照は、実施形態との関連で記載した特定の特徴、構造または特性が本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。本明細書を通じていろいろな場所での「一実施形態」または「実施形態」の語句の出現は、必ずしも全て同じ実施形態を参照していないが、そうこともある。さらに、１つ又はそれ以上の実施形態において、本開示から当業者にとって明らかなように、特定の特徴、構造または特性は、いずれか適切な方法で組み合わせてもよい。
【００３７】
同様に、本開示の例示の実施形態の説明において、本開示を合理化し、１つ又はそれ以上の種々の発明態様の理解を支援する目的で、単一の実施形態、図面、または説明において、本開示のいろいろな特徴が時には一緒にグループ化していることがあると理解すべきである。しかしながら、この開示の方法は、請求項の開示が、各請求項で明示的に記載したものより多くの特徴を必要とするという意図を反映していると解釈すべきでない。むしろ下記の請求項が反映しているように、発明の態様は、単一の前述の開示した実施形態の全ての特徴より少ない場合がある。こうして詳細な説明に追従する請求項は、この詳細な説明の中に明示的に組み込まれており、各請求項は、本開示の別々の実施形態として自立している。
【００３８】
さらに、ここで説明した幾つかの実施形態が、他の実施形態に含まれる幾つかの他でない特徴を含むとともに、当業者によって理解されるように、異なる実施形態の特徴の組合せが本開示の範囲内にあって、異なる実施形態を構成することを意味する。例えば、下記の請求項において、請求した実施形態の何れも、何れの組合せで使用可能である。
【００３９】
ここで提供した説明では、多数の具体的な詳細を説明している。しかしながら、本開示の実施形態は、これらの具体的な詳細なしで実施してもよいことは理解されよう。別の例では、本説明の理解を曖昧にしないために、周知の方法、構造、および技法は詳細には示していない。
【００４０】
下記用語は、本開示の理解を単に支援するために提供される。
【００４１】
本開示の文脈において、太陽電池セルまたは太陽電池モジュールの前面または前側は、光源に向けて配向して照明を受けるように構成された表面または側である。両面太陽電池セルまたはモジュールの場合、両方の表面が入射する光を受けるように構成される。こうした場合、前面または前側は、光または照明の最大割合を受けるように構成された表面または側である。太陽電池セルまたは太陽電池モジュールの裏面、後面、裏側または後側は、前面または前側とは反対の表面または側である。
【００４２】
ここで本開示を本開示の幾つかの実施形態の詳細な説明によって説明する。本開示の他の実施形態が、本開示の技術的教示から逸脱することなく、当業者の知識に従って構成できることは明らかであり、本開示は添付した請求項の用語によってのみ限定される。
【００４３】
更なる説明において、本開示に係る方法が説明されており、パターン化される層はアモルファスシリコン層である。しかしながら、本開示はこれに限定されない。本開示に係る方法は、他のアモルファス半導体層、例えば、アモルファスＳｉＧｅ層をパターン化するためにも使用できる。本開示に係る方法は、アモルファス、多結晶または結晶性の層をパターン化するために使用でき、層は、導電層（例えば、金属層または導電性酸化物層、例えば、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）層）、半導体層（例えば、Ｓｉ層またはＳｉＧｅ層）または電気絶縁層、例えば、誘電体層でもよい。
【００４４】
第１態様において、本開示は、レーザアブレーション式プロセスを用いて予め定めたパターンに従って、アモルファス半導体層、例えば、アモルファスシリコン層をパターン化するための方法を提供するものであり、下地の基板、例えば、結晶シリコン基板への損傷が少なくとも減少する。本開示によれば、レーザアブレーションは、パルスレーザを用いて行ってもよく、レーザはレーザ波長を有する。
【００４５】
本開示の第１態様の実施形態に係るアモルファス半導体層をパターン化するための方法１００が、図１（フローチャート）および図２〜図７（断面）に概略的に示され、アモルファス半導体層はアモルファスシリコン層である。
【００４６】
図１と図２に示すように、方法１００の第１ステップ１０１において、予め定めたパターンに従ってパターン化されるアモルファスシリコン層１１が基板１０の上に設けられる。従って、パターン化されるアモルファスシリコン層１１が形成される。基板は、シリコン基板などの半導体基板、例えば、結晶シリコン基板でもよい。しかしながら、本開示はこれに限定されず、他の基板、例えば、ガラス基板が使用できる。アモルファスシリコン層１１は、単一層、例えば、真性アモルファスシリコン層またはドープアモルファスシリコン層でもよい。アモルファスシリコン層１１は、少なくとも２つの層を含む層スタック、例えば、真性アモルファスシリコン層またはドープアモルファスシリコン層を含むスタックでもよい。
【００４７】
次に（図１のステップ１０２、図３に概略的に示す）、分布ブラッグ反射器１２がアモルファスシリコン層１１の上に設けられる。従って、分布ブラッグ反射器１２が形成される。図示した分布ブラッグ反射器１２は、異なる屈折率を持つ異なる材料の交互配列した層のスタックを含み、即ち、それは、第１屈折率を有する第１材料および、第１屈折率とは異なる第２屈折率を有する第２材料の交互配列した層のスタックを含む。分布ブラッグ反射器１２は、交互配列した誘電体層のスタックを含んでもよい。交互配列した誘電体層のスタックは、シリコン酸化物層およびシリコン窒化物層からなる少なくとも１つのサブスタックを含んでもよい。交互配列した誘電体層のスタックは、１〜１０個のサブスタックを含んでもよく、各サブスタックはシリコン酸化物層およびシリコン窒化物層からなり、例えば、５〜８個のサブスタックを含んでもよい。分布ブラッグ反射器１２を形成するために、他の材料、例えば、他の誘電体材料または半導体材料が使用できる。好ましくは、異なる材料は、屈折率が大きい差を有し、好ましくは、両方の材料について類似のエッチング条件下で同じエッチャントを用いて容易にエッチングでき、エッチャントは、さらに説明するように、吸収層の材料に対して選択的である（即ち、実質的にエッチングされない）。レーザ誘起の熱損傷を回避する観点で、材料は、好ましくは低い熱伝導率を有する。
【００４８】
分布ブラッグ反射器１２の交互配列した層の厚さは、本開示の方法１００の更なる処理ステップで使用されるレーザの波長において、所望の反射、例えば、最大反射を得るように最適化できる。層の厚さは、レーザ波長において７０％より高い、好ましくは８０％より高い反射率を得るように選択できる。層厚の最適化は、レーザ波長における層の屈折率を考慮して、光学シミュレーションに基づいて行ってもよい。典型的には、層の光学厚さ（即ち、レーザ波長における屈折率と物理的厚さの積）は、レーザ波長の４分の１の次数である。
【００４９】
次の処理ステップ１０３において（図１、図３に概略的に示す）、吸収層１３が分布ブラッグ反射器１２の上に設けられる。従って、吸収層１３が形成される。吸収層１３は、レーザ波長において光を実質的に吸収する層である。吸収層１３の材料および厚さは、レーザ光の８０％より多く、好ましくは９０％より多くを吸収するように選択できる。さらに、吸収層の材料は、分布ブラッグ反射器の材料に関して高いエッチング選択性を有するように好都合に選択できる。吸収層１３は、アモルファスシリコン層を含み、またはアモルファスシリコン層からなるものでもよい。しかしながら、吸収層のために他の材料が使用できる。吸収層は、結晶シリコン層またはポリマー層を含み、またはこれからなるものでもよい。吸収層は、真性（非ドープ）層またはドープ層でもよい。
【００５０】
方法１００のステップ１０４（図１）において、吸収層１３は、予め定めたパターンに従ってレーザアブレーションによってパターン化され、図４に概略的に示すように、パターン化吸収層１３１が得られる。吸収層１３のパターニングは、好ましくはパルスレーザを用いて行われる。３５５ｎｍのレーザ波長を有するレーザが使用できる。０．１７Ｊ／ｃｍ２〜１．０１Ｊ／ｃｍ２の範囲のレーザエネルギー流束量、例えば、約０．２Ｊ／ｃｍ２のレーザ流束量が好都合に使用できる。
【００５１】
３５５ｎｍのレーザ波長の代替として、５３２ｎｍのレーザ波長を有するグリーンレーザが使用できる。
【００５２】
方法１００の利点は、分布ブラッグ反射器１２が吸収層１３をパターン化するために使用されるレーザ光の所望の反射を提供することである。これは、レーザ光が下地のアモルファスシリコン層１１およびシリコン基板１０に到達するのを妨げて、これらの下地層に対するレーザ誘起損傷が低減できる。
【００５３】
方法１００の次のステップが、パターン化吸収層１３１をエッチングマスクとして使用し、エッチングステップを実施することによって分布ブラッグ反射器１２をパターン化することを含む（図１、ステップ１０５）。分布ブラッグ反射器１２が交互配列したシリコン酸化物層およびシリコン窒化物層を含む場合、反射器１２のエッチングは、希釈したＨＦ：ＨＣｌ：Ｈ２Ｏ（１：１：２０）中のウェットエッチングを含んでもよい。他のウェットエッチャントまたはドライエッチングプロセス、例えば、ＣＨＦ３プラズマエッチングプロセスが使用できる。このエッチングステップ１０５は、図５に示すように、パターン化分布ブラッグ反射器１２１を生じさせる。従って、これにより予め定めたパターンは、分布ブラッグ反射器１２に転写され、その結果、パターン化分布ブラッグ反射器１２１が達成される。
【００５４】
そしてアモルファスシリコン層１１は、パターン化分布ブラッグ反射器１２１をエッチングマスクとして使用してエッチングされる（図１、ステップ１０６）。吸収層１３がアモルファスシリコン層である実施形態において、この層はエッチングステップ１０６の際、少なくとも部分的に除去される。これは、図６に概略的に示す（本例では、吸収層の完全除去を想定する）。よって図６において、吸収層１３は、完全に除去されるように描いている。アモルファスシリコン層１１のエッチングは、ドライエッチング、例えば、ＮＦ３／Ａｒプラズマを用いたエッチング、またはウェットエッチング、例えば、室温での１％ＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）中のエッチングを含んでもよい。このエッチングステップ１０６は、予め定めたパターンに従ったパターン化アモルファスシリコン層１１を生じさせる（図６）。よって、予め定めたパターンは、吸収層１３から分布ブラッグ反射器１２に相応に転写され、続いて分布ブラッグ反射器１２からアモルファスシリコン層１１に転写される。
【００５５】
次のステップにおいて（図７）、パターン化分布ブラッグ反射器１２１は、例えば、希釈したＨＦ：ＨＣｌ：Ｈ２Ｏ（１：１：２０）中のウェットエッチングによって除去できる。
【００５６】
実験を行って、反射測定を実施するためにテスト構造を製造した。
【００５７】
参照として、化学研磨されたシリコン基板上の単一シリコン酸化物層からなる構造を使用した。６３０ｎｍ厚のシリコン酸化物層を、ＰＥＣＶＤ（プラズマ化学気相堆積）を用いてｎ型結晶シリコン基板の上に堆積した。堆積は、前駆体としてＮ２Ｏ（５００ｓｃｃｍ）およびＳｉＨ４（５ｓｃｃｍ）を用いて、２２５℃、１．０Ｔｏｒｒ（１３３．３Ｐａ）で行った。３５５ｎｍの波長（本開示に従って使用できるレーザ波長に対応）において、１．４８のシリコン酸化物屈折率を測定した。図８は、この参照テスト構造について（下向き三角）２５０ｎｍ〜４５０ｎｍの範囲内の波長の関数として測定した反射率を示す。３５５ｎｍの波長において５２％の反射率を測定した。
【００５８】
テスト構造を製造し、誘電体分布ブラッグ反射器を化学研磨されたシリコン基板上に堆積した。ｎ型結晶シリコン基板の上に、交互配列したシリコン酸化物層およびシリコン窒化物層からなる層スタックを堆積した。層スタックは、５個のサブスタックからなり、各サブスタックは、シリコン酸化物層およびシリコン窒化物層からなる。シリコン酸化物層は、ＰＥＣＶＤ（プラズマ化学気相堆積）を用いて堆積した。堆積は、前駆体としてＮ２Ｏ（５００ｓｃｃｍ）およびＳｉＨ４（５ｓｃｃｍ）を用いて、２２５℃、１．０Ｔｏｒｒ（１３３．３Ｐａ）で行った。これらのシリコン酸化物層の物理厚さは、約６０ｎｍであった。３５５ｎｍの波長（本開示の実施形態で使用できるレーザ波長に対応）において測定した屈折率は、１．４８であった。こうして光学厚さ（屈折率×物理厚さ）は、レーザ波長の４分の１にほぼ等しいものであった。シリコン窒化物層を同じＰＥＣＶＤ反応炉で、前駆体としてＮＨ３（５０ｓｃｃｍ）、Ｎ２（１０００ｓｃｃｍ）およびＳｉＨ４（１０ｓｃｃｍ）を用いて、２２５℃の同じ温度で１．２Ｔｏｒｒ（１６０Ｐａ）で堆積した。これらのシリコン窒化物層の物理厚さは、約４８ｎｍであった。３５５ｎｍの波長において測定した屈折率は、１．８３であった。こうして光学厚さ（屈折率×物理厚さ）は、レーザ波長の４分の１にほぼ等しいものであった。図８は、この参照テスト構造について（上向き三角）２５０ｎｍ〜４５０ｎｍの範囲内の波長の関数として測定した反射率を示す。３５５ｎｍの波長において８０％の反射率を測定し、これは参照構造について同じ波長で測定した５２％反射率より実質的に高い。
【００５９】
高い反射、例えば、レーザ波長において７０％より高い、好ましくは８０％より高い反射率を有する利点は、レーザアブレーションプロセスから生ずることがある、シリコン基板へのレーザ誘起損傷を実質的に低減できることである。レーザ波長において反射率が高いほど、下地の層および基板で誘起されるレーザ損傷は少ない。
【００６０】
５個より多いサブスタック（１０個のサブスタックまで）を備えた誘電体分布ブラッグ反射器を有するシリコン基板において更なる反射測定を実施し、各サブスタックは、上述したようなシリコン酸化物層およびシリコン窒化物層からなる。１０個のサブスタックを含む反射器にとって反射率は、１０個未満のサブスタックを含む反射器についてより著しく高くないことが実験的に判明した。これは表面粗さと関連することがあり、これは分布ブラッグ反射器の増加する層数とともに増加することが観測され、増加した表面粗さは、増加した光散乱をもたらす。
【００６１】
更なる実験を実施し、テスト構造は本開示に従って製造した。これらのテスト構造を用いてレーザアブレーションテストを行い、パターン化アモルファスシリコン層の下地となる結晶シリコン基板に対して生じたレーザ損傷を調査した。さらに、表面パッシベーション品質を評価し、特に本開示の実施形態に係る方法を用いてアモルファスシリコン層が除去されたエリアにおける結晶シリコン基板の表面パッシベーション品質を評価し、これらのエリア（さらに「レーザ開放エリア」または「レーザアブレーションエリア」とも称される）は、その後、更なるアモルファスシリコン層を設けることによって再パッシベーション化される。
【００６２】
図９は、これらのレーザアブレーションテストおよび表面パッシベーションテストのために使用されるテスト構造２００の断面を概略的に示す。テスト構造２００は、両方の基板表面にアモルファスシリコン層１１を備えた結晶シリコン基板１０を含む。基板の第１面（パターン化されるアモルファスシリコン層を含む基板の面）において、誘電体分布ブラッグ反射器１２がアモルファスシリコン層１１の上に設けられる。分布ブラッグ反射器１２の上部に、吸収層１３が存在する。参照として、誘電体分布ブラッグ反射器の代わりに単一シリコン酸化物層を含む類似のテスト構造を使用した。
【００６３】
ｎ型結晶シリコン基板１０の上に、最初にＰＥＣＶＤを用いてアモルファスシリコン層１１を堆積した。堆積は、１７５℃の温度および２．３ｍｂａｒ（２３０Ｐａ）の圧力でＰＥＣＶＤによって行った。アモルファスシリコン層１１は、基板表面上に堆積された５ｎｍ厚の真性ａ−Ｓｉ：Ｈ層および真性ａ−Ｓｉ：Ｈ層上に堆積された２７ｎｍ厚のｎ＋型ドープａ−Ｓｉ：Ｈ層からなる。真性ａ−Ｓｉ：Ｈ層では、Ｈ２（６４０ｓｃｃｍ）およびＳｉＨ４（１６０ｓｃｃｍ）を前駆体として使用し、ｎ＋型ドープａ−Ｓｉ：Ｈ層では、Ｈ２（５００ｓｃｃｍ）、ＳｉＨ４（５０ｓｃｃｍ）およびＰＨ３／Ｈ２（１００ｓｃｃｍ）を前駆体として使用した。
【００６４】
基板の第１面において、交互配列したシリコン酸化物層およびシリコン窒化物層からなる層スタック１２をアモルファスシリコン層１１（パターン化の対象）の上に堆積した。層スタックは、５個のサブスタックからなり、各サブスタックは、シリコン酸化物層およびシリコン窒化物層からなる。シリコン酸化物層は、ＰＥＣＶＤ（プラズマ化学気相堆積）を用いて堆積した。堆積は、前駆体としてＮ２Ｏ（５００ｓｃｃｍ）およびＳｉＨ４（５ｓｃｃｍ）を用いて、２２５℃および１．０Ｔｏｒｒ（１３３．３Ｐａ）で行った。これらのシリコン酸化物層の厚さは、約６０ｎｍであった。シリコン窒化物層は、同じＰＥＣＶＤ反応炉で、前駆体としてＮＨ３（５０ｓｃｃｍ）、Ｎ２（１０００ｓｃｃｍ）、ＳｉＨ４（１０ｓｃｃｍ）を用いて、２２５℃の同じ温度で１．２Ｔｏｒｒ（１６０Ｐａ）で堆積した。これらのシリコン窒化物層の厚さは、約４８ｎｍであった。層スタックの合計厚さは、約５４０ｎｍであった。
【００６５】
参照テスト構造では、交互配列したシリコン酸化物層およびシリコン窒化物層を備えた層スタックを堆積する代わりに、ＰＥＣＶＤによって単一の６３０ｎｍ厚のシリコン酸化物層をパターン化されるアモルファスシリコン層１１の上に堆積した。ＰＥＣＶＤシリコン酸化物層の堆積は、前駆体としてＮ２Ｏ（５００ｓｃｃｍ）およびＳｉＨ４（５ｓｃｃｍ）を用いて２２５℃および１．０Ｔｏｒｒ（１３３．３Ｐａ）で行った。このシリコン酸化物層では、３５５ｎｍの波長で１．４８の屈折率を測定した。
【００６６】
最後に、４０ｎｍ厚のａ−Ｓｉ：Ｈ層からなる吸収層１３を誘電体分布ブラッグ反射器１２の上に堆積した。参照テスト構造では、吸収層１３を単一シリコン酸化物層の上に堆積した。吸収層は、前駆体としてＨ２（２００ｓｃｃｍ）およびＳｉＨ４（５０ｓｃｃｍ）を用いてＰＥＣＶＤによって２２５℃および１．０Ｔｏｒｒ（１３３．３Ｐａ）で堆積した。
【００６７】
これらのテスト構造を用いて、吸収層１３のレーザアブレーションを３５５ｎｍパルスレーザを用いて０．２Ｊ／ｃｍ２のレーザエネルギー流束量で行い、これにより四角形状を有する予め定めたエリアでの吸収層１３を完全に除去し、パターン化吸収層を得た。パルス持続時間は１２ｐｓで、２００ｋＨｚの繰り返し周波数であった。各四角内では、隣接ラインの中心間の距離ｄで、約２０００個の平行レーザライン（それぞれ約７マイクロメータの幅を有する）を使用した。下地基板へのレーザ損傷のリスクは、２つ以上のレーザパルスを受けるエリア、即ち、各ライン内の隣接レーザドット間のオーバーラップエリアおよび隣接ライン間のオーバーラップエリアにおいて最大である。異なる四角では、６マイクロメータ〜１２マイクロメータの範囲の異なる距離ｄを用いた。
【００６８】
吸収層のレーザアブレーションの後、分布ブラッグ反射器および単一シリコン酸化物層は、パターン化吸収層１３をエッチングマスクとして用いて、ＨＦ：ＨＣｌ：Ｈ２Ｏ（１：１：２０）溶液中でウェットエッチングすることによってそれぞれ局所的に除去した。そして下地のｉ／ｎ＋  ａ−Ｓｉ：Ｈ層１１を、パターン化分布ブラッグ反射器をエッチングマスクとして用いて、１％ＴＭＡＨエッチング溶液を用いて８分間、室温でエッチングを行った。このＴＭＡＨエッチングの結果として、レーザアブレーションプロセスによって除去されなかった吸収層１３の一部もエッチングされ、完全に除去された。
【００６９】
次に、１：１：２０  ＨＦ浸漬を１分間行い、続いて上述した層１１と同じプロセス条件を用いて、ｉ／ｎ＋  ａ−Ｓｉ：Ｈ層スタック（アブレーションエリアの再パッシベーション用）の堆積を行った。
【００７０】
レーザ開放（レーザアブレーション）エリアでのシリコン基板１０へのレーザ損傷を評価するために、これらのテスト構造について表面ＳＥＭおよびＡＦＭ測定を実施した。単一シリコン酸化物層を有する参照テスト構造では、ＳＥＭ画像は、シリコン基板表面でのレーザ誘起損傷および欠陥の存在を明確に示す。レーザ損傷の量は、レーザライン間の増加する距離（１２マイクロメータ距離対８マイクロメータ距離）とともに減少することが判明した。本開示の実施形態に係る分布ブラッグ反射器を有するテスト構造（レーザライン間の１２マイクロメータ距離）では、実質的に少ないレーザ誘起損傷が観察された。３Ｄ  ＡＦＭ画像は、反射テスト構造についてレーザラインのトレースを備えた極めて粗いシリコン基板表面を示し、分布ブラッグ反射器を有するテスト構造では、レーザラインの極めて限定されたトレースを備えた極めて滑らかな表面を示す。これは、本開示の実施形態に係る方法が、強く誘起されたレーザ損傷およびシリコン基板の表面粗さをもたらすことがあることを説明する。
【００７１】
上述したように最終ｉ／ｎ＋  ａ−Ｓｉ：Ｈ層スタックの堆積後、レーザアブレーションエリアでのテスト構造についてパッシベーションテストを行った。フォトルミネセンスイメージングに基づく解析から、本開示の実施形態に係る分布ブラッグ反射器を有するテスト構造では、大きな少数キャリア寿命（良好なパッシベーション品質を示す）がレーザ開放エリアにおいて得られ、非開放エリアにおけるパッシベーション品質に類似したパッシベーション品質を備えることが観察された。これは、レーザ誘起損傷が本開示の実施形態において回避または実質的に減少することを示す。分布ブラッグ反射器の代わりに、単一の６３０ｎｍ厚のシリコン酸化物層を備えた参照テスト構造では、レーザ開放エリアにおけるパッシベーション品質は、非開放エリアより低いことが判明した。本開示の実施形態に従って製造したテスト構造を参照テスト構造と比較すると、レーザ開放エリアにおけるパッシベーション品質の著しい改善が観察された。
【００７２】
さらに、３．９７ｃｍ２の活性エリアを備えたシリコンヘテロ接合両指交差型バックコンタクト（ＳＨＪ−ＩＢＣ）太陽電池セルを、本開示に係る分布ブラッグ反射器、レーザ吸収層およびレーザアブレーションを用いて製造した。製造した太陽電池セルを検査し、幾つかのパラメータを測定した。製造した太陽電池セルによって２１．８％の最善効率および２１．４％の平均効率が達成された。さらに、最大効率を有する太陽電池セルの開放回路電圧ＶＯＣは７２４ｍＶと測定され、平均ＶＯＣは７２３ｍＶと測定された。測定したＶＯＣは、レーザアブレーションによる損傷を低減するために分布ブラッグ反射器を用いる代わりに、パターニングのためにフォトリソグラフィ法を使用した以前に報告した太陽電池セルと同様である。これらの結果は、結果的に本開示の方法を採用することによってレーザ損傷が減少または潜在的に回避されたことを示す。
【００７３】
本開示の第１態様の実施形態に係るアモルファスシリコン層をパターン化する方法が、シリコンヘテロ接合バックコンタクト太陽電池セル、例えば、シリコンヘテロ接合両指交差型バックコンタクトの製造プロセスで好都合に使用できる。
【００７４】
第２態様において、本開示は、シリコンヘテロ接合バックコンタクト太陽電池セルを製造する方法に関し、結晶シリコン基板とのヘテロ接合を形成するドープしたアモルファスシリコン層のパターニングが本開示の第１態様の方法に従って行われる。
【００７５】
本開示の第２態様の実施形態に係るシリコンヘテロ接合バックコンタクト太陽電池セル４００を製造するための方法３００の処理フローが、図１０（フローチャート）および図１１〜図１９（断面、処理ステップの幾つかを示す）に概略的に示される。
【００７６】
図１０に示す方法３００において、ｎ型結晶シリコン基板が最初に用意される（ステップ３０１）。ｎ型結晶シリコン基板を用意する代わりに、ｐ型シリコン基板を使用してもよい。そして基板３０の第１面は、既知の方法を用いて、例えば、ＫＯＨまたはＮａＯＨ系エッチング溶液またはＴＭＡＨ系エッチング溶液を用いたウェット異方性エッチングに基づいて、またはプラズマエッチングなどのドライエッチングに基づいて、テクスチャ化（微細凹凸化）される。テクスチャ化の後、パッシベーション層３１が前面に設けられ、そして反射防止コーティング３２が堆積される（図１０、ステップ３０３）。例えば、プラズマ化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）により３ｎｍ〜１５ｎｍの範囲の厚さを有するアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）パッシベーション層を設けてもよく、シリコン窒化物反射防止コーティングをａ−Ｓｉ：Ｈパッシベーション層の上に堆積してもよい。しかしながら、他のパッシベーション層及び／又は他の反射防止コーティングを設けてもよい。図１１は、プロセスのこの段階で得られる構造の断面を概略的に示し、構造はシリコン基板３０を備え、その前面４１においてパッシベーション層３１および反射防止コーティング３２を備える。提示の容易のため、前面テクスチャ化は図示していない。
【００７７】
次に、図１２および図１０のステップ３０４に示すように、第１真性ａ−Ｓｉ：Ｈパッシベーション層３３が基板３０の後面４２に堆積され、続いて第１真性ａ−Ｓｉ：Ｈ層３３上で第１ドープａ−Ｓｉ：Ｈ層３４（ここで説明する例ではｐ＋ドープａ−Ｓｉ：Ｈ層）の堆積が行われる。アモルファスシリコン層の堆積は、例えば、１５０℃〜２００℃の範囲の温度で２．０ｍｂａｒ（２００Ｐａ）〜２．５ｍｂａｒ（２５０Ｐａ）の圧力でＰＥＣＶＤを用いた堆積を含んでもよい。使用できる前駆体の例は、真性アモルファスシリコン層についてはＳｉＨ４（例えば、１００ｓｃｃｍ〜２００ｓｃｃｍ）およびＨ２（例えば、５００ｓｃｃｍ〜１０００ｓｃｃｍ）であり、そして追加としてｐ＋ドープアモルファスシリコン層についてはＢ（ＣＨ３）／Ｈ２（例えば、１００ｓｃｃｍ〜２００ｓｃｃｍ）である。図示の例において、第１（ｐ＋ドープ）ａ−Ｓｉ：Ｈ層３４は、太陽電池セルのエミッタ領域を形成するために設けられる。他の例において、ｐ＋ドープａ−Ｓｉ：Ｈ層をｎ型結晶シリコン基板３０の上に堆積する代わりに、ｎ＋ドープａ−Ｓｉ：Ｈ層を太陽電池セルの裏面電界領域を形成するために堆積してもよい。第１真性ａ−Ｓｉ：Ｈ層３３の厚さは、３ｎｍ〜１０ｎｍの範囲でもよい。第２（例えば、ｐ＋ドープ）ａ−Ｓｉ：Ｈ層３４の厚さは、５ｎｍ〜３５ｎｍの範囲でもよい。
【００７８】
そして図１０のステップ３０５〜３０９およびさらに図１３〜図１６に概略的に示すように、第１ｉ−ａ−Ｓｉ：Ｈ層３３および第１ドープｐ＋−ａ−Ｓｉ：Ｈ層３４は、本開示の第１態様に従ってパターン化される。ステップ３０５において、分布ブラッグ反射器３５、例えば、交互配列したシリコン酸化物層およびシリコン窒化物層を含む誘電体分布ブラッグ反射器は、第１ドープａ−Ｓｉ：Ｈ層３４の上に堆積される（図１０のステップ３０５）。分布ブラッグ反射器３５の上部に、吸収層３６、例えば、ａ−Ｓｉ：Ｈ層が本開示に従って堆積される（図１０のステップ３０６）。これは図１３に示される。
【００７９】
ステップ３０７（図１０）において、吸収層３６は、レーザアブレーションによってパターン化され、図示の例において太陽電池セルのエミッタ領域（予め定めたパターンに従って）を定義し、これにより裏面領域（エミッタ領域に対して補完的な領域である）も定義する。図示の例において、レーザアブレーションプロセスは、エミッタ領域が形成されない場所、即ち、太陽電池セルの裏面領域に対応する場所における吸収層３６を除去する。図１４は、吸収層パターニング後の構造の概略断面であり、パターン化吸収層３６１を示す。
【００８０】
吸収層３６のレーザアブレーションの後、分布ブラッグ反射器３５は、パターン化吸収層３６１をエッチングマスクとして用いて、エッチングによってパターン化される（図１０のステップ３０８）。分布ブラッグ反射器３５のためのエッチャントとして、ＨＦ：ＨＣｌ：Ｈ２Ｏ  １：１：２０溶液が使用できる。得られた構造の断面が図１５に概略的に示され、パターン化分布ブラッグ反射器３５１を示す。
【００８１】
パターン化分布ブラッグ反射器３５１をエッチングマスクとして用いて、下地のアモルファスシリコン層（第１ドープａ−Ｓｉ：Ｈ層３４および第１ｉ−ａ−Ｓｉ：Ｈ層３３）がエッチングされ（図１０のステップ３０９）、これにより予め定めたパターンに従ってアモルファスシリコン層をパターン化し、パターン化アモルファスシリコン層３４１，３３１（図１６）を形成する。アモルファスシリコン層のエッチングは、ドライエッチング、例えば、ＮＦ３／Ａｒプラズマエッチングを含んでもよい。図示の例において、太陽電池セルでは、第１パターン化ドープａ−Ｓｉ：Ｈ層３４１（ｐ＋−ａ−Ｓｉ：Ｈ）は、エミッタ領域を形成し、下地の第１パターン化ｉ−ａ−Ｓｉ：Ｈ層３３１は、エミッタ領域の表面パッシベーションを提供する。ここで説明する例において、吸収層はアモルファスシリコン層であり、第１ドープａ−Ｓｉ：Ｈ層３４および第１ｉ−ａ−Ｓｉ：Ｈ層３３をエッチングするステップはまた吸収層を除去する（図１６）。
【００８２】
そして（図１７）、パターン化分布ブラッグ反射器３５１が後側に存在しており、第２真性ａ−Ｓｉ：Ｈパッシベーション層３７が後側に堆積され、続いて第２ドープａ−Ｓｉ：Ｈ層３８の堆積が行われる（図１０のステップ３１０）。ここで説明する例において、第２ドープａ−Ｓｉ：Ｈ層３８は、ｎ＋ドープａ−Ｓｉ：Ｈ層である。これにより第２アモルファスシリコン層３７，３８は、第１アモルファスシリコン層３３，３４が除去されたシリコン基板３０の裏面にある場所、およびパターン化分布ブラッグ反射器３５１の上にも設けられる。図示の例において、ｎ＋ドープａ−Ｓｉ：Ｈ層３８は、エミッタ領域に対して補完的な場所において、太陽電池セルの裏面電界領域を形成するために設けられる。得られた構造の断面が、図１７に概略的に示される。
【００８３】
更なる処理ステップ３１１において、パターン化分布ブラッグ反射器３５１は、例えば、ＨＦ：ＨＣｌ：Ｈ２Ｏ  １：１：２０エッチング溶液を用いてウェットエッチングによって除去され、これによりパターン化分布ブラッグ反射器の上に堆積した第２真性ａ−Ｓｉ：Ｈパッシベーション層３７および第２ドープ（本例ではｎ＋ドープ）ａ−Ｓｉ：Ｈ層３８の一部も除去する。これにより第２パターン化真性ａ−Ｓｉ：Ｈパッシベーション層３７１および第２パターン化ドープ（本例ではｎ＋ドープ）ａ−Ｓｉ：Ｈ層３８１が、基板３０の後側に形成される。図示の例において、太陽電池セルでは、第２パターン化ドープｎ＋−ａ−Ｓｉ：Ｈ層３８１は、裏面電界領域を形成し、下地の第２パターン化ｉ−ａ−Ｓｉ：Ｈ層３７１は、裏面電界領域の表面パッシベーションを提供する。これにより、エミッタ領域のパターン（第１パターン化ｉ−ａ−Ｓｉ：Ｈ層３３１および第１パターン化ｐ＋−ａ−Ｓｉ：Ｈ層３４１）および裏面電界領域の補完パターン（第２パターン化ｉ−ａ−Ｓｉ：Ｈ層３７１および第２パターン化ｎ＋−ａ−Ｓｉ：Ｈ層３８１）（図１８）を備えたシリコン基板３０を含む構造が得られる。上述した方法を用いることによって、裏面電界領域は、エミッタ領域と自己整合される。
【００８４】
ステップ３１２（図１０）は、コンタクト材料層または層スタックの堆積と、コンタクト材料層または層スタックのパターニングとを含み、これにより太陽電池セルのエミッタコンタクト３９１および裏面電界コンタクト３９２を形成する（図１９）。８０ｎｍ〜１２０ｎｍ厚のインジウムドープ錫酸化物（ＩＴＯ）層および０．５マイクロメータ〜３マイクロメータ厚のＣｕ層を含む層スタックが、例えば、スパッタリングにより基板の後側に堆積できる。他の材料、例えば、Ａｌがコンタクト材料を形成するために使用できる。コンタクト材料層または層スタックは、フォトリソグラフィによってパターン化できる。また直接パターニング手法、例えば、インクジェット印刷またはスクリーン印刷がコンタクト材料を設けるために使用できる。
【００８５】
上記説明は、本開示の特定の実施形態を詳説している。しかしながら、上記説明が文章中にどの程度詳しく記載されているかに関わらず、本開示は多くの方法で実践できることは理解されよう。本開示の特定の特徴または態様を記載する場合の特定の用語の使用は、該用語が関連している本開示の特徴または態様のいずれか特定の特徴を含むように制限されるように、該用語がここで再定義されることを意味すると解釈すべきでないことに留意すべきである。
【００８６】
ここでは、好ましい実施形態、特定の構造および構成、材料を本開示に係る方法およびデバイスについて議論したが、本発明の範囲から逸脱することなく、形態および詳細について種々の変化または変更が可能であることは理解すべきである。
【００８７】
上記詳細な説明および本開示の要旨はデバイスを製造する方法に着目したが、本開示はまた、上述したような実施形態のいずれかに係る方法を用いて得られるパターン化層を含むデバイスに関する。
【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】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【外国語明細書】
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