(57)【要約】本発明の実施形態において、組合せ的に変更および評価を行うことが可能な異なる種類の結晶シリコン太陽電池を形成する方法について記載する。これらの異なる種類の太陽電池を挙げると、フロントコンタクト型太陽電池およびバックコンタクト型シリコンベース太陽電池、オールバックコンタクト型太陽電池、および選択的エミッタ型太陽電池がある。【選択図】図２Ｂ
2013506272.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
結晶シリコン太陽電池試験基板を形成する方法であって、
結晶シリコン基板の前側および後側上に拡散障壁材料を堆積させるステップと、
前記結晶シリコン基板を組合せ的ウェット処理ツール内に配置するステップであって、前記組合せ的ウェット処理ツールは、以下のプロセスにより、複数のサイトアイソレーテッド領域を処理し、
前記複数のサイトアイソレーテッド領域内の前記基板の前側から前記拡散障壁をエッチングして、結晶シリコン領域を露出させるステップと、
前記結晶シリコン領域にテクスチャリングを行って、複数のテクスチャード領域を形成するステップ、
ステップと、
を含む、方法。
【請求項２】
前記複数のテクスチャード領域を洗浄するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記複数のテクスチャード領域を洗浄するステップは、前記組合せ的ウェット処理ツールにおいて行われ、前記サイトアイソレーテッド領域のうち少なくとも２つにおいて、洗浄溶液が変更される、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記複数のテクスチャード領域を洗浄するステップは、主に前記基板の前側において全体的に行われる請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記複数のテクスチャード領域にドーパントを付加するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記ドーパントを付加するステップは、前記組合せ的ウェット処理ツール内において液体ドーパント溶液を用いて行われる、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記液体ドーパント溶液は、前記サイトアイソレーテッド領域のうち少なくとも２つにおいて変更される、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記ドーパントを付加するステップは、高濃度ドープ領域および低濃度ドープ領域を前記サイトアイソレーテッド領域内に形成して、選択的エミッタ型結晶シリコン太陽電池を形成するステップを含む、請求項５に記載の方法。
【請求項９】
前記ドーパントを前記複数のテクスチャード領域内に拡散させるステップをさらに含む、請求項５に記載の方法。
【請求項１０】
前記サイトアイソレーテッド領域上にパッシベーション層を形成するステップをさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記サイトアイソレーテッド領域上に電気接点を形成するステップをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記サイトアイソレーテッド領域上に前記電気接点を形成するステップは、前側接点および後側接点を形成するステップを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記複数のテクスチャード領域上にパッシベーション層を形成するステップと、
前記サイトアイソレーテッド領域に対応する領域内において、前記基板の後側にｎドープおよびｐドープ領域を形成するステップと、
複数の後側接点を形成して、前記サイトアイソレーテッド領域それぞれの内部にオールバックコンタクト型太陽電池を形成するステップと、
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に結晶シリコン太陽電池処理に関する。より詳細には、組合せ的手法において用いられる結晶シリコン太陽電池試験基板を形成する方法について、記載する。
【背景技術】
【０００２】
組合せ的処理は、半導体処理ならびに他の産業（例えば、電池、触媒、医薬およびバイオテクノロジー）において形成される材料、プロセスおよびデバイスの評価において用いられている。組合せ的処理の太陽応用への適用については、まだ研究はそれほど進んでいない。詳細には、シリコンベースの太陽電池の組合せ的評価のための太陽電池試験基板は、開発されていない。
【０００３】
シリコンベースの太陽電池の形成のためのいくつかの例示的な太陽処理作業を挙げると、層の付加（堆積）および除去（エッチングまたはテクスチャリング）、フィーチャ定義、層の作製（例えば、清浄または表面処理）、ドーピングなどのための作業がある。太陽プロセスにおいて、材料、単位工程または工程順序などに向上が継続的に求められている。しかし、太陽関連企業においては、フル基板処理についての研究開発（Ｒ＆Ｄ）を行っている。このようなアプローチに起因して、Ｒ＆Ｄコストが上昇し、また、広範囲の実験をタイムリーかつコスト効率良く行うことができなくなっている。
【０００４】
本発明の多様な実施形態を、以下の詳細な説明および添付図面中に開示する。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】多様な実施形態による、結晶シリコン太陽電池基板を形成するプロセスを記述するフローチャートである。
【図２Ａ】一実施形態による、「従来の」結晶シリコン太陽電池試験基板を形成するプロセスを示す。
【図２Ｂ】一実施形態による、「従来の」結晶シリコン太陽電池試験基板を形成するプロセスを示す。
【図２Ｃ】一実施形態による、「従来の」結晶シリコン太陽電池試験基板を形成するプロセスを示す。
【図２Ｄ】一実施形態による、「従来の」結晶シリコン太陽電池試験基板を形成するプロセスを示す。
【図２Ｅ】一実施形態による、「従来の」結晶シリコン太陽電池試験基板を形成するプロセスを示す。
【図２Ｆ】一実施形態による、「従来の」結晶シリコン太陽電池試験基板を形成するプロセスを示す。
【図２Ｇ】一実施形態による、「従来の」結晶シリコン太陽電池試験基板を形成するプロセスを示す。
【図２Ｈ】一実施形態による、「従来の」結晶シリコン太陽電池試験基板を形成するプロセスを示す。
【図２Ｉ】一実施形態による、「従来の」結晶シリコン太陽電池試験基板を形成するプロセスを示す。
【図２Ｊ】一実施形態による、「従来の」結晶シリコン太陽電池試験基板を形成するプロセスを示す。
【図２Ｋ】一実施形態による、「従来の」結晶シリコン太陽電池試験基板を形成するプロセスを示す。
【図２Ｌ】一実施形態による、「従来の」結晶シリコン太陽電池試験基板を形成するプロセスを示す。
【図２Ｍ】一実施形態による、「従来の」結晶シリコン太陽電池試験基板を形成するプロセスを示す。
【図２Ｓ】一実施形態による、「従来の」結晶シリコン太陽電池試験基板を形成するプロセスを示す。
【図２Ｏ】一実施形態による、「従来の」結晶シリコン太陽電池試験基板を形成するプロセスを示す。
【図２Ｐ】一実施形態による、「従来の」結晶シリコン太陽電池試験基板を形成するプロセスを示す。
【図３Ａ】組合せ的ウェット処理ツールの一例を示す。
【図３Ｂ】組合せ的ウェット処理ツールによって形成されたサイトアイソレーテッド領域を有する基板の一例を示す。前記サイトアイソレーテッド領域の領域は、前記太陽電池の領域を規定する。
【図４Ａ】オールバックコンタクト型結晶シリコン太陽電池を形成するプロセスを示す。
【図４Ｂ】オールバックコンタクト型結晶シリコン太陽電池を形成するプロセスを示す。
【図４Ｃ】オールバックコンタクト型結晶シリコン太陽電池を形成するプロセスを示す。
【図４Ｄ】オールバックコンタクト型結晶シリコン太陽電池を形成するプロセスを示す。
【図４Ｇ】オールバックコンタクト型結晶シリコン太陽電池を形成するプロセスを示す。
【図５Ａ】択的エミッタ型太陽電池を含む結晶シリコン太陽電池基板を形成する別のプロセスを得示す。
【図５Ｂ】択的エミッタ型太陽電池を含む結晶シリコン太陽電池基板を形成する別のプロセスを得示す。
【図５Ｃ】択的エミッタ型太陽電池を含む結晶シリコン太陽電池基板を形成する別のプロセスを得示す。
【図５Ｄ】択的エミッタ型太陽電池を含む結晶シリコン太陽電池基板を形成する別のプロセスを得示す。
【図５Ｇ】択的エミッタ型太陽電池を含む結晶シリコン太陽電池基板を形成する別のプロセスを得示す。
【図６】本発明の一実施形態による、組合せ的スクリーニングのフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
１つ以上の実施形態の詳細な説明を、添付図面と共に提供ｓるう。以下の詳細な説明は、このような実施形態と関連して示すが、特定の例に限定されない。その範囲は、特許請求の範囲および多数の代替例のみによって限定され、均等物も包含される。以下の詳細な説明において、深い理解を提供するために、多数の具体的詳細について説明する。これらの詳細は、例示目的のためのものであり、記載の技術は、これらの特定の技術のうち一部または全て無しでも実行することが可能である。明瞭さのため、実施形態に関連する技術分野において公知の技術材料については、議論を不要に曖昧にしないよう、詳細な説明を省略する。
【０００７】
材料、プロセスおよびデバイスの組合せ的試験のための太陽電池試験基板を形成するプロセスについて、本明細書中記載する。組合せ的処理により、複数の実験を単一基板上に行うことが可能になり、また、太陽電池処理作業および太陽電池材料の高速評価も可能になる。太陽電池試験基板は、異なる組合せ的プロセスを並行、逐次または並行／逐次の組み合わせにおいて実行するように、設計される。本発明の実施形態において、異なる種類の結晶シリコン太陽電池を形成する方法について記載する。これらの異なる種類の太陽電池の例を挙げると、フロントコンタクト型シリコンベース太陽電池およびバックコンタクト型シリコンベース太陽電池、オールバックコンタクト型太陽電池、および選択的エミッタ型太陽電池がある。これらの方法全てにおいて、少なくとも１つの組合せ的処理ツールを用いたサイトアイソレーテッド領域が形成され、これらのサイトアイソレーテッド領域を用いて、太陽電池領域が形成される。従って、組合せ的手法に用いられる単一の結晶シリコン基板上に、複数の太陽電池を高速形成することができる。太陽電池上の変化の効果を試験するために、これらの方法の個々のプロセス、プロセス条件または材料のうち任意のものを組合せ的に変更することが可能である。
【０００８】
図１は、単一の結晶シリコン基板上に複数の太陽電池を形成するためのワークフロー方法を示すフローチャートである。このフローチャートは、多様な異なる種類の結晶シリコン太陽電池を形成する際に利用可能なプロセスの概要を示す。このフローチャート中に概要を示すプロセスは、フロントコンタクト型結晶シリコン太陽電池、オールバックコンタクト型型太陽電池および選択的エミッタ型太陽電池の形成において利用することが可能である。
【０００９】
図２Ａ〜図２Ｐにおいて、単一の結晶シリコン基板２００上に複数の従来の結晶シリコン太陽電池を形成する方法について、図１中のフローチャートを参照して説明する。この結晶シリコン基板は、寸法が１５６ｍｍ×１５６ｍｍまたは１２５ｍｍ×１２５ｍｍである単結晶シリコン基板または多結晶シリコン基板であり得る。これらの寸法を有する基板は、太陽関連産業において一般的であり、多くの標準的な太陽基板処理ツールとの利用に適合可能である。これらの寸法の基板を太陽電池の組合せ的開発のために用いれば、前記基板と、製造スケールのツールとの間の適合性が得られる。よって、基板を太陽電池製造ラインから取り出して組合せ的処理に用いることができる。
【００１０】
図１のブロック１０１において、結晶シリコン基板２００の前側に拡散障壁２０２を堆積させ、結晶シリコン基板２００の後側に拡散障壁２０４を堆積させる。拡散障壁２０２および２０４に用いられる材料については、結晶シリコン基板２００内へのドーパント拡散を回避できかつ太陽電池処理条件（例えば、９５０℃までの温度）に耐えることが可能な材料であれば、任意の材料でよい。例えば、前記拡散障壁の材料は、窒化ケイ素（ＳｉＮｘ）または二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）などの材料でよい。前記拡散障壁材料の堆積は、ＰＥＣＶＤ、ＬＰＣＶＤまたはＰＶＤによって行うことができる。二酸化ケイ素の拡散障壁は、熱成長が可能である。さらに、前記拡散障壁材料は、ゾルゲル方法により堆積させることが可能である。前側拡散障壁２０２および後側拡散障壁２０４は、異なるタイミングで堆積させてもよいし、あるいは同時に堆積させてもよい。これらの拡散障壁は、後で拡散されるドーパントが前記結晶シリコン基板に到達することを回避するのに十分な厚さになるまで、堆積される。一実施形態において、拡散障壁２０２および２０４の厚さは、基板２００の各側上にＰＶＤまたはＣＶＤによって堆積されたおよそ２００ｎｍの窒化ケイ素である。
【００１１】
図１中のフローチャートのブロック１０２において、結晶シリコン基板２００を組合せ的ウェット処理ツール内に配置して、複数のサイトアイソレーテッド領域を基板２００上において処理する。図３Ａは、組合せ的ウェット処理ツール３００の一例を示す。この例において、基板２００を台３１０上に配置する。台３１０は、基板２００をサイトアイソレーテッドリアクタ３２０の下側に保持する。これらのサイトアイソレーテッドリアクタ３２０は、側壁３３０によって相互に分離される。図３Ｂは、前記基板をサイトアイソレーテッド領域２１０と共に上から見た一例を示す。サイトアイソレーテッド領域２１０は、サイトアイソレーテッドリアクタ３２０の側壁３３０によって形成される。これらのサイトアイソレーテッド領域２１０は、最終的に個々の太陽電池となる領域を規定する。これらの個々の太陽電池は、組合せ的に評価することが可能である。図３Ａの組合せ的ウェット処理ツール３００は、ディスペンスアーム３４０を含む。ディスペンスアーム３４０は、複数のディスペンサー３５０を保持する。これらのディスペンサー３５０は、リアクタ３２０それぞれに液体を分配する際に用いられる。複数のディスペンサー３５０は、異なる処理液体または同一の個別の液体を保持し得る。図３Ａは、ウェット処理ツールの一実施形態を示すが、代替例も利用可能である。例えば、リアクタ３２０それぞれにおいて、分配線および排気線およびガス線を統合することが可能である。
【００１２】
図１中のフローチャートのブロック１０３において、前記拡散障壁を前記複数のサイトアイソレーテッド領域内の基板の前側からエッチして、結晶シリコン領域を露出させる。図２Ｂは、側壁３３０およびディスペンサー３５０を有する２つのリアクタ３２０の簡単な側面図である。これらのディスペンサーは、エッチャント２０５をサイトアイソレーテッド領域２１０内の基板３００の表面上に分配して、前側拡散障壁２０２をエッチすることができる。選択されたエッチャント２０５はＨＦまたはＨ２Ｐ０３でよいが、前側拡散障壁２０２材料のみをエッチし結晶シリコン基板２００はエッチしない任意のエッチャントであってもよい。エッチャント２０５の濃度および温度は、サイトアイソレーテッド領域２１０内の領域を十分な時間内にエッチし、かつ、拡散障壁材料２０２のみをエッチ除去しかつシリコン基板２００はエッチ除去しない濃度および温度である。エッチャント２０５は、組合せ的に変更可能である。サイトアイソレーテッド領域２１０内においてエッチされた領域により、最終的に個々の太陽電池を基板２００上に形成する領域が規定される。
【００１３】
図１のフローチャートのブロック１０４において、露出された結晶シリコン基板２００のサイトアイソレーテッド領域２１０にテクスチャリングを行って、テクスチャード表面２０７を有する複数のサイトアイソレーテッドテクスチャードシリコン領域を形成する。エッチされた前側拡散障壁は、ブロック１０４におけるテクスチャリングプロセス用のエッチマスクとして機能する。領域２１０のテクスチャリングを、テクスチャリング溶液（例えば、水酸化カリウム（ＫＯＨ）およびイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）またはＫＯＨ）および短鎖アルコール（例えば、ブタノール）によって室温にて行う。このテクスチャリングは、太陽電池効率を最大化するように太陽電池内の光を捕獲することが可能なテクスチャードシリコン表面が得られる位の十分な時間をかけてお粉。前記テクスチャリング溶液は、異なるテクスチャリング溶液を組合せ的に試験できるように、変更可能である。前記テクスチャリング溶液の変更は、化学成分、成分濃度の変更またはプロセス条件（例えば、時間および温度）のうちの任意の条件の変更により、行うことが可能である。テクスチャリングプロセスは、結晶シリコン基板２００をウェット処理ツール３００から除去することなく前側拡散障壁２０２をエッチングした後、行うことができる。拡散障壁エッチングプロセス１０３シリコンエッチングプロセス１０４の双方を同一ツールにおいて行うことで、結晶シリコン基板の組合せ的処理を高スループットで行うことが可能になる。組合せ的目的および各個々の太陽電池領域の形成目的のためにサイトアイソレーションの形成の際にウェット処理ツール３００を用いることで、組合せ的方法の効率も増加する。
【００１４】
図１のフローチャートのブロック１０５において、前記結晶性基板を洗浄することができる。洗浄プロセスは、組合せ的ウェット処理ツール３００を用いて行うことができ、すなわち、ブロック１０４におけるテクスチャリング後、結晶シリコン基板２００はツール内に残留する。実施形態において、ウェット処理ツール３００において洗浄を行う場合、洗浄溶液は組合せ的に変更可能である。あるいは、図２Ｄに示すように結晶シリコン基板２００を組合せ的ウェット処理ツール３００から除去した後、基板の表面全体を洗浄してもよい。基板全体の洗浄は、槽内において洗浄溶液の浸漬、噴霧または分配により、行うことができる。洗浄プロセスは、残留物または金属汚染物質を全て基板２００から除去するように、行われ得る。洗浄溶液は、例えば希釈フッ化水素酸溶液、ＲＣＡ洗浄またはピラニア洗浄（硫酸および過酸化水素）でよい。洗浄は任意選択であるが、洗浄を行うことにより、本方法によって形成された太陽電池の性能向上に繋がり得る。
【００１５】
ブロック１０６において、前記結晶シリコン基板のサイトアイソレーテッド領域をｎドープする。図２Ｅに示すように、前側拡散障壁２０２内に形成されたエッチパターンに起因して、ドーピングは自己整合する。図２Ｅおよび図２Ｆに示すプロセスにおいて、炉中のガスからの露出された結晶シリコン基板内に、リンｎドーパントを拡散させる。このプロセスにおいて、窒素（Ｎ２）ガスを石英炉中の液体ドーパント（ＰＯＣＩ３）を通じて泡状にする。この実施形態において、結晶シリコン基板２００をボート内に垂直方向に他の基板と共に配置し、ドーパントガスが炉内に流入する状態で、炉内において、およそ９００℃〜９５０℃の温度範囲内においておよそ５〜１０分間加熱する。拡散障壁２０２および２０４により、テクスチャード結晶シリコン基板のサイトアイソレーテッド露出領域以外の領域内にドーパントが拡散する事態が解離される。テクスチャード結晶シリコン２１４のドープ層は、図２Ｆに示すように形成される。
【００１６】
別の実施形態において、前記結晶シリコン基板は、組合せ的ウェット処理ツール３００内においてドープされ得る。組合せ的ウェット処理ツール３００内において、液体溶液からドーパントが拡散される。この実施形態において、結晶シリコン基板２００の複数のプロセス（すなわち、ブロック１０３における拡散障壁２０２のエッチング、ブロック１０４における結晶シリコン基板２００のテクスチャリング、ブロック１０５における任意選択的洗浄プロセス、ブロック１０６における結晶シリコン基板２００のｎドーピング）を、前記組合せ的ウェット処理ツールにおいて処理することが可能である。前記液体ドーパント溶液を組合せ的ウェット処理ツール３００内において用いる場合、前記液体ドーパント溶液を組合せ的に変更することが可能である。前記液体ドーパント溶液は、ドーピングのためのリンを含み、一実施形態において、溶媒およびＰＯＣＩ３の溶液であり得る。あるいは、前記リンｎドーパントは、ＰＯＣＩ３ペーストとして用いることが可能である。ＰＯＣＩ３ペーストは、結晶シリコン基板２００の前側上にスクリーン印刷またはスピンした後、乾燥させることが可能である。前記液体または前記ペーストを乾燥させた後、基板２００を炉内に配置して、前記ドーパントを前記結晶シリコン基板内に拡散させる。パターニングされた前側拡散障壁２０２および後側拡散障壁２０４により、サイトアイソレーテッドテクスチャード領域２１０内の結晶シリコン基板２００の露出表面内のみにドーパントを拡散させて、ドープ領域２１４を確実に形成することが可能になる。その後基板２００を炉内に配置して、前記リンをテクスチャード露出領域２１０内に拡散させて、図２Ｆに示すようなドープ領域２１４を形成することができる。一実施形態において、前記炉はベルト炉であり得、この場合、基板２００をコンベヤベルト上に配置し、炉へと送って、基板２００の表面上の乾燥された液体またはペーストからのｎドーパント拡散を行う。一例において、コンベヤベルト上の基板２００が前記炉内へと入る際、前記ベルト炉はおよそ６００℃の温度および清浄空気を含み得、有機汚染物質全てを燃焼除去した後、窒素雰囲気中においておよそ９５０℃まで約１５分間上昇し、実際のドーピングが行われる。
【００１７】
ブロック１０７において、パッシベーション層２１６をドープサイトアイソレーテッド領域２１４上およびｏパターニングされた前側拡散障壁層２０２上に図２Ｇに示すように形成する。このパッシベーション層は、任意の絶縁材料（例えば、二酸化ケイ素（Ｓｉ０２）または水素化窒化ケイ素（ＳｉＮ２））でよい。一実施形態において、前記パッシベーション層は、太陽電池のための反射防止コーティング（ＡＲＣ）または透明保護層であり得る。パッシベーション層２１６の堆積は、ＰＥＣＶＤ、ＰＶＤまたはＡＬＤによって行うことができる。前記パッシベーション層は、組合せ的ＣＶＤツール、ＰＶＤツールまたはＡＬＤツールにおいて組合せ的に変更可能である。
【００１８】
図２Ｈにおいて、スクライビングによるサイトアイソレーテッド太陽電池のさらなる分離をレーザーまたはダイサーによって達成することが可能である。さらなる分離は任意選択であり、太陽電池の構築に用いられるプロセスに応じて選択することが可能である。例えば、結晶シリコン基板の別個のサイトアイソレーテッドテクスチャード領域間の記拡散障壁領域の下側においてドーパント拡散が延びる場合、スクライビングが利用可能である。
【００１９】
図１中のフローチャートのブロック１０８において、電気接点を形成して、結晶シリコン基板２００のサイトアイソレーテッド領域２１０それぞれにおける個々の太陽電池の形成を完成させる。結晶シリコン基板２００の前側および後側上のメタライゼーションによる電気接点の形成の様子を図２Ｉ〜図２Ｐに示す。図２Ｉにおいて、エッチペースト２２０の点を、サイトアイソレーテッド領域２１０それぞれのほぼ中央上に分配する。エッチペースト２２０は、加熱することでエッチング前記パッシベーション層１６をエッチングすることが可能な材料であり、結晶シリコン２００との電気接点を形成する導電成分を含む。図２１は、エッチペースト２２０の点をパッシベーション層２１６上に配置した様子を示す側面図である。図２Ｊは、エッチペースト２２０の点をサイトアイソレーテッド領域２１０それぞれのほぼ中央に配置した様子を示す。図２Ｋにおいて、基板２００をエッチペースト２２０と共に加熱して、サイトアイソレーテッド領域２１０それぞれの上のエッチペースト２２０の点により、パッシベーション層２１６をエッチスルーする。パッシベーション層２１６は、絶縁材料により形成可能であり、結晶シリコンとの電気接点を形成する。図２Ｌは、このプロセスの側面図を示す。エッチペースト２２０は、例えば用いるペーストの種類を変更するかまたは燃焼ステップの温度を変更することにより、組合せ的に評価することが可能である。図２Ｍにおいて、導電性材料を堆積して結晶シリコン基板２００の縁部に電線路２２２を形成して、簡便な接点２２４を形成する。実施形態において、導電性材料は銀であり得る（Ａｇ）。電線路２２２および接点２２４の印刷は、スクリーン印刷、インクジェット印刷、またはあるいはシャドウマスクを通じたＰＶＤにより、行うことが可能である。後側接点は、前側接点の形成に用いられるのと同じ方法を用いて形成することが可能である。図２Ｎおよび図２０はそれぞれ、後側接点の側面図および底面図である。図２Ｐにおいて、結晶シリコン基板２００上に形成された太陽電池２３０それぞれを電気的に試験および評価して、組合せ的スクリーニング目的のために性能比較を行うことができる。
【００２０】
上記に示した方法と同様の方法を用いて、別の太陽電池（例えば、選択的エミッタ型太陽電池またはオールバックコンタクト型太陽電池）を構築することができる。結晶シリコン太陽電池を貫通する太陽光の量が最大化するように、オールバックコンタクト型太陽電池を基板の後側上のみにおいて金属化する。なぜならば、前側メタライゼーションによって得られた前側上に影は存在しないからである。図１中のフローチャートを参照して、ブロック１０１〜１０７および図２Ａ〜図２Ｇ示すようなものと同じプロセスを用いて、オールバックコンタクト型太陽電池を組合せ的試験基板上に形成することができる。主な差異点としては、図１中のフローチャートのブロック１０８において、結晶シリコン基板のサイトアイソレーテッド領域上に電気接点を形成する様態がある。
【００２１】
図４Ａ−１は、図１中のフローチャートのブロック１０７の前側パッシベーションプロセス後およびサイトアイソレーテッド太陽電池領域２１０それぞれの後側上の交互のｎドープ領域４０５およびｐドープ領域４０７を形成後の組合せ的結晶シリコン試験基板２００を示す。後側ドープ領域を形成するために、図１中のフローチャートのプロセス１０１において形成されるような拡散マスク２０４を、後側から除去した後に後側ドーピングを行うか、または単に形成しないようにする。
【００２２】
これらの交互のｎドープ領域４０５およびｐドープ領域４０７の形成は、フォトリソグラフィーを用いて、ドーピングプロセスそれぞれにおいて基板領域をマスクすることにより、行うことができる。ｎドープ領域４０５それぞれのドーピングは、図１のプロセス１０６に関連して上述したように行うことができ、液体、ペーストまたはガス状ドーパントを用いて行い、その後熱拡散ステップを行う。ｐドーパントを用いる点以外は同じプロセスを行って、ｐドープ領域４０７を形成する。図４Ａ−１は、２つの例示的な太陽電池領域２１０の側面図であり、交互のドープ領域４０５および４０７が設けられている。図４Ａ−２は、基板２００の後側を上から見た図であり、基板２００は、サイトアイソレーテッド太陽電池領域それぞれの上にドープ領域４０５および４０７を交互に有する。ドーピング完了後、基板を洗浄して、ドーピングプロセス時に発生した残留物またはりんけい酸ガラスを全て除去する。
【００２３】
図４Ｂにおいて、結晶シリコン基板２００の後側上にパッシベーション層４１０が堆積され得る。パッシベーション層４１０は、任意の絶縁材料（例えば、窒化ケイ素または二酸化ケイ素）でよい。一実施形態において、パッシベーション層４１０は、ＰＥＣＶＤによって堆積された窒化ケイ素であり得る。図４Ｃは、交互に設けられたドープ領域上にパッシベーション層４１０を堆積させた後に、基板２００の後側を上から見た図である。
【００２４】
図４Ｄにおいて、結晶シリコン基板２００の後側上のパッシベーション層４１０を通じてコンタクトホール４１２をエッチングにより形成する。コンタクトホール４１２のエッチングは、ｎドープ領域４０５ｐドープ領域４０７それぞれと接触するように、行う。
【００２５】
フォトリソグラフィー技術を用いて、エッチングされていない後側領域を被覆するマスクを形成することができる。エッチャントは、パッシベーション層のエッチングが可能でありかつ下側にある結晶シリコン基板２００のドープ領域はエッチングしない液体溶液であり得る。あるいは、プラズマエッチを用いてもよい。フォトレジスト除去の後は、基板２００の後側の外観は図４Ｅ中の上から見た図のようになる。図４Ｅにおいて、例えば、ｎドープ領域４０５およびｐドープ領域４０７はそれぞれ２つのコンタクトホールを有するが、前記ドープ領域に対して任意の数のコンタクトホールを形成することが可能である。
【００２６】
図４Ｆおよび図４Ｇは、メタライゼーションを通じて接点を形成した後の基板２００を示す。第１の金属線４１４をｎドープ領域４０５上に形成し、第２の金属線４１６をｐドープ領域４０７上に形成して、太陽電池２３０それぞれのための２つの試験パッド４２４および４２６を形成する。前記試験パッドそれぞれに導線を接続することにより、太陽電池２３０それぞれの電気性能を試験し、組合せ的に評価することができる。
【００２７】
選択的エミッタ型結晶シリコン太陽電池は、図１のフローチャートに概要を示す方法を用いて組合せ的に形成および評価することも可能である。選択的エミッタ型とは、１種の結晶シリコン太陽電池であり、太陽電池の前側上に接点が形成された領域下において、結晶シリコン基板がより高くドープされている。これは、結晶シリコン太陽電池内の電子の再結合を低減する目的のためのであり、その結果、太陽電池の効率が上がる可能性がある。一般的に、選択的エミッタ型太陽電池は、２ステップのドーピングプロセスにより形成されることが多い。この２ステップのドーピングプロセスにおいて、先ず低濃度ドーピング領域を形成した後、高濃度ドープ領域を形成する。
【００２８】
一実施形態において、図２Ａ〜図２Ｄに関連して上述したような図１中のフローチャート中のプロセス１０１〜１０５は、従来の種類の結晶シリコン太陽電池の形成について記載したものと同じであってもよい。すなわち、図１中のフローチャートのブロック１０６において、結晶シリコン基板２００のサイトアイソレーテッド領域２１０をｎドープする。選択的エミッタ型太陽電池の場合、このブロック１０６におけるｎドーピングを別の方法によって行うことができる。
【００２９】
１つの特定の実施形態において、図５Ａ−１〜図５Ａ−３は、選択的エミッタ型太陽電池の低濃度ドープ領域および高濃度ドープ領域双方を形成するための１つの方法を示す。図５Ａ−１において、結晶シリコン基板２００のサイトアイソレーテッド領域２１０をｎドーパント５０５（例えば、リン）によって低濃度ドープして、低濃度ドープ領域５１０を形成する。先述したように、前記ｎドーパントを液体、ペーストまたはガスとして付加した後、炉内において燃焼させて、基板２００の領域のうち拡散障壁２０２（前側）および２０４（後側）によって保護されていない領域内に前記ドーパントを拡散させる。低濃度ドープ領域５１０は、シート抵抗がおよそ７０〜１００オーム／平方になるようにドープするとよい。図５Ａ−２において、前記結晶シリコン基板をより高濃度にドープして、高濃度ドープ領域５１２を形成する。高濃度ドーピングを行うために、メタライゼーションを最終的に形成すべき領域内のサイトアイソレーテッド領域２１０上に別のドーピングプロセスを行う。。サイトアイソレーテッド領域２１０の部位５０６内の基板上に先ずフォトレジストマスクを形成することによってこのような高濃度ドープ領域５１２を形成することで、ドーパント５０７が低濃度ドープ領域５１０内へ拡散する事態を回避する。その後、ドーパント５０７を基板へと露出させて、サイトアイソレーテッド領域２１０内の非マスク部位中へとドーパント５０７を拡散させて、高濃度ドープ領域５１２を形成する。これらの高濃度ドープ領域５１２のドーピングは、高濃度ドープ領域５１２のシート抵抗がおよそ２０〜３０オーム／平方となるような十分な範囲まで行う。その後、フォトレジストマスク５０６を図５Ａ−３に示すように完全除去し、基板を炉内に配置して、ドーパント５０７を高濃度ドープ領域５１２内に拡散させる。その後、選択的エミッタ型太陽電池を完成させて、ブロック１０７および１０８において上述した方法のうち任意の方法を用いて、組合せ的に処理された試験基板を形成することができる。
【００３０】
別の実施形態において、図５Ｂ−１〜図５Ｂ−３は、さらなるエッチングステップの利用により、選択的エミッタ型太陽電池の低濃度ドープ領域および高濃度ドープ領域双方を形成するための別の方法を示す。この実施形態において、ブロック１０４における結晶シリコン領域のテクスチャリングは、ドーピングステップの後に行う。図５Ｂ−１のサイトアイソレーテッド領域２１０を液状またはガス状ドーパント５０５へと露出させて、低濃度ドープ領域５１０を形成する。図５Ｂ−２において、当業者に公知の従来の方法により、パターニングされたマスク５１５（例えば、フォトレジスト）をサイトアイソレーテッド領域２１０の中央領域５１２上に形成している。その後、エッチャント５１７を前記基板に付加して、低濃度ドープ領域５１０をエッチする。これらの領域のエッチングは、低濃度ドープ領域５１０内のシート抵抗がおよそ７０〜１００オーム／平方となるように調整できるような範囲まで行う。その後、図５Ｃ−１に示すようにサイトアイソレーテッド領域２１０内の基板２００上においてドーパントペースト５２５をパターニングする。その後、炉内において加熱して、高ドープ領域５１２内のドーパント拡散を促進させる。その後、ドーパントペースト５２５を除去し、図５Ｃ−２において上述した方法により、サイトアイソレーテッド領域２１０内の露出されたシリコン基板２００の表面にテクスチャリングを行う。このテクスチャリングは、上述したようなウェット組合せ的処理ツールを用いて組合せ的に変更することが可能である。その後、上述した方法のうち任意の方法を用いてブロック１０７において結晶シリコン基板のサイトアイソレーテッド領域上にパッシベーション層を形成することにより、太陽電池試験基板を完成させる。その後、上述した方法のうち任意の方法を用いるかまたは当業者に公知の方法を用いて埋設接点を形成することにより、ブロック１０８における電気接点を形成する。
【００３１】
記載の方法のうちいずれかを用いて結晶シリコン太陽電池試験基板を形成した後、前記組合せ的に変更された太陽電池の特性評価を行う。この特性評価は、ｆ前記変更された太陽電池それぞれの試験基板上における電気性能を測定することにより、行うことができる。例えば、各電池の電流対電圧を測定したり、セルの量子効率を決定したりすることができる。その後、前記変更された太陽電池のうち最高性能を有するものを特定し、別の試験基板上において試験するか、または、製造スケールまでスケールアップすることができる。
【００３２】
組合せ的処理は、基板の２つ以上の領域内における処理を変化させる任意の処理を含み得る。本発明の実施形態における組合せ的方法は、さらなる変化および最適化のために例えば材料、プロセス条件、プロセス順序またはプロセス統合を特定するための複数のレベルのスクリーニングを含み得る。図６中の図６００は、組合せ的手法を用いた結晶シリコン太陽電池の開発のための３つのレベルのスクリーニングを示す。図６００は漏斗を示し、ここで、第１次スクリーニング６１０において、最大数のテクスチャリング溶液サンプルを第２次スクリーニング６２０および第３次スクリーニング６３０へと通過させ、このような段階的スクリーニングを通じた結果、最小数のテクスチャリング溶液サンプルが試験されることになる。これらのスクリーニングレベルのうち任意のレベルにおいて用いられるサンプル数は、サンプル処理に用いられる基板またはツールによって異なり得る。
【００３３】
上記の例において、明確な理解のために一定の詳細について記載したが、本発明はこのような記載の詳細に限定されない。本発明を実行する様態は、他にも多数存在する。開示の例は例示的なものであり、限定的なものではない。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図２Ｆ】
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【図２Ｇ】
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【図２Ｈ】
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【図２Ｉ】
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【図２Ｊ】
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【図２Ｋ】
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【図２Ｌ】
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【図２Ｍ】
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【図２Ｎ】
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【図２Ｏ】
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【図２Ｐ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ−１】
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【図４Ａ−２】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図４Ｆ】
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【図４Ｇ】
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【図５Ａ−１】
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【図５Ａ−２】
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【図５Ａ−３】
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【図５Ｂ−１】
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【図５Ｂ−２】
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【図５Ｃ−１】
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【図５Ｃ−２】
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【図６】
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【国際調査報告】
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