(57)【要約】  太陽電池の製造プロセスは、太陽電池基板の裏面上に設けられたポリシリコン層（１０４）の上にドーパント源（１０５、１０６）を印刷する工程を含む。ドーパント源（１０５、１０６）からのドーパントをポリシリコン層（１０４）の中に拡散させて拡散領域（１０７、１０８）を形成し、ドーパント源（１０５、１０６）を架橋して続いて実施されるテクスチャ化プロセスに対して耐性を付与するべく、ドーパント源（１０５、１０６）は硬化される。カウンタードープを防止するため、ドーパント源（１０５、１０６）の一方からのドーパントが脱ガスして、他方のドーパント源の中に拡散するのを防止する。例えば、Ｎ型ドーパント源（１０６）からのリンが、ホウ素を含むＰ型ドーパント源（１０５）に拡散するのを防止する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池の製造方法であって、
通常動作中に太陽放射を受けるように太陽に面する前面を有する太陽電池基板の、前記前面と反対側の裏面上に、ポリシリコン層を形成する工程と、
前記ポリシリコン層の上に、印刷可能なインクを含む第１のドーパント源を印刷する工程と、
前記第１のドーパント源からのドーパントを前記ポリシリコン層に拡散させて、前記ポリシリコン層に第１の拡散領域を形成するべく、前記第１のドーパント源を硬化させる工程と、
前記第１のドーパント源を硬化する工程の間に、前記第１のドーパント源からのドーパントの、第２のドーパント源へのカウンタードープを防止する工程と、
前記太陽電池基板の前記前面上に形成される表面をテクスチャ化する工程とを備える太陽電池の製造方法。
【請求項２】
前記第１のドーパント源からのドーパントの、前記第２のドーパント源へのカウンタードープを防止する工程が、
前記第１のドーパント源で熱的に安定なインクを使用す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】
前記第１のドーパント源を硬化する工程は、前記第２のドーパント源からのドーパントを拡散させて、前記ポリシリコン層に第２の拡散領域を形成するべく、前記第２のドーパント源も硬化させることを含む、請求項１または２に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項４】
前記第１のドーパント源からのドーパントの、前記第２のドーパント源へのカウンタードープを防止する工程が、
前記第１のドーパント源の上にキャッピング層を形成することを含む請求項１から３の何れか一項に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項５】
前記第１のドーパント源からのドーパントの、前記第２のドーパント源へのカウンタードープを防止する工程が、
前記第２のドーパント源を３０００オングストロームを超える厚さに形成することを含む請求項１から３の何れか一項に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項６】
前記第１のドーパント源からのドーパントの、前記第２のドーパント源へのカウンタードープを防止する工程が、
前記第１のドーパント源を硬化させる工程の間に、前記第１のドーパント源からのドーパントをチャンバの外にパージすることを含む請求項１又は３に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項７】
前記第１のドーパント源を硬化させる工程の間に、前記第１のドーパント源からのドーパントを前記チャンバの外にパージすることは、
不活性ガスを前記チャンバに流すことを含む請求項６に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項８】
前記第１のドーパント源を硬化させる工程の間に、前記第１のドーパント源からのドーパントを前記チャンバの外にパージすることは、
前記第１のドーパント源を、チャンバ内で真空下で硬化させることを含む請求項６に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項９】
前記第１のドーパント源及び前記第２のドーパント源が、インクジェット印刷により印刷される請求項１から８の何れか一項に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項１０】
前記第１及び第２のドーパント源が、インクジェット印刷プロセスのシングルパス方式で印刷される請求項１から８の何れか一項に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項１１】
太陽電池構造体であって、
通常動作中に太陽放射を受けるように太陽に面する前面と、当該前面と反対側の裏面とを有する太陽電池基板と、
前記太陽電池基板の前記裏面上に設けられたポリシリコン層と、
前記ポリシリコン層の上に形成され、印刷可能なインクを含む第１のドーパント源及び第２のドーパント源とを備え、
前記第１のドーパント源はホウ素燐ケイ酸塩ガラス（ＢＰＳＧ）を含む太陽電池構造体。
【請求項１２】
太陽電池構造体であって、
通常動作中に太陽放射を受けるように太陽に面する前面と、当該前面と反対側の裏面とを有する太陽電池基板と、
前記太陽電池基板の前記裏面上に形成されるポリシリコン層と、
前記ポリシリコン層の上に形成され、印刷可能なインクを含み、逆の導電型を有する第１のドーパント源及び第２のドーパント源とを備え、
前記第２のドーパント源が、３０００オングストロームを超える厚さを有する太陽電池構造体。
【請求項１３】
太陽電池構造体であって、
通常動作中に太陽放射を受けるように太陽に面する前面と、当該前面と反対側の裏面とを有する太陽電池基板と、
前記太陽電池基板の前記裏面上に形成されるポリシリコン層と、
印刷可能なインクを含み、逆の導電型を有し、前記ポリシリコン層の上に形成される第１のドーパント源及び第２のドーパント源と、
前記第１のドーパント源の上のキャッピング層とを備える太陽電池構造体。
【請求項１４】
前記太陽電池基板の前記前面上に、テクスチャ化された表面を更に備える請求項１１から１３の何れか一項に記載の太陽電池構造体。
【請求項１５】
前記第１のドーパント源がＮ型であり、前記第２のドーパント源がＰ型である請求項１１から１４の何れか一項に記載の太陽電池構造体。
【請求項１６】
前記第２のドーパント源がホウ素を含む請求項１１から１５の何れか一項に記載の太陽電池構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は広くは太陽電池に関し、より具体的には太陽電池の製造プロセス及び構造に関するがこれらに限定されない。
【０００２】
［連邦政府による資金提供を受けた研究開発の記載］
本開示は、米国エネルギー省により与えられた契約番号第ＤＥＦＣ３６−０７ＧＯ１７０４３号に基づき、政府による支援を得て行われたものである。
【０００３】
［関連出願］
本非仮出願は、３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１９（ａ）に基づき、２００９年１１月１０日出願の台湾・中華民国出願０９８１３８１５０号明細書の優先権を主張するものであり、前記出願の内容は、参照により本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００４】
太陽電池は、太陽放射を電気エネルギーに変換するものとして周知のデバイスである。このような電池は、半導体処理技術を用いて半導体ウエハ上に作製することができる。太陽電池には、Ｐ型及びＮ型拡散領域が含まれる。太陽電池に太陽放射が当たると電子及び正孔が生成され、これらの電子及び正孔が拡散領域に移動することにより、拡散領域間に電位差が生じる。バックコンタクト型太陽電池においては、拡散領域及びこれらの拡散領域に結合した金属コンタクトフィンガーが共に、太陽電池の裏面に存在する。このコンタクトフィンガーによって、外部電気回路は太陽電池に結合され、太陽電池から電力の供給を受けることが可能となる。
【０００５】
効率は、太陽電池の重要な特性であり、それは電力が発生するための太陽電池の容量に直接関連するからである。
【０００６】
したがって、太陽電池の効率を改善させる技術が一般に望ましい。更に、太陽電池を他のエネルギー源に対して競争力のあるものとするために、太陽電池の製造コストを削減するのが望ましい。
【発明の概要】
【０００７】
一実施形態において、太陽電池の製造プロセスは、太陽電池基板の裏面上に設けられたポリシリコン層の上にドーパント源を印刷する工程を含む。ドーパント源からのドーパントをポリシリコン層の中に拡散させて拡散領域を形成し、ドーパント源を硬化し、ドーパント源を架橋結合させて、後に実施されるテクスチャ化プロセスに対して耐性を付与する。カウンタードープを防止するべく、ドーパント源の一方からのドーパントが脱ガスして、他方のドーパント源の中に拡散するのを防止する。例えば、Ｎ型ドーパント源からのリンが、ホウ素を含むＰ型ドーパント源に拡散するのを防止する。
【０００８】
本発明のこれら及びその他の特徴は、添付の図面及び「特許請求の範囲」を含む本開示の全体を読むことによって、当業者には容易に理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態による太陽電池の製造を概略的に示す断面を示す。
【図２】本発明の実施形態による太陽電池の製造を概略的に示す断面を示す。
【図３】本発明の実施形態による太陽電池の製造を概略的に示す断面を示す。
【図４】本発明の実施形態による太陽電池の製造を概略的に示す断面を示す。
【図５】本発明の実施形態による太陽電池の製造を概略的に示す断面を示す。
【図６】本発明の実施形態による、カウンタードープを防止するためのチャンバのパージを概略的に示す。
【図７】本発明の実施形態による、ドーパント源の上にキャッピング層を形成することを含む代替的なプロセス工程を概略的に示す断面を示す。
【図８】本発明の実施形態による、ドーパント源の上にキャッピング層を形成することを含む代替的なプロセス工程を概略的に示す断面を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
添付の図面において、異なる図面間で使用されている同一の符号は、同一又は類似の構成要素を表す。
【００１１】
本開示において、装置、プロセスパラメーター、材料、プロセス工程、及び、構造の例等、多くの具体的な詳細が提供されることにより、本発明の実施形態の十分な理解が可能となる。しかしながら、当業者であれば、本発明はこれらの具体的な詳細のうちの１つ以上を欠いても実施できることは理解されよう。他の例では、本発明の態様を不明瞭にすることを避けるため、周知の詳細については図示又は説明をしていない。
【００１２】
図１〜図５は、本発明の実施形態による太陽電池の製造を概略的に示す断面を示している。図１〜図５、更には図７及び図８の例では、太陽電池のＰ型及びＮ型拡散領域、並びに対応する金属コンタクトフィンガーが、太陽電池用基板の裏面上に形成されるという点で、製造される太陽電池は裏面コンタクト太陽電池である。
【００１３】
図１〜図５は、次のプロセス工程を含むプロセスを概略的に示している。
ａ）ダメージエッチング工程、ｂ）ポリシリコンの堆積、ｃ）ドーパント源の印刷、ｄ）硬化工程、ｅ）トレンチ形成、ｆ）テクスチャ化工程である。
【００１４】
この例では、上述のプロセス工程は示された順番で実施される。本発明の理解に必要ない他のプロセス工程は、明確化のために省略されていることに留意する。例えば、Ｐ型及びＮ型拡散領域への金属接点の形成といった他のプロセス工程がテクスチャ化工程の後に続き、太陽電池の製造が完了する。
【００１５】
図１は、裏面１０２と前面１０３とを有する太陽電池基板１０１を示す。前面１０３は太陽に面し、通常動作中に太陽放射を収光する。裏面１０２は、前面１０３の反対側である。基板１０１を準備し、太陽電池に加工するためにダメージエッチング工程を行う。この例では、基板１０１はＮ型シリコンウエハを構成し、典型的には、インゴットから基板１０１をスライスするためにウエハ供給業者が用いる切断工程のため、損傷表面を有した状態で入手される。ウエハ供給業者から入手した時点の基板１０１の厚さは、約１００〜２００マイクロメートルであり得る。一実施形態において、ダメージエッチング工程は、水酸化カリウムを含むウェットエッチングプロセスにより、基板１０１の両側から約１０〜２０μｍを除去することを伴う。ダメージエッチング工程は、金属汚染を除去するために基板１０１を清浄することも含み得る。基板１０１の前面及び裏面表面上に、薄い誘電体層（標示しない）が形成される。薄い誘電体層は、基板１０１の両面上で２０オングストローム以下（例えば、１６オングストローム）の厚さに熱成長される二酸化ケイ素を含み得る。基板１０１の前面表面及びその上に形成される物質は、通常動作中に太陽に面して太陽放射を受けることから、太陽電池の前面にあるとも称される。同様に、基板１０１の裏面表面及びその上に形成される物質は、前面の反対側である太陽電池の裏面にあるとも称される。
【００１６】
図２では、基板１０１の裏面１０２の薄い誘電体層の上にポリシリコン層１０４が形成されている。製造プロセスのこの段階ではドープされていないポリシリコン層１０４は、ＬＰＣＶＤ法により約２２００オングストロームの厚さに形成され得る。
【００１７】
図３では、ドーパント源１０５及び１０６がポリシリコン層１０４の上に印刷されている。以下で更に明らかとなるように、ドーパント源１０５及び１０６は、太陽電池の裏面のポリシリコン層１０４の中に拡散領域を形成するためのドーパントを提供する。任意の所与の太陽電池のためにいくつかのドーパント源１０５及び１０６が形成されるが、図示を明確にするために、それぞれ１つだけが図３に示されている。
【００１８】
印刷可能なインクを含むドーパント源１０５及び１０６は、異なる導電型を有する。図３の例では、ドーパント源１０５はＰ型ドーパント源であり、ドーパント源１０６はＮ型ドーパント源である。ドーパント源１０５及び１０６は、インクジェット印刷又はスクリーン印刷などの印刷によって、ポリシリコン層１０４の上に形成される。インクジェット印刷により、基板１０１の上にインクジェットプリンタノズルのシングルパス方式で、ドーパント源１０５及び１０６の両方を印刷することが有利に可能となる。ドーパント源１０５及び１０６はまた、プロセスによっては別個のパス方式で印刷されてもよい。
【００１９】
図４では、硬化工程が行われ、ドーパント源１０５が架橋結合され、ドーパント源１０６が架橋結合され、ドーパント源１０５からのドーパントをポリシリコン層１０４の中へ拡散させて、ポリシリコン層１０４にＰ型拡散領域１０７を形成し、ドーパント源１０６からのドーパントをポリシリコン層１０４の中へ拡散させて、ポリシリコン層１０４にＮ型拡散領域１０８を形成する。ポリシリコン層１０４上には複数のドーパント源１０５及び１０６があるので、複数のＰ型拡散領域１０７及びＮ型拡散領域１０８がポリシリコン層１０４に存在する。ドーパント源１０５の架橋結合及びドーパント源１０６の架橋結合は、太陽電池のトレンチ及び前面で実施される後続のテクスチャ化工程（図５参照）にドーパント源１０５及び１０６が耐え得るように、これらの耐久性を高めかつ強靭にするべく行われる。プロセス工程の数を減らすために、架橋及び拡散は同じ硬化工程において行われ、それによって太陽電池の製造コストを低減する。硬化工程は、６００℃〜１１００℃の範囲（例えば、９５０℃）の温度で約３０分行われてもよい。
【００２０】
太陽電池の性能を改善するため、ドーパント源１０６からのＮ型ドーパントがＰ型ドーパント源１０５に拡散するのを防止する又は最小限にするように、硬化工程が行われる。本発明者らが実施した研究によれば、硬化工程の間に、ドーパント源１０６からのＮ型ドーパントが、ドーパント源１０５のＰ型ドーパントをカウンタードープすることが可能であることを示している。本発明者らは、このカウンタードープが、この例ではリンを含むＮ型ドーパントの、ホウ素を含むＰ型ドーパント源１０５への脱ガスに起因することを発見した。場合によっては、結果として生じるリン濃度は、Ｐ型ドーパント源１０５中のホウ素濃度よりも高くなる。本発明者らは、ドーパント源１０６からのＮ型ドーパントは、Ｐ型拡散領域１０７とＮ型拡散領域１０８との間の領域（図４では１１２と標示）をドープすることが可能であることも発見した。カウンタードープ、即ち、ドーパント源１０６からのＮ型ドーパントの、Ｐ型ドーパント源１０５への拡散は、太陽電池基板１０１の寿命を低下させ、かつ太陽電池の効率を低下させることにより、太陽電池の性能を低下させる。硬化工程の間に、Ｐ型ドーパント源１０５からのＰ型ドーパントもＮ型ドーパント源１０６の中に拡散される。しかしながら、本発明者らが行った研究によれば、このＰ型ドーパントの拡散は、Ｎ型ドーパント源１０６からのＮ型ドーパントのＰ型ドーパント源１０５への拡散ほど太陽電池の性能に影響を与えないことを示している。カウンタードープを防止しながら硬化工程を実施することにより、本発明者らが見出した問題に有利に対処することができる。
【００２１】
図５に示すように、ポリシリコン層１０４を貫通してトレンチ１１５が形成されている。基板１０１の前面表面は不規則にテクスチャ化されて、テクスチャ化した表面１０９が形成される。このテクスチャ化プロセスにより、トレンチ１１５も不規則にテクスチャ化される。一実施形態では、基板１０１の前面表面及びトレンチ１１５は、水酸化カリウムとイソプロピルアルコールとを含むウェットエッチングプロセスを用いて、不規則な角錐を有するようにテクスチャ化される。テクスチャ化された表面１０９は、太陽放射の集光を増加させるのを助ける。エッチングプロセスで使用されるエッチング液は、ドーパント源１０５及び１０６を潜在的に劣化させる可能性がある。硬化工程はドーパント源１０５及び１０６のそれぞれを架橋し、これらをエッチング液に対してより耐性を持たせる。硬化工程の間に、Ｎ型ドーパント源１０６からのＮ型ドーパントの、Ｐ型ドーパント源１０５への拡散を防止する又は最小限に抑える工程はまた、テクスチャ化プロセスで使用するエッチング液に対してドーパント源１０５及び１０６がより耐性を持たせる。
【００２２】
一実施形態において、硬化工程の間の、ドーパント源１０６からのＮ型ドーパントの、Ｐ型ドーパント源１０５の中への拡散は、熱的に安定なインクを使用することにより防止される又は最小限に抑えられる。一実施形態において、Ｎ型ドーパント源１０６は、ホウ素燐ケイ酸塩ガラス（ＢＰＳＧ）を含む熱的に安定なインクを含む。ＢＰＳＧのホウ素含有量は、硬化工程の間に、脱ガスではなく、リンをポリシリコン層１０４に押し込むのを促進するように最適化され得る。例えば、ＢＰＳＧ中のホウ素の成分パーセントは０．１％〜５％の範囲であってもよく、リンの成分パーセントは５％〜８％であってもよい。特定の例として、ＢＰＳＧは、（ａ）５％のホウ素及び５％のリン、（ｂ）３％のホウ素及び５％のリン、又は、（ｃ）５％のホウ素及び８％のリンを有していてもよい。ＢＰＳＧ中のホウ素及びリンの成分パーセントは、プロセスにより異なってもよい。広くは、ホウ素の成分パーセントは、Ｎ型ドーパント源１０６をカウンタードープせずに押し込む効果を得るのに十分なだけ低く維持される。ＢＰＳＧは、印刷に適した形態である。
【００２３】
一実施形態において、硬化工程の間の、ドーパント源１０６からのＮ型ドーパントの、Ｐ型ドーパント源１０５の中への拡散は、硬化時間を短くすることで防止される又は最小限に抑えられる。例えば、図４のサンプルは、急速熱処理によって硬化されてもよい。特定の例として、図４のサンプルは、約１〜２分の急速熱処理を受けてもよい。比較的短い硬化時間は、Ｎ型ドーパント源１０６から脱ガスして、Ｐ型ドーパント源１０５の中に拡散するＮ型ドーパントの量を最小限にする。
【００２４】
一実施形態において、硬化工程の間の、ドーパント源１０６からのＮ型ドーパントの、Ｐ型ドーパント源１０５の中への拡散は、Ｎ型ドーパントがＰ型ドーパント源１０５中に深く拡散しないように、Ｐ型ドーパント源１０５を適切に厚くすることによって防止される又は最小限に抑えられる。例えば、Ｐ型ドーパント源１０５は、Ｎ型ドーパントによるカウンタードープに対する耐性が高まるように、少なくとも３０００オングストロームの厚さに形成され得る。
【００２５】
一実施形態において、硬化工程の間の、ドーパント源１０６からのＮ型ドーパントの、Ｐ型ドーパント源１０５の中への拡散は、Ｎ型ドーパント源１０６から脱ガスしたドーパントを、太陽電池が硬化されているチャンバの外にパージすることにより防止される又は最小限に抑えられる。例えば、図６に示されるように、図４のサンプルを硬化させる工程の間に、不活性ガス（例えば、窒素）をチャンバに流し、ドーパントがドーパント源に拡散する機会を得る前に、脱ガスしたドーパント（この例ではリン）をチャンバの外にパージしてもよい。別の例として、ドーパント源１０５及び１０６は、チャンバの中で低圧力下で硬化されてもよい。低圧は、脱ガスしたＮ型ドーパントを、Ｐ型ドーパント源１０５の中に拡散させる代わりにチャンバから引き抜く。
【００２６】
一実施形態において、硬化工程の間の、ドーパント源１０６からのＮ型ドーパントの、Ｐ型ドーパント源１０５の中への拡散は、硬化工程の前にＮ型ドーパント源１０６の上にキャッピング層を形成することにより防止される又は最小限に抑えられる。図７の例では、Ｐ型ドーパント源１０５の上にキャッピング層１１０が形成され、Ｎ型ドーパント源１０６の上にキャッピング層１１１が形成されている。キャッピング層１１０は、例えばケイ酸塩を含んでもよい。硬化工程の間に、キャッピング層１１０及び１１１は、ドーパント源のどちらか一方からの脱ガスしたドーパントが他方の中に拡散するのを防止する。用途に応じて、片方又は両方のキャッピング層を使用することができる。キャッピング層１１０は、チャンバの中のドーパントがＰ型ドーパント源１０５の中に拡散するのを阻止する。キャッピング層１１０はまた、Ｐ型ドーパント源１０５からのドーパントがチャンバの中に脱ガスするのを防止し、場合によっては、太陽電池のＮ型ドーパント源１０６又は他の物質をカウンタードープするのを防止する。キャッピング層１１１は、Ｎ型ドーパント源１０６からのドーパントが脱ガスし、Ｐ型ドーパント源１０５の中に拡散するのを阻止し、また、チャンバ内の他のドーパントがＮ型ドーパント源１０６の中に拡散するのを阻止する。図８では、基板１０１の前面表面及びトレンチ１１５が、図５と同様に不規則にテクスチャ化されている。
【００２７】
カウンタードープ防止を含む太陽電池構造及び製造プロセスが開示された。本発明の具体的な実施形態を提供したが、これらの実施形態は説明を目的としたものであり、限定的なものでないことは理解されよう。多くの追加的実施形態が、本開示を読む当業者にとっては明らかとなろう。
【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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【国際調査報告】
2013529856.tif 000011
2013529856.tif 000012
2013529856.tif 000013