(57)【要約】１つ以上の誘電体層の反射防止特性を向上させ、太陽電池の生成キャリアの表面再結合を低減させる方法を開示する。ある実施態様では、反射防止特性を向上させるため、ドーパントを誘電体層内に導入する。他の実施態様では、少数キャリアを表面から離して、コンタクトの方へとはね返す電界を生成するために、ドーパント種を誘電体層内に導入する。別の実施態様では、キャリアを太陽電池の表面からはね返す移動種を反射防止膜に導入する。太陽電池の表面にバリアを生成することにより、表面での望ましくない再結合を低減させることができる。
2013509005.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池の効率を向上させる方法であって、
エミッタを生成するために、第１の導電型を有する第１のドーパント種を太陽電池の頂面に導入するステップと、
前記第１のドーパント種とは反対の導電型を有する第２のドーパント種を前記エミッタに導入するステップと、
前記頂面に表面パッシベーション層を塗布するステップと、を含み、
前記第２のドーパント種は、前記エミッタから前記表面パッシベーション層内へ偏析するようにして、太陽電池の効率を向上させる方法。
【請求項２】
前記第１の導電型はｎ型であり、前記第２のドーパント種は、B, Al, Ga, In又はTlから成る群から選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記表面パッシベーション層は、酸化物を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記２つの導入ステップは、順次に行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記２つの導入ステップは、少なくとも部分的に同時に行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
太陽電池の効率を向上させる方法であって、
エミッタを生成するために、第１の導電型を有する第１のドーパント種を太陽電池の頂面に導入するステップと、
前記頂面に表面パッシベーション層を塗布するステップと、を含み、
前記エミッタにおける少数キャリアをはね返す電界を生成するように、第２のドーパント種を前記表面パッシベーション層に導入して、太陽電池の効率を向上させる方法。
【請求項７】
前記エミッタはｎ型であり、前記第２のドーパント種は、Si, C, He, Ar, Ne, Kr, Xe 及びHから成る群から選択される、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記エミッタはｐ型であり、前記第２のドーパント種は、F, Cl, Br及びNから成る群から選択される、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記第２のドーパント種は、前記表面パッシベーション層に注入される、請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
前記第２のドーパント種は、堆積プロセスの間に導入される、請求項６に記載の方法。
【請求項１１】
前記第２のドーパント種は、Na, Li, Ca, K, １Ａ族元素及び２Ａ族元素から成る群から選択される、請求項６に記載の方法。
【請求項１２】
太陽電池の効率を向上させる方法であって、
エミッタを生成するために、第１の導電型を有する第１のドーパント種を太陽電池の頂面に導入するステップと、
前記頂面に表面パッシベーション層を塗布するステップと、
前記表面パッシベーション層に移動種を付着するステップと、を含み、
前記移動種は、前記エミッタにおける少数キャリアをはね返す電界を生成するようにして、太陽電池の効率を向上させる方法。
【請求項１３】
前記エミッタはｎ型であり、前記移動種は、Na, Li, Ca, K, １Ａ族元素及び２Ａ族元素から成るグループから選択される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記移動種は、前記表面パッシベーション表面上に噴霧される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記太陽電池は、前記移動種を含む溶液中に浸される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
前記移動種は、前記表面パッシベーション層上に堆積される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
前記第２の移動種は、該移動種の存在下で、前記太陽電池をアニールすることにより導入される、請求項１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池における誘電体に関し、特に、太陽電池の誘電体層の光学特性を向上させる方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
イオン注入は、導電率を変える不純物を基板に導入するための標準的な技術である。所望の不純物材料がイオン源内でイオン化され、イオンは所定のエネルギーのイオンビームを形成するように加速され、イオンビームは基板の表面に向けられる。ビーム内のエネルギーイオンは基板材料の大部分に浸透し、所望の導電率の領域を形成するように基板材料の結晶格子に埋め込まれる。
【０００３】
太陽電池は、無料の天然資源を用いて無公害で平等に利用できるエネルギーを提供する。環境問題及びエネルギーコストの上昇により、シリコン基板で構成することができる太陽電池が、ますます世界的に重要になっている。高性能太陽電池の製造又は生産コストの低減もしくは高性能太陽電池の効率の向上は、世界中で、太陽電池の実装にプラスの効果をもたらしている。これは、このクリーンエネルギー技術のより広い有用性を可能にする。
【０００４】
太陽電池は典型的には、ｐ−ｎ半導体接合から成る。図１は選択エミッタ型太陽電池２１０の断面図である。エミッタ２００にドーパントをドープし、追加のドーパントをコンタクト２０２の下の領域２０１に供給することにより、太陽電池２１０の効率（例えば、太陽電池を電気回路に接続したときに変換され収集される電力の割合）を向上させることができる。領域２０１のより高濃度なドーピングは導電率を向上させ、コンタクト２０２間のより少量のドーピングは電荷収集率を向上させる。コンタクト２０２は約２〜３ｍｍ離間させることができる。領域２０１の幅は約１００〜３００μｍに過ぎない。図２は相互嵌合バックコンタクト型（interdigitated back contact (ＩＢＣ)）太陽電池２２０の断面図である。ＩＢＣ太陽電池では、ｐ−ｎ接合は太陽電池２２０の裏面にある。ドーピングパターンは、この特定の実施態様では、ｐ型とｎ型ドーパント領域が交互になっている。ｐ＋エミッタ２０３及びｎ＋裏面電界領域２０４はドープすることができる。このドーピングによって、ＩＢＣ太陽電池の接合を機能させ、効率を向上させることができる。
【０００５】
図１の選択エミッタ型太陽電池も、図２のＩＢＣ太陽電池も、双方とも、反射防止膜（ＡＲＣ）２０５を有する。このＡＲＣ２０５は、例えば、SixNyとすることができる。ＡＲＣ層２０５の光捕獲を向上させるために、SixNy層は下部に酸化膜２０６を有するのがよい。酸化膜２０６は、シリコンより高い屈折率を有する。SixNyのＡＲＣ層２０５は、酸化膜２０６より高い屈折率を有し、さらに、光を屈折して太陽電池のシリコン内へと戻す。このタイプの屈折は、反射光量を減らし、太陽電池の効率を向上させる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＡＲＣ層２０５と共に酸化物層２０６を用いることには、欠点がある。シリコンと誘電体層（即ち、ＡＲＣ層２０５と酸化物層２０６）との間のダングリングボンドにおけるような、表面界面では、キャリアの再結合が生じる。さらに、光トラッピングが最適でなく、窒化物層又は酸化物層のような誘電体層はＵＶ光を吸収する。これは太陽電池のＵＶ収集効率を低減少させる。従って、太陽電池の誘電体層の光学特性を向上させる改善方法の技術のニーズがある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
１つ以上の誘電体層の反射防止特性を向上させ、太陽電池の生成キャリアの表面再結合を低減させる方法を開示する。ある実施態様では、反射防止特性を向上させるために、ドーパントを誘電体層内に導入する。他の実施態様では、少数キャリアを表面から離してコンタクトの方へとはね返す電界を生成するために、ドーパント種を誘電体層内に導入する。別の実施態様では、キャリアを太陽電池の表面からはね返す移動種（mobiles species）を反射防止膜に導入する。太陽電池の表面にバリアを生成することにより、表面での望ましくない再結合を低減させることができる。
【０００８】
本発明をより良く理解するために、以下に、本明細書に参照用として含まれる添付図面を参照する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】選択エミッタ型太陽電池の断面図である。
【図２】相互嵌合バックコンタクト型太陽電池の断面図である。
【図３】例示的な太陽電池の部分断面図である。
【図４】Ａ〜Ｅは、本明細書に開示した第１の方法を用いて太陽電池を製造する実施形態の図である。
【図５】Ａ〜Ｂは、ｐ型ドーパント及びｎ型ドーパントを注入したときの、及び、酸化後のプロファイルの図である。
【図６】キャリアの電界ドリフトを図解している例示的な太陽電池の部分断面図である。
【図７】本明細書に開示した第２の方法を用いて製造される、電界を有する例示的な太陽電池の部分断面図である。
【図８】本明細書に開示した第３の方法を用いて製造される、誘電体層の表面に移動電荷を有する例示的な太陽電池の部分断面図である。
【図９】本明細書に開示した第３の方法を用いて製造される、誘電体層に拡散された移動電荷を有する例示的な太陽電池の部分断面図である。
【図１０】例示的なＩＢＣ太陽電池の実施形態の断面図である。
【図１１】Ａ〜Ｅは、本明細書に開示した第２の方法を用いて太陽電池を製造する実施形態の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本システムの実施形態を太陽電池に関連して本明細書で説明する。しかしながら、本方法の実施形態は、例えば、半導体基板、イメージセンサ又はフラットパネルに用いることができる。本方法の実施形態は、例えば、ビームラインタイプかそれともプラズマドーピングタイプのイオン注入装置に用いることができる。従って、本発明は、以下に説明する特定の実施形態に限定されない。
【００１１】
ＡＲＣ２０５と共に酸化物層２０６を用いることを改善するために、最適化した表面電界効果によって、少数キャリアを表面から離しておくか又は誘電体層から離して、コンタクトでのキャリアの収集を向上させることができる。これは、表面界面でのキャリアの再結合を防ぐか、又は低減させることができる。酸化物層２０６及びＡＲＣ層２０５の最適化は、光トラッピングを高めることができる。酸化物層又は窒化物層のような誘電体層の厚さを薄くすることは、これらの層により吸収されるＵＶ光量を低減させる。本明細書で述べる方法の実施形態は、反射防止特性又は光収集効率を改善し、生成されるキャリアの表面での再結合を低減させる。これは太陽電池の全体の効率を向上させることができる。これは、表面層の屈折率を改善することにより、又は、太陽電池の表面に電界を発現させることにより、行うことができる。
【００１２】
第１の方法によれば、表面パッシベーション層をドープして、太陽電池を改善することができる。表面パッシベーション層と反射防止膜２０５とは同一にすることができる実施形態もある。他の実施形態では、表面パッシベーション層を酸化物層２０６とし、その上に反射防止膜２０５を塗布することができる。
【００１３】
酸化物、窒化物、オキシ窒化物又はアモルファスシリコン（α−Si）とすることができるこの表面パッシベーション層は、その形成中、又は形成後にドープされる。このドーピングは、層の屈折率を増加させ、全内部反射を向上させる。図３は、例示的な太陽電池の部分断面図である。この特定の太陽電池の設計が開示されているが、ｐドープエミッタを有するような他の太陽電池の設計に、この方法の実施形態を適用することができる。太陽電池３００のｎ型エミッタ３０１は、接合を形成するために、ｐ型基板（図示せず）の上に配置することができる。表面パッシベーション層としての機能を果す酸化物層３０３は、ｎ型エミッタ３０１とＡＲＣ３０２との間に位置付けられる。ＡＲＣ３０２は、例えば、α−Si、Al2O3、組成式がAlxOyの別の材料、Si3N4、SiN又はSixNyの組成式を有する別の材料、インジウムスズ酸化物又は組成式がInxSnyOzの別の材料、又はSnO2又はTiO2又は反射防止膜として用いられる任意の誘電材料とすることができる。再結合は、ｎ型エミッタ３０１と酸化物層３０３との間、及び、酸化物層３０３とＡＲＣ３０２との間の界面にて生じ、太陽電池３００の効率を低下させる。金属とすることができるコンタクト３０４は、オーミックコンタクト３０６を介してｎ＋＋ドープ領域３０５と接する。オーミックコンタクト３０６は、焼成プロセスにより生成することができる。ペーストが太陽電池の表面に導入され、それが太陽電池の中に拡散されるように加熱される。焼成されたコンタクトでは、ペースト内の銀が、通常、オーミックコンタクト３０６を形成するシリサイドを形成する。オーミックコンタクト３０６の使用は、高再結合及び高収集効率をもたらす。
【００１４】
第１の方法では、基板は酸化の前にドープされる。B, Al, Ga, In又はTlのようなドーパントを、ｎ型エミッタ３０１のシリコン内に、できる限り極浅注入で注入することができる。この方法にはより軽い種がもっと有効であるが、他の種を用いることもできる。約５keV未満の注入エネルギーを用いて、注入深さをエミッタの深さの約１０％未満にすることができる。これは極浅注入の一例であるが、他の深さにすることもできる。酸化物層３０３を形成するための酸化の間に、負の偏析係数を有するドーパントは、エミッタ３０１から酸化物層３０３内に偏析する。これらの種のドーズは、酸化物層に必要とされるドーパントの量に基づいて、選定することができる。ドーパントのほとんどは、その成長の間に酸化物層内に優先的に偏析する傾向がある。この濃度は、成長した酸化物層におけるこれらドーパントの溶解度に依存する。好ましくは、成長酸化物層に必要とされるドーパントは、０．１〜１％までであり、これには、用いるドーパントに応じて１０１４
〜５×１０１５cm−3の初期注入ドーズを必要とする。
【００１５】
例えば、特定の実施形態では、酸化物層３０３を形成するための酸化の間に、ｎ型エミッタ３０１にあらかじめ注入されたホウ素が、酸化物層３０３内に優先的に偏析する。酸化物層内でのホウ素の溶解度はシリコン内より大きいため、偏析が生じるのであるが、他のメカニズムも考えられる。このホウ素の注入は、何れかのエミッタ又は表面電界層に必要とされるような、他の任意のドーピングプロセスに続いて行われる。エミッタ３０１から酸化物層３０３へのこのドーパントの偏析は、酸化物層３０３の屈折率を高くする。
【００１６】
図４のＡ〜Ｅは、本明細書に開示した第１の方法を用いて太陽電池を製造する実施形態である。図４のＡでは、注入４００を用いてｎ型ドーピングを行う。これは、約１×１０２０cm−3のドーパントの濃度でｎ型エミッタ３０１を形成する。図４のＢでは、注入４０１を用いてｐ型ドーピングを行う。これは、例えば、約１×１０１８cm−3のドーパントの濃度で注入層４０３を形成する、例えばホウ素イオン（B+）を用いる極浅注入とすることができる。例えば、注入層の厚さは、成長させる酸化物層の厚さの約１／３とすることができる。図４のＣでは、注入４０２を用いてｎ＋＋ドープ層３０５を形成する。注入４０２は、例えば、アパーチャを有するマスクを用いて行うことができる。このｎ＋＋ドープ層を用いてキャリアをより良く収集することができる。図４のＤでは、酸化物層３０３を形成するために、酸化及びアニールプロセスが用いられる。注入層４０３からのドーパントは、酸化物層３０３に移動又は酸化物層３０３に偏析し、この酸化物層３０３を約１×１０１９cm−3より高い濃度にドープする。図４のＥでは、コンタクト３０４及びオーミックコンタクト３０６を形成するために、金属化を行う。次いで、ＡＲＣ３０２を、コンタクト３０４の周りに堆積する。
【００１７】
注入４０１は、プラズマドーピング、プラズマ浸漬又はビームラインイオン注入装置により行うことができる。プラズマドーピングシステムは、表面源拡散で主に駆動されるため、非逆行プロファイル（non-retrograde profile）よりはむしろ、表面ピークプロファイルを改善する。注入４０１用のドーパントドーズは、一例では、約１×１０１３〜７×１０１５cm−２の間である。この注入４０１は、前処理又は後処理を順次含むクラスター構成で行うこともできる。
【００１８】
図５のＡ〜Ｂは、ｐ型ドーパント及びｎ型ドーパントを注入したときの、及び、酸化後のプロファイルである。図５のＡ〜Ｂは、ｎ型エミッタを有する太陽電池を例示する。図５のＡのｐ型曲線は図４のＡの注入４００に対応し、ｎ型曲線は図４のＢの注入４０１に対応する。図５のＢに示す得られたプロファイルは、図４のＤに示す酸化後のエミッタの最終状態に対応する。
【００１９】
上記で説明したように、エミッタドーピング（図４のＡの注入４００）に加えて、ｐ型注入（図４のＢの注入４０１）が行われる。図５のＢに示すように、ホウ素のようなｐ型ドーパントは酸化物層３０３内に偏析するが、ｐ型ドーパントのプロファイルは酸化物層３０３の厚さに依存する。図５のＢに示すプロファイルは、厚さが約５０〜３００Åの酸化物層の場合である。このｐ型注入は極浅注入であるが、ｐ型注入の深さは、酸化の間に成長する酸化物層の厚さに依存する。例えば、０．４keVでのホウ素の注入の後には、５０Åの酸化物層を成長させることができる。別の実施形態では、約２keVでのBF2の注入の後に、５０Åの酸化物層を成長させることができる。
【００２０】
ドープされた酸化物層３０３は、ドープされない酸化物層よりも高い屈折率を有する。ドープされた酸化物層３０３は、高い屈折特性も有し、ｎ型エミッタ３０１の表面からの少数キャリアを偏向させる。太陽電池３００の表面の大部分は、コンタクト３０４により覆われないため、ドープされた酸化物層３０３は、ｎ型エミッタ３０１と酸化物層３０３との間の界面での少数キャリアの再結合を抑制するのに役立つ。
【００２１】
特定の実施形態では、注入４００又は注入４０２は、注入４０１と組み合わせて、注入層４０３を生成することができる。これらの組み合わせ注入は、一例では、ＡＲＣ３０２のような誘電体を介して行うことができる。言い換えれば、図４を参照するに、いくつかの実施形態では、Ｃ〜Ｅのステップのいくつか又は全てを、Ａ〜Ｂのステップの前に行うことができる。
【００２２】
代わりの実施形態では、太陽電池３００のエミッタはｐ型エミッタとすることができる。従って、太陽電池３００の接合は逆にすることができる。ｐ型エミッタの場合には、ＡＲＣ３０２をAlO又はAl2O3のようなAlxOyとすることができる。H, F, B又はBF2のような種を用いるAlxOy内への、又は、それを経ての注入は、窒化物層の誘電体と同様に、AlxOyの誘電体を改善することができる。
【００２３】
この第１の方法は、誘電体層の屈折率を高め、太陽電池３００内に表面蓄積層を生成する最適表面電界効果を提供することができる。従って、少数キャリアを太陽電池３００の表面から離し、コンタクト３０４での少数キャリアの収集を高めることができる。これは太陽電池３００の効率を向上させる。誘電体層は、ドープされると、屈折率を変えるため、誘電体層の厚さ及び誘電体層により吸収される光量を減らすことができる。誘電体層の厚さの減らすことは、所有コスト及び製造コストを減らすことになる。さらに、ドーパントの勾配を調整することにより、段階的パッシベーション層を形成することができ、光の所望波長に対するさらなる節制（temperance）を達成することができる。段階的屈折率の調整又は所有は、スペクトルのどの部分を優先的にエミッタに反射させるかを制御するために、用いることができる。
【００２４】
第２の方法では、誘電体層は、表面パッシベーション層及び／又は反射防止膜に固定電荷を生成するように、処理される。これは、堆積源からの熱拡散により、又は、イオン注入により行うことができる。光生成少数キャリアの表面再結合は、太陽電池にとって効率の損失源になる。理想的には、少数キャリアは、電界でコンタクトの方へドリフトするようにして、生成電流に寄与させる。コンタクトは太陽電池の表面のごく一部を覆うだけなので、光生成キャリアが表面に達し、非コンタクト領域で再結合する可能性は、かなり高くなる。図１の選択エミッタ型太陽電池のような前側コンタクトの太陽電池の場合には、コンタクト領域を最小化して、入射光及び吸光効率を増やすようにする。太陽電池の横方向又は側方電界は、太陽電池の効率を高めることができる。固定電荷、従って電界を生成するために、表面パッシベーション層又はＡＲＣにドーピングを行うことができる。この結果得られる誘電体の電界は、コンタクトのない領域の太陽電池の表面の方へとドリフトするキャリアをはね返す。これは、表面からキャリアをはね返すのに役立ち、キャリアをコンタクトの方へと側方に拡散させる。
【００２５】
図６は、キャリアの電界ドリフトを説明する例示的な太陽電池３００の部分断面図である。光生成キャリア６００は、点線６０３により図解するように、コンタクト３０４及び酸化物層３０３とｎ型エミッタ３０１との間の界面に向かってドリフトする。かなりの数のキャリア６００が、コンタクト３０４のない太陽電池３００の表面に向かってドリフトする。いくつかの例におけるコンタクト３０４の総面積は、太陽電池３００の全表面積の約１％未満である。従って、キャリア６００がコンタクト３０４に達して、電流を生成する可能性は低い。
【００２６】
図７は、本明細書に開示した第２の方法を用いて製造される、電界を有する例示的な太陽電池３００の部分断面図である。ＡＲＣ３０２又は表面パッシベーション層における（ＡＲＣ３０２内に線により表わされる）電界６０１は、コンタクト３０４から離れた箇所にて、太陽電池３００の表面に拡散するキャリア６００を、コンタクト３０４の方へと側方又は横方向にドリフトするのに、用いることができる。いくつかの実施形態では、正の少数キャリアをはね返すように、正の電界６０１が生成される。他の実施形態では、負の電荷をはね返すように、負の電界６０１が生成される。この電界６０１は、コンタクト３０４が位置付けられていない太陽電池３００の表面の全ての領域に設定することができる。キャリア６００はＡＲＣ３０２における電界６０１によりはね返されて、エミッタ３０１に戻る。一例では、側方のドーピング勾配により、コンタクト３０４の方への側方ドリフトが生じる。これは、例えば、コンタクト３０４の下のｎ＋＋ドープ層が、ｎ型エミッタ３０１よりもっと高濃度にドープされるからである。
【００２７】
電界６０１は、様々な方法で生成することができる。例えば、電界６０１は、ＡＲＣ３０２にドーピングするか、又は注入することにより、生成することができる。電界６０１は、また、ＡＲＣ３０２の堆積プロセスの間に残留固定電荷を構築することにより、生成することができる。
【００２８】
正の電界６０１は、ＡＲＣ３０２又は表面パッシベーション層にSi, C, He, Ar, Ne, Kr, Xe 又はHのような種を注入することにより、形成することができる。負の電界６０１は、ＡＲＣ３０２又は表面パッシベーション層にF, Cl, Br 又はNのような種を注入することにより、形成することができる。この注入は、単一ウエーハ、バッチ又はクラスターの構成で、ビームライン、プラズマ浸漬又はプラズマドーピングのイオン注入装置において実施することができる。注入のエネルギーは、ＡＲＣ３０２又は表面パッシベーション層の厚さに依存する。ドーパントは注入されると、部分的に電界６０１を引き起こす空孔をもたらすため、注入エネルギーは、ドーパントを誘電体層内に保持するように選択すべきである。ドーパントは、ｎ型エミッタ３０１に最も近い誘電体層の半分に、又は、ｎ型エミッタ３０１に最も近い誘電体層の底部に集中させることができる。太陽電池３００のｐドープ領域又はｎドープ領域に漏れるドーパントは、欠陥を引き起こし表面再結合を高める。
【００２９】
図１１のＡ〜Ｅは、本明細書に開示した第２の方法を用いて太陽電池を製造する実施形態である。図１１のＡでは、注入９５０を用いてｎ型ドーピングを行う。これは、約１×１０２０cm−3のドーパントの濃度でｎ型エミッタ３０１を形成する。図１１のＢでは、注入９５１を用いてｎ＋＋ドープ層３０５を形成する。注入９５１は、例えば、アパーチャを有するマスクを用いて行うことができる。このｎ＋＋ドープ層は、キャリアの収集をより良くするのに用いられる。図１１のＣでは、酸化を用いて、酸化物層３０３を形成する。図１１のＤでは、金属化を行って、コンタクト３０４及びオーミックコンタクト３０６を形成する。次いで、ＡＲＣ３０２をコンタクト３０４の周りに堆積する。図１１のＥでは、注入９５２を用いて、上記のように、表面パッシベーション層又はＡＲＣ３０２をドープする。
【００３０】
注入９５２は、プラズマドーピング、プラズマ浸漬又はビームラインイオン注入装置により行うことができる。この注入９５２も前処理又は後処理を順次含むクラスター構成で行うことができる。
【００３１】
さらに、ＡＲＣ３０２又は表面パッシベーション層の注入９５２は、エミッタ又はｎ＋＋ドープ層を生成するのに用いる注入９５０、９５１と組み合わせることができる。従って、太陽電池３００に接合を形成するドーピングは、誘電体層内の電界を少なくとも部分的に同時のプロセスで変えることと組み合わせることができる。これは、プロセスステップの数を減らし、製造コストを低減させる。用いるドーパントは、ｐ型かそれともｎ型であってもよい。
【００３２】
ＡＲＣ３０２又は表面パッシベーション層内の固定電荷の電界も、これらの層の堆積の間に生成することができる。例えば、ＡＲＣ３０２におけるSi3N4の堆積の間に、流れるNの比率を下げて、固定正電荷を増やすことができる。この堆積中に、B, C, Ge, O, Sn, S又はSeのような、追加のインサイチュ（in-situ）ドーパントも使用して、誘電体層における固定電荷を増やすことができる。
【００３３】
この第２の方法は、キャリア６００をはね返して、コンタクト３０４によるキャリアの捕獲効率を改善し、従って、太陽電池３００の効率を向上させる。こうした効果を達成するのに、Al2O3のような追加の層を堆積する必要がないため、製造コストが低減する。光収集効率は、これらの不必要な追加の層を含まなくても向上させることができる。キャリアの捕獲効率は電流に寄与するため、太陽電池３００の効率及び電流量が向上する。電界６０１は、コンタクト３０４のない誘電体層の領域内でのみ生成される。この電界は、太陽電池３００の表面での再結合に対するバリアを増大させる。さらに、このような方法でのドーピングは、ＡＲＣ３０２の特性を変更しない。
【００３４】
高効率の太陽電池にとっては、表面での再結合を減少させ、従って、より高い太陽電池の効率を可能にするために良好なパッシベーションが必要である。ｐドープ領域及びｎドープ領域に対するＡＲＣ及びパッシベーションのスキームは、異なっていてもよい。ｎ型表面に対するパッシベーション界面は、電子の表面蓄積層を引き付けて保持するように、正に帯電される必要がある。同様に、ｐ型表面に対するパッシベーション界面は、正孔の表面蓄積層を引き付けて保持するように、負に帯電される必要がある。従って、SixNyのＡＲＣ層は、ＡＲＣ層内に全正電荷を有するため、ｎ型表面にとっては最適なＡＲＣ層である。負電荷を有するAl2O3又はα−Siは、ｐ型表面をパッシベートするのに、用いられる。図２のＩＢＣ太陽電池のような高効率電池の場合、これは集積化問題を引き起こす。そのような小さい空間内でｎ型領域もｐ型領域もパッシベートするのは、処理及び集積化の複雑さを増大させることになる。
【００３５】
図１０は、例示的なＩＢＣ太陽電池の実施形態の断面図である。図１０に例示したもの以外の設計も可能であり、本明細書に開示した実施形態は、図１０の設計だけに限定されない。ＩＢＣ太陽電池は、ＡＲＣ３０２の下にｎ型領域及びｐ型領域を交互に有している。ＡＲＣ層３０２は、反射防止層としてだけでなく、パッシベーション層としての役割も果す。SiN層はｎ型表面をパッシベートするために用いられ、Al2O3はｐ型表面をパッシベートするために用いられる。従って、このＡＲＣは、ＩＢＣ太陽電池の本実施形態のように、裏面側に用いられる際には、反射防止膜というよりもむしろ、パッシベーション層として称するのが適切である。ＡＲＣ３０２は、一例では、ｎ型領域９０１にふさわしい窒化物とするのがよい。この本特定の実施形態では、少なくともｐ型領域９０２を形成するための注入は、ＡＲＣ３０２を介して行うことができる。これには、所望領域の注入を許可するために、アパーチャを有するマスクを用いるか、又はリソグラフィーのような他のパターニング技法を用いることができる。ＡＲＣ３０２を介してｐ型領域９０２に注入することは、ＡＲＣ３０２に帯電領域９０３を生成する。ＡＲＣ３０２におけるこれらの帯電領域９０３は、ＡＲＣ３０２における電荷の極性をｐ型領域９０２にふさわしい極性に変える。その理由は、ｐ型領域９０２をパッシベートするには、負電荷を必要とするからである。従って、ＡＲＣ３０２内への注入及びＩＢＣ太陽電池９００内への注入は、少なくともｐ型領域９０２に対しては同じとすることができる。本方法は、所有者の処理コストを下げ、集積化のスループットを改善する。
【００３６】
あるいは、接合のドーピング及びパッシベーション特性を変更するための、誘電体層内への注入は、別個の注入で達成することができる。
【００３７】
第３の方法では、誘電体層内に電界を生成するのに、移動種を用いる。Na, Li, Ca, 
K, 他の１Ａ族元素又は他の２Ａ族元素のような移動種は、イオン化されたままであり、誘電体層内で格子間的（interstitially）に移動する。これらの種はまた、ＡＲＣ３０２と酸化物層３０３との間の界面又は酸化物層３０３と例えばｎ型エミッタ３０１のシリコンとの間の界面に、優先的に偏析する。そのような種は、電界を生成するのに用いることができる。
【００３８】
図８は、本明細書に開示した第３の方法を用いた、誘電体層３０２の表面に移動電荷を有する例示的な太陽電池３００の部分断面図である。本特定の実施形態ではNaとする、種８００は、ＡＲＣ３０２の表面上にある。太陽電池３００は、NaCl溶液に浸すか、又は、NaCl溶液を吹きつけることができる。これは、ＡＲＣ３０２のような窒化物誘電体層の表面にNa原子又はイオンを塗布することになる。代替の方法では、ＡＲＣ３０２又は酸化物層３０３の堆積の間に、Naを組み込むこともできる。
【００３９】
図９は、本明細書に開示した第３の方法を用いた、誘電体層に拡散させた移動電荷を有する例示的な太陽電池の部分断面図である。熱処理により、種８００は、本例ではＡＲＣ３０２と酸化物層３０３との間の界面に拡散する。一実施形態での熱処理は、他の温度範囲も可能であるけれども、約４０℃と３００℃との間の温度とする。この界面に種８００を位置付けると、これらの種８００は、太陽電池３００の大部分に向けてキャリア６００をはね返す。従って、種８００は、コンタクト３０４から離れた個所にて太陽電池３００の表面に拡散しているキャリア６００を側方又は横方向にドリフトさせることになる。種８００は、図９に点線により例示するように、キャリア６００をコンタクト３０４の方へはね返す。側方ドリフトは、コンタクト３０４の下の領域、この場合は、ｎ＋＋ドープ層３０５が太陽電池３００の残りの部分より高濃度にドープされているため、側方ドーパント勾配が存在するために生じる。
【００４０】
種８００用に用いるNa又は他の移動不純物は、溶質コーティングにより組み込むことができるが、誘電体層の形成の間に、堆積によるか、（化学蒸着又は物理蒸着のような）蒸着によるか、種８００のイオン注入によるか、又は、種８００の存在下での太陽電池３００のアニーリングにより組み込むこともできる。１Ａ族元素及び２Ａ族元素は、正にイオン化される傾向があるため、これらの元素のみが界面で正孔をはね返す。電子をはね返すには、負の電界が必要である。この場合には、F, Cl, Br 又はIのような負に帯電した種８００を、用いることができる。そのような負に帯電した種は、溶質コーティングにより組み込むことができるが、誘電体層の形成の間に、堆積によるか、蒸着によるか、イオン注入によるか、又は、これらの負に帯電した種の存在下での太陽電池３００のアニーリングにより組み込むこともできる。
【００４１】
この第３の方法は、キャリア６００をはね返して、コンタクト３０４によるキャリアの捕獲効率を改善し、従って、太陽電池３００の効率を向上させる。追加の層を堆積しなくて済むため、製造コストが低減する。噴霧又は浸漬は、比較的安価な処理ステップである。電界は、コンタクト３０４のない誘電体の領域内にのみ生成されるため、これは太陽電池３００の表面での再結合に対するバリアを増大させる。さらに、このようなドーピングは、ＡＲＣ３０２の特性を変更しない。
【００４２】
本発明は、本明細書に記載した特定の実施形態による範囲に限定すべきではない。実際に、本明細書に記載した実施形態に加えて、本発明の他の様々な実施形態及び変更は、前述の記載及び添付図面から当業者には明らかであろう。従って、そのような他の実施形態及び変更は、本発明の範囲内に入ることを意図している。さらに、本発明は、特定の目的のため、特定の環境で、特定の実施のコンテキストで、本明細書に記載したけれども、当業者は、その有用性がそれらに限定されず、本発明が、任意の数の目的のため、任意の数の環境で、有用に実施することができることを理解するであろう。従って、以下に記載の特許請求の範囲は、本明細書に記載されているように、本発明の全容及び精神に鑑みて解釈すべきである。
【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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【国際調査報告】
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