(57)【要約】太陽電池及びその製造方法を開示する。方法の一例として、ｐ型ベース層を含む基板を提供するステップと、イオン注入によって、基板の前面の第１及び第２の領域にｎ型ドーパントを導入し、第２の領域を第１の領域よりも高濃度にドープするステップを含む。基板は、ドーパントを活性化させ、ドーパントを基板内に移動させ、ｐ−ｎ接合を形成させ、選択エミッタを形成する単一の高温アニールサイクルに通すことができる。該単一のアニールサイクル中は、前面及び裏面の不動態化酸化物層をｉｎ−ｓｉｔｕ（現場）で形成するために、酸素を導入することができる。前面コンタクト及び裏面コンタクトの焼成、並びに接触接続による金属被覆は、単一の同時焼成工程で実施することができる。これに関連する太陽電池も提供する。
2013527625.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
選択エミッタ太陽電池を製造する方法であって、
ｐ型ベース層を含む基板を提供するステップと、
イオン注入によって、前記ｐ型ベース層の前面の少なくとも第１の領域にドーパントを導入するステップと、
イオン注入によって、前記ｐ型ベース層の前面の少なくとも第２の領域にドーパントを導入するステップであって、前記第２の領域は、前記第１の領域よりも高濃度にドープされ、前記第１及び第２の領域に導入されるドーパントは、ｎ型の伝導性である、ステップと、
前記基板をアニールするステップであって、該アニールするステップは、炉内で前記基板をある温度に加熱して
前記注入による損傷をアニールし、
前記第１及び第２の領域からのドーパントを活性化させ、
前記第１及び第２の領域からのドーパントを前記基板内のより深部に移動させ、前記ｐ型ベース層の前面に選択エミッタ層を形成する、ステップと、
前記アニールするステップにおいて前記炉に酸素を導入するステップであって、前記選択エミッタ層の少なくとも前面に不動態化酸化物層を形成する、ステップと、
を有する方法。
【請求項２】
前記基板は、単結晶のチョクラルスキシリコン基板である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ドーパントは、リンを含む、請求項１又は請求項２に記載の方法。
【請求項４】
少なくとも前記第１の領域にドーパントを導入するステップは、前記ｐ型ベース層の前面の前記第１及び第２の領域に均一にドーパントを導入するステップを含み、少なくとも前記第２の領域にドーパントを導入するステップは、前記ｐ型ベース層の前面の少なくとも前記第２の領域にマスクを通して追加のトーパントを導入するステップを含む、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記基板をアニールするステップは、前記選択エミッタ層の前面と前記ｐ型ベース層の裏面との間に電気的分路を形成せず、前記基板をアニールするステップは、リンケイ酸塩ガラスを形成しない、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記不動態化酸化物層の前面に非晶質窒化シリコン層を蒸着させ、それによって反射防止層を形成するステップをさらに有する、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記非晶質窒化シリコン層に、１つ以上の前面コンタクトを、前記ｐ型ベース層の前面の前記第２の領域と位置合わせしてスクリーン印刷するステップをさらに有する、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記ｐ型ベース層の裏面に１つ以上のアルミニウム製裏面コンタクトをスクリーン印刷するステップをさらに有する、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記１つ以上の前面コンタクト及び前記裏面コンタクトを同時焼成して、前記太陽電池との電気的接続を提供するステップをさらに有する、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記前面コンタクトがフリットを含み、該フリットにより、前記１つ以上の前面コンタクトが前記非晶質窒化シリコン層及び前記不動態化酸化物層を貫通することで、前記選択
エミッタ層との電気的接続が提供される、請求項７から請求項９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記前面コンタクト及び前記裏面コンタクトを同時焼成するステップは、さらに、前記前面コンタクト及び前記裏面コンタクトの同時焼成中に、前記ｐ型ベース層の裏面と前記裏面コンタクトとの界面において液相エピタキシャル再成長によってアルミニウムドープｐ＋シリコン層を形成するステップを含み、前記裏面コンタクトは、前記アルミニウムドープｐ＋シリコン層との電気的接続を提供する、請求項９又は請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記第１及び第２の領域にドーパントを導入するステップを、単一の注入工程中に行う、請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
太陽電池であって、
ｐ型ベース層を含むシリコン基板と、
イオン注入によって前記ｐ型ベース層の上に形成されるｎ型エミッタ層であって、１つ以上の第１のドープ領域と、１つ以上の第２のドープ領域とを有する選択エミッタであり、前記１つ以上の第２のドープ領域は、前記１つ以上の第１のドープ領域よりも高濃度にドープされる、ｎ型エミッタ層と、
前記ｐ型ベース層と前記エミッタ層との界面におけるｐ−ｎ接合と、
前記エミッタ層の前面に形成される不動態化酸化物層であって、前記ｐ−ｎ接合及び前記不動態化酸化物層は、単一のアニールサイクル中に形成される、不動態化酸化物層と、を備える太陽電池。
【請求項１４】
前記不動態化酸化物層の前面に形成される反射防止層をさらに備える、請求項１３に記載の太陽電池。
【請求項１５】
前記反射防止層は、非晶質窒化シリコン層を含む、請求項１４に記載の太陽電池。
【請求項１６】
前記反射防止層の前面に形成されて、前記反射防止層を通じて前記エミッタ層と電気通信関係にある１つ以上のスクリーン印刷された前面コンタクトと、前記ｐ型ベース層の裏面に形成される１つ以上のスクリーン印刷された裏面コンタクトとをさらに備える、請求項１４又は請求項１５に記載の太陽電池。
【請求項１７】
前記ｐ型ベース層の裏面と前記１つ以上の裏面コンタクトとの界面において液相エピタキシャル再成長によって形成されるアルミニウムドープｐ＋シリコン層をさらに備え、前記１つ以上の裏面コンタクトは、前記アルミニウムドープｐ＋シリコン層と電気通信関係にある、請求項１６に記載の太陽電池。
【請求項１８】
前記１つ以上の前面コンタクトは、スクリーン印刷された銀ペーストから形成され、前記１つ以上の裏面コンタクトは、スクリーン印刷されたアルミニウムペーストから形成される、請求項１６又は請求項１７に記載の太陽電池。
【請求項１９】
前記１つ以上の前面コンタクトは、前記エミッタ層の前記より高濃度にドープされた１つ以上の第２のドープ領域と位置合わせされることで接触抵抗が減少する、請求項１６から請求項１８のいずれか１項に記載の太陽電池。
【請求項２０】
太陽電池であって、
ｐ型ベース層を含む基板を提供するステップと、
イオン注入によって、前記ｐ型ベース層の前面の少なくとも第１の領域にドーパントを導入するステップと、
イオン注入によって、前記ｐ型ベース層の前面の少なくとも第２の領域にドーパントを導入するステップであって、前記第２の領域は、前記第１の領域よりも高濃度にドープされ、前記第１及び第２の領域に導入されるドーパントは、ｎ型の伝導性である、ステップと、
前記基板をアニールするステップであって、該アニールするステップは、炉内で前記基板をある温度に加熱して
前記注入による損傷をアニールし、
前記第１及び第２の領域からのドーパントを活性化させ、
前記第１及び第２の領域からのドーパントを前記基板内のより深部に移動させ、前記ｐ型ベース層の前面に選択エミッタ層を形成する、ステップと、
前記アニールするステップにおいて前記炉に酸素を導入するステップであって、前記選択エミッタ層の少なくとも前面に不動態化酸化物層を形成する、ステップと
によって製造される太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
本発明は、総じて、イオン注入及びｉｎ−ｓｉｔｕ（現場）表面不動態化によって形成される選択エミッタを有する太陽電池、並びにその製造方法に関する。
【０００２】
太陽電池は、基本設計において、光子からエネルギを吸収して光起電力効果により電気を生成する半導体基板などの材料で構成される。光子が基板に入り込むと、エネルギが吸収され、これまで束縛状態にあった電子が解放される。解放された電子及びこれまで満たされていた正孔は、電荷キャリアとして知られる。
【０００３】
通常、基板は、ｐ型及びｎ型の不純物がドープされて電場を太陽電池の内部に形成する、いわゆるｐ−ｎ接合である。自由電荷キャリアを使用して電気を生成するには、電子及び正孔が、ｐ−ｎ接合における電場による分離が可能になる前に再結合してはならない。そして、再結合しない電荷キャリアは、負荷への電力供給に使用することができる。
【０００４】
太陽電池を作製する一般的な方法は、ｐ型の伝導性を有するように基板をドープすることから開始する。ｐ型ベース層の上にｎ型エミッタ層を形成するために、基板の前面に、ｎ型ドーパントが導入される。次いで、電気的接続の作成を可能にするために、エミッタ層の前面及びベース層の裏面に、コンタクトが形成される。自由電子は、前面コンタクトによって収集され、正孔は、裏面コンタクトによって収集される。
【０００５】
前面コンタクトは、入射太陽光の一部を遮るので、エミッタ層の前面は、コンタクト材料で覆いすぎないのが有利である。一方、従来の手法では、コンタクトポイント、コンタクトライン、又はコンタクトグリッドの形成を伴う。このようなコンタクトを形成するための低コストの解決策の一部は、スクリーン印刷のように、前面コンタクトとその下のエミッタ層との間の接触抵抗を減少させるために、エミッタ層を高濃度にドープすることを必要とする。しかし、高濃度のドープを使用すると、エミッタ層内及びエミッタ層表面における電荷キャリアの再結合が増加し、電池全体の効率の低下を招く。
【０００６】
この不利点を克服するためには、様々な技術を用いて、前面コンタクトの下では比較的高濃度にドープされ前面コンタクトと前面コンタクトとの間の露出領域では比較的低濃度にドープされる選択エミッタとして知られるエミッタ層を形成することができる。しかし、選択エミッタを用いた太陽電池の作成に使用される製造プロセスは、これまでは非効率的であり、結果得られる太陽電池は、望ましい潜在的効率を達成することができなかった。
【０００７】
したがって、これまでの技術の上述された及びその他の不利点及び欠点を克服する選択エミッタ太陽電池を作成することが、当該分野で求められている。
【０００８】
ここでは、単一のアニールサイクルで形成されるイオン注入された選択エミッタ及び高品質のｉｎ−ｓｉｔｕ不動態化層を伴うシリコン太陽電池、並びにその製造方法の様々な実施形態を開示する。本発明のこれらの実施形態は、これまでの技術に付随する上記の問題を１つ以上克服する。本発明の実施形態により、太陽電池の作成に必要な時間及びコストを低減させる利点が得られる。
【０００９】
本発明の一実施形態の例による太陽電池は、ｐ型ベース層を有するシリコン基板を含む。太陽電池は、イオン注入によってｐ型ベース層の上に形成されるｎ型エミッタ層を有す
る。エミッタ層は、１つ以上の第１のドープ領域と、１つ以上の第２のドープ領域とを有する選択エミッタである。１つ以上の第２のドープ領域は、１つ以上の第１のドープ領域よりも高濃度にドープされる。太陽電池は、また、ｐ型ベース層とエミッタ層との界面に、ｐ−ｎ接合を有する。エミッタ層の前面に、不動態化酸化物層が形成される。ｐ−ｎ接合及び不動態化酸化物層は、単一のアニールサイクルにおいて形成される。
【００１０】
本発明の別の一実施形態の例による太陽電池は、ホウ素ドープｐ型ベース層を有する単結晶シリコン基板を含む。太陽電池は、２回のイオン注入工程によって形成されるリンドープエミッタ層を、ベース層の前面に有する。エミッタ層は、第１のイオン注入工程中に形成される第１のドープ領域と、第２のイオン注入工程中に形成される第２のドープ領域とを有する選択エミッタである。第２のドープ領域は、第２のイオン注入工程中に、より高線量のドーパント又は追加のドーパントを使用することで、第１のドープ領域よりも高濃度にドープされる。太陽電池は、ベース層の前面とエミッタ層の裏面との界面に、ｐ−ｎ接合も有し、該ｐ−ｎ接合は、基板が単一のアニールサイクルに通されるときに形成されるものである。エミッタ層の前面に、誘電性の二酸化シリコン不動態化層などの前面不動態化酸化物層が形成され、ベース層の裏面に、誘電性の二酸化シリコン不動態化層などの裏面不動態化酸化物層が形成される。前面不動態化酸化物層及び裏面不動態化酸化物層は、上記のｐ−ｎ接合を形成する同じ単一のアニールサイクルにおいて形成される。前面不動態化酸化物層の前面に、窒化シリコン、酸化アルミニウム、酸化チタン、フッ化マグネシウム、若しくは硫化亜鉛、又はこれらの材料の組み合わせなどの反射防止層が形成される。反射防止層には、１つ以上のスクリーン印刷された銀製前面コンタクトが形成され、ベース層の裏面には、１つ以上のスクリーン印刷されたアルミニウム製裏面コンタクトが形成される。ベース層の裏面と１つ以上の裏面コンタクトとの界面には、液相エピタキシャル再成長によって、アルミニウムドープｐ＋シリコン層が形成される。接触抵抗を減少させるために、１つ以上の前面コンタクトは、エミッタ層のより高濃度にドープされた第２のドープ領域と位置合わせされる。
【００１１】
本発明の一実施形態の例により、単一のアニールサイクルで形成されるイオン注入された選択エミッタ及び高品質のｉｎ−ｓｉｔｕ不動態化層を伴うシリコン太陽電池の製造方法が開示される。この方法は、ホウ素ドープｐ型ベース層を含むシリコン基板を提供することによって開始される。ベース層の前面の第１の領域及び第２の領域の両方を低濃度にドープするために、第１の注入工程において、イオン注入により、ベース層の前面に均一にリンドーパントが導入される。第２の注入工程において、イオン注入により、ベース層の前面の第２の領域に追加のドーパントがマスクを通して導入される。したがって、第２の領域は、第１の領域よりも高濃度にドープされる。基板は、注入による損傷を修復するために、また第１及び第２の領域からのリンドーパントを活性化させるために、並びに第１及び第２の領域からのリンドーパントを望ましい接合深さへ移動させるために、炉内で、単一の高温アニールサイクルに通される。第１の領域と第２の領域とでドーピング量が異なるため、ベース層の前面に、選択エミッタ層が形成される。この同じアニールサイクル中に、選択エミッタ層の前面における不動態化酸化物層の形成及びベース層の裏面における不動態化酸化物層の形成を助長するために、炉に酸素も導入される。イオン注入の使用により、酸化物層が形成される前にリンケイ酸塩ガラスを除去する必要がなくなるため、誘電性の二酸化シリコン不動態化層などの不動態化酸化物層は、ｉｎ−ｓｉｔｕで形成することが可能である。
【００１２】
また、この方法は、前面不動態化酸化物層の前面に非晶質窒化シリコン層を蒸着させ、これにより非晶質窒化シリコン層と前面不動態化酸化物層との組み合わせから反射防止膜を形成することを含む。ベース層の前面の、より高濃度にドープされた第２のイオン注入領域と位置合わせして、非晶質窒化シリコン層に、１つ以上の銀前面コンタクトがスクリーン印刷される。非晶質窒化シリコン層には、はんだ付け可能パッド又はバスバーなどの
、１つ以上の銀前面コネクションもスクリーン印刷される。ベース層の裏面には、はんだ付け可能パッド又はバスバーなどの、１つ以上の銀−アルミニウム裏面コネクションがスクリーン印刷される。ベース層の裏面には、アルミニウム製裏面コンタクトもスクリーン印刷される。前面及び裏面のコンタクト及びコネクションは、それらが反射防止層及び／又は不動態化酸化物層を通って焼成されるように、ベルト炉内で、同時焼成される。１つ以上の前面コンタクトは、非晶質窒化シリコン層及び前面不動態化酸化物層を通じて選択エミッタ層と電子通信関係にある。ベース層の裏面と裏面コンタクトとの界面には、前面コンタクト及び裏面コンタクトの同時焼成中に、液相エピタキシャル再成長によって、アルミニウムドープｐ＋シリコン層が形成される。
【００１３】
本発明の別の一実施形態の例により、単一のアニールサイクルで形成されるイオン注入された選択エミッタ及び高品質のｉｎ−ｓｉｔｕ不動態化層を伴う太陽電池の製造方法が開示される。この方法は、ｐ型ベース層を含むシリコン基板を提供することによって開始される。イオン注入によって、ｐ型ベース層の前面の少なくとも第１の領域にドーパントが導入される。また、イオン注入によって、ｐ型ベース層の前面の少なくとも第２の領域にもドーパントが導入される。第２の領域は、第１の領域よりも高濃度にドープされる。また、第１及び第２の領域に導入されるドーパントは、ｎ型の伝導性である。基板は、アニールされる。アニール中に、基板は、注入による損傷をアニールするために、また第１及び第２の領域からのドーパントを活性化させるために、並びに第１及び第２の領域からのドーパントを基板内のより深部に移動させ、これによりｐ型ベース層の前面に選択エミッタ層を形成するために、炉内で或る温度に加熱される。アニール工程中は、炉に酸素が導入される。選択エミッタ層の少なくとも前面に、不動態化酸化物層が形成される。
【００１４】
本発明の別の一実施形態の例は、上述の方法によって形成される、単一のアニールサイクルで形成されるイオン注入された選択エミッタ及び高品質のｉｎ−ｓｉｔｕ不動態化層を伴う太陽電池に関する。
【００１５】
上記の概要は、単に、本発明のいくつかの態様に関する基本的理解を与えるために、本発明のいくつかの実施形態の例の概要を説明することを目的として提供されたに過ぎず、上述の実施形態の例は、明細書及び添付の特許請求の範囲が定める範囲よりも限定的な意味において本発明の範囲又は趣旨を狭めるものと解釈すべきではないといえる。本発明の範囲は、種々の可能な実施形態を包含するものであり、そのうちのいくつかは、ここで概要を述べた内容に加えて、以下でさらに説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
以上、本発明の実施形態が一般的な用語で説明されたところで、次に、添付の図面について言及する。これらの図面は、必ずしも縮尺通りに描かれたものではない。
【００１７】
【図１】本発明の代表的な一実施形態にしたがった太陽電池の断面図である。
【図２ａ】本発明の太陽電池の製造方法の一実施形態の例におけるフローチャートである。
【図２ｂ】本発明の太陽電池の製造方法の一実施形態の例におけるフローチャートである。
【００１８】
以下、添付の図面を参照して、本発明のいくつかの実施形態についてさらに説明する。添付の図面には、本発明の全部ではなく一部の実施形態が示されている。当業者ならば、本発明が、種々の異なる形態で実現可能であり、本明細書に明記された実施形態に限定されると解釈されるべきでないこと、及びむしろ、これらの実施形態は、本開示が実施可能要件を満たすために提供されることがわかる。同一の参照符号は、全体を通して同一の要素を示すとする。
【００１９】
選択エミッタ構造は、研究室で作成される高効率で高価なシリコン太陽電池と、産業的に製造される低コストではあるが低効率の電池との間のギャップを埋めるのに役立つ。産業用シリコン太陽電池の多くは、低コストのスクリーン印刷された金属コンタクトを用いており、このような金属コンタクトは、接触抵抗を５ｍΩ・ｃｍ２未満などの許容レベルに抑えるために、高濃度にドープされたエミッタ層を必要とする。しかし、高濃度にドープされた均一なエミッタを伴うシリコン太陽電池では、エミッタ内及びエミッタ表面における電荷キャリアの再結合が増加するため、太陽電池効率の損失を招く。この再結合は、コンタクトの下における高濃度のドープ及びコンタクトとコンタクトとの間における低濃度のドープを特徴とする選択エミッタを用いることで低減されると考えられる。
【００２０】
発明者らは、高品質の不動態化酸化物層を追加することで、選択エミッタ電池の性能が大幅に向上することを見出した。しかし、選択エミッタ太陽電池への高品質不動態化酸化物層の追加は、製造プロセスにおいて追加の時間、エネルギ、及びコストを必要とする。例えば、オキシ塩化リン（ＰＯＣｌ３）などの液状ドーパント源による従来の太陽電池プロセスでは、ドーパントの拡散中に、基板の表面にリンケイ酸塩ガラス（ＰＳＧ）層が形成される。このガラスは、不動態化酸化物層が形成されうる前に、通常は希フッ酸への浸漬によって、基板の表面から除去する必要がある。したがって、ドーパント拡散によって作製される選択エミッタ構造に、不動態化酸化物層を含める場合、従来は、リンケイ酸塩ガラスの除去後に例えば摂氏８００〜１０００度の第２の高温工程中に成長させていた。さらに、液状ドーパントを用いる手法においては、選択エミッタを形成するために、２回にわたる別々の拡散工程が必要となり、さらに拡散と拡散との間において、保護用窒化シリコン層を蒸着させ、それを誘電性エッチングペーストによってパターン化するための追加の工程が必要となる場合がある。これらの追加の工程は、太陽電池を作成する時間及びコストの増加を招く。
【００２１】
さらに、液状ドーパント拡散によって形成された、不動態化酸化物層を有する選択エミッタ太陽電池では、本発明によって回避される更なる問題に直面する。液状ドーパント拡散により、本質的に、シリコンウエハの前側及び裏側の両方に、ｎ＋ドープ層が形成される。その結果、液状ドーパント拡散によって形成されるエミッタを用いた太陽電池の製造においては、電池のエッジに沿った前面と裏面との間の電気的分路を断つために、接合エッジ分離工程を実施する必要がある。この接合エッジ分離は、通常、レーザ法、プラズマ法、又は化学的方法によるトレンチの形成によって実現される。接合エッジ分離中におけるトレンチの形成により、電池の活性化領域が約１％、また電池効率が絶対値にして約０．２％減少する。また、液状ドーパント拡散中におけるウエハの両側へのｎ＋ドープ層の形成は、高度な裏面不動態化方式の利用を妨げる。
【００２２】
イオン注入によって形成される選択エミッタは、より均一なドーパント混入が可能となり、リンケイ酸塩ガラスの形成を伴わず、尚且つエッジ分離が不要になる。酸化物層を形成するためには、通常は、更なる高温アニールに太陽電池を通すことが必要とされるが、これは、製造プロセスが非効率になるだけでなく、さらに、イオン注入されたドーパントを基板内に移動させ、望ましいドーパントプロフィールに影響を及ぼす可能性がある。
【００２３】
発明者らは、上記の種々の問題を解決する、選択エミッタ及び高品質の不動態化酸化物層を用いた太陽電池の新しい作製手法を見出した。このプロセスは、イオン注入を使用して、フィールド領域及び選択領域をドープすることと、注入されたドーパントを活性化する及び移動させるために用いるアニールにおいて、炉に酸素を導入することとを伴う。このようにして、望ましい選択エミッタ及び高品質の不動態化酸化物の両方が、単一の高温アニール工程で形成される。その結果、産業レベルの合理的なプロセスのみを使用して、大量生産可能で且つモジュールに組み込み可能な太陽電池を生産することができる。これ
によって得られる太陽電池は、１５６ミリメートルの角加工基板において、１８．５〜１９％の平均電池効率と、潜在的には約２０％の効率とを達成することができる。
【００２４】
図１は、本発明に係る、太陽電池５の一実施形態を示している。太陽電池５は、半導体基板で形成することができる。基板は、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、シリコン−ゲルマニウム（ＳｉＧｅ）、若しくはその他の半導体材料で構成することができ、また、これらの材料を組み合わせてもよい。単結晶基板の場合は、半導体基板は、フローティングゾーン（ＦＺ）技術又はチョクラルスキ（Ｃｚ）技術を使用して、融液から成長させることができる。次いで、得られた単結晶ブールは、研磨によって基板に形成することができるウエハとして切り出すことができる。シリコン、ゲルマニウム、シリコン−ゲルマニウムで構成される基板の場合は、ウエハ表面の結晶方位は、例えば（１００）又は（１１０）と考えられる。あるいは、基板は、多結晶であってもよく、これは単結晶基板よりも安価な場合がある。しかし、多結晶基板では、結晶粒界における電荷キャリアの再結合が発生し、効率損失を回避するために不動態化が必要となる。
【００２５】
基板の前面及び裏面は、異方性エッチングプロセス中に水酸化カリウム（ＫＨＯ）とイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）との溶液による処理によって形成されるピラミッド構造を示す。この構造が存在することで、前面からの反射によって失われる光量が減って、太陽電池５に入る光の量が増加する。裏面のピラミッド構造は、裏面コンタクトが形成される間に破壊可能である。
【００２６】
図１の実施形態によれば、基板は、例えばｐ型不純物などの第１の伝導型の不純物でドープして、ｐ型ベース層１０を形成することができる。基板がシリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、又はシリコン−ゲルマニウム（Ｓｉ−Ｇｅ）で構成される場合、ｐ型ベース層は、ホウ素（Ｂ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、又は場合によっては別のIII族元素でドープすることができる。あるいは、基板は、リン（Ｐ）、アンチモン（Ｓｂ）、砒素（Ａｓ）、又はその他のＶ族元素でドープして、ｎ型の伝導性を誘発し、それによってｎ型ベース層を形成することができる。ｐ型ベース層１０の前面には、例えばイオン注入によって、高濃度にドープされた領域１５と、低濃度にドープされた領域２０とで構成される選択エミッタ層を形成することができる。高濃度にドープされた領域１５及び低濃度にドープされた領域２０は、例えばｎ型不純物などの、第１の伝導型と反対の第２の伝導型の不純物でドープすることができる。ｐ型ベース層１０とドープ領域１５、２０との間の界面には、ｐ−ｎ接合２５を形成することができる。ｐ型ベース層１０及びドープ領域１５、２０は、それらの伝導性が反対であるため、ｐ−ｎ接合２５を跨ぐ電場を発生させ、該電場は、光子吸収の結果生じる自由電子と正孔とを分離し、それぞれ前面コンタクト３０及び裏面コンタクト３５に向かって反対方向に移動させる。
【００２７】
選択エミッタ層のドープ領域１５、２０の前面及びｐ型ベース層１０の裏面は、それらの結晶構造において不連続性を示し、これらの露出表面には、化学的なダングリングボンドが存在する。ダングリングボンドは、電荷キャリアを不利に消滅させて太陽電池の効率を低下させる再結合中心を構成する。この発生を防ぐために、一部の実施形態では、選択エミッタ層のドープ領域１５、２０の前面及びｐ型ベース層１０の裏面の両方に、酸化物層４０、４１を形成することができる。これにより、ウエハの厚みを形成する薄い側面を含むウエハの露出表面全域に、不動態化酸化物層を形成することができる。
【００２８】
選択エミッタ層のドープ領域１５、２０の前面及びｐ型ベース層１０の裏面の原子結合を化学的に満たしてこの結合が電荷キャリアを消滅させないようにするために、これらの界面に酸化物層４０、４１を接触させることができる。酸化物層４０、４１は、シリコン基板の場合は二酸化シリコン（ＳｉＯ２）などの誘電性材料を、又は基板の組成に応じて
、別の半導体タイプの場合は酸化物を含んでもよい。酸化物層４０、４１の厚さは、５〜１５０ナノメートルの範囲とすることができ、例えば、２０ナノメートルが可能である。基板の表面における未結合のシリコン結合を不動態化することによって、酸化物層４０、４１は、表面再結合速度を低下させるとともに逆方向飽和電流密度のエミッタ成分（Ｊｏｅ）を減少させて、太陽電池５の全体効率を高めることができる。また、特定の実施形態において、ｐ型ベース層１０の裏面に形成される酸化物層４１は、シリコン窒化物層を被せられたときに、誘電体によって高品質の不動態化された裏面を有利に形成することができる。
【００２９】
選択エミッタ層のドープ領域１５、２０の前面の酸化物層４０には、入射光の反射を抑えて太陽エネルギの損失を減らすために、反射防止層４５を形成することができる。反射防止層４５は、酸化物層４０の屈折率よりも大きい屈折率を有してよく、これにより太陽電池に入射する光が屈折して反射防止層４５へと進み、酸化物層４０を通って基板に到達し、そこで自由電荷キャリアに変換することが可能となる。例えば、反射防止層４５は、波長が６３２．８ｎｍである入射レーザによって測定されたときに、１．９〜２．４の範囲の屈折率を有する。反射防止層４５は、窒化シリコン（ＳｉＮＸ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、フッ化マグネシウム（Ｍｇ２Ｆ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、若しくは硫化亜鉛（ＺｎＳ２）、又はこれらの材料を組み合わせて構成してもよい。一部の実施形態では、反射防止層４５は、非晶質窒化シリコン（ａ−ＳｉＮＸ）などの非晶質窒化物を含む。反射防止膜４５は、１０〜１００ナノメートルの厚さを有することが可能である。
【００３０】
前面コンタクト３０及び裏面コンタクト３５、並びに前面コネクション及び裏面コネクションは、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、又は銀とアルミニウムとの組み合わせなどの、導電性材料で形成することができる。通常は、シリコン基板及びその他の基板の場合は、選択エミッタ層のドープ領域１５、２０などのｎ型にドープされた基板の表面に接触させるために、銀を使用することができ、ｐ型ベース層などのｐ型にドープされた基板の表面に接触させるためには、アルミニウム、銀、又はアルミニウムを添加された銀を使用することができる。半導体に金属が直接接触すると、電子と正孔との再結合率が増加し、太陽電池効率を大幅に低下させる可能性がある。この影響を抑えて、基板の表面を金属が覆う割合を制限するには、前面コンタクト３０及び裏面コンタクト３５、並びに前面コネクション及び裏面コネクションを、ポイントコンタクト又はラインコンタクト（「ローカルコンタクト」とも呼ばれる）として構成すればよい。ポイントコンタクト又はラインコンタクトの間隔及び配置は、２００９年１月２９日公開の米国公開第２００９／００２５７８６号に記載のように決定することができる。なお、米国公開第２００９／００２５７８６号のすべての記載内容をここに引用して援用する。
【００３１】
前面コンタクト３０及び裏面コンタクト３５、並びに前面コネクション及び裏面コネクションは、反射防止層４５の前面に銀を、ｐ型ベース層１０の裏面又は裏面不動態化酸化物層４１にアルミニウム、銀、又はアルミニウムを添加された銀をスクリーン印刷することによって形成することができる。前面コネクション及び裏面コネクションは、太陽電池５の前面及び裏面との電気的接続を促すための、はんだ付け可能パッド又はバスバーを含むことができる。実施形態の例によれば、前面コネクションのパターンは、裏面コネクションのパターンと位置合わせすることができる。
【００３２】
また、前面コンタクト３０及び前面コネクションの場合は、太陽電池効率を低下させる可能性がある陰影作用を制限するために、その高い電気伝導性ゆえに銀を選択することができる。この目的には、Ｈｅｒａｅｕｓ  ＳＯＬ９５３などの、様々な市販の銀ペーストが利用可能である。しかし、銀は透明ではなく、この理由が加わることから、前面コンタクト３０及び前面コネクションの寸法は、限られた面積のポイントコンタクト又はライン
コンタクトに限定されると望ましいといえる。前面コンタクト３０とその下の選択エミッタ層との間の接触抵抗を減少させるために、前面コンタクト３０は、選択エミッタ層の高濃度ドープ領域１５と位置合わせされる。特定の実施形態において、前面コンタクト３０の幅は、前面コンタクト３０が完全に高濃度ドープ領域１５内にあることを保証するために、高濃度ドープ領域１５の幅未満としてもよい。これらの選択領域における高濃度のドープにより、その下のｐ−ｎ接合２５の深さも増加し、これにより、前面コンタクト３０を形成するために使用される金属ペーストの成分によってｐ−ｎ接合２５を通って生じる分路形成又は焼成を阻止することができる。特定の実施形態によれば、酸化物層４０及び反射防止層４５は、前面コンタクト３０及び前面コネクションが形成される前に、選択エミッタ層のドープ領域１５、２０の前面に配することができる。この場合は、前面コンタクト３０及び前面コネクションは、酸化物層４０及び反射防止層４５を物理的に貫通し、下にある選択エミッタ層の領域との接触を成すことができる。前面コンタクト３０及び前面コネクションは、金属に加えてガラスフリットを含有することで、酸化物層４０及び反射防止層４５を通って生じる焼成を促し、選択エミッタ層との接触を成すことができる。
【００３３】
裏面コンタクト３５及び裏面コネクションは、スクリーン印刷されたペーストを使用して、ｐ型ベース層１０の裏面に形成することができる。裏面コンタクト３５を形成するために使用されるペーストには、Ｍｏｎｏｃｒｙｓｔａｌ  Ａｎａｌｏｇ  １２Ｄなどのアルミニウムペーストが含まれる。また、裏面コネクションを形成するために使用されるペーストには、Ｍｏｎｏｃｒｙｓｔａｌ  ＰＰＡＳ−７−１などのアルミニウム−銀ペーストが含まれる。実施形態の例によれば、裏面コネクションは、裏面コンタクト３５が施される前に、ｐ型ベース層１０の裏面に施すことができる。裏面コンタクト３５は、裏面コネクションの一部を露出させつつ裏面コネクションのエッジに重なるように印刷することができる。一部の実施形態では、裏面コンタクト３５及び裏面コネクションは、ｐ型ベース層１０の裏面のほぼ全面を覆うことができる。あるいは、裏面コンタクト３５及び裏面コネクションは、ｐ型ベース層１０の裏面の一部分のみを覆うことができる。特定の実施形態によれば、酸化物層４１は、裏面コンタクト３５及び裏面コネクションが形成される前に、ｐ型ベース層１０の裏面に配することができる。この場合は、裏面コンタクト３５及び裏面コネクションは、酸化物層４１を物理的に貫通し、ｐ型ベース層１０の裏面との接触を成すことができる。酸化物層４１は、裏面コンタクト３５及び裏面コネクションが形成される間に、ペースト中のガラスフリットによって消費させることができる。
【００３４】
裏面コンタクト３５を焼成することで、ｐ型ベース層１０の裏面と裏面コンタクト３５との間の界面には、液相エピタキシャル再成長によって、アルミニウムドープｐ＋シリコン層５０を形成することができる。これらの実施形態では、裏面コンタクト３５は、アルミニウムドープｐ＋シリコン層５０の裏面と電気的接触を成すことができる。裏面コンタクト３５は、アルミニウム−シリコン共晶組成で構成することができる。裏面コンタクト３５は、また、太陽電池５のための裏面反射層としても機能することができる。裏面反射層を設けることで、裏面に到達する入射光を基板に戻らせ、そこで自由電荷キャリアを生成することを可能にする反射表面が提供される。裏面コンタクト３５の厚さは、厚さにして１０〜４０マイクロメータであってよく、適切な反射性を提供することができる。
【００３５】
図２ａ及び図２ｂは、本発明の一実施形態の例における、単一のアニールサイクルで形成されるイオン注入された選択エミッタ及び高品質のｉｎ−ｓｉｔｕ不動態化層を伴う別の例に係る太陽電池の製造方法の例におけるフローチャートを示す。したがって、図２ａ及び図２ｂは、本発明によるその製造方法を開示している。
【００３６】
図２ａ及び図２ｂに示すように、工程２００では、基板が提供される。基板は、図１に関連して上述されたものであってよい。通常、基板は、指定の大きさのｐ型又はｎ型の伝導性を伴うものを製造業者から入手できる。様々な実施形態において、基板は、ｐ型ベー
ス層１０を形成するためにｐ型のドーパントでドープすることができる。ドーパント濃度は、１０１５〜１０１７原子毎立方センチメートル（原子／ｃｍ３）の範囲とすることができる。基板の厚さは、５０〜５００μｍの範囲とすることができるが、５０μｍ〜２００μｍ未満までの厚さの基板を使用することによって、現在の標準的な基板と比べて半導体材料を節約することができる。基板の抵抗性は、１〜１００オーム−ｃｍの範囲とすることができ、１〜３オーム−ｃｍを採用すると、優れた結果が得られる。単結晶若しくは多結晶、又は場合によってストリングリボン法による薄膜タイプ若しくはその他のタイプの基板が使用可能である。
【００３７】
工程２００では、処理の準備のため、基板を洗浄してもよい。洗浄は、例えば約１〜１０％の濃度を有する水酸化カリウム（ＫＯＨ）浴に基板を浸漬させ、基板の表面上の切り出しによる損傷をエッチングによって除去することで行うことができる。いくつかの実施形態の例によれば、エッチングは、摂氏約６０〜９０度の温度で実施することができる。
【００３８】
工程２０５では、基板をテクスチャ加工してもよい。例えば、基板は、水酸化カリウム−イソプロピルアルコール（ＫＯＨ−ＩＰＡ）浴に基板を浸漬させ、それを異方性エッチングすることによってテクスチャ加工することができる。いくつかの実施形態の例によれば、水酸化カリウム濃度は、約１〜１０％の濃度であってよく、イソプロピルアルコールは、約２〜２０％の濃度であってよい。ＫＯＨ−ＩＰＡ浴の温度は、摂氏約６５〜９０度であってよい。ＫＯＨ−ＩＰＡは、基板の表面をエッチングして、結晶方位に面を有するピラミッド構造を形成する。得られるピラミッド構造は、前面における反射性を低減するのに役立つとともに、光を基板内に閉じ込めて吸収によって電気エネルギに変換するのに役立つ。
【００３９】
工程２１０では、例えばドーパント原子又はドーパントイオンなどのドーパントをベース層１０の前面に導入することができる。様々な実施形態によれば、ドーパントは、イオン注入によって導入することができる。ドーパントは、ベース層１０の伝導型とは反対の伝導型を有することができる。したがって、ベース層１０がｐ型の伝導性を有する場合、工程２１０で導入されるドーパントは、ｎ型の伝導性を有することができる。一方、ベース層１０がｎ型の伝導性を有する場合、ドーパントは、ｐ型の伝道性を有することができる。特定の実施形態において、ｎ型ドーパントは、例えばＰ３１＋などのリンイオンであってよい。様々な実施形態によれば、選択領域１５及びフィールド領域２０のパターン化は、２回のイオン注入工程によって達成することができる。例えば、選択エミッタ層は、ｐ型ベース層１０の前面の上で均一に第１のイオン注入工程を実施し、次いで選択領域１５のみで第２のイオン注入工程を実施することによって形成することができる。あるいは、両フィールドのパターン化は、単一のイオン注入工程で達成することができる。例えば、選択領域１５の上を通過するときにより高い線量で注入を行う又はより低いビーム速度を使用するイオン注入器を使用して、単一のイオン注入工程を実施することができる。
【００４０】
２回のイオン注入工程が実施される実施形態では、第１のイオン注入は、約１．０×１０１５ｃｍ−２〜１．０×１０１６ｃｍ−２の線量で、ｐ型ベース層１０の前面の上で均一に実施することができる。ビーム加速は、５キロ電子ボルト（ｋｅＶ）〜３０ｋｅＶの範囲で実施することができる。フィールド領域２０がドープされた後は、選択領域１５をドープするために、第２のイオン注入工程を実施することができる。選択領域１５のパターン化は、例えばグラファイトマスクなどのマスクを通してイオン注入を実施することによって達成することができる。スーパーストレートグラファイトマスクを使用することで、基板を、２回のイオン注入工程の間で除去されることなく両工程にわたってイオン注入器に装填されたままにすることができる。グラファイトマスクは、幅が５０〜５００マイクロメートルで長さが例えば１５６ｍｍなどの基板の幅以上の開口を有することができる。
【００４１】
第２のイオン注入工程は、例えば０．７×１０１５ｃｍ−２〜１×１０１６ｃｍ−２の線量を使用して、第１のイオン注入工程よりも高い線量で実施することができる。また、第２のイオン注入工程中におけるビーム加速は、５ｋｅＶ〜３０ｋｅＶの範囲で実施することができる。様々な実施形態によれば、工程２１０におけるイオン注入中は、基準エッジとして知られる基板の一エッジを、重力によってマスクのエッジと位置合わせすることができる。また、例えばレーザツールを使用して、基準エッジ上に、位置合わせを伴う下流のプロセス工程において基準にすることができるフィデューシャルを作成することができる。別の実施形態では、第１のイオン注入工程において、既に選択領域１５が低濃度にドープされているため、第２のイオン注入工程中に使用される線量は、第１のイオン注入工程の線量以下であることができる。したがって、選択領域１５に追加のドーパントを提供する第２のイオン注入工程中に使用される線量により、選択領域１５をフィールド領域２０よりも高濃度にドープすることができる。
【００４２】
工程２１５では、ｐ−ｎ接合２５及び選択エミッタを形成するために、注入された基板を加熱工程に通すことができる。いくつかの実施形態によれば、基板は、例えば自動化された石英管炉などの、アニール用の炉に導入することができる。石英管の内径は、１５６ミリメートルの角加工基板に適応するために、約２９０ミリメートルとすることができる。アニール工程２１５は、複数の目的を一度に達成するために使用することができる。第１に、アニール工程２１５は、注入されたドーパントイオンを活性化することができる。すなわち、アニール工程の加熱エネルギは、シリコン格子内に、ドーパントイオンを満たすための正孔を形成する。第２に、アニールによって、ドーパントイオンを例えば望ましい接合深さなどの、基板内のより深部に移動させて、ｐ−ｎ接合２５を形成することができる。第３に、アニール工程２１５は、イオン注入によって生じた基板の結晶格子の損傷を修復することができる。第４に、アニール工程２１５を用いることで、選択エミッタ層のドープ領域１５、２０の前面及びｐ型ベース層１０の裏面に不動態化酸化物層４０、４１を成長させることができる。
【００４３】
実施形態の例によれば、アニール工程２１５は、１〜４００枚の基板を摂氏５５０〜８００度の範囲の温度の炉に装填することによって開始することができる。一部の実施形態では、多数の基板を同時に炉に装填することができ、例えば、単一の炉サイクル中に最多で４００枚の基板を装填することができる。基板が炉に装填されたら、１０〜３０分の時間をかけて、温度を摂氏７００〜８２５度の範囲の温度に一定比率で上昇させることができる。この温度は、次いで、１０〜３０分にわたって維持することができる。次に、１０〜３０分の時間をかけて、温度を摂氏８２５〜１０５０度の範囲の温度に一定比率で上昇させることができ、該温度は、１０〜３０分にわたって維持される。この期間中は、温度が維持されている間に、炉に酸素を導入することができ、例えば、酸素ガス又は水蒸気を導入することができる。酸素は、１００〜５０００標準立方センチメートル毎分（ｓｃｃｍ）の流量で導入することができる。拡散の代わりにイオン注入を使用することで、酸化物層が形成される前に除去する必要があるガラス層が形成されないため、導入された酸素は、選択エミッタ層のドープ領域１５、２０の前面及びｐ型ベース層１０の裏面に、不動態化酸化物層４０、４１をｉｎ−ｓｉｔｕで成長させることができる。最後に、３０〜１２０分の時間をかけて、温度を摂氏６００〜７００度の温度に一定比率で低下させることができる。基板は、次いで、炉から取り出すことができる。
【００４４】
様々な実施形態によれば、工程２１０におけるイオン注入の線量及びエネルギは、工程２１５における炉条件とともに、フィールド領域２０及び選択領域１５におけるシート抵抗に影響を及ぼすと考えられる。例えば、工程２１０及び２１５により、８０〜１２０オーム／スクエアのシート抵抗を有するフィールド領域２０と、３０〜８０オーム／スクエアのシート抵抗を有する選択領域１５とを伴う太陽電池５を作成することができる。
【００４５】
工程２２０では、前面不動態化酸化物層４０上に、反射防止層４５を形成することができる。反射防止層４５の屈折率は、酸化物層４０よりも高いがシリコン基板よりも低くなるため、より多くの光が反射防止層４５を通過して酸化物層４０を通って基板に到達して自由電荷キャリアに変換されることが可能になる。反射防止層４５は、窒化シリコン（ＳｉＮＸ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、フッ化マグネシウム（Ｍｇ２Ｆ）、若しくは硫化亜鉛（ＺｎＳ２）、又はこれらの材料の組み合わせで構成することができる。特定の実施形態では、反射防止層４５は、非晶質窒化シリコン（ａ−ＳｉＮＸ）などの非晶質窒化物が含まれる。反射防止層４５は、プラズマ助長化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）によって形成することができる。ＰＥＣＶＤプロセスに代わるものとして、低圧化学蒸着（ＬＰＣＶＤ）やスパッタリングなどが挙げられる。ＰＥＣＶＤプロセスには、基板を摂氏３００〜５００度の範囲の温度に加熱することが含まれる。また、ＰＥＣＶＤプロセスには、反応性のシランガス及びアンモニアガスを使用することが含まれる。反射防止層４５は、６０〜７０ナノメートルの厚さと、約２．００の屈折率とを有することができる。反射防止層４５の厚さ及び屈折率は、蒸着時間、プラズマ出力、反応性ガスの流量、及び蒸着圧力などのパラメータによって決定することができる。
【００４６】
工程２２５では、反射防止層４５の前面に、太陽電池５の前面コンタクト３０及び前面コネクションのための材料を施すことができる。様々な実施形態によれば、前面コンタクト３０及び前面コネクションは、光学的位置合わせを伴う半自動のスクリーン印刷器を使用してスクリーン印刷することができる。前面コンタクト３０及び前面コネクションは、例えばＨｅｒａｅｕｓ  ＳＯＬ９５３などの銀ペーストを使用して施すことができる。一部の実施形態では、銀ペーストは、フリット銀ペーストでもよく、これはコンタクトの焼成中に前面不動態化酸化物層４０及び反射防止層４５を貫通させるのに役立つ。銀ペーストは、特に、低濃度でリンをドープしてエミッタにコンタクトを形成するのに最適化することができる。前面コンタクト３０及び前面コネクションの構成及び間隔は、スクリーンのコンタクトパターンによって定めることができる。特定の実施形態では、前面コンタクト３０は、幅が５０〜１５０マイクロメートルであってよく、１．５〜２．５ミリメートルの間隔で隔てることができる。前面コンタクト３０及び前面コネクション用のペーストは、次いでベルト炉によって乾燥させてもよい。あるいは、前面コンタクト３０及び前面コネクションは、以下の工程２３０で説明されるように、裏面コンタクト３５及び裏面コネクションと同時に乾燥させてもよい。
【００４７】
様々な実施形態の例において、特に、上述された方法によって形成される選択エミッタ層用に、グリッドパターンやラインパターンなどのスクリーンパターンを設計することができる。例えば、前面コンタクト３０のパターンは、選択エミッタ層の選択領域１５と位置合わせして選択領域１５内に印刷されるように、設計することができる。特定の実施形態では、前面コンタクト３０の幅は、前面コンタクト３０を完全に選択領域１５内に入れるために、選択領域１５の幅未満とすることができる。これらの選択領域１５における高濃度のドープにより、その下のｐ−ｎ接合２５の深さも増加するため、前面コンタクト３０の形成に使用される金属ペーストの成分によってｐ−ｎ接合２５を通って生じる分路形成又は焼成を阻止することができる。実施形態によれば、選択エミッタ層の選択領域１５に対する前面コンタクト３０の位置合わせは、工程２１０で上述された基準エッジ若しくは位置を合わせる対象位置を示すために太陽電池５上に形成された別のフィデューシャルマークを使用した光学的位置合わせ、２つのポストに突き合わせるバット−エッジ位置合わせ、基板の中心若しくはエッジに対するカメラによる位置合わせなど、当業者に知られる種々の技術を通じて達成することができる。
【００４８】
工程２３０では、ｐ型ベース層１０の裏面に、裏面コンタクト３５及び裏面コネクションのための材料を施すことができる。特定の実施形態では、裏面コンタクト３５及び裏面
コネクションは、ｐ型ベース層１０の裏面の裏面不動態化酸化物層４１にスクリーン印刷することができる。裏面コンタクト３５は、例えばＭｏｎｏｃｒｙｓｔａｌ  Ａｎａｌｏｇ  １２Ｄなどのアルミニウムペーストを使用して施すことができる。また、裏面コネクションは、例えばＭｏｎｏｃｒｙｓｔａｌ  ＰＰＡＳ−７−１などのアルミニウム−銀ペーストを使用して施すことができる。実施形態の例によれば、はんだ付け可能パッド及びバスバーなどの裏面コネクションは、裏面コンタクト３５が施される前に、ｐ型ベース層１０の裏面に施すことができる。裏面コンタクト３５は、裏面コネクションの一部を露出させつつ裏面コネクションのエッジに重なるように印刷することができる。実施形態の例によれば、裏面コンタクト３５及び裏面コネクションは、ｐ型ベース層１０の裏面のほぼ全面にスクリーン印刷することができる。これらの実施形態では、裏面コネクション３５のアルミニウムペーストが、ウエハのエッジの近くのおおよそ１ｍｍ幅の狭い縁部分にプリントされないようにすることができる。あるいは、裏面コンタクト３５及び裏面コネクションは、ｐ型ベース層１０の裏面の一部分のみにプリントすることができる。太陽電池５は、プリントされたペーストを乾燥させるために、任意で、３０〜３００秒にわたり、周囲空気中で摂氏１５０〜３５０度の温度のベルト炉に置くことができる。
【００４９】
工程２３５では、コンタクト３０、３５及びコネクションを施された基板を、インライン式ベルト炉などのベルト炉内で、加熱又は焼成するこができる。構造を同時焼成するプロセスにおいて、前面コンタクト３０及び前面コネクションは、前面不動態化酸化物層４０及び反射防止層４５を通って焼成し、選択エミッタ層のドープ領域１５、２０との物理的接続を形成することができる。様々な実施形態において、前面コンタクト３０は、選択エミッタ層の選択領域１５のみと物理的接触を成すことができる。酸化物層４０及び反射防止層４５を通る焼成を促すために、前面コンタクト３０及び前面コネクションは、ガラスフリットなどのフリットを含有してもよい。前面コンタクト３０及び前面コネクションの形成に使用されるペースト中のガラスフリットは、摂氏５００度近くの温度で溶融し、その下の酸化物層４０及び反射防止層４５を溶解させる。焼成温度は、前面コンタクトペースト中の銀などの金属粒子が、エミッタの深さよりも下に移行することなく選択エミッタ層とのオーミックコンタクトを形成するように、選択することができる。
【００５０】
工程２３５における同時焼成中に、裏面コンタクト３５及び裏面コネクションの材料は、ｐ型ベース層１０の裏面との物理的接触を成すことができる。構造を同時焼成するプロセスにおいて、裏面コンタクト３５及び裏面コネクションは、ｐ型ベース層１０の裏面との物理的接触を成すために、裏面不動態化酸化物層４１を通って焼成することができる。その結果、裏面不動態化酸化物層４１は、例えばペースト中のガラスフリットなど、裏面コンタクト３５及び裏面コネクションの材料によって消費されることができる。特定の実施形態では、裏面コンタクト３５及び裏面コネクションの焼成は、摂氏５７７度のアルミニウム−シリコン共晶温度を上回る温度で生じさせることができる。同時焼成に続いて基板が冷却するときは、液相エピタキシャル再成長によって、ｐ型ベース層１０の裏面に、アルミニウムドープｐ＋シリコン裏面フィールド層５０を形成することができる。これらの実施形態では、裏面コンタクト３５は、裏面フィールド層５０と電気通信関係を有することができる。温度プロフィールは、ｐ型ベース層１０のテクスチャード加工裏面と裏面フィールド層５０との間の均一なｐ−ｐ＋界面の形成を促す摂氏２０度毎秒〜摂氏１５０度毎秒の範囲の高い加熱速度を特徴とすることができる。また、冷却中は、裏面フィールド層５０の裏面に、アルミニウム裏面コンタクト３５も形成することができる。
【００５１】
前面コネクション及び裏面コネクションは、それぞれ前面コンタクト３０及び裏面コンタクト３５と一体になって、それぞれ太陽電池５の前側及び裏側と優れた電気的接続を形成するために、それぞれ前面コンタクト３０及び裏面コンタクト３５と焼結又は接合することもできる。コネクションは、太陽電池モジュール内で、隣接する太陽電池にはんだ付けワイヤによって接合し、最終的には負荷にはんだ付けワイヤによって接合することがで
き、これによって太陽電池が光の照射を受けたときに負荷に出力を提供することが可能となる。
【００５２】
様々な実施形態によれば、上述のように、単一のアニールサイクルで形成されるイオン注入された選択エミッタ及び高品質のｉｎ−ｓｉｔｕ不動態化層を伴う太陽電池を形成することができる。本明細書で説明されるように選択エミッタ及び酸化物層を形成することによって、多くの利点を実現することができる。例えば、様々な実施形態によれば、単一の高温アニール工程で、選択エミッタ層及び高品質不動態化酸化物層を形成することができる。また、特定の実施形態によれば、本明細書で説明されるプロセスによって、リンケイ酸塩ガラス除去及びエッジ分離の問題を解決することができる。さらに、様々な実施形態によれば、選択エミッタ層及び不動態化酸化物層を有する太陽電池であって、１５６ミリメートルの角加工基板において潜在的電池効率が約２０％であり、ひいては低コストかつ高品質のスクリーン印刷されたコネクションを用いた太陽電池を、単一のアニール工程で作成することができる。さらに、これらの改善により、太陽電池の作成に必要とされる時間、機器、及び費用が大幅に低減し、製造プロセスのスループットが大きく向上する。
【００５３】
本発明の一態様は、選択エミッタ太陽電池を製造する方法であって、ｐ型ベース層を含む基板を提供するステップと、イオン注入によって、ｐ型ベース層の前面の少なくとも第１の領域にドーパントを導入するステップと、イオン注入によって、ｐ型ベース層の前面の少なくとも第２の領域にドーパントを導入するステップであって、第２の領域は、第１の領域よりも高濃度にドープされ、第１及び第２の領域に導入されるドーパントは、ｎ型の伝導性であるステップと、基板をアニールするステップであって、該アニールするステップは、炉内で基板をある温度に加熱して注入による損傷をアニールし、第１及び第２の領域からのドーパントを活性化させ、第１及び第２の領域からのドーパントを基板内のより深部に移動させ、ｐ型ベース層の前面に選択エミッタ層を形成する、ステップと、アニールするステップにおいて炉に酸素を導入するステップであって、選択エミッタ層の少なくとも前面に不動態化酸化物層を形成する、ステップとを有する方法に関する。
【００５４】
本発明の上記態様による方法の一実施形態によれば、基板は、単結晶のチョクラルスキシリコン基板である。
【００５５】
本発明の上記態様による方法の一実施形態によれば、ドーパントは、リンを含む。
【００５６】
本発明の上記態様による方法の一実施形態によれば、少なくとも第１の領域にドーパントを導入するステップは、ｐ型ベース層の前面の第１及び第２の領域に均一にドーパントを導入するステップを含み、少なくとも第２の領域にドーパントを導入するステップは、ｐ型ベース層の前面の少なくとも第２の領域にマスクを通して追加のドーパントを導入するステップを含む。
【００５７】
本発明の上記態様による方法の一実施形態によれば、基板をアニールするステップは、選択エミッタ層の前面とｐ型ベース層の裏面との間に電気的分路を形成せず、基板をアニールするステップは、リンケイ酸塩ガラスを形成しない。
【００５８】
一実施形態によれば、本発明の上記態様による方法は、不動態化酸化物層の前面に非晶質窒化シリコン層を蒸着させ、それによって反射防止層を形成するステップをさらに有する。
【００５９】
一実施形態によれば、本発明の上記態様による方法は、非晶質窒化シリコン層に、１つ以上の前面コンタクトを、ｐ型ベース層の前面の第２の領域と位置合わせしてスクリーン印刷するステップをさらに有する。
【００６０】
一実施形態によれば、本発明の上記態様による方法は、ｐ型ベース層の裏面に１つ以上のアルミニウム製裏面コンタクトをスクリーン印刷するステップをさらに有する。
【００６１】
一実施形態によれば、本発明の上記態様による方法は、１つ以上の前面コンタクト及び裏面コンタクトを同時焼成して、太陽電池との電気的接続を提供するステップをさらに有する。
【００６２】
本発明の上記態様による方法の一実施形態によれば、前面コンタクトがフリットを含み、該フリットにより、１つ以上の前面コンタクトが非晶質窒化シリコン層及び不動態化酸化物層を貫通することで、選択エミッタ層との電気的接続が提供される。
【００６３】
本発明の上記態様による方法の一実施形態によれば、前面コンタクト及び裏面コンタクトを同時焼成するステップは、さらに、前面コンタクト及び裏面コンタクトの同時焼成中に、ｐ型ベース層の裏面と裏面コンタクトとの界面において液相エピタキシャル再成長によってアルミニウムドープｐ＋シリコン層を形成するステップを含み、裏面コンタクトは、アルミニウムドープｐ＋シリコン層との電気的接続を提供する。
【００６４】
本発明の上記態様による方法の一実施形態によれば、第１及び第２の領域にドーパントを導入するステップを、単一の注入工程中に行う。
【００６５】
本発明の一態様は、太陽電池であって、ｐ型ベース層を含むシリコン基板と、イオン注入によってｐ型ベース層の上に形成されるｎ型エミッタ層であって、１つ以上の第１のドープ領域と、１つ以上の第２のドープ領域とを有する選択エミッタであり、１つ以上の第２のドープ領域は、１つ以上の第１のドープ領域よりも高濃度にドープされる、ｎ型エミッタ層と、ｐ型ベース層とエミッタ層との界面におけるｐ−ｎ接合と、エミッタ層の前面に形成される不動態化酸化物層であって、ｐ−ｎ接合及び不動態化酸化物層は、単一のアニールサイクル中に形成される、不動態化酸化物層とを備える太陽電池に関する。
【００６６】
一実施形態によれば、本発明の上記態様による太陽電池は、不動態化酸化物層の前面に形成される反射防止層をさらに備える。
【００６７】
本発明の上記態様による太陽電池の一実施形態によれば、反射防止層は、非晶質窒化シリコン層を含む。
【００６８】
一実施形態によれば、本発明の上記態様による太陽電池は、反射防止層の前面に形成されて、反射防止層を通じてエミッタ層と電気通信関係にある１つ以上のスクリーン印刷された前面コンタクトと、ｐ型ベース層の裏面に形成される１つ以上のスクリーン印刷された裏面コンタクトとをさらに備える。
【００６９】
一実施形態によれば、本発明の上記態様による太陽電池は、ｐ型ベース層の裏面と１つ以上の裏面コンタクトとの界面において液相エピタキシャル再成長によって形成されるアルミニウムドープｐ＋シリコン層をさらに備え、１つ以上の裏面コンタクトは、アルミニウムドープｐ＋シリコン層と電気通信関係にある。
【００７０】
本発明の上記態様による太陽電池の一実施形態によれば、１つ以上の前面コンタクトは、スクリーン印刷された銀ペーストから形成され、１つ以上の裏面コンタクトは、スクリーン印刷されたアルミニウムペーストから形成される。
【００７１】
本発明の上記態様による太陽電池の一実施形態によれば、１つ以上の前面コンタクトは
、エミッタ層のより高濃度にドープされた１つ以上の第２のドープ領域と位置合わせされることで接触抵抗が減少する。
【００７２】
本発明の一態様は、太陽電池であって、ｐ型ベース層を含む基板を提供するステップと、イオン注入によって、ｐ型ベース層の前面の少なくとも第１の領域にドーパントを導入するステップと、イオン注入によって、ｐ型ベース層の前面の少なくとも第２の領域にドーパントを導入するステップであって、第２の領域は、第１の領域よりも高濃度にドープされ、第１及び第２の領域に導入されるドーパントは、ｎ型の伝導性であるステップと、基板をアニールするステップであって、該アニールするステップは、炉内で基板をある温度に加熱して、注入による損傷をアニールし、第１及び第２の領域からのドーパントを活性化させ、第１及び第２の領域からのドーパントを基板内のより深部に移動させ、ｐ型ベース層の前面に選択エミッタ層を形成する、ステップと、アニールするステップにおいて炉に酸素を導入するステップであって、選択エミッタ層の少なくとも前面に不動態化酸化物層を形成する、ステップと、によって製造される太陽電池に関する。
【００７３】
以上の説明及び関連する図面の開示により、本発明が属する分野の当業者は、本明細書に記載された本発明について種々の変更やその他の実施形態を想到することができる。したがって、本発明の実施形態は、開示された特定の実施形態に限定されないこと、並びに変更やその他の実施形態は、添付の特許請求の範囲の範囲に含まれるものである。さらに、以上の説明及び関連する図面は、要素及び／又は機能のいくつかの組み合わせの例に照らして実施形態の例を説明するものであるが、別の実施形態によって、添付の特許請求の範囲の範囲から逸脱することなくそれらの要素及び／又は機能の異なる組み合わせを提供することも可能である。この点につき、例えば、添付の特許請求の範囲の一部に記載するように、上述の説明で明示したものとは異なる工程、要素、及び／又は材料の組み合わせも考えられる。したがって、本明細書及び本図面は、限定的な意味ではなく例示的な意味において解釈されるものである。本明細書では、具体的な用語を用いているが、それらは、一般的な説明の意味で使用するものであって、限定的な目的で使用するものではない。
【図１】
2013527625.tif 000003
【図２ａ】
2013527625.tif 000004
【図２ｂ】
2013527625.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成24年10月2日(2012.10.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池を製造する方法であって、
ｐ型ベース層を含む基板を提供するステップと、
イオン注入によって、前記ｐ型ベース層の前面にドーパントを導入するステップであって、前記導入されるドーパントはｎ型の伝導性である、ステップと、
前記基板をアニールするステップであって、該アニールするステップは、炉内で前記基板をある温度に加熱して
前記注入による損傷をアニールし、
前記導入されるドーパントを活性化させ、それによって前記ｐ型ベース層の前面側にｎ型ドープ層を形成する、ステップと、
前記アニールするステップにおいて前記炉に酸素を導入するステップであって、前記ｎ型ドープ層の少なくとも前面に不動態化酸化物層を形成する、ステップと、
前記太陽電池の前面に、１つ以上の前面コンタクトをスクリーン印刷するステップと、
前記ベース層の裏面に、１つ以上の裏面コンタクトをスクリーン印刷するステップと、
前記１つ以上の前面コンタクト及び前記裏面コンタクトを同時焼成して、前記太陽電池との電気的接続を提供するステップと、
前記前面コンタクト及び前記裏面コンタクトの同時焼成中に、前記ｐ型ベース層の裏面と前記裏面コンタクトとの界面において液相エピタキシャル再成長によってｐ＋シリコン層を形成するステップであって、前記裏面コンタクトは、前記ｐ＋シリコン層との電気的接続を提供する、ステップと
を有する方法。
【請求項２】
前記基板は、単結晶のチョクラルスキシリコン基板である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ｐ型ベース層の前面に導入されるドーパントは、リンを含む、請求項１又は請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記ｐ型ベース層の前面にドーパントを導入するステップは、
イオン注入によって、前記ｐ型ベース層の前面の少なくとも第１の領域にドーパントを導入するステップと、
イオン注入によって、前記ｐ型ベース層の前面の少なくとも第２の領域にドーパントを導入するステップであって、前記第２の領域は、前記第１の領域よりも高濃度にドープされ、前記第１及び第２の領域に導入されるドーパントは、ｎ型の伝導性である、ステップと、
を含み、前記基板をアニールして前記導入されるドーパントを活性化するステップは、前記第１及び第２の領域からのドーパントが前記基板内のより深部に移動し、それによって前記ｐ型ベース層の前面に選択エミッタを形成する、
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
少なくとも前記第１の領域にドーパントを導入するステップは、前記ｐ型ベース層の前面の前記第１及び第２の領域に均一にドーパントを導入するステップを含み、少なくとも前記第２の領域にドーパントを導入するステップは、前記ｐ型ベース層の前面の少なくとも前記第２の領域にマスクを通して追加のドーパントを導入するステップを含み、
前記基板をアニールするステップは、前記選択エミッタ層の前面と前記ｐ型ベース層の裏面との間に電気的分路を形成せず、前記基板をアニールするステップは、リンケイ酸塩ガラスを形成しない、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記不動態化酸化物層の前面に非晶質窒化シリコン層を蒸着させ、それによって反射防止層を形成するステップをさらに有する、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記１つ以上の前面コンタクトは、前記非晶質窒化シリコン層に、前記ｐ型ベース層の前面の前記第２の領域と位置合わせしてスクリーン印刷される、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記１つ以上の裏面コンタクトは、アルミニウムを含み、前記ｐ＋シリコン層は、アルミニウムドープｐ＋シリコン層を含む、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記前面コンタクトがフリットを含み、該フリットにより、前記１つ以上の前面コンタクトが前記非晶質窒化シリコン層及び前記不動態化酸化物層を貫通することで、前記選択エミッタ層との電気的接続が提供される、請求項７又は請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１及び第２の領域にドーパントを導入するステップを、単一の注入工程中に行う、請求項４に記載の方法。
【請求項１１】
太陽電池であって、
ｐ型ベース層を含むシリコン基板と、
イオン注入によって前記ｐ型ベース層の上に形成されるｎ型エミッタ層と、
前記ｐ型ベース層と前記エミッタ層との界面におけるｐ−ｎ接合と、
前記エミッタ層の前面に形成される不動態化酸化物層であって、前記ｐ−ｎ接合及び前記不動態化酸化物層は、単一のアニールサイクル中に形成される、不動態化酸化物層と、
前記太陽電池の前面に形成される１つ以上のスクリーン印刷された前面コンタクト、及び前記ｐ型ベース層の裏面に形成される１つ以上のスクリーン印刷された裏面コンタクトと、
前記ｐ型ベース層の裏面と前記１つ以上の裏面コンタクトとの界面において液相エピタキシャル再成長によって形成されるｐ＋シリコン層であって、前記前面コンタクト及び前記裏面コンタクトの同時焼成によって、前記１つ以上の裏面コンタクトは、前記ｐ＋シリコン層と電気通信関係を有するように形成され、前記１つ以上の前面コンタクトは、前記エミッタ層と電気通信関係を有するように形成され、前記ｐ＋シリコン層は、前記前面コンタクト及び前記裏面コンタクトの同時焼成中に液相エピタキシャル再成長によって形成
される、ｐ＋シリコン層と、
を備える太陽電池。
【請求項１２】
前記不動態化酸化物層の前面に形成される反射防止層をさらに備える、請求項１１に記載の太陽電池。
【請求項１３】
前記反射防止層は、非晶質窒化シリコン層を含む、請求項１２に記載の太陽電池。
【請求項１４】
前記エミッタ層は、１つ以上の第１のドープ領域と、１つ以上の第２のドープ領域とを有する選択エミッタであり、前記１つ以上の第２のドープ領域は、前記１つ以上の第１のドープ領域よりも高濃度にドープされる、請求項１２又は請求項１３に記載の太陽電池。
【請求項１５】
前記１つ以上の裏面コンタクトは、アルミニウムを含み、前記ｐ＋シリコン層は、アルミニウムドープｐ＋シリコン層を含む、請求項１４に記載の太陽電池。
【請求項１６】
前記１つ以上の前面コンタクトは、スクリーン印刷された銀ペーストから形成され、前記１つ以上の裏面コンタクトは、スクリーン印刷されたアルミニウムペーストから形成される、請求項１４又は請求項１５に記載の太陽電池。
【請求項１７】
前記１つ以上の前面コンタクトは、前記エミッタ層の前記より高濃度にドープされた１つ以上の第２のドープ領域と位置合わせされることで接触抵抗が減少する、請求項１４から請求項１６のいずれか１項に記載の太陽電池。
【請求項１８】
太陽電池であって、
ｐ型ベース層を含む基板を提供するステップと、
イオン注入によって、前記ｐ型ベース層の前面の少なくとも第１の領域にドーパントを導入するステップと、
イオン注入によって、前記ｐ型ベース層の前面の少なくとも第２の領域にドーパントを導入するステップであって、前記第２の領域は、前記第１の領域よりも高濃度にドープされ、前記第１及び第２の領域に導入されるドーパントは、ｎ型の伝導性であるステップと、
前記基板をアニールするステップであって、該アニールするステップは、炉内で前記基板をある温度に加熱して
前記注入による損傷をアニールし、
前記第１及び第２の領域からのドーパントを活性化させ、
前記第１及び第２の領域からのドーパントを前記基板内のより深部に移動させ、前記ｐ型ベース層の前面に選択エミッタ層を形成する、ステップと、
前記アニールするステップにおいて前記炉に酸素を導入するステップであって、前記選択エミッタ層の少なくとも前面に不動態化酸化物層を形成する、ステップと
前記太陽電池の前面に、１つ以上の前面コンタクトをスクリーン印刷するステップと、
前記ベース層の裏面に、１つ以上のアルミニウム製裏面コンタクトをスクリーン印刷するステップと、
前記１つ以上の前面コンタクト及び前記裏面コンタクトを同時焼成して、前記太陽電池との電気的接続を提供するステップと、
前記前面コンタクト及び前記裏面コンタクトの同時焼成中に、前記ｐ型ベース層の裏面と前記裏面コンタクトとの界面において液相エピタキシャル再成長によってアルミニウムドープｐ＋シリコン層を形成するステップあって、前記裏面コンタクトは、前記アルミニウムドープｐ＋シリコン層との電気的接続を提供する、ステップと
によって製造される太陽電池。
【国際調査報告】
2013527625.tif 000006
2013527625.tif 000007
2013527625.tif 000008
2013527625.tif 000009