(57)【要約】   太陽電池及びその製造方法を開示する。一例としての方法は、ｎ型シリコン基板を作製するステップと、基板の１つ以上の第１及び第２の領域に、第２の領域が第１の領域よりも高濃度にドープされるようにｎ型ドーパントを導入するステップとを含むことができる。基板は、単一の高温アニールサイクルに通して、選択表面電界層を形成することができる。ｉｎ−ｓｉｔｕで前面及び裏面の不動態化酸化物層を形成するために、単一のアニールサイクル中に、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、並びにコンタクト接続による金属化は、単一の同時焼成工程において実施することができる。裏面コンタクトの焼成は、基板と裏面コンタクトとの界面においてｐ＋エミッタ層を形成することで、該エミッタ層と基板との界面においてｐ−ｎ接合を形成することができる。これに関連する太陽電池も提供される。
2013536589.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池の被照面の反対側にエミッタ層を有する裏面接合型の太陽電池であって、
ｐ型エミッタ層と、
前記ｐ型エミッタ層との間の界面においてｐ−ｎ接合を形成するように前記ｐ型エミッタ層を覆うｎ型ベース層と、
前記ｎ型ベース層を覆うｎ型表面電界層であって、
１つ以上の第１のドープ領域と、
１つ以上の第２のドープ領域であって、選択表面電界を形成するように前記第１のドープ領域よりも高濃度にドープされる第２のドープ領域と、
を有するｎ型表面電界層と
を備える太陽電池。
【請求項２】
請求項１に記載の太陽電池であって、
前記太陽電池は、チョクラルスキ法により成長された単結晶シリコン基板で形成され、前記ｎ型ベース層と、前記ｎ型表面電界層の１つ以上の第１及び第２のドープ領域とには、リンがドープされる
太陽電池。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の太陽電池であって、
前記ｐ型エミッタ層はアルミニウムを含み、前記ｐ型エミッタ層は液相エピタキシャル再成長によって形成される
太陽電池。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の太陽電池であって、さらに、
前記ｎ型表面電界層を覆う不動態化酸化物層を備える
太陽電池。
【請求項５】
請求項４に記載の太陽電池であって、さらに、
前記不動態化酸化物層を覆う反射防止層を備え、前記反射防止層は非晶質窒化シリコン層を有する
太陽電池。
【請求項６】
請求項５に記載の太陽電池であって、さらに、
前記反射防止層の上に形成される１つ以上のスクリーン印刷されたコンタクトを備え、前記１つ以上のスクリーン印刷されたコンタクトは、前記反射防止層及び前記不動態化酸化物層を通じて前記ｎ型表面電界層の前記より高濃度にドープされた１つ以上の第２の領域と電気的に連絡している
太陽電池。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の太陽電池であって、
前記ｎ型表面電界層の前記１つ以上の第１のドープ領域及び前記１つ以上の第２のドープ領域は、注入されたドーパントを含む
太陽電池。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の太陽電池であって、さらに、
アルミニウムペーストで形成されるスクリーン印刷された自己整合アルミニウムコンタクトを備え、前記エミッタ層及び前記アルミニウムコンタクトは、ともに、前記アルミニウムペーストで形成され、前記エミッタ層は、前記アルミニウムコンタクトを覆う
太陽電池。
【請求項９】
裏面接合型の太陽電池を形成する方法であって、
ｎ型ベース層を作製するステップと、
前記ｎ型ベース層に覆われるようにｐ型エミッタ層を作製するステップであって、さらに、
前記ベース層の片面にコンタクト層を施すステップと、
前記コンタクト層を前記ベース層の少なくとも一部分によって合金化するステップと、
を含むステップと、
前記ｎ型ベース層を覆うｎ型表面電界層を形成するように１つ以上の第１のドープ領域及び１つ以上の第２のドープ領域をドープするステップであって、前記第２のドープ領域は、選択表面電界を形成するように前記第１のドープ領域よりも高濃度にドープされるステップ
を有する方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の方法であって、さらに、
前記ｎ型表面電界層の上に不動態化酸化物層を形成するステップ
を有する方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の方法であって、
前記不動態化酸化物層及び前記ｎ型表面電界層は、単一のアニールサイクルで形成される
方法。
【請求項１２】
請求項１０又は請求項１１に記載の方法であって、さらに、
前記不動態化酸化物層の上に非晶質窒化シリコン層を蒸着させることで、反射防止コーティングを形成するステップ
を有する方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の方法であって、さらに、
前記ｎ型表面電界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して、前記非晶質窒化シリコン層上に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
を有する方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の方法であって、さらに、
前記１つ以上の前面コンタクトを焼成することで、前記１つ以上の前面コンタクトを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通じて前記ｎ型表面電界層に電気的に接続するステップ
を有する方法。
【請求項１５】
請求項９から請求項１４のいずれか１項に記載の方法であって、
前記ｐ型エミッタ層を作製するステップは、さらに、
前記ｐ型エミッタ層の表面に、前記ｐ型エミッタ層に覆われるようにコンタクトを形成するステップを含み、
前記ｐ型エミッタ層は、液相エピタキシャル再成長によって形成されるｐ型エミッタ層を含み、前記コンタクトは、前記ｐ型エミッタ層に電気的に接続される
方法。
【請求項１６】
請求項９から請求項１５のいずれか１項に記載の方法であって、
前記１つ以上の第１及び第２のドープ領域は、イオン注入によってドーパントを導入するステップによって形成される
方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載の方法であって、
前記１つ以上の第１のドープ領域にドーパントを導入するステップは、前記１つ以上の第１及び第２のドープ領域に均一にドーパントを導入するステップを含み、前記１つ以上の第２のドープ領域にドーパントを導入するステップは、マスクを通して前記１つ以上の第２のドープ領域に追加のドーパントを導入するステップを含む
方法。
【請求項１８】
請求項１６に記載の方法であって、
前記１つ以上の第１及び第２のドープ領域にドーパントを導入するステップは、単一のイオン注入工程中に行われる
方法。
【請求項１９】
請求項１６から請求項１８のいずれか１項に記載の方法であって、
前記ｎ型ベース層にはリンがドープされ、前記１つ以上の第１及び第２のドープ領域にドーパントを導入するステップは、リンドーパントを導入するステップを含む
方法。
【請求項２０】
裏面接合型太陽電池であって、
第１のｎ型領域と、
第２のｎ型領域と、
第３のｎ型領域であって、前記第２及び第３のｎ型領域は、前記第１のｎ型領域を覆う、第３のｎ型領域と、
前記第２及び第３のｎ型領域とは反対側の前記第１のｎ型領域の表面上に形成されるｐ型エミッタ層であって、前記ｐ型エミッタ層と前記第１のｎ型領域との界面がｐ−ｎ接合を形成する、ｐ型エミッタ層と
を備える裏面接合型太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
本発明は、総じて、太陽電池に関する。より詳細には、本発明の実施形態は、選択的表面電界を有する裏面接合型太陽電池と、その製造方法とに関する。
【０００２】
基本設計において、太陽電池は、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、電子及び正孔は、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、電子は、ｎ型エミッタ層上の電気コンタクトによって収集され、正孔は、ｐ型基板上の電気コンタクトによって収集される。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。通常は、基板をｐ型伝導性のドーパントで中程度にドープし、エミッタ層をｎ型伝導性のドーパントで高濃度にドープする。エミッタ層を形成することで、基板の被照面の近く、すなわち太陽電池の使用時に光源に暴露される基板の前側の近くにｐ−ｎ接合が形成される。
【０００５】
太陽電池の設計における主な懸念事項は、電荷キャリアが再結合前に電気コンタクトに到達できることである。電荷キャリアが再結合前に移動できる距離は、ときに、電荷キャリア拡散長として知られる。電荷キャリア拡散長は、基板内におけるドーパント原子や空孔の濃度などの、様々な要因に依存すると考えられる。ドーパント原子又は空孔のいずれの濃度が増加しても、電荷キャリア拡散長は短くなる。したがって、高濃度にドープされたｎ型エミッタ層内における正孔の拡散長は、中程度にドープされたｐ型基板内における電子の拡散長よりも、大幅に短い。このため、エミッタ層内で形成された電荷キャリアのうち、再結合前にｐ−ｎ接合に到達できるものがごく僅かであることから、エミッタ層は、一般に、「不感層（dead layer）」と呼ばれる。
【０００６】
この問題を軽減するためには、エミッタ層を、できるだけ薄くしつつできるだけ低濃度にドープすることが望ましい。エミッタ層を浅く形成すると、エミッタ層内に吸収される光子の数が減少する。光子が吸収されても、エミッタ層が薄ければ、生成された電荷キャリアが近傍のｐ−ｎ接合に到達できる可能性は高くなる。しかし、エミッタ層の厚さ及びドーパント線量に関しては、限界が存在する。もし、エミッタ層が浅すぎると、コンタクト形成中に、エミッタ層上の電気コンタクトが、ｐ−ｎ接合を貫通して短絡が生じる恐れがある。同様に、ドーパント線量が少なすぎると、コンタクト抵抗が高くなりすぎて良好なコンタクトを基板に形成できない恐れがある。これらの問題は、高いドーパント濃度及びコンタクトの焼成を必要とするスクリーン印刷によってコンタクトを形成する場合に、特に関係する。
【０００７】
この不利点を克服するために、裏面接合型太陽電池を形成するための各種の技術が提案されてきた。しかし、これらの電池は、電池効率の低さ、表面不動態化の乏しさ、シート抵抗の均一性の欠如、及び高コストの追加の製造工程の必要性などの問題が伴う。
【０００８】
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できる裏面接合型太陽電池を作製することが、当該分野で求められている。
【０００９】
本明細書において、第１の要素が第２の要素「を覆う」、「の上」、又は「の上方」として説明される実施形態は、総じて、第１の要素がより一次被照面又は一次照明源に近いことを意味していると捉えることができる。例えば、第１の要素が第２の要素を覆うとして言及されている場合、その第１の要素は、より太陽に近いと考えられる。同様に、第１の要素が第２の要素「に覆われる」、「の下」、又は「の下方」として説明される実施形態は、総じて、第１の要素がより一次被照面又は一次照明源から遠いことを意味していると捉えることができる。例えば、もし、第１の要素が第２の要素に覆われるとして言及されている場合、その第１の要素は、より太陽から遠いと考えられる。
【００１０】
なお、様々な実施形態において、一次照明源は、一次照明源から発した光がデバイス又はデバイスの周囲を通過した後、デバイスの裏側又はデバイスを超えたところに位置する反射面からデバイスに戻る光など、その他の形態の二次照明を指してはいないことに注目すべきである。
【００１１】
選択表面電界を伴う裏面接合型太陽電池の様々な実施形態が、本明細書で開示される。より具体的には、単一のアニールサイクルにおいて形成された選択表面電界と高品質のｉｎ−ｓｉｔｕ（現場）不動態化層とを有する裏面接合型太陽電池、並びにその製造方法である。本発明のこれらの実施形態は、従前の技術に関連して上述した不利点の１つ以上を克服する。
【００１２】
本発明の実施形態は、必要な時間及びコストを削減する太陽電池の作製におけるいくつかの利点をもたらす。本発明の一実施形態の例によれば、太陽電池の被照面の反対側にエミッタ層を有する裏面接合型の太陽電池は、ｐ型エミッタ層を備える。太陽電池は、さらに、ｐ型エミッタ層との間の界面においてｐ−ｎ接合を形成するようにｐ型エミッタ層を覆うｎ型ベース層を備える。また、太陽電池は、さらに、ｎ型ベース層を覆うｎ＋表面電界層を備える。さらに、表面電界層は、１つ以上の第１のドープ領域と、１つ以上の第２のドープ領域とを備える。第２のドープ領域は、選択表面電界を形成するように第１のドープ領域よりも高濃度にドープされる。
【００１３】
本発明の別の一実施形態の例によれば、裏面接合型の太陽電池を形成する方法が開示される。方法は、ｎ型ベース層を作製するステップを含む。方法は、さらに、ｎ型ベース層に覆われるようにｐ型エミッタ層を作製するステップを含む。ｐ型エミッタ層を作製するステップは、ベース層の片面にコンタクト層を施すステップと、該コンタクト層をベース層の少なくとも一部分によって合金化するステップを含んでもよい。さらに、ｐ型エミッタ層を作製するステップは、ｎ型ベース層を覆うｎ＋表面電界層を形成するように１つ以上の第１のドープ領域及び１つ以上の第２のドープ領域をドープするステップを含んでもよい。第２のドープ領域は、選択表面電界を形成するように第１のドープ領域よりも高濃度にドープされる。
【００１４】
本発明の別の一実施形態の例は、第１のｎ型領域を備える裏面接合型太陽電池に関する。太陽電池は、さらに、第１のｎ型領域を覆う第２のｎ型領域と第３のｎ型領域とを備える。さらに、太陽電池は、第２及び第３のｎ型領域とは反対側の第１のｎ型領域の表面に形成されるｐ型エミッタ層を備える。ｐ型エミッタ層と第１のｎ型領域との界面は、ｐ−ｎ接合を形成する。
【００１５】
上記の概要は、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
くつかの例示的な実施形態を概説することを目的として示したにすぎない。したがって、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によって定められる範囲よりも狭く本発明の範囲又は趣旨を捉えるものと見なされるべきではない。また、本発明の範囲は、考えられる種々の実施形態を包含することが理解でき、そのうちのいくつかの実施形態については、ここで概要を述べられたものに加えて、以下でさらに説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
以上、本発明の実施形態を一般的用語によって説明したところで、ここで添付の図面について説明する。なお、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】図１は、本発明の一実施形態の例における裏面接合型太陽電池の断面図である。
【図２ａ】図２ａは、本発明の裏面接合型太陽電池を製造する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】図２ｂは、本発明の裏面接合型太陽電池を製造する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、本開示が適用法令を満すために提供されていることがわかる。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】
現在、市販の結晶シリコン太陽電池の大半は、ホウ素をドープしたｐ型基板を使用して作製されている。しかし、ホウ素ドープ基板には、光源に暴露されたときに、光誘起劣化（ＬＩＤ）が生じる問題がある。ＬＩＤに起因する効率の損失は、総じて、絶対値にして０．２〜０．５％に及ぶ、又は相対値にして１．２〜２．９％に及ぶ。これに対して、ｎ型にドープされた基板には、ＬＩＤは生じない。その上、ｐ型基板と比べて、より長いバルク寿命を有するｎ型基板を容易に製造することができる。さらに、所定のドーパント濃度及び伝導型において、電子の電荷キャリア拡散長は、正孔の電荷キャリア拡散長と異なる。したがって、ｎ型基板は、ｐ型基板と比べて改善された電荷キャリア拡散長を生み出せると考えられる。これら全ての理由から、ｎ型基板は、高効率太陽電池にとって理想的な候補といえる。
【００２０】
上記のように、従来のｐ型太陽電池は、通常、ｎ型エミッタ層を形成するために、多くはオキシ塩化リン（ＰＯＣｌ３）を使用したｐ型基板の前面へのｎ型ドーパント拡散によって製造される。これは、結果として、太陽電池の前面の近くにｐ−ｎ接合が形成される。あいにく、ｎ型基板の前面にｐ型エミッタ層を形成するための、同等の類似物は存在しない。このようなｐ型エミッタ層をｎ型基板上に形成するために、三臭化ホウ素（ＢＢｒ３）の形でホウ素拡散が使用されてもよいが、この場合、結果としていくつかの欠点が伴う。ホウ素拡散は、ホウ素−シリコン化合物の形成により、シリコン表面が汚れたままになることが多い。このような汚れは、太陽電池の表面の外観を大きく損なう。さらに、ホウ素の汚れの除去は、汚れた表面の熱酸化及びその後に続く熱酸化物の化学的除去などの、不必要な処理工程を追加しなければならない。したがって、ホウ素の汚れが発生したりその除去のためにさらに複雑になったりすることで、ｎ型基板の前面の近くにｐ−ｎ接合を形成することで得られる種々の利点が損なわれる。
【００２１】
代わりに、ｐ−ｎ接合をｎ型太陽電池の裏面に形成し、裏面接合型太陽電池と呼ばれることもあるものを作製することができる。代表的な裏面接合型太陽電池は、本明細書にその全文を引用して援用する２００１年７月１７日発行の米国特許第６，２６２，３５９号
に記載されるように形成することができる。この開示内容は、表面電界として機能する、より高濃度にドープされたｎ＋層を電池の前面に、そしてアルミニウムを使用して形成されるｐ＋層を電池の裏面に有するｎ型基板について記載している。しかし、これらの太陽電池におけるｎ＋層は、リン拡散の回り込み（wrap-around）に関係した問題ゆえに、従来のｐ型太陽電池のようにＰＯＣｌ３拡散によって形成することができない。リンドーパントをスクリーン印刷する又は限られたソース拡散を使用するなどの代替手段には、それぞれ欠点がある。例えば、リンのスクリーン印刷によって、ｎ＋層の上部にリンケイ酸塩ガラスが成長し、これは後の工程で除去する必要がある。また、スクリーン印刷の方法では、太陽電池を不動態化するための手段をさらに設けることが困難になる。例えば、スクリーン印刷されるドーパントの使用は、結果として、高濃度にドープされた拡散層における表面濃度を高くし、このため、この層が表面不動態化層に対して反応しにくくなる。限られたソース拡散の処理においては、多大な間接費が伴ったり、大面積ウエハ上においてシート抵抗を均一にできないといって問題が生じたりする。さらに、裏面接合型太陽電池内にｎ＋層を形成するための既知の方法は、いずれも、結果として、一様な表面電界をもたらす。一様な表面電界を使用すると、太陽電池において、より効率を高める可能性を生かすことができない。
【００２２】
発明者らは、上述された種々の問題を解決する裏面接合型太陽電池を作製する新しい手法を見出した。具体的には、本明細書では、選択表面電界を伴う裏面接合型太陽電池について説明する。このプロセスは、選択表面電界の１つ以上のフィールド領域及び選択領域をドープするためにイオン注入を使用することを伴ってもよい。具体的には、フィールド領域は、選択領域よりも低濃度にドープされる。したがって、フィールド領域が、より浅い接合深さ及びより低い電荷キャリア再結合率を有する一方で、選択領域は、コンタクトの性能を高めるために、より深い接合深さ及びより低いシート抵抗を有する。フィールド領域及び選択領域の両領域におけるｎ＋層のシート抵抗は、より正確に制御することもできる。選択表面電界は、長波長における電池のスペクトル応答を向上させて、高電流の発生を可能にする。選択表面電界の形成は、単一の高温アニールサイクルにおいて生じ、その際、選択表面電界上に不動態化酸化物層を同時に形成するために、酸素を導入することができる。選択表面電界においてより低濃度にドープされたフィールド領域を設けることで、表面不動態化を向上させることができ、これは電池の電圧出力を増大させるのに役立つ。こうして得られる太陽電池は、大面積基板において１８％を超える効率を有することができる。
【００２３】
図１は、本発明における太陽電池５の一実施形態を示す。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、又はこれらの材料を組み合わせ構成してもよい。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）技術の使用によって、融液から成長させることができる。この結果得られる単結晶ブールは、基板を形成するために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、又はシリコン−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）であると考えられる。代わりに、基板は多結晶であってもよく、この場合、単結晶基板よりも安価であると考えられる。しかし、多結晶基板は、結晶粒界における電荷キャリアの再結合が生じ、効率損失を回避するために不動態化が必要となる。
【００２４】
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形成することができる。これらの構造の存在は、前面からの反射によって失われる光の量を減らすことによって、太陽電池５に入る光の量を増加させる。裏面のピラミッド構造は、裏面コンタクトの形成中に破壊されると考えられる。
【００２５】
図１の実施形態によれば、基板は、ｎ型ベース層１０を形成するために、ｎ型伝導性の不純物でドープすることができる。基板をシリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、又はシリコン−ゲルマニウム（Ｓｉ−Ｇｅ）で構成する場合は、ｎ型ベース層１０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型の伝導性を生じさせることができる。ｎ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選択領域１５と低濃度にドープされたフィールド領域２０とで構成される選択表面電界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、ｎ型ベース層１０の不純物と同じｎ型伝導性の不純物でドープすることができ、特定の実施形態では、ｎ型ベース層と同じ種類のドーパント原子を使用することもできる。
【００２６】
選択表面電界層のドープ領域１５、２０の前面及びｎ型ベース層１０の裏面は、そ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、未結合の化学結合が存在する。未結合の結合は、電荷キャリアを不利に消滅させる再結合中心を構成し、これにより太陽電池の効率が低下する。この発生を防ぐために、一部の実施形態では、選択表面電界層のドープ領域１５、２０の前面及びｎ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、ウエハ厚さを規定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。
【００２７】
酸化物層４０、４１は、選択表面電界層のドープ領域１５、２０の前面及びｎ型ベース層１０の裏面における原子の結合を化学的に満たしてそれら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、これらの界面に接触させてもよい。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使用することができ、あるいは基板の組成に応じて別の半導体タイプの酸化物を使用することができる。酸化物層４０、４１は、５〜１５０ナノメートルの範囲の厚さを有し、例えば、２０ナノメートルとすることができる。基板の表面上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表面電界成分（Ｊｏｅ）を減少させ、それによって太陽電池５の全体効率を高めることができる。また、特定の実施形態では、ｎ型ベース層１０の裏面に形成される酸化物層４１は、例えば窒化シリコン層で覆うことで、誘電体によって不動態化された高品質の裏面を好適に形成することができる。
【００２８】
入射光の反射を抑えて太陽エネルギの損失を減少させるために、選択表面電界層のドープ領域１５、２０の前面の酸化物層４０上に反射防止層４５を形成してもよい。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、太陽電池への入射光が、屈折されて反射防止層４５に進行し、酸化物層４０を透過して基板に到達し、自由電荷キャリアに変換されやすくなる。例えば、反射防止層４５は、波長６３２．８ｎｍを有する入射レーザによって測定した場合で１．４〜２．４の範囲の屈折率を有することができる。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することができる。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。反射防止層４５は、１０〜１００ナノメートルの厚さを有してもよい。
【００２９】
前面コンタクト３０及び前面コネクションは、銀（Ａｇ）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、選択表面電界層のドープ領域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、銀を使用してもよい。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及び前面コネクションを、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」と呼ばれることもある）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。
【００３０】
前面コンタクト３０及び前面コネクションは、反射防止層４５の前面に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。前面コネクションは、太陽電池５の前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。
【００３１】
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、前面コンタクト３０に覆われる選択表面電界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、選択表面電界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。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、選択表面電界層のドープ領域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、下にある選択表面電界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、選択表面電界層との接触を成すことができる。
【００３２】
裏面コンタクト３５は、スクリーン印刷されたペーストを使用して、ｎ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。一部の実施形態では、裏面コンタクト３５は、ｎ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は、ｎ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が形成される前に、ｎ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は、酸化物層４１を物理的に貫通し、ｎ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。
【００３３】
裏面コンタクト３５を焼成することで、ｎ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＋シリコンエミッタ層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。アルミニウムは、アルミニウムドープｐ＋シリコンエミッタ層５０を形成するためのドーパントとして及び裏面コンタクト３５としての両方で機能することができるので、裏面コンタク
ト３５は、アルミニウムドープｐ＋シリコンエミッタ層５０に対して自己整合コンタクトとして機能することができる。この方法は、同じ理由、すなわち、裏面コンタクト３５のアルミニウムがｐ−ｎ接合２５を形成するためのｐ型ドーパント源であるという理由から、裏面コンタクト３５がｐ−ｎ接合２５を短絡させる可能性を低下させることができる。また、ｐ−ｎ接合２５が太陽電池５の裏面の近くに位置するため、選択表面電界層の深さは、短絡に関して実質的には問題にならない。
【００３４】
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１０〜５０マイクロメートルであってよく、適切な反射性を提供することができる。
【００３５】
太陽電池５の裏側の近くでは、ｎ型ベース層１０とアルミニウムドープｐ＋シリコンエミッタ層５０との間の界面において、ｐ−ｎ接合２５を形成することができる。ｎ型ベース層１０及びアルミニウムドープｐ＋シリコンエミッタ層５０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、この電場は、光子の吸収の結果生じる自由電子と空孔とを分離し、それぞれ前面コンタクト３０と裏面コンタクト３５とに向かって反対方向に移動させる。
【００３６】
様々な実施形態では、太陽電池５の裏面との電気的接続を促すために、裏面コンタクト３５に、はんだ付け可能パッド又はバスバーなどの裏面コネクションを形成することができる。裏面コネクションは、例えばＦｅｒｒｏ  ＬＦ３３７５０ポリマ銀などの銀のはんだ付け可能パッドを裏面コンタクト３５の裏側に施すことによって、裏面コンタクト３５上に形成することができる。あるいは、日立化成社の伝導性膜など、アルミニウム裏面コンタクト３５に直接的に接合することができる無はんだ相互接続方法を使用することができる。別の代替手法として、例えばＨｅｒａｅｕｓ社のリフトオフペーストなど、リフトオフペーストをスクリーン印刷してもよい。さらに別の代替手法として、Ｒｅｉｎｈａｕｓｅｎ  Ｐｌａｓｍａ社が提供するようなプラズマコーティングプロセスによって、アルミニウム裏面にはんだ付け可能金属パッドを蒸着させてもよい。
【００３７】
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選択表面電界と高品質のｉｎ−ｓｉｔｕ不動態化層とを伴う別の例に係る裏面接合型太陽電池の製造方法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。
【００３８】
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ようなものであってよい。通常、基板は、指定の大きさのｎ型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、ｎ型ベース層１０を形成するために、ｎ型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、１０１３〜１０２１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、１〜１５０オーム−ｃｍの範囲とすることができ、１０〜１００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種類の基板が使用可能である。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
工程２１０では、ドーパント原子をｎ型ベース層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。ドーパント原子は、ｎ型ベース層１０の伝導性と同様のｎ型伝導性を有することができる。特定の実施形態では、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、選択表面電界層は、ｎ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。
【００４２】
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、例えば１．７×１０１５ｃｍ−２の線量などの、約１．０×１０１５ｃｍ−２から３．０×１０１５ｃｍ−２の範囲の線量で、ｎ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、好ましくは１０キロ電子ボルト（ｋｅＶ）のように、５ｋｅＶから３０ｋｅＶの範囲で実施することができる。１つ以上のフィールド領域２０がドープされた後は、１つ以上の選択領域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シャドウ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シャドウ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３００〜５００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。
【００４３】
第２のイオン注入工程は、例えば１．７×１０１５ｃｍ−２の線量などの、例えば約０．７×１０１５ｃｍ−２〜７．０×１０１５ｃｍ−２の範囲の線量を使用して、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、好ましくは１０ｋｅＶのように、５ｋｅＶ〜３０ｋｅＶの範囲で実施することができる。様々な実施形態において、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。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に追加のト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。
【００４４】
工程２１５では、選択表面電界層を形成するために、注入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したがうと、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１０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、選択表面電界層のドープ領域１５、２０の前面及びｎ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。
【００４５】
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５５０〜１１００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８００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、例えば摂氏９００〜９５０度の温度などの、摂氏７００〜１１００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分間、好ましくは２５分間にわたって維持することができる。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、１０〜３０分間、好ましくは１０分間にわたって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、選択表面電界層のドープ領域１５、２０の前面及びｎ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５００〜７００度の範囲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。
【００４６】
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、３０〜７０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を作製することができる。
【００４７】
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４００〜４５０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、５０〜９０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４０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。
【００４８】
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表面電界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のためのペーストは、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と同時に乾燥させてもよい。
【００４９】
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表面電界層用に、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、選択表面電界層の選択領域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、その下の表面電界の深さも増加するため、例えば金属コンタクトからキャリアをシールドする機能を高めることによって、これらの領域におけるコンタクトの性能を向上させることができる。実施形態の例によれば、選択表面電界層の選択領域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。
【００５０】
工程２３０では、ｎ型ベース層１０の裏面に、裏面コンタクト３５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は、ｎ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。特定の実施形態では、裏面コンタクト３５は、ｎ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は、ｎ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、印刷されたペーストを乾燥させるために、任意で、３０〜６０秒間にわたり、周囲空気中で摂氏２００〜４００度の範囲の温度のベルト炉に置くことができる。
【００５１】
工程２３５では、前面コンタクト３０及び裏面コンタクト３５と前面コネクションとを施された基板を、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とができる。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、選択表面電界層のドープ領域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、選択表面電界層の選択領域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。
【００５２】
工程２３５における同時焼成中に、例えば温度がアルミニウム−シリコン共晶温度である摂氏５７７度を超えたときは、裏面コンタクト３５からのアルミニウムがｎ型ベース層１０からのシリコンと合金化することができる。一部の実施形態では、この合金化時に炉の温度を十分に高く維持することで、アルミニウムが効果的にシリコンを溶解することができる。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、ｎ型ベース層１０上にアルミニウムドープｐ＋シリコン裏面エミッタ層５０が形成することができる。裏面接合型太陽電池５を作製するために、ｎ型ベース層１０とアルミニウムドープｐ＋シリコン裏面エミッタ層５０との界面において、ｐ−ｎ接合２５が形成される。アルミニウム裏面コンタクト３５の残りの部分は、アルミニウム−シリコン共晶金属層を含んでもよい。特定の実施形態では、裏面コンタクト３５のうち太陽電池５の裏側に近い部分は、その大半がアルミニウムを含んでいてもよい。裏面コンタクト３５の材料により、アルミニウムドープｐ＋シリコン裏面エミッタ層５０との物理的及び電気的接続を形成することもできる。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は、裏面不動態化酸化物層４１を通って焼成して、アルミニウムドープｐ＋シリコン裏面エミッタ層５０との物理的接続を形成することもできる。その結果、裏面不動態化酸化物層４１は、例えばアルミニウムペースト中のガラスフリットによって、裏面コンタクト３５の材料によって消費されることができる。温度プロフィールは、ｎ型ベース層１０のテクスチャ構造が形成された裏面とエミッタ層５０との間における均一なｎ−ｐ＋界面の形成を促す摂氏２０〜１５０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。
【００５３】
太陽電池５の裏側へのはんだ付け可能な電気的接続を促すために、裏面コンタクト３の裏面に、はんだ付け可能パッド又はバスバーなどの裏面コネクションを形成することができる。裏面コネクションは、例えばＦｅｒｒｏ  ＬＦ３３７５０ポリマ銀などの銀のはんだ付け可能パッドを裏面コンタクト３５の裏側に施すことによって、裏面コンタクト３５上に形成することができる。日立化成社の伝導性膜など、アルミニウム裏面コンタクト３５に直接的に接合することができる無はんだ相互接続方法を使用することができる。別の代替手法として、例えばＨｅｒａｅｕｓ社のリフトオフペーストなど、リフトオフペーストをスクリーン印刷してもよい。さらに別の代替手法として、Ｒｅｉｎｈａｕｓｅｎ  Ｐｌａｓｍａ社が提供するようなプラズマコーティングプロセスによって、アルミニウム裏面にはんだ付け可能金属パッドを蒸着させてもよい。
【００５４】
前面コネクション及び裏面コネクションは、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、硬化若しく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。
【００５５】
様々な実施形態によれば、上述のように、選択表面電界を伴う裏面接合型太陽電池を形成することができる。より具体的には、単一のアニールサイクルで形成される選択表面電
界と高品質のｉｎ−ｓｉｔｕ不動態化層とを伴う裏面接合型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表面電界、裏面接合型、及び（１枚以上の）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、選択表面電界層及び高品質の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、太陽電池５は、光誘起劣化に影響されないｎ型ベース層を含むことができる。様々な実施形態によれば、選択表面電界層及び不動態化酸化物層を有する裏面接合型太陽電池であって、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１８％を超え、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ンタクトを用いた裏面接合型太陽電池を、単一のアニール工程で作製することができる。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。
【００５６】
本発明の一態様は、太陽電池の被照面の反対側にエミッタ層を有する裏面接合型の太陽電池であって、ｐ型エミッタ層と、ｐ型エミッタ層との間の界面においてｐ−ｎ接合を形成するようにｐ型エミッタ層を覆うｎ型ベース層と、ｎ型ベース層を覆うｎ＋表面電界層であって、１つ以上の第１のドープ領域と、１つ以上の第２のドープ領域であって、選択表面電界を形成するように第１のドープ領域よりも高濃度にドープされる第２のドープ領域と、を有するｎ＋表面電界層とを備える太陽電池に関する。
【００５７】
本発明の上記態様における太陽電池の一実施形態によれば、太陽電池は、太陽電池は、チョクラルスキ法により成長された単結晶シリコン基板で形成され、ｎ型ベース層と、ｎ＋表面電界層の１つ以上の第１及び第２のドープ領域とには、リンがドープされる。
【００５８】
本発明の上記態様における太陽電池の一実施形態によれば、ｐ型エミッタ層はアルミニウムを含み、ｐ型エミッタ層は液相エピタキシャル再成長によって形成される。
【００５９】
本発明の上記態様における太陽電池の一実施形態によれば、太陽電池は、さらに、ｎ＋表面電界層を覆う不動態化酸化物層を含む。
【００６０】
本発明の上記態様における太陽電池の一実施形態によれば、太陽電池は、さらに、不動態化酸化物層を覆う反射防止層を備え、反射防止層は非晶質窒化シリコン層を有する。
【００６１】
本発明の上記態様における太陽電池の一実施形態によれば、太陽電池は、さらに、反射防止層の上に形成される１つ以上のスクリーン印刷されたコンタクトを備え、１つ以上のスクリーン印刷されたコンタクトは、反射防止層及び不動態化酸化物層を通じてｎ＋表面電界層のより高濃度にドープされた１つ以上の第２の領域と電気的に連絡している。
【００６２】
本発明の上記態様における太陽電池の一実施形態によれば、ｎ＋表面電界層の１つ以上の第１のドープ領域及び１つ以上の第２のドープ領域は、注入されたドーパントを含む。
【００６３】
本発明の上記態様における太陽電池の一実施形態によれば、太陽電池は、さらに、アルミニウムペーストで形成されるスクリーン印刷された自己整合アルミニウムコンタクトを備え、エミッタ層及びアルミニウムコンタクトは、ともに、アルミニウムペーストで形成され、エミッタ層は、アルミニウムコンタクトを覆う。
【００６４】
本発明の一態様は、裏面接合型タイプの太陽電池を形成する方法であって、ｎ型ベース層を作製するステップと、ｎ型ベース層に覆われるようにｐ型エミッタ層を作製するステップであって、さらに、ベース層の片面にコンタクト層を施すステップと、コンタクト層
をベース層の少なくとも一部分によって合金化するステップとを含むステップと、ｎ型ベース層を覆うｎ＋表面電界層を形成するように１つ以上の第１のドープ領域及び１つ以上の第２のドープ領域をドープするステップであって、第２のドープ領域は、選択表面電界を形成するように第１のドープ領域よりも高濃度にドープされるステップ、を有する方法に関する。
【００６５】
本発明の上記態様における方法の一実施形態によれば、方法は、さらに、ｎ＋表面電界層の上に不動態化酸化物層を形成するステップを有する。
【００６６】
本発明の上記態様における方法の一実施形態によれば、不動態化酸化物層及びｎ＋表面電界層は、単一のアニールサイクルで形成される。
【００６７】
本発明の上記態様における方法の一実施形態によれば、方法は、さらに、不動態化酸化物層の上に非晶質窒化シリコン層を蒸着させることで、反射防止コーティングを形成するステップを有する。
【００６８】
本発明の上記態様における方法の一実施形態によれば、方法は、さらに、ｎ＋表面電界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して、非晶質窒化シリコン層上に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を有する。
【００６９】
本発明の上記態様における方法の一実施形態によれば、方法は、さらに、１つ以上の前面コンタクトを焼成することで、１つ以上の前面コンタクトを非晶質窒化シリコン層及び不動態化酸化物層を通じてｎ＋表面電界層に電気的に接続するステップを有する。
【００７０】
本発明の上記態様における方法の一実施形態によれば、ｐ型エミッタ層を作製するステップは、さらに、ｐ型エミッタ層の表面に、ｐ型エミッタ層に覆われるようにコンタクトを形成するステップを含み、ｐ型エミッタ層は、液相エピタキシャル再成長によって形成されるｐ＋エミッタ層を含み、コンタクトは、ｐ＋エミッタ層に電気的に接続される。
【００７１】
本発明の上記態様における方法の一実施形態によれば、１つ以上の第１及び第２のドープ領域は、イオン注入によってドーパントを導入するステップによって形成される。
【００７２】
本発明の上記態様における方法の一実施形態によれば、１つ以上の第１のドープ領域にドーパントを導入するステップは、１つ以上の第１及び第２のドープ領域に均一にドーパントを導入するステップを含み、１つ以上の第２のドープ領域にドーパントを導入するステップは、マスクを通して１つ以上の第２のドープ領域に追加のドーパントを導入するステップを含む。
【００７３】
本発明の上記態様における方法の一実施形態によれば、１つ以上の第１及び第２のドープ領域にドーパントを導入するステップは、単一のイオン注入工程中に行われる。
【００７４】
本発明の上記態様における方法の一実施形態によれば、ｎ型ベース層にはリンがドープされ、１つ以上の第１及び第２のドープ領域にドーパントを導入するステップは、リンドーパントを導入するステップを含む。
【００７５】
本発明の一態様は、裏面接合型太陽電池であって、第１のｎ型領域と、第２のｎ型領域と、第３のｎ型領域であって、第２及び第３のｎ型領域は、第１のｎ型領域を覆う、第３のｎ型領域と、第２及び第３のｎ型領域とは反対側の第１のｎ型領域の表面上に形成されるｐ型エミッタ層であって、ｐ型エミッタ層と第１のｎ型領域との界面がｐ−ｎ接合を形成する、ｐ型エミッタ層とを備える裏面接合型太陽電池に関する。
【００７６】
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】
2013536589.tif 000003
【図２ａ】
2013536589.tif 000004
【図２ｂ】
2013536589.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成24年9月4日(2012.9.4)
【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】
太陽電池の被照面の反対側にエミッタ層を有する裏面接合型の太陽電池であって、
ｐ型エミッタ層と、
前記ｐ型エミッタ層との間の界面においてｐ−ｎ接合を形成するように前記ｐ型エミッタ層を覆うｎ型ベース層と、
前記ｎ型ベース層を覆うｎ型表面電界層であって、
１つ以上の第１のドープ領域と、
１つ以上の第２のドープ領域であって、選択表面電界を形成するように前記第１のドープ領域よりも高濃度にドープされ、前記ｎ型表面電界層の前記１つ以上の第１のドープ領域及び前記１つ以上の第２のドープ領域は、注入されたドーパントを含む、第２のドープ領域と、
を有するｎ型表面電界層と、
前記ｎ型表面電界層を覆う不動態化酸化物層であって、単一のアニールサイクルで前記ｎ型表面電界層とともに形成される、不動態化酸化物層と
を備える太陽電池。
【請求項２】
請求項１に記載の太陽電池であって、
前記太陽電池は、チョクラルスキ法により成長された単結晶シリコン基板で形成され、前記ｎ型ベース層と、前記ｎ型表面電界層の１つ以上の第１及び第２のドープ領域とには、リンがドープされる
太陽電池。
【請求項３】
請求項１に記載の太陽電池であって、
前記ｐ型エミッタ層はアルミニウムを含み、前記ｐ型エミッタ層は液相エピタキシャル再成長によって形成される
太陽電池。
【請求項４】
請求項１に記載の太陽電池であって、さらに、
前記不動態化酸化物層を覆う反射防止層を備え、前記反射防止層は非晶質窒化シリコン層を有する
太陽電池。
【請求項５】
請求項４に記載の太陽電池であって、さらに、
前記反射防止層の上に形成される１つ以上のスクリーン印刷されたコンタクトを備え、前記１つ以上のスクリーン印刷されたコンタクトは、前記反射防止層及び前記不動態化酸化物層を通じて前記ｎ型表面電界層の前記より高濃度にドープされた１つ以上の第２の領域と電気的に連絡している
太陽電池。
【請求項６】
請求項３に記載の太陽電池であって、さらに、
アルミニウムペーストで形成されるスクリーン印刷された自己整合アルミニウムコンタクトを備え、前記エミッタ層及び前記アルミニウムコンタクトは、ともに、前記アルミニウムペーストで形成され、前記エミッタ層は、前記アルミニウムコンタクトを覆う
太陽電池。
【請求項７】
裏面接合型の太陽電池を形成する方法であって、
ｎ型ベース層を作製するステップと、
前記ｎ型ベース層に覆われるようにｐ型エミッタ層を作製するステップであって、さらに、
前記ベース層の片面にコンタクト層を施すステップと、
前記コンタクト層を前記ベース層の少なくとも一部分によって合金化するステップと、
を含むステップと、
前記ｎ型ベース層を覆うｎ型表面電界層を形成するように１つ以上の第１のドープ領域及び１つ以上の第２のドープ領域をドープするステップであって、前記第２のドープ領域は、選択表面電界を形成するように前記第１のドープ領域よりも高濃度にドープされ、前記１つ以上の第１及び第２のドープ領域は、イオン注入によってドーパントを導入するステップによって形成される、ステップと、
前記ｎ型表面電界層の上に不動態化酸化物層を形成するステップであって、前記不動態化酸化物層及び前記ｎ型表面電界層は、単一のアニールサイクルで形成される、ステップと
を有する方法。
【請求項８】
請求項７に記載の方法であって、さらに、
前記不動態化酸化物層の上に非晶質窒化シリコン層を蒸着させることで、反射防止コーティングを形成するステップ
を有する方法。
【請求項９】
請求項８に記載の方法であって、さらに、
前記ｎ型表面電界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して、前記非晶質窒化シリコン層上に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
を有する方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の方法であって、さらに、
前記１つ以上の前面コンタクトを焼成することで、前記１つ以上の前面コンタクトを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通じて前記ｎ型表面電界層に電気的に接続するステップ
を有する方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の方法であって、
前記ｐ型エミッタ層を作製するステップは、さらに、
前記ｐ型エミッタ層の表面に、前記ｐ型エミッタ層に覆われるようにコンタクトを形成するステップを含み、
前記ｐ型エミッタ層は、液相エピタキシャル再成長によって形成されるｐ型エミッタ層を含み、前記コンタクトは、前記ｐ型エミッタ層に電気的に接続される
方法。
【請求項１２】
請求項７に記載の方法であって、
前記１つ以上の第１のドープ領域にドーパントを導入するステップは、前記１つ以上の第１及び第２のドープ領域に均一にドーパントを導入するステップを含み、前記１つ以上の第２のドープ領域にドーパントを導入するステップは、マスクを通して前記１つ以上の第２のドープ領域に追加のドーパントを導入するステップを含む
方法。
【請求項１３】
請求項７に記載の方法であって、
前記１つ以上の第１及び第２のドープ領域にドーパントを導入するステップは、単一のイオン注入工程中に行われる
方法。
【請求項１４】
請求項１２に記載の方法であって、
前記ｎ型ベース層にはリンがドープされ、前記１つ以上の第１及び第２のドープ領域にドーパントを導入するステップは、リンドーパントを導入するステップを含む
方法。
【請求項１５】
裏面接合型太陽電池であって、
第１のｎ型領域と、
第２のｎ型領域と、
第３のｎ型領域であって、前記第２及び第３のｎ型領域は、前記第１のｎ型領域を覆い、前記第２及び第３のｎ型領域は注入されたドーパントを含む、第３のｎ型領域と、
前記第２及び第３のｎ型領域を覆う不動態化酸化物層であって、単一のアニールサイクルで前記ｎ型表面電界層とともに形成される不動態化酸化物層と、
前記第２及び第３のｎ型領域とは反対側の前記第１のｎ型領域の表面上に形成されるｐ型エミッタ層であって、前記ｐ型エミッタ層と前記第１のｎ型領域との界面がｐ−ｎ接合を形成する、ｐ型エミッタ層と
を備える裏面接合型太陽電池。
【国際調査報告】
2013536589.tif 000006
2013536589.tif 000007
2013536589.tif 000008