(57)【要約】太陽電池及びそれらの製造方法が開示される。代表的な一方法は、シリコン基板を提供することと、イオン注入によって基板の前面の１つ又は２つ以上の選択領域にドーパントを導入すること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すことができる。該単一のアニールサイクル中は、基板の前面に拡散させるために、追加のドーパント原子を導入することができる。基板の前面には、選択エミッタ層の１つ又は２つ以上の選択領域が選択エミッタ層のその他の部分よりも高濃度にドープされるように、選択エミッタを形成することができる。関連の太陽電池もまた、提供される。
2013531371.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
拡散とイオン注入とのハイブリッドプロセスの使用によって、選択エミッタ太陽電池を形成する方法であって、
ベース層を含む基板を提供することと、
イオン注入によって、前記ベース層の前面の１つ又は２つ以上の選択領域にドーパントを導入することと、
前記基板をアニールすることであって、該アニールは、
前記アニール中に炉に導入される追加のドーパントを前記ベース層の前面に拡散させるために、及び
前記ベース層の前面に選択エミッタ層を形成するために、
前記炉のなかで、前記基板を或る温度に加熱することであって、前記ベース層の前面の前記１つ又は２つ以上の選択領域は、前記選択エミッタ層のその他の部分よりも高濃度にドープされる前記選択エミッタ層の１つ又は２つ以上の選択領域を画定する、ことと、
を備える方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、
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、方法。
【請求項３】
請求項１ないし２のいずれか一項に記載の方法であって、
前記ベース層と選択エミッタ層との間の界面にｐ−ｎ接合が形成されるように、前記ベース層は、ｐ型ドーパントをドープされ、前記選択エミッタ層は、ｎ型ドーパントをドープされる、方法。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか一項に記載の方法であって、
前記イオン注入されるドーパントは、リンを含み、拡散のために導入される前記追加のドーパントは、オキシ塩化リン（ＰＯＣｌ３）の形態で導入される、方法。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか一項に記載の方法であって、更に、
前記選択エミッタ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膜を形成することを備える方法。
【請求項６】
請求項５に記載の方法であって、更に、
前記選択エミッタ層の前記１つ又は２つ以上の選択領域と位置合わせして、前記非晶質窒化シリコン層に１つ又は２つ以上の銀製前面接触をスクリーン印刷することを備える方法。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか一項に記載の方法であって、更に、
前記基板の裏面に１つ又は２つ以上のアルミニウム製裏面接触をスクリーン印刷することを備える方法。
【請求項８】
請求項７に記載の方法であって、更に、
前記１つ又は２つ以上の前面接触が前記非晶質窒化シリコン層を通じて前記選択エミッタ層の前記１つ又は２つ以上の選択領域と電気通信関係にあるように、前記前面接触及び前記裏面接触を同時焼成することを備える方法。
【請求項９】
請求項８に記載の方法であって、更に、
前記前面接触及び前記裏面接触の同時焼成中に、前記ベース層の裏面と前記１つ又は２つ以上の裏面接触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＋シリコン裏面フィールド層を形成することを備え、前記１つ又は２つ以上の裏面接
触は、前記アルミニウムドープｐ＋シリコン裏面フィールド層と電気通信関係にある、方法。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれか一項に記載の方法であって、
追加のドーパントを前記ベース層の前面に拡散させることは、更に、
鉄のゲッタリングシンクを提供するために、前記選択エミッタ層のなかにミスフィット転位を形成することと、
鉄を置換位置から格子間位置に追いやって、前記鉄が前記ゲッタリングシンクに急速に拡散するようにするために、シリコン格子間を前記基板に導入することと、
を含む、方法。
【請求項１１】
請求項１ないし１０のいずれか一項に記載の方法であって、更に、
前記選択エミッタ層の表面の一部を消費するための酸化物層を前記選択エミッタ層の表面に形成するために、前記アニール中に前記炉に酸素を導入することを備える方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の方法であって、更に、
前記基板を希フッ酸浴に浸漬させることによって、前記酸化物層、及び前記選択エミッタ層の消費部分を除去することを備える方法。
【請求項１３】
請求項５ないし１２のいずれか一項に記載の方法であって、更に、
前記ドーパントの拡散ゆえに前記アニール中に形成されるガラス層を、前記非晶質窒化シリコン層の蒸着に先立って前記選択エミッタ層の前面から除去することを備える方法。
【請求項１４】
太陽電池であって、
ｐ型ベース層を含むシリコン基板と、
前記ｐ型ベース層の上に形成されるｎ型選択エミッタ層であって、
注入されたドーパントを含む１つ又は２つ以上の第１のドープ領域と、
拡散されたドーパントを含む１つ又は２つ以上の第２のドープ領域と、
を含み、前記１つ又は２つ以上の第１のドープ領域は、前記１つ又は２つ以上の第２のドープ領域よりも高濃度にドープされる、ｎ型選択エミッタ層と、
前記ベース層と前記選択エミッタ層との界面におけるｐ−ｎ接合であって、前記ｐ−ｎ接合及び前記選択エミッタ層は、ともに、単一のアニールサイクル中に形成される、ｐ−ｎ接合と、
を備える太陽電池。
【請求項１５】
請求項１４に記載の太陽電池であって、更に、
前記選択エミッタ層の前面に形成される非晶質窒化シリコン反射防止層を備える太陽電池。
【請求項１６】
請求項１５に記載の太陽電池であって、更に、
前記反射防止層の前面に、前記反射防止層を通して前記選択エミッタ層と電気通信関係にあるように形成される１つ又は２つ以上のスクリーン印刷前面接触と、
前記ベース層の裏面に形成される１つ又は２つ以上のスクリーン印刷裏面接触と、
を備え、前記１つ又は２つ以上の前面接触は、スクリーン印刷銀ペーストから形成され、前記１つ又は２つ以上の裏面接触は、スクリーン印刷アルミニウムペーストから形成される、太陽電池。
【請求項１７】
請求項１６に記載の太陽電池であって、更に、
前記ベース層と前記１つ又は２つ以上の裏面接触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＋シリコン裏面フィールド層を備え、前
記１つ又は２つ以上の裏面接触は、前記アルミニウムドープｐ＋シリコン裏面フィールド層と電気通信関係にある、太陽電池。
【請求項１８】
請求項１６ないし１７のいずれか一項に記載の太陽電池であって、
前記１つ又は２つ以上の前面接触は、接触抵抗を減少させるために、前記選択エミッタ層の前記より高濃度にドープされる１つ又は２つ以上の第１のドープ領域と位置合わせされ、前記１つ又は２つ以上の前面接触は、前記選択エミッタ層の前記１つ又は２つ以上の第１のドープ領域と電気通信関係にある、太陽電池。
【請求項１９】
拡散とイオン注入とのハイブリッドプロセスの使用によって選択エミッタ太陽電池を形成する方法であって、
ｐ型シリコンを含む基板を提供することと、
前記基板をアニールすることであって、該アニールは、
前記アニール中に炉に導入されるｎ型ドーパントを前記基板の前面に拡散させるために、
中間均一エミッタ層を形成するために、及び
前記中間均一エミッタ層の前面にガラス層を形成するために、
前記炉のなかで、前記基板を比較的高温に加熱することを含む、ことと、
前記基板を前記炉から取り出すことと、
前記中間均一エミッタ層の前面から前記ガラス層を除去することと、
イオン注入によって、前記中間均一エミッタ層の前面の１つ又は２つ以上の選択領域に追加のｎ型ドーパントを導入することと、
前記基板をアニールすることであって、該アニールは、
前記注入による損傷を癒すために、
前記追加のｎ型注入ドーパントを活性化させるために、
前記追加のｎ型注入ドーパントを望ましい接合深さへ追い立てるために、及び
前記中間均一エミッタ層を選択エミッタ層に変換するために、
前記炉のなかで、前記基板を比較的低温に加熱することを含む、ことであって、前記中間均一エミッタ層の前記１つ又は２つ以上の選択領域は、前記選択エミッタ層のその他の部分よりも高濃度にドープされる前記選択エミッタ層の１つ又は２つ以上の選択領域を画定する、ことと、
を備える方法。
【請求項２０】
拡散とイオン注入とのハイブリッドプロセスの使用によって形成される選択エミッタを有する太陽電池であって、
ベース層を含む基板を提供する工程と、
イオン注入によって、前記ベース層の前面の１つ又は２つ以上の選択領域にドーパントを導入する工程と、
前記基板をアニールする工程であって、該アニールは、
前記アニール中に炉に導入される追加のドーパントを前記ベース層の前面に拡散させるために、及び
前記ベース層の前面に選択エミッタ層を形成するために、
前記炉のなかで、前記基板を或る温度に加熱することを含み、前記ベース層の前面の前記１つ又は２つ以上の選択領域は、前記選択エミッタ層のその他の部分よりも高濃度にドープされる前記選択エミッタ層の１つ又は２つ以上の選択領域を画定する、工程と、
によって製造される太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、総じて、拡散とイオン注入とのハイブリッドプロセスによって形成される選択エミッタ太陽電池、及びその製造の方法に関するものである。拡散とイオン注入とのハイブリッドプロセスは、選択エミッタ太陽電池を形成するために、単一の高温アニールのみを必要とする。
【背景技術】
【０００２】
基本設計では、太陽電池は、光起電力効果を通じて電気を生成するために光子からエネルギを吸収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】
基板は、ｐ−ｎ接合と呼ばれる電場を太陽電池の内部に形成するために、ｐ型及びｎ型の不純物をドープされるのが通例である。自由電荷キャリアを使用して電気を生成するためには、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。再結合しない電荷キャリアは、そうして、負荷への電力供給のために使用することができる。
【０００４】
太陽電池を作成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される。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、接触が形成される。自由電子は、前面接触によって収集され、空孔は、裏面接触によって収集される。
【０００５】
前面接触は、入射する太陽光の一部を遮るので、エミッタ層の前面は、あまり多くを接触材料で覆わないほうが有利である。その代わり、従来の手法は、接触点、接触線、又は接触格子の形成を伴っている。このような接触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、前面接触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。高濃度のドープの使用は、しかしながら、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を増加させ、これは、電池の全体効率の低下を招く。
【０００６】
この不利点を克服するためには、様々な技術を使用して、前面接触の下では比較的高濃度にドープされ前面接触と前面接触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。これらの技術は、しかしながら、製造プロセスにおける追加工程の必要性、寿命の低下及び不安定性の増加、並びに大量製造プロセスとの不適合性などの、１つ又は２つ以上の欠点に見舞われる。
【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、当該分野で必要とされている。
【発明の概要】
【０００８】
イオン注入と拡散とのハイブリッドプロセスによって形成される選択エミッタを伴うシリコン太陽電池、及びその製造の方法の様々な実施形態が、本明細書で開示される。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述された不利点の１つ又は２つ以上を克服する。本発明の実施形態は、太陽電池の作成に必要とされる時間及びコストを低
減させる幾つかの利点を提供する。
【０００９】
本発明の代表的な一実施形態にしたがった太陽電池は、ｐ型ベース層を有するシリコン基板を含む。太陽電池は、ｐ型ベース層の上に形成されるｎ型選択エミッタ層を有する。選択エミッタ層は、注入されたトーパントを含む１つ又は２つ以上の第１のドープ領域と、拡散されたドーパントを含む１つ又は２つ以上の第２のドープ領域とを有する。１つ又は２つ以上の第１のドープ領域は、１つ又は２つ以上の第２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型ベース層と選択エミッタ層との界面に、ｐ−ｎ接合を有する。ｐ−ｎ接合及び選択エミッタ層は、ともに、単一のアニールサイクル中に形成される。
【００１０】
本発明の別の代表的な一実施形態にしたがった太陽電池は、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、拡散とイオン注入とのハイブリッドプロセスによって形成されるリンドープ選択エミッタ層をｐ型ベース層の前面に有する。選択エミッタ層は、イオン注入によって形成される１つ又は２つ以上の第１のドープ領域と、オキシ塩化リン（ＰＯＣｌ３）拡散によって形成される１つ又は２つ以上の第２のドープ領域とを有する。１つ又は２つ以上の第１のドープ領域は、イオン注入工程による追加のドーパントゆえに、１つ又は２つ以上の第２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型ベース層の前面と選択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。選択エミッタ層の前面に、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。反射防止層の前面には、１つ又は２つ以上のスクリーン印刷銀製前面接触が形成され、ｐ型ベース層の裏面には、１つ又は２つ以上のスクリーン印刷アルミニウム製裏面接触が形成される。ｐ型ベース層の裏面と１つ又は２つ以上の裏面接触との界面には、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＋シリコン裏面フィールド層が形成される。接触抵抗を減少させるために、１つ又は２つ以上の前面接触は、選択エミッタ層の、より高濃度にドープされる１つ又は２つ以上の第１のドープ領域と位置合わせされる。１つ又は２つ以上の前面接触は、反射防止層を通じて選択エミッタ層の第１のドープ領域と電子通信関係にあり、１つ又は２つ以上の裏面接触は、アルミニウムドープｐ＋シリコン裏面フィールド層と電子通信関係にある。
【００１１】
本発明の代表的な一実施形態にしたがって、イオン注入と拡散とのハイブリッドプロセスによって形成される選択エミッタを伴う太陽電池を製造する方法が開示される。該方法は、ホウ素ドープベース層を含む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、ホウ素ドープベース層の前面の１つ又は２つ以上の選択領域に、リンドーパントが導入される。次いで、基板は、炉のなかで、単一の高温アニールサイクルに通される。該単一のアニールサイクル中は、ベース層の前面に拡散させるために、ＰＯＣｌ３の形態をとる追加の液状ドーパントが炉に導入される。拡散のためのＰＯＣｌ３の導入は、選択エミッタ太陽電池における、鉄汚染によって誘発される寿命低下及び不安定性を排除する。ベース層の前面には、ベース層の前面の１つ又は２つ以上の選択領域を覆っている選択エミッタ層の１つ又は２つ以上の選択領域が選択エミッタ層のその他の部分よりも高濃度にドープされるように、選択エミッタ層が形成される。アニールサイクルは、注入による損傷を癒し、リンドーパントを活性化させ、リンドーパントを基板のなかの望ましい接合深さへ追い立てる。
【００１２】
方法は、また、選択エミッタ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膜を形成することを含む。選択エミッタ層の、より高濃度にドープされる１つ又は２つ以上の選択領域と位置合わせして、非晶質窒化シリコン反射防止層の前面に、１つ又は２つ以上の銀製前面接触がスクリーン印刷される。非晶質窒化シリコン層には、は
んだ付け可能なパッド又はバスバーなどの、１つ又は２つ以上の銀製前面接続もスクリーン印刷される。ベース層の裏面には、はんだ付け可能なパッド又はバスバーなどの、１つ又は２つ以上の銀−アルミニウム製裏面接続、及び１つ又は２つ以上のアルミニウム製裏面接触がスクリーン印刷される。前面及び裏面の接触及び接続は、反射防止層を通る焼成によって前面及び裏面の接触及び接続が形成されるように、ベルト炉のなかで同時焼成される。１つ又は２つ以上の前面接触は、非晶質窒化シリコン反射防止層を通じて選択エミッタ層の１つまたは２つ以上の選択領域と電子通信関係にある。ベース層の裏面と１つ又は２つ以上の裏面接触との界面には、前面接触及び裏面接触の同時焼成中に、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＋シリコン裏面フィールド層が形成される。１つ又は２つ以上の裏面接触は、裏面フィールド層と電子通信関係にある。
【００１３】
本発明の別の代表的な一実施形態にしたがって、イオン注入と拡散とのハイブリッドプロセスによって形成される選択エミッタを伴う太陽電池を製造する方法が開示される。該方法は、ｐ型シリコン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。基板は、アニールされ、該アニールは、ｎ型ドーパントを基板の前面に拡散させるために、中間均一エミッタ層を形成するために、及び該中間均一エミッタ層の前面にガラス層を形成するために、炉のなかで、基板を比較的高温に加熱することを含む。ｎ型ドーパントは、拡散のためのアニール中に、炉に導入される。基板は、次いで、炉から取り出される。ガラス層は、中間均一エミッタ層の前面から除去される。イオン注入によって、中間均一エミッタ層の前面の１つ又は２つ以上の選択領域に、追加のｎ型ドーパントが導入される。基板は、アニールされ、該アニールは、注入による損傷を癒すために、追加のｎ型注入ドーパントを活性化させるために、該追加のｎ型注入ドーパントを望ましい接合深さへ追い立てるために、及び中間均一エミッタ層を選択エミッタ層に変換するために、炉のなかで、基板を比較的低温に加熱することを含む。中間均一エミッタ層の１つ又は２つ以上の選択領域は、選択エミッタ層のその他の部分よりも高濃度にドープされる選択エミッタ層の１つ又は２つ以上の選択領域を画定する。
【００１４】
本発明の別の代表的な一実施形態にしたがって、イオン注入と拡散とのハイブリッドプロセスによって形成される選択エミッタを伴う太陽電池を製造する方法が開示される。該方法は、ベース層を含む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、ベース層の前面の１つ又は２つ以上の選択領域にドーパントが導入される。基板は、アニールされ、該アニールは、追加のドーパントをベース層の前面に拡散させるために、及びベース層の前面に選択エミッタ層を形成するために、炉のなかで、基板を或る温度に加熱することを含む。追加のドーパントは、アニール中に炉に導入される。ベース層の前面の１つ又は２つ以上の選択領域は、選択エミッタ層のその他の部分よりも高濃度にドープされる選択エミッタ層の１つ又は２つ以上の選択領域を画定する。
【００１５】
本発明の別の代表的な一実施形態は、上述された方法によって形成される、イオン注入と拡散とのハイブリッドプロセスによって形成される選択エミッタを伴う太陽電池に関するものである。
【００１６】
上記の概要は、単に、本発明の幾つかの態様に関する基本的理解を与えるために、本発明の幾つかの代表的な実施形態の概要を述べることを目的として提供されたに過ぎず、したがって、上述された代表的な実施形態は、明細書及び添付の特許請求の範囲によって定められるよりも厳しい制限で本発明の範囲又は趣旨を狭めるものと見なされるべきでないことがわかる。本発明の範囲は、多くの潜在的な実施形態を網羅することが理解され、そのうちの幾つかは、ここで概要を述べられたものに追加して、以下で更に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
こうして、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
について言及がなされる。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。
【００１８】
【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】本発明の太陽電池を製造する方法の代表的な一実施形態にしたがったフローチャートである。
【図２ｂ】本発明の太陽電池を製造する方法の代表的な一実施形態にしたがったフローチャートである。
【図２ｃ】本発明の太陽電池を製造する方法の代表的な一実施形態にしたがったフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下では、添付の図面を参照にして、本発明の幾つかの実施形態がより完全に説明される。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、多くの異なる形態で具現化可能であり、本明細書に明記された実施形態に限定されると見なされるべきでないこと、及びむしろ、これらの実施形態は、本開示が法的適用要件を満たせるようにするために提供されていることを理解することができる。類似の参照符号は、全図面を通して類似の要素を示すとする。
【００２０】
選択エミッタ構造は、実験室で作成される高効率で高価なシリコン太陽電池と、産業界で製造される低コストだ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大半は、低コストのスクリーン印刷金属接触を用いており、このような金属接触は、接触抵抗を例えば５ｍΩ・ｃｍ２未満などの許容レベルに減少させるために、高濃度にドープされたエミッタ層を必要とする。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は、しかしながら、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の増加に見舞われ、これは、太陽電池効率の損失を招く。再結合は、接触の下における高濃度のドープ及び接触と接触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て低減されると考えられる。前面再結合速度（ＦＲＳＶ）の、例えば５００，０００ｃｍ／ｓから１００，０００ｃｍ／ｓへの、又はひいては１０，０００ｃｍ／ｓ以下への低下は、フィールド領域のシート抵抗が例えば１００オーム／スクエアに増加されたときに、より高い太陽電池効率をもたらすと考えられる。選択エミッタを形成する現在の手法は、いずれも、様々な欠点に見舞われている。本発明は、しかしながら、僅か１回の高温工程で選択エミッタを形成する単純な手法を提供することによって、当該分野の現状からの改善を可能にしている。
【００２１】
選択エミッタを形成する手法の１つは、例えばオキシ塩化リン（ＰＯＣｌ３）拡散によるなどの、２回の別々の拡散工程を伴う。この手法は、しかしながら、製造プロセスにおいて、追加の工程を必要とするだろう。例えば、２回の別々の拡散は、２回の別々の高温加熱工程を必要とするだろう。また、この手法は、拡散と拡散との間に、保護用窒化シリコン層を蒸着させるための、並びにそれを誘電性のエッチングペースト、レーザ除去によるエッチング、及び／又は高価なフォトリソグラフィ処理によってパターン化するための、追加の工程を必要とするだろう。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。
【００２２】
選択エミッタを形成する代替の手法は、イオン注入による。イオン注入の使用は、ＰＯＣｌ３拡散によって選択エミッタを形成するときに必要とされる、リンケイ酸塩ガラス除去の工程及びエッジ分離の工程の必要を排除するという点で有利である。しかしながら、電荷キャリア再結合の増加ゆえに鉄汚染が性能の不安定性及び電力の損失を招くアニールプロセス中に、イオン注入の潜在的欠点が生じる。汚染鉄は、基板のなかに存在する又はプロセス周囲から基板に進入すると考えられる。鉄−ホウ素対は、光の照射を受けて、格子間鉄に分裂することが知られ、これらは、鉄−ホウ素の場合の浅い捕獲準位（〜０．２
５ｅＶ）に対してミッドギャップ捕獲準位（〜０．４ｅＶ）を有する。鉄−ホウ素対のこの解離は、イオン注入エミッタを伴う太陽電池に見られる光によって誘発される不安定性を招く。
【００２３】
発明者らの認識によると、ＰＯＣｌ３拡散は、鉄の強力なゲッタリング剤として機能するので、拡散によって形成される選択エミッタは、鉄汚染の兆候を見せないと考えられる。ＰＯＣｌ３拡散は、エミッタのなかに、鉄のゲッタリングシンクを提供するミスフィット転位を形成する。また、ＰＯＣｌ３拡散は、シリコン格子間の導入をもたらし、これは、鉄を、置換位置から、エミッタのなかのゲッタリングシンクに急速に拡散可能な位置である格子間位置に追いやる。イオン注入エミッタを伴う太陽電池では、一般に、ＰＯＣｌ３ではなく酸素及び窒素の雰囲気のなかで注入後アニールが成されるので、リンケイ酸塩ガラスの形成はなく、ミスフィット転位は少ない。したがって、鉄は、基板の大部分にとどまり、これは、バルク寿命を縮めて太陽電池効率の低下を招く可能性がある。
【００２４】
発明者らは、上述された手法の欠点の幾つかを回避する手法であって、選択エミッタを形成する新しい手法を発見した。すなわち、選択エミッタを作成するために、イオン注入と拡散とのハイブリッドプロセスが使用される。具体的には、イオン注入によって、基板のベース層の前面の選択領域をドープすることができる。次いで、選択領域に注入されたドーパントを補充するために、及び選択領域と選択領域との間のフィールド領域を低濃度にドープするために、単一の高温アニールサイクル中に、拡散によってベース層の表面に追加のドーパントが導入される。結果得られる太陽電池は、拡散工程ゆえに、鉄汚染、及び鉄によって誘発される不安定性の低下を見せる。
【００２５】
更には、アニールが注入イオンを活性化して基板のなかへ追い立てるのみならず、同じ加熱サイクル中に、追加のドーパントの拡散も生じるので、プロセスは、例えば摂氏８００〜１０００度の、単一の高温アニールサイクルのみを必要とする。その結果、選択領域が、０．８００以上のフィルファクタ及び約１９％の電池効率を与えるのに十分に高いドーパント濃度及び十分に深い接合をその表面及びその下に有するように、産業レベルの合理的なプロセスのみを使用して、単一の高温アニールサイクルで、選択エミッタを伴う大量生産可能で且つ交換可能な太陽電池の生産が可能である。これらの値は、更には、低コストでしかしながら高品質のスクリーン印刷接触を伴っても可能である。
【００２６】
図１は、本発明にしたがって、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る、又はこのような材料の組み合わせであってよい。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。結果得られる単結晶ブールは、次いで、引き続き研磨によって基板に形成することが可能な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）だと考えられる。或いは、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だと考えられる。しかしながら、多結晶基板は、結晶粒界における電荷キャリアの再結合に見舞われ、効率損失を回避するために不動態化を必要とする。
【００２７】
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）との溶液によるその処理によって形成されるピラミッド構造を示すことができる。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、裏面接触が形成される間に破壊することができる。
【００２８】
図１の実施形態にしたがうと、基板は、ｐ型ベース層１０を形成するために、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することができる。もし、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）で構成されるならば、ｐ型ベース層１０は、ｐ型の伝導性を生じるために、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。或いは基板は、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ために、リン（Ｐ）、アンチモン（Ｓｂ）、砒素（Ａｓ）、又はその他のＶ族元素でドープすることができる。ｐ型ベース層１０の前面には、例えば拡散とイオン注入とのハイブリッドプロセスを使用して、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が形成されるだろう。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ゆえに、ｐ−ｎ接合２５を跨ぐ電場を発生させ、該電場は、光子の吸収の結果として生じる自由電子と空孔とを分離し、それらをそれぞれ前面接触３０及び裏面接触３５に向かって反対方向に移動させる。
【００２９】
選択エミッタ層のドープ領域１５、２０の前面には、入射光の反射を減少させ、そうして太陽エネルギの損失を低減させるために、反射防止層４０を形成することができる。反射防止層４０は、その下の基板の屈折率よりも大きい屈折率を有してよく、これは、太陽電池５に入射する光が反射防止層４０のなかへ屈折されて基板に到達し、そこで自由電荷キャリアに変換されることを可能にする傾向がある。例えば、反射防止層４０は、波長６３２．８ｎｍを有す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だろう。反射防止層４０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）、又はこれらの材料の組み合わせで構成することができる。一部の実施形態では、反射防止層４０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４０は、１０〜１００ナノメートルの厚さを有することができる。
【００３０】
前面接触３０及び裏面接触３５、並びに前面接続及び裏面接続は、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。総じて、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。半導体に対する金属の直接的接触は、電子と空孔との再結合率を増加させ、これは、太陽電池効率を大幅に低下させる可能性がある。この影響を減少させて、基板の表面を金属が覆う割合を制限するためには、前面接触３０及び裏面接触３５、並びに前面接続及び裏面接続を、点接触又は線接触（「局所接触」と呼ばれることもある）として構成すればよい。点接触又は線接触の間隔及び配置は、あたかも本明細書に全文を明記されるかのように参照によって本明細書に組み込まれる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。
【００３１】
前面接触３０及び裏面接触３５、並びに前面接続及び裏面接続は、反射防止層４０の前面に銀を、ｐ型ベース層１０の裏面にアルミニウム、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。前面接続及び裏面接続は、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、はんだ付け可能なパッド又はバ
スバーを含むことができる。代表的な実施形態にしたがうと、前面接続のパターンは、裏面接続のパターンと位置合わせすることができる。
【００３２】
また、前面接触３０及び前面接続の場合は、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。しかしながら、銀は、透明ではなく、したがって、この追加の理由ゆえに、前面接触３０及び前面接続の寸法は、限られた面積の点接触又は線接触に限定されると望ましいと考えられる。前面接触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、前面接触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、前面接触３０の幅は、前面接触３０が完全に高濃度ドープ領域１５内であることを保証するために、高濃度ドープ領域１５の幅未満であることができる。これらの選択領域における高濃度のドープは、その下のｐ−ｎ接合２５の深さも増加させ、これは、前面接触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。特定の実施形態にしたがうと、反射防止層４０は、前面接触３０及び前面接続５５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、前面接触３０及び前面接続は、下にある選択エミッタ層の領域との接触を成すために、反射防止層４０を物理的に貫通することができる。前面接触３０及び前面接続は、選択エミッタ層との接触を成すために反射防止層４０を通って生じるそれらの焼成を促すために、金属に加えてガラスフリットを含有することができる。
【００３３】
裏面接触３５及び裏面接続は、スクリーン印刷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。裏面接触３５を形成するために使用されるペーストは、Ｍｏｎｏｃｒｙｓｔａｌ  Ａｎａｌｏｇ  １２Ｄなどのアルミニウムペーストを含むことができる。また、裏面接続を形成するために使用されるペーストは、Ｍｏｎｏｃｒｙｓｔａｌ  ＰＰＡＳ−７−１などのアルミニウム−銀ペーストを含むことができる。代表的な実施形態にしたがうと、裏面接続は、裏面接触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。裏面接触３５は、裏面接続の一部を露出させつつ裏面接続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、裏面接触３５及び裏面接続は、ｐ型ベース層１０の裏面のほぼ全面を覆うことができる。或いは、裏面接触３５及び裏面接続は、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。
【００３４】
裏面接触３５の焼成ゆえに、ｐ型ベース層１０の裏面と裏面接触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＋シリコン裏面フィールド層４５を形成することができる。これらの実施形態では、裏面接触３５は、アルミニウムドープｐ＋シリコン裏面フィールド層４５の裏面と電気的接触を成すことができる。裏面接触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。裏面接触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。裏面反射層の存在は、裏面に到達する入射光を基板に戻らせて、そこで自由電荷キャリアを生成することを可能にするための、反射表面を提供する。裏面接触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、図２ｂ、及び図２ｃは、本発明の代表的な一実施形態にしたがった、イオン注入と拡散とのハイブリッドプロセスによって形成される選択エミッタを伴う別の代表的な太陽電池を製造するための、代表的な一方法にしたがったフローチャートを示している。図２ａ、図２ｂ、及び図２ｃは、したがって、本発明にしたがったその製造の方法を開示している。
【００３６】
図２ａ、図２ｂ、及び図２ｃを参照すると、動作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、サプライヤから注文することができる。様々な実施形態にしたがうと、基板は、ｐ型ベース層１０を形成するためには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）の範囲であってよい。基板の厚さは、５０〜５００μｍの範囲であってよいが、５０μｍから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の節約を実現することができる。基板の抵抗性は、１〜１００オーム−ｃｍの範囲であってよく、１〜３オーム−ｃｍを使用すると、優れた結果が得られる。単結晶若しくは多結晶、又は場合によっては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】
動作２００では、基板を洗浄して処理に備えることができる。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除去することによって達成することができる。幾つかの代表的な実施形態にしたがうと、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】
動作２０５では、基板をテクスチャ加工することができる。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。幾つかの代表的な実施形態にしたがうと、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。結果得られるピラミッド構造は、前面における反射性を低減させるのに、及び光を基板内に閉じ込めて、そこで電気エネルギへの変換のために吸収されることを可能にするのに役立つ。
【００３９】
動作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、選択領域１５におけるベース層１０の前面に導入することができる。様々な実施形態にしたがうと、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、もし、ベース層１０がｐ型の伝導性を有するならば、動作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。反対に、もし、ベース層１０がｎ型の伝導性を有するならば、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。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。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である開口を有することができる。動作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。一部の実施形態にしたがうと、ドーパントイオンの注入は、０．７×１０１５ｃｍ−２〜１．０×１０１６ｃｍ−２の線量で実施することができる。ビーム加速は、５〜３０キロ電子ボルト（ｋｅＶ）の範囲で実施することができる。
【００４０】
動作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。一部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ミリメートルであってよい。アニ
ール動作２１５は、幾つか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、アニール動作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、アニール動作の加熱エネルギは、シリコン格子のなかに、ドーパントイオンが満たすための空孔を形成する。第２に、アニールは、ｐ−ｎ接合２５を形成するために、ドーパントイオンを例えば望ましい接合深さなどの、基板のなかのより深くへ追い立てることができる。第３に、アニール動作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、アニール動作２１５は、選択領域１５の間のフィールド領域２０を低濃度にドープするために使用することができる。
【００４１】
代表的な実施形態にしたがうと、アニール動作２１５は、１〜４００枚の基板を摂氏７００〜９００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枚も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８００〜９００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、３０〜１００分にわたって維持することができる。次に、３〜３０分の時間をかけて、温度を摂氏７００〜９００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。
【００４２】
温度が維持されている期間の一部では、ｐ型ベース層１０の前面に拡散させるために、追加のドーパント原子を路に導入することができる。追加のドーパントは、イオン注入工程中に注入されたものと同じタイプの原子、或いは同じ伝導性の、別のタイプのドーパント原子を含むことができる。特定の実施形態では、追加のドーパント原子は、もし、ｐ型ベース層１０の裏面も露出されるならば、そこにも拡散させることができる。例えば、液状ドーパントを内包するバブラに、窒素キャリアガスを通すことができる。液状ドーパントは、オキシ塩化リン（ＰＯＣｌ３）を含むことができる。その際に、窒素ガスは、ＰＯＣｌ３の分子を収集して炉に運ぶことができる。炉のなかで、ＰＯＣｌ３からのリンドーパント原子は、ｐ型ベース層１０の前面及び裏面に拡散することができる。一部の実施形態にしたがうと、ドーパント原子は、ｐ型ベース層１０の裏面、並びにｐ型ベース層１０の前面のフィールド領域２０及び選択領域１５の両方に拡散することができる。拡散は、選択領域１５の間のフィールド領域２０を低濃度にドープして、７０〜１２０オーム／スクエアのシート抵抗にすることができる。また、拡散は、選択領域１５が選択領域１５の間のフィールド領域２０よりも高濃度にドープされ、それによってｐ型ベース層１０の前面に選択エミッタ層が形成されるように、選択領域１５を補うことができる。或いは、選択領域１５を覆うためにマスク又はマスク層が重ねられる場合は、拡散は、フィールド領域２０のみで生じることができる。これらの実施形態において、もし、動作２１０における選択領域１５のイオン注入工程が、より高い線量で実施される場合も、やはり、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可能である。したがって、拡散とイオン注入とのハイブリッドプロセスによって形成される選択エミッタ層は、単一の高温アニール工程で形成することができる。
【００４３】
様々な実施形態にしたがうと、選択エミッタ層の選択領域１５におけるシート抵抗は、３０〜５０オーム／スクエアの範囲であることができる。また、選択エミッタ層のフィールド領域２０におけるシート抵抗は、８０〜１２０オーム／スクエアの範囲、好ましくは１００オーム／スクエアであることができる。エミッタフィールド領域２０におけるこのような高いシート抵抗は、単一の炉サイクルにおいて多数の基板が導入されるときに、高度な均一性でもって実現するのは厳しいと考えられる。フィールド領域２０における、並びにひいては選択領域１５における、シート抵抗及びドーププロフィールは、拡散時間、キャリアガス流量、ドライブイン時間（すなわち、炉にキャリアガスが流入していないピーク温度の時間）、及びプロセス温度によって制御することができる。これらのプロセスパラメータは、シート抵抗の均一性を向上させるために及びそれぞれの領域におけるシー
ト抵抗を増加又は減少させるために、変更することができる。
【００４４】
様々な実施形態では、拡散プロセスによって、選択エミッタ層のドープ領域１５、２０の前面に、例えばリンケイ酸塩ガラスなどのガラス層も形成されることがある。一部の実施形態にしたがうと、ガラス層は、以下の動作２２０における反射防止層４０の形成に先立って、除去される必要がある。ガラス層を除去する代表的な一方法は、基板を希フッ酸浴に浸漬させることを含み、該希フッ酸浴は、約１〜２０％の濃度を有してよく、１０％の場合に優れた結果を得られる。
【００４５】
動作２２０では、選択エミッタ層のドープ領域１５、２０の前面に、反射防止層４０を形成することができる。反射防止層４０は、その下の基板よりも高い屈折率を有してよく、そうして、より多くの光が反射防止層４０を通過して基板の内部に到達し、太陽電池５の前側からの光反射を低減させることを可能にすることができる。反射防止層４０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４０は、非晶質窒化シリコン（ａ−ＳｉＮＸ）などの非晶質窒化物を含むことができる。反射防止層４０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プロセスは、基板を摂氏３００〜５００度の範囲の温度に加熱することを含むことができる。また、ＰＥＣＶＤプロセスは、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を含むことができる。反射防止層４０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。
【００４６】
動作２２５では、反射防止層４０の前面に、太陽電池５の前面接触３０及び前面接続のための材料を施すことができる。様々な実施形態にしたがうと、前面接触３０及び前面接続は、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。前面接触３０及び前面接続は、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、接触の焼成中に反射防止層４０を貫通することを助けるために、フリット銀ペーストであることができる。銀ペーストは、特に、低濃度でリンをドープされたエミッタへの接触を形成する用に、最適化することができる。前面接触３０及び前面接続の構成及び間隔は、スクリーンの接触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、前面接触３０は、幅が５０〜１５０マイクロメートルであってよく、１．５〜２．５ミリメートルの距離で隔てることができる。前面接触３０及び前面接続のためのペーストは、引き続き、ベルト炉によって乾燥させることができる。或いは、前面接触３０及び前面接続は、以下の動作２３０で説明されるように、裏面接触３５及び裏面接続と同時に乾燥させることができる。
【００４７】
様々な代表的な実施形態では、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、格子パターンや線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、前面接触３０のパターンは、選択エミッタ層の選択領域１５と位置合わせされてそれらの選択領域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、前面接触３０の幅は、前面接触３０が完全に選択領域１５内であることを保証するために、選択領域１５の幅未満であることができる。これらの選択領域１５における高濃度のドープは、その下のｐ−ｎ接合２５の深さも増加させ、これは、前面接触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。代表的な実施形態にしたがうと、選択エミッタ層の選
択領域１５に対する前面接触３０の位置合わせは、動作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を含む、当業者に知られる多岐にわたる技術を通じて達成することができる。
【００４８】
動作２３０では、ｐ型ベース層１０の裏面に、裏面接触３５及び裏面接続のための材料を施すことができる。特定の実施形態では、裏面接触３５及び裏面接続は、ｐ型ベース層１０の裏面にスクリーン印刷することができる。裏面接触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、裏面接続は、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。代表的な実施形態にしたがうと、はんだ付け可能なパッド及びバスバーなどの裏面接続は、裏面接触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。裏面接触３５は、裏面接続の一部を露出させつつ裏面接続のエッジに重なるように印刷することができる。代表的な実施形態では、裏面接触３５及び裏面接続は、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、裏面接続３５のアルミニウムペーストは、ウエハのエッジの近くのおおよそ１ｍｍ幅の狭い縁部分にはプリントされなくてよい。或いは、裏面接触３５及び裏面接続は、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、随意として、３０〜３００秒にわたり、周囲空気のなかで摂氏１５０〜３５０度の温度のベルト炉に置くことができる。
【００４９】
動作２３５では、接触３０、３５及び接続を施された基板を、インライン式ベルト炉などのベルト炉のなかで、加熱又は同時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、前面接触３０及び前面接続は、反射防止層４０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、前面接触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。反射防止層４０を通る焼成を促すために、前面接触３０及び前面接続は、ガラスフリットなどのフリットを含有することができる。前面接触３０及び前面接続を形成するために使用されるペーストのなかのガラスフリットは、摂氏５００度近くの温度で溶融し、その下の反射防止層４０を溶解させる。焼成温度は、前面接触ペーストのなか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ム接触を形成するように、選択することができる。
【００５０】
動作２３５における同時焼成中に、裏面接触３５及び裏面接続の材料は、ｐ型ベース層１０の裏面との物理的接触を形成することができる。特定の実施形態では、裏面接触３５及び裏面接続の焼成は、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４５が形成することができる。これらの実施形態では、裏面接触３５は、裏面フィールド層４５と電気通信関係にあることができる。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４５との間の均一なｐ−ｐ＋界面の形成を促す摂氏２０度毎秒から摂氏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４５の裏面に、アルミニウム製裏面接触３５も形成することができる。
【００５１】
前面接続及び裏面接続は、前面接触３０及び裏面接触３５のそれぞれと一体になって太陽電池５の前側及び裏側のそれぞれと優れた電気的接続を形成するために、前面接触３０及び裏面接触３５のそれぞれと焼結又は接合することもできる。太陽電池が光の照射を受
けたときに負荷に対して出力を提供するために、接続は、太陽電池モジュールのなかで、隣接する太陽電池に及び最終的には負荷に、はんだ付けワイヤを通じてつなぐことができる。
【００５２】
動作２４０では、接合分離工程が実施される。一部の実施形態にしたがうと、エッジ分離を実施するために、レーザを使用することができる。レーザは、１０６４ｎｍ赤外線レーザであってよい。様々な実施形態において、接合分離工程は、深さがおおよそ３０μｍの、おおよそ１００μｍ幅の溝５０を形成することができる。溝は、太陽電池５の側縁からおおよそ１００〜２００μｍに位置付けることができる。
【００５３】
図３は、本発明の一実施形態にしたがった、イオン注入と拡散とのハイブリッドプロセスによって形成される選択エミッタを伴う太陽電池を製造するための、代替の一方法にしたがったフローチャートを示している。
【００５４】
動作３００及び動作３０５は、図２ａ、図２ｂ、及び図２ｃに関連して上述された動作２００及び動作２０５と同一である。動作３１０では、基板は、ベース層１０の前面にドーパントを拡散させるために、例えば自動化された石英管炉などの炉に導入することができる。例えば、液状ドーパントを内包するバブラに、窒素キャリアガスを通すことができる。液状ドーパントは、オキシ塩化リン（ＰＯＣｌ３）を含むことができる。その際に、窒素ガスは、ＰＯＣｌ３の分子を収集して炉に運ぶことができる。炉のなかでは、ＰＯＣｌ３からのリンドーパント原子が、ｐ型ベース層１０の前面に拡散することができる。一部の実施形態にしたがうと、ドーパント原子は、前面全体（すなわち、フィールド領域２０及び選択領域１５の両方）に拡散することができる。或いは、選択領域１５を覆うために、マスク又はマスク層が基板に重ねられる場合は、拡散は、フィールド領域２０のみで生じることができる。導入されるドーパントの量は、フィールド領域をドープして７０〜１２０オーム／スクエアのシート抵抗にするのに十分であってよい。ドーパントの層は、ベース層１０の伝導性と反対の伝導性を有することができる。したがって、もし、ベース層１０がｐ型の伝導性を有するならば、動作２１０で導入されるドーパントの層は、ｎ型の伝導性を有することができる。反対に、もし、ベース層１０がｎ型の伝導性を有するならば、ドーパント原子は、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。
【００５５】
動作３１０では、ｐ−ｎ接合２５及び中間均一エミッタ層を形成するために、基板を加熱工程に通すことができる。代表的な実施形態にしたがうと、加熱工程は、摂氏７００〜９００度の範囲の温度の炉に基板を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枚も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８００〜９００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、３０〜１００分にわたって維持することができる。次に、３〜３０分の時間をかけて、温度を摂氏７００〜９００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。したがって、拡散とイオン注入とのハイブリッドプロセスによって形成される選択エミッタ層は、単一の高温アニール工程で形成することができる。
【００５６】
動作３１５は、新しく形成されたガラスを基板から除去することを含む。動作３１０における拡散工程中は、中間均一エミッタ層の前面全体及びｐ型ベース層１０の裏面に、例えばリンケイ酸ガラスなどのガラスが形成されることがある。したがって、ガラス層は、後続の工程に先立って、除去する必要がある。ガラス層を除去する代表的な一方法は、基板を希フッ酸浴に浸漬させることを含み、該希フッ酸浴は、約１〜２０％の濃度を有してよく、１０％の場合に優れた結果を得られる。
【００５７】
動作３２５では、選択領域１５における中間均一エミッタ層の前面に、追加のドーパント原子を導入することができる。様々な実施形態にしたがうと、ドーパント原子は、イオン注入によって導入することができる。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。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以上などの基板の幅以上である開口を有することができる。動作３２５におけるイオン注入中は、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。この基準エッジは、前面接触を形成する後の工程において基準にしてエッジの位置合わせを実現するために、例えばダイヤモンドペンなどによってマークすることができる。一部の実施形態にしたがうと、ドーパントイオンの注入は、１．０×１０１５ｃｍ−２〜１．０×１０１６ｃｍ−２の線量で実施することができる。ビーム加速は、１０〜３０キロ電子ボルトの範囲で実施することができる。拡散プロセス後にイオン注入を実施すれば、注入されたイオンが高温アニールを経ることがないので、注入ドーパントの投入を表面近くに留めることが可能であると考えられる。
【００５８】
動作３２５では、基板を、短時間で比較的低温のアニールに通すことができる。様々な実施形態にしたがうと、低温アニールの長さは、１〜２０分であってよく、好ましくは５分である。この期間中、温度は、摂氏４００〜６００度の範囲にあってよい。低温アニールは、選択領域１５がフィールド領域２０よりも高濃度にドープされているという事実ゆえに、中間均一エミッタ層を選択エミッタ層に変換することができる。
【００５９】
残りの動作３３０〜３５０は、図２ａ、図２ｂ、及び図２ｃに関連して上述された動作２２０〜２４０と同一である。
【００６０】
様々な実施形態にしたがうと、上述のように、イオン注入及び拡散の両方を伴うハイブリッドプロセスによって形成される選択エミッタ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、様々な実施形態にしたがうと、単一の高温アニール工程で選択エミッタ層を形成することができる。また、特定の実施形態にしたがうと、イオン注入／拡散ハイブリッドプロセスによって、イオン注入選択エミッタに付随する、鉄汚染によって誘発される寿命の低下及び不安定性の問題を解決することができる。更に、様々な実施形態にしたがうと、０．８００以上のフィルファクタ及び約１９％の電池効率を与えるのに十分に高い濃度及び十分に深い接合をその表面及びその下に有する選択領域を有する選択エミッタ層を伴う太陽電池を、更には、低コストでしかしながら高品質のスクリーン印刷接触を伴って、作成することが可能である。更に、これらの改善は、太陽電池の作成に必要とされる時間、機器、及びコストを大幅に低減させ、製造プロセスのスループットを大きく向上させる。
【００６１】
本発明の一態様は、拡散とイオン注入とのハイブリッドプロセスの使用によって選択エミッタ太陽電池を形成する方法であって、ベース層を含む基板を提供することと、イオン注入によって、ベース層の前面の１つ又は２つ以上の選択領域にドーパントを導入することと、基板をアニールすることであって、該アニールは、アニール中に炉に導入される追加のドーパントをベース層の前面に拡散させるために、及びベース層の前面に選択エミッタ層を形成するために、炉のなかで、基板を或る温度に加熱することであって、ベース層の前面の１つ又は２つ以上の選択領域は、選択エミッタ層のその他の部分よりも高濃度にドープされる選択エミッタ層の１つ又は２つ以上の選択領域を画定する、ことと、を含む方法に関するものである。
【００６２】
本発明の上記態様にしたがった方法の一実施形態にしたがうと、基板は、単結晶のチョ
クラルスキシリコン基板である。
【００６３】
本発明の上記態様にしたがった方法の一実施形態にしたがうと、ベース層と選択エミッタ層との間の界面にｐ−ｎ接合が形成されるように、ベース層は、ｐ型ドーパントをドープされ、選択エミッタ層は、ｎ型ドーパントをドープされる。
【００６４】
本発明の上記態様にしたがった方法の一実施形態にしたがうと、イオン注入されるドーパントは、リンを含み、拡散のために導入される追加のドーパントは、オキシ塩化リン（ＰＯＣｌ３）の形態で導入される。
【００６５】
本発明の上記態様にしたがった方法の一実施形態にしたがうと、方法は、更に、選択エミッタ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膜を形成することを含む。
【００６６】
本発明の上記態様にしたがった方法の一実施形態にしたがうと、方法は、更に、選択エミッタ層の１つ又は２つ以上の選択領域と位置合わせして、非晶質窒化シリコン層に１つ又は２つ以上の銀製前面接触をスクリーン印刷することを含む。
【００６７】
本発明の上記態様にしたがった方法の一実施形態にしたがうと、方法は、更に、基板の裏面に１つ又は２つ以上のアルミニウム製裏面接触をスクリーン印刷することを含む。
【００６８】
本発明の上記態様にしたがった方法の一実施形態にしたがうと、方法は、更に、１つ又は２つ以上の前面接触が非晶質窒化シリコン層を通じて選択エミッタ層の１つ又は２つ以上の選択領域と電気通信関係にあるように、前面接触及び裏面接触を同時焼成することを含む。
【００６９】
本発明の上記態様にしたがった方法の一実施形態にしたがうと、方法は、更に、前面接触及び裏面接触の同時焼成中に、ベース層の裏面と１つ又は２つ以上の裏面接触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＋シリコン裏面フィールド層を形成することを含み、１つ又は２つ以上の裏面接触は、アルミニウムドープｐ＋シリコン裏面フィールド層と電気通信関係にある。
【００７０】
本発明の上記態様にしたがった方法の一実施形態にしたがうと、追加のドーパントをベース層の前面に拡散させることは、更に、鉄のゲッタリングシンクを提供するために、選択エミッタ層のなかにミスフィット転位を形成することと、鉄を置換位置から格子間位置に追いやって、鉄がゲッタリングシンクに急速に拡散するようにするために、シリコン格子間を基板に導入することと、を含む。
【００７１】
本発明の上記態様にしたがった方法の一実施形態にしたがうと、方法は、更に、選択エミッタ層の表面の一部を消費するための酸化物層を選択エミッタ層の表面に形成するために、アニール中に炉に酸素を導入することを含む。
【００７２】
本発明の上記態様にしたがった方法の一実施形態にしたがうと、方法は、更に、基板を希フッ酸浴に浸漬させることによって、酸化物層、及び選択エミッタ層の消費部分を除去することを含む。
【００７３】
本発明の上記態様にしたがった方法の一実施形態にしたがうと、方法は、更に、ドーパントの拡散ゆえにアニール中に形成されるガラス層を、非晶質窒化シリコン層の蒸着に先立って選択エミッタ層の前面から除去することを含む。
【００７４】
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、ｐ型ベース層の上に形成されるｎ型選択エミッタ層であって、注入されたドーパントを含む１つ又は２つ以上の第１のドープ領域と、拡散されたドーパントを含む１つ又は２つ以上の第２のドープ領域とを含み、１つ又は２つ以上の第１のドープ領域は、１つ又は２つ以上の第２のドープ領域よりも高濃度にドープされる、ｎ型選択エミッタ層と、ベース層と選択エミッタ層との界面におけるｐ−ｎ接合であって、ｐ−ｎ接合及び選択エミッタ層は、ともに、単一のアニールサイクル中に形成される、ｐ−ｎ接合と、を含む太陽電池に関するものである。
【００７５】
本発明の上記態様にしたがった太陽電池の一実施形態にしたがうと、太陽電池は、更に、選択エミッタ層の前面に形成される非晶質窒化シリコン反射防止層を含む。
【００７６】
本発明の上記態様にしたがった太陽電池の一実施形態にしたがうと、太陽電池は、更に、反射防止層の前面に、該反射防止層を通して選択エミッタ層と電気通信関係にあるように形成される１つ又は２つ以上のスクリーン印刷前面接触と、ベース層の裏面に形成される１つ又は２つ以上のスクリーン印刷裏面接触とを含み、１つ又は２つ以上の前面接触は、スクリーン印刷銀ペーストから形成され、１つ又は２つ以上の裏面接触は、スクリーン印刷アルミニウムペーストから形成される。
【００７７】
本発明の上記態様にしたがった太陽電池の一実施形態にしたがうと、太陽電池は、更に、ベース層と１つ又は２つ以上の裏面接触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＋シリコン裏面フィールド層を含み、１つ又は２つ以上の裏面接触は、アルミニウムドープｐ＋シリコン裏面フィールド層と電気通信関係にある。
【００７８】
本発明の上記態様にしたがった太陽電池の一実施形態にしたがうと、１つ又は２つ以上の前面接触は、接触抵抗を減少させるために、選択エミッタ層の、より高濃度にドープされる１つ又は２つ以上の第１のドープ領域と位置合わせされ、１つ又は２つ以上の前面接触は、選択エミッタ層の、１つ又は２つ以上の第１のドープ領域と電気通信関係にある。
【００７９】
本発明の一態様は、拡散とイオン注入とのハイブリッドプロセスの使用によって選択エミッタ太陽電池を形成する方法であって、ｐ型シリコンを含む基板を提供することと、基板をアニールすることであって、該アニールは、アニール中に炉に導入されるｎ型ドーパントを基板の前面に拡散させるために、中間均一エミッタ層を形成するために、及び該中間均一エミッタ層の前面にガラス層を形成するために、炉のなかで、基板を比較的高温に加熱することを含む、ことと、基板を炉から取り出すことと、中間均一エミッタ層の前面からガラス層を除去することと、イオン注入によって、中間均一エミッタ層の前面の１つ又は２つ以上の選択領域に追加のｎ型ドーパントを導入することと、基板をアニールすることであって、該アニールは、注入による損傷を癒すために、追加のｎ型注入ドーパントを活性化させるために、追加のｎ型注入ドーパントを望ましい接合深さへ追い立てるために、及び中間均一エミッタ層を選択エミッタ層に変換するために、炉のなかで、基板を比較的低温に加熱することを含む、ことであって、中間均一エミッタ層の１つ又は２つ以上の選択領域は、選択エミッタ層のその他の部分よりも高濃度にドープされる選択エミッタ層の１つ又は２つ以上の選択領域を画定する、ことと、を含む方法に関するものである。
【００８０】
本発明の一態様は、拡散とイオン注入とのハイブリッドプロセスの使用によって形成される選択エミッタを有する太陽電池であって、ベース層を含む基板を提供する工程と、イオン注入によって、ベース層の前面の１つ又は２つ以上の選択領域にドーパントを導入する工程と、基板をアニールする工程であって、該アニールは、アニール中に炉に導入される追加のドーパントをベース層の前面に拡散させるために、及びベース層の前面に選択エ
ミッタ層を形成するために、炉のなかで、基板を或る温度に加熱することを含み、ベース層の前面の１つ又は２つ以上の選択領域は、選択エミッタ層のその他の部分よりも高濃度にドープされる選択エミッタ層の１つ又は２つ以上の選択領域を画定する、工程と、によって製造される太陽電池に関するものである。
【００８１】
以上の説明及び関連の図面に提示された教示内容のおかげで、本発明が属する分野の当業者ならば、本明細書に明記された本発明の多くの変更形態及びその他の実施形態を思い付くことができる。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、並びに変更形態及びその他の実施形態は、添付の特許請求の範囲の範囲内に含まれることを意図されることが理解される。更に、以上の説明及び関連の図面は、要素及び／又は機能の幾つかの代表的な組み合わせに照らして代表的な実施形態を説明しているが、代替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要素及び／又は機能の異なる組み合わせが提供可能であることがわかる。この関連において、例えば、添付の特許請求の範囲の一部に明記されるように、明確に上述されたものと異なる工程、要素、及び／又は材料の組み合わせもまた、考えられる。したがって、明細書及び図面は、限定的な意味ではなく例示的なものと見なされる。本明細書では、具体的な用語が用いられているが、それらは、一般的な説明の意味で使用されており、制限することを目的としていない。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図２ｃ】
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【国際調査報告】
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