(57)【要約】  表面と裏面とを有する基板を提供する工程と、１００ｎｍより厚い膜厚を有する誘電体層を裏面に堆積する工程と、誘電体層の上に、水素化されたＳｉＮを含む保護層を堆積する工程と、誘電体層と保護層とを通るバックコンタクトを形成する工程とを含む、例えば太陽電池のような光起電装置の製造方法が記載される。また、表面と裏面とを有する基板を提供する工程と、裏面上に誘電体層スタックを堆積する工程であって、誘電体スタックは、誘電体層のサブスタックを含み、サブスタックは厚さが１００ｎｍより厚く、また誘電体層スタックは厚さが２００ｎｍより厚くなる工程と、誘電体層スタックを通るバックコンタクトを形成する工程とを含む、例えば太陽電池のような光起電装置の製造方法が記載される。例えば太陽電池装置のような対応する光起電装置が記載される。
2008533730.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光起電装置の製造方法であって、
i.  侵入光を集めるための表面と、表面に対向した裏面とを有する、半導体基板を提供する工程と、
ii.  誘電体層またはワイドバンドギャップ半導体層を、裏面に堆積する工程であって、誘電体層は１００ｎｍより厚い膜厚を有する工程と、
iii.  誘電体層またはワイドバンドギャップ半導体層の上に、水素化されたＳｉＮを含む保護層を堆積する工程と、
iv.  誘電体層またはワイドバンドギャップ半導体層と、保護層とを通るバックコンタクトを形成する工程と、を含む製造方法。
【請求項２】
光起電装置の製造方法であって、
i.  侵入光を集めるための表面と、表面に対向した裏面とを有する、半導体基板を提供する工程と、
ii.  裏面上に誘電体層スタックを堆積する工程であって、誘電体スタックは、誘電体層および／またはワイドバンドギャップ半導体層のサブスタックを含み、サブスタックは厚さが１００ｎｍより厚く、また誘電体層スタックは厚さが２００ｎｍより厚くなる工程と、
iii.  誘電体層スタックを通るバックコンタクトを形成する工程と、を含む製造方法。
【請求項３】
裏面上に誘電体層スタックを堆積する工程が、誘電体層および／またはワイドバンドギャップ半導体層のサブスタックを裏面に堆積し、サブスタックの上に保護層を堆積する工程を含む請求項２に記載の製造方法。
【請求項４】
更に、基板と、誘電体層および／またはワイドバンドギャップ半導体層のサブスタックとの間に、高品質層を形成する工程を含む請求項２または３に記載の製造方法。
【請求項５】
高品質層が、酸化アルミニウム層である請求項４に記載の製造方法。
【請求項６】
誘電体層、またはワイドバンドギャップ半導体層、または誘電体層および／またはワイドバンドギャップ半導体層のサブスタックの膜厚が、１００ｎｍと１５００ｎｍとの間、好適には１５０ｎｍと１２００ｎｍとの間、更に好適には２００ｎｍと１２００ｎｍとの間、より好適には４００ｎｍと８００ｎｍとの間または８００ｎｍと１２００ｎｍとの間である請求項１〜５のいずれかに記載の製造方法。
【請求項７】
誘電体層、またはワイドバンドギャップ半導体層、または誘電体層および／またはワイドバンドギャップ半導体層のサブスタックの堆積工程が、低品質誘電体層を堆積する工程を含む請求項１〜６のいずれかに記載の製造方法。
【請求項８】
裏面上に誘電体層を堆積する工程が、ＳｉＮ層を堆積する工程を含む請求項１または７に記載の製造方法。
【請求項９】
誘電体層および／またはワイドバンドギャップ半導体層のサブスタックが、複数の低誘電体層を堆積する工程を含む請求項７に記載の製造方法。
【請求項１０】
低品質の誘電体層を堆積する工程が、低品質酸化物を堆積する工程を含む請求項７または９に記載の製造方法。
【請求項１１】
低品質酸化物が、低品質アモルファス酸化物を含む請求項１０に記載の製造方法。
【請求項１２】
低品質アモルファス酸化物が、ＡＰＣＶＤ熱分解酸化物、スピンオン酸化物、スプレイオン酸化物、またはディップ酸化物である請求項１１に記載の製造方法。
【請求項１３】
バックコンタクトを形成する工程が、誘電体層またはワイドバンドギャップ半導体層および保護層中に、または誘電体層スタック中に孔を形成する工程と、保護層上または誘電体層スタック上にコンタクト材料層を堆積し、これにより孔を充填する工程とを含む請求項１〜１２のいずれかに記載の製造方法。
【請求項１４】
コンタクト材料層が不連続である請求項１３にかかる製造方法。
【請求項１５】
コンタクト材料層の堆積工程中に、コンタクト材料が孔の中に本質的に堆積される請求項１４に記載の製造方法。
【請求項１６】
コンタクト材料層の堆積工程が、蒸着、スパッタ、またはスクリーン印刷により行われる請求項１３〜１５のいずれかに記載の製造方法。
【請求項１７】
孔を形成する工程が、エッチングペーストにより、スクライビングにより、またはレーザ切断により行われる請求項１３〜１６のいずれかに記載の製造方法。
【請求項１８】
更に、６００℃と１０００℃との間の温度の高温工程を、コンタクト材料層に適用する請求項１３〜１７のいずれかに記載の製造方法。
【請求項１９】
高温工程が、コンタクト加熱工程で、７３０℃より高く９６０℃より低い温度で行われる請求項１８に記載の製造方法。
【請求項２０】
更に、誘電体層またはワイドバンドギャップ半導体層または誘電体層スタックの堆積前に、拡散工程およびエミッタ除去を含む請求項1〜１９のいずれかに記載の製造方法。
【請求項２１】
誘電体層またはワイドバンドギャップ半導体層の堆積工程前で、保護層の堆積工程後に、拡散工程が行われる請求項１、６〜２０のいずれかに記載の製造方法。
【請求項２２】
誘電体層またはワイドバンドギャップ半導体層が拡散マスクとして使用される請求項２１に記載の製造方法。
【請求項２３】
表面が、標準的な太陽電池の表面処理を受ける請求項１〜２２のいずれかに記載の製造方法。
【請求項２４】
更に、請求項１〜２３のいずれかに記載の方法の工程が、光起電装置の表面に適用される請求項１〜２２のいずれかにかかる製造方法。
【請求項２５】
基板が、２５０μｍより薄く、又は２００μｍより薄く、又は１５０μｍより薄い請求項１〜２４のいずれかに記載の製造方法。
【請求項２６】
i.  侵入光を集めるための表面と、表面に対向した裏面とを有する半導体基板と、
ii.  裏面上に配置され、１００ｎｍより厚い膜厚を有する誘電体層またはワイドバンドギャップ半導体層と、
iii.  誘電体層またはワイドバンドギャップ半導体層の上に設けられた、水素化されたＳｉＮを含む保護層と、
iv.  誘電体層またはワイドバンドギャップ半導体層と、保護層とを通るバックコンタクトと、を含む光起電装置。
【請求項２７】
i.  侵入光を集めるための表面と、表面に対向した裏面とを有する半導体基板と、
ii.  裏面上に設けられた誘電体層スタックであって、誘電体スタックは、誘電体層および／またはワイドバンドギャップ半導体層のサブスタックを含み、サブスタックは、膜厚が１００ｎｍより厚く、誘電体層スタックは膜厚が２００ｎｍより厚い、誘電体層スタックと、
iii.  誘電体層スタックを通るバックコンタクトと、を含む光起電装置。
【請求項２８】
誘電体層スタックは、誘電体層および／またはワイドバンドギャップ半導体層のサブスタックの上に保護層を含む請求項２７に記載の光起電装置。
【請求項２９】
保護層が、ＳｉＮ層である請求項２８に記載の光起電装置。
【請求項３０】
更に、基板と、誘電体層および／またはワイドバンドギャップ半導体層のサブスタックとの間に、高品質層を含む請求項２７〜２９のいずれかに記載の光起電装置。
【請求項３１】
誘電体層、またはワイドバンドギャップ半導体層、または誘電体層および／またはワイドバンドギャップ半導体層のサブスタックの膜厚が、１００ｎｍと１５００ｎｍとの間、好適には１５０ｎｍと１２００ｎｍとの間、更に好適には２００ｎｍと１２００ｎｍとの間、より好適には４００ｎｍと８００ｎｍとの間または８００ｎｍと１２００ｎｍとの間である請求項２７〜２９のいずれかに記載の光起電装置。
【請求項３２】
誘電体層、またはワイドバンドギャップ半導体層、または誘電体層および／またはワイドバンドギャップ半導体層のサブスタックが、低品質誘電体層を含む請求項２６〜３１のいずれかに記載の光起電装置。
【請求項３３】
誘電体層が、ＳｉＮ層である請求項２６または３２に記載の光起電装置。
【請求項３４】
低品質の誘電体層が、低品質酸化物である請求項３２に記載の光起電装置。
【請求項３５】
低品質酸化物が、低品質アモルファス酸化物を含む請求項３４に記載の光起電装置。
【請求項３６】
低品質アモルファス酸化物が、ＡＰＣＶＤ熱分解酸化物、スピンオン酸化物、スプレイオン酸化物、またはディップ酸化物である請求項３５に記載の光起電装置。
【請求項３７】
バックコンタクトが、誘電体層またはワイドバンドギャップ半導体層および保護層中に、または誘電体層スタック中の孔により形成され、孔が導電性コンタクト材料で充填された請求項２６〜３６のいずれかに記載の光起電装置。
【請求項３８】
コンタクト材料が、コンタクト材料の不連続な層である請求項３７に記載の光起電装置。
【請求項３９】
コンタクト材料が、孔の中に本質的に存在する請求項３７または３８に記載の光起電装置。
【請求項４０】
表面が、また、請求項２６〜３９のいずれかにかかる構造を含む請求項２６〜３９のいずれかに記載の光起電装置。
【請求項４１】
表面が、一般的な太陽電池の表面を含む請求項２６〜３９のいずれかに記載の光起電装置。
【請求項４２】
基板が、２５０μｍより薄く、又は２００μｍより薄く、又は１５０μｍより薄い請求項２６〜４１のいずれかに記載の光起電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光起電電池の分野に関する。特に、光起電電池の製造方法およびそれにより得られた光起電電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
バルク結晶シリコン太陽電池の十分なコスト低減は、薄い基板の上での、高いスループット、低コスト、および信頼性のある工業プロセスの開発を妨げる技術的障壁の除去を求めている。現在の工業的表面状態や、裏面保護プロセスは、薄い基板上で収量や性能の要求に合わない。全面にスクリーン印刷されたＡｌ合金ＢＳＦ（Back Surface Field：裏面領域）のような完成されたプロセス工程は放棄される。２００μｍより薄いウエハの不十分な性能と過剰な反りのためである。実験レベルでの縮小には多くの解決があるが、商業品質の材料には適用できず、またコスト効果やスループットを保障できない。
【０００３】
主な問題は裏面の保護と、同時に、オーミック特性の（部分的な）電気コンタクトと、制限されたベースへの表面再結合速度の提供である。
【０００４】
商業的品質の材料（例えば、単結晶またはＣｚ−Ｓｉ、多結晶又はｍｃ−Ｓｉ）のバルク寿命に有害でないプロセスを用いたコンタクト加熱の抵抗となり、そして裏面メタライゼーションとの相互作用しない、表面保護特性を有する誘電体の処理は、全てであるが平凡な課題である。殆どの誘電体は、高速熱処理の間にそれらの保護特性を失い、これはＡＲＣを通して表面コンタクトを必要とする。そして、シリコン上の多くの誘電体層についての文献で報告された、両面試料の表面保護層の優秀な結果にかかわらず、裏面アルミニウムと誘電体との間の相互作用は、電池効率を脅かすかもしれないことが知られている。また、そのような層を完全な太陽電池処理工程で集積すること、所定の順序で繰り返すことが必要な、所定の回数の高温処置と、洗浄／エッチング工程を行うことは自明である。
【０００５】
Applied Physics Letters, Volume 72, Number 15, 13 April 1998の、"Effective passivation of the low resistivity silicon by a rapid thermal oxide/plasma silicon nitride stack"では、低抵抗シリコン表面のためのパッシベーション処理が記載されている。高速熱酸化物（ＲＴＯ）が、９００℃、５分間の高速熱処理（ＲＴＰ）により形成され、続いて、プラズマ増幅化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）で、ＳｉＮ層が形成される。ＲＴＯ温度の、積層パッシベーションへの影響が示される。ＲＴＯ層は約７．９ｎｍの厚みである。光電池の製造工程は行わない。太陽電池の裏面保護工程が行われず、分析される。
【０００６】
Journal of The Electrochemical Society, 146 (5) 1921-1924 (1999)の"The effect
of Low and High Temperature Anneals on the Hydrogen Content and Passivation of Si Surface with SiO2 and SiN Films"には、異なったＳｉ表面保護スキームが調査され比較されている。アニール中にＳｉＮから水素を離脱させることにより、下方のＲＴＯ／Ｓｉ界面がより保護されることが示唆されている。試料は、約１０ｎｍの薄い酸化層を含む。低品質の酸化膜では、低い保護特性であることが示されている。太陽電池の製造工程が行われず、分析される。
【０００７】
Proceedings of 3rd World Conference on Photovoltaic Energy Convention, Osaka 2003, 12-16 May 2003, p1069-p1072 Vol.2の、Lee, J.Y.; Dicker, J.; Rein, S.; Glunz, S.W.による"Investigation of various surface passivation layers using oxide/nitride stacks of silicon solar cells"には、古典的熱酸化（ＣＴＯ）、ＲＴＯ、ＳｉＮｘ、および酸化物／窒化物積層に基づく異なった表面保護工程が試験され、太陽電池に導入されている。結論として、ａ）酸化物／窒化物積層保護は、ＳｉＯ２／Ｓｉ界面における自然な低密度の界面状態と、ＳｉＯｘ／ＳｉＯ２界面における高く固定された電荷密度との組み合わせに依存し、ｂ）それにもかかわらず、酸化物／窒化物積層は、太陽電池に導入された場合に弱い表面および裏面保護を有する。ａ）の点は、保護に効果的なのは、
酸化物／シリコン界面は、自然で良好な品質であること、
酸化物は薄いほど、窒化物の電荷により電界効果保護が強くなるので、酸化物は可能な限り薄くすべきであること、
を提案する。
【発明の目的】
【０００８】
従来技術の幾つかの問題を緩和又は回避し、製造コストを低減する、光電池および光電池の製造方法を提供することが本発明の目的である。
【発明の概要】
【０００９】
本発明の第１の形態の第１の具体例では、例えば太陽電池のような光起電性装置の製造方法が示される。かかる方法は、
i.  例えば太陽光のような侵入光を集めるための表面と、表面に対向した裏面とを有する、例えばシリコンのような半導体基板を提供する工程と、
ii.  誘電体層又はワイドバンドギャップ半導体層を、裏面に堆積する工程であって、誘電体層又はワイドバンドギャップ半導体層は、１００ｎｍより厚く、好適には１２０ｎｍより厚く、更に好適には１５０ｎｍより厚く、又は２００ｎｍより厚くなる工程と、
iii.  誘電体層又はワイドバンドギャップ半導体層の上に、水素化されたＳｉＮを含む保護層を堆積する工程と、
iv.  誘電体層又はワイドバンドギャップ半導体層と、保護層とを通るバックコンタクトを形成する工程と、を含む。
【００１０】
本発明の第１の形態の他の具体例では、例えば太陽電池のような光起電性装置の製造方法が示される。かかる方法は、
i.  例えば太陽光のような侵入光を集めるための表面と、表面に対向した裏面とを有する、例えばシリコンのような半導体基板を提供する工程と、
ii.  ＳｉＮ層又はＳｉＮ：Ｈ層を、裏面に堆積する工程であって、ＳｉＮ層又はＳｉＮ：Ｈ層は、１００ｎｍより厚く、好適には１２０ｎｍより厚く、更に好適には１５０ｎｍより厚く、１８０ｎｍより厚く、又は２００ｎｍより厚くなる工程と、
iii.  ＳｉＮ層又はＳｉＮ：Ｈ層を通るバックコンタクトを形成する工程と、を含む。
【００１１】
両面太陽電池の場合、表面と裏面の双方が侵入光を受けるようになる。この場合、表面は、侵入光の最も大きな部分を受けるようになる。
【００１２】
水素化されたＳｉＮ層は保護層として機能し、その中で、（続く高温工程中に）水素を放出し、誘電体／基板界面の良好な表面保護を行う電荷を生じる。
【００１３】
誘電体層またはワイドバンドギャップ半導体層を、裏面上に形成する工程は、低品質の誘電体層を形成する工程を含む。裏面に誘電体層を形成する工程は、ＳｉＮ層又は水素化されたＳｉＮ層を形成する工程を含む。代わりに、誘電体層を裏面に形成する工程は、低品質の酸化物を形成する工程を含んでも良い。低品質の酸化物は、例えばアモルファスシリコン酸化物のような、低品質のアモルファス酸化物を含み、高品質の酸化物の製造に比べて製造コストを低減できる。低品質アモルファス酸化物は、ＡＰＣＶＤ熱分解（pyrolithic）酸化物、スピンオン酸化物、スプレーオン酸化物、又はディップ酸化物のいずれかで良い。本発明の具体例では、誘電体層は、堆積された誘電体層で良い。堆積された誘電体層は、一般には成長した誘電体層に比較して低品質である。
【００１４】
本発明の具体例では、１分間の層厚で表される、誘電体層又はワイドギャップ半導体層の製造速度（成長速度または堆積速度でよい）は、毎分５ｎｍより大きく、又は毎分１０ｎｍより大きく、又は毎分２０ｎｍより大きく、又は毎分３０ｎｍより大きく、又は毎分５０ｎｍより大きいことが好ましい。
【００１５】
成長した二酸化シリコンは、基板のＳｉと、気相を通して提供された酸素との間の反応生成物として形成される。堆積された酸化物又は誘電体の場合、基板やシリコン層から反応物は出てこない。例えばアモルファス酸化物のような、低品質誘電体層は、例えば、スピンオン酸化物、又はＡＰＣＶＤ（大気圧化学気相成長）、熱分解酸化物（Pyrox）、スピンオン、スプレーオン、又はディップ酸化物で良い。例えば、シリコン酸化物、ＴｉＯ２（例えば、ゾルゲル法で堆積する）、又はＡｌ２Ｏ３／ＴｉＯ２疑似整合合金（ＰＢＡｓ）で良い。
【００１６】
所定の温度で誘電体層又はワイドギャップ半導体層を堆積する工程は、所定の優位な効果をもたらす。それらの幾つかについて以下に述べる。本発明の具体例では、堆積温度は６００℃より低く、これにより、基板の温度ポイゾニングなしに処理が可能となる。本発明の具体例では、誘電体は、例えば５００℃より低温のＰＥＣＶＤで堆積される。本発明の具体例では、堆積温度は４１０℃より低くても良く、これは、例えば（典型的な堆積温度が４０４℃である）パイロックス（pyrox）を使用することにより達成できる。本発明の具体例では、誘電体又はワイドギャップ半導体層が、低温ＰＥＣＶＤ（＜３００℃）で堆積される。本発明の他の具体例では、例えば、スピンオン、ディップ、又は他の液体、ゾル、ゾルゲルからの堆積により、堆積が室温で行われる。結果の誘電体層又はワイドギャップ半導体層は、より高い温度で更にキュア工程が必要であり、これは、更なるセルの処理中に行われる。
【００１７】
本発明の第１の形態の第２の具体例では、例えば太陽電池のような光起電装置の製造方法が示される。かかる方法は、
i.  例えば太陽光のような侵入光を集めるための表面と、表面に対向した裏面とを有する、例えばシリコンのような半導体基板を提供する工程と、
ii.  裏面上に誘電体層スタックを堆積する工程であって、誘電体スタックは、誘電体層および／またはワイドバンドギャップ半導体層のサブスタックを含み、サブスタックは厚さが１００ｎｍより厚く、好適には１５０ｎｍより厚く、更に好適には２００ｎｍより厚く、また誘電体層スタックの厚さが２００ｎｍより厚く、好適には２５０ｎｍより厚く、更に好適には３００ｎｍより厚くなる工程と、
iii.  誘電体層スタックを通るバックコンタクトを形成する工程と、を含む。
【００１８】
誘電体層スタックを裏面上に堆積する工程は、誘電体層のサブスタックおよび／またはワイドバンドギャップ半導体層を裏面上に堆積する工程と、基板の上に保護層（パッシベーション層）を堆積する工程とを含む。この場合、保護層の厚みは、スタックの厚みに含まれない。保護層は、適当な膜厚で良い。保護層は、ＳｉＮ層、好適には水素化されたＳｉＮ層で良い。
【００１９】
誘電体層のサブスタックおよび／またはワイドバンドギャップ半導体層を裏面上に堆積する工程は、例えば低品質酸化物のような、低品質の誘電体層を堆積する工程を含む。低品質の酸化物は、例えばアモルファスシリコン酸化物のような、低品質のアモルファス酸化物を含み、高品質の酸化物の製造に比べて製造コストを低減できる。低品質アモルファス酸化物は、ＡＰＣＶＤ熱分解酸化物、スピンオン酸化物、スプレーオン酸化物、又はディップ酸化物のいずれかで良い。本発明の具体例では、誘電体層は、堆積された誘電体層で良い。堆積された誘電体層は、一般には成長した誘電体層に比較して低品質である。
【００２０】
本発明の具体例では、１分間の層厚で表される、誘電体層および／またはワイドギャップ半導体層の製造速度（成長速度または堆積速度でよい）は、毎分５ｎｍより大きく、又は毎分１０ｎｍより大きく、又は毎分２０ｎｍより大きく、又は毎分３０ｎｍより大きく、又は毎分５０ｎｍより大きいことが好ましい。
【００２１】
成長した二酸化シリコンは、基板のＳｉと、気相を通して提供された酸素との間の反応生成物として形成される。堆積された酸化物又は誘電体の場合、基板やシリコン層から反応物は出てこない。例えばアモルファス酸化物のような、低品質誘電体層は、例えばスピンオン酸化物、又はＡＰＣＶＤ（大気圧化学気相成長）、熱分解酸化物（Pyrox）、スピンオン、スプレーオン、又はディップ酸化物で良い。例えば、シリコン酸化物、ＴｉＯ２（例えば、ゾルゲル法で堆積する）、又はＡｌ２Ｏ３／ＴｉＯ２疑似整合合金（ＰＢＡｓ）で良い。
【００２２】
所定の温度で誘電体層のサブスタックおよび／またはワイドギャップ半導体層を堆積する工程は、所定の優位な効果をもたらす。それらの幾つかについて以下に述べる。本発明の具体例では、堆積温度は６００℃より低く、これにより、基板の温度ポイゾニングなしに処理が可能となる。本発明の具体例では、誘電体層のサブスタックおよび／またはワイドギャップ半導体層は、例えば５００℃より低温のＰＥＣＶＤで堆積される。本発明の具体例では、堆積温度は４１０℃より低くても良く、これは、例えば（典型的な堆積温度が４０４℃である）パイロックス（pyrox）を使用することにより達成できる。本発明の具体例では、誘電体層のサブスタックおよび／またはワイドギャップ半導体層が、低温ＰＥＣＶＤ（＜３００℃）で堆積される。本発明の他の具体例では、例えば、スピンオン、ディップ、又は他の液体、ゾル、ゾルゲルからの堆積により、堆積が室温で行われる。結果の誘電体層のサブスタックおよび／またはワイドギャップ半導体層は、より高い温度で更にキュア工程が必要であり、これは、更なるセルの処理中に行われる。
【００２３】
本発明の第１の形態のいずれかの具体例では、シリコン基板が使用される場合、全ての種類のシリコン基板を使用することができる。シリコン基板の幾つかの例としては、チョクラルスキＳｉ（ｃｚ−Ｓｉ）ウエハ、フロートゾーンＳｉ（ｆｚ−Ｓｉ）ウエハ、多結晶Ｓｉ（ｍｃ−Ｓｉ）ウエハ、およびリボンＳｉ（Ｒｉｂｂｏｎ  Ｓｉ）ウエハが挙げられる。層の幾つかの例としては、ガラス又はガラスセラミック上に載せることができる多結晶シリコン層、又はリフトオフ工程で得られた単結晶Ｓｉ層が挙げられる。
【００２４】
本発明の第１の形態のいずれかの具体例では、誘電体層又はワイドギャップ半導体層又は誘電体層および／またはワイドギャップ半導体層のサブスタックの厚みは、１００ｎｍと５０００ｎｍとの間であり、好適には１００ｎｍと４０００ｎｍとの間であり、より好適には１００ｎｍと３０００ｎｍとの間であり、更に好適には１００ｎｍと２０００ｎｍとの間であり、更に好適には１００ｎｍと１５００ｎｍとの間であり、更に好適には１５０ｎｍと１２００ｎｍとの間であり、更に好適には２００ｎｍと１２００ｎｍとの間であり、更に好適には６００ｎｍと１２００ｎｍとの間、又は８００ｎｍと１２００ｎｍとの間である。代わりに、誘電体層またはワイドギャップ半導体層または誘電体層スタックの厚みは、４００ｎｍと８００ｎｍとの間であっても良い。本発明の具体例では、誘電体層又はワイドギャップ半導体層又は誘電体層スタックの最小厚さは、使用される材料に依存し、表面保護やコンタクト形成のための使用であるとともに、エミッタ拡散中に拡散マスクとして同時に使用することが必要な材料の量により規定される。例えば熱分解シリコン酸化物では、これは一般に約３００ｎｍであり、ゾルゲル法で堆積されるＡｌ２Ｏ３／ＴｉＯ２疑似整合合金（ＰＢＡｓ）では、これは一般に１５０ｎｍである。これらの膜厚値は、単なる表示であり、所定の値から１０％、２０％、またはそれ以上の偏差が可能である。異なった材料の組み合わせ又は層のスタックは可能であり、拡散マスク、表面保護、およびコンタクト形成プロセスを兼務する、予め決定された閾値厚さになるまで可能である。
【００２５】
バックコンタクト材料と基板表面との間の距離を増加させることが、本発明にかかる、例えば太陽電池のような光起電装置の裏面に適用される誘電体層またはワイドギャップ半導体層の機能である。驚くことに、低品質の誘電体材料又はワイドバンドギャップ半導体層が用いられた場合でも、１００ｎｍと５０００ｎｍの間の距離では、太陽電池のような光起電性装置の裏面のコンタクト層と、基板表面との間の距離が大きくなるほど、達成される保護効果が良好になることが見出された。低品質の誘電体を使用しても、十分な保護結果が達成できることは、本発明の具体例の長所である。そのような低品質誘電体層の堆積は、速い低コストの堆積技術で行われる。
【００２６】
本発明の第１の形態の具体例にかかる方法では、裏面コンタクトを形成する工程が、誘電体層またはワイドバンドギャップ半導体層と保護層との中に、又は場合によれば保護層を備える誘電体層スタックの中に孔を形成する工程と、保護層の上又は誘電体層スタックの上に、コンタクト材料の層を堆積して孔を埋める工程とを含む。
【００２７】
孔を形成する工程は、エッチングペーストを供給することにより、機械的スクライブにより、又はレーザ切断により行われる。
【００２８】
本発明の具体例にかかる方法では、コンタクト材料層の堆積工程が、蒸着、スパッタ、又はスクリーン印刷、インクジェットプリント、ステンシルプリントを用いて行われる。コンタクト材料にはアルミニウムが好適に使用されるが、他の金属を使用しても良い。本発明はアルミニウムペーストを用いた場合に優位であり、部分的なＢＳＦ（裏面領域）を形成できる。代わりに、保護層を堆積して加熱した後に、金属に代えて、ｐ＋（又はｎ型基板上のｎ＋）半導体（例えばａ−Ｓｉ）を例えばＰＥＣＶＤで形成し、その後にその上に金属を堆積しても良い。
【００２９】
本発明の具体例にかかる方法では、コンタクト材料層は、不連続であっても良い。コンタクト材料層を堆積する工程中、コンタクト材料が孔の中に本質的に堆積されても良い。そのようなコンタクト材料の不連続層を形成するための異なった方法は存在し、当業者によって知られている。
【００３０】
本発明の具体例では、コンタクト材料層が、最初に不連続になっても良い。これは、異なった領域がコンタクト材料によってカバーでき、これにより異なった領域が互いに電気的に接続されないことを意味する。それらの領域は、光電流が装置および／または外部負荷を通って流れるように、後に電気的に接続されても良い。
【００３１】
本発明の具体例では、裏面からも光が装置に入るようにコンタクト材料層が形成され、これにより両面太陽電池の作製が可能となる。
【００３２】
本発明の具体例では、コンタクト材料層の高温工程が適用される。即ち、例えば表面および裏面のコンタクトを高速熱プロセス（数１０秒）で加熱するような、６００℃と１０００℃の間の温度の工程である。一般に、本発明にかかる方法は、高温工程を用いても、用いなくても使用できるが、従来技術に対して識別できる特徴は誘電体層又はワイドギャップ半導体層又は誘電体層スタックが、そのような高温工程に対して耐性を有することであり、これは全ての工業上の太陽電池に必要である。加えて高温工程中に、例えばＳｉＮｘ：Ｈ／誘電体のスタックを用いるような特別な具体例においては、誘電体／シリコンの界面の表面保護が改良される。この高温工程は、例えば７３０℃より高く、９６０℃より低い高温で、最大で約数１０秒行われる加熱工程でも良い。加熱工程は、同時に表面と裏面のコンタクトが形成される場合には、同時加熱（co-fire）となる。これが切り離された場合、裏面は８００℃より上で加熱でき、その後に表面は７５０℃周辺で加熱できる（可能であれば、続いてガスアニールＦＧＡの形成工程が行われる）。最後のパラグラフの数値は代表的な値であり、所定の変形は可能である（例えば、約２５％）。
【００３３】
本発明の第１の形態の代わりの具体例では、裏面コンタクトの形成工程は、例えば金属のようなコンタクト材料の連続した層を適用し、例えばレーザのような局所加熱で、コンタクト材料層の部分加熱により行われる。この場合、コンタクト材料の連続した層は、バックミラーとて与えられる。
【００３４】
本発明の第１の形態の代わりの具体例では、コンタクトを形成する工程が、例えば低用電池のような光起電性装置の、保護された裏面に、パターニングされた金属を適用する工程と、一般的な加熱工程により行われる。
【００３５】
本発明の具体例にかかる方法は、更に、誘電体層またはワイドバンドギャップ半導体層又は誘電体層スタックを堆積させる前に、保護される表面（即ち裏面）上の拡散およびエミッタ除去工程を含んでも良い。しかしながら、誘電体層またはワイドバンドギャップ半導体層又は誘電体層スタックが拡散マスクとして使用するのに適している場合、それらの層はエミッタの形成が行われた後に形成されて、装置の裏面において基板中にドーパントが入らなくてもよい。このように、保護される表面上でのエミッタの除去工程が避けられるのが、本発明の具体例にかかる長所である。
【００３６】
本発明の具体例にかかる方法では、例えば拡散が、誘電体層またはワイドバンドギャップ半導体層の堆積工程後で、保護層の堆積工程前に行われても良い。
【００３７】
幾つかの具体例では、誘電体層またはワイドバンドギャップ半導体層は、拡散マスクとして使用されても良い。本発明の特徴的な具体例では、誘電体層またはワイドバンドギャップ半導体層は、表面保護のためとともに、拡散マスクとして同時に使用され、これにより、電池プロセス順序を簡略化できる。誘電体層またはワイドバンドギャップ半導体層は、パターニングされているか否かによらず、拡散マスクとして使用できる。普通はパターニングされず、裏面全体のマスクとなる。しかしながら、もし例えば、互いに噛み合ったまたは裏面コンタクトの太陽電池のようにパターニングされても良い。パターニングされるか否かによらず、後になって、誘電体層またはワイドバンドギャップ半導体層が部分的に除去され、削除され、エッチングされ、又はパターニングされ、基板表面に部分的に接触するパターニングされ、基板表面に対する部分的な接触のための開口部を形成しても良い。
【００３８】
本発明の具体例では、保護層を拡散マスクとして使用することが不可能な場合、エッチオフされる他のマスクを用いた拡散や、続いて行われる裏面寄生エミッタ除去を伴うマスクレス拡散を含む工程を、誘電体層またはワイドバンドギャップ半導体層の堆積前に行っても良い。
【００３９】
本発明の具体例にかかる方法では、表面は、典型的な太陽電池の表面処理が行われても良い。一般的な太陽電池の表面処理は、表面テクスチャリング工程、表面でのリン原子の拡散工程、リンガラスのエッチング工程、及び裏面上へのシリコン窒化層の堆積工程を含んでも良い。代わりに、裏面に対して上で述べた方法工程は、太陽電池の表面に適用しても良い。
【００４０】
本発明の具体例にかかる方法では、例えばシリコン基板のような基板が、非常に薄い基板であり、一般には２５０μｍより薄く、好適には２００μｍより薄く、より好適には１５０μｍより薄い。基板の厚さの低減工程は、優良な材料をより効果的に使用し、これによりコスト低減が可能となる。しかしながら、非常に薄い基板は所定の処理の途中や後に反り、本発明の具体例は、そのような非常に薄い基板の反りに対する抵抗を改良し、これもより、例えば太陽電池のような、光起電装置の作製に、非常に薄い基板を使用することによる、幾つかの困難さを低減する。
【００４１】
特別な具体例では、本発明の第１形態が、例えば太陽電池のような光起電装置の製造方法を提供し、かかる製造方法は、
１．表面と裏面とを有する、シリコン基板またはシリコン層またはシリコン薄膜を準備する工程と、
２．裏面上に誘電体層を堆積する工程であって、例えば該誘電体層は１００ｎｍより厚く、例えば２００ｎｍと１２００ｎｍとの間の厚さを有する工程と、
３．誘電体層の上に、水素化されたＳｉＮを含む保護層を堆積する工程と、
４．誘電体層とＳｉＮ：Ｈ層に孔を形成する工程と、
５．誘電体層の上にコンタクト材料の層を堆積し、これにより孔を埋める工程と、
６．例えば、６００℃と１０００℃との間の温度にするような、高温工程をコンタクト材料に適用する工程と、を含む。
【００４２】
上述の本発明の他の具体例の特徴は、この特別な具体例と規定通りに組み合わせることができ、単に本記載に述べられていないだけである。
【００４３】
本発明の第２の形態では、本発明の第１の形態の方法に対応して、例えば太陽電池のような光起電装置が記載されている。例えば放射線検出器のような他の光起電装置も可能である。方法の文脈中で述べた、動機付け、変形、代りの具体例、限定等は、本発明にかかる装置にも適用できることを理解すべきである。
【００４４】
第２の形態の第１の具体例では、例えば太陽電池のような光起電装置が記載されている。かかる装置は、
１．例えば太陽光のような侵入光を集めるための表面と、表面に対向する裏面とを有する、例えばシリコン基板のような半導体基板、またはシリコン層のような層、またはシリコン薄膜のような薄膜と、
２．１００ｎｍより厚く、好適には１５０ｎｍより厚い、裏面上の誘電体層またはワイドバンドギャップ半導体層と、
３．誘電体層またはワイドバンドギャップ半導体層の上の水素化されたＳｉＮを含む保護層と、
４．誘電体層またはワイドバンドギャップ半導体層と保護層を通るバックコンタクトと、を含む。
【００４５】
もし、シリコン基板が使用された場合、いずれの種類のシリコン基板でも使用できる。シリコン基板の幾つかの例では、チョクラルスキＳｉ（ｃｚ−Ｓｉ）ウエハ、フロートゾーンＳｉ（ｆｚ−Ｓｉ）ウエハ、多結晶Ｓｉ（ｍｃ−Ｓｉ）ウエハ、およびリボンＳｉウエハが挙げられる。幾つかの層の例としては、ガラスやガラスセラミック上に配置できる多結晶シリコン層、又はリフトオフプロセスで得られる単結晶シリコン層が挙げられる。
【００４６】
本発明の第２の形態に第１の具体例では、裏面上の誘電体層またはワイドバンドギャップ半導体層は、１００ｎｍより厚く、好適には２００ｎｍより厚いＳｉＮ層からなってもよい。好適な具体例では、ＳｉＮ層は水素化されたＳｉＮ層である。
【００４７】
第２の形態の第２の具体例では、例えば太陽電池のような光起電装置が記載されている。かかる装置は、
１．例えば太陽光のような侵入光を集めるための表面と、表面に対向する裏面とを有する、例えばシリコン基板のような半導体基板、またはシリコン層のような層、またはシリコン薄膜のような薄膜と、
２．裏面上の誘電体層スタックであって、誘電体層および／またはワイドバンドギャップ半導体層のサブスタックを含み、サブスタックは１００ｎｍより厚く、好適には１５０ｎｍより厚く、誘電体層スタックは２００ｎｍより厚く、好適には２５０ｎｍより厚い誘電体層スタックと、
３．誘電体層スタックを通るバックコンタクト、とを含む。
【００４８】
誘電体層スタックは、例えばＳｉＮのような、誘電体層および／またはワイドギャップ半導体層のサブスタックの上の保護層を含んでも良い。この場合、保護層の一部を形成せず、２００ｎｍより大きい厚みを有する。
【００４９】
本発明の具体例にかかる光起電装置では、例えばアルミニウム酸化層のような高品質の層が、基板の裏面と、誘電体層および／またはワイドバンドギャップ半導体層のサブスタックとの間に存在しても良い。
【００５０】
本発明の第２の形態の具体例では、誘電体層またはワイドバンドギャップ半導体層または誘電体層および／またはワイドバンドギャップ半導体層のサブスタックの厚みは、１００ｎｍと５０００ｎｍの間、好適には１００ｎｍと４０００ｎｍの間、より好適には１００ｎｍと３０００ｎｍの間、更に好適には１００ｎｍと２０００ｎｍの間、更に好適には１００ｎｍと１５００ｎｍの間、更に好適には１５０ｎｍと１２００ｎｍの間、更に好適には２００ｎｍと１２００ｎｍの間、更に好適には６００ｎｍと１２００ｎｍの間、更に好適には８００ｎｍと１２００ｎｍの間である。代わりに、誘電体層またはワイドバンドギャップ半導体層または誘電体層スタックの厚さは、４００ｎｍと８００ｎｍの間である。本発明の具体例では、誘電体層またはワイドバンドギャップ半導体層または誘電体層スタックの最小厚さは、使用される材料に依存し、表面保護やコンタクト形成として使用されるとともに、エミッタ拡散中に拡散マスクとして同時に機能する必要のある材料の量により決められる。パイロックスＳｉＯｘでは、一般に約３００ｎｍであり、ゾルゲル法で堆積されるＡｌ２Ｏ３／ＴｉＯ２疑似整合合金（ＰＢＡｓ）では、約１５０ｎｍである。これらの厚みの値は、単に代表値であり、与えられた値から１０％、２０％またはそれ以上の偏差が可能である。異なった層の組み合わせまたは層のスタックが可能であり、合わされ拡散マスク、表面保護、およびコンタクト形成工程に対して、予め決められた閾厚さとなる。
【００５１】
本発明の第２の形態の具体例では、誘電体層またはワイドバンドギャップ半導体層または誘電体層スタックおよび／またはワイドバンドギャップ半導体層が、低品質の誘電体層を含んでも良い。低品質の誘電体層は、例えばアモルファスシリコン酸化物のようなアモルファス酸化物のような低品質の酸化物を含み、これは、高品質の製品と比較した場合に製造コストが低減できる。本発明の具体例では、誘電体層が堆積された誘電体層でも良い。堆積された誘電体層は、一般に成長された誘電体層より低品質である。
【００５２】
例えば、アモルファス酸化物のような低品質の誘電体は、スピンオン酸化物、又はＡＰＣＶＤ（大気圧化学気相成長）、熱分解酸化物（Pyrox）、スピンオン、スプレーオン、又はディップ酸化物で良い。例えば、シリコン酸化物、ＴｉＯ２（例えば、ゾルゲル法で堆積する）、又はＡｌ２Ｏ３／ＴｉＯ２疑似整合合金（ＰＢＡｓ）で良い。
【００５３】
低品質のアモルファス酸化物は、高品質の成長酸化物に比較して多くの長所を有し、例えば、より安価であり、バルク材料の寿命をより傷つけない。
【００５４】
本発明の具体例では、バックコンタクトは、誘電体層またはワイドバンドギャップ半導体層および保護層の中の孔、または誘電体層スタックの中の孔に形成されてもよく、保護層を有しても良く、孔は電気的に導電性のコンタクト材料により埋められる。
【００５５】
本発明の具体例では、コンタクト材料の層は不連続である。コンタクト材料層を堆積する工程中、コンタクト材料が孔の中に本質的に堆積されても良い。そのようなコンタクト材料の不連続層を形成するための異なった方法は存在し、当業者によって知られている。
【００５６】
本発明の具体例では、コンタクト材料層が、最初に不連続になっても良い。これは、異なった領域がコンタクト材料によってカバーでき、これにより異なった領域が互いに電気的に接続されないことを意味する。コンタクト材料の不連続な層の特徴的な例では、コンタクト材料は本質的に孔の中に存在する。
【００５７】
本発明の代わりの具体例では、例えば金属のようなコンタクト材料の連続した層を適用して、例えばレーザのような局所加熱でコンタクト材料の層を部分的に加熱して、バックコンタクトが形成されても良い。この場合、コンタクト材料の連続層が、バックミラーにもなる。
【００５８】
本発明の代わりの具体例では、例えば太陽電池のような光有機性装置の保護された裏面で、パターニングされた金属層を適用し、一般的な加熱工程を行うことにより、裏面コンタクトが形成される。
【００５９】
本発明の具体例では、本発明にかかる装置は両面である。
【００６０】
本発明の具体例では、表面は、典型的な太陽電池表面を含む。代わりに、表面は上述の構造を含んでも良い。
【００６１】
所定の特徴的な具体例では、この構造は、２５０μｍより薄く、又は２００又は１５０μｍより薄い。基板の厚みを減ずることにより、優良な材料の有効利用ができ、コストが低減できる。
【００６２】
９０μｍの膜厚まで薄くした基板を有する駆動する太陽電池（１１％の効率が容易に得られる）は、本発明により作製されると、裏面全面に接触するスクリーン印刷されたＡｌペーストの使用にもかかわらず、反りの問題が発生しないことが示されている。
【００６３】
特別な具体例では、本発明の第２の形態が、太陽電池のような光起電装置が提供される。かかる装置は、
１．表面と裏面とを有するシリコン基板またはシリコン層またはシリコン薄膜と、
２．裏面上の誘電体層であって、膜厚が１００ｎｍより厚く、例えば２００ｎｍと１２００ｎｍとの間である誘電体層と、
３．誘電体層上の水素化されたＳｉＮを含む保護層と、
４．誘電体層とＳｉＮ：Ｈ層を通る孔と、
５．誘電体層上のコンタクト材料層であって、孔を埋めてなる層と、を含む。
【００６４】
所定の技術により形成または作製、成長または堆積された幾つかの層は、その形成技術を検索するために後に調査できることは注意すべきである。そのような技術の例は、例えばＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）写真の視察であるが、当業者に知られた他の技術を用いることもできる。
【００６５】
本発明にかかる方法は、裏面コンタクト太陽電池の分野に適用できる。これにより、裏面コンタクト太陽電池は、更に本発明にかかる装置の特徴を含みことができる。
【００６６】
本発明の特別で好適な形態は、添付した独立および従属請求項で詳しく述べる。従属請求項の特徴は、独立請求項の特徴や適当な他の従属請求項と組み合わせることができ、請求項に記載されたとおりではない。
【具体例の記載】
【００６７】
本発明は、特別な具体例や、図面を参照して記載されるが、本発明はそれらに限定されるものではなく、請求の範囲によってのみ限定されるものである。記載された図面は単に模式的で限定するものではない。図面において、幾つかの要素のサイズは、表示のために誇張され縮尺どおりではない。
【００６８】
更に、記載や請求の範囲中の第１、第２、第３等の文言は、類似する要素の間の区別のために使用され、順番や時間的順序を表す必要はない。そのように使用される文言は、適当な環境下で交換可能であり、ここに記載された発明の具体例は、ここに記載され示された以外の他の順序で操作可能であることを理解すべきである。
【００６９】
更に、記載や請求の範囲中の上部、底部、上、下等の文言は、記述目的で使用され、相対的な位置を表示するために使用されるものではない。そのように使用される文言は、適当な環境下で交換可能であり、ここに記載された発明の具体例は、ここに記載され示された以外の他の位置で操作可能であることを理解すべきである。
【００７０】
本発明は、シリコン基板について説明されるが、本発明はこれに限定されるものではない。他の適当な基板を同様に使用することができる。
【００７１】
本発明の第１の具体例では、厚いＳｉＮ層がシリコン上に堆積される。ＳｉＮ層は、１０ｎｍより厚く、好適には１８０ｎｍより厚い。太陽電池に加工された場合、そのような構造は、厚い誘電体膜厚に対して大きな太陽電池効率を示す。更に、１００ｎｍより厚い誘電体層の太陽電池効率は、薄い誘電体膜厚の従来の太陽電池効率より良好なことが見出された。
【００７２】
本発明の第２の具体例では、図１に示すように、例えば、１００ｎｍ、２００ｎｍ、８００ｎｍより大きい、酸化物等の誘電体１が、例えばシリコン表面のような基板表面４に堆積される。誘電体１の上に、水素放出を最適化したＳｉＮｘ：Ｈ３層が堆積される。基板表面保護は水素化の手段により改良される。
【００７３】
このように形成された誘電体層スタック１、３は、続いてスタック中に孔６を形成することにより開口される。材料５を含む層が、誘電体層スタック１、３の上に適用され、これにより孔が充填される。これは、例えば同時のまたは連続した表面および裏面のスクリーン印刷のような、スクリーン印刷により行われる。同時加熱のような高温工程が、基板２とのコンタクトを形成するために行われる。コンタクト材料５は、連続層として、又は図２のように不連続な層として、提供しても良い。これは、異なった領域をコンタクト材料５で覆うことができ、これによりそれらの異なった領域は互いに電気的に接続されないことを意味する。これらの領域は、電気的接続手段８により、後に電気的に接続され、装置および／または外部負荷を通って光電流が流れるようになる。
【００７４】
裏面保護層はこのように開発され、（ａ）加熱工程中にその表面保護品質を保持または改良し、（ｂ）商業的なアルミニウムスクリーン印刷ペーストを通しては加熱されず、一方メタライゼーションに先立ってそのような層を部分的に除去する低ダメージで迅速な技術が存在し、（ｃ）加熱プロセス中、または部分的なコンタクトがそれを通して形成される場合、キャップ金属層とは反応しない。
【００７５】
その特徴により、このプロセスは、
効率的な表面保護を提供し、
部分コンタクト（ＢＳＦ）の形成が可能であり、
このプロセスは、非常に薄いウエハまたは基板を用いた場合に反りの問題を除去する（例えば、非常に薄いウエハ上にＡｌスクリーン印刷されたペーストを組み合わせる場合の問題）。
【００７６】
一般的な低品質アモルファス酸化物（例えば、ＳｉＯ２、ＳｉＯｘ、ＳＯＧ、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３等、又はそれらの疑似整合合金、ＳｉＯＮｘ）が、太陽電池の裏面のシリコン表面に（例えば、ＡＰＣＶＤ、スピンコーティングにより）堆積された。誘電体層の表面保護特性が、最適に水素化された誘電体層（即ちＳｉＮｘ：Ｈ）の堆積により改良された。そのようなスタックは、短い高温処理中に保護特性を保持する。保護特性は、この処理中でさえも改良される。この特徴は、殆どの工業的な太陽電池プロセス過程で行われるコンタクトの同時加熱の使用を可能にするために重要である。更に、ａ）加熱に耐性がある、即ちその適切な特徴を失わない、ｂ）加熱できない、しかしｃ）例えばエッチングペーストやレーザ照射のような技術により部分的な開口部や孔が形成できる、ことを考えると、本発明は選択合金化（alloying）より部分的裏面領域（ＬＢＳＦ）コンタクトの形成が容易にできる。この合金化プロセスは、層の開口中に形成された表面ダメージを部分的に回復させ、これにより、プロセスを更に単純化する。合金化中に、Ｓｉ表面の一部と表面下が、金属と合金を形成する。表面の終端は、それゆえに、例えば他の半導体や誘電体を堆積する場合のようには、重要ではない。裏面領域が形成され、残留する表面下のダメージが所定の程度低減される。
【００７７】
例えば、図１に示すように、パイロリティックシリコン酸化物（Ｐｙｒｏｘ）１が、大気圧化学気相成長（ＡＰＣＶＤ）を用いて、シリコン基板２の上に堆積される。シリコンの表面保護に優れていることが知られている、従来の熱酸化や湿式酸化とは反対に、パオロックスは貧弱な保護特性を有し、マイクロエレクトロニクスでは安価で典型的な拡散マスクまたはドーパントソースとしての適用されている。実際に、約４００℃で堆積でき、これは低品質のシリコン材料であっても、熱汚染のリスク無く堆積プロセスに耐えうることを意味する。
【００７８】
ある程度まで、熱アニールは、パイロックスの表面保護品質を改良することができる。しかしながら、長い処理は、試料の劣化に繋がる。
【００７９】
更に、大気中への露出により表面保護品質の劣化が観察されている。
【００８０】
水素化されたシリコン窒化物（ＳｉＮｘ：Ｈ）３は、パイロックス／シリコン界面４の品質の安定した改良に使用することができる。シリコン窒化物は、シリコン上の良好な表面とバルクの保護特性をもたらし、これは太陽電池技術で広く使用される理由である。しかしながら、工業上の太陽電池の裏面保護への応用は簡単ではない。シリコン窒化物と金属キャップ層（例えば、太陽電池の裏面コンタクト）との間に相互作用が存在し、これにより、表面保護と太陽電池効率が低下する（例えば、Dauwe S., Mittelstadt L., Metz A., Hezel R.,の"Experimental evidence of parasitic shunting in silicon nitride rear surface passivated solar cells" Prog. Photovolt. Res. Appl., 10(4), 271-278, (2002)に記載されたように、「シャント（shunt）」効果より大きいと信じられている）。また、表面保護において最良として知られている窒化法は、コンタクトの同時加熱中に起きるような高温処理に耐えることができない。一方、水素化されたシリコン窒化物は、高温アニール処理中に水素を放出することが知られている。
【００８１】
シリコン窒化物が下部の低品質酸化物の水素化源として使用されると、これにより表面保護特性が十分に改良されると信じられている。図３に示すように、異なった保護および熱処理の後における、Ｃｚウエハの効果的なライフタイムにおいて観察されるこの傾向が示されている。バルクのライフタイムが本質的に一定であると仮定すると、効果的なライフタイムは表面保護の品質を直接表示する。この実験におけるパイレックス層は８００ｎｍの膜厚であり、上を覆うシリコン窒化物からのいかなる領域誘起保護効果をも排除するこれは、従来技術では、良好な保護品質の理由と信じられていた。
【００８２】
堆積の直後において、パイレックスの表面保護品質は非常に貧弱である。パイレックス層の上に窒化物を堆積させた後、限定的な改良（経路Ａ）が見られ、最終的に試料が加熱された場合、優秀な表面保護が達成される。例えばＰＯＣｌ３拡散を発生させる熱サイクル（図３参照）のような、熱サイクルは、窒化物の堆積後で加熱前において観察されるような、限定的な表面保護の改良をもたらす。パイレックス上への窒化物の堆積や加熱は、再び、良好な表面保護をもたらす（経路Ｂ）。上面に金属を有するまたは有しない加熱は、同じ良好な結果をもたらす（図３の、Ａｌスクリーン印刷語の試料参照）。加熱のみ（先のＳｉＮ層の堆積工程無し）では、有用ではない。もしパイレックス層単体が加熱されたら、表面保護特性の劣化が認められる。それでもなお、次に続く窒化物の堆積と加熱により、回復が可能となる（経路Ｃ）。
【００８３】
本技術の更なる特徴は、低品質の酸化物に適用できるため、直接、拡散マスク酸化物の上にも適用でき、太陽電池プロセスが非常に単純になることである。
【００８４】
膜厚が１００ｎｍと１５００ｎｍの間の誘電体を有する誘電体層スタックが、堆積された。太陽電池で行われた場合、特に酸化物において図４に示すように、オープン回路電圧が低品質誘電体の膜厚の関数として測定される。図４のグラフから、１００ｎｍと８００ｎｍの間の誘電体膜厚は、全体被覆アルミニウムＲＳＦの標準的な従来のプロセスで得られた太陽電池（セル）のオープン回路電圧について、改良されたオープン回路電圧となることがわかる。
【００８５】
上述のシリコン（基板）／低品質酸化物（誘電体層）／シリコン窒化物（保護層）のスタック以外の他のスタックとしては、例えば以下のようなものがある。
シリコン（基板）／誘電体層またはワイドギャップ（＞２ｅＶ、好適には＞３ｅＶ）半導体、例えば炭化シリコン（ＳｉＣ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化ボロン（ＢＮ）／シリコン窒化物
シリコン（基板）／窒化シリコン／低品質酸化物
シリコン（基板）／窒化シリコン／ワイドギャップ（＞２ｅＶ、好適には＞３ｅＶ）半導体又は誘電体
シリコン（基板）／Ａｌ２Ｏ３／低品質酸化物
シリコン（基板）／Ａｌ２Ｏ３／ワイドギャップ（＞２ｅＶ、好適には＞３ｅＶ）半導体又は誘電体
【００８６】
上記スタックのそれぞれにおいて、本発明では、誘電体操スタックは１００ｎｍより大きい膜厚を有する。
【００８７】
図５は、異なった裏面保護スキームの３つの太陽電池（セル）のオープン回路電圧を示す。結晶シリコン太陽電池の製造に使用される標準前面被覆スクリーン印刷されたアルミニウムＢＳＦ（左）；シリコン基板上の誘電体を有するＳｉＮｘ／誘電体スタックであって誘電体スタックが約５８０ｎｍの膜厚を有する（中央）；シリコン基板上のＳｉＮｘを有する誘電体／ＳｉＮｘスタックであって誘電体スタックがまた約５８０ｎｍの膜厚を有する（右）。本発明にかかる厚い誘電体層スタック、すなわち少なくとも２００ｎｍ、好適には少なくとも２５０ｎｍの膜厚を誘電体層スタックの双方において、標準の全体被覆アルミニウムＢＳＦより、オープン回路電圧に関してより良い結果が得られる。
【００８８】
プロセス手順の例
表面保護のための一般的なプロセス手順は以下の工程を含むことができる。
化学的洗浄、
低品質酸化物の堆積（１００ｎｍから１５００ｎｍ）、
シリコン窒化物の堆積；例えば、４００℃でＳｉＨ４とＮＨ３の前駆体から堆積された低周波（４５０ｋＨｚ）直接ＰＥＣＶＤ水素化ＳｉＮｘ、
炉の最高設定温度が９６０℃までの、高いベルト速度（例えば、１００インチ／分より速い）での３ゾーンベルト炉中での加熱、
【００８９】
この表面保護の方法は太陽電池のプロセス手順に組み込まれてもよく、別の状況では、
Ａ）拡散後の堆積
表面テクスチャリング、
例えば基板のすべての周辺に、Ｐドープ領域のようなドープを行う、Ｐ拡散のような拡散、即ち、表面と裏面の双方、
例えばＰガラス除去のような、ガラス除去、
裏面のＳｉのエッチング（裏面におけるＰドープ領域に十分な除去）、
化学的洗浄、
低品質酸化物の堆積、
シリコン窒化物の堆積（裏面および可能なら表面も）、
バックコンタクトの作製が、例えば以下の工程による。
部分コンタクトの開口（例えば、エッチングペースト、スクライビング、またはレーザ切断）、
金属堆積（例えば、蒸着、スパッタ、スクリーン印刷）、
商業的なベルト炉中での加熱。
【００９０】
Ｂ）拡散前
化学的洗浄、
拡散（表面においてのみエミッタを形成するために行われる、裏面では低品質酸化物が堆積され拡散マスクとして機能する）、
シリコン窒化物堆積（裏面および可能なら表面も）、
バックコンタクトの作製が、例えば以下の工程による。
部分コンタクトの開口（例えば、エッチングペースト、スクライビング、またはレーザ切断）、
金属堆積（例えば、蒸着、スパッタ、スクリーン印刷）、
ベルト炉中での加熱。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】例えば太陽電池のような、本発明の具体例にかかる光起電装置の製造プロセスの例である。
【図２】本発明にかかる具体例の図である。
【図３】異なった保護層と熱処理の後の、両面Ｃｚシリコンウエハのグループの有効ライフタイムである。試料は、キャリアが１０１４／ｃｍ３を超える注入レベルで測定した。水素化されたＳｉＮｘの堆積および加熱は、堆積のまま（アズデポ）の試料および熱処理／拡散（ＰＯＣｌ３拡散炉中でのサイクル中）した試料の双方の層において有益である。
【図４】セルのオープン回路電圧、裏面保護層の品質に直接関連する長所のパラメータの値が、堆積された低品質の誘電体の膜厚の関数として示される。
【図５】異なった裏面保護スキームを有する３つのセルのオープン回路電圧を示す。
【図１】
2008533730.tif 000003
【図２】
2008533730.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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