(57)【要約】第１の受光表面及び第１の表面の反対側の第２の表面を有する、第１の導電型の半導体材料を含むウエハ；ウエハの第１の表面上に配置された第１のパッシベーション層；ウエハの第２の表面上に配置された第１の電気接点；ウエハの第２の表面上に配置され、第１の電気接点とは電気的に分離されている第２の電気接点；ウエハの第２の表面上の、少なくともウエハの第１の電気接点と第２の表面との間のウエハ上の領域内に配置された第２のパッシベーション層；及び第２のパッシベーション層と第１の接点との間の領域内に配置された、ウエハの導電型と反対の導電型の半導体材料を含む層；を含む太陽電池。
2008519438.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の受光表面及び第１の表面の反対側の第２の表面を有する、第１の導電型の半導体材料を含むウエハ；
ウエハの第１の表面上に配置された第１のパッシベーション層；
ウエハの第２の表面上に配置された第１の電気接点；
ウエハの第２の表面上に配置され、第１の電気接点から電気的に分離されている第２の電気接点；
ウエハの第２の表面上で少なくとも第１の電気接点とウエハの第２の表面との間のウエハ上の領域内に配置された第２のパッシベーション層；及び
第２のパッシベーション層と第１の接点との間の領域内に配置された、ウエハの導電型と反対の導電型の半導体材料を含む層；
を含む太陽電池。
【請求項２】
半導体ウエハが、ドープされた結晶又は多結晶シリコンを含む請求項１に記載の太陽電池。
【請求項３】
第１のパッシベーション層が、窒化ケイ素、水素化アモルファスシリコン、水素化微結晶シリコン、又はこれらの組み合わせを含む請求項２に記載の太陽電池。
【請求項４】
第１のパッシベーション層が、水素化アモルファスシリコンを含み、更に炭素又は窒素又は酸素の一以上を含む請求項３に記載の太陽電池。
【請求項５】
パッシベーション層が窒素を含み、窒素の濃度がその中で傾斜分布している請求項４に記載の太陽電池。
【請求項６】
パッシベーション層が窒化ケイ素を含む請求項３に記載の太陽電池。
【請求項７】
窒化ケイ素がＰＥＣＶＤによって形成されている請求項６に記載の太陽電池。
【請求項８】
第２のパッシベーション層が、水素化アモルファスシリコン、水素化微結晶シリコン、又はこれらの組み合わせを含む請求項２に記載の太陽電池。
【請求項９】
ウエハの導電型と反対の導電型の半導体材料が、水素化アモルファスシリコン、水素化微結晶シリコン、又はこれらの組み合わせを含む請求項１に記載の太陽電池。
【請求項１０】
ウエハが更に拡散距離を有し、拡散距離がウエハの厚さよりも大きい請求項１に記載の太陽電池。
【請求項１１】
第１及び第２の電気接点が、相互嵌合パターンでウエハ上に配置されている請求項１に記載の太陽電池。
【請求項１２】
ウエハが拡散距離を有し、第２の接点の中心から第２の接点に最も近接する第１の接点の端部までの距離が拡散距離よりも小さい請求項１１に記載の太陽電池。
【請求項１３】
第１の表面上に少なくとも一つの反射防止層を含む請求項１に記載の太陽電池。
【請求項１４】
第１の表面がテクスチャ加工されている請求項１に記載の太陽電池。
【請求項１５】
第２の電気接点が、ウエハの第２の表面上又はその中に直接配置されている導電性金属を含む請求項１に記載の太陽電池。
【請求項１６】
更に、第２の接点とウエハとの間に配置されたＢＳＦを含む請求項１５に記載の太陽電池。
【請求項１７】
第２の接点が点接点を含む請求項１に記載の太陽電池。
【請求項１８】
点接点の少なくとも一部分と第１の接点との間に絶縁層が配置されている請求項１７に記載の太陽電池。
【請求項１９】
絶縁層が窒化ケイ素を含む請求項１８に記載の太陽電池。
【請求項２０】
点接点がレーザー加熱によって形成されている請求項１７に記載の太陽電池。
【請求項２１】
隣接する点接点の中心から中心までの間隔が、約１００ミクロン〜約１ｍｍの範囲である請求項１７に記載の太陽電池。
【請求項２２】
点接点とウエハとの間にパッシベーション層を含む請求項１７に記載の太陽電池。
【請求項２３】
（ａ）半導体材料を含むウエハの第１の表面上に第１のパッシベーション層を堆積し；
（ｂ）ウエハの第２の表面上に第２のパッシベーション層を堆積し；
（ｃ）第２のパッシベーション層の上に、ウエハと反対の導電型を有する半導体材料の層を堆積し；
（ｄ）場合によっては、半導体材料の層の上にＴＣＯ層を堆積し；
（ｅ）半導体材料の層又は存在する場合にはＴＣＯ層の上に、第１の電気接点層を堆積し；
（ｆ）少なくとも第１の電気接点層及び存在する場合にはＴＣＯ層を貫通して多数の孔を形成し；
（ｇ）第１の電気接点層の上、及び孔の中に、絶縁材料の層を堆積し；
（ｈ）絶縁層の上に第２の電気接点層を堆積し；
（ｉ）第２の電気接点層からウエハへ多数の点接点を形成する；
ことを含む、太陽電池の製造方法。
【請求項２４】
ウエハがシリコンを含み、拡散距離を有し、ウエハの厚さが拡散距離よりも小さい請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
孔が円形である請求項２３に記載の方法。
【請求項２６】
孔が、中心から中心まで約１００ミクロン〜約１ｍｍの間隔を有している請求項２４に記載の方法。
【請求項２７】
点接点が、絶縁層を通して第２の接点層をレーザー加熱することによって形成される請求項２３に記載の方法。
【請求項２８】
絶縁層が窒化ケイ素である請求項２３に記載の方法。
【請求項２９】
導電層と第２の層との間に少なくとも第３の層が配置されている、導電層と第２の層との間に電気接点を形成する方法であって、
第３の層内に第１の開口を形成し；
第３の層の上に絶縁材料を含む絶縁層を形成して、絶縁材料を第１の開口に充填し；
第２の開口の周囲に沿った絶縁材料の領域を残して、第１の開口の領域の内部の絶縁層内に第２の開口を形成し；
絶縁層の上に導電材料の層を形成し、第２の開口を充填し、それによって導電層と第２の層との間の電気接点を形成する；
ことを含む方法。
【請求項３０】
第２の開口が第２の層まで延在している請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
導電層と第２の層との間に少なくとも第３の層が配置されている、導電層と第２の層との間に電気接点を形成する方法であって、
第３の層内に第１の開口を形成し；
第３の層の上に絶縁材料を含む絶縁層を形成して、絶縁材料を第１の開口に充填し；
絶縁層の上に導電材料の層を形成し；
第１の開口の上の領域内の導電層を加熱して、導電層を液化して第１の開口内の絶縁材料を貫通して溶融し、第２の層との電気接点を形成する；
ことを含む方法。
【請求項３２】
請求項２９に記載の方法によって製造される電気接点。
【請求項３３】
請求項３１に記載の方法によって製造される電気接点。
【請求項３４】
（ａ）半導体材料を含むウエハの第１の表面上に第１のパッシベーション層を堆積し；
（ｂ）ウエハの第２の表面上に第２のパッシベーション層を堆積し；
（ｃ）第２のパッシベーション層の上に、ウエハと反対の導電型を有する半導体材料の層を堆積し；
（ｄ）場合によっては、ウエハと反対の導電型を有する半導体材料の層の上にＴＣＯ層を堆積し；
（ｅ）ウエハと反対の導電型を有する半導体材料又は存在する場合にはＴＣＯ層の上に、第１の電気接点層を堆積し；
（ｆ）少なくとも工程（ｄ）及び（ｅ）で形成された層を所望のパターンで除去し、それによって、工程（ｄ）及び（ｅ）で形成された層を有しないウエハ上の領域を露出させ；
（ｇ）工程（ｆ）で形成された露出領域の上に第３のパッシベーション層を堆積し；
（ｈ）場合によっては、第３のパッシベーション層の上に、ウエハと同じ導電型を有する半導体層を堆積し；
（ｉ）場合によっては、第３のパッシベーション層の上、又は存在する場合にはウエハと同じ導電型を有する半導体層の上に第２のＴＣＯ層を堆積し；
（ｊ）第３のパッシベーション層の上、又は存在する場合にはウエハと同じ導電型を有する半導体層の上、又は存在する場合には第２のＴＣＯ層の上に第２の電気接点層を堆積し；
（ｋ）第１の電気接点層と第２の電気接点層との間にギャップを形成して、第１の電気接点層を第２の電気接点層から電気的に分離し、それによって電気的に分離された電気接点を形成する；
ことを含む、太陽電池の製造方法。
【請求項３５】
電気接点が相互嵌合パターンである請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
工程（ｆ）において層をレーザー切断によって除去し、工程（ｋ）においてギャップをレーザー切断によって形成する請求項３４に記載の方法。
【請求項３７】
（ａ）半導体材料を含むウエハの第１の表面上に第１のパッシベーション層を堆積し；
（ｂ）ウエハの第２の表面上に、所望のパターンで第１の電気接点を形成し；
（ｃ）ウエハの第２の表面上に第２のパッシベーション層を堆積し；
（ｃ）第２のパッシベーション層の上に、ウエハと反対の導電型を有する半導体材料の層を堆積し；
（ｄ）場合によっては、ウエハと反対の導電型を有する半導体材料の層の上に、ＴＣＯ層を堆積し；
（ｅ）半導体材料又は存在する場合にはＴＣＯ層の上に、第２の電気接点層を堆積し；
（ｋ）第１の電気接点層と第２の電気接点層との間にギャップを形成して、第１の電気接点層を第２の電気接点層から電気的に分離し、それによって電気的に分離された電気接点を形成する；
ことを含む太陽電池の製造方法。
【請求項３８】
電気接点が相互嵌合パターンである請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
工程（ｋ）においてギャップをレーザー切断によって形成する請求項３７に記載の方法。
【請求項４０】
孔が、約５ミクロン〜約５０ミクロンの直径を有する請求項２５に記載の方法。
【請求項４１】
ウエハと同じ導電型を有し、点接点とウエハとの間に配置されているドープ半導体層を含む請求項２２に記載の太陽電池。
【請求項４２】
工程（ｆ）において、工程（ｂ）〜（ｅ）で形成された層を除去する請求項３４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００４年１０月２９日に出願の米国仮特許出願６０／６２３，４５２の利益を請求する。
本発明は、新規な太陽電池に関する。より詳しくは、本発明は、光エネルギー、特に太陽エネルギーを電気エネルギーに変換する点で極めて効率がよく、裏表面上に電気接点を有する太陽電池に関する。本発明は、また、かかる電池を製造する方法でもある。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池の最も重要な特性の一つは、太陽からの光エネルギーを電気エネルギーに変換する効率である。他の重要な特性は、大規模製造プロセスに適用できる方法でかかる電池を製造する能力である。而して、当該技術においては、光エネルギーを電気エネルギーに変換する太陽電池の効率を改良するだけでなく、安全で環境的に適合しうる大規模製造プロセスを用いてそれらを製造するために、努力が続けられている。
【０００３】
太陽電池は、種々の半導体材料から製造することができるが、妥当なコストで容易に入手することができるために、且つ太陽電池を製造するのに用いるための電気的、物理的及び化学的特性の適当なバランスを有しているために、シリコンが一般に用いられる。選択された半導体材料としてシリコンを用いて太陽電池を製造する典型的な方法においては、シリコンに、正又は負のいずれかの導電型のドーパントをドープし、単結晶シリコンのインゴットに形成するか、又は当該技術において多結晶シリコンと呼ばれているもののブロック又は「ブリック」に成型し、これらのインゴット又はブロックを、当該技術において公知の種々のスライス又はソーイング方法によってウエハとも呼ばれる薄い基板に切断する。
【０００４】
慣例により、正の導電型は通常「ｐ」又は「ｐ−型」と表され、負の導電型は「ｎ」又は「ｎ−型」と表される。従って、「ｐ」及び「ｎ」は、反対の導電型である。
ウエハが太陽電池に形成された際に入射光に面するように意図されたウエハの表面は、本明細書において前面又は前表面と呼び、前面と反対側のウエハの表面は、本明細書においては裏面又は裏表面と呼ぶ。
【０００５】
例えば、ｐ−型シリコンウエハを用いて太陽電池を製造する典型的で一般的な方法においては、ウエハを好適なｎ−ドーパントに曝露して、ウエハの前面又は受光側上にエミッタ層及びｐ−ｎ接合を形成する。典型的には、ｎ−型層又はエミッタ層は、まず、化学蒸着又は物理蒸着のような当該技術において通常用いられている技術を用いて、ｐ−型ウエハの前表面上にｎ−ドーパントを堆積し、かかる堆積の後に、ｎ−ドーパント、例えばリンを、シリコンウエハの前表面中に打ち込んで、ｎ−ドーパントをウエハ表面中に更に拡散させる。この「打ち込み（ドライブイン）」工程は、通常、ウエハを高温に曝露することによって行われる。これによって、ｎ−型層とｐ−型シリコンウエハ基板との間の境界領域においてｐ−ｎ接合が形成される。ウエハ表面は、リン又は他のドーピングを行ってエミッタ層を形成する前に、テクスチャ加工されてもよい。
【０００６】
ｐ−ｎ接合を光エネルギーに曝露することによって発生する電位を用いるために、太陽電池には、通常、ウエハの前面上の導電性の前面電気接点、及びウエハの裏面上の導電性の裏面電気接点が備えられている。かかる接点は、通常、１以上の高導電性の金属でできており、したがって通常は不透明である。前面接点は、太陽電池の太陽又は他の光エネルギー源に面する側上に形成されているので、前面接点は、電池の前表面の可能な限り少ない面積を占め、それにも拘わらず電池と相互作用する入射光によって発生する電荷を捕捉することが、一般に望ましい。前面接点は、接点によって被覆又は遮蔽される電池の前表面積の量が最小になるように施されるが、それでもなお、前面接点は、それがなければ電気エネルギーを発生させるのに用いることができる太陽電池の表面積の量を減少させる。上記に記載した方法は、また、多数の高温処理工程を用いて太陽電池を形成している。高温を用いると、太陽電池を製造するのに必要な時間の量が増大し、エネルギーを消費し、高価な高温炉、又は高温で太陽電池を処理するための他の装置を使用することを必要とする。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、当該技術においては、高い効率を有し、大規模製造法を用いて、且つ好ましくは高温処理工程を用いないか、或いは少なくとも最小の高温処理工程を用いる方法によって製造することができ、電池が、効率を増大するために、ウエハの前面又は前表面上に電気接点を有さず、それによって光を電流に変換するための電池の前表面の利用可能な領域が最大になっている太陽電池が必要とされている。本発明は、かかる太陽電池を提供する。本発明の太陽電池を用いて、太陽電池を太陽に曝露することによって効率的に電気エネルギーを発生させることができる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、第１の導電型の半導体材料を含み、ウエハ上の第１の受光表面及び第１の表面の反対側の第２の表面、及び拡散距離を有するウエハ；ウエハの第１の表面の上に配置された第１のパッシベーション層；ウエハの第２の表面の上に配置された第１の電気接点；ウエハの第２の表面の上に配置され、第１の電気接点から電気的に分離されている第２の電気接点；ウエハの第２の表面の上の、少なくともウエハの第１の電気接点と第２の表面との間の領域内に配置された第２のパッシベーション層；及び、第２のパッシベーション層と第１の電気接点との間の領域内に配置された、ウエハの導電型と反対の導電型の半導体材料を含む層；を含む太陽電池である。
【０００９】
本発明は、また、かかる太陽電池を製造する方法でもある。
【好ましい実施形態】
【００１０】
ここで、例として、それによってｐ−型の結晶シリコンウエハを用いて太陽電池を製造する本発明の一態様を用いて、本発明を説明する。しかしながら、本発明は、これによって制限されるものではなく、例えば、ｎ−型結晶シリコンウエハのような他の半導体材料に適用することができることを理解すべきである。更に、ウエハは結晶質である必要はなく、例えば、多結晶質、又は場合によっては多結晶と呼ばれるものであってもよい。
【００１１】
太陽電池を製造するための本発明の方法において有用なシリコンウエハは、典型的には、薄い平坦な形状のものである。シリコンは、所望の場合には、１以上の半導体材料、例えばゲルマニウムのような１以上の更なる材料を含むことができる。ホウ素が第１のｐ−型ドーパントとして広く用いられているが、他のｐ−型ドーパント、例えばアルミニウム、ガリウム又はインジウムもまた十分である。ホウ素が好ましいｐ−型ドーパントである。かかるドーパントの組み合わせもまた好適である。而して、ｐ−型ウエハに対する第１のドーパントは、例えば、ホウ素、アルミニウム、ガリウム又はインジウムの１以上を含むことができ、好ましくはホウ素を含む。好適なウエハは、典型的には、単結晶シリコンのインゴットのようなｐ−型シリコンのインゴットをスライス又はソーイングして、所謂チョクラルスキー（Ｃｚ）シリコンウエハのような単結晶ウエハを形成することによって得られる。ｎ−型シリコンウエハを用いる場合には、ドーパントは、例えば、リン、ヒ素、アンチモン又はビスマスの１以上であることができる。好適なウエハは、また、成型されたｐ−型の多結晶シリコンのブロックをスライス又はソーイングすることによっても製造することができる。シリコンウエハは、また、端面画定膜供給成長法（ＥＦＧ）又は同様の方法のようなプロセスを用いて溶融シリコンから垂直に引き上げることもできる。ウエハは任意の形状であってよいが、ウエハは、典型的には、円形、正方形又は擬正方形の形状である。「擬正方形」という用語は、通常は丸みのある角部を有するほぼ正方形形状のウエハを意味する。本発明の太陽電池において用いるウエハは、好適には肉薄である。例えば、本発明において有用なウエハは、厚さ約１０ミクロン〜厚さ約２００ミクロンでよい。本発明の太陽電池において用いるウエハは、好ましくは、ウエハ厚さ（ｔ）よりも大きな拡散距離（Ｌp）を有する。例えば、ｔに対するＬpの比は、好適には１より大きい。これは、例えば、約１．１より大きくてよく、或いは約２よりも大きくてよい。拡散距離は、小数キャリア（例えばｐ−型材料における電子）が多数キャリア（ｐ−型材料における正孔）と再結合する前に拡散できる平均距離である。Ｌpは、関係式：Ｌp＝（Ｄτ）1/2（式中、Ｄは拡散定数である）によって小数キャリア寿命τと相関する。拡散距離は、光子線誘導電流法（Photom-Beam-induced Current technique）又は表面光電圧法（Surface Photovoltage technique）のような多数の技術によって測定することができる。例えば、どのようにして拡散距離を測定することができるかが記載されている、Ａ．Ｆａｈｒｅｎｂｒｕｃｈ及びＲ．Ｂｕｂｅの”Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ  ｏｆ  Ｓｏｌａｒ  Ｃｅｌｌｓ”，Ａｃａｄｅｍｉｃ  Ｐｒｅｓｓ，  １９８３，ｐ．９０−１０２（参照として本明細書中に包含する）を参照。
【００１２】
円形の場合には、ウエハは、約１００〜約１８０ｍｍ、例えば１０２〜１７８ｍｍの直径を有していてもよい。正方形又は擬正方形の場合には、それらは、約１２７〜約１７８ｍｍの直径を有する丸みのある角部を有する、幅約１００ｍｍ〜約１５０ｍｍの幅を有していてもよい。本発明の方法において有用なウエハ、及びしたがって本発明の方法によって製造される太陽電池は、例えば、約１００〜約２５０ｃｍ2の表面積を有することができる。本発明の方法において有用な第１のドーパントでドープされたウエハは、約０．１〜約２０Ω・ｃｍ、典型的には約０．５〜約５．０Ω・ｃｍの抵抗率を有することができる。本明細書において用いるウエハという用語は、記載した方法によって、特に単結晶又は多結晶シリコンのインゴット又はブロックをソーイング又は切断することによって得られるウエハを包含するが、ウエハという用語は、また、本発明の方法によって太陽電池を製造するのに有用な任意の他の好適な半導体基板又は層をも包含することを理解すべきである。
【００１３】
ウエハの前表面は、好ましくはテクスチャ加工する。テクスチャ加工は、一般に、光吸収を増加することによって、得られる太陽電池の効率を増大させる。例えば、ウエハを、化学エッチング、プラズマエッチング、レーザー又は機械的スクライビングを用いて好適にテクスチャ加工することができる。単結晶ウエハを用いる場合には、ウエハを、水酸化ナトリウムのような塩基の水溶液中、昇温温度、例えば約７０℃〜約９０℃で、約１０〜約１２０分処理することによって、ウエハをエッチングして、異方的にテクスチャ加工された表面を形成することができる。水溶液は、イソプロパノールのようなアルコールを含むことができる。多結晶ウエハは、ベベルダイスブレード（beveled dicing blade）又は輪郭テクスチャ加工ホイールを用いた機械的ダイシングによってテクスチャ加工することができる。本発明の好ましい方法においては、フッ化水素酸、硝酸及び水の溶液を用いて、単結晶ウエハをテクスチャ加工する。かかるテクスチャ加工法は、Ｈａｕｓｅｒ，Ｍｅｌｎｙｋ，Ｆａｔｈ，Ｎａｒａｙａｎａｎ，Ｒｏｂｅｒｔｓ及びＢｒｕｔｏｎによって、彼らの論文”Ａ  Ｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄ  Ｐｒｏｃｅｓｓ  ｆｏｒ  Ｉｓｏｔｒｏｐｉｃ  Ｔｅｘｔｕｒｉｎｇ  ｏｆ  ＭＣ−Ｓｉ”，Ｈａｕｓｅｒら，第３回太陽光発電エネルギー変換世界会議、５月１１〜１８日、大阪、日本（この記載の全てを参照として本明細書中に包含する）において記載されている。テクスチャ加工されたウエハは、典型的には、その後、例えば、フッ化水素酸中、次に中間段階として塩酸中に浸漬し、最後に脱イオン水中ですすぎ、乾燥することによって、清浄化される。
【００１４】
多結晶ウエハのようなウエハをテクスチャ加工する前に、ウエハを、リン及びアルミニウムのゲッタリングにかけることができる。例えば、ゲッタリングは、例えばウエハの一面又は両面上にリンを拡散させることによって高濃度ｎ−ドープ層を形成することによって行うことができる。これは、例えば、ウエハを、ＰＯＣｌ3のようなガスに、９００℃〜１０００℃で３０分曝露することによって行うことができる。かかるゲッタリングによって、ウエハの拡散距離が増加する。一つ又は複数の高濃度ｎ−ドープ層を形成した後に、これらは、例えば、フッ化水素酸（ＨＦ）及び硝酸（ＨＮＯ3）又はこれらの混合物のような酸、或いは水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）のような強塩基を用いてエッチングすることによって除去することができる。本発明の一態様は、ウエハの前面上に高濃度ｎ−ドープ層を形成して不純物をゲッタリングし、次に上記に記載のように前表面のテクスチャ加工エッチング中にそれを除去することを含む。
【００１５】
本発明の好ましい態様においては、第１のパッシベーション層、好ましくは反射防止被覆としても機能することができる層を、ウエハの前表面上に形成する。ウエハがテクスチャ加工されている場合には、かかる層は、好ましくはかかるテクスチャ加工の後に加える。かかる第１のパッシベーション層は、例えば、プラズマ化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）、低圧化学気相成長法（ＬＰＣＶＤ）、熱酸化、ペースト、インク又はゾルゲルのスクリーン印刷などのような当該技術において公知の方法によって形成することのできる、二酸化ケイ素、オキシ窒化ケイ素又は窒化ケイ素のような誘電体の層であることができる。窒化ケイ素の層及び二酸化ケイ素の層のような、２以上のかかる層の組み合わせを用いて第１のパッシベーション層を形成することもできる。１を超える層を用いる場合には、少なくとも一つの層は、好ましくは、例えば窒化ケイ素を含む反射防止被覆である。好ましくは、かかる反射防止被覆は、シリコンウエハ表面上に直接加える。好ましくは、第１のパッシベーション層は、ウエハの表面上に直接形成された窒化ケイ素の層を含む。反射防止層又は第１のパッシベーション層或いは両方として用いられるかかる層のそれぞれ、或いは用いられる全てのかかる層の合計は、厚さ約１２０ｎｍ以下、例えば厚さ約７０〜約１００ｎｍであってもよい。窒化ケイ素は、例えば、ＰＥＣＶＤ又はＬＰＣＶＤによって形成することができる。ＬＰＣＶＤによって窒化ケイ素を施すための好適な方法は、ウエハを、ジクロロシランのようなケイ素化合物及びアンモニアの雰囲気に、約７５０℃〜約８５０℃の昇温下で曝露することである。窒化ケイ素は、また、シラン及びアンモニアの雰囲気中で、ＰＥＣＶＤを用いて、約２００℃〜約４５０℃のより低い温度で堆積することもできる。
【００１６】
好適な第１のパッシベーション層は、また、水素化アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）の層、水素化微結晶シリコンの層、又はａ−Ｓｉ：Ｈと水素化微結晶シリコンの混合物、特に、かかる層がウエハ上に直接堆積しているか又は他の方法で形成されている層、を含むこともできる。好ましくは、かかる層は、ケイ素に加えて窒素を含む。かかる層は、また、窒素と共に又は窒素を含まずに、ホウ素を含むことができる。幾つかの場合においては、かかる層が、リンのような他のドーパントを含むか、或いは炭素、窒素又は酸素のような他の元素で合金化されていることが好ましい場合がある。ａ−Ｓｉ：Ｈ、水素化微結晶シリコン又はこれらの混合物を含む第１のパッシベーション層中に窒素を含ませる場合には、窒素の量又は濃度は、層中の窒素の量が、ウエハに隣接する箇所では最小、例えば窒素を含まない状態であり、ウエハとの界面から最も離れた箇所では層が窒化ケイ素になるようなレベルに到達するように、傾斜分布させることができる。アンモニア、又は水素及び窒素ガスの混合物を、窒素の好適な源として用いることができる。ホウ素又はリンを用いる場合には、ホウ素又はリンの濃度は、同じように、ウエハに隣接するか又は最も近接する箇所ではホウ素又はリンは存在せず、層中のケイ素及び存在する場合には窒素の全量を基準として約１原子％以下の最大ホウ素又はリン濃度に到達するように、傾斜分布させることができる。窒素を含むか又は含まず、ホウ素又はリンのようなドーパントを含むか又は含まない、ａ−Ｓｉ：Ｈ、水素化微結晶シリコン又はこれらの混合物を含むこのような層を施す場合には、それは、約４０ｎｍ以下の厚さを有することができる。それは、例えば、厚さ約４〜約３０ｎｍであることができる。かかるａ−Ｓｉ：Ｈ層は、例えばシランの雰囲気中でのＰＥＣＶＤによるような任意の好適な方法によって施すことができる。最も好ましくは、それは、水素中約１０％のシランを含む雰囲気中でのＰＥＣＶＤによって施し、最も好ましくは、それは、例えば約１００℃〜約２５０℃のような低温で施す。動作理論に縛られることは意図しないが、第１のパッシベーション層は、ウエハ表面の再結合速度を１００ｃｍ／ｓ未満に低下させるように機能することができる（低表面再結合速度（＜１００ｃｍ／ｓ）は、表面における欠陥状態の低い密度の指標である）。第１のパッシベーション層は、また、窒化ケイ素層において通常見られるような、その電場によってウエハ表面に近接する半導体ウエハの領域においてバンド曲がりが誘導される固定電荷を有することもできる。窒化ケイ素における固定電荷は、通常、正であるので、このバンド曲がりは、ウエハの表面領域からの小数キャリアを押し返すように作用することができ、而してウエハがｎ−型である場合には表面再結合を減少することもできる。ウエハがｐ−型である場合には、正の電荷は、蓄積層を生成するように作用することができ、表面再結合は、表面上の欠陥の密度が低い場合には低いままであることができる。而して、かかる機能を与えることができ、シリコンウエハに施すことができる任意の材料が、好適な第１のパッシベーション層であることができる。かかる層は、上記に記載したように、多数の層を含むことができ、かかる層の一部又は全部は、例えば上記に記載した材料から選択される異種材料である。
【００１７】
一態様においては、第１のパッシベーション層は、ウエハの第１の表面上に堆積したａ−Ｓｉ：Ｈ又は水素化微結晶シリコン又はこれらの組み合わせの層を含み、かかる層は記載したような構造又は配合を有することができ、続いて反射防止層として作用する窒化ケイ素の少なくとも一つの層を含む。窒化ケイ素の厚さは、厚さ約１２０ｎｍ以下、例えば厚さ約７０〜約１００ｎｍであることができる。反射防止条件は、適当な厚さの二つの層を用いることによって改良することができる。而して、例えば、パッシベーション層は、上記に記載のように、ウエハの第１の表面上に直接配置された、窒素を含むか又は含まず、ホウ素又はリンを含むか又は含まないａ−Ｓｉ：Ｈの層で、続いてかかるａ−Ｓｉ：Ｈ層の上に直接配置された窒化ケイ素の層を有しており、場合によっては続いて、例えば酸化タンタル、二酸化ケイ素、フッ化マグネシウム又は酸化チタンを含むような他の補助層を有しており、窒化ケイ素及び補助層の厚さは、反射防止条件を最適化するように選択される。例えば、窒化ケイ素層は約７０ｎｍ〜約１００ｎｍの厚さを有することができ、補助層、例えばフッ化マグネシウムは、約１３０ｎｍ〜約２００ｎｍの厚さを有することができる。
【００１８】
他の態様においては、窒化ケイ素層は、厚さ約１２０ｎｍ以下、例えば厚さ約７０〜約１００ｎｍの厚さで、ウエハの第１の表面上のパッシベーション層及び反射防止層の両方として機能することができる。窒化ケイ素は、シラン及びアンモニア中、約４００℃の堆積温度において、ＰＥＣＶＤによって堆積することができる。
【００１９】
他の態様においては、かかる窒化ケイ素層の窒素含量は、傾斜分布している。例えば、窒素含量は、シリコンウエハの表面に最も近接する窒化ケイ素層の部分におけるゼロから、約１０ｎｍ以下の厚さに亘ってほぼＳｉ3Ｎ4中において見られるレベルまで上昇し、層の残りの厚さ、例えば残り約７０ｎｍに亘って一定となるようにすることができる。
【００２０】
ウエハの前表面上にパッシベーション層を堆積する工程中においては、一つ又は複数の層がウエハの裏表面上に形成されるのを防止する方法で一つ又は複数の層を施すことが好ましい。これは、例えば、裏表面をマスキングするか、或いは裏表面を基板キャリアと密に接触させて配置することによって行うことができる。それにも拘わらず、ウエハの裏表面は、また、裏表面の全部又は一部を覆うこのような被覆層を受容することができる。裏表面上のこの層は、その後、例えば硝酸又はフッ化水素酸又はこれらの混合物のような酸を用いる酸エッチングによるか、或いは水酸化ナトリウムのような強塩基の水溶液によるエッチングによって除去することができる。
【００２１】
本発明の太陽電池におけるウエハの裏表面又は第２の表面は、電池によって発生する電流の各極性のための二つの電気接点を含み、好ましくは、それぞれは、アルミニウム、銅、金、銀、スズなどのような１以上の金属を含む。与えられた極性のこのような各接点は、ウエハの表面上に電気的に分離された１以上のセクションを含むことができるが、同じ電気極性のこのような各セクションは、好ましくは、一部の点において電気的に接続されていて、太陽電池から最大電流を発生させることができるようになっている。かかる電気接点は、例えば、一つの接点の片が他の接点を形成する片の間の空隙に入り込んで相互挿入又は相互嵌合パターンを生成する、片の形態であることができる。二接点間の電気的分離は小さくなければならず、それぞれの接点の幅、例えばそれぞれの片の幅もまた、小さくなければならない。これらの電気接点は、約１００ミクロン以下、例えば約２０〜約８０ミクロンの幅を有していもよい。接点間の間隔又は分離、即ち一つの極性の電気接点と他の極性の電気接点との間のギャップは、約３０ミクロン以下、例えば約５〜約２０ミクロンでもよい。接点の間隔又は分離、即ち第１の電気接点（エミッタ接点）の端部と、第２の電気接点（ベース接点）の中心部との間の間隔は、好ましくは、小数キャリアの拡散距離よりも小さい。他の態様においては、電気接点の一方である第１の電気接点は、太陽電池の裏表面上の第１の接点層の形態であることができ、他方は、点接点が太陽電池の裏表面の上に配置された電気接点材料の第２の層からして、第１の電気接点層と第２の電気接点層との間の絶縁層を貫通して延在する、点接点の形態でもよい。以下により詳細に説明するように、電気接点は、異なる層を含むか、或いは点接点を含むことができ、接点の少なくとも一部は、好ましくはアルミニウム、銅、金、銀、スズなどの１以上のような導電性金属を含む。本発明の太陽電池における電気接点を形成する金属層は、約５ミクロン以下、例えば約２又は３ミクロン以下の厚さを有することができる。好適には、これらは、約１〜約２ミクロンの厚さを有することができる。上記に記載したように、本発明の太陽電池における電気接点は、主として、及び好ましくはウエハの裏表面上のみに形成され、したがって、ウエハの前面の受光表面を遮光又は妨害しない。これにより、光エネルギーを電気エネルギーに変換する点でより効率的な太陽電池が得られる。
【００２２】
本発明の太陽電池は、ウエハの裏表面又は第２の表面の上であって、少なくとも電気接点の一つとウエハの第２の表面との間の領域内に配置された第２のパッシベーション層を含む。而して、本発明の一態様によれば、かかる第２のパッシベーション層は、ウエハの第２の表面全体の殆ど又は全ての上であることができ、或いは、例えば、電気接点の一つ又は両方とウエハの第２の表面又は裏表面との間の領域内にのみ配置することができる。動作理論に縛られることは意図しないが、かかる第２のパッシベーション層は、ウエハの第２の表面における欠陥の密度を減少させる。而して、第２のパッシベーション層は、ａ−Ｓｉ：Ｈ、ａ−Ｓｉ：Ｈと炭素との合金、ａ−Ｓｉ：Ｈと窒素との合金、ａ−Ｓｉ：Ｈと酸素との合金、水素化微結晶シリコン、又はａ−Ｓｉ：Ｈと水素化微結晶シリコンとの混合物の１以上を含むことができる。第２のパッシベーション層は、好適には、場合によっては水素化微結晶シリコン合金が存在するａ−Ｓｉ：Ｈを含む。第２のパッシベーション層は、厚さ約３０ｎｍ以下、例えば厚さ約４〜約１０ｎｍであることができる。任意の好適な方法を用いて第２のパッシベーション層を形成することができる。好ましくは、これは、ウエハの第２の表面上にそれと直接接触して形成する。例えば、第２のパッシベーション層がａ−Ｓｉ：Ｈを含む場合には、これは、シラン中、約２５０℃以下、例えば約１００〜約２００℃の温度で、ＰＥＣＶＤを用いて施すことができる。
【００２３】
本発明の太陽電池は、また、ウエハの導電型と反対の導電型を有する半導体材料の層を含み、かかる半導体層は、第２のパッシベーション層と第１の接点との間の領域内に配置される。半導体層は、例えば、好適にドープされた、ａ−Ｓｉ：Ｈ、水素化微結晶シリコン、又はこれらの混合物のような任意の好適な材料を含むことができる。シリコンウエハがｐ−型である場合には、半導体層は、ｎ−型の、ａ−Ｓｉ：Ｈ、水素化微結晶シリコン、又はこれらの混合物を含むことができる。例えば、リン、ヒ素、又はアンチモン、或いはこれらの混合物を、ドーパント材料として用いることができる。かかるドーパントの合計量は、ドーパント及びシリコンの合計量を基準として約０．０１原子％〜約１．０原子％であることができる。かかる半導体層は、厚さ約３０ｎｍ以下、例えば厚さ約１０〜約２０ｎｍであることができる。半導体層は、任意の好適な方法を用いて形成することができる。層がｎ−型のａ−Ｓｉ：Ｈを含む場合には、これは、ＰＥＣＶＤを用いて、約２００℃の基板温度で、少量のリンを含むシランの雰囲気中で施して、上記記載の量のリンが施された層を与えることができる。光起電的に活性な接合、例えばｐ−ｉ−ｎ又はｎ−ｉ−ｐ接合を、好ましくは、第１の導電型を有するシリコンウエハと、反対の導電型を有する半導体層との間に形成する。ウエハがｎ−型である場合には、半導体層は、ｐ−型であることができ、ホウ素がドープされた、ａ−Ｓｉ：Ｈ、水素化微結晶シリコン、又はこれらの混合物を、約２００℃の基板温度で、ＰＥＣＶＤを用いて、シラン中約１容量％のジボランを含む雰囲気中で堆積することによって形成することができる。ｐ−型の半導体層は、また、ＰＥＣＶＤを用いて、約１容量％のトリメチルアルミニウムを含む雰囲気中で形成することもできる。
【００２４】
本発明の太陽電池は、好適には、少なくとも一つの金属接点と第２のパッシベーション層との間に配置された、透明導電性酸化物（ＴＣＯ）層を含む。かかるＴＣＯ層は、好ましくは、電気接点の金属成分と直接接触し、好ましくは、少なくともウエハの導電型と反対の導電型を有する半導体材料の層と直接接触する。かかるＴＣＯ層は、例えば、酸化亜鉛、酸化スズ、又は酸化インジウムスズの１以上を含むことができる。ＴＣＯ層は、単一のＴＣＯ層を含むか、或いは２又はそれ以上の層を含むかに拘わらず、約１２０ｎｍ以下、例えば約７０〜約１００ｎｍの厚さを有することができる。かかるＴＣＯ層は、任意の好適な方法を用いて、例えば、約１５０℃の基板温度で、焼結ＺｎＯターゲットからＺｎＯをスパッタリングすることによって施すことができる。
【００２５】
電気接点は、母線又は接点ストリップを、ウエハの一つの縁部に沿った第１の金属接点に付着させることによって、ウエハの裏表面上で金属接点に形成することができる。
ここで、図面を参照しながら本発明の幾つかの態様を説明する。図は必ずしも一定の縮尺で描かれてはいない。例えば、図中に示される種々の金属、半導体及び他の層の厚さは、必ずしも、互いに同じ縮尺ではない。
【００２６】
図１は、点接点を有する、本発明の一態様にかかる太陽電池１の一部分の断面図である。太陽電池１は、ｐ−型結晶シリコンのウエハ５を有する。ウエハ５の前表面又は受光表面は、テクスチャ線１０によって示されるように、テクスチャ加工されている。ウエハ５は、前表面上に、二酸化ケイ素の層１５及び窒化ケイ素の層２０で形成される第１のパッシベーション層を有する。太陽電池１は、水素化アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）を含み、ウエハ５と接触して配置されている第２のパッシベーション層２５を有する。第２のパッシベーション層２５は、ｎ−型のａ−Ｓｉ：Ｈの層３０と接触している。層３０は、酸化インジウムスズを含むＴＣＯ層３５と接触している。ＴＣＯ層３５は、例えばアルミニウムを含む第１の金属層４０と接触し、その下方に配置されている。而して、第１の金属層４０とＴＣＯ層３５とが一緒になって、太陽電池１の背面側上の第１の電気接点を形成している。図１には、また、ウエハの裏表面の上の層の形態の第１の部分４８、及びウエハ５中に層部分４８から伸長する点接点である第２の部分５０を含む第２の電気接点４５も示されている。第２の電気接点４５は、例えば、アルミニウムのような金属を含むことができる。
【００２７】
図１には、第２の電気接点４５と、層２５、３０、３５及び第１の金属層４０との間に配置された、例えば窒化ケイ素を含む絶縁層５５が示されている。而して、絶縁層５５は、第２の裏面電気接点４５を、他の電気接点４０及び層２５、３０及び３５から、分離し、電気的に絶縁する。図１には、また、第２の電気接点４５内の凹み又はディンプルマーク６０も示されている。以下に詳細に説明するように、これらの凹み又はディンプルは、第２の電気接点層４８を、例えばレーザーを用いて「貫通して加熱」して、ウエハ５中に伸長する第２の電気接点４５の点接点部分５０を形成する際に、形成することができる。而して、第２の電気接点４５は、層４８及び点接点５０である。図１には、また、第２の電気接点４５の点接点５０がウエハ５に接触するか又は侵入する領域に沿って配置された裏面電界（ＢＳＦ）６５も示されている。このＢＳＦは、図１において、「＋」の印の集合として示されている。以下により詳細に説明するように、かかるＢＳＦは、点接点５０を、例えば、レーザーを用いて金属層４８をウエハまで貫通して加熱することによって形成する際に、形成することができる。レーザー光線によって加熱される結果として形成される接点４５における高温金属によって、高温の金属がウエハ５と接触する際に、ＢＳＦが形成される。図２は、図１に示される同一の太陽電池の一部分の、太陽電池の裏表面上を見た平面図である。この図には、点接点が、太陽電池の裏面上の配列パターンの形態で存在することができることを示している。図２には、ディンプル６０（明確にするために数個のみ）が示されており、また、第１の金属層４０及びそれに結合する層２５、３０、３５が、例えばレーザー切断によって除去された領域を充填する絶縁層５５を堆積する前の、例えばレーザー切断によって除去される領域が、破線として示されている。かかる層の除去は、以下においてより詳細に説明する。点接点領域５０（図１を参照）は、例えば、第１の金属層及びそれに結合する層２５、３０及び３５が除去される領域の上方の第２の電気接点の領域の中心部分において、例えばレーザーを用いて「貫通加熱」することによって形成される。本明細書において記載する金属層４０及び４８のような金属層は、例えば、金属層がアルミニウムである場合にはアルミニウムターゲットのような金属ターゲットをマグネトロンスパッタリングすることによって形成することができる。
【００２８】
図３は、本発明の一態様にかかる太陽電池のセグメントの斜視図を示す。図１及び図２における同一の要素に対応する図３における電池１の全ての要素には、同一の番号を付している。簡単にするために、図３においては、一つのディンプル又は凹み６０のみを表示し、一つの点接点５０のみを表示している。図３においては、点接点５０が、どのようにして、第２の電気接点４５の金属層４８から絶縁層５５を貫通して伸長して、ウエハ５に侵入しているかが明確に示されている。明確にするために、図３においては、破線として示される数個の点接点のみを示す。図３においては、また、三次元表示で、金属層４８及び多数の点接点５０を含む第２の接点４５を構成する点接点の配列も示されている。図３においては、また、金属層４０を含む第１の接点が、どのようにして、層４８及び点接点５０を含む第２の電気接点４５から電気的に分離されているか、及び、どの部分でかかる電気的分離が絶縁層５５によって与えられているかも、示されている。
【００２９】
図３において示されているように、太陽電池の一つの縁部は、第１の金属接点層４０の露出された部分４１を有する。かかる露出された部分は、電線又は他の電気導線を太陽電池に接続するために用いることができる。かかる露出された部分は、例えば、図１における層４８及び５５を除去することによって形成することができ、或いは、かかる部分は、第１の金属接点層４０を施した後にマスキングして、層５５及び４８がその上に形成されないようにして、その後にマスクを除去して接点を露出させることができる。
【００３０】
図４は、図４が、どの点接点５０が太陽電池の裏面上の層を貫通して伸長する際に見えるかを三次元部分切除図で示している他は、図３と同一である。図３におけるものと同一の図４における要素は全て、同一の番号を付している。具体的には、図４においては、ディンプル６０の下方の点接点５０が、どのようにして、第１の接点金属層４０、ＴＣＯ層３５、ｎ−型ａ−Ｓｉ：Ｈ層３０、第２のパッシベーション層２５を貫通して、シリコンウエハ５中に伸長しているかが示されている。図４においては、また、絶縁層５５が、どのようにして、点接点５０に隣接し且つこれを包囲しているかが示されている。絶縁層５５は、このようにして第１の接点層４０を点接点５０から電気的に絶縁している。
【００３１】
動作理論によって縛られることは意図しないが、第１の金属接点４０及びそれに結合する層２５、３０及び３５が光生成電子（ｐ−型ウエハ５の場合）を収集し、点接点５０が光生成正孔を収集する。光生成電子及び正孔は、光が前表面１０上に入射して、結晶シリコンウエハ５中に吸収されると生成する。ウエハ５、パッシベーション層２５及びｎ−型ａ−Ｓｉ：Ｈ層３０によって、埋め込み型電場を有するｐ−ｉ−ｎ半導体接合が形成され、これによって光生成電子の収集が補助される。点接点５０によって、ｐ−型ウエハ５へのオーム接触が形成され、これにより光生成正孔が効率的に収集される。
【００３２】
本発明にかかる図１〜図３に示される構造を有する太陽電池の製造方法を、以下に説明する。これは、かかる太陽電池の唯一の製造方法ではないことを理解されたい。この方法は、また、図５においてブロック図の形態で示す。
【００３３】
工程１においては、ホウ素がドープされ（ｐ−型と呼ばれる）、約２００ミクロンの厚さを有する、太陽電池を製造するために好適なシリコンウエハの、最終的にはウエハから製造される太陽電池の受光側となるであろうウエハの第１の側又は面上をテクスチャ加工する。テクスチャ加工は、適当な酸性又は塩基性の溶液中において、周知の方法によりエッチングすることによって行うことができる。ウエハの裏表面は、ウエハの厚さ及び用いられる光捕捉幾何学形状に依存して、テクスチャ加工してもよいし、しなくてもよい。工程２においては、酸化ケイ素の薄層を、熱酸化法によってテクスチャ加工された表面上に成長させる。これは、例えば、ウエハを、８５０〜９００℃の範囲の温度において、酸素及び水素を含む雰囲気中で、数分間加熱することによって行うことができる。この方法のための条件は、酸化ケイ素層が厚さ約５〜２０ｎｍとなるように選択することができる。工程３においては、シラン及びアンモニアの雰囲気中において、約４００℃の温度で、プラズマ化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）を用いて、窒化ケイ素の層を酸化ケイ素層の頂部上に堆積する。この層は、酸化ケイ素層の厚さに依存して、厚さ約６０〜約９０ｎｍである。酸化ケイ素層及び窒化ケイ素層の厚さは、太陽電池中への光透過が最大になるように選択される。他の態様においては、薄い酸化物層を省略して、窒化ケイ素の層を、ウエハのテクスチャ加工された第1の側上に直接堆積することができる。この層は、厚さ約８０ｎｍであり、窒素含量が、酸化ケイ素の表面におけるゼロから、約１０ｎｍの距離に亘ってほぼＳｉ3Ｎ4中において見られるレベルまで上昇し、約７０ｎｍの距離に亘って一定となるように、傾斜分布させることができる。酸化ケイ素層を加えない場合には、この傾斜分布はウエハの第1の表面において開始する。ウエハの裏表面においては、ウエハを基板ホルダーと密に接触させることによって、かかる層を受容することが防止される。工程４においては、前面をウエハホルダーと密に接触させるか、又は他の方法によってシランプラズマから遮蔽して、前表面上にａ−Ｓｉ：Ｈが堆積されるのを防止しながら、シラン中、約２００℃の温度でＰＥＣＶＤを用いて、ウエハの裏表面に、厚さ約５ｎｍのａ−Ｓｉ：Ｈの層を直接加え、続いて、厚さ約２０ｎｍのｎ−型ａ−Ｓｉ：Ｈの層を速やかに加える。ｎ−型ａ−Ｓｉ：Ｈの層は、ＰＥＣＶＤプロセス中に真性層を施すのに用いたシラン及び水素のガス混合物にホスフィンのような適当量のｎ−ドーパントを加えることによって、真性ａ−Ｓｉ：Ｈの層に施すことができる。而して、ｐ−型ウエハへａ−Ｓｉ：Ｈの層を加えることに続いてａ−Ｓｉ：Ｈのｎ−型層を加えることによって、ウエハの裏表面上に光起電的に活性なｐ−ｉ−ｎ接合が形成される。ここでは、二つの別個の層として説明し例示しているが、ａ−Ｓｉ：Ｈの真性層とｎ−型ａ−Ｓｉ：Ｈとの間の境界は、必ずしも明確な境界である必要はなく、例えば、ｎ−ドーパントの量が、層間において、明確な境界線を有する二つの層であるかのように突然変化するものではなく、徐々に変化する、傾斜境界の形態であることができることを理解すべきである。工程５においては、酸化インジウムスズ又��酸化亜鉛のような透明導電性酸化物（ＴＣＯ）の層を、ｎ−型ａ−Ｓｉ：Ｈ層に施す。ＴＣＯ層は、厚さ約８０ｎｍの酸化亜鉛であることができ、約１５０℃の温度において、焼結酸化亜鉛ターゲットのマグネトロンスパッタリングを用いて好都合に施される。しかしながら、ＴＣＯ層は、場合によって用いられる。工程６においては、厚さ約１ミクロンの金属、例えばアルミニウムの層を、アルゴン雰囲気中において、アルミニウムターゲットからのマグネトロンスパッタリングを用いてＴＣＯ層に施す。このアルミニウム層は、第１の電気接点である。工程７においては、ウエハの裏面において、少なくともアルミニウム層及び存在する場合にはＴＣＯ層を貫通して、多数の第１の孔を形成する。好ましくは、かかる孔は、全ての他の層を貫通して、シリコンウエハの表面、更にはウエハの内部にも多少伸長する。孔は、直径約５ミクロン〜約５０ミクロンであることができ、それぞれの孔の中心が全ての隣接する孔の中心から約１００ミクロン〜１ｍｍであるように間隔をおいて配置されている。好ましくは、孔の直径に対するウエハの拡散距離の関係は、拡散距離が孔の直径よりも大きいというものである。かかる孔のパターンは、孔の行列の配列であることが好都合である。例えば、厚さ約２００ミクロンのウエハに関しては、孔の好ましい間隔は、１ｃｍ2あたり約６４個〜約６４００個の孔、或いは１５６ｃｍ2の表面積を有するウエハにおいて約１０4〜１０6個の孔となるようなものである。好ましくは、孔の間隔は、太陽電池の直列抵抗を最小にし、特性を最大にするように調節される。孔は、任意の好都合な方法で、例えば、機械的穿孔によるか、或いはマスキングに続いて好適なエッチング液によるエッチングによって、形成することができる。しかしながら、好適な方法は、レーザーを用いて孔を形成することである。例えば、エキシマーレーザーを用いてアルミニウム及びＴＣＯ層の両方を除去して、所望の寸法の孔を形成することができる。工程８においては、窒化ケイ素絶縁体の層を、アルミニウム層、及び工程７において形成された孔中に施す。窒化ケイ素層は、厚さ約１００ｎｍであり、約１５０℃の基板温度におけるマグネトロンスパッタリング、或いは約２５０℃の基板温度におけるＰＥＣＶＤを用いて施すことができる。窒化ケイ素は、堆積条件に依存して、１００ｎｍよりも若干厚く、例えば２００ｎｍに形成して、第１の電気接点と第２の電気接点との間の漏電又は短絡を防止することができる。この例においては窒化ケイ素を絶縁層として用いているが、例えば、オキシ窒化ケイ素又は酸化ケイ素のような他の材料を、絶縁層として本発明において用いることができる。工程９においては、例えばアルミニウムの第２の金属層を、窒化ケイ素の層に施して、第２の電気接点を形成する。アルミニウム層は、厚さ約１ミクロンであり、マグネトロンスパッタリングを用いて施すことができる。工程１０においては、例えばアルミニウムの第２の金属層を加工して、第２の金属層から、シリコンウエハの表面に、及び好ましくは表面中に伸長する点接点を形成する。かかる点接点は、例えば、第２の金属層上の、工程７において孔が形成された箇所の中心領域内の位置にレーザー光線を位置���めすることによって形成することができる。レーザー光線によって第２の接点層内の金属が加熱され、溶融した金属が、点接点の周りの窒化ケイ素絶縁材料の層を残して、窒化ケイ素の層（及び、工程７において形成された孔がウエハまで伸長していない場合には、全てのアモルファスシリコンの層）を貫通して、ウエハ中に溶融する。点接点は孔内に形成されるので、点接点の中心は、それに直接隣接する点接点の中心から約１００ミクロン〜約１ｍｍである。好ましくは、点接点の間隔は、太陽電池の直列抵抗を最小にし、太陽電池の特性を最大にするように調節される。更に、溶融アルミニウムの高い温度のために、かかる工程は、アルミニウムの一部がシリコンウエハ中に拡散して、アルミニウム金属がウエハと接触する箇所に隣接するウエハ内に裏面電場（ＢＳＦ）を形成するように行うことが好ましい。かかる点接点を形成するためにはレーザーを用いることが好ましいが、工程７において孔が形成された箇所の中心領域内に電子線又はイオンビームを局在化する、減圧下でのアルミニウム層の電子線又はイオンビーム衝撃のような他の方法を用いることができる。アルミニウムに代えて又はアルミニウムに加えて、電気接点を形成するためにここに記載する金属の１以上の他の金属を用いることができる。
【００３４】
点接点は、円形の水平断面形状を有する円筒形のシャフト又はカラムとして示されているが、かかる点接点は任意の好適な形状であることができることを理解すべきである。例えば、電気接点材料が充填された円形の孔の代わりに、かかる点接点は、半球状、或いは楕円若しくはより細長い断面形状を有するシャフト又はカラム、或いは任意の他の好適な幾何学的形状若しくはパターンであることができる。点接点の幅、例えば円筒状又はカラム形状の点接点の直径、又は楕円若しくはより細長い断面形状を有する点接点の幅は、約１００ミクロン以下、例えば約５〜約１００ミクロンであることができる。
【００３５】
図６は、点接点が不動態化されている、点接点を有する本発明の一態様にかかる太陽電池１の一部分の断面図を示す。即ち、点接点の金属部分とウエハの第２の表面との間に、一つ又は複数のパッシベーション層が存在する。図１における要素と同一の図６における太陽電池の要素には、同一の番号を付している。図６において示されるように、点接点５０とウエハ５との間に、層７０及び７５が存在する。更に、以下に説明するような、図６に示す太陽電池１を製造する方法のために、絶縁層５５と第２の電気接点４５との間に層８０及び８５が配置される。層８０及び８５は、少なくとも最初に堆積した際には、それぞれ、層７０及び７５と同一の組成を有する。例えば、点接点パッシベーション層７０は、ａ−Ｓｉ：Ｈ、ａ−Ｓｉ：Ｈと炭素との合金、ａ−Ｓｉ：Ｈと窒素との合金、ａ−Ｓｉ：Ｈと酸素との合金、水素化微結晶シリコン、又はａ−Ｓｉ：Ｈと水素化微結晶シリコンとの混合物の１以上を含むことができる。これは、好適には、場合によっては水素化微結晶シリコン合金が存在するａ−Ｓｉ：Ｈを含む。点接点パッシベーション層は、厚さ約３０ｎｍ以下、例えば厚さ約４〜約１０ｎｍであることができる。任意の好適な方法を用いて点接点パッシベーション層を形成することができる。好ましくは、これは、ウエハ５の第２の表面上に、それに直接接触して形成される。例えば、点接点パッシベーション層がａ−Ｓｉ：Ｈを含む場合には、これは、シラン中において、約２５０℃以下、例えば約１００〜約２００℃の温度で、ＰＥＣＶＤを用いて施すことができる。
【００３６】
図６に示すような本発明の太陽電池は、また、ウエハの導電型と同じ導電型を有する点接点ドープ半導体層を含み、かかる点接点ドープ半導体層７５は、点接点パッシベーション層７０と点接点５０との間の領域内に配置される。この点接点ドープ半導体層は、例えば、好適にドープされた、ａ−Ｓｉ：Ｈ、水素化微結晶シリコン、又はこれらの混合物のような任意の好適な材料を含むことができる。ウエハ５がｐ−型である場合には、点接点ドープ半導体層は、ｐ−型のａ−Ｓｉ：Ｈ、ｐ−型のａ−Ｓｉ：Ｈと炭素との合金、ｐ−型のａ−Ｓｉ：Ｈと窒素との合金、又はａ−Ｓｉ：Ｈと酸素との合金、或いはこれらの混合物を含むことができる。例えば、ホウ素をｐ−型ドーパント材料として用いることができる。かかるドーパントの全量は、ケイ素、合金材料及び存在するドーパントの合計量を基準として、約０．０１原子％〜約１．０原子％であることができる。かかる点接点ドープ半導体層は、厚さ約３０ｎｍ以下、例えば厚さ約１０〜約２０ｎｍであることができる。点接点ドープ半導体層７５は、任意の好適な方法を用いて形成することができる。層がｐ−型ａ−Ｓｉ：Ｈを含む場合には、これは、約２００℃の基板温度で、少量のジボランを含むシランの雰囲気中で、ＰＥＣＶＤを用いて施して、上記に記載の量のホウ素ドーパントが施された層を与えることができる。ウエハ５がｎ−型である場合には、点接点ドープ半導体層は、ｎ−型ａ−Ｓｉ：Ｈ、ａ−Ｓｉ：Ｈと炭素との合金、ａ−Ｓｉ：Ｈと窒素との合金、又はａ−Ｓｉ：Ｈと酸素との合金、或いはこれらの混合物を含むことができる。例えば、リンをｎ−型ドーパント材料として用いることができる。かかるドーパントの全量は、シリコン、合金材料及び存在するドーパントの合計量を基準として、約０．０１原子％〜約１．０原子％であることができる。かかる点接点ドープ半導体層は、厚さ約３０ｎｍ以下、例えば厚さ約１０〜約２０ｎｍであることができる。点接点ドープ半導体層７５は、任意の好適な方法を用いて形成することができる。層がｎ−型ａ−Ｓｉ：Ｈを含む場合には、これは、約２００℃の基板温度で、少量のホスフィンを含むシランの雰囲気中で、ＰＥＣＶＤを用いて施して、上記に記載の量のリンドーパントが施された層を与えることができる。
【００３７】
図６における太陽電池１は、例えば、絶縁層５５を堆積する工程の後に第２の工程を用いて第１の孔の中心領域内に第２の孔を形成することができる他は、図１の太陽電池１に関して記載したものと同じ方法で製造することができる。これらの第２の孔は、ウエハの表面が曝露されるように形成される。第２の孔は、任意の好適な方法によって、例えば、絶縁層５５を除去するのに十分なレーザー光線エネルギー密度のＮｄ−ＹＡＧレーザーを用いたレーザー切断によって形成することができる。点接点パッシベーション層７０は、上記に記載した方法によって第２の孔内に堆積し、また、絶縁層５５の全外表面上に堆積して、これにより層８０を形成することができる。点接点パッシベーション層７０を堆積した後に、点接点ドープ半導体層７５を上記に記載した１以上の方法によって堆積することができる。ここでも、かかる層は、第２の孔内の点接点パッシベーション層の上に堆積して層７５を形成し、また、絶縁層５５の全表面の上に堆積して、層８５を形成することができる。金属層４５、例えばアルミニウムを次に堆積して、第２の電気接点を形成する。金属層は、図１における層４５の堆積に関して上記したものと同じ１以上の方法によって堆積することができる。かかる金属層を堆積すると、これが、点接点パッシベーション層７０及び点接点ドープ半導体層７５を有する孔を充填し、太陽電池のための不動態化点接点が完成する。金属層４５は、厚さ約１ミクロン〜約２ミクロンであることができる。図６においては図示してないが、点接点５０の金属部分と点接点半導体層７５との間に、ＴＣＯの層を加えることができる。かかるＴＣＯ層は、例えば、酸化亜鉛、又は酸化スズ、酸化インジウムスズの１以上を含むことができる。ＴＣＯ層は、単一のＴＣＯ層を含むか又は２以上の層を含むかに拘わらず、約１２０ｎｍ以下、例えば約７０〜約１００ｎｍの厚さを有することができる。かかるＴＣＯ層は、任意の好適な方法を用いて、例えば、約１５０℃の基板温度で焼結ＺｎＯターゲットからＺｎＯをスパッタリングすることによって施すことができる。
【００３８】
図７は、電池の裏表面上に相互嵌合電気接点を有する本発明の他の態様にかかる太陽電池１００の裏面の平面図を示す。図７には、第１の電気接点１４０及び第２の電気接点１４１が示されている。以下により詳細に説明するように、１４０及び１４１は、相互嵌合構造を有する電気接点である。図７において示されるように、電気接点１４０及び１４１は、相互に嵌合した「指状」の形態で、それぞれの接点が、間隔１４４によって、他の接点から近接しているが離隔して、電気的に分離されるようになっている。上記に記載したように、電気的分離１４４は、好ましくは約３０ミクロン以下、例えば約５〜約２０ミクロンである。電気接点におけるそれぞれの「指状部」は、幅約１００ミクロン以下、例えば幅約２０〜約８０ミクロンであることができる。図７には、また、以下により詳細に説明するパッシベーション層１２５も示されている。図７は相互嵌合接点の単純化した図であることを理解すべきである。実際の太陽電池においては、好ましくは、用いる「指状部」の数は、ウエハの寸法に依存し、最適化された電池効率を達成するように選択される。而して、機能する電池における指状部の数は、好ましくは図７に示す指状部の数よりも数倍多く、好ましくは上記に記載した範囲と同じ幅及び間隔を有する。最適化された太陽電池特性のためには、ウエハの小数キャリア拡散距離は、間隔１４４、及び空間１４４に最も近接する指状部の幅の半分よりも大きくなければならない。これは、図７において、第２の接点（ベース接点）の指状部と第１の接点（エミッタ接点）の指状部との間の距離に、第１の接点の指状部の幅の半分の距離を加えた距離「ｘ」によってより明確に示されている。距離「ｘ」は、好ましくは、ウエハ１０５の拡散距離よりも小さい。
【００３９】
図８は、図７に示す太陽電池１００の一部分の三次元断面図である。これは、図７において「８」と示されているように見た部分である。ｐ−型ウエハ１０５の前表面又は受光表面は、テクスチャ線１１０によって示されているようにテクスチャ加工されている。ウエハ１０５は、前表面上に、二酸化ケイ素の層及び窒化ケイ素の層１２０で形成された第１のパッシベーション層１１５を有する。太陽電池１００は、水素化アモルファスシリコンを含む、ウエハ１０５に接触して配置された第２のパッシベーション層１２５を有する。第２のパッシベーション層１２５は、ｎ−型ａ−Ｓｉ：Ｈの層１３０と接触している。層１３０は、酸化亜鉛又は酸化インジウムスズを含むＴＣＯ層１３５と接触している。ＴＣＯ層１３５は、例えばアルミニウムを含む第１の金属層１４０に隣接して、それと接触して、且つその下側に配置されている。而して、アルミニウム金属層１４０がＴＣＯ層１３５と一緒になって、太陽電池１１０の裏側上に第１の電気接点を形成する。図１００には、また、ｐ−型ａ−Ｓｉ：Ｈを含む層１３１及び例えば酸化スズ若しくは酸化インジウムスズを含むＴＣＯ層１３７を含む第２の電気接点１４１が示されている。ここでは、層１１５、１２０、１２５、１３０、１３１、１３５、１３７、１４０、１４１が記載されているが、これらは、本発明の他の態様に関して上記に記載した対応する層に関して記載したように、他の材料を含み、また製造することができることを理解すべきである。例えば、これらは、図１〜４に示す太陽電池に関して記載した対応する層の組成及び寸法を有することができる。特に、層１１５はａ−Ｓｉ：Ｈを含むことができ、ａ−Ｓｉ：Ｈのこの層中に炭素を含ませる場合には、炭素の量は、ａ−Ｓｉ：Ｈにおける炭素の量が、ウエハに隣接する領域においては最小、例えば炭素を含有しない状態であり、ウエハとａ−Ｓｉ：Ｈ層との境界から最も離隔した領域においては最大、例えば約１５、２０又は２５原子％（層中のケイ素及び炭素原子の合計量を基準）となるように、傾斜分布させることができる。ホウ素を層中に含ませる場合には、ホウ素濃度は、最大ホウ素濃度が約１原子％（層中のケイ素、ホウ素及び存在する場合には炭素の合計量基準）となるように、同じように傾斜分布させることができる。
【００４０】
図７及び８において示す太陽電池は、上記に記載の１以上のテクスチャ加工法を用いてウエハをテクスチャ加工することによって製造することができる。層１１５及び１２０は、ＰＥＣＶＤによって堆積することができる。例えば、上記記載のように炭素が傾斜分布している炭素を含むａ−Ｓｉ：Ｈを含む層１１５は、約１５０〜約３００℃の基板温度で、シラン及び水素中においてプラズマを用いて堆積して、ガス混合物中のメタン及び所望の場合にはホウ素の量を徐々に上昇させて、層中の炭素及び／又はホウ素の所望の傾斜分布を達成することができる。ウエハがｎ−型結晶シリコンウエハである場合には、ホスフィン又は他のリン源或いは他のｎ−ドーパントをシランガス供給流中において用いて、炭素又はホウ素の代わりにリン又は他のｎ−型ドーパントを含む傾斜分布ａ−Ｓｉ：Ｈ層１１５を形成することができる。リン又は他のｎ−型ドーパントの傾斜分布の程度は、ホウ素に関するものと同一であることができる。裏面接点（バックコンタクト）の形成においては、例えばＰＥＣＶＤを用いて、例えば約１５０〜約２５０℃の基板温度において、例えばａ−Ｓｉ：Ｈを含む第２のパッシベーション層１２５をウエハの全裏表面の上に施すことができる。層１２５を堆積した後、例えば約１５０〜約２５０℃の温度において、例えばｎ−型ａ−Ｓｉ：Ｈを含む層１３０を、ウエハの全裏表面の上に施すことができる。次に、例えば酸化亜鉛又は酸化インジウムスズを含むＣＴＯ層１３５を、例えばスパッタリングによって堆積する。次に、例えばアルミニウムを含む金属層１４０を、例えばスパッタリングによって堆積する。次の工程は、相互嵌合接点のための間隔１４４を形成することである。これは、間隔１４４のために、図７に示されるパターンのような所望のパターンで層１２５、１３０、１３５及び１４０を除去することによって行うことができる。かかる層は、例えばマスキング及び化学エッチングのような任意の好適な方法によって除去することができる。しかしながら、好ましい方法は、高速走査レーザーのようなレーザーを用いて、層を所望のパターンで除去することである。たとえば、二逓倍周波数Ｎｄ−Ｙａｇレーザー（frequency-doubled Nd-Yag laser）を用いて、堆積した層を適当な領域で除去することができる。好ましくは、レーザーは、ウエハ１０５の表面に損傷を与えることなく、層１２５、１３０、１３５及び１４０を所望のパターンで除去しなければならない。かかるレーザー切断工程の後に、曝露されたウエハの表面を、水素プラズマ放電によって処理して、レーザーによってウエハ表面に引き起こされた可能性のある損傷を改善又は修復することができる。
【００４１】
層を除去するこのような工程の後に、例えばａ−Ｓｉ：Ｈの層１２５を加え、次に例えばｐ−型ａ−Ｓｉ：Ｈを含むことのできる層１３１を加え、次に例えば酸化インジウムスズ又は酸化亜鉛を含むＴＣＯ層１３７を加え、次に、例えばアルミニウムを含む金属層１４１を加える。これらの層は、層１２５、１３０、１３５及び１４０を除去するために用いたレーザー切断或いは他の方法によって前段の工程において形成された空間を充填する。ａ−Ｓｉ：Ｈの層１２５及び層１３１及び１３７は、また、層１４０の頂部上にも形成される。しかしながら、金属層１４１を施すと、これは、アモルファスシリコン層ａ−Ｓｉ：Ｈ及びｐ−型ａ−Ｓｉ：Ｈと反応して、導電性の共晶を形成する。
【００４２】
相互嵌合裏面接点を完成させるために、層１４０と１４１の間にギャップ又は間隔１４４を形成する。このギャップ又は間隔は、任意の好適な方法によって形成することができる。しかしながら、好ましい方法は、レーザーを用いて１４０と１４１との間の層を除去することである。例えば、二逓倍周波数Ｎｄ−Ｙａｇレーザー（frequency-doubled Nd-Yag laser）を用いて、適当な領域内の堆積層を除去することができる。場合によって用いる工程においては、ギャップ又は間隔を形成した後に、ウエハの裏表面を処理して、層１２５を形成するのに用いた１以上の材料を含むパッシベーション層を形成する。かかるパッシベーション層によって、ギャップ又は間隔１４４を形成するのに用いた工程によって曝露されたウエハの部分が不動態化される。かかる層は、図８には図示していない。これは、層１２５に関して記載したものと同等の厚さを有することができ、上記に記載したように、同一の組成を有することができる。
【００４３】
図９は、電池の裏表面上に相互嵌合電気接点を有する本発明の他の態様にかかる太陽電池２００の裏面の平面図を示す。しかしながら、この態様においては、図９において２４１として示される接点である電池の裏表面上の一つの接点は、アルミニウムのような金属を含み、これは、例えば、最初にアルミニウム含有ペーストとして堆積し、続いて示されるような所望の指状パターンのアルミニウム接点を形成するのに十分な温度及び時間、ペーストを加熱処理することができる。ここでも、図７と同様、図９は、簡単にするために数個の「指状部」しか示していない。実際の電池は、所望の間隔及び最大の電荷収集能力を達成するために多数の指状部を有するであろう。図９においては、また、他の電気接点２４０及びａ−Ｓｉ：Ｈ層２２５が示されている。接点２４０及び２４１は、図７において示される電池に関して上記に記載したように、間隔又はギャップ２４４によって分離された相互嵌合パターンを形成する。かかる指状部の間隔及び幅は、図７及び８に関して上記に記載したものと同様であることができる。
【００４４】
図１０は、図９において示す太陽電池２００の一部分の三次元断面図である。これは、図９において１０として示されるように見た部分である。ウエハ２０５の前表面又は受光表面は、テクスチャ線２１０によって示されるようにテクスチャ加工されている。例えばｐ−型の導電型を有するウエハ２０５は、前表面上に、例えば二酸化ケイ素の層及び窒化ケイ素の層２２０を含む第１のパッシベーション層２１５を有する。太陽電池２００は、例えば水素化アモルファスシリコンを含み、ウエハ２０５と接触して配置されている第２のパッシベーション層２２５を有する。第２のパッシベーション層２２５は、ｎ−型ａ−Ｓｉ：Ｈを含む層２３０と接触している。層２３０は、例えば酸化亜鉛又は酸化インジウムスズを含むＴＣＯ層２３５と接触している。ＴＣＯ層２３５は、例えばアルミニウムを含む第１の金属層２４０に隣接してこれと接触してその下側に配置されている。而して、金属層２４０は、ＴＣＯ層２３５と一緒になって、太陽電池２１０の裏側上に第１の電気接点を形成する。図２００においては、また、上記記載のようにしてウエハ２０５に施すことができる、例えばアルミニウムを含む第２の電気接点２４１も示されている。層２１５、２２０、２２５、２３０、２３５、２４０及び２４１は、本発明の他の態様に関して上記に記載した対応する層に関して記載したような材料を含み、そのように製造することができる。例えば、それらは、図１〜４において示される太陽電池に関して記載した対応する層の組成及び寸法を有することができる。特に、層２１５はａ−Ｓｉ：Ｈを含むことができ、ａ−Ｓｉ：Ｈの層中に炭素を含ませる場合には、炭素の量は、ａ−Ｓｉ：Ｈにおける炭素の量が、ウエハに隣接する領域においては最小、例えば炭素を含有しない状態であり、ウエハとａ−Ｓｉ：Ｈ層との境界から最も離隔した領域においては最大、例えば約１５、２０又は２５原子％（層中のケイ素及び炭素原子の合計量を基準）となるように、傾斜分布させることができる。ホウ素を層中に含ませる場合には、ホウ素濃度は、最大ホウ素濃度が約１原子％（層中のケイ素、及び存在する場合には炭素の合計量基準）となるように、同じように傾斜分布させることができる。電気接点２４０及び２４４は、図７及び８において示される電池に関して記載したような間隔及びギャップの寸法を有することができる。
【００４５】
図９及び１０に示す太陽電池は、層２２５、２３０、２３５及び２４０を、好ましくは金属接点２４１が形成された後に形成する他は、図７及び８において示される電池に関して上記に記載したものと同じ方法で製造することができる。次に、レーザーを用いて、層２２５、２３０、２３５及び２４０を所望のパターンで除去することによって間隔又はギャップ２４４を形成して、電気的に分離された相互嵌合接点２４０及び２４１を形成する。
【００４６】
本発明は、また、導電体層が少なくとも第３の層によって第２の層から分離されており、第３の層が好ましくは電気絶縁層である、半導体装置における金属層のような導電体層から第２の層への電気接触を形成する方法にも関する。例えば、第２の層は、本明細書に記載するような結晶又は多結晶シリコンウエハのようなウエハであることができ、電気絶縁層は、例えば窒化ケイ素、二酸化ケイ素又はオキシ窒化ケイ素の１以上の層であることができる。好ましくは、電気絶縁層は窒化ケイ素を含む。例えば、ａ−Ｓｉ：Ｈ、ａ−Ｓｉ：Ｈと炭素との合金、ａ−Ｓｉ：Ｈと窒素との合金、ａ−Ｓｉ：Ｈと酸素との合金、水素化微結晶シリコン、或いはａ−Ｓｉ：Ｈと水素化微結晶シリコンとの混合物、金属層、並びにｐ−又はｎ−ドープａ−Ｓｉ：Ｈの１以上のような他の層を存在させることができる。例えば本明細書において記載するような多結晶又は結晶シリコンウエハのようなウエハ上に、ａ−Ｓｉ：Ｈ、ａ−Ｓｉ：Ｈと炭素との合金、ａ−Ｓｉ：Ｈと窒素との合金、ａ−Ｓｉ：Ｈと酸素との合金、水素化微結晶シリコン、ａ−Ｓｉ：Ｈと水素化微結晶シリコンとの混合物、他の金属層、或いはｐ−又はｎ−ドープａ−Ｓｉ：Ｈの１以上のような１以上の層が存在している場合には、電気接点は、孔又は開口を形成するための任意の好適な手段を用いて一つ又は複数の層中に第１の孔又は開口を形成して、孔又は開口が好ましくは第２の層の表面まで伸長するようにすることを含む方法によって形成することができる。好ましくは、上記に記載したレーザーのようなレーザーを用いてかかる孔又は開口を形成する。例えば窒化ケイ素のような電気絶縁層を、例えば本明細書に記載した方法を用いて、最頂部の層上、及び第１の孔又は開口中に堆積する。接点を形成する方法は、二つの異なるプロセス手順のいずれかによって完了することができる。
【００４７】
一つの手順においては、第１の孔又は開口内の絶縁層を貫通して、好ましくは第２の層の表面まで伸長する第２の孔又は開口を、かかる孔又は開口を形成するための任意の好適な方法によって、好ましくは本明細書において記載したレーザーのようなレーザーを用いることによって、形成する。第２の孔又は開口は、第１の孔又は開口よりも小さな寸法であって、絶縁材料の層又は領域が第２の孔又は開口の内側表面の周りに残留するようになっている。金属層、例えば本明細書において記載する１以上の金属層のような導電層を、絶縁層の上及び第２の孔中に堆積し、それにより、導電層と第２の層との間の接触を形成する。
【００４８】
第１の手順を用いて上記に記載の方法によって行われる電気接点の形成は、第２の層としてシリコンウエハ、電気接点層とウエハとの間の層としてａ−Ｓｉ：Ｈ、及び絶縁層として窒化ケイ素を用いて、図１１において概略形態で示されている。図１１は、電気接点の断面図を示す。これは、導電層として金属を用いて記載されている。しかしながら、導電層は、他の導電材料を含むことができることを理解すべきである。
【００４９】
図１１Ａには、ａ−Ｓｉ：Ｈ層３２５がその上に堆積したウエハ３０５が示されている。図１１Ｂに示されるように、１以上の好適な方法によって、例えば層のレーザー切断によって、第１の孔３２７を層３２５内に形成する。その後、図１１Ｃに示されるように、電気絶縁材料、例えば窒化ケイ素の層３５５を、層３２５の上及び孔３２７中に堆積する。図１１Ｄに示されるように、第２の孔３２８を、層３５５内で、第１の孔３２７であった箇所の中心部分内に形成し、絶縁材料の層３５５が、孔３２８の外側領域上に残留するようにする。孔３２８の外側領域上のこの絶縁材料の層は、図１１Ｄにおいて３２９として示されている。第２の孔３２８は、第１の孔又は開口３２７よりも小さな寸法である。次の工程においては、図１１Ｅに示されるように、金属層のような導電層３７０を、絶縁層３５５の上に形成して、それによって孔３２８を充填し、且つ層３７０と層３０５との間の電気接触を形成し、これにより電気接点を完成させる。
【００５０】
他の手順においては、第２のプロセス手順を用いることができ、ここでは、図１１Ｃに示されるように構造体を形成した後に、金属層のような導電層を絶縁層３５５の上に堆積し、次に、レーザー又は上記に記載したような他の手段を用いて、孔３２７が配置されている領域の上の導電層を「加熱処理」し、この領域内の導電層を加熱及び液化して、孔３２７内の絶縁層３５５を貫通して溶融し、層３０５との電気接触が形成されるようにする。この加熱処理は、絶縁材料の層３５５が接点と層３２５との間に残留するように行われる。かかる層は、図１１Ｄにおいて３２９として示されている。
【００５１】
ここで他の層の上又はウエハの上に配置された層について言及すると、特に記載されていない限り、かかる層が、かかる他の層又はウエハの上に直接、それに接触して配置されることは、必ずしも重要ではない。他の材料の層は、かかる層の間、或いはかかる層とウエハとの間に存在させることができる。
【００５２】
本明細書において特に記載されていない限り、窒化ケイ素とは、ＰＥＣＶＤによって形成される水素化窒化ケイ素を意味する。ＰＥＣＶＤによって形成されるこのような窒化ケイ素は、Ｓｉ3Ｎ4に近似した化学量論を有する。リン又はホウ素、或いは窒素若しくは炭素のような他の元素のようなドーパントを用いるか又は用いないでａ−Ｓｉ：Ｈの層を堆積する方法は、当該技術において周知である。しかしながら、水素中のシランの混合物を用いて、ＰＥＣＶＤによってかかる層を堆積するための一般的な条件は、約１００℃〜約２５０℃の基板温度、及び約０．０５〜約５Ｔｏｒｒの圧力である。窒化ケイ素の層を堆積する方法もまた周知である。しかしながら、シランとアンモニアとの混合物を用いてＰＥＣＶＤによってかかる層を堆積するための一般的な条件は、約２００℃〜約４５０℃の基板温度、及び約０．０５〜約２Ｔｏｒｒの圧力である。
【００５３】
本発明の太陽電池は、光エネルギーを電気エネルギーに変換する高い効率を有する。好ましくは約１００〜約２５０ｃｍ2の面積を有する単結晶シリコンウエハを用いて製造された本発明の太陽電池は、少なくとも約２０％の効率を有することができ、約２３％以下又は少なくとも約２３％の効率を有することができる。本明細書において用いる、本発明方法によって製造される太陽電池の効率は、１０００Ｗ／ｍ2（平方メートルあたり１０００ワット）の照明を用いて２５℃においてＡＭ１．５Ｇの標準試験条件を用いて測定し、効率は光エネルギー入力量に対する電池の電気エネルギー出力であり、パーセントとして表す。
【００５４】
本発明の太陽電池を用いて、例えば、多数のかかる電池が、所望の配置で電気的に接続され、ガラス又は他の好適な材料の切片のような好適な支持基板の上又は間に載置されているモジュールを形成することができる。太陽電池からモジュールを製造する方法は、当該技術において周知である。
【００５５】
２００４年１０月２９日に出願の米国仮特許出願６０／６２３，４５２は、その記載の全てを参照として本明細書に包含する。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】図１は、点接点を有する本発明の一態様にかかる太陽電池の一部分の断面図である。
【図２】図２は、図１の太陽電池の一部分の平面図である。
【図３】図３は、点接点を有する本発明の一態様にかかる太陽電池の一部分の三次元図である。
【図４】図４は、点接点を有する本発明の一態様にかかる太陽電池の一部分の三次元図である。
【図５】図５は、本発明の一態様にかかる方法のブロック図である。
【図６】図６は、点接点を有する本発明の一態様にかかる太陽電池の一部分の断面図である。
【図７】図７は、相互嵌合裏面接点を有する本発明の一態様にかかる太陽電池の平面図である。
【図８】図８は、図７の太陽電池の一部分の三次元図である。
【図９】図９は、相互嵌合裏面接点を有する本発明の一態様にかかる太陽電池の平面図である。
【図１０】図１０は、図９の太陽電池の一部分の三次元図である。
【図１１】図１１は、本発明の一態様にかかる電気接点の三次元図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１１Ｄ】
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【図１１Ｅ】
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【国際調査報告】
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