(57)【要約】  本発明は、太陽電池の接触部の形成に関する。一形態によると、本発明による裏面くし型電極（ＩＢＣ）電池の設計では、くし型接合を形成するのに（他のデザインでは２回必要であるのに対し）１回のパターニングステップのみを必要とする。別の形態によると、裏面接触部構造は窒化ケイ素あるいは窒化したトンネル誘電体を含んでいる。これは拡散障壁として作用するので、トンネル誘電体の特性は高温プロセスステップの間も維持することができ、トンネル誘電体を通過してホウ素が拡散するのを防ぐことができる。また別の形態によると、裏面接触部を形成するためのプロセスにおいて、ディープ・ドライブイン拡散を必要としない。
2011517120.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面と裏面を有する基板と、
前記基板の前記裏面上に形成されたポリシリコン領域の第１の組に接続する第１の接触構造と、
前記基板の前記裏面上に形成されたポリシリコン領域の第２の組に接続する第２の接続構造を備え、前記第１・第２のポリシリコン領域は反対の導電型を有し、
前記第１・第２のポリシリコン領域と前記基板の間に挟まれるトンネル誘電体層を備える太陽電池。
【請求項２】
前記トンネル誘電体層は窒化層を含む請求項１記載の太陽電池。
【請求項３】
前記第１・第２の接触構造は互いにかみ合っている請求項１記載の太陽電池。
【請求項４】
前記基板の前面に形成されたパッシベーション誘電体を有する請求項１記載の太陽電池。
【請求項５】
前面と裏面を有する基板を準備し、
前記基板の前記裏面上に第１のポリシリコン層を堆積させ、
前記基板の前記裏面上に第２のポリシリコン層を堆積させ、前記第１・第２の堆積されたポリシリコン層は反対の導電型を有し、
前記第１・第２の堆積されたポリシリコン層に、前記基板の前記裏面上に第１・第２のポリシリコン領域をそれぞれ形成させるアニール処理を行うことを含む太陽電池を製造する方法。
【請求項６】
アニール処理ステップを行う前に、前記第１・第２のポリシリコン領域と前記基板の間にトンネル誘電体層を形成することを含み、前記トンネル誘電体層は前記ポリシリコン領域から前記基板まで拡散を防ぐ材料を含む請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記トンネル誘電体層は窒化層を含む請求項６記載の方法。
【請求項８】
前記第１のポリシリコン層を堆積するステップは、前記裏面にｐ型ポリシリコン材料の薄膜層を堆積させることを含み、前記第２のポリシリコン層を堆積するステップは、前記第１のポリシリコン層の上にｎ型ポリシリコン材料のラインをパターニングすることを含む請求項５記載の方法。
【請求項９】
前記第１のポリシリコン層を堆積するステップは、前記裏面にｐ型ポリシリコン材料のラインをパターニングすることを含み、前記第２のポリシリコン層を堆積するステップは、前記裏面と前記第１のポリシリコン層の上にｐ型ポリシリコン材料の層を堆積させ、前記第２のポリシリコン層内に前記第１のポリシリコン層に貫通する穴を開けることを含む請求項５記載の方法。
【請求項１０】
前記ｐ型ポリシリコン材料は、スピンオンガラス（ＳＯＧ）を含む請求項９記載の方法。
【請求項１１】
前記アニール処理ステップは、リフローアニール処理に続いてドライブインアニール処理を行うことを含む請求項９記載の方法。
【請求項１２】
前記ドライブインアニール処理と前記リフローアニール処理の両方が、同一のアニール処理を用いて実行される請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
前記第１・第２のポリシリコン領域に接触する第１・第２の接触構造をそれぞれ形成することを含む請求項５記載の方法。
【請求項１４】
前記第１・第２の接触構造がお互いにかみ合うように形成される請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
前記基板の前記前面上にパッシベーション誘電体を形成することを含む請求項５記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本出願は、２００８年４月９日に出願された米国仮出願第６１／０４３，６７２号に基づく優先権を主張し、その内容は全体的に参照によって本明細書に組み込まれる。
【発明の分野】
【０００２】
本発明は、太陽電池、特にポリシリコンエミッタ太陽電池用の裏面接触部全般に関する。 
【背景】
【０００３】
裏面くし型電極太陽電池は、高効率（＞２０％）を提供し、光を遮らない裏面に電極を配置しているので、いくつかのアプリケーションにおいて魅力的である。このような電池の商品例としては、ＳｕｎＰｏｗｅｒ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎによって提供されているＡ３００電池がある。この電池は、裏側にp型及びn型の領域を作る拡散層を形成するために、多くのパターニング工程と２つの拡散を必要とするので、高価である。本明細書で用いられている裏側あるいは裏面という語句は、太陽電池によって電力へ変換するための光を受け取る面と背中合わせの太陽電池面の慣用語を指している。
【０００４】
従って、特に拡散管よりもむしろ高速熱処理を利用して加熱工程が行われ得る場合、パターニング及び拡散工程がより少ないプロセスは興味深い。ロード・アンロードの際に、薄い電池がたやすく破損してしまい、またプロセスが遅いので、拡散管はより魅力的ではない。
【０００５】
ディープ拡散層を除去するために、ポリシリコンエミッタ（ＰＥ）構造を利用することが考えられてきた。ＰＥ電池は１９８０年代初頭に平面デバイスとして実証され、それに関する特許文献もいくつか存在する。例えば、米国特許出願公開第２００６−０２５６７２８号には、二酸化ケイ素のトンネル酸化膜を用いて、ｎ型及びｐ型ドープ層を形成するために２回のパターニング工程を必要とする構造が記載されている。二酸化ケイ素はホウ素拡散の障壁とはならないので、この構造は高温焼成の無い、蒸着直後の層を利用するだけである。ポリシリコンのシート抵抗を許容レベルまで減らすために、焼成がしばしば必要とされるので、これは不利である。
【０００６】
初期のデバイスには、前述の特許出願と類似した構造が記載されている米国特許第５，０５７，４３９号が含まれているが、二酸化ケイ素のトンネル層を通過して打ち込むために高温工程の利用を要求しているので、従来接合を形成している。
【０００７】
従って、従来技術の問題点を克服する、太陽電池用のすべての裏面電極を形成する方法に対する技術が必要とされている。
【概要】
【０００８】
本発明は、太陽電池用接触部及びそれらの製造方法に関する。一形態によると、本発明による裏面くし型電極（ＩＢＣ）電池の設計では、くし型接合を形成するのに（他のデザインでは２回必要であるのに対し）１回のパターニングステップのみを必要とする。別の形態によると、裏面接触部構造は窒化ケイ素あるいは窒化したトンネル誘電体を含んでいる。これは拡散障壁として作用するので、トンネル誘電体の特性は高温プロセスステップの間も維持することができ、トンネル誘電体を通過してホウ素が拡散するのを防ぐことができる。また別の形態によると、裏面接触部を形成するためのプロセスにおいて、ディープ・ドライブイン拡散を必要としない。
【０００９】
これら及び他の形態を促進する上で、本発明の実施形態による太陽電池は、表面と裏面を有する基板と、前記基板の前記裏面上に形成されたポリシリコン領域の第１の組に接続する第１の接触構造と、前記基板の前記裏面上に形成されたポリシリコン領域の第２の組に接続する第２の接触構造と、前記第１・第２のポリシリコン領域が反対の導電型を有し、前記第１・第２のポリシリコン領域と前記基板の間に挟まれるトンネル誘電体層を備える。
【００１０】
これら及び他の形態を促進する上で、本発明の実施形態による太陽電池を製造する方法は、前面と裏面を有する基板を準備し、前記基板の前記裏面上に第１のポリシリコン層を堆積させ、前記基板の前記裏面上に第２のポリシリコン層を堆積させ、前記第１・第２の堆積されたポリシリコン層は反対の導電型を有し、前記第１・第２の堆積されたポリシリコン層に、前記基板の前記裏面上に第１・第２のポリシリコン領域をそれぞれ形成させるアニール処理を行うことを含む。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
本発明のこれら及び他の形態と構成は、本発明の以下の具体的な実施形態の説明を添付図面と共に見ることによって、当業者にとって明らかとなる。
【００１２】
【図１Ａ】〜
【図１Ｂ】本発明による裏面接触部をもつ太陽電池構造の２つの実施形態を示す図である。
【図１Ｃ】図１Ａ及び図１Ｂの実施形態において実施され得る裏側の金属化を示す図である。
【図２Ａ】〜
【図２Ｂ】図１Ａ及び図１Ｂの構造に対するプロセスフローである。
【詳細な説明】
【００１３】
本発明は、当業者が本発明を実施できるように本発明の例示的実施形態として提供される図面を参照して、詳細をここに記載する。特に、以下の図面及び例は、本発明の範囲を１つの実施形態に限定しないことを意味しており、他の実施形態も記述あるいは図示された要素のいくつかあるいは全てを置き換えることによって可能である。更に、本発明のある要素が部分的にあるいは完全に既知の構成要素を用いて実行可能であるとき、本発明を不明瞭にしないために、本発明を理解する上で必要なそのような既知の構成要素の一部だけを記述し、そのような既知の構成要素の他の部分の詳細な記述は省略する。明示的に別段の定めがある場合を除いて、本明細書内において、単一の構成要素を示している実施形態は、範囲を制限していると考えるべきではなく、むしろ本発明は同じ構成要素を複数含んでいる他の実施形態を包含することを意図しており、逆もまた同じである。更に、本明細書あるいは特許請求の範囲内におけるいかなる用語も、明瞭に記載されていない限り、一般的でないあるいは特殊な意味であることを出願人は意図していない。更に、本発明は現在及び将来において知られる、実例としてここで言及されている既知の構成要素と均等物を包含している。
【００１４】
特に、本発明者は窒化ケイ素あるいは窒化トンネル誘電体の利用が拡散障壁として作用することを認識しており、そのためトンネル誘電体の特性が高温プロセス工程の間も維持でき、またトンネル誘電体を通過してホウ素が拡散するのを防ぐことができる。このような技術の例は、同時係属中の米国特許出願（ＡＭ−１３３０６）に記載されており、その内容はそれら全体で参照として本明細書に組み込まれる。
【００１５】
図１Ａ，１Ｂは、本発明の実施形態による太陽電池の２つの例を示している。図１Ａの例はより単純ではあるが、ｎ型ポリ（基板１０２がｎ型シリコンと仮定すると、ｐ型基板に対してはドーピングが逆になる）の電極に対して比較的狭い線幅が要求される。この実施形態のプロセスフローを図２Ａに示す。図１Ｂの実施形態は同数のパターニング工程をもつが、より幅広い電極ラインの利用を可能にするために、リフローアニール処理を追加して使用する。この実施形態のプロセスフローを図２Ｂに示す。
【００１６】
図１Ｃは、モジュールの裏面電極面の上面からみた裏面電極１１０のラインを示しており、またｎ型とｐ型ポリに接続するこれらのライン１１０が、どのようにして互いに組み合っているかを図解している。この例において、電極ライン１１０は太陽電池の最も長い寸法に関しては縦に走っており、ｎ型とｐ型の電極は互いに並行かつ互い違いに走っている。更に示されているように、ｎ型とｐ型の電極ラインは双方とも共通のそれぞれのバス構造に接続されている。本開示によって教示された後に、当業者はこのような電極構造に精通し、本発明に関連する電極構造を実行する方法を理解するであろう。更に、図１Ａ，１Ｂの構造の詳細は、以下のプロセスフローの記述から更に明白になるであろう。
【００１７】
図２Ａ，２Ｂのプロセスフローに関連して、双方の実施形態において、電池の前側はステップＳ２０２／Ｓ２５２で構造を作り、二酸化ケイ素あるいはトンネル酸化膜やポリシリコンなどのパッシベーション誘電体コーティングがステップＳ２０４／Ｓ２５４で適用される。このようなパッシベーション手法は技術的にはよく知られている。典型的には、Ｓｉ３Ｎ４の７８ｎｍなどの反射防止コーティングが、その後追加される（図示せず）。
【００１８】
その後、裏側の処理が始まる。図２Ａの実施形態では、トンネル誘電体１０４がステップＳ２０６の中で次に形成される。ホウ素拡散を防止するのが望ましいので、ここには窒化層を、典型的には８−１２Åの厚みで設ける。この層を形成するための多くの方法が利用でき、例えばＭＯＳ  ＩＣを作る際にこのような層を形成するための方法が利用できる。その後、ｐ型ポリシリコン層１０６がステップＳ２０８で堆積される。この層のドーピングは、ホウ素がおよそ１−２×１０１９／ｃｍ３である。この層１０６は厚みがおよそ５００−２０００Åである。その後、ステップＳ２１０において、スクリーン印刷あるいはインクジェットを用いて、燐酸のようなｎ型燐ドーピングペーストがライン中に適用される。これらの領域の幅は、１ｍｍのオーダーにある少数キャリアの拡散長よりも小さくなければならない。ｎ型ドープ領域１０８をｐ型ドープ領域１０６にかみ合うように形成して燐中で動作させるために、１０００℃で３０秒間のオーダーの高速熱アニール処理がステップＳ２１２で利用される。その後、ステップＳ２１４で従来手法を用いて接触部１１０がパターニングされ形成される。
【００１９】
図２Ｂの実施形態におけるプロセスフローが、ステップＳ２５６において図２Ａの実施形態のフローに続く。ただし、例えばステップＳ２１０においてこれらと同様な技術を用いてｎ型ポリ１０８がステップＳ２５８で堆積されることを除く。その後、ホウ素のドーパントを含む塗布ガラス（スピンオンガラス、ＳＯＧ）が、ステップＳ２６０において裏面に適用される。ステップＳ２６２においてｐ型ＳＯＧ内に穴が開けられ、これはｎ型を保つ領域１０８を画定する。ステップＳ２６４においてｐ型ドープ領域１０６を形成してホウ素中で動作させるために、ＳＯＧは１０００℃で３０秒間、アニール処理される。より低温における第２のアニール処理がステップＳ２６６において選択的に利用されてもよく、これによってガラスがドーピングされたエッジ部を超えて広がるようにガラスを横方向へ流すことができ、短絡を最小限に抑えることができる。実際、このアニール処理は１回目と同じシステムで温度を下げて行われる。最後に、接触部１１０がステップＳ２６８において従来手法を用いてパターニングされ形成される。
【００２０】
本発明はその特に好ましい実施形態に関して記述してきたが、本発明の趣旨及び範囲を逸脱することなく、その形式や詳細において変更や修正がなされてもよいことは、当業者にとっては直ちに理解できる。添付の特許請求の範囲はそのような変更や修正を包含していることが意図される。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
2011517120.tif 000005
【国際調査報告】
2011517120.tif 000006
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