(57)【要約】  本発明は単結晶ｎ型シリコン太陽電池の製造方法に関する。この太陽電池は、背面側の、パッシベーションされたｐ＋型エミッタ（１１）と、背面側の、空間的に別個にされた、表面近傍の高ドープされたｎ＋＋型ベース領域（１２）と、インターデジタル型の背面コンタクトフィンガー構造体（２６ａ，ｂ）とを有しており、当該背面コンタクトフィンガー構造体はそれぞれ、前記ｐ＋型エミッタ領域とｎ＋＋型ベース領域と導電性に接続されている。本発明では、前記ｎ型シリコンウェハの背面に、アルミニウム薄膜またはアルミニウム含有薄膜が析出され、次に、後のベースコンタクト領域内に開口部が設けられるように当該薄膜が構造化される。さらなるプロセスステップにおいて、前記アルミニウムがｎ型シリコンウェハ内に内方拡散され、構造化されたエミッタ層が形成される。
2011512661.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単結晶ｎ型シリコン太陽電池の製造方法であって、
当該太陽電池は、
背面側のｐ＋型エミッタと、
背面側の、空間的に別個にされた、表面近傍の高ドープされたｎ＋＋型ベース領域と、
インターデジタル型の背面コンタクトフィンガー構造体とを有しており、
当該背面コンタクトフィンガー構造体をそれぞれ、前記ｐ＋型エミッタ領域とｎ＋＋型ベース領域と導電性に接続させる形式の方法において、
前記ｎ型シリコンウェハの背面に、アルミニウム薄膜またはアルミニウム含有薄膜を析出し、次に、後のベースドーピング部に開口部が設けられるように当該薄膜を構造化し、
さらなるプロセスステップにおいて、アルミニウムを前記ｎ型シリコンウェハ内に内方拡散して、構造化されたエミッタ層を形成する、
ことを特徴とする、単結晶ｎ型シリコン太陽電池の製造方法。
【請求項２】
前記アルミニウム薄膜を、蒸着プロセスまたはスパッタプロセスによって析出する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記析出されたアルミニウム薄膜の構造化を、選択的なエッチングによってストリップ状に行う、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
ドライエッチングを金属シャドーマスクによって行う、請求項３記載の方法。
【請求項５】
ドライエッチングを有機マスクによって行う、請求項３記載の方法。
【請求項６】
前記エッチングステップをウェットケミカル方式で、有機インクマスクを用いて行う、請求項３記載の方法。
【請求項７】
前記選択的なエッチングを、エッチングペーストの局部的な印刷によって行う、請求項３記載の方法。
【請求項８】
前記アルミニウム拡散ステップの終了後に、存在する薄膜の残りを除去する、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
【請求項９】
前記構造化されたエミッタ層の全面を誘電性保護層によって覆い、後のベースコンタクト領域において当該保護層に開口部を設ける、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１０】
後にベースコンタクトになる領域における前記開口部をエッチングマスクによって形成する、請求項９記載の方法。
【請求項１１】
前記シリコンウェハをテクスチャライズする、請求項９または１０記載の方法。
【請求項１２】
前記テクスチャライズを、ウェハ前面および前記誘電性保護層内の開口部の領域において行う、請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
前記開口部をストリップ状マスクを介して形成し、当該形成された開口部の幅は、ウェハ内のアルミニウムを含有していないストリップ状領域の幅よりも狭い、請求項１０記載の方法。
【請求項１４】
表面近傍の高ドープされたｎ＋＋型ＢＳＦベース領域を形成するために、前記誘電性保護層内の開口部の領域において、燐が多く含有された材料による被覆を行う、請求項１２記載の方法。
【請求項１５】
前記被覆を、シルクスクリーン印刷またはステンシル印刷、インク噴射等の方法によって局部的な貯蔵部内にペーストを被着することによって行う、請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
前記被着されたペーストに乾燥ステップを施す、請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
前記ＢＳＦドーピング材料を、１つの段階または複数の段階の熱処理ステップにおいて内方拡散する、請求項１４記載の方法。
【請求項１８】
エミッタドーパントとしての前記アルミニウムの内方拡散と前記ＢＳＦドーピング材料の内方拡散を、１つの共通の処理ステップにおいて行う、請求項１および１７記載の方法。
【請求項１９】
燐含有雰囲気、殊にＰＯＣｌ３雰囲気においてさらなる熱処理を行い、前記ウェハ前面に、平坦な燐拡散層（ＦＳＦ−Front Surface Field（前面表面場））を、処理温度および処理時間によって調整可能な層抵抗を伴って形成する、請求項１７または１８記載の方法。
【請求項２０】
エッチング槽を介して、ドーピング材料の残り、生成された燐−ケイ酸ガラス、絶縁層の残り並びに生成されたＡｌＳｉ共融混合物層材料を除去し、前記エミッタ領域、前記ＢＳＦ領域および場合によっては存在する前記前面側のｎ＋型ＦＳＦ層を露出させる、請求項１８または１９記載の方法。
【請求項２１】
前記ウェハを少なくとも１つのパッシベーション層によって覆う、請求項２０記載の方法。
【請求項２２】
前記ウェハ背面を局部的に、前記エミッタ領域上およびＢＳＦ領域上で、局部的なコンタクト箇所を形成するために前記パッシベーション層から開放する、請求項２１記載の方法。
【請求項２３】
前記ウェハ背面全体を、導電性層、殊にアルミニウム層によって覆う、請求項２２記載の方法。
【請求項２４】
前記導電性層を、インターデジタル型コンタクトフィンガーを形成するために構造化する、請求項２３記載の方法。
【請求項２５】
請求項１から２４のいずれか１項または複数項記載の方法に従って製造された太陽電池。
【請求項２６】
請求項１から２４のいずれか１項または複数項に従って製造された太陽電池であって、
前記ウェハ背面上の前記ｎ＋＋型ベース領域は前記ｐ＋型エミッタ領域に対してラテラル方向の間隔を有しており、少なくとも前記ｎ＋＋型ベース領域は、前記基礎ウェハのｎベース濃度を下回るエミッタドーピング材料濃度を有している、
ことを特徴とする太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念に記載された単結晶ｎ型シリコン太陽電池の製造方法に関する。ここでこの太陽電池は、背面側のｐ＋型エミッタと、背面側の、空間的に別個にされた、表面近傍の高ドープされたｎ＋＋型ベース領域と、インターデジタル型の背面コンタクトフィンガー構造体とを有している。この背面フィンガー構造体はそれぞれ、ｐ＋型エミッタ領域とｎ＋＋型ベース領域と導電性に接続されている。本発明はさらに、本願の方法に従って製造された太陽電池に関する。
【０００２】
単結晶ｎ型シリコンウェハ上の背面コンタクト型太陽電池は種々の太陽電池製造業者によって数年前から開発されており、その一部は既に市場で入手可能である。
【０００３】
ここでは例えばいわゆる、SunPower社のＡ３００電池が挙げられる。これに関しては W.D. Mulligan, D.H. Rose, M.J. Cudzinovic, D.M. DeCeuster, K.R. McIntosh, D.D. Smith, R.M. Swanson著の「Manufacture of solar cells with 21% efficieny（the 19th European Photovoltaic Solar Energy Conferenceの会報、パリ、フランス（２００４年））」を参照されたい。Ａ３００電池はいわゆるInterdigitated Back Contact Zelle (IBC)であり、エミッタストリップもＢＳＦストリップ（Back Surface Field）ないしベースコンタクトストリップもセル背面に配置されており、相互に噛み合っている２つのフォーク状構造のように構成される。
【０００４】
この表面上で相互に隣接しているｎ型ドーピングされた半導体領域とｐ型ドーピングされた半導体領域との必要な電気的分離は種々の方法で解消される。従って、これら２つの領域を異なる高さに設けることが可能であり、これはレーザ切除によって、背面表面に析出された酸化シリコンを、ベースコンタクトとして設けられた領域を中心に除去することによって行われる（P. Engelhardt, N.-P. Harder, T. Neubert, H. Plagwitz, B. Fischer, R. Meyer およびR. Brendel著「Laser Processing of 22% Efficient Back-Contated Silicon Solar Cells（21st European Photovoltaic Solar Energy Conference, ドレスデン, ２００６年, 第１頁）」）。
【０００５】
ウェットケミカルエッチングによって、このレーザプロセスによって生じた表面損傷ならびに約２０μｍのシリコンが除去された後に、標準のＰＯＣｌ３プロセスによって、燐によるエミッタドーピングが、背面の深くに位置する領域において、前面において、およびフロントエミッタと背面エミッタとの間の接続ホールにおいて同時に行われる。
【０００６】
次に２つの領域の金属化が、唯一のアルミニウム蒸着ステップによって行われる。こここでこれらのコンタクト領域は、形成されたほぼ垂直な段階構造で薄い金属層を剥がすことによって、半導体表面において相互に電気的に分断される。
【０００７】
パッシベーションされたエミッタを製造するための技術および、２つの半導体領域、すなわちベースおよびエミッタに対する局部的な点状のコンタクトを製造する技術も知られており、文献に開示されている（R.A. Sinton, Y. Kwark, R.M. Swanson著「Recombination Mechanisms in Silicon Solar Cells（14th Project Integration Meeting, Photovoltaic Concentrator Technology Project, １９８６年６月, 第１１７〜１２５頁）」を参照）。
【０００８】
パッシベーション層の局部的な開口部がレーザによって設けられることが増えている。これは同時に半導体領域とその上に位置する金属性の電流経路との間の絶縁部である。一方ではここで、上述したレーザ除去が使用され、これによって絶縁層のみが局部的に除去される。他方ではいわゆるレーザファイヤ接触方法（Laser Fired Contacts方法（LFC））が使用される。ここではレーザ閃光によって、蒸着されたまたはスパッタリングされたアルミニウム層が、絶縁層を通って動かされる。これによって、その下に位置する半導体領域とのコンタクトが可能になる。
【０００９】
ＤＥ６９６３１８１５Ｔ２号から、ｐ型エミッタ構造のための導体ベースとしてＡｌＳｉ共融混合物を使用することが知られている。このＡｌＳｉ共融混合物はアルミニウムの拡散後に、事前に内方拡散された背面のｎ＋層を通ってシリコンにおいて表面に生じる。このソリューションではさらにアルミニウムペーストが酸化物窓を通じて、ｎ型ベース領域上でシルクスクリーン印刷される。このようなソリューションの欠点は、アルミニウムドーピングおよびアルミニウムエミッタの接触接続が１つのステップにおいて、すなわち大きい面積で行われなければならない、ということである。従って、エミッタの面積と金属コンタクト化部の面積は等しい。従って、局部的なコンタクトを備えたエミッタのパッシベーションを行うことは出来ない。この結果、表面再結合速度が速くなり、効率は比較的低くなる。
【００１０】
局部的なコンタクトを製造するためのレーザ除去もＬＦＣ方法も、これらの方法が連続的な性質を有しているという欠点を有している。すなわち、各ウェハに対して個々に、穿孔が順次製造されなければならない。
【００１１】
従って、本発明の課題は、背面側の、パッシベーションされたｐ＋型エミッタと、空間的に別個にされた、表面近傍の高ドープされたｎ＋＋型ベース領域と、インターデジタル型背面コンタクトフィンガー構造体とを有している単結晶ｎ型シリコン太陽電池を製造するための、さらに発展した方法を提供することである。ここでこの方法は高い生産性を可能にし、従来技術の問題を回避する。
【００１２】
さらに、技術的なステップ、殊に製造プロセスにおいて時間のかかる技術的なステップを１つにまとめることが可能であり、これによってさらなる生産性の向上が保証される。
【００１３】
さらに、マイクロエレクトロニクスチップ製造からのウェハ処理技術を開発することが重要である。このような技術は例えば、太陽電池を製造するためのそれぞれ異なるハロゲンプラズマ並びにインクジェットによるアルミニウムおよび酸化物のスパッタ、蒸着、ＣＶＤ、マスキングされたドライエッチング等である。
【００１４】
本発明の上述した課題は、方法に関しては、請求項１記載の教示によって解決され、太陽電池に関しては、請求項２６に従った特徴の組み合わせによる構成要件によって解決される。ここで、従属請求項は少なくとも合理的な構成および発展形態をあらわしている。
【００１５】
本発明では、背面側の、局部的に拡散され、パッシベーションされたアルミニウムエミッタが製造される。さらに、ｎ型シリコンを背面側および前面側の表面近傍ｎ型ベース領域において、両面同時に、かつ局部的にｎ＋型ドーピングすることが可能である。本発明では、構成されるべきエミッタおよびＢＳＦ領域ないしＦＳＦ領域に対する拡散ステップは、１つの共通の熱処理ステップにおいて行われる。このステップは、選択されたエミッタドーピング材料であるアルミニウムおよび選択されたＢＳＦ／ＦＳＦドーパントである燐の拡散のために行われる。
【００１６】
ウェハが、エミッタドーピングに対するアルミニウム含有基礎層の被着前および構造化前に既に、１つの面でテクスチャライズされていてよい。しかし同じように、ウェハのテクスチャライズを、アルミニウムの析出後および耐エッチング性酸化物を背面上に積層した後にはじめて行ってもよい。従って、エミッタひいては背面の大部分はテクスチャライズされないままである。
【００１７】
その他の点において本発明はさらに、例えば背面コンタクト型太陽電池が完成するまでのプロセスシーケンスを説明しているが、詳細には化学的なまたは電気メッキ的な増強を含めて、前面および背面のパッシベーション並びにコンタクト構造製造を含めて説明している。
【００１８】
本発明では、完成された太陽電池で実現される、エミッタドーピング材料とベースドーピング材料とのラテラル方向の分離、ひいては太陽電池に対する、電池製造の新たな技術も重要である。
【００１９】
本発明による方法の基礎は、アルミニウム薄膜またはアルミウム含有薄膜をｎ型シリコンウェハの背面上に析出すること、さらにこれに続いて、この薄膜を、後のベースコンタクト領域において開口部が設けられるように構造化することである。さらなるプロセスステップでは、次に、ｎ型シリコンウェハ内へのアルミニウムの内方拡散が、構造化されたエミッタ層を構成するために行われる。この後にアルミニウム層またはアルミニウム含有層が構造化され、その後、これ自体がウェハ内に内方拡散される。
【００２０】
上述したアルミニウム薄膜は、蒸着プロセスまたはスパッタリングプロセスによってウェハ上に析出され得る。
【００２１】
析出されたアルミニウム薄膜の構造化は、ストリップ状に、有利にはエッチングを選択的に行うことによって行われる。ここでは金属シャドーマスクを介したドライエッチング方法が使用される。ここで有機マスクの使用も可能である。当然ながら、ウェットケミカルエッチングを行うことも可能である。ないしは、エッチングペーストを局部的に印刷することによって選択的なエッチングが行われる。
【００２２】
構造化されたエミッタ層はさらなるステップにおいて、全面で、誘電性保護層によって覆われる。さらにこの保護層は、後にベースドーピングされる領域において開口部が設けられる。これは同じように、エッチングないしはエッチングマスクを用いて実現される。
【００２３】
次に、シリコンウェハがテクスチャライズされる。ここでこのテクスチャライズは、ウェハ前面および誘電性保護層内の開口領域において行われる。
【００２４】
これらの開口部はストリップ状マスクを介して形成される。ここで、形成されたこれらの開口部の幅は、ウェハ内の、アルミニウムが含まれていないストリップ状領域の幅よりも狭い。
【００２５】
誘電性保護層内の開口部の領域は、表面近傍の高ドープされたｎ＋＋ＢＳＦベース領域を形成するために、燐が多く含有された材料によって覆われる。
【００２６】
このような被覆は、シルクスクリーン印刷またはステンシル印刷を用いて、または局部的な貯蔵部におけるインク噴射によって、またはこのような方法によってペーストを被着することによって行われる。
【００２７】
被着されたペーストには必要であるならば、乾燥ステップが施される。
【００２８】
次にＢＳＦドーピング材料が１つの段階によるまたは複数の段階による熱処理ステップによって内方拡散される。
【００２９】
アルミニウムをエミッタドーパントとして内方拡散させることおよびＢＳＦドーピング材料を内方拡散させることを、１つの共通の処理ステップにおいて、特にプロセスを節約して行うことができる。
【００３０】
燐含有の、殊にＰＯＣｌ３雰囲気における別の熱処理を介して、ウェハ前面で、平坦な燐拡散層（ＦＳＦ−Front Surface Field（前面表面場））が、処理温度および処理時間によって調整可能な層抵抗を伴って形成される。
【００３１】
エッチング槽を介して、ドーピング材料の残り、生成された燐−ケイ酸ガラス、絶縁層の残りならびに生成されたＡｌＳｉ共融混合物層が除去される。従って、この場合には、エミッタ領域、ＢＳＦ領域および場合によって存在する前面のｎ＋ＦＳＦ構造は露出する。
【００３２】
次に、ウェハは、パッシベーション層、例えば酸化ケイ素層によって覆われる。次にウェハの背面が局部的に、エミッタ領域上およびＢＳＦ領域上で、パッシベーション層から解放される。次にウェハ背面が全体的に導電性層、殊にアルミニウム層によって覆われる。この導電性層はここで、インターデジタル形のコンタクトフィンガー構造体を形成するために用いられる。
【００３３】
短時間で行われるこの方法の結果、新たな種類の太陽電池が得られる。ここでウェハ背面上のｎ＋＋型ベース領域は、ｐ＋型エミッタ領域に対してラテラル方向の間隔を有しており、少なくともｎ＋＋型ベース領域は、基礎ウェハのｎベース濃度を下回る、エミッタドーピング材料の濃度を有している。
【００３４】
本発明を以下で、実施例に基づいて、個々のプロセスステップの概略的な図を用いてより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明による方法のステップをあらわしている図
【図２】本発明による方法のステップをあらわしている図
【図３】本発明による方法のステップをあらわしている図
【図４】本発明による方法のステップをあらわしている図
【図５】本発明による方法のステップをあらわしている図
【図６】本発明による方法のステップをあらわしている図
【図７】本発明による方法のステップをあらわしている図
【図８】本発明による方法のステップをあらわしている図
【図９】本発明による方法のステップをあらわしている図
【図１０】本発明による方法のステップをあらわしている図
【図１１】本発明による方法のステップをあらわしている図
【図１２】本発明による方法のステップをあらわしている図
【図１３】本発明による方法のステップをあらわしている図
【図１４】本発明による方法のステップをあらわしている図
【図１５】本発明による方法のステップをあらわしている図
【図１６】本発明による方法のステップをあらわしている図
【図１７】本発明による方法のステップをあらわしている図
【図１８】本発明による太陽電池あらわしている図
【実施例】
【００３６】
図１に相応して第１のステップでは、図示の例ではテクスチャライズされていないｎ型シリコンウェハ１の背面２ｂ全体がアルミニウム層ないしアルミニウム含有層３によって覆われる。これはエミッタドーパントを構成する。ウェハの前面は参照番号２ａで示されており、背面は参照番号２ｂで示されている。
【００３７】
さらなるステップにおいて、アルミニウム含有層３がシャドーマスク５ａと接触接続され、ドライエッチングステップによって塩素ガス含有プラズマ７ａ内で構造化される（図２および３を参照）。
【００３８】
択一的に、例えばいわゆるインクジェットによって有機マスク層が被着されてもよく、この場合にはアルミニウムがウェットケミカル手段によって、開放領域においてエッチングされる。
【００３９】
２つの説明した技術的な形態では、縦長の、ストリップ状の開口部４が、マスク５ａの貫通部６ａの領域において生じる。
【００４０】
アルミニウム層３におけるこのストリップ状開口部４内に、後に、アルミニウムエッジに対してラテラル方向の間隔を伴って、ＢＳＦドーピング材料が内方拡散される。
【００４１】
本発明の別のプロセスステップは、ストリップ状に構造化されたアルミニウム含有層３に誘電体層８を積層することである（図４参照）。誘電体層８は、酸化物、例えばＳｉＯ２、ＴｉＯ２またはＡｌ２Ｏ３から成る。
【００４２】
同様に燐拡散に対して密閉されている窒化ケイ素層が構成されてもよい。層８の析出は、反応スパッタリングによって、またはＣＶＤ方法またはＰＥＣＶＤ方法によって行われる。
【００４３】
さらなるステップでは次に、図５に相応して、誘電体層８が、マスキングされたエッチングステップによって、別のマスク５ｂの貫通部６ｂの領域において除去される。
【００４４】
これは、金属薄膜マスクを通した、フッ素ガス含有プラズマ７ｂにおけるドライエッチングステップまたは、有機マスク層を通した、フッ素ガス含有プラズマ雰囲気におけるドライエッチングステップまたは有機マスク層を通した、ウェットケミカルエッチングプロセスである。
【００４５】
マスク５ｂ内のストリップ状貫通部６ｂ、およびこれによって生じるストリップ状の、誘電体層８内の開放領域９は、本発明では、マスク５ａ、ひいてはアルミニウム含有層３内のストリップ状貫通部６ａよりも幅が狭い。
【００４６】
このようにして、次のプロセスステップにおける燐ドーピング時に、エミッタ領域とＢＳＦ領域のとの間に短絡が生じてしまうことが阻止される。
【００４７】
図６では、例えばＫＯＨおよびイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）からなるディップ槽内での標準的なテクスチャライズが行われる。アルミニウム含有層３は誘電性層８によって保護されているので、テクスチャライズは、ウェハ前面側２ａでのみ所望のように行われ、ウェハ背面では、露出されているストリップ状領域９ｂにおいて行われる。
【００４８】
次に、エミッタ層４の開口部においてカバー層８内の貫通部９が、燐を多く含有している材料、有利には、例えばシルクスクリーン印刷、ステンシル印刷またはインクジェットによって、ウェハ１の表面上の局部的な貯蔵部１０内に貯蔵されるペーストによって覆われる。このペーストは例えば１５０℃〜２００℃の温度で、必要な場合には、乾燥ステップを受ける。
【００４９】
図８および図９では、１つの段階または選択的に２つの段階の熱処理が行われる。ここではエミッタドーパントであるアルミニウムと、ＢＳＦドーピング材料である燐との共拡散が、乾燥された、燐含有層１０ｂから可能である。
【００５０】
第１の熱処理ステップは、９００℃〜１１００℃の間の温度で、窒素−酸素混合気において行われる。これは所望の共拡散を生じさせる（図８）。第２の処理ステップは、８００℃〜１０００℃の間の温度で、オプショナルで行われる。これは詳細には、燐含有ガス１３、有利にはＰＯＣｌ３において行われる。
【００５１】
第１の高温ステップによって、シリコンとアルミニウムの相互拡散が行われ、これによって、共融混合のＡｌＳｉ組織と、Ａｌプロファイル１１を備えたＰ＋型ドーピング層とを有する表面近傍の混合結晶層３ｂが生じる。
【００５２】
同時に、燐がＢＳＦ領域９ｂにおける前駆体貯蔵部１０ｂからシリコン表面内に拡散し、高濃度のｎ＋＋型ドーピング部１２になる。アルミニウム拡散に必要な温度は１０００℃を上回るので、燐の拡散プロファイルは、そうでない場合の、９００℃付近での通常のｐ型拡散プロセス時よりも深く構成される。
【００５３】
上述した通常のより低い温度での、オプショナルの第２の熱処理ステップ（ここでは、図９に従ってＰＯＣｌ３雰囲気によって行われる）によって、背面９ｂのＢＳＦ領域における深いｐ型拡散に対して付加的に、平坦なｐ型拡散が前面２ａ上で行われる。これは、温度および時間によって調整可能な、すなわち有利には高い層抵抗を伴うＦＳＦ層（Front Surface Field（前面表面場））１４を構成する。
【００５４】
当然ながら、第１の熱処理ステップが、燐含有ペーストを積層するステップの前に行われてもよい。さらにこの第１の熱処理ステップが、後続の第２の熱処理ステップに依存しないで行われてもよい。これによる利点は、低い温度での第２の拡散ステップのプロセス温度を、高い温度での第１の拡散ステップのプロセス温度に依存しないで最適化することができる、ということである。
【００５５】
同じように付加的な平坦な拡散を、有利にはＰＯＣｌ３を有する燐含有ガス雰囲気、において省いてもよい。これは、前面パッシベーション部としての前面表面場層１４が所望されていない場合である。他方では、このパッシべーションが、付加的な、第３の拡散プロセス内で行われてもよい。これは殊に、第１の燐拡散ステップがＰＯＣｌ３によっても行われる場合である。
【００５６】
後続のさらなるプロセス経過において、それぞれ適切なエッチング槽において、ドーピングペースト１０ｂの残り、生成された燐−ケイ酸ガラスＰＳＧ１４ｂ、誘電性マスク層８およびＡｌＳｉ共融混合物層３ｂがエッチングによって除去される。従って、エミッタ領域１１、ＢＳＦ領域１２および前面のｎ＋型層１４が、図１０のように露出される。
【００５７】
図１１に示されているように、さらなるステップにおいて、両面に誘電体が積層される。これは例えば、水蒸気雰囲気においてウェハの両面を熱酸化することによって行われる。従って、酸化ケイ素層が、前面１５ａおよび背面１５ｂ上で生じる。
【００５８】
オプショナルで、次のことが可能である。すなわち、ウェハ両面での熱による酸化物の形成に続いて、両面を薄いアルミニウム層で積層することが可能である。層の厚さはここで有利には、１０ｎｍ〜１００ｎｍの間の領域にある。結果として、アルミニウム層１６ａが前面上に生じ、アルミニウム層１６ｂが背面上に生じる。次にウェハが、３５０℃〜４５０℃の間の領域においてこのように積層されるように熱処理される。このようにして実現された焼きなましプロセスによって、非常に良好な表面パッシベーションが行われる（図１２参照）。
【００５９】
アルミニウム層をエッチングした後、ウェハは再び、図１１に示されたような状態になる。
【００６０】
さらに、図１３に示されているように、背面上でパッシベーション層１５ｂが、全てのエミッタ領域およびＢＳＦ領域上で局部的に除去される。すなわち、例えば同時に、フッ素ガス含有プラズマ７ｂにおけるマスキングされたドライエッチングによって、またはマスキングを用いずに、例えばレーザ除去を用いて行われる。同じようにここでは基礎金属部の析出後に、それ自体公知のＬＦＣ方法が使用されてもよい。
【００６１】
マスク１７内のエミッタ領域１１上の開口部１８ａおよびＢＳＦ領域上の開口部１８ｂは、先行して行われたエッチングステップのマスク５ｂにおける開口部６ｂよりも小さい。一方ではこれは、既に存在している構造体上のシャドーマスクまたはマスク層１７のアライメントを容易にし、他方では、金属化部のコンタクト領域は半導体材料に対してできるだけ小さいべきである。これによって表面再結合が制限される。
【００６２】
後続のプロセスステップにおいては、背面全体がアルミニウム層２０によって覆われる。従って、先行のエッチングステップにおいて露出された全てのコンタクト面２０ａおよび２０ｂも金属化される。しかしそうでない場合には、半導体領域であるエミッタ１１およびＢＳＦ１２から、層１５ｂによって絶縁される（図１４参照）。
【００６３】
次にアルミニウム層２０がエミッタコンタクト路およびＢＳＦコンタクト路に分割される。これは次のことによって行われる。すなわち耐酸性層２１が、有利には構造化されたインクジェット印刷によって被着されることによって行われる。この被着は次のようにして行われる。すなわち、計画されたコンタクト領域２２ｂの間の幅の狭いすき間２２ａが開放されるように行われる。ここでは、アルミニウムを選択的にエッチングする、すなわち酸化ケイ素を攻撃しない酸２３がアルミニウムを除去する（図１５を参照）。インクジェット印刷の場合には、乾燥された有機ペーストが使用されるか、またはホットメルトワックスが使用される。これは暖かくして吹き付けられ、冷却時にウェハ上で固まる。乾燥プロセスを受けた適切なインクを使用することも可能である。
【００６４】
付加されるプロセスステップにおいては、図１６に示されているように、反射防止層２４が前面上に、有利には窒化シリコンから形成される。この反射防止層は厚さおよび屈折率に関して、太陽光からのエネルギー採取が最適な効率になるように形成されている。このような反射防止層２４の析出は例えば、プラズマ保護されているＣＶＤまたは反応スパッタによって行われる。
【００６５】
有利にはここでプラズマＣＶＤ方法が用いられる。なぜなら、この方法は４００℃を越える温度において、しかし５００℃を下回って実施されるからである。従って、５７７℃の共融混合温度でＡｌＳｉが液化する恐れなしに、アルミニウムコンタクト層２０の焼きなまし、ひいてはコンタクト抵抗の低減が行われる。
【００６６】
図１７では、付加的に、背面上の全てのコンタクトに同時に、化学的な槽または電気メッキ槽２５において、または場合によっては光にサポートされた析出プロセスにおいて、厚い金属導体層が設けられる。ここでエミッタ導体路増幅部２６ａないしはＢＳＦ導体路増幅部２６ｂが生じる。各層が唯一の材料であるニッケルまたは銅または銀から成っていてもよく、または種々の金属、例えばＮｉ＋Ｃｕ＋ＳｎまたはＮｉ＋ＡｇまたはＮｉ＋Ａｕから成る複数の個別層から成っていてもよい。
【００６７】
ウェハを洗浄し、乾燥させた後に、背面コンタクト太陽電池は機能できる状態になる。これは図１８に示されている。エッジの絶縁は必要ではない。なぜなら、エミッタ領域１１とＢＳＦ領域１２との間の分離は、ラテラル方向の間隔によって、および酸化物遮蔽によって保証されているからである。
【図１】
2011512661.tif 000003
【図２】
2011512661.tif 000004
【図３】
2011512661.tif 000005
【図４】
2011512661.tif 000006
【図５】
2011512661.tif 000007
【図６】
2011512661.tif 000008
【図７】
2011512661.tif 000009
【図８】
2011512661.tif 000010
【図９】
2011512661.tif 000011
【図１０】
2011512661.tif 000012
【図１１】
2011512661.tif 000013
【図１２】
2011512661.tif 000014
【図１３】
2011512661.tif 000015
【図１４】
2011512661.tif 000016
【図１５】
2011512661.tif 000017
【図１６】
2011512661.tif 000018
【図１７】
2011512661.tif 000019
【図１８】
2011512661.tif 000020
【手続補正書】
【提出日】平成22年12月20日(2010.12.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単結晶ｎ型シリコン太陽電池の製造方法であって、
当該太陽電池は、
背面側のｐ＋型エミッタと、
背面側の、該ｐ＋型エミッタと空間的に別個にされた、表面近傍の高ドープされたｎ＋＋型ベース領域と、
インターデジタル型の背面コンタクトフィンガー構造体とを有しており、
当該背面コンタクトフィンガー構造体をそれぞれ、前記ｐ＋型エミッタ領域とｎ＋＋型ベース領域と導電性に接続させる形式の方法において、
前記ｎ型シリコンウェハの背面に、アルミニウム薄膜またはアルミニウム含有薄膜を析出し、次に、後のベースドーピング部の領域内に開口部が設けられるように当該薄膜を構造化し、
さらなるプロセスステップにおいて、アルミニウムを前記ｎ型シリコンウェハ内に内方拡散して、構造化されたエミッタ層を形成する、
ことを特徴とする、単結晶ｎ型シリコン太陽電池の製造方法。
【請求項２】
前記アルミニウム薄膜を、蒸着プロセスまたはスパッタプロセスによって析出する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記析出されたアルミニウム薄膜の構造化を、選択的なエッチングによってストリップ状に行う、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
ドライエッチングを金属シャドーマスクによって行う、請求項３記載の方法。
【請求項５】
ドライエッチングを有機マスクによって行う、請求項３記載の方法。
【請求項６】
前記エッチングステップをウェットケミカル方式で、有機インクマスクを用いて行う、請求項３記載の方法。
【請求項７】
前記選択的なエッチングを、エッチングペーストの局部的な印刷によって行う、請求項３記載の方法。
【請求項８】
前記アルミニウム拡散ステップの終了後に、存在する薄膜の残りを除去する、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
【請求項９】
前記構造化されたエミッタ層の全面を誘電性保護層によって覆い、後のベースコンタクト領域において当該保護層に開口部を設ける、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１０】
後のベースドーピング部の領域における前記開口部をエッチングマスクによって形成する、請求項９記載の方法。
【請求項１１】
前記シリコンウェハをテクスチャライズする、請求項９または１０記載の方法。
【請求項１２】
前記テクスチャライズを、ウェハ前面および前記誘電性保護層内の開口部の領域において行う、請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
前記開口部をストリップ状マスクを介して形成し、当該形成された開口部の幅は、ウェハ内のアルミニウムを含有していないストリップ状領域の幅よりも狭い、請求項１０記載の方法。
【請求項１４】
表面近傍の高ドープされたｎ＋＋型ベース領域を形成するために、前記誘電性保護層内の開口部の領域において、燐が多く含有された材料による被覆を行う、請求項１２記載の方法。
【請求項１５】
前記被覆を、シルクスクリーン印刷またはステンシル印刷、インク噴射等の方法によって局部的な貯蔵部内にペーストを被着することによって行う、請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
前記被着されたペーストに乾燥ステップを施す、請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
前記ベースドーピング材料を、１つの段階または複数の段階の熱処理ステップにおいて内方拡散する、請求項１４記載の方法。
【請求項１８】
エミッタドーパントとしての前記アルミニウムの内方拡散と前記ベースドーピング材料の内方拡散を、１つの共通の処理ステップにおいて行う、請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
燐含有雰囲気においてさらなる熱処理を行い、前記ウェハ前面に、平坦な燐拡散層（ＦＳＦ−Front Surface Field（前面表面場））を、処理温度および処理時間によって調整可能な層抵抗を伴って形成する、請求項１７または１８記載の方法。
【請求項２０】
前記燐含有雰囲気としてＰＯＣｌ３雰囲気を用いる、請求項１９記載の方法。
【請求項２１】
エッチング槽を介して、ドーピング材料の残り、生成された燐−ケイ酸ガラス、絶縁層の残り並びに生成されたＡｌＳｉ共融混合物層材料を除去し、前記エミッタ領域、前記ベース領域および場合によっては存在する前記前面側の平坦な燐拡散層を露出させる、請求項１８から２０のいずれか１項記載の方法。
【請求項２２】
前記ウェハを少なくとも１つのパッシベーション層によって覆う、請求項２１記載の方法。
【請求項２３】
前記ウェハ背面を局部的に、前記エミッタ領域上および前記ベース領域上で、局部的なコンタクト箇所を形成するために前記パッシベーション層から開放する、請求項２２記載の方法。
【請求項２４】
前記ウェハ背面全体を、導電性層によって覆う、請求項２３記載の方法。
【請求項２５】
前記導電性層としてアルミニウム層を使用する、請求項２４記載の方法。
【請求項２６】
前記導電性層を、インターデジタル型コンタクトフィンガーを形成するために構造化する、請求項２４または２５記載の方法。
【請求項２７】
請求項１から２６のいずれか１項または複数項記載の方法に従って製造された太陽電池。
【請求項２８】
請求項１から２６のいずれか１項または複数項に従って製造された太陽電池であって、
前記ウェハ背面上の前記ｎ＋＋型ベース領域は前記ｐ＋型エミッタ領域に対してラテラル方向の間隔を有しており、少なくとも前記ｎ＋＋型ベース領域は、前記基礎ウェハのｎベース濃度を下回るエミッタドーピング材料濃度を有している、
ことを特徴とする太陽電池。
【国際調査報告】
2011512661.tif 000021
2011512661.tif 000022
2011512661.tif 000023
2011512661.tif 000024
2011512661.tif 000025
2011512661.tif 000026