(57)【要約】少なくとも一つの欠陥エンジニアリングプロセスを受けた改良冶金級シリコンから、低接触抵抗の電気経路を含む太陽電池デバイスを形成する。エミッタ層上に反射防止膜を形成し、バルクシリコン基板の裏面に裏面コンタクトを形成する。この光起電力デバイスは、先行する欠陥エンジニアリングプロセスを逆転させないように十分に低い裏面電界温度を形成するように焼成されうる。このプロセスはさらに、反射防止膜に開口を形成し、これら開口上にニッケル層などの低接触抵抗金属層を形成する。このプロセスによって、nドープ部分を形成するために低接触抵抗金属層をアニールし、nドープ層までの導電経路を完成させうる。この低温金属被覆（例えば、＜700℃）によって、先行する欠陥エンジニアリングプロセスを逆転させる危険なく、太陽電池デバイス形成のためにUMGシリコンを使用することができる。2011514011.tif 000003
2011514011.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
低抵抗金属被覆層を含み改良冶金級シリコンを含む太陽電池の形成方法であって、以下の工程を含む、方法:
少なくとも一つの欠陥エンジニアリング（defect engineering）プロセスを受けた改良冶金級シリコンを含むバルクシリコン基板を形成する工程;
リン系エミッタ形成プロセスを用いて、前記バルクシリコン基板上にエミッタ層を形成する工程;
前記エミッタ層形成工程から生じるいずれのリンガラスの実質的な部分を除去する工程;
前記エミッタ層上に反射防止膜を形成する工程;
光起電力デバイスを生じるために、前記バルクシリコン基板の裏面上に裏面コンタクト領域を形成する工程;
前記少なくとも一つの欠陥エンジニアリングプロセスを逆転させないように十分に低い温度で裏面電界を形成するために前記光起電力デバイスを焼成する工程;
前記光起電力デバイスのエッジシャントを低減するために、前記光起電力デバイスのエッジを分離する工程;
前記エミッタ層のnドープ部分を少なくとも部分的に露出するために、前記反射防止膜に少なくとも一つの開口を形成する工程;
低接触抵抗金属層で前記少なくとも一つの開口をコーティングする工程;および
前記低接触抵抗金属層上に複数の金属コンタクトを電気めっきすることで、改良冶金級シリコンを含む太陽電池に前記光起電力デバイスを変換するための低抵抗接触経路を形成する工程。
【請求項２】
低接触抵抗金属層が、無電解選択ニッケル層をさらに含み、方法が、ニッケルシリサイド層を形成するために前記無電解選択ニッケル層をアニールする工程をさらに含む、請求項1記載の方法。
【請求項３】
アニール工程が、一般に400℃を下回るプロセス温度で起こる急速熱アニール（RTA）工程をさらに含む、請求項2記載の方法。
【請求項４】
金属被覆マスクのパターンと少なくともほぼ一致したパターンで、反射防止膜に少なくとも一つの開口を形成する工程をさらに含む、請求項1記載の方法。
【請求項５】
焼成工程が、一般に700℃を下回るプロセス温度で起こる、請求項1記載の方法。
【請求項６】
反射防止膜の形成工程が、エミッタ層上に窒化シリコン（SiN）層を形成する工程を含む、請求項1記載の方法。
【請求項７】
反射防止膜の形成工程が、エミッタ層上に炭窒化シリコン（SiCN）層を形成する工程を含む、請求項1記載の方法。
【請求項８】
電気めっき工程が、ニッケル-シリコン層上に複数の銅コンタクトを電気めっきする工程をさらに含む、請求項1記載の方法。
【請求項９】
エミッタ層形成工程に備えてバルクシリコン基板をテクスチャ化する工程をさらに含む、請求項1記載の方法。
【請求項１０】
改良冶金級シリコンを使用した低接触抵抗太陽電池であって、以下を含む、太陽電池：
少なくとも一つの欠陥エンジニアリングプロセスを受けた改良冶金級シリコンを含むバルクシリコン基板と;
リン系エミッタ形成プロセスを用いて形成された前記バルクシリコン基板上のエミッタ層と;
前記エミッタ層上の反射防止膜と;
前記バルクシリコン基板の裏面上に形成された裏面コンタクト領域と;
前記少なくとも一つの欠陥エンジニアリングプロセスを逆転させないように十分に低い温度で前記裏面コンタクト領域を焼成して形成された裏面電界と;
前記エミッタ層を少なくとも部分的に露出するための、前記反射防止膜にある少なくとも一つの開口と;
前記少なくとも部分的に露出されたエミッタ層に関連付けられるように、前記反射防止膜をコーティングする低接触抵抗金属層と;
nドープ部分を含む前記低接触抵抗金属層と;
前記低接触抵抗太陽電池から電流を流すために、前記低接触抵抗金属層上に電気めっきされた複数のコンタクト。
【請求項１１】
金属被覆が、一般に700℃を下回るプロセス温度で形成される、請求項10記載の低接触抵抗太陽電池。
【請求項１２】
金属被覆が、一般に400℃を下回るプロセス温度で起こる急速熱アニール（RTA）工程を使用して形成される、請求項10記載の低接触抵抗太陽電池。
【請求項１３】
反射防止膜の形成工程が、エミッタ層上の窒化シリコン（SiN）を含む、請求項10記載の低接触抵抗太陽電池。
【請求項１４】
反射防止膜が、エミッタ層上の炭窒化シリコン（SiCN）を含む、請求項10記載の低接触抵抗太陽電池。
【請求項１５】
ニッケル-シリコン層上に複数の銅コンタクトをさらに含む、請求項10記載の低接触抵抗太陽電池。
【請求項１６】
改良冶金級シリコンを使用した少なくとも部分の複数の低接触抵抗太陽電池を含む太陽電池アレイであって、該太陽電池が、
少なくとも一つの欠陥エンジニアリングプロセスを受けた改良冶金級シリコンを含むバルクシリコン基板と;
リン系エミッタ形成プロセスを用いて形成された前記バルクシリコン基板上のエミッタ層と;
前記エミッタ層上の反射防止膜と;
前記バルクシリコン基板の裏面上に形成された裏面コンタクト領域と;
前記少なくとも一つの欠陥エンジニアリングプロセスを逆転させないように十分に低い温度で前記裏面コンタクト領域を焼成して形成された裏面電界と;
前記エミッタ層を少なくとも部分的に露出するための、前記反射防止膜にある少なくとも一つの開口と;
前記少なくとも部分的に露出されたエミッタ層に関連付けられるように、前記反射防止膜をコーティングする低接触抵抗金属層と;
nドープ部分を含む前記低接触抵抗金属層と;
前記低接触抵抗太陽電池から電流を流すために、前記低接触抵抗金属層上に電気めっきされた複数のコンタクトと、
を含む、太陽電池アレイ。
【請求項１７】
太陽電池が、少なくとも一つの欠陥エンジニアリングプロセスを逆転させないように、一般に700℃を下回る温度で裏面コンタクト領域を焼成して形成された裏面電界をさらに含む、請求項16記載の太陽電池アレイ。
【請求項１８】
低接触抵抗金属層が、無電解選択ニッケル層をさらに含み、該無電解選択ニッケル層をアニールして形成されるニッケルシリサイド層をさらに含む、請求項16記載の太陽電池アレイ。
【請求項１９】
ニッケルシリサイド層が、一般に400℃を下回るプロセス温度で起こる急速熱アニール（RTA）工程を使用して形成される、請求項17記載の太陽電池アレイ。
【請求項２０】
反射防止膜が、エミッタ層上の窒化シリコン（SiN）を含む、請求項16記載の太陽電池アレイ。
【請求項２１】
反射防止膜が、炭窒化シリコン（SiCN）エミッタ層を含む、請求項16記載の太陽電池アレイ。
【請求項２２】
ニッケル-シリコン層上に複数の銅コンタクトをさらに含む、請求項16記載の太陽電池アレイ。
【請求項２３】
エミッタ層の形成工程に備えて形成されたバルクシリコン基板のテクスチャ化された前面をさらに含む、請求項16記載の太陽電池アレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
分野
本発明は、一般に光起電力デバイスに関し、特に、低級原材料をベースにした結晶シリコンに由来する改良された太陽電池を製造するシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
関連技術の説明
光起電力太陽電池は、太陽からの放射エネルギーを電気エネルギーに直接変換する。光起電力セルは、大きな電気出力を得るために、さまざまな数のセルを整列したアレイとして整列され得る。これにより、太陽電気は、小規模な家庭および企業へ電力を供給する実行可能な選択肢となる。
【０００３】
光起電力太陽電池の製造では、一般に「前面（front side）」と呼ばれる面に隣接した浅いp-n接合を有するシートまたはウェハの形態の半導体基板を使用する。太陽電池基板は、p型導電性を有する多結晶シリコンであって、その前面から約0.3〜0.5ミクロンの位置にp-n接合を有し、およそ80nmの厚み（使用したコーティングの適用したテクスチャおよび屈折率に応じて）で前面を覆う窒化シリコンコーティングを有する多結晶シリコンのものでありうる。
【０００４】
動作中、太陽電池に太陽放射が当たることで、電子および正孔が生じ、これらがpドープ領域およびnドープ領域に移動して、ドープ領域間に電圧差を生じさせる。外部電気回路への接続となる太陽電池の前面は、金属表面とドープ領域との間にいくつかの材料層を含みうる。これらの材料は、内部デバイスを形成するようにパターン化されエッチングされうる。
【０００５】
太陽電池ウェハは、太陽放射にセルがさらされるとセルから電流を回収できるように、半導体基板の前面および裏面の両方に金属被覆（metallization）を与えることで（すなわち、p-n接合）、完成した太陽電池に変換される。これらのコンタクトは、典型的には、アルミニウム、銀、ニッケル、または他の金属や金属合金で作られる。一般的に好ましい配置は、裏面コンタクトをアルミニウム製にし、前面コンタクトを銀製にしたシリコン太陽電池である。
【０００６】
電池の変換効率を向上させるために、反射防止膜（anti-reflective coating, ARC）が、前面コンタクトに覆われていない前面のエリアに被さり、接合される。裏面コンタクトは、太陽電池ウェハの裏面全体を覆ってもよいが、より一般的には、太陽電池の縁部には達しない縁分の付近で終端するように形成される。
【０００７】
今日の太陽電池製造業界において最も興味深い開発分野の一つは、太陽電池のバルクシリコン領域に改良冶金級（upgraded metallurgical grade, UMG）シリコンを十分な量および安価に使用することに関する。太陽電池を効率的に動作させるためにUMGシリコンを使用することで、太陽エネルギーの生産コストは、エネルギー市場において石油および他のエネルギー形態に十分に対抗し得る。UMGまたはシリコン原料を使用する際、同様の品質を保つには、さらなるプロセス制約が生じ得る。
【０００８】
例えば、太陽電池の形成において、一般に、太陽電池デバイスの温度をおよそ800℃以上まで上昇させることを伴う焼成（firing）プロセスが行われる。このプロセスは、3つの異なる結果を達成することを目的としている。まず、このプロセスの一つ目の目的は、前面コンタクトを太陽電池のnドープされたエミッタ層に接触するように位置付けることである。2つ目の目的は、欠陥パッシベーション（defect passivation）するために、pドープされたバルクシリコンへARCから水素を拡散することである。そして最後の3つ目の目的は、電子をp-n接合へはね返すBSF（裏面電界、Back Surface Field）と呼ばれる高濃度pドープ領域を確立するために、pドープされたバルクシリコンを有する太陽電池デバイスのアルミニウム裏面をアニールすることである。
【０００９】
3つすべての結果を達成することが望ましいが、これらの結果は一般に、非常に狭いプロセスウィンドウ内で部分的にしか起こらない。すなわち、これらの3つの熱応答プロセスには、異なる温度範囲および加熱時間が要求される。このように、一般に、単一のプロセスで望ましい結果を達成することは、現実的でも最適なものでもない。
【００１０】
特に、前面コンタクトを形成するには、短時間（例えば、10秒）、高温プロセス（例えば、およそ800℃）を必要とする。温度プロセスが正しく調節されないと、高直列抵抗および/または低シャント（shunt）抵抗が生じ得る。これが起こるのは、いくつかの物理的理由のためである。理由には、バルクシリコンへの焼着、nドープ領域でのAg結晶の低品質形成および/またはこれらのAg結晶とAgフィンガとの低相互成長が含まれ得る。これらの望ましくない現象は、過大焼成または過小焼成現象として公知である。
【００１１】
逆に、pドープされたバルクシリコンを有するアルミニウム裏面層のアニールは、低温ですでに達成可能である。Al-Si二元系の共晶温度が、必要とされる最低温度である。しかしながら、Al/Si合金の液相/固相曲線によれば、温度が上昇すると、Alドーピングが増大し、したがって、裏面電界（BSF）効率が高くなる。温度が高すぎると（例えば、＞850℃）、主に不均質性の問題により、一般にBSF品質は低下し、ウェハの撓みが深刻になり得る。より高い焼成温度が可能なAlペーストもあり得るが、これらの改良をもってしても、このような温度での持続可能時間は、数秒の範囲内でしかない。
【００１２】
相反する温度および持続時間という制限により、一回の焼成プロセスで太陽電池を形成すると、一般に、最適に実行するとはいえないデバイスが生じる。同時に、2つの焼成プロセスを用いると、効果的でない太陽電池が結果として生じる。
【００１３】
公知の太陽電池形成プロセスの別の制限は、太陽電池がUMGシリコンを使用する場合の焼成プロセスの使用に関する。しかしながら、UMGシリコンを使用するためには、新規の欠陥エンジニアリング（defect engineering）プロセスが要求される。多くの場合、効果的な欠陥エンジニアリングでは、不純物および欠陥の局在化を促したり、またはそれらの影響を最小限に抑えたりする、ゲッタリング（gettering）やアニールプロセスなどの加熱活性化プロセスを用いる必要がある。これらのゲッタリングおよびアニールプロセスは、約800℃の温度で行われるように注意深く制御される。このようなプロセスが完了すると、欠陥エンジニアリングを利用したシリコンを用いる太陽電池は、これらの温度を超えて長期間加熱されないことが非常に望ましい。これは、このような高温加熱が、欠陥エンジニアリングの結果を覆したり、悪影響を及ぼしたりする可能性があるためである。
【００１４】
したがって、エミッタ形成後の高温プロセス工程を回避する低級原材料ベースの結晶シリコン上に太陽電池を形成するプロセスが必要とされている。このようなプロセスにより、公知の太陽電池製造プロセスにおける上述した温度と持続時間との不均衡の問題がなくなるか、または実質的に軽減される。
【００１５】
あるいは、水素化などの材料改良用にさらなる欠陥エンジニアリングを施す場合、専用の時間と温度のバジェット（tailored time-temperature budget）が提供される。このような場合、非常に短い時間（例えば、最長でも数秒）だけ、高温状態が許容される。温度が高いほど、このような温度の持続時間は短くなる。このようにして、時間と温度との均衡を有益にとる工程が考慮されうる。例えば、異なる裏面パッシベーション（誘電体層）により、水素化および裏面金属被覆に対する最適温度を低下させる一助となり得る。
【００１６】
さらに、すでにうまく実行されたUMGシリコン欠陥エンジニアリングプロセスに影響を及ぼす可能性があるものより低い温度で、より高濃度にpドープされたアルミニウムシリコン太陽電池層を形成する、改良された太陽電池の金属被覆プロセスが必要とされている。
【００１７】
バルクシリコン欠陥の水素パッシベーションおよび欠陥エンジニアリングを逆転（reversal）させてしまう危険性があり得る温度より低い温度で裏面電界形成し、さらに、太陽電池の前面金属被覆を形成する太陽電池形成プロセスが必要とされている。
【発明の概要】
【００１８】
概要
本明細書において、低級原材料をベースにした結晶シリコン上に太陽電池を形成する技術が開示される。これらの技術では、セル処理の過程で温度に関する専用のバジェットを使用する。これにより、特に、欠陥エンジニアリングを利用したUMGシリコンウェハを使用する際、より効率的かつ経済的に太陽電池デバイスが生産される。
【００１９】
開示される主題（subject matter）の一つの局面により、低接触抵抗の太陽電池を形成するための方法またはプロセス、およびその結果得られる太陽電池が開示される。太陽電池は、UMGや他の低級原料シリコン、および本明細書において開示する低抵抗特性が有益であり得る場合、より高級なシリコンを備えるバルクシリコン基板上で達成されてもよい。
【００２０】
太陽電池は、リン系（phosphorus-based）エミッタ形成プロセスなどの、バルクシリコン基板上にエミッタ層を形成することを含み、エミッタ層形成工程から生じた任意のリンガラスの実質的な部分を除去することを含む。プロセスでは、エミッタ層上に反射防止膜、およびバルクシリコン基板の裏面上に複数の裏面コンタクトをさらに形成して、本明細書において記載するプロセスを通して最終的に太陽電池をもたらす光起電力デバイスを与える。次に、光起電力デバイスの焼成が、一つまたは複数の欠陥エンジニアリングプロセスにより最初に達成された結果の逆転を回避するのに十分に低い時間-温度バジェットを用いて、裏面電界を形成するために行われる。次に、プロセスは、光起電力デバイスのエッジシャントを低減するために光起電力デバイスのエッジを分離し、さらに、エミッタ層のnドープされた部分を少なくとも部分的に露出するために、反射防止膜に複数の開口をさらに形成することを含む。
【００２１】
このプロセスは、無電解選択ニッケル（electroless selective nickel）などの低接触抵抗の金属層で、反射防止層の開口領域をコーティングすることを含む。プロセスは、ニッケルシリサイド層を形成するためにnドープされた部分を有する無電解選択ニッケル層をさらにアニールし、ニッケルシリサイド層上に複数のコンタクトを電気めっきすることで、光起電力デバイス用の低抵抗コンタクト経路を形成することを含む。
【００２２】
一つの局面によれば、開示される方法は、一般に700℃を下回るプロセス温度で起こることによって、低級結晶シリコンへの先行する欠陥エンジニアリングプロセスの効果を保持し得る、焼成工程を含む。
【００２３】
あるいは、本開示の別の局面は、少なくとも水素化のための、＞800℃の範囲の短時間温度アニールを含む。このような工程は、前面コンタクトの広がりがより少なくなって、より信頼性の高いものになるというさらなる利点を得るために、前面金属被覆（めっき）とは切り離されてもよい。
【００２４】
さらなる局面によれば、窒化シリコン、炭窒化物、または酸炭窒化物などの誘電材料をベースにして、反射防止膜が形成されてもよい。
【００２５】
本開示の別の局面は、ケイ化ニッケル層などの金属ケイ化物上のコンタクトとして、銅または同様に有益な金属などの複数の金属を電気めっきすることを含む。
【００２６】
開示される主題の上記および他の利点および局面、ならびにさらなる新規の特徴は、本明細書において与えられた記載から明らかになるであろう。この概要の意図は、主張された主題を包括的に記載することではなく、主題の機能性の一部を簡単に述べることである。本明細書において記載する他のシステム、方法、特徴、および利点は、以下の図面および詳細な記載を検討することにより、当業者に明らかなものになるであろう。このようなさらなるシステム、方法、特徴、および利点はすべて、本明細書内に含まれており、添付の特許請求の範囲内のものであるということが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
以下、本発明は、図面を参照しながら詳細に記載され、当業者が本発明を実施できるように本発明の具体的な例として提供する。特に、図面および例は、本発明の範囲を一つの態様に限定するように意図されているわけではなく、記載または例示した要素の一部またはすべてを交換することで他の態様も可能である。
【図１】光起電力デバイス用に低抵抗の金属被覆を形成する工程を含む本明細書に開示した主題のプロセスフローを示す。
【図２】図1のプロセスフローによる本開示の教示を用いて、光起電力デバイス、最終的には、太陽電池の断面を表す概念図を示す。
【図３】図1のプロセスフローによる本開示の教示を用いて、光起電力デバイス、最終的には、太陽電池の断面を表す概念図を示す。
【図４】図1のプロセスフローによる本開示の教示を用いて、光起電力デバイス、最終的には、太陽電池の断面を表す概念図を示す。
【図５】図1のプロセスフローによる本開示の教示を用いて、光起電力デバイス、最終的には、太陽電池の断面を表す概念図を示す。
【図６】図1のプロセスフローによる本開示の教示を用いて、光起電力デバイス、最終的には、太陽電池の断面を表す概念図を示す。
【図７】図1のプロセスフローによる本開示の教示を用いて、光起電力デバイス、最終的には、太陽電池の断面を表す概念図を示す。
【図８】図1のプロセスフローによる本開示の教示を用いて、光起電力デバイス、最終的には、太陽電池の断面を表す概念図を示す。
【図９】図1のプロセスフローによる本開示の教示を用いて、光起電力デバイス、最終的には、太陽電池の断面を表す概念図を示す。
【図１０】図1のプロセスフローによる本開示の教示を用いて、光起電力デバイス、最終的には、太陽電池の断面を表す概念図を示す。
【図１１】図1のプロセスフローによる本開示の教示を用いて、光起電力デバイス、最終的には、太陽電池の断面を表す概念図を示す。
【図１２】図1のプロセスフローによる本開示の教示を用いて、光起電力デバイス、最終的には、太陽電池の断面を表す概念図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
特定の態様の詳細な説明
本明細書において、単数のコンポーネントを示す態様は限定的なものと見なされるべきではなく、本発明は、本明細書において特別な記載がない限り、複数の同一のコンポーネントを含み、またその逆も同様である他の態様を包含するように意図される。さらに、出願人らは、本明細書または特許請求の範囲の任意の用語が、特別な記載がない限り、一般的ではない意味または特殊な意味になることを意図していていない。さらに、本発明は、実例として本明細書において参照される公知のコンポーネントと同等の現在および将来知られるものを包含する。
【００２９】
本開示の方法およびシステムにより、太陽電池において低抵抗の金属被覆を形成するための方法が提供される。本開示は、UMGシリコンを使用して形成された太陽電池における特定の応用を有するが、本開示は、フロートゾーンシリコン、チョクラルスキーシリコン、磁気チョクラルスキーシリコン、鋳造シリコン、およびシートまたはリボンシリコンを含む任意の形態のシリコンにさらに適用されてもよいことを理解すべきである。
【００３０】
動作セル条件下の少数担体拡散長は、セルの厚みを超えることが好ましい。しかしながら、本開示の目的のために有益な特性を示し得るより短い拡散長（例えば、RGS、および高ドープされたUMG材料）を有する他の材料がありうる。実際、完全なセルエリア内のセルの厚さを超える均質に分布する拡散長を示す多結晶シリコン材料はわずかな割合しかないこともある。したがって、材料を選択する際には、この点を考慮すべきである。
【００３１】
図1は、低級結晶シリコンから得られた太陽電池が形成される本明細書において開示される主題のプロセスフロー10を示す。最初の工程12において、太陽電池層の形成に伝導性のあるシリコン基板の表面上にテクスチャを作成するためのテクスチャ化工程が行われる。この後、工程14において、例えばPOCL3または他のリン系エミッタで、一つの態様において、表面パッシベーションに十分であると一般に考えられるおよそ100Ω/sqのシート抵抗を生じるためのシート抵抗を有するエミッタ層を形成する。しかしながら、この点で本質的に同様の結果を達成するために、他の拡散技術、例えば、吹き付け拡散が使用されてもよいことに留意されたい。エミッタ層の形成後、工程16において、高温エミッタ拡散工程から形成された任意のPSG（リンシリケートガラス）が除去される。次に、工程18において、プロセスは反射防止（AR）膜を塗布する。工程20では、シリコン基板の裏面上に少なくとも部分的にアルミニウム（Al）からなる層をスクリーン印刷する工程が与えられ、基板裏面から裏面電界層や、光起電力デバイス用のコンタクトが形成されてもよい。
【００３２】
工程20では、本開示の時間と温度のバジェットを適用しながら、裏面電界の形成および最適化を行うための光起電力デバイスを焼成する本発明の新規の局面が導入される。次に、エッジ分離工程22が続き、工程24において、上面窒化シリコン層の形態に開口を形成する。接続経路用のこれらの開口は、nドープされたエミッタ層へと下方に続く。工程26では、窒化シリコン層上に形成されたばかりの開口内へ無電解選択ニッケル（Ni）層を形成する工程が与えられる。その後、およそ420℃を下回る温度で、エミッタ層までのニッケルシリサイドの改良された接触経路を形成するための急速熱アニール（RTA）工程28が続く。しかしながら、このような温度でも、基板内で脱水素化が起こらないように、プロセス時間を可能な限り短くすべきであることに留意されたい。開示されたプロセスは、光起電力デバイス用の前面金属被覆経路を完成するために同様の特性を備えた銅または別の金属を電気めっきする工程をさらに含む。
【００３３】
図2から図12は、低抵抗の金属被覆を有する改良された太陽電池を形成するためのプロセスフロー10を導入したものであり、段階的に、「光起電力デバイス」の中間の結果を参照するために参照符番40a〜40jを使用し、最終的に図12で太陽電池40kの参照符番を使用して本明細書において参照する所望の太陽電池を形成する、概念断面図を示す。
【００３４】
図2を参照すると、シリコン基板42が、前面44上にテクスチャ化工程12の結果を示す。入射光をさらに多く捕捉するためには、上面および底面の両方の表面がテクスチャ化される。しかしながら、いくつかの態様において、底面のテクスチャ化が望ましくない場合もある。底面のテクスチャ化が望ましくなければ、底面は、適切なテクスチャ化技術を用いて平坦な状態に維持され得る。これらの技術は、例えば、裏面上のスクリーン印刷プロセスにより堆積されたエッチング防止ペーストを使用することを含んでもよい。このような表面のテクスチャ化は、図示されているように、鋸歯状のパターンの形態であり、鋸により機械的に導入されてもよく、またはレーザエッチングなどにより光学的に導入されてもよい。好ましい態様において、テクスチャ化およびドープ表面が示されているが、これらの使用は、一般的には任意である。
【００３５】
図3は、エミッタ層を形成するためのPOCL3エミッタ拡散工程14の結果を示し、同図において、エミッタ層46およびPSGガラス48の両方が光起電力デバイス40b上に形成されている。エミッタは、例えば、管状炉において800〜900℃のPOCL3を用いる拡散プロセスによって実現され得る。これにより、およそ100Ω/sqのシート抵抗が得られ、従来のプロセスで生じる典型的な40Ω/sqとは対照的である。本明細書において開示しているプロセスは、100Ω/sqのシート抵抗をもつエミッタを形成する。シート抵抗が高いため、エミッタ層に残るリンが少なくなる。これにより、低抵抗の金属被覆経路とともに、エミッタの再結合中心が少なくなる。
【００３６】
800℃では、非常に浅いエミッタを拡散することが望ましい場合もあり、900℃では、プロセスは、低シート抵抗が点在するエミッタを形成することを含み得る。いくつかの態様において、820〜860℃のプロセス温度範囲が、プロセスの目標のすべてまたは少なくとも大部分を達成し得る。
【００３７】
ウェハへのリンソースの適用および熱拡散によって、エミッタ層46が形成されてもよい。ソースは、スクリーン印刷、吹き付け、スピンオンまたはPOCl3などの工業技術により適用されてもよい。リン拡散は、管状炉におけるバッチプロセスとして、ベルト炉における連続プロセスとしてまたは急速熱処理（RTP）によって実行され得る。赤外（IR）ランプまたは抵抗加熱（マッフル型の炉）のいずれかによって、ベルト炉が加熱され得る。図4は、PSGガラス48を除去し、光起電力デバイス40c上にエミッタ層46のみを残した結果を示す。POCL3エミッタの拡散中、リンシリケートガラスが形成される。PSG層は、ウェットまたはドライ化学エッチを用いてプロセスを維持するために除去される。
【００３８】
図5は、光起電力デバイス40d上のARC50の形成を表す。ARC50は、太陽放射に対して主に透明であり、窒化シリコンやシリコンの酸化物で作られることが多く、プラズマ強化化学気相成長（PECVD）によって適用されるチタンや、大気圧化学気相成長（APCVD）によって適用される二酸化チタンが使用され得る。少数担体拡散長を高めるために、ARC堆積前に水素イオン注入が導入されてもよい。しかしながら、プロセスでSiNまたはSiCNを使用すれば、水素の注入が不要になる場合もある。
【００３９】
図6は、シリコン基板42の裏面上にAl層52をスクリーン印刷した結果を表しており、基板の裏面から裏面電界層54および光起電力デバイス40e用のコンタクトが形成されうる。一般に、p型材料のAl層52は、p型バルク層と比較すると比較的薄く、約200μmの厚さを有するバルク層に対して約2〜20μmである。アルミニウムを堆積するための好ましい方法は、アルミニウムをスクリーン印刷することによって、当業者に公知のプロセスによって、アルミニウムペーストで堆積することである。しかしながら、電子ビーム蒸着またはスパッタリングなど、アルミニウムを堆積するためのスクリーン印刷以外の方法は、本発明の範囲内であるが、これらの方法は、フォトリソグラフィによるパターニングにコストがかかり、あまり望ましくない。本明細書においてアルミニウムまたはアルミニウム材料は、純粋なAlまたはAl-Si合金のいずれかとして規定される。
【００４０】
好ましい態様において、アルミニウムの選択は、少なくとも3つの目的を同時に満たすということに留意されたい。アルミニウムは、電子の裏面リフレクタとしても作用しながら、背面上のnドーパントを補償するためのp型ドーパントソースとして作用する。アルミニウムはまた、p型領域において電気コンタクトとしても作用する。
【００４１】
図7は、裏面電界を形成および最適化するために、最高温度でもおよそ700℃未満の温度で光起電力デバイス40fを焼成した結果を示す。これにより、バルクシリコン領域42より高濃度にpドープされた裏面電界領域54が得られる。
【００４２】
裏面電界を最適化するための焼成は、700℃を下回る最高温度で行われる。この工程において、焼成が起こる。一般に、妥当な裏面電界層を作るのには700℃を下回る温度が必要とされ、高温プロセスとする必要はない。急速熱処理ユニット、ベルト炉、管状炉、または他の手段によって加熱を行ってもよい。周囲大気は、アルゴンもしくは窒素などの不活性であるか、または酸素もしくは水素などの化学的に活性のものであり得る。周囲ガスの混合も可能である。高温の時間は、30秒から数分の範囲であり得る。
【００４３】
次に、プロセス温度は、Si-Al合金においては下降されてもよく、Siは、共晶温度（577℃）に達するまで、液相エピタキシーによって再編する。その結果、再成長Siは、Alでp型にドープされる。要求されるp型は、Al濃度が開始Siにおけるドナー濃度を超えると形成され、共晶合金（約88.7重量％Alおよび11.3重量％Si）が、p型シリコンとのストライプコンタクトとして作用するように表面上に残る。
【００４４】
合金接合の深さは、純粋なAlの代わりに、スクリーン印刷された堆積材料としてAl-Si混合物を使用することによって制御され得る。これは、Si濃度が共晶組成へと増大していくにつれ、印刷された金属が溶解可能なSiの量は少なくなり、したがって、接合深さが小さくなるためである。接合深さは、アルミニウムとシリコンの状態図に従って、堆積したアルミニウムの厚さを増大させ、合金化温度を上昇させることによって、所望に応じて増大され得る。
【００４５】
図8は、光起電力デバイス40gにおいて、エッジ分離工程22で形成されたエッジ分離56および58を表す。しかしながら、ARC50およびエミッタ層46は、前面と裏面との間の許容不能な再組み合わせ経路を生じながら、エッジ、および多くの場合、裏面を含むウェハ全体をコーティングしてもよい。この経路は、エッジ分離によってなくすことができ、これにより、溝がn型エミッタ層46を貫通して連続的に描かれる。光起電力デバイス40gの活性エリア、ひいては効率を最大限にするために、この溝は、好ましくは、可能な限り狭く、できるだけエッジ付近にあることが好ましい。他の技術も同様に適用されうる。例えば、一つのプロセスは、前面とアルミニウム裏面電界との間にあるnドープされた領域を除去することを含んでもよい。これは、nドープされた領域を部分的に除去することによって（境界ではドライエッチング）、または（ウェットまたはドライ化学物質を用いて）裏面でnドープされた領域を完全に除去することによって行われてもよい。
【００４６】
図9は、光起電力デバイス40hにおいて、nドープされたエミッタ層46への接続経路を形成するARC50を通る開口60を示す。これらの開口は、レーザアブレーション、リソグラフィ、スクリーン印刷、インクジェット、および他の同様に効果的な技術などのパターニング技術によって形成されうる。このようなパターニング技術は、エミッタに対する高い選択性を備えるべきである。
【００４７】
図10は、光起電力デバイス40iの開口60上にわたって形成されたニッケル（Ni）層62などの無電解選択金属堆積を表す。次に、Niなどの無電解金属層が、金属被覆形成プロセスにおいて形成される。これは、ニッケルのシリコンに対する選択性が高いため、当業者に非常によく知られており、認められているプロセスである。
【００４８】
次に、図11において、急速熱アニール（RTA）工程28は、例えば、およそ400℃を下回る温度でも、光起電力デバイス40jの前面からエミッタ層46へ、ニッケルシリサイド接続経路64を形成する。NiSi層形成のための急速熱アニール（RTA）プロセスにより、接触抵抗が0.1Ω-cm2に近づくようさらに高められる。
【００４９】
最後に、図12は、太陽電池40kの金属被覆経路を完了する銅コンタクトなどの低抵抗電気めっき金属を表す。次に、開示されるプロセスでは、銅の電気めっきを適用する。
【００５０】
したがって、本開示の技術的な利点は、公知の太陽電池の作製プロセスに伴う温度プロセスウィンドウをなくすか、または実質的に増大させる、太陽電池の金属被覆を形成するプロセスである。
【００５１】
さらに、本開示により、すでにうまく実行されたUMGシリコン欠陥エンジニアリングプロセスに悪影響を及ぼしかねないものよりも低い温度で、より高濃度にpドープされたアルミニウムシリコン太陽電池層を形成する、改良された太陽電池の金属被覆作製プロセスが提供される。
【００５２】
さらに、本開示の主題により、太陽電池の前面金属被覆を形成しながら、バルクシリコンの欠陥の水素パッシベーションと、欠陥エンジニアリングを逆転させる危険性のあり得る温度より低い温度での裏面電界形成とを含む、太陽電池の金属被覆の形成プロセスが提供される。
【００５３】
要約すると、このようにして、本開示の新規の局面は、低級原材料に基づいて結晶シリコン用の太陽電池プロセスを提供する。リン系エミッタ形成プロセスを用いて、エミッタ層が形成される。エミッタ層上に反射防止膜が形成され、バルクシリコン基板の裏面上に裏面コンタクトが形成される。次に、デバイスは、任意の先行する欠陥エンジニアリングのプロセスの逆転を回避するのに十分に低い温度で、裏面電界を形成するように焼成される。プロセスは、前記エミッタ層のnドープされた部分を少なくとも部分的に露出するための反射防止膜に開口をさらに形成する。次に、プロセスは、反射防止膜にわたり、基板のnドープされた部分に関連付ける（associating）ための開口を通して、無電解選択ニッケル層を形成する。次に、プロセスは、ニッケル-シリコン層を形成するためのnドープされた部分を有する無電解選択ニッケル層をアニーリングし、ニッケル-シリコン層上にコンタクトをさらに電気めっきし、コンタクトからnドープ層への導電経路を完成する。
【００５４】
したがって、本明細書において記載するプロセスおよびシステムの特徴および機能は、低抵抗の太陽電池の金属被覆および金属被覆形成方法を形成する。少し戻るが、本開示の教示と一貫して形成された光起電力または太陽電池は、取り付けシステムに沿ってさまざまなパネルを組み込んだアレイとして整列されてもよい。主な利点の一つは、このようなアレイの能力が、より大きな電気出力を得るために、さまざまな数のセルを組み合わせることが可能なことを含む。これにより、太陽電気は、小規模な家庭および企業へ電力を供給する実行可能な選択肢となる。
【００５５】
本明細書において記載したように、UMGシリコンの使用はコスト面での利点が得られ、太陽エネルギー技術の効率が高まることで、太陽光線からのエネルギーを利用するパネルを購入し設置することが可能である。本明細書において開示した技術を用いて太陽アレイからの電気供給に伴うコストは、将来的な発電コストおよび消費者のエネルギー費用を削減しながら、相当量の電気を提供し得る。
【００５６】
本開示の教示を取入れたさまざまな態様を、本明細書において詳細に示し記載してきたが、当業者であれば、これらの教示を取り込んだ多数の他の変形された態様を容易に考案し得るであろう。したがって、好ましい態様の上述した記載は、当業者が、主張された主題を作成または使用できるように提供される。これらの態様へのさまざまな修正は、当業者に容易に明らかであり、本明細書において規定する一般的な原理は、革新的な機能を使用することなく、他の態様に適用されうる。以上のことから、主張された主題は、本明細書において示す態様に限定することを意図したものではなく、本明細書において開示された原理および新規な特徴と一致する最大の範囲が与えられるべきである。
【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１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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