(57)【要約】  本発明は、ポリシリコンエミッタ太陽電池、特に超階段接合をもつポリシリコンエミッタ太陽電池と、このような太陽電池を製造する方法に関する。一形態によると、本発明のポリシリコンエミッタ太陽電池は、窒化トンネル絶縁体を含んでいる。窒化することによってホウ素拡散を防ぐことができ、ｎ型シリコンデバイス上のｐ型ポリ用の超階段接合を可能にする。別の形態によると、窒化した酸化膜（ＤＰＮ）がＭＩＳ太陽電池構造のトンネル酸化膜層で使用される。ＤＰＮ層はプラズマ損傷を最小限に抑え、その結果界面特性の改善につながる。そして、上に重ねられたポリシリコンエミッタは、基板内の強度なドーピング効果や、過度な再結合、あるいは吸収無しに、低シート抵抗エミッタを提供することができ、従来の拡散したエミッタあるいはＴＣＯに対して顕著な改善が見られる。別の形態によると、本発明は選択エミッタと機能的に等価な太陽電池構造を作るための方法を含んでいるが、多数の拡散工程、長時間の拡散工程、位置調整されたリソグラフィー、あるいは微細なコンタクトホールを必要としない。
2011517119.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に形成された窒化トンネル誘電体と、
前記窒化トンネル誘電体上に形成されたドープされたポリシリコン層を含む太陽電池。
【請求項２】
前記トンネル誘電体は厚みが２０Åよりも小さい請求項１記載の太陽電池。
【請求項３】
前記トンネル誘電体は二酸化シリコン層の窒化を通して形成される請求項１記載の太陽電池。
【請求項４】
前記トンネル誘電体は熱的窒化を通して形成される請求項１記載の太陽電池。
【請求項５】
ホウ素がポリシリコン中にドーパントとして使用される請求項１記載の太陽電池。
【請求項６】
内部に形成された開口を有するエミッタ上に形成された誘電体層と、
前記誘電体層の上で前記開口の中に形成された窒化層と、
前記開口と重なっているポリシリコン層と、
前記ポリシリコン層に接触する金属部を含む太陽電池エミッタ接触部。
【請求項７】
前記ポリシリコン層はドープされている請求項６記載の太陽電池エミッタ接触部。
【請求項８】
前記トンネル絶縁体は厚みが２０Åよりも小さい請求項６記載の太陽電池エミッタ接触部。
【請求項９】
基板と、
前記基板上のポリシリコン層と、
前記基板と窒化された拡散障壁を含む前記ポリシリコン層の間の絶縁層とを含むＭＩＳ太陽電池。
【請求項１０】
前記拡散障壁は窒化酸化膜を含んでいる請求項９記載のＭＩＳ太陽電池。
【請求項１１】
前記ポリシリコン層は前記基板と反対のドーピング型である請求項９記載のＭＩＳ太陽電池。
【請求項１２】
前記基板は表面ドーピング層を含んでいる請求項１１記載のＭＩＳ太陽電池。
【請求項１３】
前記表面ドーピング層は前記基板と同じ導電型である請求項１２記載のＭＩＳ太陽電池。
【請求項１４】
前記窒化酸化膜は表面キャリア密度を制御するために帯電させる請求項１０記載のＭＩＳ太陽電池。
【請求項１５】
前記ポリシリコンの加工中に、前記窒化トンネル誘電体は前記ポリシリコン層から前記基板中への拡散を阻害する請求項１記載の太陽電池を製造する方法。
【請求項１６】
前記エミッタは単一の浅い拡散プロセスによって形成される請求項６記載の太陽電池エミッタ接触部を製造する方法。
【請求項１７】
前記ポリシリコン層を加工中に、前記窒化拡散障壁は前記ポリシリコン層から前記基板中への拡散を阻害する請求項９記載のＭＩＳ太陽電池を製造する方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本出願は米国仮出願第６１／０４３，６６４号及び米国仮出願第６１／０４３，６７５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】
本発明は太陽電池に係り、特に、窒化接合をもつ太陽電池に関する。
【背景】
【０００３】
多くの種類の太陽電池は、使用される材料及び／又は製造プロセスのためにより良好な接合及び接触特性をもつように改良された構造を有している。
【０００４】
例えば、ポリシリコンエミッタ太陽電池は１９８０年代初頭に実証されていた。これらは典型的にはＳｉＯ２のような薄いトンネル誘電体上に堆積したポリシリコンを含んでいる。誘電体は２つの機能を果たすと考えられている。第1に、それはポリと基板間の界面を保護することを意図している。第２に、それは超階段接合を形成するために拡散を阻害することを意図している。
【０００５】
しかしながら、これらのデバイスは商品化されなかった。これは部分的には、長寿命のｎ型シリコンを低コストに得る方がはるかに容易だからである。このケースにおいて、ポリシリコンはｐ型ポリを作るためにホウ素をドープしなければならず、そして薄いＳｉＯ２層ではホウ素拡散を抑止しない。これはポリシリコンが２工程で形成されるので問題である。第１の工程において、それは比較的低温、典型的には６５０−７００℃で堆積が行われる。ホウ素拡散はこの時点では無視できる。しかしながら、その後ポリの密度を高めるために典型的には９００℃以上で約３０秒間アニール処理されなければならない。高密度化によって層のシート抵抗が実用的な値（典型的には２００Ω／ｓｑ．未満）まで下がり、また吸光も減少する。高密度化の時間／温度で、ホウ素が事実上拡散し、その結果超階段接合無しの従来のｐ−ｎ接合太陽電池となってしまう。従って、超階段接合をもつポリシリコン太陽電池は、実現できない。
【０００６】
効率が２４．７％に達する高効率単一接合太陽電池の類似型は、図１に示されるような選択エミッタ構造を利用している（Ａ．Ａｂｅｒｌｅ著、結晶シリコン太陽電池：Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ａｎａｌｙｓｉｓ，ＵＮＳＷ  Ｂｏｏｋｓ，シドニー，１９９９年を参照）。選択エミッタは、接触部１０２間の領域内の浅く適度にドープされた（厚み０．３μｍ、ドーピング１０１９／ｃｍ３のオーダーの）拡散部１０６と、接触部の下の深く高ドープされた（深さ１−３μｍ、ドーピング５×１０１９／ｃｍ３のオーダーの）領域１０８を含んでいる。コーティング１０４を通した接触部開口は、幅２−３μｍであり、金属格子線１０２がこれらの小開口の上に整列している。狭い接触部の場合は、表面の金属接触領域を最小限にする必要があり、これによってこの接触領域に高キャリア再結合が起きる。
【０００７】
この構造は多くの理由で製造が複雑である。第１に、浅い拡散とは別に、プロセス工程内でディープ拡散が行われなければならず、数時間の拡散時間が要求され得る。第２に、コンタクトホールとコンタクトラインがリソグラフィーによってディープ拡散に対して位置調整されなければならない。この精密なリソグラフィーはコストが掛かり、そして遅い。第３に、高解像度リソグラフィーを利用するには、小さなコンタクトホールが必要とされる。
【０００８】
既知の太陽電池の別の型は、ＭＩＳ型太陽電池である（Ｓｚｅ著，Ｐｈｉｓｉｃｓ  ｏｆ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅｓ，第２版，Ｗｉｌｅｙ，１９８１年，８２０頁を参照）。これらのデバイスは、ポリシリコン接触部を接合させて、適切な動作機能を提供させる（Ｇｒｅｅｎ著，Ｓｏｌaｒ  Ｃｅｌｌｓ：Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ  ＆  Ｐｒａｃｔｉｃｅ，Ｃｅｎｔｅｒ  ｆｏｒ  Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｎｉｃ  Ｄｅｖｉｃｅｓ  ａｎｄ  Ｓｙｓｔｅｍｓ，ニューサウスウェールズ大学，シドニー，１９９５年，１８１−１８６頁と２１２−２１４頁を参照）。
【０００９】
ＭＩＳ太陽電池構造を図２Ａに示す。それは、薄いトンネル酸化膜２０４−典型的にはｐ型基板２０２上に厚さ１５Åを含んでいる。正面接触突起２０６が酸化膜上に形成される際に、金属あるいはポリシリコンのいずれかが使用されるが、表面のフェルミレベルピンニングを避けるために後者の方が好ましい。横伝導率を上げ、表面再結合を減少させるために、トンネル酸化膜の下の基板をドープしてもよい。裏面接触部２０８が形成され、デバイスが完成する。
【００１０】
このデバイス構造の問題点が、接合特性を図示している図２Ｂに示される。上述したように、層２０４内のＳｉＯ２は拡散障壁としては不十分である。同時に、ポリシリコン接触部２０６からのドーパント原子は、下に存在しているシリコン２０２の中へ拡散する。例えば、ポリシリコンがＮ型であり、燐がドープされたならば、ポリシリコンが成長している間に燐は薄いＳｉＯ２を通って拡散するので、下に存在しているシリコンもＮ型となる。同時に、図２Ｂに示されるように、ＳｉＯ２をまたいで比較的小さな領域２１０ができる。トンネル電流はこの領域の指数関数であるので、薄いＳｉＯ２は電池のフィルファクターと効率を減少させる直列抵抗となる。
【００１１】
従来技術のＭＩＳ電池における別の問題点は、ポリシリコンや薄いＳｉＯ２のような層は、拡散炉内で形成され、そこでウェハーは溝の入ったボート内で直立して把持されることである。これは厚いウェハー（＞厚み２００μｍ）には適しているが、より薄いウェハーに対しては許容できない破損を引き起こす。
【００１２】
そこで、誘電体をまたいだ領域を増加させるために拡散を阻害するトンネル誘電体を形成するための改善の機会があり、また平面サセプタ上のウェハーに層形成を引き起こすプロセスのための機会がある。更に、太陽電池において点接触部を形成するためのより複雑でない構造と技術に対する技術の必要性が残されている。更に、ポリシリコンエミッタや超階段接合をもつ他の型の太陽電池及びそれを製造する方法に対する技術の必要性が依然として残されている。
【概要】
【００１３】
本発明は、ポリシリコンと浅いエミッタを持つ太陽電池、特に超階段接合をもつこのようなタイプの太陽電池と、このような太陽電池を製造する方法に関する。一形態によると、本発明のポリシリコンエミッタ太陽電池は、窒化トンネル絶縁体を含んでいる。窒化することによってホウ素拡散を防ぐことができ、ｎ型シリコンデバイス上のｐ型ポリ用の超階段接合を可能にする。１つの好ましい結果として、低コスト基板上にとても低い逆飽和電流デバイスができる。ポリシリコンエミッタの利用を可能にするために拡散障壁として窒化した酸化膜が使用される。
【００１４】
別の形態によると、窒化した酸化膜（ＤＰＮ）がＭＩＳ太陽電池構造のトンネル酸化膜層で使用される。ＤＰＮ層はプラズマ損傷を最小限に抑え、その結果界面特性の改善につながる。そして、上に重ねられたポリシリコンエミッタは、基板内の強度なドーピング効果や、過度な再結合、あるいは吸収無しに、低シート抵抗エミッタを提供することができ、従来の拡散したエミッタあるいはＴＣＯに対して顕著な改善が見られる。ＭＩＳ構造用の膜は、従来行われていたような拡散管内で積み上げることができない薄いウェハーに適した平面プロセスを用いて形成できる。ＤＰＮ酸化膜とポリシリコンエミッタの組合せによって、ＤＰＮ酸化膜を横切る高いドーピング勾配をもたらし、従って直列抵抗を減らすための高い電場をもたらす。ＤＰＮ膜は表面反転層の生成あるいは表面キャリア密度の制御のために荷電させてもよく、これによって基板をドープする必要性を除去することができる。基板表面は、ＭＩＳ酸化膜を横切るトンネル電場（と電流）を増加させるために逆にドープしてもよい。
【００１５】
本発明は更に、太陽電池用の改良されたエミッタ接触部のための方法と装置に関する。別の形態によると、本発明は選択エミッタと機能的に等価な太陽電池構造を作るための方法を含んでいるが、多数の拡散工程、長時間の拡散工程、位置調整されたリソグラフィー、あるいは微細なコンタクトホールを必要としない。
【００１６】
これら及び他の形態を促進する上で、本発明のいくつかの実施形態による太陽電池は、基板と、基板の上に形成され窒化されたトンネル誘電体と、窒化されたトンネル誘電体の上に形成されたドープされたポリシリコン層を含んでいる。
【００１７】
これら及び他の形態を更に促進する上で、本発明のいくつかの実施形態による太陽電池エミッタ接触部は、そこに形成された開口を有するエミッタの上に形成された誘電体層と、誘電体層の上で開口の中に形成された窒化層と、開口と重なっているポリシリコン層と、ポリシリコン層と接触している金属皮膜を含んでいる。
【００１８】
これら及び他の形態を更に促進する上で、本発明のいくつかの実施形態によるＭＩＳ太陽電池は、基板と、基板上のポリシリコン層と、ゲートから基板内への拡散を防ぐための、基板とポリシリコン層の間の窒化拡散障壁を含む絶縁層を含んでいる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
本発明のこれら及び他の形態と構成は、本発明に関する以下の特定の実施形態の記述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。
【００２０】
【図１】従来の高効率太陽電池における選択エミッタ構造を示す図である。
【図２Ａ】〜
【図２Ｂ】従来の高効率ＭＩＳ型太陽電池におけるエミッタ構造の特性を示す図である。
【図３】本発明の実施形態によるポリシリコンエミッタ太陽電池構造を示す図である。
【図４】本発明の実施形態による超階段接合を有するポリシリコンエミッタ太陽電池を作る際のプロセスフローである。
【図５】本発明の実施形態による太陽電池用の改良されたエミッタ接触構造を示す図である。
【図６Ａ】〜
【図６Ｂ】各々、従来の太陽電池構造用と本発明の実施形態による太陽電池構造用のプロセスフローである。
【図７Ａ】〜
【図７Ｂ】本発明の実施形態によるＭＩＳ型太陽電池において窒化層の下にあるエミッタ構造の特性を示す図である。
【詳細な説明】
【００２１】
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、本発明を詳細に説明する。特に、以下の図面及び実施例は、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すべ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の均等物を包含している。
【００２２】
本発明は、超階段接合によって太陽電池における効率が改善されたことを認めており、開放電圧は光発生電流ＪＬの逆飽和電流Ｊ０に対する割合の対数に次のように関連している。
ＶＯＣ＝ｋＴ／ｑｌｎ（ＪＬ／Ｊ０＋１）
ここで、逆飽和電流は次式によって与えられる。
Ｊ０＝ｑ（Ｄｎｎｐ／Ｌｎ＋Ｄｐｐｎ／Ｌｐ）
ただし、Ｄは少数キャリア拡散率、ｎ（ｐ）は少数キャリア密度、Ｌは拡散長を示している。例えば、低ドープｎ型基板上のｐ型ポリの場合、ポリは多量にドープされるので、少数キャリア密度ｎｐは実質的にゼロとなる。従って、第２項だけがＪ０に寄与する。Ｌの値が大きいとき、とても低い値が実現できる。
【００２３】
本願発明者は、窒化シリコン及び酸窒化シリコン層がホウ素拡散を阻害するために使用され得ることを更に認識している。これらは、シリコン誘電体層を成長させて、酸窒化を形成するために窒素を注入するか、もしくは窒化シリコン層をシリコンあるいはとても薄いＳｉＯ２ベース上に熱的に成長させることによって形成することができる。
【００２４】
従って、一実施形態において、本発明は、図３に示されるように、改善された接合特性をもつポリシリコンエミッタ太陽電池を形成する。図３に示されるように、太陽電池はホウ素ドープのポリシリコン層３０６の下でｐ型基板３０２の上にある窒化ゲートトンネル絶縁体３０４の堆積を通して形成される接合を含んでいる。ＭＯＳトランジスタ上に積まれたゲートとは対照的に、窒化層は太陽電池の全面を覆っている。格子線３０８が電池の上面を仕上げている。
【００２５】
本発明の一形態では、二酸化ケイ素の代わりに窒化ゲート絶縁体層３０４を利用する。窒化絶縁体はホウ素拡散を阻害し、熱的高密度化工程を利用して階段接合を提供する。高密度化工程は、２つの理由で有利である。第１に、それはポリシリコン３０６の抵抗率を下げるので、格子線３０８に接触する電流の利用が可能となる。第２に、それはポリシリコンの吸光を減らす。ポリシリコンエミッタ太陽電池と窒化ゲート酸化膜は、両者とも既知の技術であるが、これらの要素はこの組合せが太陽電池アプリケーション用に従来技術において出現することなく、１０年以上もの間存在し続けてきた。実際、最近２００６年には、窒化トンネル誘電体に言及せず明確にトンネル酸化膜の利用を言及しており、明細書の説明において明確に高温工程を避けることを言及している米国出願（米国特許出願公開第２００７／０２５６７２８号）が出願された。
【００２６】
図４は本発明のこの実施形態による例示的プロセスフローを示している。シリコン基板の表面がステップＳ４０２で清浄化された後に、トンネル誘電体層が形成される。本発明によると、トンネル絶縁体用の窒化シリコンと酸窒化シリコン層が、ホウ素拡散を阻害するために使用され得る。図４に示されているように、ステップＳ４０２において二酸化シリコン層を成長させ、ステップＳ４０６で酸窒化膜を形成するために窒素を注入するか、あるいはステップＳ４０８でシリコン上あるいはとても薄いＳｉＯ２ベース上に窒化シリコン層を熱的に成長させるかのいずれかによって、これらを形成することができる。いずれの場合も、トンネル絶縁体は厚みが８−１２Åのオーダーが望ましい。
【００２７】
更に図４で示されているように、ポリシリコン層が次に形成される。望ましくは、ポリシリコン層の厚みはおよそ５００−１０００Åであり、ポリのドーピングは２〜２０×１０２０／ｃｍ３の範囲であり、これによって５０−２００Ω／ｓｑ．のオーダーのシート抵抗が得られる。図示されているように、堆積はＳ４１０とＳ４１２の２工程で行われるのが望ましい。初めに、従来のシランあるいはジシランのＣＶＤ分解を利用して、６７０℃でポリを堆積させる。次に、３０秒間１０５０℃でアニール処理を行い、ポリの密度を高める。
【００２８】
電池の前面及び／又は裏面上に接触部を形成するために追加的な加工工程が実施され得ることは明白である。
【００２９】
更なる形態によると、本発明の実施形態では、選択エミッタ型太陽電池でディープ拡散に取って代わるポリシリコントンネル接合を利用している。これによってディープ拡散とそれに関連するパターニング工程を省き、そして残りのパターニングは厳密な位置調整あるいは微細な構成なしで行うことが可能である。
【００３０】
本発明のこれらの実施形態による構造を図５に示す。図示されているように、シリコン基板５０２上に形成されたドープされたエミッタ層５０４を含んでいる。埋め込み酸化膜層５０６がエミッタ層５０４の上に形成され、その中のポリシリコン層５０８と接触部５１０の間でコンタクトホールもエッチングによって形成される。本発明の更なる形態によると、薄いトンネル酸化膜層（図示せず）も、ポリシリコン層５０８とエミッタ層５０４の間に含まれる。この構造に関する更なる詳細は以下のプロセスフローの記載から明らかになるだろう。
【００３１】
本発明の形態の理解を助けるために、従来のプロセスフローを図６Ａに示し、本発明のこれらの実施形態によるプロセスフローを図６Ｂに示す。
【００３２】
図６Ａに示されるように、従来技術では、ディープ拡散工程Ｓ６０６は接触領域内で行われなければならず、マスキング酸化膜形成前工程Ｓ６０２とパターニング工程Ｓ６０４を必要としていた。後に続くディープ拡散工程Ｓ６０６の後に、マスキング酸化膜はＳ６０８で取り除かれる。そして、残りの加工工程Ｓ６１０からＳ６２０が実行され、これらは本発明を理解するためにある程度役に立ち、本発明の加工工程と類似しているのだが、それを以下に記述する。
【００３３】
図６Ｂに示されるように、従来プロセスにおける最初の３工程は、新プロセスでは省かれ、ステップＳ６５２における浅いエミッタ５０４の拡散から始まり、これは太陽電池技術における当業者にとって既知の多くの方法で実行できる。従来の除去ステップＳ６５４に続いて、パッシベーション酸化膜５０６がステップＳ６５６で形成され、そしてステップＳ６５８において穴がその中でエッチングされ形成される。従来技術とは異なり、このステップＳ６５８は、太陽電池技術における当業者に既知の他の方法のみならず、同時係属中のＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＵＳ０９／３１８６８で公開されているように実行することができる。接触部自体は皮膜で保護されているので、穴の大きさを２−３μｍに制限する必要は無く、はるかにより大きな穴を形成することが可能である。これによってパターニング工程はリソグラフィーよりもむしろスクリーン印刷を用いて行うことが可能となる。
【００３４】
従来プロセスと更に異なるのは、その後ステップＳ６６０において、アプライドマテリアルズのＩＳＳＧのようなプロセスを利用して薄いトンネル酸化膜が成長する。この酸化膜は厚みが１２Åのオーダーにあり、拡散障壁特性を向上させるために窒化するのが望ましい。次にステップＳ６６２において、薄いポリシリコン層５０８が堆積され、これは厚みが２００−５００Åのオーダーにある。薄いポリは透明であり、入射光のごく一部だけを吸収する。ポリシリコンあるいはその代わりとなる酸化膜／ポリシリコンの組合せは、接触保護膜を提供する。更なる保護は、コンタクトホールから金属導電ラインをオフセットすることで得てもよく、これによって下に存在する酸化膜は接触部５１０をエミッタ５０４から分離する。
【００３５】
その後、金属接触部５１０がステップＳ６６４とＳ６６６で形成される。なお、ポリは導電性があるので、これらはコンタクトホールの上に位置調整される必要は無いが、コンタクトホールの近くになければならない。従って、微細な位置調整されたリソグラフィーはこのステップでは必要ではない。
【００３６】
更なる形態によると、本発明者は、窒化シリコンフィルムが太陽電池において表面保護用として考えられてきたことを認識している。これらのフィルムは、しばしば表面を逆にして、表面における多数キャリアの密度を減らすために帯電させ、それによって表面トラップにおける再結合を抑制する。最も一般的な手法−プラズマＣＶＤ（ＰＥ−ＣＶＤ）とスパッタリング−を用いて堆積させたフィルムは、プラズマ開始による表面損傷があるかもしれず、これはフィルムの保護性能をやや低下させると考えられている。問題点は、プラズマが最初に起動するときに表面を保護するためのフィルムが存在していないことである。
【００３７】
従って、本発明の次の望ましい実施形態においては、太陽電池表面上に最初に窒化ゲートフィルムを形成している。これは２工程プロセスで作成可能である。表面酸化膜を除去するための表面の清浄化とＨＦエッチングに続いて、薄いＳｉＯ２層が形成され、それは典型的には厚さが１２〜１５Åである。その後、この層はリモート窒素プラズマで窒化される。プラズマからの低エネルギー窒素イオンが酸化膜中へそれら自身を注入させ、それによって窒化シリコンの薄い上層が形成される。シリコンとの界面は二酸化シリコンのままであり、良好な保護特性を有している。窒化の間に二酸化シリコンが存在することによっても、プラズマ損傷から表面を保護しており、従来技術において知られる表面プラズマ損傷の問題を克服している。このプロセスは、例えば、アプライドマテリアルズ社のＤＰＮプロセスのような商業的に利用可能な技術を用いて実行することが可能である。プロセスパラメータに依存して、多かれ少なかれ窒素を酸化膜中へ注入することができる。窒素イオンは正に帯電しているので、酸化膜中に残留電荷が残るかもしれない。これによって、表面にバイアスを掛けて使用することができる。例えば、もしも基板がＰ型ならば、帯電は表面が逆になるように使用され、これによって更に再結合を減少させることができる。しかしながら、本発明の中において後で記述するように、反転はトンネル電流を維持するために必要とされる酸化膜を通過する電場を減少させるので、これは制御した中で実行されなければならない。
【００３８】
次に、ポリシリコン層をＤＰＮ層の上に成長させ、その厚みは典型的には２０００Åである。この層は、ｎ型にはヒ素あるいは燐を、ｐ型にはホウ素を用いて、インサイチュ（in-situ、その場の）ドーピングが行われてもよい。太陽電池に対しての独自の利点は、窒化された酸化膜がここで、下に存在するシリコンの中へドーパントが拡散するのを防ぐ拡散障壁を形成することである。他の場合において、プラズマ浸漬イオン注入を用いてポリがドープされてもよいが、ドーパントを活性化するために高温アニール処理工程がその後で必要となる。望ましい実施形態によると、ポリシリコン層は構造の抵抗を最小にするために一様にドープされる。その後、従来法のように構造を完成させるために表裏に接触部が付け加えられる。
【００３９】
図７Ａは、本発明のこれらの実施形態による上述のプロセスを用いて完成したＭＩＳ太陽電池構造を示している。図示されているように、それは基板７０２の上に形成されたトンネル酸化膜層７０４と、トンネル酸化膜層７０４の上に形成されたポリシリコン層７０６と、それぞれ表面と裏面の接触部７０８と７１０を含んでいる。上述のように、トンネル酸化膜層７０４は薄いＤＰＮ層（図示せず）を含むために窒化されることが望ましい。図７Ｂはこの場合のバンド構造を示している。酸化膜を横切る電場は、窒素化合物によって図２Ｂの従来技術を超えて増加していることに留意されたい。トンネル電流は増加し、これによって従来技術のＭＩＳ太陽電池における直列抵抗の制約を克服することができる。
【００４０】
なお、いくつかの場合において、ポリの接触部は図２Ａのように局所的な領域に形成される。しかしながら、薄いポリシリコン層は相対的に光をほとんど吸収しないので、ポリシリコンは大きな領域の上に形成されてもよく、あるいは太陽電池の全表面であってもよい。これは（トンネル酸化膜の存在のおかげで）ポリと電池間の界面における望ましくない再結合を加えること無しに、表面のシート抵抗を減少させる。電池の直列抵抗が減少し、効率が改善されるので、再び利益が見受けられる。
【００４１】
いくつかの場合において、シリコンの上面においてＤＰＮ層が形成される前にドープ層を形成することができる。これは基板と同じ導電型であり、ポリシリコンよりも低いドーピングであり、例えば１０１７から１０１８半ばａｔｏｍｓ／ｃｍ３である。その目的は、ＤＰＮ層と基板との間の界面で再結合を最小化させて、少数キャリアが全く無い領域を形成することである。この層は厚みが１０００から２０００Åであり、ガス拡散法を利用して形成されてよい。しかしながら、上述のように、このドーピングは誘電体を横切る電場を減少させるので、もしもそれを利用するのならば、より低いドーピングが好ましい。
【００４２】
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】
2011517119.tif 000003
【図２Ａ】
2011517119.tif 000004
【図２Ｂ】
2011517119.tif 000005
【図３】
2011517119.tif 000006
【図４】
2011517119.tif 000007
【図５】
2011517119.tif 000008
【図６Ａ】
2011517119.tif 000009
【図６Ｂ】
2011517119.tif 000010
【図７Ａ】
2011517119.tif 000011
【図７Ｂ】
2011517119.tif 000012
【国際調査報告】
2011517119.tif 000013
2011517119.tif 000014