(57)【要約】  本発明は、１つまたは複数のソーラセルを備える体積ソーラ構造を提供する。このソーラ構造は、第１の導電型の半導体基板であって、半導体基板のパターニング済み表面を有し、パターンは漏斗のような形状の離間した溝のアレイを画定する、第１の導電型の半導体基板と、基板のパターニング済み表面の少なくとも一部上に配置された第１の導電型と反対の第２の導電型の第２の材料層とを備える。この構造は、それにより、この構造が曝露される入射放射エネルギーによって電荷キャリアがそこに生成される接合領域を画定する。接合領域は、この構造のパターニング済み表面上の異なる高さに位置する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つまたは複数のソーラセルを備える体積構造であって、第１の導電型の半導体基板であって、半導体基板のパターニング済み表面を有し、前記パターンは漏斗のような形状の離間した溝のアレイを画定する、第１の導電型の半導体基板と、前記基板の前記パターニング済み表面の少なくとも一部上に配置された前記第１の導電型と反対の第２の導電型の第２の材料層とを備え、構造は、それにより、該構造が曝露される入射放射エネルギーによって電荷キャリアがそこに生成される接合領域を画定し、前記接合領域は、前記基板の前記パターニング済み表面上の異なる高さに位置する構造。
【請求項２】
前記溝の深さと前記溝の配置構成のピッチとの間のアスペクト比はほぼ１以上である請求項１に記載の構造。
【請求項３】
前記溝の深さを画定する前記異なる高さ間の距離は約８μｍ〜約５０μｍの範囲にある請求項１に記載の構造。
【請求項４】
前記漏斗のような形状の溝は、少なくとも２つの交差平面に沿って延在する傾斜した側部表面を有し、前記入射放射エネルギーと前記少なくとも２つの側部表面との複数回の相互作用を規定し、それにより、前記パターニング済み表面から反射される光量を低減し、したがって、前記構造の外部量子効率を増加させる請求項１に記載の構造。
【請求項５】
前記漏斗のような形状の溝は、水平表面および前記水平表面間を連結する前記傾斜した側部表面を備える複数の表面によって形成され、前記接合領域は、前記傾斜した側部表面の間の前記水平表面上に位置する請求項４に記載の構造。
【請求項６】
前記傾斜した側部表面の角度は、複数の入射角度からの前記入射放射エネルギーを前記構造内に捕捉させるように選択され、それにより、前記パターニング済み表面から反射される光量を低減し、したがって、前記構造の外部量子効率を増加させる請求項４又は５に記載の構造。
【請求項７】
前記傾斜した側部表面の角度は、複数の入射角度からの前記入射放射エネルギーを前記構造内に捕捉させるように選択され、それにより、前記構造の光学経路長の増加をもたらし、したがって、前記構造の内部量子効率を増加させる請求項４から６のいずれか一項に記載の構造。
【請求項８】
その少なくとも一部が前記接合領域を含む前記溝の前記パターンは、所与の入射角度の前記入射放射について、前記入射放射エネルギーのほとんどが前記傾斜した側部表面を通して前記構造によって吸収されることを、前記構造の前記パターニング済み表面内の前記接合領域のフィルファクタが可能にするようなものであり、前記入射光の吸収が前記接合領域の近くで起こることおよび赤色および赤外光スペクトルによるキャリアの光生成を可能にし、内部量子効率を増加させる請求項４から７のいずれか一項に記載の構造。
【請求項９】
その少なくとも一部が前記接合領域を含む前記溝の前記パターンは、所与の入射角度の前記入射放射について、前記入射放射エネルギーのほとんどが前記傾斜した側部表面を通して前記構造によって吸収されることを、前記構造の前記パターニング済み表面内の前記接合領域のフィルファクタが可能にするようなものであり、前記入射放射のＵＶおよび青色スペクトルの吸収をもたらす請求項４から８のいずれか一項に記載の構造。
【請求項１０】
前記第２の材料層は連続である請求項１から９のいずれか一項に記載の構造。
【請求項１１】
前記第２の材料層は、前記第２導電型の可変伝導率を有し、それにより、前記離間した接合領域のアレイを画定する請求項１０に記載の構造。
【請求項１２】
前記第２の材料層は不連続であり、絶縁体層によって離間された前記離間した接合領域のアレイを画定する請求項１から１１のいずれか一項に記載の構造。
【請求項１３】
前記絶縁体層は、シリコン酸化物層およびシリコン窒化物層から選択される請求項１２に記載の構造。
【請求項１４】
前記接合領域は、２つの実質的に平行な平面に沿って延在する２つの異なる高さに位置する請求項１から１３のいずれか一項に記載の構造。
【請求項１５】
前記接合領域は、３つの実質的に平行な平面に沿って延在する３つの異なる高さに位置する請求項１から１４のいずれか一項に記載の構造。
【請求項１６】
前記局所的に隣接する接合領域間の距離は、前記入射放射エネルギーの赤色および赤外スペクトルの大部分が、前記局所的に隣接する接合領域間の表面によって吸収されるように選択される請求項１から１５のいずれか一項に記載の構造。
【請求項１７】
前記半導体基板はシリコン基板である請求項１から１６のいずれか一項に記載の構造。
【請求項１８】
前記シリコン基板は多結晶基板である請求項１７に記載の構造。
【請求項１９】
前記シリコン基板は単結晶基板である請求項１７に記載の構造。
【請求項２０】
前記第２の材料層および前記基板は、同じ半導体基板から形成される請求項１から１９のいずれか一項に記載の構造。
【請求項２１】
前記局所的に隣接する接合領域間の距離は、前記入射放射と前記溝の前記側部表面との相互作用の回数を最大にするように選択される請求項１から２０のいずれか一項に記載の構造。
【請求項２２】
前記半導体基板のパターニング済みでない表面上に少なくとも１つの電極を、また、前記パターニング済み表面上に少なくとも１つの電極を備える請求項１から２１のいずれか一項に記載の構造。
【請求項２３】
前記入射放射エネルギーを前記漏斗のような溝内に集中させるための、前記入射放射に曝露される１つまたは複数の光学要素を備える請求項１から２２のいずれか一項に記載の構造。
【請求項２４】
前記離間した漏斗のような溝は、前記パターニング済み表面上で実質的に放射状に配列された溝を含み、溝の配置構成は前記入射放射エネルギーに向く請求項２３に記載の構造。
【請求項２５】
ソーラ構造を作製する方法であって、第１の導電型の半導体基板を設けるステップと、前記半導体基板上に少なくとも１つの犠牲層を生成するステップと、前記少なくとも１つの犠牲層のそれぞれに、離間した領域の少なくとも１つのパターンを生成するステップと、所望のエッチングプロファイルを得るために、選択されたエッチングレートで前記少なくとも１つの犠牲層をエッチングするステップであって、それにより、パターニング済み半導体表面を形成し、前記パターンは漏斗のような形状の離間した溝のアレイを備える、エッチングするステップと、前記パターニング済み表面の少なくとも一部上に前記第１の導電型と反対の第２の導電型の第２の材料層を生成するステップであって、それにより、前記パターニング済み表面上の異なる高さに位置する離間した接合領域を画定し、前記構造が曝露される入射放射エネルギーによって前記接合領域内に電荷キャリアの生成を可能にする、生成するステップとを含む方法。
【請求項２６】
前記パターンは、水平表面および前記水平表面間を連結する前記傾斜した側部表面を備える複数の表面によって形成される少なくとも１つの溝を生成し、前記接合領域は、前記傾斜した側部表面間の前記水平表面上に位置する請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記接合領域は、２つの実質的に平行な平面に沿って延在する２つの異なる高さに位置する請求項２５に記載の方法。
【請求項２８】
前記接合領域は、３つの実質的に平行な平面に沿って延在する３つの異なる高さに位置する請求項２５に記載の方法。
【請求項２９】
前記第２の材料層および前記基板は、同じ半導体基板から形成される請求項２５に記載の方法。
【請求項３０】
前記半導体基板はシリコン基板である請求項２５に記載の方法。
【請求項３１】
前記シリコン基板は多結晶基板である請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記シリコン基板は単結晶基板である請求項３０に記載の方法。
【請求項３３】
前記犠牲層は、熱酸化物層、ＰＥＣＶＤ酸化物層、窒化物層、またはフォトレジスト層から選択される請求項２５に記載の方法。
【請求項３４】
前記第２の材料層は連続である請求項２５に記載の方法。
【請求項３５】
前記第２の材料層は不連続であり、絶縁層によって離間された前記離間した接合領域のアレイを画定する請求項２５に記載の方法。
【請求項３６】
前記エッチングは等方性である請求項２５に記載の方法。
【請求項３７】
前記エッチングは異方性である請求項２５に記載の方法。
【請求項３８】
前記所望のエッチングプロファイルは、ＰＥＣＶＤ酸化物および熱酸化物を異なるエッチングレートでエッチングすることによって得られる請求項２５に記載の方法。
【請求項３９】
前記所望のエッチングプロファイルは、シリコンおよび酸化物を異なるエッチングレートでエッチングすることによって得られる請求項２５に記載の方法。
【請求項４０】
前記第２の材料層は、前記第２導電型の可変伝導率を有し、それにより、前記離間した接合領域のアレイを画定する請求項２５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ソーラセルおよびそれを製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光エネルギーを有用な電気エネルギーに変換するソーラセルの使用がよく知られている。これらのソーラセルに入る光は吸収され、それにより、電子−正孔対を生成し、電子−正孔対は、その後、ソーラセル接合部によって生成される電界によって空間的に分離され、ソーラセルの各接触部（たとえば、上部および底部表面）において収集される。たとえば、ｎ−ｐ型ソーラセルでは、電子は、上部表面に移動することになり、その後、上部表面上に配置された金属グリッドによって収集されることになる。一方、正孔は、ソーラセルの底部表面に移動することになり、底部表面全体を覆う金属シートによって収集される可能性がある。
【０００３】
収集確率は、デバイスのある領域に吸収された光生成キャリアが、ｐ−ｎ接合部によって収集されることになる確率であり、したがって、光生成電流に寄与する。収集確率は、光生成キャリアが、拡散長と比較して移動しなければならない距離、および、デバイスの表面特性に依存する。欠乏領域で生成されたキャリアの収集確率は、電子−正孔対が、電界によって急速に引離されるように一掃され（ｓｗｅｅｐ  ａｐａｒｔ）収集されるため、１である。接合部から離れると、収集確率は低下する。キャリアが、接合部から離れて拡散長を超えた所で生成される場合、このキャリアの収集確率はきわめて低い。同様に、キャリアが、接合部よりも高い再結合を有する領域の近くで生成される場合、キャリアは再結合することになる。
【０００４】
ソーラセルを生産するいくつかの異なるタイプおよび方法が当業界で知られている。ソーラセル製造業者の進行中の目的は、費用効果的な方法でソーラセルの変換効率を改善することである。
【０００５】
半導体の表面に入射する光子は、上部表面から反射されるか、材料内に吸収されるか、または、先の２つのプロセスのいずれにも失敗して、材料を透過する。光起電力デバイスの場合、反射および透過は、吸収されない光子が電力を生成しないため、通常、損失メカニズムとして考えられる。
【０００６】
吸収係数は、特定の波長の光が、吸収される前に、材料内にどれだけ深く貫入し得るかを決定する。低い吸収係数を有する材料では、光はあまり吸収されず、材料は、十分に薄い場合、その波長に対して透明であるように見えることになる。吸収係数は、材料の特性であり、同様に、吸収される光の波長に依存する。
【０００７】
波長に対する吸収係数の依存性は、光のほとんどが吸収される前に、異なる波長が、半導体内で異なる距離だけ貫入するようにさせる。吸収深さは、吸収係数の逆数（すなわち、ａ−１）によって与えられる。吸収深さは、光が、その元の強度の約３６％まで低下するか、または別法として、１／ｅ倍に低下してしまう、材料内の距離を与える有用なパラメータである。所与の材料は、高エネルギー光（短い波長、たとえば、青色）について大きな吸収係数を有するため、高いエネルギー光は、表面の短い距離（シリコンソーラセルの場合、数ミクロン以内）で吸収され、一方、赤色光スペクトルは、あまり強く吸収されない。数百ミクロン進んだ後でも、近赤外光が全て、シリコンに吸収されるわけではない。
【０００８】
理想的なソーラセルは、ダイオードに並列接続した電流源によってモデル化されてもよい。ショックレイーの理想的なダイオード方程式またはダイオード法則は、順方向または逆方向バイアス（または無バイアス）における理想的なダイオードのＩ−Ｖ特性である。
【０００９】
方程式は、ＩＤ＝ＩＯ［ｅｘｐ（ｑＶ／ｋＴ）−１］であり、
式中、ＩＤはダイオード電流であり、ＩＯは逆バイアス飽和電流であり、Ｖはダイオードの両端の電圧であり、ｑは電子の電荷であり、ｋはボルツマンの定数であり、Ｔはダイオード接合部の絶対温度である。
【００１０】
コストに関するソーラセルについての典型的な要求は、ソーラセルが、金属基板のような安価な基板上で形成され得ることである。一方、シリコンは、ソーラセルを作るための半導体として通常使用される。とりわけ、単結晶シリコンは、光エネルギーを起動力に変換する効率の観点から、すなわち、光電変換効率の観点から優れている。しかし、単結晶シリコンは、比較的費用がかかる。多結晶シリコンは、費用がかからないが、低い変換効率をもたらす。アモルファスシリコンは、さらに安価であるが、非常に低い変換効率をもたらす。
【００１１】
ソーラセルの変換効率は、電気に変換される入射電力の分数として確定され、
【００１２】
【数１】
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【００１３】
として規定され、式中、ＰＭＡＸは最大出力電力［Ｗ］であり、Ｅは放射照度［Ｗ／ｍ２］であり、Ａは表面積［ｍ２］である。
【００１４】
量子効率（Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ：ＱＥ）は、１つのソーラセルの性能を別のソーラセルの性能と比較するための、最も一般的に使用されるパラメータである。ＱＥは、ソーラセルによって収集される電荷キャリアの数とソーラセルに入射する所与のエネルギーの光子の数の比を指す。したがって、ＱＥは、ソーラセルに入射する光のスペクトル内の種々の波長に対するソーラセルの応答に関連する。
【００１５】
ＱＥは、波長またはエネルギーの関数として与えられる。量子効率は、理想的には、ＱＥ値が、１であり、かつ、測定される波長の全スペクトルにわたって一定である正方形形状を有する。しかし、電荷キャリアが外部回路に移動できない、光反射および電子−正孔再結合の作用のために、ほとんどのソーラセルについてのＱＥが減少する。収集確率に影響を及ぼす同じメカニズムもまた、ＱＥに影響を及ぼす。高エネルギー（青色）光は、表面の非常に近くで吸収されるため、前部表面におけるかなりの再結合が、ＱＥの「青色（ｂｌｕｅ）」部分に影響を及ぼす。同様に、低エネルギー（赤色）光は、ソーラセルのバルクで吸収され、短い拡散長が、ソーラセルバルクから収集確率に影響を及ぼすことになり、スペクトルの赤色部分のＱＥを減少させる。量子効率は、デバイス厚さにわたって積分され、かつ、入射光子の数に対して正規化された単一波長の生成プロファイルのため、収集確率と呼ばれ得る。
【００１６】
ソーラセルの２つのタイプの量子効率（ＱＥ）が考慮されることが多い。外部量子効率は、ソーラセルによって収集される電荷キャリアの数とソーラセルに入射する所与のエネルギーの光子の数の比である。内部量子効率は、電流に寄与する電子の数と光生成電子の数の比である。
【００１７】
ソーラセル設計は、ある制約のセットが与えられると、効率を最大にするために、ソーラ構造のパラメータを指定することを含む。これらの制約は、ソーラセルが生産される作業環境によって規定される。たとえば、目的が、競合的な価格のソーラセルを生産することである商業環境では、特定のソーラ構造を作製するコストが考慮されなければならない。しかし、目的が、高い効率の実験室タイプソーラセルを生産することである研究環境では、コストではなく効率を最大にすることが、主要な考慮事項である。
【００１８】
一般に、ソーラセルの外部量子効率を最大にするために、反射防止皮膜を使用することが知られている。反射防止皮膜は、皮膜の干渉作用が、反射防止皮膜上部表面から反射された波を、半導体表面から反射された波に対して位相ずれさせるような特別に選択された厚さを有する誘電性材料の薄層を含む。これらの位相ずれ反射波は、互いに対して破壊的に干渉し、反射エネルギーをゼロにする。
【００１９】
作製プロセスに通常関連するソーラ構造のコストを低減しながら、高効率で広スペクトルのソーラ構造を提供し、また同様に、作製プロセスを簡略化することにおける必要性が当技術分野に存在する。
【００２０】
従来のシリコンソーラセルは、いくつかの主要な理由、すなわち、
−単結晶シリコンウェハは、費用がかかり過ぎて大面積ソーラセルファームで使用できず、多結晶シリコンベースソーラセルは、現在のところ効率が低過ぎること、
−シリコン応答の全スペクトルにおける最大太陽放射吸収のための多層反射防止（ａｎｔｉ−ｒｅｆｌｅｃｔｉｎｇ）（ＡＲ）皮膜の構築は、コストがかかり過ぎること
のために十分に効率的でなく、かつ、費用効果的でない。単層反射防止皮膜の使用は、セルの光吸収効率のかなりの減少をもたらし、それにより、内部と外部の両方の量子効率に寄与する。上述したように、反射防止皮膜は、薄膜付与材の上部および底部からの２つの反射波間の干渉を生じる。これらの波は反対の位相である場合、互いに相殺し、反射光を最小にする。最適な相殺は、薄膜の屈折率が、使用される特定のガラスについて調節され、かつ、薄膜の厚さが、ターゲット波長の１／４に制御されるときに起こる。これが与えられると、特定の波長について反射防止皮膜を設計することは比較的簡単である。しかし、太陽からの光は、広い範囲の波長を有し、エネルギーを生成するために、波長のできる限り多くを使用することが望まれる。従来の解決策は、多くの層の組合せが所望の効果を生み出す多層皮膜技法を使用することである。コストが増すことに加えて、多層皮膜は、ある入射角度で皮膜なしシリコンより多く日光を反射することになる。したがって、慣例的に、反射防止皮膜は、赤色スペクトルの周りでソーラセルによって使用される波長帯を狭くし、青色および近赤外スペクトルにおけるソーラセルの量子効率を下げる。
【００２１】
反射防止皮膜の使用に関連する別の問題は、太陽の異なる位置が異なる入射光の角度をもたらすことによるソーラセルの量子効率の減少である。ソーラセルから反射される光は、光が表面に入射する角度に依存する。１日の経過を通して、また、１年を通して、太陽の位置が変化する。太陽が空を横切って移動するにつれて、日光の入射角度が変化し、明け方および夕方の時間に反射量が増加する。ほとんどのソーラセルは、所定場所に固定され、太陽が空を横切って移動するにつれて、太陽に追従しない。ソーラセルについて高い反射防止性能を与えることは、ちょうど太陽が頭上にあるときではなく、太陽の光が異なる角度から入射する１日全体を通して反射を低減するための皮膜を必要とする。太陽に追従する問題および異なる入射角度の問題もまた、ソーラセルが集光器に連結されるソーラシステムにおいて存在する。−一般に、上部ｎ型またはｐ型層と金属層との間でオーミック接触を得るために、高濃度ドーピングが上部層に適用される。しかし、ドーパントの付加は、電荷キャリア拡散長を減少させる。拡散長が短い場合、少数キャリアは、ソーラセルから流れ出る代わりに、再結合し、したがって、電気を生成するために利用可能でない。その結果、金属に接触するソーラセルの領域は、最適化することが難しい。その理由は、高いドーパント濃度は、金属−半導体境界の効率を増加させるが、同様に、キャリア拡散長を減少させ（表面再結合速度を増加させ）、量子効率を減少させる。
−さらに、赤外（ＩｎｆｒａＲｅｄ）（ＩＲ）太陽放射は、浅い接合部から離れたシリコンの深い所で吸収される。結果として、ＩＲ放射によって生成される少数キャリアのほとんどは、接合部に達せず、その結果、ソーラセルの内部量子効率に寄与しない。この問題は、単結晶シリコンの電子拡散長に比べて電子拡散長がずっと短くなるため、多結晶シリコンにおいてさらに一層重大になる。
【００２２】
上述した理由で、従来のシリコンベースソーラセルの量子効率は、モノクリスタル（すなわち単結晶）シリコンの場合、約２０％に、また、多結晶シリコンの場合、約１３％に制限される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
本発明は、上述した欠点を克服し、半導体ベースソーラセルの量子効率を（たとえば、約１．３倍）上げることを可能にする。セルの量子効率を最大にするために、本発明は、セルによって収集される、キャリアになる光の量を増加させること、および、光生成キャリアの収集を増加させることを可能にする。反射の低減は、高い効率のソーラセルを達成するきわめて重要な部分であるが、ソーラセル内で最大の光スペクトルを吸収することもきわめて重要である。吸収される光量は、光学経路長および吸収係数に依存する。本発明は、広帯域ソーラスペクトルおよび広い入射角度にわたる電気伝送への変換のために利用可能なソーラエネルギーを最大にする。本発明は、たとえば、安価でかつ信頼性があるソーラセル構造を提供するために、半導体における低コストの標準的な微小電子製造技術を使用する。あるいは、本発明は、インクジェット印刷技法を使用してもよい。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
したがって、１つまたは複数のソーラセルを備える体積構造が提供される。このソーラ構造は、第１の導電型の半導体基板であって、半導体基板のパターニング済み表面を有し、パターンは漏斗のような形状の離間した溝のアレイを画定する、第１の導電型の半導体基板と、基板のパターニング済み表面の少なくとも一部上に配置された第１の導電型と反対の第２の導電型の第２の材料層とを備える。この構造は、それにより、この構造が曝露される入射放射エネルギーによって電荷キャリアがそこに生成される接合領域を画定する。接合領域は、この構造のパターニング済み表面上の異なる高さに位置する。
【００２５】
一部の実施形態では、溝の深さを画定する、異なる高さ間の距離は約８μｍ〜約５０μｍの範囲にある。
【００２６】
溝の配置構成は、溝パターンのピッチを規定する。好ましくは、構成は、溝の深さと溝の配置構成のピッチとの間のアスペクト比がほぼ１以上であるようなものである。しかし、一部の実施形態では、溝の深さと溝の配置構成のピッチとの間のアスペクト比は約０．８である。
【００２７】
漏斗のような形状の溝は、少なくとも２つの交差平面に沿って延在する傾斜した側部表面を有し、入射放射エネルギーと少なくとも２つの側部表面との複数回の相互作用を規定し、それにより、パターニング済み表面から反射される光量を低減し、したがって、この構造の外部量子効率を増加させる。
【００２８】
一部の実施形態では、漏斗のような形状の溝は、水平表面および水平表面間を連結する傾斜した側部表面を備える複数の表面によって形成され、接合領域は、傾斜した側部表面の間の水平表面上に位置する。
【００２９】
傾斜した側部表面の角度は、複数の入射角度からの入射放射エネルギーをこの構造内に捕捉させるように選択されてもよく、それにより、パターニング済み表面から反射される光量を低減し、したがって、この構造の外部量子効率を増加させる。これはまた、この構造の光学経路長の増加をもたらし、したがって、この構造の内部量子効率を増加させる。
【００３０】
一部の実施形態では、その少なくとも一部が接合領域を含む溝のパターンは、所与の入射角度の入射放射について、入射放射エネルギーのほとんどが、傾斜した側部表面を通してこの構造によって吸収されることを、この構造のパターニング済み表面内の接合領域のフィルファクタが可能にするようなものである。これは、入射光の吸収が接合領域の近くで起こることおよび赤色および赤外光スペクトルによるキャリアの光生成を可能にし、内部量子効率を増加させる。これはまた、キャリアの寿命が短く、拡散長が短い、ｎ＋型領域ではなくｐ−型領域において入射放射のＵＶおよび青色スペクトルの吸収をもたらす。
【００３１】
第２の材料層は連続であってよい。この場合、第２の材料層は、第２導電型の可変伝導率（ｖａｒｙｉｎｇ  ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ）を有し（たとえば、ｎ＋層内のｎ＋＋領域）、それにより、前記連続層において離間した接合領域のアレイを画定する。
【００３２】
あるいは、第２の材料層は不連続であり、絶縁体層によって離間された離間した接合領域のアレイを画定する。絶縁体層は、シリコン酸化物層または／およびシリコン窒化物層から選択されてもよい。
【００３３】
好ましくは、１つの構成では、接合領域は、２つの実質的に平行な平面に沿って延在する２つの異なる高さに位置する。他の構成では、接合領域は、３つの実質的に平行な平面に沿って延在する３つの異なる高さに位置する。
【００３４】
一部の実施形態では、局所的に隣接する接合領域間の距離は、入射放射エネルギーの赤色および赤外スペクトルの大部分が、局所的に隣接する接合領域間の表面によって吸収されるように選択される。
【００３５】
一部の実施形態では、局所的に隣接する接合領域間の距離は、入射放射と溝の側部表面との相互作用の回数を最大にするように選択される。
【００３６】
接合部の拡散長内で光が吸収されない場合、光生成キャリアは、再結合で失われることが理解されるべきである。その結果、非平坦構成で配列される（すなわち、異なる高さに位置する）接合部間の距離を、全光学経路長が接合部間の距離の数倍になるよう光学経路が折り重ねられるように適切に選択することによって、デバイスの内部量子効率が実質的に増加する。構造内の光学経路の（直線または曲線に沿う）長さは、未吸収光子が、構造から漏れ出る前に接合部間で移動する可能性がある距離を指し、したがって、光学経路長と接合部間の距離との間の高い比は、光が、接合部間で前後に多数回跳ね返ること（すなわち、複数の全反射）を示す。したがって、本発明は、短い拡散長を有する低等級（安い）材料を使用し、かつ、依然として高い量子効率を維持することを可能にする。さらに、シリコンのドーピングレベルを増加させること（実際には拡散長を減少させる）は、より高いダイオードビルトイン電圧、その結果、より大きな生成起電力をもたらす。
【００３７】
さらに、傾斜した表面に光を入射させること（すなわち、勾配付きプロファイル）によって、光がソーラ構造内で進む角度を変更することで、反射を低減させるだけでなく、半導体内に斜めに光を結合させることを可能にし、したがって、接合部間の距離に比べて長い光学経路長を与える。特に、吸収が弱い赤色およびＩＲ光は、光生成が、従来の平坦ソーラセル構造に比べてより接合部の近くで起こるように、構造に斜めに貫入する。
【００３８】
通常、光が半導体材料に入るときに屈折する角度は、スネルの法則に従って、
ｎ１ｓｉｎθ１＝  ｎ２ｓｉｎθ２
であり、式中、θ１およびθ２は、それぞれ屈折率ｎ１およびｎ２を有する媒体内で界面の垂直平面に対して界面上に入射する光についての角度である。
【００３９】
光が高屈折率媒体から低屈折率媒体に通過する場合、全反射（ＴＩＲ）の可能性が存在する。全反射が起こる角度は、臨界角であり、上記式のθ２を０に設定することによって見出される。
【００４０】
本発明は、構造の内部で複数回の相互作用をもたらすために全反射の原理を使用する。各溝は、ほぼ完全な「黒体（ＢＬＡＣＫ  ＢＯＤＹ）」として働く、すなわち、入射光のわずかな部分が、入射光の波長および角度によらず反射される。
【００４１】
さらに、本発明は、（接合部間で生成された）光キャリアが、より近い接合部に達するために移動しなければならない距離を最小にすることによって、内部量子効率を増加させる。
【００４２】
一部の実施形態では、本発明の構造は、単結晶シリコン基板または多結晶シリコン基板を用いて作られてもよい。しかし、本発明は、シリコン材料に限定されず、任意の半導体材料について使用されてもよいことが強調される。第２の材料層および基板は、シリコンと異なり得る同じ半導体基板から形成されてもよい。
【００４３】
本発明の構造は、半導体基板のパターニング済みでない表面上に少なくとも１つの電極を、また、パターニング済み表面上に少なくとも１つの電極を備えてもよい。
【００４４】
一部の実施形態では、この構造は、入射放射エネルギーを漏斗のような溝内に集中させるための、入射放射に曝露される１つまたは複数の光学要素を備える。離間した漏斗のような溝は、パターニング済み表面上で実質的に放射状に配列された溝を含み、溝の配置構成は入射放射エネルギーに向く。
【００４５】
さらに、本発明のソーラ構造は、任意の反射防止皮膜の要求を低減させる。
【００４６】
したがって、本発明は、半導体表面上で離間した溝を画定するパターンを有する新規な体積ソーラ構造を提供する。このパターンは、最適化されたドーピングプロファイルおよび接触電極と組合せて、実質的な付加コストなしで量子効率の３０％増加を達成することを可能にする。
【００４７】
本発明の別の広い態様によれば、ソーラ構造を作製する方法も提供される。方法は、第１の導電型（ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ  ｔｙｐｅ）の半導体基板を設けること、半導体基板上に少なくとも１つの犠牲層を生成すること、少なくとも１つの犠牲層のそれぞれに、離間した領域の少なくとも１つのパターンを生成すること、所望のエッチングプロファイルを得るために、選択されたエッチングレートで少なくとも１つの犠牲層をエッチングすることであって、それにより、パターニング済み半導体表面を形成し、パターンは漏斗のような形状の離間した溝のアレイを備える、エッチングすること、および、パターニング済み表面の少なくとも一部上に第１の導電型と反対の第２の導電型の第２の材料層を生成することであって、それにより、パターニング済み表面上の異なる高さに位置する離間した接合領域を画定し、構造が曝露される入射放射エネルギーによって接合領域内に電荷キャリアの生成を可能にする、生成することを含む。
【００４８】
一部の実施形態では、パターンは、水平表面および水平表面間を連結する傾斜した側部表面を備える複数の表面によって形成される少なくとも１つの溝を生成し、接合領域は、傾斜した側部表面間の水平表面上に位置する。
【００４９】
一部の実施形態では、犠牲層は、熱酸化物層、ＰＥＣＶＤ酸化物層、窒化物層、またはフォトレジスト層から選択される。
【００５０】
エッチングは、等方性または異方性であってよい。
【００５１】
一部の実施形態では、所望のエッチングプロファイルは、ＰＥＣＶＤ酸化物および熱酸化物ならびに／またはシリコンおよび酸化物を異なるエッチングレートでエッチングすることによって得られる。
【００５２】
本発明を理解し、本発明が実際にどのように実施されてもよいかを確かめるために、一部の実施形態が、ここで、添付図面を参照して、非制限的な例としてだけ述べられるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の一実施形態によるソーラ構造の略図である。
【図２Ａ】本発明の別の実施形態によるソーラ構造の略図である。
【図２Ｂ】本発明の別の実施形態によるソーラ構造の略図である。
【図２Ｃ】本発明の別の実施形態によるソーラ構造の略図である。
【図３】図１のソーラ構造内の入射光伝播を示す図である。
【図４】図２Ｃのソーラ構造内の入射光伝播を示す図である。
【図５】図２Ｃのソーラセル内の入射光伝播の平面図である。
【図６】本発明のソーラ構造の平面図である。
【図７Ａ】図１のソーラ構造の作製プロセスの１つのオプションを示す図である。
【図７Ｂ】図１のソーラ構造の作製プロセスの１つのオプションを示す図である。
【図７Ｃ】図１のソーラ構造の作製プロセスの１つのオプションを示す図である。
【図７Ｄ】図１のソーラ構造の作製プロセスの１つのオプションを示す図である。
【図７Ｅ】図１のソーラ構造の作製プロセスの１つのオプションを示す図である。
【図８Ａ】図２Ｃのソーラ構造の作製プロセスの１つのオプションを示す図である。
【図８Ｂ】図２Ｃのソーラ構造の作製プロセスの１つのオプションを示す図である。
【図８Ｃ】図２Ｃのソーラ構造の作製プロセスの１つのオプションを示す図である。
【図８Ｄ】図２Ｃのソーラ構造の作製プロセスの１つのオプションを示す図である。
【図８Ｅ】図２Ｃのソーラ構造の作製プロセスの１つのオプションを示す図である。
【図８Ｆ】図２Ｃのソーラ構造の作製プロセスの１つのオプションを示す図である。
【図８Ｇ】図２Ｃのソーラ構造の作製プロセスの１つのオプションを示す図である。
【図８Ｈ】図２Ｃのソーラ構造の作製プロセスの１つのオプションを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００５４】
本発明の一実施形態による体積構造（すなわち、周期的構造）の実施例の図１を示す。ソーラ構造１００は、その上にパターニング済み表面を有する第１の導電型の半導体基板１０、この特定の実施例ではｐ型のシリコンを含む。パターンは、漏斗のような形状の離間した溝の（すなわち、２つの交差平面に沿って延在する傾斜した側部表面を有する）アレイを画定し、（溝間の空間によって画定された）溝の底部および上部表面は、２つの実質的に平行な平面（１０Ａ、１０Ｂ）に沿って延在する。基板１０のパターニング済み側面の上部には、第１の導電型と反対の第２の導電型の第２の材料層２０（ｎ＋型伝導性）が配置され、入射放射エネルギーによって電荷キャリアがそこで生成され得るｐ−ｎ接合部を画定する。この実施例では、層２０は、不連続であり、絶縁体２２によって離間された接合部のアレイを生成する。ｐ−ｎ接合領域は、基板のパターニング済み側面上の異なる高さ（１０Ａ、１０Ｂ）（たとえば、上部および底部）に位置し、非平坦表面を形成する。２つのソーラセルが図に示される。
【００５５】
層の材料のタイプおよび構造の幾何形状（すなわち、構造のプロファイル）は、セルの量子効率を増加させ、最適化された光捕捉を保証するために最適化される。入射光は、漏斗のような溝に向かって伝播して、その後、ソーラセルによって吸収されるかまたは反射される。したがって、光は、溝間に捕捉される。
【００５６】
表面再結合速度は、本発明のソーラセル構成で使用される材料のタイプを適切に選択することによって実質的に低減されることが留意されるべきである。特に、シリコン酸化物層とｐ＋層の組合せは、表面再結合速度を低減する。
【００５７】
一部の実施形態では、ｐ型基板の濃度より高い濃度のｐ型ドーピングの薄層は、ｎ型層が存在しないセルの任意の表面で生成される。これは、表面生成が、電子寿命を、その結果、電子拡散長を減少させる、シリコン表面から遠くへ光生成電子を押しやる局所的な電界を形成する。
【００５８】
この特定でかつ非制限的な実施例では、ソーラ構造の寸法は、次の通りである、すなわち、溝の深さ（すなわち、異なる高さの間の差）は、約８μｍ〜１２μｍの範囲内である。ｎ＋型領域は、溝の配置構成のピッチが約１０μｍであるように、約９μｍの距離によって離間された約１μｍの幅を有する。溝の深さと溝の配置構成のピッチとのアスペクト比は、約０．８〜１．２の範囲内にある。
【００５９】
基板のドーピングは、変換セル効率を増加させるために、約１０１６〜１０１８の範囲内で比較的高いことも留意されるべきである。短い拡散距離は、光生成電子の寿命を減少させることを可能にし、したがって、より高い基板ドーピングレベルは、高い電圧がセルの両端に印加されることをもたらし、その結果、光エネルギーの大部分が電力に変換される。
【００６０】
半導体基板１０のパターニング済み表面の実施例を示す図２Ａが参照される。パターニング済み半導体基板１０は、側部表面によって連結された水平領域２０を画定する。パターンは、異なる高さ（１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ）（たとえば、上部、中央、および底部）に位置する３つの平行平面に沿って延在する漏斗のような形状の離間した溝のアレイ（この特定の場合、２つ）を画定する。最適なソーラセル構造（すなわち、外側プロファイル）は、一方で、基板材料のいくつかの可変パラメータに、他方で、ソーラセル光学設計のいくつかの可変パラメータに依存することが理解されるべきである。標準的な処理ステップを使用することによって、本発明は、寸法ａ〜ｇがそれぞれ、ゼロから数十ミクロンまで選択され得るソーラ構造を提供する。図２Ｂは、ｄおよびｇがゼロに等しい場合を示す。
【００６１】
図２Ｃは、図２Ａのパターニング済み半導体構造１０によって形成された体積ソーラ構造２００を示す。パターニング済み半導体基板１０は、この特定の実施例では、ｐ型伝導率のシリコン基板である。第１の導電型と反対の第２の導電型の第２の材料層は、基板のパターニング済み側面上に配置された、離間したｎ＋型領域２０のアレイを画定する。この特定でかつ非制限的な実施例では、ソーラセルの寸法は、次の通りである、すなわち、２つの第１の平行平面（１０Ａと１０Ｂ）間の距離は約９．５μｍであり、２つの第２の平行平面（１０Ｂと１０Ｃ）間の距離は約８μｍであり、したがって、溝の深さは約１７．５μｍである。ｎ＋型領域は、約１μｍの幅を有する。ｎ＋型領域は、溝の配置構成のピッチが約１４μｍになるように、中央レベル（１０Ｂ）において約２μｍの距離だけ、また、上部レベル（１０Ａ）において約１３μｍの距離だけ離間する。溝の深さと溝の配置構成のピッチとの間のアスペクト比は、１以上であり、この特定の場合、約１．２５である。
【００６２】
本発明の代替の実施形態では、ｎ＋型領域は、全表面（たとえば、パターニング済み構造の連続するｎ＋表面層）になるほどに溝表面の大部分を覆う。この場合、ｎ＋＋領域は、溝の底部上でかつ溝の間の空間内に（ドーピングすることによって）設けられる。
【００６３】
所与の入射角度でソーラセルにインタフェースする所与の光線について、図１のソーラ構造内での入射光伝播を示す図３が参照される。光線ａ〜ｈは、セルに関して考えられる伝播（すなわち、透過および反射）を示す。ａ〜ｄが透過伝播を示す場合、ソーラセルによって最初に吸収される光線ａおよびｂは、セル表面に垂直に伝播するが、底部接合部の近傍に達する前に１２μｍを超えて通過し、ｃおよびｄは、セル表面に対して斜めに伝播することが観測される。ｅ〜ｈが反射伝播を示す場合、ｅは失われ、ｆおよびｇは、斜めに反射されるが、底部接合部の近傍に達する前に１２μｍを超えて通過した後、隣接するソーラセルに貫入し、ｈは、ソーラセルに垂直に伝播し、底部セルまたは隣接するソーラセルの底部セルで吸収され得ることが観測される。
【００６４】
本発明の構成を使用することによって、接合部間で生成される光生成キャリアは、接合部に達するために約６〜７μｍだけ移動しなければならないだけであり、したがって、再結合レートが最小になる。さらに、光線は、底部接合部の近傍に達する前に、セル内で１０μｍ〜２０μｍ移動しなければならず、収集確率および量子効率が増加する。
【００６５】
さらに、本発明のソーラ構造を使用することによって、反射光線（光線ｅ）に関連する損失が、ソーラセルの全面積の約１５％で、たとえば、溝の配置構成のピッチの約１４ミクロンの中の水平平面の約２ミクロンで起こるだけである。本構成の別の利点は、吸収が弱い赤色およびＩＲ光は、光生成が接合部の近傍で起こるように半導体基板に斜めに貫入し、収集確率が増加することである。
【００６６】
所与の入射角度でソーラセルにインタフェースする所与の光線について、図２Ｃのソーラ構造内での入射光伝播を示す図４が参照される。レイトレーシングは、セル内での考えられる伝播（すなわち、透過および反射）を示す。セルの最適化された幾何形状は、全ての光線が、底部接合部の近傍に達する前に、セル内で１０μｍ〜２０μｍ貫入するようにセルを構成することによって、量子効率が最大になるように選択される。さらに、波長に対する吸収係数の依存性は、光のほとんどが吸収される前に、異なる波長が、半導体内で異なる距離（すなわち、異なる吸収深さ）だけ貫入するようにさせる。本発明では、入射光の約７５％は、上部接合部（すなわち、高濃度ドープ領域）を通してセルに入るのではなく、ＵＶおよび青色スペクトルもまた量子効率に寄与するように、側壁を通して入る。さらに、ほとんどの光線は、基板に斜めに貫入し、したがって、接合部の近くで吸収され、再結合レートが最小になる。短い収集距離（すなわち、入射光の吸収が接合領域の近くで起こる）が本発明のソーラセル構成によって実現されるため、光生成キャリアの寿命を短くすることができ、電子拡散長が単結晶シリコンの電子拡散長より短い、半導体基板としての多結晶シリコンの効率的な使用をもたらす。
【００６７】
本発明のソーラセル内のレイトレーシング伝播の平面図を示す図５が参照される。光線は、底部接合部領域の近傍で基板に貫入するまで、漏斗のような溝６０に沿って反射される。このタイプの構成を使用することによって、外部量子効率が増加し、反射光線の喪失が最小になる（ソーラセルの全面積の約１５％）。
【００６８】
本発明のソーラ構造の平面図（放射状構成）を示す図６が参照される。図に示すように、放射状構成では、漏斗のような溝６０は、半導体表面に対して放射状に配列された線によって表される。
【００６９】
一実施形態による、ソーラ構造の作製プロセスを示す図７Ａが参照される。本発明のソーラ構造は、１つの導電型の半導体基板を設けること、半導体基板上に少なくとも１つの犠牲層を生成すること、犠牲層の離間した領域のあるパターンを生成すること、所望のエッチングプロファイルを得るために、選択されたエッチングレートで少なくとも１つの犠牲層をエッチングすること、勾配付きの漏斗のような表面を有する半導体基板を得ること、および、勾配付き漏斗のような基板の選択された領域上に配置された異なる導電型の離間した固体材料のアレイを生成することであって、それにより、ソーラ構造を得る、生成することによって実現される。この特定でかつ非制限的な実施例では、ソーラ構造の作製は、ｐ型シリコンウェハ１０の開始材料で始まる。シリコンウェハ１０は、単結晶シリコンウェハまたは多結晶シリコンウェハであってよい。その後、熱酸化ステップは、シリコンウェハ１０を覆って約０．８μｍ厚のシリコン熱酸化物層１２を成長させる。約１００ｎｍの厚さの酸化物層１４が、プラズマ強化化学気相堆積（ｐｌａｓｍａ  ｅｎｈａｎｃｅｄ  ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）（ＰＥＣＶＤ）技法を使用して、シリコン熱酸化物層１２上に堆積される。約５０ｎｍの厚さの窒化物層１６が、プラズマ強化化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）技法を使用して、ＰＥＣＶＤシリコン熱酸化物層１４上に堆積される。第１のパターニング済みマスク層（たとえば、レジスト）は、その後、従来のリソグラフィによって、または、インクジェット印刷などの任意の他のパターニング技法によって形成され、約７μｍ以上の幅を有し、かつ、約３μｍ以上の距離だけ離間された、離間した領域を画定する。
【００７０】
エッチングプロセスは、エッチングマスクとして作用するパターニング済みマスク層を通して、窒化物層１６およびＰＥＣＶＤ酸化物層１４の露出領域に適用される。パターニング済みマスク層は、その後取り除かれる。
【００７１】
図７Ｂに示すように、第２のパターニング済みマスク層１８（たとえば、レジスト）は、その後、リソグラフィによって、または、任意の他の従来のパターニング技法によって形成され、窒化物層１６の上部上の一部分および第１のパターンによって画定された空間の一部分を覆う離間した領域を画定する。
【００７２】
図７Ｃに示すように、バッファードウェット酸化物エッチは、その後、ＰＥＣＶＤシリコン熱酸化物層１４の一部およびシリコン酸化物層１２の一部を除去するために、窒化物層１６を通して実施される（バッファードＨＦ）。バッファードＨＦは、層１２の側壁が傾斜してエッチングされるように（すなわち、傾斜プロファイル）、ＰＥＣＶＤ酸化物エッチレートと熱酸化物エッチレートとのエッチング選択比が約６．７：１になるように選択されることが留意されるべきである。ウェットエッチング技法の使用は、所望のエッチングプロファイルを得るために、異なるエッチングレートで熱酸化物膜およびＰＥＣＶＤ層を除去することを可能にすることが理解されるべきである。実施されるウェットエッチは、露出した熱酸化物の膜厚をエッチレート比に比例して減少させるため、堆積される酸化物の初期厚さは、相応して調整された。マスク層１８は、その後、図７Ｄに示すように取り除かれた。ウェット窒化物エッチは、その後、層１６を除去するために適用される。選択性エッチング（ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  ｅｔｃｈｉｎｇ）（ＲＩＥ）は、その後、シリコン酸化物と熱酸化物とのエッチング選択比が１０：１になるように、熱酸化物層１２およびシリコン層１０に適用され、シリコン層１０の側壁の勾配エッチング（勾配付きプロファイル）が得られる。同様に、ウェットエッチング技法の使用と同様に、ＲＩＥ技法は、所望のエッチングプロファイルを得るために、異なるエッチングレートで熱酸化物膜およびシリコン層を除去することを可能にする。
【００７３】
短い等方性ウェットエッチは、その後、シリコン表面全体を清浄するために適用される。ｐ＋型拡散は、光生成電子をシリコン表面から遠くに跳ね返すビルトイン電界を形成することができるスキン層を形成するために適用される。熱酸化ステップは、その後、約３００ｎｍの連続した酸化物層２２を成長させるために適用される。さらなるＲＩＥステップは、連続した酸化物層２２の水平エリア（すなわち、上部および底部表面）をエッチングするために適用され、傾斜した側部表面および垂直表面上に酸化物が残る。ｎ＋ドーピングが、その後、適用され、露出した水平エリアに影響を及ぼして、気相または堆積されたドープド酸化物からのリンまたはヒ素拡散によって、ｎ＋−ｐ接合部を形成する領域２０が形成される。任意選択で、反射防止窒化物層が、その後堆積される。金属化は、その後、当技術分野で一般に実施されるように、ウェハの前面で実施され、それに続いて、シリコンウェハの背面でアルミニウム蒸着が実施される。金属領域に接して（ｎｅｘｔ  ｔｏ）ｎ型領域を高濃度にドーピングすること（ｎ＋）は、量子トンネリングおよび／または熱支援トンネリングによる、オーミック（低抵抗）接触を形成するのに役立つことが留意されるべきである。
【００７４】
別の実施形態による、ソーラ構造の作製プロセスを示す図８Ａが参照される。この特定でかつ非制限的な実施例では、ソーラ構造の作製は、ｐ型シリコンウェハ１０の開始材料で始まる。シリコンウェハ１０は、単結晶シリコンウェハまたは多結晶シリコンウェハであってよい。その後、熱酸化ステップは、シリコンウェハ１０を覆って約１μｍ厚のシリコン熱酸化物層１２を成長させる。約１００ｎｍの厚さの酸化物層１４が、プラズマ強化化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）技法を使用して、シリコン熱酸化物層１２上に堆積される。パターニング済みマスク層（たとえば、レジスト）１６は、その後、リソグラフィによって、または、インクジェット印刷などの任意の他のパターニング技法によって形成され、約２μｍ以上の幅を有し、かつ、約１２μｍ以上の距離だけ離間された、離間した領域を画定する。
【００７５】
図８Ｂに示すように、熱酸化物１２およびＰＥＣＶＤ酸化物１４の露出領域をエッチングする第１の反応性イオンエッチング（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  ｅｔｃｈｉｎｇ）（ＲＩＥ）は、エッチングマスクとして作用するパターニング済みマスク層１６を通して適用される。シリコンウェハ１０の露出した領域をエッチングする第２の反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）は、その後、エッチングマスクとして作用するパターニング済みマスク層１６を通して適用されて、シリコンウェハ１０内に約１０μｍの高さを有する離間した溝が生成される。
【００７６】
ウェット酸化物エッチは、その後、ＰＥＣＶＤ−酸化物と熱酸化物とのエッチング選択比が約６．７：１になるように熱酸化物層１２およびＰＥＣＶＤ酸化物１４に適用され、層１２および１４の側壁の勾配エッチングが得られる。ウェットエッチング技法の使用は、所望のエッチングプロファイルを得るために、異なるエッチングレートで熱酸化物膜およびＰＥＣＶＤ層を除去することを可能にすることが理解されるべきである。実施されるウェットエッチは、露出した熱酸化物の膜厚をエッチレート比に比例して減少させるため、堆積される酸化物の初期厚さは、相応して調整された。マスク層１６は、その後、図８Ｄに示すように取り除かれる。
【００７７】
ウェットエッチングステップによって得られる酸化物勾配付きプロファイルは、図８Ｅに示され、測定勾配は約６．３μｍである。
【００７８】
ＲＩＥステップが適用され、図８Ｆに示すように、熱酸化物層１４の約０．５μｍをエッチングする。
【００７９】
図８Ｇに示すように選択的エッチングは、その後、シリコン酸化物と熱酸化物とのエッチング選択比が１９：１になるように熱酸化物層１２およびシリコン層１０に適用され、シリコン層１０の側壁の勾配エッチングが得られる。熱酸化物層１２のエッチングされた厚さは約０．５μｍであり、一方、シリコン層１０のエッチングされた厚さは約９．５μｍである。
【００８０】
図８Ｈに示すように、ｐ＋型（たとえば、ボロン）拡散ステップが構造に適用される。ボロン濃度は、約１０１７〜１０１８ｃｍ−３であってよい。上述したように、ｐ＋型拡散は、光生成電子をシリコン表面から遠くに跳ね返す電界を形成することができるｐ＋スキン層を形成するために適用される。ウェット酸化ステップは、その後、約０．８ｎｍの連続した酸化物層２０を成長させるために適用される。さらなるＲＩＥステップは、連続した酸化物層２０の水平エリアをエッチングするために適用される。ｎ＋ドーピングが、その後、適用され、露出した水平エリアに影響を及ぼして、気相またはリンまたはヒ素を含有するドープド堆積酸化物から、接合部ｎ＋領域が形成され、ｎ＋−ｐ接合部が形成される。金属化は、その後、当技術分野で一般に実施されるように、ウェハの前面で実施され、それに続いて、シリコンウェハの背面でアルミニウム蒸着が実施される。金属領域に接してｎ型領域を高濃度にドーピングすること（ｎ＋）は、量子トンネリングおよび／または熱支援トンネリングによる、オーミック（低抵抗）接触を形成するのに役立つことが留意されるべきである。
【００８１】
さらに、放射のほとんどは、接合領域（ｎ＋領域）を通してではなく、溝の内部で（すなわち、構造の傾斜した側部表面を通して）セルに入るため、接合領域のドーピングレベルおよび拡散長は、連続した第２の材料層（連続したｎ＋層）が使用されるときに比べてかなり大きい可能性がある。これは、次に、第２の材料層（ｎ＋層）の低い直列抵抗をもたらし、したがって、隣接する接触電極（たとえば、隣接する金属線）間の距離の増加を可能にする。したがって、構造面積のより小さな部分が金属で覆われ、構造の外部量子効率が増加する。
【符号の説明】
【００８２】
１０  第１の導電型の半導体基板（シリコンウェハ）
１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ  平行な平面
１２  シリコン熱酸化物層
１４  ＰＥＣＶＤシリコン酸化物層
１６  窒化物層
１８  第２のパターニング済みマスク層
２０  第２の導電型の材料層（ｎ＋領域）
２２  絶縁体
６０  漏斗のような溝
１００、２００  ソーラ構造
【図１】
2011523226.tif 000004
【図２Ａ】
2011523226.tif 000005
【図２Ｂ】
2011523226.tif 000006
【図２Ｃ】
2011523226.tif 000007
【図４】
2011523226.tif 000008
【図５】
2011523226.tif 000009
【図６】
2011523226.tif 000010
【図７Ａ】
2011523226.tif 000011
【図７Ｂ】
2011523226.tif 000012
【図７Ｃ】
2011523226.tif 000013
【図７Ｄ】
2011523226.tif 000014
【図７Ｅ】
2011523226.tif 000015
【図８Ａ】
2011523226.tif 000016
【図８Ｂ】
2011523226.tif 000017
【図８Ｃ】
2011523226.tif 000018
【図８Ｄ】
2011523226.tif 000019
【図８Ｅ】
2011523226.tif 000020
【図８Ｆ】
2011523226.tif 000021
【図８Ｇ】
2011523226.tif 000022
【図８Ｈ】
2011523226.tif 000023
【図３】
2011523226.tif 000024
【国際調査報告】
2011523226.tif 000025
2011523226.tif 000026