(57)【要約】【要約書】太陽電池を形成する太陽電池形成方法において、プリドーピング領域を有し、シリコン基板である半導体ウェーハを準備する工程と、半導体ウェーハへのドーパントの濃度対深さプロフィールを有する第１のイオン注入を実行し、プリドーピング領域上に第１のドーピング領域を形成する工程と、半導体ウェーハへのドーパントの、第１のイオン注入とは異なる濃度対深さプロフィールを有する第２のイオン注入を実行し、プリドーピング領域上に第２のドーピング領域を形成する工程とを有し、第１のドーピング領域及び第２のドーピング領域の少なくとも１つは、光を受光すると、電子正孔対を発生し、第１及び第２のイオン注入は、互いに独立して実行されることを特徴とする。
2011524640.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池を形成する太陽電池形成方法において、
プリドーピング領域を有し、シリコン基板である半導体ウェーハを準備する工程と、
上記半導体ウェーハへのドーパントの濃度対深さプロフィールを有する第１のイオン注入を実行して、上記プリドーピング領域上に第１のドーピング領域を形成する工程と、
上記半導体ウェーハへのドーパントの、上記第１のイオン注入とは異なる濃度対深さプロフィールを有する第２のイオン注入を実行して、上記プリドーピング領域の上に第２のドーピング領域を形成する工程とを有し、
上記第１のドーピング領域及び上記第２のドーピング領域の少なくとも１つは、光を受光すると、電子正孔対を発生し、
上記第１及び第２のイオン注入は、互いに独立して実行されることを特徴とする太陽電池形成方法。
【請求項２】
上記プリドーピング領域と、上記第１のドーピング領域及び上記第２のドーピング領域の少なくとも１つとの間には、電子正孔対を発生するｐｎ接合が形成されることを特徴とする請求項１記載の太陽電池形成方法。
【請求項３】
上記第１のイオン注入によって形成された第１のドーピング領域は、約８０Ω／□〜約１６０Ω／□シート抵抗を有することを特徴とする請求項１記載の太陽電池形成方法。
【請求項４】
上記第２のイオン注入によって形成された第２のドーピング領域は、約１０Ω／□〜約４０Ω／□のシート抵抗を有することを特徴とする請求項１記載の太陽電池形成方法。
【請求項５】
上記第１のイオン注入によって形成された第１のドーピング領域は、約８０Ω／□〜約１６０Ω／□のシート抵抗を有し、
上記第２のイオン注入によって形成された第２のドーピング領域は、約１０Ω／□〜約４０Ω／□のシート抵抗を有することを特徴とする請求項１記載の太陽電池形成方法。
【請求項６】
上記半導体ウェーハの表面に金属接点ラインを配置する工程を更に有し、
上記金属接点ラインは、上記第１及び第２のドーピング領域のうちの少なくとも１つからの電荷を導通することを特徴とする請求項１記載の太陽電池形成方法。
【請求項７】
上記プリドーピング領域は、ｐ型にドーピングされ、上記第１及び第２のドーピング領域は、ｎ型にドーピングされていることを特徴とする請求項１記載の太陽電池形成方法。
【請求項８】
上記第１及び第２のイオン注入のうちの少なくとも一方の後に、上記半導体ウェーハに対してアニールプロセスを実行する工程を更に有する請求項１記載の太陽電池形成方法。
【請求項９】
太陽電池を形成する太陽電池形成方法において、
プリドーピング領域を有する半導体ウェーハを準備する工程と、
上記半導体ウェーハへのドーパントの第１のイオン注入を実行することによって、該半導体ウェーハの上記プリドーピング領域上に均一なドーピング領域を形成し、該プリドーピング領域と該均一なドーピング領域間にｐｎ接合を形成する工程と、
上記半導体ウェーハへのドーパントの第２のイオン注入を実行することによって、該半導体ウェーハの上記均一なドーピング領域の上に複数の選択的ドーピング領域を形成する工程とを有し、
上記第１及び第２のイオン注入は、互いに独立して実行され、
上記選択的ドーピング領域は、上記均一なドーピング領域よりも高いドーパント濃度を有し、
上記均一なドーピング領域は、光を受光すると、電子正孔対を発生することを特徴とする太陽電池形成方法。
【請求項１０】
上記半導体ウェーハは、シリコン基板であることを特徴とする請求項９記載の太陽電池形成方法。
【請求項１１】
上記第１のイオン注入によって形成された均一なドーピング領域は、約８０Ω／□〜約１６０Ω／□のシート抵抗を有することを特徴とする請求項９記載の太陽電池形成方法。
【請求項１２】
上記第２のイオン注入によって形成された選択的ドーピング領域のそれぞれは、約１０Ω／□〜約４０Ω／□のシート抵抗を有することを特徴とする請求項９記載の太陽電池形成方法。
【請求項１３】
上記第１のイオン注入によって形成された均一なドーピング領域は、約８０Ω／□〜約１６０Ω／□のシート抵抗を有し、
上記第２のイオン注入によって形成された選択的ドーピング領域のそれぞれは、約１０Ω／□〜約４０Ω／□のシート抵抗を有することを特徴とする請求項９記載の太陽電池形成方法。
【請求項１４】
上記半導体ウェーハの表面に金属接点ラインを配置する工程を更に有し、
上記金属接点ラインは、上記複数の選択的ドーピング領域の上に位置合わせされ、該複数の選択的ドーピング領域からの電荷を導通することを特徴とする請求項９記載の太陽電池形成方法。
【請求項１５】
上記半導体ウェーハの表面の近傍に金属シード層を形成する工程を更に有し、
上記金属シード層は、上記選択的ドーピング領域と上記金属接点ライン間の遷移層として機能することを特徴とする請求項１４記載の太陽電池形成方法。
【請求項１６】
上記金属シード層は、シリサイドからなることを特徴とする請求項１５記載の太陽電池形成方法。
【請求項１７】
上記金属シード層を形成する工程は、上記半導体ウェーハに、少なくとも１つの材料をイオン注入する工程を含み、
上記少なくとも１つの材料は、Ｎｉ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗ及びＣｕからなるグループから選択されることを特徴とする請求項１５記載の太陽電池形成方法。
【請求項１８】
上記プリドーピング領域は、ｐ型にドーピングされ、上記均一なドーピング領域及び選択的ドーピング領域は、ｎ型にドーピングされていることを特徴とする請求項９記載の太陽電池形成方法。
【請求項１９】
上記第１及び第２のイオン注入のうちの少なくとも一方の後に、上記半導体ウェーハに対してアニールプロセスを実行する工程を更に有する請求項９記載の太陽電池形成方法。
【請求項２０】
上記均一なドーピング領域の上に反射防止コーティング層を形成する工程を更に有することを特徴とする請求項９記載の太陽電池形成方法。
【請求項２１】
上記選択的ドーピング領域は、所定の位置に開口が配列されたマスクを用いて、上記半導体ウェーハの所定の位置に注入されることを特徴とする請求項９記載の太陽電池形成方法。
【請求項２２】
上記マスクは、上記第２のイオン注入中に、上記半導体ウェーハの表面に配置されたコンタクトマスクであることを特徴とする請求項２１記載の太陽電池形成方法。
【請求項２３】
上記マスクは、上記第２のイオン注入中に、上記半導体ウェーハの表面よりも所定の距離上に配置された物理的マスクであることを特徴とする請求項２１記載の太陽電池形成方法。
【請求項２４】
上記選択的ドーピング領域は、所定の位置に配列された成形イオンビームを用いて、上記半導体ウェーハの該所定の位置に注入されることを特徴とする請求項９記載の太陽電池形成方法。
【請求項２５】
上記選択的ドーピング領域の横方向の間隔は、約１ｍｍ〜約３ｍｍであることを特徴とする請求項９記載の太陽電池形成方法。
【請求項２６】
背面ドーピング領域を有する半導体ウェーハと、
上記半導体ウェーハの背面ドーピング領域上に形成された均一なドーピング領域と、
上記均一なドーピング領域と上記背面ドーピング領域の間に形成されたｐｎ接合と、
上記半導体ウェーハの均一なドーピング領域の上に形成された複数の選択的ドーピング領域と、
上記半導体ウェーハの表面に配置され、上記複数の選択的ドーピング領域の上に位置合わせされ、該複数の選択的ドーピング領域からの電荷を導通する複数の金属接点ラインとを備え、
上記均一なドーピング領域は、約８０Ω／□〜約１６０Ω／□のシート抵抗を有し、上記半導体ウェーハにドーパントをイオン注入して形成され、
上記選択的ドーピング領域のそれぞれは、約１０Ω／□〜約４０Ω／□のシート抵抗を有し、上記半導体ウェーハにドーパントをイオン注入して形成されることを特徴とする太陽電池。
【請求項２７】
上記半導体ウェーハは、シリコン基板であることを特徴とする請求項２６記載の太陽電池。
【請求項２８】
上記イオン注入によって形成された均一なドーピング領域は、約１００Ω／□のシート抵抗を有することを特徴とする請求項２６記載の太陽電池。
【請求項２９】
上記イオン注入によって形成された選択的ドーピング領域のそれぞれは、約２５Ω／□のシート抵抗を有することを特徴とする請求項２６記載の太陽電池。
【請求項３０】
上記選択的ドーピング領域の上であって、上記金属接点ラインの下に配置された金属シード層を更に備える請求項２６記載の太陽電池。
【請求項３１】
上記金属シード層は、シリサイドからなることを特徴とする請求項３０記載の太陽電池。
【請求項３２】
上記金属シード層は、Ｎｉ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗ及びＣｕからなるグループから選択される少なくとも１つの材料を含むことを特徴とする請求項３０記載の太陽電池。
【請求項３３】
上記プリドーピング領域は、ｐ型にドーピングされていることを特徴とする請求項２６記載の太陽電池。
【請求項３４】
上記均一なドーピング領域の上に配置された反射防止コーティング層を更に備える請求項２６記載の太陽電池。
【請求項３５】
上記選択的ドーピング領域の横方向の間隔は、約１ｍｍ〜約３ｍｍであることを特徴とする請求項２６記載の太陽電池。
【請求項３６】
太陽電池を形成する太陽電池形成方法において、
プリドーピング領域及び表面を有する半導体ウェーハを準備する工程と、
上記半導体ウェーハへのドーパントの濃度対深さプロフィールを有する第１のイオン注入を実行し、上記プリドーピング領域上に、該半導体ウェーハの表面に延びる第１のドーピング領域を形成する工程と、
上記半導体ウェーハへのドーパントの、上記第１のイオン注入とは異なる濃度対深さプロフィールを有する第２のイオン注入を実行し、上記プリドーピング領域の上に、該半導体ウェーハの表面の上記第１のドーピング領域に対応する一部だけに延びる第２のドーピング領域を形成する工程とを有し、
上記第１のドーピング領域及び上記第２のドーピング領域の少なくとも１つは、光を受光すると、電子正孔対を発生し、
上記第１及び第２のイオン注入は、互いに独立して実行されることを特徴とする太陽電池形成方法。
【請求項３７】
太陽電池を形成する太陽電池形成方法において、
プリドーピング領域を有する半導体ウェーハに準備する工程と、
上記半導体ウェーハへのドーパントの濃度対深さプロフィールを有する第１のイオン注入を実行して、上記プリドーピング領域上に第１のドーピング領域を形成する工程と、
上記半導体ウェーハへのドーパントの、上記第１のイオン注入とは異なる濃度対深さプロフィールを有する第２のイオン注入を実行して、上記プリドーピング領域の上に第２のドーピング領域を形成する工程と、
上記第２のドーピング領域に導電性接点を形成する工程とを有し、
上記第２のドーピング領域は、上記第１のドーピング領域でなく、
上記第１のドーピング領域及び上記第２のドーピング領域の少なくとも１つは、光を受光すると、電子正孔対を発生し、
上記第１及び第２のイオン注入は、互いに独立して実行されることを特徴とする太陽電池形成方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
本出願は、２００８年６月１１日に出願された係属中の米国仮特許出願第６１／１３１，６８７号「SOLAR CELL FABRICATION USING IMPLANTATION」、２００８年６月１１日に出願された係属中の米国仮特許出願第６１／１３１，６８８号「APPLICATIONS SPECIFIC IMPLANT SYSTEM FOR USE IN SOLAR CELL FABRICATIONS」、２００８年６月１１日に出願された係属中の米国仮特許出願第６１／１３１，６９８号「FORMATION OF SOLAR CELL- SELECTIVE EMITTER USING IMPLANTATION AND ANNEAL METHODS」、２００８年６月２４日に出願された係属中の米国仮特許出願第６１／１３３，０２８号「SOLAR CELL FABRICATION WITH FACETING AND IMPLANTATION」、２００９年３月２０日に出願された係属中の米国仮特許出願第６１／２１０，５４５号「ADVANCED HIGH EFFICIENCY CRYSTALLINE SOLAR CELL FABRICATIONS METHOD」に対する優先権を主張する。これらの仮特許出願は、引用することにより、本願に援用される。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、一般的には、太陽電池に関する。より詳しくは、本発明は、太陽電池装置及びその形成方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
太陽電池を製造する際には、２つの主な工程がある。第１の工程では、光を受光すると、電子正孔対を発生する基板を形成する。このような基板としては、例えばｐｎ接合を有する基板がある。第２の主要の工程では、分離された電子の電荷を導通及び輸送することができるように、電荷を導通する導電性接点（conductive contacts）を基板上に形成する。
【０００４】
現在、第１の工程では、ｐｎ接合を形成するために、拡散を用いている。基板の表面にドーパントのペーストが配置される。そして、基板を加熱して、ドーパントを特定の深さに打ち込み、ｐｎ接合を形成する。あるいは、燐を主成分とするガス（a phosphorous dominant gas）を基板に導入する。そして、加熱を行って基板に燐を打ち込む。第２の工程では、ｐｎ接合の表面に接点ライン（contact lines）をスクリーン印刷する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ドーパントを基板表面から基板内に拡散させるには、幾つかの問題がある。主な問題の１つは、ドーパントが基板のバルク部分に打ち込まれるにつれて、表面の近傍に、不活性ドーパント（unactivated dopants）が蓄積し、これによって、基板の異なる深さ及び領域で抵抗率が変わり、したがって、光吸収及び電子正孔対の発生が変わることである。特に、発生する１つの問題は、所謂「不感層（dead layer）」が形成される結果、青色光の利用率が下がることである。
【０００６】
さらに、基板中のドーパントの横方向の位置決め（lateral positioning）は、線幅及びウェーハの厚さが縮小するにつれて、特に難しくなる。例えば、選択的エミッタの用途に対しては、太陽電池産業は、ドーパントの横方向の配置を２００ミクロンから５０ミクロン未満まで縮小する必要があると予想している。このような配置は、現在の拡散及びスクリーン印刷方法では、非常に難しい。さらに、ウェーハの厚さが、１５０〜２００ミクロンから現在の２０ミクロンに薄くなると、垂直方向及びバッチ拡散（vertical and batch diffusion）とスクリーン印刷は、非常に難しい、又は不可能にさえなっている。
【０００７】
さらにまた、拡散を使用することにより、ドーパント濃度と、その結果生じる抵抗率との理想的なレベルを得ることができなかった。太陽電池の電子正孔対発生領域（electron-hole pair generation region）は、理想的には、ドーパント濃度が低く、抵抗率レベルが高く、一方、接点領域（contact region、表面又は表面近傍）は、理想的には、ドーパント濃度が高く、抵抗率レベルが低い。拡散により、各領域を別々のレベルにすることはできず、両領域は、約５０Ω／□のシート抵抗に限定され、このシート抵抗は、電子正孔対発生領域に対しては十分に高い値ではなく、接点領域に対しては十分に低い値ではない。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、太陽電池基板をドーピングする従来のプロセスを用いることに起因した様々な抵抗損を削減する太陽電池形成方法を提供する。本発明は、基板、接点、バスバー及びフィンガの抵抗率、金属／シリコン接合面の接触抵抗、及び背面の金属被覆（metallization）の抵抗率を変更する工程と、グリッドコンタクトの下及びフィンガの谷間において所望の抵抗率を達成する工程とを有する。さらに、本発明を用いることによって、選択的エミッタを効果的に形成でき、その性能を向上させることができる。本発明を適用して、担体（例えばガラス）上に配置された非常に薄いシリコン又は超薄膜シリコン（very thin film deposited silicon）、あるいは太陽電池の形成に用いられる他の材料だけではなく、シングル、すなわち単結晶シリコン、又はポリ、すなわち多結晶シリコンを成長させることができる。また、本発明は、接合及び／又はコンタクトの形成に用いられるあらゆる他の材料用の原子種の配列に拡張することができる。
【０００９】
材料のバルク部分内及び基板中の横方向に位置するドーパントの適正で独立した配置及び濃度を提供するために、本発明によって、特定用途向けイオン注入及びアニール装置及び方法を採用することができる。正確な及び非常に正確なドーパントの配置及びドーパントの調整を用いた原子プロフィールについては、後述する。グリッドフィンガの谷間に低濃度ドーピング（８０〜１６０Ω／□）領域を形成する方法だけではなく、グリッド線の下の高濃度ドーピング（１０〜４０Ω／□）領域の要求を満たす方法について説明する。約１Ｅ２０ｃｍ−３のドーパント濃度に変換される、グリッド線の下の接点領域の約２５Ω／□の理想的なシート抵抗レベルと、約１Ｅ１９ｃｍ−３のドーパント濃度に変換される、グリッド線間及び／又は接点領域の下の電子正孔対発生領域の約１００Ω／□の理想的なシート抵抗レベルは、本発明を用いることによって、実現することができる。
【００１０】
さらに、調整したパラメータを用いることによって、原子ドーパントプロフィールは、基板の背面ドーピングレベルに対する適正な深さに電気的接合を形成し、基板表面に接点を形成するのに必要な抵抗率を得るように、同時に適合される。また、必要に応じて、レトログレードドーピング（retrograde doping）及び平坦な原子プロフィール（ボックス接合）を使用する。この方法は、太陽電池の効率性能を向上させる、選択的エミッタ及び適正な抵抗率を形成する単純で、効率的で、安価な手段を提供する。
【００１１】
ドーパントは、従来の炉アニールを長時間用いることによって、ラピッドアニーリング（rapid annealing）、例えば高速熱アニール（rapid thermal anneal、以下、ＲＴＡという。）を用いることによって、あるいは超高速温度上昇及び降下法（very rapid temperature rise and cool down methods）、例えばレーザアニーリング、フラッシュランプアニーリングを用いることによって、あるいは本発明のイオン注入に用いる際に低温とすることができる焼成炉（firing furnace）を太陽電池の製造の終わりに採用することによって、活性化することができる。アニーリングの時間及び温度を制御することにより、基板内の原子プロフィールを更に向上させることができる。本発明においては、好ましくは、ドーパントの配置を変えないが、完全又は略完全に活性化できることを保証するように、アニーリング時間を短くする。
【００１２】
本発明は、第１の特徴に基づいた太陽電池形成方法を提供する。プリドーピング領域（pre-doped region）を有する半導体ウェーハを準備する。半導体ウェーハにドーパントを注入する第１のイオン注入を実行して、プリドーピング領域上に第１のドーピング領域を形成する。第１のイオン注入は、濃度対深さプロフィールを有する。半導体ウェーハにドーパントを注入する第２のイオン注入を実行して、プリドーピング領域の上に第２のドーピング領域を形成する。第２のイオン注入は、第１のイオン注入とは異なる濃度対深さプロフィールを有する。第１のドーピング領域及び第２のドーピング領域の少なくとも１つは、光を受光すると、電子正孔対を発生し、第１及び第２のイオン注入は、互いに独立して実行される。
【００１３】
幾つかの実施の形態において、プリドーピング領域と、第１のドーピング領域及び第２のドーピング領域の少なくとも１つとの間には、電子正孔対を発生するｐｎ接合が形成される。幾つかの実施の形態において、半導体ウェーハは、シリコン基板として準備される。
【００１４】
幾つかの実施の形態において、第１のイオン注入によって形成された第１のドーピング領域は、約８０Ω／□〜約１６０Ω／□のシート抵抗を有する。幾つかの実施の形態において、第２のイオン注入によって形成された第２のドーピング領域は、約１０Ω／□〜約４０Ω／□のシート抵抗を有する。第１のイオン注入によって形成される第１のドーピング領域は、約８０Ω／□〜約１６０Ω／□のシート抵抗を有し、第２のイオン注入によって形成される第２のドーピング領域は、約１０Ω／□〜約４０Ω／□のシート抵抗を有する。
【００１５】
幾つかの実施の形態において、太陽電池形成方法は、半導体ウェーハの表面に金属接点ライン（metal contact lines）を配置する工程を更に有し、金属接点ラインは、第１及び第２のドーピング領域のうちの少なくとも１つからの電荷を導通する。幾つかの実施の形態において、プリドーピング領域は、ｐ型にドーピングされ、第１及び第２のドーピング領域は、ｎ型にドーピングされている。幾つかの実施の形態において、第１及び第２のイオン注入のうちの少なくとも一方の後に、半導体ウェーハに対してアニールプロセスを実行する工程を更に有する。
【００１６】
本発明は、他の特徴に基づいた太陽電池形成方法を提供する。プリドーピング領域を有する半導体ウェーハを準備する。半導体ウェーハへのドーパントの第１のイオン注入を実行することによって、半導体ウェーハのプリドーピング領域上に均一なドーピング領域（homogeneously doped region）を形成し、プリドーピング領域と均一なドーピング領域間にｐｎ接合を形成し、均一なドーピング領域は、光を受光すると、電子正孔対を発生する。半導体ウェーハへのドーパントの第２のイオン注入を実行することによって、半導体ウェーハの均一なドーピング領域の上に複数の選択的ドーピング領域（selectively doped regions）を形成する。第１及び第２のイオン注入は、互いに独立して実行され、選択的ドーピング領域は、均一なドーピング領域よりも高いドーパント濃度を有する。
【００１７】
幾つかの実施の形態において、半導体ウェーハは、シリコン基板として準備される。幾つかの実施の形態において、第１のイオン注入によって形成された均一なドーピング領域は、約８０Ω／□〜約１６０Ω／□のシート抵抗を有する。幾つかの実施の形態において、第２のイオン注入によって形成された選択的ドーピング領域のそれぞれは、約１０Ω／□〜約４０Ω／□のシート抵抗を有する。幾つかの実施の形態において、第１のイオン注入によって形成された均一なドーピング領域は、約８０Ω／□〜約１６０Ω／□のシート抵抗を有し、第２のイオン注入によって形成された選択的ドーピング領域のそれぞれは、約１０Ω／□〜約４０Ω／□のシート抵抗を有する。
【００１８】
幾つかの実施の形態において、太陽電池形成方法は、半導体の表面に金属接点ラインを配置する工程を更に有し、金属接点ラインは、複数の選択的ドーピング領域の上に位置合わせされ、複数の選択的ドーピング領域からの電荷を導通する。
【００１９】
幾つかの実施の形態において、太陽電池形成方法は、半導体ウェーハの表面の近傍に金属シード層を形成する工程を更に有し、金属シード層は、選択的ドーピング領域と金属接点ライン間の遷移層として機能する。幾つかの実施の形態において、金属シード層は、シリサイドからなる。幾つかの実施の形態において、金属シード層を形成する工程は、半導体ウェーハに、Ｎｉ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗ及びＣｕからなるグループから選択される少なくとも１つの材料をイオン注入する工程を含む。
【００２０】
幾つかの実施の形態において、プリドーピング領域は、ｐ型にドーピングされ、均一なドーピング領域及び選択的ドーピング領域は、ｎ型にドーピングされている。幾つかの実施の形態において、太陽電池形成方法は、第１及び第２のイオン注入のうちの少なくとも一方の後に、半導体ウェーハに対してアニールプロセスを実行する工程を更に有する。幾つかの実施の形態において、均一なドーピング領域の上に反射防止コーティング層を形成する工程を更に有する。
【００２１】
幾つかの実施の形態において、選択的ドーピング領域は、所定の位置に開口が配列されたマスクを用いて、半導体ウェーハの所定の位置に注入される。幾つかの実施の形態において、マスクは、第２のイオン注入中に、半導体ウェーハの表面に配置されたコンタクトマスク（contact mask）である。幾つかの実施の形態において、マスクは、第２のイオン注入中に、半導体ウェーハの表面よりも所定の距離上に配置された物理的マスク（physical mask）である。幾つかの実施の形態において、選択的ドーピング領域は、所定の位置に配列された成形イオンビーム（shaped ion beam）を用いて、半導体ウェーハの所定の位置に注入される。幾つかの実施の形態において、選択的ドーピング領域の横方向の間隔は、約１ｍｍ〜約３ｍｍである。
【００２２】
本発明は、更に他の特徴に基づいた太陽電池を提供する。太陽電池は、半導体ウェーハと、均一なドーピング領域と、ｐｎ接合と、複数の選択的ドーピング領域と、複数の金属接点ラインとを備える。半導体ウェーハは、背面ドーピング領域（background doped region）を有する。均一なドーピング領域は、半導体ウェーハにドーパントをイオン注入することによって半導体ウェーハの背面ドーピング領域上に形成され、約８０Ω／□〜約１６０Ω／□のシート抵抗を有する。ｐｎ接合は、均一なドーピング領域と背面ドーピング領域の間に形成される。選択的ドーピング領域は、半導体ウェーハにドーパントをイオン注入することによって、半導体ウェーハの均一なドーピング領域の上に形成される。選択的ドーピング領域のそれぞれは、約１０Ω／□〜約４０Ω／□のシート抵抗を有する。金属接点ラインは、半導体ウェーハの表面に配置され、複数の選択的ドーピング領域の上に位置合わせされる。金属接点ラインは、複数の選択的ドーピング領域からの電荷を導通する。
【００２３】
幾つかの実施の形態において、半導体ウェーハは、シリコン基板である。幾つかの実施の形態において、第１のイオン注入によって形成された均一なドーピング領域は、約１００Ω／□のシート抵抗を有する。幾つかの実施の形態において、第２のイオン注入によって形成された選択的ドーピング領域のそれぞれは、約２５Ω／□のシート抵抗を有する。
【００２４】
幾つかの実施の形態において、太陽電池は、選択的ドーピング領域の上であって、金属コンタクトの下に配置された金属シード層を更に備える。幾つかの実施の形態において、金属シード層は、シリサイドからなる。幾つかの実施の形態において、金属シード層は、Ｎｉ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗ及びＣｕからなるグループから選択される少なくとも１つの材料を含む。
【００２５】
幾つかの実施の形態において、プリドーピング領域は、ｐ型にドーピングされており、均一なドーピング領域及び選択的ドーピング領域は、ｎ型にドーピングされている。幾つかの実施の形態において、太陽電池は、均一なドーピング領域上に配置された反射防止コーティング層を更に備える。幾つかの実施の形態において、選択的ドーピング領域の横方向の間隔は、約１ｍｍ〜約３ｍｍである。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１Ａ】本発明の原理に基づいて太陽電池の一実施の形態を示す平面図である。
【図１Ｂ】本発明の原理に基づいて太陽電池の一実施の形態を示す縦断面図である。
【図２】本発明の原理に基づく太陽電池形成方法の一実施の形態を示す図である。
【図３】本発明の原理に基づく均一なイオン注入の一実施の形態を示す図である。
【図４Ａ】本発明の原理に基づく選択的イオン注入の異なる実施の形態を示す図である。
【図４Ｂ】本発明の原理に基づく選択的イオン注入の異なる実施の形態を示す図である。
【図４Ｃ】本発明の原理に基づく選択的イオン注入の異なる実施の形態を示す図である。
【図５】本発明の原理に基づくコンタクトシード注入の一実施の形態を示す図である。
【図６】本発明の原理に基づく金属接点ライン形成の一実施の形態を示す図である。
【図７】本発明の原理に基づく反射防止コーティング形成の一実施の形態を示す図である。
【図８】本発明の原理に基づくプロフィール調整グラフの一実施の形態を示す図である。
【図９】拡散を用いてドーピングされた太陽電池に対する異なるプロフィール調整能力を示す図である。
【図１０Ａ】本発明の原理に基づくイオン注入を用いてドーピングされた太陽電池に対するプロフィール調整能力の効果を示すグラフである。
【図１０Ｂ】本発明の原理に基づくイオン注入を用いてドーピングされた太陽電池に対するプロフィール調整能力の効果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下の説明は、当業者が本発明を実施及び利用するために示すものであり、特許出願及びその要件に準じている。当業者には明らかなように、好ましい実施の形態は様々に変更することができ、ここに説明する原理は、他の実施の形態に応用することができる。したがって、本発明は、開示した実施の形態に限定されるものではなく、ここに説明する原則及び特徴に基づく広い範囲に与えられる。
【００２８】
図１Ａ〜図１０Ｂは、太陽電池、その特徴及びその形成の実施の形態を示す図であり、同様の構成要素には、同一の指示符号を付している。
【００２９】
図１Ａ、１Ｂは、それぞれ、本発明の原理に基づいて異なる大きさで示す一実施の形態の太陽電池１００の平面図、縦断面図である。太陽電池１００は、ウェーハ１１０を備える。幾つかの実施の形態において、ウェーハ１１０は、１５６×１５６ｍｍのウェーハである。好ましくは、ウェーハ１１０は、半導体材料、例えばシリコン（単結晶又は多結晶）で形成されており、ｐｎ接合を有する。ｐｎ接合は、互いに隣接して配置されたｐ型ドーピング領域（p-type doped region）１５０と、次に配置されたｎ型ドーピング領域（n-type doped region）１６０とから形成される。金属接点ライン（Metal contact lines）１２０は、ウェーハ１１０の表面に印刷、すなわち形成されている。また、金属接点ライン１２０は、金属以外の導電性材料から形成することもできる。また、金属接点ライン１２０から電荷を集め、外部の負荷に輸送する導電性のフィンガ１３０がウェーハ１１０の表面に配置されている。図１Ａ、１Ｂにおいて、金属接点ライン１２０は、５本の垂直線として示し、また、フィンガ１３０は、２本の水平線として示すが、金属接点ライン１２０及びフィンガ１３０に関しては、他の数、他の寸法、他の形状、他の向き、他の配置を採用することができる。
【００３０】
動作において、光は、金属接点ライン１２０とフィンガ１３０間の露出面１４０を介してウェーハ１１０の半導体材料内に入射すると、通常、ｎ型ドーピング領域１６０内で電子正孔対に変換される。電子は、一方向に移動して金属接点ライン１２０に引き寄せられ、一方、正孔は、他の方向、すなわちｐ型ドーピング領域１５０に向けて移動する。特定の領域内のドーパントが多いほど、より多くの電子正孔対がその領域内に再捕獲され、結果として、より多くの電流が無駄になる。したがって、異なる領域に対してドーピングレベルを制御することが有益である。光を電子正孔対に変換する領域は、ドーピングレベルを比較的低くする必要がある。電荷が金属接点ライン１２０に通過する領域は、ドーピングレベルを高くする必要がある。図１Ｂにおいて、ｎ型ドーピング領域１６０内の影付き領域は、低濃度のｎ型ドーパントで均一にドーピングされた均一なエミッタ領域（homogeneous emitter region）である。ウェーハ１１０の表面近くの金属接点ライン１２０の下に配置されたパターン領域（patterned regions）１７０は、比較的高いレベルのｎ型ドーパントによって選択的にドーピングされた選択的エミッタ領域（selective emitter regions）である。
【００３１】
均一なエミッタ領域のドーパント濃度を最小にし（それによって抵抗率を最大にし）、選択的エミッタ領域のドーパント濃度を最大にする（それによって抵抗率を最小にする）ことにより、太陽電池の性能、すなわち発生した電子を、均一なエミッタ領域から選択的エミッタ領域を介して金属接点ライン１２０に転送する性能は向上し、一方、電子正孔対が再結合して電流を無駄にするリスクは低減される。さらに、金属接点ライン１２０を太くすることにより、より多くの電流を流すことができるが、また、太陽電池に入射して電子に変換される光をより多く遮蔽することになる。金属接点ライン１２０の近傍の選択的エミッタ領域のドーパント濃度を最大にすることによって、金属接点ライン１２０は、実際に、より薄く作ることができ、それによって、より多くの光を太陽電池に入射させることができ、一方、電子正孔対発生領域（electron-hole pair generating region）からの電子を金属接点ライン１２０に転送する太陽電池の性能は向上する。
【００３２】
幾つかの実施の形態において、均一なドーピング領域は、約８０Ω／□〜約１６０Ω／□のシート抵抗を有するようにドーピングされ、一方、選択的ドーピング領域は、約１０Ω／□〜約４０Ω／□のシート抵抗を有するようにドーピングされる。幾つかの実施の形態において、均一なドーピング領域は、約１００Ω／□のシート抵抗を有するようにドーピングされ、一方、選択的ドーピング領域は、約２５Ω／□のシート抵抗を有するようにドーピングされる。
【００３３】
上述したように、従来の技術では、これらの構成を実現することができなかった。これらの又は同様のドーパント濃度及びシート抵抗レベルと、それらに伴う効果とを得るために、本発明では、これらの異なる領域の形成において、独立して実行されるイオン注入を採用している。
【００３４】
図２は、本発明の原理に基づいて太陽電池を形成する太陽電池形成方法２００の一実施の形態を示す図である。図２は、特定の順番で実行される特定の工程の一実施の形態を示しているが、工程の順番は、他の実施の形態において、本発明の原理に基づいて変更することができる。さらに、特許請求の範囲において「イオン注入」及び「ドーピング領域」と一緒に用いる用語「第１の」及び「第２の」は、特許請求の範囲で明示的に述べない限り、特定の順番を表すと解釈すべきではない。用語「第１の」及び「第２の」は、単に、「イオン注入」及び「ドーピング領域」の独立した性質を表すために用いたものである。
【００３５】
工程２１０において、半導体ウェーハを準備する。幾つかの実施の形態において、半導体ウェーハは、シリコン基板（単結晶又は多結晶を有する）として供給される。半導体ウェーハは、既にドーピングされたものとして供給される。幾つかの実施の形態において、半導体ウェーハは、ｐ型ドーパントでプリドーピングされており、それによって、太陽電池の異なる要素を形成することができるｐ型背面領域が形成されている。他の実施の形態において、半導体ウェーハは、ｎ型ドーパントでプリドーピングされており、それによって、太陽電池の異なる要素を形成することができるｎ型背面領域が形成されている。幾つかの実施の形態において、プリドーピングされた背面領域は、約３０Ω／□〜約７０Ω／□のシート抵抗を有するようにドーピングされている。
【００３６】
工程２２０において、半導体ウェーハに、イオン注入プロセスを用いて、ドーパントを低濃度レベルで均一にドーピングする。幾つかの実施の形態において、この工程２２０では、プリドーピングされた半導体ウェーハへのドーパントの全面注入（blanket implantation）によって行われる。図３は、図１Ｂのウェーハ１１０と同様の半導体ウェーハ３１０へのドーパントの均一なイオン注入３０５の一実施の形態を示す図である。このイオン注入３０５により、半導体ウェーハ３１０内のプリドーピング領域３５０の上に均一なドーピング領域３６０を形成する。この全面均一なドーピング領域（以下、単に均一層ともいう。）３６０は、光が入射した結果として、電子正孔対を発生する。この均一層３６０は、電荷キャリアの形成に悪影響を及ぼさないように、低濃度レベルのドーパント（高い抵抗率）を必要とする。ｎ型又はｐ型ドーパントをウェーハ３１０に、低ドーピングレベル〜中ドーピングレベルで深く注入し、それによって、プリドーピング材料に対して接合を形成する。幾つかの実施の形態において、この接合は、プリドーピング領域３５０と均一なドーピング領域３６０間の境界面に形成されたｐｎ接合である。好ましくは、プリドーピング領域３５０は、ｐ型にドーピングされ、一方、均一なドーピング領域３６０は、ｎ型にドーピングされている。なお、他のドーピング構成は、本発明に含まれる。
【００３７】
例えばメーカの要求に基づいて、所定の深さに、ドーパントが注入され、接合が形成される。幾つかの実施の形態において、ドーパントの深さ及びレベルは、特定の太陽光発電メーカ（以下、ＰＶメーカという。）の抵抗率及び接合の要求によって決定される。この目的のために、様々なモデルを用いて予め解析を行い、調整した原子プロフィールを形成することができる。この情報を注入及びアニール装置に供給して、要求を満足させることができる。
【００３８】
ウェーハの表面から接合までの距離は、ドーパントのイオン注入中に用いられたイオンビームのエネルギの量によって決定される。幾つかの実施の形態において、エネルギ量は、太陽電池素子の所望の仕様によって決まる１〜１５０ｋｅＶである。均一に注入するか、選択的に注入するかに拘わらず、ドーパントを注入するあらゆる領域のドーパント濃度、したがってシート抵抗は、イオン注入装置のビーム電流によって決定することができる。イオンビームのイオン注入装置においてイオン化するガスの種類によって、ｎ型又はｐ型にドーピングするかが決定される。例えば、燐及びヒ素は、それぞれｎ型ドーピングすることになり、ホウ素は、ｐ型ドーピングすることになる。
【００３９】
本発明では、様々なイオン注入装置を用いることができる。幾つかの実施の形態において、プラズマ注入技術を採用している。幾つかの実施の形態において、異なる領域をドーピングするために、高い生産性を有するイオン注入装置（図示せず）を用いる。このようなイオン注入装置は、２００８年６月１１日に出願された係属中の米国仮特許第６１／１３１，６８８号「APPLICATIONS SPECIFIC IMPLANT SYSTEM FOR USE IN SOLAR CELL FABRICATIONS」に記載されており、この仮特許出願は、引用することにより、本願に援用される。幾つかの実施の形態において、毎時ウェーハ１０００枚以上の生産能力で、スポットビーム又はワイドビームを用いて、ウェーハ全体を完全にカバーする。
【００４０】
工程２３０において、ダイレクト及び／又はプラズマイオン注入プロセスを用いて、高濃度レベルのドーパントで半導体ウェーハを選択的にドーピングし、それによって、ウェーハ上に選択的エミッタ領域を形成する。工程２３０で用いるイオン注入プロセスは、好ましくは、工程２２０で用いるイオン注入プロセスから独立している。
【００４１】
この選択的ドーピング工程において、基板の表面又はその近傍で非常に高いドーピング濃度（低抵抗率）を得るために、注入エネルギ及びドーズ量を調整することによって、適正な深さ及びドーピングレベルが選択される。これは、様々なエネルギ及びドーズ量での複数回のイオン注入によって、あるいは調整したプロフィールを得るためにエネルギ及びドーズ量を連続して変化させることによって、達成することができる。これについては、図８〜図１０Ｂを用いて詳細に説明する。
【００４２】
選択的ドーピングの目的は、後のコンタクト形成（contact formation）に必要な表面抵抗率を得るためである。接点の製造に対する要求は、スクリーン印刷から、リソグラフィ又はインクジェット印刷又は他の新規の方法に移行し、要求を満足するように、表面抵抗率を調整することができる。さらに、あらゆる表面パッシベーション方法を使う場合、注入条件を選択して、このような変化に対処することができる。
【００４３】
後続のグリッド線の下の適切な横方向の位置に、適正な濃度レベルでドーパントを配置することは、極めて有益である。半導体ウェーハの均一なドーピング領域の上に複数の高濃度ドーピング領域を形成することは、様々な方法によって達成することができる。図４Ａ〜４Ｃは、本発明の原理に基づく選択的なイオン注入の異なる実施の形態を示す図である。
【００４４】
図４Ａは、必要な注入領域４７０のみをけがく（scribes）イオン注入装置内の物理的マスク層（physical mask layer）４７２を用いることによって、イオン注入４０５を実行する一実施の形態を示す図である。物理的マスク層４７２は、半導体ウェーハ３１０の表面よりも所定の距離上に配置されている。幾つかの実施の形態において、注入効率を向上させるために、イオンビームを、例えば図４Ｃに示すように成形することができる。
【００４５】
図４Ｂは、半導体ウェーハ３１０の表面に配置されたコンタクトマスク層（contact mask layer）４７４を介してイオン注入４０５を実行する一実施の形態を示す図である。コンタクトマスク層４７４は、必要な注入領域４７０のみをけがく。幾つかの実施の形態において、コンタクトマスク層４７４は、コーティング膜を介して形成される。例えば、コンタクトマスク層４７４は、リソグラフィ、スクリーン印刷工程又は他の成膜及び除去プロセス（deposition and removal processes）を用いることによって、形成することができる。
【００４６】
図４Ｃは、イオンビーム４０５を調整して、半導体ウェーハ３１０に必要な注入領域４７０のみをドーピングする一実施の形態を示す図である。この実施の形態では、注入ビーム４０５は、グリッド線の寸法に合うように成形され、それによって、重要な領域だけを注入する。
【００４７】
なお、幾つかの実施の形態、例えば図４Ａ〜４Ｃでは、選択的ドーピング領域は、下方にプリドーピング領域３５０まで延びているのに対し、幾つかの実施の形態、例えば図１Ｂでは、選択的ドーピング領域は、下方に、完全にプリドーピング領域１５０まで延びない。
【００４８】
なお、注入工程２２０、２３０は、所望の結果が得られるまで、必要に応じて、複数回繰り返すことができる。
【００４９】
任意に、工程２３５において、半導体ウェーハと、半導体ウェーハの表面に最終的に配置される金属（すなわち導電性の）接点ラインとの間に遷移層（transition layer）を形成するために、コンタクトシード層（contact seed layer）、好ましくは金属を、選択的ドーピング領域に注入する。このコンタクトシード層の形成は、金属接点ライン／半導体接合面の仕事関数に影響を与え、半導体材料と金属接点ライン間の電気的接触（electrical contact）を高めるのに役に立つことができる。図５は、本発明の原理に基づくコンタクトシードの注入５０５の一実施の形態を示す図である。選択的ドーピング領域４７０の表面及びその上に、あるいは非常に近傍に、比較的高いドーズ量の金属の注入５８０によって、シリサイド層（silicided layer）を形成することができる。Ｎｉ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗ及びＣｕを含むが、これらには限定されない様々な金属を注入することができる。このようなバンドギャップを設計することにより、太陽電池の全体の性能を向上させることができる。コンタクトマスク層５７６を用いて、注入位置を適切に合わせることができる。実際、図４Ａ〜４Ｃ（物理的マスク、コンタクトマスク及び物理的ビーム）に示すあらゆる注入位置合せ方法（implantation alignment methods）を用いて、選択的エミッタ領域の上にコンタクトシード領域を配置及び形成することができる。また、この遷移層の工程を用いることにより、従来のエミッタ性能を向上させることができる。この場合、コンタクトリーク（contact leakage）を最小にし、ショットキーダイオードを形成するために、注入領域を僅かに狭くすることができる。金属／半導体コンタクトは、従来の光起電力素子を含むあらゆる光起電力素子に存在する。金属／半導体コンタクトは、ショットキー接合（Schottky barrier）として、あるいは接合面の特徴に依存したオーミックコンタクトとして機能することができる。したがって、この接合面を制御及び管理することは、太陽電池の性能を向上させるのに効果的である。
【００５０】
工程２４０において、金属（すなわち導電性の）接点ラインを半導体ウェーハの表面に配置する。幾つかの実施の形態において、金属接点ラインは、例えば印刷、すなわちリソグラフィ及びメッキを用いて、半導体ウェーハの表面に形成される。なお、他のプロセスを用いて、金属接点ラインを半導体ウェーハ上に配置することもできる。図６は、本発明の原理に基づいて金属接点ラインを形成する一実施の形態を示す図である。金属接点ライン６９０は、シード注入工程で用いられたマスクに類似したコンタクトマスク５７６を用いて、複数の選択的ドーピング領域４７０の上に位置合わせされる。金属接点ライン６９０は、選択的ドーピング領域４７０からの電荷を導通する。
【００５１】
任意に、工程２４５において、均一なドーピング領域の上に反射防止コーティング層を形成する。幾つかの実施の形態において、反射防止コーティング層は、均一なドーピング領域の上に反射防止コーティング材料を蒸着する（depositing）ことによって、形成される。反射防止コーティング層を形成するのに用いることができる材料は、ＳｉＯ２及びＳｉ３Ｎ４を含むが、これらに限定されるものではない。幾つかの実施の形態において、半導体ウェーハ上に既に形成された反射防止コーティング層は、イオン注入を行うことによって、強化することができる。図７は、半導体ウェーハの均一なドーピング領域の上に形成された反射防止コーティング層７９５の一実施の形態を示す図である。
【００５２】
また、図７は、選択的ドーピング領域４７０間の間隔の一実施の形態を示す図である。幾つかの実施の形態、例えば図７に示す実施の形態において、選択的ドーピング領域４７０は、横方向に互いに約１ｍｍ〜約３ｍｍの間隔を置いている。なお、他の間隔の寸法も本発明の範囲に含まれる。
【００５３】
工程２５０において、半導体ウェーハに対してアニールプロセスを実行する。幾つかの実施の形態において、アニール工程では、半導体ウェーハを融解温度に近いが、融解温度よりも低い温度に加熱し、イオン注入工程に起因した半導体ウェーハの結晶構造のあらゆる損傷を回復する。アニール工程は、炉アニーリング（furnace annealing）とすることができる。あるいは、炉アニーリングの代わりに、レーザアニーリング又はフラッシュランプアニーリングを用いてもよい。図２は、太陽電池形成方法の最後に実行するアニール工程を示しているが、アニール工程をいつでも実行することができる。例えば、幾つかの実施の形態においては、アニールプロセスは、何れの又は各イオン注入工程の直後に実行し、一方、他の実施の形態において、全てのイオン注入が完了した後に、１回のアニールプロセスを実行する。アニールプロセスのタイミングは、後続の工程の処理、すなわち注入処理又は他のＰＶ製造工程に影響を及ぼさない。
【００５４】
上述した幾つかの太陽電池形成方法では、半導体ウェーハ上にレジストレーションマークを設けて、構成要素を形成する際に位置合せを行ってもよい。これは、イオン注入の前に、様々な方法によって行われ、ＰＶメーカの能力及びそれらの要求に依存している。簡単な方法は、半導体にレジストレーションマークを設けるレーザスクライブレジストレーションマークインライン（laser scribe registration marks inline）である。なお、光起電力用途における要求は、半導体ほど厳しくなく、したがって、簡単なレジストレーションマークで十分である。
【００５５】
また、グリッド線の下のドーピングを横方向に調整して、グリッド線よりも潜在的に大きな又は小さな低抵抗率領域（low resistivity region）を形成することができる。これは、グリッド線から半導体ウェーハの残りの部分への電流リークの可能性を削減するために有益である。このような電流リークは、電池性能の効率を下げる可能性がある。注入ビームの大きさ又は物理的マスクを調整することによって、電流リークの可能性を削減する機能が得られる。ドーパントを、同様に、横方向に適切に配置することによって、このような電流リークの量を削減又は除去することができる。
【００５６】
様々なエネルギ（深さ）及びドーズ量（ドーピングレベル）で更にイオン注入を実行することによって、最良の太陽電池性能を達成するための最適プロフィールを得るように、原子プロフィールを更に調整することができる。幾つかの実施の形態において、このような組合せのイオン注入は、低いドーズ量での高速のイオン注入を連続して行うことであり、それによって、高い生産性及び調整されたプロフィールを得ることができる。このような方法は、原子分布において上部が平坦であり、急な高い接合勾配（abrupt deep junction drop）のプロフィールを有するボックス接合（box junction）を形成することにも、拡張することができる。あるいは、この高い接合勾配をなだらかにして、高濃度ドーピング領域から低濃度ドーピング領域への遷移を緩やかにすることができ、これにより、電気的障壁の形成を防止する。
【００５７】
また、ＰＶ製造プロセスの最後に、更なる注入を、修正注入（remediation implant）として実行することができる。これは、半導体用途で採用されていた従来のレトログレード注入（retrograde implants）である。また、これは、表面及び高い接合の抵抗率の形成の後に、注入を実行するとき又は太陽電池の製造を最終的に完了するときに、実行することができる。太陽電池が最終的な試験仕様に合格しない場合、トリミング注入（trimming implant）を、性能を向上させる修正工程（remediation step）として用いることができる。あるいは、最終試験が悪い結果を示す場合、グリッド線の端部の周囲を非常に低濃度でドーピングして、更なるリークを防止することができる。
【００５８】
本発明では、イオン注入中に、独立したドーパント注入を複数回行うことにより、ユーザの希望又は要求に基づいた太陽電池装置の原子プロフィールを成形することができる。あるユーザは、所定の深さの理想的な段階接合（abrupt junction）として、ボックス接合（又はボックスプロフィール）を好む。他のユーザは、表面から接合深さ（背面ドーピング）に向かって下方に湾曲したプロフィール（rolling profile）を好む。他のグループのユーザは、浅い深さにおいて非常に尖り、その後、背面ドーピングまで緩やかに湾曲したプロフィールを好む。従来、当業者は、効率的且つ効果的に原子プロフィールの形状を制御できるという効果を得ることができず、単純なガウス分布に限られていた。本発明は、ユーザの希望に基づいて太陽電池の全原子プロフィールを調整するために、所定の異なる濃度対深さプロフィールを有する独立したドーパント注入を複数回実行する。
【００５９】
図８は、本発明の原理に基づくプロフィール調整グラフ（profile tailoring graph）８００の一実施の形態を示す図である。プロフィール調整グラフ８００は、ドーピング濃度（原子／ｃｍ３）対そのドーピング深さ（Å）に関する太陽電池の原子プロフィールを示している。全原子プロフィールは、線８１０によって表される。異なる濃度対深さドーピングプロフィールを有する多重イオン注入（multiple ion implants）を用いることにより、太陽電池のドーパント濃度（したがって、抵抗率）を、ユーザによって、所定の深さに亘って正確に調整することができる。プロフィール調整グラフ８００は、３つの異なる注入プロフィール８１２、８１４、８１６を示している。これら３つの注入プロフィール８１２、８１４、８１６の組合せが、太陽電池の全プロフィール８１０になる。
【００６０】
個々の注入は、ガウス分布又は擬似ガウス分布に限定できるが、本発明では、個々の注入を組み合わせて、全原子プロフィールの形状を効果的に調整する。複数の独立した注入を用いて、全原子プロフィールを制御する際、本発明により、ユーザは、注入された１つの型のドーパント（例えばｎ型ドーパント）が、プリドーピングされている背面領域８２０のドーパント（例えばｐ型ドーパント）に接触する接合深さ（junction depth）８４０を効果的に制御することができる。また、ユーザは、太陽電池の表面又はその近傍のドーパント濃度８３０を制御することができる。本発明により、ユーザは、表面のドーパント濃度８３０と接合深さ８４０とを互いに独立して制御することができる。幾つかの実施の形態においては、原子プロフィールは、約０．０１μｍ〜約０．５μｍの接合深さを有するように調整される。幾つかの実施の形態においては、原子プロフィールは、約５Ｅ１８原子／ｃｍ３〜約４．８Ｅ２１原子／ｃｍ３の表面濃度を有するように調整される。なお、原子プロフィールは、異なる接合深さ及び表面濃度を有するように調整することができる。
【００６１】
従来、原子プロフィールの調整は、制限されていた。図９は、拡散を用いてドーピングされる太陽電池にプロフィール調整機能（profile tailoring ability）が無いことを説明するためのグラフ９００を示す。このグラフ９００において、線９１０は、太陽電池の原子プロフィール（以下、単にプロファイル９１０ともいう。）を示している。半導体ウェーハをドーピングするために拡散を用いることによって、ユーザは、表面濃度と接合深さとを独立して制御することができない。ユーザは、表面濃度及び接合深さの両方を単に線９１０’に増加させることによって、原始プロフィール９１０をより深くし、あるいは、表面濃度及び接合深さの両方を線９１０’’に減少させることによって、原子プロフィール９１０をより浅くするかに制限される。ユーザは、原子プロフィールの形状を変えることができず、原子プロフィールの一方の特性に、他方の特性よりも多くの影響を与えることができない。
【００６２】
図１０Ａ〜１０Ｂは、本発明の原理に基づくイオン注入を用いてドーピングされる太陽電池のプロフィール調整機能が優れていることを説明するためのグラフである。図１０Ａのグラフ１０００は、従来の方法を用いて形成された太陽電池の濃度対深さに対する原子プロフィール１０１０を示している。ここで、原子プロフィール１０１０は、単純なガウス分布に限定されており、これによって、電子正孔対発生領域で発生した電子は、接点フィンガまで移動することが難しくなる。原子プロフィール１０１０の急な勾配は、電子がウェーハの表面の導電性接点に向かって移動するにつれて、ドーパント濃度（したがって、抵抗率）が大幅に増加することを表している。この急な勾配によって、電子が接点に到達することがより難しくなり、したがって、結果として、発生電力の望ましくない損失となる。
【００６３】
図１０Ｂのグラフ１０００’は、本発明の多重イオン注入を用いて形成された太陽電池の濃度対深さに対する原子プロフィール１０１０’を示している。原子プロフィール１０１０’は、電子が半導体ウェーハの表面の接点に向かって移動するにつれて、濃度がより緩やかな（急でない）勾配で増加するように、形成することができる。この原子プロフィール１０１０’は、多重イオン注入を用い、注入と注入の間に、接合深さと表面濃度とを、必ずしも両方ではないが、独立して制御することによって調整することができる。
【００６４】
図８において、異なる注入プロフィール８１２、８１４、８１６によって、太陽電池の異なる特徴を決定することができる。例えば、幾つかの実施の形態において、注入プロフィール８１２（中央部の注入）は、均一なエミッタを決定し、一方、注入プロフィール８１４、８１６は、選択的エミッタ領域を形成するために、一連の選択的注入として追加される。これらの注入処理（implantation steps）は、太陽電池の製造に必要なテクスチャリングを行う表面だけでなく、あらゆるカバーなしで基板全面（on blanket substrates）に対して、あるいは任意の反射防止カバー（例えば窒化物、酸化物、又はあらゆる他の膜）を介して実行することができる。テクスチャリングを行う場合、イオン注入は、表面形状（surface contour）に対する良好な密着性を提供し、したがって、コンタクト形成（contact formation）を改良する。図８のプロフィール調整グラフ８００には、例えば上述した反射防止コーティングからなる表面被覆８５０を示している。この反射防止コーティングは、その厚さを任意とすることができる。
【００６５】
上述したように、発明の実施の形態は、太陽電池装置の製造に非常に適している。以下の係属中の特許出願、すなわち２００９年６月１１日に出願された国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０４７１０２「SOLAR CELL FABRICATION USING IMPLANTATION」（出願人Babak Adibi及びEdward S. Murrer、代理人事件簿番号SITI-00100）、２００９年６月１１日に出願された国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０４７０９４「APPLICATIONS SPECIFIC IMPLANT SYSTEM FOR USE IN SOLAR CELL FABRICATIONS」（出願人Babak Adibi及びEdward S. Murrer、代理人事件簿番号SITI-00200）、２００９年６月１１日に出願された国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０４７０９０「SOLAR CELL FABRICATION WITH FACETING AND IMPLANTATION」（出願人Babak Adibi及びEdward S. Murrer、代理人事件簿番号SITI-00400）には、太陽電池装置を製造する製造方法が記載されており、これらの特許出願は、引用することにより、本願に援用される。
【００６６】
発明の構成及び動作の原理の理解を容易にするために、詳細を含む特定の実施の形態について、本発明を説明した。このような特定の実施の形態及びその詳細は、特許請求の範囲を制限するものではない。当業者には明らかなように、特許請求の範囲によって定義される発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、これらの実施の形態は、変更することができる。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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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１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【国際調査報告】
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