(57)【要約】ヘテロ接合太陽電池の製造方法が、結晶シリコン基板を提供する工程と、基板の第１主面上に薄いパッシベーション層を提供する工程と、水素を含むプラズマを用いて薄いパッシベーション層をプラズマ処理する工程と、薄いパッシベーション層の上に、アモルファスシリコンを含む第２層を提供する工程と、を含む。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヘテロ接合太陽電池の製造方法であって、
結晶シリコン基板を提供する工程と、
基板の第１主面上に薄いパッシベーション層を提供する工程と、
水素を含むプラズマを用いて薄いパッシベーション層をプラズマ処理する工程と、
薄いパッシベーション層の上に、アモルファスシリコンを含む第２層を提供する工程と、を含む方法。
【請求項２】
プラズマ処理は、第２層を提供する前に行われる請求項１に記載の方法。
【請求項３】
プラズマ処理は、第２層の提供した後に行われる請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
薄いパッシベーション層は、イントリンシックな水素化アモルファスシリコンを含む請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
薄いパッシベーション層は、ＳｉＯＮおよび／またはＳｉＯｘ（ｘ＝１、２）および／またはＳｉＣを含む請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
薄いパッシベーション層の膜厚は、プラズマ処理の後において、１００ｎｍより薄い請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
薄いパッシベーション層の膜厚は、プラズマ処理の後において、１０ｎｍより薄い請求項６に記載の方法。
【請求項８】
薄いパッシベーション層の膜厚は、プラズマ処理の後において、１ｎｍと１０ｎｍとの間である請求項７に記載の方法。
【請求項９】
薄いパッシベーション層の膜厚を提供する工程は、薄いパッシベーション層を成長する工程を含む請求項１〜８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
薄いパッシベーション層を成長する工程は、プラズマ強化ＣＶＤプロセスを含む請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
ＳｉＨ４、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＨＣｌ３、またはＳｉＣｌ４を含むシリコン前駆体ガスを用いて薄いパッシベーション層を成長する工程を含む請求項９または１０に記載の方法。
【請求項１２】
０．１Ｔｏｒｒと２Ｔｏｒｒの間の圧力で薄いパッシベーション層を提供する工程を含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
シリコン前駆体ガスは、Ｈ２で希釈される請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
シリコン前駆体と水素との間の希釈比は、１：２から１：６の範囲に含まれる請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
０．１Ｔｏｒｒと５Ｔｏｒｒの間の圧力で、薄いパッシベーション層を提供する工程を含む請求項１３または１４に記載の方法。
【請求項１６】
１００℃と２００℃の間の温度で、薄いパッシベーション層を提供する工程を含む請求項１〜１５のいずれかに記載の方法。
【請求項１７】
基板の第１主面上に薄いパッシベーション層を提供する工程と、プラズマ処理を行う工程とは、真空チャンバで真空をブレイクすることなく、同じ真空チャンバ中で行われる請求項１〜１６のいずれかに記載の方法。
【請求項１８】
プラズマ処理の時間は、１０秒から１２０秒の範囲内に含まれる請求項１〜１７のいずれかに記載の方法。
【請求項１９】
プラズマ処理の電力密度は、０．０１Ｗ／ｃｍ２から０．５Ｗ／ｃｍ２の範囲内に含まれる請求項１〜１８のいずれかに記載の方法。
【請求項２０】
第１主表面は太陽電池の表面に対応し、第２主表面は太陽電池のエミッタ層に対応する請求項１〜１９のいずれかに記載の方法。
【請求項２１】
第１主表面は太陽電池の裏面に対応し、第２主表面は裏面フィールド層に対応する請求項１〜２０のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばヘテロ接合太陽電池のヘテロ接合界面パッシベーション方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ａ−Ｓｉ：Ｈ／ｃ−Ｓｉヘテロ接合の製造プロセスでは、ｐ型（またはｎ型）のａ−Ｓｉ：Ｈエミッタ層がｎ型（またはｐ型）のｃ−Ｓｉ基板（ベース層）の上に堆積されてｐ／ｎ（ｎ／ｐ）接合を形成する。ドープされたａ−Ｓｉ：Ｈの堆積は、例えばプラズマ強化化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）を用いて行っても良い。そのような接合を含む太陽電池の接合特性およびこれによる電流−電圧特性は、ａ−Ｓｉ／ｃ−Ｓｉヘテロ接合界面における多量の欠陥によりマイナスの影響を受ける。この結果、高いＶｏｃ（開回路電圧）は達成できない。
【０００３】
より良い太陽電池を得るために、ドープされたａ−Ｓｉ：Ｈとドープされたｃ−Ｓｉ：Ｈとの間の界面での電荷キャリア再結合を減らす必要がある。これは、一般には、２つのドープ層の間にイントリンシック（アンドープ）ａ−Ｓｉ：Ｈ層を形成することにより行われる。ドープされたａ−Ｓｉ：Ｈ層と結晶シリコンとの間に薄い高品質のイントリンシックａ−Ｓｉ：Ｈ層を形成することにより、界面欠陥はパッシベートされる。より厚いイントリンシック層を形成することにより再結合速度は低減されるが、太陽電池での光損失と共に抵抗を小さくするためには、このイントリンシック層は可能な限り薄い方が良い。良好な短回路電流密度（Ｊｓｃ）のために、ｉ−ａ−Ｓｉ：Ｈは可能な限り薄くする必要がある（約２ｎｍから４ｎｍの膜厚）。一方、ｉ−ａ−Ｓｉ：Ｈの膜厚を減らすと、荷電キャリア再結合速度も急に増加する。薄いイントリンシック層を用いた界面欠陥の良好なパッシベーションは、通常、ａ−Ｓｉ：Ｈ堆積の後に、フォーミングガス中で一般には２００℃の温度で最大で６０分までアニールを行うことで得られる。
【０００４】
ａ−Ｓｉ：Ｈ／ｃ−Ｓｉヘテロ接合太陽電池の裏側では、ドープされたａ−Ｓｉ層が裏面電界（ＢＳＦ）を形成するために設けられても良い。例えば、ｎ型ｃ−Ｓｉ基板の裏面上にｎ＋ａ−Ｓｉ：Ｈが形成され、逆に、ｐ型ｃ−Ｓｉ基板の裏面上にｐ＋ａ−Ｓｉ：Ｈが形成されても良い。そのようなＢＳＦ構造中の界面再結合速度は、ドープされたａ−Ｓｉとｃ−Ｓｉとの間の界面に、イントリンシックなａ−Ｓｉ：Ｈを形成することによっても低減できる。より薄いイントリンシック層を形成することにより再結合速度が低減できるが、このイントリンシック層は、太陽電池中の抵抗損失を低減するために可能な限り薄くすべきである。薄いイントリンシック層を用いた良好なパッシベーションは、通常、ａ−Ｓｉ：Ｈ堆積の後に、フォーミングガス中で一般には２００℃の温度で最大で６０分までアニールを行うことで得られる。
【発明の概要】
【０００５】
本発明の具体例の目的は、ヘテロ接合界面に薄いパッシベーション層を形成することによる、ヘテロ接合界面パッシベーション方法であって、従来技術の方法より時間消費が少なく、従来技術のパッシベーション方法より良好なパッシベーション品質（より低い荷電キャリア再結合速度）を得る方法を提供することである。薄いパッシベーション層の膜厚は、接合抵抗の大きな増加無しにヘテロ接合を電流が通るように選択される。パッシベーション層の膜厚は、好適には１ｎｍと１０ｎｍとの間で、例えば２ｎｍと７ｎｍとの間である。
【０００６】
本発明の方法は、特徴的には太陽電池のヘテロ接合界面のパッシベーションのために使用される。例えば、この方法は、第１ドーピング型の結晶シリコンベース層と、第１ドーピング型とは反対の第２ドーピング型のアモルファスシリコンエミッタ層を有する太陽電池の、エミッタ接合パッシベーションに用いられる。薄いパッシベーション層は、ベース層とエミッタ層との間の界面の、水素化されたアモルファスシリコン層でも良い。例えば、この方法は、第１ドーピング型の結晶シリコンベース層と、裏面電界層を形成するための第１ドーピング型の多量にドープされたアモルファスシリコン層とを有する太陽電池の裏面ヘテロ接合パッシベーションのために使用することができる。薄いパッシベーション層は、ベース層と多量にドープされた裏面電界層との間の界面の、薄い水素化アモルファスシリコン層でも良い。
【０００７】
上記目的は、本発明にかかる方法で達成される。
【０００８】
本発明の特別な好適な形態は、添付する独立請求項および従属請求項中に明確にされる。従属請求項の特徴は、適当に独立請求項の特徴と組み合わせても良く、単に請求項中に記載された通りではない。
【０００９】
本発明は、ヘテロ接合界面パッシベーション方法を提供し、この方法は、ヘテロ接合界面に薄いパッシベーション層を形成する工程と、薄いパッシベーション層の形成後に水素プラズマ処理する工程とを含む。ヘテロ接合は、例えば結晶シリコン基板とドープされたアモルファスシリコン層との間の接合でも良く、パッシベーション層は、例えば薄いイントリンシック水素化アモルファスシリコン（ｉ−ａ−Ｓｉ：Ｈ）層のような薄いアモルファスシリコン層でも良い。しかしながら本発明はこれに限定されるものではなく、例えばＳｉＯＮ、ＳｉＯｘ、ＳｉＣまたは当業者に知られた他の好適な材料を含む層のような、他の好適なパッシベーション層を用いることもできる。
【００１０】
薄いパッシベーション層を形成する工程は、ＣＶＤ（化学気相堆積）法の手段により、好適にはプラズマの存在中で、基板上に薄いパッシベーション層を成長する工程を含んでも良い。例えば薄いパッシベーション層の成長は、ＰＥＣＶＤ（プラズマ強化ＣＶＤ）チャンバ、遠隔プラズマＣＶＤチャンバ、ＭＷＣＶＤ（マイクロ波アシストＣＶＤ）チャンバ、ＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）プラズマチャンバ、またはプラズマが使用されるいずれかの好適な堆積チャンバ中で行うことができる。
【００１１】
本発明の第１の形態では、薄いａ−Ｓｉ：Ｈパッシベーション層を形成する工程は、例えばシリコン源としてＳｉＨ４、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＨＣｌ３、またはＳｉＣｌ４のようなシリコン前駆体ガスを用いて基板上にパッシベーション層を成長する工程を含む。薄いａ−Ｓｉ：Ｈパッシベーション層を形成する工程は、例えば１００℃と２００℃との間の範囲、または１００℃と１９５℃との間の範囲、または１００℃と１９０℃との間の範囲の温度で、０．１Ｔｏｒｒ（１３．３Ｐａ）と２Ｔｏｒｒ（２．６６Ｐａ）との間の範囲の圧力で行われる。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、当業者に知られた他の好適な温度、圧力および／またはガスの混合を使用することができる。それらのパラメータは、またＣＶＤリアクタの型、および使用されるＣＶＤリアクタの幾何学的寸法も依存する。ＣＯ２、Ｂ２Ｈ６、またはＰＨ３のような要素をａ−Ｓｉ：Ｈ層の成長中に加えても良い。
【００１２】
本発明の第２の形態では、薄いａ−Ｓｉ：Ｈパッシベーション層を形成する工程は、シリコン源としてＳｉＨ４、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＨＣｌ３、またはＳｉＣｌ４のようなシリコン前駆体を用いて基板上にパッシベーション層を成長する工程を含み、シリコン前駆体はＨ２で希釈しても良い。シリコン前駆体と水素との間の比は、好適には１：２と１：６の間の範囲内である。薄いａ−Ｓｉ：Ｈパッシベーション層を形成する工程は、例えば１０℃と２００℃との間に範囲の温度で、０．３Ｔｏｒｒ（４０Ｐａ）と５Ｔｏｒｒ（６６６．６Ｐａ）との間の圧力で行っても良い。しかしながら、本発明は、これに限定するものではなく、当業者に知られた他の好適な温度、圧力および／またはガス混合を用いても良い。それらのパラメータはまた、使用されるＣＶＤリアクタの型やＣＶＤリアクタの幾何学的寸法にも依存する。好適なパラメータ範囲は経験的に決定されても良い。本発明の第２の形態にかかる希釈されたシリコン前駆体を用いることの長所は、非常に薄い層（例えば５ｎｍの膜厚層）であっても、少なくとも無秩序のａ−Ｓｉ：Ｈ層（マイクロ結晶シリコンに近い）が得られ、最も少ない量のダングリングボンドと最も少ない歪みＳｉ−Ｓｉボンドを有することである。
【００１３】
水素プラズマ処理が、例えば薄いパッシベーション層が形成されたチャンバのような、ＰＥＣＶＤチャンバ中で行われても良い。水素プラズマ処理は、例えば１００℃と２００℃との間の温度で、０．１Ｔｏｒｒ（１３．３Ｐａ）と５Ｔｏｒｒ（６６６．６Ｐａ）との間の範囲の圧力で、Ｈ２を用いて行われても良い。しかしながら、本発明はこれらに限定されるものではなく、当業者に知られた他の好適な温度または圧力を用いても良い。それらのパラメータは、また使用されるＣＶＤリアクタの型およびＣＶＤリアクタの幾何学的寸法にも依存する。好適なパラメータ範囲は経験的に決定されても良い。
【００１４】
本発明の形態にかかる方法は、特徴的には、結晶ベース領域とアモルファスエミッタ層および／またはアモルファスＢＳＦ層とを含むヘテロ接合太陽電池の界面パッシベーションに用いることができる。パッシベーション方法は、太陽電池のエミッタ側（表側）および／または太陽電池のＢＳＦ側（裏側）で界面パッシベーションのために使用できる。表側は、好適には使用時に太陽のような光源に向かう太陽電池の側である。裏側は表側の反対側である。
【００１５】
ヘテロ接合界面パッシベーションのために本発明の方法を使用した場合、パッシベーション層を形成した後のプロセス中の更なる工程は、追加の半導体層を形成することによるヘテロ接合を形成する工程である。例えば、シリコンヘテロ接合太陽電池を形成するプロセス中で、薄いｉ−ａ−Ｓｉ：Ｈパッシベーション層を形成した後に、ドープされたａ−Ｓｉ：Ｈ層を、エミッタ層またはＢＳＦ層を形成するために、ｉ−ａ−Ｓｉ：Ｈ層の上に成長させても良い。
【００１６】
水素プラズマ処理は、イントリンシックアモルファスシリコン層の形成後で、例えばドープされたアモルファスシリコン層のような追加の層の形成前に行っても良い。代わりの具体例では、水素プラズマ処理が、例えばドープされたアモルファスシリコン層のような追加の層の形成後に行っても良い。これは、追加の層への有益な効果を有する。水素プラズマ処理は、また２度行っても良い。即ち、イントリンシックアモルファスシリコン層の形成後で、例えばドープされたアモルファスシリコン層のような追加の層の形成前の第１の時、および例えばドープされたアモルファスシリコン層のような追加の層の形成後の第２の時である。
【００１７】
１またはそれ以上の水素プラズマ処理は、シリコン基板の対向する主表面の上に形成される２つのイントリンシックアモルファスシリコン層に対して同時に行っても良い。代わりに、１またはそれ以上のプラズマ処理は、表側および裏側の上で独立に行われても良い。水素プラズマ条件は、これにより、表側と裏側に対して独立して最適化され、このように両側で異なる、プラズマ条件は、例えば層の厚さの関数として調整される。
【００１８】
本発明の形態にかかる方法の長所は、集積されたアプローチを提供することであり、パッシベーション層の堆積と水素プラズマ処理が、例えば連続して同じチャンバで行われる。本発明の方法は、フォーミングガスアニールがヘテロ接合界面パッシベーションの改良のために行われる従来技術の方法より少ない時間消費である。
【００１９】
本発明の形態にかかる方法の長所は、まず、薄いパッシベーション層を形成する場合の自由度を与えることであり、その品質は少なくとも部分的にプラズマ処理により後に改良される。薄いパッシベーション層の特性とそれにより品質を制御することは、最適化され最適に動作する太陽電池を製造するために重要であること、および本発明はそれらの特性の制御を容易にすることは当業者もより評価されるであろう。例えば、本発明の形態にかかる方法の長所は、太陽電池の処理のための全体の熱量を大きく低減できることである。薄いパッシベーション層の堆積は、例えば比較的低温で起き、続いて短いプラズマ処理を行うことで、所定のまたは十分な品質の薄いパッシベーション層に到達でき、これにより全体の熱量は同様の最終製品に対して少なくできる。従来技術の方法に比較してより良いヘテロ接合界面パッシベーションを得ることが、本発明の方法の長所である。非常に薄いパッシベーション層に対して良好なパッシベーション特性に導かれる。
【００２０】
再度まとめると、ヘテロ接合太陽電池を作製する方補が記載され、この方法は、
結晶シリコン基板を提供する工程と、
基板の第１主面上に薄いパッシベーション層を提供する工程と、
薄いパッシベーション層を、水素を含むプラズマで処理する工程を含むプラズマ処理を行う工程と、
アモルファスシリコンを含む第２層を、薄いパッシベーション層の上に提供する工程と、を含む。
【００２１】
プラズマ処理は、第２層の形成前に行われても良い。
プラズマ処理は、第２層の形成後に行われても良い。
第１プラズマ処理は第２層の形成前に行われ、第２プラズマ処理はプラズマ処理の後に行われても良い。
【００２２】
好適な具体例では、薄いパッシベーション層は、イントリンシックな水素化アモルファスシリコンを含んでも良い。
本発明の好適な具他例では、パッシベーション層はＳｉＯＮおよび／またはＳｉＯｘ（ｘ＝１、２）および／またはＳｉＣを含む。
好適には、プラズマ処理後の薄いパッシベーション層の膜厚は１００ｎｍより小さい。プラズマ処理後の薄いパッシベーション層の膜厚は１０ｎｍより小さくても良い。プラズマ処理後の薄いパッシベーション層の膜厚は１ｎｍと１０ｎｍとの間でも良い。
好適な具体例では、薄いパッシベーション層を形成する工程は、薄いパッシベーション層を成長する工程を含む。
好適な具体例では、薄いパッシベーション層の成長固定は、プラズマ強化ＣＶＤプロセスを含む。
好適な具体例では、ＳｉＨ４、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＨＣｌ３、またはＳｉＣｌ４を含むシリコン前駆体ガスを用いて薄いパッシベーション層を成長する。
好適な具体例では、薄いパッシベーション層は０．１Ｔｏｒｒと２Ｔｏｒｒの間の圧力で形成される。
好適な具体例では、シリコン前駆体ガスは、Ｈ２で希釈される。シリコン前駆体と水素との間の希釈比は、好適には１：２から１：６の範囲の中に含まれる。
好適な具体例では、この方法は、０．１Ｔｏｒｒと５Ｔｏｒｒの間の圧力で薄いパッシベーション層を形成する工程を含む。
好適な具体例では、この方法は、１００℃と２００℃との間の温度で、薄いパッシベーション層を形成する工程を含む。
好適な具体例では、基板の第１主面上に薄いパッシベーション層を形成する工程と、プラズマ処理を行う工程とが、真空チャンバの真空をブレイクすることなく、同じ真空チャンバ中で行われる。
好適な具体例では、プラズマ処理時間は、１０秒から１２０秒の範囲内に含まれる。
好適な具体例では、プラズマ処理の電力密度は、０．０１Ｗ／ｃｍ２から０．５Ｗ／ｃｍ２の範囲内に含まれる。
好適な具体例では、基板の第１主面上に薄いパッシベーション層を形成する間にしようされるプラズマ電力は、プラズマ処理中のプラズマ電力より小さい。
一般には、第１主面は太陽電池の表面に対応し、第２層は裏面電界層に対応する。
【００２３】
本発明と従来技術を超えて達成された長所をまとめるために、本発明の所定の目的と長所が上に記載された。もちろん、本発明の特定の具体例に関して、全てのそれらの目的または長所が達成される必要が無いことは理解されるであろう。このように、例えば当業者は、ここで教示や示唆された他の目的や長所を達成する必要なしに、ここで教示された長所や長所のグループを達成あるいは最適化する方法で発明が具体化または実施されることを理解するであろう。更に、このまとめは単なる例であり、請求される発明の範囲を制限することを意図しないことが理解されるであろう。機構とその動作方法の双方についての本発明は、その特徴および長所とともに、添付の図面と共に読んだ場合に、以下の詳細な記載を参照して最も理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１の形態にかかる方法で使用された水素プラズマの電力密度の関数として、測定された表面再結合速度を示す。露出時間は７５秒であった。
【図２】本発明の第１の形態にかかる方法で、適用された水素プラズマの異なる時間における測定された表面再結合速度を示す。０．０５２Ｗ／ｃｍ２のプラズマ電力密度に対応するプラズマ電力は１８Ｗであった。
【図３】０．０５２Ｗ／ｃｍ２のプラズマ電力密度に対して、異なる時間Ｈ２プラズマに露出した、ε２曲線（誘電関数の虚数部分）を示す。
【図４】０．０５２Ｗ／ｃｍ２のプラズマ電力密度に対して、水素プラズマへの露出時間の関数として、ｉ−ａ−Ｓｉ：Ｈの膜厚を示す。
【図５】異なる電力のＨ２プラズマで、ε２曲線を示す。露出時間は６０秒であった。
【図６】６０秒の露出時間に対して、水素プラズマ電力の関数として、ｉ−ａ−Ｓｉ：Ｈ膜の膜厚を示す。
【図７】異なる露出時間と異なるプラズマ電力に対して、水素プラズマ処理の後に、４ｎｍから５ｎｍの膜厚のｉ−ａ−Ｓｉ：Ｈ膜で覆われたＦＺウエハに対する測定された表面再結合速度を示す。
【図８】１８Ｗ（０．０５２Ｗ／ｃｍ２）水素プラズマへの露出時間の関数として、ｉ−ａ−Ｓｉ：Ｈ膜の膜厚を示す。
【図９】本発明の第２の形態にかかる様々な水素／シラン希釈比で堆積したｉ−ａ−Ｓｉ：Ｈ膜に対するε２曲線を示す。
【図１０】異なる水素プラズマ露出時間に対して、本発明の第２の形態にかかる希釈比１：３で堆積させたｉ−ａ−Ｓｉ：Ｈ膜の測定されたＳＲＶ値を示す。
【００２５】
請求項中に参照符号は、本発明の範囲を限定するものと解釈すべきではない。
【００２６】
異なる図面において、同じ参照番号は同じまたは類似の要素を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下の詳細な説明では、多くの特定の細部が、全体を通して理解し、特定の具体例でどのように実施するかを示すために記載される。しかしながら、本発明はそれらの特定の細部無しに実施できることは理解できるであろう。他の例では、公知の方法、手続き、および技術は、本発明を不明確にしないために詳細には記載されない。本発明が特定の具体例に関して、所定の図面を参照して記載されるが、これらに限定されるものではない。ここに含まれ、記載された図面は、模式的であり、本発明の範囲を限定するものではない。図面において、所定の要素の大きさは、図示目的で拡大され、それゆえに縮尺通りには記載されていない。
【００２８】
更に、説明や請求の範囲中の第１、第２、第３等の用語は、類似の要素間で区別するために使用され、一時的、空間的、格付け、または他の手段での順序を示す必要はない。そのように使用される用語は、適当な状況で交換可能であり、ここに記載された発明の具体例は、ここに記載されまたは図示されたものとは他の順序で動作可能である。
【００２９】
更に、説明や請求の範囲中の上、下、上に、下に等の用語は説明目的に使用され、相対的な位置を記載する必要はない。そのように使用された用語は適当な状況下で交換可能であり、ここに記載された発明は、ここに記載や図示されたものとは異なる位置で動作可能であることが理解されるであろう。
【００３０】
請求の範囲で使用される「含む（comprising）」の用語は、それ以降に列挙される手段に限定して解釈すべきではなく、他の要素や工程を排除しない。このように、言及された特徴、数字、工程、または成分は、その通りに解釈され、１またはそれ以上の他の特徴、数字、工程、または成分、またはこれらの組み合わせの存在または追加を排除してはならない。このように、「手段ＡおよびＢを含むデバイス」の表現の範囲は、構成要素ＡとＢのみを含むデバイスに限定されるべきではない。
【００３１】
本発明は、ヘテロ接合界面に薄いパッシベーション層を形成することによる、ヘテロ接合界面パッシベーション方法を提供し、この方法は、従来技術の方法より時間がかからず、この方法は従来技術のパッシベーション法より良好なパッシベーション品質（より低い電荷キャリア再結合速度）となる。パッシベーション層の膜厚は、接合抵抗の大きな増加無しにヘテロ接合を電流が通れるように選択される。パッシベーション層の膜厚は、好適には１００ｎｍより小さく、例えば１０ｎｍより小さい。例えばパッシベーション層の膜厚は、１ｎｍと１０ｎｍとの間、例えば２ｎｍと７ｎｍとの間でも良い。
【００３２】
本発明の方法は、ヘテロ接合界面に薄いパッシベーション層を形成する工程と、薄いパッシベーション層を形成した後に水素プラズマ処理を行う工程とを含む。ヘテロ接合は、例えば結晶シリコン基板とドープされたアモルファスシリコン層との間の接合でも良く、パッシベーション層は、例えば薄いアモルファスシリコン層、例えばイントリンシック水素化アモルファスシリコン（ｉ−ａ−Ｓｉ：Ｈ）層でも良い。
【００３３】
本発明は、更に、パッシベーション層がアモルファスシリコン層である具体例を開示する。しかしながら、本は詰め言うはこれに限定されるものではなく、例えばＳｉＯｘやＳｉＯＮのような他の材料を、パッシベーション層を形成するために使用しても良い。
【００３４】
本発明の第１の形態では、薄いａ−Ｓｉ：Ｈパッシベーション層を形成する工程は、例えばシリコン源としてＳｉＨ４、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＨＣｌ３、またはＳｉＣｌ４のようなシリコン前駆体を用いて基板上にパッシベーション層を成長する工程を含む。
【００３５】
本発明の第２の形態では、薄いａ−Ｓｉ：Ｈパッシベーション層を形成する工程は、例えばシリコン源としてＳｉＨ４、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＨＣｌ３、またはＳｉＣｌ４のようなシリコン前駆体を用いて基板上にパッシベーション層を成長する工程を含み、シリコン前駆体はＨ２で希釈される。シリコン前駆体と水素との間の比は、好適には、１：２と１：６の範囲内である。
【００３６】
本発明の方法は、特徴的には、単結晶、マルチ結晶、または多結晶のベース領域と、アモルファスのエミッタ層および／またはアモルファスのＢＳＦ層を含むヘテロ接合太陽電池の界面パッシベーションのために使用される。パッシベーション方法は、太陽電池のエミッタ側（表側）および／または太陽電池のＢＳＦ側（裏側）における界面パッシベーションのために使用できる。
【００３７】
ヘテロ接合界面パッシベーションのために本発明の方法を使用する場合、パッシベーション層を形成した後のプロセス中の更なる工程は、追加の層を形成することによりヘテロ接合を形成する工程である。例えば、シリコンヘテロ接合太陽電離を形成するプロセス中に、薄いｉ−ａ−Ｓｉ：Ｈパッシベーション層を形成した後に、エミッタ層またはＢＳＦ層を形成するために、ドープされたａ−Ｓｉ：Ｈ層を成長しても良い。
【００３８】
水素プラズマ処理は、イントリンシックアモルファスシリコン層を形成した後で、例えばドープされたアモルファスシリコン層のような追加の層を形成する前に行っても良い。代わりの具体例では、水素プラズマ処理は、例えばドープされたアモルファスシリコン層のような追加の層を形成した後に行っても良い。水素プラズマ処理は、また、２度行っても良い。即ち、第１の時は、イントリンシックアモルファスシリコン層を形成した後で、例えばドープされたアモルファスシリコン層のような追加の層を形成する前であり、第２の時は、例えばドープされたアモルファスシリコン層のような追加の層を形成した後である。
【００３９】
本発明の第１の形態にかかる方法におけるＨ２プラズマ処理のパッシベーション効果を研究するために試験が行われ、１−３Ωｃｍの抵抗率と４ｍｓより大きなバルクライフタイムを有する、両面研磨、２８０マイクロメータ厚さ、ｎ型ｃ−Ｓｉ＜１１０＞、フロートゾーンウエハの両面上にｉ−ａ−Ｓｉ：Ｈが堆積された。ウエハは、Ｈ２ＳＯ４：Ｈ２Ｏ２（４：１）混合液を用いて洗浄され、続いてＨＦ：ＨＣｌ：Ｈ２Ｏ２（１：１：２０）混合液で洗浄された。最後に、化学酸化物を、ウエハ上に、ＨＣｌ：Ｈ２Ｏ２：Ｈ２Ｏ（１：１：５）を用いて成長させた。ｉ−ａ−Ｓｉ：Ｈ堆積の前に、ＨＦ：ＨＣｌ：Ｈ２Ｏ２（１：１：２０）への浸漬が２分間行われた。ＨＦ／ＨＣｌ浸漬と堆積チャンバへのウエハの挿入との間に時間は、できる限り短く維持された。次に、ＲＦプラズマ（１３．５６ＭＨｚ）を用いたプラズマ強化化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）法の手段により、ｉ−ａ−Ｓｉ：Ｈ堆積が行われた。これに続いて、真空をブレイクすることなく、同じチャンバ中でＨ２プラズマに露出させた。表１は、使用された条件の概略を示す。ｉ−ａ−Ｓｉ：Ｈ層の膜厚は、７ｎｍと８ｎｍとの間の範囲内である。
【００４０】
【表１】
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【００４１】
しかしながら、本発明は、表１に示された条件に限定されるものではない。異なるパラメータについての好ましい範囲の例が、表２に示されるが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００４２】
【表２】
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【００４３】
分光偏光解析法が、ｉ−ａ−Ｓｉ：Ｈ膜の膜厚と光学定数を決定するために使用された。Ｔａｕｃ−Ｌｏｒｅｎｔｚモデルが、偏光解析測定から得られた生データの分析に用いられた。このモデルは、ε２分散（誘電関数の虚数部分）を見出すのを可能にする。小数キャリアのライフタイムが、擬定常状態光伝導度測定（ＱＳＳＰＣ）を用いて測定された。ライフタイムが、１０１５ｃｍ−３の過剰キャリア密度で報告される。高いバルクライフタイムを有するＦＺ−Ｓｉ材料が使用されたため、実行表面再結合速度（ＳＲＶ）は、ウエハ膜厚ｄと実効小数電荷キャリアライフタイムＴｅｆｆとした場合、おおよそＳＲＶ＝ｄ＊（２Ｔｅｆｆ）−１となる。
【００４４】
表１に示されたパラメータに従って堆積されたｉ−ａ−Ｓｉ：Ｈ層の膜厚は、７ｎｍ〜８ｎｍであった。（Ｈ２プラズマ処理無しに）堆積した後、ＳＲＶは１５．４５ｃｍ／ｓであった。フォーミングガス中で２５０℃で３０分間、アニールして、ＳＲＶは１０．８６ｃｍ／ｓまで減少した。
【００４５】
実験が行われ、ｉ−ａ−Ｓｉ：Ｈ層の堆積後に、フォーミングガスアニールの代わりに水素プラズマ処理が行われた。結晶シリコン基板とｉ−ａ−Ｓｉ：Ｈ層との間の界面のパッシベーション品質への、Ｈ２プラズマ処理の影響を研究するために、プラズマ電力密度を０．０５Ｗｃｍ２と０．２Ｗ／ｃｍ２の範囲で変え、水素プラズマへの露出時間を３０秒と１２０秒との間で変えた（表１）。表面再結合速度は、Ｈ２プラズマプロセスパラメータの関数として評価した。
【００４６】
図１は、水素プラズマ処理中に異なるプラズマ電力密度を供給した場合に測定された表面再結合速度を示す。露出時間は、７５秒で一定に維持された、ゼロ電力の点は、Ｈ２プラズマ処理を行わない標準条件に対応する。測定された結果から、ｉ−ａ−Ｓｉ：Ｈ層の堆積後にはＳＲＶは１３ｃｍ／ｓ（ｃｍ／秒）と２９ｃｍ／ｓの間（異なるサンプル）であることが結論づけられる。水素プラズマ処理後、水素プラズマの電力に応じてＳＲＶは減少する。ＳＲＶの最も大きな減少は、最も低いプラズマ電力密度に対して得られる。例えば、０．０５Ｗ／ｃｍ２（１８Ｗ）のプラズマ電力密度に対して、サンプルの１つで測定されたＳＲＶは２９．１ｃｍ／ｓから６．６ｃｍ／ｓまで減少した。他のサンプルでは、ＳＲＶは１５．４５ｃｍ／ｓから４．７ｃｍ／ｓまで減少した。
【００４７】
図２は、異なる水素プラズマ露出時間に対して測定された表面再結合速度を示す。それらの実験では、電力密度は０．０５Ｗ／ｃｍ２で一定に保たれた。露出時間が増加すると、ＳＲＶは７５秒まで減少し、続いて増加し始める。
【００４８】
パッシベーション品質のそれらの傾向を理解するために、偏光解析測定が行われ、ｉ−ａ−Ｓｉ：Ｈ膜の膜厚と水素含有量が評価された。
【００４９】
０．０５Ｗ／ｃｍ２のプラズマ電力密度に対して、異なる水素プラズマ露出時間について、７ｎｍの膜厚の誘電関数の虚数部分（ε２）を図３に示す。３．６ｅＶのピークは、堆積したままのａ−Ｓｉ：Ｈの特性である。Ｈ２プラズマに露出した後、ピークは移動して大きさは減少する。大きさのこの減少は、主にＨ２プラズマ露出の最初の７５秒で主に発生し次に一定になる。水素含有量は最初の７５秒で増加し、この後、膜厚の減少が観察される。これが図４に、水素プラズマ露出時間（０．０５Ｗ／ｃｍ２プラズマ電力密度）の関数としてアモルファス膜厚を示す、図４に示される。
【００５０】
Ｈ２プラズマ電力が増加すると、膜中の水素濃度の増加が観察される（図５の６０秒の露出時間に示す）が、膜厚は一定のままである（図６、６０秒の露出時間）。
【００５１】
パッシベーションは、（実験で用いた条件に対して）最適露出時間の７５秒まで増加し、その後、露出時間が増えると減少することが分かった。膜の水素含有量はプラズマ露出７５秒まで増加し、続いて一定になる。７５秒後に、膜厚の減少が観察される（図４）。このパッシベーション品質の最初の増加は水素含有量の増加によるもので、これはｃ−Ｓｉ基板の表面でダングリングボンドのパッシベーションを助ける。７５秒後、膜の水素含有量が一定でも、膜の多孔率の増加や膜厚の減少により、ｉ−ａ−Ｓｉ：Ｈ膜の品質は減少し、これによりＨ２プラズマ露出の時間とともにライフタイムは減少する。
【００５２】
実験において、水素プラズマに対して７５秒の最適露出時間が見出されたが、この最適露出時間は、他の膜厚、他の圧力、温度、水素流量等では異なるかも知れない。例えば、膜厚が４ｎｍと５ｎｍの間のｉ−ａ−Ｓｉ：Ｈ膜に対して行った実験では、最適水素プラズマ露出時間３５秒が見出された。最適水素露出時間は、他のプロセス条件により実験的に決定される。
【００５３】
実験では、最も高いライフタイム（最良パッシベーション品質）は、０．０５Ｗ／ｃｍ２のＨ２プラズマ電力密度で得られ、続いてＨ２プラズマ電力密度が増加するに従って減少を始めた。ライフタイムのこの減少は、界面の増加した水素誘起損傷により、それゆえに欠陥密を増加させる。
【００５４】
プラズマ処理後のＳＲＶの測定された減少は、フォーミングガスアニール後に得られた値に比較してずっと大きい。水素プラズマ処理を用いた７ｎｍ膜厚のｉ−ａ−Ｓｉ：Ｈで、ＳＲＶは１５．４５ｃｍ／ｓから４．６７ｃｍ／ｓに減少したが、一方で、２５０℃で３０分アニールした場合、表面再結合速度は１０．８５ｃｍ／ｓであった。
【００５５】
薄いｉ−ａ−Ｓｉ：Ｈ層のパッシベーション品質への水素プラズマ処理の影響は、また、より薄い層（膜厚が４ｎｍから５ｎｍ）についても調べられた。表１に示す堆積条件が藻散られ、堆積時間は３０秒のかわりに２０秒であった。異なる露出時間と異なるプラズマ電力に対して得られたＳＲＶ値が図７に示される。図７から分かるように、露出時間が増加するとＳＲＶは増加する。またＨ２プラズマの電力が高いほど、ＳＲＶは高かった。比較的厚い膜厚に比較した場合ＳＲＶの増加がより低い電力で観察されたが、この傾向は７ｎｍから８ｎｍの膜厚で観察されたものと類似している。最も低いＳＲＶ（１７．８ｃｍ／ｓ）は、３０秒、１２Ｗ水素プラズマ電力の処理で観察された。より低い水素プラズマ電力でより低いＳＲＶ値の達成が可能である。
【００５６】
ｉ−ａ−Ｓｉ：Ｈ層の膜厚に対する０．０５Ｗ／ｃｍ２の水素プラズマ処理の時間（露出時間）の影響を図８に示す。４５秒より短い露出時間では、層の膜厚には影響が無いことが結論づけられる。より長い露出時間（例えば７５秒）では、４ｎｍから５ｎｍの薄い層に対して膜厚の減少が観察された。このように、膜厚の減少は、７ｎｍから８ｎｍの膜厚に比較してより簡単に起きる。
【００５７】
本発明の第２の形態にかかる方法において、Ｈ２プラズマ処理のパッシベーション効果を調べるために、ｉ−ａ−Ｓｉ：Ｈ堆積中にＨ２ガス希釈が、水素プラズマ処理と組み合わせられる追加の実験が行われた。形成されたａ−Ｓｉ層の不規則をより制御するために、水素ガスがシランガスと共にチャンバ中に導入され、ｉ−ａ−Ｓｉ：Ｈ薄膜が堆積された。堆積に使用されたパラメータは表３に示される。
【００５８】
【表３】
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【００５９】
１：３から１：４の水素希釈比と、１５秒の堆積時間に対して、膜厚は７ｎｍから８ｎｍであり、最適パッシベーション品質（最小ＳＲＶ）がそれらの希釈比で得られた。より低いおよびより高い希釈比に対して、膜はより薄くなり、測定されたＳＲＶは十分に大きかった。本発明の第１の形態で成長させた膜と比較すると、ＳＲＶのわずかな減少が、同様の膜厚（約７ｎｍから８ｎｍ）で１：３希釈に対して観察された、例えば、１：３の希釈比を用いた場合、９．８４ｃｍ／ｓのＳＲＶが観察され、一方純粋なシランを用いて堆積した同じ膜厚の膜では、ＳＲＶ値は１５．４５ｃｍ／ｓであった。
【００６０】
水素希釈を用いて堆積した膜の、膜厚のばらつきおよびパッシベーション特性を理解するために、誘電関数の虚数部分（ε２）が偏光解析を用いて測定された。図９は、さまざまな膜に対して測定されたε２カーブを示す。希釈するほど、ピークシフトと同様に、膜の水素含有量が変化することが見られる。希釈するほど、ピークシフトが高い値に向かうことが観察される。このシフトは、アモルファス相からマイクロ結晶相に膜が進化することを示す。１：４（ＳｉＨ４：Ｈ２）の希釈の上に、約３．６ｅＶから約４．２ｅＶへの急峻なピークシフトがある。これは、アモルファス相からマイクロ結晶相への変化を示す。より高い希釈比でより高いエネルギに向かうこのピークシフトは、それらの希釈値でエピタキシャル成長に向かうより低い膜厚の観察された点と結びつく。膜中の水素含有量の減少が、膜がより結晶になるに従って観察された。
【００６１】
上述の実験では１：３の希釈比で堆積した膜に対して、最高の表面パッシベーション品質（低いＳＲＶ）が得られた。更にパッシベーション品質を向上するために、膜の堆積後に水素プラズマ処理が行われた。プラズマ処理は、０．０６Ｗ／ｃｍ２で、異なる露出時間に対して行われた。図１０は、堆積後に異なる水素プラズマ露出時間に対して、１：３の水素希釈を用いて堆積した膜について測定されたＳＲＶ値を示す。最高のパッシベーション品質が、４５秒の水素プラズマ露出で得られたことがわかる。それらの膜の膜厚は、４ｎｍと５ｎｍの間であった。このように、４ｎｍから５ｎｍの膜厚のｉ−ａ−Ｓｉ：Ｈ膜に対して、５．３８ｃｍ／ｓのＳＲＶが得られた。
【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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【国際調査報告】
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