(57)【要約】  ドーパントインク組成物及び太陽電池の製造方法を記載する。ドーパントインク組成物は、架橋可能なマトリクス前駆体と、結合ドーパント種と、溶媒とを含有してもよい。太陽電池の製造方法は、ドーパントインク組成物を基板の上方の領域に供給する工程を含んでもよい。ドーパントインク組成物は、架橋可能なマトリクス前駆体と、結合ドーパント種と、溶媒とを含有する。本方法は、ドーパントインク組成物を焼成して、ドーパントインク組成物の溶媒の大部分を除去する工程と、ドーパントインク組成物を硬化させて、ドーパントインク組成物の架橋可能なマトリクス前駆体の大部分を架橋させる工程と、硬化されたドーパントインク組成物からドーパントを基板に向かって打ち込む工程と、を含む。【選択図】図１Ａ
2014534616.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ドーパントインク組成物であって、
架橋可能なマトリクス前駆体と、
結合ドーパント種と、
溶媒と、を含有するドーパントインク組成物。
【請求項２】
前記結合ドーパント種が、前記架橋可能なマトリクス前駆体に結合されている、請求項１に記載のドーパントインク組成物。
【請求項３】
前記結合ドーパント種が、化学結合を介して前記架橋可能なマトリクス前駆体に結合されているｎ型ドーパント前駆体であり、
前記ｎ型ドーパント前駆体が、ホスフィン部分及びオルガノホスフィン部分からなる群から選択される、請求項２に記載のドーパントインク組成物。
【請求項４】
前記結合ドーパント種が、化学結合を介して前記架橋可能なマトリクス前駆体に結合されているｐ型ドーパント前駆体であり、
前記ｐ型ドーパント前駆体が、ボラン部分及びオルガノボラン部分からなる群から選択される、請求項２に記載のドーパントインク組成物。
【請求項５】
複数の粒子を更に含有し、
前記結合ドーパント種が、前記複数の粒子の１つ以上に結合されている、請求項１に記載のドーパントインク組成物。
【請求項６】
前記結合ドーパント種が、前記複数の粒子の１つに組み込まれたｎ型又はｐ型ドーパント原子である、請求項５に記載のドーパントインク組成物。
【請求項７】
前記結合ドーパント種が、化学結合を介して前記複数の粒子の１つの表面に結合されているｎ型又はｐ型ドーパント前駆体である、請求項５に記載のドーパントインク組成物。
【請求項８】
前記架橋可能なマトリクス前駆体が、シロキサン種、シラン種及びシクロシラン種からなる群から選択される、請求項１に記載のドーパントインク組成物。
【請求項９】
前記溶媒が、アルキル系アルコール、アリール系アルコール、デカリン、アルカン、芳香族、酢酸エチル種及び水からなる群から選択される、請求項１に記載のドーパントインク組成物。
【請求項１０】
架橋可能なマトリクス前駆体と、
複数の粒子と、
前記複数の粒子のうちの１つの粒子に結合されているドーパント種と、
溶媒と、を含有するドーパントインク組成物。
【請求項１１】
前記ドーパント種が、前記１つの粒子に組み込まれたｎ型又はｐ型ドーパント原子である、請求項１０に記載のドーパントインク組成物。
【請求項１２】
前記ドーパント種が、化学結合を介して前記１つの粒子の表面に繋がれたｎ型又はｐ型ドーパント前駆体である、請求項１０に記載のドーパントインク組成物。
【請求項１３】
前記溶媒が、アルキル系アルコール、アリール系アルコール、デカリン、アルカン、芳香族、酢酸エチル種及び水からなる群から選択され、前記架橋可能なマトリクス前駆体が、前記溶媒中に溶解されている、請求項１０に記載のドーパントインク組成物。
【請求項１４】
太陽電池の製造方法であって、
架橋可能なマトリクス前駆体と、結合ドーパント種と、溶媒とを含有するドーパントインク組成物を基板の上方の領域に供給する工程と、
前記ドーパントインク組成物の前記溶媒の大部分を除去するべく、前記ドーパントインク組成物を焼成する工程と、
前記ドーパントインク組成物の前記架橋可能なマトリクス前駆体の大部分を架橋させるべく、焼成された前記ドーパントインク組成物を硬化させる工程と、
硬化された前記ドーパントインク組成物からドーパントを前記基板に向かって打ち込む工程と、を備える方法。
【請求項１５】
前記ドーパントインク組成物が更に複数の粒子を含有し、
前記結合ドーパント種が、前記複数の粒子の１つに結合されている、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記ドーパントインク組成物を供給する工程が、インクジェット印刷、スクリーン印刷、ブレーディング、ピペットによる移動、スピンコーティング及びエッチング、グラビア印刷、及びスロットダイコーティングからなる群から選択される流体堆積技術を用いる工程を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記ドーパントインク組成物を焼成する工程が、およそ摂氏１００〜４００度の範囲内の温度に加熱する工程を含み、
焼成された前記ドーパントインク組成物を硬化させる工程が、およそ摂氏３５０〜９００度の範囲内の温度に加熱する工程を含み、
硬化された前記ドーパントインク組成物からドーパントを打ち込む工程が、およそ摂氏８５０〜１０５０度の範囲の温度に加熱する工程を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
前記焼成する工程及び前記硬化する工程が、同一のプロセス操作において行われる、請求項１４に記載の方法。
【請求項１９】
前記ドーパントインク組成物が、第１の導電型の第１のドーパントインク組成物であり、
前記方法が更に、
前記第１のドーパントインク組成物を焼成する工程の前に、第２の異なる導電型の第２のドーパントインク組成物を、前記基板の上方の第２の領域に供給する工程を備える、請求項１４に記載の方法。
【請求項２０】
前記第１のドーパントインク組成物及び前記第２のドーパントインク組成物が、連続的に供給される、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記第１のドーパントインク組成物及び前記第２のドーパントインク組成物が、実質的に同時に供給される、請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記ドーパントインク組成物が、第１の導電型の第１のドーパントインク組成物であり、
前記方法が更に、
前記第１のドーパントインク組成物を焼成する工程の後、前記第１のドーパントインク組成物を硬化させる工程の前に、第２の異なる導電型の第２のドーパントインク組成物を前記基板の上方の第２の領域に供給する工程を備える、請求項１４に記載の方法。
【請求項２３】
前記ドーパントインク組成物が、第１の導電型の第１のドーパントインク組成物であり、
前記方法が更に、
前記第１のドーパントインク組成物を焼成する工程及び硬化させる工程の後、前記ドーパントインク組成物からドーパントを打ち込む工程の前に、第２の異なる導電型の第２のドーパントインク組成物を前記基板の上方の第２の領域に供給する工程を備える、請求項１４に記載の方法。
【請求項２４】
前記領域が前記基板の上面であり、
前記硬化された前記ドーパントインク組成物からドーパントを前記基板に向かって打ち込む工程が、ドーパントを前記基板中に打ち込む工程を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項２５】
前記領域が、前記基板の上方に配置されている半導体層の上面であり、
前記硬化された前記ドーパントインク組成物からドーパントを前記基板に向かって打ち込む工程が、ドーパントを前記半導体層中に打ち込む工程を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項２６】
請求項１４に記載の方法により製造された太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、再生可能エネルギーの分野にあり、特にドーパントインク組成物及びドーパントインク組成物からの太陽電池の製造方法にある。
【０００２】
本明細書において記載される発明は、米国エネルギー省により与えられた契約番号第ＤＥ−ＦＣ３６−０７ＧＯ１７０４３のもとで、政府の支援によりなされた。政府は、本発明において一定の権利を有する。
【背景技術】
【０００３】
太陽電池として既知の光起電力電池は、太陽放射を電力に直接変換させるための装置として既知である。一般に、太陽電池は、半導体処理技術を用いて半導体ウェハ上又は基板上に製造され、基板の表面近くにｐｎ接合が形成される。基板の表面に衝突し、これに進入する太陽放射は、基板のバルク内に電子−正孔対を生じる。電子−正孔対は、基板のｐ型にドーピングされた領域及びｎ型にドーピングされた領域内に移動し、それによってドーピングされた領域の間に電圧差を生じさせる。ドーピングされた領域は、太陽電池上の導電性領域に接続されて、電池からこれに連結された外部回路へと電流を方向付ける。
【０００４】
効率は、太陽電池の重要な特性であるが、それは、電力が発生するための太陽電池の容量に直接関連するからである。同様に、太陽電池を生産する上での効率は、このような太陽電池のコスト有効性に直接関連する。したがって、太陽電池の効率が増加するための技術、又は太陽電池の製造における効率が増加するための技術が、概ね望ましい。本発明の実施形態は、太陽電池構造を製造するための新規なプロセスを提供することによって、太陽電池の製造効率の増加を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１Ａ】本発明の一実施形態によるドーパントインク組成物の概略図である。
【０００６】
【図１Ｂ】本発明の別の実施形態によるドーパントインク組成物の概略図である。
【０００７】
【図２Ａ】本発明の一実施形態によるドーパントインク組成物のホスフィン部分及びオルガノホスフィン部分の化学表記を含む。
【０００８】
【図２Ｂ】本発明の一実施形態によるドーパントインク組成物のボラン部分及びオルガノボラン部分の化学表記を含む。
【０００９】
【図３】本発明の一実施形態による太陽電池の製造方法における操作を表すフローチャートである。
【００１０】
【図４Ａ】本発明の一実施形態による、図３のフローチャートの操作３０２に対応する太陽電池の製造における段階の断面図を示す。
【００１１】
【図４Ｂ】本発明の一実施形態による、図３のフローチャートの操作３０４に対応する太陽電池の製造における段階の断面図を示す。
【００１２】
【図４Ｃ】本発明の一実施形態による、図３のフローチャートの操作３０６に対応する太陽電池の製造における段階の断面図を示す。
【００１３】
【図４Ｄ】本発明の一実施形態による、図３のフローチャートの操作３０８に対応する太陽電池の製造における段階の断面図を示す。
【００１４】
【図５Ａ】本発明の別の実施形態による太陽電池の製造における様々な段階の断面図を示す。
【図５Ｂ】本発明の別の実施形態による太陽電池の製造における様々な段階の断面図を示す。
【００１５】
【図６Ａ】本発明の別の実施形態による太陽電池の製造における様々な段階の断面図を示す。
【図６Ｂ】本発明の別の実施形態による太陽電池の製造における様々な段階の断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
ドーパントインク組成物及び太陽電池の製造方法を本明細書に記載する。以下の説明では、本発明の実施形態の完全な理解を提供するために、特定のプロセスフロー操作などの多数の特定の詳細が記載される。これらの特定の詳細を使用することなく、本発明の実施形態を実践することができる点が、当業者には明らかとなるであろう。他の場合には、本発明の実施形態を不必要に不明瞭にしないために、金属コンタクト部形成技術などの、周知の製造技術は詳細に説明されない。更には、図に示される様々な実施形態は、例示的な表示であって、必ずしも一定のスケールで描写されるものではないことを理解するべきである。
【００１７】
本明細書には、ドーパントインク組成物が開示される。一実施形態において、ドーパントインク組成物は、架橋可能なマトリクス前駆体と、結合ドーパント種と、溶媒とを含有する。別の実施形態では、ドーパントインク組成物は、架橋可能なマトリクス前駆体と、複数の粒子と、粒子の１つに結合されているドーパント種と、溶媒とを含有する。
【００１８】
本明細書には、太陽電池の製造方法も開示される。一実施形態において、本方法は、ドーパントインク組成物を基板の上方の領域に供給する工程と、ドーパントインク組成物を焼成して、ドーパントインク組成物の溶媒の大部分を除去する工程と、焼成されたドーパントインク組成物を硬化させて、ドーパントインク組成物の架橋可能なマトリクス前駆体の大部分を架橋させる工程と、硬化されたドーパントインク組成物からドーパントを基板に向かって打ち込む工程と、を含む。
【００１９】
ドーパントインクは、基板に選択的にドーピングする一経路として、太陽電池製造（及びおそらく、より一般的には半導体構造製造）にて液体堆積法を用いることを可能にする。このような液体堆積法は、有毒ガス供給及び排気システムに加えて高価な炉及び真空チャンバを含む典型的なドーパント蒸着技術と比較して低いコストを提供する可能性がある。ドーパントインクはコスト低下に望ましい可能性があるが、多くの場合、摂氏５０度もの低温、及びほぼ摂氏１０００度以上の拡散温度まで、ドーパントインクに含まれているドーパント又はドーパント前駆体を広い温度範囲にわたって脱ガスする。ドーパント又はドーパント前駆体の脱ガスは、得られる拡散プロファイルの正確な制御を達成することを困難にする場合があり、また、例えば逆ドーピング又は自動ドーピングの形態での、基板の所定の領域の意図的ではないドーピングをもたらす場合がある。
【００２０】
太陽電池製造プロセスにおける好適なドーパントインクの効果的な実施のためには、一般に、厳しい温度制御が必要である。そのようなプロセスの制御は、面倒な精密工具及び相当な製法の調整によって達成されている。更に、熱操作中にガス流の増大又は真空引きを実施する必要があり得る。上記の対策は、通常、工具に対する要求の増大及びコストを必要とする。ドーパントインクからの脱ガスに対処し又は脱ガスを緩和する更なる手法は、ドーパントインクを酸化物材料、窒化物材料又はアモルファスシリコンなどの別の材料でキャッピングすることを含む。しかしながら、このキャッピング手法は、プロセスフローにおいて少なくとも１つの追加の操作を必要とし、また、多くの場合、更に工具及び材料のコストの増大を含む。また、続く処理にてキャップ層の除去を必要とする場合があり、含まれるコストが再度増大する。受容基板の異なる領域内に両方の型のドーパント、例えばｎ型及びｐ型が必要な場合、効率化のためにドーパントインクに関する別の検討が必要となる。
【００２１】
本発明の１つ以上の実施形態によれば、ドーパントインクからのドーパント又はドーパント前駆体の脱ガスに関連した問題が対処される。１つのそのような実施形態では、ドーパント又はドーパント前駆体を、インクのマトリクス中に結合されている状態に一体化することによってドーパントの脱ガスを低減する、ドーパントインク配合物の設計のための手法が提供される。例えば、特定の実施形態では、ドーパントインクは、通常のスピンオンガラス（ＳＯＧ）材料に含まれることが多いものなどのシロキサン支持マトリクスを含む。ドーパントインクは、高温で又は紫外（ＵＶ）光によって架橋反応を経て酸化ケイ素マトリクスを形成するシロキサンモノマーを有する。ドーパントインク中には、下記により詳細に記載する、数個の異なる様式で、そのようなものとして含まれ得る結合ドーパント又はドーパント前駆体も含まれている。
【００２２】
第１のそのような実施形態では、結合ドーパント又はドーパント前駆体は、シロキサン合成中にシロキサン主鎖に化学的に結合される。この手法は、ドーパントを含む支持分子の分子量を増大させ得るため蒸気圧を低下させ、それによってドーパント脱ガスを低減する。加えて、温度を上昇させてシロキサン架橋反応を促進するにつれて、ドーパント−シロキサン分子がマトリクス中に繋がれた状態となり得る。架橋反応が開始した後、ドーパントは、ドーパント原子の化学結合をシロキサン主鎖から破断するのに十分な温度に到達するまで、マトリクスに結合したままであり得る。一実施形態では、シロキサンの末端基を変更することによって、シロキサン架橋反応動力学を変更してより高い又は低い温度に有利なものとする。得られたシロキサンマトリクスは緻密化して酸化ケイ素マトリクスを形成し、該マトリクスは、インクのシロキサン溶液と比較して高い、ドーパント原子の結合能力を提供し得る。このように、シロキサンの反応性を調整することによって、２段階のドーパント保持機構が確立され得る。即ち、ドーパントは、低温では、おそらくシロキサン主鎖に対するドーパント原子の化学結合に起因して保持され、高温では、おそらく、得られた酸化ケイ素マトリクス中のドーパント原子の結合に起因して保持される。
【００２３】
第２のそのような実施形態では、結合ドーパント又はドーパント前駆体は、シロキサンモノマーと共に懸濁液中にブレンドされたナノ粒子などの粒子中に組み込まれる。そのような粒子は、二酸化ケイ素ベースのナノ粒子又はケイ素ナノ粒子を含んでもよい。ドーパント原子を固体中に結合することにより、ドーパント原子の拡散係数は、溶液中に残留するドーパント、例えば基本的に自由形態の対応物と比較して低下し得る。この効果は、特に比較的低温で、例えば、焼成プロセス、有機物バーンアウトプロセス、又は拡散温度に向かう温度上昇の初期開始時にて、顕著であり得る。シロキサンマトリクスは、高温で緻密化して酸化ケイ素マトリクスを形成し、該マトリクスは、インクのシロキサン溶液と比較して、ドーパント原子を結合するより高い能力を提供する。シロキサンモノマー液相中のナノ粒子の懸濁液の場合、２段階のドーパント保持機構が提供される。即ち、ドーパントは、低温では、おそらく固相ナノ粒子中のドーパント原子の結合に起因して保持され、高温では、おそらく二酸化ケイ素マトリクス中に存在するナノ粒子によって形成される追加の結合によって保持される。
【００２４】
本発明の実施形態は、様々な太陽電池技術基盤において実施することができる。一実施形態では、ドーパントインク組成物は、ｐ型又はｎ型のいずれかのドーパント源として使用される。別の実施形態では、ドーパントインク組成物は、ｐ型及びｎ型の一方又は両方のドーパント源として使用される。
【００２５】
本発明の一態様では、ドーパントインク組成物は、基板上又は層上に堆積されることによって、例えば太陽電池の製造のために、電荷キャリアドーパント原子を供給するのに好適である。図１Ａ及び１Ｂは、本発明の一実施形態によるドーパントインク組成物の概略図である。
【００２６】
図１Ａ及び１Ｂを参照すると、ドーパントインク組成物１００Ａ及び１００Ｂはそれぞれ、それぞれ架橋可能なマトリクス前駆体（Ｘで表す）１０２Ａ及び１０２Ｂを含有する。結合ドーパント種（Ｄで表す）１０４Ａ及び１０４Ｂもそれぞれ含まれる。架橋可能なマトリクス前駆体１０２Ａ及び１０２Ｂと、結合ドーパント種１０４Ａ及び１０４Ｂとは、それぞれ溶媒１０６Ａ及び１０６Ｂ中に含まれている。
【００２７】
図１Ａのみを参照すると、一実施形態において、結合ドーパント種１０４Ａは、架橋可能なマトリクス前駆体１０２Ａに結合されている。例えば、一実施形態では、結合ドーパント種１０４Ａは、化学結合によって架橋可能なマトリクス前駆体に結合されているドーパント前駆体である。この化学結合は、結合ドーパント種１０４Ａの原子と架橋可能なマトリクス前駆体１０２Ａの原子との間で電子が共有又は提供されているものであってもよい。特定のそのような実施形態では、化学結合は、非限定的に共有結合、イオン結合、又は配位結合などの１つである。しかしながら、ファン・デル・ワールス相互作用のような厳密に静電的な相互作用は、化学結合の定義に含まれると見なされない場合がある。
【００２８】
一実施形態において、再び図１Ａを参照すると、結合ドーパント種１０４Ａは、非限定的にホスフィン部分（例えば、図２Ａの２０２及び２０４）又はオルガノホスフィン部分（例えば、図２Ａの２０６及び２０８、Ｒ、Ｒ'及びＲ"は有機基である）などのｎ型ドーパント前駆体である。ｎ型ドーパント前駆体に関してリンの酸化状態ＩＩＩを有する部分のみが示されているが、リンの酸化状態Ｖを有する部分も検討されることを理解するべきである。別の実施形態では、結合ドーパント種１０４Ａは、非限定的にボラン部分（例えば、図２Ｂの２１２及び２１４）又はオルガノボラン部分（例えば、図２Ｂの２１６及び２１８、Ｒ、Ｒ'及びＲ"は有機基である）などのｐ型ドーパント前駆体である。
【００２９】
図１Ｂのみを参照すると、一実施形態では、ドーパントインク組成物１００Ｂは更に複数の粒子１０８を含有する。結合ドーパント種１０４Ｂは、粒子１０８の１つ以上に結合されている。粒子１０８は、非限定的にナノ粒子、フレーク、ストランド若しくはタンパク質などの巨大分子、又は大きい有機分子などの材料種であってもよく、又は該材料種から形成されてもよい。一実施形態では、粒子１０８のそれぞれの平均粒径は、例えば粒子の直径として測定してナノメートルからマイクロメートルの範囲内にある。
【００３０】
再び図１Ｂを参照すると、一実施形態では、結合ドーパント種１０４Ｂは、化学結合を介して粒子の１つの表面に結合されているｎ型又はｐ型ドーパント前駆体である。このような配置は図１Ａに関連して記載した化学結合と類似し得、図２Ａ及び２Ｂに関連して上記に記載したものなどの部分であってもよい。そのような実施形態では、結合ドーパント種１０４Ｂはまた、粒子１０８に繋がれているとして記載されてもよい。しかしながら、代替的な実施形態では、結合ドーパント種１０４Ｂは、粒子１０８の実際の構成要素として粒子１０８の１つに組み込まれた、ｎ型又はｐ型のドーパント原子（例えば、ホウ素又はリン原子など）であってもよい。そのような実施形態では、ドーパント原子は、粒子１０８中の他の原子に化学的に結合されていてもよく、又は、例えば、ケージド又はクリプタンド−結合ドーパント原子のように、粒子１０８中の他の原子により静電的に捕捉されていてもよい。
【００３１】
一実施形態では、架橋可能なマトリクス前駆体１０２Ａ又は１０２Ｂは、非限定的にシロキサン種、シラン種又はシクロシラン種などの熱的に架橋可能なものである。一実施形態では、溶媒１０６Ａ又は１０６Ｂは、非限定的にアルキル系アルコール（例えば、エタノール又はプロパノール）、アリール系アルコール（例えば、フェノール）、デカリン、アルカン（例えば、ヘキサン類、シクロヘキサン類、オクタン類）、芳香族（例えば、トルエン又は他のベンゼン誘導体）酢酸エチル種（例えば、プロピレングリコールメチルエチルアセテート（ＰＧＭＥＡ））などの有機溶媒である。しかしながら、別の実施形態では、溶媒１０６Ａ又は１０６Ｂは水性ベースであり、水を含む（例えば、架橋可能なマトリクス前駆体としての小さいシラン種又は小さいシロキサン種は水性ベース溶媒と適合可能であり得る）。一実施形態では、架橋可能なマトリクス前駆体１０２Ａ又は１０２Ｂは、溶媒１０６Ａ又は１０６Ｂに溶解される。
【００３２】
本発明の別の態様では、太陽電池は、ドーパントインク組成物を用いてドーピングされた領域を形成することにより製造され得る。例えば、図３は、本発明の一実施形態による太陽電池の製造方法における操作を表すフローチャート３００である。図４Ａ〜４Ｄは、本発明の一実施形態による、フローチャート３００の操作に対応する、太陽電池の製造における様々な段階の断面図を示す。
【００３３】
フローチャート３００の操作３０２、及び対応する図４Ａを参照すると、太陽電池の製造方法は、ドーパントインク組成物４０４を基板４０２の上方の領域に供給する工程を備える。
【００３４】
一実施形態では、ドーパントインク組成物４０４は、架橋可能なマトリクス前駆体と、結合ドーパント種と、溶媒とを含有する。１つのそのような実施形態では、ドーパントインク組成物は、上述したドーパントインク組成物１００Ａ及び１００Ｂの一方であり、又はこれらに類似している。例えば、特定のそのような実施形態では、ドーパントインク組成物４０４は更に複数の粒子を含有し、結合ドーパント種はその粒子の１つに結合されている。一実施形態では、ドーパントインク組成物４０４を基板４０２の上方の領域に供給する工程は、非限定的にインクジェット印刷、スクリーン印刷、ブレーディング、ピペットによる移動、スピンコーティング及びエッチング、グラビア印刷、又はスロットダイなどの流体堆積技術を用いる工程を備える。
【００３５】
フローチャート３００の操作３０４、及び対応する図４Ｂを参照すると、本方法は、ドーパントインク組成物４０４を焼成して、焼成されたドーパントインク組成物４０６を提供する工程も含む。
【００３６】
一実施形態では、ドーパントインク組成物４０４の焼成により、ドーパントインク組成物４０４の溶媒の大部分が除去される。１つのそのような実施形態では、溶媒は、上記の溶媒１０６Ａ及び１０６Ｂに関連して記載した溶媒などの１つ、又は該溶媒に類似したものである。一実施形態では、ドーパントインク組成物４０４を焼成する工程は、およそ摂氏１００〜４００度の範囲内の温度に加熱する工程を備える。
【００３７】
フローチャート３００の操作３０６、及び対応する図４Ｃを参照すると、本方法は、焼成ドーパントインク組成物４０６を硬化させて、硬化されたドーパントインク組成物４０８を提供する工程も含む。
【００３８】
一実施形態では、焼成ドーパントインク組成物４０６を硬化させる工程により、ドーパントインク組成物４０４の架橋可能なマトリクス前駆体の大部分が架橋される。１つのそのような実施形態では、架橋可能なマトリクス前駆体は、上記の１０２Ａ及び１０２Ｂに関連して記載した架橋可能なマトリクス前駆体などの１つ、又は該マトリクス前駆体に類似している。一実施形態では、焼成ドーパントインク組成物４０６を硬化させる工程は、およそ摂氏３５０〜９００度の範囲内の温度に加熱する工程を備える。一実施形態では、操作３０４の焼成と操作３０６の硬化とは、同一のプロセス操作において行われる。
【００３９】
フローチャート３００の操作３０８、及び対応する図４Ｄを参照すると、本方法は、硬化されたドーパントインク組成物４０８からドーパントを基板４０２に向かって打ち込む工程も含む。
【００４０】
一実施形態では、硬化ドーパントインク組成物４０８からドーパントを打ち込む工程は、ドーパント不純物原子を基板４０２中に打ち込んで、基板４０２中にドープ領域４１０、例えば、ｎ型又はｐ型ドープ領域を形成する工程を備える。それ故、一実施形態では、基板４０２の領域は基板４０２の上面であり、硬化ドーパントインク組成物４０８からドーパントを基板４０２に向かって打ち込む工程は、ドーパントを基板４０２中に打ち込む工程を備える。１つのそのような実施形態では、打ち込む工程は、ドーパント不純物原子を基板４０２の領域４１０中に移動させる工程及び組み込む工程の両方を含む。一実施形態では、硬化ドーパントインク組成物４０８からドーパントを打ち込む工程は、およそ摂氏８５０〜１０５０度の範囲内の温度に加熱する工程を備える。一実施形態では、硬化ドーパントインク組成物４０８の残りの構成要素は、例えば湿式エッチングプロセスによって、打ち込みに続いて除去される。
【００４１】
一実施形態では、基板４０２はバルクシリコン基板、例えばｎ型バルクシリコン基板である。１つのそのような実施形態では、ドーパント不純物原子は、シリコンの場合、ｐ型（ホウ素不純物原子など）又はシリコンの場合、ｎ型（リン不純物原子など）である。
【００４２】
図５Ａ及び５Ｂは、本発明の別の実施形態による太陽電池の製造における様々な段階の断面図を示す。フローチャート３００の操作を参照すると、一実施形態では、ドーパントインク組成物４０４は、第１の導電型の第１のドーパントインク組成物であり、本方法は更に、第２の、異なる導電型の第２のドーパントインク組成物を基板４０２の上方の第２の領域に供給する工程を備える。一例として、図５Ａは、第１の導電型の第１のドーパントインク組成物５０４Ａと、基板５０２の上方に配置された第２の、異なる導電型の第２のドーパントインク組成物５０４Ｂとを示す。図示するように、第１のドーパントインク組成物５０４Ａ及び第２のドーパントインク組成物５０４Ｂの両方は、焼成及び硬化されている。
【００４３】
図５Ｂを参照すると、硬化された第１のドーパントインク組成物５０４Ａ及び硬化された第２のドーパントインク組成物５０４Ｂからドーパントが基板５０２に向かって打ち込まれている。一実施形態では、硬化ドーパントインク組成物からドーパントを打ち込む工程は、ドーパント不純物原子を基板５０２中に打ち込んで、基板５０２中にドープ領域５１０Ａ及び５１０Ｂ、例えばｎ型ドープ領域５１０Ａ及びｐ型ドープ領域５１０Ｂを形成し、又は代替的に、ｐ型ドープ領域５１０Ａ及びｎ型ドープ領域５１０Ｂを形成する工程を備える。
【００４４】
一実施形態では、第２のドーパントインク組成物５０４Ｂは、第１のドーパントインク組成物５０４Ａを焼成する工程の前に供給される。１つのそのような実施形態では、第１のドーパントインク組成物５０４Ａ及び第２のドーパントインク組成物５０４Ｂは、連続的に供給される。別のそのような実施形態では、第１のドーパントインク組成物５０４Ａ及び第２のドーパントインク組成物５０４Ｂは、実質的に同時に供給される。
【００４５】
しかしながら、別の実施形態では、第２のドーパントインク組成物５０４Ｂは、第１のドーパントインク組成物５０４Ａを焼成する工程の後、硬化させる工程の前に供給される。次いで、第２のドーパントインク組成物５０４Ｂを独立して焼成すると共に、第２のドーパントインク組成物を硬化させる工程と、第１のドーパントインク組成物からドーパントを打ち込む工程とを、それぞれ同一のプロセス操作の組にて行う。更なる別の実施形態では、第２のドーパントインク組成物５０４Ｂは、焼成する工程及び硬化させる工程の後、第１のドーパントインク組成物５０４Ａからドーパントを打ち込む工程の前に供給される。次いで、第２のドーパントインク組成物５０４Ｂを独立して焼成し及び硬化させると共に、第１及び第２のドーパントインク組成物からのドーパントの打ち込みを同一のプロセス操作にて行う。代替的な実施形態では、焼成、硬化及び第２のドーパントインク組成物５０４Ｂからのドーパントの打ち込みの全部が、焼成、硬化及び第１のドーパントインク組成物５０４Ａからのドーパントの打ち込みとは独立して行われる。
【００４６】
図６Ａ及び６Ｂは、本発明の別の実施形態による太陽電池の製造における様々な段階の断面図を示す。フローチャート３００の操作を参照すると、一実施形態では、ドーパントインク組成物４０４は、基板４０２の上方に配置されている半導体層の上面上に形成される。一例として、図６Ａは、基板６０２の上方に配置されている半導体層６２０の上方に配置されたドーパントインク組成物６０４を示す。一実施形態では、図６Ａに示すように、半導体層６２０と基板６０２との間に薄い誘電体層６２２が配置されている。
【００４７】
図６Ｂを参照すると、ドーパントインク組成物６０４から（例えば、ドーパントインク組成物の硬化形態から）ドーパントを基板６０２に向かって打ち込む工程は、ドーパントを半導体層６２０中に打ち込む工程を備える。一実施形態では、ドーパントインク組成物６０４からドーパントを打ち込む工程は、ドーパント不純物原子を半導体層６２０中に打ち込んで、半導体層６２０中にドープ領域６１０、例えばｎ型又はｐ型ドープ領域を形成する工程を備える。
【００４８】
一実施形態では、半導体層６２０は、アモルファスシリコン層又は多結晶シリコン層である。１つのそのような実施形態では、ドーパント不純物原子は、シリコンの場合、ｐ型（ホウ素不純物原子など）又はシリコンの場合、ｎ型（リン不純物原子など）である。特定のそのような実施形態では、基板６０２はシリコン基板、例えばｎ型バルクシリコン基板であり、薄い誘電体層６２２は、酸化ケイ素又は二酸化ケイ素層である。
【００４９】
このように、ドーパントインク組成物及びドーパントインク組成物からの太陽電池の製造方法を開示した。本発明の一実施形態によれば、ドーパントインク組成物は、架橋可能なマトリクス前駆体と、結合ドーパント種と、溶媒とを含有する。一実施形態では、結合ドーパント種は、架橋可能なマトリクス前駆体に結合されている。一実施形態では、ドーパントインク組成物は更に複数の粒子を含有し、結合ドーパント種は、その粒子の１つ以上に結合されている。本発明の別の実施形態によれば、太陽電池の製造方法は、ドーパントインク組成物を基板の上方の領域に供給する工程を備える。ドーパントインク組成物は、架橋可能なマトリクス前駆体と、結合ドーパント種と、溶媒とを含有する。本方法は、ドーパントインク組成物を焼成して、ドーパントインク組成物の溶媒の大部分を除去する工程と、ドーパントインク組成物を硬化させて、ドーパントインク組成物の架橋可能なマトリクス前駆体の大部分を架橋させる工程と、硬化されたドーパントインク組成物からドーパントを基板に向かって打ち込む工程と、を備える。
【図１Ａ】
2014534616.tif 000003
【図１Ｂ】
2014534616.tif 000004
【図２Ａ】
2014534616.tif 000005
【図２Ｂ】
2014534616.tif 000006
【図３】
2014534616.tif 000007
【図４Ａ】
2014534616.tif 000008
【図４Ｂ】
2014534616.tif 000009
【図４Ｃ】
2014534616.tif 000010
【図４Ｄ】
2014534616.tif 000011
【図５Ａ】
2014534616.tif 000012
【図５Ｂ】
2014534616.tif 000013
【図６Ａ】
2014534616.tif 000014
【図６Ｂ】
2014534616.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成26年5月29日(2014.5.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ドーパントインク組成物であって、
架橋可能なマトリクス前駆体と、
結合ドーパント種と、
溶媒と、を含有するドーパントインク組成物。
【請求項２】
前記結合ドーパント種が、前記架橋可能なマトリクス前駆体に結合されている、請求項１に記載のドーパントインク組成物。
【請求項３】
前記結合ドーパント種が、化学結合を介して前記架橋可能なマトリクス前駆体に結合されているｎ型ドーパント前駆体であり、
前記ｎ型ドーパント前駆体が、ホスフィン部分及びオルガノホスフィン部分からなる群から選択される、請求項１または２に記載のドーパントインク組成物。
【請求項４】
前記結合ドーパント種が、化学結合を介して前記架橋可能なマトリクス前駆体に結合されているｐ型ドーパント前駆体であり、
前記ｐ型ドーパント前駆体が、ボラン部分及びオルガノボラン部分からなる群から選択される、請求項１または２に記載のドーパントインク組成物。
【請求項５】
複数の粒子を更に含有し、
前記結合ドーパント種が、前記複数の粒子の１つ以上に結合されている、請求項１に記載のドーパントインク組成物。
【請求項６】
前記結合ドーパント種が、前記複数の粒子の１つに組み込まれたｎ型又はｐ型ドーパント原子である、請求項５に記載のドーパントインク組成物。
【請求項７】
前記結合ドーパント種が、化学結合を介して前記複数の粒子の１つの表面に結合されているｎ型又はｐ型ドーパント前駆体である、請求項５に記載のドーパントインク組成物。
【請求項８】
前記架橋可能なマトリクス前駆体が、シロキサン種、シラン種及びシクロシラン種からなる群から選択され、
前記溶媒が、アルキル系アルコール、アリール系アルコール、デカリン、アルカン、芳香族、酢酸エチル種及び水からなる群から選択される、請求項１に記載のドーパントインク組成物。
【請求項９】
太陽電池の製造方法であって、
架橋可能なマトリクス前駆体と、結合ドーパント種と、溶媒とを含有するドーパントインク組成物を基板の上方の領域に供給する工程と、
前記ドーパントインク組成物の前記溶媒の大部分を除去するべく、前記ドーパントインク組成物を焼成する工程と、
前記ドーパントインク組成物の前記架橋可能なマトリクス前駆体の大部分を架橋させるべく、焼成された前記ドーパントインク組成物を硬化させる工程と、
硬化された前記ドーパントインク組成物からドーパントを前記基板に向かって打ち込む工程と、を備える方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の方法により製造された太陽電池。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４９】
このように、ドーパントインク組成物及びドーパントインク組成物からの太陽電池の製造方法を開示した。本発明の一実施形態によれば、ドーパントインク組成物は、架橋可能なマトリクス前駆体と、結合ドーパント種と、溶媒とを含有する。一実施形態では、結合ドーパント種は、架橋可能なマトリクス前駆体に結合されている。一実施形態では、ドーパントインク組成物は更に複数の粒子を含有し、結合ドーパント種は、その粒子の１つ以上に結合されている。本発明の別の実施形態によれば、太陽電池の製造方法は、ドーパントインク組成物を基板の上方の領域に供給する工程を備える。ドーパントインク組成物は、架橋可能なマトリクス前駆体と、結合ドーパント種と、溶媒とを含有する。本方法は、ドーパントインク組成物を焼成して、ドーパントインク組成物の溶媒の大部分を除去する工程と、ドーパントインク組成物を硬化させて、ドーパントインク組成物の架橋可能なマトリクス前駆体の大部分を架橋させる工程と、硬化されたドーパントインク組成物からドーパントを基板に向かって打ち込む工程と、を備える。
（項目１）
ドーパントインク組成物であって、
架橋可能なマトリクス前駆体と、
結合ドーパント種と、
溶媒と、を含有するドーパントインク組成物。
（項目２）
前記結合ドーパント種が、前記架橋可能なマトリクス前駆体に結合されている、項目１に記載のドーパントインク組成物。
（項目３）
上記結合ドーパント種が、化学結合を介して上記架橋可能なマトリクス前駆体に結合されているｎ型ドーパント前駆体であり、
上記ｎ型ドーパント前駆体が、ホスフィン部分及びオルガノホスフィン部分からなる群から選択される、項目２に記載のドーパントインク組成物。
（項目４）
上記結合ドーパント種が、化学結合を介して上記架橋可能なマトリクス前駆体に結合されているｐ型ドーパント前駆体であり、
上記ｐ型ドーパント前駆体が、ボラン部分及びオルガノボラン部分からなる群から選択される、項目２に記載のドーパントインク組成物。
（項目５）
複数の粒子を更に含有し、
上記結合ドーパント種が、上記複数の粒子の１つ以上に結合されている、項目１に記載のドーパントインク組成物。
（項目６）
上記結合ドーパント種が、上記複数の粒子の１つに組み込まれたｎ型又はｐ型ドーパント原子である、項目５に記載のドーパントインク組成物。
（項目７）
上記結合ドーパント種が、化学結合を介して上記複数の粒子の１つの表面に結合されているｎ型又はｐ型ドーパント前駆体である、項目５に記載のドーパントインク組成物。
（項目８）
上記架橋可能なマトリクス前駆体が、シロキサン種、シラン種及びシクロシラン種からなる群から選択される、項目１に記載のドーパントインク組成物。
（項目９）
上記溶媒が、アルキル系アルコール、アリール系アルコール、デカリン、アルカン、芳香族、酢酸エチル種及び水からなる群から選択される、項目１に記載のドーパントインク組成物。
（項目１０）
架橋可能なマトリクス前駆体と、
複数の粒子と、
上記複数の粒子のうちの１つの粒子に結合されているドーパント種と、
溶媒と、を含有するドーパントインク組成物。
（項目１１）
上記ドーパント種が、上記１つの粒子に組み込まれたｎ型又はｐ型ドーパント原子である、項目１０に記載のドーパントインク組成物。
（項目１２）
上記ドーパント種が、化学結合を介して上記１つの粒子の表面に繋がれたｎ型又はｐ型ドーパント前駆体である、項目１０に記載のドーパントインク組成物。
（項目１３）
上記溶媒が、アルキル系アルコール、アリール系アルコール、デカリン、アルカン、芳香族、酢酸エチル種及び水からなる群から選択され、上記架橋可能なマトリクス前駆体が、上記溶媒中に溶解されている、項目１０に記載のドーパントインク組成物。
（項目１４）
太陽電池の製造方法であって、
架橋可能なマトリクス前駆体と、結合ドーパント種と、溶媒とを含有するドーパントインク組成物を基板の上方の領域に供給する工程と、
上記ドーパントインク組成物の上記溶媒の大部分を除去するべく、上記ドーパントインク組成物を焼成する工程と、
上記ドーパントインク組成物の上記架橋可能なマトリクス前駆体の大部分を架橋させるべく、焼成された上記ドーパントインク組成物を硬化させる工程と、
硬化された上記ドーパントインク組成物からドーパントを上記基板に向かって打ち込む工程と、を備える方法。
（項目１５）
上記ドーパントインク組成物が更に複数の粒子を含有し、
上記結合ドーパント種が、上記複数の粒子の１つに結合されている、項目１４に記載の方法。
（項目１６）
上記ドーパントインク組成物を供給する工程が、インクジェット印刷、スクリーン印刷、ブレーディング、ピペットによる移動、スピンコーティング及びエッチング、グラビア印刷、及びスロットダイコーティングからなる群から選択される流体堆積技術を用いる工程を含む、項目１４に記載の方法。
（項目１７）
上記ドーパントインク組成物を焼成する工程が、およそ摂氏１００〜４００度の範囲内の温度に加熱する工程を含み、
焼成された上記ドーパントインク組成物を硬化させる工程が、およそ摂氏３５０〜９００度の範囲内の温度に加熱する工程を含み、
硬化された上記ドーパントインク組成物からドーパントを打ち込む工程が、およそ摂氏８５０〜１０５０度の範囲の温度に加熱する工程を含む、項目１４に記載の方法。
（項目１８）
上記焼成する工程及び上記硬化する工程が、同一のプロセス操作において行われる、項目１４に記載の方法。
（項目１９）
上記ドーパントインク組成物が、第１の導電型の第１のドーパントインク組成物であり、
上記方法が更に、
上記第１のドーパントインク組成物を焼成する工程の前に、第２の異なる導電型の第２のドーパントインク組成物を、上記基板の上方の第２の領域に供給する工程を備える、項目１４に記載の方法。
（項目２０）
上記第１のドーパントインク組成物及び上記第２のドーパントインク組成物が、連続的に供給される、項目１９に記載の方法。
（項目２１）
上記第１のドーパントインク組成物及び上記第２のドーパントインク組成物が、実質的に同時に供給される、項目１９に記載の方法。
（項目２２）
上記ドーパントインク組成物が、第１の導電型の第１のドーパントインク組成物であり、
上記方法が更に、
上記第１のドーパントインク組成物を焼成する工程の後、上記第１のドーパントインク組成物を硬化させる工程の前に、第２の異なる導電型の第２のドーパントインク組成物を上記基板の上方の第２の領域に供給する工程を備える、項目１４に記載の方法。
（項目２３）
上記ドーパントインク組成物が、第１の導電型の第１のドーパントインク組成物であり、
上記方法が更に、
上記第１のドーパントインク組成物を焼成する工程及び硬化させる工程の後、上記ドーパントインク組成物からドーパントを打ち込む工程の前に、第２の異なる導電型の第２のドーパントインク組成物を上記基板の上方の第２の領域に供給する工程を備える、項目１４に記載の方法。
（項目２４）
上記領域が上記基板の上面であり、
上記硬化された上記ドーパントインク組成物からドーパントを上記基板に向かって打ち込む工程が、ドーパントを上記基板中に打ち込む工程を含む、項目１４に記載の方法。
（項目２５）
上記領域が、上記基板の上方に配置されている半導体層の上面であり、
上記硬化された上記ドーパントインク組成物からドーパントを上記基板に向かって打ち込む工程が、ドーパントを上記半導体層中に打ち込む工程を含む、項目１４に記載の方法。
（項目２６）
項目１４に記載の方法により製造された太陽電池。
【国際調査報告】
2014534616.tif 000016
2014534616.tif 000017