(57)【要約】  太陽電池（３００）のコンタクトホールが、様々な太陽電池設計に適応するようにレーザーアブレーションによって形成される。太陽電池のアブレーションプロセスの処理能力は、例えば上に位置する金属接点に比べて幅が狭い、線状のベース拡散領域を組み込むことによって改善される。太陽電池のアブレーションプロセスの処理能力は、また、エミッタ拡散領域のコンタクトホールに対して垂直な、ベース拡散領域へのコンタクトホールを有することによって改善することができる。継続的なレーザー走査を可能にするため、ある極性の金属接点が異極性の拡散領域へと電気的にシャントすることがある領域など、特定の領域でコンタクトホールが形成されるのを防ぐように、レーザー遮断層が層間誘電体の上に位置してもよい。ハイブリッド設計では、太陽電池は、線状及びドット状の両方のベース拡散領域を有してもよい。ドット状のベース拡散設計における継続的なレーザー走査を可能にするため、電気光学変調器が用いられてもよい。【選択図】図５
2014527305.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池を製造するプロセスであって、
前記太陽電池における多数電荷担体を収集するように構成された、線状のベース拡散領域の複数のストリップを形成する段階と、
複数の前記線状のベース拡散領域の上に及び複数のエミッタ拡散領域の上に、層間誘電体を形成する段階と、
レーザーを使用して、前記層間誘電体を貫通する複数のコンタクトホールを形成し、前記線状のベース拡散領域の複数のストリップのうちの、前記線状のベース拡散領域の１つのストリップを露出させる段階と、
前記複数のコンタクトホールのうちの一部のコンタクトホールを介して前記線状のベース拡散領域の１つのストリップに電気的に結合される金属接点を、前記線状のベース拡散領域の１つのストリップの上に形成する段階と、を備える、プロセス。
【請求項２】
前記複数のエミッタ拡散領域のうち１つのエミッタ拡散領域の上に、前記１つのエミッタ拡散領域に電気的に結合される別の金属接点を形成する段階、を更に備える、請求項１に記載のプロセス。
【請求項３】
前記層間誘電体が誘電体層のスタックを含む、請求項２に記載のプロセス。
【請求項４】
前記層間誘電体が窒化ケイ素を含む、請求項３に記載のプロセス。
【請求項５】
前記層間誘電体の上にレーザー遮断層を形成する段階、を更に備え、
前記金属接点が、前記層間誘電体と前記レーザー遮断層の開口部とを介して、前記線状のベース拡散領域の１つのストリップに電気的に結合される、請求項１に記載のプロセス。
【請求項６】
前記レーザー遮断層がポリイミドを含む、請求項５に記載のプロセス。
【請求項７】
前記レーザー遮断層の前記開口部がウェットエッチングによって形成される、請求項５に記載のプロセス。
【請求項８】
前記金属接点が、前記線状のベース拡散領域の１つのストリップの幅よりも大きい幅を有する、請求項１に記載のプロセス。
【請求項９】
前記金属接点が、前記線状のベース拡散領域の１つのストリップの縁部を通り越し、エミッタ拡散領域の直上に延在する、請求項１に記載のプロセス。
【請求項１０】
請求項１に記載のプロセスに従って製造された太陽電池。
【請求項１１】
線状のベース拡散領域の複数のストリップと、
前記線状のベース拡散領域の複数のストリップの上に設けられた層間誘電体と、
前記層間誘電体を貫通する複数のレーザー穿孔されたコンタクトホールであって、前記線状のベース拡散領域の複数のストリップのうちの前記線状のベース拡散領域の１つのストリップを露出させ、最大４０マイクロメートルの直径をそれぞれ有する、前記複数のレーザー穿孔されたコンタクトホールと、
前記複数のレーザー穿孔されたコンタクトホールのうち一部のレーザー穿孔されたコンタクトホールを介して、前記線状のベース拡散領域の１つのストリップに電気的に結合された金属接点と、を備える、太陽電池。
【請求項１２】
線状のエミッタ拡散領域の複数のストリップと、
前記層間誘電体を介して、前記線状のエミッタ拡散領域の複数のストリップのうちの線状のエミッタ拡散領域の１つのストリップに電気的に結合される別の金属接点と、を更に備える、請求項１１に記載の太陽電池。
【請求項１３】
前記金属接点が前記別の金属接点と互いに噛み合うように形成される、請求項１２に記載の太陽電池。
【請求項１４】
前記線状のエミッタ拡散領域の複数のストリップ、前記線状のベース拡散領域の複数のストリップ、前記金属接点及び前記別の金属接点が、前記太陽電池の裏面に設けられ、
前記裏面は、通常動作中に太陽の方を向く前記太陽電池の前面と対向する、請求項１２に記載の太陽電池。
【請求項１５】
前記層間誘電体と前記金属接点との間にレーザー遮断層を更に備え、
前記金属接点が、前記層間誘電体及び前記レーザー遮断層を介して前記線状のベース拡散領域の１つのストリップに電気的に結合される、請求項１１に記載の太陽電池。
【請求項１６】
太陽電池を製造するプロセスであって、
前記太陽電池における多数電荷担体を収集するように構成された、線状のベース拡散領域を形成する段階と、
前記線状のベース拡散領域の上に層間誘電体を形成する段階と、
レーザーを使用して、前記層間誘電体を貫通する複数のレーザー穿孔されたコンタクトホールを形成し、前記線状のベース拡散領域を露出させる段階と、
前記複数のレーザー穿孔されたコンタクトホールのうち、一部のレーザー穿孔されたコンタクトホールを介して前記線状のベース拡散領域に電気的に結合される金属接点を、前記線状のベース拡散領域のストリップの上に形成する段階と、を備える、プロセス。
【請求項１７】
エミッタ拡散領域の上に、前記エミッタ拡散領域に電気的に結合される別の金属接点を形成する段階、を更に備える、請求項１６に記載のプロセス。
【請求項１８】
前記層間誘電体が誘電体スタックを含む、請求項１６に記載のプロセス。
【請求項１９】
前記層間誘電体の上にレーザー遮断層を形成する段階を更に備え、
前記金属接点が、前記層間誘電体のレーザー穿孔されたコンタクトホールと前記レーザー遮断層の開口部とを介して前記線状のベース拡散領域に電気的に結合される、請求項１６に記載のプロセス。
【請求項２０】
請求項１６に記載のプロセスに従って製造された太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本出願は、２０１１年８月２３日出願の米国仮出願第６１／５２６，５３０号の利益を主張し、その全体を参照することにより本明細書に組み込む。
【０００２】
（発明の分野）
本明細書に記載する主題の実施形態は、広くは太陽電池に関する。より詳細には、主題の実施形態は、太陽電池の製造プロセス及び構造に関する。
【背景技術】
【０００３】
太陽電池は、太陽放射を電気エネルギーに変換するものとして周知のデバイスである。このような電池は、半導体処理技術を用いて半導体ウェハ上に作製することができる。太陽電池には、Ｐ型及びＮ型拡散領域が含まれる。太陽電池に日射が当たると電子及び正孔が生成され、これらの電子及び正孔が拡散領域に移動することにより、拡散領域間に電位差が生じる。裏面接点、裏面接合（ＢＣＢＪ）太陽電池では、Ｐ型及びＮ型拡散領域と、それらに連結された金属接点とが、太陽電池の裏面にある。金属接点は、外部電子回路が太陽電池に接続され、太陽電池にから電力供給を受けること可能にする。
【０００４】
高効率太陽電池において、シャント抵抗、直列抵抗、バルク寿命などのセルパラメータは、最終的な製造装置に維持すべき重要なパラメータである。太陽電池処理段階、詳細にはＢＣＢＪ太陽電池に対するレーザーアブレーション段階が、これらの各パラメータに影響を及ぼすことがある。直列抵抗又は寿命によるポストレーザー損失は、熱段階又はエッチング段階を追加するなどの段階によるコストをかけることにより打ち消すことができる。本明細書内で述べるように、セル構造において、ある極性の金属が異極性の拡散領域の上にあるとき、高効率ＢＣＢＪ太陽電池上の分路の複雑さが高まることがある。
【０００５】
市販されている他のエネルギー源と競合するため、太陽電池は、高効率であるだけでなく、比較的低コストと高歩留まりで製造されなければならない。本発明の実施形態は、太陽電池の製造コストを削減し太陽電池の信頼性を改善する新規の太陽電池の製造プロセス及び構造に関する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一実施形態では、太陽電池を製造するプロセスは、太陽電池における多数電荷担体を収集するように構成された、線状のベース拡散領域の複数のストリップを形成する段階を含む。層間誘電体は、複数の線状のベース拡散領域の上に、および、線状のエミッタ拡散領域の上に形成される。レーザーは、線状のベース拡散領域の複数のストリップのうち、線状のベース拡散領域の１つのストリップを露出させるため、層間誘電体を貫通する複数のコンタクトホールを形成するのに使用される。金属接点は、線状のベース拡散領域の１つのストリップの上に形成され、金属接点は、複数のコンタクトホールのうち一部のコンタクトホールを介して、線状のベース拡散領域の１つのストリップに電気的に結合される。
【０００７】
別の実施形態では、太陽電池は、線状のベース拡散領域の複数のストリップと、線状のベース拡散領域の複数のストリップの上の層間誘電体と、層間誘電体を貫通する複数のレーザー穿孔されたコンタクトホールであって、線状のベース拡散領域の複数のストリップのうち線状のベース拡散領域の１つのストリップを露出させ、最大４０マイクロメートルの直径をそれぞれ有する、複数のレーザー穿孔されたコンタクトホールと、複数のレーザー穿孔されたコンタクトホールのうちレーザー穿孔されたコンタクトホールを介して線状のベース拡散領域のストリップに電気的に結合された金属接点と、を備える。
【０００８】
太陽電池を製造するプロセスは、太陽電池における多数電荷担体を収集するように構成された、線状のベース拡散領域を形成する段階を含む。層間誘電体は、線状のベース拡散領域の上に形成される。レーザーは、線状のベース拡散領域を露出させるため、層間誘電体を貫通する複数のレーザー穿孔されたコンタクトホールを形成するのに使用される。金属接点は、線状のベース拡散領域の１つのストリップの上に形成され、金属接点は、複数のレーザー穿孔されたコンタクトホールのうち一部のレーザー穿孔されたコンタクトホールを介して、線状のベース拡散領域に電気的に結合される。
【０００９】
本発明のこれら及びその他の特徴は、添付の図面及び特許請求の範囲を含む本開示の全体を読むことにより、当業者には容易に理解されよう。
【００１０】
本明細書に開示された内容のより完全な理解は、詳細な説明及び特許請求の範囲を参照し、図面全体を通して同様の参照番号が類似の要素を指す以下の図面と関連して検討するときに得ることができる。図は、一律の倍率で描かれていない。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】異極性の拡散領域の上に形成された金属接点を有する例示的なＢＣＢＪ太陽電池を概略的に示す。
【００１２】
【図２】図１の太陽電池の平面図を示す。
【００１３】
【図３】図２の切断面Ａ−Ａで得られた図１の太陽電池の断面を示す。
【００１４】
【図４】本発明の一実施形態により製造された太陽電池の断面を示す。
【図５】本発明の一実施形態により製造された太陽電池の断面を示す。
【図６】本発明の一実施形態により製造された太陽電池の断面を示す。
【００１５】
【図７】図１の太陽電池の別の平面図を示す。
【００１６】
【図８】図７の切断面Ｂ−Ｂで得られた図１の太陽電池の断面を示す。
【００１７】
【図９】本発明の一実施形態による深い拡散領域を有する太陽電池の断面を示す。
【００１８】
【図１０】本発明の別の実施形態により製造された太陽電池の断面を示す。
【図１１】本発明の別の実施形態により製造された太陽電池の断面を示す。
【図１２】本発明の別の実施形態により製造された太陽電池の断面を示す。
【図１３】本発明の別の実施形態により製造された太陽電池の断面を示す。
【００１９】
【図１４】本発明の別の実施形態によるレーザー形成したコンタクトホールを有する太陽電池の断面を示す。
【００２０】
【図１５】本発明の一実施形態による追加の誘電体層を有する図３の断面を示す。
【００２１】
【図１６】本発明の一実施形態による縮小したベース拡散領域を有する高効率太陽電池の一部分の平面図を示す。
【００２２】
【図１７】図１６の太陽電池の断面を示す。
【図１８】図１６の太陽電池の断面を示す。
【００２３】
【図１９】本発明の一実施形態による太陽電池レーザーアブレーションシステムを示す。
【００２４】
【図２０】本発明の一実施形態による図１９の太陽電池レーザーアブレーションシステムの動作方法のフローチャートを示す。
【００２５】
【図２１】本発明の一実施形態による垂直に走査したコンタクトホールを有する太陽電池を示す。
【００２６】
【図２２】本発明の一実施形態による縮小したベース拡散領域およびレーザー遮断層を有する高効率太陽電池の一部分の平面図を示す。
【００２７】
【図２３】図２２の太陽電池の断面を示す。
【図２４】図２２の太陽電池の断面を示す。
【００２８】
【図２５】本発明の一実施形態によるレーザーアブレーションで形成したコンタクトホール及び線状のベース拡散領域を有する太陽電池の一部分の平面図を示す。
【００２９】
【図２６】図２５の太陽電池の断面を示す。
【図２７】図２５の太陽電池の断面を示す。
【００３０】
【図２８】ウェットエッチングで形成したコンタクトホールを有する太陽電池、ドット状のベース拡散領域及びレーザーアブレーションで形成したコンタクトホールを有する太陽電池、並びに線状のベース拡散領域及びレーザーアブレーションで形成したコンタクトホールを有する太陽電池の効率を比較した実験の概要結果を示すグラフである。
【００３１】
【図２９】本発明の一実施形態による線状及びドット状両方のベース拡散領域を有する太陽電池の平面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
本開示では、本発明の実施形態を十分に理解するために、装置、プロセス、及び構造の例など、多数の具体的な詳細が提供される。しかしながら、当業者であれば、本発明はこれらの具体的な詳細のうちの１つ以上を欠いても実施できることは理解されよう。他の例では、本発明の態様を不明瞭にすることを避けるため、周知の詳細については図示又は説明をしていない。
【００３３】
幾つかの高効率太陽電池設計では、ある極性の拡散領域用の金属接点が、異極性の拡散領域の上に延在することがある（例えば、Ｎ型拡散領域用の金属接点が、Ｐ型拡散領域の上に形成される）。この太陽電池設計では、金属接点を拡散領域から電気的に絶縁する層間誘電体に欠陥がないことが重要である。欠陥があると、ある極性の金属接点が、層間誘電体内の欠陥を介して、異極性の拡散領域に電気的に短絡することがある。
【００３４】
図１は、異極性の拡散領域の上に形成された金属接点を有する例示的な裏面接点、裏面接合（ＢＣＢＪ）太陽電池３００を概略的に示す。図１の例では、Ｐ型拡散領域（３５２で示される）とＮ型拡散領域（３５１で示される）が、基板４０１（例えば、単結晶又は多結晶シリコン）内に形成される。他の実施形態では、Ｐ型及びＮ型拡散領域は、基板４０１の裏面上の別の層（例えば、ポリシリコン）内に形成される。図１では、分かりやくするために、層間誘電体は示されない。
【００３５】
太陽電池３００は、金属接点３０１及び３０３を有する。金属接点３０１は、対応するＮ型拡散領域に電気的に結合するので、Ｎ極性金属接点である。同様に、金属接点３０３（図１では１つだけ示されている）は、対応するＰ型拡散領域に電気的に結合するＰ極性金属接点である。金属接点３０１及び３０３は、互いに噛み合わされて形成されることがある。図１では、下に位置するＮ型拡散領域をより明瞭に示すために、一方の金属接点３０１が、透過線トレースとして示されている。図１に示されるように、Ｎ極性金属接点３０１は、Ｐ型拡散領域の一部分の上を通過する。これにより、Ｎ極性金属接点３０１が、介在する層間誘電体（図１には示されていない。図３と図８の３０５を参照）を介してＰ型拡散領域に電気的に短絡される可能性が生じる。
【００３６】
図２は、太陽電池３００の一部分の平面図を示す。太陽電池３００は、Ｎ極性金属接点３０１を下に位置する拡散領域から分離する層間誘電体を貫通して形成されたコンタクトホール３０２を有する。Ｎ極性金属接点３０１は、対応するコンタクトホール３０２を介して下に位置するＮ型拡散領域と接触する。
【００３７】
図３は、図２の切断面Ａ−Ａで得られた太陽電池３００の断面を示す。図３に示されたように、太陽電池３００は、Ｎ極性金属接点３０１を、下に位置する拡散領域から電気的に絶縁する層間誘電体３０５を有する。層間誘電体３０５を貫通して、Ｎ極性金属接点３０１を対応するＮ型拡散領域と電気的に接続させるコンタクトホール３０２が形成される。コンタクトホール３０２は、典型的には、従来のマスキングとウェットエッチングによって形成される。発明者等は、エッチングプロセスで使用される幾つかのエッチング液が、層間誘電体３０５内の既存の不備（例えば、ピンホール、ピット、その他の欠陥）を悪化させ、その不備を本格的な欠陥に変えることがあることを発見した。例えば、幾つかのエッチング液は、既存のピンホールを拡大させる。別の例として、幾つかのエッチング液は、層間誘電体３０５内に電気的短絡３０６を生成する原因になることがある。
【００３８】
コンタクトホール３０２を形成するために、従来のウェットエッチングプロセスではなく、レーザーを使用することにより、層間誘電体３０５内に存在し得る不備が悪化するのを有利に回避させる。コンタクトホールを形成する際に層間誘電体３０５を有害なエッチング液に晒すのを防ぐことによって、レーザーアブレーション段階は、層間誘電体３０５の健全性を保つ。
【００３９】
図４は、本発明の一実施形態により製造された太陽電池３００の断面を示す。太陽電池３００は、前面１５３と裏面１５２を有する。前面１５３は、通常動作中に日射を収集するために太陽の方を向いている。裏面１５２は、前面１５３と対向している。
【００４０】
図４の例では、基板１０１は、Ｎ型単結晶シリコンウェハを含む。Ｐ型及びＮ型拡散領域は、太陽電池基板１０１内に形成されているが、太陽電池基板１０１上に形成された別の層（例えば、ポリシリコン）内にあってもよい。基板１０１の前面側の面は、太陽放射収集効率を高めるためにランダムな角錐でテクスチャ化される。パッシベーション領域１０７が、基板１０１の前面側の面を不動態化して再結合を最小限にする。一実施形態では、パッシベーション領域１０７は、前面１５３からＮ型ドーパントを拡散させることによって形成されたＮ型パッシベーション領域である。Ｎ型ドーパントは、リンを含んでもよい。一実施形態では、パッシベーション領域１０７は、リンが導入された炉内で基板１０１を加熱することによって形成される。リンは、基板１０１の前面側に拡散してパッシベーション領域１０７を形成する。太陽電池の裏面１５２上の二酸化ケイ素層１０８は、パッシベーション領域１０７形成の副産物である。より具体的には、Ｎ型ドーパントを基板１０１内に拡散させパッシベーション領域１０７を形成する加熱段階によって、基板１０１の裏面上に酸化物層１０８も成長する。
【００４１】
前面１５３に反射防止コーティング１０９が形成され、裏面１５２に反射防止コーティング１１０が形成される。一実施形態では、反射防止コーティング１０９及び１１０は、窒化ケイ素を含む。前面１５３では、反射防止コーティング１０９は、基板１０１の前面側の面に形成されるパッシベーション領域１０７上に形成される。裏面１５２では、反射防止コーティング１１０が、酸化物層１０８上に形成される。
【００４２】
図５では、太陽電池３００にレーザーアブレーション段階が行われて、Ｐ型及びＮ型拡散領域にコンタクトホールが形成される。レーザーアブレーション段階は、１つ又は複数のレーザービームを発射して裏面１５２から材料を除去し、それによりメタライゼーションのためにＰ型及びＮ型拡散領域を露出させる段階を含んでもよい。図５の例では、レーザーアブレーション段階では、反射防止コーティング１１０と酸化物層１０８の一部分を除去してＰ型及びＮ型拡散領域へのコンタクトホールを形成する。レーザーアブレーション段階は、レーザースキャナによってレーザービームを発射することにより行われてもよく、レーザースキャナは、裏面１５２にレーザービームを走査してコンタクトホールを形成する。市販のレーザー源及びスキャナを使用して、レーザーアブレーションを行うことができる。レーザーを使用する例示的な太陽電池アブレーションシステムは、２０１０年７月１日に出願された本願の所有者が所有する米国出願第１２／８２９，２７５号に開示されている。レーザーを使用する他のアブレーションシステムも使用してもよい。
【００４３】
レーザーを使用してＰ型及びＮ型拡散領域にコンタクトホールを形成することによって、従来のエッチングプロセスでコンタクトホールを形成する他のプロセスで必要なことがあるマスキング及び硬化段階がなくなり有利である。更に、レーザーアブレーションは、反射防止コーティング１１０と酸化物層１０８、及び存在することがある層間誘電体を、既存の欠陥又は不備を悪化させることがあるエッチング液に晒すのを防ぐ。
【００４４】
図６では、コンタクトホール内に、対応する拡散領域への電気接続を行う金属接点１１２及び１１３が形成される。図６の例では、Ｐ型拡散領域に電気接続する金属接点１１２がコンタクトホール内に形成されている。同様に、Ｎ型拡散領域に電気接続する金属接点１１３がコンタクトホール内に形成される。金属接点１１２及び１１３は、互いに噛み合わされるように形成されて、メタライゼーションに使用される銅又は他の単層若しくは多層導電材料を含んでもよい。例えば、金属接点１１２及び１１３は、電気めっきによって形成されてもよい。金属接点１１２及び１１３は、外部電子回路が太陽電池に接続され太陽電池によって電力供給されることを可能にする。Ｐ型拡散領域への金属接点１１２は、Ｎ型拡散領域の上を通過してもよい。同様に、Ｎ型拡散領域への金属接点１１３は、Ｐ型拡散領域の上を通過してもよい。金属接点が、レーザーアブレーションによって形成されたコンタクトホール内に形成されるので、金属接点が異極性の拡散領域に電気的に短絡する可能性が大幅に低下する。
【００４５】
次に、図７と図８を参照して、発明者によって発見された起こる可能性のあるレーザーと関連した問題について述べる。図７は、図１の太陽電池３００の一部分の別の平面図を示す。太陽電池３００は、Ｐ極性金属接点３０３を下に位置する拡散領域から分離する層間誘電体に形成されたコンタクトホール３０７を有する。
【００４６】
図８は、図７の切断面Ｂ−Ｂで得られた太陽電池３００の断面を示す。Ｐ極性金属接点３０３が下に位置するＰ型拡散領域と電気的に接続できるようにするために、コンタクトホール３０７（即ち、３０７−１、３０７−２、...）が層間誘電体３０５に形成される。
【００４７】
図８の例では、コンタクトホール３０７は、レーザーアブレーションによって形成される。レーザーが適切に制御されない場合、レーザービームが、拡散領域を突き抜け、それにより、後で形成された金属接点が基板と電気的に短絡して、太陽電池の動作に悪影響を及ぼすことがある。図８の例では、レーザーアブレーション段階は、コンタクトホール３０７−１を、層間誘電体３０５とＰ型拡散領域を完全に貫通し基板４０１内まで形成した。レーザー突き抜け現象問題に対処する１つの方法は、次に図９に関して説明するように、拡散領域をより深く作成することである。
【００４８】
図９は、本発明の一実施形態による拡散深さを有する太陽電池４００の断面を示す。図９の例では、Ｐ型拡散領域（４０２と示された）は、単結晶シリコンウェハを含む太陽電池基板４１１内に形成される。他の実施形態では、Ｐ型拡散領域は、基板４１１の裏面に形成された別の層（例えば、ポリシリコン）内に形成される。図９の例では、コンタクトホール４０５（即ち、４０５−１、４０５−２、...）が、レーザーアブレーションによって層間誘電体４０３内に形成される。Ｐ極性金属接点４０４は、コンタクトホール４０５を介してＰ型拡散領域に電気的に接続する。この開示では、図９を含む全ての図が、一律の倍率で描かれていないことに注意されたい。
【００４９】
図９の例では、Ｐ型拡散領域は、比較的深くなるように形成される。例えば、Ｐ型拡散領域は、０．５μｍを超える深さ４０７を有してもよい。Ｐ型拡散領域の深さは、レーザーアブレーション段階のプロセスマージンによって指定される。好ましくは、必要なレーザーアブレーション深さは、プロセスのために最小化され、次に断面で測定される。次に、拡散領域のドーパント深さは、ドーパント形成プロセス（例えば、炉の温度と時間、開始ドーパント濃度など）を制御することによって、必要なレーザーアブレーション深さより大きく設定される。拡散領域が深いと、より深いプロセスマージンのレーザーアブレーション段階が可能になり有利である。また、太陽電池の裏面にＰ型拡散領域と共に形成される深いＮ型拡散領域は、Ｐ型拡散領域と同じ深さを有してもよい。
【００５０】
図９の例では、コンタクトホール４０５−１は、Ｐ型拡散領域内に比較的深く形成されている。深いコンタクトホール４０５−１は、一般にプロセス制御と関連した問題、レーザーアブレーションのプロセスマージン、又はその他の問題によって生じることがある。しかしながら、図８の場合と違って、コンタクトホール４０５−１は、Ｐ型拡散領域の深さのため、Ｐ型拡散領域を完全に突き抜けない。金属接点４０４は、コンタクトホール４０５（即ち、４０５−１、４０５−２、...）内に形成される。金属接点４０４は、レーザーアブレーションによって形成されたコンタクトホール内に形成されるので、金属接点４０４は、異極性の拡散領域（即ち、Ｎ型拡散領域）の上を安全に通過することができる。
【００５１】
また、発明者等は、幾つかの太陽電池設計に見られる異なる膜厚が、レーザーアブレーションを複雑にする場合があることを発見した。図１０に、そのような太陽電池設計の一例を示す。
【００５２】
図１０は、コンタクトホールが形成される不均一な膜４２３を有する太陽電池４２０の断面を示す。図１０の例では、膜４２３は層間誘電体を含む。膜４２３は、太陽電池基板４２１の上に形成された単層誘電体又は多層誘電体スタック（例えば、酸化物及び／又は窒化物；酸化物及び／又はポリイミド）でもよい。太陽電池基板４２１は、単結晶シリコンウェハを含んでもよい。Ｐ型及びＮ型拡散領域は、太陽電池基板４２１内、又は太陽電池基板４２１上で形成された別の層（例えば、ポリシリコン）内に形成されてもよい。
【００５３】
図１０の例では、膜４２３のＰ型拡散領域の上の部分は、膜４２３のＮ型拡散領域の上の部分より厚い。他の場合では、膜４２３のＮ型拡散領域の上の部分は、膜４２３のＰ型拡散領域の上の部分より厚い。膜厚のこの違いは、拡散領域の上にドーパント源を形成する順序など、Ｐ型及びＮ型拡散領域を形成するプロセスにより生じることがある。図１０の例では、膜４２３にＮ型拡散領域までコンタクトホールを形成するには、膜４２３にＰ型拡散領域までコンタクトホールを形成するより必要なレーザーエネルギーが少ない。したがって、同じレーザーエネルギーを使用してＰ型及びＮ型拡散領域までコンタクトホールを形成すると、薄い膜４２３の下に位置する拡散領域の突き抜けや他の問題が生じることがある。他方、異なるレーザーエネルギーを使用してＰ型及びＮ型拡散領域までコンタクトホールを形成するには、複数のレーザーアブレーション段階が必要な場合があり、また、追加段階だけでなく、様々なエネルギーのためにレーザーを再構成するので、処理に遅延が生じることがある。
【００５４】
図１０の太陽電池設計では、Ｐ型拡散領域の上の誘電体スタックの厚さは、５００〜１００００オングストロームでもよく、Ｐ型拡散領域の拡散深さは、２００〜２０００ｎｍの範囲でもよい。高効率太陽電池、即ち効率が２０％を超える太陽電池の場合、少数担体寿命と飽和電流密度（Ｊｏ）は、レーザー損傷がなければ１ｍｓｅｃ超過と１２０ｆＡ／ｃｍ２未満になる。アブレーションがベースの接合部全体を通るのを回避し、飽和電流密度Ｊｏを増加させ、少数担体寿命を低下させる一方で、アブレーションを施される膜を完全に除去するため、適切なレーザー条件を使用しなければならない。吸収深さを最小限に保ったまま５４０ｎｍよりも短い波長を使用することで、少数担体寿命が防止される。パルス幅が２０ピコ秒より短いレーザーを使用することにより、熱アブレーション深さが２０００ｎｍ未満に維持される。次に、レーザーエネルギーは、アブレーションしきい値が達成されるように調整される（例えば、１〜２０μＪ）。次に、酸化物を完全に除去すると、完成した太陽電池内の直列抵抗が１Ω−ｃｍ２未満になる。しかしながら、高効率太陽電池に関するこれらの膜スタック厚条件では、依然として、少数担体寿命を減少させるか又はＪｏを高めることなく、単一レーザーパルスによって誘電体のスタック全体を除去することはできない。即ち、少数担体寿命を１ｍｓｅｃ超過に、且つＪｏを１２０ｆＡ／ｃｍ２未満に保つことによって、直列抵抗が１Ω−ｃｍ２を超え、直列抵抗を１Ω−ｃｍ２未満にすることによって、少数担体寿命が１ｍｓｅｃ未満になる。この問題は、２つ以上のレーザーパルスを使用することによって解決されることがあり、その場合、パルスとパルスの間隔は、５００ナノ秒未満離され、後のパルスの振幅は、最初のパルスの振幅の１０％〜１００％である。このことによって、更に少数担体寿命を減少するか又はＪｏを高めることなく、より多量の材料除去が可能になる。例示的なマルチパルスレーザーアブレーションプロセスは、２０１０年６月７日に出願され本願の所有者が所有する米国出願第１２／７９５，５２６号に記載されており、この出願は、参照により本明細書に組み込まれる。他のマルチパルスレーザーアブレーションプロセスを使用することもできる。
【００５５】
Ｐ型及びＮ型拡散領域の上の誘電体スタック厚が異なり、したがって、適切に寿命／直列抵抗を釣り合わせるために異なるレーザーエネルギーを必要とすることがあるので、レーザーアブレーションツールは、比較的複雑になり、製造される太陽電池の様々な領域に対して電力の変更が必要になる。これにより、レーザー出力と位置を同期させ、且つレーザーの位置ずれによるシャント（即ち、電気的短絡）が生じるのを防ぐために、レーザーとビーム伝達システムとの間で正確な空間協調が必要になる。位置ずれは、ビーム伝達システムを遅くすることにより回避することができる。しかしながら、そうすると、ツールの処理量が低下し、したがって処理量が一定の場合にツールコストが高くなる。解決策として、ある領域でのパルスエネルギーやパルス数などの理想的なレーザーパラメータが、別の領域内でアブレーションを引き起こさないように、誘電体スタックが調整されもよい。例えば、Ｐ型拡散領域の上の誘電体スタック厚さは、５０００〜１００００オングストロームになるように作成されてもよく、Ｎ型拡散領域の上の誘電体スタック厚さは、２５００オングストローム未満になるように作成されてもよい。これにより、２つのパルスを含む３μＪのレーザーエネルギーは、Ｎ型拡散領域の上の誘電体スタックを除去できるが、Ｐ型拡散領域の上の誘電体スタックは除去できない。
【００５６】
レーザーの位置ずれが、前述のようなシャントの問題（例えば、図３の電気的短絡３０６）を引き起こす場合、発明者は、レーザーがアブレーションが行われないようにパターン形成された形で追加の誘電体層を付着させてもよいことを発見した。図１５は、層間誘電体層３０５のＰ型拡散領域の上の部分にパターン形成された追加の誘電体層３５５が追加されたこと以外は図３と同じ断面を示す。図１５に示された他の構成要素は、図３に関して述べた。
【００５７】
図１５の例では、追加の誘電体層３５５が、着色インクなどの犠牲的にアブレーションされることがある材料を含んでもよい。追加の誘電体層３５５は、使用されるレーザー波長を吸収しないようにするのに十分な厚さ（例えば、５００オングストローム超え）でもよい。追加の誘電体層３５５は、また、レーザー波長に対して不透明であり、下に位置するアブレーションされる材料を突き抜けるのを防ぐのに十分な厚さ（例えば、５００オングストローム超え）の材料（例えば、ポリイミド）を含んでもよい。追加の誘電体層３５５は、また、犠牲層の直接アブレーションと下からの射出材料の組み合わせが、追加の誘電体層３５５にピンホールを形成しなければ、半透明材料を含んでもよい。この追加の誘電体層３５５は、また、後述するように、絶縁破壊を防ぐ特性を有してもよいことに注意されたい。
【００５８】
本発明の一実施形態によれば、図１０の太陽電池４２０は、Ｐ型及びＮ型拡散領域上に予め形成された膜４２３や他の材料を除去することによって、レーザーアブレーションの調整がされる。この手法は、特に、誘電体スタックが互いに２００オングストローム以上異なる場合に有利である。この手法は、更に、図１１に示され、この図では、Ｐ型及びＮ型拡散領域上の全ての材料が除去されて、Ｐ型及びＮ型拡散領域の裏面が露出されている。例えば、図１０の膜４２３は、従来のウェットエッチングプロセスを使用して除去されてもよい。Ｐ型及びＮ型拡散領域上の膜４２３及び他の材料は、Ｐ型及びＮ型拡散領域上にその後で形成される膜の厚さを制御するために除去される。したがって、図１２の例では、Ｐ型及びＮ型拡散領域上に実質的に均一な膜４２４が形成される。実質的に、膜４２４は、不均一な膜４２３と置き換わる。膜４２４は、実質的に均一な厚さで堆積された層間誘電体（例えば、蒸着又は熱成長した酸化物と、その後の窒化ケイ素）を含んでもよい。膜４２４は、均一な膜の堆積を可能にする化学蒸着、その他の蒸着、又は成長プロセスによって付着されてもよい。図１３では、不均一膜４２３を均一膜４２４と置き換えた後で、膜４２４にコンタクトホールを形成してＰ型及びＮ型拡散領域の一部分を露出させるレーザーアブレーション段階が続く。コンタクトホールは、金属接点が対応する拡散領域に電気的に接続することを可能にする。Ｐ型拡散領域への金属接点は、Ｎ型拡散領域の上を通過してもよい。同様に、Ｎ型拡散領域への金属接点は、Ｐ型拡散領域の上を通過してもよい。金属接点が、レーザーアブレーションによって形成されたコンタクトホール内に形成されるので、金属接点が異極性の拡散領域に電気的に短絡する可能性が大幅に低下する。
【００５９】
図１０の膜４２３を貫通するコンタクトホールは、レーザーアブレーション段階で使用されるレーザーを適切に制御することによっても形成されてもよい。誘電体膜の典型的なアブレーションは、間接アブレーションプロセスによるものであり、その場合、レーザーエネルギーが、基板に吸収され、アブレーションを施された基板の外向きの力によって膜が射出される。このタイプの膜アブレーションは、間接アブレーションとして知られる。例えば、対象の膜が、レーザー波長と強く相互作用しないとき、基板内のアブレーション深さと破損は、主に、レーザーのパルス幅、波長及びパルス数によって決定され、基板アブレーション深さを最小にするにはこれらを全て小さくしなければならない。対象となる膜、又は膜スタック内の１つの膜が、レーザー波長と強く相互作用する場合は、それに応じて、例えば、パルスの数を増やすか、直接アブレーションが行われるようにレーザー波長を切り替えることによって、レーザー処理パラメータを調整しなければならない。特定のタイプの膜は、複数のパルスを使用することによって、シリコンのアブレーションなしに、直接アブレーションにより除去することができる。複数のレーザーパルスを使用する例示的なレーザーアブレーションプロセスは、２０１０年６月７日に出願され、参照により全体が本明細書に組み込まれ、本願の所有者が所有する米国特許出願第１２／７９５，５２６号に記載されている。本発明の長所を損なうことなく、他のマルチパルスレーザーアブレーションプロセスを使用することもできる。
【００６０】
誘電体層（例えば、Ｐ型又はＮ型ドープト二酸化ケイ素）又は誘電体スタックの光学特性を、レーザーアブレーションパラメータに適合するように修正する方法には、組成制御によって誘電体の屈折率と吸収係数を調整するか、誘電体層に吸収剤を添加して誘電体層が直接又は間接アブレーションされるように調整することが挙げられる。特定の例として、レーザー波長が５３０ｎｍ以上で屈折率が２．０未満の場合は、間接アブレーションが行われ、残留材料が基板上に残るのを防ぐ。
【００６１】
図１０に適用されたように、膜４２３のＰ型拡散領域の上の部分にコンタクトホールを形成するために、第１のレーザーアブレーション段階が行われてもよい。第１のレーザーアブレーション段階は、特に膜４２３のＰ型拡散領域の上の部分の特性に関して調整されたパラメータを有する第１のレーザー設定によるものでもよい。膜４２３のＮ型拡散領域の上の部分にコンタクトホールを形成するために、第２のレーザーアブレーション段階が行われてもよい。第２のレーザーアブレーション段階は、特に膜４２３のＮ型拡散領域の上の部分の特性に関して特別に作られたパラメータを有する第２のレーザー設定に従っていてもよい。第１の設定は、第２の設定と異なる。例えば、第１の設定は、膜４２３のＰ型拡散領域の上の部分に穿孔するために、レーザーが複数のレーザーパルスを発射することを含んでもよい。別の例として、第２の設定は、膜４２３のＮ型拡散領域の上の部分に穿孔するために、レーザーが、単一のレーザーパルスを発射することを含んでもよい。
【００６２】
得られた構造が、図１４に概略的に示されており、膜４２３を貫通しＰ型拡散領域を露出させるコンタクトホール４３５−１及び４３５−２が、第１の構成に従うレーザー発射によるレーザーアブレーションによって形成され、膜４２３を貫通し、Ｎ型拡散領域を露出するコンタクトホール４３５−３が、第２の設定に従うレーザー発射によるレーザーアブレーションによって形成される。金属接点は、コンタクトホール４３５（即ち、４３５−１、４３５−２、４３５−３）内に形成されてもよい。金属接点が、レーザーアブレーションによって形成されたコンタクトホール内にあるので、金属接点は、異極性拡散領域の上に安全に形成され得る（例えば、Ｐ型拡散領域の上のＮ極性金属接点）。
【００６３】
別の実施形態では、層間誘電体内に、図３に関して述べたような欠陥がある場合、裏面に付着される反射防止コーティング（例えば、図４〜図６の反射防止コーティング１１０）は、裏面側スタックの絶縁健全性（dielectric integrity）を改善するように調整されてもよい。例えば、裏面反射防止コーティングの厚さ及び／又は固有抵抗は、約５０〜１００オングストローム大きくなる。別の例として、反射防止コーティングは、窒化ケイ素層の上又は下に均一に付着されたアモルファスシリコン層などの２つの層を含んでもよい。製造コストを節約するために、アモルファスシリコン層と窒化ケイ素層は、元の場所に（即ち、同じ装填量で）、同じ段階と同じツールで形成されることが好ましい。本明細書に記載されたような二層反射防止コーティングの使用は、有利には、反射防止コーティングの厚さだけでなく、その誘電率も高め、それによりレーザーアブレーションが促進される。
【００６４】
逆方向バイアスでは、例えば、層間絶縁膜に６ボルト以上が印加される。約４００オングストロームの範囲の厚さを有する典型的なプラズマ化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）窒化膜は、電圧が局所的に印加された場合はこの電圧で破壊する。そのような用途の誘電体膜の標的破壊電界強度は、１×１０７Ｖ／ｃｍを超えてもよい。標的破壊電界強度は、スタック内に加わる有効磁界を減少させることができる５０〜１００オングストロームのアモルファスシリコン層を窒化ケイ素層に追加することによって達成されてもよい。
【００６５】
次に図１６を参照すると、本発明の一実施形態による、図１に示される太陽電池１００と同様に縮小したベース拡散領域を有する高効率ＢＣＢＪ太陽電池６００の一部分の平面図が示される。縮小したベース拡散領域を有する別の例の高効率ＢＣＢＪ太陽電池は、本願の譲受人に譲渡された米国特許第８，００８，５７５号に記載されており、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。ベース拡散領域は、太陽電池における多数電荷担体を収集する拡散領域であり、エミッタ拡散領域は少数電荷担体を収集する。図１６の例では、太陽電池６００はＮ型基板を有する。結果的に、太陽電池６００では、ベース拡散領域５００はＮ型であり、エミッタ拡散領域５０１はＰ型である。各Ｎ型拡散領域５００は、連続したＰ型拡散領域５０１によって取り囲まれている。
【００６６】
太陽電池６００は、複数のＮ極性金属接点５０３及びＰ極性金属接点５０７を含む。Ｎ極性金属接点５０３はＰ極性金属接点５０７と互いに噛み合わされてもよい。材料（例えば、層間誘電体）を通る太陽電池のコンタクトホールは、下に位置する拡散領域を露出させる。図１６の例では、コンタクトホール５０６はＮ型拡散領域５００を露出させて、Ｎ極性金属接点５０３をＮ型拡散領域５００に電気的に接続することを可能にしている。同様に、コンタクトホール５０２はＰ型拡散領域５０１を露出させて、Ｐ極性金属接点５０７をＰ型拡散領域５０１に電気的に接続することを可能にしている。
【００６７】
コンタクトホール５０６及び５０２は、レーザーアブレーションによって層間誘電体を貫通して形成される。一実施形態では、コンタクトホール５０６及び５０２、並びに本明細書に記載される他のレーザー穿孔されたコンタクトホールは、３０マイクロメートル±１０マイクロメートルの直径を有する。即ち、一実施形態では、レーザーアブレーションによって形成されたコンタクトホールは、最大４０マイクロメートル、好ましくは３０マイクロメートルの直径を有する。図１６及び本開示の他の図面では、図面が不必要に乱雑になるのを回避するため、コンタクトホールの一部のみに番号が付されている。
【００６８】
図１７及び１８はそれぞれ、図１６の切断面１７及び１８で得られた太陽電池６００の断面を示す。図１７及び１８に示されるように、層間誘電体５０４は、金属接点と下に位置する拡散領域との間に電気的絶縁を提供する。一実施形態では、層間誘電体５０４は絶縁材料のスタックであり、拡散領域の表面上に形成されたホウケイ酸ガラス（ＢＳＧ）の層と、ＢＳＧ層上に形成されたリン酸シリケートガラス（ＰＳＧ）の層と、ＰＳＧ層上に形成された窒化ケイ素の層とを備える。金属接点５０３及び５０７は窒化ケイ素の層上に形成される。太陽電池６００においては、Ｎ極性金属接点５０３は下に位置するＰ型拡散領域５０１の上に直接形成されるため（例えば、図１７を参照）、層間誘電体５０４は重要な機能を果たす。層間誘電体５０４内の欠陥は、Ｎ極性金属接点５０３と下に位置するＰ型拡散領域５０１との間に電気的シャントを引き起こすことがある。
【００６９】
レーザー穿孔されるコンタクトホール５０６及び５０２は、ガルバノメータスキャナを用いて太陽電池上にレーザーパルスを走査する、レーザーアブレーションシステムを使用して形成されてもよい。ガルバノメータスキャナは、走査のために移動式ミラーを用いる。ミラーの移動及びレーザー源の発射は、レーザーパルスがコンタクトホールの位置に向けられるように時間調整される。図１６の例では、コンタクトホール５０６はＮ型拡散領域５００の直上にのみ形成される。そうでない場合、Ｎ極性金属接点５０３はＰ型拡散領域５０１に電気的に短絡されてもよい。従来のガルバノメータ走査は、正確な位置決めを担保するためにミラーの運動量変化を必要とする。ガルバノメータスキャナは、Ｎ型拡散領域５００間でミラーを移動させるため、多少のアイドル時間を、つまりは無駄な時間を要する。ガルバノメータのミラーの運動量変化により、レーザーアブレーションプロセスが低速になって、処理能力に悪影響を及ぼす。
【００７０】
図１９は、本発明の一実施形態による太陽電池レーザーアブレーションシステム６１０を概略的に示す。図１９の例では、システム６１０は、レーザー源５２０と、電気光学変調器（ＥＯＭ）５２１と、レーザースキャナ５２３とを含む。本発明の理解に必要ない他の構成要素は、明確化のために省略されている。
【００７１】
レーザー源５２０は、市販のレーザー源、例えばＳＰＩ  Ｌａｓｅｒｓ及びＬｕｍｅｒａ  Ｌａｓｅｒ  ＧｍｂＨから入手可能なものであってもよい。電気光学変調器５２１は、レーザービームを変調又はゲーティングする従来の電気光学変調器を含んでもよい。電気光学変調器５２１は、レーザー源５２０と別個であってもよく、又は統合されてもよい。レーザースキャナ５２３は、例えばＳｃａｎＬａｂｓ  ｏｆ  Ｇｅｒｍａｎｙから市販されているもののような、ガルバノメータレーザースキャナであってよい。
【００７２】
動作の際、レーザー源５２０は、レーザースキャナ５２３によって走査されるレーザーパルスを太陽電池６００の裏面に発射して、コンタクトホール５０２及び５０６を形成する。ガルバノメータミラーの運動量変化を最小限に抑えるため、レーザースキャナ５２３は、Ｎ極性金属接点５０３及びＰ極性金属接点５０７によって画定される直線に沿って、同じ方向でレーザーパルスを継続的且つ均一に走査する。スキャナ５２３は、ある線の最終点から別の線の開始点への移動などのベクトル変化がない限り、再配置のための追加の時間を取らない。継続的で均一な走査は、コンタクトホール５０２及び５０６の両方に対して行われる。
【００７３】
同じベクトルに沿った継続的で均一な走査は、Ｐ極性金属接点５０７からＮ型拡散領域５００へとシャントするリスクがないため、コンタクトホール５０２に関して重大な問題を引き起こさない。つまり、コンタクトホール５０２に関して、ある極性の金属接点を異極性の拡散領域に電気的に接続するリスクはない。しかしながら、Ｎ極性金属接点５０３は下に位置するＰ型拡散領域５０１の上を直接通過するので、コンタクトホール５０６に関して同じことは当てはまらない。Ｎ極性金属接点５０３からＰ型拡散領域５０１への偶発的なシャントを防ぐため、電気光学変調器５２１は、Ｎ型拡散領域５００間の飛び越しの際にレーザー源５２０からのレーザーを遮断するように構成される。このことによって、有利には、Ｎ型拡散領域５００の間の範囲でＰ型拡散領域５０１にコンタクトホール５０６が形成されなくなる。
【００７４】
図２０は、本発明の一実施形態による太陽電池レーザーアブレーションシステム６１０の動作方法のフローチャートを示す。図２０の例では、レーザー源５２０からのレーザーパルスは、レーザースキャナ５２３を使用してベクトル線に沿って走査される（ステップ５２５）。ベクトル線は、Ｎ型拡散領域５００に対するコンタクトホール５０６の位置、及びＰ型拡散領域５０１に対するコンタクトホール５０２の位置を規定する。特定のベクトル線に対して、レーザースキャナ５２３によって走査が継続的且つ均一に同じ方向で行われるので、ガルバノメータミラーは、同じベクトル線に沿って同じ運動量を維持するが、レーザーパルスは、Ｎ型拡散領域５００の間など、同じベクトル線に沿って比較的短い距離を飛び越す際には遮断される（ステップ５２６）。継続的で均一な走査によって、レーザースキャナ５２３は、ガルバノメータミラーを同じピッチ及び方向で位置付けて、同じベクトル線に沿ってコンタクトホール５０６を形成するが、電気光学変調器５２１は、別の方法ではＮ型拡散領域５００の間にＰ型拡散領域５０１へのコンタクトホール５０６を形成するであろうレーザーパルスを遮断する。レーザースキャナ５２３は、ベクトル変化に対して方向を変更するように作動する（ステップ５２７）。ベクトル変化の一例は、レーザースキャナ５２３が１つのベクトル線の終点にあるコンタクトホール５０６の走査から、次の隣接したベクトル線の開始点にあるコンタクトホール５０２の走査へと移動するときである。
【００７５】
縮小したベース拡散領域を有する太陽電池のコンタクトホールを形成する際に、レーザースキャナ５２３のガルバノメータミラーの運動量変化を最小限に抑える別のやり方は、図２１の太陽電池６３０のように、ベース拡散領域へのコンタクトホールの走査が、エミッタ拡散領域へのコンタクトホールのベクトル線に垂直なベクトル線に沿って行われるように、太陽電池の構成を変更するものである。
【００７６】
図２１は、本発明の一実施形態による太陽電池６３０を示す。太陽電池６３０は、方形の縮小したＮ型ベース拡散領域５３０及びコンタクトホール５３１を除いて、太陽電池６００と同じである。各Ｎ型拡散領域５３０は、連続したＰ型エミッタ拡散領域５０１によって取り囲まれている。太陽電池６１０のように、層間誘電体は、金属接点と下に位置する拡散領域との間に電気的絶縁を提供する。Ｐ極性金属接点５０７は、層間誘電体を貫通してレーザー穿孔されたコンタクトホール５０２を介して、下に位置するＰ型拡散領域５０１に電気的に接続する。同様に、Ｎ極性金属接点５０３は、層間誘電体を貫通してレーザー穿孔されたコンタクトホール５３１によって、下に位置するＮ型拡散領域５３０に電気的に接続する。コンタクトホール５０２は、ベクトル線に沿った一方向での継続的で均一な走査によって、レーザーアブレーションプロセスを使用して形成されてもよい。
【００７７】
一実施形態では、コンタクトホール５３１は、コンタクトホール５０２のベクトル線に垂直なベクトル線に沿った一方向での継続的で均一な走査によって、レーザーアブレーションプロセスを使用して形成される。つまり、コンタクトホール５３１及び５０２は、互いに垂直な線に沿って形成される。Ｎ型拡散領域５３０に関して、得られたコンタクトホール５３１は、Ｐ型拡散領域５０１の直上にはないＮ極性金属接点５０３の部分の下にある。つまり、Ｐ型拡散領域５０１を露出させるいずれのコンタクトホール５３１も、Ｎ極性金属接点５０３の下にはない。このことによって、有利には、Ｎ極性金属接点５０３がＰ型拡散領域５０１に偶発的にシャントされるのを防ぐ一方で、比較的直線に沿った継続的で均一な走査を可能にして、太陽電池の縮小したベース拡散領域へのコンタクトホールが形成される。Ｎ型拡散領域５３０は、Ｎ極性金属接点５０３の幅よりも大きい長さ（即ち、コンタクトホール５３１のベクトル線に沿った寸法）を有するように形成されてもよい。つまり、縮小したベース拡散領域は、それに対応する金属接点の向かい合った両縁部を越えて延びてもよい。
【００７８】
図２２は、本発明の一実施形態による縮小したベース拡散領域を有する高効率ＢＣＢＪ太陽電池６４０の一部分の平面図を示す。太陽電池６４０は、層間誘電体５０４とＮ極性金属接点５０３との間にレーザー遮断層５４３を追加のすることを除いて、図１６の太陽電池６００と同じである。太陽電池６４０の構成要素は、それ以外は、図１６〜１８を参照して説明したものと同じである。
【００７９】
レーザー遮断層５４３は、レーザーパルスが層間誘電体５０４を貫通するのを防ぐように、レーザーパルスに対して抵抗性である誘電体を含んでもよい。一実施形態では、レーザー遮断層５４３はポリイミドを含む。レーザー遮断層５４３は、有利には、太陽電池アブレーションシステムが（即ち、電気光学変調器がレーザーパルスを遮断することなく）太陽電池に対してレーザーパルスを継続的に走査し発射することを可能にし、一方で、コンタクトホールがある極性の金属接点を異極性の拡散領域にシャントするであろう領域に、コンタクトホールが形成されるのを防ぐ。
【００８０】
図２２の例では、レーザー遮断層５４３は複数の開口部５４１を含む。開口部５４１は、レーザーアブレーションによっては形成されない。一実施形態では、開口部５４１はマスキング段階の一部として形成される。例えば、レーザー遮断層５４３は、印刷パターンの一部として開口部５４１を含むように（例えば、スクリーン印刷によって）印刷されてもよい。各開口部５４１は、レーザーアブレーションによってコンタクトホール５０６が形成されて、下に位置するＮ型拡散領域５００を露出させる領域の直上に位置する。開口部５４１に当たらないレーザーパルスは、レーザー遮断層５４３によって遮断される。図２２の例では、レーザーパルスが遮断される領域は５４２として番号が付されている。
【００８１】
図２３及び図２４はそれぞれ、図２２の切断面２３及び２４で得られた太陽電池６４０の断面を示す。図２３に示されるように、レーザー遮断層５４３は層間誘電体５０４の上に位置する。このことによって、レーザー遮断層５４３が、開口部５４１によって露出されない層間誘電体５０４の領域に対するレーザーパルスを遮断することが可能になる。開口部５４１を通るレーザーパルスは、層間誘電体５０４を貫通するコンタクトホール５０６を形成する。図２３の例では、レーザー遮断層５４３によって遮断されるレーザーパルスは、例証目的のため、５４２として番号が付されている。太陽電池６４０の構成要素は、それ以外は、太陽電池６００を参照して上記に説明したものである。
【００８２】
図２５は、本発明の一実施形態による太陽電池６５０の一部分の平面図を示す。太陽電池６５０は、線状のベース及びエミッタ拡散領域を含む。図２５の例では、太陽電池６５０は、線状のＰ型エミッタ拡散領域５０１のストリップと交互に形成された、線状のＮ型ベース拡散領域５５１のストリップを有する。
【００８３】
太陽電池６５０は、ベース拡散領域（即ち、Ｎ型拡散領域５５１）がドット状ではなく線状であることを除いて、太陽電池６００と同じである。一実施形態では、線状のベース拡散領域は方形のストリップであり、対応するコンタクトホールはストリップの長さに沿って一列に配置される。図２５の例では、線状のＮ型拡散領域５５１のストリップは、継続的で均一なレーザーの発射によって、Ｐ型拡散領域５０１内へのコンタクトホール５５２が形成されるリスクなしに、同じベクトル線に沿ってコンタクトホール５５２を形成して、下に位置するＮ型拡散領域５５１を露出させるのを可能にする。このことによって、Ｎ極性金属接点５０３が下に位置するＰ型拡散領域５０１に偶発的にシャントされるのを防ぐ一方で、高処理能力レーザーアブレーションプロセスが依然として可能である。Ｐ型拡散領域５０１は、太陽電池６００と同様の線状のエミッタ拡散領域のストリップである。
【００８４】
図２６及び図２７はそれぞれ、図２５の切断面２６及び２７で得られた太陽電池６４０の断面を示す。太陽電池６００と同様に、コンタクトホール５０２によって、Ｐ極性金属接点５０７を下に位置するＰ型拡散領域５０１に電気的に接続することが可能になる。コンタクトホール５５２によって、Ｎ極性金属接点５０３を下に位置するＮ型拡散領域５５１に電気的に接続することが可能になる。層間誘電体５０４は、金属接点５０３及び５０３と下に位置する拡散領域との間に電気的絶縁を提供する。コンタクトホール５５２及び５０２は、レーザーアブレーションによって層間誘電体５０４を貫通して形成される。本明細書に記載した他の太陽電池と同様に、Ｐ型拡散領域５０１及びＮ型拡散領域５５１は、Ｎ型基板５０５に、又はＮ型基板５０５上に形成された別の層（例えば、ポリシリコン）に形成されてもよい。
【００８５】
太陽電池６４０はドット状のベース拡散領域を有さないが、太陽電池６４０は、線状のベース拡散領域のストリップが従来の設計のものよりも狭い幅で作られてもよいので、高効率を有する。図２５の例では、Ｎ型拡散領域５５１のストリップは、Ｎ極性金属接点５０３の幅５５３よりも狭い幅５５４を有する。例えば、Ｎ型拡散領域は約２６０μｍの幅５５４を有してもよく、上にあるＮ極性金属接点５０３は、一端が約２８０μｍで他端が約３５０μｍであるテーパ状の幅５５３を有してもよい。このことによって、Ｎ極性金属接点５０３の幾つかの部分がＰ型拡散領域５０１の直上に張り出す（即ち、ある極性の金属接点が異極性の拡散領域の直上にある）が、コンタクトホール５５２及び５０２を形成するレーザーアブレーションプロセスが層間誘電体５０４の健全性を保つので、Ｎ極性金属接点５０３がＰ型拡散領域５０１にシャントするリスクは最小限である。一実施形態では、Ｎ極性金属接点は、Ｎ型の線状ベース拡散領域の１つのストリップの縁部を超えて、且つＰ型エミッタ拡散領域の直上を２０μｍ〜９０μｍほども延在してもよい。
【００８６】
図２８は、ウェットエッチングによるコンタクトホールを有する太陽電池（データ点５７１）、ドット状のベース拡散領域及びレーザーアブレーションによるコンタクトホールを有する太陽電池（データ点５７２）、並びに線状のベース拡散領域及びレーザーアブレーションによるコンタクトホールを有する太陽電池（データ点５７３）の効率を比較する実験の概略的な結果を示すグラフである。実験により、標準的なウェットエッチングによるコンタクトホールを有する太陽電池では、標準偏差０．０７３を含む２２．１３％の効率、ドット状のベース拡散領域及びレーザーアブレーションによるコンタクトホールを有する太陽電池では、標準偏差０．０９８を含む２２．１５％の効率、並びに線状のベース拡散領域及びレーザーアブレーションによるコンタクトホールを有する太陽電池では、標準偏差０．０８５を含む２２．１７％の効率が得られた。レーザーアブレーションによるコンタクトホールを有する太陽電池の効率は非常に類似している。しかしながら、ドット状のベース拡散領域を有する太陽電池のレーザーアブレーションプロセス時間が２０秒であるのに対して、線状のベース拡散領域を有する太陽電池のレーザーアブレーションプロセス時間は、わずかに３．２秒である。線形のベース拡散領域を有する太陽電池のレーザーアブレーションプロセス時間がより高速であることは、線状のベース拡散領域に沿った継続的なレーザー走査によって得られる利点を反映している。
【００８７】
一実施形態では、ハイブリッド太陽電池設計は、線状のベース及びエミッタ拡散領域と、ドット状のベース拡散領域の両方を含む。ハイブリッド設計によって、少なくともベース拡散領域にコンタクトホールを形成する、高処理能力のレーザーアブレーションプロセスが可能になる。太陽電池の他の範囲における縮小したベース拡散領域によって、電荷担体収集が最大限になる。
【００８８】
図２９は、本発明の一実施形態による太陽電池６６０の平面図を示す。太陽電池６６０は、ベース拡散領域５６０が線状の設計を有し、ベース拡散領域５６２がドット状である、ハイブリッド設計を有する。太陽電池６６０がＮ型基板を有する一実施形態では、線状のベース拡散領域５６０及びドット状のベース拡散領域５６２がＮ型拡散領域を備え、線状のエミッタ拡散領域５６１はＰ型拡散領域である。ベース及びエミッタ拡散領域へのコンタクトホールは、上述したように、レーザーアブレーションによって形成される。
【００８９】
太陽電池を製造する改善されたプロセス及び構造を開示した。本発明の具体的な実施形態を提供したが、これらの実施形態は説明を目的としたものであり、限定的なものでないことは理解されよう。多くの追加的実施形態が、本開示を読む当業者にとっては明らかとなろう。
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【手続補正書】
【提出日】平成26年4月18日(2014.4.18)
【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】
太陽電池を製造するプロセスであって、
前記太陽電池における多数電荷担体を収集するように構成された、線状のベース拡散領域の複数のストリップ又は複数のドット状のベース拡散領域の少なくとも一方を形成する段階と、
前記線状のベース拡散領域の複数のストリップ又は前記複数のドット状のベース拡散領域のうちの前記少なくとも一方の上に、及び、複数のエミッタ拡散領域の上に層間誘電体を形成する段階と、
レーザーを使用して、前記層間誘電体を貫通する複数のコンタクトホールを形成し、前記線状のベース拡散領域の複数のストリップ又は前記複数のドット状のベース拡散領域の前記少なくとも一方のうちの、線状のベース拡散領域の１つのストリップ又は１つのドット状のベース拡散領域の少なくとも一方を露出させる段階と、
前記複数のコンタクトホールのうち一部のコンタクトホールを介して、前記線状のベース拡散領域の１つのストリップ又は前記１つのドット状のベース拡散領域の前記少なくとも一方に電気的に結合される金属接点を、前記線状のベース拡散領域の１つのストリップ又は前記１つのドット状のベース拡散領域の前記少なくとも一方の上に形成する段階と、を備える、プロセス。
【請求項２】
前記複数のエミッタ拡散領域のうち１つのエミッタ拡散領域の上に、前記１つのエミッタ拡散領域に電気的に結合される別の金属接点を形成する段階、を更に備える、請求項１に記載のプロセス。
【請求項３】
前記層間誘電体を形成する段階は更に、
前記層間誘電体を、複数の誘電体層からなるスタックとして形成する段階を有する、請求項１又は２に記載のプロセス。
【請求項４】
前記層間誘電体の上にレーザー遮断層を形成する段階を、更に備え、
前記金属接点が、前記層間誘電体と前記レーザー遮断層の開口部とを介して、前記線状のベース拡散領域の１つのストリップ又は前記１つのドット状のベース拡散領域の前記少なくとも一方に電気的に結合される、請求項１から３のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載のプロセスに従って製造された太陽電池。
【請求項６】
線状のベース拡散領域の複数のストリップ又は複数のドット状のベース拡散領域の少なくとも一方と、
前記線状のベース拡散領域の複数のストリップ又は複数のドット状のベース拡散領域の前記少なくとも一方の上に設けられた層間誘電体と、
前記層間誘電体を貫通する複数のレーザー穿孔されたコンタクトホールであって、前記線状のベース拡散領域の複数のストリップ又は複数のドット状のベース拡散領域の前記少なくとも一方における、線状のベース拡散領域の１つのストリップ又は１つのドット状のベース拡散領域の少なくとも一方を露出させ、最大４０ミクロンの直径をそれぞれ有する、前記複数のレーザー穿孔されたコンタクトホールと、
前記複数のレーザー穿孔されたコンタクトホールのうち一部のレーザー穿孔されたコンタクトホールを介して、前記線状のベース拡散領域の前記１つのストリップ又は前記１つのドット状のベース拡散領域の前記少なくとも一方に電気的に結合された金属接点と、を備える、太陽電池。
【請求項７】
線状のエミッタ拡散領域の複数のストリップと、
前記層間誘電体を介して、前記線状のエミッタ拡散領域の前記複数のストリップのうち、前記線状のエミッタ拡散領域の１つのストリップに電気的に結合される別の金属接点と、を更に備える、請求項６に記載の太陽電池。
【請求項８】
前記金属接点が前記別の金属接点と互いに噛み合うように形成される、請求項７に記載の太陽電池。
【請求項９】
前記線状のエミッタ拡散領域の複数のストリップ、前記線状のベース拡散領域の複数のストリップ又は前記複数のドット状のベース拡散領域の前記少なくとも一方、前記金属接点及び前記別の金属接点が、前記太陽電池の裏面に設けられ、
前記裏面は、通常動作中に太陽の方を向く前記太陽電池の前面と対向する、請求項７又は８に記載の太陽電池。
【請求項１０】
前記層間誘電体と前記金属接点との間にレーザー遮断層を更に備え、
前記金属接点が、前記層間誘電体及び前記レーザー遮断層を介して前記線状のベース拡散領域の１つのストリップ又は前記１つのドット状のベース拡散領域の前記少なくとも一方に電気的に結合される、請求項６から９のいずれか一項に記載の太陽電池。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８９】
太陽電池を製造する改善されたプロセス及び構造を開示した。本発明の具体的な実施形態を提供したが、これらの実施形態は説明を目的としたものであり、限定的なものでないことは理解されよう。多くの追加的実施形態が、本開示を読む当業者にとっては明らかとなろう。
（項目１）
太陽電池を製造するプロセスであって、
上記太陽電池における多数電荷担体を収集するように構成された、線状のベース拡散領域の複数のストリップを形成する段階と、
複数の上記線状のベース拡散領域の上に及び複数のエミッタ拡散領域の上に、層間誘電体を形成する段階と、
レーザーを使用して、上記層間誘電体を貫通する複数のコンタクトホールを形成し、上記線状のベース拡散領域の複数のストリップのうちの、上記線状のベース拡散領域の１つのストリップを露出させる段階と、
上記複数のコンタクトホールのうちの一部のコンタクトホールを介して上記線状のベース拡散領域の１つのストリップに電気的に結合される金属接点を、上記線状のベース拡散領域の１つのストリップの上に形成する段階と、を備える、プロセス。
（項目２）
上記複数のエミッタ拡散領域のうち１つのエミッタ拡散領域の上に、上記１つのエミッタ拡散領域に電気的に結合される別の金属接点を形成する段階、を更に備える、項目１に記載のプロセス。
（項目３）
上記層間誘電体が誘電体層のスタックを含む、項目２に記載のプロセス。
（項目４）
上記層間誘電体が窒化ケイ素を含む、項目３に記載のプロセス。
（項目５）
上記層間誘電体の上にレーザー遮断層を形成する段階、を更に備え、
上記金属接点が、上記層間誘電体と上記レーザー遮断層の開口部とを介して、上記線状のベース拡散領域の１つのストリップに電気的に結合される、項目１に記載のプロセス。
（項目６）
上記レーザー遮断層がポリイミドを含む、項目５に記載のプロセス。
（項目７）
上記レーザー遮断層の上記開口部がウェットエッチングによって形成される、項目５に記載のプロセス。
（項目８）
上記金属接点が、上記線状のベース拡散領域の１つのストリップの幅よりも大きい幅を有する、項目１に記載のプロセス。
（項目９）
上記金属接点が、上記線状のベース拡散領域の１つのストリップの縁部を通り越し、エミッタ拡散領域の直上に延在する、項目１に記載のプロセス。
（項目１０）
項目１に記載のプロセスに従って製造された太陽電池。
（項目１１）
線状のベース拡散領域の複数のストリップと、
上記線状のベース拡散領域の複数のストリップの上に設けられた層間誘電体と、
上記層間誘電体を貫通する複数のレーザー穿孔されたコンタクトホールであって、上記線状のベース拡散領域の複数のストリップのうちの上記線状のベース拡散領域の１つのストリップを露出させ、最大４０マイクロメートルの直径をそれぞれ有する、上記複数のレーザー穿孔されたコンタクトホールと、
上記複数のレーザー穿孔されたコンタクトホールのうち一部のレーザー穿孔されたコンタクトホールを介して、上記線状のベース拡散領域の１つのストリップに電気的に結合された金属接点と、を備える、太陽電池。
（項目１２）
線状のエミッタ拡散領域の複数のストリップと、
上記層間誘電体を介して、上記線状のエミッタ拡散領域の複数のストリップのうちの線状のエミッタ拡散領域の１つのストリップに電気的に結合される別の金属接点と、を更に備える、項目１１に記載の太陽電池。
（項目１３）
上記金属接点が上記別の金属接点と互いに噛み合うように形成される、項目１２に記載の太陽電池。
（項目１４）
上記線状のエミッタ拡散領域の複数のストリップ、上記線状のベース拡散領域の複数のストリップ、上記金属接点及び上記別の金属接点が、上記太陽電池の裏面に設けられ、
上記裏面は、通常動作中に太陽の方を向く上記太陽電池の前面と対向する、項目１２に記載の太陽電池。
（項目１５）
上記層間誘電体と上記金属接点との間にレーザー遮断層を更に備え、
上記金属接点が、上記層間誘電体及び上記レーザー遮断層を介して上記線状のベース拡散領域の１つのストリップに電気的に結合される、項目１１に記載の太陽電池。
（項目１６）
太陽電池を製造するプロセスであって、
上記太陽電池における多数電荷担体を収集するように構成された、線状のベース拡散領域を形成する段階と、
上記線状のベース拡散領域の上に層間誘電体を形成する段階と、
レーザーを使用して、上記層間誘電体を貫通する複数のレーザー穿孔されたコンタクトホールを形成し、上記線状のベース拡散領域を露出させる段階と、
上記複数のレーザー穿孔されたコンタクトホールのうち、一部のレーザー穿孔されたコンタクトホールを介して上記線状のベース拡散領域に電気的に結合される金属接点を、上記線状のベース拡散領域のストリップの上に形成する段階と、を備える、プロセス。
（項目１７）
エミッタ拡散領域の上に、上記エミッタ拡散領域に電気的に結合される別の金属接点を形成する段階、を更に備える、項目１６に記載のプロセス。
（項目１８）
上記層間誘電体が誘電体スタックを含む、項目１６に記載のプロセス。
（項目１９）
上記層間誘電体の上にレーザー遮断層を形成する段階を更に備え、
上記金属接点が、上記層間誘電体のレーザー穿孔されたコンタクトホールと上記レーザー遮断層の開口部とを介して上記線状のベース拡散領域に電気的に結合される、項目１６に記載のプロセス。
（項目２０）
項目１６に記載のプロセスに従って製造された太陽電池。
【国際調査報告】
2014527305.tif 000032