(57)【要約】１つの態様は、太陽電池の構造に関する。この構造は、シリコン基板とこのシリコン基板内のｐ型及びｎ型活性拡散領域とを含む。酸窒化物パッシベーション層（４０２）は、少なくともｐ型（３０４）及びｎ型（３０２）活性拡散領域上に設けられる。構造は、さらに、酸窒化物パッシベーション層（４０２）を通ってｐ型（３０４）及びｎ型（３０２）活性拡散領域へと延びるコンタクト開口（５０２）と、コンタクト開口（５０２）を介してｐ型（３０４）及びｎ型（３０２）活性拡散領域と選択的に接触する金属光視線（７０２及び７０４）とを備えている。別の態様は、太陽電池の製造方法に関する。さらに別の態様、側面及び特徴も開示されている。
2010524254.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池を製造する方法であって、
シリコン基板内にｐ型及びｎ型の活性拡散領域を形成し、
前記ｐ型及びｎ型の活性拡散領域上に酸窒化物パッシベーション層を形成し、
前記酸窒化物パッシベーション層を通して前記ｐ型及びｎ型の活性拡散領域へとコンタクト開口を形成し、
前記コンタクト開口を介して、前記ｐ型及びｎ型の活性拡散領域に選択的に接触する金属格子線を形成する
ことを含む、方法。
【請求項２】
前記酸窒化物パッシベーション層を形成することが、酸素及び窒素ガスを含む環境中で酸窒化物パッシベーション層を成長させることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記酸窒化物パッシベーション層を形成することが、酸化物層を成長させ、その後、窒素ガスを含む環境中でアニールして前記酸化物層を酸窒化物層に変化させることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記シリコン基板の前面の表面をテクスチャリングして、太陽光捕集効率を増加させることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記ｐ型及びｎ型の活性拡散領域を、ドーパント源を堆積させ、その後ドーパント源から前記拡散領域内にドーパントを拡散させることによって形成する、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記ドーパント源を、直接的な印刷によって堆積させる、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記酸窒化物パッシベーション層を前記ドーピング源の上に堆積させる、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記太陽電池の運転中の表面再結合が、前記酸窒化物パッシベーション層によって低減される、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記酸窒化物パッシベーション層を、前記シリコン基板の前面及び背面の両方に形成する、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記太陽電池のための構造であって、
シリコン基板、
前記シリコン基板内のｐ型及びｎ型の活性拡散領域、
前記ｐ型及びｎ型の活性拡散領域上の酸窒化物パッシベーション層、
前記酸窒化物パッシベーション層を通って前記ｐ型及びｎ型の活性拡散領域へと延びるコンタクト開口、及び
前記コンタクト開口を介して、前記ｐ型及びｎ型の活性拡散領域に選択的に接触する金属格子線
を備えている、構造。
【請求項１１】
前記酸窒化物パッシベーション層が、酸素及び窒素ガスを含む環境中で成長させたものである、請求項１０に記載の構造。
【請求項１２】
前記酸窒化物パッシベーション層が、酸化物層を成長させ、その後、窒素ガスを含む環境中でアニールし、酸化物層が酸窒化物層に変化させることによって形成されている、請求項１０に記載の構造。
【請求項１３】
太陽光捕集効率を増大させるために、シリコン基板のテクスチャリングされた前表面をさらに備えている、請求項１０に記載の構造。
【請求項１４】
前記ｐ型及びｎ型の活性拡散領が、ドーパント源を堆積させ、その後、ドーパントをドーパント源から拡散領域に拡散させることによって、形成されている、請求項１０に記載の構造。
【請求項１５】
前記ドーパント源が、直接的な印刷によって堆積されている、請求項１４に記載の構造。
【請求項１６】
前記酸窒化物パッシベーション層が、前記ドーピング源上に堆積されている、請求項１４に記載の構造。
【請求項１７】
前記酸窒化物パッシベーション層によって、太陽電池の運転中の表面再結合が低減されている、請求項１０に記載の構造。
【請求項１８】
前記酸窒化物パッシベーション層が、シリコン基板の前面背面の両方に形成されている、請求項１０に記載の構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概括的には太陽電池に関し、より詳細には、太陽電池の構造及び製造プロセスに関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池は、太陽による照射を電気エネルギーに変換する装置である。太陽電池は、半導体プロセス技術を使用して、半導体ウェハ上に製造することができる。一般に、太陽電池は、ｐ型及びｎ型の活性拡散領域をシリコン基板に形成することによって製造することができる。太陽電池に当てられた太陽照射光によって、活性拡散領域へ移動する電子及び正孔が生じ、それにより活性拡散領域間の電圧差が生じる。背面電極（背面接触）型太陽電池では、活性拡散領域及びそれに結合されている金属格子の両方が、太陽電池の背面に設けられている。この金属格子によって、外部電気回路が、太陽電池に接続され且つ太陽電池により電力供給されるようになる。このような太陽電池における１つの問題又は制限は、時間経過に伴いその性能が低下する傾向である。言い換えれば、太陽電池は、時間経過に伴い信頼性及び効率が低くなる傾向を有している。本願出願人は、本開示が、太陽電池における上述の性能低下の問題を克服するか又は少なくとも部分的に克服する解決策を提供すると確信している。
【発明の概要】
【０００３】
１つの態様は、太陽電池の構造に関する。この構造は、シリコン基板並びにそのシリコン基板内に形成されたｐ型及びｎ型の活性拡散領域を含む。ｐ型及びｎ型の活性拡散領域上には少なくとも、酸窒化物パッシベーション層（保護層）が設けられる。この構造はさらに、酸窒化物パッシベーション層を通ってｐ型及びｎ型の活性拡散領域へと延びるコンタクト開口と、このコンタクト開口を介してｐ型及びｎ型の活性拡散領域に選択的に接触する金属格子線とを備えている。
【０００４】
別の態様は、太陽電池の製造方法に関する。ｐ型及びｎ型の活性拡散領域はシリコン基板内に形成され、酸窒化物パッシベーション層が少なくとも、ｐ型及びｎ型の活性拡散領域上に形成される。加えて、コンタクト開口が、酸窒化物パッシベーション層を通してｐ型及びｎ型の活性拡散領域へと形成され、コンタクト開口を介してｐ型及びｎ型の活性拡散領域に選択的に接触する金属格子線が形成される。
【０００５】
本書では、別の態様、側面及び特徴も開示する。
【０００６】
本発明の上記の又は別の特徴は、添付の図面及び特許請求の範囲を含む本開示全体を読むことにより当業者に容易に明らかとなろう。
【０００７】
なお、異なる図面において使用されている同じ参照番号は、同じ又は同類の構成要素を指すことに留意されたい。また、図面は、別途記載がない限り、必ずしも正しい縮尺で描かれているとは限らない。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一態様による、太陽電池構造の製造において使用されるシリコンウェハの概略的な断面図である。
【図２】本発明の一態様による、ドーピング源の堆積後のシリコンウェハの概略的な断面図である。
【図３Ａ】本発明の一態様による、炉内で加熱してドーパントをウェハ内へ拡散させた後のシリコンウェハの概略的な断面図である。
【図３Ｂ】本発明の一態様による、炉内で加熱した後のシリコンウェハの概略的な断面図であって、層状のドーパント源が酸化物又はガラス層として示されている。
【図４】本発明の一態様による、酸窒化物パッシベーション層を前面及び背面の両面に成長させた後のシリコンウェハの概略的な断面図である。
【図５】本発明の一態様による、背面側の酸窒化物パッシベーション層内にコンタクト開口を形成した後のシリコンウェハの概略的な断面図である。
【図６】本発明の一態様による、金属層を堆積させた後のシリコンウェハの概略的な断面図である。
【図７】本発明の一態様による、金属層をパターニングした後のシリコンウェハの概略的な断面図である。
【図８Ａ】本発明の一態様による、酸窒化物パッシベーション層を有する太陽電池の製造方法に関する概略的なチャートである。
【図８Ｂ】本発明の別の態様による、酸窒化物パッシベーション層を有する太陽電池の製造方法に関する概略的なチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本開示では、本発明の態様がよく理解されるように、多数の具体的な詳細、例えば構造及び製造ステップの例を示している。しかし、本発明が、１つ以上の具体的な詳細なしで実施可能であることは、当業者に認識されるであろう。また、本発明の特徴を不明瞭にすることを避けるため、よく知られた詳細については図示しないし説明もしない。
【００１０】
上述のように、太陽電池は、時間経過に伴い信頼性及び効率が低下する傾向を有する。本願出願人は、この低下の少なくとも一部が、経過時間にわたり太陽電池が湿気を含む熱（damp heat）に曝されることによって生じると考えている。本願出願人はさらに、そのような湿気を含む熱により水分が生じ、それが、太陽電池の装置側でパッシベーション層を通って拡散すると考えている。
【００１１】
本願出願人は、本開示が、太陽電池の構造及びその製造方法であって、太陽電池の装置側でのパッシベーション層を通した水分の拡散を防止又は低減する構造及び方法を提供すると確信している。また、出願人は、本発明の態様により製造された太陽電池が、時間経過に伴う性能低下の少ないものであることも確信している。本開示に基づき製造された太陽電池は、湿気を含む熱のある条件下でも信頼性及び効率をより十分に維持するものである。
【００１２】
さらに後述するように、本願出願人は、水分の拡散の作用から装置をより十分に遮蔽すべく酸窒化物パッシベーション層を組み込むための、太陽電池の構造を製造する修正されたプロセスを見出した。本願出願人はさらに、酸窒化物が、表面再結合の低減によって装置性能を改善することも確信している。
【００１３】
図１〜７に、本発明の一態様による修正された製造プロセスの様々な時点でのシリコン基板の断面図を示す。図８Ａ及び８Ｂに、本発明の態様による２つの可能な製造プロセスにおけるステップを図示するフローチャートを示す。
【００１４】
図１は、本発明の一態様による太陽電池構造の製造において使用されるシリコンウェハ１０１の概略的な断面図である。ウェハ１０１は、例えばｎ型シリコンウェハからなっていてよい。図１に示すように、ウェハの前面１０３及び背面１０４を表示する。
【００１５】
製造プロセスにおいて、前面１０３及び背面１０４を湿式エッチングプロセスによって、例えば水酸化カリウム及びイソプロピルアルコールを使用してテクスチャリングすることが望ましいだろう。前面１０３のテクスチャリングは、太陽光捕集効率を改善する上で有利となり得る。
【００１６】
図２は、本発明の一態様による、背面１０４にドーパント源（２０２及び２０４）を堆積させた後のシリコンウェハ１０１の概略的な断面図である。ドーパント源２０２及び２０４は、ブランケット堆積によって形成してその後パターニングするのではなく、選択的に堆積させる。ドーパント源２０２及び２０４は、例えば工業インクジェット印刷又はスクリーン印刷を使用して、それらをウェハの背面１０４に直接的に印刷することによって選択的に堆積させることができる。例えば、工業インクジェット印刷を利用する場合には、ドーパント源２０２及び２０４は、異なるプリントヘッド又は同じプリントヘッドの異なるノズル群によって吐出させることができる。ドーパント源２０２及び２０４は、１つ以上のプリントヘッドの単一のパス又は複数のパスで印刷することができる。ドーパント源のインクジェット印刷に適した材料は、溶剤（例えばイソプロピルアルコール）、有機シロキサン及び触媒の適切にドープされた組合せを含んでいてよく、一方、ドーパント源のスクリーン印刷に適した材料は、溶剤、有機シロキサン、触媒及び充填材（例えばＡｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２又はＳｉＯ２粒子）の適切にドープされた組合せを含んでいてよい。
【００１７】
第１のドーパント源２０２は、ｎ型ドーパント、例えばリンを含む。第２のドーパント源２０４は、ｐ型ドーパント、例えばホウ素を含む。１つの実施例では、ドーパント源中のドーパント濃度は均一であるか又は実質的に均一である。別の実施例では、各ドーパント源中のドーパント濃度は、濃度プロファイルに基づいて異なっていてもよい。そのような濃度プロファイルは、各ドーパント源領域を、印刷される複数のサブ領域に分割することによって達成することができ、各サブ領域は、高濃度の（Ｎ＋若しくはＰ＋）又は低濃度の（Ｎ−若しくはＰ−）濃度のドーパントを有する。
【００１８】
ドーパントは、炉内にウェハ１０１を置くことによって、ドーパント源（２０２及び２０４）からシリコンウェハ１０１中へと拡散する。図３Ａは、本発明の一態様による、ドーパントをウェハ中へと拡散させるべく炉内で加熱した後のシリコンウェハの概略的な断面図である。図示のように、拡散ステップによって、ｎ型ドーパントがドーパント源２０２からウェハ１０１内へと拡散し、Ｎ＋活性拡散領域３０２が形成される。また、この拡散ステップによって、ｐ型ドーパントがドーパント源２０４からウェハ１０１内へと拡散し、Ｐ＋活性拡散領域３０４が形成される。拡散ステップの後、ドーパント源（２０２／２０４）の層は、図３Ｂに示すように、酸化物又はガラスの層３０６となる。この層３０６は、装置のある側（ここでは背面）を保護するための初期のパッシベーション層として考えることができる。
【００１９】
本発明の一態様によれば、酸窒化物パッシベーション層４０２を提供するための１つの又は複数の次のステップを行うことができる。上述のように、出願人は、このような酸窒化物パッシベーション層４０２が、水分の太陽電池基板中への拡散を緩慢にするか又は防止し、それにより、太陽電池の時間経過に伴う性能低下をより少なくすると確信している。酸窒化物パッシベーション層４０２は、水分の有害な拡散を防ぐ点で、従来の二酸化ケイ素のパッシベーション層よりも優れている。さらに、本願出願人は、このような酸窒化物層が、表面再結合を低減させることによって、装置性能を向上させることを確信している。
【００２０】
図４は、本発明の一態様によるシリコンウェハの概略的な断面図であり、前面及び背面において酸窒化物パッシベーション層４０２を成長させた後のものである。以下にさらに述べるように、図８Ａ及び８Ｂとも関連して、酸窒化物パッシベーション層４０２は、二酸化ケイ素（図８Ａのブロック８１０を参照）の成長の間、炉内に窒素ガスを導入するか、又は酸化物成長（図８Ｂのブロック８５０及び８５２を参照）後に窒素環境中でウェハをアニールすることによって成長させることができる。
【００２１】
図５は、本発明の一態様によるシリコンウェハの概略的な断面図であり、背面１０４で酸窒化物パッシベーション層４０２にコンタクト開口５０２を形成した後のものである。説明を簡単にするために、初期のパッシベーション層３０６は、図５〜７では、酸窒化物パッシベーション層４０２の一部として組み込まれている。図５のコンタクト開口５０２は、ウェハの背面１０４で、酸窒化物パッシベーション層４０２に、例えばマスクをインクジェット又はスクリーン印刷し、その後湿式エッチングを行うことによって形成することができる。図６は、本発明の一態様による、金属層６０２を堆積させた後のシリコンウェハの概略的な断面図である。金属層６０２は、例えばアルミニウムを含んでいてよい。金属層６０２は、例えばマスクをインクジェット又はスクリーン印刷し、その後湿式エッチングを行うことによってパターニングすることができる。図７は、本発明の一態様による、金属層をパターニングした後のシリコンウェハの概略的な断面図である。パターニングは、ウェハの背面で金属格子線を形成する。金属格子線は、図７の断面図では明らかになっていないが、背面の二次元平面図を示した場合に見ることができることに留意されたい。
【００２２】
図１〜７は、酸窒化物パッシベーション層を備えた背面電極型太陽電池を製造するプロセスのステップを示したものであるが、本発明の別の態様は、酸窒化物パッシベーション層を備えた前面接触（前面電極）型太陽電池の製造に関するものであってよい。
【００２３】
図８Ａは、本発明の一態様による、酸窒化物パッシベーション層を備えている太陽電池を製造する方法８００の概略図である。この方法ではまず、シリコンウェハを得る（ブロック８０２）。例えば、ウェハは、ｎ型（又は別態様ではｐ型）シリコンウェハであってよい。
【００２４】
前面及び背面を、湿式エッチングにより処理し、それにより、表面をテクスチャリングする（ブロック８０４）。前面のテクスチャリングは、太陽光捕集効率の向上において有利となり得る。別のプロセスでは、前面を、後続の処理ステップで湿式エッチングによってテクスチャリングすることができる。いくつかのプロセスでは、背面を、湿式エッチングからマスクしてもよいし、湿式エッチング後に研磨してもよい。ドーピング源（ｎ型及びｐ型）は、装置側（例えば背面）に堆積させることができる（ブロック８０６）。例えば、堆積は、工業インクジェット印刷又はスクリーン印刷によって行うことができる。その後、ウェハを高温の炉内に置いて、それにより、ドーパントが源からウェハの対応する領域内へと拡散する（ブロック８０８）。
【００２５】
続いて、酸窒化物パッシベーション層を、炉内に窒素ガスを導入することによって、二酸化ケイ素の成長中に前面及び背面の表面で成長させることができる（ブロック８１０）。言い換えれば、酸窒化物層は、従来の酸素ガスに加えて窒素ガスを導入することによって、炉内で成長させることができる。
【００２６】
その後、ウェハの装置側で、コンタクト開口を、酸窒化物パッシベーション層を貫通して形成することができる（ブロック８１２）。続いて、金属層（例えばアルミニウム）を装置側に堆積させることができる（ブロック８１４）。さらに、金属層を、例えばインクジェット又はスクリーン印刷し、その後湿式エッチングすることによって、パターニングすることができる（ブロック８１６）。
【００２７】
図８Ｂは、本発明の別の態様による、酸窒化物パッシベーション層を有する太陽電池を製造する方法の概略図である。図８Ｂは、図８Ａとは、酸窒化物パッシベーション層を形成する処理ステップで違いがある。図８Ｂでは、酸窒化物パッシベーション層を、ウェハの前面及び背面の表面での二酸化ケイ素パッシベーション層の第１の成長によって形成する（ブロック８５０）。その後、ウェハを窒素環境中でアニールし、酸化物を酸窒化物へと変化させる（ブロック８５２）。
【００２８】
特定の適切なステップについて、図８Ａ及び８Ｂの２つの例示的なプロセスで示し且つ上述したが、太陽電池の製造はもちろん、様々な別の及び／又は追加的なステップを含む。さらに、上の記述では、背面電極型太陽電池（コンタクトが背面、つまり太陽光とは反対の側にある）の態様に焦点を当てているが、前面電極型太陽電池の態様をも意図されていて、その場合も同様に、ここに開示の酸窒化物パッシベーション層からの利益を受ける。
【００２９】
本発明の特定の態様を提供しているが、これらの態様は、例示のためであり、制限を目的としたものではないことを理解されたい。多くの追加的な態様が、本開示を読む当業者に明らかになるだろう。
【図１】
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【図２】
2010524254.tif 000004
【図３Ａ】
2010524254.tif 000005
【図３Ｂ】
2010524254.tif 000006
【図４】
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【図５】
2010524254.tif 000008
【図６】
2010524254.tif 000009
【図７】
2010524254.tif 000010
【図８Ａ】
2010524254.tif 000011
【図８Ｂ】
2010524254.tif 000012
【国際調査報告】
2010524254.tif 000013