(57)【要約】  対向する第１面と第２面とを備える半導体基板を形成するステップと、基板厚さにわたる第１ドーパント元素の注入と、第１活性化温度での注入された第１ドーパント元素の熱活性化と、によってドープされた第１半導体領域を、基板の第１面に形成するステップと、基板厚さにわたる第２ドーパント元素の注入と、第１活性化温度より低い第２活性化温度での注入された第２ドーパント元素の熱活性化と、によってドープされた第２半導体領域を、基板の第２面に形成するステップと、を含む、太陽電池の製造方法。少なくとも第１ドーパント元素の熱活性化はレーザー照射によって実施され、照射パラメータは、最大で基板の第１のマイクロメートルの深さまで前記照射が吸収されるように選択される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
・対向する第１面（１２）と第２面（１６）とを備える半導体基板（１０）を形成するステップと、
・基板厚さにわたる第１ドーパント元素の注入と、第１活性化温度での注入された第１ドーパント元素の熱活性化と、によってドープされた第１半導体領域（１４）を、基板（１０）の第１面（１２）に形成するステップと、
・基板厚さにわたる第２ドーパント元素の注入と、前記第１活性化温度より低い第２活性化温度での注入された第２ドーパント元素の熱活性化と、によってドープされた第２半導体領域（１８）を、基板（１０）の第２面（１６）に形成するステップと、
を含む、太陽電池の製造方法であって、
前記基板は５０マイクロメートより大きい厚さを有し、少なくとも前記第１ドーパント元素の熱活性化はレーザー照射によって実施され、照射パラメータは、最大で前記基板の第１のマイクロメートルの深さまで前記照射が吸収されるように選択されることを特徴とする、太陽電池の製造方法。
【請求項２】
一旦イオン注入が完了すると熱活性化が実施されることを特徴とする、請求項１に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項３】
前記第２ドーパント元素の熱活性化は、熱アニール又はレーザー照射によって実施されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項４】
前記第１ドーパント元素はホウ素原子であり、前記第２ドーパント元素はリン原子であることを特徴とする、請求項１から３の何れか１項に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項５】
前記第１面のレーザー照射は、１５０ナノメートルから６００ナノメートルの範囲の波長を有するレーザー照射であることを特徴とする、請求項１から４の何れか１項に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項６】
注入されたホウ素原子を含む前記第１面のレーザー照射は、１から７Ｊ／ｃｍ２の範囲のフルエンス及び１０ナノ秒から１マイクロ秒の範囲のパルス持続時間を有するパルスレーザーによる照射であることを特徴とする、請求項１から５の何れか１項に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項７】
特にシリコンで作られた前記基板は、５０マイクロメートルから３００マイクロメートルの範囲の厚さ、好ましくは１８０マイクロメートルの厚さを有することを特徴とする、請求項１から６の何れか１項に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項８】
前記基板はｐドープ半導体基板であり、前記第１半導体領域はｎドープ領域であり、前記第２半導体領域はｐドープ領域であることを特徴とする、請求項１から７の何れか１項に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項９】
前記基板はｎドープ半導体基板であり、前記第１半導体領域はｎドープ領域であり、前記第２半導体領域はｐドープ領域であることを特徴とする、請求項１から７の何れか１項に記載の太陽電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ドーパントの注入及び熱活性化によってドープされた２つの領域を含む半導体マイクロコンポーネントの製造に関する。本発明はより具体的には、太陽電池に適用される。
【背景技術】
【０００２】
概略的に、太陽電池は、通常ドープされた、例えばｐドープされたシリコンで作られた半導体基板を含み、その一面、通常照射を受けることが意図された前面は、反対のドーピングでドープされた層、例えばｎ−ドープ層で覆われ、故に太陽電池の照射によって生じた光キャリアを集めるｐｎ接合を形成する。ｎ層はさらに、良好な光子吸収を提供するために反射防止層で覆われ、電気接点が、生じた電流を集めるためにｎ層に提供される。
【０００３】
電池効率を向上させるために、基板と同じドーピング型の高濃度にドープされた領域、例えばその高いｐ型ドーパント濃度により「ｐ＋」と呼ばれる層が、基板の他方の面に形成される。この領域は通常、「ＢＳＦ」（「Ｂａｃｋ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｆｉｅｌｄ」）領域と呼ばれる。
【０００４】
ｎ層は例えば、例えば非特許文献１に記載されているように、数十分にわたる８５０−９５０℃の温度でのＰＯＣｌ３ガス拡散のステップを用いて、又は、例えば非特許文献２に記載されているように、リン原子のイオン注入及びそれに続く注入された原子の熱活性化のステップを用いて形成される。
【０００５】
ＢＳＦ層は例えば、基板の裏面全体にわたってアルミニウムを含むスクリーン印刷ペーストを堆積させることによって形成される。「Ａｌ−ＢＳＦ」と呼ばれるこのようなＢＳＦ層は次いで、例えば非特許文献３に記載されているように、例えば６５００ｍｍ／ｍｉｎのベルト速度を有する８８５℃の温度の連続加熱炉において、アニールによって活性化される。
【０００６】
Ａｌ−ＢＳＦ層はしかしながら、２つの問題を引き起こす。まず、基板の裏面全体へのスクリーン印刷ペーストの堆積は、シリコンとスクリーン印刷ペーストとの間の異なる熱膨張係数により、Ａｌ−ＢＳＦ層を活性化するのに必要なアニールの間、その顕著な曲げを引き起こす。この影響は、例えば非特許文献４に記載されているように、存在する異なる層が薄い場合にますます強くなり、このように製造された太陽電池の良好なモジュール配置に非常に不利となる。次に、シリコンにおけるアルミニウムの低い溶解性により、ＢＳＦ層の形成を証明する（ｊｕｓｔｉｆｙ）所望の電界効果が低くなり、故に、Ａｌ−ＢＳＦによって提供される効率向上を制限する。
【０００７】
従って、Ａｌ−ＢＳＦに対する様々な代替物がこれらの問題を解決するために研究されてきた。現在使用されている方法は故に、Ａｌ−ＢＳＦ層の代わりに、通常「Ｂ−ＢＳＦ」と呼ばれるホウ素ベースのＢＳＦ層の使用を含む。Ｂ−ＢＳＦ層は基板の前面におけるｎ領域と同様に、例えば、ＢＣｌ３又はＢＢｒ３タイプのガス拡散を用いて、しかしまた、ホウ素原子の注入及びそれに続く注入された原子の熱活性化のステップを用いて形成され得る。
【０００８】
従って、ｎ層に対してリンイオン注入を使用し、Ｂ−ＢＳＦに対してホウ素イオン注入を使用することによって太陽電池を形成することが想定され得る。このような電池の問題は、注入された原子を活性化するのに必要な熱アニール温度がホウ素とリンとで非常に異なることである。従って、リンに対しては８５０℃より低い温度が必要であり、一方で、ホウ素は活性化に１０００℃より高い温度を必要とする。この問題を解消するために、２つのイオン注入及びそれら２つのそれぞれの熱アニールが別個に実施される。まず、ＢＳＦ層を得るためにホウ素が基板の裏面に注入され、その後こうして得られたアセンブリが１０００℃でアニールされる。次に、リンが前面に注入されて、得られたアセンブリが次いで８５０℃でアニールされるが、ホウ素はこの「低温」ステップによって影響を全く受けないか、又は僅かにのみ受ける。さらなる詳細については、例えば非特許文献２（Ｄ．Ｌ．Ｍｅｉｅｒらの文献）を閲覧し得る。
【０００９】
別個の注入及び熱アニールステップの実施はしかしながら、多くの欠点を有する。具体的に、イオン注入ステップは通常、汚染リスクを制限するために、真空下及びクリーンルーム内での実施を必要とする。熱活性化温度の不一致によってもたらされるこのような別個の実施は故に、少なくとも一度真空が破壊されることを意味し、汚染の観点で、それらの製造の最も重要な局面の間の太陽電池操作を増加させる。
【００１０】
さらに、非常に高い温度（ホウ素の活性化に必要とされるような１０００℃を超える温度）での熱アニールの実施は、基板全体に適用され、基板の一般的なバルク寿命の低下を生じさせる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】Ｊ．Ｃ．Ｃ．Ｔｓａｉの文献「Ｓｈａｌｌｏｗ  Ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ  Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ  Ｐｒｏｆｉｌｅｓ  ｉｎ  Ｓｉｌｉｃｏｎ」（Ｐｒｏｃ．  ｏｆ  ｔｈｅ  ＩＥＥＥ  ５７（９），１９６９，ｐｐ．１４９９−１５０６）
【非特許文献２】Ｄ．Ｌ．Ｍｅｉｅｒらの文献「Ｎ−ｔｙｐｅ，ｉｏｎ  ｉｍｐｌａｎｔｅｄ  ｓｉｌｉｃｏｎ  ｓｏｌａｒ  ｃｅｌｌｓ  ａｎｄ  ｍｏｄｕｌｅｓ」（Ｐｒｏｃ．  ３７ｔｈ  ＰＶＳＣ，２０１１）
【非特許文献３】Ｂ．Ｓｏｐｏｒｉらの文献「Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ  ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ  ｉｎ  ｔｈｅ  ｆｉｒｅ−ｔｈｒｏｕｇｈ  ｃｏｎｔａｃｔ  ｍｅｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｓｉ  ｓｏｌａｒ  ｃｅｌｌｓ：ａ  ｒｅｖｉｅｗ」（１７ｔｈ  Ｗｏｒｋｓｈｏｐ  ｏｎ  Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｓｏｌａｒ  Ｃｅｌｌｓ  ＆  Ｍｏｄｕｌｅｓ：Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  ａｎｄ  Ｐｒｏｃｅｓｓ，Ｖａｉｌ，Ｃｏｌｏｒａｄｏ，ＵＳＡ，Ａｕｇｕｓｔ  ５−８  ２００７）
【非特許文献４】Ｆ．Ｈｕｓｔｅｒの文献「Ａｌｕｍｉｎｕｍ−Ｂａｃｋ  ｓｕｒｆａｃｅ  ｆｉｅｌｄ：ｂｏｗ  ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｅｌｉｍｉｎａｔｉｏｎ」（Ｐｒｏｃ．  ２０ｔｈ  ＥＵＰＶＳＥＣ，２００５）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の目的の１つは、イオン注入及び熱活性化によってドープされた２つの面を有する太陽電池の製造方法であって、異なる熱活性化温度によって引き起こされる製造制約を最小化し、具体的に温度が不一致である場合に完全に別個の注入及び活性化を有さずに済むようにできる、方法を提供することである。
【００１３】
本発明の別の目的は、基板の寿命を変更しない方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
この目的のために、本発明は、
・対向する第１面と第２面とを備える半導体基板を形成するステップと、
・基板厚さ（ｓｕｂｓｔｒａｔｅ  ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ）にわたる第１ドーパント元素の注入と、第１活性化温度での注入された第１ドーパント元素の熱活性化と、によってドープされた第１半導体領域を、基板の第１面に形成するステップと、
・基板厚さにわたる第２ドーパント元素の注入と、第１活性化温度より低い第２活性化温度での注入された第２ドーパント元素の熱活性化と、によってドープされた第２半導体領域を、基板の第２面に形成するステップと、
を含む、太陽電池の製造方法を目的とする。
【００１５】
本発明によると、基板は５０マイクロメートルより大きい厚さを有し、少なくとも第１ドーパント元素の熱活性化はレーザー照射によって実施され、照射パラメータは、最大で基板の第１のマイクロメートル（ｆｉｒｓｔ  ｍｉｃｒｏｍｅｔｅｒ）に対応する深さまで照射が吸収されるように選択される。
【００１６】
言い換えると、レーザー照射は、照射された面（基板における照射吸収の深さ程度の深さまで、つまり１マイクロメートル程度の深さまで）の局所的な強い温度上昇を可能にするため、照射された面に注入されたドーパント元素の熱活性化を引き起こす。さらに、照射は局所的であり、基板は熱を分散させるため、照射された面に対向する面は加熱されないか、又は極僅かにのみ加熱される。従って、有意な加熱を与えることなく、この他方の面にドーパント元素を注入することができる。従って、基板の一方の面にホウ素原子を注入し、基板の他方の面にリン原子を注入し、リン原子を注入した面に過剰な加熱を与えることなく、ホウ素原子を注入した面にレーザーを照射することができる。
【００１７】
一実施形態によると、一旦イオン注入が完了すると、熱活性化が実施される。具体的に、イオン注入は同一の真空筐体で実施されるため、その実施の間に真空は破壊されない。代わりに、イオン注入は熱活性化の前に実施される。例えば、元素のイオン注入の直後にその熱活性化が続いてもよい。
【００１８】
一実施形態によると、第２ドーパント元素の熱活性化は、熱アニールによって実施される。代わりに、熱活性化はまた、レーザー照射、具体的に第１元素を活性化する照射ステップとは別個である照射ステップによって実施され得る。
【００１９】
一実施形態によると、第１ドーパント元素はホウ素原子であり、第２ドーパント元素はリン原子である。
【００２０】
一実施形態によると、第１面のレーザー照射は、１５０ｎｍから６００ｎｍの範囲の波長を有し、１から７Ｊ／ｃｍ２の範囲の表面電力密度を有し、１０ナノ秒から１マイクロ秒の範囲のパルス持続時間を有するパルスレーザーで実施される。このような照射により、１マイクロメートルより小さい深さまで高温（１０００℃程度以上）を得ることができる。
【００２１】
具体的に、注入されたホウ素原子を含む第１面のレーザー照射は、３Ｊ／ｃｍ２程度のフルエンス及び１５０ナノ秒程度の持続時間を有するパルスレーザーを用いた照射である。このようなレーザー照射により、具体的に、基板の一面に注入されたホウ素原子の熱活性化のために、１０００℃を超える加熱を得ることができる。
【００２２】
一実施形態によると、特にシリコンで作られた基板は、５０マイクロメートルから３００マイクロメートルの範囲の厚さ、好ましくは１８０マイクロメートルの厚さを有する。
【００２３】
一実施形態によると、基板はｐドープ半導体基板であり、第１半導体領域はｎドープ領域であり、第２半導体領域はｐドープ領域である。
【００２４】
代わりに、基板はｎドープ半導体基板であり、第１半導体領域はｎドープ領域であり、第２半導体領域はｐドープ領域である。
【００２５】
本発明は、添付の図面に関連して例示のためにのみ提供された以下の説明を読むことによって、より良く理解されるであろう。ここで同一の参照番号は、同一又は類似の構成要素を示す。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明による太陽電池の製造方法を示す簡略断面図である。
【図２】本発明による太陽電池の製造方法を示す簡略断面図である。
【図３】本発明による太陽電池の製造方法を示す簡略断面図である。
【図４】本発明による太陽電池の製造方法を示す簡略断面図である。
【図５】本発明による太陽電池の製造方法を示す簡略断面図である。
【図６】本発明による太陽電池の製造方法を示す簡略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図１から６を参照すると、本発明による太陽電池の製造方法は、ｐドープシリコン基板１０を形成することで開始され（図１）、その厚さは５０マイクロメートルより大きく、特に５０マイクロメートルから３００マイクロメートルの範囲の厚さであり、例えば１８０マイクロメートルであり、場合によっては、例えば４０分にわたる８０℃の温度での１％ＫＯＨ溶液の適用によるその一方の面１２のケミカルテクスチャリングが続く。
【００２８】
面１２は、電流に変換される照射を受けることが意図され、以下では「前」面と呼ばれる。
【００２９】
本方法では、前面１２におけるリン原子のイオン注入が続行され（図２）、例えば、当該技術水準でそれ自体既知である、５から５０ｋｅＶの範囲、例えば３０ｋｅＶの電力及び１０１４ａｔ／ｃｍ２から６．１０１５ａｔ／ｃｍ２の範囲、例えば４．１０１５ａｔ／ｃｍ２の投与量（ｄｏｓｅ）を有するＰＯＣｌ３タイプの注入、又はプラズマ浸漬が実施され、１００ナノメートルより小さい標準的な厚さを有する前面１２上のリン注入領域１４を得る。
【００３０】
次に、ホウ素原子のイオン注入が、前面１２に対向する面１６又は「裏」面で実施され（図３）、例えば、当該技術水準でそれ自体既知である、５から３０ｋｅＶの範囲、例えば１０ｋｅＶの電力及び１０１４ａｔ／ｃｍ２から５．１０１５ａｔ／ｃｍ２の範囲、例えば３．１０１５ａｔ／ｃｍ２の投与量を有するＢＣｌ３若しくはＢＢｒ３タイプの注入、又はプラズマ浸漬が実施され、１００ナノメートルより小さい標準的な厚さを有する裏面１６上のホウ素注入領域１８を得る。
【００３１】
好ましくは、リン及びホウ素イオン注入は、イオン注入装置の同一の真空筐体で実施され、これにより、これら２つの注入間で真空を破壊せずに済むようにでき、故に汚染リスクを最小化する。
【００３２】
本方法では次いで、レーザーでの裏面１６の全部又は一部のレーザー照射が続行され、その中に注入されたホウ素原子を熱的に活性化させ、（標準的に、５００ナノメートルより小さい、例えば２００ナノメートル程度の深さまでの）深さで拡散させるため、前面１２及びその中に位置するリン原子にダメージを与えることなくＢ−ＢＳＦ層を形成する（図４）。第１元素の熱活性化は、特に非常に短時間、このような照射を可能にするレーザーを用いて裏面１６全体を照射することによって、有利には実施される。
【００３３】
より具体的には、裏面でのホウ素原子の熱活性化は、１５０ナノ秒に等しいパルス持続時間を有し、２００ｋＨｚでパルスされ、３Ｊ／ｃｍ２に等しいエネルギー密度又はフルエンスを有する、３０８ナノメートルのパルスエキシマーレーザーを用いて実施され、それにより、局所的に１０００℃を超える温度に到達することができる。利用可能なレーザーに応じて照射パラメータを適合させることは当業者の能力の範囲内であり、それは１マイクロメートルより小さい、有利には５００又は３００ナノメートルより小さい厚さ又は深さにわたって照射を吸収させ、加熱して１０００℃程度に維持するのに十分である（そして何れの場合も、材料にダメージは与えない）。
【００３４】
標準的に、レーザー照射は、１５０ナノメートルから６００ナノメートルの範囲の波長を有し、１から７Ｊ／ｃｍ２の範囲の表面電力密度を有し、１０ナノ秒から１マイクロ秒の範囲のパルス持続時間及び１ｋＨｚから１ＧＨｚの範囲のパルス速度を有するパルスレーザーで実施され得る。
【００３５】
前面１２に注入されたリン原子の熱活性化が、好ましくは酸化チューブにおける８４０℃での熱アニールによって、レーザー照射によって、又は急速熱処理（若しくはＲＴＰアニール）によって、次いで実施される（図５）。
【００３６】
パッシベーション機能も有する反射防止層２０が次いで、電池の前面１２に堆積されるが、それは例えば、４５０℃の温度で４４０ｋＨｚ周波数のＰＥＣＶＤ（「Ｐｌａｓｍａ  Ｅｎｈａｎｃｅｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ」）によって堆積された７５ナノメートルの厚さを有するＳｉＮｘの層である。
【００３７】
パッシベーション層２２がまた、裏面１６に堆積されるが、それは例えば、４５０℃の温度で４４０ｋＨｚ周波数のＰＥＣＶＤによって堆積された１５ナノメートルの厚さを有するＳｉＮｘの層である。
【００３８】
最後に、有利にはグリッド形態である前面接点２４及び裏面接点２６が、電池の前面１２及び裏面１６上に形成され、その後前記接点２４、２６はアニールされる（図６）。
【００３９】
例えば、前面のスクリーン印刷によるメタライゼーションが、２．１ミリメートルのピッチを有する７０マイクロメートルの開口のネットワークを含むマスク上に堆積された銀ペーストで実施され、裏面のメタライゼーションが、１ミリメートルのピッチを有する７０マイクロメートルの開口を含むマスク上に堆積されたアルミニウムペーストで実施され、その後、前面接点及び裏面接点は、２０００から６５００ｍｍ／ｍｉｎの範囲の速度で、８５０から１０５０℃の範囲の温度において、セントサーム（Ｃｅｎｔｒｏｔｈｅｒｍ）型の赤外炉でアニールされる。
【００４０】
ｐ型基板を有する太陽電池の形成への本発明の適用について説明してきた。本方法はまた、いわゆる「逆のｎ型」電池を製造するためのｎ型基板を有する太陽電池にも適用される。この場合、裏面に位置し、ホウ素を含むドープされた半導体領域は、エミッタとして機能し、一方でリンを含む前面のドープされた半導体領域は、裏面ＢＳＦ層と等価の役割を前面に対して果たす、いわゆるＦＳＦ（「Ｆｒｏｎｔ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｆｉｅｌｄ」）層である。
【００４１】
本発明はまた、上述のような、ホウ素注入及びそれに続くレーザー照射による熱活性化を用いて形成される、標準的なｎ型構造、つまりｐ型エミッタを前面に含む構造の形成にも適用され、また、従来の注入及び熱活性化、又は従来の注入及びレーザー照射による活性化によって得られる裏面の注入リンＢＳＦ層の形成にも適用される。
【００４２】
本発明による方法はまた、ｐ型基板を有する太陽電池に対する選択的前面エミッタの形成、又は逆のｎ型電池の場合の選択的ＦＳＦ層の形成、及び／又は太陽電池の裏面にある局所的ＢＳＦ層の形成にも適用される。
【符号の説明】
【００４３】
１０  基板
１２  前面
１４  リン注入領域
１６  裏面
１８  ホウ素注入領域
２０  反射防止層
２２  パッシベーション層
２４  前面接点
２６  裏面接点
【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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【国際調査報告】
2015508573.tif 000009
2015508573.tif 000010
2015508573.tif 000011
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