(57)【要約】  多重ドープ接合を基板上に形成する方法が開示される。方法には、ホウ素でドープされた基板を提供することであって、基板が、第１の表面領域および第２の表面領域を備えた第１の基板表面を含むことが含まれる。方法にはまた、第１のナノ粒子セットを第１の表面領域上に堆積することであって、第１のナノ粒子セットが第１のドーパントを含むことが含まれる。方法には、不活性環境において、基板を、第１の温度まで第１の期間にわたって加熱して第１の高密度膜を生成すること、およびさらに、第１の表面領域下の基板に、第１の拡散深さを備えた第１の拡散領域を生成することがさらに含まれる。方法にはまた、基板を、第２の温度で第２の期間にわたって、リンを含む拡散ガスにさらして、第１の基板表面上にＰＳＧ層を生成すること、およびさらに、第２の表面領域下の基板に第２の拡散深さを備えた第２の拡散領域を生成することが含まれるが、この場合に、第１の拡散領域は、第２の拡散領域に隣接している。方法には、さらに、基板を、第３の温度で第３の期間にわたって酸化ガスにさらすことが含まれ、この場合に、ＳｉＯ２層が、ＰＳＧ層と基板表面との間に形成され、ここで、第１の拡散深さは、第２の拡散深さよりかなり大きい。
2012507855.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多重ドープ接合を基板上に形成する方法であって、
ホウ素でドープされた前記基板を提供することであって、前記基板が、第１の表面領域および第２の表面領域を備えた前面を有することと、
第１のドーパントを含む第１のナノ粒子セットを前記第１の表面領域上に堆積することと、
不活性環境において、前記基板を、第１の温度まで第１の期間にわたって加熱し、それによって、第１の高密度膜と、前記第１の表面領域下の前記基板に、第１の拡散深さを有する第１の拡散領域と、を生成することと、
前記基板を、第２の温度で第２の期間にわたって、リンを含む拡散ガスにさらし、それによって、前記前面の前記第２の表面領域上におけるＰＳＧ層と、前記第２の表面領域下の前記基板に第２の拡散深さを有する第２の拡散領域と、を生成することであって、前記第１の拡散領域が、前記第２の拡散領域に隣接していることと、
前記基板を、第３の温度で第３の期間にわたって酸化ガスにさらし、それによって、前記ＰＳＧ層と前記前面との間にＳｉＯ２層を形成し、前記第２の拡散深さに比例して前記第１の拡散深さを増加させることと、
を含む方法。
【請求項２】
前記第１の温度が約５００℃〜約１０００℃である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１の温度が７５０℃〜８５０℃である、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第１の温度が約８００℃である、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記第１の期間が約５秒〜約２分である、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記第１の期間が約５秒〜約２０秒である、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記第１の期間が約１５秒である、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記拡散ガスが、ＰＯＣｌ３、Ｏ２、およびＮ２を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記第２の温度が、約７００℃〜約１０００℃であり、前記第２の期間が、約５分〜約３０分である、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記第２の温度が、約７５０℃〜約８５０℃であり、前記第２の期間が、約１０分〜約２０分である、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記第２の温度が約８００℃であり、前記第２の期間が約１５分である、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記第３の温度が、約８００℃〜約１１００℃である、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第３の温度が、９５０℃〜約１０５０℃である、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記第３の温度が約１０００℃である、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記第３の期間が、約１５分〜約３０分である、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記第１のナノ粒子セットを堆積した後に、第２のドーパントを含む第２のナノ粒子セットを、前記基板の裏面における第３の表面領域上に堆積することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記基板の前記加熱ステップが、第２の高密度膜と、第３の拡散深さを有する第３の拡散領域と、を前記第３の表面領域下の前記基板にさらに生成する、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記第１のドーパントがリンであり、前記第２のドーパントがホウ素である、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記基板を前記拡散ガスにさらす前に、第１の金属ペーストを前記基板上の裏面に堆積することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
前記基板を前記酸化ガスにさらした後に、少なくとも１つの表面不動態化層を前記基板の前記前面上に堆積することと、第２の金属ペーストを前記少なくとも１つの表面不動態化層上に堆積することと、をさらに含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
多重ドープ接合を基板上に形成する方法であって、
ホウ素でドープされた前記基板を提供することであって、前記基板が、第１の表面領域および第２の表面領域を備えた前面を有することと、
第１のドーパントを含む第１のナノ粒子セットを前記第１の表面領域上に堆積することと、
前記基板を、第１の温度で第１の期間にわたって、リンを含む拡散ガスにさらし、それによって、前記第１の表面領域下の前記基板における、第１の拡散深さを有する第１の拡散領域と、前記前面の前記第２の表面領域上におけるＰＳＧ層と、第２の表面領域下の前記基板における、第２の拡散深さを有する第２の拡散領域と、を生成することと、
前記基板を、第２の温度で第２の期間にわたって酸化ガスにさらし、それによって、前記ＰＳＧ層と前記前面との間にＳｉＯ２層を形成し、かつ前記第２の拡散深さに比例して前記第１の拡散深さを増加させることと、
を含む方法。
【請求項２２】
前記拡散ガスが、ＰＯＣｌ３、Ｏ２、およびＮ２を含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記第１の温度が、約７００℃〜約１０００℃であり、前記第１の期間が、約５分〜約３０分である、請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
前記第１の温度が約８００℃であり、前記第１の期間が約１５分である、請求項２１に記載の方法。
【請求項２５】
前記第２の温度が、約８００℃〜約１１００℃である、請求項２１に記載の方法。
【請求項２６】
前記第２の温度が約１０００℃である、請求項２１に記載の方法。
【請求項２７】
前記第２の期間が、約１５分〜約３０分である、請求項２１に記載の方法。
【請求項２８】
前記第１のナノ粒子セットを堆積した後に、第２のドーパントを含む第２のナノ粒子セットを、前記基板の裏面における第３の表面領域上に堆積することをさらに含み、前記第２のドーパントが、前記第１のドーパントのカウンタードーパントである、請求項２１に記載の方法。
【請求項２９】
前記第１のドーパントがリンであり、前記第２のドーパントがホウ素である、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記第１のナノ粒子セットの堆積後に、第１の金属ペーストを前記基板の裏面上に堆積することをさらに含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項３１】
前記基板を前記酸化ガスにさらした後に、少なくとも１つの表面不動態化層を前記基板の前記前面上に堆積することと、第２の金属ペーストを前記少なくとも１つの表面不動態化層上に堆積することと、をさらに含む、請求項３０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般にｐｎ接合に関し、特に多重ドープ接合を基板上に形成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体は、現代エレクトロニクスの基礎を形成する。導電性と絶縁性との間で選択的に変更して制御することができる物理的特性を有するため、半導体は、最新の電気装置（例えば、コンピュータ、携帯電話、光電池等）において不可欠である。
【０００３】
最も有用な半導体構造の１つが、ｐｎ接合である。多くの電子および電気装置の基本構成要素であるｐｎ接合は、一方向に電流を導通させ、もう一方の方向では電流をブロックする傾向があり、かつ電界を生成する傾向がある。この最後の特性は、太陽電池などの電荷抽出用途に有用である。
【０００４】
典型的な太陽電池において、吸収された光は、一般に電子−正孔ペアを生成する。そのとき、電界（または内蔵電位）内の接合におけるｐ型側の電子は、（通常リンでドープされた）ｎ型領域へ引き付けられ、（通常ホウ素でドープされた）ｐ型領域から反発される可能性があるのに対して、接合のｎ型側における電界内の正孔は、そのときｐ型領域へ引き付けられ、ｎ型領域から反発される可能性がある。一般に、ｎ型領域および／またはｐ型領域のそれぞれは、ｎ−、ｎ＋、ｎ＋＋、ｐ−、ｐ＋、ｐ＋＋等として示されることが多い相対的ドーパント濃度の可変レベルでそれぞれ構成されることが可能である。内蔵電位およびしたがって電界の大きさは、一般に、２つの隣接層間のドーピングレベルに依存する。
【０００５】
ほとんどの太陽電池は、一般に、ｐｎ接合を完成するために、吸収領域を形成する第１のドーパント（通常はホウ素）でドープされたシリコンウエハであって、吸収領域上に第２のカウンタードーパント（通常はリン）が拡散されてエミッタ領域を形成するシリコンウエハ上に形成される。不動態化および反射防止コーティングの追加後に、金属コンタクト（エミッタ上のフィンガおよびブスバー、ならびに吸収体裏面のパッド）を追加して、発生した電荷を抽出するようにしてもよい。特に、エミッタドーパント濃度は、キャリア収集および金属電極とのコンタクトの両方のために最適化しなければならない。
【０００６】
一般に、エミッタ領域内における低濃度のドーパント原子は、低再結合（したがってより高い太陽電池効率）、および金属電極への劣った電気コンタクトの両方に帰着する。反対に、高濃度のドーパント原子は、（太陽電池効率を低減する）高再結合および金属電極への低抵抗オーム接触の両方に帰着する。しばしば、製造コストを低減するために、一般に、単一のドーパント拡散が、エミッタを形成するために用いられ、ドーピング濃度は、再結合とオームコンタクトとの間の妥協として選択される。したがって、潜在的な太陽電池効率（電気に変換される日光のパーセンテージ）は、低減される。
【０００７】
１つの解決法は、二重ドープまたは選択エミッタを用いることである。選択エミッタは、低再結合用に最適化された第１の軽くドープされた領域と、低抵抗オーム金属コンタクト用に最適化された、高度にドープされた（同じドーパント型の）第２の領域と、を用いる。しかし、選択エミッタ構成は、１ステップの拡散プロセスで達成するのが困難な場合があり、かついくつかのマスキングステップを伴い、結果として製造コストを増加させる可能性がある。さらに、一般に、高ドープエミッタ領域および低ドープエミッタ領域間の視覚的な境界が存在しないため、前に堆積された高ドープ領域上への金属コンタクトの位置合わせが、困難になる可能性がある。
【０００８】
エミッタ領域と同様に、ＢＳＦ（裏面電界）の堆積もまた問題になり得る。ＢＳＦは、一般に、太陽電池の裏側に位置する領域であるが、この領域は、吸収領域における少数キャリアを、ウエハの裏面および金属化領域における高再結合ゾーンから追い払う傾向がある。一般に、ＢＳＦは、吸収領域において用いられるドーパントと同じ型のドーパントを用いて形成してもよく、この場合には、ＢＳＦ中のドーパント原子の濃度は、吸収領域をドープするために用いられる濃度より高くなるように選択され、かくしてウエハの大部分と裏面との間の電位障壁を生成する。
【０００９】
さらに、典型的な太陽電池構造において、ＢＳＦは、一般に、アルミニウム（または他の堆積された材料）を用いて形成されるが、アルミニウム（または他の堆積された材料）は、一般に最初に、太陽電池の裏面にスクリーン印刷され、次に、前側の金属コンタクト（通常は、スクリーン印刷された銀ペーストから形成される）と共にベルト炉において同時焼成される。典型的には、ウエハ中のシリコン原子は、アルミニウムの中に拡散し、続いて再結晶し、アルミニウム原子をシリコン結晶に取り込む傾向がある。しかし、製造は比較的容易であるが、アルミニウムの熱膨脹係数（約２４μｍ／ｍ℃）は、シリコン（約３μｍ／ｍ℃）よりはるかに大きい。したがって、ウエハの反りが生じる傾向がある。キャリア再結合における多少の低減が、スクリーン印刷されたＡｌ  ＢＳＦを用いて達成される一方で、やはり、太陽電池効率を低減する傾向があるかなりの再結合が裏面で発生する。
【００１０】
代替として、裏面は、吸収領域において用いられるドーパント原子と反対の型のドーパント原子（カウンタードーパント）を拡散することによって、不動態化してもよい。この場合に、また効果的な不動態化を提供することが示された浮動接合が、基板の裏側に確立される。太陽電池の吸収領域へのオームコンタクトを提供するために、一般に、第２の拡散領域を用いなければならない。
【００１１】
最後に、裏面の小領域上にのみオームコンタクトを形成するために、および表面不動態化層（例えば、ＳｉＮｘ、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２）を用いる他の領域における再結合を低減するために、局所化された高ドープ領域を使用することが可能である。この場合に、表面層は、シリコン表面における再結合の場所を低減し、かつ表面から少数キャリアを追い払う固定電荷を提供する。高効率エミッタ（例えば、選択エミッタ）の形成と同様に、効果的なＢＳＦの形成は、しばしば多くの処理ステップを伴い、したがって製造のためには高価すぎることが多い。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
前述のことを考慮すると、多重ドープ接合を基板上に形成する最適化された方法を提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、一実施形態において、多重ドープ接合を基板上に形成する方法に関する。方法には、ホウ素でドープされた基板を提供することであって、基板が、第１の表面領域および第２の表面領域を備えた第１の基板表面を含むことが含まれる。方法にはまた、第１のナノ粒子セットを第１の表面領域上に堆積することであって、第１のナノ粒子セットが第１のドーパントを含むことが含まれる。方法には、不活性環境において、基板を、第１の温度まで第１の期間にわたって加熱して第１の高密度膜を生成すること、およびさらに、第１の表面領域下の基板に、第１の拡散深さを備えた第１の拡散領域を生成することがさらに含まれる。方法にはまた、基板を、第２の温度で第２の期間にわたって、リンを含む拡散ガスにさらして、第１の基板表面上にＰＳＧ層を生成すること、およびさらに、第２の表面領域下の基板に第２の拡散深さを備えた第２の拡散領域を生成することが含まれるが、この場合に、第１の拡散領域は、第２の拡散領域に隣接している。方法には、さらに、基板を、第３の温度で第３の期間にわたって酸化ガスにさらすことが含まれ、この場合に、ＳｉＯ２層が、ＰＳＧ層と基板表面との間に形成され、ここで、第１の拡散深さは、第２の拡散深さよりかなり大きい。
【００１４】
本発明は、添付図面の図において、限定ではなく例として示され、これらの図において、同様の参照数字は、同様の要素を指す。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１Ａ】本発明に従い、同時拡散ステップを用いて、多重ドープ接合を基板上に形成するための最適化された方法の簡略図セットを示す。
【図１Ｂ】本発明に従い、同時拡散ステップを用いて、多重ドープ接合を基板上に形成するための最適化された方法の簡略図セットを示す。
【図１Ｃ】本発明に従い、同時拡散ステップを用いて、多重ドープ接合を基板上に形成するための最適化された方法の簡略図セットを示す。
【図１Ｄ】本発明に従い、同時拡散ステップを用いて、多重ドープ接合を基板上に形成するための最適化された方法の簡略図セットを示す。
【図１Ｅ】本発明に従い、同時拡散ステップを用いて、多重ドープ接合を基板上に形成するための最適化された方法の簡略図セットを示す。
【図１Ｆ】本発明に従い、同時拡散ステップを用いて、多重ドープ接合を基板上に形成するための最適化された方法の簡略図セットを示す。
【図２Ａ】本発明に従い、同時拡散ステップにおいて、ナノ粒子ＢＳＦを備えた選択エミッタを形成するための最適化された方法の簡略図セットを示す。
【図２Ｂ】本発明に従い、同時拡散ステップにおいて、ナノ粒子ＢＳＦを備えた選択エミッタを形成するための最適化された方法の簡略図セットを示す。
【図２Ｃ】本発明に従い、同時拡散ステップにおいて、ナノ粒子ＢＳＦを備えた選択エミッタを形成するための最適化された方法の簡略図セットを示す。
【図２Ｄ】本発明に従い、同時拡散ステップにおいて、ナノ粒子ＢＳＦを備えた選択エミッタを形成するための最適化された方法の簡略図セットを示す。
【図２Ｅ】本発明に従い、同時拡散ステップにおいて、ナノ粒子ＢＳＦを備えた選択エミッタを形成するための最適化された方法の簡略図セットを示す。
【図２Ｆ】本発明に従い、同時拡散ステップにおいて、ナノ粒子ＢＳＦを備えた選択エミッタを形成するための最適化された方法の簡略図セットを示す。
【図２Ｇ】本発明に従い、同時拡散ステップにおいて、ナノ粒子ＢＳＦを備えた選択エミッタを形成するための最適化された方法の簡略図セットを示す。
【図３Ａ】本発明に従い、同時拡散ステップにおいて、低減されたエリアの裏面電極コンタクトおよび不動態化された裏面を備えた選択エミッタを形成するための最適化された方法の簡略図セットを示す。
【図３Ｂ】本発明に従い、同時拡散ステップにおいて、低減されたエリアの裏面電極コンタクトおよび不動態化された裏面を備えた選択エミッタを形成するための最適化された方法の簡略図セットを示す。
【図３Ｃ】本発明に従い、同時拡散ステップにおいて、低減されたエリアの裏面電極コンタクトおよび不動態化された裏面を備えた選択エミッタを形成するための最適化された方法の簡略図セットを示す。
【図３Ｄ】本発明に従い、同時拡散ステップにおいて、低減されたエリアの裏面電極コンタクトおよび不動態化された裏面を備えた選択エミッタを形成するための最適化された方法の簡略図セットを示す。
【図３Ｅ】本発明に従い、同時拡散ステップにおいて、低減されたエリアの裏面電極コンタクトおよび不動態化された裏面を備えた選択エミッタを形成するための最適化された方法の簡略図セットを示す。
【図３Ｆ】本発明に従い、同時拡散ステップにおいて、低減されたエリアの裏面電極コンタクトおよび不動態化された裏面を備えた選択エミッタを形成するための最適化された方法の簡略図セットを示す。
【図３Ｇ】本発明に従い、同時拡散ステップにおいて、低減されたエリアの裏面電極コンタクトおよび不動態化された裏面を備えた選択エミッタを形成するための最適化された方法の簡略図セットを示す。
【図４】本発明に従い、選択エミッタおよびアルミニウムＢＳＦを備えた太陽電池の簡略図を示す。
【図５】本発明に従い、選択エミッタおよび高密度膜裏面コンタクトを備えた太陽電池の簡略図を示す。
【図６】本発明に従い、シリコン基板における高密度ナノ粒子膜および結晶シリコンの反射率を比較する簡略図を示す。
【図７Ａ】本発明に従い、選択エミッタの異なる領域用の様々な電気特性の簡略図を示す。
【図７Ｂ】本発明に従い、選択エミッタの異なる領域用の様々な電気特性の簡略図を示す。
【図７Ｃ】本発明に従い、選択エミッタの異なる領域用の様々な電気特性の簡略図を示す。
【図８】本発明に従い、単に軽くドープされたエミッタを備えた太陽電池を、選択エミッタを備えた太陽電池と比較するＩ−Ｖ曲線セットの簡略図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
ここで、添付の図面に示すような、本発明のいくつかの好ましい実施形態に関連して、本発明を説明する。以下の説明において、本発明の完全な理解を提供するために、多くの特定の詳細が述べられている。しかし、本発明が、これらの特定の詳細のいくつかまたは全てがなくても実施可能であることは、当業者には明白であろう。他の例において、周知のプロセスステップおよび／または構造は、本発明を不必要に曖昧にしないために、詳細には説明しなかった。
【００１７】
前述のように、多重ドープ接合を太陽電池用などの基板上に形成することは、問題をはらむ傾向がある。なぜなら、多くの別個の拡散およびパターン化ステップが必要とされることが多く、したがって製造コストを増加させるからである。
【００１８】
有利な方法では、多重ドープ接合は、高濃度ドーパント層およびドーパント拡散源として、ドープされたＩＶ族ナノ粒子を組み込むことにより、同時拡散ステップを用いて基板上に形成してもよい。選択エミッタの場合には、第１および第２の拡散領域は、同じドーパント型（両方ともｎ型または両方ともｐ型）であり、一方でＢＳＦの場合には、拡散領域は、どちらのドーパント型（ｎ型および／またはｐ型）を用いて形成してもよい。選択エミッタおよびＢＳＦの両方はまた、同時拡散ステップで形成してもよい。
【００１９】
一般に、ナノ粒子は、１００ｎｍ未満の少なくとも１つの寸法を備えた微細粒子である。用語「ＩＶ族ナノ粒子」は、一般に、約１ｎｍ〜１００ｎｍの平均直径を有し、かつシリコン、ゲルマニウム、炭素、またはそれらの組み合わせから構成された水素終端ＩＶ族ナノ粒子を指す。用語「ＩＶ族ナノ粒子」にはまた、ドープされたＩＶ族ナノ粒子が含まれる。サイズに関わらず一定の物理的特性（例えば、融点、沸点、密度、導電率など）を有する傾向があるバルク材料（＞１００ｎｍ）と比較される。
【００２０】
ナノ粒子はまた、その小さなサイズゆえに、取り扱いが困難になりがちである。したがって、有利な方法では、ナノ粒子を輸送または保管するために、集めたナノ粒子を、インクなどのコロイド分散またはコロイドに懸濁してもよい。一般に、ＩＶ族ナノ粒子のコロイド分散が可能である。なぜなら、溶媒と粒子表面の相互作用が、通常は液体中で材料が沈下または浮遊することに帰着する密度の差を克服するほど十分に強いからである。すなわち、より小さなナノ粒子は、より大きなナノ粒子より容易に分散する。
【００２１】
一般に、ＩＶ族ナノ粒子は、真空下で、またはほぼ無酸素の不活性環境下でコロイド分散中に入れられる。さらに、選択された溶媒または溶媒の混合物におけるナノ粒子の分散を容易にするために、粒子分散法および超音波処理、高剪断ミキサ、および高圧／高剪断ホモジナイザなどの機器を用いてもよい。
【００２２】
溶媒の例には、アルコール、アルデヒド、ケトン、カルボン酸、エステル、アミン、オルガノシロキサン、ハロゲン化炭化水素、および他の炭化水素溶媒が含まれる。さらに、溶媒は、粘度、密度、極性などの物理的特性を最適化するために混合してもよい。
【００２３】
さらに、ＩＶ族ナノ粒子をコロイド分散中でよりよく分散させるために、アルコール、アルデヒド、ケトン、カルボン酸、エステルおよびアミンと同様にオルガノシロキサンなどの有機化合物を添加して、ナノ粒子キャッピング基を形成してもよい。代替として、キャッピング基は、ガスをプラズマチャンバに追加することによって、現場で加えてもよい。これらのキャッピング基は、続いて、焼結プロセス中に、または焼結プロセス直前のより低い温度における予熱中に除去してもよい。
【００２４】
例えば、キャッピングされたＩＶ族半導体ナノ粒子の調製で使用するのに適したバルクキャッピング剤には、Ｃ４〜Ｃ８分枝状アルコール、環式アルコール、アルデヒド、およびケトン、例えば第３級ブタノール、イソブタノール、シクロヘキサノール、メチルシクロヘキサノール、ブタナール、イソブタナール、シクロヘキサノン、ならびにオルガノシロキサン、例えばメトキシ（トリス（トリメチルシリル）シラン）（ＭＴＴＭＳＳ）、トリス（トリメチルシリル）シラン（ＴＴＭＳＳ）、デカメチルテトラシロキサン（ＤＭＴＳ）、およびトリメチルメトキシシラン（ＴＭＯＳ）が含まれる。
【００２５】
ひとたび配合されると、コロイド分散を基板に塗布して熱処理を施し、ＩＶ族ナノ粒子を高密度導電性膜へ焼結させるように、かつドーパントをウエハに拡散させるようにしてもよい。塗布方法の例には、限定するわけではないが、ロールコーティング法、スロットダイコーティング法、グラビア印刷法、フレキソドラム印刷法、およびインクジェット印刷法等が含まれる。
【００２６】
さらに、様々な構成のドープされたＩＶ族ナノ粒子コロイド分散を、ドープされたか、非ドープか、および／または異なってドープされたＩＶ族ナノ粒子の選択的混合によって配合することができる。例えば、混合されるＩＶ族ナノ粒子コロイド分散の様々な配合物を調製することができるが、その場合に、接合の特定の層用のドーパントレベルが、その層のための要件を達成するように、ドープされたおよび非ドープＩＶ族ナノ粒子を混合することによって、配合される。代替として、混合されたＩＶ族ナノ粒子コロイド分散は、望ましくないエネルギ状態を低減するために、酸素原子の不動態化など基板欠陥を補償するために用いてもよい。
【００２７】
ここで、図１Ａ−Ｆを参照する。これらは、本発明に従い、同時拡散ステップを用いて、選択エミッタ（同じドーパント型を用いる）またはＢＳＦ（異なるドーパント型を用いる）を備えた太陽電池など、多重ドープ接合を基板上に形成するための最適化された方法を示す簡略図セットである。
【００２８】
図１Ａにおいて、ドープされたナノ粒子セット１００が、ロールコーティング法、スロットダイコーティング法、グラビア印刷法、フレキソドラム印刷法、インクジェット印刷法などの塗布方法を用いて、ドープされたシリコン基板１０２の表面上に堆積される。ドープされたナノ粒子の堆積後に、シリコン基板は、残存溶媒を除去するために、焼成温度（好ましくは１００℃〜５００℃、より好ましくは約３５０℃〜約４５０℃、最も好ましくは約４００℃）で焼成してもよい。この焼成は、空気環境において、または窒素ガス、アルゴンガスもしくはフォーミングガスなどを備えた不活性環境において実行してもよい。
【００２９】
図１Ｂにおいて、ドープされたシリコン基板１０２が、焼結炉（例えば、石英管炉、ベルト炉など）に配置される。任意選択により、低再結合オームコンタクトの形成を改善するために、追加的な加熱プロセスを用いて、拡散の前に粒子を予め焼結してもよい。例えば、ドープされたナノ粒子セット１００は、高密度薄膜を形成するために、（窒素、アルゴンなどの）不活性環境において、焼結温度（好ましくは約５００℃〜約１０００℃、より好ましくは約７５０℃〜８５０℃、最も好ましくは約８００℃）で、焼結時間（好ましくは約５秒〜約２分、より好ましくは約５秒〜約２０秒、最も好ましくは約１５秒）にわたって焼結してもよい。さらに、高密度膜が形成されると、ドープされたナノ粒子セット１００におけるドーパント原子はまた、ドープされたシリコン基板１０２へと拡散し始めて、最初の第１のドープ（より高いドーパント濃度の）エリア１１２ａを形成し得る。
【００３０】
さらに、太陽電池の場合には、吸収領域における少数キャリアを、ウエハの裏面および金属化領域における高再結合ゾーンから追い払うために、ドープされたシリコン基板の裏面にＢＳＦを塗布してもよい。ＢＳＦは、アルミニウムペースト（または他の堆積された材料）を用いて形成してもよいが、このアルミニウムペースト（または他の堆積された材料）は、一般に、太陽電池の裏面に最初にスクリーン印刷され、次に、前側金属コンタクトと共にベルト炉において同時焼成される。
【００３１】
図１Ｃにおいて、同時拡散ステップが開始される。ドープされたシリコン基板１０２は、拡散炉に入れられ、拡散温度（好ましくは約７００℃〜約１０００℃で約５分〜約３０分、より好ましくは約７５０℃〜約８５０℃で１０〜２０分、最も好ましくは約８００℃で約１５分）に加熱される。
【００３２】
この時間中に、窒素が、低濃度液体ＰＯＣｌ３（オキシ塩化リン）、Ｏ２ガスおよびＮ２ガスで満たされたバブラーを通ってキャリアガスとして流され、処理ガス１０１を形成する。
【００３３】
図１Ｄでは、図１Ｃの熱プロセス中に、Ｏ２分子が、ＰＯＣｌ３分子と反応して、Ｐ２Ｏ５（酸化リン）を含むＰＳＧ（リンケイ酸塩ガラス）層１０６を、ドープされたシリコン基板１０２上に形成する。副産物として生成されたＣｌ２ガスが、ドープされたシリコン基板１０２における金属不純物と相互作用してそれらを除去する。化学プロセスが継続するにつれて、リンが、シリコンウエハ内に拡散し、第２のドープ（より低いドーパント濃度）エリア１０４を形成する。
【００３４】
図１Ｅにおいて、第２の酸化ガス１０９が、Ｏ２およびＮ２を用いて形成される。炉室は、最初に、酸化温度（好ましくは約８００℃〜約１１００℃、より好ましくは約９５０℃〜約１０５０℃、最も好ましくは約１０００℃）に加熱される。次に、ドープされたシリコン基板１０２表面において酸素ガスがシリコン原子と反応する結果として、ＳｉＯ２（二酸化ケイ素）層１０７（約１０〜５０ｎｍ）が（約１：１のＮ２：Ｏ２混合で）形成される。
【００３５】
例えば１５〜３０分後に、ひとたび十分なＳｉＯ２厚さが達成されると、Ｏ２ガスフローが終了される。次に、石英チャンバは、Ｎ２環境において約９００℃〜１１００℃に加熱され、ドープされたナノ粒子セット１００に元々あるドーパント原子をより深くへ、ドープされたシリコン基板１０２の中に追いやって、最終的な第１のドープ（より高いドーパント濃度）エリア１１２ｂを形成する。すなわち、ＳｉＯ２層１０７によってシリコン基板１０２に入るのを妨げられるＰＳＧ層１０６におけるドーパント原子と異なり、ドープされたナノ粒子セット１００におけるドーパント原子は、第１のドープエリア１１２ｂに引き続き拡散可能である。したがって、最終的な第１のドープエリア１１２ｂの拡散深さは、第２のドープエリア１０４の対応する拡散深さよりかなり大きく、（図４に示すような）前面金属コンタクトの浸透によって引き起こされる、軽くカウンタードープされた基板への分流の可能性を最小限にすることが可能である。
【００３６】
図１Ｆにおいて、必要に応じて、ＰＳＧ層２０６は、バッチＨＦウェットベンチまたは他の適切な手段を用いて除去してもよい。
【００３７】
ここで、図２Ａ−Ｇを参照する。これらは、本発明に従い、同時拡散ステップにおいて、ナノ粒子ＢＳＦを備えた選択エミッタを形成するための最適化された方法を示す簡略図セットである。
【００３８】
図２Ａにおいて、高度にドープされたｎ型ナノ粒子層２００が、ロールコーティング法、スロットダイコーティング法、グラビア印刷法、フレキソドラム印刷法、インクジェット印刷法などの塗布方法を用いて、ｐドープされたシリコン基板２０２の前面に堆積される。堆積後に、シリコン基板は、残存溶媒を除去するために、第１の焼成温度（好ましくは約１００℃〜約５００℃、より好ましくは約３５０℃〜約４５０℃、最も好ましくは約４００℃）で焼成してもよい。焼成は、空気環境において、または窒素ガス、アルゴンガスもしくはフォーミングガスなどを備えた不活性環境において実行してもよい。
【００３９】
次に、図２Ｂにおいて、同様にロールコーティング法、スロットダイコーティング法、グラビア印刷法、フレキソドラム印刷法、インクジェット印刷法などの塗布方法を用いて、高度にドープされたｐ型ナノ粒子層２２０をｐドープされたシリコン基板２０２の裏面に塗布して、（裏面金属コンタクト（裏面電極グリッド）を備えたオームコンタクトを形成するのと同様に）ＢＳＦを形成してもよい。
【００４０】
次に、ｐドープされたシリコン基板２０２は、高度にドープされたｐ型ナノ粒子層２２０における残存溶媒を除去するために、第２の焼成温度（好ましくは約１００℃〜約５００℃、より好ましくは約３５０℃〜約４５０℃、最も好ましくは約４００℃）で焼成してもよい。焼成は、空気環境において、または窒素ガス、アルゴンガスもしくはフォーミングガスなどを備えた不活性環境において実行してもよい。
【００４１】
図２Ｃにおいて、同時拡散ステップが開始される。Ｐドープされたシリコン基板２０２は、炉（例えば、石英管炉、ベルト炉など）に配置される。任意選択により、低再結合オームコンタクトの形成を改善するために、追加的な加熱プロセスを用いて、拡散の前に粒子を予め焼結してもよい。
【００４２】
したがって、次に、ｎ型ドープされたナノ粒子２００およびｐ型ドープされたナノ粒子２２０は、それぞれ高密度薄膜を形成するために、（Ｎ２、Ａｒ、フォーミングガスなどの）不活性環境において、焼結温度（好ましくは約５００℃〜約１０００℃、より好ましくは約７５０℃および約８５０℃、最も好ましくは約８００℃）で、焼結時間（好ましくは約５秒および約２分、より好ましくは約５秒〜約２０秒、最も好ましくは約１５秒）にわたって、不活性環境を用いて同時に焼結してもよい。
【００４３】
それぞれの高密度膜が形成されると、ｎ型ドープされたナノ粒子セット２００におけるｎドーパント原子は、ｐドープされたシリコン基板２０２中に拡散し始めて、最初のｎドープされた高濃度領域２１２ａを形成し、一方でｐ型ドープされたナノ粒子セット２２０におけるｐドーパント原子がまた、ｐドープされたシリコン基板２０２中に拡散し始めて、最初のｐドープされた高濃度領域２２２ａを形成する。
【００４４】
図２Ｄにおいて、ｐドープされたシリコン基板２０２は、拡散温度（好ましくは約７００℃〜約１０００℃で約５分〜約３０分、より好ましくは約７５０℃〜約８５０℃で１０〜２０分、最も好ましくは約８００℃で約１５分）に加熱され、この時間中に、窒素が、低濃度液体ＰＯＣｌ３（オキシ塩化リン）、Ｏ２ガスおよびＮ２ガスで満たされたバブラーを通ってキャリアガスとして流され、処理ガス２３０を形成する。
【００４５】
図２Ｅにおいて、図２Ｄにおいて示すような熱プロセスが継続すると、Ｏ２分子は、ＰＯＣｌ３分子と反応して、Ｐ２Ｏ５（酸化リン）を共に含む前面ＰＳＧ層２３２および裏面ＰＳＧ層２３４を、ｐドープされたシリコン基板２０２上に形成する。副産物として生成されたＣｌ２ガスは、ｐドープされたシリコン基板２０２における金属不純物と相互作用して、それらを除去する。化学プロセスが継続すると、リンは、シリコンウエハ中に拡散して、前面のｎドープされた低濃度領域２０４を形成する。さらに、ｐ型ドープされたナノ粒子層２０１がパターン化された太陽電池構成（図示せず）において、リンは、一般にｐ型ドープされたナノ粒子層２０１のないエリアにおいてシリコンウエハに拡散する。そうでなければ、低濃度のリン（ｎ型）が、ＢＳＦ層２２０に拡散するが、このＢＳＦ層２２０は、実質的により高いホウ素（ｐ型）ドーパント濃度を有する。
【００４６】
図２Ｆにおいて、第２の酸化ガス２３６が、Ｏ２およびＮ２を用いて形成される。炉室は、酸化温度（好ましくは約８００℃〜約１１００℃、より好ましくは約９５０℃〜１０５０℃、最も好ましくは約１０００℃）に、約５分〜３０分にわたって加熱される。
【００４７】
酸素ガスが、ｐドープされたシリコン基板３０２におけるシリコン原子と反応すると、前面ＳｉＯ２（二酸化ケイ素）層２０７および裏面ＳｉＯ２（二酸化ケイ素）層２４０（それぞれ約１０ｎｍ〜約５０ｎｍ）が、ｐドープされたシリコンウエハ２０２内に形成される。ひとたび十分なＳｉＯ２厚さが達成されると、Ｏ２ガスフローは終了される。
【００４８】
次に、石英チャンバが、約９００℃および１１００℃の拡散温度に、拡散期間（好ましくは約５分〜約６０分、より好ましくは１５〜３０分、最も好ましくは約２２分）にわたりＮ２環境において加熱され、（元々はｎ型ドープされたナノ粒子層２００およびｐ型ドープされたナノ粒子層２２０の）ドーパント原子をより深くへ、ｐドープされたシリコン基板２０２の中に追いやって、最終的なｎドープされた高濃度領域２１２ａおよび最終的なｐドープされた高濃度エリア２２２ｂを形成する。前述のように、前面ＰＳＧ層２３２におけるドーパント原子は、ｐドープされたシリコン基板２０２中へとさらに拡散するのを、前面ＳｉＯ２層２０７によって妨げられ、一方で裏面ＰＳＧ層２３４におけるドーパント原子は、ｐドープされたシリコン基板２０２中へとさらに拡散するのを、裏面ＳｉＯ２層２４０によって妨げられる。したがって、最終的なｎドープされた高濃度領域２１２ｂの拡散深さは、前面のｎドープされた低濃度領域２０４の対応する拡散深さよりかなり大きく、軽くカウンタードープされた基板への、前面金属コンタクト（図示せず）の浸透によって引き起こされる分流の可能性を最小限にすることが可能である。
【００４９】
図２Ｇでは、必要に応じて、前面ＰＳＧ層２３２および裏面ＰＳＧ層２３４は、バッチＨＦウェットベンチまたは他の適切な手段を用いて除去してもよい。
【００５０】
ここで図３Ａ−Ｇを参照する。これらは、本発明に従い、同時拡散ステップにおいて、低減されたエリアの裏面電極コンタクトおよび不動態化された裏面を備えた選択エミッタを形成するための最適化された方法を示す簡略図セットである。
【００５１】
図３Ａにおいて、高度にドープされたｎ型ナノ粒子層３００が、ロールコーティング法、スロットダイコーティング法、グラビア印刷法、フレキソドラム印刷法、インクジェット印刷法などの塗布方法を用いて、ｐドープされたシリコン基板３０２の前面に堆積される。ドープされたナノ粒子の堆積後に、シリコン基板は、残存溶媒を除去するために、第１の焼成温度（好ましくは約１００℃〜約５００℃、より好ましくは約３５０℃〜約４５０℃、最も好ましくは約４００℃）で焼成してもよい。
【００５２】
この焼成は、空気環境において、または窒素ガス、アルゴンガスもしくはフォーミングガスなどを備えた不活性環境において実行してもよい。このｎ型ドープされたナノ粒子セット３００は、選択エミッタの高度にドープされた部分を形成する。
【００５３】
図３Ｂにおいて、次に、高度にドープされたｐ型ナノ粒子層３０１が、ｐドープされたシリコン基板３０２の裏面に堆積されて、低減されたエリアの裏面コンタクトを形成する。高度にドープされてオームコンタクトを形成するために、低減されたエリアの裏面コンタクトは、同様にロールコーティング法、スロットダイコーティング法、グラビア印刷法、フレキソドラム印刷法、インクジェット印刷法などの塗布方法を用いて、裏面電極グリッド（図示せず）と一致するように一般に堆積される（例えば、５００ｕｍ幅のブスバーラインのペアに対して直角で、２ｍｍ間隔で離間配置された１２０ｕｍ幅のライン）。残りの裏面エリア３０３は、一般に、再結合による損失を最小限にするために、ＳｉＯ２、ＳｉＮｘまたは他の技術を用いて不動態化しなければならない。
【００５４】
前述のように、ｎ型ドープされたナノ粒子層３００およびｐ型ドープされたナノ粒子層３０１の堆積後に、ｐドープされたシリコン基板３０２は、残存溶媒を除去するために、第２の焼成温度（好ましくは約１００℃〜約５００℃、より好ましくは約３５０℃〜約４５０℃、最も好ましくは約４００℃）で焼成してもよい。この焼成は、空気環境において、または窒素ガス、アルゴンガスもしくはフォーミングガスなどを備えた不活性環境において実行してもよい。
【００５５】
図３Ｃにおいて、ｐドープされたシリコン基板３０２は、炉（例えば、石英管炉、ベルト炉など）に配置される。任意選択により、低再結合オームコンタクトの形成を改善するために、追加的な加熱プロセスを用いて、拡散の前に粒子を予め焼結してもよい。
【００５６】
したがって、ｎ型ドープされたナノ粒子３００およびｐ型ドープされたナノ粒子３０１は、それぞれ高密度薄膜を形成するために、（例えば、Ｎ２、Ａｒ、フォーミングガスなどの）不活性環境において、焼結温度（好ましくは約５００℃〜約１０００℃、より好ましくは約７５０℃および約８５０℃、最も好ましくは約８００℃）で、焼結時間（好ましくは約５秒および約２分、より好ましくは約５秒〜約２０秒、最も好ましくは約１５秒）にわたり、不活性環境を用いて同時に焼結してもよい。
【００５７】
それぞれの高密度膜が形成されると、ｎ型ドープされたナノ粒子セット３００におけるｎドーパント原子は、ｐドープされたシリコン基板３０２中に拡散し始めて、最初のｎドープされた高濃度領域３１２ａを形成し、一方でｐ型ドープされたナノ粒子セット３０１におけるｐドーパント原子がまた、ｐドープされたシリコン基板３０２中に拡散し始めて、最初のｐドープされた高濃度領域３１３ａを形成する。
【００５８】
図３Ｄにおいて、同時拡散ステップが開始される。Ｐドープされたシリコン基板３０２は、拡散炉に入れられ、拡散温度（好ましくは約７００℃〜約１０００℃で約５分〜約３０分、より好ましくは約７５０℃〜約８５０℃で１０〜２０分、最も好ましくは約８００℃で約１５分）に加熱され、この時間中に、窒素が、低濃度液体ＰＯＣｌ３（オキシ塩化リン）、Ｏ２ガスおよびＮ２ガスで満たされたバブラーを通ってキャリアガスとして流され、処理ガス３３０を形成する。
【００５９】
図３Ｅにおいて、図３Ｄに示すような熱プロセスが継続すると、Ｏ２分子は、ＰＯＣｌ３分子と反応して、Ｐ２Ｏ５（酸化リン）を共に含む前面ＰＳＧ層３３２および裏面ＰＳＧ層３３４を、ｐドープされたシリコン基板３０２上に形成する。副産物として生成されたＣｌ２ガスは、ｐドープされたシリコン基板３０２における金属不純物と相互作用して、それらを除去する。化学プロセスが継続すると、リンは、シリコンウエハ中に拡散して、前面のｎドープされた低濃度領域３０４および裏面のｎドープされた低濃度領域３２２を形成する。前述のように、低ドーパント濃度は、再結合を最小限にする傾向がある。
【００６０】
図３Ｆにおいて、第２の酸化ガス３３６が、Ｏ２およびＮ２を用いて形成される。炉室は、酸化温度（好ましくは約８００℃〜約１１００℃、より好ましくは約９５０℃〜１０５０℃、最も好ましくは約１０００℃）に、約５分〜３０分間にわたって加熱される。
【００６１】
酸素ガスが、ｐドープされたシリコン基板３０２におけるシリコン原子と反応すると、前面ＳｉＯ２（二酸化ケイ素）層３０７および裏面ＳｉＯ２（二酸化ケイ素）層３４０（それぞれ約１０ｎｍ〜約５０ｎｍ）が、ｐドープされたシリコンウエハ３０２内に形成される。ひとたび十分なＳｉＯ２厚さが達成されると、Ｏ２ガスフローは終了される。
【００６２】
次に、石英チャンバが、約９００℃および１１００℃の拡散温度に、拡散期間（好ましくは約５分〜約６０分、より好ましくは１５〜３０分、最も好ましくは約２２分）にわたりＮ２環境において加熱され、（元々はｎ型ドープされたナノ粒子層３００およびｐ型ドープされたナノ粒子層３０１における）ドーパント原子をより深くへ、ｐドープされたシリコン基板３０２の中に追いやって、最終的なｎドープされた高濃度エリア３１２ｂおよび最終的なｐドープされた高濃度エリア３１３ｂを形成する。前述のように、前面ＰＳＧ層３３２におけるドーパント原子は、ｐドープされたシリコン基板３０２中にさらに拡散するのを、前面ＳｉＯ２層３０７によって妨げられ、一方で裏面ＰＳＧ層３３４におけるドーパント原子は、ｐドープされたシリコン基板３０２中にさらに拡散するのを、裏面ＳｉＯ２層３４０によって妨げられる。
【００６３】
図３Ｇにおいて、必要に応じて、前面ＰＳＧ層３３２および裏面ＰＳＧ層３３４は、バッチＨＦウェットベンチまたは他の適切な手段を用いて除去してもよい。
【００６４】
ここで図４を参照する。これは、本発明に従い、選択エミッタおよびアルミニウムＢＳＦを備えた太陽電池の簡略図である。前述のように、ｎ＋＋（高度にドープされた）高密度ナノ粒子膜４１２およびｎ＋＋拡散領域４１４が形成され、ｐ−（軽くドープされた）シリコン基板４１０上で焼結される。次に、ｎ−拡散領域４０８が、ＰＯＣｌ３プロセスを用いて形成される。次に、ＳｉＯ２層４０６が、ｎ−拡散領域４０８の上に形成されて、ＰＯＣｌ３プロセス中にリン原子の拡散を制御するのと同様に、シリコン基板４１０の前面を不動態化するのを支援するようにする。
【００６５】
ＳｉＮｘ４０４層は、ＳｉＯ２層４０６の前面上に形成される。ＳｉＯ２層４０６と同様に、ＳｉＮｘ層４０４は、シリコン基板４１０の表面の不動態化を支援して、シリコン基板４１０の表面で少数キャリアの再結合を低減するのと同様に、外部ソースからのウエハバルクの汚染を最小化する。さらに、ＳｉＮｘ４０４層は、太陽電池前面の反射率を低減して、効率およびしたがって性能をかなり改善するように最適化してもよい。次に、前面金属コンタクト４０２およびＢＳＦ／裏面金属コントラクト４０８は、シリコン基板４１０上に形成される。前面金属コンタクト４０２は、一般に、Ａｇ粉末（７０〜８０ｗｔ％）、ホウケイ酸鉛ガラスＰｂＯ−Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２（１〜１０ｗｔ％）、および有機成分（１５〜３０ｗｔ％）を含むＡｇペーストから形成される。ＢＳＦ／裏面金属コントラクト４０８は、一般に、アルミニウムから形成され、かつ少数キャリア裏面再結合の影響を抑え、したがって最小化する電界を生成するように構成される。さらに、Ａｇパッド（図示せず）が、一般に、モジュールへの相互接続用のはんだ付けを容易にするために、ＢＳＦ／裏面金属コントラクト４０８上に塗布される。
【００６６】
ここで図５を参照する。これは、本発明に従い、選択エミッタおよび高密度膜裏面コンタクトを備えた太陽電池の簡略図である。ｎ＋＋（高度にドープされた）高密度ナノ粒子膜５１２、ｎ＋＋拡散領域５１４、ｐ＋＋高密度ナノ粒子膜裏面コンタクト５２０、およびｐ＋＋ナノ粒子拡散領域５１８が、ｐ−（軽くドープされた）シリコン基板５１０上に形成されて焼結される。次に、ｎ−拡散領域５０８および裏面ｎ−拡散領域５２６が、ＰＯＣｌ３プロセスを用いて形成される。次に、ＳｉＯ２層５０６が、ｎ−拡散領域５０８の上に形成される。次に、ＳｉＮｘ５０４層が、ＳｉＯ２層５０６の前面上に形成される。次に、前面金属コンタクト５０２および裏面金属コントラクト４０８が、前述のようなＡｇペーストを用いて、シリコン基板５１０上に形成される。
【００６７】
ここで、図６を参照する。これは、本発明に従い、シリコン基板における高密度ナノ粒子膜および結晶シリコンの反射率を比較する簡略図である。両面は、上記のように、熱成長酸化物およびＰＥＣＶＤ堆積窒化物の層でコーティングされる。ナノメートルの波長が、横軸６０２に示され、パーセント反射率が、縦軸６０４に示されている。
【００６８】
前述のように、ＳｉＮｘは、太陽電池の反射率を低減し、したがって、その効率を向上させるために用いられることが多い。太陽電池に達する光における任意の所与の波長に対して、反射率のパーセンテージは、光が通過する半透明層、ここでは主にＳｉＮｘ層の厚さと、下にある表面の吸収特性と、に関連する。
【００６９】
図１Ａ−Ｆで説明するように、（高密度ナノ粒子膜のない）拡散された選択エミッタの場合には、軽くドープされたエミッタ領域および高度にドープされたエミッタ領域の両方のためのＳｉＮｘ層および下にある表面の厚さは、結晶シリコン（または、薄い熱成長酸化物の層で覆われた結晶シリコン）であり、したがって同じである。その結果、前面金属コンタクトを高度にドープされた領域に視覚的に位置合わせすることは、問題になる可能性がある。しかし、本発明において、下にある表面は異なっており、したがって視覚的に明確である。軽くドープされたエミッタ領域６０６は、結晶シリコンの光学特性（すなわち、吸光係数および屈折率）を有するが、高密度ナノ粒子薄膜６０８は、アモルファスシリコンの光学特性にいくらか似ている異なる光学特性を有する。ここで、軽くドープされたエミッタ領域６０６の反射率は、結果として青い外観をもたらす６００ｎｍの波長近くの最小反射点を有するのに対して、高密度ナノ粒子薄膜６０８の反射率は、明確な最低値を有さず、結果として白い外観をもたらす。したがって、光学特性におけるこの差は、色間のハイコントラストを伴って各表面を異なる色にする傾向があり、前面金属コンタクトを、高度にドープされた領域に視覚的に位置合わせすることを、より容易に行うことが可能である。
【００７０】
ここで、図７Ａ−Ｃを参照する。これらは、本発明に従い、選択エミッタの異なる領域用の様々な電気特性を示す簡略図である。ここで、シート抵抗の４点プローブ測定を容易にするために、ナノ粒子基板セットが、軽くホウ素でドープされたシリコン基板上に準備された。基板表面の第１の部分上に、リンをドープされた高密度ナノ粒子膜７０４が形成され、第２の部分上に、リン拡散領域が、ＰＳＧ７０２を用いて形成された。
【００７１】
図７Ａにおいて、シート抵抗７０６が測定された。シート抵抗は、一般に、均一な厚さを有する薄膜または層の抵抗の尺度であり、オーム／スクエアで測定される。ここで、基板は、１０００℃で２０秒間にわたって予め焼結され、７２５℃で１９分間にわたってリン堆積が拡散され、その後９７５℃で１５分にわたる酸化、および１０００℃で３０分にわたるアニールが続いた。見て分かるように、高密度ナノ粒子を含む領域は、１０〜２０オーム／スクエアのシート抵抗を有し、一方でＰＳＧを備えた領域は、１２０〜２００オーム／スクエアである。
【００７２】
図７Ｂにおいて、効率７０８が測定された。太陽電池効率は、一般に、太陽電池が電気回路に接続された場合に、（吸収された光から電気エネルギに）変換され集められた電力のパーセンテージである。一般に、太陽電池の損失は、反射損失、熱力学的効率、再結合損失、および抵抗性電気損失に分類してもよい。
【００７３】
この項目は、標準試験条件（ＳＴＣ）下の入射光の放射照度（Ｗ／ｍ２）および太陽電池の表面面積（ｍ２）で除算された最大電力点比率を用いて計算される。ＳＴＣは、エアマス１．５（ＡＭ１．５）スペクトルと共に、２５℃の温度、および１０００Ｗ／ｍ２の放射照度を指定する。最大電力は、電流（Ｉ）および電圧（Ｖ）の積を最大にする点である。それは、Ｉ×Ｖである。
【００７４】
ここで、基板の半分が、ナノ粒子インクパターンで印刷され、次に、１０００℃で２０秒にわたって焼結され、あとの半分は、ナノ粒子インクを塗布されなかった。次に、基板は、７５０℃で２６分にわたってリン堆積が拡散され、その後９７５℃で１５分にわたる酸化、および１０００℃で３０分間にわたるアニールが続いた。この場合に、インクのない領域におけるリンのドーピング強度は、１００オーム／スクエアを超え、インクを備えた領域では、６０オーム／スクエア未満であった。見て分かるように、高密度ナノ粒子を含む領域は、約１２％〜約１４％の効率を有し、一方でＰＳＧを備えた領域は、約２％〜約１０％であった。
【００７５】
図７Ｃにおいて、曲線因子（ＦＦ）７１０が測定された。曲線因子は、開路電圧（Ｖｏｃ）および短絡電流（Ｉｓｃ）の積で除算された最大電力比率である。ここで、基板の半分は、パターン化されたナノ粒子インクで印刷され、次に８００℃で２０秒にわたって焼結され、一方で、あとの半分はインクを有しない。次に、基板は、７５０℃で２６分にわたってリン堆積が拡散され、その後９７５℃で１５分にわたる酸化、および１０００℃で３０分にわたるアニールが続いた。この場合に、インクのない領域におけるリンのドーピング強度は７５オーム／スクエアを超え、インクを備えた領域では５０オーム／スクエア未満であった。３つの全ての場合に、シリコンナノ粒子インクは、選択的なドーピングの形成を促進し、高度にドープされた領域が、インク塗布エリアに形成された。見て分かるように、高密度ナノ粒子を含む領域は、約７５％〜約８０％のＦＦを有し、一方でＰＳＧを備えた領域は、約５５％〜約２０％である。
【００７６】
ここで、図８を参照する。これは、本発明に従い、単に軽くドープされたエミッタを備えた太陽電池を、選択エミッタを備えた太陽電池と比較するＩ−Ｖ曲線セットの簡略図である。一般に、負荷が、短絡（ゼロ抵抗）近くから開回路（無限抵抗）近くへと太陽電池において変化するように、Ｉ−Ｖ曲線をプロットしてもよい。
【００７７】
ここで、電圧（Ｖ）が横軸８０２に示され、電流（Ｊ）が縦軸８０４に示されている。プロット８０６は、軽くドープされたエミッタの太陽電池を示し、一方でプロット８０８は、高度にドープされた高密度ナノ粒子膜の選択エミッタを示す。両方のセルとも、前述のように前面金属コンタクトおよび裏面金属コンタクトを有する一方で、軽くドープされたエミッタの太陽電池８０６は、前面金属コンタクト下のエリアを含むシリコン基板全体にわたって、軽い均一なドーパント濃度を有する。対照的に、高度にドープされた高密度ナノ粒子膜の選択エミッタ８０８は、前面金属コンタクト下の高度にドープされた領域と、太陽電池のほぼ残りの部分における軽くドープされた領域と、を有する。したがって、高度にドープされた高密度ナノ粒子膜の選択エミッタ８０８は、より高い正味効率に対応する、前面金属コンタクトとのよりよいオーム（低抵抗）コンタクトを形成する。これは、高度にドープされた高密度ナノ粒子膜によって可能にされた電力における正味利得（およびしたがって効率）を反映しており、チャート上のエリア８１０によって見ることができる。
【００７８】
したがって、有利な方法において、選択エミッタは、かなり高いバルク寿命および優れた表面再結合電流密度が達成され得るように、高密度ナノ粒子薄膜で形成してもよい。
【００７９】
本開示のために、かつ別段の定めがない限り、「ａ」または「ａｎ」は、「１つまたは複数」を意味する。本明細書に引用される全ての特許、出願、参考文献および出版物は、それらが参照によって個々に援用されているのと同じ程度に、参照により、その全体において本明細書に援用されている。
【００８０】
様々な特定の例示的な実施形態に関連して本発明を説明した。しかし、本発明の趣旨および範囲内に留まりながら、多くの変更および修正を行い得ることを理解されたい。本発明の利点には、太陽電池などの電気装置用の低コストで効率的な接合部の製造が含まれる。
【００８１】
例示的な実施形態および最良のモードを開示したが、添付の特許請求の範囲によって定義されるような本発明の主題および趣旨内に留まりながら、開示の実施形態に対して修正および変更を行うことが可能である。
【図１Ａ】
2012507855.tif 000003
【図１Ｂ】
2012507855.tif 000004
【図１Ｃ】
2012507855.tif 000005
【図１Ｄ】
2012507855.tif 000006
【図１Ｅ】
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【図１Ｆ】
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【図２Ａ】
2012507855.tif 000009
【図２Ｂ】
2012507855.tif 000010
【図２Ｃ】
2012507855.tif 000011
【図２Ｄ】
2012507855.tif 000012
【図２Ｅ】
2012507855.tif 000013
【図２Ｆ】
2012507855.tif 000014
【図２Ｇ】
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【図３Ａ】
2012507855.tif 000016
【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図３Ｆ】
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【図３Ｇ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８】
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【国際調査報告】
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