(57)【要約】基体上に多重ドープ接合を形成する方法が開示される。この方法では、基体の前面にホウ素原子をドープするステップと、あるパターンでインクを堆積するステップであって、インクが１組のナノ粒子および１組の溶媒を含むステップと、緻密化膜インクパターンを形成するために、基体を焼き付け雰囲気中で約２００℃〜約８００℃の間の第１の温度まで約３分〜約２０分の間の第１の時間の間加熱するステップと、堆積雰囲気を有する拡散炉中、第２の温度において、第２の時間の間基体をドーパント源に曝露するステップであって、堆積雰囲気がＰＯＣｈ、アーナー（ｅａｒｎｅｒ）Ｎ２ガス、主Ｎ２ガス、および反応性Ｏ２ガスを含み、Ｎ２ガス対Ｏ２ガスの比が約１：１〜約１．５：１の間であるステップとが提供される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多重ドープ接合を基体上に形成する方法であって：
ホウ素原子でドープされた前記基体を提供するステップであって、前記基体が基体前面を含むステップと；
あるインクパターンでインクを前記基体前面上に堆積するステップであって、前記インクが１組のナノ粒子および１組の溶媒を含むステップと；
緻密化膜インクパターンを形成するために、前記基体を焼き付け雰囲気中、第１の温度まで第１の時間の間加熱するステップと；
堆積雰囲気を有する拡散炉中、第２の温度において第２の時間の間前記基体をドーパント源に曝露するステップであって、前記堆積雰囲気がＰＯＣｌ3、キャリアＮ2ガス、主Ｎ2ガス、および反応性Ｏ2ガスを含み、前記基体前面上および前記緻密化膜インクパターン上にＰＳＧ層が形成されるステップと；
前記基体をドライブイン雰囲気中で第３の温度まで加熱するステップとを含み；
前記緻密化膜インクパターンによって覆われた前記基体前面の下に、第１のシート抵抗を有する第１の拡散領域が形成され、前記緻密化膜インクパターンで覆われていない前記基体前面の下に、第２のシート抵抗を有する第２の拡散領域が形成され、
前記第１のシート抵抗が前記第２のシート抵抗よりも実質的に低い、方法。
【請求項２】
前記第１の温度が約２００℃〜約８００℃の間であり、前記第１の時間が約３分〜約２０の間である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記キャリアＮ2ガス対前記反応性Ｏ2ガスの比が約１：１〜約１．５：１の間であり、前記第２の温度が約７００℃〜約１０００℃の間であり、約５分および約３５分の前記第２の時間である、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第３の温度が約８００℃〜約１１００℃の間である、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記第１の温度が約２００℃〜約８００℃の間であり、前記第１の時間が約３分〜約８分の間である、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記第２の温度が約７２５℃〜約８２５℃の間であり、前記第２の時間が約１０分〜約３５分の間である、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記第２の温度が約７５０℃〜約８５０℃の間であり、前記第２の時間が約１０分〜約３０分の間である、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記第２の温度が約８００℃であり、前記第２の時間が約２０分である、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記第３の温度が約８７５℃〜約１０００℃の間である、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記第３の温度が約８５０℃〜約１０５０℃の間である、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記第３の温度が約９００℃である、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記基体を前記第３の温度まで加熱する前記ステップが、約１５分〜約３０分の間である第３の時間で行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１のシート抵抗（Ohm/sq）が約２０〜約７０の間であり、前記第２のシート抵抗（Ohm/sq）が約８０〜約１４０の間である、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１のシート抵抗（Ohm/sq）が約３０〜約６０の間であり、前記第２のシート抵抗（Ohm/sq）が約９０〜約１２０の間である、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１のシート抵抗（Ohm/sq）が約３０〜約５０の間であり、前記第２のシート抵抗（Ohm/sq）が約１００〜約１１０の間である、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記焼き付け雰囲気が、不活性雰囲気および酸化性雰囲気の１つである、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記ドライブイン（drive-in）雰囲気が、不活性雰囲気および酸化性雰囲気の１つである、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
基体上に多重ドープ接合を形成する方法であって：
ホウ素原子でドープされた前記基体を提供するステップであって、前記基体が基体前面を含むステップと；
あるインクパターンでインクを前記基体前面上に堆積するステップであって、前記インクが１組のナノ粒子および１組の溶媒を含むステップと；
緻密化膜インクパターンを形成するために、前記基体を焼き付け雰囲気中、約２００℃〜約８００℃の間の第１の温度まで、約３分〜約２０分の間の第１の時間の間加熱するステップと；
堆積雰囲気を有する拡散炉中、約７２５℃〜約８２５℃の間の第２の温度において、約１０分〜約２５分の第２の時間の間前記基体をドーパント源に曝露するステップであって、前記堆積雰囲気がＰＯＣｌ3、キャリアＮ2ガス、主Ｎ2ガス、および反応性Ｏ2ガスを含み、前記キャリアＮ2および前記反応性Ｏ2ガスの比が約および約１．５：１〜２：１の間であり、
前記基体前面上および前記緻密化膜インクパターン上にＰＳＧ層が形成されるステップと；
ドライブイン雰囲気中の前記基体を約８２５℃〜約８７５℃の間の第３の温度に約１０分〜約２０分の間曝露するステップとを含み；
前記インクパターンによって覆われた前記基体前面の下に、第１のシート抵抗を有する第１の拡散領域が形成され、前記インクパターンで覆われていない前記基体前面の下に、第２のシート抵抗を有する第２の拡散領域が形成され、前記第１のシート抵抗が前記第２のシート抵抗よりも実質的に高い、方法。
【請求項１９】
前記焼き付け雰囲気が、不活性雰囲気および酸化性雰囲気の１つである、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記ドライブイン雰囲気が、不活性雰囲気および酸化性雰囲気の１つである、請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
前記第１のシート抵抗（Ohm/sq）が約８０〜約１４０の間であり、前記第２のシート抵抗（Ohm/sq）が約２０〜約７０の間である、請求項１８に記載の方法。
【請求項２２】
前記第１のシート抵抗（Ohm/sq）が約９０〜約１２０の間であり、前記第２のシート抵抗（Ohm/sq）が約３０〜６０の間である、請求項１８に記載の方法。
【請求項２３】
前記第１のシート抵抗（Ohm/sq）が約１００〜約１１０の間であり、第２のシート抵抗（Ohm/sq）が約３０〜５０の間である、請求項１８に記載の方法。
【請求項２４】
基体上に多重ドープ接合を形成する方法であって：
ホウ素原子でドープされた前記基体を提供するステップであって、前記基体が基体前面を含むステップと；
あるインクパターンでインクを前記基体前面上に堆積するステップであって、前記インクが１組のナノ粒子および１組の溶媒を含むステップと；
緻密化膜インクパターンを形成するために、前記基体を焼き付け雰囲気中、約２００℃〜約８００℃の間の第１の温度まで、約３分〜約２０分の間の第１の時間の間加熱するステップと；
ＰＯＣｌ3、キャリアＮ2ガス、主Ｎ2ガス、および反応性Ｏ2ガスの堆積／ドライブイン雰囲気を有する拡散炉中、約８５０℃〜約９００℃の間の第２の温度において、約２０分および約３５分の第２の時間の間、前記基体をドーパント源に曝露するステップであって、前記キャリアＮ2ガスおよび前記反応性Ｏ2ガスの比率が約１：１〜約１．５：１であり、前記基体前面上および前記緻密化膜インクパターン上にＰＳＧ層が形成されるステップとを含み；
前記インクパターンによって覆われた前記基体前面の下に、第１のシート抵抗を有する第１の拡散領域が形成され、前記インクパターンで覆われていない前記基体前面の下に、第２のシート抵抗を有する第２の拡散領域が形成され、前記第１のシート抵抗が前記第２のシート抵抗よりも実質的に低い、方法。
【請求項２５】
前記第１のシート抵抗（Ohm/sq）が約８０〜約１４０の間であり、前記第２のシート抵抗（Ohm/sq）が約２０〜約７０の間である、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記第１のシート抵抗（Ohm/sq）が約９０〜約１２０の間であり、前記第２のシート抵抗（Ohm/sq）が約３０〜６０の間である、請求項２４に記載の方法。
【請求項２７】
前記第１のシート抵抗（Ohm/sq）が約１００〜約１１０の間であり、前記第２のシート抵抗（Ohm/sq）が約３０〜５０の間である、請求項２４に記載の方法。
【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、２００９年７月２日に出願された米国仮特許出願第６１／２２２，６２８号明細書、および２００９年７月２１日に出願された米国特許出願第１２／５０６，８１１号明細書の利益を主張し、どちらもその全体が参照により本明細書に援用される。
【０００２】
本開示は、一般にｐ−ｎ接合に関し、特に一連のドーパント拡散プロファイルをその場で制御するためのシリコンナノ粒子流体の使用方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
太陽電池は、太陽エネルギーをＤＣ電気エネルギーに直接変換する。一般にフォトダイオードとして構成されるので、太陽電池では光が金属接点付近まで浸透することができ、それによって発生した電荷キャリア（電子または正孔（電子の欠乏））を電流として取り出すことができる。そしてほとんどの他のダイオードと同様に、フォトダイオードは、ｐ−型およびｎ−型の半導体を組み合わせて接合を形成することによって形成される。
【０００４】
電界（または内部拡散電位）内の接合のｐ−型側の電子は、次にｎ−型領域（通常はリンがドープされる）に引き寄せられて、ｐ−型領域（通常はホウ素がドープされる）から反発することができ、電界内の接合のｎ−型側の正孔は、次に、ｐ−型領域に引き寄せられて、ｎ−型領域からは反発することができる。一般に、ｎ−型領域および／またはｐ−型領域のそれぞれは、種々の相対ドーパント濃度で構成されることができ、ｎ−、ｎ＋、ｎ＋＋、ｐ−、ｐ＋、ｐ＋＋のように示されることが多い。内部拡散電位、したがって電界の大きさは、一般に２つの隣接する層の間のドーピング量に依存する。
【０００５】
太陽電池性能に実質的に影響を与えるキャリア寿命（再結合寿命）は、過剰の少数キャリア（半導体領域中の非主流電流キャリア）が再結合し、そのため電流を流すのに利用できなくなるのに要する平均時間として定義される。同様に、拡散距離は、電荷キャリアが再結合する前に移動する平均距離である。一般に、ドーパント濃度が増加すると導電性が改善されるが、再結合も増加する傾向にある。したがって、再結合寿命または再結合距離が短くなるほど、電荷キャリアが発生する場所まで金属領域を近づける必要がある。
【０００６】
ほとんどの太陽電池は、一般にシリコン基体上に形成され、第１のドーパント（一般にホウ素）がドープされてい吸収領域が形成され、その上に第２の反対のドーパント（一般にリン）が拡散されてエミッタ領域が形成され、それによってｐ−ｎ接合が完成する。不動態化および反射防止コーティングを塗布した後で、発生した電荷を取り出すための金属接点（エミッタ上のフィンガーおよびバスバー、ならびにアブソーバーの裏側上のパッド）を加えることができる。エミッタードーパント濃度は、特に、両方のキャリア収集のため、および金属電極との接触のために最適化させる必要がある。
【０００７】
一般に、エミッタ領域内の（置換）ドーパント原子が低濃度であると、再結合は少なくなり（したがって太陽電池効率が高くなり）、金属電極への電気接触が不十分になる。逆に、（置換）ドーパント原子が高濃度であると、再結合が増加し（したがって太陽電池効率が低下し）、金属電極に対して低抵抗オーム接触が得られる。多くの場合、製造費を削減するために、少ない再結合および低抵抗オーム接触との間で妥協するために選択したドーピング濃度で、１回のドーパント拡散が一般に使用されてエミッタが形成される。したがって、潜在的な太陽電池効率（電気に変換される太陽光のパーセント値）は限定される。
【０００８】
解決方法の１つは、二重ドープされたエミッタまたは選択エミッタを使用することである。選択エミッタでは、再結合を少なくするために最適化された第１の低濃度ドープ領域と、低抵抗オーム金属接触のために最適化された第２の高濃度ドープ領域（同じドーパントの種類）とが使用される。しかし、選択エミッタ構造は、１ステップ拡散プロセスで実現することは困難となる場合があり、数回のマスキングステップを伴うので、その結果製造費が増加することがある。さらに、高濃度ドープおよび低濃度ドープが行われたエミッタ領域の間には一般に視覚的な境界が存在しないので、先に堆積された高濃度ドープ領域上への金属接点の位置合わせが困難となる場合がある。
【０００９】
エミッタ領域と同様に、ＢＳＦ（裏面電界）の堆積でも問題が発生することがある。ＢＳＦは、一般に、太陽電池の裏面に位置する領域であり、この領域によって、吸収領域中の少数キャリアが、裏面における高再結合ゾーンおよび基体の金属化領域から反発しやすくなる。一般に、ＢＳＦは、吸収領域中に使用されるドーパントと同じ種類のドーパントを使用して形成することができる。この場合、ＢＳＦ中のドーパント原子の濃度は、吸収領域をドープするのに使用した濃度よりも高くなるように選択され、それによって基体の大部分と裏面との間に電位障壁が形成される。ＢＳＦは、一般に、アルミニウム（または他の堆積材料）を使用して形成され、これは一般に太陽電池の裏側上に最初にスクリーン印刷され、次に、前面金属接点（一般にスクリーン印刷された銀ペーストから形成される）とともにベルト炉中で同時焼成される。典型的には、基体中のケイ素原子は、アルミニウム中に拡散する傾向にあり、続いて再結晶して、アルミニウム原子がシリコン結晶中に取り込まれる。
【００１０】
しかし、製造が比較的容易であるが、アルミニウムの熱膨張係数（約２４μｍ／ｍ℃）は、ケイ素（約３μｍ／ｍ℃）よりもはるかに大きい。したがって、基体の湾曲が生じる傾向にある。そして、スクリーン印刷されたＡｌのＢＳＦを使用することでキャリア再結合がある程度減少するが、依然として裏側で顕著な再結合が生じるため、太陽電池効率が低下する傾向がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
以上を考慮すると、ドーパント拡散プロファイルをその場で制御するためのシリコンナノ粒子流体の使用方法の提供が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、一実施形態においては、多重ドープされた接合を基体上に形成する方法に関する。この方法は、ホウ素原子でドープされ、基体前面を含む基体を提供するステップと、あるインクパターンで基体前面上にインクを堆積するステップであって、インクが１組のナノ粒子および１組の溶媒を含むステップとを含む。この方法は、緻密化膜インクパターンを形成するために、焼き付け雰囲気中、約２００℃〜約８００℃の間の第１の温度で、約３分〜約２０分の間の第１の時間で基体を加熱するステップをさらに含む。この方法は、約７００℃〜約１０００℃の間の第２の温度において、約５分〜約３５分の第２の時間で、堆積雰囲気を有する拡散炉中で基体をドーパント源に曝露するステップであって、堆積雰囲気が、ＰＯＣｌ3、キャリアＮ2ガス、主Ｎ2ガス、および反応性Ｏ2ガスを含み、キャリアＮ2ガス対反応性Ｏ2ガスの比が約１：１〜約１．５：１の間であるステップをも含む。この方法は、ドライブイン雰囲気中、約８００℃〜約１１００℃の間の第３の温度に基体を加熱するステップをも含む。
【００１３】
添付の図面の図において、限定としてではなく、例として本発明を説明し、図面中の類似の参照番号は類似の要素を意味する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明による選択エミッタおよびアルミニウムを有する太陽電池の概略図を示している。
【図２】本発明による、種々のインク構成で構成された第１の実験における８組の結晶シリコン基体の概略図を示している。
【図３Ａ】本発明による実験１のシリコン基体のリン拡散プロファイルの概略図を示している。
【図３Ｂ】本発明による実験１のシリコン基体のリン拡散プロファイルの概略図を示している。
【図３Ｃ】本発明による実験１のシリコン基体のリン拡散プロファイルの概略図を示している。
【図４】本発明による種々のインク構成で構成された第２の実験における８組の結晶シリコン基体の概略図を示している。
【図５】本発明による単結晶シリコン基体のＦＴＩＲ（フーリエ変換赤外）スペクトルの概略図を示している。
【図６】本発明による、種々のインク構成で構成され、その上にリンドーパント源がスプレーコーティングされた３組の結晶シリコン基体の概略図を示している。
【図７】本発明による、種々のインク構成で構成され、その上にリンドーパント源がスプレーコーティングされた２組の結晶シリコン基体の概略図を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
添付の図面に示されるような本発明のいくつかの好ましい実施形態を参照しながら、これより本発明を詳細に説明する。以下の説明において、多数の具体的な詳細は、本発明の十分な理解を得るために記載されている。しかし、これらの具体的な詳細の一部またはすべてを使用せずに本発明を実施できることは、当業者には明らかであろう。他の場合には、周知のプロセスステップおよび／または構造は、詳細には説明していないが、本発明を必要以上に不明瞭にするためではない。
【００１６】
前述したように、太陽電池などのための基体上の多重ドープ接合の形成は、複数の別々の拡散およびパターン化ステップが必要となる場合が多く、その結果として製造費が増加するために、問題が生じやすい。
【００１７】
好都合な方法の１つにおいては、シリコンナノ粒子流体（たとえば、インク、ペーストなど）を、ある（インク）パターンでシリコン基体表面上に堆積することができ、それによって１組の低濃度ドープ領域と１組の高濃度ドープ領域との両方がその場で形成される。選択エミッタの場合、約９０Ω／□〜約１２０Ω／□の間のシート抵抗を有する低濃度ドープ領域を形成することができ、約３０Ω／□〜約６０Ω／□の間のシート抵抗を有する高濃度ドープ領域（同じドーパントの種類）を形成することができる。
【００１８】
理論によって束縛しようと望むものではないが、本発明者らは、堆積されたナノ粒子の表面積が実質的に大きい（下にある基体の表面積が相対的に小さいことと比較して）ことで、大きな体積の表面ＰＳＧを形成することができ、それによって、堆積されるリンの量を多くすることができると考えている。
【００１９】
少なくとも１つの寸法が１００ｎｍ未満であるナノ粒子は、実質的に大きな表面積を有する傾向にある。たとえば、直径１０ナノメートルのシリコンナノ粒子は、表面積が約３１４ｎｍ2となりうる。したがって、表面積が大きいほど、シリコン基体表面上よりもＰ2Ｏ5由来のリンの減少量が増加する（以下の式ＩＡ〜Ｂに記載の反応によって）。次に、シリコンナノ粒子を部分的に焼結させることによってシリコン流体層中に形成されたシリコンクラスターのチャネルを介して、下にあるシリコン基体中にリンを拡散させることができる。
【００２０】
したがって、８５０℃よりも高くにドライブイン温度を維持し、さらにドライブイン雰囲気中の窒素対酸素の比率を変化させることによって、シリコンナノ粒子流体が堆積された領域（流体領域）と、堆積されたシリコンナノ粒子流体を有さない領域（露出領域）とを、高濃度ドープ構成と低濃度ドープ構成との間で変化させることができる。
【００２１】
一般に、選択エミッタなどの多重ドープ接合を形成するためには、ガスとマスキングステップとの組み合わせを使用してドーパントをＩＶ族基体上に堆積させることが多い。すなわち、ＩＶ族（たとえば、ケイ素など）基体上にマスクを最初に堆積して、高濃度ドープされる領域を露出させ、その後ＩＶ族基体を第１のドーパントガスに曝露する。次にマスクを取り外し、次にＩＶ族基体を、第２のより低濃度のドーパントガスに曝露することによって、選択エミッタ構造を形成する。
【００２２】
たとえば、ホウ素がドープされたシリコン基体中にリンを拡散させるために、ＰＯＣｌ3（オキシ塩化リン）が使用される。その反応は典型的には：
【００２３】
【化１】
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【００２４】
である。
【００２５】
ＰＯＣｌ3拡散プロセス中に含まれる典型的なガスとしては：雰囲気窒素ガス（主Ｎ2ガス）、液体ＰＯＣｌ3で満たされたバブラー中に流されるキャリア窒素ガス（キャリアＮ2ガス）、蒸発したＰＯＣｌ3と反応して堆積（処理）ガスを形成するように構成された反応性酸素ガス（反応性Ｏ2ガス）、および場合により、後に酸化物層を形成するように構成された主酸素ガス（主Ｏ2ガス）が挙げられる。
【００２６】
一般には、最初に、主Ｎ2ガスを有する加熱された管状炉中にシリコン基体が入れられる。次にＰＯＣｌ3蒸気が管状炉中に流され、堆積温度まで加熱され、反応性Ｏ2ガスに曝露することで、Ｐ2Ｏ5（酸化リン）がシリコン基体上に形成され、さらにＣｌ2（塩素）ガスも形成されて、これがシリコン基体中の金属不純物と相互作用して金属不純物を除去する。次にＰ2Ｏ5はシリコン基体と反応してＳｉＯ2と遊離のＰ原子とが形成される。堆積中にシリコンウエハが同時に酸化されることで、ＳｉＯ2・Ｐ2Ｏ5層（ＰＳＧ、すなわちリンケイ酸ガラス）が形成される。
【００２７】
遊離のリン原子をシリコン基体中にさらに拡散させ、電荷キャリア発生に利用できるように格子中のケイ素原子を置換できるようにするために、堆積温度以上の温度を使用して、さらなるドライブインステップ（ＰＯＣｌ3流が全く使用されない）が典型的には使用される。このステップ中、主Ｎ2ガスおよび／または主Ｏ2ガスで構成することができる１組のドライブイン雰囲気ガスが管状炉中に流される。酸素を使用することで、シリコンウエハ表面に酸化物層が形成される。このような酸化物層は、ＰＳＧ層からシリコン基体中へのＰ原子の拡散を弱め、結果として得られる拡散プロファイルをより十分に制御することができる。一般に、特定の温度において、ＳｉＯ2中のリンの拡散はケイ素中よりも遅い。
【００２８】
同様に、ＢＢｒ3（三臭化ホウ素）を使用してリンがドープされたシリコン基体上にホウ素を堆積することができる。その反応は典型的には：
【００２９】
【化２】
2012532474.tif 000004
【００３０】
である。
【００３１】
ＢＢｒ3拡散プロセス中に含まれる典型的なガスとしては：雰囲気窒素ガス（主Ｎ2ガス）、液体ＢＢｒ3が満たされたバブラー中に流されるキャリア窒素ガス（キャリアＮ2ガス）、蒸発したＢＢｒ3と反応して堆積（処理）ガスを形成するように構成された反応性酸素ガス（反応性Ｏ2ガス）、および場合により、後に酸化物層を形成するように構成された主酸素ガス（主Ｏ2ガス）が挙げられる。一般には、最初に、主Ｎ2ガスを有する加熱された管状炉中にシリコン基体が入れられる。次にＢＢｒ3蒸気が管状炉中に流され、堆積温度まで加熱され、反応性Ｏ2（酸素）ガスに曝露することで、Ｂ2Ｏ3（三酸化二ホウ素）がシリコン基体上に形成される。
【００３２】
次に、Ｂ2Ｏ3がシリコン基体と反応して、ＳｉＯ2と遊離のＢ原子とが形成される。堆積中にシリコンウエハが同時に酸化されることで、ＳｉＯ2・Ｂ2Ｏ3層（ＢＳＧ、すなわちホウケイ酸ガラス）が形成される。
【００３３】
遊離のホウ素原子をシリコン基体中にさらに拡散させ、電荷キャリア発生に利用できるように格子中のケイ素原子を置換できるようにするために、堆積温度以上の温度を使用して、さらなるドライブインステップ（ＢＢｒ3流が全く使用されない）が典型的には使用される。このステップ中、窒素（主Ｎ2）および／または酸素（主Ｏ2）を含むことができる１組のドライブイン雰囲気ガスが管状炉中に流される。酸素を使用することで、シリコンウエハ表面に酸化物層が形成される。このような酸化物層は、Ｂ2Ｏ3層からシリコン基体中へのＢ原子の拡散を弱め、結果として得られる拡散プロファイルをより十分に制御することができる。一般に、特定の温度において、ホウ素の拡散は、ケイ素中よりもＳｉＯ2中の方が遅い。ある場合では、拡散の均一性を高めるために、予備堆積酸化物層をシリコンウエハ上で成長させることができる。
【００３４】
ＰＳＧに関して前述したように、本発明者らは、堆積されたナノ粒子の表面積が実質的に大きい（下にある基体の表面積が相対的に小さいことと比較して）ことで、大きな堆積の表面ＢＳＧを形成することができるはずであり、それによってより多量のホウ素を堆積することができる（以下の式３Ａ〜Ｂ中に示される反応によって）とも考えている。
【００３５】
シリコンウエハウにリンをドーピングする別の方法の１つは、スプレーオン技術であり、これによると、リン酸（Ｈ3ＰＯ4）混合物（通常、水、あるいはエタノールまたはメタノールなどのアルコールと混合される）がウエハ上にスプレーされ、次に熱処理が行われる。
【００３６】
ドーパント源としてリン酸を使用するリンのシリコンウエハ中への拡散は、以下の反応により行われる：
【００３７】
【化３】
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【００３８】
第１のステップは、リン酸の脱水を伴い、それによって五酸化二リン（Ｐ2Ｏ5）がシリコン表面上に生成し、これがリン源として機能する。次にＰ2Ｏ5はシリコン基体と反応して、ＳｉＯ2と遊離のＰ原子とを形成する。
【００３９】
ナノ粒子層をシリコン基体表面上に堆積する方法の１つは、コロイド分散体などの流体を使用して堆積することである。一般に、ＩＶ族ナノ粒子のコロイド分散体に可能性があり、その理由は、粒子表面と溶媒との相互作用が、密度の差を克服するのに十分な強さであるからであり、通常は密度の差によって、材料は液体中に沈むか浮かぶかのいずれかとなる。すなわち、小さなナノ粒子は大きなナノ粒子よりも容易に分散する。一般に、インクの場合の粒子使用量はおよそ約３重量％となりうる。対照的に、粒子使用量が約１０重量％を超えるまで実質的に増加すると、コロイド分散体は濃くなってペーストとなる。
【００４０】
一般に、ＩＶ族ナノ粒子は、減圧下、または不活性で実質的に酸素を含まない環境においてコロイド分散体またはペーストに変えられる。さらに、音波処理、高剪断ミキサー、および高圧／高剪断ホモジナイザーなどの粒子分散方法および装置を使用することによって、選択された溶媒または溶媒混合物中のナノ粒子の分散を促進することができる。
【００４１】
溶媒の例としては、アルコール類、アルデヒド類、ケトン類、カルボン酸類、エステル類、アミン類、オルガノシロキサン類、ハロゲン化炭化水素類、およびその他の炭化水素溶媒が挙げられる。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することができる。
【００４２】
さらに、コロイド分散体中のＩＶ族ナノ粒子をより十分に分散させるため、アルコール類、アルデヒド類、ケトン類、カルボン酸類、エステル類、およびアミン類などの有機化合物、ならびにオルガノシロキサン類を加えて、ナノ粒子キャッピング基を形成することができる。あるいは、プラズマチャンバー中にガスを加えることによって、キャッピング基をその場で付加することができる。これらのキャッピング基は、後の焼結プロセス中、または焼結プロセスの直前のより低温の予備加熱中に除去することができる。
【００４３】
たとえば、キャップされたＩＶ族半導体ナノ粒子の調製に使用すると好適な嵩高いキャッピング剤としては、Ｃ４〜Ｃ８分岐アルコール類、環状アルコール類、アルデヒド類、およびケトン類、たとえば第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類、たとえばメトキシ（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）が挙げられる。
【００４４】
配合後、コロイド分散体を基体に塗布し、ＩＶ族ナノ粒子を焼結して緻密化導電性膜にするために熱処理を行うことができる。塗布方法の例としては、ロールコーティング方法、スロットダイコーティング方法、グラビア印刷方法、フレキソドラム印刷方法、およびインクジェット印刷方法などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００４５】
さらに、ドープされたＩＶ族ナノ粒子、ドープされていないＩＶ族ナノ粒子、および／または異なるドープが行われたＩＶ族ナノ粒子を選択的にブレンドすることによって種々の構成のドープされたＩＶ族ナノ粒子コロイド分散体を配合することができる。たとえば、ブレンドされたＩＶ族ナノ粒子コロイド分散体の種々の配合物を調製することができ、それによって、接合の特定の層のドーパント量の配合は、ドープされたＩＶ族ナノ粒子およびドープされていないＩＶ族ナノ粒子をブレンドして、その層の要求を実現することによって行われる。あるいは、望ましくないエネルギー状態を軽減するために酸素原子の不活性化などの基体の欠陥を補償するために、ブレンドされたＩＶ族ナノ粒子コロイド分散体を使用することができる。
【００４６】
これより図１を参照すると、これは選択エミッタおよびアルミニウムＢＳＦを有する太陽電池の簡略図である。一般的な構成においては、最初に、ｎ＋＋拡散領域１１４およびｎ−拡散領域１０８が、ｐ−（低濃度ドープ）シリコン基体１１０上に形成される。次に、シリコン基体１１０の前面のパッシベーションを促進するために、ＳｉＯ2層１０６がｐ−（低濃度ドープ）シリコン基体１１０上に形成される。
【００４７】
次にＳｉＮx１０４層がＳｉＯ2層１０６の前面上に形成される。ＳｉＯ2層１０６と同様に、ＳｉＮx層１０４は、シリコン基体１１０の表面のパシベーションを促進して、外因によるウエハ全体の汚染を最小限にし、シリコン基体１１０表面における少数キャリアの再結合を減少させる。さらに、太陽電池の前面の反射率低下させ、効率、したがって性能を実質的に改善させるように、ＳｉＮx１０４層を最適化することができる。
【００４８】
次に、一般に、前面金属接点１０２および裏面電界（ＢＳＦ）／裏面金属接点１１６がシリコン基体１１０上に形成される。前面金属接点１０２は、一般に、Ａｇ粉末（７０〜８０重量％）、ホウケイ酸鉛ガラスＰｂＯ−Ｂ2Ｏ3−ＳｉＯ2（１〜１０重量％）、および有機成分（１５〜３０重量％）を含むＡｇペーストから形成される。ＢＳＦ／裏面金属接点１１６は、一般に、アルミニウムから形成され、電界を発生して少数キャリアを反発して少数キャリアの裏面再結合を最小限にするように構成される。さらに、モジュール中の相互接続のためのはんだ付けを容易にするために、一般にはＡｇパッド（図示せず）がＢＳＦ／裏面金属接点１１６上に取り付けられる。
【００４９】
実験１
これより図２を参照すると、本発明による種々のシリコンナノ粒子流体構成を使用して構成された８組の結晶シリコン基体の概略図を示している。すべての基体の組は、ソーダメージエッチングされたｐ−型シリコン基体で構成され、それぞれ厚さが約１８０ｕｍであり抵抗率が約２Ω・ｃｍであった。これらの基体は最初にピラニア（硫酸（Ｈ2ＳＯ4）と過酸化水素（Ｈ2Ｏ2）との混合物）で洗浄した。この洗浄に続いて、脱イオン水リンスステップを行い、次に緩衝酸化物エッチング（ＢＯＥ）ディップを行い、続いて最終的な脱イオン水リンスを行った。次に基体をＮ2を使用して乾燥させ、続いて、１組の有機溶媒中に約４重量％のシリコンナノ粒子を含むシリコンナノ粒子流体（約１．４重量％のリンを有するシリコンナノ粒子を含有する）を基体の片面上に堆積した。
【００５０】
その後、膜を緻密化させ溶媒分子を蒸発させて緻密化膜を形成するために、６００℃の温度において、焼き付け雰囲気中、急速熱処理（ＲＴＰ）ツール中で、約３分の時間で焼き付けを行った。この実験では焼き付け雰囲気は不活性であったが、酸化性雰囲気を使用することもできる。
【００５１】
一般に、ＰＯＣｌ3、Ｎ2、およびＯ2の堆積雰囲気を有する拡散炉中、約７２５℃〜約８５０℃の範囲の温度において、約２０分〜約３５分の範囲の時間、組２１０中のすべての基体をドーパント源に曝露し、続いて、ドライブイン雰囲気中、最高約１０００℃の範囲で、最長約３０分の時間でさらなるドライブイン熱ステップを行った。プロセス全体で、約５０分〜約２４０分の範囲の時間を要した。続いて基体表面上および緻密化膜表面上に残留するＰＳＧガラス層を、５分間のＢＯＥ洗浄ステップによって除去した。
【００５２】
基体サブセット２１０ｃにおいては、約３０分ドライブイン温度を約１０００℃まで上昇させた。基体サブセット２１０ａは、ドライブイン雰囲気が窒素だけであり、約９７５℃まで上昇させ、保持時間は使用せず、その結果、平均流体領域シート抵抗が約３４．７Ω／□となり、平均露出領域シート抵抗が約９９．６Ω／□となった。
【００５３】
基体サブセット２１０ｂは、約１：１の比率の主Ｎ2および主Ｏ2のドライブイン雰囲気を約１５分間有し、その結果、平均流体領域シート抵抗が約３０．０Ω／□となり、平均露出領域シート抵抗が約１３０．６Ω／□となった。さらに、基体サブセット２１０ｃは、約１：１の比率の主Ｎ2および主Ｏ2の第１のドライブイン雰囲気を約１５分間と、窒素のみの第２のドライブイン雰囲気を約３０分間とを有し、平均流体領域シート抵抗が約２５．７Ω／□となり、平均露出領域シート抵抗が約１０３．８Ω／□となった。基体サブセット２１０ｂは、低濃度ドープ領域に好ましい範囲（約９０Ω／□〜約１２０Ω／□）よりもわずかに高い平均露出領域シート抵抗を示したが、依然として選択エミッタの形成に使用することができる。
【００５４】
サブセット２１６中のすべての基体は、約８００℃の初期堆積温度を約２０分有し、堆積中のキャリアＮ2対反応性Ｏ2の比が約１：１であり、ドライブイン温度が少なくとも約９００℃であった。基体サブセット２１６ａは、主Ｎ2のみのドライブイン雰囲気を約１５分間有し、その結果、平均流体領域シート抵抗が約４８．８Ω／□となり、平均露出領域シート抵抗が約１０５．６Ω／□となった。
【００５５】
基体サブセット２１６ｂは、約１：１の比率の主Ｎ2および主Ｏ2のドライブイン雰囲気を約９２５℃において約１５分間有し、その結果、平均流体領域シート抵抗が約４９．３Ω／□となり、平均露出領域シート抵抗が約１０６．４Ω／□となった。基体サブセット２１６ｃは、主Ｎ2のみのドライブイン雰囲気を約１５分間有し、その結果、平均流体領域シート抵抗が約４８．７Ω／□となり、平均露出領域シート抵抗が約１０５．６Ω／□となった。
【００５６】
基体の組２１４は、約８００℃の初期堆積温度を約２０分間有し、堆積中のキャリアＮ2対反応性Ｏ2の比が２：１であり、主Ｎ2および主Ｏ2中約８５０℃のドライブイン温度を約１５分間有した。基体サブセット２１４の構成は、選択エミッタの形成に使用することもできるが、プロファイルが逆になる。すなわち、流体領域が低濃度ドープされ、露出領域が高濃度ドープされる。理論によって束縛しようと望むものではないが、本発明者らは、ドライブイン温度を約８５０℃まで低下させることと、堆積中のキャリアＮ2対反応性Ｏ2の比率を約２：１まで増加させることとの両方によって、この作用を実現できると考えている。したがって、平均流体領域シート抵抗が約１１５．６Ω／□となり、平均露出領域シート抵抗が約６０．４Ω／□となった。
【００５７】
対照的に、基体サブセット２１２ａ〜ｃ、および２１８ｂは、最適な選択エミッタ構成には一般に高すぎる平均シート抵抗を有した。前述したように、高いシート抵抗は、一般に低濃度ドーピング構成に対応しており、これは再結合が最小限となる傾向にあるが、不十分なオーム金属接触を形成する傾向にもある。
【００５８】
基体サブセット２１２ａは、平均流体領域シート抵抗が約２７６．９Ω／□であり、平均露出領域シート抵抗が約２２７．７Ω／□であった。基体サブセット２１２ｂは、平均流体領域シート抵抗が約２３３．２Ω／□であり、平均露出領域シート抵抗が約１２７．５Ω／□であった。基体サブセット２１２ｃは、平均流体領域シート抵抗が約１４７．７Ω／□であり、平均露出領域シート抵抗が約１５３．８Ω／□であった。基体サブセット２１８ｂは、平均流体領域シート抵抗が約１７９．１Ω／□であり、平均露出領域シート抵抗が約５８．２Ω／□であった。すべてドライブイン温度が約８５０℃以下であり、これは最適な選択エミッタドーパント拡散プロファイルを得るためには一般に不十分である。
【００５９】
対照的に、基体サブセット２１８ａ、２１８ｃは、最適な選択エミッタ構成には低すぎる平均露出領域シート抵抗を有した。
【００６０】
前述したように、低シート抵抗は、一般に高濃度ドーピング構成に対応しており、これは良好なオーム金属接触を形成する傾向にあるが、再結合が増加するためキャリア収集には有害となる傾向にもある。
【００６１】
基体サブセット２１８ａは、平均流体領域シート抵抗が約３５．６Ω／□であり、平均露出領域シート抵抗が３４．１Ω／□であった。基体サブセット２１８ｃは平均流体領域シート抵抗が約４８．７Ω／□であり、平均露出領域シート抵抗が約３１．９Ω／□であった。すべての場合で、堆積温度は約８５０℃以下であり、ドライブイン温度は約９２５℃以下であったが、これも最適な選択エミッタドーパント拡散プロファイルを得るには不十分である。
【００６２】
図３Ａ〜Ｃを参照すると、これらは、本発明による実験１と同じ印刷および熱処理を行った研磨したシリコン基体をＳＲＰ（広がり抵抗プローブ）によって測定したリン拡散プロファイルの一連の概略図である。図３Ａは、ＰＯＣｌ3拡散を行い、続いて前述のように種々の熱ステップを行った後の露出領域下の一連のリンプロファイルを示している。ミクロンの単位での深さ３０２が水平軸に沿って示されており、一方、ｃｍ-3の単位でのキャリア濃度３０４が垂直軸に沿って示されている。図から分かるように、サーマルバジェットが増加すると表面ドーパント濃度が低下しており、これは、ドライブインの温度が上昇し時間が増加すると露出領域中のＰＳＧのリン含有率が低下することに対応している。
【００６３】
図３Ｂは、ＰＯＣｌ3拡散を行い、続いて前述の種々の熱ステップを行った後の流体領域下の一連のリンプロファイルを示している。ミクロンの単位での深さ３０２が水平軸に沿って示されており、一方、ｃｍ-3の単位でのキャリア濃度３０４が垂直軸に沿って示されている。図から分かるように、表面濃度は実質的に変化しないままとなっているが、一方ドライブインの温度が上昇し時間が増加すると、拡散プロファイルが基体中により深くなり続けている。これらの結果は、これらのプロセス条件下で、サーマルバジェットが増加してもシリコン流体が覆う領域中のＰＳＧのリン含有率が容易に低下せず、したがってクワジ・イニフィニット（ｑｕａｓｉ−ｉｎｉｆｉｎｉｔｅ）リン源として作用する傾向にあることを示している。
【００６４】
図３Ｃは、約７２５℃において約３５分間のＰＯＣｌ3拡散を行い、続いて主Ｎ2中で約９７５Ｃまで上昇させ、主Ｎ2および主Ｏ2中で約１５分間のドライブインを行った後の露出領域および流体領域の両方の下の一連のリンプロファイルを示している。ミクロンの単位での深さ３０２が水平軸に沿って示されており、一方、ｃｍ-3の単位でのキャリア濃度が垂直軸に沿って示されている。その結果、得られた流体領域中の表面濃度は約１．５×１０20ｃｍ-3であり、一方、露出領域では約２．２５×１０19ｃｍ-3である。
【００６５】
実験２
これより図４を参照すると、本発明による種々のシリコンナノ粒子流体構成を使用して構成された８組の結晶シリコン基体の概略図が示されている。すべての基体の組は、ソーダメージエッチングされたｐ−型シリコン基体で構成され、それぞれ厚さが約１８０ｕｍであり抵抗率が約２Ω・ｃｍであった。すべての基体は最初にピラニア（硫酸（Ｈ2ＳＯ4）と過酸化水素（Ｈ2Ｏ2）との混合物）で洗浄した。この洗浄に続いて、脱イオン水リンスステップを行い、次にＢＯＥディップを行い、続いて最終的な脱イオン水リンスを行った。Ｎ2を使用して基体を乾燥させた後、１組の有機溶媒中に約４重量％のシリコンナノ粒子を含むシリコンナノ粒子流体を基体の片面上に堆積した。
【００６６】
その後、膜を緻密化させ溶媒分子を蒸発させて緻密化膜を形成するために、６００℃の温度において、焼き付け雰囲気中、急速熱処理（ＲＴＰ）ツール中で、約３分の時間で焼き付けを行った。この実験において焼き付け雰囲気は不活性であったが、酸化性雰囲気を使用することもできる。
【００６７】
拡散炉中、ＰＯＣｌ3、Ｎ2、およびＯ2の堆積／ドライブイン雰囲気中、約７５０℃〜約９００℃の範囲の温度において、約３５分の時間で基体をドーパント源に曝露した。続いて基体表面上および緻密化膜表面上に残留するＰＳＧガラス層を、５分間のＢＯＥ（緩衝酸化物エッチング）洗浄ステップによって除去した。
【００６８】
基体の組４１０〜４１２の片面上には、約１．４重量％のリンを有するシリコンナノ粒子を含有するインクを堆積し、一方、基体の組４１４〜４１６の片面上には、約５．６重量％のリンを有するシリコンナノ粒子を含有するインクを堆積した。次に、インクを堆積した領域および堆積していない領域で得られるシート抵抗値をそれぞれ測定した。
【００６９】
前述したように、選択エミッタでは、低再結合のために最適化された第１の低濃度ドープ領域と、低抵抗オーム金属接触のために最適化された第２の高濃度ドープ領域（同じドーパントの種類）とが使用される。
【００７０】
したがって、範囲４２６中に示される約９０Ω／□〜約１２０Ω／□の間のシート抵抗が低濃度ドープ領域に好ましく、一方、範囲４２８中に示される約３０Ω／□〜約６０Ω／□の間のシート抵抗が高濃度ドープ領域に好ましい。基体の組４１２および４１６のすべては、選択エミッタの形成に好適なシート抵抗が得られたが、一方、基体の組４１０および４１４では得られなかった。基体サブセット４１２および４１６の構成は、選択エミッタの形成に使用することができるが、反対のプロファイルを有する。すなわち、流体領域が低濃度ドープされ、露出領域が高濃度ドープされる。
【００７１】
組４１２中のすべての基体は、約８５０℃以上の複合堆積／ドライブイン温度を約３５分間有し、堆積中の窒素（キャリアＮ2）対酸素（反応性Ｏ2）比が１：１であり、リンドーパントパーセント値が約１．４重量％であるシリコンナノ粒子を含有する流体を有した。基体サブセット４１２ａでは、平均流体領域シート抵抗が１３５．９Ω／□となり、平均露出領域シート抵抗が４６．１Ω／□となり、一方、基体サブセット４１２ｂでは、平均流体領域シート抵抗が１３５．９Ω／□となり、平均露出領域シート抵抗が１７．８Ω／□となった。
【００７２】
同様に、組４１６中の基体は、約８５０℃以上の複合堆積／ドライブイン温度を３５分間有し、堆積中の窒素（キャリアＮ2）対酸素（反応性Ｏ2）の比が１：１であり、リンドーパントパーセント値が約５．６重量％であるシリコンナノ粒子を含有する流体を有した。基体サブセット４１６ａでは、平均流体領域シート抵抗が１１４．５Ω／□となり、平均露出領域シート抵抗が４６．７Ω／□となり、一方、基体サブセット４１６ｂでは、平均流体領域シート抵抗が８６．０Ω／□となり、平均露出領域シート抵抗が１９．１Ω／□となった。
【００７３】
対照的に、組４１０中のすべての基体は、約８００℃以下の複合堆積／ドライブイン温度を３５分間有し、堆積中のキャリアＮ2対反応性Ｏ2の比が約１：１であり、リンドーパントパーセント値が約１．４重量％であるシリコンナノ粒子を含有する流体を有した。基体サブセット３１０ａでは、平均流体領域シート抵抗が約２９７．５Ω／□となり、平均露出領域シート抵抗が約３０４．９Ω／□となり、一方、基体サブセット４１０ｂでは平均流体領域シート抵抗が約２４３．５Ω／□となり、平均露出領域シート抵抗が約１５７．０Ω／□となり、これは最適な選択エミッタドーパント拡散プロファイルを得るには不十分である。
【００７４】
対照的に、組４１４中のすべての基体は、約８００℃以下の複合堆積／ドライブイン温度を３５分間有し、堆積中のキャリアＮ2対反応性Ｏ2の比が１：１であり、リンドーパントパーセント値が約５．６重量％であるシリコンナノ粒子を含有する流体を有した。基体サブセット４１４ａでは、平均流体領域シート抵抗が約３１７．０Ω／□となり、平均露出領域シート抵抗が約２７５．２Ω／□となり、一方、基体サブセット４１４ｂでは、平均流体領域シート抵抗が１８２．６Ω／□となり平均露出領域シート抵抗が約１４７．８Ω／□となり、これも最適な選択エミッタドーパント拡散プロファイルを得るには不十分である。
【００７５】
実験３
これより図５を参照すると、これは、抵抗率が約１００００Ω・ｃｍである両面を研磨した単結晶シリコン基体の上に、本発明により約１．４重量％のリンを有するシリコンナノ粒子を含有する流体を堆積したものの、ＦＴＩＲ（フーリエ変換赤外）スペクトルの簡略図である。第１のスペクトル５０６は、堆積インクを有さない基体領域の吸光度を示しており、一方、第２のスペクトル５０８は、堆積インクを有する基体領域の吸光度を示している。
【００７６】
一般に、フーリエ変換分光法は、電磁放射線または他の種類の放射線５０２（水平軸上に波数として示されている）の時間領域測定を使用して、放射源の時間的コヒーレンスの測定に基づいてスペクトルが収集される測定技術の１つである。個別のサンプル中の化学結合の特定の共鳴周波数特性において、放射線５０４が吸収され（垂直軸上に吸光度Ａ．Ｕ．として示されている）、その結果スペクトル中に一連のピークが得られ、次にそれらをサンプル中の化学結合の同定に使用することができる。放射線吸収は、特定の周波数において吸収する結合の数に比例する。
【００７７】
ここで、表面の一部のみが覆われるように、シリコン流体のパターン化されたパッチを、研磨した単結晶シリコン基体上に堆積した。流体中の溶媒を焼き付けによって除去するため、およびさらに膜を緻密化して緻密化膜を形成するために、基体を不活性雰囲気中、急速熱処理（ＲＴＰ）ツール中約６００℃で約３分間加熱した。基体を標準的な管状炉中に入れ、堆積中のキャリアＮ2対反応性Ｏ2ガスの比に約１：１を使用して、約８００℃において約２０分間のＰＯＣｌ3堆積ステップを行った。この後にドライブインステップは行わなかった。このプロセスは、結晶シリコン基体と堆積したシリコン流体領域との両方の上にＰＳＧが堆積した後に終了した。
【００７８】
第１のスペクトル５０６および第２のスペクトル５０８は、Ｐ＝Ｏ（リン酸素二重結合）に特徴的な１３５０ｃｍ-1、ならびにＳｉ−Ｏ（ケイ素酸素単結合）に特徴的な約４５０ｃｍ-1、８００ｃｍ-1、および１１００ｃｍ-1の範囲内にピークを示し、これらすべてが堆積ＰＳＧ膜に典型的なものである。第２の（インクあり）スペクトル５０８の吸光度は、第１の（インクなし）スペクトル５０６の吸光度よりも実質的に大きく、これは、インク領域中に埋め込まれたＰＳＧが非インク領域上のＰＳＧよりもはるかに多いことを示している。非インク領域と比較してインク領域中に埋め込まれたＰＳＧがはるかに多いということは、シリコン基体表面よりも、ＰＳＧ堆積用のインク層によって得られるシリコン表面積が大きいことと一致している。
【００７９】
実験４
図６を参照すると、種々のインク構成を使用して構成され、本発明によるリンドーパント源が上にスプレーコーティングされた３組の結晶シリコン基体の概略図が示されている。
【００８０】
すべての基体の組は、ソーダメージエッチングされたｐ−型シリコン基体で構成され、それぞれ厚さが約１８０ｕｍであり抵抗率が約２Ω・ｃｍであった。これらの基体は最初にピラニア（硫酸（Ｈ2ＳＯ4）と過酸化水素（Ｈ2Ｏ2）との混合物）で洗浄した。この洗浄に続いて、脱イオン水リンスステップを行い、次に緩衝酸化物エッチング（ＢＯＥ）ディップを行い、続いて最終的な脱イオン水リンスを行った。次に基体をＮ2を使用して乾燥させ、続いて、基体の前面上にあるパターンでインクジェットによりシリコンナノ粒子流体を堆積し、基体の組６０８では、約０．０重量％（ドープなし）のリンを有するシリコンナノ粒子を含有し、基体の組６１０では、約１．４重量％のリンを有するシリコンナノ粒子を含有し、基体の組６１２では、約５．６重量％のリンを有するシリコンナノ粒子を含有し、すべてが１組の有機溶媒中に存在した。
【００８１】
この結果得られたシリコンナノ粒子膜を、約６００℃において約３分間、急速熱処理（ＲＴＰ）ツール中で焼き付けし、その後それらをインラインドーピング炉中に入れた。次に、基体の前面上にリンドーパント源をスプレーコーティングし、続いてこれらをコンベヤベルト炉中約８００℃で約２０分間処理した。各組について、次にシート抵抗を、堆積シリコンナノ粒子流体を有する（インクあり）表面領域と有さない（露出）表面領域との両方で測定した。組６０８、６１０、および６１２から分かるように、シリコン基体上に堆積シリコンナノ粒子流体が存在すると（６０８ａ、６１０ａ、および６１２ａ）、対応する露出領域（６０８ｂ、６１０ｂ、および６１２ｂ）よりもシート抵抗が増加する結果となり、ナノ粒子層を含有する領域でのドーピングが減少していることを示している。これらの結果は、シリコンナノ粒子流体によって、選択エミッタの低濃度ドープ領域に好適な範囲内となりうることを示している。また、組６０８、６１０、および６１２から分かるように、シリコンナノ粒子中のドーピング濃度が増加すると、一般に、インク領域下のシート抵抗が低下する結果が得られ、基体中へのドーパント原子の拡散が増強されることを示している。
【００８２】
実験５
図７を参照すると、種々のインク構成を使用して構成され、本発明によるリンドーパント源が上にスプレーコーティングされた２組の結晶シリコン基体の概略図が示されている。
【００８３】
すべての基体の組は、ソーダメージエッチングされたｐ−型シリコン基体で構成され、それぞれ厚さが約１８０ｕｍであり抵抗率が約２Ω・ｃｍであった。これらの基体は最初にピラニア（硫酸（Ｈ2ＳＯ4）と過酸化水素（Ｈ2Ｏ2）との混合物）で洗浄した。この洗浄に続いて、脱イオン水リンスステップを行い、次に緩衝酸化物エッチング（ＢＯＥ）ディップを行い、続いて最終的な脱イオン水リンスを行った。次に基体をＮ2を使用して乾燥させ、続いて、基体の前面上にあるパターンでインクジェットによりシリコンナノ粒子流体を堆積し、基体の組７０８および７１０では、１組の有機溶媒中に約１．４重量％のリンを有するシリコンナノ粒子を含有した。
【００８４】
この結果得られたシリコンナノ粒子膜を、膜を緻密化させ溶媒分子を蒸発させて緻密化膜を形成するために、約４００℃において約３分間、不活性雰囲気中で焼き付けし、その後それらをインラインドーピング炉中に入れ、その中で、基体の前面上にリンドーパント源をスプレーコーティングした。基体の組７０８は、続いて約８００℃において約２０分間処理し、一方、基体の組７１０は、コンベヤベルト炉中約８５７℃において約２０分間処理した。次に各組について、シート抵抗を、堆積シリコンナノ粒子流体を有する（インクあり）表面領域と有さない（露出）表面領域との両方で測定した。
【００８５】
その結果、基体の組７０８の場合、シート抵抗は、ナノ粒子流体が堆積された領域７０８ａと対応する露出領域７０８ｂとの両方で全体的に高すぎた。しかし、より高温で処理した基体の組７１０の場合、両方の領域７１０ａおよび７１０ｂのシート抵抗は実質的に低く、ナノ粒子流体が堆積された領域７１０ａのシート抵抗は、選択エミッタの低濃度ドープ領域に好適な範囲内となった。そして、露出領域７１０ｂのシート抵抗は、選択エミッタの高濃度ドープ領域に好適な範囲からわずかに外れているが、本発明者らは、これらのドーピングプロファイルが熱処理によって調節可能であると考えている。
【００８６】
本開示の目的では、特に明記しない限り、「ａ」または「ａｎ」は「１つ以上」を意味する。本明細書において引用したすべての特許、出願、参考文献、および刊行物は、それらが個別に参照により援用される場合と同程度で、それらの記載内容全体が参照により援用される。
【００８７】
種々の具体的および説明的な実施形態を参照しながら、本発明を説明してきた。しかし、本発明の意図および範囲の中にとどまりながら、多くの変形および修正を行えることを理解されたい。本発明の利点としては、太陽電池などの電気デバイス用の低コストで効率的な接合が形成されることが挙げられる。
【００８８】
代表的な実施形態および最良の形態を開示してきたが、以下の特許請求の範囲によって定義される本発明の主題および意図の範囲内にとどまりながら、開示した実施形態に対して修正および変形を行うことができる。
【図２】
2012532474.tif 000006
【図３Ａ】
2012532474.tif 000007
【図３Ｂ】
2012532474.tif 000008
【図３Ｃ】
2012532474.tif 000009
【図４】
2012532474.tif 000010
【図５】
2012532474.tif 000011
【図６】
2012532474.tif 000012
【図７】
2012532474.tif 000013
【図１】
2012532474.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成24年3月2日(2012.3.2)
【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】
基体上に多重ドープ接合を形成する方法であって；
ホウ素原子でドープされた前記基体を提供するステップであって、前記基体が基体前面を含むステップと；
あるインクパターンでインクを前記基体前面上に堆積するステップであって、前記インクが、１組のドープされていないナノ粒子および１組の溶媒から実質的になるステップと；
緻密化膜インクパターンを形成するために、前記基体を焼き付け雰囲気中、第１の温度まで第１の時間の間加熱するステップと；
堆積雰囲気を有する拡散炉中、第２の温度において第２の時間の間前記基体をドーパント源に曝露するステップであって、前記堆積雰囲気がＰＯＣｌ3、キャリアＮ2ガス、主Ｎ2ガス、および反応性Ｏ2ガスを含み、第１のリン量を有する第１のＰＳＧ層が前記基体前面上に形成され、第２のリン量を有する第２のＰＳＧ層が前記緻密化膜インクパターン上に形成され、前記第２のリン量が前記第１のリン量よりも実質的に多いステップと；
前記基体をドライブイン雰囲気中、第３の温度まで加熱するステップとを含み；
前記緻密化膜インクパターンで覆われた前記基体前面の下に、第１のシート抵抗を有する第１の拡散領域が形成され、前記緻密化膜インクパターンで覆われていない前記基体前面の下に、第２のシート抵抗を有する第２の拡散領域が形成され、
前記第１のシート抵抗が前記第２のシート抵抗よりも実質的に低い、方法。
【請求項２】
前記第１の温度が約２００℃〜約８００℃の間であり、前記第１の時間が約３分〜約２０分の間である、請求項２に記載の方法。
【請求項３】
前記キャリアＮ2ガス対前記反応性Ｏ2ガスの比が約１：１〜約１．５：１の間であり、前記第２の温度が約７００℃〜約１０００℃の間であり、約５分および約３５分の前記第２の時間である、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第３の温度が約８００℃〜約１１００℃の間である、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記第１の温度が約２００℃〜約８００℃の間であり、前記第１の時間が約３分〜約８分の間である、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記第２の温度が約７２５℃〜約８２５℃の間であり、前記第２の時間が約１０分〜約３５分の間である、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記第２の温度が約７５０℃〜約８５０℃の間であり、前記第２の時間が約１０分〜約３０分の間である、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記第２の温度が約８００℃であり、前記第２の時間が約２０分である、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記第３の温度が約８７５℃〜約１０００℃の間である、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記第３の温度が約８５０℃〜約１０５０℃の間である、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記第３の温度が約９００℃である、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記基体を前記第３の温度まで加熱する前記ステップが、約１５分〜約３０分の間である第３の時間で行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１のシート抵抗（Ohm/sq）が約２０〜約７０の間であり、前記第２のシート抵抗（Ohm/sq）が約８０〜約１４０の間である、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１のシート抵抗（Ohm/sq）が約３０〜約６０の間であり、前記第２のシート抵抗（Ohm/sq）が約９０〜約１２０の間である、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１のシート抵抗（Ohm/sq）が約３０〜約５０の間であり、前記第２のシート抵（Ohm/sq）が約１００〜約１１０の間である、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記焼き付け雰囲気が、不活性雰囲気および酸化性雰囲気の１つである、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記ドライブイン雰囲気が、不活性雰囲気および酸化性雰囲気の１つである、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
基体上に多重ドープ接合を形成する方法であって：
ホウ素原子でドープされた前記基体を提供するステップであって、前記基体が基体前面を含むステップと；
あるインクパターンでインクを前記基体前面上に堆積するステップであって、前記インクが、１組のドープされていないナノ粒子および１組の溶媒から実質的になるステップと；
緻密化膜インクパターンを形成するために、前記基体を焼き付け雰囲気中、約２００℃〜約８００℃の間の第１の温度まで、約３分〜約２０分の間の第１の時間の間加熱するステップと；
堆積雰囲気を有する拡散炉中、約７２５℃〜約８２５℃の間の第２の温度において、約１０分〜約２５分の第２の時間の間前記基体をドーパント源に曝露するステップであって、前記堆積雰囲気がＰＯＣｌ3、キャリアＮ2ガス、主Ｎ2ガス、および反応性Ｏ2ガスを含み、前記キャリアＮ2ガスおよび前記反応性Ｏ2ガスの比が約および約１．５：１〜２：１の間であり、第１のリン量を有する第１のＰＳＧ層が前記基体前面上に形成され、第２のリン量を有する第２のＰＳＧ層が前記緻密化膜インクパターン上に形成され、前記第２のリン量が前記第１のリン量よりも実質的に多いステップと；
ドライブイン雰囲気中の前記基体を約８２５℃〜約８７５℃の間の第３の温度に約１０分〜約２０分の間曝露するステップとを含み；
前記インクパターンによって覆われた前記基体前面の下に、第１のシート抵抗を有する第１の拡散領域が形成され、前記インクパターンで覆われていない前記基体前面の下に、第２のシート抵抗を有する第２の拡散領域が形成され、前記第１のシート抵抗が前記第２のシート抵抗よりも実質的に高い、方法。
【請求項１９】
前記焼き付け雰囲気が、不活性雰囲気および酸化性雰囲気の１つである、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記ドライブイン雰囲気が、不活性雰囲気および酸化性雰囲気の１つである、請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
前記第１のシート抵抗（Ohm/sq）が約８０〜約１４０の間であり、前記第２のシート抵抗（Ohm/sq）が約２０〜約７０の間である、請求項１８に記載の方法。
【請求項２２】
前記第１のシート抵抗（Ohm/sq）が約９０〜約１２０の間であり、前記第２のシート抵抗（Ohm/sq）が約３０〜６０の間である、請求項１８に記載の方法。
【請求項２３】
前記第１のシート抵抗（Ohm/sq）が約１００〜約１１０の間であり、第２のシート抵抗（Ohm/sq）が約３０〜５０の間である、請求項１８に記載の方法。
【請求項２４】
基体上に多重ドープ接合を形成する方法であって：
ホウ素原子でドープされた前記基体を提供するステップであって、前記基体が基体前面を含むステップと；
あるインクパターンでインクを前記基体前面上に堆積するステップであって、前記インクが、１組のドープされていないナノ粒子および１組の溶媒から実質的になるステップと；
緻密化膜インクパターンを形成するために、前記基体を焼き付け雰囲気中、約２００℃〜約８００℃の間の第１の温度まで、約３分〜約２０分の間の第１の時間の間加熱するステップと；
ＰＯＣｌ3、キャリアＮ2ガス、主Ｎ2ガス、および反応性Ｏ2ガスの堆積／ドライブイン雰囲気を有する拡散炉中、約８５０℃〜約９００℃の間の第２の温度において、約２０分〜約３５分の第２の時間の間前記基体をドーパント源に曝露するステップであって、前記キャリアＮ2ガスおよび前記反応性Ｏ2ガスの比が約１：１〜約１．５：１の間であり、第１のリン量を有する第１のＰＳＧ層が前記基体前面上に形成され、第２のリン量を有する第２のＰＳＧ層が前記緻密化膜インクパターン上に形成され、前記第２のリン量が前記第１のリン量よりも実質的に多いステップと；
前記インクパターンによって覆われた前記基体前面の下に、第１のシート抵抗を有する第１の拡散領域が形成され、前記インクパターンで覆われていない前記基体前面の下に、第２のシート抵抗を有する第２の拡散領域が形成され、前記第１のシート抵抗が前記第２のシート抵抗よりも実質的に低い、方法。
【請求項２５】
前記第１のシート抵抗（Ohm/sq）が約８０〜約１４０の間であり、前記第２のシート抵抗（Ohm/sq）が約２０〜約７０の間である、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記第１のシート抵抗（Ohm/sq）が約９０〜約１２０の間であり、前記第２のシート抵抗（Ohm/sq）が約３０〜６０の間である、請求項２４に記載の方法。
【請求項２７】
前記第１のシート抵抗（Ohm/sq）が約１００〜約１１０の間であり、前記第２のシート抵抗（Ohm/sq）が約３０〜５０の間である、請求項２４に記載の方法。
【手続補正書】
【提出日】平成24年3月12日(2012.3.12)
【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】
基体上に多重ドープ接合を形成する方法であって；
ホウ素原子でドープされた前記基体を提供するステップであって、前記基体が基体前面を含むステップと；
あるインクパターンでインクを前記基体前面上に堆積するステップであって、前記インクが、１組のドープされていないナノ粒子および１組の溶媒から実質的になるステップと；
緻密化膜インクパターンを形成するために、前記基体を焼き付け雰囲気中、第１の温度まで第１の時間の間加熱するステップと；
堆積雰囲気を有する拡散炉中、第２の温度において第２の時間の間前記基体をドーパント源に曝露するステップであって、前記堆積雰囲気がＰＯＣｌ３、キャリアＮ２ガス、主Ｎ２ガス、および反応性Ｏ２ガスを含み、第１のリン量を有する第１のＰＳＧ層が前記基体前面上に形成され、第２のリン量を有する第２のＰＳＧ層が前記緻密化膜インクパターン上に形成され、前記第２のリン量が前記第１のリン量よりも実質的に多いステップと；
前記基体をドライブイン雰囲気中、第３の温度まで加熱するステップとを含み；
前記緻密化膜インクパターンで覆われた前記基体前面の下に、第１のシート抵抗を有する第１の拡散領域が形成され、前記緻密化膜インクパターンで覆われていない前記基体前面の下に、第２のシート抵抗を有する第２の拡散領域が形成され、
前記第１のシート抵抗が前記第２のシート抵抗よりも実質的に低い、方法。
【請求項２】
前記第１の温度が約２００℃〜約８００℃の間であり、前記第１の時間が約３分〜約２０分の間である、請求項２に記載の方法。
【請求項３】
前記キャリアＮ２ガス対前記反応性Ｏ２ガスの比が約１：１〜約１．５：１の間であり、前記第２の温度が約７００℃〜約１０００℃の間であり、約５分および約３５分の前記第２の時間である、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第３の温度が約８００℃〜約１１００℃の間である、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記第１の温度が約２００℃〜約８００℃の間であり、前記第１の時間が約３分〜約８分の間である、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記第２の温度が約７２５℃〜約８２５℃の間であり、前記第２の時間が約１０分〜約３５分の間である、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記第２の温度が約７５０℃〜約８５０℃の間であり、前記第２の時間が約１０分〜約３０分の間である、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記第２の温度が約８００℃であり、前記第２の時間が約２０分である、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記第３の温度が約８７５℃〜約１０００℃の間である、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記第３の温度が約８５０℃〜約１０５０℃の間である、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記第３の温度が約９００℃である、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記基体を前記第３の温度まで加熱する前記ステップが、約１５分〜約３０分の間である第３の時間で行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１のシート抵抗（Ohm/sq）が約２０〜約７０の間であり、前記第２のシート抵抗（Ohm/sq）が約８０〜約１４０の間である、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１のシート抵抗（Ohm/sq）が約３０〜約６０の間であり、前記第２のシート抵抗（Ohm/sq）が約９０〜約１２０の間である、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１のシート抵抗（Ohm/sq）が約３０〜約５０の間であり、前記第２のシート抵（Ohm/sq）が約１００〜約１１０の間である、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記焼き付け雰囲気が、不活性雰囲気および酸化性雰囲気の１つである、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記ドライブイン雰囲気が、不活性雰囲気および酸化性雰囲気の１つである、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
基体上に多重ドープ接合を形成する方法であって：
ホウ素原子でドープされた前記基体を提供するステップであって、前記基体が基体前面を含むステップと；
あるインクパターンでインクを前記基体前面上に堆積するステップであって、前記インクが、１組のドープされていないナノ粒子および１組の溶媒から実質的になるステップと；
緻密化膜インクパターンを形成するために、前記基体を焼き付け雰囲気中、約２００℃〜約８００℃の間の第１の温度まで、約３分〜約２０分の間の第１の時間の間加熱するステップと；
堆積雰囲気を有する拡散炉中、約７２５℃〜約８２５℃の間の第２の温度において、約１０分〜約２５分の第２の時間の間前記基体をドーパント源に曝露するステップであって、前記堆積雰囲気がＰＯＣｌ３、キャリアＮ２ガス、主Ｎ２ガス、および反応性Ｏ２ガスを含み、前記キャリアＮ２ガスおよび前記反応性Ｏ２ガスの比が約１．５：１〜２：１の間であり、第１のリン量を有する第１のＰＳＧ層が前記基体前面上に形成され、第２のリン量を有する第２のＰＳＧ層が前記緻密化膜インクパターン上に形成され、前記第２のリン量が前記第１のリン量よりも実質的に多いステップと；
ドライブイン雰囲気中の前記基体を約８２５℃〜約８７５℃の間の第３の温度に約１０分〜約２０分の間曝露するステップとを含み；
前記インクパターンによって覆われた前記基体前面の下に、第１のシート抵抗を有する第１の拡散領域が形成され、前記インクパターンで覆われていない前記基体前面の下に、第２のシート抵抗を有する第２の拡散領域が形成され、前記第１のシート抵抗が前記第２のシート抵抗よりも実質的に高い、方法。
【請求項１９】
前記焼き付け雰囲気が、不活性雰囲気および酸化性雰囲気の１つである、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記ドライブイン雰囲気が、不活性雰囲気および酸化性雰囲気の１つである、請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
前記第１のシート抵抗（Ohm/sq）が約８０〜約１４０の間であり、前記第２のシート抵抗（Ohm/sq）が約２０〜約７０の間である、請求項１８に記載の方法。
【請求項２２】
前記第１のシート抵抗（Ohm/sq）が約９０〜約１２０の間であり、前記第２のシート抵抗（Ohm/sq）が約３０〜６０の間である、請求項１８に記載の方法。
【請求項２３】
前記第１のシート抵抗（Ohm/sq）が約１００〜約１１０の間であり、第２のシート抵抗（Ohm/sq）が約３０〜５０の間である、請求項１８に記載の方法。
【請求項２４】
基体上に多重ドープ接合を形成する方法であって：
ホウ素原子でドープされた前記基体を提供するステップであって、前記基体が基体前面を含むステップと；
あるインクパターンでインクを前記基体前面上に堆積するステップであって、前記インクが、１組のドープされていないナノ粒子および１組の溶媒から実質的になるステップと；
緻密化膜インクパターンを形成するために、前記基体を焼き付け雰囲気中、約２００℃〜約８００℃の間の第１の温度まで、約３分〜約２０分の間の第１の時間の間加熱するステップと；
ＰＯＣｌ３、キャリアＮ２ガス、主Ｎ２ガス、および反応性Ｏ２ガスの堆積／ドライブイン雰囲気を有する拡散炉中、約８５０℃〜約９００℃の間の第２の温度において、約２０分〜約３５分の第２の時間の間前記基体をドーパント源に曝露するステップであって、、前記キャリアＮ２ガスおよび前記反応性Ｏ２ガスの比が約１：１〜約１．５：１の間であり、第１のリン量を有する第１のＰＳＧ層が前記基体前面上に形成され、第２のリン量を有する第２のＰＳＧ層が前記緻密化膜インクパターン上に形成され、前記第２のリン量が前記第１のリン量よりも実質的に多いステップと；
前記インクパターンによって覆われた前記基体前面の下に、第１のシート抵抗を有する第１の拡散領域が形成され、前記インクパターンで覆われていない前記基体前面の下に、第２のシート抵抗を有する第２の拡散領域が形成され、前記第１のシート抵抗が前記第２のシート抵抗よりも実質的に高い、方法。
【請求項２５】
前記第１のシート抵抗（Ohm/sq）が約８０〜約１４０の間であり、前記第２のシート抵抗（Ohm/sq）が約２０〜約７０の間である、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記第１のシート抵抗（Ohm/sq）が約９０〜約１２０の間であり、前記第２のシート抵抗（Ohm/sq）が約３０〜６０の間である、請求項２４に記載の方法。
【請求項２７】
前記第１のシート抵抗（Ohm/sq）が約１００〜約１１０の間であり、前記第２のシート抵抗（Ohm/sq）が約３０〜５０の間である、請求項２４に記載の方法。
【国際調査報告】
2012532474.tif 000015