(57)【要約】  太陽電池を製造する太陽電池の製造方法は、表面と、裏面と、表面と裏面との間のバックグランドドーピング領域とを有する半導体ウエハを準備するステップと、半導体ウエハの中にドーパントをイオン注入して、半導体ウエハの裏面から裏面と表面との間の位置に広がり、第１の裏面ドーピング領域と第２の裏面ドーピング領域とを横方向に交互に並べて、第１の裏面ドーピング領域が第２の裏面ドーピング領域及びバックグランドドーピング領域と異なる伝導型である裏面交互ドーピング領域を形成する一セットのイオン注入を行うステップと、第１及び第２の裏面ドーピング領域の上に位置合わせし、半導体ウエハの裏面上に、第１及び第２の裏面ドーピング領域から電荷を導電する裏面金属コンタクト層を配置するステップとを有する。
2012521642.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面と、裏面と、該表面と該裏面との間のバックグランドドーピング領域とを有する半導体ウエハと、
上記半導体ウエハの表面から表面と裏面との間の位置に広がり、第１の表面ドーピング領域と、該第１の表面ドーピング領域よりも低いシート抵抗を有する第２の表面ドーピング領域とが横方向に交互に並ぶように構成され、該第１の表面ドーピング領域と上記バックグランドドーピング領域との間にｐｎ接合が形成されている表面交互ドーピング領域と、
上記第２の表面ドーピング領域の上に位置合わせされ、該第２の表面ドーピング領域から電荷を導電する複数の表面金属コンタクトと、
上記半導体ウエハの裏面から裏面と表面との間の位置に広がり、第１の裏面ドーピング領域と、該第１の裏面ドーピング領域よりも低いシート抵抗を有する第２の裏面ドーピング領域とが横方向に交互に並ぶように構成された裏面交互ドーピング領域と、
上記第１の裏面ドーピング領域と上記第２の裏面ドーピング領域とを覆って、上記半導体ウエハの裏面上に配置され、該第２の裏面ドーピング領域から電荷を導電する裏面金属コンタクト層とを備える太陽電池。
【請求項２】
上記半導体ウエハは、シリコン基板であることを特徴とする請求項１記載の太陽電池。
【請求項３】
上記第１の表面ドーピング領域と上記第１の裏面ドーピング領域とは、約８０〜約１６０Ω／□のシート抵抗を有することを特徴とする請求項１記載の太陽電池。
【請求項４】
上記第２の表面ドーピング領域と上記第２の裏面ドーピング領域とは、約１０〜約４０Ω／□のシート抵抗を有することを特徴とする請求項１記載の太陽電池。
【請求項５】
上記第１の表面ドーピング領域と上記第１の裏面ドーピング領域とは、約８０〜約１６０Ω／□のシート抵抗を有し、
上記第２の表面ドーピング領域と上記第２の裏面ドーピング領域とは、約１０〜約４０Ω／□のシート抵抗を有することを特徴とする請求項１記載の太陽電池。
【請求項６】
上記バックグランドドーピング領域は、約０．５〜約１．５Ω／□のシート抵抗を有することを特徴とする請求項５記載の太陽電池。
【請求項７】
上記半導体ウエハの表面上であって、上記第１の表面ドーピング領域の上に配置された反射防止コーティング層を更に備える請求項１記載の太陽電池。
【請求項８】
上記表面金属コンタクトの下であって、上記第２の表面ドーピング領域の上に配置された金属シード層を更に備える請求項１記載の太陽電池。
【請求項９】
上記金属シード層は、メソタキシ注入により形成されていることを特徴とする請求項８記載の太陽電池。
【請求項１０】
上記金属シード層は、スーサイドの層であることを特徴とする請求項８記載の太陽電池。
【請求項１１】
上記第２の表面ドーピング領域は、互いに、横方向に約１〜約３ｍｍの距離離れて配置されていることを特徴とする請求項１記載の太陽電池。
【請求項１２】
上記バックグランドドーピング領域は、ｐ型にドーピングされており、
上記第１の表面ドーピング領域と上記第２の表面ドーピング領域とは、ｎ型にドーピングされていることを特徴とする請求項１記載の太陽電池。
【請求項１３】
上記第２の裏面ドーピング領域は、上記バックグランドドーピング領域と同じ伝導型のドーパントによってドーピングされていることを特徴とする請求項１２記載の太陽電池。
【請求項１４】
上記第１の裏面ドーピング領域は、上記第２の裏面ドーピング領域及び上記バックグランドドーピング領域と同じ伝導型のドーパントによってドーピングされていることを特徴とする請求項１３記載の太陽電池。
【請求項１５】
上記第２の裏面ドーピング領域と上記バックグランドドーピング領域とは、ｐ型にドーピングされていることを特徴とする請求項１３記載の太陽電池。
【請求項１６】
上記第２のドーピング領域は、ホウ素がドーピングされていることを特徴とする請求項１５記載の太陽電池。
【請求項１７】
太陽電池を製造する太陽電池の製造方法において、
表面と、裏面と、該表面と該裏面との間のバックグランドドーピング領域とを有する半導体ウエハを準備するステップと、
上記半導体ウエハの中にドーパントをイオン注入して、該半導体ウエハの上記表面から該表面と上記裏面との間の位置に広がり、第１の表面ドーピング領域と、該第１の表面ドーピング領域よりも低いシート抵抗を有する第２の表面ドーピング領域とを横方向に交互に並べて、該第１の表面ドーピング領域と上記バックグランド領域との間にｐｎ接合を形成する表面交互ドーピング領域を形成する第１のセットのイオン注入を行うステップと、
上記第２の表面ドーピング領域の上に位置合わせし、該第２の表面ドーピング領域からの電荷を導電する複数の表面金属コンタクトを上記半導体ウエハに配置するステップと、
上記半導体ウエハの中にドーパントをイオン注入して、該半導体ウエハの上記裏面から該裏面と上記表面との間の位置に広がり、第１の裏面ドーピング領域と、該第１の裏面ドーピング領域より低いシート抵抗を有する第２の裏面ドーピング領域とを横方向に交互に並べて、裏面交互ドーピング領域を形成する第２のセットのイオン注入を行うステップと、
上記第１の裏面ドーピング領域と上記第２の裏面ドーピング領域とを覆って、上記半導体ウエハの裏面上に、該第２の裏面ドーピング領域からの電荷を導電する裏面金属コンタクト層を配置するステップとを有する太陽電池を製造する太陽電池の製造方法。
【請求項１８】
上記第１のセットのイオン注入を行うステップは、
上記第２の表面ドーピング領域にイオン注入する上記半導体ウエハ上の位置に位置合わせされたレジスト開口を有するレジスト層を用いて、該第２の表面ドーピング領域にイオン注入するステップを有することを特徴とする請求項１７記載の太陽電池の製造方法。
【請求項１９】
上記レジスト開口は、上記レジスト開口を形成する上記レジスト層の位置に位置合わせされたマスク開口を有する、該レジスト層に接触して配置されたコンタクトマスクを用いて、形成されることを特徴とする請求項１８記載の太陽電池の製造方法。
【請求項２０】
上記第２のセットのイオン注入を行うステップは、
該第２のセットのイオン注入の一部の期間中に、上記半導体ウエハの裏面から所定の距離離れて配置された、上記第２の裏面ドーピング領域にイオン注入する該半導体ウエハ上の位置に位置合わせされたマスク開口を有するシャドウマスクを用いて、該第２の裏面ドーピング領域にイオン注入するステップを有することを特徴とする請求項１７記載の太陽電池の製造方法。
【請求項２１】
上記半導体ウエハは、シリコン基板であることを特徴とする請求項１７記載の太陽電池の製造方法。
【請求項２２】
上記第１の表面ドーピング領域と上記第１の裏面ドーピング領域とは、約８０〜約１６０Ω／□のシート抵抗を有することを特徴とする請求項１７記載の太陽電池の製造方法。
【請求項２３】
上記第２の表面ドーピング領域と上記第２の裏面ドーピング領域とは、約１０〜約４０Ω／□のシート抵抗を有することを特徴とする請求項１７記載の太陽電池の製造方法。
【請求項２４】
上記第１の表面ドーピング領域と上記第１の裏面ドーピング領域とは、約８０〜約１６０Ω／□のシート抵抗を有し、
上記第２の表面ドーピング領域と上記第２の裏面ドーピング領域とは、約１０〜約４０Ω／□のシート抵抗を有することを特徴とする請求項１７記載の太陽電池の製造方法。
【請求項２５】
上記バックグランドドーピング領域は、約０．５〜約１．５Ω／□のシート抵抗を有することを特徴とする請求項２４記載の太陽電池の製造方法。
【請求項２６】
上記半導体ウエハの表面上であって、上記第１の表面ドーピング領域の上に、反射防止コーティング層を配置するステップを更に有する請求項１７記載の太陽電池の製造方法。
【請求項２７】
上記第２の表面ドーピング領域の上に、金属シード層を配置するステップを更に有し、
上記表面金属コンタクトは、上記金属シード層の上に配置されることを特徴とする請求項１７記載の太陽電池の製造方法。
【請求項２８】
上記金属シード層は、メソタキシ注入により形成されることを特徴とする請求項２７記載の太陽電池の製造方法。
【請求項２９】
上記金属シード層は、スーサイドの層であることを特徴とする請求項２７記載の太陽電池の製造方法。
【請求項３０】
上記第２の表面ドーピング領域は、互いに、横方向に約１〜約３ｍｍの距離離れて配置されることを特徴とする請求項１７記載の太陽電池の製造方法。
【請求項３１】
上記バックグランドドーピング領域は、ｐ型にドーピングされ、
上記第１の表面ドーピング領域と上記第２の表面ドーピング領域とは、ｎ型にドーピングされることを特徴とする請求項１７記載の太陽電池の製造方法。
【請求項３２】
上記第２の裏面ドーピング領域は、上記バックグランドドーピング領域と同じ伝導型のドーパントによってドーピングされることを特徴とする請求項１７記載の太陽電池の製造方法。
【請求項３３】
上記第１の裏面ドーピング領域は、上記第２の裏面ドーピング領域及び上記バックグランドドーピング領域と同じ伝導型のドーパントによってドーピングされることを特徴とする請求項３２記載の太陽電池の製造方法。
【請求項３４】
上記第２の裏面ドーピング領域と上記バックグランドドーピング領域とは、ｐ型にドーピングされることを特徴とする請求項３２記載の太陽電池の製造方法。
【請求項３５】
上記第２のドーピング領域は、ホウ素がドーピングされることを特徴とする請求項３４記載の製造方法。
【請求項３６】
表面と、裏面と、該表面と該裏面との間のバックグランドドーピング領域とを有する半導体ウエハと、
上記半導体ウエハの裏面から該裏面と上記表面との間の位置に広がり、第１の裏面ドーピング領域と第２の裏面ドーピング領域とが横方向に交互に並ぶように構成され、該第１の裏面ドーピング領域が該第２の裏面ドーピング領域及び上記バックグランドドーピング領域と異なる伝導型である裏面交互ドーピング領域と、
上記第１の裏面ドーピング領域と上記第２の裏面ドーピング領域とを覆って、上記半導体ウエハの裏面上に配置され、該第２の裏面ドーピング領域からの電荷を導電する裏面金属コンタクト層とを備える太陽電池。
【請求項３７】
上記半導体ウエハの表面には、金属コンタクトがなく、これによって、該金属コンタクトによる前面遮光をなくしていることを特徴とする請求項３６記載の太陽電池。
【請求項３８】
上記バックグランドドーピング領域は、ｎ型にドーピングされており、
上記第１の裏面ドーピング領域は、ｐ型にドーピングされており、
上記第２の裏面ドーピング領域は、ｎ型にドーピングされていることを特徴とする請求項３６記載の太陽電池。
【請求項３９】
上記第１の裏面ドーピング領域は、ホウ素、アルミニウム及びガリウムからなるグループから選択されたドーパントによってドーピングされていることを特徴とする請求項３８記載の太陽電池。
【請求項４０】
上記第２の裏面ドーピング領域は、リン、ヒ素及びアンチモンからなるグループから選択されたドーパントによってドーピングされていることを特徴とする請求項３８記載の太陽電池。
【請求項４１】
上記半導体ウエハは、シリコン基板であることを特徴とする請求項３６記載の太陽電池。
【請求項４２】
上記半導体ウエハの表面から、表面と裏面との間に広がった表面ドーピング領域を更に備え、
上記表面ドーピング領域は、上記裏面交互ドーピング領域の位置又はそれを越えて広がっていないことを特徴とする請求項３６記載の太陽電池。
【請求項４３】
上記表面ドーピング領域は、ｐ型にドーピングされていることを特徴とする請求項４２記載の太陽電池。
【請求項４４】
上記裏面金属コンタクト層は、上記第１の裏面ドーピング領域及び上記第２の裏面ドーピング領域の上に位置合わせされた金属コンタクトグリッド線であることを特徴とする請求項３６記載の太陽電池。
【請求項４５】
上記金属コンタクトグリッド線間であって、上記半導体ウエハの裏面の上に配置された反射防止コーディング層を更に備える請求項４４記載の太陽電池。
【請求項４６】
上記反射防止コーティング層は、窒化シリコンであることを特徴とする請求項４５記載の太陽電池。
【請求項４７】
上記半導体ウエハの表面の上に配置された反射防止コーディング層を更に備える請求項３６記載の太陽電池。
【請求項４８】
上記反射防止コーティング層は、窒化シリコンであることを特徴とする請求項４７記載の太陽電池。
【請求項４９】
太陽電池を製造する太陽電池の製造方法において、
表面と、裏面と、該表面と該裏面との間のバックグランドドーピング領域とを有する半導体ウエハを準備するステップと、
上記半導体ウエハの中にドーパントをイオン注入して、該半導体ウエハの上記裏面から該裏面と上記表面との間の位置に広がり、第１の裏面ドーピング領域と第２の裏面ドーピング領域とを横方向に交互に並べて、該第１の裏面ドーピング領域が該第２の裏面ドーピング領域及び上記バックグランドドーピング領域と異なる伝導型である裏面交互ドーピング領域を形成する一セットのイオン注入を行うステップと、
上記第１の裏面ドーピング領域と上記第２の裏面ドーピング領域とを覆って、上記半導体ウエハの裏面上に、該第２の裏面ドーピング領域から電荷を導電する裏面金属コンタクト層を配置するステップとを有する太陽電池の製造方法。
【請求項５０】
上記半導体ウエハの中にドーパントをイオン注入して、裏面交互ドーピング領域を形成する一セットのイオン注入を行うステップは、
上記半導体ウエハの裏面全体に亘ってイオン注入する第１のドーパントを、該半導体ウエハに全面的なイオン注入を行うステップと、
第２のドーパントを、上記第２の裏面ドーピング領域にイオン注入する上記半導体ウエハの位置に位置合わせしたマスク開口を有する、該半導体ウエハの裏面から所定の距離離して配置したシャドウマスクを用いて、該半導体ウエハにマスクイオン注入を行うステップとを有することを特徴とする請求項４９記載の太陽電池の製造方法。
【請求項５１】
上記半導体ウエハの中にドーパントをイオン注入して、裏面交互ドーピング領域を形成する一セットのイオン注入を行うステップは、
第１のドーパントを、上記第１の裏面ドーピング領域にイオン注入する上記半導体ウエハの位置に位置合わせしたマスク開口を有する、該半導体ウエハの裏面から所定の距離離れて配置されたシャドウマスクを用いて、該半導体ウエハの中にイオン注入する第１のマスクイオン注入を行うステップと、
第２のドーパントを、上記半導体ウエハの裏面から所定の距離離れて配置された、上記第２の裏面ドーピング領域にイオン注入する該半導体ウエハの位置に位置合わせしたマスク開口を有するシャドウマスクを用いて、該半導体ウエハの中にイオン注入する第２のマスクイオン注入を行うステップとを有することを特徴とする請求項４９記載の太陽電池の製造方法。
【請求項５２】
上記バックグランドドーピング領域は、ｎ型にドーピングされており、
上記第１の裏面ドーピング領域は、ｐ型にドーピングされており、
上記第２の裏面ドーピング領域は、ｎ型にドーピングされていることを特徴とする請求項４９記載の太陽電池の製造方法。
【請求項５３】
上記第１の裏面ドーピング領域は、ホウ素、アルミニウム及びガリウムからなるグループから選択されたドーパントによりドーピングされていることを特徴とする請求項５２記載の太陽電池の製造方法。
【請求項５４】
上記第２の裏面ドーピング領域は、リン、ヒ素及びアンチモンからなるグループから選択されたドーパントによりドーピングされていることを特徴とする請求項５２記載の太陽電池の製造方法。
【請求項５５】
上記半導体ウエハは、シリコン基板であることを特徴とする請求項４９記載の太陽電池の製造方法。
【請求項５６】
上記半導体ウエハの中にドーパントをイオン注入して、上記半導体ウエハの表面から、該表面と上記裏面との間に広がった表面ドーピング領域を形成するイオン注入を行うステップを更に有し、
上記表面ドーピング領域は、上記裏面交互ドーピング領域の位置又はそれを越えて広がっていないことを特徴とする請求項４９記載の太陽電池の製造方法。
【請求項５７】
上記表面ドーピング領域は、ｐ型にドーピングされていることを特徴とする請求項５６記載の太陽電池の製造方法。
【請求項５８】
上記半導体ウエハの表面及び裏面の上に、反射防止コーティング層を堆積するステップを更に有する請求項４９記載の太陽電池の製造方法。
【請求項５９】
上記反射防止コーディング層は、プラズマ増強化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）処理を用いて堆積されることを特徴とする請求項５８記載の太陽電池の製造方法。
【請求項６０】
上記反射防止コーティング層は、窒化シリコンであることを特徴とする請求項５８記載の太陽電池の製造方法。
【請求項６１】
上記半導体ウエハの裏面の上に、反射防止コーティング層を堆積するステップは、
上記反射防止コーディング層を切断して、上記第１の裏面ドーピング領域及び上記第２の裏面ドーピング領域の上の上記反射防止コーティング層に、分離開口を形成するステップと、
上記分離開口の中に、金属コンタクトを堆積するステップとを有することを特徴とする請求項５８記載の太陽電池の製造方法。
【請求項６２】
上記半導体ウエハの裏面の上に、反射防止コーティング層を堆積させるステップは、
上記分離開口の中に金属コンタクトを堆積した後に、電気メッキ処理を行うステップを更に有することを特徴とする請求項６１記載の太陽電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
この出願は、２００９年３月２０日に出願された係属中の米国仮出願番号第６１／２１０,５４５号、発明の名称「ADVANCED HIGH EFFICIENCY CRYSTALLINE SOLAR CELL FABRICATION METHOD」に対して優先権を主張し、明細書に記載の如く、米国仮出願番号第６１／２１０,５４５号は、引用することにより、本願に援用される。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、一般的には、太陽電池の分野に関する。より詳しくは、本発明は、太陽電池装置（solar cell devices）及び太陽電池の形成方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
本発明は、拡散ドーピング（diffusion doping）及びスクリーン印刷によるメタライゼーション（metallization）の以前の方法とは対照的に、独自の注入及びアニーリング方法を用いて可能にされた先進の高効率結晶太陽電池の製造方法を提供する。
【０００４】
ドーパントの基板表面から基板内部への拡散を用いることにより、問題が生じる。主な問題のうちの１つは、ドーパントを材料のバルク部分に打ち込む際に、表面の近傍にドーパントのスノープラウが形成され（snow plowing）、スノープラウは、基板の異なる領域で抵抗率を変える可能性があり、したがって、結果として光吸収を変え、結果として過剰な表面再結合（すなわち、「不感層（dead layer）」）を可能にする正孔形成能力（electron hole formation performance）を変えることになる。特に、直面する１つの問題は、そのような「不感層」の形成の結果として、青色光の利用率が欠如することである。
【０００５】
さらに、線幅及びウエハの厚さがより小さくなるにつれて、基板を横切るドーパントの横方向の位置決め（lateral positioning）が困難になっている。太陽電池業界では、例えば２００μｍから５０μｍ未満の選択エミッタ及び櫛形バックコンタクトの用途に対して、ドーパントの横方向配置が必要とされ、それは、拡散及びスクリーン印刷の現在の方法では、非常に難しい。さらに、ウエハが１５０〜２００μｍから、今日の５０μｍ及びそれよりも薄くなるにつれて、垂直及びバッチ拡散と、コンタクトのスクリーン印刷とは非常に難しく、あるいは不可能にさえなってきている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、部分的又は全体として、高効率太陽電池を製造することができる代の製造方法を提供する。定方向注入技術（directed implant techniques）を利用して、メソタキシャル層（mesotaxial layers、シード注入）を形成するだけでなく、櫛形裏面コンタクト（interdigitated back surface contact：ＩＢＣ）セルの様々なエミッタ領域、すなわち均一エミッタ領域及び選択エミッタ領域の両方と、ドーピングされた裏面電界（back surface field：ＢＳＦ）を形成する。ＢＳＦは、前面遮光（front surface shading）を削減するために、交互ドーピング領域（alternative doping regions）の櫛形形成のための均一又は選択エミッタ領域を備えることができる。また、本発明は、注入、レーザ、メッキ又はインクジェット方式のどちらかによって、選択メタライゼーション（selective metallization）を介するエミッタ及びＢＳＦ領域へのコンタクトを形成することを提供する。第１の発見の本質は、セルプロセッシングを簡単にする非常に費用効率が高い自動位置合せ選択注入方法（very cost effective self-aligned selective implant method）を使用することである。
【０００７】
この方法の幾つかの効果は、コンタクト、バスバー及びフィンガの抵抗と、金属−シリコン界面の接触抵抗と、裏面メタライゼーションの抵抗とを最小にし、グリッドコンタクト（grid contact）の下のフィンガ間の抵抗率を所望の値にすることである。さらに、選択エミッタ及びＢＳＦの有利な形成と、性能を向上させるその能力とは、本発明によって可能にされる。本発明は、シリコン、又は太陽電池の形成及び他の用途に用いられる他の材料に非常に薄い膜を蒸着させる場合だけではなく、シングル、すなわち単結晶シリコン、ポリ、すなわち多結晶シリコンを成長させる場合にも適用することができる。また、本発明は、接合又はコンタクトの製造に用いられるあらゆる他の材料に原子種を配置することまで拡張することができる。
【０００８】
材料のバルク内と、基板を横切る横方向の位置との両方におけるドーパントの適切な配置を行うために、特定用途向けイオン注入及びアニーリング装置及び方法を採用している。したがって、本発明は、２００９年６月１１日に出願された米国特許出願番号第１２／４８３，０１７号、発明の名称「FORMATION OF SOLAR CELL-SELECTIVE EMITTER USING IMPLANT AND ANNEAL METHOD」と、２００８年６月１１日に出願された米国仮出願番号第６１／１３１，６９８号、発明の名称「FORMATION OF SOLAR CELL-SELECTIVE EMITTER USING IMPLANT AND ANNEAL METHOD」とにおいて機論されている製造方法及び装置を使用することができ、明細書に記載の如く、これらの両方は、引用により、本願に援用される。これらの特許出願は、独立してあらゆるシード及びドーパントの位置決めを制御して、必要な表面濃度、接合深さ及びドーパントプロファイルの形状を提供する機能を開示している。これらの特許出願に記載されている特定用途向け注入装置（an Application Specific Implanter）は、選択的に及び非選択的に、複数のドーパントを配置することができる。また、本発明は、２００９年６月１１日に出願された米国特許出願番号第１２／４８２，９４７号、発明の名称「APPLICATION SPECIFIC IMPLANT SYSTEM AND METHOD FOR USE IN SOLAR CELL FABRICATIONS」と、２００８年６月１１日に出願された米国仮出願番号第６１／１３１，６８８号、発明の名称「APPLICATION SPECIFIC IMPLANT SYSTEM AND METHOD FOR USE IN SOLAR CELL FABRICATIONS」とにおいて議論されている表面の衝突のコンディショニング（impact of surface conditionings）及び様々なテクスチャリングを含むことができ、明細書に記載の如く、これらの両方は、引用することによって、本願に援用される。
【０００９】
本発明は、グリッドフィンガ（grid fingers）間に低濃度にドーピングされた均一エミッタ領域（例えば８０〜１６０Ω／□）を形成する方法だけではなく、グリッド線（grid line）の下に高濃度にドーピングされた選択エミッタ領域（例えば１０〜４０Ω／□）を形成するために、正確に高い位置に配置されたドーパントを用い、ドーパントの原子プロフィールを調整する方法を採用している。さらに、調整されたパラメータを用いることにより、基板のドーピングレベルに対して適切な深さに電気接合を形成するとともに、表面にコンタクトを形成するために必要な抵抗率が得られるように、原子ドーパントプロファイルを同時に適合させる。幾つかの実施の形態においては、レトログレードドーピング及び平坦な原子プロファイル（retrograde doping and flat atomic profile、ボックス接合（box junctions））も採用している。
【００１０】
さらにまた、そのような能力により、表面、例えばエミッタ及びＢＳＦの独立したドーピングが可能である。また、選択的なドーパント能力により、前面遮光（front surface shadowing）がない裏面上の櫛形ドーピングプロフィールが可能である。そのような能力だけにより、絶対値が１〜２％高い効率を得ることができることを提案する。さらに、イオン注入によってドーパント配置（dopant placement）の位置決めを非常に正確に制御できるので、側面及び裏面ドーピングは、制御することができ、すなわち、そのようなドーパントを次に除去することを避けるために、最小にすることができる。現時点では、同時に全ての側面をドーピングすることができるドーパント拡散法を含む全ての有害作用を除去するために、エッチング又はレーザエッジング（laser edging）を用いている。ドーパント配置だけではなく、注入開始及び終了の綿密な管理のこの問題は、２００９年６月１１日に出願された米国特許出願番号第１２／４８２，９８０号、発明の名称「SOLAR CELL FABRICATION USING IMPLANTATION」、及び２００８年６月１１日に出願された米国仮出願番号第６１／１３１，６８７号、発明の名称「SOLAR CELL FABRICATION USING IMPLANTATION」において議論されており、明細書に記載の如く、これらの両方は、引用することによって、本願に援用される。
【００１１】
注入ドーパントを用い、拡散することは、上述の引用された特許出願で議論されておりこれらの特許出願では、使用するアニール時間及び温度を制御することによって、基板の範囲内の原子プロファイルを更に向上させている。
【００１２】
さらに、太陽電池に必要とされるテクスチャ加工表面（textured surface）は、特殊な注入技術を必要とする可能性がある。このような注入技術は、２００９年６月１１日に出願された米国特許出願番号第１２／４８２，６８５号、発明の名称「SOLAR CELL FABRICATION WITH FACETING AND ION IMPLANTATION」、及び２００８年６月２４日に出願された米国仮出願番号第６１／１３３，０２８号、発明の名称「SOLAR CELL FABRICATION WITH FACETING AND ION IMPLANTATION」の主題であり、明細書に記載の如く、これらの両方は、引用することによって、本願に援用される。本発明は、このような技術を用いることができ、それによる定方向注入されたドーパント（directed implanted dopants）は、小面を刻まれた表面（facetted surface）を増やすために、最も用いることができる。
【００１３】
半導体ウエハに、周期表の略全部の化学種を注入するために、本発明では、イオン注入を用いことができる。この能力は、シード注入（seeding implant）のために用いることができ、シード注入は、上述の引用された特許出願の主題であり、それによって、適切な元素（金属又は異なる化学種の組合せ）は、同じ元素（金属又は他の元素）、あるいは太陽電池に必要な部品（コンタクト、シリサイド化（licidation）などの形成）を形成する他の元素の後続の成長又は堆積のための開始点（initiation point）を与えるために、半導体ウエハの表面又はその近傍に、あるいは表面を覆っているあらゆる膜に注入することができる。この方法を用いて、金属／半導体接合面の仕事関数に影響を及ぼすことができ、あるいはバンドギャップを、太陽電池（例えばコンタクトを終わりまで改良すること）の性能を高めるように調整することができる。この目的のために、中レベル〜低レベルの金属の注入を用いて、シードを形成し、後続の処理を準備することができる。この注入は、今日採用されている高温焼成方法（high temperature firing methods）を使用する必要性を最小にし、結果として、より低温の養生時間を増やし、それによって、高温履歴（high thermal budgets）における多結晶セル（multi-crystalline cells）の有害作用を避ける。
【００１４】
ドーピングの選択性は、上述の引用された出願に記載されているように、多くの異なる方法で対処することができ、２０１０年２月９日に出願された米国仮出願番号第６１／３０２，８６１号、発明の名称「AN ADJUSTABLE SHADOW MASK ASSEMBLY FOR USE IN SOLAR CELL FABRICATIONS」で議論されるように、必要な選択性を得るために、シャドウマスクが採用されており、明細書に記載の如く、これらの両方は、引用することによって、本願に援用される。他の簡単で及び費用効率が高い方法は、他の業界では一般的な接触マスク露光（in-contact mask exposure）及びレジストパターンニング（resists patterning）を使用することである。この方法は、コンタクトグリッド線（contact gridlines）の下の領域をドーピングするのに必要とされる正確な選択性を与える。金属のグリッド線の後続の位置合せの問題は、重要な１つであり、１０μｍ未満の（in sub-10's of microns）精度によって処理される必要ある。このようなパターンニングは、このような位置合せの必要性を排除する。さらにまた、このようなパターンニングは、安価で費用効率が高い電解及び無電解メッキ技術を採用するための溶媒（vehicle）を提供し、それについては以下に説明する。さらに、新規技術、例えば選択的な印刷方法の使用についても、ここに説明する。このような製造方法は、更に効率を高めると予想される。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の一形態において、太陽電池は、表面と、裏面と、表面と裏面との間のバックグランドドーピング領域とを有する半導体ウエハからなる。表面交互ドーピング領域は、半導体の表面から表面と裏面との間の位置に広がっている。表面交互ドーピング領域は、第１の表面ドーピング領域と第２の表面ドーピング領域とが横方向に交互に並ぶように構成されている。第２の表面ドーピング領域は、第１の表面ドーピング領域よりも低いシート抵抗を有する。ｐｎ接合は、第１の表面ドーピング領域とバックグランドドーピング領域の間に形成されている。複数の表面金属コンタクトは、第２の表面ドーピング領域の上に位置合わせされている。表面金属コンタクトは、第２の表面ドーピング領域から電荷を導電するように構成されている。裏面交互ドーピング領域は、半導体ウエハの裏面から裏面と表面との間の位置に広がっている。裏面交互ドーピング領域は、第１の裏面ドーピング領域と、第２の裏面ドーピング領域とが横方向に交互に並ぶように構成されている。第２の裏面ドーピング領域は、第１の裏面ドーピング領域よりも低いシート抵抗を有する。裏面金属コンタクト層は、半導体ウエハの裏面上に配置されている。裏面金属コンタクト層は、第１の裏面ドーピング領域と第２の裏面ドーピング領域とを覆って、第２の裏面ドーピング領域から電荷を導電するように構成されている。
【００１６】
幾つかの実施の形態において、半導体ウエハは、シリコン基板である。幾つかの実施の形態において、第１の表面ドーピング領域と第１の裏面ドーピング領域とは、約８０〜約１６０Ω／□のシート抵抗を有する。幾つかの実施の形態において、第２の表面ドーピング領域と第２の裏面ドーピング領域とは、約１０〜約４０Ω／□のシート抵抗を有する。幾つかの実施の形態において、バックグランドドーピング領域は、約０．５〜約１．５Ω／□のシート抵抗を有する。
【００１７】
幾つかの実施の形態において、太陽電池は、半導体ウエハの表面上であって、第１の表面ドーピング領域の上に配置された反射防止コーティング層を更に備える。
【００１８】
幾つかの実施の形態において、太陽電池は、表面金属コンタクトの下であって、第２の表面ドーピング領域の上に配置された金属シード層を更に備える。幾つかの実施の形態において、金属シード層は、メソタキシ注入により形成されている。幾つかの実施の形態において、金属シード層は、スーサイドの層である。
【００１９】
幾つかの実施の形態において、第２の表面ドーピング領域は、互いに、横方向に約１〜約３ｍｍの距離離れて配置されている。
【００２０】
幾つかの実施の形態において、バックグランドドーピング領域は、ｐ型にドーピングされており、第１の表面ドーピング領域と第２の表面ドーピング領域とは、ｎ型にドーピングされている。幾つかの実施の形態において、第２の裏面ドーピング領域は、バックグランドドーピング領域と同じ伝導型のドーパントによってドーピングされている。幾つかの実施の形態において、第１の裏面ドーピング領域は、第２の裏面ドーピング領域及びバックグランドドーピング領域と同じ伝導型のドーパントによってドーピングされている。幾つかの実施の形態において、第２の裏面ドーピング領域とバックグランドドーピング領域とは、ｐ型にドーピングされている。幾つかの実施の形態において、第２のドーピング領域は、ホウ素がドーピングされている。
【００２１】
本発明の他の一形態において、太陽電池を製造する太陽電池の製造方法は、表面と、裏面と、表面と裏面との間のバックグランドドーピング領域とを有する半導体ウエハを準備するステップを有する。半導体ウエハの中にドーパントをイオン注入する第１のセットのイオン注入を行い、半導体ウエハの表面から表面と裏面との間の位置に広がる表面交互ドーピング領域を形成する。表面交互ドーピング領域を、第１の表面ドーピング領域と第２の表面ドーピング領域とが横方向に交互に並ぶように構成する。第２の表面ドーピング領域は、第１の表面ドーピング領域よりも低いシート抵抗を有する。ｐｎ接合を、第１の表面ドーピング領域とバックグランド領域との間に形成する。複数の表面金属コンタクトを半導体ウエハに配置する。表面金属コンタクトは、第２の表面ドーピング領域の上に位置合わせされ、第２の表面ドーピング領域からの電荷を導電する。半導体ウエハの中にドーパントをイオン注入する第１のセットのイオン注入を行い、半導体ウエハの裏面から裏面と表面との間の位置に広がる裏面交互ドーピング領域を形成する。裏面交互ドーピング領域を、第１の裏面ドーピング領域と第２の裏面ドーピング領域とが横方向に交互に並ぶように構成する。第２の裏面ドーピング領域は、第１の裏面ドーピング領域より低いシート抵抗を有する。裏面金属コンタクト層を半導体ウエハの裏面上に配置する。裏面金属コンタクトは、第１の裏面ドーピング領域と第２の裏面ドーピング領域とを覆って、第２の裏面ドーピング領域からの電荷を導電する。
【００２２】
幾つかの実施の形態において、第１のセットのイオン注入を行うステップは、第２の表面ドーピング領域にイオン注入する半導体ウエハ上の位置に位置合わせされたレジスト開口を有するレジスト層を用いて、第２の表面ドーピング領域にイオン注入するステップを有する。幾つかの実施の形態において、レジスト開口は、レジスト開口を形成するレジスト層の位置に位置合わせされたマスク開口を有する、レジスト層に接触して配置されたコンタクトマスクを用いて、形成される。
【００２３】
幾つかの実施の形態において、第２のセットのイオン注入を行うステップは、第２のセットのイオン注入の一部の期間中に、半導体ウエハの裏面から所定の距離離れて配置された、第２の裏面ドーピング領域にイオン注入する半導体ウエハ上の位置に位置合わせされたマスク開口を有するシャドウマスクを用いて、第２の裏面ドーピング領域にイオン注入するステップを有する。
【００２４】
幾つかの実施の形態において、半導体ウエハはシリコン基板である。幾つかの実施の形態において、第１の表面ドーピング領域と第１の裏面ドーピング領域とは、約８０〜約１６０Ω／□のシート抵抗を有する。幾つかの実施の形態において、第２の表面ドーピング領域と第２の裏面ドーピング領域とは、約１０〜約４０Ω／□のシート抵抗を有する。幾つかの実施の形態において、バックグランドドーピング領域は、約０．５〜約１．５Ω／□のシート抵抗を有する。
【００２５】
幾つかの実施の形態において、太陽電池を製造する太陽電池の製造方法は、ウエハの表面上であって、第１の表面ドーピング領域の上に、反射防止コーティング層を配置するステップを更に有する。
【００２６】
幾つかの実施の形態において、太陽電池を製造する太陽電池の製造方法は、第２の表面ドーピング領域の上に、金属シード層を配置するステップを更に有し、表面金属コンタクトは、金属シード層の上に配置される。幾つかの実施の形態において、金属シード層はメソタキシ注入により形成される。幾つかの実施の形態において、金属シード層はスーサイドの層である。
【００２７】
幾つかの実施の形態において、第２の表面ドーピング領域は、互いに、横方向に約１〜約３ｍｍの距離離れて配置される。
【００２８】
幾つかの実施の形態において、バックグランドドーピング領域は、ｐ型にドーピングされ、第１の表面ドーピング領域と第２の表面ドーピング領域とは、ｎ型にドーピングされる。幾つかの実施の形態において、第２の裏面ドーピング領域は、バックグランドドーピング領域と同じ伝導型のドーパントによってドーピングされる。幾つかの実施の形態において、第１の裏面ドーピング領域は、第２の裏面ドーピング領域及びバックグランドドーピング領域と同じ伝導型のドーパントによってドーピングされる。幾つかの実施の形態において、第２の裏面ドーピング領域とバックグランドドーピング領域とは、ｐ型にドーピングされる。幾つかの実施の形態において、第２のドーピング領域はホウ素がドーピングされる。
【００２９】
本発明の更に他の一形態において、太陽電池は、表面と、裏面と、表面と裏面との間のバックグランドドーピング領域とを有する半導体ウエハからなる。裏面交互ドーピング領域は、半導体ウエハの裏面から裏面と表面との間の位置に広がっている。裏面交互ドーピング領域は、第１の裏面ドーピング領域と第２の裏面ドーピング領域とが横方向に交互に並ぶように構成されている。第１の裏面ドーピング領域は、第２の裏面ドーピング領域及びバックグランドドーピング領域と異なる伝導型である。裏面金属コンタクト層は、半導体ウエハの裏面上に配置されている。裏面金属コンタクト層は、第１の裏面ドーピング領域と第２の裏面ドーピング領域とを覆って、第２の裏面ドーピング領域からの電荷を導電する。
【００３０】
幾つかの実施の形態において、半導体ウエハの表面には、金属コンタクトがなく、これによって、金属コンタクトによる前面遮光をなくしていることを特徴とする。
【００３１】
幾つかの実施の形態において、バックグランドドーピング領域は、ｎ型にドーピングされており、第１の裏面ドーピング領域は、ｐ型にドーピングされており、第２の裏面ドーピング領域は、ｎ型にドーピングされている。幾つかの実施の形態において、第１の裏面ドーピング領域は、ホウ素、アルミニウム及びガリウムからなるグループから選択されたドーパントによってドーピングされている。幾つかの実施の形態において、第２の裏面ドーピング領域は、リン、ヒ素及びアンチモンからなるグループから選択されたドーパントによってドーピングされている。幾つかの実施の形態において、半導体ウエハは、シリコン基板である。
【００３２】
幾つかの実施の形態において、太陽電池は、半導体ウエハの表面から、表面と裏面との間に広がった表面ドーピング領域を更に備え、表面ドーピング領域は、裏面交互ドーピング領域の位置又はそれを越えて広がっていない。
【００３３】
幾つかの実施の形態において、表面ドーピング領域は、ｐ型にドーピングされている。幾つかの実施の形態において、裏面金属コンタクト層は、第１の裏面ドーピング領域及び第２の裏面ドーピング領域の上に位置合わせされた金属コンタクトグリッド線である。幾つかの実施の形態において、太陽電池は、金属コンタクトグリッド線間であって、半導体ウエハの裏面の上に配置された反射防止コーディング層を更に備える。幾つかの実施の形態において、反射防止コーティング層は、窒化シリコンである。幾つかの実施の形態において、太陽電池は、半導体ウエハの表面の上に配置された反射防止コーディング層を更に備える。幾つかの実施の形態において、反射防止コーティング層は、窒化シリコンである。
【００３４】
本発明の更に他の一形態において、太陽電池を製造する太陽電池の製造方法は、表面と、裏面と、表面と裏面との間のバックグランドドーピング領域とを有する半導体ウエハを準備するステップを有する。半導体ウエハの中にドーパントをイオン注入する一セットのイオン注入を行い、半導体ウエハの裏面から裏面と表面との間の位置に広がる裏面交互ドーピング領域を形成する。裏面交互ドーピング領域を、第１の裏面ドーピング領域と第２の裏面ドーピング領域とが横方向に交互に並ぶように構成する。第１の裏面ドーピング領域は、第２の裏面ドーピング領域及びバックグランドドーピング領域と異なる伝導型である。裏面金属コンタクト層を、半導体ウエハの裏面上に配置する。裏面金属コンタクト層は、第１の裏面ドーピング領域と第２の裏面ドーピング領域とを覆って、第２の裏面ドーピング領域から電荷を導電する。
【００３５】
幾つかの実施の形態において、半導体ウエハの中にドーパントをイオン注入して、裏面交互ドーピング領域を形成する一セットのイオン注入を行うステップは、半導体ウエハの裏面全体に亘ってイオン注入する第１のドーパントを半導体ウエハに全面的なイオン注入を行うステップと、第２の裏面ドーピング領域にイオン注入する半導体ウエハの位置に位置合わせしたマスク開口を有する、半導体ウエハの裏面から所定の距離離して配置したシャドウマスクを用いて、第２のドーパントを半導体ウエハにマスクイオン注入（masked ion implantation）を行うステップとを有する。
【００３６】
幾つかの実施の形態において、半導体ウエハの中にドーパントをイオン注入して、裏面交互ドーピング領域を形成する一セットのイオン注入を行うステップは、第１の裏面ドーピング領域にイオン注入する半導体ウエハの位置に位置合わせしたマスク開口を有する、半導体ウエハの裏面から所定の距離離れて配置されたシャドウマスクを用いて、半導体ウエハの中に第１のドーパントをイオン注入する第１のマスクイオン注入を行うステップと、半導体ウエハの裏面から所定の距離離れて配置された、第２の裏面ドーピング領域にイオン注入する半導体ウエハの位置に位置合わせしたマスク開口を有するシャドウマスクを用いて、半導体ウエハの中に第２のドーパントをイオン注入する第２のマスクイオン注入を行うステップとを有する。
【００３７】
幾つかの実施の形態において、バックグランドドーピング領域は、ｎ型にドーピングされており、第１の裏面ドーピング領域は、ｐ型にドーピングされており、第２の裏面ドーピング領域は、ｎ型にドーピングされている。幾つかの実施の形態において、第１の裏面ドーピング領域は、ホウ素、アルミニウム及びガリウムからなるグループから選択されたドーパントによりドーピングされている。幾つかの実施の形態において、第２の裏面ドーピング領域は、リン、ヒ素及びアンチモンからなるグループから選択されたドーパントによりドーピングされている。幾つかの実施の形態において、半導体ウエハは、シリコン基板である。
【００３８】
幾つかの実施の形態において、太陽電池の製造方法は、半導体ウエハの中にドーパントをイオン注入して、半導体ウエハの表面から、表面と裏面との間に広がった表面ドーピング領域を形成するイオン注入を行うステップを更に有し、表面ドーピング領域は、裏面交互ドーピング領域の位置又はそれを越えて広がっていない。幾つかの実施の形態において、表面ドーピング領域は、ｐ型にドーピングされている。
【００３９】
幾つかの実施の形態において、太陽電池の製造方法は、半導体ウエハの表面及び裏面の上に、反射防止コーティング層を堆積するステップを更に有する。幾つかの実施の形態において、反射防止コーディング層は、プラズマ増強化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）処理を用いて堆積される。幾つかの実施の形態において、反射防止コーティング層は、窒化シリコンである。幾つかの実施の形態において、半導体ウエハの裏面の上に、反射防止コーティング層を堆積するステップは、反射防止コーディング層を切断して、第１の裏面ドーピング領域及び第２の裏面ドーピング領域の上の反射防止コーティング層に、分離開口（separated openings）を形成するステップと、分離開口の中に、金属コンタクトを堆積するステップとを有する。幾つかの実施の形態において、半導体ウエハの裏面の上に、反射防止コーティング層を堆積させるステップは、分離開口の中に金属コンタクトを堆積した後に、電気メッキ処理を行うステップを更に有する。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の原理に基づいて太陽電池を製造する方法の一実施の形態を説明するための図である。
【図２】本発明の原理に基づいて太陽電池を製造する方法の一実施の形態を説明するための図である。
【図３】本発明の原理に基づいて太陽電池を製造する方法の一実施の形態を説明するための図である。
【図４】本発明の原理に基づいて太陽電池を製造する方法の一実施の形態を説明するための図である。
【図５】本発明の原理に基づいて太陽電池を製造する方法の一実施の形態を説明するための図である。
【図６】本発明の原理に基づいて太陽電池を製造する方法の一実施の形態を説明するための図である。
【図７】本発明の原理に基づいて太陽電池を製造する方法の一実施の形態を説明するための図である。
【図８】本発明の原理に基づいて太陽電池を製造する方法の一実施の形態を説明するための図である。
【図９】本発明の原理に基づいて太陽電池を製造する方法の一実施の形態を説明するための図である。
【図１０】本発明の原理に基づいて太陽電池を製造する方法の一実施の形態を説明するための図である。
【図１１】本発明の原理に基づいて太陽電池を製造する方法の一実施の形態を説明するための図である。
【図１２】本発明の原理に基づいて太陽電池を製造する方法の一実施の形態を説明するための図である。
【図１３】本発明の原理に基づいて太陽電池を製造する方法の一実施の形態を説明するための図である。
【図１４Ａ】本発明の原理に基づいて太陽電池を製造する方法の一実施の形態を説明するための図である。
【図１４Ｂ】本発明の原理に基づいて太陽電池を製造する方法の一実施の形態を説明するための図である。
【図１５】本発明の原理に基づく櫛形バックドーピング太陽電池（inter-digitated back contact solar cell）の一実施の形態を示す断面図である。
【図１６】本発明の原理に基づいて太陽電池を製造する方法の一実施の形態を説明するための処理フローチャートである。
【図１７】本発明の原理に基づいて櫛形バックコンタクト太陽電池（inter-digitated back contact solar cell）を製造する方法の一実施の形態を説明するための図である。
【図１８Ａ】本発明の原理に基づいて櫛形バックコンタクト太陽電池を製造する方法の一実施の形態を説明するための図である。
【図１８Ｂ】本発明の原理に基づいて櫛形バックコンタクト太陽電池を製造する方法の一実施の形態を説明するための図である。
【図１９】本発明の原理に基づいて櫛形バックコンタクト太陽電池を製造する方法の一実施の形態を説明するための図である。
【図２０】本発明の原理に基づいて櫛形バックコンタクト太陽電池を製造する方法の一実施の形態を説明するための図である。
【図２１】本発明の原理に基づいて櫛形バックコンタクト太陽電池を製造する方法の一実施の形態を説明するための図である。
【図２２】本発明の原理に基づいて櫛形バックコンタクト太陽電池を製造する方法の一実施の形態を説明するための図である。
【図２３】本発明の原理に基づいて櫛形バックコンタクト太陽電池を製造する方法の一実施の形態を説明するための図である。
【図２４】本発明の原理に基づいて櫛形バックコンタクト太陽電池を製造する方法の一実施の形態を説明するための処理フローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
以下、当該技術分野の通常の知識を有するものが発明を行い、使用できるように、且つ特許出願の及びその要件に従って、説明を行う。当業者に容易に明らかなように、以下に説明する実施の形態に様々な変更を加え、明細書中の一般的な原理は、他の実施の形態に適用することができる。したがって、本発明は、以下に説明する実施の形態に限定されるものではなく、ここに説明する原理及び特徴に基づいて最も広く解釈される。
【００４２】
図１〜図２４は、同じ番号が付けられた同族の元素によって形成された太陽電池装置（solar cell device）の実施の形態及びその特性を示す図である。開示の様々な側面は、フローチャートを用いることによって、説明することができる。多くの場合、本開示の側面の一例を示している。しかしながら、通常の知識を有する者には明らかなように、ここに説明するプロトコル（protocols）、プロセス（processes）及びプロシージャ（procedures）は、連続的に、あるいはここに説明する必要性を満たすのに必要とされる回数繰り返されてもよい。さらに、明示的又は暗示的に説明しない限り、方法のステップは、図に示す順序とは異なる順序で実行できると考えられる。
【００４３】
以下は、太陽電池製造方法を説明するが、太陽電池製造方法は、多くの異なる手法を採用することができる。これらの方法は、費用効率が高いように見られ、効率を相当高めることができる。
【００４４】
図１〜１４Ｂは、本発明の原理に基づいて太陽電池を製造する一実施の形態の異なる段階を示す図である。幾つかの実施の形態において、本発明の方法は、初期の切断損傷（saw damage）をテクスチャリングエッチング（texturing etch）した後、図１で示すように、太陽電池の製造を開始する。半導体基板（以下、単に基板という。）１０は、現段階において、ドーピングすることができる。幾つかの実施の形態では、基板１０は、ｐ型ドーパント（例えばホウ素）によって、約０．５Ω／□〜１．５Ω／□の低抵抗率にドーピングされており、それは、基板１０全体に亘って１Ｅ１６ｃｍ−３未満の均一なドーピングに変換される。
【００４５】
そして、図２に示すように、基板１０は、ｐｎ接合を形成するために、イオン注入２０を用いて逆ドーピング（counter-doped）される。図３に示すように、このイオン注入により、均一エミッタ領域（homogeneous emitter region）２５が形成される。均一エミッタ領域２５のドーピングレベルは、光の変換及び少数キャリアの再結合を妨げないように、十分に低くなければならない。したがって、幾つかの実施の形態において、ドーピングレベルは、均一エミッタ領域２５が、結果として約１００Ω／□以上のシート抵抗を有し、この段階の表面のドーパント原子濃度が約１Ｅ１９ｃｍ−３であり、プロファイルが接合に向かってロールオフ（rolling off）するようなレベルである。幾つかの実施の形態では、ドーピングレベルは、均一エミッタ領域２５は、結果として約８０Ω／□〜約１６０Ω／□のシート抵抗を有するようなレベルである。好ましくは、均一エミッタ領域２５のキャリア拡散距離は、この領域が透明なエミッタとなるように、接合の深さと同じである。表面濃度を約１Ｅｌ９ｃｍ−３未満に制御することにより、表面領域近傍の過剰なドーパントが多重衝突（pile-up）しないことを保証し、したがって、エネルギが高い青色光を変換に使用できなくする「不感層」効果（"dead layer" effect）を軽減する。好ましい実施の形態において、ｐｎ接合の深さは、少なくとも０．３〜０．４μｍであり、したがって、均一エミッタ領域２５の向こう側における金属短絡（metal shunting）の可能性を最小にする。代表的な反射防止コーティング（ARC）膜３０は、約０．０７μｍである。したがって、金属短絡するまで合計の深さは、好ましくは、０．３７〜０．４７μｍ以上であり、それは、現在の焼成熱履歴（present firing thermal budgets）に適した値以上である。
【００４６】
また、この技術を用い、材料の略均一なドーピング（uniform-like doping）によって、出発原料のプリドーピングを向上させることができ、プリドーピングは、特に、軸及び横方向の両方においてプリドーピングの不均一性を有する低品質材料に対して重要である。代表的なインゴットは、引き上げる際に、横方向と同様に、インゴットの最上部からの最下部に亘る軸方向に変化するドーパント分布を有することになる。そして、インゴットが、一旦ウエハに切断されると、ウエハのドーパントは、一端から他端に亘って変化する。本発明で用いるイオン注入の結果、ドーパントのハイレベルの均一性が達成及び良く制御され、少ないドーズ量により、より均一なバックグランドドーピング（back ground doping）が得られる。さらに、最近の駆動装置によって引き上げられたシリコンをできるだけ節約するために、インゴットの外端は、抵抗率が著しく悪化したとき、破棄され、あるいは溶融シリコン（melt）に戻されることがある。これらの部分は、ウエハ化した後、抵抗率がインゴットの中間の部分から切断したウエハの残りの部分に一致するように、イオン注入することにより、回収（retrieved）することができる。その結果、ラインに並んだ複数のウエハ（the wafers starting into the line）は、より高い一貫性を有し、したがって、より再現可能な性能を示し、それにより、結果として、最終製品を捨てる量を減らし（much tighter binning）、したがって、結果として、より高い収益が得られる。
【００４７】
図３に示すように、ウエハに対して、表面のパシベーションと、基板１０の中を通過する光量を増やす反射防止膜との両方として機能する反射防止コーティング（ＡＲＣ）膜３０を堆積する。それに加えて又は代わり、ＡＲＣ膜３０は、膜の品質が軽いドーピングレベルの影響を受けないように、上述した均一エミッタ領域２５のイオン注入の前に、堆積することもできる。
【００４８】
図４に示すように、レジスト層４０を、簡単なローラ方式を用いて、ウエハに塗布することができ、それによって、基板１０上に、二重層の有機膜、例えばデュポンＭＭ５００（商標）又はシェルＳＵ８（商標）と、他の選択肢とを積層（laminating）する。この膜の接着及び導通は、この段階では重要である。好ましくは、ラミネーションプロセスは、約５０〜１００℃で、１〜２ｍｍ／分の速度の予熱物理ローラによって行われる。この速度及び温度では、基板１０は、５０℃以上を経験しない。
【００４９】
そして、図５に示すように、非接触のマスク（negative in-contact mask）５５を、レジスト層４０の上に配置する。マスク５５は、代表的な太陽電池のグリッド線のパターンを模す（simulate）ことができる。また、それは、バスバーを組み込むことができ、現時点では、これらのグリッド線に対する必要条件は、幅が１００〜１５０μｍ、間隔が２〜２．５ｍｍである。これらの必要条件は、近い将来、遮光（shadowing）を最小にするために、幅が約５０μｍに、間隔が１ｍｍ未満に狭くなると考えられる。さらに、金属のグリッド線を焼成する必要条件である８１０℃により、印刷された線幅が２０〜３０μｍに拡幅され、更に遮光が悪化する。
【００５０】
非接触のマスク５５は、ウエハ表面の近接に配置され、基本的で粗い位置合せが、ウエハのエッジで行われる。一旦、配置されると、ウエハ及びマスク５５は、一組のランプからのレジスト反応のピークに一致した３５０〜３８０ｎｍの光５０によって、露光される。グリッド線の開口が５０μｍとなるように、約２８〜６０ｍＪ／ｃｍ２を有する１０〜１８回の高レジストステップ（high resist step）が用いられる。
【００５１】
図６に示すように、レジスト層４０には、開口が形成され、それによって、露光レジスト層４５が生成される。露光レジスト層４５は、標準的なナトリウム塩（Ｎａ２ＣＯ３、１．０重量％未満）又は炭酸カリウム（Ｋ２ＣＯ３、１．０重量％未満）によって現像することができる。バッファード化学反応（buffered chemistries）は、側壁の品質及びレジストの分解能に影響を与えるので、ここでは、好ましくは用いられない。溶液は、５０〜７０秒のドウェル時間、３５℃未満に保持することができる。そして、ウエハは、その後、洗浄され、ダイレクトファンノズル（direct fan nozzle）によって水洗いされ、熱風でブロードライされる。
【００５２】
この段階において、ウエハは、図７に示す選択注入ステップ（selective implantation step）の準備ができている。ここでは、露光レジスト層４５のパターンにより、ウエハ全体に亘ってドーパント７０の選択的な位置決めを行うことができる。上述の引用した特許出願とともに、２００９年６月２３日に出願された米国仮出願番号第６１／２１９，３７９号、発明の名称「PLASMA GRID IMPLANT SYSTEM FOR USE IN SOLAR CELL FABRICATIONS」、及び２００９年６月１０日に出願された米国仮出願番号第６１／１８５，５９６号、発明の名称「APPLICATION SPECIFIC IMPLANT SYSTEM FOR USE IN SOLAR CELL FABRICATIONS」には、ブロードビーム又はビーム成形を用いることにより、ビームの利用率を最大にする一連の特定用途向け注入が説明されており、明細書に記載の如く、これらの両方は、引用することによって、本願に援用される。露光レジスト層４５のグリッド線パターンに密着させることにより、ラインを正確に画定することができる。
【００５３】
図８に示すように、選択注入により、選択エミッタ領域８０が、最後に配置される金属のコンタクトグリッド線の下に形成される。幾つかの実施の形態において、選択エミッタ領域８０は、約１０〜３０Ω／□の低い抵抗率（すなわち、高い導電率）を有し、表面濃度が約１Ｅ２０ｃｍ３であり、接合深さが０．４５μｍ以上である。幾つかの実施の形態において、選択エミッタ領域８０は、約１０Ω／□〜約４０Ω／□のシート抵抗を有する。表面濃度は、より良好なコンタクトを形成できるようにするためには、高くする必要がある。しかしながら、表面濃度は、基板１０、すなわちシリコン基板の固溶度によって制限され、ホウ素及びリンのドーピングにおいては、約４Ｅ２０ｃｍ３である。接合深さを独立して形成することは、すなわち、ある深さにおける逆のバックグランドタイプ（opposite back ground type）によるある種類のドーピング（通常は１Ｅ１６ｃｍ３未満）のクロスオーバ（cross-over）は、コンタクトの焼成の後の金属短絡を防止するために重要である。
【００５４】
この段階において、ウエハは、標準のスクリーン印刷法に切り換えることができ、それによって、露光レジスト層４５が除去され、グリッド線が、従来の方法でスクリーン印刷される。しかしながら、金属がスクリーン印刷されるグリッド線に対する選択エミッタの注入の位置合せが重要となる。このような位置合せを保証する方法は、複数ある。粗い方法は、選択エミッタの注入及びスクリーン印刷の両方において、ウエハのエッジを用いて、例えば位置合せのためのウエハの仮想中心を用いて、位置合せを行うことになっている。この位置合せは、ウエハの切断における不整合の影響を受ける可能性があり、それは、粗い位置合せ方法とすることができる。初期の選択エミッタの注入の際に、基準マーク（fiducial markings）を導入することにより、この問題を軽減することができ、レーザマーキングによって、あるいは注入された表面の変色（discolorations）の効果に基づいて達成することができる。このようなマークは、比較的高いドーズ量とすることによって、目で見ることができ、それは、選択エミッタに注入されるドーズ量と同じである。これは、非常に異なったマークであり、スクリーン印刷において可視装置（vision system）が設定され、選択エミッタが注入されたグリッド線のパターンを検出する場合、スクリーン印刷による位置合せは、簡単になる。
【００５５】
あるいは、露光レジスト層４５は、ウエハ上に残してもよく、図９に示すように、選択エミッタの注入を、コンタクトの形成のための「シード」、すなわちメソタキシ注入（mesotaxy implant）９０の後に行うことができる。このシード注入は、上述の引用した特許出願で説明されている選択エミッタ注入装置（selective emitter implant system）と同じ装置を用いて実行することができる。メソタキシは、母体結晶（host crystal）の非常に近い表面から下部に向かって相（phase underneath）が一致するような結晶の成長である。この方法では、イオンは、第２の相の非常に近い表面層を生成するようなエネルギ及びドーズ量で、材料に注入され、温度は、ターゲットの結晶構造が破壊されないように制御される。層の結晶方向は、正確な結晶構造及び格子定数が非常に異なる場合であっても、ターゲットの結晶方向と一致するように設計することができる。例えば、シリコンウエハにニッケルイオンを注入した後、ニッケルスーサイド（nickel suicide）の層を形成することができ、この層のスーサイドの結晶方向は、シリコンの結晶方向と一致している。この成長方法は、結晶が表面上に成長されるエピタキシャル成長方法と異なる。このようなスーサイド形成により、異なる２つの材料、例えば半導体と金属の遷移のバンドギャップを設計することができる。現時点では、このような遷移は、高温焼成によって達成され、表面上に堆積された金属が、基板内に拡散され、コンタクトを向上させる。しかしながら、選択エミッタ領域８０及び金属スーサイドが存在するので、これは、必要ではなくてもよい。高いドーズ量の重イオン（金属等）から生じさせることができる表面の粗さによって、メソタキシ注入の後、後続の金属コンタクトの密着性を高めることができると考えられる。バンドギャップの設計及び密着性のこのような改善により、金属／半導体接合面の抵抗率を向上させることができ、したがって、結果として、太陽電池の性能を向上させることができる。
【００５６】
図１０に示すように、メソタキシ注入は、二酸化ケイ素マスク層又はＡＲＣ膜（以下、ＡＲＣ層ともいう。）３０を介して実行することができ、金属コンタクトが最終に形成されるＡＲＣ層３０の表面からＡＲＣ層３０を通り、半導体（例えば、選択エミッタ領域８０）に延びる領域１００を形成することができる。ここにおける注入プロファイルを調整することにより、金属／半導体接合面を向上させることができる。このような調整が、上述の引用した特許出願で議論されている。しかしながら、このようなイオン注入は、常に、ＡＲＣ層３０の反射防止特性に影響を及ぼす。なお、領域１００が非常に小さく、その大部分が金属のグリッド線の下にある場合、領域１００は、太陽電池の性能に影響を及ぼさない。多くの異なる金属の堆積方法に対して、非常に薄く導電層を形成することにより、例えば費用効率が高いメッキを行うことができる。
【００５７】
他の方法では、ＡＲＣ層３０上に非常に薄い層を形成するために、金属が豊富なインクジェット方式（metal-rich ink jet printing）を用いることになっている。焼成ステップの後、金属の遷移層（metal transition layer）が、表面から半導体に亘って形成される。自己整合マスク（self-aligned mask）を用いることにより、堆積層（deposited layer）が良好な位置合せ及び垂直の側壁を持つことを保証する。必要な後続の焼成温度に耐えるために、露光レジスト層４５を選択した場合、コンタクト層の悪い延長及び拡幅がなく、それによって、遮光を最小にし、太陽電池の電力変換効率を高める。
【００５８】
現段階において、図１１に示すように、非常に薄い導電性の金属コンタクト層１１０をグリッド線レジストパターンのグリッド線開口に形成する。幾つかの実施の形態において、グリッド線レジストパターンは、電気的に駆動される堆積、すなわち電気メッキ又は完全な無電解メッキを行うのに用いられる。電気メッキは、大部分が金属の非常に厚い層を非常に速く生成することができ、太陽電池製造の費用効率を高くすることができる。このようなメッキを用いて、他の業界では費用効率を高めてきた。しかしながら、太陽電池製造の分野では、このような技術の利用を可能にするため、複数の費用がかかるステップを要求する。本願発明に用いられる、自己整合マスクと、メソタキシャル注入又はインクジェット方式とを用いることにより、初めて、このような高価ではない金属メッキ技術が利用可能となる。
【００５９】
金属コンタクト層１１０を堆積した後、図１２に示すように、露光レジスト層４５を除去する、又は化学的に剥離することができる。幾つかの実施の形態において、ＮａＯＨ溶液（３重量％より小さい）又はＫＯＨ溶液（３重量％より小さい）は、５５℃で数秒の浸透時間における２．４バールの圧力でのスプレイを行うのに用いられる。このステップの後、太陽電池は、高い導電性のエミッタ領域８０による高光変換効率を有し、これによって１〜２絶対％のオーダで効率が増加する。
【００６０】
現時点において、太陽電池の裏面は、一連の全面的な金属の堆積処理がなされており、このような金属堆積には、それに関連した幾つかの問題がある。第１のステップは、その後の高導電性銀コンタクトとの間でバッファとして機能する基板上にアルミニウムを堆積することであり、さらにアルミニウムを部分的にドーピングすることで、金属−シリコン界面の抵抗値を改善する。アルミニウムは、良好なドーパントではないが、目的にかなうものである。また、アルミニウムは、その後の線を接続する半田付けにとって良い金属ではなく、したがって、より厚い、印刷された銀の層を必要とする。しかしながら、アルミニウムとシリコンとの熱膨張が一致しないことにより、太陽電池の反り及び変形という問題を起こす。この問題を、銀を堆積する前に、ホウ素がドーピングされたＢＳＦ層を導入することによって軽減することができる。本願発明において、このようなＢＳＦ層を、先に引用する特許出願に記載の、用途が特定された均一な注入装置を用いることによって形成することができる。
【００６１】
より重要なことは、金属コンタクトグリッド線を最小にし、結果として遮光を最小にすることは、太陽電池の電力変換効率を改善する方法のうちの他の１つの方法である。このため、使用できるようにする多数の方法がある。１つの方法は、グリッド線の幅を最小にすることによって、遮光を最小にすることである。しかしながら、このように最小にすることは、現在のスクリーン印刷の幅が１００μｍ以下の限界に達しているので、スクリーン印刷方法によっては難しい。その後に必要な焼成を行うことにより、更にこれらのグリッド線を＋／−１０〜１５μｍまで広げるので、問題を強調する。上述した自己整合方法の使用と、この使用によって５０μｍ以下の開口を有するパターンを形成する能力は、このような問題に対して効果的に対処する。メッキした後のメソタキシ注入シード層又はインクジェット記録シード層により、アルミニウムを堆積する必要がなくなり、同時に太陽電池の製造コストを改善する。
【００６２】
幾つかの実施の形態において、本願発明は、イオン注入を選択的に行う能力を利用することで、ウエハの裏面に低抵抗率のＢＳＦの領域を形成する。このようなイオン注入により、線、アイランド、さらにはドーナツ形状を形成することができる。選択的なイオン注入を行う注入装置、例えば以上で引用した特許出願に記載されたものは、基板（例えば、ホウ素がドーピングされたｐ型）と同様のタイプにドーピングするため、簡単に改造することができ、アイランド領域を形成することができる。
【００６３】
さらにまた、コンタクトの全てを太陽電池の裏面へ移動することにより、遮光を全体的になくすとともに、これによって前面が妨げられずに露出することができる多くの新技術がある。リソグラフィ、複雑なエッチング及び浸出法に関連する問題を回避する一方で、本願発明のイオン注入を用いることで、すなわち、均一及び選択性を両立する能力を、上述した自己整合パターンニングと組み合わせることで、太陽電池の裏面に櫛形交互ドーピング領域を形成することができる。
【００６４】
図１３において、前面エミッタ領域８０により説明される技術を適用することにより、ＢＳＦ１４０Ａ、すなわち櫛形交互ドーパント裏面ドーピングセル（ＩＢＣ）を形成することができる。本願発明は、均一なイオン注入１３０Ａを行う注入装置を用いて、ホウ素がドーピングされたＢＳＦ１４０Ａを形成することができ、ホウ素がドーピングされたＢＳＦ１４０Ａは、既存の問題があるアルミニウムがドーピングされた裏面と置き換えることができる。好ましい実施の形態において、イオン注入することによって、０．５μｍ以上の接合を形成でき、結果として、シート抵抗が約５０Ω／□を有し、表面濃度を１Ｅ１９ｃｍ３以下にする。ここで、ホウ素はリンより軽いので、同じエネルギ範囲を用いて、これらの接合を形成することができる。上述の引用する用途特定向け注入装置が、あらゆるｐ型ドーピングのドーピングを行うのに非常に容易に用いられることが先行文献で示されている。このような典型的な結果を図１４Ａに示し、この図１４Ａにおいて、均一なＢＳＦ１４０Ａがウエハの裏面に形成され、その後に、従来の裏面金属コンタクト堆積１４５が形成される。イオン注入１３０Ａによって可能なこの組合せにより、１絶対％以上のオーダの変換効率の向上がもたらされる。
【００６５】
本願発明は、上述し、引用する選択エミッタを形成する類似の装置を用いて、イオン注入１３０Ｂにより、様々なドーピングレベルでアイランドを形成する。これらのイオン注入１３０Ｂにより、グリッド線又はスポットが形成される。図１４Ｂは、均一なＢＳＦ（ＨＢＳＦ）１４０Ａと、選択的なＢＳＦ（ＳＢＳＦ）１４０Ｂとの組合せを示している。このようにして、非常に簡単に新規なＰＥＲＬセル（マーティングリーンほか）を製造することができる。正確なビーム形成方法（tight beam shaping）又は自己整合パターンニング方法と、その後の正確な位置合せの必要性をなくすために、アイランドの大きさを十分に大きくすることが期待される。より小さなサイズにイオン注入することが既に可能であるが、上述したのと同様に選択エミッタが要求される。
【００６６】
図１４Ｂに示す太陽電池は、均一エミッタ領域と同様に、不感層効果を有することなく、高い導電性を有する表面選択エミッタの全ての効果を有する。加えて、ホウ素がドーピングされたＢＳＦ１４０Ａと高濃度にドーピングされたアイランドのＢＳＦ１４０Ｂとから恩恵を受けることができる。このような太陽電池は、今日一般的な従来の太陽電池よりも、より高い電力変換効率が期待される。上述の引用する特許出願において、これらの方法のコスト効率が記載されており、ここでは、現在の製造設備のうちの幾つかを取り替えるとともに、それによってこれらのコスト高な動作を取り除くことによって、このような太陽電池をコスト効率が良く、太陽電池業界の要求を満たす程度に大量に製造することができる。
【００６７】
図１５に、新規な櫛形交互ドーパント裏面ドーピングセル（ＩＢＣ）を示し、ここで、上述した用途特定向け注入装置の選択的な能力を、現在の自己整合方法と組み合わせることにより、結果として前面遮光がなくなる。このように前面遮光をなくすことは、コンタクトの全てを、基板１０、すなわち半導体ウエハの裏面に移すことによって達成される。幾つかの実施の形態において、エミッタが上述した方法と同様にして形成され、ここで、レジストを、ドーパントのアレー１５０Ａを形成するように、必要なあらゆるフォーマットでパターンニングする。そして、第２のレジストをパターンニングして、次の異なるドーピング領域１５０Ｂを形成できるようにする。エミッタ領域がウエハ自体の大きさより小さいとき、このように太陽電池の裏面を交互にドーピングすると、単に表面遮光を最小にするだけではなく、少数キャリアの寿命が制限される可能性がある低品質の材料でも効果的に機能する。
【００６８】
幾つかの実施の形態において、マスク層（例えば犠牲酸化物）、及び／又は、レジスト材料、及び／又は、これらの厚さを注意深く選択することによって、また、様々なシードが浸透する深さ及びこれらの種の加速度エネルギを利用することによって、ＩＢＣを、１回の自己整合及びパターンニング方法により製造することができる。また、これは、本願発明のイオン注入を用いることによって可能であり、本願発明のイオン注入を用いることで、現在の時間拡散法及び温度拡散法では利用不可能な、深さ浸透機能を得ることができる。このようなワンパス法により、注入されたドーパント又は混合されたシードの質量、エネルギ、角度だけでなく、マスク層の厚さと他の特性を注意深く選択することによって、１回の全面的なイオン注入で、選択的に及び均一にドーピングすることができる。この方法において、パターンニングされたレジストは、不必要なシードを止める遮断材とすることができる。同様にして、犠牲マスク、例えばＳｉＯ２又はＳｉＮｘ（ＡＲＣは通常Ｓｉ３Ｏ４）を、レジストとともに利用してパターンニングすることで、不必要なシードの浸透の遮断材とすることができる。このような犠牲マスクを処理後に除去することができ、これによって、あらゆる他の不必要な、半導体の表面に影響を及ぼす混入を防止するという、更なる利点がある。
【００６９】
図１５において、メソタキシ注入により、裏面金属コンタクト層１５５にとって必要なシード層を形成することができる。上述したスーサイドの形成と同様に、このようなメソタキシ注入は、２つの異なる材料（金属と半導体）の間のバンドキャップの設計に役立ち、さらにこのような密着性を高めることができる。非常に薄いウエハの表面保護層は、このような裏面における問題を起こさないことに注意する。さらに、太陽電池の裏側にテクスチャリングを用いない場合、テクスチャリングによって与えられる、より大きな表面に対して処理する必要がないので、製造方法が実際に改善する。
【００７０】
図１６は、本願発明の原理に基づいた太陽電池の製造方法２００の一実施の形態を示す図である。ステップ２１０において、表面と、裏面と、表面から裏面までの間のバックグランドドーピング領域とを有する半導体ウエハを準備する。幾つかの実施の形態において、半導体ウエハはシリコン基板である。しかしながら、他の半導体材料を、ウエハとして用いることができると考えられる。
【００７１】
ステップ２２０において、半導体ウエハの中にドーパントをイオン注入する第１のセットのイオン注入を行い、半導体ウエハの表面から、表面と裏面との間の位置に広がる表面交互ドーピング領域（alternatingly-doped region）を形成する。表面交互ドーピング領域は、第１の表面ドーピング領域と第２の表面ドーピング領域とが横方向に交互に並ぶように構成されている。第２の表面ドーピング領域（例えば、選択エミッタ領域）は、第１の表面ドーピング領域（例えば、均一エミッタ領域）より低いシート抵抗を有する。ｐｎ接合が、第１の表面ドーピング領域とバックグランドドーピング領域との間に形成される。
【００７２】
幾つかの実施の形態において、第１のセットのイオン注入を行うステップでは、第２の表面ドーピング領域にイオン注入する半導体ウエハ上の位置に位置合わせされたレジスト開口を有するレジスト層を用いて、第２の表面ドーピング領域にイオン注入する。幾つかの実施の形態において、レジスト開口を、レジスト層に接触して配置されたコンタクトマスクを用いて形成する。コンタクトマスクは、レジスト開口を形成するレジスト層上の位置に位置合わせされたマスク開口を有する。
【００７３】
ステップ２３０において、複数の表面金属コンタクトが、半導体ウエハに配置される。表面金属コンタクトを、第２の表面ドーピング領域の上に位置合せをして、第２の表面ドーピング領域から電荷を導電するように構成する。
【００７４】
ステップ２４０において、半導体ウエハの中にドーピングする第２のセットのイオン注入を行い、半導体ウエハの裏面から、裏面と表面との間の位置に広がる裏面交互ドーピング領域（alternatingly-doped region）を形成する。裏面交互ドーピング領域は、第１の裏面ドーピング領域と第２の裏面ドーピング領域とが横方向に交互に並ぶように構成されている。第２の裏面ドーピング領域は、第１の裏面ドーピング領域より低いシート抵抗を有する。
【００７５】
幾つかの実施の形態において、第２のセットのイオン注入を行うステップでは、第２の裏面ドーピング領域にイオン注入される半導体ウエハ上の位置に位置合わせされたマスク開口を有するシャドウマスクを用いて、第２の裏面ドーピング領域にイオン注入する。シャドウマスクを、第２のセットのイオン注入の期間中に、半導体ウエハの裏面から離れた所定の距離に配置する。
【００７６】
幾つかの実施の形態において、第１の表面ドーピング領域及び第１の裏面ドーピング領域は、約８０Ω／□から約１６０Ω／□のシート抵抗を有する。幾つかの実施の形態において、第２の表面ドーピング領域及び第２の裏面ドーピング領域は、約１０Ω／□〜約４０Ω／□のシート抵抗を有する。幾つかの実施の形態において、バックグランドドーピング領域は、約０．５Ω／□〜約１．５Ω／□のシート抵抗を有する。
【００７７】
ステップ２５０において、裏面金属コンタクト層を半導体ウエハの裏面の上に配置する。裏面金属コンタクト層は、第１の裏面ドーピング領域及び第２の裏面ドーピング領域を覆って、第２の裏面ドーピング領域から電荷を導電するように構成する。
【００７８】
製造方法２００は、また他のステップを有することができると考えられる。例えば、ステップ２２５ａにおいて、反射防止コーティング層を、半導体ウエハの表面であって、第１の表面ドーピング領域の上に配置する。幾つかの実施形態において、このコーティングステップを、第１のセットのイオン注入からなるイオン注入の間（例えば、均一なエミッタ領域のイオン注入と選択エミッタ領域のイオン注入との間）に行う。他の１つの例として、ステップ２２５ｂにおいて、金属シード層を第２の表面ドーピング領域の上に配置する。そして、ステップ２３０の表面金属コンタクトを金属シード層の上に配置する。幾つかの実施の形態において、金属シード層をメソタキシ注入によって形成する。幾つかの実施の形態において、金属シード層をスーサイド形成する。
【００７９】
図１７〜図２３は、本願発明の原理に基づいた櫛形裏面コンタクト太陽電池を製造する一実施の形態の異なる過程を示す図である。幾つかの実施の形態において、半導体ウエハは、エッチングされ、テクスチャリングされている。ＩＢＣセルには、多くの場合、ｎ型ウエハが用いられる。しかしながら、ｐ型ウエハも用いることができると考えられる。
【００８０】
図１７において、半導体ウエハ３１０の表面を、イオン注入３２０を用いて低濃度にドーピングして、低ドーパント注入領域３２５を形成する。この低ドーパント注入領域３２５は、表面のパッシベーションと、直列抵抗の減少とに役立つ。幾つかの実施の形態において、低ドーパント注入領域３２５の伝導型は、半導体ウエハ３１０の伝導型と反対である。例えば、幾つかの実施の形態において、半導体ウエハ３１０がｎ型ウエハである場合、低ドーパント注入領域３２５はｐ型注入領域である。
【００８１】
次に、エミッタドーピングによって、ウエハの裏面にイオン注入する。幾つかの実施の形態において、ｎ型ウエハに対して、エミッタはｐ型、例えばホウ素、アルミニウム又はガリウムのイオン注入である。このイオン注入は、全面的なイオン注入、あるいは端から端までパターン化されたシャドウマスクを介したイオン注入とすることができる。図１８Ａは、半導体ウエハ３１０の裏面での全面的なイオン注入３３０により、エミッタ領域３３５Ａを形成する図を示している。図１８Ｂは、シャドウマスク３３７を介した半導体ウエハ３１０の裏面でのイオン注入３３０により、エミッタ領域３３５Ｂを形成する図を示している。
【００８２】
図１９では、エミッタ領域３３５は、エミッタ領域３３５Ａ、３３５Ｂのうちの何れか一方に相当するものが用いられる。ベースドーピング３４０を、シャドウマスク３４７を介して半導体ウエハ３１０の裏面に行い、エミッタ領域３４５を形成する。図１８Ａに示す全面的なドーピングを前もって行った場合、このベースドーピング３４０は、エミッタ領域３３５Ａに対して逆の伝導型にドーピングするのに十分大きなドーズ量でなければならない。幾つかの実施の形態において、エミッタ領域３４５の伝導型は、半導体ウエハ３１０の導電型と同じである。例えば、ｎ型ウエハを用いる場合、ベースドーピング３４０は、ｎ型ドーパント、例えばリン、ヒ素又はアンチモンを用いる。
【００８３】
そして、図２０において、ウエハは、高速熱アニール又は短時間の加熱炉酸化処理（furnace oxidation）に曝される。この高温ステップを用いて、ドーパントを活性化し、注入ダメージをアニールし、高いパッシベーションを有する薄い酸化物層を形成する。
【００８４】
図２１において、窒化シリコンフィルム（以下、反射防止コーティング層ともいう。）３６０、あるいは幾つかの他の反射防止及びパッシベーションフィルムを、太陽電池の表面及び裏面に堆積する。幾つかの実施の形態において、このフィルムは、プラズマ増強化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）処理によって堆積される。
【００８５】
図２２において、レーザを用いて、反射防止コーティング層３６０を切断して、横方向に交互に並んだエミッタ領域３３５、３４５の上の反射防止コーティング層３６０’に、小さな分離開口３７０を形成する。この切断は、安価なファイバレーザ及びビームステアリング機構を用いて行う。
【００８６】
図２３において、櫛形裏面コンタクトの金属コンタクトフィンガ（以下、単にフィンガという。）３８０が、エミッタ領域３３５、３４５より上に形成され、そして、分離開口３７０を介してウエハと単に接続される。異なる方法を、このようなフィンガ３８０を形成するのに用いることができると考えられる。フィンガ３８０を形成する１つの方法は、シード金属、例えばシャドウマスクを介してアルミニウムをスパッタリングするステップと、そして、電気メッキ処理を用いてシード金属を厚くするステップとを含む。
【００８７】
図２４は、本願発明の原理に基づいた櫛形裏面コンタクト太陽電池の製造方法４００の一実施の形態を示す図である。ステップ４１０において、表面と、裏面と、表面から裏面までの間のバックグランドドーピング領域とを有する半導体ウエハを準備する。幾つかの実施の形態において、半導体ウエハはシリコン基板である。しかしながら、他の半導体材料をウエハとして用いることができると考えられる。
【００８８】
ステップ４２０において、半導体ウエハ内にドーピングするセットのイオン注入を行い、半導体ウエハの裏面から、裏面から表面との間の位置に広がる裏面交互ドーピング領域（alternatingly-doped region）を形成する。裏面交互ドーピング領域は、第１の裏面ドーピング領域と第２の裏面ドーピング領域とが横方向に交互に並ぶように構成されている。第１の裏面ドーピング領域は、第２の裏面ドーピング領域とバックグランドドーピング領域と比べて、異なる伝導型である。
【００８９】
幾つかの実施の形態において、１つのセットのイオン注入を行うステップは、半導体ウエハの裏面全体に亘ってイオン注入する第１のドーパントを半導体ウエハに全面的なイオン注入を行うステップと、第２の裏面ドーピング領域にイオン注入する半導体ウエハの位置に位置合わせしたマスク開口を有するシャドウマスクであって、半導体ウエハの裏面から所定の距離離して配置したシャドウマスクを用いて、第２のドーパントを半導体ウエハにマスクイオン注入を行うステップとから構成される。
【００９０】
幾つかの実施の形態において、１つのセットのイオン注入を行うステップは、第１の裏面ドーピング領域にイオン注入する半導体ウエハの位置に位置合わせしたマスク開口を有するシャドウマスクであって、半導体ウエハの裏面から所定の距離離して配置したシャドウマスクを用いて、第１のドーパントを半導体ウエハに第１のマスクイオン注入を行うステップと、第２の裏面ドーピング領域にイオン注入する第２の半導体ウエハの位置に位置合わせしたマスク開口を有するシャドウマスクであって、半導体ウエハの裏面から所定の距離離して配置したシャドウマスクを用いて、第２のドーパントを半導体ウエハに第２のマスクイオン注入を行うステップとから構成される。
【００９１】
幾つかの実施の形態において、バックグランドドーピング領域はｎ型にドーピングされており、第１の裏面ドーピング領域はｐ型にドーピングされており、第２の裏面ドーピング領域はｎ型にドーピングされている。幾つかの実施の形態において、第１の裏面ドーピング領域は、ホウ素、アルミニウム及びガリウムから構成されるグループから選択されたドーパントがドーピングされる。幾つかの実施の形態において、第２の裏面ドーピング領域は、リン、ヒ素及びアンチモンから構成されるグループから選択されたドーパントがドーピングされる。
【００９２】
ステップ４３０において、裏面金属コンタクト層を、半導体ウエハの裏面の上に配置する。裏面金属コンタクト層は、第１及び第２の裏面ドーピング領域の上に位置合わせされ、第１及び第２の裏面ドーピング領域から電荷を導電するように構成される。
【００９３】
幾つかの実施の形態において、製造方法４００は、半導体ウエハの表面から、表面と裏面との間に広がり、低濃度にドーピングされた表面領域を形成するために、半導体ウエハの中にドーパントのイオン注入を行うステップ４１５を更に有する。幾つかの実施の形態において、この低濃度にドーピングされた表面領域は、裏面交互ドーピング領域の位置まで、または、その位置を越えて、広がっていない。幾つかの実施の形態において、この表面ドーピング領域は、ｐ型にドーピングされている。
【００９４】
幾つかの実施の形態において、製造方法４００は、ウエハを用いて、ドーパントを活性化し、注入ダメージをアニールし、薄い酸化物層を形成する高温処理を行うステップ４２２を有し、ウエハを非常にパッシベートするステップ４２２は、高速熱アニール又は短時間の加熱炉酸化処理のうちの一方に曝される。幾つかの実施の形態において、この高温処理は、ウエハを高速熱アニール又は、短時間の加熱炉酸化処理に曝す処理を含む。
【００９５】
幾つかの実施の形態において、製造方法４００は、半導体ウエハの裏面の上に反射防止コーティング層を堆積するステップ４２４を有する。幾つかの実施の形態において、反射防止コーティング層を、プラズマ増強化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）処理を用いて堆積する。幾つかの実施の形態において、反射防止コーティング層は窒化シリコンから構成される。
【００９６】
幾つかの実施の形態において、製造方法４００は、第１及び第２の裏面ドーピング領域の上の反射防止コーティング層において、分離開口を形成するために、反射防止コーティング層を切断するステップ４２６を有する。これらの分離開口において、金属コンタクトが結果として堆積される。幾つかの実施の形態において、製造方法４００は、分離開口に金属コンタクトを堆積した後に電気メッキ処理を行うステップ４３５を有する。
【００９７】
太陽電池効率を高く維持する一方で、本願発明に係るイオン注入によって、櫛形裏面コンタクト型太陽電池を安価に製造することができ、本願発明を用いることで、裏面コンタクト型太陽電池を製造するのに現在用いているコスト及び処理ステップを非常に減らすことができる。現在では、単に商用の裏面コンタクト太陽電池の販売者は、Ｓｕｎｐｏｗｅｒ（商標）であり、Ｓｕｎｐｏｗｅｒは、太陽電池を製造するために、費用がかかる多くのステップ工程を有する。裏面コンタクト太陽電池を製造するために用いられる現在の商用の製造工程は、少なくとも２０ステップと、約０．８０ドル／Ｗｐのコストとを有する。本願発明の製造工程では、必要なステップが少なく、コストを約０．２５ドル／Ｗｐまで激減する。
【００９８】
本願発明を、発明の構造と作動の原理の理解を容易にする詳細を具体化した特定の実施の形態に関して説明した。このようにして、特定の実施の形態とその詳細とをここで引用することは、本明細書に添付される特許請求の範囲を制限することを意図するものではない。当業者にとって明らかなように、特許請求の範囲に定義した発明の精神と範囲から逸脱することなく、説明するのに選択された実施の形態において、他の様々な変形例を行うことができる。
【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１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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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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【国際調査報告】
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