JP2010503222A

JP2010503222A - 局所的なヘテロコンタクトを生成するための方法およびその装置

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Publication number: JP2010503222A
Application number: JP2009527010A
Authority: JP
Inventors: シェルフ，マクシミリアン; ファールナー，ヴォルフガング，ライナー
Original assignee: キュー−セルズエスエー
Priority date: 2006-09-05
Filing date: 2007-08-28
Publication date: 2010-01-28
Anticipated expiration: 2027-08-28
Also published as: DE102006042617A1; WO2008040273A2; EP2062300A2; US20090317934A1; JP5539720B2; EP2062300B1; US7943416B2; DE102006042617B4; WO2008040273A3

Abstract

以下の、特許を申請する発想についての説明において、新規の方法を提案する。この新規の方法では、張力をかけた薄い伸縮性の箔を用いて、半導体基板上に既に成長させた表面パッシベーションを、プラズマプロセスによって、局所的にエッチバックする。その後必要に応じて、この同じ場所に、局所的に深いドーピング勾配を、水素プラズマ処理による熱ドナーを用いて生成して、コンタクトの方向への電荷キャリアの拡散距離を長くする。その後、同一のマスクの開口部を介して、局所的なヘテロ構造コンタクトを成長させる。これらのコンタクトは、飽和電流が大幅に少ない点で、通常の拡散されたコンタクトよりも優れており、このため、特に高性能太陽電池に適している。
【選択図】図１

Description

１．１従来の太陽電池
半導体材料（特にシリコン）から成る従来の太陽電池（「Goetzberger3」の図１）は、光によって生成された電荷キャリアが、互いに分離した後に、互いに再結合することが可能なように形成されている。これは通常、ｐｎ接合によって行なわれる（ｐ型およびｎ型導電層を接触させることによって、電荷キャリアを分離させる電界が生じる。）。互いに分離した電荷キャリアを、ｐ型またはｎ型層から外部に導いて電気的に利用可能にするためには、生じる損失を可能な限りわずかにした電気コンタクトを、両方の層の上にそれぞれ１つずつ取り付ける必要がある。そして、残り全ての半導体表面は、該表面にわずかな再結合しか生じないように処理される必要がある。つまり、この表面は、パッシベーションされていなければならない。

１．２高性能−シリコン−太陽電池

高性能−シリコン−太陽電池では、両前提条件（良好なコンタクトおよび良好な表面パッシベーション）は良好に解決されている。様々な原理が存在しており、これら各原理は複数の変形例を有している（これらについては詳細には説明しない）。

１．ＰＥＲＺ−セル（Passivated Emitter Rear Locally Diffused）（「Green98」の図１）は、裏面に、パッシベーションされた大きな面と、小さなベースコンタクト面とを有している。このコンタクト面には、シリコン材料が高濃度でドープされている。この拡散されたコンタクト面には、例えこの表面を極めて小さく形成したとしても、常に望ましくない再結合が生じる。このようなセルを作成するには、次のプロセスステップが不可欠である。
・全面的に、表面パッシベーション（ＳｉＯ_２、ＳｉＮ_Ｘ：ａ−Ｓｉ：Ｈ、ａ−ＳｉＣ：Ｈ、浮遊接合）を生成する。
・ベースの、後にコンタクトが形成される位置にて、上記表面パッシベーションを局所的に開口する（まずフォトリソグラフィを行い、その後、エッチング法、湿式化学法、レーザアブレーション法、機械的方法等によってマスキングする。）。
・様々な方法（蒸着法、スパッタ法、液相から析出する方法、ペーストを用いたシルクスクリーン等）によって、金属を成長させる。極めて低いコンタクト抵抗を得るためには、まず、このコンタクトが形成される位置に高濃度でドープする。そして、金属を上述のように堆積させ、その後、場合によっては余った金属を除去する（リフトオフ法）。

２．ＬＦＣ法（Laser Fired Contacts、「Glunz04」の図１）では、シリコン基板上において、全面的にパッシベーションさせた非導電性層が用いられる。この層の上には、金属層が全面的に堆積される。この二重層を、レーザにより局所的に溶融することによって、コンタクトさせる。溶融していない面は、そのパッシベーション作用を保持する。

３．ＣＯＳＩＭＡ法（Contacts to the a-Si-Passivated Surfaces by means of Annealing、[Plagwitz05]の図１）では、非結晶シリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）から成る全面に亘るパッシベーションが用いられる。この非結晶シリコンの上には、アルミニウムが局所的に蒸着されている。加熱することによって、このアルミニウムの下には、良好な導電性を有する、アルミニウムで高濃度にドープされたシリコン層が形成される。最初にアルミニウムが成長されていなかった面は、コンタクトされていない面を引き続きパッシベーションする。

４．ヘテロ接合太陽電池（[Schmidt06]）およびＨＩＴ太陽電池（−Heterojunction with Intrinsic Thin Layer、[Maruyama06]の図１）では、コンタクト面は、基板の正面または裏面と同じ程度の大きさとなっている。この太陽電池のヘテロ構造は、良好なコンタクトを形成するだけでなく、同時にコンタクト面での再結合を極めて少なく維持する。

５．ＩＢＣ(Interdigitated Back Contacts)−バックコンタクト−太陽電池（[Mulligan04]の図１）では、エミッタコンタクトおよびベースコンタクトは、両方とも太陽電池の裏面に配置されており、グリッドフィンガおよび集合母線（これは通常、太陽電池の表面の８％までを覆っている。）による遮光損失を回避している。

１．２．１上述の方法の欠点
１に関して
・パッシベーション層の局所的な開口について、
−フォトリソグラフィによる開口は、極めて手間がかかり、化学薬品は高価であり、不要な溶剤が多く生じる。このため、この方法は高コストである。
−レーザアブレーションによる開口も、設備投資費および維持費（照明、冷房）が高いため、高コストである。
−機械的な開口の特徴は、表面が損傷されるということである。これによって、後に形成されるコンタクトに、大きな再結合損失が生じる。
・後にコンタクトが形成される場所を局所的にドープすることは、手間がかかると共に高コストである。また、このコンタクトに再結合が生じる（飽和電流Ｊ_０＞１０００ｆＡ／ｃｍ^２）。
・高濃度ドープ領域（〜１０^１７ｃｍ^−３）において、電流損を引き起こす吸収作用が、自由電荷キャリアによって生じる。

２に関して
・シリコンを局所的に溶融させることにより、損失の原因となる高電圧および結晶欠陥が生じることがある。
・コンタクトに再結合が生じる（飽和電流Ｊ_０＞１０００ｆＡ／ｃｍ^２）。
・高濃度ドープ領域（〜１０^１７ｃｍ^−３）において、電流損を引き起こす吸収作用が、自由電荷キャリアによって生じる。
・設備投資費（レーザ）および維持費（照明、冷房）が高くなる。

３に関して
・ＣＯＳＩＭＡ−コンタクトは、高いコンタクト抵抗を生じさせる。
・アルミニウムを局所的に蒸着させなければならない。これには手間がかかり、高コストである。
・コンタクトは、ｐ型シリコンのみに機能する。

４に関して

光に面した側のヘテロ接合は、複数の要件を同時に満たす材料特性を有する必要がある。このため、プロセス成果の獲得、および、プロセス制御が極めて困難である。このヘテロ接合は、次の要件を満たしている必要がある。
１．ウェハ表面が極めて良好にパッシベーションされる。
２．高濃度でドープされている。
３．導電性が良好である。
４．吸収作用がわずかである（これは、ＴＣＯ（透明な導電性酸化物）のようなエミッタにも当てはまる。）。
５．欠陥密度がわずかである。
６．極めて薄い（約５ｎｍ）。
７．表面粗度が低い。
８．面が均一な層厚を有している。
９．ＴＣＯへのコンタクトが良好である。

これらの要件は、部分的に相容れない。従って、特性に関しては、部分的に妥協するしかない。

５に関して

バックコンタクトセルには、フォトリソグラフィ、または、印刷可能なドーピングペーストを行い、その後、次の拡散プロセスを行うことによって、局所的なコンタクト構造が生成される。これは、一方では手間がかかると共に高コストであり、もう一方では、拡散された接点における損失と結びついて、再結合を多く生じさせる（飽和電流Ｊ_０＞１０００ｆＡ／ｃｍ^２）。

概して、拡散されたコンタクトは、ヘテロコンタクトと比べて、約４０倍も高い飽和電流（[Swanson05]）を有していると言われる。このため、予想し得る電流レベルおよび性能レベルは低くなる。さらに、ＨＩＴ−太陽電池では、性能に関する温度係数（−０．２５％／℃）は、従来の太陽電池（−０．４５％／℃）または高性能バックコンタクト太陽電池（−０．３８％／℃）（[Taguchi05]）よりもはるかに低い。これによって、太陽電池−動作温度が高い場合のエネルギー収量は高くなる。標準的試験条件（ＳＴＣ）の２５℃と比べると、夏季の完全照射時のセル温度、すなわち大きな収量の場合のセル温度は、８０℃以上に上昇する。このため、年間収量は明らかに増加する。

他方、ＨＩＴ−太陽電池では、約７〜８％の、グリッドフィンガおよび母線による遮光損失が生じる。

１．３市販の高性能−シリコン−太陽電池

現在市販されている最も高い効率を有するセルの原理は、モジュール−効率が１６．２％のSANYO Electric Co. Ltd（SANYO）のＨＩＴ−セル、モジュール−効率が２１．８％の１０ｃｍ×１０ｃｍの実験用太陽電池[Maruyama06]、および、モジュール−効率が１７．７％のSunPower Corporation（登録商標）（SUNPOWER）のバックコンタクト太陽電池[SP-220
06]である（最新の実験用セルの効率はSANYOよりも高いが、知られていない。大量生産された太陽電池は、１７．７％のモジュールの場合、２１．５％の効率を有している[SP-220
06]）。

１．３．１ＨＩＴ−太陽電池の効率を向上させるために必要な措置

SANYOのＨＩＴ−太陽電池が、最も高い無負荷電圧および極めて高い電流を有している。これらは、ヘテロ構造コンタクトが極めて良好であることに起因している。このヘテロ構造コンタクトは、飽和電流を低いままで維持し、極めて良好な裏面電界（ＢＳＦ）を生成する。しかし、モジュール内に形成されたセルでは、太陽光の方に向いた太陽電池の表面の約７〜８％は、金属コンタクト（フィンガ間隔２ｍｍ、フィンガ幅８５μｍ[Taguchi05]、および、２つの母線の幅はそれぞれ２ｍｍ未満）によって遮光される（記録的なＨＩＴ−太陽電池の高電流は、遮光がわずかな場合（大量生産における、例えば蒸着および電気めっき以外のメタライゼーション）のみ実現可能である。）。メタライゼーション面の比率は、少なくなければならない。さらに、３００ｎｍ〜４５０ｎｍの波長帯では、ＴＣＯが自由電荷キャリアを吸収することによって、損失が生じる([Sawada94]の図１０、同様に[Maruyama06]の図１９を参照)。

１．３．２バックコンタクト−太陽電池の効率を向上させるために必要な措置

正面にメタライゼーションを有していないSUNPOWER−セルの効率をさらに向上させるためには、別のコンタクト構造を用いて、正面の損失を最小化する必要がある。これについては、[Swanson05]において説明されている（R. Swansonは、バックコンタクトセルの開発者であり、SUNPOWERの代表者である。）。ここでは解決方法として、ＨＩＴ−コンタクトが引用されている。

シリコンベースの太陽電池の効率を、理論的限界（２９％）の方向にさらに上昇させるためには、ＨＩＴ−コンタクトをバックコンタクト太陽電池と組み合わせる必要がある。

２新しい考え

SANYOのこれら知的財産権にも関わらず、現在、太陽電池産業および世界的な太陽電池研究では、ＨＩＴ構造およびヘテロコンタクト構造に極めて強い関心が集まっており、この関心は近年益々大きくなっている。これは、一方では、これらの構造の光電子光学特性が太陽電池に特に適している点、他方では、日本による研究開発が進んだ点に起因する。

２．１新規点

下記の一実施形態において示す新しい考えは、著者に公知の方法、特許、および公開文献とは、次の点で区別されるものである。
・最初にシリコンウェハを完全にパッシベーションし、その後、コンタクトを形成する場所をプラズマエッチング法によって開口させる。
・このプラズマエッチング法は、線状および／または点状の開口部を局所的に有する張力をかけた薄い伸縮性の膜によって、または、線状および／または点状の開口部を局所的に有するマスクを載せることによって行う。
・同一のマスクを、局所的ヘテロコンタクトの堆積プロセスに用いる。
・この局所的ヘテロコンタクトは、光を透過させるように形成可能である。
・この局所的ヘテロコンタクトは、高い内部反射を有するように形成可能である。
・この局所的ヘテロコンタクトによって生じる電気損失は、従来の拡散されたコンタクトまたは拡散された局所的コンタクトよりも少ない。よって、これまでに達成された太陽電池効率よりも高い効率を実現するのに適している。
・重なり合った２つのマスクを用いることによって、バックコンタクト太陽電池を、フォトリソグラフィ、拡散法、および、湿式化学法を使わずに生成可能である。
・バックコンタクト太陽電池の場合、エミッタコンタクトおよびベースコンタクトは、両方とも太陽電池の裏面にある。著者に公知なSANYOの全ての特許では、正面に１つのコンタクトがあると共に、裏面にもう１つのコンタクトがある太陽電池しか記載されていない。
・個々のエッチングおよび堆積プロセスにおいて、正確な位置決めをする必要がない（自己整合）。
・前工程のプラズマプロセスのプラズマ−残留物の取り残しが、最小化される（２．６章参照）。
・高い拡散距離を実現するために、追加的なプロセスステップとして、サンプルを、同一のマスクを介して局所的に水素プラズマに曝し、これによる熱ドナーによって、ドーピング勾配を生成する。バックコンタクト太陽電池では、安価なチョクラルスキ材料を用いる場合、エミッタコンタクトとベースコンタクトとの間のより大きな間隔を用いる。従来のWrap-Through型太陽電池の場合、捕獲確率は向上する。

２．２新規の方法
２．２．１プラズマエッチング法、および、シャドーマスクによる堆積法

新規の方法では、プラズマエッチング法によって、全面に亘って成長させたパッシベーション層の、後にコンタクトを形成する場所を、開口する必要がある。このパッシベーション層を局所的にのみエッチングするためには、（例えば、ａ−Ｓｉ：Ｈ、ＳｉＮ：Ｈ、ａ−ＳｉＣ：Ｈ、ＳｉＣなどを酸化させること、堆積させることによって）パッシベーションされた半導体サンプルを、シャドーマスクで覆って、その後エッチングを施す。さらなるプロセスステップの間もこのマスクが半導体の方に動かないのであれば、最終的にこのマスクを、メタライゼーション、ＴＣＯ（透明な導電性酸化物）、またはヘテロコンタクト用の堆積マスクとして用いる。また、重なり合った２つのマスクであって、上方のマスクは１つおきにのみ開口部を有している２つのマスクを用いる場合、バックコンタクトセル[Mulligan04]も生成可能である（実施例の章２．６を参照）。

このエッチング工程は、例えばＲＩＥ（反応性イオンエッチング）装置において、ＳＦ_６、ＣＨＦ_３、ＣＨ_４、Ｏ_２、ＮＦ_３等といったエッチングガスによって行うことが可能である。最近では、大気圧ＣＶＤ装置（ＡＰ−ＣＶＤ）を用いても、良好な結果が得られている。大気圧ＣＶＤ装置では、真空技術は全く必要ない。従って、設備投資費および維持費を節減すると共に、ポンプ時間を低減することが可能となる。

２．２．２シャドーマスクを介した熱ドナーの利用による、局所的なドリフト電界の生成

さらにこのマスクを、太陽電池において、内在する酸素から成る局所的な熱ドナー（ＴＤ）を生成するために利用してもよい。酸素が豊富なシリコンでは、熱ドナーを水素によって生成することが可能である。酸素が豊富なシリコンサンプル、例えば標準−チョクラルスキ−シリコン（酸素比率は約１０^１８ｃｍ^−３）を、水素プラズマに曝すことによって水素をこのシリコン中に拡散させる。こうして水素−濃度勾配が生じる。この勾配に沿って、複数の酸素原子がドナーに変わる（例えば４５０℃の温度によって。このため「熱ドナー」と呼ばれる）。ドーピングは、水素濃度に比例して起こる。水素濃度に応じて、ドーピング勾配を生成することが可能である[Job98]。ＴＤの最大厚さは、シリコン内の酸素濃度に応じ、約３×１０^１６ｃｍ^−３である。これは、ｐ型材料を再ドープするために十分な厚さである。この方法によって、例えばｐｎ接合を生成することができる（[Huang04]の図２ａ）。例えば５５０℃のような高い温度では、２０分の間に３００μｍの深度の勾配が生成される。

ドーピング勾配を生成することは（ｐｎ接合を用いずに生成することも）、結果的に、少数電荷キャリアの捕獲確率を大幅に向上させる（[Scherff06]の図３）。これは、該少数電荷キャリアが、ドリフト電界（ＤＦ）内に入るとすぐに、コンタクトに向かって急速に進むからである。独自の実験では、ＴＤを用いた場合、効果的な拡散距離は２倍になることが観察された（[Scherff06]の図４）。しかし、水素プラズマ処理のため（用いたプロセスは太陽電池に最適化されたものではなかった）、裏面に損傷が生じた。

この方法は、既に[Ulyashin01]において提案されている。しかしこれは、局所的なドリフト電界用ではない。質問：当該公報は、どの程度新規性を喪失させるものとして分類されるか？Ulyashinが開示しているけれども、全面的な深いドリフト電界の方法は、どの程度特許性があるか？

上述のマスクを介して水素プラズマ処理を行うのであれば、局所的なドーピング勾配（ドリフト電界）を、例えば[Green98]の局所的なＢＳＦ（裏面電界）と同様に生成することが可能であろう。ところが、このＢＳＦは、同じ時間、且つ、低い温度で、基板のより深い所まで入り込むことが可能である。これは結果的に、少数電荷キャリア、特に拡散距離が、ウェハの厚さよりも大きい基板の捕獲確率を明らかに向上させることになる。なぜなら、少数電荷キャリアは、深いドリフト電界内に入るとすぐに、コンタクトに向かって急速に進むからである。バックコンタクト太陽電池では、ドリフト電界は、横方向に、エミッタコンタクトからベースコンタクトまで作用している。ドリフト電界が太陽電池効率に与える影響については、[Cuevas97]によって実験が行われている。実験されたセル構造が、ここに記載する構造とは異なっているとしても、ドーピング勾配が１または２オーダの大きさで存在しているのであれば、ドリフト電界の方向への拡散距離は、３〜１０係数上昇することが実証された。同一の効果を、より良好なシリコン材料を用いることによって実現するためには、１０倍または１００倍の少数キャリアの耐用年数を有するシリコンを用いなければならない。

熱ドナーによって生成可能であるのは、最大３×１０^１６ｃｍ^−３のドナーだけである。従って、１〜２オーダの大きさのドーピング勾配では、基板ドーピングは３×１０^１５ｃｍ^３、または、３×１０^１４ｃｍ^３であるので、十分に高いビルトイン電位およびこれに応じた高い無負荷電圧を得るには、さらなるＢＳＦが必要である。２．６章および２．７章の実施例では、高濃度にドープされた、バックコンタクトの非結晶シリコン層が、ＢＳＦを形成している。

２．３各方法に典型的な要件

部分的に上述したように、次の実情にさらに取り組む必要がある。
・高い太陽電池効率のために重要な表面パッシベーション層は、破損されてはならない。破損されると、効率損失が生じる[Breitenstein06]。パッシベーション層および該パッシベーション層上に直接載せるシャドーマスク材料の層厚と硬度とに応じて、ここでは、さらなる開発が求められている。
このパッシベーションは、通常、極めて硬い材料（ＳｉＯ_２、ＳｉＮ：Ｈ、ａ−Ｓｉ：Ｈ、ａ−ＳｉＣ_ｘ、ＳｉＣ_ｘ、または類似のもの）から構成されている。ところがこれらを傷つけずに扱うには、シャドーマスクをそっと載せる必要がある。または、シャドーマスクを、柔らかい、例えば高分子層でコーティングしてもよい。柔らかいコーティングを設けることが可能な場合、または、完全に１つの重合体から成る薄い箔を用いる場合も、このようにすれば問題が生じることはない。金属箔を用いる場合も、硬いパッシベーション層の場合は、この箔が薄く（弾力性がある）、パターニングプロセス（レーザ、水ジェット等によるマスクの開口）によってもバリが生じていないならば、何の危険もない。場合によっては、存在するバリをエッチングまたは研磨によって除去してもよい。
このコンタクトの開口部は、光の方を向いた側にあるので、その部分のパッシベーションは厚い。パッシベーションの上に、硬い保護層を成長させて、これを機械的に安定させてもよい。
・張力をかけた箔またはマスクを、サンプル上の全体的且つ全面的に、マスクのアンダーエッチングが生じない程度に厚く載せる必要がある。このため、エミッタコンタクトとベースコンタクトとが接触し合っていない場合には、局所的にショートが生じる（図１、加圧されていないシャドーマスク（４２）による局所的なショート（３）。マスクの下のエミッタ（１１）とＢＳＦ（７１）との間のコンタクト。）。
マスクが加圧されていない場所では、マスクのエッジからのエッチングおよび堆積速度は急速に下がる。その結果、コンタクトは、場合によっては幅が少し広がる、および／または、パッシベーション層は少し薄くなる。このマスクを極めてひどい状態で載せると、ショートが発生する。
適したプロセスパラメータを選択することによって、エッチングプロセスを、エッチング方向がウェハの表面に対して可能な限り垂直に向くように行う。[Jansen95]には、このような方法が、シリコンプロセス用に記載されている（これは、例えば、ａ−Ｓｉ：Ｈから成るパッシベーション層をエッチバックすることが好適である。図８）。
エミッタとベースコンタクトとの間にショートが生じたとしても、ショートを形成する層厚は、極めて少ないであろう。ＴＣＯおよび／または金属を成長させた後、短いエッチングプロセスを全面的に行うことによって、このショートを回避することが可能である。さらに、個々のプラズマエッチングプロセスのエッチング選択性のために、望ましくない他の層のエッチングは回避され得る（ＴＣＯまたは金属が、コンタクトをマスキングする。選択的なエッチングプロセス（５４）を短時間行うことによる、エミッタ（１１）とＢＳＦ（７１）との間のショート（３）の回避。ＴＣＯ（８１）は、コンタクトをマスキングする。図３、ＴＣＯ（８１）の下では、エミッタ（１１）およびＢＳＦ（７１）は除去されていない）。
・サンプルはマスクと共に、様々なプロセス装置内に輸送される。これによってマスクがずれることがあってはならない。
これは、厚いシャドーマスクを用いる場合の機械的に解決可能な要件を示している。張力をかけたマスクの場合、ずれることは不可能である（図４、パッシベーションされたウェハ（８）を、凹状に湾曲したキャリア（５）上に載せ、これらを、引張力（９）によって引っ張られている箔（７）に力（１５）を加えることによって加圧する。これによって、ウェハおよび箔は、キャリアのアーチに適合する。この箔は、加圧された状態で載っており、もうずれることはない。この箔の局所的な開口部（４５）を介して、エッチングおよび堆積プロセスを行うことが可能である。）。
・このプロセスでは、できる限り残留物の無い表面を生成する必要がある。この表面は、太陽電池特性に悪い影響を与え得る表面損失をわずかしか有していない。[Stangl01、Stangl03]には、ａ−Ｓｉ：Ｈ／ｃ−Ｓｉのｐｎ接合における欠陥の影響について記載されている。
周知のプラズマエッチングプロセスでは、エッチング残留物が残る場合が多く、この残留物は除去される必要がある[Zhang00]。１つの可能性について[Lim98]が記載している。
この可能性とは、エッチング残留物を、連続エッチング（連続して行うプロセスであり、２番目のプロセスは、最初のプロセスの残留物だけを除去する。）によって除去するという可能性である。
利用可能な太陽電池は、極めて強烈なプラズマエッチングプロセスを用いて、且つ、これらの残留物を除去せずに生成することも可能である[Salsuro01、Tucci01]。
SANYOの特許[SANYO03a]には、どのようにシリコン表面の残留物を除去および／または補償するかについて記載されている。
[Glunz06]には、その場でまずプラズマプロセスによってウェハの汚れを取り、その後ＳｉＣ_ｘで、表面をパッシベーションすることが記載されている。この方法では、素晴らしい結果が得られている。

２．４利点
２．４．１バックコンタクト−太陽電池に対する利点
・エミッタコンタクトおよびベ−スコンタクトは、ド−パントを拡散させる代わりに、シャドーマスクを介してヘテロ構造−コンタクトを堆積させることによって形成される。
−SUNPOWERおよびSANYO以外のプロセスである（知的財産権の侵害ではない?!）。
−コンタクトにおける飽和電流が少ないため、電圧レベルが高い（記録セルは、７１９ｍＶの無負荷電圧を有する。最高値は７３０ｍＶ未満である[Maruyama06]）[Swanson05](ＨＩＴ−コンタクトの飽和電流は、Ｊ_０＝１８ｆＡ／ｃｍ^２に達し、拡散法では、たったＪ_０＝１０００ｆＡにしか達しない。)。
−ＨＩＴ−太陽電池の、性能に関する温度係数は、−０．２５％／℃（実験用セル）または−０．２８％／℃（大量生産）である。これは、従来の太陽電池（〜−０．４５％／℃）またはバックコンタクト太陽電池（〜−０．３８％／℃）よりも低い[Taguchi05]。
・コンタクト面は、Sunpower A300よりも大きい。これは、ＨＩＴコンタクトが、半導体コンタクト／金属よりも、係数４０だけ低い飽和電流を有しているからである[Swanson05]。
−より大きなパタ−ンによって、別のメタライゼーションとのアラインメントを容易に行うことが可能である（ＴＣＯ上に低温度−シルクスクリーンメタライゼーションを行う[Windgassen05]、または、はんだ付けによるセル連結を行う代わりに、接着によってＴＣＯへのセル連結を行う[Scherff06]。）。
−より大きなコンタクト面とは、太陽電池の直列抵抗に関して生じる問題がわずかであることを意味している。
・汚染を拡散させることに常に結びつく高温度ステップを行う必要がない。
−拡散距離には悪影響を与えない。
−リン拡散を行わない（作業工程が多い）。
−ホウ素拡散を行わない（作業工程が多いホウ素ドーピングの最上層（Boron-Rich-Layer）を、場合によっては再び除去する必要がある。）。
−表面をＳｉＯ_２によってパッシベーションする必要がある場合、たった８５０℃で湿式酸化法を行うことによってもパッシベーションが行われ得る。
・裏面の内部反射が極めて良好である。
−ａ−Ｓｉ：Ｈ／金属コンタクトの代わりにａ−Ｓｉ：Ｈ／ＴＣＯ／金属コンタクトを用いる場合、ＴＣＯの屈折率が低いため（ＩＴＯ、ＺｎＯ、ｎは１．８未満）、極めて高い内部反射を実現可能である（Sunpowerは、反射が良好な金属を有するコンタクト構造に関する特許を有している。）。
−層構造に応じて、コンタクト間の面にも、極めて高い内部反射を実現可能である（例えば、ＳｉＯ_２または屈折率が低い他の材料によって、または、屈折率が低い第１の層を有する多層システムによって。）。
・プロセスが極めて簡素である。
−フォトリソグラフィを用いない。
・シャドーマスクを用いる。
・低コストである。
−必要なプロセス装置の数が少ない。理想的には、全プラズマプロセスを、１つのチャンバ内で行う（これは単に予想である。ａ）我々の３チャンバ式装置は、残留物による影響はまだ現れていない。これはおそらく、我々のプロセスが、少ない水素希釈で行われているため、析出は、決定的にはａ−Ｓｉ：Ｈ層の堆積によって特徴付けられ、水素の比率が高いエッチングによって特徴付けられることは少ないからと思われる。ｂ）カウンタ−ドープされた層を堆積させる複数の工程の間に、例えば、パッシベ−ション層を開口するためのエッチングプロセスを行う。このプロセスは、その前に堆積させた別のドーピングの層の残りを除去するためのものである。ｃ）重なり合った２つのマスクを用いる場合（バックコンタクト太陽電池）、ソ−スを再堆積のために覆う。）。これは、プラズマ−エッチングプロセスおよびマスクの交換によって、前のプロセスによる物質の残留物が最小化されるからである。
・時間の短縮。
−より高い処理能力。
−プロセス時間がより短いことによる、良好なプロセス制御。
・少ないウェハの破損。
−単結晶ウェハを用いているため、ウェハの破損が少ない。
−該ウェハが無拘束に移動されるため、ウェハの破損が少ない。
−該ウェハが頻繁にキャリア内におよびキャリアから分別されることがないため、ウェハの破損が少ない。
−該ウェハが箔の下に固定されているため、ウェハの破損が少ない（シャドー箔を用いる場合、該ウェハは、シリンダ形のキャリアの円柱面上に置かれ、該シャドー箔は該キャリアの上で引っ張られる。必要なたわみは極めて低い（シリンダの半径は３ｍ未満）。これは、３５０μｍの厚さのウェハであっても問題ない。ウェハが、所定の半径内のみで湾曲可能であるため、局所的に高い機械的張力がかかることはない。この張力は、面の上で均一に分散している。ウェハは、実際には一種のコルセットの中で引っ張られている。このコルセットがないと、作用する力は放射面状に変形し、局所的な極めて大きな機械的張力を生じさせる。この張力は、その後破損を引き起こす。）(図１３)。
・（１つのマスクだけがその上の別のマスクと）自己整合するため、プロセスステップの数が少ない。よって、
−設備投資費および維持費が少ない。
−欠陥となり得る原因が少ない。
・深いドーピング勾配を、極めて短時間で生成可能である。
−例えば３００μｍの深度を、５５０℃において２０分で生成可能である。
−これによって、深いドリフト電界が生成され、電荷キャリアがコンタクトに向かって流れることを改善する。拡散距離は、１または２オーダの大きさのドーピング濃度勾配の場合に、例えば係数３〜１０だけ上昇する[Weber97]。このため、電荷キャリアの耐用年数は、約１または２オーダの大きさだけ長くなる。
−ＴＤ−ドリフト電界によって拡散距離が上昇されるので、品質の悪いＣｚ−材料（酸素を多く有する材料）を用いることが可能である。磁石で引き付けたｍＣｚシリコンまたは高価な浮遊帯シリコンを用いる必要はない。
−コンタクト同士の間隔は、大きく離れていてもよい（単純なアラインメント）。
・厚いウェハを利用可能である。
−これによって裏面の反射率が低減され、ＩＲがより良好に収集され得る（薄いウェハでは、ａ−Ｓｉ：Ｈ層上のＴＣＯが良好に反射する。上記を参照）。
−ウェハの破損が少ない。
・薄いウェハを利用可能である。
−表面再結合が良好であるため、薄いウェハを利用可能である。
−裏面の反射特性が極めて良好であるため、薄いウェハを利用可能である。
・メタライゼーションを用いる必要がない。
−セル連結物としての金属箔を、ＴＣＯ−層上に、導電性のポリマー接着剤で直接接着する。金属箔は、くしの形をした構造を有しており、これは、バックコンタクト太陽電池の「Interdigitated Contacts」に相当するものである（コンタクト箔は、エンボス加工によっても、波線またはワッフル形に構成することが可能である。これは、コンタクトストリップとウェハとの膨張係数が異なるために生じる引張応力を低減させるように機能する。）。図３２および図３３を参照。
−銀、多層システム[MulliganPAT06]、または銀ペーストを用いない。例えば、銅箔、またはアルミニウム箔を用いることが可能である。

従来のＨＩＴ技術に対する利点:
・光の方を向いた面を、完全に新規に構成することが可能である。ここで、任意の反射防止層（ＡＲＣ）を用いることが可能である。このＡＲＣは導電性である必要はない。よって、
−ＴＣＯ−横伝導性に左右されない。導電性が少ない場合、ＴＣＯ−層厚は、８０ｎｍよりも厚くなる（反射が大きくなる）、または、グリッドフィンガ間隔が短くなる（遮光部分が多くなる）。これらによって、発光損失が起こる。
−光学特性に左右されない（ＴＣＯでは自由キャリア吸収が起こらない）。従って、短波における吸収損失が少ない（[Maruyama06]の図９参照）。
−a−Ｓｉ：Ｈ／ＴＣＯとＴＣＯ／金属コンタクトとのコンタクト特性に左右されない。薄すぎるａ−Ｓｉ：Ｈ層の場合（例えば５ｎｍ未満）、大きなａ−Ｓｉ：Ｈ／ＴＣＯビルトイン電位が生じるため、該層の空乏化が引き起こり得る。これによって、無負荷電圧が低減し、積層欠陥が生じる。これは、より厚いａ−Ｓｉ：Ｈ層を堆積させることによってのみ、部分的に補償可能である（[Stangl03]の図５ａおよび図５ｂ。層厚が増えると、正面の吸収損失の原因にもなる。
−ＴＣＯの屈折率に左右されない。ＺｎＯ、ＩＴＯといった、高導電性および同時に光学スペクトル領域において高透明性を有するＴＣＯでは、屈折率は、ほとんど変化しない（ｎは１．９未満）。誘電性ＡＲＣを用いることによって、反射率および吸収率の低い二重層ＡＲＣを形成可能である。このため、正面の構造化を省くことが可能であり、これによって、正面の境界面−欠陥密度を最小化する。
−さらに、多層−ＡＲＣを、極めて良好な光学特性および極めて良好な表面パッシベ−ションに調整することが可能である（例えば、ａ−Ｓｉ：Ｈ／ａ−ＳｉＮ：Ｈ、ａ−Ｓｉ：Ｈ／ＳｉＯ_ｘ、ＳｉＯ_２／ａ−ＳｉＮ：Ｈ、ａ−ＳｉＣ_ｘ／ＳｉＣ、ａ−ＳｉＣ_ｘ／ａ−ＳｉＮ：Ｈ等）。
・コンタクトは、シルクスクリーンによって形成可能である。
−エミッタコンタクトおよびベ−スコンタクトは、印刷法によって形成可能である。
−必要なペーストは、完全なバックコンタクト（従来の太陽電池およびＨＩＴ−太陽電池では一般的）の場合よりも少ない。
−わずかな量のペーストしか必要でない。これは、フィンガの幅もより大きくなるからである（特別なペースト、二重印刷、または、ホットメルトは必要ない。）。
−アスペクト比は、重要な役割を果たさない（SANYOは、０．５未満に作成している。市販の低温度ペーストは、わずか０．１未満である。）。
−ＩＴＯ上で直接使用する従来の低温度−シルクスクリーンでは、Ｒ_Ｃ＝２−３ｍΩ／ｃｍ^２の低いコンタクト抵抗が実現されている[Windgassen05]。RWTH-Aachenが開発した新規のペーストでは、Ｒ_Ｃ＜０．１ｍΩ／ｃｍ^２が得られた［Windgassen、２００６年８月のインタビュ−］。
・母線およびグリッドフィンガは必要ない。
−母線およびグリッドフィンガによっては遮光されない（SANYOの遮光は〜７．６％、→〜２．８ｍＡ；５０フィンガ未満（間隔２ｍｍ）×８５μｍ×１０ｃｍ〜＝４．２５ｃｍ^２、グリッドによる遮光＋１０ｃｍ×２×〜１．７ｍｍ＝３．４ｃｍ^２[Taguchi05]。さらに、次の利点がある。
・アスペクト比が高く、コンタクト抵抗が少なく、導電性が高いと同時に、長期に亘って安定性を有し、低い硬化温度で硬化するシルクスクリーンペーストを開発する必要はない。
・シルクスクリーンペーストの硬化条件と、ＴＣＯのスパッタプロセス（紫外線およびプラズマ欠陥）とは、ｐｎ接合を破損する。
−シルクスクリーンペーストを裏面で用いることによって、このような、アスペクト比、コンタクト抵抗、および比導電率の悪いペーストを用いてもよい（開発の重点が他の点（例えば長期に亘る安定性、取り扱い等）に置かれているので、低コストである。）。
−大きなウェハ（例えば２０ｃｍ×２０ｃｍ）を、直列抵抗損失（母線、グリッド）を生じさせることなく利用可能である。

２．４．２その他
・ウェハ表面全体（コンタクトも）がパッシベーションされる。Ｊ_０を増大させるために、パッシベ−ションを本来よりも低下させる必要はない。
・ヘテロ構造および電界効果によって、表面およびエッジを極めて良好にパッシベーションすることが可能である。
・正面および裏面を異なるようにパッシベーションしてもよい。例えば、正面を電界効果によって行い（SUNPOWERのように）、背面を電界効果を用いずに行ってもよい（逆転層を貫通するコンタクトの場合も問題ない）。
・逆転層への分路は必要ない［Dauwe02］。
−真性のａ−Ｓｉ：Ｈ、ａ−ＳｉＣ_ｘ、ＳｉＣ_ｘ等の層を用いるため、分路は必要ない。
−逆転層を生じさせる層を用いる必要がある場合、ドリフト電界を用いると、分路作用は少ない（２．２．２章）。これは、コンタクト領域が、少数電荷キャリアのドリフト電界のために空乏化されるからである。
・接着させたセル連結物が可能である。
−バックコンタクト太陽電池を用いる場合、簡素な連結技術が可能である。
−ＨＩＴ−コンタクト上にＴＣＯを堆積させるならば、セル連結物を、直接接着させることができる（その後はもう、メタライゼーションは必要ない）。
−接着位置は、太陽電池の裏面にあり、紫外線から保護されている。よって、該接着位置は、長期に亘って安定する。
−セル連結物の接着面は、太陽電池の裏面にあるため、大きくてもよい。
・ポリマー接着剤が、良好なコンタクトＴＣＯを提供する。
−これによって、メタライゼーションを省くことができる。
−セル連結物（例えば、銅箔）は、導電性の接着剤で、直接ＴＣＯ−層上に接着される[Scherff06b]。
・周辺の損失が生じない。
−日射が少ない場合の利点[Glunz02]。
−ウェハエッジの周囲はパッシベーションされている（酸化ウェハの場合だけではない）。
−ｎ型基板を用いる場合、ヘテロ−ｐｎ接合は、界面欠陥に対してそれほど敏感ではない[Stangl01]。
・光に誘発される劣化がない。
−ＦＺシリコンウェハまたはｎ型Ｃｚ−シリコンウェハを用いる場合、光に誘発される劣化がない。
−拡散されたホウ素エミッタまたはホウ素ＢＳＦを有するＣｚ−ウェハの場合のように、コンタクトは劣化しない。
・例えばａ−ＳｉＣ：Ｈ／ＳｉＮ：Ｈの裏面の場合、裏面のフォング（Phong）指数が高いことが可能である（より正反射する）[Hermle05]。
・エミッタおよびベースを平滑な（研磨された）表面上に堆積させて、より少ない境界面欠陥密度を得ることが可能である。
・両面受光型太陽電池は、ａ−Ｓｉ：Ｈ／ＴＣＯ／金属（細長いコンタクトｅ）を用いる場合に可能である（図３１を参照。導電性のＴＣＯ−層（８１）は、薄いエミッタコンタクト（７２）およびＢＳＦコンタクト（７１）の電流を収集し、これを金属フィンガ（９４または９５）に導く。裏面は、広範囲に亘って透明である。）。
・[Maruyama06]およびUni Stuttgartによれば、高価なＲＣＡプロセスは必要ないとされている[Jensen02]。
・ウェハ内にはたくさんの水素が存在している（熱ドナーを生成するためのＨ_２−プラズマの後）。
−この水素は、ドリフト電界を生成する間に、欠陥をパッシベーションする（原子状水素は極めて急速に拡散する、つまり、ＴＤが生成されるよりももっと早く拡散する。）。この水素は、正面まで拡散され、該正面の境界面をパッシベーションする。
・エミッタおよびＢＳＦヘテロコンタクトとして、ｎｃ−Ｓｉコンタクトを堆積させるだけで十分であり、ＴＣＯを堆積させる必要はない。
−これは処理が容易である。
−良好な導電性を得ることができる[Farrokh-Baroughi06]。
・ウェハが歪まない。
−曲がった形、ワッフル形、または波形のセル連結物と一緒に接着させたコンタクトを用いる場合、ウェハは歪まない。

２．５請求項に関するさらなる実施形態
請求項１について

「主請求項１
表面パッシベーションされた半導体材料上において、半導体材料の表面パッシベーション層を、プラズマエッチング法によって、張力をかけた箔の開口部を介して局所的に開口し、上記張力をかけた箔を、その後、ヘテロコンタクトのさらなる堆積プロセス用、および／または、さらなるプラズマプロセス用のマスキングとして利用することを特徴とする、局所的なヘテロコンタクトを生成するための方法およびその装置。」

局所的開口部を有する箔に張力をかけることは、フォトリソグラフィを用いる方法と対照的に、次の利点を有している。
−任意の水素プロセスおよび堆積プロセスのようなエッチングプロセスにも、同一の箔が用いられ、この箔は、全プロセスの間、サンプル上に残留し得る。
−このマスキングを、各プロセスのために、新たに位置決めする必要はない。
−上記サンプルは、移動時には、固定された状態で引っ張られていることから、移動時に揺れることによって、損傷され得ない（太陽電池を製造するには、多くのプロセスステップが必要である。このため、通常、太陽電池は、ベルトコンベアに載って移動されたり、または、ロボットによって仕分けされる。)。

箔に張力をかけることは、マスクを載せることとは対照的に次の利点を有している。箔が加圧された状態で表面上に載っていることによって、アンダーエッチング、または、堆積が箔の下に及ぶことが回避される。

この箔は、厚いマスクの場合のように開口部が深くならないように、薄くなくてはならない。なぜなら開口部が深いと、堆積速度が減少し、堆積条件に影響を与えるからである。

張力をかけることを、パッシベーションされた半導体サンプルを湾曲した面（例えば、直径３ｍのシリンダの円柱面）上に載せることによって行う。このことは、３５０μｍの厚さのウェハの場合でも問題はない。これは、ウェハが、ウェハに所定の半径内でのみ湾曲可能であるため、局所的に高い機械的張力がウェハに生じることはありえないからである。この張力は、上記面の上に均一に分散される。ウェハは、実際には、一種のコルセットにおいて引っ張られる。このコルセットがないと、作用する力は放射面状に変形し、局所的な極めて大きな機械的張力を生じさせる。この張力は、その後破損を引き起こす。支持線に対して平行に存在しているウェハエッジは、少し宙に浮いている。その後、その上に存在する、力によって引っ張られた、局所的開口部を有するシャドー箔は、上から、このサンプルの上に平行に加圧される。その結果、シャドー箔は、シリンダの円柱面の上に湾曲する。これによって、この箔が、加圧された状態で、サンプルの表面上に全面的に載ることが保証される。

この箔は、該箔がサンプルを引掻いて傷をつけないよう形成されている必要がある。例えば、開口部の加工プロセスによってバリが生じてはならない。サンプルは、サンプルを傷つけることなく、サンプルの不均一性（サンプルの上に存在する汚染、ギザギザ等）を補償する程度に、柔軟性および伸縮性を有している必要がある。箔は、例えばアルミニウムまたはポリマー材料といった、柔らかい材料から構成されているか、または、サンプルを押し付ける箔の側は、該材料でコーティングされていてもよい。さらに、箔は、用いられるエッチングプロセスに耐性を有している必要があることから、プラズマに曝された側は、エッチング耐性を有する層でコーティングされていてもよい。用いるエッチングプロセスに応じて、正しい材料を選択する必要がある。例えば、ＳｉＯ_２、ＳｉＮ、またはＳｉＣが用いられる。

請求項１にとって重要なことは、できる限りアンダーエッチングが生じず、または、堆積がマスクの下まで及ばす、サンプルの表面が傷つけられないことである。

請求項２

「上記張力をかけた箔の代わりに、上に載せたマスクを載せることを用いることを特徴とする、請求項１に記載の装置。」

箔の代わりにマスクを用いてもよい。マスクは、上述のように、サンプルを傷つけないように、マスクの１つの面が柔らかくコーティングされているか、または、柔らかい材料から成ることができる。別の面には、上述のように、必要なエッチングプロセスに耐性を有する１つの層がコーティングされていてもよい。

このマスクは、それ自体の重量によって上に載っているか、または、押さえつけられ、アンダーエッチングを阻止している。

請求項２にとって重要なことは、出来るだけアンダーエッチングが生じず、または、堆積がマスクの下まで及ばず、サンプルの表面が傷つけられないことである。

請求項３

「請求項１または２に記載の張力をかけられた箔またはマスクを、出来る限り密着して載せ、アンダーエッチングまたはマスキングの下の堆積を回避することを特徴とする、請求項１および２に記載の方法。」

請求項１の箔の張力、および、上記サンプルへの上記箔の加圧力と、請求項２のマスクの加圧力とは、アンダーエッチングが回避されると同時に、上記サンプルの表面が傷つけられないように選択されている。

請求項４

「上記表面パッシベーション層の上に載っている、請求項１または２に記載の第１のマスクの上に、上記第１のマスクの開口部の一部を覆う１つまたは複数のさらなるマスクを載せるまたは張ることを特徴とする、請求項１〜３に記載の方法。」

これは、互いに異なって構成されたコンタクトを、同一のサンプル側に成長させる必要がある場合、例えば、バックコンタクト太陽電池（ＨＩＴ−ＢＡＣＫ）の例３．２に示したような場合に必要である。ここでは、エミッタコンタクトおよびベースコンタクトは、どちらもサンプルの裏面に堆積されている。第１のマスクは、基本構造を形成しており、第２のマスクは、該基本構造の一部だけを剥離している。プロセスが完了した後、この第２のマスクは除去され、第３のマスクと取り替えられる。この第３のマスクは、再び、上記基本構造の別の部分を剥離する。このようにして、本来上記基本構造によって剥離された上記サンプルの部分領域は、プロセスの前に、別のコンタクトのために、保護される。これは、サンプルの同一側面上の異なるコンタクトの種類（ｐ型、ｎ型、メタライゼーションだけ等）を放棄することなく、第１のマスクを固定させることによって可能である。このようにして、ヘテロ構造コンタクトを有するバックコンタクト太陽電池を製造することが可能である。

請求項５

「表面パッシベーション層は、用いられる半導体基板と共に、可能な限り低い表面再結合速度を有する１つの材料から構成されていることを特徴とする、請求項１〜４に記載の方法。」

表面パッシベーションによって、基板表面での電荷キャリア再結合は、少なく抑えられる。１つの測定値は、境界面での表面再結合速度（ＯＲＧ）である。これは、この層構造によって、１００ｃｍ／秒未満、好ましくは１０ｃｍ／秒でなければならない。このために様々な可能性が存在している。これらは、ほとんどが既に引例から公知である。低いＯＲＧは、例えば、ＳｉＯ_２を拡散させること、また堆積させることによっても実現できる。

様々なプラズマサポートの−ＣＶＤ法（大気圧ＣＶＤ法も）によって堆積させた、非結晶（ａ−）、ナノ結晶（ｎａ−）、マイクロ結晶（μｃ−）、エピタキシャル（ｅｐｉ−）から成る層、または、シリコン、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウム、若しくはこれらの化合物から成る関連する構造、または、プラスチック、窒素、酸素、硫黄、若しくは周期表の族の類似の元素を有する構造も想定可能であり、これら全ては、真性層、または、ｐ型若しくはｎ型ドープされた層として、水素添加された形も可能であり、低ＯＲＧを実現可能である。例としては、ａ−Ｓｉ：Ｈ、ｎａ−Ｓｉ：Ｈ、ａ−ＳｉＮ：Ｈ、ａ−ＳｉＣ：Ｈ、ＳｉＣ、ａ−ＳｉＯ：Ｈ、μｃ−Ｓｉ等。これらは任意の順番の積層であってよい。このサブアイテムに関して重要なことは、基板表面の電荷キャリア−再結合を回避するために、低ＯＲＧを実現することである。低ＯＲＧは、浮遊接合と共に、または、生成した層を後処理することによって、例えばフォーミングガスアニーリングまたはアルミニウムアニーリング（Alneal）法によって、実現可能である。

請求項６

「太陽電池正面上のパッシベーション層を、裏面とは別の材料または別の材料ラミネートから構成することを特徴とする、請求項１〜５に記載の方法。」

上記表面パッシベーション層は、反射防止層として機能することが可能であるし、または、積層形の反射防止層構造にも属することが可能である。これに応じて、例えばａ−ＳｉＮ：Ｈの場合に可能である、屈折率および層厚の適合が可能となる。

他方、電界効果を利用したパッシベーション層の局所的なコンタクトには、表面パッシベーション−コンタクトの接触領域の損失が生じる[Dauwe02]。このため、コンタクト側では、このような層を使用しないことが有効である。

例えばバックコンタクト太陽電池を製造するならば、場合によっては、正面上のパッシベーションを、コンタクトを有する裏面とは別の材料（材料積層）から形成することが有効である。

請求項７

「可能な限り上記表面パッシベーション層だけをエッチバックし、そこにプラズマ残留物および／または基板材料の傷が残らないことを特徴とする、請求項１〜６に記載の方法。」

プラズマエッチングプロセスは、マスクの表面に対して可能な限り、異方性且つ垂直であるように行う。このプロセスは、プロセス制御によって影響を受けることが可能である[Lengtenberg95]。これによって、等方性エッチングにおいて生じるマスクの下半分がエッチングされることを回避する。次の堆積プロセスでは、場合によっては、効率損失を引き起こす、アンダーエッチングされた位置への堆積は行わない。

異方性エッチングでは、破壊点を導き得る鋭いエッジが生成される。これを回避するために、異方性エッチングプロセスの後に、等方性エッチングプロセスを行い、上記エッジを丸くすることによって、破損の恐れを少なくする。

用いるガス組成およびプロセス制御によっては、エッチングした表面にエッチング残留物が残留するか、または、基板の結晶構造が破損される。これは、太陽電池に、悪影響を与え得る。この残留物を、適したプロセス制御によって回避するか、または、その後で、残留物を除去するための１つまたは複数のエッチングステップを行うことによって、回避することが可能である。

請求項８

「上記プラズマエッチングプロセスは、前工程前の堆積プロセスのプラズマ残留物を一緒に除去するように選択されていることを特徴とする、請求項１〜７に記載の方法。」

太陽電池を製造するには、可能な限り少ない数のプロセスチャンバを用いる必要がある。従って、エッチングプロセスは、堆積プロセスによって生じたチャンバ内の残留物を一緒に除去するように選択されている場合が有効である。このエッチングプロセスは、２つまたはそれ以上のプロセスから構成されていてもよく、１つのプロセスは残留物をエッチングし、次のプロセスはコンタクトを開口する。これは、プラズマの選択的なエッチング作用によって可能である。

請求項９

「堆積させたヘテロ構造コンタクトを、可能な限り高い太陽電池効率を実現するように構成することを特徴とする、請求項１〜８に記載の方法。」

ヘテロコンタクトは、拡散されたコンタクトよりも電気的に良好なものである。これは、例えば、SANYOのＨＩＴ−構造によって実現可能である[Swanson05]。ヘテロコンタクトの飽和電流密度は、１８ｆＡ／ｃｍ^２であり、拡散されたコンタクトの飽和電流密度よりも４０倍も少ない[Swanson05]。ヘテロコンタクトは、可能な限りこれと同じ値、または、より低い値に達するように生成する必要がある。このため、様々な層または層構造が想定可能である。これらは、例えば、Sanyoの特許、DE3732617A1, DE4010302A2, DE4025311, DE4027236, US5213628, US5705828, EP1113505, US20010008295, 6670542, JP20011894278, EP1187223A2, EP1300889A2, EP1320134, JP2003324209, US2003168578, JP002003258287, US20030168660A1に記載されているが、全面的な層構造のみに関連し、エミッタコンタクトまたはベースコンタクトは、光に向いた側、または光に向いていない側に向けられている。これらは、局所的コンタクトにも、サンプル側に両方の太陽電池コンタクトがあるバックコンタクト太陽電池にも関連していない。

製造が容易な別の層または層構造も想定可能である。例えば真性のバッファ層を用いないならば[Schmidt06]、ＺｎＯを有する[Rostan05]ベースコンタクト、ナノ結晶のシリコンを有する[Farrokh-B.06]ベースコンタクトを用いる。他にも多くの層が可能である。これら全てが引き起こす、太陽電池効率に悪影響を与え得る損失は、可能な限り少ないものである必要がある。

SANYOの特許では全ての面について記載されているように、ドーピングガスと置換え可能な、または、１つのドーピングガスからのみ構成されている水素プラズマによって、最後の汚染を除去すること、または、補償することも可能である。

さらに、SANYOの特許に記載されているように、堆積させた層を、水素プラズマによって、場合によってはドーピングガスによって後処理することが可能である。

請求項１０

「高い内部反射を実現するように、ヘテロコンタクトを形成することを特徴とする、請求項１〜９に記載の方法。」

ヘテロコンタクト上にＴＣＯ−層を堆積させるならば、極めて良好な内部反射が実現できる。Ａｌ，Ｃｒ，Ａｇといった所定の金属も、極めて良好な内部反射値を生成する。これは、特に薄い基板の場合（＞２５０μｍ）に透過損を最小化するためには不可欠である。さらに、局所的なヘテロコンタクト面を、拡散されたコンタクトよりも大きくしてもよい。これは、ヘテロコンタクト面では、高い再結合は生じないからである。このため、面が大きいことによって、透過損を回避するために高い反射率が必要となる。

請求項１１

「上記ヘテロコンタクトは光透過性であることを特徴とする、請求項１〜１０に記載の方法。」

SUNPOWER太陽電池では、上記コンタクトは裏面にある。メタライゼーションが裏面のほぼ全体を覆っている。裏面からやって来る光は、このメタライゼーションを貫通しない。

局所的なヘテロコンタクトの最上部に、ＴＣＯまたはｎａ−Ｓｉ：Ｈのような電気的に高導電性の層を用いるなら、メタライゼーションは、この層を部分的に覆うだけでよく、該層の残りの部分は、光が透過するように保持される。このようにして、両面受光型太陽電池および両面受光型バックコンタクト太陽電池を製造可能である。これは、金属を成長させず、セル連結物を直接接着させる請求項１４にも当てはまる。このセル連結物は、コンタクトも部分的にしか覆わない。

請求項１２

「上記ヘテロコンタクト上に、最後の層として、１つまたは複数の金属層を成長させることを特徴とする、請求項１〜１１に記載の方法。」

この最上層上に、１つまたは複数の金属層を堆積させるなら、これは、内部反射を向上させるだけでなく、セル連結物用のコンタクト面としても機能する。

請求項１３

「異なってドープされたヘテロコンタクト（エミッタコンタクトまたはベースコンタクト）上に、異なるＴＣＯ層を成長させることを特徴とする、請求項１〜１２に記載の方法。」

ＴＣＯは、通常ｎ型である。ｐ型ＴＣＯも知られている。Ｎ型ＴＣＯは、ｐ型層と共に用いると、接触問題を引き起こし、これによって効率損失を生じさせ得る。従って、場合によっては、ｐ型およびｎ型コンタクト上には、対応するＴＣＯを別々に堆積させることが有効である。

請求項１４

「上記ＴＣＯ上に、導電性接着剤で、セル連結物を直接接着させることを特徴とする、請求項１〜１３に記載の方法。」

最後の層として、高導電性の層、例えばＴＣＯまたはｎａ−Ｓｉ：Ｈを堆積させるならば、上記セル連結物は、導電性接着剤で、高導電性のコンタクト面上に直接接着させることが可能である。これは、はんだ付けを行わなくてもよいという利点がある。接着は、通常、はんだ付けよりも低温度で行われる。特に、有鉛のはんだを用いてはならない場合は、はんだ付けの温度はさらに上がる。温度が高すぎると、ヘテロコンタクトは傷つく。さらに、はんだ付けでは、ウェハが不適切に締め付けら、ウェハが曲がる恐れがある。これは、低温度ではほとんど生じない。

請求項１５

「接着させた上記セル連結物は、ヘテロコンタクトに沿って細長くなっており、従ってＴＣＯ面の一部を覆っておらず、光を透過させることを特徴とする、請求項１〜１４に記載の方法。」

これは、請求項１１に関連して記載したことと同様であるが、金属が堆積されているのでなく、セル連結物が直接接着されている。つまり、このセル連結物も、コンタクトを部分的にのみ覆っている。

請求項１６

「上記セル連結物は、ヘビ状に曲がっているか、または、波形若しくはワッフル形にエンボス加工されていることを特徴とする、請求項１〜１５に記載の方法。」

接着させたコンタクトの不適切な締め付けを最小化するために、該コンタクトを、ヘビ状の線に接着させることが可能である。これによって、さらに、接着プロセスの不適切な締め付けを減少させることが可能である。また、上記セル連結物は、波形またはワッフル形にエンボス加工されていてもよい（ここでは、例えばＴＣＯ層との接点は、波形またはワッフル形の容器中にある。）。このエンボス加工したセル連結物を接着させるなら、不適切に締め付けが生じないだけでなく、上記ＴＣＯ層との接点の下にはわずかな接着剤しか存在しない。このわずかな接着剤には、比較的高い局所的圧力がかけられ、これによって、極めて良好なコンタクトが形成される。なぜなら、ポリマー内に存在する金属粒子が、互いに強く加圧しあうからである。

請求項１７

「上記表面パッシベーションを開口した後、後にコンタクトを形成する領域を、水素プラズマに曝し、同時に、２００℃と８００℃との間、好ましくは３００℃と６００℃との間の温度まで加熱することを特徴とする、請求項１〜１６に記載の方法。」

上記表面パッシベーションを局所的に開口した後、上記サンプルを、水素プラズマに曝し、酸素が豊富な、例えばチョクラルスキ-シリコン熱ドナーを生成する。

熱ドナーは、酸素が豊富なシリコンにおいて、水素により生成することが可能である。酸素が豊富なシリコンサンプル、例えば標準的なチョクラルスキ−シリコン（酸素の比率は、約１０^１８ｃｍ^−３）を水素プラズマに曝すと、水素が該シリコン中に拡散する。これによって水素−濃度勾配が生じる。この勾配に沿って、複数の酸素原子がドナーに変わる（例えば４５０℃で焼き戻すことによって。このため「熱ドナー」と呼ばれる。）。ドーピングは、水素濃度に比例して行われる。つまり、水素濃度に応じて、ドーピング勾配が生成され得る[Job98]。ＴＤの最大濃度は、シリコン内の酸素濃度に応じ、約３×１０^１６ｃｍ^−３である。これは、ｐ型材料の再ドープには十分な値である。この方法によって、例えば、ｐｎ接合を生成することが可能である（[Huang04]の図２）。例えば５５０℃といったより高い温度の場合、２０分以内に、深度３００μｍの勾配が生成される。

ドーピング勾配の生成（ｐｎ接合なしでも）は、結果的に、少数電荷キャリアの捕獲確率を大幅に向上させる（Scherff06の図３）。なぜなら、少数電荷キャリアは、ドリフト電界（ＤＦ）内に入るとすぐに、上記コンタクトまで急速に移動するからである。独自の実験では、水素プラズマ処理（用いるプロセスは、太陽電池用に最適化されたものではない）が裏面の破損を生じさせるけれども、ＴＤを用いる場合の有効な拡散距離は２倍になることが観測された。

この方法は、既に[Ulyashin01]に提案されている。しかしこれは、局所的なドリフト電界のためのものではない。質問：当該公報は、どの程度新規性を喪失させるものとして分類されるか？Ulyashinが開示しているけれども、全面的な深いドリフト電界の方法は、どの程度特許性があるか？

上記水素プラズマ処理を上述のマスクを介して行うのであれば、局所的なドーピング勾配（ドリフト電界）を、例えば[Green98]の局所的なＢＳＦ（裏面電界）と同様に生成することが可能であろう。しかし、このＢＳＦは、同じ時間、且つ、低い温度で、基板のより深い所まで入り込むことが可能である。これは結果的に、特に拡散距離がウェハの厚さよりも大きい基板の、少数電荷キャリアの捕獲確率を明らかに向上させることになる。なぜなら、少数電荷キャリアは、この深いドリフト電界内に入るとすぐに、コンタクトに向かって急速に進むからである。バックコンタクト太陽電池では、ドリフト電界は、横方向に、エミッタコンタクトからベースコンタクトまで作用している。ドリフト電界が太陽電池効率に与える影響については、[Cuevas97]において実験が行われている。実験されたセル構造が、ここに記載する構造とは異なっているとしても、ドーピング勾配が１または２オーダの大きさで存在しているならば、ドリフト電界の方向への拡散距離は、３〜１０係数上昇することが実証された。同一の効果を、より良好なシリコン材料を用いることによって実現するためには、１０倍または１００倍の少数キャリアの耐用年数を有するシリコンを用いなければならない。

熱ドナーによって生成可能であるのは、最大３×１０^１６ｃｍ^−３のドナーだけである。従って、１〜２オーダの大きさのドーピング勾配では、基板ドーピングは３×１０^１５ｃｍ^３、または、３×１０^１４ｃｍ^３にあるので、十分に高いビルトイン電位およびこれに応じた高い無負荷電圧を得るには、さらなるＢＳＦが必要である。３章の実施例では、高濃度にドープされた、バックコンタクトの非結晶シリコン層がＢＳＦを形成している。

請求項１８

「上記水素プラズマを第１のステップにおいて行い、焼き戻しをプロセスの後の時点で行うことを特徴とする、請求項１〜１７に記載の方法。」

例えば上記マスクは、水素を拡散させる温度には耐えられない、または、異なる熱膨張係数のためにサンプル上で滑ってしまい、これによって該サンプルを破損させるか、または、その位置からずれることがある。従って、焼き戻しプロセスを、時間的に水素プラズマと分離させ、該プロセスを、後の時点まで、例えばマスクを除去したときまで延ばし、最初に焼き戻しを行うことが有効であり得る。

請求項１９

「状況によっては生じる、上記水素プラズマが原因の基板のプラズマ破損を、１つまたは複数のプラズマエッチングプロセスによって、除去することを特徴とする、請求項１〜１８に記載の方法。」

上記水素プラズマが強烈過ぎるか、または、上記水素プラズマ中の温度が低すぎると、基板表面の下半分の加工されたコンタクト位置には、著しい結晶欠陥が生じる。これは、除去しなければ関連する再結合が起こり得るため、除去される必要がある。

しかしこの再結合は、ドーピング勾配が生成されると、ドーピング勾配が生成されない場合よりも少なくなる。これは、破損された領域では、異なる種類の電荷キャリアが既に、電界によって、広範囲に亘って互いに分離されているからである。

実施形態
２．６局所的なヘテロ−（ＨＩＴ−）バックコンタクトを有する太陽電池

局所的なバックコンタクトと、任意で、水素誘起された熱ドナーによって生成されるドリフト電界とを有する、ｎ型ウェハ上のシリコン−太陽電池。

２．６．１可能な変形例および簡素化

以下に、２．６章に記載した方法ステップの可能な変形例を挙げる。
１について：時間のかかると共に材料費の高い湿式化学洗浄法と、時間のかかる拡散プロセスとを、その場で行うプラズマ洗浄とエミッタ−プラズマ堆積法とに置き換えることが可能である[Tucci01]。
２について：時間のかかると共に材料費の高い湿式化学洗浄法と、時間のかかる熱酸化法とを、その場で行うプラズマ洗浄法と、良好にパッシベーションされた層、例えばＳｉＣｘ[Glunz06]、または、ａ−Ｓｉ：Ｈ、ＳｉＮ：Ｈ、ａ−ＳｉＣ：Ｈ、若しくは、同様な層をプラズマ堆積することによるパッシベーション工程とに置き換えることが可能である。
５ａについて：少数キャリア−耐用年数が極めて長いウェハ（浮遊帯−シリコンまたは高価なチョクラルスキ−シリコン）を用いる場合、プロセスステップ５ａを省いてもよい。
５ｂについて：ドープされた層の欠陥密度が低い場合も、（ｉ）ａ−Ｓｉ：Ｈ層を省くことが可能である[Schmidt06]。
５ｂについて：ＴＣＯは通常ｎ型であるため、高濃度にドープされた（ｎ）μｃ−Ｓｉ：Ｈ層を省くことが可能である。この場合にも、（ｎ）ａ−Ｓｉ：Ｈ／ＴＣＯにおいて高いコンタクト抵抗を得ることはない。
５ｂについて：最近ではｐ型ＴＣＯも知られるようになった。このＴＣＯを用いる場合、高濃度にドープされた（ｐ）μｃ−Ｓｉ：Ｈ層を省くことが可能である。この場合でも、（ｐ）ａ−Ｓｉ：Ｈ／ＴＣＯにおいて高いコンタクト抵抗を得ることはない。

２．７ＨＩＴ−ＢＡＣＫ太陽電池用のプロセス

ＨＩＴ−ＢＡＣＫ太陽電池（ヘテロ（ＨＩＴ−）−コンタクトを有するバックコンタクト太陽電池）を製造するための実施形態について記載する。ここでは、プラズマプロセスだけを用いる。まず、標準的な品質（Ｌ_ｂ＝１０μｓ）のギザギザの未処理のＣｚ−ウェハから始める。理想的には、このプロセスを、大気圧ＣＶＤ装置（ＡＰ−ＣＶＤ）において行う。この種類のＣＶＤ−装置は、真空チャンバおよびポンプシステムが必要ないという利点がある（設備投資および維持に関するコスト節減）。さらに、排気するための時間も必要ない。おそらく中断時間は少なくなる（真空システムでは、ポンプも、漏れもない。）。この装置によって素晴らしい結果の獲得が可能であることは、[Imai06、Heintze06、Matsumoto03]で実証されている。

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Claims

表面パッシベーションされた半導体材料上において、半導体材料の表面パッシベーション層を、プラズマエッチング法によって、張力をかけた箔の開口部を介して局所的に開口し、上記張力をかけた箔を、その後、ヘテロコンタクト、ＴＣＯ、若しくは金属のさらなる堆積プロセス用、および／または、さらなるプラズマプロセス用のマスキングとして利用することを特徴とする、局所的なヘテロコンタクトを生成するための方法およびその装置。
上記張力をかけた箔の代わりに、上に載せたマスクを用いることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
請求項１または２に記載の張力をかけられた箔またはマスクを、出来る限り密着して載せ、アンダーエッチングまたはマスキングの下の堆積を回避することを特徴とする、請求項１および２に記載の方法。
上記表面パッシベーション層の上に載っている、請求項１または２に記載の第１のマスクの上に、上記第１のマスクの開口部の一部を覆う１つまたは複数のさらなるマスクを載せるまたは張ることを特徴とする、請求項１〜３に記載の方法。
上記表面パッシベーション層は、用いられる半導体基板と共に、可能な限り低い表面再結合速度を有する１つの材料から構成されていることを特徴とする、請求項１〜４に記載の方法。
太陽電池正面上のパッシベーション層を、裏面とは別の材料または別の材料ラミネートから構成することを特徴とする、請求項１〜５に記載の方法。
可能な限り上記表面パッシベーション層だけをエッチバックして、そこにプラズマ残留物および／または基板材料の傷が残らないことを特徴とする、請求項１〜６に記載の方法。
上記プラズマエッチングプロセスは、前の堆積プロセスのプラズマ残留物を一緒に除去するように選択されていることを特徴とする、請求項１〜７に記載の方法。
堆積させたヘテロ構造コンタクトを、可能な限り高い太陽電池効率を実現するように構成することを特徴とする、請求項１〜８に記載の方法。
高い内部反射を実現するように、ヘテロコンタクトを形成することを特徴とする、請求項１〜９に記載の方法。
上記ヘテロコンタクトは光透過性であることを特徴とする、請求項１〜１０に記載の方法。
上記ヘテロコンタクト上に、最後の層として、１つまたは複数の金属層を成長させることを特徴とする、請求項１〜１１に記載の方法。
異なるヘテロコンタクト（エミッタコンタクトまたはベースコンタクト）上に、異なるＴＣＯ層を成長させることを特徴とする、請求項１〜１２に記載の方法。
上記ＴＣＯ上に、導電性接着剤で、セル連結物を直接接着させることを特徴とする、請求項１〜１３に記載の方法。
接着させた上記セル連結物は、ヘテロコンタクトに沿って細長くなっており、従ってＴＣＯ面の一部を覆っておらず、光を透過させることを特徴とする、請求項１〜１４に記載の方法。
上記セル連結物は、ヘビ状に曲がっているか、または、波形若しくはワッフル形にエンボス加工されていることを特徴とする、請求項１〜１５に記載の方法。
上記表面パッシベーションを開口した後、後にコンタクトを形成する領域を、水素プラズマに曝し、同時に、２００℃と８００℃との間、好ましくは３００℃と６００℃との間の温度まで加熱することを特徴とする、請求項１〜１６に記載の方法。
上記水素プラズマを第１のステップにおいて行い、焼き戻しをプロセスの後の時点で行うことを特徴とする、請求項１〜１７に記載の方法。
状況によっては生じる、上記水素プラズマが原因の基板のプラズマ破損を、１つまたは複数のプラズマエッチングプロセスによって除去することを特徴とする、請求項１〜１８に記載の方法。