JP2010518609A - ハイブリッドシリコン太陽電池及び該ハイブリッドシリコン太陽電池の製造方法 - Google Patents

Abstract

ヘテロ接合を形成するように、非晶質半導体層（１５）が、結晶シリコン構造の後面に位置された太陽電池が提供される。第１接点構造が、結晶層（１４）と接触し、第２接点構造が、非晶質層（１５）と接触する。結晶シリコン層（１４）と後面ヘテロ接合を形成するように、ドープされた非晶質半導体層（１５）が、反対にドープされた結晶シリコン層（１４）上に形成されるヘテロ接合太陽電池を形成する方法も提供される。次に、後面接点（１６）が形成され、非晶質半導体層（１５）と接続し、次に形成された金属接点（１０）との接触を容易にするように、結晶シリコン層（１４）と接触する金属接点（１０）が要求されるいずれの部位に、結晶シリコン層（１４）と同じ導電型の高濃度ドープ領域（１３）が、結晶シリコン層（１４）と接触して形成される。

Description

本発明は、シリコン太陽電池の分野に係り、特に、エネルギー変換効率が改善し及び製造コストが減少したハイブリッド技術を使用した前記の太陽電池の製造方法に関する。

通常、ｐ−型シリコンウェハーをベースとした太陽電池が、リンのような適切なドーパントの拡散により、ウェハーの上面層をｎ−型に変え、続いて、例えば水素化シリコン窒化物による受光面のパッシベーション、及び、例えば、Ａｌのようなさらに高濃度にドープされたｐ−型ドーパントによって形成された裏面電界による裏面のパッシベーション、次に続いて、電気接点のための両面のメタライゼーションによって、受光面上の浅いｎ−型領域（エミッタ）を備えて製造される。

しかしながら、ｎ−型チョクラルスキー（ＣＺ）シリコンウェハーが、商用の入手可能なホウ素をドープしたｐ−型ＣＺウェハーに優る十分な利点を有する。これは、一見したところ、標準的なｐ−型ＣＺ材料における酸素とホウ素不純物の両方の同時存在と関連する問題によるものであり、このようなｐ−型材料における少数キャリア寿命を著しく低下させるという欠陥の生成を生じる。相対的に、（浮遊帯ウェハーの使用を用いたようなＣＺプロセスを回避することによって達成される）十分な酸素濃度を有さないシリコンウェハー、又は（ｎ−型又は高抵抗性チョクラルスキーウェハーのような）十分なホウ素濃度を有さないシリコンウェハーが、商用の太陽電池製品において主に使用される標準的なｐ−型ＣＺウェハーよりも、極めて高い少数キャリア寿命を達成する。しかしながら、商用の太陽電池の製造において使用される多くの従来の装置及び／又はプロセスが、ｎ−型ウェハーではなくｐ−型ウェハーに適合するように開発されてきた。従って、太陽電池産業は、いまだ、ｎ−型ＣＺウェハーを製造プロセスに組み込めていない。さらに、ｎ−型ウェハーに対し、ホウ素ドーピングの使用が、ｐ−型領域（エミッタ）を製造する一般的な方法である。結果として、単なるｎ−型ウェハーを使用が、いまだに、高いＢ及びＯ濃度の両方を同時に有する領域を備えた電池構造をもたらしている。

ホウ素でドープされたｐ−型ＣＺ−Ｓｉ領域を避ける手段として受光表面上に形成された非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）材料層と結晶シリコンとの間の界面において形成されたヘテロ接合を使用することが提案されてきた。このやり方を使用し、いずれのホウ素でドープされた領域を使用することなく、ｎ−型ＣＺウェハーが、使用され、デバイスの全体にわたって高い少数キャリア寿命を保持する。

しかしながら、このやり方では、ヘテロ接合構造における非晶質シリコンが、極めて低い導電性を有し、受光面で使用された場合、電池表面に平行な方向の発生電流を、ａ−Ｓｉ材料上の金属接点が配置された部位に、伝導することが出来ない。これが、従来技術において示されるような非晶質シリコン層上に堆積された（インジウムスズ酸化物）のような導電酸化層の使用を余儀なくさせる。この導電酸化層が、非晶質シリコン材料から生成電荷を集め、これを金属接点が配置された部位に伝導し、その結果、非晶質シリコン材料における電流フローのための必要品を最小化する。しかしながら、導電酸化層が、太陽電池を製造するコストを著しく増大させ、一方、同時に、無用の光吸収及び金属接点との界面などにおける抵抗損失を通じて電池性能を低下させる。また、導電酸化層が、電池が古くなるにつれて電池の性能を低下させうる電位耐久性の問題を生じる。この効果が、文献において十分に証明されている。

受光表面上の非晶質シリコン層厚さのわずかな変化も、性能に対し大きな影響を与えることが可能である。例えば、非晶質シリコンが、最適値よりもわずかに厚い場合、非晶質シリコン材料内で光の著しい吸収が起こり、電池の発生電流に寄与することが出来ない。特にこれが、短波長の光に対する電池のレスポンスを低下させる。一方、非晶質シリコンが最適な厚さよりもわずかに薄い場合、これが、デバイス電圧の低下とともに、効果的でない表面のパッシベーションを引き起こす。非晶質シリコン材料の最適厚さは、短波長レスポンスのいくらかの損失及び電圧のいくらかの損失を伴うこれらの２つの損失機構間におけるトレードオフである。

米国特許６４２９０３７号明細書 豪州公開特許２００５９２６５５２号 豪州公開特許２００５９２６６６２号

第１態様によると、
ｉ）前、受光面及び裏面を有する結晶シリコン層、
ｉｉ）その裏面上において結晶層とのヘテロ接合を形成する非晶質半導体層、
ｉｉｉ）前記結晶層と接触する第１接点構造及び前記非晶質層と接触する第２接点構造、を含む太陽電池が提供される。このデバイスが、シリコンウェハー上、又はガラス若しくは他の適当な基板上における薄い結晶シリコン膜上に形成されてよい。

第２接点構造が、後面上において、非晶質層と接触しかつ非晶質層の上に位置し、連続する接触層であってよく、又はグリッド（ｇｒｉｄ）又は一組のフィンガー（ｆｉｎｇｅｒｓ）のような断続的な構造であってよい。ヘテロ接合構造と嵌合する（ｉｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｔｅｄ）後面ｎ−型自己整合メタライゼーションの場合、非晶質層が、後面の全体にわたって連続してよく、あるいは、非晶質層と第２接点グリッド／フィンガーの両方が、後面上で、同じ断続的な構造を備えて堆積されてよく、金属接点が、非晶質シリコン層に位置合わせされる。

第１接点構造が、結晶シリコン層の前、受光面上に位置されたグリッド又は一組のフィンガーのような断続的構造であってよく、あるいは、ヘテロ接合構造と嵌合する後面ｎ−型自己整合メタライゼーションにおいて、非晶質層が、後面の全体にわたって連続している場合、第１接点構造（同様に後面上）が、最初は非晶質層上に位置しているが、最終的には、非晶質層から離隔されてよい。この場合、これが、非晶質層を介して離れた位置で広がり、結晶シリコン層の裏面と接触するように、第１接点が処理されうる。後者の場合、第１及び第２接点構造の一方が、裏面上で相互にかみ合い（ｉｎｔｅｒ−ｅｎｇａｇｅｄ）、結晶及び非晶質領域の両方と分散して接触することが可能となる。

第２態様によると、
前、又は受光面とは反対に、シリコン太陽電池の前駆体の後面上にヘテロ接合を形成する方法が、
ａ）ドープされた結晶シリコン層上であって、シリコン層の後面上に反対にドープされた非晶質半導体層を形成する段階、
ｂ）次に、前記非晶質半導体層と接触するように後面接点を形成する段階、
ｃ）前記前面上において金属接点が要求されるいずれの部位において、前記結晶シリコン層と同じ導電型の高濃度ドープ領域を形成する段階、
ｄ）前記高濃度ドープ領域と接触するように、金属接点を形成する段階
を含む。

この方法が、シリコンウェハーと、又はガラス若しくは他の適当な基板上の薄い結晶シリコン膜上で開始されてよい。好ましくは、ウェハーの場合、ドープされたシリコンウェハーが、ｎ−型シリコンウェハーであり、それ上で、表面損傷除去、テクスチャリング及び洗浄が第一に実施される。好ましくは、ウェハーの前面が、ＰＥＣＶＤ堆積によって堆積され、リンドーパントを組み込んだシリコン窒化層を有する。シリコン窒化層の下に電子蓄積層を生じるように、このシリコン窒化層が、配置される。

非晶質半導体層が、好ましくは、水素化非晶質シリコン、水素化非晶質炭化物、又は水素化非晶質シリコンゲルマニウム合金である。本願明細書では、我々は、実施例として水素化非晶質シリコンを使用する。

第２接点が、好ましくは、例えばアルミニウムのスパッタリングによって、１つの金属層又は複数の金属の層によって形成される。

好ましくは、第１接点構造が、ｎ−型結晶シリコンウェハー又はｎ−型結晶シリコン膜内の高濃度ドープｎ^＋＋領域上において、Ｎｉ、Ｃｕ又はＡｇのようなめっき金属で形成される。好ましくは、この高濃度ドープｎ^＋＋領域が、リンドーパントのレーザードーピングによって形成される。

銅の表面原子を銀に置き換えるための、例えば、ニッケル、次に銅、次に無電界銀（ｅｍｅｒｓｉｏｎ ｓｉｌｖｅｒ）のような、金属接点の無電界／電気めっきの前に、好ましくは、ｎ^＋＋領域が、洗浄される。次に、好ましくは、金属焼結が実施される（Ｎｉめっき段階の後にこれがまだ実施されていない場合）。

あるいは、ウェハーデバイスの場合、後面ヘテロ接合形成の前に、前面第１接点が、形成されることが可能であり、この場合、酸化層が、一時的に、結晶シリコンの後面上に形成され、ヘテロ接合の非晶質シリコン層及び次の後面金属接点の形成段階の前に再び除去される。

他の方法において、前面構造が、以下の段階によって形成される。
ａ）窒化又は酸化によって前面プレーパッシベーション層を形成する段階、
ｂ）リンドーパントを組み込むｎ−型水素化非晶質シリコンの前面堆積物を形成する段階、
ｃ）任意のリンドーパントを組み込むシリコン窒化物の前面堆積物を形成する段階。

次に、得られた前面構造が、上記のように追加された第１接点を有する。

ヘテロ構造と嵌合する後面ｎ−型自己整合メタライゼーションにおいて、結晶シリコンウェハー又は薄い結晶膜との第１接点が、裏面上に形成され、非晶質層が連続する場合における後面非晶質シリコン層又は非晶質層が断続的である場合における後面非晶質シリコン層内の間隙のいずれかを介してレーザードープされる。後面上における第１接点及び第２接点の両方の形成段階が、次の動作を含む。
ａ）ドープされた水素化非晶質シリコン層上において正のバスバー（ｂｕｓｂａｒｓ）を備えたオープンパターン（ｏｐｅｎ ｐａｔｔｅｒｎ）内に第２接点を形成する段階、
ｂ）正の金属バスバーを露出させたままに残すマスクを用いて、プラズマ化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）によって、シリコン窒化物、シリコン酸化物、又はシリコン炭化物のような前面及び後面誘電層を形成し、リンドーパントを組み込む前面及び後面誘電層を形成する段階、
ｃ）くし型（ｃｏｍｂ−ｌｉｋｅ）金属被覆領域を含む嵌合構造においてｎ^＋＋領域を形成するように、後面上においてレーザードーピングが使用される段階、
ｄ）前記ｎ^＋＋領域上に金属接点を形成する段階。

好ましくは、この形の後面ヘテロ接合デバイスにおいて、接点を形成する方法が以下を含む。
ａ）正のバスバーを備えたくし型パターンにおいて後面接点を形成するように、アルミニウムのような金属のスパッタリングにより後面上に第２接点を形成する段階、
ｂ）前記くし型金属被覆領域を備えた嵌合構造においてｎ^＋＋領域を形成するように、前記後面上にレーザードーピングを使用する段階、
ｃ）結晶シリコン層と接触する前記第１接点を形成するように、ｎ^＋＋領域の化学洗浄を実施し、次に、銅の表面原子を銀に置き換えるための、例えば、ニッケル、次に銅、次に無電界銀のような金属の無電解又は電気めっきを実施する段階、及び
ｄ）前記金属を焼結する段階。

シリコンウェハーの場合、シリコンウェハーとの後面接点の形成段階の後に、リンドーパントを組み込むシリコンウェハーの前面への水素化シリコン窒化物のＰＥＣＶＤ堆積が実施される。シリコン窒化層の下に電子蓄積層を生じさせるように、このシリコン窒化層が配置される。

ヘテロ接合構造と嵌合する後面ｎ−型自己整合メタライゼーションが、上記のレーザードーピングを使用して、後面ｎ−型自己整合メタライゼーションを備えた薄膜ｎ−型結晶シリコンオンガラスデバイスに堆積された場合、この方法が、以下を含む。
ａ）ガラス基板上に結晶シリコン膜を形成する段階、
ｃ）前記結晶層の露出された後面とのヘテロ接合を形成する非晶質シリコン層を形成する段階、
ｄ）正のバスバーを含むくし型パターンにおいて後面接点を形成するように、アルミニウムのような金属のスパッタリングによって前記後面上に第２接点を形成する段階、
ｅ）前記くし型金属被覆領域を備えた嵌合構造においてｎ^＋＋領域を形成するように、前記後面上にレーザードーピングを使用する段階、
ｆ）前記ｎ^＋＋領域上に金属第１接点を形成する段階。

この場合、結晶シリコン層が、堆積される前に、リンドーパントを組み込む前面シリコン窒化層が、好ましくは、ガラス基板に堆積される。他の好ましい方法がドープされたウェハーに対するそれと同様である。

前面（ｆｒｏｎｔ−ｓｕｒｆａｃｅ）自己整合メタライゼーションを備えた後面（ｒｅａｒ）ヘテロ接合構造を図式的に説明するものである。 前面自己整合メタライゼーションを備えた後面ヘテロ接合構造のひとつの形成方法における中間段階を図式的に説明するものである。 ヘテロ接合構造と嵌合する後面ｎ−型自己整合メタライゼーションを図式的に説明するものである。 後面ヘテロ接合構造、次に低温誘電層を用いたレーザードーピングを使用した前面自己整合メタライゼーションを図式的に説明するものである。 ヘテロ接合構造と嵌合する後面ｎ−型自己整合メタライゼーションを備えた薄膜ｎ―型結晶シリコンオンガラスデバイスを図式的に説明するものである。

これから、本発明の実施形態が、例として、添付した図面を参照しながら記載される。

添付した図面を参照し、後面ヘテロ接合構造を使用した太陽電池の数多くの実施形態が示される。

これらの実施形態において、ヘテロ接合が、後面に位置し、ヘテロ接合が、受光（前）表面上に位置した場合において横方向の伝導性のために通常必要とされる導電酸化層が必要なくなり、また、ヘテロ接合構造内の非晶質シリコン層の厚さに対する性能の感度を低減させる。本願明細書に記載した実施形態において、第一に、光が結晶シリコン領域を通過し、実質的に、非晶質シリコン層を通過する短波長光を有する状態を回避する。また、これが、非晶質シリコン層の後面の全体にわたる金属の使用を容易にし、この結果、電池表面に平行な方向に電流を伝導するための導電酸化層に対する必要性が回避される。

しかしながら、後面でのヘテロ接合の使用により、受光面の近くで生成されたキャリアが移動しなければならない後面の収集接合までの距離が増加する。従って、好ましくは、高抵抗かつ高品質ウェハーが使用され（構造が、ｎ又はｐ−型ウェハーのいずれを使用するために開発されたかによらず）、又は、結晶領域が、薄膜又は両方として製造される。ｎ−型ウェハーを使用する場合、ｎ−型材料に対する接触スキームが、上面に対して必要とされ（又は、後面でのヘテロ接合との接点と嵌合する他のもの）、これによって、金属接点の下の高濃度ドーピングが望ましく、接触抵抗を最小化し、デバイスダーク（ｄｅｖｉｃｅ ｄａｒｋ）飽和電流に対する金属／シリコン界面の影響を最小化する。ウェハー表面又はウェハー材料の劣化を避けるために、ヘテロ接合に必要とされる非晶質シリコン材料を堆積する前に、高温ではない熱プロセスが使用されるべきである。水素化非晶質シリコンの堆積の後に、ヘテロ接合又は表面パッシベーション品質の劣化を避けるために、次のデバイスプロセスも既にある構造に適合するべきである。

バルク内からｎ−型金属（第１）接点（前面金属接点のような）への多数キャリアの伝導が、同じ極性（ｐｏｌａｒｉｔｙ）の分離した前面拡散を使用しない高抵抗ウェハーにおける課題であり、この場合、後面上のヘテロ接合の使用に適合しない。必要とされる温度における結晶化などを通して、非晶質シリコンから水素が損失し、又はさらには非晶質シリコン材料が損傷するために、後面ヘテロ接合の形成後に、従来の前面拡散が、使用されることが出来ない。一方、熱プロセスの間に後面におけて形成され、欠陥発生、粗面処理、表面汚染、表面酸化、又は単に不要なドーパント若しくは他の不純物の表面への拡散を通したような処理と関連する課題のために、ヘテロ接合を形成する前の拡散プロセス等も、望ましくない。現在の商用の電池技術（スクリーン印刷太陽電池、埋め込み接触太陽電池、点接触太陽電池等のような）のいずれかと共に使用される金属接点スキームが、通常、上記のすべてを達成することが出来ないが、これは、主に、必須の拡散プロセス又は他の金属接点のファイヤリング（ｆｉｒｉｎｇ）のいずれかを伴う、高温熱プロセスにこれらが依存しているためである。

図１を参照すると、上記の非晶質シリコン／結晶シリコンヘテロ接合構造１７が、電池の後面で使用され、一方、自己整合無電解めっき（又は電気めっき）前面メタライゼーション１０が、特許文献１においてＷｅｎｈａｍとＧｒｅｅｎによって記載されたレーザードーピングの使用により形成された高濃度ドープ領域１３上に形成される。しかしながら、それらの生成位置から金属が位置する部位まで多数キャリアを伝導するための技術とともにそれが使用されなければならないので、これが、十分ではない場合がある。事実上すべての商用に製造された太陽電池において現在使用されるような従来の拡散プロセスが、この後面ヘテロ接合設計に適合せず、適合する３つの代替的なやり方（商用に製造された電池において現在は使用されない）が、必須の多数キャリア伝導を十分に提供することが確認されている。

第一の代替手段において、特許文献２及び３“Ｌｏｗ ａｒｅａ ｓｃｒｅｅｎ ｐｒｉｎｔｅｄ ｍｅｔａｌ ｃｏｎｔａｃｔ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｍｅｔｈｏｄ”（参照により本願明細書に組み込まれる）においてＷｅｎｈａｍ ｅｔ ａｌｉａによって記載されたようなレーザードープ透明伝導体の形成が、自己整合金属接点に電流を伝導するために使用されることが可能であり、これによって、透明伝導体が、好ましくは、金属ラインと垂直に広がる。この構造において、透明伝導体及び自己整合メタライゼーションへの全てのレーザードーピングが、透明伝導体に対して異なるレーザー条件を使用することによりひとつのプロセスにおいてなされることが可能であり、これによって、覆っている誘電層及び／又は反射防止コーティング及び／又は拡散源が、大きな損傷を受けず、これによって、次のめっきプロセスからいまだなおシリコン表面をマスクする。あるいは、これらの表面が、自己整合メタライゼーション形成のために使用されるレーザードーピングに続くめっきプロセスから続いて保護されるように、次の誘電／反射防止コーティング／表面パッシベーション層堆積の前に、透明伝導体が、形成されることが可能である。

第二の代替手段において、金属接点又は透明伝導体のいずれかの位置への多数キャリアの伝導を促進するために表面において蓄積層を形成するように、十分なレベルの電荷（ｎ−型ウェハーを使用する場合は正電荷、ｐ−型ウェハーを使用する場合は負電荷）を表面誘電層に意図的に組み込むこと等を通して、静電効果が、表面において使用されることが可能である。例えば、高レベルの原子状水素をシリコンリッチ窒化シリコン層に組み込むことで、この結果を達成することが出来る。このような誘電層に正電荷を加えるために、他の原子が潜在的に使用されることも可能である。適切に行われた場合、優れた効果的な表面パッシベーションを提供するために、誘電層とともにこれらの静電効果が、使用されることが可能である。あるいは、ｎ−型ウェハー用の改善された横方向の（ｌａｔｅｒａｌ）伝導性のための蓄積層などを形成するために表面付近に同様なバンド曲がりを与えるように、適切に高いバンドギャップ及び適切なドーピングを備えた半導体材料が、使用されることが可能である。同等なものが、ｐ−型ウェハーに対してなされることが可能であり、これによって、ホールが、表面に蓄積し、この場合はホールである多数キャリアの横方向の伝導性を改善する。後面ヘテロ接合に適合するこのような広いバンドギャップ半導体の例が、ドープされた水素化非晶質シリコンである。この材料において、強化された表面パッシベーション効果を提供するためにミッドーギャップ（ｍｉｄ−ｇａｐ）状態を取り除くように、放出された原子状水素が、表面においてシリコンダングリングボンドと結合することが可能である。さらに、窒素又は酸素のようなある元素の拡散によって、結晶シリコン基板のサブー表面領域が、誘電層に変えられてよく、これによって、シリコンダングリングボンドを元の結晶シリコン表面から離れるように移動させ、不完全な洗浄プロセスから生じる表面汚染によるいずれの悪影響を最小化する。

第三の代替手段において、急速加熱処理（ＲＴＰ）又はレーザードーピングのいずれかの使用により、上面全体にわたる大きな領域の拡散が、達成されることが可能であり、見方によれば、熱効果が、後面でのヘテロ接合を劣化させない。自己整合メタライゼーションスキームと共に用いられる後面ヘテロ接合構造とともに、このような技術が使用されることが可能であり、これによって、めっき金属によって接触されるように、上面ＲＴＰ又はレーザー拡散が、高濃度ドープ領域に対するレーザードーピングの前に実行される。このやり方において、同じドーパント源が、自己整合メタライゼーション及び／又は透明伝導体に対する上面拡散及びレーザードーピングの両方のために使用されることが可能である。例えば、リン源が、シリコン窒化反射防止コーティングに組み込まれることが可能であり、上面拡散、透明伝導体及び自己整合メタライゼーションのためのリン源として使用されることが可能である。

１−５ｏｈｍｓ−ｃｍの範囲の中間（ｍｅｄｉｕｍ）抵抗性ｎ−型ウェハーを使用する場合、ウェハー内の多数キャリアの横方向の伝導性を強化する上記やり方の必要性を回避するためのウェハー自体の面積抵抗が適切であり、第１金属接点による収集を促進する。このようなウェハーが、後面接合デバイス設計に適合するために十分に高い少数キャリア寿命を示しており、提供されたウェハーが約２００マイクロメートルよりも厚くない。

以下は、後面ヘテロ接合構造の実施例である。

１．レーザードーピングの使用による前面自己整合メタライゼーションが後に続く後面ヘテロ接合の形成段階（図１参照）が、次の動作を含む。
ａ）ｎ−型シリコンウェハー１４上における表面損傷除去、テクスチャリング及び洗浄が実施される。；
ｂ）次に、ｐ−型水素化非晶質シリコン層１５が、ウェハー後面上への堆積により形成される。；
ｃ）シリコン窒化物１１の前面ＰＥＣＶＤ堆積が実施され、リンのドーパントが組み込まれる。これが、シリコン窒化層１１の下の電子蓄積層１２を生じさせる。；
ｄ）次に、後面（第二）接点を形成するように、アルミニウムのような金属１６のスパッタリングが使用される。；
ｅ）前面上において金属接点が要求されるいずれの部位にｎ^＋＋領域１３を形成するように、レーザードーピングが使用される。；
ｆ）ｎ^＋＋領域１３の化学洗浄の後に、ニッケル、次に銅、次に無電界銀のような金属１０の無電解／電気めっきが続き、銅の表面原子を銀と置き換える。；
ｇ）金属焼結が実施される（Ｎｉめっきの後にこれがまだ実施されていない場合）。

２．レーザードーピングの使用、次に後面ヘテロ接合構造の形成による前面自己整合メタライゼーションの形成段階（図２参照）が、次の動作を含む。
ａ）ｎ−型シリコンウェハー１４上における表面損傷除去、テクスチャリング及び洗浄が実施される。；
ｂ）ＰＥＣＶＤシリコン酸化物１８のような一時的な保護後面コーティングの適用又は成長。；
ｃ）上記の実施例１のように、シリコン窒化物１１の前面ＰＥＣＶＤ堆積が実施され、リンドーパントが組み込まれ、これが、シリコン窒化層１１の下の電子蓄積層１２を生じさせる。；
ｄ）前面上において金属接点が要求されるいずれの部位にｎ^＋＋領域１３を形成するように、レーザードーピングが使用される。；
ｅ）次に、後面保護層１８（図２参照）が、除去され後面が洗浄される。；
ｆ）次に、ウェハー後面上への堆積により、ｐ−型水素化非晶質シリコン層１５が、形成される。；
ｇ）次に、後面接点を形成するように、アルミニウムのような金属１６のスパッタリングが使用される。；
ｈ）ｎ^＋＋領域１３の化学洗浄の後に、ニッケル、次に銅、次に無電界銀のような金属１０の無電解／電気めっきが続き、銅の表面原子を銀と置き換える。；
ｉ）金属焼結が実施される（Ｎｉめっきの後にこれがまだ実施されていない場合）。

３．後面ヘテロ接合構造と嵌合する、レーザードーピングの使用による後面ｎ−型自己整合メタライゼーションの形成段階（図３参照）が、次の動作を含む。
ａ）ｎ−型シリコンウェハー３４上における表面損傷除去、テクスチャリング及び洗浄が実施される。；
ｂ）次に、ｐ−型水素化非晶質シリコン層（連続的な又はくし型の断続的パターンのいずれか）３５が、ウェハー後面上への堆積により形成される。；
ｃ）次に、非晶質シリコン層３５上の正のバスバー（ｂｕｓｂａｒｓ）を有するくし型パターン内において後面接点を形成するように、アルミニウムのような金属３６のスパッタリングが使用される。；
ｄ）リンドーパントが組み込まれるシリコン窒化物３１の前面及び後面ＰＥＣＶＤ堆積が、後面上にマスクを備えて実施され、正の金属バスバーが露出されたままである。
ｅ）くし型金属被覆領域３６を含む嵌合構造内にｎ^＋＋領域３３を形成するように、後面上においてレーザードーピングが使用される。；
ｆ）ｎ^＋＋領域３３の化学洗浄の後に、ニッケル、次に銅、次に無電界銀のような金属３０の無電解／電気めっきが続き、銅の表面原子を銀と置き換える。；
ｇ）金属焼結が実施される（Ｎｉめっきの後にこれがまだ実施されていない場合）。

４．低温誘電層を含むレーザードーピングの使用による前面自己整合メタライゼーションが後に続く、後面ヘテロ接合構造の形成段階（図４参照）が、次の動作を含む。
ａ）ｎ−型シリコンウェハー４４上における表面損傷除去、テクスチャリング及び洗浄が実施される。；
ｂ）次に、ｐ−型水素化非晶質シリコン層４５が、ウェハー後面上への堆積により形成される。；
ｃ）次に、後面接点を形成するように、アルミニウムのような金属４６のスパッタリングが使用される。；
ｄ）窒化又は酸化により、前面プレーパッシベーション層４７が形成される。；
ｅ）ｎ−型水素化非晶質シリコン４８の前面堆積物が形成され、リンドーパントが組み込まれる。；
ｆ）低温シリコン窒化物４１の前面堆積物が形成され、リンドーパントが組み込まれる。；
ｇ）前面上において金属接点が要求されるいずれの部位にｎ^＋＋領域４３を形成するように、レーザードーピングが使用される。；
ｈ）ｎ^＋＋領域４３の化学洗浄の後に、ニッケル、次に銅、次に無電界銀のような金属４０の無電解／電気めっきが続き、銅の表面原子を銀と置き換える。；
ｉ）金属焼結が実施される（Ｎｉめっきの後にこれがまだ実施されていない場合）。

５．後面ヘテロ接合構造と嵌合する、レーザードーピングの使用による後面ｎ−型自己整合メタライゼーションを備えた薄膜ｎ−型結晶シリコンオンガラスデバイスの形成段階（図５参照）が、次の動作を含む。
ａ）リンドーパントを組み込むシリコン窒化層５１が、ＰＥＣＶＤ堆積によりガラス基板５９上に形成される。；
ｂ）薄膜ｎ−型結晶シリコン層５４が、シリコン窒化層５１上のガラス基板上に形成される。；
ｃ）次に、結晶シリコン膜の後面上への堆積により、ｐ−型水素化非晶質シリコン層５５が形成される。；
ｄ）次に、正の金属バスバーを有するくし型パターン内において後面接点を形成するように、アルミニウムのような金属５６のスパッタリングが使用される。；
ｅ）リンドーパントが組み込まれるシリコン窒化物６１の後面ＰＥＣＶＤ堆積が、マスクを備えて実施され、正の金属バスバーが露出されたままである。十分なリンドーパントが組み込まれ、次のレーザードーピングにより、ｎ−型ドーパントが、ｐ−型ドーパントに優先する（ｏｖｅｒｒｉｄｅ）ことが可能となり、自己整合第１金属接点に対して要求されるｎ＋＋領域が形成される。
ｆ）後面上においてレーザードーピングが使用され、くし型金属被覆領域５６を含む嵌合構造においてｎ^＋＋領域５３を形成する。；
ｇ）ｎ^＋＋領域５３の化学洗浄の後に、ニッケル、次に銅、次に無電界銀のような金属５０の無電解／電気めっきが続き、銅の表面原子を銀と置き換える。；
ｈ）金属焼結が実施される（Ｎｉめっきの後にこれがまだ実施されていない場合）。

要約すると、上に記載したものは、多数キャリア伝導のための結晶シリコン材料内のレーザードープ局所領域及び光子発生電子−ホール組の分離のための後面上の非晶質シリコンヘテロ接合を有する結晶シリコンベースの太陽電池である。

いくつか実施形態が、ウェハーと同じ極性のドーパントを含む不純物拡散メカニズムを使用した前面（受光面）パッシベーション構造を組み込んでおり、シリコン前面上のパッシベーティング誘電膜の堆積の前にシリコンバルクの内部に移動するさらに低濃度ドープのウェハーとの界面を形成する。

他の実施形態が、窒素又は酸素のようなドーパントを含む不純物拡散メカニズムを使用した前面（受光面）パッシベーション構造を組み込んでおり、その後にシリコン窒化物のような低温誘電体のパッシベーティングが続くパッシベーティング水素化非晶質シリコン膜の堆積の前にシリコンバルクの内部に移動するドープされたウェハーとの界面を形成する。

また、いくつかの実施形態が、覆っているパッシベーティング誘電体又は非晶質シリコン層を同時に損傷しながら、局所領域におけるシリコン前面のレーザードーピングによって形成された局所的な前面電極を組み込んでおり、パッシベーティング層が、受光面の残りの部分を金属接点の形成からマスクしながら、このような領域の自己整合メタライゼーションが後に続くレーザードープされたシリコン表面を露出する。

実施形態が、背後電極として前記非晶質シリコン膜上に直接的に堆積された金属（複数）の層又は複数の層を使用してもよい。

別の配置において、いくつかの実施形態が、メタライゼーションが後に続く、パターン化された背後電極上におけるレーザードーピングによって形成された後面上における嵌合正／負電極構造を組み込んでよい。

いくつかの実施形態において、前面接点が、上記の前面メタライゼーションスキームとともにレーザードーピングによって形成された透明導電体の使用を採用し、これによって、透明導電体が、金属接点ラインとある角度をなして又は垂直に広がり、透明導電体が、第１金属接点の下の高濃度ドープ領域と交わる。

当業者は、多数の変形及び／又は修正が、広義に記載された本発明の精神又は範囲から逸脱することなく、具体的な実施形態において示されたような本発明に対してなされうることを理解するだろう。従って、本実施形態が、あらゆる点において、例示的なものでありかつなんら制限するものではないものと考えられる。

１０ 金属
１１ シリコン窒化物
１２ 電子蓄積層
１３ ｎ^＋＋領域
１４ ｎ−型シリコンウェハー
１５ ｐ−型水素化非晶質シリコン層
１６ 金属
１７ 非晶質シリコン／結晶シリコンヘテロ接合構造

Claims (46)

1. ｉ）前、受光面及び裏面を有する結晶シリコン層、
   ｉｉ）その裏面上において結晶層とのヘテロ接合を形成する非晶質半導体層、
   ｉｉｉ）前記結晶層と接触する第１接点構造及び前記非晶質層と接触する第２接点構造、
   を含むことを特徴とする太陽電池。
2. 第２接点構造が、前記後面上の前記非晶質層と接触し、かつ、前記非晶質層上に位置することを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
3. 前記非晶質層が、前記後面の全体にわたって連続することを特徴とする請求項１又は２に記載の太陽電池。
4. 前記第２接点構造が、連続する接点材料の接触層を含むことを特徴とする請求項３に記載の太陽電池。
5. 前記第２接点構造が、接点材料のグリッドを含むことを特徴とする請求項３に記載の太陽電池。
6. 前記第２接点構造が、同じパターンに配置された前記非晶質層に位置合わせされた接点材料の断続的な構造を含むことを特徴とする請求項２に記載の太陽電池。
7. 前記第１接点構造が、前記非晶質層及び前記第２接点構造と離隔され、間隔をあけた位置で前記非晶質層及び前記第２接点構造に広がり、前記結晶シリコン層の前記裏面と接触することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の太陽電池。
8. 前記第２接点構造が、一組の接点材料の相互接続したフィンガーを含むことを特徴とする請求項７に記載の太陽電池。
9. 前記第１接点構造が、前記ヘテロ接合及び第２接点構造と嵌合する後面ｎ−型自己整合メタライゼーションを含むことを特徴とする請求項８に記載の太陽電池。
10. 前記第１接点構造が、前記結晶シリコン層の前記前、受光面上に位置した断続的な構造を含むことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の太陽電池。
11. 前記第１接点構造が、前記結晶シリコン層の前記前、受光面上に位置したグリッド構造を含むことを特徴とする請求項１０に記載の太陽電池。
12. 前記第１接点構造が、前記結晶シリコン層の前記前、受光面上に位置した一組のフィンガーを含むことを特徴とする請求項１０に記載の太陽電池。
13. 前記結晶シリコン層が、シリコンウェハー含むことを特徴とする請求項１から１２のいずれか一項に記載の太陽電池。
14. 前記結晶シリコン層が、ガラス基板上に薄い結晶シリコン膜を含むことを特徴とする請求項１から１３のいずれか一項に記載の太陽電池。
15. ａ）ドープされた結晶シリコン層上であって、前記結晶シリコン層の後面上に反対にドープされた非晶質半導体層を形成する段階、
    ｂ）前記非晶質半導体層と接触するように後面接点を形成する段階、
    ｃ）前記結晶シリコン層と接触する金属接点が要求されるいずれの部位において、前記シリコン層と同じ導電型の高濃度ドープ領域を形成する段階、
    ｄ）前記高濃度ドープ領域と接触するように、金属接点を形成する段階
    を含む、前、又は受光面と反対側の、シリコン太陽電池の前駆体の後面上にヘテロ接合を形成する方法。
16. 前記非晶質半導体層が、水素化非晶質シリコン、水素化非晶質シリコン炭化物、又は水素化非晶質シリコンゲルマニウム合金であることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
17. 第２接点が、一つまたはそれ以上の金属層を適用することにより形成されることを特徴とする請求項１５又は１６に記載の方法。
18. 前記第２接点が、前記非晶質半導体層上へのアルミニウムのスパッタリングによって形成されることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
19. 第１接点構造が、ｎ−型結晶シリコン層内の高濃度ドープｎ^＋＋領域上における一つの金属又は複数の金属のめっきによって形成されることを特徴とする請求項１５から１８のいずれか一項に記載の方法。
20. 前記高濃度ドープｎ^＋＋領域が、デバイスの表面層内におけるリンドーパント源のレーザードーピングによって形成されることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
21. 前記めっき金属が、Ｎｉ、Ｃｕ又はＡｇから選択されることを特徴とする請求項１９又は２０に記載の方法。
22. 前記ｎ^＋＋領域が、前記第１接点構造上における金属の無電解又は電気めっきの前に洗浄されることを特徴とする請求項１９から２１のいずれか一項に記載の方法。
23. ニッケル層がめっきされ、次に、銅の層がめっきされ、次に無電界銀めっき仕上げされ、銅の表面原子が、銀に置き換えられることを特徴とする請求項２２に記載の方法。
24. めっきの後に、前記金属が焼結されることを特徴とする請求項２３に記載の方法。
25. 第１接点構造が、前記後面上に形成され、前記ヘテロ接合構造と嵌合することを特徴とする請求項１５から２４のいずれか一項に記載の方法。
26. 前記第１接点が、後面非晶質シリコン層及びドーパント源として機能する上部絶縁層を介した前記ｎ^＋＋領域のレーザードーピングによって形成されることを特徴とする請求項２５に記載の方法。
27. 前記第１接点が、ドーパント源として機能する上部絶縁層及び前記後面非晶質シリコン層内の間隙を介した前記ｎ^＋＋領域のレーザードーピングによって形成されることを特徴とする請求項２５に記載の方法。
28. 第１接点メタライゼーションが、前記ｎ^＋＋領域の形成段階の間において前記絶縁層内に形成された隙間を通して前記ｎ^＋＋領域に自己整合されることを特徴とする請求項２６又は２７に記載の方法。
29. 前記後面上における前記第１接点及び前記第２接点の両方の形成段階が、
    ｅ）ドープされた水素化非晶質シリコン層上において正のバスバーを備えたオープンパターン内に第２接点構造を形成する段階、
    ｆ）正の金属バスバーを露出させたままに残すマスクを通して、プラズマ化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）によって前面及び後面誘電層を形成する段階であって、リンドーパントを組み込む前面及び後面誘電層を形成する段階、
    ｇ）前記第２接点構造を含む嵌合構造において、レーザードーピングによってｎ^＋＋領域を形成する段階、
    ｈ）前記ｎ^＋＋領域上に金属接点を形成する段階
    とさらに含むことを特徴とする請求項２５から２８のいずれか一項に記載の方法。
30. 前記後面誘電層が、シリコン窒化物、シリコン酸化物、又はシリコン炭化物の１つ又はそれ以上の層として形成されることを特徴とする請求項２９に記載の方法。
31. 前記接点構造を形成する方法が、
    ｉ）正のバスバーを備えたくし型パターンにおいて前記後面接点を形成するように、金属のスパッタリングにより前記後面上に前記第２接点構造を形成する段階、
    ｊ）前記くし型金属被覆領域を備えた嵌合構造においてｎ^＋＋領域を形成するように、前記後面上にレーザードーピングを使用する段階、
    ｋ）結晶シリコンウェハーと接触する前記第１接点構造を形成するように、ｎ^＋＋領域の化学洗浄を実施し、次に、金属の無電解又は電気めっきを実施する段階、及び
    ｌ）前記金属を焼結する段階
    をさらに含むことを特徴とする請求項２５から３０のいずれか一項に記載の方法。
32. 前記第２接点構造の金属が、アルミニウムであることを特徴とする請求項３１に記載の方法。
33. 前記第１接点構造のめっき段階が、ニッケルのめっき段階、その次に銅のめっき段階、その次に無電界銀めっき仕上げ段階を含み、銅の表面原子を銀と置き換えることを特徴とする請求項３１に記載の方法。
34. 前記シリコン層が、ドープされたシリコンウェハーを含むことを特徴とする請求項２５から３３のいずれか一項に記載の方法。
35. 前記シリコンウェハーへの前記ｎ^＋＋領域を通した前記後面第１接点構造の形成の後で、前記シリコンウェハーの前面への水素化シリコン窒化物のＰＥＣＶＤ堆積が実施され、リンドーパントを組み込むことを特徴とする請求項３４に記載の方法。
36. 前記シリコン層が、ドープされたシリコンウェハーを含むことを特徴とする請求項１５から２４のいずれか一項に記載の方法。
37. 前記ドープされたシリコン層が、ｎ−型シリコンウェハーであり、前記へテロ接合を形成する前に、それ上において、表面損傷除去、テクスチャリン及び洗浄が実施されることを特徴とする請求項３４、３５又は３６に記載の方法。
38. 前記方法が、前記ウェハーの前面に誘電層を堆積する段階をさらに含むことを特徴とする請求項３４、３５、３６又は３７に記載の方法。
39. 前記前面誘電層が、シリコン窒化物、シリコン酸化物、又はシリコン炭化物の１つ又はそれ以上の層として形成されることを特徴とする請求項３８に記載の方法。
40. 前記誘電層が、リンドーパントを組み込むＰＥＣＶＤ堆積によって堆積されること特徴とする請求項３８又は３９に記載の方法。
41. 前記シリコン窒化層の下に電子蓄積層を生じるように、前記誘電層が配置されること特徴とする請求項４０に記載の方法。
42. ｍ）窒化又は酸化によって前面プレーパッシベーション層を形成する段階、
    ｎ）リンドーパントを組み込むｎ−型水素化非晶質シリコンの前面堆積物を形成する段階、
    ｏ）任意のリンドーパントを組み込むシリコン窒化物の前面堆積物を形成する段階
    によって、前面構造が、形成されることを特徴とする請求項３４から４１のいずれか一項に記載の方法。
43. 前記後面へテロ接合が形成される前に、前記第１接点構造が、前記前面上に形成され、酸化層が、前記結晶シリコンの後面上に一時的に形成され、前記へテロ接合の前記非晶質シリコン層及び次の前記第２接点構造の前記後面金属接点を形成する前に、再度除去されることを特徴とする請求項３４から４２のいずれか一項に記載の方法。
44. 前記結晶層が、ガラス基板上にｎ−型結晶シリコンの薄膜を含み、
    前記方法が、
    ａ）ガラス基板上に結晶シリコン膜を形成する段階、
    ｃ）前記結晶塗膜層の露出された後面とのヘテロ接合を形成する非晶質シリコン層を形成する段階、
    ｄ）正のバスバーを含むくし型パターンにおいて前記後面接点を形成するように、金属のスパッタリングによって前記後面上に前記第２接点構造を形成する段階、
    ｅ）前記くし型金属被覆領域を備えた嵌合構造においてｎ^＋＋領域を形成するように、前記後面上にレーザードーピングを使用する段階、
    ｆ）前記ｎ^＋＋領域上に金属第１接点を形成する段階を含むことを特徴とする請求項１５から３３のいずれか一項に記載の方法。
45. 前記第２接点構造を形成するように堆積された前記金属が、アルミニウムであること特徴とする請求項４４に記載の方法。
46. 前記結晶シリコン層が堆積される前に、前面シリコン窒化層が、前記ガラス基板に堆積されること特徴とする請求項４５に記載の方法。

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