JP2012244179A - 太陽電池に用いる背面点接触の形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】背面点接触を製造するために、太陽電池の裏側の誘電体層にホールを形成する方法を提供する。
【解決手段】誘電体層１０５、１１０の裏側は炭素層１２０が被覆されている。シャドウマスク１２５は、炭素層１２０の上に載置されており、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）が用いられることにより、シャドウマスク１２５のホール１３０が炭素層１２０に転写され、それにより、炭素マスクを形成する。シャドウマスク１２５はその後除去されて、ＲＩＥが用いられることにより、ホール１４０が炭素マスクから誘電体層１０５、１１０に転写される。炭素マスクは例えばアッシングにより、その後除去される。
【選択図】図１

Description

（技術分野）
本発明は、太陽電池の製造方法に関し、より具体的には、太陽電池の背面点接触を形成するためのホールの形成方法に関する。

（関連技術の参照）
本願は、２０１１年５月１７日に提出された米国仮出願番号第６１／４８７，２４３の優先権の利益を主張し、その開示された内容の全体をここに参照により組み込むものとする。

種々のデザインの太陽電池は、背面において形成された電気的接触を有しており、背面とは、太陽に対向しない太陽電池の面のことを意味する。背面点接触を有する太陽電池の一つの例は、特許文献１のスワンソンによって提案されている。スワンソンによる図２Ｂに示すように、開口部は二つのパッシベーション層中に設けられる必要があるが、スワンソンは、これらの開口部がどのように形成され得るかを開示していない。

背面点接触構造はまた、通常、ＰＥＲＬ（ｐａｓｓｉｖａｔｅｄ ｅｍｉｔｔｅｒ ａｎｄ ｒｅａｌ ｌｏｃａｌｌｙ ｄｉｆｆｕｓｅｄ）構造及びＰＥＲＣ（ｐａｓｓｉｖａｔｅｄ ｅｍｉｔｔｅｒ ａｎｄ ｒｅａｒ ｃｅｌｌ）構造と呼ばれる高効率電池において用いられる。背面点接触を用いる太陽電池において、背面は、酸化シリコンや窒化シリコン、これらの両方を用いて不動態化されている。点接触は、これらのパッシベーション層を貫通して形成される必要がある。背面点接触の適切なサイズ及びピッチは、効率性に影響を与え、そえゆえ、パッシベーション層中に接触ホールを一貫して且つ正確に形成するためのプロセスを持つことが重要である。

米国特許第４９２７７７０号明細書

先行文献の幾つかの方法によると、パッシベーション層中のホールはウェットエッチングを用いて形成されている。しかしながら、ドライプロセスがウェットプロセスに対して好まれている。それゆえ、背面点接触を形成するために、ウェットエッチングプロセスに取り替わる一つの候補がプラズマエッチングである。

したがって、ドライプロセスを用いて、背面点接触構造のためのホールを一貫して且つ繰り返される態様で形成する要求が存在している。

後述する手段は、本開示の幾つかの側面及び特徴の基本的な理解を提供するために含まれているものである。本手段は、本発明の広範な要旨ではなく、そのため、本発明の鍵や重要な要素を特別に特定する意図ではない。その唯一の目的は、以下で提案される、より詳細な説明に対する除外として、単純な態様にて、本発明の幾つかの概念を提案するものである。

本発明の側面は、太陽電池の背面にホールを一貫して且つ正確に形成することを確保し、これにより、背面点接触が形成され得る方法を提供する。

本発明の側面によると、除去可能な炭素層が、太陽電池の裏面（背面）側の誘電体層上に蒸着されている。その後、シャドウマスクが用いられて、炭素層にホールを規定し、それにより、炭素層は除去可能なマスクとして機能する。シャドウマスクはその後除去され、除去可能な炭素マスクが用いられて、誘電体層にホールを形成する。その後、炭素マスクは除去される。

一実施形態によると、背面点接触を製造する目的で、太陽電池の裏側にホールを形成するためのシステムが設けられている。該システムは、炭素蒸着チャンバー、シャドウマスク機械的載置チャンバー、炭素エッチングチャンバー、シャドウマスク機械的除去チャンバー、及び誘電体層エッチングチャンバーを含んでいる。誘電体層エッチングチャンバーは、炭素アッシング用として用いられてもよく、代替として、該システムは、別の炭素アッシングチャンバーを含んでもよい。

本発明の他の側面及び特徴は、後述する図面を参照してなされる詳細な説明から明らかであろう。詳細な説明及び図面は、付属の請求項によって規定される、本発明の種々の実施形態に係る種々の限定されない例を提供するものであると理解されるべきである。

添付の図面は、明細書の組み込まれてその一部を構成するものであるが、種々の実施形態を例示し、詳細な説明と共に、本発明の主たるところを説明し例示する機能を有する。図面は、図表の態様で例示的な実施形態の主要な特徴を説明するために意図されたものである。図面は、実際の実施形態の各特徴を記述するために意図されたものではないし、記述された要素の相対的な大きさを記述するために意図されたものでもなく、それゆえ、縮小率で描画されていない。
図１は、一実施形態における、背面点接触のホールを形成するためのプロセスを示している。 図２は、一実施形態における、シャドウマスクを示している。 図３は、一実施形態における、太陽電池における背面点接触のためのホールを形成するためのシステムを示している。

これから、太陽電池における背面点接触用のホールを一貫して且つ正確に形成することを実現する各種の実施形態からなる詳細な説明を提供する。本方法は、ＰＥＲＬ、ＰＥＲＣなどの種々の太陽電池に用いられ得るものである。具体的な実施例を提供するために、これから説明する幾つかの詳解は、太陽電池の裏側上に形成された二つの誘電体層を有する太陽電池に言及し、そこでは、背面点接触は、二つの誘電体層を貫通して形成される必要がある。

これから開示される実施形態によると、太陽電池は、該太陽電池の正面側に形成されたｐ−ｎ接合を有しており、且つ、該太陽電池の背面側に形成された二つの誘電体層を有している。このことは、図１に例示されており、そこでは、太陽電池は、基板１００を用いて形成されており、パッシベーション層として機能する第１の誘電体層１０５を形成し、第１の誘電体層１０５の上に第２の誘電体層１１０を形成する。当然であるが、単一の誘電体層又は二つよりも多い誘電体層が形成されてもよく、その方法はまさに同様に作用する。図１に概略的に示されているように、太陽電池の正面側は太陽に対向しており、一方で、裏面又は背面側は太陽から離れる方向に向いている。

背面にホールを形成するための一つのアイデアは、背面に対してシャドウマスクを載置し、プラズマを利用してマスクを介してエッチングによりホールを形成することである。シャドウマスクは、一般的には、シリコン、セラミック、グラファイト、シリコンカーバイドなどのような物質からなるプレートであって、太陽電池の上に載置されている。すなわち、基板上に直接に蒸着又は形成されるフォトレジスト及びその他の種類のマスクと異なって、シャドウマスクは、基板とは分離した物理的な素子であって、使用中、基板の上に機械的に載置され、その後、機械的に除去され得る。シャドウマスク中のホールを介したプラズマエッチングは、非常に低いバイアスレベルを要求する所定のプロセス条件において、基板中にホールを形成するように用いられ得る。しかしながら、誘電体層のエッチングは、通常、シャドウマスク上に大量の熱を生成する高エネルギーイオンを必要とする。シャドウマスクが熱せられるにつれて、シャドウマスクは拡張し、それにより、ホールのパターンはエッチングプロセス中にドリフトする。

エッチング中のマスクパターンのドリフトを回避するために、二段階ステップのマスクプロセスが利用される。シャドウマスクが用いられて、炭素マスク中に整列したホールが形成される。それから、シャドウマスクが除去され、炭素マスクを介して誘電体層中にエッチングによりホールが形成される。炭素層をエッチングすることには、高イオンエネルギーも必要ないし、（誘電体層に対するエッチングと異なり）多くの熱を生成することもないので、シャドウマスクからのホールは、ドリフトすることなく、炭素層に転写される。炭素マスクの場合、誘電体層上に蒸着されて、誘電体層と共に拡張するので、ドリフトが起こらない。

図１に示されるように、ステップ２では、炭素層からなる層１２０が太陽電池の背面側に蒸着される。炭素層は、例えば、化学気相蒸着（ＣＶＤ）、物理気相蒸着（ＰＶＤ）などを用いて、蒸着され得る。一実施形態では、一つ又は複数の炭化水素化合物からなる混合ガスと、該混合ガス中で炭化水素化合物を熱的に分解してアモルファス炭素層を形成する不活性ガスとを加熱することにより、ＣＶＤを用いて、炭素層が蒸着される。適切な炭化水素化合物は、一般式ＣｘＨｙを有するガスを含み、ここで、ｘは２〜４の範囲であり、ｙは２〜１０の範囲である。ガスの混合は、加熱されて約１００℃と７００℃の間の温度になってもよい。

図１を更に参照して、ステップ３では、シャドウマスク１２５が、太陽電池の背面上に載置されて、シャドウマスクを有する太陽電池が、プラズマエッチングチャンバー内に載置される。シャドウマスクの例が図２に示されている。マスク１２５は実質的に薄いプレートであって、該プレートには、マスクが太陽電池に対して整列するときに背面点接触が形成されるべき位置にホール１３０が形成されている。該マスクは、シリコン、セラミック、グラファイト、シリコンカーバイドなどの物質からなり得る。マスクは、太陽電池と同じサイズ及び同じ形状としてもよいし、又は、容易に持つことができるように、太陽電池よりも大きくてもよい。

プラズマは、シャドウマスク内のホール１３０を介して炭素層をエッチングするように用いられる。一実施形態では、炭素層は、臭化水素（ＨＢｒ）、酸素（Ｏ_２）及びアルゴン（Ａｒ）からなるプラズマを用いてエッチングされてもよい。このステップにより、炭素ハードマスクが形成される。シャドウマスクはその後除去され、そして、ステップ４において、プラズマが励起されて、炭素ハードマスク中のホール１３５を介して、誘電体層１０５及び１１０中にエッチングによりホール１４０を形成する。誘電体層のエッチングは、誘電体物質のエッチングに適したプラズマを用いて行ってもよい。例えば、ＣｘＨｙ（Ｃ_２Ｆ_６、ＣＦ_４、Ｃ_４Ｆ_８など）、Ｏ_２及びＮ_２からなるプラズマを用いて、窒化シリコン及び酸化シリコンからなる誘電体層をエッチングすることもできる。

ステップ５では、炭素ハードマスクが除去される。炭素ハードマスク層は、ホール１４０をエッチングにより形成するためのチャンバーと同じ処理チャンバー又は異なる処理チャンバー内で、プラズマを含む酸素に晒すことによって除去されてもよい。別の実施形態では、炭素ハードマスク層は、炭化臭素及び酸素から形成されたプラズマを用いて除去されてもよい。代替として、水素（Ｈ_２）から形成されたプラズマ、又は酸素とアルゴン（Ａｒ）のような希釈ガスとの混合から形成されたプラズマを用いて、炭素ハードマスク層を除去してもよい。

図３は、一実施形態に係る、太陽電池における背面点接触のためのホールを形成するためのシステムを示している。一実施例では、図３のシステムに係る各チャンバーは、複数の太陽電池を同時に処理することができる。コンベヤにより、太陽電池がシステム内に搬入される。太陽電池は、それらが下方を向いている、つまり、太陽に対向することを意味する太陽電池の表面がコンベヤの上で下を向いているように搬入される。太陽電池はロードロックチャンバー３００内に搬入されるが、そこでは該太陽電池が本システムの真空環境内に導入される。太陽電池は、その後、処理チャンバー３０５内に転送されて、そこでは炭素層が太陽電池の背面側に蒸着される。チャンバー３０５は、例えば、ＣＶＤチャンバーであってもよい。太陽電池は、その後、処理チャンバー３１５内に転送されて、そこでは、プラズマが継続されて、シャドウマスク内のホールを介して炭素層をエッチングする。太陽電池は、その後、チャンバー３２０内に転送されて、そこでは、シャドウマスクが太陽電池から機械的に除去される。太陽電池は、その後、処理チャンバー３２５内に転送されて、そこでは、誘電体層が、炭素層中のホールを介してエッチングされる。炭素層は、その後、処理チャンバー３３０内で除去される。代替として、炭素層は、チャンバー３２５内のその場で除去されてもよい。太陽電池は、その後、ロードロック３３５に転送されて、コンベヤ上にアンロードされる。

上述の説明から理解できるように、背面点接触用のホールは、二重のマスクを調整することによって形成される。シャドウマスクは炭素層中にホールを形成するように用いられ、それにより、除去可能な炭素マスクを生成する。絶縁層中のホールは炭素マスクを介してエッチングされ、それにより、ホールの整列は、熱的な拡張を起因とするドリフトを起さない。

本発明は、上述した特別な実施形態を参照しながら説明されてきたが、本発明はそれらに限定されるものではない。具体的には、種々の変形や変更は、付属の請求項によって規定された本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、当業者によって実行され得る。

１００ 基板
１０５ 誘電体層
１１０ 誘電体層
１２０ 炭素層
１２５ シャドウマスク
１３０ ホール
１３５ ホール
１４０ ホール
３００ ロードロックチャンバー
３０５ 処理チャンバー
３１０ チャンバー
３１５ 処理チャンバー
３２０ チャンバー
３２５ 処理チャンバー
３３０ 処理チャンバー
３３５ ロードロック

Claims (15)

1. 背面点接触を形成するために、太陽電池の裏側の誘電体層にホールを形成する方法であって、
   前記裏側に前記誘電体層を有する太陽電池を真空処理システム内に搬入する工程と、
   前記誘電体層上に炭素層を蒸着する工程と、
   前記炭素層の上にシャドウマスクを機械的に載置する工程と、ここで、前記シャドウマスクは、前記背面点接触位置に整列する複数のホールを有しており、
   前記シャドウマスクにおける前記複数のホールを介して、前記炭素層をエッチングするようにプラズマを生成する工程と、
   前記太陽電池から前記シャドウマスクを機械的に除去する工程と、
   前記炭素層を介して、前記誘電体層をエッチングするようにプラズマを生成する工程と、
   前記炭素層を除去する工程とを備える、
   ことを特徴とする方法。
2. 請求項１に記載の方法において、
   前記炭素層を除去する工程は、プラズマを用いて前記炭素層をアッシングする工程を含む、
   ことを特徴とする方法。
3. 請求項２に記載の方法において、
   前記炭素層をアッシングする工程は、前記誘電体層をエッチングするために用いられる同じチャンバー内のその場で実行される、
   ことを特徴とする方法。
4. 請求項２に記載の方法において、
   前記アッシングは、酸素ガス中で実行される、
   ことを特徴とする方法。
5. 請求項１に記載の方法において、
   前記シャドウマスクを載置する工程は、前記太陽電池の裏側に、複数のホールを有する実質的な平坦なプレートを載置する工程を含む、
   ことを特徴とする方法。
6. 請求項５に記載の方法において、
   前記平坦なプレートは、シリコン、セラミック、グラファイト、又はシリコンカーバイドからなる、
   ことを特徴とする方法。
7. 請求項１に記載の方法において、
   前記炭素層を蒸着する工程は、化学気相蒸着チャンバー内で炭化水素ガスを分解する工程を含む、
   ことを特徴とする方法。
8. 請求項７に記載の方法において、
   前記炭化水素ガスは、ＣｘＨｙを含み、ここで、ｘは２〜４の範囲であり、ｙは２〜１０の範囲である、
   ことを特徴とする方法。
9. 請求項７に記載の方法において、
   前記炭化水素ガスを分解する工程は、前記炭化水素ガスを１００℃と７００℃との間の温度に加熱する工程を含む、
   ことを特徴とする方法。
10. 請求項１に記載の方法において、
    前記炭素層をエッチングするようにプラズマを生成する工程は、臭化水素、酸素、及びアルゴンの混合を用いて、前記プラズマを生成する工程を含む、
    ことを特徴とする方法。
11. 背面点接触のために、太陽電池の裏側にホールをエッチングするシステムであって、
    太陽電池を真空環境内に導入するためのロードロックと、
    前記太陽電池の裏側上に炭素層を蒸着するための炭素蒸着チャンバーと、
    前記太陽電池の上にシャドウマスクを機械的に載置するためのマスクローディングチャンバーと、
    前記シャドウマスクを介して、前記炭素層にホールをエッチングするための炭素エッチングチャンバーと、
    前記炭素層を介して、前記太陽電池の誘電体層にエッチングによりホールを形成するための誘電体層エッチングチャンバーと、
    前記太陽電池から前記シャドウマスクを機械的に除去するためのマスクアンローディングチャンバーと、
    前記真空環境から前記太陽電池を除去するためのアンロードロックとを備える、
    ことを特徴とするシステム。
12. 請求項１１に記載のシステムにおいて、
    前記誘電体層にホールをエッチングした後に、前記炭素層を除去するための炭素アッシングチャンバーとを備える、
    ことを特徴とするシステム。
13. 請求項１１に記載のシステムにおいて、
    前記炭素蒸着チャンバーは、化学気相蒸着チャンバーを含む、
    ことを特徴とするシステム。
14. 請求項１３に記載のシステムにおいて、
    前記化学気相蒸着チャンバーは、プラズマ強化化学気相蒸着チャンバーを含む、
    ことを特徴とするシステム。
15. 請求項１１に記載のシステムにおいて、
    前記炭素エッチングチャンバー及び前記誘電体層エッチングチャンバーの各々は、反応性イオンエッチングチャンバーを含む、
    ことを特徴とするシステム。