JP2013503475A - 太陽電池およびこのような太陽電池の製造方法 - Google Patents
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Abstract
前部表面2と後部表面3を有する第１の導電型の半導体基板1から太陽電池を製造する方法100;100a;100b;100cである。方法は次の順序において、表面加工された前部表面2aを生成するため前部表面を表面加工し102、第１の導電型のドープ剤の拡散により、表面加工された前部表面に第１の導電型のドープされた層2cと、後部表面に第１の導電型の後部表面フィールド層4を生成し103、表面加工された前部表面のテクスチャを維持するように適合されたエッチングプロセスにより表面加工された前部表面から第１の導電型のドープされた層を除去し105;104a、表面加工された前部表面への第２の導電型のドープ剤の拡散によって、表面加工された前部表面上に第２の導電型の層6を生成する106ステップを含んでいる。
【選択図】図１６
【選択図】図１６
Description
本発明は太陽電池に関する。さらに本発明はこのような太陽電池の製造方法に関する。
このような太陽電池はｐまたはｎ型のベースを有する太陽電池に関する。
太陽電池は半導体基板、例えばシリコンを具備し、これは後側をｐまたはｎ型の後部表面フィールド（ＢＳＦ）層で被覆され、前側をベース層の導電型と反対の導電型のエミッタ層により被覆されている。基板の前側は太陽電池の使用期間中に光源方向を指向されるように構成されている。
従来技術ではｐまたはｎ型の後部表面フィールド層（ＢＳＦ層）は例えばスクリーン印刷プロセス（だけでなくＰＯＣｌ３、対面環状炉拡散、吹付け塗装、スピンコーティング等が使用されることができる）により製造される。スクリーン印刷プロセス中に、ドープ剤エレメントとしてｐまたはｎ型のエレメントを含むペーストが基板の後側表面に印刷される。次に第１の拡散プロセスが実行され、ここでは印刷されたペーストを有する基板はｐまたはｎ型のエレメントを基板へ拡散するために加熱され、それによってｐまたはｎ型のＢＳＦ層を形成する。このような熱処理は典型的にインライン拡散炉で実行される。それに続いて、前側で反対の導電型の層が第２の拡散炉で実行される第２の拡散プロセスにより形成される。代わりに、エミッタ層が最初に生成され、それに続いてＢＳＦベース層が生成されることができる。
従来技術の製造プロセスは幾つかの欠点を有する。後側にＢＳＦ層を形成するためのスクリーン印刷方法は前側に対するドープ剤ソースの寄生的拡散または波及により前側の汚染を生じる可能性がある。前側上のドープ剤の寄生的拡散はエミッタ層について不均一なドープ剤濃度プロフィールを生じ、太陽電池の効率に悪影響する。分流または高い逆電流はその典型的な影響である。さらにスクリーン印刷は基板を破損する可能性が比較的高いので製造プロセスの生産性を減少させる。
また、ｎ型のドープ剤として燐を使用するｎ型のＢＳＦ層では、片面の拡散は基板からの不純物のゲッター効率を低下させる。
本発明の目的は前述の欠点を克服または減少するｐまたはｎ型のベースを有する太陽電池を製造する方法を提供することである。
本発明の第１の特徴によれば、この目的は第１の前部表面と後部表面を有する第１の導電型の半導体基板から太陽電池を製造する方法により実現され、その方法は以下の順番で、
表面加工された前部表面を生成するため前部表面を表面加工し、
第１の導電型のドープ剤の拡散によって、表面加工された前部表面に第１の導電型のドープされた層と、後部表面に第１の導電型の後部表面フィールド層を生成し、
表面加工された前部表面のテクスチャを保持するように構成されたエッチングプロセスによって、表面加工された前部表面から第１の導電型のドープされた層を除去し、
第２の導電型のドープ剤を表面加工された前部表面に拡散することによって、表面加工された前部表面上に第２の導電型の層を生成するステップを含んでいる。
表面加工された前部表面を生成するため前部表面を表面加工し、
第１の導電型のドープ剤の拡散によって、表面加工された前部表面に第１の導電型のドープされた層と、後部表面に第１の導電型の後部表面フィールド層を生成し、
表面加工された前部表面のテクスチャを保持するように構成されたエッチングプロセスによって、表面加工された前部表面から第１の導電型のドープされた層を除去し、
第２の導電型のドープ剤を表面加工された前部表面に拡散することによって、表面加工された前部表面上に第２の導電型の層を生成するステップを含んでいる。
この方法は個々の太陽電池間で変化が少ない強化された製造を行う利点があり、シリコン基板の１表面から別の表面への、特にＢＳＦ側からエミッタ側への寄生ドーピング（ｐ型またはｎ型の何れか一方）はこの方法によって容易に阻止されることができる。また、スクリーン印刷ステップは省略され、破損による生産損失を減少する。さらに前部表面と後部表面の両者における燐の２面拡散はシリコン基板からの不純物除去の改良を可能にする。
１実施形態では、本発明は前述したような方法に関し、この方法は表面加工された前部表面を生成するための前部表面の表面加工は表面加工された後部表面を生成するための後部表面の表面加工を含んでいる。
１実施形態では、本発明は前述した方法に関し、ここで後部表面フィールド層の生成の前に半導体基板の表面加工された後部表面が研磨される。
１実施形態では、本発明は前述したような方法に関し、第１の導電型のドープ剤の拡散期間中に、第１の導電型の前駆物質からの、ドープ剤を含んだ硝子質層の前部表面と後部表面上における形成を含んでおり、ドープ剤を含んだ硝子質層は半導体基板のドープ剤ソースとして作用する。
１実施形態では、本発明は前述したような方法に関し、表面加工された前部表面から第１の導電型のドープされた層を除去することに先行して、前部表面と後部表面からドープ剤を含んだ硝子質層を除去するステップを含んでいる。
１実施形態では、本発明は前述したような方法に関し、片面のエッチングプロセスにおいて、表面加工された前部表面から第１の導電型のドープされた層を除去しながら、前部表面からドープ剤を含んだ硝子質層を除去するステップを含んでいる。
１実施形態では、本発明は前述したような方法に関し、片面のエッチングプロセスにおいて、前部表面からのドープ剤を含んだ硝子層の除去と、表面加工された前部表面からの第１の導電型のドープされた層の除去後に、後部表面からドープ剤を含んだ硝子質層を除去するステップを含んでいる。
１実施形態では、本発明は前述したような方法に関し、表面加工された前部表面からの第１の導電型のドープされた層の除去に先行して、
前部表面と後部表面からドープ剤を含んだ硝子質層を除去し、
後部表面フィールド層上に保護層を生成するステップを含んでいる。
前部表面と後部表面からドープ剤を含んだ硝子質層を除去し、
後部表面フィールド層上に保護層を生成するステップを含んでいる。
１実施形態では、本発明は前述したような方法に関し、
表面加工された前部表面における第１の導電型のドープされた層と、後部表面における第１の導電型の後部表面フィールド層を生成後、片面のエッチングプロセスにおいて、第１の導電型のドープされた層を表面加工された前部表面から除去しながらドープ剤を含んだ硝子質層を前部表面から除去する前に、保護層を後部表面フィールド層上に生成するステップを含んでいる。
表面加工された前部表面における第１の導電型のドープされた層と、後部表面における第１の導電型の後部表面フィールド層を生成後、片面のエッチングプロセスにおいて、第１の導電型のドープされた層を表面加工された前部表面から除去しながらドープ剤を含んだ硝子質層を前部表面から除去する前に、保護層を後部表面フィールド層上に生成するステップを含んでいる。
１実施形態では、本発明は前述したような方法に関し、
片面のエッチングプロセスにおいて第１の導電型のドープされた層を表面加工された前部表面から除去しながらドープ剤を含んだ硝子質層を前部表面から除去した後、表面加工された前部表面上における第２の導電型の層の生成に先行して、
保護層及びドープ剤を含んだ硝子質層を後部表面から除去するステップを含んでいる。
片面のエッチングプロセスにおいて第１の導電型のドープされた層を表面加工された前部表面から除去しながらドープ剤を含んだ硝子質層を前部表面から除去した後、表面加工された前部表面上における第２の導電型の層の生成に先行して、
保護層及びドープ剤を含んだ硝子質層を後部表面から除去するステップを含んでいる。
１実施形態では、本発明は前述したような方法に関し、それにおいて保護層はアルミニウム酸化物（Ａｌ２Ｏ３）、シリコン窒化物（ＳｉＮｘ）、誘電体およびレジストのグループから選択された少なくとも１つの材料を含む被覆層を具備している。
１実施形態では、本発明は前述したような方法に関し、それにおいて第１の導電型のドープ剤の拡散により後部表面フィールド層を生成するステップは、上昇された温度において第１の導電型の前駆物質に対する後部表面の露出を含んでいる。
１実施形態では、本発明は前述したような方法に関し、第１の導電型の前駆物質は第１の導電型のドープ剤を含み、前駆物質は気体の前駆物質、液体の前駆物質、ペースト状の前駆物質及びプラズマ前駆物質のうちの１つから選択されている。
１実施形態では、本発明は前述したような方法に関し、第１の導電型のドープ剤の拡散は０．７ミクロンまたはそれ未満の第１の導電型のドープされた層の厚さを表面加工された前部表面に生成するように最適化されている。
１実施形態では、本発明は前述したような方法に関し、それにおいて第１の導電型のドープ剤の拡散は０．３ミクロンまたはそれ未満の第１の導電型のドープされた層の厚さを表面加工された前部表面に生成するように最適化されている。１実施形態では、本発明は前述したような方法に関し、第２の導電型のドープ剤の拡散により第２の導電型の層を表面加工された前部表面上に生成するステップは上昇された温度において表面加工された前部表面を第２の導電型の前駆物質に対して露出するステップを含んでいる。
１実施形態では、本発明は前述したような方法に関し、それにおいて第２の導電型の前駆物質は気体の前駆物質であり、気体の前駆物質は第２の導電型のドープ剤を含んでいる。
１実施形態では、本発明は前述したような方法に関し、それにおいて第１の導電型はｎ型であり、第２の導電型はｐ型であり、或いは第１の導電型はｐ型であり、第２の導電型はｎ型である。
１実施形態では、本発明は前述したような方法に関し、第１の導電型のドープされた層の厚さは表面加工された前部表面上のテクスチャ特性の平均的高さよりも小さい。
１実施形態では、本発明は前述したような方法に関し、それにおいて表面加工された前部表面上のテクスチャ特徴の平均的な高さは約２ミクロン以上であり、第１の導電型のドープされた層の厚さは約０．７ミクロンまたはそれ未満である。
１実施形態では、本発明は前述したような方法に関し、それにおいて表面加工された前部表面上のテクスチャ特性の平均的な高さは約２ミクロン以上であり、第１の導電型のドープされた層の厚さは約０．３ミクロンまたはそれ未満である。
１実施形態では、本発明は前述したような方法に関し、表面加工された前部表面のテクスチャを維持するように適合されたエッチングプロセスはエッチング剤を使用して片面の湿式化学プロセスにより行われる。
１実施形態では、本発明は前述したような方法に関し、エッチング剤は半導体表面を表面加工するためのコンポーネントを有している。
１実施形態では、本発明は前述したような方法に関し、それにおいてエッチング剤はさらに半導体表面を研磨するためのコンポーネントを含んでいる。
１実施形態では、本発明は前述したような方法に関し、それにおいて表面加工された前部表面のテクスチャを維持するように適合されたエッチングプロセスは乾式エッチング方法により行われる。
１実施形態では、本発明は前述したような方法に関し、それにおいて表面加工された前側からの第１の導電型のドープされた層の除去と、前部表面からのドープ剤を含んだ硝子質層の除去は、表面加工された前部表面のテクスチャを維持するように適合されたエッチングプロセス期間中に行われる。
１実施形態では、前述の方法はさらに表面加工された前部表面を部分的に平滑にする処理を含んでいる。
部分的な平滑化はＨＦおよび／またはＨＮＯ３を含む液体によるエッチングによって行われることができる。部分的な平滑化は例えば約５０ｎｍ−２μｍの平均的厚さの層を除去する結果を生じる。
さらにこの方法はこれらの表面上のテクスチャ特徴が（僅かにでも）平滑化されるとき、ドープされた層を有する表面の改良された表面パッシベーションにより太陽電池のより高い効率を生じる利点がある。
また、本発明は表面加工された前部表面と後部表面を有する第１の導電型の半導体基板を具備する太陽電池に関し、表面加工された前部表面は第２の導電型のドープ層を有し、ここで後部表面は第１の導電型の表面フィールド層を有している。
１実施形態では、本発明は前述した太陽電池に関し、ここで表面加工された前部表面は５０乃至５００ｎｍの範囲から選択された幅の中間谷を備えた前部表面を含むピラミッド形態を有している。
１実施形態では、本発明は前述した太陽電池に関し、ここで表面加工された前部表面は２５乃至２５０ｎｍの範囲から選択された半径の曲率を有する谷を有する。
さらに別の実施形態は添付の従属請求項により規定されている。
本発明の実施形態を添付の概略図面を参照して、単なる例示により説明し、図面では対応する参照符号は対応する部分を示している。
図１は本発明の第１の特徴による太陽電池の製造方法のフロー図を示している。
図１は本発明の第１の特徴による太陽電池の製造方法のフロー図を示している。
第１の特徴によれば、方法はｐ型またはｎ型のベースを有する太陽電池を製造するためのプロセスのシーケンス100を含んでいる。
以下、ｎ型のベースを有する太陽電池のシーケンス100を説明する。
単結晶または多結晶の半導体基板、即ちｎ型の導電性を有するシリコン基板が太陽電池の前駆物質として設けられる。シリコン基板は前部表面２と後部表面３を有する。前部表面は太陽電池の使用期間中に光を受けるための表面として構成される。
別の実施形態では、シリコン基板はｐ型の導電性を有するようにドープされる。
図５は太陽電池を製造するためのシリコン基板の断面図を示している。
図１を再度参照すると、次のプロセス102で、方法は表面加工される表面をテクスチャエッチング剤へ露出することによってシリコン基板１の表面２、３の表面加工を行う。
前部表面２は表面の低反射を生じる表面トポグラフィ（テクスチャ特性とも呼ばれる）を生成するように表面加工される。例えば表面加工の方法はテクスチャ特徴として大きいピラミッド（例えば平均的なピラミッドの高さは約２ミクロン以上）を表面上に得るように調節されることができる。
この方法では、表面加工プロセスはドープされた表面層を後に除去するステップの後に低い反射性を維持するように調節されることができる。後部表面３は表面の低い反射性を生じる表面トポグラフィ（テクスチャ特性とも呼ばれる）を生成するように表面加工されるか、または高い反射性を生じる表面トポグラフィを生成するように研磨される。
後部表面３の表面加工された表面は表面加工された前部表面２と同一である必要はない。
前部表面２ａ上に片面方法で、または前部表面２ａと後部表面３ａの両者上に両面方法で表面テクスチャを生成することが可能である。
両面の表面加工の場合、後部表面３ａはテクスチャを除去し光学的及びパッシベーション特性の改良のために片面の研磨エッチングステップで研磨されることができる。
付加的に、プロセス102では、表面加工は鋸歯状の損傷除去のためにエッチングプロセスと組み合わせられることができる。鋸歯状の損傷除去と表面加工との組合せはシリコンインゴットからスライスした後、事前に研磨されていないシリコン基板に有効である。その代わりに、表面加工102は鋸歯状の損傷除去のためのこのようなエッチングプロセスにより先行されることもできる。
図６の（ａ）および（ｂ）はテクスチャ生成後の太陽電池の断面を示している。
前述したようにプロセス102では、テクスチャは表面加工される表面をテクスチャエッチング剤に対して露出することにより生成される。このような表面加工剤はアルカリまたは酸の溶液であってもよいが、乾式エッチング用のプラズマであることもできる。
図６の（ａ）は前部表面２ａと後部表面３ａ上にテクスチャを生成した後の太陽電池の断面を示している。図６の（ｂ）に示されているように、代わりに前部表面２ａ上のみに片面方法でテクスチャを生成することが可能である。
さらに別の実施形態では、代わりに、前部表面２aと後部表面３aで２つの片面方法で最初にテクスチャを生成し、その後表面加工された後部表面３aを研磨することによって前部表面２a上で片面方法でテクスチャを生成することが可能である。
再度図１を参照すると、それに続くプロセス103で、後部表面フィールド（ＢＳＦ）層４は後部表面３；３ａへのｎ型のドープ剤の拡散により生成され、ドープされた層２ｃは表面加工された前部表面２へのｎ型のドープ剤の拡散により生成される。ドープされた層２ｃは後部表面３；３ａ上のＢＳＦ層４と同じ導電型を有する。
１実施形態では、プロセス103は上昇された温度で管状炉中で気体のｎ型の前駆物質へ後部表面３；３ａを露出することを含んでいる。ｎ型の前駆物質はｎ型のドープ剤を含んでいる。例示的なケースでは、ｎ型のドープ剤は燐であり、気体のｎ型の前駆物質はＰＯＣｌ３（塩化ホスホリル）を含んでいる。シリコン基板の後部表面上では、燐を含む硝子層（ＰＳＧ）５がＢＳＦ層の形成期間中に形成される。ＰＳＧ層５はシリコン基板１のドープ剤ソースとして作用する。
プロセス103はドープされた層２ｃとＢＳＦ層４がそれぞれの表面の表面加工された形状と適合する方法でそのプロセスパラメータにより制御される。そのために、ドープされた層２ｃとＢＳＦ層の厚さは表面上のテクスチャ特性の高さよりも小さいように構成されている。
他の拡散方法、例えばベルト炉、および拡散源、例えば噴霧、蒸気、回転、印刷等により与えられる燐酸を含んだ液体、或いはプラズマ注入ドーピングが使用されることができる。
別の実施形態では、ＢＳＦ層４の生成は前部を向かい合わせた構造で行われる。これは処理能力を増加し、表面加工された前部表面をドープ剤から部分的にスクリーニングする。
図７は後部表面フィールド層の生成のためのプロセス103後の太陽電池の断面図を示している。
シリコン基板１の前部表面２と後部表面３の両者におけるその後のプロセス103では、ｎ型のドープされた層２ｃとＢＳＦ層４はそれぞれ、ｎ型のドープ剤ソースから基板１の前部及び後部表面へのｎ型のドープ剤の拡散により生成される。
後部表面３；３ａ上でＢＳＦ層４が形成される。表面加工された前部表面２ａ上でｎ型のドープされた層２ｃが形成され、これはインターフェース２ｂまで基板１へ延在する。ｎ型のドープされた層２ｃの厚さはテクスチャ特性の高さよりも小さいことに注意すべきである。この方法で、ｎ型のドープされた層２ｃの形状は表面テクスチャと適合され、即ちインターフェース２ｂもテクスチャを有する。
ｎ型のドープ剤が燐である実施形態では、表面加工された前部表面とシリコン基板の後部表面上で、燐を含んだ硝子層（ＰＳＧ）５がＢＳＦ層とｎ型のドープされた層２ｃの形成期間中に形成される。
ＢＳＦ拡散のパラメータはＰＳＧ層の厚さを制御するため例えば酸素またはＰＯＣｌ３の増加によって、或いは水蒸気の付加によって特別に調節されることができる。
１実施形態では、拡散プロセスは上昇された温度で実行されることができ、これは例えば使用される材料に応じて、適用されている特別な拡散プロセスに適切である任意の適切な上昇された温度であることができる。上昇された温度は上昇された温度が適用される時間期間にも基づくことができる。通常、上昇された温度は約６００乃至約１２００℃、或いは約７８０乃至１２００℃であることができる。ＰＳＧ層５はシリコン基板１のドープ剤ソースとして作用する。
１実施形態では、燐（第１の導電型のドープ剤）の拡散は約０．７ミクロンの後部表面フィールド層とｎ型のドープされた層２ｃ（第１の導電型のドープ剤を含む拡散された層）との厚さを生成するように最適化される。
別の実施形態では、浅い後部表面フィールド層と浅いｎ型のドープされた層２ｃが生成される。燐（第１の導電型のドープ剤）の拡散はその後ＢＳＦ層とｎ型のドープされた層２ｃについて０．３ミクロン以下の厚さを生成するように最適化される。テクスチャを保持する能力はｎ型のドープされた層２ｃの厚さによりある程度まで決定されるので、浅いｎ型のドープされた層２ｃ（約０．３ミクロン以下の厚さ）では、テクスチャはより十分に保持されることができ、前部表面の反射性はより厚いｎ型のドープされた層(例えば約０．７ミクロンの厚さ)ではさらに低い可能性がある。
図７で、後部表面が平坦であり、表面加工されていない実施形態が示されている。当業者はプロセス103がまた表面加工された後部表面３ａを具備する基板上で実行されることができることを認識するであろう。
図１を再度参照すると、後続するプロセス104で、方法は湿式または乾式エッチングによって、ｎ型のドープされた層２ｃおよび４を被覆するＰＳＧ層のような層を表面加工された前部表面２ａからおよび後部表面４から除去する。
図８はプロセス104後の太陽電池の断面を示している。
プロセス104の処理期間中、方法は後部表面および表面加工された前部表面上のドープされた層からＰＳＧ層のような任意の上部層の除去を行う。
前部表面上で、ｎ型のドープされた層２ｃはＰＳＧ層のような上部層の除去後に露出される。後部表面上では、後部表面フィールド層４はＰＳＧ層の除去後に露出される。
ＰＳＧ層の除去は後部表面における半導体表面を露出し、後側を疎水性にするので、（以下詳細に説明するように）ｎ型のドープされた層２ｃを除去するためのさらに別の片面のエッチングプロセスで、エッチング液が後部表面を濡らすことを有効に防止する。
図１を再度参照すると、その後のプロセス105で、方法はエッチング剤により表面加工された前部表面２ａから除去するためｎ型のドープされた層２ｃのエッチングを行う。エッチング剤は第２の表面加工された前部表面２ｂの低反射性を維持するために前部表面（第２の表面加工された前部表面２ｂ）のテクスチャを維持するように選定される。これは前部表面上のｎ型のドープされた層２ｃの形状が本来の表面加工された前部表面のテクスチャと適合するならば満たされることができる。
このようなエッチング剤は単結晶または多結晶の基板の場合、アルカリエッチング剤であることができる。
１実施形態では、アルカリエッチング剤の表面加工成分は水酸化カリウムまたは水酸化ナトリウムのような水溶性のアルカリ成分を含んでいる。さらに別の実施形態では、アルカリエッチング剤はイソプロパノールのような１以上の添加物を含んでいる。
代わりに、エッチング剤は酸性のエッチング剤であってもよく、これは単結晶と多結晶の両者の表面加工された表面で使用されることができる。酸性のエッチング剤は随意選択的に僅かな研磨を行うように構成されることができ、或いは（第２の）表面加工された前部表面２ｂの微細なテクスチャを増加するためにさらに表面加工するように構成されることができる。
１実施形態では酸性エッチング剤の研磨成分は、酸化された表面層を生成するための酸化成分と、酸化された表面層をエッチングするための酸化物エッチング剤とを含んでいる。１例では、酸化成分は硝酸（ＨＮＯ３）であり、酸化物エッチング剤はフッ素酸（ＨＦ）である。さらに別の例では、酸化成分は水または酢酸のような添加物も含む。
表面加工された前部表面からのシリコンの除去は典型的に約０．１ミクロン乃至約２ミクロンである。これはｎ型のドープ剤の層２ｃの厚さ、即ち前部表面へのドープ剤の濃度プロフィールの拡張に基づいている。これは代わりにＢＳＦ拡散プロセスの温度および処理期間のようなプロセスパラメータにしたがっている。
この実施形態では、エッチングは片面のエッチングとして行われ、エッチング液が後部表面は濡らさないで前部表面だけ、或いは後部表面の非常に僅かなエッジ領域のみを濡らすことを意味している。
代わりに、エッチングは乾式プラズマエッチングステップにより行われてもよい。
実験的に、テクスチャはｎ型のドープされた層２ｃのエッチング期間中に維持されたことが証明された。１０００ｎｍの波長における表面加工された前部表面の光ビームの光学的反射は、第１の導電性のドープされた層の除去後、５％未満、好ましくは３％未満増加する。
図９はプロセス105後の太陽電池の断面を示している。
プロセス105の期間に、前部表面から露出されたｎ型のドープされた層２ｃはエッチングプロセスにより除去される。エッチングプロセスは第２の表面加工された前部表面２ｂの低反射を維持するために表面加工された前部表面（エッチング後の第２の表面加工された前部表面２ｂ）のテクスチャを維持するように構成される。
図１を再度参照すると、次のプロセス106で、方法は第２の表面加工された前部表面２ｂ上にｐ型（エミッタ）層６を生成する。この第２の表面加工された前部表面２ｂはｐ型ドープ剤に対して上昇された温度で露出される。
ｐ型のドープ剤は例えばホウ素である。ｐ型のドープ剤は気体のｐ型の前駆物質、例えばホウ素を含んだガス、例えばＢＢｒ３（三臭化ホウ素）であってもよい。
１実施形態では、上昇された温度は例えば使用される材料に応じて適用されている特別な拡散プロセスで適切である任意の適切な上昇された温度であることができる。上昇された温度はその上昇された温度が適用される時間期間にも基づくことができる。通常、上昇された温度は約７００乃至約１２００℃、または約７８０乃至１２００℃である。
拡散駆動プロセスであるエミッタ層６を生成するためのプロセス106の期間中、ホウ素を含む硝子質層（ＢＳＧ層）７は第２の表面加工された前部表面２ｂ及び後部表面４上に形成される。
後部表面上のＢＳＦ層４はさらに共拡散され、即ち前部表面上のｐ型のエミッタ層の形成と同時にＢＳＦ層からさらに深くシリコン基板までのｎ型のドープ剤の拡散により成長することに注意する。
１実施形態では、共拡散後、ＢＳＦ層は約２０乃至約３０オーム／平方のシート抵抗を有し、エミッタ層は約５０乃至約７０オーム／平方のシート抵抗を有する。
別の実施形態では、共拡散後、ＢＳＦ層は約５乃至約１００オーム／平方のシート抵抗を有し、エミッタ層は約５０乃至約１５０オーム／平方のシート抵抗を有する。
別の実施形態では、拡散は後部を向かい合わせた形態で行われる。これは処理能力を増加し、ドープ剤からの後部表面の部分的なスクリーニングを行う利点がある。
しかしながら、太陽電池の効率では、ＢＳＦはエミッタよりも高いドーピングレベルを有することが有効であることにも注意する。それに付随して、エミッタ拡散がＢＳＦの上部で行われるならば、これは通常、ＢＳＦ層でのドープ剤レベルを十分に補償しない。それ故、エミッタ拡散期間中にＢＳＦの上部に（ＰＳＧ、またはＳｉＮｘ等の誘電体被覆のような）保護層を有することは通常必要ではない。しかしながら、エミッタ拡散によるＢＳＦの部分的な補償はＢＳＦによる電界効果パッシベーションを減少できる。このような効果を阻止するため、ＢＳＦの上部のエミッタ拡散を阻止または最小にするように図３に関して説明したような保護層を使用できる。さらに、ＢＳＦのより高いドーピングレベルは後側の電界効果パッシベーションを強化し、その一方でエミッタのより高いドーピングレベルは再結合損失を強化できる。
図１０はプロセス106後の太陽電池の断面を示している。
プロセス106の期間中、方法は第２の表面加工された前部表面２ｂ中の拡散によりｐ型（エミッタ）層６の生成を行う。
第２の表面加工された前部表面２ｂはｐ型のドープ剤、例えばホウ素に露出される。ｐ型のドープ剤はホウ素を含んだ気体、例えばＢＢｒ３であってもよい。ホウ素を含んだ硝子質層（ＢＳＧ層）７は表面加工された前部表面２ｂと後部表面上の後部表面フィールド層４に形成される。
ｐ型層６の生成は種々の拡散方法、例えば管状或いはベルト炉と、噴霧、蒸気、回転、印刷等或いはプラズマ注入ドーピングにより与えられる拡散ソース、例えばホウ酸を含んだ液体により行われることができることに注意する。
図１を再度参照すると、次にプロセス107で、方法は第２の表面加工された前部表面２ｂからのＢＳＧ層７の除去とｐ型のエミッタ層の露出を行う。さらに方法は後部表面上の後部表面フィールド層４からのＢＳＧ層７を除去し、ＢＳＦ層を露出させる。
前述したようなプロセスのシーケンス後、方法は後部表面３；３ａ上のｎ型の後部表面フィールド層４と、第２の表面加工された前部表面２ｂ上のｐ型のエミッタ層６を具備するシリコン基板を与える。
図１１はプロセス107の後の太陽電池の断面を示している。
プロセス107の処理期間中、ＢＳＧ層７は第２の表面加工された前部表面のｐ型のエミッタ層６および後部表面フィールド層４からエッチングによって除去される。この段階の太陽電池はシリコン基板１と、基板の後部表面３上の後部表面フィールド層４と、基板の表面加工された前部表面２ｂ上のｐ型のエミッタ層６とを具備している。
太陽電池の製造プロセスは保護及び反射防止被覆の付着、金属化パターンのスクリーン印刷、接合分離等のような最新技術で知られている方法で完了されることができる。
図２は本発明の第２の特徴により太陽電池を製造するための方法100aのフロー図を示している。
図２では、先の図面で示されている番号と同じ参照符号のエンティティは対応するエンティティを指している。
この特徴によれば、順次、プロセス101、102、103（即ち半導体基板を与え、半導体基板の少なくとも前部表面を表面加工し、表面加工された前部表面と後部表面上に後部表面フィールド層を生成する）を行った後、方法はプロセス104aにおいて、片面のエッチングプロセスにより、表面加工された前部表面からＰＳＧ層５を除去し、表面加工された前部表面からｎ型のドープされた層２ｃを除去するステップを含んでいる。
図１２は第２の特徴によるプロセス104a後の太陽電池の断面図を示している。
図１２では、先の図面で示されている番号と同じ参照符号のエンティティは対応するエンティティを指している。
プロセス104aの後、二次的な表面加工された前部表面２ｂが露出されるが、後部表面３上では後部表面フィールド層４が半導体１上に直接存在する。後部表面フィールド層４は後部表面ＰＳＧ層５によって被覆される。
再度図２を参照すると、プロセス104aの後それに続くプロセス105aでは方法は後部表面フィールド層４を露出するために後部表面からＰＳＧ層５の除去を行う。
図１３はプロセス105aの後の太陽電池の断面図を示している。
次に、本発明の第２の特徴による方法は図１、１０、１１を参照して前述したようにプロセス106と107に続く。
図３は本発明の第３の特徴による太陽電池を製造するための方法100bのフロー図を示している。
図３では、先の図面で示されている番号と同じ参照符号のエンティティは対応するエンティティを指している。
この特徴によれば、順次、プロセス101、102、103、104（即ち半導体基板を与え、半導体基板の少なくとも前部表面を表面加工し、表面加工された前部表面と後部表面上に後部表面フィールド層を生成し、表面加工された前部表面と後部表面からＰＳＧ層を除去する）を行った後、方法はプロセス108aにおいて、後部表面フィールド層４上に保護層５aを生成することを含んでいる。
図１４は第３の特徴によるプロセス108aの後の太陽電池の断面図を示している。
図１４では、先の図面で示されている番号と同じ参照符号のエンティティは対応するエンティティを指している。
プロセス108aの後、半導体基板１の後部表面３は後部表面フィールド層４により被覆される。後部表面フィールド層は保護層５aにより被覆される。表面加工された前部表面２上で、半導体基板１はｎ型のドープされた層２ｃにより被覆される。
１実施形態では、方法は後部表面フィールド層４上に保護層５ａとして被覆層の付着を行う。このような被覆層はアルミニウム酸化物（Ａｌ２Ｏ３）、シリコン窒化物（ＳｉＮｘ）または別の誘電体を含むことができる。
図３を再度参照すると、後部表面フィールド層上に保護層５ａを生成するためのプロセス108aの後、方法は保護層が後部方面フィールド層を被覆するので、図１を参照して前述したような片面のエッチングプロセスによって、または両面のエッチングプロセスによって表面加工された前部表面からｎ型のドープされた層２ｃを除去するためのプロセス105に続く。その結果は図１５に示されており、図１５はプロセス105の後の太陽電池の断面図を示している。
表面加工された前部表面からｎ型のドープされた層２ｃを除去するためのプロセス105の後、半導体基板１の後部表面３は後部表面フィールド層４により被覆される。後部表面フィールド層は保護層５ａにより被覆される。二次的な表面加工された前部表面２ｂは自由に露出される。
次に、本発明の第３の特徴による方法は図１、１０、１１を参照して前述したようにプロセス106と107に続く。
図４は本発明の第４の特徴により太陽電池を製造するための方法100cのフロー図を示している。
図４では、先の図面で示されている番号と同じ参照符号のエンティティは対応するエンティティを指している。
この特徴によれば、順次、プロセス101、102、103（即ち半導体基板を与え、半導体基板の少なくとも前部表面を表面加工し、表面加工された前部表面と後部表面上に後部表面フィールド層を生成する）が行われた後、方法は、半導体基板の後部表面上のＰＳＧ層５上に直接保護層５aを生成する処理を含んでいる。
１実施形態では、方法はＰＳＧ層５上に保護層５ａとして被覆層の付着を行う。このような被覆層はアルミニウム酸化物（Ａｌ２Ｏ３）、シリコン窒化物（ＳｉＮｘ）、または別の誘電体またはレジスト等を具備することができる。
この第４の特徴によれば、半導体基板の後部表面上のＰＳＧ層５は保護層５ａの生成前には除去されない。
図１６は第４の特徴によるプロセス108b後の太陽電池の断面図を示している。
図１６では、先の図面で示されている番号と同じ参照符号のエンティティは対応するエンティティを指している。
プロセス108bの後、半導体基板１の後部表面３は後部表面フィールド層４により被覆される。後部表面フィールド層自体はＰＳＧ層５により被覆される。後部表面フィールド層４上のＰＳＧ層５は保護層５ａにより被覆される。表面加工された前部表面２上で、半導体基板１はｎ型のドープされた層２ｃにより被覆されている。
半導体基板の表面加工された前部表面はｎ型のドープされた層２ｃにより被覆され、ｎ型のドープされた層２ｃ自体は前側のＰＳＧ層５により被覆される。
図４を再度参照すると、後部表面フィールド層４上に保護層５ａを生成するためのプロセス108bの後、方法は片面のエッチングプロセスによって、または両面のエッチングプロセスによって表面加工された前部表面からＰＳＧ層５を除去し、表面加工された前部表面からｎ型のドープされた層２ｃを除去するためのその後のプロセス104aを継続する。
図１７は第４の特徴によるプロセス104aの後の太陽電池の断面図を示している。図１７では、先の図面で示されている番号と同じ参照符号のエンティティは対応するエンティティを指している。
プロセス104aの後、半導体基板１の後部表面３は依然として後部表面フィールド層４により被覆されている。後部表面フィールド層自体はＰＳＧ層５により被覆されている。後部表面フィールド層４上のＰＳＧ層５は保護層５ａにより被覆されている。プロセス104aにおける表面加工された前部表面からのＰＳＧ層５とｎ型のドープされた層２ｃの除去後、半導体基板１の表面加工された前部表面２は露出される。
図４を再度参照すると、表面加工された前部表面からＰＳＧ層５とｎ型のドープされた層２ｃを除去するためのプロセス104aの後、方法は後部表面フィールド層４から保護層５aとＰＳＧ層５を除去するためのさらに別のプロセス109に継続する。
図１８は第４の特徴によるプロセス109の後の太陽電池の断面図を示している。
図１８では、先の図面で示されている番号と同じ参照符号のエンティティは対応するエンティティを指している。
プロセス109の後、半導体基板１の後部表面３は後部表面フィールド層４により被覆されている。二次的な表面加工された前部表面２ｂは自由に露出される。
次に、本発明の第４の特徴による方法は図１、１０、１１を参照して前述したようにプロセス106と107に続く。
ｐ型の導電性の後部表面フィールドＢＳＦ層と前部表面上のｎ型のドープ剤層を得るために、プロセス103がホウ素のようなｐ型のドープ剤で実行され、プロセス106は燐のようなｎ型のドープ剤で実行されることに注意する。
当業者に認識されるように、導電型を逆にすることにより、前述した順序でのＰＳＧ層５とＢＳＧ層７の形成及び除去は逆にされ、適合される必要がある。
さらに別の実施形態では、表面加工された前部表面２ａは部分的に平滑化される。
部分的な平滑化は前部表面の表面加工102と、表面加工された前部表面上のエミッタ層の生成106との間の処理ステップで行われることができる。
例えば部分的な平滑化は前部表面の表面加工102の後に直接的に、またはより好ましくは表面加工された前部表面上でのエミッタ層の生成106に直前に行われる。
部分的な平滑化はＨＦおよび／またはＨＮＯ３を含んだ液体によるエッチングによって行われることができる。部分的な平滑化は例えば約５０ｎｍ乃至２μｍの平均的な厚さの層を除去することができる。
特に、部分的な平滑化はプロセス104aまたは105（表面加工された前部表面からドープされた層を除去する）により行われることができ、ここではエッチング剤は少量の研磨用にアレンジされることができる。
部分的な平滑化はこれらの表面上のテクスチャ特性が（僅かであっても）平滑化されるとき、ドープされた層を有する表面の改良された表面パッシベーションのために太陽電池の効率をより高くすることができる利点がある。
部分的な平滑化は隆起しているピラミッド形状の領域の間の中間谷を広くする処理を含むことができ、結果的な谷の幅は５０乃至１００ｎｍ、特に５０乃至５００ｎｍであり、またはこれらの中間谷の丸み付けは半径が２５乃至５００ｎｍ、特に２５乃至２５０ｎｍの曲率である。
前部表面に対しては、部部分的な平滑化は（平滑化されていない表面加工された表面に関して）許容できない量、例えば１０００ｎｍの波長において２または３％を超えるポイントを増加する反射を防止するために非常に軽いことが好ましい。
図１９の（ａ）は部分的な平滑化後の前部表面テクスチャをさらに詳細に示しており、図１９の（ｂ）は谷の幅および曲率の解釈をさらに詳細に示している。
間の谷は丸み付けされ、約２５乃至５００ｎｍの範囲、特に約２５乃至２５０ｎｍの範囲から選択された半径ｒを有することができる。ここで参照符号20で示されている部分的な平滑化後の表面加工された前部表面２ａは概略的に表示されていることに注意すべきである。図１９の（ｂ）は谷の幅と半径の理解をより詳細に示している。ファセット（またはピラミッドファセット）ｆ、特にＳｉの１１１結晶面は谷ｖで接触することができる。平滑化されていない変形では、谷ｖの底部は非常に狭く、即ちｗは５０ｎｍよりも小さい。平滑化後、谷ｖはやや丸みを付けられることができ、より広い谷になり、幅ｗは例えば約５０乃至５００ｎｍの範囲である。谷ｖの少なくとも一部は平滑後、湾曲され、例えば約２５乃至２５０ｎｍの範囲の半径ｒを有する。
この方法は個々の太陽電池間で変化の少ない強化された製造を行うことができる利点がある。シリコン基板の一表面から別の表面への、特にＢＳＦ側からエミッタ側への寄生ドーピング（ｐ型またはｎ型）はこの方法により阻止される。また、スクリーン印刷ステップは省略され、これは破損による収率損失を減少する。さらに前部及び後部表面の両者における燐の両面拡散が可能であり、これはシリコン基板からの不純物の除去を改良する。さらに拡散された後部表面フィールド層は太陽電池の効率を改良する。
当業者は代わりに、ドープ剤の実際の前駆物質に応じて後部表面または前部表面でｎまたはｐ型のドープされた層を生成しながらＰＳＧ層またはＢＳＧ層の形成が必要とされず、その場合、ＢＳＧまたはＰＳＧの硝子質層を除去するための前述のプロセスステップが省略されることができることを認識するであろう。
本発明のその他の実施形態が本発明の技術的範囲を逸脱せずに着想され実践されることができ、本発明の技術的範囲は請求項によってのみ限定されることが当業者に明白であろう。明細書は本発明を例示するものであり、本発明の限定を意図していない。
Claims (31)
- 前部表面(2)と後部表面(3)を有している第１の導電型の半導体基板(1)から太陽電池を製造する方法（100;100a;100b;100c）において、
前記前部表面を表面加工して表面加工された前部表面(2a)を生成し、
第１の導電型のドープ剤の拡散によって、前記表面加工された前部表面に第１の導電型のドープされた層（2c）を生成し、前記後部表面に前記第１の導電型の後部表面フィールド層（4）を生成し（103）、
前記表面加工された前部表面のテクスチャを保持するように構成されたエッチングプロセスによって、前記表面加工された前部表面から前記第１の導電型のドープされた層を除去し（105;104a）、
前記表面加工された前部表面への第２の導電型のドープ剤を拡散して、前記表面加工された前部表面上に第２の導電型の層(6)を生成するステップ(106)を順次行う太陽電池を製造する方法。 - 表面加工された前部表面を生成するための前記前部表面の表面加工（102）は表面加工された後部表面（3a）を生成するための前記後部表面の表面加工を含んでいる請求項１記載の方法。
- 前記後部表面フィールド層（4）の生成の前に前記半導体基板の前記表面加工された後部表面（3a）が研磨される請求項２記載の方法。
- 前記第１の導電型の前記ドープ剤の前記拡散期間中に、前記第１の導電型の前駆物質から、ドープ剤を含んだ硝子質層(5)を前記前部表面と前記後部表面上に形成し、前記ドープ剤を含んだ硝子質層は前記半導体基板(1)のドープ剤ソースとして作用する請求項１または３記載の方法。
- 前記表面加工された前部表面から前記第１の導電型のドープされた層を除去するのに先行して、前記前部表面と前記後部表面から前記ドープ剤を含んだ硝子質層(5)を除去するステップを含んでいる請求項４記載の方法。
- 片面のエッチングプロセスにおいて、前記表面加工された前部表面から前記第１の導電型のドープされた層を除去しながら、前記前部表面から前記ドープ剤を含んだ硝子質層(5)を除去するステップ（104a）を含んでいる請求項４記載の方法。
- 前記片面のエッチングプロセスにおいて、前記前部表面からの前記ドープ剤を含んだ硝子層の除去と、前記表面加工された前部表面からの前記第１の導電型のドープされた層の除去（104a）後に、前記後部表面から前記ドープ剤を含んだ硝子質層を除去するステップ(105)を含んでいる請求項６記載の方法。
- 前記表面加工された前部表面からの前記第１の導電型のドープされた層の除去(105)に先行して、
前記前部表面と前記後部表面から前記ドープ剤を含んだ硝子質層を除去し(104b)、
前記後部表面フィールド層上に保護層を生成するステップ（108a）を含んでいる請求項４記載の方法。 - 前記表面加工された前部表面に前記第１の導電型のドープされた層(2c)を生成し、前記後部表面に前記第１の導電型の前記後部表面フィールド層(4)を生成した後、
片面のエッチングプロセスにおいて、前記第１の導電型のドープされた層を前記表面加工された前部表面から除去しながら、前記ドープ剤を含んだ硝子質層を前記前部表面から除去する（104a）前に、保護層を前記後部表面フィールド層上に生成するステップ（108a）を含んでいる請求項６記載の方法。 - 片面のエッチングプロセスにおいて前記第１の導電型のドープされた層を前記表面加工された前部表面から除去しながら前記ドープ剤を含んだ硝子質層を前記前部表面から除去した（104a）後、前記表面加工された前部表面上における前記第２の導電型の層の生成に先行して、
前記保護層及び前記ドープ剤を含んだ硝子質層を前記後部表面から除去するステップ（109）を含んでいる請求項９記載の方法。 - 前記保護層（5a）はアルミニウム酸化物（Ａｌ２Ｏ３）、シリコン窒化物（ＳｉＮｘ）、誘電体およびレジストのグループから選択された少なくとも１つの材料を含む被覆層を具備している請求項８乃至１０のいずれか１項記載の方法。
- 前記第１の導電型のドープ剤の拡散により前記後部表面フィールド層を生成するステップは、上昇された温度において前記第１の導電型の前駆物質に対する前記後部表面の露出を含んでいる請求項１記載の方法。
- 前記第１の導電型の前駆物質は前記第１の導電型のドープ剤を含み、前記前駆物質は気体の前駆物質、液体の前駆物質、ペースト状の前駆物質及びプラズマ前駆物質のうちの１つから選択されている請求項１２記載の方法。
- 前記第１の導電型のドープ剤の拡散は０．７ミクロン以下の厚さの前記第１の導電型のドープされた層を前記表面加工された前部表面に生成するように最適化されている請求項１記載の方法。
- 前記第１の導電型のドープ剤の拡散は０．３ミクロン以下の厚さの前記第１の導電型のドープされた層を前記表面加工された前部表面に生成するように最適化されている請求項１記載の方法。
- 前記第２の導電型のドープ剤の拡散により前記第２の導電型の層を前記表面加工された前部表面上に生成するステップは、上昇された温度において前記表面加工された前部表面を前記第２の導電型の前駆物質に対して露出するステップを含んでいる請求項１記載の方法。
- 前記第２の導電型の前駆物質は気体の前駆物質であり、前記気体の前駆物質は前記第２の導電型のドープ剤を含んでいる請求項１６記載の方法。
- 前記第１の導電型はｎ型であり、前記第２の導電型はｐ型であり、或いは前記第１の導電型はｐ型であり、前記第２の導電型はｎ型である請求項１乃至１７のいずれか１項記載の方法。
- 前記第１の導電型のドープされた層の厚さは前記表面加工された前部表面上のテクスチャ特徴の平均的な高さよりも小さい請求項１記載の方法。
- 前記表面加工された前部表面上の前記テクスチャ特徴の平均的な高さは約２ミクロン以上であり、前記第１の導電型のドープされた層の厚さは約０．７ミクロン以下である請求項１９記載の方法。
- 前記表面加工された前部表面上の前記テクスチャ特徴の平均的な高さは約２ミクロン以上であり、前記第１の導電型のドープされた層の厚さは約０．３ミクロン以下である請求項１９記載の方法。
- 前記表面加工された前部表面のテクスチャを維持するように適合されたエッチングプロセスはエッチング剤を使用する片面の湿式化学プロセスによって行われる請求項１記載の方法。
- 前記エッチング剤は半導体表面を表面加工するためのコンポーネントを含んでいる請求項２２記載の方法。
- 前記エッチング剤はさらに前記半導体表面を研磨するためのコンポーネントを含んでいる請求項２３記載の方法。
- 前記表面加工された前部表面のテクスチャを維持するように適合された前記エッチングプロセスは乾式エッチングにより行われる請求項１記載の方法。
- 前記第１の導電型のドープされた層を前記表面加工された前側から除去し、前記ドープ剤を含んだ硝子質層を前記前部表面から除去するステップは前記表面加工された前部表面のテクスチャを維持するように適合された前記エッチングプロセス期間中に行われる請求項１記載の方法。
- さらに、前記表面加工された前部表面を部分的に平滑化するステップを含んでいる請求項１記載の方法。
- 前記部分的な平滑化は前記表面加工された前部表面のピラミッド形状間の中間の谷を広くするステップと丸みを付けるステップの少なくとも一方を含んでいる請求項２７記載の方法。
- 表面加工された前部表面と後部表面を有する第１の導電型の半導体基板を具備し、ここで前記表面加工された前部表面は第２の導電型のドープされた層を具備し、前記後部表面は前記第１の導電型の表面フィールド層を具備している太陽電池。
- 前記表面加工された前部表面は５０乃至５００ｎｍの範囲から選択された幅を有する中間の谷を備えたピラミッド形状を含む前部表面を具備している請求項２９記載の太陽電池。
- 前記表面加工された前部表面は２５乃至２５０ｎｍの範囲から選択された曲率半径を有する谷を有している請求項２９記載の太陽電池。
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