JP2013511839A - 光起電力セルの製造方法、それによって製造された光起電力セル、およびその用途 - Google Patents

Abstract

半導体基板の第１表面にｎドーパントをドープして、基板に第１ｎ^＋層を形成するステップと、基板の第２表面にｐドーパントをドープして、基板にｐ^＋層を形成するステップと、窒化ケイ素および酸窒化ケイ素から成る群から選択された物質を含む反射防止コーティングを第２表面に被着するステップと、基板の第１表面に残存するｎドーパントの濃度が第１表面全体で不等になるように、基板の第１表面から第１ｎ^＋層の一部分を除去するステップと、第２ｎ^＋層のｎドーパントの濃度が第１表面全体で不等になるように、基板の第１表面にｎドーパントをドープして、第２ｎ^＋層を形成するステップと、第１表面および第２表面の各々に電気接点を形成し、それによって光起電力セルを製造するステップとを含み、反射防止コーティングの第２表面への被着が、第１表面から第１ｎ^＋層の一部分を除去する前または後でかつ基板の第１表面にｎドーパントをドープして第２ｎ^＋層を形成する前に実行される、光起電力セルを製造する方法。
【選択図】図２

Description

本発明は、その一部の実施形態では、エネルギ変換に関し、さらに詳しくは、ドープ半導体基板を含む光起電力セルおよびその製造方法に関するが、それらに限定されない。

光起電力セルは光を直接電気に変換することができる。光起電力セルによる太陽光の電気への変換は、将来の重要な再生可能エネルギ源を提供し、それによって化石燃料のような非再生可能エネルギ源の使用の低減を可能にすることが大いに期待される。しかし、環境に優しい再生可能なエネルギ源に対する世界規模の要求にもかかわらず、光起電力セルの製造の高コストのみならず、太陽光から電気への限定的な変換効率もあいまって、商業的電力源としての光起電力セルの使用はこれまで限定されてきた。したがって、比較的安価に製造され、しかも高い効率を有する光起電力セルに対する強い要望が存在している。

光起電力セルは通常、ｎ^＋層を形成するように片面にｎドーパント（例えばリン）をドープし、かつｐ^＋層を形成するように反対側の面にｐドーパント（例えばホウ素）をドープし、それによってｎ^＋−ｐ−ｐ^＋構造を形成するｐ型シリコン基板を含む。ｎ型シリコン基板を使用すると、ｎ^＋−ｎ−ｐ^＋構造が形成される。

次いで各面に電気接点が被着される。光の通過の妨害を回避するために、電気接点は表面積のごく一部分を占めるだけにしなければならない。電気接点は、表面積の多くを占めるのを回避するために、典型的には格子状のパターンに被着される。単面光起電力セルは光起電力セルの片面にそのような格子状パターンを有する一方、両面光起電力セルは光起電力セルの両面にそのようなパターンを有し、したがってどの方向からの光でも集光することができる。

効率は、光起電力セルの表面からの光の反射率を低減することによって改善することができる。これを達成するための方法として、表面のテクスチャ加工および反射防止コーティングの塗布が挙げられる。現在実用化されている反射防止コーティングの例として、二酸化チタン（ＴｉＯ_２）、ＺｒＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５、および窒化ケイ素がある。

裏面にシリカ／窒化ケイ素スタックシステムを持つ光起電力セルを製造する例示的プロセスは、ハワイにおける光起電力エネルギ変換に関する２００６年ＩＥＥＥ第４回世界会議に提出されたＫｒａｎｚｅｌらの論文に記載されている。

加えて、効率を改善する試みとして、接触抵抗を低減するために電気接点の下にある領域にｎ^＋層がより高濃度にドープされた、選択エミッタを持つ光起電力セルの製造がある。

ドイツ特許第１０２００７０３６９２１号明細書はそのような方法の実例であり、リンの濃度が接点格子の下で最高になるように、リンのドーピング中に接点格子のパターンに対応する開口を有するマスク層を使用する、ｎ^＋−ｐ−ｐ^＋構造を持つ太陽電池の製造方法を開示している。

米国特許第６２７７６６７号明細書は、スクリーン印刷を利用してｎドーパント源を注入し、ｎ^＋領域を形成する一方、浅くドープされたｎ⁻領域を形成するために低量ｎドーパント源を使用して、太陽電池を製造する方法を開示している。次いで電極がｎ^＋領域にスクリーン印刷される。

米国特許第５８７１５９１号明細書は、シリコン基板の表面にリンを拡散し、リンドープ表面にパターン化された格子をメタライズし、かつ電気接点の下の基板がマスキングされ、かつマスキングされない材料が選択的に除去されるように、リンドープ表面をプラズマエッチングすることを開示している。

電気接点の下にある領域でより高濃度にドープされたｎ^＋層を達成する別の方法は、自己ドーピング電極を使用する。

例えば米国特許第６１８０８６９号明細書は、主としてドーパントにより合金化された金属から形成されるシリコンへの自己ドーピング電極を開示している。シリコン基板により合金が加熱されると、ドーパントが溶融シリコンに取り込まれる。

ロシア特許第２１３９６０１号明細書は、裏面にホウケイ酸膜が被着されかつ前面にリンケイ酸膜が被着されたシリコン基板の高温処理によって、ｎ^＋−ｐ−ｐ^＋構造を持つ太陽電池を製造する方法を開示している。次いで、基板の前面からの１層のシリコンの除去および前面のテクスチャ加工が１回の手順で実行される。次いで前面にｎ^＋層が形成され、続いて接点が形成される。

追加的背景技術として、米国特許第６８２５１０４号明細書、米国特許第６５５２４１４号明細書、欧州特許第１７３８４０２号明細書、および米国特許第４９８９０５９号明細書が挙げられる。

本発明の一部の実施形態の態様では、
ａ）半導体基板の第１表面にｎドーパントをドープして、基板に第１ｎ^＋層を形成するステップと、
ｂ）基板の第２表面にｐドーパントをドープして、基板にｐ^＋層を形成するステップと、
ｃ）窒化ケイ素および酸窒化ケイ素から成る群から選択された物質を含む反射防止コーティングを第２表面に被着するステップと、
ｄ）基板の第１表面に残存するｎドーパントの濃度が第１表面全体で不等になるように、基板の第１表面から第１ｎ^＋層の一部分を除去するステップと、
ｅ）第２ｎ^＋層のｎドーパントの濃度が第１表面全体で不等になるように、基板の第１表面にｎドーパントをドープして、第２ｎ^＋層を形成するステップと、
ｆ）第１表面および第２表面の各々に電気接点を形成し、
それによって光起電力セルを製造するステップと、
を含み、
反射防止コーティングの被着が、第１表面から第１ｎ^＋層の一部分を除去する前または後でかつ基板の第１表面にｎドーパントをドープして第２ｎ^＋層を形成する前に実行される、
光起電力セルを製造する方法を提供する。

本発明の一部の実施形態の態様では、本書に記載する方法に従って製造される光起電力セルを提供する。

本発明の一部の実施形態の態様では、半導体基板を備えた光起電力セルであって、基板がその第１表面にｎ^＋層を、かつその第２表面にｐ^＋層を含み、ｎ^＋層がｎドーパントを含み、ｐ^＋層がｐドーパントを含み、第２表面が窒化ケイ素および酸窒化ケイ素から成る群から選択された物質を含む反射防止コーティングによって被覆され、第１表面および第２表面の各々に電気接点が付着され、
第１表面が山と谷とを含むようにテクスチャ加工され、かつ
ｎ^＋層のｎドーパントの濃度が、第１表面の山では第１表面の谷より高い、
光起電力セルを提供する。

本発明の一部の実施形態の態様では、本書に記載する複数の光起電力セルを備えた光起電力アレイであって、複数の光起電力セルが互いに相互接続されている、光起電力アレイを提供する。

本発明の一部の実施形態の態様では、本書に記載する光起電力アレイを備えている発電所を提供する。

本発明の一部の実施形態の態様では、本書に記載する光起電力セルを備えている電気装置を提供する。

本発明の一部の実施形態の態様では、本書に記載する光起電力セルを備えた電磁輻射線の検出器であって、電磁輻射線が紫外輻射線、可視輻射線、および赤外輻射線から成る群から選択される、検出器を提供する。

本発明の一部の実施形態では、第１ｎ^＋層は３０オーム未満のシート抵抗を具備する。

本発明の一部の実施形態では、第１ｎ^＋層は０．４〜２μｍの範囲の深さを有する。

本発明の一部の実施形態では、第２ｎ^＋層は３０〜１００オームの範囲のシート抵抗を具備する。

本発明の一部の実施形態では、光起電力セルのｎ^＋層は、３０〜１００オームの範囲のシート抵抗を具備する。

本発明の一部の実施形態では、第２ｎ^＋層は０．２〜０．７μｍの範囲の深さを有する。

本発明の一部の実施形態では、光起電力セルのｎ^＋層は０．２〜０．７μｍの範囲の深さを有する。

本発明の一部の実施形態では、第１表面から第１ｎ^＋層の一部分を除去するステップは、第１表面をテクスチャ加工することを含む。

本発明の一部の実施形態では、テクスチャ加工は第１表面に山および谷を生成し、テクスチャ加工後に第１表面に残留するｎドーパントの濃度は谷より山の方が高い。

本発明の一部の実施形態では、第２ｎ^＋層のｎドーパントの濃度は、谷より山の方が高い。

本発明の一部の実施形態では、第２ｎ^＋層の山のｎドーパントの濃度は、第２ｎ^＋層の谷のｎドーパントの濃度の少なくとも２倍である。

本発明の一部の実施形態では、光起電力セルの山のｎドーパントの濃度は、光起電力セルの谷のｎドーパントの濃度の少なくとも２倍である。

本発明の一部の実施形態では、第２ｎ^＋層の山のｎドーパントの濃度は、少なくとも５×１０^２０原子数／ｃｍ^３である。

本発明の一部の実施形態では、光起電力セルの山のｎドーパントの濃度は、少なくとも５×１０^２０原子数／ｃｍ^３である。

本発明の一部の実施形態では、第２ｎ^＋層の谷のｎドーパントの濃度は、１０^２１原子数／ｃｍ^３未満である。

本発明の一部の実施形態では、光起電力セルの谷のｎドーパントの濃度は、１０^２１原子数／ｃｍ^３未満である。

本発明の一部の実施形態では、第１表面からｎ^＋層の一部分を除去するステップが、第１表面を４μｍから１２μｍの範囲の平均深さにエッチングすることを含む。

本発明の一部の実施形態では、エッチングはアルカリ性溶液による。

本発明の一部の実施形態では、第１ｎ^＋層およびｐ^＋層は同時に形成される。

本発明の一部の実施形態では、ｎドーパントをドープして第１ｎ^＋層を形成するステップ、およびｐドーパントをドープしてｐ^＋層を形成するステップは、
（ｉ）ｐドーパントを含む膜を第２表面に被着すること、
（ｉｉ）ｎドーパントを含む膜を第１表面に被着すること、および
（ｉｉｉ）基板を加熱し、
それによって第１ｎ^＋層およびｐ^＋層を同時に形成すること
によって達成される。

本発明の一部の実施形態では、ｐドーパントを含む膜およびｎドーパントを含む膜は各々二酸化ケイ素を含む。

本発明の一部の実施形態では、ｐドーパントを含む膜は酸化ホウ素を含む。

本発明の一部の実施形態では、ｎドーパントを含む膜は五酸化リンを含む。

本発明の一部の実施形態では、ｎドーパントを含む膜は少なくとも２０重量パーセントの五酸化リンを含む。

一部の実施形態では、該方法はさらに、第２表面の反射防止コーティングを熱処理に付すステップを含む。

一部の実施形態では、熱処理は反射防止コーティングの屈折率を高める。

一部の実施形態では、熱処理は反射防止コーティングの少なくとも一部分の屈折率を少なくとも０．０５だけ高める。

一部の実施形態では、熱処理は基板の第１表面にｎドーパントを同時にドープして、第２ｎ^＋層を形成する。

本発明の一部の実施形態では、該方法は、２．１から２．２の範囲の屈折率を特徴とする反射防止コーティングを被着するステップを含む。

一部の実施形態では、光起電力セルの第２表面の反射防止コーティングは、２．１から２．４の範囲の屈折率を具備する。

一部の実施形態では、第２表面の反射防止コーティングは、基板との界面の方向から低下する勾配屈折率を具備する。

一部の実施形態では、該方法は、１．７から２．２５の範囲内の勾配屈折率を持つ反射防止コーティングを被着するステップを含む。

一部の実施形態では、光起電力セルの反射防止コーティングの勾配屈折率は１．７から２．４５の範囲内である。

一部の実施形態では、第２表面に被着された反射防止コーティングは、反射防止コーティングによって被覆された表面のｎドーパントによるドーピングを阻止する。

本発明の一部の実施形態では、該方法はさらに、第２ｎ^＋層を形成した後で反射防止コーティングを第１表面に被着するステップを含む。

一部の実施形態では、光起電力セルはさらに、第１表面の反射防止コーティングを含む。

本発明の一部の実施形態では、半導体基板は、前記ドーピングの前はｎ型半導体である。

本発明の一部の実施形態では、半導体基板は、前記ドーピングの前はｐ型半導体である。

本発明の一部の実施形態では、半導体基板はシリコンを含む。

本発明の一部の実施形態では、ｎドーパントはリンを含む。

本発明の一部の実施形態では、ｐドーパントはホウ素を含む。

本発明の一部の実施形態では、光起電力セルは、少なくとも０．０３３アンペア／ｃｍ^２の短絡電流密度を具備する。

本発明の一部の実施形態では、光起電力セルは少なくとも７５．５％の曲線因子を具備する。

本発明の一部の実施形態では、光起電力セルは少なくとも１６．７％の効率を具備する。

本発明の一部の実施形態では、光起電力セルは両面光起電力セルである。

本発明の一部の実施形態では、光起電力セルはｎ^＋−ｎ−ｐ^＋構造を含む。

本発明の一部の実施形態では、光起電力セルはｎ^＋−ｐ−ｐ^＋構造を含む。

別途定義されない限り、本明細書で使用されるすべての技術的用語および／または科学的用語は、本発明が属する技術分野の当業者によって一般に理解されるのと同じ意味を有する。本明細書に記載される方法および材料と類似または同等である方法および材料を本発明の実施または試験において使用することができるが、例示的な方法および／または材料が下記に記載される。矛盾する場合には、定義を含めて、本特許明細書が優先する。加えて、材料、方法および実施例は例示にすぎず、限定であることは意図されない。

本明細書では本発明のいくつかの実施形態を単に例示し添付の図面を参照して説明する。特に詳細に図面を参照して、示されている詳細が例示として本発明の実施形態を例示考察することだけを目的としていることを強調するものである。この点について、図面について行う説明によって、本発明の実施形態を実施する方法は当業者には明らかになるであろう。

図１は、本発明の一部の実施形態に係る、光起電力セルを製造するための例示的方法を示す略図である。

図２は、本発明の一部の実施形態に係る、光起電力セルを製造するための別の例示的方法を示す略図である。

図３は、本発明の実施形態に従って製造された光起電力セルにおけるエッチング深さ（マイクロメートル単位）に対する短絡電流密度Ｊｓｃ（ｍＡ／ｃｍ^２単位）の依存性を示すグラフである。ここでセルの第１ｎ^＋層のシート抵抗は１３、１７、または２５オームであった。

図４は、本発明の実施形態に従って製造された光起電力セルにおけるエッチング深さ（マイクロメートル単位）に対する曲線因子（ＦＦ）の依存性を示すグラフである。ここでセルの第１ｎ^＋層のシート抵抗は１３、１７、または２５オームであった。

図５は、本発明の実施形態に従って製造された光起電力セルにおけるエッチング深さ（マイクロメートル単位）に対する効率の依存性を示すグラフである。ここでセルの第１ｎ^＋層のシート抵抗は１３、１７、または２５オームであった。

図６は、ホウ素ドーピングによるｐ^＋−ｐ−ｐ^＋構造の形成後（１）、窒化ケイ素堆積後（２）、およびウェハの熱処理後（３）のｐ^＋−ｐ−ｐ^＋構造を持つシリコンウェハにおける測定された実効少数キャリア寿命（マイクロ秒単位）を示すグラフである。

図７は、光起電力セルの１層または２層反射防止コーティングの最下層の屈折率の関数として、１．４５の屈折率の媒質で理論的に最大限の内部量子効率を持つシリコン光起電力セルの計算された短絡電流密度（ミリアンペア／ｃｍ^２単位）を示すグラフである。

本発明は、その一部の実施形態では、エネルギ変換に関し、さらに詳しくは、ドープ半導体基板を含む光起電力（ＰＶ）セルおよびその製造方法に関するが、それらに限定されない。

光エネルギを電気エネルギに変換するための効率的でしかも比較的安価な光起電力セルを追い求める中で、本発明者らは、ｎドーパントの不等濃度を特徴とするｎドープ層を持つ光起電力セルが改善された効率を示すことを発見した。

加えて、本発明者らは、基板の片面にｐドーパントをドープした後、別の面にｎドーパントをドープすることによって、光起電力セルを製造するために基板のドーピングを実行する場合に、反対側の面にｎドーパントをドープする前に、ｐドープされた表面に反射防止コーティングを被着するための単純で安価な手順を導入することによって、光起電力セルの効率を高めることができることを思い付いた。反射防止コーティングは、ｎドーパントがｐドープされた表面と接触するのを防止することができ、それによって２種類のドーパントが有利に分離される。さらに、任意選択的に、コーティングの反射防止性は、ｎドーパントを導入するために使用されるのと同一の熱処理によって最適化することができ、それによってプロセスが効率化される。

本発明者らはしたがって、他の方法論と比較して手順の数が減少し、したがって費用効率および歩留まり効率が高く、結果的に製造工程中の欠陥を低減させる、光起電力セルを製造するための新規な方法論を考案し、その実施に成功した。この新規な方法論はさらに、多くの他のＰＶセルに勝る性能パラメータを持つ光起電力セルをもたらす。

本発明を実施化しながら、本発明者らは、比較的単純であり、したがって比較的安価な手順を用いて、ｎ^＋−ｐ−ｐ^＋構造およびｎ^＋層における不等濃度のｎドーパントを持つ光起電力（ＰＶ）セルを生み出した。第１ｎ^＋層がドーピングによって形成され、次いで、残存するｎドーパントが不等濃度で存在するように光起電力セルの異なる領域で様々な程度に除去される。次いで第２ｎ^＋層がドーピングによって形成され、第１ｎ^＋層の除去の可変性のため、第２ｎ^＋層全体のｎドーパントの濃度は不等になる。

特定の理論に縛られることなく、ｎ^＋層におけるｎドーパントの不等濃度は、高濃度のｎドーパントの利点および低濃度のｎドーパントの利点の組合せをもたらすと考えられる。したがって、無作為に分布する高濃度の局所的領域の存在は、光起電力セルの直列抵抗を低減させ、それによって光起電力セルの曲線因子および効率を高めると考えられ、かつ低濃度の領域の存在は、高いドーパント濃度に特徴的な短絡電流の減少を防止することによって効率を高めると考えられる。

本発明の少なくとも１つの実施形態を詳しく説明する前に、本発明は、その適用において、下記の説明に示されるか、および／または図面および／または実施例において例示される構成要素および／または方法の組み立ておよび構成の細部に必ずしも限定されないことを理解しなければならない。本発明は他の実施形態が可能であり、または様々な方法で実施または実行されることが可能である。

ここで図面を参照すると、図１は、本発明の一部の実施形態に係る、光起電力セルを製造するための例示的方法を示す。

半導体基板１は片面をｐドーパント含有膜２によって被覆される。基板１は次いで、基板のｐドーパント含有膜２とは反対側の面を、ｎドーパント含有膜３で被覆される。膜からのドーパントの拡散が（例えば加熱によって）誘発され、それによって第１ｎ^＋層４およびｐ^＋層５の同時形成が生じる。膜２および３は次いで除去される。基板１は次いでその表面をエッチング液によってテクスチャ加工され、結果的に基板の表面（テクスチャ加工に抵抗するｐ^＋層５を除く）に山および谷がもたらされる。第１ｎ^＋層４は、テクスチャ加工された表面の山のみに残存する。基板１は次いで、裏面反射防止コーティング６によって被覆される。第２ｎ^＋層７が形成され、次いで前面反射防止コーティング８によって被覆される。裏面反射防止コーティング６は、第２ｎ^＋層７が基板１の縁でｐ^＋層５に接触することを防止する。次いで基板の両面に電気接点９が形成されて、光起電力セルが形成される。

図２は、本発明の一部の実施形態に係る、光起電力セルを製造するための別の例示的方法を示す。

半導体基板１は片面をｐドーパント含有膜２によって被覆される。基板１は次いで、基板のｐドーパント含有膜２の反対側の面をｎドーパント含有膜３によって被覆される。膜からのドーパントの拡散が（例えば加熱によって）誘発され、それによって第１ｎ^＋層４およびｐ^＋層５の同時形成がもたらされる。膜２および３は次いで除去される。ｐ^＋層５は次いで、裏面反射防止コーティング６によって被覆される。基板１は次いでその表面をエッチング液によってテクスチャ加工され、結果的に基板の表面（テクスチャ加工に抵抗する裏面反射防止コーティング６を除く）に山および谷がもたらされる。第１ｎ^＋層４は、テクスチャ加工された表面の山のみに残存する。第２ｎ^＋層７が形成され、次いで前面反射防止コーティング８によって被覆される。裏面反射防止コーティング６は、第２ｎ^＋層７が基板１の縁でｐ^＋層５と接触するのを防止する。次いで基板の両面に電気接点９が形成されて、光起電力セルが形成される。

上述の例示的方法は、第２ｎ^＋層７の形成に由来するｎドーパントが第１ｎ^＋層４から残存するｎドーパントと共に存在するテクスチャ加工表面の山で、ｎドーパントの濃度が高くなるので、ｎドーパントの不等濃度を達成する。

上述の例示的方法はまた、第２ｎ^＋層が形成されるときにｐ^＋層が裏面反射防止コーティングによって保護されるので、結果的にｐ^＋層とｎ^＋層との間の重なりも生じない。

加えて、上記の方法は、２つ以上のメカニズムによって光起電力セルの効率を改善する手順を利用するので、特に有利である。したがって、テクスチャ加工は、セルの表面からの反射率によって無駄になる光の割合を低減すること、およびｎドーパントの不等濃度を生じることの両方によって、光起電力セルの効率を改善する。第１ｎ^＋層の形成および除去は、ｎドーパントの不等濃度の形成を容易化すること、およびシャントを有害に増大させるｎ^＋層内におけるｐ^＋領域の形成を有利に防止することの両方によって、効率を改善する。裏面反射防止コーティングは反射率を低減すると共に、第２ｎ^＋層の形成時にｐ^＋層を保護する。

したがって、これらの方法は過度の手順を必要とせず、実際、ＰＶセルの製造に通常利用されるより少ない手順を含み、これらの方法に含まれる手順はどれも特に複雑ではない。その結果、該方法は比較的単純かつ安価に実行される。手順の低減された数は、欠陥形成の機会を低減し、したがってプロセス全体が効率化される。

図３は、テクスチャ加工中のエッチングが比較的浅い場合（例えば平均して約４μｍ未満）、本発明の実施形態に従って作成された光起電力セルの短絡電流密度が低下することを示す。図４は、テクスチャ加工中のエッチングが比較的深い場合（例えば平均して約１２μｍ超）、本書に記載する方法に従って作成された光起電力セルの曲線因子が低下することを示す。図５は、エッチングが中間深さである場合（例えば平均して約４〜１２μｍ）、本書に記載する方法に従って作成された光起電力セルの効率（曲線因子および短絡電流の両方に相関する）が最大になることを示す。

特定の理論に縛られることなく、浅いテクスチャ加工では、第１ｎ^＋層の充分なｎドーパントが除去されないので、ｎドーパントの望ましい不等濃度が形成されず、比較的深いエッチングでは、第１ｎ^＋層のｎドーパントが事実上全部除去されるので、ｎドーパントの不等濃度が形成されないと考えられる。したがって、中間平均深さは比較的深いエッチングの領域（谷）および比較的浅いエッチングの領域（山）の両方を含むので、中間平均深さのエッチングがｎドーパントの不等濃度にとって最適であると考えられる。

上述の例示的方法は、片面がテクスチャ加工され反対側の面が平滑（非テクスチャ加工）である非対称な構造をも形成する。特定の理論に縛られることなく、そのような構造は、輻射線がテクスチャ加工表面に入射する場合、テクスチャ加工表面が反射を低減し、かつ平滑な非テクスチャ加工表面が、セルの背面に到達する長波長輻射線の内部反射を増強し、それによって発生電流に対する長波長輻射線の寄与を増大するので、有利であると考えられる。加えて、平滑なｐ^＋表面の有効表面再結合はテクスチャ加工表面のそれより低く、結果的に効率の損失が低下する。

しかし、さらに、平滑な裏面は、セルの裏面が照射される場合に裏面の比較的高い反射率は効率を低下させるので、両面光起電力セルでは不利であると考えられる。したがって裏面に効果的な反射防止コーティングを設けることが有利である。

本書に記載する通り、制御可能な屈折率を持つコーティングを形成するように、基板に窒化ケイ素および／または酸窒化ケイ素を堆積することができる。図７に示す通り、高い屈折率（例えば２．３以上）は反射防止コーティングの有効性を改善する。しかし、２．２を越える屈折率を持つ窒化ケイ素層は、光起電力セルの効率を低減させることのある特長である、短波長の光吸収の増加によって特徴付けられる［Ｏｐｔｏ‐Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｒｅｖ．２００４、１２：４１−４４］。したがって、約２．２未満（例えば２．１から２．２の範囲）の屈折率を持つコーティングを堆積することが、そのようなコーティングの準最適な反射防止性にもかかわらず、有利である。

特定の理論に縛られることなく、本書に記載する反射防止コーティングの熱処理は、屈折率の低いコーティングに特徴的な短波長の低吸収を犠牲にすることなく、反射防止コーティングの屈折率をより最適なレベルに高めることによって、上記の問題を少なくとも部分的に克服すると考えられる。

さらに、本発明者らは、窒化ケイ素および／または酸窒化ケイ素のコーティングの熱処理が、図６に示す通り、低レベルの表面再結合を維持し、それによって光起電力セルの効率を向上させることを発見した。したがって、本書に記載する実施形態に係る反射防止コーティングの被着は、必ずしも反射の低下に関係しないメカニズムによって効率を向上させることができるということを理解されたい。

特定の理論に縛られることなく、表面における窒化ケイ素の堆積は、電荷および／または水素原子の導入のため、ｐ^＋層の表面再結合のレベルを増大させ、熱処理はそのような電荷および／または水素原子を除去し、それによって表面再結合のレベルを低下させると考えられる。

したがって、本発明の一部の実施形態の態様では、
ａ）半導体基板の第１表面にｎドーパントをドープして、基板に第１ｎ^＋層を形成するステップと、
ｂ）基板の第２表面にｐドーパントをドープして、基板にｐ^＋層を形成するステップと、
ｃ）（例えば窒化ケイ素および／または酸窒化ケイ素を含む）反射防止コーティングを第２表面に被着するステップと、
ｄ）基板の第１表面に残存するｎドーパントの濃度が第１表面全体で不等になるように、基板の第１表面から第１ｎ^＋層の一部分を除去するステップと、
ｅ）第２ｎ^＋層のｎドーパントの濃度が第１表面全体で不等になるように、基板の第１表面にｎドーパントをドープして、第２ｎ^＋層を形成するステップと、
ｆ）第１表面および第２表面の各々に電気接点を形成するステップと、
を含む、光起電力セルを製造する方法を提供する。

反射防止コーティングの被着（ステップｃ）は、第１ｎ^＋層の一部分を除去する（ステップｄ）の前または後に実行することができるが、いずれの場合も、基板の第１表面にドープして第２ｎ^＋層を形成する（ステップｅ）の前に実行される。本書に記載する通り、反射防止コーティングのそのような被着は、反射防止コーティングがｎドーパントの拡散に少なくともある程度抵抗する場合、ｐ^＋層および第２ｎ^＋層の間の重なりを防止するのに有用である。

したがって、一部の実施形態では、第２表面の反射防止コーティングはｎドーパント（例えばリン）に対して少なくともある程度不浸透性であるので、コーティングは第２表面のｐドープ領域へのｎドーパントの浸入を阻止する。任意選択的に、コーティングは、コーティングによって被覆された領域へのｎドーパントの浸入を少なくとも９９％、任意選択的に少なくとも９９．９％、かつ任意選択的に少なくとも９９．９９％低減させる。任意選択的に、コーティングはｎドーパントに対して完全に不浸透性である。

反射防止コーティングは、当業者に公知のいずれかの適切な方法（例えば、化学気相成長法またはプラズマ化学気相成長法）によって形成することができる。

以下で実施例の節に例示する通り、窒化ケイ素および／または酸窒化ケイ素を含む反射防止コーティングは、本書に記載する手順に従って被着されたときに、光起電力セルの効率を高めるのに特に適している。しかし、他の適切な物質（例えばＴｉＯ_２、ＺｒＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５）を含む反射防止コーティングを本書に記載する手順に従って被着することも考えられる。

反射防止コーティングは１つ以上の層を含むことができる。２層以上が存在する場合、異なる層は、例えば屈折率（例えば上の層は屈折率が下の層より低い）および／または成分（例えば１つの層が酸窒化ケイ素を含み、別の層が窒化ケイ素を含む）が異なることができる。

一部の実施形態では、該方法は、反射防止コーティングを熱処理（例えば加熱）に、例えば反射防止コーティングの屈折率を増大させる熱処理に付すステップをさらに含む。したがって、例えば、反射防止コーティングの例示的成分である窒化ケイ素の屈折率は、熱処理によって高くなる［Ｗｉｎｄｅｒｂａｕｍら、「ＩＮＤＵＳＴＲＩＡＬ ＰＥＣＶＤ ＳＩＬＩＣＯＮ ＮＩＴＲＩＤＥ：ＳＵＲＦＡＣＥ ＡＮＤ ＢＵＬＫ ＰＡＳＳＩＶＡＴＩＯＮ ＯＦ ＳＩＬＩＣＯＮ ＷＡＦＥＲＳ」、１９ｔｈ Ｅｕｒｏｐｅａｎ ＰＶＳＥＣ、Ｐａｒｉｓ、Ｆｒａｎｃｅ、２００４、５７６−５７９］。任意選択的に、熱処理は、反射防止コーティングの少なくとも一部分（例えば、シリコン基板に最も近い最下部分）の屈折率を少なくとも０．０５高め（例えば２．２未満から少なくとも２．２５に高める）、任意選択的に少なくとも０．１高め（例えば２．２未満から少なくとも２．３に高める）、かつ任意選択的に少なくとも０．１５高める（例えば２．２未満から少なくとも２．３５に高める）。

熱処理は、例えばドーパントを含む物質（例えば気体、ペースト）の存在下で基板を加熱することによって、基板にドープするために使用することができる。

したがって、一部の実施形態では、上述した第２ｎ^＋層を形成するために、熱処理（例えば８００から９００℃の範囲の温度で１０ないし３０分間）は基板の第１表面にｎドーパントを同時にドープする。そのような実施形態は、光起電力セルの製造に含まれる手順の数を増やすことなく、反射防止コーティングの熱処理を有利に可能にする。反射防止コーティングおよびｎドーパントのドーピングの同時熱処理は、以下の実施例の節で例証する。ｎドーパントをドープすることおよび反射防止コーティングを最適化することの両方に適した条件（例えば温度、処理時間）を、本書に記載する教示に基づいて決定することは、当業者の能力の範囲内である。

一部の実施形態では、第２表面に被着される反射防止コーティングは、２．１から２．２の範囲の屈折率を特徴とする。そのような屈折率は、被着されたときのコーティング、例えば被着後で熱処理前のコーティングに言及していることを理解されたい。任意選択的に、屈折率は熱処理によって高くなるので、製造された光起電力セルの屈折率はもっと高い（例えば２．１５から２．４の範囲内）。

一部の実施形態では、第２表面に被着される反射防止コーティングは、基板との界面の方向から低下する勾配屈折率を特徴とする（すなわち、屈折率は基板との界面が最も高く、基板から最も遠いコーティングの領域が最も低い）。任意選択的に、勾配屈折率は１．７から２．２５の範囲である（例えば被着後で熱処理前）。任意選択的に、屈折率は熱処理によって高くなるので、完成した光起電力セルの勾配屈折率はもっと高い（例えば１．７から２．４５の範囲内）。

反射防止コーティングは任意選択的に、例えば第２ｎ^＋層の形成後に、第１表面に被着することができる。任意の適切なコーティング（例えばＴａ_２Ｏ_５、ＴｉＯ_２、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素）を使用することができる。第２ｎ^＋層の形成後に被着された反射防止コーティングおよび第２ｎ^＋層の形成前に被着された反射防止剤は、同一または異なることができる。例示的コーティングは、第２表面に被着される反射防止コーティングの場合と同様に、窒化ケイ素および酸窒化ケイ素を含む。

語句「窒化ケイ素」とは、本書で使用する場合、実質的にケイ素および窒素から構成され、ＳｉおよびＮの種々の化学量論（例えばＳｉ_３Ｎ_４）を持つ１群の物質を表わすものであるが、多少の量の追加原子（例えば水素）が不純物として存在してよい。

語句「酸窒化ケイ素」はＳｉＮ_ｘＯ_ｙを指す。ここでｘおよびｙは各々、２までの正数（例えば０．１から２の間）であり、ｘおよびｙはＳｉ、Ｎ、およびＯの原子価要件に従う。多少の量の追加原子（例えば水素）が不純物として存在してよい。

例示的実施形態では、基板は比較的薄くかつ平坦であるので、基板は、本書に記載する第１および第２表面として働く２つの表面を両側に有する。

ケイ素（シリコン）（例えばシリコンウェハ）は例示的半導体基板である。

当業界で広く認識されている通り、「ドーピング」は半導体に不純物を導入するプロセスであり、そこでドープ半導体材料中の自由電荷キャリアの数を増大させることができ、その結果、ドープ半導体材料中の電荷キャリア密度の上昇が達成される。「ｐドーピング」とは、結合の弱い外側電子を半導体材料から受け入れることのできる物質（「ドーパント」）による半導体のドーピングを指す。したがって、ｐドーピング（「ｐ」は正を表わす）とは、半導体に「正孔」または正の電荷を形成するアクセプタ材料またはｐ型ドーパントを半導体にドープするプロセスであり、ｎドーピング（「ｎ」は負を表わす）とは、半導体に負の電荷を形成する電子供与性材料またはｎ型ドーパントを半導体にドープするプロセスである。

本書で使用する場合、用語「ドーパント」とは、半導体基板に存在するときに、ｐ型またはｎ型の導電型をもたらす任意の元素または化合物を指す。ｐ型の導電型をもたらすドーパントは、本書では「ｐドーパント」と呼ばれ、典型的には電子のアクセプタである一方、ｎ型の導電型をもたらすドーパントは、本書では「ｎドーパント」と呼ばれ、典型的には電子のドナーである。

ホウ素は例示的ｐドーパントであり、リンは例示的ｎドーパントである。任意選択的に、ヒ素がｎドーパントとして使用される。ＰＶセルに使用するのに適した他のｐドーパントおよびｎドーパントも考えられる。

随意の実施形態では、半導体基板は、ｎ^＋層およびｐ^＋層を形成する上述したドーピングの前にはｎ型半導体である。そのような実施形態では、光起電力セルは、ｎ^＋層とｐ^＋層との間にｎ層を持つｎ^＋−ｎ−ｐ^＋構造を有する。「ｎ^＋」とはｎドーパントが比較的強くドープされた層を表わし、「ｐ^＋」とはｐドーパントが比較的強くドープされた層を表わし、「ｎ」はｎドーパントが弱くドープされた層を表わす。

代替的実施形態では、半導体基板は、ｎ^＋層およびｐ^＋層を形成する上述したドーピング以前にはｐ型半導体である。そのような実施形態では、光起電力セルは、ｎ^＋層とｐ^＋層との間にｐ層があるｎ^＋−ｐ−ｐ^＋構造を有する。「ｎ^＋」とはｎドーパントが比較的強くドープされた層を表わし、「ｐ^＋」とはｐドーパントが比較強くドープされた層を表わす一方、「ｐ」とはｐドーパントが弱くドープされた層を表わす。

本書で使用する場合、語句「第１表面全体で不等になる」とは、表面の様々な領域におけるドーパントの濃度が、表面の他の（例えば隣接する）領域におけるドーパントの濃度と異なることを表わす。第１表面の任意の位置におけるｎドーパントの濃度は、当業界で公知の方法によって、例えば基板の表面から材料の薄切片を採取し、その元素組成を決定することによって、求めることができる。任意選択的に、二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）を使用してｎドーパント濃度を決定する。当業界で標準的な方法であるＳＩＭＳは、表面の局所的濃度を決定するのに特に適している。

ドーパントの不等濃度については以下でさらに論じる。

電気接点は、当業界で周知の方法に従って形成することができる。光を光起電力セルの基板に到達させるために、少なくとも１つの表面（例えば第１表面）上の接点は、表面のできるだけ多くに到達する一方、表面をできるだけ少なく遮光するように構成される。例えば、接点は任意選択的に格子状のパターンに構成することができる。

任意選択的に、光起電力セルは単面型であり、１つの表面上の接点は、上述の通り光が基板を通過することができるように構成される一方、反対側の表面の接点はそのようなものとして構成されない。例えば、表面を電気接点で完全に被覆することができる。そのような構成は製造の容易さおよび高い効率をもたらす。

代替的に、光起電力セルは両面型であり、両方の表面上の接点は、光が基板を通過することができ、それによって光起電力セルがセルの両面で照射から電気を生成することができるように構成される。上述し、かつこの後に続く実施例の節に例示する通り、本書に記載する第２表面における反射防止コーティングの被着は、第２（裏側）表面が照射されたときに反射を低減することによって、両面光起電力セルの効率を高めるのに特に有用である。

一部の実施形態では、第１ｎ^＋層は０．４〜２μｍの範囲の深さを有する。任意選択的に、深さは０．６〜１．２μｍの範囲である。

一部の実施形態では、第１ｎ^＋層は３０オーム未満のシート抵抗を具備する。任意選択的に、シート抵抗は２５オーム未満であり、任意選択的に２０オーム未満であり、任意選択的に１５オーム未満である。例示的実施形態では、シート抵抗は約１３オームから約２５オームの範囲である。

ｎ^＋層のシート抵抗はｎドーパントの濃度に逆相関することが注目される。本書に記載する第１ｎ^＋層の比較的低いシート抵抗はしたがって、光起電力セルの短絡電流および効率を低減させることのできるｎドーパントの比較的高い濃度に相関する。

したがって、例示的実施形態では、第１ｎ^＋層に取って代わる第２ｎ^＋層は、第１ｎ^＋層に対して上述した比較的低いシート抵抗より高いシート抵抗を具備する。

一部の実施形態では、第２ｎ^＋層は、３０〜１００オームの範囲のシート抵抗を具備する。任意選択的に、シート抵抗は４０〜６５オームの範囲である。例示的実施形態では、シート抵抗は約５５オームである。

一部の実施形態では、第２ｎ^＋層は０．２〜０．７μｍの範囲、任意選択的に０．３〜０．４μｍの範囲の深さを有する。

例示的実施形態では、第１ｎ^＋層の一部分を第１表面から除去するステップは、第１表面をテクスチャ加工することを含む。

本書で使用する場合、用語「テクスチャ加工」とは、表面を粗面化することを意味する（例えば表面に山と谷を生じる）。

本書で使用する場合、用語「山」とは表面の隣接領域より高い領域を指す一方、用語「谷」とは表面の隣接領域より低い領域を指す。

一部の実施形態では、テクスチャ加工が第１表面に山および谷を生成し、テクスチャ加工後に第１表面に残留するｎドーパントの濃度は、山の方が谷より高くなる。したがって、表面全体のドーパントの不等濃度は、これらの実施形態では、山および谷におけるドーパントの異なる濃度によって顕現する。したがって、山におけるｎドーパントの濃度は、基板の表面の濃度の極大を表わす一方、谷におけるｎドーパントの濃度は極小を表わす。濃度のこれらの極大および極小が不等濃度を生成する。

一部の実施形態では、第２ｎ^＋層におけるｎドーパントの濃度は、山の方が谷より高い。任意選択的に、山におけるｎドーパントの濃度は、谷におけるｎドーパントの濃度の少なくとも２倍である。任意選択的に、山におけるｎドーパントの濃度は、谷におけるｎドーパントの濃度の少なくとも３倍であり、任意選択的に少なくとも５倍であり、かつ任意選択的に少なくとも１０倍である。

一部の実施形態では、第２ｎ^＋層の山におけるｎドーパントの濃度は、少なくとも５×１０^２０原子数／ｃｍ^３である。任意選択的に該濃度は少なくとも１０^２１原子数／ｃｍ^３であり、任意選択的に少なくとも２×１０^２１原子数／ｃｍ^３であり、任意選択的に少なくとも３×１０^２１原子数／ｃｍ^３であり、かつ任意選択的に少なくとも５×１０^２１原子数／ｃｍ^３である。

一部の実施形態では、第２ｎ^＋層の谷におけるｎドーパントの濃度は、１０^２１原子数／ｃｍ^３未満である。任意選択的に、該濃度は０．５×１０^２１原子数／ｃｍ^３未満であり、任意選択的に０．３×１０^２１原子数／ｃｍ^３未満であり、任意選択的に０．２×１０^２１原子数／ｃｍ^３未満であり、かつ任意選択的に１０^２０原子数／ｃｍ^３未満である。

山におけるｎドーパントの濃度が谷より高い一部の実施形態の山におけるｎドーパントの「高い」濃度は、山におけるｎドーパントの濃度が谷より高い別の実施形態の谷における「低い」濃度より多少低い場合があることを理解されたい。一部の実施形態では、第１ｎ^＋層の一部分を第１表面から除去するステップは、４μｍから１２μｍの範囲の平均深さに第１表面をエッチングすることを含む。任意選択的に、深さは６μｍから１０μｍの範囲である。

一部の実施形態では、エッチングはアルカリ性溶液（例えば水酸化ナトリウムを含む溶液）によって達成される。

本書に記載する方法の各々において、第１ｎ^＋層およびｐ^＋層は、当業界で公知の方法のいずれかを介して形成される。

一部の実施形態では、ｎ^＋層が表面全体にドーパントの不等濃度を形成することなく堆積される場合はいつでも、第１表面にｎドーパントを含む膜を被着するステップは代替的に、当業界で公知の任意の方法によって達成することができる。一部の実施形態では、第１ｎ^＋層およびｐ^＋層は（例えば加熱によって）同時に形成される。

例示的実施形態では、第１ｎ^＋層を形成するためのｎドーパントのドーピングおよびｐ^＋層を形成するためのｐドーパントのドーピングは、ｐドーパントを含む膜を第２表面に被着し、ｎドーパントを含む膜を第１表面に被着し、基板を加熱し、それにより第１ｎ^＋層およびｐ^＋層を同時に形成することによって、達成される。

一部の実施形態では、ｐドーパントを含む膜およびｎドーパントを含む膜は各々二酸化ケイ素を含む。二酸化ケイ素系の膜は、ドーピング手順の後でフッ化水素酸によって選択的に除去することができる。

一部の実施形態では、ｐドーパントを含む膜は酸化ホウ素を含む。

一部の実施形態では、ｎドーパントを含む膜は五酸化リン（Ｐ_２Ｏ_５）を含む。任意選択的に、膜は少なくとも２０重量パーセントのＰ_２Ｏ_５を含む。以下で実施例の節に例示する通り、第１ｎ^＋層のリンの濃度および第１ｎ^＋層のシート抵抗は、ドーピング膜におけるＰ_２Ｏ_５の適切な濃度を選択することによって、容易に制御することができる。

特定の理論に縛られることなく、ｐ^＋層の形成と同時に第１ｎ^＋層を形成することで、シャントを有害に増大させるｎ^＋層内におけるｐ^＋領域の形成が有利に防止されると考えられる。しかし、有害なｐ^＋領域の形成を防止するのに特に適したｎドーパントの濃度および深さは、最終製品の最適性能に特に適したｎドーパントの濃度および深さより高いことがある。したがって、第１ｎ^＋層の少なくとも一部分を除去することによって、ｎ^＋層のｎドーパントの濃度は、光起電力セルにより適したレベルまで低減されると考えられる。

本発明の実施形態の別の態様では、本書に記載する方法のいずれかに従って製造された光起電力セルを提供する。

したがって、一部の実施形態では、半導体基板を備えた光起電力セルであって、基板がその第１表面にｎ^＋層を、かつその第２表面にｐ^＋層を含み、第２表面が本書に記載するように反射防止コーティングによって被覆され、第１表面および第２表面の各々に電気接点が付着され、第１表面が山と谷とを含むようにテクスチャ加工され、かつｎ^＋層のｎドーパントの濃度が、第１表面の山では第１表面の谷より高い、光起電力セルを提供する。

本書に記載する光起電力セルの「ｎ^＋層」は、本書に記載した方法の文脈で、本書で論じた「第２ｎ^＋層」に相応することを理解されたい。したがって、光起電力セルのｎ^＋層は任意選択的に、第２ｎ^＋層に関連して本書に記載した特徴のいずれか（例えば深さ、シード抵抗、局所的ｎドーパント濃度）によって特徴付けられる。

任意選択的に、光起電力セルは両面光起電力セルである。

基板は任意選択的にシリコンを含み、ｐドーパントは任意選択的にホウ素を含み、ｎドーパントは任意選択的に、リンおよびヒ素から成る群から選択され、リンは例示的ｎドーパントである。

一部の実施形態では、光起電力セルの曲線因子は少なくとも７５．５％、任意選択的に少なくとも７６％、任意選択的に少なくとも７６．５％、かつ任意選択的に少なくとも７７％である。

一部の実施形態では、光起電力セルの効率は少なくとも１６．７％、任意選択的に少なくとも１６．８％、任意選択的に少なくとも１６．９％、かつ任意選択的に少なくとも１７％である。

一部の実施形態では、光起電力セルの短絡電流密度は少なくとも０．０３３アンペア／ｃｍ^２、任意選択的に少なくとも０．０３３５アンペア／ｃｍ^２、かつ任意選択的に少なくとも０．０３４アンペア／ｃｍ^２である。

上記の物理パラメータは、光起電力セルを評価するために当業界で使用される標準試験条件における測定によって決定される。標準試験条件は、１０００Ｗ／ｍ^２の太陽放射照度、１．５のＡＭ（空気質量）における太陽基準スペクトル、およびセル温度２５℃を含む。

短絡電流密度は例えば、当業界の標準技術を用いて、短絡（すなわち電圧＝０）時に光起電力セルによって発生する電流（Ｉｓｃ）を測定することによって、決定することができる。開路電圧（Ｖｏｃ）は、標準技術を用いて、開路（すなわち電流＝０）時の光起電力セルの電圧を測定することによって、決定することができる。

曲線因子および効率は、光起電力セルの最大電力出力を測定することによって決定することができる。

したがって、曲線因子は、最大電力と短絡電流および開路電圧の積（Ｉｓｃ×Ｖｏｃ）との間の比と定義される。最大電力、Ｉｓｃ、およびＶｏｃは、上述の通り決定される。

効率は、上述の通り最大電力を決定し、標準試験条件の入射光放射照度で除算することによって決定することができる。

本発明の実施形態は必ずしも短絡電流密度の増加をもたらさないことを理解されたい。むしろ、以下で実施例の節に例示する通り、本発明の実施形態に係る光起電力セルの高い効率をもたらすのは、中程度に高い短絡電流密度と曲線因子の増加との組合せである。

本発明の実施形態の別の態様では、本書に記載する光起電力セルのいずれかを複数含み、光起電力セルが互いに接続された、光起電力アレイを提供する。

本書で使用する場合、語句「光起電力アレイ」とは、直列および／または並列に相互接続された光起電力セルのアレイを表わす。セルの直列接続は加算電圧を形成する。セルの並列接続はより高い電流をもたらす。したがって、当業者は所望の電圧および電流を生み出すようにセルを接続することができる。

アレイは任意選択的に、光が光起電力セルにかつ／または（例えば太陽の１日の移動を追尾するために）アレイを光源の方向に向ける基台に到達するのを妨害することなく、光起電力セルを環境から保護するために、１枚のガラス板のような追加要素をさらに組み合わせることができる。任意選択的に、電流を交流電流に変換するためにインバータが存在する。任意選択的に、光起電力セルによって発生したエネルギを貯蔵するために、電池が存在する。

本発明の実施形態の別の態様では、本書に記載する光起電力アレイを備えた発電所を提供する。発電所は任意選択的に、太陽光への曝露を最大化するように配置された複数の光起電力アレイを含む。

光起電力アレイの最適な位置および向きは、その中の光起電力セルが両面型かそれとも単面型かによって異なることを理解されたい。

本発明の実施形態の別の態様では、請求項３４に記載の光起電力セルを備えた電気装置を提供する。一部の実施形態では、光起電力セルは電気装置のための電力源である。

本書に記載する光起電力セルおよび／または太陽電池アレイの例示的用途として、家庭用電源装置、温水加熱器、ポケットコンピュータ、ノート型コンピュータ、携帯用充電ドック、携帯電話器、ページャ、ＰＤＡ、デジタルカメラ、煙探知器、ＧＰＳ装置、玩具、コンピュータ周辺装置、衛星、宇宙船、携帯電気機器（例えば携帯ＴＶ、携帯照明装置）、およびコードレス電気機器（例えばコードレス電気掃除機、コードレス電動ドリル、およびコードレス電動のこぎり）が挙げられるが、それらに限らない。

本発明の実施形態の別の態様では、本書に記載するいずれかの光起電力セルを含む電磁輻射線検出器であって、電磁輻射線が紫外輻射線、可視輻射線、および赤外輻射線から成る群から選択される、電磁輻射線検出器を提供する。該検出器は、例えば輻射線を検出するために（例えば赤外検出器として）、かつ／または輻射線の量を測定するために（例えば分光測定として）、使用することができる。

本出願から成熟する特許の存続期間の期間中には、多くの関連するドーピング技術が開発されることが予想され、ドーピングの用語の範囲は、すべてのそのような新しい技術を先験的に包含することが意図される。

本明細書中で使用される用語「約」は、±１０％を示す。

用語「含む／備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ、ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ、ｉｎｃｌｕｄｅｓ、ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「有する（ｈａｖｉｎｇ）」、およびそれらの同根語は、「含むが、それらに限定されない（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｂｕｔ ｎｏｔ ｌｉｍｉｔｅｄ ｔｏ）」ことを意味する。

用語「からなる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｏｆ）」は、「含み、それらに限定される（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ａｎｄ ｌｉｍｉｔｅｄ ｔｏ）」ことを意味する。

表現「から本質的になる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ ｏｆ）」は、さらなる成分、工程および／または部分が、主張される組成物、方法または構造の基本的かつ新規な特徴を実質的に変化させない場合にだけ、組成物、方法または構造がさらなる成分、工程および／または部分を含み得ることを意味する。

用語「例示的」は、本明細書では「例（ｅｘａｍｐｌｅ，ｉｎｓｔａｎｃｅ又はｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ）として作用する」ことを意味するために使用される。「例示的」として記載されたいかなる実施形態も必ずしも他の実施形態に対して好ましいもしくは有利なものとして解釈されたりかつ／または他の実施形態からの特徴の組み入れを除外するものではない。

用語「任意選択的」は、本明細書では、「一部の実施形態に与えられるが、他の実施形態には与えられない」ことを意味するために使用される。本発明のいかなる特定の実施形態も対立しない限り複数の「任意選択的」な特徴を含むことができる。

本明細書中で使用される場合、単数形態（「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」）は、文脈がそうでないことを明確に示さない限り、複数の参照物を包含する。例えば、用語「化合物（ａ ｃｏｍｐｏｕｎｄ）」または用語「少なくとも１つの化合物」は、その混合物を含めて、複数の化合物を包含し得る。

本開示を通して、本発明の様々な態様が範囲形式で提示され得る。範囲形式での記載は単に便宜上および簡潔化のためであり、本発明の範囲に対する柔軟性のない限定として解釈すべきでないことを理解しなければならない。従って、範囲の記載は、具体的に開示された可能なすべての部分範囲、ならびに、その範囲に含まれる個々の数値を有すると見なさなければならない。例えば、１〜６などの範囲の記載は、具体的に開示された部分範囲（例えば、１〜３、１〜４、１〜５、２〜４、２〜６、３〜６など）、ならびに、その範囲に含まれる個々の数値（例えば、１、２、３、４、５および６）を有すると見なさなければならない。このことは、範囲の広さにかかわらず、適用される。

数値範囲が本明細書中で示される場合には常に、示された範囲に含まれる任意の言及された数字（分数または整数）を含むことが意味される。第１の示された数字および第２の示された数字「の範囲である／の間の範囲」という表現、および、第１の示された数字「から」第２の示された数「まで及ぶ／までの範囲」という表現は、交換可能に使用され、第１の示された数字と、第２の示された数字と、その間のすべての分数および整数とを含むことが意味される。

本明細書中で使用される用語「方法（ｍｅｔｈｏｄ）」は、所与の課題を達成するための様式、手段、技術および手順を示し、これには、化学および物理学の技術分野の実施者に知られているそのような様式、手段、技術および手順、または、知られている様式、手段、技術および手順から、化学および物理学の技術分野の実施者によって容易に開発されるそのような様式、手段、技術および手順が含まれるが、それらに限定されない。

明確にするため別個の実施形態の文脈で説明されている本発明の特定の特徴が、単一の実施形態に組み合わせて提供されることもできることは分かるであろう。逆に、簡潔にするため単一の実施形態で説明されている本発明の各種の特徴は別個にまたは適切なサブコンビネーションで、あるいは本発明の他の記載される実施形態において好適なように提供することもできる。種々の実施形態の文脈において記載される特定の特徴は、その実施形態がそれらの要素なしに動作不能である場合を除いては、それらの実施形態の不可欠な特徴であると見なされるべきではない。

本明細書中上記に描かれるような、および、下記の請求項の節において特許請求されるような本発明の様々な実施形態および態様のそれぞれは、実験的裏付けが下記の実施例において見出される。

次に下記の実施例が参照されるが、下記の実施例は、上記の説明と一緒に、本発明を非限定様式で例示する。

実施例１
光起電力セルの例示的作製
１．６オームの抵抗率を持つｐ型単結晶シリコン擬似正方形基板（１２５×１２５ｍｍ）を使用した。基板表面の結晶配向は［１００］であった。ソー損傷は、水酸化ナトリウムの２５％溶液中でエッチングすることによって除去した。次いで基板を過酸化アンモニウム溶液中で洗浄した。

３０００ｒｐｍのスピン速度を用いたスピンオン法を使用して、５０（重量）％の酸化ホウ素を含む二酸化ケイ素の膜を基板の裏面に被着させた。

基板を６０個の基板の３つの実験群に分割した。スピンオン法を用いて、２０（重量）％、２５（重量）％、または３０（重量）％のＰ_２Ｏ_５を含む二酸化ケイ素の膜を、基板の前面に被着させた。

ドーパントの基板への拡散を、窒素雰囲気下で１０１０℃の温度で２０分間加熱することによって実行した。結果的に得られた裏面のｐ^＋層は、２５オーム以下のシート抵抗および約１μｍの深さを有した。Ｐ_２Ｏ_５がそれぞれ２０％、２５％、および３０％のリンケイ酸膜を使用した場合、結果的に得られた前面のｎ^＋層は２５、１７、および１３オームのシート抵抗を示した。

シート抵抗は四探針法を用いて決定した。ｎ^＋層の深さはシート抵抗を測定し、その後、基板の薄層をエッチングで除去することによって決定した。

次いで酸化膜層をフッ化水素酸の１０％溶液で除去した。２％水酸化ナトリウムおよび４％イソプロピルアルコールの水溶液により８０℃でエッチングすることによって、基板の前面のテクスチャ加工およびｎ^＋層の除去を同時に実行した。エッチングは５分、１０分、１５分、２５分、３０分、または３５分間実行した。エッチングの前後に基板の重量を測定した。テクスチャ加工前後の重量差に従って、エッチングの平均深さを決定した。

次いで、大気圧化学気相成長法（ＣＶＤ）法を用いて、二酸化チタンの反射防止層をホウ素ドープ表面に被着させた。

５０％Ｐ_２Ｏ_５を含有するリンケイ酸ガラスの膜を被着させ、８５０℃の温度で２０分間加熱することによって、リンの基板への２回目の拡散を実行した。結果的に得られたｎ^＋層は５５オームのシート抵抗を示し、約０．３５μｍの深さを有した。上述の通り、リンの表面濃度を決定した。

リンケイ酸ガラスの膜をフッ化水素酸の１０％溶液によって除去した。二酸化チタン膜は、フッ化水素酸溶液に対し耐性を有した。次いで窒化ケイ素の反射防止層を前面に被着させた。

スクリーン印刷プロセスを使用して、基板の両面に接点パターンを被着させた。前面接点にはＰＶ−１５６ペースト（ＤｕＰｏｎｔ）を使用し、裏面接点にはＭｏｎｏｋｒｉｓｔａｌ（Ｓｔａｖｒｏｐｏｌ、Ｒｕｓｓｉａ）によって開発されたペーストを使用した。Ｃｅｎｔｒｏｔｈｅｒｍ炉内で焼成を実行した。

次いで、基板の縁から０．２ｍｍの距離で、レーザｐｎ接合分離を実行した。次いで太陽電池性能のパラメータを測定した。測定の結果を以下の表１〜３に提示する。テクスチャ加工中の平均エッチング深さに対する種々のパラメータの依存性を、図３〜５にグラフで示す。

作製された試料の幾つかに対し、ＳＩＭＳ（二次イオン質量分析）を用いて、リンの１回目および２回目の両拡散後の（すなわち第１ｎ^＋層および第２ｎ^＋層の両方の）リンの表面濃度の決定を実行した。これらの測定に基づいて、光起電力セルの山および谷の両方のリンの濃度を推定した。谷の予想濃度は、リンの２回目の拡散後に測定した濃度である一方、山の予想濃度は、１回目および２回目の拡散後に測定されたリン濃度の合計であった。結果を表４に要約する。

対照として、ロシア特許第２１３９６０１号明細書に記載する通り、２５個の太陽電池を作製した。この手順で、１５（重量）％のＰ_２Ｏ_５を含む二酸化ケイ素膜を前面に被着させることによって、初期ｎ^＋層を形成した。結果的に得られた初期ｎ^＋層は３５オームのシート抵抗および１．２μｍの深さを有した。対照太陽電池のパラメータの平均値は次の通りであった。Ｖｏｃ＝６１６ｍＶ、Ｊｓｃ＝３５．９ｍＡ／ｃｍ^２、効率＝１６．２％

図３に示す通り、太陽電池の短絡電流密度（Ｊｓｃ）はテクスチャ加工中のエッチングの深さに依存し、平均エッチング深さが約４μｍ超のときに最大であった。

図４に示す通り、太陽電池の曲線因子（ＦＦ）はテクスチャ加工中のエッチングの深さに依存し、平均エッチング深さが約８μｍ未満のときに最大であった。

図５に示す通り、太陽電池の効率はエッチング深さに依存し、平均エッチング深さが約４〜１２μｍの範囲のときに最大であった。

表１〜３および図５に示す通り、太陽電池の効率は対照電池の効率（１６．２％）より高く、１７％超の効率が得られた。対照値に対する効率の相対利得は約３〜５％であった。

これらの結果は、上述の通り、初期ｎ^＋層の形成およびエッチングによるその除去から、エッチング深さが短絡電流および曲線因子の両方とも比較的高い値になる最適範囲内であるときに、高い太陽電池の効率がもたらされることを示している。

実施例２
光起電力セルの性能に対する反射防止コーティングの効果
２５オームのシート抵抗および８μｍのエッチング深さを有する初期ｎ^＋層を持つ光起電力セルを、実施例１に記載したように作製した。基板の縁から０．２ｍｍの距離で、レーザｐｎ接合分離を実行した。

実施例１に記載したように、リンのドーピングによる最終ｎ^＋層の形成前に、ホウ素ドープ表面に反射防止コーティングを被着させ、リンドーピングの後、最終ｎ^＋層に反射防止コーティングを被着させた。

１つの群では、光起電力セルの両面における反射防止層の被着は、実施例１に記載したように、大気圧化学気相成長法（ＣＶＤ）法を用いて、７５ｎｍの酸化チタンの層（屈折率＝２．２）を形成することを含んだ。

第２群では、光起電力セルの両面における反射防止層の被着は、６０ｎｍの窒化ケイ素の層（屈折率＝２．２）を形成し、その後にプラズマ化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）を用いて〜８０ｎｍの酸窒化ケイ素の層（屈折率＝１．７）を形成することを含んだ。

次いで光起電力セルにポリ（酢酸エチルビニル）（ＥＶＡ）膜（屈折率＝１．４５）を積層した。

対照として、光起電力セルをロシア特許第２１３９６０１明細書に記載されているように作製した。

光起電力セルの性能を前面照射（ｎドープ面の照射）および背面照射（ｐドープ面の照射）の両方の下で測定した。光起電力セルの性能の種々のパラメータに対する反射防止層の効果を表５に示す。

表５に示す通り、太陽電池の効率は、前面および背面照射の両方で、対照セルの効率より高かった。さらに表５に示す通り、窒化ケイ素／酸窒化ケイ素の反射防止コーティングは、特に背面照射でＴｉＯ_２コーティングに対し改善された効率をもたらす。

実施例３
実効少数キャリア寿命の測定
表面再結合に対する窒化ケイ素堆積の効果を決定するために、ｐ^＋−ｐ−ｐ^＋構造で実効少数キャリア寿命を決定した。実験結果の解釈を簡素化するために、光起電力セルのｎ^＋−ｐ−ｐ^＋構造を使用する代わりに、ｐ^＋−ｐ−ｐ^＋構造を使用した。

５０（重量）％の二酸化ホウ素を含有する二酸化ケイ素の膜を基板の裏面に被着させ、次いで窒素雰囲気下で１０１０℃の温度で２０分間加熱することによって、両面にホウ素をドープした１オームｃｍのシリコンウェハから、４つの試料を作製した。次いで、プラズマ化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）法を用いて６０ｎｍの窒化ケイ素の層（屈折率＝２．２）をウェハの両面に堆積し、次いでウェハを８５０℃の温度で２０分間熱処理に付した。

種々の段階における注入キャリア濃度の崩壊から寿命値を決定した。

図６に示す通り、実効キャリア寿命値は窒化ケイ素の堆積後に低下し、次いで熱処理後に完全に復元された。

これらの結果は、反射防止コーティングの熱処理が、ｐ^＋層の表面再結合を減少し、それにより光起電力セルの性能を改善することによって、キャリア寿命を増大させることを示す。

実施例４
光起電力セルの電流に対するコーティング屈折率の影響
光起電力セルの短絡電流密度（Ｊｓｃ）に対する反射防止コーティングの屈折率の効果を、１層および２層コーティングについて計算した。

計算のために、光起電力セルは、１．４５の屈折率（ポリ（酢酸エチレンビニル）の屈折率）を持つ光学媒質内で、理論的最大内部量子効率および平滑表面を持つシリコン系光起電力セルであると仮定した。

１層のコーティングの場合、コーティングの所与の各屈折率に対し、Ｊｓｃをコーティングの厚さの関数として計算し、コーティングの最適厚さのＪｓｃ（すなわちＪｓｃが最大になるコーティング厚さのＪｓｃ）を決定した。

２層コーティングの場合、所与の各屈折率に対し、かつコーティングの下層（シリコン表面に隣接する層）の異なる厚さに対し、Ｊｓｃを上層の屈折率および厚さの関数として計算し、上層の最適屈折率のＪｓｃ（すなわちＪｓｃが最大になるコーティング厚さおよび上層の屈折率のＪｓｃ）を決定した。

図７に示す通り、反射防止コーティング（またはコーティングに２つ以上の層がある場合には、反射防止コーティングの下層）の屈折率が少なくとも約２．３であるときに、短絡電流密度は最高になる。

本発明はその特定の実施態様によって説明してきたが、多くの別法、変更および変形があることは当業者には明らかであることは明白である。従って、本発明は、本願の請求項の精神と広い範囲の中に入るこのような別法、変更および変形すべてを包含するものである。

本明細書で挙げた刊行物、特許および特許出願はすべて、個々の刊行物、特許および特許出願が各々あたかも具体的にかつ個々に引用提示されているのと同程度に、全体を本明細書に援用するものである。さらに、本願で引用または確認したことは本発明の先行技術として利用できるという自白とみなすべきではない。節の見出しが使用されている程度まで、それらは必ずしも限定であると解釈されるべきではない。

Claims (39)

1. ａ）半導体基板の第１表面にｎドーパントをドープして、前記基板に第１ｎ^＋層を形成するステップと、
   ｂ）前記基板の第２表面にｐドーパントをドープして、前記基板にｐ^＋層を形成するステップと、
   ｃ）窒化ケイ素および酸窒化ケイ素から成る群から選択された物質を含む反射防止コーティングを前記第２表面に被着するステップと、
   ｄ）前記基板の前記第１表面に残存する前記ｎドーパントの濃度が前記第１表面全体で不等になるように、前記基板の前記第１表面から前記第１ｎ^＋層の一部分を除去するステップと、
   ｅ）第２ｎ^＋層のｎドーパントの濃度が前記第１表面全体で不等になるように、前記基板の前記第１表面に前記ｎドーパントをドープして、前記第２ｎ^＋層を形成するステップと、
   ｆ）前記第１表面および前記第２表面の各々に電気接点を形成し、
   それによって光起電力セルを製造するステップと、
   を含み、
   前記反射防止コーティングの前記第２表面への前記被着が、前記第１表面から前記第１ｎ^＋層の前記一部分を除去する前または後でかつ前記基板の前記第１表面に前記ｎドーパントをドープして前記第２ｎ^＋層を形成する前に実行される、
   光起電力セルを製造する方法。
2. 前記第１ｎ^＋層は３０オーム未満のシート抵抗を具備する、請求項１に記載の方法。
3. 前記第１ｎ^＋層は０．４〜２μｍの範囲の深さを有する、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記第２ｎ^＋層は３０〜１００オームの範囲のシート抵抗を具備する、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
5. 前記第２ｎ^＋層は０．２〜０．７μｍの範囲の深さを有する、請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
6. 前記第１表面から前記第１ｎ^＋層の前記一部分を除去するステップは、前記第１表面をテクスチャ加工することを含む、請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
7. 前記テクスチャ加工は前記第１表面に山および谷を生成し、テクスチャ加工後に前記第１表面に残留する前記ｎドーパントの濃度は前記谷より前記山の方が高い、請求項６に記載の方法。
8. 前記第２ｎ^＋層の前記ｎドーパントの濃度は、前記谷より前記山の方が高い、請求項７に記載の方法。
9. 前記第１表面から前記ｎ^＋層の前記一部分を除去するステップが、前記第１表面を４μｍから１２μｍの範囲の平均深さにエッチングすることを含む、請求項１〜８のいずれかに記載の方法。
10. 前記第１ｎ^＋層および前記ｐ^＋層は同時に形成される、請求項１〜９のいずれかに記載の方法。
11. 前記ｎドーパントをドープして前記第１ｎ^＋層を形成するステップ、および前記ｐドーパントをドープして前記ｐ^＋層を形成するステップは、
    （ｉ）前記ｐドーパントを含む膜を前記第２表面に被着すること、
    （ｉｉ）前記ｎドーパントを含む膜を前記第１表面に被着すること、および
    （ｉｉｉ）前記基板を加熱し、
    それによって前記第１ｎ^＋層および前記ｐ^＋層を同時に形成すること
    によって達成される、請求項１０に記載の方法。
12. 前記基板は、前記ドーピングの前はｎ型半導体である、請求項１〜１１のいずれかに記載の方法。
13. 前記基板は、前記ドーピングの前はｐ型半導体である、請求項１〜１１のいずれかに記載の方法。
14. 前記反射防止コーティングは、２．１から２．２の範囲の屈折率を具備する、請求項１〜１３のいずれかに記載の方法。
15. 前記反射防止コーティングは、前記基板との界面の方向から低下する勾配屈折率を具備する、請求項１〜１４のいずれかに記載の方法。
16. 前記勾配屈折率は、１．７から２．２５の範囲内である、請求項１５に記載の方法。
17. 前記反射防止コーティングを熱処理に付すステップをさらに含む、請求項１〜１６のいずれかに記載の方法。
18. 前記熱処理は前記反射防止コーティングの屈折率を高める、請求項１７に記載の方法。
19. 前記熱処理は前記基板の前記第１表面に前記ｎドーパントを同時にドープして、前記第２ｎ^＋層を形成する、請求項１７または１８に記載の方法。
20. 前記第２表面に被着された前記反射防止コーティングは、前記反射防止コーティングによって被覆された表面の前記ｎドーパントによるドーピングを阻止する、請求項１〜１９のいずれかに記載の方法。
21. 請求項１〜２０のいずれかに記載の方法に従って製造される光起電力セル。
22. 半導体基板を備えた光起電力セルであって、前記基板がその第１表面にｎ^＋層を、かつその第２表面にｐ^＋層を含み、前記ｎ^＋層がｎドーパントを含み、前記ｐ^＋層がｐドーパントを含み、前記第２表面が窒化ケイ素および酸窒化ケイ素から成る群から選択された物質を含む反射防止コーティングによって被覆され、前記第１表面および前記第２表面の各々に電気接点が付着され、
    前記第１表面が山と谷とを含むようにテクスチャ加工され、かつ
    前記ｎ^＋層の前記ｎドーパントの濃度が、前記第１表面の前記山では前記第１表面の前記谷より高い、
    光起電力セル。
23. 前記ｎ^＋層は、３０〜１００オームの範囲のシート抵抗を具備する、請求項２２に記載の光起電力セル。
24. 前記ｎ^＋層は０．２〜０．７μｍの範囲の深さを有する、請求項２２または２３に記載の光起電力セル。
25. 前記山の前記ｎドーパントの濃度は、前記谷の前記ｎドーパントの濃度の少なくとも２倍である、請求項８に記載の方法または請求項２２〜２４のいずれかに記載の光起電力セル。
26. 前記山の前記ｎドーパントの濃度は、少なくとも５×１０^２０原子数／ｃｍ^３である、請求項８に記載の方法または請求項２２〜２５のいずれかに記載の光起電力セル。
27. 前記谷の前記ｎドーパントの濃度は、１０^２１原子数／ｃｍ^３未満である、請求項８に記載の方法または請求項２２〜２６のいずれかに記載の光起電力セル。
28. 前記反射防止コーティングは、２．１から２．４の範囲の屈折率を具備する、請求項２２〜２４のいずれかに記載の光起電力セル。
29. 前記反射防止コーティングは、前記基板との界面の方向から低下する勾配屈折率を具備する、請求項２２〜２４、２８のいずれかに記載の光起電力セル。
30. 前記勾配屈折率は１．７から２．４５の範囲内である、請求項２９に記載の光起電力セル。
31. 少なくとも０．０３３アンペア／ｃｍ^２の短絡電流密度を具備する、請求項２１〜２４、２８〜３０のいずれかに記載の光起電力セル。
32. 少なくとも７５．５％の曲線因子を具備する、請求項２１〜２４、２８〜３１のいずれかに記載の光起電力セル。
33. 少なくとも１６．７％の効率を具備する、請求項２１〜２４、２８〜３２のいずれかに記載の光起電力セル。
34. 両面光起電力セルである、請求項２１〜２４、２８〜３３のいずれかに記載の光起電力セル。
35. ｎ^＋−ｎ−ｐ^＋構造を含む、請求項２１〜２４、２８〜３４のいずれかに記載の光起電力セル。
36. ｎ^＋−ｐ−ｐ^＋構造を含む、請求項２１〜２４、２８〜３４のいずれかに記載の光起電力セル。
37. 請求項２１〜２４、２８〜３６のいずれかに記載の複数の光起電力セルを備えた光起電力アレイであって、前記複数の光起電力セルが互いに相互接続されている、光起電力アレイ。
38. 請求項３７に記載の光起電力アレイを備えている発電所。
39. 請求項２１〜２４、２８〜３６のいずれかに記載の光起電力セルを備えている電気装置。