JP2017517147A - 太陽電池内の相対的ドーパント濃度レベル - Google Patents

太陽電池内の相対的ドーパント濃度レベル Download PDF

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Abstract

太陽電池は、通常動作中には太陽放射を受光するために太陽に面する前側、及びその前側とは反対側の裏側を有する、基板を含み得る。この太陽電池は、基板の裏側の上に形成された、ポリシリコン層を更に含み得る。Ｐ型拡散領域及びＮ型拡散領域を、このポリシリコン層内に形成して、突き合せＰＮ接合を提供することができる。Ｐ型拡散領域は、第１のドーパント濃度レベルを有し得るものであり、Ｎ型拡散領域は、第１のドーパント濃度レベルが第２のドーパント濃度レベルより低いような、第２のドーパント濃度レベルを有し得る。

Description

太陽電池として公知の光起電力電池は、太陽放射を電気エネルギーに直接変換するためのデバイスとして周知である。一般的に、太陽電池は、半導体処理技術を使用して半導体ウェハ又は基板上に製造され、Ｐ型拡散領域とＮ型拡散領域との間にＰＮ接合が形成される。太陽放射が太陽電池の基板の表面上に衝突し、基板内に進入することにより、その基板のバルク内に電子及び正孔の対が生成される。それらの電子及び正孔の対が、基板内のＰ型拡散領域及びＮ型拡散領域に移動することにより、それらの拡散領域の間に電圧差が生じる。それらの拡散領域が、太陽電池上の導電性領域に接続されることにより、その太陽電池から外部回路へと、電流が方向付けられる。裏側コンタクト型太陽電池では、例えば、拡散領域、及びそれらの拡散領域に結合された交互嵌合式の金属コンタクトフィンガは、双方とも太陽電池の裏側上に存在する。コンタクトフィンガは、外部電気回路が、その太陽電池に結合されて、その太陽電池によって電力供給されることを可能にする。
効率は、太陽電池の発電能力に直接関連するため、太陽電池の重要な特性である。同様に、太陽電池を生産する上での効率は、そのような太陽電池の費用対効果に直接関連する。したがって、太陽電池の効率を向上させるための技術、又は、太陽電池の製造における効率を向上させるための技術が、一般的に望ましい。本開示の一部の実施形態は、太陽電池構造体を製造するための新規のプロセスを提供することによって、太陽電池の製造効率の向上を可能にする。本開示の一部の実施形態は、新規の太陽電池構造体を提供することによって、太陽電池の効率の向上を可能にする。
一部の実施形態による、基板の上方に形成されたＰ型拡散領域とＮ型拡散領域との間に形成された、突き合せＰＮ接合を有する、例示的な太陽電池の一部分の断面図を示す。
一実施形態による、より低いＰ型ドーパント濃度レベルを有する裏側コンタクト型太陽電池を形成する、例示的方法を示すフローチャートである。
一実施形態による、より低いＰ型ドーパント濃度レベルを有する裏側コンタクト型太陽電池を形成する、例示的方法を示すフローチャートである。
一部の実施形態による、基板上に形成されたＰ型拡散領域とＮ型拡散領域との間に形成された、突き合せＰＮ接合を有する、裏側コンタクト型太陽電池を形成する工程の断面図を示す。 一部の実施形態による、基板上に形成されたＰ型拡散領域とＮ型拡散領域との間に形成された、突き合せＰＮ接合を有する、裏側コンタクト型太陽電池を形成する工程の断面図を示す。 一部の実施形態による、基板上に形成されたＰ型拡散領域とＮ型拡散領域との間に形成された、突き合せＰＮ接合を有する、裏側コンタクト型太陽電池を形成する工程の断面図を示す。 一部の実施形態による、基板上に形成されたＰ型拡散領域とＮ型拡散領域との間に形成された、突き合せＰＮ接合を有する、裏側コンタクト型太陽電池を形成する工程の断面図を示す。 一部の実施形態による、基板上に形成されたＰ型拡散領域とＮ型拡散領域との間に形成された、突き合せＰＮ接合を有する、裏側コンタクト型太陽電池を形成する工程の断面図を示す。 一部の実施形態による、基板上に形成されたＰ型拡散領域とＮ型拡散領域との間に形成された、突き合せＰＮ接合を有する、裏側コンタクト型太陽電池を形成する工程の断面図を示す。
一実施形態による、より低いＰ型ドーパント濃度レベルを有する裏側コンタクト型太陽電池を形成する、例示的方法を示すフローチャートである。
一部の実施形態による、基板上にカウンタードーピングを使用して形成されたＰ型拡散領域とＮ型拡散領域との間に形成された、突き合せＰＮ接合を有する、裏側コンタクト型太陽電池を形成する工程の断面図を示す。 一部の実施形態による、基板上にカウンタードーピングを使用して形成されたＰ型拡散領域とＮ型拡散領域との間に形成された、突き合せＰＮ接合を有する、裏側コンタクト型太陽電池を形成する工程の断面図を示す。 一部の実施形態による、基板上にカウンタードーピングを使用して形成されたＰ型拡散領域とＮ型拡散領域との間に形成された、突き合せＰＮ接合を有する、裏側コンタクト型太陽電池を形成する工程の断面図を示す。 一部の実施形態による、基板上にカウンタードーピングを使用して形成されたＰ型拡散領域とＮ型拡散領域との間に形成された、突き合せＰＮ接合を有する、裏側コンタクト型太陽電池を形成する工程の断面図を示す。 一部の実施形態による、基板上にカウンタードーピングを使用して形成されたＰ型拡散領域とＮ型拡散領域との間に形成された、突き合せＰＮ接合を有する、裏側コンタクト型太陽電池を形成する工程の断面図を示す。 一部の実施形態による、基板上にカウンタードーピングを使用して形成されたＰ型拡散領域とＮ型拡散領域との間に形成された、突き合せＰＮ接合を有する、裏側コンタクト型太陽電池を形成する工程の断面図を示す。
一実施形態による、Ｐ型ドーパント源及びＮ型ドーパント源を印刷することによって、より低いＰ型ドーパント濃度レベルを有する裏側コンタクト型太陽電池を形成する、例示的方法を示すフローチャートである。
一部の実施形態による、基板上に印刷することによって形成されたＰ型拡散領域とＮ型拡散領域との間に形成された、突き合せＰＮ接合を有する、裏側コンタクト型太陽電池を形成する工程の断面図を示す。 一部の実施形態による、基板上に印刷することによって形成されたＰ型拡散領域とＮ型拡散領域との間に形成された、突き合せＰＮ接合を有する、裏側コンタクト型太陽電池を形成する工程の断面図を示す。 一部の実施形態による、基板上に印刷することによって形成されたＰ型拡散領域とＮ型拡散領域との間に形成された、突き合せＰＮ接合を有する、裏側コンタクト型太陽電池を形成する工程の断面図を示す。 一部の実施形態による、基板上に印刷することによって形成されたＰ型拡散領域とＮ型拡散領域との間に形成された、突き合せＰＮ接合を有する、裏側コンタクト型太陽電池を形成する工程の断面図を示す。 一部の実施形態による、基板上に印刷することによって形成されたＰ型拡散領域とＮ型拡散領域との間に形成された、突き合せＰＮ接合を有する、裏側コンタクト型太陽電池を形成する工程の断面図を示す。
以下の発明を実施するための形態は、本質的には、単なる例示に過ぎず、本出願の主題の実施形態、又は、そのような実施形態の使用を限定することを意図するものではない。本明細書で使用するとき、「例示的」という語は、「実施例、実例、又は例示としての役割を果たすこと」を意味する。本明細書で例示的として説明されるいずれの実装も、必ずしも他の実装よりも好ましいか又は有利であるとして解釈されるべきではない。更には、前述の技術分野、背景技術、概要、若しくは以下の発明を実施するための形態で提示される、明示又は暗示されるいずれの理論によっても、束縛されることを意図するものではない。
本明細書は、「一実施形態」又は「実施形態」への言及を含む。「一実施形態では」又は「実施形態では」という語句の出現は、必ずしも、同じ実施形態を指すものではない。特定の機構、構造、又は特性を、本開示と矛盾しない任意の好適な方式で組み合わせることができる。
用語法。以下のパラグラフは、本開示（添付の請求項を含む）で見出される用語に関する、定義及び／又はコンテキストを提供する。
「備える」。この用語は、オープンエンド型である。添付の請求項で使用されるとき、この用語は、更なる構造又は工程を排除するものではない。
「〜ように構成された」。様々なユニット又は構成要素は、タスクを実行する「ように構成された」として、説明又は特許請求される場合がある。そのようなコンテキストでは、「〜ように構成された」は、それらのユニット／構成要素が、動作中にそれらのタスクを実行する構造を含むことを示すことによって、その構造を含意するために使用される。それゆえ、それらのユニット／構成要素は、指定のユニット／構成要素が現時点で動作可能ではない（例えば、オン／アクティブではない）場合であっても、そのタスクを実行するように構成されていると言うことができる。ユニット／回路／構成要素が、１つ以上のタスクを実行する「ように構成された」と記載することは、そのユニット／構成要素に関して、米国特許法第１１２条第６項が適用されないことを、明示的に意図するものである。
「第１の」、「第２の」など。本明細書で使用するとき、これらの用語は、それらが前に置かれる名詞に関する指標として使用されるものであり、いずれのタイプの（例えば、空間的、時間的、論理的などの）順序付けも暗示するものではない。例えば、「第１の」ドーパント源への言及は、このドーパント源がシーケンス内の最初のドーパント源であることを必ずしも暗示するものではなく、その代わりに、「第１の」という用語は、このドーパント源を別のドーパント源（例えば、「第２の」ドーパント源）から区別するために使用される。
「基づく」。本明細書で使用するとき、この用語は、決定に影響を及ぼす、１つ以上の因子を説明するために使用される。この用語は、決定に影響を及ぼし得る、更なる因子を排除するものではない。すなわち、決定は、単にそれらの因子のみに基づく場合もあり、又は、それらの因子に少なくとも部分的に基づく場合もある。「Ｂに基づいてＡを決定する」という語句を考察する。Ｂは、Ａの決定に影響を及ぼす因子とすることができるが、そのような語句は、Ａの決定がＣにもまた基づくものであることを排除するものではない。他の場合には、単にＢのみに基づいて、Ａを決定することができる。
「結合された」−以下の説明は、素子又はノード又は機構が一体に「結合された」ことについて言及する。本明細書で使用するとき、明示的に別段の定めがある場合を除き、「結合された」とは、１つの素子／ノード／機構が、別の素子／ノード／機構に、直接的又は間接的に連結される（又は、直接的若しくは間接的に連通する）ことを意味するものであり、これは、必ずしも機械的なものではない。
「抑制する」−本明細書で使用するとき、抑制する、とは、効果を低減又は最小化することを説明するために使用される。構成要素又は機構が、作用、動作、若しくは状態を抑制するとして説明される場合、これらの構成要素又は機構は、完全に、その結果若しくは成果、又は将来の状態を完全に阻止し得るものである。更には、「抑制する」はまた、通常であれば生じるであろう成果、性能、及び／又は効果を、低減若しくは減少させることにも言及し得る。したがって、構成要素、素子、又は機構が、結果若しくは状態を抑制するとして言及される場合、これらの構成要素、素子、又は機構は、その結果若しくは状態を、完全に阻止若しくは排除する必要はない。
更には、特定の用語法もまた、参照のみを目的として、以下の説明で使用される場合があり、それゆえ、それらの用語法は、限定的であることを意図するものではない。例えば、「上側」、「下側」、「上方」、及び「下方」などの用語は、参照される図面内での方向を指す。「前部」、「後部」、「後方」、「側部」、「外側」、及び「内側」などの用語は、論考中の構成要素を説明するテキスト及び関連図面を参照することによって明確にされる、一貫性はあるが任意の基準系の範囲内での、構成要素の諸部分の方位及び／又は位置を説明するものである。そのような用語法は、具体的に上述された語、それらの派生語、及び類義語を含み得る。
理解を容易にするため、本開示の大部分は、太陽電池に関して説明されるが、開示される技術及び構造体は、他の半導体構造体（例えば、一般的に、シリコンウェハ）に等しく適用される。
以下の説明では、本開示の実施形態の完全な理解を提供するために、具体的なプロセスフロー操作などの、多数の具体的詳細が記載される。これらの具体的な詳細なしに、本開示の実施形態を実践することができる点が、当業者には明らかとなるであろう。他の場合には、本開示の実施形態を不必要に不明瞭にしないために、リソグラフィ技術などの周知の製造技術は、詳細には説明されない。更には、図に示される様々な実施形態は、例示的な表現であって、必ずしも原寸に比例して描写されるものではないことを理解されたい。
本明細書は、開示されるドーパントレベルを含み得る、例示的な太陽電池を最初に説明し、その後に、二重ドーパントレベルの太陽電池構造体を形成する様々な実施形態の、より詳細な説明が続く。全体を通して、様々な実施例が提供される。
図１を参照すると、通常動作中には太陽放射を受光するために太陽に面する前側１００Ａ、及びその前側とは反対側の裏側１００Ｂを有する、太陽電池１００の断面図が示される。太陽電池１００の裏側１００Ｂは、一実施形態では、誘電体層１０６の上方に配置されて、基板１１０の一部分上に突き合せＰＮ接合１０９を形成する、Ｐ型拡散ポリシリコン領域１０２及びＮ型拡散ポリシリコン領域１０４を含む。基板１１０の一実施例は、Ｎ型シリコンを含む。一般的に言えば、Ｐ型拡散ポリシリコン領域１０２及びＮ型拡散ポリシリコン領域１０４は、突き合せ接合１０９で、ダイオードを形成する。Ｐ型拡散ポリシリコン領域１０２及びＮ型拡散ポリシリコン領域１０４は、１つのポリシリコン層内に形成することができる。これらの拡散領域は、例えば、非ドープポリシリコン層の上に、ドープ二酸化シリコン層を堆積させて、拡散工程を実行することによって、又は、非ドープポリシリコン層を堆積させて、その後にドーパント注入工程を実行することによって、形成することができる。特定の実施形態では、Ｐ型拡散ポリシリコン領域１０２及びＮ型拡散ポリシリコン領域１０４は、基板１１０の表面の上方に、又は太陽電池基板の外部に形成される。
太陽電池１００は、一実施形態によれば、基板１１０の上方に形成されるエミッタ領域上に形成された、導電コンタクトを更に含み得る。第１の金属コンタクトフィンガ１１４などの、第１の導電コンタクトは、窒化シリコン層１１２内に配置された第１のコンタクト開口部内に配置することができ、Ｐ型拡散ポリシリコン領域１０２に結合することができる。第２の金属コンタクトフィンガ１１６などの、第２の導電コンタクトは、窒化シリコン層１１２内に配置された第２のコンタクト開口部内に配置することができ、Ｎ型拡散ポリシリコン領域１０４に結合することができる。これらの「フィンガ」は、マスク及びエッチングを使用して、あるいは他の技術に従って、作製することができる。
一実施形態では、Ｐ型拡散ポリシリコン領域１０２及びＮ型拡散ポリシリコン領域１０４は、太陽電池１００に関するエミッタ領域を提供することができる。それゆえ、一実施形態では、第１の金属コンタクトフィンガ１１４及び第２の金属コンタクトフィンガ１１６は、対応のエミッタ領域上に配置される。一実施形態では、第１の金属コンタクトフィンガ１１４及び第２の金属コンタクトフィンガ１１６は、バックコンタクト型太陽電池に関するバックコンタクトであり、太陽電池１００の受光面（面１００Ａ）とは反対側の、太陽電池の表面上に位置する。更には、一実施形態では、エミッタ領域は、誘電体層１０６などの、薄い誘電体層又はトンネル誘電体層上に形成される。
一部の実施形態によれば、図１に示されるように、バックコンタクト型太陽電池を製造する工程は、基板１１０上に薄い誘電体層１０６を形成する工程を含み得る。一実施形態では、薄い誘電体層は、二酸化シリコンから構成され、約５〜５０オングストロームの範囲の厚さを有する。一実施形態では、薄い誘電体層は、トンネル酸化物層として機能する。一実施形態では、基板１１０は、Ｎ型ドープ単結晶シリコン基板などの、バルク単結晶シリコン基板である。しかしながら、別の実施形態では、この基板は、大域的太陽電池基板上に配置された、多結晶シリコン層を含む。
ポリシリコン層内に交互嵌合式のＮ型拡散及びＰ型拡散を有する、太陽電池１００などのバックコンタクト型太陽電池では、そのポリシリコン層内部で、それら２つの拡散間の界面に形成することが可能な、突き合せＰＮ接合１０９が存在する。突き合せＰＮ接合１０９は、ホウ素ドープ（Ｐ型）ポリシリコンとリンドープ（Ｎ型）ポリシリコンとの間の区域である。突き合せＰＮ接合１０９は、Ｐ型拡散領域とＮ型拡散領域との間の物理界面の両側内に延在し得る。この物理接合の幅、及び、この物理接合の各側内にどの程度延在するかは、その突き合せＰＮ接合１０９の各側の、ドーピング濃度レベル及び濃度勾配に応じて決定される。
一般的には、空間電荷再結合は、ＰＮ接合１０９の多結晶粒界で発生する。空間電荷再結合は、移動電荷キャリア（電子及び電子正孔）が排除されるプロセスである。これは、伝導帯電子がエネルギーを失い、価電子帯内での電子正孔のエネルギー状態を再び占有するプロセスである。ポリシリコン層の多結晶シリコンは、粒子からなる。各粒子は、全てのＳｉ原子が整列された、完全な結晶格子を有する。しかしながら、異なる粒子は、異なる配向を有し得るものであり、それらの粒子間には、材料の結晶性が破壊された境界が存在する。この界面が、結晶粒界と呼ばれる。この結晶粒界などの、材料の特定の区域内で、電子正孔再結合の確率が高まる。例えば、金属の欠陥は、再結合を増大させる。本発明者らは、結晶粒界でのホウ素が、より高い再結合が存在する１つのそのような区域であることを見出した。そのような区域が低減されるのであれば、その材料の耐用期間は、より長いものとなり、キャリアを収集する可能性が高まる。
突き合せＰＮ接合１０９は、殆どの場合、高い再結合を有するため、２０％を超える高いデバイス効率に到達することが阻止される。しかしながら、本発明者らは、空間電荷再結合が、Ｐ型ドーパント濃度レベルに応じて変化し得ることを見出した。ポリシリコン層内で、〜５Ｅ１７／ｃｍ３までドーパント濃度レベルを低下させることによって、結晶粒界でのホウ素原子は十分に少ないものとなり、高効率のデバイスを作製することが可能なレベルまで、再結合が抑制される。
一実施形態に一貫して、Ｐ型拡散ポリシリコン領域１０２は、第１のドーパント濃度レベルを有するＰ型ドーパント源１２０によって形成することができ、Ｎ型拡散ポリシリコン領域１０４は、第１のドーパント濃度レベルが第２のドーパント濃度レベルより低いような、第２のドーパント濃度レベルを有するＮ型ドーパント源１２２によって形成することができる。例えば、Ｐ型拡散ポリシリコン領域１０２は、１Ｅ１７／ｃｍ３〜１Ｅ１８／ｃｍ３の範囲より低いドーパント濃度レベルを有する、ホウ素を含むＰ型ドーパント源によって、ポリシリコン層内に形成することができ、それにより、Ｐ型拡散ポリシリコン領域１０２は、結果として〜５Ｅ１９／ｃｍ３から〜５Ｅ１７／ｃｍ３の範囲より低いドーパント濃度レベルを有する。同様に、リンを含むＮ型ドーパント源を使用して、Ｎ型拡散ポリシリコン領域１０４を形成することができる。ドーパント源は、シリコンベースの基板に対するホウ素であるような、基板に対する電荷キャリア不純物原子の供給源である。例えば、一実施形態では、電荷キャリア不純物原子は、限定するものではないが、リンドーパントなどの、Ｎ型ドーパントである。別の実施形態では、電荷キャリア不純物原子は、限定するものではないが、ホウ素ドーパントなどの、Ｐ型ドーパントである。
一実施形態では、Ｐ型拡散ポリシリコン領域１０２及びＮ型拡散ポリシリコン領域１０４は、活性領域である。導電コンタクトを、それらの活性領域に結合して、分離領域によって互いに隔てることができ、この分離領域は、誘電体材料から構成することができる。一実施形態では、この太陽電池は、バックコンタクト型太陽電池であり、この太陽電池の不規則テクスチャ化表面上などの、受光面上に配置された、反射防止コーティング層（例えば、誘電体層１０６）を更に含む。
Ｐ型ドーパント源１２０の、第１のドーパント濃度レベルを、Ｎ型ドーパント源１２２の、第２のドーパント濃度レベルよりも小さくすることにより、結果的に得られるデバイス効率が２０％超となる程度まで、突き合せＰＮ接合１０９での再結合を低減することができる。例えば、約１Ｅ１７／ｃｍ３〜１Ｅ１８／ｃｍ３より低いドーパント濃度レベルを有する、ホウ素のＰ型ドーパント源と比較して、約１Ｅ１９／ｃｍ３〜１Ｅ２０／ｃｍ３より高いドーパント濃度レベルを有する、リンを含むＮ型ドーパント源を使用して、ポリシリコン層内にＮ型拡散ポリシリコン領域１０４を形成することができる。
Ｐ型ドーパント濃度レベルを、より低い濃度レベルまで低減することによって、再結合が低下され、それにより高効率の太陽電池を形成することができる。一部の実施形態では、再結合を減少させるために、トレンチを使用してＮ型拡散とＰ型拡散とを物理的に隔てる必要はない。物理的にトレンチを必要とすることなく、突き合せＰＮ接合１０９での再結合を低減することによって、太陽電池１００の製造プロセスで、少なくとも２つの工程を削除することができるため、コストが引き下げられる。
水素（Ｈ）を使用する、結晶粒界のパッシベーションによって、耐用期間の更なる増大を達成することができる。すなわち、水素（Ｈ）を使用して、現時点で空孔の結晶粒界の部位をパッシベートすることによって、更なる再結合の改善を達成することができる。このことは、近傍の窒化シリコン層からＨをドライブする、フォーミングガスアニール（「ＦＧＡ」）の間に、又は、（例えば、窒化物堆積の前の）Ｈのプラズマ増強化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）によって、行うことができる。
ホウ素ドーピング濃度レベルを低下させることは、Ｈパッシベーションの効果を支援し得る。例えば、より低いホウ素レベルでは、水素添加（例えば、表面のあらゆるＳｉ未結合手のＨパッシベーション）は、より長い電池の耐用期間をもたらし得る。対照的に、より高いホウ素濃度では、ホウ素原子は、多数の未結合手を呈し得る。しかしながら、より低い濃度では、この場合Ｈが、それらの結合手に到達して、それらをパッシベートすることが可能となる。
例えば、一実施形態では、Ｈパッシベーションは、Ｎ２及びＨ２の混合物を使用するフォーミングガスアニール（ＦＧＡ）によって実行することができる。従来では、このフォーミングガス中のＨが、Ｈの供給源であるが、代替的なＨの供給源は、ポリシリコン層の上に堆積させることが可能な、窒化シリコンＰＥＣＶＤの層又は膜からのものである。この窒化シリコンＰＥＣＶＤの層又は膜自体が、多数のＨを有し得るものであり、突き合せＰＮ接合１０９の境界領域に拡散させるために使用して、パッシベーション領域１２４を生じさせるアニールの間のパッシベーションを改善することができる。この界面又は突き合せＰＮ接合１０９でのホウ素レベルが低下しているため、この場合Ｈが、Ｓｉ未結合手に到達して、それらをパッシベートすることが可能となる。
図１に示されるように、窒化シリコン層１１２の形態の誘電体が、Ｐ型拡散ポリシリコン領域１０２及びＮ型拡散ポリシリコン領域１０４の上に延在し得る。一実施形態では、窒化シリコン層１１２は、プラズマ増強化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）によって、約４００オングストロームの厚さに形成される。
ここで図２に転じると、一実施形態による、太陽電池を形成するための方法を示すフローチャートが示される。２０２に示されるように、半導体領域の上に、ポリシリコンの層を堆積、印刷、又は注入することができる。又は、一部の実施形態では、このポリシリコンは、ポリシリコンに転化されたアモルファスシリコンから形成することができる。本明細書で説明されるように、図１では、予めドープされたポリシリコン層が示されている。
２０４に示されるように、図１に示されるようなＰ型拡散ポリシリコン領域１０２を、Ｐ型ドープ領域から形成することができる。Ｐ型拡散ポリシリコン領域１０２は、Ｐ型ドープ領域内に存在する、ドーパント濃度レベルＡを有するＰ型ドーパント源によって形成することができる。２０６に示されるように、Ｎ型ドープ領域から、図１に示されるようなＮ型拡散ポリシリコン領域１０４を、そのＮ型ドープ領域内に存在する、ドーパント濃度レベルＢを有するＮ型ドーパント源によって形成することができる。Ｐ型ドーパント源のドーパント濃度レベルＡは、Ｎ型ドーパント源のドーパント濃度レベルＢよりも小さい。例えば、ホウ素のドーパント濃度レベルＡは、結果として得られるＰ型拡散ポリシリコン領域１０２内のドーピング濃度レベルが、〜５Ｅ１９／ｃｍ３〜５Ｅ１７／ｃｍ３となり得るように、１Ｅ１７／ｃｍ３〜１Ｅ１８／ｃｍ３とすることができ、リンのドーパント濃度レベルＢは、Ｎ型ドーパント源で１Ｅ１９／ｃｍ３〜１Ｅ２０／ｃｍ３とすることができる。一実施形態では、Ｐ型とＮ型との濃度比が１：１００となるように、ホウ素のドーピングとリンのドーピングとの、〜２桁分の差異を保つことができる。２０８に示されるように、水素Ｈを使用して、突き合せＰＮ接合１０９での、Ｓｉ未結合手の少なくとも一部をパッシベートすることができる。
図３を参照すると、一実施形態による、バックコンタクト型太陽電池に関するＰ型拡散領域及びＮ型拡散領域を形成する方法での操作を表す、フローチャート３００が示される。図４〜図９は、本発明の一実施形態による、フローチャート３００の操作に対応する、バックコンタクト型太陽電池の製造における様々な段階の断面図を示す。この実施例では、言及されるプロセス工程は、示された順序で実行される。他の実施例では、これらのプロセス工程は、他の順序で実行することができる。理解する上で必要のない他のプロセス工程は、明確化のために省略されていることに留意されたい。例えば、Ｐ型拡散領域及びＮ型拡散領域への金属コンタクトの形成などの、他のプロセス工程が、パッシベーション工程の後に続くことにより、この太陽電池の製造が完了する。更には、一部の実施形態では、このプロセスは、図示される全ての工程よりも少ない工程を含み得る。
フローチャート３００の操作３０２、及び対応する図４を参照すると、バックコンタクト型太陽電池に関する突き合せＰＮ接合４１１（図８を参照）を形成する方法は、基板４００の裏側表面上に、薄い誘電体層４０２を形成する工程を含む。図示のように、図４は、裏側４０５及び前側４０６を有する、太陽電池基板４００を示す。太陽電池内には、複数のＰ型拡散領域及びＮ型拡散領域が存在するが、説明の明確化のために、以下の実施例では、それぞれのうちの１つのみが製造されるものとして示される。
一実施形態では、薄い誘電体層４０２は、二酸化シリコンから構成され、約５〜５０オングストロームの範囲（例えば、２０オングストローム）の厚さを有する。一実施形態では、誘電体層４０２は、基板４００の表面上に熱成長された、二酸化シリコンを含む。誘電体層４０２はまた、例えば、窒化シリコンも含み得る。薄い誘電体層４０２は、トンネリング酸化物層として機能する。特定の実施形態では、誘電体層４０２は、反射防止コーティング（ＡＲＣ）層である。一実施形態では、基板４００は、Ｎ型ドープ単結晶シリコン基板又はＮ型シリコンウェハなどの、バルク単結晶基板である。しかしながら、代替的実施形態では、基板４００は、大域的太陽電池基板上に配置された、多結晶シリコン層を含み得る。
フローチャート３００の操作３０４、及び対応する図４を参照すると、薄い誘電体層４０２上に、非ドープ多結晶シリコン（ポリシリコン）層４０４を形成する工程が示される。ポリシリコン層という用語の使用は、アモルファスシリコン又はαシリコンとして説明することが可能な材料もまた包含することを意図するものである点を理解されたい。ポリシリコン層４０４は、例えば、低圧化学気相成長（ＬＰＣＶＤ）によって、約２０００オングストロームの厚さに形成することができる。
フローチャート３００の操作３０６、及び対応する図５、図６を参照すると、ポリシリコン層４０４上に、図５の第１のドープ二酸化シリコン層４０７を形成する工程と、Ｐ型（例えば、ホウ素）などの第１の導電型の第１のドーパント源４０８をパターニングする工程（フローチャート３００の操作３０８）が示される。第１のドープ二酸化シリコン層４０７は、この実施例ではＰ型拡散領域４１４（図８を参照）である、後に形成される拡散領域に関する、ドーパント源としての役割を果たす。第１のドープ二酸化シリコン層４０７は、それゆえ、ホウ素などのＰ型ドーパントでドープすることができる。第１のドープ二酸化シリコン層４０７は、Ｐ型拡散領域４１４が形成されることになる、ポリシリコン層４０４の区域の上に残存するように、パターニングされる（図６）。第１のドープ二酸化シリコン層４０７は、常圧化学気相成長（ＡＰＣＶＤ）によって、約１０００オングストロームの厚さに形成することができる。
一実施形態では、このパターニング工程は、図６に示されるように、第１のドーパント源４０８の領域に隣接する、ポリシリコン層４０４の領域を露出させる。一実施形態では、第１のドーパント源４０８を形成及びパターニングする工程は、ホウケイ酸ガラス（ＢＳＧ）の層を形成及びパターニングする工程を含む。特定の実施形態では、このＢＳＧ層は、均一のブランケット層として、化学気相成長によって形成され、次いで、リソグラフィ及びエッチングのプロセスによってパターニングされる。そのような特定の実施形態では、ＢＳＧ層は、限定するものではないが、常圧化学気相成長（ＡＰＣＶＤ）、プラズマ増強化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）、低圧化学気相成長（ＬＰＣＶＤ）、又は超高真空化学気相成長（ＵＨＶＣＶＤ）などの、化学気相成長技術によって形成される。代替的な特定の実施形態では、ＢＳＧ層は、パターンを予め有する状態で堆積され、それゆえ、形成及びパターニングの工程は、同時に実行される。１つのそのような実施形態では、パターニングされたＢＳＧ層は、スクリーン印刷の手法によって形成される。一実施形態では、第１のドーパント源４０８は、Ｐ型ドーパント不純物原子を含む膜の層であり、基板の上方に堆積させることができる。代替的実施形態では、イオン注入の手法を使用することもできる。
一実施形態では、ポリシリコン層内での、より低いＰ型ドーピングは、ＢＳＧ酸化物層（Ｐ型ドーパント源）内のドーパント量を低下させることによってもたらされる。ＢＳＧ酸化物層内のホウ素（Ｂ）の濃度は、〜４％の典型的レベルから、〜１〜２％に低減される。このことは、ポリシリコン層内でのＰ型ドーパント濃度レベルの量を、〜５Ｅ１９／ｃｍ３から〜５Ｅ１７／ｃｍ３の間に低下させる結果をもたらす。
フローチャート３００の操作３１０、及び対応する図７を参照すると、ポリシリコン層４０４上、及びＰ型の第１のドーパント源４０８の上方に、Ｎ型（例えば、リン）などの第２の導電型の第２のドーパント源４１２を提供するための、図７の第２のドープ二酸化シリコン層４１０を形成する工程が示される。第２のドープ二酸化シリコン層４１０は、この実施例ではＮ型拡散領域４１６（図８を参照）である、後に形成される拡散領域に関する、ドーパント源としての役割を果たす。第２のドープ二酸化シリコン層４１０は、それゆえ、リンなどのＮ型ドーパントでドープすることができる。第２のドープ二酸化シリコン層４１０は、ＡＰＣＶＤによって、約２０００オングストロームの厚さに形成することができる。
一実施形態では、第２のドーパント源４１２を形成する工程は、リンケイ酸ガラス（ＰＳＧ）の層を形成する工程を含む。特定の実施形態では、このＰＳＧ層は、均一のブランケット層として、化学気相成長によって形成され、次いで、リソグラフィ及びエッチングのプロセスによってパターニングされる。そのような特定の実施形態では、ＰＳＧ層は、限定するものではないが、常圧化学気相成長（ＡＰＣＶＤ）、プラズマ増強化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）、低圧化学気相成長（ＬＰＣＶＤ）、又は超高真空化学気相成長（ＵＨＶＣＶＤ）などの、化学気相成長技術によって形成される。一実施形態では、第２のドーパント源４１２は、Ｎ型ドーパント不純物原子を含む膜の層であり、基板の上方に堆積させることができる。代替的実施形態では、イオン注入の手法を使用することもできる。
ＰＳＧ層を使用することによって、一実施形態では、ポリシリコン層４０４のＮ型拡散領域４１６内での、Ｎ型ドーピング濃度レベルの範囲は、例えば１Ｅ１９／ｃｍ３〜１Ｅ２０／ｃｍ３の、Ｎ型ドーパント源のドーパント濃度レベルの、約１０％にすることができる。
フローチャート３００の操作３１２、及び対応する図８を参照すると、基板４００を加熱する工程が示される。一実施形態では、この加熱する工程は、第１のドーパント源４０８及び第２のドーパント源４１２から、ドーパントをドライブする。例えば、一実施形態では、基板４００を加熱する工程は、第１のドーパント源４０８及び第２のドーパント源４１２から、それぞれ、ポリシリコン層４０４内にドーパントをドライブする。しかしながら、別の実施形態では、第１のドーパント源４０８及び第２のドーパント源４１２は、基板４００上に、若しくは基板４００上の薄い酸化物上に、直接形成することができ、基板４００を加熱する工程は、第１のドーパント源４０８及び第２のドーパント源４１２から、それぞれ、基板４００内にドーパントをドライブする。１つの特定のそのような実施形態では、基板４００は、バルク結晶シリコン基板であり、そのバルク結晶シリコン基板上に、第１のドーパント源４０８及び第２のドーパント源４１２が形成される。次いで、このバルク結晶シリコン基板が加熱されることにより、第１のドーパント源４０８及び第２のドーパント源４１２から、バルク結晶シリコン基板内にドーパントがドライブされる。
操作３１２では、熱ドライブイン工程が、第１のドープ二酸化シリコン層４０７、及び第２のドープ二酸化シリコン層４１０から、下層のポリシリコン層４０４にドーパントを拡散させることにより、ポリシリコン層４０４内に、Ｐ型拡散領域及びＮ型拡散領域を形成し、それらは、Ｐ型拡散ポリシリコン領域４１４及びＮ型拡散ポリシリコン領域４１６として、適宜に標識される。この熱ドライブイン工程は、図７のサンプルを加熱することによって実行することができる。一実施形態では、ドライブ条件は、膜の厚さ全体にわたって均一な、例えば１Ｅ２０／ｃｍ３より高い、高濃度にドープされたポリシリコン層を生じさせ、そのポリシリコンの下には、例えば１Ｅ１８／ｃｍ３以下の、極めて少ないドーピングを有する。この熱ドライブイン工程は、第１のドープ二酸化シリコン層４０７の下のポリシリコン層４０４が、Ｐ型拡散ポリシリコン領域４１４を形成し、第２のドープ二酸化シリコン層４１０の下のポリシリコン層４０４が、Ｎ型拡散ポリシリコン領域４１６を形成する結果をもたらす。Ｐ型拡散ポリシリコン領域４１４のドーパント濃度レベルは、Ｎ型拡散ポリシリコン領域４１６のドーパント濃度レベルよりも小さくすることができる。例えば、Ｐ型ドーパント濃度レベルは、１Ｅ１７〜１Ｅ１８／ｃｍ３とすることができ、Ｎ型ドーパント濃度レベルは、１Ｅ１９〜１Ｅ２０／ｃｍ３とすることができる。
フローチャート３００の操作３１４、及び対応する図９を参照すると、第２のドープ二酸化シリコン層４１０上に、窒化シリコン層４２０を形成する工程が（例えば、図７と同様に）示される。矢印４２５によって示されるような、操作３１４で発生された水素（Ｈ）を使用して、図８の突き合せＰＮ接合４１１をパッシベートすることができる。
コンタクト開口部を形成することにより、Ｎ型拡散ポリシリコン領域４１６及びＰ型拡散ポリシリコン領域４１４への露出を提供することができる。一実施形態では、コンタクト開口部は、レーザアブレーションによって形成される。バックコンタクト型太陽電池に関するコンタクトを形成する工程は、Ｎ型拡散ポリシリコン領域４１６とＰ型拡散ポリシリコン領域４１４とを結合するために、コンタクト開口部内に導電コンタクトを形成する工程を含み得る。それゆえ、一実施形態では、導電コンタクトは、基板４００などのバルクＮ型シリコン基板の、その基板４００の受光面とは反対側の表面上、又は表面の上方に形成される。
図１０を参照すると、バックコンタクト型太陽電池に関する、カウンタードーピングによってＰ型拡散領域及びＮ型拡散領域を形成する例示的方法での操作を表す、フローチャート１０００が示される。図１１〜図１６は、一実施形態による、フローチャート１０００の操作に対応する、バックコンタクト型太陽電池の製造における様々な段階の断面図を示す。この実施例では、言及されるプロセス工程は、示された順序で実行されるが、他の実施形態では、異なる順序を使用することができる。理解する上で必要のない他のプロセス工程は、明確化のために省略されていることに留意されたい。例えば、Ｐ型拡散領域及びＮ型拡散領域への金属コンタクトの形成などの、他のプロセス工程が、パッシベーション工程の後に続くことにより、この太陽電池の製造が完了する。更には、一部の実施形態では、図１０に示される全ての工程よりも少ない工程を使用することができる。様々な実施形態では、図３の方法の説明が、図１０の方法の説明に等しく適用される。したがって、説明の明確化のために、その説明のうちの一部の説明は繰り返さない。
Ｐ型ドーパントレベルが飛躍的に低減される場合、Ｎ型拡散領域及びＰ型拡散領域を作り出すために、カウンタードーピング技術を使用することができる。ホウ素を使用する極めて低いＰ型拡散は、リンを使用するＮ型拡散が必要とされる区域に関するカウンタードーピングプロセスで、使用することができる。この目的のために、その場でドープされるＰ型膜を形成することができ、次いで、高レベルのリンを使用する、パターン化堆積を実行することができる。このことにより、最初のＰ型材料は、Ｎ型にカウンタードープされることになる。非Ｎ型ドープ区域は、Ｐ型のまま残されることになる。展開することが可能な、１つの可能なパターン化堆積の技術は、注入であるが、他の技術も同様に機能し得る。
図１１は、裏側１１０５及び前側１１０６を有する、太陽電池基板１１００を示す。太陽電池内には、複数のＰ型拡散領域及びＮ型拡散領域が存在するが、説明の明確化のために、以下の実施例では、それぞれのうちの１つのみが製造されるものとして示される。
フローチャート１０００の操作１００２、及び対応する図１１を参照すると、基板１１００の裏側表面上に、薄い誘電体層１１０２を形成する工程が示される。一実施形態では、基板１１００は、Ｎ型ドープ単結晶シリコン基板又はＮ型シリコンウェハなどの、バルク単結晶基板である。図１１の例示される薄い誘電体層１１０２は、図４の薄い誘電体層４０２と同じ特徴を含む。図１１の例示される基板１１００は、図４の基板４００と同じ特徴を含む。
フローチャート１０００の操作１００４、及び対応する図１１を参照すると、薄い誘電体層１１０２上に、非ドープ多結晶シリコン（ポリシリコン）層１１０４を形成する工程が示される。図１１の例示されるポリシリコン層１１０４は、図４のポリシリコン層４０４と同じ特徴を含む。
フローチャート１０００の操作１００６、及び対応する図１２を参照すると、ポリシリコン層１１０４上に、Ｐ型（例えば、ホウ素）などの第１の導電型の第１のドーパント源１１０８を提供するための、第１のドープ二酸化シリコン層１１０７を形成する工程が示される。第１のドープ二酸化シリコン層１１０７は、この実施例では第１のドーパント源又はＰ型ドーパント源１１０８から形成される、Ｐ型拡散ポリシリコン領域１１１４（図１５を参照）である、後に形成される拡散領域に関する、ドーパント源としての役割を果たす。一実施形態では、第１のドーパント源１１０８を形成する工程は、ホウケイ酸ガラス（ＢＳＧ）の層を形成する工程を含む。図１２の例示される第１のドープ二酸化シリコン層１１０７は、図５の第１のドープ二酸化シリコン層４０７と同じ特徴を含む。
フローチャート１０００の操作１００８、及び対応する図１３を参照すると、第１のドープ二酸化シリコン層１１０７上に、Ｎ型（例えば、リン）などの第２の導電型の第２のドーパント源１１１２を提供するための、第２のドープ二酸化シリコン層１１１０を形成する工程が示される。第２のドープ二酸化シリコン層１１１０は、この実施例ではＮ型拡散ポリシリコン領域１１１６（図１５を参照）である、後に形成される拡散領域に関する、ドーパント源としての役割を果たす。一実施形態では、第２のドーパント源１１１２を形成する工程は、リンケイ酸ガラス（ＰＳＧ）の層を形成する工程を含む。図１３の例示される第２のドープ二酸化シリコン層１１１０は、図７の第２のドープ二酸化シリコン層４１０と同じ特徴を含む。
フローチャート１０００の操作１０１０、及び対応する図１４、図１５を参照すると、第１のドープ二酸化シリコン層１１０７上でＮ型（例えば、リン）などの第２の導電型の第２のドーパント源１１１２をパターニングする工程が示される。第２のドープ二酸化シリコン層１１１０は、この実施例ではＮ型拡散ポリシリコン領域１１１６（図１５を参照）である、後に形成される拡散領域に関する、ドーパント源としての役割を果たす。第２のドープ二酸化シリコン層１１１０は、それゆえ、リンなどのＮ型ドーパントでドープすることができる。第２のドープ二酸化シリコン層１１１０は、Ｎ型拡散ポリシリコン領域１１１６が形成されることになる（図１５）、第１のドープ二酸化シリコン層１１０７の区域の上に残存するように、パターニングされる。
フローチャート１０００の操作１０１２、及び対応する図１５を参照すると、基板１１００を加熱する工程が実行される。一実施形態では、基板１１００を加熱する工程は、第１のドーパント源１１０８及び第２のドーパント源１１１２から、それぞれ、ポリシリコン層１１０４内にドーパントをドライブする。操作１０１２では、熱ドライブイン工程が、第１のドープ二酸化シリコン層１１０７、及び第２のドープ二酸化シリコン層１１１０から、下層のポリシリコン層１１０４にドーパントを拡散させることにより、ポリシリコン層１１０４内に、Ｐ型拡散領域及びＮ型拡散領域を形成し、それらは、Ｐ型拡散ポリシリコン領域１１１４及びＮ型拡散ポリシリコン領域１１１６として、適宜に標識される。Ｐ型拡散ポリシリコン領域１１１４のドーパント濃度レベルは、Ｎ型拡散ポリシリコン領域１１１６のドーパント濃度レベルよりも小さくすることができる。例えば、Ｐ型ドーパント濃度レベルは、１Ｅ１７〜１Ｅ１８／ｃｍ３とすることができ、Ｎ型ドーパント濃度レベルは、１Ｅ１９〜１Ｅ２０／ｃｍ３とすることができる。
フローチャート１０００の操作１０１４、及び対応する図１６を参照すると、図１５の、第２のドープ二酸化シリコン層１１１０及び露出された第１のドープ二酸化シリコン層１１０７上に、窒化シリコン層１１２０を形成する工程が示される。矢印１１２５によって示されるような、操作１０１４で発生された水素（Ｈ）を使用して、図１５の突き合せＰＮ接合１１１１をパッシベートすることができる。
コンタクト開口部を形成することにより、Ｎ型拡散ポリシリコン領域１１１６及び複数のＰ型拡散ポリシリコン領域１１１４への露出を提供することができる。一実施形態では、コンタクト開口部は、レーザアブレーションによって形成される。バックコンタクト型太陽電池に関するコンタクトを形成する工程は、Ｎ型拡散ポリシリコン領域１１１６とＰ型拡散ポリシリコン領域１１１４とを結合するために、コンタクト開口部内に導電コンタクトを形成する工程を含み得る。それゆえ、一実施形態では、導電コンタクトは、基板１１００などのバルクＮ型シリコン基板の、その基板１１００の受光面とは反対側の表面上、又は表面の上方に形成される。
図１７を参照すると、本開示の一実施形態による、バックコンタクト型太陽電池に関するＰ型ドーパント源及びＮ型ドーパント源を印刷する方法での操作を表す、フローチャート１７００が示される。図１８〜図２２は、一実施形態による、フローチャート１７００の操作に対応する、バックコンタクト型太陽電池の製造における様々な段階の断面図を示す。図１８は、裏側１８０５及び前側１８０６を有する、太陽電池基板１８００を示す。太陽電池内には、複数のＰ型拡散領域及びＮ型拡散領域が存在するが、説明の明確化のために、以下の実施例では、それぞれのうちの１つのみが製造されるものとして示される。
図１８〜図２２は、以下のプロセス工程、ａ）ダメージエッチング工程、ｂ）ポリシリコン堆積、ｃ）ドーパント源の印刷、ｄ）硬化工程、及びｅ）パッシベーションを含むプロセスを、概略的に示す。この実施例では、上述のプロセス工程は、示された順序で実行される。理解する上で必要のない他のプロセス工程は、明確化のために省略されていることに留意されたい。例えば、Ｐ型拡散領域及びＮ型拡散領域への金属コンタクトの形成などの、他のプロセス工程が、パッシベーション工程の後に続くことにより、この太陽電池の製造が完了する。
フローチャート１７００の操作１７０２、及び対応する図１８を参照すると、ダメージエッチング工程を施すことによって、太陽電池へと加工処理するための基板１８００を調製する工程が示される。
基板１８００は、この実施例では、Ｎ型シリコンウェハを含み得るものであり、典型的には、基板１８００をそのインゴットからスライスするためにウェハ供給業者によって使用される鋸引きプロセスにより、表面が損傷した状態で入手される。基板１８００は、ウェハ供給業者から入手した時点で、厚さ約１００〜２００マイクロメートルとすることができる。一実施形態では、ダメージエッチング工程は、水酸化カリウムを含むウェットエッチングプロセスを使用して、基板１８００の各側から約１０〜２０μｍを除去することを伴う。ダメージエッチング工程はまた、金属汚染を除去するために、基板１８００を洗浄することも含み得る。基板１８００の前側表面及び裏側表面上に、薄い誘電体層（標識せず）を形成することができる。これらの薄い誘電体層は、基板１８００の両側表面上で２０オングストローム以下（例えば、１６オングストローム）の厚さに熱成長された、二酸化シリコンを含み得る。基板１８００の前側表面、及びその前側表面上に形成される材料はまた、それらが通常動作中には太陽放射を受光するために太陽に面することから、太陽電池の前側上に存在するとして言及される。同様に、基板１８００の裏側表面、及びその裏側表面上に形成される材料はまた、前側とは反対側である、太陽電池の裏側上に存在するとして言及される。
フローチャート１７００の操作１７０４、及び対応する図１９を参照すると、基板１８００の上の薄い誘電体層（図示せず）上に、ポリシリコン層１８０４を形成する工程が示される。ポリシリコン層１８０４は、基板１８００の裏側１８０５上の、薄い誘電体層上に形成される。製造プロセスのこの段階では非ドープである、ポリシリコン層１８０４は、ＬＰＣＶＤによって約２２００オングストロームの厚さに形成することができる。
フローチャート１７００の操作１７０６、及び対応する図２０を参照すると、基板１８００の上のポリシリコン層１８０４上に、第１のドーパント源１８０８及び第２のドーパント源１８１２を印刷する工程が示される。以下でより明らかとなるように、第１のドーパント源１８０８及び第２のドーパント源１８１２は、太陽電池の裏側上のポリシリコン層１８０４内に拡散領域を形成するための、ドーパントを提供する。任意の所与の太陽電池に関して、幾つかの第１のドーパント源１８０８及び第２のドーパント源１８１２が形成されるが、説明の明確化のために、それぞれのうちの１つのみが図２０に示される。印刷可能なインクを含む、第１のドーパント源１８０８及び第２のドーパント源１８１２は、異なる導電型を有する。図２０の実施例では、第１のドーパント源１８０８は、Ｐ型ドーパント源であり、第２のドーパント源１８１２は、Ｎ型ドーパント源である。第１のドーパント源１８０８及び第２のドーパント源１８１２は、インクジェット印刷又はスクリーン印刷などの、印刷によって形成される。インクジェット印刷により、有利には、基板１８００の上でのインクジェットプリンタノズルの単回のパスで、第１のドーパント源１８０８及び第２のドーパント源１８１２の双方を印刷することが可能となり得る。第１のドーパント源１８０８及び第２のドーパント源１８１２はまた、プロセスに応じて、別個のパスで印刷することもできる。
フローチャート１７００の操作１７０８、及び対応する図２１を参照すると、基板１８００の上のポリシリコン層１８０４上に、第１のドーパント源１８０８及び第２のドーパント源１８１２からドーパントを拡散させることにより、Ｐ型拡散ポリシリコン領域１８１４及びＮ型拡散ポリシリコン領域１８１６を形成する工程が示される。ドーパントを拡散させるために、硬化工程を実行することにより、第１のドーパント源１８０８からポリシリコン層１８０４内にドーパントを拡散させて、ポリシリコン層１８０４内にＰ型拡散ポリシリコン領域１８１４を形成し、第２のドーパント源１８１２からポリシリコン層１８０４内にドーパントを拡散させて、ポリシリコン層１８０４内にＮ型拡散ポリシリコン領域１８１６を形成する。この硬化工程は、６００℃〜１１００℃の間の温度範囲（例えば、９５０℃）で、約３０分にわたって実行することができる。
フローチャート１７００の操作１７１０、及び対応する図２２を参照すると、印刷された第１のドーパント源１８０８及び第２のドーパント源１８１２上に、窒化シリコン層１８２０を形成する工程が示される。矢印１８２５によって示されるような、操作１７１０で発生された水素（Ｈ）を使用して、図２１の突き合せＰＮ接合１８１１をパッシベートすることができる。
コンタクト開口部を形成することにより、Ｎ型拡散ポリシリコン領域１８１６及び複数のＰ型拡散ポリシリコン領域１８１４への露出を提供することができる。一実施形態では、コンタクト開口部は、レーザアブレーションによって形成される。バックコンタクト型太陽電池に関するコンタクトを形成する工程は、Ｎ型拡散ポリシリコン領域１８１６とＰ型拡散ポリシリコン領域１８１４とを結合するために、コンタクト開口部内に導電コンタクトを形成する工程を含み得る。それゆえ、一実施形態では、導電コンタクトは、基板１８００などのバルクＮ型シリコン基板の、その基板１８００の受光面とは反対側の表面上、又は表面の上方に形成される。
具体的な実施形態が上述されてきたが、これらの実施形態は、特定の機構に関して単一の実施形態のみが説明される場合であっても、本開示の範囲を限定することを意図するものではない。本開示で提供される機構の実施例は、別段の定めがある場合を除き、制約的であることよりも、むしろ例示的であることを意図するものである。上記の説明は、本開示の利益を有する当業者には明らかとなるような、代替、修正、及び等価物を包含することを意図するものである。
本開示の範囲は、本明細書で対処される問題のいずれか又は全てを軽減するか否かにかかわらず、本明細書で（明示的又は暗示的に）開示される、あらゆる機構又は機構の組み合わせ、若しくはそれらのあらゆる一般化を含む。したがって、本出願（又は、本出願に対する優先権を主張する出願）の実施の間に、任意のそのような機構の組み合わせに対して、新たな請求項を形式化することができる。具体的には、添付の請求項を参照して、従属請求項からの機構を、独立請求項の機構と組み合わせることができ、それぞれの独立請求項からの機構を、任意の適切な方式で、単に添付の請求項で列挙される具体的な組み合わせのみではなく、組み合わせることができる。
一実施形態では、太陽電池は、基板を含み、この基板は、通常動作中には太陽放射を受光するために太陽に面する前側、及びその前側とは反対側の裏側を含む。基板の裏側の上で、Ｐ型拡散領域とＮ型拡散領域との間に、突き合せＰＮ接合が形成され、Ｐ型拡散領域は、第１のドーパント濃度レベルを有する、第１のドーパント源を含むＰ型ドープ領域から形成され、Ｎ型拡散領域は、第１のドーパント濃度レベルより高い第２のドーパント濃度レベルを有する、第２のドーパント源を含むＮ型ドープ領域から形成される。
一実施形態では、この太陽電池は、基板の裏側の上に形成されたポリシリコンを更に含み、Ｐ型拡散領域及びＮ型拡散領域は、このポリシリコン内に形成される。
一実施形態では、この太陽電池は、突き合せＰＮ接合の境界領域に、パッシベーション領域を更に含む。
一実施形態では、Ｐ型拡散領域は、約５Ｅ１７／ｃｍ３より低いドーパント濃度レベルを有するホウ素を含む。
一実施形態では、Ｐ型拡散領域は、結果的に得られるデバイス効率が２０％超となる程度まで、突き合せＰＮ接合での再結合を低減する、ドーパント濃度レベルでドープされる。
一実施形態では、Ｎ型拡散領域は、１Ｅ２０／ｃｍ３の約１０％より高いドーパント濃度レベルを有するリンを含む。
一実施形態では、この太陽電池は、基板の裏側上のＰ型ドープ領域から形成されたＰ型拡散領域に結合される、第１の金属コンタクトフィンガと、基板の裏側上のＮ型ドープ領域から形成されたＮ型拡散領域に結合される、第２の金属コンタクトフィンガとを更に含む。
一実施形態では、Ｐ型ドープ領域及びＮ型ドープ領域は、基板の上の誘電体層の上に配置される。
一実施形態では、太陽電池を製造する方法は、基板の上に、第１のドーパント濃度レベルを有する、第１のドーパント源を含むＰ型ドープ領域から、Ｐ型拡散領域を形成する工程と、基板の上に、かつＰ型拡散領域に隣接して、第１のドーパント濃度レベルが第２のドーパント濃度レベルより低いような、第２のドーパント濃度レベルを有する、第２のドーパント源を含むＮ型ドープ領域から、Ｎ型拡散領域を形成することにより、Ｐ型拡散領域とＮ型拡散領域との間に突き合せＰＮ接合を提供する工程とを含む。
一実施形態では、突き合せＰＮ接合を形成する工程は、通常動作中には太陽放射を受光するために太陽に面する前側を有する基板の、その前側とは反対側の裏側の上に、ポリシリコンの層を形成する工程と、このポリシリコンの層上に、Ｐ型ドープ領域を形成する工程と、そのポリシリコンの層上に、Ｎ型ドープ領域を形成する工程とを更に含む。
一実施形態では、この方法は、基板上にＰ型拡散領域を形成するために、Ｐ型ドープ領域からドーパントを拡散させる工程と、基板上にＮ型拡散領域を形成するために、Ｎ型ドープ領域からドーパントを拡散させる工程と、基板の外部かつ誘電体層の上に、Ｐ型拡散領域及びＮ型拡散領域を形成する工程とを更に含む。
一実施形態では、この方法は、水素を使用して、突き合せＰＮ接合の境界領域をパッシベートする工程を更に含む。
一実施形態では、Ｐ型ドープ領域からドーパントを拡散させる工程は、Ｐ型ドーパント源として、１Ｅ１７／ｃｍ３より低いドーパント濃度レベルで、ホウ素を使用する工程を更に含む。
一実施形態では、Ｎ型ドープ領域からドーパントを拡散させる工程は、Ｎ型ドーパント源として、１Ｅ２０／ｃｍ３より高いドーパント濃度レベルで、リンを使用する工程を更に含む。
一実施形態では、この方法は、印刷可能なインクを使用して、Ｐ型ドープ領域及びＮ型ドープ領域を印刷する工程を更に含む。
一実施形態では、この方法は、基板の裏側上のＰ型拡散領域に、第１の金属コンタクトフィンガを電気的に結合する工程と、基板の裏側上のＮ型拡散領域に、第２の金属コンタクトフィンガを電気的に結合する工程とを更に含む。
一実施形態では、この方法は、その場でドープされるＰ型ポリシリコンを堆積させて、Ｐ型拡散領域を形成する工程と、マスク式Ｎ型拡散を使用して、第２のドーパント源からドーパントをカウンタードーピングすることによって、Ｎ型拡散領域を形成する工程とを更に含む。
一実施形態では、太陽電池は、基板を含み、この基板は、通常動作中には太陽放射を受光するために太陽に面する前側、及びその前側とは反対側の裏側を含む。この基板の裏側の上に、ポリシリコン層が形成される。Ｐ型拡散領域及びＮ型拡散領域が、このポリシリコン層内に形成され、突き合せＰＮ接合が、Ｐ型拡散領域とＮ型拡散領域との間に形成され、Ｐ型拡散領域は、第１のドーパント濃度レベルを有し、Ｎ型拡散領域は、第１のドーパント濃度レベルより高い第２のドーパント濃度レベルを有する。
一実施形態では、Ｐ型拡散領域の第１のドーパント濃度レベルは、約５Ｅ１７／ｃｍ３より低い。
一実施形態では、Ｐ型拡散領域を形成するために使用されるＰ型ドーパント源と、Ｎ型拡散領域を形成するために使用されるＮ型ドーパント源との濃度比は、約１：１００である。
一実施形態では、Ｐ型拡散領域を形成するために使用されるＰ型ドーパント源と、Ｎ型拡散領域を形成するために使用されるＮ型ドーパント源との濃度比は、約１：１００である。
［項目１］
太陽電池であって、
通常動作中には太陽放射を受光するために太陽に面する前側、及び上記前側とは反対側の裏側を含む、基板と、
上記基板の上記裏側の上で、Ｐ型拡散領域とＮ型拡散領域との間に形成された、突き合せＰＮ接合と
を備え、
上記Ｐ型拡散領域は、第１のドーパント濃度レベルを有する、第１のドーパント源を含むＰ型ドープ領域から形成され、上記Ｎ型拡散領域は、上記第１のドーパント濃度レベルより高い第２のドーパント濃度レベルを有する、第２のドーパント源を含むＮ型ドープ領域から形成される、太陽電池。
［項目２］
上記基板の上記裏側の上に形成されたポリシリコンを更に備え、上記Ｐ型拡散領域及び上記Ｎ型拡散領域は、上記ポリシリコン内に形成される、
項目１に記載の太陽電池。
［項目３］
上記突き合せＰＮ接合の境界領域に、パッシベーション領域を更に備える、
項目１に記載の太陽電池。
［項目４］
上記Ｐ型拡散領域は、約５Ｅ１７／ｃｍ３より低いドーパント濃度レベルを有するホウ素を含む、項目１に記載の太陽電池。
［項目５］
上記Ｐ型拡散領域は、結果的に得られるデバイス効率が２０％超となる程度まで、上記突き合せＰＮ接合での再結合を低減する、ドーパント濃度レベルでドープされる、項目４に記載の太陽電池。
［項目６］
上記Ｎ型拡散領域は、１Ｅ２０／ｃｍ３の約１０％より高いドーパント濃度レベルを有するリンを含む、項目４に記載の太陽電池。
［項目７］
上記基板の上記裏側上の上記Ｐ型ドープ領域から形成された上記Ｐ型拡散領域に結合される、第１の金属コンタクトフィンガと、
上記基板の上記裏側上の上記Ｎ型ドープ領域から形成された上記Ｎ型拡散領域に結合される、第２の金属コンタクトフィンガと、
を更に備える、項目１に記載の太陽電池。
［項目８］
上記Ｐ型ドープ領域及び上記Ｎ型ドープ領域は、上記基板の上の誘電体層の上に配置される、項目１に記載の太陽電池。
［項目９］
太陽電池を製造する方法であって、上記方法は、
基板の上に、第１のドーパント濃度レベルを有する、第１のドーパント源を含むＰ型ドープ領域から、Ｐ型拡散領域を形成する工程と、
上記基板の上に、かつ上記Ｐ型拡散領域に隣接して、上記第１のドーパント濃度レベルが第２のドーパント濃度レベルより低いような、上記第２のドーパント濃度レベルを有する、第２のドーパント源を含むＮ型ドープ領域から、Ｎ型拡散領域を形成することにより、上記Ｐ型拡散領域と上記Ｎ型拡散領域との間に突き合せＰＮ接合を提供する工程と、
を備える、方法。
［項目１０］
突き合せＰＮ接合を形成する工程は、
通常動作中には太陽放射を受光するために太陽に面する前側を有する上記基板の、上記前側とは反対側の裏側の上に、ポリシリコンの層を形成する工程と、
上記ポリシリコンの層上に、上記Ｐ型ドープ領域を形成する工程と、
上記ポリシリコンの層上に、上記Ｎ型ドープ領域を形成する工程と、
を更に備える、項目９に記載の方法。
［項目１１］
上記基板上に上記Ｐ型拡散領域を形成するために、上記Ｐ型ドープ領域からドーパントを拡散させる工程と、
上記基板上に上記Ｎ型拡散領域を形成するために、上記Ｎ型ドープ領域からドーパントを拡散させる工程と、
上記基板の外部かつ誘電体層の上に、上記Ｐ型拡散領域及び上記Ｎ型拡散領域を形成する工程と、
を更に備える、項目９に記載の方法。
［項目１２］
水素を使用して、上記突き合せＰＮ接合の境界領域をパッシベートする工程を更に備える、
項目９に記載の方法。
［項目１３］
上記Ｐ型ドープ領域からドーパントを拡散させる工程は、
Ｐ型ドーパント源として、１Ｅ１７／ｃｍ３より低いドーパント濃度レベルで、ホウ素を使用する工程を更に備える、項目９に記載の方法。
［項目１４］
上記Ｎ型ドープ領域からドーパントを拡散させる工程は、
Ｎ型ドーパント源として、１Ｅ２０／ｃｍ３より高いドーパント濃度レベルで、リンを使用する工程を更に備える、項目１３に記載の方法。
［項目１５］
印刷可能なインクを使用して、上記Ｐ型ドープ領域及び上記Ｎ型ドープ領域を印刷する工程を更に備える、
項目９に記載の方法。
［項目１６］
上記基板の上記裏側上の上記Ｐ型拡散領域に、第１の金属コンタクトフィンガを電気的に結合する工程と、
上記基板の上記裏側上の上記Ｎ型拡散領域に、第２の金属コンタクトフィンガを電気的に結合する工程と、
を更に備える、項目１０に記載の方法。
［項目１７］
その場でドープされるＰ型ポリシリコンを堆積させて、上記Ｐ型拡散領域を形成する工程と、
マスク式Ｎ型拡散を使用して、上記第２のドーパント源からドーパントをカウンタードーピングすることによって、上記Ｎ型拡散領域を形成する工程と、
を更に備える、項目９に記載の方法。
［項目１８］
太陽電池であって、
通常動作中には太陽放射を受光するために太陽に面する前側、及び上記前側とは反対側の裏側を含む、基板と、
上記基板の上記裏側の上に形成された、ポリシリコン層と、
上記ポリシリコン層内に形成された、Ｐ型拡散領域及びＮ型拡散領域と
を備え、
突き合せＰＮ接合は、上記Ｐ型拡散領域と上記Ｎ型拡散領域との間に形成され、上記Ｐ型拡散領域は、第１のドーパント濃度レベルを有し、上記Ｎ型拡散領域は、上記第１のドーパント濃度レベルより高い第２のドーパント濃度レベルを有する、太陽電池。
［項目１９］
上記Ｐ型拡散領域の上記第１のドーパント濃度レベルは、約５Ｅ１７／ｃｍ３より低い、項目１に記載の太陽電池。
［項目２０］
上記Ｐ型拡散領域を形成するために使用されるＰ型ドーパント源と、上記Ｎ型拡散領域を形成するために使用されるＮ型ドーパント源との濃度比は、約１：１００である、項目１に記載の太陽電池。

Claims (20)

  1. 太陽電池であって、
    通常動作中には太陽放射を受光するために太陽に面する前側、及び前記前側とは反対側の裏側を含む、基板と、
    前記基板の前記裏側の上で、Ｐ型拡散領域とＮ型拡散領域との間に形成された、突き合せＰＮ接合と
    を備え、
    前記Ｐ型拡散領域は、第１のドーパント濃度レベルを有する、第１のドーパント源を含むＰ型ドープ領域から形成され、前記Ｎ型拡散領域は、前記第１のドーパント濃度レベルより高い第２のドーパント濃度レベルを有する、第２のドーパント源を含むＮ型ドープ領域から形成される、太陽電池。
  2. 前記基板の前記裏側の上に形成されたポリシリコンを更に備え、前記Ｐ型拡散領域及び前記Ｎ型拡散領域は、前記ポリシリコン内に形成される、
    請求項１に記載の太陽電池。
  3. 前記突き合せＰＮ接合の境界領域に、パッシベーション領域を更に備える、
    請求項１に記載の太陽電池。
  4. 前記Ｐ型拡散領域は、約５Ｅ１７／ｃｍ３より低いドーパント濃度レベルを有するホウ素を含む、請求項１に記載の太陽電池。
  5. 前記Ｐ型拡散領域は、結果的に得られるデバイス効率が２０％超となる程度まで、前記突き合せＰＮ接合での再結合を低減する、ドーパント濃度レベルでドープされる、請求項４に記載の太陽電池。
  6. 前記Ｎ型拡散領域は、１Ｅ２０／ｃｍ３の約１０％より高いドーパント濃度レベルを有するリンを含む、請求項４に記載の太陽電池。
  7. 前記基板の前記裏側上の前記Ｐ型ドープ領域から形成された前記Ｐ型拡散領域に結合される、第１の金属コンタクトフィンガと、
    前記基板の前記裏側上の前記Ｎ型ドープ領域から形成された前記Ｎ型拡散領域に結合される、第２の金属コンタクトフィンガと、
    を更に備える、請求項１に記載の太陽電池。
  8. 前記Ｐ型ドープ領域及び前記Ｎ型ドープ領域は、前記基板の上の誘電体層の上に配置される、請求項１に記載の太陽電池。
  9. 太陽電池を製造する方法であって、前記方法は、
    基板の上に、第１のドーパント濃度レベルを有する、第１のドーパント源を含むＰ型ドープ領域から、Ｐ型拡散領域を形成する工程と、
    前記基板の上に、かつ前記Ｐ型拡散領域に隣接して、前記第１のドーパント濃度レベルが第２のドーパント濃度レベルより低いような、前記第２のドーパント濃度レベルを有する、第２のドーパント源を含むＮ型ドープ領域から、Ｎ型拡散領域を形成することにより、前記Ｐ型拡散領域と前記Ｎ型拡散領域との間に突き合せＰＮ接合を提供する工程と、
    を備える、方法。
  10. 突き合せＰＮ接合を形成する工程は、
    通常動作中には太陽放射を受光するために太陽に面する前側を有する前記基板の、前記前側とは反対側の裏側の上に、ポリシリコンの層を形成する工程と、
    前記ポリシリコンの層上に、前記Ｐ型ドープ領域を形成する工程と、
    前記ポリシリコンの層上に、前記Ｎ型ドープ領域を形成する工程と、
    を更に備える、請求項９に記載の方法。
  11. 前記基板上に前記Ｐ型拡散領域を形成するために、前記Ｐ型ドープ領域からドーパントを拡散させる工程と、
    前記基板上に前記Ｎ型拡散領域を形成するために、前記Ｎ型ドープ領域からドーパントを拡散させる工程と、
    前記基板の外部かつ誘電体層の上に、前記Ｐ型拡散領域及び前記Ｎ型拡散領域を形成する工程と、
    を更に備える、請求項９に記載の方法。
  12. 水素を使用して、前記突き合せＰＮ接合の境界領域をパッシベートする工程を更に備える、
    請求項９に記載の方法。
  13. 前記Ｐ型ドープ領域からドーパントを拡散させる工程は、
    Ｐ型ドーパント源として、１Ｅ１７／ｃｍ３より低いドーパント濃度レベルで、ホウ素を使用する工程を更に備える、請求項９に記載の方法。
  14. 前記Ｎ型ドープ領域からドーパントを拡散させる工程は、
    Ｎ型ドーパント源として、１Ｅ２０／ｃｍ３より高いドーパント濃度レベルで、リンを使用する工程を更に備える、請求項１３に記載の方法。
  15. 印刷可能なインクを使用して、前記Ｐ型ドープ領域及び前記Ｎ型ドープ領域を印刷する工程を更に備える、
    請求項９に記載の方法。
  16. 前記基板の前記裏側上の前記Ｐ型拡散領域に、第１の金属コンタクトフィンガを電気的に結合する工程と、
    前記基板の前記裏側上の前記Ｎ型拡散領域に、第２の金属コンタクトフィンガを電気的に結合する工程と、
    を更に備える、請求項１０に記載の方法。
  17. その場でドープされるＰ型ポリシリコンを堆積させて、前記Ｐ型拡散領域を形成する工程と、
    マスク式Ｎ型拡散を使用して、前記第２のドーパント源からドーパントをカウンタードーピングすることによって、前記Ｎ型拡散領域を形成する工程と、
    を更に備える、請求項９に記載の方法。
  18. 太陽電池であって、
    通常動作中には太陽放射を受光するために太陽に面する前側、及び前記前側とは反対側の裏側を含む、基板と、
    前記基板の前記裏側の上に形成された、ポリシリコン層と、
    前記ポリシリコン層内に形成された、Ｐ型拡散領域及びＮ型拡散領域と
    を備え、
    突き合せＰＮ接合は、前記Ｐ型拡散領域と前記Ｎ型拡散領域との間に形成され、前記Ｐ型拡散領域は、第１のドーパント濃度レベルを有し、前記Ｎ型拡散領域は、前記第１のドーパント濃度レベルより高い第２のドーパント濃度レベルを有する、太陽電池。
  19. 前記Ｐ型拡散領域の前記第１のドーパント濃度レベルは、約５Ｅ１７／ｃｍ３より低い、請求項１に記載の太陽電池。
  20. 前記Ｐ型拡散領域を形成するために使用されるＰ型ドーパント源と、前記Ｎ型拡散領域を形成するために使用されるＮ型ドーパント源との濃度比は、約１：１００である、請求項１に記載の太陽電池。
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