JP2017518626A - 太陽電池の製造歩留まりを向上させる方法及びシステム - Google Patents

Abstract

【課題】大規模な太陽電池製造設備において太陽電池を製造するシステムを説明する。【解決手段】システムは、第１の処理ステーションと、第２の処理ステーションと、第１の処理ステーションと第２の処理ステーションとの間に位置するウェーハ格納装置とを含む。ウェーハ格納装置内の微小環境は大規模な太陽電池製造設備の大きな環境から実質的に分離されており、この微小環境は化学物質、水分、及び揮発性有機化合物を減少させるために濾過される。ウェーハ格納装置は第１の処理ステーションから出現した第２の処理ステーションでの処理待ちのウェーハを一時的に格納するように構成される。【選択図】図３

Description

[0001] 本開示は概して太陽電池の製造に係る。より詳細には、本開示は太陽電池の製造の歩留まりを向上させる方法及びシステムに関する。

（関連技術）
[0002] 化石燃料の環境への悪影響及びコストの高騰によって、よりクリーン且つより安価な代替エネルギ源が緊急に必要とされている。いろいろな形態の代替エネルギ源の中で、太陽電力は、そのクリーン性及び幅広い利用可能性のために好まれている。

[0003] 太陽電池は、光起電力効果を用いて光を電気に変換する。単一ｐ−ｎ接合、ｐ−ｉ−ｎ／ｎ−ｉ−ｐ、及び多接合を含め、いくつかの基本的な太陽電池構造がある。典型的な単一ｐ−ｎ接合構造は、ｐ型にドープされた層とｎ型にドープされた層とを含む。単一ｐ−ｎ接合を有する太陽電池は、ホモ接合太陽電池又はヘテロ接合太陽電池であり得る。ｐドープ層及びｎドープ層の両方が同様の材料（等しいバンドギャップを有する材料）からなる場合には、その太陽電池はホモ接合太陽電池と称される。それに対して、ヘテロ接合太陽電池は、バンドギャップの異なる材料からなる少なくとも２つの層を含む。ｐ−ｉ−ｎ／ｎ−ｉ−ｐ構造は、ｐ型にドープされた層と、ｎ型にドープされた層と、ｐ層とｎ層との間に挟まれた真性（非ドープ）半導体層（ｉ層）とを含む。多接合構造は、互いに積み重ねられた複数のバンドギャップの異なる単一接合構造を含む。

[0004] 太陽電池においては光がｐ−ｎ接合の付近で吸収されキャリアを発生させる。キャリアはｐ−ｎ接合内に拡散し、内蔵電界によって分離され、ひいてはデバイス及び外部回路を流れる電流を生じさせる。太陽電池の品質の決定において重要なメトリックはエネルギ変換効率であり、これは（吸収された光から電気エネルギへと）変換された電力と太陽電池が電気回路に接続されたときに集電された電力との比として定義される。

[0005] ホモ接合太陽電池に関しては、ダングリングボンドの存在に起因する電池表面での少数キャリア再結合が太陽電池効率を大幅に低下させ得るため、良好な表面不動態化処理が必要とされる。さらに、ドーパント拡散により形成される比較的厚く高濃度にドープされたエミッタ層は、短波長光の吸収を大幅に低下させ得る。それに比べて、Ｓｉヘテロ接合（ＳＨＪ：Ｓｉ Ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎ）太陽電池などのヘテロ接合太陽電池は有利である。図１は代表的なＳＨＪ太陽電池（従来技術）を説明する図を提示する。ＳＨＪ太陽電池１００は、前面グリッド電極１０２と、高濃度にドープされた非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）エミッタ層１０４と、真性ａ−Ｓｉ層１０６と、結晶Ｓｉ基板１０８と、裏面グリッド電極１１０とを含む。図１における矢印は入射太陽光を表す。ａ−Ｓｉ層１０６と結晶Ｓｉ（ｃ−Ｓｉ）層１０８との間には内在的なバンドギャップオフセットがあることから、ａ−Ｓｉ層１０６は、少数キャリア用のバリアを創出することによって表面再結合速度を低減するために用いられ得る。また、ａ−Ｓｉ層１０６は、既存のＳｉダングリングボンドを修復することによって結晶Ｓｉ層１０８の表面を不動態化する。さらに、高濃度にドープされたａ−Ｓｉエミッタ層１０４の厚さは、ホモ接合太陽電池のそれに比べてはるかに薄くなり得る。したがって、ＳＨＪ太陽電池は、より高い開回路電圧（Ｖ_OC）及びより大きな短絡電流（Ｊ_SC）によって、より高い効率を提供することができる。

[0006] トンネリングに基づくヘテロ接合デバイスは、電界効果と表面不動態化との組み合わせによって、優れた開回路電圧（Ｖ_OC）を提供できることも示されている。そのようなデバイスを形成するために、極薄量子トンネリングバリア（ＱＴＢ：ｑｕａｎｔｕｍ−ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ ｂａｒｒｉｅｒ）層が結晶Ｓｉ基層の片面又は両面に堆積される。しかしながら、そのような極薄ＱＴＢ層の膜質は、環境要因に対して非常に敏感である。大気中のガス状汚染物質及び水分はしばしばＱＴＢ層及び対応する接合構造の劣化を引き起こす可能性があり、これは太陽電池の性能の低下につながる。

[0007] 大規模な太陽電池製造設備において太陽電池を製造するシステムを説明する。システムは、第１の処理ステーションと、第２の処理ステーションと、第１の処理ステーションと第２の処理ステーションとの間に位置するウェーハ格納装置とを含む。ウェーハ格納装置内の微小環境は大規模な太陽電池製造設備の大きな環境から実質的に分離されており、この微小環境は化学物質、水分、及び揮発性有機化合物を減少させるために濾過される。ウェーハ格納装置は第１の処理ステーションから出現した第２の処理ステーションでの処理待ちのウェーハを一時的に格納するように構成される。

[0008] 本実施形態の変形においては、微小環境内の１つ以上の環境要因が、ウェーハ上に形成された中間層の無欠性を保証するように注意深く制御される。

[0009] さらなる変形においては、環境要因は、清浄性のレベルと、ガス状汚染物質のレベルと、温度と、湿度と、圧力と、のうち１つ以上を含む。

[0010] 本実施形態の変形においては、ウェーハ格納装置は第２の処理ステーションを収容する部屋を含み、その部屋の環境は監視及び制御される。

[0011] さらなる変形においては、部屋は、微粒子フィルタと、水式空気清浄器と、気相化学物質フィルタと、温度及び湿度制御モジュールと、のうち１つ以上を備える。

[0012] 本実施形態の変形においては、ウェーハ格納装置は、気密のキャビネットと、気密のチャンバと、ウェーハが大きな環境への曝露なしに第１の処理ステーションから第２の処理ステーションへと移載されることを可能にするべく第１の処理ステーションを第２の処理ステーションに連結するように構成された気密のトンネルと、のうち１つ以上を含む。

[0013] さらなる変形においては、ウェーハ格納装置は精製窒素ガスを充填される。

[0014] さらなる変形においては、窒素ガスは、少なくとも９９．９％の純度及び７６０乃至７７０Ｔｏｒｒの圧力を有する。

[0015] 本実施形態の変形においては、第１の処理ステーションはウェット処理ステーションを含み、このウェット処理ステーションはウェーハの片面又は両面に極薄酸化層を形成するように構成される。

[0016] さらなる変形においては、第２の処理ステーションが、極薄酸化層の表面上にドープされた半導体層を形成するように構成された化学蒸着ツールを含む。

[0017] 本実施形態の変形においては、ウェーハは、６インチ×６インチの正方形のシリコンウェーハ又は６インチ×６インチの疑似正方形のシリコンウェーハを含む。

[0018] 代表的なＳＨＪ太陽電池（従来技術）を説明する図である。 [0019] 代表的な両面トンネリング接合太陽電池を説明する図である。 [0020] 本発明の一実施形態による代表的な太陽電池製造設備を説明する概略図である。 [0021] 本発明の一実施形態による代表的な太陽電池製造設備を説明する概略図である。 [0022] 本発明の一実施形態による太陽電池の製造のプロセスを説明する図である。 [0023] 本発明の一実施形態による代表的な太陽電池生産ラインのオペレーションを説明するフローチャートである。

[0024] 図面中、同一の参照番号は同一の図要素を指す。

[0025] 以下の説明は、任意の当業者が本実施形態を作成及び使用できるようにするために提示されるものであって、ある特定の用途及びその要件の文脈で提供される。開示される実施形態に対する様々な変形は、当業者には容易に明らかになり、本明細書に定義される一般原則は、本開示の精神及び範囲から逸脱することなく、他の実施形態及び用途に適用され得る。したがって、本発明は、図示される実施形態には限定されず、本明細書に開示される原則及び特徴と一致する最も広い範囲を付与されるべきである。

（概観）
[0026] 本発明の実施形態は、高効率太陽電池の製造歩留まりを向上させるシステム及び方法を提供する。トンネリング接合太陽電池の製造にあたっては、未完成のウェーハがプロセス間に格納される場所の微小環境が、ウェーハの中間層への劣化を最小化するように、注意深く制御される。いくつかの実施形態においては、ＳＯ_X、Ｈ₂Ｓ、ＮＯ_X、ＮＨ₃、揮発性有機化合物（ＶＯＣ：ｖｏｌａｔｉｌｅ ｏｒｇａｎｉｃ ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ）等のガス状汚濁物質及び他の微粒子を微小環境から除去するために、水式空気清浄器及び気相化学物質フィルタが用いられる。空気清浄システムは、（１）空気中の微粒子及び粗い汚染物質を除去するためのミスト洗浄、（２）除湿、及び（３）気体状態の有害化学物質を除去するための化学物質濾過という３段階の清浄プロセスを含み得る。微小環境は、気密の窒素充填キャビネット、部屋、又は処理ステーション間のトンネルとして実装され得る。

（製造設備）
[0027] 特殊な種類のＳＨＪ太陽電池（すなわちトンネリング接合太陽電池）は、量子トンネリングバリア（ＱＴＢ：ｑｕａｎｔｕｍ ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ ｂａｒｒｉｅｒ）層がキャリア収集効率を損なうことなく基層の表面を効果的に不動態化し得るため、優れた性能を提供できることが示されている。トンネリング接合は、太陽電池の片面又は両面に配置され得る。図２は、代表的な両面トンネリング接合太陽電池を説明する図を示す。両面トンネリング接合太陽電池２００は、基層２０２と、基層２０２の両表面を覆い表面欠陥状態を不動態化する量子トンネリングバリア（ＱＴＢ）層２０４及び２０６と、前面エミッタを形成する前面ドープａ−Ｓｉ層２０８と、ＢＳＦ層を形成する裏面ドープａ−Ｓｉ層２１０と、前面透過導電性酸化（ＴＣＯ：ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ ｏｘｉｄｅ）層２１２と、裏面ＴＣＯ層２１４と、前面金属グリッド２１６と、裏面金属グリッド２１８とを含む。トンネリング接合の主な利点は、基層の片面又は両面に堆積された極薄トンネリング酸化層が、そのような酸化層のトンネリングに伴う直列抵抗を著しく増加させることなく、１×１０¹¹／ｃｍ²未満となり得る非常に低い界面欠陥密度（Ｄ_it）を可能にすることである。その結果、７１５ｍＶよりも大きな開回路電圧（Ｖ_OC）を有する高効率太陽電池を得ることができる。製造方法を含め、両面トンネリング接合太陽電池２００についての詳細は、「酸化物トンネリング接合を有する太陽電池」と題された、発明者：ジウン・ベンジャミン・ヘン、チェンタオ・ユイ、ジェン・シュ、及びジェンミン・フーによる、２０１０年１１月１２日提出の米国特許第８，６８６，２８３号（代理人整理番号ＳＳＰ１０−１００２ＵＳ）に見出すことができる。同特許の開示内容は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

[0028] 性能を向上させた裏面接合型太陽電池を得るために、太陽電池の裏面にエミッタ層を有し前面に前面電界（ＦＳＦ：ｆｒｏｎｔ ｓｕｒｆａｃｅ ｆｉｅｌｄ）層を有することも可能である点に留意されたい。（基層がｎ型にドープされていると想定して）高濃度にｐ型にドープされたエミッタを太陽電池の裏面に配置することにより、太陽電池の前面付近における短波長吸収に起因する電流損失を最小化することができる。同様に、ｐ型にドープされたエミッタは、裏面に配置されるとき、短波長吸収に起因する電流損失について妥協することなくエミッタ空乏効果を除去するように、比較的厚くてもよい。キャリア空乏の大半が低減される結果、電池の開回路電圧及び曲線因子が改善することが予期される。さらに、裏面接合構造は、ｐ型にドープされたエミッタの仕事関数を裏面ＴＣＯ材料の仕事関数により良く適合するように調整するべくより高い柔軟性も提供し、あるいは、より良好に最適化された裏面のＴＣＯ材料の使用を、その透過特性により限定されることなく可能にもする。その上、裏面接合は主に長波長、低エネルギ吸収の影響を受けるため、接合部における高エネルギ、過剰キャリア再結合による影響が少ない。製造方法を含め、トンネル酸化物を有する裏面接合型太陽電池についての詳細は、「トンネル酸化物を有する裏面接合型太陽電池」と題された、発明者：ジウン・ベンジャミン・ヘン、ジェンミン・フー、及びジーガン・シェによる、２０１２年８月３１日提出の米国特許出願第１３／６０１，４４１号（代理人整理番号ＳＳＰ１０−１００２ＣＩＰ）に見出すことができる。同出願の開示内容は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

[0029] 少なくとも２０％の効率といった高効率の太陽電池を製造するためには、それらの薄いＱＴＢ層などの不動態化層と、トンネリング接合を形成する層間の界面の品質とを注意深く制御する必要がある。不動態化における何らかの劣化は少数キャリア寿命を低下させることにつながり得るものであり、製造される太陽電池の性能に悪影響が及ぼされる。さらに、太陽電池に期待される変換効率はデバイス構造の革新に伴って高まり続けるため、製品歩留まりは、以前は作製プロセスにおいて決定的に重要ではなかった要因にますます依存するようになる。例えば、太陽電池の期待される変換効率が１５乃至１８％であるときには、太陽電池の効率は主にデバイス構造及び製造の品質によって決定される。ウェーハが曝露される大気中の化学物質の影響は、最終的な製品歩留まりの決定においては重要な役割を果たさない。しかしながら、デバイスの構造設計は向上し続けるにつれて、期待される効率が２０％を超えるときには、大気の影響及びウェーハの大気曝露の持続時間が、最終的な製品歩留まりの決定における重要な要因となる。換言すれば、大気中の水分、化学物質、及び汚濁物質は以前、太陽電池の期待される変換効率が２０％を超過するまでは、問題ではなかった。

[0030] 結晶シリコン（ｃ−Ｓｉ）ベースの太陽電池を作製する際には、ｃ−Ｓｉウェーハには典型的にはまずウェットプロセスが行われ、これは表面の清浄化及びテクスチャ化を含み得る。ｃ−Ｓｉ基板の表面を不動態化する極薄ＱＴＢ層は、炉内でのドライ酸化プロセス、プラズマ励起化学堆積（ＰＥＣＶＤ：ｐｌａｓｍａ ｅｎｈａｎｃｅｄ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）堆積、化学酸化、水蒸気酸化、又は低圧ラジカル酸化（ＬＰＲＯ：ｌｏｗ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｒａｄｉｃａｌ ｏｘｉｄａｔｉｏｎ）などを介して形成され得る。例えば、ＳｉＯ₂又はＳｉＯの単原子層がｃ−Ｓｉウェーハの表面上での炉式ドライ酸化プロセスＰＥＣＶＤプロセスにより形成され得る。代替的には、真性半導体の薄層（厚さ約１０オングストローム）も、ＱＴＢ層として作用するように、ｃ−Ｓｉ基板上に堆積又は形成されてもよい。そのような酸化物又は真性半導体の薄層は非常に脆く、その無欠性は環境中の汚濁物質又は水分により損なわれ得る。

[0031] 典型的な生産ラインにおいては、各処理ステップ後のｃ−Ｓｉウェーハはしばしば、乾燥及び／又はドライ酸化、化学蒸着（ＣＶＤ：ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、又は物理蒸着（ＰＶＤ：ｐｈｙｓｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）といった後続の処理を待つために、ウェーハ保持領域に保管される。そのようなウェーハ保持領域は、太陽電池製造設備内の空いた空間であることが多い。実際には、ウェーハをカセット内に格納し、それらを単に前の処理ステーションがある部屋又は次のステップの堆積装置が存在している部屋の中に配置するというのが、一般的な産業上の慣例である。（ＱＴＢ層を形成する）ウェットプロセスと（エミッタ及び電界面層を形成する）後続のＣＶＤプロセスとのスループットの違いのため、同一のウェットプロセスから出現するｃ−Ｓｉウェーハの待機時間は異なることがある。ＣＶＤプロセス前の待機時間の差異（すなわちウェーハが異なる期間にわたって環境中の汚濁物質に曝露されていること）は、製造される太陽電池の性能の差異をもたらし得ると同時に、一部の太陽電池が効率要件を満たさない結果となることが観察されている。換言すれば、太陽電池生産ラインの歩留まりが損なわれている。したがって、ウェーハがより長い期間にわたってウェーハ保持領域に保管されるにつれて、最終製品の効率は悪化する。この問題は、太陽電池製造にもっと大きなウェーハ（５インチウェーハの代わりに６インチウェーハなど）が用いられるときに、より顕著になり得る。

[0032] そのような能力劣化は、部分的には、清浄化されたｃ−Ｓｉウェーハの表面、薄いＱＴＢ層、又はエミッタ／表面電界層など、異なるプロセス間に環境に曝露される様々な層を襲う大気中の様々な汚濁物質により引き起こされ、不動態化又は接合品質の劣化を生じる。ほとんどの大規模太陽電池製造設備には、その大きさに起因して、十分な環境制御が欠如していることに留意されたい。大規模な太陽電池生産ラインを収容するだけの十分に大きなクリーンルームを建造することは、現実的でない。また、たとえそのような生産ラインを十分に大きなクリーンルームに入れることが可能であったとしても、ほとんどのクリーンルームは、実際には空気の単位体積あたりの許容される粒子の数及び大きさに従って分類されているため、薄いＱＴＢ層など、太陽電池構造の様々な表面及び層への損傷を防止するには、依然として不十分である場合がある。例えば、「クラス１００」は、空気の１立方フィートあたりに許容される大きさ０．５μｍ以上の粒子の数が１００であることを表す。その一方で、ガス状汚濁物質及び湿度のレベルは、標準的なクリーンルーム環境においては、厳密に制御されないことが多い。より詳細には、ほとんどのクリーンルームに設置されている標準的な高効率微粒子空気（ＨＥＰＡ：ｈｉｇｈ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ ａｉｒ）フィルタ又は超低浸透空気（ＵＬＰＡ：ｕｌｔｒａ ｌｏｗ ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ ａｉｒ）フィルタは、ガス状汚濁物質を除去できないことが多い。しかしながら、ＳＯ₂、Ｈ₂Ｓ、ＮＯ₂、ＮＨ₃、及び揮発性有機化合物（ＶＯＣ：ｖｏｌａｔｉｌｅ ｏｒｇａｎｉｃ ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ）などの一定のガス状汚濁物質は、特に水分と混合されたとき、太陽電池の層及び界面に損傷を引き起こし得る。したがって、塵粒子のみならず、こうしたガス状汚濁物質及び水分も製造環境から除去することが重要である。ところが、太陽電池製造設備の大きさは何十万平方フィートにもなり得ることから、設備全体用の化学物質及び水分濾過装置を設置することは非現実的である。

[0033] 歩留まりを向上させるために、本発明の実施形態は、シリコンウェーハが、次のプロセスを待つ間、制御された微小環境内に留まることができるように、処理ステーション間の制御された微小環境を促進する方法及びシステムを提供する。制御された微小環境は、物理的境界又はパージガスの流れによって、製造設備のより大きな環境から実質的に分離される。微粒子、水分、及びガス状汚濁物質は、太陽電池接合への環境的な損傷を防止するために、制御された微小環境から除去され得る。いくつかの実施形態においては、制御された微小環境は、気密の窒素充填キャビネットや、温度、湿度、含有化学物質、及び含有粒子が厳密に監視され制御された別室、あるいは気密の窒素充填トンネルとして実装され得る。

[0034] いくつかの実施形態においては、ドライルームと称されることもある、太陽電池製造設備内にある特別に設計された部屋が、次のプロセスを待つ間ウェーハを保持するために用いられ得る。例えば、次のプロセスがＣＶＤであれば、ドライルームは、ＣＶＤツールを収容し、ＣＶＤプロセスを待っているウェーハ又は異なるＣＶＤプロセス間のウェーハを保持するための十分な空間を提供してもよい。ｃ−Ｓｉウェーハを清浄化しエッチングするウェットプロセスなどの前のプロセスから出現するウェーハは、より大きな環境への曝露を最小限にして、直ちにドライルーム内に収められる。クラス１０００乃至クラス１０，０００の清浄性を提供するＨＥＰＡフィルタに加え、ドライルーム内には、ＮＯ_X、ＮＨ₃、ＳＯ_X、Ｈ₂Ｓ、ＶＯＣ等といったガス状汚濁物質を除去するための水式空気清浄器、除湿器、及び化学物質フィルタが設置される。例えば、従来のクリーンルーム濾過モジュールに加え、本システムは、微粒子及び汚染物質を除去するためのミストベースの洗浄モジュールと、除湿器と、化学物質濾過モジュールとを含む３段階の清浄機構を備え得る。さらなる実施形態においては、化学物質フィルタの化学物質除去効率は、７０％より高く、好適には８０％より高く、さらに好適には９５％より高く維持される。ドライルーム内の温度及び湿度は、余分な水分により引き起こされる不動態化層の損傷を防ぐべく、所望のレベルに注意深く制御される。いくつかの実施形態においては、ドライルームの温度は１５乃至２７℃、好適には２３℃に保たれ、絶対湿度は５ｇ／ｋｇより低く、好適には１．３乃至４．０ｇ／ｋｇに保たれる。相対湿度は２０％より低く、好適には１３±５％に維持される。

[0035] さらなる実施形態においては、太陽電池の接合／不動態化層に対して起こり得る汚染をさらに低減するために、気密の密閉されたカート及びキャビネットのような、より小さく物理的に密閉された他のウェーハ保持装置がドライルーム内に配置され得る。より具体的には、これらのカート及びキャビネットは、より強力な環境制御を保証するために、精製窒素ガス（Ｎ₂）を充填され得る。精製Ｎ₂は、少なくとも９９．９％、好適にはおよそ９９．９５％の純度を有する。いくつかの実施形態においては、カート／キャビネット内の清浄性はクラス１００に保たれる。Ｏ₂の量は３００百万分率（ｐｐｍ：ｐａｒｔｓ ｐｅｒ ｍｉｌｌｉｏｎ）よりも少なく保たれ、水分又は水蒸気の量は１０００ｐｐｍよりも少なく、好適には１００ｐｐｍよりも少なく保たれる。カート／キャビネット内の圧力は、７００乃至８００Ｔｏｒｒ、好適には７６０乃至７７０Ｔｏｒｒに保たれ得る。いくつかの実施形態においては、カート及びキャビネットは、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ：ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ ｃｈｌｏｒｉｄｅ）及び／又はステンレス鋼といった化学物質耐性材料で作製され得る。これらのカート又はキャビネットは、ドライルーム内で保管するだけでなく、より大きく一般的な環境に配置することも可能である。例えば、そのようなカート又はキャビネットは、ウェットステーションの隣に配置することができる。ウェットプロセスの後、ウェーハは、より大きな環境への曝露が最小限に保たれることを保証するために、直ちに密閉されたカート又はキャビネット内にロードされ得る。その後、カート又はキャビネットは、ウェーハが密閉され制御された環境から次の処理ステーションへと直接ロードされることを可能にするべく、次の処理ステーションへと搬送され得る。

[0036] さらなる処理を待っているウェーハは、物理的に密閉された自己内蔵型のウェーハ保持領域に加え、２つの処理ステーションを接続するトンネル内にも配置され得る。トンネルは気密であって、コンベヤベルト及び入口／出口ロードロックチャンバを備えていてもよい。第１のプロセス（ウェットプロセスなど）が済んだウェーハは、しばしばロボットアームにより、入口ロードロックチャンバを通ってトンネル内にロードされてもよく、コンベヤベルトによって次の処理ステーションへと搬送される。いくつかの実施形態においては、次の処理ステーションがロードロックチャンバを含む場合には、トンネルの出口が堆積又は処理ツールのロードロックチャンバであってもよい。換言すれば、ウェーハは、より大きな環境にまったく曝露されることなく、トンネルから直接的に次のステージのツールへと入ることができる。トンネル内の環境制御を保証するために、トンネルは、少なくとも９９．９％、好適にはおよそ９９．９５％の純度を有する精製Ｎ₂を充填される。トンネル内の他の環境制御要因は、カート／キャビネットにおいて用いられるものと同様である。

[0037] プロセス間にウェーハが保管されている場所の微小環境を注意深く制御することによって、たとえそのような環境内で比較的長時間保管されたウェーハであっても、不動態化層などの中間層の無欠性が保たれることを保証できる。すべてのウェーハにおける効果的な不動態化は、様々なプロセス間の待ち時間にかかわらず、太陽電池生産ラインの全体的な歩留まりを大幅に向上させる。

[0038] 図３は、本発明の一実施形態による代表的な太陽電池製造設備を説明する概略図を示す。図３において、太陽電池製造設備３００は、ウェットステーション３０２及びドライステーション３０４など、太陽電池の製造のための様々な処理ステーションを含む。太陽電池製造設備３００は、ウェーハ保持領域３０６などの、ウェーハが次のプロセスを待つ間一時的に格納される１つ以上のウェーハ保持領域も含む。

[0039] 太陽電池製造設備３００は、太陽電池の製造のための任意の産業的な大きさの部屋又は建物を含み得る。いくつかの実施形態においては、太陽電池製造設備３００は１０，０００平方フィートを優に超え得る。ウェットステーション３０２は、表面清浄化、表面テクスチャ化、ウェットエッチング、及び水蒸気酸化を含むがこれらに限られない、水溶液が関係する任意の処理を行うために用いられ得る。ドライステーション３０４は、酸化ツール（炉式ドライ酸化ツール、ＣＶＤツール、又はＬＰＲＯツールなど）、１つ以上のエミッタ／表面電界層ツール（プラズマ励起化学蒸着（ＰＥＣＶＤ：ｐｌａｓｍａ−ｅｎｈａｎｃｅｄ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）ツールなど）、透過導電性酸化（ＴＣＯ：ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ ｏｘｉｄｅ）層ツール（電子ビーム蒸発ツール又はスパッタリングツールなど）、ドライエッチングツール等を含むがこれらに限られない、水溶液が関係しない任意の処理を行うために用いられ得る１つ以上のツールを備える。いくつかの実施形態においては、ドライステーション３０４は、トンネリング層、太陽電池エミッタ層、表面電界層、及びＴＣＯ層を形成するために用いられ、しばしばＣＶＤ及びＰＶＤ処理を伴う。

[0040] ウェーハ保持領域３０６は、ウェットステーション３０２での処理が済みドライステーション３０４での処理待ちのシリコンウェーハを一時的に格納するために用いられる。例えば、ウェーハの片面又は両面に極薄酸化層を有するシリコンウェーハが、エミッタ層及び表面電界層を堆積するための後続のＣＶＤプロセスを待つために、ウェーハ保持領域３０６内に配置され得る。いくつかの実施形態においては、シリコンウェーハは、カセット３０８のようなカセット内に配置される。複数のカセットが並んで配置されてもよく、あるいは互いに積み重ねられてもよい。図３はシリコンウェーハがカセット内に垂直に配置されていることを示している点に留意されたい。実際には、ドライステーション３０４内におけるツールの構成及びローディング要件に応じて、カセットは、シリコンウェーハが水平に配向されるように配置されてもよい。従来の太陽電池設備においては、ウェーハ保持領域は典型的には、水分、微粒子、及び化学蒸気といった様々な汚濁物質を含み得る、製造設備のより大きな環境内にある点に留意されたい。いくつかのより小規模な太陽電池設備では、生産ラインはクリーンルーム内に配置される場合がある。しかしながら、ほとんどのクリーンルーム標準はクリーンルーム内の非微粒子汚染の量を制限しておらず、ＨＥＰＡ／ＵＬＰＡフィルタは非微粒子汚濁物質の除去には効果がない。ところが、クリーンルームの空気に含まれる、ＳＯ_X、ＮＯ_X、ＮＨ₃、水蒸気、オゾン、ＶＯＣ等といった空気中に浮遊する一定の汚濁物質は、シリコンウェーハの片面又は両面上の極薄酸化物／真性半導体層と接触する可能性があり、そのような極薄酸化物／真性半導体層を損傷し、ひいては不動態化を劣化させ得る。その結果、最終製品はより低い効率を示す場合がある。

[0041] 製造設備全体用の気相化学物質濾過システムを設置することによって汚染は緩和されるかもしれないが、そのような解決策は、典型的な太陽電池製造設備の大きさにより、非現実的である。汚染の問題を解決するため、本発明のいくつかの実施形態においては、ウェーハ保持領域３０６の内部又は周囲の微小環境が、太陽電池の中間層への汚染を防止するように制御される。図３に示す例においては、ウェーハ保持領域３０６及びドライステーション３０４はいずれも、製造設備３００のより大きな環境から分離された独自の微小環境を有するドライルーム３１０内にある。

[0042] ドライルーム３１０は、微粒子濾過モジュール３１２、温度及び湿度制御モジュール３１４、及び非微粒子濾過モジュール３１６を含むがこれらに限られない、多数の環境制御モジュールを含む。微粒子濾過モジュール３１２はドライルーム３１０から粒子を除去する。いくつかの実施形態においては、微粒子濾過モジュール３１２は、ＨＥＰＡフィルタ又はＵＬＰＡフィルタと、ミスト洗浄モジュールとを含み得る。さらなる実施形態においては、ドライルーム３１０はクラス１０００又はクラス１０，０００のクリーンルームとして保たれ、室内では正圧が維持された状態である。非微粒子濾過モジュール３１４は、ＳＯ_X、ＮＯ_X、Ｈ₂Ｓ、ＮＨ₃、オゾン、ＶＯＣ等といった気相汚濁物質をドライルーム３１０から除去する。温度及び湿度制御モジュール３１４は、ドライルーム３１０内の温度及び湿度を所望のレベルに制御する。いくつかの実施形態においては、室温は１５乃至２７℃、好適には２３℃に維持される。相対湿度は２０％より低く、好適には１３±５％に維持される。絶対湿度は５ｇ／Ｋｇより低く、好適には１．３乃至４．０ｇ／Ｋｇに維持される。非微粒子濾過モジュール３１６は様々な種類の化学物質フィルタを含んでいてもよい。さらなる実施形態においては、化学物質除去効率は７０％より高く、好適には８０％より高く、さらに好適には９５％より高く維持される。

[0043] いくつかの実施形態においては、ウェーハ保持領域３０６は、ドライルーム３１０内に位置する空隙部である。ウェーハがウェットステーション３０２とドライステーション３０４との間で移載されるときの汚染をさらに除去するために、ウェーハ保持領域３０６は気密の密閉されたカート及びキャビネットを含み、これらは車輪を有していてもよく、もしくはウェットステーション３０２からドライステーション３０４へと搬送されてもよい。いくつかの実施形態においては、カート又はキャビネットは、ＰＶＣ又はステンレス鋼といった化学物質耐性材料で作製される。密閉されたカート又はキャビネットは、少なくとも９９．９％、好適にはおよそ９９．９５％の純度を有する精製Ｎ₂を充填される。カート／キャビネット内の窒素の圧力は、７００乃至８００Ｔｏｒｒ、好適には７６０乃至７７０Ｔｏｒｒに維持される。カート／キャビネット内の微粒子のレベルはクラス１００以上に保たれる。酸素レベル、温度、及び湿度などの他の環境要因もまた、カート／キャビネット内では厳密に制御される。酸素レベルは３００ｐｐｍよりも低く維持される。温度は１５乃至２７℃、好適には２５℃に維持される。水分（Ｈ₂Ｏ蒸気）レベルは１０００ｐｐｍよりも低く、好適には１００ｐｐｍよりも低く維持される。さらなる実施形態においては、ウェットステーション３０２が、気密の、任意選択的に窒素を充填されたトンネル３０３を介してウェーハ保持領域３０６と接続されてもよく、このトンネルは気密のカート又はキャビネットと同様のパラメータの組によって制御され得る。

[0044] 図４は、本発明の一実施形態による代表的な太陽電池製造設備を説明する概略図を示す。図４において、太陽電池製造設備４００は、ウェットステーション４０２、ＣＶＤツール４０４、ＣＶＤツール４０６、及びＰＶＤツール４０８など、多数の処理ツールを含む。

[0045] ウェットステーション４０２は、表面清浄化、表面テクスチャ化、及び不動態化に使用可能な様々な槽又はリンス部を含み得る。複数のシリコンウェーハが１つのカセット内に配置され、そのカセットがバッチ処理のために槽内又はリンス部の下に配置されるというのが、業界における一般的な慣例である。

[0046] ＣＶＤツール４０４は、（例えば、トンネリング層を形成し、その後エミッタ層を堆積するための）シリコンウェーハの第１の面への材料堆積に用いられ得る。ＣＶＤツール４０６は、（例えば、第２のトンネリング層を形成し、その後表面電界層を堆積するための）シリコンウェーハの第２の面への材料堆積に用いられ得る。ＰＶＤステーション４０８は、ウェーハの片面又は両面へのＴＣＯ層の堆積に用いられ得る。

[0047] 製造設備４００のより大きな環境に対する未完成のシリコンウェーハの曝露を最小限にすることを保証するために、各処理ツールは密閉されたロード／アンロード領域を含み、ここで（カセット又は他の種類のキャリアに入った）シリコンウェーハが処理ツールにロードされ又は処理ツールからアンロードされる。これらのロード／アンロード領域は、処理ツールと製造設備４００のより大きな環境との間のバッファとしても知られる。例えば、ウェットステーション４０２はロード／アンロードバッファ４１２を含み、ＣＶＤツール４０４はロード／アンロードバッファ４１４を含む。そのようなロード／アンロードバッファは、気密のチャンバ又はキャビネットのような、物理的に密閉された空間を含んでいてもよい。いくつかの実施形態においては、ロード／アンロードバッファは、ＰＶＣ又はステンレス鋼のような化学物質耐性材料で造られる。バッファ（チャンバ又はキャビネットなど）は、少なくとも９９．９％、好適にはおよそ９９．９５％の純度を有する精製Ｎ₂を充填され得る。チャンバ／キャビネット内の窒素の圧力は、７００乃至８００Ｔｏｒｒ、好適には７６０乃至７７０Ｔｏｒｒに維持される。チャンバ／キャビネット内の微粒子のレベルはクラス１００以上に保たれる。酸素レベル、温度、及び湿度などの他の環境要因もまた、チャンバ／キャビネット内では厳密に制御される。酸素レベルは３００ｐｐｍよりも低く維持される。温度は１５乃至２７℃、好適には２５℃に維持される。水分（Ｈ₂Ｏ蒸気）レベルは１０００ｐｐｍよりも低く、好適には１００ｐｐｍよりも低く維持される。

[0048] ロード／アンロードバッファに加え、より大きな環境への未完成のウェーハの曝露を防ぐために、いくつかの実施形態においては、異なるツールのロード／アンロードバッファ間にトンネルが設けられる。例えば、トンネル４２２がウェットステーション４０２のバッファ４１２とＣＶＤツール４０４のバッファ４１４との間に設けられる。その結果、ウェットステーション４０２により処理されたウェーハは、トンネル４２２を介してＣＶＤツール４０４へと搬送可能となり、搬送の際に製造設備４００のより大きな環境に曝露されない。さらに、ウェーハは、ＣＶＤプロセスを待つ間、トンネル４２２内に保管され得る。トンネル内の微小環境はロード／アンロードバッファ内のものと同様である。いくつかの実施形態においては、トンネルはＰＶＣ又はステンレス鋼のような化学物質耐性材料で造られる。いくつかの実施形態においては、トンネルは、少なくとも９９．９％、好適にはおよそ９９．９５％の純度を有する精製Ｎ₂を充填される。トンネル内の窒素の圧力は、７００乃至８００Ｔｏｒｒ、好適には７６０乃至７７０Ｔｏｒｒに維持される。トンネル内の微粒子のレベルはクラス１００以上に保たれる。酸素レベル、温度、及び湿度などの他の環境要因もまた、トンネル内では厳密に制御される。酸素レベルは３００ｐｐｍよりも低く維持される。温度は１５乃至２７℃、好適には２５℃に維持される。水分（Ｈ₂Ｏ蒸気）レベルは１０００ｐｐｍよりも低く、好適には１００ｐｐｍよりも低く維持される。製造設備４００における建築制限のためにトンネルを設けることが非現実的である場合には、２つの連続した処理ステーションのバッファ間でウェーハを搬送するために、Ｎ₂充填カートを用いることが可能である点に留意されたい。Ｎ₂充填カート内の微小環境はトンネル内のものと同様である。

[0049] 図４に示す例においては、太陽電池製造設備４００は、ウェーハの両面の背中合わせの堆積のための２つのＣＶＤツールを含む。標準的なＣＶＤツールは既にロードロックチャンバを有しているため、ＣＶＤツール４０４での処理を終えたウェーハがより大きな環境に曝露されることなくトンネル４２４を介してＣＶＤツール４０６へと搬送されるように、２つのＣＶＤツールのロードロックチャンバを接続するトンネルを造ることが可能である。ＣＶＤツールが一時的にオフラインである場合には、追加的なＮ₂充填バッファを各ＣＶＤツールの周囲に造ることも可能である。

（製造プロセス）
[0050] 裏面接合型太陽電池を造るためには、ｎ型又はｐ型にドープされた高品質太陽電池級シリコン（ＳＧ−Ｓｉ）ウェーハが用いられ得る。一実施形態においては、ｎ型にドープされたＳＧ−Ｓｉウェーハが選択される。図５は、本発明の一実施形態による太陽電池の製造のプロセスを説明する図を示す。

[0051] オペレーション５Ａにおいては、ＳＧ−Ｓｉ基板５００が準備される。ＳＧ−Ｓｉ基板５００の厚さは８０乃至５００μｍの範囲であり得る。一実施形態においては、ＳＧ−Ｓｉ基板５００の厚さは９０乃至１２０μｍの範囲である。ＳＧ−Ｓｉ基板５００の抵抗率は、典型的には１Ω・ｃｍ乃至１０Ω・ｃｍの範囲であるが、これに限られない。一実施形態においては、ＳＧ−Ｓｉ基板５００は、１Ω・ｃｍ乃至２Ω・ｃｍの抵抗率を有する。準備オペレーションは、約１０μｍのシリコンを除去する典型的な鋸損傷エッチングと表面テクスチャ化とを含む。表面テクスチャは、六角錐、逆ピラミッド、円筒、円錐、輪、及び他の不規則形状を含むがこれらに限られない、様々なパターンを有し得る。一実施形態においては、表面テクスチャ化オペレーションの結果、無作為なピラミッド型にテクスチャ化された表面がもたらされる。その後、ＳＧ−Ｓｉ５００基板は広範囲にわたる表面清浄化を施される。図５においては、テクスチャパターンは実際の縮尺ではなく、テクスチャを説明するために拡大されている点に留意されたい。実際のテクスチャパターンは、表面寸法と比較してはるかに小さいであろう。オペレーション５Ａは、テクスチャ化及びリンスなどの、１つ以上のウェットプロセスを含んでいてもよい点に留意されたい。

[0052] オペレーション５Ｂにおいては、前面及び裏面不動態化／トンネリング層５０２及び５０４をそれぞれ形成するために、高品質の（１×１０¹¹／ｃｍ²よりも低いＤ_itを有する）誘電材料からなる薄層がＳＧ−Ｓｉ基板５００の表面及び裏面に形成又は堆積される。一実施形態においては、ＳＧ−Ｓｉ基板５００の裏面のみが誘電材料の薄層で覆われる。不動態化／トンネリング層を形成するためには、シリコン酸化物（ＳｉＯ_X）、水素化ＳｉＯ_X、窒化シリコン（ＳｉＮ_X）、水素化ＳｉＮ_X、酸化アルミニウム（ＡｌＯ_X）、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）、及び水素化ＳｉＯＮを含むがこれらに限られない、様々な種類の誘電材料が用いられ得る。また、不動態化／トンネリング層を形成するためには、熱酸化、原子層堆積、ウェット又は水蒸気酸化、低圧ラジカル酸化、プラズマ励起化学蒸着（ＰＥＣＶＤ：ｐｌａｓｍａ−ｅｎｈａｎｃｅｄ ｃｈｅｍｉｃａｌ−ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、ＬＰＲＯ等を含むがこれらに限られない、様々な酸化及び／又は堆積技術が用いられ得る。不動態化／トンネリング層５０２及び５０４の厚さは１乃至５０オングストロームであり得る。一実施形態においては、不動態化／トンネリング層５０２及び５０４の厚さは１乃至１５オングストロームである。不動態化／トンネリング層の良好に制御された厚さは、良好なトンネリング及び不動態化効果を保証することに留意されたい。オペレーション５Ｂに続いて、未完成のウェーハは、太陽電池製造設備のより大きな環境から実質的に分離された超清浄微小環境内に配置される。微小環境内では、微粒子の総数、温度、湿度、圧力等といった環境要因が注意深く制御される。また、不動態化／トンネリング層の無欠性を保証するために、ＳＯ_X、ＮＯ_X、ＮＨ₃、Ｈ₂Ｓ、オゾン、ＶＯＣなどのガス状汚濁物質が微小環境から除去される。未完成の太陽電池は、次のオペレーションまで、超清浄の制御された微小環境内に保管される。オペレーション５Ｂがドライプロセスである場合には、ウェーハは、オペレーション５Ａの後、超清浄微小環境内に配置され得ることに留意されたい。

[0053] オペレーション５Ｃにおいては、基板５００のものとは反対のドーピング型を有する水素化された段階的なドーピングａ−Ｓｉの層が、エミッタ層５０６を形成するために、裏面不動態化／トンネリング層５０４の表面上に堆積される。その結果、エミッタ層５０６は、入射太陽光とは逆向きの、太陽電池の裏面に位置することになる。ｃ−Ｓｉ基板５００がｎ型にドープされている場合にはエミッタ層５０６はｐ型にドープされ、逆もまた同様であることに留意されたい。一実施形態においては、エミッタ層５０６は、ボロンをドーパントとして用いてｐ型にドープされる。いくつかの実施形態においては、エミッタ層５０６は、ＰＥＣＶＤなどのＣＶＤ技術を用いて形成される。ＳＧ−Ｓｉ基板５００、裏面不動態化／トンネリング層５０４、及びエミッタ層５０６は、ヘテロトンネリング裏面接合を形成する。エミッタ層５０６の厚さは１乃至２０ｎｍである。良好なオーミック接触及び大きな内蔵電位を保証するためには、（１×１０¹⁵／ｃｍ³乃至５×１０²⁰／ｃｍ³で変化するドーピング濃度で）最適にドープされた十分に厚い（少なくとも３ｎｍ乃至２０ｎｍの）エミッタ層が必要であることに留意されたい。一実施形態においては、エミッタ層５０６内の裏面不動態化／トンネリング層５０４に隣接する区域はより低いドーピング濃度を有し、裏面不動態化／トンネリング層５０４から離れた区域はより高いドーピング濃度を有する。より低いドーピング濃度は裏面不動態化／トンネリング層５０４とエミッタ層５０６との界面における最低の欠陥密度を保証し、反対側のより高い濃度はエミッタ層の空乏を防止する。エミッタ層５０６の仕事関数は、より大きなＶ_OC及びより高い曲線因子を可能にするべく、後で堆積される裏面透過導電性酸化（ＴＣＯ：ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ ｏｘｉｄｅ）層のそれにより良く適合するように調整され得る。エミッタ層５０６を形成するためには、ａ−Ｓｉに加えて、１つ以上のワイドバンドギャップ半導体材料及び多結晶Ｓｉを含むがこれらに限られない、他の材料を用いることも可能である。オペレーション５Ｃに続き、未完成の太陽電池は、次のオペレーションを待つために、超清浄微小環境内に収められる。

[0054] オペレーション５Ｄにおいては、基板５００のものと同一のドーピング型を有する水素化された段階的なドーピングａ−Ｓｉの層が、前面電界（ＦＳＦ：ｆｒｏｎｔ ｓｕｒｆａｃｅ ｆｉｅｌｄ）層５０８を形成するために、前面不動態化／トンネリング層５０２の表面上に堆積される。ｃ−Ｓｉ基板５００がｎ型にドープされている場合にはＦＳＦ層５０８もｎ型にドープされ、逆もまた同様であることに留意されたい。一実施形態においては、ＦＳＦ層５０８は、亜リン酸をドーパントとして用いてｎ型にドープされる。いくつかの実施形態においては、ＦＳＦ層５０８は、ＰＥＣＶＤなどのＣＶＤ技術を用いて形成される。ｃ−Ｓｉ基板５００、前面不動態化／トンネリング層５０２、及びＦＳＦ層５０８は、前面を効果的に不動態化する前面高低同質接合を形成する。一実施形態においては、ＦＳＦ層５０８の厚さは１乃至３０ｎｍである。一実施形態においては、ＦＳＦ層５０８のドーピング濃度は１×１０¹⁵／ｃｍ³乃至５×１０²⁰／ｃｍ³で変化する。ＦＳＦ層５０８を形成するためには、ａ−Ｓｉに加えて、ワイドバンドギャップ半導体材料及び多結晶Ｓｉを含むがこれらに限られない、他の材料を用いることも可能である。オペレーション５Ｄに続き、未完成の太陽電池は、次のオペレーションを待つために、任意選択的に超清浄微小環境内に収められる。一旦接合（前面及び裏面接合の両方）が形成されると、太陽電池は、まだ完成されてはいないが、環境要因に対して敏感でなくなることに留意されたい。したがって、オペレーション５Ｄの後では、未完成の太陽電池を超清浄微小環境内に配置して保管することは、任意選択的となる。

[0055] オペレーション５Ｅにおいては、ＴＣＯ材料の層がエミッタ層５０６の表面上に堆積されて裏面導電性反射防止層５１０を形成し、これが良好なオーミック接触を保証する。ＴＣＯの例は、酸化インジウムチタン（ＩＴｉＯ）、酸化インジウム（Ｉｎ₂Ｏ₃）、酸化インジウムタングステン（ＩＷＯ）、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）、酸化錫（ＳｎＯ_X）、アルミニウムドープ酸化亜鉛（ＺｎＯ：Ａｌ又はＡＺＯ）、Ｚｎ−Ｉｎ−Ｏ（ＺＩＯ）、ガリウムドープ酸化亜鉛（ＺｎＯ：Ｇａ）、及び他のバンドギャップの大きい透過導電性酸化材料を含むが、これらに限られない。裏面ＴＣＯ層５１０の仕事関数は、エミッタ層５０６のそれにより良く適合するように調整され得る。いくつかの実施形態においては、裏面ＴＣＯ層５１０を形成するために、スパッタリング技術が用いられる。

[0056] オペレーション５Ｆにおいては、裏面ＴＣＯ層５１０と同様の材料組成を有し得る前面ＴＣＯ層５１２が、ＦＳＦ層５０８の表面上に形成される。前面ＴＣＯ層５１２は、太陽電池への太陽光の最大限の透過を可能にするべく、良好な反射防止コーティングを形成する。オペレーション５Ｅ及び５Ｆは、同一又は異なるＴＣＯ材料を用いて、同一のスパッタリングプロセスによって行われてもよく、又は２つの別個のスパッタリングプロセスによって行われてもよいことに留意されたい。

[0057] オペレーション５Ｇにおいては、前面電極５１４及び裏面電極５１６がＴＣＯ層５１２及び５１０の表面上にそれぞれ形成される。一実施形態においては、前面電極５１４及び裏面電極５１６は金属グリッドを含み、ここで、金属は、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ａｕ、又は任意の導電性材料を含み得る。導電性グリッドは、電解めっき、金属ペーストのスクリーン印刷、導電性インクのインクジェット又はエアゾール印刷、及び蒸発を含むがこれらに限られない、様々な技術を用いて形成され得る。一実施形態においては、前面電極５１４及び／又は裏面電極５１６は、無電解めっき、電解めっき、スパッタリング、及び蒸発を含むがこれらに限られない、様々な技術を用いて形成されたＣｕグリッドを含み得る。裏面ＴＣＯ層の存在と、裏面電極が金属グリッドを含むという事実とが、製造される太陽電池が二面的に動作すること、すなわち前面及び裏面の両方から受光することを可能にしている点に留意されたい。

[0058] 図５に図示する例は裏面ヘテロ接合デバイス構造に基づいているが、本発明の実施形態は、エミッタが前面にある太陽電池、又は両極性の電極が裏面にある（すなわち交互嵌合された裏面接点（ＩＢＣ：ｉｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｔｅｄ ｂａｃｋｓｉｄｅ ｃｏｎｔａｃｔｓ）を有する）太陽電池など、様々な異なるデバイス構造に適用可能である。

[0059] 図５に示す例は、太陽電池の製造が「中心から表面」の順序に従うことを示している点に留意されたい。換言すれば、製造は中心の基層から始まり、他の層は基層の両面に１つずつ堆積される。そのような構成の利点は、両面における接合が、間に何らステップを介在させることなく、順次形成され得るということである。一旦接合が形成されると、太陽電池はより頑強になり、環境要因に起因する劣化をしにくいため、以降の製造オペレーションが簡単になる。実際には、まず基層の一方の面に様々な層を形成し、それからウェーハを反転させて、基層の反対の面に様々な層を形成することも可能である。そのような構成の利点は、ウェーハが１回だけ反転されればよいということである。しかしながら、終了近くまで接合が完成しないため、ほとんどのオペレーションについて、太陽電池が搬送されたり製造オペレーション間に保持されたりする微小環境の厳密な制御が必要である。

[0060] 図６は、本発明の一実施形態による代表的な太陽電池生産ラインのオペレーションを説明するフローチャートを示す。生産ラインの開始時には、多数の太陽電池ウェーハがカセット内にロードされる（オペレーション６０２）。いくつかの実施形態においては、太陽電池ウェーハは６インチ×６インチの正方形のシリコンウェーハ又は６インチ×６インチの疑似正方形（角が丸まった正方形など）のシリコンウェーハを含む。カセットは１つ以上のウェットプロセスを施される（オペレーション６０４）。カセットは、１つ以上の槽に浸漬されてもよく、又は１つ以上のリンスを施されてもよい。最後のウェットプロセスに続いて、カセットは（内部のウェーハと共に）ロード／アンロードバッファ帯内に配置される（オペレーション６０６）。ロード／アンロードバッファ帯は、気密で且つ精製Ｎ₂を充填されたチャンバ又はキャビネットを含み得る。ロード／アンロードバッファ帯内の微小環境は、ウェーハが、製造設備のより大きな環境中に存在し得る、塵粒子、有害化学物質蒸気、エアゾール、水分、ＶＯＣ等を含むがこれらに限られない様々な汚濁物質と接触しないことを保証するように、注意深く制御される。

[0061] カセットは、次のプロセスの時間になるまでロード／アンロードバッファ帯内で保管されてもよく、その時点になると、ウェットステーションのロード／アンロードバッファ帯から、酸化ツール又はＣＶＤツールであり得る次の処理ステーションのロード／アンロードバッファ帯へと搬送される（オペレーション６０８）。いくつかの実施形態においては、カセットは、２つのロード／アンロードバッファ帯を接続する密閉されたトンネルを介して搬送される。いくつかの実施形態においては、カセットは、Ｎ₂充填カートを介して搬送される。その後、ウェーハはカセットから処理ツール内へとロードされる（オペレーション６１０）。いくつかの実施形態においては、処理ツールは、製造設備の残りの部分とは分離された部屋の中に位置する。この分離された部屋内の微小環境は、製造設備のより大きな環境中に存在し得る、塵粒子、有害化学物質蒸気、エアゾール、水分、ＶＯＣ等を含むがこれらに限られない様々な汚濁物質を除去するように、注意深く制御される。その結果、ウェーハは、カセットから処理ツール内へとロードされるとき、様々な汚濁物質に曝露されない。続いて、ウェーハには酸化又はＣＶＤプロセスといった材料形成又は堆積プロセスが行われる（オペレーション６１２）。堆積プロセスの後、接合又は層構造が未だ完成していなければ、ウェーハは次のプロセスを待つために別のバッファ内にロードされる（オペレーション６１４）。オペレーション６０８乃至６１４は、エミッタ層、電界面層、並びに前面及び裏面ＴＣＯ層を含むすべての層が形成されるまで、繰り返されてもよい（オペレーション６１６）。その後、太陽電池は金属化可能な状態となる（オペレーション６１８）。トンネリング接合構造と、太陽電池製造設備内の注意深く制御されたウェーハローディング／搬送微小環境との組み合わせが、大規模な太陽電池生産ラインが少なくとも２０％の効率をもって高い歩留まりで太陽電池を製造できることを保証する点に留意されたい。

[0062] 以上の様々な実施形態の記載は、例示及び説明のみを目的として提示されている。これらの記載は、網羅的であることや本発明を開示された形態に限定することを意図したものではない。したがって、当該技術分野に熟練した実践者には、多くの変形及び変更が明らかであろう。また、上記の開示は、本発明を限定することを意図したものではない。

Claims (22)

1. 第１の処理ステーションと、
   第２の処理ステーションと、
   前記第１の処理ステーションと前記第２の処理ステーションとの間に位置するウェーハ格納装置と、
   を備えた大規模な太陽電池製造設備において太陽電池を製造するシステムであって、前記ウェーハ格納装置内の微小環境は前記大規模な太陽電池製造設備の大きな環境から実質的に分離されており、前記微小環境は化学物質、水分、及び揮発性有機化合物を減少させるために濾過され、前記ウェーハ格納装置は前記第１の処理ステーションから出現した前記第２の処理ステーションでの処理待ちのウェーハを一時的に格納するように構成される、システム。
2. 前記微小環境内の１つ以上の環境要因が、前記ウェーハ上に形成された中間層の無欠性を保証するように注意深く制御される、請求項１のシステム。
3. 前記環境要因は、
   清浄性のレベルと、
   ガス状汚濁物質のレベルと、
   温度と、
   湿度と、
   圧力と、
   のうち１つ以上を含む、請求項２のシステム。
4. 前記ウェーハ格納装置は前記第２の処理ステーションを収容する部屋を含み、前記部屋の環境は監視及び制御される、請求項１のシステム。
5. 前記部屋は、
   微粒子フィルタと、
   水式空気清浄器と、
   気相化学物質フィルタと、
   温度及び湿度制御モジュールと、
   のうち１つ以上を備える、請求項４のシステム。
6. 前記ウェーハ格納装置は、
   気密のキャビネットと、
   気密のチャンバと、
   前記ウェーハが前記大きな環境への曝露なしに前記第１の処理ステーションから前記第２の処理ステーションへと移載されることを可能にするべく前記第１の処理ステーションを前記第２の処理ステーションに連結するように構成された気密のトンネルと、
   のうち１つ以上を含む、請求項１のシステム。
7. 前記ウェーハ格納装置は精製窒素ガスを充填される、請求項６のシステム。
8. 前記窒素ガスは少なくとも９９．９％の純度を有し、前記窒素ガスは７６０乃至７７０Ｔｏｒｒの圧力を有する、請求項７のシステム。
9. 前記第１の処理ステーションはウェット処理ステーションを含み、前記ウェット処理ステーションは前記ウェーハの片面又は両面に極薄酸化層を形成するように構成される、請求項１のシステム。
10. 前記第２の処理ステーションが、前記極薄酸化層の表面上にドープされた半導体層を形成するように構成された化学蒸着ツールを含む、請求項９のシステム。
11. 前記ウェーハは、
    ６インチ×６インチの正方形のシリコンウェーハ、又は
    ６インチ×６インチの疑似正方形のシリコンウェーハ
    を含む、請求項１のシステム。
12. 大規模な太陽電池製造設備において太陽電池を製造する方法であって、
    第１の処理ステーションでウェーハを処理することと、
    化学物質、水分、及び揮発性有機化合物を減少させるために濾過される内部の微小環境が前記大規模な太陽電池製造設備の大きな環境から実質的に分離されているウェーハ格納装置内に、前記処理されたウェーハをロードすることと、
    前記処理されたウェーハを、第２の処理ステーションでの処理を待つ間、前記ウェーハ格納装置に格納することと、
    前記処理されたウェーハを前記ウェーハ格納装置から前記第２の処理ステーション内にロードすることと、
    を備える、方法。
13. 前記微小環境内の１つ以上の環境要因が、前記処理されたウェーハ上の中間層の無欠性を保証するように注意深く制御される、請求項１２の方法。
14. 前記環境要因は、
    清浄性のレベルと、
    ガス状汚濁物質のレベルと、
    温度と、
    湿度と、
    気圧と、
    のうち１つ以上を含む、請求項１３の方法。
15. 前記ウェーハ格納装置は前記第２の処理ステーションを収容する部屋を含み、前記部屋の環境は監視及び制御される、請求項１２の方法。
16. 前記部屋は、
    微粒子フィルタと、
    水式空気清浄器と、
    気相化学物質フィルタと、
    温度及び湿度制御モジュールと、
    のうち１つ以上を備える、請求項１５の方法。
17. 前記ウェーハ格納装置は、
    気密のキャビネットと、
    気密のチャンバと、
    前記処理されたウェーハが前記大きな環境への曝露なしに前記第１の処理ステーションから前記第２の処理ステーションへと移載されることを可能にするべく前記第１の処理ステーションを前記第２の処理ステーションに連結するように構成された気密のトンネルと、
    のうち１つ以上を含む、請求項１２の方法。
18. 前記ウェーハ格納装置は精製窒素ガスを充填される、請求項１７の方法。
19. 前記窒素ガスは少なくとも９９．９％の純度を有し、前記窒素ガスは７６０乃至７７０Ｔｏｒｒの圧力を有する、請求項１８の方法。
20. 前記第１の処理ステーションで前記ウェーハを処理することは、前記ウェーハの片面又は両面に極薄酸化層を形成するウェットプロセスを伴う、請求項１２の方法。
21. 前記第２の処理ステーションが、前記極薄酸化層の表面上にドープされた半導体層を形成するように構成された化学蒸着ツールを含む、請求項２０の方法。
22. 前記ウェーハは、
    ６インチ×６インチの正方形のシリコンウェーハ、又は
    ６インチ×６インチの疑似正方形のシリコンウェーハ
    を含む、請求項１２の方法。