JP2020077851A - ヘテロ接合と拡散浸透されたエミッタ領域とを有する太陽電池の製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】低コストで高効率の太陽電池製造方法を提供する。【解決手段】拡散浸透されたエミッタ領域とヘテロ接合とを有する太陽電池に関し、Ａ．半導体基板が用意されるステップと、Ｂ．半導体基板の裏面に、ドープされたシリコン含有ヘテロ接合層と、ヘテロ接合層と半導体基板との間に直接又は間接に配置された誘電トンネル層とによって形成されるヘテロ接合を生成させるステップと、Ｃ．基板の前面にテキスチャーを形成するステップと、Ｄ．ヘテロ接合層のドーピング型とは反対のドーピング型のドーパントを半導体基板に拡散浸透することによって、半導体基板の前面に拡散領域を生成させるステップとを有する。Ａ—Ｃ—Ｂ—Ｄの順序で実施され、ステップＤにおいて、ドーピング混合ガスを供給して、無酸素雰囲気において７００℃ないし１２００℃の範囲の温度で気相からの拡散によって拡散領域が生成され、賦活するために、熱処理が行われる。【選択図】図５

Description

本発明は、請求項１のプリアンブルに記載の、少なくとも一つの拡散浸透されたエミッタ領域と少なくとも一つのヘテロ接合とを有する太陽電池を製造するための方法に関する。
太陽電池とは、入射する電磁線の吸収によってキャリア対が生成され、続いて、ｐｎ接合で分離されるために、当該太陽電池の少なくとも二つの電気接点間に電位が発生して、電力を取り出すことができるプレーナ構造の半導体デバイスを表している。
当該ｐｎ接合は、ベースドーピングされた半導体基板中に、当該ベースドーピングとは反対のエミッタドーピングのドーパントの拡散によって相応したエミッタ領域が形成され、こうして、エミッタ領域と当該半導体基板のベースドープされた領域との間にｐｎ接合が生ずることにより実現されていてよい。
同じく、ベース基板上に一つ又は複数の層を被着することにより、とりわけ、単結晶シリコンからなるベース基板に非晶質シリコンからなるエミッタ層を被着することによって、当該エミッタを形成することが知られている。この場合にも、当該エミッタ層は当該ベースとは反対のドーピング型（ドーピング型とは、ｎ型ドーピング及びそれとは反対のｐ型ドーピングである）を有しているために、エミッタとベースとの間にｐｎ接合が形成される。当該エミッタの当該非晶質シリコン層は、当該ベースの結晶シリコンとは相違して、異なったバンドギャップを有することから、いわゆるヘテロｐｎ接合が形成され、こうして、いわゆるヘテロエミッタが生ずる。
ベース基板と非晶質シリコン層とが同一のドーピング型を有するが、ただし、ドーピング濃度が相違している場合にも、同じく、ヘテロ接合―この場合には、いわゆる“Ｈｉｇｈ‐Ｌｏｗ‐Ｊｕｎｃｔｉｏｎ”―が生ずる。この種のヘテロ接合は、ヘテロ接触の形成に使用される。
半導体領域の接触に際しても、異なった物理的接触タイプが知られている。一般に、接触さるべき当該半導体領域に、直接又は間接に、メタリック接触構造が被着される。この場合、特に、オーミック接触及びショットキー接触の形成が知られている。同じく、特別に形成されたヘテロ接触として、ＭＯＳ／ＭＩＳ接触も知られている。特別な態様のＭＯＳ／ＭＩＳ接触は以下の構造―つまり、基板／トンネル酸化物／ドープされた多結晶質シリコン層―である。この種の接触タイプは半導体について知られており、例えば、Ｐｅｔｅｒ Ｗｕｒｆｅｌ，Ｐｈｙｓｉｃｓ ｏｆ Ｓｏｌａｒ Ｃｅｌｌｓ：Ｆｒｏｍ Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｔｏ Ｎｅｗ Ｃｏｎｃｅｐｔｓ．２００５，Ｗｅｉｎｈｅｉｍ：Ｗｉｌｅｙ-ＶＣＨ．（ヘテロ接触：第６．６章、ｐ．１２７以下；ショットキー接触： 第６．７．１章、ｐ．１３１以下； ＭＩＳ接触: 第６．７．２章、ｐ．１３２）、及び、Ｓｚｅ，Ｓ．Ｍ．，Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｄｅｖｉｃｅｓ；Ｐｈｙｓｉｃｓ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ １９８５，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ：Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ ＆ Ｓｏｎｓ．（ＭＯＳ接触: 第５．４章、ｐ．１８６；金属‐半導体接触: 第５．１章、ｐ．１６０以下）に記述されている。
ヘテロ接合は、古典的には、バンドギャップの異なった材料の接合と称される。ただし、ヘテロ接触は、半導体基板とヘテロ接合層との間のトンネル層の配置下にあっても、前述したように、例えば―基板／トンネル酸化物／シリコン含有層ないしＭＩＳ接触―として形成されていてよい。“ヘテロ接合”なる名称は、本願明細書において、こうした包括的な意味で使用される。したがって、当該ヘテロ接合の“ヘテロ”特性は、半導体基板とヘテロ接合層との間及び／又はトンネル層とヘテロ接合層との間のバンドギャップの相違に根拠を有していてよい。
“ヘテロ接合”なる名称は、本願明細書において、すでに冒頭に述べたように、特にヘテロエミッタを形成するための、ドーピング型の異なった層の接合並びに特にヘテロ接触を形成するための、同一ドーピング型の層の接合のいずれをも含んでいる。
エミッタに関して述べた定義と同様に、本願明細書において、ヘテロ接触ではない類の接触はホモ接触と称される。
拡散されたドープ領域をヘテロ接合と組み合わせる太陽電池製造法に対するニーズが存在する。これは、例えば、ヘテロｐｎ接合とベース高濃度ドーピング領域との組み合わせ、つまり、当該ベースドーピング型の当該ベースドーピングよりも高濃度のドープ領域（裏面“ＢＳＦ”，Ｂａｃｋ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｆｉｅｌｄ配置の場合及び前面“ＦＳＦ”，Ｆｒｏｎｔ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｆｉｅｌｄ配置の場合もそうである）との組み合わせであってよい。同じく、これは、ヘテロ接触とドーパントの拡散によって生成されたホモエミッタとの組み合わせ及び相応したホモｐｎ接合の形成下におけるそれであってもよい。
拡散された領域とヘテロ接合とを有する太陽電池は独国特許出願公開第１０２０１３２１９５６４号明細書からも公知である。
独国特許出願公開第１０２０１３２１９５６４号明細書
Ｐｅｔｅｒ Ｗｕｒｆｅｌ，Ｐｈｙｓｉｃｓ ｏｆ Ｓｏｌａｒ Ｃｅｌｌｓ：Ｆｒｏｍ Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｔｏ Ｎｅｗ Ｃｏｎｃｅｐｔｓ．２００５，Ｗｅｉｎｈｅｉｍ：Ｗｉｌｅｙ-ＶＣＨ．（ヘテロ接触：第６．６章、ｐ．１２７以下；ショットキー接触： 第６．７．１章、ｐ．１３１以下； ＭＩＳ接触： 第６．７．２章、ｐ．１３２） Ｓｚｅ，Ｓ．Ｍ．，Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｄｅｖｉｃｅｓ；Ｐｈｙｓｉｃｓ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ １９８５，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ：Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ ＆ Ｓｏｎｓ．（ＭＯＳ接触： 第５．４章、ｐ．１８６；金属‐半導体接触： 第５．１章、ｐ．１６０以下） Ｌｉｎｄｅｋｕｇｅｌ ｅｔ ａｌ， ＥＭＩＴＴＥＲＳ ＧＲＯＷＮ ＢＹ ＲＡＰＩＤ ＶＡＰＯＵＲ‐ＰＨＡＳＥ ＤＩＲＥＣＴ ＤＯＰＩＮＧ ＦＯＲ ＨＩＧＨ ＥＦＦＩＣＩＥＮＣＹ ＳＯＬＡＲ ＣＥＬＬ，３１ｓｔ Ｅｕｒｏｐｅａｎ ＰＶ Ｓｏｌａｒ Ｅｎｅｒｇｙ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｘｈｉｂｉｔｉｏｎ，１４-１８ Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ２０１５，Ｈａｍｂｕｒｇ，Ｇｅｒｍａｎｙ Ｓ．Ｌｉｎｄｅｋｕｇｅｌ，ｅｔ ａｌ．，"Ｐｌａｓｍａ ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｓｉｌｉｃｏｎ ｔｈｉｎ‐ｆｉｌｍｓ"，ｉｎ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ２３ｒｄ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ Ｓｏｌａｒ Ｅｎｅｒｇｙ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，Ｖａｌｅｎｃｉａ，Ｓｐａｉｎ，２００８，ｐｐ．２２３２-５
本発明の目的は、従来公知の方法を、コスト効率及び製造された当該太陽電池の高効率化の可能性の点で改善することである。
上記目的は、請求項１に記載の方法によって達成される。好適な実施態様は従属請求項から判明する通りである。
少なくとも一つの拡散浸透された拡散領域と少なくとも一つのヘテロ接合とを有する太陽電池を製造するための本発明による方法は、以下の方法ステップを有する。
方法ステップＡにおいて、ベースドーピングを有する少なくとも一つの半導体基板が用意される。方法ステップＢにおいて、当該半導体基板の裏面に、当該ヘテロ接合の生成が行われる。当該ヘテロ接合は、ドープされたシリコン含有ヘテロ接合層と、ヘテロ接合層と半導体基板との間に直接又は間接に配置された誘電トンネル層とによって形成される。方法ステップＣにおいて、当該半導体基板の当該裏面とは反対側に位置する少なくとも前面において、当該半導体基板の当該表面にテキスチャーが形成される。方法ステップＤにおいて、当該ヘテロ接合層の当該ドーピング型とは反対のドーピング型の少なくとも一つの拡散ドーパントを当該半導体基板に拡散浸透することによって、当該半導体基板の当該前面に当該拡散領域の生成が行われる。
重要なのは、上記の当該方法ステップが、Ａ‐Ｃ‐Ｂ‐Ｄの順序で実施されることである。この場合、上記の方法ステップの間に、さらに別の方法ステップを中間に介在させることも、さらに別の方法ステップを中間に介在させないことも共に本発明の範囲に属する。
さらに、当該方法ステップＤにおいて、当該ドーパントを含有したドーピング混合ガスを供給して、無酸素雰囲気において７００℃ないし１２００℃の範囲の温度で当該気相からの拡散によって当該拡散領域が生成さる。
当該方法ステップＤの実施後―さらに別の方法ステップを中間に介在させて若しくは介在させることなく―少なくとも方法ステップＤ１において、当該拡散ドーパントを前記半導体基板に浸透させ、ドープされた当該ヘテロ接合層を賦活するために、当該ドーピング混合ガスを供給することなく、７００℃ないし１２００℃の範囲の温度による熱処理が行われる。
当該方法ステップＤ及びＤ１はインサイチュで実施され、その間、前記半導体基板の前記裏面は、当該太陽電池の構成要素ではない拡散阻害要素によって保護される。
本発明は、拡散された拡散領域、特に拡散されたエミッタを有する太陽電池は、多くの場合、金属‐半導体接触での再結合によって、特に、シリコンベースの太陽電池に限定されているが、それはこれによって当該開放端子電圧が有意に低下され得るからであるとの知見を基礎としている。したがって、金属‐半導体接触での当該再結合の減少によると共に当該ドーピングプロファイル、特にエミッタプロファイルの最適化によって効率向上を可能とする太陽電池の製造方法を提供する必要性が存在している。同時に、この方法は、当該効率向上の達成が製造コストの高まりによって相殺されないようにするために、コスト低下が達成されるように形成されていなければならない。
本発明による方法は、今や、当該ヘテロ接合によって裏面にヘテロ接触を形成する可能性を供し、こうして、当該開放端子電圧に際する上記損失が大幅に低下させられる。さらに、低酸素雰囲気中での当該ガス相からの当該拡散領域の生成により、それ自体通例のドーピングガラスの生成が阻害される。したがって、拡散浸透されたエミッタを生成するための通例の方法とは異なり、通例のプロセス条件下におけるいわゆる“無限のドーパント源”を表すドーピングガラスはドーパント源として使用されない。これにより、一方で、当該拡散領域の当該ドーピングプロファイル、特にエミッタプロファイルの一層正確な形成が可能であるという利点が達成される。
当該拡散領域の生成に際する当該ドーピングプロセスに使用される当該ドーパントの量は、本発明による方法において、当該ドーピング混合ガス中の当該ドーパントの量ないし濃度によってプリセットすることができる。特に、方法ステップＤ１において―方法ステップＤ１では当該ドーピング混合ガスの供給が行われないことから―当該半導体基板への新たなドーパントの供給なしで又は少なくともごく僅かな供給によって、当該ドーパントの浸透を行わせることができる。したがって、当該効率を高めるべく、さらに遥かに正確な、所望のドーピングプロファイルの生成が可能である。
加えてさらに、本発明による方法において、すでに先に述べたように、低酸素雰囲気であるためにその種のガラスの形成が回避されることから、ドーピングガラスのエッチング除去は不要である。ただし、これはさらに当該方法ステップＤ及びＤ１のインサイチュによる実施を可能とし、その際、当該半導体基板の当該裏面（及びそれと共に、当該ヘテロ接合）は、当該太陽電池の構成要素ではない拡散阻害要素によって保護される。したがって、費用のかからない、それゆえ、省コスト的な方法で、高効率の太陽電池構造の作製が可能とされ、その際、特に、当該方法ステップＤ及びＤ１につき、当該太陽電池の裏面に拡散バリア層を被着することは不要であり、かつまた、当該半導体基板をこれら二つのプロセスステップの間にプロセスチャンバからゲートアウトすることも不要である。
本発明による方法は、さらに、方法ステップＤ１において、同時に、当該拡散ドーパントが当該半導体基板に浸透させられると共に、ドープされた当該ヘテロ接合層が賦活されることによって、省コスト的に形成されている。
相応して、本発明による方法において、従来公知の方法において代表的な処置とは異なり、方法ステップＢによる当該ヘテロ接合の生成前に、方法ステップＣによる当該表面のテキスチャー形成が行われる。
したがって、本発明による方法は、そのために、付加的な、コスト集中的なプロセスステップを必要とすることも、あるいは、従来公知の方法に比較して、付加的なステップの節約によって相殺する必要もなく、極めて高い効率用の太陽電池構造の製造を可能にする。
したがって、本発明は、ドーピングガラスが形成されることなく、拡散領域が直接に当該気相から実現され、これによって、当該気相からの当該ドーピングプロセスの改良が当該ドーピング混合ガスの変更、特に、当該ドーピング混合ガス中の当該ドーパント濃度の変更によって可能であると共に、ドーピング混合ガスの供給なしに当該ドーパントの浸透が可能であり、かつ、当該浸透中、同時に、ドープされた当該ヘテロ接合層が賦活されることを特徴としている。
したがって、特に、ドーピングガラスのエッチング除去を必要とせずに、当該拡散領域が拡散浸透されるという利点が生ずる。当該太陽電池の構成要素ではない拡散阻害要素を使用することにより、当該拡散領域の生成中、当該太陽電池の当該裏面の保護層配置は不要である。当該ドーピング混合ガスの変更及びドーピング混合ガス供給なしの浸透に基づく当該拡散領域生成時の当該付加的自由度により、当該拡散領域の最適なドーピングプロファイルの達成が可能である。方法ステップＤ１における当該ヘテロ接合層の賦活により、最適な賦活を実施することが可能であり、その際、当該拡散領域の望ましくないドーピングが生ずることはない。
したがって、本発明による方法は、代表的な従来公知の方法とは異なり、当該拡散領域の当該拡散の間、裏面の保護層を不要とし、ドーピングガラスを除去するための高パーセンテージのフッ化水素酸を不要とし、同時に、最適なドーピングプロファイルと当該ヘテロ接合層の最適な賦活を可能とする、非常にシンプルかつスリムなプロセスフローを可能にする。
したがって、前記拡散領域の当該生成は、好ましくは当該拡散ドーパントを含んだガラス層の形成なし行われるために、その除去も不要である。
上述したように、当該方法ステップＤ及びＤ１の間、当該半導体基板の当該裏面は、当該太陽電池の構成要素ではない拡散阻害要素によって保護される。したがって、好適には、当該方法ステップＤ及びＤ１において、当該太陽電池の当該裏面及び好ましくは当該太陽電池の当該前面に、拡散阻害層が配置されていない。これによって、当該プロセスは簡易化され、したがって、一層低コストとなる。
方法ステップＢにおいて生成された当該トンネル層は、それ自体公知のヘテロ接合を形成するための誘電トンネル層として形成されている。一連の調査から、当該電荷輸送はこの種のヘテロ接合を介して当該トンネルメカニズムを介して達成されることが示されている。同じく、最新の研究レベルによれば、電荷輸送は多数の小さな穴―いわゆる“ピンホール”―を介して可能であると思われる。したがって、本願明細書の趣旨において、当該誘電トンネル層と称されるのは、ヘテロ接合を形成するのに適したあらゆる誘電層である。
好適には、前記誘電トンネル層は、当該方法ステップＢにおいて、０．５ｎｍを上回る厚さ、特に１ないし５ｎｍの範囲の厚さ、で形成される。さらに、当該方法ステップＤ及び／又は方法ステップＤ１において、当該ドープされたシリコン含有ヘテロ接合層の少なくとも部分結晶化が行われると共に、当該トンネル層の当該パッシベーション品質が、８５０℃を上回る温度への加熱により、好ましくは少なくとも５分間にわたって改善されるのが好適である。これは、高い電子グレードのヘテロ接合の形成を促進する。
トンネルによる電荷輸送がますます起こり得なくなるさらに厚いトンネル層（＞２ｎｍ）においては、９５０℃を超えるさらに高い温度が当該トンネル層の部分的開裂をもたらすと共に、当該“ピンホール”による電荷輸送を初めて可能にすることができる。それゆえ、Ｂにおける、より厚い層厚さについては、Ｄにおいて、より高いプロセス温度を使用することが可能である。したがって、Ｂにおける当該層厚さとＤにおけるプロセス温度とは、最適な電荷輸送と非常に優れたエミッタが形成され得るように適合させることが可能である。９００℃未満のプロセス温度に際し、当該トンネル層の当該層厚さは、好ましくは、１，５ｎｍ以下であり、当該プロセス温度が９００ないし１１００℃の範囲に達すると、当該トンネル層の当該層厚さは、好ましくは、１．５ｎｍないし３ｎｍの範囲にある。
当該ドーピング混合ガスは、好ましくは、当該ドーパントと水素とを含んでいる。当該ドーピング混合ガスはドーパントと水素とで構成されていることが特に好適である。これによって、当該拡散領域を形成するための効率的な拡散プロセスが可能にされると同時に、ドーピングガラスの形成が阻止される。
ドーパントは、好ましくは、主族ＩＩＩ又はＶの物質、特に好ましくは、ホウ素又はリンである。
当該半導体基板は、それ自体公知の半導体基板として形成されていてよく、特に好ましくは、シリコン層として、特に、シリコンウェーハとして形成されていてよい。同じく、ゲルマニウムからの当該半導体基板の形成も本発明の範囲に属する。
好ましい実施態様において、少なくとも当該方法ステップＤは、ドーピングガラスの形成を阻害するべく、酸素が５％未満、特に酸素が１％未満、のプロセス雰囲気中、好ましくは無酸素プロセス雰囲気中、で実施される。さらに別の好ましい実施形態において、当該方法ステップＤ１において、当該プロセス雰囲気に酸素が再び供給されるが、それはこれによって当該拡散領域上にパッシベーション酸化物層が形成されるからである。
上述したように、本発明による方法は、方法ステップＤ１において、ドーパントの供給なしで又は少なくともごく僅かな供給によって、当該拡散領域を形成するための当該ドーパントの浸透を可能とするのみではない。さらに、好適な一実施形態において、当該方法ステップＤの間、前記ドーピング混合ガスの当該ガス供給は変更され、特に所定のガス流入曲線に応じて制御される。これにより、的確に、当該拡散領域の最適なドーピングプロファイルを生じさせることができる。したがって、方法ステップＤの間、当該ドーピング混合ガス中の所定のドーパント濃度を、当該ドーピング混合ガス中の当該ドーパント濃度の所定の時間曲線に応じて調節するのが特に好適である。
所望のドーピングプロファイルを達成するには、好ましい一実施形態において、当該方法ステップＤ及びＤ１は、複数回にわたって、交互に実施されるのが好適であり得る。したがって、当該ドーピング混合ガスの供給による当該拡散領域の形成（方法ステップＤ）、続いて、ドーピング混合ガスの供給なしでの浸透（方法ステップＤ１）、新たに、ドーピング混合ガスの供給による当該気相からの拡散Ｄ．及び最後に、ドーピング混合ガスの供給なしでの浸透（Ｄ１）が行われる。同じく、当該方法ステップＤ及びＤ１の順序をさらに連続することも本発明の範囲に属する。この好適な態様は、僅かな再結合とそれにもかかわらず高い表面濃度を有するエミッタドーピングプロファイルにとって特に好適であり、こうしてそれらを良好に接触させることができる。
本発明による方法は、当該拡散領域、特にエミッタとして形成された拡散領域の形成を好適なドーピング方法として構成する可能性を供する。
本発明による方法の好適な一態様において、当該方法ステップＤは、瞬間気相ドーピング（ｒａｐｉｄ ｖａｐｏｕｒ‐ｐｈａｓｅ ｄｉｒｅｃｔ ｄｏｐｉｎｇ：ＲＶＤ）として形成されている。これにより、当該プロセスシーケンスを、当該Ｓｉウェーハの速やかな加熱と冷却によって、特に短時間かつ低コストであるようにし得る付加的な利点が得られる。当該ＲＶＤ法は、それ自体公知に属し、例えば、Ｌｉｎｄｅｋｕｇｅｌ ｅｔ ａｌ， ＥＭＩＴＴＥＲＳ ＧＲＯＷＮ ＢＹ ＲＡＰＩＤ ＶＡＰＯＵＲ‐ＰＨＡＳＥ ＤＩＲＥＣＴ ＤＯＰＩＮＧ ＦＯＲ ＨＩＧＨ ＥＦＦＩＣＩＥＮＣＹ ＳＯＬＡＲ ＣＥＬＬ，３１ｓｔ Ｅｕｒｏｐｅａｎ ＰＶ Ｓｏｌａｒ Ｅｎｅｒｇｙ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｘｈｉｂｉｔｉｏｎ，１４-１８ Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ２０１５，Ｈａｍｂｕｒｇ，Ｇｅｒｍａｎｙに述べられている。したがって、方法ステップＤは、好ましくは、７５０℃ないし１１００℃の範囲の温度で実施される。
当該方法ステップＤ１における当該熱処理は、好ましくは、少なくとも１分間、特に少なくとも１０分間、にわたって行われる。これにより、当該ヘテロ接合の完全な賦活が促進される。特に、当該方法ステップＤがＲＶＤプロセスとして形成されている場合には、５分間ないし３０分間の範囲の熱処理が好適である。
上述したように、本発明による方法は、特に、高い自由度及び、所望の拡散プロファイル、特にエミッタドーピングプロファイルとそれに合った当該裏面構造の正確な形成を可能にする。したがって、好適には、当該拡散領域を形成するために、ドーピング層の固相からの拡散は行われない。それゆえ、好ましくは、当該拡散領域の当該形成前及び当該形成の間、当該拡散領域の当該生成中にそこから有意な量のドーパントが当該半導体層中に浸透し、こうして、当該拡散プロファイルに影響を与える、特に、エミッタとしての層は配置されない。これによって、当該仕様に基づく当該拡散ドーピングプロファイルの正確な形成が行われることが保証される。
前記ヘテロ接合層は、好ましくは、非晶質のシリコン含有層として被着されている。当該方法ステップＤ及び／又はＤ１において、当該ヘテロ接合層は、好ましくは、少なくとも部分的に、特に好ましくは全面的に、多結晶質シリコン層に転換される。当該ヘテロ接合の賦活は、好ましくは、それ自体公知の方法で、特に、当該半導体基板の少なくとも当該ヘテロ接合層の領域を、好ましくは、少なくとも１０分間にわたって、少なくとも６００℃に加熱することによって行われる。これは、その種のヘテロ接合の賦活に関するそれ自体公知のパラメータに等しい。
当該誘電トンネル層は、一つのドーパントでドープされているか又は固有に（非ドープで）形成されていてよい。
当該拡散領域は、好適には、もっぱら当該太陽電池の当該前面に形成される。好ましくは、当該拡散領域は、当該半導体基板の当該前面の少なくとも５０％、好ましくは少なくとも９０％、特に好ましくは少なくとも９９％を覆っている。
特に、当該拡散領域は当該前面全体を覆って形成されるのが好適である。
当該方法ステップＤ及びＤ１において、当該半導体基板の当該裏面は、当該太陽電池の構成要素ではない拡散阻害要素によって保護されている。これは、好適な一実施形態において、当該半導体基板が、プロセスチャンバ内に位置するキャリア基板上に載置されることによって、容易に行うことが可能である。これにより、容易な方法で、インサイチュにて、当該方法ステップＤ及びＤ１を実施することができ、その際、同時に、裏面側拡散は回避されるか若しくは万一行われたとしてもせいぜい僅かにすぎない。
当該拡散阻害要素は、セラミック、クオーツ、グラファイト、炭化ケイ素による基板ホルダとして形成されているか又はシリコンによるプレート又はブロックとして形成されていてよい。
さらに別の好ましい実施形態において、当該ヘテロ接合層及び／又はトンネル層と半導体基板との間の当該界面への水素の浸透が行われる。これにより、特に、当該表面再結合速度のさらなる低下によって、当該電気的性能が向上する。
当該ヘテロ接合層及び／又はトンネル層と半導体基板との間の当該界面への水素の浸透法は、例えば、Ｓ．Ｌｉｎｄｅｋｕｇｅｌ，ｅｔ ａｌ．，“Ｐｌａｓｍａ ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｓｉｌｉｃｏｎ ｔｈｉｎ‐ｆｉｌｍｓ”，ｉｎ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ２３ｒｄ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ Ｓｏｌａｒ Ｅｎｅｒｇｙ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，Ｖａｌｅｎｃｉａ，Ｓｐａｉｎ，２００８，ｐｐ．２２３２-５に述べられているように、ＲＰＨＰの使用である。
別法として、間接に又は好ましくは直接に、当該ヘテロ接合層上に水素含有層を被着することによって、水素を浸透させることが可能である。この場合、すでに、当該層の被着時の当該プロセス熱によって、水素の拡散浸透が行われる。好適には、続いて、好ましくは少なくとも３５０℃への加熱によって付加的に水素が供給されることにより、さらに水素が拡散浸透させられる。
好ましい一実施形態において、上述した水素含有層は微結晶シリコン層として、特に、水素化微結晶炭化ケイ素層（μｃ‐ＳｉｘＣ１-ｘ：Ｈ）として形成されている。これによって、この層が、例えばａ‐Ｓｉ：Ｈ層として、さらなる高い導電性を有すると共に、視覚的に一層透明であるという利点が生ずる。特に、μｃ‐ＳｉｘＣ１-ｘ層は、好適には、透明な接触として使用することが可能であり、したがって、それ自体公知の透明導電電極、例えばＴＣＯ層に代わることができる。
同じく、当該水素含有層は、窒化ケイ素層として、特に、水素化窒化ケイ素層として形成されていてよい。ただし、この場合、好ましくは、７００℃ないし９００℃の範囲の温度への加熱は、数秒間だけ、特に、１秒から３０秒間だけ、好ましくは、１秒から１５秒間だけ行われる。これにより、特に効率的な方途で、短時間の方法ステップによって、水素が拡散浸透させられる。熱負荷が短時間であることにより、ドーパントの拡散は回避若しくは少なくとも低減される。
さらに別の好適な実施形態において、当該方法ステップＤにおいて、当該ヘテロ接合層及び／又はトンネル層と半導体基板との間の当該界面に水素をもたらすために、水素を含有するドーピング混合ガスが使用される。これにより、容易かつ低コストな方途で、水素が供給されるという利点が得られる。特に当該ドーピング混合ガスは、少なくとも８０％、好ましくは少なくとも９０％、特に少なくとも９８％の水素を含有しているのが好適である。好ましくは、当該ドーパントは水素ガスに希釈されている。
水素を含有したドーピング混合ガスの上記使用は、以後の水素供給がもはや不要であるというさらに別の利点を有する。それゆえ、好適には、当該ヘテロ接合層への以後の水素供給及び／又はトンネル層と半導体基板との間の当該界面への以後の水素供給は行われず、特に、好ましくはＲＰＨＰステップは行われない。
さらに別の好ましい実施形態において、当該半導体基板とは反対側の当該ヘテロ接合層上に、間接に若しくは好ましくは直接に、メタリック接触層が被着される。この場合、特に、上述したように、先に水素を当該ヘテロ接合層に供給し、続いて、当該メタリック接触層を被着するのが好適である。
こうして、本発明による方法により、拡散された拡散層と裏面のヘテロ接合層とを有する太陽電池構造が製造される。
好ましくは、当該半導体基板は、エミッタ領域を別として、ベースドーピング型、好ましくは、ｎ型ドーピングでドープされている。
好適な一実施形態において、当該ヘテロ接合層は、同じく、当該ベースドーピング型でドープされている。当該エミッタは、当該拡散領域によって形成され、相応して、当該ベースドーピング型とは反対のエミッタドーピング型、好ましくは、ｐ型ドーピングでドープされている。
さらに別の好適な実施形態において、当該エミッタは、当該ヘテロ接合層によって形成され、特に、ヘテロエミッタによって形成され、当該ベースドーピング型とは反対のドーピング型を有している。この実施形態において、当該拡散領域は、当該ベースドーピング型のドーピングを有する。当該拡散領域は、この場合、好ましくは、当該拡散領域の当該面での効率的な再結合を低減させる層として、特に、いわゆるＦＳＦ（ｆｒｏｎｔ ｓｕｒｆａｃｅ ｆｉｅｌｄ）として形成されている。
以下、実施例及び図面を参照して、その他の好適な特徴及び実施形態を説明する。その際、図１ないし５は、本発明による方法の一実施例の異なった実施段階を示している。
各図において、同一の符号は、同一の要素又は機能的に同一の要素を示している。
図１は、太陽電池を製造するための方法についての説明図である。 図２は、太陽電池を製造するための方法についての説明図である。 図３は、太陽電池を製造するための方法についての説明図である。 図４は、太陽電池を製造するための方法についての説明図である。 図５は、太陽電池を製造するための方法についての説明図である。
本発明による方法の当該実施例において、方法ステップＡで、シリコンウェーハとして形成された半導体基板１が用意される。当該半導体基板は、濃度１×１０１５ｃｍ−３を有するリンによるｎ型ドーピングを有する。方法ステップＣにおいて、当該前面（図１ないし５において、上部に表されている）にテキスチャー３が形成された。当該半導体基板１は単結晶シリコン基板として形成されているために、それ自体公知の方法で、片面エッチングにより当該前面にピラミッド構造（いわゆる“ランダムピラミッド”）を形成することができる。当該ピラミッド構造を生成するためのエッチング媒体として、本実施例において、ＫＯＨが使用された。
上記のピラミッド構造は多重反射と傾斜した入射角とを招来するために、特に、長波放射の場合に、当該前面に当たる光の当該全吸収が高められる。
方法ステップＢにおいて、当該半導体基板１の当該前面とは反対側に位置する裏面に、湿式化学酸化法により、二酸化ケイ素層として形成された誘電トンネル層４並びにシリコン又は炭化ケイ素（ＳｉｘＣ１-ｘ）層として形成されたヘテロ接合層５が被着される。したがって、当該トンネル層４は、直接、ヘテロ接合層５と半導体基板との間に配置されている。この状態は図２に示されている。
当該トンネル層４は、同じく、以下の方法のいずれか一つ―つまり、ＰＥＣＶＤ，ＬＰＣＶＤ，ＨＰＣＶＤ、熱酸化、原子層蒸着又はＵＶランプによるドライ酸化―によって被着することも可能である。当該シリコン含有層（Ｓｉ，ＳｉｘＣ１-ｘ）、ＳｉＣ層は、同じく、以下の方法のいずれか一つ―つまり、ＰＥＣＶＤ（Ｐｌａｓｍａ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｕｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ），ＡＰＣＶＤ（Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｕｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ），ＬＰＣＶＤ（Ｌｏｗ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｕｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ），ＨＷ‐ＣＶＤ（Ｈｏｔ Ｗｉｒｅ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｕｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）又はスパッタリング―によって被着することも可能である。
方法ステップＤにおいて、当該半導体基板１の当該前面に、当該前面を全面的に覆うエミッタ領域２として拡散領域が形成される。当該エミッタ領域２は、当該前面の領域に、当該ドーパント―ホウ素―による当該半導体基板１のドーピングによって、ｐ型ドープされたエミッタとして形成される。
当該エミッタ領域２を形成するために、当該裏面を有する当該半導体基板１は、セラミック支持体として形成された拡散阻害要素８上に載置されて、プロセスチャンバ７内に装入される。続いて、当該プロセスチャンバ７内にほぼ無酸素の雰囲気が生成され、水素及びホウ素がドーピング混合ガスとして当該プロセスチャンバ７内に誘導されて、温度１０００℃への加熱が３０分間にわたって行われる。したがって、これにより、当該半導体基板１の当該前面におけるドーパント―ホウ素―の拡散浸透が達成される。他方、当該裏面は当該拡散阻害要素８によって保護されるため、同所ではホウ素の浸透は行われず若しくは行われたとしてもせいぜい僅かにすぎない。
無酸素雰囲気に起因して、ホウ素の当該拡散浸透に際し、当該気相からガラス層が形成されることはない。
これは図３に示されている。
続いて、インサイチュにて、つまり、当該プロセスチャンバ７から当該半導体基板をゲートアウトすることなく、方法ステップＤ１において、当該ドーピング混合ガスの供給なしに、１分間にわたって１０００℃の範囲の温度による熱処理が行われる。それゆえ、当該方法ステップＤ１において、当該気相からのホウ素の拡散浸透は行われず若しくは行われたとしてもせいぜい僅かにすぎない。基本的に、方法ステップＤ１においては、すでに当該半導体基板１内に存在する当該ドーパントの浸透が行われる。
これは図４に示されている。
続いて、裏面に、全面に及ぶメタリック裏面接触９が被着される。当該前面には、光の吸収をさらに高めるために、厚さ８０ｎｍを有する窒化ケイ素層として形成された反射防止層６が被着される。上述した当該実施例の別途一態様において、反射防止層と半導体基板との間に、パッシベーション層―好ましくは、酸化物層、とりわけ、好ましくは厚さ５ないし２０ｎｍを有するＡｌ２Ｏ３層―が配置される。さらに、当該前面には、それ自体公知の方法で、メタライジング格子が、当該反射防止層６を貫き、したがって、当該エミッタ領域２と電気的に接触するメタリック前面接触１０として被着される。これは図５に表されている。
上述した当該実施例の別途一態様において、当該拡散領域は、当該ベースドーピング型のドーピングによる―特にホウ素―による、いわゆる“Ｆｒｏｎｔ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｆｉｅｌｄ”（ＦＳＦ）として形成され、相応して、当該ヘテロ接合層は、当該ベースドーピング型とは反対のドーピング型―特にリンによるドーピング―によるヘテロエミッタとして形成されている。
以下の表には、好ましいパラメータ範囲並びに、下線を付して、本実施例における当該パラメータ及び、場合により、個々の当該層の当該製造方法が挙げられている。既述したように、好ましい実施形態において、当該拡散領域の当該ドーピングはｐ型として行われ（エミッタ）、当該ベース並びに当該ヘテロ接合層の当該ドーピングはｎ型として行われる。さらに別の好ましい実施形態において、当該拡散領域及び当該ベースの当該ドーピングはｐ型として行われ、当該ヘテロ接合層の当該ドーピングはｎ型として行われる（エミッタ）。
Figure 2020077851

Claims (14)

  1. 少なくとも一つの拡散浸透された拡散領域（２）と少なくとも一つのヘテロ接合とを有する太陽電池を製造するための、以下の当該方法ステップ、
    Ａ．ベースドーピングを有する少なくとも一つの半導体基板が用意されるステップと、
    Ｂ．前記半導体基板の裏面に、ドープされたシリコン含有ヘテロ接合層（５）と、ヘテロ接合層（５）と半導体基板（１）との間に直接又は間接に配置された誘電トンネル層によって形成される当該ヘテロ接合を生成させるステップと、
    Ｃ．前記半導体基板の前記裏面とは反対側に位置する少なくとも前面において、前記半導体基板の当該表面にテキスチャーを形成するステップと、
    Ｄ．前記ヘテロ接合層の当該ドーピング型とは反対のドーピング型の少なくとも一つのドーパントを前記半導体基板（１）に拡散浸透することによって、前記半導体基板の前記前面に当該拡散領域を生成させるステップと
    を有する方法であって、
    上記の当該方法ステップは―さらに別の方法ステップを中間に介在させて若しくは介在させることなく―Ａ−Ｃ−Ｂ−Ｄの順序で実施され、
    当該方法ステップＤにおいて、当該ドーパントを含有したドーピング混合ガスを供給して、無酸素雰囲気において７００℃ないし１２００℃の範囲の温度で当該気相からの拡散によって当該拡散領域（２）が生成され、
    当該方法ステップＤの実施後―さらに別の方法ステップを中間に介在させて若しくは介在させることなく―少なくとも方法ステップＤ１において、当該拡散ドーパントを前記半導体基板（１）に浸透させ、ドープされた当該ヘテロ接合層（５）を賦活するために、当該ドーピング混合ガスを供給することなく、７００℃ないし１２００℃の範囲の温度による熱処理が行われ、かつ、
    当該方法ステップＤ及びＤ１はインサイチュで実施され、その間、前記半導体基板の前記裏面は、当該太陽電池の構成要素ではない拡散阻害要素（８）によって保護される
    ことを特徴とする方法。
  2. 前記拡散領域の当該生成は、当該拡散ドーパントを含んだガラス層の形成なしに行われることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
  3. 当該方法ステップＤ及びＤ１において、当該太陽電池の当該裏面及び好ましくは当該太陽電池の当該前面に、拡散阻害層が配置されていないことを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
  4. 前記誘電トンネル層（４）は、当該方法ステップＢにおいて、０．５ｎｍを上回る厚さ、特に１ないし５ｎｍの範囲の厚さ、で形成され、当該方法ステップＤ及び／又はＤ１において、非晶質状態から少なくとも部分的に多形状態への前記ヘテロ接合層の転換が行われ、特に当該トンネル酸化物は僅かな接触抵抗を生ずるように形成されていることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
  5. 前記ドーピング混合ガスは当該ドーパントと水素とを含み、特に当該ドーパントと水素とで構成されていることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
  6. 少なくとも当該方法ステップＤは、酸素が５％未満、特に酸素が１％未満、のプロセス雰囲気中、好ましくは無酸素プロセス雰囲気中、で実施され、特に当該方法ステップＤ１において、当該プロセス雰囲気に再び酸素が供給されて、酸化物層が形成されることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
  7. 当該方法ステップＤの間、前記ドーピング混合ガスの当該ガス供給は変更され、特に所定のガス流入曲線に応じて制御されることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
  8. 当該方法ステップＤ及びＤ１は、複数回にわたって、交互に実施されることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
  9. 当該方法ステップＤは、瞬間気相ドーピング（ｒａｐｉｄ ｖａｐｏｕｒ-ｐｈａｓｅ ｄｉｒｅｃｔ ｄｏｐｉｎｇ：ＲＶＤ）として形成されていることを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
  10. 当該方法ステップＤ１における前記熱処理は、少なくとも１分間、特に少なくとも１０分間、にわたって行われることを特徴とする、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
  11. 前記拡散領域を形成するために、ドーピング層の固相からの拡散は行われないことを特徴とする、請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
  12. 前記ヘテロ接合層（５）は非晶質のシリコン含有層として被着され、当該方法ステップＤ及び／又はＤ１において、少なくとも部分的に、好ましくは全面的に、多結晶質シリコン層に転換されることを特徴とする、請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法。
  13. 前記拡散領域（２）は当該前面の少なくとも９０％、特に当該前面全体、を覆って形成され、特に前記拡散領域はエミッタとして又は表面電界（ｆｒｏｎｔ ｓｕｒｆａｃｅ ｆｉｅｌｄ）として形成されることを特徴とする、請求項１から１２のいずれか一項に記載の方法。
  14. 当該方法ステップＤにおいて、水素を含有するドーピング混合ガスが使用され、特に当該ドーピング混合ガスは、少なくとも８０％、好ましくは少なくとも９０％、特に少なくとも９８％の水素を含有することを特徴とする、請求項１から１３のいずれか一項に記載の方法。
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