JP5126795B2 - 裏面電極型太陽電池構造及びその製造プロセス - Google Patents

裏面電極型太陽電池構造及びその製造プロセス Download PDF

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Description

関連出願の相互参照
本出願は、２００５年１２月２１日付け出願の米国特許仮出願第６０／７５２６６４号明細書の利益を主張するものであり、参照によりその全体がここに援用される。
技術分野
本発明は、太陽電池に関し、より詳細には、裏面電極型太陽電池構造若しくはバックコンタクトソーラーセル（back side contact solar cell structures）及びその製造プロセスに関するが、これに限られることはない。
太陽電池は、太陽放射を電気エネルギーに変換するためのよく知られた装置であり、半導体プロセス技術を使用して半導体ウェハ上に製造することができる。一般に、太陽電池は、シリコン基板にＰ型及びＮ型の活性拡散領域を形成することによって製造することができる。太陽電池に当てられる太陽放射によって電子及び正孔が生成し、これらは接活性拡散領域と移動し、これにより、活性拡散領域間での電圧差が形成される。裏面電極型太陽電池では、活性拡散領域も、それに接続している金属格子も、太陽電池の裏面に設けらている。この金属格子によって、外部電気回路が太陽電池に接続され且つこの外部電気回路に太陽電池からの電力供給を行うことができる。裏面電極型太陽電池は、米国特許第５０５３０８３号及び第４９２７７７０号明細書にも開示されており、これらの特許文献は、参照によりその全体がここに援用される。
効率は、太陽電池の電力発生能力に直接的に関連するので、太陽電池の重要な特性である。したがって、一般に、太陽電池の効率を増大させるための技術が望まれる。太陽電池を製造するコストを低減させる方法及び構造も、その節約分を消費者に回すことができるので、望ましい。本発明は、従来の太陽電池に比べてより高い効率とより低いコストをもたらすことができる、改善された裏面電極型太陽電池の構造及び製造プロセスを開示する。
一態様では、太陽電池の活性拡散接合部は、ウェハの裏面に選択的に堆積させたドーパント源からドーパントを拡散させることによって形成される。ドーパント源は、例えば印刷法を使用することによって選択的に堆積することができる。複数のドーパント源を利用して、様々なドーピングレベルの活性拡散領域を形成することができる。例えば、太陽電池のシリコン／誘電体の境界、シリコン／金属の境界又はそれら両方を最適化するために、３つ又は４つの拡散領域を製造することができる。ウェハの前面は、テクスチャリングプロセスを利用してドーパント源を形成する前にテクスチャリングされ、これにより、ウェハ材料の除去が低減する。金属の格子ラインを活性拡散接合部に接続するための開口を、自己整合コンタクト開口エッチングプロセス（self-aligned contact opening etch process）を利用して形成し、これにより、不整合の作用を低減することができる。
本発明の上記の及びさらなる特徴は、添付図面及び特許請求の範囲を含む本開示全体を読むことによって、当業者には容易に明らかとなるであろう。
異なる図面においても使用されている同じ参照番号は、同じ又は同様の構成要素を示す。図面の縮尺は、別途記載がない限り、必ずしも正しくはない。
本開示では、本発明の態様への理解が徹底されるように、多数の具体的な詳細、例えば構造及び製造ステップの例を示す。しかし、１つ以上の具体的な詳細を利用せずに本発明が実施可能であることは、当業者には認識されるであろう。
本開示は、太陽電池の製造に関する。太陽電池の製造プロセスは、参照によりここに援用される同一出願人による以下の開示、「Improved Solar Cell and Method of Manufacture」と題するWilliam P. Mulligan, Michael J. Cudzinovic, Thomas Pass David Smith, Neil Kaminar, Keith McIntosh, and Richard M. Swansonによる２００３年４月１０日付け出願の米国特許出願第１０／４１２６３８号、「Metal Contact Structure For Solar Cell And Method Of Manufacture」と題するWilliam P. Mulligan, Michael J. Cudzinovic, Thomas Pass David Smith, and Richard M. Swansonによる２００３年４月１０日付け出願の米国特許出願公開第２００４／０２００５２０号（第１０／４１２７１１号出願）、及びSmithらの米国特許第６９９８２８８号明細書にも記載されている。
太陽電池の製造では、太陽電池の前面（つまり、通常の運転中太陽を向く面）を、太陽放射収集効率の改善のためにランダムなピラミッド形にテクスチャリングすることが望ましい。このテクスチャリングプロセスは、水酸化カリウム及びイソプロピルアルコールを利用する湿式エッチングプロセスを含んでいてよい。太陽電池の裏面（つまり、前面の反対側の面）は、この面がテクスチャリングプロセスによる損傷から保護されるように二酸化シリコンの保護層で覆うことができる。ほとんどの部分に対して効果があるが、上述のテクスチャリングプロセスは、太陽電池の裏面を加工する前に行うことによって改善することができ、図１Ａ〜１Ｄに示すテクスチャリングの前にウェハから除去する材料の量を減らすことができる。
図１Ａ、１Ｂ、１Ｃ及び１Ｄからなる図１に、本発明の一態様によるテクスチャリングプロセスを施した基板の断面を概略的に示す。一態様では、基板は、Ｎ型シリコンウェハ１００を含む。図１Ａでは、ウェハ１００は加工されておらず、ウェハの製造業者又は製造プラントから受け取った状態である。したがって、ウェハ１００は、バルクの無傷の部分１０１に沿って損傷を受けている部分１０２（つまり、１０２−１、１０２−２）をまだ有している。この損傷部分１０２は、通常、ウェハ１００をインゴットからスライシングするために使用される切断プロセスによるものである。ウェハ１００の全体の厚みは、この段階では、約２００μｍであってよい
図１Ｂでは、各損傷部分１０２が、部分的に除去されている。つまり、ウェハ１００の両面は薄化され、損傷部分１０２の全てではなくいくらかが除去されている。一態様では、約１０μｍが、水酸化カリウム又は水酸化ナトリウムを含む湿式エッチングプロセスを利用してウェハ１００の各面から除去される。
図１Ｃでは、ウェハ１００の両面が、全ての残された損傷部分１０２も除去するプロセスにより、テクスチャリングされている。一態様では、ウェハの両面が、水酸化カリウム又はイソプロピルアルコールを含む湿式エッチングプロセスを利用してランダムなピラミッドにテクスチャリングされている。このテクスチャリングプロセスによって、ウェハ１００の両面から約１０μｍの材料を除去することができ、よっって、残された損傷部分１０２の全てが除去される。ここで、ウェハ１００のテクスチャリングされた前面に１０３−１の番号を付与し、ウェハ１００のテクスチャリングされた裏面には１０３−２の番号を付与する。
図１Ｄでは、ウェハ１００の裏面が、研磨され洗浄されており、これにより、研磨面１０４が得られる。前面１０３−１は、通常の運転時には太陽放射を収集するように太陽の方を向く。以下でより明確にされるように、活性拡散領域は、ウェハの、前面１０３−１とは反対側の裏面から形成される。ウェハ１００の両面で損傷部分１０２を部分的に除去するステップ（図１Ｂ）、ウェハ１００の両面をテクスチャリングし、同時に残された損傷部分１０２を除去するステップ（図１Ｃ）、並びにウェハ１００の裏面を研磨するステップは、単一のプロセス装置において行うことができ、ウェハ１００はステップ毎に移動する。
ウェハ１００の裏面の研磨は、裏面を片面エッチングすることによって行うことができる。例えば、裏面の片面エッチングは、水平エッチャー、つまり、エッチング溶液を収容したタンク上をウェハがコンベヤ上で水平方向に搬送される装置において行うことができる。この装置は、ウェハの裏面のみがエッチング溶液と接触するように構成されていてよい。片面エッチングは、反応性イオンエッチング（つまり「プラズマエッチング」）によって達成することもできる。片面エッチングによりウェハの裏面を研磨することによって、後続のパターンニング作業が簡単になり、裏面の拡散の再結合特性が改善される。以下に示すように、続いて、図１Ｄからウェハ１００を加工することができ、太陽電池が完成する。
図２〜９に、本発明の態様により製造された裏面電極型太陽電池の断面を概略的に示す。図２〜９は、図１Ｄに示すウェハ１００を利用して説明される。上述のように、ウェハ１００は、Ｎ型シリコンウェハを含んでいてよい。以下の例における複数のドーパント及び拡散領域は、Ｐ型ウェハに対応するように変更してもよい。一般に、Ｐ型ドーパント源に適したドーパントはホウ素を含んでいてよく、Ｎ型ドーパント源に適したドーパントはリンを含んでいてよい。
図２Ａ及び図２Ｂからなる図２に、選択的に堆積された隣接するドーパント源を使用した裏面電極型太陽電池の活性拡散領域の製造を示す。ドーパント源２０１〜２０４は、選択的に堆積されており、ブランケット堆積によって形成された後にパターン形成されたものでない。図２Ａでは、ドーパント源２０１〜２０４は、ウェハ１００の、前面１０３−１の反対側である裏面に直接的にプリントすることによって選択的に堆積されている。ドーパント源２０１〜２０４は、工業的なインクジェット印刷又はスクリーン印刷によって印刷することができる。例えば、ドーパント源２０１〜２０４のそれぞれは、異なるプリントヘッド又は同じプリントヘッドのノズルの異なる群によって吐出することができる。ドーパント源２０１〜２０４は、１つ以上のプリントヘッドの１つ又は複数のパス（工程）で印刷することができる。
図２及び本発明の以下の態様では、ドーパント源のインクジェット印刷に適した材料は、溶剤（例えばＩＰＡ）、オルガノシロキサン及び触媒の適宜ドープされた組合せを含んでいてよく、ドーパント源のスクリーン印刷に適した材料は、溶剤、オルガノシロキサン、触媒及び充填剤、例えばＡｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２又はＳｉＯ２粒子の適宜ドープされた組合せを含んでいてよい。
保護材料の追加的な層（図示せず）、例えば二酸化シリコンを、ドーパント源２０１〜２０４上に形成することができ、これにより、電気的な分離が得られ、シリコン界面での再結合が低減する、或いは場合によっては、ドーパントの相互汚染が防止される。ドーパント源２０１及び２０２は、Ｎ型ドーパント、例えばリンを含んでいてよく、ドーパント源２０１は低濃度にドープされており（Ｎ−）、ドーパント源２０２は高濃度にドープされている（Ｎ＋）。ドーパント源２０３及び２０４は、ホウ素のようなＰ型ドーパントを含んでいてよく、ドーパント源２０３は低ドープされており（Ｐ−）、ドーパント源２０４は高ドープされている（Ｐ＋）。
図２Ｂでは、図２Ａの試料は、加熱炉内に置かれて高温に曝され、ドーパントがドーパント源２０１〜２０４からウェハ１００内に拡散する。ドーパント源２０１〜２０４からのドーパントの拡散によって、ウェハ１００において、活性拡散領域２１１〜２１４がそれぞれ形成される。図２Ｂ及び以下に開示の態様の拡散ステップは、ウェハ１００内へのドーパントの単一ステップでのドライブイン（drive-in）であってよい。この単一ステップであるドライブインによって、拡散されたドーパントを電気的に活性化させ、活性拡散領域を形成することができる。
ドーパント源２０１及び２０３は、得られる各拡散領域２１１及び２１３が、例えば約２５０オーム／ｓｑの抵抗率を有するように低ドープすることができる。ドーパント源２０２及び２０４は、得られる各拡散領域２１２及び２１４が、例えば約１０オーム／ｓｑの抵抗率を有するように高ドープすることができる。ドーパント源２０１〜２０４には、ツーダッシュが付与され（つまり２０１”〜２０４”）、これにより、その源のドーパントが拡散ステップ中にウェハ１００内にドライブインされた（拡散された）後であることを示す。ウェハ１００が高温に曝されている間、加熱炉中にリン濃度が高いガスが存在していることによって、リンが前面１０３−１内に拡散し、これによりＮ型領域２０６が形成される。さらに、酸素を加熱炉内に導入して、前面１０３−１上に熱酸化層２０７を形成することもできる。前面１０３−１上のＮ型領域２０６及び熱酸化層２０７の形成は、図２Ｂの例及び以下に説明する別の態様での裏面拡散ステップと同時にインサイトゥで行うことができる。
図２Ｂによれば、バックエンドプロセスは、金属格子線を高ドープ拡散領域２１２及び２１４に結合させるように行うことができる。このようなバックエンドプロセスは、前面１０３−１への反射防止コーティングの形成、裏面にコンタクト開口を形成するためのコンタクトマスクの形成、コンタクト開口を形成するためのコンタクトエッチングステップ、及びコンタクト開口を通る各拡散領域への格子線のめっきを含んでいてよい。このようなバックエンドプロセスは、後述する他の態様においては、金属格子線を拡散領域に結合させるように行うこともできる。適切な他のバックエンドプロセスも利用することができる。
図３Ａ〜３Ｃからなる図３に、選択的に堆積された重ねられたドーパント源を利用した裏面電極型太陽電池の活性拡散領域の製造を示す。図３Ａでは、ドーパント源３０４が、ウェハ１００の、前面１０３−１の反対側の裏面に選択的に堆積されている。ドーパント源３０４は、Ｐ型にドープされ、約５ミクロンの厚みに選択的に堆積されている。図３Ｂでは、ドーパント源３０２は、ドーパント源３０４で覆われていない裏面の部分及びドーパント源３０４の一部上に選択的に堆積されている。ドーパント３０４の一部上へ選択的な堆積を行うことによって、有利には、ドーパント源３０２の選択的な堆積部が、整合の変動から影響を受けにくくなる。ドーパント源３０２は、Ｎ型ドーパントでドープされており、約５ミクロンの厚みに選択的に堆積される。ドーパント源３０２及び３０４は、例えばインクジェット印刷又はスクリーン印刷によって選択的に堆積させることができる。硬化プロセスを、ドーパント源３０２及び３０４のそれぞれを堆積させた後に行うことができる。図３Ｃでは、拡散ステップが行われ、これにより、ドーパントがドーパント源３０２及び３０４からウェハ１００内へと拡散する。この拡散ステップによって、Ｐ型ドーパントがドーパント源３０４からウェハ１００内へと拡散して、Ｐ＋活性拡散領域３１４が形成され、Ｎ型ドーパントがドーパント源３０２からウェハ１００内へと拡散して、Ｎ＋活性拡散領域３１２が形成される。
図４Ａ及び４Ｂからなる図４に、選択的に堆積された隔置されたドーパント源を利用した、裏面電極型太陽電池の活性拡散領域の製造を示す。選択的堆積されたドーパント源間のギャップを残すことにより、Ｐ型及びＮ型活性拡散領域の境が大きな再結合電流が導入される応用例で太陽電池の効率を向上させることができる。図４Ａでは、ドーパント源４０２及び４０４は、インクジェット印刷又はスクリーン印刷によって、ウェハ１００の裏面に選択的に堆積されている。ドーパント源４０２及び４０４は、例えば、印刷プロセスの単一のパスで約５ミクロンの厚みに選択的堆積させることができる。ドーパント源４０２は、Ｎ型ドーパントでドープされていてよく、ドーパント源４０４は、Ｐ型ドーパントでドープされていてよい。パターニング技術の整合公差によって決められるが、約３ミクロン以上のギャップが、ドーパント源４０２及び４０４間に存在していてよい。図４Ｂでは、拡散ステップが行われ、ドーパントがドーパント源４０２及び４０４からウェハ１００内へと拡散する。この拡散ステップによって、Ｎ型ドーパントがドーパント源４０２からウェハ１００内へと拡散し、Ｎ＋活性拡散領域４１２が形成される。同様に、拡散ステップによって、ドーパントがドーパント源４０４からウェハ１００内へと拡散し、活性拡散領域４１４が形成される。拡散ステップによって、ドーパント源４０２及び４０４は、シリコンガラスを含み得る誘電層４１６へと転換若しくは変化する。
太陽電池の製造においては、金属格子線を形成し、これにより、太陽電池を外部デバイスに接続する活性拡散領域へのコンタクトを形成する。これによって、Ｐ型及びＮ型の活性拡散領域は、シリコン／誘電体及びシリコン／金属境界下に存在するようになる。シリコンと金属格子との間にコンタクトを形成しなくてはならないので、シリコン／金属の境界は、排除することができない。シリコン／誘電体の境界下の少数キャリアの再結合速度は低くすることができるが（例えば、熱成長酸化物下で通常１０ｃｍ／ｓ）、シリコン／金属境界下では常に極めて高い。表面再結合速度が大きいことは、デバイス効率に不都合な影響を与える。「不透明拡散（opaque diffusions）」とも呼ばれる高濃度で且つ深い拡散は、基板から境界部を遮蔽することによって、大きな表面速度の影響を低減する。しかし、この不透明拡散は、高い少数キャリア再結合を発生ささせるものであり、これによりデバイス効率が低減する。
本発明の一態様によれば、より効率が高い裏面電極型太陽電池は、様々なドーピングレベルの活性拡散領域、例えばシリコン／金属境界下では不透明拡散、シリコン／誘電体境界下ではそれほど遮蔽する必要のない低再結合拡散を形成することによって形成することができる。選択的な堆積により、有利には、様々なドーピングレベルでドーパント源をコスト効率よく堆積させることが可能となる。他の手法では、様々なドーピングレベルでドーパント源を配置させるために行わなくてはならないマスキング及びパターニングのステップは、法外な費用がかかる又は製造プロセスを複雑にするものとなるであろう。例えば、選択的な堆積を利用して、ドーパント源の４つの異なる組、すなわち（１）シリコン／誘電体境界下の低再結合Ｐ型活性拡散領域を形成するための低ドープされたＰ型ドーパント源（Ｐ−）、（２）シリコン／金属境界下での不透明Ｐ型活性拡散領域を形成するための高ドープされたＰ型ドーパント源（Ｐ＋）、（３）シリコン／誘電体境界下の低再結合Ｎ型活性拡散領域を形成するための低ドープされたＮ型ドーパント源（Ｎ−）、及び（４）シリコン／金属境界下の不透明Ｎ型活性拡散領域を形成するための高ドープされたＮ型ドーパント源（Ｎ＋）を形成することができる。
図５Ａ及び５Ｂからなる図５に、様々なドーピングレベルで選択的に堆積されたドーパント源を利用した裏面電極型太陽電池の活性拡散領域の製造を示す。一態様では、高ドープされたドーパント源は、ウェハ１００の、活性拡散領域が金属と接触する部分上（つまり、コンタクト開口下）に形成され、低ドープされたドーパント源は、ウェハ１００の他の部分上に形成される。
図５Ａに、ドーパント源５０１、５０３、５２１及び５２３を、ウェハ１００の、前面１０３−１の反対側の裏面に選択的に堆積させる。ドーパント源５０１、５０３、５２１及び５２３は、その化学組成又は厚みを調節することによって、低ドープ又は高ドープとなるように構成されていてよい。例えば、ドーパント源５０１は、ドーパント源５２１より厚く形成することができるか又はより高いドーパント濃度にすることができる。同様に、ドーパント源５０３は、ドーパント源５２３より厚く形成することができるか又はより高いドーパント濃度にすることができる。例えば、ドーパント源５０１はＮ型ドーパントで高ドープされていてよく、ドーパント源５２１はＮ型ドーパントで低ドープされていてよく、ドーパント源５０３はＰ型ドーパントで高ドープされていてよく、ドーパント源５２３はＰ型ドーパント源で低ドープされていてよい。ドーパント源５０１及び５０３の選択的な堆積は、プリントプロセスの第１のパスで行うことができ、その後、プリントプロセスの第２のパスでドーパント源５２３の選択的な堆積を行い、さらにその後、プリントプロセスの第３のパスでドーパント源５２１の選択的な堆積を行う。
図５Ｂでは、拡散ステップを行い、ドーパントをドーパント源５０１、５０３、５２１及び５２３からウェハ１００へと拡散されている。拡散ステップによって、Ｎ型ドーパントがドーパント源５０１から拡散してＮ＋活性拡散領域５３２が形成され、Ｎ型ドーパントがドーパント源５２１から拡散してＮ−活性拡散領域５３１が形成され、Ｐ型ドーパントがドーパント源５０３から拡散してＰ＋活性拡散領域５３４が形成され、Ｐ型ドーパントがドーパント源５２３から拡散してＰ−活性拡散領域５３３が形成されている。ウェハ１００のドーパントの拡散によって、ドーパント源５０１、５０３、５２１及び５２３は、ドープされていない誘電層５３５へと変化する。コンタクト開口５３６が、誘電層５３５を通して形成され、これにより、金属格子線は、Ｎ＋活性拡散領域５３２及びＰ＋活性拡散領域５３４に接触する。
いくつかの応用例では、拡散領域の４つでなく３つの異なる組が望ましい場合もある。例えば、図５の低ドープされた活性拡散領域の１つを、図８で以下に説明するように省略することができる。
図６Ａ及び６Ｂからなる図６に、様々なドーピングレベルで選択的に堆積されたドーピング源を利用して裏面電極型太陽電池の活性拡散領域を形成する別の方法を示す。図６Ａでは、ドーパント源６０２、６０３及び６０４が、ウェハ１００の、前面１０３−１の反対側の裏面に選択的に堆積される。例えば、ドーパント源６０２はＮ型ドーパントで高ドープされていてよく、ドーパント源６０３はＰ型ドーパントで低ドープされていてよく、ドーパント源６０４はＰ型ドーパントで高ドープされていてよい。ドーパント源６０２及び６０４の選択的な堆積は、プリントプロセスの第１のパスで行うことができ、その後、ドーパント源６０３の選択的な堆積を、プリントプロセスの第２のパスで行うことができる。
図６Ｂでは、拡散ステップを行い、ドーパントをドーパント源６０２、６０３及び６０４からウェハ１００内へと拡散させる。拡散ステップによって、Ｎ型ドーパントがドーパント源６０２から拡散してＮ＋活性拡散領域６３２が形成され、Ｐ型ドーパントがドーパント源６０３から拡散してＰ−活性拡散領域６３３が形成され、Ｐ型ドーパントがドーパント源６０４から拡散してＰ＋活性拡散領域６３４が形成される。ドーパントのウェハ１００への拡散によって、ドーパント源６０２、６０３及び６０４は、ドープされていない誘電体層６３５へと変化する。コンタクト開 口６３６は、誘電層６３５を通して形成され、これにより、金属格子線がＮ＋活性拡散領域６３２及びＰ＋活性拡散領域６３４に接触することができる。
選択的な堆積及び化学蒸着（ＣＶＤ）の他に、スピンコーティングを使用してドーパント源を形成することもできる。例えば、適切にドープされたスピンオングラス（ＳＯＧ）を、図７に示すＰ型及びＮ型ドーパント源として使用することができる。
図７Ａ、７Ｂ、７Ｃ及び７Ｄからなる図７に、スピンコーティングされたドーパント源を使用した、裏面電極型太陽電池の活性拡散領域の製造を示す。図７Ａでは、ドーパント源７０４が、ウェハ１００の、前面１０３−１の反対側の裏面の露出した表面全体上にスピンコーティングされている。ドーピング源７０４は、例えば、Ｐ型ドーパントで高ドープされ且つ約２μｍの厚みにスピンコーティングされたＳＯＧを含んでいてよい。図７Ｂでは、ドーパント源７０４が、ウェハ１００の裏面の一部を露出するようにパターニングされ、そこには、別のドーパント源が形成される。図７Ｃでは、ドーパント源７０２は、図７Ｂの試料上にスピンコーティングされている。ドーパント源７０２は、例えば、Ｎ型ドーパントで高ドープされ且つドーパント源７０４上に約２ミクロンの厚みでスピンコーティングされているＳＯＧを含んでいてよい。図７では、拡散ステップを行い、これにより、ドーパントはドーパント源７０４及び７０２からウェハ１００内へと拡散する。この拡散ステップにより、Ｎ型ドーパントがドーパント源７０２からウェハ１００内へと拡散して、Ｎ＋活性拡散領域７１２が形成される。同様に、拡散ステップによって、Ｐ型ドーパントがドーパント源７０４からウェハ１００内へと拡散して、活性拡散領域７１４が形成される。ドーパントのウェハ１００内への拡散によって、ドーパント源７０２及び７０４は、ドープされていない誘電層７１６へと変化する。
図８Ａ、８Ｂ及び８Ｃからなる図８に、選択的な堆積及び他の堆積プロセスの組合せを利用した、裏面電極型太陽電池の活性拡散領域の製造を示す。図８Ａでは、ドーパント源８０４が、ウェハ１００の、前面１０３−１の反対側の裏面に選択的に堆積されている。ドーパント源８０４は、ウェハ１００の裏面に、例えば約５ミクロンの厚みに直接的に印刷することができる。ドーパント源８０４は、Ｐ型ドーパントで高ドープされていてよい。ドーパント源８０４の選択的な堆積は、印刷プロセス（例えば、インクジェット印刷又はスクリーン印刷）の単一パスで行うことができる。
図８Ｂでは、ドーパント源８０２が、図８Ａの試料上にスピンコーティングされている。ドーパント源８０２は、Ｎ型ドーパントで高ドープされ且つドーパント源８０４上に約２ミクロンの厚みでスピンコートされているＳＯＧを備えていてよい。ドーパント源８０４の選択的な堆積によって、有利には、ドーパント源８０４をパターニングする必要なくドーパント源８０２をスピンコートできることに留意されたい。応用例に応じて、ドーパント源８０２は、ロールオン、スプレーオン、スクリーン印刷又はインクジェット印刷プロセスを利用したブランケット堆積によって塗布することもできる。
図８Ｃでは、拡散ステップを行い、これにより、ドーパントがドーパント源８０４及び８０２からウェハ１００内へと拡散する。拡散ステップにより、Ｎ型ドーパントは拡散源８０２からウェハ１００内へと拡散し、Ｎ＋活性拡散領域８１２が形成される。同様に、拡散ステップによって、Ｐ型ドーパントが、ドーパント源８０４からウェハ１００へと拡散し、Ｐ＋活性拡散領域８１４が形成される。ドーパントのウェハ１００への拡散によって、ドーパント源８０２及び８０４は、ドープされていない誘電層８１６へと変化する。
図９Ａ、９Ｂ、９Ｃ及び９Ｄからなる図９に、自己整列コンタクト開口エッチングプロセスを可能にするドーパント源を利用した裏面電極型太陽電池の活性拡散領域の製造を示す。
図９Ａでは、ドーパント源６０３が、ウェハ１００の、前面１０３−１の反対側の裏面に形成されている。一態様では、ドーパント源９０３は、高ドープされた活性拡散領域が形成される場所上にのみ開口９０６が存在することとなるように形成される（図９Ｃの９２２及び９２４を参照）。以下でより明確に説明するように、開口９０６が活性拡散領域に対するコンタクト開口（図９Ｄの９３６を参照）の位置を規定するので、比較的厚いドーパント源９０３によって、自己整合プロセスが可能となる。ドーパント源９０３は、ウェハ１００の裏面に選択的に堆積することができる。好ましくは、ドーパント源９０３は、ウェハ１００の裏面に、ブランケット堆積（例えば化学蒸着又はスピンコーティング）によって形成され、その後、パターンニングされ開口９０６が形成される。ブランケット堆積に続きパターニングを行うことは、有利には、印刷可能なドーパントの互いの接触を防止する。
一態様では、ドーパント源９０３は、Ｐ型ドーパントで低ドープされた誘電体を含む。ドーパント源９０３の組成及び厚みは、高温拡散ステップ後に、Ｐ型活性拡散領域が低ドープされ（例えば、約２５０オーム／ｓｑ）、低キャリア再結合が生成され（例えば、エミッタ飽和電流密度（emitter saturation current density）が約２５ｆＡ／ｃｍ２）、ドーパント源９０３が、続いて形成されるドーパント源９０２及び９０４に比べて厚く（例えば、約２０００オングストローム）なるように（図９Ｂ参照）、形成することができる。
図９Ｂでは、ドーパント源９０２及び９０４が、ドーパント源９０３上に及び開口９０６内に形成されている。ドーパント源９０２及び９０４は、金属格子線が接続される、ウェハ１００内に活性拡散領域を形成するためのものである。ドーパント源９０２及び９０４は、好ましくは、ウェハ１００の裏面に直接的に印刷することによって選択的に堆積される。例えば、ドーパント源９０２及び９０４は、スクリーン印刷又はインクジェット印刷によって１つの又は複数のパスで選択的に堆積させることができる。ドーパント源９０２及び９０４は、ブランケット堆積（例えば、化学蒸着又はスピンコーティング）し、その後パターニングすることによっても形成することができるが、追加的なエッチング停止層が必要になり得る。
一態様では、ドーパント源９０２は、Ｎ型ドーパントで高ドープされた誘電体を含み、ドーパント源９０４は、Ｐ型ドーパントで高ドープされた誘電体を含む。ドーパント源９０２及び９０４の組成及び厚みは、高温拡散ステップ後、（ａ）ドーパント源９０２及び９０４が、ウェハ１００において高ドープされた（例えば約１０オーム／ｓｑ）拡散領域を形成し、（ｂ）ドーパント源９０２及び９０４が、ドーパント源９０３と比較して薄く（例えば約５００オングストローム）なるように（図９Ｂを参照）、（ｃ）得られる拡散領域が不透明であるように（つまり、拡散領域によって誘導されるキャリア再結合が、その場所のシリコン境界の状況に著しく影響されることなく）、形成することができる。
ドーパント源９０２及び９０４と比較したドーパント９０３の厚みは、好ましくは、後に行われるコンタクト開口エッチングプロセスによって、ドーパント源９０３が完全に除去される前にドーパント源９０２及び９０４がウェハ１００にまでエッチングされるように、形成することができる。これにより、有利には、ドーパント源９０２及び９０４が活性拡散領域のためのドーパントを提供するばかりでなくコンタクト開口の位置も整合させるので、自己整合コンタクト開口エッチングプロセスが可能となる。硬化ステップ又は保護層堆積は、太陽電池の具体的な種類に応じて行うことができる。
図９Ｃでは、拡散ステップを行い、ドーパントをドーパント９０２、９０３及び９０４からウェハ１００へと拡散させる。拡散ステップにより、Ｎ型ドーパントが、ドーパント源９０２からウェハ１００内へと拡散し、Ｎ＋活性拡散領域９２２が形成される。拡散ステップにより、ドーパント源９０４からＰ型ドーパントがウェハ１００内へと拡散してＰ＋活性拡散領域９２４が形成され、ドーパント源９０３からＰ型ドーパントがウェハ１００内へと拡散してＰ−活性拡散領域９１３が形成される。ドーパントのウェハ１００への拡散によって、ドーパント源９０２、９０３及び９０４が誘電層９３５へと変化する。つまり、拡散ステップ後の誘電体９３５のより厚い部分は、ドーパント源９０３の残部であり、誘電体９３５のより薄い部分はドーパント源９０２及び９０４の残部である。
拡散ステップ中、ドーパントリッチガス（例えばＰＯＣｌ３）及びいくらかの酸素を、選択された時間にわたり加熱炉中に導入することができ、これにより、前面１０３−１に低濃度のＮ型拡散が形成され、熱酸化物層が成長する。前面１０３−１に形成されたＮ型拡散及び熱酸化物によって、太陽電池のテクスチャリングされた側での再結合が低減する。
図９Ｄでは、図９Ｃの試料に、自己整合コンタクト開口エッチングステップが施され、誘電層９３５の、活性拡散領域９２２及び９２４上の部分が除去されている。コンタクト開口エッチングステップにより、上述のコンタクト開口９０６を通るコンタクト開口９３６が形成される（図９Ｃを参照）。コンタクト開口エッチングステップは、コンタクト開口９０６内の誘電層９３５の一部を薄化してコンタクト開口９３６を形成するように設定されていてよい。ドーパント源９０２及び９０４はドーパント９０３より薄く形成されているので、コンタクト開口エッチングステップによって、誘電層９３５のより厚い部分も薄化されるが、誘電層９３５のより薄い部分は完全には除去される。金属格子線は、活性拡散領域９２２及び９２４に電気的に接触するように、コンタクト開口９３６に形成することができる。
一態様では、コンタクト開口エッチングステップは、時間制御されたウェットエッチングプロセスを含む。例えば、コンタクト開口エッチングステップは、図９Ｃの試料の裏面（つまり、テクスチャリングされていない面）を、制御された時間長さにわたってＨＦリッチエッチャント（液体又は蒸気）に曝すことによって行うことができる。一般に、誘電層９３５の制御可能なエッチング速度をもたらす任意のエッチャントを利用することができる。片面のみのエッチングが実用的でない応用例では、追加の保護層をテクスチャリングされた前面１０３−１に堆積させて、その面をコンタクト開口エッチング中に保護する。プラズマエッチャーを利用して、これにより、前面１０３−１がエッチングされることなくウェハ１００の裏面をエッチングすることもできる。プラズマエッチングステップは、金属格子線をコンタクト開口９３６に形成するための後続の金属スパッタリングステップに組み込むことができる。例えば、クラスターツール（cluster tool）が、プラズマエッチングステップを行うための第１のチャンバ、及び金属格子線を形成するための別のチャンバを有していてよい。
別の態様では、活性拡散領域を形成するための比較的薄いドーパント源をまず形成し、続いてより厚いドーパント源を形成することができる。例えば、より厚いドーパント源９０３を、より薄いドーパント源９０２及び９０４の後に、ウェハ１００の裏面上に形成することができる。しかし、図９Ａ〜９Ｄの態様は、真の自己整合プロセスを可能にし、印刷可能なドーパントの混合が防止されるので、好ましい。
以上、本発明の特定の態様を説明したが、これらの態様が、例示を目的としているにすぎず、制限的でないことを理解されたい。さらなる多くの態様があることは、本開示を読む当業者には明らかであろう。
図１Ａ〜１Ｄ（FIG.1A〜1D）からなる。本発明の一態様による、テクスチャリングプロセスを施している基板の断面を概略的に示す。 図２Ａ及び２Ｂ（FIG.2A及び2B）からなる。本発明の一態様による、選択的に堆積させた隣接するドーパント源を利用した、裏面電極型太陽電池の活性拡散領域の製造を示す。 図３Ａ〜３Ｃ（FIG.3A〜3C）からなる。本発明の一態様による、選択的に堆積させた重ねられたドーパント源を利用した、裏面電極型太陽電池の活性拡散領域の製造を示す。 図４Ａ及び４Ｂ（FIG.4A及び4B）からなる。本発明の一態様による、選択的に堆積させた隔置されたドーパント源を利用した、裏面電極型太陽電池の活性拡散領域の製造を示す。 図５Ａ及び５Ｂ（FIG.5A及び5B）からなる。本発明の一態様による、様々なドーピングレベルを有する選択的に堆積させたドーパント源を利用した、裏面電極型太陽電池の活性拡散領域の製造を示す。 図６Ａ及び６Ｂ（FIG.6A及び6B）からなる。本発明の一態様による、様々なドーピングレベルを有する選択的に堆積させたドーパント源を利用した、裏面電極型太陽電池の活性拡散領域を形成する別の方法を示す。 図７Ａ〜７Ｄ（FIG.7A〜7D）からなる。本発明の一態様による、スピンコーティングされたドーパント源を利用した、裏面電極型太陽電池の活性拡散領域の製造を示す。 図８Ａ〜８Ｃ（FIG.8A〜8C）からなる。本発明の一態様による、選択的な堆積プロセス及び別の堆積プロセスの組合せを利用した、裏面電極型太陽電池の活性拡散領域の製造を示す。 図９Ａ〜９Ｄ（FIG.9A〜9D）からなる。本発明の一態様による、自己整合コンタクト開口エッチングプロセスを可能にするドーパント源を利用した、裏面電極型太陽電池の活性拡散領域の製造を示す。

Claims (19)

  1. 裏面電極型太陽電池の活性拡散領域を形成する方法であって、
    太陽電池に加工されるウェハを設け、該ウェハの前面が、前記太陽電池の通常の作動時に太陽の方を向くように構成されており、
    Ｐ型ドーパント源及びＮ型ドーパント源を、前記ウェハの、前記太陽電池の前面とは反対側にある裏面に選択的に堆積し、当該Ｐ型及びＮ型ドーパント源が、前記ウェハの前記裏面に直接的に印刷されることによって選択的に堆積され、前記Ｎ型ドーパント源は前記Ｐ型ドーパント源によって覆われていない前記ウェハの前記裏面の露出した部分上と、前記Ｐ型ドーパント源と重なる位置とに選択的に堆積され、
    前記Ｐ型ドーパント源からドーパントを拡散させ、前記太陽電池のＰ型活性拡散領域を形成し、前記Ｎ型ドーパント源からドーパントを拡散させ、前記太陽電池のＮ型活性拡散領域を形成する、拡散ステップを行う
    ことを含む、方法。
  2. 前記Ｎ型ドーパント源と第１のＰ型ドーパント源とを前記ウェハの前記裏面の露出した部分上に選択的に堆積し、前記第１のＰ型ドーパント源に対して低濃度である第２のＰ型ドーパント源を前記ウェハの前記裏面の露出した部分上と、前記Ｎ型ドーパント源及び前記第１のＰ型ドーパント源に重なる位置とに選択的に堆積することによって、前記第１のＰ型ドーパント源、前記第２のＰ型ドーパント源及び前記Ｎ型ドーパント源を選択的に堆積し、
    前記Ｎ型ドーパント源からドーパントを拡散させ、前記太陽電池の前記Ｎ型活性拡散領域を形成し、前記第１のＰ型ドーパント源からドーパントを拡散させ、前記太陽電池の第１のＰ型活性拡散領域を形成し、前記第２のＰ型ドーパント源からドーパントを拡散させ、前記太陽電池の第２のＰ型活性拡散領域を形成する
    請求項１に記載の方法。
  3. 第１のＮ型ドーパント源と第１のＰ型ドーパント源とを前記ウェハの前記裏面の露出した部分上に選択的に堆積し、前記第１のＰ型ドーパント源に対して低濃度である第２のＰ型ドーパント源を前記ウェハの前記裏面の露出した部分上と前記第１のＰ型ドーパント源に重なる位置とに選択的に堆積し、前記第１のＮ型ドーパント源に対して低濃度である第２のＮ型ドーパント源を前記ウェハの前記裏面の露出した部分上と前記第１のＮ型ドーパント源及び前記第２のＰ型ドーパント源に重なる位置とに選択的に堆積することによって、前記第１のＰ型ドーパント源、前記第２のＰ型ドーパント源、前記第１のＮ型ドーパント源及び前記第２のＮ型ドーパント源を選択的に堆積し、
    前記第１のＮ型ドーパント源からドーパントを拡散させ、前記太陽電池の第１のＮ型活性拡散領域を形成し、前記第２のＮ型ドーパント源からドーパントを拡散させ、前記太陽電池の第２のＮ型活性拡散領域を形成し、前記第１のＰ型ドーパント源からドーパントを拡散させ、前記太陽電池の第１のＰ型活性拡散領域を形成し、前記第２のＰ型ドーパント源からドーパントを拡散させ、前記太陽電池の第２のＰ型活性拡散領域を形成する
    請求項１に記載の方法。
  4. 前記ウェハの前記前面が、前記Ｐ型及びＮ型ドーパント源を形成する前に、テクスチャリングされる、請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
  5. 前記ウェハの前面が、テクスチャリングプロセスを使用してテクスチャリングされ、該テクスチャリングプロセスが、
    前記ウェハの前面及び裏面を薄化して、該前面及び該裏面上のウェハの損傷部分を部分的に除去し、
    前記ウェハの前面及び裏面をテクスチャリングして、当該ウェハの前面及び裏面上に残された損傷部分を除去し、
    前記ウェハの裏面を研磨して、当該ウェハの裏面上のテクスチャリングを除去することを含む、請求項４に記載の方法。
  6. 前記Ｐ型及びＮ型ドーパント源を、スクリーン印刷によって選択的に堆積させる、請求項１に記載の方法。
  7. 前記Ｐ型及びＮ型ドーパント源を、インクジェット印刷によって選択的に堆積させる、請求項１に記載の方法。
  8. 前記Ｐ型及びＮ型ドーパント源を、印刷プロセスの単一のパスで選択的に堆積させる、請求項１に記載の方法。
  9. 前記拡散ステップを行う前に、前記ウェハの裏面に直接的に印刷することによって、Ｐ−ドーパント源及びＮ−ドーパント源を選択的に堆積させ、
    前記Ｐ型ドーパント源からドーパントを拡散させて前記太陽電池の前記Ｐ型活性拡散領域を形成し、前記Ｎ型ドーパント源からドーパントを拡散させて前記太陽電池の前記Ｎ型活性拡散領域を形成し、前記Ｐ−ドーパント源からドーパントを拡散させて前記太陽電池のＰ−活性拡散領域を形成し、前記Ｎ−ドーパント源からドーパントを拡散させて、前記太陽電池のＮ−活性拡散領域を形成する、拡散ステップを行う
    ことをさらに含む、請求項１に記載の方法。
  10. 裏面電極型太陽電池の活性拡散領域を形成する方法であって、
    太陽電池に加工されるウェハを設け、該ウェハの前面が、前記太陽電池の通常の作動時に太陽の方を向くように構成されており、
    前記ウェハの、前記太陽電池の前記前面の反対側の裏面に、第１のドーパント種でドープされた第１の組のドーパント源を選択的に堆積させ、該第１の組のドーパント源が、前記ウェハの裏面に直接的に印刷することによって選択的に堆積され、
    前記第１のドーパント種とは異なる第２のドーパント種でドープされた第２の組のドーパント源を、前記第１の組のドーパント源によって覆われていない前記ウェハの前記裏面の露出した部分上と、前記第１の組のドーパント源と重なる位置とに堆積させ、
    前記第１の組のドーパント源からドーパントを拡散させ、前記太陽電池の第１の組の活性拡散領域を形成し、前記第２の組のドーパント源からドーパントを拡散させ、前記太陽電池の第２の組の活性拡散領域を形成する、拡散ステップを行う
    ことを含む、方法。
  11. 前記第２の組のドーパント源が、スピンコーティングによって前記ウェハの裏面に形成される、請求項１０に記載の方法。
  12. 前記ウェハの前面が、前記第１及び第２の組のドーパント源を形成する前に、テクスチャリングプロセスを利用してテクスチャリングされ、該テクスチャリングプロセスが、
    前記ウェハの前面及び裏面を薄化して、前記前面及び裏面の前記ウェハの損傷部分を部分的に除去し、
    前記ウェハの前面及び裏面をテクスチャリングして、前記ウェハの前面及び裏面に残された損傷部分を除去し、
    前記ウェハの裏面を研磨して、該ウェハの裏面のテクスチャリングを除去する
    ことを含む、請求項１０または１１に記載の方法。
  13. 前記第２の組のドーパント源が、前記ウェハの裏面に印刷される、請求項１０に記載の方法。
  14. 前記拡散ステップを行う前に、前記ウェハの裏面に第３の組のドーパント源を堆積し、該第３の組のドーパント源が、前記第１の組のドーパント源よりも低濃度でドープされており、
    前記第１の組のドーパント源からドーパントを拡散させて前記太陽電池の第１の組の活性拡散領域を形成し、前記第２の組のドーパント源からドーパントを拡散させて前記太陽電池の第２の組の活性拡散領域を形成し、前記第３の組のドーパント源からドーパントを拡散させて前記太陽電池の第３の組の活性拡散領域を形成する、拡散ステップを行う
    ことをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
  15. 裏面電極型太陽電池において活性拡散領域を形成する方法であって、
    前記太陽電池に加工されるウェハの裏面に、第１の組のドーパント源を形成し、該ウェハが、前記太陽電池の通常の作動時に太陽の方を向くように構成されている前面を有し、前記裏面が前記前面の反対側にあり、
    前記第１の組のドーパント源上に第２及び第３の組のドーパント源を選択的に堆積させ、前記第２の組のドーパント源が、前記第１の組のドーパント源を通る第１の組の開口内であって前記第１の組のドーパント源によって覆われていない前記ウェハの前記裏面の露出した部分上と、前記第１の組のドーパント源と重なる位置とに選択的に堆積され、前記第３の組のドーパント源が、前記第１の組のドーパント源を通る第２の組の開口内であって前記第１の組のドーパント源によって覆われていない前記ウェハの前記裏面の露出した部分上と、前記第１の組のドーパント源と重なる位置とに選択的に堆積され、前記第１の組のドーパント源が、前記第２の組のドーパント源及び前記第３の組のドーパント源より厚く形成されており、
    前記第１の組のドーパント源からドーパントを拡散させて前記太陽電池の第１の組の活性拡散領域を形成し、前記第２の組のドーパント源からドーパントを拡散させて前記太陽電池の第２の組の活性拡散領域を形成し、前記第３の組のドーパント源からドーパントを拡散させて前記太陽電池の第３の組の活性拡散領域を形成し、
    前記拡散の後、前記第１、第２及び第３の組のドーパント源の残された部分をエッチャントに曝し、前記第３及び第２の組のドーパント源の残された部分を自己整合エッチングプロセスで除去し、前記第２及び第３の組の活性拡散領域にコンタクト開口を形成し、その際、前記第１の組のドーパント源の残された部分が完全に除去されない
    ことを含む、方法。
  16. 前記第１、第２及び第３の組のドーパント源の残された部分をエッチャントへ曝すことを、時間制御されたエッチングステップを用いて行う、請求項１５に記載の方法。
  17. 前記第１の組のドーパント源を前記ウェハの裏面に形成することが、
    ブランケット堆積を行って前記第１の組のドーパント源を形成し、
    前記第１の組のドーパント源をパターニングして、前記第１の組のドーパント源を通る前記第１及び第２の組の開口を形成する
    ことを含む、請求項１５に記載の方法。
  18. 前記ブランケット堆積が、スピンコーティングによってなされる、請求項１７に記載の方法。
  19. 前記第１の組のドーパント源を選択的に形成する前且つ前記第２及び第３の組のドーパント源を選択的に堆積させる前に、テクスチャリングプロセスを用いて前記ウェハの前面をテクスチャリングし、前記テクスチャリングプロセスが、
    前記ウェハの前面及び裏面を薄化し、前記前面及び裏面の前記ウェハの損傷部分を部分的に除去し、
    前記ウェハの前面及び裏面をテクスチャリングして、前記ウェハの前面及び裏面に残された損傷部分を除去し、
    前記ウェハの裏面を研磨し、前記ウェハの裏面のテクスチャリングを除去する
    ことを含む、請求項１５に記載の方法。
JP2008547490A 2005-12-21 2006-12-20 裏面電極型太陽電池構造及びその製造プロセス Active JP5126795B2 (ja)

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