JP5478825B2

JP5478825B2 - 半導体層の再結晶化及びドーピングを同時に行うための方法並びにこの方法によって製造される半導体層構造

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Publication number: JP5478825B2
Application number: JP2007530678A
Authority: JP
Inventors: リーバー、ステファン
Original assignee: フラウンホッファー−ゲゼルシャフトツァーフェーデルングデアアンゲバンテンフォルシュングエーファー
Priority date: 2004-09-15
Filing date: 2005-09-14
Publication date: 2014-04-23
Anticipated expiration: 2025-09-14
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Description

本発明は、複数の半導体層の再結晶化及びドーピングを同時に実施するための方法、特に結晶性シリコン薄層太陽電池を製造するための方法、及びこの方法によって製造される半導体層構造、詳細には結晶性シリコン薄層太陽電池に関する。

電子部品及び太陽電池のための薄い、ドープされた半導体層又は層構造の製造は、現在、数多くの様々な方法で実施される。一般的に、その目的は、異なる条件でドープされた部分層を含む、サンドイッチ状の層構造を形成することである。典型的には、それにより、複数の処理工程が用いられ、そのような層構造は順次に構成される。その構成は、部分層を成長させることによって（堆積、エピタキシ）、又はドーパントを導入することによって（たとえば、拡散若しくは注入による）行われる。それらの方法は典型的には、複数の、異なる条件でドープされた層を形成するために、複数の注入工程又は堆積工程が必要とされることを特徴とする。その例外はいわゆる同時拡散工程であり、その工程では、異なる条件でドープされる層が、異なるドーパント源から同時に形成される。

本発明は半導体層構造に関し、その半導体層構造では、たとえば結晶構造を変更するために、半導体が、堆積工程を実施した後に、液相を経て再結晶化される。そのような用途は、たとえば、「シリコン・オン・インシュレータ」（ＳＯＩ）技術において、又は結晶性シリコン薄層太陽電池の分野において与えられる。本発明はこれより、一例として特に薄層太陽電池の層構造を参照しながら説明される。

結晶性シリコン薄層太陽電池は、現在、種々の方法によって製造される。従来技術によるこれらの方法のうちの１つは、以下の処理工程を含む。
１．基板を製造すること。
２．導電性中間層を堆積すること。
３．シード層を堆積すること。シード層は通常、そのシード層においてｎ型又はｐ型の電気伝導を引き起こすドーパントを添加される。
４．堆積又は熱酸化によって「キャッピング」層を被着すること。
５．シード層を加熱し、再結晶化すること。
６．キャッピング層を除去すること。
７．光起電活性吸収体層を堆積すること。
８．ドーパントを活性吸収体層内に導入することによってｐｎ遷移を形成すること。
９．メタライゼーションを適用すること。

それにより、シード層は、吸収体のエピタキシャル堆積のための結晶化シードを形成するという目的、及び電荷キャリア再結合を低減するために、いわゆる「背面電界」（ＢＳＦ）を形成するという目的の両方を果たす。シード層は通常、この目的のために高濃度にドープされる。

最新技術の不都合に鑑みて、本発明の目的は、基本構成の機能の削減を必要とすることなく、特にＢＳＦ層をなくすことなく、光起電活性吸収体層の別個の堆積を不要にすることである。

この目的は、特許請求項１による製造方法、特許請求項３８に従って製造される半導体構造、同じく請求項３９による構造によって達成される。本発明による方法の有利な発展が、個々の従属特許請求項において記述される。

以下の処理工程が、本発明による方法において変更される。

処理工程２：ドープされない中間層の代わりに、少なくとも１つの部分層を含む層構造が堆積される。層構造の部分層のうちの少なくとも１つは、活性吸収体層においてアクセプタ又はドナーとしての役割を果たすことができる、或る割合のドーパントを有する。

処理工程３：第３の処理工程において堆積される層のドーピングのレベルは、最終的に製造される半導体構造の、又は最終的に製造される薄層太陽電池の吸収体のために必要とされるドーピング以下になるように選択される。

これら２つの処理工程を変更する結果として、処理工程７（すなわち、吸収体層の別個の堆積）を省くことができる。なせなら、後に記述される工程の結果として、再結晶化工程（工程５）において、処理工程３において堆積される層を吸収体層として用いることができるためである。結局、本発明による方法の核心は、ＢＳＦ層の形成及び活性吸収体層のドーピングをいずれも、再結晶化工程中に達成できるという事実にある。再結晶化工程及びドーピング工程は同時に達成される。ＢＳＦ層の形成は、同時に行われる再結晶化及びドーピングの直後に行われるので、ＢＳＦ層の形成、吸収体層の再結晶化及びドーピングは、高温の工程においてその場で行われる。

有利な実施形態の変形では、処理工程４も変更される。ドープされないキャッピング層の代わりに、少なくとも１つの部分層を含む層構造が堆積される。堆積されるキャッピング層構造のこれらの部分層のうちの少なくとも１つは、吸収体層のドーパントに対して相補的である、或る割合のドーパントを有する。この実施形態は、同じ高温の工程における再凝固の直後に、ＢＳＦ層の形成と同時にｐｎ遷移の形成を達成する。多層キャッピング層を除去した後に、太陽電池のメタライゼーションを直ちに開始することができる。

さらに、基板底面の反対側にある表面上で放出体／吸収体層をさらに再結晶化する結果として、吸収体厚より薄くなる任意の厚みを有する放出体層を、液化シリコンの厚みを厳密に調整しながら形成することができる。

さらに別の有利な実施形態の変形では、中間層構造のドープされる部分層及びキャッピング層構造のドープされる部分層が、処理工程３において堆積される層（後の吸収体）のドーピングに対して相補的にドープされる。この場合、ｐｎｐ又はｎｐｎにドープされた構造が形成される。中間層構造は、キャッピング層構造に対して、且つ処理工程３において堆積される層（後の吸収体層）に対して相補的にドープすることもできる。その結果として、後に、ｎｐｐ^＋又はｐｎｎ^＋にドープされた構造が形成される。さらに入れ替えることも可能である（ｐ^＋ｐｎ又はｎ^＋ｎｐの構造）。

本発明による方法の利点は、工程の流れが簡単になることにあり、それにより特に、結晶性シリコン薄層太陽電池を経済的に製造できるようになる。その層構造及び層構造の機能を、より少ない処理工程で達成することができる。

ドープされた半導体層構造を製造するための本発明による方法、又はこの方法に従って製造される半導体層構造は、これより記述される実施例と同じように実現又は構成することができる。その実施例は、結晶性シリコン薄層太陽電池を記述するが、特許請求の範囲によって与えられるような保護範囲は、それには限定されない。

図１ａは、基板１を示しており、その上に、導電性ＳｉＣ層２が中間層として配置される。中間層の反対側には、基板底面上に金属ベースコンタクト１０が被着される。中間層２の上には、シリコンから形成されるシード層３が配置される。このシード層３は、再結晶化され、高濃度にドープされた形において存在する（太陽電池の場合、通常、＞１０^１８原子／ｃｍ^３ドーパント）。高濃度にドープされたシード層３の上には、標準的（通常、１０^１６〜１０^１７原子／ｃｍ^３）にドープされたシリコン吸収体層７が配置される。

基板１を参照すると、吸収体層７の上に見られるのは放出体層８であり、その上には、２つの金属放出体コンタクト９が配置される。

図１ｂは、工程の流れを示しており、結果として、図１ａによる再結晶化された結晶性シリコン薄層太陽電池の層構造が製造される。工程１では、帯引上げ法（band pulling）（セラミック／Ｓｉ帯）によって基板が製造される。その後、工程１ａでは、基板の洗浄が行われる。次の工程２では、ドープされるか、又はドープされない導電性中間層の堆積が行われる。処理工程３では、ドープされるか、又はドープされない中間層２の上に、シリコンから形成されるシード層が堆積される。当該シード層は、この場合にはシード層内にｎ型の電気伝導を引き起こすのに適したドーパントを添加される。しかしながら、そのドーパントはｐ型の電気伝導を引き起こすこともできる。処理工程４では、キャッピング層が堆積される。このキャッピング層は、この場合にはＳｉＯ_２を含む。キャッピング層の被着は、熱酸化によって行うこともできる。処理工程５、すなわち再結晶化工程では、シリコン層３又はシード層３が加熱され、溶融再結晶化（この場合には、ゾーン溶融再結晶化）によって再結晶化される。再結晶化工程５は、３つの部分工程を含む。第１に、溶融工程では、シード層３のシリコンが液相で存在し、第２に、凝固工程において、液体シリコンが標準的には、一方向に凝固し、第３に、溶融及び凝固工程が終了し、シリコンが固体として存在する場合に、焼戻し工程が行われる（その工程では、凝固する際の応力を散逸させるために、シリコンが溶融温度に近いが、それより低い温度に保持される）。

後続の工程６では、キャッピング層４が再び除去される。その後、処理工程７では、光起電活性シリコン吸収体層７の堆積が行われる。後続の工程８では、ｐｎ遷移が形成される。この場合には、これは、ドーパントを添加された供給源層の印刷、噴霧又は堆積によって行われ（このドーパントは吸収体層７内に存在するドーパントに対して相補的であり、すなわち、この場合には、ｐ型の電気伝導を引き起こすが、吸収体層７がｐ型の電気伝導である場合には、ｎ型の電気伝導を引き起こす）、焼戻しによって、活性吸収体層７の中にドーパントが後に、又は同時に導入される。結果として、放出体層８が形成される。工程９では、最終的に、メタライゼーションの適用又は放出体コンタクト９及びベースコンタクト１０の被着が行われる。シリコンシード層３は、２つの目的を果たす。上記層によって、シリコン吸収体７のエピタキシャル堆積のための結晶化シードが形成され、且つ当該層は、中間層２とシリコンとの界面において電荷キャリア再結合を低減するためのいわゆる「背面電界」（ＢＳＦ）層を形成する役割を果たす。この場合に、この目的を果たすために、シード層３は高濃度にドープされる。

図２ａ（溶融工程前）及び図２ｂ（溶融工程及びメタライゼーション後）は、最新技術による方法（図１）とは対照的に、本発明による方法において、基本構成の機能の削減を必要とすることなく、特にＢＳＦ層をなくすことなく、シリコンエピタキシの処理工程（処理工程７における活性シリコン吸収体層の別個の堆積）が、いかに不要になるかを示す。この図では、図１ａの層、又は層構造の構成要素に対応する、すなわち図１ａに示される配列の層構造の構成要素に対応する層、又は層構造の構成要素が、同じ参照符号によって特定される。本発明による工程では、処理工程２において、任意にドープされるか、又はドープされない中間層の代わりに、少なくとも１つの部分層を含む中間層構造が堆積される（中間層構造は、これ以降、参照符号２によって同様に特定される）。この中間層構造２の部分層のうちの少なくとも１つは、堆積されることになる活性吸収体層内で後にアクセプタ又はドナーとしての役割を果たす、厳密に規定された割合のドーパントを有する。処理工程３では、この処理工程において堆積されるシリコン層（後の吸収体層を表す）のレベルは、後の吸収体層のために、又は太陽電池吸収体のために必要とされるドーピング以下である。再結晶化工程において行われる、後に記述される工程の結果として、本発明による方法では、シリコン吸収体の別個の堆積（最新技術の処理工程７に対応する）は省くことができる。ここで、図２ａは、再結晶化工程５の前の、本発明による半導体層の組み合わせの図を示す。多層導電性中間層２又は対応する中間層構造２は、導電性シリコン基板１上に配置又は堆積されている。この中間層構造２は導電性であるが、特に非導電性にして（たとえば、ドープされたＳｉＯ_２）、高濃度にドープすることができ（この場合には、そのドーピングの結果として、ｎ型の電気伝導になるが、ｐ型の電気伝導にすることもできる）、この場合には１つの部分層を含む。中間層構造２の上には、基板の反対側に、（後の）シリコン吸収体層３が堆積される。この場合の上記吸収体層３は、或るドーピング（ここでは、多層中間層２と同様に、ｎ型のドーピングであるが、中間層構造２がｐ型のドーピングを有する場合には、ｐ型のドーピングにすることができる）を有し、それは、太陽電池吸収体の場合に最終的に生じるドーピングよりも低い。しかしながら、後の吸収体層３は、ドープされないこともできる（ここで、中間層に対してわずかに相補的であるドーピングも技術的に可能であり、再結晶化中に過剰ドープされる）。図２ｂでは、吸収体層の２つの部分（基板の反対側にあり、中間層構造に隣接する部分３ｂ、及び部分３ｂの中間層構造２とは反対側にあり、部分３ｂに隣接する部分３ａ）が示される。再結晶化工程後の内部への拡散によって、部分３ｂにおいて、高濃度にドープされたＢＳＦ層が形成された。後の吸収体３上に、キャッピング層４が堆積又は配置される（図２ａ）。この場合には、これは、多層キャッピング層又はキャッピング層構造（後に示される）である。

中間層構造の特徴は、以下のとおりである（これらの特徴は、後に示されるキャッピング層構造にも当てはまる）。

中間層構造２のドーパント源層内のドーパント濃度は通常、約１０^１８〜１０^２２原子／ｃｍ^３である。層構造２のバッファ層はドープされないことができるか、又は約１０^１８原子／ｃｍ^３までのドーパント濃度を有することができる。これらの値は、溶融又は再結晶化工程前に当てはまる。溶融又は再結晶化工程後に、ドーパント源層（これは、厳密に規定された割合のドーパントを有する上記の部分層に対応する）のための値は通常、＞１０^１６原子／ｃｍ^３である。そのドーパント分布は、急激に変化することもあるが、層断面にわたって（層平面に対して垂直に）その工程に合わせて徐々に変化することもできる。中間層構造２において用いられる層（供給源層及びバッファ層）の数は、再結晶化工程の要件に基づく。通常、それは２〜３層である。それにより、原則として、１つの層だけが供給源層として堆積される。それらの層厚は、その工程の熱の経路に応じて調整されなければならない。通常、１００〜１，０００ｎｍの桁の層厚が用いられる。層材料として、高い工程温度（最大で約１５００℃）において半導体純度を保持する全ての材料を用いることができる。したがって、Ｓｉ、Ｏ、Ｃ、Ｎ、Ｂ、Ｐ、Ａｌ、Ｇａ、Ｓｂ、Ａｓ及び／又はＩｎを含む化合物が用いられ、特にＳｉＯ_２、ＳｉＮ_ｘ（ｘは１以上の整数である）、ＳｉＣ、ＢＮ及び／又はＢＣが用いられる。

既に述べられたように、中間層構造２のドーピングは、場合によっては、吸収体層３のドーピングに対して相補的にすることもできる。

薄層太陽電池のためにＢＳＦ層が用いられる場合には、その層は、後の吸収体層の背面に、すなわち後の吸収体層の基板に面する側に導入され（しかしながら、別法では、後の吸収体層の前面、すなわち後の吸収体層の基板とは反対に面する側に導入することもできる）、Ｓｉ太陽電池の場合には、一般的に以下の値が用いられる。
・０．１〜５μｍの範囲内のＢＳＦ層の層厚（拡散プロファイルによって与えられる）。
・約１０^１７〜１０^２１原子／ｃｍ^３の範囲内のＢＳＦ層内のドーパント濃度。

しかしながら、その材料及び応用形態によって、これらの値は、上記の範囲外にすることもできる。

処理工程５、すなわち再結晶化工程では、以下のことが行われる。溶融部分工程中に、中間層構造２からドーパントが溶解され、後の吸収体層３の溶融物の中に或る程度均質に分布する。後の吸収体層３の溶融物が再凝固すると、このドーパントは、結果として形成される吸収体層内に取り込まれ、活性化される。ここで、そのドーパントは、後に活性吸収体層（又は太陽電池の基部）になる、この層の基本的なドーピングのために役立つ。後続の焼戻し及び冷却工程では、中間層構造２から、再形成された吸収体層３の中にさらに多くのドーパントが拡散する。吸収体層３の固体状態では、液相に比べて拡散速度が遅くなるので、ここで、ドーパントは、吸収体層３の背面（すなわち、中間層構造２に面した吸収体層３の表面）上に蓄積し、したがって、内部に拡散する結果として、層領域３ｂの中に、高濃度にドープされたＢＳＦ層を形成する。

再結晶化段階において、すなわち再結晶化工程における制御のために、以下のパラメータを利用することができる。

加熱容量、加熱容量の分布、供給量、加熱／冷却ランプ、焼戻し平坦域のレベル（すなわち温度）及び焼戻し時間。これら全てのパラメータは最終的には、ａ）シリコンが溶融される時間、及びｂ）経時的な温度推移に影響を与える。本発明による再結晶化工程は、５つの異なる段階によってさらに正確に記述することができる。

１．加熱及び保持段階（温度上昇のためのランプ）：
これは通常数分間続き、シリコンの場合の最終的な温度は通常９００℃〜１，３００℃の範囲内にある（他の材料の場合、材料に応じて、温度を変更しなければならない）。この段階中の制御パラメータは時間、温度推移、平坦域温度、平坦域時間及び／又はプロセスガス雰囲気である。

２．溶融段階：
ここでシリコン層の溶融が達成され、保持される。ゾーン溶融工程中に、加熱容量の分布、供給量、及び或る程度プロセスガス雰囲気も、加熱容量によって決定される。他の溶融方法の場合、それらのパラメータは異なるようにする、すなわち選択することができる。一般的な持続時間は、十分の数秒〜数十秒である。レーザ再結晶化又は電子ビーム再結晶化中には、その時間ははるかに（ナノ秒単位まで）短くなる。

３．再結晶化段階：溶融した層の再凝固
ＺＭＲ工程（ゾーン溶融再結晶化工程）中に、供給量、加熱容量及び加熱容量分布、エネルギー散逸（熱伝導、放射及び対流）、並びにエネルギー結合の方向も再結晶化を決定する。これは、再凝固中に生じる偏析のために重要である（後に説明される）。

４．焼戻し段階：
この段階では、温度及び焼戻し時間を調整することによってのみ、すなわち経時的な温度プロファイルによってのみ制御を行うことができる。ここで、ドーピングが導入され、結晶内の歪みの緩和が達成される。この段階における制御パラメータは、温度（複数可）、保持時間（複数可）及び／又は冷却速度（複数可）（ランプ）である。

５．冷却段階：
ここでは、基板構造の室温への冷却が達成される。ここでの制御用パラメータはランプ持続時間及びランプ形状である。詳細には、溶融段階及び再結晶段階は、所望の最終プロファイルが生成されるような拡散、溶解度及び偏析の相互作用において構成されなければならない。

それゆえ、本発明の核心は、活性吸収体層３ａのドーピング、同じく吸収体層３ａの再結晶化が高温の工程において同時に達成されるという事実、及びその直後に、同じ高温の工程において（段階３の終了時及び段階４中に）、ＢＳＦ層３ｂの製造が達成されるという事実にある。先に説明された処理工程の後に、放出体の拡散が達成され、キャッピング層構造４の除去、及びメタライゼーションの適用又は放出体コンタクト９の被着も達成される。

図２ｂは、本発明による方法で説明されるように製造される結晶性シリコン薄層太陽電池を示す。導電性シリコン基板１（下面にはベースコンタクト１０が被着されている）の上には、ベースコンタクトの反対側に位置する表面上に、導電性で、高濃度にドープされた中間層構造２が配置される。中間層構造２の基板の反対側の表面の上方、又はその上には、当該中間層構造に隣接して、内部に拡散され、高濃度にドープされたＢＳＦ層３ｂが配置される。その後、ＢＳＦ層の中間層の反対側の表面の上方、又はその上には、ＢＳＦ層に隣接して、標準的にドープされたシリコン吸収体層、すなわち太陽電池の実際の吸収体（参照符号３ａ）が配置される。吸収体層３ａの真上（そのＢＳＦ層と反対側にある表面上）の層配列の上端には、放出体層８を見出すことができる。その後、放出体層上には、吸収体の反対側にある表面上に、２つの放出体コンタクト９が配置される。

図２ａを参照すると、最新技術と比べて、試みられる変更の有利な拡張も見出すことができる。ドープされないキャッピング層の代わりに、少なくとも１つの部分層を含むキャッピング層構造４が、後の吸収体層３上に堆積される。このキャッピング層構造の少なくとも１つの部分層（例示される場合では、キャッピング層構造４はこの部分層を含む）は、吸収体層のドーパントに対して相補的である、或る割合のドーパントを有する（それゆえ、吸収体層がｐ型の電気伝導である場合には、ｎ型の電気伝導を生じ、その逆もある）。この場合には、ドーピングはＰ型の電気伝導を達成する。ここで、このキャッピング層構造４は、処理工程５中に以下のような役割を果たす。溶融部分工程において、ドーパントがキャッピング層構造４から溶解し、後の吸収体層３の溶融物内に或る程度均質に分布する。その溶融物の中に溶解するか、又はこの溶融物の内部に拡散するドーパントの量は、キャッピング層構造４の、後のシリコン吸収体層３に面して位置する、ドープされないか、又は低濃度にドープされる部分層によって制御することができる。処理工程５の凝固部分工程では、キャッピング層構造４からのドーパントの濃度は、偏析過程において後の吸収体層３内で調整される。

液相と固相との間の偏析（これは、熱平衡が存在する場合であっても、２つの隣接する層間に濃度差が生じる過程である。偏析は、たとえば、シリコン内に鉄の汚染物質がある場合に、凝固中に極端な程度まで生じる。固体シリコンの濃度は、液体状態内よりも１０^５倍だけ小さくすることができる）は、その層内の温度勾配、それゆえ凝固の方向を調整することによって制御することができる。偏析は、２つの異なる材料が互いに接する場合に生じる（たとえば、ＳｉＯ_２及びＳｉ）。その際、これは固体偏析と呼ばれ、熱平衡状態にある２つの固体層にわたって濃度勾配が維持されるという事実をもたらすことができる。本発明による方法では、固体偏析は、シリコン、又は吸収体層３との界面上で中間層構造２及び／又はキャッピング層構造４のための層材料を巧みに選択することによって利用することができる。

焼戻し工程では、多層キャッピング層４から現在の固体吸収体層３の中に、さらに多くのドーパントが拡散する。この固体拡散によって、吸収体層３に対して相補的にドープされ、太陽電池放出体又は放出体層８（図２ｂを参照）としての役割を果たす層が、シリコン層の表面上に形成される。

吸収体層内の第３のドーパントの濃度（第３のドーパントはキャッピング層構造４のドープされた部分層から吸収体層３の中に拡散するドーパントである）は通常、溶融又は再結晶化工程前のシリコンの場合、０原子／ｃｍ^３（ドープされない）〜約１０^１８原子／ｃｍ^３であり、溶融又は再結晶化工程後には、約１０^１７〜１０^２２原子／ｃｍ^３であり、３×１０^１８〜２×１０^２１原子／ｃｍ^３であることが好ましい。低濃度にドープされた吸収体層内、又は吸収体層３の低濃度にドープされた領域内のドーパントの濃度は、溶融又は再結晶化工程前で、０原子／ｃｍ^３（ドープされない）〜約１０^１７原子／ｃｍ^３である。溶融又は再結晶化工程後の対応する濃度は、約１０^１４〜１０^１９原子／ｃｍ^３である。太陽電池の場合、１０^１６〜５×１０^１７原子／ｃｍ^３のドーパント濃度（溶融後）が最適である。

先に説明されたように、多層キャッピング層構造４が用いられる場合には、本発明による製造工程の事例では、ｐｎ遷移又は放出体層８の別個の形成は同じように不要であり（最新技術における処理工程８）、すなわちｐｎ遷移の形成は同じように、ＢＳＦ層の形成が達成される高温の工程において達成することができる。多層キャッピング層４を除去した直後に、太陽電池のメタライゼーションを開始することができる。

しかしながら、代替形態として、従来のキャッピング層４を用いることもでき、最新技術の処理工程８と同じようにしてｐｎ遷移を形成することができる（吸収体層３内に存在するドーピング層に対して相補的であるドーパントを添加された供給源層を印刷、噴霧又は堆積することによる。このドーパントは焼戻しによって活性吸収体層３の中に、後に又は同時に導入される）。

オプションでは、基板の反対側にある表面上又は放出体面上で放出体／吸収体層３、８をさらに再結晶化することによって、液体シリコンの厚みを厳密に調整しながら、吸収体の厚みより薄い厚みを有する放出体層を形成することができる。そのような放出体層は典型的には、約１μｍの範囲の厚みを有する。

それゆえ、本発明の不可欠な態様は、ベース層に隣接するドープされた層構造からの拡散によって、溶融段階においてベース層又は吸収体層にドーピングし、このドーピングと同時に吸収体層の再結晶化を達成し、供給源層からの拡散によってＢＳＦ層を形成することである。したがって、説明された工程は、ただ１つの高温の工程において達成される。

吸収体層のドーピングの制御は、再結晶化速度、さらには前又は後に行われる加熱工程、冷却工程及び焼戻し工程を適合させることによって行うことができる。しかしながら、吸収体層のドーピングの制御は、多層構造、すなわち多層キャッピング層構造及び／又は中間層多層構造を（用いられる部分層の数及び／又はタイプ、そのドーパント含有量及びその厚みに関して）適合させることによって達成することもできる。

現在の最新技術に基づく方法による結晶性シリコン薄層太陽電池の製造を示す概略図である。本発明に基づく方法による結晶性シリコン薄層太陽電池の製造を示す概略図である。

Claims

電子部品及び太陽電池のためのドープされた半導体層構造を製造するための方法であって、
第１の工程において、基板ベース層（１）が製造され、
第２の工程において、該基板ベース層（１）上に、少なくとも１つの部分層を含む中間層構造（２）が堆積され、該中間層構造（２）の該部分層のうちの少なくとも１つは、第１の濃度で第１のドーパントを添加され、
第３の工程において、ドープされないか、又は第２の濃度で第２のドーパントをドープされる吸収体層（３）が前記中間層構造（２）の上に堆積され、
再結晶化工程において、前記吸収体層（３）が加熱され、溶融状態にされて、その後、凝固させるために冷却され、
前記再結晶化工程は、加熱、冷却及び焼戻しを生じさせることを含み、
前記再結晶化工程の前記加熱において、前記吸収体層（３）を溶融させて前記中間層構造（２）から前記第１のドーパントを溶融状態の前記吸収体層（３）の中に拡散し、
前記再結晶化工程の前記冷却において、前記吸収体層（３）を再凝固させ、
前記再結晶化工程の前記焼戻しにおいて、前記中間層構造（２）から前記第１のドーパントを固体状態の前記吸収体層（３）の中に拡散し、前記基板ベース（１）に面する前記吸収体層（３）の一部の中に、ＢＳＦ層（背面電界）を形成することを特徴とする、
電子部品及び太陽電池のためのドープされた半導体層構造を製造するための方法。
前記第３の工程の後に、且つ前記再結晶化工程の前に、ドープされないキャッピング層構造（４）が前記吸収体層（３）上に被着されることを特徴とし、該キャッピング層構造（４）は前記再結晶化工程の後に再び除去されることを特徴とする、請求項１に記載の電子部品及び太陽電池のためのドープされた半導体層構造を製造するための方法。
前記第３の工程の後に、且つ前記再結晶化工程の前に、少なくとも１つの部分層を含むキャッピング層構造（４）が前記吸収体層（３）上に被着され、該キャッピング層構造（４）の該部分層のうちの少なくとも１つは、第３の濃度で第３のドーパントを添加されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の電子部品及び太陽電池のためのドープされた半導体層構造を製造するための方法。
前記キャッピング層構造（４）は、前記再結晶化工程の後に再び除去されることを特徴とする、請求項３に記載の電子部品及び太陽電池のためのドープされた半導体層構造を製造するための方法。
前記半導体層構造の前記基板の反対側にある表面上に、ｐｎ遷移又は放出体層が形成されることを特徴とし、前記吸収体層（３）が溶融されるときに、且つ／又は該吸収体層（３）が再凝固しているときに、且つ／又は該吸収体層（３）が凝固した後に、前記第３のドーパントが前記キャッピング層構造（４）から前記吸収体層（３）の中に拡散するように、前記再結晶化工程が制御されるか、又は前記吸収体層（３）が加熱され、冷却され、焼き戻されることを特徴とする、請求項３又は４に記載の電子部品及び太陽電池のためのドープされた半導体層構造を製造するための方法。
内部に拡散される第３のドーパントの量は、前記吸収体層（３）に面する側に配置され、ドープされないか、又は低濃度にドープされる、前記キャッピング層構造（４）の部分層の助けによって制御されることを特徴とする、請求項５に記載の電子部品及び太陽電池のためのドープされた半導体層構造を製造するための方法。
前記吸収体層（３）が凝固しているとき、且つ／又は凝固した後に、前記吸収体層（３）の中に拡散する前記第３のドーパントの量及び／又は前記第１のドーパントの量は偏析過程によって調整されることを特徴とする、請求項５又は６に記載の電子部品及び太陽電池のためのドープされた半導体層構造を製造するための方法。
前記基板の反対側にあるか、又は該基板に面する側にある、前記半導体層構造の表面又は前記吸収体層（３）の表面上に、ｐｎ遷移又は放出体層が形成されることを特徴とし、前記第１のドーパント及び前記第２のドーパントに対して相補的である第３のドーパントが前記吸収体層（３）の中に導入されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の電子部品及び太陽電池のためのドープされた半導体層構造を製造するための方法。
前記第２のドーパントは前記第１のドーパントに対して相補的であることを特徴とするか、又は該第２のドーパントは該第１のドーパントに対して相補的でないことを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載の電子部品及び太陽電池のためのドープされた半導体層構造を製造するための方法。
前記第１のドーパント及び前記第２のドーパントは同じであ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電子部品及び太陽電池のためのドープされた半導体層構造を製造するための方法。
前記第３のドーパントは前記第２のドーパントに対して相補的であることを特徴とするか、又は該第３のドーパントは該第２のドーパントに対して相補的でないことを特徴とする、請求項３から７のいずれか一項に記載の電子部品及び太陽電池のためのドープされた半導体層構造を製造するための方法。
前記第２のドーパント及び前記第３のドーパントは同じであることを特徴とする、請求項３、４、５、６、７及び１１のいずれか一項に記載の電子部品及び太陽電池のためのドープされた半導体層構造を製造するための方法。
前記第２のドーパントは前記第１のドーパント及び前記第３のドーパントに対して相補的であることを特徴とするか、又は該第１のドーパントは該第２のドーパント及び該第３のドーパントに対して相補的であることを特徴とするか、又は該第３のドーパントは該第１のドーパント及び該第２のドーパントに対して相補的であることを特徴とする、請求項３、４、５、６，７、１１及び１２のいずれか一項に記載の電子部品及び太陽電池のためのドープされた半導体層構造を製造するための方法。
相補的なドーピングが前記再結晶化工程において過剰ドープされるように、前記吸収体層（３）は前記中間層構造（２）に対して相補的にドープされ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電子部品及び太陽電池のためのドープされた半導体層構造を製造するための方法。
前記中間層構造（２）の部分層のうちの少なくとも１つの層厚は、１０ｎｍより厚く且つ／もしくは１０，０００ｎｍより薄いことを特徴とし、且つ／又は該中間層構造はＳｉ、Ｏ、Ｃ、Ｎ、Ｂ、Ｐ、Ａｌ、Ｇａ、Ｓｂ、Ａｓ及び／もしくはＩｎの化合物を含むことを特徴とし、且つ／又は該中間層構造（２）は導電性であることを特徴とする、請求項１から１４のいずれか一項に記載の電子部品及び太陽電池のためのドープされた半導体層構造を製造するための方法。
前記キャッピング層構造（４）の部分層のうちの少なくとも１つの層厚は、１０ｎｍより厚く且つ／もしくは１０，０００ｎｍより薄いことを特徴とし、且つ／又は該キャッピング層構造はＳｉ、Ｏ、Ｃ、Ｎ、Ｂ、Ｐ、Ａｌ、Ｇａ、Ｓｂ、Ａｓ及び／もしくはＩｎの化合物を含むことを特徴とする、請求項２、３、４、５、６、７、１１、１２及び１３のいずれか一項に記載の電子部品及び太陽電池のためのドープされた半導体層構造を製造するための方法。
加熱容量、及び／又は該加熱容量の分布、及び／又は供給量、及び／又は少なくとも１つの加熱ランプ、及び／又は少なくとも１つの冷却ランプ、及び／又は焼戻し平坦域（tempering plateau）の温度、及び／又は焼戻し時間を介して制御が行われることを特徴とする、請求項１から１６のいずれか一項に記載の電子部品及び太陽電池のためのドープされた半導体層構造を製造するための方法。
温度及び／又は焼戻し時間を介して、又は経時的な温度プロファイルによって制御が行われることを特徴とする、請求項１から１７のいずれか一項に記載の電子部品及び太陽電池のためのドープされた半導体層構造を製造するための方法。
前記吸収体層（３）内の温度勾配、及び／又は前記キャッピング層構造（４）内の温度勾配、及び／又は該吸収体層（３）と該キャッピング層構造（４）との間の温度勾配に関して制御が達成されることを特徴とする、請求項２から７、１１から１３および１６のいずれか一項に記載の電子部品及び太陽電池のためのドープされた半導体層構造を製造するための方法。
前記ｐｎ遷移又は前記放出体層が形成されることを特徴とし、前記第３のドーパントを添加される供給源層が、前記吸収体層（３）に被着されるか、該吸収体層（３）上に印刷、噴霧、又は堆積され、その後、又はそれと同時に、前記第３のドーパントは焼戻しによって前記吸収体層（３）の中に導入されることを特徴とする、請求項５から８のいずれか一項に記載の電子部品及び太陽電池のためのドープされた半導体層構造を製造するための方法。
前記第２の濃度は、前記製造するための方法の終了後に前記吸収体層（３）において達成されるべきドーパント濃度以下になるように選択されることを特徴とする、請求項１から２０のいずれか一項に記載の電子部品及び太陽電池のためのドープされた半導体層構造を製造するための方法。
前記吸収体層（３）の前記ドープは、再結晶化速度及び／又は再結晶化温度を介して制御されることを特徴とする、請求項１から２１のいずれか一項に記載の電子部品及び太陽電池のためのドープされた半導体層構造を製造するための方法。
前記吸収体層（３）の前記ドープは、前記キャッピング層構造（４）及び／又は前記中間層構造（２）の個々の層の数、厚み及び／又はドーパント含量を介して制御されることを特徴とする、請求項２から７、１１から１３、１６、および１９のいずれか一項に記載の電子部品及び太陽電池のためのドープされた半導体層構造を製造するための方法。
付加的な再結晶化工程の結果として、前記吸収体層（３）は、所定の厚み領域において、前記基板の反対側において溶融されることを特徴とする、請求項１から２３のいずれか一項に記載の電子部品及び太陽電池のためのドープされた半導体層構造を製造するための方法。
前記溶融される厚み領域は、前記吸収体層（３）の厚みより薄いことを特徴とし、且つ／又は放出体層が０．１μｍより厚く且つ／もしくは１０μｍより薄い厚みで形成されることを特徴とする、請求項２４に記載の電子部品及び太陽電池のためのドープされた半導体層構造を製造するための方法。
前記再結晶化工程もしくは前記溶融の前の前記吸収体層（３）内の前記第３のドーパントの濃度は、０原子／ｃｍ^３より高く且つ／もしくは１０^１８原子／ｃｍ^３より低いことを特徴とし、且つ／又は該再結晶化工程もしくは該溶融の後の該濃度は、１０^１６原子／ｃｍ^３より高く且つ／もしくは１０^２３原子／ｃｍ^３より低いことを特徴とする、請求項３から７、１１、１２、および２０のいずれか一項に記載の電子部品及び太陽電池のためのドープされた半導体層構造を製造するための方法。
前記再結晶化工程もしくは前記溶融の前の前記中間層構造（２）内の前記第１のドーパントの濃度は、０原子／ｃｍ^３より高く且つ／もしくは１０^２３原子／ｃｍ^３より低いことを特徴とし、且つ／又は該再結晶化工程もしくは該溶融の後の該濃度は、１０^１６原子／ｃｍ^３より高いことを特徴とする、請求項１から２６のいずれか一項に記載の電子部品及び太陽電池のためのドープされた半導体層構造を製造するための方法。
前記再結晶化工程もしくは前記溶融の前の前記吸収体層（３）内の前記第２のドーパントの濃度は、０原子／ｃｍ^３より高く且つ／もしくは１０^１７原子／ｃｍ^３より低いことを特徴とし、且つ／又は該再結晶化工程もしくは該溶融の後の該濃度は、１０^１４原子／ｃｍ^３より高く且つ／もしくは１０^１９原子／ｃｍ^３より低いことを特徴とする、請求項１から２７のいずれか一項に記載の電子部品及び太陽電池のためのドープされた半導体層構造を製造するための方法。
前記第１のドーパント及び前記第２のドーパントはｎ型の電気伝導を生じる（ｎ^＋ｎｐ構造）ことを特徴とし、且つ前記第３のドーパントはｐ型の電気伝導を生じることを特徴とし、又はその逆に該第１のドーパント及び該第２のドーパントはｐ型の電気伝導を生じることを特徴とし、且つ該第３のドーパントはｎ型の電気伝導を生じる（ｐ^＋ｐｎ構造）ことを特徴とし、又は該第１のドーパント及び該第３のドーパントはｎ型の電気伝導を生じることを特徴とし、且つ該第２のドーパントはｐ型の電気伝導を生じる（ｎｐｎ構造）ことを特徴とし、又はその逆である（ｐｎｐ構造）ことを特徴とし、又は該第２のドーパント及び該第３のドーパントはｎ型の電気伝導を生じることを特徴とし、且つ該第１のドーパントはｐ型の電気伝導を生じる（ｐｎｎ^＋構造）か、又はその逆である（ｎｐｐ^＋構造）ことを特徴とする、請求項３から７、１１、１２、２０、および２６のいずれか一項に記載の電子部品及び太陽電池のためのドープされた半導体層構造を製造するための方法。
前記基板ベース層（１）上及び／又は前記吸収体層（３）上に金属コンタクト層が被着されるか又はメタライゼーションが適用されることを特徴とする、請求項１から２９のいずれか一項に記載の電子部品及び太陽電池のためのドープされた半導体層構造を製造するための方法。
前記放出体層上に放出体コンタクトが被着されることを特徴とする、請求項５から８、２０、および２５のいずれか一項に記載の電子部品及び太陽電池のためのドープされた半導体層構造を製造するための方法。
前記基板ベース層（１）及び／又は前記吸収体層（３）はシリコン（Ｓｉ）を含み、且つ／又は導電性であることを特徴とする、請求項１から３１のいずれか一項に記載の電子部品及び太陽電池のためのドープされた半導体層構造を製造するための方法。
前記キャッピング層（４）又は前記キャッピング層構造（４）は堆積又は熱酸化によって形成されることを特徴とする、請求項２から７、１１から１３、１６、１９、および２４のいずれか一項に記載の電子部品及び太陽電池のためのドープされた半導体層構造を製造するための方法。
電子部品の製造の分野における、又は薄層太陽電池を製造するための、又はその分野における、請求項１から３３のいずれか一項に記載の製造方法。