JP6203271B2 - 酸素イオン注入を用いる太陽電池におけるスペーサー形成 - Google Patents

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Description

本明細書において説明される主題についての実施形態は、概して太陽電池に関し、より具体的であるが限定することなく、太陽電池構造に関する。
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周知のデバイスである。この様な太陽電池は、半導体加工技術を用いて半導体ウェハー上に製造することができる。一般的に、太陽電池はシリコン基板にｎ型及びｐ型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。太陽電池に太陽放射が当たると電子正孔対が生成され、これらの電子正孔対が拡散領域に移動することにより、拡散領域同士の間に電位差を生じさせる。バックコンタクト型太陽電池において、拡散領域及びそれらに結合した金属グリッドの両方は、太陽電池の裏面にある。金属グリッドは、外部電気回路が太陽電池に結合して、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、太陽電池の発電性能に直接関係するので、太陽電池の重要な特性である。したがって、太陽電池の効率を増大させるための技術が概して望まれる。本発明の実施形態は、従来の太陽電池と比較した効率及び製造コストの両方の優位を可能にする改善されたバックコンタクト型電池構造であると当業者が認めるであろう。
一実施形態において、太陽電池は、ベース、及び裏側に形成されたエミッタ拡散領域を有する。エミッタ拡散領域は、太陽電池の中に少数の電荷担体を収集するように構成される一方で、ベース拡散領域は、多数の電荷担体を収集するように構成されている。ベース拡散領域は、エミッタ拡散領域を分離する連続領域であってもよい。エミッタ拡散領域のそれぞれは、エミッタ拡散領域の縁から延在しているスペーサー領域によって、連続したベース拡散領域から更に分離されてもよい。このスペーサー領域は、ベースとエミッタ拡散領域との接合部における空間電荷再結合損失を減少させることによって太陽電池効率を増大させる高抵抗領域であってもよい。
この概要は、以下の詳細な説明において更に説明される概念のいくつかを、単純な形で紹介するために提供するものである。この概要は、特許請求対象の主要な特徴又は必須の特徴を特定することを意図しておらず、また特許請求対象の範囲を決定する際の補助として使用されることも意図していない。
より完全な本主題の理解は、発明を実施するための形態、及び特許請求の範囲を、以下の図面と併せて考察し、参照することによって導き出すことができ、同様の参照番号は、図面全体を通して同様の要素を指す。
本発明の第一の実施形態にしたがって、酸素注入領域を伴うシリコンウエハーを有するバックコンタクト型太陽電池を生成するためのプロセスを示している。 本発明の第一の実施形態にしたがって、酸素注入領域を伴うシリコンウエハーを有するバックコンタクト型太陽電池を生成するためのプロセスを示している。 本発明の第一の実施形態にしたがって、酸素注入領域を伴うシリコンウエハーを有するバックコンタクト型太陽電池を生成するためのプロセスを示している。 本発明の第一の実施形態にしたがって、酸素注入領域を伴うシリコンウエハーを有するバックコンタクト型太陽電池を生成するためのプロセスを示している。 本発明の第一の実施形態にしたがって、酸素注入領域を伴うシリコンウエハーを有するバックコンタクト型太陽電池を生成するためのプロセスを示している。 本発明の第一の実施形態にしたがって、酸素注入領域を伴うシリコンウエハーを有するバックコンタクト型太陽電池を生成するためのプロセスを示している。 本発明の第一の実施形態にしたがって、酸素注入領域を伴うシリコンウエハーを有するバックコンタクト型太陽電池を生成するためのプロセスを示している。 本発明の第一の実施形態にしたがって、酸素注入領域を伴うシリコンウエハーを有するバックコンタクト型太陽電池を生成するためのプロセスを示している。 本発明の第一の実施形態にしたがって、酸素注入領域を伴うシリコンウエハーを有するバックコンタクト型太陽電池を生成するためのプロセスを示している。
酸素注入領域を有するシリコン基板を伴うバックコンタクト型太陽電池を生成するためのプロセスを示しているフローチャートである。
本発明の別の実施形態にしたがって、イオン注入抵抗領域を有するシリコン基板を伴うバックコンタクト型太陽電池を生成する別のプロセスを示している。 本発明の別の実施形態にしたがって、イオン注入抵抗領域を有するシリコン基板を伴うバックコンタクト型太陽電池を生成する別のプロセスを示している。 本発明の別の実施形態にしたがって、イオン注入抵抗領域を有するシリコン基板を伴うバックコンタクト型太陽電池を生成する別のプロセスを示している。 本発明の別の実施形態にしたがって、イオン注入抵抗領域を有するシリコン基板を伴うバックコンタクト型太陽電池を生成する別のプロセスを示している。 本発明の別の実施形態にしたがって、イオン注入抵抗領域を有するシリコン基板を伴うバックコンタクト型太陽電池を生成する別のプロセスを示している。 本発明の別の実施形態にしたがって、イオン注入抵抗領域を有するシリコン基板を伴うバックコンタクト型太陽電池を生成する別のプロセスを示している。 本発明の別の実施形態にしたがって、イオン注入抵抗領域を有するシリコン基板を伴うバックコンタクト型太陽電池を生成する別のプロセスを示している。 本発明の別の実施形態にしたがって、イオン注入抵抗領域を有するシリコン基板を伴うバックコンタクト型太陽電池を生成する別のプロセスを示している。 本発明の別の実施形態にしたがって、イオン注入抵抗領域を有するシリコン基板を伴うバックコンタクト型太陽電池を生成する別のプロセスを示している。 本発明の別の実施形態にしたがって、イオン注入抵抗領域を有するシリコン基板を伴うバックコンタクト型太陽電池を生成する別のプロセスを示している。
イオン注入抵抗領域を有するシリコン基板を伴うバックコンタクト型太陽電池を生成するプロセスを示しているフローチャートである。
ポリシリコン層の中に抵抗スペーサー領域を伴う太陽電池の別の実施形態を図示している。 ポリシリコン層の中に抵抗スペーサー領域を伴う太陽電池の別の実施形態を図示している。 ポリシリコン層の中に抵抗スペーサー領域を伴う太陽電池の別の実施形態を図示している。 ポリシリコン層の中に抵抗スペーサー領域を伴う太陽電池の別の実施形態を図示している。 ポリシリコン層の中に抵抗スペーサー領域を伴う太陽電池の別の実施形態を図示している。 ポリシリコン層の中に抵抗スペーサー領域を伴う太陽電池の別の実施形態を図示している。
図２２〜２７に示されている実施形態にしたがって、抵抗スペーサー領域を伴う太陽電池を生成するためのプロセスを示しているフローチャートである。
抵抗スペーサー領域を伴う太陽電池の別の実施形態を示している。 抵抗スペーサー領域を伴う太陽電池の別の実施形態を示している。 抵抗スペーサー領域を伴う太陽電池の別の実施形態を示している。 抵抗スペーサー領域を伴う太陽電池の別の実施形態を示している。 抵抗スペーサー領域を伴う太陽電池の別の実施形態を示している。
図２９〜３３に示されている実施形態にしたがって、抵抗スペーサー領域を伴う太陽電池を生成するプロセスを示しているフローチャートである。
以下の詳細な説明は、本質的には、単なる例示に過ぎず、本主題の実施形態、又はそのような実施形態の応用及び用途を限定することを意図するものではない。本発明の実施形態についての完全な理解を提供するために、構造及び製作工程の例のような、多数の具体的な詳細が提供される。しかしながら、当業者であれば、本発明はこれらの具体的な詳細のうちの１または複数を欠いたとしても実施できることが理解されよう。他の実例では、本発明の態様を不明瞭にすることを避けるために、周知の詳細については図示又は説明をしていない。議論は、一定の縮尺では描かれていない図に示されている特徴に基づいている。特定の特徴が、より広い概念を図示するために誇張され、他の特徴に対する割合を表してはいない。
「連結された」−次の説明は、「連結された」素子又は機構について言及する。本明細書で使用する場合、明示的に別段の定めがある場合を除き、「結合された」は、ある素子／ノード／機構が、別の素子／ノード／機構に直接的又は非直接的に連結される（又は直接的若しくは非直接的にこれらと連絡する）ことを意味し、それは必ずしも機械的である必要はない。電気的接続又は電気伝導とは、本明細書に記述されている要素同士または特徴同士の間の結合の１つの型式である。したがって、図に示した概略図は素子の一例示的配置を表現しているが、追加的な介在素子、装置、機構、又は構成要素が、表現された対象の一実施形態内に存在することもあり得る。
「調整する」−一部の素子、構成要素、及び／又は機構は、調整可能又は調整済みとして記載する。本明細書で使用する場合、明示的に別段の定めがある場合を除き、「調整する」は、素子若しくは構成要素、又はそれらの一部を状況及び実施形態に好適なように位置させる、修正する、改変する、又は配設することを意味する。場合によっては、素子若しくは構成要素、又はそれらの一部は、現状で実施形態に適切であるか、望ましい場合、調整の結果として変わらない位置、状態、及び／又は状況のままであってよい。場合によっては、素子若しくは要素又は構成要素は、適切であるか、望ましい場合、調節の結果として新しい位置、状態、及び／又は状況に改変、変更、又は修正されてもよい。
「抑制する」−本明細書で使用する場合、「抑制する」は、影響の低減又は最小化を表すために用いる。構成要素又は機構が、作用、動作、又は状況の抑制と記載される場合、これらの構成要素又は機構は完全に、結果、又は効果、又は将来の状態が起こらないように完全に阻止してもよい。更に、「抑制する」はまた、そうでなければ発生したであろう効果、性能、及び／又は影響を低減する又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、又は機構について結果若しくは状態を抑制すると述べる場合、これらの構成要素、素子、又は機構は必ずしも結果若しくは状態を完全に阻止したり、排除したりするものではない。
太陽電池が開示される。太陽電池は、通常動作中、太陽に向いている表面と、太陽から離れる方を向いている裏面とを有する。太陽電池は、シリコン基板と、基板の裏側にドープポリシリコンの領域を伴う第一のポリシリコン層とを備えている。太陽電池は、また、シリコン基板の裏側にドープポリシリコンの第二の領域を伴う第二のポリシリコン層を備えている。第二のポリシリコン層は、少なくとも部分的にドープポリシリコンの領域を覆っている。太陽電池は、また、第一のポリシリコン層の中に配設された抵抗領域を備えている。抵抗領域は、ドープポリシリコンの第二の領域の縁から延在している。抵抗領域は、第一のポリシリコン層への酸素のイオン注入によって形成されることできる。
太陽電池の別の実施形態が開示される。太陽電池は、通常動作中、太陽に向いている表面と、太陽から離れる方を向いている裏面とを有する。太陽電池は、表面及び裏面を有するシリコン基板と、シリコン基板の裏面に形成された第一のドープポリシリコン領域と、シリコン基板の裏面に形成され、第一のドープポリシリコン領域と第二のドープポリシリコン領域とは反対極性である、第二のドープポリシリコン領域と、シリコン基板の裏面並びに第一のドープポリシリコン領域及び第二のドープポリシリコン領域の各々の下に形成された第一の誘電体層と、第一のドープポリシリコン領域と第二のドープポリシリコン領域との間であって、特定量の酸素濃度を有する、抵抗領域と、第二のドープポリシリコン領域を覆って配設され、少なくとも第二のドープポリシリコン領域に電気的に接続されている、第一の金属グリッドと、第一の金属グリッドと第二のドープポリシリコン領域との間であって、少なくとも１つのコンタクトホールを通して第二のドープポリシリコン領域に電気的に接続されている、第二の誘電体層と、第一のドープポリシリコン領域に電気的に接続されている第二の金属グリッドであって、第一の金属グリッドと第二の金属グリッドとは、太陽電池の裏面に形成されている、第二の金属グリッドと、を備えることができる。
太陽電池の別の実施形態が開示される。太陽電池は、通常動作中、太陽に向いている表面と、太陽から離れる方を向いている裏面とを有する。太陽電池は、表面及び裏面を有するシリコン基板と、シリコン基板の裏面に形成された第一のドープポリシリコン領域と、シリコン基板の裏面に形成された第二のドープポリシリコン領域であって、第一のドープポリシリコン領域と第二のドープポリシリコン領域とは反対極性である、第二のドープポリシリコン領域と、第一のドープポリシリコン領域と第二のドープポリシリコン領域との間に少なくとも部分的に延在し、少なくとも特定量の酸素濃度を有する、抵抗領域と、を備える。
バックコンタクト型太陽電池１００の断面が図１に示されている。この文書を通して図示されている構造は、説明目的だけのものであり、一定の縮尺のものではない。太陽電池１００は、テクスチャー付与表面１１４と、抵抗スペーサー領域１２４によって分離されたｐ型拡散領域及びｎ型拡散領域１２０、１２２と、ｐ型拡散領域及びｎ型拡散領域１２０、１２２に電気的に接続されている金属グリッド１９０、１９２とを有するシリコン基板１１０に形成されている。太陽電池１００は、通常動作中、表面１０２が太陽に向くように設計されている。裏面１０４は、太陽から離れる方に向けられている。太陽電池１００は、ｐ型拡散領域１２０とｎ型拡散領域１２２との間に電位差を生じさせて、接続された金属グリッド１９０、１９２に電流を流す。抵抗スペーサー領域１２４は、ｐ型拡散領域１２０とｎ型拡散領域１２２との間のシリコン基板１１０における電荷再結合を防止する。
太陽電池１００の表面１０２に、反射防止コーティング（ＡＲＣ）１１８が酸化物１１６の保護層を覆って配設される。ＡＲＣ１１８は、窒化ケイ素のような誘電体材料から構成することができる。表面拡散領域１１２は、シリコン基板１１０のテクスチャー付与表面１１４の下に形成することができる。表面拡散領域１１２は、表面１０２の不動態化の質を改善し、太陽電池１００の変換効率を改善することができる。
シリコン基板１１０は、ｎ型又はｐ型シリコン基板を有することができる。単結晶ｎ型シリコン基板が説明目的のために使用され、本説明の全体にわたって使用されるが、シリコン基板１１０は、ｐ型単結晶、アモルファスシリコン、多結晶シリコン、導電性ポリマー、エピタキシャル成長を含む任意の数のプロセスによって形成された薄膜シリコン、又は所望の任意の他の基板とすることができる。ドーパント及び拡散領域１２０、１２２の極性は、ｐ型基板が使用される場合、変更することができる。シリコン基板１１０は、２５マイクロメートル（ミクロン）から２００ミクロンまでの、又はそれを上回る任意の所望の厚さとすることができる。
図２に示されているように、シリコン基板１１０は、太陽電池１００を作製する図示されているプロセスのための出発材料である。シリコン基板１１０は、ｎ型単結晶シリコンインゴットからスライスウェハーとして形成することができる。ダメージエッチングプロセス工程は、太陽電池１００の形成の前にシリコン基板１１０において実行することができる。ダメージエッチングプロセス工程は、完成されたデバイスの内部再結合度を改善することができる。内部再結合度（ＢＲＲ）は、シリコン基板１１０の内部での電子正孔対の崩壊を指し、これは、太陽電池１００のｐ型及びｎ型拡散領域１２０、１２２に生成された電位差を減少させる。ダメージエッチングプロセス工程は、シリコン基板１１０の表面から混入物を除去する湿式エッチングプロセスとすることができる。
図２に示されているプロセスにおいて、ホウケイ酸塩ガラス（ＢＳＧ）層１３０がシリコン基板１１０の裏面に形成される。図示されている太陽電池１００は、バックコンタクト型太陽電池の実施形態であるので、記述されている加工工程は、シリコン基板１１０の裏面１０４において生じる。ＢＳＧ層１３０は、化学気相成長（ＣＶＤ）のように堆積（deposition）によって形成することができる。本説明全体を通して、図１〜９に示されている実施形態に対するだけでなく、本明細書において説明されている任意の実施形態に対して、ＣＶＤプロセスに参照がなされるとき、大気圧ＣＶＤ（ＡＰＣＶＤ）、プラズマ強化ＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）、超低真空ＣＶＤ（ＵＬＶＣＶＤ）、レーザー強化ＣＶＤ（ＬＥＣＶＤ）、又はＣＶＤの任意の他の変形を含む任意の所望のＣＶＤ技術が、堆積のために使用することができると理解されたい。ＣＶＤのいくつかの実施形態において、ＢＳＧ層１３０は、気相反応物ジボラン、シラン、及び酸素の生成物のようなドープ酸化物から形成することができる。ＣＶＤ技術に加えて、スピンコーティング、スクリーン印刷、インクジェット印刷、スパッタリング、又はエアロゾルジェット堆積のような工業用印刷に関連する他の形成方法もまた、ＢＳＧ層、又は以下で説明される任意の他の形成層を形成するために使用することができる。
図示されている実施形態において、ＢＳＧ層１３０は、ｐ型ドープ酸化物である。非ドープ酸化物層は、気相反応物シラン及び酸素の生成物として、ＢＳＧ層１３０の上に続いて形成することができる。非ドープ酸化物層、又はキャッピング層は、続く熱工程中、ＢＳＧ層１３０からシリコン基板１１０の周囲構造及び露出領域までドーパントが拡散することを抑制する。ＢＳＧ層１３０及び被覆非ドープ酸化物層は、同一のプロセスツールの中で連続的に形成することができる。更に、類似のキャッピング層が、本明細書で説明されたプロセスを通して他の形成ドーパント源領域を覆って形成することができる。全てのそのようなキャッピング層は、描写を明瞭にするために省略されている。
ＢＳＧ層１３０は、実質的におよそ４０ｎｍの一様な厚さに形成することができるが、その厚さは、プロセスツールが形成可能な薄い厚さから所望の厚い厚さまでの実施形態の間で変化することができる。ホウ素は、ｐ型拡散領域を形成するために、本説明を通してドーパントとして使用される。ｐ型ドープシリコン領域が直接書込み又はナノ粒子ルプロセスによって形成されるようないくつかの実施形態においては、他のｐ型ドーパントを使用することができ、又は非ＢＳＧホウ素を使用することができる。同じく、ＰＳＧがｎ型ドープシリコンの形成に使用することが説明されているが、燐以外の他のドーパントが同様に使用することができる。
図３は、パターニングマスク層１４０がＢＳＧ層１３０を覆って形成される、太陽電池１００を製作する次の工程を図示している。マスク層１４０は、ポリマー及び誘電体並びにそれらの任意の組合せのようなアルカリレジスト材料を含むことができるが、任意の他の望ましい材料を使用することができる。マスク層１４０は、スクリーン印刷、インクジェット印刷、又は任意の工業用印刷技術によって形成することができる。スクリーン印刷されたマスク層、例えばマスク層１４０は、ＢＳＧ層１３０上の将来の堆積のための開口によってパターン形成することができる。マスク層１４０のパターンは、実施形態間で変化することができる。一実施形態において、マスク層１４０は、ＢＳＧ層１３０の中のドーパントから形成されたエミッタ領域における将来のドットベース拡散領域を可能にするためのドットホールのパターンを有することができ、例えば、同一出願人による米国特許第８，００８，５７５号（これは、全体が参照されることによって本明細書において援用される）に記載されている技術を含んでもよい。
図４を参照すると、基板は、マスク層１４０によってパターン形成されるようにエッチングされて、ＢＳＧ層１３０の部分を除去する。エッチング液は、シリコン基板１１０の残部をエッチングしないように選択することができる。使用可能なエッチング液のひとつは、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）との混合状態の水酸化カリウムであるが、他の湿式又は乾式のエッチング液が必要に応じて使用することができる。いくつかの実施形態において、ＢＳＧ層１３０は、図４においてエッチングによって生成されるパターンに形成されることができ、それにより、マスクとエッチングの工程に対する必要性を排除する。例えば、パターン形成ＢＳＧ層１３０は、スクリーン印刷又はインクジェット印刷によって形成することができる。他の実施形態において、図２のＢＳＧ層１３０全体は、レーザーアブレーションによるようにエッチングを用いずにパターン形成することができる。
図５を参照すると、太陽電池１００は、電位差がｎ型拡散領域とｐ型拡散領域との間に生成されるときに機能するので、拡散領域同士の間の電位差を増大させることが有利である。電位差を増大させるひとつの技術は、拡散領域同士の間のシリコン基板１１０の抵抗を増加させることである。別の技術は、拡散領域同士の間のシリコン基板のミクロ構造を変更することである。例えば、シリコン結晶格子の領域は、イオン注入又はレーザーアニーリングのような加工技術によって崩壊させることができる。更に別の技術は、図５に示されているが、拡散領域同士の間のシリコン基板の組成を変更することである。例えば、シリコン基板における酸素種のイオン注入が、シリコン基板１１０における拡散領域同士の間に二酸化ケイ素を含む抵抗スペーサー領域１２４を生成するために用いられることができる。いくつかの実施形態において、抵抗スペーサー領域１２４は、少なくとも１．０×１０−４Ｏｈｍ ｃｍの抵抗を有することができる。
抵抗スペーサー領域１２４は、パターン形成ＢＳＧ領域１３０に対して整列することができる。スペーサー領域１２４とパターン形成ＢＳＧ領域１３０との間の整列技術は、所望の許容差に応じて、目視検査又は自動測定技術を含むことができる。抵抗スペーサー領域１２４は、マスキング技術によって特定のパターンに堆積する（deposited）ことができ、シリコン基板の選択領域におけるイオン注入を可能にする。一実施形態において、抵抗スペーサー領域は、それぞれのパターン形成状の円形ＢＳＧ領域から外へ延在している輪のように堆積する。マスキング技術は、シリコン基板に材料の層を形成することを含むことができ、シリコン、フォトレジストのようなポリマー材料、二酸化ケイ素のような誘電体材料、窒化ケイ素、炭化ケイ素、金属、及びケイ化チタン若しくはケイ化タングステンのような金属ケイ化物材料、又はそれらの組合せから作ることができる。一般的に、より高密度の材料から作られたマスクは、望まれない領域におけるイオン注入を防ぐことにより効果的である。マスクの材料及びマスクの厚さは、所望のイオン注入プロフィールを形成するように選択することができる。シャドーマスキングは、シリコン基板の選択領域におけるイオン注入を可能にする別の技術である。一実施形態において、シャドーマスキングがシリコン基板の上に配置され、イオンを所望の選択領域において基板の中を通過することを可能にするように形成された開口部を有するマスクを利用する。別の実施形態において、酸素イオンは、５０〜５００ｋｅＶのエネルギー、１×１０１６から９×１０１７ｃｍ−２までの線量、１μａから１ｍＡ／ｃｍ２までのビーム電流密度、及び３００〜９００℃の処理温度で、シリコン基板の選択領域に注入される。
図６に示されているプロセス工程において、燐ケイ酸ガラス（ＰＳＧ）層１５０は、太陽電池１００の裏面１０４を覆って形成される。ＰＳＧ層１５０は、化学気相成長法、又はＢＳＧ層１３０の形成において上記で議論された技術のうちの任意のものによって形成することができる。図示されている実施形態において、ＰＳＧ層１５０は、ｎ型ドープ酸化物である。非ドープ酸化物キャッピング層は、ＰＳＧ層１５０の上に続けて形成することができるが、キャッピング層は、図が明瞭であるために省略されている。ＰＳＧ層１５０は、およそ４０ｎｍの実質的に一様な厚さに形成することができるが、その厚さは、プロセスツールが形成可能な薄い厚さから所望の厚い厚さまでの実施形態の間で変化し得る。図示されている実施形態において、ＰＳＧ層１５０は、シリコン基板１１０の裏面１０４のパターン形成ＢＳＧ領域１３０及び露出領域を覆う実質的にコンフォーマル層として形成される。
太陽電池１００は、図６に示されているように、ランダムテクスチャー付与エッチングプロセスを受けることにより、表面１１４にシリコン基板１１０から光散乱及び光捕獲構造を生成することができる。図示されている実施形態において、結果として生じる表面１１４は、錐形の構造特徴でパターン形成することができる。錐形の構造は、表面１１４に当たる光の屈折及び反射を増加させることによって、太陽電池１００の変換効率を改善することができる。ランダムテクスチャー付与エッチングプロセスにおいて使用されるエッチング液は、所望により、水酸化カリウム、イソプロピルアルコール、それらの混合物、又は他の湿式若しくは乾式のエッチング液を含むことができる。エッチングプロセスは、エッチング液に曝されるシリコン基板１１０の任意の領域で生じることができる。いくつかの実施形態において、アルカリレジスト材料を含むパターン形成マスク層は、裏面１０４の選択領域又は全領域を保護するために堆積することができる。そのようなアルカリレジスト材料は、フォトレジストのようなポリマー材料、又は二酸化ケイ素のような誘電体材料を含むことができる。図６に示されている実施形態において、エッチング液は、ＰＳＧ層１５０がランダムテクスチャー付与エッチングプロセスから太陽電池１００の裏面１０４を保護するように選択される。
図７を参照すると、加熱プロセスが太陽電池１００において実行されることにより、抵抗スペーサー領域１２４によって分離されたｐ型及びｎ型拡散領域１２０、１２２を形成する。加熱プロセスは、ドーパント種がｎ型ドーパント源領域及びｐ型ドーパント源領域から、具体的には、ＢＳＧ層及びＰＳＧＥ層１３０、１５０からシリコン基板１１０の中に拡散することを可能にする。より高い温度において、例えば１０００℃又はその付近において、拡散領域は電気的に活性になる。熱プロセスの温度は、処理される太陽電池の実施形態に基づいて変更することができる。例えば、完了後に十分なドーパント濃度がｐ型拡散領域及びｎ型拡散領域１２０、１２２に存在する限り、継続期間はより長くてもより短くてもよく、又は温度はより低くてもより高くてもよい。このように、ＢＳＧ又はＰＳＧと異なるドーパント源は、熱処理工程に変化をもたらすことができる。とにかく、熱プロセスのパラメータは、基板に電気的に活性のドープ領域を産生することができることにより、機能的な太陽電池を可能にする。
加熱プロセスは、単一の温度操作、複数の温度設定値、又は複数の温度設定値及び処理ガスの導入についての選択を有するプログラム可能な操作によって炉の中で行うことができる。太陽電池の加熱は、所望により、真空若しくは窒素ガスのような不活性環境、又は酸素ガス若しくは塩化ホスホリルガスのような反応物質環境、又はそれらに関する任意の混合物の中で行うことができる。いくつかの実施形態において、加熱工程は、また、シリコン基板をアニールするための複数の温度設定値を利用することができ、それによって、太陽電池に拡散領域を生成する前に、抵抗率を変更する。
図７を参照して説明される加熱工程及びその機能に加えて、太陽電池１００の処理に含まれる追加の加熱プロセス又は工程が存在し得る。例えば、いくつかの実施形態において、イオン注入抵抗スペーサー領域１２４のアニーリングは、注入又は形成工程の直後に行うことができる。アニーリング加熱工程は、また、電池製作プロセス中の他の時点で、例えば、いくつかの実施形態においては、単一のドーパント源が形成された後、及び反対極性のドーパント源が存在する前に行うことができる。加熱工程についてのパラメータ及びプロセス順序の正確な数は、実施形態の間で変更することができ、本明細書に記載された任意の加熱工程に当てはまる。
他の実施形態において、加熱工程は、酸素ガスが太陽電池を覆って酸化物の保護層を形成するために使用されることに関連してプログラム可能な温度操作を利用することができる。いくつかの実施形態において、熱プロセスは、１または複数の付加プロセス工程、例えばドーパント層の拡散と組み合わせることができる。例えば、表面テクスチャー付与プロセス工程が省略されるか、又は熱工程の後まで留保されるならば、ＰＳＧ層１５０の形成は、ドーパント拡散工程と組み合わせることができ、その結果、ＢＳＧ層及びＰＳＧ層１３０、１５０からの拡散と同時にＰＳＧ層１５０が形成される。図示されている実施形態において、太陽電池１００は、複数の温度設定値、及び酸素と塩化ホスホリルとを含む複数のプロセスガスを含む加熱プロセスを受け、それにより、二酸化ケイ素を含むイオン注入抵抗スペーサー領域１２４をアニーリングし、シリコン基板１１０、表面拡散領域１１２、及び酸化物の保護層１１６におけるｐ型拡散領域及びｎ型拡散領域１２０、１２２の形成を可能にする。
図７を続けて参照すると、誘電体材料を含む裏面反射防止膜（ｂＡＲＣ）層１６０は、太陽電池１００の裏面１０４に形成される。ｂＡＲＣ層１６０は、ＰＳＧ層１５０を覆って形成される。図示されている実施形態において、ｂＡＲＣ層１６０は、ＰＥＣＶＤによって堆積した約４０ｎｍの厚さの窒化ケイ素から構成される。ｂＡＲＣ層１６０は、比較的大きい正の固定電荷密度を有することにより、良好な表面不活性化を提供することができ、ＰＥＣＶＤプロセスの一部として行うことができる。窒化ケイ素以外の他の誘電体材料は、ｂＡＲＣ層１６０を形成するために使用することができる。更に、窒化ケイ素又は別の材料がｂＡＲＣ層１６０を形成するために使用される場合、厚さは、わずか１ｎｍから、実施形態に対して望ましい厚さまで変更することができる。
類似の反射防止膜（ＡＲＣ）層１１８は、図８に示されるように、太陽電池１００のテクスチャー付与表面１０２に形成することができる。ＡＲＣ層１１８は、約５０ｎｍの厚さの、ＰＥＣＶＤによって堆積した窒化ケイ素から構成することができる。ｂＡＲＣ層１６０と同様に、ＡＲＣ層１１８についての厚さ及び使用される材料は、実施形態間で変化しうる。
太陽電池１００の裏面１０４の平面図が、図９に表されている。みてわかるように、ｐ型拡散領域及びｎ型拡散領域１２０、１２２を形成することができるが、ｎ型拡散領域１２２は、より大きなｐ型拡散領域１２０の内部にあり、それによって分離され、それによって囲まれている不連続領域である。
図示されている実施形態を含むいくつかの実施形態において、誘電体層１６２は、太陽電池１００のｎ型拡散領域１２２を覆っている直線列のＢＳＧ層、ＰＳＧ層及びｂＡＲＣ層１３０、１５０、１６０を覆って形成されている。誘電体層１６２の列は、図９において、ｎ型金属グリッド１９２の下に図示されている。誘電体層１６２は、ポリイミドのようなポリマー絶縁材料を含んでもよく、スクリーン印刷及びインクジェット印刷のような工業用印刷法、又は任意の他の形成技術によって堆積されてもよい。誘電体層１６２は、ｐ型拡散領域１２０の部分を覆って延在することができる。誘電体層１６２は、まもなく形成されるｎ型金属グリッド１９２とｐ型拡散領域１２０との間に絶縁を提供するように選択された材料から形成することができる。
図９を続けて参照し、図１を再び参照すると、コンタクトホールは、太陽電池１００の裏面１０４の層を通して形成されることにより、シリコン基板１１０の中の、下にあるｐ型拡散領域及びｎ型拡散領域１２０、１２２の部分を露出させることができる。コンタクトホールは、コンタクトプラグ１７０、１７２が位置するＢＳＧ層、ＰＳＧ層及びｂＡＲＣ層１３０、１５０、１６０の中の開口である。これらの層を通るコンタクトホールは、様々な技術、例えば上述のマスクとエッチングのプロセス、又は、例えば、同一出願人の米国特許第８，２１１，７３１号及び同第８，２６３，８９９号（これらは、全体が参照されることにより本明細書において組み込まれる）に記載されている技術を含むレーザーアブレーション技術によって形成することができる。
コンタクトホールがシリコン基板１００のｐ型拡散領域及びｎ型拡散領域１２０、１２２まで開けられた後に、金属化プロセスを、ｐ型拡散領域及びｎ型拡散領域１２０、１２２それぞれに電気的接続を提供するコンタクトプラグ１７０、１７２を生成するために実行することができる。一実施形態において、コンタクトプラグ１７０、１７２は、アルミニウムケイ素合金、チタンタングステン合金及び銅のシード層１８０、１８２を含むことができ、その層は、それぞれの金属を用いて連続してスパッタリングされて約３０ｎｍの実質的に一様な厚さを有するが、それらの厚さは、実施形態間で変更可能であり、銀、金、ニッケルのような他の金属、又は他の電気導体が使用することができる。シード層１８０、１８２のアルミニウムケイ素合金層は、各々のｐ型拡散領域及びｎ型拡散領域１２０、１２２と接触しており、銅層がその間にチタンタングステン層を伴いながら最も上にある。
堆積プロセスは、スパッタリング又は他の物理的気相蒸着技術を含んでもよい。したがって、コンタクトプラグ１７０、１７２を形成するために使用される材料の一部又は全ては、太陽電池１００の裏面１０４の残部を覆って分布することができる。分布アルミニウム層の一部は、ｂＡＲＣ層１６０を直接覆って形成することができ、太陽電池１００の変換効率を増加させることができる。アルミニウム層は、シリコン基板１１０を通過した光をその中に戻すように向きを変えることによって、太陽電池１００の裏面１０４において光の内面反射を向上させるが、それは、例えば、出願人同一の米国特許第７，３８８，１４７号及び同第７，３３９，１１０号（これらは、全体が参照されることによって本明細書において援用される）に記載されている。
スクリーン印刷、インクジェット、エアロゾールのような工業用印刷技術は、また、製造コスト改善のために金属シード層の成分を堆積させるために使用されてもよい。金属シード層１８０、１８２は、次に、ｐ型交互嵌合型金属指及びｎ型交互嵌合型金属指１９０、１９２を各々形成するためにメッキされる。ｐ型交互嵌合型金属指及びｎ型交互嵌合型金属指１９０、１９２を形成するメッキ材料は、銅、銀、金、アルミニウム、又は任意の他の望ましい電気導体であることができる。メッキプロセスは、所望によって電解分解又は非電着性金属析出であることができる。
特定の実施形態において、シード層１８０、１８２は完全に省略され、コンタクトはｐ型拡散領域及びｎ型拡散領域１２０、１２２に直接作られる。他の実施形態において、シード層１８０、１８２は、印刷された金属ペーストによって形成することができ、特定の実施形態において使用される場合、金属指形成の前に付加的なコンタクト層形成を伴う。
図１０を参照すると、太陽電池を製作する方法１９４のフローチャートが、図１〜９に表わされた実施形態にしたがって示されている。方法１９４において、ドープ領域は、結晶質シリコン基板の背面に形成される。第一のドーパント源領域が、シリコン基板を覆って堆積し、パターン形成することができ（１９４ａ）、第一のドーパント源領域の側面から延在する抵抗スペーサー領域の形成が続く（１９４ｂ）。第二のドーパント源領域が、次に、基板を覆って堆積し、パターン形成することができる（１９４ｃ）。太陽電池は、次に、太陽放射収集の増大のために、エッチング液プロセスを受けて表面にテクスチャー付与することができる（１９４ｄ）。拡散工程は、次に、第一のドーパント種及び第二のドーパント種をシリコン基板の中に押し込む（ｄｒｉｖｅ）ことにより、表面に軽度ドープ領域を形成するだけでなく、ｎ型拡散領域及びｐ型拡散領域を形成することができる（１９４ｅ）。保護シリコン酸化物層は、表面の軽度ドープ領域を覆って形成することができる（１９４ｅ）。窒化シリコンの形態の誘電体層は、また、太陽電池の表面及び裏面の両方に形成することができる（１９４ｆ）。交互嵌合型金属コンタクト指は、誘電体層を通してシリコン基板のｎ型拡散領域及びｐ型拡散領域まで形成することができ、電気的接続を確立する（１９４ｇ）。
図１１〜２０は、太陽電池２００の別の実施形態の製作を図示する断面図を示す。この実施形態において、太陽電池２００は、シリコン基板の裏面にポリシリコンのｐ型ドープ領域及びｎ型ドープ領域が製作される。一貫して使用されているように、用語ポリシリコンは、任意の非単結晶の形態の多結晶シリコンを指す。グルーブ又はトレンチは、ｐ型ドープ領域をｎ型ドープ領域から分離する。少なくとも１つの抵抗スペーサー領域は、ポリシリコン層に形成することができる。抵抗スペーサー領域は、ｐ型ドープ領域とｎ型ドープ領域との間のトレンチの下又は横に形成することができる。他の利点の中のひとつとして、結果として生じる構造が、隣接したドープ領域同士の間の電気抵抗を改善することによって効率を向上させる。改善された電気抵抗は、ポリシリコン層の空間電荷領域における再結合を抑制することができる。
図１１を参照すると、バックコンタクト型太陽電池２００は、ｎ型シリコン基板２１０を用いて形成することができる。誘電体層２２２は、シリコン基板２１０の裏面２０４において０．５ｎｍ〜８ｎｍの厚さに形成することができる。一実施形態において、誘電体層２２２は、基板２１０の表面に約２ｎｍの厚さまで熱成長させた二酸化ケイ素を含む。ポリシリコン層２２０は、誘電体層２２２を覆って１００ｎｍ〜４００ｎｍの厚さに形成することができる。一実施形態において、ポリシリコン層２２０は、約２２０ｎｍの厚さまで熱成長される。ポリシリコン層２２０は、とりわけ、インクジェット又はスクリーン印刷のいずれかの印刷法、及びナノ粒子癒合を含む他の技術によって、同様に形成することができる。使用されてもよい他の技術は、出願人同一の米国特許第７，４６８，４８５号（これは、全体が参照することによって本明細書において組み込まれる）に記載されている。
図１２を参照すると、ＢＳＧ層２３０は、ポリシリコン層２２０を覆って形成することができる。ＢＳＧ層２３０は、上述のＣＶＤ技術を含む任意の堆積技術によって形成することができる。ＢＳＧ層１３０は、およそ４０ｎｍの実質的に一様な厚さに形成することができるが、その厚さは、プロセスツールが形成可能な薄い厚さから所望の厚い厚さまで実施形態の間で変化することができる。
図１３を参照すると、図１〜９に示されている実施形態を参照して上述された技術に類似したマスクとエッチングの技術が、ＢＳＧ層２３０をパターン形成して不連続のかつ分離されたＢＳＧドーパント源領域２３２を形成するために使用されてもよい。いくつかの実施形態において、結果として生じるＢＳＧドーパント源領域２３２は、ポリシリコン層２２０の表面に沿って直線形状に延在する。
図１４を参照すると、抵抗スペーサー領域２２４は、ポリシリコン層２２０に形成することができる。いくつかの実施形態において、抵抗スペーサー領域２２４は、ポリシリコン層２２０においてＢＳＧドーパント源領域２３２の縁から外側に延在することができる。いくつかの実施形態において、抵抗スペーサー領域２２４は、シリコン基板２１０に向かってより深く延在して、少なくとも部分的に誘電体層２２２を通って延在することができる。抵抗スペーサー領域２２４は、上述のようなイオン注入技術を使用して、酸素イオンを太陽電池２００の中に注入することによって形成することできる。抵抗スペーサー領域２２４の形成、及び特有の特徴は、図１〜９を参照して上述されたものと類似し得るか、又は異なり得る。いくつかの変形は、処理技術、時間、注入電流、若しくは結果として生じる深さ、シート抵抗特性、又はポリシリコン層２２０の酸素濃度を含む。
図１５をここで参照すると、実質的に均一な厚さのＰＳＧ層２４０が、太陽電池２００の裏面２０４を覆って、ＣＶＤ処理によって形成することできる。ＰＳＧ層２４０は、示されているように、ＢＳＧドーパント源領域２３２の表面とコンフォーマルであり、それに追従することができる。いくつかの実施形態において、ＰＳＧ層２４０は、印刷技術によって形成することができ、その結果として、太陽電池２００の裏面２０４全体を覆わないが、望ましいパターンに形成されたＰＳＧ層２４０を生じさせる。
図１６を参照すると、テクスチャー付与トレンチ構造２２６が、ＢＳＧドーパント源領域２３２とＰＳＧドーパント源領域２４２との間に形成することができる。トレンチ２２６は、抵抗スペーサー領域２２４を覆って形成することができる。トレンチ２２６は、レーザーアブレーション、又は従来のマスクとエッチングの技術によって形成することができ、シリコン基板２１０の中に１〜１０ミクロンだけ延在してもよい。一実施形態において、トレンチ２２６形成のプロセスは、ＰＳＧ層２４０をマスキング及びエッチングして、図示されているＰＳＧドーパント源領域２４２を形成することを含むことができる。このように、パターン形成マスクが、開口を有するＰＳＧ層２４０を覆って形成することにより、トレンチ２２６領域を形成する場所でのＰＳＧ層２４０のエッチングを可能にし、同一のエッチングで、ＰＳＧ層２４０をパターン形成してＰＳＧドーパント源領域２４２を形成することができる。それぞれのトレンチ２２６は、ＢＳＧドーパント源領域２３２とＰＳＧドーパント源領域２４２との間に延在することができる。いくつかの実施形態において、それぞれのトレンチ２２６は、ポリシリコン層２２０の中のそれぞれの抵抗スペーサー領域２２４を部分的にのみ通って延在する。いくつかの実施形態において、ＰＳＧ層２４０の部分は、本明細書に記載された方法における更なる処理の抑制なしにＢＳＧドーパント源領域２３２の上に残存するようにパターン形成することができる。いくつかの実施形態において、レーザアブレーションは、ＰＳＧ層２４０をＰＳＧドーパント源領域２４２にパターン形成し、同時にＢＳＧドーパント源領域２３２とＰＳＧドーパント源領域２４２との間にそれぞれのトレンチ２２６を生成するように用いることができる。他の実施形態は、例えば、出願人同一の米国特許第７，８１２，２５０号、及び同第７，８５１，６９８号（これらは、全体が参照されることによって本明細書において援用される）に記載されている技術を含むことができる。
一実施形態において、トレンチ２２６は、ポリシリコン層２２０及び抵抗スペーサー領域２２４の中に１ミクロンの深さまで延在するように形成することができる。一実施形態において、トレンチ２２６は、幅が１００ミクロンである他の実施形態において、それは５ミクロンと同じ程度に狭くあり得、又は１，０００ミクロンと同じ程度に広くあり得る。
トレンチ２２６は、ＢＳＧドーパント源領域２３２とＰＳＧドーパント源領域２４２とを分離するトレンチ２２６を形成するだけでなく、太陽電池２００の裏面２０４のトレンチ２２６の表面にランダムテクスチャー付与表面を形成するプロセスを使用して形成することができる。全てではないが、いくつかの実施形態において、テクスチャー付与プロセスは、また、太陽電池２００の表面２１４にランダムテクスチャー付与表面をもたらすことができる。上述のように、ランダムテクスチャー付与表面２１４は、太陽電池２００の変換効率を改善する。
図１７を参照すると、加熱工程は、ｐ型及びｎ型拡散領域２２７、２２９をポリシリコン層２２０に形成するために実行することができる。ｐ型拡散領域２２７とｎ型拡散領域２２９とは、トレンチ２２６及び抵抗スペーサー領域２２４によってポリシリコン層２２０の中において分離することができる。加熱プロセスは、ドーパント種がＢＳＧドーパント源領域及びＰＳＧドーパント源領域２３２、２４２からポリシリコン層２２０の中に拡散することを可能にするように実行することができる。１０００℃付近の温度で、ｐ型拡散領域及びｎ型拡散領域２２７、２２９は、電気的に活性になる。図１〜９を参照して上述されたように、多数の異なる熱プロセスが加熱工程を完遂するために用いることができる。一実施形態において、太陽電池２００は、複数の温度設定値及び複数のプロセスガスを含む熱プロセスを受けることができる。一部のプロセスガスは、酸素及び塩化ホスホリルを含む。酸素及び塩化ホスホリルは、他のガスと同様に、イオン注入抵抗スペーサー領域２２４のアニーリングを可能にすることができ、一方で、同一の熱プロセスは、ｐ型拡散領域及びｎ型拡散領域２２７、２２９、表面拡散領域２１２、及び酸化物の保護層２１６の形成を可能にすることができる。
図１８を参照すると、誘電体材料を含むｂＡＲＣ層２６０は、太陽電池２００の裏面に形成することができる。いくつかの実施形態において、ｂＡＲＣ層２６０は、ＣＶＤ技術によって堆積される、約４０ｎｍの厚さの窒化ケイ素から構成される。ｂＡＲＣ層２６０は、図１〜９を参照して上述されたものと類似し得る。図示されている実施形態において、ｂＡＲＣ層２６０は、また、テクスチャー付与トレンチ領域２２６を覆って形成されるが、他の実施形態においては、ｂＡＲＣ層２６０は、トレンチ２６０を避けるように、形成中にパターン形成することができる。
ＡＲＣ層２１８は、また、太陽電池２００のテクスチャー付与表面２０２に形成することできる。ＡＲＣ層２１８は、窒化ケイ素から構成することができ、ＡＲＣ層２１８は、ＣＶＤプロセスによって堆積され、約５０ｎｍの厚さを有することができる。いくつかの実施形態においては、その厚さは、１０ｎｍのような薄い厚さに、又は数ミクロンのような厚い厚さに変更することができる。他の実施形態において、ＡＲＣ層２１８は、チタン若しくはアルミニウムの酸化物、他の誘電体材料、ポリマー材料、又はそれらの任意の組合せのような、窒化ケイ素以外の材料から形成することができる。
図１９に示されているように、コンタクトホールは、裏面２０４、ｂＡＲＣ層２６０の開口領域、ＰＳＧドーパント源領域２４２、及び太陽電池２００の一部においては、ＢＳＧドーパント源領域２３２に同様に形成することができる。いくつかの実施形態において、コンタクトホールは、マスクとエッチングの技術によって形成することができるが、他の実施形態においては、レーザーアブレーション技術又は他の技術を使用することができる。コンタクトホールがポリシリコン層２２０のｐ型拡散領域及びｎ型拡散領域２２７、２２９を露出させるために開けられた後に、金属化プロセスを行って拡散領域に電気コンタクトをもたらすことができる。上述のように、いくつかの実施形態において、金属シードスタックが、電気コンタクトプラグ２７０、２８０を生成するためにコンタクトホールの中に形成することでき、電気コンタクトプラグ２７０、２８０は、各々、ｐ型拡散領域及びｎ型拡散領域２２７、２２９に電気的に結合する。いくつかの実施形態において、金属コンタクトプラグ２７０、２８０は、アルミニウムケイ素合金、チタンタングステン合金、及び銅部分を有するシード層を有することができる。図１９において、シード層は、次に、各々ｐ型交互嵌合型金属指及びｎ型交互嵌合型金属指２９０、２９２を形成するために電気伝導体材料でメッキすることができる。任意のコンタクト技術又は金属化プロセス若しくは構造が使用されることができ、それらは、図１〜９を参照して上述されたものを含む。
図２１を参照すると、太陽電池を製造する方法２９４のフローチャートが、図１１〜２０に表されたものの実施形態にしたがって示されている。方法２９４において、ポリシリコン層は、シリコン基板の裏面に形成される（２９４ａ）。第一のドーパント源領域は、ポリシリコン層を覆って堆積し、パターン形成することができ（２９４ｂ）、第一のドーパント源領域の側面から延在している抵抗スペーサー領域の形成がそれに続く（２９４ｃ）。第二のドーパント源領域は、次に、基板を覆って堆積し、パターン形成することができる（２９４ｄ）。トレンチ構造は、第一のドーパント源領域と第二のドーパント源領域との間に生成することができる（２９４ｅ）。太陽電池は、次に、太陽放射収集の増大のために、エッチング液で処理することにより前面をパターン形成することができる（２９４ｆ）。同様に、トレンチ構造が、また、太陽電池の裏面にテクスチャー付与されるが（２９４ｆ）、必要に応じて、前面と背面とは、異なるプロセス工程でパターン形成することができる。
拡散工程は、次に、第一のドーパント種及び第二のドーパント種をポリシリコン層の中に押し込むために用いることができ、それにより、前面に軽度ドープ層を形成するだけでなく、ｎ型拡散領域及びｐ型拡散領域を形成する（２９４ｇ）。保護シリコン酸化物層は、同一のプロセス工程、又は別個の前の若しくは後の工程において、前面の軽度ドープ領域を覆って形成することできる（２９４ｇ）。窒化ケイ素の形態の誘電体層が、太陽電池の表面及び裏面の両方に形成することできる（２９４ｈ）。交互嵌合型金属コンタクト指は、背面誘電体層を通してシリコン基板のｎ型拡散領域及びｐ型拡散領域まで形成することができ、電気的接続を確立する（２９４ｉ）。
図２２〜２６は、太陽電池３００の別の実施形態の製作を図示する断面図を示している。太陽電池３００は、シリコン基板の裏面にポリシリコンｐ型ドープ領域及びｎ型ドープ領域を製作することができる。いくつかの実施形態において、ｐ型及びｎ型ドーパント源のうちの一方又は両方は、スクリーン印刷及びインクジェット印刷を含む工業用印刷技術によって堆積することができる。いくつかの実施形態において、ドープ酸化物層、例えばＢＳＧ及びＰＳＧは、従来のマスクとエッチングの技術によってパターン形成することができる。特定の実施形態において、ｐ型及びｎ型ドーパント源は、ナノ粒子及び／又はドーパントインクを含むことができる。抵抗スペーサー領域は、ｐ型ドープ領域とｎ型ドープ領域との間のトレンチ構造の中又は下に形成されることできる。
図２２に示すように、表面及び裏面３０２、３０４を有するシリコン基板３１０は、太陽電池３００のための出発原料として使用することができる。図２３を更に参照すると、シリコン基板３１０は、エッチング液プロセスを受けて、シリコン基板３１０の前面及び背面３２０、３３０にランダムテクスチャーに付与表面を生成することができる。
テクスチャー付与前面及び背面３２０、３３０を形成した後に、誘電体層３４２は、テクスチャー付与シリコン基板３１０の裏面３０４に０．５ｎｍから４ｎｍまでの厚さに形成することができる。一実施形態において、誘電体層３４２は、基板３１０の表面に約２ｎｍの厚さに熱成長させた二酸化ケイ素を含むことができる。ポリシリコン層３４０が、誘電体層３４２を覆って形成することができる。ポリシリコン層３４０は、５０ｎｍと８００ｎｍとの間の厚さを有することができる。一実施形態において、ポリシリコン層３４０は、約２２０ｎｍの厚さに熱成長される。他の実施形態において、ポリシリコン層３４０は、他の技術又はプロセスによって形成することができる。
図２４を参照すると、抵抗スペーサー領域３４４は、上述のように、実施形態に対して望ましい技術を使用して望ましいパラメータまでポリシリコン層３４０の中に形成することができる。ドーパント源領域、具体的には、ｐ型ドーパント源領域及びｎ型ドーパント源領域３５０、３６０を、ポリシリコン層３４０に形成することできる。ドーパント源領域３５０、３６０は、様々な直接書込みプロセスのうちの任意のものを使用して形成することできる。例えば、いくつかの実施形態において、ドーパント源領域のうちの一方又は両方は、インクジェット印刷され、両方がインクジェット印刷される場合、印刷は同時に又は連続的に行うことができる。
いくつかの実施形態において、直接書込みプロセスは、第一のインクジェットプロセスが１つのドーパント源領域を形成し、一方、次のインクジェットプロセスが第二の型のドーパント源領域を形成する場合のように、連続的でありうる。あるいは、スクリーン印刷プロセスは、第一のドーパント源領域を形成することができ、次のインクジェットプロセスは、第二のドーパント源領域を形成することができる。そのようなプロセスの組合せにおいて、第二のドーパント源領域は、パターン形成された印刷マスクが使用される場合のように、露出されたポリシリコン層２４０の不連続領域に形成することできる。更に、いくつかの実施形態において、インクジェット印刷された第一のドーパント源領域は、ポリシリコン層２４０に下方に形成することができ、第二のドーパント源領域は、第一のドーパント源領域及びポリシリコン層３４０の露出領域の両方を覆う一様な層として、スクリーン印刷によって形成することができる。
ｐ型ドーパント源領域及びｎ型ドーパント源領域３５０、３６０を形成するために使用される特定の技術又はプロセス順序に関係なく、それらは、図２４に示されるように、ドーパントの交互する極性が抵抗スペーサー領域３４４によって分離されるように形成することができる。
図２５を参照すると、加熱工程は、次に、ドーパントをｐ型ドーパント源領域及びｎ型ドーパント源領域３５０、３６０からポリシリコン層３４０の中に押し込むために実行することができる。ドーパント押込み工程は、ポリシリコン層３４０の中にｐ型及びｎ型拡散領域３４５、３４６を形成する。ｐ型拡散領域３４５とｎ型拡散領域３４６とは、抵抗スペーサー領域３４４によって少なくとも部分的に分離される。
図２６を参照すると、ＡＲＣ及びｂＡＲＣ層３２４、３７０は、上述のように形成することができる。コンタクトホールは、ｂＡＲＣ層３７０を通して形成されて、ポリシリコン層３４０の中のｐ型拡散領域及びｎ型拡散領域３４５、３４６を露出させることができる。図２７を更に参照すると、交互嵌合型金属グリッド３９７、３９８が、各々、ｐ型拡散領域及びｎ型拡散領域３４５、３４６への電気的接続を伴って形成することができる。上述の他の実施形態と同様に、シード層が、また、交互嵌合型金属グリッド３９７、３９８の形成の前に形成することができる。
図２８は、図２２〜２６に対して上記された実施形態にしたがって、太陽電池を製造するプロセスのフローチャート３９９である。シリコン基板は、最初にエッチング液に曝されることにより、テクスチャー付与表面及び背面を生成することができる（３９９ａ）。ポリシリコン層を、次に、シリコン基板の裏面に形成することができる（３９９ｂ）。ポリシリコン層とシリコン基板とは、それらの間に形成された、二酸化ケイ素の層のような薄い誘電体層を有することができる。抵抗スペーサー領域を、次に、ポリシリコン層の中に形成することができる（３９９ｃ）。反対極性のドーパント源領域を、ドーパント源が抵抗スペーサー領域同士の間に配置されるように形成することができる（３９９ｄ）。ドーパント領域は、抵抗スペーサー領域がポリシリコン層の上の隣接する反対極性のドーパント源の間に配置されるように、極性を交互にすることができる。
加熱工程は、次に、ドーパントをポリシリコン層の中に押し込むために実行できる（３９９ｅ）。いくつかの実施形態において、この加熱工程は、また、イオン注入抵抗スペーサー領域をアニールすることができるが、他の実施形態においては、前の加熱工程はすでにアニールし終わった領域を有することができる。いくつかの実施形態において、イオン注入抵抗スペーサー領域は、レーザーによってアニールされることにより、熱工程の必要を省略することができる。ＡＲＣ及びｂＡＲＣ層を、次に、太陽電池上に形成することできる（３９９ｆ）。太陽電池は、次に、ポリシリコン層の拡散領域への電気的接続を形成するために、金属化することができる（３９９ｇ）。金属化は、レーザーアブレーション、マスクとエッチの技術、又は任意の他の望ましい方法を用いて、アニールされたペースト、メッキコンタクトを有するシード層等から形成される金属コンタクトで、コンタクトホールを開けることによって完遂することができる。
図２９〜３３は、太陽電池４００を製造する別のプロセスを示している。図２９を参照すると、シリコン基板４１０は、表面及び裏面４０２、４０４の両方においてテクスチャー付与することができる。抵抗スペーサー領域４３２は、上述のように、酸素種注入によってシリコン基板４１０の中に形成することができる。
図３０を参照すると、直接書込みプロセスは、シリコン基板４１０の背面４３０にｐ型ドーパント源領域及びｎ型ドーパント源領域４４１、４４２を形成するために使用することができる。ｐ型ドーパント源領域及びｎ型ドーパント源領域４４１、４４２は、抵抗スペーサー領域４３２同士の間に形成され囲まれていることができる。ｐ型ドーパント源領域及びｎ型ドーパント源領域４４１、４４２は、インクジェット又は他の処理技術によって堆積するナノ粒子ドープシリコンから構成することができる。
図３１を参照すると、１または複数の加熱工程が抵抗スペーサー領域４３２をアニールし、太陽電池４００の表面４０２に表面拡散領域４１２を形成し、及びドーパント源領域４４１、４４２を合一するために実行することができる。いくつかの実施形態において、ナノ粒子ドーパント源領域４４１、４４２が、ドープ多結晶シリコン領域を形成するために加熱することができる。いくつかの実施形態において、ナノ粒子ドーパント源領域４４１、４４２は、バインダー又は溶媒を除去する加熱工程によって最初に合一され、その後に電気活性シリコン構造を形成するためにアニールすることができる。いくつかの実施形態において、熱工程は、周期的な処理を含む、温度、持続時間、冷却のための複数の設定値を有する単一の加熱工程と組み合わせることができる。いくつかの実施形態において、キャッピング層、例えばアモルファスシリコンの層は、合一又はアニーリングの前にナノ粒子領域の上に形成することができる。
ナノ粒子ドーパント源領域４４１、４４２の処理の結果として、図３１に示されているように、ドープポリシリコンの電気活性領域が、シリコン基板４１０の背面４３０の上に存在する。ｐ型ドープ領域４５０とｎ型ドープ領域４５１とは、シリコン基板４１０の中の抵抗スペーサー領域４３２によって分離される。
図３２及び３３に示されているように、ＡＲＣ層及びｂＡＲＣ層４３４、４６０が形成されて、コンタクトホールはそれらを通して開けることができる。金属グリッド４８９、４９０は、電気的に活性であるｐ型ドープ領域及びｎ型ドープ領域４５０、４５１とコンタクトホールを通して各々接触することができる。いくつかの実施形態においては、上述のように、酸化物層４３３は、ＡＲＣ層４３４の下に形成することができる。
全ての実施形態と同様に、コンタクト形成のために使用されるプロセス及び材料は、例えば、シード層から印刷金属化技術へ、又は、シード層に電解メッキされた銅グリッドからニッケル中間層にメッキされた銅へと変更できる。ｐ型ドープ領域及びｎ型ドープ領域４５０、４５１へのコンタクトホール開口は、マスクとエッチの技術、レーザアブレーション、又は任意の他の望ましいプロセスを使用して形成することができる。
図３４は、図２８〜３３を参照して記述された実施形態にしたがって、太陽電池を製作するプロセスのフローチャート４９９である。シリコン基板、例えばｎ型単結晶基板は、テクスチャー付与された表面及び背面を生成するために処理することができる（４９９ａ）。抵抗スペーサー領域を、次に、シリコン基板の背面に形成することができる（４９９ｂ）。ドープナノ粒子シリコンを、次に、抵抗スペーサー領域同士の間の背面に堆積することができる（４９９ｃ）。ドープナノ粒子シリコンは、キャッピング層の有無にかかわらず、硬化させられ、合一させられ、及びアニールされて、太陽電池の背面にドープポリシリコン領域を形成することができる（４９９ｄ）。いくつかの実施形態において、薄い誘電体層を、ドープポリシリコン領域と基板表面との間に形成することでき、これはナノ粒子堆積の前を含む。
シリコン基板の背面にドープポリシリコンの電気活性領域を生成した後に、ＡＲＣ層及びｂＡＲＣ層を、表面及び背面に各々形成することができる（４９９ｅ）。コンタクト開口を、次に、ドープポリシリコン領域に電気的に接続するように形成されたｂＡＲＣ層及び交互嵌合型金属グリッドを通して作ることができる（４９９ｆ）。金属化は、任意の望ましい技術又はプロセスの組合せを使用して実行することができる。
少なくとも１つの例示的実施形態が、上述の詳細な説明において提示されてきたが、莫大な数の変形が存在することが認識されるべきである。本明細書に記載する例示的な実施形態又は複数の実施形態は、特許請求される主題の範囲、適用性、又は構成を限定する意図が全くないこともまた、認識するべきである。むしろ、上述の発明を実施するための形態は、当業者に、説明される実施形態又は複数の実施形態を実践するための簡便な指針を提供するものである。本特許出願が出願される時点での、既知の等価物及び予見可能な等価物を含む、特許請求の範囲によって規定される範囲から逸脱することなく、諸要素の機能及び配置に、様々な変更が実施可能であることを理解するべきである。
［項目１］
通常動作中、太陽に向いている表面と、太陽から離れる方を向いている裏面とを有する太陽電池であって、
表面及び裏面を有するシリコン基板と、
上記シリコン基板の裏面に配設され、ドープポリシリコンの第一の領域を有する第一のポリシリコン層と、
上記シリコン基板の裏面に配設され、ドープポリシリコンの第二の領域を有する第二のポリシリコン層であって、上記第二の領域は、上記ドープポリシリコンの上記第一の領域を少なくとも部分的に覆って配設され、上記第二の領域は、上記第一の領域と反対の極性を有する、第二のポリシリコン層と、
上記第一のポリシリコン層の中に配設され、上記ドープポリシリコンの上記第二の領域の端から延在し、少なくとも［１×１０ １６ ｃｍ −２ ］の酸素濃度を有する抵抗領域と、
上記第二のポリシリコン層を覆って配設され、少なくとも上記ドープポリシリコンの上記第二の領域に電気的に接続される第一の金属グリッドと、
上記第一の金属グリッドと上記第二のポリシリコン層との間の第一の誘電体層と、
上記ドープポリシリコンの上記第一の領域に電気的に接続される第二の金属グリッドと
を備え、
上記第一の金属グリッドは、上記第一の誘電体層を通る少なくとも１つのコンタクトホールを通して上記ドープポリシリコンの上記第二の領域に電気的に接続され、
上記第一の金属グリッド及び上記第二の金属グリッドは、上記太陽電池の裏面に形成される、太陽電池。
［項目２］
上記シリコン基板は、Ｎ型シリコン基板を有し、上記ドープポリシリコンの上記第一の領域は、Ｎ型ポリシリコンを有し、上記ドープポリシリコンの上記第二の領域は、Ｐ型ポリシリコンを有する、項目１に記載の太陽電池。
［項目３］
上記ドープポリシリコンの上記第一の領域は、燐ドーパントを有し、上記ドープポリシリコンの上記第二の領域は、ホウ素ドーパントを有する、項目２に記載の太陽電池。
［項目４］
上記シリコン基板は、Ｐ型シリコン基板を有し、上記ドープポリシリコンの上記第一の領域は、Ｐ型ポリシリコンを有し、上記ドープポリシリコンの上記第二の領域は、Ｎ型ポリシリコンを有する、項目１に記載の太陽電池。
［項目５］
上記ドープポリシリコンの上記第一の領域は、ホウ素ドーパントを有し、上記ドープポリシリコンの上記第二の領域は、燐ドーパントを有する、項目４に記載の太陽電池。
［項目６］
上記第一の誘電体層は、上記第一の金属グリッドと上記第二の金属グリッドとの間に配置される、項目１に記載の太陽電池。
［項目７］
通常動作中、太陽に向いている表面と、太陽から離れる方を向いている裏面とを有する太陽電池であって、
表面及び裏面を有するシリコン基板と、
上記シリコン基板の裏面に形成された第一のドープポリシリコン領域と、
上記シリコン基板の裏面に形成された第二のドープポリシリコン領域であって、上記第一のドープポリシリコン領域と上記第二のドープポリシリコン領域とは、反対の極性である、第二のドープポリシリコン領域と、
上記シリコン基板の裏面に、かつ上記第一のドープポリシリコン及び上記第二のドープポリシリコン領域の各々の下に形成された第一の誘電体層と、
少なくとも［１×１０ １６ ｃｍ −２ ］の酸素濃度を有し、上記第一のドープポリシリコン領域と上記第二のドープポリシリコン領域との間の抵抗領域と、
上記第二のドープポリシリコン領域を覆って配設され、少なくとも上記第二のドープポリシリコン領域に電気的に接続される第一の金属グリッドと、
上記第一の金属グリッドと上記第二のドープポリシリコン領域との間の第二の誘電体層と、
上記第一のドープポリシリコン領域に電気的に接続される第二の金属グリッドと
を備え、
上記第一の金属グリッドは、上記第二の誘電体層を通る少なくとも１つのコンタクトホールを通して上記第二のドープポリシリコン領域に電気的に接続され、
上記第一の金属グリッド及び上記第二の金属グリッドは、上記太陽電池の裏面に形成される、太陽電池。
［項目８］
上記第一の誘電体層は、二酸化ケイ素を備え、５０オングストローム未満の厚さを有する、項目７に記載の太陽電池。
［項目９］
上記抵抗領域は、上記シリコン基板の中に少なくとも部分的に延在する、項目７に記載の太陽電池。
［項目１０］
上記抵抗領域は、上記第一の誘電体層の中に少なくとも部分的に延在する、項目９に記載の太陽電池。
［項目１１］
上記第一の誘電体層は、上記第一のドープポリシリコン領域と上記第二のドープポリシリコン領域との間の上記シリコン基板の裏面に延在する、項目７に記載の太陽電池。
［項目１２］
上記第一の誘電体層は、上記第一のドープポリシリコン領域と上記第二のドープポリシリコン領域との間に開口を有し、上記抵抗領域を露出させる、項目７に記載の太陽電池。
［項目１３］
上記抵抗領域の露出部分は、ランダムにテクスチャー付与された表面を有する、項目１２に記載の太陽電池。
［項目１４］
上記第二の誘電体層は、上記抵抗領域の露出部分を覆って配設される、項目１３に記載の太陽電池。
［項目１５］
上記第二の誘電体層は、上記第一の金属グリッドと上記第二の金属グリッドとの間に配置される、項目７に記載の太陽電池。
［項目１６］
通常動作中、太陽に向いている表面と、太陽から離れる方を向いている裏面とを有する太陽電池であって、
表面及び裏面を有するシリコン基板と、
上記シリコン基板の裏面に形成された第一のドープポリシリコン領域と、
上記シリコン基板の裏面に形成された第二のドープポリシリコン領域であって、上記第一のドープポリシリコン領域と上記第二のドープポリシリコン領域とは、反対の極性である、第二のドープポリシリコン領域と、
少なくとも［１×１０ １６ ｃｍ −２ ］の酸素濃度を有し、上記第一のドープポリシリコン領域と上記第二のドープポリシリコン領域との間に少なくとも部分的に延在している抵抗領域と、を備える、太陽電池。
［項目１７］
上記第一のドープポリシリコン領域は、上記シリコン基板の裏面の表面を覆って形成される、項目１６に記載の太陽電池。
［項目１８］
上記シリコン基板と上記第一のドープポリシリコン領域との間に第一の中間層を更に備える、項目１７に記載の太陽電池。
［項目１９］
上記第一のドープポリシリコン領域及び第二のドープポリシリコン領域は、上記シリコン基板の中に形成される、項目１６に記載の太陽電池。
［項目２０］
上記シリコン基板の裏面は、ランダムにテクスチャー付与された表面を有する、項目１６に記載の太陽電池。

Claims (6)

  1. 通常動作中、太陽に向いている表面と、太陽から離れる方を向いている裏面とを有する太陽電池であって、
    表面及び裏面を有するシリコン基板と、
    前記シリコン基板の裏面に形成された第一のドープポリシリコン領域と、
    前記シリコン基板の裏面に形成された第二のドープポリシリコン領域であって、前記第一のドープポリシリコン領域と前記第二のドープポリシリコン領域とは、反対の極性である、第二のドープポリシリコン領域と、
    前記シリコン基板の裏面に、かつ前記第一のドープポリシリコン及び前記第二のドープポリシリコン領域の各々の下に形成された第一の誘電体層と、
    前記第一のドープポリシリコン領域と前記第二のドープポリシリコン領域との間の抵抗領域であって、酸素を有し、前記第一の誘電体層の中に少なくとも部分的に延在する抵抗領域と、
    前記第二のドープポリシリコン領域を覆って配設され、少なくとも前記第二のドープポリシリコン領域に電気的に接続される第一の金属グリッドと、
    前記第一の金属グリッドと前記第二のドープポリシリコン領域との間の第二の誘電体層と、
    前記第一のドープポリシリコン領域に電気的に接続される第二の金属グリッドと
    を備え、
    前記第一の金属グリッドは、前記第二の誘電体層を通る少なくとも１つのコンタクトホールを通して前記第二のドープポリシリコン領域に電気的に接続され、
    前記第一の金属グリッド及び前記第二の金属グリッドは、前記太陽電池の裏面に形成される、太陽電池。
  2. 前記第一の誘電体層は、二酸化ケイ素を備え、５０オングストローム未満の厚さを有する、請求項１に記載の太陽電池。
  3. 前記シリコン基板は、Ｎ型シリコン基板を有し、前記第一のドープポリシリコン領域は、Ｎ型ポリシリコンを有し、前記第二のドープポリシリコン領域は、Ｐ型ポリシリコンを有する、請求項１又は２に記載の太陽電池。
  4. 前記第一のドープポリシリコン領域は、燐ドーパントを有し、前記第二のドープポリシリコン領域は、ホウ素ドーパントを有する、請求項３に記載の太陽電池。
  5. 前記シリコン基板は、Ｐ型シリコン基板を有し、前記第一のドープポリシリコン領域は、Ｐ型ポリシリコンを有し、前記第二のドープポリシリコン領域は、Ｎ型ポリシリコンを有する、請求項１又は２に記載の太陽電池。
  6. 前記第一のドープポリシリコン領域は、ホウ素ドーパントを有し、前記第二のドープポリシリコン領域は、燐ドーパントを有する、請求項５に記載の太陽電池。
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