JP6209251B2 - バックコンタクト型太陽電池のエミッタの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、再生可能エネルギーの分野にあり、特にバックコンタクト型太陽電池のエミッタの製造方法にある。
（関連出願）
本非仮出願は、２０１１年４月２５日出願の米国仮出願61/478,804号の優先権を主張するものであり、上記出願の内容は、参照により本明細書に組み込まれる。
本非仮出願は、２０１１年４月２５日出願の米国仮出願61/478,804号の優先権を主張するものであり、上記出願の内容は、参照により本明細書に組み込まれる。
（政府のライセンス権の陳述）
本明細書において記載される発明は、米国エネルギー省により与えられた契約番号第ＤＥ−ＦＣ３６−０７ＧＯ１７０４３のもとで、政府の支援によりなされた。米国政府は、本発明に所定の権利を有し得る。
本明細書において記載される発明は、米国エネルギー省により与えられた契約番号第ＤＥ−ＦＣ３６−０７ＧＯ１７０４３のもとで、政府の支援によりなされた。米国政府は、本発明に所定の権利を有し得る。
太陽電池として既知の光起電力電池は、太陽放射を電力に直接変換させるための装置として既知である。一般に、太陽電池は、半導体処理技術を使用して半導体ウェハ上又は基板上に製造され、基板の表面近くにｐｎ接合が形成される。基板の表面に衝突し、これに進入する太陽放射は、基板のバルク内に電子−正孔対を生じる。電子−正孔対は、基板のｐ型にドーピングされた領域及びｎ型にドーピングされた領域内に移動し、それによってドーピングされた領域の間に電圧差を生じさせる。ドーピングされた領域は、太陽電池上の導電性領域に接続されて、電池からこれに連結された外部回路へと電流を方向付ける。
バックコンタクト型太陽電池のエミッタの製造方法が、本明細書に記載されている。以下の説明では、本発明の実施形態の完全な理解を提供するために、特定のプロセスフロー操作などの多数の特定の詳細が記載される。これらの特定の詳細を使用することなく、本発明の実施形態を実践することができる点が、当業者には明らかとなるであろう。他の場合には、本発明の実施形態を不必要に不明瞭にしないために、リソグラフィ及びパターニング技術などの、周知の製造技術は詳細に説明されない。更には、図に示される様々な実施形態は、例示的な表示であって、必ずしも一定のスケールで描写されるものではないことを理解するべきである。
本明細書に開示されているのは、バックコンタクト型太陽電池のエミッタの製造方法である。一実施形態において、本方法は、化学気相堆積によって、第１導電型の第１の固体ドーパント源を基板の上方に形成する段階を含む。第１の固体ドーパント源は、間隙により分離された複数の領域を含む。第２導電型の第２の固体ドーパント源の領域は、印刷によって、基板の上方に形成される。第２の固体ドーパント源の領域は、第１の固体ドーパント源の複数の領域の間隙内に第１の固体ドーパント源の複数の領域と接触することなく形成される。第１導電型は、第２導電型の反対である。
別の実施形態では、本方法は、印刷によって、第１導電型の第１の固体ドーパント源を基板の上方に形成する段階を含む。第１の固体ドーパント源は、間隙により分離された複数の領域を含む。第２導電型の第２の固体ドーパント源は、化学気相堆積によって、第１の固体ドーパント源の上方に形成される。第２の固体ドーパント源はまた、第１の固体ドーパント源の複数の領域の間隙内において、基板の上方に形成される。第１導電型は、第２導電型の反対である。次いで、第２の固体ドーパント源がパターニングされて、第１の固体ドーパント源の複数の領域の間隙内に第１の固体ドーパント源の複数の領域と接触することなく、第２の固体ドーパント源の第１の領域が形成される。第２の固体ドーパント源の第２の領域は、第１の固体ドーパント源の複数の領域上に残留する。第１の固体ドーパント源は、第２の固体ドーパント源の第２の領域から、第１の固体ドーパント源の複数の領域を通過してドーパントをドライブすることを遮断する十分な厚みを有する。
バックコンタクト型太陽電池のエミッタは、ブランケット堆積されたドープ膜を通してパターニングすることにより形成されてもよい。この手法は、典型的には、ブランケットドーパント−含有膜の堆積、犠牲エッチレジストの堆積、ドーパント−含有膜のエッチング、及びエッチレジストのストリッピングを含む。これらの多数のプロセス操作は、製造の複雑さ及び太陽電池生産のコストを増大させる。多数の操作が使用されるため、歩留まりも低下し得る。
本発明の一実施形態によれば、バックコンタクト型太陽電池のドーピングに使用されるプロセス操作の総数は、本明細書に記載する方法を使用することにより低下される。したがって、本明細書に記載する方法の１つ以上の実施形態は、エミッタ製造を単純化し得る。少なくともいくつかの実施形態では、これらの改善は、ドーパント堆積とパターニングとを組み合わせて単一の操作とする選択的ドーパント堆積を介して達成される。
具体的な例示的実施形態では、製造フローの部分に４つの操作を有する従来のプロセスが、そのフローの部分に関して２つの操作に低減される。特定の例は、第１の固体ドーパント源を堆積し、マスキングし、エッチングした後、第２の固体ドーパント源を堆積する操作を、第１の固体ドーパント源をインクジェットした後、第２の固体ドーパント源を堆積する操作で置き換える段階を含む。別の特定の例示的な実施形態では、製造フローの部分に６つの操作を有する従来のプロセスが、そのフローの部分に関して５つの操作に低減される。特定の例は、第１の固体ドーパント源を堆積し、マスキングし、エッチングし、第２の固体ドーパント源を堆積し、マスキングした後、エッチングする操作を、第１の固体ドーパント源を堆積し、マスキングし、エッチングし、第２の固体ドーパント源をインクジェットした後に、硬化させる操作、又は、第１の固体ドーパント源をインクジェットし、第２の固体ドーパント源を堆積し、硬化させ、マスキングした後、エッチングする操作で置き換える段階を含む。印刷可能なドーパント源の例には、非限定的にスピンオンガラスベースの材料又はナノ粒子ベースの材料を含むインクジェット印刷可能なドーパント源材料が挙げられる。
本明細書に記載した手法によって半導体層又は基板中にドープ領域を形成した後に、レーザーアブレーションを用いて、太陽電池の裏面上のｐ型及びｎ型ドープ領域のアレイの上方に形成された抗反射コーティング（ＡＲＣ）層を通して正孔又は開口を形成して、バックコンタクト型太陽電池のコンタクト形成を行い得る。次いで、金属コンタクトなどの導電性コンタクトが、開口内に形成され、ｐ型及びｎ型ドープ領域のアレイと電気結合を提供することが可能である。
本発明の一態様では、第２導電型の固体ドーパント源は、既にパターニングされた第１導電型の固体ドーパント源のフィーチャの間に印刷される。例えば、図１は、本発明の一実施形態による、バックコンタクト型太陽電池のエミッタの製造方法における操作を表すフローチャート１００を示す。図２Ａ〜２Ｉは、本発明の一実施形態による、フローチャート１００の操作に対応する、バックコンタクト型太陽電池の製造における様々な段階の断面図を示す。
フローチャート１００の操作１０２、及び対応する図２Ａを参照すると、バックコンタクト型太陽電池のエミッタの製造方法は、場合により、基板２００上に薄い誘電体層２０２を形成する段階を含む。
一実施形態では、この薄い誘電体層２０２は、二酸化ケイ素から構成され、およそ５〜５０オングストロームの範囲の厚さを有する。一実施形態では、この薄い誘電体層２０２は、トンネリング酸化膜として機能する。一実施形態では、基板２００は、ｎ型ドープ単結晶性シリコン基板などのバルク単結晶基板である。しかしながら、代替的な実施形態では、基板２００は、太陽電池基板全体に配設された多結晶シリコン層を含む。
フローチャート１００の操作１０４、及び対応する図２Ｂを参照すると、バックコンタクト型太陽電池のエミッタの製造方法は、場合により、薄い誘電体層２０２上にポリシリコン層２０４を形成する段階をも含む。用語ポリシリコン層の使用は、アモルファス−又はα−シリコンとして記載され得る材料も含むことが意図されることを理解するべきである。
フローチャート１００の操作１０６、及び対応する図２Ｃ及び２Ｄを参照すると、バックコンタクト型太陽電池のエミッタの製造方法は、ポリシリコン層２０４上に第１導電型の第１の固体ドーパント源２０６を形成（図２Ｃの層２０５）及びパターニングする段階を含む。
一実施形態において、図２Ｄに示すように、パターニングは、第１の固体ドーパント源の複数の領域２０６の間において、ポリシリコン層２０４の領域を露出する間隙２０８を形成する。一実施形態において、第１の固体ドーパント源２０６の形成及びパターニングは、ホウケイ酸ガラス（ＢＳＧ）の層又はリンケイ酸ガラス（ＰＳＧ）の層を形成及びパターニングする段階を含む。特定の実施形態において、ＢＳＧ又はＰＳＧ層は、化学気相堆積により均一のブランケット層として形成された後、リソグラフィ及びエッチプロセスによりパターニングされる。特定のそのような実施形態では、ＢＳＧ又はＰＳＧ層は、非限定的に大気圧化学気相堆積（ＡＰＣＶＤ）、プラズマ増強化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）、低圧化学気相堆積（ＬＰＣＶＤ）又は超高真空化学気相堆積（ＵＨＶＣＶＤ）などの化学気相堆積技術により形成される。代替的な特定の実施形態では、ＢＳＧ又はＰＳＧ層は、既にパターンを有するように堆積され、それ故、形成とパターニングとが同時に行われる。そのような一実施形態では、パターニングされたＢＳＧ又はＰＳＧ層は、スクリーン印刷手法により形成される。固体ドーパント源は、ドーパント不純物原子を含有する層であり、基板の上方に堆積され得ることを理解するべきである。これは、イオン注入手法と対比される。
フローチャート１００の操作１０８、及び対応する図２Ｅを参照すると、バックコンタクト型太陽電池のエミッタの製造方法はまた、印刷によって、基板２００の上方に第２導電型の第２の固体ドーパント源２１０の領域を形成する段階を含む。一実施形態では、印刷は、非限定的にインクジェット印刷、スクリーン印刷又はエアロゾル印刷などの技術により行われる。
一実施形態では、図２Ｅに示すように、第２の固体ドーパント源２１０の領域は、第１の固体ドーパント源の複数の領域２０６の間隙２０８内に第１の固体ドーパント源の複数の領域２０６と接触することなく形成される。また、より具体的な実施形態では、同様に図２Ｅに示すように、第２の固体ドーパント源２１０の領域は、第１の固体ドーパント源の複数の領域２０６から離間している。一実施形態では、第１の固体ドーパント源２０５／２０６及び第２の固体ドーパント源２１０は、ポリシリコン層２０４上に形成されている。しかしながら、基板と区別されるポリシリコン層が使用されない用途も存在し得る。それ故、別の実施形態（図示せず）では、第１の固体ドーパント源２０５／２０６及び第２の固体ドーパント源２１０は、基板上に直接（例えば、基板２００上に直接）形成され、又は基板の表面上の薄い酸化膜上に形成される。
一実施形態では、第２の固体ドーパント源２１０は、非限定的にスピンオンガラス前駆体材料又はナノ粒子材料などの材料から構成されている。スピンオンガラス前駆体材料又はナノ粒子材料は、その上に配置された第２導電型のドーパントを含む。例えば、一実施形態では、第２導電型はｎ型であり、ドーパント不純物原子はリン原子である。一実施形態では、第２導電型はｐ型であり、ドーパント不純物原子はホウ素原子である。
一実施形態では、第１導電型は、第２導電型の反対である。例えば、一実施形態では、第１導電型はｐ型であり、第２導電型はｎ型であり、第１の固体ドーパント源２０５／２０６は、ＢＳＧから構成されている。別の実施形態では、第１導電型はｎ型であり、第２導電型はｐ型であり、第１の固体ドーパント源２０５／２０６は、ＰＳＧから構成されている。
フローチャート１００の操作１１０、及び対応する図２Ｆを参照すると、一実施形態では、バックコンタクト型太陽電池のエミッタの製造方法は、場合により、第２の固体ドーパント源２１０の領域と、第１の固体ドーパント源２０６の複数の領域との間において、基板２００中に部分的にトレンチ２１２を形成する段階を更に含む。一実施形態では、図２Ｆに示すように、トレンチ２１２は、ポリシリコン層２０４中に、薄い誘電体層２０２中に、及び基板２００中に部分的に形成される。
フローチャート１００の操作１１２、及び対応する図２Ｇを参照すると、一実施形態では、バックコンタクト型太陽電池のエミッタの製造方法は、場合により、トレンチ２１２を形成する段階の後、基板２００を加熱する段階２５０を更に含む。
一実施形態では、加熱は、第１の固体ドーパント源２０６及び第２の固体ドーパント源２１０からドーパントをドライブする。例えば、一実施形態では、第１の固体ドーパント源２０６及び第２の固体ドーパント源２１０はポリシリコン層２０４上に形成され、基板２００を加熱する段階は、第１の固体ドーパント源２０６及び第２の固体ドーパント源２１０からそれぞれドーパントをポリシリコン層２０４中にドライブインする。しかしながら、別の実施形態では、第１の固体ドーパント源２０６及び第２の固体ドーパント源２１０は基板２０９０上に直接形成され、又は、基板２００上の薄い酸化物上に形成され、基板２００を加熱する工程は、第１の固体ドーパント源２０６及び第２の固体ドーパント源２１０からそれぞれドーパントを基板２００中にドライブインする。具体的なそのような一実施形態では、基板２００はバルク結晶シリコン基板であり、第１の固体ドーパント源２０６及び第２の固体ドーパント源２１０は、バルク結晶シリコン基板上に形成される。次いで、バルク結晶シリコン基板を加熱して、第１の固体ドーパント源２０６及び第２の固体ドーパント源２１０からドーパントをバルク結晶シリコン基板中にドライブインする。
フローチャート１００の操作１１４、及び対応する図２Ｇを再び参照すると、一実施形態では、バックコンタクト型太陽電池のエミッタの製造方法は、場合により、トレンチ２１２によって露出された基板２００の部分２１４をテクスチャ加工する段階を更に含む。
一実施形態では、このテクスチャ加工は、ランダムテクスチャパターンを形成する。このランダムテクスチャパターンは、異方性エッチング処理を基板２００の露出した領域に適用することによって形成することができ、したがって、基板２００の単結晶性シリコン面などの結晶面によって決定することができる。操作１１２の加熱は、第２の固体ドーパント源２１０を硬化させる。次いで、トレンチ２１２により露出された基板２００の部分２１４をテクスチャ加工する間、硬化された第２の固体ドーパント源は、マスクとして機能する。
例えば、特定の実施形態では、硬化された第２の固体ドーパント源はマスクとして機能して、水酸化物（ＯＨ−）ベースのエッチングに選択性を提供する。即ち、印刷された固体ドーパント源を使用したドーピングプロセスは、テクスチャ加工操作のためのマスクを提供する能力を本来備えている。大気圧化学気相堆積（ＡＰＣＶＤ）、注入又はレーザードーピングなどの他のドーピング手法は、このドーピングプロセスが本来備えている、そのようなマスキングの経路を提供しない場合があることを理解するべきである。
一実施形態では、図２Ｈを参照すると、基板２００を加熱する段階は、第１の固体ドーパント源２０６及び第２の固体ドーパント源２１０からのドーパントをそれぞれ活性化して、第２導電型の複数のポリシリコン領域２２０及び第１導電型の複数のポリシリコン領域２２２を形成する工程も含む。一実施形態では、活性化する工程は、ポリシリコン層２０４中で、少なくともいくつかのドーパントの混入を侵入型から置換型に変化させる段階を含む。一実施形態では、同様に図２Ｈに示すように、第１の固体ドーパント源２０６及び第２の固体ドーパント源２１０はまた除去されてもよい。そのような一実施形態では、第１の固体ドーパント源２０６及び第２の固体ドーパント源２１０は、水性フッ化水素酸又は他のＨＦ源を含む湿式溶液を適用することによる湿式エッチ技術を用いて除去される。別のそのような実施形態では、第１の固体ドーパント源２０６及び第２の固体ドーパント源２１０は、プラズマエッチングにより除去される。
図２Ｉを参照すると、一実施形態では、バックコンタクト型太陽電池のエミッタの製造方法は、場合により、第２導電型の複数のポリシリコン領域２２０の上方、第１導電型の複数のポリシリコン領域２２２の上方、及び基板２００の露出部分の上方に、誘電体層２２４を形成する段階を更に含む。一実施形態では、誘電体層２２４は、抗反射コーティング（ＡＲＣ）層である。
再び図２Ｉを参照すると、一実施形態では、バックコンタクト型太陽電池のエミッタの製造方法は、場合により、レーザーアブレーションによって、複数のｎ型ドープポリシリコン領域２２２及び複数のｐ型ドープポリシリコン領域２２０に複数のコンタクト開口２２６を形成する段階を更に含む。次いで、複数のコンタクト開口２２６内に導電性コンタクト２２８を形成し、導電性コンタクト２２８は、第２導電型の複数のポリシリコン領域２２０及び第１導電型の複数のポリシリコン領域２２２に結合されてもよい。一実施形態では、導電性コンタクト２２８は、金属から構成され、堆積、リソグラフ及びエッチング手法によって形成される。
本発明の別の態様では、第２導電型の固体ドーパント源は、ブランケット堆積によって、印刷された第１導電型の固体ドーパント源のフィーチャを覆って形成される。例えば、図３は、本発明の別の実施形態による、バックコンタクト型太陽電池のエミッタの製造方法における操作を表すフローチャート３００を示す。図２Ａ、２Ｂ、４Ａ〜４Ｅ、２Ｉ及び２Ｊは、本発明の一実施形態による、フローチャート３００の操作に対応する、バックコンタクト型太陽電池の製造における様々な段階の断面図を示す。
フローチャート３００の操作３０２、及び対応する図２Ａを参照すると、バックコンタクト型太陽電池のエミッタの製造方法は、場合により、基板２００上に薄い誘電体層２０２を形成する段階を含む。
一実施形態では、この薄い誘電体層２０２は、二酸化ケイ素から構成され、およそ５〜５０オングストロームの範囲の厚さを有する。一実施形態では、この薄い誘電体層２０２は、トンネリング酸化膜として機能する。一実施形態では、基板２００は、ｎ型ドープ単結晶性シリコン基板などのバルク単結晶基板である。しかしながら、代替的な実施形態では、基板２００は、太陽電池基板全体に配設された多結晶シリコン層を含む。
フローチャート３００の操作３０４、及び対応する図２Ｂを参照すると、バックコンタクト型太陽電池のエミッタの製造方法は、場合により、薄い誘電体層２０２上にポリシリコン層２０４を形成する段階も含む。用語ポリシリコン層の使用は、アモルファス−又はα−シリコンとして記載され得る材料も含むことが意図されることを理解するべきである。
フローチャート３００の操作３０６、及び対応する図４Ａを参照すると、バックコンタクト型太陽電池のエミッタの製造方法は、印刷によって、基板２００の上方に第１導電型の第１の固体ドーパント源２５２を形成する段階を含む。第１の固体ドーパント源２５２は、間隙２５４により分離された複数の領域を含む。一実施形態において、印刷は、非限定的にインクジェット印刷、スクリーン印刷又はエアロゾル印刷などの技術により行われる。
一実施形態では、図４Ａに示すように、間隙２５４は、第１の固体ドーパント源の複数の領域２５２の間において、ポリシリコン層２０４の領域を露出する。一実施形態では、基板２００の上方の第１の固体ドーパント源２５２の全適用範囲は、表面積で１０〜１５％の範囲内であり、例えばおよそ１２％である。
一実施形態では、第１の固体ドーパント源２５２は、非限定的にスピンオンガラス前駆体材料又はナノ粒子材料などの材料から構成されている。スピンオンガラス前駆体材料又はナノ粒子材料は、その上に配置された第１導電型のドーパントを含む。例えば、一実施形態では、第１導電型はｎ型であり、ドーパント不純物原子はリン原子である。一実施形態では、第１導電型はｐ型であり、ドーパント不純物原子はホウ素原子である。
フローチャート３００の操作３０８、及び対応する図４Ｂを参照すると、バックコンタクト型太陽電池のエミッタの製造方法はまた、化学気相堆積により、第１の固体ドーパント源２５２の上方に第２導電型の第２の固体ドーパント源２５６を形成する段階を含む。第２の固体ドーパント源２５６はまた、第１の固体ドーパント源２５２の複数の領域の間隙２５４内において、基板２００の上方に形成される。
一実施形態では、第２の固体ドーパント源２５６を形成する段階は、ＢＳＧの層又はＰＳＧの層を形成する段階を含む。そのような一実施形態では、ＢＳＧ又はＰＳＧ層は、化学気相成長により均一のブランケット層として形成される。一実施形態では、第２導電型は、第１導電型の反対である。例えば、一実施形態では、第１導電型はｐ型であり、第２導電型はｎ型であり、第２の固体ドーパント源２５６はＰＳＧから構成されている。別の実施形態では、第１導電型はｎ型であり、第２導電型はｐ型であり、第２の固体ドーパント源２５６はＢＳＧから構成されている。
一実施形態では、第１の固体ドーパント源２５２と、第２の固体ドーパント源２５６の部分とは、ポリシリコン層２０４上に形成されている。しかしながら、基板と区別されるポリシリコン層が使用されない用途も存在し得る。それ故、別の実施形態（図示せず）では、第１の固体ドーパント源２５２と、第２の固体ドーパント源２５６の部分とは、基板上に直接（例えば基板２００上に直接）形成され、又は基板の表面上の薄い酸化膜上に形成される。
フローチャート３００の操作３１０、及び対応する図４Ｃを参照すると、バックコンタクト型太陽電池のエミッタの製造方法は、第２の固体ドーパント源２５６をパターニングして、第１の固体ドーパント源の複数の領域２５２の間隙２５４内に第１の固体ドーパント源の複数の領域２５２と接触することなく、第２の固体ドーパント源２５６の第１の領域２５８を形成する段階も含む。更に、図４Ｃに示すように、第１の固体ドーパント源の複数の領域２５２上に、第２の固体ドーパント源２５６の第２の領域２６０も形成される。
一実施形態において、第２の固体ドーパント源２５６をパターニングする段階は、ＢＳＧの層又はＰＳＧの層をパターニングする段階を含む。特定の実施形態において、ＢＳＧ又はＰＳＧ層は、化学気相堆積により均一のブランケット層として形成された後、リソグラフィ及びエッチプロセスによりパターニングされる。特定のそのような実施形態では、ＢＳＧ又はＰＳＧ層は、非限定的に大気圧化学気相堆積（ＡＰＣＶＤ）、プラズマ増強化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）、低圧化学気相堆積（ＬＰＣＶＤ）又は超高真空化学気相堆積（ＵＨＶＣＶＤ）などの化学気相堆積技術により形成される。一実施形態では、図４Ｃに示すように、第２の固体ドーパント源２５６の第１の領域２５８は、第１の固体ドーパント源の複数の領域２５２の間隙２５４内に第１の固体ドーパント源の複数の領域２５２と接触することなく形成される。また、より特定の実施形態では、同様に図４Ｃに示すように、第２の固体ドーパント源２５６の第１の領域２５８は、第１の固体ドーパント源２５２の複数の領域から離間している。
フローチャート３００の操作３１２、及び対応する図４Ｄを参照すると、一実施形態では、バックコンタクト型太陽電池のエミッタの製造方法は、場合により、第２の固体ドーパント源２５６の第１の領域２５８と、第１の固体ドーパント源２５２の複数の領域との間において、基板２００中に部分的にトレンチ２６２を形成する段階を更に含む。一実施形態では、トレンチ２６２は、図４Ｄに示すように、ポリシリコン層２０４中に、薄い誘電体層２０２中に、及び基板２００中に部分的に形成される。
フローチャート３００の操作３１４、及び対応する図４Ｅを参照すると、一実施形態では、バックコンタクト型太陽電池のエミッタの製造方法は、場合により、トレンチ２６２を形成する段階の後に、基板２００を加熱する段階２５０を更に含む。
一実施形態において、加熱は、第１の固体ドーパント源２５２及び第２の固体ドーパント源２５８からドーパントをドライブする。例えば、一実施形態において、第１の固体ドーパント源２５２及び第２の固体ドーパント源２５８はポリシリコン層２０４上に形成され、基板２００を加熱する段階は、第１の固体ドーパント源２５２及び第２の固体ドーパント源２５８からそれぞれドーパントをポリシリコン層２０４中にドライブインする。しかしながら、別の実施形態では、第１の固体ドーパント源２５２及び第２の固体ドーパント源２５８は、基板２００上に直接形成され、又は、基板２００上の薄い酸化物上に形成され、基板２００を加熱する段階は、第１の固体ドーパント源２５２及び第２の固体ドーパント源２５８からそれぞれドーパントを基板２００中にドラインブンする。特定のそのような一実施形態では、基板２００はバルク結晶シリコン基板であり、第１の固体ドーパント源２５２及び第２の固体ドーパント源２５８は、バルク結晶シリコン基板上に形成される。次いで、バルク結晶シリコン基板を加熱して、第１の固体ドーパント源２５２及び第２の固体ドーパント源２５８からドーパントをバルク結晶シリコン基板中にドライブインするべくバルク結晶シリコン基板を加熱する。
本発明の一実施形態によれば、第１の固体ドーパント源２５２は、第２の固体ドーパント源２５６の第２の領域２６０から、第１の固体ドーパント源２５２の複数の領域を通過してドーパントをドライブすることを遮断する十分な厚みを有する。例えば、第２の固体ドーパント源２５６の第１の領域２５８からドーパントを下層のポリシリコン層又は基板中にドライブインすることは望ましい場合がある一方、第２の固体ドーパント源２５６の第２の領域２６０からドーパントを下層のポリシリコン層又は基板中にドライブインすることは望ましくない場合がある。その代わりに、それらの領域内では、第２の固体ドーパント源２５６の第２の領域２６０の下層の第１の固体ドーパント源２５２からドーパントを下層のポリシリコン層又は基板中にドライブインすることのみが望ましい可能性がある。厚さ以外に、第２の固体ドーパント源２５６の第２の領域２６０から第１の固体ドーパント源２５２の複数の領域を通過してドーパントをドライブすることを十分に遮断するよう考慮され得る他のパラメーターには、第１の固体ドーパント源２５２のドーパント濃度、第１の固体ドーパント源２５２の密度、ドーパント種のアイデンティティー、及び加熱操作３１４のタイミングが挙げられるが、これらに限定される必要はない。
フローチャート３００の操作３１６、及び対応する図４Ｅを再び参照すると、一実施形態では、バックコンタクト型太陽電池のエミッタの製造方法は、場合により、トレンチを形成する段階の後に、トレンチ２６２によって露出された基板２００の部分２６４をテクスチャ加工する段階を更に含む。
一実施形態では、このテクスチャ加工は、ランダムテクスチャパターンを形成する。このランダムテクスチャパターンは、異方性エッチング処理を基板２００の露出した領域に適用することによって形成することができ、したがって、基板２００の単結晶性シリコン面などの結晶面によって決定することができる。一実施形態において、操作３１４の加熱は、第１の固体ドーパント源２５２を硬化させる。次いで、トレンチ２６２により露出された基板２００の部分２６４をテクスチャ加工する間、硬化された第１の固体ドーパント源は、マスクとして機能する。
一実施形態では、図２Ｈを参照すると、基板２００を加熱する段階は、第１の固体ドーパント源２５２及び第２の固体ドーパント源２５８からのドーパントをそれぞれ活性化して、第１導電型の複数のポリシリコン領域２２０及び第２導電型の複数のポリシリコン領域２２２を形成する段階も含む。一実施形態では、活性化する工程は、ポリシリコン層２０４中で、少なくともいくつかのドーパントの混入を侵入型から置換型に変化させる工程を含む。一実施形態において、同様に図２Ｈに示すように、第１の固体ドーパント源２５２及び第２の固体ドーパント源２５８も除去される。そのような一実施形態では、第１の固体ドーパント源２５２及び第２の固体ドーパント源２５８は、水性フッ化水素酸又は他のＨＦ源を含む湿式溶液を適用することによる湿式エッチ技術により除去される。別のそのような実施形態では、第１の固体ドーパント源２５２及び第２の固体ドーパント源２５８は、プラズマエッチングにより除去される。
図２Ｉを参照すると、一実施形態において、バックコンタクト型太陽電池のエミッタの製造方法は、場合により、第１導電型の複数のポリシリコン領域２２０の上方、第２導電型の複数のポリシリコン領域２２２の上方、及び基板２００の露出部分の上方に、誘電体層２２４を形成する段階を更に含む。次いで、複数のコンタクト開口２２６を形成し、第１導電型の複数のポリシリコン領域２２０及び第２導電型の複数のポリシリコン領域２２２を露出してもよい。次いで、複数のコンタクト開口２２６内に導電性コンタクト２２８を形成し、導電性コンタクト２２８は、第１導電型の複数のポリシリコン領域２２０及び第２導電型の複数のポリシリコン領域２２２に結合されてもよい。
フローチャート１００及び３００の操作、並びに対応する図は、説明を目的として、特定の順序で提供されていることを理解するべきである。本発明の趣旨及び範囲内で検討される別の実施形態は、異なる製造の順序を含み得る。例えば、図示された特定の順序付けは、特定の実施形態に明記されない限り、変更又は変化されてもよい。例えば、フローチャート３００に関連して記載した方法におけるトレンチの形成は、別の実施形態では必要でない場合がある。
このように、バックコンタクト型太陽電池のエミッタの製造方法が開示されてきた。本発明の一実施形態によれば、本方法は、化学気相堆積によって、間隙により分離された複数の領域を含む第１導電型の第１の固体ドーパント源を基板の上方に形成する段階を含む。本発明はまた、第１の固体ドーパント源の複数の領域の間隙内に第１の固体ドーパント源の複数の領域と接触することなく、第２導電型の第２の固体ドーパント源の領域を印刷によって基板の上方に形成する段階を備え、第１導電型が第２導電型の反対である。一実施形態では、第２の固体ドーパント源は、スピンオンガラス前駆体材料又はナノ粒子材料から構成されている。一実施形態では、第１導電型はｐ型であり、第２導電型はｎ型であり、第１の固体ドーパント源は、ホウケイ酸ガラス（ＢＳＧ）から構成されている。一実施形態では、第１導電型はｎ型であり、第２導電型はｐ型であり、第１の固体ドーパント源は、リンケイ酸ガラス（ＰＳＧ）から構成されている。
（項目１）
バックコンタクト型太陽電池のエミッタの形成方法であって、
化学気相堆積によって、間隙により分離された複数の領域を含む第１導電型の第１の固体ドーパント源を基板の上方に形成する段階と、
上記第１の固体ドーパント源の上記複数の領域の上記間隙内に上記第１の固体ドーパント源の上記複数の領域と接触することなく、第２導電型の第２の固体ドーパント源の複数の領域を印刷によって上記基板の上方に形成する段階と、を備え、
上記第１の導電型が上記第２の導電型の反対である、方法。
（項目２）
上記第２の固体ドーパント源の上記複数の領域が、上記第１の固体ドーパント源の上記複数の領域から離間され、
上記方法は更に、
上記第２の固体ドーパント源の上記領域と、上記第１の固体ドーパント源の上記複数の領域との間の上記基板に部分的にトレンチを形成する段階と、
上記第１の固体ドーパント源及び第２の固体ドーパント源からのドーパントをドライブするべく上記基板を加熱する段階とを更に備え、
上記加熱する段階により、上記第２の固体ドーパント源が硬化する、請求項１に記載の方法。
（項目３）
上記トレンチを形成する段階及び上記加熱する段階の後に、上記トレンチにより露出された上記基板の部分をテクスチャ加工する段階を更に備え、
硬化された上記第２の固体ドーパント源が、上記テクスチャ加工する段階において、マスクとして機能する、項目２に記載の方法。
（項目４）
上記第１の固体ドーパント源を形成する段階の前に、上記基板上に薄い誘電体層を形成する段階と、
上記薄い誘電体層上にポリシリコン層を形成する段階とを備え、
上記第１の固体ドーパント源及び上記第２の固体ドーパント源が上記ポリシリコン層上に形成される、項目１に記載の方法。
（項目５）
上記第１の固体ドーパント源及び第２の固体ドーパント源からドーパントを上記ポリシリコン層中にドライブインするべく上記基板を加熱する段階を更に備える、項目４に記載の方法。
（項目６）
上記基板がバルク結晶シリコン基板であり、
上記第１の固体ドーパント源及び上記第２の固体ドーパント源が上記バルク結晶シリコン基板上に形成される、項目１に記載の方法。
（項目７）
上記第１の固体ドーパント源及び第２の固体ドーパント源からドーパントを上記バルク結晶シリコン基板中にドライブインするべく上記バルク結晶シリコン基板を加熱する段階を更に備える項目６に記載の方法。
（項目８）
上記第２の固体ドーパント源が、スピンオンガラス前駆体材料又はナノ粒子材料を含む、項目１に記載の方法。
（項目９）
上記第１導電型がｐ型であり、上記第２導電型がｎ型であり、
上記第１の固体ドーパント源が、ホウケイ酸ガラス（ＢＳＧ）を含む、項目１に記載の方法。
（項目１０）
上記第１の導電型がｎ型であり、上記第２の導電型がｐ型であり、
上記第１の固体ドーパント源が、リンケイ酸ガラス（ＰＳＧ）を含む、項目１に記載の方法。
（項目１１）
項目１に記載の方法により製造された太陽電池。
（項目１２）
バックコンタクト型太陽電池のエミッタの形成方法であって、
印刷によって、間隙により分離された複数の領域を含む第１導電型の第１の固体ドーパント源を基板の上方に形成する段階と、
化学気相堆積によって、上記第１の固体ドーパント源の上方に、及び、上記第１の固体ドーパント源の上記複数の領域の上記間隙内において上記基板の上方に、第２の導電型の第２の固体ドーパント源を形成する段階と、
上記第１の導電型が上記第２の導電型の反対であり、
上記第２の固体ドーパント源をパターニングして、上記第１の固体ドーパント源の上記複数の領域の上記間隙内に上記第１の固体ドーパント源の上記複数の領域と接触することなく、上記第２の固体ドーパント源の複数の第１の領域を形成し、上記第１の固体ドーパント源の上記複数の領域上に上記第２の固体ドーパント源の複数の第２の領域を形成する段階とを備え、
上記第１の固体ドーパント源が、上記第２の固体ドーパント源の上記第２の領域から上記第１の固体ドーパント源の上記複数の領域を通過してドライブされるドーパントを遮断する十分な厚みを有する、方法。
（項目１３）
上記第２の固体ドーパント源の上記複数の第１の領域が、上記第１の固体ドーパント源の上記複数の領域から離間され、
上記方法は更に、
上記第２の固体ドーパント源の上記第１の領域と、上記第１の固体ドーパント源の上記複数の領域との間の上記基板に部分的にトレンチを形成する段階と、
上記第１の固体ドーパント源と、上記第２の固体ドーパント源の上記第１の領域とからドーパントをドライブするべく上記基板を加熱する段階と、を備え、
上記加熱する段階によって、上記第１の固体ドーパント源が硬化される、方法。
（項目１４）
上記トレンチを形成する段階及び上記加熱する段階の後に、上記トレンチにより露出された上記基板の部分をテクスチャ加工する段階を更に備え、
硬化された上記第１の固体ドーパント源が、上記テクスチャ加工する段階において、マスクとして機能する、項目１３に記載の方法。
（項目１５）
上記第１の固体ドーパント源を形成する段階の前に、上記基板上に薄い誘電体層を形成する段階と、
上記薄い誘電体層上にポリシリコン層を形成する段階とを備え、
上記第１の固体ドーパント源と、上記第１の固体ドーパント源の上記複数の領域の上記間隙内における上記基板の上方の上記第２の固体ドーパント源とが、上記ポリシリコン層上に形成される、項目１２に記載の方法。
（項目１６）
上記第１の固体ドーパント源と、上記第２の固体ドーパント源の上記第１の領域とからドーパントを上記ポリシリコン層中にドライブインするべく、上記基板を加熱する段階を更に備える、項目１５に記載の方法。
（項目１７）
上記基板がバルク結晶シリコン基板であり、
上記第１の固体ドーパント源と、上記第１の固体ドーパント源の上記複数の領域の上記間隙内における上記基板の上方の上記第２の固体ドーパント源とが、上記バルク結晶シリコン基板上に形成される、項目１２に記載の方法。
（項目１８）
上記第１の固体ドーパント源と、上記第２の固体ドーパント源の上記第１の領域とからドーパントを上記バルク結晶シリコン基板中にドライブインするべく上記基板を加熱する段階を更に備える、項目１７に記載の方法。
（項目１９）
上記第１の固体ドーパント源が、スピンオンガラス前駆体材料又はナノ粒子材料を含む、項目１２に記載の方法。
（項目２０）
上記第１導電型がｎ型であり、上記第２導電型がｐ型であり、
上記第２の固体ドーパント源が、ホウケイ酸ガラス（ＢＳＧ）を含む、項目１２に記載の方法。
（項目２１）
上記第１の導電型がｐ型であり、上記第２の導電型がｎ型であり、
上記第２の固体ドーパント源が、リンケイ酸ガラス（ＰＳＧ）を含む、項目１２に記載の方法。
（項目２２）
項目１２に記載の方法により製造された太陽電池。
（項目１）
バックコンタクト型太陽電池のエミッタの形成方法であって、
化学気相堆積によって、間隙により分離された複数の領域を含む第１導電型の第１の固体ドーパント源を基板の上方に形成する段階と、
上記第１の固体ドーパント源の上記複数の領域の上記間隙内に上記第１の固体ドーパント源の上記複数の領域と接触することなく、第２導電型の第２の固体ドーパント源の複数の領域を印刷によって上記基板の上方に形成する段階と、を備え、
上記第１の導電型が上記第２の導電型の反対である、方法。
（項目２）
上記第２の固体ドーパント源の上記複数の領域が、上記第１の固体ドーパント源の上記複数の領域から離間され、
上記方法は更に、
上記第２の固体ドーパント源の上記領域と、上記第１の固体ドーパント源の上記複数の領域との間の上記基板に部分的にトレンチを形成する段階と、
上記第１の固体ドーパント源及び第２の固体ドーパント源からのドーパントをドライブするべく上記基板を加熱する段階とを更に備え、
上記加熱する段階により、上記第２の固体ドーパント源が硬化する、請求項１に記載の方法。
（項目３）
上記トレンチを形成する段階及び上記加熱する段階の後に、上記トレンチにより露出された上記基板の部分をテクスチャ加工する段階を更に備え、
硬化された上記第２の固体ドーパント源が、上記テクスチャ加工する段階において、マスクとして機能する、項目２に記載の方法。
（項目４）
上記第１の固体ドーパント源を形成する段階の前に、上記基板上に薄い誘電体層を形成する段階と、
上記薄い誘電体層上にポリシリコン層を形成する段階とを備え、
上記第１の固体ドーパント源及び上記第２の固体ドーパント源が上記ポリシリコン層上に形成される、項目１に記載の方法。
（項目５）
上記第１の固体ドーパント源及び第２の固体ドーパント源からドーパントを上記ポリシリコン層中にドライブインするべく上記基板を加熱する段階を更に備える、項目４に記載の方法。
（項目６）
上記基板がバルク結晶シリコン基板であり、
上記第１の固体ドーパント源及び上記第２の固体ドーパント源が上記バルク結晶シリコン基板上に形成される、項目１に記載の方法。
（項目７）
上記第１の固体ドーパント源及び第２の固体ドーパント源からドーパントを上記バルク結晶シリコン基板中にドライブインするべく上記バルク結晶シリコン基板を加熱する段階を更に備える項目６に記載の方法。
（項目８）
上記第２の固体ドーパント源が、スピンオンガラス前駆体材料又はナノ粒子材料を含む、項目１に記載の方法。
（項目９）
上記第１導電型がｐ型であり、上記第２導電型がｎ型であり、
上記第１の固体ドーパント源が、ホウケイ酸ガラス（ＢＳＧ）を含む、項目１に記載の方法。
（項目１０）
上記第１の導電型がｎ型であり、上記第２の導電型がｐ型であり、
上記第１の固体ドーパント源が、リンケイ酸ガラス（ＰＳＧ）を含む、項目１に記載の方法。
（項目１１）
項目１に記載の方法により製造された太陽電池。
（項目１２）
バックコンタクト型太陽電池のエミッタの形成方法であって、
印刷によって、間隙により分離された複数の領域を含む第１導電型の第１の固体ドーパント源を基板の上方に形成する段階と、
化学気相堆積によって、上記第１の固体ドーパント源の上方に、及び、上記第１の固体ドーパント源の上記複数の領域の上記間隙内において上記基板の上方に、第２の導電型の第２の固体ドーパント源を形成する段階と、
上記第１の導電型が上記第２の導電型の反対であり、
上記第２の固体ドーパント源をパターニングして、上記第１の固体ドーパント源の上記複数の領域の上記間隙内に上記第１の固体ドーパント源の上記複数の領域と接触することなく、上記第２の固体ドーパント源の複数の第１の領域を形成し、上記第１の固体ドーパント源の上記複数の領域上に上記第２の固体ドーパント源の複数の第２の領域を形成する段階とを備え、
上記第１の固体ドーパント源が、上記第２の固体ドーパント源の上記第２の領域から上記第１の固体ドーパント源の上記複数の領域を通過してドライブされるドーパントを遮断する十分な厚みを有する、方法。
（項目１３）
上記第２の固体ドーパント源の上記複数の第１の領域が、上記第１の固体ドーパント源の上記複数の領域から離間され、
上記方法は更に、
上記第２の固体ドーパント源の上記第１の領域と、上記第１の固体ドーパント源の上記複数の領域との間の上記基板に部分的にトレンチを形成する段階と、
上記第１の固体ドーパント源と、上記第２の固体ドーパント源の上記第１の領域とからドーパントをドライブするべく上記基板を加熱する段階と、を備え、
上記加熱する段階によって、上記第１の固体ドーパント源が硬化される、方法。
（項目１４）
上記トレンチを形成する段階及び上記加熱する段階の後に、上記トレンチにより露出された上記基板の部分をテクスチャ加工する段階を更に備え、
硬化された上記第１の固体ドーパント源が、上記テクスチャ加工する段階において、マスクとして機能する、項目１３に記載の方法。
（項目１５）
上記第１の固体ドーパント源を形成する段階の前に、上記基板上に薄い誘電体層を形成する段階と、
上記薄い誘電体層上にポリシリコン層を形成する段階とを備え、
上記第１の固体ドーパント源と、上記第１の固体ドーパント源の上記複数の領域の上記間隙内における上記基板の上方の上記第２の固体ドーパント源とが、上記ポリシリコン層上に形成される、項目１２に記載の方法。
（項目１６）
上記第１の固体ドーパント源と、上記第２の固体ドーパント源の上記第１の領域とからドーパントを上記ポリシリコン層中にドライブインするべく、上記基板を加熱する段階を更に備える、項目１５に記載の方法。
（項目１７）
上記基板がバルク結晶シリコン基板であり、
上記第１の固体ドーパント源と、上記第１の固体ドーパント源の上記複数の領域の上記間隙内における上記基板の上方の上記第２の固体ドーパント源とが、上記バルク結晶シリコン基板上に形成される、項目１２に記載の方法。
（項目１８）
上記第１の固体ドーパント源と、上記第２の固体ドーパント源の上記第１の領域とからドーパントを上記バルク結晶シリコン基板中にドライブインするべく上記基板を加熱する段階を更に備える、項目１７に記載の方法。
（項目１９）
上記第１の固体ドーパント源が、スピンオンガラス前駆体材料又はナノ粒子材料を含む、項目１２に記載の方法。
（項目２０）
上記第１導電型がｎ型であり、上記第２導電型がｐ型であり、
上記第２の固体ドーパント源が、ホウケイ酸ガラス（ＢＳＧ）を含む、項目１２に記載の方法。
（項目２１）
上記第１の導電型がｐ型であり、上記第２の導電型がｎ型であり、
上記第２の固体ドーパント源が、リンケイ酸ガラス（ＰＳＧ）を含む、項目１２に記載の方法。
（項目２２）
項目１２に記載の方法により製造された太陽電池。
Claims (9)
- バックコンタクト型太陽電池の複数のエミッタの形成方法であって、
印刷によって、複数の間隙により分離された複数の領域を含む第１導電型の第１の固体ドーパント源を基板の上方に形成する段階と、
化学気相堆積によって、前記第１の固体ドーパント源の上方に、及び、前記第１の固体ドーパント源の前記複数の領域の前記複数の間隙内において前記基板の上方に、第２導電型の第２の固体ドーパント源を形成する段階であって、前記第１導電型が前記第２導電型の反対である、第２導電型の第２の固体ドーパント源を形成する段階と、
前記第２の固体ドーパント源をパターニングして、前記第１の固体ドーパント源の前記複数の領域の前記複数の間隙内に前記第１の固体ドーパント源の前記複数の領域と接触することなく、前記第２の固体ドーパント源の複数の第１の領域を形成し、前記第１の固体ドーパント源の前記複数の領域上に前記第２の固体ドーパント源の複数の第２の領域を形成する段階と、
を備え、
前記第１の固体ドーパント源が、前記第２の固体ドーパント源の前記複数の第２の領域から前記第１の固体ドーパント源の前記複数の領域を通過してドライブされるドーパントを遮断する十分な厚みを有する、方法。 - 前記第２の固体ドーパント源の前記複数の第１の領域が、前記第１の固体ドーパント源の前記複数の領域から離間され、
前記方法は更に、
前記第２の固体ドーパント源の前記複数の第１の領域と、前記第１の固体ドーパント源の前記複数の領域との間の前記基板に部分的に複数のトレンチを形成する段階と、
前記第１の固体ドーパント源と、前記第２の固体ドーパント源の前記複数の第１の領域とからドーパントをドライブするべく前記基板を加熱する段階と、
を備え、
前記加熱する段階によって、前記第１の固体ドーパント源が硬化される、請求項１に記載の方法。 - 前記複数のトレンチを形成する段階及び前記加熱する段階の後に、前記複数のトレンチにより露出された前記基板の部分をテクスチャ加工する段階を更に備え、
硬化された前記第２の固体ドーパント源が、前記テクスチャ加工する段階において、マスクとして機能する、請求項２に記載の方法。 - 前記第１の固体ドーパント源を形成する段階の前に、前記基板上に薄い誘電体層を形成する段階と、
前記薄い誘電体層上にポリシリコン層を形成する段階とを更に備え、
前記第１の固体ドーパント源と、前記第１の固体ドーパント源の前記複数の領域の前記複数の間隙内における前記基板の上方の前記第２の固体ドーパント源とが、前記ポリシリコン層上に形成される、請求項１から３の何れか１項に記載の方法。 - 前記第１の固体ドーパント源と、前記第２の固体ドーパント源の前記複数の第１の領域とからドーパントを前記ポリシリコン層中にドライブインするべく、前記基板を加熱する段階を更に備える、請求項４に記載の方法。
- 前記基板はバルク結晶シリコン基板であり、
前記バルク結晶シリコン基板上に、前記第１の固体ドーパント源を形成する段階と、
前記第１の固体ドーパント源の前記複数の領域の前記複数の間隙内に前記第２の固体ドーパント源を前記バルク結晶シリコン基板の上方に形成する段階と、
前記第１の固体ドーパント源と前記第２の固体ドーパント源の前記複数の第１の領域とからドーパントを前記バルク結晶シリコン基板中にドライブインするべく、前記バルク結晶シリコン基板を加熱する段階と、
を更に備える、請求項１から３の何れか１項に記載の方法。 - 前記第１の固体ドーパント源を形成すべく、スピンオンガラス前駆体材料又はナノ粒子材料を使用する段階を更に備える、請求項１から６の何れか１項に記載の方法。
- 前記第１導電型はｎ型であり、
前記第２導電型はｐ型であり、
前記第２の固体ドーパント源を形成すべく、ホウケイ酸ガラス（ＢＳＧ）を使用する段階を更に備える、請求項１から７の何れか１項に記載の方法。 - 前記第１導電型はｐ型であり、
前記第２導電型はｎ型であり、
前記第２の固体ドーパント源を形成すべく、ホウケイ酸ガラス（ＢＳＧ）を使用する段階を更に備える、請求項１から７の何れか１項に記載の方法。
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