JP6224729B2 - シリコンナノ粒子を使用した太陽電池エミッタ領域の製造 - 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おけるものであり、特にシリコンナノ粒子を使用した太陽電池エミッタ領域の製造の方法、及び結果として生じる太陽電池である。
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ｐ−ｎ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型ドープ領域及びＮ型ドープ領域内に移動し、それによってドープされた領域の間に電圧差を生じさせる。ドープ領域は、太陽電池の導電性領域に接続され、電流を太陽電池から太陽電池と連結された外部回路へと方向付ける。
効率は、電力を生成する太陽電池の能力に直接関連することから、太陽電池の重要な特性である。同様に、太陽電池を生産する上での効率は、このような太陽電池のコスト有効性に直接関連する。したがって、太陽電池効率を上げるための技術、又は太陽電池の製造効率を上げるための技術が、概ね望ましい。本発明のいくつかの実施形態は、太陽電池構造体を製造するための新規なプロセスを提供することによって、太陽電池の製造効率の増加を可能にする。本発明のいくつかの実施形態は、新規な太陽電池構造体を提供することによって、太陽電池の効率向上を可能にしている。
本発明の実施形態による、太陽電池の製造における様々な段階の断面図を例示する。 本発明の実施形態による、太陽電池の製造における様々な段階の断面図を例示する。 本発明の実施形態による、太陽電池の製造における様々な段階の断面図を例示する。 本発明の実施形態による、太陽電池の製造における様々な段階の断面図を例示する。
本発明の別の実施形態による、太陽電池の製造における様々な段階の断面図を例示する。 本発明の別の実施形態による、太陽電池の製造における様々な段階の断面図を例示する。 本発明の別の実施形態による、太陽電池の製造における様々な段階の断面図を例示する。
本発明の別の実施形態による、太陽電池の製造における様々な段階の断面図を例示する。 本発明の別の実施形態による、太陽電池の製造における様々な段階の断面図を例示する。 本発明の別の実施形態による、太陽電池の製造における様々な段階の断面図を例示する。 本発明の別の実施形態による、太陽電池の製造における様々な段階の断面図を例示する。 本発明の別の実施形態による、太陽電池の製造における様々な段階の断面図を例示する。 本発明の別の実施形態による、太陽電池の製造における様々な段階の断面図を例示する。
シリコンナノ粒子を使用した太陽電池エミッタ領域の製造の方法及び結果として生じる太陽電池が本明細書で説明される。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なしに、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、必ずしも一定の縮尺で描写されるものではないことを理解するべきである。
本明細書においては、太陽電池を製造する方法が開示されている。一実施形態では、太陽電池のエミッタ領域の製造の方法には、太陽電池の基板の表面の上方に配設された誘電体層の上方にドープシリコンナノ粒子領域を形成することが含まれる。シリコン層は、ドープシリコンナノ粒子領域上に形成される。少なくとも、シリコン層の一部は、誘電体層上に配設されたドープ多結晶シリコン層を形成するために、ドープシリコンナノ粒子領域の少なくとも一部と混合される。
別の実施形態では、太陽電池のエミッタ領域の製造の方法には、太陽電池の基板の背面の上方に配設された誘電体層の上方にドープシリコンナノ粒子領域を形成することが含まれる。背面は太陽電池の受光表面と反対側である。シリコン層は、ドープシリコンナノ粒子領域上の一部分及び誘電体層上の一部分を含む、受光表面上及び基板の背面の上方の両方に形成される。ドープシリコンナノ粒子領域上に形成されたシリコン層の部分は、誘電体層上に配設されたドープ多結晶シリコン層を形成するために、ドープシリコンナノ粒子領域の少なくとも一部分と混合される。基板の受光表面上のシリコン層、誘導体層上のシリコン層の部分、及びドープ多結晶シリコン層の最も外側の領域は、受光表面上及び基板の背面の上方に酸化ケイ素層を形成するために酸化される。反射防止コーティング層が受光表面上の酸化ケイ素層上及び基板の背面の上方の酸化ケイ素層上に形成される。
更に別の実施形態では、太陽電池のエミッタ領域の製造の方法には、Ｎ型ドープシリコンナノ粒子領域及び太陽電池の基板の背面の上方に配設された誘電体層の上方にＰ型ドープシリコンナノ粒子領域を形成することが含まれる。背面は太陽電池の受光表面と反対側である。Ｎ型ドープシリコンナノ粒子領域は、Ｐ型ドープシリコンナノ粒子領域と隣接しているが、接触していない。シリコン層は、Ｎ型及びＰ型ドープシリコンナノ粒子領域上の一部分並びに誘電体層上の一部分の上方を含む、基板の背面の少なくとも上方に形成される。Ｎ型及びＰ型ドープシリコンナノ粒子領域上に形成されたシリコン層の部分は、それぞれ、誘電体層上におのおの配設されるＮ型ドープ多結晶シリコン層及びＰ型ドープ多結晶シリコン層を形成するために、Ｎ型及びＰ型ドープシリコンナノ粒子領域のそれぞれの少なくとも一部分と混合される。誘電体上のシリコン層の部分、並びにＮ型及びＰ型ドープ多結晶シリコン層のそれぞれの最も外側の領域は、基板の背面の上方に酸化ケイ素層を形成するために酸化される。基板の背面の上方の酸化ケイ素層は、基板の背面に形成される溝部によって分離されるＮ型ドープ多結晶シリコン領域及びＰ型ドープ多結晶シリコン領域を提供するためにマスキング及びエッチングされ、Ｎ型ドープポリシリコン領域及びＰ型ドープ多結晶シリコン領域のそれぞれは、当該上の酸化ケイ素層の一部分を保持している。反射防止コーティング層が、Ｎ型ドープポリシリコン領域及びＰ型ドープ多結晶シリコン領域上並びに溝部に形成される。
第１の態様では、全体として、ポリシリコンエミッタは、ドープシリコンナノ粒子を印刷し、その後、低圧化学気相成長法（ＬＰＣＶＤ）によって薄い非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）層を堆積することによって形成され得る。高温で得られる構造を焼鈍しすると、材料スタックはドープポリシリコン層に稠密化され、これは太陽電池用のポリエミッタとして使用され得る。一実施形態では、ｎ型及びｐ型のエミッタの一方又は両方がナノ粒子によって作製され、堆積時に基板上に直接パターン化され得る。そのような手法によって、ドーパントのドライブ、ドープ領域のパターン化、又はエミッタ間の溝部のパターン化をする必要性を取り除き得る。
更に概ね、基板−エミッタ製造プロセスに比べいくつかの追加のプロセス段階を必要とするポリシリコンエミッタは、製造するには高価な場合があり得る。例えば、ポリシリコンのブランケット堆積及び後続のドーパントフィルムの堆積には通常、パターン化されたドープ指部及びエミッタ間の溝部を製造するために、いくつかのエッチング操作が必要とされる。いくつかの過去の試行は、溝部を製造する必要性を取り除き得る長寿命のポリシリコンの使用など、そのようなプロセスでの操作の数を削減することを目指していた。一方、インクジェットドーパントの使用によって、ポリシリコン層上へのドーパントの直接パターニングが可能になった。ドープａ−Ｓｉ層のシャドーマスクプラズマ援用化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）は更に、操作低減プロセスフローのために使用されてきた。上記手法とは対照的に、又は上記手法と組み合わせて、本明細書で説明される実施形態には、以下でより詳細に説明されるとおり、基板の上方にエミッタ領域を形成するためのシリコンナノ粒子領域の使用が含まれる。
より具体的に、一実施形態では、ポリシリコンエミッタは、最初に、基板表面上にトンネル酸化物を増やし、それから、ｎ型及びｐ型のシリコンナノ粒子をトンネル酸化物層に印刷することによって形成され得る。ａ−Ｓｉ層がＬＰＣＶＤによって堆積され、これは、ナノ粒子間のボイドを埋める。焼鈍しをすると、Ｓｉナノ粒子及びａ−Ｓｉ材料の得られる混合されたフィルムがポリシリコン層に結晶化するために稠密化される。ナノ粒子若しくはＬＰＣＶＤベースのａ−Ｓｉのいずれか、又はその両方に存在するドーパントは、形成されたポリシリコン層全体で拡散し得る。ポリシリコンの薄い層は、印刷されたナノ粒子のエミッタと接続したままである。一実施形態では、この層に問題がある場合、残りのポリシリコンを酸化物フィルムに変換するために酸化が行なわれ得、異なるエミッタ間の電気的接続を除去する。したがって、一実施形態では、ｎ型及びｐ型のエミッタの一方又は両方は、ナノ粒子を使用して製造される。ドープナノ粒子の印刷能は、ドーパントをポリシリコン層にドライブする必要性を取り除き得る一方で、（堆積された）パターニングは、層をマスキング及びエッチングする必要性を取り除き得る。加えて、エミッタ間の薄いポリシリコン層を酸化することによって、エミッタ間の溝部をエッチングする必要性を取り除き得る。特定の実施形態では、ＬＰＣＶＤによるａ−Ｓｉの比較的遅く均一な堆積がナノ粒子間のボイドを埋めるための卓越した方法である。したがって、基板内とは対照的に、基板の上方のエミッタ領域の形成に含まれる製造プロセスのプロセス操作の削減数は２〜８ほどのプロセス操作が削減され得、これらの例が以下で詳細に説明される。
一例として、図１Ａ〜図１Ｄは、本発明の実施形態による、太陽電池の製造における様々な段階の断面図を例示する。
図１Ａを参照すると、太陽電池のエミッタ領域の製造の方法には、基板１００の表面１０２上に、例えば、トンネル酸化物層などの薄い誘電体層１０４を形成することが含まれる。
一実施形態では、基板１００はバルクシリコン基板、例えばバルク単結晶のＮ型ドープシリコン基板である。しかし、基板１００は、大体的太陽電池基板上に設けられた多結晶シリコン層などの層でもよいことを理解すべきである。一実施形態では、薄い誘電体層１０４は酸化ケイ素又は二酸化ケイ素層であり、例えば、熱酸化、化学酸化、又はＵＶ／オゾン酸化などにより、下に横たわる結晶シリコン基板１００の一部分の消費により形成される。別の実施形態では、薄い誘電体層１０４は、液体酸化物堆積又は他の適した堆積手法によって形成される酸化ケイ素又は二酸化ケイ素層である。
図１Ｂを参照すると、ドープシリコンナノ粒子領域１０６Ａ及び１０６Ｂが薄い誘電体層１０４上に形成される。
一実施形態では、ドープシリコンナノ粒子領域１０６Ａ及び１０６Ｂは、少なくともいくつかの開いた孔を有し、およそ５〜１００ナノメーターの範囲の平均粒子サイズ及びおよそ１０〜５０％の範囲の多孔率を有するドープシリコンナノ粒子領域の印刷（例えば、スクリーン印刷、インクジェット印刷、ノズルジェット印刷、押出し印刷、又はエアゾールジェット印刷）、又はスピンオンコーティングによって形成される。特定の実施形態では、ドープシリコンナノ粒子は、後で蒸発又は焼却され得るキャリア溶剤又は液体が存在する状態で供給される。一実施形態では、スクリーン印刷プロセスを使用するとき、低い粘度の液体はにじみに至る場合があり、したがって、画定された領域の解像度の低下に至る場合があるので、供給には高い粘度の液体源を使用することが好ましい場合がある。
一実施形態では、ｐ型ドープ領域（例えば、領域１０６Ａ）及びｎ型ドープ領域１０６Ｂの両方が形成される。異なるドーパント型の領域は、ｎ型領域が最初でｐ型領域が第２に、ｐ型領域が最初でｎ型領域が第２に形成される、又は例えば、単一の印刷操作で、ｐ型領域及びｎ型領域が同時に形成されるようにされ得る。一実施形態では、ｐ型ドーパントはホウ素ドーパント不純物原子で、一方、ｎ型ドーパントはリンドーパント不純物原子である。一実施形態では、ドープシリコンナノ粒子領域１０６Ａ又は１０６Ｂのそれぞれは、およそ０．２〜３ミクロンの範囲の厚さに形成される。
図１Ｃを参照すると、シリコン層１０８がドープシリコンナノ粒子領域１０６Ａ及び１０６Ｂ上に形成される。
一実施形態では、シリコン層１０８は非ドープの、真性の、又は低ドープのアモルファスシリコン層である。そのような実施形態では、シリコン層１０８は、およそ摂氏５２５〜５６５度の範囲の温度で、低圧化学気相成長（ＬＰＣＶＤ）チャンバ内でシラン（ＳｉＨ４）から形成される。一実施形態では、ドープシリコンナノ粒子領域１０６Ａ又は１０６Ｂが少なくともいくつかの開いた孔を含む場合、シリコン層１０８の少なくとも一部分は、ドープシリコンナノ粒子領域１０６Ａ及び１０６Ｂ内に形成される。そのような実施形態では、シリコン層１０８がドープシリコンナノ粒子領域１０６Ａ又は１０６Ｂの１又は複数の開いた孔をシリコン層１０８の一部分で閉じる。そのような特定の実施形態では、ドープシリコンナノ粒子領域１０６Ａ又は１０６Ｂの１又は複数の開いた孔は、得られる角度の付いた縁部で閉じられる。一実施形態では、シリコン層１０８がおよそ２００〜２０００オングストロームの範囲の絶対厚さに形成される。
記載される一実施形態では、ＬＰＣＶＤベースのａ−Ｓｉ層は、ナノ粒子領域１０６Ａ及び１０６Ｂのボイドを埋めるために使用されるが、ＡＰＣＶＤ又はＰＥＣＶＤなどの他の方法もそのようなボイドを埋めるために適用され得る。エミッタ（例えば、ｎ型及び／又はｐ型）の一方又は両方は、この手法で製造され得る。それにもかかわらず、別の実施形態では、ＬＰＣＶＤが薄い誘電体層１０４上へのａ−Ｓｉ又はポリ−Ｓｉの薄い層の堆積に使用される。層がＬＰＣＶＤによって堆積されるので、堆積はナノ粒子層全体で発生し、フィルムの孔を埋める。一実施形態では、堆積層はシリコンナノ粒子層の厚さより薄く、それ自体がｐ型又はｎ型のいずれかのドープフィルムとして堆積され得る。
図１Ｄを参照すると、シリコン層１０８の少なくとも一部分が、誘電体層１０４上に配設されるドープ多結晶シリコン領域１１０Ａ及び１１０Ｂを形成するために、ドープシリコンナノ粒子領域１０６Ａ及び１０６Ｂの少なくとも一部分と混合される。一実施形態では、領域１０６Ａ及び１０６Ｂが、それぞれ、ｐ型又はｎ型ドープの場合、多結晶シリコン領域１１０Ａ及び１１０Ｂは、それぞれ、ｐ型又はｎ型にドープされている。シリコン層１０８の未反応（例えば、混合されない）部分の残りの層１１２はドープ多結晶シリコン領域１１０Ａ及び１１０Ｂの間に残っている。
一実施形態では、シリコン層１０８の部分は、基板１００をおよそ摂氏７００〜１１００度の範囲の温度に加熱することによって、ドープシリコンナノ粒子領域１０６Ａ及び１０６Ｂの部分が混合され、ドープ多結晶シリコン領域１１０Ａ及び１１０Ｂが形成される。一実施形態では、ドープ多結晶シリコン領域１１０Ａ及び１１０Ｂを形成するためにシリコン層１０８の部分とドープシリコンナノ粒子領域１０６Ａ及び１０６Ｂの部分とを混合することによって、シリコン層１０８並びドープシリコンナノ粒子領域１０６Ａ及び１０６Ｂの合わせた厚さがおよそ２０〜５０％の範囲の量、低減される。すなわち、領域１１０Ａ又は１１０Ｂのそれぞれの厚さは、層１０８及び領域１０６Ａ又は１０６Ｂの合わせた個々の厚さよりおよそ２０〜５０％少なくなる。一実施形態では、ドープシリコンナノ粒子領域１０６Ａ及び１０６Ｂの１又は複数の開いた孔が、得られた角度の付いた縁部で閉じられる場合、それぞれ、ドープ多結晶シリコン領域１１０Ａ及び１１０Ｂを形成するためにシリコン層１０８の部分とドープシリコンナノ粒子領域１０６Ａ及び１０６Ｂの部分とを混合することには、角度の付いた縁部を有する閉じた孔を最終的に円形の閉じた孔に変更することが含まれる。
一実施形態では、基板１００の表面１０２は、基板１００の受光表面と反対側の（図１Ｄにおいて、方向１０１で図示される）、基板１００の背面である。そのような実施形態では、ドープ多結晶シリコン領域１１０Ａ及び１１０Ｂの形成後、金属コンタクトがドープ多結晶シリコン領域１１０Ａ及び１１０Ｂ上に製造される。金属コンタクトは、得られるバックコンタクト型太陽電池用金属コンタクトとし得る。一実施形態では、金属コンタクトは、堆積、リソグラフィ、又はエッチング処理によって形成される。図１Ｄの構造体の製造の後に、及びドープ多結晶シリコン領域１１０Ａ及び１１０Ｂへの金属コンタクトの実際の製造の前に、様々な処理の機会が存在することを理解すべきである。そのような製造の機会の例は、図２Ａ〜２Ｃ及び３Ａ〜３Ｆに関連して以下で説明される。
第２の態様では、概して、図１Ａ〜１Ｄの一般的なエミッタ領域製造スキームが、長寿命ｎ型ウェハ、プレダメージエッチングに基づくプロセスフローと共に使用される。一例として、ダメージエッチングが、基板の前面の単一側テクスチャリングと組み合される。一方、基板の背面の酸化は、高品質のトンネル酸化物を製造するために行なわれる。例えば、化学酸化、ＵＶ／オゾン酸化、又は液体酸化物堆積によって酸化が行なわれ得る。一実施形態では、この手法の利点には、太陽電池ウェハの表面上での親水性酸化物の製造が含まれ、親水性は、クリーンなウェハ表面を保守するために、疎水性表面よりも好ましいものであり得る。次に、ウェハは２重印刷操作を受け得、これは、ｎ型及びｐ型のＳｉナノ粒子が適切なパターン（例えば、図１Ｂに関連付けられて説明された実施形態）で、表面上に堆積される。ナノ粒子堆積は、例えば、２段スクリーンプリンタ、インクジェットプリンタ、押出しプリンタ、又はエアゾールジェットプリンタによって行なわれ得る。
次にウェハは、ＬＰＣＶＤ炉に単一スロットで装填され得る。ＬＰＣＶＤ炉で、ｎ型ａ−Ｓｉ堆積が行なわれる（例えば、図１Ｃに関連付けられて説明された実施形態のように）。上述のように、ａ−Ｓｉ層は、簡素化されたポリシリコンエミッタ形成のために粒子間のボイドを埋めるために使用され得る。焼鈍し時、Ｓｉナノ粒子／ａ−Ｓｉのスタックは、稠密化及び拡散し、ドープポリシリコンエミッタ領域を形成する。存在する場合、ａ−Ｓｉ堆積からのｎ型ドーパントのわずかな量は、高濃度ドープｐ型Ｓｉナノ粒子全体で希釈され、ｐ型のナノ粒子のポリシリコン層は、ｐ型のままになる。前面上の対応する薄いｎ型のポリシリコン層は、前面のパッシベーション層として機能するために使用され得る。加えて、エミッタ間の薄いポリシリコン層（例えば、図１Ｄの残りの部分１１２）がｐポリエミッタとの接合に起因して大幅な損失が可能な場合、酸化操作が、この薄いポリ層の厚さを薄くするために含まれ得る。更に、ポリシリコン層の厚さに起因する前面上の透過に損失がある場合、酸化操作は、ポリシリコン層を薄くするために使用され得る。焼鈍しの後、構造体は、例えば、ＬＰＣＶＤシリコン窒化物などの反射防止コーティング及び湿度バリアで末端保護され得る。
一例として、図２Ａ〜図２Ｃは、本発明の実施形態による、太陽電池の製造における様々な段階の断面図を例示する。
図２Ａを参照すると、プロセスフローは、いくつかの顕著な相違点を伴いながら、本質的に図１Ｄの構造体から始まる。基板１００の表面１０２上に配設されている、誘電体層１０４上に配設されたドープ多結晶シリコン領域１１０Ａ及び１１０Ｂは、図１Ａ〜１Ｄに記載のとおりである。更に、シリコン層１０８の部分１１２は、上述のエミッタ領域製造プロセスからそのままである。一実施形態では、多結晶シリコン領域１１０Ａ及び１１０Ｂは、それぞれ、ｐ型及びｎ型にドープされている。
しかし、一実施形態では、図１Ａと１Ｂの操作の間に、基板の前面１０１は粗面化され、バックコンタクト太陽電池の粗面化された受光表面としてなどの粗面化表面２２０を提供する。粗面化表面は、入射光を散乱させることによって太陽電池の受光表面から反射される光の量を減少させる、規則的又は不規則的な形状の表面を有するものであってよい。一実施形態では、粗面化表面は、水酸化カリウムに基づくアルカリ性エッチングなどの湿式エッチングプロセスを使用することによって行なわれるエッチングによって製造される。一実施形態では、薄い誘電体層は、エッチングの間、基板１００の裏側１０２を保護する。しかし、別の実施形態では、前面は、片面粗面化プロセス又はツールを使用して粗面化される。
加えて、シリコン層２２２が粗面化表面２２０上に形成される。シリコン層２２２は、層１０８の製造と同じプロセス操作で製造され得、ここで、成分及び形成方法は上述のとおりである。再度図２Ａを参照すると、シリコン層は、受光表面２２０上（例えば、層２２２として）、並びに多結晶シリコン領域１１０Ａ及び１１０Ｂの間の、薄い誘電体層１０４の一部分上の両方に配設される。
図２Ｂを参照すると、基板１００の受光表面２２０上のシリコン層２２２、誘電体層１０４上のシリコン層１０８の部分１１２、並びにドープ多結晶シリコン領域１１０Ａ及び１１０Ｂの最も外側の領域は酸化され、受光表面２２０上で第１の酸化ケイ素層２２４二酸化ケイ素であり得る）及び基板１００の背面１０２の上方の第２の酸化ケイ素層２２６（二酸化ケイ素であり得る）を形成する。一実施形態では、酸化ケイ素層２２４及び２２６は、低圧化学気相成長法（ＬＰＣＶＤ）チャンバ内で、酸素（Ｏ２）、水蒸気（Ｈ２Ｏ）、又は亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）が存在する状態で基板１００を加熱することによって形成される。
あるいは、図２Ｂの操作は、省かれ得る、又は、例えば、領域１１０Ａ及び１１０Ｂから形成されるエミッタを隔離するのに十分であり得る程度の、部分的な酸化にまで制限され得る。つまり、エミッタ間の薄いポリシリコン層の酸化は必ずしも完璧である必要はない。代わりに、薄いポリシリコン層は、単結晶基板上でエピタキシャル成長され得、又は、薄い層を通る横方向移送が主要な再結合方法ではない十分な抵抗とし得る。更に、層は部分的に酸化され、許容レベルまで導電性を低減する可能性がある。ドープａ−Ｓｉ層がＬＰＣＶＤによって堆積された場合、ドープポリシリコン層は前面及びエミッタ間の背面上の領域の不活性化フィルムとして機能する可能性がある。代替として、２つのエミッタが電気的に隔離されていない場合、残りの薄いポリシリコン層は酸化及び／又はエッチングプロセスで除去され得る。
図２Ｃを参照すると、反射防止コーティング層２２８が受光表面２２０上の酸化ケイ素層２２４上及び基板１００の背面１０２の上方の酸化ケイ素層２２６上に形成される。一実施形態では、反射防止コーティング層２２８は低圧化学気相成長法（ＬＰＣＶＤ）チャンバで形成されるシリコン窒化物層である。一実施形態では、シリコン層１０８（したがって、残りの部分１１２）及び２２２の形成、残りの部分１１２及び層２２２の酸化、並びに反射防止コーティング層２２８の形成はすべて、例えば、ＬＰＣＶＤツールのチャンバの単一パスなどの単一のＬＰＣＶＤツールで行なわれる。一実施形態（図示せず）では、上述のように、ドープ多結晶シリコン領域１１０Ａ及び１１０Ｂに対して、金属コンタクトは、その後に形成される。
第３の態様では、概して、長寿命ｎ型ウェハはダメージエッチングプロセスに供されるが、エッチングはウェハの背（及び場合により前）面上の酸化物の成長／堆積で終結する。酸化は化学酸化、ＵＶ／オゾン酸化、又は液体酸化物堆積などであり得る。得られる親水性酸化物表面は、例えば、疎水性表面と比較して、ウェハの汚染を低減させるために使用され得る。酸化物の堆積に続いて、ウェハは印刷操作に供され、これは、ｐ型及びｎ型の両方のナノ粒子が、太陽電池の背面上にエミッタパターンで堆積される。Ｓｉナノ粒子は２重スクリーンプリンタ、インクジェットプリンタ、押出しプリンタ、又はエアゾールジェットプリンタなどで堆積され得る。次にウェハは薄いａ−Ｓｉ層の堆積のためにＬＰＣＶＤ炉に装填される。ａ−Ｓｉ層は、上述のように、ナノ粒子間のボイドを埋めるために使用される。ａ−Ｓｉの堆積に続いて、ウェハは高温の焼鈍しに供され、Ｓｉナノ粒子及びａ−Ｓｉフィルムのスタックを稠密化してポリシリコン層にされ、ポリシリコンフィルム全体にドーパントが拡散され及び電気的に起動される。稠密化後、酸化段階がウェハの表面に熱酸化物を成長させるために行なわれ得る。酸化は、湿式若しくは乾式酸化、又は低温酸化剤を使用して行なわれ得る。酸化物を無傷にすると、ウェハはＬＰＣＶＤ炉から除去可能で、溝部のマスキング操作を受け得る。溝部のマスキングに続いて、ウェハは溝部のエッチング（ＴＯＸＥ）及びランダム化テクスチャリング（ランテックス）、つまり前面を粗面化して、エミッタ間のいずれかの残りの薄いポリシリコンを除去することを受け得る。その後のエミッタ製造操作が更に、溝部の形成及びランテックス操作に続いて行なわれ得る。
一例として、図３Ａ〜図３Ｆは、本発明の実施形態による、太陽電池の製造における様々な段階の断面図を例示する。
図３Ａを参照すると、プロセスフローは、いくつかの顕著な相違点を伴ないながら、本質的に図１Ｄの構造体から始まる。基板１００の表面１０２上に配設されている、誘電体層１０４上に配設されたドープ多結晶シリコン領域１１０Ａ及び１１０Ｂは、図１Ａ〜１Ｄに関連して説明されたとおりである。その上、シリコン層１０８の部分１１２は、上述のエミッタ領域製造プロセスからそのままである。一実施形態では、多結晶シリコン領域１１０Ａ及び１１０Ｂは、それぞれ、ｐ型及びｎ型にドープされている。
しかし、一実施形態では、シリコン層３２２は基板１００の前面１０１上で形成される。シリコン層３２２は、層１０８の製造と同じプロセス操作で製造され得、ここでの成分及び形成方法は上述のとおりである。したがって、再度図２Ａを参照すると、シリコン層は、受光表面１０１上（例えば、層３２２として）、並びに多結晶シリコン領域１１０Ａ及び１１０Ｂの間の（例えば、層１０８の残りの部分１１２として）、薄い誘電体層１０４の一部上の両方に配設される。
図３Ｂを参照すると、基板１００の受光表面１０１上のシリコン層３２２、誘電体層１０４上のシリコン層１０８の部分１１２、並びにドープ多結晶シリコン領域１１０Ａ及び１１０Ｂの最も外側の領域は酸化され、受光表面１０１上で第１の酸化ケイ素層３２４（二酸化ケイ素であり得る）及び基板１００の背面１０２の上方の第２の酸化ケイ素層３２６（二酸化ケイ素であり得る）を形成する。一実施形態では、酸化ケイ素層３２４及び３２６は、低圧化学気相成長法（ＬＰＣＶＤ）チャンバ内で、酸素（Ｏ２）、水蒸気（Ｈ２Ｏ）、又は亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）が存在する状態で基板１００を加熱することによって形成される。
図３Ｃを参照すると、マスク層３３０が第２の酸化ケイ素層３２６の上方、特に、多結晶シリコン領域１１０Ａ及び１１０Ｂを覆うそれら領域の上方に形成される。一実施形態では、マスク層３３０はパターンを有するために直接印刷される。別の実施形態では、レジスト層は、マスク層３３０がパターンを有するように提供されるためにリソグラフィ及び現像に供される。
図３Ｄを参照すると、図３Ｃの構造体がエッチングプロセスを受け、酸化ケイ素層３２６をエッチングし、基板１００の背面１０２で形成された溝部３４２によって分離したＮ型ドープポリシリコンエミッタ領域３４０Ｂ及びＰ型ドープ多結晶シリコンエミッタ領域３４０Ａを提供する。一実施形態では、薄い誘電体層１０４も、図３Ｄに図示されているように、エッチングプロセス中にパターン化される。更に、一実施形態では、Ｎ型ドープポリシリコン領域３４０Ｂ及びＰ型ドープ多結晶シリコンエミッタ領域３４０Ａのそれぞれは、図３Ｄでも図示されているように、その上にポリ酸化ケイ素層３２６の一部分を保持している。
図３Ｄを再び参照すると、基板１００の露出面１０１及び１０２が粗面化される。粗面化表面は、入射光を散乱させることによって太陽電池の受光表面から反射される光の量を減少させる、規則的又は不規則的な形状の表面を有するものであってよい。一実施形態では、粗面化表面は、水酸化カリウムに基づくアルカリ性エッチングなどの湿式エッチングプロセスを使用することによって行なわれるエッチングによって製造される。溝部３４２の底面の粗面化部分に関して、当該粗面化の場所は、前面１０１（すなわち、受光表面）の粗面化プロセスの間に使用されるプロセス操作のアーチファクトとなり得る。必要な場合、酸化物層３２６の残りの部分は粗面化に続き除去され得ることを理解すべきである。
図３Ｅを参照すると、一実施形態では、酸化ケイ素層３２６のマスキング及びエッチングの後に、Ｎ型ドーパントが基板１００の露出部分に拡散又はインプラントされ、例えば、基板１００内に、より高濃度のｎ型ドーパントを有する領域３５０が形成される。そのような実施形態では、Ｎ型ドーパントはリンを含む不純物原子である。
図３Ｆを参照すると、反射防止コーティング層３６０が、基板１００のＮ型ドープポリシリコン領域３４０Ｂ及びＰ型ドープ多結晶シリコンエミッタ領域３４０Ｂ上、溝部内３４２、並びに前面１０１上に形成される。一実施形態では、反射防止コーティング層３６０は、低圧化学気相成長法（ＬＰＣＶＤ）チャンバ内で形成されるシリコン窒化物層である。一実施形態では、シリコン層１０８（したがって、残りの部分１１２）及び３２２の形成、残りの部分１１２及び層３２２の酸化、並びに反射防止コーティング層３６０の形成はすべて、例えば、ＬＰＣＶＤツールのチャンバの単一パスなどの単一のＬＰＣＶＤツールで行なわれる。しかし、別の実施形態では、プラズマ化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）ベースのシリコン窒化物（ＳｉＮｘ）層を使用することによって、パッシベーションが達成される。一実施形態（図示せず）では、Ｎ型ドープポリシリコン領域３４０Ｂ及びＰ型ドープ多結晶シリコン領域３４０Ａへの金属コンタクトがその後に形成される。
別の態様では、印刷されたＳｉナノ粒子の「スティッチング」ネットワークによって、固体状態の拡散の経路が提供され、特定の条件下ではフィルムが稠密化する。本発明の別の実施形態では、そのようなネットワークを製造するための低コストのプロセスが提供され、ポリシリコン及び基板ベースの両方のエミッタ領域のプロセスフローに対してＳｉナノ粒子を使用して大幅なコスト削減が実現できる。より具体的には、大気圧化学気相成長法（ＡＰＣＶＤ）の使用で、シリコンナノ結晶の領域上にフィルムを堆積させる。ＡＰＣＶＤは、大気圧及び例えば、摂氏５００度未満の低温で行なわれる安価な手法であり得る。前駆体分子シランはＳｉＯ２を形成するために空気中で酸素と直ぐに反応するので、純粋なＳｉ層は一般的にＡＰＣＶＤを使用して堆積されないが、上述のスティッチング層のための長寿命のポリシリコンを取得するには極低の酸素含有Ｓｉが必要とされ得ないことを理解すべきである。大部分のＳｉがナノ粒子層で、既に表面上に堆積されているので、ナノ結晶の領域上で形成される層の純度の厳密さの少ない要件が生じ得る。結果として、一実施形態では、ＡＰＣＶＤは、堆積プロセス間に大気からツールを「封止」し、ツール内部の酸素含有量を低下させるツールのいくらかの軽微な変更で、Ｓｉナノ粒子にネットワーキングフィルムを生成するために使用される。一実施形態では、そのような変更には、ＣＤＡカーテンをＮ２カーテンに変更することを含み得る。このことは、ＡＰＣＶＤツールで、単に入力ガスをＣＤＡからＮ２に変更することによって容易に行なわれ得る。製造者は、これによってｐｐｍレベルのＯ２でＳｉが作られるものと見積もる。しかし、代替の実施形態では、スティッチングネットワークでＯ２含有量が低いことは、スティッチングネットワークがＳｉ粒子が基板のドーピング源として機能するためにのみ必要とされることのために、それほど重要でない。
全体として、特定の材料が具体的に上述されたが、いくつかの材料は、本発明の実施形態の趣旨及び範囲を逸脱しない限り、残りの他のそのような実施形態と直ちに置換され得る。例えば、一実施形態では、グループＩＩＩ−Ｖ材料基板などの異なる材料気分がシリコン基板の代わりに使用され得る。したがって、シリコンナノ粒子を使用した太陽電池エミッタ領域の製造の方法及び結果として生じる太陽電池が開示されている。本発明の一実施形態によると、太陽電池のエミッタ領域の製造の方法には、太陽電池の基板の表面の上方に配設された誘電体層の上方にドープシリコンナノ粒子領域を形成することが含まれる。シリコン層は、ドープシリコンナノ粒子領域上に形成される。少なくとも、シリコン層の一部は、誘電体層上に配設されたドープ多結晶シリコン層を形成するために、ドープシリコンナノ粒子領域の少なくとも一部と混合される。一実施形態では、本方法は更に、Ｐ型ドープシリコンナノ粒子領域に隣接するが接触しない、誘電体層の上方にＮ型ドープシリコンナノ粒子領域を形成することが含まれる。シリコン層は、Ｎ型ドープシリコンナノ粒子領域上に形成される。少なくとも、シリコン層の一部は、誘電体層上に配設されたＮ型ドープ多結晶シリコン層を形成するために、Ｎ型ドープシリコンナノ粒子領域の少なくとも一部と混合される。本明細書に記載の発明は、以下の項目に記載の形態によっても実施され得る。
［項目１］
太陽電池のエミッタ領域の製造方法であって、前記方法が、
前記太陽電池の基板の表面の上方に配設された誘電体層の上方にドープシリコンナノ粒子領域を形成することと、
前記ドープシリコンナノ粒子領域上にシリコン層を形成することと、
前記誘電体層上に配設されたドープ多結晶シリコン層を形成するために、前記シリコン層の少なくとも一部と前記ドープシリコンナノ粒子領域の少なくとも一部とを混合することと、を含む、方法。
［項目２］
前記ドープシリコンナノ粒子領域を形成することが、少なくともいくつかの開いた孔を有し、およそ５〜１００ナノメーターの範囲の平均粒子サイズ及びおよそ１０〜５０％の範囲の多孔率を有する前記ドープシリコンナノ粒子領域を印刷すること又はスピンオンコーティングすることを含む、項目１に記載の方法。
［項目３］
前記シリコン層を形成することが、およそ摂氏５２５〜５６５度の範囲の温度で、低圧化学気相成長法（ＬＰＣＶＤ）チャンバ内で、シラン（ＳｉＨ ４ ）から非ドープの、真正の、又は低ドープのアモルファスシリコン層を形成することを含む、項目１に記載の方法。
［項目４］
前記シリコン層を形成することが、前記ドープシリコンナノ粒子領域内に前記シリコン層の一部を形成すること、及び前記シリコン層の一部で前記ドープシリコンナノ粒子領域の１又は複数の開いた孔を閉じることを含む、項目１に記載の方法。
［項目５］
前記シリコン層の前記一部で前記ドープシリコンナノ粒子領域の１又は複数の開いた孔を閉じることが、角度の付いた縁部を有する閉じた孔を形成することを含み、前記ドープ多結晶シリコン層を形成するために前記シリコン層の前記一部と前記ドープシリコンナノ粒子領域の前記一部とを混合することが、円形の閉じた孔を形成するために角度の付いた縁部を有する前記閉じた孔を変更することを含む、項目４に記載の方法。
［項目６］
前記ドープ多結晶シリコン層を形成するために、前記ドープシリコンナノ粒子領域の前記一部と前記シリコン層の前記一部を混合することが、前記基板をおよそ摂氏７００〜１１００度の範囲の温度に加熱することを含む、項目１に記載の方法。
［項目７］
前記ドープ多結晶シリコン層を形成するために前記シリコン層の前記一部と前記ドープシリコンナノ粒子領域の前記一部とを混合することが、前記シリコン層及び前記ドープシリコンナノ粒子領域の合わせた厚さが、およそ２０〜５０％の範囲の量まで低減されることを含む、項目１に記載の方法。
［項目８］
前記ドープシリコンナノ粒子領域が、およそ０．２〜３ミクロンの範囲の厚さに形成され、前記シリコン層がおよそ２００〜２０００オングストロームの範囲の絶対厚さに形成される、項目１に記載の方法。
［項目９］
前記ドープシリコンナノ粒子が、Ｐ型ドープシリコンナノ粒子であり、前記ドープ多結晶シリコン層が、Ｐ型ドープ多結晶シリコン層である、項目１に記載の方法。
［項目１０］
前記Ｐ型ドープシリコンナノ粒子の領域に隣接するが接触しない、前記誘電体層の上方にＮ型ドープシリコンナノ粒子領域を形成することと、
前記Ｎ型ドープシリコンナノ粒子領域上に前記シリコン層を形成することと、
前記誘電体層上に配設されたＮ型ドープ多結晶シリコン層を形成するために、前記シリコン層の少なくとも一部と前記Ｎ型ドープシリコンナノ粒子領域の少なくとも一部とを混合することとを更に含む、項目９に記載の方法。
［項目１１］
前記ドープシリコンナノ粒子が、Ｎ型ドープシリコンナノ粒子であり、前記ドープ多結晶シリコン層がＮ型ドープ多結晶シリコン層である、項目１に記載の方法。
［項目１２］
前記誘電体層は、前記基板上に形成され、かつ前記エミッタ領域のトンネル誘電体層である、項目１に記載の方法。
［項目１３］
前記基板の前記表面が、前記基板の受光表面と反対側の、前記基板の背面であり、前記方法が、
前記ドープ多結晶シリコン層上に金属コンタクトを形成することを更に含む、項目１に記載の方法。
［項目１４］
太陽電池のエミッタ領域の製造方法であって、前記方法が、
前記太陽電池の基板の背面の上方に配設された誘電体層の上方にドープシリコンナノ粒子領域を形成することであって、前記背面が前記太陽電池の受光表面と反対側である、形成することと、
前記受光表面上及び前記基板の前記背面の上方の両方にシリコン層を形成することであって、前記基板の前記背面には、前記ドープシリコンナノ粒子領域上の部分及び前記誘電体層上の部分を含む、形成することと、
前記誘電体層上に配設されたドープ多結晶シリコン層を形成するために、前記ドープシリコンナノ粒子領域上に形成された前記シリコン層の前記部分と前記ドープシリコンナノ粒子領域の少なくとも一部とを混合することと、
前記受光表面上及び前記基板の前記背面の上方に酸化ケイ素層を形成するために、前記基板の前記受光表面上の前記シリコン層、前記誘導体層上の前記シリコン層の前記部分、及び前記ドープ多結晶シリコン層の最も外側の領域を酸化することと、
反射防止コーティング層を前記受光表面上の前記酸化ケイ素層上及び前記基板の前記背面の上方の前記酸化ケイ素層上に形成することとを含む、方法。
［項目１５］
前記受光表面上及び前記基板の前記背面の上方に酸化ケイ素層を形成することが、低圧化学気相成長法（ＬＰＣＶＤ）チャンバ内で、酸素（Ｏ ２ ）、水蒸気（Ｈ ２ ）、又は亜酸化窒素（Ｎ ２ Ｏ）が存在する状態で前記基板を加熱することを含む、項目１４に記載の方法。
［項目１６］
前記酸化ケイ素層上に前記反射防止コーティング層を形成することが、低圧化学気相成長法（ＬＰＣＶＤ）チャンバ内でシリコン窒化物層を形成することを含む、項目１４に記載の方法。
［項目１７］
前記ドープ多結晶シリコン層に金属コンタクトを形成することを更に含む、項目１４に記載の方法。
［項目１８］
太陽電池のエミッタ領域の製造方法であって、前記方法が、
前記太陽電池の基板の背面の上方に配設された誘電体層の上方にＮ型ドープシリコンナノ粒子領域及びＰ型ドープシリコンナノ粒子領域を形成することであって、前記背面は、前記太陽電池の受光表面と反対側であり、前記Ｎ型ドープシリコンナノ粒子領域は、前記Ｐ型ドープシリコンナノ粒子領域に隣接するが接触していない、形成することと、
シリコン層を、少なくとも、前記基板の前記背面の上方に形成することであって、前記基板の前記背面は、前記Ｎ型及びＰ型ドープシリコンナノ粒子領域上の部分並びに前記誘電体層上の部分を含む、形成することと、
前記誘電体層上にそれぞれ配設されるＮ型ドープ多結晶シリコン層及びＰ型ドープ多結晶シリコン層のそれぞれを形成するために、前記Ｎ型及びＰ型ドープシリコンナノ粒子領域上に形成された前記シリコン層の前記部分と、前記Ｎ型及びＰ型ドープシリコンナノ粒子領域のそれぞれの少なくとも一部とを混合することと、
前記基板の前記背面の上方に酸化ケイ素層を形成するために、前記誘電体上の前記シリコン層の前記部分、並びに前記Ｎ型及びＰ型ドープ多結晶シリコン層それぞれの最も外側の領域を酸化することと、
前記基板の前記背面に形成される溝部によって分離されるＮ型ドープ多結晶シリコン領域及びＰ型ドープ多結晶シリコン領域を提供するために、前記基板の前記背面の上方の前記酸化ケイ素層をマスキングすること及びエッチングすることであって、前記Ｎ型ドープポリシリコン領域及び前記Ｐ型ドープ多結晶シリコン領域のそれぞれが、前記Ｎ型ドープポリシリコン領域及び前記Ｐ型ドープ多結晶シリコン領域上に前記酸化ケイ素層の一部を保持している、マスキングすること及びエッチングすることと、
前記Ｎ型ドープポリシリコン領域及び前記Ｐ型ドープ多結晶シリコン領域上、並びに前記溝部に、反射防止コーティング層を形成することとを含む、方法。
［項目１９］
前記反射防止コーティング層を形成する前に、前記受光表面を粗面化することを更に含む、項目１８に記載の方法。
［項目２０］
前記酸化ケイ素層をマスキングすること及びエッチンングすることの後に、かつ前記反射防止コーティング層を形成する前に、Ｎ型ドーパントを前記基板に拡散させることを更に含む、項目１８に記載の方法。

Claims (9)

  1. 太陽電池のエミッタ領域の製造方法であって、前記方法が、
    前記太陽電池の基板の表面の上方に配設された誘電体層の上方にドープシリコンナノ粒子領域を形成することと、
    前記ドープシリコンナノ粒子領域上にシリコン層を形成することと、
    前記誘電体層上に配設されたドープ多結晶シリコン層を形成するために、前記シリコン層の少なくとも一部と前記ドープシリコンナノ粒子領域の少なくとも一部とを混合することと、を含み、
    前記ドープ多結晶シリコン層を形成するために、前記ドープシリコンナノ粒子領域の前記一部と前記シリコン層の前記一部を混合することが、前記基板を摂氏７００〜１１００度の範囲の温度に加熱することを含む、方法。
  2. 前記ドープシリコンナノ粒子領域を形成することが、少なくともいくつかの開いた孔を有し、５〜１００ナノメーターの範囲の平均粒子サイズ及び１０〜５０％の範囲の多孔率を有する前記ドープシリコンナノ粒子領域を印刷すること又はスピンオンコーティングすることを含む、請求項１に記載の方法。
  3. 前記シリコン層を形成することが、摂氏５２５〜５６５度の範囲の温度で、低圧化学気相成長法（ＬＰＣＶＤ）チャンバ内で、シラン（ＳｉＨ４）から非ドープの、真正の、又は低ドープのアモルファスシリコン層を形成することを含む、請求項１又は２に記載の方法。
  4. 前記シリコン層を形成することが、前記ドープシリコンナノ粒子領域内に前記シリコン層の一部を形成すること、及び前記シリコン層の一部で前記ドープシリコンナノ粒子領域の１又は複数の開いた孔を閉じることを含む、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
  5. 前記シリコン層の前記一部で前記ドープシリコンナノ粒子領域の１又は複数の開いた孔を閉じることが、角ばった縁部を有する閉じた孔を形成することを含み、前記ドープ多結晶シリコン層を形成するために前記シリコン層の前記一部と前記ドープシリコンナノ粒子領域の前記一部とを混合することが、円形の孔を形成するために角ばった縁部を有する前記閉じた孔を変更することを含む、請求項４に記載の方法。
  6. 前記ドープ多結晶シリコン層を形成するために前記シリコン層の前記一部と前記ドープシリコンナノ粒子領域の前記一部とを混合することが、前記シリコン層及び前記ドープシリコンナノ粒子領域の合わせた厚さが、２０〜５０％の範囲の量まで低減されることを含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
  7. 前記ドープシリコンナノ粒子領域が、０．２〜３ミクロンの範囲の厚さに形成され、前記シリコン層が２００〜２０００オングストロームの範囲の絶対厚さに形成される、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
  8. 前記ドープシリコンナノ粒子が、Ｐ型ドープシリコンナノ粒子であり、前記ドープ多結晶シリコン層が、Ｐ型ドープ多結晶シリコン層である、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
  9. 前記Ｐ型ドープシリコンナノ粒子の領域に隣接するが接触しない、前記誘電体層の上方にＮ型ドープシリコンナノ粒子領域を形成することと、
    前記Ｎ型ドープシリコンナノ粒子領域上に前記シリコン層を形成することと、
    前記誘電体層上に配設されたＮ型ドープ多結晶シリコン層を形成するために、前記シリコン層の少なくとも一部と前記Ｎ型ドープシリコンナノ粒子領域の少なくとも一部とを混合することとを更に含む、請求項８に記載の方法。
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