JP7389907B2 - 太陽電池用整合メタライゼーション - Google Patents

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Description

本開示の実施形態は、再生可能エネルギーの分野に関するものであり、特に、太陽電池を作製するための整合メタライゼーションアプローチ、およびその結果として得られた太陽電池を含む。
光起電性電池、つまり太陽電池は、太陽光を電気エネルギーに直接変換するデバイスとして周知である。一般に、太陽電池は半導体ウェハまたは基板上に、半導体加工技術を用いて作製され、基板の表面付近にｐ－ｎ接合を形成する。基板の表面に衝突し、基板に入る太陽光線は、基板の大部分に電子と正孔の対を作成する。電子と正孔の対は、基板内のｐドープ領域とｎドープ領域とに移動し、それによりドープ領域間に電圧差を発生させる。ドープ領域は、太陽電池上の導電性領域に接続され、電池からドープ領域に結合された外部回路に電流を向ける。電気変換効率は、太陽電池の発電能力に直接関係するため、太陽電池の重要な特性であり、効率が高いほど最終消費者に付加価値を提供し、他の全ての条件が同じであれば、効率が高いほどワット当たりの製造コストを削減することができる。同様に、簡略化された製造方法は、生産される単位当たりのコストを削減することにより、製造コストを低減する機会を提供する。
したがって、太陽電池の効率を向上させる技術および太陽電池の製造を簡略化する技術は、一般に望ましいものである。
本開示の実施形態による、整合メタライゼーションを有する太陽電池の断面図および対応する平面図である。 本開示の別の実施形態による、太陽電池のメタライゼーション構造体を形成するための開口部を示す平面図である。 本開示の別の実施形態による、太陽電池の複数のメタライゼーション構造体を形成するための複数の開口部を示す平面図である。 本開示の実施形態による、整合メタライゼーションを有する太陽電池を作製する方法における様々な動作を含むフローチャート図である。 本開示の別の実施形態による、整合メタライゼーションを有する太陽電池を作製する別の方法における様々な動作を含むフローチャート図である。 本開示の実施形態による、整合メタライゼーションを有する太陽電池を作製する方法における様々な動作を表した断面図である。 本開示の実施形態による、整合メタライゼーションを有する太陽電池を作製する方法における様々な動作を表した断面図である。 本開示の実施形態による、整合メタライゼーションを有する太陽電池を作製する方法における様々な動作を表した断面図である。 本開示の実施形態による、整合メタライゼーションを有する太陽電池を作製する方法における様々な動作を表した断面図である。 本開示の実施形態による、整合メタライゼーションを有する太陽電池を作製する方法における様々な動作を表した断面図である。 本開示の実施形態による、太陽電池のための様々な整合メタライゼーション構造体を表す平面図である。
以下の詳細な説明は、本質的に単なる例示であり、実施形態またはそのような実施形態の用途および使用を限定することを意図するものではない。本明細書で使用される場合、「例示的（ｅｘｅｍｐｌａｒｙ）」という単語は、「例、事例、または例証としての役割を果たす」ことを意味する。本明細書で例示として記載されている任意の実装は、必ずしも他の実装よりも好ましいか、または有利である必要はない。さらに、前述の技術分野、背景技術、簡単な要約、または以下の詳細な説明で提示されたいずれの明示的または黙示的な理論に拘束される意図はない。
用語「一実施形態（ｏｎｅ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」または「実施形態（ａｎ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」の参照は同一の実施形態を参照する必要はない。特定の特徴、構造体または特性は、本開示と一致する任意の好適な様式で組み合わせられ得る。
用語について。以下のパラグラフは、本開示（添付の請求項を含む）で見出される用語に関する、定義および／または文脈を提供する。
「備える（Ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は、オープンエンド型であり、当該用語は、さらなる構造体またはステップを排除しない。
「構成された」は、ユニットまたは構成要素などのデバイスが動作中に１つのタスクまたは多数のタスクを実行する構造体を含むことを示すことによって構造体を含意することであり、デバイスが現時点で動作可能ではない（例えば、オン／アクティブではない）場合であっても、当該構造体はタスクを実行するように構成されている。１つ以上のタスクを実行するように「構成された」デバイスとは、米国特許法第１１２条第６項におけるミーンズまたはステッププラスファンクションの解釈を実施しないことを明示的に意図するものである。
「第１の」、「第２の」などの用語は、先行する名詞に関する指標として使用されるものであり、いずれの種類の（例えば、空間的、時間的、論理的などの）順序付けも暗示するものではない。例えば、「第１の」太陽電池に対する参照は、必ずしも正しい順序であるそのような太陽電池を意味するものではなく、それよりもむしろ、用語「第１の」は、この太陽電池を別の太陽電池（例えば、「第２の」太陽電池）から区別するために使用される。
「結合した」とは、明示的に別段の定めがある場合を除き、ある要素、特徴、構造体またはノードが、別の要素／ノード／特徴に直接的または非直接的に連結または通信され得ることに言及したものであり、これらは必ずしも機械的に連結されるわけではない。
「抑制する」とは、結果、成果、または将来の状態を完全に防ぐなど、何かを減らすか、少なくするか、最小限にするか、または効果的にもしくは実効的に排除することを表す。
「ドープ領域」、「半導体領域」、および同様の用語は、基板内、基板上、基板上方、または基板の上に配置された半導体の領域を表す。このような領域は、Ｎ型導電率またはＰ型導電率を有することができ、ドーピング濃度を変化させ得る。このような領域は、第１のドープ領域、第２のドープ領域、第１の半導体領域、第２の半導体領域などの複数の領域について参照することができる。領域は、基板上の多結晶シリコンで形成することができ、または基板自体の部分として形成することができる。
「薄型誘電体層」、「トンネル誘電体層」、「誘電体層」、「薄型誘電体材料」または介在層／材料は、半導体領域上、基板と別の半導体層との間、または基板上または基板内のドープ領域または半導体領域間にある材料を意味する。実施形態において、薄型誘電体層は、約２ナノメートル以下の厚さのトンネル酸化物または窒化物層であり得る。薄型誘電体層は、極薄型誘電体層と呼ぶことができ、これを通して電気伝導が実現され得る。伝導は、量子トンネリングおよび／または誘電体層中の薄型のスポットを介した直接的な物理接続の小領域の存在に起因し得る。例示的な材料には、酸化ケイ素、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、および他の誘電体材料が含まれる。
「介在層」または「絶縁層」は、電気絶縁、パッシベーション、および光反射の抑制を提供する層を表す。介在層は、例えば介在層のスタックのように、数層であり得る。文脈によっては、絶縁層はトンネル誘電体層と入れ替えられ得、他の文脈では、絶縁層はマスキング層または「反射防止コーティング層」（ＡＲＣ層）である。例示的な材料は、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、非晶質シリコン、多結晶シリコン、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化インジウムスズ、酸化スズ、酸化バナジウム、酸化チタン、炭化ケイ素および他の材料である。実施例において、介在層は、水分バリアとして機能することができる材料を含み得る。また、例えば、絶縁材料は、太陽電池のパッシベーション層であり得る。
「基板」とは、シリコンなどの半導体基板のことを参照したものであるが、具体的には、単結晶シリコン基板、多結晶シリコン基板、ウェハ、シリコンウェハなど、太陽電池に使用される他の半導体基板などを挙げることができるが、これに限定されるものではない。実施例において、このような基板は、マイクロエレクトロニクスデバイス、光起電性電池または太陽電池、ダイオード、フォトダイオード、プリント回路基板、およびその他のデバイスに使用することができる。これらの用語は、本明細書において互換的に使用される。
「約（Ａｂｏｕｔ）」または「約（ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ）」について。本明細書で使用される場合、例えば、整数、分数、および／または割合を含む、記された数値に関連する用語「約（Ａｂｏｕｔ）」または「約（ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ）」は、一般に、当業者が記された数値（例えば、実質的に同じ機能を果たし、実質的に同じやり方で作用し、および／または実質的に同じ結果を有する）と同等とみなすであろう数値の範囲（例えば、記された数値の±５％～１０％）を包含することを示す。
加えて、特定の用語は、参照のためだけに以下の記載に用いることがあり、したがって、限定的であることを意図するものではない。例えば、「上側」、「下側」、「上方」、および「下方」などの用語は、参照している図における方向を言う。「前」、「後」、「後方」、「側方」、「外側」、および「内側」などの用語は、説明中の構成要素について記載する本文および関連図面の参照によって明らかにされる、一貫性はあるが任意の基準系内において、構成要素の部分の向きおよび／または位置を記述するものである。かかる用語は、具体的に上述された語、それらの派生語、および類似の意味の語を含み得る。
太陽電池を作製するための整合メタライゼーションアプローチ、および結果として得られた太陽電池が、本明細書に記載されている。以下の記載では、本開示の実施形態の完全な理解を提供するために、具体的なプロセスフロー動作などの、多数の具体的詳細が記載される。これらの具体的な詳細がなくても、本開示の実施形態を実施できることは、当業者には明らかであろう。他の例では、本開示の実施形態を不必要に不明瞭にしないために、周知の技術は、詳細には記載されない。さらに、図に示された様々な実施形態は例示的な表現であり、必ずしも縮尺通りに描かれているわけではないことを理解されたい。
本明細書で開示されるのは、太陽電池である。一実施形態では、太陽電池は、半導体基板の上の半導体層を含む。第１の複数の個別の開口部は半導体層内にあり、半導体基板の対応する個別の部分を露出させる。複数のドープ領域が、半導体基板内にあり、第１の複数の個別の開口部に対応する。絶縁層は、半導体層の上にあり、かつ第１の複数の個別の開口部内にある。第２の複数の個別の開口部は、絶縁層内にあり、複数のドープ領域の対応する部分を露出させる。第２の複数の個別の開口部の各１つが、第１の複数の個別の開口部のうちの対応するものの周縁内に完全にある。複数の導電性接点は、第２の複数の個別の開口部内および複数のドープ領域上にある。
また、本明細書では、太陽電池を作製する方法も開示する。一実施形態では、太陽電池を作製する方法は、基板の上方の半導体層内に第１の複数の個別の開口部を形成することを含む。本方法はまた、第１の複数の個別の開口部内に絶縁層を形成することを含む。本方法はまた、レーザアブレーションプロセスを使用して絶縁層内に第２の複数の個別の開口部を形成することを含む。第２の複数の個別の開口部の各１つが、第１の複数の個別の開口部のうちの対応するものの周縁内に完全にある。
実施形態では、太陽電池を作製する方法は、半導体基板の上に半導体層を形成することを含む。本方法はまた、半導体層の上に絶縁層を形成することを含む。本方法はまた、絶縁層および半導体層内に第１の複数の個別の開口部を形成することを含み、第１の複数の個別の開口部は、半導体基板の対応する個別の部分を露出させる。本方法はまた、絶縁層の上および第１の複数の個別の開口部内にドーピングソース層を形成することを含む。本方法はまた、第１の複数の個別の開口部に対応する複数のドープ領域を半導体基板内に形成することを含み、複数のドープ領域はドーピングソース層から形成される。本方法はまた、レーザアブレーションプロセスを使用して、ドーピングソース層内の第２の複数の個別の開口部を形成することを含み、第２の複数の個別の開口部の各１つは、第１の複数の個別の開口部のうちの対応するものの周縁内に完全にある。本方法はまた、第２の複数の個別の開口部内および複数のドープ領域上に複数の導電性接点を形成することを含む。
したがって、本明細書に記載の１つ以上の実施形態は、空間的に閉じ込められたエミッタ領域上に導電性の孔を正確に整合させることによって、長寿命のパッシベーション領域を最大化した高効率で低コストの太陽電池のための方法およびアーキテクチャを提供するために実施され得る。実施形態によれば、整合メタライゼーション構造体は、インターデジタルバックコンタクト（ｉｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｔｅｄ ｂａｃｋ ｃｏｎｔａｃｔ、ＩＢＣ）太陽電池アーキテクチャのための導電性接点を作製するために使用され得る。
文脈を示すと、第１の態様における、プロセス動作の総数を削減しつつ、高いセル効率を維持するための最先端のアプローチは、スクリーン印刷または選択的レーザアブレーションマスクプロセスのいずれかを使用して、非常に狭い領域用のＮ型多結晶層（Ｎ－ｐｏｌｙ）の頂部に低寿命のＰ型多結晶シリコン層（Ｐ－ｐｏｌｙ）を配置することである。このようなアーキテクチャでは、Ｐ＋エミッタ領域がシリコン（Ｓｉ）基板に連続的に接触しなければならないという制約がない。Ｐ－ｐｏｌｙ（または短寿命の極性エミッタ）には、選択的レーザアブレーションマスクプロセスを使用し、Ｐ－ｐｏｌｙの被覆を最小にすることができる。この接点形成にはレーザアブレーションを用い、電流を最大限に収集するために金属層をある程度大きな面積にする必要があるため、ＰフィンガーメタルとＰ－ｐｏｌｙの下のＮ－ｐｏｌｙとの間で電流漏れ（またはシャント）が発生する危険性が伴い得る。これは、特に、接点形成時にレーザが当たった部分の周辺に発生する可能性がある。
第２の態様では、プロセス動作の総数を削減しつつ高いセル効率を維持するための最新のアプローチは、ｐ＋領域を可能な限り小さく、理想的にはウェハ被覆率の２％未満とすることで、低寿命ｐ＋＋ｃ－Ｓｉエミッタ領域と、高寿命のＮ－ｐｏｌｙエミッタとを組み合わせることである。このようなアプローチは、スクリーン印刷またはインクジェット印刷を用い得るが、ウェハ被覆率８％未満を実現することは困難であり、このようなアーキテクチャの実現可能なセル効率を制限する可能性がある。
本開示の１つ以上の実施形態により、空間的に閉じ込められたエミッタ領域を有し、空間的に整合した導電性の孔を有する高効率太陽電池が記載されている。このような構造体は、優れた表面パッシベーションを有する第１のエミッタ領域（例えば、Ｎ＋ ｐｏｌｙ Ｓｉ）を蒸着または作製し、続いて絶縁層（例えば、ＳｉＮｘ、ＳｉＯｘ、およびＳｉＯＮｘ）を蒸着させることによって作製することができる。空間的に閉じ込められた領域、例えば、ドット、正方形、または長方形の列から第１のエミッタを選択的に除去することで、ウェハの２％未満の被覆総面積で実行され得る。一実施例では、ドット、正方形、または長方形が開示されているが、長円形、三角形、台形、多角形、楕円形および／または使用され得る他の任意の種類の形状など、任意の形状を使用することが可能である。各特徴の個々のサイズ（直径または長さ）は、例えば、１００μｍ未満であり得る。いくつかの実施例では、各特徴の個々のサイズ（直径または長さ）は、例えば、１５０μｍ未満であり得る。次に、第１のエミッタ領域が除去された場所にドーピング層を形成し、次にドーピング層から基板にドーパントを駆動することによって、第２のエミッタ領域（例えば、シリコン基板におけるＰ＋領域）を作製することができる。第２の絶縁誘電体層（例えば、ＳｉＯｘ、ＳｉＮｘ、またはＳｉＯＮｘ）は、ドーピング層の頂部に形成され得る。第２の絶縁層の部分の選択的除去は、第２のエミッタ極性フィンガーのために空間的に閉じ込められたドーピング層（およびその下のドープされた「第２のエミッタ」領域）の頂部で直接整合し、かつ第１のエミッタ極性フィンガーのために第１のエミッタの頂部で整合することによって実行される。一実施形態では、異なる極性間のシャントを避けるために、第２のエミッタ領域上の接点孔は、エミッタ領域のサイズ未満である。上述したような実施例において、第１のエミッタ領域は、ｎ＋ポリシリコンを含むことができ、この場合、第２のエミッタ領域は、シリコン基板中のｐ＋領域を含み得る。別の実施例では、第１のエミッタ領域は、ｐ＋ポリシリコンを含むことができ、この場合、第２のエミッタ領域は、シリコン基板中のｎ＋領域を含み得る。
例示的な構造体として、図１は、本開示の実施形態による、整合メタライゼーションを有する太陽電池の断面図および対応する平面図を示している。平面図は、構造体１２８および１２４の下の開口部を描写するために、構造体１２８および１２４が平面図から削除されていることに留意して、軸１３０を通って描写されている。
図１を参照すると、太陽電池１００は、単結晶シリコン基板のなどの基板１０２を含む。基板１０２は、後側１０４および前側１０６を有し、前側１０６は後側１０４に対向している。いくつかの実施形態では、前側１０６は前表面と呼ばれ得、後側１０４は後表面と呼ばれ得る。実施形態において、前側は、構造化された表面１０７を有することができる。構造化された表面は、入射光を散乱させ、太陽電池１００の受光面および／または露出面からの反射光の量を減少させるための規則的または不規則的な形状の表面を有するものであり得る。反射防止コーティング層１０８は、描写されているように、構造化された表面１０７にコンフォーマルされ得る。
再び図１を参照すると、半導体層１１２が基板１０２の上にある。第１の複数の個別の開口部１１４は、半導体層１１２内にあり、半導体基板１０２の対応する個別の部分１０３を露出させる。複数のドープ領域（斜線１０３として示される）は、半導体基板１０２内にあり、第１の複数の個別の開口部１１４に対応する。絶縁層１１８は、半導体層１１２の上にあり、第１の複数の個別の開口部１１４内にある。第２の複数の個別の開口部１２２は、絶縁層１１８内にあり、複数のドープ領域１０３の対応する部分を露出させる。
実施形態では、描かれているように、第２の複数の個別の開口部１２２の各１つが、第１の複数の個別の開口部１１４のうちの対応するものの周縁内にあり、かつ／または周縁内に完全にある。複数の導電性接点１２４は、第２の複数の個別の開口部１２２内にあり、複数のドープ領域１０３上にある。複数の個別の開口部が示されているが、別の実施形態では、個別ではない開口部を使用することもでき、そのような実施形態は、以下の図６に記載されている。
実施形態において、描かれているように、太陽電池１００は、絶縁層１１８内の第３の複数の個別の開口部１２６をさらに含む。第３の複数の個別の開口部１２６は、半導体層１１２の対応する個別の部分を露出させる。第２の複数の導電性接点１２８は、第３の複数の個別の開口部１２６内で、半導体層１１２の対応する個別の部分上にある。一実施形態では、描かれているように、複数の導電性接点１２４（ひいては第２の複数の個別の開口部１２２）は、第１の一方向性の導電性接点の列である。第２の複数の導電性接点１２８（ひいては、第３の複数の個別の開口部１２６）は、第１の一方向性列の導電性接点１２４と平行な第２の一方向性列の導電性接点１２８である。図１の平面図では、各々２つの列が交互に示されていることが理解されよう。
実施形態では、描かれているように、半導体層１１２は、基板１０２上の薄型誘電体層１１０上にある。さらに薄型誘電体層１１０内には、第１の複数の個別の開口部１１４がある。実施例において、薄型誘電体層１１０は、トンネル誘電体層（例えば、トンネル酸化物、シリコン酸窒化物、シリコン酸化物）などの薄型酸化物層であり得る。実施形態において、薄型誘電体層１１０は、約２ナノメートル以下の厚さを有することができる。
実施形態において、半導体層１１２は、多結晶シリコン層であり得る。実施形態において、半導体層１１２は、第１の導電型を含み得る。実施例において、半導体層１１２は、第１の導電型の第１の多結晶シリコン層であり得る。
具体的な実施形態では、第１の導電型は、Ｎ型（例えば、リンまたはヒ素の不純物原子を用いて形成される）である。別の具体的な実施形態では、第１の導電型は、Ｐ型（例えば、ホウ素不純物原子を用いて形成される）である。いくつかの実施形態では、第１の半導体層は、プレドープされた多結晶シリコン層である。そのような一実施形態では、第１の半導体層は、特定の導電型（例えば、ｎ型またはｐ型）を有して形成されている。
実施形態では、絶縁層１１８は、ドーピングソース層である。描かれているように、太陽電池１００は、半導体層１１２とドーピングソース層（１１８）との間に第２の絶縁層１１６をさらに含む。さらに第２の絶縁層１１６内には、第１の複数の個別の開口部１１４がある。描かれているような一実施形態では、太陽電池１００は、ドーピングソース層（１１８）の上の反射防止コーティング層１２０をさらに含む。さらに反射防止コーティング層１２０内には、第２の複数の個別の開口部１１４がある。実施例において、反射防止コーティング層１２０は、窒化シリコン層を含み得る。
実施形態において、ドーピングソース層（１１８）は、第２の導電型を有し得る。実施形態において、ドーピングソース層（１１８）は、半導体層１１２と反対の導電型である。実施例において、ドーピングソース層（１１８）は、Ｐ型（例えば、ホウ素原子を用いて形成される）である。別の実施例では、ドーピングソース層（１１８）は、Ｎ型（例えば、リン原子またはヒ素不純物原子を使用して形成される）である。
実施形態では、半導体層１１２は第１の導電型を有し、複数のドープ領域１０３は第１の導電型と反対の第２導電型を有する。そのような一実施形態では、半導体層１１２はＮ型であり、複数のドープ領域１０３はＰ型であり、図１の平面図に描かれたＰＮＰＮ配置を提供する。別の実施形態では、半導体層１１２はＰ型であり、複数のドープ領域１０３はＮ型であり、一例ではあるが、図１に示すＮＰＮＰ配置の代替物を提供する。
いくつかの実施形態では、導電性接点１２４および１２８は、メッキされた金属を含み得る。実施例において、導電性接点１２４および１２８は、他の金属の中でもとりわけ、メッキされた銅、スズ、チタン、タングステン、および／またはニッケルを含み得る。
いくつかの実施形態では、導電性接点１２４および１２８は、蒸着金属を含み得る。実施形態において、蒸着金属は、アルミニウムベースであり得る。そのような一実施形態では、アルミニウムベースの蒸着金属は、約０．３～２０ミクロンの範囲の厚さを有し、約９７％を超える量のアルミニウムと、約０～２％の範囲の量のケイ素とを含み得る。実施例において、アルミニウムベースの蒸着金属は、他の金属の中でもとりわけ、銅、チタン、チタンタングステン、ニッケル、および／またはアルミニウムを含み得る。実施形態において、アルミニウムベースの蒸着金属は、ブランケット蒸着プロセスから形成される。実施形態において、アルミニウムベースの蒸着金属は、金属シード層であり得る。いくつかの実施例では、蒸着金属は、蒸着アルミニウムであり得る。一実施形態では、本明細書に記載される導電性接点は、他の金属の中でもとりわけ、銅、スズ、ニッケル、および／またはアルミニウムを含み得る。
いくつかの実施形態では、導電性接点１２４および１２８は、金属箔を含み得る。実施例において、導電性接点１２４および１２８は、アルミニウムまたはアルミニウム箔を含み得る。実施形態では、金属箔は、約５～１００ミクロンの範囲の厚さを有するアルミニウム（Ａｌ）箔である。一実施形態では、Ａｌ箔は、アルミニウムと、銅、マンガン、シリコン、マグネシウム、亜鉛、スズ、リチウム、またはそれらの組み合わせなどの第２の元素と、を含むアルミニウム合金箔であるが、これらに限定されるものではない。一実施形態では、Ａｌ箔は、Ｆグレード（製造したまま）、Ｏグレード（軟化させたもの）、Ｈグレード（加工硬化したもの）またはＴグレード（熱処理をしたもの）などの調質グレード箔であるが、これらに限定されるものではない。一実施形態では、アルミニウム箔は、陽極酸化処理されたアルミニウム箔である。別の実施形態では、アルミニウム箔は、陽極酸化処理されていない。
いくつかの実施形態では、導電性接点１２４および１２８は、導電性ワイヤを含み得る。実施形態において、導電性ワイヤは、導電性材料（例えば、スズ、銀、ニッケル、または有機はんだ付け性保護剤などのコーティングが施されているもしくは施されていない、アルミニウム、銅、または別の適切な導電性材料などの金属）を含み得る。実施例において、導電性ワイヤは、熱圧着、超音波接合、または熱音波接合プロセスによって半導体領域に接合され得る。一実施例では、導電性ワイヤは、半導体領域上の金属シードまたは金属ペースト材料に接合され得る。
実施形態において、第１の複数の個別の開口部１１４の各々は、図１の平面図と、本開示の別の実施形態による、太陽電池のメタライゼーション構造体を形成するための開口部を示す平面図である図２Ａとに描かれているように、略円形であり、第２の複数の個別の開口部１２２の各々は、略円形である。
しかしながら、第１の複数の個別の開口部１１４および第２の複数の個別の開口部１２２のいずれか一方または両方の開口部の形状は、円形である必要はないことを理解されたい。第１の複数の個別の開口部１１４および第２の複数の個別の開口部１２２のいずれか一方または両方の開口部の形状は、総面積が小さく、かつ整合要件（例えば、第２の開口部が、第１の開口部内にあり、かつ／または第１の開口部の完全に内側にある）を満たす限り、任意の形状であってもよい。実施例において、第１の複数の個別の開口部１１４および第２の複数の個別の開口部１２２のいずれか一方または両方の開口部の形状は、正方形、長方形、または楕円形等であり得る。
実施形態において、図１の平面図および図２Ａに描かれているように、第２の複数の個別の開口部１２２のうちの１つ以上は、第１の複数の個別の開口部１１４のうちの対応する１つ以上のものの周縁内の中心にある。しかし、別の実施形態では、第２の複数の個別の開口部１２２の１つ以上が、第１の複数の個別の開口部１１４のうちの対応する１つ以上のものの周縁内で中心から外れている。実施例のように、図２Ｂは、本開示の別の実施形態による、太陽電池の複数のメタライゼーション構造体を形成するための複数の開口部を示す平面図である。図２Ｂを参照すると、２５２の開口部の左列および右列は中心から外れているが、第２の複数の個別の開口部１２２が第１の複数の個別の開口部１１４のうちの対応する１つ以上のものの周縁内に完全にあるので依然として受け入れ可能である。２５２の開口部の左列は、わずかに中心から外れており、２５２の開口部の右列は、より中心から外れている。一方、２５４の開口部の列の下にある個別の開口部２６２は、対応する個別の開口部１１４の周縁の完全に内側にないので、受け入れられない。
図３は、本開示の実施形態による、整合メタライゼーションを有する太陽電池を作製する方法における様々な動作を含むフローチャート図である。
図３のフローチャート３００を参照すると、動作３０２において、半導体層が基板の上方に形成される。実施形態において、半導体層は、多結晶シリコン層であり得る。実施例において、半導体層は、Ｐ型またはＮ型多結晶シリコン層であり得る。
一実施形態では、動作３０４において、第１の複数のエミッタ領域が半導体層の部分に形成され、第２の複数のエミッタ領域が基板の部分に形成され、第２の複数のエミッタ領域は、半導体層における複数の個別の開口部に形成されている。実施形態において、第１の複数のエミッタ領域は、半導体層におけるドープ領域を含み得る。実施形態において、第２の複数のエミッタ領域は、基板内のドープ領域を含み得る。実施形態において、半導体層内の複数の個別の開口部は、レーザアブレーションプロセスを使用して形成され、これは、後続のエッチングプロセスを伴い得る。一実施形態では、第１の複数の個別の開口部は、スクリーン印刷エッチングプロセスを用いて形成される。
一実施形態では、動作３０６において、基板の上方に配置された絶縁層に複数の個別の開口部が形成され、複数の個別の開口部は、第１および第２の複数のエミッタ領域の上方に形成される。実施形態において、第２の複数のエミッタ領域の上方に形成された絶縁層内の複数の個別の開口部は、（例えば、動作３０４から）半導体層内の複数の個別の開口部の完全に内側で形成されている。実施形態において、第２の複数のエミッタ領域の上方に形成された絶縁層内の複数の個別の開口部は、半導体層内の複数の個別の開口部のうちの対応するものの周縁の完全な内側で形成される。一実施形態では、動作３０６において、絶縁層内に複数の個別の開口部を形成することは、半導体層内の複数の個別の開口部のうちの対応する１つ以上のものの周縁内に中心を合わせて複数の個別の開口部の１つ以上を形成することを含む。一実施形態では、動作３０６において、絶縁層内に複数の個別の開口部を形成することは、半導体層内の複数の個別の開口部のうちの対応する１つ以上のものの周縁内で中心から外れて、絶縁層内に複数の個別の開口部の１つ以上を形成することを含む。図４は、本開示の別の実施形態による、整合メタライゼーションを有する太陽電池を作製する別の方法における様々な動作を含むフローチャート図である。図４のフローチャート４００を参照すると、動作４０２において、半導体基板の上の半導体層。動作４０４において、半導体層の上に絶縁層が形成される。動作４０６において、絶縁層内および半導体層内に第１の複数の個別の開口部が形成される。第１の複数の個別の開口部は、半導体基板の対応する個別の部分を露出させる。動作４０８において、絶縁層の上および第１の複数の個別の開口部内にドーピングソース層が形成される。動作４１０において、第１の複数の個別の開口部に対応する複数のドープ領域が半導体基板内に形成される。複数のドープ領域は、ドーピングソース層から形成され得る。動作４１２において、第２の複数の個別の開口部が、レーザアブレーションプロセスを使用してドーピングソース層内に形成される。動作４１４において、第２の複数の個別の開口部内および複数のドープ領域の上に複数の導電性接点が形成される。
実施形態において、動作４１４を実行する前、後、または同時に、本方法は、ドーピングソース層内および絶縁層内に第３の複数の個別の開口部を形成することをさらに含む。第３の複数の個別の開口部は、半導体層の対応する個別の部分を露出させる。第３の複数の個別の開口部内および半導体層の対応する個別の部分上で第２の複数の導電性接点が形成される。
一実施形態では、動作４０６において、第１の複数の個別の開口部は、レーザアブレーションプロセスを使用して形成され、これは、後続のエッチングプロセスを伴うことができる。一実施形態では、動作４０６において、第１の複数の個別の開口部は、スクリーン印刷エッチングプロセスを用いて形成される。
一実施形態では、動作４１４において、第２の複数の個別の開口部の各１つが、第１の複数の個別の開口部のうちの対応するものの周縁の完全に内側で形成される。一実施形態では、動作４１４において、第２の複数の個別の開口部を形成することが、第１の複数の個別の開口部のうちの対応する１つ以上のものの周縁内の中心にある第２の複数の個別の開口部の１つ以上を形成することを含む。一実施形態では、動作４１４において、第２の複数の個別の開口部を形成することが、第１の複数の個別の開口部のうちの対応する１つ以上のものの周縁内で中心から外れた第２の複数の個別の開口部の１つ以上を形成することを含む。
図３および／または図４に関連して上述した動作の組み合わせを含む例示的なプロセス方式として、図５Ａ～図５Ｅは、本開示の実施形態による、整合メタライゼーションを有する太陽電池を作製する方法における様々な動作を表した断面図である。
図５Ａを参照すると、太陽電池５００は、単結晶シリコン基板のなどの半導体基板５０２を含む。基板５０２は、後側５０４および前側５０６を有し、前側５０６は後側５０４に対向している。いくつかの実施形態では、前側５０６は前表面と呼ばれ得、後側５０４は後表面と呼ばれ得る。実施形態において、前側は、構造化された表面５０７を有することができる。構造化された表面５０７は、入射光を散乱させ、結果として得られる太陽電池の受光面および／または露出面からの反射光の量を減少させるための規則的または不規則的な形状の表面を有するものであり得る。反射防止コーティング層５０８は、描写されているように、構造化された表面１０７にコンフォーマルされ得る。
半導体層５１２は、半導体基板５０２の上に形成されている。絶縁層５１４は、半導体層５１２の上に形成されている。一実施形態では、描かれているように、薄型誘電体層５１０が半導体基板５０２上に形成され、半導体層５１２は薄型誘電体層５１０上に形成されている。
実施形態において、構造化された表面５０７は、基板の前側で実行される構造化プロセスを使用して形成される。実施例において、水酸化物ベースの湿式エッチャントを使用して、基板の前側に構造化された表面を形成することができる。しかしながら、前側の構造化は、プロセスフローから省略され得ることを理解されたい。実施形態において、構造化プロセスの前または同時にまたは単一のプロセス動作で、基板を洗浄、研磨、平坦化および／または薄層化することができる。実施例において、構造化プロセスの前および／または後に、湿式化学洗浄プロセスを実行することができる。構造化プロセスは、作製プロセスの開始時に実行することができるが、別の実施形態では、構造化プロセスは、作製プロセスでの別の動作で実行することができる。実施例において、構造化プロセスは代替的にパターニングプロセスに続いて実行され得る。一実施例では、構造化プロセスは、熱プロセスの前に実行することができる。このような一実施例では、構造化プロセスは、パターニング（例えば、多結晶シリコン領域のパターニング）の後に、熱プロセスの前に実行することができる。実施形態において、薄型誘電体層５１０は、酸化プロセスで形成することができ、トンネル誘電体層（例えば、酸化シリコン）のなどの薄型酸化物層である。一実施形態では、薄型誘電体層５１０は、蒸着プロセスで形成することができる。実施形態において、薄型誘電体層５１０は、薄型酸化物層またはシリコン酸窒化物層である。実施形態において、薄型誘電体層５１０を形成することは、薄型誘電体層５１０を約２ナノメートル以下の厚さで形成することを含み得る。実施例において、熱プロセスまたはオーブンを使用して、薄型誘電体層５１０を成長させることができる。
実施形態において、半導体層５１２を形成することは、多結晶シリコン層を形成することを含み得る。実施形態において、半導体層５１２を形成することは、薄型誘電体層５１０上にシリコン層を形成することを含み得る。実施例において、シリコン層を形成することは、薄型誘電体層５１０の上にＮ型シリコン層を成長させることを含み得る。他の実施形態において、シリコン層は、Ｐ型シリコン層であり得る。実施形態において、シリコン層はアモルファスシリコン層である。このような一実施形態では、アモルファスシリコン層は、低圧化学気相成長（ＬＰＣＶＤ）またはプラズマエンハンスト化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）を用いて形成される。実施形態において、シリコン層は、多結晶シリコンであり得る。実施形態において、熱プロセスおよび／またはオーブンで薄型誘電体層５１０上にシリコン層を成長させる。一実施形態では、薄型誘電体層５１０およびシリコン層は、同一のあるいは単一のオーブン内で、および／または同一のあるいは単一のプロセス動作で成長させることができる。別の実施形態では、シリコン層は、非ドープで形成することができる。このような一実施形態では、シリコン層上にドーパント層を形成することができ、熱プロセスを実行して、ドーパント層からシリコン層へドーパントを駆動し、第２の導電型（例えば、Ｎ型またはＰ型）を有するシリコン層を得ることができる。
図５Ｂを参照すると、第１の個別の開口部５１６は、絶縁層５１４内に、半導体層５１２内に、および薄誘電体層５１０が含まれる場合には、薄誘電体層５１０内に形成される。第１の個別の開口部５１６は、半導体基板５０２の対応する個別の部分を露出させる。実施形態において、第１の個別の開口部５１６の直径は、例えば、７０μｍ未満である。
実施形態において、レーザアブレーションプロセス（例えば、直接書刻）を使用して、第１の個別の開口部５１６を形成することができる。実施例において、絶縁層５１４のパルス（ｆｓ－ｐｓ範囲）レーザアブレーションは、１０～１５秒から１０～７秒の間のパルス持続時間で、レーザ波長は２４８～５３５ｎｍのレーザを用いて行われ、その後、半導体層５１２の選択的エッチングが行われる。実施形態において、リソグラフィまたはスクリーン／インクジェット印刷マスキングおよび後続のエッチングプロセスを使用して、第１の個別の開口部５１６を形成することができる。実施例において、マスクを形成し、後続の湿式化学エッチングプロセスを実行して、接点開口部を形成することができる。いくつかの実施形態では、マスクを除去するために湿式化学洗浄プロセスを実行することができる。実施形態において、任意の他のリソグラフィプロセス、例えば、インクジェットプロセスなどを使用することができる。一実施形態では、レーザアブレーションプロセス、リソグラフィ（例えば、スクリーン印刷）およびエッチングプロセスの組み合わせを実行して、第１の個別の開口部５１６を形成することができる。実施例において、第１の個別の開口部５１６を形成することは、レーザアブレーションプロセスおよびエッチングプロセス（例えば、マスキングおよび湿式化学エッチングプロセス）を実行することを含み得る。
図５Ｃを参照すると、ドーピングソース層５２４は、絶縁層５１４の上および第１の個別の開口部５１６内に形成されている。ドープ領域は、第１の個別の開口部５１６に対応する半導体基板５０２の領域に形成され得る。このような一実施形態では、ドープ領域は、ドーピングソース層５２４から形成される。実施形態において、描かれているように、反射防止コーティング層５２６がドーピングソース層５２４の上に形成されている。
実施形態において、ドーピングソース層５２４から基板５０２にドーパントを駆動するための熱プロセスを実行することによって、半導体基板５０２の領域にドープ領域を形成することができる。実施形態において、ドーパントの導電型はＰ型であり、例えば、ドーパントはホウ素ドーパントである。実施例において、熱プロセスは、約９００℃以上に温度を加熱して、ドーピングソース層５２４から基板５０２の部分へドーパントを駆動することを含み得る。
図５Ｄを参照すると、第２の個別の開口部５２８は、ドーピングソース層５２４内に形成され、反射防止コーティング層５２６が含まれる場合には反射防止コーティング層５２６内に形成される。一実施形態では、第２の個別の開口部５２８は、レーザアブレーションプロセスを使用して形成される。いくつかの実施形態では、第２の個別の開口部５２８は、レーザアブレーションプロセスおよびエッチングプロセスを使用して形成される。実施形態において、第２の個別の開口部５２８を形成する前、後、または同時に、第３の個別の開口部５３０がドーピングソース層５２４内および絶縁層５１４内に、また反射防止コーティング層５２６が含まれる場合には反射防止コーティング層５２６内に形成される。第３の個別の開口部５３０は、半導体層５１２の対応する個別の部分を露出させる。
実施例において、第２の個別の開口部５２８の直径は、３０μｍ未満である。別の実施例では、第２の個別の開口部５２８の直径は、第１の個別の開口部５１６の直径の約半分である。実施形態において、第２の個別の開口部は、接点孔用のネガレジストの第１のスクリーン／インクジェット印刷によって形成され、その後、１０～１５秒から１０～７秒の間のパルス持続時間で、２４８～５３５ｎｍの間のレーザ波長のレーザを用いて実行されるパルス（ｆｓ－ｐｓ範囲）レーザアブレーションによって形成される。
実施形態において、第２の個別の開口部５２８および第３の個別の開口部５３０を形成するためのパターニングプロセスは、同一または単一の動作で（例えば、同一または単一のレーザプロセスチャンバ内のレーザを使用して）実行することができ、あるいは、別々に（例えば、第１の絶縁層および第２の絶縁層内に接点開口部を形成するために別々のレーザパターニングプロセスが使用できる）実行することも可能である。
実施形態において、ドーピングソース層５２４および反射防止コーティング層５２６は、特定のレーザ波長に対して、開口部５１６の上で高吸収性となるように、かつ開口部５１６（例えば、半導体層５１２の上）の外の領域の上で高反射性となるように構成され得る。実施例において、緑色レーザ（例えば、約５３２ｎｍの波長）に対して、近似的な膜材料（例えば、ドーピングソース層５２４および／または反射防止コーティング層５２６）は、開口部５１６の上で約８００オングストローム、半導体層５１２の上で約１３００オングストロームであり得る。一実施例では、酸化窒化物スタックを含む膜材料に対して、次に、反射率最小値は、Ｐ型接点上（例えば、開口部５１６の上）で５３２ｎｍ付近であり得、反射率最大値は、Ｎ型接点上（例えば、半導体層５１２の上）である。同じ例では、これは、Ｎ型接点プロセス（例えば、半導体層５１２の上）に必要なレーザ出力はより高くなり、Ｐ型接点プロセス（例えば、開口部５１６の上）に必要なレーザ出力はより低くなるため、Ｎフィンガー領域（例えば、半導体層５１２の上）に着陸する浮遊Ｐ接点（例えば、開口部５１６の上）が、より高い反射率の膜上に接点を開けない可能性がある。
図５Ｅを参照すると、第１の導電性接点５３８は、第２の個別の開口部５２８内に形成され、ドープ領域が含まれる場合には、個別の開口部５２８によって露出された基板５０２の対応するドープ領域上に形成される。このような一実施形態では、描かれているように、第１の導電性接点５３８は、第１の個別の開口部５１６内にさらに形成される。実施形態において、同じく描かれているように、第２の導電性接点５４０は、第３の個別の開口部５３０内で、半導体層５１２の対応する露出した個別の部分上に形成される。
実施形態において、第１の導電性接点５３８および第２の導電性接点５４０を形成することは、第１の半導体層および第２の半導体層にスパッタリングプロセス、局所的な金属蒸着、ブランケット蒸着プロセス、メッキプロセス、金属箔のボンディングおよび／またはワイヤボンディングを実行することを含み得る。実施例において、第１の導電性接点５３８および第２の導電性接点５４０は、局所的に蒸着されたアルミニウム、アルミニウム箔および／またはアルミニウムワイヤを含み得る。実施形態において、第１の導電性接点５３８および第２の導電性接点５４０は、１つ以上の金属および／または金属合金を含み得る。実施例において、第１の導電性接点５３８および第２の導電性接点５４０は、他の金属の中でもとりわけ、アルミニウム、チタンタングステンおよび／または銅を含み得る。実施形態において、第１の導電性接点５３８および第２の導電性接点５４０は、１層、２層またはそれ以上の金属を含み得る。実施例において、第１の導電性接点５３８および第２の導電性接点５４０は、金属シード層を含み得る。実施形態において、金属シード層は、銅を含む第１の層、タングステンを含む第２の層、およびアルミニウムを含む第３の層を含み得る。
実施形態において、熱圧縮プロセスは、第１の導電性接点５３８および第２の導電性接点５４０を電気的に接続するために使用され得る。実施例において、熱圧縮プロセスは、ワイヤまたは複数のワイヤを接着させるために使用され得る。一実施形態では、第１の導電性接点５３８および第２の導電性接点５４０は、ボンディングまたは溶接された金属箔を含む。実施形態において、第１の導電性接点５３８および第２の導電性接点５４０を形成することは、ブランケット蒸着プロセスを実行することを含み得る。実施例において、第１の導電性接点５３８および第２の導電性接点５４０を形成することは、電気メッキプロセスを実行することを含み得る。いくつかの実施例では、第１の導電性接点５３８および第２の導電性接点５４０を形成することは、金属シード層を形成するためにブランケット蒸着プロセスを行い、その後、金属をメッキし、第１の導電性接点５３８および第２の導電性接点５４０を形成するためにパターニングプロセスを実行することを含み得る。実施例において、メッキプロセスを用いて第１の導電性接点５３８および第２の導電性接点５４０を形成することは、基板を浴中に配置して、基板に金属をメッキし、第１および第２の導電性接点を形成することを含み得る。別の実施形態では、局所金属蒸着プロセスを使用して、１つのプロセス動作で第１の導電性接点５３８および第２の導電性接点５４０を形成することができる。
特定の材料が、上述した実施形態を参照して具体的に記載されているが、いくつかの材料は、そのような実施形態が本開示の実施形態の精神および範囲内にとどまる形で、他のものと容易に置換され得る。例えば、実施形態において、ＩＩＩ－Ｖ族材料基板などの異なる材料基板を、シリコン基板の代わりに用いることができる。加えて、バックコンタクト型太陽電池の配置について詳しく言及されているが、本明細書に記載のアプローチは、フロントコンタクト型太陽電池にも適用可能であることを理解されたい。他の実施形態において、上述したアプローチは、太陽電池以外の製造に適用することができる。例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）の製造は、本明細書に記載されるアプローチから利益を得ることができる。さらに、Ｎ＋およびＰ＋型のドーピングが具体的に記載されている所では、企図されている他の実施形態は、反対の導電型、例えば、Ｐ＋およびＮ＋型のドーピングをそれぞれ含むことを理解されたい。
このように、太陽電池を製造するための整合メタライゼーションアプローチ、および結果として得られた太陽電池が、本明細書に開示されている。上記の構造体および技術は、太陽電池ストリング、光起電力性（ＰＶ）積層体および光起電力性（ＰＶ）モジュールなどの太陽電池製品に容易に適用および使用することができる。
具体的な実施形態が上述されてきたが、これらの実施形態は、特定の特徴に関して単一の実施形態のみが説明される場合であっても、本開示の範囲を限定することを意図されない。開示で提供される特徴の実施例は、別段の定めがある場合を除き、制約的であることよりも、むしろ例示的であることを意図するものである。上記の記載は、本開示の利益を有する当業者には明らかとなるような、変更、修正、およびなど価物を包含することを意図するものである。
本開示の範囲は、本明細書で対処される問題のいずれかまたは全てを軽減するか否かにかかわらず、本明細書で（明示的または暗示的に）開示される、あらゆる特徴または特徴の組み合わせ、もしくはこれらのあらゆる一般化を含む。したがって、本出願（または、本出願に対する優先権を主張する出願）の実施の間に、任意のそのような特徴の組み合わせに対して、新たな請求項を形式化することができる。具体的には、添付の請求項を参照して、従属請求項からの特徴を、独立請求項の特徴と組み合わせることができ、それぞれの独立請求項からの特徴を、任意の適切な方式で、単に添付の請求項で列挙される具体的な組み合わせのみではなく、組み合わせることができる。
以下の実施例は、さらなる実施形態に関連するものである。異なる実施形態の様々な特徴は、様々に異なる用途に適するように、いくつかの特徴を含み、他の特徴を除外して、様々に組み合わせられ得る。
例示的な実施形態１：太陽電池は、半導体基板の上の半導体層を含む。第１の複数の個別の開口部は半導体層内にあり、半導体基板の対応する個別の部分を露出させる。複数のドープ領域が、半導体基板内にあり、第１の複数の個別の開口部に対応する。絶縁層は、半導体層の上にあり、かつ第１の複数の個別の開口部内にある。
第２の複数の個別の開口部は、絶縁層内にあり、複数のドープ領域の対応する部分を露出させる。第２の複数の個別の開口部の各１つが、第１の複数の個別の開口部のうちの対応するものの周縁内に完全にある。複数の導電性接点は、第２の複数の個別の開口部内および複数のドープ領域上にある。
例示的な実施形態２：第１の複数の個別の開口部の各々が略円形であり、第２の複数の個別の開口部の各々が略円形である、例示的な実施形態１に記載の太陽電池。
例示的な実施形態３：第２の複数の個別の開口部の１つ以上が、第１の複数の個別の開口部のうちの対応する１つ以上のものの周縁内の中心にある、例示的な実施形態１または２に記載の太陽電池。
例示的な実施形態４：第２の複数の個別の開口部の１つ以上が、第１の複数の個別の開口部のうちの対応する１つ以上のものの周縁内で中心から外れている、例示的な実施形態１、２または３に記載の太陽電池。
例示的な実施形態５：太陽電池が、絶縁層内の第３の複数の個別の開口部であって、半導体層の対応する個別の部分を露出させる、第３の複数の個別の開口部と、第３の複数の個別の開口部内および半導体層の対応する個別の部分上の第２の複数の導電性接点と、をさらに備える、例示的な実施形態１、２、３、または４に記載の太陽電池。
例示的な実施形態６：複数の導電性接点が、第１の一方向性列の導電性接点であり、第２の複数の導電性接点が、第１の一方向性列の導電性接点と平行な第２の一方向性列の導電性接点である、例示的な実施形態５に記載の太陽電池。
例示的な実施形態７：半導体層が、基板上の薄型誘電体層上にあり、第１の複数の個別の開口部が、薄型誘電体層内にさらにある、例示的な実施形態１、２、３、４、５または６に記載の太陽電池。
例示的な実施形態８：絶縁層がドーピングソース層であり、太陽電池が、半導体層とドーピングソース層との間の第２の絶縁層をさらに備え、第１の複数の個別の開口部が、第２の絶縁層内にさらにある、例示的な実施形態１、２、３、４、５、６または７に記載の太陽電池。
例示的な実施形態９：ドーピングソース層の上に反射防止コーティング層をさらに備え、第２の複数の個別の開口部が、反射防止コーティング層内にさらにある、例示的な実施形態８に記載の太陽電池。
例示的な実施形態１０：半導体層が、第１の導電型を有し、複数のドープ領域が、第１の導電型とは逆の第２の導電型を有する、例示的な実施形態１、２、３、４、５、６、７、８または９に記載の太陽電池。
例示的な実施形態１１：太陽電池を作製する本方法は、基板の上方の半導体層内に第１の複数の個別の開口部を形成することを含む。本方法はまた、第１の複数の個別の開口部内に絶縁層を形成することを含む。本方法はまた、レーザアブレーションプロセスを使用して絶縁層内に第２の複数の個別の開口部を形成することを含む。第２の複数の個別の開口部の各１つが、第１の複数の個別の開口部のうちの対応するものの周縁内に完全にある。
例示的な実施形態１２：第１の複数の個別の開口部を形成することが、レーザアブレーションプロセスを使用することを含む、例示的な実施形態１１に記載の方法。
例示的な実施形態１３：第１の複数の個別の開口部を形成することが、スクリーン印刷エッチングプロセスを使用することを含む、例示的な実施形態１１に記載の方法。
例示的な実施形態１４：第２の複数の個別の開口部を形成することが、第１の複数の個別の開口部のうちの対応する１つ以上のものの周縁内の中心にある第２の複数の個別の開口部の１つ以上を形成することを含む、例示的な実施形態１１、１２、または１３に記載の方法。
例示的な実施形態１５：太陽電池を作製する本方法は、半導体基板の上に半導体層を形成することを含む。本方法はまた、半導体層の上に絶縁層を形成することを含む。本方法はまた、絶縁層および半導体層内に第１の複数の個別の開口部を形成することを含み、第１の複数の個別の開口部は、半導体基板の対応する個別の部分を露出させる。本方法はまた、絶縁層の上および第１の複数の個別の開口部内にドーピングソース層を形成することを含む。本方法はまた、第１の複数の個別の開口部に対応する複数のドープ領域を半導体基板内に形成することを含み、複数のドープ領域はドーピングソース層から形成される。本方法はまた、レーザアブレーションプロセスを使用して、ドーピングソース層内の第２の複数の個別の開口部を形成することを含み、第２の複数の個別の開口部の各１つは、第１の複数の個別の開口部のうちの対応するものの周縁内に完全にある。本方法はまた、第２の複数の個別の開口部内および複数のドープ領域上に複数の導電性接点を形成することを含む。
例示的な実施形態１６：第１の複数の個別の開口部を形成することが、レーザアブレーションプロセスを使用することを含む、例示的な実施形態１５に記載の方法。
例示的な実施形態１７：第１の複数の個別の開口部を形成することが、スクリーン印刷エッチングプロセスを使用することを含む、例示的な実施形態１５に記載の方法。
例示的な実施形態１８：ドーピングソース層内および絶縁層内に第３の複数の個別の開口部を形成することであって、半導体層の対応する個別の部分を露出させる、形成することと、第３の複数の個別の開口部内および半導体層の対応する個別の部分上で第２の複数の導電性接点を形成することと、をさらに含む、例示的な実施形態１５、１６または１７に記載の方法。
例示的な実施形態１９：第２の複数の個別の開口部を形成することが、第１の複数の個別の開口部のうちの対応する１つ以上のものの周縁内の中心にある第２の複数の個別の開口部の１つ以上を形成することを含む、例示的な実施形態１５、１６、１７、または１８に記載の方法。
例示的な実施形態２０：第２の複数の個別の開口部を形成することが、第１の複数の個別の開口部のうちの対応する１つ以上のものの周縁内で中心から外れている第２の複数の個別の開口部の１つ以上を形成することを含む、例示的な実施形態１５、１６、１７、１８、または１９に記載の方法。
以上、例示的な実施形態を示したが、以下、本開示の別の例示的な実施形態を示す。
実施形態では、太陽電池は、半導体基板の上の半導体層を含む。連続開口部は半導体層内にあり、対応する半導体基板の連続部分を露出させる。ドープ領域は、半導体基板に位置し、連続開口部に対応することができる。絶縁層は、半導体層の上にあり、連続した開口部内にあり得る。絶縁層内の他の開口部は、ドープ領域の対応する部分を露出させることができる。絶縁層内のこれらの開口部の各々が、対応する連続開口部の周縁の完全に内側にあり得る。複数の導電性接点は、連続開口部内およびドープ領域上にある。
実施例において、連続開口部は、非個別の構造体および／または開口部を含み得る。いくつかの実施例では、連続開口部は、他の形状の中でもとりわけ、線状、長方形状、重なり合う円形または長円形状の開口部を含み得る。実施例において、連続開口部は、個別の開口部、例えば、上記の個別の開口部の少なくとも２倍の面積を有する開口部を含み得る。実施例において、連続開口部は、全体的に隙間および／または切れ目なく太陽電池ドープ領域の実質的な部分を覆うことができる。実施例において、連続開口部は、重なり部分を有する個別の開口部を含むことができ、例えば、重なり部分がありながらも、例えば、円形、長円形、三角形、台形、多角形、楕円形および／または任意の他の種類の形状を含む連続開口部を形成することになる。
また、本明細書では、太陽電池を作製する方法も開示する。一実施形態では、太陽電池を作製する方法は、基板の上方の半導体層内に連続開口部を形成することを含む。本方法はまた、連続開口部内に絶縁層を形成することを含む。本方法はまた、レーザアブレーションプロセスを使用して絶縁層内に複数の個別の開口部を形成することを含む。複数の個別の開口部の各１つが、連続開口部に対応する周縁内に完全にある。
図６を参照すると、平面図（ａ）～（ｄ）は、太陽電池のための様々な整合メタライゼーション構造体を表す図である。参考までに、図６（ａ）は、比較のためのものであり、図１の平面図の複製である。図６（ｂ）～（ｄ）は、例えば、後述するように、図１および図６（ａ）に示される個別の開口部とは対照的に、例示的な連続開口部を示している。
図６（ａ）を参照すると、複数の個別の開口部６５０が示されている。実施形態において、図６（ａ）は、図１の平面図に示されるものと同様の構造体、例えば、同一の構造体を示し、同様の参照番号は、図１に記載される同一または同様の要素を参照する（例えば、５００を足して、１００番台から６００番台に増やした増分番号で、図６に表す）。実施例において、第１の複数の個別の開口部６１４は、図１の複数の個別の開口部１１４に対応し得る。別の実施例では、第１の複数の個別の開口部６１４内の個別の部分／ドープ領域６０３は、図１の個別の部分／ドープ領域１０３に対応し得る。
再び図６（ａ）を参照すると、実施形態では、個別の開口部６１４の個々のサイズ、例えば長さ／直径６６０、６６２は、約１５０μｍ未満とすることができる。一実施例では、ある辺６６０の長さは、別の辺６６２の長さと等しくなり得る。別の実施例では、側方６６０の長さは、側方６６２の長さよりもやや大きくすることができる。さらに別の実施例では、側方６６２の長さは、側方６６０の長さよりもやや大きくすることができる。実施例において、側方６６０の長さは約１５０μｍ未満とすることができ、一方、側方６６２の長さは約１００μｍ未満とすることができる。実施形態において、個別の開口部６１４を分離する縁から縁までの距離６６４は、約１００μｍ未満とすることができる。いくつかの実施例では、個別の開口部６１４を分離する縁から縁までの距離６６４は、約１００μｍ未満であり、かつ約５０μｍを超え得る。実施形態において、複数の個別の開口部６２２のうちの１つと別の開口部との間の距離６６５は、約２００μｍ未満とすることができる。実施形態では、複数の個別の開口部６２２のうちの１つと別の開口部との間の距離６６５は、約２００μｍ未満であり、かつ約１５０μｍを超え得る。
上述および後述のように、図６（ｂ）～（ｄ）は、図１および図６（ａ）に示される構造体に対する代替の構造体を示し、同様の番号および記載は、同一または同様の構造体を参照することができ、図６（ｂ）～（ｄ）に記載される構造体は、図１および図６（ａ）に見出されるような構造体または同様の構造体と交換可能に使用することが可能である。
図６（ｂ）を参照すると、第１の連続開口部６５２のための実施例が示されている。第１の連続開口部６５２は、半導体層内にあり、半導体基板（例えば、図１の１１２、１０２を参照）の対応する個別の部分／ドープ領域６０３を露出させる。絶縁層６１８および／または反射防止層６２０は、半導体層の上にあり、第１の連続開口部６５４内にある。複数の個別の開口部６２２は、絶縁層６１８／反射防止層６２０内にあり、ドープ領域１０３の対応する部分を露出させる。実施形態において、複数の個別の開口部６２２のうちの１つと別の開口部との間の距離６６５は、約２００μｍ未満とすることができる。実施形態において、複数の導電性接点は、第１の連続開口部６５２内にあり得、複数のドープ領域６０３上にある。実施形態において、第１の連続開口部は、長円形、三角形、台形、多角形、楕円形および／または任意の他の種類の形状などの他の形状のうち、とりわけ図示のような長方形の形状を含み得る。
図６（ｃ）を参照すると、第２の連続開口部６５４のための実施例が示されている。実施形態において、図６（ｃ）は、図６（ｂ）に示されたものと同様の構造体、例えば、同じ構造体を示し、ここで、同様の参照番号は、図６（ｂ）に記載された同一または同様の要素を参照する。実施形態において、第２の連続開口部６５４は、例えば、第２の連続開口部６５４を形成する、重なり部分６７０を有する第１の複数の個別の開口部６１４を含み得る。実施形態において、第２の連続開口部６５４の第１の複数の個別の開口部６１４は、重なり部分６７０を有する円形、長円形、正方形等の形状の開口部（例えば、円形、長円形、正方形等）を含み得る。実施形態において、重なり６７０は、開口部が個別の開口部であるとした場合の総面積の５０％未満を含み得る。実施形態において、複数の導電性接点は、第２の連続開口部６５４内にあり得、複数のドープ領域６０３上にある。
図６（ｄ）を参照すると、第３の連続開口部６５６のための実施例が示されている。実施形態において、図６（ｄ）は、図６（ｃ）および図６（ｂ）に示されたものと同様の構造体を示し、ここで、同様の参照番号は、図６（ｃ）および図６（ｂ）に記載された同一または同様の要素を参照する。実施例において、第３の連続開口部６５６は、複数の開口部６２２がより遠くに離間していることを除いて、図６（ｃ）の第２の連続開口部６５４と実質的に同様である。実施例において、第３の連続開口部６５６は、例えば、第３の連続開口部６５６を形成する、重なり部分６７０を有する第１の複数の個別の開口部６１４を含み得る。実施形態において、複数の個別の開口部６２２のうちの１つと別の開口部との間の距離６６７は、約４００μｍ未満とすることができる。実施形態において、複数の個別の開口部６２２のうちの１つと別の開口部との間の距離６６７は、約４００μｍ未満であり、かつ約２００μｍを超え得る。図示のように、第３の連続開口部６５６は、開口部６２２のうちの１つがない部分６７２を含み得る。実施例において、図６（ｃ）の第２の連続開口部６５４と比較して、開口部６２２のない部分６７２は、図６（ｄ）に示すように、複数の個別の開口部６１４のうちの１つにおいて開口部６２２間の場所に配置され得る。
図６（ａ）～（ｄ）に記載されたこのような実施形態を使用する利点は、改善されたキャリア寿命および低減された太陽電池直列抵抗を含み得ることである。例えば、図６（ａ）に示す構成を有する太陽電池は、一実施例として、図６（ｂ）および（ｄ）と同様の構成を有する太陽電池と比較して、ｎ＋シリコン基板中のｐ＋ドープ領域が少ないため、図６（ｂ）および（ｄ）と比較してキャリア寿命を向上させることができる。一実施例では、図６（ａ）に示す構成を有する太陽電池は、一実施例では、より小さいｐ＋接触面積を有することにより、図６（ｃ）の構成を用いる太陽電池と比較して、直列抵抗を低減させることができる。図６（ａ）～（ｄ）のある構成は他の構成に対して優位性を持ち得るが、実施例において、高いセル効率を維持しながら太陽電池を作製するためのプロセス動作を減らすことができる各構成が可能となった。
このような構成は、一実施例として、ｐ＋領域をできるだけ小さく、理想的にはウェハ被覆率２％未満に調整することによって、短寿命ｐ＋＋ｃ－Ｓｉエミッタ領域と長寿命Ｎ－ｐｏｌｙエミッタとを組み合わせることができる。

Claims (15)

  1. 太陽電池であって、
    半導体基板の上の半導体層と、
    前記半導体層内の第１の複数の個別の開口部であって、前記半導体基板の対応する個別の部分を露出させる、第１の複数の個別の開口部と、
    前記第１の複数の個別の開口部に対応する前記半導体基板内の複数のドープ領域と、
    前記半導体層の上、および前記第１の複数の個別の開口部内の絶縁層と、
    前記複数のドープ領域の対応する部分を露出させる前記絶縁層内の第２の複数の個別の開口部であって、前記第２の複数の個別の開口部のうちの各１つが、前記第１の複数の個別の開口部のうちの対応するものの周縁内に完全にある、第２の複数の個別の開口部と、
    前記第２の複数の個別の開口部内および前記複数のドープ領域上の複数の導電性接点とを備え、
    前記絶縁層がドーピングソース層であり、
    前記太陽電池が、前記半導体層と前記ドーピングソース層との間の第２の絶縁層をさらに備え、
    前記第１の複数の個別の開口部が、前記第２の絶縁層内にさらにある、太陽電池。
  2. 前記第１の複数の個別の開口部の各々が略円形であり、前記第２の複数の個別の開口部の各々が略円形である、請求項１に記載の太陽電池。
  3. 前記第２の複数の個別の開口部の１つ以上が、前記第１の複数の個別の開口部のうちの対応する１つ以上のものの周縁内の中心にある、請求項１に記載の太陽電池。
  4. 前記第２の複数の個別の開口部の１つ以上が、前記第１の複数の個別の開口部のうちの対応する１つ以上のものの周縁内で中心から外れている、請求項１に記載の太陽電池。
  5. 前記絶縁層内の第３の複数の個別の開口部であって、前記半導体層の対応する個別の部分を露出させる、第３の複数の個別の開口部と、
    前記第３の複数の個別の開口部内および前記半導体層の前記対応する個別の部分上の第２の複数の導電性接点と、をさらに備える、請求項１に記載の太陽電池。
  6. 前記複数の導電性接点が、第１の一方向性列の導電性接点であり、前記第２の複数の導電性接点が、前記第１の一方向性列の導電性接点と平行な第２の一方向性列の導電性接点である、請求項５に記載の太陽電池。
  7. 前記半導体層が、前記基板上の薄型誘電体層上にあり、前記第１の複数の個別の開口部が、前記薄型誘電体層内にさらにある、請求項１に記載の太陽電池。
  8. 前記ドーピングソース層の上に反射防止コーティング層をさらに備え、前記第２の複数の個別の開口部が、前記反射防止コーティング層内にさらにある、請求項１に記載の太陽電池。
  9. 前記半導体層が、第１の導電型を有し、前記複数のドープ領域が、前記第１の導電型とは逆の第２の導電型を有する、請求項１に記載の太陽電池。
  10. 請求項１に記載された太陽電池を作製する方法であって、
    半導体基板の上に半導体層を形成することと、
    前記半導体層の上に第２の絶縁層を形成することと、
    前記第２の絶縁層内および前記半導体層内に第１の複数の個別の開口部を形成することであって、前記第１の複数の個別の開口部が、前記半導体基板の対応する個別の部分を露出させる、形成することと、
    前記第２の絶縁層の上および前記第１の複数の個別の開口部内にドーピングソース層を形成することと、
    前記第１の複数の個別の開口部に対応する複数のドープ領域を前記半導体基板に形成することであって、前記複数のドープ領域が前記ドーピングソース層から形成される、形成することと、
    レーザアブレーションプロセスを使用して、前記ドーピングソース層内の第２の複数の個別の開口部を形成することであって、前記第２の複数の個別の開口部の各１つが、前記第１の複数の個別の開口部のうちの対応するものの周縁内に完全にある、形成することと、
    前記第２の複数の個別の開口部内および前記複数のドープ領域上の複数の導電性接点を形成すること、を含む、方法。
  11. 前記第１の複数の個別の開口部を形成することが、レーザアブレーションプロセスを使用することを含む、請求項１０に記載の方法。
  12. 前記第１の複数の個別の開口部を形成することが、スクリーン印刷エッチングプロセスを使用することを含む、請求項１０に記載の方法。
  13. 前記ドーピングソース内層および前記絶縁層内に第３の複数の個別の開口部を形成することであって、前記半導体層の対応する個別の部分を露出させる、形成することと、
    前記第３の複数の個別の開口部内および前記半導体層の前記対応する個別の部分上で第２の複数の導電性接点を形成することと、をさらに含む、請求項１０に記載の方法。
  14. 前記第２の複数の個別の開口部を形成することが、前記第１の複数の個別の開口部のうちの対応する１つ以上のものの周縁内の中心にある前記第２の複数の個別の開口部の１つ以上を形成することを含む、請求項１０に記載の方法。
  15. 前記第２の複数の個別の開口部を形成することが、前記第１の複数の個別の開口部のうちの対応する１つ以上のものの周縁内で中心から外れた前記第２の複数の個別の開口部の１つ以上を形成することを含む、請求項１０に記載の方法。
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