特許 6093504 太陽電池の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6093504

(24)【登録日】2017年2月17日

(45)【発行日】2017年3月8日

(54)【発明の名称】太陽電池の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 31/0216 20140101AFI20170227BHJP

   H01L 31/18 20060101ALI20170227BHJP

   H01L 31/068 20120101ALI20170227BHJP

【ＦＩ】

   H01L31/04 240

   H01L31/04 440

   H01L31/06 300

【請求項の数】15

【外国語出願】

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2012-21090(P2012-21090)

(22)【出願日】2012年2月2日

(65)【公開番号】特開2012-199517(P2012-199517A)

(43)【公開日】2012年10月18日

【審査請求日】2014年10月16日

(31)【優先権主張番号】61/439,310

(32)【優先日】2011年2月3日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】591060898

【氏名又は名称】アイメック

【氏名又は名称原語表記】ＩＭＥＣ

(73)【特許権者】

【識別番号】599098493

【氏名又は名称】カトリーケ・ユニフェルシテイト・ルーヴァン

【氏名又は名称原語表記】Ｋａｔｈｏｌｉｅｋｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｅｉｔ Ｌｅｕｖｅｎ

(74)【代理人】

【識別番号】100101454

【弁理士】

【氏名又は名称】山田 卓二

(74)【代理人】

【識別番号】100081422

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 光雄

(74)【代理人】

【識別番号】100100479

【弁理士】

【氏名又は名称】竹内 三喜夫

(74)【代理人】

【識別番号】100112911

【弁理士】

【氏名又は名称】中野 晴夫

(72)【発明者】

【氏名】ビクター・プラジャパティ

【審査官】 濱田 聖司

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２００９／００５６８００（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００９／０３０８４４０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特表２０１０−５３２０８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１８３４６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 S.Martinuzzi，"Hydrogen passivation of defects in multicrystalline silicon solar cells"，Solar Energy Materials and Solar Cells，Vol.80 (2003)，pp.343-353

【文献】 S.D.Wolf，"Novel concept for thin multi-crystalline silicon solar cell process"，Proceedings of the 3rd World Conference on Photovoltaic Energy Conversion (2003)，pp.1316-1319

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ３１／００−３１／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

結晶シリコン太陽電池の製造方法であって、
第１ドーパント型の結晶シリコン基板を提供する工程と、
注入工程を行い、これにより、結晶シリコン基板の表側に、第１型とは反対の第２型のドーパントを導入して、第２型のドーパントを電気的に活性化することなく注入領域を形成する工程と、
注入工程後に、基板の注入領域の上に水素含有層を堆積する工程と、
水素含有層の堆積後に、８００℃〜１０５０℃の温度で、熱処理を行い、これにより第２型のドーパントを電気的に活性化する工程とを含み、
基板の表面上に水素含有層を堆積する工程は、注入工程に続いて行われ、
６００℃より高い温度でのいずれの高温工程が行われるより前に、水素含有層を堆積する工程が行われる方法。

【請求項2】

水素含有層を堆積する工程は、水素リッチのシリコン窒化物層を堆積する工程を含む請求項１に記載の方法。

【請求項3】

水素含有層を堆積する工程は、反射防止コーティング（ＡＲＣ）および／または表面パッシベーション層を堆積する工程を含む請求項１または２に記載の方法。

【請求項4】

熱処理を行う工程は、高速熱アニール（ＲＴＡ）工程を行う工程を含む請求項１〜３のいずれかに記載の方法。

【請求項5】

熱処理は、数１０秒から数分の間行われる請求項１〜４のいずれかに記載の方法。

【請求項6】

熱処理後に、３０ｎｍと３００ｎｍの間の深さ有する、結晶シリコン太陽電池のエミッタ領域に対応するシャロー領域を形成する請求項１〜５のいずれかに記載の方法。

【請求項7】

熱処理後に、１００ｎｍと５００ｎｍの間の深さ有する、結晶シリコン太陽電池のエミッタ領域に対応するシャロー接合を形成する請求項１〜６のいずれかに記載の方法。

【請求項8】

第１ドーパント型の結晶シリコン基板はｐ型基板であり、第２型のドーパントはｎ型ドーパントである請求項１〜７のいずれかに記載の方法。

【請求項9】

第１ドーパント型の結晶シリコン基板はｎ型基板であり、第２型のドーパントはｐ型ドーパントである請求項１〜７のいずれかに記載の方法。

【請求項10】

結晶シリコン基板は、単結晶基板または多結晶基板を含む請求項１〜９のいずれかに記載の方法。

【請求項11】

更に、熱処理を行う前に、結晶シリコン基板の裏側にパッシベーション層またはパッシベーションスタックを形成する工程を含む請求項１〜１０のいずれかに記載の方法。

【請求項12】

熱処理を、製造プロセス中の続きの工程の１つと結合させる工程を含む請求項１〜１０のいずれかに記載の方法。

【請求項13】

更に、基板の裏側に金属層を堆積する工程と、金属焼成工程とを含み、金属焼成工程は熱処理に対応する請求項１２に記載の方法。

【請求項14】

裏側にパッシベーション層またはパッシベーションスタックを形成する工程と、
裏側メタライゼーション工程と表側メタライゼーション工程とを行う工程と、
裏側メタライゼーションと表側メタライゼーションとを共同焼成する工程とを更に含む請求項１２に記載の方法。

【請求項15】

裏側のパッシベーション層またはパッシベーションスタックは、熱処理の前で、基板の表面上に水素含有層を堆積した後に形成される請求項１４に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書は、太陽電池の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

先端のデバイス構造が、例えばＰＥＲＣ（Passivated Emitter and Rear Cell）構造やＰＥＲＬ（Passivated Emitter Rear Locally diffused cell）構造のような結晶シリコン太陽電池のために開発されてきた。そのような先端のデバイス構造は、より高いエネルギー変換効率となるが、より多くのプロセス工程を必要とし、より先端的でない構造に比較してより高コストとなる。

【0003】

例えば製造コスト下げると同時に良好なエネルギー変換効率を維持することにより、結晶シリコン太陽電池の、ワットピーク当たりのコストの削減が必要である。

【発明の概要】

【0004】

所定の発明の形態は、結晶シリコン太陽電池の製造方法に関し、この方法は、より少ないプロセス工程を必要とし、従来技術の方法に比較してサイクル時間を減らし、この方法は良好なエネルギー変換効率を有する太陽電池の製造を可能にする。１つの発明の形態にかかる方法は、太陽電池のワットピーク当たりのコストを低減する。

【0005】

１つの発明の形態は、結晶シリコン太陽電池の製造方法に関し、この方法は以下の工程：第１ドーパント型の結晶シリコン基板を提供する工程、注入工程を行って、これにより第１型と反対の第２型のドーパントを、結晶シリコン基板の表側に導入する工程、注入工程の後に、基板の表面上に水素含有層を堆積する工程、水素含有層の堆積後に、熱処理を行い、これにより第２型のドーパントを電気的に活性化する工程、を含む。

【0006】

第１ドーパント型の結晶シリコン基板はｐ型基板でも良く、第２型のドーパントは、リンや当業者に知られた他の好適なドーパントのようなｎ型ドーパントでも良い。代わりに、第１ドーパント型の結晶シリコン基板がｎ型基板で、第２型のドーパントが、ホウ素や当業者に知られた他の好適なドーパントのようなｐ型ドーパントでも良い。結晶シリコン基板は、例えば単結晶基板や多結晶基板である。

【0007】

基板または太陽電池の表面または表側は、光源に向かうようには配置され、これにより照明を受ける面または側である。基板または太陽電池の後面、後側、裏面または裏側は、表面と反対の面または側である。

【0008】

水素含有層は、例えば水素リッチシリコン窒化物層でも良い。これは反射防止コーティング（ＡＲＣ）および／または表面パッシベーション層として働く。

【0009】

注入工程は、シリコン基板中に欠陥を形成し、シリコン基板の表面部分にアモルファス層を形成する。熱処理は、第２型のドーパントの電気的な活性化を行い、これにより基板の表側にエミッタ領域を形成する。加えて、熱処理は水素含有層からの水素の放出を行い、注入工程で導入された欠陥のような、基板の表側で欠陥をパッシベートする。熱処理は注入工程により起きたダメージをアニールし、注入工程の結果として形成されたアモルファス層を再結晶化する。

【0010】

熱処理は、高速熱アニール（ＲＴＡ）工程またはプロセス、または当業者に知られた類似の熱処理を含む。熱処理は、例えば、約６００℃と約１１００℃の間、約６００℃と約１０００℃の間、約８００℃と約１０５０℃の間、約８５０℃と約１０００℃の間の範囲の温度（ピーク温度）で、数１０秒間（例えば１０秒から１０分、例えば１０秒と５分の間、例えば３０秒と２００秒の間、例えば約１分）行われる。しかしながら、本明細書は、これに限定されるものではなく、他の方法やツールが熱処理を行うために使用できる。他の方法に比較してプロセス時間を低減できることが、ＲＴＡを使用する長所である。

【0011】

好適な具体例では、注入工程は、熱処理前に、例えば３０ｎｍと５００ｎｍの間、例えば３０ｎｍと３００ｎｍの間、例えば５０ｎｍと３００ｎｍの間、例えば７５ｎｍと２００ｎｍの間の深さを有する結晶シリコン太陽電池のエミッタ領域に対応したシャロー領域を形成する。

【0012】

好適な具体例では、上述の方法のいずれかは、熱処理後に、例えば７５ｎｍと７５０ｎｍの間、例えば１００ｎｍと５００ｎｍの間、例えば１００ｎｍと３００ｎｍの間の深さを有する結晶シリコン太陽電池のエミッタ領域に対応したシャロー接合を形成する。

【0013】

本明細書の具体例では、更に、ＲＴＡ工程またはプロセスのような、分離された熱処理工程またはプロセスを不要とすることで、プロセス時間またはサイクルを低減できる。熱処理工程は、例えばコンタクト焼成工程またはプロセスのような作製工程中の、続く工程の１つと結合させても良い。例えば、水素含有層を堆積した後に、基板の裏側に金属層が堆積され、続いて良好なコンタクトを形成し、更にＢＳＦ（Back Surface Field）領域を形成するための金属焼成工程が行われても良い。この金属焼成工程は、熱処理工程の機能を有し、分離された熱処理工程が不要となる。

【0014】

また、特に、ＰＥＲＣ型の太陽電池デバイスの作製の文脈中で、この方法は更に、
パッシベーション層またはパッシベーションスタックを裏側に形成する工程と、
裏側のメタライゼーション工程および表側のメタライゼーション工程を行う工程と、
裏側のメタライゼーションと表側のメタライゼーションを、例えば６００℃と１０００℃の間の範囲の温度で共同焼成する工程と、を含む。

【0015】

本発明の好適な具体例では、裏側のパッシベーション層またはパッシベーションスタックは、熱処理を行う前に形成される。

【0016】

この方法は、更に、基板の表側のテクスチュア工程を含む。

【0017】

プロセス工程の数、従って全体のプロセスのサイクル時間を減らすことにより、より少ない洗浄工程（従って、より少ない化学物質と水）を用いることにより、そしてより安価なプロセス（例えば、より少ないエネルギー消費）を用いることにより、太陽電池のＷｐ当たりのコストを低減できることが、１つの発明の形態にかかる方法の長所である。例えば、一般には拡散炉中で１時間を要するエミッタ拡散工程を、一方だけの低温注入工程と一般には約１分のＲＴＡ工程で置き換えることにより、サイクル時間が低減できる。所定の具体例では、注入ドーパントのドライブインのための追加の熱処理が不要となる。

【0018】

高温プロセス工程が行われる前に、水素含有層により基板の表側が覆われることが、１つの発明の形態にかかる方法の長所である。これにより、例えば金属不純物による汚染のような基板の汚染が低減される。

【0019】

所定の長所が上で述べられた。もちろん、そのような目的や長所の全ては、この明細書の特定の具体例に関して達成される必要がないことが理解される。このように、例えば、ここで教示または示唆された他の目的や長所を達成する必要無しに、ここで教示された１つの長所や長所のグループを達成または最適化できる方法で、明細書が具体化または実施されることを当業者は理解するであろう。更に、この概要は単に例示であり、明細書の範囲を限定することを意図するものではないことが理解される。明細書は、機構および操作方法の双方について、それらの特徴や長所とともに、添付の図面と共に読んだ場合に、以下の詳細な説明を参照にすることにより良く理解されるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】１つの具体例にかかる太陽電池の例示的な製造プロセスを示す。

【図2】注入エネルギーの関数として、異なる熱処理について、注入されたエミッタを有する太陽電池について測定された開回路電圧を示す。

【図3】注入エネルギーの関数として、異なる熱処理について、注入されたエミッタを有する太陽電池について測定された短絡回路電流を示す。

【図4】注入エネルギーの関数として、異なる熱処理について、注入されたエミッタを有する太陽電池について測定された効率を示す。

【図5】焼成前後の、拡散サンプルと注入サンプルとを比較した、水素およびリンのＳＩＭＳプロファイルを示す。

【図6】（ａ）伝統的に拡散されたＰＥＲＣセルと、（ｂ）本明細書にかかる注入ＰＥＲＣセルを比較するプロセスフローを示す。

【図7】焼成前後における、伝統的な拡散および焼成サンプルと、注入サンプルとを比較した透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）像を示す。

【0021】

異なる図面において、同一参照符号は、同一または類似の要素を示す。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下の詳細な説明において、明細書の全体を通した理解と、如何にしてそれが特定の具体例中で実施されるかを提供するために、多くの特別な細部が説明される。しかしながら、本明細書は、それらの特定の細部無しに実施できることが理解される。他の例では、公知の方法、手続き、および技術は、本明細書が不明確にならないように、詳細には示されていない。本明細書は、所定の図面を参照しながら、特定の具体例について記載されるが、本明細書はこれに限定されない。ここに含まれて記載された図面は模式的であり、本明細書の範囲を限定するものではない。また、図面において、図示目的で、いくつかの要素の大きさは誇張され、それゆえに縮尺どおりには描かれていない。

【0023】

更に、明細書中の、第１、第２、第３等の用語は、類似の要素の間で区別するために使用され、ランクや他の方法での、一時的、空間的な順序を表す必要はない。そのように使用された用語は、適当な状況下で入替え可能であり、ここに記載された明細書の具体例は、ここに記載や図示されたものと異なる順序によっても操作できることを理解すべきである。

【0024】

また、明細書中の、上、下、上に、下に等の用語は、記載目的のために使用され、相対的な位置を示すものではない。そのように使用される用語は、適当な状況下で入替え可能であり、ここに記載された明細書の具体例は、ここに記載や図示されたものと異なる位置でも操作できることを理解すべきである。

【0025】

「含む（comprising）」の用語は、それ以降に示される手段に限定して解釈されるべきではなく、他の要素や工程を排除しない。このように、言及された特徴、数字、工程、または成分の存在は、表されたように解釈されるべきであり、１またはそれ以上の他の特徴、数字、工程、または成分、またはこれらの組み合わせの存在または追加を排除してはならない。このように、「手段ＡおよびＢを含むデバイス」の表現の範囲は、構成要素ＡとＢのみを含むデバイスに限定されるべきではない。

【0026】

所定の具体例は、結晶シリコン太陽電池の製造方法に関し、この方法は以下の工程：第１ドーパント型の結晶シリコン基板を提供する工程、注入工程を行って、これにより第２型のドーパントを結晶シリコン基板の表側に導入する工程（エミッタ注入工程）、基板の表面上に水素含有層を堆積する工程、およびその後に熱処理または熱アニールを行う工程、を含む。

【0027】

エミッタ注入工程は、シリコン基板中にエミッタドーパントを提供し、注入ダメージを形成する。これはシリコン基板中の欠陥の形成につながり、基板の表面部分をアモルファス化する。水素含有層は、反射防止コーティング（ＡＲＣ）および／または表面パッシベーション層として働く。これは、例えばＳｉＨ_４とＮＨ_３を用いたＰＥＣＶＤで堆積された水素リッチＳｉＮ_ｘ層を含む。しかしながら、本明細書はこれに限定されない。他の材料が水素含有層の形成に使用でき、他の好適な方法が水素含有層の堆積のための使用できる。有利な具体例では、熱アニール工程は、高速熱アニール工程でも良く、または例えば金属コンタクトの焼成に使用される焼成工程のような作製プロセスの他の工程でも良い。熱アニール工程中、例えば注入工程で導入されるような欠陥が、水素含有層から放出された水素によりパッシベートされて、これによりエミッタの良好なパッシベーションになっても良い。熱アニールは、注入工程の結果のアモルファスシリコン層の（少なくとも部分的な）再結晶化を行っても良い。加えて、熱アニールは、エミッタドーパントの電気的な活性化となる。

【0028】

高いスループットを提供すること、専用のドーパントのドライブイン工程を不要にすること、および専用の注入ダメージのアニールおよび／または注入ダメージのエッチングを不要にすることが、１つの具体例にかかる方法の長所である。専用のダメージのアニール工程が無いけれども、ダメージのエッチングも必要でない。表面に水素含有層を形成した後に、熱アニール工程が行われ、この層は、例えば金属汚染のような汚染のためのバリアとして働く（バリア層になる）ことも、長所である。１つの具体例にかかる方法は、良好なエネルギー変換効率を有するシリコン太陽電池の提供を可能にする。

【0029】

この方法は、更に、この方法がＰＥＲＣ型太陽電池の製造プロセスで使用される例示の具体例のために記載される。しかしながら、本明細書は、これに限定されるものではなく、この方法は、他の太陽電池構造の作製プロセスで使用できる。

【0030】

典型的な従来技術のＰＥＲＣプロセスフローが、図６（ａ）に模式的に示される。これは、基板（例えばシリコンウエハ）の片側をテクスチュアする工程、洗浄を行う工程、ＰＯＣｌ_３拡散炉中で８００℃と９５０℃の間の範囲の温度でエミッタ拡散し、基板の表側と裏側の双方でドープ領域とする工程、裏側でドープされた（エミッタ）領域を除去する工程、表面でエミッタ拡散中に形成されたＰＳＧ（リン酸シリケイトガラス）を除去する工程、洗浄を行う工程、裏側にパッシベーションスタックを形成する工程、例えばＳｉＮ_ｘＡＲＣのようなＡＲＣ（反射防止コーティング）を表側に堆積する工程、例えばレーザ切除により、裏側でパッシベーションスタックを部分的に開口する工程、裏側のメタライゼーション工程と表側のメタライゼーション工程を行う工程、および裏側のメタライゼーションと表側のメタライゼーションを６００℃と１０００℃の間の範囲の温度で共同焼成する工程、を含む。

【0031】

図６（ｂ）は、本明細書の具体例にかかるイオン注入により形成されたエミッタを用いたＰＥＲＣプロセスフローを示す。基板の片側のテクスチュアと洗浄の後に、パッシベーション層やパッシベーションスタックが、基板の裏面の上に形成される。次に、表面注入工程が行われ、続いて水素含有ＳｉＮ_ｘＡＲＣのような水素含有反射防止コーティング（ＡＲＣ）の堆積または形成工程が行われ、これは、更に、本発明の具体例として前で述べられたような長所や効果の提供に適用され最適化する。高速熱アニール活性化工程が、次に適用される。裏側のパッシベーション層は部分的に開口され、メタライゼーション工程が裏面と表面で行われる。これに続いて、共同焼成工程が行われる。

【0032】

図６（ａ）に示されるような従来のプロセスフローでは、最も時間のかかる工程の１つがエミッタ拡散であり、１時間またはそれ以上にオーダーの期間を有する。加えて、エミッタ拡散は両面プロセスなので、追加のプロセス工程が、裏側に形成されたエミッタ領域を除去するために必要となる。

【0033】

それゆえに、所定の具体例では、数秒が必要な表の注入工程が、エミッタドーパントを提供するために行われる。加えて、ドーパントを追い込むためおよび／または注入ダメージを除去するための、専用工程の使用が避けられる。代わりに、高速熱処理（ＲＴＰ）工程、または（例えば金属焼成工程のような）プロセスの後の段階で行われる工程の１つが、エミッタドーパントを活性化するために、および良質のエミッタ接合を形成するために、使用される。そのようなＲＴＰまたはＲＴＡ工程は、片側工程である。

【0034】

更に、所定の具体例では、例えば反射防止コーティング（ＡＲＣ）として働く水素含有層が、エミッタ注入後で更なる熱処理を行う前に、表面上に形成される。それゆえに、熱処理の追加の結果として、注入工程で形成された欠陥（注入ダメージ）が、水素含有層から放出された水素によりパッシベートされて、良好な表面パッシベーションとなる。更に、１つの具体例にかかるプロセスシーケンスを用いて、高温工程が、水素含有層の形成後にのみ行われる。水素含有層は、それゆえに、更なる処理中にありうる金属または他の汚染のような、汚染に対するバリアとして働くことができる。

【0035】

１つの具体例に関するプロセスシーケンスの例が、ＰＥＲＣ型の太陽電池について図１に示される。シリコン基板１０の片側テクスチュア後に、パッシベーション層またはＳｉＯ_ｘ／ＳｉＮスタックまたはＡｌＯ_ｘ／ＳｉＮスタックのようなパッシベーションスタック１１が、基板の裏側の形成される（図１（ａ））。次に、基板の表側でドーパント注入工程が行われ、これにより注入された領域１２を形成する（図１（ｂ））。例えば、約５ｋｅＶと約１００ｋｅＶの間、例えば約５ｋｅＶと約５０ｋｅＶの間の範囲の注入エネルギーと、約１０^１４ｃｍ^−２と約１０^１６ｃｍ^−２との間の注入ドーズを用いて、注入が行われる。次に、例えばＰＥＣＶＤＳｉＮ_ｘ層のような水素含有ＡＲＣ１３が、表側に形成される（図１（ｃ））。水素含有層を形成した後に、例えば高速熱アニールのような熱処理が、例えば約６００℃と約１０００℃の間の範囲の温度で行われる。この熱処理は、注入ドーパントの電気的な活性化を行い、水素含有層１３からの水素の放出、および注入工程中に形成される欠陥の水素によるパッシベーション、および注入工程によるアモルファスシリコン表面層の再結晶化を引き起こす。この後、部分的なバックコンタクトを形成するために、部分的な開口部１４が、裏側のパッシベーションスタック１１中に形成される（図１（ｄ））。それらの開口部は、例えば、レーザ切除や当業者に知られた他の好適な方法により形成される。次に、裏側のメタライゼーション１５と表側のメタライゼーション１６が形成され（図１（ｅ））、例えば約６００℃と約１０００℃の間の範囲の温度で金属焼成工程が行われる。裏側のメタライゼーション１５がＡｌを含む場合、この金属焼成工程は、部分的なＢＳＦ（Back Surface Field）領域１７を形成する（図１（ｅ））。

【0036】

１つの具体例にかかるプロセスでは、ドーパントの活性化は、水素リッチＳｉＮ_ｘ層の存在の下に起きる。これは、高温でＳｉＮ_ｘから放出された水素による、欠陥（ダングリングボンド、注入ダメージ）のパッシベートを許容する。

【0037】

所定の具体例では、高速熱アニール工程がプロセスから省略できる。代わりに、金属焼成工程が、エミッタドーパントの活性化、欠陥のパッシベーション、およびアモルファスシリコン層の再結晶化につながる。それゆえに、そのような具体例では、高速熱アニール工程のような分離した熱処理が不要になる。

【0038】

１つの具体例では、例えば注入工程と、これに続く約６００℃と約１０００℃の間の範囲の温度での高速熱アニール（ＲＴＡ）を行うことで、（メタライゼーション前に）ＢＳＦ領域が形成できる。そのようなＲＴＡ工程は、（表側と裏側の双方で）注入ダメージのアニールと、（表側と裏側の双方で）ドーパントの電気的な活性化を提供し、上述の裏側パッシベーション層の部分的な開口前に行われるＲＴＡ工程を置き換えることができる。

【0039】

部分的なＢＳＦを有する太陽電池について所定の具体例が述べられるが、この方法は、例えば全体の（即ち、部分的でない）ＢＳＦや裏側コンタクトを有するセルのような他の太陽電池の型の製造プロセスにも使用できる。

【0040】

図１に示されたプロセスフローによりＡｌＢＳＦを有するＰＥＲＣ型の太陽電池（１４８．２５ｃｍ^２）が形成される実験が行われた。異なる注入ドーズ（２ｅ^１５および９ｅ^１４）と異なる注入エネルギー（１０ｋｅＶ、２０ｋｅＶ、４０ｋｅＶおよび８０ｋｅＶ）を用いて、Ｃｚシリコン基板の表側にリンが注入された。表面に水素リッチのＰＥＣＶＤＳｉＮ_ｘ層を堆積した後に、異なる熱処理工程（異なるアニール条件）が異なるセルに用いられた。即ち、窒素雰囲気中で１２０分間１０００℃のアニール、酸素雰囲気中で１２０分間１０００℃のアニール、および１分間９８０℃で高速熱アニールである。

【0041】

注入工程は、伝統的な拡散プロセスの後に得られたドーピングプロファイルに比較して、特に低エネルギーで、より浅いドーピングプロファイルとなる。例えば、行われた実験では、注入後の接合深さは、約３０ｎｍと約３００ｎｍの間の範囲であり、ＲＴＡ後は約１００ｎｍと約５００ｎｍの間の範囲となった。

【0042】

異なるアニール条件に対して、注入エネルギーの関数として、図２は測定された開回路電圧Ｖ_ｏｃを示し、図３は測定された短絡回路電流Ｊ_ｓｃを示す。それらの結果から、良好なエネルギー変換効率を有する太陽電池が、１つの具体例にかかるエミッタの形成のためのイオン注入とＲＴＡを用いて形成できることが結論づけられる。これは、それらの注入中に形成された欠陥がアニールされて、許容できる表面再結合速度、これにより良好な開回路電圧と良好な短絡回路電流を達成するのに十分なレベルになることを示す。より高い注入エネルギーに比較して、より低い注入エネルギーでは、より高い開回路電圧とより高い短絡回路電流密度が得られる。

【0043】

異なる注入エネルギーおよび異なるアニール条件について、それらの実験で得られた最も高いセル効率を図４に示す。１つの具体例の方法にかかるそれら実験で形成されたベストセルについて、約３８．５ｍＡ／ｃｍ^２の短絡回路密度Ｊ_ｓｃ、約６３８ｍＶの開回路電圧Ｖ_ｏｃ、および約７６．６％の曲線因子と共に、約１８．８％のエネルギー変換効率が得られた。

【0044】

図５は水素とリンの２次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）プロファイルを示し、拡散と注入エミッタの異なるプロセス段階での、焼成前後の拡散サンプルと注入サンプルを比較する。ミラー研磨された８００マイクロメータ膜厚ウエハが、注入またはＰＯＣｌ_３炉中で拡散された。ウエハ上に、ＰＥＣＣＶＤＳｉＮ_ｘＨ_ｙ層が堆積され、続いて焼成炉中で９５０℃で９０秒間アニールされた。ＳＩＭＳ測定は、アニール前（破線）およびアニール後（実線）に行われた。この特定のリン注入のドーズは、１．１７×１０^１５ｃｍ^−２であった。データは、拡散サンプルでは、注入サンプルに比較して、焼成後にウエハ中に低量のＨ_２が導入されることを示唆する。ＳＩＭＳデータは、ＳｉＮ_ｘＨ_ｙ堆積後およびアニール前において、注入サンプルで水素はボックス型プロファイルであることを示す。これは、アモルファスＳｉが水素トラップとして働くことを示唆する。アニール中に、ａ−Ｓｉは再結晶化する。ＳＩＭＳデータは、水素がアニール後に最初の２０ｎｍで残ることを示す。これはパッシベーションの役割を果たすと思われる。

【0045】

本発明の具体例にかかるプロセスフローは、（図６（ｂ）に示すように）裏側でのパッシベーションスタックの堆積がエミッタ形成前に行える点で、従来の拡散のフローとは異なる。（図９（ａ）に示すような）従来のプロセスフローと比較した場合、これは少なくとも１つの洗浄工程を無くすことができる。裏側のパッシベーションストックを形成した後に、ウエハは注入を行い、続いて表側の上に水素リッチＳｉＮ_ｘＨ_ｙ層が堆積される。ウエハはこのようにパッシベーションスタック（裏）とＳｉＮ_ｘＨ_ｙ層（表）により完全に覆われる。それらの層は、汚染に対するバリアを形成する。それゆえに、劣化となる汚染のリスク無しに、高速熱アニールのために比較的汚いメタライゼーション炉に入れることができる。

【0046】

図７は、焼成前（中央の像）と焼成後（右の像）における注入ウエハに比較した、ＰＯＣｌ_３拡散ウエハ（左の像）の透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）像を示す。拡散サンプルは、シリコンの最初の数ナノメータ中に、いくつかの誘導されたＰＥＣＶＤＳｉＮ応力／ダメージを有するようである。これは、結晶格子中の明確な破壊を示す。第２の像（中央）は、注入（１０ｋｅＶ、２ｅ^１５）ウエハを示す。シリコンの最初の２０ｎｍが、注入によりアモルファス化されている（アモルファスになる）ことが分かり、範囲の端部のダメージ（ＥＯＲ：End of Range Damage）の証拠がある。ＥＯＲダメージは、シリコン原子と衝突するイオン注入種により起きるダメージで、構造の結晶性を乱さないダメージである。第３の像は、焼成後の注入ウエハを示す。ＳｉＮ層の下で最初の５０ｎｍに、より明るいコントラストの層が見られるが、アモルファス層は完全に再結晶化している。アニール工程中に、シリコンの最初の数１０ナノメータが水素化されることによると思われる。

【0047】

伝統的な拡散に対する提案されたプロセスフローの長所は、注入が、材料（水、酸、シリコン）を節約し、製造中の束縛を緩和する片側の、より速い、より低温のプロセスであることが認められる。他の長所は、シリコン中への最初の数１０ｎｍの水素化と、金属焼成炉で拡散または酸化炉を置き換えうることである。

【0048】

前の記載は、本発明の所定の具体例を詳述する。しかしながら、このテキストで先の記載が如何に詳しく表されても、本発明は多くの方法で実施できることが認められる。本発明の所定の性質または形態を記載する場合の特別な用語の使用は、用語が関係する本発明の性質や形態の特定の特徴を含むように限定するために、その用語をここで再定義することを暗示すると取るべきではない。

【0049】

上記詳細な説明は、本発明の新しい長所を、様々な具体例に適用して示し、記載し、指摘するが、本発明の精神から離れること無しに、この技術の当業者により、記載されたデバイスやプロセスの形態や細部において、様々な省略、代替、および変化が行えることが理解できるであろう。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】