特許 6458269 太陽電池の構造

(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】6458269

(24)【登録日】2019年1月11日

(45)【発行日】2019年1月30日

(54)【発明の名称】太陽電池の構造

(51)【国際特許分類】

   H01L 31/0216 20140101AFI20190121BHJP

   H01L 31/0224 20060101ALI20190121BHJP

   H01L 31/068 20120101ALI20190121BHJP

【ＦＩ】

   H01L31/04 240

   H01L31/04 260

   H01L31/06 300

【請求項の数】7

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2016-218122(P2016-218122)

(22)【出願日】2016年11月8日

(62)【分割の表示】特願2015-195942(P2015-195942)の分割

【原出願日】2011年9月20日

(65)【公開番号】特開2017-28329(P2017-28329A)

(43)【公開日】2017年2月2日

【審査請求日】2016年11月9日

(31)【優先権主張番号】13/028,059

(32)【優先日】2011年2月15日

(33)【優先権主張国】US

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】505379467

【氏名又は名称】サンパワー コーポレイション

(74)【代理人】

【識別番号】110000877

【氏名又は名称】龍華国際特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】ハーレー、ガブリエル

(72)【発明者】

【氏名】スミス、デーヴィット ディー

(72)【発明者】

【氏名】デニス、ティム

(72)【発明者】

【氏名】ワルドハウアー、アン

(72)【発明者】

【氏名】キム、テソク

(72)【発明者】

【氏名】カズンズ、ピーター ジョン

【審査官】 原 俊文

(56)【参考文献】

【文献】 特表２００９−５４５１５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００９−５２０３６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１０−５２８４８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１０／０２７７１２（ＷＯ，Ａ２）

【文献】 国際公開第２０１０／０２５２６２（ＷＯ，Ａ２）

【文献】 特開平１１−３４０４９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００４−５０８７２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１０／１３５１５３（ＷＯ，Ａ２）

【文献】 国際公開第２０１０／０３３２９６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２００９／１５１８０８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００９／０００７９６２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１０／０１９０２９０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１０／００１３０３６（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ３１／０２−３１／０７８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数のＰ型拡散領域及び複数のＮ型拡散領域と、
前記複数のＰ型拡散領域に電気的に結合されたＰ型金属接点と、
前記複数のＮ型拡散領域に電気的に結合され、Ｐ型拡散領域の真上に位置するＮ型金属接点と、
前記複数のＰ型拡散領域及び前記複数のＮ型拡散領域の上の第１絶縁層であって、前記複数のＮ型拡散領域を露出させるが前記複数のＰ型拡散領域は露出させない複数のコンタクトホールであって前記Ｎ型金属接点が前記複数のコンタクトホールを介して前記複数のＮ型拡散領域と電気的に接続される前記複数のコンタクトホールを有する、第１絶縁層と、
前記Ｎ型金属接点と前記第１絶縁層との間の第２絶縁層であって、前記第１絶縁層の隣り合う２つのコンタクトホールの間に配置され、前記複数のＰ型拡散領域及び前記複数のＮ型拡散領域のうち前記複数のＰ型拡散領域の上の部分にのみパターン形成された、第２絶縁層と
を備え、
前記第１絶縁層は、窒化ケイ素層と５０〜１００オングストロームのアモルファスシリコン層とを含み、
前記第２絶縁層は、５００オングストローム越えの厚さを有し、
前記第１絶縁層及び前記第２絶縁層は、１×１０^７Ｖ／ｃｍ越えの絶縁破壊電圧を有するように構成されている、
太陽電池。

【請求項2】

前記第２絶縁層は、着色インクを含む、請求項１に記載の太陽電池。

【請求項3】

前記第２絶縁層は、ポリイミドを含む、請求項１に記載の太陽電池。

【請求項4】

太陽電池の裏面の第１導電型の複数の拡散領域及び第２導電型の複数の拡散領域と、
前記第１導電型の前記複数の拡散領域に電気的に結合され、前記第２導電型の拡散領域の真上に位置する第１金属接点と、
前記第２導電型の前記複数の拡散領域に電気的に接続された第２金属接点と、
前記第１金属接点を前記第１導電型の前記複数の拡散領域に電気的に接続する複数のコンタクトホールを有する、前記第１導電型の前記複数の拡散領域及び前記第２導電型の前記複数の拡散領域の上の層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜と前記第１金属接点との間の絶縁層であって、前記層間絶縁膜の隣り合う２つのコンタクトホールの間に配置され、前記第１導電型の前記複数の拡散領域及び前記第２導電型の前記複数の拡散領域のうち前記第２導電型の前記複数の拡散領域の上の部分にのみパターン形成された絶縁層と
を備え、
前記層間絶縁膜は、窒化ケイ素層と５０〜１００オングストロームのアモルファスシリコン層とを含み、
前記絶縁層は、５００オングストローム越えの厚さを有し、
前記層間絶縁膜及び前記絶縁層は、１×１０^７Ｖ／ｃｍ越えの絶縁破壊電圧を有するように構成されている、
太陽電池。

【請求項5】

前記絶縁層は、着色インクを含む、請求項４に記載の太陽電池。

【請求項6】

前記絶縁層は、ポリイミドを含む、請求項４に記載の太陽電池。

【請求項7】

前記太陽電池は、裏面接点太陽電池である、請求項１から６のいずれか一項に記載の太陽電池。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書に記載する主題の実施形態は、一般に太陽電池に関する。より詳細には、主題の実施形態は、太陽電池の製造工程及び構造に関する。

【0002】

［関連出願の相互参照］
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。政府は、本発明において一定の権利を有する。

【背景技術】

【0003】

太陽電池は、太陽放射を電気エネルギーに変換するものとして周知のデバイスである。このような電池は、半導体処理技術を用いて半導体ウェハ上に作製することができる。太陽電池には、Ｐ型拡散領域及びＮ型拡散領域が含まれる。太陽電池に日光が当たると電子及び正孔が生成され、これらの電子及び正孔が拡散領域に移動することにより、拡散領域間に電位差が生じる。裏面接点裏面接合（ＢＣＢＪ）太陽電池では、Ｐ型拡散領域、Ｎ型拡散領域、及びそれらに結合された金属接点が、太陽電池の裏面に存在する。金属接点は、外部電子回路が太陽電池に接続され、太陽電池によって電力供給されることを可能にする。

【0004】

高効率太陽電池において、シャント抵抗、直列抵抗、バルク寿命などのセルパラメータは、最終的な製造装置に維持すべき重要なパラメータである。太陽電池処理工程、詳細にはＢＣＢＪ太陽電池上に施されるレーザアブレーション工程が、これらの各パラメータに影響を及ぼすことがある。直列抵抗又は寿命によるポストレーザ損失は、熱工程又はエッチング工程を追加するなどによって、工程コストを犠牲にすれば補うことができる。本明細書内で述べるように、ある極性の金属が別の極性の拡散領域の上に存在するセル構造では、高効率ＢＣＢＪ太陽電池に分路を設けることが広く行われている。

【0005】

市販されている他のエネルギー源と競合するため、太陽電池は、高効率であるだけでなく、比較的低いコストと高歩留まりで製造されなければならない。本発明の実施形態は、太陽電池の製造コストを削減し太陽電池の信頼性を改善する新規の太陽電池の製造方法及び構造に関する。

【発明の概要】

【0006】

一実施形態では、太陽電池のコンタクトホールは、種々の太陽電池設計に対応するレーザアブレーションによって形成される。拡散領域上に形成される膜を、実質的に均一な厚さを有する膜に置き換えることにより、レーザを使用するコンタクトホールの形成が容易になる。吸収材としての膜厚は、レーザパラメータと一致するように調整されてもよい。コンタクトホールの下のドーパント深さを、レーザアブレーションのプロセスマージンを大きくするように、調整してもよい。レーザ設定は、様々な厚さの絶縁体膜にコンタクトホールを形成するように調整されてもよい。

【0007】

本発明のこれら及びその他の特徴は、添付の図面及び特許請求の範囲を含む本開示の全体を読むことによって、当業者には容易に理解されよう。

【0008】

本明細書に開示された内容のより完全な理解は、詳細な説明及び特許請求の範囲を参照し、図面全体を通して同様の参照番号が類似の要素を指す以下の図面と関連して検討するときに得ることができる。図は、一律の倍率で描かれていない。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】反対の極性の拡散領域の上に形成された金属接点を有する例示的なＢＣＢＪ太陽電池を概略的に示す。

【図2】図１の太陽電池の平面図である。

【図3】図２の切断面Ａ−Ａに沿った図１の太陽電池の断面を示す。

【図4】本発明の一実施形態により製造された太陽電池の断面を示す。

【図5】本発明の一実施形態により製造された太陽電池の断面を示す。

【図6】本発明の一実施形態により製造された太陽電池の断面を示す。

【図7】図１の太陽電池の別の平面図である。

【図8】図７の切断面Ｂ−Ｂに沿った図１の太陽電池の断面を示す。

【図9】本発明の一実施形態による深い拡散領域を有する太陽電池の断面を示す。

【図10】本発明の別の実施形態により製造された太陽電池の断面を示す。

【図11】本発明の別の実施形態により製造された太陽電池の断面を示す。

【図12】本発明の別の実施形態により製造された太陽電池の断面を示す。

【図13】本発明の別の実施形態により製造された太陽電池の断面を示す。

【図14】本発明の別の実施形態によるレーザ形成したコンタクトホールを有する太陽電池の断面を示す。

【図15】本発明の一実施形態による更なる絶縁体層を有する図３の断面を示す。

【発明を実施するための形態】

【0010】

本開示では、本発明の実施形態を十分に理解するために、装置、方法、及び構造の例など、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つ以上を欠いても実施できることは理解されよう。他の例では、本発明の態様を不明瞭にすることを避けるため、周知の詳細については図示又は説明をしていない。

【0011】

いくつかの高効率太陽電池設計では、ある極性の拡散領域用の金属接点が、反対の極性の拡散領域の上に延在することがある（例えば、Ｎ型拡散領域用の金属接点が、Ｐ型拡散領域の上に形成される）。この太陽電池設計では、金属接点を拡散領域から電気的に絶縁する層間絶縁膜に欠陥がないことが重要である。欠陥があると、ある極性の金属接点が、層間絶縁膜内の欠陥を介して、反対の極性の拡散領域に電気的に短絡することがある。

【0012】

図１は、反対の極性の拡散領域の上に形成された金属接点を有する例示的な裏面接点裏面接合（ＢＣＢＪ）太陽電池３００を概略的に示す。図１の例では、Ｐ型拡散領域（３５２で示される）とＮ型拡散領域（３５１で示される）が、基板４０１（例えば、単結晶又は多結晶シリコン）内に形成される。他の実施形態では、Ｐ型及びＮ型拡散領域は、基板４０１の裏面上の別の層（例えば、ポリシリコン）内に形成される。図１では、分かりやくするために、層間絶縁膜は示されない。

【0013】

太陽電池３００は、金属接点３０１及び３０３を有する。金属接点３０１は、対応するＮ型拡散領域に電気的に結合するので、Ｎ極性金属接点である。同様に、金属接点３０３（図１では１つだけ示されている）は、対応するＰ型拡散領域に電気的に結合するＰ極性金属接点である。金属接点３０１及び３０３は、交互に配置されてもよい。図１では、下にあるＮ型拡散領域をより明瞭に示すために、一方の金属接点３０１が、透過線トレースとして示されている。図１に示されるように、Ｎ極性金属接点３０１は、Ｐ型拡散領域の一部分の上を通る。これにより、Ｎ極性金属接点３０１が、間の層間絶縁膜を介してＰ型拡散領域に電気的に短絡される可能性が生じる（図１には示されていない。図３と図８の３０５を参照）。

【0014】

図２は、太陽電池３００の一部分の上面図を示す。太陽電池３００は、Ｎ極性金属接点３０１を下にある拡散領域から分離する層間絶縁膜を貫通して形成されたコンタクトホール３０２を有する。Ｎ極性金属接点３０１は、対応するコンタクトホール３０２を介して下にあるＮ型拡散領域と接触する。

【0015】

図３は、図２の切断面Ａ−Ａに沿った太陽電池３００の断面を示す。図３に示されるように、太陽電池３００は、Ｎ極性金属接点３０１を下にある拡散領域から電気的に絶縁する層間絶縁膜３０５を有する。層間絶縁膜３０５には、Ｎ極性金属接点３０１を対応するＮ型拡散領域と電気的に接続させるコンタクトホール３０２が形成される。コンタクトホール３０２は、典型的には、従来のマスキングとウェットエッチングによって形成される。発明者等は、エッチング工程で使用されるいくつかのエッチング液が、層間絶縁膜３０５内の既存の不備（例えば、ピンホール、ピット、その他の欠陥）を悪化させ、その不備を本格的な欠陥に変えることがあることを発見した。例えば、いくつかのエッチング液は、既存のピンホールを拡大させる。別の例として、いくつかのエッチング液は、中間層絶縁膜３０５内に電気的ショート３０６を作成する原因になることがある。

【0016】

従来のウェットエッチング工程ではなく、レーザを使用してコンタクトホール３０２を形成することにより、層間絶縁膜３０５内に存在する可能性がある欠陥の悪化が有利に回避される。コンタクトホールを形成する際に層間絶縁膜３０５を有害なエッチング液に晒すのを防ぐことによって、レーザアブレーション工程での、層間絶縁膜３０５の完全性が保たれる。

【0017】

図４は、本発明の一実施形態により製造された太陽電池３００の断面を示す。太陽電池３００は、前面１５３と裏面１５２を有する。前面１５３は太陽の方を向き、通常動作中に日射を収集する。裏面１５２は、前面１５３の反対側である。

【0018】

図４の例では、基板１０１は、Ｎ型単結晶シリコンウェハを含む。Ｐ型及びＮ型拡散領域は、太陽電池基板１０１内に形成されているが、太陽電池基板１０１上に形成された別の層（例えば、ポリシリコン）内にあってもよい。基板１０１の前面の表面は、太陽放射収集効率を高めるためにランダムな角錐が設けられてでテクスチャ化される。パッシベーション領域１０７が、基板１０１の前面の表面を不動態化して再結合を最小限にする。一実施形態では、パッシベーション領域１０７は、前面１５３からＮ型ドーパントを拡散させることによって形成されたＮ型パッシベーション領域である。Ｎ型ドーパントは、リンを含んでもよい。一実施形態では、パッシベーション領域１０７は、リンが導入された炉内で基板１０１を加熱することによって形成される。リンが、基板１０１の前面に拡散されて、パッシベーション領域１０７が形成される。太陽電池の裏面１５２上の二酸化シリコン層１０８は、パッシベーション領域１０７を形成する副産物である。より具体的には、Ｎ型ドーパントを基板１０１内に拡散させパッシベーション領域１０７を形成する加熱工程によって、基板１０１の裏面上に酸化物層１０８も成長する。

【0019】

前面１５３に反射防止コーティング１０９が形成され、裏面１５２に反射防止コーティング１１０が形成される。一実施形態では、反射防止コーティング１０９及び１１０は、窒化ケイ素を含む。前面１５３では、反射防止コーティング１０９は、基板１０１の前面面のパッシベーション領域１０７上に形成される。裏面１５２では、反射防止コーティング１１０は、酸化物層１０８上に形成される。

【0020】

図５では、太陽電池３００にレーザアブレーション工程が行なわれて、Ｐ型及びＮ型拡散領域にコンタクトホールが形成される。レーザアブレーション工程は、１つ又は複数のレーザ・ビームを発射して裏面１５２から材料を除去し、それによりメタライゼーション用のＰ型及びＮ型拡散領域を露出させる工程を含んでもよい。図５の例では、レーザアブレーション工程は、反射防止コーティング１１０と酸化物層１０８の一部分を除去してＰ型及びＮ型拡散領域へのコンタクトホールを形成する。レーザアブレーション工程は、レーザスキャナによってレーザ・ビームを発射することにより行なわれてもよく、レーザスキャナは、裏面１５２にレーザ・ビームを走査してコンタクトホールを形成する。市販のレーザ源及びスキャナを使用して、レーザアブレーションを行なうことができる。レーザを使用する例示的な太陽電池アブレーションシステムは、２０１０年７月１日に出願された同出願人の米国出願第１２／８２９，２７５号に開示されている。レーザを使用する他のアブレーションシステムを使用してもよい。

【0021】

従来のエッチング工程でコンタクトホールを形成する他の工程では、マスキング及び硬化工程が必要であるが、レーザを使用してＰ型及びＮ型拡散領域にコンタクトホールを形成することによって、このような工程が必要なくなる。更に、レーザアブレーションは、反射防止コーティング１１０と酸化物層１０８、及び、必要に応じて設けられる層間絶縁膜を、既存の欠陥又は不備を悪化させるエッチング液に晒すのを防ぐ。

【0022】

図６では、コンタクトホール内に、対応する拡散領域への電気接続を行う金属接点１１２及び１１３が形成される。図６の例では、Ｐ型拡散領域に電気接続する金属接点１１２がコンタクトホール内に形成されている。同様に、Ｎ型拡散領域に電気接続する金属接点１１３がコンタクトホール内に形成される。金属接点１１２及び１１３は、交互に配置されてもよく、メタライゼーションに使用される銅又は他の単層若しくは多層導電材料を含んでもよい。例えば、金属接点１１２及び１１３は、電気めっきによって形成されてもよい。金属接点１１２及び１１３は、外部電子回路が太陽電池に接続され太陽電池によって電力供給されることを可能にする。Ｐ型拡散領域への金属接点１１２は、Ｎ型拡散領域の上を通ってもよい。同様に、Ｎ型拡散領域への金属接点１１３は、Ｐ型拡散領域の上を通ってもよい。金属接点が、レーザアブレーションによって形成されたコンタクトホール内に形成されるので、金属接点が反対の極性の拡散領域に電気的に短絡する可能性が大幅に低下する。

【0023】

次に、図７と図８を参照して、発明者によって発見された起こる可能性のあるレーザと関連した問題について述べる。図７は、図１の太陽電池３００の一部分の別の平面図を示す。太陽電池３００は、Ｐ極性金属接点３０３を下の拡散領域から分離する層間絶縁膜に形成されたコンタクトホール３０７を有する。

【0024】

図８は、図７の切断面Ｂ−Ｂに沿った太陽電池３００の断面を示す。Ｐ極性金属接点３０３が下のＰ型拡散領域と電気的に接続できるようにするために、コンタクトホール３０７（即ち、３０７−１、３０７−２、...）が層間絶縁膜３０５に形成される。

【0025】

図８の例では、コンタクトホール３０７は、レーザアブレーションによって形成される。レーザが適切に制御されない場合、レーザ・ビームが、拡散領域を突き抜け、それにより、後で形成された金属接点が基板と電気的に短絡して、太陽電池の動作に悪影響を及ぼすことがある。図８の例では、レーザアブレーション工程は、コンタクトホール３０７−１を、層間絶縁膜３０５とＰ型拡散領域を完全に貫通し基板４０１内まで形成した。レーザ突抜け問題に対処する１つの方法は、次に図９を参照して説明するように、拡散領域をより深く作成することである。

【0026】

図９は、本発明の一実施形態による深い拡散領域を有する太陽電池４００の断面を示す。図９の例では、Ｐ型拡散領域（４０２と示された）は、単結晶シリコンウェハを含む太陽電池基板４１１内に形成される。他の実施形態では、Ｐ型拡散領域は、基板４１１の裏面に形成された別の層（例えば、ポリシリコン）内に形成される。図９の例では、コンタクトホール４０５（即ち、４０５−１、４０５−２、...）が、レーザアブレーションによって層間絶縁膜４０３内に形成される。Ｐ極性金属接点４０４は、コンタクトホール４０５を介してＰ型拡散領域に電気的に接続する。この開示では、図９を含む全ての図が、一律の倍率で描かれているとは限らないことに注意されたい。

【0027】

図９の例では、Ｐ型拡散領域は、相対的に深くなるように形成される。例えば、Ｐ型拡散領域は、０．５μｍを超える深さ４０７を有してもよい。Ｐ型拡散領域の深さは、レーザアブレーション工程のプロセスマージンによって指定される。好ましくは、必要なレーザアブレーション深さは、処理のために最小化され、次に断面で測定される。次に、拡散領域のドーパント深さは、ドーパント形成処理（例えば、炉の温度と時間、開始ドーパント濃度など）を制御することによって、必要なレーザアブレーション深さより大きく設定される。拡散領域が深いと、より広いプロセスマージンのレーザアブレーション工程が可能になり有利である。また、太陽電池の裏面にＰ型拡散領域と共に形成される深いＮ型拡散領域は、Ｐ型拡散領域と同じ深さを有してもよい。

【0028】

図９の例では、コンタクトホール４０５−１は、Ｐ型拡散領域内に比較的深く形成されている。深いコンタクトホール４０５−１は、一般にプロセス制御と関連した問題、レーザアブレーションのプロセスマージン、又はその他の問題によって生じることがある。しかしながら、図８の場合と違って、コンタクトホール４０５−１は、Ｐ型拡散領域の深さのため、Ｐ型拡散領域を完全に突き抜けない。金属接点４０４は、コンタクトホール４０５（即ち、４０５−１、４０５−２、...）内に形成される。金属接点４０４は、レーザアブレーションによって形成されたコンタクトホール内に形成されるので、金属接点４０４は、反対の極性（即ち、Ｎ型拡散領域）の拡散領域の上を安全に通ることができる。

【0029】

また、発明者等は、いくつかの太陽電池設計に見られる異なる膜厚が、レーザアブレーションを複雑にする場合があることを発見した。図１０に、そのような太陽電池設計の一例を示す。

【0030】

図１０は、コンタクトホールが形成される不均一な膜４２３を有する太陽電池４２０の断面を示す。図１０の例では、膜４２３は層間絶縁膜を含む。膜４２３は、太陽電池基板４２１の上に形成された単層絶縁体又は多層絶縁体スタック（例えば、酸化物及び／又は窒化物；酸化物及び／又はポリイミド）でもよい。太陽電池基板４２１は、単結晶シリコンウェハを含んでもよい。Ｐ型及びＮ型拡散領域は、太陽電池基板４２１内、又は太陽電池基板４２１上で形成された別の層（例えば、ポリシリコン）内に形成されてもよい。

【0031】

図１０の例では、膜４２３のＰ型拡散領域の上の部分は、膜４２３のＮ型拡散領域の上の部分より厚い。他の場合では、膜４２３のＮ型拡散領域の上の部分は、膜４２３のＰ型拡散領域の上の部分より厚い。膜厚のこの違いは、拡散領域の上にドーパント源を形成する順序など、Ｐ型及びＮ型拡散領域を形成する処理により生じることがある。膜４２３にＮ型拡散領域までコンタクトホールを形成するには、膜４２３にＰ型拡散領域までコンタクトホールを形成するより必要なレーザ・エネルギーが少ない。したがって、同じレーザ・エネルギーを使用してＰ型及びＮ型拡散領域までコンタクトホールを形成すると、Ｐ型拡散領域の突き抜けや他の問題が生じることがある。他方、異なるレーザ・エネルギーを使用してＰ型及びＮ型拡散領域までコンタクトホールを形成するには、複数のレーザアブレーション工程が必要な場合があり、また、追加工程だけでなく、様々なエネルギーのためにレーザを再構成するので、処理に遅延が生じることがある。

【0032】

図１０の太陽電池設計では、Ｐ型拡散領域の上の絶縁体スタックの厚さは、５００〜１００００オングストロームでもよく、Ｐ型拡散領域の拡散深さは、２００〜２０００ｎｍの範囲でもよい。高効率太陽電池、即ち効率が２０％を超える太陽電池の場合、標準内部再結合度（ＢＲＲ）と飽和電流密度（Ｊｏ）は、レーザ損傷がなければ１０００Ｈｚと１２０ｆＡ／ｃｍ^２未満になる。基部内の接合部全体のアブレーションを回避し、かつＢＲＲとＪｏを高め、同時にアブレーションされる膜も完全に除去するには、適切なレーザ条件を使用しなければならない。５４０ｎｍより短い波長を使用し、同時に吸収深さを最小に維持することで、ＢＲＲが１０００Ｈｚより高くなるのを防ぐ。パルス幅が２０ピコ秒より短いレーザを使用することにより、アブレーション深さが２０００ｎｍ未満に維持される。次に、レーザ・エネルギーは、アブレーションしきい値が達成されるように調整される（例えば、１〜２０μＪ）。次に、酸化物を完全に除去すると、完成した太陽電池内の直列抵抗が１Ω−ｃｍ^２未満になる。しかしながら、高効率太陽電池に関するこれらの膜スタック厚さ条件により、ＢＲＲとＪｏを高めることなく、単一レーザパルスが、絶縁体スタック全体を除去することはできない。即ち、ＢＲＲを１０００Ｈｚ未満に維持し、Ｊｏを１２０ｆＡ／ｃｍ^２未満に維持することにより、直列抵抗が１Ω−ｃｍ^２を超え、直列抵抗が１Ω−ｃｍ^２未満になると、ＢＲＲが１０００Ｈｚより高くなる。この問題は、２つ以上のレーザパルスを使用することによって解決されることがあり、その場合、パルスとパルスの間隔は、５００ナノ秒未満離され、後のパルスの振幅は、最初のパルスの振幅の１０％〜１００％である。これにより、ＢＲＲとＪｏを更に高めることなくより多くの材料の除去が可能になる。例示的なマルチパルスレーザアブレーション処理は、２０１０年６月７日に出願された同出願人の米国出願第１２／７９５，５２６号に記載されており、この出願は、引用により本明細書に組み込まれる。他のマルチパルスレーザアブレーション処理を使用することもできる。

【0033】

Ｐ型及びＮ型拡散領域の上の絶縁体スタック厚が異なり、したがって、適切なＢＲＲ／直列抵抗を釣りあわせるために異なるレーザ・エネルギーを必要とすることがあるので、レーザアブレーションツールは、比較的複雑になり、製造される太陽電池の様々な領域に電力の変更が必要になる。これにより、レーザ出力と位置を同期させ、かつレーザの位置ずれによるシャント（即ち、電気的短絡）が生じるのを防ぐために、レーザとビーム伝達システムとの間で正確な空間調整が必要になる。位置ずれは、ビーム伝達システムを遅くすることにより回避することができる。しかしながら、そうすると、ツールの処理量が低下し、したがって処理量が一定の場合にツールコストが高くなる。解決策として、ある領域でのパルスエネルギーやパルス数などの理想的なレーザパラメータが、別の領域内でアブレーションを引き起こさないように、絶縁体スタックが調整されもよい。例えば、Ｐ型拡散領域の上の絶縁体スタック厚さは、５０００〜１００００オングストロームになるように作成されてもよく、Ｎ型拡散領域の上の絶縁体スタック厚さは、２５００オングストローム未満になるように作成されてもよい。これにより、２つのパルスを含む３μＪのレーザ・エネルギーは、Ｎ型拡散領域の上の絶縁体スタックを除去できるが、Ｐ型拡散領域の上の絶縁体スタックは除去できない。

【0034】

レーザの位置ずれにより前述のようなシャント問題（例えば、図３の電気的短絡３０６）が引き起こされる可能性がある場合、発明者は、更なる絶縁体層を堆積させて、レーザをブロックしてアブレーションが行われないようにパターニングしてもよいことを発見した。図１５は、層間絶縁膜層３０５のＰ型拡散領域の上の部分にパターン形成された更なる絶縁体層３５５が追加されたこと以外は図３と同じ断面を示す。図１５に示された他の構成要素は、図３に関して述べた。

【0035】

図１５の例では、更なる絶縁体層３５５が、着色インクなどの犠牲的に除去されることがある材料を含んでもよい。更なる絶縁体層３５５は、使用されるレーザ波長を吸収しないようにするのに十分な厚さ（例えば、５００オングストローム超え）でもよい。更なる絶縁体層３５５は、また、レーザを透過するが下の除去材料を突き抜けるのを防ぐのに十分な厚さ（例えば、５００オングストローム超え）の材料（例えば、ポリイミド）を含んでもよい。また、犠牲層の直接アブレーションと下からの射出材料の組み合わせが、更なる絶縁体層３５５にピンホールを形成しない限りにおいて、更なる絶縁体層３５５が半透明材料を含んでもよい。この更なる絶縁体層３５５は、また、後述するように、絶縁破壊を防ぐ特性を有してもよいことに注意されたい。

【0036】

本発明の一実施形態によれば、図１０の太陽電池４２０は、Ｐ型及びＮ型拡散領域上に予め形成された膜４２３や他の材料を除去することによって、レーザアブレーションの準備がされる。この手法は、特に、絶縁体スタックが互いに２００オングストローム以上異なる場合に有利である。この手法は、更に、図１１に示され、この図では、Ｐ型及びＮ型拡散領域上の全ての材料が除去されて、Ｐ型及びＮ型拡散領域の裏面が露出されている。例えば、図１０の膜４２３は、従来のウェットエッチング処理を使用して除去されてもよい。Ｐ型及びＮ型拡散領域上の膜４２３及び他の材料は、Ｐ型及びＮ型拡散領域上にその後で形成される膜の厚さを制御するために除去される。したがって、図１２の例では、Ｐ型及びＮ型拡散領域上に実質的に均一な膜４２４が形成される。実質的に、膜４２４で、不均一な膜４２３が置き換えられる。膜４２４は、実質的に均一な厚さで付着された層間絶縁膜（例えば、蒸着又は熱成長した酸化物と、その後の窒化ケイ素）を含んでもよい。膜４２４は、均一な膜の堆積を可能にする化学蒸着、その他の蒸着、又は成長プロセスによって堆積されてもよい。図１３では、不均一膜４２３を均一膜４２４と置き換えた後で、膜４２４にコンタクトホールを形成してＰ型及びＮ型拡散領域の一部分を露出させるレーザアブレーション工程が続く。コンタクトホールは、金属接点が対応する拡散領域に電気的に接続することを可能にする。Ｐ型拡散領域への金属接点は、一のＮ型拡散領域の上を通ってもよい。同様に、Ｎ型拡散領域への金属接点は、Ｐ型拡散領域の上を通ってもよい。金属接点は、レーザアブレーションによって形成されたコンタクトホール内に形成されるので、金属接点が反対の極性拡散領域に電気的に短絡する可能性が大幅に低下する。

【0037】

図１０の膜４２３を貫通するコンタクトホールは、レーザアブレーション工程で使用されるレーザを適切に制御することによって形成されてもよい。絶縁体膜の典型的なアブレーションは、間接アブレーション処理によるものであり、その場合、レーザ・エネルギーが、基板に吸収され、除去される基板の外向きの力によって膜が射出される。このタイプの膜アブレーションは、間接アブレーションとして知られる。例えば、対象の膜が、レーザ波長と強く相互作用しないとき、基板内のアブレーション深さと破損は、主に、レーザのパルス幅、波長及びパルス数によって決定され、基板アブレーション深さを最小にするにはこれらを全て小さくしなければならない。対象となる膜、又は、積層体内の１つの膜が、レーザ波長と強く相互作用する場合は、それに応じて、例えば、パルスの数を増やすか、直接アブレーションが行われるようにレーザ波長を切り替えることによって、レーザ処理パラメータを調整しなければならない。特定のタイプの膜は、複数のパルスを使用することによって、シリコンのアブレーションなしに、直接アブレーションにより除去することができる。複数のレーザパルスを使用する例示的なレーザアブレーション処理は、２０１０年６月７日に出願された同出願人の米国特許出願第１２／７９５，５２６号に記載されてており、その内容は引用により本明細書に組み込まれる。本発明の長所を損なうことなく、他のマルチパルスレーザアブレーションプ処理を使用することもできる。

【0038】

絶縁体層（例えば、Ｐ型又はＮ型ドープト二酸化シリコン）又は絶縁体スタックの光学特性を、レーザアブレーションパラメータに適合するように修正する方法には、組成制御によって絶縁体の屈折率と吸収係数を調整するか、絶縁体層に吸収剤を添加して絶縁体層が直接又は間接アブレーションされるように調整することが挙げられる。特定の例として、レーザ波長が５３０ｎｍ以上で屈折率が２．０未満の場合は、間接アブレーションが行われ、残留材料が基板上に残るのを防ぐ。

【0039】

図１０に適用されたように、膜４２３のＰ型拡散領域の上の部分にコンタクトホールを形成するために、第１のレーザアブレーション工程が行なわれてもよい。第１のレーザアブレーション工程は、特に膜４２３のＰ型拡散領域の上の部分の特性に関して調整されたパラメータを有する第１のレーザ設定によるものでもよい。膜４２３のＮ型拡散領域の上の部分にコンタクトホールを形成するために、第２のレーザアブレーション工程が行なわれてもよい。第２のレーザアブレーション工程は、特に膜４２３のＮ型拡散領域の上の部分の特性に関して調整されたパラメータを有する第２のレーザ設定にしたがって行われてもよい。第１の設定は、第２の設定と異なる。例えば、第１の設定は、膜４２３のＰ型拡散領域の上の部分に穿孔するためにレーザが発射される複数のレーザパルスを有してもよい。別の例として、第２の設定は、膜４２３のＮ型拡散領域の上の部分を穿孔するために単一のレーザパルスを発射するレーザを有してもよい。

【0040】

得られた構造が、図１４に概略的に示されており、膜４２３を貫通しＰ型拡散領域を露出させるコンタクトホール４３５−１及び４３５−２が、第１の設定に従うレーザ発射によるレーザアブレーションによって形成され、膜４２３を貫通し、Ｎ型拡散領域を露出するコンタクトホール４３５−３が、第２の設定に従うレーザ発射によるレーザアブレーションによって形成される。金属接点は、コンタクトホール４３５（即ち、４３５−１、４３５−２、４３５−３）内に形成されてもよい。金属接点が、レーザアブレーションによって形成されたコンタクトホール内にあるので、金属接点は、反対の極性拡散領域の上に安全に形成され得る（例えば、Ｐ型拡散領域の上のＮ極性金属接点）。

【0041】

別の実施形態では、層間絶縁膜内に、図３に関して述べたような欠陥がある場合、裏面（例えば、図４〜図６の反射防止コーティング１１０）に堆積される反射防止コーティングは、後側スタックの絶縁完全性を改善するように調整されてもよい。例えば、裏面反射防止コーティングの厚さ及び／又は固有抵抗は、約５０〜１００オングストローム大きくなる。別の例として、反射防止コーティングは、窒化ケイ素層の上又は下に均一に付着されたアモルファスシリコン層などの２つの層を含んでもよい。製造コストを節約するために、アモルファスシリコン層と窒化ケイ素層は、元の場所に（即ち、同じ装填量で）、同じ工程と同じツールで形成されることが好ましい。本明細書に記載されたいような二層反射防止コーティングの使用は、反射防止コーティングの厚さだけでなく、その誘電率も高め、それによりレーザアブレーションを容易にする。

【0042】

逆方向バイアスでは、例えば、層間絶縁膜の両側に６ボルト以上が印加される。約４００オングストロームの範囲の厚さを有する典型的なプラズマ化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）窒化膜に、このような電圧が局所的に印加されると、破壊する。そのような用途の絶縁体膜の目標とする破壊電界強度は、１×１０^７Ｖ／ｃｍを超えてもよい。このような破壊電界強度を、スタック内に加わる有効磁界を減少させることができる５０〜１００オングストロームのアモルファスシリコン層を窒化ケイ素層に追加することによって達成してもよい。

【0043】

太陽電池を製造する改善された方法及び構造を開示した。本発明の具体的な実施形態を提供したが、これらの実施形態は説明を目的としたものであり、限定的なものでないことは理解されよう。多くの追加的実施形態が、本開示を読む当業者にとっては明らかとなろう。
（項目１）
太陽電池を製造する方法であって
複数のＰ型及びＮ型拡散領域上に予め形成された材料を除去して、前記複数のＰ型及びＮ型拡散領域の裏面を露出させる工程と、
上記複数のＰ型及びＮ型拡散領域上に絶縁体層を形成する工程と、
レーザを使用して、上記複数のＰ型及びＮ型拡散領域のうち対応するＰ型又はＮ型拡散領域の表面をそれぞれ露出する複数のコンタクトホールを上記絶縁体層に形成する工程と、
上記複数のコンタクトホールのそれぞれに金属接点を形成して、上記複数のＰ型及びＮ型拡散領域それぞれへの電気接続を形成する工程と、を備える方法。
（項目２）
上記複数のＰ型及びＮ型拡散領域が、太陽電池基板内に形成される、項目１に記載の方法。
（項目３）
上記太陽電池基板は、単結晶シリコンウェハを含む、項目２に記載の方法。
（項目４）
上記複数のＰ型及びＮ型拡散領域が、上記太陽電池基板上に形成される別の層に形成される、項目１に記載の方法。
（項目５）
上記他の層が、ポリシリコンを含む、項目４に記載の方法。
（項目６）
上記複数のＰ型及びＮ型拡散領域のうちの一のＰ型拡散領域に電気接続を行う金属接点が、上記複数のＰ型及びＮ型拡散領域のうちの一のＮ型拡散領域の上を通る、項目１に記載の方法。
（項目７）
項目１に記載の方法を使用して製造される太陽電池。
（項目８）
太陽電池を製造する方法であって、
複数のＰ型及びＮ型拡散領域を有する太陽電池構造を設ける段階と、
レーザを使用して、上記複数のＰ型及びＮ型拡散領域のうち対応するＰ型又はＮ型拡散領域の表面をそれぞれ露出する複数のコンタクトホールを、上記複数のＰ型及びＮ型拡散領域上に形成された少なくとも１つの絶縁体層に形成する段階と、
上記複数のコンタクトホールのそれぞれに金属接点を形成して、上記複数のＰ型及びＮ型拡散領域のそれぞれへの電気接続を形成する段階とを備え、上記複数のＰ型及びＮ型拡散領域のうちの一のＰ型拡散領域に電気接続を行う金属接点が、上記複数のＰ型及びＮ型拡散領域のうちの一のＮ型拡散領域の上を通る、方法。
（項目９）
上記複数のＰ型及びＮ型拡散領域のＰ型拡散領域へのコンタクトホールが、第１の設定に従うレーザ発射によって形成され、上記複数のＰ型及びＮ型拡散領域のＮ型拡散領域へのコンタクトホールが、上記第１の設定と異なる第２の設定に従うレーザ発射により形成される、項目８に記載の方法。
（項目１０）
上記第１の設定が、Ｐ型拡散領域へのコンタクトホールを形成するべく、複数のレーザパルスをレーザ発射することを含む、項目９に記載の方法。
（項目１１）
上記複数のＰ型及びＮ型拡散領域が、太陽電池基板内に形成される、項目８に記載の方法。
（項目１２）
上記太陽電池基板は、単結晶シリコンウェハを含む、項目１１に記載の方法。
（項目１３）
上記複数のＰ型及びＮ型拡散領域が、太陽電池基板上に形成された別の層内に形成される、項目８に記載の方法。
（項目１４）
上記別の層がポリシリコンを含む、項目１３に記載の方法。
（項目１５）
項目８に記載の方法を使用して製造される太陽電池。
（項目１６）
太陽電池を製造する方法であって、
太陽電池の、少なくとも０．５μｍの深さを有する深い拡散領域を形成工程と、
レーザを使用して、絶縁体層にコンタクトホールを形成して上記深い拡散領域を露出させる工程と、
上記深い拡散領域を電気的に接続するべく、上記コンタクトホール内に金属接点を形成する工程とを備える、方法。
（項目１７）
上記深い拡散領域が、Ｐ型であり、
上記金属接点が、Ｎ型拡散領域の上を通る項目１６に記載の方法。
（項目１８）
上記深い拡散領域が、単結晶シリコンウェハを含む太陽電池基板内に形成される項目１６に記載の方法。
（項目１９）
上記深い拡散領域と別の深い拡散領域が、上記太陽電池の裏面に形成され、
上記深い拡散が、Ｐ型拡散領域であり、上記別の深い拡散領域が、Ｎ型拡散領域である、項目１６に記載の方法。
（項目２０）
項目１６に記載の方法を使用して製造される太陽電池。
（項目２１）
太陽電池を製造する方法であって、
太陽電池の裏面の層間絶縁膜の上に、上記層間絶縁膜と合わせた特定の絶縁破壊電圧を有する反射防止コーティングを形成する工程と、
レーザを使用して、上記絶縁体層と上記反射防止にコンタクトホールを形成して拡散領域を露出させる工程と、
上記拡散領域に電気的に接続するべく、上記コンタクトホール内に金属接点を形成する工程とを備える、方法。
（項目２２）
上記反射防止コーティングが、アモルファスシリコン層と窒化ケイ素層を含む、項目２１に記載の方法。
（項目２３）
上記特定の絶縁破壊電圧が、１×１０^７Ｖ／ｃｍを超える、項目２１に記載の方法。
（項目２４）
上記特定の絶縁破壊電圧が、上記層間絶縁膜の屈折率を１．９５未満に低下させることによって設定される、項目２１に記載の方法。
（項目２５）
項目２１に記載の方法を使用して製造される太陽電池。
（項目２６）
太陽電池を製造する方法であって、
ドープされた基板上に、特定タイプのレーザアブレーション用に設定された光学特性を有する絶縁体スタックを形成工程と、
レーザを使用して、上記特定タイプのレーザアブレーションによって上記絶縁体スタックにコンタクトホールを形成する工程と、
上記ドープ領域に電気的に接続するべく、上記コンタクトホール内に金属接点を形成工程とを備える、方法。
（項目２７）
上記特定タイプのレーザアブレーションが、間接アブレーションを含む、項目２６に記載の方法。
（項目２８）
上記絶縁体スタックが、１．９７未満の屈折率を有し、上記レーザが、５３０ｎｍ以上の波長を有する、項目２７に記載の方法。
（項目２９）
上記絶縁体が、ドープされた二酸化シリコンを含む、項目２６に記載の方法。
（項目３０）
項目２６に記載の方法を使用して製造された太陽電池。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】