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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-12-26
(54)【発明の名称】太陽電池及びそれを形成するための方法
(51)【国際特許分類】
H01L 31/0747 20120101AFI20241219BHJP
H01L 31/18 20060101ALI20241219BHJP
H01L 21/205 20060101ALI20241219BHJP
【ＦＩ】
H01L31/06 455
H01L31/04 420
H01L21/205
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2024539457
(86)(22)【出願日】2022-12-09
(85)【翻訳文提出日】2024-06-28
(86)【国際出願番号】 EP2022085147
(87)【国際公開番号】W WO2023126146
(87)【国際公開日】2023-07-06
(31)【優先権主張番号】2119060.8
(32)【優先日】2021-12-29
(33)【優先権主張国・地域又は機関】GB
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】523246639
【氏名又は名称】レック ソーラー プライベート リミテッド
(74)【代理人】
【識別番号】110002572
【氏名又は名称】弁理士法人平木国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】ハシュケ，ヤン
【テーマコード（参考）】
5F045
5F251
【Ｆターム（参考）】
5F045AA03
5F045AA08
5F045AB01
5F045AB04
5F045AB06
5F045AB33
5F045AC01
5F045AC19
5F045AE21
5F045BB16
5F045CA13
5F045DA52
5F045EE12
5F045HA03
5F251AA02
5F251AA05
5F251CA09
5F251CA14
5F251CA34
5F251FA02
5F251FA04
5F251FA19
5F251FA22
(57)【要約】
太陽電池を製造するための方法が提供され、方法は、基板を提供することと、基板の表面上に不動態化領域を配置することと、不動態化領域の表面上にコレクタ層を配置することと、を含み、不動態化領域を配置するステップは、第１のガスを使用して、基板の表面上に第１の不動態化層を堆積させることと、第２のガスを使用して、第１の不動態化層の表面上に第２の不動態化層を堆積させることと、を含み、第１及び第２のガスは、各々、水素ガス及びシリコン系ガスを含み、第２のガスのシリコン系ガスに対する水素ガスの比が、第１のガスのシリコン系ガスに対する水素ガスの比の最大で２．５倍、かつ少なくとも０．４倍である。
【選択図】図４
【選択図】図４
【特許請求の範囲】
【請求項1】
太陽電池を製造するための方法であって、前記方法が、基板を提供するステップと、前記基板の表面上に不動態化領域を配置するステップと、前記不動態化領域の表面上にコレクタ層を配置するステップと、を含み、前記不動態化領域を配置する前記ステップが、第１のガスを使用して、前記基板の前記表面上に第１の不動態化層を堆積させるステップ、
第２のガスを使用して、前記第１の不動態化層の前記表面上に第２の不動態化層を堆積させるステップ、
を含み、
前記第１及び第２のガスが、各々、水素ガス及びシリコン系ガスを含み、前記第２のガスのシリコン系ガスに対する水素ガスの比が、前記第１のガスのシリコン系ガスに対する水素ガスの比の最大で２．５倍、かつ少なくとも０．４倍である、方法。
【請求項2】
前記不動態化領域を配置するステップが、前記第１及び／又は第２の不動態化層の表面を水素プラズマでエッチングすることを含まない、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
前記方法は、シリコン系ガスに対する水素ガスの比が、最大で５０かつ少なくとも２０、任意選択的に最大で３５かつ少なくとも２５であるように、前記第２のガスを構成することを含む、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項4】
前記方法は、シリコン系ガスに対する水素ガスの比が、最大で５０かつ少なくとも２０、任意選的に最大で３５かつ少なくとも２５であるように、前記第１のガスを構成することを含む、請求項１～３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項5】
前記方法は、シリコン系ガスに対する水素ガスの比が、前記第２のガスのシリコン系ガスに対する水素ガスの比と実質的に同じであるように、前記第１のガスを構成することを含む、請求項１～４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項6】
前記方法が、前記第１の不動態化層をノンドープであるように構成するステップと、前記第２の不動態化層をドーパント原子の含有によって決定される導電型を有するように構成するステップと、を含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項7】
前記方法が、前記コレクタ層を前記第２の不動態化層と同じ導電型を有するように構成するステップを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項8】
前記方法が、前記第２の不動態化層及び前記コレクタ層のうちの少なくとも１つをドーパントガスでドープするステップを含み、前記方法は、前記第２の不動態化層のドーパント濃度を前記コレクタ層の前記ドーパント濃度よりも小さくなるように構成するステップを含む、請求項７に記載の方法。
【請求項9】
前記方法が、前記コレクタ層及び前記第２の不動態化層を正の導電型を有するように構成するステップを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項10】
前記方法が、前記第１の不動態化層、前記第２の不動態化層、及び前記コレクタ層のうちの少なくとも１つを、それらが実質的に非晶質シリコンからなるように構成するステップを含む、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項11】
前記方法は、前記太陽電池が使用されているときに放射源を向かないように構成されている前記基板の裏表面上に前記不動態化領域を堆積させるステップを含む、請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項12】
前記方法が、前記第１の不動態化層を最大で１０ｎｍかつ少なくとも３ｎｍ、任意選択的に５ｎｍの深さを有するように構成するステップを含む、請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項13】
前記方法が、前記第２の不動態化層を最大で１０ｎｍかつ少なくとも３ｎｍ、任意選択的に６ｎｍの深さを有するように構成するステップを含む、請求項１から１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項14】
前記第１の不動態化層の少なくとも１つの堆積パラメータが、前記第２の不動態化層の少なくとも１つの堆積パラメータと実質的に同一であり、前記少なくとも１つのパラメータが、ガス流量、ガス圧力、堆積チャンバの温度、及びプラズマ強化堆積プロセスの電力密度のうちの少なくとも１つを含む、請求項１から１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項15】
前記不動態化領域が、前記第１の不動態化層と前記基板との間に介在する第３の不動態化層を備え、前記方法が、水素ガス及びシリコン系ガスを含む第３のガスを使用して、前記基板の前記表面に前記第３の不動態化層を堆積させるステップを含み、前記第３のガスのシリコン系ガスに対する水素ガスの比が、前記第１及び第２のガスのうちの少なくとも１つのシリコン系ガスに対する水素ガスの比の最大で０．１倍である、請求項１から１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項16】
前記方法は、シリコン系ガスに対する水素ガスの比が最大で１、任意選的に実質的に０になるように、前記第３のガスを構成するステップを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項17】
前記不動態化領域の前記表面上に前記コレクタ層を配置するステップは、水素ガス及びシリコン系ガスを含む第４のガスを使用して、前記コレクタガスを堆積させるステップを含み、前記第４のガスのシリコン系ガスに対する水素ガスの比が、前記第１及び第２のガスのうちの少なくとも１つのシリコン系ガスに対する水素ガスの比と実質的に異なる、請求項１から１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項18】
前記方法が、ヘテロ接合型（ＨＪＴ）太陽電池を形成するステップを含む、請求項１から１７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項19】
請求項１～１８のいずれか一項に記載の方法に従って製造された太陽電池。
【請求項20】
前記太陽電池が、ヘテロ接合型（ＨＪＴ）太陽電池を画定するように構成されている、請求項１９に記載の太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、太陽電池及びそれを形成するための方法に関する。
【背景技術】
【0002】
太陽光から電気エネルギーを提供するための太陽モジュールは、太陽電池／光起電力電池のアレイを備え、各々が、１つ以上の前電極と裏電極との間に配置された多層半導体構造を備える。
【0003】
基板は、典型的には、少数電荷キャリアコレクタ層とのｐｎ接合部を形成し（すなわち、基板及び少数電荷キャリアコレクタ層のうちの一方がｎ型材料であり、他方がｐ型材料である）、これは、太陽電池に入射する光に応答して電流を生成することを容易にする。
【0004】
太陽電池はまた、基板の少数電荷キャリアコレクタ層とは反対側の部分に配置され、基板から電荷キャリアを抽出するように構成される多数電荷キャリアコレクタ層を含むことができる。前電極は、少数電荷キャリアコレクタ層（例えば、電子コレクタ層）に電気的に接続され、裏電極は、多数電荷キャリアコレクタ層（例えば、正孔コレクタ層）に電気的に接続される。
【0005】
少数電荷キャリア及び多数電荷キャリアコレクタ層は、典型的には、非晶質シリコン（ａ－Ｓｉ）から形成され、一方、基板は、結晶性シリコン（ｃ－Ｓｉ）から形成されて、ヘテロ接合技術（ＨＪＴ）太陽電池を形成する。
【0006】
そのような太陽電池の効率を最大化するために、多層構造の異なる層間の界面に形成され得る表面欠陥の数を最小化することが重要である。表面欠陥は、典型的には、半導体層内に形成される、ひずみのある、又は終端されていない結合（ダングリングボンドとも称される）からなる。電荷キャリアは、電極によって収集される代わりに、表面欠陥で再結合する可能性があり、これは、太陽電池の光起電力変換効率の低下をもたらす。
【0007】
したがって、そのような太陽電池内の電荷キャリア再結合の発生率を低減する一方で、シリコン基板と少数電荷キャリア及び多数電荷キャリアコレクタ層との間の界面における電荷キャリア輸送特性を改善するための必要性がある。
【発明の概要】
【0008】
第１の態様によれば、太陽電池を製造するための方法が提供され、方法は、基板を提供するステップと、基板の表面上に不動態化領域を配置するステップと、不動態化領域の表面上にコレクタ層を配置するステップと、を含み、不動態化領域を配置するステップは、第１のガスを使用して、基板の表面上に第１の不動態化層を堆積させるステップ；第２のガスを使用して、第１の不動態化層の表面上に第２の不動態化層を堆積させるステップ；を含み、第１及び第２のガスは、各々、水素ガス及びシリコン系ガスを含み、第２のガスのシリコン系ガスに対する水素ガスの比が、第１のガスのシリコン系ガスに対する水素ガスの比の最大で２．５倍、かつ少なくとも０．４倍である。
【0009】
源ガス（例えば、第１及び第２のガス）のシリコン系ガスに対する水素ガスの比は、本明細書で言及されるように、源ガスの「水素ガス比」を定義し得ることが理解されるであろう。このようにして、第２のガスの水素ガス比は、第１のガスの水素ガス比の少なくとも０．４倍（すなわち、少なくとも４０％）～最大で２．５倍（すなわち、最大で２５０％）であり得る。別の言い方をすれば、第２のガスの水素ガス比と第１のガスの水素ガス比との間の比は、最大で２．５、及び／又は少なくとも０．４であり得る。第２のガスの水素ガス比が第１のガスの水素ガス比の０．４倍である例示的な状況では、第２のガスの水素ガスの濃度（シリコン系ガスに対する）は、第１のガスの水素ガスの濃度（シリコン系ガスに対する）の０．４倍であることが理解されるであろう。
【0010】
本発明による源ガスの水素ガス比は、有利には、それぞれの第１及び第２の不動態化層の緻密化を引き起こすように構成され、それによって、不動態化領域のフィルム品質を改善し、太陽電池の変換効率の増加をもたらす。
【0011】
第１及び第２の不動態化層は、別個の不動態化層を画定し、これらは、別個の堆積ステップ（例えば、それぞれ、第１の堆積ステップ及び第２の堆積ステップ）において堆積されることが理解されるであろう。例えば、第１の不動態化層は、第１の堆積チャンバ内に堆積されでもよく、第２の不動態化層は、第１の堆積チャンバとは異なる第２の堆積チャンバ内に堆積されてもよい。
【0012】
半導体層内及びその間の界面における電荷キャリア再結合の悪影響は、形成された欠陥を不動態化することによって低減され得ることが知られている。典型的には、これは、基板とコレクタ層（例えば、電子コレクタ層又は正孔コレクタ層）との間に真性（すなわち、ノンドープ）半導体材料の「不動態化層」を提供することによって達成され得る。
【0013】
そのような既知の不動態化層は、ダングリング表面結合を化学的に中和する誘電体コーティング、すなわち「化学不動態化」をシリコン基板上に形成し得る。このタイプの化学不動態化は、不動態化層の堆積中に水素などの追加の不動態化種を真性材料に導入することによって強化することができる。
【0014】
単一の不動態化層の存在は、有益であるが、例えば、不動態化層とその上にあるコレクタ層との間の、太陽電池内の追加の界面の形成をもたらす場合があり、これは、欠陥部位の数を増加させる可能性がある。この問題は、不動態化層が薄すぎると悪化し、太陽電池内の電荷キャリアの再結合が増加する可能性がある。逆に、不動態化層が厚すぎる場合、太陽電池構造内のその存在は、電極への電荷キャリアの輸送を阻害する可能性がある。
【0015】
太陽電池の層のバルク内の欠陥、及び太陽電池の他の層とのその界面における欠陥を低減するために、太陽電池の不動態化層を水素プラズマ処理に曝露することが知られている。既知の水素プラズマ処理プロセス中に形成される荷電水素イオンは、処理された半導体層内に短い距離だけ貫通することができ、したがって、下にあるバルク材料の限られた不動態化のみを提供することができる。
【0016】
場合によっては、水素プラズマエッチング（又は処理）は、処理された半導体層の表面にわたって不均一な不動態化を引き起こす可能性がある。これは、複数のシリコン基板が堆積チャンバ内に配置される場合の特定の問題であり得る。時間の経過とともに、水素プラズマエッチングの効果は、シリコン基板がチャンバ内のどこに位置決めされているかに応じて、シリコン基板上で異なるレベルのエッチングが実行されることをもたらす可能性がある。エッチング性能のこの変化は、最終的な太陽電池の変換特性、特に開回路電圧（Ｖｏｃ）の著しい変化を引き起こし得る。
【0017】
源ガス（例えば、第１及び第２のガス）の水素ガス比を制御することによって、次いで、第１及び第２の不動態化層の密度を増加させて、太陽電池内の界面の増加した不動態化を提供することができ、これにより水素プラズマエッチングを回避できることが、本発明の発明者によって発見されている。
【0018】
特に、第２の不動態化層の水素ガス比を第１の不動態化層の水素ガス比の実質的に０．４倍～２．５倍の範囲内にあるように構成することによって、本発明者らは、結果として生じる二層状の不動態化領域がより高い密度で形成される（例えば、より少ない多孔質構造を備える）ことを発見した。不動態化領域のバルク材料の不動態性は、フィルムの長さ、幅、及び深さにわたって、より均一な不動態化を提供する。結果として生じる二層状不動態化領域（すなわち、第１及び第２の不動態化層を含む）の全体的な効果は、増加した充填係数を示す太陽電池である。
【0019】
本発明の方法の結果は、著しく低い水素濃度（例えば、第１のガスの濃度よりも少なくとも一桁低い水素濃度）を有するガスを使用して堆積される同等の不動態化層と比較して、第２の不動態化層の堆積速度のわずかな低下をもたらし得ることである。このような低水素濃度ガスを使用することは、堆積速度を増加させることができるが、結果として生じる層の不動態化特性を強化するために水素プラズマ処理が必要とされる状況（例えば、不動態化層を堆積させる前にプラズマ処理を実行することによる）をもたらす可能性もある。対照的に、本発明による方法は、有利には、第２のガスの水素ガス比が、水素プラズマ処理を必要としない、高度に不動態化する第２の不動態化層を生成するように構成される。したがって、第２の層の不動態化の増加は、堆積速度のどのような低減であっても相殺して余りある。
【0020】
層、フィルム、領域、又は基板などの素子が、素子に対して「上に」、「隣接して」、又は「反対側に」存在すると称されるとき、それは、その更なる素子に対して「直接上に」、「直接隣接して」、又は「直接反対側に」存在してもよく、代替的に、１つ以上の間に挟まる素子が存在してもよいことが理解されるであろう。対照的に、素子が別の素子の「直接上に」、「直接隣接して」、又は「直接反対側に」存在するものとして言及される場合、間に挟まる素子は存在しない。
【0021】
次に任意選択の機能について述べる。これらは、単独で、又は任意の態様との任意の組み合わせで適用可能である。
【0022】
エッチングは、エッチングされている表面からの材料の除去を伴う、少なくとも部分的に減算的な製造プロセスを定義することが理解されるであろう。水素プラズマエッチングは、水素原子が、例えば、不動態化層の表面上に存在するダングリングボンドを不動態化することによって、処理されている層上及びその中に堆積されるので、少なくとも部分的に減算的であるとともに少なくとも部分的に加算的であるプロセスを定義し得る。エッチングによって除去される材料の量は、エッチングによって追加された材料の量よりも多くてもよい。このようにして、水素プラズマエッチングは、表面不動態化処理として定義され得る。
【0023】
不動態化領域を配置する方法は、第１及び第２の不動態化層のうちの少なくとも１つを水素プラズマでエッチングしないことを含み得る。このようにして、第１の不動態化層も第２の不動態化層も、方法中に水素プラズマで処理又はエッチングされない。
【0024】
実施形態では、方法は、第１及び／又は第２の不動態化層をいかなる形態のプラズマでもエッチングしないことを含み得る。方法は、第１及び／又は第２の不動態化層を水素プラズマで処理しないことを更に含み得る。更に、方法は、第１及び／又は第２の不動態化層をいかなる形態の表面不動態化処理でも処理しないことを含み得る。
【0025】
第２のガスのシリコン系ガスに対する水素ガスの比は、第１のガスのシリコン系ガスに対する水素ガスの比の０．７５～１．５倍であり得る。実施形態では、方法は、第１及び第２のガスを、水素ガス及びシリコン系ガスのそれぞれの比が実質的に同じであるように構成することを含み得る。このようにして、第１のガスは、第１の不動態化層の堆積中に堆積チャンバ内に導入される水素ガスのレベルが、第２の不動態化層の堆積中に存在する水素ガスのレベルと実質的に同じであるように構成される。したがって、結果として生じる第１の不動態化層及び第２の不動態化層は、実質的に同じ水素ガス比（例えば、水素のパーセンテージ又は割合）を有するように構成されてもよく、これは、不動態化領域の密度を増加させ、それによって、不動態化領域（例えば、第１の不動態化層及び第２の不動態化層）と、その上に堆積されるコレクタ層との間の界面の不動態化を強化する。
【0026】
方法は、シリコン系ガスに対する水素ガスの比が最大で５０及び／又は少なくとも２０であるように、第１のガスを構成することを含み得る。このようにして、第１のガスは、第１の不動態化層の堆積中に堆積チャンバ内に存在するシリコン系ガスの量よりも最大で５０倍及び／又は少なくとも２０倍の量の水素ガスが存在するように構成され得る。
【0027】
実施形態では、第１のガスは、シリコン系ガスに対する水素ガスの比が３５及び／又は少なくとも２５上がるように構成され得る。方法は、シリコン系ガスに対する水素ガスの比が最大で５０及び／又は少なくとも２０であるように、第２のガスを構成することを含み得る。実施形態では、第２のガスは、シリコン系ガスに対する水素ガスの比が３５及び／又は少なくとも２５上がるように構成され得る。第１及び第２のガスのうちの少なくとも１つ又は各々は、シリコン系ガスに対する水素ガスの比がおよそ３２であるように構成され得る。
【0028】
実施形態では、第２の不動態化層は、第１の不動態化層上に直接堆積され、それらの間に配置される介在層又は素子がないようにし得る。これは、不動態化層が水素プラズマで処理される状況とは対照的であり、水素プラズマは、不動態化層の露出表面上で水素原子の形成又は蓄積を引き起こし得る。したがって、プラズマ処理された表面上に堆積される任意の後続の層は、不動態化層上に「直接」堆積されるのではなく、代わりに、水素プラズマ処理によって不動態化層上に形成される水素原子の蓄積上に堆積されることが理解されるであろう。
【0029】
実施形態では、不動態化領域は、第１の不動態化層と基板との間に介在する第３の不動態化層を含み得る。太陽電池を製造する方法は、水素ガス及びシリコン系ガスを含む第３のガスを使用して、基板の表面上に第３の不動態化層を堆積させることを含み得る。方法は、第１及び第２の不動態化層を堆積させる前に、第３の不動態化層を堆積させることを含み得る。
【0030】
第３のガスのシリコン系ガスに対する水素ガスの比は、第１及び第２のガスのうちの少なくとも１つのシリコン系ガスに対する水素ガスの比の最大で０．１倍であり得る。実施形態では、第３のガスのシリコン系ガスに対する水素ガスの比は、第１及び第２のガスのうちの少なくとも１つのシリコン系ガスに対する水素ガスの比の最大で０．０１倍であり得る。方法は、シリコン系ガスに対する水素ガスの比が最大で１であるように、第３のガスを構成することを含み得る。実施形態では、第３のガスは、シリコン系ガスに対する水素ガスの比がおよそ０（例えば、０）、すなわち、実質的に純粋なシリコン系ガスであるように構成され得る。別の言い方をすれば、第３のガスは、微量の水素ガスのみを含み得る。
【0031】
コレクタ層は、太陽電池の電荷キャリアコレクタ層を画定することが理解されるであろう。したがって、コレクタ層は、太陽電池が使用されているときに、入射光の吸収によって生成される電荷キャリア（例えば、電子及び正孔）を収集するように構成され得る。太陽電池の構成要素がどのように構成されるか（例えば、コレクタ層及び基板の導電型）に応じて、電子及び正孔は、太陽電池が動作しているときに、少数又は多数電荷キャリアを画定し得る。
【0032】
不動態化領域及びコレクタ層は、一緒になって、基板の表面上に配置される層状構造の少なくとも一部を画定し得る。例えば、層状構造は、太陽電池が使用されているときに放射源（例えば、太陽）を向かないように構成されている、基板の裏表面（すなわち、裏層状構造）の反対側に配置され得る。代替的に、層状構造は、通常の使用中に放射源からの光が入射する基板の前表面（すなわち、前層状構造）上に配置され得る。層状構造が、本発明の範囲から逸脱することなく、１つ以上のコレクタ層を備え得ることが理解されるであろう。
【0033】
層状構造は、裏層状構造である場合、裏コレクタ層と、裏の第１及び第２の不動態化層を備える裏不動態化領域と、を備え得る。同様に、層状構造は、前層状構造である場合、前コレクタ層と、前の第１及び第２の不動態化層を備える前不動態化領域と、を含み得る。
【0034】
太陽電池を製造する方法は、堆積チャンバ内に基板を配置し、次いで、基板の表面上に堆積される化学種を形成するように１つ以上のガスが堆積チャンバ内に導入される蒸着プロセスを使用して、太陽電池の領域及び層の少なくとも１つ又は各々を基板上に堆積させることを含み得る。堆積プロセスは、当業者によって理解されるように、化学蒸着プロセス（ＣＶＤ）、例えば、プラズマ強化化学蒸着プロセス（ＰＥＣＶＤ）であり得る。不動態化領域の層の各々及び／又はコレクタ層は、単一の連続プロセスの一部として同じ堆積方法を使用して堆積され得る。それらは同様の堆積方法を使用して堆積されるが、不動態化層（及び／又はコレクタ層）のうちの少なくとも１つ（又は各々）は、異なる堆積ステップにおいて、及び／又は異なる堆積チャンバにおいて堆積され得ることが理解されるであろう。
【0035】
不動態化領域を堆積させる方法は、最初に、第１の不動態化層を基板の表面上に堆積させ、次いで、第２の不動態化層を第１の不動態化層の露出表面上に堆積させることを含み得る。このようにして、第１及び第２の不動態化層は、不動態化領域を形成するために順次堆積され得る。
【0036】
コレクタ層を配置する方法は、不動態化領域が基板上に形成されると、不動態化領域が基板とコレクタ層との間に介在するように、不動態化領域の露出表面（例えば、第２の不動態化層）上にコレクタ層を堆積させることを含み得る。コレクタ層を堆積させる方法は、第４のガスを使用して、不動態化領域の表面上にコレクタ層を堆積させることを含み得る。第４のガスは、第１、第２、及び第３のガスのうちの少なくとも１つ又は各々とは異なり得る。
【0037】
太陽電池の層を堆積させるために使用されるガスのうちの少なくとも１つ又は各々は、複数のガス種、又は構成ガス（例えば、異なる化学組成を有するガス）からなり得る。例えば、第１のガスは、水素ガス及びシリコン系ガスを含む第１のガス混合物を定義し得る。例えば、第２のガスは、水素ガス及びシリコン系ガスを含む第２のガス混合物を定義し得る。
【0038】
ガス混合物の各々は、それらが堆積チャンバ内に導入される前に、複数の構成ガスを混合することによって形成され得る。代替的に、構成ガスは、堆積チャンバ内で混合され得る。第１、第２、及び第３のガス、すなわち源ガスのうちの少なくとも１つ又は各々は、ＳｉＨ４又はＳｉ２Ｈ６などのシリコン含有ガスを含み得る。源ガスのうちの少なくとも１つ又は各々はまた、水素ガス（Ｈ２）を含み得る。
【0039】
方法は、不動態化領域の層のうちの少なくとも１つ及び／又はコレクタ層の構造的及び／又は化学的組成を決定するために、堆積プロセスの少なくとも１つのパラメータを制御することを含み得る。
【0040】
少なくとも１つのパラメータは、ガス流量、ガス圧力、堆積チャンバの温度、堆積チャンバの温度、及びプラズマ強化堆積プロセスの電力密度のうちの少なくとも１つを含み得る。特に、最少の１つの堆積パラメータは、第１及び第２の不動態化ガスのシリコン系ガスに対する水素ガスの比を決定し得る。例えば、水素ガスとシリコン系ガスとの間の比は、堆積チャンバ内に導入されるそれぞれのガスの相対体積分率によって決定され得る。
【0041】
堆積プロセスがプラズマ強化蒸着プロセスを含む状況では、堆積プロセスのパラメータは、太陽電池層の堆積中に誘導されるプラズマの電力密度を定義し得る。代替的に、このパラメータは、堆積チャンバ内でプラズマを形成するために使用される無線周波数（ＲＦ）電力として定義され得る。
【0042】
例示的な方法によれば、第１の不動態化層に関連付けられた少なくとも１つ（又は各々）の堆積パラメータは、第２の不動態化層の対応する少なくとも１つ（又は各々）の堆積パラメータと実質的に同じであり得る。
【0043】
方法は、第１及び第２の不動態化層を、実質的に同じガス圧力及び電力密度堆積パラメータで堆積させることを含み得る。実施形態では、ガス圧力は、およそ１．９ｍｂａｒであってもよく、電力密度は、およそ２１ｍＷ／ｃｍ２であってもよい。第３のガスの水素比は、実質的にゼロであり得る。別の言い方をすれば、第３のガスは、水素ガスを含まないことがあり、代わりに、シリコン系ガスのみからなり得る。第３の不動態化層のガス圧力及び電力密度堆積パラメータは、第１及び第２の不動態化層のものと実質的に異なり得る。実施形態において、ガス圧力は、およそ１．２ｍｂａｒであってもよく、電力密度は、およそ６０ｍＷ／ｃｍ２であってもよい。
【0044】
層の各々は、幅、長さ、及び深さを有するように構成され得る。各層の幅及び長さは、それらが配置されている基板の表面と整列した垂直方向に測定され得る。各層について、その幅及び長さは、基板表面に垂直である方向に測定され得る、その深さよりも実質的に大きくてもよい。
【0045】
方法は、２５ｎｍよりも小さい、任意選択的に少なくとも５ｎｍの深さを有する不動態化領域を構成することを含み得る。方法は、８ｎｍよりも小さい、かつ少なくとも２ｎｍの深さを有する第１の不動態化層を構成することを含み得る。方法は、第２の不動態化層を９ｎｍよりも小さい、かつ少なくとも３ｎｍの深さを有するように構成することを含み得る。例示的な配置によれば、第１の不動態化層は、深さがおよそ５ｎｍであってもよく、第２の不動態化層は、深さがおよそ６ｎｍであってもよい。方法は、５ｎｍよりも小さい、かつ少なくとも２ｎｍ、任意選択的に少なくとも３ｎｍの深さを有する第３の不動態化層を構成することを含み得る。方法は、３０ｎｍよりも小さい、かつ少なくとも５ｎｍの深さを有するコレクタ層を構成することを含み得る。
【0046】
堆積プロセスの少なくとも１つのパラメータは、不動態化領域層及び／又はコレクタ層の他の態様を決定するように構成され得る。例えば、層の各々の堆積速度は、堆積パラメータのうちの１つを制御することによって決定され得る。堆積速度は、時間の経過（例えば、秒で測定される）とともに滑らかな表面上に堆積される層の深さ（例えば、ナノメートルで測定される）として定義され得る。第１の不動態化層の堆積速度は、第２の不動態化層の堆積速度と実質的に同じであり得る。第１及び第２の不動態化層の堆積速度は、少なくとも０．０３ｎｍ／秒であり得る。
【0047】
上述したように、方法は、不動態化領域の層のうちの少なくとも１つ、及び／又はコレクタ層の化学組成を決定するために、堆積プロセスの少なくとも１つのパラメータを制御することを含み得る。
【0048】
方法は、不動態化層及びコレクタ層のうちの少なくとも１つ又は各々を、それらが実質的に半導体材料から形成されるように構成することを含み得る。層のうちの少なくとも１つ又は各々は、非晶質シリコンから形成され得る。「非晶質シリコン」という用語は、本明細書において、シリコン系非晶質半導体材料を指すように使用されることが理解されるであろう。シリコン系材料の例としては、シリコンに加えて、炭化ケイ素、窒化ケイ素、及びシリコンゲルマニウムなどのシリコン合金が挙げられる。したがって、層の各々は、シリコンと組み合わせた追加の素子からなり得る。これは、実質的に結晶性のシリコン材料、例えば、単結晶性又は多結晶性のシリコンから形成され得る基板とは対照的である。
【0049】
方法は、不動態化層及びコレクタ層のうちの少なくとも１つの導電型を決定するために、堆積プロセスの少なくとも１つのパラメータを制御することを含み得る。導電型は、ドーパント原子の含有によって決定され得る。ドーパント原子のイオン化状態は、ドープされた半導体材料の導電型を決定し得ることが理解されるであろう。例えば、半導体材料は、それぞれ、正の導電型（ｐ型）又は負の導電性（ｎ型）を示すように正又は負にドープされ得る。方法は、層のうちの少なくとも１つの導電型を、ｐ型又はｎ型に構成することを含み得る。方法は、層のうちの少なくとも１つを、それが実質的にノンドープ（すなわち、真性）であるように構成することを含んでもよく、これは、ドーパント原子の脱落によって決定されてもよい。
【0050】
方法は、第１及び／又は第３の不動態化層をノンドープであるように構成することと、第２の不動態化層を、ドーパント原子の含有によって決定される導電型で構成することと、を含み得る。有利には、第２の不動態化層は、不動態化領域のコレクタ層とのその界面における伝導性を増加させるためにドープされ得る。
【0051】
方法は、それが堆積される第２の不動態化層と同じ導電型を有するコレクタ層を構成することを含み得る。同じ導電型の第２の不動態化層及びコレクタ層をドープすることは、不動態化領域とコレクタ層との間の電荷キャリアの流れを改善する。
【0052】
方法は、コレクタ層及び正の導電型（すなわち、ｐ型）を有する第２の不動態化層を構成することを含み得る。代替的に、方法は、コレクタ層及び負の導電型（すなわち、ｎ型）を有する第２の不動態化層を構成することを含み得る。
【0053】
方法は、第２の不動態化層及び／又はコレクタ層のドーパント濃度を決定するために、堆積プロセスの少なくとも１つのパラメータを制御することを含み得る。方法は、第２の不動態化層のドーパント濃度がコレクタ層のドーパント濃度より小さくなるように構成することを含み得る。別の言い方をすれば、第２の不動態化層ドーパント濃度は、コレクタ層ドーパント濃度よりも小さくてもよい。このようにして、第２の不動態化層は、ノンドープの第１の不動態化層とより高度にドープされたコレクタ層との間を橋渡しすることができる中間ドープ層を提供する。第２の不動態化層のドーパント濃度は、マイクロドープ不動態化層として定義され得るように構成され得る。方法は、第２の不動態化層及びコレクタ層のうちの少なくとも１つをドーパントガスで成長させる（例えば、ドーパントガスの存在下で層を成長させることによって）ことを含み得る。第２の不動態化層及びコレクタ層の相対的なドーパント濃度は、堆積チャンバ内のドーパントガスの濃度を制御することによって、例えば、チャンバ内に導入されるシリコン系ガスに対するドーパントガスの比を制御することによって構成され得る。
【0054】
第２の不動態化及び／又はコレクタ層がｐ型であるように構成される例では、それぞれの源ガスは、Ｂ２Ｈ６、ＴＭＢ、又はＢＦ３などの正のドーパントガスを含み得る。第２の不動態化及び／又はコレクタ層がｎ型であるように構成される場合、それぞれの源ガスは、ＰＨ３などの負のドーパントガスを含み得る。
【0055】
任意の層は、決定された導電型（例えば、ｐ型又はｎ型）を有するように構成され得る。場合によっては、半導体材料はドープされていなくてもよい（例えば、真性の第１の不動態化層によりなど）。
【0056】
基板は、第１の導電型（例えば、ｎ型）を有するように構成されてもよく、層状構造は、コレクタ層を備えてもよく、コレクタ層は、第１の導電型の反対側にある第２の導電型（例えば、ｐ型）を有するように構成され、したがって基板とともにｐｎ接合部を形成する。そのような配置によれば、コレクタ層は、太陽電池の少数電荷キャリアコレクタ層（例えば、正孔コレクタ層）を画定し得る。
【0057】
方法は、第１及び第２の不動態化層を、別個の堆積チャンバ（別名、処理ユニット）に堆積させることを含み得る。第１の不動態化層は、第１のチャンバ内に堆積されてもよく、第２の不動態化層は、第２のチャンバ内に堆積されてもよい。このようにして、方法は、第１の不動態化層の堆積を汚染する可能性のある導電性ドーパント原子の第１のチャンバへの不必要な導入を防止することができる。したがって、第３の不動態化層は、第１の堆積チャンバ内に堆積され得る。また、コレクタ層は、第２の堆積チャンバ内に堆積され得る。代替的に、コレクタ層は、第３の堆積チャンバ内に堆積され得る。
【0058】
太陽電池の動作中、複数の電子－正孔対は、基板上に入射する光によって生成される。基板がｎ型であり、少数電荷キャリアコレクタ層がｐ型（例えば、正孔コレクタ層）である場合、分離された正孔及び電子は、それぞれ、ｐ型正孔コレクタ層及びｎ型基板に移動する。したがって、正孔は、ｐ型正孔コレクタ層内の多数電荷キャリアとして動作し、電子は、ｎ型基板内の多数電荷キャリアとして動作する。
【0059】
代替的な配置によれば、基板は、ｐ型であってもよく、少数電荷キャリアコレクタ層は、ｎ型（例えば、電子コレクタ層）であってもよく、したがって、基板とのｐｎ接合部を形成する。この例では、分離された電子及び正孔は、それぞれ、ｎ型電子コレクタ層及びｐ型基板に移動する。
【0060】
例示的な配置によれば、基板は、ｎ型単結晶シリコンウェハから形成され得る。層状構造の層（例えば、コレクタ層）のうちの少なくとも１つは、ｐ型であるように少なくとも部分的にドープされている非晶質材料を含み得る。
【0061】
このような配置は、ヘテロ接合技術（ＨＪＴ）型の太陽電池の形成に寄与し得るが、これは、２つの異なる材料を組み合わせてｐｎ接合部を分離する電荷を生成するので、そのように定義される。したがって、方法は、ヘテロ接合型（ＨＪＴ）太陽電池を形成することを含み得る。代替的に、方法は、多接合部（例えば、タンデム）太陽電池を形成することを含んでもよく、これは、２つ以上の電荷分離接合部及び２つ以上の電荷生成光子吸収層を含むので、そのように定義される。
【0062】
第１の不動態化層は、コレクタ層と基板との間に真性層（例えば、ノンドープ）を形成するように、導電型を有しないように構成され得る。
【0063】
半導体材料がｎ型である場合、それは、蛍光体（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、及びアンチモン（Ｓｂ）などのＶ族元素の不純物を含むように構成され得る。半導体材料がｐ型である場合、それは、ホウ素（Ｂ）、ガリウム（Ｇａ）、及びインジウム（Ｉｎ）などのＩＩＩ族元素の不純物を含有し得る。
【0064】
コレクタ層は、基板のものと同じである第１の導電型（例えば、ｎ型）を有するように構成された多数電荷キャリアコレクタ層を画定し得る。例えば、基板及び多数電荷キャリアコレクタ層の両方は、ｎ型であってもよく、これにより多数電荷キャリアコレクタ層は、電子コレクタ層を画定する。このように、多数電荷キャリアコレクタ層は、基板から電荷キャリアを選択的に選別又は抽出するように構成され得る。したがって、太陽電池が使用されているとき、基板に入射する光によって生成された電子は、電子コレクタ層に集められてもよく、それらは、多数電荷キャリアとして動作する。
【0065】
例示的な実施形態によれば、方法は、基板の裏表面上に不動態化領域を堆積させることを含み得る。したがって、コレクタ層は、不動態化領域の裏表面上に堆積され得る。
【0066】
実施形態では、方法は、基板の表面をテクスチャ加工して、不均一な表面に対応する、又は不均一な特性を有するテクスチャ加工された表面を形成することを含み得る。この場合、基板のテクスチャ加工された表面のために、基板に入射する光の量が増加し、したがって、太陽電池の効率が改善され得る。
【0067】
太陽電池は、コレクタ層の表面上に配置され得る反射防止層、又はコーティング、及び／又は透明な導電性酸化物層を更に備え得る。方法は、コレクタ層の露出表面上に反射防止層及び／又は透明導電性酸化物層を配置することを含み得る。反射防止コーティング及び／又は透明導電性酸化物コーティングを堆積させる方法は、マグネトロンスパッタリング、又は任意の他の好適な堆積方法を含み得る。
【0068】
太陽電池は、層状構造の表面上に配置され得る電極を更に含み得る。方法は、層状構造上に電極を配置することを更に含み得る。層状構造は、裏表面（例えば、最裏表面）及び裏表面の反対側にある前表面（例えば、最前表面）を備え得る。したがって、層状構造が基板の裏表面上に配置される場合、方法は、裏電極を画定するために、電極を層状構造の裏表面上に配置することを含み得る。層状構造が基板の前表面上に配置される場合、方法は、前電極を画定するために、電極を層状構造の前表面上に配置することを含み得る。代替の例示的な配置では、太陽電池は、交互嵌合された裏接触太陽電池を含み得る。したがって、方法は、当業者によって理解されるように、太陽電池の裏表面上に電極を配置することを含み得る。
【0069】
電極又は各々の電極は、複数のフィンガー電極を含んでもよく、したがって、方法は、複数のフィンガー電極を層状構造上に堆積させることを含んでもよい。方法は、層状構造の前表面又は裏表面上に導電性材料を堆積させることを含み得る。導電性材料は、蒸発、めっき、印刷などを含む様々な方法によって堆積され得る。例えば、導電性材料は、印刷された材料を含み得る。導電性材料を堆積させる方法は、印刷された材料の印刷可能な前駆体を層状構造の表面上に印刷することを含み得る。方法は、焼成プロセスに従って印刷可能な前駆体を硬化させて、フィンガー電極を形成することを更に含み得る。
【0070】
太陽電池は、それぞれ、基板の前表面及び裏表面上に配置された前層状構造と、裏層状構造と、を備えてもよく、太陽電池は、前層状構造の前表面上に配置された前電極と、裏層状構造の裏表面上に配置された裏電極と、備えてもよい。各電極は、前及び裏層状構造のそれぞれの表面とオーム接触を形成するように構成され得る。
【0071】
太陽電池を製造するための例示的な方法によれば、方法は、基板を提供することと、表面の前表面上に前層状構造を配置することと、基板の裏表面上に裏層状構造を配置することと、を含み得る。基板は、ｎ型であるようにドープされ得る。前及び裏層状構造は各々、不動態化領域及びコレクタ層を備え得る。
【0072】
前不動態化領域は、第１の不動態化層と、第２の不動態化層と、を備えてもよく、第１の不動態化層は、第２の不動態化層と基板との間に介在する。前不動態化領域は、第３の不動態化層を含まないように構成され得る。第１の前不動態化層は、ノンドープであり得る。第２の前不動態化層及び前コレクタ層は、ｎ型であるようにドープされ得る。したがって、第１の前不動態化層は、前不動態化領域のノンドープ部分を画定してもよく、第２の前不動態化層は、前不動態化領域のマイクロドープ部分を画定してもよい。
【0073】
裏不動態化領域は、第１の裏不動態化層と、第１の裏不動態化層と裏コレクタ層との間に介在する第２の裏不動態化層と、を備え得る。裏不動態化領域は、第１の裏不動態化層と基板との間に介在する第３の裏不動態化層を更に備え得る。第１及び第３の裏表面不動態化層は、ノンドープであってもよく、第２の裏不動態化及び裏コレクタ層は、ｐ型であるようにドープされてもよい。したがって、第１及び第３の裏不動態化層は、一緒になって、裏不動態化領域のノンドープ部分を画定してもよく、第２の裏不動態化層は、裏不動態化領域のマイクロドープ部分を画定してもよい。
【0074】
裏表面不動態化領域を堆積させる方法は、それぞれ、第１、第２、及び第３のガスを使用して第１、第２、及び第３の裏不動態化層を堆積させることを含み得る。第２のガスの水素比は、第１のガスの水素比の最大で２．５倍、かつ少なくとも０．４倍であり得る。第３のガスの水素比は、第１のガス及び第２のガスのうちの少なくとも１つ又は各々の水素比の最大で０．１倍であり得る。
【0075】
前不動態化領域を堆積させる方法は、互いに異なる、及び／又は裏不動態化領域を堆積させるために使用される第１、第２、及び第３のガスとは異なる源ガスを使用して、第１及び第２の前不動態化層を堆積させることを含み得る。
【0076】
第２の態様によれば、先行する段落のいずれか１つの方法に従って製造された太陽電池が提供される。
【0077】
太陽電池は、基板と、基板の表面上に配置された不動態化領域と、不動態化領域の表面上に配置されたコレクタ層と、を備え得る。このようにして、不動態化領域は、基板とコレクタ層との間に介在し得る。不動態化領域は、基板の表面上に配置された第１の不動態化層と、第１の不動態化層の表面上に配置された第２の不動態化層と、を備え得る。第１の不動態化領域は、第１のガスを使用して、堆積されてもよく、例えば、堆積可能であってもよい。第２の不動態化領域は、第１の不動態化層の表面を水素プラズマで処理することなく、第２のガスを使用して、堆積されてもよく、例えば、堆積可能であってもよい。第１及び第２のガスは、各々、水素及びシリコン系ガスを含み得る。第２のガス中のシリコン系ガスに対する水素ガスの比（例えば、水素ガスのパーセンテージ又は割合）は、第１のガス中のシリコン系ガスに対する水素ガスの比（例えば、水素ガスのパーセンテージ又は割合）の最大で２．５倍、かつ少なくとも０．４倍であり得る。
【0078】
不動態化領域は、第１の不動態化層とコレクタ層との間に介在する第３の不動態化層を備え得る。第３の不動態化層は、第１のガス及び第２のガスとは異なる第３のガスによって、堆積されてもよく、例えば、堆積可能であってもよい。第３のガスは、水素ガス及びシリコン系ガスを含み得る。第３のガスのシリコン系ガスに対する水素ガスの比は、第１及び第２のガスのうちの少なくとも１つのシリコン系ガスに対する水素ガスの比の最大で０．１倍であり得る。
【0079】
コレクタ層は、例えば、第１、第２、及び第３のガスとは異なる第４のガスによって堆積されてもよく、例えば、堆積可能であってもよい。第４のガスは、水素及びシリコン系ガスを含み得る。
【0080】
第１の不動態化層は、導電型で構成されなくてもよく、すなわち、ノンドープ、又は真性であり得る。第２の不動態化層及びコレクタ層のうちの少なくとも１つ又は各々は、導電性ドーパント原子の含有に基づいて、導電型（例えば、ｎ型又はｐ型）を有するように構成され得る。第２の不動態化層の導電性ドーパント原子の濃度は、コレクタ層の導電性ドーパント濃度よりも小さくてもよい。第２の不動態化層は、その導電率を増加させるために、ドーパント原子でマイクロドープされ得る。
【0081】
実施形態では、太陽電池は、ヘテロ接合型（ＨＪＴ）太陽電池を画定するように構成され得る。代替的に、太陽電池は、多接合太陽電池を画定するように構成され得る。
【0082】
太陽電池は、コレクタ層の反対側に配置された反射防止層又はコーティングを更に備え得る（例えば、コレクタ層が反射防止層と基板との間に介在するように）。反射防止層は、当業者によって理解されるように、単一の層を備え得るか、又はそれは複数の層から形成され得る。
【0083】
反射防止層は、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）などの透明導電性酸化物（ＴＣＯ）材料から形成され得る。基板の表面（例えば、基板の前表面及び／又は裏表面）は、テクスチャ加工され得る。層状構造内の層の各々は、反射防止層が太陽電池のテクスチャ加工された外面（例えば、太陽電池の前表面及び／又は裏表面）を画定するように、基板のテクスチャ加工された表面と実質的に適合し得る。反射防止層は、有利には、太陽電池に入射する光の反射率を低下させ、所定の波長帯域の選択性を高め、それによって太陽電池の効率を増加させる。
【0084】
太陽電池は、層状構造の反対側に配置され、太陽電池から光生成された電荷キャリアを抽出するように構成された電極を備え得る。電極は、層状構造が電極と基板との間に介在するように配置され得る。ＴＣＯ層（例えば、反射防止層）は、コレクタ層に電気的に接続され得る。ＴＣＯ層は、層状構造のそれぞれの表面上に配置された電極への側方キャリア輸送を増加させるように構成され得る。この構成では、ＴＣＯ層（例えば、反射防止層）は、電極とコレクタ層との間に介在し得る。
【0085】
層状構造が基板の裏表面（例えば、最裏表面）上に配置される場合、電極は、太陽電池の裏電極を画定するために、層状構造の裏表面上に配置され得る。
【0086】
層状構造が基板の前表面（例えば、最前表面）上に配置される場合、電極は、太陽電池の前電極を画定するために、層状構造の前表面上に配置され得る。
【0087】
太陽電池が、それぞれ、基板の前表面及び裏表面上に配置された前層状構造及び裏層状構造を備える場合、太陽電池は、前層状構造の前表面上に配置された前電極及び裏層状構造の裏表面上に配置された裏電極を備え得る。各電極は、前及び裏層状構造のそれぞれの表面とオーム接触を形成するように構成され得る。
【0088】
前電極及び裏電極は、各々、不動態化領域のそれぞれの表面上に配置される複数のフィンガー電極を備え得る。各フィンガー電極は、その幅よりも実質的に大きい軸方向の長さを有するように構成され得る。フィンガー電極の幅及び軸方向長さの両方は、不動態化領域のそれぞれの表面の平面内で垂直方向に測定され得る。フィンガー電極は、不動態化領域の幅方向と平行な横方向に延在し得る。
【0089】
複数の前フィンガー電極及び／又は裏フィンガー電極の各々内のフィンガー電極は、それぞれの表面にわたって離隔されて、フィンガー電極間の横方向に延在する空間を画定し得る。フィンガー電極は、不動態化領域の長さ方向と実質的に平行である長手方向に離隔され得る。各複数のフィンガー電極は、互いに実質的に平行であり得る。したがって、複数の裏フィンガー電極は、平行な長手方向に離隔された（例えば、等間隔に離隔された）フィンガー電極のアレイを形成し得る。
【0090】
本明細書で使用される「導電性」及び「絶縁する」という用語は、それぞれ、導電性及び電気的な絶縁を意味することが明示的に意図されることが理解されるであろう。これらの用語の意味は、本開示の技術的文脈、すなわち光起電力太陽電池デバイスの文脈を考慮すると、特に明らかであろう。「オーム接触」という用語は、非整流電気接合部（すなわち、実質的に線形の電流電圧（Ｉ－Ｖ）特性を示す２つの導体間の接合部）を意味することが意図されることも理解されるであろう。
【0091】
例示的な配置によれば、太陽電池は、基板と、基板の前表面上に配置された前層状構造と、基板の裏表面上に配置された裏層状構造と、を備え得る。裏層状構造は、ｐｎ接合部を形成するためにｎ型基板の反対側に位置付けられる太陽電池のｐ型正孔コレクタ（又は正孔コレクタ層）を画定し得る。正孔コレクタは、裏電極に電気的に接続され、正孔コレクタが裏電極と基板との間に配置されるように配置され得る。前層状構造は、基板の前表面に向かって、すなわち、基板と前電極との間に位置付けられているｎ型電子コレクタ（又は電子コレクタ層）を画定し得る。電子コレクタは、基板から電荷キャリアを抽出し、それらを太陽電池の動作中に前電極に移動させるように構成され得る。
【0092】
第３の態様によれば、第２の態様による複数の太陽電池を備える太陽モジュールが提供される。複数の太陽電池は、一緒に電気的に結合され得る。
【0093】
当業者は、相互に排他的な場合を除き、上記の態様のいずれか１つに関連して記載された特徴又はパラメータが任意の他の態様に適用され得ることを理解するであろう。更に、相互に排他的である場合を除き、本明細書に記載される任意の特徴又はパラメータは、任意の態様に適用されてもよく、かつ／又は本明細書に記載される任意の他の特徴又はパラメータと組み合わされてもよい。
【図面の簡単な説明】
【0094】
次に、図面を参照しながら、実施形態を例としてのみ説明する。
【0095】
【図1】太陽電池の層を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0096】
次に、本開示の態様及び実施形態を、添付図面を参照して考察する。更なる態様及び実施形態は、当業者には明らかであろう。
【0097】
図１は、他の層の中でも、放射源（例えば、太陽）からの光が通常の使用中に入射する第１の表面（すなわち、前表面）１４と、前表面１４の反対側にある第２の表面（すなわち、裏表面）１６と、を備える半導体基板１２を備える太陽電池１０を概略的に示す。すなわち、前表面１４は、太陽の方を向くように使用中に構成されてもよく、一方、裏表面１６は、太陽から離れる方を向くように使用中に構成されてもよい。
【0098】
基板１２は、太陽電池１０を、基板１２の前方（すなわち、前）の前部分１８と、基板１２の後方の裏部分２０とに分割する。太陽電池１０に入射する光は、前部分１８、基板１２、次いで裏部分２０を通過する。代替的に、光はまた、光が最初に裏部分２０を通過し、次いで基板１２を通過し、次いで前部分１８を通過するように、後方方向から太陽電池１０に入射し得る。このようにして、太陽電池１０は、両面型太陽電池として構成され得る。
【0099】
前部分１８及び裏部分２０の各々は、別個の層状構造を画定するように配置される複数の層を備える。前部分１８（本明細書では前層状構造１８とも称される）は、基板１２の前表面１４の反対側に配置され、裏部分２０（本明細書では裏層状構造２０とも称される）は、基板１２の裏表面１６の反対側に配置される。前層状構造体１８及び裏層状構造体２０の構成層は、基板１２のそれぞれの前表面１４及び裏表面１６上に順次堆積される（又は、例えば、拡散されるか又は注入される）。
【0100】
前部分１８及び裏部分２０の層の各々は、幅、長さ、及び深さを有して構成される。各層の幅及び長さは、基板１２の前表面１４及び裏表面１６と整列される垂直方向に測定される。各層について、その幅及び長さの各々は、基板１２の前表面１４及び裏表面１６に垂直である方向で測定される、その深さよりも実質的に大きい。
【0101】
太陽電池１０は、裏接合太陽電池（特に、裏接合ヘテロ接合太陽電池１０）である。したがって、太陽電池１０は、基板１２のいずれかの側に配置された正孔コレクタ５０及び電子コレクタ５２（すなわち、電子／正孔コレクタ層）を備えている。したがって、正孔コレクタ５０は、裏部分２０の一部を形成し、電子コレクタ５２は、前部分１８の一部を形成する。
【0102】
図示された実施形態によれば、基板１２は、ｐ型正孔コレクタ５０とｐｎ接合部を形成するｎ型単結晶シリコンウェハである。電子コレクタ５２は、基板１２から電子を抽出するように構成されるように、ｎ型にドープされる。正孔５０及び電子コレクタ５２は、各々、当業者によって理解されるように、所定の導電型を達成するために、対応する素子とドープされる、水素化非晶質シリコン（ａ－Ｓｉ：Ｈ）材料から形成される。
【0103】
前部分１８は、基板１２の前表面１４と電子コレクタ５２との間に介在する前不動態化層２８（本明細書では前不動態化領域２８とも称される）を備える。裏部分２０の裏不動態化層３０（本明細書では裏不動態化領域３０とも称される）は、正孔コレクタ５０と基板１２の裏表面１６との間に介在する。電子コレクタ５２は、図１に示すように、前不動態化領域２８の前表面２６上に配置され、正孔コレクタ５０は、裏不動態化領域３０の裏表面３６上に配置される。
【0104】
不動態化領域２８、３０の各々は、概して、非晶質シリコン材料で形成される。しかしながら、前不動態化領域２８及び裏不動態化領域３０の各々の組成は、以下でより詳細に説明するように、その深さにわたって変化する。
【0105】
電子コレクタ５２及び正孔コレクタ５０は、各々、５～３０ｎｍの深さを有し、不動態化領域２８、３０は、各々、５～２５ｎｍの深さを有する（図１に示す垂直方向で測定されるように）。
【0106】
太陽電池１０は、電子コレクタ５２の前表面５４に配置される透明導電性酸化物（ＴＣＯ）層４６を更に備えている。更なるＴＣＯ層４８は、正孔コレクタ５０の裏表面４４に配置される。当業者によって理解されるように、基板１２の前表面及び裏表面は、テクスチャ加工される。後続の正孔５０及び電子コレクタ５２、並びにＴＣＯ層４６、４８は、各々、基板表面のテクスチャ加工されたプロファイルに従う。したがって、テクスチャ加工されたＴＣＯ層４６、４８は、図１～図３に示すように、太陽電池１０の反射防止表面を提供する。
【0107】
前電極４０は、前ＴＣＯ層４６の前テクスチャ加工表面５６において提供され、裏電極４２は、裏ＴＣＯ層４８の裏テクスチャ加工表面５８において提供される。前電極４０及び裏電極４２は、銀から形成される。前ＴＣＯ層４６及び裏ＴＣＯ層４８は、各々、最大で１００ｎｍ、かつ少なくとも１０ｎｍ、任意選択的に最大で７０ｎｍ、かつ少なくとも６０ｎｍ（図１に示される垂直方向に測定されるように）の厚さを有し、それらは、各々、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）などの透明導電性酸化物から形成される。裏ＴＣＯ層４８の厚さは、前ＴＣＯ層４６の厚さよりも小さくてもよい。
【0108】
【0109】
前不動態化領域２８は、第１の前不動態化層２２及び第２の前不動態化層２４を備え、各々、異なる組成を有する。第２の前不動態化層２４は、電子コレクタ５２と第１の前不動態化層２２との間に介在する。第１の前不動態化層２２は、図２に示すように、第２の前不動態化層２４と基板１２との間に介在する。
【0110】
第１の前不動態化層２２及び第２の前不動態化層２４の各々は、同じ又は異なる水素濃度を有するように構成される。水素濃度は、対応する層の非晶質シリコン材料に導入された、又はドープされた水素原子の量を指す。
【0111】
第１の前不動態化層２２は、ノンドープ、すなわち、真性であり、第２の前不動態化層２４は、それが電子コレクタ５２と同じ導電型を有するように、ドープｎ型である。しかしながら、第２の前不動態化層２４のドーパント濃度は、電子コレクタ５２のドーパント濃度よりも実質的に低い。したがって、第１の前不動態化層２２は、前不動態化領域２８のノンドープ部分を画定し、第２の前不動態化層２４は、前不動態化領域２８のマイクロドープ部分を画定する。
【0112】
前不動態化領域２８とは対照的に、裏不動態化領域３０は、図３に示すように、３つの裏層３２ａ、３２ｂ、３４ａのスタックを備える。第１の裏不動態化層３２ａは、第２の裏不動態化層３４ａと基板１２との間に介在する。図３に示すように、第３の裏表面不動態化層３２ｂは、第１の裏表面不動態化層３２ａと基板１２との間に介在する。
【0113】
前層と同様に、第１の裏層３２ａ、第２の裏層３４ａ、及び第３の裏層３２ｂの各々は、非晶質シリコン材料から形成される。また、３つの裏不動態化層３２ａ、３２ｂ、３４ａは、各々、異なる材料から形成される。例えば、第１の裏不動態化層３２ａ及び第２の裏不動態化層３４ａの水素濃度レベルが実質的に同じである一方で、第３の裏不動態化層３２ｂの水素濃度レベルは、第１の層３２ａ及び第２の層３４ａの水素濃度レベルよりも実質的に低い。
【0114】
第１の裏不動態化層３２ａ及び第３の裏不動態化層３２ａは、ノンドープ、すなわち、真性であり、第２の裏不動態化層３４ａは、正孔コレクタ５０と同じ導電型を有するように、ドープｐ型である。第２の裏不動態化層３４ａのドーパント濃度は、正孔コレクタ５０のドーパント濃度よりも実質的に低い。したがって、第２の裏不動態化層３４ａは、裏不動態化領域３０のマイクロドープ部分（すなわち、マイクロドープされた裏不動態化部分３４）を画定する。対照的に、第１の裏不動態化層３２ａ及び第３の裏不動態化層３２ｂは一緒になって、裏不動態化領域３０のノンドープ部分（すなわち、ノンドープ裏不動態化部分３２）を画定する。
【0115】
第１の裏不動態化層３２ａ、第２の裏不動態化層３３ａ、及び第３の裏不動態化層３２ｂは、それぞれの深さがおよそ５ｎｍ、６ｎｍ、及び３ｎｍであるように構成される（図２及び図３に示される垂直方向で測定されるように）。
【0116】
上述したように、層２２、２４、３２ａ、３２ａ、３４ａの各々は、非晶質シリコン材料から形成される。これらの非晶質シリコン材料の構造的、化学的、及びドーパント濃度は、以下でより詳細に説明するように、対応する堆積プロセスのパラメータを調整することによって、対応する層の製作中に構成される。
【0117】
図４は、上述したものなどの太陽電池を形成する方法１００を描画する。方法は、太陽電池１０の基板１２を画定するために結晶性シリコンウェハを提供する第１のステップ１０２を含む。基板１２は、当業者によって理解されるように、蒸着チャンバ内に配置され、真空下で保持される。
【0118】
第２の方法ステップ１０４では、方法は、ノンドープ裏不動態化部分３２（すなわち、第１の裏不動態化層３２ａ及び第３の裏不動態化層３２ｂ）の基板１２の裏表面１６上への堆積で続行する。方法ステップ１０４は、第３の裏不動態化層３２ｂを基板１２の裏表面１６上に堆積させることから始まる。次いで、第３の裏不動態化層３２ｂが堆積されると、方法は、第３の裏不動態化３２ｂの裏表面上に第１の裏不動態化層３２ａを堆積させることに進む。
【0119】
第３の方法ステップ１０６は、第１の裏不動態化層３２ａの裏表面上にマイクロドープされた裏不動態化部分３４（すなわち、第２の裏不動態化層３４ａ）を堆積させることを含む。
【0120】
第４のステップ１０４は、裏不動態化領域３０の裏表面上に正孔コレクタ５０を堆積させることを含む。したがって、正孔コレクタ５０は、太陽電池１０の裏コレクタ層を画定する。
【0121】
第２の方法ステップ１０４、第３の方法ステップ１０６、及び第４の方法ステップ１０８は、シリコンウェハ基板１２の後面１６上に半導体材料の層を配置する（又は形成する）ことを伴う。これは、堆積、拡散、ドープ、及び／又は埋め込みステップを含み得る。言及されている層は、上述したように、太陽電池１０の後部分２０の少なくとも一部を形成する層（例えば、第１の裏不動態化層３２ａ、第２の裏不動態化層３４ａ、及び第３の裏不動態化層３２ｂ、及び正孔コレクタ５０）である。これらのステップの各々は、蒸着プロセス（例えば、ＰＥＣＶＤ）を使用して対応する半導体材料を堆積させることを伴う。
【0122】
概して、蒸着プロセスのパラメータは、各層の組成（例えば、構造的及び／又は化学的）及びドーパント濃度を決定するように構成される。方法ステップ１０４、１０６、及び１０８中に形成された層の各々の堆積中に、プラズマが堆積チャンバ内に形成され得ることに留意されたい。しかしながら、これらの堆積プロセスステップ中のいかなる時点においても、層のいずれかに対して実行される別個の水素プラズマエッチング処理は存在しない。
【0123】
本発明の例示的な配置によれば、太陽電池１０の前部分１８の層（例えば、第１の前不動態化層２２及び第２の前不動態化層２４、及び電子コレクタ５２）の各々は、裏部分２０の対応する層に関して上述したような同様の方法を使用して堆積され得る。例えば、方法ステップ１０２～１１０は、太陽電池１０の前側で対応するステップ１０２～１１０を実行する前に、太陽電池１０の裏側で順次実行され得る。代替的に、当業者によって理解されるように、前層は、裏層を堆積させる前に堆積され得る。
【0124】
更なる代替の方法によれば、前太陽電池部分１８及び裏太陽電池部分２０の層の各々は、任意の好適な順序又はシーケンスに従って堆積され得る。例えば、方法は、方法ステップ１０４に従って、第１の裏不動態化層３２ａ及び第３の裏不動態化層３２ｂを堆積させることを含み得る。次いで、方法は、それぞれ、方法ステップ１０４及び１０６に従って、前部分１８の第１の前不動態化層２２及び第２の前不動態化層２４を堆積させることによって進み得る。方法は、方法ステップ１０６に従って、第２の裏不動態化層３４ａの堆積で続行し得る。
【0125】
層の各々はまた、別個の堆積チャンバ内に堆積され得ることが理解されるであろう。例示的な方法によれば、裏ノンドープ不動態化部分（すなわち、第１の裏不動態化層３２ａ及び第３の裏不動態化層３２ｂ）は、第１の堆積チャンバ内に堆積されてもよく、第１の前不動態化層２２及び第２の前不動態化層２４は、第２の堆積チャンバ内に堆積されてもよく、裏マイクロドープ不動態化部分（すなわち、第２の裏不動態化層３４ａ）は、第３の堆積チャンバ内に堆積されてもよい。
【0126】
太陽電池１０の裏部分２０を特に参照すると、第１の裏不動態化層３２ａ、第２の裏不動態化層３４ａ、及び第３の裏不動態化層及び３２ｂを堆積させる方法は、それぞれ、第１、第２、及び第３のガスを使用することを伴う。裏コレクタ層５０（例えば、正孔コレクタ５０）を堆積させる方法は、第４のガスを含む。
【0127】
層３２ａ、３２ｂ、３４ａ、及び５０を堆積させるために使用されるガスの各々は、複数のガス種、又は構成ガスからなり得る。各ガスの構成ガスは、堆積チャンバ内に導入される前に混合される。第１、第２、第３、及び第４のガスは、各々、ＳｉＨ４などのシリコン系ガスを含む。ガスのうちの少なくとも１つはまた、水素（例えば、Ｈ２）を含む。
【0128】
第１のガスの水素濃度は、第２のガスの水素濃度に実質的に等しい。第３のガスの水素濃度は、およそ０（すなわち、実質的に純粋なＳｉＨ４）である。特に、方法ステップ１０４は、ＳｉＨ４に対するＨ２の比が１上がるように第３のガスを構成することを含み、一方、第１及び第２のガスは、各々、ＳｉＨ４に対するＨ２の比が３５及び／又は少なくとも２５上がるように構成される。例示的な方法では、第１及び第２のガスのＳｉＨ４に対するＨ２の比は、およそ３２（例えば、３２）であり、第３のガスのＳｉＨ４に対するＨ２の比は、およそ０（例えば、０）である。
【0129】
このようにして、第１及び第２のガスは、第１の裏不動態化層３２ａ及び第２の裏不動態化層３４ａの堆積中に堆積チャンバ内に導入される水素ガスのレベルが、第３の裏不動態化層３２ｂの堆積中に存在するレベルよりも少なくとも一桁大きいように構成される。更に、第１の裏不動態化層３２ａと第２の裏不動態化層３４ａの両方の堆積中に導入される水素ガスのレベルは、実質的に同じである。これは、裏コレクタ層５０との界面に向かって（すなわち、その上に堆積される）裏不動態化領域３０の緻密化をもたらす。第１の裏不動態化層３２ａ及び第２の裏不動態化層３４ａの緻密化は、それによって、裏不動態化領域３０における欠陥状態の数を減少させ、それによって、太陽電池１０の充填係数を増加させる。
【0130】
第１及び第３のガスは、それらが任意のドーパントガスを含まないように構成され、それによって、第１の裏不動態化層３２ａ及び第３の裏不動態化層３２ｂがノンドープであることを確実にする。対照的に、第２及び第４のガスは両方とも、Ｂ２Ｈ６などの正のドーパントガスを含み、これは、第２の裏不動態化層３４ａ及び正孔コレクタ５０が正にドープされることをもたらす。
【0131】
方法ステップ１０４、１０６の各々の間、チャンバ内に導入されるドーパントガスの流量は、第２の裏不動態化層３４ａ及び正孔コレクタ５０のそれぞれのドーパント濃度を決定するために制御される。このように、方法ステップ１０６は、第２のガス中のＳｉＨ４に対するＢ２Ｈ６の比が０．０１～０．１％になるように、第２のガスを構成することを伴い、方法ステップ１０８は、ＳｉＨ４に対するＢ２Ｈ６の比が１～４％になるように、第４のガスを構成することを含む。
【0132】
第２の前不動態化層２４及び電子コレクタ５２は両方とも、それぞれ、第２の裏不動態化層３４ａ及び正孔コレクタ５０に関連して上述したものと同様の様式で堆積され得ることが理解されるであろう。主な違いは、第２の前不動態化層２４及び電子コレクタ層５２を堆積させるために使用されるガスが、ＰＨ３などの負のドーパントガスを含み、これにより、層が負のドープ状態になることである。第１の前不動態化層２２は、第１の裏不動態化層３２ａ及び第３の裏不動態化層３２ｂと同様に、ドーパントガスを含まないガスを使用して堆積され得る。
【0133】
第５の方法ステップ１１０では、方法は、それぞれ、電子コレクタ５２及び正孔コレクタ５０上に前ＴＣ領域４６及び裏ＴＣ領域４８を堆積させることを含む。この方法ステップは、ＤＣマグネトロンスパッタリングプロセスを使用して、太陽電池１０の前表面及び裏表面上に前及び裏ＴＣ領域を堆積させることを伴う。概して、スパッタリングプロセスのパラメータは、組成（例えば、構造的及び／又は化学的）及び各層の電気的及び光学的特性を決定するように構成される。
【0134】
最後に、第６の方法ステップ１１２は、太陽電池１０の前部分１８及び裏部分２０の最外面上に前電極４０及び裏電極４２を配置することを含む。
【0135】
本発明は、上述した実施形態には限定されず、様々な修正及び改良が、本明細書に記載された概念から逸脱することなく行うことができることが理解されるであろう。相互に排他的な場合を除いて、いかなる特徴も、任意の他の特徴とは別個に、又はそれらと組み合わせて用いることができ、本開示は、本明細書に記載された１つ以上の特徴の全ての組み合わせ、及び部分組み合わせに拡張され、これらを包含する。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【国際調査報告】