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特表2015-523711ポイント接点式太陽電池用の改善したドーピングパターン
(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】特表2015-523711(P2015-523711A)
(43)【公表日】2015年8月13日
(54)【発明の名称】ポイント接点式太陽電池用の改善したドーピングパターン
(51)【国際特許分類】
H01L 31/061 20120101AFI20150717BHJP
H01L 31/18 20060101ALI20150717BHJP
H01L 31/068 20120101ALI20150717BHJP
H01L 21/266 20060101ALI20150717BHJP
H01L 21/265 20060101ALI20150717BHJP
【ＦＩ】
H01L31/06 100
H01L31/04 440
H01L31/06 300
H01L21/265 M
H01L21/265 F
H01L21/265 H
H01L21/265 602A
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
【全頁数】17
(21)【出願番号】特願2015-510438(P2015-510438)
(86)(22)【出願日】2013年5月1日
(85)【翻訳文提出日】2014年12月25日
(86)【国際出願番号】US2013039096
(87)【国際公開番号】WO2013166171
(87)【国際公開日】20131107
(31)【優先権主張番号】13/464,582
(32)【優先日】2012年5月4日
(33)【優先権主張国】US
(81)【指定国】
AP(BW,GH,GM,KE,LR,LS,MW,MZ,NA,RW,SD,SL,SZ,TZ,UG,ZM,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,RU,TJ,TM),EP(AL,AT,BE,BG,CH,CY,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,FR,GB,GR,HR,HU,IE,IS,IT,LT,LU,LV,MC,MK,MT,NL,NO,PL,PT,RO,RS,SE,SI,SK,SM,TR),OA(BF,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GQ,GW,ML,MR,NE,SN,TD,TG),AE,AG,AL,AM,AO,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BH,BN,BR,BW,BY,BZ,CA,CH,CL,CN,CO,CR,CU,CZ,DE,DK,DM,DO,DZ,EC,EE,EG,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM,GT,HN,HR,HU,ID,IL,IN,IS,JP,KE,KG,KM,KN,KP,KR,KZ,LA,LC,LK,LR,LS,LT,LU,LY,MA,MD,ME,MG,MK,MN,MW,MX,MY,MZ,NA,NG,NI,NO,NZ,OM,PA,PE,PG,PH,PL,PT,QA,RO,RS,RU,RW,SC,SD,SE,SG,SK,SL,SM,ST,SV,SY,TH,TJ,TM,TN,TR,TT,TZ,UA,UG,US,UZ,VC
(71)【出願人】
【識別番号】500239188
【氏名又は名称】ヴァリアン セミコンダクター イクイップメント アソシエイツ インコーポレイテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100147485
【弁理士】
【氏名又は名称】杉村 憲司
(74)【代理人】
【識別番号】100161148
【弁理士】
【氏名又は名称】福尾 誠
(74)【代理人】
【識別番号】100169823
【弁理士】
【氏名又は名称】吉澤 雄郎
(72)【発明者】
【氏名】ニコラス ピー ティー ベイトマン
(72)【発明者】
【氏名】ジョン ダブリュー グラフ
【テーマコード（参考）】
5F151
【Ｆターム（参考）】
5F151AA01
5F151AA16
5F151CB19
5F151DA03
(57)【要約】
太陽電池、特にポイント接点式太陽電池をドーピングする方法を開示する。太陽電池の１つの表面にはｎ型ドーピングすべき部分を必要とし、他の部分はｐ型ドーピングする。一導電性を有する種のブランケットドーピングと、反対の導電性を有する種のパターン化したカウンタードーピング処理とを用いることにより、少なくとも１つのリソグラフィ工程を除外し得る。パターン化した注入中にドーピングされる領域には、ブランケットドーピングの効果を完全に反転させるとともにブランケットドーピングとは反対の導電性を達成するのに充分なドーズ量を受けるようにする。ある例では、多数キャリアの横方向直列抵抗を減少させるためにカウンタードープラインをも用いる。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１の導電性を有する基板を設ける工程と、
前記第１の導電性とは反対の第２の導電性の種で前記基板の表面上にブランケット注入を実行して、前記第１の導電性のベースと前記第２の導電性のエミッタとを形成する工程と、
前記第１の導電性の種を用いて前記基板の前記表面のパターン化注入を実行して、前記表面上に前記第１の導電性の個別のカウンタードープ領域を形成し、これらのカウンタードープ領域が前記ベースに電気的に接続されているようにする工程と、
前記第２の導電性の種を用いて前記基板の前記表面の第２のパターン化注入を実行して、多量にドーピングされたエミッタ領域を形成する工程と、
を含むポイント接点式太陽電池の製造方法。
前記第１の導電性とは反対の第２の導電性の種で前記基板の表面上にブランケット注入を実行して、前記第１の導電性のベースと前記第２の導電性のエミッタとを形成する工程と、
前記第１の導電性の種を用いて前記基板の前記表面のパターン化注入を実行して、前記表面上に前記第１の導電性の個別のカウンタードープ領域を形成し、これらのカウンタードープ領域が前記ベースに電気的に接続されているようにする工程と、
前記第２の導電性の種を用いて前記基板の前記表面の第２のパターン化注入を実行して、多量にドーピングされたエミッタ領域を形成する工程と、
を含むポイント接点式太陽電池の製造方法。
【請求項2】
請求項１に記載のポイント接点式太陽電池の製造方法において、
前記カウンタードープ領域を円形又は方形とするポイント接点式太陽電池の製造方法。
前記カウンタードープ領域を円形又は方形とするポイント接点式太陽電池の製造方法。
【請求項3】
請求項１に記載のポイント接点式太陽電池の製造方法において、更に、
前記第１の導電性の種で前記基板の前記表面上にパターン化注入を実行して、前記個別のカウンタードープ領域を接続するラインを形成する工程
を含むポイント接点式太陽電池の製造方法。
前記第１の導電性の種で前記基板の前記表面上にパターン化注入を実行して、前記個別のカウンタードープ領域を接続するラインを形成する工程
を含むポイント接点式太陽電池の製造方法。
【請求項4】
請求項３に記載のポイント接点式太陽電池の製造方法において、
前記ラインを一方向とするポイント接点式太陽電池の製造方法。
前記ラインを一方向とするポイント接点式太陽電池の製造方法。
【請求項5】
請求項３に記載のポイント接点式太陽電池の製造方法において、
前記ラインを互いに垂直である二方向とし、これにより格子状のパターンを形成するポイント接点式太陽電池の製造方法。
前記ラインを互いに垂直である二方向とし、これにより格子状のパターンを形成するポイント接点式太陽電池の製造方法。
【請求項6】
被照射面と、
非照射面と、
前記被照射面及び前記非照射面間に位置するｎ型ベースと、を備えるポイント接点式太陽電池であって、
前記非照射面はｐ型ドーピングされてエミッタを形成しているとともに、前記非照射面が、
前記ベースと電気接続している複数の個別のカウンタードープｎ型領域と、
これら個別のカウンタードープｎ型領域を接続している複数のカウンタードープｎ型ラインと、
を備えるポイント接点式太陽電池。
非照射面と、
前記被照射面及び前記非照射面間に位置するｎ型ベースと、を備えるポイント接点式太陽電池であって、
前記非照射面はｐ型ドーピングされてエミッタを形成しているとともに、前記非照射面が、
前記ベースと電気接続している複数の個別のカウンタードープｎ型領域と、
これら個別のカウンタードープｎ型領域を接続している複数のカウンタードープｎ型ラインと、
を備えるポイント接点式太陽電池。
【請求項7】
請求項６に記載のポイント接点式太陽電池において、
前記個別のカウンタードープｎ型領域が円形又は方形であるポイント接点式太陽電池。
前記個別のカウンタードープｎ型領域が円形又は方形であるポイント接点式太陽電池。
【請求項8】
請求項６に記載のポイント接点式太陽電池において、
前記非照射面が更に、複数の個別の多量にドーピングされたエミッタ領域を備えるポイント接点式太陽電池。
前記非照射面が更に、複数の個別の多量にドーピングされたエミッタ領域を備えるポイント接点式太陽電池。
【請求項9】
請求項６に記載のポイント接点式太陽電池において、
前記ラインは一方向にあるポイント接点式太陽電池。
前記ラインは一方向にあるポイント接点式太陽電池。
【請求項10】
請求項６に記載のポイント接点式太陽電池において、
前記ラインは互いに直交する二方向にあり、これにより格子状のパターンを形成しているポイント接点式太陽電池。
前記ラインは互いに直交する二方向にあり、これにより格子状のパターンを形成しているポイント接点式太陽電池。
【請求項11】
第１の導電性を有する基板を設ける工程と、
前記第１の導電性とは反対の第２の導電性の種で前記基板の表面上にブランケット注入を実行して、前記第１の導電性のベースと前記第２の導電性のエミッタとを形成する工程と、
前記第１の導電性の種を用いて前記基板の前記表面のパターン化注入を実行して、前記表面上に前記第１の導電性の個別のカウンタードープドットを形成し、これらのカウンタードープドットが前記ベースに電気的に接続されているようにする工程と、
を含むポイント接点式太陽電池の製造方法。
前記第１の導電性とは反対の第２の導電性の種で前記基板の表面上にブランケット注入を実行して、前記第１の導電性のベースと前記第２の導電性のエミッタとを形成する工程と、
前記第１の導電性の種を用いて前記基板の前記表面のパターン化注入を実行して、前記表面上に前記第１の導電性の個別のカウンタードープドットを形成し、これらのカウンタードープドットが前記ベースに電気的に接続されているようにする工程と、
を含むポイント接点式太陽電池の製造方法。
【請求項12】
請求項１１に記載のポイント接点式太陽電池の製造方法において、更に、
前記第１の導電性の種で前記基板の前記表面上にパターン化注入を実行して、前記個別のカウンタードープドットを接続するラインを形成する工程
を含むポイント接点式太陽電池の製造方法。
前記第１の導電性の種で前記基板の前記表面上にパターン化注入を実行して、前記個別のカウンタードープドットを接続するラインを形成する工程
を含むポイント接点式太陽電池の製造方法。
【請求項13】
請求項１２に記載のポイント接点式太陽電池の製造方法において、
前記ラインが一方向にあるようにするポイント接点式太陽電池の製造方法。
前記ラインが一方向にあるようにするポイント接点式太陽電池の製造方法。
【請求項14】
請求項１２に記載のポイント接点式太陽電池の製造方法において、
前記ラインが互いに直交する二方向にあり、これにより格子状のパターンを形成するようにするポイント接点式太陽電池の製造方法。
前記ラインが互いに直交する二方向にあり、これにより格子状のパターンを形成するようにするポイント接点式太陽電池の製造方法。
【請求項15】
請求項１１に記載のポイント接点式太陽電池の製造方法において、
前記ドットを円形又は方形とするポイント接点式太陽電池の製造方法。
前記ドットを円形又は方形とするポイント接点式太陽電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、太陽電池をドーピングすることに関するものであり、特にポイント接点（点接点）式太陽電池用のドーピングパターンに関するものである。
【背景技術】
【0002】
イオン注入は、導電性を変える不純物を半導体基板内に導入する標準的な技術である。この場合、所望の不純物材料がイオン源内でイオン化され、イオンが加速されて所定のエネルギーのイオンビームを形成し、このイオンビームが基板の表面に指向される。このイオンビームにおけるエネルギーイオンが半導体材料のバルク内に侵入し、半導体材料の結晶格子内に埋め込まれて、所望の導電性の領域を形成する。
【0003】
イオン注入は太陽電池を製造するのに用いることができる。太陽電池は、半導体材料内に光子が吸収されることにより発生される電荷キャリアを分離させるビルトイン電界を有する装置である。この電界は代表的に、半導体材料の差動ドーピングによりｐｎ接合（ダイオード）を形成することにより生ぜしめられる。太陽電池の基板の一部（例えば、表面領域）に互いに反対の極性の不純物をドーピングすることにより、光を電気に変換する光起電装置として用い得るｐｎ接合を形成する。
【0004】
図１は、従来技術の太陽電池の第１の例を示しており、これは代表的な基板１５０の断面図である。光子１６０は、矢印により示すように頂面１６２を経て太陽電池１５０に入り込む。これらの光子１６０は、基板１５０に侵入する光子１６０の個数を最大にするとともに基板１５０から離れるように反射する光子を最少にするように設計した反射防止被膜１５２を通過する。
【0005】
太陽電池１５０は、その内部にｐｎ接合１７０を有するように形成されている。このｐｎ接合１７０は基板１５０の頂面１６２に対しほぼ平行であるとして示しているが、このｐｎ接合１７０を基板１５０の頂面１６２に対し平行とならないようにし得る他の構成も存在する。この太陽電池１５０は、光子１６０が、エミッタ１５３としても知られている高濃度ドーピングされた領域を経てこの太陽電池１５０に入り込むように製造されている。ある例では、エミッタ１５３をｎ型ドーピングされた領域とし得るが、他の例では、エミッタ１５３をｐ型ドーピングされた領域とし得る。（半導体のバンドギャップよりも大きい）充分なエネルギーを有する光子１６０は、半導体材料の価電子帯内の電子を導電帯に移動させるのを促進させることができる。この自由電子には、これに対応して価電子帯内で正に帯電された正孔が関連しているものである。外部負荷を駆動し得る光電流を発生させるためには、これらの電子‐正孔（ｅ‐ｈ）対を互いに分離させる必要がある。この分離は、ｐｎ接合１７０におけるビルトイン電界により行われる。従って、ｐｎ接合１７０の空乏領域内に発生された如何なるｅ‐ｈ対も、太陽電池１５０の空乏領域に拡散される如何なる他の少数キャリアと同様に分離される。入射された光子１６０の大部分は太陽電池１５０の表面領域付近に吸収される為、エミッタ１５３内で発生される多数キャリアをエミッタ１５３の深さを横切って拡散させて空乏領域に到達させるとともに他方の側に伝達するように掃引させる。従って、光発生電流の収集を最大にするとともに、エミッタ１５３におけるキャリアの再結合の可能性を最小にするために、エミッタ１５３を浅くするのが好ましい。
【0006】
かなりの光子１６０がエミッタ１５３を通過してベース１５４に入り込む。エミッタ１５３をｎ型領域とした設計では、ベース１５４をｐ型ドーピングされた領域とする。従って、これらの光子１６０はベース１５４内で電子１５３を励起でき、これら電子がエミッタ１５３内に自由に移動するが、関連する正孔はこのベース１５４内に留まる。或いはまた、エミッタ１５３をｐ型ドーピングされた領域とした場合には、ベースをｎ型ドーピングされた領域とする。この場合には、上述した光子１６０がベース１５４内で電子を励起でき、これら電子がベース１５４内に留まるが、関連の正孔がエミッタ１５３内に移動する。この場合、ｐｎ接合１７０の存在により生ぜしめられる電荷分離の結果として、光子により発生された追加のキャリア（電子及び正孔）を用いて外部負荷を駆動して回路を完成させることができる。
【0007】
エミッタ１５３を、外部負荷を介してベース１５４に外部接続することにより、電流を流し、従って、電力を生ぜしめることができる。このことを達成するために、代表的に金属製とした接点１５１及び１５５がそれぞれエミッタ１５３及びベース１５４の外側表面上に配置されている。ベース１５４は光子１６０を直接受光しない為、代表的にその接点１５５がこのベースの外側表面の全体に沿って配置されている。これとは相違して、エミッタ１５３の外側表面は光子１６０を受光し、従って、接点１５１で完全に被覆することができない。しかし、電子を接点１５１まで長距離移動させる必要がある場合には、太陽電池１５０の直列抵抗が増大し、これにより出力を低下させる。これらの２つの考慮事項（自由電子を接点１５１まで移動させる必要がある距離と、エミッタ表面１６３の露出量との双方）を互いに均衡させることを試みるために、殆どの分野で指の形状の接点１５１が用いられている。
【0008】
図１に示す例では、太陽電池１５０の両面上に接点１５１及び１５５を必要とし、これにより、光子１６０を透過させることのできる前面の利用可能面積を低減させる。図２に太陽電池１００の他の例の断面図を示している。本例の物理的特徴は基本的に図１の例に類似しており、ｐｎ接合は、発生された電子‐正孔対を分離させる電界を生ぜしめるのに用いられる。しかし、図１の例で行われているようにｐｎ接合を表面全体に亘って生ぜしめるのではなく、太陽電池１００の一部分のみにｐｎ接合を生ぜしめている。本例では、負にドーピングしたシリコン基板（ベース１０３）を用いることができる。ある例では、前面内に追加のｎ型ドーパントを導入することにより、より一層負にバイアスされる前面領域（ＦＳＦ）１０２が形成される。これに続いて、このＦＳＦ１０２に反射防止被膜１０１が被覆される。この図示の前面はしばしばエッチングされてピラミッド型の又はその他の非平坦面が形成され、表面積を増大させるようにされる。ｐ型接点１０７及びｎ型接点１０８のような金属接点や指状部１１０は全て底面、すなわち太陽電池１００の非照射面上に位置される。底面のある部分にｐ型ドーパントをドーピングしてエミッタ１０４を形成している。又、他の部分にはｎ型ドーパントをドーピングしてより一層負にバイアスされる裏面領域（ＢＳＦ）１０５を形成している。これらのエミッタ１０４及びＢＳＦ１０５間の領域は代表的に、ドーピングされずにシリコン酸化物で表面安定化されている。裏面にパッシベーション層１０６が被覆されて裏面の反射性を高めるようになっている。ｐ型接点１０７及びｎ型接点１０８はそれぞれエミッタ１０４及びＢＳＦ１０５に取付けられている。図３は、裏側の非照射面上に接点が配置されている、一般的に用いられる一構造を示している。本例では、エミッタ１０４及びＢＳＦ１０５の１つ以上の上に接点が配置されている。この種類の太陽電池は、ポイント接点式太陽電池として知られている。
【0009】
現在のエネルギーコスト及び環境問題のために、太陽電池が世界的に益々重要となってきている。高性能の太陽電池の製造費の如何なる低減化又は高性能の太陽電池に対する如何なる効率の改善によっても、世界的な太陽電池の実現に好影響を及ぼすものである。このことにより、クリーンエネルギー技術のより広い利用可能性を実現し得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
ポイント接点式太陽電池に対する現在の製造処理には、接点及びエミッタ領域を製造するために太陽電池の裏面上での少なくとも２回のリソグラフィ及び拡散工程が必要となる。何らかの処理工程を除外することにより、太陽電池に対する製造費及び複雑性を低減させる。更に、太陽電池の効率を改善する処理工程は何れも有益なものである。従って、ポイント接点式太陽電池をドーピングする改善した方法が当該技術において必要となる。
【課題を解決するための手段】
【0011】
従来技術の上述した欠点は、太陽電池、特にポイント接点式太陽電池をドーピングする方法を開示する本発明により解消されるものである。太陽電池の１つの表面にはｎ型ドーピングすべき部分が必要であり、他の部分にはｐ型ドーピングを行う。この所望の構造を達成するのに、従来では、複数のリソグラフィ及びドーピング工程が必要となる。これに対し、１つの導電性を有する種のブランケットドーピングと、これとは反対の導電性を有する種のマスクパターン化したカウンタードーピング処理とを用いることにより１つのリソグラフィ工程を除外し得る。パターン化した注入に際してドーピングされる領域には、ブランケットドーピングの効果を完全に逆にするとともにブランケットドーピングとは反対の導電性を達成するのに充分なドーズ量が与えられる。ある例では、多数キャリアの横方向直列抵抗を低減させるのにも、カウンタードープラインを用いる。
【0012】
本発明をより良好に理解するために、参考のために導入した添付図面を参照する。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】従来技術による太陽電池の例を示す断面図である。
【図2】従来技術によるポイント接点式太陽電池の例を示す断面図である。
【図4】本発明の一実施例による代表的なポイント接点式太陽電池を示す断面図である。
【図5】太陽電池の製造処理の流れの一実施例を示す説明図である。
【図6】太陽電池の製造処理の流れの他の実施例を示す説明図である。
【図7】ポイント接点式太陽電池におけるカウンタードーピングの一実施例を示す説明図である。
【図8】ポイント接点式太陽電池の他の実施例を示す底面図である。
【図10】ポイント接点式太陽電池の更に他の実施例を示す底面図である。
【図11】ポイント接点式太陽電池の更に他の実施例を示す底面図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
ここに開示する製造処理の実施例は、例えば、ビームラインイオン注入装置、フラッド注入装置又はプラズマドーピングイオン注入装置により達成し得る。このようなプラズマドーピングイオン注入装置はＲＦ又はその他のプラズマ発生源を用いることができる。ビームラインイオン注入装置又はフラッド注入装置により発生されたイオンビームを質量分析又は非質量分析することができる。他のプラズマ処理装置又はイオン発生装置を用いることもできる。又、熱又は炉拡散、加熱された太陽電池の基板の表面上のペースト、エピタキシャル成長又はレーザドーピングを用いて、ここに開示する製造処理のある実施例を実行することもできる。更に、シリコン太陽電池を特に開示するが、他の太陽電池基板材料もここに開示する製造処理の実施例にとって有利に用い得るものである。
【0015】
図４は、代表的なポイント接点式太陽電池の一実施例を示す。しかし、他の実施例又は設計も可能であり、ここに開示する製造処理の実施例のみが図４に示す太陽電池１００に限定されるものではない。上述したように、太陽電池１００はこの太陽電池１００の裏面上にｐ型接点１０７及びｎ型接点１０８を有している。この太陽電池１００の頂部には反射防止被膜１０１がある。この反射防止被膜１０１の下側にはＦＳＦ１０２及びベース１０３を存在させることができる。ベース１０３の下側には、エミッタ１０４及びＢＳＦ１０５が存在する。エミッタ１０４及びＢＳＦ１０５の下側には、パッシベーション層１０６が存在する。ｐ型接点１０７及びｎ型接点１０８は、このパッシベーション層１０６を通過してエミッタ１０４及びＢＳＦ１０５に接触するようにし得る。ある実施例では、エミッタ１０４内にｐ++領域１２１を加えて、エミッタ１０４とｐ型接点１０７との間の抵抗値を減少させるようにし得る。代表的には導電性金属により形成した指状部１１０がｐ型接点１０７及びｎ型接点１０８に取付けられている。
【0016】
このポイント接点式太陽電池は、底面の全体にドーピングするという点で図２の太陽電池と相違する。換言すれば、ＢＳＦ１０５でない如何なる領域もｐ型ドーピングされている。これにより、エミッタ１０４の領域の全寸法を増大させるとともに、ｐｎ接合の表面積を増大させる。換言すれば、このポイント接点式太陽電池は、従来ドーピングされていない領域に僅かにドーピングすることにより、従来のポイント接点式太陽電池を拡張させる。
【0017】
カウンタードーピングを用いることにより少なくとも１つのリソグラフィ工程を除外する。カウンタードーピングによれば、このカウンタードーピングのドーピング工程でドーパントをパターンニングするのに非リソグラフィ技術を用いる場合には双方の工程を除外することができる。処理工程を除外することにより、太陽電池に対する複雑性及び製造費を低減させる。
【0018】
図５は、太陽電池製造処理の流れの一実施例である。（ポイント接点式太陽電池のような）太陽電池のカウンタードーピングを実行するためには、２つの工程が必要となる。すなわち、一方の導電型の半導体材料を形成するブランケットドーピング工程２０１が必要となる。例えば、基板の全体にホウ素を与えて、ｐ型ドーピングされたエミッタ領域を形成する。これに続いて、太陽電池の選択した個別領域をより高いドーズ量でパターン化ドーピングする工程２０２を実行する。このパターン化ドーピング工程２０２は、反対の導電性のドーパントを用いて実行する。従って、ブランケットドーピングに対してホウ素を用いる場合には、リンのようなＶ族の元素をパターン化ドーピングに対して用いることができる。パターン化ドーピングを適用する領域には予めドーピングされている為、ドーズ量は前のドーピングの影響を排除するのに充分な量とする必要があり、従って、所望の濃度のイオンを導入する。その結果として、ブランケットドーピングにより形成された導電性とは反対の導電性の個別の領域がパターン化ドーピングにより形成される。
【0019】
図６は、太陽電池製造処理の流れの他の一実施例である。本例では、図５で実行した工程が単に繰返されるものである。カウンタードーピングを実行するためには、太陽電池の選択した個別領域におけるより高いドーズ量でのパターン化ドーピング工程３０１と、これに続く、半導体材料の他の型を形成するためのブランケットドーピング工程３０２とを実行する。パターン化ドーピング工程３０１は、その後のブランケットドーピング工程３０２がその導電性を変えない充分なドーズ量で導入する。
【0020】
図７は、カウンタードーピングの一実施例である。太陽電池１００は、ブランケットドーピングされた領域４００と、個別のパターン化ドーピングされた領域４０１とを有している。ある実施例では、個別のパターン化ドーピングされた領域４０１を円形、方形又は多角形とすることができる。これらの個別のパターン化ドーピングされた領域は、これらの形状に拘らずドットと称されている。ブランケットドーピングされた領域４００と、個別のパターン化ドーピングされた領域４０１とは、何れの順序でドーピングすることもでき、又は真空を中断させることなく互いに連続させたものとすることができる。ブランケットドーピングされた領域４００と、個別のパターン化ドーピングされた領域４０１とには、ｎ型ドーパント又はｐ型ドーパントを用いることができる。しかし、前述したように、カウンタードーピングでは、一方の領域をｎ型ドーパントとし、他方の領域をｐ型ドーパントとする必要がある。従って、最初に何れかの型でドーピングを行うことができるが、これとは異なるドーパントを全体に用いる必要がある。１つの特定の場合には、ブランケットドーピングされた領域４００がｐ型エミッタであり、パターン化ドーピングされた領域４０１がｎ型である。更に、パターン化ドーピングは、ブランケットドーピングにより生ぜしめられる導電性を打消すのに充分な量で適用する必要がある。パターン化注入を最初に実行する場合には、ブランケットドーピングによりパターン化ドーピングされた領域を打消す必要はない。本例では、ｎ型ドーパントを、ブランケットドーピングされた領域４００がｐ型として残るがパターン化ドーピングされた領域４０１がｎ型となるのに充分な量で導入する。
【0021】
ここに開示した処理の実施例では、ドーパントを例えば、Ｐ、As、Ｂ、Sb又はSnとし得る。他のドーパントの種を用いることもでき、本発明は上に掲げたドーパントのみに限定されるものではない。
【0022】
ブランケットドーピングは多くの方法で実行し得る。例えば、太陽電池の領域、すなわち太陽電池全体のブランケットドーピングは、イオン注入を用いて、例えば、ビームラインイオン注入装置、フラッド注入装置、プラズマシースを変更する注入装置又はプラズマドーピングイオン注入装置により達成し得る。ブランケットドーピングは、太陽電池の基板上の少なくとも１種類のペースト又は少なくとも１種類の気体を用いる炉内での拡散を採用して実行し得る。ドーパントを導入する他の方法も知られており、適用し得る。全ての場合、ブランケットドーピングは、イオンが太陽電池の全表面に無差別的に被着されるドーピング処理を言及するものである。
【0023】
パターン化ドーピングは、ブランケットドーピングとは相違して、太陽電池の選択領域のみを変更することを意味するものである。このパターン化ドーピングは、多数の方法で実行し得る。ある実施例では、パターンニング（パターン化）技術を用いて基板のある部分のみを遮蔽（又は露出）する。このパターン化を適用した後、ブランケットドーピングを適用するのに用いた上述した１つ以上の処理を実行し得る。第１の実施例では、カウンタードーピングを必要としない太陽電池の領域を、マスクを用いて封鎖する。マスクは、種々の種類のものとし得る。例えば、基板に適用し固着するマスクがハードマスクである。シャドウマスク又はプロキシミティマスクは、基板の直前に配置するマスクであり、再使用可能である。更に、ステンシルマスク又は投影マスクは、基板からある距離に配置され、光学系を用いてパターンを基板上に投影するマスクである。ある実施例では、マスク中の開口は代表的に直線状の刃を用いて形成し、従って、円形よりも正方形又は長方形の開口を容易に形成し得る。しかし、正方形、長方形、多角形又は円形の開口を形成し得る。マスクを適用した後、拡散又はイオン注入工程を実行してイオンを基板の露出部分のみに導入する。他の一実施例では、例えば、ビームラインイオン注入装置、フラッド注入装置又はプラズマドーピングイオン注入装置を用いてイオン注入を実行し、マスク中の１つ以上の開口を介してのみドーパントを注入する。他の場合には、炉拡散法に対してマスクを用いる。
【0024】
パターン化ドーピングは、他の方法を用いても実行し得るものである。上述したように、これらのパターンニング方法の幾つかは基板の一部を遮蔽する為、露出された部分のみにドーピングされる。フォトレジストマスクを形成するのに、例えばフォトリソグラフィ技術を用いることができる。基板の一部を露出するのに他のパターンニング方法を用いる。例えば、一実施例では、ブランケットドーピング方法を用いて誘電体層を被着する。次に、レーザビームを用いて太陽電池上に直接書込み（direct write）処理を行い、これによりブランケット誘電体層を選択的に溶融させてマスクを形成する。用語“直接書込み”とは、レーザ又はイオンビームのような光又は粒子のビームを、高精度で基板に集束させる処理を言及するものである。ビームは、入射領域において基板に衝突して特定の効果を生ぜしめる。イオンビームの場合には、この効果は基板中にイオンを注入する効果とし得る。レーザビームの場合には、この効果は入射領域を溶融又は変形させることとし得る。
【0025】
他の実施例では、太陽電池の表面の選択領域上に材料を印刷し得る。続いて、印刷された材料により形成されたマスクを介して、例えばイオン注入を用いてドーパントを導入する。或いはまた、印刷された材料を用いてその下側の誘電体を選択的にエッチングし、これによりパターンを形成し、炉中の拡散によりこのパターンを介してドーパントを導入し得るようにすることができる。他の実施例では、イオンビームにより直接書込み処理を行なうか、又はイオンビームを、シャドウマスクを介して投射し、ブランケット誘電体層のエッチング特性を変えるようにすることができる。次いで、このブランケット誘電体層をエッチングして、選択領域においてのみ基板を露出させる。これらのパターンニング方法の各々では、続いて、例えばイオン注入又は炉拡散を用いて、ドーパントを基板の所望部分に導入させる。
【0026】
他の実施例では、太陽電池上にドーパントの直接パターンニングを実行することができる。パターン化ドーピングの直接パターンニング形態は、太陽電池上にマスク又は固定マスキング層を用いることなしに、太陽電池のある領域のみにドーピングすることを意味する。一実施例では、イオンビームを用いてドーパントのドーズ量を均一にせずにドーパントを注入させることができる。この場合、太陽電池の第１の部分をイオンビームに曝してこの第１の部分に第１のドーズ量で注入を行う。太陽電池の第２の部分をもイオンビームに曝してこの第２の部分に第２のドーズ量で注入を行う。このドーズ量の差は、種々の方法で達成し得る。
【0027】
イオンビームは種々の方法で生ぜしめることができる。例えば、リボンビームを形成することによりイオンビームを生ぜしめることができる。他の実施例では、走査スポットビームを生ぜしめる。これらのイオンビームを質量分析又は非質量分析することができる。他の実施例では、プラズマシースを変更するか又はプラズマ中のイオンを指向させることにより注入を行うことができる。太陽電池は、イオンビームの下流で基板ホルダに取付ける。基板ホルダは複数の移動度を達成する。例えば、基板ホルダはビームに対して直交する方向に移動し得る。ビームはＸＺ平面内にあるものとする。このビームはリボンビーム又は走査スポットビームとし得る。基板ホルダはＹ方向に移動させることができる。このようにすることにより、基板が（Ｘ方向において）イオンビームよりも狭い幅を有するものとすると、基板の全表面をイオンビームに曝すことができる。
【0028】
一実施例では、基板ホルダの移動を変更させて、カウンタードープ領域に対応する領域における滞留時間を長くするようにする。換言すれば、基板ホルダを、更に注入する必要のない基板の部分（すなわち、ブランケット注入領域）に亘ってＹ方向でより一層迅速に移動させる。イオンビームがカウンタードープすべき領域上に位置すると、Ｙ方向における基板ホルダの速度を遅くする。この遅くなった速度は、イオンビームがカウンタードープ領域上にある間中維持させる。この領域が完全に露光されると、基板ホルダの並進速度を増大させて、その後の軽いブランケット注入を行う領域を迅速に通過するようにする。この処理は、基板の全体が注入されるまで繰返す。この技術は、以下に説明する図１０及び図１１に示すライン４０３に注入するのに用い得る。
【0029】
直接パターンニングは、太陽電池に被着したドーパント含有ペーストのブランケット層を用いて実行し得る。走査レーザビームを用いてこのペーストを選択的に溶融させ、ペースト被覆領域におけるある領域のみがドーピングされるようにする。この例が直接書込みの例である。
【0030】
他の実施例では、ペーストを太陽電池に選択的に被着し、あるペースト被覆領域のみが炉を用いてドーピングされるようにすることもできる。ペーストは種々の方法で選択的に被着させることができる。これらの例の幾つかは、スクリーン印刷、インクジェット印刷及び押出し成形である。他の方法を用いることもでき、これらは本発明の範囲内のものである。
【0031】
追加の処理工程を導入することもできる。図８は、追加のｐ++領域４０２を有するポイント接点式太陽電池１００を示す底面図である。換言すれば、これらの領域４０２はより一層多量にドーピングされたエミッタ領域である。ある実施例では、パターン化ドーピングされた領域４０１と多量にドーピングされたエミッタ領域４０２とは、円形、方形又は多角形とすることができる。上述したように、これらの個別の多量にドーピングされたエミッタ領域はドットと称されている。例えば、より一層多量にｐ型ドーピングされたエミッタ領域４０２を導入することは、後に接点に取付けを行うために有益なこととし得る。本例では、ブランケット注入に対して用いたドーパントと同じドーパントを用いて、他の（第２の）パターン化注入を実行する。従って、太陽電池は、エミッタとして作用するブランケットドーピングされた領域４００と、ｎ型であるパターン化ドーピングされた領域４０１と、多量にｐ型ドーピングされたエミッタ（ｐ++）領域４０２とを有する。図９は、この処理に対するフローチャートを示す。ブランケットドーピング工程２０１と、第１のパターン化ドーピング工程２０２とは図４で説明した通りである。第２のパターン化ドーピング工程２０３を用いて多量にｐ型ドーピングされたエミッタ（ｐ++）ドープ領域を形成する。前述したように、これらの工程は如何なる順序でも実行でき、又は真空を中断させることなく互いに連続させて実行することができる。
【0032】
更に、多数キャリアの横方向抵抗値を低減させるために、カウンタードープラインを導入することができる。図１０は、ｎ型のパターン化ドーピングされた領域４０１を接続するカウンタードープライン４０３を有する太陽電池１００を示す底面図である。これらのラインは、２つ以上の個別のｎ型のパターン化ドーピングされた領域４０１を接続するように形成する。
【0033】
ある実施例では、カウンタードープライン４０３が太陽電池１００の幅全体に亘るようにして、ブランケットドーピングされた領域４００を数個の個別の部分に有効に分離させるようにする。これらのカウンタードープライン４０３は、シャドウマスクを用いて設けることができる。他の実施例では、ハードマスク又はソフトマスクを用いてこのパターン注入を達成することができる。更に他の実施例では、静電的に集束させたイオンビームを用いてカウンタードープライン４０３を注入し得る。更に他の実施例では、上述したようにイオンビームの滞留時間を変えるようにする。
【0034】
他の実施例では、カウンタードープラインを２方向で互いに直交するように注入する。図１１は、垂直及び水平の双方のカウンタードープライン４０３を有する太陽電池１００を示す底面図である。これらの２組のラインは別々の処理工程で或いは少なくとも部分的に同時に注入させることができる。これらの処理工程の間でマスク又は太陽電池を回転させることができる。
【0035】
図１２は、図１０又は図１１の太陽電池を形成するのに用い得る処理に対するフローチャートを示す。この場合、ブランケットドーピング工程２０１を用いてエミッタを形成する。又、パターン化ドーピング工程２０２を用いてＢＳＦを形成するとともに、随意ではあるがパターン化ドーピング工程２０３を用いて、多量にｐ型ドーピングされたエミッタ（ｐ++）領域を形成する。又、パターン化ドーピング工程２０４を用いて、１回以上の処理工程でカウンタードープライン４０３を形成する。裏面領域に関連して説明したように、これらのカウンタードープラインを充分な濃度で注入し、ブランケットドーピング工程２０１における導電性を反転させるようにする。全ての注入工程が終了した後に、工程２０５に示すように基板をアニーリング処理する。
【0036】
イオン注入を導入する何れの実施例においても、ドーパントを注入した後に、基板をアニール処理する。アニール工程に続いて、太陽電池の裏面に絶縁層を被着し得る。この絶縁層は、シリコン酸化物のような適切な如何なる材料にもすることができる。ある実施例では、絶縁層を被着した後に、ＢＳＦ及びｐ++領域と接触させるための穴をこの絶縁層にあける。他の実施例では、絶縁層をＢＳＦ及びｐ++領域の近くの領域内に被着されないように形成する。更に他の実施例では、アニール工程中にシリコン酸化物を熱成長させることができる。続いて、導電性材料を用いて裏面領域を互いに接続させる。ｐ++領域又はエミッタ領域を互いに接続させるのに他の（第２の）導電性材料を用いる。
【0037】
ここで採用した用語及び表現は説明のためのものであり、本発明はこれらに限定されるものではなく、図示及び説明した特徴の如何なる等価なもの（又はその一部分）を排除するような用語及び表現の使用を意図するものではない。更に、種々の変形が本発明の特許請求の範囲に記載した範囲内で可能であることも認識されたい。その他の変形及び代案も可能である。従って、上述した説明は例示的なものに過ぎず、本発明を限定するものではない。
【国際調査報告】