光電素子の製造方法
【課題】太陽電池の発電効率を高めることが可能な、新規かつ改良された光電素子の製造方法を提供する。
【解決手段】第１導電型を有する半導体基板に前記第１導電型と異なる第２導電型を有する第１ドーピング物質層ＤＰ１を形成する先蒸着段階と、第１ドーピング物質層ＤＰ１が形成された前記半導体基板を加熱する熱拡散段階と、前記熱拡散段階後、第１ドーピング物質層ＤＰ１上に、前記第２導電型を有する第２ドーピング物質層ＤＰ２を形成する後蒸着段階と、前記半導体基板、第１ドーピング物質層ＤＰ１及び第２ドーピング物質層ＤＰ２の一部をレーザＬで局所加熱し、前記半導体基板の第１面上にコンタクト層を形成する局所加熱段階と、前記コンタクト層上に第１電極を形成し、前記半導体基板の前記第１面と対向する第２面上に第２電極を形成する段階と、を含む。
【解決手段】第１導電型を有する半導体基板に前記第１導電型と異なる第２導電型を有する第１ドーピング物質層ＤＰ１を形成する先蒸着段階と、第１ドーピング物質層ＤＰ１が形成された前記半導体基板を加熱する熱拡散段階と、前記熱拡散段階後、第１ドーピング物質層ＤＰ１上に、前記第２導電型を有する第２ドーピング物質層ＤＰ２を形成する後蒸着段階と、前記半導体基板、第１ドーピング物質層ＤＰ１及び第２ドーピング物質層ＤＰ２の一部をレーザＬで局所加熱し、前記半導体基板の第１面上にコンタクト層を形成する局所加熱段階と、前記コンタクト層上に第１電極を形成し、前記半導体基板の前記第１面と対向する第２面上に第２電極を形成する段階と、を含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、エネルギー資源の枯渇問題や地球環境問題などによって、クリーンエネルギーの開発が加速化されている。太陽電池を利用した太陽光発電は、太陽光を直接電気に変換するためクリーンエネルギーであり、新たなエネルギーの源泉として期待されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、現在工業的に生産されている太陽電池は、火力発電と比較してまだ発電コストが高い。太陽電池の広範囲な分野への応用のためには、太陽電池の発電効率をさらに高めることが必要であるが、従来の太陽電池は、発電効率が低いという問題があった。
【０００４】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、太陽電池の発電効率を高めることが可能な、新規かつ改良された光電素子の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば第１導電型を有する半導体基板に、前記第１導電型と異なる第２導電型を有する第１ドーピング物質層を形成する先蒸着段階と、前記第１ドーピング物質層が形成された前記半導体基板を加熱する熱拡散段階と、前記熱拡散段階後、前記第１ドーピング物質層上に、前記第２導電型を有する第２ドーピング物質層を形成する後蒸着段階と、前記半導体基板、前記第１ドーピング物質層及び前記第２ドーピング物質層の一部をレーザで局所加熱し、前記半導体基板の第１面上にコンタクト層を形成する局所加熱段階と、前記コンタクト層上に第１電極を形成し、前記半導体基板の前記第１面と対向する第２面上に第２電極を形成する段階と、を含む光電素の製造方法が提供される。
【０００６】
前記先蒸着段階は、半導体基板が存在する蒸着チャンバ内に、第１ドーピングソースを提供する段階を含み、前記後蒸着段階は、前記蒸着チャンバ内に、第２ドーピングソースを提供する段階を含んでもよい。
【０００７】
前記第１ドーピングソースを提供する段階は、第１工程時間の間行われ、前記第２ドーピングソースを提供する段階は、第２工程時間の間行われ、前記第１工程時間は、前記第２工程時間より長くてもよい。
【０００８】
前記第１ドーピングソースを提供する段階では、前記第１ドーピングソースは、キャリアガスを介して供給され、前記第１ドーピングソースは第１濃度を有し、前記第２ドーピングソースを提供する段階では、前記第２ドーピングソースは、キャリアガスを介して供給され、前記第２ドーピングソースが第２濃度を有し、前記第２濃度は、第１濃度より高くてもよい。
【０００９】
前記第１ドーピングソースは、ＰＯＣｌ３を含んでもよい。
【００１０】
前記第１ドーピングソースを提供する段階では、前記第１ドーピングソースは、キャリアガスを介して供給され、前記第１ドーピングソースが５体積％〜７体積％の濃度を有してもよい。
【００１１】
前記第１ドーピングソースを提供する段階は、１０分〜２０分間行われてもよい。
【００１２】
前記第２ドーピングソースは、ＰＯＣｌ３を含んでもよい。
【００１３】
前記第２ドーピングソースを提供する段階では、前記第２ドーピングソースは、キャリアガスを介して供給され、前記第２ドーピングソースは１０体積％以上の濃度を有してもよい。
【００１４】
前記第２ドーピングソースを提供する段階は、３分〜８分間行われてもよい。
【００１５】
前記熱拡散段階は、不活性雰囲気下で、８００℃〜９００℃で３０分〜５０分間行われてもよい。
【００１６】
前記熱拡散段階では、前記半導体基板の前記第１面にエミッタ層を形成してもよい。
【００１７】
前記局所加熱段階では、前記半導体基板の前記第１面に、前記コンタクト層より低いドーピング濃度を有し、前記コンタクト層と接するウィンドウ層を形成してもよい。
【００１８】
前記光電素子の製造方法は、前記局所加熱段階後、前記第１ドーピング物質層及び第２ドーピング物質層を除去する段階をさらに含んでもよい。
【００１９】
前記第１ドーピング物質層及び第２ドーピング物質層を除去する段階では、酸性溶液のエッチャントを利用してエッチングしてもよい。
【００２０】
前記光電素子の製造方法は、前記局所加熱段階後、前記半導体基板上に反射防止膜を形成する段階をさらに含んでもよい。
【００２１】
前記光電素子の製造方法は、前記半導体基板の前記第２面上に、前記第１導電型を有する背面電界層を形成する段階をさらに含んでもよい。
【００２２】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、第１導電型の半導体基板に、前記第１導電型と異なる第２導電型を有する第１ドーピング物質層を形成する先蒸着段階と、前記第１ドーピング物質層のドーパントを前記半導体基板に拡散させ、前記半導体基板の第１面にエミッタ層を形成する拡散段階と、前記拡散段階後、前記第２導電型を有する第２ドーピング物質層を形成する後蒸着段階を含み、前記第１ドーピング物質層と前記第２ドーピング物質層は、変化する濃度勾配を有し、前記第１ドーピング物質層及び前記第２ドーピング物質層のシリコン酸化物の濃度は、前記半導体基板に近づくほど上昇し、前記第１ドーピング物質層及び前記第２ドーピング物質層のドーパントを前記エミッタ層に拡散させ、前記半導体基板の前記第１面の一部にコンタクト層を形成する選択的拡散段階と、を含む光電素子の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００２３】
以上説明したように本発明によれば、太陽電池の発電効率を高めることができる光電素子を製造することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態による光電素子の構造の模式図である。
【図２】同実施形態による光電素子の構造の模式図である。
【図３Ａ】同実施形態による光電素子の製造方法の工程段階別断面図である。
【図３Ｂ】同実施形態による光電素子の製造方法の工程段階別断面図である。
【図３Ｃ】同実施形態による光電素子の製造方法の工程段階別断面図である。
【図３Ｄ】同実施形態による光電素子の製造方法の工程段階別断面図である。
【図３Ｅ】同実施形態による光電素子の製造方法の工程段階別断面図である。
【図３Ｆ】同実施形態による光電素子の製造方法の工程段階別断面図である。
【図３Ｇ】同実施形態による光電素子の製造方法の工程段階別断面図である。
【図３Ｈ】同実施形態による光電素子の製造方法の工程段階別断面図である。
【図３Ｉ】同実施形態による光電素子の製造方法の工程段階別断面図である。
【図３Ｊ】同実施形態による光電素子の製造方法の工程段階別断面図である。
【図３Ｋ】同実施形態による光電素子の製造方法の工程段階別断面図である。
【図３Ｌ】同実施形態による光電素子の製造方法の工程段階別断面図である。
【図３Ｍ】同実施形態による光電素子の製造方法の工程段階別断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
太陽電池の発電効率を高めるためには、表面再結合損失を減少させ、太陽電池から生成される光電流の直列抵抗を低下させることが望ましい。そこで、本発明では、以下で詳述するように、電極との接触抵抗を低減させ、光電流パスの直列抵抗を低減させつつも、接合深度の増大及びキャリアの表面濃度の過度な上昇による表面再結合損失を抑制することが可能な光電素子の製造方法を提供する。
【００２６】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２７】
図１及び図２に本発明の一実施形態における光電素子の構造を模式的に図示する。
【００２８】
図１及び図２を参照すると、本実施形態に係る光電素子は、半導体基板１００と、該半導体基板１００に交互に形成されたコンタクト層１００ｃ及びウィンドウ層１００ｗと、該コンタクト層１００ｃ上に形成された第１電極１１０と、を含む。
【００２９】
半導体基板１００は、第１面Ｓ１と、第１面Ｓ１と対向する第２面Ｓ２とを有してもよい。例えば、第１面Ｓ１は、半導体基板１００の受光面側であり、第２面Ｓ２は、受光面に対向する背面側であってもよい。
【００３０】
例えば、半導体基板１００は、第１面Ｓ１からの受光によってキャリアを生成することができる。キャリアとは、第１面Ｓ１から受光した光が半導体基板１００に吸収されて生成された正孔と電子とを意味する。半導体基板１００は、ｎ型またはｐ型の導電型である単結晶または多結晶シリコン基板などで形成されてもよい。例えば、本発明の一実施形態において、半導体基板１００はｐ型単結晶シリコン基板が用いられてもよい。
【００３１】
半導体基板１００の第１面Ｓ１には、微小な凹凸が形成されてもよい。例えば、半導体基板１００の第１面Ｓ１には、凹凸パターンを含むテクスチャー（ｔｅｘｔｕｒｅ）構造Ｒが形成されてもよい。テクスチャー構造Ｒは、入射光の反射率を低下させ、できる限り多量の入射光が半導体基板１００に吸収されるようにし、光電素子の光収集効率を上昇させる。
【００３２】
半導体基板１００の第１面Ｓ１には、コンタクト層１００ｃ及びウィンドウ層１００ｗが形成されてもよい。例えば、半導体基板１００の第１面Ｓ１に沿って、複数のコンタクト層１００ｃ及びウィンドウ層１００ｗが互いに交互に形成されてもよい。図２において、領域Ａｃ及びＡｗは、それぞれコンタクト層１００ｃ及びウィンドウ層１００ｗが形成された領域を示す。
【００３３】
コンタクト層１００ｃ及びウィンドウ層１００ｗは、半導体基板１００とは異なる導電型のドーパントによってドーピングされ、ｐ−ｎ接合を形成することができる。例えば、コンタクト層１００ｃ及びウィンドウ層１００ｗは、ｐ型半導体基板１００にｎ型ドーパントを注入し、ｎ型ドーピング層として形成してもよい。コンタクト層１００ｃ及びウィンドウ層１００ｗは、同一の導電型ドーパントでドーピングされるが、互いに異なるドーピングレベルで形成される。例えば、コンタクト層１００ｃは、高濃度にドーピングされ、ウィンドウ層１００ｗは、低濃度にドーピングされてもよい。
【００３４】
コンタクト層１００ｃは、第１電極１１０が位置する電極接合部を、選択的に高濃度でドーピングした領域である。コンタクト層１００ｃは、半導体基板１００から生成された少数キャリアを収集するエミッタ（ｅｍｉｔｔｅｒ）が局所的に形成された選択的エミッタ（ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｅｍｉｔｔｅｒ）を形成する。例えば、コンタクト層１００ｃ上に、金属素材の第１電極１１０を形成し選択的エミッタを形成することができる。また、コンタクト層１００ｃは、電極接合部を高濃度にドーピングすることにより、第１電極１１０との接触抵抗を低くすることができる。
【００３５】
ウィンドウ層１００ｗは、半導体基板１００の有効入射面を提供する。ウィンドウ層１００ｗからの光の入射によって、半導体基板１００からキャリアが生成される。第１電極１１０が位置するコンタクト層１００ｃは高濃度にドーピングされ、第１電極１１０との接触抵抗を減少させるが、第１電極１１０が位置しないウィンドウ層１００ｗは低濃度にドーピングされる。上記により、半導体基板１００の表面に集中した過剰なドーパントによる表面再結合損失を減らすことができるため、表面近くで吸収される光の短波長領域の変換効率を上昇させることができる。
【００３６】
コンタクト層１００ｃ及びウィンドウ層１００ｗは、ドーピング物質層（図示せず）を全面に塗布した半導体基板１００を局所的に加熱することにより、加熱した一部領域に対するドーパントの固溶度及び拡散速度を増大させる方法により形成されてもよい。このとき、局所的に加熱された一部領域は、高濃度にドーピングされたコンタクト層１００ｃを形成することができ、加熱されていない残りの領域は、低濃度にドーピングされたウィンドウ層１００ｗを形成することができる。
【００３７】
さらに具体的には、コンタクト層１００ｃ及びウィンドウ層１００ｗは、先蒸着（ｐｒｅ−ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）工程、熱拡散（ｄｒｉｖｅ−ｉｎ）工程、後蒸着（ｐｏｓｔ−ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）工程、及び局所加熱工程という一連の工程によって形成されてもよい。先蒸着工程及び後蒸着工程の２回の蒸着工程によって、半導体基板１００上に、厚膜のドーピング物質層（図示せず）を形成することができる。
【００３８】
熱拡散工程では、ドーピング物質層のドーパントが、半導体基板１００内に拡散するように、高温による熱処理を行う。局所加熱工程では、半導体基板１００の選択された一部領域を局所的に加熱し、異なるドーピングレベルを有するコンタクト層１００ｃ及びウィンドウ層１００ｗを形成する。
【００３９】
先蒸着工程及び後蒸着工程の２回の蒸着工程を実施することにより、半導体基板１００上に、厚膜のドーピング物質層（図示せず）を形成することができ、さらに、局所的に加熱を行うことによりコンタクト層１００ｃのドーピングレベルを上昇させ、高い開放電圧を得ることができる。また、コンタクト層１００ｃと、第１電極１１０との接触抵抗を減らすことができる。
【００４０】
特に、熱拡散工程の前後で、互いに異なる工程条件が適用された先蒸着工程、及び後蒸着工程の２回の蒸着工程を行うことにより、ドーピングレベルを上昇させつつも、従来はドーピングレベルの上昇に伴い生じていた表面再結合損失やキャリア寿命時間の短縮を避けることができる。具体的には、ドーパントの拡散に有利な濃度勾配を形成するように、後蒸着工程は先蒸着工程より高濃度のドーパントソースが使用される。また、先蒸着工程より後蒸着工程の工程時間を短くすることにより、コンタクト層のドーピングレベルを高めつつも、光によって生成されたキャリアを電荷分離するｐ−ｎ接合の接合深度（ｊｕｎｃｔｉｏｎ ｄｅｐｔｈ）を浅くすることができ、半導体基板１００の表面に過度なドーパントが集中することを阻むことができる。
【００４１】
上記について、比較例１及び比較例２と対比して説明すれば、以下の通りである。
【００４２】
比較例１では、高いドーピング濃度を得るために、１回の蒸着工程によって、厚膜のドーピング物質層を形成する。比較例１では、半導体基板の表面のドーパント濃度が過度に上昇するため、半導体基板の表面に集中された過剰のドーパントによって、表面再結合速度が増大し、キャリアの寿命時間は短くなる。また、比較例１では、光によって生成されたキャリアを電荷分離するｐ−ｎ接合の接合深度が増大し、キャリアの収集効率が落ちてしまう。結果的に、開放電圧と短絡電流が低下し、太陽電池の曲線因子（ｆｉｌｌ ｆａｃｔｏｒ）及び変換効率が低下してしまう。
【００４３】
比較例２では、ドーピング物質層を厚膜に形成する代わりに、半導体基板１００のコンタクト層１００ｃに高出力のレーザを照射してドーパントの固溶度を上昇させ、照射領域へのドーパント拡散を促進する。すなわち、比較例２は、ドーピングされた半導体基板の選択された領域（コンタクト層１００ｃ）に対してレーザを照射する際に、高出力のレーザを用いることにより、ドーパントの固溶度をさらに上昇させ、拡散をさらに促進する方法である。これによりドーピング物質層を厚膜に形成せずに、高濃度のコンタクト層１００ｃを形成することができる。しかし、比較例２では、高出力のレーザによって半導体基板１００の表面が損傷し、半導体基板１００の照射領域の抵抗がかえって上昇し、表面再結合損失が増大して太陽電池の曲線因子が低下する。
【００４４】
本発明の一実施形態では、後蒸着工程において、先蒸着工程より高濃度のドーパントソースを使用し、かつ先蒸着工程より後蒸着工程の工程時間を短くすることにより、選択的エミッタ（コンタクト層１００ｃ）のドーピング濃度は高めつつも、浅い接合深度と低い表面再結合速度とを得ることができる。
【００４５】
先蒸着工程及び後蒸着工程の後の局所加熱工程では、均一な濃度にドーピングされた半導体基板１００上の選択された領域（コンタクト層１００ｃ）を局所的に加熱することにより、ドーピングレベルが互いに異なるウィンドウ層１００ｗ及びコンタクト層１００ｃを形成することができる。例えば、レーザの照射領域では、固溶度と拡散速度とが増大するため、ドーピング物質層（図示せず）のドーパントが早く拡散し、ドーピングレベルが上昇する。したがって、レーザ照射領域では、高濃度にドーピングされたコンタクト層１００ｃが形成され、レーザ非照射領域では、低濃度にドーピングされたウィンドウ層１００ｗが形成される。
【００４６】
レーザの出力は、照射領域に対するドーパントの拡散を促進するのに十分でありつつも、レーザの照射による損傷を引き起こさないほどの出力範囲に設定されることが望ましい。例えば、レーザの出力が過度に設定されている場合、レーザ照射により照射領域の損傷が起きるので、欠陥部分での抵抗が増加し、直列抵抗の上昇及び太陽電池の曲線因子の低下が引き起こされる。
【００４７】
コンタクト層１００ｃ上には、第１電極１１０が形成される。第１電極１１０は、ｐ−ｎ接合を介して電荷分離したキャリアを外部に引き出すことができる。第１電極１１０は、選択的に高濃度でドーピングされたコンタクト層１００ｃに接続されてもよい。
【００４８】
第１電極１１０は、光電流（ｐｈｏｔｏ ｃｕｒｒｅｎｔ）の引き出し方向に沿って、一方向に延びるストライプパターンで形成されてもよい。第１電極１１０は、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）などの金属素材で形成されてもよく、電極ペーストの塗布、乾燥及び焼成（ｆｉｒｉｎｇ）により、コンタクト層１００ｃ上にスクリーンプリンティングされてもよい。高濃度にドーピングされたコンタクト層１００ｃ上に、第１電極１１０を接続することにより、コンタクト層１００ｃと、第１電極１１０との接触抵抗を減らすことができる。
【００４９】
半導体基板１００の第２面Ｓ２には、第２電極１２０が形成されてもよい。例えば、第２電極１２０は、半導体基板１００上にスクリーンプリンティングされて形成されてもよく、また、第２電極１２０は多数のキャリアを収集するベース（ｂａｓｅ）に接続されてもよい。
【００５０】
また、半導体基板１００の第１面Ｓ１及び第２面Ｓ２には、それぞれ反射防止膜１１５及び背面電界層１２５が形成されてもよい。例えば、反射防止膜１１５は、相殺的干渉により入射光の反射率を低下させ、入射光の特定波長領域の選択性を増大させる。
【００５１】
反射防止膜１１５は、シリコン酸化膜（例えば、ＳｉＯ２）やシリコン窒化膜（例えば、Ｓｉ３Ｎ４）の単一層またはこれらの複合層で形成されてもよい。また、反射防止膜１１５は、熱酸化または化学気相蒸着などの方法により形成されてもよい。
【００５２】
背面電界層１２５は、半導体基板１００と同一の導電型であるドーパントの高濃度ドーピング領域として形成されてもよい。背面電界層１２５は、キャリアの表面再結合損失を抑制するために、高濃度／低濃度の接合を介して、背面電界を形成する。例えば、前記背面電界層１２５は、ｐ型半導体基板１００に形成された高濃度のｐ＋層であってもよい。
【００５３】
一方、反射防止膜１１５及び背面電界層１２５は、表面再結合損失を減らすためのパッシベーション機能を兼ねることができる。例えば、反射防止膜１１５及び背面電界層１２５は、半導体基板１００の互いに異なる第１面Ｓ１及び第２面Ｓ２のパッシベーション膜として機能することができる。
【００５４】
以下、図３Ａ〜図３Ｍを参照し、本発明の一実施形態による光電素子の製造方法について説明する。
【００５５】
まず、図３Ａに図示するように、半導体基板２００を準備する。例えば、半導体基板２００は、ｐ型結晶質シリコンウェーハであってもよい。また、例えば、半導体基板２００の表面に付着した物理的・化学的不純物を除去するために、酸やアルカリの溶液を用いる洗浄工程が行われてもよい。
【００５６】
次に、図３Ｂに図示するように、半導体基板２００の第２面Ｓ２を覆うエッチング防止膜Ｍが形成される。後述するように、エッチング防止膜Ｍは、第１面Ｓ１に対する表面テクスチャリング（ｔｅｘｔｕｒｉｎｇ）時にエッチングマスクの機能を果たす。エッチング防止膜Ｍは、テクスチャリング・エッチャントに対して耐性を有する素材で形成されていればよい。例えば、前記エッチング防止膜Ｍは、シリコン酸化膜（例えば、ＳｉＯ２）やシリコン窒化膜（例えば、Ｓｉ３Ｎ４）で形成されていてもよい。このようなエッチング防止膜Ｍは、熱酸化によって酸化膜を形成したり、化学気相蒸着（ＣＶＤ：ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によって酸化膜や窒化膜を蒸着したりすることにより形成される。
【００５７】
次に、図３Ｃに図示するように、半導体基板２００の第１面Ｓ１に、表面テクスチャリングを行う。例えば、半導体基板２００に対して、エッチャントとして水酸化カリウム（ＫＯＨ）、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）のようなアルカリ溶液を適用して異方性エッチングを行い、半導体基板２００表面に凹凸パターンを有するテクスチャー構造Ｒを形成することができる。このとき、エッチング防止膜Ｍで覆われている半導体基板２００の第２面Ｓ２は、エッチングされずにエッチング防止膜Ｍにより保護される。図３Ｄに図示するように、役割を果たしたエッチング防止膜Ｍは、除去されてもよい。
【００５８】
次に、図３Ｅ〜図３Ｉに図示された一連の工程を行い、図３Ｉに図示されているように、半導体基板２００の第１面Ｓ１に、コンタクト層２００ｃとウィンドウ層２００ｗとを形成する。コンタクト層２００ｃとウィンドウ層２００ｗは、先蒸着（ｐｒｅ−ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）工程、熱拡散（ｄｒｉｖｅ−ｉｎ）工程、後蒸着（ｐｏｓｔ−ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）工程、及び局所加熱工程という一連の工程で形成されてもよい。以下、一連の工程について詳しく説明する。
【００５９】
まず、図３Ｅに図示するように、半導体基板２００の第１面Ｓ１上に、第１ドーピング物質層ＤＰ１を形成する先蒸着工程を行う。先蒸着工程では、ｐ型またはｎ型のドーピング物質層ＤＰ１を形成することができ、例えば、ｐ型半導体基板２００と異なる導電型であるｎ型ドーピング物質層ＤＰ１を形成することができる。先蒸着工程には、拡散管（ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ ｔｕｂｅ）を利用する拡散システムが適用されてもよい。
【００６０】
さらに具体的には、先蒸着工程では、ドーピングソースとしてのＰＯＣｌ３（オキシ塩化リン）を用い、窒素と酸素とが混合されたキャリアガスによって、拡散管内の半導体基板２００上に投入する。このとき、ＰＯＣｌ３は、酸素と反応し、Ｐ２Ｏ５酸化膜となり第１ドーピング物質層ＤＰ１を形成する。
【００６１】
半導体基板２００のシリコンと反応する前の第１ドーピング物質層ＤＰ１は、Ｐ２Ｏ５酸化膜として存在する。シリコンとの反応により、第１ドーピング物質層ＤＰ１のドーパントＰ（リン：ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ）は、半導体基板２００の内部に拡散し、半導体基板２００の表面には、酸化物が成長する。このとき、第１ドーピング物質層ＤＰ１は、ＳｉＯ２を含むガラス層（ＰＳＧ：ｐｈｏｓｐｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ ｇｌａｓｓ）となる。
【００６２】
また、先蒸着時のＰＯＣｌ３の濃度は、ほぼ５〜７％の範囲で選択されることが望ましい。下限値（５％）より低い濃度のドーピングソースが適用される場合、半導体基板のドーパントの表面濃度が十分ではなく、電極との接触抵抗が上昇する。また、上限値（７％）より高い濃度のドーピングソースが適用される場合、半導体基板２００のドーパントの表面濃度が過度に上昇して表面再結合損失が増大する。具体的には、先蒸着工程の工程条件として、５．７％濃度のＰＯＣｌ３をドーピングソースとして使用し、８００℃〜９００℃で、１０分〜２０分間蒸着することが望ましい。さらに具体的には、先蒸着工程は、８４０℃の温度で１５分間行われてもよい。
【００６３】
ここで、本明細書におけるＰＯＣｌ３濃度は、半導体基板２００が置かれた蒸着チャンバ（例えば、拡散管）内に投入される全体ガス（キャリアガスを含む全体ガス）においてのＰＯＣｌ３の占める体積流量を示す。例えば、５．７％濃度のＰＯＣｌ３とは、１６ｓｌｍ（標準状態流量（ｓｔａｎｄａｒｄ ｌｉｔｔｅｒｓ ｐｅｒ ｍｉｎｕｔｅ：ｓｌｍ）０℃、１ａｔｍにおける１分間当たりの流量をリットル単位で表示した単位）の窒素、０．５ｓｌｍの酸素、１ｓｌｍのＰＯＣｌ３を含む総１７．５ｓｌｍの全体ガスにおいて、ＰＯＣｌ３の体積流量が５．７％であることを示す。
【００６４】
次に、図３Ｆに図示するように、第１ドーピング物質層ＤＰ１のドーパントが半導体基板２００内に速かに拡散するように、熱拡散（ｄｒｉｖｅ−ｉｎ）工程を行う。熱拡散工程では、ドーピング物質を追加注入せずに、拡散管内の半導体基板２００を高い温度に維持する。熱拡散工程は、先蒸着工程と共に連続でなされ、先蒸着工程を行った拡散管内で一括してなされる。熱拡散工程の工程条件として、不活性雰囲気下、８００℃〜９００℃で、３０分〜５０分間を用いてもよい。また、具体的な一例として、熱拡散工程は、８４０℃で４０分間行われてもよく、窒素ガスなどの不活性ガスが注入されてもよい。
【００６５】
これにより、第１ドーピング物質層ＤＰ１のドーパントＰ（リン：ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ）は、半導体基板２００に拡散していき、半導体基板２００の表面には、ｎ型エミッタ層２００ｅが形成される。拡散の進行により、Ｐ２Ｏ５のドーパントＰ（リン：ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ）は、半導体基板２００の内部に拡散していき、半導体基板２００の表面では、酸化物が成長する。第１ドーピング物質層ＤＰ１は、厚み方向に沿って、上部が相対的に高いＰ２Ｏ５含量を有し、下部が相対的に高いＳｉＯ２含量を有し、連続的に変化する濃度勾配を有するようになる。ここで、特許請求の範囲の記載では、熱拡散は、単に拡散と表現される。
【００６６】
次に、図３Ｇに図示するように、第１ドーピング物質層ＤＰ１上に、第２ドーピング物質層ＤＰ２を形成する後蒸着工程（ｐｏｓｔ−ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）が行われる。後蒸着工程では、第１ドーピング物質層ＤＰ１と同一の導電型である第２ドーピング物質層ＤＰ２を形成することができる。また、蒸着チャンバとして、拡散管（ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ ｔｕｂｅ）を利用する拡散システムが適用されてもよい。
【００６７】
具体的には、後蒸着工程では、ドーピングソースとしてＰＯＣｌ３（オキシ塩化リン）を、窒素と酸素とを混合したキャリアガスを用いて、拡散管内の半導体基板２００上に投入する。
【００６８】
後蒸着工程の工程条件は、先蒸着工程と異なってもよい。すなわち、後蒸着工程では、先蒸着工程より高濃度のドーピングソースを使い、先蒸着工程より短い工程時間を適用する。このように、先蒸着工程より高濃度のドーピングソースを使うことにより、第２ドーピング物質層ＤＰ２から半導体基板２００に向けて、拡散に有利な濃度勾配を形成することができる。また、相対的に短い工程時間を適用することで、半導体基板２００の表面濃度及び接合深度が増大することを抑制することができる。
【００６９】
すなわち、先蒸着工程時のドーピングソースの第１濃度Ｃｏ１及び第１工程時間ｔ１と、後蒸着工程時のドーピングソースの第２濃度Ｃｏ２及び第２工程時間ｔ２とを比較すると、第１濃度Ｃｏ１より第２濃度Ｃｏ２のほうが大きく（Ｃｏ１＜Ｃｏ２）、第１工程時間ｔ１より第２工程時間ｔ２のほうが短い（ｔ１＞ｔ２）。
【００７０】
例えば、後蒸着工程のＰＯＣｌ３濃度は、おおよそ１０％以上、さらに望ましくは、おおよそ１２％以上としてもよい。１０％より低い濃度のドーピングソースでは、先蒸着工程より高い濃度勾配、すなわち、ドーパント拡散に有利な濃度勾配を形成することができなくなる。ここで、本明細書においてＰＯＣｌ３濃度は、半導体基板２００が置かれた蒸着チャンバ（例えば、拡散管）中に投入される全体ガス（キャリアガスを含む全体ガス）中で、ＰＯＣｌ３の占める体積流量を示す。
【００７１】
具体的には、後蒸着工程の条件は、１２．５％濃度のＰＯＣｌ３をドーピングソースとして使用し、８００℃〜９００℃で、３分〜８分間としてもよい。具体的な一例として、後蒸着工程は、８４０℃で５分間行われる。
【００７２】
また、ドーパント拡散前の第２ドーピング物質層ＤＰ２は、Ｐ２Ｏ５酸化膜として存在する。第２ドーピング物質層ＤＰ２のドーパントが、半導体基板２００内部に拡散していくことにより、半導体基板２００の表面には、酸化物が成長する。このとき、第２ドーピング物質層ＤＰ２は、ＳｉＯ２を含むガラス層（ＰＳＧ）となることができる。
【００７３】
ここで第２ドーピング物質層ＤＰ２は、先蒸着された第１ドーピング物質層ＤＰ１と共に、厚膜のガラス層（ＰＳＧ）を形成することができる。すなわち、第２ドーピング物質層ＤＰ２は、第１ドーピング物質層ＤＰ１と共に、所定の膜厚ｔを有する１層のガラス層（ＰＳＧ）を形成する。このとき、該ガラス層（ＰＳＧ）は、半導体基板２００の界面付近で酸化膜が成長し、相対的に高いＳｉＯ２含量を有する。すなわち、ガラス層（ＰＳＧ）は、半導体基板２００の界面から遠くなるにつれ、ＳｉＯ２含量はだんだんと小さくなり、Ｐ２Ｏ５含量は、だんだんと大きくなる濃度プロファイルを有してもよい。例えば、第１ドーピング物質層ＤＰ１及び第２ドーピング物質層ＤＰ２のシリコン酸化物の濃度は、半導体基板２００に近づくほど上昇する。
【００７４】
次に、図３Ｈに図示するように、第１ドーピング物質層ＤＰ１及び第２ドーピング物質層ＤＰ２が形成された半導体基板２００上のコンタクト領域Ａｃを局所的に加熱し、ドーピングレベルが異なる領域を作製する局所加熱工程が行われる。局所加熱工程では、半導体基板２００上の一部領域、さらに具体的には、第１電極２１０を形成するコンタクト領域Ａｃを局所的に加熱し、高濃度のコンタクト層２００ｃを形成する。
【００７５】
半導体基板２００上のコンタクト領域Ａｃに対してレーザＬを照射することにより、コンタクト領域Ａｃの固溶度及び拡散速度が増大する。すなわち、先蒸着工程及び後蒸着工程によって、厚膜に形成されたドーピング物質層ＤＰ１、ＤＰ２のドーパントＰ（リン：ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ）が、レーザＬを照射したコンタクト領域Ａｃ内に拡散し、ドーピング濃度が上昇する。
【００７６】
このとき、レーザＬを照射したコンタクト領域Ａｃには、高いドーピングレベルを有するコンタクト層２００ｃが形成され、レーザＬを照射しないウィンドウ領域Ａｗには、相対的に低いドーピングレベルを有するウィンドウ層２００ｗが形成される。照射されたレーザＬは、高いバンドギャップ・エネルギー（ｂａｎｄ−ｇａｐ ｅｎｅｒｇｙ）を有する第１ドーピング物質層ＤＰ１及び第２ドーピング物質層ＤＰ２には吸収されることなく透過し、半導体基板２００に吸収されてドーパントＰ（リン：ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ）の固溶度及び拡散を促進する。
【００７７】
本発明の一実施形態では、先蒸着工程及び後蒸着工程の２回蒸着工程を行うので、１回蒸着と比較すると、より厚膜のドーピング物質層ＤＰ１、ＤＰ２を形成することができ、局所加熱工程によって、より高濃度のコンタクト層２００ｃを形成することができる。コンタクト層２００ｃのドーピング濃度を高めることにより、第１電極１１０との接触抵抗が低下し、さらに光電流の直列抵抗が低減することによって、高い開放電圧を得ることができ、曲線因子が上昇する。ここで、特許請求の範囲の記載では、局所加熱は、選択的拡散と表現した。また、選択的拡散と対比して、熱拡散は、拡散と表現した。
【００７８】
次に、図３Ｈ及び図３Ｉに図示するように、第１ドーピング物質層ＤＰ１及び第２ドーピング物質層ＤＰ２を除去するエッチバック（ｅｔｃｈ−ｂａｃｋ）が行われる。第１ドーピング物質層ＤＰ１及び第２ドーピング物質層ＤＰ２は、ガラス層（ＰＳＧ）状態で存在し、半導体基板２００に内包された金属の不純成分の析出物を含んでいるため、これを除去することにより、不純成分を除去するギャザリング（ｇａｔｈｅｒｉｎｇ）効果を期待することもできる。
【００７９】
例えば、第１ドーピング物質層ＤＰ１及び第２ドーピング物質層ＤＰ２は、酸性溶液のエッチャントを適用してエッチング除去されてもよく、硝酸（ＨＮＯ３）及びフッ酸（ＨＦ）と、酢酸（ＣＨ３ＣＯＯＨ）または脱イオン水（ＤＩ ｗａｔｅｒ）との混合溶液を適用することができる。ただし、本発明の変形例として、このような第１ドーピング物質層ＤＰ１及び第２ドーピング物質層ＤＰ２を除外せずに、パッシベーション膜として活用してもよい。
【００８０】
次に、図３Ｊに図示するように、半導体基板２００の第１面Ｓ１上に、反射防止膜２１５を形成する。例えば、反射防止膜２１５は、シリコン酸化膜（例えば、ＳｉＯ２）、シリコン窒化膜（例えば、Ｓｉ３Ｎ４）、水素化されたシリコン窒化膜（ＳｉＮ：Ｈ）などで形成してもよい。また、シリコン酸化膜の単一層で形成されてもよく、あるいは互いに屈折率が異なるシリコン酸化膜とシリコン窒化膜との複合層で形成されてもよい。さらに、反射防止膜２１５は、化学気相蒸着（ＣＶＤ）を利用して形成されてもよい。
【００８１】
反射防止膜２１５は、半導体基板２００で生成されたキャリアの表面再結合を防止し、キャリアの収集効率を向上させるパッシベーション膜の役目を兼ねることができる。すなわち、反射防止膜２１５は、半導体基板２００の表面に存在するシリコン原子の未結合状態（ｄａｎｇｌｉｎｇ ｂｏｎｄ）によるキャリアの捕獲（ｔｒａｐｐｉｎｇ）を防止し、キャリアの収集効率を向上させることができる。
【００８２】
次に、図３Ｋに図示するように、コンタクト層２００ｃ上に、第１電極２１０を形成する。第１電極２１０は、光電流の引き出し方向に沿って、一方向に並んで延びるストライプパターンで形成されてもよく、また光の有効入射面積を考慮したパターンで形成されてもよい。
【００８３】
第１電極２１０は、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）などの金属素材を含んでもよい。例えば、スクリーンプリンティングを利用し、コンタクト層２００ｃ上に電極ペースト（図示せず）をパターン印刷した後、乾燥及び焼成してもよい。係る場合、電極ペースト（図示せず）に含まれたガラスフリット成分が反射防止膜２１５を貫くことにより、第１電極２１０とコンタクト層２００ｃとを互いに接触させることができる。
【００８４】
次に、図３Ｌに図示するように、半導体基板２００の第２面Ｓ２上に、背面電界（ＢＳＦ：ｂａｃｋ ｓｕｒｆａｃｅ ｆｉｅｌｄ）層２２５を形成する。例えば、背面電界層２２５は、高濃度ドーピング層で形成されてもよく、半導体基板２００と同一導電型のドーパントを高濃度でドーピングして形成してもよい。例えば、背面電界層２２５は、ｐ型半導体基板２００の第２面Ｓ２に高濃度ｐ＋層として形成されてもよい。係る構成により、背面電界層２２５は、少数キャリア（電子）が第２面Ｓ２側に移動して再結合することを防止することができる。
【００８５】
次に、図３Ｍに図示するように、半導体基板２００の第２面Ｓ２上に、第２電極２２０が形成される。第２電極２２０は、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）などの金属素材で形成されてもよい。また、第２電極２２０は、スクリーンプリンティングやメッキのような方法で形成されてもよい。例えば、第２電極２２０は、電極ペースト（図示せず）の塗布後、乾燥及び焼成により形成されてもよく、第１電極ペースト（図示せず）と第２電極ペースト（図示せず）とを共に焼成する工程（ｃｏ−ｆｉｒｉｎｇ）により、第１面Ｓ１上の第１電極２１０と、第２面Ｓ２上の第２電極２２０とを共に形成してもよい。
【００８６】
以下の表１に本発明による光電素子の特性を評価するための実験結果を示す。
【００８７】
【表１】
【００８８】
比較例３〜６は、先蒸着工程及び熱拡散工程によりコンタクト層を形成した光電素子を示し、実施例は、コンタクト層を本発明の実施形態によって形成した光電素子を示す。
【００８９】
比較例３では、４．７％濃度のＰＯＣｌ３をドーピングソースにして、８４０℃で１５分間、先蒸着工程を行い、その後８４０℃の温度で４０分間、熱拡散工程を行った。
【００９０】
比較例４では、８．７％濃度のＰＯＣｌ３をドーピングソースにして、８４０℃で２５分間、先蒸着工程を行い、その後８３０℃の温度で２０分間、熱拡散工程を行った。
【００９１】
比較例５では、８．７％濃度のＰＯＣｌ３をドーピングソースにして、８４０℃で１５分間、先蒸着工程を行い、その後８４０℃の温度で１５分間、熱拡散工程を行った。
【００９２】
比較例６では、１２．５％濃度のＰＯＣｌ３をドーピングソースにして、８４０℃で１０分間、先蒸着工程を行い、その後８４０℃の温度で１５分間、熱拡散工程を行った。
【００９３】
実施例では、５．７％濃度のＰＯＣｌ３をドーピングソースにして、８４０℃で１５分間、先蒸着工程を行い、その後８４０℃の温度で４０分間、熱拡散工程を行った後、１２．５％濃度のＰＯＣｌ３をドーピングソースにして、８４０℃で５分間、後蒸着工程を行った。
【００９４】
比較例３〜６及び実施例それぞれの場合に、ドーピング物質層の厚みを測定し、コンタクト層の面抵抗と、暗示開放電圧（ｉｍｐｌｉｅｄ ｏｐｅｎ ｃｉｒｃｕｉｔ ｖｏｌｔａｇｅ：ｉｍｐｌｉｅｄ Ｖｏｃ）を測定した。このとき、コンタクト層の面抵抗は、エッチバックによって、ウィンドウ層１００ｗの面抵抗を１１０Ω／ｓｑで一致させた同一条件の下で測定した。
【００９５】
実施例と比較例３とを比較すると、実施例は比較例３より、さらに厚いドーピング物質層（ガラス層（ＰＳＧ））を形成することができる。相対的に厚膜のドーピング物質層を形成することにより、ドーパントの添加量を増加させ、コンタクト層のドーピングレベルを高めることができる。
【００９６】
実施例と比較例４、５と比較すると、実施例より厚いドーピング物質層を形成した比較例４、５より、実施例はさらに低いコンタクト層面抵抗を得ることができる。単にドーピング物質層を厚く形成するよりは、実施例のように、後蒸着工程において、相対的に先蒸着工程より高濃度のドーピングソースを適用することにより、ドーパント拡散に有利な濃度勾配を形成することができ、ドーピングレベルを高めるのに効果的であるということが分かる。
【００９７】
同一濃度のドーピングソース（１２．５％、ＰＯＣｌ３）を適用した実施例と比較例６とを比較すると、比較例６より、実施例はさらに低いコンタクト層面抵抗が得られる。単にドーピングソースの濃度を高めるより、実施例のように、後蒸着工程において、相対的に先蒸着工程より高濃度のドーピングソースを適用することにより、ドーパント拡散に有利な濃度勾配を形成することができ、ドーピングレベルを高めるのに効果的であるということが分かる。
【００９８】
比較例３〜６及び実施例で、暗示開放電圧（ｉｍｐｌｉｅｄ Ｖｏｃ）を測定した結果から、実施例は最も高い暗示開放電圧を得る可能性があるということを確認することができる。暗示開放電圧は、光によって生成されたキャリアの再結合損失を反映し、暗示開放電圧は、再結合損失が増加すると減少する。具体的には、暗示開放電圧は、ＰＣＤ（ｐｈｏｔｏ ｃｏｎｄｕｃｔａｎｃｅ ｄｅｃａｙ）を利用して測定され、測定されたキャリアの寿命時間を利用して計算される。そのため、キャリアの寿命時間が長いほど、暗示開放電圧値は増大し、実際に製作された光電素子の開放電圧（ｏｐｅｎ ｃｉｒｃｕｉｔ ｖｏｌｔａｇｅ：Ｖｏｃ）が増大すると予測される。
【００９９】
本発明で最も高い暗示開放電圧を得たことは、すなわち半導体基板の表面に直接行われる先蒸着工程で、相対的に低濃度のドーピングソースを適用し、後蒸着工程において先蒸着工程より短縮された工程時間を適用することにより、半導体基板の表面濃度を抑制して表面再結合損失を低下させ、浅い接合深度を形成してキャリア収集効率が向上した結果であると理解される。
【０１００】
比較例３より先蒸着工程のＰＯＣｌ３濃度を増加させた比較例４〜６で、比較例３より低い面抵抗を得ることは可能であるが、接合深度の増大及び再結合損失の増加により、比較例３よりは暗示開放電圧は低下する。
【０１０１】
一方、本発明の一実施形態では、互いに異なる工程条件である先蒸着工程及び後蒸着工程の２回蒸着を適用しているが、本発明は、上記実施形態に限定されない。ドーパントの拡散に有利な濃度勾配を形成するために、後蒸着工程にて先蒸着工程より高濃度のドーピングソースを適用し、接合深度及び表面濃度の過度な上昇を抑制するために、後蒸着工程で、先蒸着工程より相対的に短い工程時間適用されるならば、３回以上蒸着工程が行われてもよい。
【０１０２】
例えば、３回以上の蒸着を行う場合には、一次蒸着工程、熱拡散工程、二次蒸着工程、熱拡散工程、三次蒸着工程の一連の工程を行うようにしてもよい。係る場合、一次蒸着時のドーピングソースの濃度Ｃｏ１、二次蒸着時のドーピングソースの濃度Ｃｏ２、及び三次蒸着時のドーピングソースの濃度Ｃｏ３は、Ｃｏ１＜Ｃｏ２＜Ｃｏ３の関係を有してもよい。また、一次蒸着時の工程時間ｔ１、二次蒸着時の工程時間ｔ２、及び三次蒸着時の工程時間ｔ３は、ｔ１＞ｔ２＞ｔ３の関係を有してもよい。
【０１０３】
上記にて詳述したように、本発明によれば、電極接合部を形成する選択的エミッタ領域を高濃度にドーピングして電極の接触抵抗を低下させ、光電流パスの直列抵抗を下げつつも、ドーピングレベルの上昇に伴う接合深度の増大及びキャリアの表面濃度の過度な上昇による表面再結合損失を抑制することができる光電素子を製造することが可能である。
【０１０４】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。従って、本発明の真の保護範囲は、特許請求の範囲によって定められる。
【産業上の利用可能性】
【０１０５】
本発明の光電素子の製造方法は、例えば、太陽電池関連の技術分野に効果的に適用可能である。
【符号の説明】
【０１０６】
１００、２００ 半導体基板
１００ｃ、２００ｃ コンタクト層
１００ｗ、２００ｗ ウィンドウ層
１１０、２１０ 第１電極
１１５、２１５ 反射防止膜
１２０、２２０ 第２電極
１２５、２２５ 背面電界層
２００ｅ エミッタ層
Ａｃ コンタクト領域
Ａｗ ウィンドウ領域
Ｌ レーザ
Ｍ エッチング防止膜
Ｒ テクスチュア構造
Ｓ１ 半導体基板の第１面
Ｓ２ 半導体基板の第２面
ＤＰ１ 第１ドーピング物質層
ＤＰ２ 第２ドーピング物質層
ｔ 第１ドーピング物質層及び第２ドーピング物質層が形成するガラス層の厚み
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、エネルギー資源の枯渇問題や地球環境問題などによって、クリーンエネルギーの開発が加速化されている。太陽電池を利用した太陽光発電は、太陽光を直接電気に変換するためクリーンエネルギーであり、新たなエネルギーの源泉として期待されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、現在工業的に生産されている太陽電池は、火力発電と比較してまだ発電コストが高い。太陽電池の広範囲な分野への応用のためには、太陽電池の発電効率をさらに高めることが必要であるが、従来の太陽電池は、発電効率が低いという問題があった。
【０００４】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、太陽電池の発電効率を高めることが可能な、新規かつ改良された光電素子の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば第１導電型を有する半導体基板に、前記第１導電型と異なる第２導電型を有する第１ドーピング物質層を形成する先蒸着段階と、前記第１ドーピング物質層が形成された前記半導体基板を加熱する熱拡散段階と、前記熱拡散段階後、前記第１ドーピング物質層上に、前記第２導電型を有する第２ドーピング物質層を形成する後蒸着段階と、前記半導体基板、前記第１ドーピング物質層及び前記第２ドーピング物質層の一部をレーザで局所加熱し、前記半導体基板の第１面上にコンタクト層を形成する局所加熱段階と、前記コンタクト層上に第１電極を形成し、前記半導体基板の前記第１面と対向する第２面上に第２電極を形成する段階と、を含む光電素の製造方法が提供される。
【０００６】
前記先蒸着段階は、半導体基板が存在する蒸着チャンバ内に、第１ドーピングソースを提供する段階を含み、前記後蒸着段階は、前記蒸着チャンバ内に、第２ドーピングソースを提供する段階を含んでもよい。
【０００７】
前記第１ドーピングソースを提供する段階は、第１工程時間の間行われ、前記第２ドーピングソースを提供する段階は、第２工程時間の間行われ、前記第１工程時間は、前記第２工程時間より長くてもよい。
【０００８】
前記第１ドーピングソースを提供する段階では、前記第１ドーピングソースは、キャリアガスを介して供給され、前記第１ドーピングソースは第１濃度を有し、前記第２ドーピングソースを提供する段階では、前記第２ドーピングソースは、キャリアガスを介して供給され、前記第２ドーピングソースが第２濃度を有し、前記第２濃度は、第１濃度より高くてもよい。
【０００９】
前記第１ドーピングソースは、ＰＯＣｌ３を含んでもよい。
【００１０】
前記第１ドーピングソースを提供する段階では、前記第１ドーピングソースは、キャリアガスを介して供給され、前記第１ドーピングソースが５体積％〜７体積％の濃度を有してもよい。
【００１１】
前記第１ドーピングソースを提供する段階は、１０分〜２０分間行われてもよい。
【００１２】
前記第２ドーピングソースは、ＰＯＣｌ３を含んでもよい。
【００１３】
前記第２ドーピングソースを提供する段階では、前記第２ドーピングソースは、キャリアガスを介して供給され、前記第２ドーピングソースは１０体積％以上の濃度を有してもよい。
【００１４】
前記第２ドーピングソースを提供する段階は、３分〜８分間行われてもよい。
【００１５】
前記熱拡散段階は、不活性雰囲気下で、８００℃〜９００℃で３０分〜５０分間行われてもよい。
【００１６】
前記熱拡散段階では、前記半導体基板の前記第１面にエミッタ層を形成してもよい。
【００１７】
前記局所加熱段階では、前記半導体基板の前記第１面に、前記コンタクト層より低いドーピング濃度を有し、前記コンタクト層と接するウィンドウ層を形成してもよい。
【００１８】
前記光電素子の製造方法は、前記局所加熱段階後、前記第１ドーピング物質層及び第２ドーピング物質層を除去する段階をさらに含んでもよい。
【００１９】
前記第１ドーピング物質層及び第２ドーピング物質層を除去する段階では、酸性溶液のエッチャントを利用してエッチングしてもよい。
【００２０】
前記光電素子の製造方法は、前記局所加熱段階後、前記半導体基板上に反射防止膜を形成する段階をさらに含んでもよい。
【００２１】
前記光電素子の製造方法は、前記半導体基板の前記第２面上に、前記第１導電型を有する背面電界層を形成する段階をさらに含んでもよい。
【００２２】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、第１導電型の半導体基板に、前記第１導電型と異なる第２導電型を有する第１ドーピング物質層を形成する先蒸着段階と、前記第１ドーピング物質層のドーパントを前記半導体基板に拡散させ、前記半導体基板の第１面にエミッタ層を形成する拡散段階と、前記拡散段階後、前記第２導電型を有する第２ドーピング物質層を形成する後蒸着段階を含み、前記第１ドーピング物質層と前記第２ドーピング物質層は、変化する濃度勾配を有し、前記第１ドーピング物質層及び前記第２ドーピング物質層のシリコン酸化物の濃度は、前記半導体基板に近づくほど上昇し、前記第１ドーピング物質層及び前記第２ドーピング物質層のドーパントを前記エミッタ層に拡散させ、前記半導体基板の前記第１面の一部にコンタクト層を形成する選択的拡散段階と、を含む光電素子の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００２３】
以上説明したように本発明によれば、太陽電池の発電効率を高めることができる光電素子を製造することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態による光電素子の構造の模式図である。
【図２】同実施形態による光電素子の構造の模式図である。
【図３Ａ】同実施形態による光電素子の製造方法の工程段階別断面図である。
【図３Ｂ】同実施形態による光電素子の製造方法の工程段階別断面図である。
【図３Ｃ】同実施形態による光電素子の製造方法の工程段階別断面図である。
【図３Ｄ】同実施形態による光電素子の製造方法の工程段階別断面図である。
【図３Ｅ】同実施形態による光電素子の製造方法の工程段階別断面図である。
【図３Ｆ】同実施形態による光電素子の製造方法の工程段階別断面図である。
【図３Ｇ】同実施形態による光電素子の製造方法の工程段階別断面図である。
【図３Ｈ】同実施形態による光電素子の製造方法の工程段階別断面図である。
【図３Ｉ】同実施形態による光電素子の製造方法の工程段階別断面図である。
【図３Ｊ】同実施形態による光電素子の製造方法の工程段階別断面図である。
【図３Ｋ】同実施形態による光電素子の製造方法の工程段階別断面図である。
【図３Ｌ】同実施形態による光電素子の製造方法の工程段階別断面図である。
【図３Ｍ】同実施形態による光電素子の製造方法の工程段階別断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
太陽電池の発電効率を高めるためには、表面再結合損失を減少させ、太陽電池から生成される光電流の直列抵抗を低下させることが望ましい。そこで、本発明では、以下で詳述するように、電極との接触抵抗を低減させ、光電流パスの直列抵抗を低減させつつも、接合深度の増大及びキャリアの表面濃度の過度な上昇による表面再結合損失を抑制することが可能な光電素子の製造方法を提供する。
【００２６】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２７】
図１及び図２に本発明の一実施形態における光電素子の構造を模式的に図示する。
【００２８】
図１及び図２を参照すると、本実施形態に係る光電素子は、半導体基板１００と、該半導体基板１００に交互に形成されたコンタクト層１００ｃ及びウィンドウ層１００ｗと、該コンタクト層１００ｃ上に形成された第１電極１１０と、を含む。
【００２９】
半導体基板１００は、第１面Ｓ１と、第１面Ｓ１と対向する第２面Ｓ２とを有してもよい。例えば、第１面Ｓ１は、半導体基板１００の受光面側であり、第２面Ｓ２は、受光面に対向する背面側であってもよい。
【００３０】
例えば、半導体基板１００は、第１面Ｓ１からの受光によってキャリアを生成することができる。キャリアとは、第１面Ｓ１から受光した光が半導体基板１００に吸収されて生成された正孔と電子とを意味する。半導体基板１００は、ｎ型またはｐ型の導電型である単結晶または多結晶シリコン基板などで形成されてもよい。例えば、本発明の一実施形態において、半導体基板１００はｐ型単結晶シリコン基板が用いられてもよい。
【００３１】
半導体基板１００の第１面Ｓ１には、微小な凹凸が形成されてもよい。例えば、半導体基板１００の第１面Ｓ１には、凹凸パターンを含むテクスチャー（ｔｅｘｔｕｒｅ）構造Ｒが形成されてもよい。テクスチャー構造Ｒは、入射光の反射率を低下させ、できる限り多量の入射光が半導体基板１００に吸収されるようにし、光電素子の光収集効率を上昇させる。
【００３２】
半導体基板１００の第１面Ｓ１には、コンタクト層１００ｃ及びウィンドウ層１００ｗが形成されてもよい。例えば、半導体基板１００の第１面Ｓ１に沿って、複数のコンタクト層１００ｃ及びウィンドウ層１００ｗが互いに交互に形成されてもよい。図２において、領域Ａｃ及びＡｗは、それぞれコンタクト層１００ｃ及びウィンドウ層１００ｗが形成された領域を示す。
【００３３】
コンタクト層１００ｃ及びウィンドウ層１００ｗは、半導体基板１００とは異なる導電型のドーパントによってドーピングされ、ｐ−ｎ接合を形成することができる。例えば、コンタクト層１００ｃ及びウィンドウ層１００ｗは、ｐ型半導体基板１００にｎ型ドーパントを注入し、ｎ型ドーピング層として形成してもよい。コンタクト層１００ｃ及びウィンドウ層１００ｗは、同一の導電型ドーパントでドーピングされるが、互いに異なるドーピングレベルで形成される。例えば、コンタクト層１００ｃは、高濃度にドーピングされ、ウィンドウ層１００ｗは、低濃度にドーピングされてもよい。
【００３４】
コンタクト層１００ｃは、第１電極１１０が位置する電極接合部を、選択的に高濃度でドーピングした領域である。コンタクト層１００ｃは、半導体基板１００から生成された少数キャリアを収集するエミッタ（ｅｍｉｔｔｅｒ）が局所的に形成された選択的エミッタ（ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｅｍｉｔｔｅｒ）を形成する。例えば、コンタクト層１００ｃ上に、金属素材の第１電極１１０を形成し選択的エミッタを形成することができる。また、コンタクト層１００ｃは、電極接合部を高濃度にドーピングすることにより、第１電極１１０との接触抵抗を低くすることができる。
【００３５】
ウィンドウ層１００ｗは、半導体基板１００の有効入射面を提供する。ウィンドウ層１００ｗからの光の入射によって、半導体基板１００からキャリアが生成される。第１電極１１０が位置するコンタクト層１００ｃは高濃度にドーピングされ、第１電極１１０との接触抵抗を減少させるが、第１電極１１０が位置しないウィンドウ層１００ｗは低濃度にドーピングされる。上記により、半導体基板１００の表面に集中した過剰なドーパントによる表面再結合損失を減らすことができるため、表面近くで吸収される光の短波長領域の変換効率を上昇させることができる。
【００３６】
コンタクト層１００ｃ及びウィンドウ層１００ｗは、ドーピング物質層（図示せず）を全面に塗布した半導体基板１００を局所的に加熱することにより、加熱した一部領域に対するドーパントの固溶度及び拡散速度を増大させる方法により形成されてもよい。このとき、局所的に加熱された一部領域は、高濃度にドーピングされたコンタクト層１００ｃを形成することができ、加熱されていない残りの領域は、低濃度にドーピングされたウィンドウ層１００ｗを形成することができる。
【００３７】
さらに具体的には、コンタクト層１００ｃ及びウィンドウ層１００ｗは、先蒸着（ｐｒｅ−ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）工程、熱拡散（ｄｒｉｖｅ−ｉｎ）工程、後蒸着（ｐｏｓｔ−ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）工程、及び局所加熱工程という一連の工程によって形成されてもよい。先蒸着工程及び後蒸着工程の２回の蒸着工程によって、半導体基板１００上に、厚膜のドーピング物質層（図示せず）を形成することができる。
【００３８】
熱拡散工程では、ドーピング物質層のドーパントが、半導体基板１００内に拡散するように、高温による熱処理を行う。局所加熱工程では、半導体基板１００の選択された一部領域を局所的に加熱し、異なるドーピングレベルを有するコンタクト層１００ｃ及びウィンドウ層１００ｗを形成する。
【００３９】
先蒸着工程及び後蒸着工程の２回の蒸着工程を実施することにより、半導体基板１００上に、厚膜のドーピング物質層（図示せず）を形成することができ、さらに、局所的に加熱を行うことによりコンタクト層１００ｃのドーピングレベルを上昇させ、高い開放電圧を得ることができる。また、コンタクト層１００ｃと、第１電極１１０との接触抵抗を減らすことができる。
【００４０】
特に、熱拡散工程の前後で、互いに異なる工程条件が適用された先蒸着工程、及び後蒸着工程の２回の蒸着工程を行うことにより、ドーピングレベルを上昇させつつも、従来はドーピングレベルの上昇に伴い生じていた表面再結合損失やキャリア寿命時間の短縮を避けることができる。具体的には、ドーパントの拡散に有利な濃度勾配を形成するように、後蒸着工程は先蒸着工程より高濃度のドーパントソースが使用される。また、先蒸着工程より後蒸着工程の工程時間を短くすることにより、コンタクト層のドーピングレベルを高めつつも、光によって生成されたキャリアを電荷分離するｐ−ｎ接合の接合深度（ｊｕｎｃｔｉｏｎ ｄｅｐｔｈ）を浅くすることができ、半導体基板１００の表面に過度なドーパントが集中することを阻むことができる。
【００４１】
上記について、比較例１及び比較例２と対比して説明すれば、以下の通りである。
【００４２】
比較例１では、高いドーピング濃度を得るために、１回の蒸着工程によって、厚膜のドーピング物質層を形成する。比較例１では、半導体基板の表面のドーパント濃度が過度に上昇するため、半導体基板の表面に集中された過剰のドーパントによって、表面再結合速度が増大し、キャリアの寿命時間は短くなる。また、比較例１では、光によって生成されたキャリアを電荷分離するｐ−ｎ接合の接合深度が増大し、キャリアの収集効率が落ちてしまう。結果的に、開放電圧と短絡電流が低下し、太陽電池の曲線因子（ｆｉｌｌ ｆａｃｔｏｒ）及び変換効率が低下してしまう。
【００４３】
比較例２では、ドーピング物質層を厚膜に形成する代わりに、半導体基板１００のコンタクト層１００ｃに高出力のレーザを照射してドーパントの固溶度を上昇させ、照射領域へのドーパント拡散を促進する。すなわち、比較例２は、ドーピングされた半導体基板の選択された領域（コンタクト層１００ｃ）に対してレーザを照射する際に、高出力のレーザを用いることにより、ドーパントの固溶度をさらに上昇させ、拡散をさらに促進する方法である。これによりドーピング物質層を厚膜に形成せずに、高濃度のコンタクト層１００ｃを形成することができる。しかし、比較例２では、高出力のレーザによって半導体基板１００の表面が損傷し、半導体基板１００の照射領域の抵抗がかえって上昇し、表面再結合損失が増大して太陽電池の曲線因子が低下する。
【００４４】
本発明の一実施形態では、後蒸着工程において、先蒸着工程より高濃度のドーパントソースを使用し、かつ先蒸着工程より後蒸着工程の工程時間を短くすることにより、選択的エミッタ（コンタクト層１００ｃ）のドーピング濃度は高めつつも、浅い接合深度と低い表面再結合速度とを得ることができる。
【００４５】
先蒸着工程及び後蒸着工程の後の局所加熱工程では、均一な濃度にドーピングされた半導体基板１００上の選択された領域（コンタクト層１００ｃ）を局所的に加熱することにより、ドーピングレベルが互いに異なるウィンドウ層１００ｗ及びコンタクト層１００ｃを形成することができる。例えば、レーザの照射領域では、固溶度と拡散速度とが増大するため、ドーピング物質層（図示せず）のドーパントが早く拡散し、ドーピングレベルが上昇する。したがって、レーザ照射領域では、高濃度にドーピングされたコンタクト層１００ｃが形成され、レーザ非照射領域では、低濃度にドーピングされたウィンドウ層１００ｗが形成される。
【００４６】
レーザの出力は、照射領域に対するドーパントの拡散を促進するのに十分でありつつも、レーザの照射による損傷を引き起こさないほどの出力範囲に設定されることが望ましい。例えば、レーザの出力が過度に設定されている場合、レーザ照射により照射領域の損傷が起きるので、欠陥部分での抵抗が増加し、直列抵抗の上昇及び太陽電池の曲線因子の低下が引き起こされる。
【００４７】
コンタクト層１００ｃ上には、第１電極１１０が形成される。第１電極１１０は、ｐ−ｎ接合を介して電荷分離したキャリアを外部に引き出すことができる。第１電極１１０は、選択的に高濃度でドーピングされたコンタクト層１００ｃに接続されてもよい。
【００４８】
第１電極１１０は、光電流（ｐｈｏｔｏ ｃｕｒｒｅｎｔ）の引き出し方向に沿って、一方向に延びるストライプパターンで形成されてもよい。第１電極１１０は、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）などの金属素材で形成されてもよく、電極ペーストの塗布、乾燥及び焼成（ｆｉｒｉｎｇ）により、コンタクト層１００ｃ上にスクリーンプリンティングされてもよい。高濃度にドーピングされたコンタクト層１００ｃ上に、第１電極１１０を接続することにより、コンタクト層１００ｃと、第１電極１１０との接触抵抗を減らすことができる。
【００４９】
半導体基板１００の第２面Ｓ２には、第２電極１２０が形成されてもよい。例えば、第２電極１２０は、半導体基板１００上にスクリーンプリンティングされて形成されてもよく、また、第２電極１２０は多数のキャリアを収集するベース（ｂａｓｅ）に接続されてもよい。
【００５０】
また、半導体基板１００の第１面Ｓ１及び第２面Ｓ２には、それぞれ反射防止膜１１５及び背面電界層１２５が形成されてもよい。例えば、反射防止膜１１５は、相殺的干渉により入射光の反射率を低下させ、入射光の特定波長領域の選択性を増大させる。
【００５１】
反射防止膜１１５は、シリコン酸化膜（例えば、ＳｉＯ２）やシリコン窒化膜（例えば、Ｓｉ３Ｎ４）の単一層またはこれらの複合層で形成されてもよい。また、反射防止膜１１５は、熱酸化または化学気相蒸着などの方法により形成されてもよい。
【００５２】
背面電界層１２５は、半導体基板１００と同一の導電型であるドーパントの高濃度ドーピング領域として形成されてもよい。背面電界層１２５は、キャリアの表面再結合損失を抑制するために、高濃度／低濃度の接合を介して、背面電界を形成する。例えば、前記背面電界層１２５は、ｐ型半導体基板１００に形成された高濃度のｐ＋層であってもよい。
【００５３】
一方、反射防止膜１１５及び背面電界層１２５は、表面再結合損失を減らすためのパッシベーション機能を兼ねることができる。例えば、反射防止膜１１５及び背面電界層１２５は、半導体基板１００の互いに異なる第１面Ｓ１及び第２面Ｓ２のパッシベーション膜として機能することができる。
【００５４】
以下、図３Ａ〜図３Ｍを参照し、本発明の一実施形態による光電素子の製造方法について説明する。
【００５５】
まず、図３Ａに図示するように、半導体基板２００を準備する。例えば、半導体基板２００は、ｐ型結晶質シリコンウェーハであってもよい。また、例えば、半導体基板２００の表面に付着した物理的・化学的不純物を除去するために、酸やアルカリの溶液を用いる洗浄工程が行われてもよい。
【００５６】
次に、図３Ｂに図示するように、半導体基板２００の第２面Ｓ２を覆うエッチング防止膜Ｍが形成される。後述するように、エッチング防止膜Ｍは、第１面Ｓ１に対する表面テクスチャリング（ｔｅｘｔｕｒｉｎｇ）時にエッチングマスクの機能を果たす。エッチング防止膜Ｍは、テクスチャリング・エッチャントに対して耐性を有する素材で形成されていればよい。例えば、前記エッチング防止膜Ｍは、シリコン酸化膜（例えば、ＳｉＯ２）やシリコン窒化膜（例えば、Ｓｉ３Ｎ４）で形成されていてもよい。このようなエッチング防止膜Ｍは、熱酸化によって酸化膜を形成したり、化学気相蒸着（ＣＶＤ：ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によって酸化膜や窒化膜を蒸着したりすることにより形成される。
【００５７】
次に、図３Ｃに図示するように、半導体基板２００の第１面Ｓ１に、表面テクスチャリングを行う。例えば、半導体基板２００に対して、エッチャントとして水酸化カリウム（ＫＯＨ）、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）のようなアルカリ溶液を適用して異方性エッチングを行い、半導体基板２００表面に凹凸パターンを有するテクスチャー構造Ｒを形成することができる。このとき、エッチング防止膜Ｍで覆われている半導体基板２００の第２面Ｓ２は、エッチングされずにエッチング防止膜Ｍにより保護される。図３Ｄに図示するように、役割を果たしたエッチング防止膜Ｍは、除去されてもよい。
【００５８】
次に、図３Ｅ〜図３Ｉに図示された一連の工程を行い、図３Ｉに図示されているように、半導体基板２００の第１面Ｓ１に、コンタクト層２００ｃとウィンドウ層２００ｗとを形成する。コンタクト層２００ｃとウィンドウ層２００ｗは、先蒸着（ｐｒｅ−ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）工程、熱拡散（ｄｒｉｖｅ−ｉｎ）工程、後蒸着（ｐｏｓｔ−ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）工程、及び局所加熱工程という一連の工程で形成されてもよい。以下、一連の工程について詳しく説明する。
【００５９】
まず、図３Ｅに図示するように、半導体基板２００の第１面Ｓ１上に、第１ドーピング物質層ＤＰ１を形成する先蒸着工程を行う。先蒸着工程では、ｐ型またはｎ型のドーピング物質層ＤＰ１を形成することができ、例えば、ｐ型半導体基板２００と異なる導電型であるｎ型ドーピング物質層ＤＰ１を形成することができる。先蒸着工程には、拡散管（ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ ｔｕｂｅ）を利用する拡散システムが適用されてもよい。
【００６０】
さらに具体的には、先蒸着工程では、ドーピングソースとしてのＰＯＣｌ３（オキシ塩化リン）を用い、窒素と酸素とが混合されたキャリアガスによって、拡散管内の半導体基板２００上に投入する。このとき、ＰＯＣｌ３は、酸素と反応し、Ｐ２Ｏ５酸化膜となり第１ドーピング物質層ＤＰ１を形成する。
【００６１】
半導体基板２００のシリコンと反応する前の第１ドーピング物質層ＤＰ１は、Ｐ２Ｏ５酸化膜として存在する。シリコンとの反応により、第１ドーピング物質層ＤＰ１のドーパントＰ（リン：ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ）は、半導体基板２００の内部に拡散し、半導体基板２００の表面には、酸化物が成長する。このとき、第１ドーピング物質層ＤＰ１は、ＳｉＯ２を含むガラス層（ＰＳＧ：ｐｈｏｓｐｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ ｇｌａｓｓ）となる。
【００６２】
また、先蒸着時のＰＯＣｌ３の濃度は、ほぼ５〜７％の範囲で選択されることが望ましい。下限値（５％）より低い濃度のドーピングソースが適用される場合、半導体基板のドーパントの表面濃度が十分ではなく、電極との接触抵抗が上昇する。また、上限値（７％）より高い濃度のドーピングソースが適用される場合、半導体基板２００のドーパントの表面濃度が過度に上昇して表面再結合損失が増大する。具体的には、先蒸着工程の工程条件として、５．７％濃度のＰＯＣｌ３をドーピングソースとして使用し、８００℃〜９００℃で、１０分〜２０分間蒸着することが望ましい。さらに具体的には、先蒸着工程は、８４０℃の温度で１５分間行われてもよい。
【００６３】
ここで、本明細書におけるＰＯＣｌ３濃度は、半導体基板２００が置かれた蒸着チャンバ（例えば、拡散管）内に投入される全体ガス（キャリアガスを含む全体ガス）においてのＰＯＣｌ３の占める体積流量を示す。例えば、５．７％濃度のＰＯＣｌ３とは、１６ｓｌｍ（標準状態流量（ｓｔａｎｄａｒｄ ｌｉｔｔｅｒｓ ｐｅｒ ｍｉｎｕｔｅ：ｓｌｍ）０℃、１ａｔｍにおける１分間当たりの流量をリットル単位で表示した単位）の窒素、０．５ｓｌｍの酸素、１ｓｌｍのＰＯＣｌ３を含む総１７．５ｓｌｍの全体ガスにおいて、ＰＯＣｌ３の体積流量が５．７％であることを示す。
【００６４】
次に、図３Ｆに図示するように、第１ドーピング物質層ＤＰ１のドーパントが半導体基板２００内に速かに拡散するように、熱拡散（ｄｒｉｖｅ−ｉｎ）工程を行う。熱拡散工程では、ドーピング物質を追加注入せずに、拡散管内の半導体基板２００を高い温度に維持する。熱拡散工程は、先蒸着工程と共に連続でなされ、先蒸着工程を行った拡散管内で一括してなされる。熱拡散工程の工程条件として、不活性雰囲気下、８００℃〜９００℃で、３０分〜５０分間を用いてもよい。また、具体的な一例として、熱拡散工程は、８４０℃で４０分間行われてもよく、窒素ガスなどの不活性ガスが注入されてもよい。
【００６５】
これにより、第１ドーピング物質層ＤＰ１のドーパントＰ（リン：ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ）は、半導体基板２００に拡散していき、半導体基板２００の表面には、ｎ型エミッタ層２００ｅが形成される。拡散の進行により、Ｐ２Ｏ５のドーパントＰ（リン：ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ）は、半導体基板２００の内部に拡散していき、半導体基板２００の表面では、酸化物が成長する。第１ドーピング物質層ＤＰ１は、厚み方向に沿って、上部が相対的に高いＰ２Ｏ５含量を有し、下部が相対的に高いＳｉＯ２含量を有し、連続的に変化する濃度勾配を有するようになる。ここで、特許請求の範囲の記載では、熱拡散は、単に拡散と表現される。
【００６６】
次に、図３Ｇに図示するように、第１ドーピング物質層ＤＰ１上に、第２ドーピング物質層ＤＰ２を形成する後蒸着工程（ｐｏｓｔ−ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）が行われる。後蒸着工程では、第１ドーピング物質層ＤＰ１と同一の導電型である第２ドーピング物質層ＤＰ２を形成することができる。また、蒸着チャンバとして、拡散管（ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ ｔｕｂｅ）を利用する拡散システムが適用されてもよい。
【００６７】
具体的には、後蒸着工程では、ドーピングソースとしてＰＯＣｌ３（オキシ塩化リン）を、窒素と酸素とを混合したキャリアガスを用いて、拡散管内の半導体基板２００上に投入する。
【００６８】
後蒸着工程の工程条件は、先蒸着工程と異なってもよい。すなわち、後蒸着工程では、先蒸着工程より高濃度のドーピングソースを使い、先蒸着工程より短い工程時間を適用する。このように、先蒸着工程より高濃度のドーピングソースを使うことにより、第２ドーピング物質層ＤＰ２から半導体基板２００に向けて、拡散に有利な濃度勾配を形成することができる。また、相対的に短い工程時間を適用することで、半導体基板２００の表面濃度及び接合深度が増大することを抑制することができる。
【００６９】
すなわち、先蒸着工程時のドーピングソースの第１濃度Ｃｏ１及び第１工程時間ｔ１と、後蒸着工程時のドーピングソースの第２濃度Ｃｏ２及び第２工程時間ｔ２とを比較すると、第１濃度Ｃｏ１より第２濃度Ｃｏ２のほうが大きく（Ｃｏ１＜Ｃｏ２）、第１工程時間ｔ１より第２工程時間ｔ２のほうが短い（ｔ１＞ｔ２）。
【００７０】
例えば、後蒸着工程のＰＯＣｌ３濃度は、おおよそ１０％以上、さらに望ましくは、おおよそ１２％以上としてもよい。１０％より低い濃度のドーピングソースでは、先蒸着工程より高い濃度勾配、すなわち、ドーパント拡散に有利な濃度勾配を形成することができなくなる。ここで、本明細書においてＰＯＣｌ３濃度は、半導体基板２００が置かれた蒸着チャンバ（例えば、拡散管）中に投入される全体ガス（キャリアガスを含む全体ガス）中で、ＰＯＣｌ３の占める体積流量を示す。
【００７１】
具体的には、後蒸着工程の条件は、１２．５％濃度のＰＯＣｌ３をドーピングソースとして使用し、８００℃〜９００℃で、３分〜８分間としてもよい。具体的な一例として、後蒸着工程は、８４０℃で５分間行われる。
【００７２】
また、ドーパント拡散前の第２ドーピング物質層ＤＰ２は、Ｐ２Ｏ５酸化膜として存在する。第２ドーピング物質層ＤＰ２のドーパントが、半導体基板２００内部に拡散していくことにより、半導体基板２００の表面には、酸化物が成長する。このとき、第２ドーピング物質層ＤＰ２は、ＳｉＯ２を含むガラス層（ＰＳＧ）となることができる。
【００７３】
ここで第２ドーピング物質層ＤＰ２は、先蒸着された第１ドーピング物質層ＤＰ１と共に、厚膜のガラス層（ＰＳＧ）を形成することができる。すなわち、第２ドーピング物質層ＤＰ２は、第１ドーピング物質層ＤＰ１と共に、所定の膜厚ｔを有する１層のガラス層（ＰＳＧ）を形成する。このとき、該ガラス層（ＰＳＧ）は、半導体基板２００の界面付近で酸化膜が成長し、相対的に高いＳｉＯ２含量を有する。すなわち、ガラス層（ＰＳＧ）は、半導体基板２００の界面から遠くなるにつれ、ＳｉＯ２含量はだんだんと小さくなり、Ｐ２Ｏ５含量は、だんだんと大きくなる濃度プロファイルを有してもよい。例えば、第１ドーピング物質層ＤＰ１及び第２ドーピング物質層ＤＰ２のシリコン酸化物の濃度は、半導体基板２００に近づくほど上昇する。
【００７４】
次に、図３Ｈに図示するように、第１ドーピング物質層ＤＰ１及び第２ドーピング物質層ＤＰ２が形成された半導体基板２００上のコンタクト領域Ａｃを局所的に加熱し、ドーピングレベルが異なる領域を作製する局所加熱工程が行われる。局所加熱工程では、半導体基板２００上の一部領域、さらに具体的には、第１電極２１０を形成するコンタクト領域Ａｃを局所的に加熱し、高濃度のコンタクト層２００ｃを形成する。
【００７５】
半導体基板２００上のコンタクト領域Ａｃに対してレーザＬを照射することにより、コンタクト領域Ａｃの固溶度及び拡散速度が増大する。すなわち、先蒸着工程及び後蒸着工程によって、厚膜に形成されたドーピング物質層ＤＰ１、ＤＰ２のドーパントＰ（リン：ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ）が、レーザＬを照射したコンタクト領域Ａｃ内に拡散し、ドーピング濃度が上昇する。
【００７６】
このとき、レーザＬを照射したコンタクト領域Ａｃには、高いドーピングレベルを有するコンタクト層２００ｃが形成され、レーザＬを照射しないウィンドウ領域Ａｗには、相対的に低いドーピングレベルを有するウィンドウ層２００ｗが形成される。照射されたレーザＬは、高いバンドギャップ・エネルギー（ｂａｎｄ−ｇａｐ ｅｎｅｒｇｙ）を有する第１ドーピング物質層ＤＰ１及び第２ドーピング物質層ＤＰ２には吸収されることなく透過し、半導体基板２００に吸収されてドーパントＰ（リン：ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ）の固溶度及び拡散を促進する。
【００７７】
本発明の一実施形態では、先蒸着工程及び後蒸着工程の２回蒸着工程を行うので、１回蒸着と比較すると、より厚膜のドーピング物質層ＤＰ１、ＤＰ２を形成することができ、局所加熱工程によって、より高濃度のコンタクト層２００ｃを形成することができる。コンタクト層２００ｃのドーピング濃度を高めることにより、第１電極１１０との接触抵抗が低下し、さらに光電流の直列抵抗が低減することによって、高い開放電圧を得ることができ、曲線因子が上昇する。ここで、特許請求の範囲の記載では、局所加熱は、選択的拡散と表現した。また、選択的拡散と対比して、熱拡散は、拡散と表現した。
【００７８】
次に、図３Ｈ及び図３Ｉに図示するように、第１ドーピング物質層ＤＰ１及び第２ドーピング物質層ＤＰ２を除去するエッチバック（ｅｔｃｈ−ｂａｃｋ）が行われる。第１ドーピング物質層ＤＰ１及び第２ドーピング物質層ＤＰ２は、ガラス層（ＰＳＧ）状態で存在し、半導体基板２００に内包された金属の不純成分の析出物を含んでいるため、これを除去することにより、不純成分を除去するギャザリング（ｇａｔｈｅｒｉｎｇ）効果を期待することもできる。
【００７９】
例えば、第１ドーピング物質層ＤＰ１及び第２ドーピング物質層ＤＰ２は、酸性溶液のエッチャントを適用してエッチング除去されてもよく、硝酸（ＨＮＯ３）及びフッ酸（ＨＦ）と、酢酸（ＣＨ３ＣＯＯＨ）または脱イオン水（ＤＩ ｗａｔｅｒ）との混合溶液を適用することができる。ただし、本発明の変形例として、このような第１ドーピング物質層ＤＰ１及び第２ドーピング物質層ＤＰ２を除外せずに、パッシベーション膜として活用してもよい。
【００８０】
次に、図３Ｊに図示するように、半導体基板２００の第１面Ｓ１上に、反射防止膜２１５を形成する。例えば、反射防止膜２１５は、シリコン酸化膜（例えば、ＳｉＯ２）、シリコン窒化膜（例えば、Ｓｉ３Ｎ４）、水素化されたシリコン窒化膜（ＳｉＮ：Ｈ）などで形成してもよい。また、シリコン酸化膜の単一層で形成されてもよく、あるいは互いに屈折率が異なるシリコン酸化膜とシリコン窒化膜との複合層で形成されてもよい。さらに、反射防止膜２１５は、化学気相蒸着（ＣＶＤ）を利用して形成されてもよい。
【００８１】
反射防止膜２１５は、半導体基板２００で生成されたキャリアの表面再結合を防止し、キャリアの収集効率を向上させるパッシベーション膜の役目を兼ねることができる。すなわち、反射防止膜２１５は、半導体基板２００の表面に存在するシリコン原子の未結合状態（ｄａｎｇｌｉｎｇ ｂｏｎｄ）によるキャリアの捕獲（ｔｒａｐｐｉｎｇ）を防止し、キャリアの収集効率を向上させることができる。
【００８２】
次に、図３Ｋに図示するように、コンタクト層２００ｃ上に、第１電極２１０を形成する。第１電極２１０は、光電流の引き出し方向に沿って、一方向に並んで延びるストライプパターンで形成されてもよく、また光の有効入射面積を考慮したパターンで形成されてもよい。
【００８３】
第１電極２１０は、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）などの金属素材を含んでもよい。例えば、スクリーンプリンティングを利用し、コンタクト層２００ｃ上に電極ペースト（図示せず）をパターン印刷した後、乾燥及び焼成してもよい。係る場合、電極ペースト（図示せず）に含まれたガラスフリット成分が反射防止膜２１５を貫くことにより、第１電極２１０とコンタクト層２００ｃとを互いに接触させることができる。
【００８４】
次に、図３Ｌに図示するように、半導体基板２００の第２面Ｓ２上に、背面電界（ＢＳＦ：ｂａｃｋ ｓｕｒｆａｃｅ ｆｉｅｌｄ）層２２５を形成する。例えば、背面電界層２２５は、高濃度ドーピング層で形成されてもよく、半導体基板２００と同一導電型のドーパントを高濃度でドーピングして形成してもよい。例えば、背面電界層２２５は、ｐ型半導体基板２００の第２面Ｓ２に高濃度ｐ＋層として形成されてもよい。係る構成により、背面電界層２２５は、少数キャリア（電子）が第２面Ｓ２側に移動して再結合することを防止することができる。
【００８５】
次に、図３Ｍに図示するように、半導体基板２００の第２面Ｓ２上に、第２電極２２０が形成される。第２電極２２０は、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）などの金属素材で形成されてもよい。また、第２電極２２０は、スクリーンプリンティングやメッキのような方法で形成されてもよい。例えば、第２電極２２０は、電極ペースト（図示せず）の塗布後、乾燥及び焼成により形成されてもよく、第１電極ペースト（図示せず）と第２電極ペースト（図示せず）とを共に焼成する工程（ｃｏ−ｆｉｒｉｎｇ）により、第１面Ｓ１上の第１電極２１０と、第２面Ｓ２上の第２電極２２０とを共に形成してもよい。
【００８６】
以下の表１に本発明による光電素子の特性を評価するための実験結果を示す。
【００８７】
【表１】
【００８８】
比較例３〜６は、先蒸着工程及び熱拡散工程によりコンタクト層を形成した光電素子を示し、実施例は、コンタクト層を本発明の実施形態によって形成した光電素子を示す。
【００８９】
比較例３では、４．７％濃度のＰＯＣｌ３をドーピングソースにして、８４０℃で１５分間、先蒸着工程を行い、その後８４０℃の温度で４０分間、熱拡散工程を行った。
【００９０】
比較例４では、８．７％濃度のＰＯＣｌ３をドーピングソースにして、８４０℃で２５分間、先蒸着工程を行い、その後８３０℃の温度で２０分間、熱拡散工程を行った。
【００９１】
比較例５では、８．７％濃度のＰＯＣｌ３をドーピングソースにして、８４０℃で１５分間、先蒸着工程を行い、その後８４０℃の温度で１５分間、熱拡散工程を行った。
【００９２】
比較例６では、１２．５％濃度のＰＯＣｌ３をドーピングソースにして、８４０℃で１０分間、先蒸着工程を行い、その後８４０℃の温度で１５分間、熱拡散工程を行った。
【００９３】
実施例では、５．７％濃度のＰＯＣｌ３をドーピングソースにして、８４０℃で１５分間、先蒸着工程を行い、その後８４０℃の温度で４０分間、熱拡散工程を行った後、１２．５％濃度のＰＯＣｌ３をドーピングソースにして、８４０℃で５分間、後蒸着工程を行った。
【００９４】
比較例３〜６及び実施例それぞれの場合に、ドーピング物質層の厚みを測定し、コンタクト層の面抵抗と、暗示開放電圧（ｉｍｐｌｉｅｄ ｏｐｅｎ ｃｉｒｃｕｉｔ ｖｏｌｔａｇｅ：ｉｍｐｌｉｅｄ Ｖｏｃ）を測定した。このとき、コンタクト層の面抵抗は、エッチバックによって、ウィンドウ層１００ｗの面抵抗を１１０Ω／ｓｑで一致させた同一条件の下で測定した。
【００９５】
実施例と比較例３とを比較すると、実施例は比較例３より、さらに厚いドーピング物質層（ガラス層（ＰＳＧ））を形成することができる。相対的に厚膜のドーピング物質層を形成することにより、ドーパントの添加量を増加させ、コンタクト層のドーピングレベルを高めることができる。
【００９６】
実施例と比較例４、５と比較すると、実施例より厚いドーピング物質層を形成した比較例４、５より、実施例はさらに低いコンタクト層面抵抗を得ることができる。単にドーピング物質層を厚く形成するよりは、実施例のように、後蒸着工程において、相対的に先蒸着工程より高濃度のドーピングソースを適用することにより、ドーパント拡散に有利な濃度勾配を形成することができ、ドーピングレベルを高めるのに効果的であるということが分かる。
【００９７】
同一濃度のドーピングソース（１２．５％、ＰＯＣｌ３）を適用した実施例と比較例６とを比較すると、比較例６より、実施例はさらに低いコンタクト層面抵抗が得られる。単にドーピングソースの濃度を高めるより、実施例のように、後蒸着工程において、相対的に先蒸着工程より高濃度のドーピングソースを適用することにより、ドーパント拡散に有利な濃度勾配を形成することができ、ドーピングレベルを高めるのに効果的であるということが分かる。
【００９８】
比較例３〜６及び実施例で、暗示開放電圧（ｉｍｐｌｉｅｄ Ｖｏｃ）を測定した結果から、実施例は最も高い暗示開放電圧を得る可能性があるということを確認することができる。暗示開放電圧は、光によって生成されたキャリアの再結合損失を反映し、暗示開放電圧は、再結合損失が増加すると減少する。具体的には、暗示開放電圧は、ＰＣＤ（ｐｈｏｔｏ ｃｏｎｄｕｃｔａｎｃｅ ｄｅｃａｙ）を利用して測定され、測定されたキャリアの寿命時間を利用して計算される。そのため、キャリアの寿命時間が長いほど、暗示開放電圧値は増大し、実際に製作された光電素子の開放電圧（ｏｐｅｎ ｃｉｒｃｕｉｔ ｖｏｌｔａｇｅ：Ｖｏｃ）が増大すると予測される。
【００９９】
本発明で最も高い暗示開放電圧を得たことは、すなわち半導体基板の表面に直接行われる先蒸着工程で、相対的に低濃度のドーピングソースを適用し、後蒸着工程において先蒸着工程より短縮された工程時間を適用することにより、半導体基板の表面濃度を抑制して表面再結合損失を低下させ、浅い接合深度を形成してキャリア収集効率が向上した結果であると理解される。
【０１００】
比較例３より先蒸着工程のＰＯＣｌ３濃度を増加させた比較例４〜６で、比較例３より低い面抵抗を得ることは可能であるが、接合深度の増大及び再結合損失の増加により、比較例３よりは暗示開放電圧は低下する。
【０１０１】
一方、本発明の一実施形態では、互いに異なる工程条件である先蒸着工程及び後蒸着工程の２回蒸着を適用しているが、本発明は、上記実施形態に限定されない。ドーパントの拡散に有利な濃度勾配を形成するために、後蒸着工程にて先蒸着工程より高濃度のドーピングソースを適用し、接合深度及び表面濃度の過度な上昇を抑制するために、後蒸着工程で、先蒸着工程より相対的に短い工程時間適用されるならば、３回以上蒸着工程が行われてもよい。
【０１０２】
例えば、３回以上の蒸着を行う場合には、一次蒸着工程、熱拡散工程、二次蒸着工程、熱拡散工程、三次蒸着工程の一連の工程を行うようにしてもよい。係る場合、一次蒸着時のドーピングソースの濃度Ｃｏ１、二次蒸着時のドーピングソースの濃度Ｃｏ２、及び三次蒸着時のドーピングソースの濃度Ｃｏ３は、Ｃｏ１＜Ｃｏ２＜Ｃｏ３の関係を有してもよい。また、一次蒸着時の工程時間ｔ１、二次蒸着時の工程時間ｔ２、及び三次蒸着時の工程時間ｔ３は、ｔ１＞ｔ２＞ｔ３の関係を有してもよい。
【０１０３】
上記にて詳述したように、本発明によれば、電極接合部を形成する選択的エミッタ領域を高濃度にドーピングして電極の接触抵抗を低下させ、光電流パスの直列抵抗を下げつつも、ドーピングレベルの上昇に伴う接合深度の増大及びキャリアの表面濃度の過度な上昇による表面再結合損失を抑制することができる光電素子を製造することが可能である。
【０１０４】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。従って、本発明の真の保護範囲は、特許請求の範囲によって定められる。
【産業上の利用可能性】
【０１０５】
本発明の光電素子の製造方法は、例えば、太陽電池関連の技術分野に効果的に適用可能である。
【符号の説明】
【０１０６】
１００、２００ 半導体基板
１００ｃ、２００ｃ コンタクト層
１００ｗ、２００ｗ ウィンドウ層
１１０、２１０ 第１電極
１１５、２１５ 反射防止膜
１２０、２２０ 第２電極
１２５、２２５ 背面電界層
２００ｅ エミッタ層
Ａｃ コンタクト領域
Ａｗ ウィンドウ領域
Ｌ レーザ
Ｍ エッチング防止膜
Ｒ テクスチュア構造
Ｓ１ 半導体基板の第１面
Ｓ２ 半導体基板の第２面
ＤＰ１ 第１ドーピング物質層
ＤＰ２ 第２ドーピング物質層
ｔ 第１ドーピング物質層及び第２ドーピング物質層が形成するガラス層の厚み
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型を有する半導体基板に、前記第１導電型と異なる第２導電型を有する第１ドーピング物質層を形成する先蒸着段階と、
前記第１ドーピング物質層が形成された前記半導体基板を加熱する熱拡散段階と、
前記熱拡散段階後、前記第１ドーピング物質層上に、前記第２導電型を有する第２ドーピング物質層を形成する後蒸着段階と、
前記半導体基板、前記第１ドーピング物質層及び前記第２ドーピング物質層の一部をレーザで局所加熱し、前記半導体基板の第１面上にコンタクト層を形成する局所加熱段階と、
前記コンタクト層上に第１電極を形成し、前記半導体基板の前記第１面と対向する第２面上に第２電極を形成する段階と、を含む光電素子の製造方法。
【請求項２】
前記先蒸着段階は、
前記半導体基板が存在する蒸着チャンバ内に、第１ドーピングソースを提供する段階を含み、
前記後蒸着段階は、前記蒸着チャンバ内に、第２ドーピングソースを提供する段階を含むことを特徴とする請求項１に記載の光電素子の製造方法。
【請求項３】
前記第１ドーピングソースを提供する段階は、第１工程時間の間行われ、
前記第２ドーピングソースを提供する段階は、第２工程時間の間行われ、
前記第１工程時間は、前記第２工程時間より長いことを特徴とする請求項２に記載の光電素子の製造方法。
【請求項４】
前記第１ドーピングソースを提供する段階では、前記第１ドーピングソースは、キャリアガスを介して供給され、前記第１ドーピングソースは第１濃度を有し、
前記第２ドーピングソースを提供する段階では、前記第２ドーピングソースは、キャリアガスを介して供給され、前記第２ドーピングソースは第２濃度を有し、
前記第２濃度は、前記第１濃度より高いことを特徴とする請求項２又は３に記載の光電素子の製造方法。
【請求項５】
前記第１ドーピングソースは、ＰＯＣｌ３を含むことを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載の光電素子の製造方法。
【請求項６】
前記第１ドーピングソースを提供する段階では、
前記第１ドーピングソースは、キャリアガスを介して供給され、前記第１ドーピングソースは５体積％〜７体積％の濃度を有することを特徴とする請求項２〜５のいずれか一項に記載の光電素子の製造方法。
【請求項７】
前記第１ドーピングソースを提供する段階は、１０分〜２０分間行われることを特徴とする請求項２〜６のいずれか一項に記載の光電素子の製造方法。
【請求項８】
前記第２ドーピングソースは、ＰＯＣｌ３を含むことを特徴とする請求項２〜７のいずれか一項に記載の光電素子の製造方法。
【請求項９】
前記第２ドーピングソースを提供する段階では、
前記第２ドーピングソースは、キャリアガスを介して供給され、前記第２ドーピングソースは１０体積％以上の濃度を有することを特徴とする請求項２〜８のいずれか一項に記載の光電素子の製造方法。
【請求項１０】
前記第２ドーピングソースを提供する段階は、３分〜８分間行われることを特徴とする請求項２〜９のいずれか一項に記載の光電素子の製造方法。
【請求項１１】
前記熱拡散段階は、不活性雰囲気下で、８００℃〜９００℃で３０分〜５０分間行われることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の光電素子の製造方法。
【請求項１２】
前記熱拡散段階では、前記半導体基板の前記第１面にエミッタ層を形成することを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の光電素子の製造方法。
【請求項１３】
前記局所加熱段階では、
前記半導体基板の前記第１面に、前記コンタクト層より低いドーピング濃度を有し、前記コンタクト層と接するウィンドウ層を形成することを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載の光電素子の製造方法。
【請求項１４】
前記局所加熱段階後、
前記第１ドーピング物質層及び第２ドーピング物質層を除去する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一項に記載の光電素子の製造方法。
【請求項１５】
前記第１ドーピング物質層及び第２ドーピング物質層を除去する段階では、酸性溶液のエッチャントを利用してエッチングすることを特徴とする請求項１４に記載の光電素子の製造方法。
【請求項１６】
前記局所加熱段階後、前記半導体基板上に反射防止膜を形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１〜１５のいずれか一項に記載の光電素子の製造方法。
【請求項１７】
前記半導体基板の前記第２面上に、前記第１導電型を有する背面電界層を形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１〜１６のいずれか一項に記載の光電素子の製造方法。
【請求項１８】
第１導電型の半導体基板に前記第１導電型と異なる第２導電型を有する第１ドーピング物質層を形成する先蒸着段階と、
前記第１ドーピング物質層のドーパントを前記半導体基板に拡散させ、前記半導体基板の第１面にエミッタ層を形成する拡散段階と、
前記拡散段階後、前記第２導電型を有する第２ドーピング物質層を形成する後蒸着段階を含み、前記第１ドーピング物質層と前記第２ドーピング物質層は、変化する濃度勾配を有し、前記第１ドーピング物質層及び前記第２ドーピング物質層のシリコン酸化物の濃度は、前記半導体基板に近づくほど上昇し、
前記第１ドーピング物質層及び前記第２ドーピング物質層のドーパントを前記エミッタ層に拡散させ、前記半導体基板の前記第１面の一部にコンタクト層を形成する選択的拡散段階と、を含むことを特徴とする光電素子の製造方法。
【請求項１】
第１導電型を有する半導体基板に、前記第１導電型と異なる第２導電型を有する第１ドーピング物質層を形成する先蒸着段階と、
前記第１ドーピング物質層が形成された前記半導体基板を加熱する熱拡散段階と、
前記熱拡散段階後、前記第１ドーピング物質層上に、前記第２導電型を有する第２ドーピング物質層を形成する後蒸着段階と、
前記半導体基板、前記第１ドーピング物質層及び前記第２ドーピング物質層の一部をレーザで局所加熱し、前記半導体基板の第１面上にコンタクト層を形成する局所加熱段階と、
前記コンタクト層上に第１電極を形成し、前記半導体基板の前記第１面と対向する第２面上に第２電極を形成する段階と、を含む光電素子の製造方法。
【請求項２】
前記先蒸着段階は、
前記半導体基板が存在する蒸着チャンバ内に、第１ドーピングソースを提供する段階を含み、
前記後蒸着段階は、前記蒸着チャンバ内に、第２ドーピングソースを提供する段階を含むことを特徴とする請求項１に記載の光電素子の製造方法。
【請求項３】
前記第１ドーピングソースを提供する段階は、第１工程時間の間行われ、
前記第２ドーピングソースを提供する段階は、第２工程時間の間行われ、
前記第１工程時間は、前記第２工程時間より長いことを特徴とする請求項２に記載の光電素子の製造方法。
【請求項４】
前記第１ドーピングソースを提供する段階では、前記第１ドーピングソースは、キャリアガスを介して供給され、前記第１ドーピングソースは第１濃度を有し、
前記第２ドーピングソースを提供する段階では、前記第２ドーピングソースは、キャリアガスを介して供給され、前記第２ドーピングソースは第２濃度を有し、
前記第２濃度は、前記第１濃度より高いことを特徴とする請求項２又は３に記載の光電素子の製造方法。
【請求項５】
前記第１ドーピングソースは、ＰＯＣｌ３を含むことを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載の光電素子の製造方法。
【請求項６】
前記第１ドーピングソースを提供する段階では、
前記第１ドーピングソースは、キャリアガスを介して供給され、前記第１ドーピングソースは５体積％〜７体積％の濃度を有することを特徴とする請求項２〜５のいずれか一項に記載の光電素子の製造方法。
【請求項７】
前記第１ドーピングソースを提供する段階は、１０分〜２０分間行われることを特徴とする請求項２〜６のいずれか一項に記載の光電素子の製造方法。
【請求項８】
前記第２ドーピングソースは、ＰＯＣｌ３を含むことを特徴とする請求項２〜７のいずれか一項に記載の光電素子の製造方法。
【請求項９】
前記第２ドーピングソースを提供する段階では、
前記第２ドーピングソースは、キャリアガスを介して供給され、前記第２ドーピングソースは１０体積％以上の濃度を有することを特徴とする請求項２〜８のいずれか一項に記載の光電素子の製造方法。
【請求項１０】
前記第２ドーピングソースを提供する段階は、３分〜８分間行われることを特徴とする請求項２〜９のいずれか一項に記載の光電素子の製造方法。
【請求項１１】
前記熱拡散段階は、不活性雰囲気下で、８００℃〜９００℃で３０分〜５０分間行われることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の光電素子の製造方法。
【請求項１２】
前記熱拡散段階では、前記半導体基板の前記第１面にエミッタ層を形成することを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の光電素子の製造方法。
【請求項１３】
前記局所加熱段階では、
前記半導体基板の前記第１面に、前記コンタクト層より低いドーピング濃度を有し、前記コンタクト層と接するウィンドウ層を形成することを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載の光電素子の製造方法。
【請求項１４】
前記局所加熱段階後、
前記第１ドーピング物質層及び第２ドーピング物質層を除去する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一項に記載の光電素子の製造方法。
【請求項１５】
前記第１ドーピング物質層及び第２ドーピング物質層を除去する段階では、酸性溶液のエッチャントを利用してエッチングすることを特徴とする請求項１４に記載の光電素子の製造方法。
【請求項１６】
前記局所加熱段階後、前記半導体基板上に反射防止膜を形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１〜１５のいずれか一項に記載の光電素子の製造方法。
【請求項１７】
前記半導体基板の前記第２面上に、前記第１導電型を有する背面電界層を形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１〜１６のいずれか一項に記載の光電素子の製造方法。
【請求項１８】
第１導電型の半導体基板に前記第１導電型と異なる第２導電型を有する第１ドーピング物質層を形成する先蒸着段階と、
前記第１ドーピング物質層のドーパントを前記半導体基板に拡散させ、前記半導体基板の第１面にエミッタ層を形成する拡散段階と、
前記拡散段階後、前記第２導電型を有する第２ドーピング物質層を形成する後蒸着段階を含み、前記第１ドーピング物質層と前記第２ドーピング物質層は、変化する濃度勾配を有し、前記第１ドーピング物質層及び前記第２ドーピング物質層のシリコン酸化物の濃度は、前記半導体基板に近づくほど上昇し、
前記第１ドーピング物質層及び前記第２ドーピング物質層のドーパントを前記エミッタ層に拡散させ、前記半導体基板の前記第１面の一部にコンタクト層を形成する選択的拡散段階と、を含むことを特徴とする光電素子の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図３Ｄ】
【図３Ｅ】
【図３Ｆ】
【図３Ｇ】
【図３Ｈ】
【図３Ｉ】
【図３Ｊ】
【図３Ｋ】
【図３Ｌ】
【図３Ｍ】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図３Ｄ】
【図３Ｅ】
【図３Ｆ】
【図３Ｇ】
【図３Ｈ】
【図３Ｉ】
【図３Ｊ】
【図３Ｋ】
【図３Ｌ】
【図３Ｍ】
【公開番号】特開２０１３−８９９５５（Ｐ２０１３−８９９５５Ａ）
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２１９６２７（Ｐ２０１２−２１９６２７）
【出願日】平成２４年１０月１日（２０１２．１０．１）
【出願人】（５９０００２８１７）三星エスディアイ株式会社 (2,784)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年１０月１日（２０１２．１０．１）
【出願人】（５９０００２８１７）三星エスディアイ株式会社 (2,784)
【Ｆターム（参考）】
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