部分的なバックコンタクト太陽電池の製造方法
【課題】プロセス工程の数が減らされて、これにより製造コストが低減され、良好な開回路電圧（open-circuit voltage）と良好な短絡回路電流（short-circuit current）を有し、この結果、良好なエネルギー変換効率を有する、部分的なバックコンタクトの製造方法を提供する。
【解決手段】シリコン基板２を提供する工程と、シリコン基板２の裏側に表面パッシベーション層３を堆積する工程と、表面パッシベーション層３とシリコン基板２との間の界面に薄い層に裂けた領域または泡１を形成する工程と、表面パッシベーション層３の上に金属層４を堆積する工程と、金属の焼成を行う工程とを含む。
【解決手段】シリコン基板２を提供する工程と、シリコン基板２の裏側に表面パッシベーション層３を堆積する工程と、表面パッシベーション層３とシリコン基板２との間の界面に薄い層に裂けた領域または泡１を形成する工程と、表面パッシベーション層３の上に金属層４を堆積する工程と、金属の焼成を行う工程とを含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細は、太陽電池の分野に関する。特に、部分的なバックコンタクトを有する太陽電池の製造方法およびそのようにして得られた太陽電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
部分的なバックコンタクトを有する結晶シリコン太陽電池、例えばＰＥＲＣ（Passivated Emitter and Rear Cell）構造やＰＥＲＬ（Passivated Emitter Rear Locally diffused cell）構造のために、先端デバイス構造が開発されてきた。そのような先端デバイス構造は、高いエネルギー変換効率を得たが、より多くのプロセス工程を必要とし、より先端的でないデバイスに比較して高い製造コストとなる。
【０００３】
例えば製造コストを低減し、同時に良好なエネルギー変換効率を維持することで、結晶シリコン太陽電池の１ワット当たりのコストの最高値を減らすことが必要である。
【発明の概要】
【０００４】
第１の発明の形態は、部分的なバックコンタクトを有するシリコン太陽電池の製造方法に関し、従来の製造方法に比較してプロセス工程の数が減らされて、これにより製造コストが低減され、良好な開回路電圧（open-circuit voltage）と良好な短絡回路電流（short-circuit current）を有し、この結果、良好なエネルギー変換効率を有する、部分的なバックコンタクトのセルを形成できる。
【０００５】
部分的なバックコンタクトを含む太陽電池の製造方法が記載され、この方法は、
シリコン基板を提供する工程と、
シリコン基板の裏側に表面パッシベーション層を堆積する工程と、
表面パッシベーション層とシリコン基板との間の界面に、例えば泡のような薄い層に裂けた領域（delaminated region）を形成する工程と、
表面パッシベーション層の上に金属層を堆積する工程と、
金属の焼成を行う工程と、を含む。
【０００６】
これにより、導電性パスが、薄い層に裂けた領域の位置の、金属層とシリコン基板との間に形成され、太陽電池やデバイスのためのバックコンタクトとなる。
【０００７】
有利には、表面パッシベーション層とシリコン基板との間の界面に、例えば泡のような薄い層に裂けた領域を形成する工程は、
疎水性の洗浄方法を用いてシリコン基板を洗浄する工程と、
疎水性洗浄の後に、シリコン基板の裏側に表面パッシベーション層を堆積する工程と、
熱処理を行う工程と、を含む。
【０００８】
１つの発明の形態は、部分的なバックコンタクトを有するシリコン太陽電池の製造方法に関し、この方法は、シリコン基板を提供する工程と、疎水性の洗浄方法を用いてシリコン基板を洗浄する工程と、疎水性の洗浄後に、シリコン基板の裏側に表面パッシベーション層を堆積する工程であって、好適には表面パッシベーション層は少なくとも約３０ｎｍの厚さを有する工程と、好適には約４００℃と約６００℃の間の範囲の温度で熱処理を行い、これにより表面パッシベーション層とシリコン基板との間の界面に、例えば泡のような薄い層に裂けた領域を形成する工程と、表面パッシベーション層の上に金属層を堆積する工程と、金属の焼成を行う工程と、を含む。金属の焼成工程中に、部分的なバックコンタクトが、薄い層に裂けた領域の部分に形成される。このように、部分的なバックコンタクトは、金属層の堆積前に表面パッシベーション中に開口部を形成する必要無しに、部分的なバックコンタクトが形成される。泡やふくれ（blister）中の微小なクラックによりふくれ内でシリコン基板に向かって金属が突き抜けることにより、コンタクトが形成されると信じられている。
【０００９】
１つの形態では、疎水性の洗浄方法は、洗浄後に疎水性の表面が残される洗浄方法である。例えば、疎水性の洗浄は、最終工程として希釈したＨＦ中への浸漬を含んでも良い。
【００１０】
表面パッシベーション層は、単一層、または少なくとも（シリコン基板上に堆積された）第１層と、（第１層の上に堆積された）第２層を含む層のスタックでも良い。表面パッシベーション層が単一層の具体例では、これは例えば、少なくとも約３０ｎｍの厚さを有するＡｌ２Ｏ３層でも良い。表面パッシベーション層が層のスタックである具体例では、第１層は、例えば約５ｎｍと約１５ｎｍの間のような約２ｎｍと約３０ｎｍの間の範囲の厚さを有するＡｌ２Ｏ３層でも良く、第２層は、例えば約１００ｎｍと約２００ｎｍの間のような約７０ｎｍと約３００ｎｍの間の範囲の厚さを有するＳｉＮｘ層および／またはＳｉＯｘ層でも良い。Ａｌ２Ｏ３層は、例えば熱ＡＬＤ（atomic layer deposition）、プラズマ強化ＡＬＤ、プラズマ強化ＣＶＤ（chemical vapour deposition）により、または当業者に知られた他の好適な方法により提供される。所定の具体例では、好ましくは、熱ＡＬＤＡｌ２Ｏ３層は、例えば約２００℃と約２５０℃との間のような、約２５０℃より低い温度で堆積される。第２層は、好適には約４００℃と約６００℃の間の範囲の温度で、ＣＶＤで堆積され、これにより、同時に熱処理を行い、別の熱処理を不要にする。表面パッシベーション層の上に堆積した金属層は、例えばＡｌを含む。金属焼成工程は、薄い層に裂けた領域の部分で、部分的なコンタクトを形成する工程を含む。金属焼成工程は、好適には、例えば約８３５℃と約９５０℃の間の範囲の温度のような、約８３５℃より高い温度で行われる。
【００１１】
本発明の具体例では、この方法は、更に、薄い層に裂けた領域や泡を形成する位置および／または密度を制御するために、シリコン基板の裏面上に表面形状を導入する工程を含む。
【００１２】
表面パッシベーション層が層のスタックである本発明の具体例では、この方法は、更に、第１層の堆積後で第２層の堆積前に、追加のアニール工程の実施を含み、追加のアニール工程は第１層の脱ガスのために適用され、これにより金属の焼成時に、第２のタイプの薄い層に裂けた領域が形成されるのを回避する。好適には、追加のアニール工程は、例えば約６００℃と約８００℃の間の範囲の温度のような、６００℃と９００℃の間の範囲の温度で行われる。この追加のアニール工程は、例えば約３０分間のような２０分から１時間の間の期間、例えば、フォーミングガス雰囲気中または窒素雰囲気のような不活性雰囲気中で行われる。
【００１３】
金属層を形成前に表面パッシベーション層中に開口部を形成することを必要とせずに、金属焼成工程で部分的な裏側のコンタクトが形成できることが、１つの発明の形態にかかる方法の長所である。このように、プロセス工程の数が低減され、部分的なバックコンタクトを有する太陽電池の従来の製造プロセスに比較して、製造スループットが増加する。
【００１４】
Ａｌ２Ｏ３層が低い温度（例えば２００℃）で堆積でき、より高温で堆積したＡｌ２Ｏ３層に比較して、より良好な表面パッシベーション品質となることが、１つの形態にかかる方法の長所である。
【００１５】
第２の発明の形態は、例えば泡のような薄い層に裂けた領域の位置に、太陽電池の部分的なバックコンタクトを形成するための第１の形態にかかる方法の使用に関する。
【００１６】
第３の発明の形態は、裏面と表面を有する太陽電池デバイスに関し、この太陽電池デバイスは、シリコン基板、シリコン基板の裏側の表面パッシベーション層、および部分的なバックコンタクトを含み、部分的なバックコンタクトは、太陽電池デバイスの裏面の上に、ランダムに分布している。
【００１７】
部分的なバックコンタクトがランダムに分布するとは、バックコンタクトのいずれかの予め決められた配置、またはバックコンタクトの位置の予め決められた規則性や周期性が無いことを意味する。
【００１８】
好適な具体例では、パッシベーション層は、部分的なバックコンタクトに対応する位置の薄い層に裂けた領域を含む。
【００１９】
好適な具体例では、パッシベーション層は、少なくとも３０ｎｍの厚さを有する。
【００２０】
好適な具体例では、パッシベーション層は、約２ｎｍと約３０ｎｍの間の範囲の厚さを有するＡｌ２Ｏ３層を含む第１層と、約７０ｎｍと約３００ｎｍの間の範囲の厚さを有するＳｉＮｘ層および／またはＳｉＯｘ層を含む第２層とを含む。
【００２１】
所定の発明の形態の所定の目的および長所は、上述の通りである。もちろん、そのような目的や長所の全てが、この明細書の特定の具体例で達成される必要はないことが理解される。このように、例えば当業者は、ここで教示や示唆された他の目的や長所を達成する必要なしに、ここで教示された１つの長所または長所のグループを達成または最適化する方法で、この記載が具体化されることを認識するであろう。更に、この概要は単に例示であり、明細書の範囲を制限することを意図するものではないことが理解される。構成および操作の方法の双方についての明細は、その特徴や長所と共に、添付された図面とともに読むことで、以下の詳細な説明を参照して良く理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】ＰＥＣＶＤＳｉＮｘで覆われた熱ＡＬＤＡｌ２Ｏ３層の顕微鏡写真である。
【図２】部分的に薄い層に裂けたＡＬＤＡｌ２Ｏ３／ＰＥＣＶＤＳｉＮｘスタックのＳＥＭ写真（断面）である。
【図３】異なる段階におけるＣＺＳｉ基板の光学顕微鏡写真を示す。図３（ａ）は５ｎｍＡｌ２Ｏ３のＡＬＤ堆積後、図３（ｂ）は５ｎｍＡｌ２Ｏ３のＡＬＤ堆積と５５０℃の窒素雰囲気中でのアニール後、図３（ｃ）は５ｎｍＡｌ２Ｏ３のＡＬＤ堆積と５５０℃の窒素雰囲気中でのアニールとＳｉＮｘ堆積後、である。
【図４】異なる段階におけるＣＺＳｉ基板の光学顕微鏡写真を示す。図４（ａ）は３０ｎｍＡｌ２Ｏ３のＡＬＤ堆積後、図４（ｂ）は３０ｎｍＡｌ２Ｏ３のＡＬＤ堆積と３５０℃のフォーミングガス中でのアニール後、図４（ｃ）は３０ｎｍＡｌ２Ｏ３のＡＬＤ堆積と３５０℃のフォーミングガス中でのアニールとＳｉＮｘ堆積後、である。
【図５】異なる段階におけるＣＺＳｉ基板の光学顕微鏡写真を示す。図５（ａ）は３０ｎｍＡｌ２Ｏ３のＡＬＤ堆積と３５０℃の窒素中でのアニール後、図５（ｂ）は３０ｎｍＡｌ２Ｏ３のＡＬＤ堆積と３５０℃の窒素中でのアニールとＳｉＮｘ堆積後、である。
【図６】異なる段階におけるＣＺＳｉ基板の光学顕微鏡写真を示す。図６（ａ）は３０ｎｍＡｌ２Ｏ３のＡＬＤ堆積と５５０℃の窒素中でのアニール後、図６（ｂ）は３０ｎｍＡｌ２Ｏ３のＡＬＤ堆積と５５０℃の窒素中でのアニールとＳｉＮｘ堆積後、である。
【図７】薄い層に裂けた領域上のＡｌ金属層を焼成した後に形成された（裏面領域を有する）部分的なコンタクトの（断面）ＳＥＭ写真である。
【図８】本発明の具体例にかかるプロセスフローと、代わりの先端技術のプロセスフローとの間の比較チャートを示す。
【図９】ミラー研磨されたｃ−Ｓｉ基板上のふくれたＡＬＤＡｌ２Ｏ３／ＰＥＣＶＤＳｉＮｘ層の、（ａ）ＳＥＭ傾斜上面写真と（ｂ）断面写真である。図９（ｃ）と図９（ｄ）は、親水性プレＡＬＤ堆積洗浄（図９（ｃ））と疎水性プレＡＬＤ堆積洗浄（図９（ｄ））についての、粗いｃ−Ｓｉ表面上に成長させたＡＬＤＡｌ２Ｏ３／ＰＥＣＶＤＳｉＮｘ層の光学顕微鏡上面写真である。
【図１０】Ａｌ層で覆われた、ふくれたパッシベーション層の焼成による、半導体金属コンタクト形成のメカニズムの概略図である。
【図１１ａ】共同焼成（co-firing）の前後での、５ｎｍ、１０ｎｍまたは３０ｎｍの膜厚のＡＬＤＡｌ２Ｏ３層と、ＰＥＣＶＤＳｉＮｘ層とを含むスタックで測定した、平均ふくれ半径を示す。プレＡＬＤウエハ洗浄は、親水性（Ｓｉ−ＯＨ）または疎水性（Ｓｉ−Ｈ）であった。
【図１１ｂ】図１１（ａ）と同じＡｌ２Ｏ３／ＳｉＮｘ層により裏側がパッシベートされたランダムＡｌＢＳＦＳｉ太陽電池について、平均短絡回路電流密度（Ｊｓｃ）と開回路電圧（Ｖｏｃ）を示す。全ての場合、ピークの焼成温度は８６５℃である。
【図１１ｃ】図１１（ａ）と同じＡｌ２Ｏ３／ＳｉＮｘ層により裏側がパッシベートされたランダムＡｌＢＳＦＳｉ太陽電池について、平均曲線因子（ＦＦ）と効率（ｅｔａ）を示す。全ての場合、ピークの焼成温度は８６５℃である。
【図１２】ランダムＡｌＢＳＦＳｉ太陽電池部分のＬＢＩＣマッピング（２０μｍ解像度）を示し、裏側において、ランダムな金属−半導体コンタクトを明確に示す。
【図１３ａ】ピークの焼成温度の関数として、Ａｌ２Ｏ３／ＳｉＮｘ層により裏側がパッシベートされたランダムＡｌＢＳＦＳｉ太陽電池について、平均Ｊｓｃを示す。プレＡｌ２Ｏ３洗浄は疎水性であり、Ａｌ２Ｏ３の膜厚は５ｎｍ、１０ｎｍ、または３０ｎｍであった。また、参照の全体ＡｌＢＳＦセルについての平均セル特性も示される。
【図１３ｂ】ピークの焼成温度の関数として、Ａｌ２Ｏ３／ＳｉＮｘ層により裏側がパッシベートされたランダムＡｌＢＳＦＳｉ太陽電池について、平均Ｖｏｃを示す。プレＡｌ２Ｏ３洗浄は疎水性であり、Ａｌ２Ｏ３の膜厚は５ｎｍ、１０ｎｍ、または３０ｎｍであった。また、参照の全体ＡｌＢＳＦセルについての平均セル特性も示される。
【図１３ｃ】ピークの焼成温度の関数として、Ａｌ２Ｏ３／ＳｉＮｘ層により裏側がパッシベートされたランダムＡｌＢＳＦＳｉ太陽電池について、平均ＦＦを示す。プレＡｌ２Ｏ３洗浄は疎水性であり、Ａｌ２Ｏ３の膜厚は５ｎｍ、１０ｎｍ、または３０ｎｍであった。また、参照の全体ＡｌＢＳＦセルについての平均セル特性も示される。
【図１３ｄ】ピークの焼成温度の関数として、Ａｌ２Ｏ３／ＳｉＮｘ層により裏側がパッシベートされたランダムＡｌＢＳＦＳｉ太陽電池について、平均電池効率を示す。プレＡｌ２Ｏ３洗浄は疎水性であり、Ａｌ２Ｏ３の膜厚は５ｎｍ、１０ｎｍ、または３０ｎｍであった。また、参照の全体ＡｌＢＳＦセルについての平均セル特性も示される。
【図１４ａ】本発明の具体例にかかるプロセスフローを示し、コンタクトはパッシベーション層の中のふくれの位置に形成される。（ａ）は実際のサンプルの写真である。
【図１４ｂ】本発明の具体例にかかるプロセスフローを示し、コンタクトはパッシベーション層の中のふくれの位置に形成される。（ｂ）は同じフローの概略図である。
【００２３】
異なる図面において、同一の符号は同一または類似の要素を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下の詳細な説明において、明細書の全体を通した理解と、如何にしてそれが特定の具体例中で実施されるかを提供するために、多くの特別な細部が説明される。しかしながら、本明細書は、それらの特定の細部無しに実施できることが理解される。他の例では、公知の方法、手続き、および技術は、本明細書が不明確にならないように、詳細には示されていない。本明細書は、所定の図面を参照しながら、特定の具体例について記載されるが、本明細書はこれに限定されない。ここに含まれて記載された図面は模式的であり、本明細書の範囲を限定するものではない。また、図面において、図示目的で、いくつかの要素の大きさは誇張され、それゆえに縮尺どおりには描かれていない。
【００２５】
更に、明細書中の、第１、第２、第３等の用語は、類似の要素の間で区別するために使用され、ランクや他の方法での、一時的、空間的な順序を表す必要はない。そのように使用された用語は、適当な状況下で入替え可能であり、ここに記載された明細書の具体例は、ここに記載や図示されたものと異なる順序によっても操作できることを理解すべきである。
【００２６】
また、明細書中の、上、下、上に、下に等の用語は、記載目的のために使用され、相対的な位置を示すものではない。そのように使用される用語は、適当な状況下で入替え可能であり、ここに記載された明細書の具体例は、ここに記載や図示されたものと異なる位置でも操作できることを理解すべきである。
【００２７】
また、「含む（comprising）」の用語は、それ以降に示される手段に限定して解釈されるべきではなく、他の要素や工程を排除しない。このように、言及された特徴、数字、工程、または成分の存在は、表されたように解釈されるべきであり、１またはそれ以上の他の特徴、数字、工程、または成分、またはこれらの組み合わせの存在または追加を排除してはならない。このように、「手段ＡおよびＢを含むデバイス」の表現の範囲は、構成要素ＡとＢのみを含むデバイスに限定されるべきではない。
【００２８】
所定の具体例において、太陽電池または基板の表面または表側は、光源に向かうように配置される面または側であり、これにより光を受ける。太陽電池または基板の後面、裏面、後側、または裏側は、表面または表側に対向する面または側である。
【００２９】
「薄い層に裂けた領域（delaminated region）」は、例えば泡やふくれのような、薄い層に裂けている領域をいう。本明細書の目的のために、「泡（bubble）」および「ふくれ（blister）」の用語は同義語として使用される。
【００３０】
１つの具体例は、部分的なバックコンタクトを有する太陽電池の製造方法に関し、この方法は、シリコン基板を提供する工程と、疎水性の洗浄方法を用いてシリコン基板を洗浄する工程と、疎水性の洗浄後に、シリコン基板の裏側に表面パッシベーション層を形成する工程であって、例えば約３０ｎｍと約１５０ｎｍとの間の範囲の厚さのような、少なくとも約３０ｎｍの厚さを有する工程と、約４００℃と約６００℃の間の範囲の温度で熱処理を行う工程と、を含む。この結果、半導体基板と表面パッシベーション層との間の界面に、例えば泡のような薄い層に裂けた領域が形成される。表面パッシベーション層は、単一層を含み、または第１層と第２層のスタックを含んでも良い。表面パッシベーション層が少なくとも第１層と第２層を含む具体例では、第２層の堆積は、また熱処理の関数を有する。表面パッシベーション層の厚さは、良好な裏面パッシベーションの品質の提供に加えて、良好な裏面反射を提供するために選択しても良い。この方法は、更に、例えばＡｌ層のような金属層を形成し、裏側で表面パッシベーション層を覆う工程と、金属焼成を行う工程とを含み、これによりリアコンタクトとリアＢＳＦ領域を、薄い層に裂けた領域に形成しても良い。金属層を形成する工程は、スクリーン印刷、スパッタ、蒸着または当業者に知られた他の好適な方法を含んでも良い。金属焼成を行う工程は、好適には、約８３５℃より高い温度、例えば約８３５℃と約９５０℃との間、例えば約８５０℃と９００℃との間の範囲の温度で行われる。
【００３１】
所定の具体例では、表面パッシベーション層は、例えばＡｌ２Ｏ３層を含む。表面パッシベーション層が単一層の具体例では、Ａｌ２Ｏ３層は少なくとも約３０ｎｍである。表面パッシベーション層が層のスタックの具体例では、Ａｌ２Ｏ３層が、シリコン基板の裏側に第１層として形成され、第２層が第１層の上に形成される。第１層と第２層の全厚さは、好適には約１００ｎｍである。
【００３２】
Ａｌ２Ｏ３層は、例えば熱ＡＬＤまたはプラズマ強化ＡＬＤのような、ＡＬＤ（atomic layer deposition）の手段により形成される。しかしながら、本明細書は、これには限定されず、当業者に知られた他の好適な方法が使用できる。好適には、ＡＬＤＡｌ２Ｏ３層は、例えばＨ２ＯおよびＴＭＡを前駆体として用いて、約２５０℃より低い温度で堆積される。第２層は、例えばＳｉＮｘ層またはＳｉＯｘ層または当業者に知られた他の好適な層でも良い。第２層は、好適には約４００℃と約６００℃の間に範囲の温度で、例えば化学気相堆積法により堆積できる。
【００３３】
部分的な金属コンタクトの形成を可能にする裏面金属層を形成する前に、裏面パッシベーションスタック中に開口部を形成する必要性が避けられることが、部分的なバックコンタクトを有する太陽電池を製造する従来の方法と比べた、１つの具体例にかかる方法の優位点である。代わりに、金属の焼成工程中に、薄い層に裂けた領域中に部分的なコンタクトを形成しても良い。
【００３４】
例えばＡＬＤ技術で堆積されたＡｌ２Ｏ３層が、ｐ型シリコンに対して非常に良好なパッシベーションであることが示される。この優秀なパッシベーション品質は、化学パッシベーションと電界効果パッシベーションに関係する。最良のＡＬＤＡｌ２Ｏ３パッシベーション品質は、低い堆積温度（例えば２００℃）で得られる。
【００３５】
パッシベーション層の臨界膜厚（例えばＡｌ２Ｏ３層では約３０ｎｍ、Ａｌ２Ｏ３層とＳｉＮｘ層を含むスタックでは約１００ｎｍ）および臨界温度（例えば約４００℃から約６００℃）に達した場合に、部分的に薄い層に裂けることにより、低温で堆積された層は、また、「ふくれ（blister）」や「泡（bubble）」を表す。部分的に薄い層に裂けることは、例えば、Ａｌ２Ｏ３層中で形成される応力に関連し、または臨界温度より高い熱処理によるＡｌ２Ｏ３層中の水素の放出に関連する。１つの具体例にかかる方法では、この部分的に薄い層に裂けたパッシベーション層は、ＰＥＲＣ型太陽電池のための裏面パッシベーション層として使用される。裏面金属の焼成後に、薄い層に裂けた領域は、部分的なポイントコンタクトとなる。加えて、裏面金属の焼成工程は、部分的な裏面電界（Buck Surface Field）を形成する。
【００３６】
図１は、疎水的に洗浄されたミラー研磨シリコン基板上に堆積された、１００ｎｍ膜厚のＰＥＣＶＤＳｉＮｘで覆われた約３０ｎｍ膜厚の熱ＡＬＤＡｌ２Ｏ３層を含む表面パッシベーション層の顕微鏡写真（上面）である。熱ＡＬＤＡｌ２Ｏ３層は、Ｈ２ＯとＴＭＡを前駆体に用いて、２００℃で堆積させた。図２は、部分的に薄い層に裂けた、図１のＡＬＤＡｌ２Ｏ３／ＰＥＣＶＤＳｉＮｘスタックのＳＥＭ写真（断面）である。部分的に薄い層に裂けることは、例では２２．６マイクロメータの直径を有するように示された泡を形成することがわかる。
【００３７】
図３は、異なる段階におけるＣＺＳｉ基板の光学顕微鏡写真を示す。図３（ａ）は５ｎｍＡｌ２Ｏ３のＡＬＤ堆積後、図３（ｂ）は５ｎｍＡｌ２Ｏ３のＡＬＤ堆積と５５０℃の窒素雰囲気中でのアニール後、図３（ｃ）は５ｎｍＡｌ２Ｏ３のＡＬＤ堆積と５５０℃の窒素雰囲気中でのアニールと４２０℃でのＳｉＮｘ堆積（ＳｉＮｘ膜厚は２００ｎｍから３００ｎｍ）後、である。
【００３８】
図４は、異なる段階におけるＣＺＳｉ基板の光学顕微鏡写真を示す。図４（ａ）は３０ｎｍＡｌ２Ｏ３のＡＬＤ堆積後、図４（ｂ）は３０ｎｍＡｌ２Ｏ３のＡＬＤ堆積と３５０℃のフォーミングガス中でのアニール後、図４（ｃ）は３０ｎｍＡｌ２Ｏ３のＡＬＤ堆積と３５０℃のフォーミングガス中でのアニールと４２０℃でのＳｉＮｘ堆積（ＳｉＮｘ膜厚は２００ｎｍから３００ｎｍ）後、である。
【００３９】
図５は、異なる段階におけるＣＺＳｉ基板の光学顕微鏡写真を示す。図５（ａ）は３０ｎｍＡｌ２Ｏ３のＡＬＤ堆積と３５０℃の窒素中でのアニール後、図５（ｂ）は３０ｎｍＡｌ２Ｏ３のＡＬＤ堆積と３５０℃の窒素中でのアニールと４２０℃でのＳｉＮｘ堆積（ＳｉＮｘ膜厚は２００ｎｍから３００ｎｍ）後、である。
【００４０】
図６は、異なる段階におけるＣＺＳｉ基板の光学顕微鏡写真を示す。図６（ａ）は３０ｎｍＡｌ２Ｏ３のＡＬＤ堆積と５５０℃の窒素中でのアニール後、図６（ｂ）は３０ｎｍＡｌ２Ｏ３のＡＬＤ堆積と５５０℃の窒素中でのアニールと４２０℃でのＳｉＮｘ堆積（ＳｉＮｘ膜厚は２００ｎｍから３００ｎｍ）後、である。
【００４１】
図３、図４、図５、および図６に示される全てのサンプルについて、Ａｌ２Ｏ３堆積の前にシリコン基板の疎水性洗浄（最終工程として２％ＨＦ浸漬）が行われた。図３、図４、図５、および図６に示された結果から、薄い層に裂けた領域の形成および薄い層に裂けた領域の大きさおよび密度は、Ａｌ２Ｏ３層の膜厚、熱処理やアニールの雰囲気、熱処理の温度、およびＡｌ２Ｏ３層の上のＳｉＮｘ層の存在のような、多くのパラメータにより影響されることが結論づけられる。
【００４２】
例えば、図３（ｃ）を図６（ｂ）と比較すると、図３（ｃ）に示されたサンプルでは５ｎｍで、図６（ｂ）に示されるサンプルでは３０ｎｍで、Ａｌ２Ｏ３層の膜厚に違いがある。より厚いＡｌ２Ｏ３層では、泡の数はより小さくなり、より大きなサイズとなる。図６（ａ）では、アニール後でＳｉＮｘ堆積前に、３０ｎｍ膜厚のＡｌ２Ｏ３層で泡に形成が始まるのが見られる。
【００４３】
例えば、図４（ｃ）を図５（ｂ）と比較すると、熱処理の雰囲気に違いがあり、図４（ｃ）に示されるサンプルではフォーミングガスであり、図５（ｂ）に示されるサンプルでは窒素である。熱処理が窒素中で行われた場合、泡の数はより少なく、より大きなサイズとなる。
【００４４】
例えば、図５（ｂ）を図６（ｂ）と比較すると、熱処理の温度に違いがあり、図５（ｂ）に示されるサンプルでは３５０℃であり、図６（ｂ）に示されるサンプルでは５５０℃である。より高いアニール温度では、泡の数が少なくなり、それらのサイズはより大きくなる。また、より高いアニール温度では、薄い層に裂けた領域の形成は、ＳｉＮｘ堆積の前に始まる。
【００４５】
２００℃で堆積された薄いＡＬＤＡｌ２Ｏ３層（膜厚５ｎｍ、１０ｎｍ、３０ｎｍ）と、４２０℃で堆積されたＰＥＣＶＤＳｉＮｘ層（膜厚２００ｎｍから３００ｎｍ）とを含むスタックが、シリコン基板の上に形成されて実験が行われた。Ａｌ２Ｏ３堆積とＳｉＮｘ堆積の間で、別のアニール工程は行われなかった。薄い層に裂けた領域の形成は、Ａｌ２Ｏ３堆積前に使用されるウエハ洗浄により影響されることが観察された。（親水性のシリコン表面となる）親水性の洗浄の場合の、薄い層に裂けた領域のサイズは、（疎水性のシリコン表面となる）疎水性の洗浄の場合より、小さくなることが見出された。実験では、親水性の洗浄は、硫酸ペルオキシド（surfuric-peroxide）混合物（８５℃で、Ｈ２Ｏ２：Ｈ２ＳＯ４ １：４）中での洗浄と、それに続く２％ＨＦ浸漬、室温でのＮＨ４ＯＨ：Ｈ２Ｏ２：Ｈ２Ｏ １：１：５中での洗浄、および最後の乾燥を含む。疎水性の洗浄は、硫酸ペルオキシド（surfuric-peroxide）混合物（８５℃で、Ｈ２Ｏ２：Ｈ２ＳＯ４ １：４）中での洗浄と、それに続く２％ＨＦ浸漬、および乾燥を含む。薄い層に裂けた領域のサイズは、Ａｌ２Ｏ３の膜厚が増加するとともに大きくなる。異なる洗浄および異なるＡｌ２Ｏ３膜厚に対して、薄い層に裂けた領域のサイズを表１に示す。
【００４６】
【表１】
【００４７】
このように、薄い層に裂けた領域のサイズは、表面の前処理、ＡＬＤＡｌ２Ｏ３層の膜厚、および堆積後のアニール条件により調整できることが結論づけられる。
【００４８】
１つの具体例では、薄い層に裂けた領域のサイズ（直径）は、好適には約１０マイクロメータと４０マイクロメータの間の範囲である。薄い層に裂けた領域は、好適には、全裏面の面積の約２％から約５％を覆う。それゆえに、Ａｌ２Ｏ３堆積前に、シリコン表面の疎水性洗浄を行うことが好ましい。所定の具体例では、表面パッシベーション層は、約５ｎｍと約１５ｎｍの間の範囲の膜厚のＡｌ２Ｏ３層と、少なくとも約１００ｎｍの膜厚のＳｉＮｘ層とを含むスタックであり、ＳｉＮｘ層は、約４００℃と約６００℃の間の範囲の温度で堆積されて、これによりＡｌ２Ｏ３堆積後でＳｉＮｘ堆積前の熱処理またはアニールの必要性を避けることができる。他の具体例では、表面パッシベーション層は、例えば膜厚が少なくとも３０ｎｍのＡｌ２Ｏ３層であり、熱処理工程は、約４００℃と約６００℃の間の温度で、Ａｌ２Ｏ３堆積後に、好適には窒素雰囲気中で行われる。
【００４９】
上述の結果は、熱ＡＬＤの手段により堆積されたＡｌ２Ｏ３層を含むパッシベーション層に関するが、類似の泡の形成は、例えばプラズマ強化ＡＬＤやプラズマ強化ＣＶＤのような他の技術により堆積されたＡｌ２Ｏ３層でも見られた。泡は、（膜厚と温度に依存する挙動により示された）Ａｌ２Ｏ３層中に形成された応力により、および熱処理のＡｌ２Ｏ３層中の水素放出により現れる。
【００５０】
１つの具体例にかかる製造プロセスを用いると、例えばＰＥＲＣセルのような、部分的なバックコンタクトを有する太陽電池のプロセス工程数が、従来の方法に比較して減らせる。より好適には、裏面メタライゼーション前の、裏面パッシベーション中の開口部の形成工程がなくせる。全体ＡｌＢＳＦを用いた太陽電池に比較して、単に１つの追加プロセス工程（裏面に表面パッシベーション層を堆積する工程）のみが、効率の増大のために必要となる。これを図８に模式的に示し、本発明（ランダムＡｌＢＳＦ）にかかる製造プロセスのためのプロセスフローと、裏面のメタライゼーション前に（例えばレーザ溶融による）裏面のパッシベーション層の開口部を含む部分的なＡｌＢＳＦを有する太陽電池の従来の製造プロセスのプロセスフローを示す。
【００５１】
１つの具体例の方法により、太陽電池（サイズが１４８．２５ｃｍ２）がｐ型シリコン基板上に形成される実験が行われた。
【００５２】
参照として、全体の裏面電界（ＢＳＦ）を有する、即ち、セルの裏面全体に延びたＢＳＦを有するｐ型シリコン太陽電池が作製された。それらの参照セルでは、基板の表側は手クスチュアであり、基板の裏側は研磨された。ＰＯＣｌ３拡散により表側にエミッタが形成され、続いて表側にＳｉＮｘ反射防止コーティング（ＡＲＣ）が堆積された。次に、裏側にＡｌ層がスクリーン印刷され、表側にＡｇパターンがスクリーン印刷され、続いて、金属の共同焼成工程が行われた。共同焼成工程は、セルの裏側にＡｌＢＳＦを形成した。ＡＭ１．５照明の下で、それらの参照セルに対して得られた電流−電圧特性を表２に示す。
【００５３】
【表２】
【００５４】
１つの具体例の方法で太陽電池が作製された。１つの追加の工程を除いて、参照セルの作製に使用されたのと同じプロセス工程が用いられた。この追加の工程は、エミッタ拡散後で反射防止コーティングの堆積前に、セルの裏側にＡｌ２Ｏ３／ＳｉＮｘパッシベーションスタックを堆積する工程を含む。パッシベーションスタックの堆積前に、上述のような疎水性洗浄が行われた。行われた実験では、パッシベーションスタックを堆積する工程は、ＡＬＤＡｌ２Ｏ３の第１層を約２００℃で堆積する工程と、ＰＥＣＶＤＳｉＮｘの第２層を、第１層の上に約４２０℃で堆積する工程を含む。Ａｌ２Ｏ３層の膜厚は、約５ｎｍ、約１０ｎｍまたは約３０ｎｍであった。ＳｉＮｘの膜厚は、約２００ｎｍと約３００ｎｍの間の範囲であった。参照セルのように裏側にＡｌ層をスクリーン印刷する代わりに、裏側のＡｌ層はスパッタにより形成された。裏面パッシベーションスタック中に開口部を形成することなく、セルの裏面全体にＡｌ層が形成された。金属の共同焼成工程のために、異なる温度８４５℃、８６５℃、および８８５℃が用いられた。パッシベーションスタックが薄い層の裂けた領域である位置では、図７のＳＥＭ断面図に示すように、部分的なポイントコンタクトと部分的なＢＳＦが焼成後に得られた。このメカニズムが、図１０に模式的に示される。図１０（ａ）は、焼成後の状態であり、Ａｌ層４で覆われた、シリコン基板２の表面とパッシベーション層３との間にふくれ１が形成された。図１０（ｂ）は、焼成後の状況を示し、Ａｌ層４は、ＢＳＦ領域５を含む、シリコン基板２とコンタクトを形成する。また、図１４（ａ）および図１４（ｂ）は、コンタクトがパッシベーション層中のふくれの位置に形成される本発明の具体例にかかるプロセスフローを示す。図１４（ａ）は、実際のサンプルのＳＥＭ像であり、一方、図１４（ｂ）は、同じフローの模式図を示す。
【００５５】
図１２は、ＡｌＢＳＦ太陽電池部分のＬＢＩＣマッピングを示し、裏において、ランダムな金属半導体コンタクトを明確に示す（２０μｍ解像度）。
【００５６】
１つの具体例の方法で作製されたそれらのセルで得られた、ＡＭ１．５照明下での電流−電圧特性を表３に示す。それらの結果から、特に最も小さいＡｌ２Ｏ３層膜厚（約５ｎｍ）を有するセルと、最も大きいＡｌ２Ｏ３層膜厚（約３０ｎｍ）を有するセルに対して、曲線因子がむしろ低いことが結論づけられる。これは、セルの裏側において、例えば低過ぎる泡密度や小さ過ぎる泡のような、最適でないコンタクトに関する。１つの具体例では、約１０ｎｍのＡｌ２Ｏ３層膜厚で、全面ＢＳＦ（表２）と良好な曲線因子値を有する参照セルと比較して、より高い短絡回路密度Ｊｓｃとより高い開回路電圧Ｖｏｃを示す、最良の結果が得られる。
【００５７】
【表３】
【００５８】
更なる結果がここで述べられるが、それらは部分的に上述の結果と重なる。
【００５９】
実験では、１４８．２５ｃｍ２の大きさの太陽電池が、２Ω・ｃｍのシート抵抗を有する１５０μｍ膜厚のｐ型シリコン基板上に作製された。シート抵抗が６０Ω／□（Ohm per square）のエミッタが形成された。ランダムな部分的ＡｌＢＳＦセルの場合、ふくれた層が、追加のコンタクト開口工程無しに裏面パッシベーションとして使用された。全面ＡｌＢＳＦセルと、裏面パッシベーション層をレーザ除去したふくれの無い部分的ＡｌＢＳＦセルが、参照として使用された。図８は、異なるセルについてのプロセスフローを模式的に示す。
【００６０】
裏側のパッシベーション層の堆積前に、ウエハは、ＨＦラスト（HF-last）（Ｓｉ−Ｈ）工程または酸化ラスト（oxidizing last）（ＳｉＯＨ）工程を用いて洗浄され、当業者に知られたマランゴニ（Marangoni）乾燥が行われた。
【００６１】
ランダムＡｌＢＳＦセルおよび部分的ＡｌＢＳＦセルのための裏面パッシベーション層として、ＡＬＤＡｌ２Ｏ３とＰＥＣＶＤＳｉＮｘのスタックが使用された。５ｎｍ、１０ｎｍ、または３０ｎｍの膜厚の熱ＡＬＤＡｌ２Ｏ３を、トリメチルアウミニウム（ＴＭＡ）と脱イオン（de-ionized）（ＤＩ）水を前駆体として用いて、商用的なＡＬＤリアクタ中で、２００℃で成長させた。ＳｉＮｘ層の膜厚は、太陽電池の裏の内部反射のために最適化された。共同焼成工程は、ランダムＡｌＢＳＦについては８４５℃、８６５℃、および８８５℃で行われ、部分的ＡｌＢＳＦセルと全面ＡｌＢＳＦセルについては８６５℃で行われた。
【００６２】
ふくれは目に見えるようにされ、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）または光学顕微鏡を用いて測定された。使用された電流−電圧（Ｉ−Ｖ）セットアップは、２００×２００ｍｍ２の照射面積、小さな偏り誤差（bias error）、および時間に対して良好な安定性を有する安定状態のＸｅランプの太陽シミュレーションである。シリコン太陽電池の空間的に決定された直列抵抗は、商用的なフォトリミネッセンス（ＰＬ）システムを用いて測定された。組織内で組み立てられた光線誘起電流（ＬＢＩＣ：Light Beam Induced Current）測定セットアップが、１０５０ｎｍの波長で、太陽電池の短絡電流密度（Ｊｓｃ）を描くのに使用された。
【００６３】
ＡＬＤＡｌ２Ｏ３／ＰＥＣＶＤＳｉＮｘパッシベーション層のふくれが観察された。ふくれは、臨界温度（例えば約４００℃から約６００℃）を超える熱処理によりＡｌ２Ｏ３層中の気体が脱着することにより起きる、十分に厚い（例えば３０ｎｍ以上のような、１０ｎｍ以上の膜厚）Ａｌ２Ｏ３層の部分的な薄い層への裂けである。また、Ａｌ２Ｏ３層をＳｉＯｘ層またはＳｉＮｘでキャップする工程も、ふくれとなる。キャップ層は、ふくれのために臨界温度より高い温度で堆積され、加えて、全スタックは、単体Ａｌ２Ｏ３層よりも、より効果的な気体バリアである。Ｓｉ上に堆積した、一般的なふくれたＡｌ２Ｏ３／ＳｉＮｘスタックのＳＥＭ像が、図９（ａ）および図９（ｂ）に示される。
【００６４】
プレＡＬＤ洗浄は、ふくれの形成に影響する。図９（ｃ）および図９（ｄ）からそれぞれ分かるように、親水性の洗浄はより高密度のより小さいふくれにつながり、一方で、疎水性の洗浄はより低密度の大きなふくれにつながる。図９（ｃ）および図９（ｄ）は、親水性のプレＡＬＤ堆積洗浄（図９（ｃ））および疎水性のプレＡＬＤ堆積洗浄（図９（ｄ））に対して、粗いｃ−Ｓｉ表面上に成長させたＡＬＤＡｌ２Ｏ３／ＰＥＣＶＤＳｉＮｘ層の光学顕微鏡上面写真である。
【００６５】
十分に薄いＡｌ２Ｏ３層を用いて、ＳｉＮｘキャッピングに先立って、例えば約６００℃の温度でアニール工程を行うことにより、ふくれを避けることができる。Ａｌ２Ｏ３層は、ＳｉＮｘキャッピングに先立って脱ガスされ、いまだ適当なパッシベーション特性を有しても良い。これは、メタライゼーションに先立って、裏面誘電体パッシベーション層を開口するためにレーザ切断が用いられる部分的なＡｌＢＳＦ参照セルの準備のために行われる。
【００６６】
本発明に関して、シリコン基板と、Ａｌ２Ｏ３とＳｉＮｘのスタックとの間の界面でふくれが形成されるが形成されたランダムＡｌＢＳＦ太陽電池が作製された。疎水性と同様に親水性のプレＡＬＤ洗浄が使用され、５ｎｍ、１０ｎｍ、または３０ｎｍ膜厚のＡｌ２Ｏ３層が堆積された。シリコン／Ａｌ２Ｏ３界面のふくれの平均サイズは、図１１（ａ）に示すようにばらつく。この平均サイズは、共同焼成工程の前後において測定された。焼成工程後に、ランダムＡｌＢＳＦセルの裏面Ａｌ金属層が熱いＨＣｌ中で除去されてふくれを再度見えるようにした。８６５℃で焼成されたランダムＡｌＢＳＦセルの短絡電流密度（Ｊｓｃ）、開回路電圧（Ｖｃｏ）、曲線因子（ＦＦ）、およびエネルギー変換効率（ｅｔａ）の平均が、図１１（ｂ）および図１１（ｃ）に示される。
【００６７】
図１１（ａ）（ｂ）（ｃ）から、例えば４マイクロメータより大きな、好適には５マイクロメータより大きなふくれ直径のような、最小ふくれ直径が、十分なコンタクトとその結果として十分に高いＦＦやＪｓｃを可能にするのに有利であると結論づけられる。最良のＦＦおよびＪｓｃは、焼成中にふくれサイズがさらに増加する場合に得られ、これは１０ｎｍ膜厚のＡｌ２Ｏ３層と疎水性のプレＡＬＤ洗浄の場合である。例えば図９（ｃ）に示され、より低いＦＦ、Ｊｓｃ、およびＶｏｃに反映されたように、ふくれサイズが小さすぎ密度が高すぎるため、親水性のプレＡＬＤ洗浄はより好ましくない。一方、例えばＡｌ２Ｏ３のための１０ｎｍの膜厚（例えば５ｎｍから２０ｎｍの範囲、より好適には７ｎｍから１５ｎｍの膜厚）は好適な膜厚である。なぜならば、これはそれ自身の上にふくれを形成するためには（例えば３０ｎｍ膜厚のＡｌ２Ｏ３層に比べて）厚過ぎることはなく、焼成プロセス中に十分な追加の脱ガスを行うのに十分に厚いためである。ＳＥＭ測定は、図７に示すように、金属により覆われたふくれた裏面パッシベーション層の焼成により、部分的なＢＦＳ領域が形成されることを明確に示す。図１２に示すように、ＬＢＩＣ測定は、それらの部分的なコンタクトのランダムな分布を、Ｊｓｃが誘導されたより暗い領域として示す。
【００６８】
ＡＬＤＡｌ２Ｏ３堆積に先立って疎水性洗浄を行ったランダムＡｌＢＳＦでは、ふくれサイズは十分なコンタクトを可能にするのに十分に大きい。ピーク焼成温度の関数とした、Ｊｓｃ、Ｖｏｃ、ＦＦ、および効率の平均値を、図１３（ａ）、図１３（ｂ）、図１３（ｃ）、および図１３（ｄ）にそれぞれ示す。ピーク焼成温度の関数として、パッシベーション品質とコンタクトとの間にはバランスがあることが結論づけられる。もし焼成温度が高すぎれば、裏面パッシベーション品質または開回路電圧Ｖｏｃは、大きく減少するかもしれない。一方、もしピーク焼成温度が低過ぎた場合、裏面コンタクトまたはＦＦ（およびそれゆえにＪｓｃ）は最適ではない。
【００６９】
最適のランダムＡｌＢＳＦセルは、全体ＢＳＦ参照セルの１６．６％に比較して、１７．４％の平均セル効率を有した。より良い裏面内部反射とより良い裏面パッシベーションのために、ＪｓｃおよびＶｏｃについて、それぞれ１．３ｍＡ／ｃｍ２および５ｍＶの明らかな利得がある。別の実験では、ふくれの無い部分的ＡｌＢＳＦセルが作製された。結果は、潜在的に、１４．２ｍＶのＶｏｃの利得が、全体ＡｌＢＳＦセルに比較してランダムＡｌＢＳＦで達成できることを示唆する。最良のＡｌ２Ｏ３／ＳｉＮｘパッシベーションされたランダムと部分的なＡｌＢＳＦセルの間のＶｏｃの隔たりは、多くの理由を有する。疎水性のプレＡＬＤ洗浄の場合、焼成中に、高密度のより小さなふくれが形成される。それらの追加のふくれは、追加のコンタクトにつながるかも知れないし、つながらないかも知れない。しかし、表面パッシベーション品質が低下するために、双方の場合でより低いＶｏｃとなる。ふくれの密度は均一ではなく、Ｓｉウエハのエッジで明確に低い。これは、全体ＡｌＢＳＦセルに比較して、ランダムＡｌＢＳＦセルのエッジでの増加した直列抵抗につながる。追加の小さなふくれの形成は、Ａｌ２Ｏ３堆積工程とＳｉＮｘ堆積工程の間でアニール工程を行うことにより回避できる。このアニール工程は、好適には、焼成中にそれらの追加のふくれの形成を避けるのに十分なように、Ａｌ２Ｏ３膜を脱ガスするのに十分高い温度で行われる。しかしながら、このアニール工程は、既に存在するふくれのための焼成中に、小さなサイズの増加の機会を残すのに十分に低い温度で行われる。ミラー研磨ウエハの上のふくれの形成を、テクスチュアウエハと比較することにより、表面形状の近傍にふくれが容易に現れることが観察された。この効果は、ウエハのエッジでは、より低いふくれ密度を補償するために使用できる。
【００７０】
前の記載は、本発明の所定の具体例を詳述する。しかしながら、このテキストで先の記載がいかに詳しく表されても、本発明は多くの方法で実施できることが認められる。本発明の所定の性質または形態を記載する場合の特別な用語の使用は、用語が関係する本発明の性質や形態の特定の特徴を含むように限定するために、その用語をここで再定義することを暗示すると取るべきではない。
【００７１】
上記詳細な説明は、本発明の新しい特徴を、様々な具体例に適用して示し、記載し、指摘するが、本発明の精神から離れること無しに、この技術の当業者により、記載されたデバイスやプロセスの形態や細部において、様々な省略、代替、および変化が行えることが理解できるであろう。
【技術分野】
【０００１】
本明細は、太陽電池の分野に関する。特に、部分的なバックコンタクトを有する太陽電池の製造方法およびそのようにして得られた太陽電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
部分的なバックコンタクトを有する結晶シリコン太陽電池、例えばＰＥＲＣ（Passivated Emitter and Rear Cell）構造やＰＥＲＬ（Passivated Emitter Rear Locally diffused cell）構造のために、先端デバイス構造が開発されてきた。そのような先端デバイス構造は、高いエネルギー変換効率を得たが、より多くのプロセス工程を必要とし、より先端的でないデバイスに比較して高い製造コストとなる。
【０００３】
例えば製造コストを低減し、同時に良好なエネルギー変換効率を維持することで、結晶シリコン太陽電池の１ワット当たりのコストの最高値を減らすことが必要である。
【発明の概要】
【０００４】
第１の発明の形態は、部分的なバックコンタクトを有するシリコン太陽電池の製造方法に関し、従来の製造方法に比較してプロセス工程の数が減らされて、これにより製造コストが低減され、良好な開回路電圧（open-circuit voltage）と良好な短絡回路電流（short-circuit current）を有し、この結果、良好なエネルギー変換効率を有する、部分的なバックコンタクトのセルを形成できる。
【０００５】
部分的なバックコンタクトを含む太陽電池の製造方法が記載され、この方法は、
シリコン基板を提供する工程と、
シリコン基板の裏側に表面パッシベーション層を堆積する工程と、
表面パッシベーション層とシリコン基板との間の界面に、例えば泡のような薄い層に裂けた領域（delaminated region）を形成する工程と、
表面パッシベーション層の上に金属層を堆積する工程と、
金属の焼成を行う工程と、を含む。
【０００６】
これにより、導電性パスが、薄い層に裂けた領域の位置の、金属層とシリコン基板との間に形成され、太陽電池やデバイスのためのバックコンタクトとなる。
【０００７】
有利には、表面パッシベーション層とシリコン基板との間の界面に、例えば泡のような薄い層に裂けた領域を形成する工程は、
疎水性の洗浄方法を用いてシリコン基板を洗浄する工程と、
疎水性洗浄の後に、シリコン基板の裏側に表面パッシベーション層を堆積する工程と、
熱処理を行う工程と、を含む。
【０００８】
１つの発明の形態は、部分的なバックコンタクトを有するシリコン太陽電池の製造方法に関し、この方法は、シリコン基板を提供する工程と、疎水性の洗浄方法を用いてシリコン基板を洗浄する工程と、疎水性の洗浄後に、シリコン基板の裏側に表面パッシベーション層を堆積する工程であって、好適には表面パッシベーション層は少なくとも約３０ｎｍの厚さを有する工程と、好適には約４００℃と約６００℃の間の範囲の温度で熱処理を行い、これにより表面パッシベーション層とシリコン基板との間の界面に、例えば泡のような薄い層に裂けた領域を形成する工程と、表面パッシベーション層の上に金属層を堆積する工程と、金属の焼成を行う工程と、を含む。金属の焼成工程中に、部分的なバックコンタクトが、薄い層に裂けた領域の部分に形成される。このように、部分的なバックコンタクトは、金属層の堆積前に表面パッシベーション中に開口部を形成する必要無しに、部分的なバックコンタクトが形成される。泡やふくれ（blister）中の微小なクラックによりふくれ内でシリコン基板に向かって金属が突き抜けることにより、コンタクトが形成されると信じられている。
【０００９】
１つの形態では、疎水性の洗浄方法は、洗浄後に疎水性の表面が残される洗浄方法である。例えば、疎水性の洗浄は、最終工程として希釈したＨＦ中への浸漬を含んでも良い。
【００１０】
表面パッシベーション層は、単一層、または少なくとも（シリコン基板上に堆積された）第１層と、（第１層の上に堆積された）第２層を含む層のスタックでも良い。表面パッシベーション層が単一層の具体例では、これは例えば、少なくとも約３０ｎｍの厚さを有するＡｌ２Ｏ３層でも良い。表面パッシベーション層が層のスタックである具体例では、第１層は、例えば約５ｎｍと約１５ｎｍの間のような約２ｎｍと約３０ｎｍの間の範囲の厚さを有するＡｌ２Ｏ３層でも良く、第２層は、例えば約１００ｎｍと約２００ｎｍの間のような約７０ｎｍと約３００ｎｍの間の範囲の厚さを有するＳｉＮｘ層および／またはＳｉＯｘ層でも良い。Ａｌ２Ｏ３層は、例えば熱ＡＬＤ（atomic layer deposition）、プラズマ強化ＡＬＤ、プラズマ強化ＣＶＤ（chemical vapour deposition）により、または当業者に知られた他の好適な方法により提供される。所定の具体例では、好ましくは、熱ＡＬＤＡｌ２Ｏ３層は、例えば約２００℃と約２５０℃との間のような、約２５０℃より低い温度で堆積される。第２層は、好適には約４００℃と約６００℃の間の範囲の温度で、ＣＶＤで堆積され、これにより、同時に熱処理を行い、別の熱処理を不要にする。表面パッシベーション層の上に堆積した金属層は、例えばＡｌを含む。金属焼成工程は、薄い層に裂けた領域の部分で、部分的なコンタクトを形成する工程を含む。金属焼成工程は、好適には、例えば約８３５℃と約９５０℃の間の範囲の温度のような、約８３５℃より高い温度で行われる。
【００１１】
本発明の具体例では、この方法は、更に、薄い層に裂けた領域や泡を形成する位置および／または密度を制御するために、シリコン基板の裏面上に表面形状を導入する工程を含む。
【００１２】
表面パッシベーション層が層のスタックである本発明の具体例では、この方法は、更に、第１層の堆積後で第２層の堆積前に、追加のアニール工程の実施を含み、追加のアニール工程は第１層の脱ガスのために適用され、これにより金属の焼成時に、第２のタイプの薄い層に裂けた領域が形成されるのを回避する。好適には、追加のアニール工程は、例えば約６００℃と約８００℃の間の範囲の温度のような、６００℃と９００℃の間の範囲の温度で行われる。この追加のアニール工程は、例えば約３０分間のような２０分から１時間の間の期間、例えば、フォーミングガス雰囲気中または窒素雰囲気のような不活性雰囲気中で行われる。
【００１３】
金属層を形成前に表面パッシベーション層中に開口部を形成することを必要とせずに、金属焼成工程で部分的な裏側のコンタクトが形成できることが、１つの発明の形態にかかる方法の長所である。このように、プロセス工程の数が低減され、部分的なバックコンタクトを有する太陽電池の従来の製造プロセスに比較して、製造スループットが増加する。
【００１４】
Ａｌ２Ｏ３層が低い温度（例えば２００℃）で堆積でき、より高温で堆積したＡｌ２Ｏ３層に比較して、より良好な表面パッシベーション品質となることが、１つの形態にかかる方法の長所である。
【００１５】
第２の発明の形態は、例えば泡のような薄い層に裂けた領域の位置に、太陽電池の部分的なバックコンタクトを形成するための第１の形態にかかる方法の使用に関する。
【００１６】
第３の発明の形態は、裏面と表面を有する太陽電池デバイスに関し、この太陽電池デバイスは、シリコン基板、シリコン基板の裏側の表面パッシベーション層、および部分的なバックコンタクトを含み、部分的なバックコンタクトは、太陽電池デバイスの裏面の上に、ランダムに分布している。
【００１７】
部分的なバックコンタクトがランダムに分布するとは、バックコンタクトのいずれかの予め決められた配置、またはバックコンタクトの位置の予め決められた規則性や周期性が無いことを意味する。
【００１８】
好適な具体例では、パッシベーション層は、部分的なバックコンタクトに対応する位置の薄い層に裂けた領域を含む。
【００１９】
好適な具体例では、パッシベーション層は、少なくとも３０ｎｍの厚さを有する。
【００２０】
好適な具体例では、パッシベーション層は、約２ｎｍと約３０ｎｍの間の範囲の厚さを有するＡｌ２Ｏ３層を含む第１層と、約７０ｎｍと約３００ｎｍの間の範囲の厚さを有するＳｉＮｘ層および／またはＳｉＯｘ層を含む第２層とを含む。
【００２１】
所定の発明の形態の所定の目的および長所は、上述の通りである。もちろん、そのような目的や長所の全てが、この明細書の特定の具体例で達成される必要はないことが理解される。このように、例えば当業者は、ここで教示や示唆された他の目的や長所を達成する必要なしに、ここで教示された１つの長所または長所のグループを達成または最適化する方法で、この記載が具体化されることを認識するであろう。更に、この概要は単に例示であり、明細書の範囲を制限することを意図するものではないことが理解される。構成および操作の方法の双方についての明細は、その特徴や長所と共に、添付された図面とともに読むことで、以下の詳細な説明を参照して良く理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】ＰＥＣＶＤＳｉＮｘで覆われた熱ＡＬＤＡｌ２Ｏ３層の顕微鏡写真である。
【図２】部分的に薄い層に裂けたＡＬＤＡｌ２Ｏ３／ＰＥＣＶＤＳｉＮｘスタックのＳＥＭ写真（断面）である。
【図３】異なる段階におけるＣＺＳｉ基板の光学顕微鏡写真を示す。図３（ａ）は５ｎｍＡｌ２Ｏ３のＡＬＤ堆積後、図３（ｂ）は５ｎｍＡｌ２Ｏ３のＡＬＤ堆積と５５０℃の窒素雰囲気中でのアニール後、図３（ｃ）は５ｎｍＡｌ２Ｏ３のＡＬＤ堆積と５５０℃の窒素雰囲気中でのアニールとＳｉＮｘ堆積後、である。
【図４】異なる段階におけるＣＺＳｉ基板の光学顕微鏡写真を示す。図４（ａ）は３０ｎｍＡｌ２Ｏ３のＡＬＤ堆積後、図４（ｂ）は３０ｎｍＡｌ２Ｏ３のＡＬＤ堆積と３５０℃のフォーミングガス中でのアニール後、図４（ｃ）は３０ｎｍＡｌ２Ｏ３のＡＬＤ堆積と３５０℃のフォーミングガス中でのアニールとＳｉＮｘ堆積後、である。
【図５】異なる段階におけるＣＺＳｉ基板の光学顕微鏡写真を示す。図５（ａ）は３０ｎｍＡｌ２Ｏ３のＡＬＤ堆積と３５０℃の窒素中でのアニール後、図５（ｂ）は３０ｎｍＡｌ２Ｏ３のＡＬＤ堆積と３５０℃の窒素中でのアニールとＳｉＮｘ堆積後、である。
【図６】異なる段階におけるＣＺＳｉ基板の光学顕微鏡写真を示す。図６（ａ）は３０ｎｍＡｌ２Ｏ３のＡＬＤ堆積と５５０℃の窒素中でのアニール後、図６（ｂ）は３０ｎｍＡｌ２Ｏ３のＡＬＤ堆積と５５０℃の窒素中でのアニールとＳｉＮｘ堆積後、である。
【図７】薄い層に裂けた領域上のＡｌ金属層を焼成した後に形成された（裏面領域を有する）部分的なコンタクトの（断面）ＳＥＭ写真である。
【図８】本発明の具体例にかかるプロセスフローと、代わりの先端技術のプロセスフローとの間の比較チャートを示す。
【図９】ミラー研磨されたｃ−Ｓｉ基板上のふくれたＡＬＤＡｌ２Ｏ３／ＰＥＣＶＤＳｉＮｘ層の、（ａ）ＳＥＭ傾斜上面写真と（ｂ）断面写真である。図９（ｃ）と図９（ｄ）は、親水性プレＡＬＤ堆積洗浄（図９（ｃ））と疎水性プレＡＬＤ堆積洗浄（図９（ｄ））についての、粗いｃ−Ｓｉ表面上に成長させたＡＬＤＡｌ２Ｏ３／ＰＥＣＶＤＳｉＮｘ層の光学顕微鏡上面写真である。
【図１０】Ａｌ層で覆われた、ふくれたパッシベーション層の焼成による、半導体金属コンタクト形成のメカニズムの概略図である。
【図１１ａ】共同焼成（co-firing）の前後での、５ｎｍ、１０ｎｍまたは３０ｎｍの膜厚のＡＬＤＡｌ２Ｏ３層と、ＰＥＣＶＤＳｉＮｘ層とを含むスタックで測定した、平均ふくれ半径を示す。プレＡＬＤウエハ洗浄は、親水性（Ｓｉ−ＯＨ）または疎水性（Ｓｉ−Ｈ）であった。
【図１１ｂ】図１１（ａ）と同じＡｌ２Ｏ３／ＳｉＮｘ層により裏側がパッシベートされたランダムＡｌＢＳＦＳｉ太陽電池について、平均短絡回路電流密度（Ｊｓｃ）と開回路電圧（Ｖｏｃ）を示す。全ての場合、ピークの焼成温度は８６５℃である。
【図１１ｃ】図１１（ａ）と同じＡｌ２Ｏ３／ＳｉＮｘ層により裏側がパッシベートされたランダムＡｌＢＳＦＳｉ太陽電池について、平均曲線因子（ＦＦ）と効率（ｅｔａ）を示す。全ての場合、ピークの焼成温度は８６５℃である。
【図１２】ランダムＡｌＢＳＦＳｉ太陽電池部分のＬＢＩＣマッピング（２０μｍ解像度）を示し、裏側において、ランダムな金属−半導体コンタクトを明確に示す。
【図１３ａ】ピークの焼成温度の関数として、Ａｌ２Ｏ３／ＳｉＮｘ層により裏側がパッシベートされたランダムＡｌＢＳＦＳｉ太陽電池について、平均Ｊｓｃを示す。プレＡｌ２Ｏ３洗浄は疎水性であり、Ａｌ２Ｏ３の膜厚は５ｎｍ、１０ｎｍ、または３０ｎｍであった。また、参照の全体ＡｌＢＳＦセルについての平均セル特性も示される。
【図１３ｂ】ピークの焼成温度の関数として、Ａｌ２Ｏ３／ＳｉＮｘ層により裏側がパッシベートされたランダムＡｌＢＳＦＳｉ太陽電池について、平均Ｖｏｃを示す。プレＡｌ２Ｏ３洗浄は疎水性であり、Ａｌ２Ｏ３の膜厚は５ｎｍ、１０ｎｍ、または３０ｎｍであった。また、参照の全体ＡｌＢＳＦセルについての平均セル特性も示される。
【図１３ｃ】ピークの焼成温度の関数として、Ａｌ２Ｏ３／ＳｉＮｘ層により裏側がパッシベートされたランダムＡｌＢＳＦＳｉ太陽電池について、平均ＦＦを示す。プレＡｌ２Ｏ３洗浄は疎水性であり、Ａｌ２Ｏ３の膜厚は５ｎｍ、１０ｎｍ、または３０ｎｍであった。また、参照の全体ＡｌＢＳＦセルについての平均セル特性も示される。
【図１３ｄ】ピークの焼成温度の関数として、Ａｌ２Ｏ３／ＳｉＮｘ層により裏側がパッシベートされたランダムＡｌＢＳＦＳｉ太陽電池について、平均電池効率を示す。プレＡｌ２Ｏ３洗浄は疎水性であり、Ａｌ２Ｏ３の膜厚は５ｎｍ、１０ｎｍ、または３０ｎｍであった。また、参照の全体ＡｌＢＳＦセルについての平均セル特性も示される。
【図１４ａ】本発明の具体例にかかるプロセスフローを示し、コンタクトはパッシベーション層の中のふくれの位置に形成される。（ａ）は実際のサンプルの写真である。
【図１４ｂ】本発明の具体例にかかるプロセスフローを示し、コンタクトはパッシベーション層の中のふくれの位置に形成される。（ｂ）は同じフローの概略図である。
【００２３】
異なる図面において、同一の符号は同一または類似の要素を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下の詳細な説明において、明細書の全体を通した理解と、如何にしてそれが特定の具体例中で実施されるかを提供するために、多くの特別な細部が説明される。しかしながら、本明細書は、それらの特定の細部無しに実施できることが理解される。他の例では、公知の方法、手続き、および技術は、本明細書が不明確にならないように、詳細には示されていない。本明細書は、所定の図面を参照しながら、特定の具体例について記載されるが、本明細書はこれに限定されない。ここに含まれて記載された図面は模式的であり、本明細書の範囲を限定するものではない。また、図面において、図示目的で、いくつかの要素の大きさは誇張され、それゆえに縮尺どおりには描かれていない。
【００２５】
更に、明細書中の、第１、第２、第３等の用語は、類似の要素の間で区別するために使用され、ランクや他の方法での、一時的、空間的な順序を表す必要はない。そのように使用された用語は、適当な状況下で入替え可能であり、ここに記載された明細書の具体例は、ここに記載や図示されたものと異なる順序によっても操作できることを理解すべきである。
【００２６】
また、明細書中の、上、下、上に、下に等の用語は、記載目的のために使用され、相対的な位置を示すものではない。そのように使用される用語は、適当な状況下で入替え可能であり、ここに記載された明細書の具体例は、ここに記載や図示されたものと異なる位置でも操作できることを理解すべきである。
【００２７】
また、「含む（comprising）」の用語は、それ以降に示される手段に限定して解釈されるべきではなく、他の要素や工程を排除しない。このように、言及された特徴、数字、工程、または成分の存在は、表されたように解釈されるべきであり、１またはそれ以上の他の特徴、数字、工程、または成分、またはこれらの組み合わせの存在または追加を排除してはならない。このように、「手段ＡおよびＢを含むデバイス」の表現の範囲は、構成要素ＡとＢのみを含むデバイスに限定されるべきではない。
【００２８】
所定の具体例において、太陽電池または基板の表面または表側は、光源に向かうように配置される面または側であり、これにより光を受ける。太陽電池または基板の後面、裏面、後側、または裏側は、表面または表側に対向する面または側である。
【００２９】
「薄い層に裂けた領域（delaminated region）」は、例えば泡やふくれのような、薄い層に裂けている領域をいう。本明細書の目的のために、「泡（bubble）」および「ふくれ（blister）」の用語は同義語として使用される。
【００３０】
１つの具体例は、部分的なバックコンタクトを有する太陽電池の製造方法に関し、この方法は、シリコン基板を提供する工程と、疎水性の洗浄方法を用いてシリコン基板を洗浄する工程と、疎水性の洗浄後に、シリコン基板の裏側に表面パッシベーション層を形成する工程であって、例えば約３０ｎｍと約１５０ｎｍとの間の範囲の厚さのような、少なくとも約３０ｎｍの厚さを有する工程と、約４００℃と約６００℃の間の範囲の温度で熱処理を行う工程と、を含む。この結果、半導体基板と表面パッシベーション層との間の界面に、例えば泡のような薄い層に裂けた領域が形成される。表面パッシベーション層は、単一層を含み、または第１層と第２層のスタックを含んでも良い。表面パッシベーション層が少なくとも第１層と第２層を含む具体例では、第２層の堆積は、また熱処理の関数を有する。表面パッシベーション層の厚さは、良好な裏面パッシベーションの品質の提供に加えて、良好な裏面反射を提供するために選択しても良い。この方法は、更に、例えばＡｌ層のような金属層を形成し、裏側で表面パッシベーション層を覆う工程と、金属焼成を行う工程とを含み、これによりリアコンタクトとリアＢＳＦ領域を、薄い層に裂けた領域に形成しても良い。金属層を形成する工程は、スクリーン印刷、スパッタ、蒸着または当業者に知られた他の好適な方法を含んでも良い。金属焼成を行う工程は、好適には、約８３５℃より高い温度、例えば約８３５℃と約９５０℃との間、例えば約８５０℃と９００℃との間の範囲の温度で行われる。
【００３１】
所定の具体例では、表面パッシベーション層は、例えばＡｌ２Ｏ３層を含む。表面パッシベーション層が単一層の具体例では、Ａｌ２Ｏ３層は少なくとも約３０ｎｍである。表面パッシベーション層が層のスタックの具体例では、Ａｌ２Ｏ３層が、シリコン基板の裏側に第１層として形成され、第２層が第１層の上に形成される。第１層と第２層の全厚さは、好適には約１００ｎｍである。
【００３２】
Ａｌ２Ｏ３層は、例えば熱ＡＬＤまたはプラズマ強化ＡＬＤのような、ＡＬＤ（atomic layer deposition）の手段により形成される。しかしながら、本明細書は、これには限定されず、当業者に知られた他の好適な方法が使用できる。好適には、ＡＬＤＡｌ２Ｏ３層は、例えばＨ２ＯおよびＴＭＡを前駆体として用いて、約２５０℃より低い温度で堆積される。第２層は、例えばＳｉＮｘ層またはＳｉＯｘ層または当業者に知られた他の好適な層でも良い。第２層は、好適には約４００℃と約６００℃の間に範囲の温度で、例えば化学気相堆積法により堆積できる。
【００３３】
部分的な金属コンタクトの形成を可能にする裏面金属層を形成する前に、裏面パッシベーションスタック中に開口部を形成する必要性が避けられることが、部分的なバックコンタクトを有する太陽電池を製造する従来の方法と比べた、１つの具体例にかかる方法の優位点である。代わりに、金属の焼成工程中に、薄い層に裂けた領域中に部分的なコンタクトを形成しても良い。
【００３４】
例えばＡＬＤ技術で堆積されたＡｌ２Ｏ３層が、ｐ型シリコンに対して非常に良好なパッシベーションであることが示される。この優秀なパッシベーション品質は、化学パッシベーションと電界効果パッシベーションに関係する。最良のＡＬＤＡｌ２Ｏ３パッシベーション品質は、低い堆積温度（例えば２００℃）で得られる。
【００３５】
パッシベーション層の臨界膜厚（例えばＡｌ２Ｏ３層では約３０ｎｍ、Ａｌ２Ｏ３層とＳｉＮｘ層を含むスタックでは約１００ｎｍ）および臨界温度（例えば約４００℃から約６００℃）に達した場合に、部分的に薄い層に裂けることにより、低温で堆積された層は、また、「ふくれ（blister）」や「泡（bubble）」を表す。部分的に薄い層に裂けることは、例えば、Ａｌ２Ｏ３層中で形成される応力に関連し、または臨界温度より高い熱処理によるＡｌ２Ｏ３層中の水素の放出に関連する。１つの具体例にかかる方法では、この部分的に薄い層に裂けたパッシベーション層は、ＰＥＲＣ型太陽電池のための裏面パッシベーション層として使用される。裏面金属の焼成後に、薄い層に裂けた領域は、部分的なポイントコンタクトとなる。加えて、裏面金属の焼成工程は、部分的な裏面電界（Buck Surface Field）を形成する。
【００３６】
図１は、疎水的に洗浄されたミラー研磨シリコン基板上に堆積された、１００ｎｍ膜厚のＰＥＣＶＤＳｉＮｘで覆われた約３０ｎｍ膜厚の熱ＡＬＤＡｌ２Ｏ３層を含む表面パッシベーション層の顕微鏡写真（上面）である。熱ＡＬＤＡｌ２Ｏ３層は、Ｈ２ＯとＴＭＡを前駆体に用いて、２００℃で堆積させた。図２は、部分的に薄い層に裂けた、図１のＡＬＤＡｌ２Ｏ３／ＰＥＣＶＤＳｉＮｘスタックのＳＥＭ写真（断面）である。部分的に薄い層に裂けることは、例では２２．６マイクロメータの直径を有するように示された泡を形成することがわかる。
【００３７】
図３は、異なる段階におけるＣＺＳｉ基板の光学顕微鏡写真を示す。図３（ａ）は５ｎｍＡｌ２Ｏ３のＡＬＤ堆積後、図３（ｂ）は５ｎｍＡｌ２Ｏ３のＡＬＤ堆積と５５０℃の窒素雰囲気中でのアニール後、図３（ｃ）は５ｎｍＡｌ２Ｏ３のＡＬＤ堆積と５５０℃の窒素雰囲気中でのアニールと４２０℃でのＳｉＮｘ堆積（ＳｉＮｘ膜厚は２００ｎｍから３００ｎｍ）後、である。
【００３８】
図４は、異なる段階におけるＣＺＳｉ基板の光学顕微鏡写真を示す。図４（ａ）は３０ｎｍＡｌ２Ｏ３のＡＬＤ堆積後、図４（ｂ）は３０ｎｍＡｌ２Ｏ３のＡＬＤ堆積と３５０℃のフォーミングガス中でのアニール後、図４（ｃ）は３０ｎｍＡｌ２Ｏ３のＡＬＤ堆積と３５０℃のフォーミングガス中でのアニールと４２０℃でのＳｉＮｘ堆積（ＳｉＮｘ膜厚は２００ｎｍから３００ｎｍ）後、である。
【００３９】
図５は、異なる段階におけるＣＺＳｉ基板の光学顕微鏡写真を示す。図５（ａ）は３０ｎｍＡｌ２Ｏ３のＡＬＤ堆積と３５０℃の窒素中でのアニール後、図５（ｂ）は３０ｎｍＡｌ２Ｏ３のＡＬＤ堆積と３５０℃の窒素中でのアニールと４２０℃でのＳｉＮｘ堆積（ＳｉＮｘ膜厚は２００ｎｍから３００ｎｍ）後、である。
【００４０】
図６は、異なる段階におけるＣＺＳｉ基板の光学顕微鏡写真を示す。図６（ａ）は３０ｎｍＡｌ２Ｏ３のＡＬＤ堆積と５５０℃の窒素中でのアニール後、図６（ｂ）は３０ｎｍＡｌ２Ｏ３のＡＬＤ堆積と５５０℃の窒素中でのアニールと４２０℃でのＳｉＮｘ堆積（ＳｉＮｘ膜厚は２００ｎｍから３００ｎｍ）後、である。
【００４１】
図３、図４、図５、および図６に示される全てのサンプルについて、Ａｌ２Ｏ３堆積の前にシリコン基板の疎水性洗浄（最終工程として２％ＨＦ浸漬）が行われた。図３、図４、図５、および図６に示された結果から、薄い層に裂けた領域の形成および薄い層に裂けた領域の大きさおよび密度は、Ａｌ２Ｏ３層の膜厚、熱処理やアニールの雰囲気、熱処理の温度、およびＡｌ２Ｏ３層の上のＳｉＮｘ層の存在のような、多くのパラメータにより影響されることが結論づけられる。
【００４２】
例えば、図３（ｃ）を図６（ｂ）と比較すると、図３（ｃ）に示されたサンプルでは５ｎｍで、図６（ｂ）に示されるサンプルでは３０ｎｍで、Ａｌ２Ｏ３層の膜厚に違いがある。より厚いＡｌ２Ｏ３層では、泡の数はより小さくなり、より大きなサイズとなる。図６（ａ）では、アニール後でＳｉＮｘ堆積前に、３０ｎｍ膜厚のＡｌ２Ｏ３層で泡に形成が始まるのが見られる。
【００４３】
例えば、図４（ｃ）を図５（ｂ）と比較すると、熱処理の雰囲気に違いがあり、図４（ｃ）に示されるサンプルではフォーミングガスであり、図５（ｂ）に示されるサンプルでは窒素である。熱処理が窒素中で行われた場合、泡の数はより少なく、より大きなサイズとなる。
【００４４】
例えば、図５（ｂ）を図６（ｂ）と比較すると、熱処理の温度に違いがあり、図５（ｂ）に示されるサンプルでは３５０℃であり、図６（ｂ）に示されるサンプルでは５５０℃である。より高いアニール温度では、泡の数が少なくなり、それらのサイズはより大きくなる。また、より高いアニール温度では、薄い層に裂けた領域の形成は、ＳｉＮｘ堆積の前に始まる。
【００４５】
２００℃で堆積された薄いＡＬＤＡｌ２Ｏ３層（膜厚５ｎｍ、１０ｎｍ、３０ｎｍ）と、４２０℃で堆積されたＰＥＣＶＤＳｉＮｘ層（膜厚２００ｎｍから３００ｎｍ）とを含むスタックが、シリコン基板の上に形成されて実験が行われた。Ａｌ２Ｏ３堆積とＳｉＮｘ堆積の間で、別のアニール工程は行われなかった。薄い層に裂けた領域の形成は、Ａｌ２Ｏ３堆積前に使用されるウエハ洗浄により影響されることが観察された。（親水性のシリコン表面となる）親水性の洗浄の場合の、薄い層に裂けた領域のサイズは、（疎水性のシリコン表面となる）疎水性の洗浄の場合より、小さくなることが見出された。実験では、親水性の洗浄は、硫酸ペルオキシド（surfuric-peroxide）混合物（８５℃で、Ｈ２Ｏ２：Ｈ２ＳＯ４ １：４）中での洗浄と、それに続く２％ＨＦ浸漬、室温でのＮＨ４ＯＨ：Ｈ２Ｏ２：Ｈ２Ｏ １：１：５中での洗浄、および最後の乾燥を含む。疎水性の洗浄は、硫酸ペルオキシド（surfuric-peroxide）混合物（８５℃で、Ｈ２Ｏ２：Ｈ２ＳＯ４ １：４）中での洗浄と、それに続く２％ＨＦ浸漬、および乾燥を含む。薄い層に裂けた領域のサイズは、Ａｌ２Ｏ３の膜厚が増加するとともに大きくなる。異なる洗浄および異なるＡｌ２Ｏ３膜厚に対して、薄い層に裂けた領域のサイズを表１に示す。
【００４６】
【表１】
【００４７】
このように、薄い層に裂けた領域のサイズは、表面の前処理、ＡＬＤＡｌ２Ｏ３層の膜厚、および堆積後のアニール条件により調整できることが結論づけられる。
【００４８】
１つの具体例では、薄い層に裂けた領域のサイズ（直径）は、好適には約１０マイクロメータと４０マイクロメータの間の範囲である。薄い層に裂けた領域は、好適には、全裏面の面積の約２％から約５％を覆う。それゆえに、Ａｌ２Ｏ３堆積前に、シリコン表面の疎水性洗浄を行うことが好ましい。所定の具体例では、表面パッシベーション層は、約５ｎｍと約１５ｎｍの間の範囲の膜厚のＡｌ２Ｏ３層と、少なくとも約１００ｎｍの膜厚のＳｉＮｘ層とを含むスタックであり、ＳｉＮｘ層は、約４００℃と約６００℃の間の範囲の温度で堆積されて、これによりＡｌ２Ｏ３堆積後でＳｉＮｘ堆積前の熱処理またはアニールの必要性を避けることができる。他の具体例では、表面パッシベーション層は、例えば膜厚が少なくとも３０ｎｍのＡｌ２Ｏ３層であり、熱処理工程は、約４００℃と約６００℃の間の温度で、Ａｌ２Ｏ３堆積後に、好適には窒素雰囲気中で行われる。
【００４９】
上述の結果は、熱ＡＬＤの手段により堆積されたＡｌ２Ｏ３層を含むパッシベーション層に関するが、類似の泡の形成は、例えばプラズマ強化ＡＬＤやプラズマ強化ＣＶＤのような他の技術により堆積されたＡｌ２Ｏ３層でも見られた。泡は、（膜厚と温度に依存する挙動により示された）Ａｌ２Ｏ３層中に形成された応力により、および熱処理のＡｌ２Ｏ３層中の水素放出により現れる。
【００５０】
１つの具体例にかかる製造プロセスを用いると、例えばＰＥＲＣセルのような、部分的なバックコンタクトを有する太陽電池のプロセス工程数が、従来の方法に比較して減らせる。より好適には、裏面メタライゼーション前の、裏面パッシベーション中の開口部の形成工程がなくせる。全体ＡｌＢＳＦを用いた太陽電池に比較して、単に１つの追加プロセス工程（裏面に表面パッシベーション層を堆積する工程）のみが、効率の増大のために必要となる。これを図８に模式的に示し、本発明（ランダムＡｌＢＳＦ）にかかる製造プロセスのためのプロセスフローと、裏面のメタライゼーション前に（例えばレーザ溶融による）裏面のパッシベーション層の開口部を含む部分的なＡｌＢＳＦを有する太陽電池の従来の製造プロセスのプロセスフローを示す。
【００５１】
１つの具体例の方法により、太陽電池（サイズが１４８．２５ｃｍ２）がｐ型シリコン基板上に形成される実験が行われた。
【００５２】
参照として、全体の裏面電界（ＢＳＦ）を有する、即ち、セルの裏面全体に延びたＢＳＦを有するｐ型シリコン太陽電池が作製された。それらの参照セルでは、基板の表側は手クスチュアであり、基板の裏側は研磨された。ＰＯＣｌ３拡散により表側にエミッタが形成され、続いて表側にＳｉＮｘ反射防止コーティング（ＡＲＣ）が堆積された。次に、裏側にＡｌ層がスクリーン印刷され、表側にＡｇパターンがスクリーン印刷され、続いて、金属の共同焼成工程が行われた。共同焼成工程は、セルの裏側にＡｌＢＳＦを形成した。ＡＭ１．５照明の下で、それらの参照セルに対して得られた電流−電圧特性を表２に示す。
【００５３】
【表２】
【００５４】
１つの具体例の方法で太陽電池が作製された。１つの追加の工程を除いて、参照セルの作製に使用されたのと同じプロセス工程が用いられた。この追加の工程は、エミッタ拡散後で反射防止コーティングの堆積前に、セルの裏側にＡｌ２Ｏ３／ＳｉＮｘパッシベーションスタックを堆積する工程を含む。パッシベーションスタックの堆積前に、上述のような疎水性洗浄が行われた。行われた実験では、パッシベーションスタックを堆積する工程は、ＡＬＤＡｌ２Ｏ３の第１層を約２００℃で堆積する工程と、ＰＥＣＶＤＳｉＮｘの第２層を、第１層の上に約４２０℃で堆積する工程を含む。Ａｌ２Ｏ３層の膜厚は、約５ｎｍ、約１０ｎｍまたは約３０ｎｍであった。ＳｉＮｘの膜厚は、約２００ｎｍと約３００ｎｍの間の範囲であった。参照セルのように裏側にＡｌ層をスクリーン印刷する代わりに、裏側のＡｌ層はスパッタにより形成された。裏面パッシベーションスタック中に開口部を形成することなく、セルの裏面全体にＡｌ層が形成された。金属の共同焼成工程のために、異なる温度８４５℃、８６５℃、および８８５℃が用いられた。パッシベーションスタックが薄い層の裂けた領域である位置では、図７のＳＥＭ断面図に示すように、部分的なポイントコンタクトと部分的なＢＳＦが焼成後に得られた。このメカニズムが、図１０に模式的に示される。図１０（ａ）は、焼成後の状態であり、Ａｌ層４で覆われた、シリコン基板２の表面とパッシベーション層３との間にふくれ１が形成された。図１０（ｂ）は、焼成後の状況を示し、Ａｌ層４は、ＢＳＦ領域５を含む、シリコン基板２とコンタクトを形成する。また、図１４（ａ）および図１４（ｂ）は、コンタクトがパッシベーション層中のふくれの位置に形成される本発明の具体例にかかるプロセスフローを示す。図１４（ａ）は、実際のサンプルのＳＥＭ像であり、一方、図１４（ｂ）は、同じフローの模式図を示す。
【００５５】
図１２は、ＡｌＢＳＦ太陽電池部分のＬＢＩＣマッピングを示し、裏において、ランダムな金属半導体コンタクトを明確に示す（２０μｍ解像度）。
【００５６】
１つの具体例の方法で作製されたそれらのセルで得られた、ＡＭ１．５照明下での電流−電圧特性を表３に示す。それらの結果から、特に最も小さいＡｌ２Ｏ３層膜厚（約５ｎｍ）を有するセルと、最も大きいＡｌ２Ｏ３層膜厚（約３０ｎｍ）を有するセルに対して、曲線因子がむしろ低いことが結論づけられる。これは、セルの裏側において、例えば低過ぎる泡密度や小さ過ぎる泡のような、最適でないコンタクトに関する。１つの具体例では、約１０ｎｍのＡｌ２Ｏ３層膜厚で、全面ＢＳＦ（表２）と良好な曲線因子値を有する参照セルと比較して、より高い短絡回路密度Ｊｓｃとより高い開回路電圧Ｖｏｃを示す、最良の結果が得られる。
【００５７】
【表３】
【００５８】
更なる結果がここで述べられるが、それらは部分的に上述の結果と重なる。
【００５９】
実験では、１４８．２５ｃｍ２の大きさの太陽電池が、２Ω・ｃｍのシート抵抗を有する１５０μｍ膜厚のｐ型シリコン基板上に作製された。シート抵抗が６０Ω／□（Ohm per square）のエミッタが形成された。ランダムな部分的ＡｌＢＳＦセルの場合、ふくれた層が、追加のコンタクト開口工程無しに裏面パッシベーションとして使用された。全面ＡｌＢＳＦセルと、裏面パッシベーション層をレーザ除去したふくれの無い部分的ＡｌＢＳＦセルが、参照として使用された。図８は、異なるセルについてのプロセスフローを模式的に示す。
【００６０】
裏側のパッシベーション層の堆積前に、ウエハは、ＨＦラスト（HF-last）（Ｓｉ−Ｈ）工程または酸化ラスト（oxidizing last）（ＳｉＯＨ）工程を用いて洗浄され、当業者に知られたマランゴニ（Marangoni）乾燥が行われた。
【００６１】
ランダムＡｌＢＳＦセルおよび部分的ＡｌＢＳＦセルのための裏面パッシベーション層として、ＡＬＤＡｌ２Ｏ３とＰＥＣＶＤＳｉＮｘのスタックが使用された。５ｎｍ、１０ｎｍ、または３０ｎｍの膜厚の熱ＡＬＤＡｌ２Ｏ３を、トリメチルアウミニウム（ＴＭＡ）と脱イオン（de-ionized）（ＤＩ）水を前駆体として用いて、商用的なＡＬＤリアクタ中で、２００℃で成長させた。ＳｉＮｘ層の膜厚は、太陽電池の裏の内部反射のために最適化された。共同焼成工程は、ランダムＡｌＢＳＦについては８４５℃、８６５℃、および８８５℃で行われ、部分的ＡｌＢＳＦセルと全面ＡｌＢＳＦセルについては８６５℃で行われた。
【００６２】
ふくれは目に見えるようにされ、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）または光学顕微鏡を用いて測定された。使用された電流−電圧（Ｉ−Ｖ）セットアップは、２００×２００ｍｍ２の照射面積、小さな偏り誤差（bias error）、および時間に対して良好な安定性を有する安定状態のＸｅランプの太陽シミュレーションである。シリコン太陽電池の空間的に決定された直列抵抗は、商用的なフォトリミネッセンス（ＰＬ）システムを用いて測定された。組織内で組み立てられた光線誘起電流（ＬＢＩＣ：Light Beam Induced Current）測定セットアップが、１０５０ｎｍの波長で、太陽電池の短絡電流密度（Ｊｓｃ）を描くのに使用された。
【００６３】
ＡＬＤＡｌ２Ｏ３／ＰＥＣＶＤＳｉＮｘパッシベーション層のふくれが観察された。ふくれは、臨界温度（例えば約４００℃から約６００℃）を超える熱処理によりＡｌ２Ｏ３層中の気体が脱着することにより起きる、十分に厚い（例えば３０ｎｍ以上のような、１０ｎｍ以上の膜厚）Ａｌ２Ｏ３層の部分的な薄い層への裂けである。また、Ａｌ２Ｏ３層をＳｉＯｘ層またはＳｉＮｘでキャップする工程も、ふくれとなる。キャップ層は、ふくれのために臨界温度より高い温度で堆積され、加えて、全スタックは、単体Ａｌ２Ｏ３層よりも、より効果的な気体バリアである。Ｓｉ上に堆積した、一般的なふくれたＡｌ２Ｏ３／ＳｉＮｘスタックのＳＥＭ像が、図９（ａ）および図９（ｂ）に示される。
【００６４】
プレＡＬＤ洗浄は、ふくれの形成に影響する。図９（ｃ）および図９（ｄ）からそれぞれ分かるように、親水性の洗浄はより高密度のより小さいふくれにつながり、一方で、疎水性の洗浄はより低密度の大きなふくれにつながる。図９（ｃ）および図９（ｄ）は、親水性のプレＡＬＤ堆積洗浄（図９（ｃ））および疎水性のプレＡＬＤ堆積洗浄（図９（ｄ））に対して、粗いｃ−Ｓｉ表面上に成長させたＡＬＤＡｌ２Ｏ３／ＰＥＣＶＤＳｉＮｘ層の光学顕微鏡上面写真である。
【００６５】
十分に薄いＡｌ２Ｏ３層を用いて、ＳｉＮｘキャッピングに先立って、例えば約６００℃の温度でアニール工程を行うことにより、ふくれを避けることができる。Ａｌ２Ｏ３層は、ＳｉＮｘキャッピングに先立って脱ガスされ、いまだ適当なパッシベーション特性を有しても良い。これは、メタライゼーションに先立って、裏面誘電体パッシベーション層を開口するためにレーザ切断が用いられる部分的なＡｌＢＳＦ参照セルの準備のために行われる。
【００６６】
本発明に関して、シリコン基板と、Ａｌ２Ｏ３とＳｉＮｘのスタックとの間の界面でふくれが形成されるが形成されたランダムＡｌＢＳＦ太陽電池が作製された。疎水性と同様に親水性のプレＡＬＤ洗浄が使用され、５ｎｍ、１０ｎｍ、または３０ｎｍ膜厚のＡｌ２Ｏ３層が堆積された。シリコン／Ａｌ２Ｏ３界面のふくれの平均サイズは、図１１（ａ）に示すようにばらつく。この平均サイズは、共同焼成工程の前後において測定された。焼成工程後に、ランダムＡｌＢＳＦセルの裏面Ａｌ金属層が熱いＨＣｌ中で除去されてふくれを再度見えるようにした。８６５℃で焼成されたランダムＡｌＢＳＦセルの短絡電流密度（Ｊｓｃ）、開回路電圧（Ｖｃｏ）、曲線因子（ＦＦ）、およびエネルギー変換効率（ｅｔａ）の平均が、図１１（ｂ）および図１１（ｃ）に示される。
【００６７】
図１１（ａ）（ｂ）（ｃ）から、例えば４マイクロメータより大きな、好適には５マイクロメータより大きなふくれ直径のような、最小ふくれ直径が、十分なコンタクトとその結果として十分に高いＦＦやＪｓｃを可能にするのに有利であると結論づけられる。最良のＦＦおよびＪｓｃは、焼成中にふくれサイズがさらに増加する場合に得られ、これは１０ｎｍ膜厚のＡｌ２Ｏ３層と疎水性のプレＡＬＤ洗浄の場合である。例えば図９（ｃ）に示され、より低いＦＦ、Ｊｓｃ、およびＶｏｃに反映されたように、ふくれサイズが小さすぎ密度が高すぎるため、親水性のプレＡＬＤ洗浄はより好ましくない。一方、例えばＡｌ２Ｏ３のための１０ｎｍの膜厚（例えば５ｎｍから２０ｎｍの範囲、より好適には７ｎｍから１５ｎｍの膜厚）は好適な膜厚である。なぜならば、これはそれ自身の上にふくれを形成するためには（例えば３０ｎｍ膜厚のＡｌ２Ｏ３層に比べて）厚過ぎることはなく、焼成プロセス中に十分な追加の脱ガスを行うのに十分に厚いためである。ＳＥＭ測定は、図７に示すように、金属により覆われたふくれた裏面パッシベーション層の焼成により、部分的なＢＦＳ領域が形成されることを明確に示す。図１２に示すように、ＬＢＩＣ測定は、それらの部分的なコンタクトのランダムな分布を、Ｊｓｃが誘導されたより暗い領域として示す。
【００６８】
ＡＬＤＡｌ２Ｏ３堆積に先立って疎水性洗浄を行ったランダムＡｌＢＳＦでは、ふくれサイズは十分なコンタクトを可能にするのに十分に大きい。ピーク焼成温度の関数とした、Ｊｓｃ、Ｖｏｃ、ＦＦ、および効率の平均値を、図１３（ａ）、図１３（ｂ）、図１３（ｃ）、および図１３（ｄ）にそれぞれ示す。ピーク焼成温度の関数として、パッシベーション品質とコンタクトとの間にはバランスがあることが結論づけられる。もし焼成温度が高すぎれば、裏面パッシベーション品質または開回路電圧Ｖｏｃは、大きく減少するかもしれない。一方、もしピーク焼成温度が低過ぎた場合、裏面コンタクトまたはＦＦ（およびそれゆえにＪｓｃ）は最適ではない。
【００６９】
最適のランダムＡｌＢＳＦセルは、全体ＢＳＦ参照セルの１６．６％に比較して、１７．４％の平均セル効率を有した。より良い裏面内部反射とより良い裏面パッシベーションのために、ＪｓｃおよびＶｏｃについて、それぞれ１．３ｍＡ／ｃｍ２および５ｍＶの明らかな利得がある。別の実験では、ふくれの無い部分的ＡｌＢＳＦセルが作製された。結果は、潜在的に、１４．２ｍＶのＶｏｃの利得が、全体ＡｌＢＳＦセルに比較してランダムＡｌＢＳＦで達成できることを示唆する。最良のＡｌ２Ｏ３／ＳｉＮｘパッシベーションされたランダムと部分的なＡｌＢＳＦセルの間のＶｏｃの隔たりは、多くの理由を有する。疎水性のプレＡＬＤ洗浄の場合、焼成中に、高密度のより小さなふくれが形成される。それらの追加のふくれは、追加のコンタクトにつながるかも知れないし、つながらないかも知れない。しかし、表面パッシベーション品質が低下するために、双方の場合でより低いＶｏｃとなる。ふくれの密度は均一ではなく、Ｓｉウエハのエッジで明確に低い。これは、全体ＡｌＢＳＦセルに比較して、ランダムＡｌＢＳＦセルのエッジでの増加した直列抵抗につながる。追加の小さなふくれの形成は、Ａｌ２Ｏ３堆積工程とＳｉＮｘ堆積工程の間でアニール工程を行うことにより回避できる。このアニール工程は、好適には、焼成中にそれらの追加のふくれの形成を避けるのに十分なように、Ａｌ２Ｏ３膜を脱ガスするのに十分高い温度で行われる。しかしながら、このアニール工程は、既に存在するふくれのための焼成中に、小さなサイズの増加の機会を残すのに十分に低い温度で行われる。ミラー研磨ウエハの上のふくれの形成を、テクスチュアウエハと比較することにより、表面形状の近傍にふくれが容易に現れることが観察された。この効果は、ウエハのエッジでは、より低いふくれ密度を補償するために使用できる。
【００７０】
前の記載は、本発明の所定の具体例を詳述する。しかしながら、このテキストで先の記載がいかに詳しく表されても、本発明は多くの方法で実施できることが認められる。本発明の所定の性質または形態を記載する場合の特別な用語の使用は、用語が関係する本発明の性質や形態の特定の特徴を含むように限定するために、その用語をここで再定義することを暗示すると取るべきではない。
【００７１】
上記詳細な説明は、本発明の新しい特徴を、様々な具体例に適用して示し、記載し、指摘するが、本発明の精神から離れること無しに、この技術の当業者により、記載されたデバイスやプロセスの形態や細部において、様々な省略、代替、および変化が行えることが理解できるであろう。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
部分的なバックコンタクトを含む太陽電池の製造方法であって、
シリコン基板を提供する工程と、
シリコン基板の裏側に表面パッシベーション層を堆積する工程と、
表面パッシベーション層とシリコン基板との間の界面に薄い層に裂けた領域を形成する工程と、
表面パッシベーション層の上に金属層を堆積する工程と、
金属の焼成を行う工程と、を含む方法。
【請求項２】
表面パッシベーション層とシリコン基板との間の界面に薄い層に裂けた領域を形成する工程は、
疎水性の洗浄方法を用いてシリコン基板を洗浄する工程と、
疎水性の洗浄の後に、シリコン基板の裏側に表面パッシベーション層を堆積する工程と、
熱処理を行う工程と、を含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
表面パッシベーション層を堆積する工程は、膜厚が少なくとも３０ｎｍの表面パッシベーション膜を堆積する工程を含む請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
熱処理を行う工程は、約４００℃と約６００℃との間の範囲の温度で熱処理を行う工程を含む請求項２または３に記載の方法。
【請求項５】
疎水性の洗浄方法は、洗浄後に疎水性の表面を残す洗浄方法を含む請求項２〜４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
表面パッシベーション層を堆積する工程は、スタック層を堆積する工程を含む請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
表面パッシベーション層は、２ｎｍと３０ｎｍの間の範囲の膜厚を有するＡｌ２Ｏ３を含む第１層と、７０ｎｍと３００ｎｍの間の範囲の膜厚を有するＳｉＮｘまたはＳｉＯｘを含む第２層とを含む請求項６に記載の方法。
【請求項８】
第１層は２５０℃より低い温度で堆積され、第２層は４００℃と６００℃の間の範囲の温度で堆積され、これにより熱処理を同時に行う請求項７に記載の方法。
【請求項９】
金属はアルミニウムを含み、金属焼成工程は、８３５℃と９５０℃の間の範囲の温度で行われる請求項１〜８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
更に、第１層の堆積後で第２層の堆積前に、追加のアニール工程を含み、追加アニール工程は、６００℃と９００℃の間の範囲の温度で行われる請求項７〜９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
裏面と表面とを有する太陽電池デバイスであって、
シリコン基板と、
シリコン基板の裏側の表面パッシベーション層と、
部分的なバックコンタクトとを含み、
部分的なバックコンタクトは、太陽電池デバイスの裏面にランダムに分布した太陽電池デバイス。
【請求項１２】
パッシベーション層は、部分的なバックコンタクトに対応する位置に薄い層に裂けた領域を含む請求項１１に記載の太陽電池デバイス。
【請求項１３】
パッシベーション層は、少なくとも３０ｎｍの膜厚を有する請求項１１または１２に記載の太陽電池デバイス。
【請求項１４】
パッシベーション層は、２ｎｍと３０ｎｍの間の範囲の膜厚を有するＡｌ２Ｏ３を含む第１層と、７０ｎｍと３００ｎｍの間の範囲の膜厚を有するＳｉＮｘまたはＳｉＯｘを含む第２層とを含む請求項１３に記載の太陽電池デバイス。
【請求項１】
部分的なバックコンタクトを含む太陽電池の製造方法であって、
シリコン基板を提供する工程と、
シリコン基板の裏側に表面パッシベーション層を堆積する工程と、
表面パッシベーション層とシリコン基板との間の界面に薄い層に裂けた領域を形成する工程と、
表面パッシベーション層の上に金属層を堆積する工程と、
金属の焼成を行う工程と、を含む方法。
【請求項２】
表面パッシベーション層とシリコン基板との間の界面に薄い層に裂けた領域を形成する工程は、
疎水性の洗浄方法を用いてシリコン基板を洗浄する工程と、
疎水性の洗浄の後に、シリコン基板の裏側に表面パッシベーション層を堆積する工程と、
熱処理を行う工程と、を含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
表面パッシベーション層を堆積する工程は、膜厚が少なくとも３０ｎｍの表面パッシベーション膜を堆積する工程を含む請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
熱処理を行う工程は、約４００℃と約６００℃との間の範囲の温度で熱処理を行う工程を含む請求項２または３に記載の方法。
【請求項５】
疎水性の洗浄方法は、洗浄後に疎水性の表面を残す洗浄方法を含む請求項２〜４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
表面パッシベーション層を堆積する工程は、スタック層を堆積する工程を含む請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
表面パッシベーション層は、２ｎｍと３０ｎｍの間の範囲の膜厚を有するＡｌ２Ｏ３を含む第１層と、７０ｎｍと３００ｎｍの間の範囲の膜厚を有するＳｉＮｘまたはＳｉＯｘを含む第２層とを含む請求項６に記載の方法。
【請求項８】
第１層は２５０℃より低い温度で堆積され、第２層は４００℃と６００℃の間の範囲の温度で堆積され、これにより熱処理を同時に行う請求項７に記載の方法。
【請求項９】
金属はアルミニウムを含み、金属焼成工程は、８３５℃と９５０℃の間の範囲の温度で行われる請求項１〜８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
更に、第１層の堆積後で第２層の堆積前に、追加のアニール工程を含み、追加アニール工程は、６００℃と９００℃の間の範囲の温度で行われる請求項７〜９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
裏面と表面とを有する太陽電池デバイスであって、
シリコン基板と、
シリコン基板の裏側の表面パッシベーション層と、
部分的なバックコンタクトとを含み、
部分的なバックコンタクトは、太陽電池デバイスの裏面にランダムに分布した太陽電池デバイス。
【請求項１２】
パッシベーション層は、部分的なバックコンタクトに対応する位置に薄い層に裂けた領域を含む請求項１１に記載の太陽電池デバイス。
【請求項１３】
パッシベーション層は、少なくとも３０ｎｍの膜厚を有する請求項１１または１２に記載の太陽電池デバイス。
【請求項１４】
パッシベーション層は、２ｎｍと３０ｎｍの間の範囲の膜厚を有するＡｌ２Ｏ３を含む第１層と、７０ｎｍと３００ｎｍの間の範囲の膜厚を有するＳｉＮｘまたはＳｉＯｘを含む第２層とを含む請求項１３に記載の太陽電池デバイス。
【図８】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図９】
【図１０】
【図１１ａ】
【図１１ｂ】
【図１１ｃ】
【図１２】
【図１３ａ】
【図１３ｂ】
【図１３ｃ】
【図１３ｄ】
【図１４ａ】
【図１４ｂ】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図９】
【図１０】
【図１１ａ】
【図１１ｂ】
【図１１ｃ】
【図１２】
【図１３ａ】
【図１３ｂ】
【図１３ｃ】
【図１３ｄ】
【図１４ａ】
【図１４ｂ】
【公開番号】特開２０１２−１６０７３２（Ｐ２０１２−１６０７３２Ａ）
【公開日】平成２４年８月２３日（２０１２．８．２３）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１２−１６８８４（Ｐ２０１２−１６８８４）
【出願日】平成２４年１月３０日（２０１２．１．３０）
【出願人】（５９１０６０８９８）アイメック (302)
【氏名又は名称原語表記】ＩＭＥＣ
【出願人】（５９９０９８４９３）カトリーケ・ウニフェルジテイト・ルーベン・カー・イュー・ルーベン・アール・アンド・ディ (83)
【氏名又は名称原語表記】Ｋａｔｈｏｌｉｅｋｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｅｉｔ Ｌｅｕｖｅｎ，Ｋ．Ｕ．Ｌｅｕｖｅｎ Ｒ＆Ｄ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月２３日（２０１２．８．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１６８８４（Ｐ２０１２−１６８８４）
【出願日】平成２４年１月３０日（２０１２．１．３０）
【出願人】（５９１０６０８９８）アイメック (302)
【氏名又は名称原語表記】ＩＭＥＣ
【出願人】（５９９０９８４９３）カトリーケ・ウニフェルジテイト・ルーベン・カー・イュー・ルーベン・アール・アンド・ディ (83)
【氏名又は名称原語表記】Ｋａｔｈｏｌｉｅｋｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｅｉｔ Ｌｅｕｖｅｎ，Ｋ．Ｕ．Ｌｅｕｖｅｎ Ｒ＆Ｄ
【Ｆターム（参考）】
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