JP2007521668A - バックコンタクト型太陽電池とその製造法 - Google Patents

Abstract

エミッターラップスルー（ＥＷＴ）バックコンタクト型太陽電池の製造方法と、その方法で製造された電池が提供される。前面あるいは背面の平均ドーパント濃度と比較して高い濃度のドーパントが導電バイアに提供され、効率を高める。また、印刷されたドーパントペーストの利用により、導電バイアの形成のために孔の選択的ドーピングが提供される。ドーパントを含んだスピンオングラス基板の利用法も提供される。

Description

ピーター・ハッケとジェームス・Ｍ・ジーの関連出願「エミッターラップスルーバックコンタクト型シリコン太陽電池のコンタクト式製造法」（米国特許願弁理士整理番号３１４７４−１００５−ＵＴ）とジェームス・Ｍ・ジーとピーター・ハッケの関連出願「セルフドーピングコンタクトを有した埋設コンタクト型太陽電池」米国特許願弁理士整理番号３１４７４−１００４−ＵＴが同時出願されている。

本願は２００４年２月５日出願の米国仮特許願６０/５４２４５４「セルフドーピングコンタクトを使用した埋設コンタクト型電池の製造方法」並びに２００４年２月５日出願の米国仮特許願６０/５４２３９０「バックコンタクト型シリコン太陽電池の製造法」の優先権を主張する。

本発明はバックコンタクト型太陽電池の製造法、特に導電性バイアを備えたエミッターラップスルー（ＥＷＴ）太陽電池の製造法に関し、その方法で製造された太陽電池に関する。

以下の解説はいくつかの出版物に言及する。そのような出版物の解説は本発明の解説のためであり、そのような出版物が本発明に対する先行技術であると出願人が認めているわけではない。

今日幅広く利用されている太陽電池は前面（太陽光受領面）付近で形成されたｐ/ｎ接合を有しており、電池に光エネルギーが吸収されると電子流を発生する。従来の電池は電池の前面側に第１セットの電気コンタクトを有している。第２セットの電気コンタクトは太陽電池の背面（後面）側に提供されている。典型的な光起電モジュールではこれら個別の太陽電池は直列に相互接続されており、電圧を増加している。この相互接続は典型的には導電性リボンを１太陽電池の前面から隣接太陽電池の背面にハンダ付けして提供される。

バックコンタクト型シリコン太陽電池は従来シリコン太陽電池に較べていくつかの利点を備えている。最初の利点はコンタクトオブスキュレーション損失（コンタクトグリッドからの反射する太陽光は電気への変換に利用できない）を減少あるいは排除することでバックコンタクト型電池は高い変換効率を有することである。第２の利点はバックコンタクト型電池の電気回路への組み入れが容易であり、従って製造コストが安い。なぜなら両極コンタクトが同一面上に存在するからである。１例として、バックコンタクト型電池では光起電モジュールと太陽電池電気回路を１工程でカプセル化することで、現在の光起電モジュール構造と比較して大きなコストセービングが達成できる。最後の利点はバックコンタクト型電池が均一な外見を通じて外観的に優れていることである。美観は場合によっては重要である。例えば、建物と一体化した光起電システムや自動車の光起電式サンルーフは外見が重要である。

図１は通常のバックコンタクト型太陽電池１０を図示する。シリコン基板１２はｎ導電型あるいはｐ導電型である。多量ドープエミッターの１つ、例えばｐ⁺⁺ドープエミッター１８またはｎ⁺⁺ドープエミッター１６は場合によっては省略できる。あるいは、多量ドープエミッター１６、１８は場合によっては背面で直接的に接触できる。背面パッシベーション層１４は背面での光発生キャリアーの損失を減少させ、金属コンタクト２０間の非ドープ表面での分流による電気損失を減少させる。

バックコンタクト型シリコン太陽電池を製造するにはいくつかの方法が存在する。これら方法には金属化ラップアラウンド法（ＭＷＡ）、金属化ラップスルー法（ＭＷＴ）、エミッターラップスルー法（ＥＷＴ）、及びバックジャンクション構造法が含まれる。ＭＷＡとＭＷＴは前面上の金属製電流回収グリッドを有している。これらグリッドはバックコンタクト型電池を製造するためにそれぞれエッジ周囲でラッピングされているか、背面へのスルーホール周囲でラッピングされている。ＭＷＴ及びＭＷＡと較べてＥＷＴ電池のユニークな特徴は、電池の前面側には金属カバーが存在しないことである。このことは電池を照射する光は一切ブロックされず、発電効率が高いことである。ＥＷＴ電池は、シリコンウェハーのドープされた導電チャンネルを介して前面から背面へ電流回収ジャンクション（エミッター）をラップする。ここで“エミッター”とは半導体装置の多量ドープ領域のことである。そのような導電チャンネルは、例えば、シリコン基板にレーザーで孔をドリル加工し、前面と背面とにエミッターを形成するのと同時に孔内部にエミッターを形成することで提供できる。バックジャンクション電池は陰極と陽極の回収ジャンクションを太陽電池の背面に有している。光のほとんどは吸収され、よって、ほとんどのキャリアーは前面近辺で光発生するので、バックジャンクション電池は非常に高い材料品質を必要とし、背面に回収ジャンクションを有した状態でキャリアーは前面から背面へと拡散するのに十分な時間が与えられる。対照的に、ＥＷＴ電池は前面に電流回収ジャンクションを維持する。これは高電流回収効率の点で有利である。ＥＷＴ電池は米国特許５４６８６５２「バックコンタクト型太陽電池の製造法」（ジェームス・ジー）において開示されている。様々な他のバックコンタクト型電池デザインも多数の技術文献において説明されている。

上記の米国特許に加えて、他の２つの米国特許がバックコンタクト型太陽電池を使用したモジュール構造と積層の方法を開示する。それらは、米国特許５９５１７８６「バックコンタクト型太陽電池を使用した積層光起電モジュール」と米国特許５９７２７３２「モノリス型モジュール構造の製造方法」である。両特許は本発明で採用できる方法と特徴を開示する。米国特許６３８４３１６「太陽電池とその製造方法」は別デザインのバックコンタクト型電池を開示し、ＭＷＴを採用する。そこでは孔またはバイアは比較的に離れている。金属コンタクトは前面に提供され、電流を背面に導くのを助け、孔は金属と整合している。

条件によっては、ガスドーパント拡散バイアを備えたＥＷＴ電池はバイアを通過する導電と関連する高い直列抵抗値を示す（Ｊ．Ｍ．ジー、Ｍ．Ｅ．バック、Ｗ．Ｋ．シューベルト、Ｐ．Ａ．バソーレ「エミッターラップスルーシリコン太陽電池の改良」第１２回欧州光起電太陽エネルギー会議、アムステルダム、オランダ、１９９４年４月）ジーＪＭ、スミスＤＤ、ガレットＳＥ、ボードＭＤ、ジメノＪＣ「バックコンタクト型結晶シリコン太陽電池とモジュール」。ＮＣＰＶプログラムレビューミーティング（１９９８年９月８日から１１日、デンバー、コロラド）。この問題に対処する１方法はバイアを金属でメッキすることである。しかし、この方法は製造工程で大変な労力を必要とし、コスト高を招く。別の方法はバイアの密度を高め、許容範囲の直列抵抗を達成することである。しかし、これも複雑性を増し、コスト高となる。好適な方法は、単純性と低コストを維持する範囲で孔を前面よりもさらに多量にドープすることである。少なくともいくらかのデータは、液体ＰＯＣｌ₃を使用した気相拡散のごとき従来の気体拡散は水平面または平面の場合よりも孔内の拡散が少ないことを示す。これはおそらくドーパントガスが孔の内部に露出面ほどは効率よく侵入しないためであろう。しかし、他のデータでは孔の導電性は高く、露出面と同様な内部ドーピングであることを示した（Ｄ．Ｄ．スミス、Ｊ．Ｍ．ジー、Ｍ．Ｄ．ボード、Ｊ．Ｃ．ジメノ「エミッターラップスルー型太陽電池の回路モデル」電子装置のＩＥＥＥ議事録、第４６巻、１９９３年（１９９９年））。

バックコンタクト型シリコン太陽電池の重大な課題は、陰極グリッドと陽極グリッド及びジャンクションを電気的に絶縁する低コスト製造法を開発することである。この技術的課題はドープ層（存在すれば）のパターン化処理、陰陽コンタクト領域間で表面のパッシベーション及び陰（負）陽（正）導電性コンタクトの利用を含む。

本発明はエミッターラップスルー型（ＥＷＴ）太陽電池の製造方法である。この製造方法は、前面と背面とを有し、複数の孔を前面から背面に通じるように提供した半導体ウェハーを提供するステップと、第１ドーパント拡散ソース（源）を背面の孔を含むパターンで背面に適用するステップと、第２ドーパント拡散ソースを背面の孔を含まないパターンで背面に適用するステップと、第１ドーパント拡散ソースと第２ドーパント拡散ソースからドーパントを半導体ウェハーに燃焼処理によって拡散させるステップとを含んでいる。好適には、半導体ウェハーはシリコンを含んでおり、第１ドーパントソースは燐（リン）を含んでおり、第２ドーパントソースはホウ素を含んでいる。好適には、この方法は燐を含有した第１ドーパント拡散ソースを前面の孔を含んだパターンで前面に適用するステップをさらに含んでいる。第１ドーパント拡散ソースを適用するステップにおいて、好適には少なくとも孔の一部は第１ドーパント拡散ソースで満たされる。

この方法は好適には、拡散ステップに続いて酸溶液で半導体ウェハーをエッチングするステップと、エッチングされた半導体ウェハーの少なくとも前面にパッシベーションのために誘電層を適用するステップと、第１導電タイプ金属グリッドを第１ドーパント拡散ソースパターンの少なくとも一部を含んだパターンで背面に適用し、第２導電タイプ金属グリッドを第２ドーパント拡散ソースパターンの少なくとも一部を含んだパターンで背面に適用するステップとをさらに含んでいる。

本発明はＥＷＴ型太陽電池を製造する別方法も提供する。この方法は、半導体ウェハーに前面と背面とを提供し、さらに前面を背面と連結させるように複数の孔を提供するステップと、拡散バリアーを背面の孔を含まないパターンで背面に適用するステップと、ウェハーを洗浄するステップと、第１ドーパントをウェハーに拡散させるステップと、表面の酸化物を少なくとも部分的に除去するためにウェハーをエッチングするステップと、背面の孔を含んだパタンーンで背面に第１導電タイプ金属グリッドを適用し、第１導電タイプ金属グリッドから拡散バリアーパターンによって分離されたパターンで第２導電タイプ金属グリッドを背面に適用するステップとを含んでいる。半導体ウェハーは好適にはｐ型シリコンであり、第１ドーパントは好適には燐を含んでおり、第１導電タイプ金属グリッドは好適には銀を含んでおり、第２導電タイプ金属グリッドは好適にはアルミニウムを含んでいる。

好適には、この方法は、エッチングステップの後にｐ型シリコンウェハーの表面の少なくとも一部にパッシベーションのための誘電層を適用するステップをさらに含んでおり、第１ドーパント燐ソースの適用で抵抗は約３０から６０Ω/ｓｑとなり、第１及び第２導電タイプ金属グリッドの適用ステップはグリッドパターンの印刷ステップと燃焼ステップを含んでいる。拡散ソースは好適には第１ドーパントとは反対の導電性を有する第２ドーパントを含んでいる。第１ドーパントは好適には燐を含み、第２ドーパントは好適にはホウ素を含む拡散バリアーの一部を形成する。第１ドーパントと第２ドーパントは好適にはウェハー内に同時的に拡散される。

本発明はＥＷＴ太陽電池の製造方法でもある。この製造方法は、前面と背面及び前面を背面に連結する複数の孔を有した半導体ウェハーを提供するステップと、第１スピンオングラス（ＳＯＧ）拡散バリアーを背面に適用するステップと、背面の孔を含まないパターンでレジストを適用するステップと、パターン化されたレジストでカバーされていない第１ＳＯＧを除去するためにウェハーをエッチングするステップと、ウェハーからレジストを剥離するステップと、ウェハーに第１ドーパントを拡散させるステップと、少なくとも残留第１ＳＯＧを除去するためにウェハーをエッチングするステップと、第１導電タイプ金属グリッドを背面の孔を含んだパターンで背面に適用し、第２導電タイプ金属グリッドをレジストパターンを含んだパターンで背面に適用するステップとを含んでいる。半導体ウェハーは好適にはシリコンを含んでおり、第１ドーパントは好適には燐を含んでおり、第１ＳＯＧを適用するステップは好適にはスピニングまたはスプレイ処理及び溶炉高密度化ステップを含んでいる。第１ＳＯＧは好適には第１ドーパントとは反対の導電性タイプである第２ドーパントを含んでいる。

本発明はＥＷＴ太陽電池を製造する別方法も提供する。この方法は、前面と背面とを有し、前面を背面に連結する複数の孔を有した半導体ウェハーを提供するステップと、第１ドーパントを含む第１ＳＯＧを背面に適用するステップと、背面の孔を含まないパターンでレジストを適用するステップと、パターン化されたレジストでカバーされていない第１ＳＯＧを除去するためにウェハーをエッチングするステップと、ウェハーからレジストを剥離するステップと、第１ドーパントとは反対の導電性の第２ドーパントを含んだ第２ＳＯＧを背面に適用するステップと、ウェハーに第１ドーパントと第２ドーパントとを拡散させるためにウェハーを燃焼処理するステップと、ウェハーをエッチングして少なくとも残留第１ＳＯＧと第２ＳＯＧを除去するステップと、第１導電性タイプ金属グリッドを背面の孔を含んだパターンで背面に適用し、第２導電性タイプ金属グリッドをレジストパターンを含んだパターンで背面に適用するステップを含んでいる。この方法は、好適には第３ＳＯＧをウェハーの前面に適用するステップをさらに含んでいる。第３ＳＯＧは好適には第２ＳＯＧよりも低濃度の第２ドーパントを含んでいる。この方法では、燃焼処理は好適にはほぼ平行に配列された複数のウェハーで前面から背面に燃焼させるステップを含んでいる。第１ウェハーの背面の第２ＳＯＧからの第２ドーパントは隣接する第２ウェハーの隣接する前面に拡散される。

本発明は前述の方法で製造されるＥＷＴ太陽電池にも関する。

本発明の主たる目的は、単純であって低コストで製造される高効率ＥＷＴ太陽電池の提供である。

本発明の別目的は、導電性バイア内で増量したドーピングを提供し、増加した直列抵抗を備えたＥＷＴ太陽電池の提供である。

本発明の別目的は、拡散バリアーを採用した製造方法の提供であり、好適には、改良バックコンタクト型ジャンクション特性を提供するドーパントソースとしても利用できる拡散バリアーを採用した製造方法の提供である。

本発明の別目的は、ｎ型ドーパントとｐ型ドーパントである２種の別個ではあるが同時的な拡散を提供することである。

本発明の主たる利点は、低コストでＥＷＴ太陽電池を製造する改良型で単純な方法の提供である。

本発明の別利点は、導電性バイアと背面の関連グリッドライン、またオプションで前面のドーパントラインが、残りの表面領域よりもｎ＋型ドーパント（好適には燐）でさらに多量にドーピングされている方法の提供である。

本発明の他の目的、利点及び新規な特徴並びに利用性は、以下で詳細に説明する。

ここで解説する本発明はバックコンタクト型太陽電池の改良製造方法を提供する。特に、単純で、信頼性が高く、経済性が高い製造方法を提供する。いくつかの異なる別個な方法が開示されるが、当業技術者であればそれらを組み合せ、あるいは変更し、別な製造方法とすることは可能であろう。図面や実施例のステップはバックコンタクト型ＥＷＴ電池の製造方法を解説するが、それらの方法は、ＭＷＴ、ＭＷＡ、バックジャンクション型太陽電池等、他のバックコンタクト型電池構造の製造にも利用できる。特に、「印刷された拡散バリアー及びドーパントバリアーの利用」並びに「スピンオングラス拡散バリアーの利用」並びに「拡散バリアー及びドーパントソースとしてのスピンオンバリアーの利用」と称する技術はＭＷＴ、ＭＷＡ、バックジャンクション型太陽電池等、どのようなバックコンタクト型太陽電池にも直接的に適用できる。いくらかの変更は電池構造の相違に基づいて行われる。いずれにしろ、それら方法は一般的にバックコンタクト型電池に適用できる。

実施例によっては、本発明の方法はバイアの本体内（筒状側壁内）に、軽くドーピング処理されている残りの水平電池表面、特に残りの前面よりも多量にドーピング（ｐ⁺⁺またはｎ⁺⁺）及び関連グリッドラインまたは前面ドーパントラインを有したＥＷＴ電池を提供する。例えばｐ型シリコンウェハーで導電性バイアは前面の大部分よりもさらに多量にｎ⁺⁺ドーピングされるであろう。好適には、実施例によっては、背面グリッドラインに対応し、バイア開口部を含み、オプションにてバイアで交差する直角ｎ⁺⁺ドープピングラインをさらに含んだｎ⁺⁺ドーピングされたラインが提供される。前面の残り領域は軽くｎ⁺ドーピングされている。よって、バイアに送られ、バイアを通過する電流に対しては、表面とバイアの両方のための１つのｎ⁺エミッターを使用する場合よりも抵抗は小さくなる。これでバイアの金属化を必要とせずに効率が向上し、孔密度を減少させる、
ここで解説するそれぞれの方法において、ウェハーは通常の厚みでよい。典型的には２８０から３００μｍ以上であり、従来の３３０μｍウェハーでよい。あるいは、本発明の製造ステップでは、ウェハーは実質的にそれよりも薄く、約２８０μｍ以下であり、好適には約２００μｍ以下であり、さらに好適には約１００μｍ以下であってもよい。薄いシリコンウェハーが利用できる理由は、背面で再結合損失（パッシベーション）を減少させる目的で背面界（ＢＳＦ）を提供するのに典型的に利用されるウェハー背面全体または実質的全体をカバーするアルミ合金のごとき金属を含まないからである。ウェハーと背面界ＢＳＦとの間の熱膨張率ミスマッチ（アルミの熱膨張率はＳｉのものより１０倍以上大きい）による歪のため、典型的には２８０ミクロン厚以上のウェハーが採用される。米国特許願１０/８８０１９０「薄シリコンウェハー上のエミッターラップスルーバックコンタクト型太陽電池」（２００４年６月２９日出願）参照。ウェハーは２５ｃｍ²または１００ｃｍ²（１０ｃｍｘ１０ｃｍ）あるいはそれ以上で、１５６ｃｍ²または２２５ｃｍ²のウェハーが利用されている。

以下で解説する実施例の各々の第１ステップで、導電性バイアを形成するのに利用される孔３０は図２Ａと図２Ｂで示すように前面と背面とを有した平坦シリコンウェハー１２に導入される。孔はウェハーの前面を背面に接続し、好適にはレーザードリル加工で形成されるが、ドライエッチング、ウェットエッチング、機械的ドリル加工、ジェット流加工等、他の方法でも構わない。レーザードリル加工には、好適には充分なパワーすなわち作動波長で充分な強度のレーザーが使用され、孔が最短時間、例えば孔ごとに約０．５ｍｓから約５ｍｓで提供される。採用可能な１つのレーザーはＱスイッチ式Ｎｄ：ＹＡＧレーザーである。薄いウェハーを使用することで孔ごとに要する時間は短縮される。孔の直径は約２５から１２５μｍであり、好適には約３０から６０μｍである。１００μｍ以下の厚みのウェハー等、薄いウェハーを採用した１実施例においては、バイア孔径はウェハー厚以上である。表面のバイア孔密度は、部分的には孔を通過して背面へとエミッターを流れる電流伝達による許容範囲の全直列抵抗損失によって定まる。これは経験的あるいは理論的計算によって決定できる。本発明の方法によれば、バイア孔密度はΩ/ｓｑで決定されるような減少した抵抗によって減少する。典型的にはバイア孔密度は１ｍｍ²から２ｍｍ²表面積あたり１孔であるが、２ｍｍ²から４ｍｍ²あたり１孔のごとく低密度でもよい。

例えばレーザードリル加工による孔の提供に続いて、典型的にはアルカリエッチングステップが利用される。これは部分的に、孔の導入に伴う粗表面の是正のためである。どのような従来方法でもよい。例えば、１０重量％の水酸化ナトリウムまたは水酸化カリウムが約８０℃から約９０℃で使用できる。これで約１０μｍの表面の除去ができる。
燐拡散ソースペーストの使用
本発明の１実施例においては印刷された拡散ソースが採用される。好適には、スクリーン印刷された拡散ソースが採用されて孔の内部にドーパントを提供する。米国特許４４７８８７９で解説されているように印刷拡散ソースは知られているが、そのような材料はＥＷＴ電池構造で使用されたことがなく、減少した直列抵抗を提供するのに孔内あるいは孔周囲に高ｎドーパント濃度部を提供するのに使用されたこともない。本発明の発明者は燐拡散ソースのごとき印刷拡散ソースの孔領域、及び孔がその一部であるグリッドラインを含んだ孔領域への選択的適用が高ドーパント濃度並びに減少した抵抗を提供することを偶然に発見した。印刷拡散ソースを使用したバックコンタクト型ＥＷＴ電池の製造のための代表的な製造ステップは以下の通りである。

１．レーザードリル
２．アルカリエッチング
３．前面への燐拡散ソース印刷及び乾燥
４．背面への燐拡散ソース印刷及び乾燥
５．背面へのホウ素拡散ソース印刷及び乾燥
６．高温溶炉でのシリコンへのドーパント拡散
７．ＨＦエッチング（両面の疎水化）
８．前面のＰＥＣＶＤ
９．背面のＰＥＣＶＤ
１０．陰極グリッドを提供するＡｇペースト印刷及び乾燥
１１．陽極グリッドを提供するＡｇ：Ａｌペースト印刷及び乾燥
１２．コンタクト燃焼処理
上記の製造ステップは図２Ａから図３Ｄにかけて図示されている。これらの図はこの方法の製造ステップを示すと同時に他の利点も解説する。図２Ａは孔３０を形成するためにドリル加工されてエッチング加工された後のウェハー１２の断面図である。これらは前記のステップ１とステップ２に該当する。図２Ｂはウェハー１２の一部の平面図であり、間隔を開けて配列された孔３０を示す。図３Ａは燐拡散ペースト３２が、孔３０の各列をペースト３２のラインでカバーするようなパターンで前面と背面に印刷された後のウェハー１２の断面図である。ホウ素拡散ソースペースト３４は、好適には櫛状構造グリッド領域がペースト３２と３４の間に形成されるように背面に印刷される。図３Ａは上述のステップ３からステップ５の後に得られるウェハーを図示する。これらペーストは高温でのペーストの乾燥と燃焼処理後に拡散ソース酸化物に変化する。

図３Ｂは高温でのドーパント拡散後のウェハーを示す。ホウ素がホウ素拡散酸化物の下側でシリコン内に拡散され、ホウ素拡散層４０が提供される。燐が燐拡散酸化物の下側でシリコン内に拡散され、燐拡散層３６が提供される。燐層３６は多量にドーピングされている。なぜなら、燐はホウ素よりも容易に拡散し、高い表面濃度を提供するからである。孔３０内の全領域は、ドーパントペースト３２が孔３０を完全に満たさずとも多量にドーピングされている。なぜなら孔３０の内側面は孔の前後のドーパントペースト３２からのドーパントで飽和状態だからである。多量にドーピングされた表面３６は有利である。なぜならその後に背面に適用されるグリッドへの接触抵抗を減少させ、孔３０を通過する導電のための電気抵抗損失を減少させ、孔３０への導電のための前面の電気抵抗損失を減少させるからである。図３Ｂにて示されるように、軽燐拡散層３８は前面と背面の両方で露出したシリコン面上に提供される。軽燐拡散層３８のための燐は高温拡散中の燐拡散酸化物から蒸発するドーパントペースト３２のドーパントから得られる。ホウ素もまたホウ素拡散酸化物から蒸発するが、ずっと低い蒸気圧であり、露出面に拡散するのは主として燐である。軽燐拡散層３８は前面にて有利である。なぜなら軽燐拡散層は最良の電流回収と最低表面再結合を提供するからである。軽燐拡散層３８は背面でも有利である。ならなら燐は背面をパッシベーション処理し、燐層３８がホウ素拡散層４０と接触するところでの電気分流を引き起こす可能性が低いからである。よって、この方法ステップは高効率な電池構造を提供する。

高温でのドーパント拡散に続いて、フッ化水素（ＨＦ）酸の水溶液を使用したエッチングステップ（ＨＦエッチング）が典型的には採用される。いかなる適した酸エッチング材料でも利用できる。例えば、１０％ＨＦ酸でもよい。エチャントを適用するどのような従来法でも利用できる。ＨＦ酸を含有する溶液内へのウェハーの浸潤でもよい。充分なＨＦ酸が前面と背面が疎水性となるまで適用される。疎水性は、ウェハーが溶液から取り出されたときのＨＦ酸水溶液の“シーティング”現象から容易に確認できる。

ＨＦエッチングにより露出したシリコン表面は誘電層の着層（デポジション）によるパッシベーション加工を必要とする。プラズマ式化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）で蒸着される窒化ケイ素（ＳｉＮ）層は、太陽電池製造においてシリコン面をパッシベーション加工するよく知られた技術である。あるいはＳｉＯ₂の層が熱的に成長され、あるいはＳｉＯ₂、ＴｉＯ₂，Ｔａ₂Ｏ₅のごとき他の誘電材料が、印刷、スプレー、化学蒸着等の様々な方法で着層されて表面パッシベーション加工される。

一般的に、以下で説明するように、拡散バリアー酸化物はそれが次の特性を備えていれば完全に取除く必要はない。シリコンとの低再結合性を有した良好なインターフェース、Ａｇ：Ａｌまたは他のｐ型コンタクトがその材料を通して燃焼処理でき、ｐ型シリコン基板への低抵抗コンタクトを提供する。１実施例では、スクリーン印刷したコンタクト材料にガラスフリットが採用される。その場に拡散バリアー酸化物を残しておくことで、少なくとも１つの処理ステップである背面へのＰＥＣＶＤ着層ステップを排除できる。

パッシベーションに続いて陰極グリッドコンタクトと陽極グリッドコンタクトが適用される。グリッド金属適用のどのような従来の方法でも採用できる。例えば、陰極グリッドにはＡｇペーストを印刷し、陽極グリッドにはＡｇ：Ａｌペーストを印刷する。このペーストは液体組成物内でＡｇまたはＡｇ：Ａｌの粒子形態物を組み合わせて得られる。液体はさらにスクリーン印刷可能ペーストを提供すべくバインダー、溶剤、その他を含むことができる。ガラスフリット等の窒化物を溶解させる成分を含有するペースト組成物を使用することも可能であり、望ましい。（Ｍ．ヒラリ他「１００オーム/ｓｑエミッターを備えたスクリーン印刷シリコン太陽電池上で高充填率を達成するためのセルフドーピングＡｇペースト燃焼処理の最良化」第２９回ＩＥＥＥ光起電専門家会議、ニューオーリンズ、ルイジアナ、２００２年５月参照）続いてウェハーは燃焼処理され、グリッドコンタクトが金属化される。

図３Ｃは、陰極グリッド用にＡｇペーストを適用し、陽極グリッド用にＡｇ：Ａｌペーストを適用して、燃焼処理後にＡｇ陰極グリッドコンタクト４２とＡｇ：Ａｌ陽極グリッドコンタクト４４を得た完成太陽電池を示す。オプションで適用されるＰＥＣＶＤ窒化ケイ素層は図示されていない。全ての図面で孔とシリコン基板の寸法、様々な部品の間隔と相対的寸法、様々な層の厚み、その他の寸法は実物の状態を表していない。それらは本発明の説明のために略図で示されている。

図３Ｄで示すように、１実施例においては拡散ソースのスクリーン印刷、特に燐拡散ソースのスクリーン印刷で、望むパターン３６がバイア孔３０を組む入れ、増加したドーパント密度と、対応して減少した抵抗が、例えば、陰極グリッドに沿って提供される。パターン３６は、前面と背面でのドーパントペースト３２の適用の結果、前面と背面にオプション及び好適に提供される。背面では、パターン３６はその後に部分的に金属化グリッドコンタクト４４で覆われる。しかし、そのようなカバーは前面には存在しない。前面でのように、ｘ軸とｙ軸の両方に増加したドーパント濃度のグリッドを提供することも可能である。これは燐拡散ソースのスクリーン印刷パターンからもたらされる。バイアはｘ軸グリッドラインとｙ軸グリッドラインの交点で存在し、増強された電流回収を提供することができる。

気相ソース、例えばオキシ塩化燐（ＰＯＣｌ₃）を使用して軽ｎ⁺ドーパント拡散を提供し、その後に酸化処理して前面と背面に表面パッシベーション加工を施すことは可能である。好適には、この製造ステップはＨＦエッチングステップに先立って実行され、印刷された拡散ソース酸化物を除去する。別の関連実施例では、気相拡散ＰＯＣｌ₃のステップが上記のように採用され、前面の燐拡散ソースの印刷は省かれる。そのような実施例で、得られる孔の構造内の燐ドーピングは前面や背面の平均燐ドーピングよりも大幅に多い。

同様な製造ステップは他のバックコンタクト型電池構造体の製造に使用できる。この実施例では、ＰＥＣＶＤ着層、特に背面における着層は、拡散ソース酸化物がシリコン基板と低再結合インターフェースを有するなら、またＡｇとＡｇ：Ａｌコンタクトが、フリット導入されたＡｇペースト並びにフリット導入されたＡｇ：Ａｌペーストを使用する等で低コンタクト抵抗の酸化物を介して燃焼処理できるなら不要である。
印刷拡散バリアー並びにドーパント拡散バリアーの利用
本発明の別実施例においては、ＰＯＣｌ₃の使用で適用された気相燐ドーパントのごときｎ⁺ドーパントの拡散を防止あるいは制限する印刷された拡散バリアーが採用される。好適には、印刷された拡散バリアーはホウ素のごときｐ⁺ドーパントのソースも提供する。拡散バリアーの直接印刷はパターン化ステップの単純で直接的適用を可能にする。拡散バリアーとして適した材料は、例えば、フェロコーポレーション（オハイオ州クリーブランド）が製造販売する反射防止層のためのＴｉＯ₂のスクリーン印刷用ペースト、燐拡散バリアーとしての酸化チタンベース材料、及びホウ素拡散ソース用のホウケイ酸ガラスである。これらの材料は、印刷されたホウケイ酸ガラスのごとき材料の使用を介して燐拡散中の良好なバリアーを提供する。これらを燐拡散バリアーを提供するものとして解説する従来文献はない。ホウケイ酸ガラス組成物はバリアー材料の下側にホウ素拡散を提供し、表面をパッシベーション加工して陽極コンタクトのために抵抗を減少させるのを助けるという追加の利点を提供する。この拡散バリアー材料はスクリーン印刷のごとき望むパターンで適用される。別の適用法も可能である。例えば、インクジェット印刷、マスキングまたはステンシリングがある。ただし、そのような方法はパターン化された拡散バリアー材料を提供することが条件である。

この実施例と以下の実施例では、好適には燐拡散のためにＰＯＣｌ₃のごとき気相ソースを使用してｎ⁺ドーパント拡散が実行される。固体ソースまたはスプレー用拡散ソースのごとき他の拡散ソースも代用として利用できる。燐拡散からの酸化物は一般的にＨＦ酸で除去される。なぜなら、カプセル化された光起電モジュールにとってそのような燐酸化物は信頼性に関わる問題を提起するからである。よって、好適には燐酸化物を燐拡散層及び燐バリアーからＨＦ酸エッチングで除去する。露出したシリコン面は誘電層の着層でパッシベーション加工が必要であろう。ＰＥＣＶＤで着層されたＳｉＮは太陽電池製造でシリコン表面のパッシベーション加工のために利用する技術として良く知られている。あるいは、ＳｉＯ₂層が熱的に成長され、またはＳｉＯ₂、ＴｉＯ₂、Ｔａ₂Ｏ₅のごとき他の誘電材料が、表面パッシベーション加工のために印刷、スプレー、化学蒸着のごとき手段で着層される。

一般的に、以下で解説するように、次の特性を有していれば拡散バリアー酸化物は完全に除去する必要はない。すなわち、シリコンとの低結合での良好なインターフェース、及びＡｇ：Ａｌまたは他のｐ型コンタクトがその材料を介して燃焼処理でき、１実施例ではスクリーン印刷コンタクト材料にガラスフリットを採用することでｐ型シリコン基板へ低抵抗コンタクトできること。拡散バリアー酸化物をその場に残すと少なくとも１つの処理ステップである背面のＰＥＣＶＤ着層ステップを省略できる。

印刷された拡散バリアーを使用したバックコンタクト型ＥＷＴ電池の製造ステップの１代表例を以下で示す。このステップは拡散バリアー酸化物の除去（以下で解説する“ＨＦエッチング、両面疎水化”ステップ）を提供し、拡散バリアー酸化物を表面パッシベーション加工のためのＰＥＣＶＤのＳｉＮ層のごとき適用された表面パッシベーションステップで置換する。しかし、ここでも拡散バリアー酸化物は完全に除去する必要はなく、ＰＥＣＶＤのＳｉＮで完全に置換する必要はない。ただし、拡散バリアー酸化物がシリコンと良好なインターフェースを有し、１処理ステップを排除できることを条件とする。

１．レーザードリル
２．アルカリエッチング
３．拡散バリアー印刷
４．乾燥と年少処理
５．ウェハーのエッチング及び洗浄
６．ＰＯＣｌ₃（３０から６０Ω/ｓｑ）
７．ＨＦエッチング（両面疎水化）
８．前面のＰＥＣＶＤ窒化物
９．背面のＰＥＣＶＤ窒化物
１０．陰極グリッドを提供するＡｇ印刷
１１．陽極グリッドを提供するＡｇ：ＡｌまたはＡｇ印刷
１２．コンタクト燃焼処理
方法の別実施例は可能であり、想定されている。好適な１別実施例において、図４Ａは、隣接ペアの拡散バリアー９０間のスペースが続くステップで陽極グリッドとして利用されるようにＴｉＯ₂ペーストのごとき拡散バリアー９０を備えたウェハー１２を図示する。よって、ステップ１からステップ４で図４Ａの装置が得られる。しかし、その後に、例えばＰＯＣｌ₃（３０から６０Ω/ｓｑ）を使用して燐拡散ステップが採用され、ｎ⁺拡散層９２を備えた図４Ｂで示す装置が得られる。あるいは、他のｎ⁺ドーパントが利用できる。続いてエッチングステップが採用され、ＰＯＣｌ₃拡散時に形成された燐ガラスをエッチングする。拡散バリアー９０はその場に残る。その後にＳｉＮがＰＥＣＶＤ、あるいはパッシベーション加工の他の方法と材料で着層される。両面のＳｉＮ着層（図示せず）に続いて、陰コンタクトＡｇグリッドがスクリーン印刷され、陽コンタクトＡｇ：Ａｌグリッド、あるいは好適にはＡｌグリッドがスクリーン印刷されてウェハーが燃焼処理される。図４Ｃで示すように、拡散バリアー９０、スクリーン印刷された陽Ａｇ：ＡｌまたはＡｌグリッド基板９６及びスクリーン印刷された陰Ａｇグリッド基板９８を有した電池が提供される。図４Ｃで示すように、スクリーン印刷された陽グリッド基板９６は部分的に拡散バリアー９６の一部とオーバーラップする。あるいは拡散バリアー９０のサイドエッジ間に全体的に提供される。スクリーン印刷されたＡｌ（Ａｇ：Ａｌ等のＡｌ合金または実質的Ａｌ）が、図４Ｃで示すようにｎ型拡散層に適用される。しかし、燃焼処理でＡｌベースの金属化はｐ⁺層をｎ⁺拡散層の代わりに形成する。フリットはスクリーン印刷された陽Ａｇ：ＡｌまたはＡｌグリッド基板９６に含まれるであろう。よって、ｐ型コンタクトの下側のｎ⁺領域はオーバードーピングされ、ｎ⁺領域を通過するスパイクコンタクトがｐ型基板で提供される。別の実施例では、Ａｌドーパント金属がＡｇ−Ｓｉ共晶温度以上で燃焼処理され、コンタクトはシリコンと合金化される。よって、図４Ｄで示すごとく、燃焼処理によってスクリーン印刷された陽Ａｇ：ＡｌまたはＡｌグリッド基板９６に隣接したｎ⁺拡散層９２はグリッド基板のＡｌでオーバードーピングされ、コンタクト９６を提供する。

特に好適な別実施例では、拡散バリアーはｐ⁺ドーパント、好適にはホウ素のソースを含んでいる。図４Ｅで示すように、１実施例では酸化ホウ素種であるホウ素化合物を含有したＴｉＯ₂ペーストのごときスクリーン印刷されたホウ素拡散バリアー９４が提供される。ホウ素拡散バリアー９４のペーストは軽ホウ素拡散が以下のごとく提供されるように準備される。他のｐ型アクセプターでも代用として使用でき、アルミニウム、ガリウム、インジウム等（もっとも好適にはそれらの酸化物）のドーピングされた誘電ペーストを含有する拡散バリアーを形成する。１実施例では、拡散ペーストは複数のｐ⁺型ドーパントを、好適には酸化物形態を提供する。あるいは、ホウ素または他のｐ型ドーパントバリアーがスクリーン印刷以外のスプレー、インクジェット印刷等の方法で適用できる。ｎ⁺ドーピング領域を創出するために燐がシリコン内に拡散されると、好適には誘電体内のｐ型アクセプターは同時的に基板内に拡散し、ｐ型領域を創出し、処理ステップを単純化する。よって、ホウ素拡散バリアー９４のスクリーン印刷と硬化ステップに続いて、ＰＯＣｌ₃（３０から６０Ω/ｓｑ）を使用したもののごとき燐拡散ステップが採用され、ホウ素と燐の共拡散が提供される。図４Ｆで示すように、ｎ⁺拡散層９２（好適には１実施例では３０から５０Ω/ｓｑに拡散）、ｐ⁺拡散層１００（好適には同実施例で１００から５００Ω/ｓｑに拡散）が得られる。続いてエッチングステップが適用され、ＰＯＣｌ₃拡散時に形成された燐ガラスをエッチングする。ホウ素拡散バリアー９４はその場に残る。続いてＳｉＮがＰＥＣＶＤで着層され、あるいは他の表面パッシベーション法が適用される。両面でのＳｉＮ着層（図示せず）に続いて、陰コンタクトＡｇグリッドがスクリーン印刷され、さらに陽コンタクトＡｇ：Ａｌグリッド、好適にはＡｌグリッドがスクリーン印刷され、ウェハーは燃焼処理される。図４Ｇで示すように、ホウ素拡散バリアー９４、スクリーン印刷された陽Ａｇ：ＡｌまたはＡｌグリッド基板９６、及びスクリーン印刷された陰Ａｇグリッド基板９８を有した電池が得られる。図４Ｇで示すように、スクリーン印刷された陽グリッド基板９６は部分的にホウ素拡散バリアー９４の一部と重なり、あるいはホウ素拡散バリアーのサイドエッジ間で全体的に提供される。スクリーン印刷されたＡｌ（Ａｇ：ＡｌのごときＡｌ合金または実質的Ａｌ）が存在するｎ型拡散層に図４Ｇで示すように適用される。しかし、燃焼処理によってＡｌベースの金属化はｐ⁺層を存在するｎ⁺拡散層の代わりに形成する。フリットをスクリーン印刷された陽Ａｇ：ＡｌまたはＡｌグリッド基板９６に含ませることができる。よって、ｐ型コンタクトの下側のｎ⁺領域はオーバードーピングされる。すなわち、ｎ⁺領域を介するスパイクコンタクトがｐ型基板に提供される。別の方法では、Ａｌドーパント金属がＡｇ：Ａｌ共晶温度以上で燃焼処理され、コンタクトはシリコンと合金化される。よって、図４Ｇで示すように、燃焼処理によってスクリーン印刷された陽Ａｇ：ＡｌまたはＡｌグリッド基板９６に隣接するｎ⁺拡散層９２はグリッド基板でＡｌによってオーバードーピングされ、ｐ⁺拡散層１００に隣接して接触するコンタクト９６が得られる。

図４Ｉで示すような別な好適実施例では、拡散バリアー９０が適用され、ＰＯＣｌ₃（３０から６０Ω/ｓｑ）を使用した燐拡散のごときｎ⁺拡散ステップが続き、図４Ｉで示すようなｎ⁺拡散層９２が得られる。両面のＳｉＮ着層に続いて、陰コンタクトＡｇグリッドがスクリーン印刷され、陽コンタクトＡｇ：ＡｌグリッドまたはＡｌグリッドがスクリーン印刷される。その結果、図４Ｊが示すように、拡散バリアー９０、スクリーン印刷された陽Ａｇ：ＡｌまたはＡｌグリッド基板９６（フリットまたは他の物質を含み、バリアー９０を介して基板９６を処理する）及びスクリーン印刷された陰Ａｇグリッド基板９８を備える電池が得られる。スクリーン印刷されたＡｌ（Ａｇ：ＡｌのごときＡｌ合金またはＡｌ）が直接的に拡散バリアー９０に図４Ｊのように適用される。しかし、燃焼処理によってＡｌベース金属化は図４Ｋで示すようにバリアー９０を介して実施される。Ａｌはｐ⁺層をその下側に形成する。

図４Ｌで示す関連する好適実施例では拡散バリアー９０が適用され、ＰＯＣｌ₃（３０から６０Ω/ｓｑ）を使用したｎ⁺拡散ステップが続き、ｎ⁺拡散層９２が提供され、パターン化されたレジスト５６の適用が続く。両面でのレジスト５６とＳｉＮ着層の適用に続いてエッチングステップが実施され、図４Ｍで示すように拡散バリアー９０の露出部分のエッチング及び除去が行われる。拡散バリアー９０のエッチング除去後にレジスト５６が除去され、ウェハーは洗浄される。陰コンタクトＡｇグリッド９８はスクリーン印刷され、陽コンタクトＡｇ：Ａｌグリッド９６またはＡｌグリッド９６がスクリーン印刷される。その結果、図４Ｎで示すように拡散バリアー９０、スクリーン印刷された陽Ａｇ：ＡｌまたはＡｌグリッド基板９６及びスクリーン印刷された陰Ａｇグリッド基板９８を備えた電池が得られる。スクリーン印刷されたＡｌ（Ａｇ：Ａｌ等のＡｌ合金または実質的Ａｌ単独）は図４Ｍで示すようにレジストとエッチングステップで除去された拡散バリアー９０のパターン化された部分に部分に適用される。燃焼処理によってＡｌベースの金属化ステップはシリコン１２と直接的に接触する。Ａｌはｐ⁺層をその下側に形成する（図示せず）。

関連する別実施例では、製造ステップは拡散バリアーとして印刷された異なる拡散ソースを使用してパターン化された拡散層を提供する。説明したように異なるペーストが利用できる。例えば、フェロコーポレーション社のもので、ホウ素または燐拡散の実施用であり、拡散バリアーとして作用するように製造された組成物が利用できる。よって、上述の実施例はホウ素がドーピングされた拡散バリアーを備えたｐ型シリコンウェハーを使用するが、他の実施例でも可能であり、想定されている。

例えば、好適には孔３０を含んだグリッドである高ｎ⁺領域を形成するために、好適には拡散バリアー成分を含まないｎ⁺拡散ペーストを含ませることも可能である。これらペーストはスクリーン印刷によって適用できる。適用後、ペーストは乾燥されて有機物と揮発性物質が除去され、高温で燃焼処理されてドーパントをシリコン内に拡散する。ペーストは一般的にドーパント要素の酸化物を含む。酸化物はドーパント拡散後にＨＦ酸エッチングで除去できる。

この方法は太陽電池にオプションで選択的エミッター構造を提供するように改変できる。この実施例のために、好適には孔と背面は低抵抗とするためにさらに多量にドーピングされ、前面はさらに軽くドーピングされ、高電流と高電圧を提供する。上述の方法で、ステップ６は軽ＰＯＣｌ₃拡散（好適には８０から１００Ω/ｓｑ）で置換されるであろう。ステップ９の後で、第２の多量のＰＯＣｌ₃拡散（好適には２０Ω/ｓｑ以下）が実施されよう。好適には、燐拡散ガラス及びいくらかの窒化物が除去され、反射防止コーティングを前面に提供するためにＨＦエッチングが続く。この変形は窒化物がほんの少々孔内に着層されているときに最良の結果をもたらす。全く存在しないほうがさらに望ましい。よって、異方性ＰＥＣＶＤステップの使用が好適である。
スピンオングラス拡散バリアーの使用
別実施例においては、バックコンタクト型電池製造ステップはスピンオングラス（ＳＯＧ）の着層とスクリーン印刷レジストパターン化ステップを採用する。ＳＯＧはエミッターステップ（拡散バリアー酸化物）中にバリアーとして使用される。ＳＯＧはスピニング法またはスプレー法のごとき通常の方法で着層され、好適には乾燥されて溶炉内で高密度化される。好適にはＳＯＧは多様な誘電材料を着層させるのにも利用される。よって、ＳＯＧはシリカ（ＳｉＯ₂）、ホウケイ酸塩ガラス（ＢＳＧ）、他のｐ型ドーパント酸化物（Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、等）と混合されたＢＳＧ、燐ケイ酸ガラス（ＰＳＧ）、チタニア（ＴｉＯ₂）等でよい。この種のＳＯＧは知られており、フィルムトロニクス社（ペンシルベニア州バトラー）は様々なこの種の材料を製造販売する。ＳｉＯ₂フィルムは特に有利である。なぜなら、ＳｉＯ₂はシリコンウェハーとの優れた低再結合インターフェースを形成するからである。ホウケイ酸塩と燐ケイ酸ガラスはホウ素または燐のドーパントソースとして作用する追加的利点を有する。高密度化されたＢＳＧまたはＰＳＧ層の下側の軽くドーピングされたジャンクションは電池性能を向上させ、表面をパッシベーション加工する。ＳＯＧは比較的に無害で製造が容易であるという追加の利点を有する。米国特許５０５３０８３のごとき従来方法はホスフィン及びシランまたはジボラン及びシランのごとき有害で特殊な扱い及び装置が必要な化合物を使用した。

ＳＯＧはまずエッチングレジストの印刷でパターン化され、続いて化学エッチングが施される。印刷は好適にはスクリーン印刷機で行われるが、インクジェット、ステンシル、オフセット印刷等の他の方法も利用できる。どのような材料もエッチングレジストに利用できる。レジストの唯一の限定要素は印刷可能なことであり、化学エチャント溶液に抵抗性であるということである。ＨＦ酸を使用した水溶液は酸化物材料のエッチングには良く知られている。

拡散バリアーとしてＳＯＧを使用したバックコンタクト型ＥＷＴ太陽電池の代表的な製造ステップは以下で解説される。類似した製造ステップはＭＷＡ、ＭＷＴ、またはバックジャンクション型太陽電池等の他のバックコンタクト型電池構造に使用できる。陰極及び陽極コンタクト用のスクリーン印刷さらたＡｇグリッドは好適には窒化ケイ素を介して燃焼処理され、シリコン用へのコンタクトを製造する。この技術は良く知られている。

スクリーン印刷レジストでパターン化されたＳＯＧを使用したバックコンタクト型ＥＷＴ太陽電池の製造ステップではｐ型シリコン半導体基板が提供される。シリコン基板は典型的には多結晶シリコンであるが、単結晶シリコン等の他のタイプのシリコン基板も使用できる。

第１ステップと第２ステップである孔のレーザードリル加工とエッチングは前述した。第３ステップでＳＯＧが適用される。前述したように、ＳＯＧはエミッター拡散ステップでバリアーとして機能し、オプションで好適には誘電材料を着層させる。ＳＯＧはスピニング法あるいはスプレー法等の通常技術で着層される。あるいはＳＯＧ材料を含んだ溶液に浸潤等の手段で着層され、乾燥されて溶炉で高密度化される。好適には、ＳＯＧはＳｉＯ₂、ＢＳＧ、追加のｐ型ドーパント酸化物と混合されたＢＳＧ、及びＰＳＧまたはＴｉＯ₂である。典型的にはＳＯＧは背面に適用され、溶炉による高密度化後に厚さは約０．１から１μｍにされる。

ＳＯＧの高密度化後、スクリーン印刷等でレジストが印刷される。あるいはパターン化されたレジストを使用してもよい。レジストパターンは少なくとも１セットのコンタクトグリッドを提供する。典型的には従来パターンのコンタクトグリッドである。どのような適した材料でもよい。しかし光レジスト材料は使用しないことが肝要である。化学抵抗材料を使用し、特に酸抵抗材料を使用して、ウェハーが酸エッチング処理されるときＳＯＧがパターン化領域から除去されないようにする。

レジストの印刷と乾燥に続いて、ウェハーはエッチングされてＳＯＧがレジストでカバーされたところ以外で除去される。レジストが化学エチャント溶液で除去されない限りどのような適した酸エチャントでも利用できる。１好適実施例では、１０％ＨＦ酸のごときＨＦの水溶液が利用できる。エチャントを適用するどのような従来方法でも構わない。ＨＦ酸を含む溶液にウェハーを浸潤してもよい。このステップでＳＯＧは孔の内部から除去され、レジストでカバーされない平坦前面と平坦背面からも除去される。

エッチングステップに続いて、レジストが剥ぎ取られ、ウェハーは洗浄される。レジストを除去するために採用される化学溶液または他の方法は使用されるレジストの種類による。適当な化学洗浄溶液を使用してウェハーはさらに洗浄される。それは、例えば、過酸化水素や硫酸を含んだ溶液である。それでパターン化されたウェハーが提供され、ＳＯＧはレジストが適用されていたところにだけ存在する。

比較的に多量の燐拡散が通常の技術で適用される。好適には液体ＰＯＣｌ₃を使用した気相拡散を含み、４０から６０Ω/ｓｑ表面抵抗が得られる。しかし、他の拡散ソースまたは方法も使用できる。それには液体ソースの適用及びコーティング、浸潤またはスピンオン法等の従来方法が含まれ、あるいは固体ソース材料、例えば、Ｐ₂Ｏ₅等の固体ソース材料の高温加熱に付随する固体ソースが含まれる。一般的に、通常のＰＯＣｌ₃拡散が好適である。

燐拡散に続いて、ＨＦ酸を使用する等によってウェハーは再び化学的にエッチングされる。充分なＨＦ酸が一定期間適用され、前面と背面が疎水性とされる。これはウェハーが溶液から取り出されるときにＨＦ酸水溶液の“シート”現象で確認できる。

第２エッチングステップに続いて、前面と背面の露出したシリコン表面がオプションではあるが好適には誘電層の着層でパッシベーション加工される。ＳｉＮはＰＥＣＶＤによって着層され、あるいはパッシベーション用の他の方法と材料が採用される。ここで説明するように、背面拡散バリアー酸化物が化学エッチング等で除去されなければ、背面のパッシベーションステップは省略できる。

パッシベーションステップに続いて、陰極グリッドコンタクトと陽極グリッドコンタクトが適用される。陰極グリッドのＡｇペーストのスクリーン印刷と陽極グリッドのＡｇ：Ａｌペーストのスクリーン印刷のごときグリッド金属適用のどのような従来方法でも採用できる。ペーストはＡｇまたはＡｇ：Ａｌの粒子形態の組み合わせを液体組成物として製造することで提供できる。これはさらにバインダー、溶剤等、スクリーン印刷可能なペーストを製造する技術で使用されるものを含むことができる。ガラスフリット等の窒化物（Ｍ．ヒライ参照）を溶解させる成分を含んだペースト組成物を使用することも可能であり、望ましい。その後にウェハーは燃焼処理されてグリッドコンタクトは金属化される。

この製造ステップは以下のようにまとめることができる。順序は変えることもできる。

１．孔レーザードリル
２．ウェハーアルカリ化
３．ＳＯＧ適用
４．ＳＯＧ高密度化
５．レジスト印刷
６．ＳＯＧエッチング
７．レジスト剥ぎ取り及びウェハー洗浄
８．ＰＯＣｌ₃拡散（４０から６０Ω/ｓｑ）
９．ＨＦエッチング（両面疎水化）
１０．前面ＰＥＣＶＤ窒化物
１１．背面ＰＥＣＶＤ窒化物
１２．陰極グリッドにＡｇ印刷
１３．陽極グリッドにＡｇ：Ａｌ印刷
１４．コンタクト燃焼処理
図５Ａで示すように、孔５２はレーザードリル加工され、好適にはｐ型シリコンウェハー５０であるシリコン基板にアルカリエッチングされる。ｐ型ＳＯＧ５４はＢＳＧまたは他のＧａ、ＩｎまたはＡｌのごときｐ型ドーパント酸化物と混合されたＢＳＧあるいは別なＳＯＧであり、図５Ｂで示すように背面に適用される。印刷されたエッチングレジスト５６は望むグリッドに対応したパターンで適用される。ＨＦ酸エッチングのごときエッチングステップによって図５Ｃで示すようなｐ型パターンのＳＯＧ５４が得られる。孔５２内のｐ型ＳＯＧもエッチングステップ時に除去され、残りの構造はレジスト５６でカバーされたパターン化ｐ型ＳＯＧ５４のみとなる。図５Ｄで示すように、続いてレジストは除去され、パターン化されたｐ型ＳＯＧ５４のみがウェハー５０上に残る。その後に多量のＰＯＣｌ₃拡散（４０から６０Ω/ｓｑ）が実行され、図５Ｅで示すようにｎ型拡散層６２とｐ型拡散層６４となる。図５ＦはＨＦ酸エッチングとドーパントＳＯＧガラス５４の除去ステップ後のウェハーを示す。図５Ｇは陰極グリット用のＡｇペースト及び陽極グリッド用のＡｇ：Ａｌペーストの適用後の完成太陽電池を示す。燃焼処理後にＡｇ陰極グリッドコンタクト７２とＡｇ：Ａｌ陽極グリッドコンタクト７０が得られる。ＰＥＣＶＤ窒化ケイ素層はオプションであり、図示はされていない。

別実施例で、ＳＯＧ材料はインクジェット印刷、オフセット印刷、あるいは適当なマスキングやステンシルで望むパターンに適用され、パターン化されたＳＯＧ材料が得られる。この方法を使用して、レジスト印刷と関連エッチングと剥ぎ取りステップとを排除し、製造ステップの複雑性を減少させることができる。
拡散バリアーとドーパントソースとしてのスピンオングラスの使用
さらに別な実施例では、本発明はバックコンタクト型ＥＷＴ電池の製造に印刷されたＳＯＧ材料またはスピンオン技術またはスプレーオン技術で提供されたＳＯＧを使用した別製造方法を提供する。この方法はＳＯＧの適用とパターン化ステップで同様に開始し、背面にｐ型コンタクト領域を提供する。高密度化されたＳＯＧはホウケイ酸ガラス、またはｐ型ドーパントを提供する他の無機化合物を提供し、ｐ型コンタクト領域にｐ型拡散を提供する。あるいはこのプロセスはホウケイ酸ガラスペーストの印刷及び燃焼処理によって開始する。ｎ型ドーパント（一般的に燐ケイ酸ガラス）を含有するＳＯＧが背面においてパターン上に提供される。１つの高温溶炉ステップが燐とホウ素とを望むパターンで背面に同時的に拡散させる。

図６Ａで示すように、孔５２は好適にはｐ型シリコンウェハー５０であるシリコン基板内でレーザードリル加工され、アルカリエッチング処理される。ＢＳＧまたはＧａ、Ｉｎ、Ａｌ等の他のｐ型ドーパント酸化物と混合されたＢＳＧのごときｐ型ＳＯＧ５４が図６Ｂで示すように背面に適用される。印刷されたエッチングレジスト５６が望むグリッドに対応するパターンで適用される。ＨＦ酸エチャント等によるエッチングステップの後、ｐ型パターンのＳＯＧ５４が図６Ｃのように得られる。孔５２のｐ型ＳＯＧもエッチングステップ中に除去され、残りの構造はレジスト５６でカバーされたパターン化されたｐ型ＳＯＧ５４だけとなる。図６Ｄで示すように、その後にレジストは除去され、パターン化されたｐ型ＳＯＧ５４のみがウェハー５０に残る。その後にｎ型ＳＯＧ６０は背面に適用され、シリコン５０をカバーし、孔５２を充填し、ｐ型ＳＯＧ５４をカバーする。どのようなｎ型ＳＯＧでも採用できる。好適にはＰＳＧである。

ｎ型ＳＯＧ６０の適用に続いて、ドーパントを導入するためにウェハーは酸化雰囲気内で約９００℃にて約６０分間、高温で燃焼処理される。図６Ｆで示すように、これで層６２内に多量ｎ型拡散状態が提供され、層６４内に多量ｐ型拡散状態が提供される。軽ｎ型拡散層６６は典型的には約８０から１００Ω/ｓｑの抵抗であり、燃焼処理時に上面に同時的に導入される。軽ｎ型拡散層６６は、ウェハー８０、８２の前面からｎ型ＳＯＧ６０のコーティングされたウェハー８２、８４の背面にオートドーピングによって導入される（図７）。軽拡散層６６はｎ型ＳＯＧ６０からの燐または他のｎ型ドーパントの拡散によって提供される。図７の矢印は拡散の方向を示し、層６６を提供する。従って、この実施例では軽拡散層６６は孔５２内壁よりも低密度の燐または他のｎ型ドーパントを含んでいる。あるいは、低燐含有率のＳＯＧが前面に適用でき、同時に前面に拡散できる。これらプロセス多様性を以下で説明する。どの実施例でもこれら変形は高変換効率のための最良拡散プロフィールを提供する。

図６ＧはＨＦ酸エッチングステップ及びドーパントガラス除去後のウェハーを示す。図６Ｈは陰極グリッド用のＡｇペーストと陽極グリッド用のＡｇ：Ａｌペースト適用後に燃焼処理して提供されたＡｇ陰極グリッドコンタクト７２とＡｇ：Ａｌ陽極グリッドコンタクト７０を有した完成太陽電池を示す。オプションで適用できるＰＥＣＶＤ窒化ケイ素層は図示されていない。

次のステップリストはｎ型ＳＯＧとｐ型ＳＯＧ及びオートドーピングを使用したバックコンタクト型ＥＷＴ太陽電池の製造ステップである。順序は変えてもよい。

１．シリコンウェハーの孔レーザードリル
２．アルカリエッチング
３．背面にｐ型ドーパントでＳＯＧ提供
４．ＳＯＧ高密度化
５．エッチングレジスト印刷
６．ＨＦエッチング
７．レジスト剥ぎ取り及びウェハー洗浄
８．背面にｎ型ドーパントでＳＯＧ提供
９．ドーパントのチューブ溶炉導入（ウェハーをオプションにより前面のオートドーピングを提供するよう配列）
１０．ＨＦエッチング
１１．前面のＰＥＣＶＤ窒化物
１２．背面のＰＥＣＶＤ窒化物
１３．陰極グリッド用Ａｇ印刷
１４．陽極グリッド用Ａｇ：Ａｌ印刷
１５．コンタクト燃焼処理
以下のステップリストはｎ型ＳＯＧとｐ型ＳＯＧ及び前面ドーピング用の別ＳＯＧを使用したバックコンタクト型ＥＷＴ太陽電池の製造ステップを示す。ステップ順序は変更しても良い。

１．シリコンウェハーの孔レーザードリル
２．アルカリエッチング
３．背面にｐ型ドーパントでＳＯＧ適用
４．ＳＯＧ高密度化
５．エッチングレジスト印刷
６．ＨＦエッチング
７．レジスト剥ぎ取り及びウェハー洗浄
８．背面に型ドーパントでＳＯＧ適用
９．高密度化
１０．面面にｎ型ドーパントで低密度ＳＯＧ提供
１１．ドーパントのチューブ溶炉導入
１２．ＨＦエッチング
１３．前面のＰＥＣＶＤ窒化物
１４．背面のＰＥＣＶＤ窒化物
１５．陰極グリッド用Ａｇ印刷
１６．陽極グリッド用Ａｇ：Ａｌ印刷
１７．コンタクト燃焼処理
前面拡散は別個ステップで実行できる。これでチューブ溶炉ではなくベルト溶炉が使用できる。

上述の方法は一般的にあるいは特別に解説した反応物体に置換しても同様に反復でき、及び/又は前述の方法で使用された本発明の運用条件で同様に反復できる。

本発明をいくつかの実施例を基に解説してきたが、他の実施例でも同様に可能であり、それら実施例の改良や変更は本発明の範囲に含まれる。

図１は一般的なバックコンタクト型太陽電池１０を示す。 図２Ａは本発明のバックコンタクト型電池製造ステップでドリル加工及びエッチング加工されたシリコンウェハーの断面図であり、図２Ｂは図２Ａのウェハーの一部平面図である。 図３Ａは本発明のバックコンタクト型電池製造ステップで燐及びホウ素の拡散ソースペーストが印刷された後の図２で示すウェハーの断面図である。 図３Ｂは本発明のバックコンタクト型電池製造ステップで高温ドーパント拡散処理後の図３Ａで示すウェハーの断面図である。 図３Ｃは印刷された拡散ソースを使用した図３Ａと図３Ｂの完成シリコンウェハーの断面図である。 図３Ｄは燐拡散グリッドパターンを示す平面図である。 図４Ａは印刷された拡散バリアーを使用したバックコンタクト型ＥＷＴ電池を製造するための製造ステップを示す断面図である。 図４Ｂは印刷された拡散バリアーを使用したバックコンタクト型ＥＷＴ電池を製造するための製造ステップを示す断面図である。 図４Ｃは印刷された拡散バリアーを使用したバックコンタクト型ＥＷＴ電池を製造するための製造ステップを示す断面図である。 図４Ｄは印刷された拡散バリアーを使用したバックコンタクト型ＥＷＴ電池を製造するための製造ステップを示す断面図である。 図４Ｅは印刷された拡散バリアーを使用したバックコンタクト型ＥＷＴ電池を製造するための製造ステップを示す断面図である。 図４Ｆは印刷された拡散バリアーを使用したバックコンタクト型ＥＷＴ電池を製造するための製造ステップを示す断面図である。 図４Ｇは印刷された拡散バリアーを使用したバックコンタクト型ＥＷＴ電池を製造するための製造ステップを示す断面図である。 図４Ｈは印刷された拡散バリアーを使用したバックコンタクト型ＥＷＴ電池を製造するための製造ステップを示す断面図である。 図４Ｉは印刷された拡散バリアーを使用したバックコンタクト型ＥＷＴ電池を製造するための製造ステップを示す断面図である。 図４Ｊは印刷された拡散バリアーを使用したバックコンタクト型ＥＷＴ電池を製造するための製造ステップを示す断面図である。 図４Ｋは印刷された拡散バリアーを使用したバックコンタクト型ＥＷＴ電池を製造するための製造ステップを示す断面図である。 図４Ｌは印刷された拡散バリアーを使用したバックコンタクト型ＥＷＴ電池を製造するための製造ステップを示す断面図である。 図４Ｍは印刷された拡散バリアーを使用したバックコンタクト型ＥＷＴ電池を製造するための製造ステップを示す断面図である。 図４Ｎは印刷された拡散バリアーを使用したバックコンタクト型ＥＷＴ電池を製造するための製造ステップを示す断面図である。 図５ＡはＳＯＧを使用したバックコンタクト型ＥＷＴ電池の製造のための製造ステップを示す断面図である。 図５ＢはＳＯＧを使用したバックコンタクト型ＥＷＴ電池の製造のための製造ステップを示す断面図である。 図５ＣはＳＯＧを使用したバックコンタクト型ＥＷＴ電池の製造のための製造ステップを示す断面図である。 図５ＤはＳＯＧを使用したバックコンタクト型ＥＷＴ電池の製造のための製造ステップを示す断面図である。 図５ＥはＳＯＧを使用したバックコンタクト型ＥＷＴ電池の製造のための製造ステップを示す断面図である。 図５ＦはＳＯＧを使用したバックコンタクト型ＥＷＴ電池の製造のための製造ステップを示す断面図である。 図５ＧはＳＯＧを使用したバックコンタクト型ＥＷＴ電池の製造のための製造ステップを示す断面図である。 図６Ａは複数のＳＯＧを使用したバックコンタクト型ＥＷＴ電池の製造のための製造ステップを示す断面図である。 図６Ｂは複数のＳＯＧを使用したバックコンタクト型ＥＷＴ電池の製造のための製造ステップを示す断面図である。 図６Ｃは複数のＳＯＧを使用したバックコンタクト型ＥＷＴ電池の製造のための製造ステップを示す断面図である。 図６Ｄは複数のＳＯＧを使用したバックコンタクト型ＥＷＴ電池の製造のための製造ステップを示す断面図である。 図６Ｅは複数のＳＯＧを使用したバックコンタクト型ＥＷＴ電池の製造のための製造ステップを示す断面図である。 図６Ｆは複数のＳＯＧを使用したバックコンタクト型ＥＷＴ電池の製造のための製造ステップを示す断面図である。 図６Ｇは複数のＳＯＧを使用したバックコンタクト型ＥＷＴ電池の製造のための製造ステップを示す断面図である。 図６Ｈは複数のＳＯＧを使用したバックコンタクト型ＥＷＴ電池の製造のための製造ステップを示す断面図である。 図７はウェハーを垂直に保持した状態でチューブ拡散処理中の本発明のオートドーピングステップを示す断面図である。

Claims (21)

1. エミッターラップスルー（ＥＷＴ）太陽電池の製造方法であって、
   半導体ウェハーに前面と背面とを提供し、該前面を該背面に接続する複数の孔をさらに提供するステップと、
   前記背面の孔を含んだパターンで第１ドーパント拡散ソースを前記背面に提供するステップと、
   前記背面の孔を含まないパターンで第２ドーパント拡散ソースを前記背面に提供するステップと、
   前記第１ドーパント拡散ソースと前記第２ドーパント拡散ソースからのドーパントを燃焼処理によって前記半導体ウェハー内に拡散させるステップと、
   を含んでいることを特徴とする方法。
2. 半導体ウェハーはシリコンを含んでおり、第１ドーパント拡散ソースは燐を含んでおり、第２ドーパント拡散ソースはホウ素を含んでいることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 燐を含んだ第１ドーパント拡散ソースを前面の孔を含んだパターンで前面に提供するステップをさらに含んでいることを特徴とする請求項２記載の方法。
4. 第１ドーパント拡散ソースを提供するステップにおいて、少なくとも一部の孔は第１ドーパント拡散ソースで充填されていることを特徴とする請求項１記載の方法。
5. 拡散ステップに続いて半導体ウェハーを酸溶液でエッチングするステップと、
   パッシベーション加工のために誘電層をエッチングされた半導体ウェハーの少なくとも前面に提供するステップと、
   第１導電タイプ金属グリッドを少なくとも一部の第１ドーパント拡散ソースパターンを含んだパターンで背面に提供し、第２導電タイプ金属グリッドを少なくとも一部の第２ドーパント拡散ソースパターンを含んだパターンで背面に提供するステップと、
   をさらに含んでいることを特徴とする請求項１記載の方法。
6. 請求項１記載の方法で製造されるＥＷＴ太陽電池。
7. ＥＷＴ太陽電池を製造する方法であって、
   半導体ウェハーに前面と背面とを提供し、該前面を該背面に接続する複数の孔をさらに提供するステップと、
   前記背面の孔を含まないパターンで拡散バリアーを前記背面に提供するステップと、
   前記ウェハーを洗浄するステップと、
   該ウェハー内に第１ドーパントを拡散させるステップと、
   該ウェハーをエッチングするステップと、
   第１導電タイプ金属グリッドを背面の孔を含んだパターンで背面に提供し、第２導電タイプ金属グリッドを拡散バリアーパターンにより該第１導電タイプ金属グリッドとは別個のパターンで背面に提供するステップと、
   を含んでいることを特徴とする方法。
8. 半導体ウェハーはｐ導電タイプシリコンを含んでおり、第１ドーパントは燐を含んでおり、第１導電タイプ金属グリッドは銀を含んでおり、第２導電タイプ金属グリッドはアルミニウムを含んでいることを特徴とする請求項７記載の方法。
9. エッチングステップに続いて、パッシベーション加工のために誘電層をｐ導電タイプシリコンウェハーの表面の少なくとも一部に提供するステップをさらに含んでおり、
   第１ドーパント燐ソースの提供によって３０から６０Ω/ｓｑの抵抗が提供され、
   第１導電タイプ金属グリッドと第２導電タイプ金属グリッドを提供するステップはグリッドパターンを印刷し、燃焼処理するステップを含んでいることを特徴とする請求項８記載の方法。
10. 拡散ソースは第１ドーパントとは反対の導電タイプの第２ドーパントを含んでいることを特徴とする請求項７記載の方法。
11. 第１ドーパントは燐を含んでおり、第２ドーパントはホウ素を含んだ拡散バリアーの一部を形成することを特徴とする請求項１０記載の方法。
12. 第１ドーパントと第２ドーパントはウェハーに同時拡散されることを特徴とする請求項１１記載の方法。
13. 請求項７記載の方法で製造されるＥＷＴ太陽電池。
14. ＥＷＴ太陽電池を製造する方法であって、
    半導体ウェハーに前面と背面とを提供し、該前面を該背面に接続する複数の孔をさらに提供するステップと、
    第１スピンオングラス（ＳＯＧ）拡散バリアーを前記背面に提供するステップと、
    前記背面の孔を含まないパターンでレジストを提供するステップと、
    パターン化されたレジストでカバーされていない第１ＳＯＧを除去するためにウェハーをエッチングするステップと、
    ウェハーから前記レジストを剥ぎ取るステップと、
    ウェハーに第１ドーパントを拡散させるステップと、
    少なくとも第１ＳＯＧの残りを除去するためにウェハーをエッチングするステップと、
    背面の孔を含んだパターンで第１導電タイプ金属グリッドを背面に提供し、前記レジストパターンを含んだパターンで第２導電タイプ金属グリッドを背面に提供するステップと、
    を含んでいることを特徴とする方法。
15. 半導体ウェハーはシリコンを含んでおり、第１ドーパントは燐を含んでおり、第１ＳＯＧを提供するステップはスピン処理またはスプレー処理及び溶炉高密度化の適用を含んでいることを特徴とする請求項１４記載の方法。
16. 第１ＳＯＧは第１ドーパントとは反対の導電タイプの第２ドーパントを含んでいることを特徴とする請求項１４記載の方法。
17. 請求項１４記載の方法で製造されたＥＷＴ太陽電池。
18. ＥＷＴ太陽電池を製造する方法であって、
    半導体ウェハーに前面と背面とを提供し、該前面を該背面に接続する複数の孔をさらに提供するステップと、
    第１ドーパントを含んだ第１ＳＯＧを前記背面に提供するステップと、
    前記背面の孔を含まないパターンでレジストを提供するステップと、
    パターン化されたレジストでカバーされていない第１ＳＯＧを除去するためにウェハーをエッチングするステップと、
    ウェハーから前記レジストを剥ぎ取るステップと、
    第１ドーパントとは反対の導電タイプの第２ドーパントを含んだ第２ＳＯＧを背面に提供するステップと、
    ウェハーを燃焼処理して前記第１ドーパントと前記第２ドーパントをウェハー内に拡散させるステップと、
    少なくとも第１ＳＯＧと第２ＳＯＧの残りを除去するためにウェハーをエッチングするステップと、
    背面の孔を含んだパターンで第１導電タイプ金属グリッドを背面に提供し、前記レジストパターンを含んだパターンで第２導電タイプ金属グリッドを背面に提供するステップと、
    を含んでいることを特徴とする方法。
19. 第３ＳＯＧをウェハーの前面に提供するステップをさらに含んでおり、該第３ＳＯＧは第２ＳＯＧの場合よりも低い濃度の第２ドーパントを含んでいることを特徴とする請求項１８記載の方法。
20. 燃焼処理ステップは平行に前面から背面に配列された複数のウェハーを燃焼させるステップを含んでおり、第１ウェハーの背面の第２ＳＯＧからの第２ドーパントは隣接第２ウェハーの隣接前面に拡散されることを特徴とする請求項１８記載の方法。
21. 請求項１８記載の方法で製造されるＥＷＴ太陽電池。

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