JP2017511003A - ハイブリッド全バックコンタクト太陽電池及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

ハイブリッド全バックコンタクト（ＡＢＣ）太陽電池及びその製造方法。方法は、１つ以上のパターン化された絶縁不活性化層を太陽電池の吸収体の少なくとも一部の上に形成することと、１つ以上のヘテロ接合層を１つ以上のパターン化された絶縁不活性化層の少なくとも一部の上に形成して、１つ以上のヘテロ接合ポイント又はライン状コンタクトを１つ以上のヘテロ接合層と太陽電池の吸収体との間に提供することと、１つ以上の第１の金属領域を１つ以上のヘテロ接合層の少なくとも一部の上に形成することと、ドープ領域を太陽電池の吸収体内に形成することと、１つ以上の第２の金属領域をドープ領域の少なくとも一部の上に形成し、ドープ領域にコンタクトさせて１つ以上のホモ接合コンタクトを提供することとを含む。

Description

本発明は、ハイブリッド全バックコンタクト太陽電池及びその製造方法に関する。

一般的な産業用シリコンウェハ太陽電池ではｐ型シリコンウェハが使用される。過剰電荷キャリア分離は通常、全エリア拡散ｐ／ｎ^＋ホモ接合（小数キャリア収集）及び全エリア拡散ｐ／ｐ^＋ホモ接合（多数キャリア収集）によって達成され、高温熱拡散プロセス及び高温コンタクト焼成のそれぞれによって（太陽電池のエミッタ及び後面電界領域（ＢＳＦ）を作成するために）形成され得る。

電池効率を向上させるためにｎ型Ｓｉウェハが使用可能である。これにより、（準安定性のホウ素−酸素複合体に起因する）ｐ型Ｃｚシリコンにおいて観察される光誘起劣化が回避され得る。更に、結晶シリコンにおいて電子捕獲係数は正孔捕獲係数より通常は高く、従ってｎ型ｃ−Ｓｉはより低い小数キャリア再結合レートを有するため、より高い開放電圧が達成され得る。現在のところ、従来のフロントコンタクト太陽電池の効率を向上させるには、（１）拡散ホモ接合ポイント（又はライン）コンタクトの使用、又は（２）薄膜堆積全エリアヘテロ接合コンタクトの使用、という２つの手法が存在する。

両方のコンタクトを太陽電池の裏面側に配置し、それにより前面側金属グリッドのシェーディングを回避する全バックコンタクト（ＡＢＣ）太陽電池は、ウェハ裏面の及び／又は薄膜堆積層のパターン化の複雑さの追加を犠牲にして、更に高い効率の可能性を有する。ＡＢＣ Ｓｉウェハ太陽電池の場合、構造化の手間を回避するために通常は１つのみの不活性化層が後面側上で使用され、すなわちＡｌＯ_ｘとＳｉＮ_ｘとの代わりにＳｉＮ_ｘのみが使用される。

高効率シリコンウェハ太陽電池において表面不活性化は非常に重要であり、ウェハの全ての側が有効に不活性化されなければならない。拡散ホモ接合ポイントコンタクトが使用される場合（従来のホモ接合アプローチ）、表面不活性化は通常、大量の界面電荷を含む電気絶縁不活性化層によって達成される（電界効果不活性化）。一般に窒化シリコンＳｉＮ_ｘが使用され（大量の正の界面電荷）、最近では酸化アルミニウムＡｌＯ_ｘが使用される（大量の負の界面電荷）。高度にドープされたホモ接合ポイント又はラインコンタクトを形成するために、これらの電気絶縁不活性化層内に小さな開口が形成される。２つのタイプの拡散ホモ接合ポイントコンタクトが存在し、すなわち、金属ポイントコンタクトによって局所的にのみコンタクトされる全エリア拡散、又は金属ポイントコンタクトの下の局所エリア拡散が存在する。後者のアプローチでは、より少ない再結合活性領域がウェハ内に存在するため太陽電池の開放電圧電位は増加するが、代わりに、拡散マスクの成長／堆積及びパターン化を行わなければならない。

薄膜堆積全エリアヘテロ接合コンタクトが使用される場合（すなわち、従来のヘテロ接合アプローチ）、表面不活性化は通常、導電性薄膜真性バッファ層によって達成される。これは一般に、薄膜（＜１０ｎｍ）真性水素化アモルファスシリコンａ−Ｓｉ：Ｈ（ｉ）であり、これは更に、太陽電池のエミッタ及び後面電界（ＢＳＦ）領域を形成するための薄膜（＜３０ｎｍ）ｐドープ又はｎドープ水素化アモルファスシリコンａ−Ｓｉ：Ｈ（ｐ^＋）、ａ−Ｓｉ：Ｈ（ｎ^＋）によって覆われる。あるいは、ａ−Ｓｉ：Ｈ（ｉ）を使用する代わりにその亜酸化物ａ−ＳｉＯ_ｘ：Ｈ（ｉ）が使用されてもよく、それにより更に良好な表面不活性化がもたらされる。ドープされた薄膜エミッタ又はＢＳＦ層を直接堆積することによって真性バッファ層は省略されてもよく、それにより、わずかに低い表面不活性化が、層の数の減少と引き換えに受け入れられる。全エリアコンタクトを形成するために、薄膜透明導電性酸化物（ＴＣＯ）層が、薄膜シリコン層の上に適用される。ＴＣＯは横方向コンダクタンスを確実にするだけでなく、効果的な後面反射体としても働く。電流を引き出すために、金属グリッドがＴＣＯの上に形成される。

しかし、上記の２つのアプローチは欠点を有する。例えば、従来の拡散ホモ接合シリコンウェハ太陽電池は比較的低い開放（Ｖ_ｃｃ）電位を有し、その理由は、（１）ウェハ内の拡散領域が高い再結合の領域でもあるということ、及び（２）金属コンタクトは太陽電池吸収体に直接接触しているため高いコンタクト再結合が常に存在するということである。更に、ホウ素ｐ^＋の拡散に関する問題、例えば、比較的低いスループット、非常に高いサーマルバジェット（＞１０００℃）、チューブに対する大きな保守要求（ホウ素粉末の除去）、及びこれが比較的不安定なプロセスであることなどの問題が存在する。薄膜堆積ヘテロ接合シリコンウェハ太陽電池が最も高いＶ_ｃｃ値を達成することは実証済みであるが、その費用有効性についてはまだ実証されていない。特に、良好な横方向コンダクタンス及び良好な裏面側反射率を提供する必要があるＴＣＯ層は、追加のプロセス（すなわちスパッタリング）を必要とし、従ってかなりのコストを追加する。

最近、ＡＢＣ太陽電池に関連して、薄膜堆積ヘテロ接合ポイントコンタクトを使用する高効率のコンタクトスキームが提案された。しかしこのスキームは、太陽電池装置上ではまだ試されていない。ＡＢＣヘテロ接合ポイントコンタクト太陽電池では、太陽電池吸収体の過剰電荷キャリアを収集するためにウェハ内の拡散領域はもはや必要とされず、なぜなら電気絶縁不活性化層内の大量の表面電荷がこの機能を果たすことができるからである（すなわち、電気絶縁不活性化層が電子又は正孔をウェハの表面付近に蓄積する）。従って、電荷キャリア分離はもはや（ホモ又はヘテロ）ｐ^＋／ｎ又はｎ^＋／ｎ接合によっては行われず、２つの異なる電気絶縁不活性化層（すなわちＡｌＯ_ｘ及びＳｉＮ_ｘ）の交互表面電荷（ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ ｓｕｒｆａｃｅ ｃｈａｒｇｅｓ）によって行われる。大量の正又は負の表面電荷を呈する２つの異なる不活性化層の使用は不可欠である。過剰電荷キャリア引き出しはこの場合、不活性化層の局所開口、及び後続の、不活性化層上への薄膜ヘテロ接合層の堆積によって行われてもよく、薄膜ヘテロ接合層は、下にある不活性化層の表面電荷の極性とは逆の型の有効なドーピングを有する。言い換えると、ＡｌＯ_ｘ（負の表面電荷）上に堆積される層は有効にｐドープされなければならず（例えば、薄い真性アモルファスシリコンバッファ層とｐドープされたアモルファスシリコンエミッタ層とのスタック、ａ−Ｓｉ：Ｈ（ｉ）／ａ−Ｓｉ：Ｈ（ｐ）、又は薄いｐドープされたａ−Ｓｉ：Ｈ（ｐ）エミッタ層のみ）、ＳｉＮ_ｘ（正の表面電荷）上に堆積される層は有効にｎドープされることが好ましい。全エリアヘテロ接合コンタクトを使用するのとは対照的に、完全な界面不活性化を確実にする必要はなく、なぜならポイントコンタクトが使用されるからである（総エリアに対するポイントコンタクトエリアの割合は２０％をはるかに下回り、従ってこれらの領域内でのより高い界面再結合は許容可能である）。従って、ａ−Ｓｉ：Ｈの代わりに微結晶シリコンμｃ−Ｓｉ：Ｈを使用してヘテロ接合ポイントコンタクトを実現し、それにより、より高いドーピング効率と引き換えに悪い不活性化品質を受け入れることが可能である。同じ幾何学的寸法のポイントコンタクトを使用する、対応するホモ接合ポイントコンタクトスキームと比較して、更により高い開放電圧が達成され得る。この理由は、（１）ヘテロコンタクトのバンドオフセットに起因する、具体的には、太陽電池吸収体の一方の過剰キャリアが吸収体に隣接するヘテロ接合材料に、従って金属コンタクトに到達するのを妨げられることに起因する、より低いコンタクト再結合、及び（２）高度に拡散された、従って再結合活性の領域が太陽電池吸収体内にもはや存在しないこと、である。

要約すると、太陽電池吸収体から過剰電子又は正孔を引き出すための既知の４つの異なる高効率コンタクト、すなわち、（１）全エリア拡散ホモ接合ポイント／ストライプコンタクト、（２）局所拡散ホモ接合ポイント／ストライプコンタクト、（３）薄膜ヘテロ接合堆積全エリアコンタクト、及び（４）薄膜ヘテロ接合堆積ポイント／ストライプコンタクトが存在する。（４）を除いて、他の全てのコンタクトはすでに成功裡に太陽電池に実装されており、それにより、Ｓｉウェハ太陽電池について高効率（＞２０％）を達成するそれらの能力が実証されている。しかし、ウェハ及び／又は不活性化層の、かなりの量の局所構造化が存在し、これはそれらのコンタクトを実現するために必要であり、全バックコンタクト太陽電池が実現される場合は更に増加する。

４つのタイプのコンタクトのそれぞれに関連する欠点を以下に詳述する。

（１）全エリア拡散ホモ接合ポイント／ストライプコンタクトには、電気絶縁不活性化層（ＳｉＮ_ｘ又はＡｌＯ_ｘ）の、１回だけの局所開口プロセスが必要である。しかし、ウェハ内の全エリア拡散領域、及びポイント／ストライプ状金属−半導体界面は、高い再結合の領域であり、比較的低い開放電圧を得ることができるのみである。

（２）局所拡散ホモ接合ポイント／ストライプコンタクトには、ウェハ内の追加の局所拡散プロセスが必要であり、これは通常、太陽電池プロセスの複雑さ（及びコスト）をかなり増加させる。しかし、全エリア拡散ホモ接合ポイント／ストライプコンタクトと比較して、これはより高いＶ_ｃｃ電位を呈し、なぜならより少ない再結合活性拡散エリアがウェハ内に存続するからである。しかし、高度に再結合活性のポイント／ストライプ状金属−半導体吸収体界面は存続する。

（３）薄膜堆積ヘテロ接合全エリアコンタクトは、これまでのところ最も高い開放電圧を達成することが可能である。これは、（ｉ）コンタクト再結合を減らすことが可能であるという、ホモ接合と比較したヘテロ接合の固有の利点、及び（ｉｉ）ウェハ内に再結合アクティブな領域はもはや存在しないということ、に起因する。コンタクト自体のために構造化は必要なく、なぜならこれは全エリアコンタクトだからである。しかし、全バックコンタクト太陽電池内で使用される場合、パターン化の量は大幅に増加する。例えば、ｐ^＋及びｎ^＋の両方のａ−Ｓｉ：Ｈ、及び２つの間のギャップ内の追加の電気絶縁不活性化層（例えばＳｉＮ_ｘ）が、相互整合を有して画定される必要がある。

（４）薄膜堆積ヘテロ接合ポイント／ストライプコンタクトには、全エリア拡散ホモ接合ポイント／ストライプコンタクトと同様に、１回だけの構造化工程（すなわち電気絶縁不活性化層の局所開口）が必要である。原理的に、それらは薄膜堆積ヘテロ接合全エリアコンタクトより更に高い開放電位を呈し、なぜなら高度に再結合活性の薄膜ヘテロ接合層が（ポイント／ストライプコンタクト領域を除くあらゆる場所において）太陽電池吸収体から分離されるからである。全バックコンタクト太陽電池の場合、ＳｉＮ_ｘ又はＡｌＯ_ｘが有効な後面反射体を形成することができるため、高価なＴＣＯ層は必要なく、エミッタ層をＢＳＦ層から分離する追加の絶縁層も必要ない。しかし、そのようなヘテロ接合ポイント／ストライプコンタクトが全バックコンタクト太陽電池構造内に組み込まれる場合、必要なパターン化の量は、全バックコンタクト太陽電池において全エリアヘテロ接合コンタクトを使用するのと少なくとも同じくらい複雑である。

従って、上述の問題のうちの少なくとも１つに対処しようとする、全バックコンタクト（ＡＢＣ）太陽電池アーキテクチャ及びその製造方法を提供する必要性が存在する。

本発明の第１の態様によれば、ハイブリッド全バックコンタクト（ＡＢＣ）太陽電池の製造方法が提供され、ハイブリッドＡＢＣ太陽電池は、太陽電池の裏面側上に配置されたホモ接合コンタクトシステムとヘテロ接合コンタクトシステムとを含み、方法は、１つ以上のパターン化された絶縁不活性化層を太陽電池の吸収体の少なくとも一部の上に形成する工程と、１つ以上のヘテロ接合層を１つ以上のパターン化された絶縁不活性化層の少なくとも一部の上に形成して、１つ以上のヘテロ接合ポイント又はライン状コンタクトを１つ以上のヘテロ接合層と太陽電池の吸収体との間に提供する工程であって、１つ以上のパターン化された絶縁不活性化層の極性は１つ以上のヘテロ接合層の極性の逆である、工程と、１つ以上の第１の金属領域を１つ以上のヘテロ接合層の少なくとも一部の上に形成する工程と、ドープ領域を太陽電池の吸収体内に形成する工程であって、ドープ領域は太陽電池の吸収体と比較して異なるドーピングレベルを有する、工程と、１つ以上の第２の金属領域をドープ領域の少なくとも一部の上に形成し、ドープ領域にコンタクトさせて１つ以上のホモ接合コンタクトを提供する工程とを含み、ヘテロ接合コンタクトシステムは、１つ以上の第１の金属領域と、１つ以上のへテロ接合層と、太陽電池の吸収体とを含み、ホモ接合コンタクトシステムは、１つ以上の第２の金属領域と、ドープ領域と、太陽電池の吸収体とを含む。

一実施形態では、方法は、１つ以上のヘテロ接合層の極性が１つ以上のパターン化された絶縁不活性化層の極性の逆であるように、１つ以上のヘテロ接合層をドープする工程を更に含んでもよい。

一実施形態では、方法は、１つ以上のパターン化された絶縁不活性化層の極性が１つ以上のヘテロ接合層の極性の逆であるように、１つ以上のパターン化された絶縁不活性化層と太陽電池の吸収体との界面における表面電荷を作る工程を更に含んでもよい。

一実施形態では、方法は、エミッタ領域を太陽電池の裏面側上に形成する工程であって、エミッタ領域は１つ以上のホモ接合コンタクトを含む、工程と、後面電界領域（ＢＳＦ）領域を太陽電池の裏面側上に形成する工程であって、ＢＳＦ領域は１つ以上のヘテロ接合ポイント又はライン状コンタクトを含む、工程とを更に含んでもよく、エミッタ領域はＢＳＦ領域に隣接して配置される。

一実施形態では、方法は、エミッタ領域を太陽電池の裏面側上に形成する工程であって、エミッタ領域は１つ以上のヘテロ接合ポイント又はライン状コンタクトを含む、工程と、後面電界領域（ＢＳＦ）領域を太陽電池の裏面側上に形成する工程であって、ＢＳＦ領域は１つ以上のホモ接合コンタクトを含む、工程とを更に含んでもよく、エミッタ領域はＢＳＦ領域に隣接して配置される。

一実施形態では、１つ以上のホモ接合コンタクトを提供することは、拡散、イオン注入、又は合金化によって１つ以上のホモ接合ポイント又はライン状コンタクトを形成することを含んでもよい。

一実施形態では、１つ以上のヘテロ接合層は、薄膜堆積によって形成されてもよい。

一実施形態では、方法は、ドープ領域を、太陽電池の吸収体の裏面側上で、少なくとも、１つ以上の第２の金属領域が配置される場所に形成する工程と、コンタクト穴を、１つ以上のパターン化された絶縁不活性化層内の、少なくとも、１つ以上のヘテロ接合ポイント又はライン状コンタクトが配置される場所に開ける工程とを更に含んでもよい。

一実施形態では、ドープ領域を太陽電池の吸収体の裏面側上で形成することは、１つ以上の第２の金属領域から太陽電池の吸収体内への局所合金化プロセスを実行することを含んでもよい。

一実施形態では、１つ以上の第２の金属領域は、スクリーン印刷プロセスを使用して形成されてもよい。

一実施形態では、方法は、１つ以上のパターン化された絶縁不活性化層と太陽電池の吸収体との界面における表面電荷を作るためにコンタクト焼成を行う工程を更に含んでもよい。

一実施形態では、１つ以上のパターン化された絶縁不活性化層を形成する工程は、少なくとも２つの絶縁不活性化層を形成することを含んでもよく、少なくとも２つの絶縁不活性化層は逆帯電した表面電荷を含んでもよい。一実施形態では、少なくとも２つの絶縁不活性化層のそれぞれは、ＳｉＮ_ｘ、ＡｌＯ_ｘ、又はＳｉＯ_ｘを含んでもよい。

一実施形態では、方法は、太陽電池のエミッタ領域からＢＳＦ領域を分離するためにレーザアブレーションによって太陽電池の吸収体を構造化する工程を更に含んでもよい。

一実施形態では、１つ以上の絶縁不活性化層内にコンタクト穴を開けるためにレーザアブレーションが使用されてもよい。

一実施形態では、１つ以上のヘテロ接合層は、ｐドープされた又はｎドープされた微結晶シリコンを含んでもよい。別の実施形態では、１つ以上のヘテロ接合層は、真性の、ｐドープされた、若しくはｎドープされたアモルファスシリコンを、又はその亜酸化物を含んでもよい。

本発明の第２の態様によれば、太陽電池の吸収体の少なくとも一部の上に形成される１つ以上のパターン化された絶縁不活性化層と、１つ以上のパターン化された絶縁不活性化層の少なくとも一部の上に形成される１つ以上のヘテロ接合層であって、１つ以上のヘテロ接合ポイント又はライン状コンタクトを１つ以上のヘテロ接合層と太陽電池の吸収体との間に提供し、１つ以上のパターン化された絶縁不活性化層の極性は１つ以上のヘテロ接合層の極性の逆である、１つ以上のヘテロ接合層と、１つ以上のヘテロ接合層の少なくとも一部の上に形成される１つ以上の第１の金属領域と、太陽電池の吸収体内に形成されるドープ領域であって、太陽電池の吸収体と比較して異なるドーピングレベルを有する、ドープ領域と、ドープ領域の少なくとも一部の上に形成される１つ以上の第２の金属領域であって、ドープ領域にコンタクトされて１つ以上のホモ接合コンタクトを提供する、１つ以上の第２の金属領域と、を含むハイブリッド全バックコンタクト（ＡＢＣ）太陽電池が提供され、１つ以上の第１の金属領域と、１つ以上のヘテロ接合層と、太陽電池の吸収体とは、ヘテロ接合コンタクトシステムを画定し、１つ以上の第２の金属領域と、ドープ領域と、太陽電池の吸収体とは、ホモ接合コンタクトシステムを画定し、ヘテロ接合コンタクトシステムとホモ接合コンタクトシステムとは、太陽電池の裏面側上に配置される。

一実施形態では、ハイブリッドＡＢＣ太陽電池は、１つ以上のドープされたヘテロ接合層と、１つ以上のパターン化された絶縁不活性化層と太陽電池の吸収体との界面における表面電荷とを更に含んでもよく、１つ以上のドープされたヘテロ接合層の極性は１つ以上のパターン化された絶縁不活性化層の極性の逆である。

一実施形態では、ハイブリッドＡＢＣ太陽電池は、太陽電池の裏面側上のエミッタ領域であって、１つ以上のホモ接合コンタクトを含むエミッタ領域と、太陽電池の裏面側上の後面電界領域（ＢＳＦ）領域であって、１つ以上のヘテロ接合ポイント又はライン状コンタクトを含むＢＳＦ領域とを更に含んでもよく、エミッタ領域はＢＳＦ領域に隣接して配置される。

一実施形態では、ハイブリッドＡＢＣ太陽電池は、太陽電池の裏面側上のエミッタ領域であって、１つ以上のヘテロ接合ポイント又はライン状コンタクトを含むエミッタ領域と、太陽電池の裏面側上の後面電界領域（ＢＳＦ）領域であって、１つ以上のホモ接合コンタクトを含むＢＳＦ領域とを更に含んでもよく、エミッタ領域はＢＳＦ領域に隣接して配置される。

一実施形態では、１つ以上のホモ接合コンタクトは、拡散された、イオン注入された、又は合金化されたホモ接合ポイント又はライン状コンタクトであってもよい。

一実施形態では、１つ以上のヘテロ接合層は、薄膜堆積されたヘテロ接合層であってもよい。

一実施形態では、ハイブリッドＡＢＣ太陽電池は、１つ以上のパターン化された絶縁不活性化層内の、少なくとも、１つ以上のヘテロ接合ポイント又はライン状コンタクトが配置される場所に、コンタクト穴を更に含んでもよい。

一実施形態では、ハイブリッドＡＢＣ太陽電池は更に、少なくとも２つの絶縁不活性化層を含んでもよく、少なくとも２つの絶縁不活性化層は逆帯電した表面電荷を含んでもよい。一実施形態では、少なくとも２つの絶縁不活性化層のそれぞれは、ＳｉＮ_ｘ、ＡｌＯ_ｘ、又はＳｉＯ_ｘを含んでもよい。

一実施形態では、ＢＳＦ領域は、レーザアブレーションによって太陽電池のエミッタ領域から分離されてもよい。

本発明の例示的実施形態は、図面と組み合わせた、単なる例としての以下の書面記載から、当業者により良く理解され容易に明らかとなるであろう。

本発明の実施形態による、ｎ型シリコンウェハ基板と、ヘテロ接合ポイントコンタクトスキームによって形成されるエミッタ領域と、マスキング工程を使用した局所エリア拡散によって形成される後面電界領域とを含む、ハイブリッド全バックコンタクト太陽電池の概略図である。 本発明の実施形態による、ｐ型シリコンウェハ基板と、ヘテロ接合ポイントコンタクトスキームによって形成されるエミッタ領域と、局所Ａｌ相互拡散によって形成される後面電界領域とを含む、ハイブリッド全バックコンタクト太陽電池の概略図である。 本発明の実施形態による、ｎ型シリコンウェハ基板と、局所Ａｌ相互拡散によって形成されるエミッタ領域と、ヘテロ接合ポイントコンタクトスキームによって形成される後面電界領域とを含む、ハイブリッド全バックコンタクト太陽電池の概略図である。 本発明の実施形態による、ｐ型シリコンウェハ基板と、全エリア拡散によって形成されるエミッタ領域と、ヘテロ接合ポイントコンタクトスキームによって形成される後面電界領域とを含む、ハイブリッド全バックコンタクト太陽電池の概略図である。 本発明の別の実施形態による、ｎ型シリコンウェハ基板と、ヘテロ接合ポイントコンタクトスキームによって形成されるエミッタ領域と、マスキング工程を使用した局所エリア拡散によって形成される後面電界領域とを含む、ハイブリッド全バックコンタクト太陽電池の概略図である。 本発明の別の実施形態による、ｎ型シリコンウェハ基板と、局所Ａｌ相互拡散によって形成されるエミッタ領域と、ヘテロ接合ポイントコンタクトスキームによって形成される後面電界領域とを含む、ハイブリッド全バックコンタクト太陽電池の概略図である。 本発明の別の実施形態による、ｐ型シリコンウェハ基板と、マスキング工程を使用した局所エリア拡散によって形成されるエミッタ領域と、ヘテロ接合ポイントコンタクトスキームによって形成される後面電界領域とを含む、ハイブリッド全バックコンタクト太陽電池の概略図である。 本発明の実施形態によるハイブリッド全バックコンタクト太陽電池の製造方法を示すフローチャートである。

本発明の実施形態は、過剰電荷キャリア引き出しのために、一方の（電子又は正孔引き出し）裏面側コンタクトシステムにホモ接合コンタクトを使用し、他方の（正孔又は電子引き出し）裏面側コンタクトシステムにヘテロ接合ポイント又はライン／ストライプ（すなわち「ライン状」）コンタクトを使用する、シリコンウェハベースの太陽電池のための「ハイブリッド」全バックコンタクト（ＡＢＣ）太陽電池構造を提供する。ホモ接合コンタクトは、拡散ホモ接合ポイント又はライン／ストライプコンタクトであってもよい。ヘテロ接合ポイント又はライン／ストライプコンタクトは、薄膜シリコン堆積によって形成されてもよい。

本発明の実施形態は、「ハイブリッド」ＡＢＣ太陽電池アーキテクチャを提供することによって、構造化の手間を大幅に減らし、同時に、達成可能な開放電圧はわずかに損なうのみにしようとするものである。「ハイブリッド」ＡＢＣ太陽電池アーキテクチャは、拡散ホモ接合ポイント／ストライプコンタクトシステム（電荷キャリア蓄積領域はウェハ内に位置する）を、ヘテロ接合ポイント又はライン／ストライプコンタクトシステム（電荷キャリア蓄積領域はウェハの外部に位置する）と組み合わせ、ホモ接合コンタクト形成とヘテロ接合コンタクト形成との間のプロセス両立可能性（ｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ）を確実にしようとするものである。

ヘテロ接合ポイントコンタクトスキームにおいて、太陽電池吸収体内での電子又は正孔の電荷キャリア分離は、表面不活性化のための電気絶縁不活性化層を使用して直接確立され、電気絶縁不活性化層は、大量の正又は負の表面電荷を呈し、それによりウェハの表面を強反転に又は強蓄積にドライブする。従って、コンタクトの付近での電荷キャリア蓄積は、電気絶縁不活性化層、すなわち、負の表面電荷を有するＡｌＯ_ｘ、又は正の表面電荷を有するＳｉＮ_ｘの表面電荷によって行われる。電荷キャリア引き出しはこの場合、不活性化層の局所開口とそれに続く、不活性化層上への１つの（又はいくつかの）導電性薄膜ヘテロ接合層の全エリア堆積とによる、ヘテロ接合ポイント又はラインコンタクトの形成によって実現される。これらの薄膜ヘテロ接合層の有効なドーピングは、収集された過剰電荷キャリアを引き出すことができるように、不活性化層の表面電荷の極性の逆である。言い換えると、ヘテロ接合ポイント又はライン状コンタクトに隣接する不活性化層は、その上に施されたヘテロ接合層の有効なドーピングとは逆の極性の、高い固定界面電荷密度を太陽電池吸収体に向けて呈する。例えば、ＡｌＯ_ｘ（負の表面電荷）上に堆積される層は有効にｐドープされなければならず（例えば、薄い真性アモルファスシリコンバッファ層とｐドープされたアモルファスシリコンエミッタ層とのスタック、ａ−Ｓｉ：Ｈ（ｉ）／ａ−Ｓｉ：Ｈ（ｐ）、又は薄いｐドープされたａ−Ｓｉ：Ｈ（ｐ）エミッタ層のみ）、ＳｉＮ_ｘ（正の表面電荷）上に堆積される層は有効にｎドープされる。ヘテロ接合ポイントコンタクトは、ａ−Ｓｉ：Ｈの代わりに微結晶シリコンμｃ−Ｓｉ：Ｈを使用し、より高いドーピング効率と引き換えに悪い不活性化品質を受け入ることによって実現することが可能である。従来の（ホモ接合）ポイントコンタクトスキームとは異なり、コンタクトの下に拡散エリアは存在せず、これは、コンタクト及びバルク再結合の減少により太陽電池がより高い開放電圧に達することを可能にする。

本発明の実施形態は、従来の拡散ホモ接合ＡＢＣ太陽電池構造及び薄膜堆積ヘテロ接合ＡＢＣ太陽電池構造の両方に優る利点を提供しようとし、加えて、必要な構造化の手間を大幅に減らし、同時に、達成可能な開放電圧はわずかに損なうのみにしようとするものである。従って本発明の実施形態は、一方の裏面コンタクトシステムに上述のヘテロ接合ポイント又はライン／ストライプコンタクトスキームを使用し、他方の裏面コンタクトシステムに従来の拡散ホモ接合コンタクトを使用する「ハイブリッド」（ホモ接合／ヘテロ接合）全バックコンタクト（ＡＢＣ）太陽電池構造を、対応するホモ／ヘテロ接合コンタクト形成プロセスがプロセス両立可能であるような手法で提供する。

一実施形態では、ハイブリッドＡＢＣ太陽電池は、太陽電池の裏面側上に配置されたホモ接合コンタクトシステムとヘテロ接合コンタクトシステムとを含む。ヘテロ接合コンタクトシステムは、１つ以上の第１の金属領域と、１つ以上のへテロ接合層と、太陽電池の吸収体とを含む。ホモ接合コンタクトシステムは、１つ以上の第２の金属領域と、ドープ領域と、太陽電池の吸収体とを含む。

拡散ホモ接合アプローチと薄膜堆積ヘテロ接合アプローチとを太陽電池内で単に組み合わせることは、それぞれの関連するプロセスがプロセス両立可能ではないため、実現可能ではないということが当業者によって理解されるであろう。具体的には、薄膜ヘテロ接合層は４００℃を超える温度に耐えることができず、その一方で、スクリーン印刷される拡散ホモ接合コンタクトには８００℃以上のコンタクト焼成温度が必要である。更に、薄膜ＰＥＣＶＤヘテロ接合堆積が行われる場合、金属コンタクトを堆積チャンバ内に有することは望ましくなく、なぜならこれにより、堆積されるヘテロ接合層のかなりのクロスコンタミネーションがもたらされるからである。従って、拡散ホモ接合アプローチのプロセスと薄膜堆積ヘテロ接合アプローチのプロセスとは、直接的な工業的に両立可能な様態で単に組み合わせることはできない。

しかしプロセス両立可能性は、本明細書中に記載する本発明の例示的実施形態によるヘテロ接合ポイント又はラインコンタクトの使用によって有利に達成可能である。具体的には、高温処理によるか又は金属クロスコンタミネーションによる、ある程度のヘテロ接合層劣化が故意に受け入れられる。劣化はポイント又はラインコンタクトの小さなエリアに影響を及ぼし、従ってそれらの領域内の、対応して低い不活性化品質は受け入れられることが可能である。特に、アルミニウムが使用され、ｐ型ヘテロ接合層が堆積される場合、金属クロスコンタミネーションは受け入れられることが可能である。結果として得られるハイブリッドＡＢＣ太陽電池には、有利には、大幅に少ない量の構造化が必要である。

例えばスクリーン印刷を使用するために大きなピッチ間隔（対等コンタクト間の距離）が必要とされる場合、裏面側エミッタ領域は裏面側の後面電界（ＢＳＦ）領域より大きいことが好ましい。これは、生成される少数キャリアは収集されるために最寄りのコンタクトまでの距離全体を移動しなければならないのに対して、生成される多数キャリアは、電流をドライブするためにウェハ内の他の多数キャリアが収集される間、基板内に留まってもよいためである。場合によっては、裏面側ＢＳＦ領域を形成するために、レーザアブレーションがウェハの構造化のために有利に使用されてもよく、それにより相互整合が大幅に単純化されるが、これについては図２、図３、図４、図６、図７を比較されたい。その場合、より小さなＢＳＦ領域がレーザアブレーションによって構造化されることが好ましく、なぜなら、さもなければウェハの大部分がアブレーションされなければならず、これは時間がかかり、従って工業的に実現可能ではないからである。その場合、ＢＳＦ領域は次に、ポイント／ストライプコンタクトヘテロ接合層によって、又はコンタクト形成のためのマスキング工程を回避するために、コンタクト焼成による局所Ａｌ相互拡散によって、有利に形成される。

一実施形態によれば、太陽電池の吸収体の少なくとも一部の上に形成される１つ以上のパターン化された絶縁不活性化層と、１つ以上のパターン化された絶縁不活性化層の少なくとも一部の上に形成される１つ以上のヘテロ接合層であって、１つ以上のヘテロ接合ポイント又はライン状コンタクトを１つ以上のヘテロ接合層と太陽電池の吸収体との間に提供し、１つ以上のパターン化された絶縁不活性化層の極性は１つ以上のヘテロ接合層の極性の逆である、１つ以上のヘテロ接合層と、１つ以上のヘテロ接合層の少なくとも一部の上に形成される１つ以上の第１の金属領域と、太陽電池の吸収体内に形成されるドープ領域であって、太陽電池の吸収体と比較して異なるドーピングレベルを有する、ドープ領域と、ドープ領域の少なくとも一部の上に形成される１つ以上の第２の金属領域であって、ドープ領域にコンタクトされて１つ以上のホモ接合コンタクトを提供する、１つ以上の第２の金属領域と、を含むハイブリッド全バックコンタクト（ＡＢＣ）太陽電池が提供される。

１つ以上の第１の金属領域と、１つ以上のヘテロ接合層と、太陽電池の吸収体とは、ヘテロ接合コンタクトシステムを画定してもよい。１つ以上の第２の金属領域と、ドープ領域と、太陽電池の吸収体とは、ホモ接合コンタクトシステムを画定してもよい。ヘテロ接合コンタクトシステムとホモ接合コンタクトシステムとは、太陽電池の裏面側上に配置されてもよい。

１つ以上のヘテロ接合層はドープされたヘテロ接合層であってもよい。また、１つ以上のパターン化された絶縁不活性化層と太陽電池の吸収体との界面において表面電荷が存在してもよい。

本発明の一実施形態によれば、エミッタ形成はヘテロ接合ポイントコンタクトスキームによって実現され、後面電界（ＢＳＦ）形成はマスキング工程を使用した従来の（局所エリア）拡散によって実現される、全バックコンタクト（ＡＢＣ）太陽電池が提供される。エミッタ領域は太陽電池吸収体の過剰電荷少数キャリアを収集する。ＢＳＦ領域は太陽電池吸収体の過剰電荷多数キャリアを収集する。

図１に示すように、ハイブリッドＡＢＣ太陽電池のエミッタ領域がヘテロ接合層によって形成され、ｎ型シリコンウェハが使用される場合、リン拡散のゲッタリング効果が活用されてもよい（下記を参照）。しかし構造化の手間は、本明細書中に記載する本発明の他の全バックコンタクト実施形態と比較してかなり多く、なぜならＢＳＦ領域はリン拡散によって形成され、従って拡散コンタクトを形成するためのマスキング工程が必要とされるからである（コンタクト形成のためのマスキング工程を回避するためのレーザアブレーションは、ウェハの構造化に使用されない）。

プロセスシーケンスは、高濃度ドープリン拡散（前面側は全エリア、及び後面側は局所的）とそれに続く、横方向電流輸送を向上させるための適度にドープされた前面電界を得るための、前面側エッチバックとで開始されてもよい。次の工程は、ＳｉＮ_ｘを用いた前面側不活性化、及びＳｉＮ_ｘ及びＡｌＯ_ｘの両方を使用した裏面側不活性化である。レーザアブレーションを使用できないため、裏面側不活性化のためには、全エリアＳｉＮ_ｘ堆積、ＢＳＦ領域のマスキング、ＳｉＮ_ｘの選択的エッチバック、エミッタエリアの被覆、及びＡｌＯ_ｘの全エリア堆積などの更なる構造化が含まれる。あるいは、ＡｌＯ_ｘのような大きな負の表面電荷を呈し、しかし拡散ドープされたＢＳＦ領域をやはり効果的に不活性化できる、１つのみの裏面側不活性化層が使用されてもよい。

次のプロセスシーケンスは、（ｉ）最初に、高温コンタクト焼成によって拡散ＢＳＦコンタクトを仕上げ、次に、ヘテロ接合ポイントコンタクトを完成すること（低温金属化を使用し、ｐドープされた薄膜シリコン層上でヘテロ接合ポイントコンタクトが形成される際のＡｌ金属クロスコンタミネーションを受け入れる）、あるいは、（ｉｉ）最初に、レーザを利用したコンタクト穴の開口の後で、ヘテロ接合ポイントコンタクト形成のために薄膜シリコン層を堆積し、次に、高温コンタクト焼成工程が前面コンタクト形成と共に適用されてもよく（同時焼成）、それによりポイントコンタクトの領域内の不活性化品質の低下を受け入れること、を含んでもよい。

図１は、上述の工程に従って製造される、ｎ型シリコンウェハを使用したハイブリッドＡＢＣ太陽電池の概略図である。ＡＢＣ太陽電池１００は、ｎ型シリコンウェハ１０２と、前面側上のリン拡散エッチバック層１０４と、マスキングにより得られた後面側上の局所リン拡散エリア１０６と、前面側ＳｉＮ_ｘ不活性化層１０８と、裏面側ＳｉＮ_ｘ １１０ａ及びＡｌＯ_ｘ １１０ｂ不活性化層とを含む。ヘテロ接合ポイントコンタクトスキームによって形成されるエミッタコンタクト領域は、ａ−Ｓｉ：Ｈ（ｐ^＋）（又はμｃ−Ｓｉ：Ｈ（ｐ^＋））層１１２と、負の界面電荷を有する局所開口ＡｌＯ_ｘ不活性化層１１０ｂと、アルミニウム金属コンタクト１１４とを含む。従来の、マスキングされた局所エリアの拡散によって形成される後面電界（ＢＳＦ）コンタクト領域は、別の金属コンタクト１１６と、リン拡散エリア１０６とを含む。

図２に示すように、ハイブリッドＡＢＣ太陽電池のエミッタ領域がヘテロ接合層によって形成され、ｐ型シリコンウェハが使用される場合、レーザアブレーションを、コンタクト焼成によって達成される局所Ａｌ拡散ＢＳＦ形成と組み合わせて有利に使用することが可能である。この場合、レーザアブレーションがウェハの後面側における２つの領域を分離することができるため、追加の構造化工程は必要なく、従って薄膜不活性化層及び薄膜ヘテロ接合層の全エリア堆積が適用され得る。言い換えると、別個の拡散工程も追加の構造化の手間も存在しない。しかしこの場合、薄膜シリコンヘテロ接合層堆積の後で高温コンタクト形成を適用しなければならない。これは、ｎ型ドープされたヘテロ接合層上で金属コンタクト形成が行われることを受け入れなければならないことを意味している。従って、高度にドープされたｎ型微結晶シリコンμｃ−Ｓｉ：Ｈ（ｎ^＋）がヘテロ接合ポイントコンタクト形成のために使用されることが好ましい。

プロセスシーケンスは、前面側に任意の種類の不活性化層を使用し、裏面側にＳｉＮ_ｘ不活性化を使用することによる、前面側及び後面側不活性化とそれに続く、レーザを利用したコンタクト穴の局所開口、及び後続の、薄膜シリコンヘテロ接合層すなわちμｃ−Ｓｉ：Ｈ（ｎ^＋）の堆積とで開始されてもよい。次に、レーザアブレーションでＢＳＦ領域のための溝を作成する。次に、ＡｌＯ_ｘ又は任意のその他の不活性化層を使用した全エリア不活性化に続く、高温コンタクト焼成（ヘテロ接合コンタクト及びＢＳＦコンタクトを同時焼成して、局所Ａｌ拡散ＢＳＦ領域を形成）によって電池が完成される。

図２は、上述の工程に従って製造される、ｐ型シリコンウェハを使用したハイブリッドＡＢＣ太陽電池の概略図である。ＡＢＣ太陽電池２００は、ｐ型シリコンウェハ２０２と、前面側不活性化層２０４と、裏面側不活性化層２０６ａ（すなわちＳｉＮ_ｘ）及び２０６ｂとを含む。ヘテロ接合ポイントコンタクトスキームによって形成されるエミッタ領域は、μｃ−Ｓｉ：Ｈ（ｎ^＋）層２０８と、正の界面電荷を有する局所開口ＳｉＮ_ｘ層２０６ａと、金属コンタクト２１０とを含む。従来の局所エリアＡｌ相互拡散によって形成される後面電界（ＢＳＦ）は、アルミニウムコンタクト２１２と、Ａｌ拡散エリア２１４と、不活性化層２０６ｂとを含む。

上述の本発明の実施形態による２つのハイブリッドＡＢＣ太陽電池構造の利点は、大きなエミッタエリアがヘテロ接合コンタクト形成のために使用され、小さなＢＳＦエリアがホモ接合コンタクト形成のために使用されることである。従って、ヘテロ接合のより高い開放電位がより良好に回収され得る。しかしこれらの構造の欠点は、金属グリッドのコンタクトフィンガーの幅が等しくなく、従って、ＢＳＦ領域を覆う、より細い金属フィンガーを太くすることが、又はより多くのバスバーが、裏面側のインターディジタル（ｉｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｔｅｄ）金属グリッドの直列抵抗を減らすために必要とされる場合があるということである。

本発明の別の実施形態によれば、エミッタ形成は従来の（全エリア又は局所エリア）拡散によって実現され、後面電界（ＢＳＦ）形成はヘテロ接合ポイント／ストライプコンタクトスキームによって実現される、全バックコンタクト（ＡＢＣ）太陽電池が提供される。エミッタ領域は太陽電池吸収体の過剰電荷少数キャリアを収集する。ＢＳＦ領域は太陽電池吸収体の過剰電荷多数キャリアを収集する。図３及び図４に示すように、この実施形態では、等しい金属フィンガー幅が有利に達成され得る。

ｎ型ウェハが使用される場合、太陽電池構造を実現するために、別個の拡散工程も追加の構造化の手間も存在しない。更に、図３に示すように、ＢＳＦコンタクト形成のために低温の第２の金属化を適用することを選択するか（ポイントコンタクトの領域内の金属クロスコンタミネーションを受け入れなければならない）、又は、好ましくはμｃ−Ｓｉ：Ｈ（ｎ^＋）を使用して、高温同時焼成プロセスを選択すること（ｎ型ドープされたヘテロ接合層上で金属コンタクト形成が行われることを受け入れなければならない）が可能である（以下を参照）。

プロセスシーケンスは、前面側に任意の不活性化層、例えば有利にはＳｉＮ_ｘを使用し、裏面側にＡｌＯ_ｘを使用した、前面側及び後面側不活性化とそれに続く、ＢＳＦ領域のための溝を形成するためのレーザアブレーション、及び後続の、裏面側ＳｉＮ_ｘ不活性化層（正の界面電荷を有する）の堆積とで開始されてもよい。

次のプロセスシーケンスは、（ｉ）最初に、高温コンタクト焼成によって拡散エミッタコンタクトを仕上げ、次に、レーザを利用したＳｉＮ_ｘ内の開口の形成、及び後続の、薄膜ヘテロ接合層の全エリア堆積とそれに続く低温コンタクト形成とにより、レーザで形成された溝内にヘテロ接合ポイントコンタクトを完成すること、あるいは、（ｉｉ）最初に、レーザを利用したコンタクト穴の開口の後で、ヘテロ接合ポイントコンタクト形成のために薄膜シリコン層を堆積し、次に、高温コンタクト焼成工程をエミッタコンタクト形成と共に適用すること（同時焼成）、を含んでもよい。

図３は、上述の工程に従って製造される、ｎ型シリコンウェハを使用したハイブリッドＡＢＣ太陽電池の概略図である。ＡＢＣ太陽電池３００は、ｎ型シリコンウェハ３０２と、前面側不活性化層３０４と、裏面側不活性化層３０６及び３０８（すなわちＳｉＮ_ｘ）とを含む。従来の局所エリアＡｌ相互拡散によって形成されるエミッタ領域は、アルミニウムコンタクト３１０と、Ａｌ拡散エリア３１２とを含む。ヘテロ接合ポイント／ストライプコンタクトスキームによって形成される後面電界（ＢＳＦ）は、別の金属コンタクト３１４と、正の界面電荷を有する局所開口ＳｉＮ_ｘ不活性化層３０８と、μｃ−Ｓｉ：Ｈ（ｎ^＋）層３１６とを含む。

ｐ型ウェハが使用される場合、太陽電池構造を実現するために、著しい構造化の手間は必要ない。リン拡散のゲッタリング効果が有利に使用されてもよい。再び、高温同時焼成、又は第２の低温金属化を適用するという選択肢が存在する。しかしこの場合、高温同時焼成プロセスも、第２の低温金属化によって引き起こされる金属クロスコンタミネーションも問題をもたらし得ず、従って適切な薄膜シリコン層が使用されてもよい。

プロセスシーケンスは、裏面側エミッタを（及び最終的には横方向輸送の増加のための前面側フローティングエミッタも同時に）形成するための、適度にドープされるリン拡散とそれに続く、（前面側に任意の不活性化層、好ましくはＡｌＯ_ｘを使用し、裏面側にＳｉＮ_ｘを使用した）前面側及び後面側不活性化とで開始されてもよい。その後、ＢＳＦ領域のための溝を形成するためのレーザアブレーション、及び後続の、裏面側ＡｌＯ_ｘ不活性化層（負の界面電荷を有する）の堆積が実行される。

次のプロセスシーケンスは、（ｉ）最初に、高温コンタクト焼成によって拡散エミッタコンタクトを仕上げ、次に、（レーザを利用したＳｉＮ_ｘ内の開口の形成、及び後続の、薄膜ヘテロ接合層の全エリア堆積とそれに続く低温コンタクト形成とを行い、それによりヘテロ接合ポイントコンタクトの領域内の金属クロスコンタミネーションを有利に受け入れることにより）レーザで形成された溝内にヘテロ接合ポイントコンタクトを完成すること、あるいは、（ｉｉ）最初に、レーザを利用したコンタクト穴の開口の後で、ヘテロ接合ポイントコンタクト形成のために薄膜シリコン層を堆積し、次に、高温コンタクト焼成工程をエミッタコンタクト形成と共に適用し（同時焼成）、それにより、高温処理に起因するポイントコンタクトの領域内の不活性化品質の劣化を有利に受け入れること、を含んでもよい。

図４は、上述の工程に従って製造される、ｐ型シリコンウェハを使用したハイブリッドＡＢＣ太陽電池の概略図である。ＡＢＣ太陽電池４００は、ｐ型シリコンウェハ４０２と、裏面側全エリアリン拡散領域４０４と、前面側不活性化層４０６と、裏面側不活性化層４０８及び４１０（すなわちＡｌＯ_ｘ）とを含む。従来のフルエリア拡散によって形成されるエミッタ領域は、金属コンタクト４１４と、リン拡散領域４０４とを含む。ヘテロ接合ポイントコンタクトスキームによって形成される後面電界（ＢＳＦ）は、アルミニウムコンタクト４１６と、負の界面電荷を有する局所開口ＡｌＯ_ｘ不活性化層４１０と、μｃ−Ｓｉ：Ｈ（ｐ^＋）層４１２とを含む。

本発明の実施形態は、従来の拡散ホモ接合ＡＢＣ太陽電池構造及び全エリア堆積ヘテロ接合ＡＢＣ太陽電池構造（すなわちヘテロ接合ポイントコンタクトスキームを使用しない）の両方に優る以下のような利点を提供しようとする。
（１）ＡＢＣ太陽電池構造を実現するために必要な構造化の量（及び従って、プロセス工程の数）が大幅に減少する。これは、本発明の実施形態によるハイブリッドＡＢＣ太陽電池構造を使用し、それによりウェハの「内部」の、すなわち従来の拡散による、一方の裏面側コンタクトと、ウェハの「外部」の、すなわち薄膜ヘテロ接合層堆積による、他方の裏面側コンタクトとを実現することによって可能である。
（２）全エリアヘテロ接合コンタクトスキームと対照的な、ポイントヘテロ接合コンタクトスキームの使用により、拡散コンタクトの高温要求（拡散、コンタクト焼成）と、全エリアコンタクトヘテロ接合太陽電池のために通常必要とされる低温要求との間のプロセス両立可能性が有利に提供される。言い換えると、全エリアコンタクトスキームの代わりにポイントコンタクトスキームを使用する場合、ヘテロ接合層の不活性化品質における低下は許容可能であり、なぜならヘテロ接合層の小部分のみが太陽電池吸収体に直接接触するからである。不活性化品質におけるこの低下は、（両方のコンタクトのための金属化が単一のプロセス工程内で実行される場合に、拡散ホモ接合コンタクトシステムのコンタクト焼成のために必要とされる）短い高温処理に由来する可能性があるか、又は（第２のコンタクトシステムのヘテロ接合層の薄膜堆積の前に、第１の拡散コンタクトシステムのための金属コンタクトが処理された場合の）ＰＥＣＶＤチャンバ内での金属クロスコンタミネーションに由来する可能性がある。
（３）ポイントヘテロ接合コンタクトスキームの使用によって、（比較的高価な）透明導電性酸化物層（ＴＣＯ）の使用が回避される。

更に、実施形態は、ＡＢＣ太陽電池において以下のような手法で構築される。
（４ａ）全エリア拡散が拡散コンタクトシステムのために使用される。堅牢であり太陽電池業界において十分に確立されたプロセスであるリン拡散が、拡散ホモ接合コンタクト形成のために有利に使用され、それにより「ゲッタリング」の利点（リン拡散プロセス工程に起因するウェハ品質の向上）が維持され、同時に、（非常に狭いプロセスウィンドウを有する比較的不安定なプロセス工程である）問題のあるホウ素拡散が省略される。又は、
（４ｂ）局所エリア拡散が拡散コンタクトシステムのために使用される。Ａｌコンタクトフィンガーからのアルミニウム相互拡散（単純な高温コンタクト焼成によって実現される自己整合プロセス）による局所エリアＡｌ相互拡散が有利に実現され、従って、マスキングプロセスが回避され得、更には従来のチューブ又はインライン拡散プロセスが省略され得る。

本発明の実施形態によるハイブリッド（拡散ホモ接合及びポイント／ストライプコンタクトヘテロ接合）ＡＢＣ太陽電池構造は、以下のような手法で構築される。
（ａ）構造化の量を大幅に減らし、しかし太陽電池の高い開放電圧電位は維持する。４つの設計基準が適用される。（Ｉ）一方の選択的コンタクト（電子又は正孔をそれぞれ吸引）がウェハの「内部」で実現され（拡散コンタクト）、他方の選択的コンタクトがウェハの「外部」で実現される（薄膜堆積ヘテロ接合ポイントコンタクト）。（ＩＩ）拡散コンタクトが正孔引き出しコンタクトである場合、局所的に高度にｐドープされたＡｌ拡散領域をコンタクトフィンガーの下に達成するために、自己整合コンタクト焼成工程の使用が考慮されてもよい。（ＩＩＩ）太陽電池の後面電界エリアのための溝を形成することによって相互整合を最小にするための、レーザを利用したウェハ構造化の使用が使用されてもよい。及び、（ＩＶ）ヘテロ接合ポイントコンタクトスキームの使用により、正孔収集領域からの電子収集領域の実質的に完全な絶縁が可能になり、従って局所的内部シャントが回避され得る。
（ｂ）堅牢であり太陽電池業界において十分に確立されたプロセスであるリン拡散を使用する。全エリア拡散が拡散コンタクトシステムのために使用される場合、「ゲッタリング」の利点が維持され（リン拡散プロセス工程に起因するウェハ品質の向上）、同時に、非常に狭いプロセスウィンドウを有する比較的不安定なプロセス工程であるホウ素拡散が省略される。
（ｃ）従来の拡散及びコンタクト焼成のために必要とされる高温要求と、ヘテロ接合コンタクト形成のために通常必要とされる低温要求との間のプロセス両立可能性を提供する。これは基本的に、ヘテロ接合ポイントコンタクトスキームを使用し、第２の高温拡散プロセス工程を回避することの結果である。薄膜堆積ヘテロ接合コンタクトを形成するために局所ヘテロ接合ポイント又はラインコンタクトが使用されるため、このコンタクトシステムは短い高温負荷（すなわちコンタクト焼成）に耐えることが有利に可能である。これは、全エリアヘテロ接合コンタクトが代わりに使用される場合には当てはまらない。４５０℃より高い温度が印加される場合、ａ−Ｓｉ：Ｈ（又はａ−ＳｉＯ_ｘ：Ｈ）の不活性化品質は劣化するということが当業者によって理解されるであろう。これは、水素が放出され、それにより、薄膜シリコン層内に再結合活性ダングリングボンド欠陥が作られるためである。直接的な結果として、全ての高温プロセスが最初に適用されなければならないか（すなわち拡散及びコンタクト焼成）、又は、短い高温プロセス（すなわちコンタクト焼成）に耐えることが可能なヘテロ接合コンタクト形成プロセスが展開されなければならない。これは、薄膜堆積ヘテロ接合ポイントコンタクトが使用される場合に当てはまる。すでに形成されたコンタクトシステムの短い高温処理（すなわち、拡散ホモ接合コンタクト形成のために必要とされるコンタクト焼成工程）は、この場合許容可能である。高温処理の間にヘテロ接合ポイントコンタクトの領域内で不活性化品質の劣化があるが、総エリアに対するポイントコンタクトエリアの割合は２０％をはるかに下回るため、これらの領域内での高い再結合は許容可能である。更に、これらの領域内での再結合は、上述の理由により、ホモ接合ポイントコンタクトスキームと比較して依然として低い。従って、ヘテロ接合ポイントコンタクトは、ａ−Ｓｉ：Ｈの代わりにμｃ−Ｓｉ：Ｈを使用し、それにより、悪い不活性化品質を受け入れ、しかしより高いドーピング効率を可能にすることによって実現することが可能である。
（ｄ）金属化工程と薄膜ヘテロ接合層堆積工程との間のプロセス両立可能性を提供して、金属クロスコンタミネーションを回避するか又は受け入れる。堆積される表面上にいくらかの金属領域を呈する基板上への薄膜層のプラズマ促進化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）は、金属クロスコンタミネーションをもたらすということが当業者によって理解されるであろう。言い換えると、対応する金属原子が薄膜層内に混入され、場合によっては所望の薄膜層特性を劣化させる。薄膜堆積ヘテロ接合ポイントコンタクトを使用すれば、ヘテロ接合層のエリアのほとんどは太陽電池吸収体から分離される（ポイントコンタクト領域内でのみ結合が存在する）。従って、ｐドープされたヘテロ接合層が堆積される場合は特に、アルミニウム（Ａｌ）金属クロスコンタミネーションが受け入れられ得、なぜならそのような層内でＡｌは主として（再結合活性）ｐ型ドーパントとして働くからである。その場合、拡散ホモ接合形成のＡｌコンタクト焼成工程が薄膜ヘテロ接合層堆積の前に実行されてもよく、それにより、Ａｌ金属クロスコンタミネーションが受け入れられ、しかし構造化の大幅な減少が達成される（薄膜層が単に金属コンタクトフィンガーを覆う）。

図８は、本発明の一実施形態によるハイブリッド全バックコンタクト（ＡＢＣ）太陽電池の製造方法を示すフローチャート８００である。ハイブリッドＡＢＣ太陽電池は、太陽電池の裏面側上に配置されたホモ接合コンタクトシステムとヘテロ接合コンタクトシステムとを含む。工程８０２において、１つ以上のパターン化された絶縁不活性化層が太陽電池の吸収体の少なくとも一部の上に形成される。工程８０４において、１つ以上のヘテロ接合層が１つ以上のパターン化された絶縁不活性化層の少なくとも一部の上に形成されて、１つ以上のヘテロ接合ポイント又はライン状コンタクトが１つ以上のヘテロ接合層と太陽電池の吸収体との間に提供され、ここで、１つ以上のパターン化された絶縁不活性化層の極性は１つ以上のヘテロ接合層の極性の逆である。工程８０６において、１つ以上の第１の金属領域が１つ以上のヘテロ接合層の少なくとも一部の上に形成される。工程８０８において、ドープ領域が太陽電池の吸収体内に形成され、ドープ領域は太陽電池の吸収体と比較して異なるドーピングレベルを有する。工程８１０において、１つ以上の第２の金属領域がドープ領域の少なくとも一部の上に形成され、ドープ領域にコンタクトされて１つ以上のホモ接合コンタクトを提供する。ヘテロ接合コンタクトシステムは、１つ以上の第１の金属領域と、１つ以上のへテロ接合層と、太陽電池の吸収体とを含む。ホモ接合コンタクトシステムは、１つ以上の第２の金属領域と、ドープ領域と、太陽電池の吸収体とを含む。

方法は、１つ以上のヘテロ接合層の極性が１つ以上のパターン化された絶縁不活性化層の極性の逆であるように、（ｉ）１つ以上のヘテロ接合層をドープする工程と、（ｉｉ）１つ以上のパターン化された絶縁不活性化層と太陽電池の吸収体との界面における表面電荷を作る工程とを更に含んでもよい。界面における表面電荷はコンタクト焼成によって作られてもよい。別の実施形態では、絶縁不活性化層内に電荷分布が存在してもよい。

一実施形態では、１つ以上のホモ接合コンタクトは、拡散、イオン注入、又は合金化によって形成されるポイント又はライン状コンタクトであってもよい。一実施形態では、１つ以上のヘテロ接合層は、薄膜堆積によって形成されてもよい。

一実施形態では、ドープ領域は、太陽電池の吸収体の裏面側上で、少なくとも、１つ以上の第２の金属領域が配置される場所に形成されてもよい。ドープ領域は、１つ以上の第２の金属領域から太陽電池の吸収体内への局所合金化プロセスを実行することによって形成されてもよい。１つ以上の第２の金属領域は、スクリーン印刷プロセスを使用して形成されてもよい。

一実施形態では、コンタクト穴が、１つ以上のパターン化された絶縁不活性化層内の、少なくとも、１つ以上のヘテロ接合ポイント又はライン状コンタクトが配置される場所に開けられてもよい。

一実施形態では、少なくとも２つの絶縁不活性化層が存在してもよく、少なくとも２つの絶縁不活性化層は逆帯電した表面電荷を含む。少なくとも２つの絶縁不活性化層のそれぞれは、ＳｉＮ_ｘ、ＡｌＯ_ｘ、又はＳｉＯ_ｘを含んでもよい。

一実施形態では、１つ以上のヘテロ接合層は、ｐドープされた又はｎドープされた微結晶シリコンを含んでもよい。別の実施形態では、１つ以上のヘテロ接合層は、真性の、ｐドープされた、若しくはｎドープされたアモルファスシリコンを、又はその亜酸化物を含んでもよい。

広義に記載した本発明の精神又は範囲から逸脱することなく、実施形態に示した本発明に対して多くの変形及び／又は修正が行われ得るということが当業者によって理解されるであろう。従って実施形態は、あらゆる点において例示的なものであり、限定するものではないと考えられるべきである。

例えば、ｎ型又はｐ型ウェハのそれぞれを使用した実施形態のみについて上記で概説したが、逆にドープされたウェハを使用した対応する構成が適宜に導かれてもよい。上述の全ての実施形態について、単一のＡｌＯ_ｘ層の代わりにＡｌＯ_ｘ／ＳｉＮ_ｘのスタックが、化学的ウェハクリーニングプロセスの、又はコンタクト焼成プロセスのプロセス安定性を提供するために使用されてもよい。

全バックコンタクト太陽電池のための前面側不活性化は通常、図１に示すように、前面電界を使用することを含む。しかし、フローティングエミッタが代わりに使用されてもよく、又は拡散前面側領域は全く使用されなくてもよい（図５を参照）。従って、例えば、（本明細書中で説明した）ＳｉＮ_ｘ又はＡｌＯ_ｘ、及び更には酸化シリコンＳｉＯ_ｘ、又はＳｉＯ_ｘ／ＳｉＮ_ｘ、ＳｉＯ_ｘ／ＡｌＯ_ｘ、ＳｉＯ_ｘ／ＡｌＯ_ｘ／ＳｉＮ_ｘスタック、又は薄膜真性アモルファスシリコンａ−Ｓｉ：Ｈ（ｉ）などの、前面側不活性化のために使用される様々なタイプの層が適用されてもよい。また、逆の表面電荷を呈する２つの異なる裏面側不活性化層を使用する代わりに、プロセス工程の数を減らすために、１つのみの不活性化層１１０ｂが使用されてもよい（図５を参照）。

更に、高温コンタクト焼成は、ヘテロ接合ポイントコンタクトを形成するための薄膜シリコン層の堆積の前又は後に適用されてもよい。高温コンタクト焼成が薄膜シリコン層の堆積の前に適用されるか後に適用されるかに応じてわずかに異なる電池構造が得られ、すなわち拡散コンタクトによって形成される金属グリッドを薄膜シリコン層が、それぞれ覆うか又は覆わない。例えば図６は、本発明の一実施形態によるハイブリッド拡散エミッタ／ヘテロ接合ポイントコンタクトＢＳＦ全バックコンタクト太陽電池を示し、ここで、両方の金属コンタクトを形成するために単一の同時焼成工程が適用された図３及び図４とは対照的に、拡散接合コンタクト焼成が最初に適用される。この場合、μｃ−Ｓｉ：Ｈを使用する代わりに、高度不活性化（ｈｉｇｈｌｙ ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ）薄膜シリコン層が有利に使用される。

更に、拡散コンタクトは、（低温）局所拡散コンタクトとして、すなわちレーザ化学処理と後続のメッキとを適用することによって実現されてもよい。低温コンタクトは拡散コンタクト形成の前に薄膜層堆積が実行されることを有利に可能にし、それにより金属クロスコンタミネーションが回避され、最高の不活性化能力を有する薄膜シリコン層の使用が可能になり、なぜなら拡散コンタクト形成のための高温工程が必要とされないからであり、これについては図７を図４と比較されたい。

Claims (29)

1. ハイブリッド全バックコンタクト（ＡＢＣ）太陽電池を製造する方法であって、前記ハイブリッド全バックコンタクト（ＡＢＣ）太陽電池は、前記太陽電池の裏面側上に配置されたホモ接合コンタクトシステムとヘテロ接合コンタクトシステムとを備え、前記方法は、
   １つ以上のパターン化された絶縁不活性化層を前記太陽電池の吸収体の少なくとも一部の上に形成する工程と、
   １つ以上のヘテロ接合層を前記１つ以上のパターン化された絶縁不活性化層の少なくとも一部の上に形成して、１つ以上のヘテロ接合ポイント又はライン状コンタクトを前記１つ以上のヘテロ接合層と前記太陽電池の前記吸収体との間に提供する工程であって、前記１つ以上のパターン化された絶縁不活性化層の極性は前記１つ以上のヘテロ接合層の極性の逆である工程と、
   １つ以上の第１の金属領域を前記１つ以上のヘテロ接合層の少なくとも一部の上に形成する工程と、
   ドープ領域を前記太陽電池の前記吸収体内に形成する工程であって、前記ドープ領域は前記太陽電池の前記吸収体と比較して異なるドーピングレベルを有する工程と、
   １つ以上の第２の金属領域を前記ドープ領域の少なくとも一部の上に形成し、前記ドープ領域にコンタクトさせて１つ以上のホモ接合コンタクトを提供する工程と
   を含み、
   前記ヘテロ接合コンタクトシステムは、前記１つ以上の第１の金属領域と、前記１つ以上のへテロ接合層と、前記太陽電池の前記吸収体とを備え、前記ホモ接合コンタクトシステムは、前記１つ以上の第２の金属領域と、前記ドープ領域と、前記太陽電池の前記吸収体とを備える、方法。
2. 前記１つ以上のヘテロ接合層の前記極性が前記１つ以上のパターン化された絶縁不活性化層の前記極性の逆であるように、前記１つ以上のヘテロ接合層をドープする工程
   を更に含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記１つ以上のパターン化された絶縁不活性化層の前記極性が前記１つ以上のヘテロ接合層の前記極性の逆であるように、前記１つ以上のパターン化された絶縁不活性化層と前記太陽電池の前記吸収体との界面における表面電荷を作る工程
   を更に含む、請求項１又は請求項２に記載の方法。
4. エミッタ領域を前記太陽電池の前記裏面側上に形成する工程であって、前記エミッタ領域は前記１つ以上のホモ接合コンタクトを備える工程と、
   後面電界領域（ＢＳＦ）領域を前記太陽電池の前記裏面側上に形成する工程であって、前記後面電界領域は前記１つ以上のヘテロ接合ポイント又はライン状コンタクトを備える工程と
   を更に含み、前記エミッタ領域は前記後面電界領域に隣接して配置される、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の方法。
5. エミッタ領域を前記太陽電池の前記裏面側上に形成する工程であって、前記エミッタ領域は前記１つ以上のヘテロ接合ポイント又はライン状コンタクトを備える工程と、
   後面電界領域（ＢＳＦ）領域を前記太陽電池の前記裏面側上に形成する工程であって、前記後面電界領域は前記１つ以上のホモ接合コンタクトを備える工程と
   を更に含み、前記エミッタ領域は前記後面電界領域に隣接して配置される、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記１つ以上のホモ接合コンタクトを提供することは、拡散、イオン注入、又は合金化によって１つ以上のホモ接合ポイント又はライン状コンタクトを形成することを含む、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記１つ以上のヘテロ接合層は薄膜堆積によって形成される、請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記ドープ領域を、前記太陽電池の前記吸収体の裏面側上で、少なくとも前記１つ以上の第２の金属領域が配置される場所に形成する工程と、
   コンタクト穴を、前記１つ以上のパターン化された絶縁不活性化層内の、少なくとも前記１つ以上のヘテロ接合ポイント又はライン状コンタクトが配置される場所に開ける工程と
   を更に含む、請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記ドープ領域を前記太陽電池の前記吸収体の前記裏面側上で形成することは、前記１つ以上の第２の金属領域から前記太陽電池の前記吸収体内への局所合金化プロセスを実行することを含む、請求項８に記載の方法。
10. 前記１つ以上の第２の金属領域は、スクリーン印刷プロセスを使用して形成される、請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載の方法。
11. 前記１つ以上のパターン化された絶縁不活性化層と前記太陽電池の前記吸収体との前記界面における表面電荷を作るためにコンタクト焼成を行う工程を更に含む、請求項３に記載の方法。
12. 前記１つ以上のパターン化された絶縁不活性化層を形成する前記工程は、少なくとも２つの絶縁不活性化層を形成することを含み、前記少なくとも２つの絶縁不活性化層は逆帯電した表面電荷を備える、請求項１〜請求項１１のいずれか一項に記載の方法。
13. 前記少なくとも２つの絶縁不活性化層のそれぞれは、ＳｉＮ_ｘ、ＡｌＯ_ｘ、又はＳｉＯ_ｘを備える、請求項１２に記載の方法。
14. 前記太陽電池の前記エミッタ領域から前記後面電界領域を分離するためにレーザアブレーションによって前記太陽電池の前記吸収体を構造化する工程を更に含む、請求項４又は請求項５に記載の方法。
15. 前記１つ以上の絶縁不活性化層内に前記コンタクト穴を開けるためにレーザアブレーションが使用される、請求項８に記載の方法。
16. 前記１つ以上のヘテロ接合層は、ｐドープされた又はｎドープされた微結晶シリコンを含む、請求項１〜請求項１５のいずれか一項に記載の方法。
17. 前記１つ以上のヘテロ接合層は、真性の、ｐドープされた若しくはｎドープされたアモルファスシリコン、又はその亜酸化物を含む、請求項１〜請求項１５のいずれか一項に記載の方法。
18. ハイブリッド全バックコンタクト（ＡＢＣ）太陽電池であって、
    前記太陽電池の吸収体の少なくとも一部の上に形成される１つ以上のパターン化された絶縁不活性化層と、
    前記１つ以上のパターン化された絶縁不活性化層の少なくとも一部の上に形成される１つ以上のヘテロ接合層であって、１つ以上のヘテロ接合ポイント又はライン状コンタクトを前記１つ以上のヘテロ接合層と前記太陽電池の前記吸収体との間に提供し、前記１つ以上のパターン化された絶縁不活性化層の極性は前記１つ以上のヘテロ接合層の極性の逆である、１つ以上のヘテロ接合層と、
    前記１つ以上のヘテロ接合層の少なくとも一部の上に形成される１つ以上の第１の金属領域と、
    前記太陽電池の前記吸収体内に形成されるドープ領域であって、前記太陽電池の前記吸収体と比較して異なるドーピングレベルを有する、ドープ領域と、
    前記ドープ領域の少なくとも一部の上に形成される１つ以上の第２の金属領域であって、前記ドープ領域にコンタクトされて１つ以上のホモ接合コンタクトを提供する、１つ以上の第２の金属領域と
    を備え、
    前記１つ以上の第１の金属領域と、前記１つ以上のヘテロ接合層と、前記太陽電池の前記吸収体とは、ヘテロ接合コンタクトシステムを画定し、前記１つ以上の第２の金属領域と、前記ドープ領域と、前記太陽電池の前記吸収体とは、ホモ接合コンタクトシステムを画定し、前記ヘテロ接合コンタクトシステムと前記ホモ接合コンタクトシステムとは、前記太陽電池の裏面側上に配置される、ハイブリッドＡＢＣ太陽電池。
19. １つ以上のドープされたヘテロ接合層と、
    前記１つ以上のパターン化された絶縁不活性化層と前記太陽電池の前記吸収体との界面における表面電荷とを更に備え、
    前記１つ以上のドープされたヘテロ接合層の極性は前記１つ以上のパターン化された絶縁不活性化層の前記極性の逆である、
    請求項１８に記載のハイブリッドＡＢＣ太陽電池。
20. 前記太陽電池の前記裏面側上のエミッタ領域であって、前記１つ以上のホモ接合コンタクトを備えるエミッタ領域と、
    前記太陽電池の前記裏面側上の後面電界領域（ＢＳＦ）領域であって、前記１つ以上のヘテロ接合ポイント又はライン状コンタクトを備えるＢＳＦ領域と
    を更に備え、
    前記エミッタ領域は前記ＢＳＦ領域に隣接して配置される、請求項１８又は請求項１９に記載のハイブリッドＡＢＣ太陽電池。
21. 前記太陽電池の前記裏面側上のエミッタ領域であって、前記１つ以上のヘテロ接合ポイント又はライン状コンタクトを備えるエミッタ領域と、
    前記太陽電池の前記裏面側上の後面電界領域（ＢＳＦ）領域であって、前記１つ以上のホモ接合コンタクトを備えるＢＳＦ領域と
    を更に備え、
    前記エミッタ領域は前記ＢＳＦ領域に隣接して配置される、請求項１８又は請求項１９に記載のハイブリッドＡＢＣ太陽電池。
22. 前記１つ以上のホモ接合コンタクトは、拡散された、イオン注入された、又は合金化されたホモ接合ポイント又はライン状コンタクトである、請求項１８〜請求項２１のいずれか一項に記載のハイブリッドＡＢＣ太陽電池。
23. 前記１つ以上のヘテロ接合層は薄膜堆積されたヘテロ接合層である、請求項１８〜請求項２２のいずれか一項に記載のハイブリッドＡＢＣ太陽電池。
24. 前記１つ以上のパターン化された絶縁不活性化層内の、少なくとも前記１つ以上のヘテロ接合ポイント又はライン状コンタクトが配置される場所に、コンタクト穴を更に備える、請求項１８〜請求項２３のいずれか一項に記載のハイブリッドＡＢＣ太陽電池。
25. 少なくとも２つの絶縁不活性化層を備え、前記少なくとも２つの絶縁不活性化層は逆帯電した表面電荷を備える、請求項１８〜請求項２４のいずれか一項に記載のハイブリッドＡＢＣ太陽電池。
26. 前記少なくとも２つの絶縁不活性化層のそれぞれは、ＳｉＮ_ｘ、ＡｌＯ_ｘ、又はＳｉＯ_ｘを含む、請求項２５に記載のハイブリッドＡＢＣ太陽電池。
27. 前記ＢＳＦ領域は、レーザアブレーションによって前記太陽電池の前記エミッタ領域から分離される、請求項２０又は請求項２１に記載のハイブリッドＡＢＣ太陽電池。
28. 前記１つ以上のヘテロ接合層は、ｐドープされた又はｎドープされた微結晶シリコンを含む、請求項１８〜請求項２７のいずれか一項に記載のハイブリッドＡＢＣ太陽電池。
29. 前記１つ以上のヘテロ接合層は、真性の、ｐドープされた、若しくはｎドープされたアモルファスシリコンを、又はその亜酸化物を含む、請求項１８〜請求項２７のいずれか一項に記載のハイブリッドＡＢＣ太陽電池。