JP2011518439A - ソーラーセルの拡散層をパターニングする方法及び当該方法によって作成されたソーラーセル - Google Patents
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Abstract
【選択図】図2
Description
以下に説明する処理は、処理の異なるステージでのワークピースを示す図1A、1B、1C、1D、及び、典型的な処理ステップを示す図2に関して解説されている。続くメタライゼーションのために溝104がウエハ101内に提供されている。Pのようなドーパントを含む液体102は、メタライゼーションのための溝104内に散布される(252)。続く1回の高温加熱ステップ(254)は、選択式エミッタになる、より深い拡散領域105を提供するように、Pドーパント102をこれらの溝領域に多量に拡散させうる。ドーパントP液は、リン酸、ゾルゲル溶液(例えばFilmtronics P508)、又は、P2O5のようなP−O化合物を含む溶液であるが、これらに限定されない。そして、フッ化水素酸の使用などの公知技術を用いて、リンガラスはエッチングされて除去される(256)。図1Dに示すとおり、より深い拡散領域105と整合すうように、溝104内にメタライゼーション107が提供される(257)。典型的には、他の処理ステップがメタライゼーションステップ257の前に実行されるが、ここに開示された新規技術を説明するためにそれらを説明することは必要ない。
上述の選択式エミッタの議論は、メタライゼーションを目的とした溝104(図1A)、404(図4A)に関する。関連する処理は、他の種類の溝を含む他の表面テクスチャに関し、上述したSAC技術の特許出願において説明されるように、光のトラップ又は吸収を促進する。
説明した実施形態は、処理における様々な液体物質を導くことを助けることに光トラップ溝を使用して、深いグリッド線1119をメタライゼーションフィンガー1116に対して直交して配置するように、SACアーキテクチャを利用する。言及したように、蜂の巣状などのパターン状に配置されたピット又はクレーターのような、他の光トラップテクスチャもまた使用される。このような光トラップテクスチャは、深いエミッタグリッド線の活性を提供するための自己整合手段に使用可能である。代理人整理番号1366−0012PCT、Benjamin F.Polito、Holly G.Gates及びEmanuel M.Sachsによる発明で、1366 テクノロジーズ インク.及びマサチューセッツ工科大学による米国仮出願61/201,595の「不規則な表面のウェッジインプリントパターニング(WEDGE IMPRINT PATTERNING OF IRREGULAR SURFACE)」(2008年12月12日出願)、及び、同一出願人によるアメリカ合衆国を指定するPCT出願(国際出願番号PCT/US2009/(未定)、エクスプレスメールラベルNo.EM355266258US、出願日同日)の「不規則な表面のウェッジインプリントパターニング(WEDGE IMPRINT PATTERNING OF IRREGULAR SURFACE)」は、凹部及び溝のある表面の形成する方法を説明する。これら仮出願61/201,595及びいまだPCT出願番号が付与されていないPCT出願は、その内容を本文に援用する。
ドーピングの目的で、自己整合セル(SAC)を利用する方法は、基板をドープする物質の堆積及び適用を誘導することであり、又は、基板がドープされることをブロック又は抑制する物質を誘導することである。いくつかの新規技術は、導電フィンガーのためにメタライゼーション化される領域内にドーピングを提供する。ドーパントは、目的のために提供された溝内に直接的に提供される。あるいは、拡散抑制物質が非溝位置に提供され、ウエハの表面全体に亘ってより低い精密さでもってドーパントが提供される。その結果、拡散抑制剤なしの領域のみが十分なドーパント量を得る。光エネルギーが反射して逃げていくことを防止又は最小化するように、SACアーキテクチャは、セルの光吸収領域のために溝又はピットが形成された表面を含む。溝内に半導体エミッタ線を生成するように、光トラップ領域もまた溝内においてドーパントで処理される。あるいは、拡散抑制物質が溝内に提供されるが、溝間のリッジの上側頂部はむき出しの状態のままであり、それによって、次に続くステップにおいて、より深い又は多量のドーピングを受ける。光トラップピットでも同様に、拡散抑制物質がピット内に提供されるが、ピット間のエッジの上側リムはむき出しの状態のままであり、それによって、より深いドーピングを受ける。
Claims (61)
- パターン形成された拡散層を有するソーラーセルを提供する方法であって、
a.半導体ウエハを提供するステップと、
b.前記半導体ウエハ内に溝を提供するステップと、
c.前記溝内にドーパント液を散布するステップと、
d.ドーパントを前記ウエハ内に拡散させる所定時間、前記ウエハを高温条件下で加熱するステップと、
e.液体を含有するメタライゼーション物質を前記溝内に散布するステップと、を含んでおり、
メタライゼーション位置でパターン形成された拡散層を作成することを特徴とする方法。 - 前記ドーパントを散布するステップは、キャピラリ管を通して前記ドーパントを散布することを含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記キャピラリ管は前記ウエハに直接に接触していることを特徴とする請求項2に記載の方法。
- 前記メタライゼーション物質を散布するステップは、キャピラリ管を通してメタライゼーション物質を散布することを含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記キャピラリ管は前記ウエハに直接に接触していることを特徴とする請求項4に記載の方法。
- 前記メタライゼーション物質を散布するステップは、前記キャピラリ管を通して前記メタライゼーション物質を散布することを含むことを特徴とする請求項2に記載の方法。
- 前記溝は少なくとも2つの隣接する溝からなるグループで提供され、
前記メタライゼーション物質を溝内に散布するステップは、任意の1つの溝グループのうちの少なくとも1つの溝内に前記メタライゼーション物質を散布することを含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 前記メタライゼーション物質を散布するステップは、任意の1つの溝グループの2つの溝の少なくとも一部内に前記メタライゼーション物質を散布することを含むことを特徴とする請求項6に記載の方法。
- 前記少なくとも2つの隣接する溝は、3つの溝を含むことを特徴とする請求項6に記載の方法。
- 前記ウエハはp型半導体基板を含み、前記ドーパントはn+型半導体を形成するものであり、前記拡散層はソーラーセルエミッタを含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記ウエハはp型半導体基板を含み、前記ドーパントはp+型半導体を形成するものであり、前記拡散層はソーラーセルの背面領域を含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記ウエハはn型半導体基板を含み、前記ドーパントはp+型半導体を形成するものであり、前記拡散層はソーラーセルエミッタを含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記ウエハはn型半導体基板を含み、前記ドーパントはn+型半導体を形成するものであり、前記拡散層はソーラーセルの背面領域を含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記ウエハ内に前記ドーパントを拡散するステップの前に、ウエハに限定量の利用可能なドーパントを提供するステップをさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記限定量の利用可能なドーパントを提供するステップは、ドーパント含有液をスプレー、ミスト、及び、印刷することからなる群から選択される方法を使用することを含むことを特徴とする請求項14に記載の方法。
- 前記限定量の利用可能なドーパントを提供するステップは、スパッタリング、蒸着、プラズマ化学気相堆積、真空化学気相堆積及び大気圧化学気相堆積からなる群から選択される方法を使用して、ドーパントガラスを堆積することを含むことを特徴とする請求項14に記載の方法。
- 高温条件下で前記ウエハ内に前記ドーパントを拡散させるステップ中に、前記ウエハをドーピングガスに曝露するステップをさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記ドーピングガスは、POCl3及びBBr3からなる群から選択されることを特徴とする請求項17に記載の方法。
- パターン形成された拡散層を有するソーラーセルを提供する方法であって、
a.半導体ウエハを提供するステップと、
b.前記半導体ウエハ内に溝を提供するステップと、
c.前記溝内には提供せずに、前記ウエハの非溝領域内に拡散抑制物質を提供するステップと、
d.前記ウエハの表面全体にドーパントを提供するステップと、
e.前記ドーパントを前記ウエハ内に拡散させる所定時間、前記ウエハを高温条件下で加熱するステップと、
f.液体を含有するメタライゼーション物質を前記溝内に散布するステップと、を含んでおり、
メタライゼーション位置でパターン形成された拡散層を作成することを特徴とする方法。 - 前記ドーパントを提供するステップは、前記拡散抑制物質を提供するステップの前に、前記溝内に液体ドーパントを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19に記載の方法。
- 前記ウエハはp型半導体基板を含み、前記ドーパントはn+型半導体を形成するものであり、前記拡散層はソーラーセルエミッタを含むことを特徴とする請求項19に記載の方法。
- 前記ウエハはp型半導体基板を含み、前記ドーパントはp+型半導体を形成するものであり、前記拡散層はソーラーセルの背面領域を含むことを特徴とする請求項19に記載の方法。
- 前記ウエハはn型半導体基板を含み、前記ドーパントはp+型半導体を形成するものであり、前記拡散層はソーラーセルエミッタを含むことを特徴とする請求項19に記載の方法。
- 前記ウエハはn型半導体基板を含み、前記ドーパントはn+型半導体を形成するものであり、前記拡散層はソーラーセルの背面領域を含むことを特徴とする請求項19に記載の方法。
- 前記ドーパントをセル表面に提供するステップは、ドーパント含有液をスプレー、ミスト、及び、印刷することからなる群から選択される方法を使用することを含むことを特徴とする請求項19に記載の方法。
- 前記ドーパントをセル表面に提供するステップは、スパッタリング、蒸着、プラズマ化学気相堆積、真空化学気相堆積及び大気圧化学気相堆積からなる群から選択される方法を使用して、ドーパントガラスを堆積することを含むことを特徴とする請求項19に記載の方法。
- 前記ドーパントをセル表面に提供するステップは、前記加熱ステップ中に、ドーピングガスに前記ウエハを曝露するステップを含むことを特徴とする請求項19に記載の方法。
- 前記ドーピングガスは、POCl3及びBBr3からなる群から選択されることを特徴とする請求項27に記載の方法。
- 前記溝内に液体ドーパントを提供するステップは、キャピラリ管を通してドーパントを散布することを特徴とする請求項20に記載の方法。
- 前記ドーパントを散布するステップは、前記ウエハに直接に接触するキャピラリ管を通してドーパントを散布することを含むことを特徴とする請求項29に記載の方法。
- 前記メタライゼーション物質を散布するステップは、キャピラリ管を通して前記メタライゼーション物質を散布することを含むことを特徴とする請求項19に記載の方法。
- 前記メタライゼーション物質を散布するステップは、前記ウエハに直接に接触するキャピラリ管を通して前記メタライゼーション物質を散布することを含むことを特徴とする請求項29に記載の方法。
- パターン形成された拡散層を有するソーラーセルを提供する方法であって、
a.半導体ウエハを提供するステップと、
b.前記半導体ウエハ内に溝を提供するステップと、
c.前記溝内にドーパント液を散布するステップと、
d.前記溝を含む前記ウエハの表面全体に亘って拡散抑制物質を提供するステップと、
e.高温で前記ドーパントを前記ウエハ内に拡散させるステップと、
f.液体を含有するメタライゼーション物質を前記溝内に散布するステップと、を含んでおり、
メタライゼーション位置でパターン形成された拡散層を作成することを特徴とする方法。 - 前記ウエハはp型半導体基板を含み、前記ドーパントはn+型半導体を形成するものであり、前記拡散層はソーラーセルエミッタを含むことを特徴とする請求項33に記載の方法。
- 前記ウエハはp型半導体基板を含み、前記ドーパントはp+型半導体を形成するものであり、前記拡散層はソーラーセルの背面領域を含むことを特徴とする請求項33に記載の方法。
- 前記ウエハはn型半導体基板を含み、前記ドーパントはp+型半導体を形成するものであり、前記拡散層はソーラーセルエミッタを含むことを特徴とする請求項33に記載の方法。
- 前記ウエハはn型半導体基板を含み、前記ドーパントはn+型半導体を形成するものであり、前記拡散層はソーラーセルの背面領域を含むことを特徴とする請求項33に記載の方法。
- 前記ウエハの前記表面全体に亘ってドーパントを提供するステップをさらに含むことを特徴とする請求項33に記載の方法。
- 前記セル表面全体に前記ドーパントを提供するステップは、ドーパント含有液をスプレー、ミスト、及び、印刷することからなる群から選択される方法を使用することを含むことを特徴とする請求項38に記載の方法。
- 前記セル表面全体に前記ドーパントを提供するステップは、スパッタリング、蒸着、プラズマ化学気相堆積、真空化学気相堆積及び大気圧化学気相堆積からなる群から選択される方法を使用して、ドーパントガラスを堆積することを含むことを特徴とする請求項38に記載の方法。
- 前記セル表面全体に前記ドーパントを提供するステップは、前記加熱ステップ中に、ドーピングガスに前記ウエハを曝露するステップを含むことを特徴とする請求項38に記載の方法。
- 前記ドーピングガスは、POCl3及びBBr3からなる群から選択されることを特徴とする請求項41に記載の方法。
- パターン形成された拡散層を有するソーラーセルを提供する方法であって、
a.半導体ウエハを提供するステップと、
b.平坦な表面のウエハと比較してウエハの光トラップ特性を強化するように構成された凹状テクスチャ領域を前記半導体ウエハに提供するステップと、
c.前記半導体ウエハ内にメタライゼーションのための溝を提供するステップと、
d.前記凹状テクスチャ領域において、前記メタライゼーションのための溝と交差する、深いエミッタグリッド線のための溝を前記ウエハ内に提供するステップと、
e.前記深いエミッタグリッド線のための溝にドーパントを提供するステップと、
f.前記ドーパントを前記ウエハ内に拡散させる所定時間、前記ウエハを高温で加熱するステップと、
g.液体を含有するメタライゼーション物質を前記メタライゼーションのための溝内に散布するステップと、を含んでおり、
メタライゼーション位置でパターン形成された拡散層を作成することを特徴とする方法。 - 前記加熱ステップの前に、前記メタライゼーションのための溝にドーパントを提供するステップをさらに含んでおり、メタライゼーション位置に配置されるパターン形成された拡散層を作成することを特徴とする請求項43に記載の方法。
- 前記深いエミッタグリッド線のための溝にドーパントを提供するステップ、前記液体を含有するメタライゼーション物質を前記メタライゼーションのための溝内に散布するステップ、及び、前記メタライゼーションのための溝にドーパントを提供するステップの少なくとも1つは、キャピラリ管を通して液体を散布することによって実行されることを特徴とする請求項44に記載の方法。
- 前記キャピラリ管はウエハに直接に接触していることを特徴とする請求項45に記載の方法。
- 前記凹状テクスチャはピットの領域を含むことを特徴とする請求項43に記載の方法。
- 前記凹状テクスチャは複数の溝を含むことを特徴とする請求項43に記載の方法。
- 前記ドーパントを前記ウエハ内に拡散させるステップの前に、限定量の利用可能なドーパントを前記ウエハに提供するステップをさらに含むことを特徴とする請求項43に記載の方法。
- 前記限定量の利用可能なドーパントを前記ウエハに提供するステップは、ドーパント含有液をスプレー、ミスト、及び、印刷することからなる群から選択される方法を使用することを含むことを特徴とする請求項49に記載の方法。
- 前記限定量の利用可能なドーパントを前記ウエハに提供するステップは、スパッタリング、蒸着、プラズマ化学気相堆積、真空化学気相堆積及び大気圧化学気相堆積からなる群から選択される方法を使用して、ドーパントガラスを堆積することを含むことを特徴とする請求項49に記載の方法。
- 前記ドーパントを前記ウエハ内に拡散させるステップの間、ドーピングガスに前記ウエハを曝露するステップを含むことを特徴とする請求項43に記載の方法。
- 前記ドーピングガスは、POCl3及びBBr3からなる群から選択されることを特徴とする請求項52に記載の方法。
- a.ドーピング種を有するシリコンベースウエハと、
b.約60ミクロン未満の幅及び約3ミクロンを超える深さを有する、メタライゼーションのための溝と、
c.前記ウエハの表面に亘って、前記各溝の両側部に約15ミクロンを超えて延び出ることがない、前記溝内のメタライゼーションと、
d.前記メタライゼーション溝でない領域において前記ウエハ表面に存在するドーパントよりも深いメタライゼーション下のドーパントと、
e.前記メタライゼーション及び前記より深くドープされたシリコンの間の接合面での半連続ガラス層と、を備えることを特徴とするソーラーセル。 - 前記溝幅は、約55ミクロン未満であることを特徴とする請求項54に記載のソーラーセル。
- 前記溝幅は、約30ミクロン未満であることを特徴とする請求項54に記載のソーラーセル。
- 前記メタライゼーションは、前記各溝の両側に約10ミクロンを超えて延び出ていないことを特徴とする請求項54に記載のソーラーセル。
- 前記溝内の前記メタライゼーションに交差する、深いエミッタグリッド線領域をさらに含んでおり、この深いエミッタグリッド線領域は、前記メタライゼーションの溝でない領域及び当該深いエミッタグリッド線領域でない領域において前記ウエハ表面に存在するものより深いドーパントをさらに備えることを特徴とする請求項54に記載のソーラーセル。
- 平坦表面のウエハと比較してウエハの光トラップ特性を強化するように構成された凹状テクスチャ領域を前記半導体ウエハ内にさらに備えていることを特徴とする請求項58に記載のソーラーセル。
- 前記凹状テクスチャはピットを含むことを特徴とする請求項59に記載のソーラーセル。
- 前記凹状テクスチャは複数の溝を含むことを特徴とする請求項59に記載のソーラーセル。
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