JP6810708B2 - 誘起結合を有するバックコンタクト型光電池 - Google Patents

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Description

本開示は、光電池および光電池を製造する方法に関する。より具体的には、本開示は、バックコンタクト型シリコン光電池、およびバックコンタクト型シリコン光電池の製造方法に関する。
交差型バックコンタクト型（Interdigitated Back Contact: IBC）光電池、（例えば、結晶シリコンバックコンタクト型電池）などのバックコンタクト型光電池を製造する方法が知られている。これらの電池は、通常、ｐドープ領域パターンとｎドープ領域パターン、および電池の後ろ側に配置される対応するｐ型接触点とｎ型接触点を有する。
知られているＩＢＣ電池の製造処理は複雑でコストがかかる。例えば、ＩＢＣ電池の構造がホモ結合エミッタ領域の交差パターンおよび後側の裏面電界領域（back surface field region）に基づいている場合、これら異なってドープされた領域を互いに離して電池の短絡を避けなければならない。それに加えて、ドーパントの拡散ステップを用いて、高いドーピングのレベルを実現するには、バックコンタクト型光電池に関して最高の性能を持つ必要のある高いバルク・マイノリティ・キャリアの寿命を危険に晒す高いサーマルバジェット（thermal budget）が必要になる。
ヘテロ結合のＩＢＣ電池の製造プロセスでは、交差型パターンと異なってドープされた非結晶のシリコン層を結晶シリコン基板の後側に付着させる。後側でヘテロ結合を形成する非結晶シリコン層は、通常、数枚の層の積層から成り、例えば、インターフェース不動態化用の数ｎｍの薄い真性非晶質シリコン層と、その上部に配置される高純度にｐ型ドープされた非結晶Ｓｉ層（例えば、エミッタ領域を形成するための）、または高純度にドープされたｎ型非結晶Ｓｉ層（例えば、ベースと接触するヘテロ結合を形成するための）と、を含む。このように数枚の積層を設ける必要があるため製造プロセスがより複雑になる。これらの非結晶シリコン層の上部には、通常、透明導体層と金属接触層が設けられる。この透明導体層により、非結晶シリコン層が金属接触から分離され、それにより光損失が減り裏面の反射が向上する。
G.Song et al の“Diffusion-free back-contact cells on S-passivated p-type Si(100) substrates”、第３３回IEEE Photovoltaic Specialist Conference、２００８年の予稿集には、電場誘起のｐｎ接合を有するｐ型結晶シリコン基板に基づいたバックコンタクト型光電池について記載されている。低い仕事関数のアルミニウムと硫黄不動態化を施されたｐ型Ｓｉ（１００）面の間の高いショットキー障壁によりｐｎ接合が形成される。この硫黄不動態化は、（ＮＨ４）２Ｓの水溶液中で行われる。この高いショットキー障壁により、ｐ型シリコンの表面上の極性反転の劣化が引き起こされ、ドーパント拡散ステップを必要とすることなく、ｐｎ接合を形成することができる。この光電池の変換効率は低いが（約１％）、このことは、表面不動態化の品質およびマイノリティキャリアの寿命の２つの重要な要因に起因する。
本開示の目的は、交差型バックコンタクト型光電池などの、良好な変換効率を有するバックコンタクト型光電池、および、そのようなバックコンタクト型電池の製造方法を提供することである。本開示の実施形態に係る製造方法を用いることで、従来の製造方法よりも処理ステップの数を減らすことができ、従来の方法よりも製造プロセスを簡単にすることができる。
本開示の実施形態に従うと、交差型バックコンタクト型光電池などのバックコンタクト型光電池を製造する方法が提供される。この製造方法は低い温度（例えば、６００℃を超えない温度）で実行可能である。
本開示の実施形態に従うと、低い温度の製造処理（例えば、６００℃を超えない温度で行う製造処理）を用いて、従来の製造方法と比較して少ない数の処理ステップで製造可能なバックコンタクト型光電池（交差型バックコンタクト型光電池など）が提供される。この光電池は、良好なエネルギー変換効率を有し、この光電池は、７００ｍＶを超える開回路電圧を有することができる。
本開示により、バックコンタクト型光電池が提供される。この電池は、シリコン基板の裏側または後側を含むシリコン基板、第１の所定の位置に配置されるエミッタ領域、第２の所定の位置に配置される裏面電界領域を含み、この第２の所定の位置は、第１の所定の位置とは異なり、かつ重ならず、これらのエミッタ領域と裏面電界領域は電場誘起領域である。
本開示の実施形態に従うと、バックコンタクト型光電池は、第１の所定の位置のシリコン基板の後面に第１の層の積層を含み得る。このバックコンタクト型光電池は、シリコン基板の後面の第２の所定の位置に第２の層の積層をさらに含み得る。第１の層の積層、例えば、第１の層の積層の材料または材料の組み合わせを選択して、第１の所定の位置のシリコン基板内の極性反転領域を誘起し、この極性反転領域により、エミッタ領域が形成される（例えば、エミッタ領域に対応する）。この第２の層の積層、例えば、第２の層の積層の材料または材料の組み合わせを選択して、第２の所定の位置のシリコン基板内の蓄積領域を誘起し、この蓄積領域により、裏面電界領域を形成することができる（例えば、裏面電界領域に対応する）。
本開示の実施形態に従うと、このシリコン基板は、例えば、ｎ型シリコン基板でよい。このバックコンタクト型光電池は、シリコン基板の後面上の第１の所定の位置に第１の層の積層を含み得、この第１の層の積層が、不動態化トンネリング層（passivating tunneling layer）、および高い仕事関数を有する材料を含む第１の透明導電層を含む。第１の透明導電層の高い仕事関数の材料を選択して、第１の所定の位置のエミッタ領域を誘起することができる。第１の透明導電層の高い仕事関数の材料は、例えば、５ｅＶ〜６ｅＶの範囲の仕事関数を有し得るが、本開示はこれに限定されない。バックコンタクト型光電池は、シリコン基板の後面上の第２の所定の位置に第２の層の積層をさらに含み得、この第２の層の積層が、不動態化トンネリング層、および低い仕事関数を有する材料を含む第２の透明導電層を含む。第２の透明導電層の低い仕事関数の材料を選択して、第２の所定の位置の裏面電界領域を誘起することができる。この第２の透明導電層の低い仕事関数の材料は、例えば、３．５ｅＶ〜４．５ｅＶの範囲の仕事関数を有するが、本開示はこれに限定されない。
本開示の実施形態に係る光電池では、第１の所定の位置の不動態化トンネリング層と第１の透明導電層の存在の結果、エミッタ領域（極性反転領域）が誘起される。第２の所定の位置の不動態化トンネリング層と第２の透明導電層の存在の結果、裏面の輻射場領域（蓄積領域）が誘起される。
この不動態化トンネリング層は、例えば、薄いシリコン酸化物層または薄い真性非晶質シリコン層、または不動態化原子種の単分子層（例えばＳまたはＳｅ単分子層またはＣl単分子層などの）などの薄い誘電層でよいが、本開示はこれに限定されない。誘電層の厚さは、例えば、１ｎｍ〜５ｎｍ、例えば、１ｎｍ〜３ｎｍ、例えば、１ｎｍ〜２ｎｍの範囲でよいが、本開示はこれに限定されない。
第１の層の積層は、第１の透明導電層上の第１の金属層すなわち第１の金属の積層をさらに含み得、第２の層の積層は、第２の透明導電層上の第２の金属層すなわち第２の金属積層をさらに含み得る。
第１の透明導電層、および／または第２の透明導電層は、少なくとも２枚の層の積層（例えば、２枚の層の積層）を含み得る。
本開示の実施形態では、第１の所定の位置は第２の所定の位置と交差する位置でよい。
本開示では、バックコンタクト型光電池を製造する方法がさらに提供される。この方法には、シリコン基板の後面上の第１の所定の位置に第１の層の積層を設ける工程であって、この第１の層の積層が、第１の所定の位置のシリコン基板内の極性反転領域（エミッタ領域）を誘起する工程と、シリコン基板の後面上の第２の所定の位置に第２の層の積層を設ける工程であって、この第２の層の積層が、第２の所定の位置のシリコン基板内の蓄積領域（裏面電界領域）を誘起する工程と、が含まれ、この第２の所定の位置は、第１の所定の位置とは異なり、かつ重ならない。
本開示の実施形態に従うと、このシリコン基板は、例えば、ｎ型シリコン基板でよい。本開示の実施形態に係る方法は、シリコン基板の後面上の第１の所定の位置に第１の層の積層を提供する工程であって、第１の層の積層を提供する工程は、シリコン基板の後面上に不動態化トンネリング層を提供する工程と、高い仕事関数、例えば、５ｅＶ〜６ｅＶの範囲の仕事関数を有する材料を含む第１の透明導電層を第１の所定の位置不動態化トンネリング層に提供する工程とが含まれ得る。この方法には、シリコン基板の後面上の第２の所定の位置に第２の層の積層を提供する工程であって、この第２の層の積層を提供する工程には、シリコン基板の後面上に不動態化トンネリング層を提供する工程と、例えば、３．５ｅＶ〜４．５ｅＶの範囲の仕事関数の低い仕事関数を有する材料を含む透明導電層を第２の所定の位置の不動態化トンネリング層上に提供する工程と、が含まれる工程がさらに含まれ得、この第２の所定の位置は第１の所定の位置とは異なり、かつ重ならない。
本開示の実施形態に係る製造方法は、６００℃を超えない温度で実行することができる。
本開示の方法では、不動態化トンネリング層を提供する工程には、例えば、薄いシリコン酸化物層または薄い真性非晶質シリコン層などの薄い誘電層を提供する工程が含まれ得る。既知の方法を用いて、薄い誘電層を提供することができる。
本開示の方法では、不動態化トンネリング層を提供する工程には、例えば、Ｓ、ＳｅまたはＣl単分子層などの不動態化原子種の単分子層を提供する工程が含まれ得る。そのような単分子層は、例えば、湿式化学処理により、あるいは、好ましくは化学蒸着法を用いて提供することができる。
本開示の実施形態では、第１の透明導電層、および／または第２の透明導電層を溶液処理により提供することができる。
この方法には、第１の透明導電層の上に第１の金属層または第１の金属の積層を設ける工程と、第２の透明導電層上に第２の金属層または第２の金属の積層を設ける工程と、がさらに含まれ得る。
本開示に係る実施形態では、第１の所定の位置は、第２の所定の位置と交差し得る。
本開示の方法の強みは、バックコンタクト型電池の光電池（例えば、交差型バックコンタクト型光電池）を製造する従来の方法と比較して安いコストで実行可能であることである。このコストの安さは、処理ステップの数、および／またはバックコンタクト型光電池（例えば、交差型バックコンタクト型光電池）を製造する既知の方法に比べて熱予算が安いことに関連する。
本開示の方法の強みは、交差型バックコンタクト型光電池を低い温度すなわち６００℃を超えない温度で製造可能なことである。低い温度の製造処理の強みは、高いバルク・マイノリティ・キャリアの寿命を維持できることである。
本開示の方法および本開示の光起電装置の強みは、誘起されるエミッタ領域（逆転層）が、例えば、可動性の劣化、および／またはバンドギャップ狭小化効果などの、多量のドーピングに関連する物理的劣化の影響を受けないことである。誘起されたエミッタを用いると、ドーピングに関連する劣化のリスクなしに所望のキャリア濃度を実現することができる。
様々な本発明の様態の特定の目的および強みを上記の本明細書に記載してきた。もちろん、必ずしも全てのそのような目的または強みは、本開示の特定の実施形態に従って実現することができることはないことは理解されよう。したがって、例えば、本明細書で教示される１つの強み、またはいくつかの強みを実現する、あるいは、最適化するよう本開示を具体化する、あるいは実行することが可能であり、その際、本明細書で教示され得る、あるいは提案され得る、その他の目的または強みを必ずしも実現される必要がないことは当業者なら理解されよう。さらに、この要約は単なる例であり、本開示の範囲を限定する意図はないことは理解されよう。本開示の装置と動作の方法は、その特徴や強みと合わせて、添付図面と併せて次の詳細な説明を参照することで、最もよく分かる。
本開示の実施形態にかかる、バックコンタクト型光電池の概略断面図である。 （ａ）２ｎｍの薄いＳｉＯ２層と仕事関数が６ｅＶの透明導電性酸化物の積層で覆われた表面を有するｎ型シリコン基板を含む構造の概略断面図である。（ｂ）本開示の実施形態にかかる、基板の表面領域内のｐ型逆転層の組成を示す図２ａの構造に関する、計算された正孔と電子密度の概略図である。 （ａ）２ｎｍの薄い真性非晶質シリコン層と仕事関数が６ｅＶの透明導電性酸化物の積層で覆われたｎ型基板を含む構造の概略断面図である。（ｂ）本開示の実施形態にかかる、基板の表面領域内のｐ型逆転層の組成を示す、（ａ）の構造に関する、計算された正孔と電子密度の概略図である。 （ａ）２ｎｍの薄いＳｉＯ２層と仕事関数が３．５ｅＶの透明導電性酸化物の積層で覆われたｎ型基板を含む構造の概略断面図である。（ｂ）本開示の実施形態にかかる、基板の表面領域内のｎ型（ｎ＋）蓄積層の組成を示す、（ａ）の構造に関する、計算された正孔と電子密度の概略図である。 （ａ）２ｎｍの薄い真性非晶質シリコン層と仕事関数が３．５ｅＶの透明導電性酸化物の積層で覆われたｎ型基板を含む構造の概略断面図である。（ｂ）本開示の実施形態にかかる、基板の表面領域内のｎ型（ｎ＋）蓄積層の組成を示す（ａ）の構造に関する、計算された正孔と電子密度の概略図である。
請求項内の全ての参照符号は本開示の範囲を限定するものとして解釈されないものとする。
異なる図面では、同じ参照符号は同じあるいは類似の要素を指すものとする。
以下の詳細な説明では、本開示、および本開示を特定の実施形態でどのように実施できるかについて十分に理解できるように、より多くの具体的詳細を記載する。しかし、本開示はこれらの具体的な詳細が無くても実施可能であることは理解されよう。その他の例では、本開示が不明確にならないように、周知の方法、手順、および技術は詳細には記載されていない。
特定の実施形態および特定の図面を参照して本開示を説明するが、本開示はこれらには限定されず、この後の請求項にのみ限定される。これらの図面は、概略のみが描かれており非限定である。これらの図面では、要素のうちのいくつかのサイズは、説明のため、縮尺に基づいてではなく誇張されて描かれている。これらの寸法とそれに対応する寸法は、本開示の実施への実際の縮小に必ずしも対応していない。
さらに、説明や請求項内の第１、第２、第３などの用語は、同様の要素どうしを区別するために用いられ、必ずしも逐次的または時間的な順番を記載するためのものではない。これらの用語は適切な環境のもとでは交換可能があり、本開示の実施形態は、本明細書で記載、あるいは説明されている順序とは異なる順序で動作可能である。
請求項で使われる用語「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は、その後に列挙される手段に限定されるものとして解釈されないものとする。その他の要素またはステップを排除しない。言及した特徴、整数、ステップまたは構成要素の存在を特定するものとして解釈される必要があるが、１つまたは複数の他の特徴、整数、ステップまたは構成要素、またはそれらのグループの存在または追加を排除するものではない。したがって、「構成要素ＡおよびＢを含む装置」という表現の範囲は、構成要素ＡおよびＢのみからなる装置に限定されないものとする。
本開示の中では、光電池の正面すなわち表面とは、光源の方向を向き、照明を受けるよう適用される面または側面のことである。光電池の裏面、後面、裏側、または後側とは、正面または側面の反対側の面または側面である。光電池を形成するのに使用する基板の正面は、光電池の表面に対応する基板の側面であり、基板の後側または裏側は光電池の裏側に対応する。
本開示の中では、トンネリング層は、例えば、絶縁材料から成る１ｎｍ〜３ｎｍの薄い層でよく、トンネリング層をこの電荷キャリア（例えば、電子）が、量子トンネリングにより通過可能である。本開示の中では、不動態化トンネリング層とは、表面不動態効果を有するトンネリング層（すなわち、下部表面の表面状態密度を下げる層、例えば、シリコン面）であり、その結果として表面再結合速度が遅くなる層である。
図１（断面図）には、本開示の実施形態に係るバックコンタクト型光電池１００の例が概略的に示されている。この光電池１００は、結晶シリコン基板１０（ベース１０）を含む。この結晶シリコン基板は、例えば、ｎ型基板でよい。しかし、本開示はこれには限定されず、基板１０はｐ型基板でもよい。さらに詳しい説明では、ｎ型基板１０と確認される。この基板１０は、好ましくは、高いマイノリティキャリア寿命を有し、通常、１オーム−ｃｍ〜１０オーム−ｃｍの範囲の抵抗率を有する。光電池１００の正面すなわち表面１０１はざらざらしている（図１では図示せず）。この光電池１００は、例えば、表面１０１に正面電場領域１１と反射防止膜１２を有し得る。この正面電場領域は、例えば、ｎ型ドーパントが基板１０内に拡散することにより形成され得る。あるいは、正面電場領域は、例えば、正の固定電荷密度を有するシリコン窒化物層などの高い正の電荷密度を有する層をこの正面上に提供することにより、誘起される電場でよい、あるいは、誘起される電荷でよい。
電池１００の後側１０２に、好ましくは、電池１００の全体の後面に、不動態化トンネリング層１３が存在する。不動態化トンネリング層１３は、例えば、１ｎｍ〜３ｎｍの薄いシリコン酸化物層、真性非晶質シリコン層、またはＡ１０ｘ層などの薄い誘電層でよいが、本開示はこれに限定されない。この不動態化トンネリング層１３は、例えば、不動態化原子種の単分子層などの薄い層でよい。例えば、シリコン面に向けられる（１００）上の不動態化原子種として、ＳまたはＳｅを使用することができる。例えば、シリコン面に向けられる（１１１）上の不動態化原子種としてＣｌを使用することができる。結晶シリコン基板の後面上に不動態化トンネリング層１３が存在することにより、表面状態密度を下げ、不動態化トンネリング層上に提供される材料の仕事関数に対する結晶シリコン面の感度を良くすることができる。
この光電池１００は、第１の所定の位置の不動態化トンネリング層１３の上部に第１の透明導電層１４をさらに含み、この第１の透明導電層１４が、高い仕事関数を有する材料を含む。第１の透明導電層１４の高い仕事関数の材料は、ｎ型シリコン基板１０の表面領域の極性を反転させるのに適切な高い仕事関数を用いて選択され、それにより、極性を反転させた表面領域と第１の所定の位置のバルク１０の間のｐ＋Ｓｉ／ｎＳｉ結合を誘起する。光電池１００では、極性を反転させた表面領域によりエミッタ領域２０が形成される。したがって、本開示の光電池１００は、誘起されたエミッタ領域２０、より具体的には、電場誘起されたエミッタ領域２０を含む。したがって、本開示の光電池１００では、このエミッタ領域２０は、ドーパントが基板内に拡散することによって形成されず、シリコン基板の表面領域内に逆転層を作成（誘起）することにより形成される。第１の透明導電層１４の高い仕事関数の材料は、好ましくは、５ｅＶ〜６ｅＶの範囲の仕事関数を有する。使用可能な高い仕事関数の材料の例として、Ｍｏ２Ｏ３およびＮｉＯが挙げられるが、本開示はこれに限定されない。
図２（ａ）から図３（ｂ）には、ｎ型シリコン基板１０の表面領域内で電場誘起されるｐ＋Ｓｉ／ｎＳｉ結合（例えば、本開示に係る光電池内のエミッタ領域２０に対応する）の構成が示され、この誘起される結合は、基板の表面上の薄い不動態化トンネリング層１３と高い仕事関数を有する材料を含む第１の透明導電層１４を含む積層の存在から成る。
図２（ａ）は、２ｎｍの薄いＳｉＯ２層（不動態化トンネリング層１３）および仕事関数が６ｅＶの透明導電性酸化物１４の積層で覆われた表面１０３を有するｎ型シリコン基板１０を含む構造の概略断面図である。図２（ａ）に示される構造を用いて、エミッタ領域２０を誘起する本開示の方法および装置内で用いられるシリコン基板上のそのような積層を提供する効果をシミュレーションすることができる（計算することができる）。図２（ｂ）には、基板１０の表面領域内のＰ型逆転層（エミッタ領域２０）の構成を示す図２（ａ）の構造に関する、計算された正孔と電子密度が示される。
図３（ａ）は、２ｎｍの薄い真性非晶質シリコン層（不動態化トンネリング層１３）と仕事関数が６ｅＶの透明導電性酸化物１４の積層で覆われたｎ型基板１０を含む構造の概略断面図である。図３（ａ）に示される構造を用いて、エミッタ領域２０を誘起する本開示の方法および装置内で用いられるシリコン基板上のそのような積層を提供する効果をシミュレーションすることができる（計算することができる）。図３（ｂ）には、基板１０の表面領域内のｐ型逆転層（エミッタ領域２０）の構成を示す図３（ａ）の構造に関する、計算された正孔と電子密度が示される。
この光電池１００は、ベースまたはバルク１０との電気接触が形成される位置（図１）に対応する第２の所定の位置の不動態化トンネリング層１３の上部に配置される第２の透明導電層１５をさらに含む。この第２の透明導電層１５は、低い仕事関数の材料を含む。第２の透明導電層１５の低い仕事関数の材料は、第２の所定の位置のｎ＋領域（蓄積領域）およびそれに伴って高い／低いｎ＋／ｎ結合を誘起するために適切な低い仕事関数を用いて選択される。光電池１００では、このｎ＋領域により、第２の所定の位置に裏面電界（ＢＳＦ）領域３０が形成される。したがって、本開示の光電池１００は、誘起された裏面電界領域３０、より具体的には、誘起された電場裏面電界領域３０を含む。したがって、本開示の光電池１００では、この裏面電界領域３０は、ドーパントが基板内に拡散することによって形成されず、シリコン基板の表面領域内に蓄積層を作成（誘起）することにより形成される。この第２の透明導電層１５の低い仕事関数の材料は、好ましくは、３．５ｅＶ〜４．５ｅＶの範囲の仕事関数を有する。使用可能な低い仕事関数の材料の例として、ＩＴＯおよびＡｌがドープされたＺｎＯが挙げられるが、本開示はこれに限定されない。
図４（ａ）から図５（ｂ）には、ｎ型シリコン基板１０の表面領域内に電場誘起されたｎ＋蓄積領域（例えば、本開示に係る光電池内の裏面電界領域３０に対応する）の構成が示され、この誘起されたｎ＋領域は、基板の表面上の薄い不動態化トンネリング層１３と低い仕事関数の材料を含む第２の透明導電層１５を含む積層の存在から成る。
図４（ａ）は、２ｎｍの薄いＳｉＯ２層（不動態化トンネリング層１３）と３．５ｅＶの仕事関数を有する透明導電性酸化物１５の積層で覆われた表面１０３を有するｎ型基板１０を含む構造の概略断面図である。図４（ａ）に示されている構造を用いて、裏面電界領域３０を誘致する本開示の方法および装置内で用いられる、シリコン基板上のそのような積層を提供する効果をシミュレーションすることができる（計算することができる）。図４（ｂ）には、基板の表面領域内のｎ型（ｎ＋）蓄積層３０の構成を示す、図４（ａ）の構造に関する計算された正孔と電子密度が示される。
図５（ａ）は、２ｎｍの薄い真性非晶質シリコン層（不動態化トンネリング層１３）と、３．５ｅＶの仕事関数を有する透明導電性酸化物１５の積層で覆われたｎ型基板１０を含む構造の概略断面図である。図５（ａ）に示される構造を用いて、裏面電界領域３０を誘致する本開示の方法および装置内で用いられる、そのような積層をシリコン基板上に提供する効果をシミュレーションすることができる（計算することができる）。図５（ｂ）には、基板１０の表面領域内のｎ型（ｎ＋）蓄積層３０の構成を示す、図５（ａ）の構造に関する計算された正孔と電子密度が示される。
本開示の実施形態では、第１の透明導電層１４および／または第２の透明導電層ｌ５が、２つの以上の透明導電層の積層を含み得る。例えば、第１の透明導電層１４は、高い仕事関数を有する材料から成る層と良好な導電性を有する材料から成る層の積層を含み得る。例えば、第２の透明導電層１５は、抵抗損失を制限するために、低い仕事関数を有する材料から成る層と良好な導電性を有する層の積層を含み得る。
第１の透明導電層１４の厚さと第２の透明導電層１５の厚さは、例えば、５０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲でよいが、本開示はこれに限定されない。
透明導電層１４、１５の上部に付着する金属層（図１内の１６、１７）と組み合わせると、第１の透明導電層１４と第２の透明導電層１５は光学反射体として機能し得る。透明導電層の材料は、好ましくは、シリコン基板の材料に吸収され得る波長の範囲の透明度を有する。それに加えて、透明導電層の材料は、好ましくは、赤外線波長の範囲の透明度を有し、これにより、動作中の光電池のウォーミングアップ時間を短縮することができる。
図１に示される通り、この光電池１００は、第１の透明導電層１４の上部に付着する第１の金属層１６、および第２の透明導電層１５の上部に付着する第２の金属層１７をさらに含み得る。この第１の金属層１６と第２の金属層１７は、例えば、Ｔｉ／Ａｌ／Ｃｕの積層などの金属層の積層を含み得るが、本開示はこれに限定されない。
金属層１６、１７は、その下の透明導体層１４、１５よりも高い導電率を有し得、これにより、外部負荷への低い抵抗の電流経路が形成される点が、このことの強みである。これらの金属層は、電池の良好な裏面光学反射率をさらに提供し得る。
したがって、図１の例で示されるバックコンタクト型光電池１００は、基板の上の第１の所定の位置に配置される第１の層の積層４１を含み、この第１の層の積層４１が、不動態化トンネリング層１３、高い仕事関数を有する材料を含む第１の透明導電層１４、および第１の金属層１６を含む。図１の例で示されているバックコンタクト型光電池１００は、基板上の第２の所定の位置に第２の層の積層４２をさらに含み、この第２の層の積層４２は不動態化トンネリング層１３、低い仕事関数を有する材料を含む第２の透明導電層１５、および第２の金属層１７を含む。
図１の例で示されている、本開示の実施形態に係る光電池１００を製造する方法では、結晶シリコン基板１０の後側１０２（すなわち、後面側に）に不動態化トンネリング層１３を供給する。不動態化トンネリング層１３がシリコン基板全体の後面に提供され得るが、本開示はこれに限定されない。この不動態化トンネリング層１３は、例えば、薄いシリコン酸化物層または薄い真性非晶質シリコン層などの薄い誘電層でよい。この不動態化トンネリング層１３は、例えば、シリコン面に向けられる（１００）上のＳまたはＳｅ、あるいは、シリコン面に向けられる（１１１）上のＣｌなどの不動態化原子種の単分子層でよい。
本開示の方法では、不動態化されたシリコン基板１０の後面、すなわち不動態化トンネリング層１３上に２つの異なる透明導電層または層の積層が提供される。高い仕事関数材料を含む第１の透明導電層１４は、第１の所定の位置の不動態化トンネリング層１３の上部に設けられる。第１の透明導電層１４の材料は、第１の所定の位置のシリコン基板内のエミッタ領域２０（極性反転領域）誘起するために好適な高い仕事関数を用いて選択される。低い仕事関数の材料を含む第２の透明導電層１５は、ベース１０との電気接触が形成される位置に対応する第２の所定の位置の不動態化トンネリング層１３の上部に設けられる。この第２の透明導電層１５の材料は、第２の所定の位置のシリコン基板内の裏面電界領域（蓄積領域）を誘起するのに好適な低い仕事関数を用いて選択される。第１の所定の位置と第２の所定の位置は、重なり合わず、好ましくは、互いに交差する。第１の透明導電層１４と第２の透明導電層１５は、エアギャップ（図１に示される通り）や誘電体スペーサ（図示せず）などの絶縁媒体により、（横方向に）互いに分離され得る。
本開示の実施形態に係る光起電装置を製造する方法では、第１の透明導電層１４と第２の透明導電層１５は、例えば、パターニングを行った後にスパッタリングを行うことにより提供される。好ましい実施形態では、第１の透明導電層１４と第２の透明導電層１５は、直接パターニング法を用いて提供される。例えば、好ましい実施形態では、例えば、インクジェット印刷またはスロット・ダイ・コーティングなどの溶液処理法により、透明導電層１４、１５を塗布することができる。しかし、本開示はこれらに限定されず、その他の溶液ベースの処理方法も使用可能である。例えば、第１の所定の位置と第２の所定の位置に自己集積化単分子膜を設けることができ、この自己集積化単分子膜が、第１の透明導電層１４および第２の透明導電層１５を形成するために使用される前駆体（例えば、インク）内で使用される溶液と一致する。透明導電層が溶液処理法により塗布された後、透明導電層ごとに使用される溶液の種類に応じた温度で加熱ステップが行われる。
次に、第１の透明導電層１４の上部に第１の金属層１６または第１の金属層１６の積層を付着させ、第２の透明導電層１５の上部に第２の金属層１７または第２の金属層１７の積層を付着させる。第１の金属層１６と第２の金属層１７をそれぞれ付着させて後、パターンニングステップを行って異なる接触領域を画定し分離（絶縁）させる。
本開示の実施形態に係る製造方法の強みは、ドーパント拡散ステップを行う必要がないことである。本開示の製造方法では、高い温度のステップ（すなわち、６００℃を超える温度でのステップ）を必要としない。低い温度での製造処理の利点は、この製造法が、例えば、後側の処理、ガラスキャリアまたはガラススーパープレート上の処理と共存可能な点である。このような低い温度の製造処理の強みは、基板内の高いバルク・マイノリティ・キャリアの寿命を維持可能な点である。
前述の説明には本開示の特定の実施形態が詳細に記載されている。しかし、どれだけ詳細に前述の説明がテキストで書かれているとしても、本開示は様々な方法で実施可能であることは理解されよう。なお、本開示の特定の特徴または様態を説明する際、特定の専門用語を使用することにより、その専門用語が本明細書で再規定されて制限され、その専門用語が関連付けられる本開示の特徴または様態の何らかの特別な特徴を含んでいると解釈されないものとする。
上記の詳細な説明では、種々の実施形態に適用される本発明の新規な特徴を示し、説明し、指摘してきたが、装置または処理の形態で詳細に説明されている種々の省略、代用、および変更は、本発明から逸脱することなく当業者より実行可能であることは理解されよう。

Claims (9)

  1. ｎ型シリコン基板（１０）を含むバックコンタクト型光電池（１００）であって、
    前記ｎ型シリコン基板（１０）の後側（１０２）の第１の所定の位置に配置されるエミッタ領域（２０）と、
    第２の所定の位置に配置される裏面電界領域（３０）と、を含み、
    前記第２の所定の位置は、前記第１の所定の位置とは異なり、かつ重なることなく、前記エミッタ領域（２０）と前記裏面電界領域（３０）は電場誘起領域であり、
    前記ｎ型シリコン基板（１０）の前記後面の前記第１の所定の位置に配置される第１の層の積層（４１）と、前記第２の所定の位置に配置される第２の層の積層（４２）と、をさらに含み、
    前記第１の層の積層（４１）には、不動態化トンネリング層（１３）と５ｅＶ〜６ｅＶの範囲の仕事関数を有する材料を含む第１の透明導電層（１４）が含まれ、
    前記第１の層の積層（４１）が、前記第１の所定の位置の前記ｎ型シリコン基板内で極性反転領域を誘起するよう選択され、前記極性反転領域により、前記エミッタ領域（２０）が形成され、
    前記第２の層の積層（４２）には、不動態化トンネリング層（１３）と３．５ｅＶ〜４．５ｅＶの範囲の仕事関数を有する材料を含む第２の透明導電層（１５）が含まれ、
    前記第２の層の積層（４２）が、前記第２の所定の位置の前記ｎ型シリコン基板内に蓄積領域を誘起するよう選択され、前記蓄積領域により、前記裏面電界領域（３０）が形成される、バックコンタクト型光電池（１００）。
  2. 前記不動態化トンネリング層（１３）は、誘電層または不動態化原子種の単分子層である、請求項１に記載のバックコンタクト型光電池（１００）。
  3. 前記第１の層の積層（４１）には、記第１の透明導電層（１４）の上にある第１の金属層（１６）がさらに含まれ、
    前記第２の層の積層（４２）には、前記第２の透明導電層（１５）の上にある第２の金属層（１７）がさらに含まれる、請求項１または２に記載のバックコンタクト型光電池（１００）。
  4. バックコンタクト型光電池（１００）を製造する方法であって、
    ｎ型シリコン基板（１０）の後面の第１の所定の位置に第１の層の積層（４１）を設ける工程であって、前記第１の層の積層（４１）により、前記ｎ型シリコン基板（１０）内の前記第１の所定の位置でエミッタ領域（２０）が誘起される工程と、
    前記ｎ型シリコン基板（１０）の前記後面の第２の所定の位置に第２の層の積層（４２）を設ける工程であって、前記第２の層の積層（４２）により、前記第２の所定の位置の前記ｎ型シリコン基板（１０）内で裏面電界領域（３０）が誘起される工程と、を含み、
    前記第２の所定の位置が前記第１の所定の位置と異なり、かつ重なり合わず、
    前記第１の所定の位置に前記第１の層の積層（４１）を設ける工程には、前記ｎ型シリコン基板（１０）の前記後面に不動態化トンネリング層（１３）を設ける工程と、５ｅＶ〜６ｅＶの範囲の仕事関数を有する材料を含む第１の透明導電層（１４）を前記不動態化トンネリング層（１３）の前記第１の所定の位置に設ける工程、とが含まれ、
    前記第２の所定の位置に前記第２の層の積層（４２）を設ける工程には、前記ｎ型シリコン基板（１０）の前記後面に不動態化トンネリング層（１３）を設ける工程と、３．５ｅＶ〜４．５ｅＶの範囲の仕事関数を有する材料を含む第２の透明導電層（１５）を前記不動態化トンネリング層（１３）の前記第２の所定の位置に設ける工程、とが含まれる、方法。
  5. 前記方法が、６００℃を超えない温度で行われる、請求項４に記載の方法。
  6. 前記不動態化トンネリング層（１３）を設ける工程には、誘電層を設ける工程、が含まれる、請求項４または５に記載の方法。
  7. 前記不動態化トンネリング層（１３）を設ける工程には、不動態化原子種の単分子層を設ける工程が含まれる、請求項４または５に記載の方法。
  8. 前記第１の透明導電層（１４）を設ける工程には、溶液処理法により前記第１の透明導電層を設ける工程が含まれ、前記第２の透明導電層（１５）を設ける工程には、溶液処理法により前記第２の透明導電層を設ける工程が含まれる、請求項４〜７のいずれかに記載の方法。
  9. 前記第１の透明導電層（１４）の上に第１の金属層（１６）を設ける工程と、前記第２の透明導電層（１５）の上に第２の金属層（１７）を設ける工程と、がさらに含まれる、請求項４〜８のいずれかに記載の方法。
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