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JP2012501550A - 印刷誘電体障壁を使用するバックコンタクト太陽電池 - Google Patents

印刷誘電体障壁を使用するバックコンタクト太陽電池 Download PDF

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JP2012501550A JP2011525198A JP2011525198A JP2012501550A JP 2012501550 A JP2012501550 A JP 2012501550A JP 2011525198 A JP2011525198 A JP 2011525198A JP 2011525198 A JP2011525198 A JP 2011525198A JP 2012501550 A JP2012501550 A JP 2012501550A
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Abstract

本発明の実施形態は、太陽電池デバイスの活性ドープ領域および金属コンタクト構造を形成するために新規の方法を使用する高効率太陽電池の形成を企図したものである。一実施形態では、本方法は、太陽電池デバイスの活性領域および／またはコンタクト構造の境界を画定するために使用される誘電体材料を堆積させるステップを含む。さまざまな技術が、太陽電池の活性領域および金属コンタクト構造を形成するために使用されてよい。

Description

本発明の実施形態は一般に、光起電力セルの製作に関する。
太陽電池は、太陽光を直接電力に変換する光起電力デバイスである。最も一般的な太陽電池材料は、シリコンであり、それは、単結晶または多結晶基板の形であり、時にはウェハーと呼ばれる。電気を発生させるためにシリコンに基づく太陽電池を形成する償却コストは、伝統的な方法を使用して電気を発生させるコストよりも高いので、太陽電池を形成するためのコストを低減する努力がなされてきた。
さまざまな手法が、太陽電池の活性領域および太陽電池の電流搬送金属線または導体を製作することを可能にする。しかしながら、これらの先行製造方法にはいくつかの問題がある。例えば、その形成プロセスは、太陽電池を完成するのに必要とされるコストを増加させる複雑な多段プロセスである。
従って、太陽電池を形成するために基板の表面に形成される活性領域および電流搬送領域を形成するための改善された方法および装置の必要性が、存在する。
本発明は一般に、基板の第１の表面の複数の領域に誘電体材料を配置するステップと、基板の表面に第１のドーパント材料を配置するステップと、基板の表面に第２のドーパント材料を配置するステップとを含み、第１および第２のドーパント材料の少なくとも一部分は、誘電体材料によって互いに分離される、太陽電池デバイスを形成する方法を提供する。
本発明はまた、基板の第１の表面に第１のドーパント材料を配置するステップと、第１のドーパント材料および基板の第１の表面を覆うようにドーピング層を形成するステップであって、その層が第２のドーパント材料を含むステップと、第１および第２のドーパント材料を基板の第１の表面中に拡散させて、基板の第１の表面にｎ型領域およびｐ型領域を形成するために基板を所望の温度に加熱するステップとを包含する太陽電池デバイスを形成する方法も提供する。
本発明はまた、基板の表面の複数の領域に第１のドーパントを含むドーパント材料を配置するステップと、第１のドーパント材料および基板の表面の一部分を覆うように層を形成するステップであって、その層は、第１のドーパントの反対のドーピング型である第２のドーパントを含む、ステップと、第１および第２のドーパントを基板の表面中に拡散させるために基板を所望の温度に加熱するステップと、基板の表面を覆うように導電層を堆積させるステップとを包含する太陽電池デバイスを形成する方法も提供する。
別の実施形態では、太陽電池デバイスを形成するための装置は、処理のために基板を受け取るように構成される自動化アセンブリと、自動化アセンブリに結合される基板支持面を各々が有する複数の輸送要素と、輸送要素の基板支持面に配置される基板の表面に誘電体層を堆積させる少なくとも１つの堆積ステーションであって、その誘電体層は、第１のドーパント材料を第２のドーパント材料から分離する基板表面の複数の領域に形成される、堆積ステーションと、自動化アセンブリで輸送要素の基板支持面に配置される基板に形成された堆積層を乾燥させる少なくとも１つの乾燥オーブンとを包含する。
なお別の実施形態では、太陽電池デバイスを形成するための装置は、処理のために基板を受け取るように構成される自動化アセンブリと、自動化アセンブリに結合される基板支持面を各々が有する複数の輸送要素と、輸送要素の基板支持面に配置される基板の表面に金属含有層または金属含有ペーストを堆積させる少なくとも１つの堆積ステーションであって、その金属含有層または金属含有ペーストは、第１のドーパント材料が配置された基板表面の領域と接触する金属含有層または金属含有ペーストの少なくとも１つの領域および第２のドーパント材料が配置された基板表面の領域と接触する金属含有層または金属含有ペーストの少なくとも１つの領域を電気的に絶縁するように基板に形成される、堆積ステーションと、自動化アセンブリで輸送要素の基板支持面に配置される基板に形成された堆積層を乾燥させる少なくとも１つの乾燥オーブンとを包含する。
本発明の上で列挙された特徴が詳細に理解できるように、上で簡潔に要約された本発明のより詳しい記述が、実施形態を参照することによってなされてもよく、その実施形態のいくつかは、添付の図面で例示される。
本発明の一実施形態による順序による開始段階の間の太陽電池の概略横断面図を例示している。 本発明の一実施形態による順序による次の段階の間の太陽電池の概略横断面図を例示している。 本発明の一実施形態による順序による次の段階の間の太陽電池の概略横断面図を例示している。 本発明の一実施形態による順序による次の段階の間の太陽電池の概略横断面図を例示している。 本発明の一実施形態による順序による次の段階の間の太陽電池の概略横断面図を例示している。 本発明の一実施形態による順序による次の段階の間の太陽電池の概略横断面図を例示している。 本発明の一実施形態による順序による次の段階の間の太陽電池の概略横断面図を例示している。 本発明の一実施形態による順序による次の段階の間の太陽電池の概略横断面図を例示している。 本発明の別の実施形態による順序での一の段階の間の太陽電池の概略横断面図を例示している。 本発明の別の実施形態による順序での別の段階の間の太陽電池の概略横断面図を例示している。 本発明の別の実施形態による順序でのまた別の段階の間の太陽電池の概略横断面図を例示している。 本発明の別の実施形態による順序でのまた別の段階の間の太陽電池の概略横断面図を例示している。 本発明の実施形態による太陽電池を金属化するための方法の流れ図を例示している。 本発明の一実施形態による順序での開始段階の間の太陽電池の概略横断面図を例示している。 本発明の一実施形態による順序での次の段階の間の太陽電池の概略横断面図を例示している。 本発明の一実施形態による順序での次の段階の間の太陽電池の概略横断面図を例示している。 本発明の一実施形態による順序での次の段階の間の太陽電池の概略横断面図を例示している。 本発明の一実施形態による順序での次の段階の間の太陽電池の概略横断面図を例示している。 本発明の一実施形態による順序での次の段階の間の太陽電池の概略横断面図を例示している。 本発明の一実施形態による順序での次の段階の間の太陽電池の概略横断面図を例示している。 本発明の一実施形態による順序での次の段階の間の太陽電池の概略横断面図を例示している。 本発明の一実施形態による順序での次の段階の間の太陽電池の概略横断面図を例示している。 本発明の一実施形態による順序での次の段階の間の太陽電池の概略横断面図を例示している。 本発明の一実施形態による順序での次の段階の間の太陽電池の概略横断面図を例示している。 本発明の一実施形態による順序での異なる段階の間の太陽電池の概略横断面図を例示している。 本発明の実施形態による太陽電池を金属化するための方法の流れ図を例示している。 本発明の一実施形態による順序での開始段階の間の太陽電池の概略横断面図を例示している。 本発明の一実施形態による順序での次の段階の間の太陽電池の概略横断面図を例示している。 本発明の一実施形態による順序での次の段階の間の太陽電池の概略横断面図を例示している。 本発明の一実施形態による順序での次の段階の間の太陽電池の概略横断面図を例示している。 本発明の一実施形態による順序での次の段階の間の太陽電池の概略横断面図を例示している。 本発明の一実施形態による順序での次の段階の間の太陽電池の概略横断面図を例示している。 本発明の一実施形態による順序での次の段階の間の太陽電池の概略横断面図を例示している。 本発明の一実施形態による順序での次の段階の間の太陽電池の概略横断面図を例示している。 本発明の一実施形態による順序での次の段階の間の太陽電池の概略横断面図を例示している。 本発明の一実施形態による順序での次の段階の間の太陽電池の概略横断面図を例示している。 本発明の実施形態による太陽電池を金属化するための方法の流れ図を例示している。 本発明の一実施形態による順序での開始段階の間の太陽電池の概略横断面図を例示している。 本発明の一実施形態による順序での次の段階の間の太陽電池の概略横断面図を例示している。 本発明の一実施形態による順序での次の段階の間の太陽電池の概略横断面図を例示している。 本発明の一実施形態による順序での次の段階の間の太陽電池の概略横断面図を例示している。 本発明の一実施形態による順序での次の段階の間の太陽電池の概略横断面図を例示している。 本発明の一実施形態による順序での次の段階の間の太陽電池の概略横断面図を例示している。 本発明の一実施形態による順序での次の段階の間の太陽電池の概略横断面図を例示している。 本発明の一実施形態による順序での次の段階の間の太陽電池の概略横断面図を例示している。 本発明の一実施形態による順序での次の段階の間の太陽電池の概略横断面図を例示している。 本発明の一実施形態による順序での次の段階の間の太陽電池の概略横断面図を例示している。 本発明の一実施形態による順序での次の段階の間の太陽電池の概略横断面図を例示している。 本発明の一実施形態による順序での次の段階の間の太陽電池の概略横断面図を例示している。 本発明の実施形態による太陽電池を金属化するための方法の流れ図を例示している。 Ａ〜Ｃは、本発明の実施形態による相互接続構造を概略的に例示している。 Ａ〜Ｄは、本発明の実施形態による相互接続構造を例示している。 本発明の一実施形態による順序での開始段階の間の太陽電池の概略横断面図を例示している。 本発明の一実施形態による順序での次の段階の間の太陽電池の概略横断面図を例示している。 本発明の一実施形態による順序での次の段階の間の太陽電池の概略横断面図を例示している。 本発明の一実施形態による順序での次の段階の間の太陽電池の概略横断面図を例示している。 本発明の一実施形態による順序での次の段階の間の太陽電池の概略横断面図を例示している。 本発明の一実施形態による順序での次の段階の間の太陽電池の概略横断面図を例示している。 本発明の一実施形態による順序での次の段階の間の太陽電池の概略横断面図を例示している。 本発明の一実施形態による順序での次の段階の間の太陽電池の概略横断面図を例示している。 本発明の実施形態による太陽電池を金属化するための方法の流れ図を例示している。 本発明の一実施形態による順序での開始段階の間の太陽電池の概略横断面図を例示している。 本発明の一実施形態による順序での次の段階の間の太陽電池の概略横断面図を例示している。 本発明の一実施形態による順序での次の段階の間の太陽電池の概略横断面図を例示している。 本発明の一実施形態による順序での次の段階の間の太陽電池の概略横断面図を例示している。 本発明の一実施形態による順序での次の段階の間の太陽電池の概略横断面図を例示している。 本発明の一実施形態による順序での次の段階の間の太陽電池の概略横断面図を例示している。 本発明の一実施形態による順序での次の段階の間の太陽電池の概略横断面図を例示している。 本発明の一実施形態による順序での次の段階の間の太陽電池の概略横断面図を例示している。 本発明の一実施形態による順序での次の段階の間の太陽電池の概略横断面図を例示している。 本発明の一実施形態による順序での次の段階の間の太陽電池の概略横断面図を例示している。 本発明の一実施形態による順序での次の段階の間の太陽電池の概略横断面図を例示している。 本発明の一実施形態による順序での次の段階の間の太陽電池の概略横断面図を例示している。 本発明の実施形態による太陽電池を金属化するための方法の流れ図を例示している。 本発明の一実施形態による順序での開始段階の間の太陽電池の概略横断面図を例示している。 本発明の一実施形態による順序での次の段階の間の太陽電池の概略横断面図を例示している。 本発明の一実施形態による順序での次の段階の間の太陽電池の概略横断面図を例示している。 本発明の一実施形態による順序での次の段階の間の太陽電池の概略横断面図を例示している。 本発明の一実施形態による順序での次の段階の間の太陽電池の概略横断面図を例示している。 本発明の一実施形態による順序での次の段階の間の太陽電池の概略横断面図を例示している。 本発明の一実施形態による順序での次の段階の間の太陽電池の概略横断面図を例示している。 本発明の一実施形態による順序での次の段階の間の太陽電池の概略横断面図を例示している。 本発明の一実施形態による順序での次の段階の間の太陽電池の概略横断面図を例示している。 本発明の一実施形態による順序での次の段階の間の太陽電池の概略横断面図を例示している。 本発明の一実施形態による順序での次の段階の間の太陽電池の概略横断面図を例示している。 本発明の一実施形態による順序での次の段階の間の太陽電池の概略横断面図を例示している。 本発明の実施形態による太陽電池を金属化するための方法の流れ図を例示している。 本発明の一実施形態による順序での開始段階の間の太陽電池の概略横断面図を例示している。 本発明の一実施形態による順序での次の段階の間の太陽電池の概略横断面図を例示している。 本発明の一実施形態による順序での次の段階の間の太陽電池の概略横断面図を例示している。 本発明の一実施形態による順序での次の段階の間の太陽電池の概略横断面図を例示している。 本発明の一実施形態による順序での次の段階の間の太陽電池の概略横断面図を例示している。 本発明の一実施形態による順序での次の段階の間の太陽電池の概略横断面図を例示している。 本発明の一実施形態による順序での次の段階の間の太陽電池の概略横断面図を例示している。 本発明の一実施形態による順序での次の段階の間の太陽電池の概略横断面図を例示している。 本発明の一実施形態による順序での次の段階の間の太陽電池の概略横断面図を例示している。 本明細書で述べられる一実施形態による太陽電池生産ラインの平面図を例示している。 本明細書で述べられる別の実施形態による太陽電池生産ラインの平面図を例示している。 所望のパターンの多層を形成するために本発明の実施形態と併せて使用されてもよいシステムの概略等角図である。 本発明の一実施形態による図１９Ａでのシステムの概略上部平面図である。 本発明の一実施形態によるスクリーン印刷システムの印刷入れ子構造部分の等角図である。 図１９Ａのシステムに配置される乾燥室の側部横断面図の一実施形態の図である。 図１８で描写される本発明の一実施形態によるプロセス順序を行うための装置の概略平面図である。 本発明の一実施形態による太陽電池処理ラインの平面図である。
明瞭さのために、同一の参照数字が、図の間で共通する同一の要素を指定するために、適用可能であれば使用された。一実施形態の特徴は、さらなる列挙なしに他の実施形態に組み込まれてもよいと熟考される。
本発明の実施形態は、太陽電池デバイスの活性領域および金属コンタクト構造を形成するために新規の方法を使用する高効率太陽電池の形成を熟考する。一実施形態では、その方法は、太陽電池デバイスの活性領域および／またはコンタクト構造を規定するために使用されるパターン化誘電体材料を堆積させるステップを包含する。さまざまな技術が、太陽電池の活性領域および金属コンタクト構造を形成するために使用されてもよい。本発明から恩恵を受けることができる太陽電池基板（例えば、図１Ａでの基板１１０）は、有機材料、単結晶シリコン、多結晶シリコン、ポリシリコン、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ヒ素化ガリウム（ＧａＡｓ）、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、硫化カドミウム（ＣｄＳ）、セレン化銅インジウムガリウム（ＣＩＧＳ）、セレン化銅インジウム（ＣｕＩｎＳｅ２）、リン化ガリウムインジウム（ＧａＩｎＰ２）を含有する、活性領域を有することができる基板、ならびに太陽光を電力に変換するために使用されるＧａＩｎＰ／ＧａＡｓ／ＧｅまたはＺｎＳｅ／ＧａＡｓ／Ｇｅ基板などのヘテロ接合セルを包含する。
太陽電池形成プロセス
図１Ａ〜１Ｈ１および１Ａ〜１Ｊ２は、太陽電池１００の表面１０２にコンタクト構造１６０（図１Ｈ１または１Ｊ２）を形成するために使用される処理順序での異なる段階の間の太陽電池基板１１０の概略横断面図を例示する。図２は、太陽電池に活性領域および／またはコンタクト構造を形成するために使用されるプロセス順序２００を例示する。図２で見られる順序は、本明細書で論じられる図１Ａ〜１Ｈ１または図１Ａ〜１Ｊ２で描写される段階に対応する。
図２で示される囲み２０２において、基板１１０の表面は、どんな望ましくない材料または粗さも除去するために洗浄される。一実施形態では、洗浄プロセスは、基板が洗浄溶液にさらされるバッチ洗浄プロセスを使用して行われてもよい。基板は、それらが洗浄溶液で噴霧される、注がれる、または浸される湿式洗浄プロセスを使用して洗浄できる。洗浄溶液は、ＳＣ１洗浄溶液、ＳＣ２洗浄溶液、ＨＦラスト型洗浄溶液、オゾン処理水溶液、フッ化水素酸（ＨＦ）および過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）溶液、または他の適切なコスト効率のよい洗浄溶液であってもよい。洗浄プロセスは、約３０秒から約２４０秒、例えば約１２０秒などの、約５秒と約６００秒との間で基板について行われてもよい。
囲み２０４において、図１Ａおよび２で示されるように、誘電体特徴１１１が、基板１１０の表面１０２に堆積される。一実施形態では、誘電体特徴１１１は、互いに横方向に隔離される領域（すなわち、隔離領域１１７）を基板表面１１６に形成するために、従来のインクジェット印刷、ゴムスタンピング、スクリーン印刷、または他の同様のプロセスの使用により堆積される誘電体ペースト材料から形成される。囲み２０４で述べられるプロセスの一実施形態では、基板の表面に誘電体特徴を配置した後、基板は、誘電体特徴１１１に基板表面との接合を形成させ、高密度にして、信頼性のある隔離特徴を形成するために望ましい温度に加熱される。誘電体特徴は、最初、隣接する長方形、円形、六角形、または基板の表面１０２に同様に成形される他の特徴の配列などの所望のパターンで基板表面にパターン形成される液体、ペーストまたはゲルであってもよい。一実施形態では、誘電体特徴１１１は、窒化シリコン、酸窒化シリコン、二酸化シリコン、二酸化チタンなどの誘電体材料の粒子または他の安定した無機粒子含有成分を含有してもよいゲルまたはペーストから形成される。他の無機材料は一般に、デバイスの層または領域間での太陽電池の電気的に活性なドーパントの拡散に起因して太陽電池デバイスに損傷を与えるのに必要とされるような時間で１０００℃およびより好ましくは１１００℃未満の温度でシリコン中にあまり拡散しないであろう材料を包含してもよい。一実施形態では、誘電体特徴１１１を形成するために使用される材料の化学組成は、高温硬化ステップを行った後、それが安定した無機膜に転換するようなものである。均一な液体またはゲル「インク」の形で堆積されてもよい材料はそれ故に、他の隣接堆積層に含有されるドーパントの混合または相互拡散に対する障壁を形成することになる。同様に、誘電体層１１１を形成するために使用される前駆体または誘電体ペースト材料は、無機粒子の混合物、無機粒子の溶解前駆体、および／またはさまざまな有機溶剤もしくは懸濁剤を含んでもよい。さまざまな有機溶剤または懸濁剤は、基板表面への材料の塗布を容易にするのに有用となることができ、その後の熱硬化ステップの間に除去されることになるように選択できる。いくつかの場合には、高温硬化ステップを行う前でさえ、未処理の誘電体層１１１の位置決めは、他のその後に堆積される液体、ゲル、またはペーストドーパント含有前駆体の混合に対する物理的障壁を提供するために使用でき、それ故に液体溶剤または懸濁剤の蒸発または分解によってそれらが所定の位置に固定されることを可能にする。一実施形態では、誘電体特徴が基板１１０の表面１１６に堆積された後、基板は、約１００と約５００℃との間の温度に加熱される。この熱プロセスは、Ｓａｎｔａ Ｃｌａｒａ ＣａｌｉｆｏｒｎｉａのＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ、Ｉｎｃ．の一部門Ｂａｃｃｉｎｉ、ＳｐＡによって製造されるＳｏｆｔＬｉｎｅツールなどの、乾燥オーブンおよび一緒に統合されるスクリーン印刷デバイスで行われてもよい。他の実施形態では、基板１１０は、より効果的な障壁材料への層１１１の圧密化をもたらすのに有用なより高い温度にさえ加熱されて（または「焼かれて」）もよい。一実施形態では、表面１１６は、形成される太陽電池デバイスの裏側である。一実施形態では、基板表面１１６の誘電体特徴１１１の高さ「Ｘ」は、約１と５０ミクロンとの間の高さである。一実施形態では、誘電体特徴１１１が形成される材料は、図３Ｊと併せて以下で論じられる誘電体スペーサ３０５が形成される材料に似ている。
囲み２０６において、図１Ｂおよび２で示されるように、第１のドーパント材料１３１が、基板１１０の表面１１６に形成される複数の隔離領域１１７中に堆積される。一実施形態では、第１のドーパント材料１３１は、隔離領域１１７の１つまたは複数中にインクジェット印刷、ゴムスタンピング、スクリーン印刷、または他の同様のプロセスの使用により所望のパターンで堆積されるまたは印刷される。第１のドーパント材料１３１は最初は、ドープ領域を形成するために使用されることになる液体、ペースト、またはゲルであってもよく、そのドープ領域は、誘電体特徴１１１によってその他の隔離領域１１７から隔離される。いくつかの場合には、隔離領域１１７に第１のドーパント材料１３１を配置した後、基板は、第１のドーパント材料１３１が隔離領域１１７にとどまることを確実にし、ドーパント材料１３１を硬化させ、高密度にし、および／または基板表面との接合を形成させるために望ましい温度に加熱される。一実施形態では、第１のドーパント材料１３１は、ｐ型ドーパントを含有するゲルまたはペーストである。一実施形態では、第１のドーパント材料１３１は、基板１１０の表面に以下で述べられるスクリーン印刷システムを使用してスクリーン印刷されるように構成されるｐ型ドーパント含有材料である。シリコン太陽電池製造で使用される典型的なｐ型ドーパントは、ホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）またはガリウム（Ｇａ）などの元素である。一実施形態では、ホウ素含有ドーパントペーストである第１のドーパント材料１３１が基板１１０の表面１１６に堆積された後、基板は、約８０と約５００℃との間の温度に加熱される。他の実施形態では、基板は、含有ドーパント元素を下にあるシリコン中に拡散させるように１１００℃と同じ高さの温度に加熱されてもよい。一例では、第１のドーパント材料は、その後の熱処理ステップ（例えば、囲み２１０で論じられる）を行った後、ドープ領域が約５０オームパースクエア（Ω／□）未満のシート抵抗を有して形成されるおよび／または基板の表面に約１０１８原子／ｃｍ３より大きいドーピングレベルを有するように構成される。
囲み２０８において、図１Ｃおよび２で示されるように、第２のドーパント材料１３２が、基板１１０の表面に形成された複数の未充填の隔離領域１１７中に堆積される。一実施形態では、第２のドーパント材料１３２は、隔離領域１１７の１つまたは複数中に従来のインクジェット印刷、ゴムスタンピング、スクリーン印刷、または他の同様のプロセスの使用により堆積される。第２のドーパント材料１３２は最初は、ドープ領域を形成するために使用されることになる液体、ペーストまたはゲルであってもよく、そのドープ領域は、誘電体特徴１１１によって第１のドーパント材料１３１から隔離される。いくつかの場合には、基板に第２のドーパント材料１３２を配置した後、基板は、第２のドーパント材料１３２を硬化させ、高密度にし、および／または基板表面との接合を形成させ、材料がその隔離領域１１７から離れないことを確実にするために望ましい温度に加熱される。一実施形態では、第２のドーパント材料１３２は、ｎ型ドーパントを含有する材料を含有するゲルまたはペーストである。一実施形態では、第１のドーパント材料１３１は、基板１１０の表面に以下で述べられるスクリーン印刷システムを使用してスクリーン印刷されるように構成されるｎ型ドーパント含有材料である。シリコン太陽電池製造で使用される典型的なｎ型ドーパントは、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、またはアンチモン（Ｓｂ）などの元素である。一実施形態では、第２のドーパント材料１３２は、基板１１０の表面１１６に堆積されるリン含有ドーパントペーストであり、基板は、約８０と約５００℃との間の温度に加熱される。一例では、第２のドーパント材料は、その後の熱処理ステップ（例えば、囲み２１０で論じられる）を行った後、ドープ領域が約５０オームパースクエア（Ω／□）未満のシート抵抗を有して形成されるおよび／または基板の表面に約１０１８原子／ｃｍ３より大きいドーピングレベルを有するように構成される。
一実施形態では、ドーピング材料１３２は、ウェハー表面にすでに存在する任意の薄い誘電体層を通って浸透するように設計されるエッチング材料に加えられてもよく、その結果シリコン表面への改善されたコンタクトもまた、形成できる。一例では、エッチング材料は、以下で示される図５Ｈと併せて述べられる材料に似ている。一実施形態では、第２のドーパント材料１３２は、リン酸（Ｈ３ＰＯ４）、亜リン酸（Ｈ３ＰＯ３）、次亜リン酸（Ｈ３ＰＯ２）、および／またはそれらのさまざまなアンモニウム塩から成る群から選択される材料を含有してもよい。
一実施形態では、第１のドーパント材料１３１または第２のドーパント材料１３２中の揮発性成分が気化し、基板表面の不要な領域に堆積するのを防止するために、囲み２１０で述べられるプロセスを行うより前に、第１のドーパント材料１３１および第２のドーパント材料１３２を覆うようにキャッピング層（図示されず）を堆積させることもまた、望ましい。一実施形態では、キャッピング層は、第２のドーパント材料１３２を堆積させるより前に、第１のドーパント材料１３１を封入するために第１のドーパント材料１３１を覆うように選択的に堆積される。別の実施形態では、キャッピング層は、第１のドーパント材料１３１を堆積させた後、第２のドーパント材料１３２を封入するために第２のドーパント材料１３２を覆うように選択的に堆積される。キャッピング層は、スクリーン印刷、インクジェット印刷または他の同様のプロセスを使用して隔離領域１１７（図１Ｃ）の各々で見られる第１のドーパント材料１３１および／または第２のドーパント材料１３２を覆うように選択的に堆積されてもよい。キャッピング層はまた、噴霧塗布、スピン塗布、ロール塗布、または浸漬塗布などの技術によってウェハーの全表面を覆うように非選択的に堆積されてもよい。一実施形態では、キャッピング材料は、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）、炭化シリコン（ＳｉｘＣｙ）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）、ガラスフリット、または他の同様の材料もしくは上記の材料の任意の組合せなどの材料の粒子を含有するゲルまたはペーストなどの誘電体材料である。キャッピング材料はまた、上で論じられた誘電体障壁１１１を形成するために使用される前駆体の１つまたは複数を含んでもよい。いくつかの場合には、キャップ層は、従来のＡＰＣＶＤ、ＰＥＣＶＤ、ＰＶＤ、または他の気相堆積プロセスを使用して基板の表面を覆うように堆積されるブランケット層であってもよい。１つの場合には、ブランケット膜は、酸化シリコン材料である。ブランケット層を堆積させた後、堆積キャッピング層の１つまたは複数の領域はその後に、従来の乾式エッチング、レーザーアブレーション、湿式エッチングまたは他の同様の材料除去プロセスの使用により基板の下にある領域を露出させるためにエッチングされてもよい。望ましい可能性があるエッチングプロセスの例は、参照によりその全体が組み込まれる、米国特許出願第１２／２７４，０２３号でさらに述べられる。
囲み２１０において、図１Ｄおよび２で示されるように、基板は、第１および第２のドーパント材料中のドーピング元素を基板１１０の表面１１６中に拡散させて、基板１１０内にｐ型領域１４１およびｎ型領域１４２を形成するために約８００℃より高い温度に加熱される。一実施形態では、基板は、約８００℃と約１３００℃との間の温度に窒素（Ｎ２）、酸素（Ｏ２）、水素（Ｈ２）、空気、またはそれらの組合せの存在下で約１と約１２０分との間にわたって加熱される。一実施形態では、形成されたｐ型領域１４１およびｎ型領域１４２はそれ故に、ポイントコンタクト型太陽電池の領域を形成するために使用できる。
オプションの洗浄プロセスが次いで、囲み２１０において行われるプロセスが完了した後、基板表面からどんな望ましくない残留物も除去するために基板１１０について行われてもよい。洗浄プロセスは、図２での囲み２０２において上で述べられた洗浄プロセスおよび／または図１７Ｅと併せて述べられる洗浄プロセスと似ているまたは同じであってもよい。別法として、基板は、任意の他の適切な方法によって洗浄されてもよい。
囲み２１２において、図１Ｅおよび２で示されるように、テクスチャ化プロセスが、テクスチャ面１５１を形成するために基板１１０の反対面１０１について行われる。一例では、形成されるテクスチャの平均深さは、約１μｍと約１０μｍとの間の粗さを有する。一実施形態では、基板１１０の反対面１０１は、太陽電池が形成された後、太陽光を受け取るように適合される太陽電池基板の前側である。例となるテクスチャ化プロセスの例は、参照により組み込まれる、２００８年３月２５日出願の仮特許出願第６１／０３９，３８４号［整理番号ＡＰＰＭ１３３２３Ｌ］でさらに述べられる。一実施形態では、誘電体層１１１、第１のドーパント材料１３１、第２のドーパント材料１３２、および／またはキャッピング層の少なくともいくらかの部分は、太陽電池の前側をテクスチャ形成するために使用されるアルカリ性エッチング化学剤に対して効果的な障壁を形成するように、高温拡散プロセスの後に基板の表面にとどまることができる。
一実施形態では、処理順序は、囲み２１４、２１６、および２１８において述べられ、図１Ｆ〜１Ｈ１で例示されるプロセスステップを続けてもよい。代替実施形態では、処理順序は、囲み２１３、２１５、２１７、２１９、および２２１において述べられ、図１Ｇ２〜１Ｊ２で例示される処理ステップを使用して続けてもよい。これらの異なる処理順序は、以下でさらに述べられることになる。
一実施形態では、プロセスが囲み２１２において行われた後、その処理は、図１Ｆおよび２で示されるように、囲み２１４において続けられてもよい。従って、反対面１０１がテクスチャ形成された後、薄い不動態化および反射防止層１５３ならびに／または透明導電性酸化物（ＴＣＯ）層１５２が、その上に形成される。囲み２１２および２１４において完了した反対面１０１の準備はまた、本明細書で述べられる本発明の基本的範囲から逸脱することなく、囲み２０４におけるプロセスまたはプロセス順序２００での他のステップを行うより前に行われてもよいことが分かるであろう。一実施形態では、前面層１５３は、真性アモルファスシリコン層（ｉ−ａ−ＳｉＨ）およびｎ型アモルファスシリコン層（ｎ−ａ−Ｓｉ：Ｈ）スタックを含んでもよく、その後に物理気相堆積プロセス（ＰＶＤ）または化学気相堆積プロセスの使用により堆積できる透明導電性酸化物（ＴＣＯ）層および／またはＡＲＣ層（例えば、窒化シリコン）が続く。そのスタックは一般に、表面再結合を低減し、後側のすぐ近くのｎ＋コンタクトへの横方向輸送または電子キャリアを促進するために前面電界効果を発生させるように構成される。
囲み２１６において、図１Ｇ１および２で例示されるように、導電層１６３が、基板１１０の表面１０２を覆うように堆積される。一実施形態では、形成される導電層１６３は、約５００と約５０，０００オングストローム（Å）との間の厚さであり、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、スズ（Ｓｎ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、亜鉛（Ｚｎ）、鉛（Ｐｂ）、モリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、バナジウム（Ｖ）、タングステン（Ｗ）、またはクロム（Ｃｒ）などの金属を含有する。一実施形態では、導電層１６３は、物理気相堆積（ＰＶＤ）プロセスまたは蒸発プロセスによりアルミニウム（Ａｌ）層１６１を最初に堆積させ、次いでＰＶＤ堆積プロセスの使用によりニッケルバナジウム（ＮｉＶ）キャッピング層１６２を堆積させることによって形成される２つの層を含有する。
囲み２１８において、図１Ｈ１および２で例示されるように、導電層１６３は、相互接続構造１６０を形成するために基板１１０の所望の領域を電気的に絶縁するようにパターン形成される。一実施形態では、基板１１０のその領域は、１つもしくは複数のレーザーアブレーション、パターン形成および湿式もしくは乾式エッチング、または他の同様の技術により導電層１６３にチャネル１７１を形成することによって電気的に絶縁される。チャネル１７１は、形成されたチャネル１７１の底部が誘電体特徴１１１と整列するように整列されてもよい。一般に、分離したもしくは互いにかみ合う電気的接続構造または相互接続構造１６０が、太陽電池デバイスの所望のｐ型またはｎ型領域を接続するために形成できるようにチャネル１７１を形成するまたは整列させることが、望ましい。チャネル１７１は、レーザーアブレーションによって形成されてもよい。
プロセス順序２００の別の実施形態では、囲み２１２におけるプロセスが行われた後、プロセス順序は、図１Ｇ２および２で示されるように、囲み２１３へ続き、そこでは誘電体層１２２が、基板１１０の少なくとも一表面に形成される。一実施形態では、誘電体層１２２は、シリコン含有基板の表面１０２に形成される二酸化シリコン層などの酸化シリコン層である。酸化シリコン含有誘電体層１２２は、炉アニールプロセス、急速熱酸化プロセス、大気圧もしくは低圧ＣＶＤプロセス、プラズマ強化ＣＶＤプロセス、ＰＶＤプロセスなどの従来の熱酸化プロセスを使用して形成される、または噴霧塗布、スピン塗布、ロール塗布、スクリーン印刷、もしくは他の同様の種類の堆積プロセスを使用して塗布されてもよい。一実施形態では、誘電体層１２２は、約５０Åと約３０００Åとの間の厚さの二酸化シリコン層である。別の実施形態では、誘電体層は、約２０００Å未満の厚さの二酸化シリコン層である。一実施形態では、表面１０２は、形成される太陽電池デバイスの裏側である。誘電体層１２２はまた、他の従来の堆積プロセス（例えば、ＰＥＣＶＤ堆積）を使用して形成できるおよび／または他の誘電体材料で作ることもできるので、酸化シリコン型誘電体層の形成の議論は、本明細書で述べられる本発明の範囲に関して限定することを意図しないことに留意すべきである。
囲み２１５では、図１Ｈ２および２で示されるように、基板の裏側表面１０２に形成された誘電体層１２２は、基板表面に裏側コンタクト構造１６０（図１Ｉ２）を形成するために使用できる露出領域１２３の所望のパターンを形成するために従来の手段によってエッチングされる。裏側表面１０２にパターン化露出領域１２３を形成するために使用されてもよい典型的なエッチングプロセスは、湿式もしくは乾式エッチングプロセスと一緒のマスキング（好ましくはスクリーン印刷による）、レーザーアブレーション技術、または堆積誘電体層１２２に所望のパターンを形成するために使用されてもよい他の同様のプロセスを包含してもよいが限定はされない。露出領域１２３は一般に、それを通って基板１１０の裏側表面１０２への電気的接続を作ることができる表面を提供する。
囲み２１５において行われるプロセスの一実施形態では、エッチャント材料またはエッチングゲルは、所望の領域１２３を形成し、規定するために従来のインクジェット印刷、ゴムスタンピング、スクリーン印刷、または他の同様のプロセスの使用により誘電体層１２２に選択的に堆積される。堆積パターンエッチングプロセスは一般に、最初に基板１１０の表面に所望のパターンでエッチャント材料を堆積させることから始める。一実施形態では、エッチャント材料は、フッ化アンモニウム（ＮＨ４Ｆ）、フッ化アンモニウムと均一な混合物を形成する溶剤、ｐＨ調整剤（例えば、ＢＯＥ、ＨＦ）、および界面活性剤／湿潤剤を含む。一例では、エッチャント材料は、５ｍｌのジメチルアミンと一緒に混合される２０ｇのフッ化アンモニウム、および２５ｇのグリセリンを含み、そのエッチャント材料は次いで、混合物のｐＨが約７に達し、均一な混合物が形成されるまで、１００℃に加熱される。アルカリ性化学剤を使用することの１つの恩恵は、その後の加熱プロセスがアンモニア（ＮＨ３）を追い出し始めるまで、揮発性ＨＦ蒸気が発生せず、それ故に加熱プロセスを行うより前に高価で複雑な換気および取扱いスキームの必要性を低減することであると考えられる。エッチャント材料を所望のパターンで堆積させた後、基板は次いで、エッチャント材料中の化学薬品に誘電体層１２２をエッチングさせるために約２００〜３００℃間の温度に加熱される。一実施形態では、囲み２１３において行われるエッチング材料およびエッチングプロセスステップは、参照によりそれらの全体が本明細書に両方とも組み込まれる、米国仮特許出願第６１／０４８，００１号および２００８年１１月１９日出願の同時係属の米国特許出願第１２／２７４，０２３号［代理人整理番号ＡＰＰＭ１２９７４．０２］で論じられるエッチングプロセスに似ている。
囲み２１７において、図１Ｈ２および２で示されるように、反対面１０１がテクスチャ形成された後、薄い不動態化および反射防止層１５３ならびに／または透明導電性酸化物（ＴＣＯ）層１５２が、その上に形成される。囲み２１２〜２１４および２１７において完了した反対面１０１の準備はまた、本明細書で述べられる本発明の基本的範囲から逸脱することなく、囲み２０４におけるプロセスまたはプロセス順序２００での他のステップを行うより前に行われてもよいことが分かるであろう。
プロセス順序２００の一実施形態では、囲み２１３〜２１５において行われる処理ステップは、全体のプロセス順序から除去されると熟考される。この構成では、処理順序２００は一般に、囲み２１２を行った後、囲み２１７を行うことを必要とすることになる。しかしながら、パターン化誘電体層の適用は、堆積導電層１６３（囲み２１９）が接触する基板の表面積を低減することによって基板１１０の表面に存在するキャリア再結合サイトの数を低減するのに役立つことができると考えられる。キャリア再結合を低減することは、形成される太陽電池デバイスの全体の効率を改善することになる。
囲み２１９において、図１Ｉ２および２で例示されるように、導電層１６３が、基板１１０の表面１０２を覆うように堆積される。一実施形態では、形成される導電層１６３は、約５００と約５０，０００オングストローム（Å）との間の厚さであり、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、スズ（Ｓｎ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、亜鉛（Ｚｎ）、鉛（Ｐｂ）、モリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、バナジウム（Ｖ）、タングステン（Ｗ）、またはクロム（Ｃｒ）などの金属を含有する。一実施形態では、導電層１６３は、物理気相堆積（ＰＶＤ）プロセスまたは蒸発プロセスによりアルミニウム（Ａｌ）層１６１を最初に堆積させ、次いでＰＶＤ堆積プロセスの使用によりニッケルバナジウム（ＮｉＶ）キャッピング層１６２を堆積させることによって形成される２つの層を含有する。
囲み２２１において、図１Ｊ２および２で例示されるように、導電層１６３は、相互接続構造１６０を形成するために基板１１０の所望の領域を電気的に絶縁するようにパターン形成される。一実施形態では、基板１１０のその領域は、１つもしくは複数のレーザーアブレーション、パターン形成および湿式もしくは乾式エッチング、従来のスクリーン印刷可能な金属エッチャントペーストの使用、または他の同様の技術により導電層１６３にチャネル１７１を形成することによって電気的に絶縁される。チャネル１７１は、形成されたチャネル１７１の底部が誘電体特徴１１１と整列するように整列されてもよい。一般に、分離したもしくは互いにかみ合う電気的接続構造または相互接続構造１６０が、太陽電池デバイスの所望のｐ型またはｎ型領域を接続するために形成できるようにチャネル１７１を形成するまたは整列させることが、望ましい。チャネル１７１は、レーザーアブレーションによって形成されてもよい。
代替パターン化太陽電池形成プロセス
図３Ａ〜３Ｌは、太陽電池１００の表面１０２に裏側コンタクト構造３６０（図３Ｌ）を形成するために使用される処理順序での異なる段階の間の太陽電池基板１１０の概略横断面図を例示する。図４は、太陽電池に活性領域および／またはコンタクト構造を形成するために使用されるプロセス順序４００を例示する。図４で見られる順序は、本明細書で論じられる図３Ａ〜３Ｌで描写される段階に対応する。プロセスステップのこの構成では、囲み４０２〜４１０の各々で行われ、図３Ａ〜３Ｅで例示されるプロセスは、囲み２０２〜２１０および図１Ａ〜１Ｅの各々と併せて上で論じられたプロセスに似ており、以下では論じられない。
従って、囲み４０２〜４１０で例示されるプロセスを行った後、囲み４１２において、テクスチャ化プロセスが、テクスチャ表面１５１を形成するために基板１１０の反対面１０１について行われる。一実施形態では、基板１１０の反対面１０１は、太陽電池が形成された後、太陽光を受け取るように適合される太陽電池基板の前側である。例となるテクスチャ化プロセスの例は、参照により組み込まれる、２００９年３月２３日出願の米国特許出願第１２／３８３，３５０号［整理番号ＡＰＰＭ１３３２３］でさらに述べられる。
囲み４１４において、図３Ｆで示されるように、誘電体層３０２が、基板１１０の少なくとも一表面に形成される。一実施形態では、誘電体層３０２は、シリコン含有基板の表面１０２に形成される二酸化シリコン層などの酸化シリコン層である。酸化シリコン含有誘電体層３０２は、炉アニールプロセス、急速熱酸化プロセス、大気圧もしくは低圧ＣＶＤプロセス、プラズマ強化ＣＶＤプロセス、ＰＶＤプロセスなどの従来の熱酸化プロセスを使用して形成される、または噴霧塗布、スピン塗布、ロール塗布、スクリーン印刷、もしくは他の同様の種類の堆積プロセスを使用して塗布されてもよい。一実施形態では、誘電体層３０２は、約５０Åと約３０００Åとの間の厚さの二酸化シリコン層である。別の実施形態では、誘電体層は、約２０００Å未満の厚さの二酸化シリコン層である。一実施形態では、表面１０２は、形成される太陽電池デバイスの裏側である。誘電体層３０２はまた、他の従来の堆積プロセス（例えば、ＰＥＣＶＤ堆積）を使用して形成できるおよび／または他の誘電体材料で作ることもできるので、酸化シリコン型誘電体層の形成の議論は、本明細書で述べられる本発明の範囲に関して限定することを意図しないことに留意すべきである。
不動態化層が太陽電池基板の前面に形成されなかった場合には、プロセス順序４００はその時、シリコン含有層をその上に形成するために次いで行われる１つまたは複数のステップ（すなわち、囲み４１６）を包含してもよい。一実施形態では、窒化シリコン（ＳｉＮ）不動態化および反射防止層、または薄いアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）層もしくはアモルファス炭化シリコン（ａ−ＳｉＣ：Ｈ）層ならびに窒化シリコン（ＳｉＮ）スタックが、例えば多数太陽電池基板が適切な大面積キャリア上に支持されるＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ＡＫＴ ＰＥＣＶＤシステムを使用する従来の化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）技術を使用して前面１０１に形成される。
囲み４１８では、図３Ｇ、３Ｈおよび４で示されるように、反対面１０１がテクスチャ形成された後、前面層３５０が、図３Ｇで示されるように、基板の反対面１０１に形成されてもよい。一実施形態では、前面層３５０は、真性アモルファスシリコン層（ｉ−ａ−ＳｉＨ）およびｎ型アモルファスシリコン層（ｎ−ａ−Ｓｉ：Ｈ）スタックを含んでもよく、その後に物理気相堆積プロセス（ＰＶＤ）または化学気相堆積プロセスの使用により堆積できる透明導電性酸化物（ＴＣＯ）層および／またはＡＲＣ層（例えば、窒化シリコン）１５３が続く（図３Ｈで示されるように）。そのスタックは一般に、表面再結合を低減し、後側のすぐ近くのｎ＋コンタクトへの横方向輸送または電子キャリアを促進するために前面電界効果を発生させるように構成される。
囲み４２０では、図３Ｉおよび４で示されるように、基板の裏側表面１０２に形成された誘電体層３０２は、基板表面に裏側コンタクト構造３６０（図３Ｌ）を形成するために使用できる露出領域３０３の所望のパターンを形成するために従来の手段によってエッチングされる。裏側表面１０２にパターン化露出領域３０３を形成するために使用されてもよい典型的なエッチングプロセスは、湿式もしくは乾式エッチングプロセスと一緒のマスキング（例えば、スクリーン印刷による）、レーザーアブレーション技術、または堆積誘電体層３０２に所望のパターンを形成するために使用されてもよい他の同様のプロセスを包含してもよいが限定はされない。露出領域３０３は一般に、それを通じて基板１１０の裏側表面１０２への電気的接続を作ることができる表面を提供する。
囲み４２０において行われるプロセスの一実施形態では、エッチャント材料またはエッチングゲルが、所望の領域３０３を形成し、規定するために従来のインクジェット印刷、ゴムスタンピング、スクリーン印刷、または他の同様のプロセスの使用により誘電体層３０２に選択的に堆積される。堆積パターンエッチングプロセスは一般に、最初に基板１１０の表面に所望のパターンでエッチャント材料を堆積させることから始める。一実施形態では、エッチャント材料は、フッ化アンモニウム（ＮＨ４Ｆ）、フッ化アンモニウムと均一な混合物を形成する溶剤、ｐＨ調整剤（例えば、ＢＯＥ、ＨＦ）、および界面活性剤／湿潤剤を含む。一例では、エッチャント材料は、５ｍｌのジメチルアミンと一緒に混合される２０ｇのフッ化アンモニウムおよび２５ｇのグリセリンを含み、そのエッチャント材料は次いで、混合物のｐＨが約７に達し、均一な混合物が形成されるまで、１００℃に加熱される。アルカリ性化学剤を使用することの１つの恩恵は、その後の加熱プロセスがアンモニア（ＮＨ３）を追い出し始めるまで、揮発性ＨＦ蒸気が発生せず、それ故に加熱プロセスを行うより前に高価で複雑な換気および取扱いスキームの必要性を低減することであると考えられる。エッチャント材料を所望のパターンで堆積させた後、基板は次いで、エッチャント材料中の化学薬品に誘電体層３０２をエッチングさせるために約２００〜３００℃間の温度に加熱される。一実施形態では、囲み４２０において行われるエッチング材料およびエッチングプロセスステップは、参照によりそれらの全体が本明細書に両方とも組み込まれる、米国仮特許出願第６１／０４８，００１号および２００８年１１月１９日出願の同時係属の米国特許出願第１２／２７４，０２３号［代理人整理番号ＡＰＰＭ１２９７４．０２］で論じられるエッチングプロセスに似ている。図３Ｉは、図４で示されるステップ４０２〜４２０を行った後に形成されるパターン化誘電体層３０３を例示する。
一実施形態では、囲み４２２で示されるオプションの洗浄プロセスが次いで、どんな望ましくない残留物も除去するおよび／または基板に１つまたは複数の不動態化面を形成するために基板１１０について行われる。洗浄プロセスは、図２での囲み２０２において上で述べられた洗浄プロセスと似ているまたは同じであってもよい。別法として、基板は、任意の適切な方法によって洗浄されてもよい。
囲み４２４において、図３Ｊおよび４で例示されるように、複数の誘電体スペーサ３０５が、基板１１０の表面１０２に選択的に堆積される。一実施形態では、誘電体スペーサ３０５は、互いに横方向に隔離される領域を基板表面３０６に形成するために、例えばＢａｃｃｉｎｉ（商標）スクリーン印刷機を使用するスクリーン印刷プロセスの使用により堆積される誘電性ペースト材料から形成される。囲み４２４で述べられるプロセスの一実施形態では、基板の表面に誘電体スペーサ３０５を配置した後、基板は、誘電体スペーサ３０５中の材料を高密度にし、基板表面の部分との接合を形成して、信頼性のある隔離要素を形成するために加熱される。誘電体スペーサ３０５は最初は、隣接する長方形、円形、六角形、または基板の表面１０２に同様に成形される他の特徴の配列などの所望のパターンで基板表面にパターン形成される液体、ペーストまたはゲルであってもよい。一実施形態では、誘電体スペーサ３０５は、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化バリウム（ＢａＯ）、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）、炭化シリコン（ＳｉｘＣｙ）、または他の高温安定誘電体材料もしくはそれらの組合せなどの材料を含有する粒子を含有するゲルまたはペーストである。別法として、誘電体スペーサを形成するために使用される材料または前駆体は、高温硬化プロセスを行った後、高温安定誘電体材料に転換することになる可溶性成分を含有してもよい。前駆体は一般に、ホウ素およびリンなどの典型的に使用されるドーパント原子の速度に匹敵する速度で結晶シリコン中に拡散する傾向のある元素が実質的にないようにすべきである。一実施形態では、誘電体スペーサ３０５が基板１１０の表面１１６に堆積された後、基板は、約１００と約１０００℃との間の温度に加熱される。一実施形態では、表面３０６は、形成される太陽電池デバイスの裏側である。一実施形態では、表面１０２の誘電体スペーサ３０５の高さ「Ｙ」は、約０．１０と約４０マイクロメータ（μｍ）との間の高さである。
囲み４２６において、図３Ｋおよび４で例示されるように、導電層３６１が、基板１１０の表面１０２を覆うように堆積される。一実施形態では、形成される導電層３６１は、約５００と約５０，０００オングストローム（Å）との間の厚さであり、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、スズ（Ｓｎ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、亜鉛（Ｚｎ）、鉛（Ｐｂ）、パラジウム（Ｐｄ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、バナジウム（Ｖ）、タングステン（Ｗ）、クロム（Ｃｒ）および／またはモリブデン（Ｍｏ）などの金属を含有する。一実施形態では、導電層３６１は、物理気相堆積（ＰＶＤ）プロセスまたは蒸発プロセスによりアルミニウム（Ａｌ）の２０００Åから２０，０００Åの厚さの層を堆積させることによって形成される。別の実施形態では、導電層３６１は、物理気相堆積（ＰＶＤ）プロセスまたは蒸発プロセスによりアルミニウム（Ａｌ）層を最初に堆積させ、次いでＰＶＤ堆積プロセスの使用によりニッケルバナジウム（ＮｉＶ）、スズ（Ｓｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、または銀（Ａｇ）キャッピング層を堆積させることによって形成される２つの層を含有する。
囲み４２８において、図３Ｌおよび４で例示されるように、導電層３６１は、相互接続構造３６０を形成するために基板１１０の所望の領域を電気的に絶縁するようにパターン形成される。一般に、誘電体スペーサ３０５は、隣接領域３６１に配置される導電層１６３の部分を電気的に絶縁するために使用される。一構成では、誘電体スペーサ３０５は、太陽電池デバイスの所望のｐ型またはｎ型領域を接続するための分離したもしくは互いにかみ合う電気的接続構造または相互接続構造３６０を形成するようにパターン形成される。一実施形態では、基板１１０の領域は、１つもしくは複数のレーザーアブレーション、研磨、サンディングの使用、従来のスクリーン印刷可能な金属エッチャントペーストの使用、および／もしくは湿式エッチングステップによって、または湿式かもしくは乾式エッチングが後に続くポリマーエッチングマスクの塗布（スクリーン印刷によるように）によって電気的に絶縁される。１つのそのような構造は、以下で図９〜１０と併せて論じられる。
第２の代替パターン化太陽電池形成プロセス
図５Ａ〜５Ｊは、太陽電池５００の表面１０２にコンタクト構造を形成するために使用される処理順序での異なる段階の間の太陽電池基板１１０の概略横断面図を例示する。図６は、太陽電池に活性領域および／またはコンタクト構造を形成するために使用されるプロセス順序６００を例示する。図６で見られる順序は、本明細書で論じられる図５Ａ〜５Ｊで描写される段階に対応する。プロセスステップのこの構成では、囲み６０２〜６１０の各々で行われ、図５Ａ〜５Ｄで例示されるプロセスは、囲み２０２〜２１２および図１Ａ〜１Ｄの各々と併せて上で論じられたプロセスに似ており、以下では論じられない。
従って、囲み６０２〜６１０で例示されるプロセスを行った後、囲み６１２において、図５Ｅおよび６で示されるように、テクスチャ化プロセスが、テクスチャ面１５１を形成するために基板１１０の反対面１０１について行われる。一実施形態では、基板１１０の反対面１０１は、太陽電池が形成された後、太陽光を受け取るように適合される太陽電池基板の前側である。例となるテクスチャ化プロセスの例は、参照により組み込まれる、２００９年３月２３日出願の米国特許出願第１２／３８３，３５０号［整理番号ＡＰＰＭ１３３２３］でさらに述べられる。また、囲み６１２において行われるプロセスの少なくとも一部の間に、誘電体特徴１１１は、エッチングプロセス、機械的研磨、機械的摩耗プロセス、または他の同様の技術の使用により基板１１０の表面１０２から除去される。
囲み６１４において、図５Ｆで示されるように、誘電体層５１１が、基板１１０の少なくとも一面に形成されるまたは堆積される。一実施形態では、誘電体層５１１は、シリコン含有基板の表面１０２に形成される酸化シリコン層である。酸化シリコン含有誘電体層５１１は、炉アニールプロセス、急速熱酸化プロセス、大気圧もしくは低圧ＣＶＤプロセス、プラズマ強化ＣＶＤプロセス、ＰＶＤプロセスなどの従来の熱酸化プロセスを使用して形成される、または噴霧塗布、スピン塗布、ロール塗布、スクリーン印刷、もしくは他の同様の種類の堆積プロセスを使用して塗布されてもよい。一実施形態では、誘電体層５１１は、約５０Åと約３０００Åとの間の厚さの二酸化シリコン層である。別の実施形態では、誘電体層５１１は、約２０００Å未満の厚さの二酸化シリコン層である。一実施形態では、表面１０２は、形成される太陽電池デバイスの裏側である。誘電体層５１１はまた、他の従来の堆積プロセス（例えば、ＰＥＣＶＤ堆積）を使用して形成できるおよび／または他の誘電体材料で作ることもできるので、酸化シリコン型誘電体層の形成の議論は、本明細書で述べられる本発明の範囲に関して限定することを意図しないことに留意すべきである。
不動態化層が太陽電池基板の前面に形成されなかった場合には、プロセス順序６００はその時、シリコン層をその上に形成するために次いで行われる１つまたは複数のステップ（すなわち、囲み６１６）を包含してもよい。一実施形態では、窒化シリコン（ＳｉＮ）不動態化および反射防止層、または薄いアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）層もしくはアモルファス炭化シリコン（ａ−ＳｉＣ：Ｈ）層ならびに窒化シリコン（ＳｉＮ）スタックが、前面１０１に形成される。一例では、堆積層は、例えば多数太陽電池基板が適切な大面積キャリア上に支持されるＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ＡＫＴ ＰＥＣＶＤシステムを使用する従来の化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）技術を使用して形成される。
囲み６１８では、図５Ｇおよび６で示されるように、反対面１０１がテクスチャ形成された後、前面層１５３が、基板の反対面１０１に形成されてもよい。一実施形態では、前面層１５３は、物理気相堆積プロセス（ＰＶＤ）、化学気相堆積プロセス（ＣＶＤ）、または他の同様の技術の使用により堆積される透明導電性酸化物（ＴＣＯ）層および／またはＡＲＣ層（例えば、窒化シリコン）を含む。前面層１５３は、上で述べられたプロセスの１つによって形成されるおよび／または上で述べられた層の１つまたは複数を含んでもよい。
囲み６２０では、図５Ｈおよび６で示されるように、基板の裏側表面１０２に形成された誘電体層５１１は、基板表面に裏側コンタクト構造５６０（図５Ｊ）を形成するために使用できる露出領域５１２の所望のパターンを形成するために、従来の手段によってエッチングされる。裏側表面１０２にパターン化露出領域５１２を形成するために使用されてもよい典型的なエッチングプロセスは、パターン形成および乾式エッチング技術、レーザーアブレーション技術、パターン形成および湿式エッチング技術、または堆積誘電体層５１１に所望のパターンを形成するために使用されてもよい他の同様のプロセスを包含してもよいが限定はされない。露出領域５１２は一般に、それを通じて基板１１０の裏側表面１０２への電気的接続を作ることができる表面を提供する。
囲み６２０において行われるプロセスの一実施形態では、エッチャント材料は、所望の領域５１２を形成し、規定するために、従来のインクジェット印刷、ゴムスタンピング、スクリーン印刷、または他の同様の技術の使用により誘電体層５１１に選択的に堆積され、加熱される。一実施形態では、囲み６２０において行われるエッチング材料およびパターンエッチングプロセスステップは、参照によりその全体が組み込まれる、米国特許出願第１２／２７４，０２３号で論じられるエッチングプロセスと同じである。図５Ｈは、図６で示されるステップ６０２〜６１８を行った後に形成されるパターン化誘電体層５１１を例示する。
囲み６２２で示されるように、一実施形態では、囲み６２０で行われるプロセスが完了した後、オプションの洗浄プロセスが、どんな望ましくない残量物も除去するおよび／または不動態化面を形成するために基板１１０について行われる。洗浄プロセスは、図２での囲み２０２において上で述べられた洗浄プロセスおよび図１７Ｅと併せて述べられるプロセスと似ているまたは同じであってもよい。別法として、基板は、任意の適切な方法によって洗浄されてもよい。
囲み６２４において、図５Ｉおよび６で例示されるように、導電層１６３が、基板１１０の表面１０２を覆うように堆積される。一実施形態では、形成される導電層１６３は、約５００と約５０，０００オングストローム（Å）との間の厚さであり、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、スズ（Ｓｎ）、コバルト（Ｃｏ）、レニウム（Ｒｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、亜鉛（Ｚｎ）、鉛（Ｐｂ）、パラジウム（Ｐｄ）、モリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、バナジウム（Ｖ）、タングステン（Ｗ）、またはクロム（Ｃｒ）などの金属を包含する。しかしながら、いくつかの場合には、銅（Ｃｕ）が、適切な障壁層（ＴｉＷ、Ｔａ、その他）に形成される第２の層または後続層として使用されてもよい。一実施形態では、導電層１６３は、物理気相堆積（ＰＶＤ）プロセスまたは蒸発プロセスによりアルミニウム（Ａｌ）層１６１を最初に堆積させ、次いでＰＶＤ堆積プロセスの使用によりニッケルバナジウム（ＮｉＶ）キャッピング層１６２を堆積させることによって形成される２つの層を含有する。
囲み６２６において、図５Ｊおよび６で例示されるように、導電層１６３は、相互接続構造５６０を形成するために基板１１０の所望の領域を電気的に絶縁するようにパターン形成される。一実施形態では、基板１１０のその領域は、１つもしくは複数のレーザーアブレーション、パターン形成および乾式エッチング、従来のスクリーン印刷可能な金属エッチャントペーストの使用、または他の同様の技術により導電層１６３にチャネル１７１を形成することによって電気的に絶縁される。チャネル１７１は、形成されたチャネル１７１の底部が誘電体層５１１と整列するように整列されてもよい。実施形態では、分離したもしくは互いにかみ合う電気的接続構造または相互接続構造５６０が、太陽電池デバイスの所望のｐ型またはｎ型領域を接続するために形成できるようにチャネル１７１を形成するまたは整列させることが、望ましい。チャネル１７１は、レーザーアブレーションによって形成されてもよい。
第３の代替パターン化太陽電池形成プロセス
図７Ａ〜７Ｌは、太陽電池１００の表面１０２にコンタクト構造７６０を形成するために使用される処理順序での異なる段階の間の太陽電池基板１１０の概略横断面図を例示する。図８は、太陽電池に活性領域および／またはコンタクト構造を形成するために使用されるプロセス順序８００を例示する。図８で見られる順序は、本明細書で論じられる図７Ａ〜７Ｌで描写される段階に対応する。
図８で示される囲み８０２において、基板１１０の表面は、どんな望ましくない材料または粗さも除去するために洗浄される。一実施形態では、洗浄プロセスは、基板が洗浄溶液にさらされるバッチ洗浄プロセスを使用して行われてもよい。囲み８０２において行われる洗浄化学剤および洗浄処理ステップは一般に、上で述べられるステップ２０２と併せて行われるプロセスと同じである。
囲み８０４において、図７Ａおよび８で示されるように、ドーピング層７１１が、基板１１０の裏側表面１０２に形成される。一態様では、堆積ドーピング層７１１は、１つまたは複数のその後の熱処理ステップが基板について行われた後、太陽電池基板の表面にｐ＋ドープ領域またはｎ＋領域などの高濃度ドープ領域を形成するために使用される。堆積ドーピング層７１１はまた、前側テクスチャ形成プロセス（囲み８０８）が基板の前面１０１について行われるとき、基板１１０の裏側を保護する化学的耐性のある層として使用されてもよい。この場合には、ドーピング層７１１はまた、太陽電池の前側１０１領域が形成されるとき、基板のための安定した支持面を提供してもよい。
一実施形態では、ドーピング層７１１は、基板に形成されるリンケイ酸塩ガラス（ＰＳＧ）またはホウケイ酸塩ガラス（ＢＳＧ）などの、その中に配置されるｎ型またはｐ型ドーパント原子を有するケイ酸塩ガラス材料である。ドーピング層７１１は、従来のスピン塗布、スクリーン印刷、インクジェット印刷、噴霧塗布、ロール塗布、または他の同様の種類の堆積技術を使用して形成されてもよい。一実施形態では、ドーピング層７１１は、約５００Åと約４０μｍとの間の厚さのケイ酸塩ガラス層である。一例では、ドーピング層７１１は、ｎ型基板１１０に配置されるＢＳＧ層である。別の例では、ドーピング層７１１は、ｐ型基板１１０に配置されるＰＳＧ層である。一実施形態では、ドーピング層７１１は、１）テクスチャエッチングプロセス化学剤（ステップ８０８）および他の洗浄プロセス化学剤に一般に化学的耐性があり、２）太陽電池デバイスの表面１０２に形成されるさまざまな領域を電気的に絶縁するために使用できる誘電体材料であり、３）１つまたは複数の熱処理ステップの間にある量のドーパント材料を基板１１０の表面に提供する、材料から形成される。前面１０１へのドーピング層７１１の堆積はまた、それが、これらのプロセスの間に行われる取扱いの間に容易に傷をつけられるまたは損傷を与えられることにならない安定した支持面としての役割を果たすことができるので、裏側コンタクト構造を形成するときに役立つこともある。
囲み８０６において、図７Ｂおよび８で示されるように、基板は、ドーピング層７１２中のドーパントを基板１１０の表面中に拡散させて、基板１１０内にドープ領域７１２を形成するために約８００℃より高い温度に加熱される。一実施形態では、基板は、約８００℃と約１３００℃との間の温度に窒素（Ｎ２）、酸素（Ｏ２）、水素（Ｈ２）、空気、またはそれらの組合せの存在下で約１から１２０分の間にわたって加熱される。形成されたドープ領域７１１はそれ故に、不動態化後面ポイントコンタクト太陽電池構造での使用のための裏面電界拡散を形成するために使用できる。
囲み８０８において、テクスチャ化プロセスが、テクスチャ表面１５１を形成するために基板１１０の前面１０１について行われる（図７Ｃ）。一実施形態では、基板１１０の前面１０１は、太陽電池が形成された後、太陽光を受け取るように適合される太陽電池基板の前側である。例として、一テクスチャ形成プロセスでは、基板は、標準ＢＯＥエッチング化学剤、次いでアルカリ性エッチング化学剤（例えば、ＫＯＨ化学剤）、次いで希釈ＨＦ洗浄化学剤に浸される。いくつかの場合には、テクスチャ化プロセスは、上で述べられたプロセスの１つまたは複数に似ている。
一実施形態では、囲み８１０および図７Ｃで示されるオプションの洗浄プロセスは、囲み８０８で行われるプロセスが完了した後、基板１１０について行われる。オプションの洗浄プロセスは一般に、どんな望ましくない残留物も除去するおよび／または基板の表面に不動態化層を形成するために使用される。一実施形態では、洗浄プロセスは、ＳＣ１洗浄溶液、ＳＣ２洗浄溶液、希釈ＨＦラスト型洗浄溶液、オゾン処理水溶液、希釈水酸化アンモニウム（ＮＨ４ＯＨ）溶液、過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）溶液、ＤＩ水などの洗浄溶液で基板をぬらすことによって行われてもよく、または他の適切なコスト効率のよい洗浄プロセスが、シリコン含有基板を洗浄するために使用されてもよい。一実施形態では、洗浄溶液は、フッ化水素（ＨＦ）およびオゾン（Ｏ３）の混合物である。洗浄プロセスは、約３０秒から約２４０秒、例えば約１２０秒などの、約５秒と約６００秒との間基板について行われてもよい。
一実施形態では、ステップ８０２〜８１０を行った後、ドーピング層７１１の一部分またはドーピング層７１１Ａが、基板の表面１０２にとどまり、ドーピング層が、形成される太陽電池デバイスのさまざまな領域間の絶縁体としての役割を果たすのに十分な誘電特性を有するように、ドーピング層７１１堆積プロセスおよびさまざまな洗浄／エッチングステップ（例えば、参照数字８０８および／または８１０）を合わせることが、望ましい。一例では、残りのドーピング層７１１Ａは、約１００から１０，０００Åの間の厚さであり、ＰＳＧまたはＢＳＧ材料などのケイ酸塩ガラス材料から形成される。
不動態化層が太陽電池基板の前面に形成されなかった場合には、プロセス順序８００はその時、シリコン層をその上に形成するために次いで行われる１つまたは複数のステップを包含してもよい。一実施形態では、窒化シリコン（ＳｉＮ）不動態化および反射防止層、または薄いアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）層もしくはアモルファス炭化シリコン（ａ−ＳｉＣ：Ｈ）層ならびに窒化シリコン（ＳｉＮ）スタックが、例えば多数太陽電池基板が適切な大面積キャリア上に支持されるＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ＡＫＴ ＰＥＣＶＤシステムを使用する従来の化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）技術を使用して前面１０１に形成される（すなわち、囲み８１２）。
囲み８１４では、図７Ｅおよび８で示されるように、残りのドーピング層７１１Ａが、裏側コンタクト構造７６０（図７Ｌ）と基板表面との間の接続を形成するために使用できる露出領域７２５の所望のパターンを形成するためにエッチングされる。裏側表面１０２にパターン化露出領域７２５を形成するために使用されてもよい典型的なエッチングプロセスは、湿式もしくは乾式エッチング技術と一緒のマスキング、レーザーアブレーション技術、またはエッチャントゲルもしくはペーストのパターン化塗布を包含してもよいが限定はされない。露出領域７２５は一般に、それを通じて基板１１０の裏側表面１０２への電気的接続を作ることができる表面を提供する。
囲み８１４において行われるプロセスの一実施形態では、エッチャント材料は、露出領域７２５を形成し、規定するために、従来のインクジェット印刷、ゴムスタンピング、スクリーン印刷、または他の同様の技術の使用によりドーピング層７１１Ａに選択的に堆積され、次いで加熱される。一実施形態では、囲み８１４において行われるエッチング材料およびパターンエッチングプロセスステップは、上で述べられたプロセスのいくつかで論じられたようなエッチングプロセスと同じである。一例では、エッチャント材料は、ドーピング層７１１Ａをエッチングするように処方されるフッ化アンモニウム（ＮＨ４Ｆ）含有材料である。一例では、エッチャント材料は、２００ｇ／ｌのフッ化アンモニウム（ＮＨ４Ｆ）、５０ｇ／ｌの２０００ＭＷポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、および５０ｇ／ｌのエチルアルコールを含有し、１リットル容積の残りは、ＤＩ水である。別の例では、１リットルのエッチャント材料は、９０ミリリットルの６：１ＢＯＥエッチング溶液、５ｇの５００ＭＷポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、および５ｇのエチルアルコールを含有し、その容積の残りは、ＤＩ水である。一実施形態では、囲み６２０において行われるエッチング材料およびパターンエッチングプロセスステップは、参照によりその全体が組み込まれる、米国特許出願第１２／２７４，０２３号で論じられるエッチングプロセスと同じである。一実施形態では、エッチングゲルまたはペーストは、ドーピング層７１１Ａに塗布され、２５０℃と４００℃との間などの所望の温度に加熱される。一実施形態では、エッチング材料中のドーパントは、ドープされたドーピング層７１１Ａに含有されるドーパント（例えば、Ｂ、Ｐ）と異なるドーパント材料（例えば、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）を含有する。ドーピング層７１１Ａ中のシリコン含有成分は、揮発性ＳｉＦ４に転換することになるが、含有されるドーパントがはるかにより濃縮された残留物が、基板の露出表面に形成される、またはとどまる。このように、その後の高温拡散ステップ（例えば、囲み８２２）では、エッチングされないドーピング層７１１Ａ中のドーパント、およびエッチングされた開口の表面を覆って残されたより濃縮されたドーパント残留物の両方が、太陽電池基板中に押し込まれる。露出領域７２５にとどまっている濃縮ドーパント残留物はそれ故に、開口７２５より下の基板の領域でより高いドーピングレベルを提供することができると考えられる。別の実施形態では、追加の量のドーパント含有化合物が、残留物中の濃度および最終的にはコンタクトの下のドーピング量を増加させるためにエッチャント処方に加えられてもよい。どちらの場合にも、露出領域の残留ドーパント材料の除去を回避するために高温押し込みステップが行われるまで、基板を洗浄することは一般に、望ましくない。これらの実施形態は、より高い太陽電池効率と相関する選択エミッタコンタクトの形成の簡易手法を提供する。
囲み８１６で示されるように、一実施形態では、オプションの洗浄プロセスが、どんな望ましくない残留物も除去するおよび／または不動態化面を形成するために基板１１０について行われる。使用されてもよいさまざまな洗浄プロセスの例は、上で論じられ、図１７Ｅと併せて論じられる。
囲み８１８において、図７Ｆおよび８で例示されるように、複数の誘電体スペーサ７０５は、基板の表面の露出領域７１６が誘電体スペーサ７０５によって基板の他の部分から横方向にまたは水平に隔離されるように、基板１１０の表面１０２に選択的に堆積される。一実施形態では、誘電体スペーサ７０５は、露出領域７１６および誘電体スペーサ７０５によって少なくとも部分的に囲まれる領域７１７を形成するために、従来のスクリーン印刷の使用により堆積される誘電体ペースト材料から形成される。一実施形態では、誘電体スペーサ７０５を配置した後、基板は、誘電体スペーサ７０５中の材料に基板表面の部分との結合を形成させ、高密度にして、信頼性のある電気的および物理的隔離要素を形成するために、約３００と約５００℃との間などの望ましい温度に加熱される。誘電体スペーサ７０５はまた、インクジェット印刷を使用するパターン形成のようなプロセスで塗布される液体またはゲルのような前駆体溶液から導かれることもある。誘電体スペーサ７０５は、上で論じられた他のスペーサ、例えば誘電体スペーサ３０５に似た材料から作ることができる。一実施形態では、表面１０２の誘電体スペーサ７０５の高さ「Ｚ」は、約０．１と約５０マイクロメータ（μｍ）との間の高さである。
囲み８２０において、図７Ｇおよび８で示されるように、ドーパント材料７３１が、基板１１０の表面１０２に形成された複数の領域７１７中に堆積される。一実施形態では、ドーパント材料７３１は、従来のインクジェット印刷、ゴムスタンピング、スクリーン印刷、または他の同様のプロセスの使用により領域７１７の１つまたは複数中に堆積される材料である。ドーパント材料７３１は最初は、基板にドープ領域を形成するために使用されることになる液体、ペーストまたはゲルであってもよく、そのドープ領域は、誘電体特徴７０５によってその他の横方向領域から隔離される。領域７１７にドーパント材料７３１を配置した後、基板は、ドーパント材料７３１が領域７１７にとどまることを確実にし、ドーパント材料７３１を高密度にし、および／または基板表面との結合を形成させるために、望ましい温度に加熱される。一実施形態では、ドーパント材料７３１は、基板とは反対のドーピング型であるドーパントを含有するゲルまたはペーストである。１つの場合には、ホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）またはガリウム（Ｇａ）などのｐ型ドーパントが、ｎ型基板と併せて使用される。別の場合には、リン（Ｐ）、またはヒ素（Ａｓ）などのｎ型ドーパントが、ｐ型基板と併せて使用される。一実施形態では、ドーパント材料７３１が基板１１０の露出領域７１６に堆積された後、基板は、約８０と約４００℃との間の温度に加熱される。一実施形態では、ドーパント材料７３１は、上で論じられたドーパント材料１３１または１３２に似ている。
一実施形態では、ドーパント材料７３１中の揮発性成分が気化し、基板表面の不要な領域に堆積することを防止するために、囲み８２２で述べられるプロセスを行うよりも前にドーパント材料７３１を覆うようにキャッピング層（図示されず）を堆積させることが、望ましい。キャッピング層は、上で論じられたのと同様の材料から形成されてもよく、上で論じられたプロセスの１つまたは複数を使用して選択的に堆積されてもよい。
囲み８２２において、図７Ｈおよび８で示されるように、基板は、ドーパント材料７０８中のドーピング元素を基板１１０の露出領域７１６中に拡散させて、基板１１０内にドープ領域７１８を形成するために、約８００℃より高い温度に加熱される。一実施形態では、基板は、約８００℃と約１３００℃との間の温度に窒素（Ｎ２）、酸素（Ｏ２）、水素（Ｈ２）、空気、またはそれらの組合せの存在下で約１と約１２０分との間にわたって加熱される。形成されたドープ領域７１８はそれ故に、ポイントコンタクト型太陽電池の領域を形成するために使用できる。一実施形態では、囲み８２２において行われる押し込みプロセスの間に基板１１０の前面１０１のいくらかのドーピングを可能にするために部分的に揮発することができるドーパント材料７３１を選択することが、望ましい。一例では、ドーパント材料７３１は、リンを含有する。
囲み８２４において、図７Ｉおよび８で例示されるように、パターン形成され、規定された領域７０７をドーピング層７１１Ａに形成できるように、エッチャント材料が、従来のインクジェット印刷、ゴムスタンピング、スクリーン印刷、または他の同様のプロセスの使用によりドーピング層７１１Ａの部分に選択的に堆積される。一実施形態では、囲み８２４において行われるエッチング材料およびパターンエッチングプロセスステップは、上で論じられたパターン形成およびエッチングプロセス（例えば、上で論じられたステップ４２０）と同じである。また、一実施形態では、囲み８２４で行われるプロセスが完了した後、オプションの洗浄プロセスが、どんな望ましくない残留物も除去するおよび／または不動態化面を形成するために基板１１０について行われてもよい。囲み８２４で使用されてもよいさまざまな洗浄プロセスの例は、上でさらに論じられる。
囲み８２６において、図７Ｊおよび８で例示されるように、パターン化導電材料７０９が、従来のインクジェット印刷、ゴムスタンピング、スクリーン印刷、または他の同様のプロセス技術の使用により基板１１０の表面１０２の領域７１７中に堆積される。一実施形態では、形成される導電材料７０９は、誘電体スペーサ７０５によって基板表面のその他の部分から隔離される金属ペーストである。一構成では、導電材料７０８は、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、スズ（Ｓｎ）、コバルト（Ｃｏ）、レニウム（Ｒｈ）、ニッケル（Ｎｉ）、亜鉛（Ｚｎ）、鉛（Ｐｂ）、パラジウム（Ｐｄ）、モリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、バナジウム（Ｖ）、タングステン（Ｗ）、またはクロム（Ｃｒ）などの金属を含有するペーストである。しかしながら、いくつかの場合には、銅（Ｃｕ）が、適切な障壁層（ＴｉＷ、Ｔａ、その他）に形成される第２の層または後続層として使用されてもよい。
囲み８２８において、図８で示されるように、基板は、導電材料７０９を高密度にし、基板表面の露出領域７１８への結合を形成させるために、所望の温度に加熱される。一実施形態では、良好なオーミックコンタクトが高密度化導電材料７０９と露出領域７１６の表面との間で形成できるように、基板は、約２００℃と約９００℃との間の温度に約１と約１０分との間にわたって加熱される。
囲み８３０において、図７Ｋおよび８で例示されるように、導電層７６１が、基板１１０の表面１０２を覆うように堆積される。一実施形態では、形成される導電層７６１は、約２０，０００と約５０，０００オングストローム（Å）との間の厚さであり、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、スズ（Ｓｎ）、コバルト（Ｃｏ）、レニウム（Ｒｈ）、ニッケル（Ｎｉ）、亜鉛（Ｚｎ）、鉛（Ｐｂ）、パラジウム（Ｐｄ）、モリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、バナジウム（Ｖ）、タングステン（Ｗ）、またはクロム（Ｃｒ）などの金属を含有する。しかしながら、いくつかの場合には、銅（Ｃｕ）が、適切な障壁層（例えば、ＴｉＷ、Ｔａ）に形成される第２の層または後続層として使用されてもよい。別の実施形態では、導電層７６１は、蒸発または物理気相堆積（ＰＶＤ）プロセスによりアルミニウム（Ａｌ）の５００から約５０，０００Åの厚さの層を堆積させることによって形成される。別の実施形態では、導電層７６１は、蒸発または物理気相堆積（ＰＶＤ）プロセスによりアルミニウム（Ａｌ）層を最初に堆積させ、次いでＰＶＤ堆積プロセスの使用によりニッケルバナジウム（ＮｉＶ）、スズ（Ｓｎ）、銀（Ａｇ）または他のはんだ付け可能なキャッピング金属もしくは合金を堆積させることによって形成される２つの層を含有する。
囲み８３２において、図７Ｌおよび８で例示されるように、導電層７６１は、相互接続構造７６０を形成するために基板１１０の所望の領域を電気的に絶縁するようにパターン形成される。一実施形態では、基板１１０のその領域は、１つもしくは複数のレーザーアブレーション、研磨、サンディング、マスキングおよび湿式もしくは乾式エッチング、または他の同様の技術の使用により電気的に絶縁される。一般に、誘電体スペーサ７０５は、隣接領域に配置される導電層７６１の部分を電気的に絶縁するために使用される。一構成では、誘電体スペーサ７０５は、太陽電池デバイスの所望のｐ型またはｎ型領域を接続するために分離したもしくは互いにかみ合う電気的接続構造または相互接続構造７６０を形成するようにパターン形成される。１つのそのような構造は、以下で図９〜１０と併せて論じられる。
第４の代替パターン化太陽電池形成プロセス
図１１Ａ〜１１Ｈは、太陽電池１１００の表面１０２にコンタクト構造を形成するために使用される処理順序での異なる段階の間の太陽電池基板１１０の概略横断面図を例示する。図１２は、太陽電池に活性領域および／またはコンタクト構造を形成するために使用されるプロセス順序１２００を例示する。図１２で見られる順序は、本明細書で論じられる図１１Ａ〜１１Ｈで描写される段階に対応する。プロセスステップのこの構成では、囲み１２０２〜１２０６の各々で行われるプロセスは、囲み２０２〜２０６および図１Ａ〜１Ｂの各々と併せて上で論じられたプロセスに似ており、以下では論じられない。
しかしながら、囲み１２０６で行われるプロセスの一実施形態では、第１のドーパント材料をキャッピングし、それ故に１つまたは複数のその後の熱処理ステップの間に第１のドーパント材料が気化し、太陽電池基板１１０の表面から離れることを防止するために、第１のドーパント材料１３１を覆うように非ドープのケイ酸塩ガラス（ＵＳＧ）（図示されず）を堆積させることが、望ましい。一実施形態では、非ドープのケイ酸塩ガラス（ＵＳＧ）は、インクジェット印刷、ゴムスタンピング、スクリーン印刷、または他の同様のプロセスを使用して堆積される。
囲み１２０２〜１２０６で例示されるプロセスを行った後、囲み１２０８において、図１１Ｃおよび１２で示されるように、ドープ層１２３０が、太陽電池１１００の表面１０２を覆うように堆積される。ドープ層１２３０は有利には、反対面１０１を粗くするために使用される囲み１２１２において行われるその後のテクスチャ化プロセスの間に、表面１０２がエッチングされるのを最小限にするおよび／または防止するエッチングマスクとして使用される。一般に、反対面１０１の露出材料に対するドープ層１２３０のエッチング選択性は、テクスチャ化プロセスの間に表面１０２に形成されたさまざまな領域からの材料喪失を防止するために比較的高くするべきである。一例では、ドープ層１２３０に対する反対面１０１の材料のエッチング選択性は、少なくとも約１００：１である。一実施形態では、堆積ドープ層１２３０は、約５００Åの厚さであり、ホウ素（Ｂ）などのｐ型ドーパントを含有するアモルファスシリコン含有層である。一実施形態では、ドープ層１２３０は、太陽電池１１００の表面１０２を覆うように形成されるＰＥＣＶＤ堆積ＢＳＧ層である。一例では、ドープ層１２３０は、その後の熱処理ステップを行った後、ドープ領域が約５０オームパースクエア（Ω／□）未満のシート抵抗を有して形成されるおよび／または基板の表面に約１０１８原子／ｃｍ３より大きいドーピングレベルを有するように構成される。
囲み１２０８において行われるプロセスの別の実施形態では、図１１Ｃおよび１２で示されるように、堆積ドープ層１２３０は、太陽電池１１１０の表面１０２を覆うように形成されるドープされたアモルファス炭化シリコン（ａ−ＳｉＣ）層である。一実施形態では、アモルファスＳｉＣ層は、先に堆積された第１のドーパント材料１３１からのリン（Ｐ）などのドーパント材料の気化量を最小限にするために約２００℃の温度でＰＥＣＶＤプロセスを使用して形成される。一例では、ドープ層１２３０は、トリメチルボラン（ＴＭＢ）、シラン（ＳｉＨ４）および水素（Ｈ２）を含有するガス混合物を使用して堆積される。
囲み１２０８において行われるプロセスのなお別の実施形態では、図１１Ｃおよび１２で示されるように、堆積ドープ層１２３０は、太陽電池１１１０の表面１０２を覆うように形成されるドープされたアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）層である。一実施形態では、ドープされたアモルファスシリコン層は、先に堆積された第１のドーパント材料１３１からのリン（Ｐ）などのドーパント材料の気化量を最小限にするために約２００℃の温度で形成されるアモルファス水素化シリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）層である。一例では、ドープ層１２３０は、ジボラン（Ｂ２Ｈ６）、シラン（ＳｉＨ４）および水素（Ｈ２）を含有するガス混合物を使用して堆積される。
囲み１２１０において、図１１Ｄおよび１２で示されるように、第１のドーパント材料１３１中のドーピング元素およびドープ層１２３０に含有されるドーピング元素を基板１１０の表面１１６中に拡散させて、基板１１０内に第１のドープ領域１１４１および第２のドープ領域１１４２をそれぞれ形成するために、基板は、約８００℃より高い温度に加熱される。一例では、第１のドーパント材料１３１は、ｎ型ドーパントを含有し、ドープ層１２３０は、ｐ型ドーパントを含有し、それらは、基板１１０内にｐ型領域およびｎ型領域をそれぞれ形成する。一実施形態では、基板は、約８００℃と約１３００℃との間の温度に約１と約１２０分との間にわたって加熱される。一例では、基板は、急速熱アニール（ＲＴＡ）チャンバー内で窒素（Ｎ２）の豊富な環境で約１０００℃の温度に約５分間加熱される。一実施形態では、形成された第１のドープ領域１１４１および第２のドープ領域１１４２はそれ故に、ポイントコンタクト型太陽電池の領域を形成するために使用できる。
囲み１２１０において行われるプロセスの別の実施形態では、基板拡散プロセスは、２ステップ拡散プロセスである。第１のステップでは、基板は、基板１１０の表面のさまざまな露出成分の酸化を防止するために窒素（Ｎ２）の豊富な環境で約８００℃より高い温度に加熱される。次に、所望のドーパント拡散深さを達成するなどに十分な時間間隔の後、次いで窒素（Ｎ２）および酸素（Ｏ２）混合物が、プロセスステップの終わりまでにアモルファスＳｉＣ含有ドープ層１２３０に含有されるシリコン材料を酸化し、消費するために拡散チャンバーに注入されてもよい。一例では、第２のステップは、約８００℃より高い温度で行われる。
囲み１２１０において行われるプロセスが完了した後、オプションの洗浄プロセスが次いで、どんな望ましくない残留物も基板表面（例えば、表面１０１および／または１０２）から除去するために基板１１０について行われてもよい。洗浄プロセスは、図２での囲み２０２において上で述べられた洗浄プロセスと似ているまたは同じであってもよい。別法として、基板は、任意の適切な方法によって洗浄されてもよい。
囲み１２１２において、テクスチャ化プロセスが、図１１Ｅで例示されるテクスチャ表面（すなわち、参照数字１５１）に似たテクスチャ表面を形成するために基板１１０の反対面１０１について行われる。一実施形態では、基板１１０の反対面１０１は、太陽電池が形成された後、太陽光を受け取るように適合される太陽電池基板の前側である。一般に、ドープ層１２３０と反対面１０１に見られる露出材料との間の高いエッチング選択性に起因して、アルカリ性シリコン湿式エッチング化学剤の使用が、ｐ型ドープ層１２３０を使用するとき利用される。ドープされたｐ型層は、電子が枯渇し、それ故にエッチング化学剤と反応するそれらの能力を制限するので、アルカリ性化学剤は一般に、ｐ型ドープ層１２３０と組み合わせて使用されるとき効果的である。例となるテクスチャ化プロセスの例は、参照により組み込まれる、２００９年３月２３日出願の仮特許出願第１２／３８３，３５０号［整理番号ＡＰＰＭ１３３２３］でさらに述べられる。また、囲み６１２において行われるプロセスの少なくとも一部の間に、誘電体特徴１１１は、エッチングプロセス、機械的研磨、機械的摩耗プロセス、または他の同様の技術の使用により基板１１０の表面１０２から除去される。
囲み１２１３では、図１１Ｆおよび１２で示されるように、基板の裏側表面１０２に形成されたドープ層１２３０は、基板表面に裏側コンタクト構造１６０（図１１Ｈ）を形成するために使用できる露出領域１２３５の所望のパターンを形成するために、従来の手段によってエッチングされる。裏側表面１０２にパターン化露出領域１２３５を形成するために使用されてもよい典型的なエッチングプロセスは、パターン形成および乾式エッチング技術、レーザーアブレーション技術、パターン形成および湿式エッチング技術、またはドープ層１２３０に所望のパターンを形成するために使用されてもよい他の同様のプロセスを包含してもよいが限定はされない。露出領域１２３５は一般に、それを通じて基板１１０の裏側表面１０２への電気的接続を作ることができる表面を提供する。
囲み１２１４において、図１１Ｆおよび１２で示されるように、反対面１０１がテクスチャ形成された後、薄い不動態化および反射防止層１５３ならびに／または透明導電性酸化物（ＴＣＯ）層１５２が、その上に形成される。囲み１２１２および１２１４において完了した反対面１０１の準備はまた、本明細書で述べられる本発明の基本的範囲から逸脱することなく、囲み１２０４におけるプロセスまたはプロセス順序２００での他のステップを行うより前に行われてもよいことが分かるであろう。
図１１Ｇ〜１１Ｈで例示される次のステップ１２１６〜１２１８は、囲み２１６〜２１８および図１Ｇ〜１Ｈの各々と併せて上で論じられたプロセスに似ており、本明細書でさらには論じられない。
第５の代替パターン化太陽電池形成プロセス
図１３Ａ〜１３Ｌは、太陽電池１３００の表面１０２にコンタクト構造を形成するために使用される処理順序での異なる段階の間の太陽電池基板１１０の概略横断面図を例示する。図１４は、太陽電池に活性領域および／またはコンタクト構造を形成するために使用されるプロセス順序１４００を例示する。図１４で見られる順序は、本明細書で論じられる図１３Ａ〜１３Ｌで描写される段階に対応する。当業者は、ステップの順番および／または数が、本明細書で述べられる基本的な太陽電池形成プロセスおよび太陽電池構造に影響を及ぼすことなくいくつかの場合には変更できることを認識することになるので、図１４で見られる順序は、本明細書で述べられる本発明の範囲を限定することを意図しない。本明細書で開示されるプロセス順序は一般に、パターン化全裏面コンタクト太陽電池構造を形成するためにリソグラフィ、マスキング、マスクを通じてのエッチングおよび／またはリンスステップの使用を必要としないので、本明細書で述べられる本発明の実施形態のいくつかは、従来の太陽電池形成プロセスに優る重要な利点を有すると考えられる。
囲み１４０２において、基板１１０の表面は、どんな望ましくない材料または粗さも除去するために洗浄される。一実施形態では、洗浄プロセスは、基板が洗浄溶液にさらされるバッチ洗浄プロセスを使用して行われてもよい。洗浄プロセスは、図２での囲み２０２において上で述べられた洗浄プロセスと似ているまたは同じであってもよい。別法として、基板は、任意の適切な方法によって洗浄されてもよい。
囲み１４０４において、図１３Ａおよび１４で示されるように、誘電体特徴１１１が、基板１１０の表面１０２に堆積される。一実施形態では、誘電体特徴１１１は、互いに横方向に隔離される領域（すなわち、隔離領域１１７）を基板表面１１６に形成するために、従来のインクジェット印刷、ゴムスタンピング、スクリーン印刷、または他の同様のプロセスの使用により堆積される誘電体ペースト材料から形成される。誘電体特徴１１１を基板１１０に形成するプロセス、ならびにその材料特性および物理的特性は、図１Ａと併せて上で同様に述べられ、それ故に本明細書では再列挙されない。
囲み１４０６において、図１３Ｂおよび１４で示されるように、第１のドーパント材料１３２９が、基板１１０の表面１１６に形成された複数の隔離領域１１７中に堆積される。一実施形態では、第１のドーパント材料１３２９は、隔離領域１１７の１つまたは複数中にインクジェット印刷、ゴムスタンピング、スクリーン印刷、または他の同様のプロセスの使用により所望のパターンで堆積されるまたは印刷される。第１のドーパント材料１３２９は最初は、ドープ領域を形成するために使用されることになる液体、ペースト、またはゲルであってもよく、そのドープ領域は、誘電体特徴１１１によってその他の隔離領域１１７から隔離される。いくつかの場合には、隔離領域１１７に第１のドーパント材料１３２９を配置した後、基板は、第１のドーパント材料１３２９が隔離領域１１７にとどまることを確実にし、ドーパント材料１３２９を硬化させ、高密度にし、および／または基板表面との結合を形成させるために、望ましい温度に加熱される。一実施形態では、第１のドーパント材料１３２９は、ｎ型ドーパントを含有するゲルまたはペーストである。シリコン太陽電池製造で使用される典型的なｎ型ドーパントは、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、またはアンチモン（Ｓｂ）などの元素である。一実施形態では、第１のドーパント材料１３２９は、基板１１０の表面１１６に堆積されるリン含有ドーパントペーストであり、基板は、約８０と約５００℃との間の温度に加熱される。一実施形態では、第１のドーパント材料１３２９は、リンケイ酸塩ガラス前駆体、リン酸（Ｈ３ＰＯ４）、亜リン酸（Ｈ３ＰＯ３）、次亜リン酸（Ｈ３ＰＯ２）、および／またはそれらのさまざまなアンモニウム塩から成る群から選択される材料を含有してもよい。一実施形態では、第１のドーパント材料１３２９は、約６と約３０原子％との間のリンを含有するゲルまたはペーストである。一例では、第１のドーパント材料１３２９は、その後の熱処理ステップを行った後、ドープ領域が約５０オームパースクエア（Ω／□）未満のシート抵抗を有して形成されるおよび／または基板の表面に約１０１８原子／ｃｍ３より大きいドーピングレベルを有するように構成される。
囲み１４０６で行われるプロセスの一実施形態では、第１のドーパント材料１３２９をキャッピングし、それ故に１つまたは複数のその後の熱処理ステップの間に第１のドーピング材料が気化し、太陽電池基板１１０の表面から離れるのを防止するために、第１のドーパント材料１３２９を覆うように非ドープのケイ酸塩ガラス（ＵＳＧ）（図示されず）を堆積させることが、望ましい。一実施形態では、非ドープのケイ酸塩ガラス（ＵＳＧ）は、インクジェット印刷、ゴムスタンピング、スクリーン印刷、または他の同様のプロセスを使用して堆積される。
代替実施形態では、囲み１４０６において、不活性スペーサ材料が、第１のドーパント材料１３２９の代わりに基板１１０の表面１１６に形成された複数の隔離領域１１７中に堆積される。一実施形態では、不活性スペーサ材料は、非ドープのケイ酸塩ガラス（ＵＳＧ）などの非ドープの誘電体材料を含有するゲルまたはペーストである。一実施形態では、不活性スペーサ材料は、隔離領域１１７の１つまたは複数中にインクジェット印刷、ゴムスタンピング、スクリーン印刷、または他の同様のプロセスの使用により所望のパターンで堆積されるまたは印刷される。不活性スペーサ材料は最初は、ドープ領域を形成するために使用されることになる液体、ペースト、またはゲルであってもよく、そのドープ領域は、誘電体特徴１１１によってその他の隔離領域１１７から隔離される。いくつかの場合には、隔離領域１１７に不活性スペーサ材料を配置した後、不活性スペーサ材料が隔離領域１１７にとどまることを確実にし、不活性スペーサ材料を硬化させ、高密度にし、および／または基板表面との結合を形成させるために、基板は、望ましい温度に加熱される。一実施形態では、さらなる処理を行うことができる基板の表面の露出領域を提供するために、その後のテクスチャ化プロセス（囲み１４１２）の間にエッチングされる材料から不活性スペーサ材料を形成することが、望ましい。
囲み１４０２〜１４０６で例示されるプロセスを行った後、囲み１４０８において、図１３Ｃで示されるように、ドープ層１３３０が、太陽電池１３００の表面１０２を覆うように堆積される。ドープ層１３３０は有利には、反対面１０１を粗くするために使用される囲み１４１２において行われるその後の表面テクスチャ形成プロセスの間に、表面１０２がエッチングされるのを最小限にするおよび／または防止するエッチングマスクとして使用される。一般に、反対面１０１の露出材料に対するドープ層１３３０のエッチング選択性は、テクスチャ化プロセスの間に表面１０２に形成されたさまざまな領域からの材料喪失を防止するために比較的高くすべきである。一例では、ドープ層１３３０に対する反対表面１０１の材料のエッチング選択性は、少なくとも約１００：１である。一実施形態では、堆積ドープ層１３３０は、約５０〜約５００Åの厚さで、ホウ素（Ｂ）などのｐ型ドーパントを含有するアモルファスシリコン含有層である。一実施形態では、ドープ層１３３０は、太陽電池１３１０の表面１０２を覆うように形成されるＰＥＣＶＤ堆積ＢＳＧ層である。一例では、ドープ層１３３０は、その後の熱処理ステップを行った後、ドープ領域が約５０オームパースクエア（Ω／□）未満のシート抵抗を有して形成されるおよび／または基板の表面に約１０１８原子／ｃｍ３より大きいドーピングレベルを有するように構成される。
囲み１４０８において行われるプロセスの一実施形態では、堆積ドープ層１３３０は、太陽電池１３００の表面１０２を覆うように形成されるドープされたアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）層である。一実施形態では、ドープされたアモルファスシリコン層は、先に堆積された第１のドーパント材料１３２９からのリン（Ｐ）などのドーパント材料の気化量を最小限にするために約２００℃の温度で形成されるアモルファス水素化シリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）層である。一例では、ドープ層１３３０は、ジボラン（Ｂ２Ｈ６）、シラン（ＳｉＨ４）および水素（Ｈ２）を含有するガス混合物を使用して堆積される。一実施形態では、堆積ドープ層１３３０は、約５００Å未満の厚さで、ホウ素（Ｂ）などのｐ型ドーパントを含有するドープされたアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）層である。一例では、ドープされたアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）層は、約２００Åの厚さの膜を形成するための処理の間にシラン（ＳｉＨ４）に対して約２０％モル比のトリメチル−ボラン（ＴＭＢまたはＢ（ＯＣＨ３）３）を使用するＰＥＣＶＤチャンバー内で形成される。堆積アモルファスシリコン膜からのドーパント原子の拡散速度は、ドープされた酸化物膜からのそれよりもはるかに高く、より大きなドーピング深さが、同様の熱処理ステップの間に達成されることを可能にし、その後の熱プロセスの間に酸化物を基板材料と混ぜる傾向がないので、ドープされたアモルファスシリコン膜を使用することは、他の従来のドープされた酸化シリコンに優る利点を有すると考えられる。
囲み１４０８において行われるプロセスの別の実施形態では、堆積ドープ層１３３０は、太陽電池１３００の表面１０２を覆うように形成されるドープされたアモルファス炭化シリコン（ａ−ＳｉＣ）層である。一実施形態では、アモルファスＳｉＣ層は、先に堆積された第１のドーパント材料１３２９からのリン（Ｐ）などのドーパント材料の気化量を最小限にするために約＜４００℃の温度でＰＥＣＶＤプロセスを使用して形成される。一実施形態では、アモルファスＳｉＣ層は、約２００℃未満の温度でＰＥＣＶＤプロセスを使用して形成される。一例では、ドープ層１３３０は、トリメチル−ボラン（ＴＭＢまたはＢ（ＯＣＨ３）３）、シラン（ＳｉＨ４）および水素（Ｈ２）を含有するガス混合物を使用して堆積される。
囲み１４０９において、図１３Ｃで例示されるように、キャッピング層１３３１が、ドープ層１３３０の表面を覆うように堆積される。キャッピング層１３３１は有利には、その後の太陽電池形成処理ステップの間に、前面１０１などの基板の望ましくない領域へのドープ層１３３０または第１のドーパント材料１３２９内に含有されるドーパント原子のマイグレーションを最小限にするために使用される。一実施形態では、キャッピング層１３３１は、キャッピング層１３３１より下に配置される層内のドーパント原子のマイグレーションが太陽電池の他の領域へ移動するのを最小限にするまたは防止するのに十分な密度および厚さで形成される誘電体層である。一例では、キャッピング層１３３１は、酸化シリコン、窒化シリコンまたは酸窒化シリコン含有材料を含む。一実施形態では、キャッピング層１３３１は、約１０００Åより大きい厚さの二酸化シリコン層である。一実施形態では、キャッピング層１３３１は、ＰＥＣＶＤ堆積プロセスを使用して堆積される二酸化シリコン層である。キャッピング層１３３１はまた、囲み１４１２において行われるその後のテクスチャ化プロセスの間に表面１０２がエッチングされるのを最小限にするおよび／または防止する材料からも形成できる。
囲み１４１０において、図１３Ｄおよび１４で示されるように、第１のドーパント材料１３２９中のドーピング元素およびドープ層１３３０に含有されるドーピング元素を基板１１０の表面１１６中に拡散させて、基板１１０内に第１のドープ領域１１４１および第２のドープ領域１１４２をそれぞれ形成するために、基板は、約８００℃よりも高い温度に加熱される。このように、形成された第１のドープ領域１１４１および第２のドープ領域１１４２はそれ故に、ポイントコンタクト型太陽電池の領域を形成するために使用できる。一例では、第１のドーパント材料１３２９は、ｎ型ドーパントを含有し、ドープ層１３３０は、ｐ型ドーパントを含有し、それらは、基板１１０内にｎ型領域およびｐ型領域をそれぞれ形成する。一実施形態では、基板は、約８００℃と約１３００℃との間の温度に窒素（Ｎ２）、酸素（Ｏ２）、水素（Ｈ２）、空気、またはそれらの組合せの存在下で約１と約１２０分との間にわたって加熱される。一例では、基板は、急速熱アニール（ＲＴＡ）チャンバー内で窒素（Ｎ２）の豊富な環境で約１０００℃の温度に約５分間加熱される。
囲み１４１０において行われるプロセスの別の実施形態では、基板拡散プロセスは、２ステップ拡散プロセスである。第１のステップでは、基板は、基板１１０の表面でのさまざまな露出成分の酸化を防止するために窒素（Ｎ２）の豊富な環境で約８００℃より高い温度に加熱される。次に、所望のドーパント拡散深さを達成するなどに十分な時間間隔の後、次いで窒素（Ｎ２）および酸素（Ｏ２）混合物が、プロセスステップの終わりまでにアモルファスＳｉＣ含有ドープ層１３３０に含有されるシリコン材料を酸化し、消費するために拡散チャンバーに注入されてもよい。一例では、第２のステップは、約８００℃より高い温度で行われる。
囲み１４１２において、テクスチャ化プロセスが、図１３Ｅで例示されるテクスチャ表面（すなわち、参照数字１５１）に似たテクスチャ表面を形成するために基板１１０の反対面１０１について行われる。一実施形態では、基板１１０の反対面１０１は、太陽電池が形成された後、太陽光を受け取るように適合される太陽電池基板の前側である。一般に、アルカリ性シリコン湿式エッチング化学剤の使用は、ドープ層１３３０および／またはキャッピング層１３３１と反対面１０１に見られる露出材料との間の高いエッチング選択性に起因して、ｐ型ドープ層１３３０を使用するとき好ましい。ドープされたｐ型層は、電子が枯渇し、それ故にエッチング化学剤と反応するそれの能力を制限するので、アルカリ性化学剤は一般に、ｐ型ドープ層１３３０と組み合わせて使用されるとき効果的である。一実施形態では、シリコン湿式エッチング化学剤は、その中に加えられた湿潤剤を有するアルカリ性溶液であり、それは、テクスチャ形成プロセスの間に約６５℃と約９５℃との間の温度に維持される。一実施形態では、シリコン基板をエッチングするためのアルカリ性溶液は、含水水酸化カリウム（ＫＯＨ）、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）、アンモニア水（ＮＨ４ＯＨ）、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ；もしくは（ＣＨ３）４ＮＯＨ）または他の同様の塩基性溶液であってもよく、湿潤剤は、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、ドデシル硫酸ナトリウム（ＳＤＳ）、ポリプロピレングリコール（ＰＰＧ）、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）またはポリプロピレングリコール（ＰＰＧ）の共重合体である。例となるテクスチャ化プロセスの例は、参照により組み込まれる、２００９年３月２３日出願の仮特許出願第１２／３８３，３５０号［整理番号ＡＰＰＭ１３３２３］でさらに述べられる。
水酸化カリウム（ＫＯＨ）およびポリエチレングリコール（ＰＥＧ）エッチン化学剤などのアルカリ性テクスチャエッチングプロセスを使用すると、その中に配置された第１のドープ材料１３２９を有した隔離領域１１７を覆うように配置されるドープ層１３３０およびキャッピング層１３３１が、容易にエッチングで除去されて、露出領域１３３４を生成できることが見いだされている。露出領域１３３４は一般に、囲み１４１０において行われるプロセスの間に押し込まれる少なくとも微量のｎ型ドーパントを含有することもある基板１１０の表面の領域である。第１のドーパント材料１３２９がｎ型ドーパントを含有する構成では、アルカリ性エッチング化学剤が好ましくは、ドープ層１３３０、キャッピング層１３３１のエリアなどのｎ型領域を攻撃することになり、拡散プロセス（囲み１４１０）の間に第１のドーパント材料１３２９に隣接した基板表面（例えば、参照数字１１６）が、除去されると考えられる。一実施形態では、囲み１４１２において行われるプロセスの少なくとも一部の間に、誘電体特徴１１１は、化学的エッチングプロセス、機械的研磨、機械的摩耗プロセス、または他の同様の技術の使用により基板１１０の表面１０２から除去される（図示されず）。
囲み１４１４において、図１３Ｆおよび１４で示されるように、オプションとしてドーパント材料１３３９が、基板１１０の表面に形成された複数の露出領域１３３４中に堆積される。テクスチャ形成プロセス（例えば、囲み１４１２）が露出した第１のドープ領域１１４１中のｎ型ドーパントを過剰に除去しないことを確実にするためにおよび／またはその後の熱処理ステップを行った後これらの領域内に望ましいドーピングプロファイルを形成するために、ドーパント材料１３３９が、露出領域１３３４に加えられてもよい。一実施形態では、ドーパント材料１３３９は、囲み１４０６と併せて上で述べられたプロセスを使用して露出領域１３３４の１つまたは複数中にインクジェット印刷、ゴムスタンピング、スクリーン印刷、または他の同様のプロセスの使用により所望のパターンで堆積されるまたは印刷される。ドーパント材料１３３９は、第１のドーパント材料１３２９と同じまたは似ていてもよく、上で論じられた方法を使用して露出領域に堆積される。
しかしながら、一実施形態では、ドーパント材料１３３９は、従来のインクジェット印刷、スクリーン印刷、ゴムスタンピングまたは他の同様のプロセスの使用により露出領域１３３４内に選択的に堆積されるドープされた金属含有インク材料である。一実施形態では、金属含有インクは、ある量のｎ型ドーパントを含有するニッケルなどの金属含有インクである。一実施形態では、ドープされた金属含有インク材料は、リン酸（Ｈ３ＰＯ４）、亜リン酸（Ｈ３ＰＯ３）、次亜リン酸（Ｈ３ＰＯ２）、および／またはそれらのさまざまなアンモニウム塩から成る群から選択される材料を含有してもよいニッケル含有インクである。ドープされた金属含有インク材料は一般に、基板１１０の露出領域１３３４を金属化するように処方される。一実施形態では、ドープされた金属含有インク材料は主として、１０グラムの酢酸ニッケル（Ｎｉ（ＯＯＣＣＨ３）２・４Ｈ２Ｏ）、および１０グラムの４２％次亜リン酸（Ｈ３ＰＯ２）を含有する。一実施形態では、ドープされた金属含有インク材料は、１０グラムの酢酸ニッケル（Ｎｉ（ＯＯＣＣＨ３）２・４Ｈ２Ｏ）、１０グラムの４２％次亜リン酸（Ｈ３ＰＯ２）、１０グラムのポリリン酸（Ｈ６Ｐ４Ｏ１３）、３グラムのフッ化アンモニウム（ＮＨ４Ｆ）および２ｇの５００ＭＷポリエチレングリコール（ＰＥＧ）を含有する。なお別の実施形態では、ドープされた金属含有インク材料は、１０グラムの酢酸ニッケル（Ｎｉ（ＯＯＣＣＨ３）２・４Ｈ２Ｏ）、１０グラムの４２％次亜リン酸（Ｈ３ＰＯ２）、および３グラムのフッ化アンモニウム（ＮＨ４Ｆ）を含有し、それは、露出領域１３３４をエッチングし、浄化するために使用される。一実施形態では、望ましい量のメタノールまたはエタノールをドープされた金属含有インク材料含有溶液に加えることが、望ましいこともある。
囲み１４１６において、図１３Ｇおよび１４で示されるように、基板はオプションとして、ドーパント材料１３３９中のドーピング元素を基板１１０の表面１１６中に拡散させて基板１１０内に第１のドープ領域１１４１を形成するために約８００℃より高い温度に加熱される。このように、形成された第１のドープ領域１１４１は、ポイントコンタクト型太陽電池のｎ型領域を形成するために使用できる。一例では、ドーパント材料１３３９は、ｎ型ドーパントを含有し、ドープ層１３３０は、ｐ型ドーパントを含有し、それらは、基板１１０内にｎ型領域およびｐ型領域をそれぞれ形成する。一実施形態では、基板は、囲み１４１６処理の間に、約８００℃と約１３００℃との間の温度に窒素（Ｎ２）、酸素（Ｏ２）、水素（Ｈ２）、空気、またはそれらの組合せの存在下で約１と約１２０分との間にわたって加熱される。一例では、基板は、急速熱アニール（ＲＴＡ）チャンバー内において窒素（Ｎ２）の豊富な環境で約１０００℃の温度に約５分間加熱される。囲み１４１６において行われるプロセスの別の実施形態では、基板拡散プロセスは、囲み１４１０と併せて上で論じられたように、２ステップ拡散プロセスである。囲み１４１４および１４１６内のプロセスを追加的に行うことの１つの恩恵は、熱処理チャンバー（例えば、炉、ＲＴＰチャンバー）で行われる囲み１４１６処理ステップの間に、露出ドーパント材料１３３９（例えば、リン）の前面１０１への気化およびマイグレーションに起因して、前面１０１に低濃度ドープ領域１３５１を形成する能力である。低濃度ドープ領域１３５１は、基板の前面１０１により効果的な不動態化層を形成するのに役立つことができる。
次に、囲み１４１８において、オプションの洗浄プロセスが次いで、囲み１４０２〜１４１０、または囲み１４０２〜１４１６において行われるプロセスが完了した後、基板表面（例えば、表面１０１および／または１０２）のどんな望ましくない残留物も除去するために基板１１０について行われてもよい。洗浄プロセスは、図２での囲み２０２において上で述べられたおよび／または図１７Ｅと併せて以下で論じられる洗浄プロセスと似ているまたは同じであってもよい。別法として、基板は、任意の適切な方法によって洗浄されてもよい。
囲み１４２０において、図１３Ｈおよび１４で示されるように、反対面１０１の表面１５１がテクスチャ形成された後、反射防止層１５４が、その上に形成される。一実施形態では、反射防止層１５４は、薄い不動態化／反射防止層１５３（例えば、酸化シリコン、窒化シリコン層）を含む。一実施形態では、窒化シリコン（ＳｉＮ）不動態化および反射防止層、または薄いアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）層もしくはアモルファス炭化シリコン（ａ−ＳｉＣ：Ｈ）層ならびに窒化シリコン（ＳｉＮ）スタックが、例えば多数太陽電池基板が適切な大面積キャリア上に支持されるＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ＡＫＴ ＰＥＣＶＤシステムを使用する従来の化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）技術を使用して前面１０１に形成される。一実施形態では、不動態化／反射防止層１５３は、真性アモルファスシリコン（ｉ−ａ−Ｓｉ：Ｈ）層および／またはｎ型アモルファスシリコン（ｎ型ａ−Ｓｉ：Ｈ）層スタックを含み、後に透明導電性酸化物（ＴＣＯ）層および／またはＡＲＣ層（例えば、窒化シリコン）が続いてもよく、それらは、物理気相堆積プロセス（ＰＶＤ）または化学気相堆積プロセス（例えば、ＰＥＣＶＤ）の使用により堆積できる。形成されるスタックは一般に、表面再結合を低減し、基板の裏側のすぐ近くのｎ＋ドープコンタクトへの横方向輸送または電子キャリアを促進するために前面電界効果を発生させるように構成される。図１１Ｈは、薄い不動態化／反射防止層１５３およびＴＣＯ層１５２を含有する反射防止層１５４を例示するが、この構成は、本明細書で述べられる本発明の範囲に関して限定することを意図せず、反射防止層１５４の一例を例示することを意図するだけである。囲み１４１２および１４２０において完了された反対面１０１の準備はまた、本明細書で述べられる本発明の基本的範囲から逸脱することなく、囲み１４０４におけるプロセスまたはプロセス順序２００での他のステップを行うより前に行われてもよいことが分かるであろう。
囲み１４２２において、図１３Ｉで示されるように、電気的に絶縁された領域が、形成される太陽電池デバイスでのさまざまな形成されたｎ型領域とｐ型領域との間に提供できるように、オプションとして誘電体層１３３２が、表面１０２を覆うように形成される。キャッピング層１３３１の少なくとも一部分が、囲み１４１２〜１４１８で行われるプロセスの間に損傷を受けるまたは除去されることもあるので、誘電体層１３３２の形成は、必要なこともある。一実施形態では、誘電体層１３３２は、酸化シリコン層であり、それは、炉アニールプロセス、急速熱酸化プロセス、大気圧もしくは低圧ＣＶＤプロセス、プラズマ強化ＣＶＤプロセス、ＰＶＤプロセスなどの従来の熱酸化プロセスを使用して形成されてもよく、または噴霧塗布、スピン塗布、ロール塗布、スクリーン印刷、もしくは他の同様の種類の堆積プロセスを使用して塗布されてもよい。一実施形態では、誘電体層１３３２は、約５０Åと約３０００Åとの間の厚さの二酸化シリコン層である。別の実施形態では、誘電体層は、約２０００Å未満の厚さの二酸化シリコン層である。一実施形態では、表面１０２は、形成される太陽電池デバイスの裏側である。誘電体層１３３２はまた、他の従来の堆積プロセス（例えば、ＰＥＣＶＤ堆積）を使用して形成できるおよび／または他の誘電体材料で作ることもできるので、酸化シリコン型誘電体層の形成の議論は、本明細書で述べられる本発明の範囲に関して限定することを意図しないことに留意すべきである。
別の実施形態では、誘電体層１３３２は、酸化シリコン／窒化シリコン層スタック（例えば、酸化シリコン層（例えば、およそ２０Åからおよそ３０００Åの厚さの層）および窒化シリコン層（例えば、およそ１００Åからおよそ１０００Åの厚さの層））、アモルファスシリコン／酸化シリコン層スタック（例えば、アモルファスシリコン層（例えば、およそ３０から１００Åの厚さ）および酸化シリコン層（例えば、およそ１００から３０００Åの厚さ））、または、アモルファスシリコン／窒化シリコンスタック（例えば、アモルファスシリコン層（例えば、およそ３０から１００Åの厚さ）および窒化シリコン層（例えば、およそ１００から１０００Åの厚さ））などの多層膜スタックを含む。一例では、５０Åのアモルファスシリコン層が、ＣＶＤプロセスを使用してシリコン基板に堆積され、次いで７５０Åの窒化シリコン層が、ＣＶＤまたはＰＶＤプロセスを使用して堆積される。別の例では、５０Åの酸化シリコン層が、急速熱酸化プロセスを使用してシリコン基板に形成され、次いで７５０Åの窒化シリコンが、ＣＶＤまたはＰＶＤプロセスを使用して酸化シリコン層に形成される。本明細書で論じられるアモルファスシリコン層、窒化シリコン、または酸化シリコンを形成するように適合されてもよい堆積チャンバーおよび／またはプロセスの例は、参照によりそれらの全体が本明細書に両方とも組み込まれる、本願の譲受人に譲渡された同時係属の２００８年７月２３日出願の米国特許出願第１２／１７８，２８９号［代理人整理番号ＡＰＰＭ１１０７９．Ｐ３］および本願の譲受人に譲渡された２００８年８月２９日出願の米国特許出願第１２／２０２，２１３号［代理人整理番号ＡＰＰＭ１２７０５］でさらに論じられる。
囲み１４２４では、図１３Ｊおよび１４で示されるように、誘電体層１３３２、キャッピング層１３３１、および／またはドープ層１３３０の領域は、基板表面に裏側コンタクト構造１６０（図１３Ｌ）を形成するために使用できる露出領域１３３５の所望のパターンを形成するために従来の手段によってエッチングされる。裏側表面１０２にパターン化露出領域１３３５を形成するために使用されてもよい典型的なエッチングプロセスは、パターン形成および乾式エッチング技術、レーザーアブレーション技術、パターン形成および湿式エッチング技術、またはキャッピング層１３３１およびドープ層１３３０に所望のパターンを形成するために使用されてもよい他の同様のプロセスを包含してもよいが限定はされない。露出領域１３３５は一般に、それを通じて基板１１０の裏側表面１０２への電気的接続を作ることができる表面を提供する。１つまたは複数のパターン化層を形成するために使用できるプロセスの例は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、本願の譲受人に譲渡された同時係属の２００８年１１月１９日出願の米国特許出願第１２／２７４，０２３号［代理人整理番号ＡＰＰＭ１２９７４．０２］でさらに論じられる。
囲み１４２６において、図１３Ｋおよび１４で例示されるように、導電層１６３が、基板１１０の表面１０２を覆うように堆積される。一実施形態では、形成される導電層１６３は、約５００と約５０，０００オングストローム（Å）との間の厚さであり、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、スズ（Ｓｎ）、コバルト（Ｃｏ）、レニウム（Ｒｈ）、ニッケル（Ｎｉ）、亜鉛（Ｚｎ）、鉛（Ｐｂ）、パラジウム（Ｐｄ）、モリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、バナジウム（Ｖ）、タングステン（Ｗ）、またはクロム（Ｃｒ）などの金属を含有する。しかしながら、いくつかの場合には、銅（Ｃｕ）が、適切な障壁層（ＴｉＷ、Ｔａ、その他）に形成される第２の層または後続層として使用されてもよい。一実施形態では、導電層１６３は、物理気相堆積（ＰＶＤ）プロセスまたは蒸発プロセスによりアルミニウム（Ａｌ）層１６１を最初に堆積させ、次いでＰＶＤ堆積プロセスの使用によりニッケルバナジウム（ＮｉＶ）キャッピング層１６２を堆積させることによって形成される２つの層を含有する。
囲み１４２８において、図１３Ｌおよび１４で例示されるように、導電層１６３は、相互接続構造１６０を形成するために基板１１０の所望の領域を電気的に絶縁するようにパターン形成される。一実施形態では、基板１１０のその領域は、１つもしくは複数のレーザーアブレーション、パターン形成および湿式もしくは乾式エッチング、または他の同様の技術により導電層１６３にチャネル１７１を形成することによって電気的に絶縁される。チャネル１７１は、レーザーアブレーションによって形成されてもよい。チャネル１７１は、形成されたチャネル１７１の底部が誘電体特徴１１１と整列するように整列されてもよい。一般に、分離したもしくは互いにかみ合う電気的接続構造または相互接続構造１６０が、太陽電池デバイスの所望のｐ型またはｎ型領域を接続するために形成できるようにチャネル１７１を形成するまたは整列させることが、望ましい。
第６の代替パターン化太陽電池形成プロセス
図１５Ａ〜１５Ｌは、太陽電池１５００の表面１０２にコンタクト構造を形成するために使用される処理順序での異なる段階の間の太陽電池基板１１０の概略横断面図を例示する。図１６は、太陽電池に活性領域および／またはコンタクト構造を形成するために使用されるプロセス順序１６００を例示する。図１６で見られる順序は、本明細書で論じられる図１５Ａ〜１５Ｌで描写される段階に対応する。
囲み１６０２において、図１５Ａで示されるように、基板１１０の表面は、どんな望ましくない材料または粗さも除去するために洗浄される。一実施形態では、洗浄プロセスは、基板が洗浄溶液にさらされるバッチ洗浄プロセスを使用して行われてもよい。基板は、それらが洗浄溶液で噴霧される、注がれる、または浸される湿式洗浄プロセスを使用して洗浄できる。洗浄プロセスは、図２での囲み２０２において上で述べられた洗浄プロセスと似ているまたは同じであってもよい。別法として、基板は、任意の適切な方法によって洗浄されてもよい。
囲み１６０６において、図１５Ｂおよび１６で示されるように、第１のドーパント材料１３２９が、基板１１０の表面１１６に形成された複数の隔離領域１１８中に堆積される。一実施形態では、第１のドーパント材料１３２９は、インクジェット印刷、ゴムスタンピング、スクリーン印刷、または他の同様のプロセスの使用により所望のパターンで堆積されるまたは印刷される。第１のドーパント材料１３２９は最初は、ドープ領域を形成するために使用されることになる液体、ペースト、またはゲルであってもよい。いくつかの場合には、隔離領域１１８を形成するために第１のドーパント材料１３２９を配置した後、第１のドーパント材料１３２９が表面１１６にとどまることを確実にし、ドーパント材料１３２９を硬化させ、高密度にし、および／または表面１１６との結合を形成させるために、基板は、望ましい温度に加熱される。一実施形態では、第１のドーパント材料１３２９は、ｎ型ドーパントを含有するゲルまたはペーストである。シリコン太陽電池製造で使用される典型的なｎ型ドーパントは、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、またはアンチモン（Ｓｂ）などの元素である。一実施形態では、第１のドーパント材料１３２９は、基板１１０の表面１１６に堆積されるリン含有ドーパントペーストであり、基板は、約８０と約５００℃との間の温度に加熱される。一実施形態では、第１のドーパント材料１３２９は、リンケイ酸塩ガラス前駆体、リン酸（Ｈ３ＰＯ４）、亜リン酸（Ｈ３ＰＯ３）、次亜リン酸（Ｈ３ＰＯ２）、および／またはそれらのさまざまなアンモニウム塩から成る群から選択される材料を包含してもよい。一実施形態では、第１のドーパント材料１３２９は、約６と約３０原子％との間のリンを含有するゲルまたはペーストである。一例では、ドーパント材料１３２９は、その後の熱処理ステップを行った後、ドープ領域が約５０オームパースクエア（Ω／□）未満のシート抵抗を有して形成されるおよび／または基板の表面に約１０１８原子／ｃｍ３より大きいドーピングレベルを有するように構成される。
囲み１６０６で行われるプロセスの一実施形態では、第１のドーパント材料をキャッピングし、それ故に１つまたは複数のその後の熱処理ステップの間に第１のドーパント材料が気化し、太陽電池基板１１０の表面から離れるのを防止するために、堆積された第１のドーパント材料１３２９の表面を覆うように非ドープのケイ酸塩ガラス（ＵＳＧ）（図示されず）を堆積させることが、望ましい。一実施形態では、非ドープのケイ酸塩ガラス（ＵＳＧ）は、インクジェット印刷、ゴムスタンピング、スクリーン印刷、または他の同様のプロセスを使用して堆積される。
代替実施形態では、囲み１６０６において、不活性スペーサ材料が、第１のドーパント材料１３２９の代わりに基板１１０に複数の隔離領域１１８を形成するために表面１１６に堆積される。一実施形態では、不活性スペーサ材料は、上で述べられた誘電体層１１１または誘電体スペーサ３０５などの、非ドープの誘電体材料を含有するゲルまたはペーストである。
囲み１６０８において、図１５Ｃで示されるように、ドープ層１３３０が、太陽電池１５００の表面１０２を覆うように堆積される。ドープ層１３３０は有利には、反対面１０１を粗くするために使用される囲み１６１２において行われるその後の表面テクスチャ形成プロセスの間に、表面１０２がエッチングされるのを最小限にするおよび／または防止するエッチングマスクとして使用される。一般に、反対面１０１の露出材料に対するドープ層１３３０のエッチング選択性は、テクスチャ化プロセスの間に表面１０２に形成されたさまざまな領域からの材料喪失を防止するために比較的高くすべきである。一例では、ドープ層１３３０に対する反対面１０１の材料のエッチング選択性は、少なくとも約１００：１である。一実施形態では、堆積ドープ層１３３０は、約５０〜約５００Åの厚さで、ホウ素（Ｂ）などのｐ型ドーパントを含有するアモルファスシリコン含有層である。一実施形態では、ドープ層１３３０は、太陽電池１５００の表面１０２を覆うように形成されるＰＥＣＶＤ堆積ＢＳＧ層である。一例では、ドープ層１３３０は、その後の熱処理ステップを行った後、ドープ領域が約５０オームパースクエア（Ω／□）未満のシート抵抗を有して形成されるおよび／または基板の表面に約１０１８原子／ｃｍ３より大きいドーピングレベルを有するように構成される。
囲み１６０８において行われるプロセスの一実施形態では、堆積ドープ層１３３０は、太陽電池１５００の表面１０２を覆うように形成されるドープされたアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）層である。一実施形態では、ドープされたアモルファスシリコン層は、先に堆積された第１のドーパント材料１３２９からのリン（Ｐ）などのドーパント材料の気化量を最小限にするために約２００℃の温度で形成されるアモルファス水素化シリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）である。一例では、ドープ層１３３０は、ジボラン（Ｂ２Ｈ６）、シラン（ＳｉＨ４）および水素（Ｈ２）を含有するガス混合物を使用して堆積される。一実施形態では、堆積ドープ層１３３０は、約５００Å未満の厚さで、ホウ素（Ｂ）などのｐ型ドーパントを含有するドープされたアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）層である。一例では、ドープされたアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）層は、約２００Åの厚さの膜を形成するための処理の間にシラン（ＳｉＨ４）に対して約２０％モル比のトリメチル−ボラン（ＴＭＢまたはＢ（ＯＣＨ３）３）を使用するＰＥＣＶＤチャンバー内で形成され、そのモル比はこの例では、原子比に等しい。堆積アモルファスシリコン膜からのドーパント原子の拡散速度は、ドープされた酸化物膜からよりもはるかに高く、より大きなドーピング深さを可能にし、その後の熱プロセスの間に酸化物を基板材料と混ぜる傾向がないので、ドープされたアモルファスシリコン膜を使用することは、他の従来のドープされた酸化シリコンに優る利点を有すると考えられる。
囲み１６０８において行われるプロセスの別の実施形態では、堆積ドープ層１３３０は、太陽電池１５００の表面１１６を覆うように形成されるドープされたアモルファス炭化シリコン（ａ−ＳｉＣ）層である。一実施形態では、アモルファスＳｉＣ層は、先に堆積された第１のドーパント材料１３２９からのリン（Ｐ）などのドーパント材料の気化量を最小限にするために約＜４００℃の温度でＰＥＣＶＤプロセスを使用して形成される。一実施形態では、アモルファスＳｉＣ層は、約２００℃未満の温度でＰＥＣＶＤプロセスを使用して形成される。一例では、ドープ層１３３０は、トリメチル−ボラン（ＴＭＢまたはＢ（ＣＨ３）３）、シラン（ＳｉＨ４）および水素（Ｈ２）を含有するガス混合物を使用して堆積される。
囲み１６０９において、図１５Ｃで例示されるように、キャッピング層１３３１が、ドープ層１３３０の表面を覆うように堆積される。キャッピング層１３３１は有利には、その後の太陽電池形成処理ステップの間に、前面１０１などの基板の望ましくない領域へのドープ層１３３０または第１のドーパント材料１３２９内に含有されるドーパント原子のマイグレーションを最小限にするために使用される。一実施形態では、キャッピング層１３３１は、キャッピング層１３３１より下に配置される層内のドーパント原子のマイグレーションが太陽電池の他の領域へ移動するのを最小限にするまたは防止するのに十分な密度および厚さで形成される誘電体層である。一例では、キャッピング層１３３１は、酸化シリコン、窒化シリコンまたは酸窒化シリコン含有材料を含む。一実施形態では、キャッピング層１３３１は、約１０００Åより大きい厚さの二酸化シリコン層である。一実施形態では、キャッピング層１３３１は、ＰＥＣＶＤ堆積プロセスを使用して堆積される二酸化シリコン層である。キャッピング層１３３１はまた、囲み１６１２において行われるその後のテクスチャ化プロセスの間に表面１０２がエッチングされるの最小限にするおよび／または防止する材料からも形成できる。
囲み１６１０において、図１５Ｄおよび１６で示されるように、第１のドーパント材料１３２９中のドーピング元素およびドープ層１３３０に含有されるドーピング元素を基板１１０の表面１１６中に拡散させて、基板１１０内に第１のドープ領域１１４１および第２のドープ領域１１４２をそれぞれ形成するために、基板は、約８００℃より高い温度に加熱される。このように、形成された第１のドープ領域１１４１および第２のドープ領域１１４２はそれ故に、ポイントコンタクト型太陽電池の領域を形成するために使用できる。一例では、第１のドーパント材料１３２９は、ｎ型ドーパントを含有し、ドープ層１３３０は、ｐ型ドーパントを含有し、それらは、基板１１０内にｎ型領域およびｐ型領域をそれぞれ形成する。一実施形態では、基板は、約８００℃と約１３００℃との間の温度に窒素（Ｎ２）、酸素（Ｏ２）、水素（Ｈ２）、空気、またはそれらの組合せの存在下で約１と約１２０分との間にわたって加熱される。一例では、基板は、急速熱アニール（ＲＴＡ）チャンバー内において窒素（Ｎ２）の豊富な環境で約１０００℃の温度に約５分間加熱される。
囲み１６１１において、図１５Ｅおよび１６で示されるように、エッチングマスク材料１５５１が、第１のドーパント材料１３２９が堆積された基板の隔離領域１１８を覆うように堆積される。一般に、エッチングマスク材料１５５１は、その後のテクスチャ化プロセスで使用される化学剤によってあまり攻撃されることなく、基板の表面に所望のパターンで堆積できる材料である。一例では、エッチングマスク材料１５５１は、スクリーン印刷、インクジェット印刷、噴霧塗布、ロール塗布または他の望ましいプロセスを使用して所望のパターンで堆積される。エッチングマスク材料１５５１は一般に、その後のテクスチャ化プロセスで使用される化学剤が形成された第１のドープ領域１１４１（囲み１６１０）で見られる材料のすべてまたは大部分を攻撃するまたは除去するのを防止するために使用される。一例では、エッチングマスク材料１５５１は、シリコーン含有材料またはポリビニルピリジン（Ｃ４Ｈ９（Ｃ６Ｈ７Ｎ）ｎ）含有材料である。一例では、エッチングマスク材料１５５１は、約５グラムの１００，０００分子量ポリビニルピリジン、１ｍｌの酢酸、および約２０グラムのグリセリンを含有する混合物から形成され、それは、ゲルを形成するまで加熱される。もっと後の洗浄プロセス（囲み１６１８）の間に容易に除去できるが、しかしその後のテクスチャ化プロセス（囲み１６１２）の間にあまり攻撃されない材料からエッチングマスク材料１５５１を形成することが、一般に望ましい。
一実施形態では、図１５Ｅで示されるように、エッチングマスク材料１５５１は、それが第１のドープ領域１１４１を部分的にだけ覆い、その結果第１のドープ領域１１４１の一部分がその後のテクスチャ化プロセスの間に除去できるように堆積される。一構成では、形成された第１のドープ領域１１４１および堆積されたエッチングマスク材料１１５１は両方とも、円形の形状であり、直径Ｄ１および直径Ｄ２をそれぞれ有する。一例では、直径Ｄ１は、約２ｍｍの大きさであり、直径Ｄ２は、約１ｍｍの大きさであり、その結果エッチングされた領域１５５５（図１５Ｆおよび１５Ｇ）が、その後のテクスチャ化プロセスの間に生成される。この例では、エッチングされた領域の幅は、近似的に約０．５ｍｍとなり、環状トレンチ形状構造を形成することになる。約数ミクロンの深さである深さＤ３（図１５Ｇ）を有することもあるエッチングされた領域１５５５は一般に、形成される太陽電池デバイス１５００で形成された第１のドープ領域１１４１および形成された第２のドープ領域１１４２を電気的に絶縁するのに役立つように形成される。
囲み１６１２において、図１５Ｆおよび１６で示されるように、テクスチャ化プロセスが、テクスチャ表面１５１を形成するために基板１１０の反対面１０１について行われる。一実施形態では、基板１１０の反対面１０１は、太陽電池が形成された後、太陽光を受け取るように適合される太陽電池基板の前側である。上で言及されたように、上で論じられるテクスチャ化プロセスの間のアルカリ性シリコン湿式エッチング化学剤の使用は一般に、ドープ層１３３０および／またはキャッピング層１３３１と反対面１０１に見られる露出材料との間の高いエッチング選択性に起因して、ｐ型ドープ層１３３０を使用するとき好ましい。一般に、エッチングマスク材料１５５１の横方向寸法（例えば、直径Ｄ２）は、ドープ層１３３０の厚さ（例えば、およそ２００Å）、キャッピング層１３３１の厚さ（例えば、およそ２０００Å）およびエッチングされた領域１５５５の深さＤ３（例えば、およそ５μｍ）よりもはるかに大きいので、その結果テクスチャ化プロセスの間にエッチングマスク材料１５５１の真下にある第１のドープ領域１１４１から除去される材料の量は、無視できるほどとなる。従って、一構成では、テクスチャ形成プロセスを行った後、形成された第１のドープ領域１１４１の大部分は、テクスチャエッチングプロセスによる影響を受けないままとなる。
次に、囲み１６１８において、図１５Ｇおよび１６で示されるように、テクスチャ化プロセスが完了した後、洗浄プロセスが、基板の表面１０２からエッチングマスク材料１５５１、ドープ層１３３０、およびキャッピング層１３３１を除去するために基板１１０について行われる。図１５Ｇは、囲み１６１８で述べられるステップを使用して洗浄され、テクスチャ化プロセスの間に基板の表面に形成されるエッチングされた領域１５５５を有するただ１つの第１のドープ領域１１４１の近接側部横断面図である。一実施形態では、洗浄プロセスは、その後の堆積順序が基板のさまざまな領域について行われる前に、基板の表面を洗浄するために基板を洗浄溶液でぬらすことによって行われてもよい。洗浄プロセスは、図２での囲み２０２において上で述べられた洗浄プロセスおよび／または図１７Ｅと併せて述べられるプロセスと似ているまたは同じであってもよい。別法として、基板は、任意の適切な方法によって洗浄されてもよい。
囲み１６２０において、図１５Ｈおよび１６で示されるように、反射防止層１５４が、反対面１０１の表面１５１に形成される。一実施形態では、反射防止層１５４は、薄い不動態化／反射防止層１５３（例えば、酸化シリコン、窒化シリコン層）を含む。別の実施形態では、反射防止層１５４は、薄い不動態化／反射防止層１５３（例えば、酸化シリコン、窒化シリコン層）および透明導電性酸化物（ＴＣＯ）層１５２を含む。一実施形態では、不動態化／反射防止層１５３は、真性アモルファスシリコン（ｉ−ａ−Ｓｉ：Ｈ）層および／またはｎ型アモルファスシリコン（ｎ型ａ−Ｓｉ：Ｈ）層スタックを含み、後に透明導電性酸化物（ＴＣＯ）層および／またはＡＲＣ層（例えば、窒化シリコン）が続いてもよく、それらは、物理気相堆積プロセス（ＰＶＤ）または化学気相堆積プロセスの使用により堆積できる。形成されるスタックは一般に、表面再結合を低減し、基板の裏側のすぐ近くのｎ＋ドープコンタクトへの横方向輸送または電子キャリアを促進するために前面電界効果を発生させるように構成される。
図１５Ｈは、薄い不動態化／反射防止層１５３およびＴＣＯ層１５２を含有する反射防止層１５４を例示するが、この構成は、本明細書で述べられる本発明の範囲に関して限定することを意図せず、反射防止層１５４の一例を例示することを意図するだけである。囲み１６１２および１６２０において完了した反対面１０１の準備はまた、本明細書で述べられる本発明の基本的範囲から逸脱することなく、囲み１６０４におけるプロセスまたはプロセス順序２００での他のステップを行うより前に行われてもよいことが分かるであろう。
囲み１６２２において、図１５Ｉで示されるように、形成される太陽電池デバイスでさまざまな形成されたｎ型領域とｐ型領域との間に電気的に絶縁された領域を提供できるように、誘電体層１３３２が、表面１０２を覆うように形成される。誘電体層１３３２を形成する材料およびプロセスの種類は、囲み１４２２と併せて上でさらに述べられる。
囲み１６２４では、図１５Ｊおよび１６で示されるように、基板表面に裏側コンタクト構造１６０（図１５Ｌ）を形成するために使用できる露出領域１３３５の所望のパターンを形成するために、誘電体層１３３２、キャッピング層１３３１、および／またはドープ層１３３０の領域が、従来の手段によってエッチングされる。裏側表面１０２にパターン化露出領域１３３５を形成するために使用されてもよい典型的なエッチングプロセスは、パターン形成および乾式エッチング技術、レーザーアブレーション技術、パターン形成および湿式エッチング技術、またはキャッピング層１３３１およびドープ層１３３０に所望のパターンを形成するために使用されてもよい他の同様のプロセスを包含してもよいが限定はされない。露出領域１３３５は一般に、それを通じて基板１１０の裏側表面１０２への電気的接続を作ることができる表面を提供する。１つまたは複数のパターン化層を形成するために使用できる乾式エッチングプロセスの例は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、本願の譲受人に譲渡された同時係属の２００８年１１月１９日出願の米国特許出願第１２／２７４，０２３号［代理人整理番号ＡＰＰＭ１２９７４．０２］でさらに論じられる。
囲み１６２６において、図１５Ｋおよび１６で例示されるように、導電層１６３が、基板１１０の表面１０２を覆うように堆積される。一実施形態では、形成される導電層１６３は、約５００と約５０，０００オングストローム（Å）との間の厚さであり、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、スズ（Ｓｎ）、コバルト（Ｃｏ）、レニウム（Ｒｈ）、ニッケル（Ｎｉ）、亜鉛（Ｚｎ）、鉛（Ｐｂ）、パラジウム（Ｐｄ）、モリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、バナジウム（Ｖ）、タングステン（Ｗ）、またはクロム（Ｃｒ）などの金属を含有する。しかしながら、いくつかの場合には、銅（Ｃｕ）が、適切な障壁層（例えば、ＴｉＷ、Ｔａ、その他）に形成される第２の層または後続層として使用されてもよい。一実施形態では、導電層１６３は、物理気相堆積（ＰＶＤ）プロセスまたは蒸発プロセスによりアルミニウム（Ａｌ）層１６１を最初に堆積させ、次いでＰＶＤ堆積プロセスの使用によりニッケルバナジウム（ＮｉＶ）キャッピング層１６２を堆積させることによって形成される２つの層を含有する。
囲み１６２８において、図１５Ｌおよび１６で例示されるように、導電層１６３は、相互接続構造１６０を形成するために基板１１０の所望の領域を電気的に絶縁するようにパターン化される。一実施形態では、基板１１０のその領域は、１つもしくは複数のレーザーアブレーション、パターン形成および湿式もしくは乾式エッチング、または他の同様の技術により導電層１６３にチャネル１７１を形成することによって電気的に絶縁される。一般に、分離したもしくは互いにかみ合う電気的接続構造または相互接続構造１６０が、太陽電池デバイスの所望のｐ型またはｎ型領域を接続するために形成できるようにチャネル１７１を形成するまたは整列させることが、望ましい。
第７の代替パターン化太陽電池形成プロセス
図１７Ａ〜１７Ｉは、図１５および１６と併せて論じられる、太陽電池１５００を形成するために使用される処理順序の代替バージョンの段階を例示する太陽電池基板１１０の概略横断面図である。図１７Ａ〜１７Ｄで示されるように、太陽電池デバイス１５００は、図１５Ａ〜Ｄおよび１６で同様に述べられるプロセスを使用して形成され、それ故にここでは再び再列挙されない。
ドーピング元素に第１のドープ領域１１４１および第２のドープ領域１１４２を基板１１０内に形成させるために、基板が加熱される囲み１６１０におけるプロセスを行った後、テクスチャ化プロセス（例えば、囲み１６１２）が、図１７Ｅで示されるように、テクスチャ表面を形成するために基板１１０の反対面１０１について行われる。テクスチャ形成プロセスは、図１６での囲み１６１２と併せて上で論じられた任意の適切な方法によって行われてもよい。一実施形態では、表面１１６をエッチングする可能性を低減するために従来の物理的マスク（例えば、テープまたは他のマスキング材料）を使用することによって、表面１１６が、テクスチャエッチングプロセスによる影響を受けないことを確実にすることが、望ましい。一実施形態では、キャッピング層１３３１の材料および厚さは、形成された第１のドープ領域１１４１および第２のドープ領域１１４２が、テクスチャエッチングプロセスによって比較的テクスチャ形成されないままであるように選択される。一実施形態では、キャッピング層１３３１の厚さ（例えば、およそ２０００Åの二酸化シリコン）は、テクスチャ化プロセスの間に、第１のドープ領域１１４１および／または第２のドープ領域１１４２から除去される材料の量が、無視できるほどとなるように選択される。
次に、その後のステップで、洗浄プロセスが、テクスチャ化プロセスが完了した後、基板の表面１０２からドープ層１３３０およびキャッピング層１３３１を除去するために基板１１０について行われる。一実施形態では、洗浄プロセスは、その後の堆積順序が基板のさまざまな領域について行われる前に、基板の表面を洗浄するために基板を洗浄溶液でぬらすことによって行われてもよい。洗浄プロセスは、図２での囲み２０２において上で述べられた洗浄プロセスに似ていてもよい。別法として、基板は、オゾン含有ガス、蒸気、または液体などの、オゾン（Ｏ３）を含む洗浄化学剤を使用して洗浄されてもよい。一例では、基板１１０の前面および裏面は、その中に配置されるエッチャント溶液を有する溶存オゾン（Ｏ３）含有溶液を含む洗浄溶液にさらされる。一構成では、エッチャント溶液は、例えば、フッ化水素酸（ＨＦ）または水酸化カリウム（ＫＯＨ）含有溶液などの、酸またはアルカリ含有溶液である。一実施形態では、ＨＦラスト型洗浄溶液または他の適切なコスト効率のよい洗浄溶液が、基板表面を洗浄するために同様に使用されてもよい。基板１１０の表面に残る、ドープ層１３３０を形成するために使用された前駆体材料（例えば、トリメチルホウ素）、ドーパントペースト成分材料、および／または他の同様に堆積された材料で普通に見られる炭素および／または酸素残留材料は、太陽電池デバイスの電気的性能（例えば、キャリア寿命）およびその後に形成される層の膜品質に悪影響を及ぼす可能性があることが見いだされている。それに応じて、洗浄プロセスは、残留汚染物質が除去されて太陽電池デバイス性能を改善することを確実にするために、基板の表面（例えば、参照数字１１６）の所望量を除去するように行われてもよい。一実施形態では、洗浄プロセスは、ドープ層１３３０およびキャッピング層１３３１ならびに第１のドープ領域１１４１および第２のドープ領域１１４２を含有する上側表面１１６の一部分をエッチングし、除去するように行われてもよい。一実施形態では、洗浄プロセスの間に除去される表面１１６の部分は、基板の表面から、約０．１μｍと約０．４μｍとの間、例えば約０．３μｍなどの、約０．５μｍ未満である。
代替実施形態では、テクスチャ化プロセス（例えば、囲み１６１２）の化学的濃度および／または時間、ならびにキャッピング層１１３１および／またはドープ層１３３０の厚さは、囲み１６１２において行われるテクスチャ化プロセスの間に、反対面１０１が十分にテクスチャ形成され、ドープ層１３３０およびキャッピング層１３３１が表面１１６から除去され、上側表面１１６の一部分（例えば、＜０．５μｍ）が除去されるように構成される。この構成では、上で論じられたような第２の洗浄ステップは、必要とされないこともある。
基板の表面を洗浄した後、反射防止層１５４が、図１７Ｅで示されるように、反対面１０１の表面１５１に形成できる。一実施形態では、反射防止層１５４は、上で論じられたような薄い不動態化／反射防止層１５３（例えば、酸化シリコン、窒化シリコン層）を含む。反射防止層１５４の製造プロセス、膜構造および膜品質は、図１５Ｈに関連して上で述べられた反射防止層１５４と同様に構成される。
その後に、形成される太陽電池デバイスでさまざまな形成されたｎ型領域とｐ型領域との間に電気的に絶縁された領域を提供できるように、誘電体層１３３２が、図１７Ｆで示されるように、表面１０２を覆うように形成される。誘電体層１３３２を形成する材料およびプロセスの種類は、囲み１４２２または１６２２と併せて上でさらに述べられる。
誘電体層１３３２が基板表面１０２に形成された後、誘電体層１３３２、キャッピング層１３３１、および／またはドープ層１３３０の領域が、図１７Ｇで示されるように、基板表面に裏側コンタクト構造１６０（図１７Ｉ）を形成するために使用できる露出領域１３３５の所望のパターンを形成するために、従来の手段によってエッチングされる。裏側表面１０２にパターン化露出領域１３３５を形成するために使用されてもよい典型的なエッチングプロセスは、パターン形成および乾式エッチング技術、レーザーアブレーション技術、パターン形成および湿式エッチング技術、またはキャッピング層１３３１およびドープ層１３３０に所望のパターンを形成するために使用されてもよい他の同様のプロセスを包含してもよいが限定はされない。露出領域１３３５は一般に、それを通じて基板１１０の裏側表面１０２への電気的接続を作ることができる表面を提供する。１つまたは複数のパターン化層を形成するために使用できる乾式エッチングプロセスの例は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、本願の譲受人に譲渡された同時係属の２００８年１１月１９日出願の米国特許出願第１２／２７４，０２３号［代理人整理番号ＡＰＰＭ１２９７４．０２］でさらに論じられる。
エッチングプロセスの後、導電層１６３が、図１７Ｈで示されるように、基板１１０の表面１０２を覆うように堆積される。導電層１６３は、上で述べられたまたは当技術分野で通常利用できる任意の適切な方法によって製造されてもよい。導電層１６３の構成は、図１〜１６に関連して上で述べられた導電層１６３と同様に構成される。
導電層１６１が基板表面に形成された後、導電層１６３は、図１７Ｉで示されるように、相互接続構造１６０を形成するために基板１１０の所望の領域を電気的に絶縁するようにパターン形成される。一実施形態では、基板１１０のその領域は、１つもしくは複数のレーザーアブレーション、パターン形成および湿式もしくは乾式エッチング、または他の同様の技術により導電層１６３にチャネル１７１を形成することによって電気的に絶縁される。一般に、分離したもしくは互いにかみ合う電気的接続構造または相互接続構造１６０が、太陽電池デバイスの所望のｐ型またはｎ型領域を接続するために形成できるようにチャネル１７１を形成するまたは整列させることが、望ましい。
代替ドーピングプロセス
本発明の一態様は、パターン化誘電体材料の部分内に高濃度ドープ領域を形成するために誘電体パターン形成プロセスを使用して太陽電池デバイスの所望の領域にドープする方法を包含する。一般に、本明細書で述べられる技術は、パターン化誘電体層の露出領域に高濃度ドープ領域を形成するために使用される。一実施形態では、エッチング材料は、露出領域をエッチングし、形成するために非ドープの誘電体層の部分を覆うように配置される。一例では、非ドープの誘電体層は、太陽電池基板の表面を覆うように形成される二酸化シリコン含有材料などのブランケット誘電体層である。一実施形態では、エッチング材料は、誘電体エッチャントおよびある量のドーパント含有材料を含む。一例では、エッチャント材料はさらに、誘電体層をエッチングするように処方されるフッ化アンモニウム（ＮＨ４Ｆ）含有材料を含有してもよい。一例では、エッチャント材料は、２００ｇ／ｌのフッ化アンモニウム（ＮＨ４Ｆ）、５０ｇ／ｌの２０００ＭＷポリエチレングリコール（ＰＥＧ）および５０ｇ／ｌのエチルアルコールを含有し、１リットル容積の残りは、ＤＩ水である。別の例では、１リットルのエッチャント材料は、ＤＩ水中に６：１ＢＯＥエッチング溶液、７．５％Ｈ３ＰＯ２、フッ化アンモニウム（ＮＨ４Ｆ）および５００ＭＷポリエチレングリコール（ＰＥＧ）を含有する。エッチング溶液中の追加の成分は一般に、誘電体層に形成されるパターンに影響を及ぼす可能性がある広がりの量を最小限にしながら、誘電体層の効果的な「ぬれ」を促進するように選択される。ポリエチレンオキシド（すなわち、ポリエチレングリコール）を基礎にした材料および他の関連材料は、エッチャント材料での界面活性剤として有効に働くが、それらはまた、２５０℃を超える温度で分解して、揮発性副生成物も形成し、それによって次のステップで基板を加熱した後に基板表面を洗浄するための後のリンスステップの必要性を回避する。
誘電体層にエッチャント材料を選択的に堆積させた後、基板は次いで、約４００℃まで加熱され、その間に誘電体材料の大部分またはすべてが、揮発性エッチング生成物（すなわち、ＳｉＦ４）に転換されて非ドープの誘電体層に露出領域を形成するが、しかしエッチャント材料に含有されたより揮発性の少ないドーパント添加物を後に残す。高濃度の残りのドーパント原子はそれ故に有利には、その後の高温拡散ステップの間に残留材料を下にある基板材料中に次いで押し込むことによって高濃度ドープ領域を形成するために使用できる。
別の実施形態では、エッチング材料は、高温拡散ステップの前に、リンケイ酸塩またはホウケイ酸塩ガラス層などのドーパント含有誘電体層（例えば、誘電体層７１１）に塗布される。誘電体材料のエッチング材料との反応に起因してＳｉＦ４への転換による二酸化シリコン成分の大部分の揮発に続いて、ドーパント材料の濃縮残留物が、露出表面に形成されるまたはとどまる。このように、その後の高温拡散ステップでは、（エッチングされない）ドープ層、例えばＢＳＧまたはＰＳＧ層中のドーパントおよびエッチングされた開口の表面に存在するより濃縮されたドーパント残留物の両方が、太陽電池基板に押し込まれる。別の実施形態では、追加ドーパント原子含有化合物が、残留物中の濃度および最終的にコンタクトの下のドーピングの差異度を増加させるためにエッチャント処方に追加される。一実施形態では、エッチング材料中のドーパントは、ドープ誘電体層に含有されるドーパント（例えば、Ｂ、Ｐ）とは別の種類のドーパント（例えば、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）を含有する。これらの実施形態は、より高い太陽電池効率と相関する選択エミッタコンタクトの形成の簡易手法を提供する。
相互接続構造
図９Ａ〜９Ｃは、太陽電池デバイス９００に形成される相互接続構造９６０中に導電性構成要素を形成するために必要とされる時間を低減することによって太陽電池デバイス９００の部分を安価に相互接続するために使用できる外部相互接続構造９２０のさまざまな実施形態を例示する。一実施形態では、相互接続構造９６０は、参照数字１６０、３６０、５６０または７６０と併せて上で論じられた構造に似ている。図９Ｂは、組み立てられた太陽電池デバイス９００を例示し、それでは外部相互接続構造９２０が、相互接続構造９６０に接合され、それ故に太陽電池の少なくとも一面で所望の電気的相互接続のすべてが、形成されている。一般に、外部相互接続構造９２０の使用はまた、太陽電池形成処理順序での基板処理能力を改善し、基板の表面の堆積導電層１６３の必要とされる厚さを低減することによって薄い太陽電池基板中に生成される内因性または外因性応力を低減するのに役立つこともできる。堆積金属層により太陽電池デバイス中に誘起される応力はまた、デバイス歩留まりを低減する可能性もある。
図９Ａは、外部相互接続構造９２０および太陽電池デバイスの一面に形成された相互接続構造９６０を有する太陽電池デバイス９００の横断面側面図を例示する。一例では、太陽電池デバイス９００は、図５Ａ〜５Ｊおよび６と併せて形成され、述べられる構造に似ている。一般に、形成された太陽電池デバイス９００中の相互接続構造９６０は、太陽電池デバイスの所望の部分に電気的に接続され、太陽電池が太陽光にさらされるときに発生する電流の一部を運ぶように設計される導電性特徴９０１のパターン化配列を含有する。外部相互接続構造９２０は一般に、基板９２２に配置され、付着され、または接合されるパターン化金属構造９２１を含有する。一実施形態では、基板９２２は、パターン化金属構造９２１を支持し、外部相互接続構造９２０が、形成された太陽電池デバイス９００に形成された相互接続構造９６０の形とそれらが付着されるとき一致することを可能にする柔軟要素である。一例では、基板９２２は、ポリイミド材料または他の同様の材料のシートなどの、ポリマー材料の順応性のあるピースである。一般に、外部相互接続構造９２０は、太陽電池デバイス９００が太陽光にさらされるときに発生する電流の大半を運ぶように設計される。
パターン化金属構造９２１は一般に、ＰＶＤ、ＣＶＤ、スクリーン印刷、電気めっき、蒸発または他の同様の堆積技術の使用により基板９２２の表面に一体的に形成されるかまたは堆積される導電材料である。パターン化金属構造９２１は、約１００，０００Åの厚さの、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、スズ（Ｓｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、亜鉛（Ｚｎ）、または鉛（Ｐｂ）などの金属を含有してもよい。
図９Ａおよび９Ｂを参照すると、外部相互接続構造９２０は、最初に外部相互接続構造９２０を相互接続構造９６０に当て、次いでパターン化金属構造９２１の導電性部分に相互接続構造９６０との接合を形成させるのに十分な熱を加えることによって相互接続構造９６０に接合される。一実施形態では、はんだ型材料が、これらの構成要素間に信頼性のある電気的コンタクトを形成するためにパターン化金属構造９２１または相互接続構造９６０の表面に配置される。接合プロセスの間に、図９Ａで示されるように、外部相互接続構造９２０は、外部相互接続構造９２０および相互接続構造９６０が一緒に接合されるとき、太陽電池デバイスが望ましく接続されるように、太陽電池基板に対して位置決めされ、整列される。
図９Ｃは、外部相互接続構造９２０の一実施形態の平面図であり、そこでは分離したパターン化金属構造９２１が、太陽電池デバイスのｎ型領域およびｐ型領域を別々に接続して一緒にするために各々使用される互いにかみ合うパターンに形成される。一実施形態では、図９Ｃで示されるように、パターン化金属構造９２１要素の各々は、バスライン９２３、９２４などのバスラインに接続される。この構成では、バスライン９２３、９２４の各々は、太陽電池デバイスのそれらのそれぞれの領域からパターン化金属構造９２１ラインの各々を通る電流を集める大きさである。
代替相互接続構造
図１０Ａ〜１０Ｄは、太陽電池デバイス１０００に形成される相互接続構造１０６０中に導電性構成要素を形成するのに必要とされる時間を低減することによって太陽電池デバイス１０００（図１０Ｂ）の部分を安価に相互接続するために使用できる外部相互接続構造１０２０のさまざまな実施形態を例示する。一実施形態では、相互接続構造１０６０は、参照数字１６０、３６０、５６０または７６０と併せて上で論じられた構造に似ている。図１０Ａは、太陽電池デバイス１０００の相互接続構造１０６０要素と対になるように所望のパターンに形成される導電素子１０２１の配列から形成される外部相互接続構造１０２０の平面図である。一実施形態では、導電素子１０２１は、太陽電池デバイスによって生成される電流の大半を運ぶために相互接続構造１０６０の表面に接合される金網を形成する。一般に、外部相互接続構造１０２０は、太陽電池形成処理順序での基板処理能力を改善し、堆積材料利用を改善し、基板の表面の堆積導電層１６３の必要とされる厚さを低減することによって薄い太陽電池基板中に生成される内因性または外因性応力を低減するのに役立つことができる。堆積金属層によって太陽電池デバイス中に誘起される応力はまた、デバイス歩留まりを低減する可能性もある。
図１０Ｂは、外部相互接続構造１０２０の側部横断面図であり、そこでは導電素子１０２１は、相互接続構造１０６０中の導電層１６３の所望の部分と接触するように構成される。一実施形態では、導電素子１０２１は、導電素子１０２１と導電層１６３との間に配置されるはんだ材料を使用して導電層１６３に接合される。別の実施形態では、導電素子１０２１の部分は、望ましい電気的接続を形成するために導電層１６３に溶接される。１つの場合には、導電素子１０２１は、多数点１０２２（図１０Ａ）において導電層１６３にタック溶接される。この場合には、導電素子１０２１および導電層１６３を相性の良いおよび／または溶接可能な材料から形成することが、望ましい。一例では、導電素子１０２１および導電層１６３は両方とも、太陽電池デバイスの表面を横断してさまざまな点１０２２で一緒に容易にレーザービーム溶接できるアルミニウム、銅、銀、ニッケル、スズもしくは亜鉛材料（またはそれらの合金）から形成されるまたはそれらで被覆される。
図１０Ｃを参照すると、一実施形態では、相互接続構造１０６０のｎ型およびｐ型領域は、２つの電気的に絶縁された導電素子１０２１Ａ、１０２１Ｂに別々に接続される。この場合には、絶縁された導電素子１０２１Ａは、太陽電池デバイスの１つの領域に接続され、一方絶縁された導電素子１０２１Ｂは、太陽電池デバイス１０００のもう１つの領域に接続される。一実施形態では、絶縁された導電素子１０２１Ａおよび絶縁された導電素子１０２１Ｂは、導電素子１０２１Ａ、１０２１Ｂの各々に接合されるまたは付加されてもよい絶縁シート１０２４Ａ、１０２４Ｂの使用により、互いにおよび他の外部デバイス（図示されず）から電気的に絶縁される。絶縁シート１０２４Ａ、１０２４Ｂは、ポリイミドシートなどの、ポリマー材料の薄いシートから形成されてもよい。図１０Ｃは、外部相互接続構造１０２０のさまざまな態様を述べるために使用される太陽電池デバイス７００（図７Ｌ）に似た太陽電池デバイスを描写するが、この構成は、本明細書で述べられる本発明の範囲を限定することを意図しない。
一実施形態では、絶縁シート１０２４Ａ、１０２４Ｂは、導電素子１０２１Ａ、１０２１Ｂを相互接続構造１０６０の所望の領域に整列させるために使用される複数の位置合わせ特徴１０２３（図１０Ａおよび１０Ｃ）を有してもよい。一実施形態では、位置合わせ特徴１０２３は、絶縁シート１０２４Ａおよび導電素子１０２１Ａを導電層１６３の所望の部分に整列させるために誘電体スペーサ７０５と対になるように適合される絶縁シート１０２４Ａに形成される穴である。この構成では、絶縁シート１０２４Ｂは次いで、相互接続構造１０６０のこれらの領域を接続するために導電材料７０９と対になるように位置決めできる。
図１０Ｄは、導電素子１０２１Ａ、１０２１Ｂを使用して互いに直列にまたは並列に接続される２つの太陽電池デバイス１０００Ａ、１０００Ｂの側部横断面図である。この場合には、２つ以上の太陽電池デバイス間の相互接続を容易に作ることができる。一実施形態では、１つの太陽電池デバイス１０００Ａでの連結部に付着される導電素子１０２１は、２つの太陽電池間の直列電気的接続を形成するために第２の太陽電池デバイス１０００Ｂでの反対型の連結部に接続される。一実施形態では、図１０Ｄで示されるように、太陽電池１０００Ａでの導電素子１０２１Ａは、導電素子１０２１Ｂに接続され、それは、太陽電池１０００Ｂの所望の部分に接続される。
太陽電池デバイス製造のための例となる装置および生産ライン
図１８Ａは、本明細書で述べられる本発明の一実施形態による太陽電池生産ライン１８００の平面図を描写する。生産ライン１８００は、処理のために生産ライン１８００にロードされるべき基板を受け取り、試験できる基板試験機１８０２を包含する。一実施形態では、基板試験機１８０２は、基板が処理できる状態にあるかどうかを決定するために基板を検査し、試験し、分析してもよい。基板が基板試験機１８０２で検査されるまたは試験された後、基板は次いで、基板を受け取り、それが処理できるように付属の処理チャンバー中に基板を向けるために使用される第１の基板ローダー１８０４Ａに移送される。図１８Ａで描写される例となる実施形態では、第１の基板ローダー１８０４Ａは、湿式処理チャンバー１８１２Ａに結合されて、基板を湿式処理チャンバー１８１２Ａ中に移送し、囲み１６０２で述べられたプロセスなどの洗浄プロセスを行う。洗浄プロセスが基板表面について行われた後、基板は、図１８Ａで示されるように、湿式洗浄チャンバー１８１２Ａから基板を受け取り、複数の移送コンベヤー１８１０を使用して生産ライン１８００の経路「Ｐ」に沿って配置される他の処理モジュールに基板を移送するように構成される第１の基板アンローダー１８０６Ａを使用してアンロードされてもよい。基板への洗浄プロセスがオプションである実施形態では、基板は、第１の基板ローダー１８０４Ａ、第１の湿式処理チャンバー１８１２Ａ、および第１のアンローダー１８０６Ａを通って、レーザー走査／処理ツール１８１４にロードするように位置決めされる第２の基板ローダー１８０４Ｂなどのその後の処理モジュールに移送されてもよい。別法として、第１の湿式処理チャンバー１８１２Ａならびに基板ローダー１８０４Ａおよびアンローダー１８０６Ａの第１の組は、もし洗浄プロセスがこの段階で必要とされないならば、生産ライン１８００から除去されてもよい。基板ローダー１８０４Ａおよびアンローダー１８０６Ａの例となる構成は、図２０を参照して以下で述べられる。
その後に、基板は、必要に応じて基板に異なるプロセスを行うために第２の基板ローダー１８０４Ｂに移送されてもよい。レーザー走査／処理ツール１８１４は、第２の基板ローダー１８０４Ｂに結合されてもよい。レーザー走査／処理ツール１８１４は、基板表面に電磁放射を放出して参照マークを基板の表面に生成することができるレーザー源を提供し、その結果その参照マークは、その後のプロセスで基板１１０の正確な位置を決定するために使用できる。レーザー走査／処理ツール１８１４は次いで、基板に形成された層の部分をツール１８１４でプログラムされるような所望のパターンで除去する。一実施形態では、レーザー走査／処理ツール１８１４に配置されるレーザー源は、Ｎｄ：バナジウム酸塩（Ｎｄ：ＹＶＯ４）源、赤外線（ＩＲ）源、または基板を検査し、パターン形成しまたは処理するために所望の波長を有する任意の他の適切なレーザー源を使用してもよい。パターン形成に続いて、基板１１０のパターン化表面は、必要に応じてさらなる処理より前にオプションの検査デバイス（図示されず）によって検査されてもよい。
基板がレーザー走査／処理ツール１８１４で処理された後、基板は次いで、第１のスクリーン印刷システム１８１６Ａに移送されて、基板表面に所望のパターンを印刷するまたは貼り付ける。スクリーン印刷システム１８１６の詳細な構成および機能は、図１９Ａ〜１９Ｂを参照して以下で述べられる。その後に、基板は、第１の乾燥チャンバー１８２０Ａに移送されて、基板に形成されたシルク遮蔽パターンを完全に乾燥させる。乾燥チャンバー１８２０の詳細な構成は、図１９Ｄを参照して以下で論じられる。一実施形態では、乾燥チャンバー１８２０Ａおよびスクリーン印刷システム１８１６Ａで行われるプロセスは、Ｓａｎｔａ Ｃｌａｒａ ＣａｌｉｆｏｒｎｉａのＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ、Ｉｎｃ．の一部門Ｂａｃｃｉｎｉ、ＳｐＡによって製造されるＳｏｆｔＬｉｎｅツールなどで一緒に統合される。その後に、基板はさらに、第２のスクリーン印刷システム１８１６Ｂおよび第２の乾燥チャンバー１８２０Ｂに移送されて、基板に望ましいパターンを印刷し、形成してもよい。第２のスクリーン印刷システム１８１９Ｂは、基板にスクリーン印刷パターンの所望の整列を提供するように、基板または先に堆積されたパターンの正確な位置を整列させ、検出するためにその中に配置される整列デバイス１８２６を包含してもよい。第２の印刷プロセスが第２のスクリーン印刷システム１８１６Ｂで行われた後、基板は、第２の乾燥チャンバー１８２０Ｂに移送されて、第１の乾燥チャンバー１８２０Ａで同様に構成されるように、基板に形成されたスクリーン印刷パターンを完全に乾燥させる。スクリーン印刷システム１８１６Ａ、１８１６Ｂおよび乾燥チャンバー１８２０Ａ、１８２０Ｂの数は、必要に応じて変えられてもよいことが分かる。印刷および乾燥プロセスの後、基板は、基板アンローダー１８０６Ｂに移送されて、さらなる処理のために生産ライン１８００に配置されるその後の処理モジュールへのさらなる移送のためにアンロードされる。
基板は次いで、生産ライン１８００に配置される第１の堆積チャンバー１７２２Ａに結合される第３の基板ローダー１８０４Ｃに移送される。一実施形態では、第１の堆積チャンバー１７２２Ａは、１つまたは複数の化学気相堆積（ＣＶＤ）チャンバー、１つまたは複数のＰＶＤチャンバー、１つまたは複数のアニールチャンバーおよび／または材料の層を堆積させるもしくは基板を処理するために使用されてもよい任意の他の適切なチャンバーを含んでもよい。一実施形態では、第１の堆積チャンバー１７２２Ａは、基板表面に１つまたは複数の所望の層を堆積させる能力がある複数のプラズマ強化化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）チャンバー１７２３Ａを有するクラスターツールである。適切なプラズマ強化化学気相堆積チャンバーは、Ｓａｎｔａ Ｃｌａｒａ、ＣＡに位置するＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ、Ｉｎｃ．から入手できる。熱線化学気相堆積（ＨＷＣＶＤ）、低圧化学気相堆積（ＬＰＣＶＤ）、物理気相堆積（ＰＶＤ）、蒸発、または他の同様のデバイスなどの、他の製造業者からのそれらを包含する、他の堆積チャンバーが、本発明を実施するために利用されてもよいと熟考される。所望の膜層が基板表面に形成された後、基板は、第３の基板アンローダー１８０６Ｃを通じて第１の堆積チャンバー１７２２Ａからアンロードされ、それを生産ライン１８００に配置される次のプロセスモジュールに移送できるように移送コンベヤー１８１０へ移送されて戻ってもよい。
その後に、基板は、所定の経路「Ｐ」に沿って移送コンベヤー１８１０上を生産ライン１８００に沿って配置される第２の湿式処理チャンバー１８１２Ｂに移送される。基板は、第４の基板ローダー１８０４Ｄを通じて第２の湿式処理チャンバー１８１２Ｂ中にロードされてもよい。第２の湿式処理チャンバー１８１２Ｂで所望の洗浄プロセスを行った後、基板は、上で述べられた第１の基板ローダー１８０４Ａ、第１の湿式処理チャンバー１８１２Ａおよび第１の基板アンローダー１８０６Ａで同様に構成されるように、基板アンローダー１８０６Ｄからアンロードされてもよい。
その後に、基板はさらに、生産ライン１８００で第２の湿式処理チャンバー１８１２Ｂから下流に配置される熱処理チャンバー１８２４に移送されてもよい。上で論じられたロード／アンロード構成に似て、基板は、それに結合される第５の基板ローダー１８０４Ｅを通じて熱処理チャンバー１８２４にロードされ、第５の基板アンローダー１８０６Ｅを通じて熱処理チャンバー１８２４からアンロードされてもよい。熱処理チャンバー１８２４は、所望の温度で基板表面に熱を提供できる任意の種類の適切な熱システムであってもよい。一実施形態では、熱処理チャンバー１８２４は、セ氏約７００度より高い、例えばセ氏約８００度より高いなどの、セ氏約５００度より高い温度で基板表面に熱を提供できる加熱チャンバーである。熱処理チャンバー１８２４で提供される熱は、図１〜１７に関連する太陽電池製造方法で述べられたように、基板内にドープ領域を形成するために、基板表面に先に堆積されたドーパント元素を（先のスクリーン印刷システム１８１６Ａ、１８１６Ｂ、および堆積チャンバー１７２２Ａから提供されるパターンおよび堆積層から）基板内の所望の深さまで押し込み、拡散させるのを支援する。一実施形態では、熱処理チャンバー１８２４は、急速熱処理（ＲＴＰ）チャンバーである。別法として、熱処理チャンバー１８２４は、当技術分野で通常利用できる任意の種類の適切な熱処理チャンバーであってもよい。
熱プロセスが熱処理チャンバー１８２４で行われた後、基板は次いで、第３の湿式処理チャンバー１８１２Ｃに移送されて、基板の前面および／または裏面を洗浄するおよび／またはテクスチャ形成してもよい。第１および第２の湿式処理チャンバー１８１２Ａおよび１８１２Ｂに関して述べられたように、基板は、図２０に関して以下で述べられるように、第６の基板ローダー１８０４Ｆを通じて第３の湿式処理チャンバー１８１２Ｃ中にロードされ、第６の基板アンローダー１８０６Ｆを通じて第３の湿式処理チャンバー１８１２Ｃからアンロードされてもよい。第３の湿式処理チャンバー１８１２Ｃで行われるような洗浄プロセスは、汚染物質、ドーパント残留物、および基板で見られる他の不純物源を洗浄するために利用されてもよい。基板の表面に残される、ドープ層を形成するために使用された前駆体材料（例えば、トリメチルホウ素）、ドーパントペースト成分材料、および／または他の同様に堆積された材料で普通に見られる炭素および／または酸素残留材料は、太陽電池デバイスの電気的性能（例えば、キャリア寿命）およびその後に形成される層の膜品質に悪影響を及ぼす可能性があることが見いだされている。従って、第３の湿式処理チャンバー１８１２Ｃで行うために利用される洗浄プロセスは、基板表面に残っている酸素および／または炭素残留物を特に洗浄するように構成されてもよい。別法として、他の種類の表面汚染物質、残留物、または不純物がまた、必要に応じて異なる洗浄溶液を利用することによって洗浄されてもよい。一実施形態では、第３の湿式処理チャンバー１８１２Ｃで使用される洗浄溶液は、基板の前面および裏面の両方を洗浄するために、オゾン（Ｏ３）含有ガス、蒸気、液体、オゾン処理水溶液、タンクから供給される溶存オゾン（Ｏ３）、または他の適切なオゾン（Ｏ３）含有材料を含んでもよい。その上、ＨＦラスト型洗浄溶液または他の適切なコスト効率のよい洗浄溶液が、基板表面を洗浄するために同様に使用されてもよい。
第３の湿式処理チャンバー１８１２Ｃで行われる洗浄プロセスの後、基板はその後に、第２の堆積チャンバー１７２２Ｂに移送されて、基板の第１の表面（すなわち、前面）に不動態化層などの誘電体層を堆積させる。一実施形態では、基板は、第７の基板ローダー１８０４Ｇおよび第７の基板アンローダー１８０６Ｇを通じて第２の堆積チャンバー１７２２Ｂからロードおよびアンロードされてもよい。第２の堆積チャンバー１７２２Ｂは、基板表面に１つまたは複数の所望の層を堆積させる能力がある複数のプラズマ強化化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）チャンバーを有するクラスターツールであってもよい。１つの適切なプラズマ強化化学気相堆積チャンバーは、Ｓａｎｔａ Ｃｌａｒａ、ＣＡに位置するＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ、Ｉｎｃ．から入手できる。熱線化学気相堆積（ＨＷＣＶＤ）、低圧化学気相堆積（ＬＰＣＶＤ）、物理気相堆積（ＰＶＤ）、蒸発、または他の同様のデバイスなどの、他の製造業者からのそれらを包含する、他の堆積チャンバーが、本発明を実施するために利用されてもよいと熟考される。
所望の膜層が基板の第１の表面に形成された後、基板は次いで、生産ライン１８００に沿って第２の堆積チャンバー１７２２Ｂから下流に配置される第３の堆積チャンバー１７２２Ｃに移送される。第３の堆積チャンバー１７２２Ｃは、上で述べられた第１および第２の堆積チャンバー１７２２Ａ、１７２２Ｂと似ているまたは同じであってもよい。第３の堆積チャンバー１７２２Ｃで行われる堆積プロセスより前に、基板は、堆積プロセスを基板の第２の表面（すなわち、後面）について行えるように反転されてもよい。基板は、生産ライン１８００で第８の基板ローダー１８０４Ｈおよびアンローダー１８０６Ｈの近くに配置される反転機構１８３４によって反転されてもよい。基板は、基板の第２の表面に後部不動態化層を堆積させるために反転されてもよい。基板の第１または第２の表面に形成される膜層が、必要に応じて任意の順番で堆積されてもよいので、第２の堆積チャンバー１７２２Ｂおよび第３の堆積チャンバー１７２２Ｃの順番は、逆にされるまたは任意の順番で再配置されてもよいことが分かる。一実施形態では、第３の堆積チャンバー１７２２Ｃは、第１および第２の堆積チャンバー１７２２Ａ、１７２２Ｂに関して上で論じられたように、基板表面に１つまたは複数の所望の層を堆積させる能力がある複数のプラズマ強化化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）チャンバー１７２３Ｃを有するクラスターツールである。それに応じて、熱線化学気相堆積（ＨＷＣＶＤ）、低圧化学気相堆積（ＬＰＣＶＤ）、物理気相堆積（ＰＶＤ）、蒸発、または他の同様のデバイスなどの、他の製造業者からのそれらを包含する、他の堆積チャンバーが、本発明を実施するために同様に利用されてもよい。
不動態化層が基板の第１および第２の表面に形成された後、基板は次いで、生産ライン１８００に配置される移送コンベヤー１８１０に移送されて戻る。移送コンベヤー１８１０は次いで、基板を処理のために次のモジュールに搬送する。基板は次いで、第３のスクリーン印刷システム１８１６Ｃにロードするための第９の基板ローダー１８０４Ｉに移送されて、印刷プロセスを行ってもよい。この特定の構成では、このステップで使用される印刷材料、インク、ゲル、またはペーストは、基板表面に印刷できるまたは配置できるエッチャント材料であるように構成されてもよい。基板表面に所望のパターンでエッチャント材料を堆積させた後、基板は次いで、第３のスクリーン印刷システム１８１６Ｃから下流に配置される第３の乾燥チャンバー１８２０Ｃに移送され、その中で加熱される。基板は、エッチャント材料中の化学薬品に基板表面の膜層をエッチングさせて、その上に所望のパターンを形成するために、第３の乾燥チャンバー１８２０Ｃで約２００〜３００℃間の温度に加熱されてもよい。一実施形態では、第３のスクリーン印刷システム１８１６Ｃおよび乾燥チャンバー１８２０Ｃで行われるようなエッチング材料およびエッチングプロセスステップは、図１〜１７に関連して上で論じられたプロセスステップに似ている。スクリーン印刷システム１８１６Ｃおよび乾燥チャンバー１８２０Ｃで行われる印刷および乾燥プロセスの後、オプションのリンスプロセスが、生産ライン１８００に沿って乾燥チャンバー１８２０Ｃから下流に配置されるリンスツール１８２６Ａで行われてもよい。
基板が第９の基板アンローダー１８０６Ｉからアンロードされた後、基板は次いで、金属堆積チャンバー１８２８に移送されて、基板の表面に導電層を形成する。基板は、第１０の基板ローダー１８０４Ｊおよび第１０の基板アンローダー１８０６Ｊを通じて金属堆積チャンバー１８２８からロードおよびアンロードされてもよい。金属堆積チャンバー１８２８は、Ｓａｎｔａ Ｃｌａｒａ、ＣａｌｉｆｏｒｎｉａのＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓから入手できるＡＴＯＮ（商標）ＰＶＤ５．７ツールであってもよく、それでは１つまたは複数の処理ステップが、上で論じられたように、基板の表面に導電層を堆積させるために行われる。
導電層が金属堆積チャンバー１８２８で基板表面に形成された後、基板は次いで、スクリーン印刷システム１８１６Ｄおよび乾燥チャンバー１８２０Ｄの最終組（図１８Ａで示される第４の組）に移送されて、基板表面に最終金属印刷プロセスをする。材料が次いで、基板表面に所望の特徴および構造を形成するために基板表面に貼り付けられて、太陽電池デバイス製造プロセスを完了する。スクリーン印刷システム１８１６Ｄおよび乾燥チャンバー１８２０Ｄで行われるスクリーン印刷プロセスおよび乾燥プロセスは、上で論じられた第１、第２、および第３のスクリーン印刷システム（１８１６Ａ〜１８１６Ｃ）および乾燥チャンバー（１８２０Ａ〜１８２０Ｃ）と同様に構成される。印刷および乾燥プロセスの後、基板は、乾燥チャンバー１８２０Ｄの次に配置される第２のリンスツール１８２６Ｂに移送されて、必要ならば基板表面をリンスしてもよい。
プロセスが、完了し、基板について行われた後、基板は、セル試験機１８３０およびセル分類機１８３２に移送されて、最終試験および検査プロセスを行って、太陽電池デバイス製造プロセスを完了してもよい。基板は、自動化方式で基板に形成された太陽電池デバイスのさまざまな領域について試験され、分析されてもよい。試験および分析プロセスが行われ、完了した後、基板は、生産ライン１８００から除去されてもよい。
例となる一実施形態では、図１７Ａ〜１７Ｉで描写される基板に形成される太陽電池デバイスを形成する方法は、図１８Ａで描写される生産ライン１８００を利用してもよい。上で論じられたように、基板が生産ライン１８００に移送された後、洗浄および／またはテクスチャ形成プロセスが、第１の湿式洗浄チャンバー１８１２Ａで基板について行われてもよい。洗浄プロセスの後、第１のドーパント材料１３２９（図１７Ｂ）が、第１のスクリーン印刷システム１８１６Ａおよび／または第２のスクリーン印刷システム１８１６Ｂで形成され、次いで第１または第２の乾燥チャンバー１８２０Ａ、１８２０Ｂで乾燥されてもよい。その後に、基板は、第１の堆積チャンバー１７２２Ａに移送されて、第１の堆積チャンバー１７２２Ａ（図１８Ａ）でドープ層１３３０およびキャッピング層１３３１（図１７Ｃ）を形成してもよい。基板表面へのドープ層１３３０およびキャッピング層１３３１の堆積の後、オプションの洗浄プロセスが、基板表面を洗浄するために第２の湿式処理チャンバー１８１２Ｂ（図１８Ａ）で行われてもよい。オプションの洗浄プロセスの後、基板は次いで、熱システム１８２４（図１８Ａ）中に移送されて、基板を加熱する。基板表面に送られる熱は、第１のドーパント材料１３２９およびドープ層１３３０中のドーパントを基板表面中に拡散させ、押し込む（図１７Ｄ）。熱プロセスが熱システム１８２４で行われた後、湿式洗浄プロセスが、第３の湿式洗浄チャンバー１８１２Ｃ（図１８Ａ）で基板表面について行われ、上側ドープ層１３３０およびキャッピング層１３３１が、必要に応じて除去されてもよい（図１７Ｅ）。上側ドープ層１３３０およびキャッピング層１３３１を除去しながら、基板の裏面が、必要に応じてテクスチャ形成されてもよい。その後に、基板は、第２の堆積チャンバー１７２２Ｂ（図１８Ａ）および第３の堆積チャンバー１７２２Ｃ（図１８Ａ）に移送されて、基板の表面に前面不動態化／反射防止層１３３２および／または後面不動態化／反射防止層１５４を堆積させてもよい（図１７Ｅおよび１７Ｆ）。その後に、基板はさらに、スクリーン印刷システム１８１６Ｃおよび乾燥チャンバー１８２０Ｃの別の組（図１８Ａ）に移送されて、基板表面に所望のデバイスを形成するために特徴を形成し、構造をエッチングし、パターンを印刷してもよい（図１７Ｇ）。印刷および／またはゲルエッチングプロセスの後、基板は次いで、金属堆積チャンバー１８２８（図１８Ａ）に移送されて、基板表面に導電層１６３（図１７Ｈ）を形成する。最終ステップでは、基板表面に形成される導電層１６３の形成後、基板はさらに、スクリーン印刷システム１８１６Ｄおよび乾燥チャンバー１８２０Ｄの最終組（図１８Ａ）に移送されて、太陽電池デバイスを形成するために必要に応じて導電層１６１に構造、特徴およびパターンを形成し、印刷し、エッチングしてもよい（図１７Ｉ）。すべてのプロセスが基板表面について行われた後、基板は、セル試験機１８３０およびセル分類機１８３２（図１８Ａ）で最終的に試験され、分類されてもよい。
図１８Ｂは、図１〜１７に関連して上で論じられた太陽電池を形成するために利用されてもよい太陽電池生産ライン１８５０の別の実施形態を描写する。図１８Ａで論じられた構成に似て、生産ライン１８５０は、基板表面に所望のパターン、特徴、レイアウト、および構造を形成するために、基板ローダー１８０４Ｌ、レーザー走査／処理ツール１８１４、スクリーン印刷システム１８１６Ｅおよび乾燥チャンバー１８２０Ｅの第１の組ならびにスクリーン印刷ツール１８１６Ｆおよび乾燥チャンバー１８２０Ｆの第２の組を包含する。所望のパターンが基板表面に形成された後、基板は次いで、図１８Ａで同様に構成されるように、基板アンローダー１８０６Ｌを介してアンロードされ、さらに移送コンベヤー１８１０を経由して膜堆積のための堆積チャンバー１７２２Ｄに移送されてもよい。生産ライン１８５０は、基板を堆積チャンバー１７２２Ｄにロードし、それから基板をアンロードするための基板ローダー１８０４Ｍおよび基板アンローダー１８０６Ｍを包含してもよい。所望の膜層が基板に形成された後、基板は次いで、生産ライン１８５０に沿って配置される任意の適切なモジュール１８５２に移送されてもよい。モジュール１８５２は、任意の数のスクリーン印刷ツールおよび乾燥チャンバー、ＣＶＤ、ＰＶＤ、メッキ、もしくは任意の他の適切なチャンバーなどの堆積チャンバー、湿式処理チャンバー、レーザーツール、リンスタンク、試験機、分類機、加熱システム、研磨ツール、または基板表面に所望の太陽電池デバイスを形成するために生産ライン１８５０に沿って配置される任意の構成でおよび任意の順序で形成される任意の他の適切な処理ツールを包含してもよい。
図１９Ａは、太陽電池基板１９９６の表面に所望のパターンで金属コンタクトを形成するために本発明の実施形態と併せて使用されてもよいスクリーン印刷システムの一実施形態またはシステム１９００を例示する概略等角図であり、図１９Ｂは、その概略平面図である。一実施形態では、システム１９００は、図１８Ａで描写される移送コンベヤー１８１０の一部分などの送入コンベヤー１９１１、回転型アクチュエータアセンブリ１９３０、スクリーン印刷チャンバー１９０２、および図１８Ａで描写される移送コンベヤー１８１０の別の部分などの送出コンベヤー１９１２を含む。送入コンベヤー１９１１は、投入コンベヤー１９１３などの投入デバイスから基板１９９６を受け取り（すなわち、図１９Ｂでの経路「Ｐ」）、回転型アクチュエータアセンブリ１９３０に結合される印刷ネスト１９３１に基板１９９６を移送するように構成されてもよい。送出コンベヤー１９１２は、回転型アクチュエータアセンブリ１９３０に結合される印刷ネスト１９３１から処理された基板１９９６を受け取り、退出コンベヤー１９１４などの基板除去デバイスに基板１９９６を移送する（すなわち、図１９Ｂでの経路「Ｐ」）ように構成されてもよい。投入コンベヤー１９１３および退出コンベヤー１９１４は、生産ライン１８００からの移送コンベヤー１８１０などの、より大きな生産ラインの一部である自動化基板取扱いデバイスであってもよい。図１８Ａからのシステム１８１６Ａおよび１８１６Ｂなどの、複数のスクリーン印刷システム１９００は、それらの間に配置される乾燥チャンバー１８２０Ａによって互いに接続されてもよい。図１９Ａは、記述の簡潔さのために図１８Ａで描写される生産ラインの一部分を描写するだけであることが分かる。他の異なる種類のスクリーン印刷システム、堆積ツール、乾燥チャンバーまたは任意の適切なチャンバー、ステーション、およびツールがまた、必要に応じてシステム１９００の一部となるように配置されてもよい。
回転型アクチュエータアセンブリ１９３０は、回転型アクチュエータ（図示されず）およびシステムコントローラ１９０１によって「Ｆ」軸の周りを回転するおよび角度位置決めされてもよく、その結果印刷ネスト１９３１は、システム１９００内で選択的に角度位置決めされてもよい（例えば、図１９Ｂでの経路「Ｄ１」および「Ｄ２」）。回転型アクチュエータアセンブリ１９３０はまた、印刷ネスト１９３１またはシステム１９００で基板処理順序を行うために使用される他の自動化デバイスの制御を容易にするために１つまたは複数の支持構成要素を有してもよい。
一実施形態では、回転型アクチュエータアセンブリ１９３０は、スクリーン印刷チャンバー１９０２内で行われるスクリーン印刷プロセスの間に基板１９９６を支持するように各々適合される４つの印刷ネスト１９３１または基板支持部を包含する。図１９Ｂは、回転型アクチュエータアセンブリ１９３０の位置を概略的に例示し、それでは１つの印刷ネスト１９３１は、送入コンベヤー１９１１から基板１９９６を受け取るために位置「１」にあり、別の印刷ネスト１９３１は、別の基板１９９６がそれの表面にスクリーン印刷パターンを受け取ることができるようにスクリーン印刷チャンバー１９０２内の位置「２」にあり、別の印刷ネスト１９３１は、処理された基板１９９６を送出コンベヤー１９１２に移送するための位置「３」にあり、別の印刷ネスト１９３１は、位置「１」と位置「３」との間の中間段階である位置「４」にある。
図１９Ｃで例示されるように、印刷ネスト１９３１は一般に、送りスプール１９３５、巻き取りスプール１９３６、ローラー１９４０および１つまたは複数のアクチュエータ１９４８を有するコンベヤーセンブリ１９３９を含み、そのアクチュエータは、送りスプール１９３５および／または巻き取りスプール１９３６に結合され、プラテン１９３８を横断して位置決めされる支持材料１９３７を送り、保持する。プラテン１９３８は一般に、基板支持面を有し、その上で基板１９９６および支持材料１９３７が、スクリーン印刷チャンバー１９０２で行われるスクリーン印刷プロセスの間に位置決めされる。一実施形態では、支持材料１９３７は、支持材料１９３７の一面に配置される基板１９９６が、従来の真空発生デバイス（例えば、真空ポンプ、真空エジェクタ）によって支持材料１９３７の反対側に適用される真空によってプラテン１９３８上に保持されることを可能にする多孔質材料である。一実施形態では、真空は、プラテン１９３８の基板支持面１９３８Ａに形成される真空ポート（図示されず）に適用され、その結果基板は、プラテンの基板支持面１９３８Ａに「チャック」できる。一実施形態では、支持材料１９３７は、例えばたばこに使用される種類の蒸散可能な紙または同じ機能を果たすプラスチックまたは織物材料などの別の類似した材料から成る蒸散可能な材料である。一例では、支持材料１９３７は、ベンゼンラインを含有しないたばこ紙である。
一構成では、アクチュエータ１９４８は、送りスプール１９３５および巻き取りスプール１９３６に結合される、またはそれと係合するように適合され、その結果支持材料１９３７上に位置決めされる基板１９９６の移動は、印刷ネスト１９３１内で正確に制御できる。一実施形態では、送りスプール１９３５および巻き取りスプール１９３６は各々、支持材料１９３７の長さの反対側の端部を受け取るように適合される。一実施形態では、アクチュエータ１９４８は各々、プラテン１９３８を横断する支持材料１９３７の動きおよび位置を制御するために送りスプール１９３５および／または巻き取りスプール１９３６上に位置決めされる支持材料１９３７の表面に結合されるまたはそれと接触する１つまたは複数の駆動輪１９４７を含有する。
一実施形態では、システム１９００は、位置「１」の印刷ネスト１９３１上に位置する基板１９９６を検査する検査アセンブリ１９９８を包含する。検査アセンブリ１９９８は、位置「１」の印刷ネスト１９３１（図１９Ｂ）上に位置する送入または処理された基板１９９６を検査するように位置決めされる１つまたは複数のカメラ１９２１を包含してもよい。この構成では、検査アセンブリ１９９８は、少なくとも１つのカメラ１９２１（例えば、ＣＣＤカメラ）および検査し、その検査結果を印刷ネスト１９３１上の基板１９９６の向きおよび位置を分析するために使用されるシステムコントローラ１９０１に伝える能力がある他の電子部品を包含する。一実施形態では、検査アセンブリ１９９８は、基板１９９６に先に印刷されたパターンの向きおよび位置を分析するように構成される。別の実施形態では、検査アセンブリ１９９８は、光学検査システムを含む。
スクリーン印刷チャンバー１９０２は、スクリーン印刷プロセスの間に位置「２」の印刷ネスト１９３１上に位置決めされる基板１９９６の表面に所望のパターンで材料を堆積させる。一実施形態では、スクリーン印刷チャンバー１９０２は、システムコントローラ１９０１と通信し、印刷されている基板１９９６に関してスクリーン印刷チャンバー１９０２内に配置されるスクリーン印刷マスク１９０２Ｂ（図１９Ｂ）の位置および／または角度方向を調整するために使用される複数のアクチュエータ、例えばアクチュエータ１９０２Ａ（例えば、ステッピングモータまたはサーボモータ）を含有する。一実施形態では、スクリーン印刷マスク１９０２Ｂは、金属シートまたはプレートであり、それを通って穴、スロット、または他の隙間などの複数の特徴１９０２Ｃが、基板１９９６の表面にスクリーン印刷材料（すなわち、インクまたはペースト）のパターンおよび配置を規定するために形成される。一般に、基板１９９６の表面に堆積されるべきスクリーン印刷パターンは、アクチュエータ１９０２Ａおよび検査アセンブリ１９９８からシステムコントローラ１９０１により受け取られる情報を使用して基板表面を覆う所望の位置にスクリーン印刷マスク１９０２Ｂの向きを合わせることによって自動化方式で基板１９９６に整列される。一実施形態では、スクリーン印刷チャンバー１９０２は、約１２５ｍｍと１５６ｍｍとの間の幅および約７０ｍｍと１５６ｍｍとの間の長さを有する太陽電池基板に金属含有または誘電体含有材料を堆積させる。一実施形態では、スクリーン印刷チャンバー１９０２は、基板の表面に金属コンタクト構造を形成するために基板の表面に金属含有ペーストを堆積させる。一実施形態では、スクリーン印刷チャンバー１９０２は、図１〜１７に関連して述べられたようなエッチャント材料、ドーパント材料、誘電体材料、および／または金属材料を堆積させるために使用されてもよい。
システムコントローラ１９０１は、スクリーン印刷システム１９００の制御および自動化を容易にし、中央処理ユニット（ＣＰＵ）（図示されず）、メモリ（図示されず）、および支援回路（またはＩ／Ｏ）（図示されず）を包含してもよい。ＣＰＵは、さまざまなチャンバープロセスおよびハードウェア（例えば、コンベヤー、光学検査アセンブリ、モータ、流体配送ハードウェア、その他）を制御するための工業環境で使用され、システムおよびチャンバープロセス（例えば、基板位置、プロセス時間、検出器信号、その他）を監視する任意の形態のコンピュータプロセッサの１つであってもよい。メモリは、ＣＰＵに接続され、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、フロッピーディスク、ハードディスク、または任意の他の形態のローカルもしくはリモートのデジタル記憶装置などの、容易に入手できるメモリの１つまたは複数であってもよい。ソフトウェア命令およびデータは、ＣＰＵに指示するためにコード化され、メモリ内に記憶できる。支援回路もまた、従来の方法でプロセッサを支援するためにＣＰＵに接続される。支援回路は、キャッシュ、電力供給部、クロック回路、入力／出力回路構成、サブシステム、および同様のものを包含してもよい。システムコントローラ１９０１により読み出し可能なプログラム（またはコンピュータ命令）は、どのタスクが基板について実行可能かを決定する。好ましくは、プログラムは、システムコントローラ１９０１により読み出し可能なソフトウェアであり、それは、少なくとも基板位置情報、さまざまな制御構成要素の動きの順序、基板光学検査システム情報、およびそれらの任意の組合せを作り出し、記憶するためのコードを包含する。本発明の一実施形態では、システムコントローラ１９０１は、高濃度ドープ領域および／または位置合わせマークの位置を解像するためにパターン認識ソフトウェアを包含する。
図１９Ｄは一般に、印刷システム１８１６Ａ、１８１６Ｂ間に配置されてもよい乾燥チャンバー１８２０（図１８Ａ〜１８Ｂおよび図１９Ａの１８２０Ａ〜Ｅで示される）に含有される熱システム２００１の一実施形態を例示する。一般に、乾燥チャンバー１８２０は、エネルギーが熱システム２００１からその中に位置決めされる１つまたは複数の基板に配送される処理領域２００２を含有し、その結果１つまたは複数の基板の表面に堆積された材料が、乾燥できる。一例では、堆積材料は、結晶太陽電池基板に裏側コンタクトを形成するために太陽電池生産プロセスで普通に使用される無鉛アルミニウムサーメットペースト（例えば、ＡｌＣｅｒｍｅｔ６２１４）などのアルミニウム（Ａｌ）含有ペーストである。別の例では、堆積材料は、太陽電池の前側に使用される銀（Ａｇ）ペースト（例えば、ＤｕＰｏｎｔ（商標）製のＰＶ１５６）または太陽電池の裏側に使用される銀−アルミニウム（Ａｇ／Ａｌ）ペースト（ＤｕＰｏｎｔ（商標）からのＰＶ２０２）であってもよい。
熱システム２００１は一般に、基板の表面に堆積された材料を急速に乾燥させるために一緒に使用される放射加熱アセンブリ２００４および対流加熱アセンブリ２００３を含む。この構成では、対流および放射熱伝達モードは、処理能力を改善し、エネルギー消費を低減するために乾燥プロセスの間に所望の熱プロファイル（例えば、温度対時間）を達成するように別々に制御できる。一実施形態では、乾燥プロセスの間の基板温度は、約１５０℃と約３００℃との間に上昇される。一般に、基板の形成パターンへの損傷を防止するために堆積材料中のバインダーが分解する温度（例えば、３００〜３５０℃）を超えないことが、望ましい。
一構成では、図１９Ｄで示されるように、１つまたは複数の基板が、経路「Ｄ」に続いて処理領域２００２を通って移送される。放射加熱アセンブリ２００４は一般に、基板が処理領域２００２を通過するにつれて基板にエネルギーを提供するために使用される１つまたは複数の電磁エネルギー配送デバイスを含有する。一実施形態では、電磁エネルギー配送デバイスは、１つまたは複数の望ましい波長で基板に放射を配送するように構成および／または選択される１つまたは複数のランプ２００４Ａを含む。放射加熱アセンブリ２００４から配送される放射エネルギーの波長は一般に、それが基板の表面に堆積された材料によって吸収されるように選択される。しかしながら、半導体基板、太陽電池、または他の同様のデバイスなどの、処理される基板の熱量が問題である場合には、放射エネルギーが、好ましくは堆積材料によって吸収され、一般には基板が作られている材料によって吸収されないように、基板に配送される放射エネルギーの波長を限定することが、望ましいこともある。一例では、基板がシリコン（Ｓｉ）含有材料から作られている場合には、ランプ２００４Ａによって配送されるエネルギーの波長は、シリコン基板によって吸収されるエネルギー量を低減するために、一般に約１．０６（μｍ）であるシリコンの吸収端より大きい波長だけが配送されるように調整されるまたはフィルターにかけられてもよい。
一実施形態では、放射加熱アセンブリ２００４によって配送される最適波長は、配送エネルギーの吸収を、それ故に堆積材料の乾燥プロセスを改善するように、各種の基板および基板の表面に堆積される各種の材料について選択されるおよび／または調整される。一実施形態では、ランプ２００４Ａは、約１２００と１８００℃との間の最大作動温度を有し、約１．４μｍより大きい波長で最大出力放出を有する赤外線（ＩＲ）ランプである。一例では、ランプ２００４Ａは、約１メートルの長さの二重フィラメント５ｋＷ高速中波ＩＲランプであり、それは、Ｈａｎａｕ、ＧｅｒｍａｎｙのＨｅｒａｅｕｓ Ｎｏｂｅｌｉｇｈｔ ＧｍｂＨから入手できる。いくつかの場合には、ランプに配送される電力を、それ故にランプ内のフィラメントの温度を調整することによってランプ２００４Ａから放出される放射の波長を調整することが、望ましい（ウィーンの法則）。従って、システムコントローラ１９０１、ランプ２００４Ａに結合される電力供給部（図示されず）、および基板の表面の堆積材料の光吸収特性の知識の使用により、ランプ２００４Ａによる配送エネルギーの波長は、乾燥プロセスを改善するように調整できる。
対流加熱アセンブリ２００３は一般に、流体移送デバイス２０２９、プレナム２０４５およびガス加熱アセンブリ２０４０を含む。処理領域２００２に配置される基板はそれ故に、流体移送デバイス２０２９から提供されるガスを加熱アセンブリ２０４０を通り、基板の表面を過ぎるように向けることによって加熱される。一実施形態では、流体移送デバイス２０２９は、所望の流量のガス（経路「Ｂ」を参照）を放射加熱アセンブリ２００４を通り、処理領域２００２中に配送できるＡＣファンである。
ガス加熱アセンブリ２０４０は一般に、流体移送デバイス２０２９から配送されるガスを加熱する加熱帯域２０４１に位置決めされる１つまたは複数の抵抗加熱素子を含有する。ガス加熱アセンブリ２０４０から出るガスの温度は、従来の加熱素子温度コントローラ２０４２、１つまたは複数の従来の温度感知デバイス（図示されず）、加熱帯域２０４１に位置決めされる抵抗加熱素子（図示されず）、およびシステムコントローラ１９０１から送られるコマンドの使用により制御されてもよい。一実施形態では、ガス加熱アセンブリ２０４０の出口でのガス温度は、約１５０℃と約３００℃との間に制御される。
プレナム２０４５は一般に、流体移送デバイス２０２９から配送されるガスをガス加熱アセンブリ２０４０を通って、プレナム出口区域２０４３中に、次いで処理領域２００２を通るように向けるために使用される密閉領域である。一実施形態では、プレナム２０４５はまた、空気などの加熱ガスを集め、再使用できるように、ガス帰還または再循環経路を提供するために処理領域２００２を通って移送されたガスを受け取るように適合されるプレナム入口区域２０４４を含有してもよい。
対流加熱アセンブリ２００３の代替実施形態では、図１９Ｄで示されるように、処理領域２００２から戻るガス（経路Ａ５およびＡ６）は、再循環されない。この構成では、流体移送デバイス２０２９から出るガス（例えば、経路「Ｂ」）は、それがガス加熱アセンブリ２０４０および処理領域２００２を通って配送される前に、入口プレナム２０４９Ａに入り、複数の熱交換管２０４８を通り、出口プレナム２０４９Ｂに入る。熱交換管２０４８は一般に、経路「Ｂ」に沿って続くガスが、管の内部領域２０４８Ａを通過し、処理領域２００２から戻るガスと混ざらないようにシールされる。一構成では、経路Ａ５およびＡ６に沿って処理領域２００２から戻るガスは、それがポート２０４７を通って熱システム２００１から排出される前に、熱交換管２０４８の外面のそばを通る。従って、熱コントローラ２０３１を使用して熱交換管２０４８の温度を制御することによって、流体移送デバイス２０２９からガス加熱アセンブリ２０４０に流れるガスの温度は、予熱することができ、処理領域２００２から戻るガスは、どんな揮発性同伴成分も除去するために冷却できる。ガスをそれがガス加熱アセンブリ２０４０に入る前に予熱することはまた、ガス加熱効率を改善し、それ故に乾燥チャンバー内で行われる乾燥プロセスの電力消費を低減するのに役立つこともある。一般に、熱コントローラ２０３１は、経路Ａ６に沿って流れるガスに含有されるどんな揮発性成分も液化して除去するために、熱交換管２０４８の表面（すなわち、熱交換面２０３２）の温度を処理領域２００２に配送される加熱ガスの温度より低い温度（例えば、＜２１９℃）に保つように適合される。一実施形態では、熱交換面２０３２は、再循環ガスに同伴する蒸気材料を液化するために約４０℃と約８０℃との間の温度に維持される。重力に起因して、熱交換管２０４８で液化する揮発性成分は、プレナム２０４５の流体収集領域２０３３へ流れ（すなわち、経路「Ｃ」）、その中に収集されることになる。流体収集領域２０３３は、収集された蒸気材料を廃棄物収集システム（図示されず）に配送するために使用される１つまたは複数のドレインを含有してもよい。エネルギー消費はしばしば、太陽電池デバイスを生産するためのコストの重要な要因であるので、本明細書で論じられるガスを予熱するおよび／または再循環する方法は、スクリーン印刷生産ラインの所有コストを、それ故に形成されるデバイスの生産コストを低減するのに役立つことができる。
図２０は、基板ローダー１８０４Ｊと基板アンローダー１８０６Ｊとの間に配置される金属堆積チャンバー１８２８を包含する図１８Ａで描写される太陽電池生産ライン１８００の一部分の概略平面図である。金属堆積チャンバー１８２８は、移送コンベヤー１８１０によって基板ローダー１８０４Ｊおよび基板アンローダー１８０６Ｊに結合される。図１８Ａ〜１８Ｂで描写される他の基板ローダー１８０４Ａ〜１８０４Ｌまたは基板アンローダー１８０６Ａ〜１８０６Ｌは、同様に構成されてもよい。一実施形態では、基板１１０は、送入移送コンベヤー１８１０を介して基板ローダー１８０４Ｊ中に移送されてもよい。基板ローダー１８０４Ｊは、生産ライン１８００で製造され、太陽電池デバイスを形成するべき基板１１０を受け取ることができる受け取り領域としての役割を果たす。一実施形態では、基板１１０は、輸送コンベヤー１８１０で個別に輸送される。別の実施形態では、基板１１０は、カセットで輸送される。別の実施形態では、基板１１０は、スタックボックスで輸送される。一実施形態では、いったん個別の各基板１１０が基板ローダー１８０４Ｊ中に配送されると、移送ロボット２０８４が、各基板１１０を基板ローダー１８０４Ｊから取り出し、基板１１０を処理するより前に基板を検査するためにオプションの視覚システム２０９６の上に基板１１０を保持する。オプションの視覚システム２０９６は、基板１１０の画像を取得し、それらの画像をシステムコントローラ１９０１に伝えて、基板１１０が処理できる状態であるかどうかを決定するために、視覚システム２０９６に配置される検査デバイスのための背面照明を提供してもよい。一実施形態では、視覚システム２０９６は、移送ロボット２０８４による取り出しより前に基板１１０の画像を取得するように位置決めされる。
ロボット２０８４は次いで、基板１１０を基板輸送面２０９８の指定特徴２０８８中に置く。一実施形態では、特徴２０８８は、ポケットであり、基板輸送面２０９８は、基板キャリアである。別の実施形態では、特徴２０８８は、支持要素であり、基板輸送面２０９８は、基板取扱いロボットの複数の横方向アームを含む。別の実施形態では、特徴２０８８は、支持要素またはポケットであり、基板輸送面２０９８は、基板コンベヤーの上側表面などの、移送コンベヤー１８１０のプラットフォーム部分である。基板輸送面２０９８の特徴２０８８の各々が、基板１１０で満たされた後、基板１１０は、輸送コンベヤー１８１０を介して太陽電池生産ライン１８００に沿って配置される、ＰＶＤチャンバー、ＣＶＤチャンバー、スクリーン印刷システム、もしくは蒸発チャンバーなどの、金属堆積チャンバー１８２８または他の種類の堆積チャンバー中に輸送される。一実施形態では、輸送コンベヤー１８１０は、基板輸送面２０９８の基板１１０を直線的に移動させるためのローラー（図示されず）およびアクチュエータ（図示されず）を含む。
金属堆積チャンバー１８２８での処理の後、基板１１０は次いで、基板アンローダー１８０６Ａに移送され、そこで基板は次いで、移送ロボット２０９４を介して移送コンベヤー１８１０にアンロードされ、送出コンベヤー１８１０を介して太陽電池生産ライン１８００でのさらなる処理のために湿式処理チャンバー１８１２Ａから離れて他の処理モジュールおよびチャンバーに輸送されてもよい。一実施形態では、各基板１１０は、別の検査アセンブリ２０９６を介して基板アンローダー１８０６Ａで検査されてもよい。基板アンローダー１８０６Ａは、プロセスが湿式処理チャンバー１８１２Ａで完了した後、基板１１０をアンロードし、湿式処理チャンバー１８１２Ａから離れて基板１１０を除去する出口領域としての役割を果たす。
図２１は、本明細書で論じられる洗浄プロセス順序を行うように適合される湿式処理チャンバー１８１２（図１８Ａで１８１２Ａ〜１８１２Ｃとして示される）の一実施形態の概略平面図である。一般に、湿式処理チャンバー１８１２は、システムコントローラ２１０１、メインフレーム２１１９、およびメインフレーム２１１９内に配置される複数の処理チャンバー間で基板を移送するロボットデバイス２１１５を含む。図２１で例示される処理チャンバー（例えば、参照数字２１２１〜２１３２）の形状、向きまたは数は、本明細書で述べられる本発明の範囲を限定することを意図しない。
一般に、システムコントローラ２１０１は、１つまたは複数の構成要素および湿式処理チャンバー１８１２で行われるプロセスを制御するために使用される。システムコントローラ２１０１は一般に、湿式処理チャンバー１８１２の制御および自動化を容易にするように設計され、典型的には、コントローラ１９０１に似た構成について上で論じられたような中央処理ユニット（ＣＰＵ）（図示されず）、メモリ（図示されず）、および支援回路（またはＩ／Ｏ）（図示されず）を包含する。
湿式処理チャンバー１８１２の一態様は、「生の」未処理基板を受け取り、複数の自動化プロセスを行って、表面テクスチャを形成するまたは基板表面を洗浄するための生産ラインの能力である。太陽電池基板をさまざまな処理ステーションに移動させるために、１つまたは複数のロボット、コンベヤーおよび／または他の自動化デバイスが、湿式処理チャンバー１８１２を通る基板の移動を制御するために使用される。一例では、湿式処理チャンバー１８１２は、システムを通るプロセスの流れが一般に、図２１で経路Ｐ１〜Ｐ１３として示されるような流れの経路「Ｐ」をたどるように構成される。一般に、湿式処理チャンバー１８１２を通るさまざまな基板の移動の大半は、１つまたは複数のロボットデバイス２１１５またはロボットアセンブリの使用により行われ、それらは、システムコントローラ２１０１によって送られるコマンドの使用により処理チャンバー（例えば、参照数字２１２１〜２１３２）およびステーション２１２０、２１３４の１つまたは複数によって受け取り、またはその中に位置決めできるように基板を移動させ、位置決めする。一実施形態では、ロボットデバイス２１１５は、水平運動制御システム２１１５Ｂ（例えば、スライドまたはリニアモータ）の使用によりメインフレーム２１１９の長さに沿って１つまたは複数の基板を移動させ、位置決めするロボット２１１５Ａを含んでもよい。一例では、ロボットデバイス２１１５は、水平運動制御システム２１１５Ｂに結合され、さまざまな処理チャンバー２１２１〜２１３２およびステーション２１２０、２１３４内で所望通りに基板を移動させ、位置決めするように構成される６軸ロボットまたはＳＣＡＲＡロボットなどの従来のロボットデバイスである。一構成では、図２１で示されるように、水平運動制御システム２１１５Ｂは、メインフレーム２１１９構成要素の上に位置決めされる。
一実施形態では、ロボットデバイス２１１５は、湿式処理チャンバー１８１２の処理チャンバー２１２１〜２１３２の各々で同時にすべて処理されるべき基板のバッチまたはカセットを移送する。この構成では、基板のバッチは、ロボットデバイス２１１５によって投入中継エリアステーション２１２０から除去され、移送経路Ｐ１をたどってプロセスチャンバー２１２１に配送される。一実施形態では、基板は、基板の表面を前洗浄するために酸または溶剤含有溶液にさらされる。いったん洗浄処理がステーション２１２１で完了すると、基板は次いで、移送経路Ｐ２をたどってロボットデバイス２１１５によってプロセスチャンバー２１２２に移送され、そこで脱イオン（ＤＩ）水でのダンクおよび／または噴霧リンスステップが、基板の表面に残っているどんな化学薬品も除去するために行われる。リンスステップを完了した後、基板は次いで、移送経路Ｐ３をたどってロボットデバイス２１１５によってプロセスチャンバー２１２３に移送される。プロセスチャンバー２１２３でプロセスステップを行った後、基板は次いで、移送経路Ｐ４をたどってロボットデバイス２１１５によってプロセスチャンバー２１２４に移送され、そこでＤＩ水でのダンクおよび／または噴霧リンスステップが、基板の表面に残っているどんな化学薬品も除去するために行われる。プロセスチャンバー２１２４でリンスステップを行った後、基板は次いで、移送経路Ｐ５をたどってロボットデバイス２１１５によってプロセスチャンバー２１２５に移送される。一構成では、図２１で示されるように、処理チャンバー２１２５は、いったん基板の定常状態の流れが、湿式処理チャンバー１８１２を通って配送されると、複数の基板のバッチを保持し、それ故に処理チャンバーのより良好な利用を可能にする大きさである。このように、湿式処理チャンバー１８１２のいくつかの構成では、処理チャンバーの１つまたは複数は、ボトルネックを防止し、基板処理能力を改善するために基板の多重バッチがその中で並列に処理されることを可能にする大きさである。一例では、バッチは、２０以上の基板などの、５以上の基板を包含してもよい。洗浄プロセスを処理チャンバー２１２５で行った後、基板は次いで、移送経路Ｐ６をたどってロボットデバイス２１１５によってプロセスチャンバー２１２６に移送され、そこでＤＩ水でのリンスステップが、基板の表面に残っているどんな化学薬品も除去するために行われる。基板をリンスした後、それらは次いで、移送経路Ｐ７をたどってロボットデバイス２１１５によってプロセスチャンバー２１２７に移送され、そこでポストエッチテクスチャ平滑化プロセスが行われる。いったんポストエッチテクスチャ平滑化プロセスが完了すると、基板は次いで、移送経路Ｐ８をたどってロボットデバイス２１１５によってプロセスチャンバー２１２８に移送され、そこでＤＩ水でのダンクおよび／または噴霧リンスステップが、基板の表面に残っているどんな化学薬品も除去するために行われる。基板をリンスした後、それらは次いで、移送経路Ｐ９をたどってロボットデバイス２１１５によってプロセスチャンバー２１２９に移送され、そこで後洗浄ステップが行われる。いったん後洗浄ステップが完了すると、基板は次いで、移送経路Ｐ１０をたどってロボットデバイス２１１５によってプロセスチャンバー２１３０に移送され、そこでＤＩ水でのダンクおよび／または噴霧リンスステップが、基板の表面に残っているどんな化学薬品も除去するために行われる。基板は次いで、第１のロボットデバイス２１１５を使用して移送経路Ｐ１１をたどってプロセスチャンバー２１３１に移送される。一実施形態では、ロボットデバイス２１１５は、上で論じられたように、処理ステップの順次繰り返しを行うために何度もプロセスチャンバー２１２９〜２１３２間で基板を配送する。洗浄プロセスが完了した後、ロボットデバイス２１１５は、移送経路Ｐ１２をたどって基板をプロセスチャンバー２１３２に移送し、そこでリンスステップが行われる。いったんリンスステップが完了すると、基板は次いで、ロボットデバイス２１１５によってプロセスチャンバー２１３２から除去され、移送経路Ｐ１３をたどって乾燥のためにチャンバー２１３３に移送される。次に、基板は、経路Ｐ１４に沿って退出中継エリア２１３４に移送されてもよく、そこで基板の表面は、その後の太陽電池形成処理のために受け取ることができる。一構成では、生産ライン１８００での移送コンベヤー１８１０は、湿式処理チャンバー１８１２で洗浄プロセスをするために基板を中継エリアステーション２１２０に移送し、次いで中継エリアステーション２１３４で処理基板を取り出すように構成される。
先述のことは、本発明の実施形態を対象にするが、本発明の他のおよびさらなる実施形態が、本発明の基本的範囲から逸脱することなく考案されてもよく、本発明の範囲は、次に来る特許請求の範囲によって決定される。

Claims (15)

  1. 太陽電池デバイスを形成するための装置であって、
    処理のために基板を受け取るように構成される自動化アセンブリと、
    前記自動化アセンブリに結合される基板支持面を各々が有する複数の輸送要素と、
    前記自動化アセンブリ内において前記輸送要素の前記基板支持面に配置される前記基板の第１の表面上の複数の領域に第１のドーパント材料を含むドーパント材料を形成するスクリーン印刷マスクを有する第１の堆積ステーションと、
    前記自動化アセンブリ内において前記輸送要素の前記基板支持面に配置される前記基板に形成された前記第１のドーパント材料を乾燥させる少なくとも１つの乾燥チャンバーと、
    前記第１のドーパント材料および前記基板の前記第１の表面の一部分を覆うように誘電体層を形成する第２の堆積ステーションであって、前記誘電体層が、前記第１のドーパント材料の反対のドーピング型である第２のドーパント材料を含んでいる第２の堆積ステーションと
    を含む装置。
  2. 前記自動化アセンブリ内において前記輸送要素の前記基板支持面上に配置される前記基板表面の方へ電磁放射を放出する、前記自動化アセンブリに位置決めされる電磁放射源をさらに含む、請求項１に記載の装置。
  3. 前記第１および前記第２のドーパント材料を前記基板中に拡散させるために前記基板を所望の温度に加熱する加熱チャンバーをさらに含む、請求項１に記載の装置。
  4. 前記自動化アセンブリ内において前記輸送要素の前記基板支持面上に配置される前記基板の前記第１の表面を覆うように導電材料を形成する第３の堆積ステーションをさらに含む、請求項１に記載の装置。
  5. 前記自動化アセンブリ内において前記輸送要素の前記基板支持面上に配置される前記基板の前記第１の表面または第２の表面をテクスチャ形成するように構成された湿式処理チャンバーをさらに含む、請求項１に記載の装置。
  6. 太陽電池デバイスを形成する方法であって、
    自動化アセンブリ内に配置された第１の堆積ステーションにおいて基板の第１の表面の複数の領域に第１のドーパントを含むドーパント材料を堆積させるステップであって、前記第１の堆積ステーションが、スクリーン印刷マスクおよび前記スクリーン印刷マスクを位置決めするように構成された少なくとも１つのアクチュエータを含むステップと、
    前記自動化アセンブリ内に配置された第２の堆積ステーションにおいて前記ドーパント材料および前記基板の前記表面の一部分を覆うように誘電体層を形成するステップであって、前記誘電体層が、前記第１のドーパントの反対のドーピング型である第２のドーパントを含むステップと、
    前記第１および前記第２のドーパントを前記基板の前記第１の表面中に拡散させるために前記自動化アセンブリ内に配置された加熱チャンバー内で前記基板を所望の温度に加熱するステップと、
    前記自動化アセンブリ内に配置された第３の堆積ステーションにおいて前記基板の前記第１の表面を覆うように導電層を堆積させるステップと
    を含む方法。
  7. 前記基板を加熱するステップの前に、前記自動化アセンブリ内に配置された前記第２の堆積ステーションにおいて前記誘電体層を覆うようにキャッピング層を形成するステップをさらに含む、請求項６に記載の方法。
  8. 前記基板を加熱するステップの前または後に、前記自動化アセンブリ内に配置された第１の湿式処理チャンバーにおいて前記基板の前記第１の表面を洗浄するステップをさらに含む、請求項６に記載の方法。
  9. 前記自動化アセンブリ内に配置された第２の湿式処理チャンバーにおいて前記基板の前記第１の表面または第２の表面をテクスチャ形成するステップをさらに含む、請求項６に記載の方法。
  10. ドーピング元素を含有するエッチング材料を使用することによって、スクリーン印刷マスクを含む第４の堆積チャンバーにおいて前記誘電体層またはキャッピング層の１つまたは複数の領域をエッチングするステップであって、前記エッチング材料からの前記ドーピング元素の残りが、エッチングの後に前記基板の露出表面に残されるステップと、
    ドーピング元素を前記基板中に拡散させるために前記基板および前記ドーピング元素の残りを所望の温度に加熱するステップと
    をさらに含む、請求項６または７に記載の方法。
  11. 前記第１および前記第２のドーパントを有する領域間に複数のスペーサ材料を形成するステップをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
  12. 太陽電池デバイスを形成する方法であって、
    基板の第１の表面上の複数の領域に誘電体材料を配置するステップと、
    前記基板の前記表面に第１のドーパント材料を配置するステップと、
    前記基板の前記表面に第２のドーパント材料を配置するステップであって、前記第１および第２のドーパント材料の少なくとも一部分が、前記誘電体材料によって互いに分離されるステップと
    を含む方法。
  13. 前記第１および前記第２のドーパント材料を前記基板の前記第１の表面中に拡散させるために前記基板を所望の温度に加熱するステップをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
  14. 前記基板の第２の表面をテクスチャ形成しながら前記基板の前記第１の表面上に配置された前記誘電体材料を除去するステップをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
  15. 前記基板の前記第１の表面を覆うように誘電体層を形成するステップと、
    前記基板の前記第１の表面の一部分を露出させるように複数の領域を形成するために前記誘電体層をエッチングするステップと、
    前記誘電体層および前記基板の前記露出部分に導電層を形成するステップと
    をさらに含む、請求項１４に記載の方法。
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