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JP2014150280A - 三次元薄膜太陽電池製造のためのテンプレート及び使用方法 - Google Patents

三次元薄膜太陽電池製造のためのテンプレート及び使用方法 Download PDF

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JP2014150280A JP2014084330A JP2014084330A JP2014150280A JP 2014150280 A JP2014150280 A JP 2014150280A JP 2014084330 A JP2014084330 A JP 2014084330A JP 2014084330 A JP2014084330 A JP 2014084330A JP 2014150280 A JP2014150280 A JP 2014150280A
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Abstract

【課題】優れた特性を有する薄膜太陽電池を提供する。
【解決手段】三次元薄膜太陽電池に使用される三次元薄膜太陽電池基板形成のためのテンプレート１００。テンプレート１００は、複数のポスト１０２及び前記複数のポスト１０２間の複数のトレンチ１０４を備える基板を含む。テンプレート１００は、三次元薄膜太陽電池基板形成のための環境を形成する。
【選択図】図４

Description

本出願は、２００６年１０月９日出願の仮特許出願第６０／８２８６７８号、及び２００７年１月２４日出願の仮特許出願第６０／８８６３０３号の利益を主張し、それらを参照により組み込む。
本開示は、全体として、太陽光発電及び太陽電池の分野に関し、より具体的には、三次元（３−Ｄ）薄膜太陽電池（ＴＦＳＣ）及びその製造方法に関する。更により具体的には、ここに開示する主題は、３−Ｄ ＴＦＳＣ基板製造のためのテンプレート、並びにテンプレートの製造方法及び使用方法に関する。
再生可能、高性能、且つコスト効率の高いエネルギー源は、地球規模で必要性が増大してきている。ますます高価で、信頼性が低く、且つ環境上リスクが高くなってきている化石燃料、並びに電気を含むエネルギーの地球規模での需要の上昇が、代替的、安全、クリーン、広く入手可能、コスト効率が高い、環境にやさしい、且つ再生可能な形態のエネルギーに対する必要性を生み出している。太陽電池を使用する太陽光（ＰＶ）発電は、住居、商業、産業、及び中央集中化公益事業用途の必要性を満たすのに極めて適している。太陽エネルギーを魅力的にしている重要な属性は、日光が、豊富で、世界的で、且つユースポイントの供給材料であること、環境にやさしいこと、スケーラビリティ（ミリワットからメガワットまで）、太陽電気の安全なユースポイント生成、及び優れた分散エネルギー経済性である。太陽は、全世界が年間に消費するエネルギーよりも多くのエネルギーを１時間で地球に供給する。地球表面のほとんどは年間日照時間の顕著な量を受け取り、それは、クリーンで安全な発電のために有効に利用することができる。この市場けん引に対する重要な要素は、環境上無害な技術に対する大衆の意識が高まっていることである。しかし、太陽電池の効率が比較的低く（例えば、ほとんどの薄膜技術に対して１２％、またほとんどの結晶シリコン太陽電池技術に対して約１２％〜１８％）、原料（例えば、結晶シリコン・ウェハ太陽電池用のシリコン）及び製造プロセスのコストが高く、コスト効率が良く効率的な電気貯蔵に対する制限があり、また、太陽電池の増設を支えるためのインフラストラクチャーが一般的に不足していることにより、今日まで、このエネルギー解決策の使用は制限されてきた（現在、太陽光発電による発電が占める割合は、全世界の発電全体の０．１％未満である）。
商業用途の場合、エンドユーザに対するエネルギーのコスト（例えば、電気の場合、セント／ｋＷｈ）は、十分に低く、且つ従来の発電源を使用する電力系統から得られるものに匹敵する、又は更にはそれよりも良好なものであるべきである。現在は世界中の発電に占める割合が０．１％未満である、太陽光発電は、従来の電力網電気によるコスト・パリティーを達成すれば、大幅に拡張することができる。太陽電池及びモジュールのコスト（一般的に、ドル／Ｗpとして表される）が低減するにしたがって、電力網接続された太陽光発電の用途は加速度的に受け入れられて、発電を顕著に増幅させるための魅力的な選択肢となる。
価格志向型の太陽電池市場では、２つの主要な技術的選択肢が存在する。一方では、結晶シリコン（ｃ−Ｓｉ）ウェハは、太陽電池形成の基盤としての役目を果たすことがある（現在、太陽ＰＶ市場の９０％超を占める）。他方では、シリコン及び他の半導体吸収体材料（非晶質シリコン、ＣｄＴｅ、又はＣＩＧＳなど）を使用する薄膜（非晶質及び多結晶）技術は、結晶シリコン・ウェハに基づく太陽電池に比べて顕著なコスト上の利点を提供することがある。これらの異なる方策は、価格性能比基準の両極端にある。結晶シリコン・ウェハは、より高い性能を提供するが、コストがより高い（出発原料の単結晶及び多重結晶（ｍｕｌｔｉｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ）シリコン・ウェハのコストが比較的高いことに起因する）。薄膜技術は、より低い製造コストを提供することがあるが、一般的には、性能レベルがより低い（即ち、効率がより低い）。両方の方策について、１ワット当たりの価格は、一般的に、電池効率が上昇するにつれて増加する（材料及び／又は製造のコストがより高いことに起因する）。
過去１０年間の４０％を超える急速な年間成長率と、半導体マイクロエレクトロニクス及び太陽光ＰＶ両方の産業によるシリコン材料の同時需要とにより、太陽ＰＶ業界は、ポリシリコン原材料供給の不足を経験している。ポリシリコン原材料の不足は、特に過去数年の間、太陽光ＰＶ産業の成長を顕著に抑制している。実際に、太陽電池産業は、現在、高純度ポリシリコン原材料の世界的生産の半分以上を消費している。過去数年の間に、ポリシリコンの契約価格は、約３０ドル／ｋｇから約８５ドル／ｋｇまで増加し、現物価格は２５０ドル／ｋｇを超えている。このことは、現在は太陽電池モジュールの製造コスト全体の約半分を占める、単結晶及び多重結晶シリコン・ウェハの価格の大幅な増加に結び付いている。
主流の結晶シリコン（ｃ−Ｓｉ）ウェハ太陽電池産業における動向は、ウェハ厚さを２００ミクロン未満に縮小する（太陽電池の定格ピーク電力１ワット当たりに使用されるグラム単位のシリコン材料の量を低減するため）ことである。例えば、単結晶シリコン・ウェハ太陽電池は、現行の約２００ミクロンのウェハ厚さから、２０１２年までに約１２０ミクロンの厚さまで縮小することが予想されている。多重結晶シリコン・ウェハ太陽電池は、現行の約２６０ミクロンの平均ウェハ厚さから、２０１２年までに約１８０ミクロンの厚さまで縮小することが予想されている。しかし、このウェハ厚さの低減は、機械的剛性、製造歩留まり、及び太陽電池効率に関係する更なる課題を提起する。高コストにもかかわらず、結晶シリコン（ｃ−Ｓｉ）技術は、主として確立されているマイクロエレクトロニクス産業及びサプライ・チェーンの効率と相乗効果とがより高いことにより、太陽電池市場を依然として支配している。現在、ｃ−Ｓｉが太陽電池市場に占める割合は９０％をわずかに上回っている（リボン・シリコンを含めた場合、９５％）。
これまで、結晶シリコン太陽電池は、世界の電池生産の累積（メガワット、即ちＭＷp、及びギガワット、即ちＧＷp単位で測定したもの）の倍増ごとに２０％のコスト削減を達成している。革新的なコスト削減及び効率向上の方法によって、電力網接続された屋上設置型太陽光発電モジュールから得られる電気のコストは、５〜１０年以内に、電力系統から購入される電気のコストに匹敵するものになる可能性があると予想される。市販の単結晶シリコン及び多重結晶シリコンの太陽電池モジュールに対する２００５年の調査は、その当時の太陽電池モジュールの効率は９．１％〜１６．１％の範囲内であり、効率の中間値は約１２．５％であると報告している。商用結晶シリコン・モジュールは、通常、ウェハ状の太陽電池における光劣化効果（例えば、ウェハの少数キャリア寿命の劣化）を含む様々な効果に起因して、１％〜３％（相対）の急速な初期効率劣化を示す。単結晶シリコン・ウェハ太陽電池効率は、約１６．５％という現行の効率（最先端の市販の単結晶シリコン太陽電池及び太陽電池モジュールの効率は、現在、それぞれ約２１．５％及び１８％）である。多重結晶シリコン・ウェハ太陽電池の効率は、約１５．５％という現行の効率レベルから、２０１２年までに約１８％まで増加すると予想されている。
最先端技術の結晶シリコン太陽電池製造は、現在、ピーク・ワット当たり約１０グラムの高純度ポリシリコン原材料（ｇ／Ｗp）を使用しており、その結果、ポリシリコン原材料のコストは約０．８５ドル／Ｗp（ポリシリコン価格を８５ドル／ｋｇと仮定して）となっている。今後５年間にわたって、太陽電池ウェハの厚さ低減（例えば、２００ミクロン未満のウェハまで）の予想される動向と、太陽電池級ポリシリコンに対する約２０ドル／ｋｇという想定される長期的価格とにより、ポリシリコン原材料のコスト（ｇ／Ｗp単位）は、４〜８の因数分だけ、約０．１０ドル／Ｗp〜０．２０ドル／Ｗpまで低減する可能性がある。したがって、あらゆる競合的太陽電池技術は、それらの製造コスト目標を、この削減された原料コストの数値に対して指標とするべきである。所与の電池効率に対して、シリコン・ウェハ厚さの低減は、ピーク太陽発電のワット当たりに消費されるポリシリコン原材料の量を低減することによって、太陽電池コストを低減するための最高の機会を提示する。
現行のシリコン太陽電池の場合で約０．２５ドル／Ｗpに達する、ワイヤ・ソーと関連するコストは、シリコン・ウェル太陽電池に関する別のウェハ関連のコスト要素を提供する。切断及びスライシングと関連する切り代（ｋｅｒｆ ｌｏｓｓｅｓ）を排除する、革新的でコスト効率の良い技術は、シリコン太陽電池のコスト削減を更に促進するはずである。ウェハに基づく結晶シリコン太陽電池モジュールの製造コスト（現行で、１ワット当たり２．１０ドル〜１ワット当たり２．７０ドル超程度である）は、部分的には、ウェハ切断による切り代が現行値の約２００ミクロンから、２０１２年までに約１３０ミクロンまで低減されることによって、２０１２年までに約１．５０ドル／Ｗp〜１．８０ドル／Ｗpの範囲まで低減される可能性があると予想されている。ウェハに基づく結晶シリコン太陽電池に対するコスト全体の削減は、より低コストのポリシリコン原材料、より薄いウェハ、より高い電池レベル効率、ウェハ切断による切り代の低減、及びスケールメリット又は製造量の増加など、様々な原因から生じる可能性がある。
最先端技術のシリコン・ウェハ太陽電池製作設備（「太陽電池ファブ（ｓｏｌａｒ ｆａｂｓ）」）は、一般的に、今日の１２５ｍｍ×１２５ｍｍから１５６ｍｍ×１５６ｍｍまでの太陽電池を生産する。結晶シリコン・ウェハ太陽電池における動向は、より薄くより大きなウェハに向かっている。発電モジュールに使用される最先端の太陽電池における単結晶並びにキャスト（及びリボン）多重結晶シリコン太陽電池ウェハの厚さは、２００９〜２０１０年頃までに、それぞれ約１５０ミクロン及び２００ミクロンまで低減されると予想されている。上述の現行の、及び予想される２００９〜２０１０年の数値に比べて、電池電力Ｗp当たりのシリコン材料消費（例えば、ウェハ又は膜の厚さ）の大幅な低減を可能にする、何らかのコスト効率が良く高効率で革新的なシリコン太陽電池技術は、太陽光発電用途向けの実行可能な商用太陽電池技術（例えば、住居用、商用、及び産業用の屋上設置型並びに大規模集中型公益事業の発電用途）としての重要な展望を提供する。
より高い太陽電池効率は、太陽電池の価値連鎖（ｖａｌｕｅ ｃｈａｉｎ）全体、並びに材料の消費とコストの削減、及びシステムのバランス（ＢＯＳ）のコストの削減（例えば、面積に関連する太陽電池モジュールの設置及び逆変換装置のコスト）による、平均発電コスト（ｌｅｖｅｌｉｚｅｄ ｃｏｓｔ ｏｆ ｅｎｅｒｇｙ）（ドル／ｋＷｈ単位のＬＣＯＥ）に対する好ましい影響を有する。現行の主流の商用結晶太陽電池は、１４％〜１７％程度の効率を提供する。商用太陽電池における予想される結晶シリコン太陽電池効率は、２００９年までに、単結晶及び多重結晶シリコン太陽電池それぞれについて、約１９％及び１７％に近付く可能性があると期待される。新たな太陽電池の商機のための主要分野は、効率を押し上げるとともに太陽電池及びモジュール全体の製造コストを低下させる可能性がある、革新的な電池構造及び単純化したプロセス・フローの開発である。主流のウェハに基づく結晶シリコン太陽電池技術に続く代替の（例えば、薄膜ＰＶ）方策の場合、新たな技術が完全に商業化されれば、主流のウェハに基づく結晶シリコン太陽電池の予想される効率及びコストの数値に比べて、更に低い製造コストでより高い効率を提供するはずである。
高生産量の太陽電池ファブの能力と関連する、スケールメリットのあるファブのコスト削減は、ＬＣＯＥに影響を及ぼす主要因である。最先端技術の高生産量太陽光発電ファブは、５０ＭＷp〜１００ＭＷp（ＭＷp＝１００万Ｗｐ）程度、又はそれを上回る年間生産能力を有する。高生産量太陽光発電ファブの能力は、今後１０年間で、数百ＭＷpの、又は更には１ＧＷp（ＧＷp＝１０億Ｗp）に迫る年間生産率まで大幅に増加することが期待される。１００ＭＷｐ〜１ＧＷｐの範囲内の超高生産量太陽電池ファブは、大量生産のスケールメリットによってより長期のコスト削減（ＬＣＯＥを含む）を容易にするはずであるが、１００万ドルを容易に上回ることがある比較的高い初期のファブ投資コストは、太陽光発電ファブ建設の選択肢に対してある種の制限を与える可能性がある。理想的には、生産量が中程度の（例えば、年間生産量が５ＭＷp〜５０ＭＷpの範囲内）より小規模な（且つ資本集約がより少ない）ファブであっても、太陽電池及びモジュールの大幅な製造コスト削減を容易にする、革新的な結晶シリコン太陽電池設計及び単純化された製造プロセスを開発することが優先されてもよい。この種の技術は、中程度のファブ設備及び操業コストで、中程度の生産量の太陽光発電ファブを可能にするであろう。削減されたファブ設備及び操業コストは、コスト効率の良い太陽電池モジュールの世界規模の増設を更に容易にして、多数の非常に手頃で中程度の生産量のファブ（製造コストを削減するのに十分なスケールメリットを達成するため、非常に高価な高生産量ファブを建設しなければならないことに比べて）の構築を可能にする。当然ながら、コスト効率が良く中程度の生産量のファブに対する上述の基準を満たす（即ち、中程度の生産量であっても、単純化した太陽電池加工のための低コストのファブ建設におけるＬＣＯＥロードマップ要件を満たす）革新的な太陽電池技術は、超高生産量（例えば、１００ＭＷp超）の太陽電池ファブにも適用可能である可能性がある。そのような太陽発電ファブは、生産量の増加と関連するスケールメリットを更に利用することができる。
薄膜太陽電池（ＴＦＳＣ）技術（例えば非晶質シリコン、ＣｄＴｅ及びＣＩＧＳ）は、太陽スペクトルに良好に一致する吸収帯により、一般的な基準「エアマス−１．５」（ＡＭ−１．５）直射日光照度を吸収するために、吸収体材料（通常、１０ミクロンよりもはるかに薄い厚さ）をほとんど必要としない。ＴＦＳＣ吸収体材料は、ガラス又は可撓性金属若しくは非金属の基板など、安価な基板上に堆積させることができる。ＴＦＳＣは、一般的には、低コスト、低減されたモジュール重量、低減された材料消費、及び可撓性基板の使用に対する能力を提供するが、通常、効率ははるかに低い（例えば、通常は５％〜１２％）。従来技術の薄い結晶シリコン膜の場合、平坦なシリコン膜（厚さ５０ミクロン未満のエピタキシャル成長シリコン膜など）を、低コストで高効率の太陽電池に使用することには、多数の大きな問題及び課題がある。それらとしては、太陽電池モジュール効率が比較的低いこと（一般的に、７％〜１２％）、モジュール効率の劣化、吸収体材料（例えば、ＣＩＧＳの場合のＩｎ及びＳｅ、並びにＣｄＴｅの場合のＴｅ）が稀少且つ高価であること、システム分野の信頼性の確認が限定されていること、また、ＣＩＳ／ＣＩＧＳ及びＣｄＴｅなどの非シリコン技術が環境に対して悪影響をもつことが挙げられる。
従来技術の図１は、エピタキシャル・シリコンによって生産された平面シリコン薄膜吸収体層を使用して、ｃ−Ｓｉ ＴＦＳＣを製作するためのプロセス・フロー１０を示す。この従来技術のＴＦＳＣ製作プロセス・フローは、いくつかのシャドウ・マスク加工工程を使用して、電池構造を形成する。電池吸収体は、単に、シリコン・エピタキシャル成長加工によって形成されたｃ−Ｓｉの薄い平面の膜である。電池は、表面シリコンのテクスチャリングを使用して光閉じ込めを改善し、また、裏面アルミニウム・ミラーを分離して電池効率を改善する。工程１２は、単結晶ｐ+ＣＺシリコンから始まる。工程１４は、シリコンに電気化学ＨＦエッチングを施して、孔隙率２０％の１ミクロンの最上層と、孔隙率５０％超の２００ナノメートルの裏層とを含む二層多孔質シリコンを形成することを伴う。工程１６は、１１００℃で３０分間水素（Ｈ2）アニーリングを施すことを伴う。工程１８は、トリクロロシラン、即ちＳｉＨＣｌ3を使用して、１１００℃でシリコンをエピタキシャル成長（堆積速度は毎分１ミクロン）させて、ｐ+−Ｓｉを２ミクロン、及びｐ−Ｓｉを３０ミクロン形成することを伴う。工程２０は、湿式ＫＯＨエッチングによって表面に表面テクスチャリングを施して、直立した表面の角錐を形成することを伴う。工程２２は、シャドウ・マスクを介するＬＰＣＶＤ窒化シリコン（ＳｉＮx）堆積によって、第１のシャドウ・マスク加工を施して、エミッタ拡散窓を規定することを伴う。工程２４は、８３０℃で固体ソース・リン拡散を行う（ｎ+ドープした接合部のために８０Ω／□（ｓｑｕａｒｅ）を達成するため）ことを伴う。工程２６は、シャドウ・マスクを介する蒸発による表面金属化（チタン／Ｐｄ／銀グリッド）による、第２のシャドウ・マスク加工を伴う。工程２８は、水素化ＰＶＤ又はＰＥＣＶＤ ＳｉＮxによるエミッタ表面パッシベーションを伴う。工程３０は、導電性接着剤による接触表面ブスバーを伴う。工程３２は、透明接着剤を使用して、電池表面をＭｇＦ2コーティングしたガラスに接着することを伴う。工程３４は、機械的応力によって電池をシリコン・ウェハから分離することを伴う。工程３６は、シャドウ・マスクを介する蒸発を使用した裏面アルミニウムの金属化による、第３のシャドウ・マスク加工を伴う。最後に、工程３８は、電池裏面から２００ミクロンの間隔でアルミニウム反射器を取り付けることを伴う。
従来技術の図２は、自己整合性選択エミッタを有するシリコン・ウェハ上への太陽電池の製作及び金属化のための別のプロセス・フロー方法４０を示す。この従来技術のプロセスは、レーザー加工を使用して頂部の電池誘電体層をパターニングするとともに、下にあるシリコンを溶融して、高濃度ドープしてｎ++エミッタ接点拡散領域を形成する（高速熱アニーリングによって、軽く拡散された選択エミッタ領域を形成した後）。工程４２は、単結晶ｐ型シリコンから始まる。工程４４は、希ＮａＯＨ中にて９０℃で、切断損傷（ｓａｗ ｄａｍａｇｅ）除去エッチング及び異方性表面テクスチャリング・エッチングを施すことを伴う。工程４６は、スピン・オン塗布及びリン拡散源の乾燥を伴う。工程４８は、高速熱アニーリングを施して、軽く拡散されたエミッタ（８０〜２００Ω／□）を形成することを伴う。工程５０は、アルミニウム若しくは銀／アルミニウム合金の真空蒸着又はスクリーン印刷によって、裏面に金属接点を適用し、次に乾燥させることを伴う。工程５２は、スクリーン印刷した接点に対して裏面金属焼結／焼成（例えば、酸素／窒素中で８２０℃で）を施すことを伴う（金属ペーストを焼成すると同時に、誘電体を酸化させて金属めっきに対する抵抗を増大させる）。工程５４は、レーザー加工を施して頂部誘電体層をパターニングするとともに、下にあるシリコンを溶融させて、ｎ++接点拡散領域を形成することを伴う。工程５６は、希ＨＦエッチングを施して、金属めっき表面を前処理することを伴う。工程５８は、９０℃で５分間無電解ニッケルめっきを施すことを伴う。工程６０は、３５０℃〜４５０℃でニッケルを焼結させる（窒素、アルゴン、又は成膜ガス中で）ことを伴う。工程６２は、更に２分間ニッケルめっきを施し、次に長時間無電解銅めっきを施して、厚い高導電性銅膜を形成することを伴う。工程６４は、銅表面上に瞬間液浸銀（銀）堆積することを伴う。最後に、工程６６は、鋭利になった接合部を分離する（例えば、レーザー溝削り、エッジへき開、又はプラズマ・エッチングを使用する）ことを伴う。
従来技術の結晶シリコン（ｃ−Ｓｉ）薄膜太陽電池（ＴＦＳＣ）技術に関しては、表面反射率の損失を低減すると同時に、結晶シリコン膜の厚さを低減するため、薄いシリコン膜の十分な表面テクスチャリングと関連する問題がある。これは、生産歩留まり及び電池性能（効率）を考慮することによる、最小限の平坦な（共面）単結晶シリコン厚さに対する制限をもたらす。平面又は共面膜の場合、テクスチャリングを施していない結晶シリコン膜の反射率は非常に過剰であり（３０％超の場合がある）、外部量子効率の実質的な光反射損失及び低下をもたらすため、表面テクスチャリングを使用することが必須である。したがって、共面エピタキシャル・シリコン膜における反射率による光子損失の低減は、有効な表面テクスチャリングを必要とし、そのこと自体が最小エピタキシャル・シリコン層厚さに対する制限をもたらす。膜表面テクスチャリングの要件及びプロセスに応じて、最小結晶シリコン層厚さは、少なくとも１０ミクロン程度の可能性がある（そのため、テクスチャリング・プロセスは結晶シリコン層のいずれの部分も打ち破ることがない）。
それに加えて、薄い平面結晶シリコン膜における大幅に低減された平均光路長は、特に、シリコンの赤外線バンドギャップ（８００〜１１００ナノメートル）付近のエネルギーを有する光子について、光子吸収の低減をもたらし、結果として、太陽電池量子効率が低減される（短絡電流、即ちＪscが低減される）。これにより、電池量子効率が低減され、Ｊscが低減されたことによる、太陽電池効率の深刻な劣化がもたらされる。例えば、厚さ２０ミクロンの共面（平面）結晶シリコン吸収体層では、ほぼ直角な角度で電池に衝突する太陽光線は、膜厚に等しい有効経路長を有し、これは、シリコンの赤外線バンドギャップ付近のエネルギーを有する太陽放射線光子をシリコン薄膜に有効に吸収させるには短すぎる。実際には、作用電池シリコン厚さを約５０ミクロン未満に低減させることによって、Ｊsc及び結果として得られる太陽電池の効率がかなり低減され、この劣化の影響は、シリコン膜厚が約２０ミクロン未満に低減されると急速に加速する。したがって、共面の薄い結晶シリコン膜はまた、結晶シリコン膜厚の何倍にも等しい有効光路長を作り出すため、表面テクスチャリングと、結晶シリコン膜の裏面から出る光の裏面における後方反射との両方を使用して、有効な光閉じ込めを必要とする。
この方策を使用する従来技術は、ほとんどの場合、結晶シリコン膜／シリコン基板における光の内部反射による後方反射、又はブランケット裏面接点からの反射（裏面フィールドのアルミニウム接点／ミラーなど）のどちらかを使用する。これらの技術によって提供される後方反射は大きくないことがあり（例えば、約７０％の有効近ＩＲ後方反射）、そうでなければ最適な後方反射器によって達成されたであろう性能利得を制約する。この方策に関する問題は、一次入射ビームが常に結晶シリコン膜を一度しか通過しないことである。一次入射ビーム光子のあらゆる後に続く二度目の通過は、裏面反射に応じて変わる。
電池及びモジュール加工工程の間、薄膜が剛性と機械的支持とを欠いているという問題もある。この問題は、大面積（例えば、２００ｍｍ×２００ｍｍ）の薄いシリコン膜の機械的強度に関係がある。大面積結晶シリコン・ウェハの厚さを１００ミクロン未満に低減することによって、電池基板の機械的強度／剛性の大幅な損失がもたらされ、そのような薄いウェハは、可撓性であるとともに、電池製作プロセス・フローの間破れることなく取り扱うことが非常に困難であることが良く知られている。
例えば５０ミクロンよりも薄い、大面積で共面（平面）の結晶シリコン膜は、太陽電池及びモジュール製造の容認可能な歩留まりを達成するため、コスト効率の良い支持体又はハンドル基板上に適切に定置し、その上で支持しなければならない。１つの方策は、薄いエピタキシャル膜を比較的低コスト（例えば、冶金等級）のシリコン基板上（エピタキシャル層をその上に成長させる）に成長させ、その上で保持するものであるが、この方策には、最終的な太陽電池効率を制約するいくつかの固有の問題がある。別の方策は、エピタキシャル・シリコン膜をその（再使用可能な）親シリコン基板から離型又は剥離し、その後、それをより安価な非シリコン支持体又はハンドル基板上に置いて、太陽電池プロセス・フローによって機械的強度を提供するものである。この方策は、何らかの高温酸化及びアニーリング・プロセスの間、支持体／ハンドル基板とシリコン膜との間の何らかの熱膨張係数（ＴＯＥ）の不一致、並びに、薄いエピタキシャル・シリコン膜が非シリコン支持基板によって汚染される可能性があるという問題があることがある（どちらも、製造歩留まり及び性能／効率の劣化という問題を生み出す可能性がある）。
特に３０ミクロンを超える厚さを有するより厚いエピタキシャル膜の場合、シリコン・エピタキシーを使用する単結晶シリコン膜成長プロセスのコストは、対処すべき更なる問題である。比較的薄いエピタキシャル膜厚（一実施例では、３０ミクロンよりもはるかに薄い）を使用することで、エピタキシーのコストを魅力的な範囲まで低下させることができる。しかし、これは、平面のシリコン薄膜太陽電池を製作するための様々な課題を提示するであろう。上述したように、より薄い共面（平面）エピタキシャル膜（例えば、３０ミクロンよりもはるかに薄い範囲内）は、膜の機械的強度の欠落、低い表面反射及び低減された光反射率損失のための薄いシリコン膜の有効な表面テクスチャリングを制限する制約、比較的短い光路長、及び低減された電池量子効率など、多数の問題及び課題を生み出す。有効な光閉じ込めは、薄膜ｃ−Ｓｉ太陽電池の効率を向上させるために必須である。有効な光閉じ込めの要件は、十分に低い表面再結合速度（高い電池効率のため）を達成しながら、表面テクスチャリングと裏面ミラーとの組合せに基づく。これは、共面（平面）ｃ−Ｓｉ薄膜太陽電池において達成することが非常に困難である。
高性能ｃ−Ｓｉ薄膜太陽電池は、いくつかのパターニング工程又はパターニング加工工程（例えば、選択エミッタ、表面エミッタ、又は裏面エミッタ・ラップスルー金属化接点、裏面のベース金属化接点など）を必要とする。これらのパターニング工程は、通常、フォトリソグラフィ、スクリーン印刷、及び／又はシャドウ・マスク堆積（例えば、シャドウ・マスク・スパッタリング若しくは蒸着）プロセスを使用して達成される。フォトリソグラフィ及び／又はスクリーン印刷及び／又はシャドウ・マスク堆積によるパターニング工程を使用することで、通常、製造プロセス・フローの複雑性及びコストが増加し、また、製作歩留まり並びに最終的に達成可能な太陽電池効率に悪影響を及ぼす可能性がある。
したがって、上記に特定した問題を是正する薄膜太陽電池（ＴＦＳＣ）に対する必要性が生じている。
更に、既存の主流のｃ−Ｓｉ太陽電池技術の欠点に対処するという更なる必要性が存在する。これは、太陽発電のピーク・ワット当たりに消費されるポリシリコン原材料の量を低減すること、切断及びスライシングと関連する切り代を排除すること、その結果、太陽電池製造コスト全体を大幅に削減することを含む。
電池及びモジュール効率を増加させるとともに、太陽電池及びモジュールの製造コスト全体を顕著に低下させる、革新的な太陽電池構造及び単純化したプロセス・フローに対する更なる必要性が存在する。中程度の生産量のファブであっても太陽電池及びモジュールのコストの大幅な削減を容易にして、中程度のファブ設備及び操業コストで少量から中程度の生産量の太陽電池ファブを可能にする（その結果、従来技術のファブよりも大幅に少ないファブ生産量で製造コストを削減するためのスケールメリットが達成される）、革新的なｃ−Ｓｉ太陽電池設計及び単純化した自己整合性製造プロセスに対するより一層の必要性が存在する。
既存のＴＦＳＣ技術の欠点に対処するより一層の必要性が存在する。これは、生産歩留まり及び電池性能の考慮によって、現在は最小の平面（共面）の結晶シリコン厚さに制限を設けている表面反射率損失を低減するため、薄い平面シリコン膜に十分な表面テクスチャリングを施すことと関連する困難性に対処することを含む。低い表面再結合速度（高い電池効率のため）を達成しながら、表面テクスチャリングと裏面ミラーとの組合せに基づく、有効な光閉じ込めに対するより一層の必要性がある。
既存のＴＦＳＣ技術の更なる欠点に対処するより一層の必要性が存在する。これは、電池及びモジュール加工工程の間、薄膜基板の剛性及び機械的支持を欠いており、結果として、ＴＦＳＣ基板のための支持体又はハンドル基板（シリコン又は別の材料で作られる）を使用することが必要であるという問題を含む。これは、更に、特に平面の結晶シリコンＴＦＳＣに必要なより厚いエピタキシャル膜の場合に、エピタキシャル・シリコン膜成長プロセスのコストを含む。これは、更に、複数のフォトリソグラフィ及び／又はスクリーン印刷及び／又はシャドウ・マスク加工／パターニング工程が必要であり、それらが、通常、製造プロセス・フローの複雑性及びコストを増加させ、また、製作歩留まり並びに最終的に達成可能な太陽電池効率に悪影響を及ぼす可能性があることを含む。
本開示によれば、三次元薄膜太陽電池基板（３−Ｄ ＴＦＳＣ基板）を形成するのに使用することができるテンプレートが提供される。３−Ｄ ＴＦＳＣ基板は、これまで開発された半導体ウェハに基づく太陽電池及びＴＦＳＣと関連する、いずれも変換効率並びに電池及びモジュール製造コストに関する不利な点並びに問題を排除又は低減する、三次元薄膜太陽電池（３−Ｄ ＴＦＳＣ）及びモジュールを形成するのに使用してもよい。
開示する主題の１つの態様によれば、３−Ｄ ＴＦＳＣ基板形成のためのテンプレートが提供される。テンプレートはテンプレート基板を含み、テンプレート基板は、複数のポスト及び前記複数のポスト間の複数のトレンチを備える。テンプレートは、３−Ｄ ＴＦＳＣ基板形成のための環境を形成する。
テンプレートは、好ましくは、テンプレートを実質的に再調整する必要性なしに、複数の３−Ｄ ＴＦＳＣ基板を作成するのに再使用される。
より具体的には、開示する主題は、半導体テンプレート基板を、更により具体的にはシリコン・テンプレート基板を含む。
より具体的には、開示する主題は、複数のプリズム状のポスト、特に六角プリズム・ポスト、及び中でも多角形プリズム・ポストを含む。
より具体的には、開示する主題は、複数の先細状のポスト、近垂直ポスト、又は垂直ポストを含む。
より具体的には、開示する主題は、複数のウェハ内トレンチ（ｗｉｔｈｉｎ−ｗａｆｅｒ ｔｒｅｎｃｈｅｓ）又はウェハ貫通トレンチ（ｔｈｒｏｕｇｈ−ｗａｆｅｒ ｔｒｅｎｃｈｅｓ）を含む。トレンチは、より狭くより深いトレンチの上のより幅広のトレンチであってもよい。
より具体的には、開示する主題は、エッチング剤のアクセスを提供する複数のチャネルを更に備える半導体基板を含む。
開示する主題の別の態様によれば、３−Ｄ ＴＦＳＣ基板形成のためのテンプレートの製作方法が提供される。方法は、半導体材料を半導体基板の選択領域から除去して、複数のポスト及び複数のトレンチを形成することを含む。
より具体的には、開示する主題は、半導体基板上に設計（ｄｅｓｉｇｎ）を生成するため、リソグラフィ・パターニングを行う工程と、エッチング・プロセスを、より更に具体的には深堀り反応性イオン・エッチング・プロセスを使用して、設計を半導体基板上に転写する工程とによって、半導体材料を半導体基板の選択領域から除去することを含む。
より具体的には、開示する主題は、設計を前記半導体基板上に生成するため、レーザー・ミクロ機械加工を行うことによって、半導体材料を半導体基板の選択領域から除去することを含む。
より具体的には、開示する主題は、半導体材料を半導体基板の選択領域から除去して、エッチング液のアクセスを提供するために前記半導体基板にチャネルを形成することを含む。
開示する主題のこれら及び他の利点、並びに追加の新規な特徴は、本明細書に提供される説明から明白になるであろう。この概要の意図は、請求する主題の包括的な説明であることではなく、主題の機能性の一部の簡単な概略を提供するためのものである。ここに提供する他のシステム、方法、特徴、及び利点は、以下の図面及び詳細な説明を検討することで、当業者には明白になるであろう。そのような追加のシステム、方法、特徴、及び利点はすべて、この説明の中に、また添付の請求項の範囲内に含まれるものとする。
開示する主題の特徴、性質、及び利点は、以下に記載する詳細な説明を図面と併せ読むことによってより明白になるであろう。図面中、類似の参照符号は全体を通して対応するものを特定する。
優れた特性を有する薄膜太陽電池を提供する。
シリコン・エピタキシーによって生成した平坦なシリコン薄膜吸収体層を使用して、結晶シリコン（ｃ−Ｓｉ）薄膜太陽電池（ＴＦＳＣ）を作製するための従来技術のプロセス・フローを示す図である。 自己整合性の選択エミッタ及び金属化を含む、シリコン・ウェハ上に太陽電池を作製するための従来技術のプロセス・フローを示す図である。 ３−Ｄ ＴＦＳＣ基板及び太陽電池作製のプロセス・フローの概観を示す図である。 六角プリズム・ポストを含むテンプレートの一実施例を示す図である。 図５Ａ及び５Ｂは、六角プリズム・ポストを含むテンプレートの一実施例の拡大走査図（２つの異なる拡大率）である。 食い違い状にした（ずらした）正方形プリズム・ポストを含むテンプレートの一実施例を示す図である。 従来技術と比べた、本開示によって排除される重要なプロセス工程を示す従来技術の概略図である。 従来技術と比べた、本開示の高次のプロセス・フロー及び競合的利点を示す概略図である。 本開示の重要な特徴及び利益を示す別の概略図である。 フォトリソグラフィ・パターニングを使用してテンプレートを製作するプロセス・フローの一実施例を示す概略図である。 六角形配列（ハニカム）パターンを生成するためのリソグラフィ・マスク設計の一実施例を示す平面図である。 直接レーザー微細加工又はフォトリソグラフィ・パターニングのどちらかを使用してテンプレートを製作するプロセス・フローの実施例を示す概略図である。 直接レーザー微細加工又はフォトリソグラフィ・パターニングのどちらかを使用してテンプレートを製作するプロセス・フローの実施例を示す概略図である。 直接レーザー微細加工又はフォトリソグラフィ・パターニングのどちらかを使用してテンプレートを製作するプロセス・フローの実施例を示す概略図である。 直接レーザー微細加工又はフォトリソグラフィ・パターニングのどちらかを使用してテンプレートを製作するプロセス・フローの実施例を示す概略図である。 六角プリズム（ハニカム）３−Ｄ ＴＦＳＣ基板の一実施例におけるＹ−Ｙ及びＺ−Ｚ横断軸線を示す図である。 ウェハ貫通トレンチを含むテンプレートの一実施例を示すＹ−Ｙ断面図である。 ウェハ内トレンチを含むテンプレートの一実施例を示すＹ−Ｙ断面図である。 図１４又は図１５のプロセス・フローに基づいてテンプレートの一実施例を作成する製作プロセス中のシリコン基板を示すＹ−Ｙ断面図である。 図１４又は図１５のプロセス・フローに基づいてテンプレートの一実施例を作成する製作プロセス中のシリコン基板を示すＹ−Ｙ断面図である。 図１４又は図１５のプロセス・フローに基づいてテンプレートの一実施例を作成する製作プロセス中のシリコン基板を示すＹ−Ｙ断面図である。 図１４又は図１５のプロセス・フローに基づいてテンプレートの一実施例を作成する製作プロセス中のシリコン基板を示すＹ−Ｙ断面図である。 図１４又は図１５のプロセス・フローに基づいてテンプレートの一実施例を作成する製作プロセス中のシリコン基板を示すＹ−Ｙ断面図である。 図１４又は図１５のプロセス・フローに基づいてテンプレートの一実施例を作成する製作プロセス中のシリコン基板を示すＹ−Ｙ断面図である。 図１４又は図１５のプロセス・フローに基づいてテンプレートの一実施例を作成する製作プロセス中のシリコン基板を示すＹ−Ｙ断面図である。 テンプレートの代替実施例を示すＹ−Ｙ断面図である。 テンプレートの代替実施例を示すＹ−Ｙ断面図である。 テンプレートの代替実施例を示すＹ−Ｙ断面図である。 テンプレートの代替実施例を示すＹ−Ｙ断面図である。 テンプレートの代替実施例を示すＹ−Ｙ断面図である。 テンプレート上に裏面開口部を生成するため、半導体（シリコン）ウェハ裏面をパターニングするマスク設計の実施例を示す図である。 テンプレート上に裏面開口部を生成するため、半導体（シリコン）ウェハ裏面をパターニングするマスク設計の実施例を示す図である。 テンプレート・トレンチを形成するための六角形アレイ開口部のアレイと、テンプレート裏面からテンプレート表面までの離型チャネルのアレイを形成するための穴のアレイとを備えた代替の表面リソグラフィ・マスクを示す図である。 参照のため、裏面の正方形アレイ・パターン（図示されるような表面パターンに対する相対的見当合わせで裏面パターニングに使用される）を重ね合わせた、図３３の表面パターニング・マスクを示す図である。 参照のため、図３３の表面マスク六角形アレイ・パターンを重ね合わせた、図３４の裏面リソグラフィ・マスク・パターン（正方形アレイ）を示す図である。 図１４又は図１５のプロセス・フローに基づいてテンプレートの一実施例を作成するための製作プロセス・フローの間の半導体（シリコン）基板を示すＹ−Ｙ断面図である。 図１４又は図１５のプロセス・フローに基づいてテンプレートの一実施例を作成するための製作プロセス・フローの間の半導体（シリコン）基板を示すＹ−Ｙ断面図である。 図１４又は図１５のプロセス・フローに基づいてテンプレートの一実施例を作成するための製作プロセス・フローの間の半導体（シリコン）基板を示すＹ−Ｙ断面図である。 図１４又は図１５のプロセス・フローに基づいてテンプレートの一実施例を作成するための製作プロセス・フローの間の半導体（シリコン）基板を示すＹ−Ｙ断面図である。 図１４又は図１５のプロセス・フローに基づいてテンプレートの一実施例を作成するための製作プロセス・フローの間の半導体（シリコン）基板を示すＹ−Ｙ断面図である。 図１４又は図１５のプロセス・フローに基づいてテンプレートの一実施例を作成するための製作プロセス・フローの間の半導体（シリコン）基板を示すＹ−Ｙ断面図である。 図１４又は図１５のプロセス・フローに基づいてテンプレートの一実施例を作成するための製作プロセス・フローの間の半導体（シリコン）基板を示すＹ−Ｙ断面図である。 図１４又は図１５のプロセス・フローに基づいてテンプレートの一実施例を作成するための製作プロセス・フローの間の半導体（シリコン）基板を示すＹ−Ｙ断面図である。 図１４又は図１５のプロセス・フローに基づいてテンプレートの一実施例を作成するための製作プロセス・フローの間の半導体（シリコン）基板を示すＹ−Ｙ断面図である。 図１４又は図１５のプロセス・フローに基づいてテンプレートの一実施例を作成するための製作プロセス・フローの間のシリコン基板を示すＹ−Ｙ断面図である。 図１４又は図１５のプロセス・フローに基づいてテンプレートの一実施例を作成するための製作プロセス・フローの間のシリコン基板を示すＹ−Ｙ断面図である。 図１４又は図１５のプロセス・フローに基づいてテンプレートの一実施例を作成するための製作プロセス・フローの間のシリコン基板を示すＹ−Ｙ断面図である。 図１４又は図１５のプロセス・フローに基づいてテンプレートの一実施例を作成するための製作プロセス・フローの間のシリコン基板を示すＹ−Ｙ断面図である。 図１４又は図１５のプロセス・フローに基づいてテンプレートの一実施例を作成するための製作プロセス・フローの間のシリコン基板を示すＹ−Ｙ断面図である。 図１４又は図１５のプロセス・フローに基づいてテンプレートの一実施例を作成するための製作プロセス・フローの間のシリコン基板を示すＹ−Ｙ断面図である。 図１４又は図１５のプロセス・フローに基づいてテンプレートの一実施例を作成するための製作プロセス・フローの間のシリコン基板を示すＹ−Ｙ断面図である。 図１４又は図１５のプロセス・フローに基づいてテンプレートの一実施例を作成するための製作プロセス・フローの間のシリコン基板を示すＹ−Ｙ断面図である。 図１４又は図１５のプロセス・フローに基づいてテンプレートの一実施例を作成するための製作プロセス・フローの間のシリコン基板を示すＹ−Ｙ断面図である。 図１４又は図１５のプロセス・フローに基づいてテンプレートの一実施例を作成するための製作プロセス・フローの間の半導体（例えば、シリコン）基板を示すＹ−Ｙ断面図である。 裏面リソグラフィ・マスク設計を示す図であり、テンプレート上の化学的離型チャネルを形成するのに使用される裏面正方形アレイ・パターンを示す図である。 裏面リソグラフィ・マスク設計を示す図であり、表面六角形アレイ・パターンに対する裏面正方形アレイ・パターンの相対的見当合わせを示す図である。 図１４又は図１５のプロセス・フローに基づいてテンプレートの一実施例を作成するための製作プロセス・フローの間の半導体（例えば、シリコン）基板を示すＹ−Ｙ断面図である。 図１４又は図１５のプロセス・フローに基づいてテンプレートの一実施例を作成するための製作プロセス・フローの間の半導体（例えば、シリコン）基板を示すＹ−Ｙ断面図である。 図１４又は図１５のプロセス・フローに基づいてテンプレートの一実施例を作成するための製作プロセス・フローの間の半導体（例えば、シリコン）基板を示すＹ−Ｙ断面図である。 図１４又は図１５のプロセス・フローに基づいてテンプレートの一実施例を作成するための製作プロセス・フローの間の半導体（例えば、シリコン）基板を示すＹ−Ｙ断面図である。 図１４又は図１５のプロセス・フローに基づいてテンプレートの一実施例を作成するための製作プロセス・フローの間の半導体（例えば、シリコン）基板を示すＹ−Ｙ断面図である。 図１４又は図１５のプロセス・フローに基づいてテンプレートの一実施例を作成するための製作プロセス・フローの間の半導体（例えば、シリコン）基板を示すＹ−Ｙ断面図である。 図１４又は図１５のプロセス・フローに基づいてテンプレートの一実施例を作成するための製作プロセス・フローの間の半導体（例えば、シリコン）基板を示すＹ−Ｙ断面図である。 図１４又は図１５のプロセス・フローに基づいてテンプレートの一実施例を作成するための製作プロセス・フローの間の半導体（例えば、シリコン）基板を示すＹ−Ｙ断面図である。 プロセス・パス当たり２つの六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ基板を同時に製作し離型するための積層テンプレート構造を示す断面図であり、ウェハ内トレンチを備えた積層テンプレートを示す図である。 プロセス・パス当たり２つの六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ基板を同時に製作し離型するための積層テンプレート構造を示す断面図であり、ウェハ貫通トレンチを備えた積層テンプレートを示す図である。 層離型処理を使用して自己支持型六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ基板を製作するためのプロセス・フローの一実施例を示す図である。 裏面基層を有さない自己支持型六角プリズム（並びに他のプリズム・アレイ・パターン）３−Ｄ ＴＦＳＣ基板を製作するため（二重アパーチャ３−Ｄ ＴＦＳＣ基板、即ち頂部及び底部の単電池開口部を備えた３−Ｄ ＴＦＳＣ基板を形成するため）の代替実施例を示す図である。 裏面基層を有さない自己支持型六角プリズム（並びに他のプリズム・アレイ・パターン）３−Ｄ ＴＦＳＣ基板を製作するため（二重アパーチャ３−Ｄ ＴＦＳＣ基板、即ち頂部及び底部の単電池開口部を備えた３−Ｄ ＴＦＳＣ基板を形成するため）の代替実施例を示す図である。 裏面基層を有さない自己支持型六角プリズム（並びに他のプリズム・アレイ・パターン）３−Ｄ ＴＦＳＣ基板を製作するため（二重アパーチャ３−Ｄ ＴＦＳＣ基板、即ち頂部及び底部の単電池開口部を備えた３−Ｄ ＴＦＳＣ基板を形成するため）の代替実施例を示す図である。 裏面基層を有さない自己支持型六角プリズム（並びに他のプリズム・アレイ・パターン）３−Ｄ ＴＦＳＣ基板を製作するため（二重アパーチャ３−Ｄ ＴＦＳＣ基板、即ち頂部及び底部の単電池開口部を備えた３−Ｄ ＴＦＳＣ基板を形成するため）の代替実施例を示す図である。 裏面基層を有さない自己支持型六角プリズム（並びに他のプリズム・アレイ・パターン）３−Ｄ ＴＦＳＣ基板を製作するため（二重アパーチャ３−Ｄ ＴＦＳＣ基板、即ち頂部及び底部の単電池開口部を備えた３−Ｄ ＴＦＳＣ基板を形成するため）の代替実施例を示す図である。 裏面基層を有さない自己支持型六角プリズム（並びに他のプリズム・アレイ・パターン）３−Ｄ ＴＦＳＣ基板を製作するため（二重アパーチャ３−Ｄ ＴＦＳＣ基板、即ち頂部及び底部の単電池開口部を備えた３−Ｄ ＴＦＳＣ基板を形成するため）の代替実施例を示す図である。 裏面基層を含む自己支持型六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ基板（単一アパーチャの単電池を備えた単一アパーチャ３−Ｄ ＴＦＳＣ基板）を製作するためのプロセス・フローの代替実施例を示す図である。 裏面基層を含む自己支持型六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ基板（単一アパーチャの単電池を備えた単一アパーチャ３−Ｄ ＴＦＳＣ基板）を製作するためのプロセス・フローの代替実施例を示す図である。 裏面基層を有さない六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ基板（二重アパーチャ３−Ｄ ＴＦＳＣ基板）を作成するためのいくつかの重要なプロセス工程を経過する間の、ウェハ貫通トレンチを備えたテンプレートの１つのプリズム単電池の進展を示すＹ−Ｙ断面図である。 裏面基層を有さない六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ基板（二重アパーチャ３−Ｄ ＴＦＳＣ基板）を作成するためのいくつかの重要なプロセス工程を経過する間の、ウェハ貫通トレンチを備えたテンプレートの１つのプリズム単電池の進展を示すＹ−Ｙ断面図である。 裏面基層を有さない六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ基板（二重アパーチャ３−Ｄ ＴＦＳＣ基板）を作成するためのいくつかの重要なプロセス工程を経過する間の、ウェハ貫通トレンチを備えたテンプレートの１つのプリズム単電池の進展を示すＹ−Ｙ断面図である。 裏面基層を有さない六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ基板（二重アパーチャ３−Ｄ ＴＦＳＣ基板）を作成するためのいくつかの重要なプロセス工程を経過する間の、ウェハ貫通トレンチを備えたテンプレートの１つのプリズム単電池の進展を示すＹ−Ｙ断面図である。 裏面基層を有さない六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ基板（二重アパーチャ３−Ｄ ＴＦＳＣ基板）を作成するためのいくつかの重要なプロセス工程を経過する間の、ウェハ貫通トレンチを備えたテンプレートの１つのプリズム単電池の進展を示すＹ−Ｙ断面図である。 裏面基層を有さない六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ基板（二重アパーチャ３−Ｄ ＴＦＳＣ基板）を作成するためのいくつかの重要なプロセス工程を経過する間の、ウェハ内トレンチを備え、テンプレート表面又はテンプレート裏面上に誘電体層を有さないテンプレートの一実施例を示すＹ−Ｙ断面図である。 裏面基層を有さない六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ基板（二重アパーチャ３−Ｄ ＴＦＳＣ基板）を作成するためのいくつかの重要なプロセス工程を経過する間の、ウェハ内トレンチを備え、テンプレート表面又はテンプレート裏面上に誘電体層を有さないテンプレートの一実施例を示すＹ−Ｙ断面図である。 裏面基層を有さない六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ基板（二重アパーチャ３−Ｄ ＴＦＳＣ基板）を作成するためのいくつかの重要なプロセス工程を経過する間の、ウェハ内トレンチを備え、テンプレート表面又はテンプレート裏面上に誘電体層を有さないテンプレートの一実施例を示すＹ−Ｙ断面図である。 裏面基層を有さない六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ基板（二重アパーチャ３−Ｄ ＴＦＳＣ基板）を作成するためのいくつかの重要なプロセス工程を経過する間の、ウェハ内トレンチを備え、テンプレート表面又はテンプレート裏面上に誘電体層を有さないテンプレートの一実施例を示すＹ−Ｙ断面図である。 裏面基層を有さない六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ基板（二重アパーチャ３−Ｄ ＴＦＳＣ基板）を製作するためのいくつかの重要なプロセス工程を経過する間の、ウェハ貫通トレンチを備え、テンプレート表面上に誘電体を有さないテンプレートの一実施例を示すＹ−Ｙ断面図である。 裏面基層を有さない六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ基板（二重アパーチャ３−Ｄ ＴＦＳＣ基板）を製作するためのいくつかの重要なプロセス工程を経過する間の、ウェハ貫通トレンチを備え、テンプレート表面上に誘電体を有さないテンプレートの一実施例を示すＹ−Ｙ断面図である。 裏面基層を有さない六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ基板（二重アパーチャ３−Ｄ ＴＦＳＣ基板）を製作するためのいくつかの重要なプロセス工程を経過する間の、ウェハ貫通トレンチを備え、テンプレート表面上に誘電体を有さないテンプレートの一実施例を示すＹ−Ｙ断面図である。 裏面基層を有さない六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ基板（二重アパーチャ３−Ｄ ＴＦＳＣ基板）を製作するためのいくつかの重要なプロセス工程を経過する間の、ウェハ貫通トレンチを備え、テンプレート表面上に誘電体を有さないテンプレートの一実施例を示すＹ−Ｙ断面図である。 裏面基層を有する六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ基板（単一アパーチャ３−Ｄ ＴＦＳＣ基板）を製作する重要なプロセス工程を経過する間の、ウェハ内トレンチを備え、テンプレート表面上に誘電体を有さないテンプレートを示すＹ−Ｙ断面図である。 裏面基層を有する六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ基板（単一アパーチャ３−Ｄ ＴＦＳＣ基板）を製作する重要なプロセス工程を経過する間の、ウェハ内トレンチを備え、テンプレート表面上に誘電体を有さないテンプレートを示すＹ−Ｙ断面図である。 裏面基層を有する六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ基板（単一アパーチャ３−Ｄ ＴＦＳＣ基板）を製作する重要なプロセス工程を経過する間の、ウェハ内トレンチを備え、テンプレート表面上に誘電体を有さないテンプレートを示すＹ−Ｙ断面図である。 裏面基層を有する六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ基板（単一アパーチャ３−Ｄ ＴＦＳＣ基板）を製作する重要なプロセス工程を経過する間の、ウェハ内トレンチを備え、テンプレート表面上に誘電体を有さないテンプレートを示すＹ−Ｙ断面図であり、基層を有する離型された３−Ｄ ＴＦＳＣ基板を示す図である。 裏面基層を有する六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ基板（単一アパーチャ３−Ｄ ＴＦＳＣ基板）を製作する重要なプロセス工程を経過する間の、ウェハ内トレンチを備え、テンプレート表面上に誘電体を有さないテンプレートを示すＹ−Ｙ断面図であり、３−Ｄ ＴＦＳＣ基板離型後の再使用可能なテンプレートを示す図である。 裏面基層を有する六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ基板（単一アパーチャ３−Ｄ ＴＦＳＣ基板）を製作するための重要なプロセス工程を経過する間の、裏面から表面までの離型チャネルを備えた図４４のテンプレートを示すＹ−Ｙ断面図である（テンプレートは＜１００＞シリコン基板上に作られる）。 裏面基層を有する六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ基板（単一アパーチャ３−Ｄ ＴＦＳＣ基板）を製作するための重要なプロセス工程を経過する間の、裏面から表面までの離型チャネルを備えた図４４のテンプレートを示すＹ−Ｙ断面図である（テンプレートは＜１００＞シリコン基板上に作られる）。 裏面基層を有する六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ基板（単一アパーチャ３−Ｄ ＴＦＳＣ基板）を製作するための重要なプロセス工程を経過する間の、裏面から表面までの離型チャネルを備えた図４４のテンプレートを示すＹ−Ｙ断面図である（テンプレートは＜１００＞シリコン基板上に作られる）。 裏面基層を有する六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ基板（単一アパーチャＴＦＳＣ基板）を製作する重要なプロセス工程を経過する間の、裏面から表面までの離型チャネルを備えた図５３のテンプレートを示すＹ−Ｙ断面図である（テンプレートは＜１１０＞シリコン基板上に作られる）。 裏面基層を有する六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ基板（単一アパーチャＴＦＳＣ基板）を製作する重要なプロセス工程を経過する間の、裏面から表面までの離型チャネルを備えた図５３のテンプレートを示すＹ−Ｙ断面図である（テンプレートは＜１１０＞シリコン基板上に作られる）。 裏面基層を有する六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ基板（単一アパーチャＴＦＳＣ基板）を製作する重要なプロセス工程を経過する間の、裏面から表面までの離型チャネルを備えた図５３のテンプレートを示すＹ−Ｙ断面図である（テンプレートは＜１１０＞シリコン基板上に作られる）。 裏面基層を有する六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ基板（単一アパーチャ３−Ｄ ＴＦＳＣ基板）を製作する重要なプロセス工程を経過する間の、六角プリズム・トレンチの底部に対して見当合わせされた裏面離型チャネルを備えた図６４のテンプレートを示すＹ−Ｙ断面図である。 裏面基層を有する六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ基板（単一アパーチャ３−Ｄ ＴＦＳＣ基板）を製作する重要なプロセス工程を経過する間の、六角プリズム・トレンチの底部に対して見当合わせされた裏面離型チャネルを備えた図６４のテンプレートを示すＹ−Ｙ断面図である。 裏面基層を有する六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ基板（単一アパーチャ３−Ｄ ＴＦＳＣ基板）を製作する重要なプロセス工程を経過する間の、六角プリズム・トレンチの底部に対して見当合わせされた裏面離型チャネルを備えた図６４のテンプレートを示すＹ−Ｙ断面図である。 平面の周辺シリコン・フレームを備えた正方形の六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ基板を含む六角プリズムＴＦＳＣの一実施例を示す平面図である。 図１０４Ａ及び１０４Ｂは、裏面基層を有さない六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣと裏面基層を有する六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣとの２つの実施例をそれぞれ示す走査型電子顕微鏡像である（図１０４Ａ及び１０４Ｂはそれぞれ、二重アパーチャ及び単一アパーチャの３−Ｄ ＴＦＳＣ基板を示す）。 図１０５Ａは、３−Ｄ ＴＦＳＣ製作前の薄い周辺半導体（シリコン）フレームを含む自己支持型（自立型）六角プリズム二重アパーチャ３−Ｄ ＴＦＳＣ基板（基層を有さない）の一実施例を示す概略Ｙ−Ｙ断面図、図１０５Ｂは、ＴＦＳＣ製作後の図１０５Ａの３−Ｄ ＴＦＳＣ基板を示す概略Ｙ−Ｙ断面図である。 図１０６Ａは、ＴＦＳＣ製作前の厚い周辺半導体（シリコン）フレームを含む自己支持型（自立型）六角プリズム二重アパーチャ３−Ｄ ＴＦＳＣ基板の一実施例を示す概略Ｙ−Ｙ断面図、図１０６Ｂは、単電池製作後の図１０６Ａの３−Ｄ ＴＦＳＣ基板を示す概略Ｙ−Ｙ断面図である。 規則的な（等辺の）六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ基板の一実施例を示す平面図である。 テンプレートから離型し除去した後の六角プリズム３−Ｄ薄膜半導体基板の一実施例を示す３−Ｄ図である。 図１０９Ａは、二重アパーチャ六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ基板の一実施例を示す概略Ｙ−Ｙ断面図、図１０９Ｂは、同じ基板を示すＺ−Ｚ断面図である。 ほぼ平面の薄い半導体膜にモノリシック構造的に（一体的に）接続された基板裏面を含む、単一アパーチャ六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ基板（即ち、一体的な基層を有する３−Ｄ ＴＦＳＣ基板）の一実施例を示す３−Ｄ断面図である。 図１１１Ａは、単一アパーチャ六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ基板の一実施例を示すＹ−Ｙ断面図、図１１１Ｂは、Ｚ−Ｚ断面図である。 特定の３−Ｄ ＴＦＳＣ基板計算値を含む、参照のための六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ基板の一実施例からの単一の単電池を示す概略図である。 計算した３−Ｄ ＴＦＳＣ基板の六角プリズム面積比（３−Ｄ電池表面積と平面電池基部面積との比）と六角プリズムのアスペクト比（単電池高さとアパーチャ直径との比）とを示すグラフである。 ３−Ｄハニカム・プリズムＴＦＳＣ基板の両方のタイプ（単一アパーチャ基板及び二重アパーチャ基板）についての、六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ基板質量と参照の平面の半導体ウェハ質量との比と、ハニカム・プリズム側壁シリコン厚さと参照の平面のシリコン・ウェハ厚さとの様々な比とを示すグラフである。 図１１５Ａ及び１１５Ｂは、様々なプリズム単電池の幾何学的設計及び配置を含む３−Ｄ多角形プリズムＴＦＳＣ基板の実施例の例を示す図である。 図１１６Ａ及び１１６Ｂは、様々なプリズム単電池の幾何学的設計及び配置を含む３−Ｄ多角形プリズムＴＦＳＣ基板の実施例の例を示す図である。 図１１７Ａ及び１１７Ｂは、様々なプリズム単電池の幾何学的設計及び配置を含む３−Ｄ多角形プリズムＴＦＳＣ基板の実施例の例を示す図である。 図１１８Ａ及び１１８Ｂは、様々なプリズム単電池の幾何学的設計及び配置を含む３−Ｄ多角形プリズムＴＦＳＣ基板の実施例の例を示す図である。 図１１９Ａ及び１１９Ｂは、様々なプリズム単電池の幾何学的設計及び配置を含む３−Ｄ多角形プリズムＴＦＳＣ基板の実施例の例を示す図である。 図１２０Ａ及び１２０Ｂは、様々なプリズム単電池の幾何学的設計及び配置を含む３−Ｄ多角形プリズムＴＦＳＣ基板の実施例の例を示す図である。 図１２１Ａ〜１２１Ｃは、様々なプリズム単電池の幾何学的設計及び配置を含む３−Ｄ多角形プリズムＴＦＳＣ基板の実施例の例を示す図である。 裏面基層を有さない二重アパーチャ３−Ｄ ＴＦＳＣ基板を使用して六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣを製作するための代替プロセス・フローの実施例を示す図である。 裏面基層を有さない二重アパーチャ３−Ｄ ＴＦＳＣ基板を使用して六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣを製作するための代替プロセス・フローの実施例を示す図である。 裏面基層を有さない二重アパーチャ３−Ｄ ＴＦＳＣ基板を使用して六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣを製作するための代替プロセス・フローの実施例を示す図である。 裏面基層を有さない二重アパーチャ３−Ｄ ＴＦＳＣ基板を使用して六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣを製作するための代替プロセス・フローの実施例を示す図である。 裏面基層を有さない二重アパーチャ３−Ｄ ＴＦＳＣ基板を使用して六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣを製作するための代替プロセス・フローの実施例を示す図である。 裏面基層を有さない二重アパーチャ３−Ｄ ＴＦＳＣ基板を使用して六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣを製作するための代替プロセス・フローの実施例を示す図である。 裏面基層を含む単一アパーチャ３−Ｄ ＴＦＳＣ基板を使用して六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣを製作するための代替プロセス・フローの実施例を示す図である。 裏面基層を含む単一アパーチャ３−Ｄ ＴＦＳＣ基板を使用して六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣを製作するための代替プロセス・フローの実施例を示す図である。 裏面基層を含む単一アパーチャ３−Ｄ ＴＦＳＣ基板を使用して六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣを製作するための代替プロセス・フローの実施例を示す図である。 裏面基層を含む単一アパーチャ３−Ｄ ＴＦＳＣ基板を使用して六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣを製作するための代替プロセス・フローの実施例を示す図である。 裏面基層を含む単一アパーチャ３−Ｄ ＴＦＳＣ基板を使用して六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣを製作するための代替プロセス・フローの実施例を示す図である。 裏面基層を含む単一アパーチャ３−Ｄ ＴＦＳＣ基板を使用して六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣを製作するための代替プロセス・フローの実施例を示す図である。 ローラー・コーティングによるドーパント液又はペースト層の３−Ｄ ＴＦＳＣ基板六角プリズム頂部リッジ及び六角プリズム裏面又はリッジ上への自己整合性塗布（コーティング）、並びに、塗布された液体／ペースト層のインライン硬化のための両面コーター設備を示す概略図（統合されたベルト駆動式プロセス機器と併せて示される）である。 図１３４のローラー・コーター及び硬化設備と同じプロセスを行う代替の噴霧コーター及び硬化設備を示す図である。 図１３４のローラー・コーター及び硬化設備並びに図１３５の噴霧コーター及び硬化設備と同じプロセスを行う、液浸コーティング（ｌｉｑｕｉｄ−ｄｉｐ ｃｏａｔｉｎｇ）又は液体転写コーティングを使用する別の代替設備設計を示す図である。 図１３７Ａ及び１３７Ｂは、裏面基層を有さない３−Ｄ ＴＦＳＣ基板を使用して製作された六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣの実施例内の二重アパーチャ３−Ｄ ＴＦＳＣ基板からの単一の単電池を示す概略Ｙ−Ｙ断面図である。 図１３８Ａ及び１３８Ｂは、裏面基層を有さない３−Ｄ ＴＦＳＣ基板を使用して製作された六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣの実施例内の二重アパーチャ３−Ｄ ＴＦＳＣ基板からの単一の単電池を示す概略Ｙ−Ｙ断面図である。 図１３９Ａ及び１３９Ｂは、裏面ミラー上に電池を定置した後の二重アパーチャ３−Ｄ ＴＦＳＣ基板からの単一の単位光子を示すＹ−Ｙ断面図である。 図１４０Ａ及び１４０Ｂは、裏面ミラー上に定置した後の二重アパーチャ３−Ｄ ＴＦＳＣ基板からの多数の単電池を示す（ミラーと裏面電池との間に間隔を有するものと有さないもの）Ｙ−Ｙ断面図である。 裏面ミラー上に定置した後の二重アパーチャ３−Ｄ ＴＦＳＣ基板からの多数の単電池を示す（ミラーと裏面電池との間に間隔を有するものと有さないもの）Ｙ−Ｙ断面図である。 図１４２Ａ及び１４２Ｂは、ほぼ垂直な六角プリズム側壁を備えた、裏面基層を有さない二重アパーチャ３−Ｄ ＴＦＳＣ基板上に形成された六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣの一実施例を示す概略Ｙ−Ｙ断面図である。 ほぼ垂直な六角プリズム側壁を備えた、裏面基層を有さない二重アパーチャ３−Ｄ ＴＦＳＣ基板上に形成された六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣの一実施例を示す概略Ｙ−Ｙ断面図である。 ほぼ垂直な六角プリズム側壁を備えた、裏面基層を有さない二重アパーチャ３−Ｄ ＴＦＳＣ基板上に形成された六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣの一実施例を示す概略Ｙ−Ｙ断面図である。 ほぼ垂直な六角プリズム側壁を備えた、裏面基層を有さない二重アパーチャ３−Ｄ ＴＦＳＣ基板上に形成された六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣの一実施例を示す概略Ｙ−Ｙ断面図である。 ほぼ垂直な六角プリズム側壁を備えた、裏面基層を有さない二重アパーチャ３−Ｄ ＴＦＳＣ基板上に形成された六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣの一実施例を示す概略Ｙ−Ｙ断面図である。 図１４７Ａ及び１４７Ｂはそれぞれ、自己整合性ベース及びエミッタ接点金属化前及び後の、二重アパーチャ六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ基板内の単一の単電池を示す３−Ｄ図である。 ＴＦＳＣ製作プロセスを完了した後、並びに電池裏面ベース側を裏面ミラー上に定置した後の多数の隣接した六角プリズム単電池を示す図である。 ＴＦＳＣ製作プロセスを完了した後、並びに電池裏面ベース側を裏面ミラー上に定置した後の多数の隣接した六角プリズム単電池を示す図である。 図１５０Ａ及び１５０Ｂは、裏面基層を含む単一アパーチャ六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ基板の一実施例内の単電池を示すＹ−Ｙ断面図である。 図１５１Ａ及び１５１Ｂは、裏面基層を含む単一アパーチャ六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ基板の一実施例内の単電池を示すＹ−Ｙ断面図である。 図１５２Ａは、裏面基層を含む単一アパーチャ六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ基板の一実施例内の単電池を示すＹ−Ｙ断面図、図１５２Ｂは、裏面基層を含み、分離或いは統合した裏面ミラーを含む単一アパーチャ六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ基板の一実施例を示すＹ−Ｙ断面図である。 裏面基層を含み、分離或いは統合した裏面ミラーを含む単一アパーチャ六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ基板の一実施例を示すＹ−Ｙ断面図である。 裏面基層を含み、分離或いは統合した裏面ミラーを含む単一アパーチャ六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ基板の一実施例を示すＹ−Ｙ断面図である。 裏面基層を含み、分離或いは統合した裏面ミラーを含む単一アパーチャ六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ基板の一実施例を示すＹ−Ｙ断面図である。 裏面基層を含み、分離或いは統合した裏面ミラーを含む単一アパーチャ六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ基板の一実施例を示すＹ−Ｙ断面図である。 反射性エミッタ金属化接点を使用する二重アパーチャ六角プリズム単電池上に入射する太陽光線の光線追跡を示す概略図である。 本開示のいくつかの実行利点を要約して示す図である。 本開示のいくつかの実行利点を要約して示す図である。 本開示の効率的な光閉じ込め特性を実証する、様々な入射角で入射する様々な数の太陽光線を示す図である。 本開示の効率的な光閉じ込め特性を実証する、様々な入射角で入射する様々な数の太陽光線を示す図である。 本開示の効率的な光閉じ込め特性を実証する、様々な入射角で入射する様々な数の太陽光線を示す図である。 本開示の効率的な光閉じ込め特性を実証する、様々な入射角で入射する様々な数の太陽光線を示す図である。 本開示の太陽電池設計の様々なエミッタ接点金属化の実施例について、シミュレートした単電池内の光閉じ込め、及び短絡電流密度と入射角との関係を示す図である。 標準試験条件（ＳＴＣ）電池効率、及び本開示の太陽電池の短絡電流密度と単位電池プリズム高さとの関係を示す図である。 エミッタ接点金属化の影響（エミッタ接点金属については１００％の光学反射率と仮定する）も示す、最大光電流密度と入射角との関係を示す図である。 内蔵電界を作り出すように段階的にしたボロン・ドーピング・プロファイルとともに示される、本開示の六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣにおける代表的な選択エミッタ・リン及び３−Ｄ ＴＦＳＣ基板ボロンのドーピング・プロファイルを示すグラフである。 六角プリズムの垂直側壁に沿ったベース電流による六角プリズムＴＦＳＣの内部抵抗損を計算するための参照図である。 ベース電流抵抗損を０．１％未満に制限するための、様々な３−Ｄハニカム・プリズム側壁膜厚に対する最大ベース抵抗及び近似ｐ型ベース・ドーピング濃度値を示す図である。 本発明の六角プリズムＴＦＳＣの様々なシリコン・フレーム及びシリコン・フレーム・スライバを示す図である。 太陽電池モジュール・アセンブリ内のＴＦＳＣの直列接続を示す図である。 本開示のＴＦＳＣを使用する太陽電池モジュール・アセンブリに使用されるプリント回路基板（ＰＣＢ）の表面金属化パターンを示す図である。 本開示のＴＦＳＣを使用する太陽電池モジュール・アセンブリに使用されるＰＣＢの裏面金属化パターンを示す図である。 本開示のＴＦＳＣを使用する太陽電池モジュール・アセンブリに使用されるＰＣＢの裏面金属化パターンを示す図である。 図１７５Ａは、本開示の太陽電池の１つを配置するためのＰＣＢパターニング金属化部位の１つを示す、太陽電池モジュールＰＣＢの表面を示す拡大平面図、図１７５Ｂは、ＰＣＢ上の隣接した電池の直列接続を示す、太陽電池モジュールＰＣＢの裏面を示す拡大平面図である。 本開示のＴＦＳＣ及び強化ガラス・カバーを含む太陽電池モジュール構造の一実施例を示す断面図である。 強化ガラス・カバーを使用して太陽電池モジュールを製作するためのプロセス・フローの一実施例を示す図である。 本開示のＴＦＳＣ及びコーティングした層カバーを含む太陽電池モジュール構造の一実施例を示す断面図である。 強化ガラス・カバーを有さない太陽電池モジュールを製作するためのプロセス・フローの一実施例を示す図である。 建物のファサード用途向けの太陽電池ガラス・アセンブリを示す断面図である。 建物のファサード用途向けの太陽電池ガラス・アセンブリを示す断面図である。 太陽電池ガラス用途向けに電池を直列で相互接続する、ガラス・プレート上に形成された導電層を示す図である。 太陽電池ガラス用途向けの太陽電池モジュールを製作するためのプロセス・フローの一実施例を示す図である。 ＴＦＳＣ相互接続抵抗損を計算するための参照図である。 最大電池電力における相互接続（エミッタ接点金属化）抵抗損と、様々なエミッタ金属シート抵抗値に対するエミッタ接点金属被覆高さの比との関係を示すグラフである。 最大電池電力における相互接続（エミッタ接点金属化）抵抗損と、様々なエミッタ金属シート抵抗値に対するエミッタ接点金属被覆高さの比との関係を示すグラフである。 最大電池電力における相互接続（エミッタ接点金属化）抵抗損と、様々なエミッタ金属シート抵抗値に対するエミッタ接点金属被覆高さの比との関係を示すグラフである。 最大電池電力における相互接続（エミッタ接点金属化）抵抗損と、様々なエミッタ金属シート抵抗値に対するエミッタ接点金属被覆高さの比との関係を示すグラフである。 最大電池電力における相互接続（エミッタ接点金属化）抵抗損と、様々なエミッタ金属シート抵抗値に対するエミッタ接点金属被覆高さの比との関係を示すグラフである。 最大電池電力における相互接続（エミッタ接点金属化）抵抗損と、様々なエミッタ金属シート抵抗値に対するエミッタ接点金属被覆高さの比との関係を示すグラフである。
本開示の好ましい実施例を図面に示すが、同様の番号は、様々な図面の同様の且つ対応する部分を指すのに使用される。本開示の革新的な太陽電池設計及び技術は、再使用可能な結晶（実施例は、単結晶又は多重結晶シリコンを含む）半導体テンプレート上に堆積させ、それから離型した、三次元（３−Ｄ）、自己支持型、ドープ（一実施例では、ｉｎ−ｓｉｔｕドープ）半導体薄膜の使用に基づく。
他の半導体材料も使用されてもよいが、３−Ｄ ＴＦＳＣ基板に好ましい半導体材料は結晶シリコン（ｃ−Ｓｉ）である。一実施例は、単結晶シリコンを薄膜半導体材料として使用する。他の実施例は、多重結晶シリコン、多結晶シリコン、微晶質シリコン、非晶質シリコン、多孔質シリコン、及び／又はそれらの組合せを使用する。本書における設計は、ゲルマニウム、シリコン・ゲルマニウム、炭化シリコン、結晶化合物半導体、又はそれらの組合せなど、他の半導体材料にも適用可能である。更なる適用としては、銅・インジウム・ガリウム・セレン（ＣＩＧＳ）及びテルル化カドミウムの半導体薄膜が挙げられる。
本開示の３−Ｄ ＴＦＳＣ設計及び生産技術、並びに関連するモジュール構造及びアセンブリの方策は、上述の問題及び課題を有効に克服するとともに、電池製作の間（即ち、再使用可能な３−Ｄテンプレートを製作した後に３−Ｄ ＴＦＳＣ基板及び電池を製作する間）に何らかのフォトリソグラフィ・パターニング又はスクリーン印刷又はシャドウ・マスク堆積プロセス工程を使用することなく、自己整合性電池プロセス・フローを使用して、非常に高効率の太陽電池の低コスト製作を可能にする。本開示の３−Ｄ ＴＦＳＣ技術は、３−Ｄプリズム・アレイＴＦＳＣ基板構造を低コストの再使用可能なテンプレート上に作成し、その後、それをテンプレートから離型し剥離して、自立型で自己支持型の３−Ｄ薄膜半導体基板構造を形成することに基づく。
本開示は、実証済みの高性能結晶シリコン（ｃ−Ｓｉ）プラットフォーム上にＴＦＳＣを製作することの利益を組み合わせる。本開示の３−Ｄ ｃ−Ｓｉ ＴＦＳＣ設計及び技術により、ｃ−Ｓｉ太陽電池及びモジュールの効率向上並びに製造コスト削減の領域における顕著な進歩が可能になる。革新的な薄膜プロセス工程に基づいて、高価で制約のあるシリコン・ウェハ供給プロセスに依存する必要性がなくなる。削減された製造コストで超高効率を達成することを可能にする、本開示の電池設計及び技術の独自の利点のいくつかは、従来の太陽電池ＰＶシリコンの供給プロセス、性能向上、コスト削減、及び信頼性の改善から実質的に切り離すものである。
開示する主題は、３−Ｄ ｃ−Ｓｉ膜を吸収体層として、非常に効率的な光閉じ込めと併せて使用することによって、太陽電池効率を改善する。結晶シリコン吸収体層を使用することによって、既知の太陽電池製造技術及び供給プロセスが強化されるとともに、吸収体層の厚さが低減される（例えば、ウェハに基づく太陽電池に使用されるシリコン・ウェハに比べて１０分の１又はそれ以下に低減される）。開示の方法及びシステムにより、光劣化が排除されるか、又は大幅に低減され、電池の開放電圧（Ｖoc）が向上する。それに加えて、開示の方法及びシステムは、入射太陽フラックスを最大限吸収するための高反射性裏面ミラーと併せて、有効な表面及び裏面の光閉じ込めを提供する。また、開示の方法及びシステムは、選択エミッタを提供して、ブルー・レスポンス（ｂｌｕｅ ｒｅｓｐｏｎｓｅ）及び外部量子効率を向上するが、独自の折り畳んだエミッタの金属化接点設計及び改善されたモジュール・アセンブリにより、電池のシャドーイングは最小限であり、抵抗損は低減される。
製造コストは、シリコンの使用を減少させる（大幅に、例えば、３分の１から１０分の１未満まで）ことによって削減され、また、堆積されるｃ−Ｓｉ膜がより薄いことによっても、完成品の太陽電池モジュールのエネルギー回収期間は１〜２年間未満に低減される。製造コストは、更に、主流の太陽電池ウェハ製造技術と関連するワイヤ切断及び関連する切り代を排除することによって削減される。製造コストは、更にまた、基板及び電池製作プロセス・フローの間に使用されるあらゆるリソグラフィ又はパターニング工程を伴わずに自己整合性加工を使用し、製作プロセス工程の数を低減するとともに、歩留まり及びサイクル時間を改善することによって削減される。生産コストは、更にまた、単純化した相互接続及び電池モジュール・アセンブリ・プロセス、並びに軽量のモノリシック・モジュールを使用することによって削減される。
動作信頼性は、より薄いシリコン膜を使用し、光劣化を排除し、且つ温度係数を低減することによって改善される。動作信頼性は、更に、単純な分布高コンダクタンス電気相互接続を使用して、現場不良を最小限に抑えることによって改善される。動作信頼性は、更にまた、モジュールのガラス・カバーを排除（ガラスなしのモジュール・アセンブリの場合）し、したがって、コストを削減するとともに現場での設置及び操作を容易にすることによって改善される。動作信頼性は、更にまた、インライン製造プロセス制御を使用して、製造プロセス工程の数とプロセスのばらつきとを低減することによって改善される。
本開示は、ユーザに対しては、太陽電池モジュールのワット当たりのコストを低減（少なくとも３０％〜５０％）し、統合者及び設置者に対しては、システムのバランス（ＢＯＳ）及び設置コストを削減する。このことは、世界中の電力網接続されたエンドユーザ、及び太陽電池システムの設置者及び統合者に大きな利益を提供し得る。本開示は、モジュール統合及び設置のコストと、設置された太陽電池システムのユーザに対するＷp当たりのコストとを削減し、それによって完成したシステムのＷp当たりのコストを低下させる。本開示は、モジュール効率を増加させ、より高いモジュール効率はより低いＢＯＳコストをもたらす。設置された太陽電池システムのより低いコストは、システム寿命のより少ない割合に対する経済的損益分岐点を、現在の最善のｃ−Ｓｉ太陽電池システムの場合の約１／２〜１／３から、本開示の実施例の場合の１／４〜１／８未満まで低減させる。本開示は、エネルギー回収時間（ＥＰＢＴ）を、最善のｃ−Ｓｉ太陽電池の場合の３〜７年間から、本開示の実施例の場合の１〜２年間まで低減させる。低減されたＥＰＢＴは、現場設置したモジュールの正味の寿命エネルギー出力（ｋＷｈ単位）を大幅に増加させる。本開示の電池設計及びモジュール・アセンブリは、また、長期間にわたって（例えば、モジュールの３０〜４０年間の寿命）、安定した劣化のない現場動作を提供して、正味の寿命電気エネルギー出力を更に増加させる。モジュール製造コストは、市場参入時点において主要な高性能ｃ−Ｓｉ太陽電池／モジュールよりも３０％〜６５％低いと予想される。このことは、現在の産業ロードマップ及び予測に比べて、ユーザに対するＲＯＩの損益分岐点を短縮する可能性がある。更なる利益としては、現場性能の安定性及び信頼性が増加すること、及び環境上の影響が低減されること（非毒性材料及び短縮されたＥＰＢＴ）が挙げられる。更に、本開示の電池及びモジュール設計は、限られた建物の屋根又はファサードの面積からの発電を最大限にすることが有利である、電力網接続された用途にとって理想的である。
本開示の吸収体シリコン膜厚は、約１〜３０ミクロンの範囲内の値であってもよく、材料消費をより少なくするためにはより薄いシリコン層が好ましい（一実施例では、１〜１０ミクロンの範囲内）。３−Ｄ ＴＦＳＣ基板の３−Ｄ幾何学構造による有効表面積の増加を考慮に入れた後であっても、本開示の３−Ｄ ＴＦＳＣ基板は、最先端のウェハに基づくｃ−Ｓｉ太陽電池よりもシリコン材料の消費が大幅に少ない。更に、切断損傷又は切り代はない。同様に、３−Ｄ結晶シリコン膜は、再使用可能なテンプレートから離型する際に加工できる状態なので、切断損傷を除去する必要はない。これにより、シリコン消費と関連する太陽電池コストが大幅に低減される。自己支持型３−Ｄエピタキシャル・シリコン薄膜は、低コストの再使用可能な結晶（単結晶又は多重結晶）シリコン基板（テンプレート）上に堆積され、そこから離型される。テンプレートは、再調整又は再生利用する前に多数回再使用されてもよい。更に、あらゆる金属性不純物が３−Ｄ結晶シリコン膜を汚染することが防止されるので、テンプレートは、はるかに低コストの冶金等級のｃ−Ｓｉから選ばれてもよい。
図３は、３−Ｄ ＴＦＳＣ基板及び電池の製作プロセス・フローの概略図である。３−Ｄ ＴＦＳＣ基板製作を示す図３の上部に注目すると、ここで留意すべきは、このプロセスの第１の工程が予め製作したテンプレートを使用することである。予め製作した３−Ｄトレンチ又は溝のパターンを有するテンプレートを３−Ｄ ＴＦＳＣ基板の形成に使用してもよく、それら基板を次に３−Ｄ ＴＦＳＣの形成に使用して、これまで開発されたＴＦＳＣ及びウェハに基づく結晶シリコン電池技術と関連する不利な点及び問題が実質的に排除又は低減される。テンプレートは、再調整又は再生利用される前に、多数の３−Ｄ ＴＦＳＣ基板を製作するため、多数回（例えば、数十〜数百回）使用することができる。一実施例では、テンプレートは、再生利用される前に、３−Ｄ ＴＦＳＣ基板を製作するのに数百回使用されてもよい。テンプレートは、転位が比較的認められないままである限り、且つ／又は、幅を有する容認可能なトレンチ又は溝のパターン及び容認可能な管理限界内の表面状態（例えば、インライン計測によって測定されるような）を維持している限り、再使用されてもよい。
図４は、六角プリズム・ポスト（ピラー）１０２を備えたテンプレート１００の図を示す。六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ基板（図示なし）は、最初に、適切な比較的等角の薄い犠牲層（一実施例では、多孔質シリコン）をテンプレート上に形成し、次に、六角プリズム・ポスト１０２間の比較的深いトレンチ１０４を充填し、その後、六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ基板とテンプレートとの間に堆積させた犠牲層（図示なし）を選択的にエッチングすることによって、六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ基板を離型することによって製作される。一実施例では、テンプレートは、側壁がわずかに先細状になった深い相互接続された六角プリズム・トレンチを有する（即ち、トレンチ幅は、トレンチの底部付近に比べてトレンチの頂部付近の方が大きい）。更に、トレンチの頂部付近のトレンチ幅は、トレンチの底部付近のトレンチ幅よりも約１〜数ミクロン大きくしてもよい。図５Ａ及び５Ｂは、六角プリズム・ポスト１０２及びトレンチ１０４を備えたテンプレートの一実施例の拡大図を示す。この実施例は、フォトリソグラフィ及び深堀り反応性イオン・エッチング（ＤＲＩＥ）を使用して前処理したものである。
用語「ハニカム」及び「六角」は、本開示全体を通して同義的に使用されることに留意されたい。用語「ハニカム」は、３−Ｄ ＴＦＳＣ基板の実施例が天然のハニカムに似ているという事実を指す。
図６は、食い違い状にした正方形プリズム・ポスト１１２を備えたテンプレート（又はマスター・ステンシル）の代替実施例の１１０を示す。正方形プリズムの３−Ｄ ＴＦＳＣ基板（図示なし）は、最初に、比較的等角の犠牲層（例えば、多孔質シリコン）を堆積させるか、又は形成し、正方形プリズム・ポスト１１２の間のトレンチ１１４を充填し、その後、３−Ｄ ＴＦＳＣ基板とテンプレートとの間に形成された犠牲層を選択的にエッチングすることによって、３−Ｄ ＴＦＳＣ基板を離型することによって形成される。
図７は、従来技術の結晶質太陽電池製作のプロセス・フロー全体を要約し、従来技術に比べて、本開示によって排除される特定の工程を強調している。図８は、本開示の電池及びモジュール製作のプロセス・フロー全体と、従来技術と比べて、本開示の競合的利点とを要約している。ここで強調されているように、本開示は、３−Ｄ ＴＦＳＣ基板及び３−Ｄ ＴＦＳＣの製作を可能にし、その結果、半導体吸収体材料（例えば、シリコン）の消費と電池及びモジュールの製造コストとを大幅に低減する。図９は、本開示の実施例の利点の別の要約である。
以下の項では、リソグラフィ及びエッチング技術又はレーザー・ミクロ機械加工（若しくはレーザー・ドリル加工）を使用してテンプレートを製作するためのプロセス・フローの代替実施例を記載する。その結果、テンプレートは、３−Ｄ ＴＦＳＣ製作のための単一アパーチャ又は二重アパーチャ構造を備えた３−Ｄ ＴＦＳＣ基板（裏面のベース・シリコン層を有する、又は有さないのどちらか）を製作するために使用し、多数回再使用される。
テンプレートは、電子機器等級のシリコン・ウェハ、太陽電池等級のシリコン・ウェハ、又は低コストの冶金等級のシリコン・ウェハを使用して製作してもよい。更に、シリコン製のテンプレートは、単結晶又は多重結晶どちらかのシリコン・ウェハを使用して製作することができる。出発テンプレート・ウェハは、標準的な研磨済みウェハ（切断損傷を除去した後）、又は更には切断直後のより低い等級のウェハ（切断損傷を除去していない）のどちらかであってもよい。後者は、更に、テンプレートのコストを削減することができる。各テンプレートの比較的低いコストは、多数の３−Ｄ ＴＦＳＣ基板に広まっており、結果として、標準的な最先端の（例えば、厚さ２００ミクロン）太陽電池等級の単結晶及び多重結晶シリコン・ウェハ及び関連するモジュールに比べて、ＴＦＳＣ基板及び完成したモジュールのコストがはるかに低くなっている。
テンプレートがどのように製作されるかを更に説明するため、図１０は、プロセス・フロー１２０の一実施例を示す。プロセスは、パターニングしていない単結晶シリコン又は多重結晶シリコンの、正方形又は円形どちらかの基板（例えば、２００ｍｍ×２００ｍｍの正方形、若しくは２００ｍｍの円形）が提供される、工程１２２から始まる。出発テンプレート・ウェハは、切断損傷を除去した、或いは除去していない（後者は、テンプレートのコストを更に削減することができる）、ワイヤ・ソーによって前処理したウェハであってもよい。出発テンプレート・ウェハは、また、より純度の低い（且つより低コストの）冶金等級のシリコン製であってもよい。一実施例では、基板は厚さ約２００〜８００ミクロンである。任意に、工程１２２は、低コストの冶金等級のシリコン上のゲッタリングを行うこと、及び／又は表面テクスチャリング・エッチングを行って（例えば、硝酸及びフッ化水素酸の混合物による等方性酸テクスチャリングを使用して、若しくはＫＯＨ／ＩＰＡ中でのアルカリ性テクスチャリングを使用して）、任意のテクスチャリングを施したテンプレート表面を作ることを含む。工程１２４は、フォトリソグラフィ・パターニングを使用して（一実施例では、より低コストのコンタクト又はプロキシミティ露光／パターニングを使用する）、フォトレジスト中に六角アレイ・パターンなどのプリズム・アレイ・マスク・パターンを生成する（即ち、フォトレジスト層内で六角形の開口部が相互接続されている）。プロセス手順は、酸化物及び／又は窒化物（任意）層の形成、フォトレジスト・コーティング（例えば、スピン・オン若しくは噴霧コーティング）及びプリベーク、六角形アレイ・マスクを介したフォトリソグラフィ露光、並びにフォトレジストの現像及びポストベークを含む。一実施例は、フォトレジストの下のハード・マスク層（ＳｉＯ２及び／又はＳｉＮｘ、例えば、薄い熱成長させた酸化物層を任意のハード・マスクとして使用することができる）を含む（ただし、プロセスは、フォトレジスト・コーティングをシリコン上に直接置くことによって、ハード・マスク層を全く使用することなく行ってもよい）。ハード・マスク層を使用するとき、ハード・マスク層の露光した部分は、フォトレジスト・パターニング後にエッチングされる（したがって、六角形の開口部を形成する）。露光したハード・マスク層のそのようなエッチングは、単に、酸化物ハード・マスクの場合のフッ化水素酸などウェット・エッチング剤を使用して行ってもよい。工程１２６は、異方性プラズマ・エッチングを使用して六角プリズムを形成することを伴い、ここで、高速深堀り反応性イオン・エッチング（ＤＲＩＥ）プロセスは、シリコン中の深い（例えば、１００〜４００ミクロン）六角形トレンチの緊密なアレイを形成する。フォトレジスト及び／又は酸化物及び／又は窒化物ハード・マスク層（１つ若しくは複数）は、パターニングしたフォトレジスト層からシリコンへのパターン転写のために使用される。一実施例では、深堀りＲＩＥ（ＤＲＩＥ）プロセスのパラメータは、ほぼ垂直でわずかに先細状の六角プリズム・トレンチ側壁を生成するように設定される。代替実施例では、深堀りＲＩＥ（ＤＲＩＥ）プロセスのパラメータは、おおよそ又は本質的に垂直な六角プリズムの側壁を生成するように設定される。わずかに先細状の側壁は、本質的に垂直の側壁よりも好ましいことに留意されたい。工程１２８は、テンプレート表面の前処理及び洗浄を伴う。このプロセスは、パターニングしたフォトレジスト層を基板から剥離することを含む。次に、テンプレート基板を、ＴＦＳＣ基板を形成するための後に続く熱堆積加工に先立って、ウェット・ベンチ内で洗浄する。そのような洗浄は、シリコンの薄層（例えば、１０〜５００ナノメートル程度）をトレンチの側壁及び底部から等方的に除去するため、ＤＲＩＥによるポリマー除去（硝酸及び過酸化水素の混合物など、適切な湿式エッチング剤を使用する）と、その後の等方性シリコン湿式エッチング（硝酸及びフッ化水素酸の混合物中でなど）とを伴ってもよい。これは、深堀りＲＩＥ（ＤＲＩＥ）プロセスによって導入されたあらゆる表面の且つ埋め込まれた金属性及び／又はポリマー性／有機汚染物質など、あらゆる表面の且つ埋没した汚染物質を、ＤＲＩＥで生成したテンプレート・トレンチの側壁及び底部から除去することができる。テンプレート加工は、脱イオン（ＤＩ）水のすすぎ及び乾燥の後に完了してもよい。任意に、また所望の場合、テンプレート・ウェハは、また、上述のＤＩ水のすすぎ及び乾燥の前のいわゆるＲＣＡ湿式洗浄など、標準的な拡散前（又は熱処理前）ウェハ洗浄プロセスを経てもよい。別の任意の表面前処理工程（湿式等方性シリコン・エッチング・プロセスの代わりに、或いはその後に行う）は、短時間の熱酸化（例えば、犠牲二酸化シリコンを５〜１００ナノメートル成長させる）と、その後に、フッ化水素酸（ＨＦ）酸化物の湿式剥離（残留汚染物質がある場合、パターニングしたテンプレートからそれを除去するため）とを行うことを含む。任意の酸化物成長／ＨＦ剥離を使用しない場合、任意の希ＨＦエッチングを行って、元の酸化物層を除去するとともに、後に続く３−Ｄ ＴＦＳＣ基板製作に備えて、水素を用いて表面を不動態化（Ｓｉ−Ｈ結合を形成する）してもよい。工程１２８が完了した後、次に、結果として得られるテンプレートを、３−Ｄ（例えば、六角プリズム）ＴＦＳＣ基板を製作するために使用し、また複数回再使用してもよい。
図１１は、上述のプロセス・フロー１２０の工程１２４に記載したような、テンプレートの製作に使用してもよいリソグラフィ露光マスク設計１３０の平面図を示す。暗い領域１３２は、透明マスク・プレート上のＣｒなどの不透明なコーティングである。明るい領域１３３は、不透明なコーティング（例えば、Ｃｒ）が、フォトレジスト層の露光を可能にするようにエッチングを施してある範囲である。一実施例では、マスク・プレート上の六角形の線（ＬM）１３４の幅は１〜３０ミクロンであり、六角プリズムの先端間の対角線距離（ｄ）１３６、即ち六角プリズム・アパーチャの直径は５０〜５００ミクロンである。
テンプレートをパターニングするためのプロセス・フロー１４０の代替実施例が、図１２に概説されており、ここでは、フォトリソグラフィ及び反応性イオン・エッチングの代わりに直接レーザー・ミクロ機械加工を使用する。工程１４２（パターニングしていない基板を提供する）は図１０の工程１２２に相当する。工程１４４は、プログラム可能な精密レーザー・ミクロ機械加工を使用して、深いトレンチの所望の周期的アレイを形成することを伴う。このプロセスは、物理的アブレーション、又は物理的アブレーションとレーザー支援化学エッチングとの組合せのどちらかに基づいて、制御された大気雰囲気中で行ってもよい。工程１４６（表面前処理及び洗浄）は図１０の工程１２８に相当する。工程１４６が完了した後、次に、結果として得られるテンプレートを、複数の３−Ｄ ＴＦＳＣ基板を製作するために使用及び再使用してもよい。
テンプレートをパターニングするためのプロセス・フロー１５０の別の代替実施例が、図１３に概説されており、ここでは、フォトリソグラフィ及びエッチングを使用して、ウェハ貫通トレンチを生成する。工程１５２（パターニングしていない基板を提供する）は図１２の工程１４２に相当する。工程１５４は、二酸化シリコン（ＳｉＯ2）層及び／又は窒化シリコン（ＳｉＮx）層を、基板の表面及び裏面両方の上に形成することを伴う（この工程は任意であり、使用しなくてもよい）。一実施例では、ＳｉＯ2層の厚さは１００〜１０００ナノメートルである。ＳｉＯ2層は、水蒸気酸化又はＬＰＣＶＤによって形成され、また、その後にＳｉＮxの層がＬＰＣＶＤ又はＰＥＣＶＤによって形成されてもよい。一実施例では、ＳｉＮx層の厚さは１００〜１０００ナノメートルである。これらの層は、シリコン基板（図１２に示されるような）の両面上に、又は基板の表面若しくは裏面のみの上に形成されてもよい。或いは、１つの層のみ（酸化物又は窒化物のどちらか）が使用されてもよい。工程１５６（パターニング）は図１０の工程１２４に相当し、工程１５８（エッチング）は工程１２６に相当する。工程１６０は、３−Ｄ ＴＦＳＣ基板離型エッチングのため、裏面酸化物／窒化物に開口部を形成することを伴う。フォトレジスト・リソグラフィ・パターニング及びプラズマ・エッチング（又は湿式エッチング）を使用して、基板裏面上の酸化物／窒化物に開口部の規則的なアレイ（例えば、正方形グリッド又は線のパターン）を形成する。これらの開口部は、後に続く３−Ｄ ＴＦＳＣ基板製作の間に使用されてもよい（湿式エッチング剤を裏面から犠牲層に到達させるため）。工程１６２（表面前処理及び洗浄）は、図１０の工程１２８に相当し、表面前処理及び洗浄プロセスが誘電体層を基板裏面から除去しないように修正してもよい。工程１６２の後、次に、結果として得られるテンプレートを使用して３−Ｄ ＴＦＳＣ基板を製作してもよい。
テンプレートの製作のためのプロセス・フロー１７０の別の代替実施例が、図１４に概説されており、ここでは、フォトリソグラフィ及びエッチングを使用して、自己整合性ベース接点を形成するための裏面の基層及び溝を備えた、ＴＦＳＣ基板の製作を可能にしている。テンプレートをパターニングするためのプロセス・フロー１９０の別の代替実施例が、図１５に概説されており、ここでは、フォトリソグラフィ及びエッチングを使用して、自己整合性ベース接点を形成するための裏面の基層及び溝を備えた、ＴＦＳＣ基板の製作を可能にしている。図１９〜２５は、図１４又は図１５のプロセス・フローに基づいてテンプレートを作成するための製作プロセス・フローの間の、シリコン基板のＹ−Ｙ断面図を示す。図１４及び１５のプロセス・フロー工程を見直しながら、図１９〜２５を参照することが有用なことがある。
図１４を参照すると、工程１７２（パターニングしていない基板を提供する）は図１３の工程１５２に相当し、工程１７４（酸化物及び／又は窒化物層を形成する）は工程１５４に相当し、工程１７６（パターニング）は工程１５６に相当し、工程１７８（エッチング）は工程１５８に相当する。工程１８０は、深いトレンチよりも幅広である自己整合性の浅いトレンチを形成することを伴う。自己整合性のより幅広で浅い表面トレンチは、誘電体（ハード・マスク）の選択的な時限等方性エッチングを施して、フォトレジストの下に既知の横方向寸法を有するハード・マスク・アンダーカットを形成し、パターニングしたフォトレジストを剥離し、また、シリコンの時限異方性ＲＩＥを施して、より浅い／より幅広の先細状のトレンチを表面付近に形成することによって形成される。工程１８２（裏面開口部の形成）は図１３の工程１６０に相当し、工程１８４（表面前処理及び洗浄）は工程１６２に相当する。工程１８４の後、次に、結果として得られるテンプレートを、多数の３−Ｄ ＴＦＳＣ基板を製作するために使用及び再使用してもよい。自己整合性のより幅広で浅いトレンチ（深いトレンチよりも幅広である）は、また、深いトレンチを形成する同じ深堀りＲＩＥプロセスの一部として形成されてもよく（即ち、工程１７８及び１８０をまとめて、ＤＲＩＥプロセス機器内での単一の深堀りＲＩＥプロセスとすることができる）、したがって、上述の誘電体ハード・マスクの選択的な時限等方性エッチングを施して、フォトレジストの下にハード・マスク・アンダーカットを形成する必要性がなくなる（この修正された方策は、また、表面ハード・マスクの必要性をなくし（即ち、パターニングしたフォトレジスト層を基板上に直接形成することができる）、テンプレート製作プロセスを更に単純化する）ことに留意すべきである。この単純化したプロセスは、最初に、深い六角プリズム・トレンチを形成し、続いて、深い六角プリズム・トレンチの上部（最上部）に主に影響を及ぼす異方性がより低い（又は等方性がより高い）シリコン・エッチング・プロセスを行うことによって、浅くより幅広のトレンチ（又は肩部）を深いトレンチの上に形成する、ＤＲＩＥプロセス方法を使用することによって行うことができる。この修正された方策を使用して、より幅広の浅いトレンチの側壁の輪郭は、わずかに又は大きく先細状にされてもよい（両方とも容認可能である）。
図１５を参照すると、工程１９２（パターニングしていない基板を提供する）は図１４の工程１７２に相当する。工程１９４は、ＳｉＯ2層及び／又はＳｉＮx層を、基板の表面上、及び任意にその裏面上に形成することを伴う。一実施例では、ＳｉＯ2層の厚さは１００〜１０００ナノメートルである。ＳｉＯ2層は、水蒸気酸化又はＬＰＣＶＤによって形成され、次に、ＳｉＮxの層がＬＰＣＶＤ又はＰＥＣＶＤによって形成される。一実施例では、ＳｉＮx層の厚さは１００〜１０００ナノメートルである。層は、シリコン基板の表面又は両面どちらかの上に形成される。或いは、１つの層のみ（酸化物又は窒化物）が使用されてもよい。或いは、表面上にはＳｉＯ2層のみ、裏面上にはＳｉＮx層のみが形成されてもよい。工程１９６（パターニング）は図１４の工程１７６に相当し、工程１９８（エッチング）は工程１７８に相当し、工程２００（より浅くより幅広のトレンチの形成）は工程１８０に相当する。やはり、図１４について記載したように本質的に、自己整合性のより幅広で浅いトレンチ（深いトレンチよりも幅広である）は、また、深いトレンチを形成する同じ深堀りＲＩＥプロセスの一部として形成されてもよい（即ち、工程１９８及び２００をまとめて、ＤＲＩＥプロセス機器内における単一の深堀りＲＩＥプロセスとすることができる）。工程２０２は、ウェハ裏面上に十分な深さの開口部のアレイを形成して、深いトレンチの裏面（底部）の少なくとも一部に接続することを伴う。これらの開口部は、基板裏面から各プリズム単電池の少なくとも一部分へのアクセスを提供する。これらの穴は、レーザー・ドリル加工によって形成され（或いは、裏面のリソグラフィ及び湿式又はプラズマ・エッチングを使用して形成されてもよい）、また、３−Ｄ ＴＦＳＣ基板離型エッチングのために使用されてもよい（多孔質シリコンの犠牲層のエッチングなどのため、エッチング剤が犠牲層に達するように）。工程２０４（表面前処理及び洗浄）は図１４の工程１８４に相当する。工程２０４の後、次に、結果として得られるテンプレートを、多数の３−Ｄ ＴＦＳＣ基板を製作するために使用及び再使用してもよい。
図１４及び１５では、後に続く、裏面基層（例えば、平面の裏面シリコン基層など）と、自己整合性の高導電性ベース接点金属化の形成のための相互接続された浅い溝又はトレンチとを備えた、３−Ｄ ＴＦＳＣ基板の製作を可能にするテンプレートが得られる。これらの３−Ｄ ＴＦＳＣ基板は、後に続く自己整合性ベース接点及びエミッタ接点を備えた高性能ＴＦＳＣの製作に使用してもよい。テンプレート内の二重の幅のトレンチ（又は、より浅くより幅広のトレンチ肩部が頂部上に積み重ねられた深いトレンチ）によって、自己整合性エミッタ金属化接点のそばに自己整合性ベース金属化接点を製作することが可能になる。
以下の図面を更に理解するため、六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ基板の平面図を示す図１６が提供される。図１６は、六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ基板上に参照の仮想Ｙ−Ｙ及びＺ−Ｚ横断軸線を示す。
図１７は、ウェハ貫通トレンチ２１２（即ち、基板を貫通して形成され、裏面の誘電体で止まるトレンチ）を備えるテンプレート２１０のＹ−Ｙ断面図を示す。このテンプレート２１０は、裏面基層を有さないもの（即ち、二重アパーチャＴＦＳＣ基板）を含む、多数の六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ基板を製作するのに使用してもよい。
テンプレート２１０は、ｈ（トレンチ間の水平距離）２１８、Ｔst（トレンチ頂部幅）２２０、Ｈ（トレンチの高さ）２２２、Ｔsb（トレンチ裏面幅）２２６、及び２θ ２２４（θは平均側壁テーパー角）の寸法を有する。これらはウェハ貫通トレンチなので、Ｈ ２２２は本質的にテンプレート基板のシリコン厚さと同じであることに留意されたい。ウェハ貫通トレンチ２１２は分離されたポストを生じるので、裏面誘電体層２１４が使用され、またそれは、十分な機械的支持を提供するのに十分な厚さ及び強度であるべきである。裏面誘電体層２１４は、酸化物（若しくは窒化物）などの単一の誘電体層、又は酸化物／窒化物などの２つ以上の誘電体層のスタックであってもよい。一実施例では、裏面誘電体層２１４は、薄い熱ＳｉＯ2の層の上にあるＬＰＣＶＤ Ｓｉ3Ｎ4の層で構成される。テンプレート２１０は、表面エッチング停止層（頂部ハード・マスク層）２１６を含む。一実施例では、頂部ハード・マスク２１６は、薄い熱ＳｉＯ2の層の上にあるＬＰＣＶＤ Ｓｉ3Ｎ4の層で構成される。或いは、頂部ハード・マスク層２１６は、二層スタック（例えば、Ｓｉ3Ｎ4、ＳｉＣxなど）の代わりに単層を含んでもよい。或いは、頂部ハード・マスク層はなくてもよい（パターニングしたフォトレジストをシリコン上に直接形成する）。
図１８は、ウェハ内トレンチ２３２を備えたテンプレート２３０のＹ−Ｙ断面図を示す。このテンプレート２３０も、裏面基層を有さないもの（即ち、二重アパーチャＴＦＳＣ基板）を含む、多数の六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ基板を製作するのに使用してもよい。トレンチは、ウェハ内（テンプレート基板内）に制限され、残りのウェハ厚さＲ ２３４を残して、ウェハ厚さ全体を貫通せず、また、所与のテンプレート基板厚さの場合、Ｈ ２３６は図１７のＨ ２２２よりも少ないことに留意されたい。したがって、ウェハ自体は、裏面誘電体からの機械的支持を必要とせずに、十分な機械的支持を提供する（したがって、裏面誘電体の必要性がなくなり、ここでは裏面誘電体は任意である）。
図１７及び１８に示されるテンプレートに形成されたトレンチは、垂直の側壁、又はわずかに先細状の側壁（一実施例では、トレンチ頂部からトレンチ底部に向かってトレンチ幅が徐々に且つわずかに減少する深いトレンチを生じる）を有してもよい。一実施例では、側壁角度は、０°〜１０°の範囲内（好ましくは、０°〜１°の範囲内）である。逆又は凹角の側壁角度を有するトレンチ（即ち、トレンチ頂部からトレンチ底部に向かってトレンチ幅が増加するトレンチ）は望ましくなく、また、３−Ｄ ＴＦＳＣ基板の離型に困難を引き起こす可能性があり、したがって回避すべきである。
テンプレート２１０（図１７）及びテンプレート２３０（図１８）は両方とも、図１２〜１４で概説したテンプレート・プロセス・フローの１つを使用して作られる。これらのフローチャートは、後に続く多数の３−Ｄ ＴＦＳＣ基板の製作に使用されるテンプレートを製作するのに使用される好ましいプロセス工程を記載している。
図１９〜２５は、ウェハ内トレンチ２３０を有するテンプレート変形例、並びに図１２〜１４で概説したテンプレート・プロセス・フローの様々な段階の間に自己整合性ベース接点を形成することを可能にする設計のための、テンプレート構造のプロセス・フロー及び進展の一実施例を示す。
図１９は、誘電体（酸化物）ハード・マスク上にフォトレジスト表面パターン２４２を形成した後のＹ−Ｙ断面図２４０を示す（裏面誘電体２１４は任意であり、使用しなくてもよい）。図２０は、フォトレジスト表面パターン２４２によって、異方性プラズマ酸化物エッチング（又は等方性湿式酸化物エッチング）を施した後のＹ−Ｙ断面図２５０を示す。図２１は、深堀りＲＩＥ（ＤＲＩＥ）を使用して深い六角プリズム・トレンチを形成した後のＹ−Ｙ断面図２６０を示す。図２１は、更に、残っているウェハ厚さＲ’２６２及びトレンチ高さＨ’２６４を示す。図２２は、ハード・マスクの選択的な時限等方性エッチング（例えば、ＨＦを使用する酸化物エッチング）を施して、パターニングしたフォトレジスト２４２の下に幅Ｗoxの制御された横方向のアンダーカット２７２を形成した後のＹ−Ｙ断面図２７０を示す。図２３は、フォトレジスト剥離後のＹ−Ｙ断面図２８０を示す。頂部ハード・マスク層２１６が残り、フォトレジスト層は除去されていることに留意されたい。図２４は、異方性シリコン・エッチングを施して、より狭くより深いトレンチ２３２の頂部上に制御された高さ（Ｌ）のより幅広の浅いトレンチ２９２を形成した後のＹ−Ｙ断面図２９０を示す。図２５は、等方性酸化物エッチングを施して、図２４に示されるような頂部ハード・マスク層２１６を剥離した後の、完成したテンプレート３００のＹ−Ｙ断面図を示す。ここには示されているが、裏面誘電体層も除去してもよい（或いは全く使用しなくてもよい）。このテンプレート３００は、また、多数の六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ基板を製作するのに使用してもよい。上述したように、深いトレンチとより幅広で狭いトレンチ（頂部肩部）との組合せは、単一のＤＲＩＥプロセス手順（異方性深堀りトレンチＲＩＥの次に異方性がより低いシリコン・エッチングを施して、頂部肩部を形成する）を使用して形成されてもよく、したがって、頂部誘電体ハード・マスク層２１６、及び図２２及び２３に反映されている関連するプロセス工程の必要性がなくなる。
以下の図面（図２６〜２９）は、完成したテンプレートのいくつかの代替実施例を示す。
図２６は、誘電体頂部マスク層又は誘電体裏面マスク層を有さないウェハ内トレンチ２３２を備えたテンプレート３１０のＹ−Ｙ断面図を示す。図２７は、図２５に示される実施例と比べて、誘電体頂部マスク層又は誘電体裏面マスク層を有さないウェハ内トレンチ２３２を備えたテンプレート３２０のＹ−Ｙ断面図を示す。この図は、また、３−Ｄ ＴＦＳＣ基板離型エッチングを可能にするために使用されるテンプレート裏面穴３３２を示す。これらの裏面穴３３２は、フォトリソグラフィ及びエッチング、又はレーザー・ミクロ機械加工若しくはドリル加工のどちらかを使用して製作されてもよい。図２８は、図１７に示されるような頂部ハード・マスク層２１６を有さないウェハ貫通トレンチ２１２を備えたテンプレート３３０のＹ−Ｙ断面図を示す。図２９は、図２８と比べて、頂部ハード・マスク層２１６を有さないウェハ貫通トレンチ２１２を備えたテンプレート３４０のＹ−Ｙ断面図を示す。図２９のウェハ貫通トレンチ２１２は、図２５のトレンチと同様に、より狭くより深い六角形トレンチの頂部上に、制御された高さ（Ｌ）２９２を有するより幅広のトレンチ（頂部肩部）を有することに更に留意されたい。ただし、図２９はウェハ貫通トレンチ２１２を示すが、図２５はウェハ内トレンチ２３２を示していることに留意されたい。
ウェハ貫通トレンチを備えたテンプレートの場合、機械的支持は、十分な強度の裏面誘電体スタック（上述したように、酸化物、窒化物、ポリシリコン、若しくはそれらの組合せなど）を使用するか、又は裏面に接合したシリコン・ウェハを使用するかのどちらかによって提供されてもよい。図３０は、ウェハ貫通トレンチを備え、且つ表面誘電体を全く有さない、裏面基層を備えた六角プリズム単一アパーチャ３−Ｄ ＴＦＳＣ基板の製作に適したテンプレート３５０を示す。このテンプレート３５０は、接合界面３５４において接合された（例えば、ウェハ間の酸化物／窒化物などの、酸化物又は誘電体スタック３５６などを介して）機械的支持体の裏面シリコン・ウェハ３５２を含む。機械的支持体の裏面シリコン・ウェハ３５２は、レーザー・ドリル加工又は反応性イオン・エッチングのどちらかによって作られてもよい穴３５８を通して、テンプレート・トレンチへの湿式エッチング剤のアクセスを提供する。このテンプレート３５０は、後に続く六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ基板の製作の間に、自己整合性ベース接点及びエミッタ接点を形成する能力を有する３−Ｄ ＴＦＳＣ基板の製作を可能にする。代替実施例では、機械的支持体の裏面シリコン・ウェハ３５２は、代わりに、ＬＰＣＶＤによって裏面誘電体（又は誘電体スタック）３５６の上に堆積させたポリシリコンの層によって形成されてもよく、したがって、ウェハ接合の必要性がなくなる。
図３１及び３２はそれぞれ、第１のものは正方形アレイ・マスクであり第２のものはライン・アレイ・マスクであるマスク設計の２つの実施例を示し、それらマスクは、テンプレート裏面をパターニングして、３−Ｄ ＴＦＳＣ基板離型エッチングのための裏面開口部を作り出すのに使用されてもよい。このパターニングは、各テンプレート上で一度のみ行われる。
図３１は、正方形アレイの各単電池３６１が正方形アレイ単電池幅３６２及び正方形アレイ単電池間隔３６３を有する、正方形アレイ・マスク３６０を示す。一実施例では、これらは両方とも約１〜５ミクロンである（同様に、より小さいか又はより大きくてもよい）。図３２は、示されるパターンが周期的アレイとしてマスク全体にわたって繰り返される、ライン・アレイ・マスク３６４を示す。一実施例では、ラインの幅及び間隔はすべて１〜１０ミクロンである（同様に、より小さいか又はより大きくてもよい）。パターンはパターン幅３６５を有し、それは、一実施例では約５０〜５００ミクロンである。犠牲層を除去するためのエッチング剤のアクセスを可能にする他のマスク・パターン（例えば、ライン、円形など）が、正方形アレイ又は直交するライン・アレイの代わりに使用されてもよい。或いは、リソグラフィ／エッチングの代わりにレーザー・ドリル加工又はレーザー・ミクロ機械加工を使用して、エッチング剤のアクセスのための裏面穴／開口部を作ることが可能である。
図３１及び３２に概説する裏面パターニングの代替例は、テンプレート表面からのエッチング剤アクセス経路を提供することによって、単一アパーチャ六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ基板を平面の基層と離型することを可能にする。
図３３は、マスク・プレート上の白い円として示される中央穴３６７を備えた代替の表面六角プリズム・マスク設計３６６を示す。一実施例では、中央穴３６７は直径約１〜５ミクロンである。六角プリズム・アレイ設計は図１１と同じであることに留意されたい。暗い領域１３２はマスク・プレート上の不透明なコーティング（例えば、Ｃｒ）である。明るい領域１３３及び３６７はエッチングされる範囲である。一実施例では、ライン・マスク（ＬM）１３４の幅は１〜３０ミクロンであり、六角プリズムの先端間の対角線距離（ｄ）１３６は５０〜５００ミクロンである。
図３４は、図３３に示されるテンプレート表面マスク設計３６６を示し、裏面マスク設計の一実施例を重ね合わせた像を示す点線の正方形３６８（表面マスク側から見た表面マスク及び裏面マスクの相対的な位置合わせを見るため）も示されている。
図３５は、灰色の六角形アレイ・パターンとして示される図３３及び３４からのマスク設計３６６の六角形アレイを重ね合わせた像（裏面マスク側から見た表面マスク及び裏面マスクの相対的な位置合わせを見るため）を含む、テンプレート裏面マスク設計３６９の平面図を示す。
図３６〜４４は、図１４及び１５で概説したテンプレート・プロセス・フローの様々な段階の間の代替テンプレート変形例を示す。
図３６は、熱酸化を使用して頂部ハード・マスク層２１６及び裏面ハード・マスク層２１４を形成した後の、ｎ型（例えば、リン・ドープ）［１００］シリコン基板３７０のＹ−Ｙ断面図を示す。酸化の前に、シリコン表面をテクスチャリングするため、ＫＯＨなどの適切なエッチング剤を使用して、任意の表面テクスチャリング湿式エッチング（酸テクスチャリング・エッチング又はアルカリ・テクスチャリング・エッチングを使用するなど）を行ってもよい。図３７は、裏面リソグラフィを施して、正方形開口部３７１のアレイを含むパターニングしたフォトレジスト層３７２を形成した後の、且つ露出した範囲において裏面ハード・マスク層２１４の湿式又は異方性プラズマ・エッチングを施した後の、図３６の基板３７０を示す。異方性湿式エッチングを使用して、裏面チャネルを形成するため、基板３７０裏面のための裏面マスクの正方形パターンは、［１１１］側壁、［１１０］に向いた縁部、及び［２１１］に向いたリブを作り出すように適切に位置合わせされることに留意されたい。図３８は、異方性湿式エッチング剤（例えば、ＫＯＨ又はＴＭＡＨ）を使用して裏面からテンプレートの異方性エッチングを施して、正方形の基部を有する角錐３７３のアレイを形成した後、且つテンプレート裏面からフォトレジスト層３７２を剥離した後の、図３７の基板３７０を示す。角錐３７３の角度３７４に留意されたい。一実施例では、この角度は３５．２６°である。裏面リソグラフィ・マスク正方形パターンは、［１１１］面側壁３７５、［１１０］に向いた縁部、及び［２１１］に向いたリブを作り出すように適切に位置合わせされる。図３９は、ハニカム・プリズム・トレンチの形成に備えて、表面パターニング及び異方性酸化物プラズマ・エッチング（又は等方性酸化物湿式エッチング）を施すと同時に、表面がエッチングされたより小さな直径の離型トレンチ３７６を形成し、裏面酸化物層２１４を除去した後の、図３８の基板３７０を示す。一実施例では、離型アクセス・トレンチ３７６の直径（ＤR）は１〜５ミクロンである。図４０は、表面の深堀りシリコンＲＩＥの後の図３９の基板３７０を示す。表面がエッチングされたより小さな直径のトレンチ３７６は、より浅い円錐状のトレンチ３７７（一実施例では、六角プリズム・ポストの中央にある）を介して裏面剥離チャネル３７３に接続することに留意されたい。図４１は、選択的な時限等方性ハード・マスク（ＳｉＯ2）エッチングを施して、パターニングしたフォトレジストの下に制御された横方向アンダーカット２７２を形成した後の、図４０の基板３７０を示す。図４２は、酸化物ハード・マスク２１６を残してフォトレジスト２４２を剥離した後の、図４１の基板３７０を示す。図４３は、異方性シリコン反応性エッチングを施して、より狭くより深い六角プリズム・ウェハ内トレンチ２３２の上に制御された高さ（Ｌ）２９２のより幅広のトレンチを形成した後の、図４２の基板３７０を示す。図４４は、等方性酸化物エッチングを施して頂部酸化物２１６を剥離した後の、図４３の基板３７０を示す。この工程の後、ＤＲＩＥによるトレンチ側壁の損傷及び／又はポリマー性／金属性汚染物質があればそれを除去するため、ＨＮＡ又はＴＭＡＨ中で任意の時限シリコン湿式エッチングを行って、約５〜５００ナノメートルのシリコンを除去してもよい。この時点で、基板３７０は、３−Ｄ ＴＦＳＣ基板を形成するための再使用可能なテンプレートとして役立つ可能性がある。やはり上述したように、深いトレンチとより幅広で浅いトレンチ（頂部肩部）との組合せは、単一のＤＲＩＥプロセス手順（異方性深堀りトレンチＲＩＥの次に異方性がより低いシリコン・エッチングを施して、頂部肩部を形成する）を使用して形成されてもよく、したがって、頂部誘電体ハード・マスク層２１６、及び図４１及び４２に反映されている関連するプロセス工程の必要性がなくなる。この代替プロセス・フローにより、酸化物ハード・マスクも不要になる（したがって、表面及び裏面パターニング工程のため、フォトレジストをシリコン上に直接適用することができる）。
図４５〜５３は、図１４及び１５に概説したテンプレート製作プロセス・フローの様々な段階の間のテンプレート変形例を示す。図４５〜５３は、最初のシリコン基板がｎ型［１１０］基板３８０であり、その結果、裏面離型チャネル３８１が角錐ではなく垂直な側壁を備えた長方形のトレンチの形状になる以外は、図３６〜４４にほぼ類似している。図５３に示される結果として得られる基板３８０は、３−Ｄ ＴＦＳＣ基板の形成のための再使用可能なテンプレートとして役立つ可能性がある。やはり上述したように、深いトレンチとより幅広で浅いトレンチ（頂部肩部）との組合せは、単一のＤＲＩＥプロセス手順（異方性深堀りトレンチＲＩＥの次に異方性がより低いシリコン・エッチングを施して、頂部肩部を形成する）を使用して形成されてもよく、したがって、頂部誘電体ハード・マスク層２１６、及び図５０及び５１に反映されている関連するプロセス工程の必要性がなくなる。この代替プロセス・フローにより、酸化物ハード・マスクも不要になる（したがって、表面及び裏面パターニング工程のため、フォトレジストをシリコン上に直接適用することができる）。
テンプレート離型チャネルを実現する別の方策は、それらチャネルが、六角プリズムの深いトレンチの底部（上記に示したような、ポスト又はピラーの頂部の代わりに）に接続するように、テンプレート基板裏面上に置くものである。図５４及び５７〜６４は、図１４及び１５に概説したテンプレート・プロセス・フローの様々な段階の間のテンプレート変形例（離型チャネルが深いトレンチの底部に接続される）を示す。この実施例は、図５５に示したような裏面リソグラフィ・マスク設計を使用する（裏面離型チャネルのための他のタイプの裏面マスク・パターンも可能である）。図５６は、参照のため（表面及び裏面マスク・パターンの相対的な位置合わせを示すため）、表面の六角プリズム・アレイ・マスク・パターンが重ね合わされた灰色のパターンとして示されている、図５５に示される裏面リソグラフィ・マスクを示す。
図５４は、最初のｎ型（例えば、リン・ドープ）［１００］基板３７０を示す上述の図３６にほぼ類似している。図５７は、マスク設計が裏面離型チャネル３９０を形成される深いプリズム・トレンチ２３２の底部と位置合わせしている以外は、図３７にほぼ類似している。図５８は、テンプレート裏面の異方性湿式エッチングを施して（例えば、ＫＯＨに基づくエッチングなど、異方性アルカリ・エッチングを使用する）、正方形の基部を有する角錐のアレイを形成した後の、図５７に示される基板３７０を示す（異方性エッチングは、また、異方性反応性イオン・エッチングを使用して行われてもよく、裏面開口部は、正方形の代わりに円形又は他の形状であってもよいことに留意されたい）。図５９は、表面パターニング後の、且つ深いトレンチの形成に備えてパターニングしたレジストを通して湿式酸化物エッチングを施した後の、図５８の基板３７０を示す。これは裏面酸化物層２１４も除去する。図６０は、深堀りＲＩＥ（ＤＲＩＥ）を使用して六角プリズム・トレンチ２３２を形成した後の、図５９の基板３７０を示す。プリズム・トレンチ２３２の底部は、本質的に、裏面離型チャネル穴３９０と位置が合うことに留意されたい。図６１は、選択的な時限等方性ハード・マスク（一実施例では、ＳｉＯ2）湿式エッチングを施して、パターニングしたフォトレジストの下に制御された横方向アンダーカット２７２を形成した後の、図６０の基板３７０を示す。図６２は、フォトレジスト・ストリッパーを使用して頂部フォトレジスト２４２を剥離した後の、図６１の基板３７０を示す。図６３は、異方性シリコン・エッチング（酸化物層をハード・マスクとして使用する）を施して、より狭くより深い六角プリズム・ウェハ内トレンチ２３２の頂部上に制御された幅（Ｌ）２９２を有するより幅広のトレンチ（頂部肩部）を形成した後の、図６２の基板３７０を示す。図６４は、等方性酸化物エッチングを施して頂部酸化物２１６を剥離した後の、図６３の基板３７０を示す。この工程の後、ＤＲＩＥによるトレンチ側壁の汚染物質（金属性及び／若しくはポリマー性汚染物質など）及び表面損傷があればそれを除去するため、ＨＮＡ若しくはＴＭＡＨ（又は別の適切な等方性シリコン湿式エッチング剤）中で任意の時限等方性シリコン湿式エッチングを行って、約５〜５００ナノメートルのシリコンをエッチングしてもよい。この時点で、基板３７０は、３−Ｄ ＴＦＳＣ基板の形成のためのテンプレートとして役立つ可能性がある。やはり上述したように、深いトレンチとより幅広で浅いトレンチ（頂部肩部）との組合せは、単一のＤＲＩＥプロセス手順（異方性深堀りトレンチＲＩＥの次に異方性がより低い又は等方性がより高いシリコン・プラズマ・エッチングを施して、頂部肩部を形成する）を使用して形成されてもよく、したがって、頂部誘電体ハード・マスク層２１６、及び図６１及び６２に反映されている関連するプロセス工程の必要性がなくなる。この代替プロセス・フローにより、酸化物ハード・マスクも不要になる（したがって、表面及び裏面パターニング工程のため、フォトレジストをシリコン上に直接適用することができる）。
上述したテンプレートの様々な実施例は、１つの六角プリズム（又は他のプリズム形状）３−Ｄ ＴＦＳＣ基板を生産するために使用されてもよい。また、プロセス・パス当たり２つの六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ基板を生産することができる、テンプレートを製作することが可能である（したがって、３−Ｄ ＴＦＳＣ基板製作のスループットが二倍になる）。図６５及び６６は、六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ基板生産のスループットを二倍にすることができるような、２つのテンプレートの断面図を示す。
図６５は、プロセス・パス当たり２つの六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ基板を製作するための積層テンプレート構造３９３のＹ−Ｙ断面図を示す。図６５は、ウェハ内トレンチ２３２を備えたテンプレート構造３９３を示す。図１８のテンプレート２３０との類似に留意のこと。テンプレート構造３９３は、２つの類似のテンプレート、即ち頂部テンプレート３９４及び裏面テンプレート３９５で作られており、それらは、最初に、上記に概説した実施例の１つに基づいて製作され、次に、裏面界面３９６において裏面を合わせて互いに接合される（例えば、ウェハ裏面の直接熱接合、又はウェハ裏面上に形成された誘電体層の熱接合を使用する）。テンプレート表面上の誘電体ハード・マスクは存在しなくてもよいことに留意されたい（それらは、ＴＦＳＣ基板製作のテンプレートを後で使用するための任意のものである）。図６６は、プロセス・パス当たり２つの六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ基板を同時に製作するための、代替の積層テンプレート構造３９７のＹ−Ｙ断面図を示す。図６６は、ウェハ貫通トレンチ２１２を備えたテンプレート構造３９７を示す。図１７のテンプレート２１０との類似に留意のこと。テンプレート構造３９７は、２つの類似のテンプレート、即ち頂部テンプレート３９８及び裏面テンプレート３９９で作られており、それらは、最初に、上記に概説した実施例の１つに基づいて製作され、次に、裏面界面３９６において裏面を合わせて互いに接合される（例えば、基板裏面の直接接合、又はウェハ裏面上に形成された誘電体層の熱接合を使用する）。テンプレート表面上の誘電体ハード・マスクは存在しなくてもよいことに留意されたい（それらは、ＴＦＳＣ基板製作のテンプレートを後で使用するための任意のものである）。
図６５及び６６は、裏面基層を有さない六角プリズム二重アパーチャ３−Ｄ ＴＦＳＣ基板のよりスループットが高い製作に適した代表的な積層テンプレート構造を示しているが、裏面基層を有する六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ基板を製作するための積層テンプレート構造を作ることも可能である。これは、最初に、図１４及び１５に示されるプロセス・フローの実施例の１つに基づいて、図２５に示されるテンプレート構造に対応する適切な個別のテンプレートを製作することによって行われてもよい（これはウェハ内トレンチを備えて示されるが、図２９又は図３０に示される構造など、ウェハ貫通トレンチを備えたテンプレートを製作することも可能である）。図２５に示される構造を有する一対のテンプレート（又は、より幅広でより浅いトレンチ、若しくは深いトレンチの頂部上に積み重ねられた肩部を有するテンプレート構造）を使用すると仮定すると、これらのテンプレートは、次に、トレンチの裏面と連通する穴／開口部のアレイと併せて、一連の大きな横方向／半径方向マイクロチャネルを作るように加工される。次に、２つのテンプレートは裏面を合わせて互いに接合される（例えば、裏面を互いに熱接合することによる）。接合したウェハの間に挟まれた半径方向／横方向マイクロチャネルは、積層／接合したテンプレートの周辺全体を延び、また、各テンプレートの犠牲層を選択的に除去するとともに、埋め込まれた六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ基板をスタックの頂部及び裏面テンプレートから離型する（したがって、プロセス・パス当たり２つの六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ基板を同時に形成する）ため、各テンプレートにおいて湿式エッチング剤が犠牲層（例えば、単結晶若しくは微晶質シリコン層のアノード・エッチングによって形成された多孔質シリコン）に達するための容易なアクセスを提供する。テンプレート裏面上のマイクロチャネルは、レーザー・アブレーション、又はリソグラフィ及びエッチングの組合せによる、テンプレート接合の前に形成されてもよい。マイクロチャネルは、湿式エッチング剤及びエッチングの副産物が、接合したスタック内のウェハの内側部分と、接合したスタックの中央部のマイクロチャネルの周辺開口部との間を容易に移動できるように、十分に大きなものである。
上述のテンプレートは、３−Ｄ ＴＦＳＣで使用される３−Ｄ ＴＦＳＣ基板を製作するのに使用されてもよい。図６７〜７３は、上述のテンプレートの使用に基づいて、裏面基層を有さない六角プリズム（又は他のプリズム・アレイ形状）二重アパーチャ３−Ｄ ＴＦＳＣ基板を製作するための、六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ基板製作のプロセス・フローの様々な実施例を示す。図６７〜７３に示される実施例はすべて、犠牲層形成（例えば、多孔質シリコン犠牲層）及びトレンチ充填堆積プロセス（例えば、エピタキシャル・シリコン堆積）を使用し、それらは、犠牲（多孔質シリコン）層を等角形成（ｃｏｎｆｏｒｍａｌ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ）し、その後にトレンチを、ｉｎ−ｓｉｔｕドープ（例えば、ｉｎ−ｓｉｔｕボロン・ドープ）単結晶若しくは多重結晶シリコン層などの半導体吸収体層で継ぎ目と空隙なく充填するため、非常に等角的であってもよい。一実施例は、寸法が約１５０ｍｍ×１５０ｍｍ〜２００ｍｍ×２００ｍｍ超の、パターニングした単結晶（単結晶質）シリコン又は多重結晶シリコン（ｍｃ−Ｓｉ）の正方形（若しくは円形）のテンプレートを使用する。代替実施例は、はるかに低コストの冶金等級又は太陽電池等級のシリコンを使用してもよい。
図６７は、層離型加工を使用して、自己支持型（自立型）六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ基板を製作するためのプロセス・フロー４００の一実施例を示す。このプロセス・フローにより、頂部及び裏面両方の上に開いたアパーチャが形成された六角プリズムを備えた、二重アパーチャ六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ基板が得られる（裏面基層はない）。工程４０２では、パターニングした六角プリズム（又は別のプリズム・アレイ）テンプレートが提供される。このテンプレートは、深い六角プリズム・トレンチの埋め込まれたアレイを形成するように既に加工されている。テンプレートの表面及び裏面上には、パターニングした誘電体（酸化物及び／又は窒化物）ハード・マスクがある。工程４０４は、エピタキシャル成長リアクタ内で多層ブランケット・エピタキシャル半導体堆積を伴う。工程４０４は、最初に、標準的なエピタキシャル前湿式洗浄（必要であれば）の後に行われる、Ｈ2又はＧｅＨ4／Ｈ2のｉｎ−ｓｉｔｕ焼付け洗浄（ｂａｋｅ ｃｌｅａｎｉｎｇ）を伴う。次に、薄い犠牲エピタキシャル層を表面上にのみ堆積させる。一実施例では、ＧｅxＳｉ1-xが犠牲エピタキシャル層に使用され、これは１０〜２０００ナノメートルである（別の実施例では、多孔質シリコンの層を犠牲層として直接堆積させる）。次に、ドープ単結晶シリコン・エピタキシャル層を堆積させる（一実施例では、表面上にのみ）。一実施例では、層はｐ型のボロン・ドープ型であり、１〜３０ミクロンの厚さを有する。工程４０６は、頂部シリコン層を選択的に剥離するため、犠牲層上で停止する選択的シリコン・エッチングを伴う。最初に、頂部のＧｅxＳｉ1-xエピタキシャル層（若しくは多孔質シリコン）又は酸化物／窒化物ハード・マスクが露出するまで、選択的（湿式若しくは乾式）シリコン・エッチング・プロセスを使用して頂部シリコン層を除去する。プラズマ（乾式）エッチング・プロセスを使用するとき、一実施例は、頂部シリコン層の完全な除去と頂部犠牲（ＧｅxＳｉ1-x又は多孔質シリコン）層の露出とを確保するため、光学的終点検出を使用する。工程４０８は、犠牲層をエッチングするため、選択的なエッチング剤を使用して３−Ｄ ＴＦＳＣ基板を離型することを伴う。シリコンに対して非常に高い選択性（一実施例では、エッチングの選択性は１００：１よりもはるかに良好）で、ＧｅxＳｉ1-xの選択性の高い等方性（一実施例では、湿式）エッチングを行う。一実施例では、フッ化水素酸、硝酸、及び酢酸（ＨＮＡ）の混合物を使用して、犠牲ＧｅxＳｉ1-x層のエッチングを施す（Ｈ2Ｏ2＋Ｈ2Ｏ又はＴＭＡＨなどのエッチング剤を使用して、多孔質シリコンを選択的にエッチングしてもよい）。或いは、アンモニア、過酸化物、及び水の混合物（ＮＨ4ＯＨ＋Ｈ2Ｏ2＋Ｈ2Ｏ）が使用されてもよい。このプロセスは、結晶シリコン層を六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ基板として離型し、それを次に、後に続く３−Ｄ ＴＦＳＣ製作に使用してもよい。
図６８は、層離型処理を使用して、自己支持型六角プリズム二重アパーチャ３−Ｄ ＴＦＳＣ基板を製作するためのプロセス・フローの一実施例のプロセス・フロー４１０を示す。このプロセス・フローにより、３−Ｄ ＴＦＳＣ基板の頂部及び裏面両方の上に開いたアパーチャが形成された六角プリズムを備えた、六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ基板が得られる（裏面基層はない）。工程４１２では、パターニングした六角プリズム・テンプレートが提供される。このテンプレートは、上述したように、深いトレンチの埋め込まれたアレイを形成するように既に加工されている。この場合、テンプレートの表面及び裏面上に誘電体ハード・マスク層はない。工程４１４（多層ブランケット・エピタキシャル堆積）は図６７の工程４０４に相当し、工程４１６（選択的シリコン・エッチング）は工程４０６に相当し、工程４１８（基板離型）は工程４０８に相当する。その後、結果として得られる六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ基板は、後に続く３−Ｄ ＴＦＳＣ製作に使用されてもよい。
図６７及び６８に記載されるプロセス・フローでは、結晶質ＧｅxＳｉ1-xが、テンプレートとｉｎ−ｓｉｔｕドープ・エピタキシャル・シリコン層との間の犠牲層として使用されるが、他の適切な犠牲層を使用してもよい。代替の適切な材料としては、中でも、結晶質多孔質シリコン（実施例は、微孔質若しくはメソ孔質シリコンを含む）、結晶質ＧｅＳｉＣ、又は中でもＳｉＣが挙げられる。ＧｅxＳｉ1-xを犠牲層として使用する実施例では、ＧｅxＳｉ1-x層は、好ましくは５０ナノメートル〜３ミクロンの厚さ、より好ましくは０．１〜１ミクロンである。犠牲層中のゲルマニウム・モル分率（ｘ）は、シリコンに対する十分なエッチングの選択性を提供するため、好ましくはｘ＝１０％〜ｘ＝４５％、より好ましくはｘ＝２５％〜ｘ＝４０％である。ゲルマニウム・モル分率は、シリコンのエッチングを最小限に抑えながらＧｅxＳｉ1-x層を除去するための、容認可能な高いエッチング選択性を達成するのに十分に高いと同時に、ＧｅxＳｉ1-x犠牲層全体の欠陥密度が十分に低い高品質のエピタキシャル・シリコンを生産するのに十分に低いモル分率であるべきである。犠牲層は、犠牲ＧｅxＳｉ1-x層全体にわたって固定のゲルマニウム・モル分率を有してもよく、或いはまた、ＧｅxＳｉ1-x層とテンプレートとの間、並びにＧｅxＳｉ1-x層と頂部のｉｎ−ｓｉｔｕドープ・エピタキシャル・シリコン層との間で、段階的なモル分率の遷移領域を有してもよい。段階的なモル分率遷移領域により、最初に、テンプレートに隣接する第１の遷移領域において０％のｘから２５％〜４０％のｘまで増加し、次に、ｘが２５％〜４０％で固定のＧｅxＳｉ1-x領域と、ｉｎ−ｓｉｔｕドープ・エピタキシャル・シリコン層の下で４０％のｘから０％のｘまでｘが減少する第２の遷移領域とがある、台形のゲルマニウム・モル分率プロファイルが得られる。ｘが段階的な遷移領域及びｘが固定の中間層はそれぞれ、約１０ナノメートル〜１ミクロンの厚さであってもよい。
エミッタのドーピング型（ｎ型又はｐ型）に応じて、ｉｎ−ｓｉｔｕベース・ドーピング型は、ｐ型（例えば、ボロン）又はｎ型（例えば、リン）であるように選ばれる。図６７及び６８に示される実施例は、ｎ型のリン・ドープ選択エミッタを備えたＴＦＳＣを製作するのに使用されてもよい、ボロン・ドープ六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ基板の実施例を提供する。代替実施例では、ドーピングの極性がすべて反転されて、ボロン・ドープ選択エミッタを備えた電池を製作するのに使用されてもよい、リン・ドープ六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ基板が得られてもよい。
図６７〜６９は、テンプレートとエピタキシャル・シリコンＴＦＳＣ基板との間の犠牲層としてＧｅxＳｉ1-xを利用するプロセス・フローの実施例を示す。図６７及び６８は、プロセス・フローの一部としてブランケット・エピタキシャル・シリコン堆積を利用するプロセス・フローの実施例を描く。他方では、図６９は、選択的なエピタキシャル・シリコン堆積及び層離型処理を使用するプロセス・フロー４２０の代替実施例を示す。図６９の結果として得られる３−Ｄ二重アパーチャＴＦＳＣ基板は、基板の頂部及び裏面の両方の上に開いたアパーチャを有する。工程４２２では、パターニングした六角プリズム・テンプレートが提供される。このテンプレートは、深いトレンチの埋め込まれたアレイを形成するように既に加工されている。パターニングした誘電体酸化物及び／若しくは窒化物（及び／又は、ダイヤモンド様カーボン（ＤＬＣ）、薄膜ダイヤモンドなどの別の適切な誘電体）ハード・マスクが、テンプレートの表面上にある。工程４２４（多層ブランケット・エピタキシー）は図６７の工程４０４に相当する。ただし、ＧｅxＳｉ1-x犠牲層及びエピタキシャル・シリコン層は両方とも、トレンチ内部でのみ選択的に成長することに留意されたい。選択的エピタキシーにより、テンプレート頂部の誘電体層上には層は成長しない（頂部上には、酸化物、窒化物、ＤＬＣなどのパターニングされた誘電体ハード・マスクがある）。工程４２６（基板離型）は、図６８の工程４１８に相当する。次に、六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ基板を後に続く３−Ｄ ＴＦＳＣ製作に使用してもよい。
図７０は、層離型処理を使用して、裏面基層を有さない自己支持型六角プリズム３−Ｄ二重アパーチャＴＦＳＣ基板を製作するための、プロセス・フローの一実施例のプロセス・フロー４３０を示す。プロセス・フロー４３０は、犠牲層として、単結晶又は擬似単結晶多孔質（ミクロ孔質若しくはメソ孔質）シリコンを（ＧｅxＳｉ1-xの代わりに）、またブランケット・エピタキシャル・シリコン充填材を使用する。二重アパーチャ六角プリズムは、表面及び裏面両方の上に開いたアパーチャを有する。工程４３２（基板を提供する）は、図６９の工程４２２に相当する。工程４３４は、電気化学ＨＦエッチング（シリコンの電気化学陽極酸化としても知られる）を使用して、テンプレートの深いトレンチ（トレンチの側壁及び底部）上に薄い多孔質シリコン犠牲層を形成することを伴う。多孔質シリコン層は、次の２つの主要な技術の１つによって形成されてもよい。（ｉ）シリコン・エピタキシーを使用して、ｎ型テンプレート基板上に薄い等角結晶シリコン層（一実施例では、０．２〜２ミクロンの範囲内のｐ型ボロン・ドープ・シリコン層）を堆積させ、次に、電気化学ＨＦエッチングを使用して、ｐ型エピタキシャル層を多孔質シリコンに変換する。或いは、（ｉｉ）テンプレート基板（一実施例では、ｐ型テンプレート）の薄い層を多孔質シリコン（一実施例では、０．０１〜１ミクロンの範囲内の厚さ）に変換する。これら２つの技術の１つによって形成された犠牲多孔質シリコンは、後に続くエピタキシャル・シリコン堆積のためのシード層としても役立つ。工程４３６は、水素焼付け（９５０℃〜１１５０℃で）を行って、表面を洗浄するとともに、多孔質シリコン犠牲層の表面上に連続的な封止された単結晶表面層を形成し、次に、エピタキシャル処理リアクタ内でドープ・シリコン・エピタキシーのブランケット層（頂部のみ）を堆積させることを伴う。一実施例では、層はｐ型ボロン・ドープ型であり、１〜３０ミクロンの厚さを有する。工程４３８は、多孔質シリコンの最上層が露出するまで、選択的（湿式又は乾式）シリコン・エッチング・プロセスを使用して頂部シリコン層を剥離する。プラズマ（乾式）エッチング・プロセスを使用するとき、一実施例は、頂部シリコン層の完全な除去と頂部多孔質シリコン層の露出とを確保するため、光学的終点検出を使用する。工程４４０は、３−Ｄ ＴＦＳＣ基板離型を伴う。シリコンに対して非常に高い選択性で、多孔質シリコンの選択性の高い等方性湿式又は乾式エッチングを行う。一実施例では、フッ化水素酸、硝酸、及び酢酸（ＨＮＡ）の混合物を使用して、多孔質シリコン層のエッチングを施す。或いは、アンモニア、過酸化物、及び水の混合物（ＮＨ4ＯＨ＋Ｈ2Ｏ2＋Ｈ2Ｏ）、又は過酸化水素とフッ化水素酸の混合物（Ｈ2Ｏ2＋ＨＦ）、又は水酸化トリメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）の適切な組成物を使用してもよい。エッチング組成物及び温度は、シリコンに対する多孔質シリコンの最大限のエッチング選択性を達成するように調節されてもよい。このプロセスは、埋め込まれた３−Ｄ結晶シリコン構造を六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ基板として離型し、それが次に、後に続く３−Ｄ ＴＦＳＣ製作に使用されてもよい。
図７１は、多孔質シリコン犠牲層及び選択的エピタキシャル・シリコン堆積を使用して、裏面基層のない自己支持型二重アパーチャ六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ基板を製作するためのプロセス・フローの一実施例のプロセス・フロー４５０を示す。図７０と７１との主な違いはエピタキシャル成長方法である。図７１は、図７０のようなブランケット・エピタキシーの代わりに選択的エピタキシーを使用する。選択的エピタキシーを使用することで、層離型のために犠牲層を除去する前に頂部シリコン層をエッチングするプロセス工程が不要になる。図７１を参照すると、工程４５２（基板を提供する）は図７０の工程４３２に相当し、工程４５４（多孔質シリコン犠牲層の形成）は工程４３４に相当する。工程４５６では、エピタキシャル・シリコンは、テンプレート・トレンチの内部のみで選択的に成長する。一実施例では、エピタキシャル・シリコン層はｐ型でｉｎ−ｓｉｔｕボロン・ドープ型であり、１〜３０ミクロンの厚さを有する。パターニングした誘電体（例えば、酸化物及び／又は窒化物）ハード・マスクが頂部上にあるので、選択的エピタキシャル成長によってテンプレート表面上にシリコン層は成長しない。工程４５８（基板離型）は図７０の工程４３８に相当する。次に、六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ基板は後に続く３−Ｄ ＴＦＳＣの製作に使用されてもよい。図７０及び７１は、二重アパーチャＴＦＳＣ基板（裏面基層はない）を製作するために多孔質シリコン犠牲層を使用することを示しているが、多孔質シリコンは、裏面基層を有する単一アパーチャＴＦＳＣ基板を製作する（上述したような、単一アパーチャＴＦＳＣ基板のための適切なテンプレート構造を使用して）ための犠牲層として使用することもできる。
上述の図面は、等角エピタキシャル堆積技術を使用することによって、結晶（単結晶又は多重結晶）半導体材料（好ましくは、結晶シリコン）で作られた六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ基板が得られるプロセス・フローの実施例を概説している。代替実施例では、３−Ｄ ＴＦＳＣ基板は、多結晶又は非晶質半導体材料（ポリシリコン若しくは非晶質シリコンなど）から作られる。ただし、結果として得られる３−Ｄ ＴＦＳＣは、結晶半導体（例えば、単結晶又は多重結晶シリコン）から作られた３−Ｄ ＴＦＳＣに比べて効率が低くなることがある。
図７２及び７３は、上述の図６７〜７１とは異なり、層離型処理を使用する裏面基層を有さず、ただしシリコン・エピタキシーを使用しない、自己支持型六角プリズム３−Ｄ二重アパーチャＴＦＳＣ基板を製作するための２つのプロセス・フロー４７０及び４９０の実施例を示す。図７２で使用されるテンプレートは、テンプレート表面上にパターニングした誘電体を有するが、図７３で使用されるテンプレートは、表面又は裏面どちらの上にも誘電体を有さない。これらのプロセス・フローで使用される犠牲層は、単に、ＳｉＯ2などの犠牲誘電体層である。シリコン材料は、非晶質シリコン及び／又はポリシリコンであり、これは、任意に、レーザー結晶化を使用して後で結晶化されて、大粒径のポリシリコン又は多重結晶シリコンを形成してもよい（また、シリコン膜応力を低減してテンプレートからの離型を容易にするため、熱アニーリングが施されてもよい）。これらのプロセス・フローにより、頂部及び裏面両方の上に開いたアパーチャを有する六角プリズム単電池を備えた、３−Ｄ二重アパーチャＴＦＳＣ基板が得られる。
図７２を参照すると、工程４７２（基板を提供する）は、図７１の工程４５２に相当する。工程４７４は、等角犠牲層（又は層スタック）を堆積させることを伴う。最初に、犠牲材料の薄い層は、等角層形成（ＬＰＣＶＤ又は熱酸化）によって堆積される。一実施例では、犠牲材料は、５０〜２０００ナノメートルの厚さを有するＳｉＯ2である。この犠牲酸化物層は、六角プリズム・トレンチ壁及びテンプレート表面を等角的に被覆する。後に続くレーザー結晶化が使用される場合（以下の工程４８２を参照）、工程４７４は、また、ＬＰＣＶＤによる薄い窒化物層の堆積を含む。一実施例では、この窒化物層は、１００〜１０００ナノメートルの厚さのＳｉ3Ｎ4である。犠牲層は、酸化物及び／又は窒化物の代わりに多孔質シリコンで作られてもよい。工程４７６は、等角堆積を使用してブランケット・シリコン層を堆積させることを伴う。一実施例では、このブランケット・シリコン層は、ｐ型でボロンをｉｎ−ｓｉｔｕドープした、１〜３０ミクロンの厚さを有する非晶質シリコン又はポリシリコンであってもよい。工程４７８は、犠牲層（例えば、二酸化シリコン又は窒化シリコン又は多孔質シリコン）の表面が露出するまで、選択的シリコン（湿式又は乾式）エッチングを使用して頂部シリコン層を剥離する。プラズマ（乾式）エッチング・プロセスを使用するとき、一実施例は、頂部シリコン層の完全な除去と頂部多孔質シリコン層の露出とを確保するため、光学的終点検出を使用する。任意の窒化物が使用される場合、頂部Ｓｉ3Ｎ4層は、選択的湿式又は乾式エッチングを使用してエッチングされる。工程４８０は、３−Ｄ ＴＦＳＣ基板離型を伴う。一実施例では、また、二酸化シリコン犠牲層を使用するとき、フッ化水素酸（ＨＦ）を使用して酸化物犠牲層をエッチングする。別の実施例では、また、多孔質シリコン犠牲層を使用するとき、アンモニア、過酸化物、及び水の混合物（ＮＨ4ＯＨ＋Ｈ2Ｏ2＋Ｈ2Ｏ）、又は過酸化水素とフッ化水素酸の混合物（Ｈ2Ｏ2＋ＨＦ）、又は水酸化トリメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）の適切な組成物を使用してもよい。エッチング組成物及び温度は、シリコンに対する多孔質シリコンの最大限のエッチング選択性を達成するように調節されてもよい。このプロセスは、六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ基板を離型する。任意の工程４８２は、離型した３−Ｄ薄膜非晶質シリコン又はポリシリコン基板にレーザー結晶化及び／又は熱アニーリングを施して、大粒径ポリシリコン微細構造を形成すること（また、埋め込まれたシリコン構造のあらゆる残留応力を低減すること）を伴い、ここで窒化物層は保護キャップとして役立つ。次に、窒化物層は選択的に剥離される。次に、六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ基板は後に続く３−Ｄ ＴＦＳＣ製作に使用されてもよい。
図７３を参照すると、工程４９２では、パターニングした六角プリズム・テンプレートが提供される。このテンプレートは、深い相互接続されたトレンチの埋め込まれたアレイを形成するように既に加工されている。この場合、テンプレートの表面及び裏面上には誘電体ハード・マスク層はない。工程４９４（犠牲層の等角堆積）は図７２の工程４７４に相当し、工程４９６（ブランケット・シリコン堆積）は工程４７６に相当し、工程４９８（選択的シリコン・エッチング）は工程４７８に相当し、工程５００（基板離型）は工程４８０に相当し、工程５０２（任意のレーザー結晶化）は工程４８２に相当する。次に、六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ基板は後に続く３−Ｄ ＴＦＳＣ製作に使用されてもよい。
図７４及び７５は、裏面基層を有する六角プリズム二重アパーチャ３−Ｄ ＴＦＳＣ基板を製作するための（図２５に示されるような適切なテンプレートを使用する）、２つの異なるプロセス・フローの実施例を示す。図７４は、層離型処理を使用するプロセス・フロー５１０の一実施例を示す。このフローは、ＧｅxＳｉ1-x犠牲層堆積と、ブランケット又は選択的ｉｎ−ｓｉｔｕドープ・エピタキシャル・シリコン堆積との使用に基づく。結果として得られる六角プリズム単電池は、プリズム頂部上の開いたアパーチャを有し、裏面基層（一実施例では、比較的平面の薄いシリコン層）を有する裏面で終端する。やはり、この実施例のプロセス・フローは、ポリシリコン、非晶質シリコン、又は非シリコン結晶若しくは多結晶／非晶質シリコン材料を使用するため、容易に調節されてもよい。工程５１２では、パターニングしたハニカム・プリズム・テンプレートが提供される。このテンプレートは、より狭い／より深いトレンチの頂部上に積み重ねられたより浅い／より幅広のトレンチ（又はトレンチ肩部）に沿って、トレンチの埋め込まれたアレイを形成するように既に加工されている（図２５を参照）。テンプレート表面上に誘電体層はなく、テンプレート裏面上に開口部が残された、パターニングされた酸化物及び／又は窒化物誘電体層（若しくはスタック）がある。工程５１４では、次のｉｎ−ｓｉｔｕプロセス工程を含めて、エピタキシャル・リアクタ内で多層ブランケット・エピタキシーが行われる。最初に、ｉｎ−ｓｉｔｕ表面洗浄のため、Ｈ2焼付け又はＧｅＨ4／Ｈ2焼付けを使用する。次に、薄いＧｅxＳｉ1-xエピタキシャル層を堆積させる（一実施例では、頂部上にのみ）。一実施例では、この層は１０〜１０００ナノメートルである。次に、ドープ・シリコン・エピタキシャル層を頂部上にのみ堆積させる。一実施例では、この層はｐ型ボロン・ドープ型であり、厚さ１〜３０ミクロンである。ｉｎ−ｓｉｔｕドーピング（ボロン・ドーピング）のプロファイルは、平坦又は段階的であってもよい。段階的である場合、ボロン・ドーピング濃度は、シリコン・エピタキシャル層の堆積の間段階的に増加し、始めは濃度が低く、エピタキシャル成長プロセスの終わりに向かって濃度がより高くなる。この段階的ベース・ドーピングは、再結合損失の影響を大幅に低減する、光生成キャリアを効率的に収集するための現場支援ドリフト成分を提供することがある。それは、ベース・シートの抵抗及び抵抗損も低減する。シリコン・エピタキシャル層の厚さは、深いトレンチがシリコンで完全に充填されるとともに、浅い（より幅広の）トレンチ（頂部トレンチ肩部）がそれらの側壁上にエピタキシーを受け入れ、且つそれらの中央領域が自己整合性の浅い六角形トラフを有して残されるように設定される。工程５１６では、３−Ｄ ＴＦＳＣ基板が離型される。シリコンに対して非常に高い選択性で、ＧｅxＳｉ1-xの選択性の高い等方性湿式又は乾式エッチングが行われる。一実施例では、フッ化水素酸、硝酸、及び酢酸（ＨＮＡ）の混合物を使用して、ＧｅxＳｉ1-x層を選択的にエッチングする。或いは、アンモニア、過酸化物、及び水の混合物（ＮＨ4ＯＨ＋Ｈ2Ｏ2＋Ｈ2Ｏ）が使用されてもよい。湿式エッチング剤は、テンプレート裏面の誘電体開口部を介して犠牲層に到達することによって、犠牲ＧｅxＳｉ1-x層を選択的に除去する。このプロセスは、六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ基板を離型し、それは次に、後に続く３−Ｄ ＴＦＳＣ製作に使用されてもよい。テンプレート裏面開口部は、裏面誘電体を必要とせずにシリコン裏面に直接形成されてもよいことに留意されたい。
図７５は、エピタキシャル・シリコン処理を使用せずに、層離型処理を使用してポリシリコン又は非晶質シリコンで作られた裏面基層を備えた自己支持型六角プリズム単一アパーチャ３−Ｄ薄膜ポリシリコン又は非晶質シリコンＴＦＳＣ基板を製作するための、プロセス・フロー５２０の一実施例を示す。非晶質シリコン又はポリシリコン層は、任意に、フローの一部としてレーザー結晶化を使用して結晶化されてもよい。このプロセス・フローは、ＳｉＯ2などの誘電体犠牲層（ＬＰＣＶＤを使用して堆積させるか、若しくは熱成長させる）を、シリコン吸収体層のための等角非晶質シリコン又はポリシリコン堆積と併せて使用する。工程５２２（基板を提供する）は図７４の工程５１２に相当する。工程５２４（等角犠牲層を堆積させる）は図７３の工程４９４に相当し、工程５２６（ブランケット堆積）は工程４９６に相当する。シリコン厚さは、深いトレンチがシリコンで完全に充填されるとともに、浅い（より幅広の）表面付近のトレンチが側壁上にシリコンを受け入れ、且つそれらの中央領域が自己整合性の比較的浅い六角形トラフ又はトレンチを有して残されるように設定されることに留意されたい。工程５２８は、ＬＰＣＶＤ又はＰＥＣＶＤによって頂部上に任意の薄いシリコン窒化物誘電体層を堆積させて、シリコン層の保護キャップとして役立たせることを伴う。一実施例では、この層は１００〜１０００ナノメートルである。工程５３０（基板離型）は図７３の工程５００に相当する。テンプレート裏面誘電体開口部を介して犠牲層に到達することによって、湿式エッチング剤は、犠牲ＧｅxＳｉ1-x層（又は多孔質シリコン犠牲層）を選択的に除去することに留意されたい（裏面開口部は、テンプレート裏面上の誘電体を全く使用せずに、テンプレート基板の裏面に直接形成されてもよいことに留意されたい）。このプロセスは、六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ基板をテンプレートから離型する。任意の工程５３２は、離型された３−Ｄ薄膜非晶質シリコン又はポリシリコン基板のレーザー結晶化を施して、大粒径ポリシリコン微細構造を形成することを伴う。シリコンを取り囲むシリコン窒化物層は、保護キャップとして役立つ。次に、窒化物層は選択的に剥離される。次に、六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ基板は後に続く３−Ｄ ＴＦＳＣ製作に使用されてもよい。
本開示の様々な六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ基板の製作方法を記述するため、多数の実施例を図６７〜７５に示しているが、示される実施例は、全体的な概念、設計、実施例、及び方法論に基づいて、追加のプロセス・フロー及び変形例を展開するのに使用されてもよい。
図７６〜８０は、裏面基層を有さない六角プリズム二重アパーチャ３−Ｄ ＴＦＳＣ基板を製作するためのいくつかの重要なプロセス工程を経過する間の、ウェハ貫通トレンチ２１２を有するテンプレートの１つのプリズム単電池の進展のＹ−Ｙ断面図を示す。これらの図面で概説されるプロセス・フローは、上述の関連するプロセス・フロー実施例に基づいて、ブランケット及び選択的エピタキシャル成長の両方を使用することを含む。テンプレート表面及び裏面上に誘電体スタックを有して示しているが、ブランケット・エピタキシャル堆積を使用するプロセス・フローは、テンプレート表面上の誘電体スタックを使用せずに進行してもよい。
図７６は、薄い犠牲層（エピタキシャルＧｅxＳｉ1-x又は多孔質シリコン）５４８を堆積させ、次にブランケットｉｎ−ｓｉｔｕドープ（例えば、ｐ型基部の場合ボロン・ドープ）エピタキシャル・シリコン層５５２を堆積させた後の、ウェハ貫通トレンチ２１２を備えたテンプレートのＹ−Ｙ断面図５４０を示す。誘電体頂部ハード・マスク層は、Ｓｉ3Ｎ4の第１の頂部ハード・マスク層５４２、その下のＳｉＯ2の第２の頂部ハード・マスク層５４４、及びその下のテンプレート表面５４６で構成される。犠牲層５４８は、側壁５５０上と、テンプレート表面５４６（表面誘電体５４２の表面上に形成されている）上との両方に薄い層を形成する。この犠牲層５４８は、ｉｎ−ｓｉｔｕドープ（ボロン・ドープ）エピタキシャル・シリコン５５２とテンプレートとの間に薄い層（例えば、厚さ１００〜２０００ナノメートル）を形成する。
図７７は、制御されたシリコン・エッチングを施して、ｐ型シリコン・エピタキシャル層５５２をテンプレートの頂部のみから除去した後の図５６０を示す。図７８は、選択性の高い湿式エッチング・プロセスを施して、図７７に示される犠牲層５４８（ＧｅxＳｉ1-x又は多孔質シリコン又は別の適切な層）を除去した後のテンプレート図５７０を示す。犠牲層５４８の除去により、テンプレートとｐ型シリコン・エピタキシャル層（即ち、３−Ｄ ＴＦＳＣ基板）５５２との間にギャップ５７２が形成されて、３−Ｄ ＴＦＳＣ基板をテンプレートから離型し除去することが可能になる。基板５５２の離型は、犠牲層５４８の選択的湿式エッチングの間に、超音波攪拌及び／又は磁気的に結合したエッチング剤の攪拌によって容易にされてもよい。図７９は、ｐ型シリコン・エピタキシャル層５５２を剥離した後のテンプレートの図５８０を示す。テンプレート２１０（図１７を参照）は、多数回の再使用サイクルに使用できるようになっている。
図８０は、３つの断面図を示す。図５９０は、多数のプリズム単電池が示される、図７９に示されるテンプレートの拡大Ｙ−Ｙ断面図を示す。図５９２は、図５９０に示されるテンプレートから離型した後の、六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ基板５５２のＹ−Ｙ断面図を示す（エミッタ側を下にしている）。ベース側及びエミッタ側はそれぞれ、上面側及び裏面側に示されていることに留意されたい。図５９４は、図５９０に示されるテンプレートから離型した後の、六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ基板５５２のＹ−Ｙ断面図（図５９２と比べて上下を逆にした図）を示す。エミッタ側及びベース側はそれぞれ、上面側及び裏面側に示されていることに留意されたい。
図８１〜８４は、裏面基層を有さない六角プリズム二重アパーチャ３−Ｄ ＴＦＳＣ基板を製作するためのいくつかの重要なプロセス工程を経過する間の、ウェハ内トレンチ２３２を備え、テンプレート表面又はテンプレート裏面上に誘電体層を有さない、テンプレート内の１つのプリズム単電池の進展のＹ−Ｙ断面図を示す。これらの図面で概説されるプロセス・フローは、上述の関連するプロセス・フロー実施例に基づいて、ブランケット及び選択的エピタキシャル成長の両方を使用することを含む。
図８１は、誘電体頂部マスク層又は誘電体裏面マスク層を有さないウェハ内トレンチ２３２を備えたテンプレート３１０の変形例（図２６を参照）のＹ−Ｙ断面図６００を示す。深いトレンチは、リソグラフィ・パターニング及び深堀りＲＩＥ（ＤＲＩＥ）を使用して形成されてもよい。図８２は、比較的薄い（例えば、２００〜２０００ナノメートル）犠牲層５４８（エピタキシャルＧｅxＳｉ1-x又は多孔質シリコン又は別の適切な材料）、及びｉｎ−ｓｉｔｕドープ（ｐ型ベースの場合はボロン・ドープ、又はｎ型ベースの場合はリン・ドープ）エピタキシャル・シリコン層５５２を堆積させて、六角プリズム・トレンチを充填した後の図６１０を示す。図８３は、テンプレート表面上のｉｎ−ｓｉｔｕドープ（ｐ型ベースの場合はボロン・ドープ）エピタキシャル・シリコン層５５２の制御されたプラズマ又は湿式エッチングを施して、表面犠牲層５４８の上若しくは中でエッチングを終了又は停止した後の図６２０を示す。図８４は、犠牲層５４８（エピタキシャルＧｅxＳｉ1-x又は多孔質シリコン）の選択性の高い湿式エッチングを施して、六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ基板５５２を離型した後の図６３０を示す。埋め込まれたシリコンの側壁５５２を備えた二重アパーチャ３−Ｄ ＴＦＳＣ基板は、テンプレートから分離し除去することができるようになっている。
図８５〜８８は、裏面基層を有さない六角プリズム二重アパーチャ３−Ｄ ＴＦＳＣ基板を製作するためのいくつかの重要なプロセス工程を経過する間の、ウェハ貫通トレンチ２１２と裏面層２１４とを備え（トレンチはテンプレートの体積を貫通し、支持する裏面の誘電体層２１４上で終端する）、テンプレート表面上に誘電体を有さない、テンプレート３３０（図２８を参照）のＹ−Ｙ断面図を示す。やはり、この製作プロセス・フローに使用されるフローは、上記に概説した実施例の１つに基づく。
図８５は、頂部ハード・マスク層は有さないが、裏面の機械的支持層２１４は有する、ウェハ貫通トレンチ２１２を備えたテンプレート３３０の変形例のＹ−Ｙ断面図６４０を示す。図８６は、比較的薄い犠牲層５４８（エピタキシャルＧｅxＳｉ1-x又は多孔質シリコン又は別の適切な材料）、及びｉｎ−ｓｉｔｕドープ（ｐ型ベースの場合はボロン・ドープ・エピタキシャル）エピタキシャル・シリコン層５５２を形成した或いは堆積させた後の図６５０を示す。図８７は、テンプレート表面上のエピタキシャル・シリコン層５５２の制御されたプラズマ又は湿式エッチングを施して、表面犠牲層５４８の上若しくは中でエッチングを終了又は停止した後の図６６０を示す。図８８は、犠牲層５４８（エピタキシャルＧｅxＳｉ1-x又は多孔質シリコン）の選択性湿式エッチングを施して、六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ基板５５２を離型した後の図６７０を示す。埋め込まれたシリコンの側壁５５２を備えた二重アパーチャ３−Ｄ ＴＦＳＣ基板は、テンプレートから分離し除去することができるようになっている。
図８９〜９３は、裏面基層を有する六角プリズム単一アパーチャ３−Ｄ ＴＦＳＣ基板を製作するための重要なプロセス工程を経過する間の、ウェハ内六角プリズム・トレンチ２３２を備え、テンプレート表面上に誘電体を有さず、任意の裏面層２１４を備えたテンプレート３００（図２５を参照）（テンプレートは、表面及び裏面の誘電体層を全く有さずに製作されてもよい）のＹ−Ｙ断面図を示す。やはり、この製作プロセス・フローに使用されるフローは、上記に概説した実施例の１つに基づく。
図８９は、薄い（例えば、厚さ２００〜２０００ナノメートル）犠牲層５４８（エピタキシャルＧｅxＳｉ1-x又は多孔質シリコン又は別の適切な材料）、及びｉｎ−ｓｉｔｕドープ（ｐ型ベースの場合はボロン・ドープ）エピタキシャル・シリコン層５５２を堆積させた後の図６８０を示す。エピタキシャル・シリコン堆積プロセスは、頂部付近の比較的浅いトラフ（トレンチ）を残したままトレンチを充填する（空隙を有さないトレンチ充填）。これは、より深い／より狭いトレンチがエピタキシャル・シリコンで完全に充填された後であって、テンプレート表面上のより幅広の／より浅いトレンチを充填する前に、エピタキシャル堆積プロセスを停止することによって行ってもよい（したがって、高さ（Ｌ）６８２及び幅（Ｗm）６８４のより浅いトラフと併せて厚さ（Ｗf）６８６の頂部エピタキシャル・シリコン層を形成する）。図９０は、犠牲層５４８の選択性の高いエッチングを施して、ギャップ６９２を形成し、その結果、３−Ｄ ＴＦＳＣ基板５５２をテンプレートから離型し除去できるようにした後の、図８９のテンプレートの図６９０を示す。図９１及び９２は、図９０の離型された基板５５２のＹ−Ｙ断面図７００及び７１０を示す。離型された基板５５２はベース側７０２、エミッタ側７０４を有する。基板５５２は、Ｔst ７０６（六角プリズムの垂直側壁のベース側付近のシリコン側壁厚さ）、Ｔsb ７０８（六角プリズムの垂直側壁のエミッタ側付近のシリコン側壁厚さ）、六角プリズム高さ７１０、及び先細状の六角プリズムＴＦＳＣ基板側壁７１２の寸法を有する。図９１の図７００を参照すると、ベース側７０２は頂部上に示され、エミッタ側７０４は底部（テンプレートから離型されたＴＦＳＣ基板）上に示されている。図９２の図７１０では、ベース側７０２は底部上に示され、エミッタ側７０４は頂部上に示されている。図９３は、裏面基層を備えた埋め込まれた六角プリズム単一アパーチャ３−Ｄ ＴＦＳＣ基板を離型し分離／除去した後の、図９０に示されるテンプレートのＹ−Ｙ断面図７２０を示す（図２５のテンプレート３００を参照）。テンプレート３００は多数回の再使用サイクルに使用できるようになっている。
図９４〜９６は、基部が正方形の角錐（三角形キャビティ状断面として示される）の裏面離型チャネル３７３を有して、離型エッチング剤がテンプレート裏面からアクセスし、その後に３−Ｄ ＴＦＳＣ基板を離型することが可能になっている、図４４のテンプレート３７０のＹ−Ｙ断面図を示す。図９４は、適切な犠牲層２４８（多孔質シリコン、シリコン・ゲルマニウム、又は別の適切な材料で作られた）を形成した後の図７２１を示す。ウェハ貫通小径（例えば、５００〜５０００ナノメートル）穴３７７が、多孔質（微孔質又はメソ孔質）シリコンによって狭窄していることに留意されたい。多孔質シリコン犠牲層は、ｐ型シリコンの薄い等角層をエピタキシャル堆積し、続いてそれを多孔質シリコンに変換することによって（或いは、テンプレートの薄い表面層を犠牲多孔質シリコンに直接変換することによって）形成されてもよい。図９５は、ｉｎ−ｓｉｔｕドープ（例えば、ｐ型ベースの場合はボロン・ドープ）シリコン５５２をエピタキシャル堆積した後の図７２２を示す。この工程は、深いトレンチを充填し、エピタキシー充填した深いトレンチの上に積み重ねられた浅いトラフ／トレンチを形成してもよい。図９６は、犠牲多孔質シリコン層２４８の選択的湿式化学エッチング（例えば、ＨＦ／Ｈ2Ｏ2若しくはＴＭＡＨ、又は多孔質シリコンに適した別の適切な選択的エッチング剤中で）を施して、３−Ｄ ＴＦＳＣ基板５５２をテンプレート３７０から離型し除去した後の図７２３を示す。
図９７〜９９は、基部が正方形の（長方形の）裏面離型チャネル３８１を有して、エッチング剤がテンプレート裏面からアクセスし、その後に３−Ｄ ＴＦＳＣ基板を離型することが可能になっている、図５３のテンプレート３８０のＹ−Ｙ断面図を示す。図９７は、多孔質シリコンの薄い犠牲層２４８を形成した後の図７２４を示す。ウェハ貫通小径穴３７７が、多孔質（微孔質又はメソ孔質）シリコンによって狭窄していることに留意されたい。図９８は、ｉｎ−ｓｉｔｕドープ・シリコン５５２をエピタキシャル堆積した後の図７２５を示す。この工程は、深いトレンチを充填し、エピタキシー充填した深いトレンチの上に積み重ねられた浅いトラフ／トレンチを形成してもよい。図９９は、犠牲多孔質シリコン層２４８の選択的湿式化学エッチング（例えば、ＨＦ／Ｈ2Ｏ2若しくはＴＭＡＨ、又は別の適切な選択的エッチング剤中で）を施して、３−Ｄ ＴＦＳＣ基板５５２をテンプレート３７０から離型した後の図７２６を示す。
図１００〜１０２は、トレンチの底部と位置合わせされた裏面離型チャネル３９０を有して、裏面エッチング剤がアクセスし、その後に３−Ｄ ＴＦＳＣ基板を離型することが可能になっている、図６４のテンプレート３７０のＹ−Ｙ断面図を示す。図１００は、多孔質シリコンの薄い（且つ比較的等角の）犠牲層２４８の層を形成した後の図７２７を示す。図１０１は、ｉｎ−ｓｉｔｕドープ・シリコン５５２をエピタキシャル堆積した後の図７２８を示す。この工程は、深いトレンチを充填し、エピタキシー充填した深いトレンチの上に積み重ねられた浅いトラフ／トレンチを形成してもよい。図１０２は、犠牲多孔質シリコン層２４８の選択的湿式化学エッチング（例えば、ＨＦ／Ｈ2Ｏ2若しくはＴＭＡＨ、又は別の適切な選択的湿式エッチング剤中で）を施して、３−Ｄ ＴＦＳＣ基板５５２をテンプレート３７０から離型し除去した後の図７２９を示す。
以下の項では、３−Ｄ ＴＦＳＣの製作における３−Ｄ ＴＦＳＣ基板の使用について記載する。図１０３は、周辺の平面のシリコン・フレーム７３２を備えた六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣの平面図７３０を示す。フレーム７３２の表面は、表面３−Ｄ ＴＦＳＣ相互接続部としても使用されてもよく、また、電池底部（モジュール組立ての際）にある電池エミッタへの接点を作るため、ラップ・スルー又はラップ・アラウンド・エミッタの金属化を生じさせるのに使用されてもよい。フレーム７３２は、頂部の六角形エミッタ接点に沿って金属化され、六角形エミッタ接点に電気的に接続される。フレーム７３２は、３−Ｄ ＴＦＳＣ基板と同じ厚さを有してもよく、又はそれよりもはるかに厚くてもよい。一実施例では、フレーム幅７３４は５〜５００ミクロンである。六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ基板は、六角プリズム単電池７３６で構成される。一実施例では、六角プリズム単電池の側壁を形成するシリコン膜の幅７３８は、好ましくは２〜３０ミクロン、より好ましくは２〜１０ミクロンである。一般的には、大面積３−Ｄ ＴＦＳＣ上には数千〜数百万の六角プリズム単電池７３６がある。一実施例では、フレーム長さ（Ｓ）７４０は、１２５〜２００ミリメートル超（例えば、２１０ｍｍ×２１０ｍｍ）の範囲である。本開示の六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ基板は、薄いシリコン・フレーム又は厚いシリコン・フレームを有するか、或いは周辺フレームを全く有さなくてもよい。
図１０４Ａ及び１０４Ｂは、図１０３に示されるような３−Ｄ ＴＦＳＣの３−Ｄ ＴＦＳＣ基板の顕微鏡像を示す。図１０４Ａは、基層を有さない二重アパーチャＴＦＳＣ基板の図を示し、図１０４Ｂは、基層を有する単一アパーチャＴＦＳＣ基板の図を示す。それに加えて、図１０５Ａは、ＴＦＳＣ製作前の、薄いシリコン・フレーム７５２を有するが、裏面基層は有さない自己支持型六角プリズム二重アパーチャ３−Ｄ ＴＦＳＣ基板のＹ−Ｙ断面図７５０を示す。この実施例では、薄いシリコン・フレーム７５２は、３−Ｄ ＴＦＳＣ基板と同じ厚さの正方形であり、シリコン・フレーム幅７３４は５０〜２５０ミクロンである。最終的な３−Ｄ ＴＦＳＣ基板は、約１２５ｍｍ×１２５ｍｍ〜２００ｍｍ×２００ｍｍ超の範囲の寸法を有する正方形であってもよい。
図１０５Ｂは、厚いシリコン・フレームを有さない六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣに対するエミッタ及びベース金属接点を示す、ＴＦＳＣ製作後の図１０５Ａの基板の図７６０を示す。薄いシリコン・フレームは、また、モジュール組立てを容易にするため（モジュールに対する電池エミッタ及びベース接点を電池裏面から作る）、ラップ・アラウンド（代わりにラップ・スルーにされてもよい）エミッタ接点を示している。薄いシリコン・フレーム延長部は３−Ｄ基板製作プロセスの間に行われてもよい。例えば、薄いフレームは、六角プリズム構造がテンプレート内に形成されるときに、シリコン堆積プロセスによって作られてもよい。自己整合性の周辺表面接点７６２は、フレーム縁部（分配された自己整合性エミッタ接点７６４に接続されている）の３−Ｄ ＴＦＳＣ六角形表面エミッタ接点に接続されている。自己整合性エミッタ接点７６４は、ローラー・コーティング、液浸コーティング、又は噴霧コーティングによって形成され、パッシベーション層（窒化物若しくは酸化物／窒化物のスタック）を介して焼成されてもよい。或いは、自己整合性エミッタ接点７６４は選択的めっきプロセスを使用して形成されてもよい。自己整合性ラップ・アラウンド・エミッタ接点は薄いシリコン・フレーム上にある（ラップ・アラウンド接点はラップ・スルー接点と置き換えられてもよい）。表面及び裏面両方の接点は、自動モジュール組立てのため、電池の裏面上でアクセス可能である。
図１０６Ａは、厚い周辺シリコン・フレーム７７２を有する自己支持型六角プリズム二重アパーチャ３−Ｄ ＴＦＳＣ基板のＹ−Ｙ断面図７７０を示す。図１０６Ｂは、エミッタ及びベース金属接点の金属を示す、単電池製作後の図１０６Ａの基板の図７８０を示す。厚いＳｉフレームは、また、モジュール組立てを容易にするため、自己整合性ラップ・アラウンド・エミッタ接点金属７６２（薄いシリコン・フレーム７７２上）を示す（ラップ・アラウンド接点は、ラップ・スルー接点と置き換えられてもよい）。厚いシリコン・フレームは、低コストシリコン・ウェハで別個に作られ（例えば、ウェハからのレーザー切断）、次に、適切な技術によって六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ基板に取り付けられてもよい。例えば、取付けは、フレームを六角プリズム構造に封止するため、又は電子ビーム溶接などによって、エピタキシャル・シリコン堆積プロセスの間になされてもよい。本開示の六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ製作プロセス・フローは、ローラー・コーティング、噴霧コーティング、又は液浸コーティングを利用し、次に、固体ドーパント層及び金属層（後者は、ファイア・スルー金属化を使用する単電池製作プロセス・フローの実施例向け）の自己整合性形成のため、熱若しくはＵＶ硬化を利用する。プロセス・フロー実施例の１つでは、ローラー・コーティング（又は噴霧コーティング若しくは液浸コーティング）プロセスは、また、六角形リッジからの制御された誘電体エッチングに使用されてもよい。また、自己整合性の裏面六角形ベース接点７８４（ローラー・コーティング、インク浸漬コーティング（ｄｉｐ−ｉｎｋ−ｃｏａｔｅｄ）、又は噴霧コーティングされ、ファイア・スルーを施された、窒化物若しくは酸化物／窒化物スタックなどのパッシベーション層）が示される。表面エミッタ金属化接点及び裏面ベース接点は両方とも、自動モジュール組立てのため、電池の裏面上でアクセス可能である。
図１０７は、複数のプリズム単電池を示す、規則的な（等辺の）六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ基板の概略拡大平面図７９０を示す。各六角形単電池７３６は、六角形単電池の境界点（Ｈ1、Ｈ2、Ｈ3、Ｈ4、Ｈ5、及びＨ6）７９２、７９４、７９６、７９８、８００、及び８０２を含む。図１０７は、六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ基板側壁８０４、単電池六角形の長い対角寸法（ｄ）８０６、及び六角形の単電池の短い対角寸法（ｈ）８０８を示す。一実施例では、六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ基板側壁８０４は厚さ２〜３０ミクロンである。
図１０８は、六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ基板が頂部（エミッタ）の開いたアパーチャ８１２及び裏面（基部）アパーチャ（図示なし）を有する、テンプレートから離型した後の六角プリズム二重アパーチャ３−Ｄ ＴＦＳＣ基板の図８１０を示す。頂部リッジ８１４は、ｎ++エミッタ拡散及び接点金属に使用され、裏面リッジ８１６は、ｐ++ベース拡散及び接点金属に使用される。図１０９Ａは、図１０８に示される六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ基板のＹ−Ｙ断面図８２０を示す。３−Ｄ ＴＦＳＣ基板は、高さ８２４（一般的に１００〜３５０ミクロンの範囲内の値）を有することに留意されたい。図１０９Ｂは、図１０８に示される六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ基板のＺ−Ｚ断面図８３０を示す。Ｚ−Ｚ図は、幅ｄ／２（六角形アパーチャの長い対角径に比べて）の薄膜壁８３２を示すことに留意されたい。
図１１０は、六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ基板裏面８１６が比較的平坦な平面薄膜８４２（裏面基層）にモノリシック的に接続された、六角プリズム単一アパーチャ８１２の３−Ｄ ＴＦＳＣ基板の概略図８４０を示す。図１１１Ａは、図１００に示される裏面基層を有する六角プリズム単一アパーチャ３−Ｄ ＴＦＳＣ基板のＹ−Ｙ断面図８５０を示す。図１１１Ｂは、図１１０に示される六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ基板のＺ−Ｚ断面図８６０を示す。これらの図面は、また、裏面基層８４２にモノリシック的に取り付けられた六角形の薄いシリコン壁８０４を示す。
図１１２は、参照のため、単電池プリズム側壁面積、六角形プリズム単電池アパーチャ面積、及び側壁と平面の基部との比の計算とともに、六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ基板からの単一の単電池７３６の図８７０を示す。これらの計算は、裏面基層を有する場合と有さない場合との、単一アパーチャ及び二重アパーチャ両方のタイプの六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ基板について行われる。単電池六角形の長い対角寸法（ｄ）８０６は、約５０ミクロン〜約５００ミクロンの範囲内で選ばれてもよく、より一般的な値は１００〜２５０ミクロンの範囲内である。六角プリズムのアスペクト比（Ｈ／ｄ、即ち高さ８２４と長い六角形対角寸法８０６との比）は約０．５〜５の間のいずれかの値であってもよく、より一般的な値は１〜３である。シリコン膜厚Ｗ ７３８は、約１〜３０ミクロンの範囲内であってもよく、一般的な値は２〜１０ミクロンの範囲内である。点Ａ ８７２はＨ5 ８００とＨ6 ８０２との間の中間点である。点Ｂ ８７４はＨ2 ７９４とＨ3 ７９６との間の中間点である。
向かい合った単電池の点８７２と８７４との間の短い六角形対角距離（ｈ）は、次式のとおりである。
ｈ＝（√３／２）ｄ＝０．８６６ｄ
六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ基板の六角形の頂部（又は裏面）基部の平面表面積（Ｓhb）は、次式のとおりである。
Ｓhb＝［（３√３）／８］．ｄ2
六角プリズム単電池キャビティ壁の表面積（裏面の平面のシリコン層を有さない二重アパーチャ格子の場合）（Ｓhp）は、次式のとおりである。
Ｓhp＝３．ｄ．Ｈ
六角プリズム単電池キャビティ壁の表面積（裏面の平面のシリコン層を有する格子の場合）（Ｓhp）は、次式のとおりである。
Ｓhp＝３．ｄ．Ｈ＋［（３√３）／８］．ｄ2
裏面の平面のシリコン層を有さない二重アパーチャ六角プリズムＴＦＳＣ基板の場合、次式のとおりである。
Ｓhp／Ｓhb＝［８／√３］．（Ｈ／ｄ）
裏面の平面のシリコン層を有する単一アパーチャ六角プリズムＴＦＳＣ基板の場合、次式のとおりである。
Ｓhp／Ｓhb＝［８／√３］．（Ｈ／ｄ）＋１
以下の計算については、Ｗは、六角プリズム側壁シリコン膜厚であるものと仮定する。また、Ｗ／２は、裏面の平面のシリコン層を有する六角プリズムＴＦＳＣ基板のプリズム基部シリコン厚さであるものと仮定する。
裏面の平面のシリコン層を有さない二重アパーチャ六角プリズムのプリズム単電池当たりのシリコンの体積は、次式のとおりである。
Ｖhp＝３．ｄ．Ｈ（Ｗ／２）＝（３／２）ｄ．Ｈ．Ｗ
裏面の平面のシリコン層を有する単一アパーチャ六角プリズムのプリズム単電池当たりのシリコンの体積は、次式のとおりである。
Ｖhp＝（３／２）ｄ．Ｈ．Ｗ＋［（３√３）／８］．ｄ2（Ｗ／２）
プリズム側壁厚さがＷの六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ基板のシリコン体積Ｖhp／ＶF（若しくは質量Ｍhp／ＭF）と、ウェハ厚さがＷFの平面のシリコン・ウェハ又は膜の体積（若しくは質量）との比は、次式のとおりである（裏面の平面のシリコン層を有さない二重アパーチャ・ハニカム・プリズムＴＦＳＣ基板について示している）。
Ｖhp／ＶF＝Ｍhp／ＭF＝（４／√３）［（Ｈ／ｄ）．（Ｗ／ＷF）］
裏面の平面のシリコン層を有する単一アパーチャ・ハニカム・プリズムＴＦＳＣ基板の場合の比は、次式のとおりである。
Ｖhp／ＶF＝Ｍhp／ＭF＝（４／√３）［（Ｈ／ｄ）．（Ｗ／ＷF）］＋［Ｗ／（２．ＷF）］
図１１３及び１１４は、上述の計算の重要な結果を説明する助けとなる。図１１３は、裏面基層を有するＴＦＳＣ及び有さないＴＦＳＣの、六角プリズム面積比のグラフを示す。Ｙ軸は、六角プリズム単電池のアパーチャ面積と六角プリズム単電池基部面積との比である。Ｘ軸は、六角プリズム単電池高さと単電池基部対角寸法との比（Ｈ／ｄ、即ち単電池アスペクト比）である。図１１４は、裏面基層を有する３−Ｄ ＴＦＳＣ基板及び裏面基層を有さない３−Ｄ ＴＦＳＣ基板の六角プリズム質量比を示す。Ｙ軸は、ハニカム・プリズム基板のシリコン質量と平面シリコン・ウェハの質量との比である。Ｘ軸は、ハニカム・プリズム側壁厚さと平面シリコン・ウェハの厚さとの比である。
図１１３及び１１４は、六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ基板を、標準的な平面シリコン・ウェハと比べて、はるかに大きな太陽光吸収表面積を有する（光捕捉／閉じ込めを容易にする３−Ｄ構造と併せて）とともに、消費するシリコン体積がはるかに少ない（且つ、その結果、シリコン質量がはるかに少ない）ように設計することができることを示す。
裏面平坦層を有さない六角プリズムＴＦＳＣ基板の場合、単電池吸収体シリコンの体積（又は質量）の合計は、単電池プリズム側壁の体積（又は質量）の半分である。これは、側壁の体積又は質量の半分のみが各単電池に属するためである。裏面平坦層を有する六角プリズムＴＦＳＣ基板の場合、単電池吸収体の体積（又は質量）の合計は、単電池プリズム側壁の体積（又は質量）の半分と裏面基層の体積（又は質量）との合計を含む。
図示されるように、本開示の３−Ｄ薄膜六角プリズムＴＦＳＣ基板の設計は、一般的に厚さが２００ミクロン超のウェハを使用する現行の最先端の太陽電池シリコン・ウェハに比べて、大幅に少ないシリコン体積（又は質量）を有する。これは、単電池のアスペクト比（Ｈ／ｄ）が３未満の設計について特に当てはまる。所与の薄いシリコン膜厚さ及び基板サイズの場合、六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ基板に使用されるシリコン材料（合計のシリコン表面積、体積、又は質量によって測定したもの）は、同じ寸法の共面（平面）基板よりも多い。しかし、使用されるシリコンの量は、標準的な結晶シリコン（ｃ−Ｓｉ）ウェハ太陽電池に使用されるシリコンの量よりも大幅に少ない。本開示の六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣが消費するシリコンは、標準的なｃ−Ｓｉウェハ太陽電池の３分の１から１０分の１未満である。
３−Ｄ薄膜六角プリズム電池構造内の効率的な光捕捉／閉じ込めと、合理的な（即ち、過度でない）面積拡大率Ｓhp／Ｓhbで非常に低い有効表面反射率を達成するため、プリズムのアスペクト比Ｈ／ｄは１〜３の範囲内であってもよい。
本開示の３−Ｄ ＴＦＳＣ基板単電池構造の一実施例は、規則的な六角プリズム単電池（等辺の六角形断面又はリッジを有する）であり、本開示は、また、様々な多角形プリズム単電池アパーチャ設計を有する、広範囲の他の３−Ｄプリズム単電池の幾何学的設計を網羅する。プリズム・アレイは、単一の多角形プリズム単電池の均一なアレイ、又は複数の多角形プリズム単電池の混成（２つ以上）であってもよい。
図１１５Ａ〜１２１Ｃは、様々な単電池プリズムの幾何学的設計及び配置を有するいくつかの３−Ｄ多角形プリズムＴＦＳＣ基板の実施例を示す。図１１５Ａは、六角形単電池の角度が互いに等しくない、又は１２０°のプリズム設計の平面図８８０を示す。図１１５Ｂは、等辺三角形プリズム単電池のプリズム設計の平面図８９０を示す。図１１６Ａは、不等辺三角形プリズム単電池のプリズム設計の平面図９００を示す。図１１６Ｂは、交互になった等辺三角形プリズム単電池のプリズム設計の平面図９１０を示す。図１１７Ａは、食い違わせた平行四辺形プリズム単電池のプリズム設計の平面図９２０を示す。図１１７Ｂは、平行四辺形プリズム単電池のプリズム設計の平面図９３０を示す。図１１８Ａは、整列させた正方形プリズム単電池のプリズム設計の平面図９４０を示す。図１１８Ｂは、ずらした正方形プリズム単電池のプリズム設計の平面図９５０を示す。図１１９Ａは、整列させた長方形プリズム単電池のプリズム設計の平面図９６０を示す。図１１９Ｂは、ずらした長方形プリズム単電池のプリズム設計の平面図９７０を示す。図１２０Ａは、台形プリズム単電池のプリズム設計の平面図９８０を示す。図１２０Ｂは、交互になった台形プリズム単電池のプリズム設計の平面図９９０を示す。図１２１Ａは、五角形と平行四辺形を混成したプリズム単電池のプリズム設計の平面図１０００を示す。図１２１Ｂは、六角形と三角形を混成したプリズム単電池のプリズム設計の平面図１０１０を示す。図１２１Ｃは、八角形と正方形を混成したプリズム単電池のプリズム設計の平面図１０２０を示す。
これらの代替ＴＦＳＣ設計に加えて、他の多くの多角形プリズム並びに他の非多角形プリズムの単電池設計（例えば、円筒形プリズム、楕円形プリズムなど）が、本開示によって網羅される。一般に、本開示の３−Ｄ ＴＦＳＣ基板は、太陽電池製作のための軽量で表面積を拡大したＴＦＳＣ基板を作成するように配置された、１つ又は複数のプリズム単電池のあらゆるアレイを網羅する。一般的には、数百万（又はわずかに数千）のこれらのプリズム単電池が大面積（例えば、２１０ｍｍ×２１０ｍｍ）３−Ｄ ＴＦＳＣ基板を形成する。一実施例では、３−Ｄ ＴＦＳＣ基板膜厚は、１〜３０ミクロンの範囲内、好ましくは２〜１０ミクロンの下限範囲内である。これは、現行の最先端のシリコン太陽電池ウェハ厚さ（約２００ミクロン）よりも薄い（約２０分の１〜１００分の１）。
図１２２〜１３３は、裏面基層を有するものと有さないものの、単一アパーチャ及び二重アパーチャ六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣを製作するための多数のプロセス・フローの実施例を示す。具体的には、図１２２〜１２７は、裏面基層を有さない二重アパーチャ六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣを製作するための本開示の６つの異なるプロセス・フローの実施例を示す。図１２８〜１３３は、裏面基層を有する単一アパーチャ六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣを製作するための本開示の別の６つの異なるプロセス・フローの実施例を示す。これらのプロセス・フローの実施例は、シリコンに基づくＴＦＳＣを製作することについて概説されるが、全体的な概念及び方法論は、拡張され、他のホモ接合及びヘテロ接合半導体材料（多重結晶シリコン、多結晶シリコン、ＣＩＧＳなど）に適用されてもよい。図示されるプロセス・フローは、３−Ｄ ｃ−Ｓｉ ＴＦＳＣを製作するためのものであるが、実施例は、ポリシリコン、非晶質シリコン、及び／又は多重結晶シリコン膜を使用してシリコンに基づくＴＦＳＣを製作するように、容易に調節し修正することができる。
図１２２は、裏面基層を有さない二重アパーチャ六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣを製作するための第１のプロセス・フロー１０３０を記載している。このフローチャートは、自己整合性ファイア・スルー金属化を使用して六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣを製作し、任意の選択的銀（銀）又は選択的銅（銅）めっきプロセスの後に、任意に成膜ガス・アニーリング（ＦＧＡ）プロセスが行われるプロセス・フローを記載している。このプロセス・フローは、ローラー・コーティング（又は、噴霧コーティング、インクジェット噴霧コーティング、若しくは液浸コーティング）と、ドーパントの液体又はペースト及び金属材料の硬化とを使用して、選択的にドープしたエミッタ領域並びにエミッタ及びベース接点金属化領域を形成する。この実施例では、高濃度ｎ++（リン）ドープ・エミッタ接点領域（後に続くエミッタ接点金属化のため）は、六角プリズム頂部リッジの上に形成（熱アニーリング後）された、硬化した固体リン・ドーパント源層を使用することによって形成され、高濃度ｐ++ドープ・ベース接点領域は、ファイア・スルー金属化プロセスの間のシリコンのアルミニウム・ドーピング（硬化したアルミニウム液体／ペースト層でコーティングされた裏面六角形リッジ上）によって形成される。
図１２２を参照すると、工程１０３２は、開いた頂部及び裏面アパーチャを有する（即ち、裏面の平面のシリコン基層は有さない）、二重アパーチャ３−Ｄ ＴＦＳＣ基板から（例えば、ＴＦＳＣ基板製作の間のｉｎ−ｓｉｔｕ ｐ型ベース・ドーピングから）始まる。工程１０３４では、３−Ｄ基板の頂部部分及び裏面部分はそれぞれ、液体源からの、ｎ型ドーパント（例えば、リン含有液体又はペースト）及び非ドープ・キャッピング誘電体シーラント（例えば、酸化物）で選択的にコーティングされる。一実施例では、これらのコーティングは、３−Ｄ ＴＦＳＣ基板の各面上で高さ２〜１０ミクロンであり、ｎ型ドーパントはリンである。基板の裏面部分（裏面六角形リッジ）は、酸化物などの非ドープ・キャッピング誘電体シーラントで選択的にコーティングされる。これらのコーティングは、液体源又はペースト源を使用して塗布される。様々なコーティング実施例としては、ペースト源／液体源を使用する自己整合性両面ローラー・コーティング、制御された液体源深さでの制御された浸漬による液浸コーティング、インクジェット・コーティング、噴霧コーティング、又は別の適切なコーティング方法が挙げられる。次に、ドーパント源及び酸化物層は、フラッシュＩＲランプ又は紫外線を使用して、１５０℃〜４００℃で乾燥され硬化される。工程１０３６は、自己整合性選択エミッタ接合及び高濃度ドープ・エミッタ接点の形成を伴う。頂部の高濃度ドープｎ++ｐエミッタ接点及びハニカム・プリズム側壁のｎ+ｐ選択エミッタ接合は、熱アニーリング・プロセス（一実施例では、８００℃〜９５０℃で）によって同時に形成される。乾燥／硬化及びエミッタ・アニーリングは両方とも、ベルト炉内で連続して行われてもよい。一実施例では３−Ｄ基板の対又はスタックが向かい合わせに接触して配置される３−Ｄ ＴＦＳＣ基板は、ｎ+選択エミッタ接合のガス相ドーピング形成を容易にするため、加熱したベルト炉内でアニーリングされてもよい。裏面キャップ誘電体（例えば、酸化物）コーティングは、ベース接点領域のリン・ドーピングを防ぐ。工程１０３８は、表面パッシベーション及び反射防止コーティング（ＡＲＣ）を伴う。最初に、頂部ドーパント源層、裏面非ドープ酸化物層、及び自然酸化物を、フッ化水素酸又は別の適切なエッチング剤（例えば、希ＨＦ）を使用して剥離する。次に、薄い酸化物層を、一実施例では水蒸気酸化によって成長させる。一実施例では、この層は３〜３００ナノメートルであり、８００℃〜９５０℃で行われる。次に、パッシベーション及びＡＲＣ層をＰＥＣＶＤ又はＰＶＤによって堆積させるとともに、プリズム頂部（エミッタ側）及び選択エミッタ側壁上にコーティングを形成する（ベース側上のコーティングは任意である）。一実施例では、この層は、３〜１５０ナノメートル（好ましくは５０〜１００ナノメートル）のＳｉＮx又はＡｌＯxである。ＰＥＣＶＤ ＳｉＮx又はＡｌＯxは、また、３−Ｄ ＴＦＳＣ基板のＨパッシベーションを提供する。一実施例では、拡散／酸化工程により、それぞれ８０〜１５０Ω／□及び１０〜７０Ω／□という、選択エミッタ接合及びエミッタ接点のシート抵抗値が得られる。工程１０４０は、自己整合性金属化（金属コートの塗布）を伴う。基板の頂部部分は、自己整合性の液浸コーティング、ローラー・コーティング、インクジェット・コーティング、又は噴霧コーティングを使用して、金属（一実施例では、銀）ペースト又は液体で選択的にコーティングされる（ドーパント源層に等しい若しくはそれよりも低い高さまで、一実施例では、５〜２０ミクロンまで）。次に、この金属コートは乾燥され硬化される。次に、ＴＦＳＣ基板の裏面部分は、自己整合性の液浸コーティング、ローラー・コーティング、インクジェット・コーティング、又は噴霧コーティングによって、ｐ++ベース接点を形成するための金属（一実施例では、アルミニウム）及び金属化ペースト／液体で選択的にコーティングされる。次に、これらの金属コーティングは乾燥され硬化される。工程１０４２は、自己整合性金属化（ファイア・スルー）を伴う。電池表面（例えば、銀）及び裏面（アルミニウム）の金属化領域は、パッシベーション層又は層スタック（酸化物及び／又はＰＶＤ若しくはＰＥＣＶＤ ＳｉＮx層）のファイア・スルーを施すことによって形成される。工程１０４４は、めっき（無電解めっき若しくは直流電気めっき（ｇａｌｖａｎｉｃ ｐｌａｔｉｎｇ））によって、金属化した頂部ハニカム・リッジ（エミッタ）及び裏面ハニカム・リッジ（ベース）上に銀及び／又は銅を選択的／同時に堆積させ（例えば、１〜５ミクロン）、銀で金属化領域にフラッシュ・コーティングを更に施すことを伴う。所望であれば、めっきプロセスは、また、ニッケルなどの耐熱金属障壁の初期層を（銀及び／又は銅めっきの前に）含んでもよい。工程１０４６は、別の任意の自己整合性金属化工程を伴う。成膜ガス・アニーリング（ＦＧＡ）は、表面及び裏面の相互接続抵抗値を低減し、表面／バルク・パッシベーションを助けるために（例えば、３００℃〜４５０℃で）行われる。この成膜ガス・アニーリング工程は、先立つ金属化焼付け工程によって不要なことがある。工程１０４８は、高反射性裏面ミラー上に二重アパーチャ・ハニカム・プリズムＴＦＳＣ裏面（ベース側）を定置することを伴う。この裏面ミラーは、粗面を有する拡散ミラー又は平滑面を有する鏡面であってもよい（拡散ミラーが、通常好ましい）。裏面ミラーは、銀コーティングしたアルミニウム又は銅のパッド（箔）で作られてもよく、また、太陽電池モジュール・アセンブリ内に置かれたプリント回路基板上のＴＦＳＣベース相互接続面としても役立ってもよい。工程１０５０では、ハニカム・プリズムＴＦＳＣは太陽電池モジュール・アセンブリ内に実装される。
図１２３は、裏面基層を有さない二重アパーチャ六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣを製作するための代替のプロセス・フロー１０６０を示す。フロー中における任意のＦＧＡ及び任意のめっきプロセスの順序を除いて、図１２２及び１２３のプロセス・フローは他の点では類似しており、同等である。具体的には、図１２３の工程１０６２〜１０７２は図１２２の工程１０３２〜１０４２に相当する。図１２３の工程１０７４は、任意のめっきプロセスを伴う工程１０７６の前に、任意のＦＧＡを伴う。工程１０７４の説明については、図１２２の工程１０４６に関する上記の記載を参照のこと。工程１０７６の説明については、図１２２の工程１０４４に関する上記の記載を参照のこと。
図１２４は、裏面基層を有さない二重アパーチャ六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣを製作するための代替のプロセス・フロー１０９０を示す。この実施例のプロセス・フローは、ファイア・スルー金属化プロセスを使用して、自己整合性エミッタ及びベース接点金属化を形成する。このフローチャートは、自己整合性ファイア・スルー金属化を使用して、ボロン・ドープｐ++裏面ベース接点並びにリン・ドープｎ++エミッタ接点（３−Ｄプリズム側壁上の選択エミッタ・ドーピングを含む）を有する六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣを製作するプロセス・フローを記載している。図１２２及び１２３の実施例におけるｐ++ベース接点は、上述したように、ファイア・スルー金属化の間のアルミニウム・ドーピングによって形成されるが、図１２４の実施例におけるｐ++ベース接点は、硬化したボロン源層からのボロン・ドーピングによって形成される。図１２４の工程１０９２（基板を提供する）は図１２２の工程１０３２に相当する。工程１０９４は、３−Ｄハニカム・プリズムの頂部及び裏面部分（一実施例では、頂部及び裏面の２〜１０ミクロン）を、頂部上はリン（即ち、ｎ型ドーパント）の液体／ペースト源で、並びに裏面（酸化物などの誘電体シーラントでキャッピングされたボロン層）上は非ドープ誘電体（例えば、酸化物）の液体／ペースト源で選択的にコーティングすることを伴う。この選択的コーティングは、ペースト／液体源を使用する自己整合性両面ローラー・コーティング、制御された液体源深さに浸漬することによる液浸コーティング、インクジェット・コーティング、又は噴霧コーティングによって行われてもよい。次に、ドーパント源層及び誘電体（酸化物）キャップ層は乾燥され硬化される（２５０℃〜４００℃の熱硬化又はＵＶ）。工程１０９６は、自己整合性選択エミッタ接合、並びに高濃度ドープ・エミッタ及びベース接点拡散領域の形成を伴う。頂部ｎ++ｐエミッタ接点拡散及びハニカム・プリズム側壁のｎ+ｐ選択エミッタ接合、並びに裏面ｐ++ベース接点は、熱アニーリング（例えば、８００℃〜９５０℃で）によって同時に形成される。乾燥／硬化及びエミッタ・アニーリングは両方とも、拡散炉又はインライン・ベルト駆動炉（ｉｎ−ｌｉｎｅ ｂｅｌｔ−ｄｒｉｖｅｎ ｆｕｒｎａｃｅ）内で行われてもよい。一実施例では、ｎ+選択エミッタ接合のガス相ドーピング形成を容易にするため、３−Ｄ ＴＦＳＣ基板、又は向かい合わせで接触している３−Ｄ ＴＦＳＣ基板のスタックは、拡散炉内に置かれた状態でアニーリングされてもよい。裏面キャップ誘電体（例えば、酸化物）層は、選択エミッタ・プリズム側壁のボロン・カウンター・ドーピングを防ぐ。工程１０９８（表面パッシベーション及びＡＲＣ）は図１２３の工程１０６８に相当し、工程１１００（金属コーティング）は工程１０７０に相当し、工程１１０２（ファイア・スルー）は工程１０７２に相当し、工程１１０４（ＦＧＡ）は工程１０７４に相当し、工程１１０６（めっき）は工程１０７６に相当し、工程１１０８（定置）は工程１０７８に相当し、工程１１１０（実装の進行）は工程１０８０に相当する。
図１２５〜１２７は、裏面基層を有さない二重アパーチャ六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣを製作するための追加の代替プロセス・フローの実施例１１２０、１１５０、及び１１８０を示す。図１２２〜１２４のプロセス・フローの実施例は、ファイア・スルー金属化プロセスを使用して、エミッタ及びベース接点金属化領域を形成する（また、図１２２及び１２３では、ｐ++高濃度ドープ・ベース接点領域も形成する）が、図１２５〜１２７のプロセス・フローの実施例は、選択的めっき（電気めっき及び／又は無電解めっき及び／又は直流電気めっき）を用いて、エミッタ及びベース接点金属化領域を選択的に形成する。したがって、図１２５〜１２７で概説されるプロセス・フローでは、中温又は高温（例えば、７００℃〜８５０℃）のファイア・スルー金属化プロセスが不要になり、暗電流及び接合漏れが低減された、改善された金属化接点を得ることができる。
図１２２〜１２７の製作プロセス・フローの実施例はすべて、裏面基層を有さないが、裏面拡散ミラー又は鏡面反射ミラーを有する二重アパーチャ六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣが得られる。裏面ミラーは、ＴＦＳＣを組み立てて実装化太陽電池モジュールとするのに使用される薄いプリント回路基板上の、金属（例えば、銀コーティングした銅又は銀コーティングしたアルミニウム）パッドであってもよい。
図１２５は、代替のプロセス・フロー１１２０を示す。工程１１２２（基板を提供する）は図１２４の工程１０９２に相当し、工程１１２４（選択的コーティング）は工程１０９４に相当し、工程１１２６（自己整合性選択エミッタ）は工程１０９６に相当し、工程１１２８（表面パッシベーション及びＡＲＣ）は工程１０９８に相当する。工程１１３０は自己整合性金属化エッチングを伴う。ハニカム・プリズムの頂部部分及び裏面部分は、誘電体エッチング液又はペースト層で選択的にコーティングされる（それぞれ、ｎ型及びｐ型ドーパント源層に等しい又はそれよりも低い高さまで）。この誘電体エッチング剤コーティングは、ペースト／液体源を使用する自己整合性の片面若しくは両面ローラー・コーティング、指定の液体エッチング剤源深さで浸漬することによる液浸コーティング、インクジェット・コーティング、又は噴霧コーティングによって行われてもよい。このエッチング工程は、ハニカム・プリズムの頂部及び裏面部分から、誘電体層又は層スタック（例えば、酸化物若しくは酸化物／窒化物）を制御された高さまで剥離して、シリコンを露出させる。次に、ＴＦＳＣ基板はすすがれ、続いて乾燥される。工程１１３２は、自己整合性金属化（無電解めっき、直流電気めっき、或いは電気めっきを使用する）を伴う。露出した表面及び裏面のエミッタ及びベース金属化領域は、選択的電気めっき及び／又は無電解めっきを使用して同時に形成されて、高導電性金属化領域の単層若しくは多層が形成される。実施例としては、銀、アルミニウム、ニッケル、チタン、コバルト又はタンタルが挙げられる。例えば、めっき金属スタックは、ニッケル（ニッケル）などの薄い（５０〜５００ナノメートル）障壁及び接着層と、それに続く高導電性金属（銀又は銅又はアルミニウム）の比較的厚い（２〜１５ミクロン）層とを含んでもよい。銀以外の高導電性金属が厚い金属化層に使用される場合、光の反射と３−Ｄ電池内への閉じ込め（エミッタ金属化接点による）とを改善するため、銀の最終的なフラッシュ・コーティングを使用して高反射率の表面コーティングが作られてもよい。工程１１３４（任意のＦＧＡ）は図１２４の工程１１０４に相当し、工程１１３６（任意のめっき）は工程１１０６に相当し、工程１１３８（定置）は工程１１０８に相当し、工程１１４０（モジュール組立て及び実装の進行）は工程１１１０に相当する。
図１２６は、代替のプロセス・フロー１１５０を示す。工程１１５２（基板を提供する）は図１２５の工程１１２２に相当し、工程１１５４（選択的コーティング）は工程１１２４に相当し、工程１１５６（自己整合性選択エミッタ）は工程１１２６に相当する。工程１１５８は表面パッシベーション熱酸化を伴う。熱酸化物層は、一実施例では水蒸気酸化によって成長させる。一実施例では、この層は、５〜３００ナノメートル（好ましくは、１０〜５０ナノメートル）であり、酸化は８００℃〜９５０℃で行われる（より低い温度及びより薄い酸化物が好ましい）。或いは、この工程は、拡散炉内での先立つ拡散工程とまとめて、選択エミッタ及びベース拡散工程の後に多重ゾーン・インライン拡散炉内で連続して行われてもよい。一実施例では、拡散及び熱酸化の工程と関連する総計の熱履歴（ｔｈｅｒｍａｌ ｂｕｄｇｅｔ）により、それぞれ８０〜１５０Ω／□及び１０〜７０Ω／□という、３−Ｄハニカム・プリズム選択エミッタ及び高濃度ドープ・エミッタ接点のシート抵抗値が得られる。工程１１６０は自己整合性金属化（エッチング）を伴う。３−Ｄ ＴＦＳＣ基板は、頂部（エミッタ側）及び裏面（ベース側）上の硬化したドーパント源層と、裏面上の非ドープ誘電体キャップ（硬化した酸化物などのシーラント）で覆われる。頂部及び裏面の硬化した誘電体並びに固体ドーパント源部分は、熱酸化物に対して比較的高い選択性で、適切な誘電体エッチング剤（例えば、ＨＦ系エッチング剤）を使用して選択的にエッチングされる。これによって、ハニカム・プリズムの頂部及び裏面部分上の硬化したドーパント源セグメント及び非ドープ・キャッピング（酸化物）誘電体が剥離され、それらの領域のシリコンが露出するが、ハニカム・プリズム側壁から除去される熱酸化物の量はわずかである。したがって、選択エミッタ領域に対応するハニカム・プリズム側壁と、エミッタ及びベース接点領域外とは、熱酸化物で覆われたままである。工程１１６２（めっき）は図１２５の工程１１３２に相当し、工程１１６４（ＦＧＡ）は工程１１３４に相当し、工程１１６６（めっき）は工程１１３６に相当し、工程１１６８（定置）は工程１１３８に相当する。工程１１７０は、定置された電池上にパッシベーション及び反射防止コーティング（ＡＲＣ）層（例えば、５０〜２００ナノメートルのＰＶＤ又はＰＥＣＶＤ ＳｉＮx）を堆積させる任意の工程を伴う。工程１１７２（実装の進行）は図１２５の工程１１４０に相当する。
図１２７は代替のプロセス・フロー１１８０を示す。工程１１８２（基板を提供する）は図１２６の工程１１５２に相当する。工程１１８４は、３−Ｄ基板の頂部及び裏面部分（一実施例では、頂部及び裏面の２〜１０ミクロンの高さ）を、頂部上はリン（即ち、ｎ型ドーパント）の液体／ペースト源で、並びに裏面上は酸化物の液体／ペースト源などの非ドープ・キャッピング（シーラント）誘電体で選択的にコーティングすることを伴う。このコーティングは、液体／ペースト源を使用する自己整合性の片面若しくは両面ローラー・コーティング、制御された液体源深さで浸漬する液浸コーティング、インクジェット・コーティング、又は噴霧コーティングによって行われてもよい。次に、ドーパント及びキャッピング誘電体（酸化物）層は乾燥され硬化される（例えば、２５０℃〜４００℃での熱硬化を使用して、又はＵＶ照射によって）。工程１１８６（自己整合性選択エミッタ）は図１２６の工程１１５６に相当する。工程１１８８（表面パッシベーション及びＡＲＣ）は図１２５の工程１１２８に相当する。工程１１９０は、自己整合性金属化に備えて電池の頂部及び裏面部分を選択的にエッチングすることを伴う。ハニカム・プリズムの頂部部分及び裏面部分（それぞれ、ｎ型及びｐ型ドーパント源層に等しい又はそれよりも低い高さまで）は、誘電体エッチング液又はペースト層で選択的にコーティングされる。このコーティングは、酸化物／窒化物誘電体の制御された高さをハニカム・プリズムの頂部及び裏面部分から剥離して、ハニカム・リッジでシリコンを露出させるため、ペースト／液体源を使用する自己整合性の片面若しくは両面ローラー・コーティング、指定の液体エッチング剤源深さで浸漬することによる液浸コーティング、インクジェット・コーティング、又は噴霧コーティングによって行われてもよい。次に、ＴＦＳＣ基板はすすがれ、乾燥される。工程１１９２は、自己整合性金属化（一実施例では、めっきを使用する）を含む。裏面ベース・アルミニウム金属化領域は、選択的な電気めっき又は無電解めっきによって形成される。このアルミニウムめっきプロセスは裏面ベース領域に限定されてもよい。工程１１９４は、自己整合性金属化（アニーリング）を伴う。基板は、アニーリング又は焼付けプロセスを経て、裏面アルミニウム・ドープｐ+ベース接点を形成する。次に、相互接続抵抗を低減し、表面／バルク・パッシベーションを助けるため、任意の成膜ガス・アニーリング（ＦＧＡ）が行われる（例えば、３５０℃〜４５０℃で）。工程１１９６は自己整合性金属化（めっき）を伴う。高導電性金属（銀又は銅など）（例えば、２〜１２ミクロン）は、めっきによって、頂部ハニカム・リッジ（エミッタ）及び裏面ハニカム・リッジ（アルミニウム金属化ベース接点）上に選択的／同時に堆積される。必要であれば、ニッケルなどの適切な薄い（例えば、５０〜２００ナノメートル）耐熱金属障壁層を、銀又は銅層を堆積させる前に、めっき（一実施例では、無電解めっき）によって最初に選択的に堆積させる。次に、必要であれば、ＴＦＳＣ基板を、高反射率の銀の薄い層でフラッシュ・コーティングしてもよい（厚い金属化層も銀である場合は不要）。或いは、これは先立つめっき工程に組み込まれてもよい。工程１１９８（定置）は図１２６の工程１１６８に相当し、工程１２０２（実装の進行）は工程１１７２に相当する。
図１２８〜１３３は、裏面基層を有する単一アパーチャ六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ（即ち、ハニカム・プリズム構造はモノリシック的に取り付けられた薄い基層を有する）を製作するための、本開示の６つの異なるプロセス・フローの実施例１２１０、１２４０、１２７０、１３００、１３３０、及び１３６０を示す。これらの実施例は、上記に記載し図示したテンプレートの１つを使用してもよい。これらのＴＦＳＣ基板は、より深くより狭いトレンチの頂部上により浅くより幅広のトレンチ（肩部）を有する、トレンチを備えたテンプレートを使用して（又は、トレンチの頂部上にある口を広げた領域を有する深いトレンチ、即ち、深いトレンチの頂部上のトレンチ幅が、深いトレンチの下側部分のトレンチ幅に比べて大きいものを使用して）製作されてもよい。これらの６つすべての実施例により、シリコン中の自己整合性選択エミッタ及びベース拡散領域、並びに自己整合性エミッタ及びベース接点金属化領域を備えた単一アパーチャ六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣが得られる。結晶シリコン（ｃ−Ｓｉ）電池について示されているが、これらの実施例の方法論は、また、ポリシリコン／非晶質シリコン並びに非Ｓｉ ＴＦＳＣにまで拡張され、それらに適用されてもよい。これらの実施例は、分離した裏面ミラー（例えば、太陽電池モジュールのプリント回路基板上に、銀コーティングした銅若しくは銀コーティングしたアルミニウムのパッドによって提供されるミラー）、又は好ましくは、裏面基層上の電池パッシベーション誘電体（例えば、熱酸化物上）層上に直接堆積された、統合／取付けした裏面ミラーのどちらかを含む。分離したミラー及び統合／取付けしたミラーは両方とも、ベース相互接続面（六角形ベース接点金属化に電気的に接続される）としても役立ってもよい。一実施例では、高反射率ミラーの材料は銀である（或いは、アルミニウムが使用されてもよい）。
図１２８は、選択ベース・ドーピング（選択エミッタ・ドーピングに加えて）によるボロン・ドープｐ++裏面ベース接点の自己整合性選択的めっき金属化を使用して、裏面基層を有する単一アパーチャ六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣを製作するためのプロセス・フロー１２１０を示す。裏面基層を有するこの六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣは、分離した裏面ミラーを使用する（即ち、裏面ミラーは、裏面基層上に直接堆積された統合層ではない）。工程１２１２では、電池加工は、単結晶（又は多重結晶若しくは多結晶）ｐ型（ｎ型選択エミッタの場合）３−ＤシリコンＴＦＳＣ基板（例えば、ハニカム六角プリズムの３−Ｄアレイ）から始まる。本開示における他のあらゆる電池と同様に、基板ドーピング極性は、ｎ型（ｐ型選択エミッタの場合）に変更されてもよい。３−Ｄハニカム・プリズムＴＦＳＣ基板は、開いた頂部アパーチャを有するが、裏面アパーチャは有さない（裏面基層による）。モノリシック的に且つ一体的にハニカム・プリズム電池に取り付けられた比較的平面のベース・シリコン層がある。工程１２１４は、３−Ｄハニカム・プリズムの頂部リッジ（一実施例では、頂部の２〜１０ミクロン）をｎ型ドーパント源で選択的にコーティングすることを伴う。一実施例では、このｎ型ドーパント源はリンである。選択的コーティングは、ペースト／液体源を使用する自己整合性ローラー・コーティング、既知の液体源深さで浸漬することによる液浸コーティング、インクジェット・コーティング、又は噴霧コーティングによって行われてもよい。次に、ｎ型ドーパント源層は乾燥され硬化される（例えば、２５０℃〜４００℃での熱硬化、又はＵＶ照射によって）。工程１２１６は、基板裏面上の裏面ベース・トラフを、ｐ型液体／ペースト・ドーパント源層で選択的に充填することを伴う。一実施例では、ｐ型ドーパント源はボロンである。選択的充填は、ボロン源層コーティング（例えば、ローラー、スピン・オン、インクジェット、又は噴霧コーティング）と、次に選択的エッチ・バック（例えば、溶剤塗布による）とによって、充填されたトラフを形成することによって行われてもよい。次に、ｐ型ドーパント源層は乾燥され硬化される（例えば、２５０℃〜４００℃での熱硬化、又はＵＶ露光によって）。工程１２１８は、自己整合性選択エミッタ及びベース領域を形成することを伴う。頂部のｎ++ｐエミッタ拡散接点、頂部のアパーチャｎ+ｐ選択エミッタ接合、裏面のｐ++ベース接点、及び選択的にドープされたｐ+ベース領域（後者は任意）は同時に形成される。これは、８００℃〜９５０℃で拡散炉内での熱アニーリングを使用して行われてもよい。一実施例では、ｎ+エミッタ及びｐ+ベースの気相ドーピング形成を容易にするため、３−Ｄ ＴＦＳＣ基板は、インライン拡散炉内に置かれた状態で、又は３−Ｄ ＴＦＳＣ基板のスタックが向かい合わせで接触した状態でアニーリングされる。工程１２２０は、一実施例では水蒸気酸化によって熱酸化物層が成長する（例えば、８００℃〜９５０℃で１０〜２００ナノメートル）、表面パッシベーション（酸化）を伴う。工程１２２０は、多重ゾーン炉内での先立つ拡散工程とまとめて、選択エミッタ及びベース拡散工程の後に連続して行われてもよい。一実施例では、拡散／酸化工程により、それぞれ８０〜１５０Ω／□及び１０〜７０Ω／□の選択エミッタ及びエミッタ接点シート抵抗値が得られる。工程１２２２は、自己整合性金属化に備えて硬化した層を選択的にエッチングすることを伴う。ドーパント源層は、熱酸化物に対して高い選択性を有する適切な誘電体エッチング剤（例えば、ＨＦ系エッチング剤）によって選択的に（即ち、頂部ハニカム・プリズム・リッジ上のｎ型コーティング及び裏面の充填されたトラフ内のｐ型コーティングが）エッチングされる。この選択性によって、基板の頂部及び裏面部分上の硬化したドープ及び非ドープ誘電体が剥離され、それらの領域のシリコンが露出するが、他の３−Ｄ ＴＦＳＣ基板領域から除去される熱酸化物の量はわずかである。工程１２２４は、自己整合性金属化（一実施例では、めっきによる）を伴う。表面及び裏面エミッタ及びベース金属化領域は、選択的な電気めっき及び／又は無電解めっき及び／又は直流電気めっきを使用して同時に形成されて、単層若しくは多層の高導電性金属化領域が形成される（実施例としては、銀、アルミニウム、ニッケル、チタン、コバルト、又はタンタルが挙げられる）。例えば、めっき金属スタックは、ニッケル（ニッケル）などの薄い（５０〜５００ナノメートル）障壁及び接着層と、それに続く高導電性金属（銀又は銅又はアルミニウム）の比較的厚い（２〜１５ミクロン）層とを含んでもよい。銀以外の高導電性金属が厚い金属化層に使用される場合、光の反射と３−Ｄ電池内への閉じ込め（エミッタ金属化接点による）とを改善するため、銀の最終的なフラッシュ・コーティングを使用して高反射率の表面コーティングが作られてもよい。工程１２２６は、任意の成膜ガス・アニーリングを伴う。成膜ガス・アニーリングは、表面及び裏面の相互接続抵抗値を低減し、表面／バルク・パッシベーションを助けるために（例えば、３５０℃〜４５０℃で）行われてもよい。工程１２２８は、高反射率の（平滑面を有する粗面又は鏡面で拡散する）裏面ミラー上にハニカム・プリズムＴＦＳＣ裏面（ベース側）を定置することを伴う。この裏面ミラーは、銀コーティングしたアルミニウム又は銅箔で作られてもよく、また、太陽電池モジュールのプリント回路基板（ＰＣＢ）上のＴＦＳＣベース相互接続面としても役立ってもよい。工程１２３０は、定置された電池上にパッシベーション及びＡＲＣ層を堆積させる任意の工程を伴う。一実施例では、このパッシベーション及びＡＲＣ層は、５０〜２００ナノメートルの厚さのＰＶＤ又はＰＥＣＶＤ ＳｉＮxである。工程１２３２は、ハニカム・プリズムＴＦＳＣの太陽電池モジュール・アセンブリ内への実装を進行することを伴う。
図１２９は、選択ベース・ドーピングによるボロン・ドープｐ＋＋裏面ベース接点を有さない自己整合性選択的めっき金属化を使用して、裏面基層を有する単一アパーチャ六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣを製作するための代替のプロセス・フロー１２４０を示す。ｐ++ベース接点ドーピングは、ベース接点金属化からのアルミニウム及びアニーリング（接点焼成プロセス）を使用して、アルミニウム・ドーピングによって行われる。図１２８と同様に、このプロセス・フローは、硬化したリン源層及び熱アニーリングを使用して、ｎ+リン・ドープ選択エミッタ領域及びｎ++リン・ドープ・エミッタ接点拡散領域を形成する。裏面基層を有するこの単一アパーチャ六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣも、分離した裏面ミラーを使用する（即ち、裏面ミラーは裏面基層上に直接堆積された統合層ではない）。工程１２４２（基板を提供する）は図１２８の工程１２１２に相当し、工程１２４４（選択的コーティング）は工程１２１４に相当する。工程１２４６（選択的充填）は、誘電体液体／ペースト源層を使用して、未ドープのシーラント誘電体（例えば、酸化物及び／又は窒化物）を有するＴＦＳＣ基板裏面上の裏面ベース・トラフを選択的に充填することを伴う。選択的充填は、未ドープ誘電体源層コーティング（例えば、ローラー、スピン・オン、インクジェット、又は噴霧コーティング）と、次に選択的エッチ・バック（例えば、溶剤塗布による）とによって、充填されたトラフを形成することによって行われてもよい。次に、未ドープ誘電体源層は乾燥され硬化される（例えば、２５０℃〜４００℃での熱硬化、又はＵＶ露光によって）。工程１２４８は、自己整合性選択エミッタ及びベースを伴う。頂部ｎ++ｐエミッタ接点及びハニカム頂部アパーチャｎ+ｐ選択エミッタ接合は、８００℃〜９５０℃での熱アニーリングを使用して同時に形成される。一実施例では、ｎ+ｐ選択エミッタ及びｎ++ｐエミッタ接点領域の気相ドーピング形成を容易にするため、３−Ｄ ＴＦＳＣ基板は、インライン拡散炉内に置かれた状態で、又は３−Ｄ ＴＦＳＣ基板のスタックが向かい合わせで接触した状態でアニーリングされてもよい。工程１２５０（表面パッシベーション酸化）は図１２８の工程１２２０に相当する。工程１２５２は、自己整合性金属化に備えて硬化した層を選択的にエッチングすることを伴う。ドーパント源層（即ち、頂部ハニカム・プリズム・リッジ上のｎ型コーティング）、及び裏面の充填されたトラフ内の未ドープ誘電体充填物は、熱酸化物に対して高い選択性を有する適切なエッチング剤（例えばＨＦエッチング剤）で選択的にエッチングされる。この選択性によって、３−Ｄ ＴＦＳＣ基板の頂部及び裏面部分上の硬化したドーパント源誘電体が剥離され、それらの領域のシリコンが露出するが、他の３−Ｄ ＴＦＳＣ基板領域から除去される熱酸化物の量はわずかである。工程１２５４は、自己整合性金属化を伴う（実施例は、無電解めっき、直流電気めっき、及び／又は電気めっきを含む）。裏面ベース・アルミニウム金属化領域は、選択的な電気めっき又は無電解めっきによって選択的に形成される。一実施例では、このアルミニウムめっきは裏面ベース領域に限定される。工程１２５６は、アニーリング又は焼成プロセスを行って、裏面アルミニウム・ドープｐ+接点を形成することを伴う。任意の成膜ガス・アニーリング（例えば、３５０℃〜４５０℃）は、相互接続抵抗を低減し、表面／バルク・パッシベーションを助けるために行われる。工程１２５８は、自己整合性金属化（めっき）を伴う。銀又は銅などの適切な高導電性金属（例えば、２〜１２ミクロン）は、めっきによって、頂部ハニカム・リッジ（エミッタ）及び裏面アルミニウム充填トラフ（アルミニウム金属化ベース接点）上に選択的／同時に堆積される。必要であれば、めっきプロセスは、適切な耐熱金属障壁及び接着層（例えば、５０〜２００ナノメートルのニッケル）を最初に選択的に堆積させ、次により厚くより導電性の高い金属（銀及び／又は銅）を堆積することを伴ってもよい。必要であれば、金属化領域は、次に、高い光／ＩＲ反射率を確立するため、銀の薄層でフラッシュ・コーティングされる（この工程は、先立つめっき工程にまとめられてもよい）。銀が主な金属化層として使用される場合、頂部の銀フラッシュ・コーティングは不要なことがある。工程１２６０（定置）は図１２８の工程１２２８に相当し、工程１２６２（ＡＲＣ層）は工程１２３０に相当し、工程１２６４（実装の進行）は工程１２３２に相当する。
図１３０は、選択ベース・ドーピング（選択的なエミッタ・ドーピングに加えて）によるボロン・ドープｐ++裏面ベース接点の自己整合性選択めっき金属化を使用して、裏面基層を備えた六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣを製作するための別の代替のプロセス・フロー１２７０を示す。裏面基層を有するこの単一アパーチャ六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣは、裏面ベース・パッシベーション誘電体層上に直接堆積された統合裏面ミラー（スパッタリング、蒸着、若しくは非選択的めっきなどの別の方法によって形成される銀又はアルミニウム）を使用する（裏面ベース・パッシベーション層は熱酸化物層であってもよい）。任意に、裏面ベース・パッシベーション誘電体（例えば、酸化物）層表面は、ミラー層堆積前に、粗い誘電体表面（例えば、数十〜数百ナノメートルの範囲内のＲＭＳ表面粗さを有する）を生じさせるように処理されてもよい。これにより、裏面ベース・パッシベーション層の裏面上に拡散統合ミラーが直接作られてもよい。或いは、ＴＦＳＣ基板は、テクスチャリングしたテンプレートを使用した結果として、既にテクスチャリングされて、拡散裏面ミラーが得られていてもよい。工程１２７２（基板を提供する）は図１２９の工程１２４２に相当し、工程１２７４（選択的コーティング）は工程１２４４に相当する。工程１２７６は、ｐ型（例えば、ボロン）液体／ペースト・ドーパント源で３−Ｄ ＴＦＳＣ基板上の裏面ベース・トラフを選択的に充填することを伴う。これは、ボロン源層コーティング（例えば、ローラー、スピン・オン、インクジェット、又は噴霧コーティング）と、次にエッチ・バック（例えば、溶剤塗布による）とによって、充填されたトラフを形成することによって行われてもよい。次に、層は乾燥され硬化される（２５０℃〜４００℃での熱硬化、又はＵＶ露光を使用して）。工程１２７８は、自己整合性選択エミッタ及びベースを伴う。頂部ｎ++ｐエミッタ接点、ハニカム頂部アパーチャｎ+ｐ、選択エミッタ接合、裏面ｐ++ベース接点、及び選択的にドープしたｐ+ベース領域は、８００℃〜９５０℃での熱アニーリングを使用して同時に形成される。一実施例では、ｎ+エミッタ及びｐ+ベースの気相ドーピング形成を容易にするため、３−Ｄ ＴＦＳＣ基板は、インライン拡散炉内に置かれた状態で、又は３−Ｄ ＴＦＳＣ基板のスタックが向かい合わせで接触した状態でアニーリングされてもよい。工程１２８０（表面パッシベーション酸化物）は図１２９の工程１２５０に相当する。工程１２８２は、自己整合性金属化に備えて硬化した層を選択的にエッチングすることを伴う。ドーパント源層（即ち、頂部ハニカム・プリズム・リッジ上のｎ型コーティング及び裏面の充填されたトラフ内のｐ型コーティング）は、熱酸化物に対して比較的高い選択性を有する適切な誘電体エッチング剤（例えば、ＨＦ系エッチング剤）で選択的にエッチングされる。この選択性によって、３−Ｄ ＴＦＳＣ基板の頂部及び裏面部分上の硬化したドーパント層が剥離され、それらの領域のシリコンが露出するが、他の３−Ｄ ＴＦＳＣ基板領域から除去される熱酸化物の量はわずかである（例えば、熱酸化物コーティングは、選択エミッタ領域すべてと、ベース接点範囲以外の裏面ベース領域とに残る）。工程１２８４は、任意のプラズマ処理工程を伴う。プラズマ処理プロセスは、基板裏面上の熱酸化物層を粗面化するため（統合拡散裏面ミラーのため）に行われてもよい。工程１２８６は、自己整合性金属化（めっき）を伴う。表面及び裏面エミッタ、並びにベース金属化領域は、選択的な電気めっき及び／又は無電解めっき及び／又は直流電気めっきを使用して、単層若しくは多層高導電性金属化領域（銀、アルミニウム、ニッケル、チタン、コバルト、タンタル）を形成することによって同時に形成される。例えば、めっき金属スタックは、ニッケル（ニッケル）などの薄い（５０〜５００ナノメートル）障壁及び接着層と、それに続く高導電性金属（銀又は銅又はアルミニウム）の比較的厚い（２〜１５ミクロン）層とを含んでもよい。銀以外の高導電性金属が厚い金属化層に使用される場合、光の反射と３−Ｄ電池内への閉じ込め（エミッタ金属化接点による）とを改善するため、銀の最終的なフラッシュ・コーティングを使用して高反射率の表面コーティングが作られてもよい。 工程１２８８は、表面及び裏面の相互接続抵抗値を低減し、表面／バルク・パッシベーションを助けるための、任意の成膜ガス・アニーリング工程（例えば、３５０℃〜４５０℃で行われる）を伴う。工程１２９０は、統合裏面電池ミラーの追加を伴う。高反射率金属（特に、銀及び／又はアルミニウム）の薄い（例えば、５０〜１０００ナノメートル）層が、ＴＦＳＣ基板裏面上に（例えば、ＰＶＤ、非選択的めっき、若しくは蒸着によって）堆積される。この薄層は、ベース相互接続面としても役立つ。工程１２９２は、基板表面上にＡＲＣ（例えば、５０〜２００ナノメートルのＰＶＤ若しくはＰＥＣＶＤ水素化ＳｉＮx又はＡｌＯx）層を堆積させる任意の工程を伴う。この工程は、モジュール・アセンブリ内に電池を定置する前又は後に行われてもよい。工程１２９４（実装の進行）は図１２９の工程１２６４に相当する。
図１３１は、選択ベース・ドーピングによるボロン・ドープｐ++裏面ベース接点の自己整合性選択めっき金属化を使用して、裏面基層を有する単一アパーチャ六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣを製作するための別の代替のプロセス・フロー１３００を示す。ｐ++ベース接点ドーピングは、ベース接点金属化及びアニーリング（焼成工程）からのアルミニウムを使用して、アルミニウム・ドーピング（アルミニウム接点焼成）によって行われる。このプロセス・フローは、硬化したリン源層及び熱アニーリングを使用して、ｎ+リン・ドープ選択エミッタ領域及びｎ++リン・ドープ・エミッタ接点領域（後者は硬化したリン・ドーピング層の下方にある）を形成する。裏面基層を有するこの単一アパーチャ六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣは、裏面ベース・パッシベーション誘電体層上に直接堆積された統合裏面ミラー（実施例は、ＰＶＤ、蒸着、又は非選択的めっきによる銀及び／又はアルミニウムを含む）を使用する。任意として、裏面ベース・パッシベーション誘電体（例えば、酸化物）層表面は、ミラー層堆積前に、粗面化した誘電体表面（例えば、約数十〜数百ナノメートルのＲＭＳ表面粗さを有する）を生じさせるように（例えば、プラズマで）処理されてもよい。これにより、裏面基層パッシベーション層の裏面上に直接拡散統合ミラーが作られる。或いは、ＴＦＳＣ基板裏面基層は、テクスチャリングしたテンプレート表面によって予めテクスチャリングされてもよい（したがって、そのようなプラズマ処理の必要性がなくなる）。工程１３０２（基板を提供する）は図１３０の工程１２７２に相当し、工程１３０４（選択的コーティング）は工程１２７４に相当する。工程１３０６（選択的充填）は図１２９の工程１２４６に相当し、工程１３０８（自己整合性選択エミッタ及びベース）は図１２９の工程１２４８に相当し、工程１３１０（表面パッシベーション）は図１２９の工程１２５０に相当し、工程１３１２（エッチング）は図１２９の工程１２５２に相当する。工程１３１４（自己整合性金属化の一部としての任意のプラズマ処理工程）は図１３０の工程１２８４に相当する。工程１３１６（めっき）は図１２９の工程１２５４に相当し、工程１３１８（アニーリング）は図１２９の工程１２５６に相当し、工程１３２０（めっき）は図１２９の工程１２５８に相当する。工程１３２２（統合ミラー）は図１３０の工程１２９０に相当し、工程１３２４（ＡＲＣ層）は図１３０の工程１２９２に相当し、工程１３２６（実装の進行）は図１３０の工程１２９４に相当する。
図１３２は、選択ベース・ドーピング（選択エミッタ・ドーピングに加えて）によるボロン・ドープｐ++裏面ベース接点の自己整合性ファイア・スルー金属化を使用して、裏面基層を有する単一アパーチャ六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣを製作するための別の代替のプロセス・フロー１３３０を示す。裏面基層を有するこの六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣは、モジュール・アセンブリ内の分離した裏面ミラーを使用する（即ち、裏面ミラーは裏面基層上に直接堆積された統合層ではない）。工程１３３２（基板を提供する）は図１３０の工程１２７２に相当し、工程１３３４（選択的コーティング）は工程１２７４に相当し、工程１３３６（選択的充填）は工程１２７６に相当し、工程１３３８（自己整合性選択エミッタ及びベース）は工程１２７８に相当する。工程１３４０は、表面パッシベーション及びＡＲＣの形成を伴う。頂部（エミッタ・リン）ドーパント源層、裏面（ベース・ボロン）ドーパント源層、及びあらゆる自然酸化物は、適切なエッチング剤を使用して（例えば、ＨＦエッチング剤を使用して）剥離される。薄い酸化物層（例えば、５〜１００ナノメートル）は、水蒸気酸化によって成長する（例えば、８００℃〜９５０℃で３〜３００ナノメートル）。この熱酸化工程は任意である。次に、ＡＲＣ層（例えば、３〜１００ナノメートルの水素化ＳｉＮx）がＰＥＣＶＤ又はＰＶＤによって堆積され、パッシベーション層がプリズム頂部及び側壁上に形成される（電池裏面上の被覆は任意である）。ＰＥＣＶＤ又はＰＶＤ ＳｉＮx（若しくはＡｌＯx）は、３−Ｄ ＴＦＳＣ基板のＨパッシベーションも提供する。一実施例では、拡散／酸化工程により、それぞれ８０〜１５０Ω／□及び１０〜７０Ω／□の選択エミッタ及びエミッタ接点拡散シート抵抗値が得られる。工程１３４２は、自己整合性金属化（金属コーティング）を伴う。ハニカム・プリズムの表面は、自己整合性のローラー、インクジェット、液浸、又は噴霧コーティングを使用して、金属（一実施例では、銀）の液体又はペーストで選択的にコーティングされる（ドーパント源層に等しい、若しくはそれよりも低い高さまで）。次に、この層は乾燥され硬化される（２５０℃〜４００℃又はＵＶ）。次に、基板裏面上の裏面ベース・トラフは、金属液体又はペースト（銀及び／若しくはアルミニウム）で選択的に充填される。これは、ローラー、スピン・オン、インクジェット、又は噴霧コーティングと、次のエッチ・バック（例えば、溶剤塗布若しくは選択的電池裏面エッチ・バック）とによって、充填されたトラフを形成することによって行われてもよい。次に、この層は乾燥され硬化される（２５０℃〜４００℃又はＵＶ）。工程１３４４は、自己整合性金属化（ファイア・スルー）を伴う。電池表面（銀）及び裏面（アルミニウム及び／又は銀）金属化領域は、酸化物／ＰＥＣＶＤ（若しくはＰＶＤ）ＳｉＮx層のファイア・スルーによって形成される。工程１３４６は、任意の自己整合性めっき金属化工程を伴う。銀又は銅の層（例えば、約１〜５ミクロン）は、めっきによって、金属化頂部ハニカム・リッジ（エミッタ）及び裏面ハニカム・リッジ（ベース）上に選択的／同時に堆積される。必要であれば、ニッケルなどの耐熱金属障壁層が、銅又は銀めっきの前にめっきによって堆積されてもよい。次に、金属化領域は銀でフラッシュ・コーティングされる。工程１３４８（任意のＦＧＡ）は図１３０の工程１２８８に相当する。工程１３５０（定置）は図１２９の工程１２６０に相当する。工程１３５２（実装の進行）は図１３１の工程１３２６に相当する。
図１３３は、自己整合性ファイア・スルー金属化を使用する裏面基層、及び選択的な基礎ドーピング（選択的なエミッタ・ドーピングに加えて）によって形成されたボロンにドープしたｐ++後部ベース接点を備えた単一アパーチャ六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣを製作するための別の代替のプロセス・フロー１３６０を示す。裏面基層を備えたこの六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣは、後部基礎パッシベーション誘電体層に直接置かれる（例えばＰＶＤ或いは蒸発か、選択的でないめっきによる、銀或いはアルミニウム）統合（付けられた）裏面ミラーを使用する。任意として、裏面ベース・パッシベーション誘電体（例えば、酸化物）層表面は、ミラー層堆積の前に粗い誘電体表面（例えば、約数十〜数百ナノメートルのＲＭＳ表面粗さを有する）を生じさせるように（例えば、プラズマで）処理されてもよい。これにより、裏面基層パッシベーション層の裏面上に拡散統合ミラーが直接作られてもよい。或いは、テクスチャリングしたテンプレートを使用して、テクスチャリングしたＴＦＳＣ基板基層が形成されてもよい（したがって、任意のプラズマ処理工程の必要性がなくなる）。工程１３６２（基板を提供する）は図１３２の工程１３３２に相当し、工程１３６４（選択的コーティング）は工程１３３４に相当し、工程１３６６（選択的充填）は工程１３３６に相当し、工程１３６８（自己整合性エミッタ及びベース）は工程１３３８に相当し、工程１３７０（表面パッシベーション及びＡＲＣ）は工程１３４０に相当する。工程１３７２は、基板裏面上の熱酸化物層を粗面化する（統合拡散裏面ミラーのため）任意のプラズマ処理工程を伴う。工程１３７４（金属コーティング）は図１３２の工程１３４２に相当し、工程１３７６（ファイア・スルー）は工程１３４４に相当し、工程１３７８（任意のＦＧＡ）は工程１３４８に相当し、工程１３８０（めっき）は工程１３４６に相当する。めっき及びＦＧＡのプロセス工程は逆にされる。工程１３８２（統合ミラー）は図１３１の工程１３２２に相当し、工程１３８４（実装の進行）は工程１３２６に相当する。
六角形リッジの頂部部分を覆うｎ型（例えば、リン）ドーパント液体／ペーストに関して、拡散炉内での単一炉アニーリング・プロセス（例えば、約８００℃〜９５０℃で）により、硬化したドーパント源層で覆われていない他の領域に比べて頂部シリコン六角形リッジ上の表面リン濃度がより高い高濃度ドープ領域が、硬化したｎ型ドーパント固体ソース層に接触させてその下方に作られる。ＴＦＳＣ基板は、インライン拡散炉を通してエミッタ側を下向きにして処理されてもよい。蒸着したドーパント源を、六角プリズム単電池キャビティ内の隣接した表面領域へ気相輸送することによって、炉アニーリングは、固体ドーパント源層で覆われていない残りの表面領域を、より低い表面濃度（例えば、１×１０19〜５×１０19ｃｍ-3）でリン・ドープし、結果として自己整合性選択エミッタ領域を作り出す。これらの高いシート抵抗値（一実施例では、１００Ω／□〜１５０Ω／□の範囲内）を有するより低濃度でドープした領域は、３−Ｄ ＴＦＳＣのブルー・レスポンスを改善するが、より高濃度でドープしたハニカム・リッジは、３−Ｄ ＴＦＳＣの表面エミッタ接点抵抗を最小限に抑えることができる。同様に、同じ炉アニーリング・プロセスによって、低いベース接点抵抗に対して、より高濃度でドープしたｐ+ドープ六角プリズム拡散ベース接点が作られる。裏面基層を有する六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣの場合、残りの裏面基層裏面ベース領域は表面上のドープ濃度がより低く、選択ベース・ドーピング（及び裏面フィールド又はＢＳＦ領域）が得られる。
上述のプロセス工程は、統合インライン・プロセス機器に対して行われてもよい。例えば、図１３４は、炉アニーリングの前に、液体／ペースト・コーティング及びＵＶ又はＩＲ硬化の２つのプロセス工程を行って、インライン拡散炉内でのアニーリングの後に続く選択エミッタ及びベース領域の形成を可能にするための設備の図１３９０を示す。この統合インライン・プロセス機器により、ローラー・コーティングによって、３−Ｄ ＴＦＳＣ基板六角プリズム頂部リッジ及び六角プリズム裏面リッジ上への、ドーパント液又はペーストのコーティングの自己整合性の形成が可能になる。ローラー・コーティングは、拡散炉と直列に統合された大気圧ベルト駆動コーティング及び硬化機器を使用して行われてもよい。一実施例では、頂部リッジはｎ型ドーパント液／ペーストでコーティングされ、裏面リッジはｐ型ドーパント液／ペーストでコーティングされる。
３−Ｄ ＴＦＳＣ基板１４００は、１４０２において入力コンベヤ・ベルト１４０６上を移動して示される。トップ・ローラー・パッド１３９６を有する回転式トップ・ローラー１３９２は、制御された下向きの抵抗力を加えて、頂部六角プリズム・リッジをｎ型ペーストでコーティングする。リア・ローラー・パッド１３９８を有する回転式リア・ローラー１３９４は、制御された上向きの抵抗力を加えて、裏面六角プリズム・リッジをｐ型ペーストでコーティングする。多層材料は、異なる液体又はペースト材料をトップ・ローラー１３９２及びリア・ローラー１３９４の組の各ローラーに塗布することによって、３−Ｄ ＴＦＳＣ基板の各面上にコーティングされてもよい。次に、３−Ｄ ＴＦＳＣ基板１４００は硬化区域内へと移動し、そこで、ＩＲ又はＵＶ硬化ビーム１４１０を使用する硬化ランプ１４０８を使用して、ドーパント液／ペースト層が同時に形成される。次に、３−Ｄ ＴＦＳＣ基板１４００は、１４０４を出て出力コンベヤ・ベルト１４１２へと移動して示され、コンベヤ・ベルトは基板１４００をインライン拡散炉に移動させてもよく、そこで、ｎ+及びｐ+接点並びに選択エミッタ領域が同時に形成される。
同様のローラー・コーター設備は、エミッタ及びベース接点金属化を形成するため（また、適切であれば、アルミニウム・ドープｐ＋＋ベース接点領域を形成するため）、金属液体／ペースト・コーティング（例えば、銀及び／又はアルミニウム液体若しくはペースト源）を塗布し、金属液体／ペースト源を硬化し、ファイア・スルー金属化のため、インライン大気圧炉（抵抗加熱若しくはランプ加熱炉）内で次の熱アニーリングを行うように、適切に構成され使用されてもよい。
図１３５は、図１３４のローラー・コーター／硬化／炉設備と同じプロセスを行う代替設備設計の図１４２０を示す。図１３５の設備は、角度を付けた噴霧コーティングによって、３−Ｄ ＴＦＳＣ基板頂部リッジ及び六角プリズム裏面リッジ上への、ドーパント源液体／ペースト・コーティングの自己整合性形成に使用されてもよい。この設備も、インライン拡散炉と容易に統合することができる、インライン大気圧コーティング及び硬化及び拡散機器の構成を利用してもよい。図１３４のローラー・コーター設備と同様に、多層材料は、異なる液体源（ここでは図示なし）に接続された噴霧ノズルの複数組を使用し、異なる液体源材料を噴霧ノズルの頂部及び／又は裏面の組の各ノズルに適用する（若しくは流す）ことによって、基板の各面上にコーティングされてもよい。これは、図１３４に示されるローラー・コーティング・システムに対する代替技術である。一実施例では、頂部リッジは、ｎ型ドーパント液／ペースト（リンなど）でコーティングされ、裏面リッジは、ｐ型ドーパント液／ペースト（ボロンなど）でコーティングされる。図１３５を参照すると、３−Ｄ ＴＦＳＣ基板１４００は、１４０２において入力コンベヤ・ベルト１４０６上を移動して示される。角度を付けたノズル１４２２は、表面に対して鋭角でｎ型ドーパント液を表面上に噴霧する（ノズルはウェハ幅を網羅する）。このｎ型ドーパント液は、ｎ型液体ドーパント源及びノズル・レザーバ／ポンプ１４２４からのものである。角度を付けたノズル１４２８は、表面に対して鋭角でｐ型ドーパント液を表面上に噴霧する（ノズルはウェハ幅を網羅する）。このｐ型のドーパント液は、ｐ型液体ドーパント源及びノズル・ポンプ１４２６からのものである。次に、３−Ｄ ＴＦＳＣ基板１４００は硬化区域内へと移動し、そこで、ＩＲ又はＵＶ硬化ビーム１４１０を使用する硬化ランプ１４０８を使用して、ドーパント液／ペースト層が同時に形成される。次に、３−Ｄ ＴＦＳＣ基板１４００は、１４０４を出て出力コンベヤ・ベルト１４１２へと移動して示され、コンベヤ・ベルトは基板１４００をインライン拡散炉に移動させてもよく、そこで、ｎ+及びｐ+接点並びに選択エミッタ領域が同時に形成される。
角度を付けた噴霧技術は、液体／ペースト・コーティングの垂直高さを六角リッジの一部分に制限し、液体源が六角プリズム・キャビティ側壁及び／又は裏面の内側部分をコーティングするのを防ぐ。この種のインライン（又は別の駆動方法）処理システムは、また、ファイア・スルー金属化適用のために金属源液体（例えば、銀及び／若しくはアルミニウム源液体）を塗布すること、並びに誘電体（例えば、酸化物及び／若しくは固体ドーパント源層）を頂部及び／又は裏面六角プリズム・リッジから選択的にエッチングするために液体エッチング剤を塗布することに使用されてもよい。
図１３６は、図１３４のインライン・ローラー・コーター／硬化設備及び図１３５のインライン・噴霧コーター／硬化設備と同じプロセスを行う別の代替設備の図１４３０を示す。図１３６の設備は、液浸コーティングによる、３−Ｄ ＴＦＳＣ基板六角頂部リッジ及び六角プリズム裏面リッジ上へのドーパント液／ペースト・コーティングの自己整合性形成に使用されてもよい、この設備は、また、インライン拡散（又はファイア・スルー）炉の入力段に取り付けられる、インライン大気圧コーティング及び硬化機器構成を利用してもよい。
一実施例では、頂部リッジは、ｎ型ドーパント液／ペースト（リンなど）でコーティングされ、裏面リッジは、ｐ型のドーパント液／ペースト（ボロンなど）でコーティングされる。３−Ｄ ＴＦＳＣ基板１４００は、１４０２において入力コンベヤ・ベルト１４０６上を移動して示される。ｎ型液体ドーパント源を収容する液体膜ディスペンサー１４３２は、制御された厚さのｎ型液体のドーパント膜１４３４を塗布する。このｎ型ドーパント液は、ｎ型液体のドーパント源並びに液位及び液深さコントローラ１４３６からのものである。ｐ型液体ドーパント源を収容する液体膜ディスペンサー（周辺空気浮揚を含む）１４４０は、制御された厚さのｐ型液体ドーパント膜１４３７を塗布する。このｐ型のドーパント液は、ｐ型液体ドーパント源並びに液位及び液深コントローラ１４３８からのものである。次に、３−Ｄ ＴＦＳＣ基板１４００は硬化区域内へと移動し、そこで、ＩＲ又はＵＶ硬化ビーム１４１０を使用する硬化ランプ１４０８を使用して、ドーパント液／ペースト層が同時に形成される。次に、３−Ｄ ＴＦＳＣ基板１４００は、１４０４を出て出力コンベヤ・ベルト１４１２へと移動して示され、コンベヤ・ベルトは基板１４００をインライン拡散炉に移動させてもよく、そこで、ｎ+及びｐ+接点並びに選択エミッタ領域が同時に形成される。
図１３４及び１３５の設備と同様に、多層材料は、液浸アプリケータの複数の組（ここでは図示なし）を使用し、異なる液体源材料をアプリケータの頂部及び／又は裏面の各液浸アプリケータに適用する（若しくは流す）ことによって、３−Ｄ ＴＦＳＣ基板の各面上にコーティングされてもよい。この種の処理システムも、ファイア・スルー金属化のために金属液体を塗布すること、並びに誘電体（例えば、酸化物及び／若しくは固体ドーパント源層）を頂部及び／又は裏面六角プリズム・リッジから選択的にエッチングするために液体エッチング剤を塗布することに使用されてもよい。
図１３７Ａ〜１４１は、様々な代表的な二重アパーチャ六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ構造（先細状のプリズム側壁を有する）を示す。一実施例は、ＴＦＳＣに結晶シリコン（ｃ−Ｓｉ）を使用するが、代替実施例では、ポリシリコン、非晶質シリコン、並びに非Ｓｉ吸収体も使用されてもよい。これらのＴＦＳＣは、図１２２〜１２７に上述したプロセス実施例に基づいて製作される。これらの断面図は、裏面基層を有さない二重アパーチャ六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣに相当する。これらの図面に示される六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣは、先細状のプリズム側壁を有する（一実施例では、頂部上のエミッタ・シリコン幅がより狭く、底部のベース・シリコン幅がより広い）。
図１３７Ａは、先細状のプリズム・ポスト１４５２を備えた、裏面基層を有さない二重アパーチャの六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ内の単一単電池のＹ−Ｙ断面図１４５０を示す。プリズム・ポスト１４５２の中央領域１４５４は、ベース領域として役立つｐ型シリコンを含有する。電池の図１４５０は、高濃度ドープ・エミッタ接点拡散領域１４５６（例えば、より高濃度でリン・ドープした、図示されるような六角プリズム頂部六角リッジ上のｎ++ドープ・エミッタ接点領域）、選択エミッタ領域１４５８（例えば、より高濃度でリン・ドープした、図示されるような六角プリズム側壁表面上のｎ+選択エミッタ）、並びに、高濃度ドープ・ベース接点領域１４６０（例えば、より高濃度でボロン・ドープした、図示されるような六角プリズム裏面六角リッジ上のｐ++ドープ・ベース接点領域）の自己整合性形成後のものである。六角プリズム側壁は、（３−Ｄ ＴＦＳＣ基板製作時に）ボロンでｉｎ−ｓｉｔｕドープされる（均一に、或いは、プリズム側壁表面がより低濃度でドープされ、側壁垂直中心軸に向かってより高濃度でドープされる段階的なプロファイルで）。電池の図１４５０は、エミッタ及びベース接点金属化の形成前のものである。更に、各側壁１４５２は、頂部シリコン厚さ（Ｔst）１４６２及び底部シリコン厚さ（Ｔsb）１４６４を有する。各側壁は、オフ・ノーマルの先細状側壁角度θ １４６６を有する。
図１３７Ａに示されるドーピング極性に比べて、電池ドーピング極性はすべて逆にされてもよい。図１３７Ｂは、図１３７Ａと同じＴＦＳＣであり、ただしドーピング極性を逆にした（即ち、ｎ型ベース及びｐ型エミッタ領域）図１４８０を示す。
図１３７Ｂは、先細状のプリズム・ポスト１４８２とともに、裏面基層のない二重アパーチャの六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣの内の単一単電池のＹ−Ｙ断面図１４８０を示す。プリズム・ポスト１４８２の中央領域１４８４は、電池ベース領域として役立つｎ型シリコンを含有する。電池の図１４８０は、高濃度ドープｐ++エミッタ接点領域１４８６、選択ｐ+エミッタ領域１４８８、及び高濃度ドープｎ++ベース接点領域１４９０の自己整合性形成後のものである。電池の図１４８０は、エミッタ及びベース接点金属化の形成前のものである。
図１３７Ａに続いて、図１３８Ａは、ｐ型プリズム・ポスト１４５４を備えた、六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ内の単電池のＹ−Ｙ断面図１５００を示す。電池の図１５００は、表面パッシベーション酸化物及び反射防止コーティング（ＡＲＣ）層１５０２、ファイア・スルー及び／又は選択的めっきによる、被覆高さＬem １５０６を有するエミッタ接点金属１５０４（例えば、銀、銅、アルミニウムであり、必要であれば耐熱金属障壁を使用する）、並びに被覆高さＬbm １５１０を有するベース接点金属１５０８（銀、銅、アルミニウムであり、必要であれば耐熱金属障壁を使用する）の自己整合性形成後のものである。六角プリズム側壁は、（３−Ｄ ＴＦＳＣ基板製作時に）ボロンでｉｎ−ｓｉｔｕドープされる（均一に、或いは、プリズム側壁表面がより低濃度でドープされ、側壁垂直中心軸に向かってより高濃度でドープされる段階的なプロファイルで）。電池の図は、高反射率裏面ミラー上に電池を定置する前のものである。
上述したように、電池ドーピング極性はすべて逆にされてもよい。図１３７Ｂに続いて、図１３８Ｂは、ｎ型プリズム・ポスト１４８４を備えた、二重アパーチャ六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ内の単電池のＹ−Ｙ断面図１５２０を示す。電池ドーピング極性はすべて、図１３８Ａに示されるものと逆である。電池の図１５２０は、表面パッシベーション酸化物及び反射防止コーティング（ＡＲＣ）層１５０２、ファイア・スルー及び／又は選択的めっきによる、被覆高さＬem １５０６を有するエミッタ接点金属１５０４（銀、銅、アルミニウムであり、必要であれば耐熱金属障壁を使用する）、並びに被覆高さＬbm １５１０を有するベース接点金属１５０８（銀、銅、アルミニウムであり、必要であれば耐熱金属障壁を使用する）の自己整合性形成後のものである。六角プリズム側壁は、（３−Ｄ ＴＦＳＣ基板製作時に）リンでｉｎ−ｓｉｔｕドープされる（均一に、或いは、プリズム側壁表面がより低濃度でドープされ、側壁垂直中心軸に向かってより高濃度でドープされる段階的なプロファイルで）。電池の図は、高反射率裏面ミラー上に電池を定置する前のものである。
図１３８Ａに続いて、図１３９Ａは、研磨したミラー面を有する分離した高反射率裏面鏡面ミラー１５３２上に電池を定置した後の、単電池のＹ−Ｙ断面図１５３０を示す。分離したミラーは、電池上の直接材料堆積によっては統合されない。一実施例では、ミラーは、８００〜１２００ナノメートルのλに対して９５％超の反射率で、銀及び／若しくはアルミニウム（又は、銀及び／若しくはアルミニウム及び／若しくはＡｕでコーティングされた研磨したディスク）で作られる。裏面ミラー表面とベース接点との間隔（Ｓ）１５３４は、０（即ち、裏面ミラーと六角形ベース接点の間が直接接触であり、この場合、裏面ミラーはベース電気相互接続面としても役立つ）から、約Ｈ（即ち、六角プリズム電池の高さと同じ程度の間隔（１００〜５００ミクロン以内））までの範囲内であってもよい。
図１３８Ｂに続いて、図１３９Ｂは、テクスチャリングを施したミラー面を有する高反射率裏面拡散ミラー１５４２上に電池を定置した後の、単電池のＹ−Ｙ断面図１５４０を示す。一実施例では、ミラーは、８００〜１２００ナノメートルのλに対して９５％超の反射率で銀コーティングされる。
図１４０Ａは、図１３９Ａに示される六角プリズムＴＦＳＣからのいくつかのプリズム単電池の断面図１５５０を示す。
図１４０Ｂは、図１３９Ｂに示される六角プリズムＴＦＳＣからのいくつかのプリズム単電池の断面図１５６０を示す。
図１４１は、分離した拡散（粗面）高反射率裏面ミラー１５４２（銀及び／若しくはアルミニウム及び／若しくはＡｕ、又はそれらのコーティングで作られる）上に定置され、それと接触している上述の六角プリズムＴＦＳＣの断面図１５７０である。ここに図示される裏面ミラー面とベース接点との間隔（Ｓ）はゼロであり、したがって、裏面拡散ミラーと電池ベース接点金属との間は直接接触である。したがって、裏面ミラーは、ベース電気相互接続面としても役立つ。裏面ミラーは、太陽電池モジュール・アセンブリの一部であってもよい（例えば、電池エミッタ及びベース接点金属化に接続するとともに電池を直列で接続する、銀コーティングした銅相互接続を有するプリント回路基板）。この図面は、いくつかのプリズム単電池を示し、図１３９Ｂに示される同じ六角プリズムＴＦＳＣに相当するが、ミラー・ベース接点間の間隔１５３４はゼロである（図１３９Ｂは１つの単電池を示す）。
図１３７Ａ〜１４１は、先細状のプリズム側壁を備えた本開示の３−Ｄ ＴＦＳＣを示す。また、ほぼ垂直のプリズム側壁を有する六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ（裏面基層を有する又は有さない）を製作することが可能である。例えば、図１４２Ａは単電池のＹ−Ｙ断面図を示す。側壁プロファイル（垂直である）を除いて、他の電池設計の特徴は、図１３７Ａに示される壁が先細状の電池のものと本質的に類似している。図１３７Ａに比べて均一な六角形の壁厚（Ｔs）１５８２に留意のこと。
図１４２Ａに続いて、図１４２Ｂは単電池のＹ−Ｙ断面図１５９０を示す。側壁プロファイル（垂直である）を除いて、他の電池の特徴は、図１３８Ａに示される壁が先細状の電池のものと本質的に類似している。図１３８Ａと比べたＬtm１５９２に留意のこと。
図１４２Ｂに続いて、図１４３は、反射性鏡面裏面ミラー１５３２上に電池を定置した後の単電池のＹ−Ｙ断面図１６００を示す。この六角プリズム電池は、垂直のプリズム側壁を有する（即ち、頂部エミッタ及び裏面ベース・プリズム側壁の幅が等しい）。側壁プロファイル（垂直である）を除いて、他の電池の特徴は、図１３９Ａに示される壁が先細状の電池のものと本質的に類似している。やはり、Ｌtm１５９２及び均一な六角形の壁厚（Ｔs）１５８２に留意のこと。
やはり図１４２Ｂに続いて、図１４４は、拡散裏面ミラー１５４２上に電池を定置した後の単電池のＹ−Ｙ断面図１６１０を示す。この六角プリズムセルは、垂直のプリズム側壁を有する（即ち、頂部エミッタ及び裏面ベース・プリズム側壁の幅が等しい）。側壁プロファイル（垂直である）を除いて、他の電池の特徴は、図１３９Ｂに示される壁が先細状の電池のものと本質的に類似している。やはり、Ｌtm１５９２及び均一な六角形の壁厚（Ｔs）１５８２に留意のこと。
図１４５は、分離した鏡面高反射率裏面ミラー１５３２（銀及び／若しくはアルミニウム及び／若しくはＡｕ、又はそれらのコーティングで作られる）上に定置された、垂直のプリズム側壁を有し、平面の基層を有さない二重アパーチャ六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣのＹ−Ｙ断面図１６２０である。裏面ミラー表面とベース接点との間隔（Ｓ）１５３４は、０（即ち、裏面ミラーとベース接点の間が直接接触であり、この場合、裏面ミラーはベース相互接続面としても役立つ）から、約Ｈ（即ち、六角プリズム電池の高さと同じ程度の間隔）までの範囲内であってもよい。この図面は、いくつかのプリズム単電池を示し、図１４３（１つの単電池を示す）に示される同じ六角プリズム電池に相当する。
図１４６は、分離した拡散高反射率裏面ミラー１５４２（銀及び／若しくはアルミニウム及び／若しくはＡｕ、又はそれらのコーティングで作られる）上に定置された、垂直のプリズム側壁を有し、平面の基層を有さない二重アパーチャ六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣのＹ−Ｙ断面図１６３０である。裏面ミラー表面とベース接点との間隔（Ｓ）１５３４は、０（即ち、裏面ミラーとベース接点の間が直接接触であり、この場合、裏面ミラーはベース相互接続面としても役立つ）から、約Ｈ（即ち、六角プリズム電池の高さと同じ程度の間隔）までの範囲内であってもよい。この図面は、いくつかのプリズム単電池を示し、図１４４（１つの単電池を示す）に示される同じ六角プリズム電池に相当する。
本開示の六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ（裏面基層を有するもの及び有さないものの両方）の重要な特徴の１つは、独自のデバイス特徴により、光生成キャリアの収集効率が高いことである。例えば、選択エミッタ接合はプリズム側壁の両方の表面を覆う。したがって、ｎ+選択エミッタ接合及びｉｎ−ｓｉｔｕボロン・ドープ出発六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ基板を有する六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣの場合、プリズム側壁内のあらゆる光生成電子は、プリズム側壁の両方の表面を覆う選択エミッタ接合によって効率的に収集される。これにより、本開示の電池は、基板欠陥或いは少数キャリア拡散長さの点で要求が低くなる。
プリズム側壁厚さよりも数倍だけ長い少数キャリア拡散長さ（例えば、２〜５倍）は、光生成キャリアを効率的に収集するのに十分な材料品質を提供し、隣接した側壁表面に近接して位置する２つの選択エミッタ接合の１つによる再結合損失は無視できる程度である。例えば、５ミクロンのプリズム側壁シリコン膜厚の場合、１０〜１５ミクロン超の少数キャリア拡散長さは、最小限の再結合損失による非常に高い電池効率を達成するのに十分な基板寿命品質を提供するはずである。これは、光生成キャリアが、収集されるために１５０〜２００ミクロン程度の距離を移動しなければならないことがある（したがって、少なくとも数百ナノメートルの少数キャリア拡散長さを必要とする）現行のシリコン・ウェハ太陽電池に比べて重要な利点である。この重要な利点の結果として、より高価な単結晶シリコンの代わりに、多重結晶のシリコン又はポリシリコンなどの多結晶半導体吸収体を使用して、本開示の実施例及び設計（及びそれらの多数の派生物）に基づいて、高性能六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣを製作することが可能である。
図１４７Ａ及び１４７Ｂは、電池製作前及び製作後両方の（自己整合性電池金属化の前後で示される）、本開示の六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ内の六角プリズム単電池の拡大図を示す。
図１４７Ａは、自己整合性ベース及びエミッタ接点金属化の前の、本開示の規則的な二重アパーチャ六角プリズムＴＦＳＣからの単一の単電池の擬似３−Ｄ図１６４０（裏面基層を有さない電池について示される）を示す。プリズム側壁表面は、選択エミッタ接合（例えば、ボロン・ドープ・シリコン・ベースのｎ+ｐ接合）を形成するようにドープされている。この図面は、図１２２〜１２７の電池製作プロセス・フローの実施例に相当する。図１４７Ａは、表面の自己整合性エミッタ金属化接点を形成してもよい、頂部六角形開口部８１４と、裏面の選択ベース自己整合性接点を形成してもよい裏面（底部）六角形開口部８１６とを示す。
図１４７Ｂは、自己整合性ベース及びエミッタ接点金属化を含む電池製作後の、本開示の規則的な六角プリズムＴＦＳＣからの単一の単電池の擬似３−Ｄ図１６５０を示す。単電池の頂部の暗い領域１６５２は、自己整合性エミッタ接点金属であり、単電池の裏面１６５４は自己整合性ベース接点金属である。プリズム側壁表面は、選択エミッタ接合（例えば、ボロン・ドープ・シリコン・ベースにおける接合深さ０．２〜０．５ミクロンの浅いｎ+ｐ接合）を形成するようにドープされている。
図１４８は、電池裏面ベース側（ベース接点金属領域１６６４）を裏面ミラー１６６２（上述の図に示されるような、鏡面１５３２又は拡散裏面ミラー１５４２）上に定置した後の、多数の隣接したプリズム単電池の部分図１６６０を示す。裏面ミラー１６６２は、銀又はアルミニウムを（例えば、めっきを使用して）フラッシュ・コーティングした、適切な平面の材料（例えば、銅又はアルミニウム）で作られてもよい。裏面ミラーは、太陽電池モジュール・アセンブリ内のプリント回路基板（ＰＣＢ）上の、銅の相互接続パッド又はアイランド（銀及び／若しくはアルミニウムをめっきした）であってもよい。したがって、裏面ミラーは、ベースの電気的相互接続面としても役立ってもよい。後部ベース接点金属領域１６６４は、太陽電池モジュールＰＣＢアセンブリ上のめっきした銅パッド上にはんだ付け若しくは接着（又は単に配置）されてもよい。組み立てたモジュール構造に銀をフラッシュ・コーティングして、任意の反射性銀（銀）ではんだ接合表面をコーティングする任意の工程がある。
図１４９は、多数の隣接したプリズム単電池（図１４８に類似）の３−Ｄ図１６７０を示す。
図１５０Ａ〜１５６は、分離した又は統合／取付けした裏面ミラーを備える、裏面基層を有する六角プリズム単電池の様々な断面図を示す。これらの図面は、図１２８〜１３３に概説した電池製作プロセス・フローの実施例に相当する。電池ドーピング極性は逆にしてもよい（例えば、リン・ドープ・ベース及びｐ+ｎ選択エミッタ）。ｃ−Ｓｉ電池について図示しているが、この電池構造は、また、ポリシリコン、非晶質シリコン、及び非Ｓｉ吸収体ＴＦＳＣに適用されてもよい。図示される基板は先細状のプリズム側壁（より狭いエミッタ及びより幅広のベース）を有する。或いは、基板は垂直のプリズム側壁を有してもよい。
図１５０Ａは、電池製作前の裏面基層（そのテンプレートから離型され除去された）を有する単一アパーチャ六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ基板内の単電池のＹ−Ｙ断面図１６８０を示す。後に続くｎ+ｐ選択エミッタ形成のため、六角プリズム側壁は、３−Ｄ ＴＦＳＣ基板製作時にベース領域を形成するようにボロンでｉｎ−ｓｉｔｕドープされる。側壁は、均一に、或いは、プリズム側壁表面がより低濃度でドープされ、側壁垂直中心軸に向かってより高濃度でドープされる段階的なプロファイルで、ボロンでドープされる（一実施例では、シリコンを堆積させてテンプレートとするときに）。同様に、六角プリズム裏面基層は、３−Ｄ ＴＦＳＣ基板製作時にｉｎ−ｓｉｔｕドープされる。基層は、均一に、或いは、裏面基層表面がより低濃度でドープされ、裏面基層裏面に向かってより高濃度でドープされる段階的なプロファイルで、ボロンでドープされて、裏面基層に内蔵の裏面輻射場効果が作られ、電池性能が改善される。プリズム頂部（エミッタ側）リッジ１６８２は、エミッタ接点拡散及び金属接点形成に使用され、六角形トラフ１６８４は、ベース接点拡散及び埋込み金属接点形成に使用される。
図１５０Ｂは、選択エミッタ領域１６９８（例えば、図示されるような六角プリズム側壁表面上のより低濃度でリン・ドープされたｎ+選択エミッタ）、被覆高さＬe１６９２の高濃度ドープ・エミッタ接点領域１６９４（例えば、図示されるような六角プリズム頂部の六角形リッジ上のより高濃度でリン・ドープされたｎ++ドープ・エミッタ接点領域）、裏面基層の裏面上の選択ベース領域１７００（例えば、図示されるような裏面基層の裏面上のより低濃度でボロン・ドープされたｐ+選択ベース）、及び、裏面基層トレンチ／トラフ内の高濃度ドープ（ボロン・ドープｐ++）ベース接点拡散領域１６９６（例えば、より高濃度でボロン・ドープされたｐ++ドープ・ベース接点領域）の自己整合性形成後の、本開示の六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ（図１５０Ａに示されるような、裏面基層を有する六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ基板を使用する）内の単電池のＹ−Ｙ断面図１６９０を示す。エミッタ領域１６９５及びベース領域１７０４のための硬化した固体ドーパント源層はそれぞれ、頂部六角プリズム・リッジ上及び裏面ベース裏面の充填したトレンチ（トラフ）内の暗いセグメントとして示される。
図１５１Ａは、硬化したｎ型及びｐ型のドーパント層が除去された後であって、熱拡散プロセス前のＹ−Ｙ断面図１７１０を示す。図１５１Ｂは、表面パッシベーション並びに反射防止コーティング（熱ＳｉＯ2及び／又はＰＶＤ若しくはＰＥＣＶＤ ＳｉＮx若しくはＡｌＮx ＡＲＣ）誘電体層１７２２の形成後のＹ−Ｙ断面図１７２０を示す。Ｌe １７２４及び硬化したボロン・ドープ・ガラス１７２６に留意のこと。図１５２Ａは、ファイア・スルー及び／又は選択的めっきによるエミッタ１７３２及びベース１７３４接点金属（銀、アルミニウム、銅など）の形成後のＹ−Ｙ断面図１７３０を示す。図１５２Ｂは、分離した高反射性裏面鏡面又は拡散ミラー１５３２（例えば、太陽電池モジュール・アセンブリ内のＰＣＢ上のベース相互接続面上の銀若しくはアルミニウム・コーティング。ミラーは図示されるように裏面ベース接点に接触してもよい）を追加した後のＹ−Ｙ断面図１７４０を示す。
図１５３は、統合／取付けした高反射性の薄い裏面鏡面又は拡散ミラー（例えば、図示されるような裏面基層裏面上にＰＶＤ若しくはめっきによって堆積させた銀若しくはアルミニウムの薄層１７５２。拡散ミラーの場合、裏面基層裏面上の誘電体層は、ミラー金属堆積前に、プラズマ処理若しくはイオン衝撃などの表面粗面化プロセスによって粗面化される）を追加した後のＹ−Ｙ断面図１７５０を示す。或いは、基層は、ＴＦＳＣ基板がそこから離型される予めテクスチャリングしたテンプレートによって、既にテクスチャリングされていてもよい。
図１５４は、図１５３（多数のプリズム単電池を示す）のＴＦＳＣのＹ−Ｙ断面図１７６０を示す。ＴＦＳＣは、銀又はアルミニウムで作られた統合（取付け）高反射性裏面ミラー１７５２を含み、それは、裏面基層の裏面上に形成された裏面パッシベーション酸化物（及びＡＲＣ）層（１つ若しくは複数）上に堆積されてもよい（例えば、ＰＶＤ又はめっき又は蒸着、或いはローラー若しくは噴霧コーティングなどの別のコーティング技術、及びその後の硬化による）。裏面ミラー１７５２は、また、裏面基層上の自己整合性六角形ベース接点１７６２（例えば、銀及び／若しくはアルミニウム及び／若しくは銅、又は他の金属）に電気的に接続するベース相互接続面である。裏面ミラーは、平滑な又は粗面化した（それぞれ、鏡面ミラー若しくは拡散ミラーの場合）裏面ベース誘電体層表面上に堆積されてもよい。やはり、基層は、ＴＦＳＣ基板がそこから離型される予めテクスチャリングしたテンプレートによって、既にテクスチャリングされていてもよい。
図１５５は、多数のプリズム単電池が示される、図１５３及び１５４のＴＦＳＣのＹ−Ｙ断面図１７７０を示す。ＴＦＳＣは、裏面基層の裏面の下に置かれる、銀又はアルミニウム（ミラー・コーティング）で作られた分離した拡散高反射性裏面ミラー１５４２を含む。この図面は、裏面基層の裏面の下に間隔Ｓ １５３４で置かれたモジュール・アセンブリ相互接続面を示し、Ｓは、０（即ち、相互接続面が裏面基層裏面と接触する）から約Ｈ（Ｈは六角プリズム単電池の高さであり、１００〜５００ミクロンの範囲内であってもよい）までの範囲内であってもよい。後者の構造では、裏面ミラーはベース接点金属に電気的に接続されない。統合ミラーがない場合、適切なコーティング（一実施例では、銀）を有する相互接続面は分離した裏面ミラーとして役立ってもよい。
図１５６は、多数のプリズム単電池が示される、図１５２ＡのＴＦＳＣの概略Ｙ−Ｙ断面図１７８０を示す。ＴＦＳＣは、裏面基層の裏面の下に置かれる、銀又はアルミニウム（ミラー・コーティング）で作られた分離した拡散高反射性裏面ミラー１７８２を含む。この図面は、裏面基層の裏面の下に間隔Ｓで置かれたミラーを示し、Ｓは、０（即ち、ミラーが裏面基層裏面と接触する）から約Ｈ（Ｈは六角プリズム単電池の高さであり、１００〜５００ミクロンの範囲内であってもよい）までの範囲内であってもよい。この構造では、裏面ミラーはベース接点金属に電気的に接続される。したがって、ここに示される裏面ミラーは、ベース相互接続面としても役立つ。
本開示の六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣの主な利点の１つは、エミッタ及びベース接点金属化の無視できるシャドーイング（光学反射損（ｏｐｔｉｃａｌ ｒｅｆｌｅｃｔａｎｃｅ ｌｏｓｓ））効果である。本質的に、ベース六角形接点金属からのあらゆる反射は、六角プリズム・シリコン吸収体によって受け取られてもよく、光生成電流に寄与することがある。また、エミッタ接点金属化前の頂部六角形リッジの丸み付けと併せた頂部エミッタ側上の薄いプリズム側壁と、エミッタ接点金属化の単位折畳み構造とを組み合わせて、太陽光反射の大半が、プリズム・キャビティ側壁及び／又は六角プリズム・キャビティ基層（裏面基層を有する電池の場合は裏面シリコン基層、また、裏面基層を有するものと有さないものの六角プリズム電池設計すべての場合は裏面ミラー）内に再び向けられることを確保してもよい。反射性エミッタ接点の頂部上に入射する太陽光が、六角プリズム電池キャビティ／アパーチャから逃げる割合はわずかである。これは、ガラスなしモジュールの組立ての間に、機械的保護の追加層及びＡＲＣ層で電池をコーティングすることによって更に最小限に抑えることができる。一例として、図１５７は、六角プリズム単電池の反射性エミッタ接点上に入射する太陽光線１７９２の光線追跡の概略図１７９０を示す。ここに示されるように、折り畳まれたエミッタ接点上に入射する太陽光線（入射光線Ｒ1 １７９４、Ｒ2 １７９６、Ｒ3 １７９８、Ｒ4 １８００、Ｒ5 １８０２を含む）の大半は、反射して、プリズム単電池キャビティ１８０６内及び／又は裏面ミラー１８１０（若しくは、裏面基層を有する電池の場合は裏面基層）上に戻り（反射光線Ｒ1 １７９５、Ｒ2 １７９７、Ｒ3 １７９９、Ｒ4 １８０１、Ｒ5 １８０３として示され、Ｒ1 １７９５は単独の例外である）、最終的には、ＴＦＳＣ発電に寄与する（六角プリズム頂部リッジ上の折り畳まれたエミッタ接点金属設計による）。プリズム側壁及び頂部上のエミッタ接点金属は、エミッタ接点金属によるあらゆるシャドーイング損失を最小限に抑えるため、理想的には先細状にされてもよい。更に、最終の太陽電池モジュール組立ての間に電池の上に形成される保護透明コーティング層（例えば、電池の上への液体噴霧及び硬化によって形成される適切なコーティング層）は、頂部エミッタ接点金属と関連する反射損を更に低減してもよい。エミッタ接点金属の頂部上に入射する光線を光学的に導波することで、エミッタ接点金属の頂部からの入射光線は、六角プリズム単電池キャビティ１８０６内に再び向けられる。
図１５８は、従来技術と比べた、本開示のキャリア収集の利点を要約する。図１５９は、従来技術と比べた、本開示の光子吸収の利点を要約する。１つの光線の追跡が、本開示の電池がＥ≧１．１ｅＶの太陽光光子の大部分を閉じ込め吸収することを示すことに留意されたい。
図１６０は、光線追跡を計算する目的で、六角プリズム単電池上に直角の入射角で入射する１０本の光線１７９２を示す。図１６１は、光線追跡を計算する目的で、４５度の入射角の１０本の光線１７９２を示す。図１６２は、光線追跡を計算する目的で、垂直な入射角の３本の光線１７９２を示す。図１６３は、光線追跡を計算する目的で、４５度の入射角の３本の光線１７９２を示す。
図１６４は、本開示の太陽電池のいくつかの実施例について、短絡電流密度と入射角との関係の概略グラフを示す。図１６４は、また、超効率的な光閉じ込めを示す、基層を有する六角プリズム単電池についての光線追跡の結果を示す。図１６５は、ＳＴＣ電池効率及び短絡電流と単電池プリズム高さとの関係の両方を示す、本開示の単一アパーチャ六角プリズム電池設計についての基本的な光線追跡モデリングの結果の概略グラフを示す。本発明の電池設計の超高効率（ＳＴＣ効率よりも２５％超）の能力はモデリングによって確認されていることに留意されたい。図１６６は、最大光電流を入射角に対してプロットした、本発明の（基層を有する）単一アパーチャ六角プリズム電池設計における光線追跡モデリングの結果の概略グラフを示す。この図面は、プリズム側壁内の光閉じ込めを改善した結果として、エミッタ・ラップ・アラウンド金属化が光生成電流密度を実際に増加させることを示す。
本開示の様々な実施例の記載全体にわたって、六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ基板は、再使用可能なテンプレート上に半導体層を堆積する（例えば、エピタキシャル・シリコン成長）間にｉｎ−ｓｉｔｕでドーピングされてもよいことを記述してきた。六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ基板ベース・ドーピングは均一であっても段階的であってもよい。六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ基板ドーピングの最適に段階的にした場合、基板は、段階的な基板ドーピングによる内部電界を提供してもよく、それが、現場支援キャリア・ドリフト成分による光生成キャリア収集を容易にするか、又はそれを助けてもよい。ドーパント濃度の段階付けは、直線的に、対数的に、又は別の適切なスケーリング方法で行われてもよい。一例として、図１６７は、代表的な段階的ベース・ドーピング・プロファイルを示す、本開示の六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣにおける選択エミッタ・リン及び３−Ｄ基板ボロンのドーピング・プロファイル（プリズム側壁から側壁までのドーピング・プロファイル）のグラフを示す。上述したように、段階的なベース・ドーピング・プロファイルは、光生成キャリア収集効率と、ベースの寄生抵抗（及び結果として生じる抵抗損）の低減とを助け、その結果、電池の短絡電流及び充填率が改善される。この例は、ボロン・ドープ・ベース及びリン・ドープ・エミッタについて示される。裏面基層を有する六角プリズム電池の場合、段階的なベース・ドーピングは、また、ボロン濃度が裏面基層の表面（エミッタ側）上ではより低く、裏面基層の下側面（ベース側）に向かって増加する段階的なボロン・ドーピング・プロファイルを作り出す。これは、望ましい裏面輻射場（ＢＳＦ）効果を提供し、それが、裏面基層中のキャリア収集効率も改善し、裏面基層中の表面再結合速度を低減する。
六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣの効率を最大限にするため、電池構造内の電子電流及び正孔電流と関連する抵抗損が最小限に抑えられるように、電池を設計することが重要である。これは、エミッタ及びベース相互接続金属化の抵抗損を無視できるものにする必要性に付加される。ボロン・ドープ・ベース及びｎ+選択エミッタを仮定すると、六角プリズム電池構造内の抵抗損は、選択エミッタ領域に沿ってプリズム頂部上のエミッタ接点金属に向かって移動する、エミッタが収集した電子（又は、エミッタ接点金属から選択エミッタに向かって移動するエミッタ電流）、並びに、六角プリズムのボロン・ドープ側壁バルクに沿って電池の裏面にあるベース接点金属に向かって移動するベースが収集した正孔（又はベース電流）に支配される（上述したキャリアの極性は、リン・ドープｎ型ベース及びｐ+選択エミッタの場合は逆になる）。
図１６８を参照して、以下の項は、プリズム側壁に沿ったベース電流による六角プリズムＴＦＳＣ抵抗損の概略的な計算を概説する。これらの計算は、光生成電流がすべてプリズム側壁内にあるものと仮定する（また、光生成電流が裏面基層を有する電池の裏面基層内では無視できるものと仮定する）。結果は、正に裏面基層を有する電池の裏面基層による光生成電流を考慮に入れた後に得られるものに、かなり類似するはずである。また、光生成電流の寄与が、プリズム側壁の高さに沿って均一である（即ち、プリズム側壁の固定された小さな垂直セグメントそれぞれが、光生成電流に等しく寄与する）ものと仮定する。したがって、光生成電流は０から最大六角プリズム単電池電流まで増加するので、ベース抵抗損は、プリズム側壁に沿ってプリズムの裏面から頂部までの差動抵抗損を単に統合することによって見積もることができる。ベース抵抗損が無視できる場合（最大電池発電を２００Ｗ／ｍ2と仮定して、最大電池電力の０．１％、即ち１／１０００）、プリズム側壁ベース・シート抵抗は約３００Ω／□未満のはずであると決定される。これによって、最小のベース・ボロン・ドーピング濃度が決まる。実際には、過度のベース・ドーピング濃度の結果として少数キャリア寿命が低下することを防ぐため、シート抵抗は、約３００Ω／□であって、それよりも大幅に低くならないように選ばれる。１０超〜１００マイクロ秒超の範囲内の少数キャリア寿命、又は六角プリズム側壁厚さの数倍程度（例えば、２〜５倍超）の少数キャリア拡散長さＬeffは、電池に対する高効率の要件を満たすはずである。
ベース抵抗損を計算するため、すべてのベース電流がプリズム側壁内で生じるものと仮定する。光生成ベース電流は、ｚ＝０とｚ＝Ｈとの間で０からＩ0まで増加するものと仮定される（ここで、Ｉ0はプリズム単電池当たりの光生成電流である）。ベース電流は、ｚ＝Ｈにおいてベース接点金属で（ハニカム・プリズム基層の裏面で）収集される（ハニカム・プリズム基層の裏面で）。単電池当たりのベース抵抗損（Ｐuc）は、次式のように計算される（Ｒsbはプリズム側壁ベースのシート抵抗。Ｉ0＝Ｊ0 Ｓhb、ここで、Ｊ0は太陽電池の最大電力電流密度、Ｓhbはプリズム六角形アパーチャの表面積である）。
単位面積当たりのベース抵抗損（Ｐbl）は、Ｐｕｃを六角形アパーチャ面積で割ることによって計算される。
ｄ＝１００ミクロン、Ｈ＝３００ミクロン、及びＪ0＝４０ｍＡ／ｃｍ2と仮定する。
Ｐbl＝（√３／１２）Ｒsb（４０×１０-3×１０4）2（１００×１０-6）（３００×１０-6）
Ｐbl＝６．９３×１０-4Ｒsb（単位はＷ／ｍ2）
Ｐblは２００Ｗ／ｍ2よりもはるかに低いと仮定する。例えば、Ｐbl＝（１／１０００）２００＝０．２Ｗ／ｍ2と仮定する。
Ｐbl＝０．２＝６．９３×１０-4Ｒsb→Ｒsb＝２８８．６Ω／□
したがって、ベース抵抗損を無視できるものにするため、Ｒsbは３００Ω／□未満であるべきである。
選択エミッタ・シート抵抗は、一般的には、約７５Ω／□から約１５０Ω／□までの範囲内である。したがって、選択エミッタ電流と関連する抵抗損は、ベース電流による抵抗損未満であると予想される（ベース・シート抵抗値が上述するように３００Ω／□程度の場合）。要約すれば、裏面基層を有するものと有さないもの両方の、本開示の最適な六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣの場合、ベース及びエミッタ電流成分による全体的な内部（Ｓｉ内）抵抗損は、電池が、約３００Ω／□（以下）のシート抵抗を生じるのに十分なベース・ドーピングを有するとともに、シート抵抗値が１５０Ω／□未満の選択エミッタを有するプリズム側壁層（また、そのような裏面基層を有する電池の場合は裏面基層）を使用するとき、無視できるもの（即ち、光生成電池電力の約０．１％以下）にすることができると結論付けることができる。当然ながら、これらのシート抵抗値は、内部抵抗損を光生成電池電力の１％をはるかに下回るように維持したまま、更に増加させることができる。
上記で計算した六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣの最大ベース・シート抵抗値は、最適な（又はほぼ最適な）ベース抵抗及びドーピング濃度を決定するため、六角プリズム側壁を形成するシリコン厚さと併せて使用されてもよい。
ボロン・ドープｐ型ベースを仮定すると、図１６９は、ベース抵抗損をＴＦＳＣ電力の０．１％未満に保つため、２〜３０ミクロンの範囲内の六角プリズム３−Ｄシリコン膜厚の異なる値についての、おおよその所望のベース・ボロン・ドーピング濃度及び電気抵抗値を示す。これらの値は、上記に概説した計算に基づいて得たものである。同じ方法論が、ｃ−Ｓｉ以外の別の吸収体材料（ポリシリコン、非晶質シリコン、又は非Ｓｉ半導体材料など）を使用する電池について、電池ドーピングの濃度及びプロファイルを最適化するために適用されてもよい。更に、これらの計算は、均一にドープしたベース領域のおおよその最適なドーピング濃度を決定するために示されるが、それらは、所望のｉｎ−ｓｉｔｕドープした段階的なベース・プロファイルを決定するためのガイドとしても役立ってもよい。
Ｐblは２００Ｗ／ｍ2よりもはるかに低いと仮定する。例えば、Ｐbl＝（１／１０００）２００〜０．２Ｗ／ｍ2と仮定する。
Ｐbl＝０．２＝６．９３×１０-4Ｒsb→Ｒsb＝２８８．６Ω／□
したがって、ベース抵抗損を無視できるものにするため、Ｒsbは３００Ω／□未満であるべきである。
Ｒsb≒ρ／Ｗ→ρ≒Ｒsb×Ｗ（Ｗはシリコン厚さ）
Ｒsb≒３００Ω／□の場合、様々なプリズム・シリコン厚さに対する最大のベース抵抗値が図１６９に示される。ｄが１００ミクロンでＨが３００ミクロンの六角プリズム基板について結果が示されていることに留意されたい。選択エミッタ・シート抵抗は、１００Ω／□〜１５０Ω／□程度であるように選ばれる。したがって、エミッタ電流抵抗損は、ベース電流抵抗損よりも低く、また、最大電池発電の０．１％よりもはるかに低いことが予想される。
本開示の六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ基板は、追加の機械的支持のためと、更に、ラップ・スルー又はラップ・アラウンド・エミッタ接点金属化の形成を容易にするため（太陽電池モジュール組立てを容易にするため）との両方に関して、周辺の厚いシリコン・フレームを利用してもよい。図１０６Ａ及び１０６Ｂは、ＴＦＳＣ製作前及び後の、厚いシリコン・フレームを使用する六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ基板のＹ−Ｙ断面図を示す（実際には、２００ｍｍ×２００ｍｍ基板などの大型基板は数千〜数百万のプリズム単電池を有するので、相対的な基板寸法は縮尺どおりに示されない）。厚いシリコン・フレームは、非常に低コストのシリコン材料（冶金等級又は再生シリコン・ウェハなど）から別個に作られてもよい。図１７０は、厚いシリコン・フレーム、シリコン・フレーム・スライバ、及び、非常に低コストの円形（例えば、マイクロエレクトロニクスからのシリコンを拒絶する）又は正方形（若しくは長方形）のキャスト・シリコン（若しくは再生Ｓｉ）基板を生産する代表的な方法の様々な概略図１８２０を示す。スライバは、冶金等級のキャストＳｉなどの非常に低コストの結晶又は多重結晶シリコンで作られてもよい。円形１８２２又は正方形１８２４のシリコン・ウェハ（例えば、２００ｍｍ×２００ｍｍのキャスト冶金等級シリコン基板）は、レーザー切断などの切断プロセスによって、数百のシリコン・スライバ１８２６を生産するのに使用されてもよい（４つのスライバが、電子ビーム溶接などの溶接プロセスによって、３−Ｄ ＴＦＳＣ基板のための厚いシリコン・フレームを作るのに使用される）。
これらのスライバ１８２６は、図１０６Ａ及び１０６Ｂに示される基板のための厚いシリコン・フレームを作るのに使用されてもよい。次に、いくつかの周辺スポット／接合部で電子ビーム溶接するか、周辺の厚いシリコン・フレームをテンプレート上に置き、シリコン堆積プロセスによって厚いシリコン・フレームを３−Ｄ ＴＦＳＣ基板に継ぎ目なしに取り付けられるようにすることによって、六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ基板製作のシリコン堆積の間に取り付けるか、或いは、透明な硬化エポキシ樹脂によって、別個に製作された厚いシリコン・フレームが、一実施例では３−Ｄ薄膜電池加工の前に、六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ基板に一体的に取り付けられてもよい。
平面図１８３２は、厚いシリコン・フレームが３−Ｄ ＴＦＳＣ基板に融合されることを示す。シリコン・フレーム厚さ１８３４は約５０〜５００ミクロンである。溶接（例えば、電子ビーム溶接）点１８３６（４つの溶接点）があり、ここで、Ｌ １８３８は約１５０〜３００ミリメートル、Ｗ １８４０は約１００〜１０００ミクロンである。スライバ１８２６は、また、ラップ・スルー／ラップ・アラウンド・エミッタ金属化接点に役立つように、貫通穴（図１８３０に示される）を有してもよい。
最先端の従来技術の市販太陽電池及びモジュールにおける、電池レベルの効率からモジュール・レベルの効率への効率低下（電池とモジュールとの間の効率のギャップ）の主な原因は、電池電気接点及び相互接続部による抵抗電力損（ｏｈｍｉｃ ｐｏｗｅｒ ｌｏｓｓ）、電池とモジュールの電気的相互接続部並びにモジュールの電池間の相互接続部（電池を直列で、且つ／又は直列と並列の組合せで接続する）による抵抗電力損、前面電池の合計作用面積とモジュール前面の合計面積との比（電池面積とモジュール面積との比）、並びに、表面ガラス・カバーの反射率（及び透過率）損失である。これらの損失の組合せは、最先端の従来技術の太陽電池モジュールにおいて、少なくとも約４％〜７％の電池からモジュールへの効率低下又はギャップを引き起こすことがある。本開示の太陽電池及びモジュール・アセンブリ設計は、この電池とモジュールとの間の効率のギャップを約１％〜３％未満に大幅に低減することを可能にする。これは、次のものによって遂行される：電池作用面積とモジュール面積の高い比率（９９％超）、電池及びモジュールの電気接点／相互接続部による抵抗電力損の大幅な低減（独自の電池とモジュールの接点及び相互接続部設計と、プリント回路基板アセンブリの特徴とにより、１％〜２％を大きく下回るまで）、並びに、ガラスなしモジュール・パッシベーション又はテクスチャリングを施したガラスで覆われたモジュール設計による、表面カバーの光学反射率／透過率損失の大幅な低減（光学反射率／透過率損失は１％未満まで低減される）によって実現される。
次の項では、建物の屋根及びファサード、集中型発電、及び他の用途に適した太陽電池モジュールを作成するための、本開示の様々な実施例を記載する。通常、太陽電池モジュールは、複数の太陽電池を配置し、それらを、頂部ガラス層及びＴｅｄｌａｒなどの裏面保護材料層によって保護された太陽電池モジュール・アセンブリ内で直列に接続（直列電気接続）することによって作られる。電池は、ＤＣ電圧から昇圧して（太陽電池モジュール電流を電池電流のレベルと同じレベルで維持しながら）、高効率のＤＣ／ＡＣ電力変換を容易にするため、直列で接続されてもよい。
図１７１は、太陽電池モジュール・アセンブリ内における本開示のＴＦＳＣの直列接続の代表例の図１８５０を示す。この例は、直列で（６×４のアレイ状に）接続された２４個の正方形の電池１８５２を示す。直列の電気接続は、直列で接続された隣接した電池間の矢印によって示される。モジュール電力入出力導線１８５４も示される。実際のモジュール・アセンブリでは、電池の数はより少なくてもより多くてもよく、電池は、直列で、又は直列と並列の組合せで接続されてもよい。上述したように、モジュール・アセンブリ内での電池の直列接続によって、ＤＣ／ＡＣインバータのためにＤＣ電圧を昇圧すること（並びに、現場でのモジュール設置を容易にし、モジュール間の電気接続の信頼性を高めるため、太陽電池モジュールのＤＣ電流を制限すること）が可能になる。本開示のプリント回路基板（ＰＣＢ）に基づくモジュール・アセンブリは、モジュールの形態に組み立てられたあらゆる数の電池及びあらゆる電気接続構成（直列、直列／並列の組合せ、又は並列）に対応する。本開示のＴＦＳＣ及びモジュールは、様々な用途に対して、面積が１ｍ2未満〜数ｍ2（例えば、１０ｍ2）の比較的軽量の太陽電池モジュールを提供してもよい。モジュール・アセンブリ内で直列で接続される電池は、それらの光生成電流（例えば、短絡電流Ｉsc及び／又は最大電力電流Ｉm）に関して適合するようにする分類に基づいて選ばれる。
本開示の太陽電池構造及び組立て方法は、プリント回路基板（ＰＣＢ）を使用して、六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣを緊密なアレイ状に組み立て、モジュール・アセンブリ内のＰＣＢ基板を使用して電池を（一実施例では、直列に）接続することに基づく。ＰＣＢ基板は、ＰＣＢの頂部上に単一のパターニングした金属（一実施例では、銅）相互接続層を、又はＰＣＢ基板の頂部表面及び裏面上に２つのパターニングした銅層を有してもよい。図１７２は、太陽電池モジュール・アセンブリに使用されるプリント回路基板（ＰＣＢ）の、表面を銀コーティングした銅のレイアウトの図１８６０を示す（正方形のアイランドは裏面ミラー（単一アパーチャ電池とともに統合ミラーが使用されない場合、若しくは電池が基層を有さない二重アパーチャ電池である場合）及びベース相互接続の両方として役立ち、周辺の正方形の銅バンドはＴＦＳＣ周辺フレームの裏面でラップ・アラウンド・エミッタ接点に接続し、ＰＣＢ表面及び裏面の選択領域を接続する銅充填ビア・プラグは、小円として示される）。この例は、各列６個の電池×４列で配置された２４個のＴＦＳＣのアレイについて示される（ＰＣＢは、ＴＦＳＣのあらゆる数及び様々な配置で設計されてもよい）。高い導電性及び熱伝導性を提供するため、ＰＣＢ導体（銅又はアルミニウム）の厚さは約１０〜１００ミクロン超の範囲内であってもよい。ＰＣＢは、動作中のＴＦＳＣの周期的温度変化を最小限に抑えるための有効なヒート・シンクとしても役立つ。ＰＣＢ材料は、軽量且つ高強度の材料（航空宇宙産業で使用されるカーボン複合材料など）、又は比較的薄い可撓性材料などであるように選択されてもよい。大面積で正方形の銀コーティング銅領域１８６２は、ＴＦＳＣ裏面ベース領域（単一アパーチャ電池の場合は裏面基層の底部、又は二重アパーチャ電池の場合は二重アパーチャ電池の底部リッジ）に接続される。周辺の銀コーティング銅ライン１８６４は、ＴＦＳＣエミッタ接点金属化領域に電気的に接続される。
図１７３は、ＴＦＳＣの直列接続を示す、太陽電池モジュール・アセンブリに使用されるプリント回路基板（ＰＣＢ）の裏面の（任意に、銀コーティングされた）銅のレイアウトの平面図１８７０を示す。ＰＣＢ裏面は、また、ＴＦＳＣ（図１７４に示されるような）のシェード保護用の薄膜分流ダイオード（ｓｈｕｎｔ ｄｉｏｄｅ）を含んでもよい。銅充填ビア・プラグ（円として示される）は、対応する範囲内でＰＣＢ表面及び裏面の金属化パターンを接続する。ここで示される例は、太陽電池パネル上の直列の２４個のＴＦＳＣを接続するためのものであるが、モジュール上にあらゆる所望の形に配置されたあらゆる数の電池を構成し接続するため、類似のＰＣＢ設計方法論が適用されてもよい。このＰＣＢの表面の図が図１７２に示される。この例は、各列６個の電池×４列で配置された、すべて直列で接続された２４個のＴＦＳＣのアレイについて示される（ＰＣＢは、ＴＦＳＣのあらゆる数及び様々な配置について設計されてもよい）。高い導電性及び熱伝導性を提供するため、ＰＣＢ導体（銅又はアルミニウム）の厚さは約１０〜１００ミクロン超の範囲内であってもよい。ＰＣＢは、動作中のＴＦＳＣの周期的温度変化を最小限に抑えるための有効なヒート・シンクとしても役立つ。ＰＣＢ材料は、軽量且つ高強度の材料（航空宇宙産業で使用される適切なカーボン複合材料など）であるように選択されてもよい。図１７３は、また、電力入力導線１８７２（最初の電池のｐ導線）及び電力出力導線１８７４（最後の電池のｎ導線）を示す。
図１７４は、ＰＣＢ上の銅パターンの裏面図１８８０を示し、図１７３に本質的に類似している。この図は、また、ＰＣＢ裏面パターン上に定置された保護用薄膜分流ダイオードの使用を示す（電池のシャドウ保護のため）。
図１７５Ａは、裏面ミラーに使用される太陽電池モジュール・プリント回路基板（ＰＣＢ）の表面上にある銀コーティング銅パターン（１つの電池を定置するためのパッド）、並びに、ＴＦＳＣの１つに対するエミッタ及びベースの相互接続の拡大平面図１８９０を示す（相対的寸法は縮尺どおりに示されない）。図１７５Ａは、Ｌ1 １８９４及びＬ2 １９０４の寸法を示す（一実施例では、１５０ミリメートル〜２００ミリメートル超であり、式中、Ｌ2＝Ｌ1＋２（Ｗ＋Ｓ）である）。Ｓ ４４０は約２５〜２５０ミクロン程度であってもよい。周辺の銅導体バンドの幅（Ｗ）１９０２は約５０〜５００ミクロン程度であってもよい。銅充填ビア・プラグ１８９８は、円として示される（ＴＦＳＣを直列に接続するために予め設計した配置で、又は直列／並列などの他のあらゆる所望の配置で、ＰＣＢ表面及び裏面上の相互接続パターンを接続する。ここに示される代表例は、モジュール開路電圧を昇圧するため、すべての電池を直列で接続するためのものである）。ビア・プラグ１８９８の直径は、約５０〜５００ミクロン程度であってもよい（また、Ｗ １９０２よりも小さくてもよい）。大きな中央の正方形パッドは、裏面電池ミラー（統合裏面ミラーを有さない二重アパーチャ電池又は単一アパーチャ電池の場合）、並びにベース相互接続面（六角プリズム・ベース接点金属化に接続する）の両方として役立つ。中央の正方形（ｐ領域接点）（Ｎ）１８９８にあるビアの数は、数百〜数千程度であってもよい。周辺ライン（Ｍ）１９００（ｎ領域接点）にあるビアの数は、数十〜数百（更には数千）程度であってもよい。ＴＦＳＣエミッタ（ｎ）領域を接続する周辺ライン上のビアは三辺に配置される。高い導電性及び熱伝導性を提供するため、ＰＣＢ導体（銅又はアルミニウム）の厚さは約１０〜１００ミクロン超の範囲内であってもよい。ＰＣＢは、現場動作中のＴＦＳＣの周期的温度変化を最小限に抑えるための有効なヒート・シンクとしても役立つ。この図面は、図１７２のフル・モジュールＰＣＢアレイに示される銅相互接続／ミラー・パッドの１つを示す。
図１７５Ｂは、本開示の一対の隣接したＴＦＳＣのエミッタ及びベースの電気相互接続に使用される、太陽電池モジュール・プリント回路基板（ＰＣＢ）の裏面上にある銀コーティング銅相互接続パターンの拡大平面図１９１０を示す（ＰＣＢ図の一部分）。図１７５Ｂは、アレイ内のＴＦＳＣ１及び２に対するＰＣＢ裏面の銀コーティング銅相互接続パターンを示す。この銅パターンは、モジュール開路電圧を昇圧するためにＴＦＳＣを直列で接続することについて示される。図１７５Ｂは、Ｌ1’１９１２、周辺エミッタ（ｎ領域）コネクタ・ライン幅Ｗ’１９１４（一実施例では、２〜１０ミリメートル）、中央ベース（ｐ領域）コネクタ・プレートと周辺エミッタ（ｎ領域）コネクタ・ラインとの間の間隔Ｓ’１９１６（一実施例では、１００ミクロン〜１ミリメートル）の寸法を示す。Ｌ1’１９１２は、図１７５ＡのＬ1よりも約２〜１０ミリメートル短いことに留意されたい。これにより、周辺エミッタ（ｎ領域）コネクタ・ライン幅をより大きくし、ＰＣＢ裏面上の抵抗損を大幅に低減することが可能になる。
上述のＰＣＢアセンブリは、様々なやり方で（フレームを有する若しくは有さない、頂部の強化ガラスを有する若しくは有さないなど）最終的な太陽電池モジュール・アセンブリを作成するのに使用されてもよい。
図１７６は、実証済みの従来技術の材料（例えば、Ｔｅｄｌａｒ又はポリ塩化ビニル膜）で作られた保護用裏面プレート１９２２、裏面封入層１９２４（ＥＶＡ）、裏面のパターニングした電気相互接続１９２８及び頂部のパターニングした電気相互接続１９３０を有する本開示の両面プリント回路基板（ＰＣＢ）１９２６、裏面のベース接点とラップ・アラウンド（又はラップ・スルー）エミッタ接点とがＰＣＢの表面上に定置された電池裏面ミラー（適切であれば、例えば、統合裏面ミラーを有する単一アパーチャ電池の場合）及びＴＦＳＣ１９３２、頂部封入層（ＥＶＡ）１９３４、並びに、透過率が９８％超であり、スパッタ若しくは噴霧若しくは液体コーティングした反射防止コーティングを有する、反射防止コーティング（ＡＲＣ）強化ガラス（一実施例では、テクスチャリングを施した強化ガラス）１９３６（裏面から頂部まで）を備えた、太陽電池モジュール（太陽電池パネル）構造の断面図１９２０を示す。このモジュール構造は、継ぎ目なしのモジュールとして、又はフレーム（例えば、アルミニウム製）を有して気密封止したパッケージとして組み立てられてもよい。一実施例では、モジュール・アセンブリは、フレームなしのアセンブリである（更に、材料エネルギー蓄量の低減及びエネルギー回収時間の低減のため）。
図１７７は、頂部保護ガラス・プレートを有し、本開示のＰＣＢが埋め込まれた太陽電池（ＰＣＢを有し、ＴＦＳＣがＰＣＢ上に定置された図１７６の太陽電池モジュール構造に相当する）を製作するためのプロセス・フロー１９４０の第１の実施例を示す。この製造フローは、全自動モジュール組立てラインと互換性をもつ。このモジュール組立てフローは、ＰＣＢ表面上に電池裏面ミラー／ベース相互接点を有する（ＰＣＢ表面上には銀コーティングされパターニングされた銅がある）両面プリント回路基板（ＰＣＢ）の使用に基づく。裏面基層及びモジュール組立て前に製作された統合／埋込みした（若しくは取付けした）裏面ミラーを有する六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣの場合（例えば、裏面基層と、ＰＶＤ若しくはめっき又はローラー・コーティング／噴霧コーティング及び硬化を使用して裏面基層の裏面上に堆積された薄膜裏面ミラーとを有する六角プリズム電池）、パターニングしたＰＣＢ銅層を、高反射率ミラー材料（銀）でコーティングする必要はない。工程１９４２で、モジュール組立ては、表面及び裏面両方の上が銅箔でコーティングされた両面ＰＣＢで始まる。ＰＣＢ面積は、ＴＦＳＣの所望の数／レイアウト（例えば、≧１ｍ2であり、各面上の銅箔の厚さは約１０〜１００ミクロン超）を支持するべきである。工程１９４４は、ＰＣＢ相互接続パターニング及び銀フラッシュ・コーティングを伴う（後者は、必要であればＰＣＢ裏面ミラーに対して）。ＰＣＢ表面及び裏面の銅箔は、所望の表面及び裏面相互接続レイアウトにしたがってパターニングされる。銅パターンは、高反射率の銀（及び／又はアルミニウム）の薄層でフラッシュ・コーティングされる。高反射性拡散ミラーが使用されてもよいが、鏡面ミラーも使用されてもよい。工程１９４６は、自動のＴＦＳＣ配置及びはんだ付けのための電池の準備を伴う。ＴＦＳＣの裏面六角形金属化面は、無鉛はんだ又は導電性且つ熱伝導性のエポキシ樹脂ペーストでローラー・コーティング（又は噴霧コーティング若しくは浸漬コーティング）される。裏面の平面のシリコン基層を有さないハニカム・プリズムＴＦＳＣ基板を使用して製作された電池の場合、裏面金属化六角プリズム・リッジは、六角プリズム単電池の寸法に応じて、約２〜２０ミクロンの垂直高さまでコーティングされる。裏面の平面のシリコン基層を有さないハニカム・プリズムＴＦＳＣ基板を使用して製作された単一アパーチャ電池の場合、六角形ベース相互接続リッジのみがコーティングされる。裏面の平面のシリコン基層及び統合裏面ベース・ミラーを有するハニカム・プリズムＴＦＳＣ基板を使用して製作された単一アパーチャ電池の場合、コーティングは、所望であれば、裏面ベース・ミラー底部全体を覆ってもよい。工程１９４８は、自動のＴＦＳＣ配置及びはんだ付け（又はエポキシ樹脂の硬化）を伴う。ＴＦＳＣは自動的に選別され、緊密なアレイの形でＰＣＢの表面上に置かれる。各電池の裏面は、銅相互接続がパターニングされた両面ＰＣＢの表面上の指定の部位に収まる。ＴＦＳＣ裏面の六角プリズム・ベース相互接続は、熱又は超音波はんだ付けを使用して、ＰＣＢ表面の銀コーティングを施しパターニングした銅のアイランドにはんだ付けされる。はんだの代わりにエポキシ樹脂を使用する場合、エポキシ樹脂層は熱及び／又はＩＲ／ＵＶ硬化を使用して硬化される。保護薄膜分流ダイオードは、ＰＣＢ裏面上に定置されはんだ付けされる（又はエポキシ樹脂接着される）。任意の工程は、金属領域を高反射率銀の薄層でフラッシュ・コーティングするものである。工程１９５０は、最終的な太陽電池モジュールの組立て及び積層を伴う。低反射率の強化した（一実施例では、テクスチャリングも施した）頂部ガラス、封入層、電池を定置したＰＣＢ、別の封入層、及びＴｅｄｌａｒ又はポリ塩化ビニルのバック・シートのスタックが準備される。次に、モジュール・スタック・アセンブリは、例えば真空圧積層を使用して、気密封止され実装される。
図１７８は、太陽電池モジュール構造の別の実施例の断面図１９６０を示す。図１７６に示されるような、頂部の封入層（ＥＶＡ）１９３４及び反射防止コーティング（ＡＲＣ）強化ガラス１９３６の代わりに、単一の表面保護層及び反射防止コーティング層１９６２がある。表面保護層及び反射防止コーティング（ＡＲＣ）層１９６２は、液体噴霧コーティング／硬化、液体ローラー・コーティング／硬化、液浸コーティング／硬化、プラズマ噴霧コーティング、又は別の適切な低温コーティング技術によって形成される。この表面保護コーティング及びＡＲＣ層１９６２は、ＴＦＳＣの３−Ｄ構造の結果として、堆積される際にコーティング層として有効にテクスチャリングされる（したがって、別個のテクスチャリング・プロセスは不要である）。これは、コーティング層が、ＴＦＳＣ六角プリズム・キャビティの上のくぼみ（低点）と、六角プリズム・エミッタ・リッジの上のピーク（高点）とを有してもよいという事実による。表面保護層及び反射防止コーティング層１９６２は、数十〜数百ミクロンの範囲内の組み合わせた厚さを有してもよい。一実施例では、厚さは約３０〜３００ミクロンであってもよい。反射防止コーティング（ＡＲＣ）機能を提供することに加えて、積み重ねられた表面保護／ＡＲＣ層は、実際の屋外での現場動作の際の天候／要素及びフォース・インパクト（例えば、ひょうインパクト）に対して優れた保護を提供する。表面コーティングは、ＴＦＳＣの３−Ｄ構造の結果として有効且つ自動的にテクスチャリングされるので、表面コーティング上に別個のＡＲＣ層を使用することは任意である。テクスチャリングしたコーティングは、ＴＦＳＣに対して入射する太陽光強度の非常に高い割合（例えば、９５％超）を有効に結合するため、表面コーティング内への有効な光閉じ込めを提供することができる。表面保護層は、また、光学導波機能を提供して、頂部エミッタ接点金属化と関連するあらゆる反射損を排除又は低減することができる。
図１７９は、コストを削減し重量を低減した（軽量）太陽電池モジュール（図１７８の太陽電池モジュール構造に相当する）を製作するための、組立てプロセス・フロー１９７０の代替実施例を概説する。このフローは、全自動モジュール組立てと互換性をもつ。このプロセス・フローは、厚いガラス・プレートを使用しない（したがって、重量、コスト、及び本開示のエネルギー回収時間が更に低減される）、且つ電池の頂部上にＥＶＡ封入層を有さない組立てプロセスを示す。モジュール表面（組み立てた電池の表面）は、数十〜数百ミクロン程度の組み合わせた厚さを有する硬質保護ガラス・タイプの層（所望であれば、頂部ＡＲＣ層も含む）で覆われる。堆積されるとき、この表面保護層は、ＴＦＳＣの３−Ｄ構造の結果として有効にテクスチャリングされる。最上層は、液体コーティング技術（例えば、噴霧コーティング、液浸コーティング、又はローラー・コーティング）と、その次の熱又はＵＶ硬化プロセスとによって形成されてもよい。液体噴霧コーティングされた（又は液浸コーティング若しくはローラー・コーティングされた）保護／ＡＲ層の熱（又はＵＶ）硬化は、真空圧熱積層プロセスとともに単一工程として行われてもよい。この実施例により、材料消費が低減され、コストが削減され、且つエネルギー回収時間が低減された軽量モジュール・アセンブリが得られる。工程１９７２（ＰＣＢを提供する）は図１７７の工程１９４２に相当し、工程１９７４（ＰＣＢのパターニング及び銀フラッシュ・コーティング）は工程１９４４に相当し、工程１９７６（電池準備）は工程１９４６に相当し、工程１９７８（自動ＴＦＳＣ配置）は工程１９４８に相当する。工程１９８０は、太陽電池モジュール積層を伴う。電池を定置したＰＣＢ、封入層、及びバック・シートのスタックが準備される。次に、真空圧積層などの適切な気密封止／実装プロセスが行われる。工程１９８２は、太陽電池モジュール表面保護コーティング（堆積の際に自動的にテクスチャリングされてもよく、ＴＦＳＣに対する有効な結合のため、有効な光閉じ込めを提供する）層及び任意のＡＲＣ層の堆積を伴う。太陽電池パネルの表面は、適切なコーティング方法を使用して、保護材料（例えば、ガラス・タイプの透明材料）の薄層及び任意の頂部反射防止コーティング（ＡＲＣ）層でコーティングされる。このコーティング（約数十〜数百ミクロン）は、液体噴霧コーティング、液体ローラー・コーティング、液浸コーティング、プラズマ噴霧コーティング、又は別の適切な方法を使用して行われてもよい。次に、熱／ＵＶ硬化プロセスが行われる。
本開示の六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ（裏面基層を有するものと有さないものとの、単一アパーチャ及び二重アパーチャ電池の両方）は、本質的に二面である。本開示の六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ（特に、裏面基層を有さない六角プリズム電池）は、透光率が均一に制御された建物のファサード用途向けの美観的に魅力のある太陽電池ガラス・モジュールに独自に適している。本開示の六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ（裏面基層を有さず、且つ裏面ミラーを有さない設計）は、電池全体を通して非常に均一な部分的日光透過率を提供する。日光透過率の平均レベルは、プリズム単電池のアスペクト比を調節することによって設定されてもよい（より高いプリズムのアスペクト比は、電池全体を通して平均日光透過率を低減する）。
図１８０は、本開示の六角プリズムＴＦＳＣを使用する、建物のファサード（太陽電池ガラス建材）用途向けの太陽電池ガラス・アセンブリの概略断面図２０００を示す。これは、本開示の六角プリズムＴＦＳＣの半透明の変形例（主に、裏面基層を有さず、裏面ミラーを有さない二重アパーチャ電池）が、建物のファサード用途向けの部分的に透明な太陽電池ガラス・モジュールに使用される、本開示の太陽電池モジュール・アセンブリの一実施例である。この例は、二重窓ガラスのアルゴン充填（ガス充填）した低Ｅガラス・アセンブリ内に定置された、半透明六角プリズム電池２００２（入射太陽光／昼光の一部が電池を通過できるようにするため、電池を表面若しくは屋外から電池裏面を通して通過するある程度の太陽光又は拡散昼光透明度を提供するように、裏面基層を有さず、裏面ミラーを有さない変形例）を示す。本開示の部分的に透明なＴＦＳＣは、太陽電池ガラス中の電池を電気的に直列に接続するため、光学的に透明な（又は半透明の）パターニングした電池相互接続層２００６でコーティングされた、下側ガラス・プレート２００４上に緊密に置かれる（ガラス・プレートは建物内部に向いている）。パターニングした電池相互接続層２００６は、酸化インジウム・スズ（ＩＴＯ）などの透明な導電性酸化物（ＴＣＯ）、銀の薄い半透明層、又はそれらの組合せで作られてもよい。ここに示される頂部ガラス・プレート２００８は、ファサード側の屋外に面してもよく、下側ガラス・プレート２００４（その内表面上に形成された、パターニングした透明／半透明相互接続２００６を有するもの）は建物の屋内に面してもよい。ガラス・プレート２００４及び２００８の間に封止したアルゴン充填空間２０１０がある。更に、封止／支援窓枠２０１２が示される。この設計により、二重窓ガラス太陽電池ガラス・モジュールを通る非常に均一なレベルの部分的な透光率が可能になり、したがって、太陽電池ガラス建材用途に対して美観的に魅力のある太陽電池ガラス設計が提供される。部分透明度のレベルは、単電池六角アパーチャのサイズ及び単電池のアスペクト比Ｈ／ｄなど、六角プリズム電池の幾何学的パラメータによって設定されてもよい。部分的な透光率のレベルは、単電池のアスペクト比Ｈ／ｄを低減することによって、且つ／又は単電池アパーチャの対角寸法ｄを増加することによって増加してもよい（図１１０及び１６８を参照）。反対に、部分的な透光率のレベルは、単電池のアスペクト比Ｈ／ｄを増加させることによって、且つ／又は単電池アパーチャの対角寸法ｄを減少させることによって低下してもよい。更に、取り付けた電池を保持するガラス・プレート上に形成されたパターニングした電池相互接続の一部として、部分的に透明な裏面ミラー層（一実施例では、拡散部分裏面ミラーを形成するようにガラス・プレート上に形成した薄い銀層）を使用することが可能である。部分的に反射性／部分的に透明の裏面ミラーは、有効電池変換効率を増加させるとともに、太陽電池ガラス・アセンブリを通る部分的な透光率を低減する。
図１８１は、建物のファサード用途向けの図１８０に示される太陽電池ガラス・モジュール・アセンブリの一部の拡大代替図である別の図２０２０を示す。この図面は、六角プリズム電池を有する太陽電池ガラスの一部分の拡大図を有する（したがって、六角プリズム電池及び太陽電池ガラスの相対的寸法は縮尺どおりには示されない）。図１８１は、表面ＴＦＳＣ六角形エミッタ相互接続２０２２及び自己整合性裏面六角形ベース接点２０２４を示す。頂部ガラス・プレート２００８と底部ガラス・プレート２００４との間の距離２０２６は、１〜１２ミリメートルであってもよい。六角プリズム電池のパラメータは、電池を通る光透過の所望のレベル（例えば、約１０％〜９０％）が可能になるように設計されてもよい。平均透光率のレベルは、ＴＦＳＣのアスペクト比によって制御することができる。
図１８２は、図１８０の下側ガラス・プレート２００４などのガラス・プレート２０４２上に形成された、太陽電池ガラス・アセンブリ内に直列で置かれたハニカム・プリズムＴＦＳＣを接続するのに使用される、代表的なパターニングした半透明又は透明の導電層２００６（酸化インジウム・スズ（ＩＴＯ）層を含む透明な導電性酸化物（ＴＣＯ）、若しくはそれらの組合せ。銀の極薄半透明層などの適切な材料で作られた部分的に透明な電池裏面ミラーも含んでもよい）の図２０４０を示す。この例は、太陽電池ガラス・モジュール・アセンブリ内における６×４＝２４個のＴＦＳＣの直列接続を示す。当然ながら、太陽電池ガラス・アセンブリ内であらゆる数のＴＦＳＣを直列で、又は直列／並列構成の組合せで接続するため、同様のパターニング方法論が使用されてもよい。太陽電池ガラス・モジュール・アセンブリ内のすべての電池の直列接続は、好ましい電気接続方法である（太陽電池ガラス・モジュール電流をＴＦＳＣ電流レベルで維持しながら、太陽電池ガラス出力電圧を昇圧するため）。このパターンは、また、太陽電池モジュール（太陽電池ガラス）アセンブリの出力電気導線２０４４を示す。太陽電池ガラス電力導線２０４４は、隣接した太陽電池ガラス・モジュールに電気的に接続するための接続箱を介して、太陽電池ガラス・フレーム・アセンブリを通して供給されてもよい。パターニングしたＩＲミラー及び電池相互接続２０４６は、透明光で確認できる。堆積した薄膜層（又は複数層構造）のパターンは、スパッタリング及び／又はめっきによって形成される。アイランドとラインとの間に示される透明な空間は、一般的には、示されるものよりも小さいことに留意されたい（図面は縮尺どおりではない）。
図１８３は、太陽電池ガラス用途向けのモジュール組立てプロセス・フロー２０５０の代替実施例を示す。この実施例は、建物のファサード用途向けの半透明太陽電池ガラス・モジュール（図１８０、１８１、及び１８２の太陽電池モジュール構造に相当する）の製作を概説する。この太陽電池ガラス・モジュールの組立てフローは、全自動太陽電池ガラス・モジュール組立てと互換性をもつ。このフローは、二重窓ガラスの低Ｅガラス構造を使用する組立てプロセスを示す（他のガラス構造は同様に使用されてもよい）。この実施例により、材料消費が低減され、コストが削減され、且つモジュール・エネルギー回収時間が低減された軽量太陽電池ガラス・モジュール・アセンブリが得られる。工程２０５２で、太陽電池ガラス製造は、建物のファサード向けの低Ｅガラス建材アセンブリの屋内側として役立ってもよい第１のガラス・プレートから始まる。ガラス面積は、用途に応じて１ｍ2未満〜数ｍ2の範囲内であってもよい。工程２０５４は、第１のガラス・プレート上に（半）透明電池相互接続パターンを形成することを伴う。ガラス・プレートは洗浄され、光学的に透明又は半透明の導電層のパターニングした層が堆積されて、電池電気接続面として役立つ。パターニングした相互接続層は、酸化インジウム・スズ（ＩＴＯ）などの透明な導電性酸化物（ＴＣＯ）、銀の薄い半透明層、又はそれらの組合せで作られてもよい。パターニングした層は、シャドウ・マスクを介する物理蒸着（ＰＶＤ）又は別の適切な技術によって形成されてもよい。工程２０５６は、自動ＴＦＳＣ配置及び取付けのための電池の準備を伴う。ＴＦＳＣの裏面六角形金属化面は、無鉛はんだ又は導電性且つ熱伝導性のエポキシ樹脂ペースト／液体でローラー・コーティングされる。裏面の平面のシリコン基層を有さないハニカム・プリズムＴＦＳＣ基板を使用して製作された電池の場合、裏面金属化六角プリズム・リッジは、六角プリズム単電池及びベース金属接点の被覆寸法に応じて、約１〜２０ミクロンの垂直高さまでコーティングされる。このプロセスは、電池の配置及び取付けに備えて、ベース六角形アレイ相互接続及びエミッタ・ラップ・アラウンド／ラップ・スルー相互接続をコーティングする。工程２０５８は、自動のＴＦＳＣ配置及びはんだ付け（又はエポキシ樹脂の硬化）を伴う。ＴＦＳＣは自動的に選別され、パターニングした（半）透明相互接続を有するガラス・プレート表面上に緊密なアレイの形で置かれる。ハニカム・プリズム電池の裏面ベース側はガラス・プレート上に置かれる。ＴＦＳＣ裏面の六角プリズム・ベース相互接続は、熱又は超音波はんだ付けを使用して、パターニングした電池相互接続層にはんだ付け（取付け）される。はんだの代わりにエポキシ樹脂を使用する場合、エポキシ樹脂は熱又はＵＶ硬化を使用して硬化される。工程２０６０は、自動の太陽電池ガラス／モジュール組立てを伴う。一実施例では、太陽電池ガラス・モジュール・アセンブリは、電池が取り付けられたガラス・プレートを太陽電池ガラス・フレーム（例えば、周辺封止を有するアルミニウム・フレームなどの金属フレーム）上に定置し、並びに、電池が、金属フレームによって封止された２つのガラス・プレート間に形成されたアルゴン充填キャビティ内に閉じ込められるようにして、ガラス・プレート（一実施例では、ＡＲコーティング（ＡＲＣ）層を有する）を、他のガラス・プレートと平行にそこから間隔を空けて（例えば、約１〜３０ミリメートル）太陽電池ガラス・フレームに取り付けることによって、大気圧アルゴンで充填した自動組立て雰囲気内で準備される。これは、電池がアルゴン充填キャビティ内に閉じ込められ保護された、低Ｅ太陽電池ガラス・アセンブリを形成する。太陽電池ガラス・モジュール・フレームは、また、パターニングした相互接続からの導線に取り付けられる導線貫通接続を提供する。モジュール・フレーム周辺封止は、アルゴン充填キャビティを維持し、ガス漏れを防ぐ。
ＴＦＳＣ及びモジュール相互接続における１つの重要な考慮点は、ＴＦＳＣ及び太陽電池モジュール・アセンブリ内の電気的相互接続と関連する合計電力損失である。本開示の六角プリズム３−Ｄ ｃ−Ｓｉ ＴＦＳＣ及びＰＣＢに基づいたモジュール設計はこの課題に有効に対処し、結果として、電池及びモジュール内における相互接続の抵抗損は非常に低くなる。この特徴（ＰＣＢに基づく太陽電池モジュール・アセンブリ上にＴＦＳＣを非常に効率的に密集させることと併せて）は、本開示の技術におけるＴＦＳＣと太陽電池モジュール・アセンブリとの間の効率のギャップを大幅に狭める。
次の項は、本開示の六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ内のエミッタ接点金属化抵抗損の基本的な計算に関する。エミッタ接点金属化の抵抗損の計算は、六角形ベース接点金属化にも適用可能である。しかし、本開示のいくつかの実施例は、六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣをパターニングしたプリント回路基板（ＰＣＢ）上に定置するので、ベース接点金属化は、平面のフォーマットで非常に導電性の高い銅パッドに接続され、これによって、ベース相互接続抵抗損が大幅に低減される（エミッタ相互接続抵抗損に比べて）。したがって、本開示の実際的な実施例では、相互接続抵抗損はエミッタ接点金属化によって支配される。
図１８４は、本開示の電池設計実施例に基づく単電池の六角プリズム・アレイを有する円形基板を仮定して、ＴＦＳＣ相互接続抵抗損のおおよその解析計算との参照に使用されてもよい。電池相互接続抵抗損全体は、頂部エミッタ接点金属化に支配されるので、六角形エミッタ接点金属化による抵抗電力損は、最大電力における電池電流とエミッタ接点金属の垂直高さ被覆面積との比Ｌ／ｄ（プリズム側壁上のエミッタ接点金属被覆面積の高さとプリズム単電池の長い六角形対角寸法との比）の関数として計算される。ここに示される解析計算は、以下の図面（図１８５〜１９０）に示されるプロットを作るために使用された。円形基板について行われた計算及び得られた傾向は、正方形のＴＦＳＣ基板にもおおよそ適用可能である。
以下の計算について、Ｉ0は、ピーク電力における合計の電池電流、Ｒthmは、頂部六角形被覆エミッタ接点金属のシート抵抗、Ｃは、垂直高さＬの六角形エミッタ接点金属の有効平坦面被覆面積、Ｒeff＝Ｒthm／Ｃ（式中、Ｒeffは、頂部接点金属の有効平坦面シート抵抗）、Ａ＝（πａ2）／４、及び、Ｊ0＝（４Ｉ0）／（πａ2）である。
最大電池電力における相互接続抵抗損は、次式のとおりである。
Ｐ1≒（Ｒeff Ｉ0 2）／（８π）
Ｃ＝［（８√３）／］（Ｌ／ｄ）
Ｒeff＝（√３／８）（ｄ／Ｌ）Ｒthm
Ｐ1≒（Ｒthm Ｉ0 2）［√３／（６４π）］（ｄ／Ｌ）≒８．６２×１０-3（ＲthmＩ0 2）（ｄ／Ｌ）
図１８５〜１９０は、エミッタ接点金属シート抵抗（Ｒthm）の様々な値についての、計算した六角プリズム３−Ｄ ＴＦＳＣ相互接続（支配的なエミッタ接点金属化による）抵抗損と、Ｌ／ｄ（プリズム側壁上のエミッタ接点金属被覆面積の垂直被覆高さと、六角プリズム単電池の六角形アパーチャの長い対角寸法との比）との関係のプロットを示す。電池効率を２０％と仮定すると、本開示の実施例の１つに基づく２００ｍｍ×２００ｍｍの正方形の電池は、約８Ｗの光生成電力（ＡＭ１．５）及び約１２Ａの電池電流を生成する。したがって、最大エミッタ接点金属化抵抗損を、約８Ｗのピーク光生成電力の約１％に制限するため、抵抗電力損は０．０８Ｗに制限されるべきである。
図１８５は、エミッタ接点金属シート抵抗Ｒthm＝０．００２Ω／□の場合（銀バルク抵抗を約１．６μΩ／□と仮定、これは、エミッタ接点金属化層として使用される厚さ８ミクロンの銀層に相当する）の、最大電池電力（２００Ｗ／ｍ2）における相互接続（エミッタ接点金属化）抵抗損と、エミッタ接点金属被覆高さ（プリズム単電池側壁上のエミッタ接点金属の被覆高さ）と六角形アパーチャ対角寸法（Ｌ／ｄ）の比との関係を示す。この場合、０．０３超のＬ／ｄは、１％未満の相互接続抵抗損（電力損は０．０８Ｗ未満）の要件を満たしてもよい。したがって、ｄ＝１５０ミクロンの場合、Ｌ≧４．５ミクロンは無視できる（＜１％）相互接続電力損の要件を満たしてもよい。同様に、ｄ＝３００ミクロンの場合、Ｌ≧９ミクロンは１％未満の相互接続損失要件を満たしてもよい。
図１８６は、エミッタ接点金属シート抵抗Ｒthm＝０．００５Ω／□の場合（銀バルク抵抗を約１．６μΩ／□と仮定、これは、エミッタ接点金属化層として使用される厚さ３．２ミクロンの銀層に相当する）の、最大電池電力（２００Ｗ／ｍ2）における相互接続（エミッタ接点金属化）抵抗損と、エミッタ接点金属垂直被覆高さ（プリズム単電池側壁上のエミッタ接点金属の被覆高さ）と六角形アパーチャ対角寸法（Ｌ／ｄ）の比との関係を示す。この場合、０．０７超のＬ／ｄは、１％未満の相互接続抵抗損（電力損は０．０８Ｗ）の要件を満たしてもよい。したがって、ｄ＝１５０ミクロンの場合、Ｌ≧１０．５ミクロンは無視できる（＜１％）相互接続電力損の要件を満たしてもよい。同様に、ｄ＝３００ミクロンの場合、Ｌ≧２１ミクロンは１％未満の相互接続損失要件を満たしてもよい。
図１８７は、エミッタ接点金属シート抵抗Ｒthm＝０．００７５Ω／□の場合（銀バルク抵抗を約１．６μΩ／□と仮定、これは、エミッタ接点金属化層として使用される厚さ２．１ミクロンの銀層に相当する）の、最大電池電力（２００Ｗ／ｍ2）における相互接続（エミッタ接点金属化）抵抗損と、エミッタ接点金属被覆高さ（プリズム単電池側壁上のエミッタ接点金属の被覆高さ）と六角形アパーチャ対角寸法（Ｌ／ｄ）の比との関係を示す。この場合、０．１２超のＬ／ｄは、１％未満の相互接続抵抗損（電力損は０．０８Ｗ）の要件を満たしてもよい。したがって、ｄ＝１５０ミクロンの場合、Ｌ≧１８ミクロンは無視できる（＜１％）相互接続電力損の要件を満たしてもよい。同様に、ｄ＝３００ミクロンの場合、Ｌ≧３６ミクロンは１％未満の相互接続損失要件を満たしてもよい。相互接続抵抗損の限界が、光生成電力の約２％まで上昇した場合（即ち、０．０２×８＝０．１６Ｗ）、Ｌ／ｄ＞０．０６は、２％未満の相互接続抵抗損（電力損は０．１６Ｗ）の要件を満たしてもよい。したがって、ｄ＝１５０ミクロンの場合、Ｌ≧９ミクロンはこの修正した相互接続電力損の要件を満たしてもよい。同様に、ｄ＝３００ミクロンの場合、Ｌ≧１８ミクロンは２％未満の相互接続損失要件を満たしてもよい。
図１８８は、Ｒthm＝０．０１０Ω／□の場合（エミッタ接点金属化層として使用される厚さ１．６ミクロンの銀層に相当する）の、最大電池電力（２００Ｗ／ｍ2）におけるエミッタ接点金属抵抗損と、エミッタ接点金属被覆高さ（プリズム単電池側壁上のエミッタ接点金属の被覆高さ）と六角形アパーチャ対角寸法（Ｌ／ｄ）の比との関係を示す。
図１８９は、Ｒthm＝０．０１５Ω／□の場合（エミッタ接点金属化層として使用される厚さ１．０７ミクロンの銀層に相当する）の、最大電池電力（２００Ｗ／ｍ2）におけるエミッタ接点金属抵抗損と、エミッタ接点金属被覆高さ（プリズム単電池側壁上のエミッタ接点金属の被覆高さ）と六角形アパーチャ対角寸法（Ｌ／ｄ）の比との関係を示す。
図１９０は、Ｒthm＝０．０２０Ω／□の場合（エミッタ接点金属化層として使用される厚さ０．８ミクロンの銀層に相当する）の、最大電池電力（２００Ｗ／ｍ2）におけるエミッタ接点金属抵抗損と、エミッタ接点金属被覆高さ（プリズム単電池側壁上のエミッタ接点金属の被覆高さ）と六角形アパーチャ対角寸法（Ｌ／ｄ）の比との関係を示す。
図１８５〜１９０に示されるように、相互接続抵抗損を予め指定した閾値未満（例えば、１％未満）で維持するため、エミッタ接点金属（例えば、銀）シート抵抗が増加する（又は、エミッタ接点金属厚さが低減される）につれて、プリズム側壁上のエミッタ接点金属の垂直被覆は増加されるべきである（六角プリズム単電池アパーチャ直径の一部分として）。実際には、所望のエミッタ接点金属化は、約３〜１２ミクロン程度の厚さと、５〜２０ミクロン程度の垂直被覆高さとを有する銀を含んでもよい。
要約すると、開示される主題は、３−Ｄ ＴＦＳＣ基板形成のためのテンプレートを提供する。テンプレートは半導体基板を含み、半導体基板は、複数のポスト及び前記複数のポスト間の複数のトレンチを備える。テンプレートは、各テンプレートの再使用繰返しの間に実質的に再調整する必要なく、テンプレートの再使用を複数回繰り返すことにより、三次元ＴＦＳＣ基板形成のための環境として使用されてもよい。三次元ＴＦＳＣ基板は、犠牲層を形成する工程、半導体層を堆積する工程、前記犠牲層を選択的にエッチングする工程、及び前記半導体層を離型する工程によって形成されてもよい。三次元ＴＦＳＣ基板は、三次元薄膜太陽電池を製作するために使用されてもよい。
好ましい実施例の上述の記載は、請求する主題を当業者が作成又は使用できるようにするために提供される。これらの実施例に対する様々な修正は当業者には容易に明白になり得るものであり、本明細書に規定される一般的原理は、革新的な能力を使用することなく他の実施例に適用することができる。したがって、請求される主題は、本明細書に示される実施例に限定されるものではなく、本明細書に開示される原理及び新規な特徴と一致する最も広い範囲と合致するものとする。

Claims (10)

  1. 太陽電池モジュール構造体であって、
    頂部封入層と、
    複数の薄型の結晶半導体太陽電池であって、その各々が、ドープしたエミッタ接点領域およびドープしたベース領域を含む薄型の結晶半導体太陽電池基板と、エミッタ金属化領域と、ベース金属化領域とを備える、複数の薄型の結晶半導体太陽電池と、
    プリント回路基板であって、前記プリント回路基板の表面に設けられ前記複数の薄型の結晶半導体太陽電池のそれぞれに個別的かつ別個に取り付けられた頂部電気的パターン層と、前記プリント回路基板の裏面に設けられ前記プリント回路基板内のビアを通じて前記頂部電気的パターン層に電気的に接続する連続的な裏面電気的相互接続パターン層とを備え、前記頂部電気的パターン層が、前記各太陽電池のエミッタ金属化領域とベース金属化領域の両方に電気的に接続しており、前記連続的な裏面電気的相互接続パターン層が、前記モジュール内の互いに隣接する薄型の結晶半導体太陽電池同士を電気的に相互接続している、プリント回路基板と、
    前記連続的な裏面電気的相互接続パターン層に配置され且つ直接に取り付けられ、前記モジュール構造体内に埋め込まれている複数の分流ダイオードであって、その各々が前記複数の薄型の結晶半導体太陽電池のそれぞれに対応している、複数の分流ダイオードと、
    裏面封入層と、
    保護用バックシートと、
    を包含する、太陽電池モジュール構造体。
  2. 請求項１に記載の太陽電池モジュール構造体であって、銅が充填されたビア・プラグによって、前記頂部電気的パターン層が前記裏面電気的相互接続パターン層に接続されている、太陽電池モジュール構造体。
  3. 請求項１に記載の太陽電池モジュール構造体であって、前記頂部電気的パターン層および前記連続的な裏面電気的相互接続パターン層が銅から成る、太陽電池モジュール構造体。
  4. 請求項１に記載の太陽電池モジュール構造体であって、前記頂部電気的パターン層および前記連続的な裏面電気的相互接続パターン層がアルミニウムから成る、太陽電池モジュール構造体。
  5. 請求項１に記載の太陽電池モジュール構造体であって、前記複数の薄型の結晶半導体太陽電池の各々がさらに、前記エミッタ金属化領域に接触するラップ・アラウンドまたはラップ・スルーの金属化部材を含む周辺セルフレームを備える、太陽電池モジュール構造体。
  6. 請求項１に記載の太陽電池モジュール構造体であって、前記複数の薄型の結晶半導体太陽電池が直列に接続されている、太陽電池モジュール構造体。
  7. 請求項１に記載の太陽電池モジュール構造体であって、前記プリント回路基板が可撓性材料から成る、太陽電池モジュール構造体。
  8. 請求項１に記載の太陽電池モジュール構造体であって、前記プリント回路基板がカーボンから成る、太陽電池モジュール構造体。
  9. 請求項１に記載の太陽電池モジュール構造体であって、前記プリント回路基板が、前記複数の薄型の結晶半導体太陽電池の周期的温度変化を低減させるヒートシンクである、太陽電池モジュール構造体。
  10. 請求項１に記載の太陽電池モジュール構造体であって、前記薄型の結晶半導体基板が結晶シリコン基板である、太陽電池モジュール構造体。
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