JP2011511453A - 太陽電池及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】太陽電池及びその製造方法が提供される。
【解決手段】前記太陽電池は第１導電型を有する基板、前記基板に形成されていて、第１導電型と逆の第２導電型を有するエミッタ層、前記エミッタ層上に順次に形成されている第１ 及び第２反射防止膜、前記エミッタ層に電気的に接続されている第１電極、前記基板の上に順次に位置し複数の露出部を有する第１ないし第３保護膜、そして前記複数の露出部を通じて露出された前記基板と電気的に接続されている第２電極を含む。
【選択図】図6
【解決手段】前記太陽電池は第１導電型を有する基板、前記基板に形成されていて、第１導電型と逆の第２導電型を有するエミッタ層、前記エミッタ層上に順次に形成されている第１ 及び第２反射防止膜、前記エミッタ層に電気的に接続されている第１電極、前記基板の上に順次に位置し複数の露出部を有する第１ないし第３保護膜、そして前記複数の露出部を通じて露出された前記基板と電気的に接続されている第２電極を含む。
【選択図】図6
Description
本発明は、太陽電池及びその製造方法に関する。
最近石油や石炭のような既存エネルギー資源の枯渇が予測されながらこれらを取り替える代替エネルギーに対する関心が高くなっている。その中でも太陽電池は太陽エネルギーから電気エネルギーを生産する電池として、エネルギー資源が豊かであり環境汚染に対する問題点がなくて注目されている。一般的な太陽電池はｐ型とｎ型のように互いに異なる導電型(conductive type)の半導体からなる基板(substrate)及びエミッタ層(emitter layer)、そして基板とエミッタ層にそれぞれ接続された電極を備える。この時、基板とエミッタ層の界面にはｐ−ｎ接合が形成されている。
このような太陽電池に光が入射されれば半導体で複数の電子-正孔対が生成される。生成された電子-正孔対は光起電力効果(photovoltaic effect)によって電荷である電子と正孔でそれぞれ分離される。分離された電子はｎ型の半導体（例えばエミッタ層）の方に、分離された正孔はｐ型半導体（例えば基板）の方に移動し、電子と正孔は、エミッタ層と基板にそれぞれ、電気的に接続された電極によって収集される。これらの電極は、電力を得るために互いに電線で接続される。
実施態様は、太陽電池の製造時間を削減できる太陽電池を提供する。
本発明の一つの特徴による太陽電池の電極形成方法は、エミッタ層を備えた基板の一部分に選択的に形成され、前記基板の一部を露出した少なくとも一層の保護膜を形成する段階と、前記エミッタ層と電気的に接続される第１電極を形成する段階と、前記露出した前記基板の上に形成され、前記基板と電気的に接続される複数の第２電極を形成する段階を含む。
前記保護膜は光が入射されない前記基板の表面に形成されることができる。
前記保護膜形成段階は、前記基板上に複数の開口部と複数の遮断部を備えたマスクを位置させる段階と、前記開口部と向い合う前記基板の部分に膜を形成し、前記遮断部と向い合う前記基板の部分を露出した複数の露出部が形成し、前記複数の露出部を有する前記保護膜を形成する段階と、を含み、前記第２電極は前記複数の露出部を通じて前記基板と電気的に接続されることができる。
本発明の他の特徴による太陽電池は、第１導電型の基板と、前記基板上の、前記第１導電型と逆の第２導電型のエミッタ層と、前記エミッタ層上に順次に形成されている第１及び第２反射防止膜と、前記エミッタ層に電気的に接続されている第１電極と、前記基板の上に順次に位置し複数の露出部を有する第１乃至第３保護膜であって、第１から第３の保護膜はそれぞれ複数の露出部を備えるものと、前記複数の露出部を通じて露出される前記基板と電気的に接続されている複数の第２電極と、を含むことができる。
前記第１反射防止膜はシリコン窒化膜（ＳｉＮｘ：Ｈ）からなり、前記第２反射防止膜はシリコン酸化窒化膜（ＳｉＯｘＮｙ）からなることができる。
前記第１反射防止膜の屈折率は、前記第２反射防止膜の屈折率より大きいことが良い。
前記第１反射防止膜は約２．２乃至約２．６の屈折率を有し、前記第２反射防止膜は約１．３ないし約１．６の屈折率を有することができる。
前記第１保護膜はシリコン酸化膜 （ＳｉＯｘ）からなり、前記第２保護膜はシリコン窒化膜（ＳｉＮｘ：Ｈ）からなり、前記第３保護膜はシリコン酸化窒化膜（ＳｉＯｘＮｙ）からなることができる。
前記第１保護膜が最大の屈折率を有し、前記第３保護膜が最小の屈折率を有することが良い。
前記第１電極の厚さは前記第１及び第２反射防止膜の合計の厚さより厚いのが良い。
本発明のまた他の特徴による太陽電池の製造方法は、第１導電型の基板に前記第１導電型と逆の第２導電型のエミッタ層を形成する段階と、複数のチャンバーに前記基板を順次に位置させ、前記エミッタ層上に反射防止膜を形成し、前記入射面と対向する前記基板の裏面に少なくとも一つの露出部を備えた保護膜を形成する段階と、前記反射防止膜の上に第１ペーストを塗布して第１電極パターンを形成する段階と、前記保護膜と前記露出部を通じて露出した前記基板の一部の上に第２ペーストを塗布して第２電極用導電層パターンを形成する段階と、前記第１電極パターンと前記第２電極用導電層パターンを備えた前記基板を熱処理して、前記エミッタ層と電気的に接続される複数の第１電極を形成し、前記基板と電気的に接続される少なくとも一つの第２電極を備えた第２電極用導電層を形成する段階とを含む。
複数のチャンバーの個数は前記反射防止膜の層数と前記保護膜の層数の合わせた層数と等しく、前記複数のチャンバーのそれぞれに異なる原料ガスが注入されることが良い。
前記反射防止膜は互いに異なる屈折率を有する第１反射防止膜と第２反射防止膜を備えることが良い。
前記反射防止膜はＳｉＮｘ：Ｈからなり、前記第２反射防止膜はＳｉＯｘＮｙからなることができる。
前記保護膜は互いに異なる屈折率を有する第１保護膜、第２保護膜及び第３保護膜を備えることができる。
前記基板から一番近くに位置する第１保護膜が最大の屈折率を持ち、前記基板から一番遠い所に位置する第３保護膜が最小の屈折率を持つことが良い。
第１保護膜はＳｉＯｘからなり、第２保護膜はＳｉＮｘ：Ｈからなり、第３保護膜はＳｉＯｘＮｙからなることができる。
前記反射防止膜及び前記保護膜の形成段階は、複数のチャンバーのそれぞれで成膜の実施が独立的に行われることが良い。
前記反射防止膜及び保護膜形成段階は、少なくとも一つの開口部と少なくとも一つの遮断部を備えたマスクを前記基板の上に位置させる段階と、前記第１ないし第３保護膜を形成して、前記第１ないし第３保護膜を形成するために同一のマスクを用いて前記基板上で成膜を実施する段階とを備えることが望ましい。
前記成膜工程は化学気相成長（ＣＶＤ）であることがある。
実施の形態によると太陽電池を製造する時間を削減できる。
以下では添付した図面を参照にして本発明の実施の形態について本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者が容易に実施するように詳しく説明する。しかし本発明はいろいろ相異な形態に具現されることができ、ここで説明する実施の形態に限定されない。
図面では、層、膜、パネル（panels)、領域の厚さは、明確に表現するために拡大して示した。明細書全体を通じ類似の部分に対しては同一である図面符号を付けた。層、膜、パネル（panels)、領域などの部分が他の部分「上に(on)」あると言う時、これは他の部分「真上に(directly on)」ある場合だけではなくその中間に他の部分がある場合も含む。反対にいずれの部分が他の部分「真上に」あると言う時には中間に他の部分がないことを意味する。またいずれの部分が他の部分上に「全体的」に形成されていると言う時には他の部分の全体面(または全面)に形成されていることだけではなく端の一部には形成されないことを意味する。
それでは添付した図面を参照にして本発明の一実施の形態に係る太陽電池に対して説明する。
先に、図１及び図２を参照にして本発明の一実施の形態に係る太陽電池に対して詳細に説明する。
図１は本発明の一実施の形態に係る太陽電池の一部斜視図であり、図２は図１に示した太陽電池をＩＩ−ＩＩ線に沿って切って示した断面図である。
図１を参照にすれば、本発明の一実施の形態に係る太陽電池１は基板１１０、光が入射される基板１１０の面である入射面（以下「前面(front surface)」とする）に位置したエミッタ層１２０、エミッタ層１２０上と基板１１０の前面と対向する基板１１０の裏面に位置する保護膜(passivation layer)１９０、エミッタ層１２０上に位置する反射防止膜１３０、エミッタ層１２０と電気的に接続されている複数の前面電極(front electrode)１４１、複数の前面電極１４１と接続されていて複数の前面電極１４１と交差する方向に伸びている複数の前面電極用電流コレクタ１４２、保護膜１９０上に位置し基板１１０と電気的に接続されている複数の裏面電極(rear electrode)１５１を備える裏面電極用導電層１５５、そして裏面電極１５１と基板１１０の間に位置する複数の裏面電界(back surface field、ＢＳＦ)部１７１を備える。
基板１１０は第１導電型、例えばｐ型導電型のシリコンからなる半導体基板である。この時、シリコンは単結晶シリコン、多結晶シリコンまたは非晶質シリコンであることができる。基板１１０がｐ型の導電型を有する場合、ホウ素（Ｂ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）などのような３価元素の不純物を含む。
しかし、これとは異なり、基板１１０は n型導電型であることができるし、シリコン以外の他の半導体物質からなることもできる。基板１１０がn型の導電型を有する場合、基板１１０はりん（Ｐ）、砒素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）などのように５価元素の不純物を含むことができる。
しかし、これとは異なり、基板１１０は n型導電型であることができるし、シリコン以外の他の半導体物質からなることもできる。基板１１０がn型の導電型を有する場合、基板１１０はりん（Ｐ）、砒素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）などのように５価元素の不純物を含むことができる。
基板１１０の表面は、平坦でない表面(uneven surface)に対応するテクスチャリング表面(texturing surface)を形成するためにテクスチャリングされる。
基板１１０の入射面と側面にはエミッタ層１２０が位置する。エミッタ層１２０は基板１１０の導電型と逆の第２導電型、例えば、 ｎ型の導電型を備えている不純物部として、半導体基板１１０とｐ−ｎ接合を成す。
このようなｐ−ｎ接合による内部電位差(built-in potential difference)によって、基板１１０に入射された光によって生成された電荷である電子-正孔対は電子と正孔で分離して電子はｎ型の方に移動し、正孔はｐ型の方に移動する。したがって、基板１１０がｐ型でエミッタ層１２０がｎ型の場合、分離した正孔は基板１１０方へ移動して分離した電子はエミッタ層１２０方へ移動して、基板１１０で正孔は多数キャリアになって、エミッタ層１２０で電子は多数キャリアになる。
エミッタ層１２０は基板１１０とｐ−ｎ接合を形成するので、本実施の形態とは異なり、基板１１０がｎ型の導電型を有する場合、エミッタ層１２０はＰ型の導電型を有する。この場合、分離した電子は基板１１０の方へ移動し、分離した正孔はエミッタ層１２０の方へ移動する。
エミッタ層１２０がn型の導電型を有する場合、エミッタ層１２０はりん（Ｐ）、砒素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）などのように５価元素の不純物を基板１１０にドーピングされて形成されることができ、反対にｐ型の導電型を有する場合、ホウ素（Ｂ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）などのような３価元素の不純物を基板１１０にドーピングして形成されることができる。
次、基板１１０前面に位置するエミッタ層１２０上に反射防止膜１３０が形成されている。反射防止膜１３０はシリコン窒化膜（ＳｉＮｘ：Ｈ）からなる第１反射防止膜１３１とシリコン酸化窒化膜（ＳｉＯｘＮｙ）からなる第２反射防止膜１３２を備える。この時、ｘ及びｙは０より大きく１より小さいことがある。
第２反射防止膜１３２によって反射した光と第１反射防止膜１３１によって反射した光は互いに相殺干渉を起こすことで太陽光の反射を減らして特定波長領域での選択性を増加させる。また第１反射防止膜１３１と第２反射防止膜１３２はエミッタ層１２０の表面近くに存在するダングリング結合(dangling bond)のような不安定な結合が安定化された結合に変わってくれるので、不安定な結合によってエミッタ層１２０方へ移動した電荷が消滅する現象が減る。
上に記述したように、ｘとｙの範囲が０より大きく１より小さい時、第２反射防止膜１３２によって反射した光と第１反射防止膜１３１によって反射した光の相殺干渉現象がよく発生する。
このような第１反射防止膜１３１と第２反射防止膜１３２のために、第１反射防止膜１３１は約２．２ないし約２．６の屈折率を有し、第２反射防止膜１３２は約１．３ないし約 １．６の屈折率を有する。すなわち、第１反射防止膜１３１の屈折率が第２反射防止膜１３２の屈折率より大きい。
複数の前面電極１４１はエミッタ層１２０上に位置しエミッタ層１２０と電気的に接続されており、互いに離隔されるように決まった方向に伸びている。複数の前面電極１４１はエミッタ層１２０方へ移動した電荷、例えば、電子を収集する。
複数の前面電極用電流コレクタ１４２はエミッタ層１２０の上で複数の前面電極１４１と同一層に位置し、複数の前面電極１４１と交差する方向に伸びている。複数の前面電極用電流コレクタ１４２は複数の前面電極１４１によって収集されて移動する電荷を収集して外部装置で出力する。
複数の前面電極１４１と前面電極用電流コレクタ１４２は少なくとも一つの導電性物質からなり、これら導電性物質の例はニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、スズ（Ｓｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、インジウム（Ｉｎ）、チタン（Ｔｉ）、 金（Ａｕ）及びこれらの組合からなる群から選択された少なくとも一つであることができるが、以外の他の導電性金属物質からなることができる。
基板１１０の後面には保護膜１９０が位置し、このような保護膜１９０には基板１１０の一部を露出する複数の露出部１８１が形成されていて、基板１１０から順次に第１保護膜１９１ないし第３保護膜１９３が位置する。
本実施の形態で、第１保護膜１９１はシリコン酸化膜（ＳｉＯｘ）からなり、 第２保護膜１９２はシリコン窒化膜（ＳｉＮｘ：Ｈ）からなり、第３保護膜１９３はシリコン酸化窒化膜（ＳｉＯｘＮｙ）からなる。この時、ｘ及びｙは０より大きく１より小さい。
各保護膜１９１−１９３の屈折率は基板１１０をパスした光を基板１１０方へ容易に再入射させるために基板１１０と近いほど大きくなる屈折率を有する。すなわち、基板１１０上に形成された第１保護膜１９１の屈折率が一番大きく、基板１１０から一番遠く位置した第３保護膜１９３の屈折率が一番小さい。
またこのような保護膜１９０は基板１１０表面近くで電荷の再結合率を減らす。すなわち、保護膜１９０は基板１１０の表面近くに存在するダングリング結合のような不安定な結合を安定した結合に変わって、不安定な結合によって基板１１０方に移動した電荷が消滅する現象を減らす。
裏面電極用導電層１５５は導電性物質からなり、保護膜１９０上と複数の露出部１８１を通じて露出した基板１１０上に位置する。
裏面電極用導電層１５５は複数の露出部１８１を通じて露出した基板１１０の一部と電気的に接続された複数の裏面電極１５１を備える。
このような裏面電極１５１は基板１１０の方から移動する電荷、例えば正孔を収集して裏面電極用導電層１５５に伝達し、裏面電極用導電層１５５は伝達した電荷を外部装置に出力する。
導電性物質はニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、スズ（Ｓｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、インジウム（Ｉｎ）、チタン（Ｔｉ）、 金（Ａｕ）及びこれらの組合からなる群から選択された少なくとも一つであることができるが、以外の他の導電性金属物質からなることができる。
複数の裏面電極１５１と基板１１０の間に複数の裏面電界部１７１が位置する。裏面電界部１７１は基板１１０と同一である導電型の不純物が基板１１０より高濃度にドーピングされた領域、例えば、Ｐ＋領域である。
基板１１０と裏面電界部１７１との不純物濃度差によって電位障壁が形成され、これにより、基板１１０後面側への電子移動が邪魔になって基板１１０の後面部で電子と正孔が再結合して消滅することを減少させる。
このような構造を有する本実施の形態に係る太陽電池１の動作は次のようである。
太陽電池１で光が照射されて反射防止膜１３０及びエミッタ層１２０を通じて半導体の基板１１０に入射されれば光エネルギーによって半導体の基板１１０から電子-正孔対が発生する。
この時、基板１１０の表面がテクスチャリング表面であるから基板１１０の入射面での光反射度が減少し、テクスチャリング表面で入射と反射動作が行われて太陽電池内部に光が閉じこめられるようになり、これにより光の吸収率が増加されるので、太陽電池の効率が向上する。
これに加えて、反射防止膜１３０により基板１１０に入射される光の反射損失が減って基板１１０に入射される光の量が増加する。
これら電子-正孔対は基板１１０とエミッタ層１２０のｐ−ｎ接合によって互いに分離して電子と正孔は、例えば、ｎ型の導電型を有するエミッタ層１２０とｐ型の導電型を有する基板１１０方へそれぞれ移動する。このように、エミッタ層１２０方へ移動した電子は前面電極１４１によって収集されて前面電極用電流コレクタ１４２に伝達して収集され、基板１１０方に移動した正孔は隣接した裏面電極１５１によって収集されて裏面電極用導電層１５５に伝達する。このような前面電極用電流コレクタ１４２と裏面電極用導電層１５５を導線で連結すれば電流が流れるようになり、これを外部で電力に利用するようになる。
この時、基板１１０の前面に位置する第１反射防止膜１３１及び第２反射防止膜１３２と後面に位置する第１保護膜１９１ないし第３保護膜１９３によって、基板１１０表面近くに存在するダングリング結合のような多くの不安定な結合が安定化された結合に変わるようになって、基板１１０の表面状態は非活性状態になる。したがってエミッタ層１２０と基板１１０方へ移動した電子と 正孔が不安定な結合と結合して消滅する再結合率が著しく減るようになって、太陽電池１の動作効率が大きく向上する。
次、図３ないし図8及び図9及び図10を参照にして、本発明の一実施の形態に係る太陽電池１の製造方法に対して説明する。
図３ないし図8は本発明の一実施の形態に係る太陽電池の製造方法を順次に示した断面図であり図9及び図10は本発明の一実施の形態に係るマスクの例である。
図３に示されたように、基板１１０の入射面に入射された光を散乱させて反射量を減らすために基板１１０の入射面をテクスチャリング(texturing)してテクスチャリング表面を形成する。
基板１１０が単結晶シリコンからなる場合基板１１０の入射面を異方性蝕刻してテクスチャリング表面を形成することができる。単結晶シリコンの１１１面が１００面より原子が稠密に密集されているので１１１面の蝕刻速度が １００面の蝕刻速度より遅い。したがって異方性蝕刻により基板１００表面にピラミッド形状の部分が複数形成される。このような異方性蝕刻はＫＯＨやＮａＯＨのような塩基性溶液が利用される。異方性蝕刻の速度は蝕刻溶液の成分及び濃度、蝕刻温度及び蝕刻時間によって変わる。
基板１１０が多結晶シリコンからなる場合酸溶液を蝕刻液に使って等方性蝕刻を実施してテクスチャリング表面を形成することができる。等方性蝕刻のための蝕刻液としてＨＮＯ3とＨＦなどが使われることができる。
代替的な実施の形態で、異方性蝕刻や等方性蝕刻のような湿式蝕刻の代りにダイヤモンドの刃を利用する機械的方法やレーザーやプラズマを利用する物理的方法を通じて基板１１０のテクスチャリングを行うことができる。
その後、図4に示ように、基板１１０にりん（Ｐ）、砒素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）などのように５価元素の不純物を含む物質、例えば、ＰＨ3やＰＯＣｌ3 等を高温で熱処理して５価元素の不純物を基板１１０に拡散させ基板１１０ 全体面にエミッタ層１２０を形成する。
本実施の形態と異なり、基板１１０の導電型がｎ型の場合、３価元素の不純物を含む物質、例えば、ＢＮを高温で熱処理して基板１１０全体面にp型のエミッタ層を形成することができる。その後、ｐ型不純物またはｎ型不純物が基板１１０内部で拡散するによって生成されたりんを含む酸化物(phosphorous silicate glass、ＰＳＧ)やホウ素を含む酸化物(boron silicate glass、ＢＳＧ)を蝕刻工程により通じてとり除く。
代替的な実施の形態で、イオン注入を行って３価元素や５価元素の不純物を基板１１０にドーピングすることができる。すなわち、真空チャンバーの中に基板１１０を位置させ不純物イオンを加速して基板１１０表面に不純物を注入させエミッタ層１２０を形成する。
その後、図5に示したように、湿式蝕刻または乾式蝕刻などで基板１１０の裏面一部をとり除き、基板１１０の裏面に形成されたエミッタ層１２０をとり除く。
次に図6に示すように、複数のチャンバー２０１−２０５でプラズマ気相成長（ＰＥＣＶＤ）のような化学気相成長（ＣＶＤ）等を実施して、基板１１０のエミッタ層１２０上に第１反射防止膜１３１及び第２反射防止膜１３２からなる反射防止膜１３０と基板１１０の後面に第１保護膜乃至第３保護膜１９１−１９３からなる保護膜１９０を順次に形成する。
すなわち、図6に示したように、各膜１３１、１３２、１９１−１９３を形成するための５個のチャンバー２０１−２０５が順に配列されている。したがって各チャンバー２０１−２０５で所望する膜が形成されれば、基板１１０は次の膜を形成するために次チャンバー２０１−２０５に移動して所望する膜を得るようになる。この時、各チャンバー２０１−２０５に注入される原料ガスは形成される膜によって異なる。
本実施の形態で、第１反射防止膜１３１はＳｉＮｘ：Ｈからなり、第２反射防止膜１３２はＳｉＯｘＮｙからなる。また第１保護膜１９１はＳｉＯｘからなり、第２保護膜１９２はＳｉＮｘ：Ｈからなり、第３保護膜１９３はＳｉＯｘＮｙからなる。しかし、各反射防止膜１３１、１３２と保護膜１９１−１９３の材料は変更できる。
第１反射防止膜１３１と第２反射防止膜１３２は露出した基板１１０の全体面に形成される一方、第１ないし第３保護膜１９１−１９３は当該面の基板１１０の一部を露出する複数の露出部１８１を備えている。
したがって、化学気相成長を実施して第１保護膜１９１ないし第３保護膜１９３を形成する時露出部１８１も一緒に形成することができるマスク３００を基板１１０の当該の面の上に位置させた後当該の膜１９１−１９３を形成する。
既に説明したように、各保護膜１９１−１９３が形成される度に基板１１０が配置されるチャンバー２０３−２０５が変更されるので、各保護膜１９１−１９３の形成のために当該のチャンバー２０３−２０５に基板１１０が移動されて、露出部１８１の形成のために各チャンバー２０３−２０５には同一であるマスク３００が位置する。
本実施の形態に係るマスク３００の例を図9及び図10に示す。
図9に示したマスク３００の一例は四角形形状の複数の遮断部３１０と複数の開口部(opening)３２０を備え、また隣り合う遮断部３１０を互いに連結してフレーム３４０に複数の遮断部３１０を連結する複数の連結部３３０を備える。これにより、複数の開口部３２０は主に隣接した遮断部３１０と複数の連結部３３０によって囲まれた領域に形成される。
したがって、図9に示したことのようなマスク３００を当該のチャンバー２０３−２０５の基板１１０上に位置させ各保護膜１９１−１９３によってあたる原料ガスをチャンバー２０３−２０５の入口に注入した後、 化学気相成長で第１保護膜１９１ないし第３保護膜１９３を順次に積層する。
これにより、原料ガスは複数の開口部３２０をパスして開口部３２０に対応する基板１１０の当該の面の上に積層され、チャンバー２０３−２０５を移動する度に順次に第１保護膜１９１ないし第３保護膜１９３が形成される。この時、遮断部３１０と連結部３３０によって原料ガスが遮られて複数の遮断部３１０と連結部３３０に対応する基板１１０の当該の面の上には原料ガスが積層されなくて複数の露出部１８１が形成される。
図9に示したマスク３００を利用して露出部１８１を備えた保護膜１９０を形成する場合、開口部３２０の形状と対応するように複数の島形保護膜１９０が形成され、遮断部３１０と連結部３３０の形状と対応するように複数の遮断部形状部と複数の連結部形状を有する複数の露出部１８１が形成される。
図9に示した形象のマスク３００代わり、図10に示した形象のマスクが使われることができる。
図9とは異なり、図10に示したマスク３００はストライプ形状の遮断部３１０が連結部３３０を通じてフレーム３４０に接続されている。
したがって、マスク３００を利用して保護膜１９０を形成する場合、遮断部３１０及び連結部３３０の形状とほとんど同一であるストライプ形状の複数の開口部１８１を有する保護膜１９０が形成される。
図9及び図10に示したマスク３００はただ例に過ぎないので、マスクの形象を多様に変更して多様な形状の開口部を有する多様な形状の保護膜１９０が形成されることができる。
このように、本実施の形態で、２重膜構造を有する反射防止膜１３０と３重膜構造を有する保護膜１９０は連続的に配置された５個のチャンバー２０１−２０５で化学気象蒸着法を通じて順次に形成され、また、保護膜１９０に露出部１８１を形成するために各保護膜１９１−１９３を積層する時には同一であるマスク３００を使う。
これにより、膜形成工程が簡素化されて成膜時間も減る。
すなわち、従来の場合、一つのチャンバーを利用して反射防止膜１３０と保護膜１９０を形成するので、当該の膜を成膜するために基板１１０をチャンバーに位置させ成膜工程を実施した後チャンバーから基板１１０を排出し、また次成膜工程のためにチャンバーの環境を調整した後また基板１１０をチャンバーに位置させた後成膜工程を実施しなければならない。すなわち、膜を成膜する度にチャンバーへの基板１１０流入及び排出動作を行わなければならなく、チャンバーの環境も変えてくれなければならないので、多くの時間が必要となる。また、一つのチャンバーで他の種類の成膜工程が行われるので成膜の質も落ちる。
これに加えて、上のような工程を通じて形成された保護膜１９０の当該の部分に蝕刻ペーストを塗布した後乾燥させ、所望する部分に露出部１８１を形成する。このように蝕刻ペーストを利用して露出部１８１を形成する場合、湿式蝕刻などに残存する蝕刻ペーストをとり除かなければならない工程が必要である。
しかし、本実施の形態の場合、積層される膜の個数程度複数個のチャンバーが存在するので、膜の積層手順に合うように当該のチャンバー２０１−２０５に基板１１０を順次に移動させ所望する膜１３１−１３２、１９１−１９３を形成するようになる。これにより、膜を形成する度にチャンバーの環境が変わって基板１１０の位置を移動させなければならない煩わしさが消えて製造時間が減る。また各チャンバー２０２、膜の質も向上する。
また、各保護膜１９１−１９３を形成するために当該のチャンバー２０３−２０５に基板１１０の位置が移動するによってマスク３００また移動して同一であるパターンの第１保護膜１９１ないし第３保護膜１９３が形成されるので、第１保護１９１乃至第３保護膜１９３に露出部１８１を形成するための別途の工程が必要なく製造時間さらに一層減る。
そんな後、図7に示したように、スクリーン印刷法を利用して、反射防止膜１３０の第２反射防止膜１３２の当該の部分に銀（Ａｇ）を含むペーストを塗布した後乾燥させ、前面電極及び前面電極用電流コレクタパターン１４０を形成する。前面電極及び前面電極用電流コレクタパターン１４０は互いに交差する方向に伸びている前面電極パターン部と前面電極電流コレクタパターン部を備えている。すなわち、各交差部で、前面電極パターン部と前面電極用電流コレクタパターン部は互いに異なる方向に伸びている。本実施の形態で、前面電極パターン部の幅より全面電極用電流コレクタパターン部の幅がさらに広いが、ここに限定されない。
次、図8に示したように、アルミニウム（Ａｌ）を含むペーストをスクリーン印刷法に塗布して第３保護膜１９３上と露出部１８１を通じて現われた基板１１０上に裏面電極用導電層パターン１５０を形成した後乾燥させる。この時、前面電極用電流コレクタパターン１４０と裏面電極用導電層パターン１５０の形成順序では変更可能である。
そんな後、前面電極及び前面電極用電流コレクタパターン１４０と裏面電極用導電層パターン１５０が形成された基板１１０を焼成して(firing)、すなわち一度の熱処理によって、複数の前面電極１４１と複数の前面電極用電流コレクタ１４２、 露出部１８１を通じて基板１１０と電気的に接続される複数の裏面電極１５１を備える裏面電極用導電層１５５、 そして複数の裏面電界部１７１を形成して太陽電池１を完成する(図１及び図２)。
すなわち、熱処理が施行されれば、前面電極及び前面電極用電流コレクタパターン１４０に含有された鉛（Ｐｂ）などによって接触部位の第２反射防止膜１３２とその下部の第１反射防止膜１３１が順次に貫通されて前面電極及び前面電極用電流コレクタパターン１４０が下部の第２反射防止膜１３２及び第１反射防止膜１３1を貫いてエミッタ層１２０と接触して複数の前面電極１４１と複数の前面電極用電流コレクタ１４２が形成される。これにより、前面電極１４１及び前面電極用電流コレクタ１４２の厚さは第１反射防止膜１３１及び第２反射防止膜１３２の厚さの合より同一であるか大きい。
また、図１及び図２に示したように、裏面電極パターン１５０の含有物であるアルミニウム（Ａｌ）が裏面電極パターン１５０と接触した基板１１０方へ拡散して裏面電極１５１と基板１１０の間に裏面電界部１７１を形成する。 この時、裏面電界部１７１は基板１１０と同一である導電型であるｐ型導電型を有し、裏面電界部１７１の不純物濃度は基板１１０より高くｐ＋の導電型を有する。また、各パターン１４０、１５０に含有された金属成分と各接触する層１２０、１１０と化学的に結合して接触抵抗が減少し電流量が改善する。
以上添付された図面を参照して本発明の実施の形態を説明したが、本発明が属する技術分野の当業者は本発明がその技術的思想や必須特徴を変更しないで他の具体的な形態で実施されることができるということを理解することができる。
だから以上で記述した実施の形態はすべての面で例示的なことで限定的なのではないこととして理解されなければならないし、本発明の範囲は前記詳細な説明よりは後述する特許請求範囲によって現わされて、特許請求範囲の意味及び範囲そしてその等価概念から導出されるすべての変更または変形された形態が本発明の範囲に含まれることに解釈されなければならない。
Claims (19)
- エミッタ層を備えた基板の一部分に選択的に形成され、前記基板の一部を露出した少なくとも一層の保護膜を形成する段階と、
前記エミッタ層と電気的に接続される第１電極を形成する段階と、
前記露出した前記基板の上に形成され、前記基板と電気的に接続される複数の第２電極を形成する段階、
を含む太陽電池の電極形成方法。 - 前記保護膜は光が入射されない前記基板の表面に形成される、請求項１に記載の太陽電池の電極形成方法。
- 前記保護膜形成段階は、
前記基板上に複数の開口部と複数の遮断部を備えたマスクを位置させる段階と、
前記開口部と向い合う前記基板の部分に膜を形成し、前記遮断部と向い合う前記基板の部分を露出した複数の露出部が形成し、前記複数の露出部を有する前記保護膜を形成する段階と、
を含み、
前記第２電極は前記複数の露出部を通じて前記基板と電気的に接続される、請求項１に記載の太陽電池の電極形成方法。 - 第１導電型の基板と、
前記基板上の、前記第１導電型と逆の第２導電型のエミッタ層と、
前記エミッタ層上に順次に形成されている第１及び第２反射防止膜と、
前記エミッタ層に電気的に接続されている第１電極と、
前記基板の上に順次に位置し複数の露出部を有する第１乃至第３保護膜であって、第１から第３の保護膜はそれぞれ複数の露出部を備えるものと、
前記複数の露出部を通じて露出される前記基板と電気的に接続されている複数の第２電極と、
を含む太陽電池。 - 前記第１反射防止膜はシリコン窒化膜（ＳｉＮｘ：Ｈ）からなり、前記第２反射防止膜はシリコン酸化窒化膜（ＳｉＯｘＮｙ）からなる、請求項４に記載の太陽電池。
- 前記第１反射防止膜の屈折率は、前記第２反射防止膜の屈折率より大きい、請求項４に記載の太陽電池。
- 前記第１反射防止膜は約２．２乃至約２．６の屈折率を有し、
前記第２反射防止膜は約１．３ないし約１．６の屈折率を有する、請求項６に記載の太陽電池。 - 前記第１保護膜はシリコン酸化膜（ＳｉＯｘ）からなり、前記第２保護膜はシリコン窒化膜（ＳｉＮｘ：Ｈ）からなり、前記第３保護膜はシリコン酸化窒化膜（ＳｉＯｘＮｙ）からなる、請求項４に記載の太陽電池。
- 前記第１保護膜が最大の屈折率を有し、前記第３保護膜が最小の屈折率を有している、請求項４に記載の太陽電池。
- 前記第１電極の厚さは前記第１及び第２反射防止膜の合計の厚さより厚い、請求項４に記載の太陽電池。
- 第１導電型の基板に前記第１導電型と逆の第２導電型のエミッタ層を形成する段階と、
複数のチャンバーに前記基板を順次に位置させ、前記エミッタ層上に反射防止膜を形成し、前記入射面と対向する前記基板の裏面に少なくとも一つの露出部を備えた保護膜を形成する段階と、
前記反射防止膜の上に第１ペーストを塗布して第１電極パターンを形成する段階と、
前記保護膜と前記露出部を通じて露出した前記基板の一部の上に第２ペーストを塗布して第２電極用導電層パターンを形成する段階と、
前記第１電極パターンと前記第２電極用導電層パターンを備えた前記基板を熱処理して、前記エミッタ層と電気的に接続される複数の第１電極を形成し、前記基板と電気的に接続される少なくとも一つの第２電極を備えた第２電極用導電層を形成する段階と、
を含む太陽電池の製造方法。 - 複数のチャンバーの個数は前記反射防止膜の層数と前記保護膜の層数の合わせた層数と等しく、前記複数のチャンバーのそれぞれに異なる原料ガスが注入される、請求項１１に記載の太陽電池の製造方法。
- 前記反射防止膜は互いに異なる屈折率を有する第１反射防止膜と第２反射防止膜を備える、請求項１２に記載の太陽電池の製造方法。
- 前記第１反射防止膜はＳｉＮｘ：Ｈからなり、前記第２反射防止膜はＳｉＯｘＮｙからなる、請求項１３に記載の太陽電池の製造方法。
- 前記保護膜は互いに異なる屈折率を有する第１保護膜、第２保護膜及び第３保護膜を備える、請求項１２に記載の太陽電池の製造方法。
- 前記基板から一番近くに位置する第１保護膜が最大の屈折率を持ち、前記基板から一番遠い所に位置する第３保護膜が最小の屈折率を持つ、請求項１５に記載の太陽電池の製造方法。
- 第１保護膜はＳｉＯｘからなり、第２保護膜はＳｉＮｘ：からなり、第３保護膜はＳｉＯｘＮｙからなる、請求項１５に記載の太陽電池の製造方法。
- 前記反射防止膜及び前記保護膜の形成段階は、複数のチャンバーのそれぞれで成膜の実施が独立的に行われる、請求項１５に記載の太陽電池の製造方法。
- 前記反射防止膜及び保護膜形成段階は、少なくとも一つの開口部と少なくとも一つの遮断部を備えたマスクを前記基板の上に位置させる段階と、前記第１ないし第３保護膜を形成して、前記第１ないし第３保護膜を形成するために同一のマスクを用いて前記基板上で成膜を実施する段階とを備える、請求項１８に記載の太陽電池の製造方法。
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