JP2013183160A - 太陽電池の製造方法、および太陽電池 - Google Patents

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Abstract

【課題】太陽電池の製造方法および太陽電池を提供する。
【解決手段】半導体基板上に第１導電型ドーピング部を形成する段階と、前記半導体基板上に酸化物層を１次形成する段階と、前記酸化物層を１次パターン形成し、前記半導体基板上に複数のリセス部を形成する段階と、前記半導体基板上にさらに酸化物層を２次形成する段階と、前記酸化物層を２次パターン形成し、前記リセス部が形成された前記半導体基板上に第２導電型ドーピング部を形成する段階と、前記半導体基板上に前記第１導電型ドーピング部と連結される第１導電型電極と、前記第２導電型ドーピング部と連結される第２導電型電極を形成する段階と、を含み、前記第１導電型ドーピング部と前記第２導電型ドーピング部とは、前記酸化物層によって離隔される太陽電池の製造方法。
【選択図】図１Ｋ

Description

本発明は、太陽電池の製造方法、および太陽電池に関する。
一般的に、太陽などの光を電気エネルギーに変換する光電変換素子である太陽電池は、他のエネルギー源を用いる発電装置とは異なり、無限に利用でき、かつ環境にやさしいため、増々その価値が高まっている。太陽電池の最も基本的な構造は、ｐｎ接合で構成されたダイオードであり、さらに光吸収層の材料によって区分される。
一般的な太陽電池は、受光面である前面と、これと対向する背面とにそれぞれ電極が備えられた構造を有する。しかし、前面に電極が備えられた場合、電極の面積が大きいほど、受光面積が減少する。このような受光面積が減少する問題を解決するために、電極が背面のみに備えられた背面接合構造が知られている。
さらに、背面接合構造を取る太陽電池においても、より効率が高い太陽電池が求められていた。
そこで、本発明は、上記要求に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、より効率が高い、新規かつ改良された太陽電池の製造方法、および太陽電池を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、半導体基板上に第１導電型ドーピング部を形成する段階と、前記半導体基板上に酸化物層を第１次形成する段階と、前記酸化物層を第１次加工し、前記半導体基板上に複数のリセス部を形成する段階と、前記半導体基板上に酸化物層を第２次形成する段階と、前記酸化物層を第２次加工し、前記リセス部が形成された前記半導体基板上に第２導電型ドーピング部を形成する段階と、前記半導体基板上に前記第１導電型ドーピング部と連結される第１導電型電極と、前記第２導電型ドーピング部と連結される第２導電型電極を形成する段階と、を含み、前記第１導電型ドーピング部と前記第２導電型ドーピング部とは、前記酸化物層によって離隔される太陽電池の製造方法が提供される。
前記第１導電型ドーピング部は、光を受光する前記半導体基板の前面に対向する背面に、第１導電型不純物を前記半導体基板より高濃度でドーピングされて背面電界を形成してもよい。
前記複数のリセス部を形成する段階は、前記酸化物層が形成された半導体基板上にペーストを形成する段階と、前記ペーストが形成された部分以外の露出した前記酸化物層をエッチングする段階と、前記ペーストを剥離し、前記半導体基板上に形成される第１導電型ドーピング部及び前記酸化物層の積層構造以外の領域にリセス部を形成する段階と、を含んでもよい。
前記リセス部は、前記第１導電型ドーピング部及び酸化物層が積層された部分と、前記第１導電型ドーピング部が除去されて前記半導体基板の表面が露出した部分との厚さ差によって形成されてもよい。
前記半導体基板上に酸化物層を第２次形成する段階において、前記第１導電型ドーピング部及び酸化物層が積層された部分と、前記リセス部が形成された半導体基板の表面とは、共に前記酸化物層が第２次形成され、前記酸化物層の厚さが異なって形成されてもよい。
前記第１導電型ドーピング部及び酸化物層が積層された部分の前記酸化物層の第１厚さは、前記リセス部が形成された半導体基板上の酸化物層の第２厚さより厚く形成されてもよい。
前記リセス部が形成された半導体基板上の酸化物層は剥離されてもよい。
前記第２導電型ドーピング部を形成する段階は、前記リセス部が形成された半導体基板上に第２ドーパントを含む素材を注入し、前記半導体基板内に第２導電型不純物を拡散させてもよい。
前記第２導電型ドーピング部は、前記半導体基板の前記第１導電型ドーピング部と同じ面に形成されてもよい。
前記第２導電型ドーピング部が形成された半導体基板上にキャッピング層が形成され、前記半導体基板の前記第１導電型ドーピング部と異なる面に形成された第２導電型ドーピング部は、テクスチャリング工程により除去されてもよい。
前記第１導電型ドーピング部は酸化物層によりカバーされ、前記第２導電型ドーピング部は、前記第１導電型ドーピング部の間に形成され、前記第１導電型ドーピング部と前記第２導電型ドーピング部とは、前記酸化物層の厚さと対応する間隔を有してもよい。
前記第１導電型ドーピング部と前記第２導電型ドーピング部とは、前記酸化物層によって離隔されてもよい。
前記第１導電型ドーピング部は、前記半導体基板上で酸化物層によりカバーされ、前記酸化物層に形成されたコンタクトホールにより、前記第１導電型電極に連結されて抵抗接点を形成し、前記第２導電型ドーピング部は、前記半導体基板内に拡散して形成され、前記第２導電型電極に連結されて抵抗接点を形成してもよい。
光を受光する前記半導体基板の前面には、パッシベーション層および反射防止膜が順次形成されてもよい。
上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、半導体基板の一面に形成された第１導電型ドーピング部及び第２導電型ドーピング部と、前記第１導電型ドーピング部をカバーする酸化物層と、前記第１導電型ドーピング部及び前記第２導電型ドーピング部とそれぞれ連結して抵抗接点を形成する第１導電型電極及び第２導電型電極と、を含み、前記第１導電型ドーピング部と前記第２導電型ドーピング部とは、前記酸化物層によって間隔が形成される太陽電池が提供される。
前記第２導電型ドーピング部は、前記第１導電型ドーピング部及び酸化物層が積層された領域間にある前記半導体基板内に形成されてもよい。
前記間隔は、前記第１導電型ドーピング部をカバーする前記酸化物層の厚さと対応する大きさであってもよい。
光を受光する半導体基板の面にはパッシベーション層及び反射層が形成されてもよい。
以上説明したように本発明によれば、より効率が高い太陽電池の製造方法、および太陽電池が提供される。
本発明の一実施形態による薄膜型太陽電池を製造する過程において、本発明の半導体基板が用意された状態を示す断面図である。 同過程において、図１Ａの基板上にｎ＋導電型ドーピング部を形成した状態を示す断面図である。 同過程において、図１Ｂの基板上に二酸化ケイ素層を形成した状態を示す断面図である。 同過程において、図１Ｃの基板上のパターン化したペーストを形成した状態を示す断面図である。 同過程において、図１Ｄの基板上の二酸化ケイ素層をエッチングした状態を示す断面図である。 同過程において、図１Ｅの基板上のペーストを剥離した状態を示す断面図である。 同過程において、図１Ｆの基板上にリセス部を形成した状態を示す断面図である。 同過程において、図１Ｇの基板上に二酸化ケイ素層を形成した状態を示す断面図である。 同過程において、図１Ｈの基板上の二酸化ケイ素層をエッチングした状態を示す断面図である。 同過程において、図１Ｉの基板上にｐ＋導電型ドーピング部を形成した状態を示す断面図である。 同過程において、図１Ｊの基板上にパッシベーション層、反射防止膜、第１導電型電極、第２導電型電極を形成した状態を示す断面図である。 図１ＨのＡ部分を拡大した断面図である。 図１ＪのＢ部分を拡大した断面図である。 本発明の他の実施形態による図１Ｇの基板上に二酸化ケイ素層を形成した状態を示す断面図である。 図４Ａの基板上にｐ＋導電型ドーピング部を形成した状態を示す断面図である。
本発明は、多様な変更を加えることができ、かつ様々な実施形態で実現することができる。以下では、特定の実施形態を図面に例示し、発明の詳細な説明において、詳細に説明する。しかし、これは本発明を特定の実施形態に限定するものではない。本発明は、本発明の思想及び技術範囲に含まれるすべての変更、均等物および代替物を含むと理解されねばならない。また、本発明を説明するにあたり、公知技術についての具体的な説明が本発明の趣旨を不明にすると判断する場合、係る公知技術の詳細な説明は省略する。
また、第１、第２などの用語は、多様な構成要素を説明するために用いられるが、各構成要素は第１、第２などの用語によって限定されない。第１、第２などの用語は、一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的でのみ用いられる。
本明細書で使用される用語は、単に特定の実施形態を説明するために使用されたものであり、本発明を限定するものではない。単数の表現は、文脈上明らかに矛盾しない限り、複数の表現を含む。本明細書において、「含む」または「持つ」などの用語は、明細書に記載された特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品またはこれらの組み合わせが存在するということを意味する。したがって、係る用語は、一つまたはそれ以上の他の特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品またはこれらの組み合わせの存在または付加の可能性を予め排除するものではないと理解されねばならない。
以下、添付した図面を参照して本発明に係る望ましい実施形態を詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
図１Ｋは、本発明の一実施形態に係る背面接合構造の太陽電池１００を示したものである。
図１Ｋを参照すると、前記太陽電池１００は半導体基板１０１を備える。前記半導体基板１０１は光吸収層であり、単結晶シリコン基板または多結晶シリコン基板を含んで構成される。また、前記半導体基板１０１は、ｎ型不純物として、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）などの５族元素を含む。
本実施形態では、前記半導体基板１０１がｎ型不純物を含むシリコン基板を用いる場合を挙げて説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、前記半導体基板１０１として、ｐ型不純物を含む単結晶シリコン基板、またはｐ型不純物を含む多結晶シリコン基板を使用することができることはいうまでもない。ここで、ｐ型不純物は、ホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）などの３族元素を含む。
前記半導体基板１０１は、テクスチャー構造を有する。前記太陽電池１００は、白抜き矢印で表示するように光が入射し、前記太陽電池１００は、光を受光する半導体基板１０１の前面１２０に、ピラミッド状の断面を持つ。前記太陽電池１００は、テクスチャー構造により入射光の反射率を低減させ、前記半導体基板１０１内での光の透過長さを長くすることができる。したがって、内部反射により吸収される光の量を増加させることができ、結果として前記太陽電池１００の短絡電流を向上させることができる。
前記半導体基板１０１の前面１２０にはパッシベーション層１１７が形成される。前記パッシベーション層１１７は、不純物がドーピングされた非晶質シリコン（α−Ｓｉ）または窒化ケイ素（ＳｉＮｘ）を含む。前記パッシベーション層１１７が不純物のドーピングされた非晶質シリコンを含む場合、前記不純物は、前記半導体基板１０１と同じ導電性不純物であり、前記パッシベーション層１１７は、半導体基板１０１より高濃度でドーピングされている。
前記パッシベーション層１１７は、前記半導体基板１０１で生成されたキャリアの表面再結合を防止してキャリアの収集効率を向上させる。具体的には、前記パッシベーション層１１７は、キャリアが半導体基板１０１の前面へ移動することを防止するので、前記半導体基板１０１の前面１２０近くで電子と正孔とが再結合して消滅することを防止する。
前記パッシベーション層１１７上には反射防止膜１１８が形成される。前記反射防止膜１１８は、太陽光が入射する際、光が反射して前記太陽電池１００の光吸収に損失が発生することを防止し、前記太陽電池１００の効率を向上させる。
前記反射防止膜１１８は透明な素材を含む。例えば、前記反射防止膜１１８は、酸化ケイ素（ＳｉＯｘ）、窒化ケイ素（ＳｉＮｘ）、酸窒化ケイ素（ＳｉＯｘＮｙ）、酸化チタン（ＴｉＯｘ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、および硫化亜鉛（ＺｎＳ）などを含む。前記反射防止膜１１８は、単一層または互いに屈折率の異なる複数の層を積層することで形成される。
本実施形態では、前記パッシベーション層１１７と反射防止膜１１８とがそれぞれ別個の層で形成される場合を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、窒化ケイ素（ＳｉＮｘ）を形成することでパッシベーション層１１７の機能及び反射防止膜１１８の機能を同時に実現することができる。
前記半導体基板１０１の背面１３０にはエミッタ層１１２が形成される。前記エミッタ層１１２は、半導体基板１０１とｐｎ接合を形成する。前記半導体基板１０１がｎ型である場合、前記エミッタ層１１２はｐ型不純物を含み、前記半導体基板１０１がｐ型である場合、前記エミッタ層１１２はｎ型不純物を含む。前記エミッタ層１１２は、ｐ型（またはｎ型）不純物がドーピングされて形成され、不純物の拡散領域は、ストライプ型、円形または卵円形のドット型の平面形状である。なお、本実施形態では、前記エミッタ層１１２はｐ＋導電型ドーピング部に該当する。
前記半導体基板１０１の背面１３０にはベース層１０２が形成される。前記ベース層１０２は、前記半導体基板１０１と同じ導電型の不純物を含む。前記ベース層１０２は、前記半導体基板１０１より不純物が高濃度でドーピングされており、背面電界（ｂａｃｋ ｓｕｒｆａｃｅ ｆｉｅｌｄ、ＢＳＦ）を形成する。
前記ベース層１０２は、ｎ型（またはｐ型）不純物がドーピングされて形成され、不純物の拡散領域はストライプ型、円形または卵円形のドット型の平面形状である。前記エミッタ層１１２とベース層１０２とは、前記半導体基板１０１の背面１３０で互いにかみ合うように形成される。すなわち、前記エミッタ層１１２とベース層１０２とは、前記半導体基板１０１の背面１３０において、交互に互い違いで配置される。なお、本実施形態では、前記ベース層１０２はｎ＋導電型ドーピング部に該当する。
前記ベース層１０２の上部には第１導電型電極１１３が形成される。この時、前記ベース層１０２と第１導電型電極１１３との間には絶縁層１０３が形成される。前記第１導電型電極１１３は、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）及びこれらの合金を含む。前記第１導電型電極１１３は、コンタクトホール１１５を通じて前記ベース層１０２に対して抵抗接点を形成している。
前記エミッタ層１１２の上部には第２導電型電極１１４が形成される。前記第２導電型電極１１４は、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）及びこれらの合金を含む。前記第２導電型電極１１４は、エミッタ層１１２に対して抵抗接点を形成している。
また、前記絶縁層１０３は、シリコンからなる半導体基板１０１を酸化させて形成した酸化物層である酸化ケイ素層を含む。
前記のような構造を持つ背面接合構造の太陽電池１００を製造する過程を以下で説明する。
図１Ａに示すように、半導体基板１０１を用意する。
前記半導体基板１０１は、単結晶シリコン基板、または多結晶シリコン基板を含む。具体的には、前記半導体基板１０１は、ｎ型またはｐ型不純物が含まれた単結晶または多結晶のシリコン基板である。以下の本実施形態では、前記半導体基板１０１はｎ型不純物を含む場合について説明する。前記半導体基板１０１には、表面に付着した物理的、化学的不純物を除去するために酸やアルカリ溶液を用いた洗浄工程が行われる。
次いで、図１Ｂに示すように、前記半導体基板１０１の表面にｎ＋導電型ドーピング部１０２が形成される。具体的には、前記半導体基板１０１の一面に背面電界ＢＳＦを形成するため、前記半導体基板１０１を拡散チャンバに装入し、ｎ型ドーパントを含むガス、例えば、オキシ塩化リン（ＰＯＣｌ３）を注入する。さらに、高温で熱処理しｎ＋導電型ドーピング部１０２を形成する。
次いで、図１Ｃに示すように、前記半導体基板１０１は、ウェット酸化工程によってシリコンを酸化して成長させ、表面に酸化物層である二酸化ケイ素層１０３を形成する。この時、前記二酸化ケイ素層１０３の厚さは１００ｎｍ以上である。一方、シリコンを成長させるチャンバ内雰囲気は、酸素（Ｏ２）と窒素（Ｎ２）との混合ガス雰囲気である。
前記二酸化ケイ素層１０３を形成した後に、図１Ｄに示すように、前記半導体基板１０１の背面に有機物からなるパターン化されたペースト１０４が形成される。前記有機物からなるペースト１０４は、例えばスクリーンプリント法によって形成される。この時、前記有機物からなるペースト１０４は、ストライプ型またはドット型の平面形状にパターン化される。
次いで、図１Ｅに示すように、バッファードオキサイドエッチャント（ｂｕｆｆｅｒｅｄ ｏｘｉｄｅ ｅｔｃｈａｎｔ、ＢＯＥ）またはフッ素（ＨＦ）溶液を用いて前記二酸化ケイ素層１０３がエッチングされる。これによって、前記有機物からなるペースト１０４が形成された部分以外の露出した二酸化ケイ素層１０３が剥離される。
次いで、図１Ｆに示すように、有機物からなるペースト１０４が剥離される。前記有機物からなるペースト１０４は、低濃度の水酸化カリウム（ＫＯＨ）溶液を用いたディッピング槽に浸漬することで剥離される。これによって、前記半導体基板１０１上に、パターン化された二酸化ケイ素層１０３が形成される。
パターン化された二酸化ケイ素層１０３を形成した後に、図１Ｇに示すように、高濃度の水酸化カリウム（ＫＯＨ）溶液を用いたディッピング槽に浸漬することで、前記ｎ＋導電型ドーピング部１０２がエッチングされる。これによりパターン化された二酸化ケイ素層１０３が形成された部分以外の前記半導体基板１０１上の露出したｎ＋導電型ドーピング部１０２が剥離される。
これによって、前記ｎ＋導電型ドーピング部１０２及び二酸化ケイ素層１０３が積層された部分以外のｎ＋導電型ドーピング部１０２が除去されて、前記半導体基板１０１上にリセス部１１９が形成される。前記リセス部１１９は、前記ｎ＋導電型ドーピング部１０２及び二酸化ケイ素層１０３が積層された部分と、前記ｎ＋導電型ドーピング部１０２が除去されて半導体基板１０１の表面が露出した部分との厚さ差によって形成された領域である。
なお、前記水酸化カリウム溶液にイソプロピルアルコール（ｉｓｏｐｒｏｐｙｌ−ａｌｃｏｈｏｌ、ＩＰＡ）を添加剤として混合した場合、前記半導体基板１０１の表面を平坦にすることができる。
次いで、図１Ｈに示すように、前記半導体基板１０１は、ウェット酸化工程によって酸化され成長した二酸化ケイ素層１０３がさらに厚く形成される。この時、ウェット酸化工程による成長は、ドーピング濃度、シリコン格子の方向性及び前記半導体基板１０１の表面粗度が重要であるが、図１Ｇの水酸化カリウム＋イソプロピルアルコールの混合液（ＫＯＨ＋ＩＰＡ）で前記リセス部１１９を形成した場合、シリコン格子に対して垂直な｛０１０｝面で平坦な表面を得ることが可能である。
前述の酸化、成長によって前記二酸化ケイ素層１０３はさらに厚く形成される。この時、図２に示すように、前記ｎ＋導電型ドーピング部１０２をカバーする二酸化ケイ素層１０３ａの第１厚さｄ１は、前記ｎ＋導電型ドーピング部１０２が除去された領域、すなわち、前記リセス部１１９が形成された領域の半導体基板１０１の表面から成長した二酸化ケイ素層１０３ｂの第２厚さｄ２に比べて厚く形成される。換言すると、前記第１厚さｄ１は、前記第２厚さより２．５〜３倍ほど酸化物層の成長速度が速い。
前記シリコンにドーパント、すなわち、不純物が注入された場合、シリコン中に孔隙が生成される。このような不純物及び孔隙はシリコンの結合構造を劣化させるため、係る劣化により酸素は容易にシリコンと結合することができるようになる。したがって、ドーパントを多く注入するほど酸化物層の成長速度が速くなる。
ここで、シリコンを成長させるチャンバ内雰囲気は、酸素（Ｏ２）と窒素（Ｎ２）との混合ガス雰囲気である。
次いで、図１Ｉに示すように、バッファードオキサイドエッチャント（ＢＯＥ）または、フッ素（ＨＦ）溶液を用いて前記二酸化ケイ素層１０３をエッチングする。これによって、前記ｎ＋導電型ドーピング部１０２が形成されていない領域の二酸化ケイ素層１０３ｂ（図２）を剥離し、前記ｎ＋導電型ドーピング部１０２が形成された部分をカバーする二酸化ケイ素層１０３ａ（図２）は残るようにすることができる。
すなわち、前記ｎ＋導電型ドーピング部１０２が形成された部分をカバーする二酸化ケイ素層１０３ａは、前記ｎ＋導電型ドーピング部１０２が形成されていない領域の二酸化ケイ素層１０３ｂより２．５倍〜３倍ほど厚く形成されているので、前記ｎ＋導電型ドーピング部１０２が形成されていない領域の二酸化ケイ素層１０３ｂのみを除去するようなエッチング時間でエッチング工程を行う。
次いで、図１Ｊに示すように、前記半導体基板１０１の背面にｐ＋導電型ドーピング部１１２を形成する。具体的には、前記半導体基板１０１をチャンバ内に装入し、ｐ型ドーパントを含むガス、例えば、三臭化ホウ素（Ｂｏｒｏｎ ｔｒｉｂｒｏｍｉｄｅ、ＢＢｒ３）を注入した後、高温で熱処理を行う。
これによって、前記リセス部１１９は、ｐ型ドーパントが前記半導体基板１０１の内部へ拡散し、ｐ＋導電型ドーピング部１１２が形成される。この時、前記ｐ＋導電型ドーピング部１１２の表面には、Ｂｒ層（ｂｏｒｏｎ−ｒｉｃｈ ｌａｙｅｒ）が形成される。Ｂｒ層は、フッ素（ＨＦ）を用いて除去される。
一方、前記ｐ＋導電型ドーピング部１１２は、前記半導体基板１０１の背面１３０だけでなく、前記半導体基板１０１の前面及び側面にも同時に形成される。これを除去するために、前記半導体基板１０１の背面１３０にキャッピング層であるＵＳＧ（ｕｎｄｏｐｅｄ ｓｉｌｉｃｏｎ ｇｌａｓｓ）膜を蒸着する。さらに、水酸化カリウム＋イソプロピルアルコールの混合液（ＫＯＨ＋ＩＰＡ）を用いるテクスチャリング工程を行い、前記半導体基板１０１の前面１２０及び側面に形成されたｐ＋導電型導電部を除去する。
これによって、図３に示したように、ｎ＋導電型ドーピング部１０２とｐ＋導電型ドーピング部１１２とは、前記ｎ＋導電型ドーピング部１０２をカバーする前記二酸化ケイ素層１０３によって数十ｎｍの間隔を有する。前記間隔ｇに当たる部分は、前記太陽電池１００の作動時の効率に寄与しない領域であるので、間隔ｇに当たる領域が大きければ大きいほど太陽電池１００の効率は低下する。よって、前記間隔ｇが形成される部分を最大限低減させなくてはならない。
本実施形態によれば、前記ｎ＋導電型ドーピング部１０２とｐ＋導電型ドーピング部１１２との間隔を従来の間隔より１／１０００程度に狭めつつ、前記ｎ＋導電型ドーピング部１０２とｐ＋導電型ドーピング部１１２とのそれぞれの分離（ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）を保証することができる。
さらに、前記ｎ＋導電型ドーピング部１０２とｐ＋導電型ドーピング部１１２との間隔を設けるために、別途、間隔を形成するためのパターン工程を行う必要がない。このように、前記ｎ＋導電型ドーピング部１０２とｐ＋導電型ドーピング部１１２とがセルフアライメントにより形成されるので、微細な幅で離隔されたｎ＋導電型ドーピング部１０２及びｐ＋導電型ドーピング部１１２の実現が可能である。
ここで、前記ｐ＋導電型ドーピング部１１２を形成する手段は、ＢＢｒ３を用いることに限定されず、前記半導体基板１０１にｐ＋導電型ドーピング部１１２を形成させることができるならば、いかなる手段であってもよい。
すなわち、前記半導体基板１０１上に大気圧高温化学気相蒸着（ＡＰＣＶＤ）法によってホウケイ酸ガラス（ｂｏｒｏｓｉｌｉｃａｔｅ ｇｌａｓｓ、ＢＳＧ）を蒸着し、これを高温で熱処理してもよい。これによって、前記リセス部１１９には、ｐ型ドーパントが前記半導体基板１０１の内部へ拡散してｐ＋導電型ドーピング部１１２が形成される。具体的には、ホウケイ酸ガラス（ＢＳＧ）を、マスクなどを用いて前記半導体基板１０１の一面上に蒸着することで、前記ｐ＋導電型ドーピング部１１２を形成した後に、他の部分のホウケイ酸ガラスはフッ素（ＨＦ）を用いて除去してもよい。
また、前記ｐ＋導電型ドーピング部１１２は、レーザーによって形成されてもよい。
具体的には、図４Ａに示すように、半導体基板４０１上に前述した方法でパターン化されたｎ＋導電型ドーピング部４０２と、これをカバーする二酸化ケイ素層４０３とを形成する。その後、図４Ｂに示すように、前記半導体基板４０１上にボロン素材をコーティングし、ボロン素材に対してレーザーを照射することで、リセス部４１９を通じて半導体基板４０１の内部へｐ型ドーパントを拡散させ、ｐ＋導電型ドーピング部４１２を形成してもよい。
以上のように、半導体基板４０１の背面に、酸化物層によって狭い間隔を有するｎ＋導電型ドーピング部４０２とｐ＋導電型ドーピング部４１２とを互いにかみ合うように形成することができる。
再び図１Ｋを参照すれば、前記半導体基板１０１は、テクスチャリング工程を通じて前記半導体基板１０１の前面１２０にピラミッド面が形成される。具体的には、前記半導体基板１０１に、水酸化カリウム＋イソプロピルアルコールの混合液（ＫＯＨ＋ＩＰＡ）が使用される。
次いで、テクスチャリング工程によって形成されたピラミッド面を持つ前記半導体基板１０１の前面１２０には、パッシベーション層１１７と反射防止膜１１８とが順次に形成される。また、前記パッシベーション層１１７を形成する前に半導体基板１０１の洗浄が行われる。
前記パッシベーション層１１７は、不純物がドーピングされた非晶質シリコンを含む。例えば、前記パッシベーション層１１７は、ｎ型半導体基板１０１の前面１２０に高濃度のｎ＋層として形成される。このように形成されたパッシベーション層１１７は、正孔と電子との再結合による損失を低減させるための前面電界（ｆｒｏｎｔ ｓｕｒｆａｃｅ ｆｉｅｌｄ、ＦＳＦ）を形成する。
または、前記パッシベーション層１１７は窒化ケイ素（ＳｉＮｘ）を含んでもよい。係る場合、前記パッシベーション層１１７は、プラズマ気相蒸着法（ＰＥＣＶＤ）によって形成される。
前記パッシベーション層１１７は、前記半導体基板１０１の受光面である前面１２０側に形成されるので、前記パッシベーション層１１７の光吸収を低減させるためにバンドギャップを調節してもよい。例えば、添加物を追加することで、前記パッシベーション層１１７のバンドギャップを増大させて光吸収を低減させ、より入射光を半導体基板１０１の内部に導いてもよい。
前記反射防止膜１１８は、前記パッシベーション層１１７上に形成される。前記反射防止膜１１８は、酸化ケイ素（ＳｉＯｘ）、窒化ケイ素（ＳｉＮｘ）、酸窒化ケイ素（ＳｉＯｘＮｙ）などを含み、ＣＶＤ、スパッタリング、スピンコーティングなどの方法によって形成される。例えば、前記反射防止膜１１８は、酸化ケイ素（ＳｉＯｘ）、窒化ケイ素（ＳｉＮｘ）、酸窒化ケイ素（ＳｉＯｘＮｙ）の単一膜、またはこれらの複合層で形成される。
本実施形態では、パッシベーション層１１７及び反射防止膜１１８をそれぞれ別個に形成する場合を説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。例えば、前記パッシベーション層１１７及び反射防止膜１１８は一つの層で形成されてもよい。すなわち、ＳｉＮｘを含む層を形成することで、パッシベーションの効果及び反射防止の効果を得ることができる。
次いで、前記ｎ＋導電型ドーピング部１０２上には第１導電型電極１１３が形成され、前記ｐ＋導電型ドーピング部１１２上には第２導電型電極１１４が形成される。
また、前記二酸化ケイ素層１０３には、コンタクトホール１１５が形成される。前記コンタクトホール１１５は、前記ｎ＋導電型ドーピング部１０２と対応する領域に形成される。前記コンタクトホール１１５は、レーザー、またはエッチングペーストを用いるスクリーンプリンティングなどによって形成される。
次いで、前記半導体基板１０１の背面１３０上に銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）などの導電性ペーストがスクリーンプリンティングまたはメッキなどによってパターン印刷され、熱処理される。
これによって、ｎ＋導電型ドーピング部１０２に抵抗接点を形成する第１導電型電極１１３を連結することができ、またｐ＋導電型ドーピング部１１２に抵抗接点を形成する第２導電型電極１１４を連結することができる。
前述のような過程によりｎ＋導電型ドーピング部１０２とｐ＋導電型ドーピング部１１２との間隔を狭めた背面接合構造の太陽電池１００を製造することができる。
本発明者の実験による太陽電池１００のｎ＋導電型ドーピング部１０２とｐ＋導電型ドーピング部１１２との間隔は、表１に示した通りである。
Figure 2013183160
ここで、比較例は、従来のｎ＋導電型ドーピング部とｐ＋導電型ドーピング部との間隔を、スクリーンプリンティング法と、ウェット工程以後の別途の間隔パターン形成工程とにより形成したものである。また、実施例は、本発明の二酸化ケイ素層１０３によってｎ＋導電型ドーピング部１０２とｐ＋導電型ドーピング部１１２との間隔を形成したものである。
表１を参照すれば、比較例の場合、ｐ＋導電型ドーピング部と対応するエミッタ領域の幅が１５５０μｍであるのに対し、実施例の場合、エミッタ領域の幅が１７５０μｍであり、２００μｍほど広くなる。
また比較例の場合、ｎ＋導電型ドーピング部とｐ＋導電型ドーピング部との間隔が１００μｍであるのに対し、実施例の場合、ｎ＋導電型ドーピング部とｐ＋導電型ドーピング部との間隔が０．１μｍであり、間隔が１／１０００ほど狭まっていることが分かる。
このように、本発明は、太陽電池の効率に寄与しないｎ＋導電型ドーピング部１０２とｐ＋導電型ドーピング部１１２との間隔を小さくすることで、太陽電池の効率を大きく向上させることができる。
前述したように、本発明の太陽電池の製造方法および太陽電池は、第１導電型及び第２導電型のドーピング濃度による酸化物層の成長速度差を用いることにより、背面接合構造の太陽電池の背面に形成される第１導電型ドーピング部と第２導電型ドーピング部との間隔を、狭くすることができる。したがって、本発明によれば、太陽電池の効率を向上させることが可能になる。
また、第１導電型ドーピング部と第２導電型ドーピング部との間隔を調節するための、別途のパターン工程が不要であるので、太陽電池の製造工程の時間を短縮し、コストダウンを行うことができる。
また、セルフアライメントが可能であるので、アライメントの誤差によるシャントパス（ｓｈｕｎｔ ｐａｔｈ）が発生しない。
また、第１導電型ドーピング部のライン幅及び第２導電型ドーピング部のライン幅を大幅に縮めることができるため、半導体基板内にラインをより多く形成することができる。
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
本発明は、太陽電池関連の技術分野に好適に用いられる。
１００ 太陽電池
１０１ 半導体基板
１０２ ベース層
１０３ 絶縁層
１１２ エミッタ層
１１３ 第１導電型電極
１１４ 第２導電型電極
１１５ コンタクトホール
１１７ パッシベーション層
１１８ 反射防止膜
１２０ 半導体基板の前面
１３０ 半導体基板の背面

Claims (18)

  1. 半導体基板上に第１導電型ドーピング部を形成する段階と、
    前記半導体基板上に酸化物層を第１次形成する段階と、
    前記酸化物層を第１次加工し、前記半導体基板上に複数のリセス部を形成する段階と、
    前記半導体基板上に酸化物層を第２次形成する段階と、
    前記酸化物層を第２次加工し、前記リセス部が形成された前記半導体基板上に第２導電型ドーピング部を形成する段階と、
    前記半導体基板上に前記第１導電型ドーピング部と連結される第１導電型電極と、前記第２導電型ドーピング部と連結される第２導電型電極を形成する段階と、を含み、
    前記第１導電型ドーピング部と前記第２導電型ドーピング部とは、前記酸化物層によって離隔される太陽電池の製造方法。
  2. 前記第１導電型ドーピング部は、光を受光する前記半導体基板の前面に対向する背面に、第１導電型不純物を前記半導体基板より高濃度でドーピングされて背面電界を形成する請求項１に記載の太陽電池の製造方法。
  3. 前記複数のリセス部を形成する段階は、
    前記酸化物層が形成された半導体基板上にペーストを形成する段階と、
    前記ペーストが形成された部分以外の露出した前記酸化物層をエッチングする段階と、
    前記ペーストを剥離し、前記半導体基板上に形成される第１導電型ドーピング部及び前記酸化物層の積層構造以外の領域にリセス部を形成する段階と、を含む請求項１または２に記載の太陽電池の製造方法。
  4. 前記リセス部は、前記第１導電型ドーピング部及び酸化物層が積層された部分と、前記第１導電型ドーピング部が除去されて前記半導体基板の表面が露出した部分との厚さ差によって形成される請求項３に記載の太陽電池の製造方法。
  5. 前記半導体基板上に酸化物層を第２次形成する段階において、前記第１導電型ドーピング部及び酸化物層が積層された部分と、前記リセス部が形成された半導体基板の表面とは、共に前記酸化物層が第２次形成され、前記酸化物層の厚さが異なって形成される請求項１〜４のいずれか一項に記載の太陽電池の製造方法。
  6. 前記第１導電型ドーピング部及び酸化物層が積層された部分の前記酸化物層の第１厚さは、前記リセス部が形成された半導体基板上の酸化物層の第２厚さより厚く形成される請求項５に記載の太陽電池の製造方法。
  7. 前記リセス部が形成された半導体基板上の酸化物層は剥離される請求項５または６に記載の太陽電池の製造方法。
  8. 前記第２導電型ドーピング部を形成する段階は、前記リセス部が形成された半導体基板上に第２ドーパントを含む素材を注入し、前記半導体基板内に第２導電型不純物を拡散させる請求項１〜７のいずれか一項に記載の太陽電池の製造方法。
  9. 前記第２導電型ドーピング部は、前記半導体基板の前記第１導電型ドーピング部と同じ面に形成される請求項８に記載の太陽電池の製造方法。
  10. 前記第２導電型ドーピング部が形成された半導体基板上にキャッピング層が形成され、
    前記半導体基板の前記第１導電型ドーピング部と異なる面に形成された前記第２導電型ドーピング部は、テクスチャリング工程により除去される請求項８に記載の太陽電池の製造方法。
  11. 前記第１導電型ドーピング部は酸化物層によりカバーされ、
    前記第２導電型ドーピング部は、前記第１導電型ドーピング部の間に形成され、
    前記第１導電型ドーピング部と前記第２導電型ドーピング部とは、前記酸化物層の厚さと対応する間隔を有する請求項１〜１０のいずれか一項に記載の太陽電池の製造方法。
  12. 前記第１導電型ドーピング部と前記第２導電型ドーピング部とは、前記酸化物層によって離隔される請求項１１に記載の太陽電池の製造方法。
  13. 前記第１導電型ドーピング部は、前記半導体基板上で酸化物層によりカバーされ、前記酸化物層に形成されたコンタクトホールにより前記第１導電型電極に連結されて抵抗接点を形成し、
    前記第２導電型ドーピング部は、前記半導体基板内に拡散して形成され、前記第２導電型電極に連結されて抵抗接点を形成する請求項１〜１２のいずれか一項に記載の太陽電池の製造方法。
  14. 光を受光する前記半導体基板の前面には、パッシベーション層および反射防止膜が順次形成される請求項１〜１３のいずれか一項に記載の太陽電池の製造方法。
  15. 半導体基板の一面に形成された第１導電型ドーピング部及び第２導電型ドーピング部と、
    前記第１導電型ドーピング部をカバーする酸化物層と、
    前記第１導電型ドーピング部及び前記第２導電型ドーピング部とそれぞれ連結して抵抗接点を形成する第１導電型電極及び第２導電型電極と、を含み、
    前記第１導電型ドーピング部と前記第２導電型ドーピング部とは、前記酸化物層によって間隔が形成される太陽電池。
  16. 前記第２導電型ドーピング部は、前記第１導電型ドーピング部及び酸化物層が積層された領域間にある前記半導体基板内に形成される請求項１５に記載の太陽電池。
  17. 前記間隔は、前記第１導電型ドーピング部をカバーする前記酸化物層の厚さと対応する大きさである請求項１５または１６に記載の太陽電池。
  18. 光を受光する前記半導体基板の面にはパッシベーション層及び反射層が形成される請求項１５〜１７のいずれか一項に記載の太陽電池。
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