JP2014072530A - 太陽電池及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明は、向上した特性及び生産性を有する太陽電池及びその製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明は、半導体基板と、該半導体基板に形成され、ｐ型不純物を含むｐ型の導電性領域と、該ｐ型導電性領域上に形成され、アルミニウム酸化物を含むパッシベーション膜と、を含み、前記パッシベーション膜の厚さは７Å〜１７Åである太陽電池を構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽電池及びその製造方法に関し、より詳細には、構造を改善した太陽電池及びその製造方法に関する。
最近、石油や石炭などの既存のエネルギー資源の枯渇が予想されながら、これらに取って代わる代替エネルギーに対する関心が高まっている。そのうち、太陽電池は、太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換させる次世代の電池として脚光を浴びている。
太陽電池は、光電変換を起こすために、半導体基板に導電性領域及びこれに電気的に連結される電極を備えて形成することができる。そして、太陽電池には、特性を向上させるために、導電性領域をパッシベーションするパッシベーション膜、及び反射を防止するための反射防止膜なども形成される。
ところが、従来の太陽電池においては、パッシベーション膜の形成工程やその後の工程でパッシベーション膜が容易に変形又は損傷し得る。その結果、パッシベーション効果が低下し、太陽電池の特性が低下し得る。
本発明は、向上した特性及び生産性を有する太陽電池及びその製造方法を提供しようとする。
本実施例に係る太陽電池は、半導体基板と、該半導体基板に形成され、ｐ型不純物を含むｐ型の導電性領域と、該ｐ型導電性領域上に形成され、アルミニウム酸化物を含むパッシベーション膜と、を含む。前記パッシベーション膜の厚さは７Å〜１７Åである。
本実施例に係る太陽電池は、半導体基板と、該半導体基板に形成される第１の導電性領域と、該第１の導電性領域と離隔して前記半導体基板に形成される第２の導電性領域と、前記第１の導電性領域及び前記第２の導電性領域のうちいずれか一つの上に形成され、アルミニウム酸化物を含む絶縁膜と、を含み、前記アルミニウム酸化物の化学式はＡｌＯ1.5+X（ここで、ｘは、０＜ｘ≦０．５）である。
本実施例に係る太陽電池は、半導体基板にｐ型不純物を含むｐ型の導電性領域を形成する段階と、前記ｐ型の導電性領域上にアルミニウム酸化物を含むパッシベーション膜を形成する段階と、を含む。前記パッシベーション膜の厚さは７Å〜１７Åである。
本実施例において、ｐ型の導電性領域をパッシベーションするパッシベーション膜は、ＡｌＯ1.5+X（ここで、ｘは、０＜ｘ≦０．５）のアルミニウム酸化物を含み、７Å〜１７Åの厚さを有するように形成される。これによって、パッシベーションの効果を高く維持しながらも第１のパッシベーション膜の形成のための費用及び工程時間を低減させることができ、ブリスター現象を防止することができる。その結果、太陽電池の特性及び生産性を向上させることができる。
本発明の実施例に係る太陽電池を示した断面図である。 図１に示した太陽電池の平面図である。 アルミニウムを含むパッシベーション膜においてブリスター現象が発生した場合を示す太陽電池の断面写真である。 本発明の他の実施例に係る太陽電池の断面図である。 本発明の他の実施例に係る太陽電池の断面図である。 本発明の一実施例に係る太陽電池の第１及び第２の導電性領域と第１及び第２の電極を示した後面平面図である。 実験例及び比較例によって製造された太陽電池において第１のパッシベーション膜の厚さによる開放電圧（ｉｍｐｌｉｅｄ Ｖｏｃ）を測定した結果を示すグラフである。
以下では、添付の図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。しかし、本発明がこのような実施例に限定されるものではなく、多様な形態に変形可能であることは当然である。
図面では、本発明を明確かつ簡略に説明するために説明と関係のない部分の図示を省略しており、明細書全体にわたって同一又は極めて類似する部分に対しては同一の図面参照符号を使用する。そして、図面では、説明をより明確にするために、厚さ、広さなどを拡大又は縮小して示したが、本発明の厚さ、広さなどが図面に示したものに限定されることはない。
そして、明細書全体において、一つの部分が他の部分を「含む」とするとき、特別に反対の記載がない限り、他の部分を排除するのではなく、他の部分をさらに含むことができる。また、層、膜、領域、板などの部分が他の部分の「上に」あるとするとき、これは、他の部分の「直ぐ上に」ある場合のみならず、その中間に他の部分が位置する場合も含む。層、膜、領域、板などの部分が他の部分の「直ぐ上に」あるとするときは、中間に他の部分が位置しないことを意味する。
図１は、本発明の実施例に係る太陽電池を示した断面図で、図２は、図１に示した太陽電池の平面図である。
図１を参照すると、本実施例に係る太陽電池１００は、半導体基板１０と、半導体基板１０に形成され、不純物を有する導電性領域２０、３０と、導電性領域２０、３０に電気的に連結される電極２４、３４とを含むことができる。導電性領域２０、３０は、エミッター層２０と後面電界層３０を含むことができ、電極２４、３４は、エミッター層２０に電気的に連結される第１の電極２４と、後面電界層３０に電気的に連結される第２の電極３４とを含むことができる。また、太陽電池１００は、第１のパッシベーション膜２１、反射防止膜２２、第２のパッシベーション膜３２などをさらに含むことができる。これをより詳細に説明する。
半導体基板１０は、多様な半導体物質を含むことができ、一例として、第２の導電型不純物を含むシリコンを含むことができる。シリコンとしては単結晶シリコン又は多結晶シリコンを使用することができ、第２の導電型不純物は一例としてｎ型であり得る。すなわち、半導体基板１０は、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、ビズマス（Ｂｉ）、アンチモン（Ｓｂ）などの５族元素がドーピングされた単結晶又は多結晶シリコンからなり得る。
このようにｎ型の不純物を有する半導体基板１０を使用すると、半導体基板１０の前面にｐ型の不純物を有するエミッター層２０が形成されてｐｎ接合をなすようになる。このようなｐｎ接合に光が照射されると、光電効果によって生成された電子は、半導体基板１０の後面側に移動して第２の電極３４によって収集され、正孔は、半導体基板１０の前面側に移動して第１の電極２４によって収集される。これによって、電気エネルギーが発生する。その結果、電子より移動速度の遅い正孔が半導体基板１０の後面でない前面に移動し、変換効率が向上し得る。
図面には示していないが、半導体基板１０の前面及び／又は後面は、テクスチャリング（ｔｅｘｔｕｒｉｎｇ）されてピラミッドなどの形状の凹凸を有することができる。このようなテクスチャリングによって半導体基板１０の前面などに凹凸が形成されることによって表面粗さが増加すると、半導体基板１０の前面などを通して入射する光の反射率を低下できる。したがって、半導体基板１０とエミッター層２０の界面に形成されたｐｎ接合まで到逹する光量を増加でき、光の損失を最小化できる。
半導体基板１０の前面側には、第１の導電型不純物を有するエミッター層２０を形成できる。本実施例において、エミッター層２０は、第１の導電型不純物として３族元素であるボロン（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）などのｐ型不純物を使用することができる。
このとき、本実施例において、エミッター層２０は、高い不純物濃度を有することから相対的に低い抵抗を有する第１の部分２０ａと、第１の部分２０ａより低い不純物濃度を有することから相対的に高い抵抗を有する第２の部分２０ｂとを備えることができる。第１の部分２０ａは、第１の電極２４の一部又は全体（すなわち、少なくとも一部）に接触するように形成される。
このように、本実施例においては、光が入射する第１の電極２４間に対応する部分に相対的に高い抵抗の第２の部分２０ｂを形成することによって浅いエミッターを具現する。これによって、太陽電池１００の電流密度を向上できる。さらに、エミッター層２０は、第１の電極２４と隣接する部分に相対的に低い抵抗の第１の部分２０ａを形成し、第１の電極２４との接触抵抗を低減できる。すなわち、本実施例のエミッター層２０は、選択的エミッター構造によって太陽電池１００の効率を最大化できる。
しかし、本発明がこれに限定されることはなく、エミッター層２０は、均一なドーピング濃度を有する均一なエミッター構造を有することもできる。また、本実施例においては、エミッター層２０が半導体基板１０の前面側のみに形成されるが、本発明がこれに限定されることはない。すなわち、エミッター層２０が後面に延長され、太陽電池１００が後面電極型構造を有しえる。
このようなエミッター層２０は、熱拡散法、イオン注入法などの方法によって形成できる。しかし、本発明がこれに限定されることはなく、多様に変形可能である。
半導体基板１０上に、より正確には、半導体基板１０に形成されたエミッター層２０上に第１のパッシベーション膜２１、反射防止膜２２及び第１の電極２４が形成される。
第１のパッシベーション膜２１及び反射防止膜２２は、第１の電極２４が形成された部分を除いて実質的に半導体基板１０の前面全体に形成できる。
本実施例において、第１のパッシベーション膜２１は、ｐ型の導電性領域であるエミッター層２０の表面又はバルク内に存在する欠陥を不動化させる。その結果、少数キャリアの再結合サイトを除去し、太陽電池１００の開放電圧（Ｖｏｃ）を増加できる。
本実施例において、第１のパッシベーション膜２１は、ｐ型の導電性領域であるエミッター層２０のパッシベーションに適するようにアルミニウム酸化物を含むことができる。すなわち、アルミニウム酸化物を含む第１のパッシベーション膜２１をエミッター層２０と反射防止膜２２との間に形成し、反射防止膜２２による陽電荷の発生を防止できる。その結果、ｐ型の導電性領域であるエミッター層２０を効果的にパッシベーションできる。
本実施例において、アルミニウム酸化物を含む第１のパッシベーション膜２１の厚さは７Å〜１７Åであり得る。このような第１のパッシベーション膜２１の厚さは、従来のパッシベーション膜の厚さである約１００Åより遥かに小さい値である。アルミニウム酸化物を含むパッシベーション膜の厚さが約１００Åと厚い場合、パッシベーション膜の形成時にアルミニウム酸化物が安定的な原子配列を有することができ、これによって、アルミニウム酸化物がＡｌ2Ｏ3の化学式を有するようになる。このようなＡｌ2Ｏ3は、それ自体では安定的な配列を有するが、Ａｌ2Ｏ3のアルミニウム酸化物では第１のパッシベーション膜２１を形成する工程又は以後の工程（特に、熱処理工程）で膨れ上がるブリスター（ｂｌｉｓｔｅｒ）現象が容易に発生し得る。このようなブリスター現象が発生した太陽電池の断面写真を図３に示した。図３を参照すると、右側部分で膨れ上がった部分が発生したことが分かる。このようなブリスター現象が発生すると、パッシベーション膜が膨れ上がって十分なパッシベーション効果を示しにくく、これによって、太陽電池のフィル・ファクタ（ＦＦ）が低下する。その結果、本実施例においては、第１のパッシベーション膜２１の厚さを１００Åより遥かに小さい値にする。
このとき、本実施例のように、アルミニウム酸化物を含む第１のパッシベーション膜２１の厚さを７Å〜１７Åと小さくすると、半導体基板１０を構成する原子（一例として、シリコン）のサイズとの原子サイズの差により、アルミニウム酸化物が安定的な原子配列を有して形成することはできない。これによって、アルミニウム酸化物がＡｌＯ1.5+X（ここで、ｘは、０＜ｘ≦０．５、より詳細には、０．００１≦ｘ≦０．５）の化学式を有するようになる。このようにＡｌＯ1.5+X（ここで、ｘは、０＜ｘ≦０．５、より詳細には、０．００１≦ｘ≦０．５）の化学式を有するアルミニウム酸化物を含む第１のパッシベーション膜２１ではブリスター現象が発生しにくい。その結果、第１のパッシベーション膜２１の厚さを限定することによってブリスター現象を防止できる。
また、第１のパッシベーション膜２１の厚さが７Å〜１７Åであるとき、既存のように、約１００Åの厚さを有し、且つＡｌ2Ｏ3を含むパッシベーション膜と同一又は類似するパッシベーション効果を有するようになる。これは、第１のパッシベーション膜２１が、相対的に薄い厚さを有することから陰電荷を発生するのに寄与できないとしても、第１のパッシベーション膜２１上に形成される反射防止膜２２に含まれた水素をパッシベーションし、陽電荷の発生を防止する効果は十分に具現するためと予測される。
上述したアルミニウム酸化物を含む第１のパッシベーション膜２１は、原子層蒸着（原子層成長法）（ａｔｏｍｉｃ ｌａｙｅｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、ＡＬＤ）によって形成することができる。原子層蒸着は、原子層を一層ずつ増加させながらアルミニウム酸化物を含む膜を形成する技術であって、これによると、表面欠陥密度が高く、膜緻密度に優れ、安定性に優れた膜を形成することができる。その一方、原子層を一層ずつ増加させる工程によって厚さが増加する場合は、工程時間も大いに増加し得る。本実施例においては、第１のパッシベーション膜２１の厚さを大いに減少させ、原子層蒸着の工程回数を大いに減少させることができ、材料（一例として、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ））の使用量も大いに減少させることができる。一例として、第１のパッシベーション膜２１の厚さを１０Åにすると、厚さが９０％減少するようになり、その結果、原子層蒸着のサイクル回数、材料費用も９０％だけ低減させることができる。
一例として、第１のパッシベーション膜２１を形成するための原子層蒸着のサイクル回数は５回〜１５回であって、従来の８０回に比べて遥かに低い水準であり得る。しかし、具体的なサイクル回数などは原子層蒸着の工程条件に応じて変わり得るので、本発明がこれに限定されることはない。
すなわち、本実施例においては、第１のパッシベーション膜２１の厚さを７Å〜１７Åに限定することによってブリスター現象を防止することができ、工程時間を減少させながらもパッシベーション効果は十分に具現することができる。したがって、太陽電池１００の生産性及び特性を共に向上させることができる。
反射防止膜２２は、半導体基板１０の前面に入射する光の反射率を減少させる。これによって、半導体基板１０とエミッター層２０の界面に形成されたｐｎ接合まで到達する光量を増加させることができる。その結果、太陽電池１００の短絡電流（Ｉｓｃ）を増加させることができる。
反射防止膜２２は多様な物質で形成することができる。一例として、反射防止膜２２は、シリコン窒化膜、水素を含むシリコン窒化膜、シリコン酸化膜、シリコン酸化窒化膜、ＭｇＦ2、ＺｎＳ、ＴｉＯ2及びＣｅＯ2からなる群より選ばれたいずれか一つの単一膜又は２個以上の膜が組み合わされた多層膜構造を有することができる。一例として、反射防止膜２２は、シリコン窒化膜からなり得る。しかし、本発明がこれに限定されることはなく、反射防止膜２２は多様な物質を含むことができる。
このような反射防止膜２２は、真空蒸着法、化学気相蒸着法、スピンコーティング、スクリーン印刷又はスプレーコーティングなどの多様な方法によって形成することができる。
第１の電極２４は、第１のパッシベーション膜２１及び反射防止膜２２に形成された開口部を介して（すなわち、反射防止膜２２を貫通して）エミッター層２０に電気的に連結される。このような第１の電極２４は多様な形状を有するように形成できるが、これについては後で再び説明する。
第１のパッシベーション膜２１及び反射防止膜２２に開口部を形成し、開口部内にめっき法、蒸着法などの多様な方法で第１の電極２４を形成することができる。又は、第１の電極２４形成用ペーストを反射防止膜２２上にスクリーン印刷などで塗布した後、焼成（ｆｉｒｅ ｔｈｒｏｕｇｈ）又はレーザー焼成コンタクト（ｌａｓｅｒ ｆｉｒｉｎｇ ｃｏｎｔａｃｔ）などを行って第１の電極２４を形成することも可能である。この場合は、別途に開口部を形成する工程を行わなくてもよい。
半導体基板１０の後面側には、半導体基板１０より高いドーピング濃度で第２の導電型不純物を含む後面電界層３０が形成される。
半導体基板１０の後面側には、第２の導電型不純物を有する後面電界層３０を形成することができる。本実施例において、後面電界層３０は、第２の導電型不純物として５族元素であるリン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、ビズマス（Ｂｉ）、アンチモン（Ｓｂ）などのｎ型不純物を使用することができる。
このとき、本実施例において、後面電界層３０は、高い不純物濃度を有することから相対的に低い抵抗を有する第１の部分３０ａと、第１の部分３０ａより低い不純物濃度を有することから相対的に高い抵抗を有する第２の部分３０ｂとを備えることができる。第１の部分３０ａは、第２の電極３４の一部又は全体（すなわち、少なくとも一部）に接触するように形成される。
このように、本実施例においては、第２の電極３４間に対応する部分に相対的に高い抵抗の第２の部分３０ｂを形成し、正孔と電子の再結合を防止することができる。これによって、太陽電池１００の電流密度を向上させることができる。さらに、後面電界層３０は、第２の電極３４と隣接する部分に相対的に低い抵抗の第１の部分３０ａを形成し、第２の電極３４との接触抵抗を低減させることができる。すなわち、本実施例の後面電界層３０は、選択的後面電界構造によって太陽電池１００の効率を最大化することができる。
しかし、本発明がこれに限定されることはなく、後面電界層３０は、均一なドーピング濃度を有する均一な後面電界構造を有することもできる。又は、後面電界層３０は、半導体基板１０の後面で局部的に形成される局部的後面電界構造を有することもできる。局部的後面電界構造を有する後面電界層３０については、図４を参照して後で説明する。
このような後面電界層３０は、熱拡散法、イオン注入法などの方法によって形成することができる。しかし、本発明がこれに限定されることはなく、多様に変形可能である。
さらに、半導体基板１０の後面には、第２のパッシベーション膜３２と第２の電極３４を形成することができる。
第２のパッシベーション膜３２は、第２の電極３４が形成された部分を除いて実質的に半導体基板１０の後面全体に形成することができる。このような第２のパッシベーション膜３２は、半導体基板１０の後面に存在する欠陥を不動化し、少数キャリアの再結合サイトを除去することができる。その結果、太陽電池１００の開放電圧を増加させることができる。
このような第２のパッシベーション膜３２は、光が透過されるように透明な絶縁物質からなり得る。したがって、このような第２のパッシベーション膜３２により半導体基板１０の後面を通しても光が入射するようにし、太陽電池１００の効率を向上させることができる。一例として、第２のパッシベーション膜３２は、シリコン窒化膜、水素を含むシリコン窒化膜、シリコン酸化膜、シリコン酸化窒化膜、アルミニウム酸化膜、ＭｇＦ2、ＺｎＳ、ＴｉＯ2及びＣｅＯ2からなる群より選ばれたいずれか一つの単一膜又は２個以上の膜が組み合わされた多層膜構造を有することができる。しかし、本発明がこれに限定されることはなく、第２のパッシベーション膜３２は多様な物質を含むことができる。
このような第２のパッシベーション膜３２は、真空蒸着法、化学気相蒸着法、スピンコーティング、スクリーン印刷又はスプレーコーティングなどの多様な方法によって形成することができる。
第２の電極３４は、第２のパッシベーション膜３２に形成された開口部を介して（すなわち、第２のパッシベーション膜３２を貫通して）後面電界層３０に電気的に連結される。このような第２の電極３４は多様な形状を有するように形成することができる。
第２のパッシベーション膜３２に開口部を形成し、開口部内にめっき法、蒸着法などの多様な方法で第２の電極３４を形成することができる。又は、第２の電極３４形成用ペーストを第１のパッシベーション膜３２上にスクリーン印刷などで塗布した後、焼成（ｆｉｒｅ ｔｈｒｏｕｇｈ）又はレーザー焼成コンタクト（ｌａｓｅｒ ｆｉｒｉｎｇ ｃｏｎｔａｃｔ）などを行って第２の電極３４を形成することも可能である。この場合は、別途に開口部を形成する工程を行わなくてもよい。上述したように、本実施例に係る第１の電極２４及び／又は第２の電極３４は多様な平面形状を有することができ、その一例を図２を参照して説明する。第１の電極２４及び第２の電極３４は、互いに異なる幅、ピッチなどを有し得るが、その基本形状は類似している。そのため、図２では、第１の電極２４を中心に説明し、第２の電極３４に対する説明は省略する。以下の説明は、第１及び第２の電極２４、３４に共通的に適用することができる。
図２を参照すると、第１の電極２４は、第１のピッチＰ１を有しながら互いに平行に配置される複数のフィンガー電極２４ａを含むことができる。さらに、第１の電極２４は、各フィンガー電極２４ａと交差する方向に形成され、各フィンガー電極２４ａを連結するバスバー電極２４ｂを含むことができる。このようなバスバー電極２４ｂは、一つのみ備えることもでき、図２に示したように、第１のピッチＰ１より大きい第２のピッチＰ２を有しながら複数備えることもできる。このとき、フィンガー電極２４ａの幅Ｗ１よりバスバー電極２４ｂの幅Ｗ２が大きくなり得るが、本発明がこれに限定されることはなく、フィンガー電極２４ａとバスバー電極２４ｂは同一の幅を有することもできる。上述した第１の電極２４の形状は一例として提示したものに過ぎなく、本発明がこれに限定されることはない。
断面上で見ると、フィンガー電極２４ａ及びバスバー電極２４ｂは、両方とも第１のパッシベーション膜２１及び反射防止膜２２（第２の電極３４である場合は第２のパッシベーション膜３２、以下同じ。）を貫通するように形成することもできる。又は、フィンガー電極２４ａが第１のパッシベーション膜２１及び反射防止膜２２を貫通し、バスバー電極２４ｂは反射防止膜２２上に形成することができる。
上述したように、本実施例においては、ｐ型の導電性領域であるエミッター層２０をパッシベーションする第１のパッシベーション膜２１は、ＡｌＯ1.5+X（ここで、ｘは、０＜ｘ≦０．５）状態のアルミニウム酸化物を含み、７Å〜１７Åの厚さを有する。これによって、パッシベーション効果を高く維持しながらも第１のパッシベーション膜２１の形成のための費用及び工程時間を低減させることができ、ブリスター現象を防止することができる。その結果、太陽電池１００の特性及び生産性を向上させることができる。
上述した実施例においては、前面に位置したエミッター層２０をパッシベーションする第１のパッシベーション膜２１は、ＡｌＯ1.5+X（ここで、ｘは、０＜ｘ≦０．５）のアルミニウム酸化物を含み、７Å〜１７Åの厚さを有する。しかし、本発明がこれに限定されることはない。すなわち、後面電界層３０をパッシベーションする第２のパッシベーション膜３２は、ＡｌＯ1.5+X（ここで、ｘは、０≦ｘ≦０．５）状態のアルミニウム酸化物を含み、７Å〜１７Åの厚さを有することができる。又は、半導体基板１０の後面に位置したｐ型の導電性領域をパッシベーションするパッシベーション膜は、ＡｌＯ1.5+X（ここで、ｘは、０＜ｘ≦０．５）のアルミニウム酸化物を含み、７Å〜１７Åの厚さを有することができる。以下では、このような各実施例を図４ないし図６を参照して説明する。
図４は、本発明の他の実施例に係る太陽電池の断面図である。
図４を参照すると、本実施例に係る太陽電池１０２は、半導体基板１０と、半導体基板１０に形成され、不純物を有するエミッター層２０及び後面電界層３０と、これらに電気的に連結される第１の電極２４及び第２の電極３４とを含むことができる。また、太陽電池１００は、反射防止膜２２、第２のパッシベーション膜３２などをさらに含むことができる。以下では、これをより詳細に説明する。
本実施例においては、図１の実施例とは反対に、半導体基板１０及び後面電界層３０がｐ型を有し、エミッター層２０がｎ型を有する。これによって、後面電界層３０がｐ型の導電性領域を形成し、エミッター層２０がｎ型の導電性領域を形成する。ｎ型又はｐ型を有するようにする不純物の種類などは上述した通りであるので、それについての詳細な説明は省略する。
図面には示していないが、半導体基板１０の前面にはテクスチャリングによる凹凸構造を形成することができる。
反射防止膜２２は多様な物質で形成することができる。一例として、反射防止膜２２は、シリコン窒化膜、水素を含むシリコン窒化膜、シリコン酸化膜、シリコン酸化窒化膜、アルミニウム酸化膜、ＭｇＦ2、ＺｎＳ、ＴｉＯ2及びＣｅＯ2からなる群より選ばれたいずれか一つの単一膜又は２個以上の膜が組み合わされた多層膜構造を有することができる。一例として、反射防止膜２２はシリコン窒化膜からなり得る。しかし、本発明がこれに限定されることはなく、反射防止膜２２は多様な物質を含むことができる。そして、半導体基板１０と反射防止膜２２との間には、パッシベーションのための第１のパッシベーション膜（図示せず）をさらに備えることもできる。
本実施例において、後面電界層３０は、第２の電極３４に対応する部分に形成される第１の部分３０ａのみを含む。そして、第２の電極３４は、第２のパッシベーション膜３２上に全体的に形成され、第２のパッシベーション膜３２に形成された開口部を介して後面電界層３０の第１の部分３０ａに電気的に連結される。すなわち、本実施例においては、第２の電極３４は、後面電界層３０の第１の部分３０ａに点接触（ｐｏｉｎｔ ｃｏｎｔａｃｔ）するように形成することができる。
このとき、本実施例においては、ｐ型の導電性領域である後面電界層３０をパッシベーションする第１のパッシベーション膜３２は、ＡｌＯ1.5+X（ここで、ｘは、０＜ｘ≦０．５、より詳細には、０．００１≦ｘ≦０．５）の化学式を有するアルミニウム酸化物を含み、７Å〜１７Åの厚さを有する。化学式、厚さなどについては図１の実施例で詳細に説明したので、それについての詳細な説明は省略する。
このような後面電界層３０及び第２の電極３４の構造によって後面電界効果を向上させ、第２の電極３４による反射率を増加させ、太陽電池１０２の効率を向上させることができる。また、ｐ型の導電性領域である後面電界層３０をパッシベーションする第２のパッシベーション膜３２は、ＡｌＯ1.5+X（ここで、ｘは、０＜ｘ≦０．５、より詳細には、０．００１≦ｘ≦０．５）の化学式を有するアルミニウム酸化物を含み、７Å〜１７Åの厚さを有する。これによって、パッシベーションの効果を高く維持しながらも第２のパッシベーション膜３２の形成のための費用及び工程時間を低減させることができ、ブリスター現象を防止することができる。その結果、太陽電池１０２の特性及び生産性を向上させることができる。
上述した後面電界層３０、第２のパッシベーション膜３２及び第２の電極３４は、多様な方法によって形成することができる。すなわち、後面電界層３０が形成されていない半導体基板１０の後面に第２のパッシベーション膜３２を形成し、第２のパッシベーション膜３２上に第２の電極用ペースト（一例として、アルミニウムペースト）を形成した後、レーザー焼成コンタクトなどを用いて後面電界層３０に電気的に連結される第２の電極３４を形成することができる。このとき、第２の電極用ペースト内の不純物（一例として、アルミニウム）が半導体基板１０の内部に拡散し、第２の電極３４と隣接した部分で局部的に形成される後面電界層３０を形成することができる。又は、半導体基板１０の後面に多様な方法によって不純物をドーピングすることによって後面電界層３０を形成し、第２のパッシベーション膜３２を形成し、第２のパッシベーション膜３２に開口部を形成した後、第２のパッシベーション膜３２上に第２の電極３４を形成することができる。その他にも多様な方法を使用することができる。
図５は、本発明の他の実施例に係る太陽電池の断面図で、図６は、本発明の一実施例に係る太陽電池の第１及び第２の導電性領域と第１及び第２の電極を示した後面平面図である。図６では、明確な図示のために第１及び第２のパッシベーション膜の図示を省略した。
図５を参照すると、本実施例に係る太陽電池１０４は、半導体基板１０、半導体基板１０の後面側に形成される第１及び第２の導電性領域２００、３００、第１及び第２のパッシベーション膜２０２、３０２及び電極２４０、３４０を含む。また、半導体基板１０の他の前面側に形成される前面電界層５０及び反射防止膜２２を含むことができる。以下では、これをより詳細に説明する。
半導体基板１０は一例としてｎ型であり得るが、本発明がこれに限定されることはなく、ｐ型を有することもできる。ｎ型又はｐ型を有するようにする不純物の種類などは上述した通りであるので、それについての詳細な説明は省略する。
このような半導体基板１０の前面は、テクスチャリングされてピラミッドなどの形状の凹凸を有することができる。
半導体基板１０の前面には前面電界層５０を形成することができる。このような前面電界層５０は、半導体基板１０より高い濃度で不純物がドーピングされた領域であって、後面電界層（ｂａｃｋ ｓｕｒｆａｃｅ ｆｉｅｌｄ、ＢＳＦ）と類似する作用をし、すなわち、入射される太陽光によって分離された電子と正孔が半導体基板１０の前面で再結合し消滅することを防止する。
そして、前面電界層５０上には反射防止膜２２を形成することができる。反射防止膜２２は、半導体基板１０の前面に全体的に形成することができる。反射防止膜２２は、半導体基板１０の前面に入射される光の反射率を減少させ、前面電界層５０の表面又はバルク内に存在する欠陥を不動化させる。
このような放射防止膜２２は多様な物質で形成することができる。一例として、反射防止膜２２は、シリコン窒化膜、水素を含むシリコン窒化膜、シリコン酸化膜、シリコン酸化窒化膜、アルミニウム酸化膜、ＭｇＦ2、ＺｎＳ、ＴｉＯ2及びＣｅＯ2からなる群より選択したいずれか一つの単一膜又は２個以上の膜が組み合わされた多層膜構造を有することができる。しかし、本発明がこれに限定されることはなく、反射防止膜２２は多様な物質を含むことができる。
一方、半導体基板１０の後面側には、互いに異なる導電型ドーパントを有するｐ型の第１の導電性領域２００及びｎ型の第２の導電性領域３００が形成される。このような第１の導電性領域２００と第２の導電性領域３００は、シャントを防止するために互いの間にアイソレーション領域２１０を置いて離隔することができる。アイソレーション領域２１０により、第１の導電性領域２００と第２の導電性領域３００を互いに一定間隔（一例として、数十μｍ〜数百μｍ）だけ離隔することができる。そして、第１の導電性領域２００と第２の導電性領域３００は、互いに同一の厚さを有する場合もあり、互いに異なる厚さを有する場合もある。本発明は、上述した間隔又は第１及び第２の導電性領域２００、３００の厚さに限定されるものではない。
このような第１の導電性領域２００は、ｐ型不純物をイオン注入法によって注入することによって形成することができ、第２の導電性領域３００は、ｎ型の不純物をイオン注入法によって注入することによって形成することができる。しかし、本発明がこれに限定されることはない。したがって、ｐ型不純物を有する非晶質シリコンで構成された層及びｎ型不純物を有する非晶質シリコンで構成された層をそれぞれ半導体基板１０の後面上に形成し、第１及び第２の導電性領域２００、３００を形成することもできる。その他にも、多様な方法によって第１及び第２の導電性領域２００、３００を形成することができる。
図６を参照すると、第１の導電性領域２００は、半導体基板１０の第１の縁部に沿って形成される第１の茎部２００ａと、この第１の茎部２００ａから第１の縁部と反対の第２の縁部に向かって延長される複数の第１の枝部２００ｂとを含むことができる。そして、第２の導電性領域３００は、半導体基板１０の第２の縁部に沿って形成される第２の茎部３００ａと、この第２の茎部３００ａから第１の縁部に向かって第１の枝部２００ｂ間に延長される複数の第２の枝部３００ｂとを含むことができる。このような形状により、ｐｎ接合される面積を増加させることができる。
このとき、ｐ型である第１の導電性領域２００の面積は、ｎ型である第２の導電性領域３００の面積より大きくなり得る。一例として、第１及び第２の導電性領域２００、３００の面積は、第１及び第２の導電性領域２００、３００の第１及び第２の茎部２００ａ、３００ａ及び／又は第１及び第２の枝部２００ｂ、３００ｂの幅を異ならせて調節することができる。
本実施例においては、キャリアが後面側のみに収集され、半導体基板１０の厚さに比べて半導体基板１０の水平方向への距離が相対的に大きい。ところが、電子より正孔の移動速度が相対的に低いので、これを考慮して、ｐ型である第１の導電性領域２００の面積をｎ型である第２の導電性領域３００より大きくすることができる。このとき、電子の移動速度：正孔の移動速度が約３：１であることを考慮して、第１の導電性領域２００の面積を第２の導電性領域３００の面積の２倍〜６倍にすることができる。すなわち、このような面積の割合は、電子及び正孔の移動速度を考慮して第１及び第２の導電性領域２００、３００の設計を最適化するためのものである。
再び図５を参照すると、第１の導電性領域２００上には、これに直接接触する第１のパッシベーション膜２０２を形成することができる。すなわち、本実施例においては、第１の導電性領域２００と同一の平面形状を有しながら第１の導電性領域２００のみに接触する第１のパッシベーション膜２０２を備える。これによって、平面から見ると、第１のパッシベーション膜２０２も、第１の茎部（図６の参照符号２００ａ、以下同じ。）に対応する部分と、複数の第１の枝部（図６の参照符号２００ｂ、以下同じ。）に対応する部分を有することができる。
このように第１のパッシベーション膜２０２が第１の導電性領域２００と同一の平面形状を有すると、第１の導電性領域２００を形成するのに用いたマスクを使用して第１のパッシベーション膜２０２を形成することができる。その結果、マスクによる費用などを節減できるという長所がある。
このような第１のパッシベーション膜２０２は、半導体基板１０の後面（すなわち、第１の導電性領域２００の表面）に存在する欠陥を不動化し、少数キャリアの再結合サイトを除去することができる。これによって、太陽電池１０４の開放電圧（Ｖｏｃ）を増加することができる。このとき、本実施例においては、ｐ型の導電性領域である第１の導電性領域２００をパッシベーションする第１のパッシベーション膜２０２は、ＡｌＯ1.5+X（ここで、ｘは、０＜ｘ≦０．５、より詳細には、０．００１≦ｘ≦０．５）の化学式を有するアルミニウム酸化物を含み、７Å〜１７Åの厚さを有する。化学式、厚さなどについては図１の実施例で詳細に説明したので、それについての詳細な説明は省略する。
そして、第２の導電性領域３００上には、これに直接接触する第２のパッシベーション膜３０２を形成することができる。本実施例において、第２のパッシベーション膜３０２は、第２の導電性領域３００のみならず、第１のパッシベーション膜２０２上にも直接接触するように形成し、半導体基板１０の後面に全体的に形成することができる。このように第２のパッシベーション膜３０２を全体的に形成すると、別途のパターニング工程又は別途のマスクなしで第２のパッシベーション膜３０２を形成することができ、工程を単純化することができる。
第２のパッシベーション膜３０２は、第１のパッシベーション膜２０２とは異なる物質、すなわち、ｎ型の第２の導電性領域３００をパッシベーションするのに適した物質を含むことができる。一例として、第２のパッシベーション膜３０２は、シリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコン酸化窒化物、ＭｇＦ2、ＺｎＳ、ＴｉＯ2及びＣｅＯ2からなる群より選ばれた物質を少なくとも一つ含むことができる。
しかし、本発明がこれに限定されることはなく、第２のパッシベーション膜３０２を備えず、第１のパッシベーション膜２０２が第１及び第２の導電性領域２００、３００を全て覆うように形成することもできる。
第１のパッシベーション膜２０２上には、第１の導電性領域２００に連結される第１の電極２４０を形成し、第２のパッシベーション膜３０２上には、第２の導電性領域３００に連結される第２の電極３４０を形成することができる。より具体的に、第１の電極２４０は、第１及び第２のパッシベーション膜２０２、３０２を貫通する第１の貫通ホール２０２ａによって第１の導電性領域２００に連結し、第２の電極３４０は、第２のパッシベーション膜３０２を貫通する第２の貫通ホール３０２ａによって前記第２の導電性領域３００に連結することができる。
このとき、図６に示したように、第１の電極２４０は、第１の導電性領域２００の茎部２００ａに対応して形成される茎部２４０ａと、第１の導電性領域２００の枝部２００ｂに対応して形成される枝部２４０ｂとを備えることができる。これと同様に、第２の電極３４０は、第２の導電性領域３００の茎部３００ａに対応して形成される茎部３４０ａと、第２の導電性領域３００の枝部３００ｂに対応して形成される枝部３４０ｂとを備えることができる。しかし、本発明がこれに限定されることはなく、第１の電極２４０及び第２の電極３４０は多様な平面形状を有することができる。
本実施例においては、太陽電池１０４の前面側に第１及び第２の電極２４０、３４０が位置しないので光の損失を最小化することができ、太陽電池１０４の効率を向上させることができる。また、ｐ型の導電性領域である第１の導電性領域２００をパッシベーションする第１のパッシベーション膜２０２は、ＡｌＯ1.5+X（ここで、ｘは、０＜ｘ≦０．５、より詳細には、０．００１≦ｘ≦０．５）の化学式を有するアルミニウム酸化物を含み、７Å〜１７Åの厚さを有する。これによって、パッシベーションの効果を高く維持しながらも第１のパッシベーション膜２０２の形成のための費用及び工程時間を低減させることができ、ブリスター現象を防止することができる。その結果、太陽電池１０４の特性及び生産性を向上させることができる。
以下では、本発明の実験例を通して本発明をより詳細に説明する。しかし、下記の実験例は本発明を例示するものに過ぎなく、本発明が下記の実験例に限定されることはない。
実験例
ｎ型の半導体基板を準備し、半導体基板の前面にボロン（Ｂ）をドーピングすることによってエミッター層を形成した。そして、半導体基板の後面にリン（Ｐ）をドーピングすることによって後面電界層を形成した。半導体基板の前面に原子層蒸着を用いて第１のパッシベーション膜を形成した後、シリコン窒化膜を含む反射防止膜を形成し、半導体基板の後面にシリコン酸化膜及びシリコン窒化膜を含む第２のパッシベーション膜を形成した。そして、エミッター層に電気的に連結される第１の電極と、後面電界層に電気的に連結される第２の電極とを形成した。
第１のパッシベーション膜の厚さを７Å、１０Å、１２Å、１４Å、１７Åと互いに異ならせた太陽電池をそれぞれ形成した。
比較例
第１のパッシベーション膜の厚さを０Å、２Å、５Å、２５Å、１００Åと互いに異ならせた太陽電池をそれぞれ形成した。
実験例及び比較例によって製造された太陽電池において、第１のパッシベーション膜の厚さによる開放電圧（ｉｍｐｌｉｅｄ Ｖｏｃ）を測定し、その結果を図７に示した。
図７を参照すると、実験例のように第１のパッシベーション膜の厚さが７Åないし１７Åであると、第１のパッシベーション膜の厚さが１００Åである場合と類似するか、それより高い水準の開放電圧を有することが分かる。比較例において、第１のパッシベーション膜の厚さが７Å未満である場合及び１７Åを超える場合は、開放電圧値が低いため太陽電池の特性を低下させ得る。すなわち、本実験例によると、第１のパッシベーション膜の厚さを減少させ、工程費用及び時間を減少させながらも開放電圧特性を向上させることができる。すなわち、太陽電池の生産性及び効率を向上させることができる。
上述した特徴、構造、効果などは、本発明の少なくとも一つの実施例に含まれるものであって、必ずしも一つの実施例のみに限定されるものではない。さらに、各実施例で例示した特徴、構造、効果などは、各実施例の属する分野で通常の知識を有する者によって他の実施例に対しても組み合わせたり変形して実施可能である。したがって、このような組み合わせと変形と関係した内容は、本発明の範囲に含まれるものと解釈すべきであろう。
１００、１０２、１０４ 太陽電池
１０ 半導体基板
２０ エミッター層
３０ 後面電界層
２００ 第１の導電性領域
３００ 第２の導電性領域
２１、２０２ 第１のパッシベーション膜
３２、３０２ 第２のパッシベーション膜
２４、２４０ 第１の電極
３４、３４０ 第２の電極

Claims (20)

  1. 半導体基板と、
    該半導体基板に形成され、ｐ型不純物を含むｐ型の導電性領域と、
    該ｐ型導電性領域上に形成され、アルミニウム酸化物を含むパッシベーション膜と、を含み、
    前記パッシベーション膜の厚さは７Å〜１７Åである太陽電池。
  2. 前記アルミニウム酸化物の化学式はＡｌＯ1.5+X（ここで、ｘは、０＜ｘ≦０．５）である、請求項１に記載の太陽電池。
  3. 前記アルミニウム酸化物の化学式はＡｌＯ1.5+X（ここで、ｘは、０．００１≦ｘ≦０．５）である、請求項２に記載の太陽電池。
  4. 前記ｐ型の導電性領域が前記半導体基板の前面に形成されるエミッター層を含み、
    前記パッシベーション膜が前記エミッター層上に形成される、請求項１に記載の太陽電池。
  5. 前記ｐ型の導電性領域が前記半導体基板の後面に形成される後面電界層を含み、
    前記パッシベーション膜が前記後面電界層上に形成される、請求項１に記載の太陽電池。
  6. 前記パッシベーション膜上に形成され、前記ｐ型の導電性領域と電気的に連結される電極をさらに含み、
    前記電極は、前記パッシベーション膜上に全体的に形成され、前記ｐ型の導電性領域に点接触する、請求項５に記載の太陽電池。
  7. 前記ｐ型の導電性領域である前記後面電界層は、前記電極が形成された部分と隣接した部分で局部的に形成される、請求項６に記載の太陽電池。
  8. 前記ｐ型の導電性領域と離隔して前記半導体基板の後面にｎ型の導電性領域が形成される、請求項１に記載の太陽電池。
  9. 前記パッシベーション膜が前記ｐ型の導電性領域上に形成され、
    前記パッシベーション膜及び前記ｎ型の導電性領域を覆いながら前記半導体基板の後面に形成される別のパッシベーション膜が形成される、請求項８に記載の太陽電池。
  10. 前記半導体基板の前面に前面電界層がさらに形成される、請求項８に記載の太陽電池。
  11. 半導体基板と、
    該半導体基板に形成される第１の導電性領域と、
    該第１の導電性領域と離隔して前記半導体基板に形成される第２の導電性領域と、
    前記第１の導電性領域及び前記第２の導電性領域のうちいずれか一つの上に形成され、アルミニウム酸化物を含む絶縁膜と、を含み、
    前記アルミニウム酸化物の化学式はＡｌＯ1.5+X（ここで、ｘは、０＜ｘ≦０．５）である太陽電池。
  12. 前記アルミニウム酸化物の化学式はＡｌＯ1.5+X（ここで、ｘは、０．００１≦ｘ≦０．５）である、請求項１１に記載の太陽電池。
  13. 前記パッシベーション膜の厚さは７Å〜１７Åである、請求項１１に記載の太陽電池。
  14. 前記第１の導電性領域が前記半導体基板の前面に形成され、
    前記第２の導電性領域が前記半導体基板の後面に形成される、請求項１１に記載の太陽電池。
  15. 前記第２の導電性領域は、前記電極が形成された部分と隣接した部分で局部的に形成される、請求項１４に記載の太陽電池。
  16. 前記第１の導電性領域及び前記第２の導電性領域が前記半導体基板の後面で互いに離隔して形成され、
    前記半導体基板の前面に形成される前面電界層をさらに含む、請求項１１に記載の太陽電池。
  17. 半導体基板にｐ型不純物を含むｐ型の導電性領域を形成する段階と、
    前記ｐ型の導電性領域上にアルミニウム酸化物を含むパッシベーション膜を形成する段階と、を含み、
    前記パッシベーション膜の厚さは７Å〜１７Åである太陽電池の製造方法。
  18. 前記アルミニウム酸化物の化学式はＡｌＯ1.5+X（ここで、ｘは、０＜ｘ≦０．５）である、請求項１７に記載の太陽電池の製造方法。
  19. 前記アルミニウム酸化物の化学式はＡｌＯ1.5+X（ここで、ｘは、０．００１≦ｘ≦０．５）である、請求項１７に記載の太陽電池の製造方法。
  20. 前記パッシベーション膜は原子層蒸着によって形成される、請求項１７に記載の太陽電池の製造方法。
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