JP2015201648A - 太陽電池及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、効率を向上させることができ、製造工程を単純化することができる太陽電池及びその製造方法を提供しようとする。
【解決手段】本発明の実施例に係る太陽電池は、半導体基板と、前記半導体基板の一面側に位置する導電型領域と、前記導電型領域に接続される電極とを含み、前記電極は、前記導電型領域上に形成される電極層と、前記電極層上に形成される印刷電極層とを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽電池及びその製造方法に係り、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、石油や石炭のような既存エネルギー資源の枯渇が予想されながら、これらに代わる代替エネルギーへの関心が高まっている。その中でも、太陽電池は、太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換する次世代電池として脚光を浴びている。

このような太陽電池は、様々な層及び電極を設計に応じて形成することによって製造することができる。ところが、このような様々な層及び電極の設計に応じて太陽電池の効率が決定され得る。太陽電池の商用化のためには、低い効率を克服しなければならないので、様々な層及び電極が太陽電池の効率を最大化できるように設計されることが要求される。

本発明は、効率を向上させることができ、製造工程を単純化することができる太陽電池及びその製造方法を提供しようとする。

本発明の実施例に係る太陽電池は、半導体基板と、前記半導体基板の一面側に位置する導電型領域と、前記導電型領域に接続される電極とを含み、前記電極は、前記導電型領域上に形成される電極層と、前記電極層上に形成される印刷電極層とを含む。

本発明の実施例に係る太陽電池の製造方法は、半導体基板の一面側に導電型領域を形成するステップと、前記導電型領域上に電極を形成するステップとを含み、前記電極を形成するステップは、前記導電型領域上に全体的に金属膜を形成するステップと、前記金属膜上に、パターンを有する印刷電極層を形成するステップと、前記印刷電極層をマスクとして前記金属膜をエッチングして、前記導電型領域と前記印刷電極層との間に位置する電極層を形成するステップとを含む。

本実施例では、電極が、めっきまたはスパッタリングにより形成された電極層と、その上に位置する印刷電極層とを含む。印刷電極層を用いて電極層をパターニングすることから、電極層をパターニングするためのマスクを別途に形成し、これを除去する工程などを省略することができる。これによって、電極の製造工程を単純化し、太陽電池の製造工程を大きく単純化することができる。また、マスクとして用いられた印刷電極層が伝導性を有するようにして、電極の厚さを十分に確保することができる。これによって、電極の抵抗を大きく低下させることができ、結果的に太陽電池の効率を大きく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の断面図である。 図１に示した太陽電池の部分背面平面図である。 本発明の実施例に係る太陽電池の製造方法を示す断面図である。 本発明の実施例に係る太陽電池の製造方法を示す断面図である。 本発明の実施例に係る太陽電池の製造方法を示す断面図である。 本発明の実施例に係る太陽電池の製造方法を示す断面図である。 本発明の実施例に係る太陽電池の製造方法を示す断面図である。 本発明の実施例に係る太陽電池の製造方法を示す断面図である。 本発明の実施例に係る太陽電池の製造方法を示す断面図である。 本発明の実施例に係る太陽電池の製造方法を示す断面図である。 本発明の実施例に係る太陽電池の製造方法を示す断面図である。 本発明の実施例に係る太陽電池の製造方法を示す断面図である。 本発明の他の実施例に係る太陽電池の断面図である。 本発明の更に他の実施例に係る太陽電池の断面図である。 図５の太陽電池の製造方法を示した断面図である。 図５の太陽電池の製造方法を示した断面図である。 図５の太陽電池の製造方法を示した断面図である。 図５の太陽電池の製造方法を示した断面図である。

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、本発明がこれらの実施例に限定されるものではなく、様々な形態に変形可能であることは勿論である。

図面では、本発明を明確且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、明細書全体において同一又は極めて類似の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、面積などを拡大又は縮小して示しており、本発明の厚さ、面積などは図面に示したものに限定されない。

そして、明細書全体において、ある部分が他の部分を「含む」とするとき、特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。

以下、添付の図面を参照して、本発明の実施例に係る太陽電池及びそれに使用される電極を詳細に説明する。

図１は、本発明の実施例に係る太陽電池の断面図であり、図２は、図１に示した太陽電池の部分背面平面図である。

図１及び図２を参照すると、本実施例に係る太陽電池１００は、ベース領域１１０を含む半導体基板１０と、半導体基板１０の一面（一例として、半導体基板１０の後面）側に位置する導電型領域３２，３４と、導電型領域３２，３４に接続される電極４２，４４とを含む。このとき、電極４２，４４は、導電型領域３２，３４上に形成される電極層４２ａと、電極層４２ａ上に形成される印刷層４２ｂとを含む。そして、太陽電池１００は、トンネル層２０、パッシベーション膜２４、反射防止膜２６、絶縁層４０などをさらに含むことができる。これについてより詳細に説明する。

半導体基板１０は、第２導電型ドーパントを相対的に低いドーピング濃度で含むベース領域１１０を含むことができる。本実施例のベース領域１１０は、第２導電型ドーパントを含む結晶質（単結晶または多結晶）シリコンを含むことができる。一例として、ベース領域１１０は、第２導電型ドーパントを含む単結晶シリコン基板（一例として、単結晶シリコンウエハ）で構成されてもよい。そして、第２導電型ドーパントはｎ型またはｐ型であってもよい。ｎ型ドーパントとしては、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、ビスマス（Ｂｉ）、アンチモン（Ｓｂ）などの５族元素を使用し、ｐ型ドーパントとしては、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３族元素を使用することができる。一例として、ベース領域１１０がｎ型を有すると、ベース領域１１０と光電変換によってキャリアを形成する接合（一例として、トンネル層２０を挟んだｐｎ接合）を形成するｐ型の第１導電型領域３２を広く形成して、光電変換面積を増加させることができる。また、この場合には、広い面積を有する第１導電型領域３２が、移動速度が相対的に遅い正孔を効果的に収集することで、光電変換効率の向上にさらに寄与することができる。しかし、本発明がこれに限定されるものではない。

そして、半導体基板１０は、前面側に位置する前面電界領域１３０を含むことができる。前面電界領域１３０は、ベース領域１１０と同じ導電型を有しながら、ベース領域１１０よりも高いドーピング濃度を有することができる。

本実施例では、前面電界領域１３０が、半導体基板１０に第２導電型ドーパントを相対的に高いドーピング濃度でドープして形成されたドーピング領域として構成された場合を例示した。これによって、前面電界領域１３０が、第２導電型を有する結晶質（単結晶または多結晶）半導体を含んで半導体基板１０を構成するようになる。一例として、前面電界領域１３０は、第２導電型を有する単結晶半導体基板（一例として、単結晶シリコンウエハ基板）の一部分として構成されてもよい。しかし、本発明がこれに限定されるものではない。したがって、半導体基板１０と異なる別個の半導体層（例えば、非晶質半導体層、微結晶半導体層、または多結晶半導体層）に第２導電型ドーパントをドープして前面電界領域１３０を形成してもよい。または、前面電界領域１３０が、半導体基板１０に隣接して形成された層（例えば、パッシベーション膜２４及び／又は反射防止膜２６）の固定電荷によってドープされたものと類似の役割を果たす電界領域として構成されてもよい。その他の様々な方法により様々な構造の前面電界領域１３０を形成することができる。

本実施例において、半導体基板１０の前面は、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り半導体基板１０の前面などに凹凸が形成されて表面粗さが増加すると、半導体基板１０の前面を介して入射する光の反射率を低下させることができる。したがって、ベース領域１１０と第１導電型領域３２によって形成されたｐｎ接合まで到達する光の量を増加させることができるので、光損失を最小化することができる。

そして、半導体基板１０の後面は、鏡面研磨などによって前面よりも低い表面粗さを有する、相対的に滑らかで且つ平坦な面からなることができる。本実施例のように、半導体基板１０の後面側に第１及び第２導電型領域３２，３４が共に形成される場合には、半導体基板１０の後面の特性に応じて太陽電池１００の特性が大きく変わり得るからである。これによって、半導体基板１０の後面にはテクスチャリングによる凹凸を形成しないことで、パッシベーション特性を向上させることができ、これによって、太陽電池１００の特性を向上させることができる。しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、場合によって、半導体基板１０の後面にテクスチャリングによる凹凸を形成してもよい。その他の様々な変形も可能である。

半導体基板１０の後面上にはトンネル層２０が形成されてもよい。トンネル層２０は、電子及び正孔にとって一種のバリア（ｂａｒｒｉｅｒ）として作用して、少数キャリア（ｍｉｎｏｒｉｔｙ ｃａｒｒｉｅｒ）が通過しないようにし、多数キャリア（ｍａｊｏｒｉｔｙ ｃａｒｒｉｅｒ）は、トンネル層２０に隣接した部分において蓄積された後、一定以上のエネルギーを有する多数キャリアのみがトンネル層２０を通過できるようにする。このとき、一定以上のエネルギーを有する多数キャリアは、トンネル効果によって容易にトンネル層２０を通過することができる。また、トンネル層２０は、導電型領域３０のドーパントが半導体基板１０へ拡散することを防止する拡散バリアとしての役割を果たすことができる。このようなトンネル層２０は、多数キャリアがトンネリングされ得る様々な物質を含むことができ、一例として、酸化物、窒化物、半導体、伝導性高分子などを含むことができる。例えば、トンネル層２０は、シリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコン酸化窒化物、真性非晶質シリコン、真性多結晶シリコンなどを含むことができる。このとき、トンネル層２０は、半導体基板１０の後面に全体的に形成することができる。これによって、別途のパターニングなしに容易に形成することができる。

トンネル効果を十分に具現できるように、トンネル層２０の厚さＴは、絶縁層４０の厚さよりも小さくすることができる。一例として、トンネル層２０の厚さＴが１０ｎｍ以下であってもよく、０．５ｎｍ〜１０ｎｍ（より具体的には、０．５ｎｍ〜５ｎｍ、一例として、１ｎｍ〜４ｎｍ）であってもよい。トンネル層２０の厚さＴが１０ｎｍを超えると、トンネリングが円滑に起こらないため、太陽電池１００が作動しないことがあり、トンネル層２０の厚さＴが０．５ｎｍ未満であると、所望の品質のトンネル層２０を形成しにくいことがある。トンネル効果をさらに向上させるためには、トンネル層２０の厚さＴが０．５ｎｍ〜５ｎｍ（より具体的に１ｎｍ〜４ｎｍ）であってもよい。しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、トンネル層２０の厚さＴが様々な値を有することができる。

トンネル層２０上には導電型領域３２，３４が位置することができる。より具体的には、導電型領域３２，３４は、第１導電型ドーパントを有して第１導電型を示す第１導電型領域３２と、第２導電型ドーパントを有して第２導電型を示す第２導電型領域３４とを含むことができる。そして、第１導電型領域３２と第２導電型領域３４との間にバリア領域３６が位置することができる。

第１導電型領域３２は、トンネル層２０を挟んでベース領域１１０とｐｎ接合（またはｐｎトンネル接合）を形成して、光電変換によってキャリアを生成するエミッタ領域を構成する。

このとき、第１導電型領域３２は、ベース領域１１０と反対の第１導電型ドーパントを含む半導体（一例として、シリコン）を含むことができる。本実施例では、第１導電型領域３２が、半導体基板１０上（より明確には、トンネル層２０上）で半導体基板１０と別個に形成され、第１導電型ドーパントがドープされた半導体層で構成される。これによって、第１導電型領域３２は、半導体基板１０上に容易に形成できるように、半導体基板１０と異なる結晶構造を有する半導体層で構成することができる。例えば、第１導電型領域３２は、蒸着などの様々な方法により容易に製造することができる非晶質半導体、微結晶半導体、または多結晶半導体（一例として、非晶質シリコン、微結晶シリコン、または多結晶シリコン）などに第１導電型ドーパントをドープして形成することができる。第１導電型ドーパントは、半導体層を形成する工程において半導体層に共に含まれるか、または、半導体層を形成した後に熱拡散法、イオン注入法などの様々なドーピング方法により半導体層に含まれてもよい。

このとき、第１導電型ドーパントは、ベース領域１１０と反対の導電型を示すことができるドーパントであれば足りる。すなわち、第１導電型ドーパントがｐ型である場合には、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３族元素を使用することができる。第１導電型ドーパントがｎ型である場合には、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、ビスマス（Ｂｉ）、アンチモン（Ｓｂ）などの５族元素を使用することができる。

第２導電型領域３４は、後面電界（ｂａｃｋ ｓｕｒｆａｃｅ ｆｉｅｌｄ）を形成して、半導体基板１０の表面（より正確には、半導体基板１０の後面）で再結合によってキャリアの損失が発生することを防止する後面電界領域を構成する。

このとき、第２導電型領域３４は、ベース領域１１０と同一の第２導電型ドーパントを含む半導体（一例として、シリコン）を含むことができる。本実施例では、第２導電型領域３４が、半導体基板１０上（より明確には、トンネル層２０上）で半導体基板１０と別個に形成され、第２導電型ドーパントがドープされた半導体層で構成される。これによって、第２導電型領域３４は、半導体基板１０上に容易に形成できるように、半導体基板１０と異なる結晶構造を有する半導体層で構成することができる。例えば、第２導電型領域３４は、蒸着などの様々な方法により容易に製造できる非晶質半導体、微結晶半導体、または多結晶半導体（一例として、非晶質シリコン、微結晶シリコン、または多結晶シリコン）などに第２導電型ドーパントをドープして形成することができる。第２導電型ドーパントは、半導体層を形成する工程において半導体層に共に含まれるか、または、半導体層を形成した後に熱拡散法、イオン注入法などの様々なドーピング方法により半導体層に含まれてもよい。

このとき、第２導電型ドーパントは、ベース領域１１０と同じ導電型を示すことができるドーパントであれば足りる。すなわち、第２導電型ドーパントがｎ型である場合には、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、ビスマス（Ｂｉ）、アンチモン（Ｓｂ）などの５族元素を使用することができる。第２導電型ドーパントがｐ型である場合には、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３族元素を使用することができる。

そして、第１導電型領域３２と第２導電型領域３４との間にバリア領域３６が位置し、第１導電型領域３２と第２導電型領域３４とを互いに離隔させる。第１導電型領域３２と第２導電型領域３４が互いに接触する場合には、シャント（ｓｈｕｎｔ）が発生して太陽電池１００の性能を低下させることがある。そのため、本実施例では、第１導電型領域３２と第２導電型領域３４との間にバリア領域３６を位置させることで、不必要なシャントを防止することができる。

バリア領域３６は、第１導電型領域３２と第２導電型領域３４との間でこれらを実質的に絶縁できる様々な物質を含むことができる。すなわち、バリア領域３６として、ドープされていない（即ち、アンドープ）絶縁物質（一例として、酸化物、窒化物）などを使用することができる。または、バリア領域３６が真性（ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ）半導体を含むこともできる。このとき、バリア領域３６が、第１導電型領域３２及び第２導電型領域３４と同一平面上に形成され、実質的に同一の厚さを有し、同一の半導体（一例として、非晶質シリコン、微結晶シリコン、多結晶シリコン）で構成されるが、実質的にドーパントを含まなくてもよい。一例として、半導体物質を含む半導体層を形成した後、半導体層の一部の領域に第１導電型ドーパントをドープして第１導電型領域３２を形成し、他の領域の一部に第２導電型ドーパントをドープして第２導電型領域３４を形成すると、第１導電型領域３２及び第２導電型領域３４が形成されていない領域がバリア領域３６を構成するようになる。これによれば、第１導電型領域３２、第２導電型領域３４及びバリア領域３６の製造方法を単純化することができる。

しかし、本発明がこれに限定されるものではない。したがって、バリア領域３６を第１導電型領域３２及び第２導電型領域３４と別途に形成した場合には、バリア領域３６と第１導電型領域３２及び第２導電型領域３４とが互いに異なる厚さを有することができる。一例として、第１導電型領域３２及び第２導電型領域３４のショートをより効果的に防止するために、バリア領域３６が第１導電型領域３２及び第２導電型領域３４よりも厚い厚さを有してもよい。または、バリア領域３６を形成するための原料を低減するために、バリア領域３６の厚さを第１導電型領域３２及び第２導電型領域３４の厚さよりも小さくしてもよい。その他の様々な変形が可能であることは勿論である。また、バリア領域３６の基本構成物質が、第１導電型領域３２及び第２導電型領域３４と異なる物質を含むこともできる。または、バリア領域３６が、第１導電型領域３２と第２導電型領域３４との間に位置した空き空間（例えば、トレンチ）として構成されてもよい。

そして、バリア領域３６が、第１導電型領域３２と第２導電型領域３４との境界の一部のみを離隔させるように形成されてもよい。これによれば、第１導電型領域３２と第２導電型領域３４との境界の他の一部は互いに接触することもできる。また、バリア領域３６を必ず備えなければならないわけではなく、第１導電型領域３２と第２導電型領域３４とが全体的に接触して形成されることも可能である。その他の様々な変形が可能である。

ここで、ベース領域１１０と同じ導電型を有する第２導電型領域３４の面積よりも、ベース領域１１０と異なる導電型を有する第１導電型領域３２の面積を広く形成することができる。これによって、ベース領域１１０と第１導電型領域３２との間でトンネル層２０を通じて形成されるｐｎ接合をさらに広く形成することができる。このとき、ベース領域１１０及び第２導電型領域３４がｎ型の導電型を有し、第１導電型領域３２がｐ型の導電型を有する場合に、広く形成された第１導電型領域３２によって、移動速度が相対的に遅い正孔を効果的に収集することができる。このような第１導電型領域３２、第２導電型領域３４及びバリア領域３６の平面構造は、図２を参照してより詳細に後述する。

本実施例では、導電型領域３２，３４がトンネル層２０を挟んで半導体基板１０の後面上に位置する場合を例示した。しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、トンネル層２０を備えずに、導電型領域３２，３４が、半導体基板１０にドーパントをドープして形成されたドーピング領域として構成されることも可能である。すなわち、導電型領域３２，３４が、半導体基板１０の一部を構成する単結晶半導体構造のドーピング領域として構成されてもよい。その他の様々な方法により導電型領域３２，３４を形成することができる。また、第１導電型領域３２が半導体基板１０の一面側に位置し、第２導電型領域３４が半導体基板１０の他面側に位置することも可能である。この場合、導電型領域３２，３４及び電極４２，４４についての説明は、第１導電型領域３２とこれに接続される第１電極４２、及び／又は第２導電型領域３４とこれに接続される第２電極４４に適用することができる。

第１導電型領域３２及び第２導電型領域３４とバリア領域３６上に絶縁層４０が形成されてもよい。絶縁層４０は、第１導電型領域３２及び第２導電型領域３４が接続されてはならない電極（すなわち、第１導電型領域３２の場合には第２電極４４、第２導電型領域３４の場合には第１電極４２）と接続されることを防止し、第１導電型領域３２及び第２導電型領域３４をパッシベーションすることができる。絶縁層４０は、第１導電型領域３２を露出する第１開口部４０２と、第２導電型領域３４を露出する第２開口部４０４とを備える。

このような絶縁層４０は、トンネル層２０と同一またはそれより厚い厚さで形成することができる。これによって絶縁特性及びパッシベーション特性を向上させることができる。絶縁層４０は、様々な絶縁物質（例えば、酸化物、窒化物など）からなることができる。一例として、絶縁層４０は、シリコン窒化膜、水素含有シリコン窒化膜、シリコン酸化膜、シリコン酸化窒化膜、Ａｌ₂Ｏ₃、ＭｇＦ₂、ＺｎＳ、ＴｉＯ₂及びＣｅＯ₂からなる群から選択されたいずれか１つの単一膜、または２つ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ものではなく、絶縁層４０が様々な物質を含むことができることは勿論である。

半導体基板１０の後面に位置する電極４２，４４は、第１導電型領域３２に電気的及び物理的に接続される第１電極４２と、第２導電型領域３４に電気的及び物理的に接続される第２電極４４とを含む。

このとき、第１電極４２は、絶縁層４０の第１開口部４０２を通して第１導電型領域３２に接続され、第２電極４４は、絶縁層４０の第２開口部４０４を通して第２導電型領域３４に接続される。このような第１及び第２電極４２，４４としては様々な金属物質を含むことができる。そして、第１及び第２電極４２，４４は、互いに電気的に接続されずに第１導電型領域３２及び第２導電型領域３４にそれぞれ接続されて、生成されたキャリアを収集して外部に伝達できる様々な平面形状を有することができる。すなわち、本発明が第１及び第２電極４２，４４の平面形状に限定されるものではない。

以下では、図１の拡大円を参照して第１及び／又は第２電極４２，４４の積層構造を詳細に説明した後、図２を参照して第１及び／又は第２電極４２，４４の平面構造を詳細に説明する。図１の拡大円及び以下の説明では第１電極４２を例に挙げて説明したが、第２電極４４もこれと同一または極めて類似の構造を有することができる。これによって、後述する第１電極４２の積層構造は第２電極４４にも適用することができる。

図１の拡大円を参照すると、第１電極４２は、第１導電型領域３２上に形成される電極層４２ａと、電極層４２ａ上に形成される印刷電極層４２ｂとを含む。ここで、電極層４２ａは、第１導電型領域３２（第２電極４４の場合には第２導電型領域３４）との優れた接触特性、低い抵抗などを有することでキャリアを効率的に収集することができるようにする部分であり、印刷電極層４２ｂは、第１電極４２の厚さを増加させて第１電極４２の抵抗を低下させる役割と共に、電極層４２ａのパターニング時にマスクとして用いられる部分である。これについてより詳細に説明する。

第１導電型領域３２と印刷電極層４２ｂとの間に位置する電極層４２ａは、第１電極４２の様々な特性を満足できるように複数の層で構成することができる。一例として、電極層４２ａは、第１導電型領域３２（第２電極４４の場合には第２導電型領域３４）を構成する半導体層（以下、半導体層）に接触して形成され、透過性及び伝導性を有する第１層４２２と、第１層４２２上に形成される第２層４２４とを含むことができる。ここで、第２層４２４は、第１層４２２よりも厚い厚さで形成されて第１電極４２の抵抗を効果的に低下させることができる部分であり得る。第１層４２２は、第１導電型領域３２と第２層４２４との接着特性を向上させるなどの役割を果たすことができる。

第１層４２２は、半導体層と第２層４２４との間でこれらに接触して形成されてもよい。第１層４２２は、伝導性を有すると共に、半導体層との接触特性に優れた金属を含むことができる。これによって、第１電極４２の伝導性を低下させないと共に、半導体層と第２層４２４との接着特性を向上させることができる。第１層４２２が半導体層との接触特性を向上させることができるように、第１層４２２の熱膨張係数が、半導体層の熱膨張係数と、第２層４２４において第１層４２２に隣接した部分の熱膨張係数との間の値を有することができる。

これをより詳細に説明すると、半導体層と第１電極４２との熱膨張係数の差が大きいと、太陽電池１００を形成するための様々な熱処理工程時に、半導体層と第１電極４２との間の界面接触特性が低下することがある。これによって、半導体層と第１電極４２との間のコンタクト抵抗が高くなることがある。これは、半導体層または第１電極４２の線幅を減少させて半導体層と第１電極４２との接触面積が減少する場合にさらに大きな問題となり得る。これによって、本実施例では、第１電極４２において半導体層に接触する第１層４２２の熱膨脹係数を限定して、半導体層と第１電極４２との熱膨張係数の差を減少させることで、界面接触特性を向上させる。

半導体層がシリコンを含む場合、熱膨張係数が約４．２ｐｐｍ／Ｋであり、第２層４２４において第１層４２２に隣接した部分（一例として、本実施例では、第２層４２４）を構成することができる銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）などの熱膨張係数が約１４．２ｐｐｍ／Ｋ以上である。より具体的には、銅の熱膨張係数が約１６．５ｐｐｍ／Ｋで、アルミニウムの熱膨張係数が約２３．０ｐｐｍ／Ｋで、銀の熱膨張係数が約１９．２ｐｐｍ／Ｋで、金の熱膨張係数が約１４．２ｐｐｍ／Ｋである。

これを考慮して、第１層４２２を構成する物質（一例として、金属）の熱膨張係数が約４．５ｐｐｍ／Ｋ〜約１４ｐｐｍ／Ｋであってもよい。熱膨張係数が４．５ｐｐｍ／Ｋ未満であるか、または１４ｐｐｍ／Ｋを超えると、半導体層との熱膨張係数の差を減少させて接着特性を向上させる効果が十分でないことがある。これを考慮して、第１層４２２は、熱膨張係数が約８．４ｐｐｍ／Ｋであるチタン（Ｔｉ）または熱膨張係数が約４．６ｐｐｍ／Ｋであるタングステン（Ｗ）を含むことができ、一例として、チタンまたはタングステンからなることができる。

このように第１層４２２がチタンまたはタングステンを含む場合、半導体層と第１電極４２との熱膨張係数の差を減少させることによって、接触特性を向上させることができる。そして、チタンまたはタングステンは、第２層４２４において第１層４２２に隣接した部分（一例として、本実施例では第２層４２４）を構成する物質（例えば、銅など）のバリアとして機能することができるので、これらが半導体層または半導体基板１０に拡散することを防止することができる。これによって、第２層４２４を構成する物質が半導体層または半導体基板１０に拡散して発生し得る問題を防止することができる。

しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、第１層４２２がニッケル、タンタル、コバルト、アルミニウム、モリブデン、クロムなどの物質を含むこともできる。

このとき、本実施例に係る第１層４２２は、光が透過できる透過性を有することができる。第１層４２２が金属を含む場合にも、厚さが薄ければ透過性を有することができるので、本実施例では、第１層４２２の厚さを一定水準以下に限定して、第１層４２２が透過性を有することができるようにする。このように第１層４２２が透過性を有すると、第１層４２２を通過した光を、第１層４２２上に形成される第２層４２４または第２層４２４の一部を構成する層（例えば、第２層４２４）で反射させて、再び半導体基板１０の内部に向かうようにすることができる。このようにして、光を第１電極４２で反射させて、半導体基板１０に存在する光の量及び残留時間を増加させることで、太陽電池１００の効率を向上させることができる。

ここで、透過性とは、光を１００％透過する場合だけでなく、光の一部を透過する場合を含む。すなわち、第１層４２２は、金属透過膜または金属半透過膜で構成することができる。例えば、第１層４２２は５０％〜１００％の透過度を有することができ、より具体的には、８０％〜１００％の透過度を有することができる。第１層４２２の透過度が５０％未満であると、第２層４２４で反射される光の量が十分でないため、太陽電池１００の効率を十分に向上させることが難しいことがある。第１層４２２の透過度が８０％以上であると、第２層４２４で反射される光の量をより増加させることができるので、太陽電池１００の効率の向上にさらに寄与することができる。

そのために、第１層４２２の厚さは、第２層４２４の厚さよりも小さくすることができる。本実施例では、第２層４２４が１つの層で構成された場合を例示したが、本発明がこれに限定されるものではない。したがって、第２層４２４が複数の層を備えてもよく、この場合には、第１層４２２の厚さが、第２層４２４を構成する複数の層のそれぞれの厚さよりも小さくてもよい。これによって、第１層４２２が透過性を有するように形成することができる。

具体的には、第１層４２２の厚さは５０ｎｍ以下であってもよい。第１層４２２の厚さが５０ｎｍを超えると、第１層４２２の透過度が低下し、第２層４２４に向かわせる光の量が十分でないことがある。第１層４２２の厚さを１５ｎｍ以下にして、第１層４２２の透過度をさらに向上させることができる。ここで、第１層４２２の厚さが２ｎｍ〜５０ｎｍ（一例として、２ｎｍ〜１５ｎｍ）であってもよい。第１層４２２の厚さが２ｎｍ未満の場合には、第１層４２２が半導体層上で均一に形成されにくく、第１層４２２による接着特性向上の効果が十分でないことがある。しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、第１層４２２の厚さなどは物質、工程条件などを考慮して変化可能である。

第１層４２２上に形成される第２層４２４は、単一層で構成されてもよく、様々な特性などを向上させることができるように複数の層を含むこともできる。本実施例において、第２層４２４は、第１層４２２と印刷電極層４２ｂとの間でこれらに接触して形成される単一層で構成することができる。第２層４２４は、第１電極４２の抵抗を低下させ、電気伝導度を向上させる役割を果たし、実質的に電流を伝達する伝導層の役割を果たす。そして、第２層４２４は、印刷電極層４２ｂを構成する物質が半導体層または半導体基板１０に向かうことを防止するバリアの役割と共に、反射物質によって反射が行われるようにする役割を果たす。すなわち、第２層４２４は、伝導層としての役割、バリア層としての役割、及び反射電極層としての役割を共に行うことができる。このような第２層４２４は、反射特性及び伝導性に優れた金属で構成することができ、一例として、銅、アルミニウム、銀、金、またはこれらの合金を含むことができる。

第２層４２４は、第１層４２２より厚い厚さを有し、５０ｎｍ〜４００ｎｍの厚さを有することができる。一例として、第２層４２４の厚さが５０ｎｍ〜３００ｎｍであってもよい。第２層４２４の厚さが５０ｎｍ未満であると、バリア層及び反射金属層の役割を果たすことが難しいことがある。第２層４２４の厚さが４００ｎｍを超えると、反射特性などが大きく向上しないにもかかわらず製造コストは増加することがある。第２層４２４の厚さが３００ｎｍ以下であると、抵抗を低下させる効果が大きく増加せず、熱的ストレスの増加による剥離現象を効果的に防止することができる。しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、第２層４２４の厚さは変わり得る。

本実施例では、電極層４２ａが第１層４２２及び第２層４２４を含む場合を例示したが、本発明がこれに限定されるものではない。電極層４２ａが一つの層で構成されることも可能であり、第１層４２２及び第２層４２４以外に別途の層をさらに備えることもできる。特に、第２層４２４の上（即ち、第２層４２４と印刷電極層４２ｂとの間）に第３層（図示せず）がさらに位置することができる。一例として、第３層は、スズ（Ｓｎ）またはニッケル−バナジウム合金（ＮｉＶ）を含むことができる。このような第３層は、第１層４２２及び第２層４２４よりも高い融点を有することで、後で行われる高温工程などにおいて電極層４２ａを保護するキャッピング膜の役割を果たすことができる。しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、第３層の物質が様々に変形可能であり、第３層の位置が変わってもよく、第３層以外の別途の層がさらに形成されてもよい。

本実施例では、第１層４２２及び第２層４２４を含む電極層４２ａが、めっきにより形成されためっき層、及び／又はスパッタリングにより形成されたスパッタリング層であってもよい。このようにめっきまたはスパッタリングにより形成された電極層４２ａは、溶媒、樹脂などのような高分子物質、ガラスフリットなどの無機物を含まずに、不可避な不純物を除いては、純粋な金属（例えば、９９％以上（一例として、９９．９％）の純度（ｗｔ％又はｖｏｌ％）を有する金属）からなる。これは、めっきまたはスパッタリングにより形成されて金属含量が高いからである。また、電極層４２を構成する第１層４２２及び第２層４２４のそれぞれの内部には、金属が凝集して形成した結晶粒（ｇｒａｉｎ）のような形態が複数位置することができる。このような特徴によって、電極層４２ａがめっきまたはスパッタリングなどにより形成されたことがわかる。

すなわち、半導体基板１０の後面上に形成された絶縁層４０の開口部４０２（第２電極４４の場合には開口部４０４）を充填するように、第１層４２２及び第２層４２４のそれぞれを構成する金属層をめっき及び／又はスパッタリングにより全体的に形成した後、金属層をパターニングすることによって第１電極４２（及び／又は第２電極４４）の第１層４２２及び第２層４２４を形成することができる。パターニング時には、印刷電極層４２ｂをマスクとして上述した金属層をパターニングして電極層４２ａを形成することができる。これについては、図３Ａ乃至図３Ｊを参照してより詳細に後述する。

このように、めっきまたはスパッタリングにより電極層４２ａを形成する場合、当該物質が太陽電池１００の厚さ方向に積層されるので、第１層４２２が全体部分において均一な厚さを有し、第２層４２４が全体部分において均一な厚さを有するように積層される。ここで、均一な厚さとは、工程誤差などを考慮するときに均一であると判断できる厚さ（例えば、１０％以内の差を有する厚さ）を意味することができる。

図１を再び参照すると、第１電極４２は、開口部４０２の幅Ｗ１よりも大きい幅Ｗ２を有するように形成することができる。これは、第１電極４２の幅Ｗ２（第１電極４２を構成する部分の幅において最も広い幅）を十分に確保して、第１電極４２の抵抗を低減するためである。例えば、開口部４０２の幅Ｗ１が１０μｍ〜５０μｍであってもよく、第１電極４２の幅Ｗ２が１００μｍ〜５００μｍであってもよい。開口部４０２の幅Ｗ１が１０μｍ未満であると、第１電極４２と第１導電型領域３２とが円滑に接続されないことがある。開口部４０２の幅Ｗ１が５０μｍを超えると、開口部４０２の形成時に第１導電型領域３２が損傷する可能性が高くなることがある。第１電極４２の幅Ｗ２が１００μｍ未満であると、第１電極４２が十分な抵抗を有することができない可能性がある。第１電極４２の幅Ｗ２が５００μｍを超えると、隣接する第２電極４４と不必要に短絡するなどの問題が発生し得る。しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、開口部４０２の幅Ｗ１、第１電極４２の幅Ｗ２が様々な値を有することができる。

これによって、電極層４２ａ（特に、第１層４２２）は、開口部４０２の底面（即ち、半導体層または導電型領域３２，３４との接触面）、開口部４０２に隣接する絶縁層４０の側面、及び開口部４０２に隣接する絶縁層４０の上にわたって形成することができる。特に、第１層４２２は、開口部４０２の底面（即ち、半導体層との接触面）、開口部４０２に隣接する絶縁層４０の側面、及び開口部４０２に隣接する絶縁層４０の上でこれらと接触して位置することができる。このように、電極層４２ａが、開口部４０２に隣接する絶縁層４０の側面及び開口部４０２に隣接する絶縁層４０上に形成されることから、電極層４２ａを形成するための金属層を絶縁層４０上に全体的に形成した後、これをパターニングして電極層４２ａを形成したことがわかる。

また、本実施例では、電極層４２ａの側面（特に、絶縁層４０上に位置した部分の側面）の少なくとも一部にエッチング跡が存在し得る。エッチング跡とは、電極層４２ａをパターニングするときにエッチングにより生成される様々な跡を意味することができる。一例として、湿式エッチングを用いて電極層４２ａをパターニングする場合には、電極層４２ａの側面の少なくとも一部にアンダーカット（ｕｎｄｅｒ ｃｕｔ、ＵＣ）が位置することができる。アンダーカットＵＣとは、湿式エッチング工程において等方性エッチングによって発生するオーバーエッチング領域を意味する。より正確には、本実施例において、電極層４２ａの第２層４２４の側面にアンダーカットＵＣが位置し得る。これは、耐酸性に優れた第１層４２２にはアンダーカットＵＣが発生しないか、または小さい幅のアンダーカットＵＣが発生する一方、相対的に耐酸性の低い第２層４２４は、エッチング溶液によって容易にアンダーカットＵＣが発生し得るからである。これによって、第２層４２４の少なくとも一部は、第１電極４２の幅（例えば、第１層４２２の幅）Ｗ２よりも狭い幅Ｗ２１（第１電極４２の幅において最も狭い部分の幅）を有することができる。図では、一例として、第２層４２４の幅が、第１層４２２と隣接する部分では第１層４２２と同じ幅を有し、印刷電極層４２ｂに向かいながら次第に狭くなることを例示した。しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、アンダーカットＵＣによる第２層４２４の形状、幅などは多様に変更可能である。

一例として、アンダーカットＵＣの幅Ｗ２２（又は、第１電極４２の一側において第１層４２２の幅Ｗ２と、第２層４２４において最も狭い幅Ｗ２１との差）は１μｍ〜１０μｍであってもよい。これは、湿式エッチング時に発生し得る程度に限定されたものである。しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、アンダーカットＵＣの幅Ｗ２２が様々な値を有することができる。

このようなアンダーカットＵＣが存在すれば、電極層４２ａを形成するための金属層を絶縁層４０上に全体的に形成した後、これを湿式エッチングによって共にパターニングすることで電極層４２ａを形成したことがわかる。

図１に示したように、エッチング跡の側面が曲面の形状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ものではなく、エッチング跡の側面が垂直面で構成されてもよく、階段形状を有してもよい。本実施例において、第２層４２４の幅が、エッチング跡に沿って、第１層４２２の幅Ｗ２から第２層４２４において最も小さい幅Ｗ２１まで変化し得る。第２層４２４において印刷電極層４２ｂに隣接する部分ではアンダーカットＵＣが最も大きいので、幅Ｗ２を有する印刷電極層４２ｂが第２層４２４よりも突出した形状を有することができる。印刷電極層４２ｂにおいて突出した部分は、平坦な形状（ｐｌａｎａｒ ｓｈａｐｅ）を有してもよく、曲面を有するように曲がった形状（ｃｕｒｖｅｄ ｓｈａｐｅ）を有してもよく、不規則な形状を有してもよい。

上述した実施例では、電極層４２ａが複数の層を備える場合を例示したが、本発明がこれに限定されるものではない。電極層４２ａが単一の層で構成されることも可能である。

電極層４２ａ上に位置（一例として、接触）する印刷電極層４２ｂは印刷によって形成され、伝導性を有することができる。印刷電極層４２ｂが印刷によって形成されるので、所望のパターンを有した状態で、電極層４２ａを構成する金属層上に形成できるので、印刷電極層４２ｂをマスクとして電極層４２ａを構成する金属層をエッチングすることによって、電極層４２ａを形成することができる。すると、電極層４２ａのパターニングのための別途のマスク層を形成する工程、これを除去する工程を省略することができる。そして、印刷電極層４２ｂは、伝導性を有する物質で形成して、電極層４２ａを形成するためのパターニング後に除去せずにそのまま維持することで、第１電極４２の一部を構成するようにすることができる。

これによって、第１電極４２が十分な厚さを有することができるようにして、第１電極４２の抵抗を大きく低下させて、電気的特性を向上させることができる。特に、印刷によると、めっきまたはスパッタリングによる場合よりも印刷電極層４２ｂをより容易に厚くすることで、印刷電極層４２ｂの厚さを電極層４２ａの厚さ（又は、これらを構成する第１層４２２及び第２層４２４の厚さ）よりも厚くすることができるので、第１電極４２の厚さを十分に確保することができる。

一例として、印刷電極層４２ｂの厚さは５μｍ〜５０μｍであってもよい。印刷電極層４２ｂの厚さが５μｍ未満であると、電極層４２ａのパターニングのためのマスクとしての機能を十分に行うことが難しく、第１電極４２の厚さを十分に確保することが難しいことがある。印刷電極層４２ｂの厚さが５０μｍを超えると、工程時間が長くなり、材料コストが増加し、太陽電池１００の厚さが厚くなることがある。しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、印刷電極層４２ｂの厚さなどが物質、工程条件などを考慮して変化してもよい。

印刷電極層４２ｂは、電極層４２ａとの接続特性に優れ、電気伝導度に優れた伝導性物質（一例として、伝導性粉末）（例えば、金属、一例として、銅、銀、金、アルミニウム）、及びペースト形成のための物質（例えば、溶媒、樹脂などのような高分子物質）を含むことができる。このうち伝導性物質を銅として形成すれば、優れた電気伝導を有しながらも、材料コストを低減することができる効果がある。印刷電極層４２ｂは、電極層４２ａよりも厚い厚さを有しながら形成されるので、高い材料コストの伝導性物質（例えば、銀、金、アルミニウム）よりは、銅のように低い材料コストの伝導性物質を用いても構わないからである。

印刷電極層４２ｂの成分分析時に溶媒、樹脂などのような高分子物質が検出されれば、印刷電極層４２ｂが印刷によって形成されたことを確認することができる。または、顕微鏡写真などにおいて、高分子物質の内部において伝導性物質が混合されて位置した形態の場合に、印刷電極層４２ｂが印刷によって形成されたことを確認することができる。このように、印刷電極層４２ｂは、溶媒、樹脂などと高分子物質などが残留し得るので、純粋な金属で構成される電極層４２ａよりも金属含量が小さくなり得る。例えば、印刷電極層４２ｂの金属含量は９５ｗｔ％以下（一例として、１０ｗｔ〜９０ｗｔ％、より具体的には、１０ｗｔ％〜５０ｗｔ％）であってもよい。

ただし、従来に電極として使用されていた印刷層とは異なり、本実施例に係る印刷電極層４２ｂは、ガラスフリットのような無機物を含まず、伝導性物質と高分子物質からなることができる。従来、電極として使用されていた印刷層は、絶縁層に接触して形成された後、焼成過程で絶縁層を貫通するファイヤースルー（ｆｉｒｅ−ｔｈｒｏｕｇｈ）によって導電型領域に接続されるので、ガラスフリットを含まなければならない。一方、本実施例では、印刷電極層４２ｂが、第１導電型領域３２（第２電極４４の場合には第２導電型領域３４）に接触せずに電極層４２ａ上に位置して第１電極４２（又は、第２電極４４）の最上層を構成するので、ファイヤースルー現象が要求されない。これによって、印刷電極層４２ｂがガラスフリットを含まなくてもよい。これによって、印刷電極層４２ｂの電気的特性を低減させ得る物質の含量を減少させることができる。

また、印刷時に使用するペーストは、一定の粘度を有することで縁部に流れるなどの現象などが生じるので、印刷によって形成された印刷電極層４２ｂは、中央部が縁部よりも厚くて緩やかな曲面をなす上部面（ラウンド形状の上部面またはラウンド形状）を備えるようになるので、目視でも印刷によって形成されたことを確認することができる。

このように最上層を構成する印刷電極層４２ｂは、外部（隣接する他の太陽電池、またはジャンクションボックス）との接続のためのリボンなどが接続（一例として、接触）されてもよい。

以下では、図２を参照して、第１導電型領域３２及び第２導電型領域３４、バリア領域３６、そして、第１及び第２電極４２，４４の平面形状を詳細に説明する。

図２を参照すると、本実施例では、第１導電型領域３２及び第２導電型領域３４はそれぞれ、ストライプ状をなすように長く形成されると共に、長手方向と交差する方向において互いに交互に位置している。第１導電型領域３２と第２導電型領域３４との間に、これらを離隔させるバリア領域３６が位置することができる。図示していないが、互いに離隔した複数の第１導電型領域３２が一側縁部において互いに接続され、互いに離隔した複数の第２導電型領域３４が他側縁部において互いに接続されてもよい。しかし、本発明がこれに限定されるものではない。

このとき、第１導電型領域３２の面積を第２導電型領域３４の面積よりも大きくすることができる。一例として、第１導電型領域３２及び第２導電型領域３４の面積は、これらの幅を異ならせることによって調節することができる。すなわち、第１導電型領域３２の幅Ｗ３を第２導電型領域３４の幅Ｗ４よりも大きくすることができる。これによって、エミッタ領域を構成する第１導電型領域３２の面積を十分に形成して、光電変換が広い領域で起こるようにすることができる。このとき、第１導電型領域３２がｐ型を有する場合、第１導電型領域３２の面積を十分に確保することで、移動速度が相対的に遅い正孔を効果的に収集することができる。

そして、第１電極４２が、第１導電型領域３２に対応してストライプ状に形成され、第２電極４４が、第２導電型領域３４に対応してストライプ状に形成されてもよい。第１及び第２開口部（図１の参照符号４０２，４０４参照、以下同様）のそれぞれが、第１及び第２電極４２，４４に対応して第１及び第２電極４２，４４の全面積に形成されてもよい。これによると、第１及び第２電極４２，４４と第１導電型領域３２及び第２導電型領域３４との接触面積を最大化して、キャリア収集効率を向上させることができる。しかし、本発明がこれに限定されるものではない。第１及び第２開口部４０２，４０４が、第１及び第２電極４２，４４の一部のみを第１導電型領域３２及び第２導電型領域３４にそれぞれ接続するように形成されてもよいことは勿論である。例えば、第１及び第２開口部４０２，４０４が複数個のコンタクトホールとして構成されてもよい。そして、図示していないが、第１電極４２が一側縁部において互いに接続されて形成され、第２電極４４が他側縁部において互いに接続されて形成されてもよい。しかし、本発明がこれに限定されるものではない。

再び図１を参照すると、半導体基板１０の前面上（より正確には、半導体基板１０の前面に形成された前面電界領域１３０上）に絶縁膜（例えば、パッシベーション膜２４、反射防止膜２６）が位置することができる。実施例によって、半導体基板１０上にパッシベーション膜２４のみが形成されてもよく、半導体基板１０上に反射防止膜２６のみが形成されてもよく、または半導体基板１０上にパッシベーション膜２４及び反射防止膜２６が順に位置してもよい。図では、半導体基板１０上にパッシベーション膜２４及び反射防止膜２６が順に形成され、半導体基板１０がパッシベーション膜２４と接触して形成される場合を例示した。しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、半導体基板１０が反射防止膜２６に接触して形成されることも可能であり、その他の様々な変形が可能である。

パッシベーション膜２４及び反射防止膜２６は、実質的に半導体基板１０の前面に全体的に形成することができる。ここで、全体的に形成するということは、物理的に完壁に全てに形成されたことのみならず、不可避に一部の除外された部分がある場合を含む。

パッシベーション膜２４は、半導体基板１０の前面に接触して形成されて、半導体基板１０の前面またはバルク内に存在する欠陥を不動化させる。これによって、少数キャリアの再結合サイトを除去して、太陽電池１００の開放電圧を増加させることができる。反射防止膜２６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の前面を介して入射する光の反射率を低下させることによって、ベース領域１１０と第１導電型領域３２と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。これによって、太陽電池１００の短絡電流（Ｉｓｃ）を増加させることができる。このように、パッシベーション膜２４及び反射防止膜２６によって太陽電池１００の開放電圧と短絡電流を増加させることで、太陽電池１００の効率を向上させることができる。

パッシベーション膜２４及び／又は反射防止膜２６は、様々な物質で形成することができる。一例として、パッシベーション膜２４及び／又は反射防止膜２６は、シリコン窒化膜、水素含有シリコン窒化膜、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からなる群から選択されたいずれか１つの単一膜、または２つ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、パッシベーション膜２４はシリコン酸化物を含み、反射防止膜２６はシリコン窒化物を含むことができる。

本実施例に係る太陽電池１００に光が入射すると、ベース領域１１０と第１導電型領域３２との間に形成されたｐｎ接合での光電変換によって電子と正孔が生成され、生成された正孔及び電子は、トンネル層２０をトンネリングして、それぞれ第１導電型領域３２及び第２導電型領域３４に移動した後、第１及び第２電極４２，４４に移動する。これによって、電気エネルギーを生成するようになる。

本実施例のように、半導体基板１０の後面に電極４２，４４が形成され、半導体基板１０の前面には電極が形成されない後面電極構造の太陽電池１００においては、半導体基板１０の前面でシェーディング損失（ｓｈａｄｉｎｇ ｌｏｓｓ）を最小化することができる。これによって太陽電池１００の効率を向上させることができる。しかし、本発明がこれに限定されるものではない。例えば、半導体基板１０の前面に第１電極４２が位置し、半導体基板１０の後面側に第２電極４４が位置する構造の太陽電池１００にも適用可能である。

本実施例では、電極４２，４４が、めっきまたはスパッタリングによって形成された電極層４２ａと、この上に位置する印刷電極層４２ｂとを含む。印刷電極層４２ｂを用いて電極層４２ａをパターニングすることから、電極層４２ａをパターニングするためのマスクを別途に形成し、これを除去する工程などを省略することができる。これによって、電極４２，４４の製造工程を単純化し、太陽電池１００の製造工程を大きく単純化することができる。また、マスクとして用いられた印刷電極層４２ｂが伝導性を有するようにして電極４２，４４の厚さを十分に確保することで、電極４２，４４の抵抗を大きく低下させることができる。これによって太陽電池１００の効率を大きく向上させることができる。

上述した構造の太陽電池１００の製造方法を、図３Ａ乃至図３Ｊを参照して詳細に説明する。図３Ａ乃至図３Ｊは、本発明の実施例に係る太陽電池の製造方法を示す断面図である。

まず、図３Ａに示すように、第２導電型ドーパントを有するベース領域１１０で構成される半導体基板１０を準備する。本実施例において、半導体基板１０は、ｎ型のドーパントを有するシリコン基板（一例として、シリコンウエハ）からなることができる。ｎ型のドーパントとしては、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、ビスマス（Ｂｉ）、アンチモン（Ｓｂ）などの５族元素を使用することができる。しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、ベース領域１１０がｐ型のドーパントを有してもよい。

このとき、半導体基板１０の前面及び後面のうちの少なくとも一面が凹凸を有するようにテクスチャリングしてもよい。半導体基板１０の表面のテクスチャリングとしては、湿式または乾式テクスチャリングを用いることができる。湿式テクスチャリングは、テクスチャリング溶液に半導体基板１０を浸漬することによって行うことができ、工程時間が短いという利点がある。乾式テクスチャリングは、ダイヤモンドドリルまたはレーザーなどを用いて半導体基板１０の表面を削ることであって、凹凸を均一に形成することができる一方、工程時間が長く、半導体基板１０に損傷が発生し得る。その他に、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）などにより半導体基板１０をテクスチャリングすることもできる。このように、本発明では、様々な方法で半導体基板１０をテクスチャリングすることができる。

一例として、半導体基板１０の前面が凹凸を有するようにテクスチャリングされ、半導体基板１０の後面が、鏡面研磨などによって処理されて、半導体基板１０の前面よりも小さい表面粗さを有する平坦な面として構成されてもよい。しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、様々な構造の半導体基板１０を使用することができる。

次いで、図３Ｂに示すように、半導体基板１０の後面にトンネル層２０を形成する。トンネル層２０は、半導体基板１０の後面に全体的に形成することができる。

ここで、トンネル層２０は、一例として、熱的成長法、蒸着法（例えば、プラズマ化学気相蒸着法（ＰＥＣＶＤ）、原子層蒸着法（ＡＬＤ））などにより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ものではなく、様々な方法により第１トンネル層２０を形成することができる。

次いで、図３Ｃ及び図３Ｄに示すように、トンネル層２０上に第１導電型領域３２及び第２導電型領域３４を形成する。これをより具体的に説明すると、次の通りである。

図３Ｃに示すように、トンネル層２０上に半導体層３０を形成する。半導体層３０は、微結晶質、非晶質、または多結晶半導体で構成することができる。半導体層３０は、一例として、熱的成長法、蒸着法（例えば、プラズマ化学気相蒸着法（ＰＥＣＶＤ））など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ものではなく、様々な方法により半導体層３０を形成することができる。

次いで、図３Ｄに示すように、半導体層３０に第１導電型領域３２、第２導電型領域３４、及びバリア領域３６を形成する。例えば、第１導電型領域３２に該当する領域に、イオン注入法、熱拡散法、レーザードーピング法などのような様々な方法により第１導電型ドーパントをドープし、第２導電型領域３４に該当する領域に、イオン注入法、熱拡散法、レーザードーピング法などによる様々な方法により第２導電型ドーパントをドープすることができる。すると、第１導電型領域３２と第２導電型領域３４との間に位置した領域がバリア領域３６を構成することになる。

しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、導電型領域３２，３４、そして、バリア領域３６を形成する方法としては、公知の様々な方法を使用することができる。そして、バリア領域３６を形成しないなどの様々な変形が可能である。

次いで、図３Ｅに示すように、半導体基板１０の前面に第２導電型ドーパントをドープすることで前面電界領域１３０を形成することができる。前面電界領域１３０は、イオン注入法、熱拡散法、レーザードーピング法などのような様々な方法により形成することができる。その他の様々な方法を使用することができる。

次いで、図３Ｆに示すように、半導体基板１０の前面にパッシベーション膜２４及び反射防止膜２６を順次形成し、半導体基板１０の後面に絶縁層４０を順次形成する。すなわち、半導体基板１０の前面上にパッシベーション膜２４及び反射防止膜２６を全体的に形成し、半導体基板１０の後面上に第１及び第２導電型領域３２，３４を覆うように全体的に絶縁層４０を形成する。パッシベーション膜２４、反射防止膜２６及び絶縁層４０は、真空蒸着法、化学気相蒸着法、スピンコーティング、スクリーン印刷またはスプレーコーティングなどのような様々な方法により形成することができる。パッシベーション膜２４及び反射防止膜２６、そして、絶縁層４０の形成順序は多様に変形することができる。

次いで、図３Ｇに示すように、絶縁層４０に第１及び第２開口部４０２，４０４を形成する。第１及び第２開口部４０２，４０４を形成する方法としては様々な方法を適用することができる。

一例として、本実施例では、レーザー２００を用いたレーザーエッチングによって第１及び第２開口部４０２，４０４を形成することができる。レーザーエッチングを用いると、第１及び第２開口部４０２，４０４の幅を薄く具現することができ、様々なパターンの第１及び第２開口部４０２，４０４を容易に形成することができる。

次に、図３Ｈに示すように、第１及び第２開口部４０２，４０４内を充填するように、半導体基板１０の後面上（より正確には、第１及び第２導電型領域３２，３４を形成する半導体層上）に全体的に金属膜４００を形成する。より具体的には、第１金属膜４００ａ及び第２金属膜４００ｂを順次にめっきまたはスパッタリングによって形成する。しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、第１金属膜４００ａ及び第２金属膜４００ｂの形成方法は多様に変形可能である。

次に、図３Ｉに示すように、金属膜４００上に印刷電極層４２ｂを形成する。印刷電極層４２ｂは、所望の電極４２，４４の形状に対応するパターンを有する状態で形成される。このような印刷電極層４２ｂは、エッチング工程中に電極４２，４４に該当する部分の金属膜４００がエッチングされないようにする役割を果たす。印刷電極層４２ｂは、開口部４０２，４０４の幅よりも大きい幅を有するように形成することができる。

印刷電極層４２ｂは、ペーストを塗布した後、これを熱処理して金属膜４００に物理的に連結されるように焼成することによって形成することができる。

印刷電極層４２ｂを形成するためのペーストは、伝導性物質、溶媒、レジン、その他の様々な添加剤などを含むことができる。伝導性物質は、印刷電極層４２ｂが伝導性を有することができるように含まれ、溶媒は、ペーストを構成する様々な物質を混合し、印刷に適した粘度を有することができるように含まれ、レジンは、バインダーの役割を果たし、印刷電極層４２ｂが金属膜４００に安定的に結合できるようにする。添加剤は、様々な特性を向上させるために含まれてもよい。伝導性物質、溶媒、レジン、添加剤などとしては、公知の様々な物質を使用できるので、詳細な説明を省略する。そして、上述したように、印刷電極層４２ｂはガラスフリットを含まなくてもよい。

印刷電極層４２ｂが金属膜４００上に位置し、開口部４０２，４０４が既に形成されているので、印刷電極層４２ｂの焼成時にファイヤースルーが要求されない。これによって、熱処理が２００℃〜２５０℃程度の低い温度で行われてもよい。これによって、印刷電極層４２ｂの焼成に必要な高温工程を省略できるので、製造工程を単純化し、半導体基板１００などの特性低下を防止することができる。しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、熱処理温度が多様に変化可能である。

次に、図３Ｊに示すように、印刷電極層４２ｂが形成されていない部分の金属膜４００を除去して電極層４２ａを形成する。これによって、電極層４２ａ及び印刷電極層４２ｂを含む電極４２，４４を形成する。

エッチング方法としては様々な方法を用いることができ、一例として、エッチング溶液を用いる湿式エッチング方法を用いることができる。エッチング溶液としては、酸性溶液を用いることができ、一例として、フッ酸、リン酸、硝酸、またはこれらの混合物を用いることができる。これによって、電極４２，４４がパターニングされる。このように湿式エッチング工程を用いると、簡単な工程により電極４２，４４をパターニングすることができる。しかし、本発明がこれに限定されるものではない。

このように、本実施例では、金属膜４００をめっきまたはスパッタリングによって絶縁層４０上に全体的に形成し、その上にパターンを有する印刷電極層４２ｂを形成した後、印刷電極層４２ｂをマスクとして金属膜４００をパターニングすることで、電極層４２ａを形成する。これによって、電極層４２ａのパターニングのための別途のマスク形成工程、そして、このマスクを除去する工程などを省略することができる。これによって太陽電池１００の製造方法を単純化することができる。

上述した実施例では、トンネル層２０、導電型領域３２，３４、バリア領域３６を形成した後、前面電界層１３０を形成し、パッシベーション膜２４、反射防止膜２６及び絶縁層４０を形成した後、第１及び第２電極４２，４４を形成する場合を例示した。しかし、本発明がこれに限定されるものではない。したがって、トンネル層２０、導電型領域３２，３４、バリア領域３６、パッシベーション膜２４、反射防止膜２６及び絶縁層４０の形成順序は多様に変形可能である。また、一部が形成されないなどの様々な変形が可能である。

以下、本発明の他の実施例に係る太陽電池及びそれに用いられる電極を詳細に説明する。上述した説明と同一または極めて類似の部分については詳細な説明を省略し、互いに異なる部分についてのみ詳細に説明する。そして、上述した実施例と以下の実施例を互いに結合した構造もまた本発明の範囲に属する。

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、本実施例では、複数個の太陽電池１００を接続し、回路パターン２１２，２１４及びベース部材２１０を備える回路シート２００が太陽電池１００に付着されてもよい。従来、隣接する２つの太陽電池１００を接続するように、隣接する２つの太陽電池１００に個別的に位置していたリボンの代わりに、回路パターン２１２，２１４を備える一体の回路シート２００を用いると、複数個（一例として、３つ以上）の太陽電池１００に付着することによって複数個の太陽電池１００を電気的に接続することができる。

回路シート２００のベース部材２１０は、回路シート２００の機械的強度を維持しながら透光性及び絶縁性を有する物質で構成されるフィルム、シート、基板などであってもよい。ベース部材２１０は、それぞれ、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン−２，６−ナフタレート、ポリプロピレンテレフタレート、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリカーボネート、ポリアリレート、セルロースプロピオネート、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリビニルアルコール、ポリエーテルイミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリフェニレンオキシド、ポリスチレンなどの物質のうちの少なくとも１つを含むことができる。しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、ベース部材２１０に上述した物質以外の様々な物質を使用することができる。

ベース部材２１０において電極４２，４４に対向する面に位置する回路パターン２１２，２１４は、複数個の太陽電池１００を電気的に接続できる様々な平面形状を有することができる。回路パターン２１２，２１４は、第１電極４２に電気的に接続される第１回路パターン２１２と、第２電極４４に電気的に接続される第２回路パターン２１４とを備えることができる。第１回路パターン２１２は、当該太陽電池１００の一側に隣接する太陽電池の第２回路パターンに接続可能であり、第２回路パターン２１４は、当該太陽電池１００の他側に隣接する太陽電池の第１回路パターンに接続可能である。すると、複数個の太陽電池１００を直列に接続することができる。しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、回路パターン２１２，２１４の形状、接続構造、複数個の太陽電池１００の接続構造などは多様に変形可能である。

回路シート２００の回路パターン２１２，２１４と電極４２，４４とは、伝導性接着層２２０を挟んで互いに接着されて固定されてもよい。伝導性接着層２２０は、伝導性ペースト、伝導性フィルムなどの様々な物質、形態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ものではなく、回路パターン２１２，２１４と電極４２，４４とが伝導性接着層２２０なしに互いに接触して接続されてもよい。その他の様々な変形が可能である。

このように、回路シート２００を用いて複数個の太陽電池１００を接続すれば、リボンによって複数個の太陽電池１００を接続する場合に比べて製造工程を単純化することができる。また、回路シート２００に位置した回路パターン２１２，２１４が電極４２，４４と共にキャリアを収集して伝達する役割を果たすことができるので、キャリアの収集効率を向上させることができる。

図５は、本発明の更に他の実施例に係る太陽電池の断面図である。

図５を参照すると、本実施例では、複数個の太陽電池１００を接続し、回路パターン２１２，２１４及びベース部材２１０を備える回路シート２００が太陽電池１００に付着されてもよい。回路シート２００において、図４に示した回路シート２００と同一又は類似の部分については詳細な説明を省略する。

図４とは異なり、本実施例では、ベース部材２１０において回路パターン２１２，２１４が位置していない部分に開口部２１０ａが位置することができる。開口部２１０ａは、金属膜（図６Ａの参照符号４００、以下同様）のエッチング時にエッチング溶液などが通過できるようにする部分である。図では、開口部２１０ａが、隣接する回路パターン２１２，２１４の間で単一で位置する場合を例示した。これによれば、エッチング溶液などが容易に金属膜４００まで到達することができ、金属膜４００のエッチング工程をより円滑に行うことができる。しかし、本発明がこれに限定されるものではない。したがって、開口部２１０ａが、隣接する回路パターン２１２，２１４の間に複数個の開口部２１０ａが密に位置することも可能である。この場合には、複数個の開口部２１０ａによってエッチング工程を妨げないようにしながら、ベース部材２１０を優れた機械的強度に維持することができる。

そして、電極４２，４４と回路パターン２１２，２１４との間に別途の伝導性接着層（図４の参照符号２２０、以下同様）が備えられずに、電極４２，４４と回路パターン２１２，２１４とが互いに接触して形成されてもよい。これは、印刷電極層４２０ａを印刷で形成した後、焼成前に印刷電極層４２０ａを接着層として印刷電極層４２０ａと回路パターン２１２，２１４とを接続したからである。これによって、別途の伝導性接着層２２０を除去できるので、材料コストを低減し、製造工程を単純化することができる。

このような太陽電池１００の製造方法を、図６Ａ乃至図６Ｄを参照して詳細に説明する。図６Ａ乃至図６Ｄは、図５の太陽電池の製造方法を示す断面図である。

図６Ａに示すように、半導体基板１００の後面上にトンネル層２０、導電型領域３２，３４、絶縁層４０、金属膜４００を形成し、半導体基板１００の前面側に前面電界層１３０、パッシベーション膜２４及び反射防止膜２６を形成する。これについての説明は、図３Ａ乃至図３Ｉと同一又は極めて類似しているので詳細な説明を省略する。

図６Ｂに示すように、金属膜４００上に印刷電極層４２ｂを形成するためのペーストを塗布する。印刷電極層４２ｂは、所望の電極４２，４４の形状に対応するパターンを有する状態で形成される。印刷電極層４２ｂは、開口部４０２，４０４の幅よりも大きい幅を有するように形成することができる。印刷電極層４２ｂを形成するためのペーストの物質などは、図３Ｉに対する説明と同一又は類似しているので、詳細な説明を省略する。

図６Ｃに示すように、印刷電極層４２ｂ上に回路パターン２１２，２１４を位置させた状態で熱処理を施して印刷電極層４２ｂを焼成する。すなわち、ペーストを塗布するステップと、ペーストを熱処理して焼成するステップとの間に、ペースト上に回路パターン２１２，２１４を位置させるステップをさらに含み、ペーストを焼成するとき、印刷電極層４２ｂと回路パターン２１２，２１４とを物理的に連結する。

これによって、印刷電極層４２ｂが回路パターン２１２，２１４に物理的に連結された状態で焼成されるので、印刷電極層４２ｂによって印刷電極層４２ｂと回路パターン２１２，２１４とが物理的及び電気的に接続される。これによって、別途の伝導性接着層２２０を備えずに印刷電極層４２ｂと回路パターン２１２，２１４とを物理的及び電気的に接続することができる。これによって、材料コストを低減し、工程時間を短縮することができる。

次に、図６Ｄに示すように、ベース部材２１０の開口部２１０ａを介して露出した金属膜４００の部分をエッチング溶液、エッチング装置などで除去することで、電極層４２ａを形成する。これによって、電極層４２ａ及び印刷電極層４２ｂを含む電極４２，４４を形成する。エッチング方法などは、図３Ｊでの説明と同一又は類似しているので、詳細な説明を省略する。

上述したような特徴、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、必ずしも一つの実施例にのみ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、実施例の属する分野における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又は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及び変形に係わる内容は、本発明の範囲に含まれるものと解釈されるべきである。

Claims (20)

1. 半導体基板と、
   前記半導体基板の一面側に位置する導電型領域と、
   前記導電型領域に接続される電極と、
   を含み、
   前記電極は、前記導電型領域上に形成される電極層と、前記電極層上に形成される印刷電極層とを含む、太陽電池。
2. 前記電極層の側面の少なくとも一部にエッチング跡が存在する、請求項１に記載の太陽電池。
3. 前記電極層がめっき層またはスパッタリング層を含む、請求項１に記載の太陽電池。
4. 前記印刷電極層の金属含量が前記電極層の金属含量よりも少なく、
   前記印刷電極層がラウンド形状を有する、請求項１に記載の太陽電池。
5. 前記導電型領域上に位置し、前記電極に対応して開口部を備える絶縁層をさらに含み、
   前記電極層は、前記開口部の底面、前記開口部に隣接する前記絶縁層の側面、及び前記開口部に隣接する前記絶縁層上でこれらに接触する、請求項１に記載の太陽電池。
6. 前記印刷電極層が前記電極の最上層である、請求項１に記載の太陽電池。
7. 前記印刷電極層にリボンまたは回路シートが付着される、請求項１に記載の太陽電池。
8. 前記回路シートは、ベース部材と、前記ベース部材上に形成され、前記印刷電極層に接続される回路パターンとを含み、
   前記回路パターンと前記印刷電極層とが直接接触するか、または伝導性接着層を挟んで接続される、請求項７に記載の太陽電池。
9. 前記回路パターンと前記印刷電極層とが直接接触し、
   前記ベース部材において前記回路パターンが形成されていない部分に開口部が形成される、請求項８に記載の太陽電池。
10. 前記半導体基板と前記導電型領域との間にトンネル層を含み、
    前記導電型領域が、前記トンネル層上で同一平面上に位置し、互いに異なる導電型を有する第１導電型領域及び第２導電型領域を含む、請求項１に記載の太陽電池。
11. 半導体基板の一面側に導電型領域を形成するステップと、
    前記導電型領域上に電極を形成するステップと、
    を含み、
    前記電極を形成するステップは、
    前記導電型領域上に全体的に金属膜を形成するステップと、
    前記金属膜上に、パターンを有する印刷電極層を形成するステップと、
    前記印刷電極層をマスクとして前記金属膜をエッチングし、前記導電型領域と前記印刷電極層との間に位置する電極層を形成するステップと、
    を含む、太陽電池の製造方法。
12. 前記金属膜を形成するステップでは、めっきまたはスパッタリングによって前記金属膜を形成する、請求項１１に記載の太陽電池の製造方法。
13. 前記印刷電極層を形成するステップにおいて、前記印刷電極層が、溶媒、伝導性物質及び樹脂を含むペーストを印刷して形成される、請求項１２に記載の太陽電池の製造方法。
14. 前記ペーストがガラスフリットを含まない、請求項１３に記載の太陽電池の製造方法。
15. 前記導電型領域を形成するステップと、前記導電型領域上に電極を形成するステップとの間に、前記電極が形成される位置に開口部を備えた絶縁層を形成するステップをさらに含み、
    前記電極層は、前記開口部の底面、前記開口部に隣接する前記絶縁層の側面、及び前記開口部に隣接する前記絶縁層上でこれらに接触する、請求項１１に記載の太陽電池の製造方法。
16. 前記印刷電極層が前記電極の最上層である、請求項１１に記載の太陽電池の製造方法。
17. 前記電極層を形成するステップでは前記電極層を湿式エッチングする、請求項１１に記載の太陽電池の製造方法。
18. 前記印刷電極層上に、リボン、または回路パターンを有する回路シートを付着するステップをさらに含む、請求項１１に記載の太陽電池の製造方法。
19. 前記印刷電極層を形成するステップは、
    前記金属膜上に、前記パターンを有するペーストを塗布するステップと、
    前記ペーストを熱処理して焼成するステップと、
    を含み、
    前記回路シートが、前記電極を形成するステップの後に付着される、請求項１８に記載の太陽電池の製造方法。
20. 前記回路シートが、ベース部材と、前記ベース部材上に位置した回路パターンとを含み、
    前記ベース部材において前記回路パターンが形成されていない部分に開口部が形成され、
    前記印刷電極層を形成するステップは、
    前記金属膜上に、前記パターンを有するペーストを塗布するステップと、
    前記ペーストを熱処理して焼成するステップと、
    を含み、
    前記ペーストを塗布するステップと前記焼成するステップとの間に、前記ペースト上に前記回路パターンを位置させるステップをさらに含み、前記焼成するステップで前記ペーストを焼成して、前記印刷電極層と前記回路パターンとが接続され、
    前記電極層を形成するステップでは、前記開口部を介して前記金属膜をエッチングする、請求項１８に記載の太陽電池の製造方法。

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