JP2015518286A - エミッタラップスルー太陽電池およびその製造方法 - Google Patents

エミッタラップスルー太陽電池およびその製造方法 Download PDF

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Abstract

本発明は、エミッタラップスルー太陽電池およびその製造方法に関する。本発明による太陽電池は、漏洩電流の発生を最小化できるだけでなく、エネルギー変換効率の測定時に誤差発生を最小化できる構造を有する。また、本発明による太陽電池の製造方法は、電極の整列状態を簡単に確認できるため、より向上した生産性を提供することができる。

Description

本発明は、エミッタラップスルー構造を有するバックコンタクト太陽電池およびその製造方法に関する。
一般に太陽電池は、半導体基板の前面と後面にそれぞれ電極が備えられる構造を有するが、受光面である前面に前面極が備えられることによって、前面電極の面積だけ受光面的が減少するようになる。このような受光部の面積が縮小する問題を解決するためにバックコンタクト太陽電池が提案された。
バックコンタクト太陽電池は、その構造によりＭＷＡ（Ｍｅｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ Ｗｒａｐ Ａｒｏｕｎｄ）、ＭＷＴ（Ｍｅｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ Ｗｒａｐ Ｔｈｒｏｕｇｈ）、ＥＷＴ（Ｅｍｉｔｔｅｒ Ｗｒａｐ Ｔｈｒｏｕｇｈ）、バックジャンクション（ｂａｃｋ ｊｕｎｃｔｉｏｎ）などに区分される。
図１は、一般的なエミッタラップスルー太陽電池（以下、「ＥＷＴ太陽電池」という）の後面（つまり、正常作動中に太陽と向き合うように構成された前面と対向する面）のうちの一部を拡大して示したものである。図１によれば、ＥＷＴ太陽電池の後面には互いに異なる導電性を有するベース電極１５とエミッタ電極２５が全て位置し、そのうちのエミッタ電極２５は、ｐ−ｎジャンクション分離のために基板の後面に形成されたトレンチ（ｔｒｅｎｃｈ）内に形成される。つまり、一般的なＥＷＴ太陽電池の場合、ベース電極１５とエミッタ電極２５が高さの差を有する構造（例えば、ベース電極がエミッタ電極よりも約１０乃至３０μｍ高い構造）で形成される。
一方、このようなＥＷＴ太陽電池のエネルギー変換効率の測定は、電池の後面に均一な圧力が加わるほどその誤差を最小化できるが、このようなＥＷＴ太陽電池の構造的特性（特に、ベース電極とエミッタ電極との高さの差）により不均一な密着圧力が発生してエネルギー変換効率の測定に誤差が大きく発生するという問題点がある。
そして、一般的なＥＷＴ太陽電池の製造過程で、ベース電極とエミッタ電極は、それぞれの電極形成物質を基板の対応領域にプリンティングまたはコーティングする方法で形成されるが、このようなプリンティングまたはコーティング工程において各電極が正確な位置に形成されたか、その整列（ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）状態の正確な確認に限界がある。
また、このようなＥＷＴ太陽電池の構造的特性上、ｐ−ｎジャンクションの分離にも拘わらず、ベース電極とエミッタ電極との距離が近いため、漏洩電流が発生するという問題点がある。
本発明は、ベース電極とエミッタ電極がより効果的に隔離（ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）して漏洩電流の発生を最小化でき、エネルギー変換効率の測定時に誤差発生を最小化できる構造を有するＥＷＴ太陽電池を提供することにその目的がある。
また、本発明は、ベース電極とエミッタ電極の整列状態をより単純化した方法で確認できる前記ＥＷＴ太陽電池の製造方法を提供することにその目的がある。
本発明の一実施形態によれば、
正常作動中に太陽と向き合う前面と、前記前面に対向する後面とを有し、前記後面上に第１トレンチ１０および第２トレンチ２０が互いに物理的に分離して形成されており、前記第２トレンチを通じて基板を貫通するビアホール（ｖｉａ−ｈｏｌｅ）３０が一つ以上形成されている第１導電型の半導体基板１００と、
前記第１トレンチ１０の内部に形成された第１導電型のベース電極１５、および前記第２トレンチ２０およびビアホール３０の内部に形成された第２導電型のエミッタ電極２５と、
を含むエミッタラップスルー太陽電池が提供される。
ここで、前記第１トレンチ１０および第２トレンチ２０は、物理的に互いに分離して組み合わせられている（ｉｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｔｅｄ）構造を有することができる。
そして、前記半導体基板１００は、ｐ型ドーピングされたシリコンウエハーであってもよく、前記半導体基板１００の前面は、凹凸構造でテクスチャリング（ｔｅｘｔｕｒｉｎｇ）されていてもよい。
また、前記第１トレンチ１０および第２トレンチ２０は、それぞれ独立して前記基板の後面上に２００乃至７００μｍの幅および２０乃至６０μｍの深さで形成されていてもよい。
そして、前記ビアホール３０の直径は、２５乃至１００μｍであり得る。
一方、本発明の他の実施形態によれば、
正常作動中に太陽と向き合う前面と、前記前面に対向する後面とを有する第１導電型の半導体基板１００を準備する段階と、
前記基板の後面に物理的に互いに分離している第１トレンチ１０および第２トレンチ２０と、前記第２トレンチを通じて基板を貫通する一つ以上のビアホール３０とを形成する段階と、
前記基板の前面、第２トレンチ２０の内部面およびビアホール３０の内部面上にそれぞれ第２導電型のエミッタ層４０を形成する段階と、
前記基板の後面および第１トレンチ１０の底面上にパッシベーション層６０を形成し、前記基板の前面に反射防止層６５を形成する段階と、
前記第１トレンチ１０の内部に第１導電型のベース電極１５を形成し、前記第２トレンチ２０およびビアホール３０の内部に第２導電型のエミッタ電極２５を形成する段階と、
を含むエミッタラップスルー太陽電池の製造方法が提供される。
ここで、前記第１トレンチ１０および第２トレンチ２０は、レーザーグルービングにより形成されてもよく、互いに分離して組み合わせられている（ｉｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｔｅｄ）形態で形成されてもよい。
そして、前記ビアホール３０は、レーザードリリング工程、湿式エッチング工程、乾式エッチング工程、機械的ドリリング工程、ウォータジェットマシニング工程またはこれらの混合工程により形成され得る。
本発明によるＥＷＴ太陽電池は、ベース電極とエミッタ電極が効果的に隔離していて漏洩電流の発生を最小化できるだけでなく、エネルギー変換効率の測定時に誤差発生を最小化できる構造を有する。また、本発明による前記太陽電池の製造方法は、電極の整列状態を肉眼でも簡単に確認できるため、より向上した生産性を提供することができる。
一般的なＥＷＴ太陽電池の後面の一部を拡大して示した斜視図である。 本発明の一実施形態に係るＥＷＴ太陽電池の後面の一部を拡大して示した斜視図である。 本発明の一実施形態に係るＥＷＴ太陽電池の後面の一部を拡大して示した平面図である。 本発明の一実施形態に係るＥＷＴ太陽電池の後面の一部を拡大して示した斜視図である。 本発明の一実施形態に係るＥＷＴ太陽電池の後面の一部を拡大して示した平面図である。 本発明の一実施形態に係るＥＷＴ太陽電池に含まれる半導体基板の一部断面を拡大して示した図面である。 本発明の一実施形態に係るＥＷＴ太陽電池の製造方法を概略的に示した工程フローチャートである。
以下、本発明の実施形態に係るＥＷＴ太陽電池およびその製造方法について説明する。
それに先立ち、本明細書全体において明示的な言及がない限り、専門用語は単に特定の実施形態を言及するためのものであり、本発明を限定することを意図しない。
そして、ここで使用される単数の形態は文句がこれと明確に反対の意味を示さない限り複数の形態も含む。
また、明細書で使用される「含む」という意味は、特定の特性、領域、整数、段階、動作、要素または成分を具体化し、他の特定の特性、領域、整数、段階、動作、要素、または成分の付加を除外させるものではない。
また、本明細書全体において「内部に形成される」ということは、任意の構造により形成された空間の一部または全部を占める形態で充填されている状態を意味する。一例を挙げると、本発明において、第１トレンチの内部に形成された第１導電型のベース電極の場合、図２ａのようにベース電極１５が第１トレンチ１０の一部を占める形態で形成されていたり、または図３ａのようにベース電極１５が第１トレンチ１０の全部を占める形態で形成されていることを意味する。
また、本明細書全体において「第１」または「第２」などのように序数を含む用語は、多様な構成要素の説明に用いられ得るが、前記構成要素は前記用語により限定されない。前記用語は、一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的のみで使用される。例えば、本発明の権利範囲を逸脱しないながら第１構成要素は第２構成要素と命名されてもよく、類似に第２構成要素も第１構成要素と命名されてもよい。
以下、図面を参照して本発明の実施形態について本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳しく説明する。しかし、本発明は、多様な異なる形態に実現することができ、ここで説明する実施例に限定されない。
本発明者らは、ＥＷＴ太陽電池に対する研究過程で、図１のような一般的なＥＷＴ太陽電池は、基板の後面に形成されたベース電極１５とエミッタ電極２５とが高さの差を有する構造で形成されることによって、エネルギー変換効率の測定時に誤差が大きく発生するだけでなく、電極の隔離が不十分で漏洩電流が発生し、その製造過程で電極の整列状態の正確な確認に限界があることを確認した。
そこで、本発明者らは、前記問題点を解決するための研究を繰り返す過程で、図２ａまたは図３ａのように、基板１００の後面に物理的に分離した形態の第１トレンチ１０および第２トレンチ２０を形成し、前記第１トレンチの内部にベース電極１５を、そして第２トレンチの内部にエミッタ電極２５をそれぞれ形成する場合、基板の後面屈曲をなくすことができ、エネルギー変換効率の測定時に誤差を最小化できるだけでなく、電極がより効果的に隔離できるため、漏洩電流の発生が最小化できることを確認した。そして、前記のように、各電極がそれぞれのトレンチ内部に形成されることによって、その製造過程でも各電極の整列状態を肉眼でも正確に判別できることを確認した。
このような本発明の一実施形態によれば、
正常作動中に太陽と向き合う前面と、前記前面に対向する後面とを有し、前記後面上に第１トレンチ１０および第２トレンチ２０が互いに物理的に分離して形成されており、前記第２トレンチを通じて基板を貫通するビアホール（ｖｉａ−ｈｏｌｅ）３０が一つ以上形成されている第１導電型の半導体基板１００と、
前記第１トレンチ１０の内部に形成された第１導電型のベース電極１５、およびお前記第２トレンチ２０およびビアホール３０の内部に形成された第２導電型のエミッタ電極２５と、
を含むＥＷＴ太陽電池が提供される。
以下、図２ａ乃至図５を参照して本発明によるＥＷＴ太陽電池について説明する。
まず、本発明によるＥＷＴ太陽電池は、半導体基板１００を含む。
前記半導体基板１００は、正常作動中に太陽と向き合う前面と、前記前面に対向する後面とを有するものであって、その厚さは１５０乃至２２０μｍであり得る。ただし、前記基板の厚さは、太陽電池に要求される機械的物性、基板に形成されるトレンチの深さなどを考慮して決定されるため、前記範囲に制限されない。
そして、前記半導体基板１００は、第１導電型を有するものであって、ここで第１導電型は、ｐ型またはｎ型であり、後述する第２導電型は、前記第１導電型の反対のものを意味する。非制限的な例を挙げると、前記半導体基板１００は、ｐ型ドーピングされたシリコンウエハーであってもよく、この他にも本発明が属する技術分野における通常的なものが適用され得る。
前記半導体基板１００の前面は、正常作動中に太陽と向き合う面であって、入射される太陽光の吸収率を向上させるために凹凸構造を有するようにテクスチャリング（ｔｅｘｔｕｒｉｎｇ）されていてもよい。ここで、前記凹凸構造は、規則的な逆ピラミッドパターンを含む多様な形態を有することができる。
一方、前記半導体基板１００の後面は、前記前面に対向する面であって、前記後面上には第１トレンチ１０および第２トレンチ２０が互いに物理的に分離して形成されており、前記第２トレンチを通じて基板を貫通するビアホール３０が一つ以上形成されていてもよい。そして、前記第１トレンチ１０の内部には第１導電型のベース電極１５が形成されていてもよく、前記第２トレンチ２０とビアホール３０の内部には第２導電型のエミッタ電極２５が形成されていてもよい。
つまり、本発明によるＥＷＴ太陽電池は、基板の後面上に一つのトレンチが形成されており、その内部にエミッタ電極が形成されている図１のような従前のＥＷＴ太陽電池とは異なり、基板の後面上に第１トレンチ１０および第２トレンチ２０が互いに物理的に分離して形成されており、その内部にベース電極１５とエミッタ電極２５がそれぞれ形成されている構造を有する。
これによって、本発明によるＥＷＴ太陽電池は、ベース電極１５とエミッタ電極２５が互いに物理的に分離して形成されたそれぞれのトレンチにより一層効果的に隔離（ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）できるため、太陽電池の駆動時に漏洩電流の発生を最小化できる。ひいては、従前のＥＷＴ太陽電池とは異なり、前記ベース電極１５とエミッタ電極２５との間に高さの差がないため（つまり、基板の後面屈曲をなくすことができるため）、エネルギー変換効率の測定時に誤差を最小化できる。しかも、前記ベース電極１５とエミッタ電極２５がそれぞれのトレンチ内部に形成されることによって、その製造過程で各電極の整列状態を肉眼でも正確に判別できるため、太陽電池の生産性の向上を可能とする。
本発明によれば、前記第１トレンチ１０および第２トレンチ２０は、基板の後面上に物理的に互いに分離して連結されない形態に形成されており、その形態は特に制限されない。ただし、本発明によれば、前記第１トレンチ１０と第２トレンチ２０は互いに分離して組み合わせられている（ｉｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｔｅｄ）形態に形成されるのが太陽電池の効率向上の側面から有利である。
そして、本発明によれば、前記第１トレンチ１０および第２トレンチ２０は、それぞれ独立して前記基板の後面上に２００乃至７００μｍの幅および２０乃至６０μｍの深さで形成され得る。この時、各トレンチの深さおよび幅は、各トレンチ内部に形成される電極の幅および深さ、電極の隔離効果、基板の厚さなどを考慮して多様な範囲に変更され得るため、必ずしも前記例示した範囲に制限されるわけではない。
一方、前記半導体基板１００には、前記第２トレンチ２０を通じて基板を貫通するビアホール３０が一つ以上形成されている。
前記ビアホール３０は、エミッタ電極２５が基板前面のエミッタ層４０と電気的に連結されるように媒介の役割を果たすものであって、図４に示したように前記第２トレンチ２０を通じて基板を貫通する。
この時、前記ビアホール３０の形状は、一般的な直線型であってもよく、好ましくは基板の前面に行くほどビアホールの断面積が階段式または連続的に小さくなる形態が太陽電池の製造過程でエミッタ電極２５の離隔現象を最小化し、基板前面の受光部面積を最大化できるため有利である。
そして、本発明によれば、前記ビアホール３０の直径は、２５乃至１００μｍ、好ましくは３０乃至９０μｍ、より好ましくは３０乃至８０μｍであり得る。前記ビアホール３０の直径は、エミッタ電極２５充填工程の効率性および基板前面の受光部面積などを考慮して前記範囲に調節されるのが有利である。
一方、本発明によるＥＷＴ太陽電池は、前記第１トレンチ１０の内部に形成された第１導電型のベース電極１５と、前記第２トレンチ２０とビアホール３０の内部に形成された第２導電型のエミッタ電極２５とを含む。
本発明において、前記ベース電極１５が第１トレンチ１０の内部に形成されているということは、第１トレンチ１０により形成された空間の一部または全部を占める形態で形成されていることを意味する。
つまり、図２ａおよび図２ｂのように、前記ベース電極１５は、第１トレンチ１０により形成された空間の一部を占める形態、好ましくは第１トレンチ１０の深さと同一の高さで形成されていてもよい。または、図３ａおよび図３ｂのように、前記ベース電極１５は、第１トレンチにより形成された空間の全部を占める形態、好ましくは第１トレンチ１０の深さと同一な高さで形成されていてもよい。同様に、前記エミッタ電極２５は、第２トレンチ２０とビアホール３０により形成された空間の一部または全部を占めることができる。
ただし、本発明によれば、各電極は、図２ａおよび図２ｂのような形態に実現されるのが生産効率などの側面においてより有利である。そして、図２ａおよび図２ｂにおいて各電極と基板との間の空いた空間の広さ、または図３ａおよび図３ｂにおいて各電極が各トレンチ内に全て満たされた形態などは、本発明の一実施形態を説明するために誇張して表現されたものであり、本発明によるＥＷＴ太陽電池が前記各図面に具現された例に限定されない。
本発明によるＥＷＴ太陽電池は、前記のようにベース電極１５およびエミッタ電極２５がそれぞれのトレンチ内部に形成されることによって、電極の隔離効果に優れて漏れ電流の発生が最小化できるだけでなく、電極間の高さの差がないため、エネルギー変換効率の測定時に誤差発生を最小化できる。
ここで、前記ベース電極１５は、基板の導電性と同一の第１導電型であってもよいが、好ましくはｐ型であり得る。また、前記エミッタ電極２５は、前記ベース電極１５と異なる第２導電型であってもよいが、好ましくはｎ型であり得る。
そして、好ましくは、前記ベース電極１５およびエミッタ電極２５は、基板の後面に形成されたトレンチの構造と同様に、互いに分離して組み合わせられている（ｉｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｔｅｄ）形態を有することができ、これによってそれぞれの電極は複数のフィンガー電極がバスバー電極に連結された形態、つまり、フィッシュボーン（ｆｉｓｈ ｂｏｎｅ）形態を有することができる。
一方、本発明の他の実現例によれば、
正常作動中に太陽と向き合う前面と、前記前面に対向する後面とを有する第１導電型の半導体基板１００を準備する段階と、
前記基板の後面に物理的に互いに分離している第１トレンチ１０および第２トレンチ２０と、前記第２トレンチを通じて基板を貫通する一つ以上のビアホール３０とを形成する段階と、
前記基板の前面、第２トレンチ２０の内部面およびビアホール３０の内部面上にそれぞれ第２導電型のエミッタ層４０を形成する段階と、
前記基板の後面および第１トレンチ１０の底面上にパッシベーション層６０を形成し、前記基板の前面に反射防止層６５を形成する段階と、
前記第１トレンチ１０の内部に第１導電型のベース電極１５を形成し、前記第２トレンチ２０とビアホール３０の内部に第２導電型のエミッタ電極２５を形成する段階と、
を含むＥＷＴ太陽電池の製造方法が提供される。
以下、図５を参照して前記実施形態に係るＥＷＴ太陽電池の製造方法について説明する。
まず、図５の（ａ）のように、半導体基板１００を準備する。前記半導体基板１００は、正常作動中に太陽と向き合う前面と、前記前面に対向する後面とを有するものであって、その厚さは１５０乃至２２０μｍであり得る。ただし、前記基板の厚さは、太陽電池に要求される機械的物性、基板に形成されるトレンチの深さなどを考慮して決定され得るため、前記範囲に制限されない。
そして、前記半導体基板１００は、第１導電型を有するものであって、非制限的な例を挙げると、ｐ型ドーピングされたシリコンウエハーであってもよいが、この他にも本発明が属する技術分野における通常的なものが適用され得る。
図５の（ａ）には示されていないが、図２ａのように前記半導体基板１００の前面は、凹凸構造を有するようにテクスチャリング（ｔｅｘｔｕｒｉｎｇ）されていてもよい。ここで、前記凹凸構造は、規則的な逆ピラミッドパターンを含む多様な形態を有することができる。
前記テクスチャリングは、基板前面における太陽光の反射を減少させるためのものであって、湿式エッチング方法または反応性イオンエッチングなどの乾式エッチング方法を適用して行うことができる。非制限的な例を挙げると、前記湿式エッチング方法の場合、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化アンモニウム、テトラヒドロキシメチルアンモニウムおよびテトラヒドロキシエチルアンモニウムからなる群より選ばれる１種以上のアルカリ化合物を含むエッチング液組成物を用いることができる。そして、前記エッチング液組成物には、沸点１００℃以上、好ましくは１５０乃至４００℃の環状化合物が含まれ得る。この時、前記環状化合物は、組成物全体重量を基準に０．１乃至５０重量％、好ましくは２乃至３０重量％、より好ましくは２乃至１０重量％含まれ得る。前記環状化合物は、結晶性シリコン表面のぬれ性を改善させて前記アルカリ化合物による過エッチングを防止でき、エッチングして溶解された水素バブルを速く落とすことによってバブルスティック現象の発生を防止する役割も果たす。
そして、図５の（ｂ）のように、前記基板の後面に物理的に互いに分離している第１トレンチ１０および第２トレンチ２０と、前記第２トレンチを通じて基板を貫通する一つ以上のビアホール３０とを形成する段階を行うことができる。
前記第１トレンチ１０および第２トレンチ２０は、本発明が属する技術分野における通常の方法により形成されてもよく、好ましくはレーザーグルービング（ｇｒｏｏｖｉｎｇ）を用いて基板１００の後面にグリッドラインをグルービングする方法で形成され得る。
本発明によれば、前記第１トレンチ１０および第２トレンチ２０は、基板の後面上に物理的に互いに分離して連結されない形態に形成されてもよく、この時、その形態は特に制限されないが、互いに分離して組み合わせられている（ｉｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｔｅｄ）形態に形成されるのが太陽電池の効率向上の側面で有利である。
そして、本発明によれば、前記第１トレンチ１０および第２トレンチ２０は、それぞれ独立して前記基板の後面上に２００乃至７００μｍの幅および２０乃至６０μｍの深さで形成され得る。この時、各トレンチの深さおよび幅は、各トレンチ内部に形成される電極の幅および深さ、電極の隔離効果、基板の厚さなどを考慮して多様な範囲に変更され得るため、必ずしも前記例示した範囲に制限されるわけではない。
そして、前記ビアホール３０は、第２トレンチ２０を通じて基板を貫通するように一つ以上形成され得る。前記ビアホール３０を形成するためには、レーザードリリング工程、湿式エッチング工程、乾式エッチング工程、機械的ドリリング工程、ウォータジェットマシニング工程またはこれらの混合工程などを適用でき、そのうちレーザードリリング工程を用いるのが工程効率および精密度向上の側面で有利である。非制限的な例を挙げると、前記レーザードリリング工程を用いる場合、０．５乃至５ｍｓ程度の時間に一つのホールが形成されるように十分な強度のレーザーが用いられるのが好ましく、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーなどが用いられ得る。この時、前記ビアホール３０の直径は、２５乃至１００μｍ、好ましくは３０乃至９０μｍ、より好ましくは３０乃至８０μｍになるように調節され得る。
前記例示のようにレーザーを用いて第１トレンチ１０、第２トレンチ２０およびビアホール３０を形成する場合、基板の熱損傷（ｔｈｅｒｍａｌ ｄａｍａｇｅ）を伴うことがあるが、この場合、損傷された領域を除去するためのエッチング工程（ｄａｍａｇｅ ｒｅｍｏｖａｌ ｅｔｃｈｉｎｇ）が追加的に行われ得る。非制限的な例を挙げると、前記工程は、基板表面のバー（ｂｕｒｒ）のような損傷領域を除去するためのものであり、前述したアルカリ化合物を含むエッチング液組成物を用いて７０乃至１００℃の温度条件で１乃至１０分間行われ得る。
次に、前記基板の前面、第２トレンチ２０の内部面およびビアホール３０の内部面上にそれぞれ第２導電型のエミッタ層４０を形成する段階が行われ得る。
前記段階は、基板１００の前面とエミッタ電極２５が形成される領域にエミッタ層４０を形成する段階であって、本発明の一実施形態によれば、図５の（ｃ）乃至（ｆ）の順序で行われ得る。
図５の（ｃ）は、基板の周りに第２導電型のエミッタ層４０を形成する工程であって、第２導電型不純物を含むガスの存在下で前記半導体基板１００を熱処理したり、第２導電型不純物を含有する固体状態のソースまたはスプレーオン拡散型ソースを用いて行われ得る。一例として、気体状のＰＯＣｌ３、Ｐ２Ｏ５、ＰＨ３、またはこれらの混合物である第２導電型不純物を不活性気体のキャリアガスと混合して供給し、前記半導体基板１００を８００乃至９００℃の温度で１０乃至６０分間熱処理する方法で行われ得る。この時、前記第２導電型のエミッタ層４０は、２０〜６０Ω／ｓｑ．の面抵抗を有するようにすることが太陽電池の効率の側面で有利である。
図５の（ｄ）は、基板１００の後面に形成されたエミッタ層を除去するためにエッチングレジスト５０を形成する工程であって、前記エッチングレジスト５０は、基板１００の前面と第２トレンチ２０およびビアホール３０の内部に形成され得る。ここで、前記エッチングレジスト５０の形成に使用される組成物は、半導体基板のエッチング過程で物理的そして化学的に安定した物質であればよいため、その構成が特に制限されない。そして、前記エッチングレジスト５０は、レジスト用組成物をインクジェットプリンティング、マスキング、ステンシル、スクリーンプリンティングのような印刷法で塗布して形成されてもよく、この時、レジスト用組成物がグリッドラインのグルービング幅（つまり、第２トレンチの幅）を越えないようにする。
図５の（ｅ）は、エッチングレジストが形成されていない面のエミッタ層４０を選択的に除去する工程であって、エッチング時間などを制御して除去しようとするエミッタ層の深さだけエッチングされるようにできる。
図５の（ｆ）は、前記エッチングレジストを除去する工程であって、本発明が属する技術分野における通常の方法を用いて行われ得る。そして、前記エッチングレジストの除去工程後、アンモニア水、過酸化水素またはこれらの混合溶液を用いて基板を洗浄する段階が追加的に行われ得る。
前記のように、図５の（ｃ）乃至（ｆ）の順序に基板１００の前面とエミッタ電極２５が形成される領域にエミッタ層４０を形成させることができる。ただし、前記工程順序および方法は、本発明による一実施形態に過ぎず、この他にも多様な工程を応用して図５の（ｆ）のような状態が実現され得る。
次に、図５の（ｇ）のように、前記基板の後面および第１トレンチ１０の底面上にパッシベーション層６０を形成し、前記基板の前面に反射防止層６５を形成する段階が行われ得る。
前記パッシベーション層６０は、基板後面における光発生キャリア（ｐｈｏｔｏｇｅｎｅｒａｔｅｄ ｃａｒｒｉｅｒｓ）の損失を減少させることを助け、シャント電流（ｓｈｕｎｔ ｃｕｒｒｅｎｔｓ）による電気的損失を減少させることを助ける。
そして、前記反射防止層６５は、基板の前面に形成されたエミッタ層４０上に形成される誘電体膜であって、太陽電池の内部に受光された光が太陽電池の外部へ抜け出ることを防止する役割を果たし、基板の前面で電子のトラップサイト（ｔｒａｐ ｓｉｔｅ）として作用する表面欠陥を不動態化（ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ）させる役割を果たすことができる。
このようなパッシベーション層６０および反射防止層６５の作用は、単一の物質または互いに異なる複数の物質により形成され得る。そして、前記反射防止層６５は、単一の薄膜または多層の薄膜であり得る。非制限的な例を挙げると、前記パッシベーション層６０および反射防止層６５は、それぞれ独立して半導体酸化物、半導体窒化物、窒素を含有する半導体酸化物、水素を含有する半導体窒化物、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＦ２、ＺｎＳ、ＭｇＦ２、ＴｉＯ２およびＣｅＯ２からなる群より選ばれる１種以上の物質を含む単一の薄膜または多層の薄膜であり得る。
前記パッシベーション層６０および反射防止層６５は、それぞれ半導体パッシベーション工程で通常適用される薄膜形成方法を適用して形成されてもよく、一例として、物理的蒸着（ＰＶＤ）、化学的蒸着（ＣＶＤ）、プラズマ蒸着（ＰＥＣＶＤ）、熱的蒸着（ｔｈｅｒｍａｌ ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ）などの方法で形成されてもよく、またはインクあるいはペーストを用いた一般的な印刷工程により形成されてもよい。
次に、図５の（ｈ）のように、前記第１トレンチ１０の内部に第１導電型のベース電極１５を形成し、前記第２トレンチ２０とビアホール３０の内部に第２導電型のエミッタ電極２５を形成する段階が行われ得る。
特に、本発明によるＥＷＴ太陽電池の製造方法は、前記のように各電極がそれぞれのトレンチ内部に形成されることによって、前記過程で各電極の整列状態を肉眼でも正確に判別することができるため、向上した生産性を提供することができる。
本発明によれば、前記ベース電極１５は、基板と同一の導電型を有するｐ型であってもよく、前記エミッタ電極２５は、それとは反対の導電型を有するｎ型であってもよい。
そして、前記ベース電極１５およびエミッタ電極２５の形成に使用される組成物は、本発明が属する技術分野における通常のものであり得るため、その構成が特に制限されない。ただし、好ましくは、前記ベース電極１５は、アルミニウム系の組成物を用いて形成されてもよく、前記エミッタ電極２５は、シルバー系の組成物を用いて形成されてもよい。そして、前記それぞれの電極は、前記組成物を該当領域にプリンティングする方法で形成されてもよい。
この時、前記ベース電極１５は、図２ａおよび図２ｂのように、第１トレンチ１０により形成された空間の一部を占める形態に形成されてもよく、または図３ａおよび図５の（ｈ）のように、第１トレンチ１０により形成された空間の全部を占める形態に形成されてもよい。同様に、前記エミッタ電極２５は、第２トレンチ２０とビアホール３０により形成された空間の一部または全部を占めることができる。
このような方法で形成されたベース電極１５およびエミッタ電極２５は、基板の後面に形成されたトレンチの構造と同様に、互いに分離して組み合わせられている（ｉｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｔｅｄ）形態を有することができ、これによってそれぞれの電極は複数のフィンガー電極がバスバー電極に連結された形態、つまり、フィッシュボーン（ｆｉｓｈ ｂｏｎｅ）形態を有することができる。
以下、本発明の理解のために好ましい実施例を提示する。しかし、下記実施例は、本発明を例示するためのものに過ぎず、本発明を下記内容で限定しない。
実施例：ＥＷＴ太陽電池の製造
ｐ型ドーピングされたシリコンウエハー（厚さ約１８０μｍ）上にレーザードリリング装置（Ｎｄ−ＹＡＧレーザー）を用いて約１８０μｍの深さと約８０μｍの直径を有するビアホール３０を複数形成し、次に、約６００μｍの幅と約６０μｍの深さを有する第１トレンチ１０および約４００μｍの幅と約６０μｍの深さを有する第２トレンチ２０を形成して図５の（ｂ）のような断面形状を有する基板を得た。
そして、前記基板をＰＯＣｌ３ガス雰囲気および約８５０℃の温度条件下で約３０分間熱処理する方法で、面抵抗が約５０Ω／□であるエミッタ層４０を形成させた。
次に、図５の（ｄ）のように、前記基板上にエッチングレジスト５０をスクリーンプリンティング方式で印刷し、前記基板を硝酸およびフッ酸を含む組成物に約３分間ディッピングする方法で図５の（ｅ）のように基板の後面に形成されたエミッタ層を除去した。そして、前記基板をメタノールおよびエタノールなどのアルコールを含む有機溶媒に約１時間ディッピングする方法でエッチングレジストを除去した。
次に、プラズマ蒸着法を用いて前記基板の両面に厚さ約８０ｎｍのシリコンナイトライド膜を形成させて図５の（ｇ）のように形成された基板を得た（ＳｉＨ４およびＮＨ３の混合ガスを使用、蒸着時間は約２００秒）。
その後、前記基板の第１トレンチ内に幅を約４００μｍにアルミニウム系のペーストを印刷してベース電極１５を形成させ、ビアホール内部と第２トレンチ内に幅を約２００μｍにシルバー系のペーストを印刷してエミッタ電極２５を形成させる方法でＥＷＴ太陽電池を製造した。
１００…半導体基板
１０…第１トレンチ
２０…第２トレンチ
３０…ビアホール
１５…ベース電極
２５…エミッタ電極
４０…エミッタ層
５０…エッチングレジスト
６０…パッシベーション層
６５…反射防止層

Claims (14)

  1. 正常作動中に太陽と向き合う前面と、前記前面に対向する後面とを有し、前記後面上に第１トレンチ（１０）および第２トレンチ（２０）が互いに物理的に分離して形成されており、前記第２トレンチを通じて基板を貫通するビアホール（３０）が一つ以上形成されている第１導電型の半導体基板（１００）と、
    前記第１トレンチ（１０）の内部に形成された第１導電型のベース電極１５、および前記第２トレンチ（２０）およびビアホール（３０）の内部に形成された第２導電型のエミッタ電極２５と、
    を含むエミッタラップスルー太陽電池。
  2. 前記第１トレンチ（１０）および第２トレンチ（２０）は、物理的に互いに分離して組み合わせられている、請求項１に記載のエミッタラップスルー太陽電池。
  3. 前記半導体基板（１００）は、ｐ型ドーピングされたシリコンウエハーである、請求項１に記載のエミッタラップスルー太陽電池。
  4. 前記半導体基板（１００）の前面は、凹凸構造でテクスチャリングされている、請求項１に記載のエミッタラップスルー太陽電池。
  5. 前記半導体基板（１００）は、１５０乃至２２０μｍの厚さを有する、請求項１に記載のエミッタラップスルー太陽電池。
  6. 前記第１トレンチ（１０）および第２トレンチ（２０）は、それぞれ独立して前記基板の後面上に２００乃至７００μｍの幅および２０乃至６０μｍの深さで形成されている、請求項１に記載のエミッタラップスルー太陽電池。
  7. 前記ビアホール（３０）の直径は、２５乃至１００μｍである、請求項１に記載のエミッタラップスルー太陽電池。
  8. 前記ベース電極（１５）は、前記第１トレンチ（１０）により形成された空間の全部を占め、前記エミッタ電極（２５）は、前記第２トレンチ（２０）およびビアホール（３０）により形成された空間の全部を占める、請求項１に記載のエミッタラップスルー太陽電池。
  9. 正常作動中に太陽と向き合う前面と、前記前面に対向する後面とを有する第１導電型の半導体基板（１００）を準備する段階と、
    前記基板の後面に物理的に互いに分離している第１トレンチ（１０）および第２トレンチ（２０）と、前記第２トレンチを通じて基板を貫通する一つ以上のビアホール（３０）とを形成する段階と、
    前記基板の前面、第２トレンチ（２０）の内部面およびビアホール（３０）の内部面上にそれぞれ第２導電型のエミッタ層４０を形成する段階と、
    前記基板の後面および第１トレンチ（１０）の底面上にパッシベーション層６０を形成し、前記基板の前面に反射防止層６５を形成する段階と、
    前記第１トレンチ（１０）の内部に第１導電型のベース電極（１５）を形成し、前記第２トレンチ（２０）およびビアホール（３０）の内部に第２導電型のエミッタ電極（２５）を形成する段階と、
    を含むエミッタラップスルー太陽電池の製造方法。
  10. 前記第１トレンチ（１０）および第２トレンチ（２０）は、レーザーグルービングにより形成される、請求項９に記載のエミッタラップスルー太陽電池の製造方法。
  11. 前記第１トレンチ（１０）および第２トレンチ（２０）は、物理的に互いに分離して組み合わせられている形態で形成される、請求項９に記載のエミッタラップスルー太陽電池の製造方法。
  12. 前記第１トレンチ（１０）および第２トレンチ（２０）は、それぞれ独立して前記基板の後面に２００乃至７００μｍの幅および２０乃至６０μｍの深さで形成される、請求項９に記載のエミッタラップスルー太陽電池の製造方法。
  13. 前記ビアホール（３０）は、レーザードリリング工程、湿式エッチング工程、乾式エッチング工程、機械的ドリリング工程、ウォータジェットマシニング工程またはこれらの混合工程により形成される、請求項９に記載のエミッタラップスルー太陽電池の製造方法。
  14. 前記ベース電極（１５）は、前記第１トレンチ（１０）により形成された空間の全部を占めるように形成され、前記エミッタ電極（２５）は、前記第２トレンチ（２０）およびビアホール（３０）により形成された空間の全部を占めるように形成される、請求項９に記載のエミッタラップスルー太陽電池の製造方法。
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