JP2016018998A - 太陽電池 - Google Patents

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Abstract

【課題】効率を向上させることができる太陽電池を提供する。
【解決手段】太陽電池は、半導体基板１０と、半導体基板の一面上に位置するトンネル層２０と、トンネル層上に位置し、第１導電型を有する第１導電型領域３２と、トンネル層上に位置し、第２導電型を有する第２導電型領域３４と、第１及び第２導電型領域にそれぞれ接続される第１及び第２電極とを含む。トンネル層は、第１及び第２導電型領域の少なくとも一部に対応するように位置し、第１厚さを有する第１部分と、第１導電型領域と第２導電型領域との間の境界部分に少なくとも一部が位置し、第１厚さよりも大きい第２厚さを有する第２部分とを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽電池に係り、より詳細には、トンネリング構造を用いた太陽電池に関する。
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、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。ところで、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す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る太陽電池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上に位置するトンネル層と、前記トンネル層上に位置し、第１導電型を有する第１導電型領域と、前記トンネル層上に位置し、第２導電型を有する第２導電型領域と、前記第１及び第２導電型領域にそれぞれ接続される第１及び第２電極とを含む。前記トンネル層は、前記第１及び第２導電型領域の少なくとも一部に対応するように位置し、第１厚さを有する第１部分と、前記第１導電型領域と前記第２導電型領域との間の境界部分に少なくとも一部が位置し、前記第１厚さよりも大きい第２厚さを有する第２部分とを含む。
本発明の実施例に係る太陽電池は、キャリアのトンネリングが要求される部分でのトンネリング確率を高く維持しながらも、キャリアのトンネリングが必要でない部分では、不必要なトンネリングによる再結合を防止することができる。これによって、太陽電池の特性を向上させ、効率を最大化することができる。
本発明の実施例に係る太陽電池を示す断面図である。 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。 本発明の変形例に係る太陽電池の製造方法においてトンネル層を形成する工程を示す断面図である。 本発明の変形例に係る太陽電池の製造方法においてトンネル層を形成する工程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を示す断面図である。 本発明の更に他の実施例に係る太陽電池を示す断面図である。 本発明の更に他の実施例に係る太陽電池を示す断面図である。 図７に示した太陽電池の部分背面平面図である。 本発明の更に他の実施例に係る太陽電池を示す断面図である。
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もちろんである。
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を示す断面図であり、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上に位置するトンネル層２０と、トンネル層２０上に位置する導電性の導電型領域３２，３４と、導電型領域３２，３４に接続される電極４２，４４とを含む。ここで、導電型領域３２，３４は、第１導電型を有する第１導電型領域３２と、第２導電型を有する第２導電型領域３４とを含む。第１導電型領域３２と第２導電型領域３４との間にはバリア領域３６が位置することができる。そして、電極４２，４４は、第１導電型領域３２に接続される第１電極４２と、第２導電型領域３４に接続される第２電極４４とを含むことができる。そして、太陽電池１００は、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ことで第２導電型を有するベース領域１１０を含むことができる。ベース領域１１０は、第２導電型ドーパントを含む結晶質半導体で構成することができる。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または多結晶半導体（一例として、単結晶または多結晶シリコン）で構成してもよい。特に、ベース領域１１０は、第２導電型ドーパントを含む単結晶半導体（例えば、単結晶半導体ウエハ、より具体的には、半導体シリコンウエハ）で構成することができる。このように、ベース領域１１０が単結晶シリコンで構成されると、太陽電池１００が単結晶シリコン太陽電池を構成することになる。このように、単結晶半導体を有する太陽電池１００は、結晶性が高くて欠陥の少ないベース領域１１０または半導体基板１０をベースとするので、電気的特性に優れている。
第２導電型は、ｐ型またはｎ型であってもよい。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の一部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）の一部分を構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。例えば、ベース領域１１０がｎ型である場合には、パッシベーション膜２４が固定負電荷を有する酸化物（例えば、アルミニウム酸化物）で構成されて、ベース領域１１０の表面に反転領域（ｉｎｖｅｒｓｉｏｎ ｌａｙｅｒ）を形成し、これを電界領域として用いることができる。この場合には、半導体基板１０が、別途のドーピング領域を備えずにベース領域１１０のみで構成されて、半導体基板１０の欠陥を最小化することができる。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、トンネル層２０に隣接した部分で蓄積された後、一定以上のエネルギーを有する多数キャリア（ｍａｊｏｒｉｔｙ ｃａｒｒｉｅｒ）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３２，３４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。
本実施例に係るトンネル層２０は、互いに異なる厚さを有する第１部分２０１と第２部分２０２を有することができる。このようなトンネル層２０については、導電型領域３２，３４、そして、バリア領域３６を説明した後にさらに詳細に説明する。
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、本実施例において、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てもよく、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てもよく、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、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とは、互いに側面が接触しながら連続的に形成される同一の半導体（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、バリア領域３６は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減らすために、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、本実施例では、バリア領域３６が第１導電型領域３２と第２導電型領域３４との間を全体的に離隔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、バリア領域３６が、第１導電型領域３２と第２導電型領域３４との境界部分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。これについては、図７及び図８を参照してより詳細に後述する。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。
導電型領域３２，３４及びバリア領域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と第１電極４２との接続のための第１開口部４０２と、第２導電型領域３４と第２電極４４との接続のための第２開口部４０４とを備える。これによって、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（即ち、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する役割を果たす。また、絶縁層４０は、第１及び第２導電型領域３２，３４及び／又はバリア領域３６をパッシベーションする効果を有することができる。
半導体層３０上で電極４２，４４が位置していない部分に絶縁層４０が位置することができる。絶縁層４０は、トンネル層２０（より正確には、トンネル層２０の第１部分２０１及び第２部分２０２）よりも厚い厚さを有することができる。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。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の厚さが第１部分２０１よりも大きく、第２部分２０２よりも小さくてもよい。その他の様々な変形が可能である。
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もちろんである。
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を貫通して第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を貫通して第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及び図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の平面形状の一例を詳細に説明する。
図１及び図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が一側縁部で互いに接続され、互いに離隔した複数の第２導電型領域３４が他側縁部で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Ｗ１を第２導電型領域３４の幅Ｗ２よりも大きくすることができる。
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、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の全長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もちろんである。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が一側縁部で互いに接続されて形成され、第２電極４４が他側縁部で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）にパッシベーション膜２４及び／又は反射防止膜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、物理的に完璧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態化させる。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、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。
再びトンネル層２０について説明すると、本実施例において、トンネル層２０は、導電型領域３２，３４の少なくとも一部に対応して位置し、第１厚さＴ１を有する第１部分２０１と、第１導電型領域３２と第２導電型領域３４との間の境界部分に位置し、第１厚さＴ１よりも大きい第２厚さＴ２を有する第２部分２０２とを含む。これによって、第１部分２０１と第２部分２０２との間に一種の段差Ｐが形成される。本実施例では、第１導電型領域３２と第２導電型領域３４との間の境界部分に全体的にバリア領域３６が位置し、第２部分２０２がバリア領域３６に対応して位置する。
バリア領域３６は、第１導電型領域３２と第２導電型領域３４との間でこれらのシャントを防止する役割を果たす。しかし、半導体基板１０のキャリア、特に、多数キャリア（例えば、半導体基板１０がｎ型である場合に電子）がトンネル層２０を通してバリア領域３６にトンネリングする場合には、第１導電型領域３２とバリア領域３６との境界面において、トンネリングしたキャリアと、半導体基板１０と反対の導電型を有する第１導電型領域３２のキャリア、特に、多数キャリア（例えば、第１導電型領域３２がｐ型である場合に正孔）とが再結合することがある。すると、太陽電池１００の開放電圧を低下させ、効率を低下させることがある。
本実施例では、キャリアのトンネリングが必要でないバリア領域３６の少なくとも一部に対応するトンネル層２０が、相対的に厚い第２厚さＴ２を有する。トンネル層２０の厚さが増加すると、トンネル層２０によるトンネリング確率が大きく低下するため、バリア領域３６の少なくとも一部に対応して相対的に厚い第２厚さＴ２を有する第２部分２０２を位置させることによって、バリア領域３６にキャリアがトンネリングされることを顕著に防止することができる。
すなわち、キャリアのトンネリングが要求される第１及び第２導電型領域３２，３４の少なくとも一部に対応する部分には、相対的に薄い第１部分２０１を位置させ、トンネリング確率を向上させることができる。キャリアのトンネリングが必要でないバリア領域３６の少なくとも一部に対応する部分には、相対的に厚い第２部分２０２を位置させ、不必要なトンネリングによる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の特性を向上させ、効率を最大化することができる。
第１部分２０１の第１厚さＴ１は、キャリアのトンネリングが十分に行われるようにする厚さであってもよい。第２部分２０２の第２厚さＴ２は、第１厚さＴ１よりも厚くて第１部分２０１よりもトンネリング確率を低下させることができる厚さであれば十分である。
このとき、第１部分２０１の第１厚さＴ１は、第１及び第２導電型領域３２，３４の厚さよりも小さくてもよい。第１部分２０１は、キャリアのトンネリングが十分に行われ得るように薄く形成され、第１及び第２導電型領域３２，３４は、光電変換が十分に行われ得るように一定の厚さを有するからである。
そして、第２部分２０２の第２厚さＴ２が、第１及び第２導電型領域３２，３４の厚さよりも小さくてもよい。トンネリングは非常に薄い厚さでのみ円滑に行われるので、第２部分２０２の厚さを一定水準以上にさえ維持すればよく、第２部分２０２の厚さを過度に大きくしても、トンネリングを減少及び防止する効果が増加しないからである。そして、第２部分２０２の第２厚さＴ２が第１及び第２導電型領域３２，３４よりも大きくなると、このような構造のトンネル層２０を形成することも難しくなり、このような構造のトンネル層２０上に第１及び第２導電型領域３２，３４及びバリア領域３６を形成することも難しくなることがある。一例として、第１及び／又は第２導電型領域３２，３４の厚さ：第２部分２０２の第２厚さＴ２の比率が、１：０．００５〜１：０．５であってもよい。前記比率が１：０．００５未満であると、第２部分２０２による効果が十分でなく、１：０．５を超えると、トンネル層２０の安定性が低下することがある。しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、第２部分２０２が、第１及び／又は第２導電型領域３２，３４よりも厚いことも可能であり、前記比率も様々な値を有することができる。
また、第１部分２０１の第１厚さＴ１は、パッシベーション膜２４及び／又は絶縁層４０の厚さよりも小さくてもよい。第１部分２０１は、キャリアのトンネリングが十分に行われ得るように薄く形成され、パッシベーション膜２４及び／又は絶縁層４０は、パッシベーション特性、絶縁特性などのために一定の厚さを有するからである。
そして、第２部分２０２の第２厚さＴ２が、パッシベーション膜２４及び／又は絶縁層４０の厚さよりも小さくてもよい。トンネリングは非常に薄い厚さでのみ円滑に行われるので、第２部分２０２の厚さを一定水準以上にさえ維持すればよく、第２部分２０２の厚さを過度に大きくしても、トンネリングを減少及び防止する効果が増加しないからである。しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、第２部分２０２が、パッシベーション膜２４及び／又は絶縁層４０よりも厚いことも可能であり、その他の様々な変形が可能である。
一例として、第１厚さＴ１が０．５〜２ｎｍであり、第２厚さＴ２が２ｎｍ〜１００ｎｍであってもよい。第１厚さＴ１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り、第１厚さＴ１が２ｎｍを超えると、トンネリングが円滑に起こらないことがある。より効果的なトンネリングのために、第１厚さＴ１が０．５ｎｍ〜１．５ｎｍであってもよい。そして、第２厚さＴ２が２ｎｍ未満であると、トンネリングを防止及び減少する効果が十分でないことがあり、第２厚さＴ２が１００ｎｍを超えると、このような構造のトンネル層２０を形成しにくいことがあり、このようなトンネル層２０上に導電型領域３２，３４及びバリア領域３６を形成しにくいことがある。トンネル層２０、導電型領域３２，３４、そして、バリア領域３６の形成を容易に行うことができるように、第２厚さＴ２を２ｎｍ〜１０ｎｍとすることができる。しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、第１及び第２厚さＴ１，Ｔ２は様々な値を有することができる。
本実施例において、第１部分２０１と第２部分２０２は、互いに同じ工程で形成されて一体化された構造を有する単一層で構成され、同一の物質を含むことができる。または、第１部分２０１と第２部分２０２が互いに異なる工程で形成され、互いに同じ物質を有するか、または互いに異なる物質を有することもできる。これは、トンネル層２０の製造工程によって変わり得る。これについては、図３Ａ乃至図３Ｉ、そして、図４Ａ及び図４Ｂを参照してより詳細に説明する。
トンネル層２０は、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る。例えば、第１部分２０１及び第２部分２０２が、それぞれシリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコン炭化物、アルミニウム酸化物のうちの少なくとも１つを含み、互いに同一または異なる物質を含むことができる。第１及び／又は第２部分２０１，２０２がシリコン酸化物を含む場合、界面トラップ密度（ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｔｒａｐ ｄｅｎｓｉｔｙ：ＩＴＤ）を減少させることができ、シリコン窒化物、アルミニウム酸化物などを含む場合、固定電荷によって形成される電界効果を活用することができる。
特に、第１部分２０１がシリコン酸化物を含むことができる。これは、第２部分２０２を別途の蒸着などによって形成した後に、熱的酸化（ｔｈｅｒｍａｌ ｏｘｉｄｅ）によって半導体基板１０と外部の酸素が化学的に反応して自然に形成されたシリコン酸化物層を第１部分２０１として使用できるからである。すると、単純な工程により第１部分２０１を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、第１及び第２部分２０１，２０２がそれぞれ様々な物質からなることができる。
上述したようなトンネル層２０の構造によって、第２部分２０２に隣接するバリア領域３６の第１面Ｓ２１と、第１部分２０１に隣接する第１及び第２導電型領域３２，３４の第１面Ｓ１１との間に段差Ｐが存在する。より具体的には、バリア領域３６の第１面Ｓ２１よりも第１及び第２導電型領域３２，３４の第１面Ｓ１１が、半導体基板１０に向かって突出した位置に位置することができる。これは、トンネル層２０が第１及び第２部分２０１，２０２を備えるからである。
そして、本実施例において、バリア領域３６の第１面Ｓ２１に対向するバリア領域３６の第２面Ｓ２２と、第１及び第２導電型領域３２，３４の第１面Ｓ１１に対向する第１及び第２導電型領域３２，３４の第２面Ｓ１２とが連続的に形成され得る。これは、トンネル層２０を覆う半導体層（図３Ｅの参照符号３０、以下同様）を形成した後にドーピングによって第１及び第２導電型領域３２，３４を形成し、ドープされていないバリア領域３６として使用するからである。このとき、バリア領域３６の第２面Ｓ２２と、第１及び第２導電型領域３２，３４の第２面Ｓ１２とが同一平面上で１つの平坦な面を構成するように形成され得る。これは、第１及び第２導電型領域３２，３４及びバリア領域３６を構成する半導体層３０が、トンネル層２０よりも十分に厚く形成されて、トンネル層２０と隣接しないバリア領域３６の第２面Ｓ２２及び第１及び第２導電型領域３２，３４の第２面Ｓ１２が、トンネル層２０の段差Ｐと関係なく平坦な面からなるからである。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の段差Ｐによって、バリア領域３６の第２面Ｓ２２と第１及び第２導電型領域３２，３４の第２面Ｓ１２との間に段差または屈曲が形成されてもよい。このような例については、図９を参照して詳細に後述する。
そして、本実施例では、バリア領域３６の側面ＳＳ１と第２部分２０２の側面ＳＳ２が同一平面上に位置する。すなわち、第２部分２０２がバリア領域３６と同じ形状、同じ幅などを有することで、第２部分２０２とバリア領域３６が互いに一致する位置に形成され得る。しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、第２部分２０２とバリア領域３６の側面が互いにずれるように位置してもよい。これについては、図５及び図６を参照してより詳細に後述する。
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。
そして、第１及び第２導電型領域３２，３４が、トンネル層２０を挟んで半導体基板１０上に形成されるので、半導体基板１０と異なる別個の層として構成される。これによって、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を導電型領域として使用する場合よりも、再結合による損失を最小化することができる。
このとき、トンネル層２０が、互いに異なる厚さを有する第１部分２０１と第２部分２０２を含むことで、キャリアのトンネリングが要求される部分でのトンネリング確率を高く維持しながらも、キャリアのトンネリングが必要でない部分では、不必要なトンネリングによる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の特性を向上させ、効率を最大化することができる。
上述した構造の太陽電池１００の製造方法を、図３Ａ乃至図３Ｉを参照して詳細に説明する。図３Ａ乃至図３Ｉ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に損傷が発生することがある。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してもよい。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乃至図３Ｄに示すように、半導体基板１０の後面にトンネル層（図３Ｄの参照符号２０、以下同様）を形成する。これをより具体的に説明する。
まず、図３Ｂに示すように、トンネル層２０の第２部分（図３Ｃの参照符号２０２、以下同様）に対応する、第２厚さ（図１の参照符号Ｔ２、以下同様）を有するトンネル形成層２０２ａを、半導体基板１０の後面に全体的に形成する。トンネル形成層２０２ａは、様々な方法により形成することができ、一例として、熱的成長法、蒸着法（例えば、化学気相蒸着法（ＰＥＣＶＤ）、原子層蒸着法（ＡＬＤ））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、様々な方法によりトンネル形成層２０２ａを形成することができる。
次いで、図３Ｃに示すように、トンネル形成層２０２ａをパターニングして、第２部分２０２を構成する部分だけを残し、その他の部分は全体的に除去する。これによって、第２厚さＴ２を有する第２部分２０２のみが半導体基板１０の後面に位置するようになる。パターニング方法としては、公知の様々な方法、例えば、エッチングペースト、フォトリソグラフィーを用いたエッチング、レーザーなどの方法を適用することができる。そして、本実施例では、トンネル形成層２０２ａを全体的に形成した後にこれをパターニングす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。したがって、マスクまたはマスク層などを用いて第２部分２０２に該当する部分にのみトンネル形成層２０２ａを形成し、これをそのまま第２部分２０２として用いることもできる。その他の様々な変形が可能である。
次に、図３Ｄに示すように、第２部分２０２が形成されていない部分に第１部分２０１を形成する。一例として、半導体基板１０を一定の温度で熱処理すると、熱的酸化によって半導体基板１０の半導体物質（例えば、シリコン）と外部の酸素が化学的に反応し、半導体基板１０の表面（即ち、第２部分２０１が形成されていない半導体基板１０の後面）にシリコン酸化物層が形成され得、このようなシリコン酸化物層が第１部分２０１を構成することができる。このように、熱的酸化によって第１部分２０１を形成すると、マスク、パターニングなどを使用しない単純な工程によって、第２部分２０２が位置していない部分に全体的に薄い厚さを有する第１部分２０１を形成することができる。
この場合には、第１部分２０１と第２部分２０２が互いに異なる工程によって形成されるので、第１部分２０１と第２部分２０２が互いに同じ物質を有することもでき、または異なる物質を有することもできる。
第１及び第２部分２０１，２０２を有するトンネル層２０は、上述した方法以外の様々な方法により形成することができる。変形例として、図４Ａに示すように、第２厚さＴ２を有するトンネル形成層２０２ａを半導体基板１０の後面に全体的に形成する。その後、図４Ｂに示すように、第１部分２０１に該当する部分を第１厚さ（図１の参照符号Ｔ１、以下同様）となるまでエッチングして、第１厚さＴ１を有する第１部分２０１を形成することができる。これは、マスクまたはマスク層を用いて第２部分２０２に該当する部分がエッチングされないようにしながら、第１部分２０１に該当する部分のエッチング速度（ｅｔｃｈｉｎｇ ｒａｔｅ）を調節することによって具現することができる。これによって、単純な工程によって、第１及び第２部分２０１，２０２を備えるトンネル層２０を形成することもできる。この場合には、第１及び第２部分２０１，２０２が同じトンネル形成層２０２ａにより構成されるので、第１及び第２部分２０１，２０２が互いに同一の物質を含み、一体の構造を有する単一層を構成することができる。その他の様々な変形が可能である。
次いで、図３Ｅ及び図３Ｆ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３Ｅに示したように、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、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３Ｆ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３Ｇ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して前面電界領域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。また、前面電界領域１３０が別途に形成されないことも可能である。
次いで、図３Ｈ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可能である。
次いで、図３Ｉに示すように、第１及び第２導電型領域３２，３４にそれぞれ接続される第１及び第２電極４２，４４を形成する。
一例として、絶縁層４０に第１及び第２開口部４０２，４０４を形成し、第１及び第２開口部４０２，４０４内にめっき法、蒸着法などの様々な方法で第１及び第２電極４２，４４を形成することができる。他の実施例として、第１及び第２電極形成用ペーストを絶縁層４０上にそれぞれスクリーン印刷などで塗布した後、ファイヤースルー（ｆｉｒｅ ｔｈｒｏｕｇｈ）またはレーザー焼成コンタクト（ｌａｓｅｒ ｆｉｒｉｎｇ ｃｏｎｔａｃｔ）などを行うことで、上述した形状の第１及び第２電極４２，４４を形成することも可能である。この場合には、第１及び第２電極４２，４４を形成するときに第１及び第２開口部４０２，４０４が形成されるので、別途に第１及び第２開口部４０２，４０４を形成する工程を追加しなくて済む。
本実施例によれば、第１及び第２部分２０１，２０２を備えるトンネル層２０を単純な工程によって製造して、太陽電池１００の効率及び生産性を共に向上させることができる。
以下、図５乃至図９を参照して、本発明の他の実施例に係る太陽電池及びその製造方法を詳細に説明する。上述した説明と同一又は極めて類似の部分に対しては、上述の説明をそのまま適用できるので、詳細な説明を省略し、互いに異なる部分に対してのみ詳細に説明する。そして、上述した実施例又はその変形例と下記の実施例又はその変形例を互いに結合したものもまた本発明の範囲に属する。
図５は、本発明の他の実施例に係る太陽電池を示す断面図である。
図５を参照すると、本実施例では、第２部分２０２の側面ＳＳ２がバリア領域３６の側面ＳＳ１と互いにずれて位置することができる。このとき、第２部分２０２の両側面ＳＳ２がいずれもバリア領域３６の両側面ＳＳ１とずれていてもよい。または、第２部分２０２の両側面ＳＳ２のいずれか一方の側面ＳＳ２がバリア領域３６の一方の側面ＳＳ１と一致し、第２部分２０２の他方の側面ＳＳ２がバリア領域３６の他方の側面ＳＳ２とずれていてもよい。
バリア領域３６と第２部分２０２との幅を互いに異なるように形成して、これらの側面ＳＳ１，ＳＳ２が互いにずれることもでき、バリア領域３６と第２部分２０２との幅を互いに同一にした場合にも、意図的にまたは工程誤差などによってこれらの側面ＳＳ１，ＳＳ２が互いにずれることもできる。
本実施例では、第２部分２０２が第１導電型領域３２にわたって形成される場合を例示した。より詳細には、第２部分２０２の一部が前記半導体基板１０とバリア領域３６との間に位置し、第２部分２０２の一部が半導体基板１０と第１導電型領域３２との間に位置することができる。
このとき、図５に示したように、半導体基板１０とバリア領域３６との間において、第２部分２０２が半導体基板１０とバリア領域３６との間に部分的に位置することができる。このとき、第２部分２０２が、第１導電型領域３２と第２導電型領域３４との間の境界部分を構成するバリア領域３６において第１導電型領域３２と第２導電型領域３４との間の仮想の中心線ＣＬを含むように位置することができる。すなわち、半導体基板１０とバリア領域３６との間に位置した第２部分２０２の幅Ｗ４が、バリア領域３６の幅Ｗ３の５０％以上であってもよい。これによって、第１導電型領域３２に隣接するバリア領域３６側へのキャリアのトンネリングを防止することができる。図示したものとは異なり、第２部分２０２は、半導体基板１０とバリア領域３６との間において半導体基板１０とバリア領域３６との間に全体的に位置してもよい。
このように、第２部分２０２が第１導電型領域３２側のみにわたって形成されると（即ち、第２部分２０２が第１導電型領域３２側に偏って形成されると）、半導体基板１０の多数キャリアがバリア領域３６にトンネリングされて第１導電型領域３２の多数キャリアと結合して発生し得る再結合を効果的に防止することができる。半導体基板１０の多数キャリアがバリア領域３６にトンネリングされて第２導電型領域３４側に移動しても、太陽電池１００の特性が低下しないので、第２部分２０２が第２導電型領域３４までにわたって形成されなくてもよい。しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、実施例によっては、第２部分２０２が、第１導電型領域３２ではない第２導電型領域３４にわたって形成されることも可能である。
更に他の実施例として、図６に示すように、第２部分２０２が第１及び第２導電型領域３２，３４の両方にわたって形成されてもよい。すると、第２部分２０２は、半導体基板１０とバリア領域３６との間に形成される部分と、第１導電型領域３２と半導体基板１０との間に部分的に位置する部分と、第２導電型領域３４と半導体基板１０との間に部分的に位置する部分とを含むことができる。
このように、第２部分２０２の幅Ｗ６をバリア領域３６の幅Ｗ５よりも大きくすると、工程誤差などが発生しても、バリア領域３６に対応する部分に全体的に第２部分２０２が位置するようにして、バリア領域３６へのトンネリングを効果的に防止することができる。
ここで、バリア領域３６の幅Ｔ５：第２部分２０２の幅Ｔ６の比率（Ｗ５：Ｗ６）が１：１．１〜１：２．５であってもよい。前記比率（Ｗ５：Ｗ６）が１：１．１未満であると、工程誤差などが発生する場合に、第２部分２０２がバリア領域３６全体に対応しにくいことがあり、前記比率（Ｗ５：Ｗ６）が１：２．５を超えると、第２部分２０２の幅Ｗ６が過度に大きくなるため、第１及び第２導電型領域３２，３４へのトンネリングを妨げることがある。しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、前記比率（Ｗ５：Ｗ６）が様々な値を有することができる。
本実施例において、第２部分２０２の仮想の中心線とバリア領域３６の中心線とが互いに一致して、第２部分２０２がバリア領域３６に対して対称的に位置することができる。すると、第１導電型領域３２側に位置した第２部分２０２の部分と、第２導電型領域３４側に位置した第２部分２０２の部分との幅が同一であり得る。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、第２部分２０２が第１導電型領域３２側に偏って形成されて、第１導電型領域３２側に位置した第２部分２０２の部分の幅が、第２導電型領域３４側に位置した第２部分２０２の部分の幅よりも大きくてもよい。これによれば、第１導電型領域３２とバリア領域３６との間で発生し得る再結合をより効果的に防止することができる。または、第２部分２０２が第２導電型領域３４側に偏って形成されて、第１導電型領域３２側に位置した第２部分２０２の部分の幅が第２導電型領域３４側に位置した第２部分２０２の部分の幅よりも小さくてもよい。その他の様々な変形が可能である。
図７は、本発明の更に他の実施例に係る太陽電池を示す断面図であり、図８は、図７に示した太陽電池の部分背面平面図である。
図７及び図８を参照すると、本実施例では、第１導電型領域３２と第２導電型領域３４との間の境界部分において、第１導電型領域３２と第２導電型領域３４が互いに接触して位置する部分が少なくとも一部存在する。すなわち、第１導電型領域３２と第２導電型領域３４との間の境界部分は、バリア領域３６が存在する第１境界部Ｂ１と、バリア領域３６が存在せず、第１導電型領域３２と第２導電型領域３４が互いに接触して位置する第２境界部（または、接触境界部）Ｂ２とを備える。
このように、バリア領域３６が存在せずに、第１導電型領域３２と第２導電型領域３４とが互いに接触する第２境界部Ｂ２が存在する場合、第２境界部Ｂ２が、電流が速く流れ出ることができる通路を提供することで、熱が局部的な部分で集中してしまい問題となることを防止することができる。これによって、太陽電池１００で発生し得る熱による問題を最小化することができる。しかし、第２境界部Ｂ２の比率が大きすぎると、第１導電型領域３２と第２導電型領域３４との間でのシャントによる問題が大きくなることがあるため、このような部分の比率が５０％未満（一例として、１０％以下）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、このような部分の比率などは様々に変化可能である。
第１境界部Ｂ１と第２部分２０２の位置関係は、上述した実施例で説明した通りであるので、これについての詳細な説明を省略する。第２境界部Ｂ２では、第１導電型領域３２と第２導電型領域３４との接触面ＣＳが第２部分２０２上に位置することができる。しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、様々な変形が可能である。
図９は、本発明の更に他の実施例に係る太陽電池を示す断面図である。
図９を参照すると、第１及び第２導電型領域３２，３４、そして、バリア領域３６が位置する半導体層が、トンネル層２０の屈曲に従って屈曲を有するように形成されてもよい。
より具体的には、第２部分２０２上に位置するバリア領域３６の第１面Ｓ２１よりも第１部分２０１上に位置する第１及び第２導電型領域３２，３４の第１面Ｓ１１が、半導体基板１０に向かって突出した位置に位置することができる。そして、第１面Ｓ２１に対向する、バリア領域３６の第２面Ｓ２２と、第１面Ｓ１１に対向する、第１及び第２導電型領域３２，３４の第２面Ｓ１２とが段差を有することができる。これによって、第２部分２０２上に位置するバリア領域３６の第２面Ｓ２２よりも第１部分２０１上に位置する第１及び第２導電型領域３２，３４の第２面Ｓ１２が、半導体基板１０に向かって突出した位置に位置することができる。
図９では、第２部分２０２及びバリア領域３６が、図１に示したような配置を有する場合を例示して説明した。しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、様々な変形が可能である。
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。
１０ 半導体基板
２０ トンネル層
２４ パッシベーション膜
２６ 反射防止膜
３０ 半導体層
３２ 第１導電型領域
３４ 第２導電型領域
３６ バリア領域
４０ 絶縁層
４２ 第１電極
４４ 第２電極
１００ 太陽電池
１１０ ベース領域
１３０ 前面電界領域
２０１ 第１部分
２０２ 第２部分
４０２ 第１開口部
４０４ 第２開口部

Claims (20)

  1. 半導体基板と、
    前記半導体基板の一面上に位置するトンネル層と、
    前記トンネル層上に位置し、第１導電型を有する第１導電型領域と、
    前記トンネル層上に位置し、第２導電型を有する第２導電型領域と、
    前記第１及び第２導電型領域にそれぞれ接続される第１及び第２電極と、
    を含み、
    前記トンネル層は、前記第１及び第２導電型領域の少なくとも一部に対応するように位置し、第１厚さを有する第１部分と、前記第１導電型領域と前記第２導電型領域との間の境界部分に少なくとも一部が位置し、前記第１厚さよりも大きい第２厚さを有する第２部分とを含む、太陽電池。
  2. 前記トンネル層上において前記第１導電型領域と前記第２導電型領域との間の前記境界部分の少なくとも一部に位置するバリア領域を含み、
    前記第２部分が、前記バリア領域の少なくとも一部に対応して位置する、請求項１に記載の太陽電池。
  3. 前記第２部分上に位置する前記バリア領域の第１面と、前記第１部分上に位置する前記第１及び第２導電型領域の第１面との間に段差が存在する、請求項２に記載の太陽電池。
  4. 前記バリア領域の第１面よりも前記第１及び第２導電型領域の第１面が、前記半導体基板に向かって突出した位置に位置する、請求項３に記載の太陽電池。
  5. 前記バリア領域の第１面に対向する前記バリア領域の第２面と、前記第１及び第２導電型領域の第１面に対向する前記第１及び第２導電型領域の第２面とが同一平面上に位置するか、または段差を有する、請求項４に記載の太陽電池。
  6. 前記バリア領域の側面と前記第２部分の側面とが同一平面上に位置する、請求項２に記載の太陽電池。
  7. 前記バリア領域の側面と前記第２部分の側面とが互いにずれた位置に位置する、請求項２に記載の太陽電池。
  8. 前記第２部分の一部が、前記第１及び第２導電型領域のうちの少なくとも１つにわたって形成される、請求項７に記載の太陽電池。
  9. 前記半導体基板が、前記第２導電型を有するベース領域を含み、
    前記第２部分が前記第１導電型領域側に偏って形成されて、前記第２部分が、前記半導体基板と前記バリア領域との間に位置する部分と、前記半導体基板と前記第１導電型領域との間に位置する部分とを含む、請求項８に記載の太陽電池。
  10. 前記バリア領域にわたって形成される前記第２部分の一部の幅が、前記バリア領域の幅の５０％以上である、請求項８に記載の太陽電池。
  11. 前記第１導電型がｐ型を有し、
    前記第２導電型がｎ型を有する、請求項９に記載の太陽電池。
  12. 前記第２部分は、前記半導体基板と前記バリア領域との間に位置する部分と、前記半導体基板と前記第１導電型領域との間に位置する部分と、前記半導体基板と前記第２導電型領域との間に位置する部分とを含む、請求項８に記載の太陽電池。
  13. 前記バリア領域の幅：前記第２部分の幅の比率が１：１．１〜１：２．５である、請求項１２に記載の太陽電池。
  14. 前記第１導電型領域と前記第２導電型領域との間の前記境界部分は、前記第１導電型領域と前記第２導電型領域が互いに接触する接触境界部を少なくとも部分的に含む、請求項１に記載の太陽電池。
  15. 前記第１導電型領域と前記第２導電型領域との接触面が前記第２部分上に位置する、請求項１に記載の太陽電池。
  16. 前記第１導電型領域と前記第２導電型領域との間の前記境界部分は、前記第１導電型領域と前記第２導電型領域との間にバリア領域が位置する第１境界部と、前記第１導電型領域と前記第２導電型領域とが接触する第２境界部とを含む、請求項１に記載の太陽電池。
  17. 前記第１部分及び前記第２部分が互いに同じ物質を有するか、または互いに異なる物質を有する、請求項１に記載の太陽電池。
  18. 前記第１部分が、シリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコン炭化物、アルミニウム酸化物のうちの少なくとも１つを含み、
    前記第２部分が、シリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコン炭化物、アルミニウム酸化物のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の太陽電池。
  19. 前記第１導電型領域及び前記第２導電型領域上に位置する絶縁層と、
    前記半導体基板の他面に位置するパッシベーション膜と、
    をさらに含み、
    前記第２厚さは、前記第１及び第２導電型領域、前記絶縁層及び前記パッシベーション膜の厚さよりも小さい、請求項１に記載の太陽電池。
  20. 前記第１厚さが０．５〜５ｎｍであり、
    前記第２厚さが２ｎｍ〜１００ｎｍである、請求項１に記載の太陽電池。
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