JP2016092424A - 太陽電池 - Google Patents
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Abstract
【課題】キャリアが再結合され消滅するリーク電流（leakage current）を遮断する太陽電池を提供する。【解決手段】第１導電型の不純物を含有する半導体基板１１０と、半導体基板１１０の上に位置する金属酸化膜ＴＭＯと、金属酸化膜ＴＭＯの上に位置し、第１導電型と反対である第２導電型を有するエミッタ部１２１と、エミッタ部１２１に接続される第１電極１４１、及び半導体基板１１０に接続される第２電極１４２とを含む。【選択図】図２
Description
本発明は太陽電池に関する。
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測され、これらを取り替える代替エネルギーに対する関心が高くなり、これによって太陽エネルギーから電気エネルギーを生産する太陽電池が注目されている。
一般的な太陽電池はｐ型とｎ型のように互いに異なる導電型(conductive type)によりｐ−ｎ接合を形成する半導体部、それと互いに異なる導電型の半導体部にそれぞれ接続された電極を備える。
このような太陽電池に光が入射されれば半導体部で複数の電子―正孔対が生成され、生成された電子―正孔対は電荷である電子と正孔にそれぞれ分離され、電子はｎ型の半導体部の方向に移動し正孔はｐ型の半導体部の方向に移動する。移動した電子と正孔はそれぞれｎ型の半導体部とｐ型の半導体部に接続された互いに異なる電極によって収集され、この電極を電線で接続することにより電力を得る。
このような太陽電池は、インターコネクタによって互いに接続することができる。
本発明の目的は、太陽電池を提供することにある。
本発明の太陽電池は、第１導電型の不純物を含有する半導体基板と、半導体基板の上に位置する金属酸化膜と金属酸化膜の上に位置し、第１導電型と反対である第２導電型を有するエミッタ部と、エミッタ部に接続される第１電極と、後面半導体基板に接続される第２電極とを含む。
ここで、金属酸化膜に含まれる金属は、遷移金属または遷移後金属の内、少なくとも一つを含むことができる。
一例として、金属酸化膜は、ＮｉＯ、ＴｉＯ２、ＨｆＯ２、ＺｒＯ、ＷＯ、ＣｕＯ、Ｔａ２Ｏ５、Ａｌ２Ｏ３の内、いずれか一つから形成することができる。
さらに、金属酸化膜とエミッタ部は、半導体基板の後面に位置することができ、金属酸化膜の上に半導体基板より第１導電型の不純物を高濃度で含有する後面電界部とをさらに含むことができる。
このようなエミッタ部と後面電界部は多結晶シリコン材質から形成することができる。
また、金属酸化膜の後面に真性半導体層をさらに含み、エミッタ部と後面電界部は真性半導体層を間に置いて形成され、互いに分離することができる。
さらに、半導体基板と金属酸化膜との間には、半導体基板から生成されるキャリアを通過させる誘電体材質のトンネル層がさらに位置することができる。
ここで、金属酸化膜の厚さは、トンネル層の厚さより大きく、エミッタ部または後面電界部の厚さより小さいことがある。さらに具体的には、金属酸化膜の厚さは、５ｎｍ〜５０ｎｍの間で有り得る。
このような金属酸化膜は、金属酸化膜の前後面に臨界電圧以上の電圧が印加されるとき、０Ω超え１０Ω以下の抵抗値を有し、金属酸化膜の前後面に臨界電圧未満の電圧が印加されるか電圧が印加されないとき、１０ＭΩ〜１００ＭΩ間の抵抗値を有することがある。臨界電圧は０．７Ｖ〜１Ｖでありえる。
したがって、太陽電池が動作するとき、金属酸化膜の内でエミッタ部と半導体基板との間の金属酸化膜の第１部分と、後面電界部及び半導体基板との間の金属酸化膜の第２部分を介して、キャリアが移動し、真性半導体層と半導体基板との間の金属酸化膜の第３部分を介しては、キャリアが移動しないことがある。
また、トンネル層の誘電体材質は、ＳｉＣｘまたはＳｉＯｘで有り得、トンネル層は０．５ｎｍ〜２．５ｎｍの間の厚さを有することができる。
また、エミッタ部、後面電界部と真性半導体層の後面には、パッシベーション層とが位置することができ、パッシベーション層は、水素化された窒化シリコン膜（ＳｉＮｘ：Ｈ）、水素化された酸化シリコン膜（ＳｉＯｘ：Ｈ）、水素化された窒化酸化シリコン膜（ＳｉＮｘＯｙ：Ｈ）、水素化された酸化窒化シリコン膜（ＳｉＯｘＮｙ：Ｈ）、水素化された非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）の内、少なくともいずれか一つを含むことができる。
他の実施態様では、太陽電池は、半導体基板と、前記半導体基板に位置する、エミッタ部、後面電界部及び真性半導体部と、前記半導体基板、前記エミッタ部、前記後面電界部及び前記真性半導体部の間に位置する金属酸化膜とを含み、前記金属酸化膜は前記半導体基板の漏れ電流を遮断する。
前記金属酸化膜は、５ｎｍ〜５０ｎｍの厚さを有する。
本発明の一例に係る太陽電池は、金属酸化膜を含むことにより、キャリアが真性半導体層に移動する経路を事前に遮断し、真性半導体層でキャリアが再結合され消滅するリーク電流（leakage current）を遮断することができる。
以下では添付した図面を参照にして本発明の実施の形態に対して本発明が属する技術分野で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。しかし本発明はいろいろ多様な形態に実現することができ、ここで説明する実施の形態に限定されない。そして図面で本発明を明確に説明するために説明と関係ない部分は省略し、明細書全体を介して類似の部分に対しては類似の図面符号を付けた。
図で多くの層及び領域を明確に表現するために厚さを拡大して示した。層、膜、領域、基板などの部分が他の部分の「上に」あると言う時、これは他の部分の「真上に」ある場合だけではなくその中間に他の部分がある場合も含む。反対に何れの部分が他の部分の「真上に」あると言う時には中間に他の部分がないことを意味する。また何れの部分が他の部分上に“全体的”に形成されていると言う時には他の部分の全体面に形成されていることだけではなく端の一部には形成されないことを意味する。
以下において、前面とは、直射光が入射される半導体基板の一面であり得、後面とは、直射光が入射されないか、直射光ではなく、反射光が入射することができる半導体基板の反対面で有り得る。
図１及び図２は、本発明の一例に係る太陽電池を説明するための図として、図１は、太陽電池の一部斜視図を示したものであり、図２は、図１に示された太陽電池を第２方向に切断して図示した一部断面図である。
本発明の一例に係る太陽電池は、図１及び図２に示すように、反射防止膜１３０、半導体基板１１０、トンネル層１８０、金属酸化膜（ＴＭＯ）、エミッタ部１２１、後面電界部（１７２、back surface field、ＢＳＦ）、真性半導体層１５０、パッシベーション層１９０、第１電極１４１と第２電極１４２を備えることができる。
ここで、反射防止膜１３０とトンネル層１８０及びパッシベーション層は省略することがあるが、備える場合、太陽電池の効率がさらに向上するので、以下では、備える場合を一例として説明する。
半導体基板１１０は、第１導電型の不純物を含有する単結晶シリコン、多結晶シリコンまたは非晶質シリコンの内、少なくともいずれか一つで形成することができる。一例として、半導体基板１１０は、結晶シリコンウエハで形成することができる。
ここで、第１導電型は、ｎ型またはｐ型導電型の内、いずれか一つで有り得る。
半導体基板１１０がｐ型の導電型を有する場合、ホウ素（Ｂ）、ガリウム、インジウムなどのような３価元素の不純物が半導体基板１１０にドーピング（doping）される。しかし、半導体基板１１０がｎ型の導電型を有する場合、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）などのように５価元素の不純物が半導体基板１１０にドーピングすることができる。
以下では、このような半導体基板１１０の第１導電型がｎ型である場合を例に説明する。
このような半導体基板１１０の前面に複数の凹凸面を有することができる。これにより、半導体基板１１０の前面上に位置するエミッタ部１２１もまた凹凸面を有することができる。
これにより、半導体基板１１０の前面から反射される光の量が減少して、半導体基板１１０の内部に入射される光の量が増加することができる。
反射防止膜１３０は、外部から半導体基板１１０の前面に入射される光の反射を最小化するために、半導体基板１１０の前面の上に位置し、酸化アルミニウム膜（ＡｌＯｘ）、窒化シリコン膜（ＳｉＮｘ）、酸化シリコン膜（ＳｉＯｘ）と酸化窒化シリコン膜（ＳｉＯｘＮｙ）の内、少なくとも一つで形成されることができ、図１及び図２に示すように、単一膜でも形成が可能であるが、これと異なるように複数の膜でも形成することができる。
トンネル層１８０は、半導体基板１１０の後面全体に直接接触して配置され、誘電体材質を含むことができる。したがって、トンネル層１８０は、図１及び図２に示すように、単結晶シリコンで形成される半導体基板１１０の後面と金属酸化膜（ＴＭＯ）の前面との間に、半導体基板１１０と金属酸化膜（ＴＭＯ）が直接接触するように形成することができ、半導体基板１１０で生成されるキャリアを通過させることができる。
このようなトンネル層１８０は、半導体基板１１０で生成されたキャリアを通過させ、半導体基板１１０の後面のパッシベーション機能を実行することができる。
さらに、トンネル層１８０は、６００℃以上の高温工程にも耐久性が強いＳｉＣｘまたはＳｉＯｘで形成される誘電体材質で形成することができる。しかし、この他にも窒化シリコン膜（ＳｉＮｘ）、水素化された窒化シリコン膜（ＳｉＮｘ）、酸化アルミニウム膜（ＡｌＯｘ）、酸化窒化シリコン膜（ＳｉＯＮ）または水素化された酸化窒化シリコン膜(ＳｉＯＮ)で形成が可能であり、このようなトンネル層１８０の厚さ（Ｔ１８０）は、０．５ｎｍ〜２．５ｎｍの間で形成されることができる。
金属酸化膜（ＴＭＯ）は、半導体基板１１０の後面に位置するが、図１及び図２に示すように、半導体基板１１０の後面上に位置するトンネル層１８０の後面上に直接接触して配置することができる。このような金属酸化膜（ＴＭＯ）は、半導体基板１１０で生成されたキャリアの内、一部が真性半導体層１５０で再結合されて消滅するリーク電流（leakage current）を遮断することができる。
エミッタ部１２１は、金属酸化膜（ＴＭＯ）の後面の一部に直接接触して、複数個が第１方向（ｘ）に長く配置され、第１導電型と反対である第２導電型を有する多結晶シリコン材質で形成されることがあり、エミッタ部１２１は、トンネル層１８０を間に置いて、半導体基板１１０とｐ−ｎ接合を形成することができる。
各エミッタ部１２１は、半導体基板１１０とｐ−ｎ接合を形成するので、エミッタ部１２１は、ｐ型の導電型を有することができる。しかし、本発明の一例と異なり、半導体基板１１０がｐ型の導電型を有する場合、エミッタ部１２１は、ｎ型の導電型を有する。この場合、分離された電子は、複数のエミッタ部１２１の方向に移動し、分離された正孔は、複数の後面電界部１７２の方向に移動することができる。
複数のエミッタ部１２１がｐ型の導電型を有する場合、エミッタ部１２１には、３価元素の不純物がドーピングされることができ、逆に複数のエミッタ部１２１がｎ型の導電型を有する場合、エミッタ部１２１には、５価元素の不純物がドーピングされることができる。
このようなエミッタ部１２１は、（１）金属酸化膜（ＴＭＯ）の後面に真性多結晶シリコン層を蒸着させた後、真性多結晶シリコン層内に第２導電型の不純物を注入させて形成されるか、（２）金属酸化膜（ＴＭＯ）の後面に真性非晶質シリコン層を蒸着した後、熱処理して真性非晶質シリコン層を真性多結晶シリコン層に再結晶化しつつ、再結晶化される真性多結晶シリコン層内に第２導電型の不純物を注入させて形成することができる。
後面電界部１７２は、金属酸化膜（ＴＭＯ）の後面の内、前述した複数のエミッタ部１２１のそれぞれと離隔された一部の領域に直接接触して、複数個がエミッタ部１２１と同じ第１方向（ｘ）に長く位置するように形成することができる。
このような後面電界部１７２は、第１導電型の不純物が半導体基板１１０よりも高濃度でドーピングされる多結晶シリコンの材質で形成することができる。したがって、例えば、基板がｎ型タイプの不純物でドーピングされる場合、複数の後面電界部１７２は、ｎ＋の不純物領域で有り得る。
このような後面電界部１７２は、半導体基板１１０と後面電界部１７２との不純物濃度の差に起因する電位障壁によって、電子の移動方向である後面電界部１７２の方向への正孔移動を妨害する一方、後面電界部１７２の方向へのキャリア（例えば、電子）の移動を容易にすることができる。
したがって、後面電界部１７２及びその付近または第１及び第２電極（１４１、１４２）で電子と正孔の再結合で失われる電荷の量を減少させ、電子移動を加速させて後面電界部１７２への電子移動量を増加させることができる。
このような後面電界部１７２も、前述したエミッタ部１２１の形成方法と同様に、（１）金属酸化膜（ＴＭＯ）の後面に真性多結晶シリコン層を蒸着し、第２導電型の不純物を拡散させ形成されるか、（２）金属酸化膜（ＴＭＯ）の後面に真性非晶質シリコン層を蒸着し、多結晶シリコン層に再結晶化しつつ、第２導電型の不純物を拡散させ形成することができる。
ここで、エミッタ部１２１と後面電界部１７２の厚さ（Ｔ１２１、Ｔ１７２）は１００ｎｍ〜３００ｎｍの間に形成されることがあり、図１及び図２においては、エミッタ部１２１と後面電界部１７２の厚さ（Ｔ１２１、Ｔ１７２）が互いに同じに形成された場合を一例として示したが、これと異なるように部１２１と後面電界部１７２の厚さ（Ｔ１２１、Ｔ１７２）が互いに異なるように形成することもできる。
真性半導体層１５０は、金属酸化膜（ＴＭＯ）の後面に直接接触して形成されるが、金属酸化膜（ＴＭＯ）の後面の内、エミッタ部１２１と後面電界部１７２との間の離隔された空間に形成されることがあり、このような真性半導体層１５０は、エミッタ部１２１と後面電界部１７２と異なるように第１導電型の不順物または第２導電型の不純物がドーピングされない真性多結晶シリコン層で形成することができる。
したがって、このような真性半導体層１５０の形成方法は、第１、第２導電型の不純物がドーピングされることを除外し、先のエミッタ部１２１や後面電界部１７２の形成方法と同じに形成されることがあり、エミッタ部１２１と後面電界部１７２が形成されるときに共に形成することができる。
したがって、真性半導体層１５０は、金属酸化膜（ＴＭＯ）の後面の内、エミッタ部１２１と後面電界部１７２との間の離隔された空間に形成されるが、図１及び図２に示されたように、真性半導体層１５０の両側面のそれぞれはエミッタ部１２１の側面と後面電界部１７２の側面に直接接触される構造を有することができる。
パッシベーション層１９０は、後面電界部１７２、真性半導体層１５０とエミッタ部１２１に形成される多結晶シリコンの材質の層の後面に形成されたダングリングボンド（dangling bond）による欠陥を除去し、半導体基板１１０から生成されたキャリアがダングリングボンドによって再結合されて消滅することを防止する又は抑制する役割をすることができる。
そのために、パッシベーション層１９０は、真性半導体層１５０の後面を完全に被覆し、エミッタ部１２１の後面の内、第１電極１４１が接続された部分を除外した残りの部分を被覆し、後面電界部１７２の後面の内、第２電極１４２が接続された部分を除外した残りの部分を被覆するように形成することができる。
このようなパッシベーション層１９０は、誘電体層に形成されることがあり、一例として、水素化された窒化シリコン膜（ＳｉＮｘ：Ｈ）、水素化された酸化シリコン膜（ＳｉＯｘ：Ｈ）、水素化された窒化酸化シリコン膜（ＳｉＮｘＯｙ：Ｈ ）、水素化された酸化窒化シリコン膜（ＳｉＯｘＮｙ：Ｈ）、水素化された非晶質シリコン膜（ａ−Ｓｉ：Ｈ）の内、少なくともいずれか一つで単層または複数の層で形成することができる。
第１電極１４１は、複数個で有り得、複数のエミッタ部１２１の上に位置して、複数のエミッタ部１２１に沿って第１方向（ｘ）に延長されており、複数のエミッタ部１２１と電気的及び物理的に接続することができる。したがって、各第１電極１４１は、そのエミッタ部１２１の方向に移動した電荷、例えば、正孔を収集することができる。
第２電極１４２も複数個で有り得、複数の後面電界部１７２の上に位置し、複数の後面電界部１７２に沿って第１方向（ｘ）に長く延長されており、複数の後面電界部１７２と電気的及び物理的に接続することができる。したがって、各第２電極１４２は、その後面電界部１７２の方向に移動する電荷、例えば、電子を収集することができる。
このような複数の第１及び第２電極（１４１、１４２）は、導電性金属材質で形成することができる。たとえば、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、スズ（Ｓｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、インジウム（Ｉｎ）、チタン（Ｔｉ）、金（Ａｕ）及びこれらの組み合わせからなる群から選ばれた少なくとも一つの導電性物質からなることもあり、これとは異なるように、透明導電性金属、例えば、ＴＣＯを含んで形成されることもある。
一方、本発明の一例に係る太陽電池は、前述したように、図１及び図２に示すように、真性半導体層１５０からのリーク電流を遮断するために、半導体基板１１０の後面に金属酸化膜（ＴＭＯ）が位置することができる。
このような金属酸化膜（ＴＭＯ）に含まれる金属は、遷移金属または遷移後金属の内、少なくとも一つを含んで形成することができる。
さらに具体的一例として、金属酸化膜（ＴＭＯ）はＮｉＯ、ＴｉＯ２、ＨｆＯ２、ＺｒＯ、ＷＯ、ＣｕＯまたはＴａ２Ｏ５のような遷移金属酸化膜（ＴＭＯ）の内、少なくとも一つで形成されるか、またはＡｌ２Ｏ３などのような遷移後金属酸化膜（ＴＭＯ）の内、少なくとも一つで形成することができる。
このような金属酸化膜（ＴＭＯ）において、図２に示すように、金属酸化膜（ＴＭＯ）の内、半導体基板１１０とエミッタ部１２１との間の第１部分（ＴＭＯ１）及び半導体基板１１０と後面電界部１７２との間の第２部分（ＴＭＯ２）は太陽電池が動作する時、電気的に導通され、半導体基板１１０と真性半導体層１５０との間の第３部分（ＴＭＯ３）は太陽電池が動作する時、電気的に絶縁されることができる。したがって、半導体基板１１０で生成されたキャリアの内、一部が真性半導体層１５０で再結合されて消滅するリーク電流（leakage current）を防止することができる。
さらに、本発明の金属酸化膜（ＴＭＯ）の厚さ（Ｔ１）は、トンネル層１８０の厚さ（Ｔ１８０）より大きく、エミッタ部１２１または後面電界部１７２の厚さ（Ｔ１２１ ｏｒ Ｔ１７２）より小さいことがあり、より好ましくは５ｎｍ〜５０ｎｍの間で形成されることがある。これは金属酸化膜（ＴＭＯ）の前後面の間に電圧が印加されると金属酸化膜（ＴＭＯ）は電気的に導通されることができるが、金属酸化膜（ＴＭＯ）を電気的に導通させるための臨界電圧は、厚さ（Ｔ１）に基づいて異なる場合があり、前述したように、５ｎｍ〜５０ｎｍの間の厚さ（Ｔ１）で形成する時、金属酸化膜（ＴＭＯ）の臨界電圧が太陽電池に適用可能するように十分に低く設定することができるためである。
さらに具体的には、金属酸化膜（ＴＭＯ）は５ｎｍ以上になるようにすることは、金属酸化膜（ＴＭＯ）の臨界電圧が過度に低くなることを防止するためであり、金属酸化膜（ＴＭＯ）が５０ｎｍ以下になるようにすることは金属酸化膜（ＴＭＯ）の臨界電圧が過度に増加することを防止するためである。
ここで、臨界電圧は、前述したような厚さの範囲を有する場合、０．７Ｖ〜１Ｖの間で形成されることがあり、好ましくは、約０．７Ｖ程度に形成することができる。
このような金属酸化膜（ＴＭＯ）は金属酸化膜（ＴＭＯ）の前面と後面の間に電圧差が発生しないか、または臨界電圧未満のときには一例として、１０ＭΩ〜１００ＭΩ間の抵抗値を有し、金属酸化膜（ＴＭＯ）の前面と後面の電圧差が臨界電圧以上のとき、０Ωより大きく１０Ω以下の抵抗値を有することができる。
本発明のように、金属酸化膜（ＴＭＯ）が含まれた場合は、金属酸化膜（ＴＭＯ）の内、第１部分（ＴＭＯ１）の前後面と第２部分（ＴＭＯ２）の前後面との間にはｐ−ｎ接合によるバンドオフ電圧（band off voltage）または不純物ドーピング濃度によって電圧差が臨界電圧以上に発生し、第３部分（ＴＭＯ３）の前後面との間には電圧差が発生しないか、または臨界電圧未満で有り得る。
したがって、金属酸化膜（ＴＭＯ）の内、第１部分（ＴＭＯ１）と第２部分（ＴＭＯ２）を介しては電流が流れるようになり、同時に第３部分（ＴＭＯ３）を介しては電流が流れず、遮断することができる。
このような太陽電池を動作させるためには、動作初期に太陽電池の第１電極１４１と第２電極１４２との間に臨界電圧以上の電圧を印加して、金属酸化膜（ＴＭＯ）の第１部分（ＴＭＯ１）と第２部分（ＴＭＯ２）をターンオン（turn on）させるソフトブレークダウン（soft break down）プロセスが必要になることがありうる。
このような金属酸化膜（ＴＭＯ）が含まれた太陽電池の駆動についてさらに詳しく説明すると、次の通りである。
図３〜図５は、図１及び図２に示された本発明の一例のように、金属酸化膜（ＴＭＯ）が含まれた太陽電池を動作させる方法について説明するための図である。
図３〜図５においては、第１導電型の不純物がｎ型であり、第２導電型の不純物がｐ型である場合を一例として示したが、その逆の場合も、本発明の金属酸化膜（ＴＭＯ）が同様に適用することができる。
本発明のように、金属酸化膜（ＴＭＯ）が含まれた太陽電池を動作させるためには、前述したように、ソフトブレークダウン（soft break down）プロセスが必要になることがありうる。
さらに具体的には、複数個の太陽電池が直列接続されモジュール化された状態で、モジュール化された状態の内部に光が入射される場合、図３に示すように、金属酸化膜（ＴＭＯ）が含まれた太陽電池は、光が入射され、半導体基板１１０内に電子（−）と正孔（＋）のようなキャリアが発生しても、第１電極１４１と接続されるエミッタ部１２１及び第２電極１４２と接続される後面電界部１７２に収集されたキャリアがなく、金属酸化膜（ＴＭＯ）の第１部分（ＴＭＯ１）、第２部分（ＴＭＯ２）と第３部分（ＴＭＯ３）はすべて１０ＭΩ〜１００ＭΩ間の抵抗値を有するオフ（off）状態で有り得る。
しかし、図４に示すように、臨界電圧（Ｖｔｈ）以上の電圧を太陽電池の第１電極１４１に（−）の極性と第２電極１４２に（＋）極性が接続されるように印加すると、金属酸化膜（ＴＭＯ）の第１部分（ＴＭＯ１）と第２部分（ＴＭＯ２）の前面と後面には、臨界電圧以上の電圧がかかるようになって、金属酸化膜（ＴＭＯ）の第１部分（ＴＭＯ１）と第２部分（ＴＭＯ２）には、ソフトブレークダウン（soft break down）が発生することになり、それに応じて、第１部分（ＴＭＯ１）と第２部分（ＴＭＯ２）はターンオン（turn on）され、０Ωより大きく１０Ω以下の抵抗値を有することができ、金属酸化膜（ＴＭＯ）の第３部分（ＴＭＯ３）には、電圧が印加されなくオフ（off）状態を維持することができる。
したがって、半導体基板１１０内で生成された正孔（＋）は、金属酸化膜（ＴＭＯ）の第１部分（ＴＭＯ１）を介してエミッタ部１２１に移動し、第１電極１４１にある電子（−）と結合され、半導体基板１１０内で生成された電子（−）は、金属酸化膜（ＴＭＯ）の第２部分（ＴＭＯ２）を介して後面電界部１７２に移動して、第２電極１４２にある正孔（＋）と結合される電流パスが形成されることができる。
このように、太陽電池に臨界電圧（Ｖｔｈ）以上の電圧が印加され、金属酸化膜（ＴＭＯ）のソフトブレークダウンが発生した後には、太陽電池に印加された電圧を除去しても、図５に示すように、半導体基板１１０で生成されたキャリアが継続的に金属酸化膜（ＴＭＯ）の第１部分（ＴＭＯ１）と第２部分（ＴＭＯ２）を介してエミッタ部１２１と後面電界部１７２に移動する状態を維持しながら、金属酸化膜（ＴＭＯ）の第１部分（ＴＭＯ１）と第２部分（ＴＭＯ２）はターンオン（turn on）状態を維持し、第３部分（ＴＭＯ３）はオフ（off）状態を維持することができる。
したがって、図５に示すように、太陽電池が動作するとき、金属酸化膜（ＴＭＯ）の内、第１部分（ＴＭＯ１）と第２部分（ＴＭＯ２）を介してキャリアが移動し、真性半導体層１５０と、半導体基板１１０との間に重畳された第３部分（ＴＭＯ３）を介しては、キャリアが移動しないことがある。
したがって、本発明に係る太陽電池は、金属酸化膜（ＴＭＯ）によりキャリアが真性半導体層１５０に移動する経路を事前に遮断することにより、真性半導体層１５０でキャリアが再結合して消滅されるリーク電流（leakage current）を遮断することができる。
以上、本発明の好適な実施例について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されるものではなく、次の請求の範囲で定義している本発明の基本的な概念を利用した当業者の様々な変形及び改良形態また、本発明の権利範囲に属するものである。
Claims (20)
- 第１導電型の不純物を含有する半導体基板と、
前記半導体基板の上に位置する金属酸化膜と、
前記金属酸化膜の上に位置し、前記第１導電型と反対の第２導電型を有するエミッタ部と、
前記エミッタ部に接続される第１電極、と
前記半導体基板に接続される第２電極とを含む、太陽電池。 - 前記金属酸化膜に含まれる金属は、遷移金属または遷移後金属の内、少なくとも一つを含む、請求項１に記載の太陽電池。
- 前記金属酸化膜は、ＮｉＯ、ＴｉＯ２、ＨｆＯ２、ＺｒＯ、ＷＯ、ＣｕＯ、Ｔａ２Ｏ５、Ａｌ２Ｏ３の内、いずれか一つで形成される、請求項１に記載の太陽電池。
- 前記金属酸化膜と前記エミッタ部は、前記半導体基板の後面に位置する、請求項１に記載の太陽電池。
- 前記金属酸化膜の上に位置し、前記半導体基板の不純物濃度より前記第１導電型の不純物を高濃度で含有する後面電界部とをさらに含む、請求項４に記載の太陽電池。
- 前記エミッタ部と前記後面電界部は多結晶シリコン材質から形成される、請求項５に記載の太陽電池。
- 前記金属酸化膜の後面に真性半導体層をさらに含み、
前記エミッタ部と前記後面電界部は、前記真性半導体層を間の位置に形成され、互いに分離される、請求項５に記載の太陽電池。 - 前記半導体基板と前記金属酸化膜との間には、前記半導体基板で生成されるキャリアを通過させる誘電体材質のトンネル層とがさらに位置する、請求項５に記載の太陽電池。
- 前記金属酸化膜の厚さは、前記トンネル層の厚さより大きく、前記エミッタ部又は前記後面電界部の厚さより小さい、請求項８に記載の太陽電池。
- 前記金属酸化膜の厚さは、５ｎｍ〜５０ｎｍの間である、請求項９に記載の太陽電池。
- 前記金属酸化膜は、
前記金属酸化膜の前後面に臨界電圧以上の電圧が印加されるとき、０Ωより大きく１０Ω以下の抵抗値を有し、
前記金属酸化膜の前後面に臨界電圧未満の電圧が印加されたり電圧が印加されないとき、１０ＭΩ〜１００ＭΩの間の抵抗値を有する、請求項１に記載の太陽電池。 - 前記臨界電圧が０．７Ｖ〜１Ｖである、請求項１１に記載の太陽電池。
- 前記太陽電池が動作するとき、
前記エミッタ部と前記半導体基板との間の金属酸化膜の第１部分と、前記後面電界部と前記半導体基板との間の前記金属酸化膜の第２部分を介して、キャリアが移動し、
前記真性半導体層と前記半導体基板との間の前記金属酸化膜の第３部分を介しては、キャリアが移動しない、請求項５に記載の太陽電池。 - 前記トンネル層の誘電体の材質は、ＳｉＣｘまたはＳｉＯｘである、請求項８に記載の太陽電池。
- 前記トンネル層は、０．５ｎｍ〜２．５ｎｍの間の厚さを有する、請求項８に記載の太陽電池。
- 前記エミッタ部と前記後面電界部及び、前記真性半導体層の後面には、パッシベーション層とがさらに位置する、請求項５に記載の太陽電池。
- 前記パッシベーション層は、水素化された窒化シリコン膜（ＳｉＮｘ：Ｈ）、水素化された酸化シリコン膜（ＳｉＯｘ：Ｈ）、水素化された窒化酸化シリコン膜（ＳｉＮｘＯｙ：Ｈ）、水素化された酸化窒化シリコン膜（ＳｉＯｘＮｙ：Ｈ）、水素化された非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）の内、少なくともいずれか一つを含む、請求項１６に記載の太陽電池。
- 半導体基板と、
前記半導体基板に位置する、エミッタ部と、後面電界部と、真性半導体部と、
前記半導体基板と、前記エミッタ部と、前記後面電界部と前記真性半導体部の間に位置する金属酸化膜とを含み、
前記金属酸化膜は前記半導体基板の漏れ電流を遮断する、太陽電池。 - 前記金属酸化膜は、ＮｉＯ、ＴｉＯ２、ＨｆＯ２，ＺｒＯ，ＷＯ、ＣｕＯ，ＴａＯ５及びＡｌ２Ｏ３の内の一つから形成される、請求項１８に記載の太陽電池。
- 前記金属酸化膜は、５ｎｍ〜５０ｎｍの厚さを有する、請求項１８に記載の太陽電池。
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