JP2016127294A - 太陽電池モジュール及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明は、太陽電池モジュールに関する。【解決手段】太陽電池モジュールは、電極を含む複数の太陽電池の電極上に低融点金属を塗布する段階と、低融点金属を溶融して電極上に接触層を形成する段階と、接触層に超音波振動を発生させ、電極の表面に形成された表面酸化膜を除去する段階と、電極の表面金属と接触層を溶融して電極の表面に金属接続層を形成する段階と、金属接続層にインターコネクタを接続させる段階を含む。【選択図】図２Ｂ

Description

本発明は太陽電池モジュール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すると半導体で複数の電子と正孔対が生成され、生成された電子と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型半導体部の方向に移動し、正孔はｐ型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ｐ型半導体部とｎ型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して電力を得る。
本発明の目的は、太陽電池モジュールの効率を向上することにある。
本発明の実施の形態に係れば、太陽電池モジュールの製造方法は、半導体基板、半導体基板とｐ−ｎ接合を形成するエミッタ部、半導体基板の前面に形成される第２反射防止膜と、半導体基板の後面に形成される第１反射防止膜と、エミッタ部に接続される前面電極、後面電界部に接続される後面電極を含む複数の太陽電池の内の少なくとも一つの太陽電池をパッドの上に位置させる段階と、前面電極と後面電極上に低融点金属を塗布する段階と、低融点金属を溶融して、前面電極と後面電極上に接触層を形成する段階と、接触層に超音波振動を発生させ、前面電極と後面電極の表面の表面酸化膜を除去する段階と、前面電極と後面電極の内、少なくとも一つの表面金属と低融点金属を溶融して、前面電極と後面電極の表面に金属接続層を形成する段階と、金属接続層にインターコネクタを接続させる段階を含むことができる。
また、本発明の実施の形態によれば、表面酸化膜を除去する段階は、接触層の表面に超音波振動を発生させる段階と、超音波振動によって接触層の内部にキャビテーション（cavitation：空洞現象）が発生する段階と、キャビテーション現象によって、前面電極と後面電極の表面に形成された表面酸化膜を除去する段階を含むことができる。
そして、前面電極と後面電極を形成する段階は、半導体基板の後面に高融点金属を塗布する段階と、高融点金属に超音波振動を発生させ、後面電極を形成する段階と、半導体基板の後面と反対である半導体基板の前面に低融点金属を塗布する段階と、低融点金属に超音波振動を発生させ、前面電極を形成する段階を含むことができる。
本発明に係る太陽電池は、基板の前面、後面にスズ（Ｓｎ）が含有されたはんだを用いて、電極を形成することにより、太陽電池の製造コストを節減することができる。
また、超音波振動を用いたはんだ付け工程を介して電極を形成することにより、電極とシリコンとの間の結合力が向上し、接触抵抗が減少し、太陽電池の効率を極大化することができる。
また、本発明に係る太陽電池モジュールは、低融点金属が含まれたはんだを超音波を用いて、はんだ付け工程を実行することにより、電極とインターコネクタとの間の結合力が向上し、接触抵抗が最小化し、太陽電池の効率を最大化することができる。
そして、超音波を用いたはんだ付け工程によって生成されたキャビテーション（cavitation）現象によってフラックスを用いず、電極の表面に形成された酸化膜を除去することにより、太陽電池の製造コストと時間を節減することができる。
本発明に係る太陽電池モジュールの分解斜視図である。 本発明に係る太陽電池モジュールを前面から見た形状を示す図である。 図２ＡのＡ’−Ａ’ラインに沿った断面を示す図である。 ２ＢのＡＡ部分を拡大して示した図である。 超音波はんだ付け装置の構成を示す図である。 図３Ａに示す超音波生成部の詳細図である。 図１に示した太陽電池モジュールの製造方法を説明するための図である。 図１に示した太陽電池モジュールの製造方法を説明するための図である。 図１に示した太陽電池モジュールの製造方法を説明するための図である。 図１に示した太陽電池モジュールの製造方法を説明するための図である。 図１に示した太陽電池モジュールの製造方法を説明するための図である。 図１に示した太陽電池モジュールの製造方法を説明するための図である。 本発明の一例に係る太陽電池モジュールを前面から見た形状を示す図である。 図６ＡのＢ’−Ｂ’ラインに沿った断面を示す図である。 図６に示した太陽電池モジュールの製造方法を説明するための図である。 図６に示した太陽電池モジュールの製造方法を説明するための図である。 図６Ａに示された太陽電池の他の一例を説明するための図である。 図８Ａに示された太陽電池をＣ’−Ｃ’ラインに沿って切って示した概略的な断面図である。 図８Ａに示す太陽電池の製造方法を順次に示した図である。 図８Ａに示す太陽電池の製造方法を順次に示した図である。 図８Ａに示す太陽電池の製造方法を順次に示した図である。 図８Ａに示す太陽電池の製造方法を順次に示した図である。 図８Ａに示す太陽電池の製造方法を順次に示した図である。 図６Ａに示された太陽電池の他の一例を説明するための図である。 図１０Ａに示されたＡ部分を拡大して示した図である。 図６Ａに示された太陽電池の他の一例を説明するための図である。 図６Ａに示された太陽電池の他の一例を説明するための図である。
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具現されることができ、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。
図において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（また全面 ）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。
さらに、いずれから２つの値が同じであるということは、誤差範囲１０％以下で同じであることを意味する。
それでは添付した図面を参照にして本発明の実施の形態に係る太陽電池および太陽電池モジュールについて説明する。
図１及び図２は、本発明の一例に係る太陽電池モジュールを説明するための図である。
具体的には、図１は、本発明に係る太陽電池モジュールの分解斜視図であり、図２Ａは、本発明に係る太陽電池モジュールを前面から見た形状を示す図であり、図２Ｂは、図２ＡのＡ’−Ａ’ラインに沿った断面を示す図であり、図２Ｃは、 図２ＢのＡＡ部分を拡大図示した図である。
図１及び図２を参考にすれば、太陽電池モジュール１００は、複数の太陽電池（Ｃ）、隣接する太陽電池（Ｃ）を電気的に接続するインターコネクタ１６０、太陽電池（Ｃ）を保護する保護膜（３００、４００）、太陽電池（Ｃ）の受光面の方向に、前面保護膜３００上に配置される透明部材２００、及び受光面の反対の方向に後面保護膜４００の下部に配置される不透明材質の後面シート（back sheet）５００を含むことができる。
まず、透明部材２００は、透過率が高く、破損を防止するために、強化ガラスで構成されている。この時、強化ガラスは、鉄成分の含有量が低い低鉄分強化ガラス（low iron tempered glass）で有り得る。このような透明部材２００は、光の散乱効果を高めるために内側面がエンボス（embossing）やテクスチャリング(texturing)処理されることができる。
前面と後面保護膜（３００、４００）は、太陽電池（Ｃ）の上部と下部にそれぞれ配置された状態で、ラミネート工程によって太陽電池（Ｃ）と一体化されるもので、湿気の浸透による腐食を防止して太陽電池（Ｃ）及び太陽電池モジュール１００を衝撃から保護するための封止材（encapsulate material）で有り得る。
このような前面と後面保護膜（３００、４００）は、エチレン酢酸ビニル（ＥＶＡ、ethylene vinyl acetate）、ポリビニルブチラール、ケイ素樹脂、エステル系樹脂、オレフィン系樹脂のような物質からなることができる。
後面シート５００は、太陽電池モジュール１００の後面からの湿気が浸透することを防止して太陽電池（Ｃ）を外部環境から保護することができる。このようなバックシート５００は、水分と酸素の浸透を防止する層、化学的腐食を防止する層、絶縁特性を有する層のような多層構造を有することができる。このとき、後面シート５００は、ＦＰ/ＰＥ/ＦＰ（fluoropolymer/polyeaster/fluoropolymer）のような絶縁物質からなる薄いシートからなるが、他の絶縁物質からなる絶縁シートで有り得る。
本発明に係る太陽電池モジュール１００に適用される第１太陽電池（Ｃ１）の一例は、図２に示した通りである。
図２Ａ〜図２Ｃを参照すると、本発明の第１の実施の形態に係る第１太陽電池（Ｃ１）は、反射防止膜１３２、半導体基板１１０、エミッタ部１２１、後面電界部１７２、第１電極１４１と第２電極１５２を含むことができる。
ここで、反射防止膜１３２は、省略されることがあるが、備えられた場合、太陽電池の効率がさらに向上するので、以下では、 備えられた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、多結晶シリコンの内、少なくともいずれか１つで形成することができる。一例として、半導体基板１１０は、単結晶シリコンウエハに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型導電型のいずれか１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の前面には、複数の突出部を備えたテクスチャリング表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反射防止膜１３２もテクスチャリング表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１３２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することができ、図２Ｂ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。
エミッタ部１２１は、半導体基板１１０の後面の一部に直接接触し、互いに離隔しており、複数個が第１方向（ｘ）に長く配置することができる。
このようなエミッタ部１２１は、第１導電型、すなわち、半導体基板１１０の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得、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することができる。
後面電界部１７２は、半導体基板１１０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より高濃度でドーピングされる多結晶シリコン材質で形成することができる。したがって、例えば、半導体基板１１０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電極及び第２電極１４２からの電子と正孔の再結合で失われる電荷の量を減少させ、電子移動を加速化させて後面電界部１７２への電子移動量を増加させることができる。
第１電極１４１は、それぞれのエミッタ部１２１に接続されて、当該エミッタ部１２１の方向に移動したキャリア、例えば、正孔を収集することができる。
第２電極１４２は、それぞれの後面電界部１７２に接続され、当該後面電界部１７２の方向に移動したキャリア、例えば、電子を収集することができる。
このような第１電極１４１と第２電極１４２のそれぞれは、図２Ｃを参考すると、接着金属層（ＣＴＬ）、光反射金属層（ＲＥＬ）、拡散防止金属層（ＡＬＤ）を含むことができる。
先ず、接着金属層（ＣＴＬ）はエミッタ部１２１または後面電界部１７２の後面上に直接接続して位置し、光透過性で有り得る。接着金属層（ＣＴＬ）の光透過性は５０％〜１００％の透過度を有することができ、さらに具体的には、８０％〜１００％の透過度を有することができる。
このような接着金属層（ＣＴＬ）は、シリコン材質が含まれたエミッタ部１２１または後面電界部１７２と、光反射金属層（ ＲＥＬ）との間の熱膨張係数の差による熱膨張ストレスを最小化するために、エミッタ部１２１または後面電界部１７２の熱膨張係数と光反射金属層（ＲＥＬ）の熱膨張係数との間の熱膨張係数を有することができる。これにより、エミッタ部１２１または後面電界部１７２と、光反射金属層（ＲＥＬ）との間の熱膨張係数の差による熱膨張ストレスを最小化して接触特性をさらに向上させることができる。
一例として、このような接着金属層（ＣＴＬ）は、前述したような熱膨張係数を有するチタン（Ｔｉ）またはタングステン（Ｗ）を含むことができる。
このような接着金属層（ＣＴＬ）の厚さは、エミッタ部１２１または後面電界部１７２と、光反射金属層（ＲＥＬ）との間の熱膨張ストレスを十分に緩和するために、一例として、５０ｎｍ以下で有り得、好ましくは、５ｎｍ〜１０ｎｍの間で形成することができる。
光反射金属層（ＲＥＬ）は、接着金属層（ＣＴＬ）の後面上に位置して、接着金属層（ＣＴＬ）との界面で光を反射する機能をすることができる。したがって、光反射金属層（ＲＥＬ）が接着金属層（ＣＴＬ）の後面に直接接続して配置される場合、半導体基板１１０とエミッタ部１２１または後面電界部１７２を透過した長波長帯域の光を再び半導体基板１１０の方向に反射させ、太陽電池の効率をさらに向上させることができる。
したがって、前述のような光反射機能を確保するために、光反射金属層（ＲＥＬ）は、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）またはアルミニウム（Ａｌ）、またはこれらの合金を含んで形成することができる。
このような光反射金属層（ＲＥＬ）の厚さは、光反射機能を十分に確保するために、接着金属層（ＣＴＬ）の厚さと同じであるか、さらに大きく形成することができる。
拡散防止金属層（ＡＬＤ）は、光反射金属層（ ＲＥＬ）の後面上に位置することができる。一例として、拡散防止金属層（ＡＬＤ）は、光反射金属層（ＲＥＬ）と直接接触して形成することができる。ここで、拡散防止金属層（ＡＬＤ）は、ニッケル-バナジウム合金（ＮｉＶ）またはスズ（Ｓｎ）を含むことができる。
このような 拡散防止金属層（ＡＬＤ）の厚さは、光反射金属層（ＲＥＬ）の厚さと同じであるか、さらに大きくすることができる。
金属接続層１９２は、第１電極及び第２電極（１４１、１４２）とインターコネクタ１６０との間に位置し、第１電極及び第２電極（１４１、１４２）とインターコネクタ１６０を電気的に接続することができる。
金属接続層１９２は、第１電極及び第２電極（１４１、１４２）と、第１電極１４１または第２電極１４２を包んで形成された絶縁膜１８０を除外したエミッタ部１２１と後面電界部１７２の一部の領域に直接接触することができる。
このような金属接続層１９２は、第１電極及び第２電極（１４１、１４２）とインターコネクタ１６０の内、少なくとも一つと、金属溶融接合を形成する低融点金属からなることができる。
金属接続層１９２は、第１電極または第２電極（１４１、１４２）の内、少なくとも一つの表面金属と低融点金属が溶融して、第１電極及び第２電極（１４１、１４２）の表面に形成することができる。このような低融点金属としては、スズ（Ｓｎ）、ビスマス（Ｂｉ）、鉛（Ｐｂ）、カドミウム（Ｃｄ）、またはＳｎＩｎ、ＳｎＢｉ、ＳｎＰｂ、ＳｎＡｇ ＳｎＳｂ、ＳｎＺｎ、ＳｎＣｕＡｇ、ＳｎＣｕのような化学式を有する金属物質で構成されているか、またはこれらの混合されたもので有り得る。このとき、スズ（Ｓｎ）の溶融点は２３２℃であり、ビスマス（Ｂｉ）の溶融点は２７１℃であり、鉛（Ｐｂ）の溶融点は３２７℃であり、カドミウム（Ｃｄ）の溶融点は３２１℃である。 ＳｎＩｎの溶融点は１１７℃であり、ＳｎＢｉの溶融点は１３８℃であり、ＳｎＰｂの溶融点は１８６℃である。本実施の形態において、第１電極及び第２電極（１４１、１４２）の内、少なくとも一つの表面金属は、第１電極及び第２電極（１４１、１４２）の内、少なくとも一つの上端部の一部または表面部分を示すことができる。
インターコネクタ１６０は、複数の第１太陽電池（Ｃ１）を電気的に接続し、金属接続層１９２と電気的及び物理的に接続することができる。この時、インターコネクタ１６０は、互いに隣接した第１太陽電池（Ｃ１）を電気的に直列接続することができる。
インターコネクタ１６０は、ワイヤの形態で備え、導電性金属１６２と導電性金属１６２の表面に被覆されたはんだ（solder）からなるコーティング膜１６４を含むことができる。この時、インターコネクタ１６０の直径は、約３００−３８０μｍであり、コーティング膜１６４の厚さは約５−２０μｍで有り得る。このようなインターコネクタ１６０は、１０−１８個の間に形成することができる。
導電性金属１６２は、導電性が良いニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）のような導電性物質からなり、コーティング膜１６４は、低融点金属で構成することができる。
コーティング膜１６４が低融点金属で構成されるため、インターコネクタ１６０と、第１太陽電池（Ｃ１）を接合する工程で加わる熱により金属接続層１９２とコーティング膜１６４の内、少なくとも一つが溶融されて金属接続層１９２と金属溶融接合を形成することができる。このような低融点金属としては、スズ（Ｓｎ）、ビスマス（Ｂｉ）、鉛（Ｐｂ）、カドミウム（Ｃｄ）、またはＳｎＩｎ、ＳｎＢｉ、ＳｎＰｂ、ＳｎＡｇ ＳｎＳｂ、ＳｎＺｎ、ＳｎＣｕＡｇ、ＳｎＣｕのような化学式を有する金属物質で構成されているか、またはこれらが混合されたもので有り得る。このとき、スズ（Ｓｎ）の溶融点は２３２℃であり、ビスマス（Ｂｉ）の溶融点は２７１℃であり、鉛（Ｐｂ）の溶融点は３２７℃であり、カドミウム（Ｃｄ）の溶融点は３２１℃である。 ＳｎＩｎの溶融点は１１８℃であり、ＳｎＢｉの溶融点は１３８℃であり、ＳｎＰｂの溶融点は１８６℃である。
金属接続層１９２の低融点金属とコーティング膜１６４の低融点金属は、同じ物質からなるか、互いに異なる物質から成り得る。
金属接続層１９２の低融点金属とコーティング膜１６４の低融点金属は、同じ物質からなる場合、インターコネクタ１６０と金属接続層１９２との間の結合力が向上されて接触抵抗が最小化することができる。これにより、太陽電池の効率を極大化することができる。
一方、金属接続層１９２の低融点金属１６２とコーティング膜１６４の低融点金属がすべて低融点金属を含むので、互いに異なる物質からなる場合にも、インターコネクタ１６０と金属接続層１９２との間の結合力を維持することができる。
さらに、インターコネクタ１６０は、絶縁膜１８０によって第１電極１４１または第２電極１４２と交差する部分で、第１電極１４１または第２電極１４２と、互いに絶縁することができる。ここで、絶縁膜１８０は、エポキシ（epoxy）のような絶縁性樹脂を含んで形成することができる。
図３Ａは超音波はんだ付け装置を示す図であり、図３Ｂは図３Ａに示した超音波生成部の詳細図である。
図３Ａに示すように、超音波はんだ付け装置２は、第１太陽電池（Ｃ１）が位置するパッド１、超音波はんだ付け装置２に電源を供給する電源部１０、超音波はんだ付け装置２を制御する制御部２０、制御部２０のコマンドに応じて駆動する駆動部３０、駆動部３０の動作に応じて、はんだ４２を供給するはんだ供給部４０及び超音波を生成する超音波生成部５０からなることができる。
はんだ供給部４０は、金属接続層１９２を形成するはんだ４２を供給することができる。このとき、はんだ４２は、固体状態で供給され、一定の大きさで複数個を供給することができる。
はんだ供給部４０は、はんだ４２の供給速度を調節して供給されるはんだ４２の大きさを制御することができる。
具体的には、はんだ４２の供給速度が速い場合、はんだ４２の大きさを小さく供給することにより、はんだ供給部４０は、薄い厚さを有する第１電極及び第２電極（１４１、１４２）の上に容易にはんだ４２を位置させることができる。
一方、はんだ４２の供給速度が遅い場合、はんだ４２の大きさを大きく供給することができる。
パッド１は、金属接続層１９２の低融点金属より高い温度に予熱することができる。たとえば、金属接続層１９２の低融点金属がスズ（Ｓｎ）からなる場合、パッド１は、約２６０℃まで加熱することができる。すなわち、パッド１は、金属接続層１９２の低融点金属の溶融温度より約１０〜２０℃高く設定することができる。
図３Ｂに示すように、超音波生成部５０は、超音波振動エネルギーを発生する本体５１と、超音波チップ５２を含むことができる。ここで、超音波振動は、約２０Ｈｚ−５０Ｈｚの間の周波数を有することができる。
超音波振動が２０Ｈｚより低い場合、キャビテーション強度が高くなり、空気粒子が大きく形成され、第１電極及び第２電極（１４１、１４２）の表面に形成された表面酸化膜（ＳＬ）が完全に除去されないことがある。
一方、超音波振動が４０Ｈｚより高い場合、キャビテーション強度が低くなり、空気粒子が細かくなるので、第１電極及び第２電極（１４１、１４２）の表面に形成された表面酸化膜（ＳＬ）だけでなく、第１電極及び第２電極（１４１、１４２）の表面が破壊されることがある。
したがって、超音波振動が約３０Ｈｚ−４０Ｈｚのとき、第１電極及び第２電極（１４１、１４２）の表面に形成された表面酸化膜（ＳＬ）のみを完全に除去することができるが、これに限定されない。
超音波振動エネルギーがキャビテーション（cavitation）（ＣＡ）を起こし、第１電極及び第２電極（１４１、１４２）の表面に形成された表面酸化膜（ＳＬ）を除去することができる。
ここで、超音波チップ５２の直径（Ｗ）は、約１．０ｍｍ〜１．５ｍｍの間で有り得る。
図４及び図５は、本発明の第１の実施の形態に係る太陽電池モジュールの製造方法を示した工程図である。
まず、図４Ａに示すように、半導体基板１１０の後面に互いに離隔して交互に位置する第１電極１４１と第２電極１４２が形成された第１太陽電池（Ｃ１）をパッド１の上に位置させることができる。ここで、パッド１は、はんだ供給部４０を介して塗布される金属はんだ４２よりも約１０〜２０℃程度高い温度で予熱されていることができる。
一方、半導体基板１１０の前面に複数の突起部を備えたテクスチャリング表面を形成することができる。
第１電極１４１と第２電極１４２の表面には、電極形成時に生成された不純物である酸化膜（ＳＬ）が存在することができる。ここで、表面酸化膜（ＳＬ）は、第１電極１４１と第２電極１４２の全体面、部分的または一部分のみに形成することができる。
第１電極１４１と第２電極１４２の表面に酸化膜（ＳＬ）が存在すれば、インターコネクタ１６０に接着する際の密着力が低下することができる。したがって、インターコネクタ１６０を第１電極１４１と第２電極１４２に接着する前に、第１電極１４１と第２電極１４２の表面処理を実施することが望ましい。
第１電極１４１と第２電極１４２を表面処理する方法については図５Ｃでより具体的に説明する。
次に、図４Ｂに示すように、第１電極１４１または第２電極１４２を包み込む絶縁膜１８０を形成することができる。このとき、絶縁膜１８０によってインターコネクタ１６０は第１電極１４１または第２電極１４２と交差する部分で、第１電極１４１または第２電極１４２と、互いに絶縁することができる。ここで、絶縁膜１８０は、エポキシ（epoxy）のような絶縁性樹脂を含んで形成することができる。
次に、超音波はんだ付け装置２を用いて、第１電極１４１と第２電極１４２の表面処理後金属接続層１９２を形成することができる。
具体的には、図５Ａに示すように、はんだ供給部４０を用いて、固体状態の金属はんだ４２を第１方向（ｘ）に、第１電極１４１または第２電極１４２と絶縁膜１８０上に塗布することができる。ここで、金属はんだ４２は、低融点金属からなることができる。
第１電極１４１または第２電極１４２上に第１方向に金属はんだ４２を塗布し、絶縁膜１８０の上に金属はんだ４２を塗布することができる。
次に、図５Ｂに示すように、塗布された金属はんだ４２が、第１電極１４１または第２電極１４２と絶縁膜１８０の上に溶融され、 接触層１９０を形成することができる。この時、パッド１は、金属はんだ４２の低融点金属の溶融温度より約１０〜２０℃高く設定されていることにより、金属はんだ４２を容易に溶融させることができる。
次に、図５Ｃに示すように、超音波生成部５０を用いて、接触層１９０の内部に超音波振動を発生させることができる。これにより、接触層１９０の内部にキャビテーション（cavitation）現象（ＣＡ）が発生して、第１電極１４１と第２電極１４２の表面に形成された表面酸化膜（ＳＬ）を除去することができる。
キャビテーションの方法は、超音波キャビテーション（ultrasonic cavitation）で気泡を生成して、空気の泡が破裂する衝撃波エネルギーを用いて、第１電極１４１と第２電極１４２の表面の表面酸化膜（ＳＬ）を除去する技術である。
従来は、金属表面の酸化膜を効果的に除去するための一般的な方法としてフラックス（flux）を使用した。フラックスはロジン、流動性添加剤、溶剤及び活性剤（塩素、フッ素、ブロムなどのハロゲン）などで構成され、酸化膜の表面にフラックスを塗布した後、焼成工程を経てはんだ付けを妨害する酸化膜を除去した。
しかし、本願発明は、フラックスなしでキャビテーション現象を用いて酸化膜を除去し、金属接続層１９２を用いて、第１電極及び第２電極（１４１、１４２）とインターコネクタ１６０が均一な接着力を維持することができる。
これにより、従来のようにフラックスを用いて酸化膜を除去する場合、酸化膜除去の後、金属表面に残存する物質（例えば、ロジン）を除去する工程が追加で必要である。また、除去する工程で、金属表面が損傷することもできる。これにより、フラックスを用いて、金属表面の酸化膜を除去する方法は、工程数が多くなり、その分、生産性の低下やコストの上昇を招くことがある。
次に、図５Ｄに示すように、表面酸化膜（ＳＬ）が除去された第１電極１４１と第２電極１４２の内、少なくとも一つの電極表面と接触層１９０が溶融され、第１電極１４１と第２電極１４２の表面に金属接続層１９２を形成することができる。
次に、金属接続層１９２上にインターコネクタ１６０を位置させることにより、第１電極及び第２電極（１４１、１４２）とインターコネクタ１６０を電気的に接続することができる。
具体的には、金属接続層１９２とインターコネクタ１６０を接合する前にインターコネクタ１６０が乱れないように固定させる予備接合（pre-bonding）する段階と、金属接続層１９２とインターコネクタ１６０を、最終接合（final-bonding）する段階に応じてなることができる。
例えば、予備接合段階でのテープを用いて、インターコネクタ１６０を仮固定することができ、最終接合段階での金属接続層１９２またはインターコネクタ１６０のコーティング膜１６４が硬化された温度範囲、例えば１４０℃〜１８０℃の範囲で設定することができる。
ここで、金属接続層１９２の低融点金属とインターコネクタ１６０のコーティング膜１６４の低融点金属が互いに溶融して容易に接続することができる。金属接続層１９２の低融点金属とコーティング膜１６４の低融点金属が同一の物質からなる場合、インターコネクタ１６０と金属接続層１９２との間の結合力が向上して接触抵抗が最小化されうる。これにより、太陽電池の効率を極大化することができる。
以下、図６〜図７を参照して、本発明の第２の実施の形態に係る太陽電池モジュールを説明する。
図６Ａは、本発明の一例に係る太陽電池モジュールを前面から見た形状を示す図であり、図６Ｂは、図６ＡのＢ’−Ｂ’ラインに沿った断面を示す図であり、図７Ａ及び図７Ｂは、図６に示した太陽電池モジュールの製造方法を説明するための図である。
第２の実施の形態に係る第２の太陽電池（Ｃ２）は、半導体基板１１０の前面と後面を介して外部の光をそれぞれ受光する両面型太陽電池（bifacial solar cell）である。これにより、半導体基板１１０の前面には、第１電極１４０が形成され、半導体基板１１０の後面には、第２電極１５０が形成されうる。
図６Ａ及び図６Ｂを参照すると、本発明の第２の実施の形態に係る太陽電池モジュールにおいて複数のインターコネク１６２は、第２方向（ｙ）に長く配置され、第２太陽電池（Ｃ２）の第１電極１４０と異なる第２太陽電池（Ｃ２）の第２電極１５０を互いに直列接続することができる。
ここで、金属接続層１９２は、第１電極１４０を除外したエミッタ部１２０の一部の領域に直接接触して形成することができる。
図７Ａを参照すると、超音波生成部５０を用いて、接触層１９０内にキャビテーション（ＣＡ）現象を発生させることができる。
これにより、図７Ｂを参照すると、キャビテーション（ＣＡ）現象によって、第１電極１４０の表面に形成された表面酸化膜（ＳＬ）が除去されて金属接続層１９２を形成することができる。
さらに、本発明の第２の実施の形態に係る太陽電池モジュールに適用される太陽電池の一例は、この他にも様々な形態が可能である。
図８Ａは、図６Ａに示された太陽電池の他の一例を説明するための図であり、図８Ｂは、図８Ａに示された太陽電池をＣ’−Ｃ’ラインに沿って切って示した概略的な断面図である。
第３の実施の形態に係る第３太陽電池（Ｃ３）は、半導体基板１１０、エミッタ部１２０、第１反射防止膜１３０、複数の第１電極１４０、後面電界部（back surface field、ＢＳＦ）１７０、第２反射防止膜１３２と、複数の第２電極１５０を備えることができる。
第３の実施の形態に係る第３太陽電池（Ｃ３）は、半導体基板１１０の第１面及び第２面を介して光がそれぞれ入射される両面受光型太陽電池として、第１面と第２面を介して入射された光を用いて電流を生成することができる。
ここで、後面電界部１７０は、省略されることもあるが、後面電界部１７０がある場合は、太陽電池の効率がさらに向上するので、以下では、後面電界部１７０が含まれることを一例として説明する。
半導体基板１１０は、第１面（以下、「前面」と称する）と第２面（以下、「後面」と称する）を含み、前面（front surface）と後面（back surface）は互い反対側に位置する。
半導体基板１１０は、第１導電型、例えばｎ型導電型を有すことができ、このような半導体基板１１０は、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、いずれか１つで形成することができる。一例として、半導体基板１１０は、結晶質シリコンウエハに形成することができる。
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価元素の不純物を半導体基板１１０にドーピング（doping）することができる。しかし、これとは異なり、半導体基板１１０は、ｐ型導電型で有り得る。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価元素の不純物を半導体基板１１０にドーピングすることができる。
このような半導体基板１１０の前面と後面での光反射率を減少させ、光の吸収率を増加させるために、半導体基板１１０の前面と後面の内、少なくとも片面は、複数の凹凸面を有することができる。便宜上、図８Ａ及び図８Ｂから半導体基板１１０の端の部分だけ凹凸面に図示して、その上に位置するエミッタ部１２０もまた、その端の部分だけ凹凸面に示す。しかし、実質的には半導体基板１１０の前面全体が凹凸面を有しており、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１２０もまた凹凸面を有する。
例えば、複数の凹凸を有している半導体基板１１０の前面の方向に入射される光は、エミッタ部１２０と、半導体基板１１０の表面に形成された複数の凹凸によって、複数回の反射動作が発生しながら、半導体基板１１０の内部に入射される。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。また、凹凸表面のために、光が入射される半導体基板１１０とエミッタ部１２０の表面積が増加して、半導体基板１１０に入射される光の量もまた増加する。
図８Ａ及び図８Ｂに示すようにエミッタ部１２０は、第１導電型の半導体基板１１０の前面に形成され、第１導電型と反対である第２導電型、例えば、ｐ型の導電型の不純物が半導体基板１１０にドーピングされた領域に、半導体基板１１０の前面内部に位置することができる。したがって、第２導電型のエミッタ部１２０は、半導体基板１１０の内、第１導電型の部分と、ｐ−ｎ接合を形成する。
このような半導体基板１１０に入射された光は、電子と正孔に分離され、電子はｎ型の方向に移動し、正孔はｐ型の方向に移動することができる。したがって、半導体基板１１０がｎ型であり、エミッタ部１２０は、ｐ型である場合、分離された電子は、半導体基板１１０の後面の方向に移動し、分離された正孔は、エミッタ部１２０の方向に移動することができる。
エミッタ部１２０は、半導体基板１１０、すなわち、半導体基板１１０の第１導電型部分とｐ−ｎ接合を形成するので、本実施の形態とは異なり、半導体基板１１０がｐ型の導電型を有する場合、エミッタ部１２０は、ｎ型の導電型を有することができる。この場合、分離された正孔は、半導体基板１１０の後面の方向に移動し、分離された電子は、エミッタ部１２０の方向に移動することができる。
エミッタ部１２０がｐ型の導電型を有する場合、３価元素の不純物を半導体基板１１０にドーピングして形成することができ、逆にｎ型の導電型を有する場合、エミッタ部１２０は、５価元素の不純物を半導体基板１１０にドーピングして形成することができる。
図８Ａ及び図８Ｂに示すように、第１反射防止膜１３０は、半導体基板１１０の前面に位置し、エミッタ部１２０が、半導体基板１１０の前面に位置する場合、第１反射防止膜１３０は、エミッタ部１２０の上部に位置することができる。
このような第１反射防止膜１３０は、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）の内の少なくとも１つで形成することができる。第１反射防止膜１３０は、第３太陽電池（Ｃ３）に入射される光の反射を節減し、特定の波長領域の選択性を増加させ、第３太陽電池（Ｃ３）の効率を高める。
このような第１反射防止膜１３０は、半導体基板１１０が凹凸表面を有する場合、半導体基板１１０と同様に、複数の凹凸を備えた凹凸面を有するようになる。
本実施の形態において、第１反射防止膜１３０は、単一膜構造を有するが二重膜のような多層膜構造を有することができ、このようにすることにより、第１反射防止膜１３０のパッシベーション機能をさらに強化することができ、太陽電池の光電効率をさらに向上させることができる。一方、必要に応じて、第１反射防止膜１３０は、省略することができる。
このような第１反射防止膜１３０は、物理的気相蒸着法（ＰＥＣＶＤ、plasma enhanced chemical vapor deposition）または化学的気相蒸着法（ＣＶＤ、chemical vapor deposition）のような様々な膜の形成方法を用いて、半導体基板１１０の前面に形成することができる。
図８Ａ及び図８Ｂに示すように、複数の第１電極１４０は、半導体基板１１０の前面上に互いに離隔して位置し、それぞれが第１方向（ｘ）に長く伸びて位置することができる。このように、半導体基板１１０の前面に互いに離隔され、第１方向（ｘ）に長く伸びて位置する電極を前面フィンガーと称する。
この時、複数の第１電極１４０は、第１反射防止膜１３０を通過して半導体基板１１０の前面に位置するエミッタ部１２０に接続することができる。すなわち、第１電極１４０は、第１反射防止膜１３０が位置しない領域のエミッタ部１２０の上に位置することができる。
これにより、複数の第１電極１４０は、スズ（Ｓｎ）のような少なくとも一つの導電性物質で構成され、エミッタ部１２０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。
本実施の形態において、複数の第１電極１４０は、超音波振動を用いたはんだ付け工程によって形成されることができる。
具体的には、第１電極１４０を超音波振動によって形成する場合、半導体基板１１０の前面に塗布された低融点はんだに超音波振動を発生させることにより、超音波振動エネルギーがキャビテーション（ＣＡ）を起こし、第１反射防止膜１３０を部分的にエッチングすることができる。これにより、第１電極１４０が第１反射防止膜１３０を通過して半導体基板１１０の前面に位置するエミッタ部１２０に接続することができる。
このような第１電極１４０は、溶融点が約１５０℃以下の低融点はんだで構成され、Ｓｎ−Ｂｉ系、Ｓｎ−Ｉｎ系の内の少なくとも一つの導電性物質からなることができる。
本実施の形態において、低融点はんだに含まれるスズ（Ｓｎ）の含有量は、約１０〜６０重量％で有り得る。
図８Ａ及び図８Ｂに示すように、後面電界部１７０は、半導体基板１１０の前面の反対面である後面に位置することができ、半導体基板１１０と同じ導電型の不純物が半導体基板１１０より高濃度にドープされた領域、例えば、Ｎ＋領域である。
このような半導体基板１１０の第１導電領域と後面電界部１７０との間の不純物濃度の違いにより電位障壁が形成され、これにより、電子の移動方向である後面電界部１７０の方向に正孔移動を妨害する一方、後面電界部１７０の方向にの電子移動を容易にする。したがって、半導体基板１１０の後面とその付近で電子と正孔の再結合で損失される電荷の量を減少させ、所望する電荷（例えば、電子）の移動を加速させて、第２電極１５０への電荷移動量を増加させる。
図８Ａ及び図８Ｂに示すように、第２反射防止膜１３２は、半導体基板１１０の前面の反対面である後面に位置することができ、後面電界部１７０が、半導体基板１１０の後面に位置する場合、第２反射防止膜１３２は、後面電界部１７０の上部に位置することができる。このとき、第２反射防止膜１３２は、半導体基板１１０の後面に入射される光の反射を最小化することができる。
このような第２反射防止膜１３２は、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）の内の少なくとも１つで形成することができる。このとき、第２反射防止膜１３２は、第１反射防止膜１３０と同一の物質で形成されるか、または異なる物質で形成することができる。
そして、第２反射防止膜１３２は、第１反射防止膜１３０と同じ形成方法で形成されたり、異なる形成方法で形成することができる。
一方、図示しなかったが、第１反射防止膜１３０とエミッタ部１２０の間、及び第２反射防止膜１３２と後面電界部１７０の間には、保護膜（passivation layer）がさらに形成されることができる。保護膜は、非結晶質半導体からなることができる。たとえば、保護膜は、水素化された真性非晶質シリコン（intrinsic amorphous silicon、i−a-Si：Ｈ）でなることができる。保護膜は、保護膜に含有された水素（Ｈ）を用いて、基板１１０の表面及びその付近に主に存在するダングリング結合（dangling bond）のような欠陥（defect）を安定結合に変えて欠陥によって基板１１０の表面の方向に移動した電荷が消滅することを減少させるパッシベーション機能（passivation function）を実行して、欠陥によって基板１１０の表面及びその付近で損失される電荷の量を減少させる。これにより、基板１１０の前、後面に位置する保護膜により、欠陥によって基板１１０の表面及びその付近で損失される電荷の量を減少することにより、太陽電池の効率を増加することができる。
図８Ａ及び図８Ｂに示すように、複数の第２電極１５０は、半導体基板１１０の後面に互いに離隔して位置し、それぞれが第１方向（ｘ）に長く伸びて位置することができる。このように、半導体基板１１０の後面に互いに離隔され、第１方向（ｘ）に長く伸びて位置する電極を後面フィンガーと称する。第２電極１５０は、半導体基板１１０を中心に、第１電極１４０と対応して向き合うところに位置することができる。これにより、第１電極１４０と第２電極１５０の数は、同じように形成され得るが、これに限定されない。
この時、複数の第２電極１５０は、第２反射防止膜１３２を通過して半導体基板１１０の後面に位置する後面電界部１７０と接続することができる。すなわち、第２電極１５０は、第２反射防止膜１３２が位置しない領域の後面電界部１７０に位置することができる。
これにより、複数の第２電極１５０は、スズ（Ｓｎ）のような少なくとも一つの導電性物質で構成され、後面電界部１７０の方から移動する電荷、例えば正孔を収集することができる。
本実施の形態において、第２電極１５０もまた第１電極１４０と同様に超音波振動を用いたはんだ付け工程によって形成することができる。
具体的には、第２電極１５０を超音波振動によって形成する場合、半導体基板１１０の後面に塗布された高融点はんだに超音波振動を発生させることにより、超音波振動エネルギーがキャビテーション（ＣＡ）を起こし、第２反射防止膜１３２を部分的にエッチングすることができる。これにより、第２電極１５０が第２反射防止膜１３２を通過して半導体基板１１０の後面に位置する後面電界部１７０に接続することができる。
このような第２電極１５０は、溶融点が約１５０℃以上の高融点はんだからなり、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｚｎ系、Ｓｎ−Ｐｂ系の内の少なくとも一つの導電性物質からなることができる。
本実施の形態において、高融点はんだに含まれるスズ（Ｓｎ）の含有量は、約６０〜１００重量％で有り得る。
このような、第２電極１５０は、第１電極１４０より先に形成することができる。
従来は、第１電極１４０と第２電極１５０を同時に形成したり、第１電極１４０を、先に形成した後、第２電極１５０を形成した。
しかし、本実施の形態では溶融点が約１５０℃以上の高融点はんだからなる第２電極１５０を、まず形成した後、溶融点が約１５０℃以下の低融点はんだからなる第１電極１４０を形成することが望ましい。
具体的には、第１電極と第２電極を同時に形成する場合、第２電極の溶融点が第１電極の溶融点より高いため、テビング（tabbing）作業を実施する際に加えられる熱によって第１電極に含まされた低融点はんだが損傷または変質することがある。たとえば、テビング（tabbing）作業は、１５０℃〜１８０℃の温度範囲で実行れるため、溶融点が約１５０℃以上の高融点はんだからなる第２電極は、熱によって影響を受けないが、溶融点が約１５０℃以下の低融点はんだからなる第１電極は、影響を受ける。
そして、第１電極を第２電極より先に形成する場合溶融点が約１５０℃以下の低融点はんだからなる第１電極は、溶融点が約１５０℃以上の高融点はんだからなる第２電極を形成するために加えられる熱によって第１電極に含まれた低融点はんだが損傷または変質して、すなわち、第１電極が曲がったり歪んだなどの現象が発生して、第１電極１４０の物理的な変形をもたらすことがある。
しかし、溶融点が約１５０℃以上の高融点はんだからなる第２電極を溶融点が約１５０℃以下の低融点はんだからなる第１電極より先に形成する場合、第１電極の溶融点が第２電極の溶融点より低いので、第１電極が熱によって損傷または変質されないことがある。
したがって、本実施の形態においては、第２電極１５０を、先に形成した後、第１電極１４０を形成することが望ましい。
一方、両面受光型太陽電池の場合、半導体基板１１０の前面を介して入射される光の量が後面を介して入射される光の量に比べて多いので、後面には、第１電極１４１に比べて多くの数の第２電極１５０が形成されることができる。この場合、図１１を参照すると、第４の実施の形態に係る第４太陽電池（Ｃ４）は、第２電極１５０との間の間隔、すなわちピッチ（pitch）は、第１電極１４０との間の間隔より小さいことがある。
このような構成の両面受光型太陽電池において、第３太陽電池（Ｃ３）に照射された光がエミッタ部１２０と後面電界部１７０を介して半導体基板１１０に入射されると、半導体基板１１０に入射された光エネルギーによって電子-正孔対が発生する。この時、半導体基板１１０の前面（front surface）、及び/または後面（back surface）がテクスチャリングされているので、半導体基板１１０の前面（front surface）と後面（back surface）での光反射度が減少し、テクスチャリングされた表面から入射と反射動作が行われ、第３太陽電池（Ｃ３）の内部に光が閉ざされるので、光の吸収率が増加して、両面受光型太陽電池の効率が向上する。
これに加えて、第１反射防止膜１３０及び第２反射防止膜１３２によって半導体基板１１０に入射される光の反射損失が減少して、半導体基板１１０に入射される光の量はさらに増加する。
これらの電子−正孔対は、半導体基板１１０とエミッタ部１２０のｐ−ｎ接合によって互いに分離され、電子はｎ型の導電型を有する半導体基板１１０の後面の方向に移動し、正孔はｐ型の導電型を有するエミッタ部１２０の方向に移動する。この時、半導体基板１１０は、ｎ型の導電型を有し、エミッタ部１２０は、ｐ型の導電型を有することができる。
このように、半導体基板１１０の方向に移動した電子は、後面電界部１７０を介して第２電極１５０に移動し、エミッタ部１２０の方向に移動した正孔は、第１電極１４０に移動する。このような第１電極１４０と第２電極１５０を導線で接続すると、電流が流れるようになり、これを外部から電力として利用することになる。
図９Ａ〜図９Ｅは、図８Ａに示す第３太陽電池（Ｃ３）の製造方法を順次に示した図である。
以下、図９Ａ〜図９Ｅを参照して、本発明の第３の実施の形態に係る第３太陽電池（Ｃ３）の製造方法を説明する。
まず、図９Ａ示したように、半導体基板１１０の前面と後面をテクスチャリング表面に形成し、半導体基板１１０の前面には、エミッタ部１２０を形成し、半導体基板１１０の後面には、後面電界部１７０を形成する。
具体的には、ｎ型の半導体基板１１０にホウ素（Ｂ）、ガリウム、インジウムなどのような３価元素の不純物を含む物質、例えば、Ｂ2Ｈ6を高温で熱処理して３価元素の不純物を半導体基板１１０に拡散させ、半導体基板１１０の前面にｐ型のエミッタ部１２０を形成する。
本実施の形態とは異なり、半導体基板１１０の導電型がｐ型である場合、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）などのように５価元素の不純物を含む物質、例えば、ＰＯＣｌ3やＨ3ＰＯ4などを高温で熱処理して、５価元素の不純物を半導体基板１１０に拡散させ、半導体基板１１０の前面にｎ型のエミッタ部１２０を形成することができる。
その次に、ｎ型不純物またはｐ型不純物を半導体基板１１０の内部に拡散することによって生成されたリンを含む酸化物（phosphorous silicate glass、ＰＳＧ）やホウ素を含む酸化物（boron silicate glass、BSG ）をエッチング工程を介して除去する。
この時、半導体基板１１０の前面と後面は、ウェットエッチング工程またはプラズマを用いたドライエッチング工程を用いて、半導体基板１１０の両側表面がテクスチャリング表面にそれぞれ形成される。これにより、エミッタ部１２０は、半導体基板１１０のテクスチャリング表面形状に影響を受けて凹凸面を有する。
次に、熱拡散法（thermal diffusion method）を用いて、半導体基板１１０の後面に後面電界部１７０を形成する。
具体的に、熱拡散法を用いている場合、後面電界部１７０は、ホウ素（Ｂ）、ガリウム、インジウムなどのような３価元素の不純物を含む物質、例えば、ＢＢｒ３を先に蒸着（predeposition ）して、先に蒸着された３価元素の不純物を拡散（drive-in）させることによって形成することができる。
後面電界部１７０は、図８Ａ及び図８Ｂに示すように、半導体基板１１０の後面全体面に形成することができるが、第２電極１５０と対応する位置にのみ局部的に形成することも可能である。図１２に示すように、第５の実施の形態に係る第５太陽電池（Ｃ５）は、第２電極１５０と対応する位置にのみ局部的に形成される後面電界部１７０を第３価元素の不純物を後面電界部形成領域のみ蒸着した後、拡散工程を実施することによって形成することができる。
一方、このようなエミッタ部１２０と後面電界部１７０は、レーザードーピング（laser doping）を用いた工程、レーザーパターニング（laser patterning）及びレーザードーピングを用いた工程、または拡散防止膜を用いた工程などを介して形成することができる。
次に、ＰＥＣＶＤ（plasma enhanced chemical vapor deposition）法のような様々な膜形成方法を用いて、半導体基板１１０の前面と後面に第１反射防止膜１３０及び第２反射防止膜１３２をそれぞれ形成する。第１反射防止膜１３０と第２反射防止膜１３２は、同一の物質で形成されたり、互いに異なる物質で形成することができる。また、第１反射防止膜１３０と第２反射防止膜１３２は、単一の膜構造または多層膜構造で、互いに同一または異なって形成されることができる。
一方、第１反射防止膜１３０とエミッタ部１２０の間、及び第２反射防止膜１３２と後面電界部１７０の間には、保護膜（passivation layer）をさらに形成することができる。
次に、半導体基板１１０の前、後面に第１及び第２反射防止膜（１３０、１３２）を含む第３太陽電池（Ｃ３）をパッド１の上に位置させる。ここで、パッド１は、第３太陽電池（Ｃ３）の前、後面に塗布されるはんだより約１０〜２０℃程度高い温度に予熱されていることがある。
次に、図９Ｂに示すように、半導体基板１１０の後面に第１方向（ｘ）に第２金属はんだ１５０ａを塗布することができる。このとき、第２金属はんだ１５０ａは、約１５０℃以上の高融点金属として液体状態で形成できる。Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｚｎ系、Ｓｎ−Ｐｂ系の内の少なくとも一つの導電性物質で成り得る。導電性物質は、高融点はんだとして、スズ（Ｓｎ）の含有量が約６０〜１００重量％で有り得る。本実施の形態において、高融点金属は低融点金属より高い融点を有することが出きるが、これに限定されるものではない。
次に、図９Ｃに示すように、第２金属はんだ１５０ａに超音波振動を発生させ、第２電極１５０を形成する。
具体的には、超音波振動エネルギーがキャビテーション（ＣＡ）を起こし、第２金属はんだ１５０ａが塗布された部分の第２反射防止膜１３２が除去されることができる。
このようなキャビテーションの方法は、超音波キャビテーション（ultrasonic cavitation）で気泡を生成して、空気の泡が破裂する衝撃波エネルギーを用いて、第２金属はんだ１５０ａが塗布された部分の第２反射防止膜１３２を除去する技術である。
従来は、スクリーン印刷法などを用いて電極ペーストを印刷した後、約１２０℃〜２００℃で乾燥して電極パターンを形成した後、約７５０℃〜８００℃の温度で焼成（firing）して電極を形成した。
しかし、本実施の形態では、キャビテーション現象を用いて、第２金属はんだ１５０ａが塗布された部分の第２反射防止膜１３２を除去して焼成工程を省略することができる。さらに、第２金属はんだ１５０ａがスズ（Ｓｎ）からなることにより、材料費をさらに 節減することができる。したがって、後面電界部１７０との接着力の減少なしに工程の簡素化と材料費を節減させることにより、太陽電池の効率がさらに増加することができる。
ここで、超音波振動は、約２０Ｈｚ−５０Ｈｚの間の周波数を有することができる。
超音波振動が２０Ｈｚより低い場合、キャビテーション強度が高くなり、空気粒子が大きく形成されて第２金属はんだ１５０ａが塗布された部分の第２反射防止膜１３２が完全に除去されないことがある。
一方、超音波振動が４０Ｈｚより高い場合、キャビテーション強度が低くなり、空気粒子が細かくなるので、第２反射防止膜１３２だけでなく、後面電界部１７０または半導体基板１１０の表面が破壊することがある。
したがって、超音波振動が約３０Ｈｚ−４０Ｈｚのとき、第２金属はんだ１５０ａが塗布された部分の第２反射防止膜１３２のみを完全に除去することができるが、これに限定されない。第２金属はんだ１５０ａが塗布された部分の第２反射防止膜１３２のみ完全に除去されていない実施の形態については、図１０Ａ及び図１０Ｂを参照して後述する。
次に、図９Ｄに示したように、半導体基板１１０の前面に第１方向（ｘ）に第１金属はんだ１４０ａを塗布することができる。このとき、第１金属はんだ１４０ａは、約１５０℃以下の低融点金属として液体状態で形成できる。Ｓｎ−Ｂｉ系、Ｓｎ−Ｉｎ系の内の少なくとも一つの導電性物質で形成できる。導電性物質は、低融点はんだとして、スズ（Ｓｎ）の含有量が約１０〜６０重量％で有り得る。
次に、図９Ｅに示すように、第１金属はんだ１４０ａに超音波振動を発生させ、第１電極１４０を形成する。
具体的には、超音波振動エネルギーがキャビテーション（ＣＡ）を起こし、第１金属はんだ１４０ａが塗布された部分の第１反射防止膜１３０が除去されることができる。
このようなキャビテーションの方法は、超音波キャビテーション（ultrasonic cavitation）で気泡を生成して、気泡が破裂する衝撃波エネルギーを用いて、第１金属はんだ１４０ａが塗布された部分の第１反射防止膜１３０を除去する技術である。
従来は、スクリーン印刷法などを用いて電極ペーストを印刷した後、約１２０℃〜２００℃で乾燥して電極パターンを形成した後、約７５０℃〜８００℃の温度で焼成（firing）して電極を形成した。
しかし、本実施の形態においては、キャビテーション現象を用いて、第１金属はんだ１４０ａが塗布された部分の第１反射防止膜１３０を除去して焼成工程を省略することができる。さらに、第１金属はんだ１４０ａがスズ（Ｓｎ）からなることにより、材料費をさらに節減することができる。したがって、エミッタ部１２０との接着力の減少なしに工程の簡素化と材料費を節減させることにより、太陽電池の効率がさらに増加することができる。
ここで、超音波振動は、約２０Ｈｚ−５０Ｈｚの間の周波数を有することができる。
超音波振動が２０Ｈｚより低い場合、キャビテーション強度が高くなり、空気粒子が大きく形成され、第１金属はんだ１４０ａが塗布された部分の第１反射防止膜１３０が完全に除去されないことがある。
一方、超音波振動が４０Ｈｚより高い場合、キャビテーション強度が低くなり、空気粒子が細かくなるので、第１反射防止膜１３０だけでなく、エミッタ部１２０または半導体基板１１０の表面が破壊されることがある。
したがって、超音波振動が約３０Ｈｚ−４０Ｈｚのとき、第１金属はんだ１４０ａが塗布された部分の第１反射防止膜１３０のみを完全に除去することができるが、これに限定されない。
このように、半導体基板１１０の後面に高融点はんだからなる第２電極１５０を、先に形成することにより、低融点はんだからなる第１電極１４０を形成する間、第２電極１５０が物理的な影響を受けない。これに対し、第１電極１４０を第２電極１５０より先に形成する場合、第２電極１５０の溶融点が第１電極１４０の溶融点より高いため、第１電極１４０が曲がったり、歪んだなどの現象が発生して、第１電極１４０の物理的な変形をもたらすことがある。
したがって、本実施の形態では、第２電極１５０を、先に形成した後、第１電極１４０を形成することが望ましい。
一方、本実施の形態とは異なり、半導体基板の前面に高融点はんだからなる前面電極が形成され、半導体基板の後面に低融点はんだからなる後面電極が形成されることができる。
前面電極が高融点はんだを含むので、低融点はんだからなる後面電極より先に形成することができる。
このように、半導体基板の前面に高融点はんだからなる前面電極を先に形成することにより、低融点はんだからなる後面電極を形成する間に、前面電極が物理的な影響を受けない。これに対し、低融点はんだを含む後面電極を高融点はんだを含む前面電極より先に形成する場合、前面電極の溶融点が後面電極の溶融点より高いので、後面電極が曲がったり歪んだなどの現象が発生して後面電極の物理的な変形をもたらすことができる。
したがって、高融点はんだを含む前面電極を先に形成した後、低融点はんだを含む後面電極を形成することが望ましい。
図１０Ａは、本発明に係る太陽電池の他の一例を説明するための図であり、図１０Ｂは、図１０Ａに示されたＡ部分を拡大して示した図である。
以下の図１０Ａ及び図１０Ｂでは、図８Ａ及び図８Ｂに示した本発明に係る太陽電池に適用することができる電極構造の他の一例について説明する。
図１０Ａ及び図１０Ｂにおいては、図８Ａ及び図８Ｂに記載された内容と重複する内容の詳細な説明は省略し、異なる点を中心に説明する。
したがって、図１０Ａ及び図１０Ｂに示した太陽電池と同じ機能を実行する構成要素については、図８Ａ及び図８Ｂと同一の符号を付与し、それについての詳細な説明は省略する。
図１０Ａに示すように、第６の実施の形態に係る第６の太陽電池（Ｃ６）は、半導体基板１１０の前面と後面に位置する第１接続層及び第２接続層（１１、１２）を含むことができる。
図１０Ａ及び図１０Ｂに示すように、第１接続層１１は、半導体基板１１０の前面に位置し、第１電極１４０とエミッタ部１２０との間に位置することができる。
第１接続層１１は、多数の亀裂（creak、ＣＲ）を含み、亀裂（ＣＲ）によって第１電極１４０とエミッタ部１２０を電気的及び物理的に接続することができる。
第１接続層１１は、超音波振動によって第１金属はんだ１４０ａが塗布された部分の第１反射防止膜１３０にキャビテーション現象が発生したとき、第１反射防止膜１３０が完全に除去されず、一部が割れ（ＣＲ）を含む層で形成することができる。
このような第１接続層１１は、エミッタ部１２０と電気的及び物理的に円滑に接続されるため、第１金属はんだ１４０ａが第１反射防止膜１３０より高く含有することができる。これ第１接続層１１は、第１反射防止膜１３０の厚さより薄く形成されたり、同じように形成することができる。
図１０Ａに示すように、第２接続層１２は、半導体基板１１０の後面に位置し、第２電極１５０と後面電界部１７０との間に位置することができる。
第２接続層１２は、複数の亀裂（creak、ＣＲ）を含み、亀裂（ＣＲ）によって第２電極１５０と後面電界部１７０を電気的に接続することができる。
第２接続層１２は、超音波振動によって第２金属はんだ１５０ａが塗布された部分の第２反射防止膜１３２にキャビテーション現象が発生するとき、第２反射防止膜１３２が完全に除去されず、一部が割れ（ＣＲ）を含む層で形成することができる。
このような第２接続層１２は、第２反射防止膜１３２の厚さより薄く形成されたり、同じように形成することができる。
このような第２接続層１２は、後面電界部１７０と電気的及び物理的に円滑に接続されるため、第２金属はんだ１５０ａが第２反射防止膜１３２より高く含有することができる。これに、第１接続層１１と第２接続層１２の厚さは、互いに同一または異なるように形成されることができる。
以上、本発明の好適な実施の形態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用い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)

  1. 電極を含む複数の太陽電池の電極上に低融点金属を塗布する段階と、
    前記低融点金属を溶融して前記電極上に接触層を形成する段階と、
    前記接触層に超音波振動を発生させ、前記電極の表面に形成された表面酸化膜を除去する段階と、
    前記電極の表面金属と前記接触層が溶融され、前記電極の表面に金属接続層を形成する段階と、
    前記金属接続層にインターコネクタを接続させる段階を含む、太陽電池モジュールの製造方法。
  2. 前記表面酸化膜を除去する段階は、
    前記接触層の表面に超音波振動を発生させる段階と、
    前記超音波振動により前記接触層の内部にキャビテーション（cavitation）現象が発生する段階と、
    前記キャビテーション現象により前記電極の表面に形成された前記表面酸化膜を除去する段階を含む、請求項１に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
  3. 前記金属接続層と、前記インターコネクタを接続させる段階は、
    前記金属接続層の前記低融点金属と前記インターコネクタの低融点金属を溶融して互いに結合する段階である、請求項１に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
  4. 前記超音波振動は、超音波チップ（ultrasonic tip）によって生成される、請求項１に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
  5. 前記低融点金属を塗布する前に、
    前記電極を包む絶縁膜を形成する段階をさらに含む、請求項１に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
  6. 前記電極を形成する段階は、
    前記半導体基板の第１面に第１金属を塗布する段階と、
    前記第１金属に前記超音波振動を発生させ、第１電極を形成する段階、
    前記半導体基板の第２面に第２金属を塗布する段階と、
    前記第２金属に超音波振動を発生させ、第２電極を形成する段階と
    を含む、前記電極を形成する段階 をさらに含む、請求項１に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
  7. 前記第１金属は、高融点金属であり、前記第２金属は低融点金属である、請求項６に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
  8. 前記高融点金属の溶融点は約１５０℃以上であり、前記低融点金属の溶融点は約１５０℃以下である、請求項７に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
  9. 前記高融点金属は、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｚｎ系、Ｓｎ−Ｐｂ系の内の少なくとも一つの導電性物質を含む、請求項８に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
  10. 前記高融点金属に含まれるスズ（Ｓｎ）の含有量が約６０〜１００重量％であり、
    前記低融点金属に含まれるスズ（Ｓｎ）の含有量が約１０〜６０重量％である、請求項８に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
  11. 前記第１電極と第２電極を形成する前に、
    前記半導体基板の第１面に第１反射防止膜を形成し、
    前記半導体基板の第２面に第２反射防止膜を形成する段階を含む、請求項６に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
  12. 前記第１電極を形成する段階は、
    前記超音波振動により前記キャビテーション現象が発生して前記第１反射防止膜の一部がエッチングされる段階と、
    前記第１反射防止膜のエッチングされた部分を介して前記第１金属が前記半導体基板の第１面と接続される段階を含む、請求項１１に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
  13. 前記第２電極を形成する段階は、
    前記超音波振動により前記キャビテーション現象が発生して前記第２反射防止膜の一部がエッチングされる段階と、
    前記第２反射防止膜のエッチングされた部分を介して前記第２金属が前記半導体基板の第２面と接続される段階を含む、請求項１１に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
  14. 前記半導体基板の第１面と前記第１電極との間に位置する第１接続層をさらに含む、請求項１２に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
  15. 前記第１接続層は、
    前記キャビテーション現象により前記第１反射防止膜の内部に亀裂が発生して形成される、請求項１４に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
  16. 前記第１接続層は、前記第１反射防止膜と、前記第１金属が混合されて位置する、請求項１５に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
  17. 前記半導体基板の第２面と前記第２電極との間に位置する第２接続層をさらに含む、請求項１３に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
  18. 前記第２接続層は、
    前記キャビテーション現象により前記第２反射防止膜の内部に亀裂が発生して形成される、請求項１７に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
  19. 前記第２接続層は、前記第２反射防止膜と前記第２金属が混合されて位置する、請求項１８に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
  20. 前記第１面は、光が入射されない非入射面であり、前記第２面は、光が入射される入射面である、請求項６に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
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