JP2017069567A - 太陽電池 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、優れた効率を有し、高い生産性を有する太陽電池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、半導体物質を含む半導体基板と、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共に位置し、互いに反対の導電型を有する第１導電型領域及び第２導電型領域と、前記第１導電型領域に電気的に接続される第１電極及び前記第２導電型領域に電気的に接続される第２電極を含む電極を含み、前記第１導電型領域及び前記第２導電型領域のうちの少なくとも１つが金属化合物層で構成される。
【選択図】図３
【解決手段】本発明の実施例に係る太陽電池は、半導体物質を含む半導体基板と、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共に位置し、互いに反対の導電型を有する第１導電型領域及び第２導電型領域と、前記第１導電型領域に電気的に接続される第１電極及び前記第２導電型領域に電気的に接続される第２電極を含む電極を含み、前記第１導電型領域及び前記第２導電型領域のうちの少なくとも１つが金属化合物層で構成される。
【選択図】図３
Description
本発明は、太陽電池に係り、より詳細には、金属酸化物を含む太陽電池に関する。
近年、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させ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ため、太陽電池の効率及び生産性を最大化することができる太陽電池が要求される。
本発明は、優れた効率を有し、高い生産性を有する太陽電池を提供しようとする。
本発明のいくつかの実施例に係る太陽電池は、半導体物質を含む半導体基板と、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共に位置し、互いに反対の導電型を有する第１導電型領域及び第２導電型領域と、前記第１導電型領域に電気的に接続される第１電極及び前記第２導電型領域に電気的に接続される第２電極を含む電極を含み、前記第１導電型領域及び前記第２導電型領域のうちの少なくとも１つが金属化合物層で構成される。
本発明のいくつかの実施例に係る太陽電池は、半導体基板と、半導体基板の一面上の第１導電型領域と、半導体基板の一面と対向する他面上の第２導電型領域と、第１導電型領域に接続される第１電極と、第２導電型領域に接続される第２電極を含み、第１導電型領域及び前記第２導電型領域のそれぞれは金属酸化物層で構成されてもよい。
本発明に係る太陽電池では、導電型領域が半導体物質及びドーパントを含まないので、再結合による問題を最小化し、パッシベーション効果を向上させることができる。また、導電型領域の製造工程を単純化することができる。これによって、太陽電池の効率及び生産性を向上させることができる。
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、それらの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、それらの間に他の部分が位置しないことを意味する。
また、以下において「第１」、「第２」などの表現は、相互間の区別のために使用したものに過ぎず、本発明がこれに限定されるものではない。
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。簡略な図示のために、図２では、第１及び第２電極４２，４４の第１電極層４２１，４４１に対する図示を省略する。
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、半導体物質を含む半導体基板１０と、半導体基板１０の一面（以下、「後面」）上に形成されるトンネル層２０と、トンネル層２０上に位置する第１導電型領域３２及び第２導電型領域３４と、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る第１電極４２及び第２電極４４とを含む。このとき、本実施例では、第１導電型領域３２及び第２導電型領域３４のうちの少なくとも１つが金属化合物層（一例として、金属酸化物層）で構成される。そして、太陽電池１００は、前面電界形成層３０、透明導電性膜２４、反射防止膜２６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、ｎ型又はｐ型ドーパントを相対的に低いドーピング濃度で含むｎ型又はｐ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物質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又は多結晶半導体（一例として、単結晶又は多結晶シリコン）で構成することができる。特に、ベース領域１１０は、ｎ型又はｐ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、結晶性が高いため欠陥の少ないベース領域１１０又は半導体基板１０をベースとすると、電気的特性に優れる。
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を介在した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。また、ベース領域１１０がｎ型であるとき、第１及び第２導電型領域３２，３４を構成する金属化合物が、容易に形成し且つ入手することができる物質で構成され得る。第１及び第２導電型領域３２，３４の具体的な物質については、詳細に後述する。
本実施例において、半導体基板１０の他面（以下、「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。半導体基板１０に形成されたテクスチャリング構造は、半導体の特定の結晶面に沿って形成された外面を有する一定の形状（一例として、ピラミッド形状）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って半導体基板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、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ためである。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。一例として、トンネル層２０は、半導体基板１０の後面に接触して形成されることによって、構造を単純化し、トンネル効果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。
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に隣接する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。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、導電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。特に、トンネル層２０は、シリコン酸化物を含むシリコン酸化物層で構成することができる。シリコン酸化物層は、パッシベーション特性に優れており、キャリアがトンネリングされやすい膜であるためである。このようなシリコン酸化物層は、熱酸化（ｔｈｅｒｍａｌ ｏｘｉｄａｔｉｏｎ）又は化学的酸化（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｏｘｉｄａｔｉｏｎ）によって形成されてもよい。
トンネル効果を十分に具現できるように、トンネル層２０の厚さは薄い厚さを有することができる。一例として、トンネル層２０の厚さが５ｎｍ以下（より具体的には、２ｎｍ以下、一例として、０．５ｎｍ〜２ｎｍ）であってもよい。トンネル層２０の厚さが５ｎｍ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の厚さが２ｎｍ以下（より具体的に０．５ｎｍ〜２ｎｍ）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の厚さが様々な値を有してもよい。
トンネル層２０は、半導体基板１０の後面上に全体的に形成することができる。これによって、半導体基板１０のパッシベーション特性を向上させ、パターニングなしに簡単な工程によって形成することができる。
トンネル層２０上には第１及び第２導電型領域３２，３４が位置することができる。第１及び第２導電型領域３２，３４は、トンネル層２０に接触して形成されることによって、構造を単純化し、トンネル効果を最大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。
本実施例において、第１導電型領域３２及び第２導電型領域３４は、金属化合物で構成される金属化合物層であり、ｎ型又はｐ型のドーパントを備えない。一例として、第１導電型領域３２及び第２導電型領域３４は、金属酸化物を含む金属酸化物層であってもよい。このように、第１導電型領域３２及び第２導電型領域３４が金属酸化物層で構成される場合、容易に製造することができ、化学的安定性に優れ、パッシベーション効果をさらに向上させることができる。一方、第１導電型領域３２又は第２導電型領域３４が硫化物などで構成される場合、化学的安定性が低下し得る。
具体的には、第１導電型領域３２及び第２導電型領域３４は、半導体基板１０及びトンネル層２０とのエネルギーバンドを考慮して、電子又は正孔を選択的に収集することができる金属化合物で構成される。これによって、第１導電型領域３２及び第２導電型領域３４は、半導体物質、または当該半導体物質でドーパントとして作用する物質を含まない。これについて、図３及び図４を参照してより詳細に説明する。
図３は、本発明の実施例に係る太陽電池１００における半導体基板１０、トンネル層２０及び第１導電型領域３２のバンドダイアグラムを示した図である。また、図４は、本発明の実施例に係る太陽電池１００における半導体基板１０、トンネル層２０及び第２導電型領域３４のバンドダイアグラムを示した図である。このとき、半導体基板１０がｎ型である場合を例示として説明する。
正孔を選択的に収集できる第１導電型領域３２の金属化合物層は、半導体基板１０のフェルミレベル（ｆｅｒｍｉ ｌｅｖｅｌ）よりも低いフェルミレベルを有し、半導体基板１０の仕事関数（ｗｏｒｋ ｆｕｎｃｔｉｏｎ）よりも大きい仕事関数を有することができる。例えば、半導体基板１０の仕事関数が約３．７ｅＶであってもよく、第１導電型領域３２の仕事関数が３．８ｅＶよりも大きくてもよい。より具体的には、第１導電型領域３２の仕事関数が７ｅＶ以下（一例として、３．８ｅＶ〜７ｅＶ）であってもよい。上述したエネルギーバンドギャップが３．８ｅＶ未満であると、電子を除いて選択的に正孔だけを収集することが難しい。
このようなフェルミレベル及び仕事関数を有する金属化合物層で構成される第１導電型領域３２が、トンネル層２０を介在して半導体基板１０と接合されると、図３に示したように、半導体基板１０と第１導電型領域３２とのフェルミレベルが同じ値を有し得るように整列されて接合される。図３のように接合される場合、半導体基板１０内の価電子帯にある正孔は、トンネル層２０を通過すると、第１導電型領域３２の価電子帯に容易に移動することができる。一方、半導体基板１０内の電子はトンネル層２０を通過することができない。
一例として、上述したような第１導電型領域３２に使用可能な金属化合物層としては、モリブデン酸化物で構成されるモリブデン酸化物層、タングステン酸化物（一例として、ＷＯ3）で構成されるタングステン酸化物層、バナジウム酸化物で構成されるバナジウム酸化物層などを挙げることができる。特に、第１導電型領域３２がモリブデン酸化物層又はタングステン酸化物層を含むと、正孔を選択的に収集する効果に優れる。
電子を選択的に収集できる第２導電型領域３４の金属化合物層は、半導体基板１０のフェルミレベルよりも高いフェルミレベルを有し、半導体基板１０の仕事関数よりも小さい仕事関数を有することができる。例えば、半導体基板１０の仕事関数が約３．７ｅＶであってもよく、第２導電型領域３４の仕事関数が０．１ｅＶ〜３．６ｅＶであってもよい。より具体的には、第２導電型領域３４の伝導帯と半導体基板１０の伝導帯との間のエネルギーバンドギャップが１ｅＶ以下（一例として、０．１ｅＶ〜１ｅＶ）であってもよい。上述したエネルギーバンドギャップが１ｅＶを超えると、電子を選択的に収集することが難しい。上述したエネルギーバンドギャップが０．１ｅＶ未満であると、エネルギーバンドギャップが小さいため、正孔を除いて選択的に電子だけを収集することが難しい。
このようなフェルミレベル及び仕事関数を有する金属化合物層で構成された第２導電型領域３４が、トンネル層２０を介在して半導体基板１０と接合されると、図４に示したように、半導体基板１０と第２導電型領域３４とのフェルミレベルが同じ値を有し得るように整列されて接合される。図４のように接合される場合、半導体基板１０内の伝導帯にある電子は、トンネル層２０を通過すると、第２導電型領域３４の伝導帯に容易に移動することができる。一方、半導体基板１０内の正孔はトンネル層２０を通過することができない。
一例として、上述したような第２導電型領域３４に使用可能な金属化合物層としては、チタン酸化物（一例として、ＴｉＯ2）で構成されるチタン酸化物層、亜鉛酸化物（一例として、ＺｎＯ）で構成される亜鉛酸化物層などを挙げることができる。特に、第２導電型領域３４がチタン酸化物層を含むと、電子を選択的に収集する効果に優れる。
このように正孔を選択的に収集して第１電極４２に伝達する第１導電型領域３２はエミッタ領域を構成する。また、電子を選択的に収集して第２電極４４に伝達する第２導電型領域３４は後面電界（ｂａｃｋ ｓｕｒｆａｃｅ ｆｉｅｌｄ）領域を構成する。
このとき、第１導電型領域３２及び第２導電型領域３４の厚さが、それぞれ１ｎｍ〜１００ｎｍであってもよい。第１導電型領域３２及び第２導電型領域３４は、ドーパントを含まない金属化合物層であるため、厚さが厚くなると抵抗が大きくなり得る。これを考慮して、第１導電型領域３２及び第２導電型領域３４の厚さを１００ｎｍ以下にすることである。第１導電型領域３２及び第２導電型領域３４の厚さが１ｎｍ未満であると、第１又は第２導電型領域３２，３４としての役割を十分に行うことができない。しかし、本発明が第１及び第２導電型領域３２，３４の厚さに限定されるものではない。
このような第１及び第２導電型領域３２，３４は、様々な方法により形成することができる。一例として、蒸着、印刷などの方法により形成することができる。
第１導電型領域３２及び第２導電型領域３４はドーパントを含まないため、側面が互いに接触して位置しても短絡などの問題が発生しない。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、変形例として、トンネル層２０上で第１導電型領域３２と第２導電型領域３４との間に、これらが接触することを防止するバリア領域が位置してもよい。バリア領域は、空き空間として構成されてもよく、真性半導体層、または酸化物などの化合物が位置する構造などの様々な構造が適用されてもよい。
このように第１及び第２導電型領域３２，３４が半導体物質及びドーパントを含まないと、ドーパントによって発生する再結合を最小化することができる。そして、金属化合物（一例として、金属酸化物）で構成された第１及び第２導電型領域３２，３４がパッシベーション層としての役割を果たし、パッシベーション効果を向上させることができる。また、半導体物質で構成された半導体層を蒸着する工程、ドープする工程、活性化熱処理する工程などの様々な工程を省略することができ、特に高温工程を省略することができる。これによって、太陽電池１００の生産性を向上させ、半導体基板１０の特性を高く維持することができる。
上述した説明及び図面では、第１及び第２導電型領域３２，３４がいずれも、ドーパントを含まない金属化合物層で構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、第１及び第２導電型領域３２，３４のいずれか１つのみが、ドーパントを含まない金属化合物層で構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の多数キャリアと同じキャリア（すなわち、電子）を収集する第２導電型領域３４の面積よりも、ベース領域１１０の多数キャリアと異なるキャリア（すなわち、正孔）を収集する第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、エミッタ領域として機能する第１導電型領域３２が十分な面積で形成され得る。そして、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及び第２導電型領域３４の平面構造は、図２を参照してより詳細に後述する。
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を含む。
このとき、第１電極４２は、第１導電型領域３２上に順次積層される第１電極層４２１及び第２電極層４２２を含むことができる。
ここで、第１電極層４２１は、第１導電型領域３２上で相対的に広い面積で形成（一例として、接触）されてもよい。このように、第１電極層４２１が第１導電型領域３２上に広く形成されると、キャリアが第１電極層４２１を介して容易に第２電極層４２２まで到達し得るため、水平方向での抵抗を低減させることができる。特に、本実施例では、第１導電型領域３２がドーピングされずにドーパントを含まない金属化合物層で構成され、抵抗が増加し得るため、第１電極層４２１を備えて抵抗を効果的に低減しようとするものである。
このように、第１電極層４２１が第１導電型領域３２上で広い面積で形成されるため、光を透過し得る物質（透過性物質）で構成することができる。すなわち、第１電極層４２１は、透明導電性物質からなることによって、光の透過を可能にすると共に、キャリアを容易に移動できるようにする。これによって、第１電極層４２１を第１導電型領域３２上で広い面積で形成しても、光の透過を遮断しない。一例として、第１電極層４２１は、インジウムスズ酸化物（ｉｎｄｉｕｍ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ、ＩＴＯ）、カーボンナノチューブ（ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏ ｔｕｂｅ、ＣＮＴ）など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、第１電極層４２１は、その他の様々な物質を含むことができる。
第１電極層４２１上に第２電極層４２２を形成することができる。一例として、第２電極層４２２は、第１電極層４２１に接触形成されて第１電極４２の構造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く、第１電極層４２１と第２電極層４２２との間に別途の層が存在するなどの様々な変形が可能である。
第１電極層４２１上に位置する第２電極層４２２は、第１電極層４２１よりも優れた電気伝導度を有する物質で構成することができる。これによって、第２電極層４２２によるキャリア収集効率、抵抗低減などの特性をさらに向上させることができる。一例として、第２電極層４２２は、優れた電気伝導度を有する不透明な金属、または第１電極層４２１よりも透明度の低い金属で構成されてもよい。
このように、第２電極層４２２は、不透明であるか、または透明度が低いため、光の入射を妨げることがあり、そのため、シェーディング損失（ｓｈａｄｉｎｇ ｌｏｓｓ）を最小化できるように一定のパターンを有することができる。このような第２電極層４２２は、第１電極層４２１よりも小さい面積を有する。これによって、第２電極層４２２が形成されていない部分に光が入射することができるようにする。第２電極層４２２の平面形状は、図２を参照して、より詳細に後述する。
第１電極４２の第１及び第２電極層４２１，４２２は、様々な方法により形成することができ、一例として、蒸着、スパッタリング、印刷などの方法で形成することができる。
第２電極４４は、第２導電型領域３４上に順次積層される第１電極層４４１及び第２電極層４４２を含むことができる。第２電極４４が第２導電型領域３４上に位置するという点を除いては、第２電極４４の第１及び第２電極層４４１，４４２の役割、物質、形状などが第１電極４２の第１及び第２電極層４２１，４２２の役割、物質、形状などと同一であるので、これについての説明をそのまま適用することができる。
図示していないが、半導体基板１０の後面において、第１及び第２導電型領域３２，３４上に及び／又は第１電極層４２１，４４１上に後面パッシベーション膜、反射防止膜、反射膜などを構成する絶縁膜がさらに形成されてもよい。
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、そして、第１及び第２電極４２，４４の第２電極層４２２，４４２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が、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。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の第２電極層４２２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の第２電極層４４２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。簡略な図示のために省略したが、第１電極４２の第１電極層４２１が、第２電極層４２２よりも広い面積を有し、ストライプ状に形成され、第２電極４４の第１電極層４４１が、第２電極層４４２よりも広い面積を有し、ストライプ状に形成されてもよい。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の前面上に前面電界形成層３０が位置することができる。一例として、前面電界形成層３０は、半導体基板１０の前面に接触して形成されることで、構造を単純化し、電界領域を形成する効果を最大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。
前面電界形成層３０は、固定電荷を備える膜、または、上述したように、電子又は正孔を選択的に収集できる金属化合物層で構成することができる。例えば、前面電界形成層３０は、固定電荷を備えるアルミニウム酸化物を含むアルミニウム酸化物層であってもよい。または、前面電界形成層３０が、電子又は正孔を選択的に収集できるモリブデン酸化物層、タングステン酸化物層、バナジウム酸化物層、チタン酸化物層、または亜鉛酸化物層で構成されてもよい。または、前面電界形成層３０が、上述した層を複数含む層であってもよい。
このとき、前面電界形成層３０を、第１又は第２導電型領域３２，３４を構成する金属化合物層のうちの１つと同一の層で形成することによって、製造工程を単純化することもできる。一例として、前面電界形成層３０と第２導電型領域３４をチタン酸化物層で形成することができる。
このような前面電界形成層３０は、外部回路又は他の太陽電池１００と接続される電極４２，４４には接続されていない状態で固定電荷を備えたり、電子又は正孔を選択的に収集して半導体基板１０の前面付近で再結合を防止する一定の電界領域を備えることと同じ効果を示すことができる。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、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。
そして、前面電界形成層３０は、化合物（一例として、酸化物）で構成されて半導体基板１０の前面を効果的にパッシベーションすることができる。
このとき、前面電界形成層３０の厚さは、第１又は第２導電型領域３２，３４の厚さと同一またはそれより小さくてもよい。前面電界形成層３０は、キャリアを外部に伝達するための層ではないため、相対的に小さい厚さを有してもよいためである。一例として、前面電界形成層３０の厚さが１ｎｍ〜１０ｎｍであってもよい。このような厚さで、前面電界形成層３０による効果を十分に具現することができる。しかし、本発明が前面電界形成層３０の厚さに限定されるものではない。
他の変形例として、前面電界形成層３０を形成せず、半導体基板１０の前面に、ベース領域１１０と同じ導電型のドーパントを高い濃度でドープしてドーピング領域を形成し、このドーピング領域を電界領域として使用してもよい。
半導体基板１０の前面上に又は前面電界形成層３０上に透明導電性膜２４が位置（一例として、接触）することができる。このような透明導電性膜２４は、外部回路又は他の太陽電池１００に接続されないフローティング電極である。このようなフローティング電極は、不必要なイオンなどが半導体基板１０の表面側に集まることを防止することができる。これによって、イオンなどによって発生する劣化現象（例えば、高温多湿な環境で太陽電池モジュールの発電効率が減少する現象（ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｉｎｄｕｃｅｄ ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ、ＰＩＤ））を防止することができる。
一例として、透明導電性膜２４は、インジウムスズ酸化物（ｉｎｄｉｕｍ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ、ＩＴＯ）、カーボンナノチューブ（ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏ ｔｕｂｅ、ＣＮＴ）など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、透明導電性膜２４には、その他の様々な物質を含むことができる。
透明導電性膜２４は必須の膜ではなく、透明導電性膜２４を備えないことも可能である。
半導体基板１０の前面上に又は透明導電性膜２４上に反射防止膜２６が位置（一例として、接触）することができる。
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。
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、反射防止膜２６は、シリコン窒化膜、含水素シリコン窒化膜、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、シリコン炭化膜、ＭｇＦ2、ＺｎＳ、ＴｉＯ2及びＣｅＯ2からなる群から選択されたいずれか１つの単一膜又は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、反射防止膜２６はシリコン窒化膜であってもよい。
前面電界形成層３０、透明導電性膜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。これによって、製造工程を単純化し、各層の役割を十分に発揮することができる。
本実施例に係る太陽電池１００に光が入射すると、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に伝達される。第１及び第２電極４２，４４に伝達された正孔及び電子は、外部回路又は他の太陽電池１００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では、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。特に、本実施例では、第１及び第２導電型領域３２，３４のうちの少なくとも１つが金属化合物層で形成されるので、低い抵抗を補償するために、電極４２，４４の第２電極層４２２，４４２を広く形成することができる。この場合、後面電極構造を適用して、シェーディング損失による問題を防止することができる。
そして、第１及び第２導電型領域３２，３４が、トンネル層２０を介在して半導体基板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、第１及び第２導電型領域３２，３４が半導体物質及びドーパントを含まないため、再結合による問題を最小化し、パッシベーション効果を向上させることができる。また、第１及び第２導電型領域３２，３４の製造工程を単純化することができる。これによって、太陽電池１００の効率及び生産性を向上させることができる。
図５は、本発明のいくつかの実施例に係る太陽電池の断面図であり、図６は、図５に示した太陽電池の平面図である。図６では、半導体基板と電極を中心に示した。
本実施例に係る太陽電池は、図１を参照して説明した太陽電池と比較して、両面型太陽電池であることを除いては実質的に同一であってもよい。したがって、同一の参照番号は同一の構成要素を示し、繰り返される説明は省略可能である。
図５を参照すると、本実施例に係る太陽電池１００は、半導体基板１０と、半導体基板１０の一面側に位置し、第１導電型を有する第１導電型領域３２と、半導体基板１０の他面上に位置し、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３２，３４にそれぞれ接続される第１及び第２電極４２，４４とを含む。このとき、第１及び第２導電型領域３２，３４のそれぞれは、金属化合物、例えば、金属酸化物層で構成されてもよい。より具体的には、二成分系金属酸化物層で構成されてもよい。
本実施例において、半導体基板１０の前面及び／又は後面はテクスチャリング（ｔｅｘｔｕｒｉｎｇ）されて凹凸を有することができる。半導体基板１０に形成されたテクスチャリング構造は、半導体の特定の結晶面に沿って形成された外面を有する一定の形状（一例として、ピラミッド形状）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って半導体基板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又は第２導電型領域３４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、光損失を最小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く、場合によって、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。
半導体基板１０の一面上には第１導電型領域３２を配置することができ、他面上には第２導電型領域３４を配置することができる。
本実施例において、第１導電型領域３２及び第２導電型領域３４は、金属化合物で構成される金属化合物層であり、ｎ型又はｐ型のドーパントを備えない。一例として、第１導電型領域３２及び第２導電型領域３４は、金属酸化物を含む金属酸化物層であってもよい。このように第１導電型領域３２及び第２導電型領域３４が金属酸化物層で構成される場合、容易に製造することができ、化学的安定性に優れ、パッシベーション効果をさらに向上させることができる。一方、第１導電型領域３２又は第２導電型領域３４が硫化物などで構成される場合、化学的安定性が低下し得る。
具体的には、第１導電型領域３２及び第２導電型領域３４は、半導体基板１０とのエネルギーバンドを考慮して、電子又は正孔を選択的に収集することができる金属化合物で構成される。これによって、第１導電型領域３２及び第２導電型領域３４は、半導体物質、または当該半導体物質でドーパントとして作用する物質を含まない。これについて、図７及び図８を参照してより詳細に説明する。
図７は、本発明の実施例に係る太陽電池１００における半導体基板１０及び第１導電型領域３２のバンドダイアグラムを示した図である。また、図８は、本発明の実施例に係る太陽電池１００における半導体基板１０及び第２導電型領域３４のバンドダイアグラムを示した図である。このとき、半導体基板１０がｎ型である場合を例示として説明する。
正孔を選択的に収集できる第１導電型領域３２の金属化合物層は、半導体基板１０のフェルミレベル（ｆｅｒｍｉ ｌｅｖｅｌ）よりも低いフェルミレベルを有し、半導体基板１０の仕事関数（ｗｏｒｋ ｆｕｎｃｔｉｏｎ）よりも大きい仕事関数を有することができる。例えば、半導体基板１０の仕事関数が約３．７ｅＶであってもよく、第１導電型領域３２の仕事関数が３．８ｅＶよりも大きくてもよい。より具体的には、第１導電型領域３２の仕事関数が７ｅＶ以下（一例として、３．８ｅＶ〜７ｅＶ）であってもよい。上述したエネルギーバンドギャップが３．８ｅＶ未満であると、電子を除いて選択的に正孔だけを収集することが難しい。
このようなフェルミレベル及び仕事関数を有する金属化合物層で構成される第１導電型領域３２が、トンネル層２０を介在して半導体基板１０と接合されると、図７に示したように、半導体基板１０と第１導電型領域３２とのフェルミレベルが同じ値を有し得るように整列されて接合される。図７のように接合される場合、半導体基板１０内の価電子帯にある正孔は、第１導電型領域３２の価電子帯に容易に移動することができる。一方、半導体基板１０内の電子は第１導電型領域３２の価電子帯に容易に移動することができない。
一例として、上述したような第１導電型領域３２に使用可能な金属化合物層としては、モリブデン酸化物で構成されるモリブデン酸化物層、タングステン酸化物（一例として、ＷＯ3）で構成されるタングステン酸化物層、バナジウム酸化物（一例として、Ｖ2Ｏx）で構成されるバナジウム酸化物層、チタン酸化物（一例として、ＴｉＯ2）で構成されるチタン酸化物層、ニッケル酸化物（一例として、ＮｉＯ）で構成されるニッケル酸化物層、銅酸化物（ＣｕＯ）で構成される銅酸化物層、レニウム酸化物（一例として、ＲｅＯ3）で構成されるレニウム酸化物層、タンタル酸化物（一例として、ＴａＯx）で構成されるタンタル酸化物層、及びハフニウム酸化物（一例として、ＨｆＯ2）で構成されるハフニウム酸化物層のうちの少なくとも１つであってもよい。
特に、第１導電型領域３２がモリブデン酸化物層又はタングステン酸化物層を含むと、正孔を選択的に収集する効果に優れる。
電子を選択的に収集できる第２導電型領域３４の金属化合物層は、半導体基板１０のフェルミレベルよりも高いフェルミレベルを有し、半導体基板１０の仕事関数よりも小さい仕事関数を有することができる。例えば、半導体基板１０の仕事関数が約３．７ｅＶであってもよく、第２導電型領域３４の仕事関数が０．１ｅＶ〜３．６ｅＶであってもよい。より具体的には、第２導電型領域３４の伝導帯と半導体基板１０の伝導帯との間のエネルギーバンドギャップが１ｅＶ以下（一例として、０．１ｅＶ〜１ｅＶ）であってもよい。上述したエネルギーバンドギャップが１ｅＶを超えると、電子を選択的に収集することが難しい。上述したエネルギーバンドギャップが０．１ｅＶ未満であると、エネルギーバンドギャップが小さいため、正孔を除いて選択的に電子だけを収集することが難しい。
このようなフェルミレベル及び仕事関数を有する金属化合物層で構成された第２導電型領域３４が半導体基板１０と接合されると、図８に示したように、半導体基板１０と第２導電型領域３４とのフェルミレベルが同じ値を有し得るように整列されて接合される。図８のように接合される場合、半導体基板１０内の伝導帯にある電子は、トンネル層２０を通過すると、第２導電型領域３４の伝導帯に容易に移動することができる。一方、半導体基板１０内の正孔はトンネル層２０を通過することができない。
一例として、上述したような第２導電型領域３４に使用可能な金属化合物層としては、チタン酸化物（一例として、ＴｉＯ2）で構成されるチタン酸化物層、亜鉛酸化物（一例として、ＺｎＯ）で構成される亜鉛酸化物層、錫酸化物（一例として、ＳｎＯ2）で構成される錫酸化物層、及びジルコニウム酸化物（一例として、ＺｒＯ）で構成されたジルコニウム酸化物層のうちの少なくとも１つを含む金属酸化物層であってもよい。
特に、第２導電型領域３４がチタン酸化物層を含むと、電子を選択的に収集する効果に優れる。
このように正孔を選択的に収集して第１電極４２に伝達する第１導電型領域３２はエミッタ領域を構成する。また、電子を選択的に収集して第２電極４４に伝達する第２導電型領域３４は後面電界（ｂａｃｋ ｓｕｒｆａｃｅ ｆｉｅｌｄ）領域を構成する。
このとき、第１導電型領域３２及び第２導電型領域３４の厚さが、それぞれ１ｎｍ〜１００ｎｍであってもよい。第１導電型領域３２及び第２導電型領域３４は、ドーパントを含まない金属化合物層であるため、厚さが厚くなると抵抗が大きくなり得る。これを考慮して、第１導電型領域３２及び第２導電型領域３４の厚さを１００ｎｍ以下にすることである。第１導電型領域３２及び第２導電型領域３４の厚さが１ｎｍ未満であると、第１又は第２導電型領域３２，３４としての役割を十分に果たすことができない。しかし、本発明が第１及び第２導電型領域３２，３４の厚さに限定されるものではない。
このような第１及び第２導電型領域３２，３４は、様々な方法により形成することができる。一例として、蒸着、印刷などの方法により形成することができる。
このように、第１及び第２導電型領域３２，３４が半導体物質及びドーパントを含まないと、ドーパントによって発生する再結合を最小化することができる。そして、金属化合物（一例として、金属酸化物）で構成された第１及び第２導電型領域３２，３４がパッシベーション層としての役割を果たし、パッシベーション効果を向上させることができる。また、半導体物質で構成された半導体層を蒸着する工程、ドープする工程、活性化熱処理する工程などの様々な工程を省略することができ、特に高温工程を省略することができる。これによって、太陽電池１００の生産性を向上させ、半導体基板１０の特性を高く維持することができる。
上述した説明及び図面では、第１及び第２導電型領域３２，３４がいずれも、ドーパントを含まない金属化合物層で構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、第１及び第２導電型領域３２，３４のいずれか１つのみが、ドーパントを含まない金属化合物層で構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。
半導体基板１０の前面及び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を含む。
一方、図示していないが、第１及び第２導電型領域３２，３４上に後面パッシベーション膜、反射防止膜、反射膜などを構成する絶縁膜がさらに形成されてもよい。
本発明において、第１及び第２導電型領域３２，３４は、半導体基板１０と別途の層として形成されてもよい。本発明において、第１及び第２導電型領域３２，３４は、半導体基板１０上に蒸着工程を通じて形成されるため、半導体基板１０の損傷を最小化することができる。したがって、半導体基板１０の欠陥が最小化されるため、太陽電池１００の効率を向上させることができる。
図６を再び参照して、第１及び第２電極４２，４４の平面形状を詳細に説明する。
図６を参照すると、第１及び第２電極４２，４４は、一定のピッチをもって互いに離隔する複数のフィンガー電極４２ａ，４４ａを含むことができる。同図では、フィンガー電極４２ａ，４４ａが互いに平行であり、半導体基板１０の縁部に平行な場合を例示したが、本発明がこれに限定されるものではない。そして、第１及び第２電極４２，４４は、フィンガー電極４２ａ，４４ａと交差する方向に形成されてフィンガー電極４２ａ，４４ａを接続するバスバー電極４２ｂ，４４ｂを含むことができる。このようなバスバー電極４２ｂ，４４ｂは、一つのみが備えられてもよく、図６に示したように、フィンガー電極４２ａ，４４ａのピッチよりも大きいピッチをもって複数個備えられてもよい。このとき、フィンガー電極４２ａ，４４ａの幅よりもバスバー電極４２ｂ，４４ｂの幅が大きくてもよいが、本発明がこれに限定されるものではない。したがって、バスバー電極４２ｂ，４４ｂの幅が、フィンガー電極４２ａ，４４ａの幅と同一又はそれより小さい幅を有することができる。
断面視で、第１電極４２のフィンガー電極４２ａ及びバスバー電極４２ｂはいずれも、パッシベーション膜及び反射防止膜を貫通して形成されてもよい。すなわち、開口部が、第１電極４２のフィンガー電極４２ａ及びバスバー電極４２ｂの両方に対応して形成され得る。そして、第２電極４４のフィンガー電極４４ａ及びバスバー電極４４ｂはいずれも、反射防止膜を貫通して形成されてもよい。すなわち、開口部が第２電極４４のフィンガー電極４４ａ及びバスバー電極４４ｂの両方に対応して形成され得る。しかし、本発明がこれに限定されるものではない。他の例として、第１電極４２のフィンガー電極４２ａが反射防止膜を貫通して形成され、バスバー電極４２ｂが反射防止膜上に形成されてもよい。この場合には、開口部がフィンガー電極４２ａに対応する形状に形成され、バスバー電極４２ｂのみが位置した部分には形成されなくてもよい。そして、第２電極４４のフィンガー電極４４ａが反射防止膜を貫通して形成され、バスバー電極４４ｂは反射防止膜上に形成されてもよい。この場合には、開口部がフィンガー電極４４ａに対応する形状に形成され、バスバー電極４４ｂのみが位置した部分には形成されなくてもよい。
同図では、第１電極４２と第２電極４４が互いに同じ平面形状を有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、第１電極４２のフィンガー電極４２ａ及びバスバー電極４２ｂの幅、ピッチなどは、第２電極４４のフィンガー電極４４ａ及びバスバー電極４４ｂの幅、ピッチなどと異なる値を有することもできる。また、第１電極４２と第２電極４４との平面形状が異なっていてもよく、その他の様々な変形が可能である。
このように、本実施例では、太陽電池１００の第１及び第２電極４２，４４が一定のパターンを有することで、太陽電池１００が、半導体基板１０の前面及び後面に光が入射し得る両面受光型（ｂｉ−ｆａｃｉａｌ）構造を有する。これによって、太陽電池１００で使用される光量を増加させ、太陽電池１００の効率向上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く、第２電極４４が半導体基板１０の後面側で全体的に形成される構造を有することも可能である。その他の様々な変形が可能である。
以下、図９乃至図１６を参照して、本発明の他の実施例に係る太陽電池を詳細に説明する。上述した部分で説明したものと同一又は類似の部分に対しては詳細な説明を省略し、互いに異なる部分を詳細に説明する。また、上述した実施例とその変形例と、以下の実施例とその変形例とは互いに結合されてもよく、これもまた本発明の範囲に属する。
図９は、本発明のいくつかの実施例に係る太陽電池の断面図である。
図９を参照すると、本実施例では、半導体基板１０と第１導電型領域３２との間にトンネル層２０が位置する。
半導体基板１０の一面（一例として、前面）上でトンネル層２０上に、第１導電型を有する第１導電型領域３２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を介在してベース領域１１０とｐｎ接合（又は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。
図１０は、本発明のいくつかの実施例に係る太陽電池の断面図である。
図１０を参照すると、本実施例では、半導体基板１０と第２導電型領域３４との間に他のトンネル層２２が位置する。上述したトンネル層２０に関する説明を、半導体基板１０と第２導電型領域３４との間に位置したトンネル層２２にそのまま適用できるので、これについての説明は省略する。
本実施例では、半導体基板１０と第２導電型領域３４との間に他のトンネル層２２が位置することで、パッシベーション効果を最大化すると共に、キャリアの移動が円滑に行われるようにすることができる。一方、本実施例では、図５を参照して説明した実施例とは異なり、半導体基板１０と第１導電型領域３２との間及び半導体基板１０と第２導電型領域３４との間の両方にトンネル層２０，２２が配置される。
この場合、半導体基板１０、第１及び第２導電型領域３２，３４及びトンネル層２０，２２の間のエネルギーバンドに対して、図７及び図８のバンドダイアグラムを参照する。図７及び図８のバンドダイアグラムに示されたように、これは、図３及び図４のバンドダイアグラムと実質的に同一であってもよい。したがって、繰り返される説明は省略する。
図１３は、本発明のいくつかの実施例に係る太陽電池の断面図である。
図１３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上に反射防止膜２４，３６が位置する。
反射防止膜２４が、第１電極４２に対応する開口部１０２を除いて第１導電型領域３２上で実質的に半導体基板１０の前面全体に形成されてもよい。反射防止膜２４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が低下することによって、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量を増加させることができる。これによって、太陽電池の短絡電流を増加させることができる。
反射防止膜３６が、第２電極４４に対応する開口部１０４を除いて第２導電型領域３４上で実質的に半導体基板１０の後面全体に形成されてもよい。一例として、反射防止膜３６が、第２導電型領域３４に接触して形成されてもよい。反射防止膜３６は、半導体基板１０の後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の後面を介して入射する光の反射率が低下することによって、ベース領域１１０と第２導電型領域３４によって形成された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、太陽電池の短絡電流（Ｉｓｃ）を増加させることができる。
反射防止膜２４，３６は、様々な物質で形成することができる。一例として、反射防止膜２４は、シリコン窒化膜、含水素シリコン窒化膜、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つの単一膜又は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、反射防止膜２４はシリコン窒化物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、反射防止膜２４，３６が様々な物質を含むことができることは勿論である。また、反射防止膜２４の代わりにパッシベーション膜を使用するか、または第１導電型領域３２と反射防止膜２４との間及び／又は第２導電型領域３４と反射防止膜３６との間にパッシベーション膜を位置させることができる。または、パッシベーション膜及び反射防止膜２４，３６以外の様々な膜が第１及び第２導電型領域３２，３４上に形成されてもよい。その他にも様々な変形が可能である。
図１４は、本発明のいくつかの実施例に係る太陽電池の断面図である。
図１４を参照すると、第１電極４２は、第１導電型領域３２上に順次積層される第１電極層４２１及び第２電極層４２２を含むことができる。
ここで、第１電極層４２１は、第１導電型領域３２上に全体的に形成（一例として、接触）されてもよい。このように、第１電極層４２１が第１導電型領域３２上に広く形成されると、キャリアが第１電極層４２１を介して容易に第２電極層４２２まで到達し得るため、水平方向での抵抗を低減させることができる。特に、本実施例では、第１導電型領域３２が未ドーピングでドーパントを含まない金属化合物層で構成され、抵抗が増加し得るため、第１電極層４２１を備えて抵抗を効果的に低減しようとするものである。
このように、第１電極層４２１が第１導電型領域３２上で全体的に形成されるため、光を透過し得る物質（透過性物質）で構成することができる。すなわち、第１電極層４２１は、透明導電性物質からなることによって、光の透過を可能にすると共に、キャリアを容易に移動できるようにする。これによって、第１電極層４２１を第１導電型領域３２上に形成しても、光の透過を遮断しない。 一例として、第１電極層（421）は、インジウム - スズ酸化物（indium tin oxide、ITO）、アルミニウム - 亜鉛酸化物（aluminum zinc oxide、AZO）、ボロン - 亜鉛酸化物（boron zinc oxide、BZO）、インジウム - タングステン酸化物（indium tungsten oxide、IWO）とインジウム - セシウム酸化物（indium cesium oxide、ICO）のうち少なくとも一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、第１電極層（421）その他の様々な物質を含むことができる。
一方、第１電極層（421）は、上述した物質を主材料としながら水素を含むことができる。つまり、第１電極層（421）は、水素を含んでいる、インジウム - スズ酸化物（ITO：H）、水素を含むアルミニウム - 亜鉛酸化物（AZO：H）、水素を含むボロン - 亜鉛酸化物（BZO：H ）、水素を含むインジウム - タングステン酸化物（IWO：H）と水素を含んでいるインジウム - セシウム酸化物（ICO：H）のうち少なくとも一つを含むことができる。
第１電極層（421）は、蒸着によって形成されることがあり、蒸着時に水素ガスを注入すると、第１電極層（421）に水素が含まれることができる。このように、第１電極層（421）が、水素を含む、電子または正孔の移動度（mobility）が改善されることがあり、透過度が向上することができる。
一方、第１電極層４２１は、第１導電型領域３２と異なる種類の金属酸化物を含むことができる。また、第１電極層４２１は、第１導電型領域３２と異なる仕事関数を有する金属酸化物で形成されてもよいが、これに制限されるものではなく、第１電極層４２１は、第１導電型領域３２と実質的に同じ仕事関数を有することができる。
一方、第１電極層４２１は、第１導電型領域３２と比較して、相対的に優れた電気伝導度を有することができる。これによって、第１電極層４２１によるキャリア収集効率、抵抗低減などの特性をさらに向上させることができる。
第１電極層４２１上に第２電極層４２２を形成することができる。一例として、第２電極層４２２は、第１電極層４２１に接触形成されて第１電極４２の構造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く、第１電極層４２１と第２電極層４２２との間に別途の層が存在するなどの様々な変形が可能である。
第１電極層４２１上に位置する第２電極層４２２は、第１電極層４２１よりも優れた電気伝導度を有する物質で構成することができる。これによって、第２電極層４２２によるキャリア収集効率、抵抗低減などの特性をさらに向上させることができる。一例として、第２電極層４２２は、優れた電気伝導度を有する不透明な金属、または第１電極層４２１よりも透明度の低い金属で構成されてもよい。
このように、第２電極層４２２は、不透明であるか、または透明度が低いため、光の入射を妨げることがあり、そのため、シェーディング損失（ｓｈａｄｉｎｇ ｌｏｓｓ）を最小化できるように一定のパターンを有することができる。このような第２電極層４２２は、第１電極層４２１よりも小さい面積を有する。これによって、第２電極層４２２が形成されていない部分に光が入射することができるようにする。第１電極４２の第１及び第２電極層４２１，４２２は、様々な方法により形成することができ、一例として、蒸着、スパッタリング、印刷などの方法で形成することができる。
一方、第２電極４４もまた、第１電極４２と同様に、第２電極４４上に第１及び第２電極層４４１，４４２を含む。第２電極４４が含む第１及び第２電極層４４１，４４２は、第１電極４２が含む第１及び第２電極層４２１，４２２と実質的に同一であってもよい。したがって、繰り返される説明は省略可能である。
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。
Claims (20)
- 半導体物質を含む半導体基板と、
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共に位置し、互いに反対の導電型を有する第１導電型領域及び第２導電型領域と、
前記第１導電型領域に電気的に接続される第１電極及び前記第２導電型領域に電気的に接続される第２電極を含む電極と、
を含み、
前記第１導電型領域及び前記第２導電型領域のうちの少なくとも１つが金属化合物層で構成される、太陽電池。 - 前記第１導電型領域及び前記第２導電型領域の少なくとも１つが金属酸化物層で構成される、請求項１に記載の太陽電池。
- 前記半導体基板が、ｎ型の導電型を有する前記半導体物質としてシリコンを含む、請求項１に記載の太陽電池。
- 前記第１導電型領域が金属化合物層で構成され、
前記第１導電型領域のフェルミレベルが前記半導体基板のフェルミレベルよりも低く、
前記第１導電型領域の仕事関数が前記半導体基板の仕事関数よりも大きい、請求項３に記載の太陽電池。 - 前記第１導電型領域が、モリブデン酸化物層、タングステン酸化物層、またはバナジウム酸化物層で構成される、請求項３に記載の太陽電池。
- 前記第２導電型領域が金属化合物層で構成され、
前記第２導電型領域のフェルミレベルが前記半導体基板のフェルミレベルよりも高く、
前記第２導電型領域の仕事関数が前記半導体基板の仕事関数よりも小さい、請求項３に記載の太陽電池。 - 前記第２導電型領域がチタン酸化物層または亜鉛酸化物層で構成される、請求項３に記載の太陽電池。
- 前記第１導電型領域及び前記第２導電型領域がそれぞれ金属化合物層で構成され、
前記第１導電型領域が、モリブデン酸化物層、タングステン酸化物層、またはバナジウム酸化物層で構成され、
前記第２導電型領域が、チタン酸化物層または亜鉛酸化物層で構成される、請求項３に記載の太陽電池。 - 前記第１導電型領域及び前記第２導電型領域の少なくとも１つに接続される前記電極は、透明導電性物質を含む第１電極層と、前記第１電極層上に形成され、パターンを有する第２電極層とを含む、請求項１に記載の太陽電池。
- 前記半導体基板の他面上に位置し、固定電荷または金属化合物を含む層で構成される前面電界形成層をさらに含む、請求項１に記載の太陽電池。
- 前記前面電界形成層は、アルミニウム酸化物層、モリブデン酸化物層、タングステン酸化物層、バナジウム酸化物層、チタン酸化物層及び亜鉛酸化物層の少なくとも１つを含む、請求項１０に記載の太陽電池。
- 前記前面電界形成層の前記金属化合物を含む層と、前記第１導電型領域及び前記第２導電型領域の少なくとも１つに含まれる前記金属化合物層とが同一の物質で構成される、請求項１０に記載の太陽電池。
- 半導体基板と、
前記半導体基板の一面上の第１導電型領域と、
前記半導体基板の一面と対向する他面上の第２導電型領域と、
前記第１導電型領域に接続される第１電極と、
前記第２導電型領域に接続される第２電極とを含み、
前記第１導電型領域及び前記第２導電型領域のそれぞれは金属酸化物層で構成される、太陽電池。 - 前記第１導電型領域及び前記第２導電型領域のそれぞれは、異なる金属酸化物層を含む、請求項１３に記載の太陽電池。
- 前記金属酸化物層は二成分系化合物で構成される、請求項１３に記載の太陽電池。
- 前記半導体基板が、ｎ型の導電型を有する前記半導体物質としてシリコンを含む、請求項１３に記載の太陽電池。
- 前記第１導電型領域の仕事関数が前記半導体基板の仕事関数よりも大きい、請求項１６に記載の太陽電池。
- 前記第１導電型領域が、モリブデン酸化物層、タングステン酸化物層、バナジウム酸化物層、チタン酸化物層、ニッケル酸化物層、銅酸化物層、レニウム酸化物層、タンタル酸化物層またはハフニウム酸化物層で構成された、請求項１６に記載の太陽電池。
- 前記第２導電型領域の仕事関数が前記半導体基板の仕事関数よりも小さい、請求項１６に記載の太陽電池。
- 前記第２導電型領域が、チタン酸化物層、亜鉛酸化物層、錫酸化物層またはジルコニウム酸化物層で構成される、請求項１６に記載の太陽電池。
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