JP2017135421A - 太陽電池 - Google Patents

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Abstract

【課題】構造を改善した太陽電池を提供する。
【解決手段】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側に設けられ、第１導電型を有する第１導電型領域と、前記第１導電型と反対の第２導電型を有する第２導電型領域と、前記第１導電型領域に接続された第１電極と、前記第２導電型領域に接続された第２電極とを備え、前記第１導電型領域及び前記第２導電型領域のうち少なくとも一つが金属化合物層で構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽電池に関し、特に、構造を改善した太陽電池に関する。
近年、石油や石炭のような既存のエネルギー資源の枯渇が予想される中、それらに取って代わる代替エネルギーへの関心が高まっている。特に、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。
かかる太陽電池は、様々な層及び電極を設計通りに形成することによって製造することができる。ところが、このような様々な層及び電極の設計によって太陽電池の効率が決定されうる。太陽電池の商用化のためには低い効率及び低い生産性を克服しなければならず、太陽電池の効率を最大化し、製造コストを最小化し、生産性を最大化することが望まれる。
本発明は、優れた効率及び高い生産性を有する太陽電池を提供する。
本発明の実施例に係る太陽電池は、半導体基板と、上記半導体基板の一面側に設けられ、第１導電型を有する第１導電型領域と、上記第１導電型と反対の第２導電型を有する第２導電型領域と、上記第１導電型領域に接続された第１電極と、上記第２導電型領域に接続された第２電極とを有する。上記第１導電型領域及び上記第２導電型領域のうち少なくとも一つが金属化合物層で構成される。
本発明の実施例に係る太陽電池の断面図である。 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において半導体基板、トンネリング層及び第１導電型領域のバンドダイヤグラムを示す図である。 本発明の実施例に係る太陽電池において半導体基板、トンネリング層及び第２導電型領域のバンドダイヤグラムを示す図である。 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。 図５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の断面図である。 本発明の更に他の実施例に係る太陽電池の断面図である。 本発明の更に他の実施例に係る太陽電池の断面図である。 図９に示した太陽電池の平面図である。 本発明の更に他の実施例に係る太陽電池の断面図である。 本発明の更に他の実施例に係る太陽電池の断面図である。
以下、添付の図面を参照して本発明の実施例を詳しく説明する。ただし、本発明は、以下の実施例に限定されず、様々な形態に変形してもよい。
図面では、本発明を明確で簡略に説明するために、説明と関係ない部分の図示を省略しており、明細書全体を通じて同一又は類似の部分には同一の参照符号を付するものとする。また、図面では、より明確な説明のために、厚さ、広さなどを拡大又は縮小して示しているが、本発明の厚さ、広さなどは図面のものに限定されない。
そして、明細書全体を通じて、ある部分が他の部分を「含む」としたとき、特別な記載がない限り、それ以外の部分を排除するという意味ではなく、それ以外の部分も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」あるとしたとき、他の部分の「すぐ上に」ある場合の他、更に他の部分を介在して他の部分の上にある場合をも含む。層、膜、領域、板などの部分が他の部分の「すぐ上に」あるとしたときは、両者の間に何らかの部分も介在しないことを意味する。
また、以下でいう「第１」，「第２」などは、お互いを区別するために使用した表現に過ぎず、本発明がそれに限定されるわけではない。
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について詳しく説明する。
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２電極層４２２，４４２の図示を省略している。
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、半導体基板１０と、半導体基板１０の一面側に配置され、第１導電型を有する第１導電型領域３２と、第１導電型と反対の第２導電型を有する第２導電型領域３４と、第１導電型領域３２に接続された第１電極４２及び第２導電型領域３４に接続された第２電極４４を有する電極４２，４４とを備えている。ここで、第１導電型領域３２及び第２導電型領域３４のうち少なくとも一つを金属化合物層（一例として、金属酸化物層）で構成することができる。
そして、本実施例で、半導体基板１０の一面上にトンネリング層２０が設けられており、トンネリング層２０上に第１導電型領域３２及び第２導電型領域３４が共に配置されている。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などをさらに備えてもよい。これについてより詳しく説明する。
半導体基板１０はベース領域１１０を有している。ベース領域１１０は、第１又は第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１又は第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ー、より具体的には、半導体シリコンウエハー）で構成することができる。このように結晶性が高くて欠陥の少ないベース領域１１０又は半導体基板１０を基盤とすれば、優れた電気的特性が得られる。
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、トンネリング層２０を挟んでいる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、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、相対的に移動速度の遅い正孔を効果的に収集し、光電変換効率の向上に一層寄与することができる。また、ベース領域１１０がｎ型であれば、第１及び第２導電型領域３２，３４を構成する金属化合物層が容易に入手できる物質で構成され、金属化合物層を容易に形成することができる。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後述する。しかし、本発明がこれに限定されるわけではなく、ベース領域１１０がｐ型を有してもよい。
本実施例では半導体基板１０をベース領域１１０だけで構成することができる。すなわち、従来の太陽電池では、ベース領域１１０と異なる導電型を有するドーピング領域、又はベース領域１１０と同じ導電型を有するが、ドーピング濃度が高いドーピング領域などが半導体基板１０に設けられているのに対し、本実施例では、半導体基板１０がベース領域１１０だけで構成され、別のドーピング領域を有しない。
ベース領域１１０のドーパントは、ｎ型又はｐ型を示し得るドーパントであればいい。すなわち、ベース領域１１０のドーパントが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。ベース領域１１０のドーパントが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。
本実施例で、半導体基板１０の他面（以下、「前面」という。）はテクスチャリング（ｔｅｘｔｕｒｉｎｇ）されて、ピラミッド形状など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、表面粗さが増加すると、半導体基板１０の前面から入射する光の反射率を下げることができる。これによって、ベース領域１１０及び第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、光損失を最小化することができる。
そして、半導体基板１０の背面は、鏡面研磨などによって、前面に比べて低い表面粗さを有し、相対的に滑らかで平坦な面にすることができる。本実施例のように半導体基板１０の背面側に第１及び第２導電型領域３２，３４が併せて形成される場合には、半導体基板１０の背面の特性によって太陽電池１００の特性が大きく変わり得るためである。このため、半導体基板１０の背面にはテクスチャリングによる凹凸を形成しないことによりパッシベーション特性を向上させ、結果として太陽電池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わけではなく、場合によって半導体基板１０の背面にテクスチャリングによる凹凸を形成してもよい。その他にも様々な変形が可能である。
半導体基板１０の背面上にはトンネリング層２０が設けられている。一例として、トンネリング層２０を半導体基板１０の背面に接するように形成して、構造を単純化し、トンネリング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わけではない。
トンネリング層２０は、電子及び正孔に一種のバリアー（ｂａｒｒｉｅｒ）として働き、少数キャリア（ｍｉｎｏｒｉｔｙ ｃａｒｒｉｅｒ）の通過を防ぎ、トンネリング層２０に隣接した部分で蓄積されて一定以上のエネルギーを有する多数キャリア（ｍａｊｏｒｉｔｙ ｃａｒｒｉｅｒ）だけがトンネリング層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、トンネリング効果によってトンネリング層２０を容易に通過することができる。また、トンネリング層２０は、導電型領域３２，３４のドーパントが半導体基板１０に拡散することを防止する拡散バリアーとしての役割を担うこともできる。このようなトンネリング層２０は、多数キャリアがトンネリングし得る様々な物質を含むことができ、例えば、酸化物、窒化物、半導体、伝導性高分子などを含むことができる。例えば、トンネリング層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、トンネリング層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し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）によって形成することができる。
トンネリング効果を十分に実現できるように、トンネリング層２０の厚さは、反射防止膜２６、第１又は第２導電型領域３２，３４に比べて薄い厚さを有することができる。一例として、トンネリング層２０の厚さは５ｎｍ以下（より具体的には、２ｎｍ以下、例えば、０．１ｎｍ〜２ｎｍ、特に、０．１ｎｍ〜１．５ｎｍ）であってもよい。トンネリング層２０の厚さが５ｎｍを超えると、トンネリングが円滑に起こらず、太陽電池１００が作動しないことがあり、トンネリング層２０の厚さが０．１ｎｍ未満であれば、所望の品質のトンネリング層２０が形成し難くなる。トンネリング層２０による効果を十分に実現するには、トンネリング層２０の厚さを０．５ｎｍ〜２ｎｍ、例えば、０．５ｎｍ〜１．５ｎｍとすることができる。しかし、本発明がこれに限定されるわけではなく、トンネリング層２０の厚さが様々な値を有してもよい。
トンネリング層２０は半導体基板１０の背面全体に形成されている。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、パターニングなしで簡単な工程によって形成することがきる。
トンネリング層２０上には、互いに同一の平面上に位置する第１及び第２導電型領域３２，３４が設けられている。第１及び第２導電型領域３２，３４はトンネリング層２０に接して形成され、構造を単純化し、トンネリング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わけではない。
本実施例で、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ってもよい。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と、製造が容易であり、化学的安定性に優れ、パッシベーション効果をより一層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と、化学的安定性が低下しうる。
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及びトンネリング層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し得る金属化合物で構成される。このため、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に含まれる半導体物質、又は該当の半導体物質においてｎ型又はｐ型のドーパントとして働く物質を含まない。これを、図３及び図４を参照してより詳しく説明する。
図３は、本発明の実施例に係る太陽電池１００において半導体基板１０、トンネリング層２０及び第１導電型領域３２のバンドダイヤグラムを示す図である。また、図４は、本発明の実施例に係る太陽電池１００において半導体基板１０、トンネリング層２０及び第２導電型領域３４のバンドダイヤグラムを示す図である。ここでは、半導体基板１０がｎ型を有する場合を挙げて説明する。
本実施例で、半導体基板１０がｎ型を有し、第１導電型領域３２が正孔を選択的に収集するエミッタ領域であってもよい。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であり、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。第１導電型領域３２の仕事関数が７ｅＶを超えると、正孔を選択的に収集することが困難となりうる。上述のエネルギーバンドギャップが３．８ｅＶ未満であれば、電子を除いて選択的に正孔だけを収集することが困難となりうる。
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がトンネリング層２０を挟んで半導体基板１０と接合されると、図３に示すように、半導体基板１０及び第１導電型領域３２のフェルミレベルが同じ値を有し得るように整列して接合される。図３のように接合されると、半導体基板１０内の価電子帯（ｖａｌｅｎｃｅ ｂａｎｄ）にある正孔は、トンネリング層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内の電子はトンネリング層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（例えば、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。
本実施例で半導体基板１０がｎ型を有し、第２導電型領域３４が電子を選択的に収集する電界領域（例えば、背面電界領域）であってもよい。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であり、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（Ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ ｂａｎｄ）と半導体基板１０の伝導帯とのエネルギーバンドギャップが１ｅＶ以下（例えば、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困難となりうる。上述したエネルギーバンドギャップが０．１ｅＶ未満であれば、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困難となりうる。
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がトンネリング層２０を挟んで半導体基板１０と接合されると、図４に示すように、半導体基板１０及び第２導電型領域３４のフェルミレベルが同じ値を有し得るように整列して接合される。図４のように接合されると、半導体基板１０内の伝導帯にある電子は、トンネリング層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内の正孔はトンネリング層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（例えば、ＴｉＯ2）で構成されるチタン酸化物層、亜鉛酸化物（例えば、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、本実施例では、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が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が背面電界（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の厚さはそれぞれ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うる。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以下とする。第１導電型領域３２及び第２導電型領域３４の厚さが１ｎｍ未満であれば、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し難い。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わけではない。
このような第１及び第２導電型領域３２，３４は、様々な方法によって形成することができる。例えば、蒸着、印刷などの方法によって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ず、互いの側面が接して位置しても短絡などの問題は発生しない。しかし、本発明がこれに限定されるわけではない。したがって、変形例として、トンネリング層２０上において第１導電型領域３２と第２導電型領域３４との間に位置して両領域が接触することを防止するバリアー領域を配置してもよい。バリアー領域は、空いた空間にしてもよく、真性半導体層、又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にしてもよい。このバリアー領域が図５乃至図８に示されている。
このように、第１及び第２導電型領域３２，３４が半導体物質及びこれに適用される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（例えば、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担い、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くことができ、特に、高温工程を省くことができる。これによって、太陽電池１００の生産性が向上し、半導体基板１０は優れた特性を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ことを例示した。しかし、本発明がこれに限定されるわけではなく、第１及び第２導電型領域３２，３４のいずれか一方だけが、ドーパントを含まない金属化合物層で構成されてもよい。その他様々な変形も可能である。
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働く第１導電型領域３２を十分の面積とすることができる。そして、広く形成された第１導電型領域３２によって、相対的に移動速度の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の平面構造の詳細は、図２を参照して後述する。
半導体基板１０の背面に配置される電極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、及び第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を有する。
このとき、第１電極４２は、第１導電型領域３２上に順に積層される第１電極層４２１及び第２電極層４２２を有することができる。
ここで、第１電極層４２１は、第１導電型領域３２上に相対的に広い面積で形成（例えば、接触）することができる。このように、第１電極層４２１を第１導電型領域３２上に広く形成すると、キャリアが第１電極層４２１を通って容易に第２電極層４２２まで到達し、水平方向における抵抗を減らすことができる。特に、本実施例では、第１導電型領域３２がドープされずドーパントを含まない金属化合物層で構成されるため、抵抗が高くなりうるが、第１電極層４２１を設けることにより、抵抗を効果的に減らすことができる。
このように第１電極層４２１が第１導電型領域３２上に広い面積で形成されることから、第１電極層４２１は、光を透過し得る物質（透光性物質）で構成することができる。すなわち、第１電極層４２１を透明導電性物質で構成し、光の透過を可能にするとともに、キャリアの移動を容易にさせる。こうすると、第１電極層４２１を第１導電型領域３２上に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）、炭素ナノチューブ（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わけではなく、第１電極層４２１はその他様々な物質を含んでもよい。
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に接して形成され、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わけではなく、第１電極層４２１と第２電極層４２２との間に別の層が存在するなどの様々な変形も可能である。
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に比べて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より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又は第１電極層４２１に比べて透明度の低い金属で構成することができる。
このように第２電極層４２２は不透明であるか又は透明度が低いため、光の入射を妨害することもあり、これによるシェーディング損失（ｓｈａｄｉｎｇ ｌｏｓｓ）を最小化するため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に比べて小さい面積を有し、これによって、第２電極層４２２が形成された以外の部分から光が入射するようにする。第２電極層４２２の平面形状の詳細については、図２を参照して後述する。
第１電極４２の第１及び第２電極層４２１，４２２は、様々な方法によって形成することができ、例えば、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上に順に積層される第１電極層４４１及び第２電極層４４２を有することができる。第２電極４４が第２導電型領域３４上に配置される以外は、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り、その重複説明は省略するものとする。
図示してはいないが、半導体基板１０の背面において第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、背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をさらに形成してもよい。
以下、図１及び図２を参照して、第１導電型領域３２、第２導電型領域３４、及び第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しく説明する。
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と第２導電型領域３４はそれぞれストライプ状に長く形成されるとともに、長さ方向と交差する方向に交互に配置されている。図示してはいないが、互いに離隔している複数の第１導電型領域３２が一側縁で互いに繋がってもよく、互いに離隔している複数の第２導電型領域３４が他側縁で互いに繋がってもよい。しかし、本発明がこれに限定されるわけではない。
このとき、第１導電型領域３２の面積が第２導電型領域３４の面積よりも大きくてもよい。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、そ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ており、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いる。簡略化のために図示を省略しているが、第１電極４２の第１電極層４２１が第２電極層４２２よりも広い面積で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よりも広い面積でストライプ状に形成されてもよい。そして、図示してはいないが、第１電極４２が一側縁で互いに繋がって形成され、第２電極４４が他側縁で互いに繋がって形成されてもよい。しかし、本発明がこれに限定されるわけではない。
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が配置されている。一例として、前面電界形成層３０は、半導体基板１０の前面に接して形成されて、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わけではない。
前面電界形成層３０は、固定電荷を有する膜、又は上述したように電子又は正孔を選択的に収集し得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、固定電荷を有す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。又は、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、又は亜鉛酸化物層で構成されてもよい。又は、前面電界形成層３０が上述の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いずれか一つと同じ層で形成し、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及び第２導電型領域３４をチタン酸化物層で構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有したり、又は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有するの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が別のドーピング領域を備えないでベース領域１１０だけで構成されるため、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（例えば、酸化物）で構成され、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の厚さと同一又は小さくなっている。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の厚さは１ｎｍ〜１０ｎｍであってもよい。この厚さでも前面電界形成層３０による効果を十分に実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わけではない。
他の変形例として、前面電界形成層３０を形成しないで、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。この電界領域は、図７に示す実施例で前面電界形成層（又は、前面電界形成層３０ａ）に記載されている。
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が配置（例えば、接触）されている。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）、炭素ナノチューブ（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わけではなく、透明導電性膜２４はその他様々な物質を含んでもよい。
透明導電性膜２４は必須の膜ではなく、透明導電性膜２４を省いてもよい。
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が配置（例えば、接触）されてもよい。
反射防止膜２６は、半導体基板１０の前面から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。その結果、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、様々な物質で構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、水素を含むシリコン窒化膜、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からなる群から選ばれるいずれか１つの単一膜又は２つ以上の膜が組み合わせられた多層膜の構造を有することができる。一例として、反射防止膜２６は、シリコン窒化膜の単一層で構成されてもよく、シリコン窒化膜とシリコン炭化膜とが積層して構成されてもよい。
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形成される場合だけでなく、不回避に一部を除いて形成される場合も含む。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させることができる。
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及び正孔が生成され、生成された正孔及び電子はトンネリング層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、その後、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に移動し、これで、電気エネルギーが生成される。
本実施例のように半導体基板１０の背面に電極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背面電極構造の太陽電池１００では、半導体基板１０の前面において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わけではない。特に、本実施例では、第１及び第２導電型領域３２，３４のうち少なくとも一つが金属化合物層で構成されており、低い抵抗を補償するために電極４２，４４の第２電極層４２２，４４２を広く形成してもよい。この場合、背面電極構造を適用し、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。
また、第１及び第２導電型領域３２，３４はトンネリング層２０を挟んで半導体基板１０上に形成されるため、半導体基板１０とは別個の層で構成される。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したドーピング領域を導電型領域として使用する場合に比べて、再結合による損失を減らすことができる。
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。しかも、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。
以下、図５乃至図１２を参照して、本発明の他の実施例に係る太陽電池を詳しく説明する。上述の実施例で説明した部分と同一又は類似の部分については詳細な説明を省略し、異なる部分について詳細に説明する。そして、上述の実施例及びその変形例と以下の実施例及びそれらの変形例とを組み合わせてもよく、それらも本発明の範囲に含まれる。
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り、図６は、図５に示した太陽電池の部分背面平面図である。
図５及び図６を参照すると、本実施例に係る太陽電池１００では、トンネリング層２０上に設けられる第１導電型領域３２及び第２導電型領域３４のいずれか一方が金属化合物層を含み、いずれか他方が単一半導体物質を含むことができる。また、半導体基板１０の前面上に設けられる前面電界形成層３０が金属化合物層を含むことができる。
一例として、第１導電型領域３２が単一半導体物質を含み、第２導電型領域３４が金属化合物層を含むことができる。
第１導電型領域３２は、半導体基板１０と同じ半導体物質（より具体的に、単一半導体物質、例えば、シリコン）を含むことができる。これによって、第１導電型領域３２が半導体基板１０と類似の特性を有し、個別の半導体物質を含む場合に発生しうる特性差を最小化することができる。特に、第１導電型領域３２がｐｎ接合を構成するエミッタ領域であるため、特性差を最小化することによって太陽電池１００の特性を向上させることができる。
本実施例では、第１導電型領域３２が半導体基板１０上（さらに明確には、トンネリング層２０上）で半導体基板１０と別個に形成されている。また、第１導電型領域３２は、半導体基板１０上に容易に形成されるように、半導体基板１０と異なる結晶構造を有することができる。例えば、本実施例で第１導電型領域３２は、第１導電型ドーパントがドープされた非晶質、微結晶又は多結晶半導体（例えば、非晶質、微結晶又は多結晶シリコン）層で構成することができる。特に、第１導電型領域３２を第１導電型ドーパントがドープされた多結晶半導体層で構成することができる。
本実施例で第１導電型領域３２を半導体基板１０と別個に形成し、半導体基板１０の内部にドーピング領域を形成する時に発生しうる欠陥又は開放電圧低下の問題を防止することができる。これによって、太陽電池１００の開放電圧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わけではない。例えば、第１導電型領域３２を、半導体基板１０の一部を構成するドーピング領域で構成してもよい。
このとき、第１導電型ドーパントがｐ型を有し、第１導電型領域３２がｐ型を有することができる。第１導電型ドーパントとして、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導電型ドーパントは、第１導電型領域３２を構成する半導体層を形成する工程で半導体層に含めることができる。又は、第１導電型領域３２を構成する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って第１導電型ドーパントをドープすることもできる。
本実施例で、第１導電型領域３２は、ベース領域１１０とトンネリング層２０を挟んでｐｎ接合（又は、ｐｎトンネル接合）を形成し、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。これによって、半導体基板１０（特に、ベース領域１１０が第２導電型（例えば、ｎ型）を有し、第１導電型領域３２は半導体基板１０（特に、ベース領域１１０）と反対の導電型を有することができる。
また、本実施例で第２導電型領域３４は、半導体基板１０（又は、ベース領域１１０）及び第１導電型領域３２と異なる半導体物質を含むことができる。前述したように、半導体基板１０及び第１導電型領域３２は単一半導体物質を有するが、第２導電型領域３４は、２つ以上の元素を含む複合半導体物質であってもよい。一例として、第２導電型領域３４が金属化合物層（例えば、金属及び酸素を含む金属酸化物層又は酸化物半導体）で構成され、半導体基板１０及び第１導電型領域３２に含まれた半導体物質（具体的には、単一半導体物質、例えば、シリコン）を含まない。このとき、第２導電型領域３４は、半導体基板１０に含まれる半導体物質、又は該半導体物質にｎ型又はｐ型ドーパントとして用いられるボロン又はリンなどを含まない。
このとき、第２導電型領域３４は半導体基板１０（特に、ベース領域１１０）と同じ導電型を有するとともに、半導体基板１０よりも高いドーピング濃度を有する背面電界（ｂａｃｋ ｓｕｒｆａｃｅ ｆｉｅｌｄ）を形成する背面電界領域を構成することができる。このとき、第２導電型領域３４がトンネリング層２０上で半導体基板１０と別個に形成されるため、半導体基板１０上で容易に形成され得るように半導体基板１０と異なる結晶構造を有することができる。
このとき、本実施例で第２導電型領域３４は、前面電界形成層３０のように、第２導電型を有し、非晶質構造を有し、金属及び酸素を含む酸化物半導体を含むことができる。このように第２導電型領域３４及び前面電界形成層３０が酸化物半導体を有すると、第１導電型領域３２に含まれた半導体物質と異なる特性によって太陽電池１００の特性を向上させることができる。
以下、前面電界形成層３０及び第２導電型領域３４を構成する酸化物半導体について詳しく説明する。
このとき、前面電界形成層３０及び第２導電型領域３４をそれぞれ構成する酸化物半導体は、酸素と共に、第１２族又は第１３族に含まれる金属を一つ又は複数含むことができる。すると、第１２族又は第１３族に含まれる金属と結合して残った酸素の電子などによって、前面電界形成層３０及び第２導電型領域３４がそれぞれｎ型の導電型を有することができる。そして、このような酸化物半導体を含む前面電界形成層３０及び第２導電型領域３４は、太陽電池１００に適した、小さい光吸収係数、広いエネルギーバンドギャップ、優れた移動度などを有することができる。
特に、前面電界形成層３０及び第２導電型領域３２をそれぞれ構成する酸化物半導体が、インジウム、ガリウム及び亜鉛を含む酸化物（すなわち、ｉｎｄｉｕｍ−ｇａｌｌｉｕｍ−ｚｉｎｃ ｏｘｉｄｅ：ＩＧＺＯ）を含むことができる。
このとき、ＩＧＺＯ内でインジウムは（１ｓ）2（２ｓ）2（２ｐ）6（３ｓ）2（３ｐ）6（４ｓ）2（３ｄ）10（４ｐ）6（４ｄ）10（５ｓ）0の電子配置を有するＩｎ3+のイオン状態で存在し、電子の移動経路を形成する役割を担うことができる。インジウムの量が増加すると、キャリア濃度が高くなって伝導性が増加し、インジウムの量が減少すると、キャリア濃度が低くなって伝導性が減少する。亜鉛は、四面体配位（ｔｅｔｒａｈｅｄｒａｌ ｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎ）によって非晶質構造を安定化させ、耐湿性を向上させる役割を担うことができる。ガリウムは、酸素との親和力、結合力などが大きいため、酸素と結合し、酸素によって発生しうる電気伝導度の低下を防止する役割を担うことができる。ガリウムの量が増加すると、酸素との結合確率を増やしてキャリア濃度を減らすことによって伝導性を下げることができる。ガリウムの量が減少すると、キャリア濃度が上昇し、伝導性を高めることができる。すなわち、ガリウムは、キャリア濃度を調節して伝導性を調節する役割を担うことができる。また、酸素は、優れたパッシベーション特性を有させることができる。酸素の量が減少すると、パッシベーション特性が低下し、酸素の量が増加すると、伝導性が低下しうる。
本実施例で、前面電界形成層３０及び第２導電型領域３４ではそれぞれ、インジウムの量がガリウムの量、亜鉛の量及び酸素の量のそれぞれよりも多くなっている。インジウムが伝導性向上に大きく寄与するためである。一例として、前面電界形成層３０及び第２導電型領域３４内にそれぞれ、インジウムを５０ａｔ％〜９０ａｔ％含めることができる。インジウムが５０ａｔ％未満であれば、伝導性が小さいため、第２導電型領域３４としての機能を十分に果たすことができない。インジウムが９０ａｔ％を超えると、ガリウム、亜鉛などの量が少なくなるため、所望の特性を有し難い。
前面電界形成層３０及び第２導電型領域３４のそれぞれにおいて、亜鉛の量がガリウムの量と同一か又は多くてもよく、酸素の量と同一か又は多くてもよい。特に、前面電界形成層３０及び第２導電型領域３４のそれぞれにおいて、亜鉛の量がガリウムの量よりも多くてもよく、酸素の量よりも多くてもよい。亜鉛が構造的安定性を向上させるわけである。一例として、前面電界形成層３０及び第２導電型領域３４のそれぞれに亜鉛が１０ａｔ％〜４０ａｔ％含まれてもよい。亜鉛が１０ａｔ％未満であれば、亜鉛による効果が不十分でありうる。亜鉛が４０ａｔ％を超えると、移動性及び伝導性の不均一度が増加しうる。
前面電界形成層３０及び第２導電型領域３４のそれぞれにおいて、ガリウムがキャリア濃度及び伝導性を調節するように含まれてもよい。また、ガリウムによって第２導電型領域３４のパッシベーション特性を向上させることもできる。一例として、ガリウムの量は１ａｔ％〜１０ａｔ％とすることができる。ガリウムが１ａｔ％〜１０ａｔ％含まれるとき、前面電界形成層３０及び第２導電型領域３４がそれぞれ所望の伝導性を有することができる。
前面電界形成層３０及び第２導電型領域３４のそれぞれにおいて、酸素は、インジウム、亜鉛及びガリウムを除いた残りであってもよい。一例として、前面電界形成層３０及び第２導電型領域３４はそれぞれ酸素を１ａｔ％〜１０ａｔ％含むことができる。酸素が１ａｔ％未満であれば、パッシベーション特性が低下し、酸素が１０ａｔ％を超えると、伝導度が減少しうる。
しかし、本発明がこれに限定されるわけではなく、インジウム、亜鉛、ガリウム、酸素の量は様々な値を有することができる。
参考として、前面電界形成層３０又は第２導電型領域３４が、亜鉛などを除くニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）などの遷移金属、アルカリ金属、アルカリ土金属などを含むと、半導体としての特性を示し難いか、電界の形成に不適である。
また、前面電界形成層３０又は第２導電型領域３４が亜鉛及びインジウムを含まないでガリウム酸化物だけで構成される場合には、太陽電池１００の製造時に経る化学工程（洗浄工程、パターニング工程など）で使われる酸及びアルカリに脆弱であり、耐化学性が低下しうる。その上、伝導性が十分でないか、強い電界を形成し難いため、前面電界形成層３０又は第２導電型領域３４として使用するには不適である。
前面電界形成層３０又は第２導電型領域３４が亜鉛及びガリウムを含まないでインジウム酸化物だけで構成される場合には、構造的安定性及び耐湿性を向上させ得る亜鉛を含まないため、ＩＧＺＯに比べて酸素の比率が高くなる。このため、相対的に伝導性が低くなり、前面電界形成層３０又は第２導電型領域３４として使用するには不適である。また、亜鉛を含まないため、移動度及び伝導性の不均一度が増加しうる。
また、第２導電型領域３４がインジウム及びガリウムを含まないで亜鉛だけを含み、亜鉛酸化物（ＺｎＯ）で構成される場合には、熱に弱いため、温度安定性が低下しうる。このため、太陽電池１００に適用される場合には、ホットスポット（ｈｏｔ ｓｐｏｔ）現象、ダンプヒート（ｄａｍｐ ｈｅａｔ）現象などが発生したり、時間による特性減少が発生することがあり、結果として太陽電池１００の信頼性及び効率が低下しうる。また、電界又は伝導性が、前面電界形成層３０又は第２導電型領域３４として用いるには足りないこともある。また、前面電界形成層３０又は第２導電型領域３４が、太陽電池１００の製造時に経る化学工程（洗浄工程、パターニング工程など）で使われる酸及びアルカリに脆弱であり、耐化学性が低下しうる。
このように、本実施例では、前面電界形成層３０及び第２導電型領域３４が酸素と共にインジウム、亜鉛及びガリウムを含み、前面電界形成層３０及び第２導電型領域３４に適合した様々な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わけではなく、前面電界形成層３０又は第２導電型領域３４がインジウム、亜鉛、ガリウムのうち少なくとも一つだけを含む態様も本発明に属し得る。
前述したように、前面電界形成層３０及び第２導電型領域３４を構成する酸化物半導体（特に、ＩＧＺＯを含む酸化物半導体）は、第１導電型領域３２を構成する半導体物質（より具体的に、単一半導体物質、例えば、４族元素）と異なる物質を有することから、第１導電型領域３２と他の特性を有する。
より具体的に、前面電界形成層３０又は第２導電型領域３４が第１導電型領域３２に比べて大きいエネルギーバンドギャップを有することができる。例えば、前面電界形成層３０又は第２導電型領域３４のエネルギーバンドギャップが３．０ｅＶ〜３．５ｅＶであり、第１導電型領域３２のエネルギーバンドギャップが１．１ｅＶ〜１．２ｅＶであってもよい。本実施例において第２導電型領域３４のエネルギーバンドギャップが大きい値を有し、開放電圧をさらに向上させることができる。
また、前面電界形成層３０又は第２導電型領域３４が第１導電型領域３２に比べて小さい光吸収係数を有することができる。例えば、前面電界形成層３０及び第２導電型領域３４のそれぞれの光吸収係数が０．１×１０3／ｃｍ3〜５×１０3／ｃｍ3であり、第１導電型領域３２の光吸収係数が４×１０５／ｃｍ3〜６×１０５／ｃｍ3であってもよい。このように前面電界形成層３０及び第２導電型領域３４の光吸収係数が小さい値を有することにより、太陽電池１００に入射する光が前面電界形成層３０及び第２導電型領域３４に吸収されて損失されることを減らすことができる。特に、本実施例のように、光吸収係数の小さい前面電界形成層３０を光の入射が相対的に多い前面に配置し、光吸収による損失を最小化することができる。
また、前面電界形成層３０及び第２導電型領域３４のそれぞれを構成する酸化物半導体の電子移動度が５ｃｍ2／Ｖｓｅｃ〜１００ｃｍ2／Ｖｓｅｃであってもよい。これによって、第２導電型領域３４で電子が円滑に流れて第２電極４４によって収集され得る。
第２導電型領域３４と第２電極４４とがオーミックコンタクト（ｏｈｍｉｃ ｃｏｎｔａｃｔ）を維持することができる。そのために、第２導電型領域３４の仕事関数が第２電極４４の仕事関数よりも大きくてもよい。一例として、第２導電型領域３４の仕事関数が４．６０Ｅｖ〜４．８５Ｅｖであってもよい。これによって、第２導電型領域３４の電子が第２電極４４まで円滑に移動することができる。
前面電界形成層３０又は第２導電型領域３４のキャリア濃度がそれぞれ５ｘ１０18／ｃｍ3〜１ｘ１０20／ｃｍ3であってもよい。この範囲内では第２導電型領域３４が低い抵抗を有し、前面電界形成層３０は強い電界を形成することができる。また、第２導電型領域３４の面抵抗がそれぞれ４００Ω／□（ｏｈｍ／ｓｑｕａｒｅ）以下の値を有してもよい。第２導電型領域３４の面抵抗が４００Ω／□未満であれば、第２導電型領域３４としての役割を十分に果たし難い。一例として、第２導電型領域３４の面抵抗は１５０Ω／□〜３５０Ω／□であってもよい。この範囲の面抵抗を有すると、厚さを大きく増加させなくとも第２導電型領域３４の特性を向上させることができる。第２導電型領域３４の面抵抗は、上述したように、組成を調節することによって変化させることができる。一例として、第２導電型領域３４内のインジウムの量を増加させ、ガリウムの量を減らすことによって、第２導電型領域３４の抵抗を下げることができる。また、前面電界形成層３０及び第２導電型領域３４の形成後に行われる熱処理工程の条件によって第２導電型領域３４のキャリア濃度及び面抵抗が変化しうる。一例として、熱処理工程時に酸素を使用する場合、酸素圧力を５Ｐａ以下に維持すると、前面電界形成層３０及び第２導電型領域３４が上述のようなキャリア濃度、抵抗などを有することができる。また、熱処理温度が２５０℃〜４５０℃（例えば、３００℃〜３５０℃）程度であるとき、第２導電型領域３４が上述のようなキャリア濃度、抵抗などを有することができる。
また、前面電界形成層３０又は第２導電型領域３４の厚さが１００ｎｍ〜４００ｎｍであってもよい。この範囲の厚さにおいて低い抵抗及び十分の伝導性を有することができる。一例として、前面電界形成層３０の厚さが第２導電型領域３４の厚さより小さくてもよい。第２導電型領域３４が低い抵抗を有し、第２電極４４との接続特性を向上させなければなず、第２導電型領域３４は十分の厚さで形成することが好ましい。一方、前面電界形成層３０は電界を形成する程度の厚さであればよく、薄い厚さとし、光吸収を最小化するためである。しかし、本発明がこれに限定されるわけではない。
上述した前面電界形成層３０又は第２導電型領域３４の電子移動度、仕事関数、キャリア濃度、面抵抗、厚さは一例に過ぎない。したがって、本発明が上述した値に限定されるわけではなく、様々な値を有することができる。
上述した特性を有する酸化物半導体を含む前面電界形成層３０及び第２導電型領域３４は、相対的に低い温度で簡単な工程によって形成することができる。より具体的には、前面電界形成層３０及び第２導電型領域３４は、インジウム、ガリウム、亜鉛及び酸素を含むターゲット（ｔａｒｇｅｔ）を使ってスパッタリングした後、それを２５０℃〜４５０℃（例えば、３００℃〜３５０℃）の温度で熱処理することによって形成することができる。その他にも、坩堝中にインジウム、ガリウム、亜鉛及び酸素を含むＩＧＺＯパウダーに電子ビーム（ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｂｅａｍ）を照射して気化させ、ＩＧＺＯを蒸着してもよく、有機金属化学気相蒸着（ＭＯＣＶＤ）によってＩＧＺＯを蒸着してもよい。その他様々な方法を利用してもよい。
上述したように、別個の物質で形成された第１導電型領域３２と第２導電型領域３４との間に、空間又はトレンチなどで形成される分離領域３６を配置してもよい。これによって、第１導電型領域３２と第２導電型領域３４とが分離領域３６を挟んで分離される。分離領域３６は、第１導電型領域３２と第２導電型領域３４を物理的に分離し、第１導電型領域３２と第２導電型領域３４との間で発生しうるシャント（ｓｈｕｎｔ）などの問題を防止することができる。これによって、太陽電池１００の電荷密度（ｃｈａｒｇｅ ｄｅｎｓｉｔｙ）を向上させることができ、一例として、太陽電池１００が８２％以上の電荷密度を有することができる。
分離領域３６は、第１導電型領域３２と第２導電型領域３４とを全体的に分離するように、図６に示したように全体的に形成されてもよく、第１導電型領域３２と第２導電型領域３４との間に部分的に形成されてもよい。後者の場合、第１導電型領域３２と第２導電型領域３４との境界の一部か互いに接触してもよい。分離領域３６は必須のものではなく、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てもよい。その他様々な変形も可能である。
このように、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、空間又はトレンチで構成された分離領域３６が設けられることを例示した。しかし、本発明がこれに限定されるわけではなく、第１導電型領域３２と第２導電型領域３４との間に分離領域３６以外の部分が設けられてもよい。その詳細は、図８を参照して後述する。
第１及び第２導電型領域３２，３４上に絶縁層４０が形成されてもよい。一例として、絶縁層４０は、第１及び第２導電型領域３２，３４の上面（図面では下面）及び側面を覆いながら形成され、分離領域３６の内部にも形成されてもよい。より具体的には、絶縁層４０が第１及び第２導電型領域３２，３４の上面及び側面、並びに第１及び第２導電型領域３２，３４の間に配置された分離領域３６に対応する箇所においてトンネリング層２０上に形成（例えば、接触）されてもよい。これによって、第１及び第２導電型領域３２，３４のパッシベーション特性が向上し、第１及び第２導電型領域３２，３４の間におけるシャントをより効果的に防止することができる。
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を有する。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（すなわち、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ことができる。また、絶縁層４０は、第１及び第２導電型領域３２，３４及び／又はトンネリング層２０をパッシベーションする効果を有することができる。
絶縁層４０は、トンネリング層２０に比べて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わけではない。
絶縁層４０は、様々な絶縁物質（例えば、酸化物、窒化物など）で構成することができる。一例として、絶縁層４０は、シリコン窒化膜、水素を含むシリコン窒化膜、シリコン酸化膜、シリコン酸化窒化膜、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＦ2、ＺｎＳ、ＴｉＯ2及びＣｅＯ2からなる群から選ばれるいずれか１つの単一膜又は２つ以上の膜が組み合わせられた多層膜の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わけではなく、絶縁層４０がその他様々な物質を含んでもよいことは勿論である。
一例として、本実施例において反射防止膜２６及び絶縁層４０は、優れた絶縁特性、パッシベーション特性などを有し得るようにドーパントなどを含まなくてもよい。
半導体基板１０の背面に配置される電極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とを有する。
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（例えば、接触）され、金属物質で構成される第２電極層４２２で構成される。また、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（例えば、接触）され、金属物質で形成された第２電極層４４２で構成される。この第１及び第２電極４２，４４は、様々な伝導性物質（例えば、金属物質）を含むことができる。
図６では、分離領域３６が第１導電型領域３２と第２導電型領域３４との間においてそれらを全体的に離隔させつつ一方向に長く延びるストライプ形状を有することを例示した。しかし、本発明がこれに限定されるわけではなく、分離領域３６の形状は様々な変形が可能である。
また、本実施例で半導体基板１０のベース領域１１０は、これと同じ導電型を有する第１及び第２導電型領域３２，３４のいずれか一方よりも低いドーピング濃度、高い抵抗又は低いキャリア濃度を有することができる。本実施例において第２導電型領域３４が金属及び酸素を含む酸化物半導体で構成されるため、ベース領域１１０が第２導電型を有する場合にはベース領域１１０が第２導電型領域３４に比べて高い抵抗及び低いキャリア濃度を有することができる。一例として、ベース領域１１０のキャリア濃度が０．１ｘ１０15／ｃｍ3〜７ｘ１０15／ｃｍ3であり、第２導電型領域３４のキャリア濃度が５ｘ１０18／ｃｍ3〜１ｘ１０20／ｃｍ3であってもよい。その詳細については後述する。ベース領域１１０が第１導電型を有する場合には、ベース領域１１０が第１導電型領域３２に比べて低いドーピング濃度、高い抵抗又は低いキャリア濃度を有することができる。
上述した実施例では、前面電界形成層３０及び第２導電型領域３４がそれぞれ酸化物半導体を含む例を示した。しかし、本発明がこれに限定されるわけではなく、前面電界形成層３０及び第２導電型領域３４のいずれか一方だけが酸化物半導体を含んでもよい。
一例として、前面電界形成層３０を、半導体基板１０と別個の半導体層（例えば、非晶質半導体層、微結晶半導体層、又は多結晶半導体層）に第２導電型ドーパントをドープして形成してもよい。又は、前面電界形成層３０を、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で構成してもよい。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又は反射防止膜２６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、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が別のドーピング領域を具備せずにベース領域１１０だけで構成され、半導体基板１０の欠陥を最小化することができる。その他様々な方法によって様々な構造の前面電界形成層３０を形成することもできる。他の例については図７及び図８を参照して詳しく説明する。
上述した実施例では、半導体基板１０がｎ型を有し、第２導電型領域３４がそれと同じｎ型を有して背面電界領域を形成するとき、第２導電型領域３４が酸化物半導体を含む例を示した。しかし、本発明がこれに限定されるわけではなく、半導体基板１０がｐ型を有し、第１導電型領域３２がｎ型を有してエミッタ領域を形成するとき、第１導電型領域３２が酸化物半導体を含んでもよい。その他様々な変形も可能である。
図７は、本発明の更に他の実施例に係る太陽電池の断面図である。
図７を参照すると、本実施例では、前面電界形成層（又は、電界領域）３０ａ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で構成されている。すなわち、第２導電型を有する結晶質（単結晶又は多結晶）半導体を含む前面電界形成層３０ａが半導体基板１０の一部を構成することとなる。一例として、前面電界形成層３０ａは、第２導電型を有する単結晶半導体基板（例えば、単結晶シリコンウエハー基板）の一部分を構成することができる。また、前面電界形成層３０ａのドーピング濃度はベース領域１１０のドーピング濃度よりも高くてなっている。
このように、本実施例ではドーピング工程によって前面電界形成層３０ａを形成しているため、前面電界形成層３０を形成するために別の層を形成する工程を省略してもよく、製造工程の負担を軽減することができる。
これによって、本実施例では第２導電型領域３４だけが酸化物半導体を含むこととなる。
図８は、本発明の更に他の実施例に係る太陽電池の断面図である。
図８を参照すると、本実施例では、第２導電型領域３４ａが第２導電型を有する単一半導体物質を含み、前面電界形成層３０だけが酸化物半導体を含んでいる。第２導電型領域３４ａは、第２導電型を有する以外は、第１導電型領域３２と同一又は類似の特性を有し、その説明は省略する。また、第１導電型領域３２と第２導電型領域３４ａとの間にバリアー領域３６ａが設けられている。一例として、絶縁層４０が、第１及び第２導電型領域３２，３４ａとバリアー領域３６ａに触して形成されている。
また、第１導電型領域３２と第２導電型領域３４ａとの間にバリアー領域３６ａが設けられ、第１導電型領域３２と第２導電型領域３４ａとを分離させている。第１導電型領域３２と第２導電型領域３４ａとが接触し合う場合にはシャント（ｓｈｕｎｔ）が発生し、太陽電池１００の性能が低下しうる。そこで、本実施例では第１導電型領域３２と第２導電型領域３４ａとの間にバリアー領域３６ａを配置し、不要なシャントを防止することができる。
バリアー領域３６ａは、第１導電型領域３２と第２導電型領域３４ａとの間でそれらを実質的に絶縁させ得る様々な物質を含むことができる。すなわち、バリアー領域３６ａには、ドープされていない（すなわち、非ドープの）物質（例えば、酸化物、窒化物）などを使用することができる。又は、バリアー領域３６ａが真性（ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ）半導体を含んでもよい。このとき、第１導電型領域３２及び第２導電型領域３４ａとバリアー領域３６ａは、互いに側面が接触しつつ連続して形成される同一の単一半導体物質（例えば、非晶質シリコン、微結晶シリコン、多結晶シリコン）で構成されるが、バリアー領域３６ａは実質的にドーパントを含まなくてもよい。例えば、単一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３４ａを形成すると、第１導電型領域３２及び第２導電型領域３４ａが形成されていない領域がバリアー領域３６ａを構成することができる。これによれば、第１導電型領域３２及び第２導電型領域３４ａとバリアー領域３６ａ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わけではなく、バリアー領域３６ａを第１導電型領域３２及び第２導電型領域３４ａと別に形成した場合には、バリアー領域３６ａの厚さが第１導電型領域３２及び第２導電型領域３４ａと異なってもよい。一例として、第１導電型領域３２及び第２導電型領域３４ａの短絡をより効果的に防ぐために、バリアー領域３６ａが第１導電型領域３２及び第２導電型領域３４ａよりも厚い厚さを有することができる。又は、バリアー領域３６ａを形成するための原料を節減するために、バリアー領域３６ａの厚さを第１導電型領域３２及び第２導電型領域３４ａの厚さよりも小さくしてもよい。その他様々な変形も可能であることは勿論である。また、バリアー領域３６ａ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３４ａのそれと異なってもよい。
また、本実施例ではバリアー領域３６ａが第１導電型領域３２と第２導電型領域３４ａとの間を全体的に離隔することを例示した。しかし、本発明がこれに限定されるわけではなく、バリアー領域３６ａが第１導電型領域３２及び第２導電型領域３４ａの境界部分の一部だけを離隔するように形成されてもよい。この場合、第１導電型領域３２及び第２導電型領域３４ａの境界の他の一部は互いに接触してもよい。また、バリアー領域３６ａは必須のものではなく、第１導電型領域３２と第２導電型領域３４ａとが全体的に接して形成されてもよい。その他様々な変形も可能である。
また、本実施例では、第２導電型領域３４ａが酸化物半導体を含まず、第１導電型領域３２ａと同様に単一半導体物質（例えば、シリコン）を含み、バリアー領域３６ａが形成されることを例示した。しかし、本発明がこれに限定されるわけではなく、第１導電型領域３２又は第２導電型領域３４ａが酸化物半導体を含み、バリアー領域３６ａを有することも可能である。又は、第２導電型領域３４ａが酸化物半導体を含まず、第１導電型領域３２ａと同様に単一半導体物質（例えば、シリコン）を含み、分離領域３６が形成されてもよい。その他様々な変形も可能である。
図９は、本発明の実施例に係る太陽電池の断面図であり、図１０は、図９に示した太陽電池の平面図である。図１０は半導体基板と電極を中心にして示している。図９及び図１０に示す実施例において、図５乃至図８に示した実施例と同一又は類似の部分については詳細な説明を省略し、異なる部分を中心に説明するものとする。
図９及び図１０を参照すると、本実施例では、第１導電型領域３２が半導体基板１０の一面上に設けられ、第２導電型領域３４が半導体基板１０の他面上に設けられている。このとき、第１導電型領域３２を半導体基板１０の一面上に全体的に形成し、第２導電型領域３４を半導体基板１０の他面上に全体的に形成することができる。また、本実施例では、図１乃至図８に示した実施例と違い、前面電界形成層３０又は前面電界形成層３０ａを具備しない。
さらに具体的には、本実施例では、半導体基板１０の一面（例えば、背面）上においてトンネリング層２０上に第１導電型領域３２が設けられている。一例として、第１導電型領域３２はトンネリング層２０に接して設けられてもよい。一例として、第１導電型領域３２は、ｐ型の第１導電型を有してもよい。
このとき、半導体基板１０又はベース領域１１０が第２導電型であるｎ型を有することができる。すると、第１導電型領域３２がトンネリング層２０を挟んでベース領域１１０とｐｎ接合（又は、ｐｎトンネル接合）を形成し、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。
本実施例では、第２導電型領域３４は第２導電型であるｎ型を有し、半導体基板１０と同じ導電型を有する前面電界（ｆｒｏｎｔ ｓｕｒｆａｃｅ ｆｉｅｌｄ）を形成する前面電界領域を構成することがきる。このとき、第２導電型領域３４が半導体基板１０上に半導体基板１０と別個に形成され、半導体基板１０上で容易に形成され得るように、半導体基板１０と異なる結晶構造を有することができる。
このとき、第１導電型領域３２を単一半導体（例えば、シリコン）層で構成し、第２導電型領域３４を酸化物半導体層で構成することができる。第１導電型領域３２を構成する単一半導体層及び第２導電型領域３４を構成する酸化物半導体層に関する説明は、図５乃至図８に示した実施例における説明と同一又は類似であり、詳細な説明を省略する。
反射防止膜２６が、第２電極４４に対応する開口部４０４を除いて第２導電型領域３４上で実質的に半導体基板１０の前面全体に形成されている。一例として、反射防止膜２６が第２導電型領域３４に接して形成されてもよい。
反射防止膜４０ａが、第１電極４２に対応する開口部４０２を除いて第１導電型領域３２上で実質的に半導体基板１０の背面全体に形成されている。一例として、反射防止膜４０ａが第１導電型領域３２に接して形成されてもよい。
反射防止膜４０ａは様々な物質で構成することができる。一例として、反射防止膜４０ａは、シリコン窒化膜、水素を含むシリコン窒化膜、シリコン酸化膜、シリコン酸化窒化膜、シリコン炭化膜、アルミニウム酸化膜、ＭｇＦ2、ＺｎＳ、ＴｉＯ2及びＣｅＯ2からなる群から選ばれるいずれか１つの単一膜又は２つ以上の膜が組み合わせられた多層膜の構造を有することができる。一例として、反射防止膜４０ａは、シリコン窒化膜の単一層で構成されてもよく、シリコン窒化膜とシリコン炭化膜とが積層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わけではなく、反射防止膜４０ａが様々な物質を含んでもよいことは勿論である。また、反射防止膜４０ａの代わりにパッシベーション膜を使用してもよく、図５に示した実施例の絶縁層４０又は反射膜などの他の膜が第１導電型領域３２上に又は半導体基板１０の背面側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。
第１電極４２は、第１導電型領域３２上に設けられて（例えば、接触して）第１導電型領域３２に電気的に接続され、金属物質を含む第２電極層４２２で構成されている。第２電極４４は、第２導電型領域３４上に設けられて（例えば、接触して）第２導電型領域３４に電気的に接続され、金属物質を含む第２電極層４４２で構成されている。第１及び第２電極４２，４４は、反射防止膜４０ａ，２６に形成された開口部４０２，４０４を通って（すなわち、反射防止膜４０ａ，２６を貫通して）第１及び第２導電型領域３２，３４に電気的に接続されている。第１及び第２電極４２，４４の形状については、図１０を参照して後述する。
図１０を参照して第１及び第２電極４２，４４（さらに正確には、第２電極層４２２，４４２）の平面形状について詳しく説明する。
図１０を参照すると、第１及び第２電極４２，４４は、一定のピッチで互いに離隔している複数のフィンガー電極４２ａ，４４ａを有している。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の縁に平行である例を示しているが、本発明がこれに限定されるものではない。また、第１及び第２電極４２，４４は、フィンガー電極４２ａ，４４ａと交差する方向に設けられてフィンガー電極４２ａ，４４ａを接続するバスバー電極４２ｂ，４４ｂを有することができる。このようなバスバー電極４２ｂ，４４ｂは、１個だけ設けられてもよく、図１０に示すように、フィンガー電極４２ａ，４４ａのピッチよりも大きいピッチで複数個設けられてもよい。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の幅が大きくなっているが、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の幅と同一か又は小さくてもよい。
断面から見て、第１電極４２のフィンガー電極４２ａ及びバスバー電極４２ｂはいずれも反射防止膜４０ａを貫通して形成されている。すなわち、開口部４０２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ている。また、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２６を貫通して形成されている。すなわち、開口部４０４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ている。しかし、本発明がこれに限定されるわけではない。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４０ａを貫通して形成され、バスバー電極４２ｂが反射防止膜４０ａ上に形成されてもよい。この場合には、開口部４０２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のみ位置している部分には形成されなくてもよい。また、第２電極４４のフィンガー電極４４ａが反射防止膜２６を貫通して形成され、バスバー電極４４ｂは反射防止膜２６上に形成されてもよい。この場合には、開口部４０４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のみ位置している部分には形成されなくてもよい。
図面では第１電極４２と第２電極４４とが同じ平面形状を有する例を示した。しかし、本発明がこれに限定されるわけではなく、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してもよい。また、第１電極４２と第２電極４４の平面形状が互いに異なってもよく、その他様々な変形が可能である。
本実施例では、半導体基板１０の前面及び背面に凹凸が形成される例を示したが、本発明がこれに限定されるわけではない。したがって、半導体基板１０の前面及び背面のいずれか一方にだけ凹凸が形成されてもよい。特に、半導体基板１０の前面に凹凸が形成され、半導体基板１０の背面が鏡面研磨されるようにし、相対的に光が多く入射する前面では光の反射を最小化し、背面では反射によって光を再利用することができる。又は、半導体基板１０の前面及び背面に凹凸が形成されなくてもよい。
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し、太陽電池１００が半導体基板１０の前面及び背面から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で使われる光量を増加させ、太陽電池１００の効率の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わけではなく、第２電極４４が半導体基板１０の背面側で全体的に形成される構造を有してもよい。その他様々な変形も可能である。
また、本実施例では、エミッタ領域を構成する第２導電型領域３４ではなく第１導電型領域３２を、半導体基板１０及び第２導電型領域３４の半導体物質と異なる酸化物半導体で構成する。これによって、第１導電型領域３２が第２導電型領域３４と異なる特性を有し、表面再結合及び光損失を最小化し、高いエネルギーバンドギャップを有することができる。その結果、太陽電池１００の開放電圧及び電流密度を増加させ、太陽電池１００の効率を向上させることができる。
上述した実施例では、半導体基板１０が第２導電型を有し、背面に設けられた第１導電型領域３２がエミッタ領域を構成し、前面に設けられた第２導電型領域３４が前面電界領域を構成することを例示した。しかし、本発明がこれに限定されるわけではなく、半導体基板１０が第１導電型を有し、背面に設けられた第１導電型領域３２が背面電界領域を構成し、前面に設けられた第２導電型領域３４がエミッタ領域を構成してもよい。その他にも様々な変形が可能である。
図１１は、本発明の他の実施例に係る太陽電池の断面図である。図１１に示した実施例において、図９及び図１０に示した実施例と同一又は類似の部分については詳細な説明を省略し、異なる部分を中心に説明するものとする。
図１１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との間にトンネリング層２２がさらに設けられている。図９に示したトンネリング層２０に関する説明を、半導体基板１０と第２導電型領域３４との間に設けられたトンネリング層２２にそのまま適用すればよく、その説明は省略する。
本実施例では、半導体基板１０と第２導電型領域３４との間にトンネリング層２２がさらに設けられ、パッシベーション効果を最大化するとともに、キャリアの移動を円滑にさせることができる。
図１２は、本発明の更に他の実施例に係る太陽電池の断面図である。図１２に示す実施例において、図９及び図１０に示した実施例又は図１１に示した実施例と同一又は類似の部分については詳細な説明を省略し、異なる部分を中心に説明するものとする。
図１２を参照すると、本実施例では、半導体基板１０と同じ半導体物質を含む第１導電型領域３２及びこれに接続される第１電極４２が、半導体基板１０の前面にトンネリング層２０を挟んで設けられている。また、半導体基板１０と異なる半導体物質（例えば、複合半導体又は酸化物半導体）を含む第２導電型領域３４及びこれに接続される第２電極４４が、半導体基板１０の背面に形成（例えば、接触）されている。
このとき、半導体基板１０がｎ型の第２導電型を有することができる。これによれば、エミッタ領域を構成するｐ型の第１導電型領域３２が半導体基板１０の前面に位置し、ｐｎ接合に到達する光の経路を最小化することができる。また、背面電界領域を構成するｎ型の第２導電型領域３４が半導体基板１０の背面に位置している。しかし、本発明がこれに限定されるわけではない。したがって、半導体基板１０がｐ型の第１導電型を有し、第１導電型領域３２が前面電界領域を形成し、第２導電型領域３４がエミッタ領域３４を構成してもよい。
上述のような特徴、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限定されない。なお、各実施例で例示された特徴、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組合せ又は変形して実施されてもよい。したがって、このような組合せ又は変形に関する内容も本発明の範囲に含まれるものとして解釈しなければならない。

Claims (20)

  1. 半導体基板と、
    前記半導体基板の一面側に設けられ、第１導電型を有する第１導電型領域と、
    前記第１導電型と反対の第２導電型を有する第２導電型領域と、
    前記第１導電型領域に接続された第１電極と、
    前記第２導電型領域に接続された第２電極と、
    を備え、
    前記第１導電型領域及び前記第２導電型領域のうち少なくとも一つが金属化合物層で構成される、太陽電池。
  2. 前記半導体基板の一面上に設けられたトンネリング層をさらに備え、
    前記第１導電型領域及び前記第２導電型領域が前記トンネリング層上に共に配置される、請求項１に記載の太陽電池。
  3. 前記第１導電型領域及び前記第２導電型領域のうち少なくとも一つは、前記半導体物質、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、請求項２に記載の太陽電池。
  4. 前記半導体基板がｎ型の導電型を有するシリコンを含み、
    前記第１導電型領域が金属化合物層で構成され、正孔を選択的に収集するエミッタ領域であり、
    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く、
    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、又はバナジウム酸化物層で構成される、請求項２に記載の太陽電池。
  5. 前記半導体基板がｎ型の導電型を有するシリコンを含み、
    前記第２導電型領域が金属化合物層で構成され、電子を選択的に収集する電界領域であり、
    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く、
    前記第２導電型領域がチタン酸化物層又は亜鉛酸化物層で構成される、請求項２に記載の太陽電池。
  6. 前記第１導電型領域が第１金属化合物層で構成され、
    前記第２導電型領域が前記第１金属化合物層と異なる第２金属化合物層で構成される、請求項２に記載の太陽電池。
  7. 前記第１導電型領域及び前記第２導電型領域のうち少なくとも一つに接続される前記第１電極又は前記第２電極は、透明導電性物質を含む第１電極層と、前記第１電極層上に設けられ、パターンを有し、金属物質を含む第２電極層とを有する、請求項２に記載の太陽電池。
  8. 前記半導体基板の他面上に設けられ、固定電荷を含み、又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備え、
    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うち少なくとも一つを含む、請求項２に記載の太陽電池。
  9. 前記半導体基板の他面上に設けられ、固定電荷を含み、又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備え、
    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導電型領域のうち少なくとも一つに含まれる前記金属化合物層とが同じ物質で構成される、請求項２に記載の太陽電池。
  10. 前記第２導電型領域が金属化合物層で構成され、金属及び酸素を含む酸化物半導体層を含み、
    前記第１導電型領域が前記第２導電型領域と異なる半導体物質を含む、請求項１に記載の太陽電池。
  11. 前記第１導電型領域が単一半導体物質を含む、請求項１０に記載の太陽電池。
  12. 前記第２導電型領域の前記酸化物半導体層がｎ型を有し、第１２族又は第１３族に含まれる金属を１つ又は複数含む、請求項１０に記載の太陽電池。
  13. 前記酸化物半導体層がインジウム、ガリウム及び亜鉛を含む、請求項１２に記載の太陽電池。
  14. 前記第２導電型領域において前記インジウムの量が前記ガリウムの量、前記亜鉛の量及び前記酸素の量のそれぞれよりも多い、請求項１３に記載の太陽電池。
  15. 前記亜鉛の量が前記ガリウムの量及び前記酸素の量のそれぞれよりも多い、請求項１４に記載の太陽電池。
  16. 前記第２導電型領域内にインジウムの量が５０ａｔ％〜９０％であり、
    前記第２導電型領域内に亜鉛の量が１０ａｔ％〜４０％であり、
    前記第２導電型領域内にガリウムの量が１ａｔ％〜１０％である、請求項１３に記載の太陽電池。
  17. 前記半導体基板が単一半導体物質を含み、前記半導体基板と前記第２導電型領域の半導体物質が互いに異なり、
    前記半導体基板と前記第１導電型領域とが同じ単一半導体物質を含み、結晶構造は互いに異なる、請求項１１に記載の太陽電池。
  18. 前記半導体基板が前記第２導電型を有し、
    前記第１導電型領域が前記半導体基板と異なる導電型を有してエミッタ領域を構成し、
    前記第２導電型領域が前記半導体基板と同じ導電型を有して前面電界領域又は背面電界領域を構成する、請求項１０に記載の太陽電池。
  19. 前記半導体基板の一面上に形成されるトンネリング層をさらに備え、
    前記第１導電型領域及び前記第２導電型領域が前記トンネリング層上に共に設けられており、
    前記第１導電型領域と前記第２導電型領域との間に分離領域又はバリアー領域が設けられている、請求項１０に記載の太陽電池。
  20. 前記半導体基板の他面に前記第２導電型領域が設けられており、
    前記第２導電型領域が前記半導体基板に接して形成され、又は前記半導体基板と前記第２導電型領域との間にトンネリング層がさらに設けられている、請求項１０に記載の太陽電池。
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