JP2023508244A - 太陽電池及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

本実施例による太陽電池は、ペロブスカイト化合物から構成される光電変換層を含む第１光電変換部、及び半導体基板を含む第２光電変換部を含む光電変換部を含むタンデム型構造を有する。ここで、第２光電変換部で半導体基板の一面及び他面で半導体基板とは別個に形成される第１半導体層及び第２半導体層が相異なる構造を有することができる。

Description

本発明は、太陽電池及びその製造方法に関し、より詳しくは、構造を改善した太陽電池及びその製造方法に関する。

半導体基板を含む太陽電池は、優れた効率を有しているため、広く使われている。しかしながら、半導体基板を含む太陽電池も効率の向上に限界があるため、光電変換効率を向上できる多様な構造の太陽電池が提案されている。

一例として、短波長の光を吸収して短波長を利用した光電変換を行うペロブスカイト化合物を光電変換部に含む太陽電池が提案された。このようなペロブスカイト化合物を光電変換部に含む太陽電池では、大韓民国開特許第１０－２０１６－００４０９２５号のように、ペロブスカイト化合物を含む光電変換部と異なる構造又は物質で構成されたまた他の光電変換部を積層して優れた効率を実現することが一般的である。

このような構造の太陽電池において、効率を向上するためには互いに積層された複数の光電変換部が優れた接続特性を有することが非常に重要である。ここで、太陽電池の効率向上のために少なくとも１つの光電変換部にパシベーション特性を向上するためのパシベーション層を含んでもよいが、パシベーション層は絶縁物質からなる絶縁層で構成される。このような絶縁層が複数の光電変換部の間に位置すると、パッシベーション層がキャリアの移動に大きな障害物となって太陽電池の効率向上に困難がある。

本実施例は、優れた効率を有する太陽電池及びその製造方法を提供しようとする。特に、本実施例は、ペロブスカイト化合物を含む光電変換部と、これとは異なる物質又は構造を有するまた他の光電変換部とを備えるタンデム型構造を有するとともに、優れた効率を有する太陽電池及びその製造方法を提供しようとする。

より具体的には、本実施例は、複数の光電変換部を備えるタンデム型構造においてパシベーション特性を向上させるとともにキャリアの移動が円滑に行われるようにすることで、優れた効率を有する太陽電池及びその製造方法を提供しようとする。

また、本実施例は、簡単な工程により製造されることで、生産性を向上できる太陽電池及びその製造方法を提供しようとする。

本実施例による太陽電池は、ペロブスカイト化合物から構成される光電変換層を含む第１光電変換部、及び半導体基板を含む第２光電変換部を含む光電変換部を含むタンデム型構造を有する。ここで、第２光電変換部は、半導体基板の一面及び他面において半導体基板とは別個に形成される第１半導体層及び第２半導体層が相異なる構造を有してもよい。これにより、タンデム型構造においてパッシベーション特性及びキャリア移動特性を向上し、製造工程を単純化することができる。本実施例による太陽電池は、光電変換部の一面において光電変換部に電気的に接続される第１電極と光電変換部の他面において光電変換部に電気的に接続される第２電極をさらに含む（備える；構成する；構築する；設定する；包接する；包含する；含有する）。

より具体的に、半導体基板の前面上に位置する第１半導体層が非晶質部分を含み、半導体基板の後面上に位置する第２半導体層が多結晶部分を含んでもよい。または、第２光電変換部において第１光電変換部に隣接して位置する第１半導体層が非晶質部分を含み、第２光電変換部において第１光電変換部と反対の面に位置する第２半導体層が多結晶部分を含んでもよい。

ここで、多結晶部分を含む第２半導体層の厚さが非晶質部分を含む第１半導体層の厚さより大きくてもよく、非晶質部分を含む第１半導体層の水素含量が多結晶部分を含む第２半導体層の水素含量より大きくてもよい。

本実施例による太陽電池は、半導体基板と第１半導体層の間に位置する第１中間膜と、半導体基板と第２導電型領域の間に位置する第２中間膜をさらに含む。第１半導体層と第２半導体層が相異なる結晶構造を有しているため、第１中間膜と第２中間膜の物質又は厚さが異なることがあり、これにより、第１半導体層と第２半導体層の接合構造が異なることがある。

例えば、半導体基板及び第１半導体層が半導体物質で構成された第１中間膜を挟んで相異なる結晶構造を有する異種接合構造を有し、半導体基板及び第２半導体層が絶縁物質で構成された第２中間膜を挟んで接合される絶縁接合構造またはトンネル接合構造を有してもよい。または、第１中間膜が半導体物質を含み、第２中間膜が絶縁物質を含んでもよい。一例として、第１中間膜が真性非晶質シリコンを含み、第２中間膜がシリコン酸化物を含んでもよい。

ここで、第２中間膜の厚さが第１中間膜の厚さより小さく、第１中間膜の水素含量が第２中間膜の水素含量より大きくてもよい。

そして、第１半導体層と第２半導体層が相異なる結晶構造を有しているため、第１光電変換部の上に位置する第１電極と、第２光電変換部に含まれ、多結晶部分を有する第２半導体層の上に位置する第２電極の積層構造が異なることがある。

例えば、第１電極は、第１光電変換部の上に形成され、透明伝導性物質を含む第１電極層と、第１電極層の上に形成され、金属を含む第２電極層とを含む。そして、第２電極層は、第２電極層の上に形成され、金属を含む金属電極層を含む。

そして、本実施例による太陽電池は、第１電極層の上に形成される反射防止膜及び第２半導体層の上に形成される光学膜のうち少なくとも１つを含む。

本実施例による太陽電池の製造方法は、第２光電変換部形成段階、第１光電変換部形成段階及び電極形成段階を含む。第２光電変換部形成段階では、半導体基板と、半導体基板の一面上に半導体基板とは別個に形成される第１半導体層と、半導体基板の他面上に半導体基板とは別個に形成され、第１半導体層と異なる結晶構造を有する第２半導体層とを形成する含む第２光電変換部を形成する。第１光電変換部形成段階では、第１半導体層の上にペロブスカイト化合物から構成される光電変換層を含む第１光電変換部を形成する。電極形成段階では、第１光電変換部の一面において第１光電変換部に電気的に接続される第１電極及び第２光電変換部の他面において第２光電変換部に電気的に接続される第２電極を形成することができる。

ここで、第２光電変換部形成段階は、半導体基板の他面上に多結晶部分を含む第２半導体層を含む第２部分を形成する第２部分形成段階と、半導体基板の一面上に非晶質部分を含む第１半導体層を含む第１部分を形成する第１部分形成段階とを含む。

この時、第２部分形成段階と第１部分形成段階の間に第２半導体層に水素を注入する水素注入段階をさらに含んでもよい。第１部分形成段階では、第１半導体層に水素を注入する水素注入工程を共に行うことができる。

第１半導体層と第２半導体層が異なる結晶構造を有するので、相異なる工程または相異なる工程条件により形成されることができる。一例として、第１半導体層を形成する工程の温度が第２半導体層を形成する工程の温度より低く、第１半導体層を形成する工程の圧力が第２半導体層を形成する工程の圧力より高いことがある。そして、第２部分を形成する段階では、両面蒸着工程により半導体基板の両面に第２部分を形成した後に一面に形成された第２部分を除去することができる。第１部分を形成する段階は、断面蒸着工程により半導体基板の一面に第１部分を形成することができる。

そして、第２部分を形成する段階は、第２半導体層を形成する工程以前に第２中間膜を形成する工程をさらに含み、第１部分を形成する段階は、第１半導体層を形成する工程以前に第１中間膜を形成する工程をさらに含んでもよい。この時、第２中間膜を形成する工程と第２半導体層を形成する工程が連続的な工程により形成されることができ、第１中間膜を形成する工程と第１半導体層を形成する工程が連続的な工程により形成されることができる。

本実施例によれば、ペロブスカイト化合物を含む第１光電変換部及び半導体基板を含む第２光電変換部を備えるタンデム型構造において、第２光電変換部の第１半導体層及び第２半導体層の結晶構造を異なるようにして効率及び生産性を向上することができる。すなわち、第１半導体層を、水素を含む水素化された非晶質部分で構成することによりパッシベーション特性を向上することができ、ペロブスカイト化合物を含む第１光電変換部との整合性を向上することによりキャリア移動特性を向上することができる。そして、第２半導体層は、優秀なキャリア移動度を有する多結晶部分で構成することによりキャリア移動特性を向上することができ、第２電極の材料費用を節減し、製造工程を単純化することができる。

本実施例によれば、優れた効率を有するタンデム型構造の太陽電池を簡単な製造工程で形成して生産性を向上することができる。この時、ペロブスカイト化合物を含む第１光電変換部を形成する第１光電変換部形成段階以後に行われる電極形成段階などの工程温度を低い温度に維持することにより非晶質部分で構成される第１半導体層又はペロブスカイト化合物を含む第１光電変換部の特性劣化などを効果的に防止することができる。

本発明の一実施例による太陽電池を概略的に示す断面図である。 図１に示した太陽電池の前面を示す前面平面図である。 本発明の一実施例による太陽電池の光電変換部に含まれる複数の層の導電型及び役割の一例を模式的に示す図である。 図３に示した太陽電池、そして比較例１及び２による太陽電池の光電変換部のエネルギーバンドを概略的に示すエネルギーバンドダイアグラムである。 本発明の一実施例による太陽電池に含まれる複数の層の導電型及び役割の他の例を模式的に示す図である。 本発明の一実施例による太陽電池に含まれる複数の層の導電型及び役割のまた他の例を模式的に示す図である。 本発明の一実施例による太陽電池に含まれる複数の層の導電型及び役割のまた他の例を模式的に示す図である。 本発明の一実施例による太陽電池の製造方法のフローチャートである。 本発明の一実施例による太陽電池の製造方法を示す断面図である。 本発明の他の実施例による太陽電池を概略的に示す断面図である。 本発明のまた他の実施例による太陽電池を概略的に示す断面図である。 本発明のまた他の実施例による太陽電池を示す平面図である。

以下では、添付の図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。しかしながら、本発明がこのような実施例に限定されるものではなく、多様な形態に変形できることは言うまでもない。

図面においては、本発明を明確か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、明細書の全体にわたって同一又は極めて類似している部分に対しては同一の参照符号を使用する。そして、図面においては、説明をより明確にするために厚さ、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、広さなどは図面の図示に限定されない。

そして、明細書の全体においてある部分が他の部分を「含む」とする時、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」あるとする時、これは他の部分の「真上に」ある場合だけでなく、その中間に他の部分が位置する場合も含む。層、膜、領域、板などの部分が他の部分の「真上に」あるとする時は、中間に他の部分が位置しないことを意味する。

以下、添付の図面を参照して本発明の実施例による太陽電池及びその製造方法を詳細に説明する。本明細書において「第１」または「第２」の表現は、互いの区別のために使用されたものであり、本発明がこれに限定されるものではない。

図１は、本発明の一実施例による太陽電池を概略的に示す断面図であり、図２は、図１に示した太陽電池の前面を示す前面平面図である。明確な理解のために、図２では第１電極の第１電極層の図示を省略し、第２電極層を中心に図示した。

図１に示すように、本実施例による太陽電池１００は、第１及び第２光電変換部１１０、１２０を含む光電変換部１０を含む。すなわち、光電変換部１０が互いに積層される複数の光電変換部１１０、１２０を含むタンデム型構造を有する。この時、第２光電変換部１２０において、第１導電型を有する第１半導体層１２４と第２導電型を有する第２半導体層１２６が異なる結晶構造を有する。

より具体的に、光電変換部１０は、ペロブスカイト化合物から構成される光電変換層１１２を含む第１光電変換部１１０と、半導体基板（一例として、シリコン基板）１２２を含む第２光電変換部１２０を含む。この時、第２光電変換部１２０は、半導体基板１２２と、半導体基板１２２の一面（一例として、前面）において半導体基板１２２とは別個に形成された第１半導体層１２４と、半導体基板１２２の他面（一例として、後面）において半導体基板１０とは別個に形成され、第１半導体層１２４と異なる結晶構造を有する第２半導体層１２６とを含む。そして、太陽電池１００は、光電変換部１０の一面（一例として、前面）において光電変換部１０に電気的に接続される第１電極４２と、光電変換部１０の他面（一例として、後面）において光電変換部１０に電気的に接続される第２電極４４とを含む。これをより詳しく説明すると次のようである。

本実施例において、第２光電変換部１２０において半導体基板１２２は単一半導体物質（一例として、４族元素）を含む結晶質半導体（例えば、単結晶または多結晶半導体、一例として、単結晶または多結晶シリコン）から構成される。そうすると、結晶性が高くて欠陥が少ない半導体基板１２２を基盤にするので、第２光電変換部１２０が優れた電気的特性を有することができる。特に、半導体基板１２２が単結晶半導体、一例として、単結晶シリコンから構成されるため、より優れた電気的特性を有することができる。このように、第２光電変換部１２０は結晶質半導体基板１２２を含む結晶質シリコン太陽電池構造を有することができる。

半導体基板１２２の前面及び／又は後面はテクスチャリング（ｔｅｘｔｕｒｉｎｇ）されて凹凸または反射防止構造を有する。凹凸または反射防止構造は、一例として、半導体基板１２２の前面及び／又は後面を構成する表面が半導体基板１２２の（１１１）面で構成され、不規則なサイズを有するピラミッドの形状を有する。これにより、相対的に大きな表面粗さを有する場合、光の反射率を下げることができる。図面においては、半導体基板１２２の前面及び後面にそれぞれ凹凸または反射防止構造を形成して反射防止効果を最大化したものを例示した。しかしながら、本発明がこれに限定されるものはなく、前面及び後面には、少なくとも１つに凹凸または反射防止構造が形成されるか、前面及び後面の両方ともに凹凸または反射防止構造が備えられないこともある。このような他の実施例の一部については、図１０及び図１１を参照して後でより詳細に説明する。この他にも多様な変形が可能である。

本実施例において、半導体基板１２２は、第１又は第２導電型ドーパントが第１又は第２半導体層１２４、１２６より低いドーピング濃度でドーピングされて第１又は第２導電型を有するベース領域として構成される。すなわち、半導体基板１２２は、ベース領域に追加的にドーパントをドーピングして形成されたドーピング領域を備えず、ベース領域のみを備えることができる。

本実施例において、半導体基板１２２の一面（一例に、前面）の上に位置した第１半導体層１２４は第１導電型ドーパントを含めて第１導電型を有する半導体層であり得る。そして、半導体基板１２２の他面（一例として、後面）の上に位置した第２半導体層１２６は、第２導電型ドーパントを含めて第２導電型を有する半導体層であり得る。

一例として、第１及び第２導電型ドーパントのうちｐ型のドーパントとしてはボロン（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、ｎ型のドーパントとしてはイン（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。半導体基板１２２の第１又は第２導電型ドーパントと第１又は第２半導体層１２４、１２６の第１又は第２導電型ドーパントは同一の物質であってもよく、異なる物質であってもよい。

半導体基板１２２、第１及び第２半導体層１２４、１２６の導電型に応じて第１及び第２半導体層１２４、１２６の役割、第１光電変換部１１０に含まれる第１及び第２伝達層１１４、１１６の物質、役割などが変わる。これについては、第１光電変換部１１０並びに第１及び第２電極４２、４４を説明した後により詳細に説明する。

そして、半導体基板１２２の前面と第１半導体層１２４の間に第１中間膜１２４ａが備えられてもよく、半導体基板１２２の後面と第２半導体層１２６の間に第２中間膜１２６ａが備えられてもよい。一例として、半導体基板１２２の前面に第１中間膜１２４ａが接触形成され、第１中間膜１２４ａに第１半導体層１２４が接触形成され、半導体基板１２２の後面に第２中間膜１２６ａが接触形成され、第２中間膜１２６ａに第２半導体層１２６が接触形成されてもよい。これによると、構造を単純化してキャリア移動経路を単純化できるが、本発明はこれに限定されるものではなく、多様な変形が可能である。

本実施例において、第１及び第２半導体層１２４、１２６及び／又は第１及び第２中間膜１２４ａ、１２６ａは、半導体基板１２２の前面及び後面においてそれぞれ全体的に形成されることができる。これにより、第１及び第２半導体層１２４、１２６及び／又は第１及び第２中間膜１２４ａ、１２６ａを十分な面積で別途のパターニングなしに形成することができる。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。

本実施例においては、第１及び第２半導体層１２４、１２６がそれぞれ半導体基板１２２又はベース領域とは別個に形成される半導体層で構成されたものを例示している。これにより、第１及び第２半導体層１２４、１２６の結晶構造が半導体基板１２２と異なる場合がある。これによると、半導体基板１２２がドーピング領域を備えていないため、優れたパッシベーション特性などを有することができ、第１及び第２半導体層１２４、１２６を簡単な工程により容易に形成することができる。また、優れた特性を有し、価格が高い半導体基板１２２の厚さを減らして費用を節減することができる。

これに加えて、本実施例においては、半導体基板１２２の上に別個に形成される第１半導体層１２４及び第２半導体層１２６が相異なる結晶構造を有することができる。そして、第１中間膜１２４ａと第２中間膜１２６ｂが相異なる物質を含んでもよい。これについては、第１光電変換部１１０、第１及び第２電極４２、４４を説明した後により詳細に説明する。

第２光電変換部１２０の一面（一例として、前面）の上に又は第１半導体層１２４の上に接合層（トンネル接合層）１１０ａが位置して第２光電変換部１２０とその上に位置する第１光電変換部１１０を電気的に接続する。図１においては、接合層１１０ａが第２光電変換部１２４の第１半導体層１２４と第１光電変換部１１０の第２伝達層１１６にそれぞれ接触して構造を単純化したものを例示しているが、本発明はこれに限定されるものではない。このような接合層１１０ａはキャリアのトンネリングが円滑に行われるように薄い厚さ、一例として、第１電極４２の第１電極層４２０の厚さより薄い厚さを有してもよい。

接合層１１０ａは、第１光電変換部１１０と第２光電変換部１２０を電気的に接続し、第２光電変換部１２０に使われる光（一例として、長波長の光）が透過できる物質を含む。一例として、接合層１１０ａは透明伝導性物質（一例として、透明伝導性酸化物）、伝導性炭素物質、伝導性高分子、ｎ型またはｐ型非晶質シリコンなどの多様な物質のうち少なくとも１つを含む。または、接合層１１０ａが異なる屈折率を有するシリコン層を交互に積層した構造で形成されて、第１光電変換部１１０に使われる光（一例として、短波長の光）を第１光電変換部１１０に反射させ、第２光電変換部１２０に使われる光（一例として、長波長の光）を透過して第２光電変換部１２０に提供することができる。しかしながら、本発明がこれに限定されるものではなく、接合層１１０ａの物質、構造などとしては多様な物質が適用されることができる。

接合層１１０ａの上にはペロブスカイト化合物を含む光電変換層１１２を含む第１光電変換部１１０が位置する。より具体的には、第１光電変換部１１０は、光電変換層１１２と、第２光電変換部１２０に隣接する光電変換層１１２の一面と反対の他面において光電変換層１１２と第１電極４２の間に位置する第１伝達層（第１キャリア伝達層）１１４と、第２光電変換部１２０に隣接する光電変換層１１２の一面において接合層１１０ａと光電変換層１１２の間に位置する第２伝達層（第２キャリア伝達層）１１６とを含む。

例えば、光電変換層１１２は、ペロブスカイト構造を有するペロブスカイト化合物から構成される光により励起されてキャリア（電子及び正孔）を形成できる光活性層であり得る。一例として、ペロブスカイト構造はＡＭＸ３（ここで、Ａは１価の有機アンモニウム陽イオン又は金属陽イオン；Ｍは２価の金属陽イオン；Ｘはハロゲン陰イオンを意味する）の化学式を有する。このような光電変換層１１２は、ＡＭＸ３として、ＣＨ３ＮＨ３ＰｂＩ３、ＣＨ３ＮＨ３ＰｂＩｘＣｌ（３－ｘ）、ＣＨ３ＮＨ３ＰｂＩｘＢｒ（３－ｘ）、ＣＨ３ＮＨ３ＰｂＣｌｘＢｒ（３－ｘ）、ＨＣ（ＮＨ２）２ＰｂＩ３、ＨＣ（ＮＨ２）２ＰｂＩｘＣｌ（３－ｘ）、ＨＣ（ＮＨ２）２ＰｂＩｘＢｒ（３－ｘ）、ＨＣ（ＮＨ２）２ＰｂＣｌｘＢｒ（３－ｘ）などを含むか、ＡＭＸ３のＡにＣｓが一部ドーピングされた化合物を含んでもよい。しかしながら、本発明がこれに限定されるものではなく、光電変換層１１２として多様な物質が使用されることができる。

光電変換部１１２の他面（一例として、後面）において接合層１１０ａと光電変換層１１２の間に位置する第２伝達層１１６は光電変換層１１２とのバンドギャップ関係により第２キャリアを抽出して伝達する層であり、光電変換層１１２の一面（一例として、前面）の上において光電変換層１１２と第１電極４２の間に位置する第１伝達層１１４は光電変換層１１２とのバンドギャップ関係により第１キャリアを抽出して伝達する層である。ここで、第１キャリアとは、第１半導体層１２４の第１導電型により第１半導体層１２４に移動するキャリアであり、第１導電型に対する多数キャリア（ｍａｊｏｒｉｔｙ ｃａｒｒｉｅｒ）である。第１半導体層１２４がｎ型であると、第１キャリアが電子であり、第１半導体層１２４がｐ型であると、第１キャリアが正孔である。そして、第２キャリアとは、第２半導体層１２６の第２導電型により第２半導体層１２６に移動するキャリアであり、第２導電型に対する多数キャリアである。第２半導体層１２６がｐ型であると、第２キャリアが正孔であり、第２半導体層１２６がｎ型であると、第２キャリアが電子である。

第１及び第２伝達層１１４、１１６のうち電子を伝達する層を電子伝達層と言い、正孔を伝達する層を正孔伝達層と言う。例えば、正孔伝達層としては、スピロビフルオレン化合物（例えば、２，２，７，７’－ｔｅｔｒａｋｉｓ（Ｎ，Ｎ－ｄｉ－ｐ－ｍｅｔｈｏｘｙｐｈｅｎｙｌａｍｉｎｅ）－９，９’－ｓｐｉｒｏｂｉｆｌｕｏｒｅｎｅ（ｓｐｉｒｏ－ＯＭｅＴＡＤ）など）、ポリ－トリアリルアミン（ｐｏｌｙ－ｔｒｉａｒｙｌａｍｉｎｅ、ＰＴＡＡ）、または金属化合物（例えば、モリブデン酸化物など）を含む。そして、電子伝達層としてはフラーレン（Ｃ６０）またはその誘導体（例えば、フェニル－Ｃ６１－酪酸メチルエステル（ｐｈｅｎｙｌ－Ｃ６１－ｂｕｔｙｒｉｃ ａｃｉｄ ｍｅｔｈｙｌ ｅｓｔｅｒ、ＰＣＢＭ）など）を含む。しかしながら、本発明がこれに限定されるものではなく、第１伝達層１１４及び第２伝達層１１６、または電子伝達層及び正孔伝達層に第１又は第２キャリアを伝達する役割を実行きる多様な物質を含むことができる。

図１においては、第２伝達層１１６、光電変換層１１２及び第１伝達層１１４が互いに接触してキャリア移動経路を最小化したことを例示している。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、多様な変形が可能である。

光電変換部１０（一例として、第１光電変換部１１０の前面側に位置する第１伝達層１１４）の上に第１電極４２が位置し、光電変換部１０（一例として、第２光電変換部１２０の後面側に位置する第２半導体層１２６）の上に第２電極４４が位置する。

本実施例において、第１電極４２は光電変換部１０の一面（一例として、前面）の上に順に積層される第１電極層４２０及び第２電極層４２２を含む。

ここで、第１電極層４２０は、光電変換部１０（一例として、第１光電変換部１１０の前面側に位置する第１伝達層１１４）の上に全体的に形成されることができる。一例として、第１電極層４２０は、光電変換部１０（一例として、第１光電変換部１１０の前面側に位置する第１伝達層１１４）に接触しながらこの上に全体的に形成されることができる。本明細書において全体的に形成されるとは、空き空間または空き領域なしに光電変換部１０の全体を覆うだけでなく、不可避的に一部部分が形成されない場合を含む。このように、第１電極層４２０が第１光電変換部１１０の上に全体的に形成されると、第１キャリアが第１電極層４２０を介して容易に第２電極層４２２まで到達できるため、水平方向での抵抗を減らすことができる。

このように第１電極層４２０が光電変換部１０の上において全体的に形成されるので、第１電極層４２０は光を透過できる物質（透光性物質）から構成される。すなわち、第１電極層４２０は透明伝導性物質からなって光の透過を可能にするとともにキャリアを容易に移動できるようにする。これにより、第１電極層４２０が光電変換部１０の上に全体的に形成されても光の透過を遮断しない。一例として、第１電極層４２０が透明伝導性物質（例えば、透明伝導性酸化物、一例として、金属ドーピングされたインジウム酸化物、炭素ナノチューブ（ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏ ｔｕｂｅ、ＣＮＴ））などを含む。金属ドーピングされたインジウム酸化物としては、スズドーピングされたインジウム酸化物（ｔｉｎ ｄｏｐｅｄ ｉｎｄｉｕｍ ｏｘｉｄｅ、ＩＴＯ）、タングステンドーピングされたインジウム酸化物（ｔｕｎｇｓｔｅｎ ｄｏｐｅｄ ｉｎｄｉｕｍ ｏｘｉｄｅ、ＩＷＯ）、セシウムドーピングされたインジウム酸化物（ｃｅｓｉｕｍ－ｄｏｐｅｄ ｉｎｄｉｕｍ ｏｘｉｄｅ、ＩＣＯ）などがある。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、第１電極層４２０はその他の多様な物質を含んでもよい。

そして、第１電極層４２０の上に第２電極層４２２が形成されることができる。一例として、第２電極層４２２は第１電極層４２０に接触形成されることができる。第２電極層４２２は、第１電極層４２０より優れた電気伝導度を有する物質で構成される。これにより、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することができる。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４２０より透明度の低い金属から構成されてもよい。

このように、第２電極層４２２は、不透明であるか透明度が低くて光の入射を妨害する可能性があるので、シェーディング損失（ｓｈａｄｉｎｇ ｌｏｓｓ）を最小化できるように部分的に形成されて一定のパターンを有することができる。これにより、第２電極層４２２が形成されていない部分に光が入射できるようにする。

例えば、第２電極層４２２がそれぞれ一定のピッチを有しながら互いに離隔される複数のフィンガー電極４２ａを含む。図２においては、フィンガー電極４２ａが互いに平行であり、光電変換部１０（一例として、半導体基板１２２）のメインエッジに平行であることを例示しているが、本発明はこれに限定されるものではない。そして、第２電極層４２２はフィンガー電極４２ａと交差する方向に形成されてフィンガー電極４２ａを連結するバスバー電極４２ｂを含む。このようなバス電極４２ｂは１つのみ備えられてもよく、図２に示すように、フィンガー電極４２ａのピッチより大きなピッチを有して複数備えられてもよい。この時、フィンガー電極４２ａの幅よりバスバー電極４２ｂの幅が大きいこともあるが、本発明はこれに限定されるものではない。従って、バスバー電極４２ｂの幅がフィンガー電極４２ａの幅より小さいか等しい幅を有してもよい。しかしながら、本発明がこれに限定されるものではなく、第２電極層４２２が多様な平面形状を有してもよい。

本実施例において、第２電極４４は、第１電極４２と異なる積層構造を有してもよい。これは第１光電変換部１１０の物質と第２光電変換部１２０に含まれる第２半導体層１２６の結晶構造を考慮したものであるが、これについては後でより詳細に説明する。

例えば、本実施例において第２電極４４が光電変換部１０の他面（一例として、後面）の上に位置する金属電極層４４２を含む。一例として、第２電極４４が光電変換部１０（より具体的に、第２半導体層１２６）に接触する金属電極層４４２の単一層で構成され、透明伝導性酸化物層などをさらに備えないことがある。

第２電極４２の金属電極層４４２は、第１電極４２の第１電極層４２０より優れた電気伝導度を有する物質で構成されてもよい。一例として、第２電極４２の金属電極層４４２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４２の第１電極層４２０より透明度の低い金属で構成されてもよい。このように金属電極層４４２が光電変換部１０の上において部分的に形成されて一定のパターンを有することができる。これにより、両面受光構造においては金属電極層４４２が形成されていない部分に光が入射することができる。

例えば、金属電極層４４２がそれぞれ一定のピッチを有するとともに互いに離隔される複数のフィンガー電極を含み、フィンガー電極と交差する方向に形成されてフィンガー電極を接続するバスバー電極をさらに含んでもよい。金属電極層４４２が光電変換部１０の他面上に位置するという点を除いては、第１電極４２の第２電極層４２２に含まれるフィンガー電極４２ａ及びバスバー電極４２ｂに対する説明が金属電極層４４２のフィンガー電極及びバスバー電極に適用できる。この時、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のフィンガー電極及びバスバー電極の幅、ピッチなどと同一であるか又は異なる値を有してもよい。そして、第１電極４２の第２電極層４２２と第２電極４４の金属電極層４４２は同一であるかまたは異なる物質、組成、形状、または厚さを有してもよい。

本実施例においては、太陽電池１００の第１及び第２電極４２、４４中に不透明なまたは金属を含む金属電極層４４２が一定のパターンを有することで光電変換部１１０、１２０の前面及び後面に光が入射できる両面受光型（ｂｉ－ｆａｃｉａｌ）構造を有する。これにより、太陽電池１００において使われる光量を増加させて太陽電池１００の効率向上に寄与することができる。

前述の説明においては、第１電極４２の第２電極層４２２と第２電極４４の金属電極層４４２がそれぞれパターンを有しながら同一または類似した平面形状を有することを例示した。しかしながら、第１電極４２の第２電極層４２２と第２電極４４の金属電極層４４２が相異なる平面形状を有してもよい。一例として、太陽電池１００が後面に光が入射されない単面受光型構造を有する場合には、第２電極４４または金属電極層４４２が光電変換部１０（より具体的に、第２半導体層１２６）の上において全体的に形成（接触形成）されることもできる。このように第１電極４２の第２電極層４２２及び第２電極４４の金属電極層４４２の形状、配置などは多様に変形できる。

本実施例においては、第２電極層４２２または金属電極層４４２が金属と樹脂を含む印刷層を含むことができる。ここで、第２電極層４２２が第１電極層４２０に接触して形成され、金属電極層４４２が位置する第２半導体層１２６の表面に絶縁膜が備えられないため、絶縁膜などを貫通するファイアスルー（ｆｉｒｅ－ｔｈｒｏｕｇｈ）が要求されない。そこで、本実施例においては、一定の金属化合物（一例として、酸素を含む酸化物、炭素を含む炭化物、硫黄を含む硫化物）などから構成されるガラスフリット（ｇｌａｓｓ ｆｒｉｔ）を備えず、金属と樹脂（バインダ、硬化剤、添加剤）のみを含む低温焼成ペーストを利用して印刷層を形成することができる。

より具体的には、ガラスフリットを備えなく金属と樹脂を含む低温焼成ペーストを塗布し、これを熱処理して硬化させて印刷層を形成することができる。これにより、第２電極層４２２または金属電極層４４２に含まれる印刷層は、複数の金属粒子が焼結（ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ）されずに互いに接触して凝集（ａｇｒｅｇａｔｉｏｎ）されて伝導性を有することができる。一例として、既存の低温工程で使用する温度より低い温度（一例として、１５０℃以下）で低温焼成ペーストを硬化して、第２電極層４２２または金属電極層４４２に含まれる印刷層において複数の金属粒子が完璧にネッキング（ｎｅｃｋｉｎｇ）されずに互いに接触しながら連結される形状を有することができる。

このように第２電極層４２２または金属電極層４４２が低温焼成ペーストを利用して形成された印刷層を含めると、簡単な工程で第２電極層４２２または金属電極層４４２の形成が可能であり、第２電極双４２２又は金属電極層４４２の形成工程でペロブスカイト化合物を含む第１光電変換部１１０の劣化現象などが発生することを防止できる。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。第２電極層４２２または金属電極層４４２が印刷層以外の別途の金属層などをさらに含んでもよく、第２電極層４２２または金属電極層４４２が印刷層を含めずにメッキ層、スパッタリング層などを含んでもよい。その他の多様な変形が可能である。

第２電極層４２２または金属電極層４４２は多様な金属を含む。例えば、第２電極層４２２または金属電極層４４２が銀、銅、金、アルミニウムなど多様な金属を含んでもよい。本実施例において第２電極層４２２と金属電極層４４２は同一の物質、構造、形状、厚さなどを有してもよく、相異なる物質、構造、形状、厚さなどを有してもよい。一例として、第２電極層４２２の幅が金属電極層４４２の幅より小さいか、及び／又は第２電極層４２２の厚さが金属電極層４４２の厚さより大きいことがある。これは、前面に位置する第２電極層４２２によるシェーディング損失を減らしながら比抵抗を十分に確保するためのものであるが、本発明はこれに限定されるものではない。

このように、本実施例による光電変換部１０は単一半導体物質（一例として、シリコン）ベースの第２光電変換部１２０とペロブスカイト化合物ベースの第１光電変換部１１０が接合層１１０ａにより接合されたタンデム型構造を有することができる。この時、第２光電変換部１２０より第１光電変換部１１０がさらに大きいバンドギャップを有するようになる。すなわち、第１光電変換部１１０は、相対的に大きなバンドギャップを有して相対的に小さな波長を有する短波長を吸収してこれを利用して光電変換を起こし、第２光電変換部１２０は、第１光電変換部１１０より低いバンドギャップを有して第１光電変換部１１０において使用される光より大きな波長を有する長波長を効果的に吸収してこれを利用して光電変換を起こす。

より詳しくは、太陽電池１００の前面を介して光が入射されると、第１光電変換部１１０が短波長を吸収して光電変換により電子及び正孔を生成する。この時、第１キャリアが第１電極４２側に移動して収集され、第２キャリアが第１光電変換部１１０及び第２光電変換部１２０を経て第２電極４２０側に移動して収集される。第１光電変換部１１０に使われないため、これを通過した長波長が第２光電変換部１２０に到達すると、第２光電変換部１２０がこれを吸収して光電変換により第１キャリア及び第２キャリアを生成する。この時、第１キャリアは第１光電変換部１１０を経て第１電極４２側に移動して収集され、第２キャリアは第２電極４４側に移動して収集される。

前述したように、本実施例において第１光電変換部１１０に含まれる第１半導体層１２４と第２半導体層１２６は相異なる結晶構造を有し、第１中間膜１２４ａと第２中間膜１２６ａが相異なる物質を有することができる。すなわち、第１光電変換部１１０の一面において第１中間膜１２４ａ及び／又は第１半導体層１２４により形成される接合構造と他面において第２中間膜１２６ａ及び／又は第１半導体層１２６により形成される接合構造が相異なる。そして、第１光電変換部１１０に隣接した第１電極４２と第２光電変換部１２０に隣接した第２電極４４が相異なる積層構造を有することができる。これについてより詳しく説明する。

半導体基板１２２の前面上に位置する第１半導体層１２４が、第１導電型ドーパントがドーピングされる非晶質部分（一例として、非晶質層）を含んでもよい。より具体的には、本実施例において、第１半導体層１２４は、第１導電型ドーパントがドーピングされ、水素化された非晶質部分（すなわち、水素を含む非晶質部分）を含んでもよい。一例として、第１半導体層１２４を形成する工程で水素を含むように第１半導体層１２４を形成することができるが、これについては太陽電池１００の製造方法において詳細に説明する。

ここで、非晶質部分を含むとは、全体的に非晶質構造を有することだけでなく、結晶質構造を有する部分を含むものの、非晶質構造を有する部分の体積比が結晶質構造を有する部分の体積比より大きいものを含むことができる。例えば、非晶質構造を有するマトリックス（ｍａｔｒｉｘ）内部にナノ結晶（ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌ）、マイクロ結晶（ｍｉｃｒｏｃｒｙｓｔａｌ）などが一部備えられるのも非晶質部分を含むと言える。ここで、ナノ結晶はナノメートル水準（例えば、１ｎｍ以上、１ｕｍ未満）のサイズ（一例として、平均サイズ）を有する結晶を意味し、マイクロ結晶はマイクロメートル水準（例えば、１ｕｍ以上、１ｍｍ未満）のサイズ（一例として、平均サイズ）を有する結晶を意味し得る。このようなナノ結晶、マイクロ結晶などは工程条件を制御して意図的に形成されてもよく、工程中に自然に形成されてもよい。例えば、水素を含むように第１半導体層１２４を形成すると、水素により欠陥が除去されて非晶質部分の一部部分において結晶化が起きるか非晶質部分内に存在する結晶の大きさが大きくなりうるが、これによりナノ結晶、マイクロ結晶などが形成されることができる。

例えば、第１半導体層１２４は第１導電型ドーパントがドーピングされ、水素を含む非晶質シリコン層、非晶質シリコン酸化物層、非晶質シリコン炭化物層のうち少なくとも１つを含む。ここで、非晶質シリコン、非晶質シリコン酸化物層、または非晶質シリコン炭化物層とはシリコン、シリコン酸化物、シリコン炭化物を主要物質として含む非晶質部分を備えることを意味する。一例として、第１半導体層１２４は、第１導電型ドーパントがドーピングされ、水素を含み、全体的に非晶質構造を有する非晶質シリコン層から構成されることができる。

一例として、第１半導体層１２４が非晶質シリコン層を含むと、半導体基板１２２と同一の半導体物質を含めて半導体基板１２２との特性差を最小化することができる。他の例として、第１半導体層１２４が非晶質シリコン酸化物層または非晶質シリコン炭化物を含むと、高いエネルギーバンドギャップを有してキャリアを効果的に移動させることができ、半導体基板１２２に含まれる半導体物質を含めて半導体基板１２２と類似した特性を有するようにすることができる。

このように第１半導体層１２４が非晶質部分から構成されると、水素を多く含めて水素パッシベーション特性を向上することができ、第１光電変換部１１０及び／又は接合層１１０ａとの整合性に優れて、優秀なパッシベーション特性及び優秀な接続特性を有することができる。

このような第１半導体層１２４と半導体基板１２２の間に位置する第１中間膜１２４ａが半導体物質を含めて第１半導体層１２４と半導体基板１２２の電気的接続特性などを向上することができる。一例として、第１中間膜１２４ａが真性非晶質シリコンを含み、半導体基板１２２との格子不一致（ｌａｔｔｉｃｅ ｍｉｓｍａｔｃｈ）を最小化して半導体基板１２２の表面での再結合を効果的に防止してパッシベーション特性を向上することができる。一例として、第１中間膜１２４ａは水素化された真性非晶質シリコン層（すなわち、水素を含む真性非晶質シリコン層）であり得る。これにより、パッシベーションの特性を向上することができる。

これにより、半導体基板１２２及び第１半導体層１２４が半導体物質（一例として、シリコン）から構成された第１中間膜１２４ａを挟んで同一の半導体物質（一例として、シリコン）を含むものの、相異なる結晶構造を有する異種接合（ｈｅｔｅｒｏ－ｊｕｎｃｔｉｏｎ）構造を有してもよい。

そして、半導体基板１２２の後面上に位置する第２半導体層１２６は第２導電型ドーパントがドーピングされる多結晶部分（一例として、多結晶層）を含む。より具体的には、本実施例において、第１半導体層１２４は第２導電型ドーパントがドーピングされ、水素化された多結晶部分（すなわち、水素を含む非晶質部分）を含む。このために、一例として、第２半導体層１２６のパッシベーション特性を向上するために、第２半導体層１２６に水素を注入する水素注入工程を行うことができる。第２半導体層１２６を形成する工程は、第１半導体層１２４を形成する工程より高い温度で行われるので、第１半導体層１２４内に水素が存在しても第１半導体層１２４を形成する工程中に脱水素現象が起きる可能性がある。従って、第１半導体層１２４とは異なって水素注入工程を追加で実行するが、これについては太陽電池１００の製造方法でさらに詳しく説明する。

ここで、多結晶部分を含むとは、全体的に多結晶構造を有することだけでなく、多結晶構造を有する部分の体積比が非晶質構造を有する部分の体積比より大きいことを含む。一例として、本実施例において、第２半導体層１２６が全体的に多結晶構造を有する多結晶半導体層からなるため、優秀な光電変換効率及び優秀な電気的特性を有することができる。

例えば、第２半導体層１２６は第２導電型ドーパントがドーピングされ、水素を含む多結晶シリコン層を含んでもよい。ここで、多結晶シリコン層とは、シリコンを主要物質として含む多結晶部分を備えることを意味する。一例として、第２半導体層１２６は第２導電型ドーパントがドーピングされ、水素を含み、全体的に多結晶構造を有する多結晶シリコン層で構成される。

このように、第２半導体層１２６が多結晶部分で構成されると、高いキャリア移動度を有することができるため、優秀な光電変換効率及び優秀な電気的特性を有することができる。

このような第２半導体層１２６と半導体基板１２２の間に位置する第２中間膜１２６ａは、半導体基板１２２の表面をパッシベーションするパッシベーション膜の役割を果たす。または、第２中間膜１２６ａが第２半導体層１２６の第２導電型ドーパントが、ドーパントが半導体基板１２２に過度に拡散することを防止するドーパント制御役割または拡散バリアとしての役割を果たす。一例として、第２中間膜１２６ａが電子及び正孔に一種のバリア（ｂａｒｒｉｅｒ）として作用し、少数キャリア（ｍｉｎｏｒｉｔｙ ｃａｒｒｉｅｒ）が通過しないようにし、第２中間膜１２６ａに隣接した部分において蓄積された後に一定以上のエネルギーを有する多数キャリアのみが第２中間膜１２６ａを通過できるようにする。すなわち、第２中間膜１２６ａは一種のトンネリング膜であり得る。この時、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り容易に第２中間膜１２６ａを通過することができる。

このような第２中間膜１２６ａは、前述の役割を実行できる多様な物質を含んでもよいが、例えば、絶縁物質を含むことができる。第２中間膜１２６ａが絶縁物質を含むと、多結晶部分で構成された第２半導体層１２６へのキャリア伝達が円滑に行われることができる。例えば、第２中間膜１２６ａが酸化膜、シリコンを含む誘電膜または絶縁膜、窒化酸化膜、炭化酸化膜などからなってもよい。一例として、第２中間膜１２６ａがシリコン酸化膜で形成されると、第２中間膜１２６ａを容易に製造することができ、第２中間膜１２６ａを介するキャリア伝達が円滑に行われることができる。

これにより、半導体基板１２２、第２半導体層１２６及び／又は第２中間膜１２６ａが同一の半導体物質（一例として、シリコン）を含むものの、絶縁物質で構成された第２中間膜１２６ａ（すなわち、絶縁膜）を間に置いて接合される絶縁接合（ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ－ｊｕｎｃｔｉｏｎ）構造またはトンネル接合（ｔｕｎｎｅｌ－ｊｕｎｃｔｉｏｎ）構造を有することができる。この時、第２中間膜１２６ａの厚さが薄いため、キャリアの移動を妨害しない。

本実施例において、半導体基板１２２の後面に位置する第２半導体層１２６を、相対的に光を多く吸収する多結晶部分で構成し、半導体基板１２２の前面に位置する第１半導体層１２４を第２半導体層１２６より光を少なく吸収する非晶質部分で構成する。これにより、半導体基板１２２の前面での希望しない光吸収を最小化することができる。そして、半導体基板１２２の後面に位置した第２半導体層１２６ではキャリア移動特性、電気的接続特性などを効果的に向上することができる。

そして、第１光電変換部１１０と隣接して位置する第１半導体層１２４及び／又は第１中間膜１２４ａが非晶質部分で構成されて、ペロブスカイト化合物を含む第１光電変換部１１０との整合性を向上してキャリア移動特性を向上することができる。そして、非晶質部分で構成される第１半導体層１２４は水素を含めて優秀な水素パッシベーション特性を有することができるので、既存の水素パッシベーション特性を向上するために接合層１１０ａと第１半導体層１２４の間に位置していたパッシベーション膜を除去することができる。このようなパッシベーション膜は絶縁物質で構成される絶縁膜であるため、接合層１１０ａと第１半導体層１２４の間に位置すると、第１光電変換部１１０と第２光電変換部１２０を介するキャリアの移動を妨害する場合がある。これについては、図５を参照して後でより詳細に説明する。一例として、第１半導体層１２４は接合層１１０ａを挟んで第１光電変換層１１０と直接接触することができる。すなわち、第１半導体層１２４の上に接合層１１０ａが接触するように位置し、接合層１１０ａの上に第１光電変換層１１０が接触するように位置する。そうすると、構造を単純化することができ、キャリアの移動を円滑にすることができる。

そして、半導体基板１２２において第１光電変換部１１０が位置する面と反対の面に位置する第２半導体層１２６は、多結晶部分を含めてキャリア移動特性、電気的接続特性などを効果的に向上することができる。

この時、第２半導体層１２６の厚さは第１半導体層１２４の厚さより大きいか同一である。一例として、第２半導体層１２６の厚さが第１半導体層１２４の厚さより大きくてもよい。これは、第２半導体層１２６が半導体基板１２２の後面側に位置して相対的に大きな厚さを有しても入射される光を妨害する程度が大きくないためである。または、第１半導体層１２４の厚さが１０ｎｍ以下（一例として、５ｎｍないし１０ｎｍ）、第２半導体層１２６の厚さが１０ｎｍ以上（一例として、１０ｎｍ超過、５００ｎｍ以下）でありうる。このような厚さは、第１半導体層１２４及び第２半導体層１２６の特性、これを通過する光の量などを考慮したものであるが、本発明はこれに限定されるものではない。

そして、第１中間膜１２４ａまたは第２中間膜１２６ａの厚さは、第１半導体層１２４の厚さ及び第２半導体層１２６の厚さよりそれぞれ小さくてもよい。より具体的には、第２中間膜１２６ａの厚さが第１中間膜１２４ａの厚さより小さいか又は等しくてもよい。一例として、第２中間膜１２６ａの厚さが第１中間膜１２４ａの厚さより小さい。これによると、第２キャリアが絶縁物質で構成された第２中間膜１２５ａを円滑に通過（一例として、トンネリング）することができ、第１中間膜１２６ａが相対的に厚い厚さを有して優秀なパッシベーション特性を有するようにすることができる。または、第１中間膜１２４ａの厚さが８ｎｍ以下（一例として、２ｎｍないし８ｎｍ）、第２中間膜１２６ａの厚さが３ｎｍ以下（一例として、１ｎｍないし３ｎｍ）であってもよい。このような厚さは、第１中間膜１２４ａ及び第２中間膜１２６ａの役割などを考慮したものであるが、本発明がこれに限定されるものではない。

これにより、本実施例においては、第１中間膜１２４ａに対する第１半導体層１２４の厚さ比率より第２中間膜１２６ｂに対する第２半導体層１２６の厚さ比率がさらに大きい。これによると、相異なる結晶構造を有して相異なる接合構造を構成する第１中間膜１２４ａ及び第１半導体層１２４、そして第２中間膜１２６ａ及び第２半導体層１２６の特性を効果的に向上することができる。

本実施例において、第１半導体層１２４の水素含量が第２半導体層１２６の水素含量より大きいことがある。これは、第１半導体層１２４が非晶質構造を含めて相対的に多くの欠陥を備えるので、水素結合空間がさらに多いためである。このように第１半導体層１２４の水素含量を大きくして第１半導体層１２４によるパッシベーション特性をさらに向上することができる。一例として、第１半導体層１２４の水素含量が１×１０２０個／ｃｍ３以上（例えば、８×１０２１個／ｃｍ３以下）であり、第２半導体層１２６の水素含量が８×１０２０個／ｃｍ３以下（例えば、１×１０１９個／ｃｍ３以上）であり得る。これは、第１半導体層１２４及び第２半導体層１２６の結晶構造、位置、役割などを考慮して効率を最大化できるように限定されたものであるが、本発明がこれに限定されるものではない。

そして、第１中間膜１２４ａの水素含量が第２中間膜１２６ａの水素含量より大きいこともありうる。これは、第１中間膜１２４ａが非晶質構造を有する半導体物質で構成されて水素結合空間がより多いためである。このように、第１中間膜１２４ａの水素含量を大きくして第１中間膜１２４ａによるパッシベーション特性をさらに向上することができる。一例として、第１中間膜１２４ａの水素含量が１×１０２０個／ｃｍ３以上（例えば、８×１０２１個／ｃｍ３以上）であり、第２中間膜１２６ａの水素含量が１×１０２０個／ｃｍ３以下（例えば、１×１０１８個／ｃｍ３以上）であり得る。または、第２中間膜１２６ａの水素含量が第２半導体層１２６より小さいか等しく、第１半導体層１２４の水素含量より小さいか等しいこともある。特に、第２中間膜１２６ａの水素含量が第２半導体層１２６より小さく、第１半導体層１２４の水素含量より小さいこともある。これは第１中間膜１２４ａ及び第２中間膜１２６ａの物質、位置、役割などを考慮して効率を最大化できるように限定されたものであるが、本発明がこれに限定されるものではない。参照として、第１中間膜１２４ａと第１半導体層１２４は、第１導電型ドーパントが含まれるか否かが異なるだけで、同一の物質及び同一の結晶構造を有するので、水素含量が同一または類似の水準を有することができる。

さらに、前述のように、第１光電変換部１１０の上に位置する第１電極４２と第２光電変換部１２０の第２半導体層１２６の上に位置する第２電極４４が異なる積層構造を有してもよい。より具体的には、ペロブスカイト化合物を含む第１光電変換部１１０は、低いキャリア移動度を有するので、第２電極層４２２以外にも水平抵抗を低くすることができるように透明伝導性物質で構成され、全体的に形成される第１電極層４２０を備えたものである。反面、第２半導体層１２６は、優れたキャリア移動度を有する多結晶構造または多結晶部分を備えるので、透明伝導性物質からなる別途の透明電極層なしに第２半導体層１２６に直接接続される金属電極層４４２のみを備えることができる。これによると、第２電極４４が透明伝導性物質からなる別途の透明電極層を備えていないため、材料費用を節減することができ、工程を単純化することができる。しかしながら、本発明がこれに限定されるものではなく、第２電極４４が第２半導体層１２６と金属電極層４４２との間に位置する透明電極層をさらに備えることもできる。その他の多様な変形が可能である。

前述したように、半導体基板１２２、第１及び第２半導体層１２４、１２６の導電型に応じて第１及び第２半導体層１２４、１２６、第１及び第２伝達層１１４、１１６の役割、物質などが変わる。これを考慮して、本実施例の一例による太陽電池１００の構造を、図３を参照して説明し、これによるキャリア移動特性を、図４を参照して説明する。

図３は、本発明の一実施例による太陽電池１００の光電変換部１０に含まれる複数の層の導電型及び役割の一例を模式的に示す図である。明確な理解のため、図３には凹凸または反射防止構造などを具体的に図示せず、光電変換部１０に含まれる複数の層の積層順序、導電型及び役割を中心に図示した。

図３に示すように、本一例においては半導体基板１２２がｎ型を有することができる。半導体基板１２２がｎ型を有すると、バルク（ｂｕｌｋ）特性に優れ、キャリアの寿命（ｌｉｆｅ ｔｉｍｅ）を向上させることができる。

そして、本実施例において、第１半導体層１２４が半導体基板１２２と同じ導電型であるｎ型を有するものの、半導体基板１２２より高いドーピング濃度を有することができ、第２半導体層１２６が半導体基板１２２と異なる導電型であるｐ型を有することができる。これにより、半導体基板１２２の後面に位置する第２半導体層１２６が半導体基板１２２とｐｎ接合を形成するエミッタ領域を構成し、前面に位置する第１半導体層１２４が前面電界（ｆｒｏｎｔ ｓｕｒｆａｃｅ ｆｉｅｌｄ）を形成して再結合を防止する前面電界領域を構成することができる。そうすると、光電変換に直接関与するエミッタ領域が後面に位置するため、エミッタ領域を十分な厚さで形成することができるので（一例として、前面電界領域より厚く形成して）光電変換効率を向上することができる。そして、第１光電変換部１１０において多結晶構造を有する第１半導体層１２４がエミッタ領域を構成して、光電変換に直接関与するエミッタ領域側での電気的特性を向上することができる。そして、前面電界領域である第１半導体層１２４を薄く形成して光損失を最小化することができる。

この場合は、第２光電変換部１２０の上に位置する第１光電変換部１１０において、上部側に位置する第１伝達層１１４が電子を伝達する電子伝達層で構成され、下部側に位置する第２伝達層１１６が正孔を伝達する正孔伝達層で構成されてもよい。このような場合に第１光電変換部１１０が優れた効果を有することができる。

このような太陽電池１００においては、太陽電池１００の前面を介して光が入射されると、第１光電変換部１１０が短波長を吸収して光電変換により電子及び正孔を生成する。この時、電子が第１伝達層１１４を介して第１電極４２側に移動して収集され、正孔が第２伝達層１１６及び第２光電変換部１２０を経て第２電極４４側に移動して収集される。第１光電変換部１１０に使われなくてこれを通過した長波長が第２光電変換部１２０に到達すると、第２光電変換部１２０がこれを吸収して光電変換により電子及び正孔を生成する。この時、電子は第１半導体層１２４及び第１光電変換部１１０を経て第１電極４２側に移動して収集され、正孔は第２半導体層１２６を介して第２電極４４側に移動して収集される。

図４は、図３に示した太陽電池、そして比較例１及び２による太陽電池のエネルギーバンドを概略的に示したエネルギーバンドダイアグラムである。図４においては、第１及び第２中間膜、第１電極の第２電極層及び第２電極の図示を省略している。

ここで、比較例１による太陽電池には、半導体基板の前面に半導体基板の一部に第１導電型ドーパントを追加でドーピングして形成されたドーピング領域で構成された第１導電型領域が位置し、第１導電型領域と接合層との間にパシベーション特性を向上するためのパッシベーション膜（絶縁膜）が備えられる。このように比較例１による太陽電池は、本一例による第１中間膜及び第１半導体層の代わりに第１導電型領域及びパッシベーション膜（絶縁膜）が備えられるという点を除いては、本一例による太陽電池と光電変換部と同一の構造を有する。そして、比較例２による太陽電池は、第２半導体層１２６が多結晶部分ではない非晶質部分からなるという点を除いては、本例による太陽電池同一の構造を有する。

図４に示すように、本例では、第１光電変換部１１０及び第２光電変換部１２０において正孔及び電子の移動が円滑に行われるエネルギーバンドダイアグラムを有する。すなわち、第１光電変換部１１０及び第２光電変換部１２０それぞれにおいて電子の流れの方向に伝導帯のエネルギーが漸進的に低くなる傾向性を有し、電子の流れの方向に価伝導帯のエネルギーが漸進的に高くなる傾向性を有する。すなわち、第１半導体層１２４が低いエネルギーバンドギャップ（１．５ないし１．７ｅＶ）を有する非晶質部分で構成されてキャリアが円滑に流れることができるエネルギーバンドダイアグラムを形成するので、キャリアの移動特性が非常に優れている。

反面、比較例１による太陽電池においては、非常に大きなエネルギーバンドギャップを有する、例えば、９．０ｅＶのエネルギーバンドギャップを有するパッシベーション膜（絶縁膜）が第１導電型領域と接合層１１０ａの間に位置してキャリアの移動を大きく妨害することがわかる。比較例１のように、第１導電型ドーパントを備える第１導電型領域が半導体基板の一部からなるドーピング領域で構成される場合には、パッシベーション特性を向上するために第１導電型領域を覆うパッシベーション膜（絶縁膜）が備えられなければならない。ところが、このように大きなエネルギーバンドギャップを有するパッシベーション膜（絶縁膜）により電子の流れ方向においてエネルギーバンドが大きく高くなると、パッシベーション膜（絶縁膜）が一種のバリアとして作用してキャリアの移動特性が大きく低下することがある。これにより、比較例１による太陽電池においては、パッシベーション特性及びキャリアの移動特性を共に向上させるのに困難があった。

そして、後面側に位置した第２半導体層が非晶質部分からなる比較例２による太陽電池と比較すると、本例による太陽電池においては第２半導体層でのバンドギャップに多少差があるが、このような差はキャリアの流れと関連したキャリア移動特性に大きな影響を与えるほどではないことが分かる。これを考慮して本例による太陽電池においては第２半導体層をバンドギャップ側面よりはキャリア移動度側面を考慮して多結晶部分で構成して太陽電池の効率を向上したものである。

図４は、図３に示した太陽電池１００の構造を一例として示した。半導体基板１２２、そして第１及び第２半導体層１２４、１２６の導電型が変わる場合にもエネルギーバンドダイアグラムの傾向性はキャリア移動特性を向上する傾向を有することができる。図３に示した太陽電池１００以外の他の例を図５ないし図７を参照して詳細に説明する。図５ないし図７は、図３に対応するよう示された。

図５は、本発明の一実施例による太陽電池に含まれる複数の層の導電型及び役割の他の例を模式的に示す図である。

図５に示すように、半導体基板１２２がｎ型を有し、第１半導体層１２４が半導体基板１２２と異なる導電型であるｐ型を有し、第２半導体層１２６が半導体基板１２２と同一のｎ型を有するものの、半導体基板１２２より高いドーピング濃度を有する。そうすると、第１半導体層１２４がエミッタ領域を構成し、第２半導体層１２６が後面電界領域を構成する。そして、第１光電変換部１１０において第２伝達層１１６が電子を伝達する電子伝達層で構成され、第１伝達層１１４が正孔を伝達する正孔伝達層で構成される。

このように、半導体基板１２２がｎ型を有すると、キャリアの寿命を向上することができる。そして、エミッタ領域を構成する第１半導体層１２４が半導体基板１２２の前面側に位置して半導体基板１２０と第１半導体層１２４により形成されたｐｎ接合が前面側に位置することができる。これにより、ｐｎ接合に到達する光経路を最小化することができる。そして、ｎ型の多結晶部分で構成された第２半導体層１２６のパッシベーション特性がｐ型の多結晶部分のパッシベーション特性より優れている。これは第２半導体層１２６に含まれるｎ型ドーパントがｐ型ドーパント（例えば、ボロン）より第２中間膜１２６ｂに加える損傷が少ないためである。

このような太陽電池１００においては、太陽電池１００の前面を介して光が入射されると、第１光電変換部１１０が短波長を吸収して光電変換により電子及び正孔を生成する。この時、正孔が第１伝達層１１４を介して第１電極４２側に移動して収集され、電子が第２伝達層１１６及び第２光電変換部１２０を経て第２電極４４側に移動して収集される。第１光電変換部１１０に使われなくこれを通過した長波長が第２光電変換部１２０に到達すると、第２光電変換部１２０がこれを吸収して光電変換により電子及び正孔を生成する。この時、正孔が第１半導体層１２４及び第１光電変換部１１０を経て第１電極４２側に移動して収集され、電子が第２半導体層１２６を介して第２電極４４側に移動して収集される。

図６は、本発明の一実施例による太陽電池に含まれる複数の層の導電型及び役割のまた他の例を模式的に示す図である。

図６に示すように、第２光電変換部１２０において、半導体基板１２２がｐ型を有し、第１半導体層１２４が半導体基板１２２と同一の導電型であるｐ型を有し、半導体基板１２２より高いドーピング濃度を有し、第２半導体層１２６が半導体基板１２２と異なる導電型であるｎ型を有する。そうすると、第２半導体層１２６がエミッタ領域を構成し、第１半導体層１２４が前面電界領域を構成する。そして、第１光電変換部１１０において第２伝達層１１６が電子を伝達する電子伝達層で構成され、第１伝達層１１４が正孔を伝達する正孔伝達層で構成される。

このように、半導体基板１２２がｐ型を有すると、価格が安くて材料費用を節減することができる。そして、光電変換に直接関与するエミッタ領域が後面に位置するので、エミッタ領域を十分な厚さで形成できるため（一例として、前面電界領域より厚く形成して）、光電変換効率を向上することができる。そして、第１光電変換部１１０において多結晶構造を有する第１半導体層１２４がエミッタ領域を構成して、光電変換に直接関与するエミッタ領域側での電気的特性を向上することができる。また、ｎ型の多結晶部分で構成された第２半導体層１２６は、優れたパッシベーション特性を有することができる。そして、前面電界領域である第１半導体層１２４を薄く形成して光損失を最小化することができる。

このような太陽電池１００においては、太陽電池１００の前面を介して光が入射されると、第１光電変換部１１０が短波長を吸収して光電変換により電子及び正孔を生成する。この時、正孔が第１伝達層１１４を介して第１電極４２側に移動して収集され、電子が第２伝達層１１６及び第２光電変換部１２０を経て第２電極４４側に移動して収集される。第１光電変換部１１０に使われなくこれを通過した長波長が第２光電変換部１２０に到達すると、第２光電変換部１２０がこれを吸収して光電変換により電子及び正孔を生成する。この時、正孔が第１半導体層１２４及び第１光電変換部１１０を経て第１電極４２側に移動して収集され、電子が第２半導体層１２６を介して第２電極４４側に移動して収集される。

図７は、本発明の一実施例による太陽電池に含まれる複数の層の導電型及び役割のまた他の例を模式的に示す図である。

図７に示すように、半導体基板１２２がｐ型を有し、第１半導体層１２４が半導体基板１２２と反対の導電型であるｎ型を有し、第２半導体層１２６が半導体基板１２２と同一の導電型であるｐ型を有し、半導体基板１２２より高いドーピング濃度を有する。そうすると、第１半導体層１２４がエミッタ領域を構成し、第２半導体層１２６が後面電界領域を構成する。そして、第１光電変換部１１０において第２伝達層１１６が正孔を伝達する正孔伝達層で構成され、第１伝達層１１４が電子を伝達する電子伝達層で構成される。

このように半導体基板１２２がｐ型を有すると、価格が安くて材料費用を節減することができる。そして、エミッタ領域を構成する第１半導体層１２４が半導体基板１２２の前面側に位置して半導体基板１２０と第１半導体層１２４により形成されたｐｎ接合が前面側に位置することができる。これにより、ｐｎ接合に到達する光経路を最小化することができる。

このような太陽電池１００においては、太陽電池１００の前面を介して光が入射されると、第１光電変換部１１０が短波長を吸収して光電変換により電子及び正孔を生成する。この時、電子が第１伝達層１１４を介して第１電極４２側に移動して収集され、正孔が第２伝達層１１６及び第２光電変換部１２０を経て第２電極４４側に移動して収集される。第１光電変換部１１０に使われなくこれを通過した長波長が第２光電変換部１２０に到達すると、第２光電変換部１２０がこれを吸収して光電変換により電子及び正孔を生成する。この時、電子が第１半導体層１２４及び第１光電変換部１１０を経て第１電極４２側に移動して収集され、正孔が第２半導体層１２６を介して第２電極４４側に移動して収集される。

このように本実施例によれば、第１半導体層１２４を、水素を含む水素化された非晶質部分で構成し、パッシベーション特性を向上することができ、ペロブスカイト化合物を含む第１光電変換部１１０との整合性を向上してキャリア移動特性を向上することができる。そして、第２半導体層１２６は優秀なキャリア移動度を有する多結晶部分で構成してキャリア移動特性を向上することができ、第２電極４４の材料費用を節減し、製造工程を単純化することができる。これにより、タンデム型構造を有する太陽電池１００の効率及び生産性を向上することができる。

前述の構造を有する太陽電池１００の製造方法を図８及び図９ａないし図９ｆを参照して詳細に説明する。前述において既に説明した内容については詳細な説明を省略し、説明していない部分について詳細に説明する。

図８は、本発明の一実施例による太陽電池の製造方法のフローチャートであり、図９ａないし図９ｆは、本発明の一実施例による太陽電池の製造方法示す断面図である。

図８に示すように、本実施例による太陽電池１００の製造方法は、第２光電変換部形成段階（ＳＴ１０）、接合層形成段階（ＳＴ３０）、第１光電変換部形成段階（ＳＴ３０）及び電極形成段階（ＳＴ４０）を含む。ここで、第２光電変換部形成段階（ＳＴ１０）は第２部分形成段階（ＳＴ１２）、第１部分形成段階（ＳＴ１６）を含む。そして、第２部分形成段階（ＳＴ１２）以後に水素注入段階（ＳＴ１４）をさらに含む。これを図９ａないし図９ｆと共に詳細に説明する。

図９ａに示すように、第２部分形成段階（ＳＴ１２）では半導体基板１２２の他面（一例として、後面）の上に第２中間膜１２６ａ及び／又は第２半導体層１２６を形成する。

より具体的には、まず、第１または第２導電型ドーパントを有するベース領域で構成される半導体基板１２２を準備する。この時、半導体基板１２２の前面及び後面のうち少なくとも一面が凹凸を有するようにテクスチャリングされて反射防止構造を有することができる。半導体基板１２２の表面のテクスチャリングとしては、湿式または乾式テクスチャリングを使用する。湿式テクスチャリングはテクスチャリング溶液に半導体基板１２２を浸漬して行われ、工程時間が短い長所がある。乾式テクスチャリングはダイヤモンドグリルまたはレーザーなどを利用して半導体基板１２２の表面を削ることであり、凹凸を均一に形成できる反面、工程時間が長く半導体基板１２２に損傷が発生する可能性がある。その他に、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）などにより半導体基板１２２をテクスチャリングしてもよい。このように本発明では多様な方法で半導体基板１２２をテクスチャリングすることができる。

続いて、半導体基板１２２の他面上に全体的に第２中間膜１２６ａ及び第２半導体層１２６を形成する。この時、半導体基板１２２の前面及び後面、そして選択的に側面上に第２中間膜１２６ａ及び第２半導体層１２６を全体的に形成した後、半導体基板１２２の前面及び／又は側面に形成された第２中間膜１２６ａ及び第２半導体層１２６を除去することにより半導体基板１２２の他面上に第２中間膜１２６ａ及び第２半導体層１２６を形成する。これにより、第２中間膜１２６ａ及び第２半導体層１２６を容易に形成できる両面蒸着工程を利用して第２中間膜１２６ａ及び第２半導体層１２６を形成した後、断面エッチング工程により希望する後面にのみ第２中間膜１２６ａ及び第２半導体層１２６を残留させる。しかしながら、本発明がこれに限定されるのではなく、第２中間膜１２６ａ及び第２半導体層１２６は断面蒸着工程で形成することもできる。その他の多様な変形が可能である。

例えば、第２中間膜１２６ａは、熱的酸化法、蒸着法（例えば、化学気相蒸着法（ＣＶＤ）、原子層蒸着法（ＡＬＤ））などにより形成されることができる。例えば、第２半導体層１２６は蒸着法（例えば、化学気相蒸着法（ＣＶＤ）、一例として、低圧化合気相蒸着法（ＬＰＣＶＤ））などにより形成されることができる。本実施例において、第２半導体層１２６は、第２導電型ドーパントを含む半導体物質で構成される多結晶部分で構成される。第２半導体層１２６は、第２導電型ドーパントを備えた状態で蒸着されて形成され、追加的に活性化熱処理などが行われてもよく、真性半導体物質を蒸着して半導体層を形成した後にドーピング工程により第２導電型ドーパントをドーピングして形成されてもよい。そして、多結晶部分で構成された第２半導体層１２６の形態で蒸着されてもよく、非晶質部分の形態で蒸着した後に再結晶化工程を実行して第２半導体層１２６が多結晶部分で構成されてもよい。

一例として、同一の装備内において連続的な工程で使われる気体の種類を変更するイン－サイチュ（ｉｎ－ｓｉｔｕ）工程を利用して半導体基板１２２の後面上に第２中間膜１２６ａ及び第２半導体層１２６を順に形成することができる。例えば、第２半導体層１２６は低圧化学気相蒸着装置において、６００ないし８００℃の温度、常圧より低い圧力（一例として、１ｔｏｒｒ以下）、そしてシリコン含有気体（例えば、シラン（ＳｉＨ４）、水素気体（Ｈ２）、第２導電型ドーパントを含むドーパント含有気体（例えば、ＰＨ３、ＢＢｒ３など）などを含む気体雰囲気で形成される。これによると、第２導電型ドーパント及び水素を含むとともに多結晶部分を有する第２半導体層１２６を簡単な工程で容易に形成することができる。この時、第２中間膜１２６ａは低圧化学気相蒸着装置内において酸素含有気体などを含む気体雰囲気で熱的酸化法により形成される。そうすると、連続的な工程で第２中間膜１２６ａ及び第２半導体層１２６を形成して工程を単純化することができる。しかしながら、本発明がこれに限定されるものではなく、多様な方法により第２中間膜１２６ｂ及び第２半導体層１２６を形成することができる。

続いて、図９ｂに示すように、水素注入段階（ＳＴ１４）では第２半導体層１２６及び／又は第２中間膜１２６ａに水素を注入する。前述したように、第２半導体層１２６は６００ないし８００℃の高い温度で形成されるので、第２半導体層１２６内に水素が含まれても高い温度により脱水素化できる。従って、半導体層１２６を形成した後に水素注入段階（ＳＴ１４）を実行することにより半導体層１２６に水素を注入して水素含量を増加させて水素パッシベーションが十分に起きるようにする。

図９ｂにおいては、一例として、半導体基板１２２の後面上に位置する第２半導体層１２６の上に水素を含む水素注入層１２６ａを形成し、常温より高い温度（一例として、４００ないし６００℃）で熱処理して水素を注入することを例示した。ここで、水素注入層１２６ａとしては水素を高い含量で含む絶縁層、例えば、水素を含むシリコン窒化層、水素を含むアルミニウム酸化層などを使用することができる。図９ｂにおいては、水素注入段階（ＳＴ１４）以後に水素注入層１２６ａは除去されることを例示した。しかしながら、本発明がこれに限定されるものではなく、水素注入層１２６ａを残留して、図１２に示したように、後面パッシベーション膜１２６、反射膜、反射防止膜などとして使用することもできる。その他の様々な方法が可能である。

そして、水素注入段階（ＳＴ１４）の水素注入方法が前述の方法に限定されるものではない。例えば、水素気体とキャリア気体（例えば、アルゴン気体（Ａｒ）、窒素気体（Ｎ２）など）を混合した混合気体雰囲気で常温より高い温度（一例として、４００ないし６００℃）で熱処理して水素を注入することもできる。その他、水素プラズマなどを利用して水素を注入することもできる。その他の多様な方法で第２半導体層１２６に水素を注入することができる。

本実施例においては、非晶質部分を含む第１半導体層１２４を形成する第１部分形成段階（ＳＴ１６）、ペロブスカイト化合物を含む第１光電変換部１１０を形成する第１光電変換部形成段階（ＳＴ３０）及び電極形成段階（ＳＴ４０）以前に水素注入段階（ＳＴ１４）を行う。このように第１部分形成段階（ＳＴ１６）及び第１光電変換部形成段階（ＳＴ３０）より高い工程で行われる水素注入段階（ＳＴ１４）を実行した後に第１半導体層１２４及び第１光電変換部１１０を形成して、水素注入段階（ＳＴ１４）での高い温度により第１半導体層１２４及び第１光電変換部１１０の特性変化、損傷などが発生することを防止できる。しかしながら、本発明がこれに限定されるものではなく、水素注入段階（ＳＴ１４）の順序などは多様に変形することができる。

続いて、図９ｃに示したように、第１部分形成段階（ＳＴ１４）では半導体基板１２２の一面（一例として、前面）の上に第１中間膜１２４ａ及び／又は第１半導体層１２４を形成する。

より具体的には、半導体基板１２２の他面上に全体的に第１中間膜１２４ａ及び第１半導体層１２４を形成することができる。この時、第１中間膜１２４ａ及び第１半導体層１２４は断面蒸着工程を利用して形成して別途のエッチング工程などを実行しなくてもよい。しかしながら、本発明がこれに限定されるのではなく、第１中間膜１２４ａ及び第１半導体層１２４は両面蒸着工程で形成し、一部を除去するなど多様な変形が可能である。

例えば、第１中間膜１２４ａ及び／又は第１半導体層１２４は蒸着法（例えば、化学気相蒸着法（ＣＶＤ）、一例として、プラズマ化学気相蒸着法（ＰＥＣＶＤ））などにより形成されるされてもよい。本実施例において、第１半導体層１２４は、第１導電型ドーパントを含む半導体物質で構成される非晶質部分で構成される。第１半導体層１２４は第１導電型ドーパントを備えた状態で蒸着されて形成されてもよく、追加的に活性化熱処理などが実行されることができ、真性半導体物質を蒸着して半導体層を形成した後にドーピング工程により第１導電型ドーパントをドーピングして形成されてもよい。

一例として、同一の装備内において連続的な工程で使用される気体の種類を変更するイン－サイチュ工程を利用して半導体基板１２２の前面の上に第１中間膜１２４ａ及び第１半導体層１２４を順に形成する。例えば、プラズマ化学気相蒸着装置において１５０℃２００℃の温度、常圧より低い圧力（一例に、１０ｔｏｒｒ以下）、そして、シリコン含有気体（例えば、シラン（ＳｉＨ４））、水素気体（Ｈ２）などを含む気体雰囲気で化学気相蒸着により第１中間膜１２４ａを形成した後、第１導電型ドーパントを含むドーパントを、含有気体（例えば、ＰＨ３、ＢＢｒ３など）などを追加で供給して化学気相蒸着することにより第１半導体層１２４を形成することができる。これによると、第１中間膜１２４ａ及び第１半導体層１２４を簡単な工程で容易に形成することができる。しかしながら、本発明がこれに限定されるものではなく、様々な方法により第１中間膜１２４ａ及び第１半導体層１２４を形成することができる。

この時、第１中間膜１２４ａ及び／又は第１半導体層１２４は非晶質部分で構成され、相対的に低い温度で形成されるので、第１部分形成段階（ＳＴ１６）のための蒸着工程で第１中間膜１２４ａ及び／又は第１半導体層１２４に十分に水素が注入されることができる。すなわち、第１部分形成段階（ＳＴ１６）では第１中間膜１２４ａ及び／又は第１半導体層１２４に水素を注入する水素注入工程を含む。これにより、第１中間膜１２４ａ及び／又は第１半導体層１２４に水素を注入する水素注入工程を別途に行わなくてもいいので、工程を単純化することができる。

ここで、第１半導体層１２４を形成する工程の工程温度は第２半導体層１２６を形成する工程の工程温度より低くてもよい。これは、非晶質部分で構成される第１半導体層１２４の特性変化、劣化などを防止するとともに、多結晶部分で構成される第２半導体層１２６の形成を容易にするためである。そして、第１半導体層１２６を形成する工程の工程圧力が第２半導体層１２６を形成する工程の工程圧力より大きくてもよい。これは、多結晶部分で構成される第２半導体層１２６が安定的に形成できるようにするためである。

そして、本実施例においては第２半導体層１２６をまず形成した後に第１半導体層１２４を形成する。これは、第２半導体層１２６を形成する工程の工程温度が第１半導体層１２４を形成する工程の工程温度より高いため、非晶質部分で構成される第１半導体層１２４を形成した後に第２半導体層１２６を形成する工程を行うと、第２半導体層１２６を形成する工程により第１半導体層１２４の特性変化、劣化などが発生する可能性があるからである。しかしながら、本発明がこれに限定されることはなく、第２中間膜１２６ａ、第２半導体層１２６、第１中間膜１２４ａ、第１半導体層１２４の形成の順番が変わってもよい。

続いて、図９ｄに示すように、接合層形成段階（ＳＴ２０）では、第２光電変換部１２０の上に接合層１１０ａを形成する。より具体的に、第２光電変換部１２０の第１半導体層１２４の上に接合層１１０ａを形成することができる。接合層１１０ａは、一例として、真空蒸着工程（ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ）またはスパッタリング工程により形成される。真空蒸着工程又はスパッタリング工程は低温で行われることができ、断面工程で第２半導体層１２４の上にのみ接合層１１０ａを形成することができる。しかしながら、本発明がこれに限定されるものではなく、コーティング法、蒸着法などの多様な方法が適用されることができる。

続いて、図９ｄに示すように、第１光電変換部１１０を形成する段階（ＳＴ３０）では、接合層１１０ａの上に第１光電変換部１１０を形成する。より具体的には、接合層１１０ａの上に第２伝達層１１６、光電変換層１１２及び第１伝達層１１４を順に形成することができる。

第２伝達層１１６、光電変換層１１２及び第１伝達層１１４は多様な方法により形成されることができるが、一例として、蒸着（例えば、物理的蒸着法、化学的蒸着法など）または印刷法などにより形成されることができる。ここで、印刷法は、インクジェットプリンティング、グラビアプリンティング、スプレーコーティング、ドクターブレード、バーコーティング、グラビアコーティング、ブラシペインティング及びスロットダイコーティングなどを含んでもよい。しかしながら、本発明がこれに限定されるものではない。

続いて、図９ｅに示すように、電極形成段階（ＳＴ４０）では第１電極４２及び第２電極４４を形成することができる。

すなわち、第１光電変換部１１０（より具体的には、第１伝達層１１４）の上に第１電極４２の第１電極層４２０を形成し、第１電極層４２０の上に第２電極層４２２を形成することができる。そして、第２光電変換部１２０（より具体的に、多結晶部分で構成された第２半導体層１２６）の上に第２電極４４の金属電極層４４２を形成することができる。

第１電極４２の第１電極層４２０は、一例として、真空蒸着工程またはスパッタリング工程により形成されることができる。真空蒸着工程またはスパッタリング工程は低温で行われ、断面である前面にのみ第１電極４２の第１電極層４２０を形成することができる。しかしながら、本発明がこれに限定されるものではなく、コーティング法などの多様な方法が適用される。そして、本実施例においては、第１電極４２の第２電極層４２２及び第２電極４４の金属電極層４４２を形成することができる。一例として、金属と樹脂を含む低温焼成ペーストを塗布し、これを硬化する硬化熱処理を行って第１電極４２の第２電極層４２２及び第２電極４４の金属電極層４４２を形成する。

一例として、第１電極４２の第１電極層４２０を形成した後に、第１電極４２の第２電極層４２２及び第２電極４４の金属電極層４４２のための低温焼成ペーストを塗布し、第１電極４２の第２電極層４２２及び第２電極４４の金属電極層４４２のための低温焼成ペーストを同時に硬化する硬化熱処理を行うことができる。硬化熱処理は１５０℃以下の低い温度で行われ、ペロブスカイト化合物を含む第１光電変換部１１０の特性変化、劣化などを防止することができる。

第１電極４２の第１電極層４２０の形成工程、第１電極４２の第２電極層４２２の塗布工程及び熱処理工程、そして、第２電極４４の金属電極層４４２の塗布工程及び熱処理工程の順序は多様に変形できる。すなわち、本実施例においては、第２光電変換部形成段階（ＳＴ１０）及び第１光電変換部形成段階（ＳＴ３０）以後に電極形成段階（ＳＴ４０）を実行して第１電極４２及び第２電極４４を形成することを例示したが、本発明がこれに限定されるものではない。従って、第２電極４４の少なくとも一部を第１光電変換部形成段階（ＳＴ３０）の以前に形成するなどの多様な変形が可能である。

そして、前述した説明は、第１電極４２の第２電極層４２２及び第２電極４４の金属電極層４４２が印刷法により形成されて工程を単純化することを例示した。しかしながら、本発明がこれに限定されるものではなく、第１電極４２の第２電極層４２２及び第２電極４４の金属電極層４４２の形成方法、工程条件などは多様に変形できる。

本実施例によれば、優れた効率を有するタンデム型構造の太陽電池を簡単な製造工程で形成して生産性を向上することができる。この時、ペロブスカイト化合物を含む第１光電変換部１１０を形成する第１光電変換部形成段階（ＳＴ３０）以後に行われる電極形成段階（ＳＴ４０）などの工程温度を低い温度（例えば、１５０℃以下）に維持して、非晶質部分で構成される第１半導体層１２４またはペロブスカイト化合物を含む第１光電変換部１１０の特性劣化などを効果的に防止することができる。

本実施例においては、半導体基板１２２の前面にテクスチャリングによる凹凸または反射防止構造が備えられて反射防止役割を実行するため、太陽電池１００の前面側に反射防止膜が備えられなかった。この時、半導体基板１２２の前面上に位置する第１中間膜１２４ａ、第１半導体層１２４、第２伝達層１１６、光電変換層１１２、第１伝達層１１４、第１電極層４２０の両側表面にも半導体基板１２２の前面に形成された凹凸または反射防止構造に対応する凹凸または反射防止構造がそのまま形成されることができる。このように別途の反射防止構造が備えられなくて構造を単純化することができる。しかしながら、本発明がこれに限定されるものではなく、図１０に示すように、第１電極４２の第１電極層４２０上の少なくとも一部に反射防止膜がさらに備えられることもできる。その他の多様な変形が可能である。

そして、本実施例においては、第２半導体層１２６の上に別途のパッシベーション膜が備えられなくて単純な構造を有することを例示した。第２半導体層１２６が水素注入段階（ＳＴ１４）により十分な量の水素を含めて優秀なパッシベーション特性を有することができるため、パッシベーション膜を残留させて得られる効果が大きくない可能性があるためである。しかしながら、本発明がこれに限定されるものではなく、図１２に示すように、第２半導体層１２６上の少なくとも一部にパシベーション膜が残留したり、別途のパシベーション膜を形成するなどの多様な変形が可能である。

以下においては、本発明の他の実施例による太陽電池及びその製造方法を詳細に説明する。前述の説明と同一又はごく類似した部分については、詳細な説明を省略し、異なる部分についてのみ詳細に説明する。そして、前述の実施例またはこれを変形した例と以下の実施例またはこれを変形した例を互いに結合したものも本発明の範囲に属する。

図１０は、本発明の他の実施例による太陽電池を概略的に示す断面図である。図１０は、図２のＸ－Ｘ線に沿う断面図である。

図１０に示すように、本実施例による太陽電池１００では半導体基板１２２の一面（一例として、前面）に凹凸または反射防止構造が備えられない。すなわち、半導体基板１２２の一面が半導体基板１２２の他面より表面粗さが小さい扁平な面として備えられる。これにより、半導体基板１２２の一面上に位置する第１中間膜１２４ａ、第１半導体層１２４、第２伝達層１１６、光電変換層１１２、第１伝達層１１４、第１電極層４２０の両側表面も半導体基板１２２の他面より表面粗さが小さい扁平な面として備えられることができる。

この時、第１電極層４２０の上に反射を防止するための反射防止膜１１８がさらに備えられる。図１０においては、一例として、第２電極層４２２において他の太陽電池１００または外部回路と接続のための配線材、インターコネクタ、リボンなどが付着されるバスバー電極４２ｂのみを露出することを例示した。これにより、反射防止膜１１８が第１電極層４２０の上において、第２電極層４２２のうちバスバー電極４２ｂを露出する開口部を備え、その他の部分（すなわち、フィンガー電極４２ａ及び第２電極層４２２）が形成された部分を全体的に覆いながら形成されることができる。これにより、反射防止膜１１８の形成面積を最大化して反射防止特性を向上することができる。このような反射防止膜１１８を形成するために、第１電極層４２０及び第２電極層４２２を形成した後にバスバー電極４２ｂを露出する開口部を備えるマスクを位置した状態で反射防止膜１１８を蒸着または真空蒸着することができる。

しかしながら、本発明がこれに限定されるものではなく、反射防止膜１１８が第１電極層４２０の上において第２電極層４２２が形成されていない部分に対応して、すなわち、バスバー電極４２ｂ及びフィンガー電極４２ａを露出するように形成されることもできる。その他の多様な変形が可能である。

一例として、反射防止膜１１８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つの単一膜または２つ以上の膜が組み合わせら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１１８がＭｇＦ２を備えてペロブスカイト化合物を含むタンデム型構造の太陽電池１００において反射防止効果を最大化することができる。しかしながら、本発明がこれに限定されるものではない。

図１０においては、半導体基板１２２の前面が扁平な面で構成される場合に第１電極層４２０の上に反射防止膜１１８が備えられたものを例示した。しかしながら、本発明がこれに限定されるものではない。従って、図１に示すように、半導体基板１２２の前面に凹凸または反射防止構造が備えられる場合、第１電極層４２０の上に反射防止膜１１８を追加で形成して反射防止効果を向上することもできる。その他の多様な変形が可能である。

図１１は、本発明のまた他の実施例による太陽電池を概略的に示す断面図である。

図１１に示すように、第２半導体層１２６の上に光学膜１２８がさらに備えられる。光学膜１２８は、内部光の反射を誘導する反射膜、外部光の反射を防止する反射防止膜などの多様な役割を果たすことができる。一例として、第２電極層４２２が一定のパターンを有して両面に光が受光される両面受光型太陽電池においては、第２半導体層１２６の上に光学膜１２８を形成して太陽電池１００の内部に入射される光量を最大化することができる。しかしながら、本発明がこれに限定されるものではなく、単面受光型太陽電池においても第２半導体層１２６の上に光学膜１２８が備えられることができる。

図１１においては、光学膜１１８は多様な段階で多様な方法により形成されることができる。すなわち、図９ｂにおいて第２半導体層１１６に水素を注入するために形成した水素注入層１２６ｂを残留させて光学膜１１８として使用することができる。この時、第２電極４４の形成工程以前に光学膜１１８にはレーザーアブレーションなどを利用して第２電極４４が貫通する開口部を形成することができる。または、第２電極４４の形成工程以前または形成工程以後に別途の絶縁膜を形成してこれを光学膜１１８として使用することもできる。この場合に、光学膜１１８に第２電極４４の貫通のための開口部または第２電極４４と配線材、インターコネクタ、リボンなどとの接続のための開口部などを光学膜１１８の形成工程中にまたは光学膜１１８の形成工程以後に形成することができる。

一例として、光学膜１２８がシリコン窒化膜、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からなる群から選択されたいずれか１つの単一膜または２つ以上の膜が組み合わせられた多層膜構造を有することができる。一例として、光学膜１２８がシリコン窒化膜を含めて半導体基板１２２を含む第１光電変換部１１０での反射防止効果を最大化することができる。しかしながら、本発明がこれに限定されるものではない。

図１１においては、半導体基板１２２の他面（一例として、後面）に凹凸または反射防止構造が備えられないことを例示した。すなわち、半導体基板１２２の他面が半導体基板１２２の一面より表面粗さが小さい扁平な面で備えられる。これにより、半導体基板１２２の一面上に位置する第２中間膜１２６ａ、第２半導体層１２６の両側表面も半導体基板１２２の他面より表面粗さが小さい扁平な面で備えられる。このように、図１１においては、半導体基板１２２の他面が扁平な面で構成される場合に、第２半導体層１２６の上に光学膜１２８が備えられたことを例示した。しかしながら、本発明がこれに限定されるものではない。従って、図１に示すように、半導体基板１２２の他面に凹凸または反射防止構造が備えられる場合、第２半導体層１２６の上に光学膜１２８を追加で形成して受光特性をさらに向上することもできる。この時、光学膜１２８は、第２半導体層１２６の上において第２電極４４の金属電極層４４２を全体的に露出することもでき、第２電極４４の金属電極層４４２の一部（例えば、フィンガー電極）を覆って一部（例えば、バスバー電極）を露出することもできる。その他の多様な変形が可能である。

図１２は、本発明のまた他の実施例による太陽電池を示す前面平面図である。明確な理解のために、図１２においては第１電極の第１電極層の図示を省略し、第２電極層を中心に示した。

図１２に示すように、本実施例においては、第１電極４２の第１電極層４２２が半導体基板１２２の一面にバスバー電極４２ｂが延長方向と交差する方向（図面のｙ軸方向）においてそれぞれ６個ないし３３個（例えば、８個ないし３３個、一例として、１０個ないし３３個、特に、１０個ないし１５個）備えられ、複数のバスバー電極４２ｂが互いに均一な間隔を置いて位置することができる。ここで、バスバー電極４２ｂは相対的に広い幅を有し、長さ方向において複数備えられるパッド部４２２ｂを備え、長さ方向に複数のパッド部４２２ｂを連結するライン部４２１ｂをさらに備えることができる。その他にも、第１電極４２がフレームライン４２ｃ、エッジ電極部４２ｄなどをさらに含んでもよい。図１２及び前述の説明においては第１電極４２を中心に図示したが、第２電極４４の金属電極層４４２がこれと同一または類似した形状を有してもよい。フレームライン４２ｃ、エッジ電極部４２ｄは備えられても備えられなくてもよく、その形状、配置などは多様に変形できる。

このような形状のバスバー電極４２ｂを備える太陽電池１００は、ワイヤ形状の配線材（インターコネクタ）を使用して隣接した太陽電池１００または外部回路と接続できる。ワイヤ形状の配線材は相対的に広い幅（例えば、１ｍｍ超過）を有するリボンより小さい幅を有することができる。一例として、配線材の最大幅が１ｍｍ以下（一例として、５００μｍ以下、より具体的には、２５０ないし５００μｍ）でありうる。

このような配線材は、コア層とその表面に形成されるはんだ層を備えた構造を有することができる。そうすると、複数の配線材を、太陽電池１００を乗せた状態で熱と圧力を加える工程により多くの配線材を効果的に付着することができる。配線材またはこれに含まれるコア層のラウンド部分を含むことができる。すなわち、配線材またはコア層の断面は少なくとも一部が円形、または円形の一部、楕円形、または楕円形の一部、または曲線からなる部分を含むことができる。

そうすると、小さな幅を有する配線材により光損失及び材料費用を最小化しながら、多くの配線材によりキャリアの移動距離を減らすことができる。このように光損失を減らしながらもキャリアの移動距離を減らして太陽電池１００の効率を向上でき、配線材による材料費用を減らすことができる。

その他にも第１及び第２電極４２、４４の構造、形状、配置、そしてこれに接続される配線材、インターコネクタ、リボンなどの構造、形状などは多様に変形できる。

前述による特徴、構造、効果などは、本発明の少なくとも１つの実施例に含まれ、必ずしも１つの実施例のみに限られるわけではない。さらに、各実施例において例示された特徴、構造、効果などは、実施例が属する分野の通常の知識を有する者により他の実施例に対しても組み合わせ又は変形されて実施可能である。従って、このような組み合わせと変形に関する内容は、本発明の範囲に含まれるものと解釈されなければならない。

Claims (20)

1. 太陽電池であって、
   ペロブスカイト化合物で構成される光電変換層を含む第１光電変換部、及び半導体基板を含む第２光電変換部を含む光電変換部；
   前記光電変換部の一面において前記光電変換部に電気的に接続される第１電極；及び、
   前記光電変換部の他面において前記光電変換部に電気的に接続される第２電極；を備えてなり、
   前記第２光電変換部は、
   前記半導体基板と、
   前記半導体基板の一面上に前記半導体基板とは別個に形成される第１半導体層と、
   前記半導体基板の他面上に前記半導体基板とは別個に形成され、前記第１半導体層と異なる結晶構造を有する第２半導体層と、を備える、太陽電池。
2. 前記半導体基板の前面上に位置する前記第１半導体層は非晶質部分を含み、
   前記半導体基板の後面上に位置する前記第２半導体層は多結晶部分を含む、請求項１に記載の太陽電池。
3. 前記第２光電変換部において、前記第１光電変換部に隣接して位置する前記第１半導体層は非晶質部分を含み、
   前記第２光電変換部において、前記第１光電変換部と反対の面に位置した前記第２半導体層は多結晶部分を含む、請求項１に記載の太陽電池。
4. 前記第２半導体層の厚さは前記第１半導体層の厚さより大きい、請求項３に記載の太陽電池。
5. 前記第１半導体層は非晶質部分を含み、
   前記第２半導体層は多結晶部分を含み、
   前記第１半導体層の水素含量は前記第２半導体層の水素含量より大きい、請求項１に記載の太陽電池。
6. 前記半導体基板と前記第１半導体層の間に位置する第１中間膜と、
   前記半導体基板と前記第２導電型領域の間に位置する第２中間膜と、を更に備え、
   前記第１中間膜の物質又は厚さは、前記第２中間膜の物質又は厚さと異なる、請求項１に記載の太陽電池。
7. 前記半導体基板及び前記第１半導体層は、半導体物質で構成された前記第１中間膜を挟んで相異なる結晶構造を有する異種接合構造を備え、
   前記半導体基板及び前記第２半導体層は、絶縁物質で構成された前記第２中間膜を挟んで接合される絶縁接合構造又はトンネル接合構造を備える、請求項６に記載の太陽電池。
8. 前記第１半導体層は非晶質部分を含み、
   前記第２半導体層は多結晶部分を含み、
   前記第１中間膜は半導体物質を含み、
   前記第２中間膜は絶縁物質を含む、請求項６に記載の太陽電池。
9. 前記第１中間膜は真性非晶質シリコンを含み、
   前記第２中間膜はシリコン酸化物を含む、請求項６に記載の太陽電池。
10. 前記第２中間膜の厚さは前記第１中間膜の厚さより小さい、請求項８に記載の太陽電池。
11. 前記第１中間膜の水素含量は前記第２中間膜の水素含量より大きい、請求項８に記載の太陽電池。
12. 前記第１光電変換部は前記第２光電変換部の一面上に位置し、
    前記第１電極は前記第１光電変換部の上に位置し、
    前記第２電極は前記第２光電変換部の前記第２半導体層の上に位置し、
    前記第２半導体層は多結晶部分を含み、
    前記第１電極と前記第２電極の積層構造が相異なる、請求項１に記載の太陽電池。
13. 前記第１電極は、
    前記第１光電変換部の上に形成され、透明伝導性物質を含む第１電極層と、
    前記第１電極層の上に形成され、金属を含む第２電極層と、を備え、
    前記第２電極層は、前記第２電極層の上に形成され、金属を含む金属電極層を備える、請求項１２に記載の太陽電池。
14. 前記第１電極層の上に形成される反射防止膜、及び前記第２半導体層の上に形成される光学膜のうち少なくとも１つを備える、請求項１２に記載の太陽電池。
15. 太陽電池の製造方法であって、
    第２光電変換部形成段階；
    第１光電変換部形成段階；及び
    電極形成段階；を含んでなり、
    前記第２光電変換部形成段階は、
    半導体基板と、
    前記半導体基板の一面上に前記半導体基板とは別個に形成される第１半導体層と、
    前記半導体基板の他面上に前記半導体基板とは別個に形成され、前記第１半導体層と異なる結晶構造を有する前記第２半導体層と、を備える第２光電変換部を形成するものであり、
    前記第１光電変換部形成段階は、前記第１半導体層の上にペロブスカイト化合物から構成される光電変換層を備える第１光電変換部を形成するものであり、
    前記電極形成段階は、
    前記第１光電変換部の一面において前記第１光電変換部に電気的に接続される第１電極、及び
    前記第２光電変換部の他面において前記第２光電変換部に電気的に接続される第２電極、を備える電極を形成するものである、太陽電池の製造方法。
16. 前記第２光電変換部形成段階は、
    前記半導体基板の前記他面上に多結晶部分を含む前記第２半導体層を含む第２部分を形成する、第２部分形成段階；及び
    前記半導体基板の前記一面上に非晶質部分を含む前記第１半導体層を含む第１部分を形成する、第１部分形成段階；を含む、請求項１５に記載の太陽電池の製造方法。
17. 前記第２部分形成段階と前記第１部分形成段階の間に前記第２半導体層に水素を注入する水素注入段階を更に含み、
    前記第１部分形成段階では、前記第１半導体層に水素を注入する水素注入工程を共に行う、請求項１６に記載の太陽電池の製造方法。
18. 前記第１半導体層を形成する工程の温度が前記第２半導体層を形成する工程の温度より低く、
    前記第１半導体層を形成する工程の圧力が前記第２半導体層を形成する工程の圧力より高い、請求項１６に記載の太陽電池の製造方法。
19. 前記第２部分を形成する段階では、両面蒸着工程により前記半導体基板の両面に前記第２部分を形成した後に前記一面に形成された前記第２部分を除去して前記他面に前記第２部分を形成し、
    前記第１部分を形成する段階は、断面蒸着工程により前記半導体基板の前記一面に前記第１部分を形成する、請求項１６に記載の太陽電池の製造方法。
20. 前記第２部分を形成する段階は、前記第２半導体層を形成する工程以前に第２中間膜を形成する工程を更に含み、
    前記第１部分を形成する段階は、前記第１半導体層を形成する工程以前に第１中間膜を形成する工程を更に含み、
    前記第２中間膜を形成する工程と前記第２半導体層を形成する工程が連続的な工程により形成され、
    前記第１中間膜を形成する工程と前記第１半導体層を形成する工程が連続的な工程により形成される、請求項１６に記載の太陽電池の製造方法。

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