JP2024511940A - 太陽電池及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】【解決手段】本発明の実施例による太陽電池は、半導体基板の一方の面上に位置するトンネル層と、前記トンネル層上に位置する第１導電領域と、前記第１導電領域上に前記第１導電領域をパッシベーションする第１絶縁膜と、前記半導体基板の他方の面に位置し、ドーピング領域から構成される第２導電領域と、前記第１導電領域に接続された第１電極と、前記第２導電領域に接続された第２電極とを含み、前記第１導電領域は、前記第１電極に接続された第１部分と、前記第１部分以外の第２部分とを含み、前記第１部分と前記第２部分との厚さが互いに異なっている。よって、トンネル効果を保つために、薄いトンネル層を含みながらその上に厚さ可変の導電領域を形成することで、電極下部に厚い導電領域が存在することができ、それ以外の領域に薄い導電領域が存在することができる。【選択図】図１

Description

本発明は、太陽電池及びその製造方法に関し、より具体的には、半導体基板を含む太陽電池及びその製造方法に関する。
近年、石油や石炭などの既存のエネルギー資源の枯渇が予想されるにつれて、これらを代替するエネルギーに対する関心が高まっている。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する次世代電池として注目されている。
このような太陽電池は、設計に応じて種々の層及び電極を形成することにより製造することができる。太陽電池においては、種々の層及び電極の設計によって効率が異なる場合がある。太陽電池の商用化のためには、太陽電池の効率を最大化するとともに製造方法を簡素化する必要がある。
特に、半導体基板上にトンネル効果を得るために薄い誘電体膜を形成し、その上に多結晶半導体層を形成して導電領域を形成する構造が提案されている。
一例として、中国特許公開公報第１１０２６５４９４号には、トンネル酸化膜とＮ型多結晶半導体層からなる裏面電界領域とを含む太陽電池として、少数キャリアの流入をブロックすることにより裏面での再結合を低減して光電効率を向上させる構造が開示されている。
しかしながら、上述のようなトンネル効果を有する太陽電池の場合、高濃度にドーピングされた多結晶半導体層の厚さによって、表面におけるドーピングキャリアの濃度が非常に高くなることにより、自由キャリア吸収（ＦＣＡ，Ｆｒｅｅ ｃａｒｒｉｅｒ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ）が発生し、長波長吸収効率が著しく低下するという問題が生じる。
中国特許公開公報第１１０２６５４９４号（公開日：２０１９年０９月２０日）
本発明は、効率及び信頼性に優れた太陽電池及びその製造方法を提供することを目的とする。特に、本発明は、トンネル効果を維持しつつ、長波長吸収（ＦＣＡ）を防止できる太陽電池を提供することを目的とする。
また、本発明は、導電領域の厚さを変えることで、電極形成による導電領域の浸透に対してトンネル効果を保ちつつ、電極以外の部分では導電領域を薄く形成して長波長吸収を防止することができる構造を提供する。
本発明の実施例による太陽電池は、半導体基板の一方の面上に位置するトンネル層と、前記トンネル層上に位置する第１導電領域と、前記第１導電領域上に前記第１導電領域をパッシベーションする第１絶縁膜と、前記半導体基板の他方の面に位置し、ドーピング領域から構成される第２導電領域と、前記第１導電領域に接続された第１電極と、前記第２導電領域に接続された第２電極とを含み、前記第１導電領域は、前記第１電極に接続された第１部分と、前記第１部分以外の第２部分とを含み、前記第１部分と前記第２部分との厚さが互いに異なっている。
前記第１部分の幅は、前記第１電極の幅よりも大きくてもよい。
前記第１部分の厚さは、前記第２部分の厚さよりも大きくてもよい。
前記第１部分の厚さは、１００～２００ｎｍを満たしてもよい。
前記第２部分の厚さは、５０ｎｍ以下であってもよい。
前記第１導電性領域は、前記半導体基板の裏面に配置され、前記半導体基板と同じ導電型のドーパントでドーピングされていてもよい。
前記半導体基板の一方の面及び他方の面には、凹凸が形成されていてもよい。
前記第２導電領域上に位置する第２絶縁膜をさらに含んでもよい。
また、本発明の別の実施例は、太陽電池の製造方法を提供し、前記太陽電池の製造方法は、半導体基板の一方の面および他方の面にそれぞれトンネル層を形成するステップと、前記半導体基板の一方の面の前記トンネル層上に真性半導体層を形成するとともに、第１導電型ドーパントをドーピングして第１導電領域を形成するステップと、前記第１導電領域の第１部分以外の第２部分を選択的に部分的にエッチングして端部差を形成するステップと、前記半導体基板の他方の面に第２導電型ドーパントをドーピングして、ドーピング領域から構成される第２導電領域を形成するステップと、前記第１導電領域を覆う第１絶縁膜を形成するステップと、前記第１導電領域の前記第１部分に接続された第１電極と、前記第２導電領域に接続された第２電極とを含む電極を形成するステップとを含む。
前記第１導電性領域に端部差を形成するステップは、前記第１部分上にマスク層を形成するステップと、前記第１導電性領域における露出した前記第２部分をエッチング液により所定の厚さ分だけ残すまで除去するステップと、前記マスク層を除去するステップとを含んでもよい。
前記第１導電性領域に端部差を形成するステップは、前記第１導電性領域の前記第１部分にレーザ光を照射して結晶構造を変化させるステップと、前記第２部分を前記所定の厚さ分だけ残すまでエッチングするステップとを含んでもよい。
前記第１導電性領域に端部差を形成するステップにおいて、前記第１導電性領域をアルカリ性溶液に浸漬して、端部差を有するようにエッチングしてもよい。
前記半導体基板の両面に凹凸を形成するステップをさらに含んでもよい。
前記第１部分の幅は、前記第１電極の幅よりも大きく形成されてもよい。
前記第１電極を形成するステップは、前記第１部分上の前記第１絶縁膜上に金属ペーストを塗布するステップと、前記第１絶縁膜を貫通して前記第１部分に接するように前記金属ペーストをファイヤースルーするステップと、を含んでもよい。
本実施例によれば、優れた効率と信頼性を有する太陽電池が提供される。
すなわち、トンネル効果を保つために、薄いトンネル層を含みながらその上に厚さ可変の導電領域を形成することで、電極下部に厚い導電領域が存在することができ、それ以外の領域に薄い導電領域が存在することができる。
したがって、電極下部においてトンネル層を電極の焼結による下部膜浸透から保護することにより、トンネル効果をそのまま維持できる構造安定性と再結合安定性を有することができる。
また、電極下部以外の領域にも薄い厚さの導電領域を全面的に配置することにより、キャリアの表面抵抗が著しく低下して光電効率が向上するとともに、広い領域に対して厚い導電領域が形成されず、自由キャリアによる長波長吸収が防止され、さらに光学損失を最小化することができる。
したがって、開放電圧と短絡電流が大きくなる効果が生じて光電効率を向上させる。
本発明の実施例による太陽電池を示す断面図である。 図１に示す太陽電池の第２電極層の平面図である。 本発明の一変形例による太陽電池を示す断面図である。 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。 本発明の一変形例による太陽電池の製造方法の一プロセスを示す断面図である。 本発明の電極下部による効果を示す断面図である。 本発明の電極下部による効果を示す断面図である。 導電領域の表面における長波長吸収についてのグラフと、導電領域の厚さに応じた表面抵抗を示すグラフである。 導電領域の表面における長波長吸収についてのグラフと、導電領域の厚さに応じた表面抵抗を示すグラフである。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施例を詳細に説明する。しかしながら、本発明は、このような実施例に限定されるものではなく、種々の形態に変形可能である。
本発明を明確かつ簡略に説明するために、図面において説明に関連しない部分の図示は省略され、明細書全体において同一または極めて類似の部分について同一の符号が用いられる。また、図面は、説明をより明確にするため、厚さや幅などを拡大又は縮小して示すことがあり、本発明の厚さや幅などは、図面に示されるものに限定されるものではない。
また、明細書全体において、ある部分が他の部分を「含む」と称される場合、特に反対の記載がない限り、他の部分を除外するものではなく、他の部分を含んでもよい。また、層、膜、領域、板などの部分が他の部分「上」にある場合、他の部分「上」に「直接」ある場合だけでなく、その間に他の部分が位置付けられる場合も含む。層、膜、領域、板などの部分が他の部分「上」に「直接」あると称される場合、その間に他の部分が位置付けられないことを意味する。また、「第１」又は「第２」の表現は、互いの区別にのみ用いられ、本発明は、これに限定されない。
以下、本発明による太陽電池及びその製造方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施例による太陽電池を示す断面図であり、図２は、図１に示す太陽電池の概略裏面平面図である。
図１を参照し、太陽電池１００は、半導体基板１１０と、半導体基板１１０の一方の面に位置し、第１導電型を有する第１導電領域２０と、半導体基板１１０の他方の面に位置し、第２導電型を有する第２導電領域３０とを含むことができる。電極４２、４４は、第１導電領域２０に接続された第１電極４２と、第２導電領域３０に接続された第２電極４４とを含む。また、太陽電池１００は、第１パッシベーション膜２４、第２パッシベーション膜３４、第１反射防止膜２６及び第２反射防止膜３６などの絶縁膜をさらに含んでよい。これについて詳細に説明する。
半導体基板１１０は、単一の半導体物質（一例として、第４族元素）を含む結晶半導体で構成されてよい。一例として、半導体基板１１０は、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）で構成されてよい。特に、半導体基板１１０は、単結晶半導体（例えば、単結晶半導体ウェハ、より具体的には、単結晶シリコンウェハ）で構成されてよい。上述したように半導体基板１１０が単結晶半導体（例えば、単結晶シリコン）からなる場合、太陽電池１００は、結晶性が高く欠陥の少ない単結晶半導体からなる半導体基板１１０に基づくことになる。これにより、太陽電池１００は、優れた電気特性を有することができる。
半導体基板１１０の正面及び／又は裏面は、テクスチャリング（ｔｅｘｔｕｒｉｎｇ）されて凹凸を有してよい。一例として、凹凸は、外面が半導体基板１１０の（１１１）面から構成され、かつ不規則な大きさを有するピラミッド形状を有することができる。テクスチャリングにより半導体基板１１０の正面などに凹凸を形成して正面の表面粗さを増加させると、半導体基板１１０の正面などを通して入射する光の反射率を低減することができる。そのため、ベース領域１０と第１導電領域２０又は第２導電領域３０とで形成されるｐｎ接合に到達する光量を増加させることができ、光損失を最小限にすることができる。本実施例では、半導体基板１１０の正面及び裏面に凹凸を形成することで、両面に入射した光の反射を効果的に防止する例を示す。
しかしながら、本発明は、これに限定されない。そのため、図３に示すように、半導体基板１１０の正面のみに凹凸が形成され、半導体基板１１０の裏面に凹凸が形成されていなくてもよい。これにより、トンネル層２２が形成された半導体基板１１０の裏面を正面よりも小さい表面粗さを有するように形成することで、トンネル層２２をより安定して均一に形成することができる。あるいは、半導体基板１１０の正面及び裏面に凹凸が形成されないなど種々の変形が可能である。
再び図１を参照し、本実施例では、半導体基板１１０は、第１導電型又は第２導電型のドーパントが低ドーピング濃度でドーピングされて第１導電型又は第２導電型を有するベース領域１０を含む。このとき、半導体基板１１０のベース領域１０は、それと同じ導電型を有する第１導電領域２０及び第２導電領域３０のいずれ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してよい。
半導体基板１１０の一方の面（一例として、裏面）には、第１導電型を有する第１導電領域２０が位置付けられてよい。一例として、半導体基板１１０上にトンネル層２２が形成され、トンネル層２２上に第１導電領域２０が形成されていてよい。
一例として、トンネル層２２は、半導体基板１１０の裏面に接触して形成されることで、構造を簡素化し、トンネル効果を高めることができる。このとき、トンネル層２２は、半導体基板１１０の裏面に全体的に形成されてよい。ここで、全体的に形成されるとは、空隙なくすべて形成されている場合だけでなく、部分領域が不可避的に形成されていない場合も含む。これにより、追加的なパターニング工程が不要となり、トンネル層２２を容易に形成することができる。しかしながら、本発明は、これに限定されない。
トンネル層２２は、電子及び正孔に対して一種の障壁（ｂａｒｒｉｅｒ）として作用し、これによって、少数キャリア（ｍｉｎｏｒｉｔｙ ｃａｒｒｉｅｒ）を通過させず、トンネル層２２に隣接する部分に蓄積された後、所定以上のエネルギーを有する多数キャリア（ｍａｊｏｒｉｔｙ ｃａｒｒｉｅｒ）のみをトンネル層２２に通過させることができる。このとき、所定以上のエネルギーを有する多数キャリアがトンネル効果によりトンネル層２２を通過しやすくなる。また、トンネル層２２は、第１導電領域２０のドーパントが半導体基板１１０に拡散することを防ぐ拡散障壁として機能し得る。このようなトンネル層２２は、多数キャリアをトンネルさせることができる複数の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。特に、トンネル層２２は、酸化シリコンを含む酸化シリコン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、キャリアがトンネルしやすい膜であるからである。
トンネル層２２の厚さは、トンネル効果が十分に得られるように、第１パッシベーション膜２４及び第２パッシベーション膜３４、第１導電性領域２０又は第２導電性領域３０の厚さよりも小さくてよい。トンネル層２２の厚さは、一例として２ｎｍ以下であり、一例として０．１ｎｍ～１．５ｎｍ（より具体的には０．５ｎｍ～１．５ｎｍ）であってよい。トンネル層２２の厚さが２ｎｍを超えると、トンネルがうまく起こらないため、太陽電池１００の効率が低下するおそれがあり、またトンネル層２２の厚さが０．１ｎｍ未満であると、所望の品質のトンネル層２２を形成することが困難となるおそれがある。トンネル効果を十分に得るために、トンネル層２２の厚さは、０．１ｎｍ～１．５ｎｍ（より具体的には、０．５ｎｍ～１．５ｎｍ）とすることができる。しかしながら、本発明は、これに限定されず、トンネル層２２の厚さは、様々な値を取り得る。
第１導電領域２０は、第１導電型ドーパントを含み、第１導電型を有する領域であってよい。一例として、第１導電領域２０は、太陽電池１００の構造を簡素化しかつトンネル層２２のトンネル効果を最大化するために、トンネル層２２上に接触して形成されてよい。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１導電領域２０は、半導体基板１１０と同じ半導体物質（より具体的には、単一の半導体物質、一例として、シリコン）を含んでよい。そして、第２導電領域３０は、半導体基板１１０と同様の特性を有することで、互いに異なる半導体物質を含む場合に生じ得る特性差を最小限に抑えることができる。しかしながら、第１導電領域２０は、半導体基板１１０上に半導体基板１１０に対して別体形成されるため、半導体基板１１０上に容易に形成できるように、半導体基板１１０とは異なる結晶構造を有してよい。
第１導電領域２０は、例えば、堆積などの種々の方法により容易に製造可能な非晶質半導体、微結晶半導体、多結晶半導体（一例として、非晶質シリコン、微結晶シリコン、多結晶シリコン）などに第１導電型ドーパントをドーピングすることによって形成することができる。特に、第１導電領域２０は、多結晶半導体（一例として、多結晶シリコン）を含んでよい。そして、優れた導電率を有することから、キャリアの移動を円滑にすることができるとともに、酸化物などからなるトンネル層２２においてキャリアのトンネルを円滑に生じさせるように導くことができる。
本実施例では、第１導電領域２０を半導体基板１１０とは別体に形成することによって、半導体基板１１０内部にドーピング領域を形成する際に生じ得る欠陥や開放電圧低下の問題を低減することができる。これにより、太陽電池１００の開放電圧を高くすることができる。
上述した第１導電領域２０は、図１に示すように、半導体基板１０の裏面全体に対して全面的に形成することができる。このとき、第１導電領域２０は、後述する第１電極４２が形成された電極領域下部に位置する第１部分２３と、第１部分２３以外の部分である第２部分２１とにより形成される。
前記第１部分２３は、電極４２の形状に沿って所定の幅ｗ１を有するバー型（ｂａｒ ｔｙｐｅ）に半導体基板１０に跨って形成されてよく、第１部分２３とそれに隣接する第１部分２３との間には、第２部分２１が形成されてよい。
第１部分２３は、その上の第１電極４２の幅である第２幅ｗ２よりも大きい値の第１幅ｗ１を有するバー型に電極領域に形成されている。一例として、第１幅ｗ１の第１部分２３は、第２幅ｗ２の両側に向かって５～１００μｍのスペースを有するように形成される。したがって、第１電極４２の第２幅ｗ２が８０～２０μｍである場合、第１部分２３の第１幅ｗ１は、１００～３２０μｍとすることができる。すなわち、第１電極４２は、第１部分２３上に配置されているため、位置合わせのために余裕を持って形成することができる。
第１導電性領域２０の第１部分２３と第２部分２１とは、同じ物質及び同じプロセスで形成されているが、互いに厚さが異なっている。
したがって、第１導電領域２０は、半導体基板１０全体に対して互いに異なる厚さを有する複数の部分から形成されている。半導体基板１０の裏面の大部分、一例として９０％以上の面積を占める第２部分２１は、第２厚さｄ２を有する。
第２厚さｄ２は、５０ｎｍ以下であり、好ましくは３０ｎｍ以下の厚さを有するように薄く形成され、第２部分２１は、第１導電領域２０の大部分の面積を構成し、その表面に非常に少ない数で自由キャリアが残留する。
高濃度の第１導電型キャリアでドーピングされた第１導電領域２０が非常に厚く形成された場合、半導体基板１０の裏面全体に非常に多くの自由キャリアが残留することになる。
上述したような自由キャリアが長波長（特に、９００～１２００ｎｍの長波長）の光を吸収して半導体基板１０の裏面上に厚い第１導電領域２０を形成すると、長波長の吸収により光電効率が著しく低下する。
上述したような現象を防止するために、半導体基板１０の大部分を占める第２部分２１の厚さは、第２厚さｄ１、すなわち、５０ｎｍ以下を満たすように形成される。
このとき、電極領域（すなわち、第１部分２３）については、第２厚さｄ２よりも厚い第１厚さｄ１を満たすように形成する。
第１厚さｄ１（トンネル層２２の上部から第１電極４２の下部までの距離）は、１００～２００ｎｍを満たし、好ましくは、１５０～２００ｎｍを満たす。
上述したように、第１部分２３と第２部分２１とを２倍から８倍の厚さ差を有するように形成して端部差を構成することによって、それぞれの領域に要求される特性を有するようになる。
すなわち、第１電極４２とオーミック接触する第１部分２３は、第１部分２３において第１電極４２の焼成時に金属の浸透により金属成分が下部のトンネル層２２に浸透することを防止して、トンネル効果を保つことができる。
また、第１電極４２と接触しない第２部分２１において、表面抵抗を低減しつつ厚さを薄く保つために広い面積で形成することで、過剰に分布する自由キャリアをなくして長波長吸収を遮断することができる。したがって、トンネル効果による再結合損失と長波長吸収による光電効率低下を同時に防止できる効果がある。
また、表面抵抗が低くなるにつれて開放電圧が高くなり、かつ短絡電流も高くなる効果がある。
上述したように端部差を有する第１導電領域２０とは異なり、第２導電型を有する第２導電領域３０は、半導体基板１１０の他方の面（一例として、正面）に平坦に形成されてよい。一例として、本実施例において、第２導電領域３０は、半導体基板１１０の一部に第２導電型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で構成されてよい。そして、ベース領域１０及び第２導電領域３０は、半導体基板１１０と同じ結晶構造及び半導体物質を含んでよく、導電型が互いに異なっていてもよいし、ドーピング濃度が互いに異なっていてもよい。具体的には、ベース領域１０が第１導電型を有する場合、ベース領域１０と第２導電領域３０との導電型は、互いに異なり、ベース領域１０が第２導電型を有する場合、第２導電領域３０のドーピング濃度は、ベース領域１０のドーピング濃度よりも高くなる。
ベース領域１０が第１導電型を有する場合、第１導電型を有する第１導電領域２０は、半導体基板１１０と同じ導電型を有するとともに半導体基板１１０よりも高いドーピング濃度を有する裏面電界（ＢＳＦ）を形成する裏面電界領域を構成し、かつ、第２導電型を有する第２導電領域３０は、ベース領域１０と異なる導電型を有してベース領域１０とｐｎ接合を形成するエミッタ領域を構成する。そして、エミッタ領域を構成する第２導電領域３０が半導体基板１１０の正面に位置するため、ｐｎ接合と接合する光の経路を最小化することができる。
しかしながら、本発明は、これに限定されない。別の例として、ベース領域１０が第２導電型を有する場合、第１導電領域２０は、エミッタ領域を構成し、かつ、第２導電領域３０は、半導体基板１１０と同じ導電型を有するとともに半導体基板１１０よりも高いドーピング濃度を有する正面電界（Ｆｒｏｎｔ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｆｉｅｌｄ、ＦＳＦ）を形成する正面電界領域を構成する。
第１導電型ドーパントまたは第２導電型ドーパントとして用いられるｐ型ドーパントとしては、ホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）などの第３族元素が挙げられ、ｎ型ドーパントとしては、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、ビスマス（Ｂｉ）、アンチモン（Ｓｂ）などの第５族元素が挙げられる。しかしながら、本発明は、これに限定されず、第１導電型ドーパントまたは第２導電型ドーパントとして、種々のドーパントを用いることができる。
ここで、本実施例では、半導体基板１１０とは別体に形成された第１導電領域２０が半導体基板１１０の裏面に位置し、半導体基板１１０の一部を構成する第２導電領域３０が半導体基板１１０の正面に位置する。半導体基板１１０とは異なる結晶構造を有する第１導電領域２０が半導体基板１１０の正面に位置する場合、第１導電領域２０における光吸収が増加してｐｎ接合に到達する光量を低減させうるため、第１導電領域２０を半導体基板１１０の裏面に位置させる。しかしながら、本発明は、これに限定されない。
絶縁膜は、第１電極４２及び第２電極４４に対応する開口部１０２、１０４を除いて、第１導電領域２０及び第２導電領域３０上に全体的に形成されてよい。このような絶縁膜は、ドーパントを含まないノンドーピング絶縁膜によって単独で構成することができる。
具体的には、第１導電領域２０上には、開口部１０２以外の部分に第１絶縁膜が全体的に形成（一例として、接触）され、第２導電領域３０上には、開口部１０４以外の部分に第２絶縁膜が全体的に形成（一例として、接触）されてよい。本実施例では、第１絶縁膜として、第１導電性領域２０上に形成（一例として、接触）された第１パッシベーション膜２４及び第１反射防止膜２６を用い、第２絶縁膜として、第２導電性領域３０上に形成（一例として、接触）された第２パッシベーション膜３４及び第２反射防止膜３６を用いた例を示す。しかしながら、本発明は、これに限定されず、絶縁膜は、所望の機能に応じて種々の配置を有することができる。
パッシベーション膜２４、３４は、導電領域２０、３０に接触して形成され、導電領域２０、３０の表面や本体内に存在する欠陥をパッシベーションする。これにより、少数キャリアの再結合サイトを除去して太陽電池１００の開放電圧Ｖｏｃを増加させることができる。反射防止膜３６は、半導体基板１１０の正面に入射した光の反射率を低減する。これにより、半導体基板１１０の正面を介して入射する光の反射率を低減することで、ベース領域１０と第１導電領域２０との界面に形成されるｐｎ接合に到達する光量を増加させることができる。これにより、太陽電池１００の短絡電流Ｉｓｃを増加させることができる。上述したようにパッシベーション膜２４、３４及び反射防止膜２６、３６によって太陽電池１００の開放電圧及び短絡電流を増加させることで、太陽電池１００の効率を向上させることができる。
パッシベーション膜２４、３４又は反射防止膜２６、３６は、一例として、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るいずれか１種の単一膜、又は２種以上の膜を組み合わせた多層膜構造を有することができる。一例として、パッシベーション膜２４、３４は、導電領域２０、３０がｎ型の場合に正の固定電荷を有するシリコン酸化膜、シリコン窒化膜などを含み、ｐ型の場合に負の固定電荷を有するアルミニウム酸化膜等を含んでよい。一例として、反射防止膜２６、３６は、窒化シリコンを含んでよい。しかしながら、本発明は、これに限定されず、パッシベーション膜２４、３４及び反射防止膜２６、３６は、複数の物質を含んでもよい。
第１電極４２は、第１導電領域２０上の第１部分２３に位置（一例として、接触）して、第１導電領域２０の第１部分２３に電気的に接続される。第１電極４２は、第１反射防止膜２６及び第１パッシベーション膜２４に形成された開口部１０２を介して（すなわち、第１パッシベーション膜２４及び第１反射防止膜２６を貫通して）第１導電性領域２０に電気的に接続されてよい。これと同様に、第２電極４４は、第２導電領域３０上に位置（一例として、接触）して、第２導電領域３０に電気的に接続される。第２電極４４は、第２パッシベーション膜３４及び第２反射防止膜３６に形成された開口部１０４を介して（すなわち、第２パッシベーション膜３４及び第２反射防止膜３６を貫通して）第１導電性領域２０に電気的に接続されてよい。このような第１電極４２及び第２電極４４は、複数の物質（より具体的には、金属）を含み、複数の形状を有してよい。第１電極４２及び第２電極４４の形状については、後に図２を参照しながら詳細に説明する。
半導体基板１１０の裏面上に位置するトンネル層２２及び第１導電領域２０は、半導体基板１１０の裏面の縁（又は半導体基板１１０の側面）から離れるように位置付けられる。これにより、トンネル層２２及び第１導電領域２０のそれぞれの面積は、半導体基板１１０の面積よりも小さくすることができる。
第１パッシベーション膜２４は、半導体基板１１０の側面まで延在してよいが、これに限定されない。
第１電極４２の平面形状について、図２を参照しながら詳細に説明する。
図２を参照し、第１電極４２は、所定のピッチを有しつつ互いに離間して配置された複数のフィンガー電極４２ａを含んでよい。図面では、フィンガー電極４２ａが互いに平行であり、かつ半導体基板１１０の縁と平行である例を示したが、本発明は、これに限定されない。また、第１電極４２は、フィンガー電極４２ａと交差する方向に形成されるとともに、フィンガー電極４２ａを接続するバスバー電極４２ｂを含んでよい。このようなバスバー電極４２ｂは、１つのみ設けられてもよく、図２に示すように、フィンガー電極４２ａのピッチよりも大きいピッチを有しつつ複数設けられてもよい。このとき、バスバー電極４２ｂの幅は、フィンガー電極４２ａの幅よりも大きくてもよいが、本発明は、これに限定されない。そのため、バスバー電極４２ｂの幅は、フィンガー電極４２ａの幅と同じであってもよいし、それよりも小さい幅を有してもよい。
断面視において、第１電極４２のフィンガー電極４２ａ及びバスバー電極４２ｂは、いずれも第１反射防止膜２６及び第１パッシベーション膜２４を貫通するように形成されてもよい。すなわち、開口部１０２は、第１電極４２のフィンガー電極４２ａ及びバスバー電極４２ｂの全てに対応して形成されてよい。しかしながら、本発明は、これに限定されない。他の例として、第１電極４２のフィンガー電極４２ａは、第１反射防止膜２６及び第１パッシベーション膜２４を貫通するように形成されてよく、バスバー電極４２ｂは、第１反射防止膜２６及び第１パッシベーション膜２４上に形成されてよい。この場合、開口部１０２は、フィンガー電極４２ａに対応する形状に形成されてよく、かつ、バスバー電極４２ｂのみが位置する部分に形成されていなくてもよい。
また、第２電極４４は、第１電極４２のフィンガー電極４２ａ及びバスバー電極４２ｂにそれぞれ対応するフィンガー電極及びバスバー電極を含んでよい。第２電極４４のフィンガー電極及びバスバー電極については、第１電極４２のフィンガー電極４２ａ及びバスバー電極４２ｂについての内容をそのまま適用することができる。また、第１電極４２における第１反射防止膜２６及び第１パッシベーション膜２４についての内容は、第２電極４４における第２パッシベーション膜３４及び反射防止膜３６にそのまま適用することができる。このとき、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、ピッチ等と互いに同じであってもよいし、互いに異なっていてもよい。
しかしながら、本発明は、これに限定されず、第１電極４２及び第２電極４４の平面形状が互いに異なってもよく、これ以外にも種々の変形が可能である。
上述したように、本実施例では、太陽電池１００の第１電極４２及び第２電極４４が所定のパターンを有することにより、太陽電池１００は、半導体基板１１０の正面及び裏面に光が入射可能な両面受光型（ｂｉ－ｆａｃｉａｌ）の構造を有する。これにより、太陽電池１００で使用する光量を増やすことによって、太陽電池１００の効率向上に寄与することができる。しかしながら、本発明は、これに限定されず、第１電極４２は、半導体基板１１０の裏面に全体的に形成された構造を有してもよい。これ以外にも種々の変形が可能である。
上述したように、本発明の実施例による太陽電池１００では、裏面の第１導電性領域２０が、互いに厚さの異なる第１部分２３と第２部分２１とから構成され、相対的に大きい厚さを有する第１部分２３が第１電極４２と位置合わせするように配置される。
上述したように、電極４２と位置合わせする導電領域２０は、厚く形成することができ、これによって電極４２の焼成による金属物質の下部浸透からトンネル層２２を保護し、それ以外の第２部分２１は、薄く形成することができ、これによってＦＣＡ（自由キャリア光吸収）による長波長光吸収を防止するでき、そして、表面抵抗は、小さく形成することができ、これによって開放電圧と短絡電流を大きくすることができる。
このような太陽電池１００の製造方法について、図４ａ～図４ｊを参照しながら詳細に説明する。既に説明した内容については詳細な説明を省略し、説明していない内容についてのみ詳細に説明する。
図４ａ～図４ｊは、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。
図４ａに示すように、半導体基板１１０の正面及び裏面にテクスチャリング加工を施して凹凸を形成する。半導体基板１１０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用いることができる。湿式テクスチャリングリングは、テクスチャリングリング溶液に半導体基板１１０を浸漬することで行うことができ、プロセス時間が短いという利点がある。乾式テクスチャリングは、ダイヤモンドドリルやレーザなどによって半導体基板１１０の表面を切断するものであり、均一に凹凸を形成することができるが、プロセス時間が長く、半導体基板１１０に損害を与えるおそれがある。また、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）などにより、半導体基板１１０をテクスチャリングしてもよい。以上のように、本発明では、複数の方法によって半導体基板１１０をテクスチャリングすることができる。
図示の簡素化のために、図面では、半導体基板１１０の側面にテクスチャリングによる凹凸が設けられていないことを示している。また、半導体基板１１０の厚さが非常に小さいため、テクスチャリングによる凹凸を明確に認識することが困難となるおそれもある。しかしながら、本発明は、これに限定されない。半導体基板１１０の側面には、テクスチャリングによる凹凸が設けられていてもよい。また、半導体基板１１０のテクスチャリングは、後のプロセスで実行されてもよい。
図４ｂに示すように、半導体基板１１０の両面のそれぞれの上には、全体的にトンネル層２２を形成する。このとき、トンネル層２２は、半導体基板１１０の側面に全体的に形成されていてもよい。
ここで、一例として、トンネル層２２は、熱酸化、化学酸化、堆積（一例として、常圧化学気相成長法（ＡＰＣＶＤ）、低圧化学気相成長法（ＬＰＣＶＤ））などによって形成することができる。なお、トンネル層２２を薄い厚さで形成した後、炉（ｆｕｒｎａｃｅ）内でのその後の熱処理等により、トンネル層２２の厚さや密度を増加させてもよい。しかしながら、本発明は、これに限定されず、種々の方法によりトンネル層２２を形成することができる。ここで、トンネル層２２は、酸化シリコン層で構成することができる。
一例として、本実施例において、トンネル層２２は、原料ガスを含むガス雰囲気中で、常温未満の温度及び常圧未満の圧力で形成することができる。本実施例では、原料ガスは酸素ガスを含み、トンネル層２２を酸化物層で構成することができる。より具体的には、高温下において、トンネル層２２は、半導体基板１１０の半導体物質（例えば、シリコン）と酸素が反応して形成された熱酸化物（ｔｈｅｒｍａｌ ｏｘｉｄｅ ｍａｔｅｒｉａｌ）（例えば、熱シリコン酸化物）層で構成することができる。
このとき、本実施例では、原料ガスは、トンネル層２２を構成する全ての原料物質を含まず、トンネル層２２を構成する酸化物中の酸素ガスのみを含み、他の原料物質を含まない。例えば、トンネル層２２がシリコン酸化物を含む場合、原料材料として酸素ガスのみが設けられ、他の原料物質であるシリコンを含むガスを含まない。これにより、酸素ガスの酸素が半導体基板１１０の内部に拡散し、半導体物質と反応する熱酸化プロセスによりトンネル層２２が形成される。これとは異なり、堆積プロセスなどでは、原料ガスとして、酸素を含む酸素ガスと、シリコンを含むシラン（ＳｉＨ4）ガスとを共に供給する。そして、酸素ガスから分離した酸素とシランガスから分離したシリコンとが熱分解により化学反応してシリコン酸化物が形成される。トンネル層２２を形成するとき、ガス雰囲気は、原料ガスである酸素ガスの他に、複数のガスを含んでもよい。
また、トンネル層２２を形成するときの圧力を常圧よりも低くすることによって、比較的高い温度（一例として、６００℃以上）による熱酸化プロセスでトンネル層２２を形成しても、低い圧力でトンネル層２２の成長速度を低く保つことができる。これにより、トンネル層２２の厚さを大幅に小さくすることができる。一例として、トンネル層２２を形成するときに温度を６００℃～８００℃、圧力を６００トル（Ｔｏｒｒ）以下とすることで、トンネル層２２の厚さを効果的に除去することができる。
上述したように、本実施例では、トンネル層２２を形成するときに、温度と圧力を共に制御する必要があるため、圧力を調整できない従来の炉（ｆｕｒｎａｃｅ）では、本実施例のトンネル層２２を形成することができず、温度と圧力の両方を調整可能な装置内でトンネル層２２を形成する必要がある。よって、本実施例では、トンネル層２２は、堆積装置などの内部で熱酸化プロセスにより形成することができる。このとき、低い圧力を実現する必要があるため、トンネル層２２は、低圧化学気相成長装置（ｌｏｗ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ａｐｐａｒａｔｕｓ）内で形成することができる。
トンネル層２２上に形成される半導体層は、堆積装置によって形成されるため、堆積装置においてトンネル層２２を形成するときには、同一の堆積装置（より具体的には、低圧化学気相成長装置）内で連続的に行うインサイチュ（ｉｎ－ｓｉｔｕ）プロセスによってトンネル層２２と真性半導体層２００とを形成することができる。上述したように、インサイチュプロセスによってトンネル層２２と真性半導体層２００を形成すると、製造プロセスを大幅に簡素化でき、製造コストや製造時間などを大幅に削減できる。
堆積装置内の温度は、長時間の加熱や冷却によって調整可能であり、温度を安定させるときに多くの時間を要し、逆にガス雰囲気や圧力は、堆積装置内に供給されるガスの種類や量などによって調整することができる。そのため、ガス雰囲気や圧力は、温度よりも容易に制御できる。
それを考慮し、本実施例では、トンネル層２２の形成温度と真性半導体層２００の堆積プロセスとの温度差は、２００℃以内（すなわち、０℃～２００℃）であってよい。より具体的には、トンネル層２２の形成温度と真性半導体層２００の堆積プロセスとの温度差は、１００℃以内（すなわち、０℃～１００℃）であってもよい。トンネル層２２を低圧で形成するため、トンネル層２２の形成温度を相対的に高くすることができ、真性半導体層２００の堆積プロセスとの温度差を小さくすることができるからである。上述したように、調整が相対的に困難な温度をあまり変化せずに維持することができ、これによってトンネル層２２と真性半導体層２００とを連続的に形成するインサイチュプロセスの効率をさらに向上させることができる。逆に、真性半導体層２００の堆積プロセスのガス雰囲気は、トンネル層２２の形成時のガス雰囲気と異なっていてもよく、真性半導体層２００の堆積プロセスの圧力は、トンネル層２２の形成時の圧力と同じでもよいし、それと異なってもよい。これについては、後に真性半導体層２００の堆積プロセスを説明するときにより詳細に説明する。
図４ｃに示すように、半導体基板１１０の両側のそれぞれには、トンネル層２２上に真性半導体層２００が全体的に形成されている。このとき、真性半導体層２００は、半導体基板１１０の側面上に位置するトンネル層２２上に全体的に形成されていてもよい。上述したように、真性半導体層２００が両面に位置すると、第１導電領域２０のドーピングプロセスにおいて半導体基板１１０の正面へのドーピングや損害などを効果的に防止することができる。
本実施例では、真性半導体層２００は、化学気相成長法により形成されてよく、具体的には、低圧化学気相成長法により形成されてよい。これにより、上述したように、インサイチュプロセスによって真性半導体層２００およびトンネル層２２を形成することができる。しかしながら、本発明は、これに限定されず、トンネル層２２及び真性半導体層２００にはインサイチュプロセスを適用しなくてもよい。
真性半導体層２００の堆積プロセスで用いられるガスは、真性半導体層２００を構成する半導体物質を含むガス（例えば、シランガス）を含んでよい。本実施例では、真性半導体層２００が真性を有するように堆積されているため、ガス雰囲気は、半導体物質を含むガスのみで構成することができる。これにより、供給ガスを簡素化できるとともに、形成される真性半導体層２００の純度を高めることができる。しかしながら、本発明は、これに限定されず、真性半導体層２００の堆積プロセスを促進したり、真性半導体層２００の特性を向上させるための追加のガスなどを用いたりすることができる。また、真性半導体層２００の堆積プロセスでは、半導体物質を含むガスの他に、酸化窒素（Ｎ2Ｏ）ガス及び／又は酸素（Ｏ2）ガスを共に注入して結晶子サイズ、結晶性などを調整してもよい。
真性半導体層２００の堆積温度は、トンネル層２２を形成するときの温度と同じでもよいし、それ以下でもよい。特に、トンネル層２２を形成するときの温度よりも真性半導体層２００の堆積温度を低くすることで、光電変換に直接関与する真性半導体層２００の特性を均一にすることができる。あるいは、真性半導体層２００の堆積温度は、５００℃～７００℃であってもよい。半導体基板１１０とは異なる結晶構造を有する真性半導体層２００を堆積するのに適した温度とする。このように、トンネル層２２の温度を真性半導体層２００の堆積温度と同一または類似とすることで、温度調整のための時間や温度安定化のための時間などが不要となり、プロセスを簡素化することができる。
また、真性半導体層２００の堆積圧力は、常圧よりも低い圧力であってもよく、一例として、６００トル（Ｔｏｒｒ）以下（一例として、１トル（Ｔｏｒｒ）～６００トル（Ｔｏｒｒ））であってもよい。堆積圧力を１ Ｔｏｒｒ未満に保つことにはプロセス上の限界があり得るとともに、真性半導体層２００のプロセス時間が大幅に長くなることから、実量産に適用することは困難であり得る。堆積圧力が６００ Ｔｏｒｒを超えると、真性半導体層２００の均一性が低下するおそれがある。あるいは、真性半導体層２００の堆積圧力は、トンネル層２２の形成時の圧力と同じかそれより小さくてもよい。特に、真性半導体層２００の堆積圧力がトンネル層２２の形成時の圧力よりも小さくなると、光電変換に直接関与する真性半導体層２００の特性を均一にすることができる。
これについてより詳細に説明する。真性半導体層２００は、半導体物質（例えば、シリコン）を含むガスを熱分解してトンネル層２２上に堆積させることにより形成される。しかしながら、堆積速度を増加させるために温度及び／又は圧力を増加させると、真性半導体層２００内部で結晶性のばらつきが大きくなる。真性半導体層２００の結晶性はキャリアの移動速度などに関与するため、真性半導体層２００の結晶性のばらつきが大きくなると、真性半導体層２００の特性が不均一になりうる。一方、トンネル層２２は非常に薄く形成されており、結晶性はトンネル層２２の特性に大きな影響を与えない。これを考慮すると、真性半導体層２００をトンネル層２２よりも厚く形成する必要があるにもかかわらず、真性半導体層２００の堆積温度及び／又は圧力をトンネル層２２の形成時の圧力よりも低くして、真性半導体層２００の特性を向上させる必要がある。
しかしながら、本発明は、これに限定されず、真性半導体層２００のガス雰囲気、温度、圧力などは、種々の変形等が可能である。
上述したように、真性半導体層２００は、トンネル層２２の形成後に供給されるガスの種類を変更し、供給されるガスの量を調整することで形成することができる。例えば、トンネル層２２の形成が完了した後、トンネル層２２の形成時に使用したガス（例えば、酸素ガス、窒素ガス、塩素ガスなど）を吸引（ｐｕｍｐｉｎｇ）及びパージ（ｐｕｒｇｅ）により除去した後、真性半導体層２００を形成するためのガス（例えば、半導体物質を含むガスなど）を注入することにより真性半導体層２００を形成することができる。
これにより、トンネル層２２及び真性半導体層２００の形成プロセスを簡素化することができる。また、従来のように、トンネル層を形成した後、トンネル層が形成された半導体基板を装置外に取り出す場合、トンネル層が不純物で汚染されたり、追加酸化によりトンネル層の厚さが厚くなったりするという問題がある。本実施例では、トンネル層２２を形成する装置内に真性半導体層２００が連続的に形成されているため、トンネル層２２は真性半導体層２００を形成する前に外部に露出しない。これにより、トンネル層２２が真性半導体層２００の形成前に外部に露出することに起因して生じうる問題を防止することができる。
参考として、プラズマ化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）を用いる場合には、真性半導体層２００の形成後に多結晶構造を有するために、追加の結晶化アニールプロセスを行う必要がある。これにより、構造が複雑になるとともに、性能も低下するおそれがある。また、プラズマ化学気相成長では、片面プロセスによって半導体基板１１０の両側のそれぞれに全体的に真性半導体層２００を形成することは困難である。
次に、図４ｄに示すように、半導体基板１１０の裏面に位置する真性半導体層２００に少なくとも第１導電型ドーパントをドーピングして第１導電領域２０ａを形成する。このとき、本実施例では、熱拡散法により第１導電型ドーパントをドーピングすることができる。熱拡散法は、トンネル層２２の特性低下を最小化しつつドーピングを行うことができるからである。逆に、イオン注入法などでは、イオン注入後に高温で構成される活性化熱処理によってトンネル層２２の特性を低下させるおそれがある。
一例として、図４ｄに示すように、第１導電型ドーパントを含むガス雰囲気中で熱処理を行うことにより、全体的に第１導電領域２０ａを形成することができる。第１導電領域２０ａがｎ型を有する場合、ＰＯＣｌ3を含むガス雰囲気中で熱処理を行ってもよい。あるいは、第１導電領域２０ａがｐ型を有する場合、ＢＢｒ3を含むガス雰囲気中で熱処理を行ってもよい。
上述したように、第１導電型ドーパントを含むガスを用いて第１導電領域２０ａを形成するプロセスを簡素化することができる。しかしながら、このようなプロセスにより、半導体基板１１０の裏面だけでなく、半導体基板１１０の正面及び側面にもドーピングが構成される。本実施例では、後の工程で除去される真性半導体層２００の一部が半導体基板１１０の正面及び側面に存在するため、半導体基板１１０の正面及び側面に不要に第１導電型ドーパントがドーピングされることを事前に防止することができる。このように形成された第１導電領域２０ａは、第３厚さｄ３を有する。第３厚さｄ３は、第１厚さｄ１と同じ値であってもよいし、それよりも大きい値であってもよい。
次に、図４ｅに示すように、半導体基板１１０の裏面に位置する第１導電領域２０ａ以外の領域に形成された真性半導体層２００を全て除去して、半導体基板１１０の正面に凹凸部１０ａを露出させる。上述のような半導体基板１１０の正面露出は、エッチングにより、一例として反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈ）などにより行うことができるが、これに限定されない。
図４ｅに示すように、基板１０の正面に凹凸部１０ａが露出すると、裏面の真性半導体層２００上に第１導電領域２０ａの端部差構造を形成するためのマスク層３００が形成される。
前記マスク層３００は、図１の第１導電領域２０のうち第１部分２３が形成される領域上に形成されてよい。マスク層３００は、半導体物質を含む第１導電領域２０ａを除去するプロセスにおいて除去されない物質を含んでよい。例えば、第１導電領域２０ａを除去するプロセスで用いられるエッチング液においてエッチングされないマスク層３００は、酸化物、窒化物、樹脂などを含んでもよい。一例として、マスク層３００は、窒化シリコン層から構成され、これによって簡単なプロセスでマスク層３００を形成することができる。
次に、図４ｆに示すように、マスク層３００で覆われていない第１導電領域２０の第２部分２１のみを所定の深さまでエッチングして、第１導電領域２０に第１厚さｄ１を有する第１部分２３と第２厚さｄ２を有する第２部分２１を形成する。
このように、第１導電領域２０は、互いに異なる厚さを有する第１部分２３と第２部分２１とで構成され、端部差をなすように構成されている。
一例として、このような端部差は、アルカリ溶液（一例として、ＫＯＨ溶液）を用いたウェットエッチングにより形成することができる。ウェットエッチングによれば、半導体基板１１０のマスク層３００以外の領域に位置する第１導電領域２０を簡易なプロセスで除去することができる。第１導電領域２０は、アルカリ溶液により所定の深さまで選択的に容易に除去することができる。しかしながら、本発明は、これに限定されない。第１導電性領域２０の一部は、反応性イオンエッチング、ドライエッチングなどの種々の方法で除去することができる。
このとき、図５に示すように、マスク層３００を別途形成することなく、第１導電領域２０の第１部分２３が形成される領域に沿ってレーザ光により結晶化を形成することで、マスク層として機能させることができる。
このようなレーザパターニング２５により、レーザ照射に応じて第１導電領域の第１部分２３を結晶化することにより、アルカリ溶液の浸漬に対して選択的な反応性を有する。そのため、レーザ照射された第１部分２３がエッチングされず、それ以外の第２部分２１のみが選択的にエッチングされ、これによって図４ｆに示すような端部差を構成することができる。
再び図４ｇを参照し、マスク層３００は、第１導電領域２０の端部差を形成した後に除去されてもよい。マスク層３００は、物質に応じて種々の方法で除去することができる。一例として、マスク層３００が酸化物、窒化物などを含む場合、希釈されたフッ酸を用いたプロセスにより除去することができる。マスク層３００は、追加の工程により除去されてもよいし、希釈されたフッ酸を含む溶液を含む洗浄プロセスにより自然に除去されてもよい。しかしながら、本発明は、これに限定されず、マスク層３００の除去方法は、公知の種々の方法を用いることができる。
次に、図４ｈに示すように、半導体基板１１０の正面に第２導電領域３０を形成する。第２導電領域３０は、半導体基板１１０に第２導電型のドーパントをドーピングすることにより半導体基板１１０の一部を構成するドーピング領域で構成されてよい。
第２導電領域３０は、公知の種々の方法で形成することができる。第２導電領域３０は、例えば、熱拡散法により形成することができる。熱拡散法は、トンネル層２２の特性低下を最小化しつつドーピングを行うことができるからである。逆に、イオン注入法などでは、イオン注入後に高温で構成される活性化熱処理によってトンネル層２２の特性を低下させるおそれがある。
一例として、半導体基板１１０の側面及び裏面にカバー膜（図示せず）を形成し、第２導電型ドーパントを含むガス雰囲気中での熱処理により、半導体基板１１０の正面に第２導電領域３０を形成してもよい。第２導電領域３０がｐ型を有する場合、ＢＢｒ3を含むガス雰囲気中で熱処理を行ってもよい。あるいは、第２導電領域３０がｎ型を有する場合、ＰＯＣｌ3を含むガス雰囲気中で熱処理を行ってもよい。第２導電領域３０を形成した後、カバー膜を除去してもよい。カバー膜は、第２導電型ドーパントのドーピングを遮断可能な種々の膜を用いることができ、物質に応じた除去方法により除去することができる。
別の例として、半導体基板１１０の正面に第２導電型ドーパントを含む第２ドーピング層（図示せず）を形成し、第２ドーピング層内に含まれる第２導電型ドーパントを熱処理により半導体基板１１０の内部に拡散させて第２導電領域３０を形成してもよい。一例として、第２ドーピング層は、ホウケイ酸ガラス（ｂｏｒｏｎ ｓｉｌｉｃａｔｅ ｇｌａｓｓ、ＢＳＧ）、リンケイ酸ガラス（ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ ｓｉｌｉｃａｔｅ ｇｌａｓｓ、ＰＳＧ）などを含むことができる。このような第２ドーピング層は、堆積などにより容易に形成することができる。一例として、第２ドーピング層は、常圧化学気相成長法などにより形成され、半導体基板１１０の裏面に形成されない。
上述のような熱処理を行うと、第１導電領域２０の第１導電型ドーパントが第１導電領域２０において付加的に活性化されてもよい。
次に、図４ｉに示すように、半導体基板１１０の正面及び裏面に絶縁膜を形成する。例えば、半導体基板１１０の正面及び裏面には、第１パッシベーション膜２４及び第２パッシベーション膜３４、並びに、第１反射防止膜２６及び第２反射防止膜３６をそれぞれ形成する。このとき、半導体基板１１０の側面においても絶縁層（すなわち、第２パッシベーション膜３４及び第２反射防止膜３６）を共に形成してもよい。例えば、半導体基板１１０の正面に位置する絶縁膜の少なくとも一部（一例として、第２パッシベーション膜３４）が、第２導電領域３０に接触していてもよい。
第２パッシベーション膜３４や第２反射防止膜３６は、真空蒸着法、化学気相成長法、スピンコート法、スクリーン印刷法、スプレーコート法などの各種方法により形成することができる。このとき、第２パッシベーション膜３４又は第２反射防止膜３６の形成にプラズマ誘起化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）などの片面堆積を用いる場合には、正面及び／又は側面にのみ第２パッシベーション膜３４又は第２反射防止膜３６を形成することができる。そのため、第２パッシベーション膜３４または第２反射防止膜３６のための別個のパターニングプロセスを設ける必要もない。
次に、半導体基板１０の裏面に第１導電領域２０を形成し、半導体基板１１０の裏面に第１パッシベーション膜２４及び第１反射防止膜２６を形成する。
より具体的には、第１パッシベーション膜２４は、第１導電領域２０上、すなわち、第１部分２３と第２部分２１の端部差に沿って、半導体基板１１０の裏面全体に形成されてもよい。
一例として、第１パッシベーション膜２４は、真空蒸着法、化学気相成長法、スピンコート法、スクリーン印刷法、スプレーコート法などの各種方法により形成することができる。このとき、第１パッシベーション膜２４又は第１反射防止膜２６の形成にプラズマ誘起化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）などの片面堆積を用いる場合には、裏面及び／又は側面にのみ第１パッシベーション膜２４を形成することができる。そのため、第１パッシベーション膜２４のための別個のパターニングプロセスを設ける必要もない。
本実施例では、まず半導体基板１０の正面を覆う絶縁膜を形成した後、半導体基板１０の裏面を覆う絶縁膜を形成する例を示している。しかしながら、本発明はこれに限定されない。すなわち、第１パッシベーション膜２４と第２パッシベーション膜３４を同時に正面及び裏面に形成し、第１反射防止膜３４と第２反射防止膜３６を別々に形成することも可能である。この場合、第１パッシベーション膜２４及び第２パッシベーション膜３４は、原子層堆積（ＡＬＤ：Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により形成することができ、第１反射防止膜３４及び第２反射防止膜３６は、プラズマイオン堆積法により形成することができる。
次に、図４ｊに示すように、第１導電領域２０及び第２導電領域３０にそれぞれ接続された第１電極４２及び第２電極４４を形成する。
一例として、このような形状の第１電極４２及び第２電極４４は、第１電極及び第２電極を形成するためのペーストをスクリーン印刷などにより各絶縁膜上にそれぞれ塗布した後、ファイヤースルー（ｆｉｒｅ ｔｈｒｏｕｇｈ）やレーザファイヤーコンタクト（ｌａｓｅｒ ｆｉｒｉｎｇ ｃｏｎｔａｃｔ）などを行って形成することができる。
この場合、第１電極４２及び第２電極４４を形成するときに第１開口部１０２及び第２開口部１０４を自然に形成するため、第１開口部１０２及び第２開口部１０４を個別に形成するプロセスを追加する必要がない。
このとき、第１電極４２は、第１導電領域２０の第１部分２３上にも形成されるように位置合わせする。前記第１部分２３の第１幅ｗ１は、その上の第１電極４２の幅である第２幅ｗ２よりも大きい値を有する。一例として、第１幅ｗ１の第１部分２３は、第２幅ｗ２の両側に向かって５～１００μｍのスペースを有するように形成される。したがって、第１電極４２の第２幅ｗ２が８０～１２０μｍである場合、第１部分２３の第１幅ｗ１は、１００～３２０μｍとすることができる。すなわち、第１部分２３がより大きな幅を有するように形成されて第１電極４２を配置した場合には、位置合わせエラーは発生しない。
図６ａ及び図６ｂは、本発明の電極下部による効果を示す断面図である。
図６ａは、本発明の比較例を示し、図６ｂは、本発明の実施例による第１電極４２のファイヤースルー後の様子を示す。
図６ａ及び図６ｂを参照し、第１電極４２のファイヤースルー（ｆｉｒｅ ｔｈｒｏｕｇｈ）後に、第１電極４２の金属成分は、下部の絶縁層２４及び第１導電領域２０に浸透することになる。
このような第１電極４２の下部への金属浸透により、絶縁層２４に開口部が形成されるとともに第１導電領域２０に接する。このとき、第１導電領域２０への浸透も構成されるとともに、第１導電領域２０が図６ａに示すように薄く形成されている場合に、上述のような金属成分の浸透が下部のトンネル層２２にまで到達する。
第１電極４２の金属成分がトンネル層２２にまで到達すると、トンネル効果を期待できず、少数キャリアを再結合させて光電効率を急激に低下してしまうおそれがある。
これを防止するために、本発明によれば、図６ｂに示すように、第１電極４２が形成された第１導電領域２０の第１部分２３が第１厚さｄ１を有するように非常に厚く形成され、それ以外の領域である第２部分２１が第２厚さｄ２を有するように非常に薄く形成されている。
このように電極４２に接する第１部分２３を厚く形成することにより、金属成分が下部のトンネル層２２に浸透することを防止し、トンネル効果を保つことができる。
図７ａと図７ｂは、導電領域の表面における長波長吸収についてのグラフと、導電領域の厚さに応じた表面抵抗を示すグラフである。
このとき、図７ａは、第１導電領域２０である多結晶シリコンについて、入射する光波長に対する吸光係数を示している。このとき、波長が８００ｎｍ以上を満たすと、吸光係数が急激に増加する区間Ａが観察される。
これは、多結晶シリコンが所定の厚さ以上に厚く形成されると、表面に存在する高濃度の自由キャリアによる長波長吸収が増加し、自由キャリアが多く存在するほど吸光係数がより大きくなる。
ドーピング濃度が高いほど自由キャリアが多く存在するため、上述のような吸光係数が多くなり、多結晶シリコン層が厚く形成されるほどそれが大きくなる。
そこで、上述のような自由キャリア吸収（ＦＣＡ：Ｆｒｅｅ Ｃａｒｒｉｅｒ Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ）を防止するために、第１導電領域２０の大部分を占める第２部分２１は、第２厚さｄ２を有するように薄く形成されている。上述したように、薄い厚さの第２部分２１では、自由キャリアがほとんど存在しないため、自由キャリア吸収（ＦＣＡ）が生じない。
また、図７ｂは、多結晶シリコンの厚さに対する表面の表面抵抗を示している。
図７ｂに示すように、多結晶シリコンの膜は、多結晶シリコンを厚く形成するときに表面抵抗が小さくなる傾向を示す（ｎ１＞ｎ２）。しかしながら、自由キャリア吸収を低減するために、電極４２の下部以外の第２部分２１に多結晶シリコンがなく基板が露出している場合には、並列接続された抵抗部分を除去した場合と同様の効果が生じ、表面抵抗が大きくなる。
したがって、本発明の実施例のように、電極下部の第１部分２３を厚く形成することにより、表面抵抗を小さく確保しつつ、それ以外の第２部分２１においても薄い第１導電領域を残すことにより、並列接続された抵抗成分が増加し、合成抵抗が小さくなる効果がある。そのため、太陽電池を全体的に見たときに、抵抗が小さくなることでＦＦ確保が容易になる。
上述した特徴、構成、効果などは、本発明の少なくとも一つの実施例に含まれるものであり、必ずしも一つの実施例に限定されるものではない。また、各実施例で例示された特徴、構成、効果などは、実施例が属する技術分野における通常の知識を有する者により、組その他の実施例について組み合わせ又は変形によって実施することができる。従って、このような組み合わせや変形に関する内容は、本発明の範囲に含まれるものと解される。上述した特徴、構成、効果などは、本発明の少なくとも一つの実施例に含まれるものであり、必ずしも一つの実施例に限定されるものではない。また、各実施例で例示された特徴、構成、効果などは、実施例が属する技術分野における通常の知識を有する者により、組その他の実施例について組み合わせ又は変形によって実施することができる。従って、このような組み合わせや変形に関する内容は、本発明の範囲に含まれるものと解される。
１００：太陽電池
２０：第１導電領域
３０：第２導電領域
２２：トンネル層
４２：第１電極
４４：第２電極

Claims (15)

  1. 太陽電池であって、
    半導体基板の一方の面上に位置するトンネル層と、
    前記トンネル層上に位置する第１導電領域と、
    前記第１導電領域上に前記第１導電領域をパッシベーションする第１絶縁膜と、
    前記半導体基板の他方の面に位置し、ドーピング領域から構成される第２導電領域と、
    前記第１導電領域に接続された第１電極と、
    前記第２導電領域に接続された第２電極と、を含み、
    前記第１導電領域は、前記第１電極に接続された第１部分と、前記第１部分以外の第２部分とを含み、前記第１部分と前記第２部分との厚さが互いに異なっている、ことを特徴とする太陽電池。
  2. 前記第１部分の幅は、前記第１電極の幅よりも大きい、ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
  3. 前記第１部分の厚さは、前記第２部分の厚さよりも大きい、ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
  4. 前記第１部分の厚さは、１００～２００ｎｍを満たす、ことを特徴とする請求項３に記載の太陽電池。
  5. 前記第２部分の厚さは、５０ｎｍ以下である、ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
  6. 前記第１導電性領域は、前記半導体基板の裏面に配置され、前記半導体基板と同じ導電型のドーパントでドーピングされている、ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
  7. 前記半導体基板の一方の面及び他方の面には、凹凸が形成されている、ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
  8. 前記第２導電領域上に位置する第２絶縁膜をさらに含む、ことを特徴とする請求項７に記載の太陽電池。
  9. 太陽電池の製造方法であって、
    半導体基板の一方の面および他方の面にそれぞれトンネル層を形成するステップと、
    前記半導体基板の一方の面の前記トンネル層上に真性半導体層を形成するとともに、第１導電型ドーパントをドーピングして第１導電領域を形成するステップと、
    前記第１導電領域の第１部分以外の第２部分を選択的に部分的にエッチングして端部差を形成するステップと、
    前記半導体基板の他方の面に第２導電型ドーパントをドーピングして、ドーピング領域から構成される第２導電領域を形成するステップと、
    前記第１導電領域を覆う第１絶縁膜を形成するステップと、
    前記第１導電領域の前記第１部分に接続された第１電極と、前記第２導電領域に接続された第２電極とを含む電極を形成するステップと、を含む、ことを特徴とする太陽電池の製造方法。
  10. 前記第１導電性領域に端部差を形成するステップは、
    前記第１部分上にマスク層を形成するステップと、
    前記第１導電性領域における露出した前記第２部分をエッチング液により所定の厚さ分だけ残すまで除去するステップと、
    前記マスク層を除去するステップとを含む、ことを特徴とする請求項９に記載の太陽電池の製造方法。
  11. 前記第１導電性領域に端部差を形成するステップは、
    前記第１導電性領域の前記第１部分にレーザ光を照射して結晶構造を変化させるステップと、
    前記第２部分を前記所定の厚さ分だけ残すまでエッチングするステップとを含む、ことを特徴とする請求項９に記載の太陽電池の製造方法。
  12. 前記第１導電性領域に端部差を形成するステップにおいて、前記第１導電性領域をアルカリ性溶液に浸漬して、端部差を有するようにエッチングする、ことを特徴とする請求項１０又は１１に記載の太陽電池の製造方法。
  13. 前記半導体基板の両面に凹凸を形成するステップをさらに含む、ことを特徴とする請求項９に記載の太陽電池の製造方法。
  14. 前記第１部分の幅は、前記第１電極の幅よりも大きく形成される、ことを特徴とする請求項１３に記載の太陽電池の製造方法。
  15. 前記第１電極を形成するステップは、
    前記第１部分上の前記第１絶縁膜上に金属ペーストを塗布するステップと、
    前記第１絶縁膜を貫通して前記第１部分に接するように前記金属ペーストをファイヤースルーするステップとを含む、ことを特徴とする請求項１４に記載の太陽電池の製造方法。
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