JP5006826B2 - 太陽電池及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、太陽電池及びその製造方法に関し、より詳細には、改善された工程による太陽電池の製造方法及びこれによって製造された太陽電池に関する。
太陽電池は、太陽エネルギーから電気エネルギーを生成する電池であって、環境親和的で、エネルギー源が無限であり、寿命が長い長所がある。太陽電池は、太陽エネルギーから電気エネルギーを生成する方式によって、半導体太陽電池、色素増感型太陽電池などに区分される。
このうちの半導体太陽電池では、半導体基板に形成された互いに異なる伝導性タイプ（ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ ｔｙｐｅ）を有するエミッタ及びベースによって、ｐ−ｎ接合が形成される。そして、エミッタと電気的に連結される第１電極及びベースと電気的に連結される第２電極が形成される。半導体基板の前面には、反射防止膜が形成されることもある。
一般に、第１電極は半導体基板の前面に形成され、第２電極は半導体基板の後面に形成される。抵抗を低減させるために第１電極の面積を拡大すると、第１電極が半導体基板の前面に入射される光を遮断して、シェーディング損失（ｓｈａｄｉｎｇ ｌｏｓｓ）が増加する。
前記シェーディング損失を防止するために、第１電極を、半導体基板の前面に形成される前面部と、半導体基板の後面に形成される後面部とに区分して形成し、これらをビアホールで連結した構造が、半導体太陽電池に適用されている。
前記第１電極の前面部及び後面部は、電極形成用ペーストを塗布した後で焼成して形成される。前面部及び後面部の焼成工程では、電極形成用ペーストが反射防止膜などをエッチングするファイヤースルー（ｆｉｒｅ ｔｈｒｏｕｇｈ）が発生するように熱処理して、エミッタ及び第１電極を電気的に連結する。
しかし、反射防止膜は、半導体基板の前面では相対的に厚く形成され、ビアホールの内壁及び半導体基板の後面では相対的に薄く形成されたり、形成されなかったりする。そして、エミッタも、ビアホールの内壁及び半導体基板の後面では相対的に薄く形成されることがある。そのために、焼成工程でビアホールの内壁及び半導体基板の後面に形成された電極形成用ペーストが、エミッタを損傷させることがある。これによってシャント（ｓｈｕｎｔ）が起こることがあり、それによって並列抵抗（ｓｈｕｎｔ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）を低減させることがある。結果的に、太陽電池のフィルファクター（ｆｉｌｌ ｆａｃｔｏｒ）及び光電変換効率が低下することがある。
そこで、本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的は、第１電極及びエミッタの間のシャントを防止して、フィルファクター及び光電変換効率を向上させることが可能な、新規かつ改良された太陽電池及びその製造方法を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、互いに対向する第１面及び第２面を有し、ビアホールが形成された半導体基板と、前記半導体基板の第１面近傍に形成され、前記ビアホールと隣接する部分から前記第２面まで延長されるエミッタと、前記半導体基板で前記エミッタとｐ−ｎ接合を形成するベースと、前記エミッタと電気的に連結される第１電極と、前記ベースと電気的に連結される第２電極と、を備え、前記第１電極は、前記半導体基板の前記第１面に形成される第１電極部と、前記ビアホールを通じて前記第１電極部と連結され、前記半導体基板の前記第２面に形成される第２電極部と、を含み、前記エミッタに対向する前記第１電極部の界面及び前記エミッタに対向する前記第２電極部の界面は、互いに異なる構造を有する太陽電池が提供される。
前記第１電極部の界面に、前記エミッタと電気的に連結され、互いに離隔する複数の伝導性結晶が形成されるようにしてもよい。
前記伝導性結晶は、逆ピラミッド（ｉｎｖｅｒｔｅｄ ｐｙｒａｍｉｄ）形状を有するようにしてもよい。
前記エミッタに対向する前記第２電極部の界面及び前記エミッタは、面対向構造を有するようにしてもよい。
前記第２電極部の界面及び前記エミッタは、前記ビアホールの内部で互いに接触するようにしてもよい。
前記太陽電池は、前記半導体基板の前記第１面上に形成される第１の部分と、前記ビアホールの内壁に形成される第２の部分と、を含む絶縁膜を更に備え、前記第２の部分は、前記第２電極部と前記エミッタとの間に位置するようにしてもよい。
前記第２の部分は、前記ビアホールの内壁を覆う膜形態であってもよい。
上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、ｐ−ｎ接合を形成するベース及びエミッタを含み、ビアホールが形成された半導体基板を準備する段階と、前記半導体基板の第１面に第１電極部形成用ペーストを塗布する段階と、前記第１電極部形成用ペーストを第１の温度で熱処理して、第１電極部を形成する第１熱処理段階と、前記ビアホールの内部と、前記第１面と対向する前記半導体基板の第２面と、に第２電極部形成用ペーストを塗布する段階と、前記第２電極部形成用ペーストを前記第１の温度より低い第２の温度で熱処理して、前記第１電極部と電気的に連結される第２電極部を形成する第２熱処理段階と、を含む太陽電池の製造方法が提供される。
前記第１熱処理段階では、前記エミッタに対向する前記第１電極部の界面に、前記エミッタと連結される伝導性結晶が形成されてもよい。また、前記伝導性結晶は、逆ピラミッド形状を有してもよい。
前記第１熱処理段階では、ファイヤースルー（ｆｉｒｅ ｔｈｒｏｕｇｈ）が発生するようにしてもよい。
前記エミッタに対向する前記第２電極部の界面及び前記エミッタは、面対向構造を有するようにしてもよい。
前記第２熱処理段階では、ファイヤースルーが発生しないようにしてもよい。
前記半導体基板を準備する段階及び前記第１電極部形成用ペーストを塗布する段階の間に、前記半導体基板の第１面及び前記ビアホールの内壁に絶縁膜を形成する段階をさらに含み、前記第１熱処理段階では、前記第１電極部形成用ペーストは、前記絶縁膜のうち前記半導体基板の第１面に形成される部分をエッチングし、前記第２熱処理段階では、前記第２電極部形成用ペーストは、前記絶縁膜のうち前記ビアホールの内壁に形成される部分をエッチングしないようにしてもよい。
前記第１電極部形成用ペースト及び前記第２電極部形成用ペーストは、互いに同一な物質であってもよい。
前記半導体基板を準備する段階及び前記第１電極部形成用ペーストを塗布する段階の間に、前記半導体基板の第２面に第２電極形成用ペーストを塗布する段階をさらに含み、前記第１熱処理段階では、前記第２電極形成用ペーストを前記第１の温度で共に熱処理して、第２電極を形成するようにしてもよい。
前記エミッタは、前記半導体基板の第１面近傍に形成され、前記ビアホールと隣接する部分から前記第２面まで延長されてもよい。
前記第１の温度は、６５０〜８５０℃であってもよく、前記第２の温度は２００〜６００℃であってもよい。
本発明によれば、第１電極及びエミッタの間のシャントを防止して、フィルファクター及び光電変換効率を向上させることが可能である。
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
図１は、本発明の一実施形態に係る太陽電池を示した平面図である。図２は、図１をＩＩ−ＩＩ線に沿って切断した断面図であり、図３は、図１をＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿って切断した断面図である。
図１〜図３を参照すれば、本実施形態に係る太陽電池１００は、互いに異なる伝導性タイプを有して、ｐ−ｎ接合を形成するエミッタ２０及びベース３０を含む半導体基板１０と、エミッタ２０と電気的に連結される第１電極４０と、ベース３０と電気的に連結される第２電極５０と、を備える。半導体基板１０には、ビアホール１６が形成され、半導体基板１０の第１面（以下、前面）１２上及びビアホール１６の内には、絶縁膜６０が形成される。ここで、前面１２とは、光が入射される部分に位置する面を意味する。
このような太陽電池１００を、より詳細に説明する。
半導体基板１０の前面１２付近には、エミッタ２０が形成され、前記エミッタ２０は、ビアホール１６と隣接する部分から半導体基板１０の第２面（以下、後面）１４まで延長されて形成される。
エミッタ２０は、ｎ型の結晶質シリコンからなる。しかし、本発明はこれに限定されず、エミッタ２０がｐ型の伝導性タイプを有することもでき、結晶質シリコン以外の多様な物質からなることもできる。
半導体基板１０でエミッタ２０が形成されない部分は、ベース３０であって、ｐ型の結晶質シリコンからなり、エミッタ２０とｐ−ｎ接合を形成する。しかし、本発明はこれに限定されない。したがって、エミッタ２０がｐ型の伝導性タイプを有する場合、ベース３０がｎ型の伝導性タイプを有する。また、ベース３０が結晶質シリコン以外の多様な物質からなることもできる。
前記エミッタ２０と電気的に連結される第１電極４０が、半導体基板１０の前面１２及び後面１４に形成される。より正確には、第１電極４０は、半導体基板１０の前面１２に形成される第１電極部４２、及びビアホール１６を通じて第１電極部４２と電気的に連結されて、半導体基板１０の後面１４に形成される第２電極部４４を含む。エミッタ２０に生成された電子は、第１電極部４２によって収集されて、ビアホール１６を通じて第２電極部４４に移動する。
前記第１電極４０は、一例として銀（Ａｇ）からなる。しかし、本発明はこれに限定されず、第１電極が銀以外の多様な物質からなることもできる。
平面的に見る時、第１電極部４２は第１の方向に沿って長く連結され、第２電極部４４は第１の方向に交差する第２の方向に沿って長く連結される。このような構造によって、ビアホール１６を利用して第１電極部４２及び第２電極部４４を連結することができる。しかし、本発明はこれに限定されず、第１電極部４２及び第２電極部４４は多様な形態を有することができる。
本実施形態において、半導体基板１０の前面１２上に絶縁膜６０が形成される。前記絶縁膜６０は、太陽電池１００の内部に入射される光が半導体基板１０の前面１２で反射して損失されるのを防止する反射防止膜として機能する。これと共に、本実施形態に係る絶縁膜６０は、半導体基板１０の前面１２を構成する表面に存在するダングリングボンド（ｄａｎｇｌｉｎｇ ｂｏｎｄ）などの欠陥に、電荷が再結合されるのを防止する役割も果たす。前記絶縁膜６０は、一例としてシリコン窒化物（ＳｉＮｘ）からなる。
本実施形態において、エミッタ２０に対向する第１電極部４２の第１界面４２ａ及びエミッタ２０に対向する第２電極部４４の第２界面４４ａは、互いに異なる構造に形成される。
より詳細に説明すれば、本実施形態において、第１電極部４２の第１界面４２ａには、エミッタ２０及び第１電極部４２を電気的に連結して、互いに離隔して形成される複数の伝導性結晶４６が形成される。前記伝導性結晶４６は、第１電極部４２が含む金属物質が結晶化されて逆ピラミッド形状に形成されたものであり、本実施形態に係る伝導性結晶４６は、銀（Ａｇ）を含む。このような伝導性結晶４６は、以下で詳細に説明するファイヤースルーによって形成される。
つまり、本実施形態においては、第１電極部４２の第１界面４２ａに伝導性結晶４６が形成される点から、第１電極部４２がファイヤースルーによって形成されたことがわかる。前記伝導性結晶４６は、第１電極部４２及びエミッタ２０を優れた電気的特性で連結して、第１電極部４２の電流の収集を容易にすることができる。
そして、第２電極部４４の第２界面４４ａは、エミッタ２０と面対向構造を有する。ここで、面対向構造とは、互いに対向する面を有して形成され、これらを連結する伝導性結晶４６が形成されないことを意味する。このような面対向構造は、第２電極部４４をファイヤースルーなく形成することによって形成される。
つまり、本実施形態においては、第２電極部４４及びエミッタ２０が面対向構造を有することから、第２電極部４４がファイヤースルーなく形成されたことがわかる。本実施形態では、第２電極部４４をファイヤースルーなく形成することによって、シャントの危険を防止することができる。つまり、半導体基板１０の後面１４及びビアホール１６の内壁は、半導体基板１０の前面１２に比べて絶縁膜６０及びエミッタ２０が薄く形成される部分であるが、この部分に形成される第２電極部をファイヤースルーによって形成する場合には、シャントが起こることがある。本実施形態では、このような部分では電極部をファイヤースルーなく形成して、シャントの危険を効果的に防止することができる。
本実施形態では、絶縁膜６０からも第１電極部４２及び第２電極部４４の形成時にファイヤースルーが発生したか否かが分かる。本実施形態において、絶縁膜６０は、半導体基板１０の前面１２上に形成された第１部分６１と、ビアホール１６の内壁全体または大部分に膜状に形成された第２部分６２と、を含む。第２部分６２は、エミッタ２０及び第２電極部４４のうちのビアホール１６の内壁に形成された部分の間に位置する。
電極部をファイヤースルーによって形成する場合には、ファイヤースルーによって絶縁膜がエッチングされるので、絶縁膜が存在しなかったり、部分的に残留したりする程度にだけ存在する。
本実施形態において、第１電極部４２下には、第１部分６１が存在しなかったり、部分的に残留したりする程度にだけ存在するので、第１電極部４２がファイヤースルーによって形成されたことがわかる。他方、ビアホール１６の内壁全体または大部分には、第２部分６２が存在するので、第２電極部４４がファイヤースルーによらずに形成されたことがわかる。
しかし、本発明はこれに限定されず、絶縁膜６０の形成時からビアホール１６の内壁に第２部分６２が形成されない場合には、ビアホール１６の内壁に第２部分６２が存在しないこともある。この場合、第２電極部４２及びビアホール１６付近に形成されたエミッタ２０は、直接接触して、互いに面対向構造を有するようになる。
そして、ベース３０と電気的に連結される第２電極５０が、半導体基板１０の後面１４に第２電極部４４と離隔して形成される。第２電極部４４及び第２電極５０は、半導体基板１０の後面１４に形成された隔離部７０によって互いに電気的に連結されない。前記第２電極５０は、一例としてアルミニウム（Ａｌ）からなる。
半導体基板１０の後面１４で、第２電極５０と隣接する部分に、高濃度のｐ型の後面電界層５２が形成される。前記後面電界層５２は、第２電極５０に含まれるアルミニウムなどが所定の厚さだけ拡散して形成されたもので、光励起された電子が半導体基板１０の後面１４に移動して損失されるのを防止する役割を果たす。
前記太陽電池１００に光が入射されると、光電効果によって生成された正孔−電子の対が分離されて、電子はｎ型のエミッタ２０に集積され、正孔はｐ型のベース３０に集積される。前記電荷が第１電極４０及び第２電極５０によって収集されて流れ、太陽電池が作動する。
以下、図４及び図５Ａ〜図５Ｉを参照して、本実施形態に係る前記太陽電池の製造方法の一例を説明する。
図４は、本発明の一実施形態に係る太陽電池の製造方法のフローチャートである。図５Ａ〜図５Ｉは、本発明の一実施形態に係る太陽電池の製造方法の各段階を示した断面図である。
図４を参照すれば、本実施形態に係る太陽電池の製造方法は、半導体基板準備段階（ＳＴ１０）、エミッタ形成段階（ＳＴ２０）、絶縁膜形成段階（ＳＴ３０）、第２電極形成用ペースト塗布段階（ＳＴ４０）、第１電極部形成用ペースト塗布段階（ＳＴ５０）、第１熱処理段階（ＳＴ６０）、第２電極部形成用ペースト塗布段階（ＳＴ７０）、第２熱処理段階（ＳＴ８０）、及び隔離部形成段階（ＳＴ９０）を含む。
このような各段階を、図４と共に図５Ａ〜図５Ｉを参照して、より詳細に説明する。
まず、図５Ａ及び図５Ｂに示されているように、半導体基板準備段階（ＳＴ１０）及びエミッタ形成段階（ＳＴ２０）によって、ｐ−ｎ接合を形成するベース３０及びエミッタ２０を含み、ビアホール１６が形成された半導体基板１０を準備する。半導体基板１０は、太陽光の損失が低減されるように、テクスチャリング（ｔｅｘｔｕｒｉｎｇ）工程によって微細な凹凸が形成された基板である。
半導体基板準備段階（ＳＴ１０）で、ビアホール１６が形成されたｐ型の結晶質シリコンからなる半導体基板１０を準備する。ビアホール１６は、レーザー、化学的エッチング、プラズマエッチングなどの多様な方法で形成されることができる。
そして、エミッタ形成段階（ＳＴ２０）で、エミッタ２０を半導体基板１０の前面１２近傍に形成しながら、ビアホール１６の内壁と隣接する部分では半導体基板１０の後面１４まで延長されるようにエミッタ２０を形成する。この時、エミッタ２０が形成されない部分はベース３０となる。
前記エミッタ２０は、リン、ヒ素、アンチモンなどのドーパントをドーピングして形成され、ｎ型の伝導性タイプを有する。ドーピング方法としては、高温拡散法、スプレー法、スクリーン印刷法、イオンシャワー法などが適用される。
一例として、本実施形態では、拡散炉（ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ ｆｕｒｎａｃｅ）内で塩化ホスホリル（ＰＯＣｌ３）を熱分解して半導体基板１０の表面にホスホシリケートガラス（ＰｈｏｓｐｈｏＳｉｌｉｃａｔｅ Ｇｌａｓｓ：ＰＳＧ）層（以下、ＰＳＧ層と称する。図示せず。）を形成し、前記ＰＳＧ層内のリンを、半導体基板１０の内部に拡散させて、エミッタ２０を形成する。その後、希釈したフッ酸（ＨＦ）を利用してＰＳＧ層を除去し、水酸化カリウム（ＫＯＨ）などのアルカリ溶液を利用して、リンが拡散された領域のうち不必要な部分を除去する。
次に、図５Ｃに示されているように、半導体基板１０の前面１２及びビアホール１６の内壁に、絶縁膜形成層６００を形成する。前記絶縁膜形成層６００は、蒸着などによって形成される。蒸着法としては、例えば、プラズマ化学気相蒸着（Ｐｌａｓｍａ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＰＥＣＶＤ）法が適用される。しかし、本発明はこれに限定されず、その他の多様な形成方法によって形成されることもできる。
本実施形態では、半導体基板１０の前面１２側から蒸着を行って、半導体基板１０の前面１２だけでなくビアホール１６の内壁にも絶縁膜形成層６００が形成される。しかし、本発明はこれに限定されず、半導体基板１０の前面１２にだけ絶縁膜形成層を形成することもできる。
次に、図５Ｄに示されているように、第２電極形成用ペースト塗布段階（ＳＴ４０）で、半導体基板１０の後面１４に、アルミニウムなどを含む第２電極形成用ペースト５００を塗布する。第２電極形成用ペースト５００は、一方向に連結された形状に塗布され、塗布法としては、スクリーン印刷法などが適用される。しかし、本発明はこれに限定されない。
次に、図５Ｅに示されているように、第１電極部形成用ペースト塗布段階（ＳＴ５０）で、銀及びガラスフリット（ｇｌａｓｓ ｆｒｉｔ）などを含む第１電極部形成用ペースト４２０を、半導体基板１０の前面１２に塗布する。第１電極部形成用ペースト４２０は、第２電極形成用ペースト５００の形成方向と交差する方向（例えば、第２電極形成用ペースト５００の形成方向と直交する方向）に連結された形状に塗布され、塗布法としては、スクリーン印刷法などが適用される。しかし、本発明はこれに限定されない。
次に、図５Ｆに示されているように、第１熱処理段階（ＳＴ６０）で、第１電極部形成用ペースト（図５Ｅの符号４２０、以下同様である。）及び第２電極形成用ペースト（図５Ｅの符号５００、以下同様である。）を第１の温度で熱処理して、これらを焼成する。これによって第１電極部４２及び第２電極５０を形成する。
この時、第１熱処理段階（ＳＴ６０）では、ファイヤースルーが発生する第１の温度で熱処理して第１電極部形成用ペースト４２０を焼成し、第１電極部４２の界面に伝導性結晶４６を形成する。
図６Ａ〜図６Ｅを参照して、ファイヤースルーをより詳細に説明する。図６Ａ〜図６Ｅはファイヤースルーによって伝導性結晶が形成される過程を概略的に説明するための写真である。
図６Ａに示されているように、酸化鉛（ＰｂＯ）を含むガラスフリット及び銀を含む第１電極部形成用ペーストを、絶縁膜形成層上に塗布した後、第１熱処理を実施する。そうすると、図６Ｂに示されているように、第１電極部形成用ペースト内のガラスフリットが絶縁膜形成層を通過して、ガラスフリットに含まれている鉛（Ｐｄ）及び半導体基板を構成するシリコン（Ｓｉ）が酸化還元反応する。次に、図６Ｃに示されているように、銀が液体鉛に溶解して、液体銀−鉛合金を形成する。次に、図６Ｄに示されているように、シリコンが液体銀−鉛合金に反応して、シリコンが＜１１１＞面の逆ピラミッド形状にエッチングされる。温度の低下によって相分離が起これば、図６Ｅに示されているように、逆ピラミッド形状にエッチングされた部分で銀が再結晶化されて、銀を含む伝導性結晶が逆ピラミッド形状に形成される。
再び図５Ｆを参照すれば、前記第１の温度は、特別な温度範囲に限定されない。つまり、絶縁膜形成層６００を構成する物質及び第１電極部形成用ペースト４２０を構成する物質などによって、ファイヤースルーが発生する温度であればよい。
一例として、第１の温度は、例えば６５０〜８５０℃としてもよい。第１の温度が８５０℃を超過する場合には、高温工程によって太陽電池を構成する物質などが損傷されることがあり、ファイヤースルーが非常に多く発生して、第１電極部４２がエミッタ２０を損傷する問題がある。また、第１の温度が６５０℃未満である場合には、ファイヤースルーが円滑に発生せず、第１電極部４２及びエミッタ２０が優れた電気的特性で連結されないことがある。つまり、第１の温度は、ファイヤースルーが適切に発生するように決定されればよい。
前記ファイヤースルーによって絶縁膜形成層６００がエッチングされ、第１の部分（図３の符号６１、以下同様である。）及び第２の部分６２を含む絶縁膜（図３の符号６０、以下同様である。）が形成される。つまり、半導体基板１０の前面１２で第１電極部４２が形成されない部分に絶縁膜６０の第１の部分６１が位置し、ビアホールの内壁１０に絶縁膜６０の第２の部分６２が位置する。
そして、ファイヤースルーによって第１電極部形成用ペースト４２０が絶縁膜６０をエッチングする場合にも、絶縁膜６０の厚さ全体をエッチングすることができないことがある。この場合には、第１電極部４２及び半導体基板１０の前面１２の間の少なくとも一部に、絶縁膜６０を構成する物質が残留した残留部（図示せず。）が形成されることがある。
前記残留部は、絶縁膜形成層６００がファイヤースルーによってエッチングされたものであるから、第２の部分６２より厚さが薄い。また、エッチングされない第１の部分６１は、第２の部分６２より厚さが厚い。
そして、上述のように、第１熱処理段階（ＳＴ６０）で第２電極形成用ペースト５００も焼成されて、第２電極５０が形成される。この時、第２電極形成用ペースト５００に含まれるアルミニウムが半導体基板１０内に拡散して、後面電界層５２を形成する。
次に、図５Ｇに示されているように、第２電極部形成用ペースト塗布段階（ＳＴ７０）で、銀及びガラスフリットなどを含む第２電極部形成用ペースト４４０をビアホール１６の内部及び半導体基板１０の後面１４に塗布する。第２電極部形成用ペースト４４０は、第２電極５０と所定の間隔をおいて離隔して、第２電極５０と平行な方向に塗布され、塗布法としては、スクリーン印刷法などが適用される。しかし、本発明はこれに限定されない。
この時、第１電極部形成用ペースト（図５Ｆの符号４２０、以下同様である。）及び第２電極部形成用ペースト４４０が互いに同一な物質からなる場合には、製造工程をより単純化することができる。
次に、図５Ｈに示されているように、第２熱処理段階（ＳＴ８０）で、第２電極部形成用ペースト（図５Ｇの符号４４０、以下同様である。）を第２の温度で熱処理して焼成し、第２電極部４４を形成する。
この時、第２熱処理段階（ＳＴ８０）での熱処理温度、つまり第２の温度は、第２電極部形成用ペースト４４０がファイヤースルーなく焼成される温度である。
前記第２温度は特別な温度範囲に限定されない。つまり、第２電極部形成用ペースト４４０を構成する物質などによってファイヤースルーが発生しない温度が変化するので、ファイヤースルーが発生しない範囲内に決定されればよい。
一例として、第２の温度は、例えば２００℃〜６００℃としてもよい。第２の温度が６００℃を超過する場合には、ファイヤースルーによってシャントが起こることがある。また、すでにファイヤースルーが発生した第１電極部４２で再びファイヤースルーが発生する恐れもある。そして、第２の温度が２００℃未満である場合には、第２電極部形成用ペースト４４０の接着性（ａｄｈｅｓｉｏｎ）が低下して、第２電極部の抵抗が大きくなって、太陽電池の特性が低下する。
この時、第２の温度が６００℃を超過する場合には、すでにファイヤースルーが発生した第１電極部４２で再びファイヤースルーが発生する恐れがあるので、第２の温度を２００℃〜６００℃にして、これを防止することができる。より好ましくは、第２の温度は、４００〜４５０℃である。つまり、本実施形態では、第２熱処理段階（ＳＴ８０）で、第２電極部形成用ペースト４４０はビアホールの内壁１６に位置する絶縁膜６０の第２の部分６２をエッチングせず、これを維持して焼成される。したがって、第２電極部４４はエミッタ２０と面対向構造を有する。
絶縁膜６０が最初の形成時から第２の部分６２を含まない場合には、第２電極部４４全体がエミッタ２０と直接接触して、面対向構造を有するようになる。
次に、図５Ｉに示されているように、隔離部形成段階（ＳＴ９０）で、レーザーなどを利用して第２電極部４４及び第２電極５０を隔離する隔離部７０を形成する。
このように、本実施形態に係る太陽電池の製造方法では、第２熱処理段階（ＳＴ８０）を第１熱処理段階（ＳＴ６０）より低い温度で行って、第１熱処理段階（ＳＴ６０）ではファイヤースルーが発生するようにし、第２熱処理段階（ＳＴ８０）ではファイヤースルーが発生しないようにする。
それによって、第１電極部の形成工程で、第１電極部４２及びエミッタ２０を優れた電気的特性で連結することができる。
そして、第２電極部の形成工程で、ファイヤースルーによって発生するシャントを効果的に防止することができる。それによって、太陽電池の並列抵抗を最少化することができ、フィルファクター及び光電変換効率を向上させることができる。
また、本実施例では、別途の工程が追加されず、工程が変更されず、単純な製造工程で優れた光電変換効率の太陽電池を製造することができる。
以下、本発明の実験例を通じて本発明をより詳細に説明する。本実験例は本発明をより明確にするためのものであって、本発明はこれに限定されない。
（実験例）
直径が１００μｍのビアホールが形成されて、厚さが２４０μｍのｐ型のシリコンからなる半導体基板を準備した。前記半導体基板は、テクスチャリング工程によって微細な凹凸が形成されている。拡散炉（ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ ｆｕｒｎａｃｅ）内で塩化ホスホリル（ＰＯＣｌ３）を熱分解させて半導体基板の表面にＰＳＧ層を形成し、前記ＰＳＧ層内のリンを半導体基板の内部に拡散させて、厚さが０．５μｍのエミッタを形成した。希釈されたフッ酸（ＨＦ）を利用してＰＳＧ層を除去し、水酸化カリウム（ＫＯＨ）を利用して、リンが拡散された部分のうちの不必要な部分を除去した。
直径が１００μｍのビアホールが形成されて、厚さが２４０μｍのｐ型のシリコンからなる半導体基板を準備した。前記半導体基板は、テクスチャリング工程によって微細な凹凸が形成されている。拡散炉（ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ ｆｕｒｎａｃｅ）内で塩化ホスホリル（ＰＯＣｌ３）を熱分解させて半導体基板の表面にＰＳＧ層を形成し、前記ＰＳＧ層内のリンを半導体基板の内部に拡散させて、厚さが０．５μｍのエミッタを形成した。希釈されたフッ酸（ＨＦ）を利用してＰＳＧ層を除去し、水酸化カリウム（ＫＯＨ）を利用して、リンが拡散された部分のうちの不必要な部分を除去した。
半導体基板の前面に、プラズマ化学気相蒸着法によって、厚さが７５ｎｍでありシリコン窒化物からなる反射防止膜を形成した。
半導体基板の後面に、スクリーンプリンティング法によって、アルミニウムを含む第２電極形成用ペーストを塗布した。そして、７５０℃で第１熱処理を実施して、第２電極及び第１電極部を形成した。この時、ファイヤースルーが発生して、第１電極部及びエミッタが電気的に連結され、第２電極と隣接する部分に後面電界層が形成される。
半導体基板の後面に、スクリーンプリンティング法によって銀を含む第２電極部形成用ペーストを塗布した。そして、４５０℃で第２熱処理を実施して、ファイヤースルーなく第２電極部を形成した。
レーザーなどを利用して半導体基板の後面に隔離部を形成して、太陽電池の製造を完了した。
（比較例）
第２熱処理を７５０℃で行った点を除いては、実験例と同一の方法で太陽電池を製造した。このような実験例による太陽電池及び比較例による太陽電池の電流密度（Ｊｓｃ）、開放電圧（Ｖｏｃ）、並列抵抗（Ｒｓｈ）、フィルファクター（ＦＦ）、効率（Ｅｆｆ）を測定した結果を、下記の表１に示した。
第２熱処理を７５０℃で行った点を除いては、実験例と同一の方法で太陽電池を製造した。このような実験例による太陽電池及び比較例による太陽電池の電流密度（Ｊｓｃ）、開放電圧（Ｖｏｃ）、並列抵抗（Ｒｓｈ）、フィルファクター（ＦＦ）、効率（Ｅｆｆ）を測定した結果を、下記の表１に示した。
このように、実験例による太陽電池は、比較例による太陽電池に比べて高い並列抵抗を有し、フィルファクターが５％以上向上したことがわかる。それによって、本実験例による太陽電池は、比較例による太陽電池に比べて光電変換効率が１％以上改善されることがわかる。
そして、図７Ａは、半導体基板にテクスチャリング工程を行わない点を除いては、実験例と同一な条件で形成された第１電極部の界面を撮影した写真である。そして、図７Ｂは実験例で形成された第２電極部の界面を撮影した写真である。図７Ａでテクスチャリング工程を行わない状態で第１電極部の界面を撮影したものは、テクスチャリング工程による凹凸によって伝導性結晶がよく見えないことがあるのを考慮したためである。
図７Ａからわかるように、第１電極部の界面には、伝導性結晶である銀結晶が複数形成された。そして、図７Ｂからわかるように、第２電極部の界面には、前記伝導性結晶が形成されていない。参考として、図７Ｂで表面が粗く（ｒｏｕｇｈ）形成されたのは、伝導性結晶と関連するものではなく、表面テクスチャリングによるものである。
以上説明したように、本発明の太陽電池の製造方法によれば、第１電極部を形成するための第１熱処理段階及び第２電極部を形成するための第２熱処理段階の温度を互いに異なるようにして、各段階に適切な温度でペーストを焼成することができる。
つまり、第１熱処理段階ではファイヤースルーが発生するようにして、エミッタ及び第１電極部を優れた電気的特性で連結し、第２熱処理段階ではファイヤースルーが発生しないようにして、エミッタ及び第２電極部の間のシャントを効果的に防止することができる。それによって、太陽電池の並列抵抗を最少化して、フィルファクター及び光電変換効率を向上させることができる。
この時、第１電極部形成用ペースト及び第２電極用ペーストが同一な物質である場合には、太陽電池の製造工程を単純化することができる。
また、本発明の太陽電池の製造方法では、光電変換効率を向上させるために別途の段階を追加しないので、新たな設備の導入が要求されず、優れた製造効率を有することができる。
一方、本発明による太陽電池は、第１電極部及び第２電極部が互いに異なる界面構造を有するようにして、エミッタとの電気的連結特性を向上させ、シャントを防止することができる。つまり、第１電極部の界面には伝導性結晶が形成されて、第１電極部及びエミッタが優れた電気的特性で連結されるようにし、第２電極部の界面には前記伝導性結晶が形成されず、シャントを防止することができる。
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
１０ 半導体基板
２０ エミッタ
３０ ベース
４０ 第１電極
４２ 第１電極部
４４ 第２電極部
４６ 伝導性結晶
５０ 第２電極
５２ 後面電界層
６０ 絶縁膜
６１ 第１部分
６２ 第２部分
７０ 隔離部
１００ 太陽電池
２０ エミッタ
３０ ベース
４０ 第１電極
４２ 第１電極部
４４ 第２電極部
４６ 伝導性結晶
５０ 第２電極
５２ 後面電界層
６０ 絶縁膜
６１ 第１部分
６２ 第２部分
７０ 隔離部
１００ 太陽電池
Claims (15)
- 互いに対向する第１面及び第２面を有し、ビアホールが形成された半導体基板と、
前記半導体基板の第１面、前記ビアホールの内壁、及び前記第２面にわたって形成されるエミッタと、
前記半導体基板で前記エミッタとｐ−ｎ接合を形成するベースと、
前記エミッタと電気的に連結される第１電極と、
前記ベースと電気的に連結される第２電極と、
前記半導体基板の前記第１面上に形成される第１の部分と、前記ビアホールの内壁に形成される第２の部分と、を含む絶縁膜と、を備え、
前記第１電極は、
前記半導体基板の前記第１面に形成される第１電極部と、
前記ビアホール内及び前記半導体基板の前記第２面に形成され、前記第１電極部に連結される第２電極部と、
を含み、
前記エミッタに対向する前記第１電極部の界面及び前記エミッタに対向する前記第２電極部の界面は、互いに異なる構造を有し、
前記第２の部分は、前記第２電極部と前記エミッタとの間に位置することを特徴とする、太陽電池。 - 前記第１電極部の界面に、前記エミッタと電気的に連結され、互いに離隔する複数の伝導性結晶が形成されることを特徴とする、請求項１に記載の太陽電池。
- 前記伝導性結晶は、逆ピラミッド形状を有することを特徴とする、請求項２に記載の太陽電池。
- 前記エミッタに対向する前記第２電極部の界面及び前記エミッタは、面対向構造を有することを特徴とする、請求項１に記載の太陽電池。
- 前記第２の部分は、前記ビアホールの内壁を覆う膜形態であることを特徴とする、請求項１に記載の太陽電池。
- ビアホールが形成された半導体基板を準備する段階と、
前記半導体基板の第１面、前記ビアホールの内壁、及び前記第２面にわたってエミッタを形成し、前記エミッタとｐ−ｎ接合を形成するベースを形成する段階と、
前記半導体基板の第１面及び前記ビアホールの内壁に絶縁膜を形成する段階と、
前記半導体基板の第１面に第１電極部形成用ペーストを塗布する段階と、
前記第１電極部形成用ペーストを第１の温度で熱処理することで、第１電極部を形成し、前記絶縁膜のうち前記半導体基板の第１面に形成される部分をエッチングする第１熱処理段階と、
前記ビアホールの内部と、前記第１面と対向する前記半導体基板の第２面と、に第２電極部形成用ペーストを塗布する段階と、
前記第２電極部形成用ペーストを前記第１の温度より低い第２の温度で熱処理することで、前記第１電極部と電気的に連結される第２電極部を形成する一方、前記絶縁膜のうち前記ビアホールの内壁に形成される部分をエッチングしない第２熱処理段階と、を含むことを特徴とする、太陽電池の製造方法。 - 前記第１熱処理段階では、前記エミッタに対向する前記第１電極部の界面に、前記エミッタと連結される伝導性結晶が形成される
ことを特徴とする、請求項６に記載の太陽電池の製造方法。 - 前記伝導性結晶は、逆ピラミッド形状を有することを特徴とする、請求項７に記載の太陽電池の製造方法。
- 前記第１熱処理段階では、ファイヤースルーが発生することを特徴とする、請求項６に記載の太陽電池の製造方法。
- 前記エミッタに対向する前記第２電極部の界面及び前記エミッタは、面対向構造を有することを特徴とする、請求項６に記載の太陽電池の製造方法。
- 前記第２熱処理段階では、ファイヤースルーが発生しないことを特徴とする、請求項６に記載の太陽電池の製造方法。
- 前記第１電極部形成用ペースト及び前記第２電極部形成用ペーストは、互いに同一な物質であることを特徴とする、請求項６に記載の太陽電池の製造方法。
- 前記半導体基板を準備する段階及び前記第１電極部形成用ペーストを塗布する段階の間に、前記半導体基板の第２面に第２電極形成用ペーストを塗布する段階をさらに含み、
前記第１熱処理段階では、前記第２電極形成用ペーストを前記第１の温度で共に熱処理して、第２電極を形成することを特徴とする、請求項６に記載の太陽電池の製造方法。 - 前記第１の温度は、６５０〜８５０℃であることを特徴とする、請求項６に記載の太陽電池の製造方法。
- 前記第２の温度は２００〜６００℃であることを特徴とする、請求項６に記載の太陽電池の製造方法。
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