JP5524978B2 - 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する。
最近石油や石炭のような既存エネルギ資源の枯渇が予測されながらこれらを取り替える代替エネルギに対する関心が高くなっている。その内でも太陽電池は太陽エネルギから電気エネルギを生産する電池として、エネルギ資源が豊かで環境汚染に対する問題点がなくて注目されている。
一般的な太陽電池はＰ型とｎ型のように互いに異なる導電型(conductive type)の半導体からなる基板及びエミッタ層(emitter layer)、そして基板とエミッタ層にそれぞれ接続された電極を備える。この時、基板とエミッタ層の界面にはＰ−ｎ接合が形成されている。
このような太陽電池に光が入射されれば半導体で複数の電子-正孔対が生成され、生成された電子-正孔対は光起電力効果によって電子と正孔にそれぞれ分離して電子と正孔はｎ型の半導体とｐ型半導体の方に、例えばエミッタ層と基板の方に移動し、基板とエミッタ層と電気的に接続された電極によって収集され、この電極を電線で接続して電力を得る。
この時、エミッタ層と基板の上には、エミッタ層と基板に接続された電極とそれぞれ接続されるバス バーのような少なくとも一つの集電部を位置させ、当該の電極で収集された電荷が隣接した集電部を通じて外部に接続された負荷に容易に移動するようにする。
しかし、この場合、光が入射されない基板の上だけではなく光が入射される面、すなわち、受光面に形成されたエミッタ層上にも集電部が位置するので、集電部によって光の入射面積が減少し太陽電池の効率が落ちる。
したがって集電部による太陽電池の効率減少を減らすため、エミッタ層と接続される集電部を入射面の反対側に位置した基板の後面に位置させた金属包装透過型(metal wrap through、MWT)太陽電池が開発されている。
本発明の目的は、太陽電池の効率をを向上させることにある。
課題を解決するために本発明の一特徴による太陽電池は少なくとも一つのビアホールを備えた第１導電型の基板と、前記基板上の前記第１導電型と反対の第２導電型のエミッタ層、前記エミッタ層と電気的に接続され一部が前記ビアホール内部に位置する第１導電体、前記ビアホールを通じて前記第１導電体と接続され、一部が前記ビアホールの内部に位置する第２導電体、と前記第２導電体と電気的に分離し、前記基板と電気的に接続される第３導電体を含む。
本発明の他の特徴による太陽電池の製造方法は第１導電型の基板に少なくとも一つのビアホールを形成する段階と、前記基板に前記第１導電型と反対の第２導電型のエミッタ層を形成する段階と、第１導電体集電部パターンを形成するために前記ビアホールの内部空間の一部と、前記ビアホール周りの前記基板の後面に位置する前記エミッタ層上に第１ペーストを印刷し、前記第１導電体パターンと接続される第２パターンを形成するために前記基板の前面の前記エミッタ層上と前記第１ペーストで満たされない前記ビアホールの残り内部空間に第１ペーストと異なる物質の第２ペーストを印刷する段階と、第３導電体パターンを形成するために前記基板の後面から前記第１導電体パターンの形成部分を除いた残りの部分に第３ペーストを印刷する段階と、そして前記第１導電体パターンを第１導電体に形成し、前記第２導電体パターンを前記エミッタ層及び前記ビアホールを通じて前記第１導電体に電気的に接続される第２導電体に形成し、前記第３導電体パターンを前記基板と電気的に接続される第３導電体に形成するために前記第１導電体パターン、前記第２導電体パターン及び前記第３導電体パターンを備えた前記基板を熱処理する段階を含む。
本発明のこのような特徴によって、鉛を含む導電体と鉛を含んでいない導電体がビアホールの内部空間に全て位置するによってビアホール内部空間での漏洩電流の量が減少するかビアホール内部空間での電荷の移動度が向上し、太陽電池の効率が向上する。
本発明の一つの実施の形態に係る太陽電池の部分斜視図である。 図１に示した太陽電池をＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。 本発明の一つの実施の形態に係る太陽電池の製造方法を順に示した図である。 本発明の一つの実施の形態に係る太陽電池の製造方法を順に示した図である。 本発明の一つの実施の形態に係る太陽電池の製造方法を順に示した図である。 本発明の一つの実施の形態に係る太陽電池の製造方法を順に示した図である。 本発明の一つの実施の形態に係る太陽電池の製造方法を順に示した図である。 本発明の一つの実施の形態に係る太陽電池の製造方法を順に示した図である。 本発明の一つの実施の形態に係る太陽電池の製造方法を順に示した図である。 本発明の一つの実施の形態に係る太陽電池の製造方法を順に示した図である。 本発明の他の実施の形態に係る図１に示した太陽電池をＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。 本発明の他の実施の形態に係る太陽電池の一部製造方法を順に示した図である。 本発明の他の実施の形態に係る太陽電池の一部製造方法を順に示した図である。 本発明の他の実施の形態に係る太陽電池の一部製造方法を順に示した図である。 本発明の他の実施の形態に係る太陽電池の一部製造方法を順に示した図である。
本発明の利用可能性の範囲は、以下の詳細な記述から明確となるであろう。しかし、詳細な説明と具体的な実例は、本発明のより好ましい実施の形態を示すものの、説明のために示すものであって、本発明の精神と範囲内における様々な変更及び修正が、当該技術の分野の当業者にとってこの詳細な記述から明確であるものと理解される。
添付の図面は、本発明の更なる理解のために含まれ、この明細書の部分を構成するものとして組み込まれ、本発明の原理を説明するための記述とともに、本発明の実施の形態を説明する。
以下では添付した図面を参照にして本発明の実施の形態に対して本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者が容易に実施するように詳しく説明する。しかし本発明はいろいろ相異な３形態に具現されることができここで説明する実施の形態に限定されない。そして図面で本発明を明確に説明するために説明と関係ない部分は省略し、明細書全体を通じて同様な部分に対しては同様な図面符号を付けた。
図で多くの層及び領域を明確に表現するために厚さを拡大して示した。明細書全体を通じて類似の部分に対しては同一である図面符号を付けた。層、膜、領域、基板などの部分が他の部分「上に」あると言う時、これは他の部分「真上に」ある場合だけではなくその中間に他の部分がある場合も含む。反対に何れの部分が他の部分「真上に」あると言う時には中間に他の部分がないことを意味する。また何れの部分が他の部分上に「全体的」に形成されていると言う時には他の部分の全体面に形成されていることだけではなく端の一部には形成されないことを意味する。
それでは添付した図面を参照にして本発明の一実施の形態に係る太陽電池に対して詳しく説明する。
先ず、図１及び２を参照にして本発明の一つの実施の形態に係る太陽電池に対して詳細に説明する。
図１は本発明の一つの実施の形態に係る太陽電池の部分斜視図であり、図２は図１に示した太陽電池をＩＩ−ＩＩ線に沿ってた断面図である。
図１を参照すれば、本発明の一つの実施の形態に係る太陽電池１は複数のビアホール(via hole)１８１を備える基板１１０、基板１１０に位置したエミッタ層１２０、光が入射される基板１１０の面である入射面（以下、「前面(front surface)」という。）のエミッタ層１２０上に位置する反射防止膜１３０、反射防止膜１３０が位置しない基板１１０の前面のエミッタ層１２０上に位置した複数の前面電極(front electrode)１４１、光が入射されないで前面と向い合う基板１１０の面（以下、「後面(rear surface)」という。）に位置する後面電極(rear electrode)１５１、後面電極１５１と離隔され、各ビアホール１８１とビアホール１８１周辺に位置したエミッタ層１２０に位置し、前面電極１４１と電気的に接続される複数の前面電極用集電部１６１、後面電極１５１と電気的に接続されて一定間隔で位置する複数の後面電極用集電部１６２そして後面電極１５１とその下部の基板１１０の間に位置する後面電界(back surface field、ＢＳＦ)部１７１を備える。
基板１１０は第１導電型、例えばｐ導電型のシリコンからなる半導体基板である。この時、シリコンは単結晶シリコン、多結晶シリコンまたは非晶質シリコンで有り得る。基板１１０がｐ導電型を有する場合、ホウ素（Ｂ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）のような３価元素の不純物を含む。
しかし、これとは異なり、基板１１０はｎ導電型でありえ、シリコン以外の他の半導体物質からなることもできる。基板１１０がｎ導電型を有する場合、基板１１０はりん（Ｐ）、砒素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）のように５価元素の不純物を含むことができる。
このような基板１１０は貫通する複数のビアホール１８１を備え、表面がテクスチャリング(texturing)されて凹凸面であるテクスチャリング表面(texturing surface)を有する。複数のビアホール１８１は複数の前面電極１４１と複数の前面電極用集電部１６１が交差する部分の基板１１０に形成されている。
エミッタ層１２０は基板１１０の導電型と反対の第２導電型、例えば、ｎ導電型を備える不純物部として、半導体基板１１０とｐ−ｎ接合を成す。
このようなｐ−ｎ接合による内部電位差によって、基板１１０に入射された光によって生成された電荷である電子-正孔対は電子と正孔に分離して電子はｎ型の方に移動し正孔はｐ型の方に移動する。したがって、基板１１０がｐ型でエミッタ層１２０がｎ型の場合、分離した正孔は基板１１０の方へ移動し分離した電子はエミッタ層１２０の方へ移動し、基板１１０で正孔は多数キャリアになり、エミッタ層１２０で電子は多数キャリアになる。
エミッタ層１２０は基板１１０とｐ−ｎ接合を形成するので、本実施の形態と異なり、基板１１０がｎ導電型を有する場合、エミッタ層１２０はｐ導電型を有する。この場合、分離した電子は基板１１０の方へ移動し分離した正孔はエミッタ層１２０の方へ移動する。
エミッタ層１２０がｎ導電型を有する場合、エミッタ層１２０はりん（Ｐ）、砒素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）のように５価元素の不純物を基板１１０にドーピングして形成することができ、反対にｐ導電型を有する場合、ホウ素（Ｂ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）のような３価元素の不純物を基板１１０にドーピングして形成することができる。
基板１１０の前面のエミッタ層１２０上にシリコン窒化膜（ＳｉＮｘ）やシリコン酸化膜（ＳｉＯｘ）などからなる反射防止膜１３０が形成される。反射防止膜１３０は太陽電池１に入射される光の反射度を減らし特定の波長領域の選択性を増加させ、太陽電池１の効率を高める。このような反射防止膜１３０は約７０ｎｍ乃至８０ｎｍの厚さで有り得る。代案的な実施の形態で、反射防止膜１３０はビアホール１８１の側壁にも位置することができる。反射防止膜１３０は必要によって省略されることができる。
図１に示さないが、基板１１０の側面分離(edge isolation)のために反射防止膜１３０とその下部のエミッタ層１２０は基板１１０前面の端一部を露出する露出部(図示せず)を備える。
複数の前面電層１４１は基板１１０の前面に形成されたエミッタ層１２０上に位置しエミッタ層１２０と電気的に接続されて、互いに離隔されるように決まった方向に伸び、下部に位置するビアホール１８１を覆っている。また、図２に示すように、各前面電極１４１はビアホール１８１の内部まで位置するが、これとは異なり、ビアホール１８１の内部まで形成されないでビアホール１８１の仮想上部面（Ｓ１）に位置することができる。本実施の形態で、各ビアホール１８１の長さ（Ｈ）の約２０％乃至約０％が前面電極１４１で満たされる。すなわち、ビアホール１８１の仮想上部面（Ｓ１）と仮想下部面（Ｓ２）間に形成されるビアホール内部空間の約２０％乃至約０％が前面電極１４１で満たされる。本実施の形態で、仮想上部面（Ｓ１）は基板１１０の前面側に位置するビアホール１８１の入口に対する仮想の面をさし、仮想下部面（Ｓ２）は基板１１０の後面側に位置するビアホール１８１の入口に対する仮想の面をさす。
各前面電極１４１はエミッタ層１２０の方へ移動した電荷、例えば、電子を収集してビアホール１８１を通じて電気的に接続されている該当前面電極用集電部１６１に伝達する。
複数の前面電極１４１は少なくとも一つの導電性物質からなり、これら導電性物質の例はニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、スズ（Ｓｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、インジウム（Ｉｎ）、チタン（Ｔｉ）、金（Ａｕ）及びこれらの組合せからなる群から選択された少なくとも一つでありえ、また、他の導電性金属物質からなることができる。
本実施の形態で、前面電極１４１は銀（Ａｇ）を含み、また鉛（Ｐｂ）または酸化鉛（ＰｂＯ）のような鉛（Ｐｂ）を含んでいる。
基板１１０の後面には複数の前面電極用集電部１６１が位置している。図２に示したように、各前面電極用集電部１６１はビアホール１８１の内部まで位置する。この時、前面電極用集電部１６１は前面電極１４１によって満たされないビアホール１８１の内部空間を満たし、ビアホール１８１の内部空間でまたはビアホール１８１の仮想の上部面（Ｓ１）で前面電極１４１の少なくとも一部と接触する。したがって、各ビアホール１８１の長さ（Ｈ）の約８０％乃至約１００％が前面電極用集電部１６１で満たされている。すなわち、ビアホール１８１の内部空間の約８０％乃至約１００％が前面電極用集電部１６１で満たされている。これにより、ビアホール１８１の内部で前面電極１４１と前面電極用集電部１６１は互いに接するようになって、ビアホール１８１を通じて前面電極１４１と前面電極用集電部１６１は互いに接続される。
本発明の実施の形態で、前面電極用集電部１６１は反射防止膜１３０と充分に接触することができる高さにあたる部分までビアホール１８１を満たす。言い換えれば、前面電極用集電部１６１は反射防止膜１３０の高さまでビアホール１８１を満たす。
このように、ビアホール１８１の内部空間内に存在する前面電極１４１と前面電極用集電部１６１の量が互いに相異することによって、図２に示すように、ビアホール内部空間に位置する前面電極１４１と前面電極用集電部１４２の高さも異なる、すなわち、各ビアホール１８１内で前面電極１４１の高さと前面電極用集電部１４２の高さが互いに異なるようになる。本実施の形態で、前面電極１４１の高さは仮想上部面（Ｓ１）からビアホール１８１内部空間に存在する前面電極１４１までの一番遠い距離でありえ、前面電極用集電部１６１の高さは仮想下部面（Ｓ２）からビアホール１８１の内部空間に存在する前面電極１４１までの一番遠い距離で有り得る。結局、ビアホール１８１内に存在する前面電極１４１と前面電極用集電部１４２の量と高さだけ異なるだけ、ビアホール１８１内には前面電極１４１と前面電極用集電部１４２が全て存在する。
複数の前面電極用集電部１６１はバス バーとも呼ばれ上部に位置した前面電極１４１と交差する方向に延長されている。
前面電極用集電部１６１また少なくとも一つの導電性物質からなり、前面電極用集電部１６１はビアホール１８１を通じて交差する前面電極１４１と電気的に接続される。したがって、前面電極用集電部１６１は前面電極１４１と電気的に接続されるので、前面電極１４１から伝達する電荷を外部装置に出力する。
本実施の形態で、前面電極用集電部１６１は前面電極１４１と異なり鉛（Ｐｂ）を含まず、銀（Ａｇ）のような導電性金属物質を含む。導電性金属物質の例は銀（Ａｇ）だけでなくニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、スズ（Ｓｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、インジウム（Ｉｎ）、チタン（Ｔｉ）、金（Ａｕ）及びこれらの組合せからなる群から選択された少なくとも一つでありえ、また、他の導電性金属物質からなることができる。
本例で、前面電極用集電部１６１が鉛（Ｐｂ）を含まないということは前面電極用集電部１６１に含有された鉛（Ｐｂ）が不足し設定量以下か意図せず鉛（Ｐｂ）を少量含むことができるという意味で有り得る。ここで鉛が設定量以下または少量含有するというのは前面電極用集電部１６１に含有された鉛によってその下部に位置した膜や構成要素に蝕刻などのような影響を与えない程度を意味する。
後面電極１５１は基板１１０の後面上に位置し基板１１０と電気的に接続され隣接した前面電極用集電部１６１と離隔されるように位置する。このような後面電極１５１は基板１１０の方に移動する電荷、例えば正孔を収集する。
後面電極１５１は少なくとも一つの導電性物質からなる。導電性物質はニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、スズ（Ｓｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、インジウム（Ｉｎ）、チタン（Ｔｉ）、金（Ａｕ）及びこれらの組合せからなる群から選択された少なくとも一つでありえ、また、他の導電性物質からなることができる。
後面電極１５１と前面電極用集電部１６１の間には複数の露出部１８２が形成されている。これによって、後面電極１５１及び前面電極用集電部１６１その下部のエミッタ層１２０は基板１１０の後面一部を露出する複数の露出部１８２を備えている。複数の露出部１８２は主に前面電極用集電部１６１の周りに形成される。このような露出部１８２によって電子または正孔を移動させ収集する後面電極１５１間の電気的な接続が切られて電子と正孔の移動が円滑になる。
後面電極１５１上には複数の後面電極用集電部１６２が位置する。後面電極用集電部１６２は導電性金属物質からなる。
導電性金属物質の例はニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、スズ（Ｓｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、インジウム（Ｉｎ）、チタン（Ｔｉ）、金（Ａｕ）及びこれらの組合せからなる群から選択された少なくとも一つでありえ、また、他の導電性金属物質からなることができる。
各後面電極用集電部１６２は一定間隔に配置され円形の複数のパッドを備えるが、楕円形または四角形のような多様な形状のパッドを備えるか前面電極用集電部１６１と平行に伸びる長方形形状となりえる。
このような後面電極用集電部１６２は電気的に接続された後面電極１５１から伝達する電荷、例えば正孔を外部装置に出力する。
このように、前面電極１４１、前面電極用集電部１６１、後面電極１５１及び後面電極用集電部１６２は皆導電性金属物質を含み、電荷を伝達するので導電体として機能する。
後面電極１５１と基板１１０の間に後面電界部１７１が位置する。後面電界部１７１は基板１１０と同一である導電性タイプの不純物が基板１１０より高濃度にドーピングされた領域、例えば、Ｐ＋領域である。
基板１１０と後面電界部１７１との不純物濃度差によって電位障壁が形成され、これにより、基板１１０後面側への電子移動の妨げとなって基板１１０の表面近くで電子と正孔が再結合して消滅するものが減る。
このような構造を有する本実施の形態に係る太陽電池１は前面電極１４１と接続される前面電極用集電部１６１を光が入射しない基板１１０の後面に位置させたＭＷＴ太陽電池として、その動作は次のようである。
太陽電池１に光が照射され反射防止膜１３０とエミッタ層１２０を通じて半導体の基板１１０に入射されれば光エネルギによって半導体の基板１１０から電子-正孔対が発生する。この時、基板１１０の表面がテクスチャリング表面であるから基板１１０の前面部での光反射度が減少し、テクスチャリング表面で入射と反射動作が行われて太陽電池内部に光が閉じこめられるようになってこれにより光の吸収率が増加するので、太陽電池１の効率が向上する。さらに、反射防止膜１３０によって基板１１０に入射される光の反射損失が減って基板１１０に入射される光の量はより一層増加する。
これら電子-正孔対は基板１１０とエミッタ層１２０のｐ−ｎ接合によって互いに分離し電子はｎ導電型を有するエミッタ層１２０の方に移動し正孔はｐ導電型を有する基板１１０の方へ移動する。このように、エミッタ層１２０の方に移動した電子は前面電層１４１によって収集されビアホール１８１を通じて電気的に接続された前面電極用集電部１６１に移動し基板１１０の方に移動した正孔は隣接した後面電界部１７１を通じて当該後面電極１５１によって収集され後面電極用集電部１６２へ移動する。このような前面電極用集電部１６１と後面電極用集電部１６２を導線で連結すれば電流が流れるようになり、これを外部で電力に利用するようになる。
この時、鉛（Ｐｂ）を含まない前面電極用集電部１６１がビアホール１８１の内部空間の多くの部分を満たしているので、太陽電池１を形成する時実施される熱処理工程の時鉛（Ｐｂ）によってビアホール１８１の内部に位置するエミッタ層１２０の一部が損傷することが防止される。したがって、前面電極１４１から前面電極用集電部１６１に移動する電荷の一部がビアホール１８１の内部の損傷したエミッタ層１２０を通じて基板１１０の方へ移動し発生する漏洩電流の発生を防止して太陽電池１の効率が向上する。
次に、図３乃至図１０を参照にし本発明の一実施の形態に係る太陽電池１の製造方法について説明する。
図３乃至図１０は本発明の一実施の形態に係る太陽電池の製造方法を順に示した図である。
図３に示すように、先に、ｐ型単結晶または多結晶シリコンからなる基板１１０に複数のビアホール１８１を形成する。この時、ビアホール１８１はレーザビームを照射して形成するレーザドリリング(laser drilling)によって形成されるが、これに限定されない。
次に、図４に示すように、基板１１０の前面をテクスチャリングし、凹凸面であるテクスチャリング表面を形成する。図４に示したように、ビアホール１８１の側壁にはテクスチャリング表面が形成されない。この時、基板１１０が単結晶シリコンからなる場合、ＫＯＨ、ＮａＯＨ、ＴＭＡＨなどの塩基溶液を使って基板１１０の表面をテクスチャリングする。また、基板１１０が多結晶シリコンからなる場合、ＨＦやＨＮＯ3のような酸溶液を使って基板１１０の表面をテクスチャリングする。
次に、図５に示すように、基板１１０にりん（Ｐ）、砒素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）のように５価元素の不純物を含む物質、例えば、ＰＯＣｌ3やＨ3ＰＯ4などを高温で熱処理し５価元素の不純物を基板１１０に拡散させ基板１１０の全面、すなわち、前面部、後面部、ビアホール１８１の内部面及び側面部にエミッタ層１２０を形成する。本実施の形態と異なり、基板１１０の導電型がｎ型の場合、３価元素の不純物を含む物質、例えば、Ｂ2Ｈ6を高温で熱処理するか積層して基板１１０前面にｐ型のエミッタ層を形成することができる。その後、ｐ型不純物またはｎ型不純物が基板１１０内部に拡散するによって生成されたりんを含む酸化物(ＰＳＧ)やホウ素を含む酸化物(ＢＳＧ)を蝕刻工程を通じてとり除く。
次に、図６に示したように、プラズマ気相成長(ＰＥＣＶＤ)のような気相成長(ＣＶＤ)を利用して基板１１０の前面部に反射防止膜１３０を形成する。このとき、反射防止膜１３０はビアホール１８１の内部またはビアホール１８１の一部にも形成されうる。
次に、図７に示すように、スクリーン印刷法を利用し、基板１１０の後面のエミッタ層１２０の該当の位置に銀（Ａｇ）を含む集電部ペーストを塗布して前面電極用集電部パターン１６３と後面電極用集電部パターン１６５を形成した後、約１７０℃で乾燥させる。この時、前面電極用集電部パターン１６３と後面電極用集電部パターン１６５は鉛（Ｐｂ）を含まない。前面電極用集電部パターン１６３は仮想上部面（Ｓ１）と仮想下部面（Ｓ２）に定義されたビアホール１８１の内部空間の約８０％乃至約１００％を満たす。この時、集電部ペーストは銀（Ａｇ）の代わりにニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、スズ（Ｓｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、インジウム（Ｉｎ）、チタン（Ｔｉ）、金（Ａｕ）及びこれらの組合せからなる群から選択された少なくとも一つを含むことができる。
次に、図８に示すように、スクリーン印刷法を利用し、ビアホール１８１の少なくとも一部に満たされた前面電極用集電部パターン１６３と接触して決まった方向に延ばすように銀（Ａｇ）を含んだ前面電極ペーストを基板１１０前面の反射防止膜１３０の該当の位置に塗布し前面電極パターン１４０を形成した後約１７０℃で乾燥させる。この時、前面電極パターン１４０は先に塗布された前面電極用集電部パターン１６３によって約８０％乃至１００％が満たされた内部空間の残り部分、約２０％乃至０％を全部満たす。
前面電極ペーストは鉛（Ｐｂ）を含んでおり、鉛（Ｐｂ）の含有量は前面電極パターン１４０を構成するすべての成分の総含有量の約１％乃至３％で有り得る。
代案的な実施の形態で、前面電極ペーストは銀（Ａｇ）の代わりにニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、スズ（Ｓｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、インジウム（Ｉｎ）、チタン（Ｔｉ）、金（Ａｕ）及びこれらの組合せからなる群から選択された少なくとも一つを含むことができる。
このように、ビアホール１８１の内部空間はビアホール１８１が形成された部分に塗布されるペースト、すなわち前面電極用集電部パターン１６３と前面電極パターン１４０の内で先に塗布されるパターン１６３によって半分以上（５０％以上）満たされ、後に塗布されるパターン１４０によって残り部分が満たされることが分かる。本例で、前面電極用集電部パターン１６３、後面電極用集電部パターン１６５及び前面電極パターン１４０の少なくとも２つは同時に塗布されこれらの熱処理工程も同時に成り得る。
次に、図９に示すように、前面電極用集電部パターン１６３と後面電極用集電部パターン１６５が形成された部分を除いた基板１１０後面のエミッタ層１２０上に後面電極ペーストを塗布し後面電極パターン１５０を塗布した後、約１７０℃で乾燥させる。この時、後面電極ペーストはアルミニウム（Ａｌ）を含むが、これとは異なり、銀（Ａｇ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、スズ（Ｓｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、インジウム（Ｉｎ）、チタン（Ｔｉ）、金（Ａｕ）及びこれらの組合せからなる群から選択された少なくとも一つの導電物質を含むことができる。
次に、図１０に示すように、スクリーン印刷法を利用し、後面電極用導電層パターン１５０の該当位置に銀（Ａｇ）を含む後面電極用集電部ペーストを塗布し複数の後面電極用導電層パターン１６５を形成した後、乾燥させる。後面電極用集電部ペーストは銀（Ａｇ）の代わりにニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、スズ（Ｓｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、インジウム（Ｉｎ）、チタン（Ｔｉ）、金（Ａｕ）及びこれらの組合せからなる群から選択された少なくとも一つを含むことができる。
本実施の形態で、パターン１４０、１５０、１６３、１６５の形成順序は変更可能であり、これらパターン１４０、１５０、１６３、１６５は同時にまたは別個にパターニングするか熱処理することができる。
次に、約７５０℃乃至８００℃の温度で基板１１０を焼結(sinter)し、複数の前面電極１４１、複数の前面電極１４１と電気的に接続される複数の前面電極用集電部１６１、基板１１０と接続される後面電極１５１、後面電極１５１と電気的に接続される複数の後面電極用集電部１６２及び後面電界部１７１を形成する（図１０）。
すなわち、熱処理が施行されれば、前面電極用パターン１４０に含有された鉛（Ｐｂ）による接触部位の反射防止膜１３０が貫通されるパンチスルー現象によって前面電極パターン１４０が下部の反射防止膜１３０を貫くエミッタ層１２０と接触し、複数の前面電極１４１が形成される。
また、図１０に示すように、後面電極パターン１５０の含有物であるアルミニウム（Ａｌ）が後面電極パターン１５０と接触した基板１１０の方へ拡散し後面電極パターン１５０と基板１１０の間に後面電界部１７１を形成する。この時、後面電界部１７１は基板１１０と同一の導電性タイプであるｐ型導電性タイプを有しており、後面電界部１７１の不純物濃度は基板１１０より高くｐ＋の導電型を有する。また、各パターン１４０、１６３、１６５、１５０に含有された金属成分と各接触する層１２０、１１０との化学的に結合し接触抵抗が減少して電流が向上する。
この時、ビアホール１８１の内部空間大部分はパンチスルー現象を発生させる鉛（Ｐｂ）を含まない前面電極用集電部パターン１６３で満たされる。
したがって、パンチスルー現象によってビアホール１８１の内部に位置するエミッタ層１２０の損傷の危険が防止される。
既に説明したように、前面電極パターン１４０、すなわち前面電極ペーストの鉛含有量は前面電極ペーストを構成するすべての成分の総含有量の約１％ないし３％であり、約１％以下である場合、エミッタ層１２０までのパンチスルー現象が発生しないで、約３％以上の場合、基板１１０までパンチスルー現象が発生される恐れがある。
その後、レーザを利用し前面電極用集電部１６１周りの基板１１０の一部を現わす露出部１８２（例えば、図４に示すように)を形成し、基板１１０と電気的に接続される後面電極１５１と前面電極用集電部１６１を分離し基板１１０の前面の端部分に形成された反射防止膜１３０及びその下部のエミッタ層１２０の一部をとり除いて基板１１０の前面の一部を現わす露出部(図示せず)を形成する側面分離(edge isolation)を実施し太陽電池１を完成する(図１及び図２)。代案的に、複数の露出部１８２の形成と側面分離はレーザの代わりにＰＥＣＶＤ法などを利用して行われることができる。
次に、図１１を参照にして本発明の他の実施の形態に対して説明する。
図１１は本発明の他の実施の形態によって図１に示された太陽電池をＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。
図１と比べる時、同一である機能を行う部分に対しては同じ図面符号を付与し、それに対する詳細な説明も省略する。
図１１に示した太陽電池１０は図１に示した太陽電池１とほとんど同様な構造を有している。すなわち、図１１に示した太陽電池１０は複数のビアホール１８１を備えている基板１１０、基板１１０に位置したエミッタ層１２０、エミッタ層１２０上に位置する反射防止膜１３０(図示せず)、エミッタ層１２０上に位置した複数の前面電極１４１、基板１１０の後面に位置する後面電極１５１、後面電極１５１と電気的に分離して、ビアホール１８１を通じて前面電極１４１と電気的に接続される複数の前面電極用集電部１６１、後面電極１５１と電気的に接続される複数の後面電極用集電部１６２、そして後面電極１５１とその下部の基板１１０の間に位置する後面電界部１７１を備える。
本実施の形態に係る太陽電池１０で、各ビアホール１８１の内部空間を満たしている前面電極１４１と前面電極用集電部１６１の比が図１とは異なる。
すなわち、図１とは異なり、本実施の形態で、鉛（Ｐｂ）を含む前面電極１４１が各ビアホール１８１の内部空間の大部分を満たし、この時、各ビアホール１８１の内部空間の約８０％乃至約１００％が前面電極１４１で満たされる。これによって、鉛（Ｐｂ）を含まない前面電極用集電部１６１は各ビアホール１８１の残り空間の約２０％乃至０％を満たしている。図２と比べる時、ビアホール１８１の内部には存在する前面電極１４１と前面電極用集電部１６１の量と前面電極１４１と前面電極用集電部１６１の位置は異なるが、図１１に示すように、各ビアホール１８１の内部には前面電極１４１と前面電極用集電部１６２全てが存在する。このように、各ビアホール１８１の内部空間の大部分が前面電極１４１で満たされることによって、前面電極１４１で前面電極用集電部１６１に移動する電荷の移動度が増加する。すなわち、導電性物質である鉛（Ｐｂ）によって、前面電極１４１の伝導度は前面電極用集電部１６１の伝導度より良い。したがって、ビアホール１８１の内部空間の大部分を満たしている前面電極１４１を通じて電荷が前面電極用集電部１６１に移動するので、電荷の移動度が向上する。
このような太陽電池１０を製造する方法について既に説明した図３乃至図１０だけでなく図１２乃至図１５を参照して説明する。
図１２乃至図１５は本発明の他の実施の形態に係る太陽電池の一部製造方法を順に示した図である。
既に図３乃至図６を参照して説明したように、シリコンの基板１１０に複数のビアホール１８１を形成し、基板１１０の前面にテクスチャリングし基板１１０にテクスチャリング表面を形成した後、基板１１０の導電型と反対の導電型の不純物を基板１１０に注入しエミッタ層１２０を形成して、基板１１０の前面部に反射防止膜１３０を形成する。
その後、図７と図８とは反対に、図１２及び図１３に示すように、スクリーン印刷法を利用し前面電極ペーストを基板１１０の前面の該当の部分に塗布し前面電極パターン１４０を形成した後、集電部ペーストを基板１１０の後面のエミッタ層１２０上の該当の位置に塗布し前面電極用集電部パターン１６３と後面電極用集電部パターン１６５を形成する。既に説明したように、前面電極ペーストには約１％乃至３％の鉛（Ｐｂ）が含有されている。
このように、前面電極パターン１４０を前面電極用集電部パターン１６３より先に印刷することで、各ビアホール１８１の内部空間の約８０％乃至約１００％が前面電極パターン１４０で満たされ、残り約２０％乃至約０％が前面電極用集電部用パターン１６３で満たされる。
次に、図９乃至図１０に示すように、スクリーン印刷法を利用し前面電極用パターン１６３と後面電極用集電部パターン１６５が形成された部分を除いた基板１１０の後面のエミッタ層１２０上に後面電極ペーストを印刷し後面電極パターン１５０を形成した後乾燥させ（図１４）、熱処理してエミッタ層１２０と電気的に接続される複数の前面電極１４１、複数の前面電極１４１と接続された複数の前面電極用集電部１６１、後面電極１５１、後面電極１５１と電気的に接続される後面電極用集電部１６２及び基板１１０と後面電極１５１の間に後面電界部１７１を形成する(図１５)。
その後、レーザを利用し前面電極用集電部１６１周りの基板１１０の一部を現わす複数の露出部１８２(例えば、図１１に示すように)を形成し後面電極１５１と前面電極用集電部１６１の電気的な分離を行って、側面分離を実施し太陽電池１０を完成する(図１１)。
以上で本発明の実施の形態に対して詳細に説明したが本発明の権利範囲はこれに限定されるのではなく次の請求範囲で定義している本発明の基本概念を利用した当業者の多くの変形及び改良形態も本発明の権利範囲に属するのである。

Claims (9)

  1. 少なくとも一つのビアホールを備えた第１導電型の基板と、
    前記基板に形成されて前記第１導電型と反対の第２導電型のエミッタ層と、
    前記エミッタ層と電気的に接続され前記基板の前面と前記ビアホールの内部空間の長さの０％乃至２０％を満たしている前面電極と、
    前記ビアホールを通じて前記前面電極と接続され、前記基板の後面と前記ビアホールの内部空間の長さの８０％乃至１００％を満たしている前面電極用集電部と、
    前記基板の後面に位置し前記前面電極部用集電部と電気的に分離され、前記基板と電気的に接続される後面電極用集電部を含み、
    前記前面電極は、鉛（Pb)を含み、前記前面電極用集電部は実質的に鉛を含まない太陽電池。
  2. 前記ビアホール内で前記前面電極の長さは前記前面電極用集電部の長さと異なる請求項１記載の太陽電池。
  3. 前記ビアホール内で前記前面電極の長さは前記前面電極用集電部の長さより短い請求項２記載の太陽電池。
  4. 前記エミッタ層上と前記ビアホールの側壁の一部に位置した反射防止膜をさらに含む請求項１記載の太陽電池。
  5. 前記エミッタ層は前記ビアホール内に追加で位置する請求項１記載の太陽電池。
  6. 第１導電型の基板に少なくとも一つのビアホールを形成する段階と、
    前記基板に前記第１導電型と反対の第２導電型のエミッタ層を形成する段階と、
    前記基板の後面と前記ビアホール内部の長さの８０％乃至１００％を第１ペーストで満たして前面電極用集電部パターンと後面電極用集電部パターンを形成する段階と、
    前記基板の前面に位置する前記エミッタ層上と前記第１ペーストで満たされない前記ビアホールの残り内部空間に第２ペーストを印刷し、前記前面電極用集電部パターンと接続される前面電極パターンを形成する段階と、
    前記前面電極用集電部パターンと前記後面電極用集電極部パターンが形成された部分を除いた基板後面のエミッタ層上に第３ペーストを塗布し後面電極パターンを形成する段階と、
    前記前面電極用集電部パターン、前記前面電極パターン、前記後面電極パターン及び前記後面電極用集電部パターンを同時に熱処理し、前記前面電極用集電部パターンを前面電極用集電部に形成し、前記前面電極パターンを前記エミッタ層及び前記前面電極用集電部に接続される前面電極に形成し、前記後面電極パターンを前記基板と接続される後面電極に形成し、前記後面電極用集電部パターンを前記後面電極と接続される後面電極用集電部に形成する段階を含み、
    前記第１ペーストの物質は実質的に鉛を含まず、前記第２ペーストの物質は鉛を含む
    太陽電池の製造方法。
  7. 前記第２ペーストの鉛含有量は前記第２ペーストのすべての成分の総含有量の内で１％乃至３％である請求項６記載の太陽電池の製造方法。
  8. 前記前面電極用集電部と前記後面電極用集電部の間の基板の一部が現われる第１露出部を形成し、前記前面電極用集電部と前記後面電極用集電部を電気的に分離する段階をさらに含む請求項６記載の太陽電池の製造方法。
  9. 前記基板の前面の端部分に形成された前記エミッタ層の一部をとり除いて前記基板の前面の一部を現わす第２露出部を形成する段階をさらに含む請求項８記載の太陽電池の製造方法。
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