JP5882573B2 - 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ー資源の枯渇が予測されながらこれらに取り替わる代替エネルギーに対する関心が高くなり、これにより太陽エネルギーから電気エネルギーを生産する太陽電池が注目されている。
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)によってｐ−ｎ接合を形成する半導体部、そして互いに異なる導電型の半導体部 にそれぞれ接続された電極を備える。
このような太陽電池に光が入射されると半導体部で複数の電子-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(photovoltaic effect)によって電荷である電子と正孔にそれぞれ分離して電子と正孔はｎ型の半導体部とｐ型半導体部の方に移動し、ｎ型の半導体部とｐ型半導体部に各々接続された互いに異なる電極よって収集され、この電極を電線で接続して電力を得る。
本発明の目的とするところは、太陽電池の効率の減少を減らすためのことにある。
前記課題を解決するために、本発明の一特徴による太陽電池の製造方法は第１導電型の基板の面に複数の突出部を有するテクスチャリング表面を形成する段階と、前記基板に不純物をドーピングして前記第１導電型と反対である第２導電型のエミッター層を形成する段階と、乾式蝕刻法を利用して前記エミッター層の一部をとり除いてエミッター部を形成する段階と、前記エミッター部上に反射防止膜を形成する段階と、そして前記エミッター部と接続される第１電極と前記基板と接続される第２電極を形成する段階を含む。
前記エミッター部形成段階は前記基板にある不純物の固体溶解度以上の不純物濃度を有する前記エミッター層の少なくとも一部をとり除いた方が良い。
前記乾式蝕刻法は反応性イオン蝕刻法(reaction ion etching、ＲＩＥ)であり得る。
前記複数の突出部それぞれの縦横比(aspect ratio)は１．０乃至１．５であり得る。
前記エミッター層は５０乃至１００Ω／ｓｑの面抵抗を有することができる。
前記エミッター部は７０乃至１２０Ω／ｓｑの面抵抗を有することができる。
前記テクスチャリング表面形成段階は前記乾式蝕刻法で前記テクスチャリング表面を形成することができる。
前記乾式蝕刻法は反応性イオン蝕刻法であり得る。
本発明の特徴による太陽電池の製造方法は前記エミッター層を形成した後、 前記エミッター層の上に存在する酸化物をとり除く段階をさらに含むことがある。
前記エミッター層の一部除去段階は前記複数の突出部それぞれの表面から同一である厚さをとり除いて、前記複数の突出部それぞれの表面は前記複数の突出部それぞれの頂部分と谷部分の間に位置することができる。
本発明の他の特徴による太陽電池は複数の突出部を備えたテクスチャリング表面を有する基板と、前記基板とｐ−ｎ接合を形成するエミッター部、前記エミッター部と接続されている第１電極と、そして前記基板と電気的に接続されている第２電極を含み、前記複数の突出部それぞれは３００nm乃至８００nmの直径と高さを有し、前記エミッター部の面抵抗値の偏差は±１０Ω／ｓｑである。
前記面抵抗値の偏差は１０μｍ ×１０μｍの単位面積で前記エミッター部の位置による面抵抗の偏差であり得る。
前記エミッター部は７０Ω／ｓｑ乃至１２０Ω／ｓｑの面抵抗値を有することができる。
前記複数の突出部それぞれの縦横比は１．０乃至１．５あり得る。
以上説明したように本発明によれば、エミッター層の一部をとり除いた後にもテクスチャリング表面の突出部形状変化がほとんど発生しないので、テクスチャリング表面の突出部形状変化による反射度増加が発生しなくて太陽電池の効率減少が発生しない。
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つい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、明細書全体を通じ類似の部分に対しては類似の図面符号を付けた。
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、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。反対にいず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。またいず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(または全面)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及びびその製造方法に対して説明する。
図１及び図２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細に説明する。
図１は本発明の一実施の形態に係る太陽電池の一部斜視図であり、図２は図１に示した太陽電池をＩＩ−ＩＩ線に沿って切って示した断面図である。
図１及び図２を参照にすれば、本発明の一実施の形態に係る太陽電池１は基板１１０、光が入射される基板１１０の面である入射面[以下、「前面(front surface)」であるとする]に位置したエミッター部(emitter region)１２１、 エミッター部１２０上に位置する反射防止膜１３０、エミッター部１２１と電気的に接続されている前面電極(front electrode)(「第１電極」ともする)１４０、光が入射されないで入射面の反対側面である基板１１０の後面(rear surface)に位置する後面電極１５１（「第２電極」ともする)、そして基板１１０の後面に位置し後面電極１５１と接続されている後面電界(back surface field)部(BSF region)１７１を備える。
基板１１０は第１導電型、例えばｐ型導電型のシリコンからなる半導体基板である。本実施の形態で、シリコンは多結晶シリコンであるが、単結晶シリコンであり得る。基板１１０がｐ型の導電型を有する場合、ホウ素（Ｂ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）などのような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型導電型であることができるし、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型の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）などのように５価元素の不純物を含むことができる。
エミッター部１２１は基板１１０の導電型と反対である第２導電型、例えば、ｎ型の導電型を備えている不純物部として、光が入射される面、すなわち基板１１０の前面に位置する。
本実施の形態で、エミッター部１２１の面抵抗値(sheet resistance)は約７０／ｓｑ乃至１２０Ω／ｓｑであり、本例で位置による面抵抗値の偏差は約 ±１０Ω／ｓｑである。本実施の形態で、エミッター部１２１の位置による面抵抗値の偏差は約１０μｍ×１０μｍの単位面積当たり発生する面抵抗値の偏差である。しかし、エミッター部１２１の面抵抗値の偏差を測定するための単位面積は変更可能である。
このようなエミッター部１２１の面、すなわち基板１１０の前面は複数の突出部を備えた凹凸面であるテクスチャリング表面である。
本実施の形態で、 複数の突出部はそれぞれ数百ナノメートル大きさ、例えば、約３００nm乃至約８００nmの直径（ａ）と高さ（ｂ）を有することができる。各突出部の縦横比(aspect ratio)(b/a)は約１．０乃至１．５である。
このようなテクスチャリング表面によって、光に対する太陽電池１の反射防止効率が大きく向上し、太陽電池１内部に入射される光の量が増加する。
このようなエミッター部１２１は基板１１０と ｐ−ｎ接合を成す。本例で、基板１１０内の存在する基板１１０とエミッター部１２１の間の境界面、すなわち、基板１１０とエミッター部１２１の接合面は基板１１０の表面形状に影響を受けて基板の表面と類似に凹凸面を有する。
このようなｐ−ｎ接合による内部電位差(built-in potential difference)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で分離し電子はｎ型の方に移動して正孔はｐ型の方に移動する。したがって、基板１１０がｐ型でエミッター部１２１がｎ型の場合、分離した正孔は基板１１０方向へ移動し分離した電子はエミッター部１２１方向へ移動して、基板１１０で正孔は多数キャリアになり、エミッター部１２１で電子は多数キャリアになる。
エミッター部１２１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型の導電型を有する場合、エミッター部１２０はｐ型の導電型を有する。この場合、分離した電子は基板１１０方向へ移動して分離した正孔はエミッター部１２０方向へ移動する。
エミッター部１２１がｎ型の導電型を有する場合、エミッター部１２１はりん（Ｐ）、砒素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）などのように５価元素の不純物を基板１１０にドーピングして形成されることができるし、反対にｐ型の導電型を有する場合、ホウ素（Ｂ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）などのような３価元素の不純物を基板１１０にドーピングして形成されることができる。
エミッター部１２１上にシリコン窒化膜（ＳｉＮｘ）またはシリコン酸化膜（ＳｉＯｘ）などからなる反射防止膜１３０が形成されている。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。本実施の形態で、反射防止膜１３０は太陽電池１単一膜構造を有するが二重膜のような多層膜構造を有することができるし、必要によって省略されることができる。
前面電極１４０は図１に示したように、複数のフィンガー電極(finger electrode)１４１と複数のバスバー(bus bar)１４２を備える。
複数のフィンガー電極１４１はエミッター部１２１と電気的に接続されていて、互いに離隔されるように決まった方向並びに伸びている。複数のフィンガー電極１４１はエミッター部１２１方移動した電荷、例えば、電子を収集する。
複数のバスバー１４２は複数のフィンガー電極１４１と交差する方向に並びに伸びていて、エミッター部１２１だけでなく複数のフィンガー電極１４１と電気的・物理的に接続されている。本例で、複数のバスバー１４２は複数のフィンガー電極１４１と同一層に位置して各フィンガー電極１４１と交差する地点で当該のフィンガー電極１４１と電気的・物理的に接続されている。
このように、複数のバスバー１４２はエミッター部１２１と複数のフィンガー電極１４１と接続されているので、エミッター部１２１からの電荷だけではなく複数のフィンガー電極１４１を通じて伝達する電荷を収集して外部装置に出力する。
各バスバー１４２は交差する複数のフィンガー電極１４１によって収集された電荷を集めて所望する方向に移動させなければならないので、各バスバー１４２の幅は各フィンガー電極１４１の幅より大きい。
図１で、基板１１０に位置する バスバー１４２の個数は２個であるがここに限定されない。また各バスバー１４２の幅は設置個数に付いて変わることができる。
このように、複数のフィンガー電極１４１と複数のバスバー１４２を備えた前面電極１４０は銀（Ａｇ）のような導電性物質を含みからなるが、銀代わり、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）及びこれらの組合からなる群から選択された少なくとも一つであることができるが、以外の他の導電性金属物質からなることができる。
エミッター部１２１と接続されている前面電極１４０によって、反射防止膜１３０は前面電極１４０が位置しないエミッター部１２１上に位置する。
後面電極１５１は実質的に基板１１０の後面全体に位置する。
後面電極１５１はアルミニウム（Ａｌ）のような導電性物質を含み、基板１１０と電気的に接続されている。
後面電極１５１は基板１１０の方から移動する電荷、例えば正孔を収集して外部装置に出力する。
後面電極１５１はアルミニウム（Ａｌ）代わり、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）及びこれらの組合からなる群から選択された少なくとも一つである導電性物質を含むことができるし、以外の他の導電性金属物質を含むことができる。
後面電極１５１の後面と接続されている後面電界部１７１は基板１１０と同一である導電型の不純物が基板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て、これにより、基板１１０後面方向への電子移動が邪魔になって基板１１０の後面近くで電子と正孔が再結合して消滅することを減少させる。
このような構造以外に太陽電池１は基板１１０の後面に位置する複数の後面電極１５１のための複数の後面電極用バスバーをさらに備えることができる。
複数の後面電極用バスバーは、前面電極１４０のバスバー１４２と同様に、後面電極１５１と電気的に接続されて後面電極１５１から伝達する電荷を収集し外部装置に出力する。このような後面電極用バスバーは銀（Ａｇ）のような少なくとも一つの導電性物質を含む。
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とエミッター部１２１を通じて半導体の基板１１０に入射されると光エネルギーによって半導体の基板１１０から電子-正孔対が発生する。本例で、基板１１０のテクスチャリング表面と反射防止膜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が増加する。
これら電子-正孔対は基板１１０とエミッター部１２１のｐ−ｎ接合によって互いに分離して電子と正孔は、例えば、ｎ型の導電型を有するエミッター部１２０とｐ型の導電型を有する基板１１０方向へそれぞれ移動する。このように、エミッター部１２１方向に移動した電子は複数のフィンガー電極１４１によって収集され複数のバスバー１４２に付いて移動し、基板１１０方向に移動した正孔は隣接した後面電極１５１に伝達して収集される。このような バスバー１４２と後面電極１５１を導線で接続すると電流が流れるようになり、これを外部で電力として利用するようになる。
次、図３Ａ乃至図３Ｆ及び図４Ａ及び図４Ｂを参照にして、本発明の一実施の形態に係る太陽電池１の製造方法に対して説明する。
図３Ａ乃至図３Ｆ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次に示す図である。また、図４Ａは本発明の一実施の形態によってエミッター層のデッドレイヤーをとり除いた後の一部突出部の形状を示した図であり、 図４Ｂは比較例によってエミッター層のデッドレイヤーをとり除いた後の一部突出部の形状を示した図である。
先ず、図３Ａに示したように、反応性イオン蝕刻法(reaction ion etching、 ＲＩＥ)などのような乾式蝕刻法を利用して露出した基板１１０の一面、 例えば入射面である基板１１０の前面を蝕刻して複数の突出部を有するテクスチャリング表面を形成する。
この時、基板１１０はｐ型多結晶シリコンからなる基板であるが、ここに限定されないで、ｎ型の単結晶または非晶質シリコンであり得る。
このような乾式蝕刻法によって形成される複数の突出部は数百ナノメートル大きさ、例えば、約３００nmないし約８００nmの直径（ａ）と高さ（ｂ）を有することができるし、本例で、各突出部の縦横比（ｂ／ａ）は約１．０ 乃至１．５である。
このように、数百ナノメートル(nanometer)のように各突出部の大きさが小さいから、サーブマイクロ(sub-micron) 大きさの各突出部で頂部分から基板１１０の後面方向に屈折率が連続的に変わるようになる。すなわち、各突出部の上部の方は空気の屈折率と近い屈折率を有するようになり下部の方は例えば基板１１０の材料であるシリコン（Ｓｉ）の屈折率と近い屈折率を有するようになって、屈折率が連続的に変わる複数の膜を積層したことのような膜積層効果(layer stack effect)が発生する。
したがって各突出部の位置変化による屈折率変化によって吸収される光の波長帯も変わるようになって、基板１１０に入射される光の波長範囲が増加する。したがって、本実施の形態に係るテクスチャリング表面によって約３００nm乃至１１００nm範囲の波長帯の光の反射度[例えば、平均加重反射度(average weighted reflectance)]は約１０% 以下の低い反射度を有するようになる。これにより、テクスチャリング表面による太陽電池１の光の反射防止効率が大きく向上する。
その後、図３Ｂに示したように、基板１１０にりん（Ｐ）、砒素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）などのように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て５価元素の不純物を基板１１０に拡散(ドーピング)させ基板１１０全体面、すなわち、前面、後面及び側面にエミッター層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を高温で熱処理して基板１１０全体面にｐ型の不純物部を形成することができる。その後、ｎ型不純物またはｐ型不純物が基板１１０内部に拡散(ドーピング)されることによって生成されたりんを含む酸化物(phosphorous silicate glass、ＰＳＧ)やホウ素を含む酸化物(boron silicate glass、ＢＳＧ)をフッ酸（ＨＦ）などを利用してとり除く。
この時、テクスチャリング表面を形成するためのＲＩＥ蝕刻条件の一例は次のようである。
すなわち、約０．１乃至０．５mTorrの圧力を有する工程室に基板１１０を位置させた後、ＳＦ6とＣｌ2の混合ガス（ＳＦ6／Ｃｌ2）である蝕刻ガスをプロセス室に注入する。本例で、蝕刻ガス（ＳＦ6／Ｃｌ2）の混合の割合は約１０：０〜２あり得る。
その後、基板１１０の間に設置された二つの電極（図示せず)に当該の大きさの電力を印加し、二つの電極の間の空間に原料ガスに基礎したプラズマが生成され、生成されたプラズマによる蝕刻動作、すなわち乾式蝕刻動作に成るようになる。本例で、電極に印加される電力の大きさは約３０００Ｗ／ｍ２〜６０００Ｗ／ｍ2であり得る。
この時、エミッター層１２０はテクスチャリング表面の突出部位置によって相異する不純物の濃度を有している。すなわち、基板１１０の表面から基板１１０の内部の方向に不純物が拡散(ドーピング)されるから、基板１１０の表面、すなわち、テクスチャリング表面に近いほど不純物のドーピング濃度は増加しテクスチャリング表面から遠くなるほど不純物のドーピング濃度は減少する。
したがって、基板１１０の表面方向へ行くほど基板１１０不純物の固体溶解度(solid solubility)(または固体溶解度限界値) 以上の不純物が注入されて基板１１０ 内部に拡散(ドーピング)された不純物の中で正常に基板１１０の物質、すなわちシリコン（Ｓｉ）と結合できない(溶解されない)不純物(非活性不純物)の量が増加し非活性不純物の濃度は増加する。
例えば、ｐ型のシリコン基板１１０にＰＯＣｌ3 ガスを拡散させｎ型のエミッター層１２０を形成する時、基板１１０内部に不純物であるりん（Ｐ）元素が固まったクラスター(cluster)を形成するかシリコン（Ｓｉ）とりん（Ｐ）元素が結合されたＳｉ−Ｐ構造を形成するか、または、単独で存在するりん（Ｐ）元素が存在し、これらはシリコン（Ｓｉ）と正常に結合されないので、 非活性不純物と作用する。
既に記述したように、基板１１０の表面の方向に行くほど不純物濃度が増加するので、非活性不純物濃度も基板１１０の表面の方向に行くほど増加する。したがって基板１１０の表面近くにこのような非活性不純物が集まっていて、これら非活性不純物は基板１１０の表面近くでデッドレイヤー(dead layer)を形成する。このようなデッドレイヤーに存在する非活性不純物によって電荷が失われ太陽電池１の効率が減少する問題が発生する。
図３Ｂに示したように、エミッター層１２０は不純物のドーピング濃度が設定値（Ｄ１）、固体溶解度より高い高濃度領域１２０ａと固体溶解度より低い低濃度領域１２０ｂで分けられ、低濃度領域１２０ｂは高濃度領域１２０ａ下に、すなわち高濃度領域１２０ａより基板１１０のテクスチャリング表面からさらに遠く位置する。本例で、エミッター層１２０の厚さ、すなわち不純物ドーピング厚さが約２００nm乃至３００nmである場合、高濃度領域１２０ａの厚さは約８０nm乃至１００nmで有り得る。また、エミッター層１２０の面抵抗値は約５０Ω／ｓｑ 乃至１００Ω／ｓｑであり、この時、約１０μｍ×１０μｍの単位面積で、エミッター層１２０の位置による面抵抗値の偏差は約２Ω／ｓｑである。本実施の形態で、固体溶解度は拡散温度や不純物の種類によって変わる。
また、各突出部の場合も位置変化に従って不純物のドーピング濃度が変わる。 この時、各突出部の頂部分の濃度が残り部分の濃度より高い。
このように、エミッター層１２０の高濃度領域１２０ａ、すなわち、デッドレイヤーによる電荷の損失を防止するか減少させるため、図３Ｃに示したように、基板１１０のテクスチャリング表面のための蝕刻方法と同様にＲＩＥのような乾式蝕刻法を利用してエミッター層１２０の高濃度領域１２０ａをとり除いてエミッター部１２１を形成する。
この時、高濃度領域１２０ａをとり除くためのＲＩＥ蝕刻条件はテクスチャリング表面形成のために印加される電力の大きさは相異し、プロセス室の圧力と蝕刻ガスは同一であるとか少なくとも同様である。
すなわち、プロセス室の圧力は約０．１乃至０．５ｍＴｏｒｒであり、蝕刻ガスはＳＦ6とＣｌ2の混合ガスを利用し、本例で蝕刻ガス（ＳＦ6／Ｃｌ2）の混合の割合は約１０：０〜２あり得る。一方、電極に印加される電力の大きさはエミッター層１２０の表面に形成されたデッドレイヤーをとり除くためのことなので、テクスチャリング表面を蝕刻する時よりよりずっと低い大きさ、例えば、約３００Ｗ／ｍ2〜６００Ｗ／ｍ2であり得る。
電極に印加される電力の大きさが約６００Ｗ／ｍ2より大きい場合エミッター層１２０の高濃度領域１２０ａをとり除くための蝕刻動作時エミッター層１２０の表面にプラズマによる損傷が発生され過度に多くの量のエミッター層１２０が除去されエミッター部１２１の面抵抗値が増加することができ、電極に印加される電力の大きさが約３００Ｗ／ｍ2より小さい場合、プラズマの生成が正常に成り立たないとか十分に生成されなくてプラズマによる蝕刻動作が円滑に行われなくてデッドレイヤーを円滑にとり除くことができない問題が発生することがある。
既に説明したように、エミッター層１２０のデッド層をとり除く方法が蝕刻時間や蝕刻量の制御が容易な乾式蝕刻法、例えば、ＲＩＥを利用するのでエミッター層１２０の表面の蝕刻程度(または蝕刻厚さ)は位置に無関係にほとんど一定に行われる。これにより、テクスチャリング表面の突出部の頂部分、側面部分そして隣接した二つの突出部の間、すなわち谷(valley)での蝕刻速度は実質的に同一であるので、図４Ａに示したように、エミッター層１２０の一部が除去された後エミッター部１２１表面（Ｓ２)の形状はエミッター層蝕刻工程が行われる前の基板１１０のテクスチャリング表面（Ｓ３）の形状と実質的に一致する。
このような高濃度領域１２０ａの蝕刻動作によって除去されるエミッター層１２０の厚さ、すなわち、（Ｓ３からＳ２までの) 基板１１０のテクスチャリング表面の厚さは数十nmである。したがって、各突出部の表面(すなわち、 谷部分を含み頂部分と谷部分の間に位置した表面)から蝕刻される蝕刻厚さは実質的に同一であるか一定である。
既に説明したように、 高濃度領域１２０ａの除去によってエミッター部１２１の厚さはエミッター層１２０の厚さより薄くなり、これにより、エミッター部１２１の面抵抗はエミッター層１２０の面抵抗より増加して約７０Ω／ｓｑ乃至１２０Ω／ｓｑで有りえ、本例で約１０μｍ ×１０μｍの単位面積で、エミッター部１２１の位置による面抵抗の偏差は約±１０Ω／ｓｑである。
したがって、湿式蝕刻法を利用し高濃度領域１２０ａをとり除く場合と比べる時、基板１１０のテクスチャリング表面の形状がエミッター層１２０の一部(デッドレイヤー)をとり除く前の形状と差がなく、これによりテクスチャリング表面の形状による平均加重反射度の変化が実質的に発生しない。
すなわち、湿式蝕刻法を利用してエミッター層１２０の一部をとり除く場合、 浴槽内に盛られた蝕刻液の濃度が位置によって一定しないで、蝕刻液の浸透程度によって蝕刻される量が変わるので、蝕刻速度、蝕刻量、または蝕刻方向などのような蝕刻状態の制御が困る。これにより、乾式蝕刻法の場合とは異なり、テクスチャリング表面の位置に無関係に均一な量で蝕刻できないで、各突出部の谷部分が頂部分より多い量が除去される等方性蝕刻特徴を見せた。
したがって、本実施の形態の場合とは、異なりテクスチャリング表面の各突出部で、谷部分の蝕刻程度が他の部分に比べて増加するようになって、図４Ｂのように、エミッター層の一部が蝕刻された後エミッター部１２４表面（Ｓ１２）の形状はテクスチャリング表面（Ｓ１３）の形状に付いて行かない。本例で、テクスチャリング表面（Ｓ１３）は乾式蝕刻法や湿式蝕刻法によって形成されることができる。
このように、デッドレイヤーをとり除くための湿式蝕刻時に、各突出部で、 谷部分の蝕刻位が頂部分の蝕刻程度より大きいので、デッドレイヤー除去後エミッター部１２４の各突出部の縦横比と位置による面抵抗値の偏差は増加するようになる。例えば、各突出部の縦横比は約２．０乃至２．５であったし、位置による面抵抗値の偏差は約±１５Ω／ｓｑで増加した。
結局、湿式蝕刻法を利用してエミッター層のデッドレイヤーをとり除く代わりに本実施の形態のように、乾式蝕刻法を利用してデッドレイヤーをとり除いてエミッター部１２１を完成する場合、基板１１０のテクスチャリング表面と比べる時エミッター部１２１の突出部の縦横比差がないので、基板１１０のテクスチャリング表面による反射防止効果はエミッター層蝕刻工程以後にも同一に維持される。
また、湿式蝕刻法を利用する場合より乾式蝕刻法を利用する場合エミッター層蝕刻工程後の位置による面抵抗の偏差が減少するので、エミッター部１２１の位置によって面抵抗差が減少してエミッター部１２１の動作特性が向上する。
その後、図３Ｄに示したように、プラズマ化学気相成長(plasma enhanced chemical vapor deposition、ＰＥＣＶＤ) などを利用して基板１１０の前面に形成されたエミッター部１２１上に反射防止膜１３０を形成する。
次、図３Ｅに示したように、スクリーン印刷法を利用し、反射防止膜１３０の当該の部分に銀(Ag)と ガラスフリット(glass frit)を含む前面電極用ペーストを印刷した後乾燥させ、前面電極パターン４０を形成する。ガラスフリットは鉛（Ｐｂ）などを含む。
この時、前面電極パターン４０は複数のフィンガー電極のための部分と複数のバスバーのための部分を備えている。
次、図３Ｆに示したように、アルミニウム（Ａｌ）を含む後面電極用ペーストをスクリーン印刷法で印刷した後乾燥させ基板１１０の後面に形成されたエミッター層１２０上に後面電極パターン５０を形成する。
この時、これらパターン４０、パターン５０の乾燥温度は約１２０℃乃至約２００℃で有り得る。パターン４０、パターン５０の形成順序は変更可能である。
その後、前面電極パターン４０と後面電極パターン５０が形成された基板１１０を約７５０℃乃至約８００℃の温度で熱処理工程を施行し、エミッター部１２１の一部と接触する複数のフィンガー電極１４１と複数のバスバー１４２を備えた前面電極１４０、基板１１０と電気的に接続される後面電極１５１、そして後面電極１５１と基板１１０の間の後面電界部１７１を形成する。
すなわち、熱処理工程によって、前面電極パターン４０に含有された鉛（Ｐｂ）などによって、前面電極パターン４０は接触部位の反射防止膜１３０を貫いて下部に位置するエミッター部１２１と接触することで、エミッター部１２１と接続される前面電極１４０が形成される。
また、熱処理工程によって、後面電極パターン５０に含まれたアルミニウム（Ａｌ）が基板１１０の後面に形成されたエミッター層１２０だけでなくそれを越えてまで基板１１０に拡散(ドーピング)されて基板１１０より高い不純物濃度を有する不純物部である後面電界部１７１が形成される。
後面電極パターン５０は後面電界部１７１を通じて基板１１０と電気的に接続され後面電極１５１を形成する。
既に説明したように、後面電界部１７１は基板１１０との濃度差によって基板１１０の後面で電子と正孔の再結合を防止し、正孔が後面電極１５１方向へ容易に移動するようにする。
熱処理工程の時、電極パターン４０、電極パターン５０各々に含有された金属成分と接触する層１２１、接触する層１１０各々との化学的結合で接触抵抗が減少して電荷の伝送効率が向上して電流が増加する。
その後、レーザービームや蝕刻工程を利用して基板１１０の端や側面にドーピングされた不純物部をとり除く側面分離(edge isolation) 工程を実施して太陽電池１を完成する。しかし、側面分離工程時期は必要によって変更可能である。
本実施の形態の場合、基板１１０の後面に形成されたエミッター層１２０は別途に除去されなかったが、代案的な例で、後面電極パターン５０を形成する前に基板１１０の後面に位置するエミッター層１２０をとり除くための別途の工程が行われることができる。
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詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、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、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
Claims (5)
- 第１導電型の基板の面に複数の突出部を有するテクスチャリング表面を反応性イオン蝕刻法（ＲＩＥ）を用いて形成する段階と、
前記基板に不純物をドーピングして前記第１導電型と反対である第２導電型のエミッター層を形成する段階と、
前記エミッター層の形成段階において前記エミッター層の一部に形成されたデッドレーヤー(dead layer)を反応性イオン蝕刻法を利用し除去してエミッター部を形成する段階と、
前記エミッター部上に反射防止膜を形成する段階と、
前記エミッター部と接続される第１電極と前記基板と接続される第２電極を形成する段階と、
を含み、
前記テクスチャリング表面を形成する段階と前記デッドレーヤーを除去するエミッター部の形成段階で用いられる工程ガスはＳＦ６とＣｌ２の混合ガスで互いに同様であり、
前記デッドレーヤーを除去するエミッター部の形成段階で前記反応性イオン蝕刻法を用いる時印加する電力の大きさは前記テクスチャリング表面を形成する段階において前記反応性イオン蝕刻法を用いる時印加する電力の大きさより小さく３００Ｗ／ｍ ２ 〜６００Ｗ／ｍ ２ である、太陽電池の製造方法。 - 前記複数の突出部それぞれの縦横比は１．０乃至１．５である、請求項１記載の太陽電池の製造方法。
- 前記エミッター層は５０乃至１００Ω／ｓｑの面抵抗を有する、請求項１記載の太陽電池の製造方法。
- 前記エミッター部は約７０乃至１２０Ω／ｓｑの面抵抗を有する、請求項１記載の太陽電池の製造方法。
- 前記エミッター層の一部除去段階は前記複数の突出部それぞれの表面から同一である厚さをとり除いて、前記複数の突出部それぞれの表面は前記複数の突出部それぞれの頂部分と谷部分の間に位置する、請求項１記載の太陽電池の製造方法。
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