JP6059173B2 - 太陽電池 - Google Patents

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Description

本発明は、太陽電池に係り、より詳細には、半導体基板を含む太陽電池に関する。
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想されながら、これらに代わる代替エネルギーへの関心が高まっている。その中でも太陽電池は、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脚光を浴びている。
太陽電池は、光電変換を起こすことができるように、半導体基板に導電型領域及びこれに電気的に接続する電極を形成してなる。なお、太陽電池には、特性を向上させるために、導電型領域をパッシベーションするパッシベーション膜、反射を防止する反射防止膜なども形成される。
しかし、従来の太陽電池では半導体基板での再結合、キャリアの長い移動距離などによって太陽電池の効率が低下することがある。そのため、太陽電池の効率を最大化できるように設計することが要求される。
本発明は、効率を最大化することができる太陽電池を提供しようとする。
本発明の実施例に係る太陽電池は、半導体基板と、前記半導体基板の一面側に全体的に形成される第１トンネル層と、前記半導体基板の一面側に位置する第１導電型領域と、前記第１導電型領域に接続される第１電極を含む電極と、を含み、前記第１導電型領域は、前記第１トンネル層上に位置し、第１導電型ドーパントがドープされた多結晶、非晶質または微細結晶半導体を含む第１部分を含む。本発明の実施例によれば、半導体基板上にトンネル層を形成した後、トンネル層上に導電型領域（エミッタ領域、後面電界領域など）を形成する。これによって、半導体基板の後面表面の欠陥を効果的に除去しながら、光電変換を起こすキャリアは効果的に移動できるようにする。これによって、半導体基板の損傷を防止し、半導体基板の後面での再結合サイトを効果的に除去できるようになる。これによって、太陽電池の効率をさらに向上させることができる。
本発明の他の実施例に係る太陽電池では、導電型領域が、トンネル層を挟んで位置する複数の部分を含むことで、半導体基板内での再結合を最小化しながら、電極との電気的接続特性を向上させることができる。これによって、太陽電池の効率を向上させることができる。
本発明によれば、太陽電池の効率を極大化することができる。
本発明の実施例に係る太陽電池の断面図である。 本実施例に係る太陽電池の平面図である。 図１の実施例の一変形例に係る太陽電池の断面図である。 本発明の他の実施例に係る太陽電池の断面図である。 図４の実施例の一変形例を示す断面図である。 図４の実施例の他の変形例を示す断面図である。 図４の実施例の更に他の変形例に係る太陽電池の断面図である。 本発明の更に他の実施例に係る太陽電池の断面図である。 図８の実施例の一変形例に係る太陽電池の断面図である。 図８の実施例の他の変形例に係る太陽電池の断面図である。 本発明の更に他の実施例に係る太陽電池の断面図である。 図１１の実施例の一変形例に係る太陽電池の断面図である。 図１１の実施例の他の変形例に係る太陽電池の断面図である。 図１１の実施例の更に他の変形例に係る太陽電池の断面図である。 図１１の実施例の更に他の変形例に係る太陽電池の断面図である。 図１１に示した太陽電池の製造方法を示す断面図である。 図１１に示した太陽電池の製造方法を示す断面図である。 図１１に示した太陽電池の製造方法を示す断面図である。 図１１に示した太陽電池の製造方法を示す断面図である。 図１１に示した太陽電池の製造方法を示す断面図である。 本発明の更に他の実施例に係る太陽電池の断面図である。
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、本発明がこれら実施例に限定されるものではなく、様々な形態に変形可能であることは勿論である。
図面では、本発明を明確且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、明細書全体において同一又は極めて類似の部分に対しては同一の図面参照符号を使用する。そして、図面では、説明をより明確にするために、厚さ、幅などを拡大または縮小して示しており、本発明の厚さ、幅などは図面に示したものに限定されない。
そして、明細書全体において、ある部分が他の部分を「含む」とするとき、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」あるとするとき、これは、他の部分の「直上に」ある場合のみならず、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「直上に」あるとする場合は、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、本発明の実施例に係る太陽電池をより詳細に説明する。
図１は、本発明の実施例に係る太陽電池の断面図であり、図２は、本実施例に係る太陽電池の平面図である。
図面を参照すると、本実施例に係る太陽電池１００は、基板（一例として、半導体基板）（以下、「半導体基板」）１０と、導電型領域２０，３０と、導電型領域２０，３０に接続される電極２４，３４と、トンネル層４０とを含むことができる。導電型領域２０，３０は、互いに異なる導電型を有するエミッタ領域２０及び後面電界領域３０を含むことができ、電極２４，３４は、エミッタ領域２０及び後面電界領域３０にそれぞれ接続される第１及び第２電極２４，３４を含むことができる。トンネル層４０は、半導体基板１０と導電型領域２０，３０の少なくとも一部との間に位置することができる。そして、第１パッシベーション膜２１、第１反射防止膜２２、第２パッシベーション膜３１、第２反射防止膜３２などをさらに含むことができる。これについてより詳細に説明する。
エミッタ領域２０及び後面電界領域３０のうち一方を第１導電型領域と呼び、他方を第２導電型領域と呼ぶことができる。本実施例において、第１、第２などの表現は区別のために使用するものに過ぎず、本発明がこれに限定されるものではない。
半導体基板１０は、第１導電型ドーパントを相対的に低いドーピング濃度で含むベース領域１１０を含むことができる。ベース領域１１０は、第１導電型ドーパントを含む結晶質半導体で構成することができる。一例として、ベース領域１１０は、第１導電型ドーパントを含む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）で構成することができる。特に、ベース領域１１０は、第１導電型ドーパントを含む単結晶半導体（例えば、単結晶半導体ウエハ、より具体的には、半導体シリコンウエハ）で構成することができる。このように、ベース領域１１０が単結晶シリコンで構成されると、太陽電池１００が単結晶シリコン太陽電池を構成するようになる。このように、単結晶半導体を有する太陽電池１００は、結晶性が高くて欠陥の少ないベース領域１１０または半導体基板１０をベースとしているので、電気的特性に優れている。
第１導電型ドーパントは、一例として、ｎ型またはｐ型であってもよい。すなわち、第１導電型ドーパントとして、５族元素であるリン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、ビズマス（Ｂｉ）、アンチモン（Ｓｂ）などのｎ型ドーパントを使用することができる。または、第１導電型ドーパントとして、３族元素であるボロン（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）などのｐ型ドーパントを使用することができる。
このとき、ベース領域１１０は、第１導電型ドーパントとしてｎ型の不純物を有することができる。すると、ベース領域１１０とｐｎ接合をなすエミッタ領域２０がｐ型を有するようになる。このようなｐｎ接合に光が照射されると、光電効果によって生成された電子が半導体基板１０の第２面（以下、「後面」）側に移動して第２電極３４により収集され、正孔が半導体基板１０の前面側に移動して第１電極２４により収集される。これによって、電気エネルギーが発生する。すると、電子よりも移動速度の遅い正孔が半導体基板１０の後面ではなく前面に移動して、変換効率が向上することができる。しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、ベース領域１１０及び後面電界領域３０がｐ型を有し、エミッタ領域２０がｎ型を有することも可能である。
本実施例において、半導体基板１０は、ベース領域１１０のみからなることができる。すなわち、従来の太陽電池では、半導体基板１０と異なる導電型を有するドーピング領域、または半導体基板１０と同一の導電型を有し、ドーピング濃度の高いドーピング領域などが半導体基板１０に形成される一方、本実施例では、半導体基板１０がベース領域１１０のみからなり、別途のドーピング領域を備えていない。
このように、半導体基板１０が、ベース領域のみからなり、別途のドーピング領域を備えていない。一例として、半導体基板１０において、最も低いドーピング濃度に対する最も高いドーピング濃度の差が１０％以下であり得る。このとき、１０％以下は、別途のドーパント領域を形成するためのドーピングが行われていない程度を規定するために一例として提示したものに過ぎず、本発明がこれに限定されるものではない。したがって、本発明は、通常、半導体基板１０に別途のドーピング領域を備えていない場合を全て含む。
本実施例では、半導体基板１０に別途のドーピング領域が形成されていないので、開放電圧を向上させることができる。これは、半導体基板１０にドーピング領域を形成することによって生じ得る表面再結合を防止できるからである。
本実施例において、半導体基板１０の前面及び後面は、テクスチャリング（ｔｅｘｔｕｒｉｎｇ）されてピラミッドなどの形状の凹凸を有することができる。このようなテクスチャリングにより半導体基板１０の前面などに凹凸が形成されて表面粗さが増加すると、半導体基板１０の前面を介して入射する光の反射率を下げることができる。したがって、半導体基板１０とエミッタ領域２０によって形成されたトンネルジャンクション（Ｔｕｎｎｅｌ ｊｕｎｃｔｉｏｎ）まで到達する光量を増加させることができるので、光損失を最小化することができる。しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、半導体基板１０の前面及び後面のいずれか一方のみがテクスチャリングされるか、または両面ともテクスチャリングされなくてもよい。
半導体基板１０の一面（一例として、前面）（以下、「前面」）には第１トンネル層４２が全体的に形成される。ここで、全体的に形成されるというのは、空き領域なしに全体面の全てに形成されることのみならず、外郭領域、アイソレイション領域などのように不可避に形成されざるを得ない領域を除いた全体領域に形成されることも含む。
第１トンネル層４２は、再結合サイトが多い半導体基板１０の表面をパッシベーションしながら、トンネル効果によってキャリアは円滑に移動できるようにする。
第１トンネル層４２は、パッシベーション効果及びトンネル効果を具現できる物質、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。例えば、第１トンネル層４２は、シリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコン酸化窒化物、真性非晶質シリコン、真性多結晶シリコンなどを含むことができる。すると、第１トンネル層４２を容易且つ安定的に形成することができる。
パッシベーション効果及びトンネル効果を十分に具現できるように、第１トンネル層４２の厚さは、５ｎｍ以下であってもよく、０．５ｎｍ〜５ｎｍ（一例として、０．５ｎｍ〜４ｎｍ、例えば、０．５ｎｍ〜２ｎｍ）であってもよい。第１トンネル層４２の厚さが５ｎｍを超えると、トンネリングが円滑に行われないため、太陽電池１００が作動しないことがあり、第１トンネル層４２の厚さが０．５ｎｍ未満であると、パッシベーション特性が低下することがある。トンネル効果をさらに向上させるためには、第１トンネル層４２の厚さが０．５ｎｍ〜４ｎｍ、より正確には、０．５ｎｍ〜２ｎｍであればよい。しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、第１トンネル層４２の厚さは多様に変更可能である。
本実施例では、半導体基板１０の前面上に全体的に第１トンネル層４２を形成することで、半導体基板１０の前面での欠陥を全体的に除去することができる。これによって、太陽電池１００の開放電圧が向上して、太陽電池１００の効率を向上させることができる。
本実施例では、エミッタ領域２０が第１トンネル層４２上に形成される第１部分２０ａを含む。第１部分２０ａは、半導体基板１０と異なる導電型（一例として、ｐ型またはｎ型）を含む多結晶、非晶質、または微細結晶半導体で構成することができる。一例として、エミッタ領域は、第２導電型ドーパントがドープされた多結晶シリコン、非晶質シリコン、または微細結晶シリコンで構成することができる。このとき、第１部分２０ａを多結晶、非晶質、または微細結晶半導体で形成して、第１部分２０ａで構成されるエミッタ領域２０を様々な方法で容易に製造することができる。
本実施例において、エミッタ領域２０の第１部分２０ａは、第１トンネル層４２上に全体的に形成することができる。ここで、全体的に形成するというのは、空き領域なしに全体面の全てに形成されることのみならず、外郭領域、アイソレイション領域などのように不可避に形成されざるを得ない領域を除いた全体領域に形成されることも含む。
エミッタ領域２０（より正確には、第１部分２０ａ）上には、第１パッシベーション膜２１及び／または第１反射防止膜２２を形成することができる。本実施例では、エミッタ領域２０上に第１パッシベーション膜２１が形成され、第１パッシベーション膜２１上に第１反射防止膜２２が形成された場合を例示した。本実施例において、第１パッシベーション膜２１は、第１電極２４に対応する部分を除いて、実質的にエミッタ領域２０上の全面全体に形成することができる。そして、第１反射防止膜２２は、第１電極２４に対応する部分を除いて、実質的に第１パッシベーション膜２１上の全面全体に形成することができる。
第１パッシベーション膜２１は、エミッタ領域２０に存在する欠陥を不動化させて、少数キャリアの再結合サイトを除去することで、太陽電池１００の開放電圧を増加させることができる。そして、第１反射防止膜２２は、半導体基板１０の前面を介して入射する光の反射率を下げることによって、半導体基板１０とエミッタ領域２０によって形成されたトンネルジャンクションまで到達する光量を増加させることができる。これによって、太陽電池１００の短絡電流（Ｉｓｃ）を増加させることができる。このように、第１パッシベーション膜２１及び第１反射防止膜２２によって太陽電池１００の開放電圧と短絡電流を増加させることによって、太陽電池１００の効率を向上させることができる。
第１パッシベーション膜２１は、エミッタ領域２０を効果的にパッシベーションすることができる物質で構成できる。一例として、第１パッシベーション膜２１は、シリコン窒化物、水素含有シリコン窒化物、シリコン酸化物、シリコン酸化窒化物、アルミニウム酸化物、ジルコニウム酸化物、ハフニウム酸化物、ＭｇＦ2、ＺｎＳ、ＴｉＯ2及びＣｅＯ2からなる群から選択されたいずれか一つを含む単一膜または２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。このとき、エミッタ領域２０がｎ型である場合には、第１パッシベーション膜２１が正電荷を有するシリコン酸化物、シリコン窒化物などを含むことができ、エミッタ領域２０がｐ型である場合には、第１パッシベーション膜２１が負電荷を有するアルミニウム酸化物、ジルコニウム酸化物、ハフニウム酸化物などを含むことができる。
そして、第１反射防止膜２２は、表面での反射を防止できる様々な物質で構成することができる。一例として、第１反射防止膜２２は、シリコン窒化物、水素含有シリコン窒化物、シリコン酸化物、シリコン酸化窒化物、アルミニウム酸化物、ＭｇＦ2、ＺｎＳ、ＴｉＯ2及びＣｅＯ2からなる群から選択されたいずれか一つを含む単一膜または２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。しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、第１反射防止膜２２が様々な物質を含んでもよいことは勿論である。
第１電極２４は、第１パッシベーション膜２１及び第１反射防止膜２２に形成された開口部を通して（すなわち、第１パッシベーション膜２１及び第１反射防止膜２２を貫通して）エミッタ領域２０に電気的に接続される。このような第１電極２４は、様々な物質によって様々な形状を有するように形成できる。第１電極２４の平面形状などは、以下でより詳細に説明する。
一方、半導体基板１０の他の一面（一例として、後面）（以下、「後面」）には、第２トンネル層４４が全体的に形成される。ここで、全体的に形成されるというのは、空き領域なしに全体面の全てに形成されることのみならず、外郭領域、アイソレイション領域などのように不可避に形成されざるを得ない領域を除いた全体領域に形成されることも含む。
第２トンネル層４４は、再結合サイトが多い半導体基板１０の表面をパッシベーションしながら、トンネル効果によってキャリアは円滑に移動できるようにする。
第２トンネル層４４は、パッシベーション効果及びトンネル効果を具現できる物質、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。例えば、第２トンネル層４４は、シリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコン酸化窒化物、真性非晶質シリコン、真性多結晶シリコンなどを含むことができる。すると、第２トンネル層４４を容易且つ安定的に形成することができる。
パッシベーション効果及びトンネル効果を十分に具現できるように、第２トンネル層４４の厚さは、５ｎｍ以下であってもよく、０．５ｎｍ〜５ｎｍ（一例として、０．５ｎｍ〜４ｎｍ、例えば、０．５ｎｍ〜２ｎｍ）であってもよい。第２トンネル層４４の厚さが５ｎｍを超えると、トンネリングが円滑に行われないため、太陽電池１００が作動しないことがあり、第２トンネル層４４の厚さが０．５ｎｍ未満であると、パッシベーション特性が低下することがある。トンネル効果をさらに向上させるためには、第１トンネル層４４の厚さが、０．５ｎｍ〜４ｎｍ、より正確には、０．５ｎｍ〜２ｎｍであればよい。しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、第２トンネル層４４の厚さは多様に変更可能である。
本実施例では、半導体基板１０の後面に全体的に第２トンネル層４４を形成することで、半導体基板１０の後面での欠陥を全体的に除去することができる。これによって、太陽電池１００の開放電圧が向上して、太陽電池１００の効率を向上させることができる。
本実施例では、後面電界領域３０が、第２トンネル層４４上に形成される第１部分３０ａを含む。第２トンネル層４４上に形成される後面電界領域３０の第１部分３０ａが、半導体基板１０と同一の導電型（一例として、ｎ型またはｐ型）を含む多結晶、非晶質、または微細結晶半導体で構成され得る。一例として、後面電界領域３０の第１部分３０ａは、第１導電型ドーパントがドープされた多結晶シリコン、非晶質シリコン、または微細結晶シリコンで構成することができる。このとき、後面電界領域３０の第１部分３０ａを多結晶、非晶質、または微細結晶半導体で形成して、後面電界領域３０を様々な方法で容易に製造することができる。
本実施例において、後面電界領域３０は、第２トンネル層４４上に全体的に形成することができる。ここで、全体的に形成するというのは、空き領域なしに全体面の全てに形成されることのみならず、外郭領域、アイソレイション領域などのように不可避に形成されざるを得ない領域を除いた全体領域に形成されることも含む。
後面電界領域３０上には第２パッシベーション膜３１及び／または第２反射防止膜３２を形成することができる。本実施例では、後面電界領域３０上に第２パッシベーション膜３１が形成され、第２パッシベーション膜３１上に第２反射防止膜３２が形成された場合を例示した。本実施例において、第２パッシベーション膜３１は、第２電極３４に対応する部分を除いて、実質的に後面電界領域３０上の全面全体に形成することができる。そして、第２反射防止膜３２は、第２電極３４に対応する部分を除いて、実質的に第２パッシベーション膜３１上の全面全体に形成することができる。
第２パッシベーション膜３１は、後面電界領域３０に存在する欠陥を不動化させて、少数キャリアの再結合サイトを除去することで、太陽電池１００の開放電圧を増加させることができる。そして、第２反射防止膜３２は、半導体基板１０の後面を介して入射する光の反射率を下げることによって、半導体基板１０とエミッタ領域２０によって形成されるトンネルジャンクションまで到達する光量を増加させることができる。これによって、太陽電池１００の短絡電流を増加させることができる。このように、第２パッシベーション膜３１及び第２反射防止膜３２によって太陽電池１００の開放電圧と短絡電流を増加させることによって、太陽電池１００の効率を向上させることができる。
第２パッシベーション膜３１は、後面電界領域３０を効果的にパッシベーションすることができる物質で構成できる。一例として、第２パッシベーション膜３１は、シリコン窒化物、水素含有シリコン窒化物、シリコン酸化物、シリコン酸化窒化物、アルミニウム酸化物、ジルコニウム酸化物、ハフニウム酸化物、ＭｇＦ2、ＺｎＳ、ＴｉＯ2及びＣｅＯ2からなる群から選択されたいずれか一つを含む単一膜または２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。このとき、後面電界領域３０がｐ型である場合には、第２パッシベーション膜３１が負電荷を有するアルミニウム酸化物、ジルコニウム酸化物、ハフニウム酸化物などを含むことができ、後面電界領域３０がｎ型である場合には、第２パッシベーション膜３１が正電荷を有するシリコン酸化物、シリコン窒化物などを含むことができる。
そして、第２反射防止膜３２は、表面での反射を防止できる様々な物質で構成することができる。一例として、第２反射防止膜３２は、シリコン窒化物、水素含有シリコン窒化物、シリコン酸化物、シリコン酸化窒化物、アルミニウム酸化物、ＭｇＦ2、ＺｎＳ、ＴｉＯ2及びＣｅＯ2からなる群から選択されたいずれか一つを含む単一膜または２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。しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、第２反射防止膜３２が様々な物質を含んでもよいことは勿論である。
第２電極３４は、第２パッシベーション膜３１及び第２反射防止膜３２に形成された開口部を通して（すなわち、第２パッシベーション膜３１及び第２反射防止膜３２を貫通して）後面電界領域３０に電気的に接続される。このような第２電極３４は、様々な物質によって様々な形状を有するように形成することができる。
以下では、第１及び第２電極２４，３４の平面形状を、図２を参照してより詳細に説明する。
図２を参照すると、第１及び第２電極２４，３４は、一例として、第１ピッチＰ１を持って互いに平行に配置される複数のフィンガー電極２４ａ，３４ａを含むことができる。このように、第１電極２４，３４は、フィンガー電極２４ａ，３４ａと交差する方向に形成されてフィンガー電極２４ａ，３４ａを連結するバスバー電極２４ｂ，３４ｂを含むことができる。このようなバス電極２４ｂ，３４ｂは、一つのみ備えられてもよく、図２に示すように、第１ピッチＰ１よりも大きい第２ピッチＰ２を持って複数個備えられてもよい。このとき、フィンガー電極２４ａの幅Ｗ１よりもバスバー電極２４ｂの幅Ｗ２を大きくすることができるが、本発明がこれに限定されるものではなく、両者の幅を同一にしてもよく、またはフィンガー電極２４ａの幅Ｗ１よりもバスバー電極２４ｂの幅Ｗ２を小さくしてもよい。また、バスバー電極２４ｂを形成しないなど、様々な変形が可能である。このように、第１電極２４の形状は、一例として提示したものに過ぎず、本発明がこれに限定されるものではない。このとき、図面では、第１及び第２電極２４，３４の第１ピッチＰ１を互いに区別せずに説明し、第１及び第２電極２４，３４の第２ピッチＰ２を互いに区別せずに説明した。第１電極２４の第１ピッチＰ１は、第２電極３４の第１ピッチＰ１と同一の値を有するか、または異なる値を有してもよく、第１電極２４の第２ピッチＰ２は、第２電極３４の第２ピッチＰ２と同一の値を有するか、または異なる値を有してもよい。
断面から見て、第１電極２４のフィンガー電極２４ａ及びバスバー電極２４ｂが、第１パッシベーション膜２１及び第１反射防止膜２２を貫通して形成されてもよい。同様に、第２電極３４のフィンガー電極３４ａ及びバスバー電極３４ｂが、第２パッシベーション膜３１及び第２反射防止膜３２を貫通して形成されてもよい。または、第１電極２４のフィンガー電極２４ａが第１パッシベーション膜２１及び第１反射防止膜２２を貫通し、バスバー電極２４ｂは第１パッシベーション膜２１上に形成されてもよい。同様に、第２電極３４のフィンガー電極３４ａが第２パッシベーション膜３１及び第２反射防止膜３２を貫通し、バスバー電極３４ｂは第２パッシベーション膜３１及び第２反射防止膜３２上に形成されてもよい。
上述した第１及び第２電極２４，３４は、導電性に優れた金属などで構成することができ、メッキ、蒸着、印刷などの様々な方法で形成することができる。本発明が、第１及び第２電極２４，３４の物質、形成方法などに限定されるものではない。
上述したような構造の太陽電池１００では、導電型領域であるエミッタ領域２０の第１部分２０ａが、第１トンネル層４２を挟んで半導体基板１０の前面に形成される。第１トンネル層４２は、半導体基板１０の前面に全体的に形成されて、半導体基板１０の前面表面の欠陥を効果的に除去することができる。このとき、第１トンネル層４２は、光電変換を起こすキャリアは効果的に移動できるようにする。すなわち、従来には、半導体基板の一定領域にドーパントを高い濃度にドープして、エミッタ領域の機能を果たすドーピング領域を半導体基板内に形成した。このとき、ドーパントのドーピングによって半導体基板が損傷し、半導体基板の表面に多くの再結合サイトが発生した。これを防止するためにパッシベーション膜を形成する場合にも、半導体基板において電極と隣接した部分ではパッシベーション膜が形成されないため、再結合サイトを効果的に除去することが難しかった。これによって、半導体基板の表面の再結合サイトのため、太陽電池の効率が低い水準であった。
一方、本実施例では、上述したように、再結合サイトが多く存在し得る半導体基板１０の前面を、第１トンネル層４２を用いて全体的にパッシベーションし、第１トンネル層４２上にエミッタ領域２０の第１部分２０ａを形成する。これによって、半導体基板１０の損傷を防止し、半導体基板１０の前面での再結合サイトを効果的に除去できるようになる。特に、エミッタ領域２０が第１部分２０ａのみからなるので、エミッタ領域２０の構造を単純化し、半導体基板１０の損傷を最小化することができる。これによって、太陽電池１００の効率を向上させることができる。
そして、さらに他の導電型領域である後面電界領域３０が、第２トンネル層４４を挟んで半導体基板１０の後面に形成される。第２トンネル層４４は、半導体基板１０の後面に全体的に形成されて、半導体基板１０の後面表面の欠陥を効果的に除去することができる。このとき、第２トンネル層４４は、光電変換を起こすキャリアは効果的に移動できるようにする。これによって、半導体基板１０の損傷をさらに防止し、半導体基板１０の後面での再結合サイトを効果的に除去できるようになる。特に、後面電界領域３０が第１部分３０ａのみからなるので、後面電界領域３０の構造を単純化し、半導体基板１０の損傷を最小化することができる。これによって、太陽電池１００の効率をさらに向上させることができる。
これによって、半導体基板１０が、別途のドーピング領域を備えずにベース領域１１０のみからなるので、半導体基板１０が優れた特性をそのまま維持することができる。
このとき、エミッタ領域２０と後面電界領域３０とが半導体基板１０において互いに異なる側に位置することで、両面受光型構造を具現することができる。これによって、半導体基板１０の前面のみならず後面にも光が入射して、入射される光の量が増加することで太陽電池１００の効率を向上させることができる。また、エミッタ領域２０と後面電界領域３０とが互いに隣接して形成されていないので、エミッタ領域２０及び後面電界領域３０が隣接して形成される場合に行わなければならないアイソレイション工程などを行わなくてもよい。また、エミッタ領域２０及び後面電界領域３０が全体的に形成されるので、別途のパターニング工程、アライン工程などが追加されない。したがって、製造工程を単純化してコストを低減することができる。
また、半導体基板１０の前面に第１パッシベーション膜２１及び第１反射防止膜２２を形成することで、太陽電池１００の効率をさらに向上させることができる。
そして、第２電極３４をフィンガー電極３４ａ及びバスバー電極３４ｂを含む構造で形成して、半導体基板１０の後面にも光が入射できるようにして、光の利用量をさらに向上させた。このとき、半導体基板１０の後面に第２パッシベーション膜３１及び第２反射防止膜３２を形成することで、太陽電池１００の効率をさらに向上させることができる。
以下、図３乃至図１０を参照して、本発明の変形例及び他の実施例に係る太陽電池をさらに詳細に説明する。上述した実施例と同一または極めて類似の部分については詳細な説明を省略し、互いに異なる部分についてのみ詳細に説明する。
図３は、図１の実施例の一変形例に係る太陽電池の断面図である。
図３を参照すると、本変形例に係る太陽電池は、第１及び第２パッシベーション膜２１，３１を備えておらず、エミッタ領域２０上に第１反射防止膜２２が形成され、後面電界領域３０上に第２反射防止膜３２が形成される。これによって、工程を単純化し、コストを低減することができる。そして、第１及び第２反射防止膜２２，３２がパッシベーションの役割を兼ねることができる。これによって、生産性を向上させると共に、太陽電池の優れた特性を維持することができる。
本発明は、その他にも様々な変形が可能である。例えば、第１及び第２パッシベーション膜２１，２２、第１及び第２反射防止膜３１，３２のうち少なくとも一つを備えない全ての場合が本発明の範囲に属する。
図４は、本発明の他の実施例に係る太陽電池の断面図である。
図４を参照すると、本実施例に係る太陽電池では、後面電界領域３０が、半導体基板１０内に形成されたドーピング領域で構成される第２部分３０ｂからなる。すなわち、半導体基板１０が、トープされていない領域であるベース領域１１０と、半導体基板１０に半導体基板１０と同一の導電型のドーパントをドープして形成された後面電界領域３０の第２部分３０ｂとを含むことができる。これによって、第２部分３０ｂがベース領域１１０と同一の結晶構造を有することができる。後面電界領域３０の第２部分３０ｂは、様々なドーピング方法（一例として、熱拡散法、イオン注入法など）で形成することができる。
図面では、後面電界領域３０の第２部分３０ｂが、均一なドーピング濃度を有する均一な構造（ｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）を有する場合を例示したが、本発明がこれに限定されるものではない。これに対する変形例は、図５及び図６を参照して再び説明する。
後面電界領域３０上には第２パッシベーション膜３１及び／または第２反射防止膜３２を形成することができる。
このように、半導体基板１０をドープして形成された第２部分３０ｂを備えるように後面電界領域３０を形成すれば、後面電界領域３０を形成する時、後面側においては既存の工程をそのまま使用することができる。すなわち、半導体基板１０の前面においては、第１トンネル層４２上にエミッタ領域２０の第１部分２０ａを形成して太陽電池の効率を向上させ、後面電界領域３０の第２部分３０ｂには既存の設備をそのまま使用することができる。すなわち、効率及び生産性を共に考慮して、様々な特性を共に向上させることができる。
図５は、図４の実施例の一変形例を示す図である。
図５を参照すると、本変形例では、後面電界領域３０が選択的構造（ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）を有してもよい。すなわち、後面電界領域３０は、高いドーパント濃度を有することで相対的に低い抵抗を有する第１領域３０１と、第１領域３０１より低いドーパント濃度を有することで相対的に高い抵抗を有する第２領域３０２とを有することができる。第１領域３０１は、第２電極３４の一部または全体（即ち、少なくとも一部）に接触形成されるように形成される。
これによれば、光が入射される第２電極３４の間に対応する部分に、相対的に高い抵抗の第２領域３０２を形成することで、パッシベーション効果を向上させることができる。このように、第１電極３４と隣接する部分に相対的に低い抵抗の第１領域３０１を形成して、第１電極３４との接触抵抗を低減させることができる。すなわち、本実施例の後面電界領域３０の第２部分３０ｂは、選択的構造によって太陽電池の効率を最大化することができる。
図６は、図４の実施例の他の変形例を示す図である。
図６を参照すると、本変形例では、後面電界領域３０の第２部分３０ｂが局部的構造（ｌｏｃａｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）を有してもよい。すなわち、後面電界領域３０の第２部分３０ｂが、第２電極３４の少なくとも一部に対応する部分にのみ局部的に形成される第１領域３０１のみを備えることができる。これによれば、半導体基板１０の損傷を最小化すると共に、表面再結合サイトを最小化することができる。
図７は、図４の実施例の更に他の変形例に係る太陽電池の断面図である。
図７を参照すると、本変形例に係る太陽電池は、第１及び第２パッシベーション膜２１，３１を備えておらず、エミッタ領域２０上に第１反射防止膜２２が形成され、後面電界領域３０上に第２反射防止膜３２が形成される。これによって、工程を単純化し、コストを低減することができる。そして、第１及び第２反射防止膜２２，３２がパッシベーションの役割を兼ねることができる。これによって、生産性を向上させると共に、太陽電池の優れた特性を維持することができる。
本発明は、その他にも様々な変形が可能である。例えば、第１及び第２パッシベーション膜２１，２２、第１及び第２反射防止膜３１，３２のうち少なくとも一つを備えない全ての場合が本発明の範囲に属する。
図７では、後面電界領域３０の第２部分３０ｂが、図４に示した均一な構造を有する場合を一例として図示しているが、後面電界領域３０の第２部分３０ｂが、図５又は図６に示した選択的構造または局部的構造を有してもよい。
図８は、本発明の更に他の実施例に係る太陽電池の断面図である。
図８を参照すると、本実施例に係る太陽電池では、エミッタ領域２０が、半導体基板１０内に形成されたドーピング領域で構成される第２部分２０ｂからなる。すなわち、半導体基板１０が、ドープされていない領域であるベース領域１１０と、半導体基板１０に半導体基板１０と異なるドーパントをドープして形成されたエミッタ領域２０の第２部分２０ｂとを含むことができる。これによって、第２部分２０ｂが、ベース領域１１０と同一の結晶構造を有することができる。エミッタ領域２０は、様々なドーピング方法（一例として、熱拡散法、イオン注入法など）で形成することができる。
図面では、エミッタ領域２０の第２部分２０ｂが、均一なドーピング濃度を有する均一な構造を有する場合を例示したが、本発明がこれに限定されるものではない。これに対する変形例は、図９を参照して再び説明する。
そして、エミッタ領域２０上には第１パッシベーション膜２１及び／または第１反射防止膜２２を形成することができる。
このように、半導体基板１０をドープして形成された第２部分２０ｂからなるエミッタ領域２０を形成すれば、エミッタ領域２０を形成する時、後面側においては既存の工程をそのまま使用することができる。これによって、既存の設備をそのまま利用することができる。すなわち、効率及び生産性を共に考慮して、様々な特性を共に向上させることができる。
図９は、図８の実施例の一変形例に係る太陽電池の断面図である。
図９を参照すると、本変形例では、エミッタ領域２０の第２部分２０ｂが選択的構造（ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）を有してもよい。
すなわち、エミッタ領域２０は、高いドーパント濃度を有することで相対的に低い抵抗を有する第１領域２０１と、第１領域２０１より低いドーパント濃度を有することで相対的に高い抵抗を有する第２領域２０２とを有することができる。第１領域２０１は、第１電極２４の一部または全体（即ち、少なくとも一部）に接触形成されるように形成される。
このように、本実施例では、光が入射される第１電極２４の間に対応する部分に、相対的に高い抵抗の第２領域２０２を形成することで、浅いエミッタ（ｓｈａｌｌｏｗ ｅｍｉｔｔｅｒ）を具現する。これによって、太陽電池の電流密度を向上させることができる。このように、第１電極２４と隣接する部分に相対的に低い抵抗の第１領域２０１を形成して、第１電極２４との接触抵抗を低減させることができる。すなわち、本実施例のエミッタ領域２０の第２部分２０ｂは、選択的エミッタ構造によって太陽電池の効率を最大化することができる。
図１０は、図８の実施例の他の変形例に係る太陽電池の断面図である。
図１０を参照すると、本変形例に係る太陽電池は、第１及び第２パッシベーション膜２１，３１を備えておらず、エミッタ領域２０上に第１反射防止膜２２が形成され、後面電界領域３０上に第２反射防止膜３２が形成される。これによって、工程を単純化し、コストを低減することができる。そして、第１及び第２反射防止膜２２，３２がパッシベーションの役割を兼ねることができる。これによって、生産性を向上させると共に、太陽電池の優れた特性を維持することができる。
本発明は、その他にも様々な変形が可能である。例えば、第１及び第２パッシベーション膜２１，２２、第１及び第２反射防止膜３１，３２のうち少なくとも一つを備えない全ての場合が本発明の範囲に属する。
図１０では、エミッタ領域２０の第２部分２０ｂが、図８に示した均一な構造を有する場合を一例として図示しているが、エミッタ領域２０の第２部分２０ｂが、図９に示した選択的構造を有してもよい。
図１１は、本発明の更に他の実施例に係る太陽電池の断面図である。
図１１を参照すると、本実施例では、導電型領域２０，３０のうち少なくとも一つが、トンネル層４２，４４を挟んで位置する複数の部分２０ａ，２０ｂ、３０ａ，３０ｂを含むことができる。
本実施例において、エミッタ領域２０は、第１トンネル層４２を挟んで位置する複数の部分を含む。具体的に、本実施例では、エミッタ領域２０が、第１トンネル層４２を挟んで位置する第１部分２０ａ及び第２部分２０ｂを含む。図面及び説明では、エミッタ領域２０の複数の部分が、計２層（すなわち、第１部分２０ａと第２部分２０ｂ）からな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く、３層以上の複数の部分を含んでもよい。エミッタ領域２０をさらに詳細に説明する。
ここで、エミッタ領域２０の第１部分２０ａは、第１トンネル層４２上において第１トンネル層４２と第１電極２４との間に位置することができる。第１部分２０ａについては、図１に示した実施例を通じて説明したので、これと重複する内容は詳細な説明を省略する。
エミッタ領域２０の第２部分２０ｂは、半導体基板１０の前面側に隣接した半導体基板１０の内部に形成されるか、または半導体基板１０の前面上で半導体基板１０に隣接して形成されてもよい。すなわち、エミッタ領域２０は、第１トンネル層４２に隣接した半導体基板１０の部分に形成されるか、または半導体基板１０と第１トンネル層４２との間又はベース領域１１０と第１トンネル層４２との間に位置することができる。
一例として、本実施例において、第２部分２０ｂが、半導体基板１０において第２導電型ドーパントがドープされて形成されたドーピング領域で構成され得る。これによって、第２部分２０ｂは、第２導電型ドーパントがドープされた単結晶半導体（一例として、単結晶シリコン）で構成され得る。このとき、第２導電型ドーパントは、ベース領域１１０と反対の第２導電型を有する不純物であれば足りる。すなわち、第２導電型ドーパントがｐ型の場合には、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る。第２導電型ドーパントがｎ型の場合には、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、ビズマス（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。
第１部分２０ａ及び第２部分２０ｂは、半導体基板１０の前面側に全体的に形成することができる。ここで、全体的に形成するというのは、１００％全て形成されたことのみならず、不可避に一部分に第１部分２０ａまたは第２部分２０ｂが形成されていない部分が位置することも含むことができる。このように、第１部分２０ａ及び第２部分２０ｂを全体的に形成することによって、ｐｎ接合の面積を最大化することができ、別途のパターニング工程などを省略できる。
第２部分２０ｂは、第１部分２０ａ内の第２導電型ドーパントを半導体基板１０の内部に拡散させて形成されるドーピング領域で構成することができる。この場合、第２部分２０ｂ内の第２導電型ドーパントと第１部分２０ａ内の第２導電型ドーパントとが互いに同一の物質を含む。例えば、第１部分２０ａが第２導電型ドーパントとしてボロン（Ｂ）を含む場合に、第２部分２０ｂも第２導電型ドーパントとしてボロンを含むことができる。これについての詳細は後述する。しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、第１部分２０ａと第２部分２０ｂを互いに別個に形成するなど、様々な工程が可能である。
第２部分２０ｂは、半導体基板１０の内部においてベース領域１１０とｐｎ接合を形成する部分である。第１部分２０ａは、第１トンネル層４２上において第１電極２４と接続される部分である。
ここで、エミッタ領域２０の第２部分２０ｂ及び第１部分２０ａは、第２導電型ドーパントのドーピング濃度が互いに異なる。具体的には、第２部分２０ｂのドーピング濃度よりも第１部分２０ａのドーピング濃度が高いので、第２部分２０ｂが低濃度ドーピング部を形成し、第１部分２０ａが高濃度ドーピング部を形成する。このとき、第１部分２０ａ内でのドーピング濃度を均一にすることができる。または、第１トンネル層４２に隣接した領域よりも第１電極２４に隣接した領域のドーピング濃度をさらに高くしてもよい。このとき、第１部分２０ａを形成する際に、工程条件を調節することによって、第１トンネル層４２から遠ざかるにつれてドーピング濃度を次第にまたは段階的に増加させることができる。このように、第１電極２４に隣接した部分でのドーピング濃度を高くすると、エミッタ領域２０と第１電極２４との接触抵抗を最小化することができる。
半導体基板１０の内部に位置する第２部分２０ｂを低濃度に形成して、第２部分２０ｂで生じ得る再結合（特に、オージェ再結合（Ａｕｇｅｒ ｒｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ））を最小化することができる。また、第１電極２４と接触して第１電極２４に接続される第１部分２０ａを高濃度にして、第１電極２４との接触抵抗を最小化することができる。
一例として、第２部分２０ｂのドーピング濃度に対する第１部分２０ａのドーピング濃度の比率が５倍〜１０倍であればよい。前記濃度の比率が５倍未満であると、第２部分２０ｂのドーピング濃度が高いため、再結合を低減する効果が十分でないことがある。前記濃度の比率が１０倍を超えると、第２部分２０ｂが十分に形成されないため、ｐｎジャンクションの特性が低下することがある。ここで、第２部分２０ｂのドーピング濃度が５Ｘ１０18／ｃｍ３〜５Ｘ１０19／ｃｍ３であり、第１部分２０ａのドーピング濃度が、第２部分２０ｂのドーピング濃度より大きい値を有し、５Ｘ１０19／ｃｍ３〜５Ｘ１０20／ｃｍ３であればよい。上述したドーピング濃度において、第１部分２０ａがｐｎジャンクションを形成しながらも再結合を最小化することができ、第２部分２０ｂが第１電極２４と優れた電気的特性を有することができる。しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、第１及び第２部分２０ａ，２０ｂのドーピング濃度などは変更可能である。
そして、エミッタ領域２０の第２部分２０ｂ及び第１部分２０ａは互いに異なる厚さを有することができる。より詳細には、第２部分２０ｂよりも第１部分２０ａを厚くし、第１及び第２部分２０ａ，２０ｂを第１トンネル層４２よりも厚くすることができる。第２部分２０ｂの厚さを相対的に薄くすることで、半導体基板１０で生じ得る再結合を最小化することができる。そして、第１部分２０ａを相対的に厚く形成することで、第１電極２４との優れた接触特性を維持することができる。そして、第１トンネル層４２の厚さを最も小さくして、第２部分２０ｂと第１部分２０ａとの間での多数キャリアの流れを妨げないようにすることができる。しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、第２部分２０ｂを第１部分２０ａよりも厚く形成してもよいことは勿論である。
一例として、第２部分２０ｂの厚さに対する第１部分２０ａの厚さの比率が０．５〜１００倍であってもよく、より正確には、前記厚さの比率が１〜１００倍であってもよい。第２部分２０ｂによって生じ得る再結合及び半導体基板１０の損傷などを最小化し、第１部分２０ａの電気的特性などを考慮すると、前記厚さの比率が１０倍〜５０倍であればよい。ここで、第２部分２０ｂの厚さが５ｎｍ〜１００ｎｍであり、第１部分２０ａの厚さが５０ｎｍ〜５００ｎｍであってもよい。しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、第１及び第２部分２０ａ，２０ｂの厚さなどは変更可能である。
上述したように、低濃度ドーピング部である第２部分２０ｂは、ベース領域１１０とｐｎ接合を形成する。これによって、本実施例とは異なり、エミッタ層を第１トンネル層４２上にのみ形成することで、第１トンネル層４２とエミッタ層との間にｐｎ接合を形成する場合の問題を防止することができる。すなわち、エミッタ層を第１トンネル層４２上にのみ形成すると、ｐｎ接合を構成する第１トンネル層４２とエミッタ層との間に物理的な境界面（ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）が形成されて、エミッタ層の特性が境界面の特性に敏感に反応するようになる。そのため、エミッタ層の品質安定性を確保するのに困難がある。反面、本実施例では、エミッタ領域２０の第２部分２０ｂを半導体基板１０の内部に位置させるか、または半導体基板１０と接触してｐｎ接合を形成するので、ｐｎ接合の安定性を確保することができる。これによって、太陽電池１００の開放電圧が向上して、太陽電池１００の効率を向上させることができる。
第２部分２０ｂと第１部分２０ａとの間に位置した第１トンネル層４２は、少数キャリアが第２部分２０ｂから第１部分２０ａに注入されることを遮断して、高濃度である第１部分２０ａの間での再結合を抑制することができる。そして、高濃度ドーピング部である第１部分２０ａに第１電極２４を接続して、エミッタ領域２０と第１電極２４との接触抵抗を最小化することができる。これによって、太陽電池１００の充密度が向上して、太陽電池１００の効率を向上させることができる。
本実施例において、後面電界領域３０は、第２トンネル層４４を挟んで位置する複数の部分を含む。具体的に、本実施例では、後面電界領域３０が、第２トンネル層４４を挟んで位置する第２部分３０ｂ及び第１部分３０ａを含む。図面及び説明では、後面電界領域３０の複数の部分が、計２層（すなわち、第１部分３０ａと第２部分３０ｂ）からなる場合を例示したが、本発明がこれに限定されるものではなく、３層以上の複数の部分を含んでもよい。後面電界領域３０をさらに詳細に説明する。
後面電界領域３０の第２部分３０ｂは、半導体基板１０の後面側に隣接した半導体基板１０の内部に形成されるか、または半導体基板１０の後面上において半導体基板１０に隣接して形成さされてもよい。すなわち、後面電界領域２０は、第２トンネル層４４に隣接した半導体基板１０の部分に形成されるか、または半導体基板１０と第２トンネル層４４との間又はベース領域１１０と第２トンネル層４４との間に位置することができる。
ここで、後面電界領域３０の第１部分３０ａは、第２トンネル層４４上において第２トンネル層４４と第２電極３４との間に位置することができる。第１部分３０ａについては、図１に示した実施例を通じて説明したので、これと重複する内容は詳細な説明を省略する。
一例として、本実施例において、第２部分３０ｂは、半導体基板１０において第１導電型ドーパントがベース領域１００より高い濃度にドープされて形成されたドーピング領域で構成され得る。これによって、第２部分３０ｂは、第１導電型ドーパントがドープされた単結晶半導体（一例として、単結晶シリコン）で構成することができる。このとき、第１導電型ドーパントは、ベース領域１１０と同一の第１導電型を有する不純物であれば足りる。すなわち、第１導電型ドーパントがｎ型である場合には、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、ビズマス（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。第１導電型ドーパントがｐ型である場合には、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る。
第２部分３０ｂ及び第１部分３０ａは、半導体基板１０の後面側において全体的に形成することができる。ここで、全体的に形成するというのは、１００％全て形成されたことのみならず、不可避に一部分に第２部分３０ｂまたは第１部分３０ａが形成されていない部分が位置することも含むことができる。このように、第２部分３０ｂ及び第１部分３０ａを全体的に形成することによって、後面電界構造の面積を最大化することができ、別途のパターニング工程などを省略できる。
第２部分３０ｂは、第１部分３０ａ内の第１導電型ドーパントを半導体基板１０の内部に拡散させて形成されるドーピング領域で構成することができる。この場合、第２部分３０ｂ内の第１導電型ドーパントと第１部分３０ａ内の第１導電型ドーパントとが互いに同一の物質を含む。例えば、第１部分３０ａが第１導電型ドーパントとしてリン（Ｐ）を含む場合に、第２部分３０ｂも第１導電型ドーパントとしてリン（Ｐ）を含むことができる。これについての詳細は後述する。しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、第２部分３０ｂと第１部分３０ａを互いに別個に形成するなど、様々な工程が可能である。
第２部分３０ｂは、半導体基板１０の内部においてベース領域１１０と後面電界構造を形成する部分である。第１部分３０ａは、第２トンネル層４４上において第２電極３４と接続される部分である。
ここで、後面電界領域３０の第２部分３０ｂ及び第１部分３０ａは、第１導電型ドーパントのドーピング濃度が互いに異なる。具体的には、第２部分３０ｂのドーピング濃度よりも第１部分３０ａのドーピング濃度が高いので、第２部分３０ｂが低濃度ドーピング部を形成し、第１部分３０ａが高濃度ドーピング部を形成する。このとき、第１部分３０ａ内でのドーピング濃度を均一にすることができる。または、第２トンネル層４４に隣接した領域よりも第２電極３４に隣接した領域のドーピング濃度をさらに高くしてもよい。このとき、第１部分３０ａを形成する際に、工程条件を調節することによって、第２トンネル層４４から遠ざかるにつれてドーピング濃度を次第にまたは段階的に増加させることができる。このように、第２電極３４に隣接した部分でのドーピング濃度を高くすると、後面電界領域３０と第２電極３４との接触抵抗を最小化することができる。
半導体基板１０の内部に位置する第２部分３０ｂを低濃度に形成して、第２部分３０ｂで生じ得る再結合を最小化することができる。また、第２電極３４と接触して第２電極３４に接続される第１部分３０ａを高濃度にして、第２電極３４との接触抵抗を最小化することができる。
一例として、第２部分３０ｂのドーピング濃度に対する第１部分３０ａのドーピング濃度の比率が５倍〜１０倍であればよい。前記濃度の比率が５倍未満であると、第２部分３０ｂのドーピング濃度が高いため、再結合を低減する効果が十分でないことがある。前記濃度の比率が１０倍を超えると、第２部分３０ｂが十分に形成されないため、後面電界構造の効果が十分でないことがある。ここで、第２部分３０ｂのドーピング濃度が５Ｘ１０18／ｃｍ３〜５Ｘ１０19／ｃｍ３であり、第１部分３０ａのドーピング濃度が、第２部分３０ｂのドーピング濃度よりも大きい値を有し、５Ｘ１０19／ｃｍ３〜５Ｘ１０20／ｃｍ３であればよい。上述したドーピング濃度において、第２部分３０ｂが優れた特性の後面電界構造を形成することができ、第１部分３０ａが第２電極３４と優れた電気的特性を有することができる。しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、第１及び第２部分３０ａ，３０ｂのドーピング濃度などは変更可能である。
そして、後面電界領域３０の第２部分３０ｂ及び第１部分３０ａは互いに異なる厚さを有することができる。より詳細には、第２部分３０ｂよりも第１部分３０ａを厚くし、第１及び第２部分３０ａ，３０ｂを第２トンネル層４４よりも厚くすることができる。第２部分３０ｂの厚さを相対的に薄くすることで、半導体基板１０で生じ得る再結合を最小化することができる。そして、第１部分３０ａを相対的に厚く形成することで、第２電極３４との優れた接触特性を維持することができる。そして、第２トンネル層４４の厚さを最も小さくして、第１部分２０ａと第２部分２０ｂとの間での多数キャリアの流れを妨げないようにすることができる。しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、第２部分３０ｂを第１部分３０ａよりも厚く形成してもよいことは勿論である。
一例として、第２部分３０ｂの厚さに対する第１部分３０ａの厚さの比率が０．５〜１００倍であってもよく、より正確には、前記厚さの比率が１〜１００倍であってもよい。第２部分３０ｂによって生じ得る再結合及び半導体基板１０の損傷などを最小化し、第１部分３０ａの電気的特性などを考慮すると、前記厚さの比率が１０倍〜５０倍であればよい。ここで、第２部分３０ｂの厚さが５ｎｍ〜１００ｎｍであり、第１部分３０ａの厚さが５０ｎｍ〜５００ｎｍであってもよい。しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、第１及び第２部分３０ａ，３０ｂの厚さなどは変更可能である。
上述したように、低濃度ドーピング部である第２部分３０ｂは、ベース領域１１０と後面電界構造を形成する。これによって、後面電界構造を半導体基板１０の内部または半導体基板１０と接触して形成するので、後面電界構造の安定性を確保することができる。これによって、太陽電池１００の開放電圧が向上して、太陽電池１００の効率を向上させることができる。
第２部分３０ｂと第１部分３０ａとの間に位置した第２トンネル層４４は、少数キャリアが第２部分３０ｂから第１部分３０ａに注入されることを遮断して、高濃度である第１部分３０ａの間での再結合を抑制することができる。そして、高濃度ドーピング部である第１部分３０ａに第２電極３４を接続して、後面電界領域３０と第２電極３４との接触抵抗を最小化することができる。これによって、太陽電池１００の充密度が向上して、太陽電池１００の効率を向上させることができる。
本実施例では、導電型領域２０，３０が、トンネル層４２，４４を挟んで位置する第１部分２０ａ，３０ａ及び第２部分２０ｂ，３０ｂを含むことで、半導体基板１０内での再結合を最小化すると共に、第１及び第２電極２４，３４との電気的接続特性を向上させることができる。これによって、太陽電池１００の効率を向上させることができる。
図１１の図面では、エミッタ領域２０が第１及び第２部分２０ａ，２０ｂを含み、後面電界領域３０が第１及び第２部分３０ａ，３０ｂを含む場合を例示した。しかし、本発明がこれに限定されるものではない。変形例として、図１２及び図１３に示すように、エミッタ領域２０が第１及び第２部分２０ａ，２０ｂを含み、後面電界領域３０は一つの部分により形成されていてもよい。このとき、図１２に示すように、後面電界領域３０が、半導体基板１０内に位置したドーピング領域で構成される第２部分３０ｂからなることができる。または、図１３に示すように、後面電界領域３０が、半導体基板１０の後面に形成された第２トンネル層４４上に形成された別途の第１部分３０ａからなることができる。更に他の変形例として、図１４及び図１５に示すように、後面電界領域３０が第１及び第２部分３０ａ，３０ｂを含み、エミッタ領域２０は一つの部分により形成されていてもよい。このとき、図１４に示すように、エミッタ領域２０が、半導体基板１０内に位置したドーピング領域で構成される第２部分２０ｂからなることができる。または、図１５に示すように、エミッタ領域２０が、半導体基板１０の前面に形成された第１トンネル層４２上に形成された別途の第１部分２０ａからなることができる。そして、エミッタ領域２０または後面電界領域３０の第２部分２０ｂ，３０ｂは、ドーピング濃度が互いに異なる部分を含む選択的構造（ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）、または電極４２，４４と隣接した部分において局部的に形成される局部的構造（ｌｏｃａｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）などの様々な構造を有することができる。選択的構造または局部的構造などについては、図５、図６及び図９を参照して既に説明したので、詳細な説明を省略する。
以下、図１６Ａ乃至図１６Ｅを参照して、図１１に示した実施例に係る太陽電池１００の製造方法を詳細に説明する。以下では、上述した内容については詳細な説明を省略し、互いに異なる部分のみを詳細に説明する。また、後述する製造方法は、図１に示した実施例の該当部分にも適用可能である。
図１６Ａ乃至図１６Ｅは、本発明の一実施例に係る太陽電池の製造方法を示す断面図である。
まず、図１６Ａに示すように、第１導電型ドーパントを有するベース領域１１０で構成される半導体基板１０を準備する。本実施例において、半導体基板１０は、ｎ型の不純物を有するシリコンからなることができる。ｎ型の不純物としては、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、ビズマス（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。しかし、本発明がこれに限定されるものではない。
このとき、半導体基板１０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することができる。半導体基板１０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ことができる。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１０を浸漬することにより行うことができ、工程時間が短いという長所がある。乾式テクスチャリングは、ダイヤモンドドリルまたはレーザーなどを用いて半導体基板１０の表面を削る方法であって、凹凸を均一に形成できる一方、工程時間が長く、半導体基板１０に損傷が生じ得る。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１０をテクスチャリングしてもよい。このように、本発明では、様々な方法で半導体基板１０をテクスチャリングすることができる。
次に、図１６Ｂに示すように、半導体基板１０の前面に第１トンネル層４２及びエミッタ領域２０の第１部分２０ａを形成し、半導体基板１０の後面に第２トンネル層４４及び後面電界領域３０の第１部分３０ａを形成する。
ここで、第１及び第２トンネル層４２，４４は、一例として、熱的成長法、蒸着法（例えば、化学気相蒸着法（ＰＥＣＶＤ）、原子層蒸着法（ＡＬＤ））などにより形成することができる。しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、様々な方法で第１及び第２トンネル層４２，４４を形成することができる。
また、導電型領域２０，３０の第１部分２０ａ，３０ａは、非晶質、微細結晶、または多結晶半導体で構成することができる。このとき、第１部分２０ａ，３０ａは、一例として、熱的成長法、蒸着法（例えば、化学気相蒸着法（ＰＥＣＶＤ））などにより形成することができる。
また、第１又は第２導電型ドーパントは、第１部分２０ａ，３０ａを形成する半導体層を形成するときに含まれてもよく、または第１部分２０ａ，３０ａを構成する半導体層を形成した後にドープされてもよい。しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、様々な方法で第１部分２０ａ，３０ａを形成することができる。
第１トンネル層４２、第２トンネル層４４、第１部分２０ａ，３０ａの形成順序などを多様に変形することができる。
次に、図１６Ｃに示すように、熱処理によって、第１部分２０ａ内の第２導電型ドーパントを半導体基板１０に拡散させて、エミッタ領域２０の第２部分２０ｂを形成し、第１部分３０ａ内の第１導電型ドーパントを半導体基板１０に拡散させて、後面電界領域３０の第２部分３０ｂを形成する。このように、本実施例では、第１部分２０ａ，３０ａをドーピングソース（ｄｏｐｉｎｇ ｓｏｕｒｃｅ）として機能するようにして、第２部分２０ｂ，３０ｂをイオン注入法のような別途のドーピング方法を使用せずに、熱処理による拡散により形成することができる。これによって、製造工程を単純化することができる。
次に、図１６Ｄに示すように、エミッタ領域２０の第１部分２０ａ上に第１パッシベーション膜２１及び第１反射防止膜２２を形成し、後面電界領域３０の第１部分３０ａ上に第２パッシベーション膜３１及び第２反射防止膜３２を形成する。パッシベーション膜２１，３１及び反射防止膜２２，３２は、真空蒸着法、化学気相蒸着法、スピンコーティング、スクリーン印刷またはスプレーコーティングなどのような様々な方法により形成することができる。また、パッシベーション膜２１，３１及び反射防止膜２２，３２の形成順序などは多様に変形することができる。
次いで、図１６Ｅに示すように、導電型領域２０，３０にそれぞれ電気的に接続される第１及び第２電極２４，３４を形成する。この場合には、一例として、パッシベーション膜２１，３１及び反射防止膜２２，３２に開口部を形成し、開口部内にメッキ法、蒸着法などの様々な方法で第１及び第２電極２４，３４を形成することができる。
他の実施例において、第１及び第２電極形成用ペーストをパッシベーション膜２１，３１及び反射防止膜２２，３２上にそれぞれスクリーン印刷などで塗布した後、ファイアスルー（ｆｉｒｅ ｔｈｒｏｕｇｈ）またはレーザー焼成コンタクト（ｌａｓｅｒ ｆｉｒｉｎｇ ｃｏｎｔａｃｔ）などを行って、上述した形状の第１及び第２電極２４，３４を形成することも可能である。この場合には、第１及び第２電極２４，３４を形成するときに開口部が形成されるので、別途に開口部を形成する工程を追加しなくてもよい。
本実施例によれば、第１部分２０ａ，３０ａ内の第１又は第２導電型ドーパントの拡散によって、イオン注入法のような別途のドーピング方法を使用せずに第２部分２０ｂ，３０ｂを形成することができる。これによって、単純な製造工程により、優れた効率を有する太陽電池１００を生産することができる。
上述した実施例では、第１及び第２トンネル層４２，４４、導電型領域２０，３０を形成した後にパッシベーション膜２１，３１及び反射防止膜２２，３２を形成し、その後に第１及び第２電極２４，３４を形成する場合を例示した。しかし、本発明がこれに限定されるものではない。したがって、第１及び第２トンネル層４２，４４、導電型領域２０，３０、パッシベーション膜２１，３１及び反射防止膜２２，３２、そして、第１及び第２電極２４，３４の形成順序は多様に変形することができる。
また、上述した実施例では、エミッタ領域２０の第１部分２０ａ内の第２導電型ドーパントを拡散させて第２部分２０ｂを形成し、後面電界領域３０の第１部分３０ａ内の第２導電型ドーパントを拡散させて第２部分３０ｂを形成した場合を例示した。しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、第２部分２０ｂ，３０ｂを別途の工程（イオン注入法、熱拡散法、レーザードーピング法など）により形成することも可能である。
図１７は、本発明の更に他の実施例に係る太陽電池の断面図である。
図１７を参照すると、本実施例では、エミッタ領域２０が、第１トンネル層４２を挟んで位置する第１部分２０ａ及び第２部分２０ｂを含み、後面電界領域３０が、第２トンネル層４４を挟んで位置する第１部分３０ａ及び第２部分３０ｂを含む。
本実施例では、導電型領域２０，３０の第２部分２０ｂ，３０ｂが、半導体基板１０上に形成された非晶質、微細結晶、または多結晶半導体層（一例として、シリコン層）などに導電型ドーパントがドープされて形成され得る。すなわち、導電型領域２０，３０の第２部分２０ｂ，３０ｂが、半導体基板１０とトンネル層４２，４４との間に位置することができる。このとき、導電型ドーパントは、第２部分２０ｂ，３０ｂを構成する半導体層を形成するときに共に含まれてもよく、または第２部分２０ｂ，３０ｂを構成する半導体層を形成した後にドープされてもよい。
このように、第１及び第２部分２０ａ，３０ａを半導体基板１０上に形成すると、半導体基板１０がベース領域１１０のみで構成され得る。すると、半導体基板１０にドーピング領域を形成する時に生じ得る半導体基板１０の損傷または再結合の増加などの問題を根本的に防止することができる。しかし、本発明がこれに限定されるものではない。エミッタ領域２０及び後面電界領域３０のいずれか一方の第２部分２０ｂ，３０ｂのみが半導体基板１０上に形成されてもよい。または、エミッタ領域２０及び後面電界領域３０のいずれか一方のみが第１部分２０ａ，３０ａ及び第２部分２０ｂ，３０ｂを含むことも可能である。
上述したような特徴、構造、効果などは、本発明の少なくとも一つの実施例に含まれ、必ずしも一つの実施例にのみ限定されるものではない。さらに、各実施例で例示した特徴、構造、効果などは、実施例の属する分野における通常の知識を有する者によって、他の実施例に対しても組み合わせ又は変形して実施可能である。したがって、このような組み合わせ及び変形に係わる内容は、本発明の範囲に含まれるものと解釈しなければならない。

Claims (16)

  1. 単結晶半導体を含む半導体基板と、
    前記半導体基板の一面側に全体的に形成され、シリコン酸化物、シリコン窒化物及びシリコン酸化窒化物のうち少なくとも一つを含む第１トンネル層と、
    前記半導体基板の一面側に位置し、前記第１トンネル層に近接する第１導電型領域と、
    前記半導体基板の他の一面側に全体的に形成された第２トンネル層と、
    前記半導体基板の他の一面側に位置し、前記第２トンネル層に近接し、前記第１導電型領域と異なる導電型の第２導電型領域と、
    前記第１導電型領域に接続される第１電極及び前記第２導電型領域に接続される第２電極を含む電極と、を含み、
    前記第１電極と前記第２電極のそれぞれは、金属から形成された複数のフィンガー電極を有し、
    前記第１導電型領域は、
    前記第１トンネル層と前記第１電極との間に位置し、第１導電型ドーパントがドープされた第１部分と、
    前記第１トンネル層に近い前記半導体基板の部分に位置する第２部分、または前記第１トンネル層と前記半導体基板との間に位置し、第１導電型ドーパントがドープされた第２部分を含み、
    前記第１導電型領域の前記第１部分は、第１導電型ドーパントがドープされた多結晶半導体を含み、
    前記第１部分及び前記第２部分の前記導電型ドーパントの物質が互いに同一である、太陽電池。
  2. 前記第１トンネル層の厚さが０．５ｎｍ〜５ｎｍである、請求項１に記載の太陽電池。
  3. 前記第１導電型領域の前記第１部分が前記第１トンネル層上に全体的に形成される、請求項１に記載の太陽電池。
  4. 前記第１トンネル層が、前記半導体基板上において全体的に位置する、請求項１に記載の太陽電池。
  5. 前記第１部分及び前記第２部分は、導電型ドーパントのドーピング濃度が互いに異なる、請求項１に記載の太陽電池。
  6. 前記第２部分のドーピング濃度よりも前記第１部分のドーピング濃度が高い、請求項５に記載の太陽電池。
  7. 前記第１トンネル層に隣接した前記第１部分の領域でのドーピング濃度よりも前記第１電極に隣接した前記第１部分でのドーピング濃度がさらに高い、請求項１に記載の太陽電池。
  8. 前記第２部分のドーピング濃度に対する前記第１部分のドーピング濃度の比率が５倍〜１０倍である、請求項６に記載の太陽電池。
  9. 前記第１部分及び前記第２部分の厚さが互いに異なる、請求項１に記載の太陽電池。
  10. 前記第２部分の厚さに対する前記第１部分の厚さの比率が１０倍〜５０倍である、請求項９に記載の太陽電池。
  11. 前記第１部分及び前記第２部分よりも前記第１トンネル層が薄い、請求項１に記載の太陽電池。
  12. 前記第２部分が、前記半導体基板に第１導電型ドーパントがドープされて形成されるドーピング領域で構成される、請求項１に記載の太陽電池。
  13. 前記第１導電型領域の前記第２部分が全体的に形成される、請求項１に記載の太陽電池。
  14. 前記第２導電型領域は、前記第２トンネル層と前記第２電極との間に位置し、第２導電型ドーパントがドープされた多結晶、非晶質または微細結晶半導体を含むさらに他の第１部分を含む、請求項１に記載の太陽電池。
  15. 前記第２導電型領域は、前記第２トンネル層に近い前記半導体基板の部分に位置するさらに他の第２部分、または前記第２トンネル層と前記半導体基板との間に位置するさらに他の第２部分をさらに含む、請求項１４に記載の太陽電池。
  16. 前記半導体基板がベース領域からなる、請求項１に記載の太陽電池。
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