JP6437582B2 - 太陽電池及び太陽電池モジュール - Google Patents

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Description

本発明は、太陽電池及び太陽電池モジュールに関する。
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を取り替え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れば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―正孔対は電荷である電子と正孔にそれぞれ分離され、電子はｎ型の半導体部の方向に移動し正孔はｐ型の半導体部の方向に移動する。移動した電子と正孔はそれぞれｎ型の半導体部とｐ型の半導体部に接続された互いに異なる電極によって収集され、この電極を電線で接続することにより電力を得る。
本発明の目的は、太陽電池及びその製造方法を提供することにある。
本発明に係る太陽電池の一例は、半導体基板と、半導体基板の前面に位置し、第１導電型の不純物がドーピングされる第１半導体部と、第１半導体部に接続される第１電極と、半導体基板の後面に接続される第２電極とを含み、第２電極は、金属箔(foil)で形成され、金属箔で形成された第２電極と半導体基板の後面との間にエアギャップ（air gap）が形成される。
ここで、金属箔で形成された第２電極は、金属箔が半導体基板の後面に接続されるコンタクト部（contact portion）と金属箔が半導体基板の後面から離隔して、半導体基板との間にエアギャップ（air gap）が形成される非コンタクト部（non-contact portion）を含むことができる。
このとき、金属箔で形成された第２電極のコンタクト部は半導体基板の後面に点接続（接触）（point contact）、または線接続することができる。
さらに、金属箔で形成された第２電極は、Ａｇ、Ａｌ、Ａｕ、Ｗ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｆｅの内、少なくとも一つの材質で形成され、又は、これらの合金（alloy）材料で形成することができる。
ここで、非コンタクト部の厚さは、２０μｍ〜３０μｍであり、コンタクト部は 非コンタクト部より半導体基板の方向に陥没することができる。
また、半導体基板と金属箔で形成された、第２電極との間には、第１導電型と反対の第２導電型の不純物がドーピングされる第２半導体部がさらに含み、コンタクト部は第２半導体部と接続され、非コンタクト部は第２半導体部から離隔してエアギャップ（air gap）が形成されることができる。
ここで、第２半導体部でコンタクト部が接続された部分の不純物のドーピング濃度は、第２半導体部でコンタクト部が接続されない部分の不純物ドーピング濃度より高いことがある。
また、第２半導体部と金属箔で形成された第２電極との間には、半導体基板と、全体的に接続される金属電極層とをさらに含み、コンタクト部は金属電極層と接続され、非コンタクト部は金属電極層から離間されてエアギャップ（air gap）が形成されることができる。
または、第２半導体部と金属箔で形成された第２電極との間には、誘電体材質の後面パッシベーション層がさらに含まれ、コンタクト部は後面パッシベーション層を貫通して第２半導体部と接続され、非コンタクト部は後面パッシベーション層から離隔されてエアギャップ（air gap）が形成されることができる。この時、コンタクト部と第２半導体部との間には、後面パッシベーション層を貫通する導電性コンタクト電極がさらに位置することができる。
また、半導体基板は、結晶質シリコン材質で形成され、第２半導体部は非晶質シリコン材質で形成され、非晶質シリコン材質で形成された第２半導体部の後面には、透明電極層が位置し、コンタクト部は透明電極と接続され、非コンタクト部は透明電極層から離間されてエアギャップ（air gap）が形成されることができる。
ここで、コンタクト部と透明電極層との間には、導電性コンタクト電極が位置することができる。
また、本発明に係る太陽電池の他の一例は、半導体基板と半導体基板の後面に位置し、第１導電型の不純物がドーピングされる第１半導体部と半導体基板の後面に位置し、第１導電型と反対の第２導電型の不純物がドーピングされる第２半導体部と第１半導体部に接続される第１電極と、第２半導体部に接続される第２電極とを含み、第１電極及び第２電極のそれぞれは、第１半導体部または第２半導体部のそれぞれを覆う金属箔で形成され、金属箔で形成された第１、２電極と、第１、第２半導体部との間にはエアギャップ（air gap）が形成される。
ここで、金属箔で形成された第１電極は、第１半導体部の後面に接続される第１コンタクト部と第１半導体部から離隔して、第１半導体部との間にエアギャップ（air gap）が形成される第１非コンタクト部を含み、金属箔で形成された第２電極は、第２半導体部の後面に接続される第２コンタクト部と第２半導体部から離隔されて第２半導体部との間にエアギャップ（air gap）が形成される第２非コンタクト部を含むことができる。
ここで、第１コンタクト部は、第１半導体部の後面に点接続（point contact）、または線接続し、第２コンタクト部は、第２半導体部の後面に点接続（point contact）、または線接続することができる。
また、金属箔で形成された第１、第２電極は、Ａｇ、Ａｌ、Ａｕ、Ｗ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｆｅの内、少なくとも一つの材質で形成され、又は、これらの合金（alloy ）材料で形成することができる。
さらに、第１、第２非コンタクト部のそれぞれの厚さは、２０μｍ〜３０μｍであり、第１、第２コンタクト部のそれぞれは、第１、第２非コンタクト部のそれぞれより、半導体基板の方向に陥没することができる。
本発明の一例に係る太陽電池の製造方法は、前面または後面に第１導電型の不純物がドーピングされる第１半導体部が備えられた半導体基板を準備する段階と、第１半導体部に接続される第１電極を形成する段階と、金属箔で半導体基板の後面に接続される第２電極を形成するとともに、同時に金属箔と半導体基板との後面との間にエアギャップを形成させる第２電極形成段階と、を含む。
ここで、第２電極形成段階により金属箔で形成される第２電極は、金属箔が半導体基板の後面に接続されるコンタクト部（contact portion）と金属箔が半導体基板の後面から離隔して、半導体基板との間にエアギャップ（air gap）が形成される非コンタクト部（non-contact portion）を備えることができる。
一例として、半導体基板は、後面に、第１導電型と反対の第２導電型の不純物がドーピングされる第２半導体部をさらに含み、第２電極形成段階は、金属箔で第２半導体部に接続された第２電極を形成するとともに、同時に金属箔と半導体基板との後面との間にエアギャップを形成することができる。
ここで、金属箔で形成された第２電極のコンタクト部は半導体基板の後面に形成された第２半導体部と接続され、非コンタクト部は半導体基板の後面から離隔してエアギャップ（air gap）が形成されることができる。
さらに具体的には、第２電極形成段階において金属箔の全領域の内、コンタクト部を熱処理して、半導体基板の後面に接続することができる。
ここでの第２電極形成段階において熱処理する方法は、レーザー照射、赤外線（ＩＲ）の照射、ホットエアー（Hot air）またはホットプローブ（Hot probe）の内、少なくともいずれか１つで有り得る。
一例として、第２電極形成段階において熱処理する方法は、レーザー照射であり、レーザーの強度（intensity）は、６ｍＪ/cm2〜５００ｍＪ/cm2で有り得る。
また、第１半導体部は半導体基板の後面に第１方向に長く位置し、第２半導体部は半導体基板の後面に第１半導体部と離隔して、第１方向に長く位置し、第１電極を形成する段階は、金属箔で第１半導体部に接続された第１電極を形成するとともに、同時に金属箔と半導体基板との後面との間にエアギャップを形成することができる。
これにより、金属箔で形成された第１電極は、第１半導体部の後面に接続される第１コンタクト部と第１半導体部から離隔して、第１半導体部との間にエアギャップ（air gap）が形成される第１非コンタクト部を含み、金属箔で形成された第２電極は、第２半導体部の後面に接続される第２コンタクト部と第２半導体部から離隔されて第２半導体部との間にエアギャップ（air gap ）が形成される第２非コンタクト部を備えることができる。
本発明に係る太陽電池及びその製造方法は、金属箔を用いて電極を形成するが、金属箔と半導体基板との間にエアギャップが形成されるようするにことにより、半導体基板の後面反射率をさらに向上させることができ、電極の形成方法を簡素化して、太陽電池の製造コストを削減することができる。
本発明の第１実施の形態に係る太陽電池の一部斜視図である。 図１に示した第１実施の形態に係る太陽電池の後面パターンを示した図である。 図１に示された第１実施の形態に係る太陽電池の断面図である。 本発明の第２実施の形態に係る太陽電池の断面図である。 本発明の第３実施の形態に係る太陽電池の断面図である。 本発明の第３実施の形態に係る太陽電池の断面図である。 本発明の第４実施の形態に係る太陽電池の断面図である。 本発明の第４実施の形態に係る太陽電池の断面図である。 本発明の第５実施の形態に係る太陽電池を説明するための図である。 本発明の第５実施の形態に係る太陽電池を説明するための図である。 本発明の第５実施の形態に係る太陽電池を説明するための図である。 本発明の第５実施の形態に係る太陽電池を説明するための図である。 本発明に係る太陽電池が適用されたモジュールの断面の一例について説明するための図である。 本発明の第１実施の形態に係る太陽電池の製造方法を説明するためのフローチャートである。 本発明の第２実施の形態に係る太陽電池の製造方法を説明するためのフローチャートである。
以下では、添付した図面を参考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において通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳細に説明する。しかし、本発明は、さまざまな形で実現することができ、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類似の部分には同様の符号を付与した。
図面で複数の層と領域を明確に表現するために厚さを拡大して示した。層、膜、領域、板などの部分が他の部分 “上に”あるとする時、これは他の部分“真上に”ある場合だけでなく、その中間に他の部分がある場合も含む。逆にどの部分が他の部分“真上に”あるとするときは、中間に他の部分がないことを意味する。また、どの部分が他の部分の上に“全体的”に形成されるとするときは、他の部分の全体面に形成されるものだけでなく、端の一部には形成されないことを意味する。
以下で前面とは、直射光が入射される半導体基板の一面で有り得、後面とは、直射光が入射されないか、直射光ではなく、反射光が入射することができる半導体基板の反対面で有り得る。
併せて、以下の説明において、互いに異なる構成要素の長さや幅が同じであることの意味は、１０％の誤差の範囲以内で互いに同じことを意味する。
そうでは、添付した図面を参考にして、本発明の一実施の形態に係る太陽電池モジュールについて説明する。
図１は、本発明の第１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に示された第１実施の形態に係る太陽電池の後面パターンを示したものであり、図３は図１に示された第１実施の形態に係る太陽電池の断面図である。
図１に示すように、本発明の第１実施の形態に係る太陽電池は、半導体基板１１０、第１半導体部１２０、反射防止膜１３０、第１電極１４０、第２半導体部１７０及び第２電極１５０を備えることができる。
ここで、反射防止膜１３０及び第２半導体部１７０は省略されることもあるが、備えた場合、太陽電池の効率がさらに向上されるため、備えた場合を一例として説明する。
半導体基板１１０は、第１導電型または第２導電型の不純物がドーピングされる単結晶質シリコン、多結晶質シリコンの内、少なくともいずれか一つの結晶質シリコン材質で形成することができる。一例として、半導体基板１１０は、単結晶質シリコンウエハで形成することができる。
ここで、半導体基板１１０に含有された第１導電型の不純物または第２導電型の不純物は、ｎ型またはｐ型導電型の内、いずれか１つで有り得る。
半導体基板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価元素の不純物が半導体基板１１０にドーピング（doping）される。しかし、半導体基板１１０がｎ型導電型を有する場合、リン（Ｐ）、砒素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）などのように５価元素の不純物が半導体基板１１０にドーピングすることができる。
以下では、このような半導体基板１１０に含有された不純物が第２導電型の不純物であり、ｎ型である場合を一例に説明する。しかし、必ずしもこれに限定されるものではない。
このような半導体基板１１０の前面に複数の凹凸面を有することができる。これにより、半導体基板１１０の前面上に位置する第１半導体部１２０もまた凹凸面を有することができる。
このために、半導体基板１１０の前面から反射される光の量が減少して、半導体基板１１０の内部に入射される光の量が増加することができる。
第１半導体部１２０は、図１に示すように、半導体基板１１０の入射面である前面に全体的に形成され得、具体的には、第１半導体部１２０は、結晶質シリコン材質の半導体基板１１０の前面に第１導電型の不純物がドーピングされて形成されることがある。
ここで、半導体基板１１０に含有された第２導電型の不純物がｎ型である場合、第１半導体部１２０にドーピングされた第１導電型の不純物は、ｐ型で有り得、これにより、第１半導体部１２０は、半導体基板１１０とｐ-ｎ接合を形成することができる。
このような半導体基板１１０に入射された光は、電子と正孔に分離され、電子はｎ型の方向に移動し、正孔はｐ型の方向に移動することができる。したがって、分離された正孔は、第１半導体部１２０に移動することができ、電子は半導体基板１１０の後面の方向に移動することができる。
このように、半導体基板１１０に第２導電型の不純物がドーピングされ、第１半導体部１２０に半導体基板１１０にドープされた第２導電型の不純物と反対の第１導電型の不純物がドーピングされる場合、第１半導体部１２０は、エミッタ部としての役割を遂行することができる。
反射防止膜１３０は、半導体基板１１０の入射面側に位置するが、第１半導体部１２０の上に位置することができる。
このような反射防止膜１３０は、アルミニウム酸化膜（ＡｌＯｘ）、水素化されたシリコン窒化膜（ＳｉＮｘ：Ｈ）、水素化されたシリコン酸化膜（ＳｉＯｘ：Ｈ）、水素化されたシリコン窒化酸化膜（ＳｉＮｘＯｙ：Ｈ）、及び水素化された非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）の内、少なくとも何れか１つ、又は複数の層で形成することもできる。
このようにすることで、反射防止膜１３０のパッシベーション機能をさらに強化することができ、太陽電池の光電効率をさらに向上させることができる。
第１電極１４０は、図１に示すように、半導体基板１１０の前面上に複数個が互いに離隔して位置し、それぞれが第１方向（ｘ）に長く伸びて位置することができる。
このとき、複数の第１電極１４０は、反射防止膜１３０を通して第１半導体部１２０に電気的に接続することができる。
これにより、複数の第１電極１４０は、第１半導体部１２０の方向に移動するキャリアを収集することができる。
第２半導体部１７０は、半導体基板１１０の入射面の反対面である後面に位置することができ、具体的には、第２半導体部１７０は、結晶質シリコン材質の半導体基板１１０の後面に第２導電型の不純物がドーピングされて形成されることができる。
ここで、前述したように、半導体基板１１０に第２導電型の不純物がドーピングされた場合、第２半導体部１７０にドーピングされる第２導電型の不純物ドーピング濃度は、半導体基板１１０にドーピングされる第２導電型の不純物ドーピング濃度より高くすることができ、このような場合、第２半導体部１７０は、後面電界部としての役割を行うことができる。
加えて、後面電界部としての役割を実行する第２半導体部１７０は、半導体基板１１０の後面に全体的に形成されるが、第２電極１５０が接続される部分の不純物ドーピング濃度は、第２電極１５０が接続されない部分の不純物ドーピング濃度より高いことがある。
一例として、第２半導体部１７０において第２電極１５０が接続されない部分１７１の第２導電型の不純物ドーピング濃度がｎ＋であれば、第２電極１５０が接続された部分１７２の第２導電型の不純物ドーピング濃度は、ｎ+＋で有り得る。
このような半導体基板１１０と第２半導体部１７０との間の不純物濃度の違いにより電位障壁が形成され、これにより、電子の移動方向である第２半導体部１７０の方向に正孔の移動を妨害する一方、第２半導体部１７０の方向への電子の移動を容易にすることができる。
したがって、半導体基板１１０の後面とその付近で電子と正孔の再結合で損失されるキャリアの量を減少させ、第２電極１５０の方向に所望するキャリアの移動を加速化させ、移動量を増加させることができる。
第２電極１５０は、半導体基板１１０の後面に電気的に接続され、第２半導体部１７０の方向から移動するキャリアを収集することができる。
このとき、第２電極１５０は、半導体基板１１０より高い不純物濃度でドーピングされた第２半導体部１７０と接触しており、半導体基板１１０から第２電極１５０への電荷転送効率が向上することができる。
このような太陽電池の第１電極１４０と第２電極１５０には、導線が接続することができ、導線を介して、複数の太陽電池が互いに電気的に接続されたり、外部の回路装置に接続されて、太陽電池から発生する電力が使用されることがある。
これまでは、半導体基板１１０に第２導電型の不純物としてｎ型不純物がドーピングされ、第１半導体部１２０に第１導電型の不純物でｐ型不純物がドーピングされてエミッタ部としての役割を実行し、第２半導体部１７０に第２導電型の不純物がドーピングされて後面電界部としての役割を実行する場合を一例として説明した。
しかし、これと違って第２導電型の不純物がｐ型であり、第１導電型の不純物がｎ型である場合も可能である。
また、前述した第１実施の形態とは違って、半導体基板１１０及び第１半導体部１２０に第１導電型の不純物がドーピングされ、第２半導体部１７０に第２導電型の不純物がドーピングされることも可能である。このような場合、半導体基板１１０の前面に位置する第１半導体部１２０は、前面電界部としての役割を遂行することができ、半導体基板１１０の後面に位置する第２半導体部１７０がエミッタ部としての役割を遂行することができる。
このような場合には、半導体基板１１０の後面に位置する第２半導体部１７０が半導体基板１１０とｐ-ｎ接合を形成することができる。
一方、本発明に係る太陽電池においては、第２電極１５０は、金属箔で形成され、図１及び図３に示すように、金属箔で形成された第２電極１５０と半導体基板１１０の後面との間にエアギャップ３００（air gap、３００）が形成されることができる。
さらに具体的には、本発明に係る太陽電池において、第２電極１５０は、薄膜の金属箔で形成することができる。このように、金属箔で形成された第２電極１５０は、図２に示すように、半導体基板１１０の端を除外した後面を全体的に覆うことができる。
このとき、金属箔で形成された第２電極１５０は、図１及び図３に示すように、半導体基板１１０の後面に一部（１５０ａ）は、接続され、一部（１５０ｂ）は、離隔されて、金属箔で形成された第２電極１５０と半導体基板１１０の後面との間にエアギャップ３００が形成されることができる。
ここで、エアギャップ３００は、金属箔で形成された第２電極１５０と半導体基板１１０の後面との間の離隔された空間に空気で満たされた空間を意味する。
このように、本発明に係る太陽電池は、第２電極１５０を金属箔で形成するが、金属箔で形成された第２電極１５０と半導体基板１１０の後面との間にエアギャップ３００を形成することにより、半導体基板１１０を透過した長波長帯域の光をさらに確実に半導体基板１１０の方向に再入射させることができ、太陽電池の効率をさらに向上させることができる。
さらに具体的に、半導体基板１１０の後面に反射率を向上させるために、３．４の屈折率を有するシリコン材質の半導体基板１１０より低い屈折率を有する後面反射層を位置させる場合があるが、このような場合、ＳｉＯｘやＳｉＮｘのような材質の後面反射層の屈折率は、１．４５〜２．０程度となり、長波長帯域の光を比較的よく反射させ、半導体基板１１０の再吸収率をさらに向上させることができる。
しかし、本発明の場合、半導体基板１１０の後面に形成される第２電極１５０を金属箔で形成し、金属箔で形成された第２電極１５０と半導体基板１１０の後面との間に理想的な屈折率１．０を有する空気が満たされたエアギャップ３００が形成されるようして、金属箔で形成された第２電極１５０からの反射を極大化させ、半導体基板１１０に再入射される長波長帯域の光を極大化させることができる。
これにより、本発明は、半導体基板１１０の後面にＳｉＯｘやＳｉＮｘのような材質の後面反射層を備える太陽電池に比べて、太陽電池の効率をさらに向上させることができる。
加えて、半導体基板１１０の後面に形成される第２電極１５０を金属箔で形成する場合、太陽電池の製造工程がさらに簡素化することができる。つまり、従来には、第２電極１５０を形成するために、半導体基板１１０の後面に電極ペーストを印刷して塗布し、乾燥及び焼成したり、メッキのような高コストの工程が必要としたが、本発明の場合、金属箔を半導体基板１１０の後面に配置した状態で、局部的に熱処理して、第２電極１５０を簡単に形成することができ、太陽電池の製造コストを大幅削減することができる。
さらに具体的には、本発明に係る第２電極１５０は、金属箔を半導体基板１１０の後面に配置した状態で、金属箔の局部的な領域に、レーザー照射、赤外線（ＩＲ）の照射、ホットエアー（Hot air）、ホットプローブ（Hot probe）のような熱処理を加え、金属箔を半導体基板１１０の後面に接続させることにより形成することができる。この時、金属箔の中で熱処理が加えられていない領域は、半導体基板１１０と離隔されてエアギャップ３００が形成されることができる。
このように、金属箔で形成された第２電極１５０は、図１〜図３に示すように、コンタクト部（contact portion、１５０ａ）と非コンタクト部（non-contact portion、１５０ｂ）を備えることすることができる。
ここで、コンタクト部１５０ａは、金属箔が半導体基板１１０の後面に接続される部分を意味し、非コンタクト部１５０ｂは、金属箔が半導体基板１１０の後面から離隔されて、半導体基板１１０との間にエアギャップ３００を形成する部分を意味する。
ここで、金属箔で形成された第２電極１５０のコンタクト部１５０ａは、半導体基板１１０の後面に点接続（point contact）、または線接続することができる。図２においてはコンタクト部１５０ａが半導体基板１１０の後面に点接続した場合を一例として示した。
加えて、金属箔で形成された第２電極１５０は、図２に示すように、金属箔の端領域で半導体基板１１０に接続される外郭コンタクト部１５０ｃをさらに備えることができる。
このような外郭コンタクト部１５０ｃは、太陽電池モジュールの形成時に、モジュールの衝撃緩和のためのエヴァ（ＥＶＡ）樹脂のような材質がラミネート工程中に半導体基板１１０と金属箔との間のエアギャップ３００に流入されることを遮断することができる。
ここで、金属箔で形成された第２電極１５０は、Ａｇ、Ａｌ、Ａｕ、Ｗ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｆｅの内、少なくとも一つの材質で形成され、又は、これらの合金（alloy）材質で形成することができ、非コンタクト部１５０ｂの厚さ（Ｔ１５０ｂ）は、２０μｍ〜３０μｍで有り得る。
さらに、エアギャップ３００の最大厚さ（Ｔ３００）は、半導体基板１１０の後面に形成された凹凸の高さより小さいか大きく形成することができ、一例として、１μｍ〜１００μｍに形成されることができ、好ましくは、３μｍ〜５μｍで形成することができる。
また、コンタクト部１５０ａは、非コンタクト部１５０ｂより半導体基板１１０の方向に陥没することができる。具体的には、図１及び図３に示すように、金属箔で形成された第２電極１５０の後面領域の中でコンタクト部１５０ａが配置され部分は、金属箔の局部的な熱処理の影響により、非コンタクト部１５０ｂが位置した部分より半導体基板１１０の方向に陥没することができる。
ここで、金属箔で形成された第２電極１５０において非コンタクト部１５０ｂより陥没されるコンタクト部１５０ａの形状は、一例として、端から中心に行くほど陥没される噴火口（crater）の形状を有することができる。
これにより、コンタクト部１５０ａの外郭枠形状は、図２に示すように円形の形状を有することができる。しかし、これとは異なりコンタクト部１５０ａが半導体基板１１０の後面に線接続する場合、コンタクト部１５０ａは、いずれかの１つの方向に長く伸びている陥没した溝（groove）形状を有することができる。
ここで、コンタクト部１５０ａの陥没深さ（Ｔｄ）は、１５μｍ〜５０μｍの間で形成され得、コンタクト部１５０ａの陥没される幅（Ｔｗ）は、３０μｍ〜１００μｍの間で形成することができる。
また、本発明の図１及び図３に示すように、半導体基板１１０と金属箔で形成された第２電極１５０との間には、第２導電型の不純物がドーピングされる第２半導体部１７０が位置する場合、コンタクト部１５０ａは、第２半導体部１７０と接続され、非コンタクト部１５０ｂは、第２半導体部１７０から離隔してエアギャップ３００が形成されることがある。
このとき、第２半導体部１７０でコンタクト部１５０ａが接続された部分１７２の不純物のドーピング濃度は、第２半導体部１７０でコンタクト部１５０ａが接続されない部分１７１の不純物ドーピング濃度より高いことがある。
このような第２半導体部１７０において不純物のドーピング濃度が相対的に低い低濃度ドーピング部１７１は、半導体基板１１０の後面に、全体的に第２導電型の不純物を拡散して形成することができ、第２半導体部１７０で不純物のドーピング濃度が相対的に高い高濃度ドーピング部１７２は、一例として、アルミニウム（Ａｌ）が含まれた金属箔を局部的な熱処理で第２半導体部１７０に接続させるとき、第２半導体部１７０の内部に金属箔に含有されたアルミニウム（Ａｌ）が拡散して形成されることができる。
これにより、図１及び３に示すように、第２半導体部１７０で高濃度ドーピング部１７２の厚さは、低濃度ドーピング部１７１の厚さよりも相対的にさらに大きくなることができる。
これまでは金属箔で形成された第２電極１５０が第２半導体部１７０に直接接触される場合を一例として説明したが、これと違って、第２半導体部１７０と第２電極１５０との間に、別の電極層が備えられた構造にも本発明が適用されることができる。
これに対して、さらに具体的に注意深く見ると、以下の通りである。
図４は本発明の第２実施の形態に係る太陽電池の断面図である。
図４においては、先の図１〜図３で説明した内容と重複する内容については省略し、他の部分を中心に説明する。
図４に示すように、本発明の第２実施の形態に係る太陽電池は、図１〜図３とは違って半導体基板１１０の後面に低濃度ドーピング部のみに形成される第２半導体部１７０を備えることができ、第２半導体部１７０の後面に、全体的に接続される金属電極層１５１がさらに備えることができる。このような場合にも、金属箔で形成された第２電極１５０が、金属電極層１５１の後面に位置することができる。
ここで、金属電極層１５１は、金属ペーストを第２半導体部１７０の後面に塗布した後、乾燥及び焼成して形成させることができ、これにより、金属電極層１５１は、第２半導体部１７０の後面に全体的に接続されて形成されることができる。
さらに、このような金属電極層１５１は、金属箔で形成された第２電極１５０と同じ材質を含むことができる。
この時、金属箔で形成された第２電極１５０の一部であるコンタクト部１５０ａは、金属電極層１５１と接続され、残りの部分である非コンタクト部１５０ｂは、金属電極層１５１から離隔されて、金属箔で形成された第２電極１５０と金属電極層１５１との間にエアギャップ３００が形成されることができる。
これにより、半導体基板１１０の後面に半導体基板１１０と、全体的に接続される金属電極層１５１が備えられた場合にも、金属箔で形成された第２電極１５０を備えることにより、半導体基板１１０の後面反射率を大幅に向上させることができる。
また、本発明は、半導体基板１１０の後面に金属電極層１５１以外にも、他の機能性層が備えられた場合にも適用することができる。
これに対して、さらに具体的に説明すると、次の通りである。
図５Ａ及び図５Ｂは、本発明の第３実施の形態に係る太陽電池の断面図である。
図５Ａ及び図５Ｂにおいては、先の図１〜図４で説明した内容と重複する内容については省略し、他の部分を中心に説明する。
図５Ａに示すように、第２半導体部１７０の後面には、誘電体材質の後面パッシベーション層１９０がさらに含まれることがあり、導電性コンタクト電極１５２が後部パッシベーション層１９０を貫通して配置することができる。
ここで、後面パッシベーション層１９０は、ＳｉＯｘ、ＳｉＮｘ、ＳｉＯｘＮｙまたはＡｌＯｘの内、少なくとも一つの材質で形成することができ、３０ｎｍ〜７０ｎｍの厚さで形成することができる。
このように、第２半導体部１７０と金属箔で形成された第２電極１５０との間に後面パッシベーション層１９０がさらに含まれる場合、金属箔で形成された第２電極１５０のコンタクト部１５０ａは、後面パッシベーション層１９０を貫通するコンタクト電極１５２を介して第２半導体部１７０と接続することができる。
さらに、金属箔で形成された第２電極１５０の非コンタクト部１５０ｂは、後面パッシベーション層１９０から離隔されて、金属箔で形成された第２電極１５０と後面パッシベーション層１９０の間にエアギャップ３００が形成されることができる。
このように、本発明は、半導体基板１１０の後面に後面パッシベーション層１９０が位置した場合にも適用することができ、このような場合、金属箔で形成された第２電極１５０が後面反射を誘導する、後面反射層の機能を代替して実行することができ、太陽電池の効率がさらに向上することができ、製造コストがさらに節減することができる。
しかし、必ずしも後面反射層が除去された場合にのみ、本発明が適用されるものではなく、図５Ｂに示すように、後面パッシベーション層１９０の後面に後面反射層１９２が備えられた場合も、本発明は適用が可能である。
すなわち、図５Ｂに示すように、第２半導体部１７０の後面に後面パッシベーション層１９０と後面反射層１９２を順次備えた場合にも、コンタクト電極１５２が後部パッシベーション層１９０と後面反射層１９２を貫通して第２半導体部１７０に接続された状態で、金属箔で形成された第２電極１５０のコンタクト部１５０ａがコンタクト電極１５２を介して第２半導体部１７０と接続することができ、非コンタクト部１５０ｂは、後面反射層１９２から離隔されて、金属箔で形成された第２電極１５０と後面反射層１９２との間にエアギャップ３００が形成されることができる。
このような場合、後面反射層１９２と金属箔で形成された第２電極１５０を一緒に備えるので、太陽電池の後面反射率をさらに向上させることができる。
加えて、ここで、後面反射層１９２は、ＳｉＯｘ、ＳｉＮｘ、ＳｉＯｘＮｙまたはＳｉＣの内、少なくとも一つの材質で形成することがありえ、後面反射層１９２の厚さは、後面パッシベーション層１９０の厚さより大きく形成さされるが、５０ｎｍ〜２００ｎｍの間の厚さで形成することができる。
これまで、本発明の実施の形態では、第１、第２半導体部が結晶質シリコン材質の半導体基板１１０に第１、第２導電型の不純物がドーピングされて形成された場合を一例として説明した。
しかし、これとは違って、本発明は、結晶質シリコン材質の半導体基板１１０に非晶質シリコン材質の第１、第２半導体部が蒸着される異種接合構造を有する太陽電池においても適用することができる。これについて具体的に説明すると、次の通りである。
図６Ａ及び図６Ｂは、本発明の第４実施の形態に係る太陽電池の断面図である。
図６Ａ及び図６Ｂでは、先の図１〜図５Ｂで説明した内容と重複する内容については省略し、他の部分を中心に説明する。
図６Ａに示すように、第４実施の形態に係る太陽電池は、半導体基板１１０の前面に第１半導体部１２０、後面に第２半導体部１７０を備えものの、半導体基板１１０は、結晶質シリコン材質で形成され、第１、第２半導体部（１２０、１７０）は、非晶質シリコン材質で形成することができる。
さらに、第１半導体部１２０には、接続される第１電極１４０は、第１透明電極層１４１とグリッド電極１４２を含むことができ、第１透明電極層１４１は、第１半導体部１２０の前面に全体的に位置し、透明導電性酸化膜（Transparent Conductive Oxide、ＴＣＯ）で形成され得、グリッド電極１４２は、第１透明電極層１４１の前面に接続されて位置することができる。ここで、第１透明電極層１４１は、導電性と光透過性があり、反射防止膜１３０としての役割も果たすことができる。
また、非晶質シリコン材質で形成された第２半導体部１７０の後面には、透明導電性酸化膜で形成される第２透明電極１５３が位置し、金属箔で形成された第２電極１５０は、第２透明電極１５３の後面に位置することができる。
ここで、金属箔で形成された第２電極１５０のコンタクト部１５０ａは、第２透明電極１５３に直接接続され、非コンタクト部１５０ｂは、第２透明電極１５３から離隔されてエアギャップ３００が形成されることができる。
図６Ａでは、金属箔で形成された第２電極１５０のコンタクト部１５０ａが第２透明電極１５３に直接接続される場合を一例として示したが、これとは違って図６Ｂに示すように、第２透明電極１５３の後面には、導電性コンタクト電極１５２が位置することができ、コンタクト部１５０ａは、コンタクト電極１５２を介して第２透明電極層１５３に接続することができる。
このような異種接合太陽電池に金属箔で形成される第２電極１５０を適用する場合、電極のペーストを用いて、第２電極１５０を形成した場合と比較して、第２電極１５０を形成するための製造コストをさらに節減することができ、製造工程もまた単純化することができる。
さらに、エアギャップ３００を介して、第２透明電極層１５３とエアギャップ３００との間の境界面とエアギャップ３００と金属箔で形成された第２電極１５０との間の境界面で後面反射が発生するので、太陽電池の効率もさらに向上することができる。
また、一般的に非晶質シリコンを用いた異種接合太陽電池は、低温焼成の金属ペーストを使用し、第２透明電極層１５３の面（lateral）抵抗が素子直列抵抗に大きな影響を与えるが、本発明の場合、半導体基板１１０の後面全体にわたって金属箔の第２電極１５０が形成されており、直列抵抗の減少にもメリットがある。
これまでの第１〜第４の実施の形態においては、第１電極１４０が半導体基板１１０の前面に、第２電極１５０が半導体基板１１０の後面に位置するコンベンショナル太陽電池に本発明が適用される場合を一例として説明したが、本発明は、第１、第２電極共、半導体基板１１０の後面に位置する後面コンタクト太陽電池にも適用が可能である。これに対して、さらに具体的に説明すると、次の通りである。
図７〜図９Ｂは、本発明の第５実施の形態に係る太陽電池を説明するための図であり、図７は、本発明の第５実施の形態に係る一部の斜視図であり、図８は、図７に示された第５実施の形態に係る太陽電池の断面図であり、図９Ａは、図７に示された第５実施の形態に係る太陽電池の後面パターンの一例であり、図９Ｂは、図７に示された第５実施の形態に係る太陽電池の後面パターンの他の一例である。
図７及び図８に示すように、本発明の第５実施の形態に係る太陽電池は、半導体基板１１０、反射防止膜１３０、トンネル層１８０、第１半導体部１２０’、第２半導体部１７０’、真性半導体部２００、第１電極１４０’、第２電極１５０’と後面パッシベーション層１９０を含むことができる。
ここで、半導体基板１１０、反射防止膜１３０は、第１〜第４実施の形態で説明したものと同じなので、具体的な説明は省略し、第１〜第４実施の形態と異なる部分を中心に説明する。
本発明の第５実施の形態に係る太陽電池において半導体基板１１０には、第２導電型の不純物がドープされた場合を一例として説明する。
第５実施の形態においては、図７及び図８に示すように、トンネル層１８０は、半導体基板１１０の後面全体に直接接触して配置することができる。
このようなトンネル層１８０は、半導体基板１１０において生成されたキャリアを通過させ、半導体基板１１０の後面のパッシベーションの機能を実行することができる。このため、トンネル層１８０の厚さは、０．５ｎｍ〜５ｎｍの間で形成することができる。
このような、トンネル層１８０は、６００℃以上の高温プロセスにも耐久性が強いＳｉＣxまたはＳｉＯｘで形成される誘電体材質で形成することができる。
第１半導体部１２０’は、半導体基板１１０の後面に位置し、第１導電型の不純物がドーピングされた多結晶質シリコン材質で形成することができる。したがって、第１半導体部１２０’は、エミッタ部としての役割を遂行することができる。
このような第１半導体部１２０’は、半導体基板１１０の後面に形成されたトンネル層１８０の後面の一部に直接接触して、複数個が第１方向（ｘ）に長く配置され、トンネル層１８０を間に置いて、半導体基板１１０とｐ-ｎ接合を形成することができる。
第２半導体部１７０’は、半導体基板１１０の後面に位置し、第２導電型の不純物が半導体基板１１０より高濃度にドープされた多結晶質シリコン材質で形成することができる。したがって、第２半導体部１７０’は、後面電界部としての役割を行うことができる。
このような第２半導体部１７０’は、半導体基板１１０の後面に形成されたトンネル層１８０の後面の中で、前述した複数の第１半導体部１２０’のそれぞれと離隔された一部の領域に直接接触して、複数個が第１半導体部１２０’と並行する第１方向（ｘ）に長く位置するように形成することができる。
ここの図７及び図８においては、第１半導体部１２０’と第２半導体部１７０’がトンネル層１８０の後面に多結晶質シリコン材質で形成された場合を一例として説明したが、これと違って、トンネル層１８０が省略された場合、第１半導体部１２０’と第２半導体部１７０’は、半導体基板１１０の後面内に不純物が拡散されてドーピングすることもできる。このような場合、第１半導体部１２０’と第２半導体部１７０’は、半導体基板１１０と同じシリコン材質で形成することもできる。
真性半導体部２００は、第１半導体部１２０’と第２半導体部１７０’の間に露出したトンネル層１８０の後面に形成され得、このような真性半導体部２００は、第１半導体部１２０’と第２半導体部１７０’とは異なるように第１導電型の不純物または第２導電型の不純物がドーピングされない真性多結晶シリコン層で形成することができる。
さらに、図７及び図８に示すように、真性半導体部２００の両側面のそれぞれは、第１半導体部１２０’の側面と第２半導体部１７０’の側面に直接接触される構造を有することができる。
しかし、このような真性半導体部２００は、必須なものではなく、場合によっては省略することもできる。このように真性半導体部２００が省略される場合に、第１半導体部１２０’と第２半導体部１７０’は、離隔され、又は、第１、第２半導体部（１２０‘、１７０’）が、互いに直接接続された構造を有することができる。
第１電極１４０’は、半導体基板１１０の後面に位置して第１半導体部１２０’に接続され、図９Ａ及び図９Ｂに示すように、第１方向（ｘ）に長く伸びて形成することができる。このような、第１電極１４０’は、第１半導体部１２０’の方向に移動したキャリアを収集することができる。
第２電極１５０’は、半導体基板１１０の後面に位置して第２半導体部１７０’に接続され、図９Ａ及び図９Ｂに示すように、第１電極１４０’と並行するように第１方向（ｘ）に長く伸びて形成することができる。このような、第２電極１５０’は、第２半導体部１７０’の方向に移動したキャリアを収集することができる。
このような第１、第２電極（１４０’、１５０’）のそれぞれは、第１方向（ｘ）に長く伸びて形成され得、第１電極１４０’と第２電極１５０’が第２方向（ｙ）に交互して配置することができる。
後面パッシベーション層１９０は、第２半導体部１７０、真性半導体部２００及び第１半導体部１２０’に形成される多結晶質シリコン材質層の後面に形成されたダングリングボンド（dangling bond）による欠陥を除去して、半導体基板１１０から生成されたキャリアがダングリングボンド（dangling bond）によって再結合されて消滅することを防止する役割をすることができる。
しかし、このような後面パッシベーション層１９０は、必須なものではなく、場合によっては省略することもできる。
このような構造で製造された本発明に係る太陽電池において、第１電極１４０’を介して収集された正孔と第２電極１５０’を介して収集された電子は、外部の回路装置を介して外部装置の電力として利用することができる。
本発明に係る太陽電池モジュールに適用された太陽電池は、必ず図７及び図８にのみ限定せず、太陽電池に備えられる第１、第２電極（１４０’、１５０’）が半導体基板１１０の後面のみに形成される点を除外し、他の構成要素は、いくらでも変更が可能である。
例えば、本発明の太陽電池モジュールにおいては、第１電極１４０’の一部と第１半導体部１２０’が半導体基板１１０の前面に位置し、第１電極１４０’の一部が半導体基板１１０に形成されたホールを介して半導体基板１１０の後面に形成された第１電極１４０’の残りの一部と接続されるＭＷＴタイプの太陽電池も適用が可能である。
一方、図７及び図８に示すように、本発明の第５実施の形態に係る第１電極１４０’と第２電極１５０’のそれぞれは、第１半導体部１２０’または第２半導体部１７０’のそれぞれを覆う金属箔で形成され、金属箔で形成された第１、第２電極（１４０’、１５０’）と、第１、第２半導体部（１２０’、１７０’）との間には、エアギャップ３００が形成されることができる。
このように、第１、第２電極（１４０’、１５０’）が金属箔で形成され、金属箔で形成された第１、第２電極（１４０’、１５０’）と、第１、第２半導体部（１２０’、１７０’）との間には、エアギャップ３００が形成された太陽電池の場合にも、前述したように、半導体基板１１０の後面反射率をさらに向上させることができ、 第１、第２電極（１４０’、１５０’）を形成する方法を簡素化して、太陽電池の製造コストを削減することができる。
ここで、金属箔で形成された第１電極１４０’は、図７及び図８に示すように、第１半導体部１２０’の後面に接続される第１コンタクト部１４０’ａと第１半導体部１２０’から離隔して、第１半導体部１２０’との間にエアギャップ３００が形成される第１非コンタクト部１４０’ｂを含むことができる。
また、金属箔で形成された第２電極１５０’は、第２半導体部１７０’の後面に接続される第２コンタクト部１５０’ａと第２半導体部１７０’から離隔され、第２半導体部１７０’との間にエアギャップ３００が形成される第２非コンタクト部１５０’ｂを含むことができる。
このように、金属箔で形成された第１、第２電極（１４０’、１５０’）は、Ａｇ、Ａｌ、Ａｕ、Ｗ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｆｅの内、少なくとも一つの材質で形成され、又は、これらの合金（alloy）材料で形成することができ、第１、第２非コンタクト部（１４０‘ｂ、１５０’ｂ）それぞれの厚さは、２０μｍ〜３０μｍの間で形成することができる。
また、第１、第２コンタクト部（１４０‘ａ、１５０’ａ）のそれぞれは、第１、第２非コンタクト部（１４０‘ｂ、１５０’ｂ）のそれぞれより半導体基板１１０の方向に陥没することができる。
具体的に、図７及び図８に示すように、金属箔で形成された第１、第２電極（１４０’、１５０’）の後面領域の中から、第１、第２コンタクト部（１４０‘ａ、１５０’ａ）が位置した部分は、金属箔の局部的な熱処理の影響により、第１、第２非コンタクト部（１４０‘ｂ、１５０’ｂ）が位置した部分より半導体基板１１０の方向に陥没することができる。
ここで、金属箔で形成された第１電極１４０’と第２電極１５０’のそれぞれで、第１コンタクト部１４０’ａは、第１半導体部１２０’の後面に点接続（接触）（point contact）したり、または線接続することができ、第２コンタクト部１５０’ａも第２半導体部１７０’の後面に点接続（point contact）したり、または線接続することができる。
一例として、図９Ａに示すように、金属箔で形成された第１電極１４０’と第２電極１５０’のそれぞれが、第１方向（ｘ）に長く伸びて形成され、第１、第２コンタクト部（１４０’ａ、１５０’ａ）が第１、第２半導体部（１２０’、１７０’）のそれぞれに点接続する場合、図９Ａに示すように、第１コンタクト部１４０’ａまたは第２コンタクト部１５０’ａは、第１電極１４０’または第２電極１５０’のそれぞれから第２方向（ｙ）への両側に一対ずつ形成され得、このような一対の第１コンタクト部１４０’ａまたは第２コンタクト部１５０’ａは、第１方向（ｘ）に離隔されて形成されることができる。
またはこれと違って、金属箔で形成された第１電極１４０’と第２電極１５０’のそれぞれが、第１方向（ｘ）に長く伸びて形成され、第１、第２コンタクト部（１４０’ａ、１５０’ａ）が、第１、第２半導体部（１２０’、１７０’）のそれぞれに線接続する場合、図９Ｂに示すように、第１コンタクト部１４０’ａまたは第２コンタクト部１５０’ａは第１電極１４０’または第２電極１５０’のそれぞれの端に沿って長く線状に形成することができる。
このように、本発明に係る太陽電池は、金属箔を用いて電極を形成するが、金属箔と半導体基板１１０との間にエアギャップ３００が形成されるようすることにより、半導体基板１１０の後面反射率をさらに向上させることができ、電極の形成方法を簡素化して、太陽電池の製造コストを節減することができる。
これまでは本発明の様々な一例に係る太陽電池についてのみ説明したが、以下では、このような太陽電池がモジュール化された断面形状について簡略に説明する。
図１０は、本発明に係る太陽電池が適用されたモジュールの断面の一例について説明するための図である。
このような図１０は、図１〜図３で説明した本発明の第１実施の形態に係る太陽電池がモジュール化された断面を示したものである。ここで、複数の太陽電池を互いに直列接続するインターコネクタの図示は、説明の便宜上省略された。
図１０に示すように、本発明に係る太陽電池が適用された太陽電池モジュールは、前面透明基板（ＦＧ）、後面シート（ＢＳ）、第１封止材（ＥＣ１）、第２封止材（ＥＣ２）及び太陽電池（Cell）を含むことができる。
ここで、前面透明基板（ＦＧ）は、図１に示すように、太陽電池（Cell）の前面上に位置することができ、透過率が高く、破損を防止するために強化ガラス等で成ることができる。
第１封止材（ＥＣ１）は、透明基板（ＦＧ）と太陽電池（Cell）との間に位置することができ、第２封止材（ＥＣ２）は、太陽電池（Cell）の後面、すなわち後面シート（ＢＳ）と太陽電池（Cell）との間に位置することができる。
このような第１封止材（ＥＣ１）及び第２封止材（ＥＣ２）は、水分の浸透による金属の腐食などを防止し、太陽電池モジュールを衝撃から保護する材質で形成することができる。
このような第１封止材（ＥＣ１）及び第２封止材（ＥＣ２）のそれぞれは、太陽電池（Cell）の前面と後面にそれぞれ配置された状態で、ラミネート工程（lamination process）の際に太陽電池（Cell）と一体化することができる。
このような第１封止材（ＥＣ１）及び第２封止材（ＥＣ２）は、エチレン酢酸ビニル（ＥＶＡ、ethylene vinyl acetate）などで成ることができる。
さらに、後面シート（ＢＳ）は、シート状で第２封止材（ＥＣ２）の後面に位置し、太陽電池モジュールの後面に水分が浸透することを防止することができる。
このように、後面シート（ＢＳ）がシート状に形成された場合、ＥＰ/ＰＥ/ＦＰ（fluoropolymer/polyester/fluoropolymer）のような絶縁材質からなることができる。
このような太陽電池モジュールの断面で太陽電池（Cell）は、前面透明基板（ＦＧ）と後面シート（ＢＳ）との間で第１封止材（ＥＣ１）及び第２封止材（ＥＣ２）と一緒にラミネート工程（lamination process）によって一体化することができる。
この時、金属箔で形成された第２電極１５０は、半導体基板１１０の後面を全体的に覆っているので、金属箔で形成された第２電極１５０と半導体基板１１０の後面との間に形成されたエアギャップ３００には、第２封止材（ＥＣ２）が浸透されず、ラミネート工程（lamination process）の後の最終的な太陽電池モジュールの構造でおいてもエアギャップ３００のスペースが存在することができる。
これにより、本発明に係る太陽電池が適用された太陽電池モジュールもまた、半導体基板１１０の後面に形成されたエアギャップ３００によって効率が向上することができる。
さらに、図１０においては、本発明の第１実施の形態に係る太陽電池を一例として図示して説明したが、第１実施の形態だけでなく、第２実施の形態乃至第５実施の形態にも同様に適用することができ、これにより、第２実施の形態乃至第５実施の形態に係る太陽電池モジュールに適用された場合でも、金属箔で形成された電極が適用されるが、金属箔で形成された電極と半導体基板１１０の後面との間に形成されたエアギャップ３００がラミネート工程（lamination process）の後の最終的な太陽電池モジュールの構造で存在することができ、半導体基板１１０の後面に形成されたエアギャップ３００によって、太陽電池モジュールの効率が向上することができる。
これまで本発明に基づいて、金属箔で形成される電極とエアギャップ３００の構造についてのみ説明したが、以下では、このような太陽電池を製造する方法について説明する。
図１１に示された本発明の第１実施の形態に係る太陽電池の製造方法を説明するためのフローチャートである。
図１１に示された本発明の第１実施の形態に係る太陽電池の製造方法は、コンベンショナル太陽電池である、本発明の第１実施の形態乃至第４実施の形態に係る太陽電池を製造するのに適用することができる。
このような本発明の第１実施の形態に係る太陽電池の製造方法は、半導体基板準備段階（Ｓ１）、第１電極形成段階（Ｓ２）及び第２電極形成段階（Ｓ３）を含むことができる。
ここで、第１電極形成段階（Ｓ２）及び第２電極形成段階（Ｓ３）が順次実行されるもので図示されたが、順序は互いに変わっても構わない。
半導体基板準備段階（Ｓ１）で準備される半導体基板１１０は、前面に第１導電型の不純物がドーピングされる第１半導体部１２０が備えられ、後面には、第１導電型と反対の第２導電型の不純物がドーピングされる第２半導体部１７０が備えられる。しかし、第２半導体部１７０が備えられない半導体基板１１０も可能である。
第１電極形成段階（Ｓ２）においては、図１〜図６Ｂで説明した第１半導体部１２０に接続される第１電極１４０が形成されることができる。
第２電極形成段階（Ｓ３）においては、金属箔で半導体基板１１０の後面に接続される第２電極１５０を形成しながら、同時に金属箔と半導体基板１１０後面の間にエアギャップ３００を形成させることができる。
これにより、金属箔で形成された第２電極１５０は、図１〜図６Ｂで説明したように、金属箔が半導体基板１１０の後面に接続されるコンタクト部１５０ａと金属箔が半導体基板１１０の後面から離隔して、半導体基板１１０との間にエアギャップ３００が形成される非コンタクト部１５０ｂを備えることができる。
一例として、半導体基板１１０の後面に第２半導体部１７０が備えられる場合、第２電極形成段階（Ｓ３）では、金属箔で第２半導体部１７０に接続された第２電極１５０を形成しながら、共に金属箔と半導体基板１１０の後面の間にエアギャップ３００を形成させることができる。
この時、金属箔で形成された第２電極１５０のコンタクト部１５０ａは、第２半導体部１７０と接続され、非コンタクト部１５０ｂは、半導体基板１１０の後面から離隔されてエアギャップ３００が形成されることができる。
このような第２電極形成段階（Ｓ３）においては、図２及び図３に示すように、金属箔の全領域の内、コンタクト部１５０ａを熱処理して、半導体基板１１０の後面に接続することができる。この時、金属箔は、半導体基板１１０の後面を全体的に覆うように配置された状態で、金属箔のコンタクト部１５０ａに局部的に熱処理が行われることができる。
ここで、第２電極形成段階（Ｓ３）において熱処理する方法は、レーザー照射、赤外線（ＩＲ）の照射、ホットエアー（Hot air）またはホットプローブ（Hot probe）の内、少なくともいずれか１つで有り得る。
一例として、第２電極形成段階（Ｓ３）で熱処理する方法としてレーザー照射方法を用いる場合、金属箔のコンタクト部１５０ａにレーザーを選択的に照射して、金属箔を第２半導体部１７０に接続させることができる。この時、レーザーが照射されない金属箔の領域は、非コンタクト部１５０ｂに形成され得、金属箔の非コンタクト部１５０ｂと、半導体基板１１０の後面との間にエアギャップ３００を形成することができる。
ここで、レーザーは１０６４ｎｍの波長を有するＮｄ：ＹＡＧレーザが用いられることができ、パルス（pulse）照射方式で行うことができる。
この時、レーザーの強度（intensity）は、金属箔の厚さ及び材質に応じて６ｍＪ/cm2〜５００ｍＪ/cm2の間で選択することができる。
ここで、レーザーパワーを６ｍＪ/ｃｍ２以上とすることは、金属箔の接続不良を最小化するためであり、レーザーパワーを５００ｍＪ/ｃｍ２以下にしたり、連続波（continues wave）照射方式ではなく、パルス（pulse）照射方法でレーザーを照射する理由は、金属箔が焼け落ちて除去されたり、金属箔のコンタクト部１５０ａに損傷を最小化するためである。
図１１においては、半導体基板１１０の前面に第１電極１４０が位置し、後面に第２電極１５０が位置するコンベンショナル太陽電池の製造方法について説明したが、以下では、半導体基板１１０の後面に第１、第２電極が位置する後面コンタクト太陽電池の製造方法について説明する。
図１２は、本発明の第２実施の形態に係る太陽電池の製造方法を説明するためのフローチャートである。
図１２に示された本発明の第２実施の形態に係る太陽電池の製造方法は、後面コンタクト太陽電池である、本発明の第５実施の形態に係る太陽電池を製造するのに適用することができる。
このような本発明の第２実施の形態に係る太陽電池の製造方法は、半導体基板準備段階（Ｓ１）、第１電極形成段階（Ｓ２’）及び第２電極形成段階（Ｓ３’）を含むことができる。
ここで、第１電極形成段階（Ｓ２’）と第２電極形成段階（Ｓ３‘）の順序は、互いに変わっても構わない。
半導体基板準備段階（Ｓ１）で準備される半導体基板１１０は、図７及び図８に示すように、後面に第１方向（ｘ）に長く伸びており、互いに離隔されて位置する第１半導体部１２０’と第２半導体部１７０’を備えることができる。
このように、後面に第１、第２半導体部が備えた半導体基板１１０が用意された状態で、第１電極形成段階（Ｓ２’）が実行されることができる。
第１電極形成段階（Ｓ２’）は、金属箔で第１半導体部１２０’に接続された第１電極１４０’を形成しながら、同時に金属箔と半導体基板１１０との後面との間にエアギャップ３００を形成させることができる。
このように、第１電極形成段階（Ｓ２’）によって金属箔で形成された第１電極１４０’は、図７〜図９Ｂで説明したように、第１半導体部１２０’の後面に接続される第１コンタクト部１４０’ａと第１半導体部１２０’から離隔して、第１半導体部１２０’との間にエアギャップ３００が形成される第１非コンタクト部１４０’ｂを備えることができる。
このような第１電極形成段階（Ｓ２’）においては、金属箔が第１半導体部１２０’を全体的に覆うように配置された状態で、金属箔の第１コンタクト部１４０’ａに熱処理を行うことができる。
この時、熱処理方法は、図１１で説明した本発明の第１実施の形態に係る太陽電池の製造方法で説明した方法と同じなので、具体的な説明は省略する。
次、第２電極形成段階（Ｓ３’）は、金属箔で第２半導体部１７０’に接続された第２電極１５０’を形成しながら、同時に金属箔と半導体基板１１０との後面の間にエアギャップ３００を形成させることができる。
このような第２電極形成段階（Ｓ３’）によって、金属箔で形成された第２電極１５０’は、図７〜図９Ｂで説明したように、第２半導体部１７０’の後面に接続される第２コンタクト部１５０’ａと第２半導体部１７０’から離隔されて第２半導体部１７０’との間にエアギャップ３００が形成される第２非コンタクト部１５０’ｂを備えることができる。
このような第２電極形成段階（Ｓ３’）においては、金属箔が第２半導体部１７０’を全体的に覆うように配置された状態で、金属箔の第２コンタクト部１５０’ａに熱処理を行うことができる。
この時、熱処理方法も、図１１で説明した本発明の第１実施の形態に係る太陽電池の製造方法で説明した方法と同じなので、具体的な説明は省略する。以上で、本発明の実施の形態につい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ものではなく、次の請求の範囲で定義している本発明の基本的な概念を用いた当業者の様々な変形及び改良形態もまた本発明の権利範囲に属するものである。

Claims (20)

  1. 半導体基板と、
    前記半導体基板の前面または後面に位置し、第１導電型の不純物がドーピングされる第１半導体部と、
    前記第１半導体部に接続される第１電極と、
    前記半導体基板の後面に接続される第２電極とを含み、
    前記第２電極は、前記半導体基板の後面に接続されるコンタクト部と、前記半導体基板の後面から離隔され前記半導体基板との間にエアギャップを形成する非コンタクト部を含む金属箔で形成され、
    前記金属箔に形成された第２電極の前記コンタクト部は、前記非コンタクト部より前記半導体基板の方向に陥没する、太陽電池。
  2. 前記金属箔で形成された第２電極のコンタクト部は、前記半導体基板の後面に点接続するか、又は線接続する、請求項１に記載の太陽電池。
  3. 前記金属箔で形成された第２電極は、Ａｇ、Ａｌ、Ａｕ、Ｗ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｆｅの内、少なくとも一つの材質で形成され、又は、これらの合金（alloy）材質で形成される、請求項１に記載の太陽電池。
  4. 前記金属箔で形成された第２電極の前記非コンタクト部の厚さは、２０μｍ〜３０μｍである、請求項１に記載の太陽電池。
  5. 前記半導体基板と前記金属箔で形成された第２電極との間には、第１導電型と反対の第２導電型の不純物がドーピングされる第２半導体部をさらに含み、
    前記金属箔で形成された第２電極の前記コンタクト部は、前記第２半導体部と接続され、前記非コンタクト部は、前記半導体基板の後面から離隔されて前記エアギャップ（air gap）が形成される、請求項１に記載の太陽電池。
  6. 前記第２半導体部において、前記コンタクト部に接続された部分の不純物のドーピング濃度は、前記第２半導体部において、前記コンタクト部が接続されていない部分の不純物ドーピング濃度より高い、請求項５に記載の太陽電池。
  7. 前記第２半導体部と前記金属箔で形成された第２電極との間には、前記半導体基板と、全体的に接続される金属電極層をさらに含み、
    前記コンタクト部は、前記金属電極層と接続され、前記非コンタクト部は、前記金属電極層から離隔されて前記エアギャップ（air gap）が形成される、請求項５に記載の太陽電池。
  8. 前記第２半導体部と前記金属箔で形成された第２電極との間には、誘電体材質の後面パッシベーション層をさらに含み、
    前記コンタクト部は、前記後面パッシベーション層を貫通して前記第２半導体部と接続され、前記非コンタクト部は、前記後面パッシベーション層から離隔されて前記エアギャップ（air gap）が形成される、請求項５に記載の太陽電池。
  9. 前記コンタクト部と前記第２半導体部との間には、前記後面パッシベーション層を貫通する導電性コンタクト電極がさらに位置する、請求項８に記載の太陽電池。
  10. 前記半導体基板は、結晶質シリコン材質で形成され、
    前記第２半導体部は、非晶質シリコン材質で形成され、
    前記非晶質シリコン材質で形成された第２半導体部の後面には、透明電極層が位置し、
    前記コンタクト部は、前記透明電極層に接続され、前記非コンタクト部は、前記透明電極層から離隔されて前記エアギャップ（air gap）が形成される、請求項５に記載の太陽電池。
  11. 前記コンタクト部と前記透明電極層との間には、導電性コンタクト電極がさらに位置する、請求項１０に記載の太陽電池。
  12. 前記第１半導体部は、前記半導体基板の後面に位置し、
    前記半導体基板の後面に位置し、第１導電型と反対の第２導電型の不純物がドーピングされる第２半導体部とをさらに含み、
    前記第１電極は、前記半導体基板の後面に位置して前記第１半導体部に接続され、
    前記第２電極は、前記半導体基板の後面に位置して前記第２半導体部に接続され、
    前記第１電極は前記半導体基板の前記第１半導体部に接続されるコンタクト部と、前記半導体基板の後面から離隔され前記半導体基板との間にエアギャップを形成する非コンタクト部を含む金属箔で形成され、
    前記金属箔で形成された第１電極の前記コンタクト部は前記非コンタクト部より前記半導体基板の方向に陥没する、請求項１に記載の太陽電池。
  13. 前記第１コンタクト部は、前記第１半導体部の後面に点接続するか、又は線接続し、
    前記第２コンタクト部は、前記第２半導体部の後面に点接続するか、又は線接続する、請求項１２に記載の太陽電池。
  14. 前記金属箔で形成された第１、第２電極は、Ａｇ、Ａｌ、Ａｕ、Ｗ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｆｅの内、少なくとも一つの材質で形成され、又は、これらの合金（alloy）材料で形成される、請求項１２に記載の太陽電池。
  15. 前記第１電極の前記非コンタクト部の厚さは、２０μｍ〜３０μｍである、請求項１２に記載の太陽電池。
  16. 前面または後面に第１導電型の不純物がドーピングされる第１半導体部を備えた半導体基板を準備する段階と、
    前記第１半導体部に接続される第１電極を形成する段階と、
    金属箔で前記半導体基板の後面に配置した後、前記金属箔を局部的に熱処理して、前記半導体基板の後面に接続されるコンタクト部と、前記半導体基板の後面から離隔され、前記半導体基板との間のエアギャップを形成する非コンタクト部を含む第２電極形成段階と、を含み、
    前記第２電極形成段階において、前記コンタクト部を局部的に熱処理して、前記第２電極の前記コンタクト部を前記非コンタクト部より前記半導体基板の方向に陥没させる、太陽電池の製造方法。
  17. 前記第１導電型と反対の第２導電型の不純物がドーピングされる第２半導体部を前記半導体基板の後面に形成し、前記コンタクト部を前記第２半導体部に接続する、請求項１６に記載の太陽電池の製造方法。
  18. 前記第２電極形成段階において前記金属箔を局部的に熱処理する方法は、レーザー照射、赤外線（ＩＲ）照射、ホットエアー（Hot air）またはホットプローブ（Hot probe）の内、少なくともいずれか一つである、請求項１６に記載の太陽電池の製造方法。
  19. 前記第２電極形成段階において前記金属箔を局部的に熱処理する方法は、レーザー照射であり、前記レーザーの強度（intensity）は、６ｍＪ/cm２〜５００ｍＪ/cm２である、請求項１６に記載の太陽電池の製造方法。
  20. 前記第１半導体部と前記第２半導体部のそれぞれは、相互に離隔された状態として、前記半導体基板の後面に第１方向に形成し、
    金属箔を前記第１半導体基板の後面に配置した後、前記金属箔を局部的に熱処理して前記第１半導体部の後面に接続されるコンタクト部と、前記半導体基板の後面から離隔され、前記半導体基板との間にエアギャップを形成する非コンタクト部を含む前記第１電極を形成する、請求項１７に記載の太陽電池の製造方法。
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