(57)【要約】【課題】太陽電池の光変換効率の向上。【解決手段】太陽電池は、少なくとも一面に凹凸パターンが形成された半導体基板と、第１濃度を有する第１部分および前記第１濃度より高い第２濃度を有する第２部分を含み、凹凸パターン上に形成された第１不純物層と、第１不純物層の第２部分に接触し、第１不純物層の第１部分には接触しない位置に形成された第１電極と、を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一面に凹凸パターンが形成された半導体基板と、
第１濃度を有する第１部分および前記第１濃度より高い第２濃度を有する第２部分を含み、前記半導体基板の凹凸パターン上に形成された第１不純物層と、
前記第１不純物層の第２部分に接触し、前記第１不純物層の第１部分には接触しない位置に形成された第１電極と、
を含む太陽電池。
【請求項２】
前記第１不純物層は、前記凹凸パターン上に均一な厚さで形成され、
前記第１不純物層の第１部上を覆って前記第１不純物層の第２部分を露出させるように前記半導体基板上に形成された絶縁層をさらに含み、
前記第１電極は、前記第１不純物層の第２部分および前記絶縁層上に形成される請求項１に記載の太陽電池。
【請求項３】
前記複数の凹凸パターンは、均一のサイズのピラミッド形状を有する請求項１に記載の太陽電池。
【請求項４】
前記凹凸パターンの高さは、５〜７μｍである請求項３に記載の太陽電池。
【請求項５】
前記凹凸パターンと前記第１不純物層との間に介在する真性半導体層をさらに含む、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項６】
前記第１不純物層は非晶質であり、
前記半導体基板は単結晶質または多結晶質である、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項７】
前記第１不純物層の厚さは５０〜１００Åである、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項８】
前記半導体基板の他面に形成された第２不純物層と、
前記第２不純物層上に形成された第２電極と、をさらに含み、
前記凹凸パターンは、前記半導体基板の一面にのみ形成されている、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項９】
前記半導体基板の第１面には第１凹凸パターンが形成され、前記半導体基板の前記第１面と対向する前記半導体基板の第２面には第２凹凸パターンが形成され、
前記半導体基板は第１導電型であり、前記第１不純物層は前記第１導電型と反対である第２導電型であり、
前記第１不純物層および前記第１電極は、前記第１凹凸パターン上に形成されている、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項１０】
第３濃度を有する第１部分および前記第３濃度より高い第４濃度を有する第２部分を含み、前記第２凹凸パターン上に均一な厚さで形成され、前記第１導電型から成る第２不純物層と、
前記第２不純物層の第２部分に接触し、前記第２不純物層の第１部分には接触しない位置に形成された第２電極と、
をさらに含む請求項９に記載の太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池およびその製造方法に関し、より詳細には光変換効率が向上した太陽電池およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池は、光エネルギーを電気に変換させる素子であって、ｐ−ｎ接合型、ｐｉｎ型、ショットキー（ｓｈｏｔｋｅｙ）型などに分類することができる。
【０００３】
太陽電池は、基板材料に基づいてシリコン結晶系太陽電池、非晶質シリコン太陽電池、化合物半導体界太陽電池、燃料感応型太陽電池などに区分することができる。
【０００４】
最近、広く使われているｐ−ｎ接合型シリコン系太陽電池はｐ−ｎの接合部に入射する光エネルギーによって半導体内部に電子と正孔が発生して内部電界によって電子と正孔が各々ｎ型およびｐ型不純物層に移動してｎ型およびｐ型不純物層の上部の電極に蓄積される。この場合、二つの電極を配線で接続すると配線に電流が流れるようになってこれを外部から利用することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】大韓民国特許２００２-００６１２９１号公開公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
太陽電池は、光変換効率がその性能を左右するため、太陽電池の構造や不純物濃度を調節して光変換効率を向上させることが要求される。
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、光変換効率が向上した太陽電池を提供するものである。
【０００８】
本発明が解決しようとする他の技術的課題は、光変換効率が向上した太陽電池の製造方法を提供するものである。
【０００９】
本発明の技術的課題は、以上で言及した技術的課題に制限されず、言及されていないまた他の技術的課題は、次の記載から当業者に明確に理解できるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記技術的課題を達成するための本発明の一実施形態による太陽電池は、半導体基板と、前記半導体基板の少なくとも一面に形成された複数の凹凸パターンと、第１濃度を有する第１不純物層の第１部分および前記第１濃度より高い第２濃度を有する第１不純物層の第２部分を含む第１不純物層であって、前記凹凸パターン上に形成された第１不純物層と、前記第１不純物層の第２部分には接触するが、前記第１不純物層の第１部分には接触しないように形成された第１電極を含む。
【００１１】
前記技術的課題を達成するための本発明の他の実施形態による太陽電池の製造方法は、半導体基板を提供して、前記半導体基板の少なくとも一面に複数の凹凸パターンを形成して、第１濃度を有する第１不純物層の第１部分および前記第１濃度より高い第２濃度を有する第１不純物層の第２部分を含む第１不純物層を前記凹凸パターン上に均一な厚さで形成して、前記第１不純物層の第２部分には接触するが、前記第１不純物層の第１部分には接触しないように第１電極を形成することを含む。
【００１２】
本発明のその他具体的な内容は詳細な説明および図に含まれている。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１実施形態による太陽電池の斜視図である。
【図２】図１に示すＡ−Ａ’線に沿って切断した本発明の第１実施形態による太陽電池の断面図である。
【図３】本発明の第２実施形態による太陽電池の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態による太陽電池の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図５】本発明の第２実施形態による太陽電池の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図６】本発明の第２実施形態による太陽電池の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図７】本発明の第２実施形態による太陽電池の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図８】本発明の第３実施形態による太陽電池の底面斜視図である。
【図９】図８に示すＢ−Ｂ’線に沿って切断した本発明の第３実施形態による太陽電池の断面図である。
【図１０】本発明の第４実施形態による太陽電池の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図１１】本発明の第４実施形態による太陽電池の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図１２】本発明の第４実施形態による太陽電池の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図１３】本発明の第４実施形態による太陽電池の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図１４】本発明の第４実施形態による太陽電池の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図１５】本発明の第５実施形態による太陽電池の斜視図である。
【図１６】図１５に示すＣ−Ｃ’線に沿って切断した本発明の第５実施形態による太陽電池の断面図である。
【図１７】本発明の第６実施形態による太陽電池の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図１８】本発明の第６実施形態による太陽電池の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図１９】本発明の第６実施形態による太陽電池の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図２０】本発明の第６実施形態による太陽電池の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図２１】本発明の第６実施形態による太陽電池の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図２２】本発明の第６実施形態による太陽電池の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図２３】本発明の第６実施形態による太陽電池の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図２４】本発明の第６実施形態による太陽電池の製造方法を工程順に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の利点、特徴、およびそれらを達成する方法は、添付される図面と共に詳細に後述される実施形態を参照すると明確になるであろう。しかし、本発明は、以下で開示される実施形態に限定されるものではなく、互いに異なる多様な形態で具現されることが可能である。本実施形態は、単に本発明の開示が完全になるように、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者に対して発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものであり、本発明は、請求項の範疇によってのみ定義される。いくつかの実施形態において公知の工程段階、公知の素子構造及び公知の技術は本発明が曖昧に解釈されることを避けるため具体的に説明されない。なお、明細書全体にかけて、同一の参照符号は同一の構成要素を指すものとする。
【００１５】
空間的に相対的な用語である「下」、「下部（ｌｏｗｅｒ）」、「上（ａｂｏｖｅ）」、「上部（ｕｐｐｅｒ）」などは、図面に示されているように、一つの素子または構成要素と異なる素子または構成要素との相関関係を容易に記述するために使用されてもよい。空間的に相対的な用語は、図面に示されている方向に加えて、使用時または動作時における素子の互いに異なる方向を含む用語として理解されなければならない。例えば、図面に図示されている素子を覆す場合に、他の素子の「下」と記述されている素子は、他の素子の「上（ａｂｏｖｅ）」に置かれ得る。したがって、例示的な用語である「下」は、下と上の方向をすべて含み得る。素子が他の方向に配向された場合も、これにより空間的に相対的な用語は配向に応じて解釈することができる。
【００１６】
本明細書で使用される用語は実施形態を説明するためのものであり、本発明を制限しようとするものではない。本明細書で、単数形は文言に特別に言及しない限り複数形も含む。本明細書において「含む」を使用した場合は、言及された構成要素、段階、動作および素子は、一つ以上の他の構成要素、段階、動作および／または素子の存在または追加を排除するものではない。
【００１７】
特に定義していない場合には、本明細書で使用されるすべての用語（技術および科学的用語を含む）は、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者に共通に理解できる意味で使用され得るものである。また一般的に使用される辞典に定義されている用語は、明白に特に定義されていない限り理想的にまたは過度に解釈されない。
【００１８】
以下、図１および図２を参照して、本発明の第１実施形態による太陽電池について詳細に説明する。図１は、本発明の第１実施形態による太陽電池の斜視図である。図２は、図１に示すＡ−Ａ’線に沿って切断した本発明の第１実施形態による太陽電池の断面図である。
【００１９】
図１および図２を参照すると、本実施形態の太陽電池は半導体基板１００、半導体基板１００の一面に形成された複数の凹凸パターン１１０、凹凸パターン１１０の上に均一な厚さで形成されて濃度が相異なる部分を含む第１不純物層２１０、２２０および第１不純物層２１０、２２０の高濃度部分にのみ接触する第１電極４００を含む。
【００２０】
本実施形態の構造を有する太陽電池１０００は、光変換効率を向上させることができる。本実施形態の太陽電池１０００の構造を説明する前に太陽電池１０００の光変換効率を向上させる因子について先に調べる。
【００２１】
太陽電池１０００の光変換効率（η）は入射された太陽光エネルギー量に対する出力電力量で定義され、下記式（１）で示すことができる。
【００２２】
η＝  （Ｖｏｃ  ×  Ｊｓｃ  ×  ＦＦ）／Ｐｉｎｐｕｔ      ・・・（１）
【００２３】
前記式のうち、Ｖｏｃは後述する開放電圧を、Ｊｓｃは後述する短絡電流密度を、ＦＦは後述する曲線因子を、Ｐｉｎｐｕｔは入射された太陽光エネルギー量を各々意味する。
【００２４】
前記式１で分かるように太陽電池１０００の光変換効率（η）は開放電圧（Ｖｏｃ）、短絡電流密度（Ｊｓｃ）、および曲線因子（ＦＦ）に従属する。
【００２５】
ここで、開放電圧（ｏｐｅｎ−ｃｉｒｃｕｉｔ  ｖｏｌｔａｇｅ、Ｖｏｃ）は、回路が開放された状態、すなわちインピーダンスが無限大の状態で光を受けたとき、太陽電池１０００の両端に形成される電位差であり、太陽電池１０００から得ることができる最大電圧である。開放電圧（Ｖｏｃ）は下記式（２）で示すことができる。
【００２６】
Ｖｏｃ＝（ｎｋＴ）×ｌｎ［（Ｉｓｃ／Ｉ０）＋１］／ｑ      ・・・式（２）
【００２７】
前記式のうち、ｎはアボガドロ数、ｋはボルツマン定数、Ｔは絶対温度、Ｉｓｃは外部抵抗が無視された場合、太陽電池１０００に流れる電流、Ｉ０は太陽電池１０００に光が照射されないとき、太陽電池１０００に流れる暗電流、ｑは電荷量を意味する。
【００２８】
ここで、実際入射光の強度の範囲でＶｏｃのＩｓｃに対する依存性は小さいため、Ｖｏｃは主にＩ０に依存する。一方、太陽電池１０００に使用される半導体素子のエネルギーバンドギャップ（Ｅｇ）が大きくなればＩ０は減少してＶｏｃは増加する。したがって、開放電圧（Ｖｏｃ）は太陽電池１０００に使用される半導体素子に形成されたｐ−ｎ接合（ｐ−ｎ  ｊｕｎｃｔｉｏｎ）のエネルギーバンドギャップのサイズおよびその構造に依存する。
【００２９】
短絡電流密度（ｓｈｏｒｔ−ｃｉｒｃｕｉｔ  ｃｕｒｒｅｎｔ、Ｊｓｃ）は回路が短絡された状態、すなわち外部抵抗がない状態で光を受けたとき現れる逆方向（陰の値）の電流密度である。短絡電流密度は、太陽光によって発生したキャリアの生成と収集に起因し、太陽電池１０００から引き出すことができる最大電流密度である。短絡電流密度は、優先的に入射光の強度とスペクトル分布（ｓｐｅｃｔｒａｌ  ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）により変わるが、このような条件が決定された状態では光吸収によって励起された電子と正孔が再結合（ｒｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ）して失われず、如何に効果的に電池内部から外部側に送られるのかに依存する。このとき、再結合による損失は材料の内部や界面で生じ得る。またＪｓｃを大きくするためには太陽電池１０００の表面での太陽光の反射を極力減少させなければならない。可能なすべての波長の光を吸収するためには半導体のエネルギーバンドギャップが小さいほど有利であるが、そのようになるとＶｏｃも減少するようになるため、適正なエネルギーバンドギャップを有する材料が必要である。
【００３０】
曲線因子（Ｆｉｌｌ  Ｆａｃｔｏｒ、ＦＦ）は、開放電圧と短絡電流密度の倍に対する出力の比で定義され、最適動作電流（Ｉｍ）と最適動作電圧（Ｖｍ）がＩｓｃとＶｏｃに近い程度を示す。すなわち、曲線因子は光が加えられた状態でＪ−Ｖ曲線がどれほど四角形近いかを示す指標である。曲線因子は、開放電圧、ダイオード特性から外れる程度、太陽電池１０００の直列抵抗および並列抵抗の関数である。
【００３１】
したがって、太陽電池１０００の光変換効率を向上させる方法として、ｐ−ｎ  ｊｕｎｃｔｉｏｎの最適設計による開放電圧向上、電子／正孔生成率の増加および再結合率の減少による短絡電流密度の増加、ダイオード特性向上による曲線因子増加方法が例示され得る。
【００３２】
以下、光変換効率を向上させるための本実施形態の太陽電池の構造について詳細に説明する。前述したように本実施形態は第１不純物層２１０、２２０の一部領域のドーピング（ｄｏｐｉｎｇ）濃度を第１不純物層２１０、２２０の他の領域より高く形成してドーピング濃度が高い領域を第１電極４００と接触させる。
【００３３】
本実施形態の太陽電池１０００は、太陽光が入射する一面と前記一面と対向する他面を具備する半導体基板１００上に形成された各素子を含む。
【００３４】
半導体基板１００は、太陽光を吸収する光吸収層として機能する。半導体基板１００は、単結晶質シリコンウェハや多結晶質シリコンウェハであり得、シリコン以外の半導体基板であり得る。
【００３５】
半導体基板１００は第１導電型の不純物を含む。第１導電型はｐ形またはｎ形の不純物であり得る。本実施形態ではｎ形の不純物が含まれた単結晶または多結晶のシリコン基板を例に挙げて説明するか、これに限定されるものではない。ここで、ｐ形の不純物としては、周期律表上の３族の化学元素（Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、など）を含み、ｎ形の不純物としては周期律表上の５族の化学元素（Ｐ、Ａｓ、など）を含む。
【００３６】
半導体基板１００の一面には複数の凹凸パターン１１０が形成されている。本実施形態の凹凸パターン１１０は光吸収面積を広くし、光進行経路を増加させて、太陽光によって形成される電子正孔対（ＥＨＰ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｈｏｌｅ  Ｐａｉｒ）を増加させる。
【００３７】
凹凸パターン１１０は例えばピラミッド形状を有することができる。本明細書でピラミッド形状とは、四角角形状に限定されるものではなく、頂点と傾斜を有する形状をすべて含み、場合によっては半球形状を有することもできる。
【００３８】
凹凸パターン１１０は、均一なサイズで形成することができる。ここで、「均一」であるという意味は、凹凸パターン１１０のサイズの完全に同一であることのみを意味するのではなく、概して以下の範囲に属することを意味する。均一なサイズの凹凸パターン１１０は、半導体基板１００の厚さに対して約２〜４％の高さ、すなわち約５〜７μｍ高さを有することができる。凹凸パターン１１０のサイズが５μｍ未満である場合、光散乱が増加して光干渉が増加することができる。凹凸パターン１１０のサイズが７μｍを超過する場合、凹凸パターン１１０の数が減少して光吸収効率増加が微々たることもある。
【００３９】
凹凸パターン１１０の上部には真性（ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ）半導体層１０５を均一な厚さで形成することができる。本実施形態の太陽電池は、結晶質半導体基板１００と後述する非晶質（ａｍｏｒｐｈｏｕｓ）第１不純物層２１０、２２０との間にヘテロ接合（ｈｅｔｅｒｏ  ｊｕｎｃｔｉｏｎ）を含むが、ヘテロ接合太陽電池１０００は非晶質／結晶質界面においてダングリングボンド（ｄａｎｇｌｉｎｇ  ｂｏｎｄ）などによって発生する欠陥密度（ｄｅｆｅｃｔ  ｄｅｎｓｉｔｙ）が光変換効率に影響を与えることができる。すなわち、界面の欠陥密度が大きい場合、光によって生成された電子、正孔の再結合速度（ｒｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ  ｒａｔｅ）が増加して太陽電池の効率によって効率が低下する恐れがある。真性半導体層１０５は結晶質半導体基板１００と非晶質（ａｍｏｒｐｈｏｕｓ）第１不純物層２１０、２２０との間に配置されこのような界面欠陥を減少させる役割をする。
【００４０】
真性半導体層１０５は、ピラミッド形状に沿って約１〜１００Åの厚さで形成することができる。真性半導体層１０５は、絶縁膜であるため１００Åを超過する厚さで形成する場合、電流が流れないこともあり得、１Å未満の厚さで形成する場合、界面欠陥減少効果が減少し得る。
【００４１】
真性半導体層１０５は、半導体基板１００と第１不純物層２１０、２２０の界面欠陥が少ない場合には省略することもできる。
【００４２】
真性半導体層１０５または凹凸パターン１１０の上には第１不純物層２１０、２２０を均一な厚さで形成することができる。第１不純物層２１０、２２０は、半導体基板の導電型である第１導電型の不純物と反対の極性を有する第２導電型の不純物がドーピング（ｄｏｐｉｎｇ）された非晶質シリコン（ａｍｏｒｐｈｏｕｓ  ｓｉｌｉｃｏｎ）でなされ得る。
【００４３】
第１不純物層２１０、２２０は、半導体基板１００と反対の極性の不純物を含み、ｐ−ｎ接合を形成する。
【００４４】
第１不純物層２１０、２２０は、５０〜１００Åの厚さで形成することができる。第１不純物層２１０、２２０が５０Å未満の厚さで形成される場合、半導体基板１００との間で接合（ｊｕｎｃｔｉｏｎ）が形成されないこともあり得、１００Å超過の厚さで形成される場合、電流の流れが円滑でないこともある。
【００４５】
第１不純物層２１０、２２０は、第１濃度を有する第１不純物層の第１部分２１０および第１濃度より高い第２濃度を有する第１不純物層の第２部分２２０を含み得る。相対的に濃度が高い第１不純物層の第２部分２２０は凹凸パターン１１０の端の部分に形成され、相対的に濃度が低い第１不純物層の第１部分２１０は凹凸パターン１１０の傾斜部分に形成され、後述する絶縁層３００によって覆われる。ここで第１濃度は例えば１０１９／ｃｍ3であり得、第２濃度は１０１９／ｃｍ3より高いこともある。
【００４６】
相対的に濃度が高い第２濃度を有する第１不純物層の第２部分２２０は後述する第１電極４００と接触して接触抵抗を減少させる。これによって曲線因子が向上して光変換効率が向上することができる。
【００４７】
第１不純物層２１０、２２０の全体が第２濃度で形成される場合、短波長領域の光吸収効率、すなわち青色光領域の光吸収効率が低下して欠陥密度が増加し、光変換効率がむしろ低下し得るが、本実施形態のように第１電極４００と接触する部分のみ高濃度で形成し、残り部分は相対的に低い濃度で第１不純物層２１０、２２０を形成することによって光変換効率を向上させることができる。
【００４８】
絶縁層３００は凹凸パターン１１０の傾斜部分を覆って端の部分を露出させるように形成することができる。具体的に本実施形態の絶縁層３００は、第１不純物層の第１部分２１０を覆って第１不純物層の第２部分２２０を露出させるように半導体基板１００上に形成することができる。また、凹凸パターン１１０の高さが５〜７μｍである場合、絶縁層３００の厚さは３〜４μｍであり得る。本実施形態の絶縁層３００は第１不純物層の第１部分２１０を露出させたまま半導体基板１００の一面と実質的に平行である上面を有するように形成することができる。
【００４９】
絶縁層３００は、太陽光によって形成された電子正孔対が再結合することを防止する役割をする。絶縁層３００は、太陽光の透過量を減少させないように光透過率が高い物質でなされ得る。本実施形態の絶縁層３００の光透過率は太陽光の光損失が最小化されるように８５〜９３％であり得る。
【００５０】
本実施形態の前述した特性を満す絶縁層３００としてポリイミド（ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）系、アクリレイト（Ａｃｒｙｌａｔｅ）系、イミド−シロキサン重合体、アミド−シロキサン化合物、ポリオルガノシルセスキオキサン（Ｐｏｌｙｏｒｇａｎｏｓｉｌｓｅｓｑｕｉｏｘａｎｅ（ＲＳｉＯ３／２）ｎ）、ポリメチルシルセスキオキサン（ＰＭＳＳＱ：ＰｏｌｙＭｅｔｈｙｌＳｉｌＳｅｓＱｕｉｏｘａｎｅ）、ポリシルセスキオキサン（Ｐｏｌｙｓｉｌｓｅｓｑｕｉｏｘａｎｅ）などが例示される。
【００５１】
第１不純物層の第２部分２２０および絶縁層３００の上には第１電極４００が形成される。第１電極４００は第１不純物層のうち相対的に高い濃度を有する第１不純物層の第２部分２２０にのみ接触して、相対的に低い濃度を有する第１不純物層の第１部分２１０には接触しない。これによって第１電極４００と第１不純物層２１０、２２０の接触抵抗が減少する。
【００５２】
第１電極４００は太陽光が入射できるように透明導電酸化膜（ＴＣＯ：Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ  Ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ  Ｏｘｉｄｅ）でなされ得る。第１電極４００は例えばＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）またはＡＺＯ（Ａｌｕｍｉｎｕｍ−ｄｏｐｅｄ  Ｚｉｎｃ  Ｏｘｉｄｅ）でなされ得る。
【００５３】
太陽光が入射する半導体基板１００の一面に対向する半導体基板１００の他面には第２不純物層５１０が形成することができる。第２不純物層５１０は半導体基板１００と同一の第１導電型でドーピングすることができる。第２不純物層５１０は平面構造の半導体基板１００の他面に均一な厚さで形成することができる。図示していないが、第２不純物層５１０は濃度が互いに異なる２部分を含み得る。すなわち、半導体基板１００の他面に隣接する第２不純物層５１０の第１部分は相対的に低い濃度で形成され、第２不純物層５１０の上部に形成される第２電極６００に隣接するように形成された第２不純物層５１０の第２部分は相対的に高い濃度で形成することができる。
【００５４】
図示していないが、半導体基板１００の他面と第２不純物層５１０との間には非晶質真性半導体層（図示せず）が介在して欠陥密度を減少させることができる。
【００５５】
第２不純物層５１０上には第２電極６００が形成することができる。本実施形態の第２電極６００は透明電極または反射性電極でなされ得る。第２電極６００は、例えばＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）またはＡＺＯ（Ａｌｕｍｉｎｕｍ−ｄｏｐｅｄ  Ｚｉｎｃ  Ｏｘｉｄｅ）のような透明導電酸化膜からなるか、ＡｌまたはＡｇのような反射性物質でなされ得る。
【００５６】
以下、図２および図３〜図７を参照して本発明の第２実施形態による太陽電池の製造方法について詳細に説明する。図３〜図７は、本発明の第２実施形態による太陽電池の製造方法を工程順に示す断面図である。以下の実施形態では本発明の第１実施形態と同一の機能をする構成要素に対しては同一の図面符号を使って説明の便宜上、該当構成要素に対する詳細な説明は省略または簡略化する。
【００５７】
まず、図３を参照すると、半導体基板１００の一面上に複数の凹凸パターン１１０を形成する。半導体基板１００は第１導電型であり得る。
【００５８】
凹凸パターン１１０は半導体基板１００の一面をエッチングして均一のサイズのピラミッド形状で形成することができる。エッチング工程は乾式エッチングまたは湿式エッチングを利用して実行することができる。
【００５９】
湿式エッチングは、結晶質基板をアルカリ性溶液に露出させることによって形成される。結晶質の半導体基板１００の平面とエッチングによって形成し始めた傾斜面はエッチング率が相異なるためピラミッド形状の凹凸パターン１１０で形成される。このようなピラミッド形状の凹凸パターン１１０はテクスチャ（ｔｅｘｔｕｒｅ）ともいう。
【００６０】
湿式エッチングに利用されるアルカリ溶液としてＫＯＨまたはＮａＯＨ溶液にイソプロピルアルコール（ＩＰＡ：ＩｓｏＰｒｏｐｙｌＡｌｃｏｈｏｌ）を混合した混合溶液が例示される。
【００６１】
次いで、図４〜図６を参照すると、第１濃度を有する第１不純物層の第１部分２１０および第１濃度より高い第２濃度を有する第１不純物層の第２部分２２０を含む第１不純物層２１０、２２０を凹凸パターン１１０上に均一な厚さで形成する。
【００６２】
すなわち、図４を参照すると、第１不純物層２１０、２２０を凹凸パターン１１０または真性半導体層１０５の上に均一な厚さで形成する。第１不純物層の第１濃度を有するように形成する。第１不純物層２１０、２２０は、半導体基板１００の第１導電型と反対の第２導電型でなされ得る。
【００６３】
第１不純物層２１０、２２０は、例えばＰＥＣＶＤ（Ｐｌａｓｍａ−Ｅｎｈａｎｃｅｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を利用して形成することができる。第１不純物層２１０、２２０を形成するためのドーピングソース（ｄｏｐｉｎｇ  ｓｏｕｒｃｅ）は、第１導電型がｐ型である場合、窒化｛ちっか｝ホウ素（ＢＮ）、グラスセラミックボロン（ｇｌａｓｓ  ｃｅｒａｍｉｃ  ｂｏｒｏｎ）、Ｂ２Ｈ６のうち選択された何れか一つであり得る。第１導電型がｎ型である場合、ドーピングソースはＰＯＣｌ３、Ｈ３ＰＯ４、Ｐ２ＰＯ５、Ｐ２ＰＯ７、ＰＨ３のうち選択された何れか一つであり得る。
【００６４】
第１不純物層２１０、２２０を形成する前に凹凸パターン１１０上に真性半導体層１０５をコンフォーマルに形成することもできる。真性半導体層１０５の形成は、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法など公知の方法を利用して行うことができる。半導体基板１００と第１不純物層２１０、２２０との間の欠陥密度が低い場合、真性半導体層１０５は省略することもできる。
【００６５】
次いで、図５を参照すると、第１不純物層２１０、２２０の少なくとも一部が露出するように半導体基板１００上に絶縁層３００を形成することができる。すなわち、第１不純物層の第１部分２１０を覆って第１不純物層の第２部分２２０を露出させるように絶縁層３００を形成することができる。絶縁層３００の形成は、第１不純物層の第２部分２２０に絶縁層３００が形成されないように液状の絶縁物質をスピンコーティングまたはスリットコーティングして形成することができる。
【００６６】
次いで、図６を参照すると、絶縁層３００によって露出した凹凸パターン１１０上の第１不純物層２１０、２２０に第１不純物をドーピングして第１濃度より高い第２濃度を有する第１不純物層の第２部分２２０を形成する。第１不純物層の第２部分２２０の形成は熱拡散法（ｔｈｅｒｍａｌ  ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ）、イオンシャワー法（ｉｏｎ  ｓｈｏｗｅｒ）、およびイオンインプラント法（ｉｏｎ  ｉｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎ）のうち選択された何れか一つを利用して行うことができる。
【００６７】
次いで、図７を参照すると、第１不純物層の第２部分２２０には接触するが、第１不純物層の第１部分２１０には接触しないように第１電極４００を形成する。第１電極４００の形成はスパッタリング法を利用して行うことができる。
【００６８】
次いで、図２を参照すると、半導体基板１００の一面と対向する半導体基板１００の他面に第２不純物層５１０を形成する。第２不純物層５１０は第１導電型で成された第２不純物をドーピングして形成することができる。第２不純物層５１０は半導体基板１００の平面上に形成する点を除いては第１不純物層２１０、２２０の形成と同一の方式で形成することができる。
【００６９】
次いで、第２不純物層５１０の上に例えばＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）またはＡＺＯ（Ａｌｕｍｉｎｕｍ−ｄｏｐｅｄ  Ｚｉｎｃ  Ｏｘｉｄｅ）のような透明導電酸化膜で形成されるか、ＡｌまたはＡｇのような反射性物質を利用して第２電極６００を形成する。
【００７０】
第２電極６００は、スパッタリング法または熱蒸着法（ｔｈｅｒｍａｌ  ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ）を利用して形成することができる。
【００７１】
本実施形態では、太陽光が入射する側の第１不純物層２１０、２２０および第１電極４００を先に形成し、以後に第２不純物層５１０および第２電極６００を形成することを例にあげて説明したが、本実施形態はこれに限定されず、第２不純物層５１０および第２電極６００を先に形成して以後に太陽光が入射する側の第１不純物層２１０、２２０および第１電極４００を形成することもできる。
【００７２】
次いで、図８および図９を参照して本発明の第３実施形態による太陽電池について詳細に説明する。図８は、本発明の第３実施形態による太陽電池の底面斜視図である。図９は、Ｂ−Ｂ’線に沿って切断した本発明の第３実施形態による太陽電池の断面図である。
【００７３】
図８および図９を参照すると、本実施形態の太陽電池１００１では太陽光が入射する側の反対側の半導体基板１００に凹凸パターン１２０が形成されて、太陽光が入射する半導体基板１００の一面には平面上に第１不純物層２１１および第１電極４０１が形成される。
【００７４】
本実施形態の凹凸パターン１２０は、半導体基板１００の他面に形成されている点を除いては本発明の第１実施形態による凹凸パターン（図１の１１０参照）と実質的に同一である。
【００７５】
凹凸パターン１２０の上部には真性半導体層１１５を均一な厚さで形成することができる。真性半導体層１１５もその形成位置を除いては本発明の第１実施形態による真性半導体層（図１の１０５参照）と実質的に同一である。本実施形態の真性半導体層１１５も半導体基板１００と第２不純物層５１１、５２１の界面欠陥が少ない場合には省略することもできる。
【００７６】
真性半導体層１１５または凹凸パターン１２０上には第２不純物層５１１、５２１が形成することができる。第２不純物層５１１、５２１は半導体基板１００と同一型の不純物を含み得る。半導体基板１００が第１導電型である場合、第２不純物層５１１、５２１も第１導電型で形成される。この場合、太陽光が入射する半導体基板１００の一面上に形成された第１不純物層２１１は、第１導電型と反対の第２導電型で形成することができる。
【００７７】
第２不純物層５１１、５２１は第１濃度を有する第２不純物層の第１部分５１１および第１濃度より高い第２濃度を有する第２不純物層の第２部分５２１を含み得る。相対的に濃度が高い第２不純物層の第２部分５２１は凹凸パターン１２０の端の部分に形成され、相対的に濃度が低い第２不純物層の第１部分５１１は凹凸パターン１２０の傾斜部分に形成され、後述する絶縁層５５１によって覆われる。
【００７８】
第２不純物層５１１、５２１は導電型およびその形成位置を除いては本発明の第１実施形態による第１不純物層（図１の２１０、２２０参照）と同一である。
【００７９】
絶縁層５５１は、凹凸パターン１２０の傾斜部分を覆って端の部分を露出させるように形成することができる。本実施形態の絶縁層５５１は第２不純物層５１１、５２１上に形成された点を除いては本発明の第１実施形態による絶縁層（図１の３００参照）と同一である。
【００８０】
絶縁層５５１および第２不純物層の第２部分５２１上には第２電極６０１が形成される。第２電極６０１は、第２不純物層のうち相対的に高い濃度を有する第２不純物層の第２部分５２１にのみ接触し、相対的に低い濃度を有する第２不純物層の第１部分５１１には接触しない。これによって第２電極６０１と第２不純物層５１１、５２１の接触抵抗が減少する。第２電極６０１は、透明電極または反射性電極でなされ得る。本実施形態の第２電極６０１は、凹凸パターン１２０上の第２不純物層５１１、５２１上に形成された点を除いては本発明の第１実施形態と同一である。
【００８１】
半導体基板１００の一面に形成された第１不純物層２１１は半導体基板１００の平面上に形成される点を除いては本発明の第１実施形態と同一である。
【００８２】
第１不純物層２１１上には透明導電性物質から成る第１電極４１１が形成することができる。本実施形態の第１電極４１１も平面上に形成された点を除いては本発明の第１実施形態と同一である。
【００８３】
以下、図９および図１０〜図１４を参照して本発明の第４実施形態による太陽電池の製造方法について詳細に説明する。
【００８４】
図１０を参照すると、半導体基板１００の一面上に第１不純物層２１１および第１電極４０１を形成する。第１不純物層２１１および第１電極４０１の形成方法は本発明の第１実施形態と同一である。
【００８５】
図１１を参照すると、半導体基板１００の他面上に凹凸パターン１２０を形成する。凹凸パターン１２０の形成方法は本発明の第１実施形態と同一である。本実施形態では、第１不純物層２１１および第１電極４０１を先に形成した後、凹凸パターン１２０を形成することを例にあげているが、本実施形態はこれに限定されず、凹凸パターン１２０を形成した後、凹凸パターン１２０と反対側の半導体基板１００の上に第１不純物層２１１および第１電極４０１を形成することもできる。
【００８６】
次いで、図１２を参照すると、凹凸パターン１２０の上に真性半導体層１１５および第１濃度の第２不純物層５１１を形成する。真性半導体層１１５を省略し得ることは前述した通りである。第２不純物層５１１は半導体基板１００と同一に第１導電型で形成することができる。
【００８７】
次いで、図１３を参照すると、第２不純物層５１１の少なくとも一部が露出するように半導体基板１００の上に絶縁層５５１を形成することができる。すなわち、図６の矢印は第１不純物イオンが絶縁層５５１によって露出された第１不純物層２１１にドーピングされることを示すものである。第２不純物層の第１部分５１１を覆って第２不純物層の第２部分５２１を露出させるように絶縁層５５１を形成することができる。
【００８８】
次いで、図１４を参照すると、絶縁層５５１によって露出された凹凸パターン１２０上の第２不純物層５１１、５２１に第２不純物をドーピングし、第１濃度より高い第２濃度を有する第２不純物層の第２部分５２１を形成する。図１４の矢印は第２不純物イオンが絶縁層５５１によって露出された第２不純物層５１１、５２１にドーピングされることを示すものであって、下部でイオンがドーピングされるものではなく、実際には半導体基板１００を覆して上部でドーピングを実行する。
【００８９】
図９を参照すると、第２不純物層５１１、５２１の上に第２電極６０１を形成する。
【００９０】
本実施形態の真性半導体層１１５、第２不純物層５１１、５２１、絶縁層５５１、および第２電極６０１の形成方法は、本発明の第２実施形態の真性半導体層（図２の１０５参照）、第１不純物層（図２の２１０参照）、絶縁層（図２の３００参照）、および第１電極（図２の４００参照）の形成方法と同一である。
【００９１】
以下、図１５および図１６を参照して本発明の第５実施形態による太陽電池について詳細に説明する。図１５は、本発明の第５実施形態による太陽電池の斜視図である。図１６は、図１５に示すＣ−Ｃ’線に沿って切断した本発明の第５実施形態による太陽電池の断面図である。
【００９２】
図１５および図１６を参照すると本実施形態の太陽電池１００２の凹凸パターン１１０、１２０は太陽光が入射する半導体基板１００の一面上に形成された第１凹凸パターン１１０と前記半導体基板１００の一面と対向する半導体基板１００の他面上に形成された第２凹凸パターン１２０を含む。
【００９３】
ここで、半導体基板１００は第１導電型であり、第１不純物層２１０、２２０は第１導電型と反対である第２導電型から成り、半導体基板１００と第１不純物層２１０、２２０の界面でｐ−ｎ接合を形成する。
【００９４】
半導体基板１００の一面に形成された真性半導体層１０５、第１不純物層２１０、２２０、絶縁層３００、および第１電極４００は本発明の第１実施形態と同一である。
【００９５】
半導体基板１００の他面には第３濃度を有する第２不純物層の第１部分５１１および第３濃度より高い第４濃度を有する第２不純物層の第２部分５２１を含む第２不純物層５１１、５２１であって、第２凹凸パターン１２０の上に均一な厚さで形成され、第１導電型からなる第２不純物層５１１、５２１、および第２不純物層の第２部分５２１には接触するが、第２不純物層の第１部分５１１には接触しないように形成された第２電極６０１を含む。第３および第４濃度は各々第１濃度および第２濃度と同一であり得る。
【００９６】
半導体基板１００の他面に形成された凹凸パターン１２０、絶縁層５５１、第２不純物層５１１、５２１、絶縁層５５１、および第２電極６０１は本発明の第３実施形態と同一である。
【００９７】
以下、図１６および図１７〜図２４を参照して本発明の第６実施形態による太陽電池の製造方法について詳細に説明する。
【００９８】
先に、図１７を参照すると、半導体基板１００の両面に凹凸パターン１１０、１２０を形成する。凹凸パターン１１０、１２０を形成することは半導体基板１００の一面に第１凹凸パターン１１０および半導体基板１００の一面と対向する半導体基板１００の他面に第２凹凸パターン１２０を形成することを含む。凹凸パターン１１０、１２０の形成方法は本発明の第２および第４実施形態と同一である。
【００９９】
図１８を参照すると、第１凹凸パターン１０５の上に真性半導体層１０５および第１濃度の第１不純物層２１０を均一な厚さで形成する。半導体基板１００は第１導電型から成り、第１不純物層２１０は第１導電型と反対である第２導電型でなされ得る。
【０１００】
次いで、図１９を参照すると、第１不純物層２１０、２２０の少なくとも一部が露出するように半導体基板１００の上に第１絶縁層３００を形成する。
【０１０１】
次いで、図２０を参照すると、露出された第１不純物層２１０、２２０の上に第１不純物を蒸着し、第１濃度より高い第２濃度を有する第１不純物層の第２部分２２０を形成する。この場合、第１不純物層の第１部分２１０は第１絶縁層３００によって覆われる。
【０１０２】
次いで、図２１を参照すると、第１絶縁層３００および第１不純物層の第２部分２２０の上に第１電極４００を形成する。
【０１０３】
本実施形態の図１８〜図２１で説明した素子の形成方法は本発明の第２実施形態と同一である。
【０１０４】
次いで、図２２を参照すると、半導体基板１００の上下を覆して、半導体基板１００の第２凹凸パターン１２０の上に第２真性半導体層１１５および第３濃度の第２不純物層５１１を均一な厚さで形成する。
【０１０５】
次いで、図２３を参照すると、第２不純物層５１１の少なくとも一部が露出するように半導体基板１００上に第２絶縁層５５１を形成する。
【０１０６】
次いで、図２４を参照すると、露出した第２不純物層５１１の上に第２不純物を蒸着し、第３濃度より高い第４濃度を有する第２不純物層の第２部分５２１を形成する。第３および第４濃度は第１濃度および第２濃度と同一であり得る。
【０１０７】
次いで、図１６を参照すると第２不純物層自分の部分５２１および第２絶縁層５５１の上に第２電極６０１を形成する
【０１０８】
本実施形態の図２２〜図２４で説明した素子の形成方法は、本発明の第４実施形態と同一である。
【０１０９】
本実施形態では半導体基板１００の一面に位置する第１不純物層２１０、２２０、第１絶縁膜３００、および第１電極４００を先に形成して、半導体基板１００の他面に位置する第２不純物層５１１、５２１、第２絶縁膜５５１、および第２電極６０１を後で形成することを例にあげているが、これらの形成順序は変更することができる。
【０１１０】
本実施形態は半導体基板１００の両面に凹凸パターン１１０、１２０が形成されて光吸収効率がより向上し、第１電極４００および第２電極６０１と各々接触する第１不純物層２１０、２２０および第２不純物層５１１、５２１のドーピング濃度が接触部分で高まることによって第１電極４００と第１不純物層２１０、２２０および第２電極６０１と第２不純物層５１１、５２１のコンタクト（ｃｏｎｔａｃｔ）抵抗が減少して曲線因子が増加して光変換効率が向上することができる。
【０１１１】
以上添付された図面を参照して本発明の実施形態について説明したが、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者は、本発明が、その技術的思想や必須の特徴を変更しない範囲で他の具体的な形態で実施され得ることを理解することができる。したがって、上記実施形態はすべての面で例示的なものであり、限定的でないものと理解しなければならない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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