(57)【要約】【課題】本発明は太陽電池を提供する。【解決手段】前記太陽電池は第１導電性タイプを有する基板、前記基板の上に位置して透明な伝導性物質からなる反射防止膜、前記基板に位置し、前記第１導電性タイプと反対である第２導電性タイプを有する複数のエミッタ部、前記複数のエミッタ部上に位置する複数の第１電極、そして前記基板と電気的に接続されていて前記複数の第１電極と離隔されるように位置する複数の第２電極を含み、前記第１電極と前記第２電極は前記基板の同一面に位置する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電性タイプを有する基板と、
前記基板の上に位置して透明な伝導性物質からなる反射防止膜と、
前記基板に位置し、前記第１導電性タイプと反対である第２導電性タイプを有する複数のエミッタ部と、
前記複数のエミッタ部上に位置する複数の第１電極と、
前記基板と電気的に接続されていて前記複数の第１電極と離隔されるように位置する複数の第２電極と、を含み、
前記第１電極と前記第２電極は前記基板の同一面に位置する太陽電池。
【請求項２】
前記透明な伝導性物質は酸化インジウムスズ、錫系酸化物、亜鉛系酸化物及びこれらの混合物からなる群から選択された少なくとも１つである請求項１記載の太陽電池。
【請求項３】
前記基板の上に位置する第１保護膜をさらに含む請求項１記載の太陽電池。
【請求項４】
前記第１保護膜は非伝導性物質からなる請求項３記載の太陽電池。
【請求項５】
前記非伝導性物質は非晶質シリコーン、シリコーン酸化物、または非晶質シリコーン酸化物である請求項４記載の太陽電池。
【請求項６】
前記第１保護膜が形成されない前記基板の面に位置した第２保護膜をさらに含む請求項３記載の太陽電池。
【請求項７】
前記第２保護膜は前記第１保護膜と同一である材料からなる請求項６記載の太陽電池。
【請求項８】
前記第２保護膜は前記基板の面全体に位置し、前記複数のエミッタ部と前記複数の第２電極は前記第２保護膜の上に部分的に位置する請求項６記載の太陽電池。
【請求項９】
前記第２保護膜と前記複数の第２電極の間に位置する複数の背面電界部をさらに含む請求項８記載の太陽電池。
【請求項１０】
前記第１電極及び第２電極の間の露出した前記第２保護膜の上に位置する複数の絶縁部をさらに含む請求項８記載の太陽電池。
【請求項１１】
前記複数の絶縁部は非伝導性物質からなる請求項１０記載の太陽電池。
【請求項１２】
前記第２保護膜は前記基板の面に部分的に位置して、前記複数のエミッタ部と前記複数の第２電極は前記第２保護膜の上に位置する請求項６記載の太陽電池。
【請求項１３】
前記第２保護膜と前記複数の第２電極の間に位置する複数の背面電界部をさらに含む請求項１２記載の太陽電池。
【請求項１４】
前記第１電極及び第２電極の間の露出した前記基板の上に位置する複数の絶縁部をさらに含む請求項１２記載の太陽電池。
【請求項１５】
前記複数の絶縁部は非伝導性物質からなる請求項１４記載の太陽電池。
【請求項１６】
前記反射防止膜は前記第１保護膜の上に形成されている請求項３記載の太陽電池。
【請求項１７】
前記反射防止膜の表面は複数の凹凸を有する請求項１記載の太陽電池。
【請求項１８】
前記反射防止膜は光が入射する前記基板の入射面に位置して、前記複数の第１電極と前記複数の第２電極は前記入射面の反対側に位置する前記基板の他の面に位置する請求項１記載の太陽電池。
【請求項１９】
第１温度で第１導電性タイプの基板の上に第１保護膜を形成する段階と、
第２温度で前記基板の上に反射防止膜を形成する段階と、
前記基板の部分に前記第１導電性タイプと反対である第２導電性タイプの複数のドーピング部を形成する段階と、そして
前記複数のドーピング部と前記基板の部分の上にそれぞれ複数の第１電極と複数の第２電極を形成する段階と、を含み、
前記第１温度は前記第２温度と同一であるかまたは前記第２温度より高い太陽電池の製造方法。
【請求項２０】
前記第１保護膜は非晶質シリコーン（ａ−Ｓｉ）、シリコーン酸化物（ＳｉＯ2）または非晶質シリコーン酸化物（ａ−ＳｉＯ2）で形成される請求項１９記載の太陽電池の製造方法。
【請求項２１】
前記反射防止膜は透明な伝導性物質で形成される請求項２０記載の太陽電池の製造方法。
【請求項２２】
前記透明な伝導性物質は酸化インジウムスズ、錫系酸化物、亜鉛系酸化物及びこれらの混合物からなる群から選択された少なくとも一つで形成される請求項２１記載の太陽電池の製造方法。
【請求項２３】
前記第１保護膜が形成された前記基板の反対面に第２保護膜を形成する段階をさらに含む請求項１９記載の太陽電池の製造方法。
【請求項２４】
前記ドーピング部と離隔され、前記基板の部分と前記第２電極の間に複数の背面電界部を形成する段階をさらに含む請求項２３記載の太陽電池の製造方法。
【請求項２５】
前記第２保護膜形成段階は前記ドーピング部と前記背面電界部の下部に前記第２保護膜を形成する請求項２４記載の太陽電池の製造方法。
【請求項２６】
前記複数の第１電極と前記複数の第１電極の間に複数の絶縁部を形成する段階をさらに含む請求項１９記載の太陽電池の製造方法。
【請求項２７】
前記複数の絶縁部は非伝導性物質で形成される請求項２６記載の太陽電池の製造方法。
【請求項２８】
前記反射防止膜の表面を蝕刻する段階をさらに含む請求項１９記載のむ太陽電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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、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、これにしたがって太陽エネルギーから電気エネルギーを生成する太陽電池が注目されている。
【０００３】
一般的なシリコーン太陽電池はｐ型とｎ型のように互いに異なる導電性タイプ(conductive type)を有する半導体からなる基板(substrate)及びエミッタ部(emitter layer)、並びに、基板とエミッタ部にそれぞれ接続された電極を備える。この場合、基板とエミッタ部の界面にはｐ−ｎ接合が形成される。
【０００４】
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(photovoltaic effect)にしたが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型の半導体とｐ型半導体の方に、例えばエミッタ部と基板の方にそれぞれ移動して、基板とエミッタ部と電気的に接続された電極により収集され、この電極を電線で連結して電力を得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、この場合、光が入射されない基板の面だけではなく光が入射する面、すなわち、入射面に形成されたエミッタ部上にも電極が位置するので、光の入射面積が減少して太陽電池の効率が落ちる。
【０００６】
したがって光の入射面積を増加させるため、電子と正孔を収集する電極を全て基板の背面に位置させた背面電極型構造(back contact)の太陽電池が開発されている。
【０００７】
それで本発明の目的とするところは、太陽電池の効率を向上することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するために、本発明の一つの特徴による太陽電池は、第１導電性タイプを有する基板と、前記基板の上に位置して透明な伝導性物質からなる反射防止膜と、前記基板に位置し、前記第１導電性タイプと反対である第２導電性タイプを有する複数のエミッタ部と、前記複数のエミッタ部上に位置する複数の第１電極と、前記基板と電気的に接続されていて前記複数の第１電極と離隔されるように位置する複数の第２電極とを含み、前記第１電極と前記第２電極は前記基板の同一面に位置する。
【０００９】
前記透明な伝導性物質は酸化インジウムスズ(indium tin oxide: ＩＴＯ)、錫系酸化物、亜鉛系酸化物及びこれらの混合物からなる群から選択された少なくとも一つでもよい。
【００１０】
前記基板の上に位置する第１保護膜をさらに含んでもよい。
【００１１】
前記第１保護膜は非伝導性物質からなる方がよい。
【００１２】
前記非伝導性物質は非晶質シリコーン（ａ−Ｓｉ）、シリコーン酸化物（ＳｉＯ2）、または非晶質シリコーン酸化物（ａ−ＳｉＯ2）でもよい。
【００１３】
前記特徴による太陽電池は前記第１保護膜が形成されない前記基板面に位置した第２保護膜をさらに含んでもよい。
【００１４】
前記第２保護膜は前記第１保護膜と同一である材料からなり得る。
【００１５】
前記第２保護膜は前記基板の面全体に位置して、前記複数のエミッタ部と前記複数の第２電極は前記第２保護膜の上に部分的に位置してもよい。
【００１６】
前記特徴による太陽電池は前記第２保護膜と前記複数の第２電極の間に位置する複数の背面電界部をさらに含んでもよい。
【００１７】
前記特徴による太陽電池は前記第１電極及び第２電極の間の露出した前記第２保護膜の上に位置する複数の絶縁部をさらに含んでもよい。
【００１８】
前記複数の絶縁部は非伝導性物質からなることができる。
【００１９】
前記第２保護膜は前記基板の面に部分的に位置して、前記複数のエミッタ部と前記複数の第２電極は前記第２保護膜の上に位置してもよい。
【００２０】
前記第２保護膜と前記複数の第２電極の間に位置する複数の背面電界部をさらに含んでもよい。
【００２１】
前記特徴による太陽電池は前記第１電極及び第２電極の間の露出した前記基板の上に位置する複数の絶縁部をさらに含んでもよい。
【００２２】
前記複数の絶縁部は非伝導性物質で成り立つことができる。
【００２３】
前記反射防止膜は前記第１保護膜の上に形成されてもよい。
【００２４】
前記反射防止膜の表面は複数の凹凸を備えることが望ましい。 
【００２５】
前記反射防止膜は光が入射する前記基板の入射面に位置し、前記複数の第１電極と前記複数の第２電極は前記入射面の反対側に位置する前記基板の他の面に位置してもよい。
【００２６】
本発明の他の特徴による太陽電池の製造方法は第１温度で第１導電性タイプの基板の上に第１保護膜を形成する段階と、第２温度で前記基板の上に反射防止膜を形成する段階と、前記基板の部分に前記第１導電性タイプと反対である第２導電性タイプの複数のドーピング部を形成する段階と、前記複数のドーピング部と前記基板の部分の上にそれぞれ複数の第１電極と複数の第２電極を形成する段階と、を含み、前記第１温度は前記第２温度と同一であるかまたは前記第２温度より高い。
【００２７】
前記第１保護膜は非晶質シリコーン（ａ−Ｓｉ）、シリコーン酸化物（ＳｉＯ2）または非晶質シリコーン酸化物（ａ−ＳｉＯ2）で形成されてもよい。
【００２８】
前記反射防止膜は透明な伝導性物質で形成されてもよい。
【００２９】
前記透明な伝導性物質は酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、錫系酸化物、亜鉛系酸化物及びこれらの混合物からなる群から選択された少なくとも一つに形成されてもよい。
【００３０】
前記特徴による太陽電池の製造方法は前記第１保護膜が形成された前記基板の反対面に第２保護膜を形成する段階をさらに含んでもよい。
【００３１】
前記特徴による太陽電池の製造方法は前記ドーピング部と離隔され、前記基板の部分と前記第２電極の間に複数の背面電界部を形成する段階をさらに含んでもよい。
【００３２】
前記第２保護膜形成段階は前記ドーピング部と前記背面電界部の下部に前記第２保護膜を形成することができる。
【００３３】
前記特徴に他の太陽電池の製造方法は前記複数の第１電極と前記複数の第１電極の間に複数の絶縁部を形成する段階をさらに含んでもよい。
【００３４】
前記複数の絶縁部は非伝導性物質に形成されてもよい。
【００３５】
前記特徴に他の太陽電池の製造方法は前記反射防止膜の表面を蝕刻する段階をさらに含んでもよい。
【発明の効果】
【００３６】
以上説明したように、本発明によれば、背面接触型太陽電池である時、反射防止膜を透明な伝導性物質で形成し、反射防止膜を形成する時の工程温度が低くなって既に形成された他の膜が高温工程で特性の変わる現象が減少する。これにより、太陽電池の動作効率が向上する。また、反射防止膜の表面を蝕刻して複数の凹凸１３３を形成するので、入射する光の量を増加させる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の１つの実施形態に係る太陽電池の部分断面図である。
【図２Ａ】本発明の１つの実施形態に係る太陽電池の製造方法を順次示す工程図である。
【図２Ｂ】本発明の１つの実施形態に係る太陽電池の製造方法を順次示す工程図である。
【図２Ｃ】本発明の１つの実施形態に係る太陽電池の製造方法を順次示す工程図である。
【図２Ｄ】本発明の１つの実施形態に係る太陽電池の製造方法を順次示す工程図である。
【図２Ｅ】本発明の１つの実施形態に係る太陽電池の製造方法を順次示す工程図である。
【図２Ｆ】本発明の１つの実施形態に係る太陽電池の製造方法を順次示す工程図である。
【図２Ｇ】本発明の１つの実施形態に係る太陽電池の製造方法を順次示す工程図である。
【図２Ｈ】本発明の１つの実施形態に係る太陽電池の製造方法を順次示す工程図である。
【図２Ｉ】本発明の１つの実施形態に係る太陽電池の製造方法を順次示す工程図である。
【図３】本発明の他の実施形態に係る太陽電池の部分断面図である。
【図４】本発明のさらに他の実施形態に係る太陽電池の部分断面図である。
【図５】本発明のさらに他の実施形態に係る太陽電池の部分断面図である。
【図６】図５に示す太陽電池の反射防止膜をテクスチャリングした後反射防止膜の一部表面を撮影した図である。
【図７Ａ】図５に示す太陽電池を製造する工程の中で一部を示す図である。
【図７Ｂ】図５に示す太陽電池を製造する工程の中で一部を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下に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本発明が属する技術分野で通常の知識を持った者が容易に実施でき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る形態で具現されてもよいし、ここで説明する実施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対しては類似の図面符号を付けた。
【００３９】
図面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す。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、板などの部分が他の部分"上に"あると言う時、これは他の部分の"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の"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。
【００４０】
それでは図１を参照にして本発明の１つの実施形態に係る太陽電池について詳細に説明する。
【００４１】
図１は本発明の１つの実施形態に係る太陽電池の部分断面図である。
【００４２】
図１を参照すれば、本発明の１つの実施形態に係る太陽電池１は、基板１１０、光が入射する基板１１０の面（以下、入射面または前面(front surface)という）、上に位置する前面保護膜(front passivation layer)１２０、前面保護膜１２０上に位置した反射防止膜(anti-reflection layer)１３０、光が入射されないで前面の反対側に位置する基板１１０の面（以下、背面(rear surface)という）に位置する背面保護膜(rear passivation layer)１４０、背面保護膜１４０上に位置して複数のエミッタ部(emitter)１５１、背面保護膜１４０上に位置する複数の背面電界(back surface field、BSF)部１５２、複数のエミッタ部１５１上に位置する複数の第１電極１６１、並びに、複数の背面電界部１５２上に位置する複数の第２電極１６２を備える。
【００４３】
基板１１０は、第１導電性タイプ、例えばｎ型導電性タイプのシリコーンからなる半導体基板である。この場合、シリコーンは単結晶シリコーンまたは多結晶シリコーンのような結晶質シリコーンである。この場合、基板１１０がｎ型の導電性タイプを有するので、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んでもよい。しかし、これとは異なり、基板１１０はｐ型導電性タイプでもよいし、この場合、基板１１０はホウ素（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んでもよい。また他の実施形態で、基板１１０はシリコーン以外の他の半導体物質からなることもある。
【００４４】
このような基板１１０は前面がテクスチャリングされて複数個の凹凸１１１を備えたテクスチャリング表面(texturing surface)を有する。したがって、基板１１０の上部表面の光反射度が減少して、ピラミッド構造を有する凹凸１１１で複数回の入射と反射動作が行われて太陽電池１の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されるので太陽電池１の効率が向上する。
【００４５】
形成された凹凸１１１の構造はランダム(random)なピラミッド構造を有してもよいし、この場合形成される凹凸１１１の高さは約１μｍないし２０μｍでもよい。
【００４６】
複数の凹凸１１１が形成された基板１１０上に位置した前面保護膜１２０は基板１１０の表面近くに存在するダングリングボンド(dangling bond)のような欠陥を安定した結合に変えて、欠陥によって基板１１０の前面方向に移動した電荷、例えば電子が捕獲されて消滅する現象を減少させる。このような前面保護膜１２０は非伝導性物質からなり、非伝導性物質の例は非晶質シリコーン（ａ−Ｓｉ）、シリコーン酸化物（ＳｉＯ2）、または非晶質シリコーン酸化物（ａ−ＳｉＯ2）でもよい。
【００４７】
本実施形態で前面保護膜１２０は単一膜からなるが二重膜または三重膜のような多層構造を有してもよい。
【００４８】
前面保護膜１２０上に位置した反射防止膜１３０は太陽電池１に入射する光の反射損失を減らすためのものである。反射防止膜１３０は電気伝導度と透明性を有して、前面保護膜１２０と背面保護膜１４０の中少なくとも一つの工程温度と同一であるか低い工程温度を有する透明な伝導性物質(transparent conductive oxide material)からなる。
【００４９】
このような反射防止膜１３０は酸化インジウムスズ(indium tin oxide: ＩＴＯ)、錫系酸化物 (ＳｎＯ2など)、亜鉛系酸化物（ＺｎＯ、ＺｎＯ：Ａｌ、ＺｎＯ：Ｂなど）及びこれらの混合物からなる群から選択された少なくとも一つに形成されてもよい。この場合、反射防止膜１３０は屈折率と厚さを調節して表面反射を最小化することができる。本実施形態で反射防止膜１３０は約５５０ｎｍ波長の光に対して約１．８ないし２．１の屈折率を有してもよいし、約８０ないし１００ｎｍの厚さを有してもよい。
【００５０】
基板１１０と伝導性物質からなる反射防止膜１３０との間に位置した非伝導性物質の前面保護膜１２０によって、基板１１０で生成されたキャリアが反射防止膜１３０の方へ移動するのが防止され、前に説明したように、欠陥によって電荷が消滅することを防止する。
【００５１】
基板１１０の背面全体に位置した背面保護膜１４０は、前面保護膜１４０と同一に、非晶質シリコーン（ａ−Ｓｉ）、シリコーン酸化物（ＳｉＯ2）、または非晶質シリコーン酸化物（ａ−ＳｉＯ2）のような非伝導性物質からなり、基板１１０の表面近くに存在する不安定な結合を安定した結合に変えて、基板１１０の背面の方へ移動した電荷が不安定な結合によって消滅することを減少させ、基板１１０を通じる第１及び第２電極１６１、１６２の間の電流リーク(current leakage)現象を防止する。
【００５２】
背面保護膜１４０は約１０ｎｍ以下の非常に薄い厚さに形成される。これにより、背面保護膜１４０が非伝導性物質からなっても第１及び第２電極１６１、１６２に移動する電荷の移動に悪影響を与えない。
【００５３】
本実施形態で背面保護膜１４０も前面保護膜１２０のように二重膜または三重膜のような多層構造を有してもよい。
背面保護膜１４０上に位置した複数のエミッタ部１５１は互いに離隔され、ほとんど平行に決定された方向に延長されている。各エミッタ部１５１は基板１１０の導電性タイプと反対である第２導電性タイプを有して基板１１０と異なる半導体、例えば、非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）からなる。これにより、複数のエミッタ部１５１は基板１１０とｐ−ｎ接合だけではなく異種接合(hetero junction)を形成する。
【００５４】
複数のエミッタ部１５１がｐ型の導電性タイプを有する場合、エミッタ部１５１はホウ素（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んでもよいし、反対に複数のエミッタ部１５１がｎ型の導電性タイプを有する場合、イン（Ｐ）、砒素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）などのように５価元素の不純物を含んでもよい。
【００５５】
背面保護膜１４０上に位置した複数の背面電界部１５２は複数のエミッタ部１５１と分離していて、ほとんど平行に複数のエミッタ部１５１と同一方向に伸びている。したがって、図１に示すように、複数のエミッタ部１５１と複数の背面電界部１５２は基板１１０の背面に交互に位置する。
【００５６】
複数の背面電界部１５２は非晶質シリコーン（ａ−Ｓｉ）からなり、基板１１０と同一である導電性タイプの不純物を基板１１０より高濃度で含む不純物部である。
【００５７】
これにより、基板１１０と複数の背面電界部１５２との不純物濃度差により電位障壁が形成されて背面保護膜１４０をパスした正孔が複数の第２電極１６２の方へ移動することを防止して、複数の第２電極１６２の近傍で電子と正孔が再結合されて消滅する量が減少する。
【００５８】
このように基板１１０と複数のエミッタ部１５１の間に形成されたｐ−ｎ接合による内部電位差(built-in potential difference)により、基板１１０に入射された光により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ｎ型であり複数のエミッタ部１５１がｐ型の場合、分離した正孔は背面保護膜１４０を貫いて各エミッタ部１５１の方へ移動して分離した電子は背面保護膜１４０を貫いて基板１１０より不純物濃度が高い複数の背面電界部１５２の方へ移動する。
【００５９】
各エミッタ部１５１は基板１１０とｐ−ｎ接合を形成するので、本実施形態と異なり、基板１１０がｐ型の導電性タイプを有する場合、エミッタ部１５１はｎ型の導電性タイプを有する。この場合、分離した電子は背面保護膜１４０を通じて複数のエミッタ部１５１の方へ移動して分離した正孔は背面保護膜１４０を通じて複数の背面電界部１５２の方へ移動する。
【００６０】
複数の第１電極１６１と複数の第２電極１６２は下部に位置する複数のエミッタ部１５１と複数の背面電界部１５２とそれぞれ電気的に接続されている。
【００６１】
第１及び第２電極１６１、１６２はそれぞれその下部膜であるエミッタ部１５１及び背面電界部１５２と同一である平面形象を有するがこれに限定されないで、第１及び第２電極１６１、１６２の中少なくとも一つはその下部膜であるエミッタ部１５１及び背面電界部１５２の中少なくとも一つより狭いか広い幅を有してもよい。
【００６２】
各第１電極１６１は下部のエミッタ部１５１を通じて移動する正孔を収集して外部に出力して、各第２電極１６２は下部の背面電界部１５２を通じて移動する電子を収集して外部に出力する。
【００６３】
複数の第１及び第２電極１６１、１６２は少なくとも一つの導電性金属物質からなる。  これら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）、錫（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もよいが、他の導電性金属物質からなることがある。
【００６４】
このような構造を有する本実施形態に係る太陽電池１は、第１電極１６１と第２電極１６２とが全て光が入射されない板１１０の背面に位置して、基板１１０と複数のエミッタ部１５１が互いに異なる種類の半導体からなる太陽電池として、その動作は次のようである。
【００６５】
太陽電池１で光が照射されて反射防止膜１３０と前面保護膜１２０を通じて基板１１０に入射されれば光エネルギーにより基板１１０から電子-正孔対が発生する。この場合、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の前面での光反射度が減少して、テクスチャリング表面で入射と反射動作が行われて光の吸収率が増加されるので、太陽電池１の効率が向上する。さらに、反射防止膜１３０により基板１１０に入射する光の反射損失が減って基板１１０に入射する光の量はさらに増加する。
【００６６】
これら電子-正孔対は基板１１０とエミッタ部１２０のｐ−ｎ接合により互いに分離して正孔は背面保護膜１４０をパスしてｐ型の導電性タイプを有するエミッタ部１５１の方へ移動し、電子は背面保護膜１４０をパスしてｎ型の導電性タイプを有する背面電界部１５２の方へ移動してそれぞれ電気的に接続された第１電極１６１と第２電極１６２により収集される。これらの第１電極１６１及び第２電極１６２を導線で連結すれば電流が流れるようになり、これを外部で電力として利用するようになる。
【００６７】
次に、図２Ａないし図２Ｉを参照して本発明の１つの実施形態に係る太陽電池１の製造方法について説明する。
【００６８】
図２Ａないし図２Ｉは本発明の１つの実施形態に係る太陽電池の製造方法を順次示す工程図である。
【００６９】
図２Ａを参照すれば、先ず、ｎ型の単結晶または多結晶シリコーンからなる基板１１０の背面にシリコーン酸化膜（ＳｉＯ2）のような酸化膜を高温で成長させてテクスチャリング防止膜１８０を形成する。
【００７０】
次に、図２Ｂに示すように、テクスチャリング防止膜１８０をマスクにして、テクスチャリング防止膜１８０が形成されない光が入射する基板１１０上部の表面をテクスチャリングして基板１１０の上部表面に複数の凹凸１１１を形成した後、テクスチャリング防止膜１８０をとり除く。テクスチャリング工程はアルカリ溶液を利用して行われてもよい。
【００７１】
一つの例で、テクスチャリング工程は約８０℃の温度のアルカリ溶液で約２０分ないし４０分間行われる。テクスチャリング工程がなされればテクスチャリング防止膜１８０により基板１１０の下部表面はアルカリ溶液から保護されて蝕刻されないで、テクスチャリング防止膜１４０がない基板１１０の上部表面だけ蝕刻されてランダムなピラミッド構造を有する凹凸１１１が形成される。このようなテクスチャリングにより基板１１０の表面に凹凸１１１が形成される理由は半導体基板１００の決定方向にしたがって蝕刻速度が変わるからである。この場合、シリコーン酸化膜（ＳｉＯ2）からなるテクスチャリング防止膜１８０はアルカリ溶液に対して蝕刻耐性を有するので蝕刻されない。
【００７２】
この場合、形成される凹凸１１１の高さ、すなわち各ピラミッド構造の高さは約１μｍないし２０μｍでもよい。
【００７３】
次に、図２Ｃに示すように、テクスチャリングされた基板１１０の表面の上に化学的蒸着(chemical vapor deposition、ＣＶＤ)法やスパッタリング法(sputtering)などを利用して前面保護膜１２０を形成する。この場合、前面保護膜１２０は非晶質シリコーン（ａ−Ｓｉ）、シリコーン酸化物（ＳｉＯ2）、または非晶質シリコーン酸化物（ａ−ＳｉＯ2）などでなり、約２００℃で形成されてもよい。
【００７４】
次、図２Ｄに示すように、前面保護膜１２０上にＣＶＤ法であるかスパッタリング法を利用して反射防止膜１３０を形成する。反射防止膜１３０はＩＴＯ、錫系酸化物（ＳｎＯ2など）、亜鉛系酸化物(ＺｎＯなど)及びこれらの混合物からなる群から選択されることのような透明な伝導性物質からなる。この場合、反射防止膜１３０はその下部膜である前面保護膜１２０の工程温度とほとんど同一である約２００℃の温度で行われて、約５５０ｎｍの光波長で約１．８乃至２．１の屈折率を有してもよい。
【００７５】
一般的に反射防止膜１３０がシリコンチッ化物（ＳｉＮｘ）系列の物質で形成される場合、前面保護膜１２０の工程温度である約２００℃より高い約４００℃の温度で反射防止膜１３０の形成工程が行われる。したがって、既に形成された下部の前面保護膜１２０に悪影響を及ぼすようになる。すなわち、既に形成されている他の膜の工程温度より高い温度で反射防止膜１３０が形成される場合、前面保護膜１２０の非晶質物質が結晶化されるか元素結合状態が変わるなどのように前面保護膜１２０の特性が変わるようになる。
【００７６】
また、プラズマＣＶＤを利用して反射防止膜１３０を形成する場合、生成されるプラズマにより既に形成された下部膜である前面保護膜１２０の一部が損傷される問題が発生する。結局、前面保護膜１２０の形成温度より高い温度で反射防止膜１３０が形成される場合、反射防止膜１３０の形成の時印加される高温により既に形成された前面保護膜１２０に悪影響が及んで前面保護膜１２０の特性が悪くなるという問題が発生する。
【００７７】
しかし、本実施形態のように、反射防止膜１３０を透明な伝導性物質で形成する場合、約４００℃より遥かに低く前面保護膜１２０の工程温度とほとんど同一である約２００℃で反射防止膜１３０が形成されるので、高温による前面保護膜１２０の特性変化が発生しない。
【００７８】
次、図２Ｅに示すように、基板１１０の背面にＣＶＤやスパッタリング法などを利用して背面保護膜１４０を形成する。背面保護膜１４０は前面保護膜１２０と同一である材料である非晶質シリコーン（ａ−Ｓｉ）、シリコーン酸化物（ＳｉＯ2）、または非晶質シリコーン酸化物（ａ−ＳｉＯ2）などのように非伝導性物質からなり、約２００℃で形成されてもよい。
【００７９】
反射防止膜１３０は透明な伝導性物質以外にも、反射防止機能を遂行しながら前面保護膜１２０と背面保護膜１４０の中少なくとも一つの工程温度と同一であるか低い温度で形成可能な物質や材料で形成可能である。
【００８０】
引き継いで、図２Ｆに示すように、非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）にホウ素、ガリウム、インジウムなどのような３価元素の不純物がドーパントで含まれた第１不純物膜１５５をＣＶＤ法やスパッタリング法などを利用して背面保護膜１４０の全体面に積層した後、図２Ｇに示すように、感光膜(図示せず)などを蝕刻マスクに利用して所望する部分をとり除いて背面保護膜１４０上に基板１１０と反対の導電性タイプであるｐ型の複数のエミッタ部１５１を形成する。複数のエミッタ部１５１は基板１１０と共にｐ−ｎ接合を形成する。
【００８１】
代案の実施形態で、３価元素の不純物が含まれたシリコーン系列のペースト(paste)をスクリーン印刷法(screen printing)などで背面保護膜１４０上の当該の部分に直接印刷した後熱処理して複数のエミッタ部１５１を形成したり、マスクを利用して所望する部分にだけエミッタ部１５１を積層して形成したりすることができる。
【００８２】
その後、図２Ｈに示すように、非晶質シリコーン（ａ−Ｓｉ）にりん、砒素、アンチモンなどのような５価元素の不純物がドーパントとして高濃度で含まれた第２不純物膜１５６をＣＶＤ法やスパッタリング法などを利用して複数のエミッタ部１５１と露出した背面保護膜１４０上に形成する。
【００８３】
次に、図２Ｉに示すように、蝕刻マスクなどを利用して所望する部分の第２不純物膜１５６だけ残して全てとり除いて、背面保護膜１４０上に基板１１０と同一である導電性タイプであるｎ型の複数の背面電界部１５２を形成する。この場合、複数の背面電界部１５２の厚さは複数のエミッタ部１５１の厚さと異なることがある。例えば、背面電界部１５２の厚さがエミッタ部１５１の厚さより高いまたは低いことがある。
【００８４】
これとは異なり、複数のエミッタ部１５１のように、代案の実施形態でスクリーン印刷法やマスクを利用して所望する部分にだけ複数の背面電界部１５２をすぐ積層することができる。
【００８５】
本実施形態とは異なり、基板１１０がｐ型導電性タイプの半導体からなる場合、５価元素の不純物をドーパントで利用してｎ型のエミッタ部１５１を形成して、３価元素の不純物をドーパントで利用してｐ型の背面電界部１５２を形成することができる。
【００８６】
その後、スクリーン印刷法または蒸着法などを利用して複数のエミッタ部１５１上に第１電極１６１と複数の背面電界部１５２上に導電性金属物質をそれぞれ積層し、第１電極１６１と第２電極１６２を形成して太陽電池１を完成する(図１)。この場合、導電性金属物質はニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、錫（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もよい。
【００８７】
本実施形態で、基板１１０の表面をテクスチャリングした後、前面保護膜１２０と反射防止膜１３０を形成した後背面保護膜１４０を形成したが、これとは異なり、基板１１０の表面をテクスチャリングした後、背面保護膜１４０を先に形成した後前面保護膜１２０と反射防止膜１３０を形成することができる。この場合、反射防止膜１３０を形成する前に既に前面保護膜１２０と背面保護膜１４０が形成されているが、前に説明したように反射防止膜１３０の工程温度が保護膜１２０、１４０の工程温度とほとんど類似するので、保護膜１２０、１４０の特性変化に影響を及ぼさない。また、これとは異なり、基板１１０に前面保護膜１２０と背面保護膜１４０を形成した後、複数のエミッタ部１５１及び複数の背面電界部１５２と第１及び第２電極１６１、１６２の中少なくとも一つを形成した後反射防止膜１３０を形成することもできる。
【００８８】
次に、図３を利用して本発明の他の実施形態に係る太陽電池１０を説明する。
図３は本発明の他の実施形態に係る太陽電池の部分断面図である。
図３で、図１と比べると同一である機能を遂行する構成要素に対しては図１と同一の図面符号を付与し、それに対する詳細な説明は省略する。
【００８９】
図３に示す太陽電池１０は図１に示す太陽電池１と類似の構造を有している。
すなわち、図３を参照すれば、本実施形態に係る太陽電池１０は複数の凹凸１１１を有する基板１１０の前面に順次位置する前面保護膜１２０と反射防止膜１３０、基板１１０の背面に位置した背面保護膜１４０、背面保護膜１４０上に互いに離隔されるように位置する複数のエミッタ部１５１と複数の背面電界部１５２、並びに、複数のエミッタ部１５１と複数の背面電界部１５２上にそれぞれ位置する複数の第１電極１６１と複数の第２電極１６２を備える。図１に示す太陽電池１と同一に、反射防止膜１３０は透明な伝導性物質からなる。
【００９０】
しかし、図１と異なり、図３に示す本実施形態に係る太陽電池１０は複数のエミッタ部１５１及びその上部の複数の第１電極１５１と複数の背面電界部１５２及びその上部の複数の第２電極１５２の間に絶縁部１７０がさらに位置している。
【００９１】
複数の絶縁部１７０は電気伝導性が非常に低い非伝導性物質からなる。したがって複数の絶縁部１７０は背面保護膜１４０と同一である物質からなることがある。例えば、ａ−Ｓｉ、ＳｉＮｘ、ａ−ＳｉＮｘ、ＳｉＯ2、ａ−ＳｉＯ、ＴｉＯ、非伝導性ポリマーなどでもよい。
【００９２】
このような複数の絶縁部１７０により、複数のエミッタ部１５１及び複数の第１電極１６１と複数の背面電界部１５２と複数の第２電極１６２の間に発生する電流リーク現象が防止されて、本実施形態に係る太陽電池１０は図１に示す太陽電池１より高い効率を有する。
【００９３】
このような太陽電池１０を製造する方法は図２Ａないし図２Ｈに示す工程を通じて第１及び第２電極１６１、１６２まで形成した後、スクリーン印刷法で所望する部分に複数の絶縁部１７０を形成して太陽電池１０を完成する。
【００９４】
これとは異なり、スピンコート(spin coating)法を利用したりＣＶＤ法またはスパッタリング法などを通じて所望する部分に複数の絶縁部１７０を形成することができる。
【００９５】
また図４を参照した本発明のさらに他の実施形態に係る太陽電池１１を注意深く見れば次のとおりである。
【００９６】
図４は本発明のさらに他の実施形態に係る太陽電池の部分断面図である。
【００９７】
図４で、図１及び図３と比べると同一である機能を遂行する構成要素に対しては図１及び図３と同一の図面符号を付与して、それに対する詳細な説明は省略する。
【００９８】
図４に示す太陽電池１１は図３に示す太陽電池１０と類似の構造を有している。
すなわち、図３を参照すれば、本実施形態に係る太陽電池１０は複数の凹凸１１１を有する基板１１０の前面に順次位置する前面保護膜１２０と反射防止膜１３０、基板１１０の背面に位置した背面保護膜１４１、背面保護膜１４１上に互いに離隔されるように位置した複数のエミッタ部１５１と複数の背面電界部１５２、複数のエミッタ部１５１と複数の背面電界部１５２上にそれぞれ位置する複数の第１電極１６１と複数の第２電極１６２、並びに、複数のエミッタ部１５１及びその上部の複数の第１電極１５１と複数の背面電界部１５２及びその上部の複数の第２電極１５２の間に複数の絶縁部１７１を備える。
【００９９】
しかし、図３と異なり、図４に示す本実施形態に係る太陽電池１１で、背面保護膜１４１は基板１１０の全面ではなく基板１１０上に部分的に位置する。また、背面保護膜１４１上にだけ複数のエミッタ部１５１と複数の背面電界部１５２が位置し、その上にそれぞれ第１電極１６１及び第２電極１６２が形成されている。これにより、複数の絶縁部１７１は、図３に示す絶縁部１７０と異なりエミッタ部１５１及びその上部の第１電極１５１と背面電界部１５２及びその上部の第２電極１５２の間に露出した背面保護膜１４０上ではなく基板１１０上まで形成されている。複数の絶縁部１７１は図３に示す絶縁部１７０と同一に非伝導性物質で形成されている。
【０１００】
この場合、図２Ａないし図２Ｉに示すように、背面保護膜１４１は基板１１０の背面全体面に背面保護膜を形成した後、当該の位置に複数のエミッタ部１５１と複数の背面電界部１５２、そしてその上に複数の第１電極１６１と複数の第２電極１６２を形成した後、複数のエミッタ部１５１と複数の背面電界部１５２により覆われられないで露出した背面保護膜をとり除いた後複数の絶縁部１７１を形成することができる。また、図２Ａないし図２Ｅに示すように、基板１１０の背面全体に背面保護膜を形成した後背面保護膜の一部をとり除いた後、図２Ｆないし図２Ｉに示すように順次複数のエミッタ部１５１と複数の背面電界部１５２、並びに、複数の第１及び第２電極１６１、１６２を形成した後絶縁部１７１を形成することができる。
【０１０１】
次、図５及び図６を参照にして本発明のさらに他の実施形態について説明する。
【０１０２】
図５は本発明のさらに他の実施形態に係る太陽電池の部分断面図である。
【０１０３】
図６は図５に示す太陽電池の反射防止膜をテクスチャリングした後反射防止膜の一部表面を撮影した図である。
【０１０４】
図５で、図１と比べると同一である機能を遂行する構成要素に対しては図１と同一の図面符号を付与して、それに対する詳細な説明は省略する。
【０１０５】
図５に示す太陽電池２０は図１に示す太陽電池１と類似の構造を有している。
すなわち、図５を参照すれば、本実施形態に係る太陽電池２０は複数の凹凸１１１を有する基板１１０の前面に順次位置する前面保護膜１２０と反射防止膜１３１、基板１１０の背面に位置する背面保護膜１４０、背面保護膜１４０上に互いに離隔されるように位置する複数のエミッタ部１５１と複数の背面電界部１５２、並びに、複数のエミッタ部１５１及び背面電界部１５２上にそれぞれ位置する複数の第１電極１６１及び複数の第２電極１６２を備える。この場合、反射防止膜１３１はＺｎＯ、ＺｎＯ：Ａｌ、ＺｎＯ：Ｂなどのような亜鉛系酸化物で形成された方がよい。
【０１０６】
しかし、図１に比べて、図５に示す太陽電池２０の反射防止膜１３１は表面がテクスチャリングされている。この場合、反射防止膜１３１の表面テクスチャリングは酸性溶液を利用した蝕刻工程を利用して行われる。これにより、図１の反射防止膜１３０と比べると、反射防止膜１３１は図６に示すようにテクスチャリングされた基板１１０の表面に形成された凹凸１１１以外にもこの凹凸１１１面に凹凸１１１より小さな微細な(micro)複数の凹凸１３３をさらに有する表面を得るようになる。これにより、入射する光の入射経路(path)が増加して光の吸収率がさらに向上する。この場合、反射防止膜１３１の材料などのような特性を考慮して蝕刻時間を調節してテクスチャリング程度を調整することができる。
【０１０７】
この太陽電池２０を製造する製造方法について、図７Ａ及び図７Ｂだけでなく図２Ａないし図２Ｉを参照して説明する。
【０１０８】
図７Ａ及び図７Ｂは図５に示す太陽電池を製造する工程の中で一部の工程図である。
【０１０９】
先ず、図２Ａないし図２Ｃに示すことと同一に、基板１１０の背面に背面保護膜１４０を形成して、背面保護膜１４０で覆われられない基板１１０の前面をテクスチャリングした後、テクスチャリング表面の上に前面保護膜１２０を形成する。
【０１１０】
その後、図７Ａに示すように、形成された前面保護膜１２０上にスパッタリング法を利用して亜鉛系酸化物からなる反射防止膜１３１を形成する。この場合、反射防止膜１３１は蝕刻される位を考慮して図２Ｄに形成された反射防止膜１３０の厚さよりさらに厚く形成された方がよい。代案の実施形態で、反射防止膜１３１はＣＶＤ法のような他の方式を通じて前面保護膜１２０上に形成されてもよい。
【０１１１】
次に、酸性溶液を利用した湿式蝕刻で反射防止膜１３１の表面を蝕刻して、反射防止膜１３１の表面は基板１１０のテクスチャリングにより形成された凹凸１１１よりも微細な凹凸１３３を有するようになる。この場合、反射防止膜１３１は蝕刻動作により減少した厚さを有する。
【０１１２】
このように、酸性溶液を利用して反射防止膜１３１の表面を蝕刻した後、図２Ｅないし図２Ｉに示すように順次複数のエミッタ部１５１、複数の背面電界部１５２、並びに、複数の第１及び第２電極１６１、１６２を形成して、太陽電池２０を完成する(図５)。
【０１１３】
図５に示す実施形態は図１に示す太陽電池１の構造を利用して説明したが、これに限定されないで、図３及び図４に示す太陽電池１０，１１にも適用されるべきである。
【０１１４】
本発明の実施形態は異種接合太陽電池を例にあげて説明したが、これとは異なり基板とエミッタ部が同じ種類の半導体で形成されている同種接合太陽電池に対しても適用可能である。
【０１１５】
以上で本発明の実施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ら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。
【符号の説明】
【０１１６】
１    太陽電池
１０    太陽電池
１１    太陽電池
２０    太陽電池
１００    基板
１１０    基板
１１１    凹凸
１２０    前面保護膜
１３０    反射防止膜
１３１    反射防止膜
１３３    凹凸
１４０    背面保護膜
１４１    背面保護膜
１５１    エミッタ部
１５２    背面電界部
１５５    第１不純物膜
１５６    第２不純物膜
１６１    第１電極
１６２    第２電極
１７０    絶縁部
１７１    絶縁部
１８０    テクスチャリング防止膜
【図１】
2010183080.tif 000003
【図２Ａ】
2010183080.tif 000004
【図２Ｂ】
2010183080.tif 000005
【図２Ｃ】
2010183080.tif 000006
【図２Ｄ】
2010183080.tif 000007
【図２Ｅ】
2010183080.tif 000008
【図２Ｆ】
2010183080.tif 000009
【図２Ｇ】
2010183080.tif 000010
【図２Ｈ】
2010183080.tif 000011
【図２Ｉ】
2010183080.tif 000012
【図３】
2010183080.tif 000013
【図４】
2010183080.tif 000014
【図５】
2010183080.tif 000015
【図７Ａ】
2010183080.tif 000016
【図７Ｂ】
2010183080.tif 000017
【図６】
2010183080.tif 000018