(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の表面に配置される第１ドーピング領域及び第２ドーピング領域と、
前記第１ドーピング領域及び前記第２ドーピング領域の上に配置される保護層とを有し、
前記第１ドーピング領域及び前記第２ドーピング領域は、平面的に見て、互いに直接接する正方形形状であり、前記基板の表面上に、格子状（ＧｒｉｄＰａｔｔｅｒｎ）をなして、第１方向及び第２方向に沿って互いに隣接して交互に配列され、
前記第１方向と前記第２方向は、互いに直交することを特徴とする太陽電池。
【請求項２】
前記保護層上に配置される第１電極及び第２電極をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
【請求項３】
前記保護層は、複数の第１コンタクトホール及び複数の第２コンタクトホールを含み、
前記複数の第１コンタクトホールを通じて前記第１電極と前記第１ドーピング領域とが接続され、前記複数の第２コンタクトホールを通じて前記第２電極と前記第２ドーピング領域とが接続されることを特徴とする請求項２に記載の太陽電池。
【請求項４】
前記第１電極は、第３方向に沿って直線状に延びており、前記第３方向は前記第１方向または前記第２方向と４５度の角度を形成することを特徴とする請求項３に記載の太陽電池。
【請求項５】
前記第１電極及び前記第２電極は、それぞれジグザグ形状にて延長している部分を含むことを特徴とする請求項３に記載の太陽電池。
【請求項６】
前記基板は、前面（ｆｒｏｎｔｓｉｄｅ）及び後面（ｂａｃｋｓｉｄｅ）を含み、前記第１ドーピング領域及び前記第２ドーピング領域は、前記基板の後面に配置されるように形成することを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
【請求項７】
前記基板の前面を通じて光が吸収されることを特徴とする請求項６に記載の太陽電池。
【請求項８】
前記第１ドーピング領域と前記第２ドーピング領域は、互いに異なる導電型の不純物を含むことを特徴とする請求項１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、太陽電池に関し、特に、キャリアの移動距離を最小化して、太陽電池の効率を増加させることのできる太陽電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池は、光電効果を利用して、太陽光エネルギーを電気エネルギーに変える装置である。
ＣＯ２排出による温室効果を起こす化石エネルギーと、放射性廃棄物による大気汚染などの地球環境を汚染させる原子力エネルギーなどを代替できる、クリーンエネルギーまたは次世代エネルギーとして重要である。
【０００３】
太陽電池の基本的な構造は、ダイオードのようにｐ型半導体とｎ型半導体の接合構造を有し、太陽電池に光が入射すると、光と太陽電池の半導体を構成する物質との相互作用により、（−）電荷を帯びた電子と、電子が抜け出て（＋）電荷を帯びた正孔が発生して、これらが移動しながら電流が流れるようになる。これを光起電力効果（ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ  ｅｆｆｅｃｔ）というが、太陽電池を構成するｐ型及びｎ型半導体のうち、電子はｎ型半導体側に、正孔はｐ型半導体側に引かれて、それぞれｎ型半導体及びｐ型半導体と接合された電極に移動するようになり、これら電極を電線で接続すると電気が流れるので、電力が得られる。
【０００４】
太陽電池の構造の一つであるバックコンタクト太陽電池（Ｂａｃｋ  Ｃｏｎｔａｃｔ  Ｓｏｌａｒ  Ｃｅｌｌ）においては、ｐ型半導体、ｎ型半導体、及びそれらに接続された金属グリッドの全てが太陽電池の後面に位置する。
ここで、光効率を高めるには、光によって発生した電子又はホールなどのキャリアが、ｎ型半導体又はｐ型半導体に移動する距離を最小化する必要があるという問題がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、本発明は上記従来の太陽電池における問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、キャリアの移動距離を最小化して、太陽電池の効率を増加させる太陽電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するためになされた本発明による太陽電池は、基板と、前記基板の表面に配置される第１ドーピング領域及び第２ドーピング領域と、前記第１ドーピング領域及び前記第２ドーピング領域の上に配置される保護層とを有し、前記第１ドーピング領域及び前記第２ドーピング領域は、前記基板の表面上に、格子状（Ｇｒｉｄ  Ｐａｔｔｅｒｎ）をなして、互いに交互に配列されることを特徴とする。
【０００７】
前記保護層上に配置される第１電極及び第２電極をさらに有することが好ましい。
前記保護層は、複数の第１コンタクトホール及び複数の第２コンタクトホールを含み、前記複数の第１コンタクトホールを通じて前記第１電極と前記第１ドーピング領域とが接続され、前記複数の第２コンタクトホールを通じて前記第２電極と前記第２ドーピング領域とが接続されることが好ましい。
前記第１ドーピング領域及び前記第２ドーピング領域は、第１方向及び第２方向に沿って互いに交互に配列され、前記第１方向と前記第２方向は互いに直交することが好ましい。
前記第１電極は、第３方向に沿って直線状に延びており、前記第３方向は前記第１方向または前記第２方向と４５度の角度を形成することが好ましい。
【０００８】
前記第１電極及び前記第２電極は、それぞれジグザグ形状にて延長している部分を含むことが好ましい。
前記第１ドーピング領域及び前記第２ドーピング領域は、平面的に見て、四角形形状であることが好ましい。
前記基板は、前面（ｆｒｏｎｔ  ｓｉｄｅ）及び後面（ｂａｃｋ  ｓｉｄｅ）を含み、前記第１ドーピング領域及び前記第２ドーピング領域は、前記基板の後面に配置されるうに形成することが好ましい。
前記基板の前面を通じて光が吸収されることが好ましい。
前記第１ドーピング領域と前記第２ドーピング領域は、互いに異なる導電型の不純物を含むことが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る太陽電池によれば、光によって発生したキャリアの移動距離を最小化して、同一の光量でより高い光効率を得ることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る太陽電池でドーピング領域のパターン構造を示す平面図である。
【図２】図１の切断線ＩＩ−ＩＩ’に沿った断面図である。
【図３】図１の本発明の第１の実施形態に係る太陽電池で電極が追加されたことを示す平面図である。
【図４】図３の切断線ＩＶ−ＩＶ’に沿った断面図である。
【図５】ドーピング領域のパターン構造によるキャリアの移動距離を比較するための平面図である。
【図６】ドーピング領域のパターン構造によるキャリアの移動距離を比較するための平面図である。
【図７】ドーピング領域のパターン構造に従うキャリアに作用する電界を比較するための帯域図である。
【図８】ドーピング領域のパターン構造に従うキャリアに作用する電界を比較するための帯域図である。
【図９】本発明の第２の実施形態に係る太陽電池における電極構造を示す平面図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態に係る太陽電池におけるドーピング領域のパターン構造を示す平面図である。
【図１１】図１の第１の実施形態に係る太陽電池を製造する方法を説明するための平面図である。
【図１２】図１の第１の実施形態に係る太陽電池を製造する方法を説明するための断面図である。
【図１３】図１の第１の実施形態に係る太陽電池を製造する方法を説明するための平面図である。
【図１４】図１の第１の実施形態に係る太陽電池を製造する方法を説明するための断面図である。
【図１５】図１の第１の実施形態に係る太陽電池を製造する方法を説明するための断面図である。
【図１６】図１の第１の実施形態に係る太陽電池を製造する方法を説明するための断面図である。
【図１７】図１の第１の実施形態に係る太陽電池を製造する方法を説明するための断面図である。
【図１８】図１の第１の実施形態に係る太陽電池を製造する方法を説明するための平面図である。
【図１９】図１の第１の実施形態に係る太陽電池を製造する方法を説明するための断面図である。
【図２０】図１の第１の実施形態に係る太陽電池を製造する方法を説明するための平面図である。
【図２１】図１の第１の実施形態に係る太陽電池を製造する方法を説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
次に、本発明に係る太陽電池を実施するための形態の具体例を図面を参照しながら説明する。
【００１２】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る太陽電池におけるドーピング領域のパターン構造を示す平面図であり、図２は、図１の切断線ＩＩ−ＩＩ’に沿った断面図である。
【００１３】
図１及び図２を参照すると、基板１００の表面に第１ドーピング領域１５０及び第２ドーピング領域１６０が配置される。
基板１００は、Ｎ型のシリコンウエハとすることができる。以下の実施形態において、不純物及びドーピング領域の極性は、Ｐ型のウエハに適用されるように変更することも可能である。
【００１４】
第１ドーピング領域１５０と第２ドーピング領域１６０は、格子状（Ｇｒｉｄ  Ｐａｔｔｅｒｎ）に互いに交互に配列されている。
具体的には、互いに隣接する一つの第１ドーピング領域１５０と一つの第２ドーピング領域１６０とを第１単位とするとき、第１単位が、第１方向（ｄ１）だけでなく、第２方向（ｄ２）に沿って反復的に配列されている。第１方向（ｄ１）と第２方向（ｄ２）は互いに直交するものである。
【００１５】
第１ドーピング領域１５０及び第２ドーピング領域１６０は、平面的に見るとき、四角形形状とすることができる。
本発明の実施形態によって製造された太陽電池において、第１ドーピング領域１５０と第２ドーピング領域１６０はＰＮ接合を形成する
【００１６】
図３は、図１の本発明の第１の実施形態に係る太陽電池で電極が追加されたものを示す平面図であり、図４は、図３の切断線ＩＶ−ＩＶ’に沿った断面図である。
図３及び図４を参照すると、基板１００の上に第１ドーピング領域１５０及び第２ドーピング領域１６０を覆うように保護層１７０が配置される。
【００１７】
保護層１７０は、複数の第１コンタクトホール（ＣＨ１）及び複数の第２コンタクトホール（ＣＨ２）を有する。複数の第１コンタクトホール（ＣＨ１）は第１ドーピング領域１５０と対応して配置され、複数の第２コンタクトホール（ＣＨ２）は第２ドーピング領域１６０と対応して配置される。
【００１８】
保護層１７０の上に第１電極及び第２電極が位置する。第１電極は、第１グリッド電極１８０及び第１グリッド電極１８０から延長される第１グリッド電極線１８１を含む。第２電極は、第２グリッド電極１９０及び第２グリッド電極１９０から延長される第２グリッド電極線１９１を含む。
【００１９】
第１グリッド電極線１８１は、複数の第１コンタクトホール（ＣＨ１）を充填しながら配置され、第２グリッド電極線１９１は、複数の第２コンタクトホール（ＣＨ２）を充填しながら配置される。ここで、第１グリッド電極線１８１は、複数の第１コンタクトホール（ＣＨ１）を通じて第１ドーピング領域１５０と接続されており、第２グリッド電極線１９１は、複数の第２コンタクトホール（ＣＨ２）を通じて第２ドーピング領域１６０と接続されている。
【００２０】
第１グリッド電極１８０は、少なくとも２つ以上の第１グリッド電極線１８１を連結し、第２グリッド電極１９０は、少なくとも２つ以上の第２グリッド電極線１９１を連結する。
第１グリッド電極１８０と第２グリッド電極１９０は互いに対向する位置に配置され、第３方向（ｄ３）と直交する方向に沿って延びている。第１グリッド電極線１８１は、第１方向（ｄ１）または第２方向（ｄ２）とほぼ４５度の角度を形成する第３方向（ｄ３）に沿って延びている。第２グリッド電極線１９１は、第３方向（ｄ３）と反対方向に第１グリッド電極線１８１と実質的に平行に延びている。
第１グリッド電極線１８１と第２グリッド電極線１９１は、実質的に直線状に延びている。
【００２１】
図５及び図６は、ドーピング領域のパターン構造によるキャリアの移動距離を比較するための平面図である。
図５は、ウエハー基板の表面に縞状（Ｓｔｒｉｐｅ  Ｐａｔｔｅｒｎ）にｎ＋領域とｐ＋領域を有するドーピング領域を示す。縞状のＰ＋領域はＷＡの幅を有する。
【００２２】
このようなドーピング領域を有する太陽電池において、光によって発生した電子キャリアはｐ＋領域とｎ＋領域のポテンシャル（Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ）によって移動する。即ち、図５に表した電子（Ｅ）は、矢印方向に沿ってｎ＋領域に向かって移動し、移動距離はＤＡとなる。このとき、寿命（Ｌｉｆｅ  Ｔｉｍｅ）の短い電子は、ＤＡほど移動する前に再結合（Ｒｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ）されて、光効率に寄与できなくなる。
【００２３】
図６は、本発明の第１の実施形態に係る太陽電池におけるドーピング領域のパターン構造を示す。
即ち、ｐ＋領域（第１ドーピング領域）とｎ＋領域（第２ドーピング領域）が格子状に互いに交互に配列されている。ここで、ｐ＋領域は第２方向（ｄ２）にＷＢの幅を有する。第１方向（ｄ１）への幅もＷＢと同一にすることができる。
【００２４】
図６に表した電子（Ｅ）はｎ＋領域に移動しなければならない。このとき、図５に示したように、縞状のドーピング領域を有する場合には、一方向にだけ最短距離を有して移動するが、一方、本実施形態のように格子状に互いに交互にドーピング領域が配列されている場合には、第２方向（ｄ２）への距離（ＤＡ）よりもさらに短い第１方向（ｄ１）への最短距離（ＤＢ）を有して移動することができる。
言い換えると、ドーピング領域が縞状に配列された場合よりも格子状に互いに交互に配列された場合に、確率的にキャリアの移動距離が短くなるので、寿命（Ｌｉｆｅ  Ｔｉｍｅ）が短いキャリアも収集が可能になって、同一の光照射条件下でも高い光効率を有することができる。
【００２５】
図７及び図８は、ドーピング領域のパターン構造によるキャリアに作用する電界を比較するための帯域図（ｂａｎｄ  ｄｉａｇｒａｍ）である。
図７は、図５で説明したパターン構造を有する場合に光によって発生した電子キャリアが受ける電界を示し、図８は、図６で説明したパターン構造を有する場合に光によって発生した電子キャリアが受ける電界を示す。
【００２６】
図７における電子キャリアは、一方向にだけ電界が作用する。しかしながら、図８における電子キャリアは四方に電界が作用するため、さらに効率的なキャリア収集が可能である。
【００２７】
図９は、本発明の第２の実施形態に係る太陽電池における電極構造を示す平面図である。
図９を参照すると、図３及び図４を参照して説明した実施形態と大部分同一である。ただし、コンタクトホール（ＣＨ３、ＣＨ４）を通じてドーピング領域（２１０、２２０）と接続されているグリッド電極線（２７１、２８１）の形状に相違がある。
【００２８】
第３グリッド電極２７０から第３グリッド電極線２７１が延び、第４グリッド電極２８０から第４グリッド電極線２８１が延びている。
第３グリッド電極線２７１及び第４グリッド電極線２８１はジグザグ状に延長される部分を含む。
【００２９】
本実施形態において、第３ドーピング領域２１０と第４ドーピング領域２２０が互いに交互に配列されている方向である第１方向（ｄ１）と実質的に平行に第３グリッド電極２７０が延びているため、実質的にジグザグ状のような構造が形成できる。
【００３０】
図１０は、本発明の第３の実施形態に係る太陽電池におけるドーピング領域のパターン構造を示す平面図である。
図１０を参照すると、基板の表面に、広い面積を占める第５ドーピング領域３７０と、第５ドーピング領域３７０によって囲まれており、実質的に島型に形成されている第６ドーピング領域３８０とが配置される。
【００３１】
基板上に第５ドーピング領域３７０及び第６ドーピング領域３８０を覆うように保護層３５０が配置され、保護層３５０は複数の第５コンタクトホール（ＣＨ５）、及び複数の第６コンタクトホール（ＣＨ６）を有する。
複数の第５コンタクトホール（ＣＨ５）は、一定の間隔を有して第５ドーピング領域３７０に対応する位置に形成されており、複数の第６コンタクトホール（ＣＨ６）は、第６ドーピング領域３８０に対応する位置に形成されている。
【００３２】
第５コンタクトホール（ＣＨ５）を通じて第５ドーピング領域３７０と第５グリッド電極線（図示せず）とが接続され、第６コンタクトホール（ＣＨ６）を通じて第６ドーピング領域３８０と第６グリッド電極線（図示せず）とが接続される。
【００３３】
図１１〜図２１は、図１の第１の実施形態に係る太陽電池を製造する方法を説明するための平面図又は断面図である。
図１１及び図１２を参照すると、基板１００の上に第１ドーピング膜１１０を蒸着し、第１ドーピング膜１１０の上に拡散防止膜１２０を蒸着する。
【００３４】
第１ドーピング膜１１０及び拡散防止膜１２０をパターニングして、基板１００の表面を部分的に露出させる。
この場合、露出した基板１００の表面に該当する部分と、パターニングを行って残存している第１ドーピング膜１１０及び拡散防止膜１２０部分を平面的に見るとき、格子状に互いに交互に配列されるように形成する（図１１参照）。
【００３５】
第１ドーピング膜１１０及び拡散防止膜１２０のパターニングには、フォトエッチング工程、エッチングペーストを利用したスクリーンプリンティング方法、又はインクジェットプリンティング方法等を含む。しかし、このような方法に制限されず、多様な方法でパターニングすることができる。
【００３６】
第１ドーピング膜１１０は、Ｐ型の不純物がドーピングされたシリコン酸化物で形成することができる。このシリコン酸化物は、例えば、シリコンダイオキシド（ＳｉＯ２）とすることができる。また、Ｐ型の不純物は、ボロン（Ｂ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）等とすることができる。
【００３７】
基板１００は、前面（ｆｒｏｎｔ  ｓｉｄｅ）及び前面の反対面に該当する後面（ｂａｃｋ  ｓｉｄｅ）を含む。第１ドーピング膜１１０は基板１００の後面に形成する。基板１００の前面は、外部から光が吸収される面に該当する。
拡散防止膜１２０は、ドーピングされないシリコン酸化物で形成することができる。
【００３８】
図１３及び図１４を参照すると、基板１００の露出した部分と拡散防止膜１２０上を覆うように基板１００上全体に第２ドーピング膜１４０を形成する。
第２ドーピング膜１４０は、Ｎ型の不純物がドーピングされたシリコン酸化物で形成することができる。このシリコン酸化物は、例えば、シリコンダイオキシド（ＳｉＯ２）とすることができる。Ｎ型の不純物は、リン（Ｐ）、砒素（Ａｓ）または類似する特性を有する他の物質とすることができる。
【００３９】
図１６を参照すると、熱処理工程を行って第１ドーピング膜１１０から不純物を拡散させて、第１ドーピング領域１５０を形成する。
このとき、基板１００と接触している第２ドーピング膜１４０から不純物を拡散させて、第２ドーピング領域１６０を形成する。第１ドーピング領域１５０と第２ドーピング領域１６０は同時に形成できる。
【００４０】
図１３、図１４、及び図１６を参照して説明した方法とは異なって、第２ドーピング膜１４０を形成しないで、第１ドーピング膜１１０及び拡散防止膜１２０をマスクとして用い、基板１００の表面に不純物イオンを注入することができる。
図１５及び図１７を参照すると、第１ドーピング膜１１０及び拡散防止膜１２０をマスクとして用いて、基板１００の表面に不純物イオンを注入する。
【００４１】
不純物イオンは、リン（Ｐ）、砒素（Ａｓ）または類似する特性を有する他の物質とすることができる。そして、熱処理工程を行って第１ドーピング膜１１０から不純物を拡散させて、第１ドーピング領域１５０を形成し、イオン注入方法で基板１００に注入された不純物が、熱処理工程によって活性化して、第２ドーピング領域１６０を形成することができる。
【００４２】
図１８及び図１９を参照すると、基板１００上に形成された第１ドーピング膜１１０、拡散防止膜１２０、及び第２ドーピング膜１４０を除去する。
この時、基板１００に対してエッチング選択比が大きいフッ化水素（ＨＦ）を用いて第１ドーピング膜１１０、拡散防止膜１２０、及び第２ドーピング膜１４０をエッチングすることができる。
【００４３】
第１ドーピング領域１５０と第２ドーピング領域１６０は格子状に互いに交互に配列されている。
具体的には、互いに隣接する一つの第１ドーピング領域１５０と一つの第２ドーピング領域１６０とを第１単位とするとき、第１単位が、第１方向（ｄ１）だけでなく、第２方向（ｄ２）に沿って反復的に配列されている。第１方向（ｄ１）と第２方向（ｄ２）は直交することができる。
本実施形態によって製造された太陽電池において、第１ドーピング領域１５０と第２ドーピング領域１６０はＰＮ接合を形成する。
【００４４】
図２０及び図２１を参照すると、第１ドーピング領域１５０及び第２ドーピング領域１６０の上に、第１コンタクトホール（ＣＨ１）及び第２コンタクトホール（ＣＨ２）を有する保護層１７０を形成する。
【００４５】
図３を再度参照すると、第１グリッド電極１８０及び第１グリッド電極線１８１を含む第１電極と、第２グリッド電極１９０及び第２グリッド電極線１９１を含む第２電極とを保護層１７０の上に形成する。
ここで、第１グリッド電極線１８１は、第１コンタクトホール（ＣＨ１）を通じて第１ドーピング領域１５０と接続するために、第３方向（ｄ３）に沿って直線状に延長するように形成する。また、第２グリッド電極線１９１は、第２コンタクトホール（ＣＨ２）を通じて第２ドーピング領域１６０と接続するために、第３方向（ｄ３）に沿って直線状に延長するように形成する。
【００４６】
尚、本発明は、上述の実施形態に限られるものではない。本発明の技術的範囲から逸脱しない範囲内で多様に変更実施することが可能である。
【符号の説明】
【００４７】
１００    基板
１１０    第１ドーピング膜
１２０    拡散防止膜
１４０    第２ドーピング膜
１５０    第１ドーピング領域
１６０    第２ドーピング領域
１７０    保護層
１８０、１９０    （第１、第２）グリッド電極
１８１、１９１    （第１、第２）グリッド電極線
２１０    第３ドーピング領域
２２０    第４ドーピング領域
２７０、２８０    （第３、第４）グリッド電極
２７１、２８１    （第３、第４）グリッド電極線
３５０    保護層
３７０    第５ドーピング領域
３８０    第６ドーピング領域
ＣＨ１、ＣＨ２    第１及び第２コンタクトホール
ＣＨ３、ＣＨ４    第３及び第４コンタクトホール
ＣＨ５、ＣＨ６    第５及び第６コンタクトホール
【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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