(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の同じ側に形成される第１導電型領域及び第２導電型領域を含む光電変換部と、
前記光電変換部上に形成される電極であって、前記光電変換部の前記第１導電型領域及び前記第２導電型領域のそれぞれの上に直接形成される接着層及び前記接着層上に形成され、少なくとも１層を含む電極層を含む、電極と、を含み、
前記接着層の熱膨張係数が、前記光電変換部の前記第１導電型領域及び前記第２導電型領域のそれぞれの熱膨張係数よりも大きく、前記電極層の熱膨張係数よりも小さく、
前記接着層はチタン（Ｔｉ）又はタングステン（Ｗ）で形成され、
前記接着層は前記電極層の前記少なくとも１層のそれぞれより薄い厚さであり、
前記接着層に近接する前記電極層の一部は前記接着層とは異なる金属を含む、太陽電池。
【請求項２】
前記接着層が透過性を有する、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項３】
前記電極層が複数の層を含み、
前記接着層の厚さが、前記電極層の前記複数の層のそれぞれの厚さよりも薄い、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項４】
前記接着層の厚さが５０ｎｍ以下である、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項５】
前記光電変換部は、半導体基板及び半導体層のうち少なくとも一つを含み、
前記半導体基板または前記半導体層がシリコン（Ｓｉ）を含み、
前記接着層に近接する前記電極層の一部が、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）及びこれらの合金のうち少なくとも一つを含む、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項６】
前記電極層は、前記接着層上に位置し、反射物質を含む第１電極層と、前記第１電極層上に形成され、リボンと接続される第２電極層とを含む、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項７】
前記第１電極層が、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）及びこれらの合金のうち少なくとも一つを含む、請求項６に記載の太陽電池。
【請求項８】
前記第１電極層に対する前記接着層の厚さの比率が、１：２〜１：６０の範囲内である、請求項７に記載の太陽電池。
【請求項９】
前記第１電極層が５０ｎｍ〜３００ｎｍの厚さを有する、請求項６に記載の太陽電池。
【請求項１０】
前記第２電極層が、スズ及びニッケル−バナジウム合金のうち少なくとも一つを含む、請求項６に記載の太陽電池。
【請求項１１】
前記第２電極層が、スパッタリングにより形成され、５０ｎｍ〜３００ｎｍの厚さを有する、請求項１０に記載の太陽電池。
【請求項１２】
前記第２電極層が、メッキにより形成され、５μｍ〜１０μｍの厚さを有する、請求項１０に記載の太陽電池。
【請求項１３】
前記電極層は、第３電極層を更に含み、
前記第３電極層は、前記第１電極層と前記第２電極層との間で、前記第１電極層上に形成され、前記第１及び第２電極層よりも厚い厚さを有し、前記第１電極層よりも大きい面積を有する、請求項６に記載の太陽電池。
【請求項１４】
前記第３電極層が、メッキにより形成され、銅を含む、請求項１３に記載の太陽電池。
【請求項１５】
前記第１電極層は、前記第１電極層と前記第３電極層との間に位置するシード電極層をさらに含む、請求項１３に記載の太陽電池。
【請求項１６】
前記シード電極層が、スパッタリングにより形成され、銅を含む、請求項１５に記載の太陽電池。
【請求項１７】
光電変換部の同じ側に形成される第１導電型領域及び第２導電型領域を含む光電変換部と、
前記光電変換部上に形成される電極であって、前記光電変換部の前記第１導電型領域及び前記第２導電型領域のそれぞれの上に直接形成される接着層及び前記接着層上に形成され、少なくとも１層を含む電極層を含む、電極と、を含み、
前記接着層が、チタンまたはタングステンを含み、
前記接着層は、前記電極層の前記少なくとも１層のそれぞれより厚さが薄く、
前記接着層に近接する前記電極層の一部は前記接着層とは異なる金属を含む、太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池に係り、より詳細には、電極構造を改善した太陽電池に関する。
【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。
【０００３】
このような太陽電池は、様々な層及び電極を設計に応じて形成することによって製造することができる。ところで、このような様々な層及び電極の設計に応じて太陽電池の効率が決定され得る。太陽電池の商用化のためには、低い効率を克服しなければならないので、様々な層及び電極が太陽電池の効率を最大化できるように設計されることが要求される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、効率を向上させることができる太陽電池を提供しようとする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本実施例に係る太陽電池は、同じ側に形成される第１導電型領域及び第２導電型領域を含む光電変換部と、光電変換部上に形成され、光電変換部上に形成される接着層及び接着層上に形成される電極層を含む電極と、を含み、接着層の熱膨張係数が、光電変換部の熱膨張係数よりも大きく、電極層の熱膨張係数よりも小さい。
【０００６】
接着層の熱膨張係数が、第１導電型領域及び第２導電型領域の熱膨張係数よりも大きくてもよい。
【０００７】
接着層は透過性を有することができる。
【０００８】
接着層が金属を含むことができる。
【０００９】
接着層がチタン（Ｔｉ）またはタングステン（Ｗ）を含むことができる。
【００１０】
電極層が複数の層を含み、接着層の厚さが、電極層の複数の層のそれぞれの厚さよりも薄くてもよい。
【００１１】
接着層の厚さが５０ｎｍ以下であってもよい。
【００１２】
半導体基板または半導体層がシリコン（Ｓｉ）を含み、電極層において接着層に隣接した部分が銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）及びこれらの合金のうち少なくとも一つを含むことができる。
【００１３】
電極層は、接着層上に位置し、反射物質を含む第１電極層と、第１電極層上に形成され、リボンと接続される第２電極層とを含むことができる。
【００１４】
第１電極層が、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）及びこれらの合金のうち少なくとも一つを含むことができる。
【００１５】
第１電極層に対する接着層の厚さの比率が、１：２〜１：６０の範囲内に属することができる。
【００１６】
第１電極層に対する接着層の厚さの比率が、１：１０〜１：３０の範囲内に属することができる。
【００１７】
第１電極層が５０ｎｍ〜３００ｎｍの厚さを有することができる。
【００１８】
第２電極層が、スズ（錫）及びニッケル−バナジウム合金のうち少なくとも一つを含むことができる。
【００１９】
第２電極層が、スパッタリングにより形成され、５０ｎｍ〜３００ｎｍの厚さを有することができる。
【００２０】
第２電極層が、メッキにより形成され、５μｍ〜１０μｍの厚さを有することができる。
【００２１】
第１電極層と第２電極層との間に、第１電極層上に形成され、第１及び第２電極層よりも厚い厚さを有しながら、第１及び第２電極層よりも大きい面積を有する第３電極層を含むことができる。
【００２２】
第３電極層が、メッキにより形成され、銅を含むことができる。
【００２３】
第１電極層と第３電極層との間に位置するシード電極層をさらに含むことができる。
【００２４】
シード電極層が、スパッタリングにより形成され、銅を含むことができる。
【００２５】
本発明の他の実施例に係る太陽電池は、同じ側に形成される第１導電型領域及び第２導電型領域を含む光電変換部と、光電変換部上に形成され、光電変換部上に形成される接着層及び接着層上に形成される電極層を含む電極と、を含み、接着層が、チタンまたはタングステンを含む。
【発明の効果】
【００２６】
本実施例に係る太陽電池は、電極が伝導性及び透過性を有し、一定範囲の熱膨張係数を有する接触層を備えることで、優れた特性を有することができる。すなわち、接触層が伝導性及び透過性を有するので、電極の伝導度を優れた状態に維持しながら、これに隣接する電極層（一例として、第１電極層）において反射を誘導することができる。これによって、第１電極層が反射電極層として機能して長波長の反射を増加させることで、光電変換に使用される光の量を増加させることができる。そして、接触層が半導体基板（または半導体層）と電極層との間の熱膨張係数を有することで、半導体基板（または半導体層）と電極層との熱膨張係数の差を減少させることによって、半導体基板（または半導体層）と電極との接触特性を向上させることができる。このように、太陽電池の様々な特性を向上させることで、太陽電池の効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施例に係る太陽電池モジュールを示した背面斜視図である。
【図２】本発明の実施例に係る太陽電池の断面図である。
【図３】図２に示した太陽電池の部分背面平面図である。
【図４】本発明の実施例に係る太陽電池の電極とリボンとの付着構造の様々な例を拡大して示した概略図である。
【図５】本発明の他の実施例に係る太陽電池に使用できる電極を示した図である。図５には、図１の拡大円に対応する部分を示した。
【図６】本発明の他の実施例に係る太陽電池に使用できる電極を示した図である。図６には、図１の拡大円に対応する部分を示した。
【図７】本発明の更に他の実施例に係る太陽電池の部分背面平面図である。
【図８】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９】本発明の実施例１〜３、そして比較例１及び２に係る太陽電池の電極において、波長による反射度を測定した結果を示したグラフである。
【図１０】（ａ）及び（ｂ）のそれぞれは、本発明の実施例１において後面パッシベーション膜の亀裂を低減するための熱処理前の太陽電池の背面写真、及び熱処理後の太陽電池の背面写真である。
【図１１】（ａ）及び（ｂ）のそれぞれは、本発明の比較例１において後面パッシベーション膜の亀裂を低減するための熱処理前の太陽電池の背面写真、及び熱処理後の太陽電池の背面写真である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下では、添付の図面を参照して、本発明の実施例について詳細に説明する。しかし、本発明がこれらの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。
【００２９】
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。
【００３０】
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」あるとするときは、中間に他の部分が位置しないことを意味する。
【００３１】
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及びそれに使用される電極について詳細に説明する。まず、太陽電池モジュールを詳細に説明した後、それに含まれる太陽電池及びそれに使用される電極について詳細に説明する。
【００３２】
図１は、本発明の実施例に係る太陽電池モジュールを示す背面斜視図である。
【００３３】
図１を参照すると、本発明の一実施例に係る太陽電池モジュール１００は、太陽電池１５０と、太陽電池１５０の前面上に位置する第１基板（以下、「前面基板」という）１２１と、太陽電池１５０の後面上に位置する第２基板（以下、「後面シート」という）１２２とを含むことができる。また、太陽電池モジュール１００は、太陽電池１５０と前面基板１２１との間の第１密封材１３１、及び太陽電池１５０と後面シート１２２との間の第２密封材１３２を含むことができる。これについてより詳細に説明する。
【００３４】
まず、太陽電池１５０は、太陽エネルギーを電気エネルギーに変換する光電変換部と、光電変換部に電気的に接続される電極とを含んで形成される。本実施例では、一例として、半導体基板（一例として、シリコンウエハ）または半導体層（一例として、シリコン層）を含む光電変換部を適用することができる。このような構造の太陽電池１５０を、図２及び図３を参照して詳細に後述する。
【００３５】
このような太陽電池１５０はリボン１４４を含み、リボン１４４によって電気的に直列、並列または直並列に接続可能である。これを、互いに隣接する第１及び第２太陽電池１５１，１５２を例に挙げて説明する。すなわち、リボン１４４は、第１太陽電池１５１の第１電極（図２及び図３の参照符号４２、以下同様）と、隣接する第２太陽電池１５２の第２電極（図２及び図３の参照符号４４、以下同様）とを接続することができる。リボン１４４と、第１太陽電池１５１の第１電極４２及び第２太陽電池１５２の第２電極４４との接続構造などは、様々な構造を適用することができる。一例として、第１及び第２太陽電池１５１，１５２において、第１電極４２が、第１縁部においてこれに沿って互いに接続され、第２電極４４が、第１縁部と反対の第２縁部においてこれに沿って互いに接続されてもよい。すると、リボン１４４は、第１太陽電池１５１の第１縁部に位置した第１電極４２と、これに隣接する第２太陽電池１５２の第２縁部に位置した第２電極４４とを接続するように、第１及び第２太陽電池１５１，１５２にわたって形成され、第１及び第２縁部に沿って延びて形成され得る。このとき、リボン１４４と第１及び第２太陽電池１５１，１５２との不必要なショートを防止するために、リボン１４４と第１及び第２太陽電池１５１，１５２との間に部分的に絶縁フィルム１４２が位置し、リボン１４４において絶縁フィルム１４２よりも突出した部分が第１または第２電極４２，４４に接続される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、様々な変形が可能である。
【００３６】
また、バスリボン１４５は、リボン１４４によって連結された一つの列の太陽電池１５０のリボン１４４の両端を交互に連結する。バスリボン１４５は、一つの列をなす太陽電池１５０の端部においてこれと交差する方向に配置することができる。このようなバスリボン１４５は、太陽電池１５０が生産した電気を集め、電気が逆流することを防止するジャンクションボックス（図示せず）と連結される。
【００３７】
第１密封材１３１は、太陽電池１５０の受光面に位置し、第２密封材１３２は、太陽電池１５０の裏面に位置することができ、第１密封材１３１と第２密封材１３２とはラミネーションにより接着して、太陽電池１５０に悪影響を及ぼし得る水分や酸素を遮断し、太陽電池１５０の各要素が化学的に結合できるようにする。
【００３８】
このような第１密封材１３１及び第２密封材１３２は、エチレン酢酸ビニル共重合体樹脂（ＥＶＡ）、ポリビニルブチラール、ケイ素樹脂、エステル系樹脂、オレフィン系樹脂など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。したがって、第１及び第２密封材１３１，１３２は、その他の様々な物質を用いて、ラミネーション以外の他の方法により形成することができる。
【００３９】
前面基板１２１は、太陽光を透過するように第１密封材１３１上に位置し、外部の衝撃などから太陽電池１５０を保護するために強化ガラスであることが好ましい。また、太陽光の反射を防止し、太陽光の透過率を高めるために、鉄分が少なく含有された低鉄分強化ガラスであることがより好ましい。しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、前面基板１２１が他の物質などからなってもよい。
【００４０】
後面シート１２２は、太陽電池１５０の裏面で太陽電池１５０を保護する層であって、防水、絶縁及び紫外線遮断の機能をする。後面シート１２２は、フィルムまたはシートなどの形態で構成することができる。後面シート１２２は、ＴＰＴ（Ｔｅｄｌａｒ／ＰＥＴ／Ｔｅｄｌａｒ）タイプであるか、またはポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）の少なくとも一面にポリフッ化ビニリデン（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅ  ｆｌｕｏｒｉｄｅ、ＰＶＤＦ）樹脂などが形成された構造であってもよい。ポリフッ化ビニリデンは、（ＣＨ2ＣＦ2）ｎの構造を有する高分子であって、ダブル（Ｄｏｕｂｌｅ）フッ素分子構造を有するので、機械的性質、耐候性、耐紫外線性に優れる。しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、後面シート１２２が他の物質などからなってもよい。このとき、後面シート１２２は、前面基板１２１側から入射した太陽光を反射して再利用できるように、反射率に優れた材質であってもよい。しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、後面シート１２２が、太陽光熱が入射できる透明材質（例えば、ガラス）で形成されて、両面受光型太陽電池モジュール１００を具現することもできる。
【００４１】
上述した太陽電池１５０の構造を、図２及び図３を参照して詳細に説明する。
【００４２】
図２は、本発明の実施例に係る太陽電池１５０の断面図であり、図３は、図２に示した太陽電池１５０の部分背面平面図である。
【００４３】
図２及び図３を参照すると、本実施例に係る太陽電池１５０は、ベース領域１１０を含む半導体基板１０と、半導体基板１０の一面（一例として、半導体基板１０の後面）側に位置するトンネル層２０と、トンネル層２０上に位置する導電型領域３２，３４と、導電型領域３２，３４に接続される電極４２，４４とを含む。そして、太陽電池１５０は、パッシベーション膜２４、反射防止膜２６、絶縁層（または後面パッシベーション膜）４０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。
【００４４】
半導体基板１０は、第２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。本実施例のベース領域１１０は、第２導電型ドーパントを含む結晶質（単結晶または多結晶）シリコンを含むことができる。一例として、ベース領域１１０は、第２導電型ドーパントを含む単結晶シリコン基板（一例として、単結晶シリコンウエハ）で構成されてもよい。そして、第２導電型ドーパントはｎ型またはｐ型であってもよい。ｎ型ドーパントとしては、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、ビスマス（Ｂｉ）、アンチモン（Ｓｂ）などの５族元素を使用し、ｐ型ドーパントとしては、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。一例として、ベース領域１１０がｎ型を有すると、ベース領域１１０と光電変換によってキャリアを形成する接合（一例として、トンネル層２０を挟んだｐｎ接合）を形成するｐ型の第１導電型領域３２を広く形成して、光電変換面積を増加させることができる。また、この場合には、広い面積を有する第１導電型領域３２が、移動速度が相対的に遅い正孔を効果的に収集することで、光電変換効率の向上にさらに寄与することができる。しかし、本発明がこれに限定されるものではない。
【００４５】
そして、半導体基板１０は、前面側に位置する前面電界領域１３０を含むことができる。前面電界領域１３０は、ベース領域１１０と同じ導電型を有しながら、ベース領域１１０よりも高いドーピング濃度を有することができる。
【００４６】
本実施例では、前面電界領域１３０が、半導体基板１０に第２導電型ドーパントを相対的に高いドーピング濃度でドーピングして形成されたドーピング領域で構成された場合を例示した。これによって、前面電界領域１３０が、第２導電型を有する結晶質（単結晶または多結晶）半導体を含んで半導体基板１０を構成するようになる。一例として、前面電界領域１３０は、第２導電型を有する単結晶半導体基板（一例として、単結晶シリコンウエハ基板）の一部分として構成されてもよい。しかし、本発明がこれに限定されるものではない。したがって、半導体基板１０と異なる別個の半導体層（例えば、非晶質半導体層、微結晶半導体層、または多結晶半導体層）に第２導電型ドーパントをドーピングして前面電界領域１３０を形成してもよい。または、前面電界領域１３０が、半導体基板１０に隣接して形成された層（例えば、パッシベーション膜２４及び／または反射防止膜２６）の固定電荷によってドープされたものと類似の役割を果たす電界領域で構成されてもよい。その他の様々な方法により様々な構造の前面電界領域１３０を形成することができる。
【００４７】
本実施例において、半導体基板１０の前面は、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低下させることができる。したがって、ベース領域１１０と第１導電型領域３２によって形成されたｐｎ接合まで到達する光の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。
【００４８】
そして、半導体基板１０の後面は、鏡面研磨などによって前面よりも低い表面粗さを有する、相対的に滑らかで且つ平坦な面からなることができる。本実施例のように、半導体基板１０の後面側に第１及び第２導電型領域３２，３４が共に形成される場合には、半導体基板１０の後面の特性に応じて太陽電池１５０の特性が大きく変化することがあるからである。これによって、半導体基板１０の後面にはテクスチャリングによる凹凸を形成しないことで、パッシベーション特性を向上させることができ、これによって、太陽電池１５０の特性を向上させることができる。しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、場合によって、半導体基板１０の後面にテクスチャリングによる凹凸を形成してもよい。その他の様々な変形も可能である。
【００４９】
半導体基板１０の後面上にはトンネル層２０が形成される。トンネル層２０によって、半導体基板１０の後面の界面特性を向上させることができ、光電変換によって生成されたキャリアがトンネル効果によって円滑に伝達されるようにする。このようなトンネル層２０は、キャリアをトンネリングすることができる様々な物質を含むことができ、一例として、酸化物、窒化物、半導体、伝導性高分子などを含むことができる。例えば、トンネル層２０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。このとき、トンネル層２０は、半導体基板１０の後面に全体的に形成することができる。これによって、半導体基板１０の後面を全体的にパッシベーションすることができ、別途のパターニングなしに容易に形成することができる。
【００５０】
トンネル効果を十分に具現できるように、トンネル層２０の厚さＴ１は、絶縁層４０の厚さよりも薄くすることができる。一例として、トンネル層２０の厚さＴ１が１０ｎｍ以下であってもよく、０．５ｎｍ〜１０ｎｍ（より具体的には、０．５ｎｍ〜５ｎｍ、一例として、１ｎｍ〜４ｎｍ）であってもよい。トンネル層２０の厚さＴ１が１０ｎｍを超えると、トンネリングが円滑に起こらないため、太陽電池１５０が作動しないことがあり、トンネル層２０の厚さＴ１が０．５ｎｍ未満であると、所望の品質のトンネル層２０を形成しにくいことがある。トンネル効果をさらに向上させるためには、トンネル層２０の厚さＴ１が０．５ｎｍ〜５ｎｍ（より具体的に１ｎｍ〜４ｎｍ）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、トンネル層２０の厚さＴ１が様々な値を有することができる。
【００５１】
トンネル層２０上には導電型領域３２，３４が位置することができる。より具体的に、導電型領域３２，３４は、第１導電型ドーパントを有して第１導電型を示す第１導電型領域３２と、第２導電型ドーパントを有して第２導電型を示す第２導電型領域３４とを含むことができる。そして、第１導電型領域３２と第２導電型領域３４との間にバリア領域３６が位置することができる。
【００５２】
第１導電型領域３２は、トンネル層２０を挟んでベース領域１１０とｐｎ接合（またはｐｎトンネル接合）を形成して、光電変換によってキャリアを生成するエミッタ領域を構成する。
【００５３】
このとき、第１導電型領域３２は、ベース領域１１０と反対の第１導電型ドーパントを含む半導体（一例として、シリコン）を含むことができる。本実施例では、第１導電型領域３２が、半導体基板１０上（より明確には、トンネル層２０上）で半導体基板１０と別個に形成され、第１導電型ドーパントがドープされた半導体層で構成される。これによって、第１導電型領域３２は、半導体基板１０上に容易に形成できるように、半導体基板１０と異なる結晶構造を有する半導体層で構成することができる。例えば、第１導電型領域３２は、蒸着などの様々な方法により容易に製造することができる非晶質半導体、微結晶半導体、または多結晶半導体（一例として、非晶質シリコン、微結晶シリコン、または多結晶シリコン）などに第１導電型ドーパントをドープして形成することができる。第１導電型ドーパントは、半導体層を形成する工程において半導体層に共に含まれるか、または、半導体層を形成した後に熱拡散法、イオン注入法などの様々なドーピング方法により半導体層に含まれてもよい。
【００５４】
このとき、第１導電型ドーパントは、ベース領域１１０と反対の導電型を示すことができるドーパントであれば足りる。すなわち、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）、ビスマス（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。
【００５５】
第２導電型領域３４は、後面電界（ｂａｃｋ  ｓｕｒｆａｃｅ  ｆｉｅｌｄ）を形成して、半導体基板１０の表面（より正確には、半導体基板１０の後面）で再結合によってキャリアの損失が発生することを防止する後面電界領域を構成する。
【００５６】
このとき、第２導電型領域３４は、ベース領域１１０と同一の第２導電型ドーパントを含む半導体（一例として、シリコン）を含むことができる。本実施例では、第２導電型領域３４が、半導体基板１０上（より明確には、トンネル層２０上）で半導体基板１０と別個に形成され、第２導電型ドーパントがドープされた半導体層で構成される。これによって、第２導電型領域３４は、半導体基板１０上に容易に形成できるように、半導体基板１０と異なる結晶構造を有する半導体層で構成することができる。例えば、第２導電型領域３４は、蒸着などの様々な方法により容易に製造できる非晶質半導体、微結晶半導体、または多結晶半導体（一例として、非晶質シリコン、微結晶シリコン、または多結晶シリコン）などに第２導電型ドーパントをドープして形成することができる。第２導電型ドーパントは、半導体層を形成する工程において半導体層に共に含まれるか、または、半導体層を形成した後に熱拡散法、イオン注入法などの様々なドーピング方法により半導体層に含まれてもよい。
【００５７】
このとき、第２導電型ドーパントは、ベース領域１１０と同じ導電型を示すことができるドーパントであれば足りる。すなわち、第２導電型ドーパントがｎ型である場合には、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、ビスマス（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２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。
【００５８】
そして、第１導電型領域３２と第２導電型領域３４との間にバリア領域３６が位置して、第１導電型領域３２と第２導電型領域３４とを互いに離隔させる。第１導電型領域３２と第２導電型領域３４が互いに接触する場合には、シャント（ｓｈｕｎｔ）が発生して太陽電池１５０の性能を低下させることがある。そのため、本実施例では、第１導電型領域３２と第２導電型領域３４との間にバリア領域３６を位置させることで、不必要なシャントを防止することができる。
【００５９】
バリア領域３６は、第１導電型領域３２と第２導電型領域３４との間でこれらを実質的に絶縁することができる様々な物質を含むことができる。すなわち、バリア領域３６として、ドープされていない（即ち、アンドープ）絶縁物質（一例として、酸化物、窒化物）などを使用することができる。または、バリア領域３６が真性（ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ）半導体を含むこともできる。このとき、バリア領域３６が、第１導電型領域３２及び第２導電型領域３４と同一平面上に形成され、実質的に同一の厚さを有し、同一の半導体（一例として、非晶質シリコン、微結晶シリコン、多結晶シリコン）で構成されるが、実質的にドーパントを含まなくてもよい。一例として、半導体物質を含む半導体層を形成した後、半導体層の一部の領域に第１導電型ドーパントをドープして第１導電型領域３２を形成し、他の領域の一部に第２導電型ドーパントをドープして第２導電型領域３４を形成すると、第１導電型領域３２及び第２導電型領域３４が形成されていない領域がバリア領域３６を構成するようになる。これによれば、第１導電型領域３２、第２導電型領域３４及びバリア領域３６の製造方法を単純化することができる。
【００６０】
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、バリア領域３６を第１導電型領域３２及び第２導電型領域３４と別途に形成した場合には、バリア領域３６と第１導電型領域３２及び第２導電型領域３４とが互いに異なる厚さを有することができる。一例として、第１導電型領域３２及び第２導電型領域３４のショートをより効果的に防止するために、バリア領域３６が第１導電型領域３２及び第２導電型領域３４よりも厚い厚さを有してもよい。または、バリア領域３６を形成するための原料を低減するために、バリア領域３６の厚さを第１導電型領域３２及び第２導電型領域３４の厚さよりも薄くしてもよい。その他の様々な変形が可能であることは勿論である。また、バリア領域３６の基本構成物質が、第１導電型領域３２及び第２導電型領域３４と異なる物質を含むこともできる。または、バリア領域３６が、第１導電型領域３２と第２導電型領域３４との間に位置した空き空間（例えば、トレンチ）として構成されてもよい。
【００６１】
そして、バリア領域３６が、第１導電型領域３２と第２導電型領域３４との境界の一部のみを離隔させるように形成されてもよい。これによれば、第１導電型領域３２と第２導電型領域３４との境界の他の一部は互いに接触することもできる。また、バリア領域３６を必ず備えなければならないわけではなく、第１導電型領域３２と第２導電型領域３４とが全体的に接触して形成されることも可能である。その他の様々な変形が可能である。
【００６２】
ここで、ベース領域１１０と同じ導電型を有する第２導電型領域３４の面積よりも、ベース領域１１０と異なる導電型を有する第１導電型領域３２の面積を広く形成することができる。これによって、ベース領域１１０と第１導電型領域３２との間でトンネル層２０を通じて形成されるｐｎ接合をさらに広く形成することができる。このとき、ベース領域１１０及び第２導電型領域３４がｎ型の導電型を有し、第１導電型領域３２がｐ型の導電型を有する場合に、広く形成された第１導電型領域３２によって、移動速度が相対的に遅い正孔を効果的に収集することができる。このような第１導電型領域３２、第２導電型領域３４及びバリア領域３６の平面構造は、図３を参照してより詳細に後述する。
【００６３】
本実施例では、導電型領域３２，３４がトンネル層２０を挟んで半導体基板１０の後面上に位置することを例示した。しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、トンネル層２０を備えずに、導電型領域３２，３４が、半導体基板１０にドーパントをドープして形成されたドーピング領域で構成されることも可能である。すなわち、導電型領域３２，３４が、半導体基板１０の一部を構成する単結晶半導体構造のドーピング領域で構成されてもよい。このような構造については、図８を参照してより詳細に後述する。その他の様々な方法により導電型領域３２，３４を形成することができる。
【００６４】
第１導電型領域３２及び第２導電型領域３４とバリア領域３６上に絶縁層４０を形成することができる。絶縁層４０は、第１導電型領域３２及び第２導電型領域３４が接続されてはならない電極（すなわち、第１導電型領域３２の場合には第２電極４４、第２導電型領域３４の場合には第１電極４２）と接続されることを防止し、第１導電型領域３２及び第２導電型領域３４をパッシベーションする効果も奏することができる。絶縁層４０は、第１導電型領域３２を露出する第１開口部４０２と、第２導電型領域３４を露出する第２開口部４０４とを備える。
【００６５】
このような絶縁層４０は、トンネル層２０と同一またはそれより厚い厚さに形成することができる。これによって、絶縁特性及びパッシベーション特性を向上させることができる。絶縁層４０は、様々な絶縁物質（例えば、酸化物、窒化物など）からなることができる。一例として、絶縁層４０は、シリコン窒化膜、水素含有シリコン窒化膜、シリコン酸化膜、シリコン酸化窒化膜、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＦ2、ＺｎＳ、ＴｉＯ2及びＣｅＯ2からなる群から選択されたいずれか一つの単一膜、または２つ以上の膜が組み合わさ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、絶縁層４０が様々な物質を含むことができることは勿論である。
【００６６】
半導体基板１０の後面に位置する電極４２，４４は、第１導電型領域３２に電気的及び物理的に接続される第１電極４２と、第２導電型領域３４に電気的及び物理的に接続される第２電極４４とを含む。
【００６７】
このとき、第１電極４２は、絶縁層４０の第１開口部４０２を通して第１導電型領域３２に接続され、第２電極４４は、絶縁層４０の第２開口部４０４を通して第２導電型領域３４に接続される。このような第１及び第２電極４２，４４としては様々な金属物質を含むことができる。そして、第１及び第２電極４２，４４は、互いに電気的に接続されずに第１及び第２導電型半導体層３２，３４にそれぞれ接続されて、生成されたキャリアを収集して外部に伝達できる様々な平面形状を有することができる。すなわち、本発明が第１及び第２電極４２，４４の平面形状に限定されるものではない。
【００６８】
以下では、図２の拡大円を参照して第１及び／または第２電極４２，４４の積層構造を詳細に説明した後、図３を参照して第１及び／または第２電極４２，４４の平面構造を詳細に説明する。図２の拡大円及び以下の説明では第１電極４２を例に挙げて説明したが、第２電極４４もこれと同一または極めて類似の構造を有することができる。これによって、後述する第１電極４２の積層構造は第２電極４４にも適用することができる。
【００６９】
図２の拡大円を参照すると、第１電極４２は、半導体層で構成された第１導電型領域３２（第２電極４４の場合には第２導電型領域３４）を構成する半導体層（以下、半導体層）に接触して形成され、透過性及び伝導性を有する接着層４２０と、接着層４２０上に形成される電極層４２２とを含むことができる。ここで、電極層４２２は、光電変換によって生成されたキャリアを収集して外部に伝達する電極の基本的な役割を果たし、接着層４２０は、第１導電型領域３２と電極層４２２との接着特性を向上させるなどの役割を果たすことができる。
【００７０】
接着層４２０は、半導体層と電極層４２２との間でこれらに接触して形成され得る。接着層４２０は、伝導性を有すると共に、半導体層との接触特性に優れた金属を含むことができる。これによって、第１電極４２の伝導性が低下しないと共に、半導体層と電極層４２２との接着特性を向上させることができる。接着層４２０が半導体層との接触特性を向上させることができるように、接着層４２０の熱膨張係数が、半導体層の熱膨張係数と、電極層４２２において接着層４２０に隣接した部分の熱膨張係数との間の値を有することができる。
【００７１】
これをより詳細に説明すると、半導体層と第１電極４２との熱膨張係数の差が大きいと、太陽電池１５０を形成するための様々な熱処理工程時に、半導体層と第１電極４２との間の界面接触特性が低下することがある。これによって、半導体層と第１電極４２との間のコンタクト抵抗が高くなることがある。これは、半導体層または第１電極４２の線幅を減少させて半導体層と第１電極４２との接触面積が減少する場合にもっと大きな問題となり得る。これによって、本実施例では、第１電極４２において半導体層に接触する接着層４２０の熱膨脹係数を限定して、半導体層と第１電極４２との熱膨張係数の差を減少させることで、界面接触特性を向上させる。
【００７２】
半導体層がシリコンを含む場合に熱膨張係数が約４．２ｐｐｍ／Ｋであり、電極層４２２において接着層４２０に隣接した部分（一例として、本実施例では、第１電極層４２２ａ）を構成することができる銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）などの熱膨張係数が略１４．２ｐｐｍ／Ｋ以上である。より具体的に、銅の熱膨張係数が約１６．５ｐｐｍ／Ｋで、アルミニウムの熱膨張係数が約２３．０ｐｐｍ／Ｋで、銀の熱膨張係数が約１９．２ｐｐｍ／Ｋで、金の熱膨張係数が約１４．２ｐｐｍ／Ｋである。
【００７３】
これを考慮して、接着層４２０を構成する物質（一例として、金属）の熱膨張係数が約４．５ｐｐｍ／Ｋ〜約１４ｐｐｍ／Ｋであればよい。熱膨張係数が４．５ｐｐｍ／Ｋ未満であるか、または１４ｐｐｍ／Ｋを超えると、半導体層との熱膨張係数の差を減少させて接着特性を向上させる効果が十分でないことがある。これを考慮して、接着層４２０は、熱膨張係数が約８．４ｐｐｍ／Ｋであるチタン（Ｔｉ）または熱膨張係数が約４．６ｐｐｍ／Ｋであるタングステン（Ｗ）を含むことができ、一例として、チタンまたはタングステンからなることができる。
【００７４】
このように、接着層４２０がチタンまたはタングステンを含む場合、半導体層と第１電極４２との熱膨張係数の差が減少することによって、接触特性を向上させることができる。そして、チタンまたはタングステンは、電極層４２２において接着層４２０に隣接した部分（一例として、本実施例では第１電極層４２２ａ）を構成する物質（例えば、銅など）のバリアとして機能することができるので、これらが半導体層または半導体基板１０に拡散することを防止することができる。これによって、電極層４２２を構成する物質が半導体層または半導体基板１０に拡散して発生し得る問題を防止することができる。
【００７５】
このとき、本実施例に係る接着層４２０は、光が透過できる透過性を有することができる。接着層４２０が金属を含む場合にも、厚さが薄ければ透過性を有することができるので、本実施例では、接着層４２０の厚さを一定水準以下に限定して、接着層４２０が透過性を有することができるようにする。このように、接着層４２０が透過性を有すると、接着層４２０を通過した光を、接着層４２０上に形成される電極層４２２または電極層４２２の一部を構成する層（例えば、第１電極層４２２ａ）で反射させて、再び半導体基板１０の内部に向かうようにすることができる。これによって、光を第１電極４２で反射させて、半導体基板１０に存在する光の量及び残留時間を増加させることで、太陽電池１５０の効率を向上させることができる。
【００７６】
ここで、透過性とは、光を１００％透過する場合だけでなく、光の一部を透過する場合を含む。すなわち、接着層４２０は、金属透過膜または金属半透過膜で構成することができる。例えば、接着層４２０は５０％〜１００％の透過度を有することができ、より具体的には、８０％〜１００％の透過度を有することができる。接着層４２０の透過度が５０％未満であると、電極層４２２で反射される光の量が十分でないため、太陽電池１５０の効率を十分に向上させることが難しい。接着層４２０の透過度が８０％以上であれば、電極層４２２で反射される光の量をさらに増加させることができるので、太陽電池１５０の効率の向上にさらに寄与することができる。
【００７７】
そのために、接着層４２０の厚さは、電極層４２２の厚さよりも薄くすることができる。そして、本実施例のように電極層４２２が複数の層（例えば、第１電極層４２２ａ、第２電極層４２２ｂ、第３電極層４２２ｄ、シード電極層４２２ｃ）で構成される場合には、電極層４２２を構成する複数の層のそれぞれの厚さよりも薄くすることができる。これによって、接着層４２０が透過性を有するように形成することができる。
【００７８】
具体的に、接着層４２０の厚さは５０ｎｍ以下であってもよい。接着層４２０の厚さが５０ｎｍを超えると、接着層４２０の透過度が低下して、電極層４２２に向かうようにする光の量が十分でないことがある。接着層４２０の厚さを１５ｎｍ以下とすることで、接着層４２０の透過度をさらに向上させることができる。ここで、接着層４２０の厚さが５ｎｍ〜５０ｎｍ（一例として、５ｎｍ〜１５ｎｍ）であってもよい。接着層４２０の厚さが５ｎｍ未満の場合には、接着層４２０が半導体層上で均一に形成されにくく、接着層４２０による接着特性向上の効果が十分でないことがある。しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、接着層４２０の厚さなどは物質、工程条件などを考慮して変化可能である。
【００７９】
接着層４２０上に形成される電極層４２２は、様々な特性などを向上させることができるように複数の層を含むことができる。本実施例において電極層４２２は、接着層４２０上に形成され、反射物質を含む第１電極層４２２ａと、第１電極層４２２ａ上に形成され、リボン１４４と接続（一例として、接触）する第２電極層４２２ｂとを含む。そして、第１電極層４２２ａと第２電極層４２２ｂとの間に形成されるシード電極層４２２ｃ、第３電極層４２２ｄなどをさらに含むことができる。以下では、積層順序に従って電極層４２２を構成する複数の層について説明する。
【００８０】
接着層４２０上に形成される第１電極層４２２ａは、接着層４２０と接触して形成され得る。第１電極層４２２ａは、電極層４２２を構成する物質などが半導体層または半導体基板１０に向かうことを防止するバリアの役割と共に、反射物質によって反射が行われるようにする役割を果たす。すなわち、第１電極層４２２ａは、バリア層としての役割及び反射電極層としての役割を共に果たすことができる。このような第１電極層４２２ａは、反射特性に優れた金属で構成することができ、一例として、銅、アルミニウム、銀、金、またはこれらの合金を含むことができる。第１電極層４２２ａ上に、銅などを含むか、または銅からなるシード電極層４２２ｃが位置する場合には、第１電極層４２２ａが、アルミニウム、銀、金、またはこれらの合金を含むか、またはアルミニウム、銀、金、またはこれらの合金からなることができる。
【００８１】
第１電極層４２２ａは、接着層４２０よりも大きい厚さを有しながら、５０ｎｍ〜３００ｎｍの厚さを有することができる。一例として、第１電極層４２２ａの厚さが１００ｎｍ〜３００ｎｍであってもよい。第１電極層４２２ａの厚さが５０ｎｍ未満であると、バリア層及び反射電極層の役割を果たすことが難しい。第１電極層４２２ａの厚さが３００ｎｍを超えると、反射特性などが大きく向上できないにもかかわらず製造コストは増加することがある。第１電極層４２２ａの厚さが１００ｎｍ〜３００ｎｍであると、バリア層及び反射電極層としての機能をさらに向上させることができる。
【００８２】
そして、第１電極層４２２ａに対する接着層４２０の厚さの比率が１：２〜１：６０であってもよい。より具体的には、第１電極層４２２ａに対する接着層４２０の厚さの比率が１：１０〜１：３０であってもよい。上述した厚さの比率が１：２未満であると、接着層４２０の厚さが厚いため透過度が低下したり、第１電極層４２２ａの厚さが薄いため反射特性などが低下したりすることがある。上述した厚さの比率が１：６０を超えると、第１電極層４２２ａの厚さが厚いため製造コストが増加し得る。上記比率が１：１０〜１：３０であると、接着層４２０の特性及び第１電極層４２２ａの特性を共に向上させることができる。しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、厚さの比率などは多様に変形することができる。
【００８３】
第１電極層４２２ａ上に位置するシード電極層４２２ｃは、シード電極層４２２ｃ上に形成される第３電極層４２２ｄ（第３電極層４２２ｄを備えない場合、第２電極層４２２ｂ、以下同様）のシードの役割を果たし、第３電極層４２２ｄを容易に形成できるようにする。すなわち、シード電極層４２２ｃは、第１電極層４２２ａと第３電極層４２２ｄとの間に位置し、これらに接触して形成され得る。
【００８４】
第３電極層４２２ｄは、メッキなどによって形成されてもよいが、第３電極層４２２ｄがメッキによってうまく形成されるようにするために、第１電極層４２２ａと第３電極層４２２ｄとの間にシード電極層４２２ｃを形成する。第３電極層４２２ｄが銅を含む場合には、シード電極層４２２ｃが銅を含むか、または銅からなることができる。これによって、メッキによって銅を含むように形成される第３電極層４２２ｄが、シード電極層４２２ｃをシードとして容易に且つ優れた特性を有するように形成することができる。
【００８５】
シード電極層４２２ｃは５０ｎｍ〜２００ｎｍの厚さを有することができる。シード電極層４２２ｃの厚さが５０ｎｍ未満であると、シード電極層４２２ｃによる効果が十分でないことがあり、シード電極層４２２ｃの厚さが２００ｎｍを超えると、製造コストなどが増加し得る。しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、シード電極層４２２ｃの厚さなどは様々な変形が可能である。
【００８６】
上述した 接着層４２０、第１電極層４２２ａ及びシード電極層４２２ｃはスパッタリング法などにより形成することができる。すなわち、半導体層からなる第１及び第２導電型領域３２，３４、そしてバリア領域３６上に形成された絶縁層４０の開口部４０２（第２電極４４の場合には開口部４０４）を充填するように、接着層４２０、第１電極層４２２ａ及びシード電極層４２２ｃのそれぞれを構成する金属層を全体的に形成した後に、金属層をパターニングすることによって、第１電極４２（及び／または第２電極４４）の接着層４２０、第１電極層４２２ａ及びシード電極層４２２ｃを形成することができる。パターニング方法としては様々な方法を適用することができ、一例として、レジストとエッチング溶液を用いた方法により行うことができる。
【００８７】
このように、スパッタリングにより形成された接着層４２０、第１電極層４２２ａ及びシード電極層４２２ｃは、一般的に厚さ方向に積層されるので、均一な厚さを有するように積層される。そして、接着層４２０、第１電極層４２２ａ及びシード電極層４２２ｃが、これに該当する金属層を順に全体的に形成した後、これらを同一のレジスト（またはマスク）を用いて共にパターニングして形成されるので、接着層４２０、第１電極層４２２ａ及びシード電極層４２２ｃのうち少なくとも一部の側面の断面が互いに連続的に形成され得る。そして、接着層４２０、第１電極層４２２ａ及びシード電極層４２２ｃのうち少なくとも一部の面積の誤差範囲が１０％以内（例えば、５％以内）の値を有することができる。このような厚さ、形状、面積の差などによって、接着層４２０、第１電極層４２２ａ及びシード電極層４２２ｃがスパッタリング法によって形成されて共にパターニングされたことがわかる。しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、 接着層４２０、第１電極層４２２ａ及びシード電極層４２２ｃが様々な方法により形成されてもよい。
【００８８】
第３電極層４２２ｄが、シード電極層４２２ｃ上でシード電極層４２２ｃに接触して形成され得る。第３電極層４２２ｄは、電極層４２２の抵抗を下げ、電気伝導度を向上させる役割を果たすことで、実質的に電流を伝達する伝導層の役割を果たすことができる。第３電極層４２２ｄは、安価で、伝導度に優れた金属（例えば、銅）を含むことができる。しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、第３電極層４２２ｄとして、公知の様々な金属を使用することができる。
【００８９】
このような第３電極層４２２ｄは、接着層４２０、第１電極層４２２ａ、シード電極層４２２ｃ及び第２電極層４２２ｂよりも厚い厚さを有することができる。例えば、第３電極層４２２ｄは２０μｍ〜３０μｍの厚さを有することができる。第３電極層４２２ｄの厚さが２０μｍ未満であると、抵抗を十分に下げることが難しく、第２電極層４２２ｂの厚さが３０μｍを超えると、工程時間が増加して製造コストが増加し得る。
【００９０】
第３電極層４２２ｄは、シード電極層４２２ｃをシードとしてメッキにより形成することができる。このように、第３電極層４２２ｄをメッキにより形成する場合、十分な厚さを有する第３電極層４２２ｄを短時間で形成することができる。このようにメッキにより形成された第３電極層４２２ｄは、厚さ方向だけでなく側面方向にも成長して、接着層４２０、第１電極層４２２ａ及びシード電極層４２２ｃよりも大きい面積を有するように膨らんで形成されて、ラウンド状の表面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３電極層４２２ｄの形成方法、形状などは多様に変形可能である。
【００９１】
第３電極層４２２ｄ上に第２電極層４２２ｂを形成することができる。一例として、第２電極層４２２ｂが第３電極層４２２ｄ上に接触して形成され得る。第２電極層４２２ｂは、リボン１４４と接続する部分であって、リボン１４４との接続特性に優れた物質を含むことができる。第２電極層４２２ｂとリボン１４４とが接続される構造の様々な例を、図４を参照して説明する。図４は、本発明の実施例に係る太陽電池１５０の第１電極４２とリボン１４４との付着構造の様々な例を拡大して示した図である。明確かつ簡略な説明のために、図４において、第１電極４２の形状は図２の拡大円に示した形状を基準として示した。
【００９２】
一例として、図４の（ａ）に示すように、第２電極層４２２ｂ上に、一例として、鉛（Ｐｂ）と錫を共に含むリボン１４４を位置させた後に熱を加えて、リボン１４４を第２電極層４２２ｂ上に直接付着することができる。または、図４の（ｂ）に示すように、第２電極層４２２ｂとリボン１４４との間にペースト（例えば、錫とビスマスなどを含むペースト）が位置した状態で熱を加えて、ペースト層１４６を媒介として第２電極層４２２ｂとリボン１４４とを付着することもできる。または、図４の（ｃ）に示すように、第２電極層４２２ｂとリボン１４４との間に伝導性フィルム１４８などが位置した状態で加圧して、伝導性フィルム１４８を媒介として第２電極層４２２ｂとリボン１４４とを付着することもできる。伝導性フィルム１４８は、導電性に優れた金、銀、ニッケル、銅などで形成された導電性粒子がエポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリカーボネート樹脂などで形成されたフィルム内に分散されたものであってもよい。このような伝導性フィルムを熱を加えながら圧着すると、導電性粒子がフィルムの外部に露出され、露出された導電性粒子によって太陽電池１５０とリボン１４４とが電気的に接続可能である。このように、伝導性フィルム（図示せず）によって複数の太陽電池１５０を接続してモジュール化する場合には、工程温度を低下させることができるので、太陽電池１５０の反りを防止することができる。その他にも様々な方法により第２電極層４２２ｂとリボン１４４とを付着及び接続することができる。
【００９３】
第２電極層４２２ｂは、錫（Ｓｎ）またはニッケル−バナジウム合金（ＮｉＶ）を含むことができる。錫は、リボン１４４またはこれとの接続のためのペーストなどとの接合特性に優れるという長所がある。そして、ニッケル−バナジウム合金は、リボン１４４またはこれとの接続のためのペーストとの接合特性に優れる。より具体的に、錫及びビスマスを含むペーストの場合に、ペーストの錫とニッケル−バナジウム合金のニッケルとの接合特性が非常に優れる。そして、ニッケル−バナジウム合金は、融点が約１０００℃以上として非常に高い水準であるので、電極層４２２を構成する他の層の物質よりも高い融点を有する。これによって、リボン１４４との接合工程または太陽電池１５０の製造工程中に変形せず、電極層４２２を構成する他の層を保護するキャッピング膜の役割を十分に行うことができる。
【００９４】
このような第２電極層４２２ｂは、様々な方法により形成することができ、本実施例では、第２電極層４２２ｂがメッキにより形成された錫を含むことを例示した。このように形成された第２電極層４２２ｂは、５μｍ〜１０μｍの厚さを有することができ、第１電極層４２２ａを覆いながら凸状のラウンド状に形成され得る。第２電極層４２２ｂが５μｍ未満であると、第２電極層４２２ｂを均一に形成しにくく、第２電極層４２２ｂが１０μｍを超えると、製造コストが増加し得る。しかし、本発明がこれに限定されるものではない。第２電極層４２２ｂが、スパッタリングにより形成された錫またはニッケル−バナジウム合金を含む例については、図６を参照して詳細に後述する。
【００９５】
以下では、図３を参照して、第１導電型領域３２及び第２導電型領域３４、バリア領域３６、そして、第１及び第２電極４２，４４の平面形状を詳細に説明する。
【００９６】
図３を参照すると、本実施例では、第１導電型領域３２及び第２導電型領域３４はそれぞれ、ストライプ状をなすように長く形成されると共に、長手方向と交差する方向において互いに交互に位置している。第１導電型領域３２と第２導電型領域３４との間に、これらを離隔させるバリア領域３６が位置することができる。図示していないが、互いに離隔した複数の第１導電型領域３２が一側縁部において互いに接続され、互いに離隔した複数の第２導電型領域３４が他側縁部において互いに接続可能である。しかし、本発明がこれに限定されるものではない。
【００９７】
このとき、第１導電型領域３２の面積を第２導電型領域３４の面積よりも大きくすることができる。一例として、第１導電型領域３２及び第２導電型領域３４の面積は、これらの幅を異ならせることによって調節することができる。すなわち、第１導電型領域３２の幅Ｗ１を第２導電型領域３４の幅Ｗ２よりも大きくすることができる。これによって、エミッタ領域を構成する第１導電型領域３２の面積を十分に形成して、光電変換が広い領域で起こるようにすることができる。このとき、第１導電型領域３２がｐ型を有する場合に、第１導電型領域３２の面積を十分に確保して、移動速度が相対的に遅い正孔を効果的に収集することができる。
【００９８】
そして、第１電極４２が、第１導電型領域３２に対応してストライプ状に形成され、第２電極４４が、第２導電型領域３４に対応してストライプ状に形成され得る。第１及び第２開口部４０２，４０４のそれぞれが、第１及び第２電極４２，４４に対応して第１及び第２電極４２，４４の全面積に形成されてもよい。これによれば、第１及び第２電極４２，４４と第１導電型領域３２及び第２導電型領域３４との接触面積を最大化して、キャリア収集効率を向上させることができる。しかし、本発明がこれに限定されるものではない。第１及び第２開口部４０２，４０４が、第１及び第２電極４２，４４の一部のみを第１導電型領域３２及び第２導電型領域３４にそれぞれ接続するように形成されてもよいことは勿論である。例えば、第１及び第２開口部４０２，４０４が複数のコンタクトホールで構成されてもよい。そして、図示していないが、第１電極４２が一側縁部において互いに接続されて形成され、第２電極４４が他側縁部において互いに接続されて形成されてもよい。しかし、本発明がこれに限定されるものではない。
【００９９】
再び図２を参照すると、半導体基板１０の前面上（より正確には、半導体基板１０の前面に形成された前面電界領域１３０上）にパッシベーション膜２４及び／または反射防止膜２６が位置することができる。本発明の実施例に従って、半導体基板１０上にパッシベーション膜２４のみ形成されてもよく、半導体基板１０上に反射防止膜２６のみ形成されてもよく、または半導体基板１０上にパッシベーション膜２４及び反射防止膜２６が順に位置してもよい。図面では、半導体基板１０上にパッシベーション膜２４及び反射防止膜２６が順に形成されて、半導体基板１０がパッシベーション膜２４と接触形成されることを例示した。しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、半導体基板１０が反射防止膜２６に接触形成されることも可能であり、その他の様々な変形が可能である。
【０１００】
パッシベーション膜２４及び反射防止膜２６は、実質的に半導体基板１０の前面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ことは、物理的に完璧に全てに形成されたことのみならず、不可避に一部の除外された部分がある場合を含む。
【０１０１】
パッシベーション膜２４は、半導体基板１０の前面に接触して形成されて、半導体基板１０の前面またはバルク内に存在する欠陥を不活性化させる。これによって、少数キャリアの再結合サイトを除去して、太陽電池１５０の開放電圧を増加させることができる。反射防止膜２６は、半導体基板１０の前面に入射する光の反射率を減少させる。これによって、半導体基板１０の前面を介して入射する光の反射率を低下させることによって、ベース領域１１０と第１導電型領域３２との界面に形成されたｐｎ接合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１５０の短絡電流（Ｉｓｃ）を増加させることができる。このように、パッシベーション膜２４及び反射防止膜２６によって太陽電池１５０の開放電圧と短絡電流を増加させることで、太陽電池１５０の効率を向上させることができる。
【０１０２】
パッシベーション膜２４及び／または反射防止膜２６は、様々な物質で形成することができる。一例として、パッシベーション膜２４は、シリコン窒化膜、水素含有シリコン窒化膜、シリコン酸化膜、シリコン酸化窒化膜、アルミニウム酸化膜、ＭｇＦ2、ＺｎＳ、ＴｉＯ2及びＣｅＯ2からなる群から選択されたいずれか一つの単一膜、または２つ以上の膜が組み合わされた多層膜構造を有することができる。一例として、パッシベーション膜２４はシリコン酸化物を含み、反射防止膜２６はシリコン窒化物を含むことができる。
【０１０３】
本実施例に係る太陽電池１５０に光が入射されると、ベース領域１１０と第１導電型領域３２との間に形成されたｐｎ接合での光電変換によって電子と正孔が生成され、生成された正孔及び電子は、トンネル層２０をトンネリングして、それぞれ第１導電型領域３２及び第２導電型領域３４に移動した後、第１及び第２電極４２，４４に移動する。これによって、電気エネルギーを生成するようになる。
【０１０４】
本実施例のように、半導体基板１０の後面に電極４２，４４が形成され、半導体基板１０の前面には電極が形成されない後面電極構造の太陽電池１５０においては、半導体基板１０の前面でシェーディング損失（ｓｈａｄｉｎｇ  ｌｏｓｓ）を最小化することができる。これによって、太陽電池１５０の効率を向上させることができる。しかし、本発明がこれに限定されるものではない。半導体基板１０の前面に第１電極４２が位置する構造の太陽電池１５０に（特に、太陽電池１５０の後面に位置する第２電極４４に）本実施例の電極４２，４４の構造が適用されてもよい。
【０１０５】
上述した構造の太陽電池１５０は、電極４２，４４が、伝導性及び透過性を有し、一定範囲の熱膨張係数を有する接着層４２０を備えることで、優れた特性を有することができる。すなわち、接着層４２０が、伝導性を有しながら透過性を有するので、電極４２，４４の伝導度の優れた状態に維持しながら、それに隣接する電極層４２２（一例として、第１電極層４２２ａ）で反射を誘導することができる。これによって、第１電極層４２２ａが反射電極層として機能して、長波長の反射を増加させることで、光電変換に使用される光の量を増加させることができる。そして、接着層４２０が、第１又は第２導電型領域３２，３４を構成する半導体層と電極層４２２との間の熱膨張係数を有して、第１又は第２導電型領域３２，３４または半導体層と電極層４２２との熱膨張係数の差を減少させることによって、第１又は第２導電型領域３２，３４または半導体層と第１又は第２電極４２，４４との間の接触特性を向上させることができる。このように、太陽電池１５０の様々な特性が向上して、太陽電池１５０の効率を向上させることができる。
【０１０６】
以下、本発明の他の実施例に係る太陽電池及びそれに使用される電極について詳細に説明する。上述した説明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。そして、以下の説明及び図面では第１電極４２を例示として説明したが、下記の説明は第２電極４４にも適用することができる。
【０１０７】
図５は、本発明の他の実施例に係る太陽電池に使用できる電極を示した図である。図５には、図１の拡大円に対応する部分を示した。
【０１０８】
図５を参照すると、本実施例に係る太陽電池の第１電極４２は、シード電極層（図２の参照符号４２２ｃ、以下同様）を備えずに、第１電極層４２２ａ上に第３電極層４２２ｄが接触して形成される。本実施例では、シード電極層４２２ｃを備えないので、製造工程を単純化し、製造コストを低減することができる。
【０１０９】
図６は、本発明の他の実施例に係る太陽電池に使用できる電極を示した図である。図６には、図１の拡大円に対応する部分を示した。
【０１１０】
図６を参照すると、本実施例に係る太陽電池の第１電極４２は、シード電極層（図２の参照符号４２２ｃ、以下同様）及び第３電極層（図２の参照符号４２２ｄ、以下同様）を備えずに、第１電極層４２２ａ上に第２電極層４２２ｂが接触して形成される。すなわち、第１電極４２が、互いに接触して形成される接着層４２０、第１電極層４２２ａ及び第２電極層４２２ｂからなることができる。このとき、第２電極層４２２ｂは、スパッタリングにより形成されたスパッタ層であって、錫またはニッケル−バナジウム合金を含むことができる。
【０１１１】
このように、接着層４２０、第１電極層４２２ａ及び第２電極層４２２ｂを含む第１電極４２は、スパッタリングなどにより形成することができる。すなわち、半導体基板１０の後面上に形成された絶縁層４０の開口部４０２（第２電極４４の場合には開口部４０４）を充填するように、接着層４２０、第１電極層４２２ａ及び第２電極層４２２ｂのそれぞれを構成する金属層を全体的に形成した後に、金属層をパターニングすることによって、第１電極４２及び／または第２電極４４の接着層４２０、第１電極層４２２ａ及び第２電極層４２２ｂを形成することができる。パターニング方法としては様々な方法を適用することができ、一例として、レジストとエッチング溶液を用いた方法によって行われてもよい。
【０１１２】
このように、スパッタリングにより形成された接着層４２０、第１電極層４２２ａ及び第２電極層４２２ｂは、一般的に厚さ方向に積層されるので、それぞれ均一な厚さを有するように積層される。そして、接着層４２０、第１電極層４２２ａ及び第２電極層４２２ｂが、これに該当する金属層を順に全体的に形成した後、これらを同一のレジスト（またはマスク）を用いて共にパターニングして形成される。これによって、接着層４２０、第１電極層４２２ａ及び第２電極層４２２ｂのうち少なくとも一部の側面が連続的な形状を有するようになる。そして、接着層４２０、第１電極層４２２ａ及び第２電極層４２２ｂのうち少なくとも一部の面積の誤差範囲が１０％以内（例えば、５％以内）の値を有することができる。このような厚さ、形状、面積の差などによって、接着層４２０、第１電極層４２２ａ及び第２電極層４２２ｂがスパッタリング法により形成されて、共にパターニングされたことがわかる。しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、接着層４２０、第１電極層４２２ａ及び第２電極層４２２ｂが様々な方法によって形成されてもよい。
【０１１３】
第２電極層４２２ｂは、ナノ水準の厚さ、例えば、５０ｎｍ〜３００ｎｍの厚さを有することができる。第２電極層４２２ｂの厚さが５０ｎｍ未満であると、リボン１４４との接合特性が低下し、３００ｎｍを超えると、製造コストが増加することがある。しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、第２電極層４２２ｂの厚さなどは多様に変化可能である。
【０１１４】
このように、本実施例では、第１電極４２をメッキ工程を使用せずに形成することができる。第１電極４２の一部をメッキによって形成すると、絶縁層４０にピンホール、スクラッチなどの欠陥がある場合に、その部分にもメッキが行われてしまい、望まない部分がメッキされることがある。そして、メッキ工程において使用するメッキ溶液が酸またはアルカリであるため、絶縁層４０に損傷を与えるか、または絶縁層４０の特性を低下させることがある。本実施例では、メッキ工程を除去することによって絶縁層４０の特性を向上させることができ、簡単な工程により第１電極４２を形成することができる。
【０１１５】
図７は、本発明の更に他の実施例に係る太陽電池１５０の部分背面平面図である。
【０１１６】
図７を参照すると、本実施例に係る太陽電池１５０では、第２導電型領域３４が、島状を有しながら互いに離隔して複数備えられ、第１導電型領域３２は、第２導電型領域３４及びこれを取り囲むバリア領域３６を除外した部分に全体的に形成されてもよい。
【０１１７】
すると、第１導電型領域３２として機能する第１導電型領域３２が最大限広い面積を有しながら形成されて、光電変換効率を向上させることができる。そして、第２導電型領域３４の面積を最小化しながらも、半導体基板１０に全体的に第２導電型領域３４が位置するようにすることができる。すると、第２導電型領域３４によって表面再結合を効果的に防止すると共に、第２導電型領域３４の面積を最大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、第２導電型領域３４が、第２導電型領域３４の面積を最小化することができる様々な形状を有していてもよいことは勿論である。
【０１１８】
図面では、第２導電型領域３４が円形の形状を有す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い。したがって、第２導電型領域３４が、それぞれ楕円形、または三角形、四角形、六角形などの多角形の平面形状を有していてもよいことは勿論である。
【０１１９】
絶縁層４０に形成された第１及び第２開口部４０２，４０４は、第１導電型領域３２及び第２導電型領域３４のそれぞれの形状を考慮して、互いに異なる形状を有することができる。すなわち、第１開口部４０２は、第１導電型領域３２上で長く形成されてもよく、複数の第２開口部４０４が第２導電型領域３４に対応して互いに離隔して形成されてもよい。第１電極４２は、第１導電型領域３２上にのみ位置し、第２電極４４は、第１導電型領域３２と第２導電型領域３４上に共に位置することを考慮したものである。すなわち、絶縁層４０において、第２導電型領域３４上に位置した部分に対応して第２開口部４０４が形成され、第２開口部４０４によって第２電極４４と第２導電型領域３４とが連結される。そして、第１導電型領域３２上に該当する絶縁層４０の部分には第２開口部４０４が形成されないので、第２電極４４と第１導電型領域３２とが互いに絶縁された状態を維持できるようにする。第１電極４２は、第１導電型領域３２上にのみ形成されるので、第１開口部４０２が第１電極４２と同一または類似の形状を有することができ、これによって、第１電極４２が第１導電型領域３２上に全体的にコンタクトできるようにする。しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、第１開口部４０２が、第２開口部４０４と類似の形状を有する複数のコンタクトホールとして構成されてもよい。
【０１２０】
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。
【０１２１】
図８を参照すると、本実施例に係る太陽電池１５０は、トンネル層（図２の参照符号２０、以下同様）を備えずに、第１及び第２導電型領域３２，３４を半導体基板１０の内部に形成されるドーピング領域で構成する。すなわち、第１及び第２導電型領域３２，３４のそれぞれが、半導体基板１０に第１または第２導電型ドーパントを相対的に高いドーピング濃度でドープして形成されたドーピング領域で構成される。これによって、第１及び第２導電型領域３２，３４が、第１又は第２導電型を有する結晶質（単結晶または多結晶）半導体を含んで半導体基板１０を構成するようになる。一例として、第１及び第２導電型領域３２，３４のそれぞれは、第１または第２導電型を有する単結晶半導体基板（一例として、単結晶シリコンウエハ基板）の一部分として構成されてもよい。
【０１２２】
このような実施例では、第１電極４２の接触層（図２の参照符号４２０参照）が、半導体基板１０（または半導体基板１０の一部を構成する第１導電型領域３２）に接触して形成され、第２電極４４の接触層が、半導体基板１０（または半導体基板１０の一部を構成する第２導電型領域３４）に接触して形成される。上述した説明において、第１及び第２電極４２，４４の接着層４２０が半導体層の代わりに半導体基板１０に接触する点にのみ差があるので、これについての詳細な説明は省略する。
【０１２３】
以下、本発明の実験例に基づいて本発明をより詳細に説明する。以下の実験例は、本発明の例示のために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。
【０１２４】
［実施例１］
【０１２５】
ｎ型であるベース領域を有する半導体基板を準備した。半導体基板の後面の一領域にイオン注入法によりボロン（Ｂ）をドープしてエミッタ領域を形成し、半導体基板の後面の他の領域にイオン注入法によりリン（Ｐ）をドープして後面電界領域を形成した。
【０１２６】
半導体基板の前面に反射防止膜を形成し、半導体基板の後面に後面パッシベーション膜を形成した。そして、後面パッシベーション膜上に５ｎｍの厚さのチタン層（接触層）、２００ｎｍの厚さの銅層（第１電極層）をそれぞれスパッタリングにより形成した後、パターニングして、エミッタ領域に電気的に接続される第１電極、及び後面電界領域に電気的に接続される第２電極を形成した。そして、後面パッシベーション膜のクラックを減少させる工程（いわゆる、キュアリング（ｃｕｒｉｎｇ）工程）を、２５０℃の温度での熱処理によって行った。これによって、太陽電池を製造した。
【０１２７】
参考までに、本実施例では、接触層と第１電極層による特性のみを測定するために、第２電極層などを形成せずに、接触層と第１電極層のみを形成した。
【０１２８】
［実施例２］
【０１２９】
チタン層の厚さが１０ｎｍという点を除いては、実施例１と同様の方法で太陽電池を製造した。
【０１３０】
［実施例３］
【０１３１】
チタン層の厚さが３０ｎｍという点を除いては、実施例１と同様の方法で太陽電池を製造した。
【０１３２】
［比較例１］
【０１３３】
チタン層を形成しなかった点を除いては、実施例１と同様の方法で太陽電池を製造した。
【０１３４】
［比較例２］
【０１３５】
チタン層の厚さが２００ｎｍという点を除いては、実施例１と同様の方法で太陽電池を製造した。
【０１３６】
実施例１〜３、そして、比較例１〜２に係る太陽電池の電極において波長による反射度を測定して、その結果を図９に示した。
【０１３７】
図９を参照すると、チタン層の厚さが増加するほど、第１電極の反射度（特に、長波長の反射度）が大きく低下することがわかる。これは、接触層であるチタン層の厚さが増加するほど、チタン層の透過度が低下して、第１電極層での反射があまり起こらないからであると思われる。このとき、チタン層の厚さが５０ｎｍ以下である実施例１〜３に係る太陽電池では、１２００ｎｍの波長の光に対する反射度が３０％以上の値を有する。したがって、長波長の光を反射によって再利用することができる。反面、チタン層の厚さが２００ｎｍである比較例２では、１２００ｎｍの波長の光に対する反射度が２０％以下として非常に低い数値を有するため、長波長の光を反射によって再利用しにくいことがわかる。
【０１３８】
また、実施例１において、後面パッシベーション膜の亀裂を減少させるための熱処理前の太陽電池の背面写真、及び熱処理後の太陽電池の背面写真をそれぞれ、図１０の（ａ）及び（ｂ）に示した。そして、比較例１において、後面パッシベーション膜の亀裂を減少させるための熱処理前の太陽電池の背面写真、及び熱処理後の太陽電池の背面写真をそれぞれ、図１１の（ａ）及び（ｂ）に示した。ここで、図１０及び図１１の写真は、暗室で第１及び第２電極にバイアスを印加して、電子と正孔とが再結合するときに発生する光をカメラで検出して撮影した写真である。このように、太陽電池の原理と反対に、第１及び第２電極にバイアスを印加して発生する再結合が多いと、太陽電池でのように、光が入射すると、光電変換が活発に起こることができることがわかる。
【０１３９】
図１０を参照すると、実施例１では、熱処理前及び熱処理後の背面写真がいずれも明るいことがわかる。これから、第１及び第２電極が半導体基板と優れた接触特性を有しながら接着され、後続の熱処理などでも優れた接触特性が維持されたことがわかる。反面、図１１を参照すると、比較例１では、熱処理前に比べて熱処理後の背面写真の明るさが大きく低下したことがわかる。これは、比較例１のように接着層を備えていない場合には、熱処理工程によって半導体基板と第１及び第２電極との間の接触特性が低下することがわかる。
【０１４０】
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。
【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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