(57)【要約】      （修正有）【課題】優れた効率と安定性を有し、高い生産性を有する太陽電池及びその製造方法を提供する。【解決手段】太陽電池１００は、半導体基板１０と半導体基板１０上に位置し、第１金属を含む第１化合物層で構成され第１キャリアを抽出する第１導電型領域２０と半導体基板１０上に位置し、第２金属を含む第２化合物層で構成され第２キャリアを抽出する第２導電型領域３０と、第１導電型領域２０に電気的に接続される第１電極４２と、第２導電型領域３０に電気的に接続される第２電極４４を含む。第１電極４２及び第２電極４４の内、少なくとも１つが、透明電極層４２０と、透明電極層４２０上に位置する金属電極層４２２を含む。第１電極４２及び第２電極４４の内、少なくとも１つの透明電極層４２０の仕事関数が第２導電型領域３０の仕事関数と同じかそれより大きく、第１導電型領域２０の仕事関数と同じかそれより小さい。【選択図】図１
2018121053.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池であって、
半導体基板と、
前記半導体基板の上に位置し、第１金属を含む第１化合物層で構成され、第１キャリアを抽出する第１導電型領域と、
前記半導体基板上に位置し、第２金属を含む第２化合物層で構成され、第２キャリアを抽出する第２導電型領域と、
前記第１導電型領域に電気的に接続される第１電極と、
前記第２導電型領域に電気的に接続される第２電極とを備えてなり、
前記第１電極及び前記第２電極の少なくとも１つが、透明電極層と、前記透明電極層上に位置する金属電極層とを備えてなり、
前記第１電極及び前記第２電極の少なくとも１つにおいて、前記透明電極層の仕事関数が、前記第２導電型領域の仕事関数と同一又はそれより大きいものであり、又は、前記第１導電型領域の仕事関数と同一又はそれより小さいものである、太陽電池。
【請求項２】
前記第２導電型領域の仕事関数と前記第１導電型領域の仕事関数の差が０．５ｅＶ〜１ｅＶである、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項３】
前記第２導電型領域の仕事関数が、４．２ｅＶ超過５．２ｅＶ以下であり、
前記第１導電型領域の仕事関数が、４．２ｅＶ超過５．２ｅＶ以下であり、及び、前記第２導電型領域の仕事関数より大きいものである、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項４】
前記第１電極が、第１透明電極層と、前記第１透明電極層上に位置する第１金属電極層とを備えてなり、
前記第２電極が、第２透明電極層と、前記第２透明電極層上に位置する第２金属電極層とを備えてなり、
前記第１透明電極層及び第２透明電極層のそれぞれの仕事関数が、前記第２導電型領域の仕事関数と同一又はそれより大きいものであり、前記第１導電型領域の仕事関数と同一又はそれよりも小さいものである、請求項１〜３の何れか一項に記載の太陽電池。
【請求項５】
前記第１透明電極層と前記第２透明電極層が同一物質で構成されてなるものであり、
前記第１透明電極層の仕事関数と前記第２透明電極層の仕事関数差が０．８ｅＶ以下であり、
前記第１透明電極層の仕事関数が４．２ｅＶ超過５．２ｅＶ以下であり、又は、
前記第２透明電極層の仕事関数が４．２ｅＶ超過５．２ｅＶ以下である、請求項４に記載の太陽電池。
【請求項６】
前記透明電極層がインジウムを含むインジウム系酸化物又は亜鉛を含む亜鉛系酸化物を備えてなるものであり、
前記第１化合物層又は第２化合物層が非晶質構造を有する金属酸化物層を備えてなるものであり、又は
前記半導体基板がｎ型である、請求項１〜５の何れか一項に記載の太陽電池。
【請求項７】
前記第１導電型領域が前記半導体基板の一の面上に位置し、
前記第２導電型領域が前記半導体基板の他の面上に位置し、又は
前記第１導電型領域と前記第２導電型領域とが前記半導体基板の同一面上に位置するものである、請求項１〜６の何れか一項に記載の太陽電池。
【請求項８】
太陽電池の製造方法であって、
半導体基板上に第１化合物層を備えた第１導電型領域と、第２化合物層を備えた第２導電型領域とを形成する段階と、
前記第１導電型領域に電気的に接続される第１電極の第１透明電極層と、前記第２導電型領域に電気的に接続される第２電極の第２透明電極層とを形成する段階と、
前記第１透明電極層上に位置する前記第１電極の第１金属電極層と、前記第２透明電極層上に位置する前記第２電極の第２金属電極層とを形成する段階とを含んでなり、
前記第１透明電極層及び第２透明電極層の少なくとも１つの仕事関数を、前記第２導電型領域の仕事関数と同一又はそれよりも大きいものとし、前記第１導電型領域の仕事関数と同一又はそれよりも小さいものとしてなる、太陽電池の製造方法。
【請求項９】
前記第１及び第２透明電極層のそれぞれの仕事関数を、前記第２導電型領域の仕事関数と同一又はそれよりも大きいものとし、前記第１導電型領域の仕事関数と同一又はそれよりも小さいものとしてなる、請求項８に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項１０】
前記第１透明電極層と前記第２透明電極層が同一物質により構成してなり、
前記第１透明電極層と前記第２透明電極層を同一工程により同時に形成してなり、又は
前記第１透明電極層の仕事関数を４．２ｅＶ超過５．２ｅＶ以下としてなり、前記第２透明電極層の仕事関数を４．２ｅＶ超過５．２ｅＶ以下としてなる、請求項８又は９に記載の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し、さらに詳細には、 半導体基板と化合物層を含む太陽電池及びその製造方法に関する。
［関連出願］
本願は、韓国特許出願第１０−２０１７−００１２６９７号（２０１７年１月２６日、大韓民国において特許出願されたものである）により発生したパリ条約の優先権主張（パリ条約４条）を伴ったものであり、本願明細書は、この韓国特許出願の内容を包含するものである。
【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続いている。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させる次世代電池として脚光を浴びている。
【０００３】
このような太陽電においては、様々な層及び電極を設計に基づいて形成することにより製造することができる。ところが、このような様々な層及び電極の設計に基づいて、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、低効率及び低生産性を克服しなければならないところ、太陽電池の効率及び生産性を最大化することができる太陽電池が要求される。
【０００４】
例えば、従来、半導体基板にドーパントをドーピングして製造される太陽電池は、ドーピング工程などが非常に複雑であり、半導体基板の界面特性が低下してパッシベーション特性が良くない問題があった。これを防止するために化合物層を導電型の領域で使用する太陽電池では、各層が互いに異なる物質を含むため、安定性が低下することがあり、製造工程をさらに単純化することが難しかった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、優れた効率と安定性を有し、高い生産性を有する太陽電池及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、その一態様として以下のものが提案される。
〔１〕  太陽電池であって、
半導体基板と、
前記半導体基板の上に位置し、第１金属を含む第１化合物層で構成され、第１キャリアを抽出する第１導電型領域と、
前記半導体基板上に位置し、第２金属を含む第２化合物層で構成され、第２キャリアを抽出する第２導電型領域と、
前記第１導電型領域に電気的に接続される第１電極と、
前記第２導電型領域に電気的に接続される第２電極とを備えてなり、
前記第１電極及び前記第２電極の少なくとも１つが、透明電極層と、前記透明電極層上に位置する金属電極層とを備えてなり、
前記第１電極及び前記第２電極の少なくとも１つにおいて、前記透明電極層の仕事関数が、前記第２導電型領域の仕事関数と同一又はそれより大きいものであり、又は、前記第１導電型領域の仕事関数と同一又はそれより小さいものである、太陽電池。
〔２〕  前記第２導電型領域の仕事関数と前記第１導電型領域の仕事関数の差が０．５ｅＶ〜１ｅＶである、〔１〕に記載の太陽電池。
〔３〕  前記第２導電型領域の仕事関数が、４．２ｅＶ超過５．２ｅＶ以下であり、
前記第１導電型領域の仕事関数が、４．２ｅＶ超過５．２ｅＶ以下であり、及び、前記第２導電型領域の仕事関数より大きいものである、〔１〕に記載の太陽電池。
〔４〕  前記第１電極が、第１透明電極層と、前記第１透明電極層上に位置する第１金属電極層とを備えてなり、
前記第２電極が、第２透明電極層と、前記第２透明電極層上に位置する第２金属電極層とを備えてなり、
前記第１透明電極層及び第２透明電極層のそれぞれの仕事関数が、前記第２導電型領域の仕事関数と同一又はそれより大きいものであり、前記第１導電型領域の仕事関数と同一又はそれよりも小さいものである、〔１〕〜〔３〕の何れか一項に記載の太陽電池。
〔５〕  前記第１透明電極層と前記第２透明電極層が同一物質で構成されてなるものであり、
前記第１透明電極層の仕事関数と前記第２透明電極層の仕事関数差が０．８ｅＶ以下であり、
前記第１透明電極層の仕事関数が４．２ｅＶ超過５．２ｅＶ以下であり、又は、
前記第２透明電極層の仕事関数が４．２ｅＶ超過５．２ｅＶ以下である、〔４〕に記載の太陽電池。
〔６〕  前記透明電極層がインジウムを含むインジウム系酸化物又は亜鉛を含む亜鉛系酸化物を備えてなるものであり、
前記第１化合物層又は第２化合物層が非晶質構造を有する金属酸化物層を備えてなるものであり、又は
前記半導体基板がｎ型である、〔１〕〜〔５〕の何れか一項に記載の太陽電池。
〔７〕  前記第１導電型領域が前記半導体基板の一の面上に位置し、
前記第２導電型領域が前記半導体基板の他の面上に位置し、又は
前記第１導電型領域と前記第２導電型領域とが前記半導体基板の同一面上に位置するものである、〔１〕〜〔６〕の何れか一項に記載の太陽電池。
〔８〕  太陽電池の製造方法であって、
半導体基板上に第１化合物層を備えた第１導電型領域と、第２化合物層を備えた第２導電型領域とを形成する段階と、
前記第１導電型領域に電気的に接続される第１電極の第１透明電極層と、前記第２導電型領域に電気的に接続される第２電極の第２透明電極層とを形成する段階と、
前記第１透明電極層上に位置する前記第１電極の第１金属電極層と、前記第２透明電極層上に位置する前記第２電極の第２金属電極層とを形成する段階とを含んでなり、
前記第１透明電極層及び第２透明電極層の少なくとも１つの仕事関数を、前記第２導電型領域の仕事関数と同一又はそれよりも大きいものとし、前記第１導電型領域の仕事関数と同一又はそれよりも小さいものとしてなる、太陽電池の製造方法。
〔９〕  前記第１及び第２透明電極層のそれぞれの仕事関数を、前記第２導電型領域の仕事関数と同一又はそれよりも大きいものとし、前記第１導電型領域の仕事関数と同一又はそれよりも小さいものとしてなる、〔８〕に記載の太陽電池の製造方法。
〔１０〕  前記第１透明電極層と前記第２透明電極層が同一物質により構成してなり、
前記第１透明電極層と前記第２透明電極層を同一工程により同時に形成してなり、又は
前記第１透明電極層の仕事関数を４．２ｅＶ超過５．２ｅＶ以下としてなり、前記第２透明電極層の仕事関数を４．２ｅＶ超過５．２ｅＶ以下としてなる、〔８〕又は〔９〕に記載の太陽電池の製造方法。
本発明の実施の形態に係る太陽電池は、半導体基板と前記半導体基板の上に位置し、第１金属を含む第１化合物層で構成され、第１キャリアを抽出する第１導電型領域と前記半導体基板の上に位置し、第２金属を含む第２化合物層で構成され、第２キャリアを抽出する第２導電型領域と前記第１導電型領域に電気的に接続される第１電極と、前記第２導電型領域に電気的に接続される第２電極を含む。前記第１及び第２電極の内少なくとも１つが、透明電極層と、前記透明電極層上に位置する金属電極層を含む。前記第１及び第２電極の内、少なくとも１つの前記透明電極層の仕事関数が前記第２導電型領域の仕事関数と同じかそれより大きく、前記第１導電型領域の仕事関数と同じかそれより小さい。
【０００７】
本実施の形態に係る太陽電池の製造方法は、半導体基板上に第１化合物層を含む第１導電型領域と第２化合物層を含む第２導電型領域を形成する段階と前記第１導電型領域に電気的に接続される第１電極の第１透明電極層及び前記第２導電型領域に電気的に接続される第２電極の第２透明電極層を形成する段階と、前記第１透明電極層上に位置する前記第１電極の第１金属電極層及び前記第２透明電極層上に位置する前記第２電極の第２金属電極層を形成する段階を含む。前記第１及び第２透明電極層の内、少なくとも１つの仕事関数が前記第２導電型領域の仕事関数と同じかそれより大きく、前記第１導電型領域の仕事関数と同じかそれより小さい。
【発明の効果】
【０００８】
本実施の形態に係ると、 第１及び第２電極に含まれる透明電極層の仕事関数差を最小化して透明電極層の特性を類似にすることができ、製造工程を単純化することができる。これにより、太陽電池の優れた効率をそのまま維持しながら、太陽電池の安定性と生産性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施の形態に係る太陽電池の断面図である。
【図２】図１に示した太陽電池の前面平面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る太陽電池において、第１透明電極層、第１導電型領域、第１パッシベーション層、半導体基板、第２パッシベーション層、第２導電型領域及び第２透明電極層のバンド図である。
【図４Ａ】本発明の実施の形態に係る太陽電池の製造方法を示す断面図である。
【図４Ｂ】本発明の実施の形態に係る太陽電池の製造方法を示す断面図である。
【図４Ｃ】本発明の実施の形態に係る太陽電池の製造方法を示す断面図である。
【図４Ｄ】本発明の実施の形態に係る太陽電池の製造方法を示す断面図である。
【図５】本発明の他の実施の形態に係る太陽電池の断面図である。
【図６】図５に示した太陽電池の後面平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下においては、添付した図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。しかし、本発明は、このような実施の形態に限定されるものではなく、様々な形態に変形することができることはもちろんである。
【００１１】
図では、本発明を明確かつ簡略に説明するために説明と関係ない部分の図示を省略し、明細書全体を通じて同一また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、説明をさらに明確にするために厚さ、広さなどを拡大または縮小して示したところ、本発明の厚さ、広さなどは図面に示されたところに限定されない。
【００１２】
そして、明細書全体においてどのような部分が他の部分を「含む」とするとき、特に反対される記載がない限り、他の部分を排除するものではなく、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「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位置する場合も含む。層、膜、領域、板などの部分が他の部分"真上に"あるとするときは、中間に他の部分が位置しないことを意味する。
【００１３】
以下、添付した図面を参考にして本発明の実施の形態に係る太陽電池及びその製造方法を詳細に説明する。
【００１４】
図１は、本発明の一実施の形態に係る太陽電池の断面図である。
【００１５】
図１を参照すると、本実施の形態に係る太陽電池１００は、半導体基板１０と、半導体基板１０上に位置し、第１化合物層で構成され、第１キャリアを抽出する第１導電型領域２０と、半導体基板１０上に位置し、第２化合物層で構成され、第２キャリアを抽出する第２導電型領域３０と、第１導電型領域２０に電気的に接続される第１電極４２と、第２導電型領域３０に接続される第２電極４４を含むことができる。このとき、第１電極４２及び第２電極４４の内、少なくとも１つに含まれる透明電極層（４２０、４４０）の仕事関数が第２導電型領域３０の仕事関数と同じかそれより大きく、第１導電型領域２０の仕事関数と同じかそれより小さい。そして、太陽電池１００が、第１パッシベーション層５２及び/または第２パッシベーション層５４をさらに含むことができる。ここで、第１導電型領域２０または第２導電型領域３０の用語は、一定の極性のキャリアを抽出するという意味で使用されただけで、第１または第２導電型のドーパント（ｐ型ドーパントまたはｎ型ドーパント）を含むことを意味するわけではない。実際、本実施の形態では、第１及び第２導電型領域（２０、３０）は、ドーパントを含まないことがある。
【００１６】
半導体基板１０は、第１または第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み第１または第２導電型を有するベース領域１１０を含むことができる。ベース領域１１０は、ｎ型またはｐ型ドーパントを含む単一結晶質半導体（例えば、単一単結晶または多結晶半導体、一例として、単結晶または多結晶シリコン、特に単結晶シリコン）で構成され得る。このように結晶性が高くて欠陥の少ないベース領域１１０または半導体基板１０に基づいて太陽電池１００は、電気的特性が優れる。このとき、本実施の形態では、半導体基板１０は、追加的なドーピング等により形成されるドーピング領域を備えていないベース領域１１０のみで構成され得る。これにより、ドーピング領域による半導体基板１０のパッシベーション特性の低下を防止することができる。
【００１７】
一例として、本実施の形態において、ベース領域１１０は、ｎ型ドーパントでドーピングされてｎ型を有することができる。ベース領域１１０がｎ型を有すと、第１導電型領域２０及び第２導電型領域３０が容易に形成することができ、容易に入手できる化合物層で構成され得る。第１導電型領域２０及び第２導電型領域３０の具体的な物質に対しては、後で詳細に説明する。
【００１８】
そして、半導体基板１０の前面と後面には、反射を最小化することができる反射防止構造が形成され得る。一例として、反射防止構造でピラミッドなどの形状の凹凸を有するテクスチャリング（texturing）構造を備えることができる。半導体基板１０に形成されたテクスチャリング構造は、半導体の特定の結晶面（例えば、１１１面）に沿って形成された外面を有する一定の形状（一例として、ピラミッド形状）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、表面粗さが増加されると、半導体基板１０の内部に入射される光の反射率を下げて光の損失を最小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、半導体基板１０の一面にのみ反射防止構造が形成されたり、半導体基板１０の前面と後面に反射防止構造が形成されないことがある。
【００１９】
半導体基板１０の前面の上には第１パッシベーション層５２が形成（一例として、接触）することができる。第１パッシベーション層５２は、半導体基板１０の表面でパッシベーション特性を向上することができる。そして、第１パッシベーション層５２は、電子と正孔において一種のバリア（barrier）として作用することができる。さらに具体的には、第１パッシベーション層５２は、第２キャリアが通過しないようにし、第１キャリアは、第１パッシベーション層５２に隣接する部分で蓄積された後に、一定以上のエネルギーを有するようになると、第１パッシベーション層５２を通過できるようにする。このとき、一定以上のエネルギーを有する第１キャリアはトンネルリング効果によって容易に第１パッシベーション層５２を通過することができる。
【００２０】
第１パッシベーション層５２は、半導体基板１０の前面で全体的に形成することができる。これにより、優れたパッシベーション特性を有しながら、別のパターニングなしに容易に形成することができる。そして、第１パッシベーション層５２は、ドーパントを含まないアンドープ膜で有り得る。
【００２１】
このような第１パッシベーション層５２は、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、第１パッシベーション層５２は、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコン、炭化シリコン、真性非晶質半導体、真性多結晶半導体などを含むことができる。特に、第１パッシベーション層５２は、酸化シリコンを含む酸化シリコン層で構成され得る。酸化シリコン層は、パッシベーション特性に優れ、キャリアがトンネルリングしやすい膜であるからである。このような酸化シリコン層は、熱的酸化（thermal oxidation）または化学的酸化（chemical oxidation）によって形成され得る。または、第１パッシベーション層５２が真性非晶質シリコン（ｉ−ａ−Ｓｉ）層で行われることができる。それでは、第１パッシベーション層５２が、半導体基板１０と同じ半導体物質を含み類似な特性を有するため、パッシベーション特性をさらに効果的に向上することがある。しかし、本発明がこれに限定されるものではない。したがって、第１パッシベーション層５２が真性非晶質シリコン炭化物（ｉ−ａ−ＳｉＣｘ）層または真性非晶質酸化シリコン（ｉ−ａ−ＳｉＯｘ）層で行われることができる。これによれば、広いエネルギーバンドギャップによる効果が向上することができるが、パッシベーション特性は真性非晶質シリコン（ｉ−ａ−Ｓｉ）層を含む場合よりやや低いことができる。
【００２２】
第１パッシベーション層５２上に第１導電型領域２０が位置（一例として、接触）する。しかし、第１パッシベーション層５２が必須的な層ではなく、第１パッシベーション層５２が備えていなく第１導電型領域２０が半導体基板１０に接触して位置することもできる。このとき、第１導電型領域２０は、第１パッシベーション層５２の上で全体的に形成され得る。これにより、第１導電型領域２０が十分な面積を有し光電変換に寄与する面積を最大化することができる。本実施の形態において、第１導電型領域２０は、第１キャリアを抽出及び収集する第１化合物層（一例として、第１金属酸化物層）で構成されるが、これについては後でさらに詳細に説明する。
【００２３】
第１導電型領域２０は、第１キャリアを選択的に抽出及び収集して第１電極４２に伝達する役割をすることができる。一例として、第１キャリアは、半導体基板１０の少数キャリアに対応することができる。例えば、半導体基板１０がｎ型である場合には、複数キャリアが電子になり、少数キャリアが正孔になるが、第１導電型領域２０が第１キャリアで正孔を抽出及び収集することができる。これによれば、第１導電型領域２０にエミッタ領域を構成することができる。それでは、半導体基板１０の前面側に位置し、実質的に光電変換に作用するエミッタ領域が相対的に移動速度が遅い正孔を効果的に抽出及び収集することができる。
【００２４】
第１パッシベーション層５２の厚さは、第１導電型領域２０と同じか、それより小さいか、これより大きくなることがある。本実施の形態においては、第１導電型領域２０は、非晶質構造を有する第１化合物層（一例として、第１金属酸化物層）で構成されることがあるが、非晶質構造は、薄い厚さを有する時に形成及び維持することができる。これにより、本実施の形態に第１導電型領域２０は、薄い厚さを有するようになるので、第１パッシベーション層５２の厚さが第１導電型領域２０の厚さより必ず小さなものに限定する必要はない。一例として、第１導電型領域２０がさらに安定的に非晶質構造を有することができるように厚さを最小化するときには、第１導電型領域２０の厚さが、第１パッシベーション層５２の厚さと同じかこれより小さいことができる。他の例として、第１パッシベーション層５２を介するトンネルリング効果を最大化するために、第１パッシベーション層５２の厚さを減らす場合には、第１パッシベーション層５２の厚さが第１導電型領域２０の厚さより小さいことができる。
【００２５】
または、第１パッシベーション層５２の厚さが１０ｎｍ以下で有り得、第１導電型領域２０の厚さが３０ｎｍ以下（一例として、１０ｎｍ以下）で有り得る。第１パッシベーション層５２の厚さが１０ｎｍを超えると、トンネルリングが円滑に起こらなくて太陽電池１００が円滑に動作しないことがある。第１導電型領域２０の厚さが３０ｎｍを超えると、非晶質構造を有することが難しくなり得、低い電気伝導度によってキャリアが円滑に流れないことがある。このとき、第１導電型領域２０が１０ｎｍ以下の厚さを有すると非晶質構造を安定的に維持することができる。
【００２６】
一例として、トンネルリング効果を十分に実現できるように、第１パッシベーション層５２の厚さが５ｎｍ以下（さらに具体的には、２ｎｍ以下、一例として、０．５ｎｍ乃至２ｎｍ）で有り得る。第１パッシベーション層５２の厚さが０．５ｎｍ未満であれば、所望する品質の第１パッシベーション層５２を形成するのに困難が有り得る。そして、第１導電型領域２０は、安定的に、第１キャリアを抽出及び収集することができるよう２ｎｍ以上（一例として、６ｎｍ以上）の厚さ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１パッシベーション層５２及び／または第１導電型領域２０の厚さが様々な値を有することができる。
【００２７】
第１導電型領域２０の上には第１導電型領域２０に電気的に接続（一例として、接触）される第１電極４２が形成される。一例として、第１電極４２は、第１導電型領域２０の上に順に積層される第１透明電極層４２０と第１金属電極層４２２を含むことができる。
【００２８】
ここで、第１透明電極層４２０は、第１導電型領域２０の上で相対的広い面積で形成（一例として、接触）することができる。一例として、第１透明電極層４２０は、第１導電型領域２０の上で全体的に形成され得る。このように、第１透明電極層４２０が第１導電型領域２０の上に広く形成されると、第１キャリアが第１透明電極層４２０を介して容易に第１金属電極層４２２まで達することができ、水平方向での抵抗を低減することができる。特に、本実施の形態においては、第１導電型領域２０が、未ドーピングされてドーパントを含まない第１化合物層で構成されて抵抗が高くなることがあるので、第１透明電極層４２０を備えて抵抗を効果的に減らすようにするものである。
【００２９】
このように、第１透明電極層４２０が第１導電型領域２０の上で広い面積で形成されるので、光を透過することができる物質（透過性物質）で構成されることができる。すなわち、第１透明電極層４２０は、透明伝導性物質で成り立って光透過を可能にしながら、キャリアを容易に移動できるようにする。これにより、第１透明電極層４２０を第１導電型領域２０の上に広い面積で形成しても光の透過を遮断しない。第１透明電極層４２０の仕事関数、物質等については後でさらに詳細に説明する。
【００３０】
第１透明電極層４２０上に第１金属電極層４２２が形成されることができる。一例として、第１金属電極層４２２は、第１透明電極層４２０に接触形成され、第１電極４２の構造を単純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１透明電極層４２０と第１金属電極層４２２との間に別の層が存在するなどの多様な変形が可能である。
【００３１】
第１透明電極層４２０上に位置する第１金属電極層４２２は、第１透明電極層４２０より優れた電気伝導度を有する物質で構成されることができる。これにより、第１金属電極層４２２によるキャリア収集効率、抵抗低減などの特性をさらに向上させることができる。一例として、第１金属電極層４２２は、優れた電気伝導度を有する不透明である又は第１透明電極層４２０より透明度が低い金属で構成されることができる。
【００３２】
このように第１金属電極層４２２は、不透明するか、または透明度が低くて光の入射を妨害することができるので、 シェーディング損失（shading loss）を最小化できるよう、一定のパターンを有することができる。このような第１金属電極層４２２は、第１透明電極層４２０より小さい面積を有するようになる。これにより、第１金属電極層４２２が形成されない部分に光が入射することができるようにする。第１金属電極層４２２の平面形状は、図２を参照して、後でさらに詳細に説明する。
【００３３】
本実施の形態においては、第１金属電極層４２２がそれぞれ第１透明電極層４２０に隣接または接触して形成されるので、絶縁膜などを貫通するファイアースルー（fire-through）が要求されない。これにより、第１金属電極層４２２が低温（３５０℃以下、例えば、３００℃以下、一例として、２５０℃以下）の焼成によって焼成することができる低温焼成ペーストを塗布（一例として、印刷）した後、これを熱処理して形成することができる。低温焼成ペーストには知られている様々な物質を使用することができる。
【００３４】
以下では、図１及び図２を参照して、第１電極４２の第１金属電極層４２２の平面形状の一例を詳細に説明する。図２は、図１に示した太陽電池１００の前面平面図である。簡単に示すようにするために図２では、第１電極４２の第１透明電極層４２０の図示を省略する。
【００３５】
図２を参照すると、第１電極４２の第１金属電極層４２２は、一定のピッチを有しながら互いに離隔される複数のフィンガー電極４２ａを含むことができる。図では、フィンガー電極４２ａが互いに平行であり、半導体基板１０の端に平行したことを例示したが、本発明がこれに限定されるものではない。そして、第１電極４２の第１金属電極層４２２は、フィンガー電極４２ａと交差（一例として、直交）する方向に形成されてフィンガー電極４２ａを接続するバスバー電極４２ｂを含むことができる。このようなバスバー電極４２ｂは１つしか備えられることもあり、図２に示すように、フィンガー電極４２ａのピッチよりさらに大きいピッチを有しながら複数個で備えることもできる。このとき、フィンガー電極４２ａの幅よりバスバー電極４２ｂの幅が大きいことができるが、本発明がこれに限定されるものではない。したがって、バスバー電極４２ｂの幅がフィンガー電極４２ａの幅と同じか、それより小さい幅を有することができる。
【００３６】
再び図１を参照すると、半導体基板１０の後面の上に第２パッシベーション層５４が位置（一例として、接触）することができ、第２パッシベーション層５４上に第２導電型領域３０が位置（一例として、接触）する。しかし、第２パッシベーション層５４が不可欠な層はなく、第２パッシベーション層５４が備えられなく第２導電型領域３０が、半導体基板１０に接触して位置することもできる。そして第２導電型領域３０に電気的に接続される第２電極４４が位置（一例として、接触）することができる。第２電極４４は、第２導電型領域３０の上に順次に積層される第２透明電極層４４０及び第２金属電極層４４２を含むことができる。
【００３７】
第２導電型領域３０は、第１キャリアと反対の極性を有する第２キャリアを選択的に抽出及び収集し、第２電極４４に伝達する役割をすることができる。第２導電型領域３０は、第２キャリアを選択的に抽出及び収集する第２化合物層（一例として、第２金属酸化物層）で構成され得る。一例として、第２キャリアは、半導体基板１０の複数キャリアに対応することができる。例えば、半導体基板１０がｎ型である場合には、複数キャリアが電子となり少数キャリアが正孔になるが、第２導電型領域３０が第２キャリアで電子を抽出及び収集することができる。これにより、第２導電型領域３０は、電界領域（特に、後面電界領域）を構成することができる。しかし、本発明がこれに限定されるものではない。
【００３８】
第２パッシベーション層５４は、半導体基板１０の表面でパッシベーション特性を向上させることができる。そして第２パッシベーション層５４は、第１キャリアが通過しないようにし、第２キャリアは、第２パッシベーション層５４に隣接する部分で蓄積された後に、一定以上のエネルギーを有するようになると、第２パッシベーション層５４を通過できるようにする。このとき、一定以上のエネルギーを有する第２キャリアはトンネルリング効果によって容易に第２パッシベーション層５４を通過することができる。
【００３９】
前述した差を除外すれば、第２パッシベーション層５４、第２導電型領域３０及び第２電極４４は、半導体基板１０の後面に位置するという点を除外しては、第１パッシベーション層５２、第１導電型領域２０及び、第１電極４２と同様であるため、これに対する説明がそのまま適用され得る。このとき、第１パッシベーション層５２と第２パッシベーション層５４は、互いに同一の厚さ、形状、物質などを有することもでき、互いに異なる厚さ、形状、物質などを有することもできる。第１透明電極層４２０及び/または第１金属電極層４２２と第２透明電極層４４０及び/または第２金属電極層４４２は、互いに同一の形状及び/または物質を有することもあり、互いに異なる形状及び/または物質を有することもできる。一例として、第１金属電極層４２２のフィンガー電極４２ａ及びバスバー電極４２ｂの幅、ピッチ等は、第２金属電極層４４２のフィンガー電極及びバスバー電極の幅、ピッチなどと互いに同じであることもあり、互いに異なることもある。または、第１金属電極層４２２と第２金属電極層４４２の平面形状が互いに異なったり、第１電極４２と第２電極４４の積層構造などが互いに異なることもある。その他の様々な変形が可能である。
【００４０】
図１に示さなかったが、第１導電型領域２０及び第２導電型領域３０の上に、及び/または第１及び第２透明電極層（４２２、４４２）の上にパッシベーション膜、反射防止膜、反射膜などを構成する絶縁膜が追加で形成されることもできる。
【００４１】
このとき、本実施の形態においては、第１化合物層（一例として、第１金属酸化物層）で構成される第１導電型領域２０、第２化合物層（一例として、第２金属酸化物層）で構成される第２導電型領域３０と、第１及び/または第２透明電極層（４２０、４４０）が一定な仕事関数を有することができる。これを図３を参照して、さらに詳細に説明する。
【００４２】
図３は本発明の実施の形態に係る太陽電池１００から第１金属電極層４２０、第１導電型領域２０、第１パッシベーション層５２、半導体基板１０、第２パッシベーション層５４、第２導電型領域３０及び第２金属電極層４４０のバンド図である。図３において実線は、本発明の実施の形態に係るバンド図であり、点線は、本発明の実施の形態との比較のために示した従来の太陽電池によるバンド図である。
【００４３】
第１金属を含む第１化合物層（一例として、第１金属と非金属の化合物である第１金属化合物層）で構成された第１導電型領域２０及び第２金属を含む第２化合物層（例えば、第２金属と非金属の化合物である第２金属化合物層）で構成された第２導電型領域３０は、半導体基板１０とのエネルギーバンド差によって、第１または第２キャリアを選択的に抽出及び収集することができる。このとき、第１導電型領域２０及び第２導電型領域３０は、半導体物質及び/またはその半導体物質のドーパントをドーパント形態で含まない。このとき、第１化合物層が第１金属と酸素を含む第１金属酸化物層で構成され、第２化合物層が第２金属と酸素を含む第２金属酸化物層で構成され得る。そうすると、容易に形成することができパッシベーション特性もまた優れる。
【００４４】
第１化合物層または第１導電型領域２０は、半導体基板１０のフェルミレベル（fermi level）より低いフェルミレベルを有し、相対的に高い仕事関数を有し、第２化合物層または第２導電型領域３０は、半導体基板１０のフェルミレベルより高いフェルミレベルを有し、相対的低い仕事関数、すなわち、第１化合物層または第１導電型領域２０より低い仕事関数を有することがある。
【００４５】
このようなフェルミレベルを有する第１及び第２化合物層でそれぞれ構成された第１導電型領域２０及び第２導電型領域３０がそれぞれ第１及び第２パッシベーション層（５２、５４）を間に置いて半導体基板１０と接合されると、図３に示すように、半導体基板１０、第１導電型領域２０と、第２導電型領域３０のフェルミレベルが同じ値を有するように整列されて接合される。それでは、半導体基板１０内の価電子帯にある正孔（ｈ＋）は、第１パッシベーション層５２を通過すると、第１導電型領域２０の価電子帯に容易に移動することができる。一方、半導体基板１０内の電子（e-）は、第１パッシベーション層５２を通過しない。そして、半導体基板１０内の伝導帯にある電子（e-）は、第２パッシベーション層５４を通過すると、第２導電型領域３０の伝導帯に容易に移動することができる。一方、半導体基板１０内の正孔（h +）は、第２パッシベーション層５４を通過しない。
【００４６】
本実施の形態においては、第１及び第２透明電極層（４２０、４４０）の内、少なくとも１つの仕事関数が第２導電型領域３０の仕事関数と同じかそれより大きく、第１導電型領域２０の仕事関数と同じかそれより小さい。例えば、第１及び第２透明電極層（４２０、４４０）の内、少なくとも１つの仕事関数が第２導電型領域３０の仕事関数より大きく、第１導電型領域２０の仕事関数より小さい。これによれば、第１及び第２透明電極層（４２０、４４０）の仕事関数差を減らすことができる。特に、第１及び第２透明電極層（４２０、４４０）のそれぞれの仕事関数が第２導電型領域３０の仕事関数と同じかそれより大きく、第１導電型領域２０の仕事関数と同じかそれより小さいことができる。それでは、第１及び第２透明電極層（４２０、４４０）の仕事関数差を大幅に減すことができる。また、第１及び第２透明電極層（４２０、４４０）の仕事関数が一定レベルより大きい場合には、電気的特性が低下することがあるので、第１及び第２透明電極層（４２０、４４）の仕事関数を一定レベル以下にして電気的特性を向上し、抵抗を低減させることができる。参照で、仕事関数は、さまざまなデバイスによって測定することができるが、一例として、紫外線、電子分光法（ultraviolet photoelectron spectroscopy、ＵＰＳ）またはケルビンプローブ（Kelvin probe）等により測定することができる。
【００４７】
このように、第１及び第２透明電極層（４２０、４４０）の仕事関数差を減らすと、第１及び第２透明電極層（４２０、４４０）を同一または類似の物質で構成されるようにすることができる。これによれば、第１及び第２透明電極層（４２０、４４０）が同一または類似の特性を有するようにして安定性を向上することができる。そして、第１及び第２透明電極層（４２０、４４０）を同一または類似の工程条件で形成することができ、製造工程を単純化することができる。特に、第１及び第２透明電極層（４２０、４４０）が同一の物質で構成されるようにすることができ、第１及び第２透明電極層（４２０、４４０）を同じ工程で一緒に形成して製造工程を単純化することができる。
【００４８】
このような効果は、第２導電型領域３０と、第１導電型領域２０の仕事関数の差を小さくすることにより、もっと倍加になることができる。すなわち、第１及び／または第２透明電極層（４２０、４４０）が第２導電型領域３０と同じか、それより大きく、第１導電型領域２０と同じか、それより小さな仕事関数を有するが、第２導電型領域３０と、第１導電型領域２０の仕事関数の差をさらに小さくすると、第１及び第２透明電極層（４２０、４４０）の仕事関数差を最小化することができる。
【００４９】
例えば、前述したように、第１導電型領域２０の仕事関数が第２導電型領域３０の仕事関数より大きいが、第２導電型領域３０の仕事関数と第１導電型領域２０の仕事関数の差が１ｅＶ以下で有り得、０．８ｅＶ以下で有り得る。さらに具体的に、第２導電型領域３０の仕事関数と第１導電型領域２０の仕事関数の差が０．５〜１ｅＶ以下（一例として、０．５〜０．８ｅＶ）で有り得る。それでは、第２導電型領域３０と、第１導電型領域２０としての役割を果たしながらも、それらの間の仕事関数差を最小化することができる。このような仕事関数によって、第１及び第２透明電極層（４２０、４４０）の仕事関数によるバンドベンディング（band bending）を緩和することができるが、これについては後で詳細に説明する。第２導電型領域３０の仕事関数と第１導電型領域２０の仕事関数の差が１ｅＶを超えると、第１及び第２透明電極層（４２０、４４０）の仕事関数差を最小化する効果が十分ではなく、バンドベンディングを緩和することが難いことがある。第２導電型領域３０の仕事関数と第１導電型領域２０の仕事関数の差が０．５ｅＶ未満であれば、第２導電型領域３０の仕事関数が十分に小さくなくて電子の抽出と収集が円滑でなかったり、及び／または第１導電型領域２０の仕事関数が十分に大きくなくて、正孔の抽出と収集が円滑でないことがある。しかし、本発明がこれに限定されるものではない。
【００５０】
このとき、第２導電型領域３０の仕事関数が４．２ｅＶより大きく、第１導電型領域２０の仕事関数が４．２ｅＶより大きいながら、第２導電型領域３０の仕事関数より大きいことがある。一例として、第２導電型領域３０の仕事関数が４．２ｅＶより大きく５．２ｅＶと同じかそれより小さく、第１導電型領域２０の仕事関数が４．２ｅＶより大きく５．２ｅＶと同じかそれより小さいながら第２導電型領域３０の仕事関数より大きいことがある。このような仕事関数を有するとき、第１導電型領域２０及び第２導電型領域３０が正孔または電子を効果的に抽出及び収集することができる。
【００５１】
これにより、第１透明電極層４２０の仕事関数が４．２ｅＶより大きく、５．２ｅＶと同じかそれより小さく、第２透明電極層４４０の仕事関数が４．２ｅＶより大きく、５．２ｅＶと同じかそれより小さいことがある。一例として、第１透明電極層４２０の仕事関数が４．２ｅＶより大きく、５．０ｅＶより小さく、第２透明電極層４４０の仕事関数が４．２ｅＶより大きく、５．０ｅＶより小さいことができる。または、第１透明電極層４２０の仕事関数と第２透明電極層４４０の仕事関数差が１ｅＶ以下であるが、さらに具体的に、０．８ ｅＶより小さいことができ、さらに詳細には、０．２ｅＶ以下で有り得る。このような範囲内で製造工程を単純化することができる効果を実現することができる。特に、第１透明電極層４２０の仕事関数と第２透明電極層４４０の仕事関数が、実質的に同一であり、同一の物質で構成され得る。
【００５２】
本実施の形態に係る太陽電池１００においては、このような仕事関数の設計によって、製造工程を単純化したが、これによっても、第１導電型領域２０及び第２導電型領域３０の選択的なキャリア抽出及び、収集には問題がなかった。これに関連して、従来に応じた太陽電池を、先に説明した後、本実施の形態に係る太陽電池１００について説明する。
【００５３】
従来の太陽電池においては、図３の点線で示すように、第１透明電極層４２０と、第１導電型領域２０と、第２透明電極層４４０及び第２導電型領域３０でフラットバンド（flat band）を有するように、第１透明電極層４２０、第１導電型領域２０、第２透明電極層４４０及び第２導電型領域３０の仕事関数を設計した。これにより、第２導電型領域３０は、それぞれ一定水準以下の仕事関数を有し、第１導電型領域２０は、第２導電型領域３０より大きい仕事関数（一例として、０．８ｅＶより大きい仕事関数さらに具体的には、１ｅＶより大きい仕事関数）を有した。このとき、第２透明電極層４４０は、第２導電型領域３０と同じか、それより小さな仕事関数を有し、第１透明電極層４２０は、第１導電型領域２０と同じか、それより大きい仕事関数を有する。これにより、第２導電型領域３０と、第１導電型領域２０の仕事関数差が０．８ｅＶを超える（さらに具体的には、１ｅＶを超える）であり、第１及び第２透明電極層（４２０、４４０）の仕事関数が第２導電型領域３０の仕事関数と同じか大きく、第１導電型領域２０の仕事関数と同じか小さい値を有さない。したがって、第１透明電極層４２０と第２透明電極層４４０の仕事関数差が０．８ｅＶ以上となり（さらに具体的に１ｅＶを超えるようになり）、第１透明電極層４２０と第２透明電極層４４０は、互いに異なる物質、あるいは全く別の組成などを有するしかなかった。これにより、第１透明電極層４２０と第２透明電極層４４０を互いに別の工程において全く異なるプロセス条件で形成しなければならなので、従来の太陽電池の製造工程が非常に複雑であった。
【００５４】
一方、本実施の形態に係る太陽電池１００においては、第１透明電極層４２０と第２透明電極層４４０の仕事関数差を相対的に小さくして、または第１及び第２透明電極層（４２０、４４０）の仕事関数が第２導電型領域３０と、第１導電型領域２０の仕事関数の間に位置するようにして、図３の実線で示すように、第１透明電極層４２０及び第１導電型領域２０と、第２透明電極層４４０及び第２導電型領域３０でバンド曲げまたはバンドオフセット（band-offset）が多少発生する。しかし、このようなバンド曲げまたはバンドオフセットは、キャリアの選択的な抽出に大きな影響を与えず、前述したように、第２導電型領域３０及び、第１導電型領域２０の仕事関数を調節することによって緩和ことができる。これにより、バンドベンディングが発生するとしても、第１及び第２導電型領域（２０、３０）が、キャリアを効果的に選択的抽出して、太陽電池１００が、優れた効率を有することができ、第１及び第２透明電極層（４２０、４４０）を同一または非常に類似した工程条件で形成（一例として、同一の工程で形成）して製造工程を単純化することができる。
【００５５】
一例として、第２導電型領域２０及び/または第１導電型領域２０は、バンドギャップが３．０ｅＶ以上で有り得る。このようなバンドギャップで効果的にキャリアの選択的抽出及び収集が可能である。しかし、本発明がこれに限定されるものではない。
【００５６】
本実施の形態において、第１導電型領域２０で使用することができる第１化合物層としては、酸化モリブデンで構成される酸化モリブデン層、酸化タングステン（一例として、ＷＯ３）で構成される酸化タングステン層、酸化バナジウムで構成される酸化バナジウム層、酸化ニッケルで構成される酸化ニッケル層、酸化レニウムで構成される酸化レニウム層などを挙げることができる。特に、第１導電型領域２０が酸化モリブデン層または酸化タングステン層を含むと、正孔を選択的に収集する効果が優れることがある。
【００５７】
そして、本実施の形態において、第２導電型領域３０に使用することができる第２化合物層としては、酸化チタン（一例として、ＴｉＯ２）で構成される酸化チタン層、酸化亜鉛（一例として、ＺｎＯ）で構成される酸化亜鉛層、酸化ニオブ（一例として、Ｎｂ２Ｏ５）で構成される酸化ニオブ層などを挙げることができる。特に、第２導電型領域３０が酸化チタン層を含むと、電子を選択的に収集する効果が優れることができる。
【００５８】
このような第１導電型領域２０及び第２導電型領域３０は、工程条件、組成などを調節することにより、前述した仕事関数を有するようにすることができる。例えば、第１または第２導電型領域（２０、３０）が、金属と酸素を含む場合には、製造工程中に工程条件を調節して、酸素及び/または金属の含有量を調節したり、または、第１または第２導電型領域（２０、３０）を形成した後、熱処理を介して酸素及び／または金属の含有量を調節することにより、所望する仕事関数を有するようにすることができる。
【００５９】
そして、第１及び/または第２透明電極層（４２０、４４０）には、様々な物質を使用することができる。特に、第１及び/または第２透明電極層（４２０、４４０）が、前述した仕事関数（つまり、４．２ｅＶより大きく５．２ｅＶと同じかそれより小さな仕事関数）を有する物質を使用することができる。例えば、第１及び/または第２透明電極層（４２０、４４０）は、インジウムを含むインジウム系酸化物または亜鉛を含む亜鉛系酸化物で構成され得る。インジウム系酸化物としては、酸化インジウムスズ（indium-tin oxide、ＩＴＯ）、酸化インジウム‐タングステン（indium-tungsten oxide、ＩＷＯ）、酸化インジウム‐セリウム（indium-cerium oxide、ＩＣＯ）などが挙げられ、亜鉛系の酸化物では、アルミニウム‐酸化亜鉛（aluminum-zinc oxide、ＡＺＯ）、ガリウム‐酸化亜鉛（gallium-zinc oxide、ＧＺＯ）、ジルコニウム‐酸化亜鉛（zirconium-zinc oxide、ＺＺＯ）などを挙げることができる。このとき、第１及び/または第２透明電極層（４２０、４４０）は、スズを含むスズ系の酸化物（特に、インジウムを含まないスズ系酸化物）を含まないことがある。スズ系の酸化物は、仕事関数が５．２ｅＶを超えるのが一般的であり、組成、工程条件などを調節して仕事関数を多少下げることができるが、この場合に、電気的特性が低下することができるからである。しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、第１及び/または第２透明電極層（４２０、４４０）が、その他の様々な物質を含むことができる。
【００６０】
本実施の形態において、第１導電型領域２０または第２導電型領域３０を構成する第１または第２化合物層は、金属酸化物層（一例として、２成分系金属酸化物層）で構成されて優れた安定性を有しながら、容易に製造することができる。そして、第１または第２化合物層は、非晶質構造を有することができる。これは化合物層または金属酸化物層が結晶質構造を有するとパッシベーション特性が大きく低下して太陽電池１００の効率が大幅に低下するからである。これに対する正確な理由は明らかにされなかったが、実験的に確認することができる。明確ではないが、結晶質構造が多く含まれると、光学吸収が大幅に増加して電流損失が発生し、化合物層または金属酸化物層の表面粗さが増加し、界面の欠陥として作用し、再結合損失が大きくなるからで予測される。
【００６１】
一例として、第１導電型領域２０及び第２導電型領域３０において少なくとも第１または第２パッシベーション層（５２、５４）に隣接部分は、非晶質構造を有する非晶質部分が結晶質構造を有する結晶質部分より広く形成される非晶質部で構成することができる。特に、第１導電型領域２０及び第２導電型領域３０において少なくとも第１または第2パッシベーション層（５２、５４）に隣接する部分が全体的に非晶質構造を有する場合に、優れたパッシベーション特性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い。
【００６２】
前述した説明及び図面においては、太陽電池１００の第１及び第２金属電極層（４２２、４４２）が一定のパターンを有して太陽電池１００が半導体基板１０の前面と後面に光が入射することができる両面受光型（bi-facial）構造を有する。これにより、太陽電池１００で使用される光量を増加させて、太陽電池１００の効率向上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く、第１または第２金属電極層（４２２、４４２）が、全体的に形成されるなど、様々な変形が可能である。また、第１導電型領域２０及び第２導電型領域３０それと、第１及び第２電極（４２、４４）が一面に一緒に位置することもできる。このような例は、図５及び図６を参照して、後に再度説明する。
【００６３】
本実施の形態に係る太陽電池１００に光が入射されると、光電変換によって電子と正孔が生成され、生成された正孔と電子の内、いずれか１つは、第１パッシベーション層５２をトンネルリングして第１導電型領域２０に移動した後に、第１電極４２に伝達され、他の１つは、第２パッシベーション層５４をトンネルして第２導電型領域３０に移動した後に、第２電極４４に伝達される。第１及び第２電極（４２、４４）に伝達された正孔と電子は、外部回路または他の太陽電池１００に移動する。これによって電気エネルギーを生成する。
【００６４】
そして、第１導電型領域２０及び第２導電型領域３０が、第１または第２パッシベーション層（５２、５４）を間に置いて、半導体基板１０上に形成されるので、半導体基板１０と他の別個の層で構成される。これにより、半導体基板１０にドーパントをドーピングして形成されたドーピング領域を導電型の領域で使用する場合より、再結合による損失を最小化することができる。特に、第１導電型領域２０及び第２導電型領域３０が、半導体物質及びドーパントを含まない第１または第２化合物層で構成されてドーピング領域またはドーピング膜に比べて光吸収による損失を低減することができる。これにより、太陽電池１００の開放電圧と短絡電流密度を向上して効率を向上することができる。また、別のドーパントをドーピングする工程、ドーパントを活性化する工程などを省略して製造することができ、特に高温工程が要求されないで、低温で工程が可能で、製造工程を単純化し、製造コストを削減することができる。したがって、太陽電池１００の生産性を向上することができる。
【００６５】
特に、透明電極層（４２０、４４０）の仕事関数を第１導電型領域２０及び第２導電型領域３０の仕事関数と関連して限定することにより、透明電極層（４２０、４４０）の仕事関数の差を最小化し、透明電極層（４２０、４４０）の特性を類似にすることができ、製造工程を単純化することができる。これにより、太陽電池１００の優れた効率を維持しながら、太陽電池１００の安定性と生産性を向上することができる。
【００６６】
以下では、本実施の形態に係る太陽電池１００の製造方法を詳細に説明する。
【００６７】
以下、図４Ａ〜図４Ｄを参照して、本発明の実施の形態に係る太陽電池１００の製造方法を詳細に説明する。図４Ａ〜図４Ｄは、本発明の実施の形態に係る太陽電池１００の製造方法を示す断面図である。
【００６８】
図４Ａに示すように、半導体基板１０の前面と後面にそれぞれ第１及び第２のパッシベーション層（５２、５４）を形成する。一例として、半導体基板１０の前面の上に位置する第１パッシベーション層５２と、半導体基板１０の後面の上に位置する第２パッシベーション層５４を同時に形成することができる。そうすると、製造工程を単純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１パッシベーション層５２と第２パッシベーション層５４は、互いに異なる工程で形成することができる。
【００６９】
第１及び第２パッシベーション層（５２、５４）は、熱的成長法、蒸着法（例えば、化学気相蒸着法（ＰＥＣＶＤ）、原子層蒸着法（ＡＬＤ））、化学的酸化等により形成することができる。しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、様々な方法によって、第１及び第２パッシベーション層（５２、５４）が形成され得る。
【００７０】
このとき、半導体基板１０の前面及び/または後面は、反射防止構造を有するようにテクスチャリングされたもので有り得る。半導体基板１０の表面のテクスチャリングには、ウェットまたはドライテクスチャリングを使用することができる。ウェットテクスチャリングはテクスチャリング溶液に半導体基板１０を浸漬することによって実行されることができ、工程時間が短い利点がある。ドライテクスチャリングは、ダイヤモンドグリルまたはレーザーなどを利用して、半導体基板１０の表面を削ることで、凹凸を均一に形成することができる一方、工程時間が長く、半導体基板１０に損傷が発生することができる。そのほか反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）等により半導体基板１０をテクスチャリングすることもできる。このように、本発明では、さまざまな方法で半導体基板１０をテクスチャリングすることができる。
【００７１】
次に、図４Ｂに示すように、第１パッシベーション層５２上に第１導電型領域２０を形成し、第２パッシベーション層５４上に第２導電型領域３０を形成する。本実施の形態においては、第１または第２化合物層で構成される第１導電型領域２０及び第２導電型領域３０（以下、第１導電型領域２０及び第２導電型領域３０）がそれぞれ非晶質構造を有する。
【００７２】
本実施の形態においては、第１導電型領域２０と第２導電型領域３０は、原子層蒸着（atomic layer deposition、ＡＬＤ）、物理的気相蒸着（physical vapor deposition、ＰＶＤ）、電子ビーム蒸着法（ e-beam evaporation）、スパッタリング（sputtering）、化学的気相蒸着（chemical vapor deposition、ＣＶＤ）によって形成される。特に、原子層蒸着工程を利用すれば、反射防止構造を有する半導体基板１０上で薄く均一な第１導電型領域２０及び第２導電型領域３０を形成することができ、量産性もまた優れる。
【００７３】
前述した説明及び図面においては、第１及び第２パッシベーション層（５２、５４）を先に形成した後、第１導電型領域２０及び第２導電型領域３０を形成したが、本発明はこれに限定されるものではない。第１パッシベーション層５２、第１導電型領域２０、第２パッシベーション層５４及び第２導電型領域３０の順、または第２パッシベーション層５４、第２導電型領域３０に、第１パッシベーション層５２及び第１導電型領域２０の順で形成することもできる。
【００７４】
次に、図４Ｃに示すように、第１導電型領域２０に電気的に接続される第１電極４２の第１透明電極層４２０及び第２導電型領域３０に電気的に接続される第２電極４４の第２透明電極層４４０を形成する。
【００７５】
第１透明電極層４２０及び第２透明電極層４２２は、一例として、蒸着（例えば、化学気相蒸着法（ＰＥＣＶＤ）、反応性プラズマ蒸着法（reactive plasma deposition、ＲＰＤ）、電子ビーム蒸着（E-beam evaporation）、コーティング法（一例として、スピンコーティング）、スパッタリング等により形成することができる。このとき、第１透明電極層４２０と第２透明電極層４４０が同一または類似の物質で構成されるので、工程条件を同一または類似にして、製造工程を単純化することができる。特に、第１透明電極層４２０と第２透明電極層４４０が同一の物質を含む場合に、これらを同じ工程で同時に形成して製造工程を単純化することができる。既存には、第１透明電極層４２０と第２透明電極層４４０が、互いに異なる仕事関数を有する他の物質または他の組成を有する物質で構成されて、これらを同時に形成することが実質的に不可能であった。
【００７６】
次に、図４Ｄに示すように、第１導電型領域２０に電気的に接続される第１電極４２の第１金属電極層４２２及び第２導電型領域３０に電気的に接続される第２電極４４の第２金属電極層４４２を形成する。
【００７７】
第１金属電極層４２２及び第２金属電極層４４２は、メッキ、印刷等により形成することができる。一例として、第１金属電極層４２２及び第２金属電極層４４２は、低温焼成ペーストを印刷した後、これを乾燥または焼成して形成することができる。このとき、第１金属電極層４２２と第２金属電極層４４２を同じ工程で同時に形成して製造工程を単純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、様々な方法によって、第１及び第２金属電極層（４２２、４４２）を形成することができる。
【００７８】
本実施の形態によれば、簡単な工程によって、優れた効率と安定性を有する太陽電池１００を製造することができる。これにより、太陽電池１００の生産性を向上することができる。
【００７９】
以下においては、本発明の他の実施の形態に係る太陽電池を詳細に説明する。前述した説明と同一又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、前述した実施の形態またはそれを変形した例と下の実施の形態またはそれを変形した例を、互いに結合したものもまた、本発明の範囲に属する。
【００８０】
図５は、本発明の他の実施の形態に係る太陽電池の断面図であり、図６は、図５に示した太陽電池の後面平面図である。簡略に示すために図６においては、第１電極４２の第１透明電極層４２０及び第２電極４４の第２透明電極層４４０の図示を省略する。
【００８１】
図５及び図６を参照すると、本実施の形態においては、半導体基板１０の後面上にパッシベーション層５６が位置し、パッシベーション層５６上で同一平面上に第１導電型領域２０及び第２導電型領域３０が位置することができる。そして、半導体基板１０の前面に前面電界形成層（または前面電界領域）６０が位置し、その上に透明伝導性膜２２と反射防止膜２４が位置することができる。
【００８２】
パッシベーション層５６については、前述した実施の形態の第１または第２パッシベーション層（５２、５４）の説明がそのまま適用され得る。第１導電型領域２０及び第２導電型領域３０の位置と形状を除外しては、第１導電型領域２０及び第２導電型領域３０に対しては、前述した実施の形態の第１導電型領域２０及び第２導電型領域３０の説明がそのまま適用され得る。第１導電型領域２０及び第２導電型領域３０の形状は、後に、図６を参照して、さらに詳細に説明する。
【００８３】
このとき、半導体基板１０の前面には、反射防止構造が形成され、半導体基板１０の後面は、鏡面研磨された面で有り得る。これパッシベーション層５６の特性によって、キャリアの移動特性などが大きく異なることができるからである。
【００８４】
本実施の形態においては、第１導電型領域２０と第２導電型領域３０がパッシベーション層５６上に位置（一例として、接触）し、互いに側面が接触して位置することができる。第１導電型領域２０と第２導電型領域３０が、半導体物質とドーパントを含まないので、側面が互いに接触して位置しても短絡などの問題が発生しないからである。しかし、本発明がこれに限定されるものではない。したがって変形例として、パッシベーション層５６上に第１導電型領域２０と第２導電型領域３０との間に位置してこれらが接触するのを防止するバリア領域が位置することもできる。バリア領域は空き空間で構成されることもあり、真性半導体層、または酸化物などの化合物などで構成され得る。
【００８５】
半導体基板１０の前面の上に位置（一例として、接触）する前面電界領域６０は、固定電荷を有する膜または前述したように、電子または正孔を選択的に収集することができる化合物層（例えば、たとえば、金属酸化物層、さらに具体的には、２成分系金属酸化物層）で構成され得る。例えば、前面電界領域６０は、固定電荷を備える酸化アルミニウムを含む酸化アルミニウム層で有り得る。または、前面電界領域６０が、電子または正孔を選択的に抽出し、収集することができる酸化モリブデン層、酸化タングステン層、酸化バナジウム層、酸化ニッケル層、酸化レニウム層、酸化チタン層、酸化亜鉛層、酸化ニオブ層などで構成され得る。または前面電界領域６０が、前述した層を複数に含む層でも有り得る。このような前面電界領域６０は、酸化物層で構成されて、半導体基板１０の前面を効果的にパッシベーションすることができる。
【００８６】
このとき、前面電界領域６０を第１導電型領域２０及び第２導電型領域３０を構成する金属化合物層の内、いずれか１つと同じ層で形成して、製造工程を単純化することもできる。一例として、前面電界領域６０と第２導電型領域３０を酸化チタン層で形成することができる。
【００８７】
このような前面電界領域６０は、外部回路または他の太陽電池１００と接続される電極（４２、４４）には接続されない状態で固定電荷を備えるか、電子または正孔を選択的に収集して、半導体基板１０の前面付近で再結合を防止する一定の電界領域を備えるのと同じ効果を示すことができる。この場合には、半導体基板１０が、別のドーピング領域を備えずに、ベース領域１１０のみで構成されて、半導体基板１０の欠陥を最小化することができる。
【００８８】
このとき、前面電界領域６０の厚さは、第１導電型領域２０及び第２導電型領域３０の厚さと同じか、それより小さいことができる。前面電界領域６０は、キャリアを外部に伝達するための層ではないので、相対的に小さな厚さを有してもよいからである。一例として、前面電界領域６０の厚さが１ｎｍ乃至１０ｎｍで有り得る。このような厚さで前面電界領域６０による効果を十分に実現することができる。しかし、本発明が、前面電界領域６０の厚さに限定されるものではない。
【００８９】
半導体基板１０の前面の上に、または前面電界領域６０の上に透明伝導性膜２２が位置（一例として、接触）することができる。このような透明伝導性膜２２は、外部回路または他の太陽電池１００に接続されないフローティング電極である。このようなフローティング電極は、不必要なイオンなどが半導体基板１０の表面側に集まることを防止することができる。これにより、イオンなどによって発生する劣化現象（例えば、高温多湿な環境で太陽電池モジュールの発電効率が減少する現象（potential induced degradation、PID））を防止することができる。透明伝導性膜２２は、必須的な膜ではなく、透明伝導性膜２２を備えないことも可能である。一例として、透明伝導性膜２２は、様々な物質を含むことができる。一例として、透明伝導性膜２２は、第１及び/または第２透明電極層（４２０、４４０）で使用できる物質を使用することができ、第１及び/または第２透明電極層（４２０、４４０）と同じ物質を使用することができる。
【００９０】
半導体基板１０の前面の上に、または透明伝導性膜２２の上に光の反射率を減少させる反射防止膜２４が位置（一例として、接触）することができる。反射防止膜２４は、様々な物質で形成され得る。一例として、反射防止膜２４は、窒化シリコン膜、水素を含む窒化シリコン膜、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜、炭化シリコン膜、ＭｇＦ２、ＺｎＳ、ＴｉＯ２とＣｅＯ２からなる群から選択されたいずれか１つの単一膜または2つ以上の膜を組み合わせた多層膜構造を有することができる。一例として、反射防止膜２４は、窒化シリコン膜で有り得る。
【００９１】
前面電界領域６０、透明伝導性膜２２それと、反射防止膜２４は、実質的に、半導体基板１０の前面に全体的に形成され得る。これにより、製造工程を単純化し、各層の役割を十分に発揮することができる。
【００９２】
他の変形例として、前面電界領域６０を半導体基板１０とは別に形成せず、半導体基板１０の前面にベース領域１１０のような導電型のドーパントを高濃度にドーピングしてドーピング領域を形成し、このドーピング領域を前面電界領域６０に使用することもできる。この場合には、前面電界領域６０を構成するドーピング領域の上に透明伝導性膜２２、反射防止膜２４、パッシベーション膜などが位置することができる。
【００９３】
図６を参照すると、本実施の形態においては、第１導電型領域２０と第２導電型領域３０は、それぞれストライプ形状をなすように長く形成されながら、長さ方向と交差する方向で互いに交互して位置している。示さなかったが、互いに離隔した複数の第１導電型領域２０が一側の端で互いに接続することができ、互いに離隔した複数の第２導電型領域３０が他側の端で互いに接続することができる。しかし、本発明がこれに限定されるものではない。
【００９４】
ここで、ベース領域１１０の複数キャリアと同じキャリア（つまり、電子）を収集する第２導電型領域３０の面積よりベース領域１１０の複数キャリアと他のキャリア（すなわち、正孔）を収集する第１導電型領域２０の面積を広く形成することができる。これにより、エミッタ領域に機能する第１導電型領域２０が、十分な面積に形成することができる。そして広く形成された第１導電型領域２０によって移動速度が相対的遅い正孔を効果的に収集することができる。一例として、第１導電型領域２０及び第２導電型領域３０の面積は、それらの幅が異なるようにすることで調節することができる。すなわち、第１導電型領域２０の幅（Ｗ１）が第２導電型領域３０の幅（Ｗ２）より大きくなることができる。
【００９５】
そして、第１電極４２の第１金属電極層４２２が第１導電型領域２０に対応してストライプ状に形成され、第２電極４４の第２金属電極層４４２が第２導電型領域３０に対応してストライプ状に形成することができる。簡略図示のために示さながったが、第１電極４２の第１透明電極層４２０が第１金属電極層４２２より広い面積を有しながらストライプ状に形成され、第２電極４４の第２透明電極層４４０が第２金属電極層４４２より広い面積を有しながらストライプ状に形成することができる。そして図示しなかったが、第１電極４２が一側の端で互いに接続されて形成され、第２電極４４が他側の端で互に接続されて形成され得る。しかし、本発明がこれに限定されるものではない。
【００９６】
本実施の形態に係る太陽電池１００においては、第１及び第２電極（４２、４４）（特に、第１及び第２金属電極層（４２２、４４２）が全て半導体基板１０の後面側に位置して前面側で光を遮断する部分が存在しないため、光の損失を最小化することができる。特に、本実施の形態においては、第１導電型領域２０及び第２導電型領域３０の内、少なくとも１つが化合物層に形成されるので、電気的特性を考慮して、第１及び第２電極（４２、４４）の第１及び第２金属電極層（４２２、４４２）が広く形成され得る。この場合に、後面電極構造を適用してシェーディング損失による問題を防止することができる。
【００９７】
このような太陽電池１００は、図４Ａに記載した方法により、半導体基板１０の後面にパッシベーション層５６を形成し、その上に図４Ｂに記載した方法により、第１導電型領域２０及び第２導電型領域３０を形成し、その上に図４Ｃに記載した方法により、第１及び第２透明電極層（４２０、４４０）を形成し、その上に第１及び第２金属電極層（４２２、４４２）を形成する。第１導電型領域２０及び第２導電型領域３０、第１及び第２透明電極層（４２０、４４０）、及び/または第１及び第２金属電極層（４２２、４４２）が一定のパターンを有するようにするために蒸着等を利用して、これらを形成する際にはマスクまたはマスク層などを使用することができる。または１つの層を形成した後、パターニングすることができる。例えば、本実施の形態において、第１透明電極層４２０と第２透明電極層４４０が同一の物質で構成される場合には、同じ工程で一定のパターンを有する第１透明電極層４２０と第２透明電極層４４０を形成したり、１つの透明電極層を形成した後、これをパターニングして第１及び第２透明電極層（４２０、４４０）で使用することができる。これにより、製造工程を単純化することができる。
【００９８】
前述したところに従った特徴、構造、効果などは、本発明の少なくとも１つの実施の形態に含まれ、必ずしも１つの実施の形態のみに限定されるものではない。さらに、各実施の形態において例示された特徴、構造、効果などは、実施の形態が属する分野の通常の知識を有する者によって他の実施の形態に対しても組み合わせ、また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と変形に係る内容は、本発明の範囲に含まれるものと解釈されるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５】
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【図６】
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