(57)【要約】      （修正有）【課題】優秀かつ均一な効率及び特性を有し、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】太陽電池の製造方法は、半導体基板１０の一面上に第１のトンネル層５２を形成するステップと、第１のトンネル層上に第１の導電型領域２０を形成するステップと、第１の導電型領域に電気的に連結される第１の電極４２を形成するステップとを含む。第１の導電型領域を形成するステップでは、第１の導電型領域が非晶質構造を有する２成分系金属酸化物層を備えるように第１の導電型領域を形成できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池の製造方法であって、
半導体基板の一面上に第１のトンネル層を形成するステップと、
前記第１のトンネル上に第１の導電型領域を形成するステップと、
前記第１の導電型領域に電気的に連結される第１の電極を形成するステップとを含んでなり、
前記第１の導電型領域を形成するステップでは、前記第１の導電型領域が非晶質構造を有する金属酸化物層を備えるように前記第１の導電型領域を形成するものである、太陽電池の製造方法。
【請求項２】
前記第１の導電型領域を形成するステップでは、少なくとも前記第１のトンネル層に隣接した前記第１の導電型領域の境界部は、前記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されるものである、請求項１に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項３】
前記第１の導電型領域の前記金属酸化物層が２成分系金属酸化物を含んでなり、又は、
前記第１の導電型領域を形成するステップでは、原子層蒸着（ａｔｏｍｉｃｌａｙｅｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＡＬＤ）または物理的気相蒸着（ｐｈｙｓｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＰＶＤ）が使用される、請求項１又は２に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項４】
前記第１の導電型領域を形成するステップでは、原子層蒸着（ａｔｏｍｉｃｌａｙｅｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＡＬＤ）が使用されてなり、
前記第１の導電型領域を形成するステップにおいて、前記原子層蒸着工程の工程温度が２５０℃以下である、請求項１〜３の何れか一項に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項５】
前記第１の導電型領域と反対される極性のキャリアを抽出し、非晶質構造を有する金属酸化物層を備える第２の導電型領域を形成するステップをさらに含んでなり、
前記第１の導電型領域を形成するステップの第１の工程温度と、前記第２の導電型領域を形成するステップの第２の工程温度とが互いに異なるものであり、
前記第１の工程温度が第２の工程温度より高ければ、前記第１の導電型領域を形成した後、前記第２の導電型領域を形成してなり、
前記第２の工程温度が第１の工程温度より高ければ、前記第２の導電型領域を形成した後、前記第１の導電型領域を形成するものである、請求項１〜４の何れか一項に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項６】
前記第１の電極を形成するステップが４００℃以下の温度で行われるものである、請求項１〜５の何れか一項に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項７】
前記第１の導電型領域を形成するステップでは、前記第１の導電型領域が金属酸化物層を備えてなり、互いに異なる組成を有する第１の部分及び第２の部分を備えるように形成してなるものである、請求項１〜６の何れか一項に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項８】
前記第１の導電型領域を形成するステップでは、
前記第１の導電型領域を形成する工程のうち、前記第１のトンネル層に隣接して位置する第１の部分を形成する第１の工程の工程条件と、及び、前記第１の導電型領域を形成する工程のうち、前記第１の電極に隣接して位置する第２の部分を形成する第２の工程の工程条件とを互いに異なるようにし、
前記第１の部分で金属に対する酸素の割合である第１の酸素割合と、前記第２の部分で金属に対する酸素の割合である第２の酸素割合とを互いに異なるようにするものである、請求項７に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項９】
前記第１の酸素割合より前記第２の酸素割合が小さいものであり、
前記第１の導電型領域を形成するステップでは、原子層蒸着法を使用し、
酸素を含む第１の原料を供給する工程、
前記第１の原料をパージする工程、
金属を含む第２の原料を供給する工程、
前記第２の原料をパージする工程を含んでなるものであり、
前記第１の原料の供給時間、供給量、濃度、及び総工程回数からなる群から選択される少なくとも一つが、前記第１の工程より前記第２の工程でさらに少ないものであり、又は、
前記第１の原料のパージ時間及び総パージ回数からなる群から選択される少なくとも一つが、前記第１の工程より前記第２の工程でさらに大きいものであり、
前記第２の原料の供給時間、供給量、濃度、及び総工程回数からなる群から選択される少なくとも一つが、前記第１の工程より前記第２の工程でさらに大きいものであり、又は、
前記第２の原料のパージ時間及び総パージ回数からなる群から選択される少なくとも一つが、前記第１の工程より前記第２の工程でさらに少ないものである、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のトンネル層がシリコン酸化物層を備えてなるものであり、
前記第１のトンネル層と前記第１の導電型領域とを形成するステップが同じ装置で連続的に行われるイン−サイチュ（ｉｎ−ｓｉｔｕ）工程によって行われるものである、請求項１〜９の何れか一項に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項１１】
前記第１のトンネル層を形成するステップにおいて前記シリコン酸化物層は、４００℃以下の温度で前記半導体基板にオゾンを供給する工程によって行われる、請求項１０に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項１２】
前記オゾンは、ガス状態で供給されてなり、
前記第１のトンネル層を形成するステップにおいて、
前記シリコン酸化物層を形成する工程は、前記オゾンと伴に半導体包含物質又は水素包含物質をさらに供給するものである、請求項１１に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項１３】
前記第１のトンネル層は、前記シリコン酸化物層からなり、
前記シリコン酸化物層が、前記半導体基板と前記第１の導電型領域との間でこれらと接触して形成されてなるものであり、又は、前記シリコン酸化物層と異なる工程によって形成されてなるものであり、
前記シリコン層と異なる物質で構成される他の部分をさらに備えてなるものである、請求項１０〜１２の何れか一項に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項１４】
太陽電池であって、
半導体基板と、
前記半導体基板の一面上に位置するトンネル層と、
前記トンネル層上に位置し、第１のキャリアを抽出する第１の導電型領域と、
前記第１の導電型領域に電気的に連結される第１の電極とを備えてなり、
前記第１の導電型領域が、非晶質構造を備えた金属酸化物層を備えてなるものである、太陽電池。
【請求項１５】
少なくとも前記トンネル層に隣接した前記第１の導電型領域の境界部は、前記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されてなるものである、請求項１４に記載の太陽電池。
【請求項１６】
前記第１の導電型領域の前記金属酸化物層が２成分系金属酸化物を備えてなり、
前記非晶質部の厚さが１ｎｍ以上であり、又は、
前記第１の導電型領域の全体厚さに対する前記非晶質部の厚さの割合が０．２〜１である、請求項１５に記載の太陽電池。
【請求項１７】
前記第１の導電型領域の厚さ方向で全体的に前記非晶質部が形成される請求項１５又は１６に記載の太陽電池。
【請求項１８】
前記第１の導電型領域が互いに異なる組成を有する第１の部分及び第２の部分を備えてなるものである、請求項１４〜１７の何れか一項に記載の太陽電池。
【請求項１９】
前記第１の部分が前記第１の導電型領域において前記トンネル層に隣接して位置してなり、
前記第２の部分が前記第１の導電型領域において前記第１の電極に隣接して位置してなり、
前記第１の部分で金属に対する酸素の割合である第１の酸素割合より、前記第２の部分で金属に対する酸素の割合である第２の酸素割合が小さいものである、請求項１８に記載の太陽電池。
【請求項２０】
前記トンネル層がシリコン酸化物層を備えてなり、
前記シリコン酸化物層で前記半導体基板に隣接して形成される相転移（ｐｈａｓｅ  ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ）領域の厚さが０．５ｎｍ以下であり、
前記シリコン酸化物層が水素を含んでなるものである、請求項１４〜１９の何れか一項に記載の太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池及びその製造方法に関し、より詳細には、金属酸化物を含む太陽電池及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、石油や石炭のような既存のエネルギー資源の枯渇が予想されるにつれて、これらに代える代替エネルギーに対する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】
このような太陽電池は、様々な層及び電極を設計によって形成することで製造されることができる。ところが、このような様々な層及び電極の設計によって太陽電池効率が決定され得る。太陽電池の商用化のためには、低い効率及び低い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できる太陽電池が求められる。
【０００４】
例えば、既存に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、ドーピング工程等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という問題があった。これを防止するために、ドーパントをドーピングせずに形成される太陽電池では、これに含まれる層の特性によって太陽電池の特性及び効率が大きく変わるようになり、太陽電池の信頼性が高くなかった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、優秀かつ均一な効率及び特性を有し、高い生産性を有する太陽電池及びその製造方法を提供しようとする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の実施形態に係る太陽電池の製造方法は、半導体基板の一面上に第１ のトンネル層を形成するステップと、前記第１のトンネル層上に第１の導電型領域を形成するステップと、前記第１の導電型領域に電気的に連結される第１の電極を形成するステップとを含む。前記第１の導電型領域を形成するステップでは、前記第１の導電型領域が非晶質構造を有する金属酸化物層を含むように前記第１の導電型領域を形成できる。
【０００７】
本発明の実施形態に係る太陽電池は、半導体基板と、前記半導体基板の一面上に位置するトンネル層と、前記トンネル層上に位置し、第１のキャリアを抽出する第１の導電型領域と、前記第１の導電型領域に電気的に連結される第１の電極とを備える。
【０００８】
前記第１の導電型領域が非晶質構造を有する金属酸化物層を備える。少なくとも前記トンネル層に隣接した前記第１の導電型領域の境界部が、前記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される。
〔本発明の態様〕
〔１〕  太陽電池の製造方法であって、
半導体基板の一面上に第１のトンネル層を形成するステップと、
前記第１のトンネル上に第１の導電型領域を形成するステップと、
前記第１の導電型領域に電気的に連結される第１の電極を形成するステップとを含んでなり、
前記第１の導電型領域を形成するステップでは、前記第１の導電型領域が非晶質構造を有する金属酸化物層を備えるように前記第１の導電型領域を形成するものである、太陽電池の製造方法。
〔２〕  前記第１の導電型領域を形成するステップでは、少なくとも前記第１のトンネル層に隣接した前記第１の導電型領域の境界部は、前記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されるものである、〔１〕に記載の太陽電池の製造方法。
〔３〕  前記第１の導電型領域の前記金属酸化物層が２成分系金属酸化物を含んでなり、又は、
前記第１の導電型領域を形成するステップでは、原子層蒸着（ａｔｏｍｉｃｌａｙｅｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＡＬＤ）または物理的気相蒸着（ｐｈｙｓｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＰＶＤ）が使用される、〔１〕又は〔２〕に記載の太陽電池の製造方法。
〔４〕  前記第１の導電型領域を形成するステップでは、原子層蒸着（ａｔｏｍｉｃｌａｙｅｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＡＬＤ）が使用されてなり、
前記第１の導電型領域を形成するステップにおいて、前記原子層蒸着工程の工程温度が２５０℃以下である、〔１〕〜〔３〕の何れか一項に記載の太陽電池の製造方法。
〔５〕  前記第１の導電型領域と反対される極性のキャリアを抽出し、非晶質構造を有する金属酸化物層を備える第２の導電型領域を形成するステップをさらに含んでなり、
前記第１の導電型領域を形成するステップの第１の工程温度と、前記第２の導電型領域を形成するステップの第２の工程温度とが互いに異なるものであり、
前記第１の工程温度が第２の工程温度より高ければ、前記第１の導電型領域を形成した後、前記第２の導電型領域を形成してなり、
前記第２の工程温度が第１の工程温度より高ければ、前記第２の導電型領域を形成した後、前記第１の導電型領域を形成するものである、〔１〕〜〔４〕の何れか一項に記載の太陽電池の製造方法。
〔６〕  前記第１の電極を形成するステップが４００℃以下の温度で行われるものである、〔１〕〜〔５〕の何れか一項に記載の太陽電池の製造方法。
〔７〕  前記第１の導電型領域を形成するステップでは、前記第１の導電型領域が金属酸化物層を備えてなり、互いに異なる組成を有する第１の部分及び第２の部分を備えるように形成してなるものである、〔１〕〜〔６〕の何れか一項に記載の太陽電池の製造方法。
〔８〕  前記第１の導電型領域を形成するステップでは、
前記第１の導電型領域を形成する工程のうち、前記第１のトンネル層に隣接して位置する第１の部分を形成する第１の工程の工程条件と、及び、前記第１の導電型領域を形成する工程のうち、前記第１の電極に隣接して位置する第２の部分を形成する第２の工程の工程条件とを互いに異なるようにし、
前記第１の部分で金属に対する酸素の割合である第１の酸素割合と、前記第２の部分で金属に対する酸素の割合である第２の酸素割合とを互いに異なるようにするものである、〔７〕に記載の太陽電池の製造方法。
〔９〕  前記第１の酸素割合より前記第２の酸素割合が小さいものであり、
前記第１の導電型領域を形成するステップでは、原子層蒸着法を使用し、
酸素を含む第１の原料を供給する工程、
前記第１の原料をパージする工程、
金属を含む第２の原料を供給する工程、
前記第２の原料をパージする工程を含んでなるものであり、
前記第１の原料の供給時間、供給量、濃度、及び総工程回数からなる群から選択される少なくとも一つが、前記第１の工程より前記第２の工程でさらに少ないものであり、又は、
前記第１の原料のパージ時間及び総パージ回数からなる群から選択される少なくとも一つが、前記第１の工程より前記第２の工程でさらに大きいものであり、
前記第２の原料の供給時間、供給量、濃度、及び総工程回数からなる群から選択される少なくとも一つが、前記第１の工程より前記第２の工程でさらに大きいものであり、又は、
前記第２の原料のパージ時間及び総パージ回数からなる群から選択される少なくとも一つが、前記第１の工程より前記第２の工程でさらに少ないものである、〔８〕に記載の太陽電池の製造方法。
〔１０〕  前記第１のトンネル層がシリコン酸化物層を備えてなるものであり、
前記第１のトンネル層と前記第１の導電型領域とを形成するステップが同じ装置で連続的に行われるイン−サイチュ（ｉｎ−ｓｉｔｕ）工程によって行われるものである、〔１〕〜〔９〕の何れか一項に記載の太陽電池の製造方法。
〔１１〕  前記第１のトンネル層を形成するステップにおいて前記シリコン酸化物層は、４００℃以下の温度で前記半導体基板にオゾンを供給する工程によって行われる、〔１０〕に記載の太陽電池の製造方法。
〔１２〕  前記オゾンは、ガス状態で供給されてなり、
前記第１のトンネル層を形成するステップにおいて、
前記シリコン酸化物層を形成する工程は、前記オゾンと伴に半導体包含物質又は水素包含物質をさらに供給するものである、〔１１〕に記載の太陽電池の製造方法。
〔１３〕  前記第１のトンネル層は、前記シリコン酸化物層からなり、
前記シリコン酸化物層が、前記半導体基板と前記第１の導電型領域との間でこれらと接触して形成されてなるものであり、又は、前記シリコン酸化物層と異なる工程によって形成されてなるものであり、
前記シリコン層と異なる物質で構成される他の部分をさらに備えてなるものである、〔１０〕〜〔１２〕の何れか一項に記載の太陽電池の製造方法。
〔１４〕  太陽電池であって、
半導体基板と、
前記半導体基板の一面上に位置するトンネル層と、
前記トンネル層上に位置し、第１のキャリアを抽出する第１の導電型領域と、
前記第１の導電型領域に電気的に連結される第１の電極とを備えてなり、
前記第１の導電型領域が、非晶質構造を備えた金属酸化物層を備えてなるものである、太陽電池。
〔１５〕  少なくとも前記トンネル層に隣接した前記第１の導電型領域の境界部は、前記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されてなるものである、〔１４〕に記載の太陽電池。
〔１６〕  前記第１の導電型領域の前記金属酸化物層が２成分系金属酸化物を備えてなり、
前記非晶質部の厚さが１ｎｍ以上であり、又は、
前記第１の導電型領域の全体厚さに対する前記非晶質部の厚さの割合が０．２〜１である、〔１５〕に記載の太陽電池。
〔１７〕  前記第１の導電型領域の厚さ方向で全体的に前記非晶質部が形成される〔１５〕又は〔１６〕に記載の太陽電池。
〔１８〕  前記第１の導電型領域が互いに異なる組成を有する第１の部分及び第２の部分を備えてなるものである、〔１４〕〜〔１７〕の何れか一項に記載の太陽電池。
〔１９〕  前記第１の部分が前記第１の導電型領域において前記トンネル層に隣接して位置してなり、
前記第２の部分が前記第１の導電型領域において前記第１の電極に隣接して位置してなり、
前記第１の部分で金属に対する酸素の割合である第１の酸素割合より、前記第２の部分で金属に対する酸素の割合である第２の酸素割合が小さいものである、〔１８〕に記載の太陽電池。
〔２０〕  前記トンネル層がシリコン酸化物層を備えてなり、
前記シリコン酸化物層で前記半導体基板に隣接して形成される相転移（ｐｈａｓｅ  ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ）領域の厚さが０．５ｎｍ以下であり、
前記シリコン酸化物層が水素を含んでなるものである、〔１４〕〜〔１９〕の何れか一項に記載の太陽電池。
【発明の効果】
【０００９】
本実施形態では、導電型領域の境界部が非晶質部で構成されて、金属酸化物層を備える太陽電池が優れた効率及び信頼性を有し、簡単な工程によって形成されて、高い生産性を有することができる。
【００１０】
このとき、導電型領域の第１の部分及び第２の部分で組成を異にして、トンネル層に隣接した第１の部分でパッシベーション特性を向上して開放電圧及び充填密度を向上し、電極に隣接した第２の部分で電気的特性を向上できる。これにより、太陽電池の効率を向上できる。このような第１及び第２の部分は、工程条件を変更することによって互いに異なる組成を有することができる。これにより、優れた特性及び効率を有する太陽電池を簡単な工程で形成することができる。
【００１１】
ここで、トンネル層の少なくとも一部と導電型領域をインサイチュ工程によって形成すれば、工程をさらに単純化することができる。このとき、オゾン処理によれば、低い温度でも導電型領域と同じ方法でトンネル層の少なくとも一部を形成できるので、トンネル層と導電型領域との形成の際、インサイチュ工程が適用され得るようにする。これにより、優れた特性及び効率を有する太陽電池を簡単な工程によって形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施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】図３（ａ）は、本発明の実施形態に係る太陽電池において半導体基板、第２のトンネル層、及び第２の導電型領域のバンドダイヤグラムであり、図３（ｂ）は、本発明の実施形態に係る太陽電池において半導体基板、第１のトンネル層、及び第１の導電型領域のバンドダイヤグラムである。
【図４】本発明の一変形例に係る太陽電池の断面図である。
【図５ａ】図５ａは、本発明の実施形態に係る太陽電池の製造方法を示した断面図である。
【図５ｂ】図５ｂは、本発明の実施形態に係る太陽電池の製造方法を示した断面図である。
【図５ｃ】図５ｃは、本発明の実施形態に係る太陽電池の製造方法を示した断面図である。
【図６】本発明の他の実施形態に係る太陽電池の断面図である。
【図７】２成分系金属酸化物層で金属に対する酸素の割合（酸素／金属）と電気伝導率を示した図である。
【図８】Ｘ線光電子分光法を利用して金属に対する酸素の割合が互いに異なる金属酸化物において価電子帯（ｖａｌａｎｃｅ  ｂａｎｄ）を測定した結果である。
【図９】図６に示した太陽電池の第１の導電型領域で様々な金属に対する酸素割合の変化様子を示したグラフである。
【図１０】本発明のさらに他の実施形態に係る太陽電池の断面図である。
【図１１】図１０に示した太陽電池の第１のトンネル層の厚さ方向でＳｉＯｘのｘ値を示したグラフである。
【図１２】本発明の他の変形例に係る太陽電池の断面図である。
【図１３】図１０に示した太陽電池の製造方法において第１のトンネル部分の形成工程でオゾン処理の際の反応を示した原理図である。
【図１４】本発明のさらに他の実施形態に係る太陽電池の断面図である。
【図１５】図１４の変形例に係る太陽電池の断面図である。
【図１６】本発明のさらに他の実施形態に係る太陽電池の断面図である。
【図１７】図１６に示した太陽電池の後面平面図である。
【図１８】図１８（ａ）は、実施例１に係る太陽電池の透過電子顕微鏡（ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ、ＴＥＭ）写真であり、図１８（ｂ）は、比較例２に係る太陽電池の透過電子顕微鏡写真である。
【図１９】実施例１、５、及び６、並びに、比較例３に係る太陽電池の暗示開放電圧（ｉｍｐｌｉｅｄ  Ｖｏｃ）を測定して表したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下では、添付した図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。しかし、本発明がこのような実施形態に限定されるものではなく、様々な形態に変形され得ることはもちろんである。
【００１４】
図面では、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、明細書全体を介して同一または極めて類似した部分に対しては、同じ図面参照符号を使用する。そして、図面では、さらに明確に説明するために、厚さ、広さなどを拡大または縮小して図示したところ、本発明の厚さ、広さなどは、図面に図示されたことに限定されない。
【００１５】
そして、明細書全体においてどの部分が他の部分を「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ことではなく、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「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の「真上に」あるとするときには、中間に他の部分が位置しないことを意味する。
【００１６】
また、以下において「第１」、「第２」などの表現は、相互間の区別のために使用したものに過ぎず、本発明がこれに限定されるものではない。
【００１７】
以下、添付した図面を参照して本発明の実施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。
【００１８】
図１は、本発明の一実施形態に係る太陽電池の断面図である。
【００１９】
図１に示すように、本実施形態に係る太陽電池１００は、半導体基板１０と、半導体基板１０の一面上に形成される第１のトンネル層５２と、第１のトンネル層５２上に位置する第１の導電型領域２０と、第１の導電型領域２０に電気的に連結される第１の電極４２とを備え、第２の導電型領域３０及びこれに連結される第２の電極４４を備えることができる。このとき、本実施形態では、第１の導電型領域２０及び第２の導電型領域３０のうち、少なくとも１つが非晶質構造を有する金属酸化物層（例えば、２成分系金属酸化物層）で構成される。これをさらに詳しく説明する。
【００２０】
半導体基板１０は、第１または第２の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の導電型を有するベース領域１１０を備えることができる。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）で構成されることができる。このように、結晶性が高くて欠陥が少ないベース領域１１０または半導体基板１０に基づいた太陽電池１００は、電気的特性に優れている。このとき、本実施形態では、半導体基板１０は、追加的なドーピングなどによって形成されるドーピング領域を備えないベース領域１１０だけで構成されることができる。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できる。
【００２１】
例えば、本実施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１０がｎ型を有すると、第１及び第２の導電型領域２０、３０に使用される金属酸化物層（例えば、２成分系金属酸化物層）を容易に形成でき、求めることができる物質で構成することができる。第１及び第２の導電型領域２０、３０の具体的な物質については、後で詳細に説明する。
【００２２】
そして、半導体基板１０の前面及び後面には、反射を最小化できる反射防止構造が形成され得る。例えば、反射防止構造としてピラミッドなどの形態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（例えば、ピラミッド状））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れば、半導体基板１０内部に入射される光の反射率を低めて光損失を最小化できる。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の一面にのみテクスチャリング構造が形成されるか、半導体基板１０の前面及び後面にテクスチャリング構造が形成されないことがある。
【００２３】
半導体基板１０の前面上には、第１のトンネル層５２が形成（例えば、接触）される。第１のトンネル層５２は、電子及び正孔に一種のバリア（ｂａｒｒｉｅｒ）として作用して、少数キャリア（ｍｉｎｏｒｉｔｙ  ｃａｒｒｉｅｒ）が通過されないようにし、第１のトンネル層５２に隣接した部分で多数キャリアが蓄積された後、所定以上のエネルギーを有する多数キャリア（ｍａｊｏｒｉｔｙ  ｃａｒｒｉｅｒ）のみが第１のトンネル層５２を通過できるようにする。このとき、所定以上のエネルギーを有する多数キャリアは、トンネリング効果によって容易に第１のトンネル層５２を通過できる。そして、第１のトンネル層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できる。
【００２４】
第１のトンネル層５２は、半導体基板１０の前面で全体的に形成されることができる。これにより、優れたパッシベーション特性を有しつつ、別のパターニング無しで容易に形成されることができる。そして、第１のトンネル層５２は、ドーパントを含まないアンドープ膜でありうる。本実施形態では、第１の導電型領域２０が金属酸化物で構成され、第１のトンネル層５２が相対的に厚く形成され得るので、第１の導電型領域２０のドーパントが第１のトンネル層５２または半導体基板１０に拡散されたりする現象が発生しない。したがって、第１のトンネル層５２がアンドープ膜で構成されることができる。
【００２５】
このような第１のトンネル層５２は、多数キャリアがトンネリングされ得る様々な物質を含むことができるが、例えば、酸化物、窒化物、半導体、導電性高分子などを含むことができる。例えば、第１のトンネル層５２は、シリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコン酸化窒化物、シリコン炭化物、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のトンネル層５２は、シリコン酸化物を含むシリコン酸化物層で構成されることができる。シリコン酸化物層は、パッシベーション特性に優れ、キャリアがトンネリングされやすい膜であるためである。このようなシリコン酸化物層は、熱的酸化（ｔｈｅｒｍａｌ  ｏｘｉｄａｔｉｏｎ）または化学的酸化（ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｏｘｉｄａｔｉｏｎ）によって形成されることができる。または、第１のトンネル層５２が真性非晶質シリコン（ｉ−ａ−Ｓｉ）層からなることができる。すると、第１のトンネル層５２が半導体基板１０と同じ半導体物質を含んで類似した特性を有するので、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のトンネル層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シリコン酸化物（ｉ−ａ−ＳｉＯｘ）層からなることができる。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し得るが、パッシベーション特性は、真性非晶質シリコン（ｉ−ａ−Ｓｉ）層を含む場合よりわずかに低い場合がある。
【００２６】
第１のトンネル層５２上に第１の導電型領域２０が位置（例えば、接触）する。第１の導電型領域２０は、第１のトンネル層５２上で全体的に形成されることができる。これにより、第１の導電型領域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できる。本実施形態において第１の導電型領域２０は、非晶質構造を有する金属酸化物層を含むが、これについては、後でさらに詳細に説明する。
【００２７】
第１のトンネル層５２の厚さは、第１の導電型領域２０と同じであるか、これより小さいか、これより大きいことができる。本実施形態では、第１の導電型領域２０は、非晶質構造を有する金属酸化物層で構成されることができるが、非晶質構造は、薄い厚さを有するときに形成及び維持されることができる。これにより、本実施形態において第１の導電型領域２０は、薄い厚さを有するようになるので、第１のトンネル層５２の厚さが第１の導電型領域２０の厚さより必ず小さいものに限定される必要がない。例えば、第１の導電型領域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場合には、第１の導電型領域２０の厚さが第１のトンネル層５２の厚さと同じであるか、これより小さいことができる。他の例として、第１のトンネル層５２を介してのトンネリング効果を最大化するために、第１のトンネル層５２の厚さを減らす場合には、第１のトンネル層５２の厚さが第１の導電型領域２０の厚さより小さいことができる。
【００２８】
または、第１のトンネル層５２の厚さが１０ｎｍ以下でありうるし、第１の導電型領域２０は、３０ｎｍ以下（例えば、１０ｎｍ以下）でありうる。第１のトンネル層５２の厚さが１０ｎｍを超過すれば、トンネリングが円滑に起こらず、太陽電池１００が円滑に作動しないことがある。第１の導電型領域２０の厚さが３０ｎｍ以下であれば、非晶質構造を有し難いことがあり、低い電気伝導率のため、キャリアが円滑に流れないことがある。このとき、第１の導電型領域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できる。
【００２９】
例えば、トンネリング効果を十分に実現できるように、第１のトンネル層５２の厚さが５ｎｍ以下（より具体的には、２ｎｍ以下、例えば、０．５ｎｍ〜２ｎｍ）でありうる。第１のトンネル層５２の厚さが０．５ｎｍ未満であれば、所望の品質の第１のトンネル層５２を形成し難いことがある。そして、第１の導電型領域２０は、導電型領域として安定的に機能できるように、２ｎｍ以上（例えば、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のトンネル層５２及び／又は第１の導電型領域３０の厚さは様々な値を有することができる。
【００３０】
第１の導電型領域２０上には、第１の導電型領域２０に電気的に連結（例えば、接触）される第１の電極４２が形成される。例えば、第１の電極４２は、第１の導電型領域２０上に順に積層される第１の透明電極層４２０及び第１の金属電極層４２２を備えることができる。
【００３１】
ここで、第１の透明電極層４２０は、第１の導電型領域２０上で相対的に広い面積で形成（例えば、接触）されることができる。例えば、第１の透明電極層４２０は、第１の導電型領域２０上で全体的に形成されることができる。このように、第１の透明電極層４２０が第１の導電型領域２０上に広く形成されれば、キャリアが第１の透明電極層４２０を介して容易に第１の金属電極層４２２まで到達でき、水平方向での抵抗を減らすことができる。特に、本実施形態では、第１の導電型領域２０がドーピングされず、ドーパントを含まない金属化合物層で構成されて抵抗が増加され得るので、第１の透明電極層４２０を備えて抵抗を効果的に減らそうとするものである。
【００３２】
このように、第１の透明電極層４２０が第１の導電型領域２０上で広い面積で形成されるので、光を透過できる物質（透過性物質）で構成されることができる。すなわち、第１の透明電極層４２０は、透明導電性物質からなり、光の透過を可能と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の透明電極層４２０を第１の導電型領域２０上に広い面積で形成しても、光の透過を遮断しない。例えば、第１の透明電極層４２０は、酸化インジウムスズ（ｉｎｄｉｕｍ  ｔｉｎ  ｏｘｉｄｅ、ＩＴＯ）、炭素ナノチューブ（ｃａｒｂｏｎ  ｎａｎｏ  ｔｕｂｅ、ＣＮＴ）など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１の透明電極層４２０の他に、様々な物質を含むことができる。
【００３３】
第１の透明電極層４２０上に第１の金属電極層４２２が形成され得る。例えば、第１の金属電極層４２２は、第１の透明電極層４２０に接触形成されて、第１の電極４２の構造を単純化できる。しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、第１の透明電極層４２０と第１の金属電極層４２２との間に別の層が存在する等の様々な変形が可能である。
【００３４】
第１の透明電極層４２０上に位置する第１の金属電極層４２２は、第１の透明電極層４２０より優れた電気伝導率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の金属電極層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できる。例えば、第１の金属電極層４２２は、優れた電気伝導率を有する不透明なまたは第１の透明電極層４２０より透明度が低い金属で構成されることができる。
【００３５】
このように、第１の金属電極層４２２は、不透明であるか、透明度が低くて、光の入射を妨害できるので、シェーディング損失（ｓｈａｄｉｎｇ  ｌｏｓｓ）を最小化できるように一定のパターンを有することができる。このような第１の金属電極層４２２は、第１の透明電極層４２０より小さい面積を有するようになる。これにより、第１の金属電極層４２２が形成されていない部分に光が入射され得るようにする。第１の金属電極層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。
【００３６】
本実施形態では、第１の金属電極層４２２がそれぞれ第１の透明電極層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スルー（ｆｉｒｅ−ｔｈｒｏｕｇｈ）が求められない。これにより、第１の金属電極層４２２が低温（４００℃以下、一例として、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され得る低温焼成ペーストを塗布（例えば、印刷）した後、これを熱処理して形成されることができる。
【００３７】
このような低温焼成ペーストまたはこれにより形成された第１の金属電極層４２２は、一定の金属化合物（例えば、酸素を含む酸化物、炭素を含む炭化物、硫黄を含む硫化物）などで構成されるガラスフリット（ｇｌａｓｓ  ｆｒｉｔ）を備えず、金属粒子と架橋樹脂を含み、その他に、他の樹脂（例えば、硬化剤、添加剤）のみを含むことができる。このように、低温焼成ペーストまたは第１の金属電極層４２２がガラスフリットを備えなければ、第１の金属電極層４２２の金属粒子等が焼結（ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ）されることではなく、互いに接触して凝集（ａｇｇｒｅｇａｔｉｏｎ）されて単純に硬化（ｃｕｒｉｎｇ）されることによって導電性を有するようになる。
【００３８】
金属粒子は、導電性を提供する様々な物質を含むことができる。例えば、金属粒子は、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、或いは銀または錫（Ｓｎ）コーティングされた銀、アルミニウム、銅粒子を単独でまたは２つ以上混合して使用することができる。
【００３９】
架橋樹脂には、金属間の架橋（ｃｒｏｓｓ  ｌｉｎｋｉｎｇ）を行うことができる物質を含むことができる。そして、本実施形態において第１の金属電極層４２２は、配線材などを接合するためのソルダー層が取り付けられる電極層でありうるが、架橋樹脂は、ソルダー層の浸透を防止する役割もすることができる。本実施形態とは異なり、架橋樹脂を含まないと、ソルダー層が第１の金属電極層４２２の内部に浸透して脆性（ｂｒｉｔｔｌｅ）を有するようになり、第１の金属電極層４２２が小さい衝撃などによって容易に砕けられることができる。本実施形態では、架橋樹脂が金属粒子間を満たしてソルダー層の浸透を防止することと予測される。例えば、架橋樹脂がフェノキシ系樹脂、エポキシ系樹脂、セルロース系樹脂などを含むことができる。これらは、架橋特性に優れ、電極の特性を変化させないためである。特に、エポキシ系樹脂を使用し、優れた架橋特性を有することができる。その他にも、第１の金属電極層４２２は、硬化剤をさらに含むことができる。硬化剤には、アミン系硬化剤を使用することができる。アミン系硬化剤の一例として、無水フタル酸（ｐｈｔｈａｌｉｃ  ａｎｈｙｄｒｉｄｅ）、ジエチルアミノプロピルアミン（ｄｉｅｔｈｙｌａｍｉｎｏ  ｐｒｏｐｙｌａｍｉｎｅ）、ジエチレントリアミン（ｄｉｅｔｈｙｌｅｎｅ  ｔｒｉａｍｉｎｅ）などを挙げることができる。その他に、添加剤などを含むことができる。
【００４０】
そして、第１の金属電極層４２２を形成するための低温ペーストには溶媒が含まれるか、熱処理の際、溶媒は揮発されて第１の金属電極層４２２では含まれないか、非常に微量で含まれることができる。溶媒には、有機溶媒を使用できるが、例えば、ブチルカルビトールアセテート（ｂｕｔｙｌ  ｃａｒｂｉｔｏｌ  ａｃｅｔａｔｅ、ＢＣＡ）、セルロースアセテート（ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ  ａｃｅｔａｔｅ、ＣＡ）などを使用できるが、本発明がこれに限定されるものではない。
【００４１】
このとき、第１の金属電極層４２２において金属または金属粒子が架橋樹脂よりさらに多く含まれ得る。これにより、第１の金属電極層４２２が十分な導電性を有することができる。例えば、金属粒子及び架橋樹脂の合計を１００重量部とするとき、金属粒子が８０〜９５重量部、架橋樹脂が５〜２０重量部で含まれ、硬化剤が０．１〜５重量部で含まれ得る。溶媒は、熱処理前には、金属粒子及び架橋樹脂の合計を１００重量部とするとき、３〜１０重量部で含まれることができるが、熱処理後には揮発されて存在しないか、微量のみが存在するようになる。熱処理後に、硬化剤などの他の物質の含量は大きくないので、第１の金属電極層４２２で金属または金属粒子の重量部が８０〜９５重量部でありうる。
【００４２】
金属粒子の重量部が８０未満であるか、架橋樹脂の重量部が２０を超過すれば、金属粒子による導電性が十分でないことがある。金属粒子の重量部が９５を超過するか、架橋樹脂の重量部が５未満であれば、架橋樹脂が十分でなく、架橋樹脂によるソルダー層の浸透防止効果が十分でないことがある。硬化剤は、低温焼成ペーストの特性を低下させないながら十分な硬化がなされるようにする量で含まれたものであり、溶媒は、様々な物質を均一に混合し、熱処理の際に揮発されて電気的特性を低下しない量で含まれたものである。しかし、本発明がこのような数値に限定されるものではない。
【００４３】
本実施形態において１つの種類の金属粒子を使用することができ、または、互いに異なる形状、粒径、物質などを有する互いに異なる金属粒子を混合して使用することもできる。
【００４４】
以下では、図１及び図２を参照して、第１の電極４２の第１の金属電極層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。簡略な図示のために、図２では、第１の電極４２の第１の透明電極層４２０に対する図示を省略する。
【００４５】
図２に示すように、第１の電極４２の第１の金属電極層４２２は、一定のピッチを有しつつ、互いに離間する複数のフィンガー電極４２ａを備えることができる。図面では、フィンガー電極４２ａが互いに平行し、半導体基板１０の縁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の電極４２の第１の金属電極層４２２は、フィンガー電極４２ａと交差（例えば、直交）する方向に形成されて、フィンガー電極４２ａを連結するバスバー電極４２ｂを備えることができる。このようなバスバー電極４２ｂは、１つのみ備えられることができ、図２に示されたように、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つつ、複数個で備えられることもできる。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の幅と同一であるか、それより小さい幅を有することができる。
【００４６】
さらに、図１を参照すれば、半導体基板１０の後面上には、第２のトンネル層５４が位置（例えば、接触）し、第２のトンネル層５４上に第２の導電型領域３０が位置（例えば、接触）する。そして、第２の導電型領域３０に電気的に連結される第２の電極４４が位置（例えば、接触）し得る。第２の電極４４は、第２の導電型領域３０上に順に積層される第２の透明電極層４４０及び第２の金属電極層４４２を備えることができる。第２のトンネル層５４、第２の導電型領域３０、及び第２の電極４４は、半導体基板１０の後面に位置するという点を除いては、第１のトンネル層５２、第１の導電型領域２０、及び第２の電極４４と同様なので、これに関する説明がそのまま適用され得る。ただし、第１の導電型領域２０と第２の導電型領域３０とは、互いに抽出するキャリアの極性が異なるので、互いに異なる物質を有する。第１のトンネル層５２と第２のトンネル層５４とは、互いに同じ厚さ、形状、物質などを有することができ、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の透明電極層４２０及び／又は第１の金属電極層４２２と第２の透明電極層４４０及び／又は第２の金属電極層４４２とは、互いに同じ形状及び／又は物質を有することができ、互いに異なる形状及び／又は物質を有することもできる。例えば、第１の金属電極層４２２のフィンガー電極４２ａ及びバスバー電極４２ｂの幅、ピッチなどは、第２の金属電極層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一であるか、互いに異なることができる。または、第１の金属電極層４２２と第２の金属電極層４４２との平面形状が互いに異なるか、第１の電極４２と第２の電極４４との積層構造などが互いに異なることもできる。その他の様々な変形が可能である。
【００４７】
図１に示してはいないが、第１及び第２の導電型領域２０、３０上に及び／又は第１及び第２の透明電極層４２２、４４２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さらに形成されることもできる。
【００４８】
このとき、本実施形態では、第１及び第２の導電型領域２０、３０のうち、少なくとも１つが非晶質構造を有する金属酸化物層（例えば、２成分系金属酸化物層）で構成される。以下では、第１及び第２の導電型領域２０、３０がそれぞれ非晶質構造を有する２成分系金属酸化物層であることを例示として説明する。
【００４９】
具体的に、第１の導電型領域２０及び第２の導電型領域３０は、半導体基板１０とのエネルギーバンドを考慮して、互いに異なる極性を有する第１または第２のキャリア（電子または正孔）を選択的に抽出して収集できる金属化合物で構成される。これにより、第１の導電型領域２０と第２の導電型領域３０とは、半導体物質、または当該半導体物質でドーパントとして作用する物質を含まない。これを図３を参照してさらに詳細に説明する。
【００５０】
図３の（ａ）は、本発明の実施形態に係る太陽電池１００において、半導体基板１０、第２のトンネル層５４、及び第２の導電型領域３０のバンドダイヤグラムであり、（ｂ）は、本発明の実施形態に係る太陽電池１００において、半導体基板１０、第１のトンネル層５２、及び第１の導電型領域２０のバンドダイヤグラムである。
【００５１】
ここで、前述したように、半導体基板１０がｎ型のベース領域１１０で構成されることができる。
【００５２】
図３の（ａ）及び（ｂ）に示すように、本実施形態において第１の導電型領域２０及び第２の導電型領域３０のうちの１つは、第１のキャリアを抽出及び収集し、他の１つは、第１のキャリアと反対極性である第２のキャリアを抽出及び収集する。
【００５３】
以下では、第１の導電型領域２０が正孔を抽出し、第２の導電型領域３０が電子を抽出することを例示した。これによれば、第１の導電型領域２０がｎ型のベース領域１１０の多数キャリアである電子と反対極性の正孔を抽出してエミッタ領域として機能し、第２の導電型領域３０がｎ型のベース領域１１０の多数キャリアである電子を抽出して電界領域（後面電界領域）として機能する。これによれば、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として機能する第１の導電型領域２０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、それとは逆に、半導体基板１０の前面に位置する第１の導電型領域２０が電子を抽出する前面電界領域で構成され、半導体基板１０の後面に位置する第２の導電型領域３０が正孔を抽出するエミッタ領域で構成されることができる。
【００５４】
より具体的に、正孔を選択的に抽出及び収集できる第１の導電型領域２０を構成する２成分系金属化合物層は、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、半導体基板１０の電子親和度である４．０５ｅＶを基準として仕事関数（ｗｏｒｋ  ｆｕｎｃｔｉｏｎ）の不整合性を防止しながら、高い開放電圧及び低い抵抗を得ることができる仕事関数を有することができる。例えば、第１の導電型領域２０の仕事関数が５．０ｅＶ以上でありうる。上述した仕事関数が５．０ｅＶ未満であれば、電子を除いて選択的に正孔のみを収集し難いことがある。
【００５５】
このようなフェルミレベル及び仕事関数を有する金属化合物層で構成される第１の導電型領域２０が第１のトンネル層５２を挟んで半導体基板１０と接合されれば、図３の（ｂ）に示したように、半導体基板１０と第１の導電型領域２０とのフェルミレベルが同じ値を有することができるように整列されて接合される。図３の（ｂ）のように接合されれば、半導体基板１０内の価電子帯にある正孔は、第１のトンネル層５２を通過すれば、第１の導電型領域２０の価電子帯に容易に移動できる。それに対し、半導体基板１０内の電子は、第１のトンネル層５２を通過できない。
【００５６】
このような第１の導電型領域２０として使用され得る２成分系金属化合物層には、モリブデン酸化物で構成されるモリブデン酸化物層、タングステン酸化物（例えば、ＷＯ3）で構成されるタングステン酸化物層、バナジウム酸化物で構成されるバナジウム酸化物層、ニッケル酸化物で構成されるニッケル酸化物層、レニウム酸化物で構成されるレニウム酸化物層などを挙げることができる。特に、第１の導電型領域２０がモリブデン酸化物層またはタングステン酸化物層を備えると、正孔を選択的に収集する効果が優秀でありうる。
【００５７】
そして、電子を選択的に収集できる第２の導電型領域３０の金属化合物層は、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、半導体基板１０の電子親和度である４．０５ｅＶを基準として仕事関数の不正合性を防止しながら、高い開放電圧及び低い抵抗を得ることができる仕事関数を有することができる。例えば、第２の導電型領域３０の仕事関数が４．５ｅＶ以下でありうる。上述した仕事関数が４．５ｅＶを超過すれば、電子を選択的に収集し難いことがある。
【００５８】
このようなフェルミレベル及び仕事関数を有する金属化合物層で構成された第２の導電型領域３０が第２のトンネル層５４を挟んで半導体基板１０と接合されれば、図３の（ａ）に示したように、半導体基板１０と第２の導電型領域３０とのフェルミレベルが同じ値を有することができるように整列されて接合される。図３の（ａ）のように接合されれば、半導体基板１０内の伝導帯にある電子は、第２のトンネル層５４を通過すれば、第２の導電型領域３０の伝導帯に容易に移動することができる。それに対し、半導体基板１０内の正孔は、第２のトンネル層５４を通過できない。
【００５９】
例えば、上述したような第２の導電型領域３０として使用され得る金属化合物層には、チタニウム酸化物（例えば、ＴｉＯ2）で構成されるチタニウム酸化物層、亜鉛酸化物（例えば、ＺｎＯ）で構成される亜鉛酸化物層、ニオビウム酸化物（例えば、Ｎｂ2Ｏ5）で構成されるニオビウム酸化物層などを挙げることができる。特に、第２の導電型領域３０がチタニウム酸化物層を備えると、電子を選択的に収集する効果が優秀でありうる。
【００６０】
２成分系金属酸化物層を備える第１及び第２の導電型領域２０、３０は、第１または第２のキャリアを容易に抽出及び収集できる物質であり、ドーパントによる再結合を防止して開放電圧を向上させることができる。そして、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でき、短絡電流密度を向上できる。これにより、太陽電池１００の効率を向上できる。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されることができ、特に、高温工程が要求されず、低温で工程が可能であって、製造工程を単純化し、製造費用を低減できる。したがって、太陽電池１００の生産性を向上できる。
【００６１】
このとき、本実施形態において２成分系金属酸化物層で構成される第１及び第２の導電型領域２０、３０が非晶質構造を有する。これは、２成分系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の効率が大きく低下するためである。これに関する正確な理由は明かされていないが、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、光学吸収が大きく増加して電流損失が発生し、金属酸化物層の表面粗さが増加して界面欠陥として作用し、再結合損失が大きくなるためであると予測される。
【００６２】
例えば、第１または第２のトンネル層５２、５４に隣接した第１及び第２の導電型領域２０、３０の境界部は、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ＡＡで構成される。このような場合にのみ、十分なパッシベーション特性を有することができる。特に、第１または第２のトンネル層５２、５４に隣接する第１及び第２の導電型領域２０、３０の境界部に位置した非晶質部ＡＡ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。例えば、第１または第２のトンネル層５２、５４に隣接する第１及び第２の導電型領域２０、３０の境界部で非晶質部分が占める面積割合が９５％〜１００％（例えば、９９％〜１００％）でありうる。このような範囲を有するとき、２成分系金属酸化物層を第１及び第２の導電型領域２０、３０として備える太陽電池１００において優れた効率を有することができる。
【００６３】
図面では、第１及び第２の導電型領域２０、３０の厚さ方向で全体的に非晶質部ＡＡが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い。他の変形例として、図４に示したように、第１及び／又は第２の導電型領域２０、３０の厚さ方向で非晶質部ＡＡが部分的に位置し得るし、このとき、非晶質部ＡＡは、第１または第２のトンネル層５２、５４、または半導体基板１０と最も隣接した部分に位置することができる。このとき、第１または第２の導電型領域２０、３０の全体厚さに対する非晶質部ＡＡの厚さの割合が０．２以上（すなわち、０．２〜１）であるか、第１または第２の導電型領域２０、３０で非晶質部ＡＡの厚さが１ｎｍ以上でありうる。第１または第２のトンネル層５２、５４に隣接した境界部に所定厚さ以上（例えば、０．２以上の厚さ割合または１ｎｍ以上の厚さ）の非晶質部ＡＡが位置すれば、パッシベーション特性を十分に実現できるためである。図面では、非晶質部ＡＡより広く結晶質部分が形成された、非晶質部ＡＡでない部分（ＮＡ）が非晶質部ＡＡ上で全体的に形成され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。このような非晶質部ＡＡでない部分（ＮＡ）は、平面からみるとき、部分的に形成されることもできる。このような形状の第１及び／又は第２の導電型領域２０、３０は、形成工程の工程条件が多少不安定な場合、または後続工程において工程条件が多少不安定な場合に表れることができる。しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、意図的に工程条件を調節して、このような第１及び／又は第２の導電型領域２０、３０を形成することもできる。非晶質部ＡＡでない部分（ＮＡ）は、結晶質部分が広く形成されてキャリア移動度を向上できるので、第１または第２の電極４２、４４にキャリアを伝達する効率を向上できる。
【００６４】
上述した説明及び図面では、第１及び第２の導電型領域２０、３０が共に２成分系金属化合物層で構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、第１及び第２の導電型領域２０、３０のうちの１つだけが上述した２成分系金属化合物層で構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。
【００６５】
本実施形態に係る太陽電池１００に光が入射されれば、光電変換によって電子と正孔とが生成され、生成された正孔及び電子のうちの１つは、第１のトンネル層５２をトンネリングして第１の導電型領域２０に移動した後、第１の電極４２に伝達され、他の１つは、第２のトンネル層５４をトンネリングして第２の導電型領域３０に移動した後、第２の電極４４に伝達される。第１及び第２の電極４２、４４に伝達された正孔及び電子は、外部回路または他の太陽電池１００に移動する。これにより、電気エネルギーを生成する。
【００６６】
このとき、本実施形態では、太陽電池１００の第１及び第２の金属電極層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の前面及び後面に光が入射され得る両面受光型（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い。
【００６７】
そして、第１及び第２の導電型領域２０、３０が第１または第２のトンネル層５２、５４を挟んで半導体基板１０上に形成されるので、半導体基板１０と異なる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領域として使用する場合より、再結合による損失を最小化できる。特に、第１及び第２の導電型領域２０、３０が半導体物質及びドーパントを含まない２成分系金属酸化物層で構成されて開放電圧及び短絡電流密度を向上し、第１及び第２の導電型領域２０、３０の製造工程を単純化できる。これにより、太陽電池１００の効率及び生産性を向上できる。
【００６８】
特に、本実施形態では、第１及び／又は第２の導電型領域２０、３０の境界部が非晶質部ＡＡで構成されて、２成分系金属酸化物層を備える太陽電池１００が優れた効率を有することができる。
【００６９】
上述した非晶質部ＡＡを有する第１及び第２の導電型領域２０、３０を備える太陽電池１００は、様々な製造方法によって形成されることができる。以下では、本実施形態に係る太陽電池１００の製造方法を詳細に説明する。
【００７０】
以下、図５ａ〜図５ｃを参照して本発明の実施形態に係る太陽電池１００の製造方法を詳細に説明する。図５ａ〜図５ｃは、本発明の実施形態に係る太陽電池１００の製造方法を示した断面図である。
【００７１】
図５ａに示したように、半導体基板１０の前面及び後面にそれぞれ第１及び第２のトンネル層５２、５４を形成する。例えば、半導体基板１０の前面上に位置する第１のトンネル層５２と半導体基板１０の後面上に位置する第２のトンネル層５４とを同時に形成することができる。すると、製造工程を単純化できる。しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、第１のトンネル層５２と第２のトンネル層５４とは互いに異なる工程で形成されることができる。
【００７２】
第１及び第２のトンネル層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））、化学的酸化などによって形成されることができる。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のトンネル層５２、５４が形成され得る。
【００７３】
このとき、半導体基板１０の前面及び／又は後面は、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ありうる。半導体基板１０の表面のテクスチャリングには、ドライまたはウェットテクスチャリングを使用できる。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り行われることができ、工程時間が短いという長所がある。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などを利用して半導体基板１０の表面を削るものであって、凹凸を均一に形成できることに対し、工程時間が長く、半導体基板１０に損傷が発生し得る。その他、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）などによって半導体基板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、様々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。
【００７４】
次いで、図５ｂに示したように、第１のトンネル層５２上に第１の導電型領域２０を形成し、第２のトンネル層５４上に第２の導電型領域３０を形成する。本実施形態では、２成分系金属酸化物層で構成される第１の導電型領域２０及び第２の導電型領域３０（以下、導電型領域２０、３０）がそれぞれ非晶質構造を有する。特に、本実施形態では、少なくとも第１のトンネル層５２または第２のトンネル層５４（以下、トンネル層５２、５４）に隣接した導電型領域２０、３０の境界部が非晶質部ＡＡを有する。２成分系金属酸化物層は、工程条件によって相変化が容易に起こり、金属酸化物層の相（ｐｈａｓｅ）によって電気的、光学的特性が大きく変わることができるので、特定の製造工程にて導電型領域２０、３０を形成しなければならない。以下では、これを詳細に説明する。
【００７５】
本実施形態において導電型領域２０、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。
【００７６】
例えば、原子層蒸着工程では、酸素を含む第１の原料と金属を含む第２の原料とを交互に注入し、これらの間に第１の原料または第２の原料をパージ（ｐｕｒｇｅ）することを繰り返すことで層単位に導電型領域２０、３０の蒸着がなされる。第１の原料には、酸素気体、オゾン、水分などを使用でき、第２の原料には、金属を含む金属化合物を使用できる。このような原子層蒸着工程は、層単位に蒸着がなされるので、工程温度を調節して導電型領域２０、３０の結晶構造を容易に制御できるところ、工程温度を調節して所望の非晶質構造（特に、非晶質部ＡＡ）を有する導電型領域２０、３０を容易に形成できる。そして、物理的気相蒸着には、スパッタリングまたは蒸気蒸着（ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ）を使用できるが、特に、蒸気蒸着は、ほとんど常温でなされるところ、導電型領域２０、３０が非晶質構造で形成されるようにすることができる。
【００７７】
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上で薄くかつ均一な導電型領域２０、３０を形成でき、量産性も優れている。
【００７８】
より具体的に、原子層蒸着工程または物理的気相蒸着の工程温度が高ければ、２成分系金属酸化物がトンネル層５２、５４、または既存に形成された層に十分なエネルギーによって結合されて、導電型領域２０、３０が結晶質構造を有するようになり、工程温度が低ければ、導電型領域２０、３０が非晶質構造を有することができる。
【００７９】
原子層蒸着工程の工程温度が２５０℃以下でありうる。原子層蒸着工程の工程温度が２５０℃以下であるとき、導電型領域２０、３０がトンネル層５２、５４に隣接した境界部に非晶質部分が広く形成される（例えば、非晶質部分が全体的に形成される）非晶質部ＡＡを含むことができるためである。そして、原子層蒸着工程の工程温度が１００℃以上（例えば、１５０℃以上）でありうる。工程温度が１００℃未満であれば、導電型領域２０、３０が多孔性を有し、所望のキャリアを抽出して伝達する特性が低下し得る。または、物理的気相蒸着工程の工程温度が常温ないし２５０℃（例えば、５〜２５０℃、一例として、５〜１５０℃）でありうる。このような温度でも安定的に導電型領域２０、３０が形成され、非晶質部ＡＡも形成することができるためである。
【００８０】
このとき、上述した工程温度範囲内でも導電型領域２０、３０を構成する物質によって工程温度がわずかに変わることができる。これは、酸化物の種類に応じて工程マージンにわずかに差がありうるためである。
【００８１】
そして、低い工程温度の原子層蒸着工程によって蒸着が行われても、導電型領域２０、３０の厚さが所定水準以上になると、漸進的にまたは後続熱処理工程において結晶質構造に変化するか、自体欠陥（ｄｅｆｅｃｔ）密度が増加してパッシベーション特性が低下し得る。これにより、原子層蒸着工程によって形成された導電型領域２０、３０の厚さが５０ｎｍ以下（例えば、３０ｎｍ以下）でありうる。これによれば、サイクル（ｃｙｃｌｅ）数を減らして工程時間を低減でき、安定的に所望の相を有する導電型領域２０、３０を形成できる。このような厚さは、導電型領域２０、３０を構成する酸化物層の物質によって変わることができるが、例えば、導電型領域２０、３０の厚さが１５ｎｍ以下でありうる。または、第２の導電型領域３０がモリブデン酸化物層で構成された場合には、欠陥が多くて他の酸化物層で構成された第１の導電型領域２０と同じであるか、これより小さい厚さ（特に、より小さい厚さ）を有するように形成することができる。
【００８２】
例えば、導電型領域２０、３０の厚さが２ｎｍ以上（例えば、５ｎｍ以上、一例として、６ｎｍ以上）でありうる。導電型領域２０、３０の厚さがあまり小さければ、導電型領域２０、３０上に位置する第１または第２の透明電極層４２０、４４０によって導電型領域２０、３０の特性が変質し、表面再結合特性が低下し得る。また、電子を抽出する導電型領域２０、３０（例えば、第２の導電型領域３０）は、所定厚さ以上である場合にのみ、電子を抽出して伝達する役割を十分に行うことができる。これは、電子を抽出する導電型領域２０、３０は、ｎ型の半導体基板１０と接合されるとき、電界領域によるパッシベーション効果が大きいため、厚さが薄ければ、電子を抽出し難いことがあるためである。しかし、本発明がこれに限定されるものではない。
【００８３】
本実施形態において、第１の導電型領域２０を形成した後、第２の導電型領域３０を形成することができ、第２の導電型領域３０を形成した後、第１の導電型領域２０を形成することもできる。
【００８４】
例えば、第１の導電型領域２０を形成する第１の工程温度と、第２の導電型領域３０を形成する第２の工程温度とが互いに異なるときは、第１及び第２の導電型領域２０、３０中に高い工程温度で形成されるものを先に形成した後、低い工程温度で形成されるものをその次に形成することができる。すなわち、第１の工程温度が第２の工程温度より高ければ、第１の導電型領域２０形成した後、第２の導電型領域３０を形成し、第２の工程温度が第１の工程温度より高ければ、第２の導電型領域３０を形成した後、第１の導電型領域２０を形成できる。低温の工程温度で形成されるべき物質を先に形成した後、高温の工程温度の工程を行うようになると、低温の工程温度で形成される物質が高温の工程温度で劣化されるか、特性が低下するか、結晶質化される可能性もありうるところ、これを防止するためである。例えば、第１の導電型領域２０がモリブデン酸化物層で構成され、第２の導電型領域３０がチタニウム酸化物層で構成される場合、第２の導電型領域３０を形成した後、第１の導電型領域２０を形成できる。これは、工程温度に対する工程マージンがチタニウム酸化物層よりモリブデン酸化物層でより小さくて、モリブデン酸化物層がより低い工程温度を有することができるためである。しかし、本発明がこれに限定されるものではない。
【００８５】
上述した説明及び図面では、第１及び第２のトンネル層５２、５４を先に形成した後、第１及び第２の導電型領域２０、３０を形成したが、本発明がこれに限定されるものではない。第１のトンネル層５２、第１の導電型領域２０、第２のトンネル層５４、及び第２の導電型領域３０の順序または第２のトンネル層５４、第２の導電型領域３０、第１のトンネル層５２、及び第１の導電型領域２０の順序で形成することもできる。
【００８６】
そして、上述した説明及び図面では、第１及び第２の導電型領域２０、３０が共に２成分系金属酸化物層であることを例示したが、第１及び第２の導電型領域２０、３０のうち、いずれか１つが半導体基板１０に形成されたドーピング領域または半導体基板１０と別個に形成された半導体層でありうる。このとき、２成分系金属酸化物層を備えない導電型領域２０、３０に対応するトンネル層５２、５４は、備えられても、備えられなくても良い。このとき、ドーピング領域は、半導体基板１０にイオン注入法、熱拡散、レーザドーピングなどのドーピング工程によって形成されることができ、半導体層は、蒸着などの方法によって形成されることができる。半導体層のドーピングは、半導体層の蒸着の際に共に行われることができ、半導体層の蒸着後の別のドーピング工程によって形成されることができる。その他の様々な方法が使用されることもできる。
【００８７】
図５ｃに示したように、第１の導電型領域２０に電気的に連結される第１の電極４２及び第２の導電型領域３０に電気的に連結される第２の電極４４を形成する。
【００８８】
例えば、第１の透明電極層４２０及び第２の透明電極層４２２は、蒸着法（例えば、化学気相蒸着法（ＰＥＣＶＤ））、コーティング法などによって形成されることができる。このとき、第１の透明電極層４２０と第２の透明電極層４４０とを同時に形成して製造工程を単純化できる。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の透明電極層４２０、４４０を形成できる。
【００８９】
そして、第１の金属電極層４２２及び第２の金属電極層４４２は、メッキ、印刷などによって形成されることができる。例えば、第１の金属電極層４２２及び第２の金属電極層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されることができる。低温焼成ペーストについては、先に第１の金属電極層４２２に関する説明で詳細に説明したので、詳細な説明を省略する。このとき、第１の金属電極層４２２と第２の金属電極層４４２とを同一工程で形成して製造工程を単純化できる。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の金属電極層４２２、４４２を形成できる。
【００９０】
これにより、本実施形態では、第１及び／又は第２の電極４４を形成するステップが３５０℃以下（例えば、３００℃以下、一例として、２５０℃以下）の工程温度で行われることができる。そして、導電型領域２０、３０を形成するステップ以後に行われる全てのステップが３５０℃以下（例えば、３００℃以下、一例として、２５０℃以下）の工程温度で行われることができる。このような温度によって導電型領域２０、３０の非晶質構造または非晶質部ＡＡが結晶質化されず、維持されて最終構造に残存することができる。
【００９１】
本実施形態によれば、簡単な工程によって非晶質構造を有する２成分系金属酸化物層で構成される導電型領域２０、３０を形成できる。これにより、優れた特性及び効率を有する太陽電池１００を簡単な工程で形成することができる。
【００９２】
以下では、本発明の他の実施形態に係る太陽電池を詳細に説明する。上述した説明と同一または極めて類似した部分に対しては、詳細な説明を省略し、互いに異なる部分に対してのみ詳細に説明する。そして、上述した実施形態またはこれを変形した例と下記の実施形態またはこれを変形した例などを互いに結合したものも本発明の範囲に属する。
【００９３】
図６は、本発明の他の実施形態に係る太陽電池の断面図である。
【００９４】
図６に示すように、本実施形態では、第１の導電型領域２０及び第２の導電型領域３０のうち、少なくとも１つが金属酸化物層（例えば、２成分系金属酸化物層）で構成され、互いに同じ物質で構成されるが、互いに異なる組成を有する第１の部分２０１、３０１及び第２の部分２０２、３０２を備える。これをさらに詳細に説明する。
【００９５】
すなわち、第１の導電型領域２０において第１のトンネル層５２に隣接した第１の部分２０１と、これとは逆に、第１の電極４２に隣接した第２の部分２０２が互いに異なる組成を有する。このとき、第１の部分２０１での金属に対する酸素の割合（より具体的に、金属原子個数に対する酸素原子個数の割合）である第１の酸素割合（図９の参照符号Ｒ１、以下、同様）と第２の部分２０２での金属に対する酸素の割合である第２の酸素割合（図９の参照符号Ｒ２、以下、同様）とが互いに異なる。第１の導電型領域２０において組成または金属に対する酸素割合は、エネルギー分散型分光分析法（Ｅｎｅｒｇｙ  Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ  Ｘ−ｒａｙ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ、ＥＤＳ）、ラザーフォード後光散乱分光法（Ｒｕｔｈｅｒｆｏｒｄ  Ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ、ＲＢＳ）、弾性反跳検出法（ｅｌａｓｔｉｃ  ｒｅｃｏｉｌ  ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ、ＥＲＤ）、二次イオン質量分析法（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｉｏｎ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ、ＳＩＭＳ）、オージェ電子分光分析（Ａｕｇｅｒ  ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）、Ｘ線光電子分光法（Ｘ−ｒａｙ  ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ、ＸＰＳ）などの様々な成分分析方法によって検出することができる。
【００９６】
より具体的に、第２の部分２０２の第２の酸素割合Ｒ２が第１の部分２０１の第１の酸素割合Ｒ１より小さいことができる。同じ２成分系金属酸化物の場合にも、金属に対する酸素の割合によって第１の導電型領域２０の特性が変わることができる。これを図７及び図８を参照して詳細に説明する。
【００９７】
図７は、２成分系金属酸化物層において金属に対する酸素の割合（酸素／金属）と電気伝導率を示した図である。図８は、Ｘ線光電子分光法を利用して金属に対する酸素の割合が互いに異なる金属酸化物層において価電子帯（ｖａｌａｎｃｅ  ｂａｎｄ）を測定した結果である。
【００９８】
図７に示すように、金属に対する酸素の割合が高い場合には、電気伝導率が低いことが分かり、熱処理温度が高く、金属に対する酸素の割合が低い場合には、電気伝導率が高いことが分かる。金属酸化物による化学両論値（ｓｔｏｉｃｈｉｏｍｅｔｒｉｃ  ｖａｌｕｅ）に比べて金属に対する酸素割合が低ければ、酸素空孔（ｏｘｙｇｅｎ  ｖａｃａｎｃｙ）が発生するようになる。このような酸素空孔は、キャリアの移動位置になるので、酸素空孔が多くなると、電気伝導率が高くなる。これにより、金属に対する酸素の割合が高ければ、電気伝導率が低く、金属に対する酸素の割合が低ければ、電気伝導率が高いことが分かる。
【００９９】
図８に示すように、矢印方向に金属に対する酸素割合が低くなる方向である。金属酸化物内に欠陥（ｄｅｆｅｃｔ）が存在する場合には、バンドギャップエネルギー以下の低いエネルギー領域で光電子（ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ）の吸収が発生するようになり、このため、ピーク（ｐｅａｋ）が表れるようになる。金属に対する酸素の割合が高い場合には、低いエネルギー領域でピークが表れないことに対し、金属に対する酸素割合が低くなると、点線の円で表示したように、低いエネルギー領域（例えば、０ｅＶ）でピークが発生したことが分かる。これにより、金属に対する酸素割合が化学両論値に比べて低ければ、膜で欠陥が多くなり、パッシベーション特性が低下する可能性がある。
【０１００】
すなわち、第１の導電型領域２０において金属に対する酸素割合が低ければ、電気伝導率が高いことに対し、膜の欠陥が高く、パッシベーション特性が低下することができ、これとは逆に、金属に対する酸素割合が高ければ、膜の欠陥が少なく、パッシベーション特性に優れたことに対し、電気伝導率が低いことができる。
【０１０１】
これを考慮すれば、第１の導電型領域２０において第１のトンネル層５２に隣接した第１の部分２０１の第１の酸素割合Ｒ１を相対的に高くして、界面欠陥を減少させてパッシベーション特性を向上する。そして、第１の電極４２に隣接した第２の部分２０２の第２の酸素割合Ｒ２を相対的に低くして、キャリアを効果的に抽出することができ、第１の電極４２との接触抵抗を最小化できる。
【０１０２】
このとき、第１の部分２０１の第１の酸素割合Ｒ１と第２の部分２０２の第２の酸素割合Ｒ２との差（Ｒ１−Ｒ２）が１以下でありうる。例えば、前記差（Ｒ１−Ｒ２）が０．１以上でありうる。前記差（Ｒ１−Ｒ２）が１より大きい場合には、第２の部分２０２の第２の酸素割合Ｒ２が大きく低くなることができ、これにより、第１の導電型領域２０のパッシベーション特性が全体的に低下し得る。そして、前記差（Ｒ１−Ｒ２）が０．１未満であれば、金属に対する酸素割合の差が大きくなく、これによる効果が表れないことがある。
【０１０３】
また、金属に対する酸素割合が大きい第１の部分２０１が、金属に対する酸素割合が小さい第２の部分２０２より高いバンドギャップ及び低い屈折率を有することができる。高いバンドギャップ及び低い屈折率を有する第１の部分２０１を含むことによって光吸収損失を低減できる。
【０１０４】
そして、第１の導電型領域２０において第１の部分２０１と第２の部分２０２との間では、第１の部分２０１から第２の部分２０２へ向かいながら金属に対する酸素割合が小さくなる傾向性を有する。第１の部分２０１と第２の部分２０２との間で金属に対する酸素割合は様々な様子に変化することができる。これを図９を参照して説明する。図９は、本発明の実施形態に係る太陽電池の第１の導電型領域２０において、様々な金属に対する酸素割合の変化様子を示したグラフである。
【０１０５】
図９の（ａ）〜（ｃ）に示したように、第１の部分２０１から第２の部分２０２へ向かいながら金属に対する酸素の割合が漸進的に減少することができる。例えば、図９の（ａ）に示したように、第１の部分２０１から第２の部分２０２へ向かいながら金属に対する酸素の割合が線形的（ｌｉｎｅａｒ  ｔｙｐｅ）に減少することができる。または、図９の（ｂ）に示したように、第１の部分２０１から第２の部分２０２へ向かいながら金属に対する酸素の割合が減少し、第２の部分２０２に近づくほど、減少割合（すなわち、図９のグラフにおいて傾き）が漸進的に小さくなることができる。または、図９の（ｃ）に示したように、第１の部分２０１から第２の部分２０２へ向かいながら金属に対する酸素の割合が減少し、第２の部分２０２に近づくほど、減少割合が漸進的に増加することができる。
【０１０６】
または、図９の（ｄ）及び（ｅ）に示したように、第１の部分２０１から第２の部分２０２へ向かいながら金属に対する酸素の割合が段階的に減少することができる。すなわち、金属に対する酸素の割合が一定した複数個の領域を備え、このような複数個の領域が第１の部分２０１から第２の部分２０２へ向かいながら金属に対する酸素の割合が次第に小さくなるように配置されることができる。例えば、図９の（ｄ）に示したように、第１の導電型領域２０が、均一に第１の酸素割合Ｒ１を有する第１の部分２０１と均一に第２の酸素割合Ｒ２を有する第２の部分２０２とが積層されて形成されることができる。例えば、高いバンドギャップ及び低い屈折率を有する第１の部分２０１の厚さを第２の部分２０２と同じであるか、これより大きくして光損失を最小化できる。しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、第１の部分２０１の厚さが第２の部分２０２より小さいこともできる。または、図９の（ｅ）に示したように、第１の導電型領域２０が均一な金属に対する酸素割合を有する部分を３個以上備え、３個以上の部分で金属に対する酸素の割合が第２の部分２０２へ向かいながら小さくなることができる。
【０１０７】
その他にも、特定の傾向性を探すことはできないが、様々な形態で第１の部分２０１から第２の部分２０２へ向かいながら金属に対する酸素の割合が減少することができ、これもまた本発明の範囲に属する。
【０１０８】
同様に、第２の導電型領域３０が第２のトンネル層５４に隣接した第１の部分３０１と、これとは逆に、第２の電極４２に隣接した第２の部分３０２とが互いに異なる組成を有する。第２の導電型領域３０の第１の部分３０１及び第２の部分３０２については、２成分系金属酸化物層として他の物質を使用することを除いては、第１の導電型領域２０の第１の部分２０１及び第２の部分２０２に関する内容がそのまま適用され得る。このとき、第１の部分３０１での金属に対する酸素割合である第１の酸素割合と、第２の部分３０２での金属に対する酸素割合である第２の酸素割合との差が１以下（例えば、０．１〜１）でありうる。
【０１０９】
上記の説明及び図面では、第１及び第２の導電型領域２０、３０がいずれも２成分系金属化合物層で構成され、第１の部分２０１、３０１及び第２の部分２０２、３０２を備えることを例示した。しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、第１及び第２の導電型領域２０、３０のうちの１つのみが上述した２成分系金属化合物層で構成されることも可能であり、第１及び第２の導電型領域２０、３０のうちの１つのみが互いに組成が異なる第１の部分２０１、３０１及び第２の部分２０２、３０２を備えることも可能である。例えば、第１の導電型領域２０の第１の部分２０１と第２の部分２０２とが互いに異なる金属に対する酸素割合を有し、第２の導電型領域３０の第１の部分３０１と第２の部分３０２とが互いに同じ金属に対する酸素割合を有することができる。これによれば、太陽電池１００の前面に位置する第１の電極４２との連結特性を向上して、第１の電極４２の第１の金属電極層４２２の線幅を減らして光損失を最小化できる。その他の様々な変形が可能である。そして、第１及び／又は第２の導電型領域２０、３０の第１の部分２０１、３０１及び第２の部分２０２、３０２で組成を異なるようにして、トンネル層５２、５４に隣接した第１の部分２０１、３０１でパッシベーション特性を向上して開放電圧及び充填密度を向上し、電極４２、４４に隣接した第２の部分２０２、３０２で電気的特性を向上できる。これにより、太陽電池１００の効率をさらに向上することができる。
【０１１０】
このような第１の部分２０１、３０１及び第２の部分２０２、３０２を有する導電型領域２０、３０は、図５ｂに示したように、導電型領域２０、３０を形成する工程において、工程条件を制御することによって形成されることができる。すなわち、本実施形態では、導電型領域２０、３０を形成する工程において導電型領域２０、３０が互いに異なる組成を有する第１の部分２０１、３０１及び第２の部分２０２、３０２を有するように形成する。これは、第１の部分２０１、３０１から第２の部分２０２、３０２へ向かいながら工程条件を変更することによって行われることができる。すなわち、導電型領域２０、３０を形成する工程のうち、初期工程（すなわち、第１の部分２０１、３０１を形成する工程）（以下、第１の工程）と導電型領域２０、３０を形成する工程のうち、後期工程（すなわち、第２の部分２０２、３０２を形成する工程）（以下、第２の工程）の工程条件を互いに異なるようにすることができる。このとき、必要な場合には、第１の工程と第２の工程との間にこれらと異なる工程条件を有する他の工程をさらに含むことができる。これを原子層蒸着法を利用する場合を例として説明する。
【０１１１】
例えば、酸素を含む第１の原料の供給時間（各工程当たり供給時間または総供給時間）及び／又は金属を含む第２の原料の供給時間（各工程当たり供給時間または総供給時間）を変化させることができる。すなわち、第１の工程では、第１の原料を第１の工程時間の間供給し、第２の工程では、第１の原料を第１の工程時間より短い第２の工程時間の間供給するか、及び／又は第１の工程では、第２の原料を第３の工程時間の間供給し、第２の工程では、第２の原料を第３の工程時間より長い第４の工程時間の間供給することができる。すると、第１の工程で形成された第１の部分２０１、３０１より第２の工程で形成された第２の部分２０２、３０２で金属に対する酸素の割合を低めることができる。
【０１１２】
または、酸素を含む第１の原料の時間当り供給量（または、濃度）、及び／又は金属を含む第２の原料の時間当り供給量（または、濃度）を変化させることができる。すなわち、第１の工程では、第１の原料を第１の供給量で供給し、第２の工程では、第１の原料を第１の供給量より小さい第２の供給量で供給するか、及び／又は第１の工程では、第２の原料を第３の供給量で、第２の工程では、第２の原料を第３の供給量より多い第４の供給量で供給することができる。すると、第１の工程で形成された第１の部分２０１、３０１より第２の工程で形成された第２の部分２０２、３０２で金属に対する酸素の割合を低めることができる。
【０１１３】
または、酸素を含む第１の原料を供給する工程の回数、及び／又は金属を含む第２の原料を供給する工程の回数を変化させることができる。すなわち、第１の工程では、第１の原料を供給する工程を総計第１の回数で行い、第２の工程では、第１の原料を供給する工程を第１の回数より小さい第２の回数で行うか、及び／又は第１の工程では、第２の原料を供給する工程を総計第３の回数で行い、第２の工程では、第２の原料を供給する工程を総計第３の回数より多い第４の回数で供給することができる。すると、第１の工程で形成された第１の部分２０１、３０１より第２の工程で形成された第２の部分２０２、３０２で金属に対する酸素の割合を低めることができる。
【０１１４】
または、酸素を含む第１の原料のパージ時間（各工程当りパージ時間または総パージ時間）及び／又は金属を含む第２の原料のパージ時間（各工程当りパージ時間または総パージ時間）を変化させることができる。すなわち、第１の工程では、第１の原料を第１の時間の間パージし、第２の工程では、第１の原料を第１の時間より長い第２の時間の間パージするか、及び／又は第１の工程では、第２の原料を第３の時間の間パージし、第２の工程では、第２の原料を第３の時間より短い第４の時間の間パージすることができる。すると、第１の工程で形成された第１の部分２０１、３０１より第２の工程で形成された第２の部分２０２、３０２で金属に対する酸素の割合を低めることができる。
【０１１５】
または、酸素を含む第１の原料のパージ工程の回数、及び／又は金属を含む第２の原料のパージ工程の回数を変化させることができる。すなわち、第１の工程では、第１の原料をパージする工程を総計第１の回数で行い、第２の工程では、第１の原料をパージする工程を第１の回数より多い第２の回数で行うか、及び／又は第１の工程では、第２の原料をパージする工程を総計第３の回数で行い、第２の工程では、第２の原料をパージする工程を総計第３の回数より少ない第４の回数で行うことができる。すると、第１の工程で形成された第１の部分２０１、３０１より第２の工程で形成された第２の部分２０２、３０２で金属に対する酸素の割合を低めることができる。
【０１１６】
第１の部分２０１、３０１から第２の部分（２０２、３０２）へ向かいながら工程条件を漸進的にまたは段階的に変化させることにより、図９の（ａ）〜（ｅ）に示したような様々な形態の金属に対する酸素の割合を有する導電型領域２０、３０を形成できる。そして、工程条件は、上述した様々な工程条件のうちの１つだけを使用することができ、複数個を混合して使用することもできる。
【０１１７】
上述した例では、原子層蒸着法を一例として説明したが、本発明がこれに限定されるものではない。他の方法による場合にも、第１の工程と第２の工程とで酸素を含む第１の原料及び金属を含む第２の原料のうち、少なくとも１つの供給時間（または、工程時間）、供給量、濃度、工程回数などを互いに異なるようにすることができる。例えば、第１の工程より第２の工程で第１の原料の供給時間、供給量、濃度、工程回数などをより小さくし、及び／又は第１の工程より第２の工程で第２の原料の供給時間、供給量、濃度、工程回数などをより大きくすることができる。
【０１１８】
本実施形態によれば、簡単な工程によって非晶質構造を有する２成分系金属酸化物層で構成される導電型領域２０、３０を形成できる。このとき、工程条件を変更することによって導電型領域２０、３０が互いに異なる組成を有する第１の部分２０１、３０１及び第２の部分２０２、３０２を形成できる。これにより、優れた特性及び効率を有する太陽電池１００を簡単な工程によって形成することができる。
【０１１９】
図１０は、本発明のさらに他の実施形態に係る太陽電池の断面図である。
【０１２０】
図１０に示すように、本実施形態では、第１のトンネル層５２が酸化物層で構成される第１のトンネル部分５２ａを備える。例えば、本実施形態では、第１のトンネル層５２が第１のトンネル部分５２ａのみで構成されて、第１のトンネル部分５２ａが半導体基板１０及び第１の導電型領域２０に接触されることができる。より具体的に、第１のトンネル部分５２ａが半導体基板１０を構成する半導体（例えば、シリコン）を含むシリコン酸化物層でありうる。本実施形態において第１のトンネル部分５２ａは、オゾンを用いて低温で形成されることができるが、この場合には、オゾンが半導体基板１０の内部まで浸透して酸化がなされ、第１のトンネル部分５２ａを形成する。オゾンを用いて第１のトンネル部分５２ａまたは第１のトンネル層５２を形成する工程については、後で太陽電池１００の製造方法において詳細に説明する。
【０１２１】
このように、オゾンが半導体基板１０の内部に浸透した状態で酸化をして形成された第１のトンネル部分５２ａは、半導体基板１０に隣接して形成される相転移（ｐｈａｓｅ  ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ）領域の厚さが０．５ｎｍ以下である。これにより、第１のトンネル部分５２ａは、酸素−リッチ（ｏｘｙｇｅｎ  ｒｉｃｈ）構造を有することができる。例えば、第１のトンネル部分５２ａは、ＳｉＯｘの化学式を有し、ｘが１．６〜２．２でありうる。
【０１２２】
ここで、相転移領域は、様々な方法によって定義されることができる。例えば、図１１に示したように、第１のトンネル部分５２ａの厚さ方向でシリコン及び酸素の含量を測定したグラフにおいて、シリコン及び酸素含量が均一な水準（ＳｉＯｘの化学式においてｘ値が１．６〜２．２の間の値を有しつつ、変化値が０．２以下、例えば、０．１以下）である状態に達するまでの厚さを相転移領域と定義することができる。ＳｉＯｘでｘの値は、Ｘ線光電子分光法（Ｘ−ｒａｙ  ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ、ＸＰＳ）などによって判断されることができる。または、高解像度透過電子顕微鏡（ｈｉｇｈ  ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ  ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ、ＨＲＴＥＭ）によってシリコン−酸素格子のイメージが不連続的な部分を相転移領域とみなすことができる。その他にも、ＳｉＯｘのｘ値は、エリプソメータ分析などでバンドギャップを測定して間接的に判別することもできる。例えば、エリプソメータ分析においてシリコン−リッチ構造の場合にはバンドギャップが減少し、酸素−リッチ構造の場合にはバンドギャップが増加する。
【０１２３】
このように、相転移領域が形成されないか、相転移領域が薄い厚さで形成されれば、第１のトンネル部分５２ａが低い欠陥密度（ｄｅｆｅｃｔ  ｄｅｎｓｉｔｙ）を有し、化学的にも安定かつ優秀なパッシベーション特性を有することができる。そして、本実施形態では、第１のトンネル部分５２ａが水素を含むことができる。これは、オゾンを用いたオゾン処理工程中に水素を含む物質を共に供給することによって容易に実現されることができる。これによれば、水素によって第１のトンネル部分５２ａのパッシベーション特性を向上できる。
【０１２４】
特に、２成分系金属酸化物層で構成された第１の導電型領域２０を備える本実施形態では、第１のトンネル部分５２ａまたは第１のトンネル層５２の欠陥密度、パッシベーション特性などがキャリアを抽出する効率またはキャリアの寿命に大きい影響を及ぼすようになる。これにより、本実施形態に係る太陽電池１００では、第１のトンネル部分５２ａまたは第１のトンネル層５２の特性を向上して、このような太陽電池１００での効率を向上できる。
【０１２５】
それに対し、本実施形態とは異なり、蒸着などの方法で酸化物層を形成した場合には、酸素−欠乏（ｏｘｙｇｅｎ  ｄｅｆｉｃｉｅｎｔ）構造（例えば、ＳｉＯｘでｘが１．６未満）を有するか、または相転移領域の厚さが０．５ｎｍを超過する。これをさらに詳細に説明する。
【０１２６】
従来技術では、酸素を含む原料気体を供給しながら７００℃以上（例えば、９００℃内外）で短い時間の間蒸着する工程によって酸化物層を形成し、これをトンネル層として使用した。酸化物層は、トンネル層として機能できるように薄い厚さを有さなければならないので、短い時間（例えば、数秒または数十秒）の間、蒸着工程が行われる。これにより、酸素が半導体基板１０の内部に十分に拡散され難く、反応性（ｒｅａｃｔｉｏｎ  ｒｅａｃｔｉｖｉｔｙ）を高めるのにも限界がある。これにより、蒸着初期に酸素−シリコン−酸素（Ｏ−Ｓｉ−Ｏ）結合を形成するための酸素が足りない状態になるので、酸化物層が酸素−欠乏構造を有するか、または、半導体基板１０に隣接した酸化物層の部分が酸素が欠乏された部分（すなわち、相転移領域）を厚く備えるようになる。これにより、酸化物層がシリコン−リッチ構造を有するようになり、パッシベーション特性に不利でありうる。そして、蒸着工程中に半導体基板１０の表面に位置する水素が高い工程温度によって除去されるので、酸化物層が水素を含むことができず、パッシベーション特性にさらに不利でありうる。
【０１２７】
このとき、蒸着によって形成された酸化物層で酸素が欠乏された程度が非常に大きければ（すなわち、ＳｉＯｘでｘが非常に小さければ）、酸化物層と、その上に形成される第１の導電型領域２０の２成分系金属酸化物の相互反応によってこれらの界面で追加酸化反応が起こり得る。すると、第１の導電型領域２０の特性が変化され得る。そして、パッシベーション特性を向上するために、水素を供給する後続熱処理工程を行わなければならないが、別の工程によって行われなければならないので、工程が複雑になり、後続熱処理工程で熱安全性の低い導電型領域２０の特性が変化し得る。
【０１２８】
本実施形態では、オゾン処理によって第１のトンネル部分５２ａを形成するので、このような従来技術の問題を防止できる。
【０１２９】
上述した実施形態等及び変形例等において、第１のトンネル層５２の厚さに関する内容及び図３を参照したバンドダイヤグラムに関する内容は、第１のトンネル部分５２ａにそのまま適用されることができる。
【０１３０】
本実施形態において第２のトンネル層５４は、第１のトンネル部分５４ａだけでなされて、第１のトンネル部分５４ａが半導体基板１０と第２の導電型領域３０との間でこれらにそれぞれ接触することができる。
【０１３１】
第２のトンネル層５４または第１のトンネル部分５４ａ、第２の導電型領域３０及び第２の電極４４は、半導体基板１０の後面に位置するという点を除いては、第１のトンネル層５２または第１のトンネル部分５２ａ、第１の導電型領域２０及び第１の電極４２と同様なので、これに関する説明がそのまま適用され得る。ただし、第１の導電型領域２０と第２の導電型領域３０とは、互いに抽出するキャリアの極性が異なるので、互いに異なる物質を有する。第１のトンネル層５２と第２のトンネル層５４、及び／又は第１のトンネル部分５２ａと第２のトンネル部分５４ａとは互いに同じ厚さ、形状、物質などを有することができ、互いに異なる厚さ、形状、物質などを有することもできる。
【０１３２】
本実施形態では、太陽電池１００が両面受光型構造を有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い。他の変形例として、図１２に示したように、第２の金属電極層４４２が半導体基板１０の後面側で第２の導電型領域３０上に全体的に形成されることができる。このような第２の金属電極層４４２は、反射層として機能して、半導体基板１０を通過して後面に到達した光を反射させて再入射させることができる。この場合には、第２の金属電極層４４２が十分な面積で形成されるので、第２の透明電極層（図１の参照符号４４０）が形成されず、第２の金属電極層４４２が第２の導電型領域３０に直接接触することができる。これにより、構造を単純化できる。しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、第２の透明電極層４２０が第２の導電型領域３０と第２の金属電極層４２２との間に備えられることもできる。このような変形例は、本実施形態だけでなく、他の実施形態等及びこれらの変形例に適用されることもできる。
【０１３３】
本実施形態によれば、第１及び／又は第２のトンネル層５２、５４（または、第１のトンネル部分５２ａ、５４ａ）がオゾン処理によって形成されて、酸素−リッチ構造を有するか、相転移領域を備えないか、非常に薄い厚さを有するように形成される。これにより、第１及び／又は第２のトンネル層５２、５４（または、第１のトンネル部分５２ａ、５４ａ）の欠陥密度が少なく、これらが化学的にも安定であり、パッシベーション特性に優れている。ここで、第１及び／又は第２のトンネル層５２、５４（または、第１のトンネル部分５２ａ、５４ａ）が水素を含めば、水素パッシベーションによってパッシベーション特性を大きく向上することができる。特に、２成分系金属酸化物層で構成された第１及び／又は第２の導電型領域２０、３０を備える太陽電池１００の効率を向上できる。
【０１３４】
本実施形態に係る太陽電池１００の製造方法を説明すれば、次のとおりである。
【０１３５】
図５ａに示したトンネル層５２、５４の形成工程において半導体基板１０の前面及び後面にそれぞれ第１のトンネル部分５２ａ、５４ａを形成して、第１及び第２のトンネル層５２、５４を形成する。例えば、半導体基板１０の前面上に位置する第１のトンネル部分５２ａと半導体基板１０の後面上に位置する第２のトンネル部分５４ａとを同時に形成することができる。すると、製造工程を単純化できる。しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、第１のトンネル部分５２ａと第２のトンネル部分５４ａとは互いに異なる工程によって形成されることができる。
【０１３６】
このとき、第１のトンネル部分５２ａ、５４ａは、半導体基板１０にオゾンを原料気体の少なくとも一部で供給しながら熱処理する工程によって形成されることができる。例えば、第１のトンネル層５２、５４を構成する第１のトンネル部分５２ａ、５４ａを形成する工程を、導電型領域２０、３０を蒸着する蒸着装置で行うことができる。すなわち、第１のトンネル部分５２ａ、５４ａを形成する工程では、原料気体としてオゾンを使用し、導電型領域２０、３０を形成する工程では、原料気体として２成分系金属酸化物を使用できる物質を使用する。このように、原料気体（すなわち、気体雰囲気）を変化させることにより、第１のトンネル部分５２ａ、５４ａ（または、第１のトンネル層５２、５４）と導電型領域２０、３０とを同じ蒸着装置内で連続的に行われるイン−サイチュ（ｉｎ−ｓｉｔｕ）工程によって行うことができる。これにより、第１のトンネル部分５２ａ、５４ａが大気に露出されなかった状態で導電型領域２０、３０が形成されるので、大気露出による追加的な酸化等によってトンネル層５２、５４の厚さ、特性などが変化することを防止できる。また、第１のトンネル層５２、５４を形成するために、別の装置（例えば、紫外線照射装置）などを使用しても良いので、工程を単純化できる。
【０１３７】
蒸着装置内の温度は、長い時間の間熱を加えるか、熱を冷やすことによって調節され、温度を安定化するのに時間が多くかかることに対し、気体雰囲気は、蒸着装備内に供給される気体の種類などを変更することによって容易に調節されることができる。
【０１３８】
例えば、本実施形態において第１のトンネル部分５２ａ、５４ａは、導電型領域２０、３０と同様に、原子層蒸着または物理的気相蒸着によって形成されることができる。特に、第１のトンネル部分５２ａ、５４ａは、オゾンを供給する原子層蒸着工程によって形成されることができる。より具体的に、原子層蒸着装置内にオゾンを供給して半導体基板１０の半導体物質と化学的に反応させて、一層の酸化物層を形成した後にオゾンをパージし、再度オゾンを供給し、一層の酸化物層を形成してオゾンをパージし、所望の厚さの酸化物層で構成される第１のトンネル部分５２ａ、５４ａを形成する。これによれば、第１のトンネル部分５２ａ、５４ａの厚さを層単位に制御して、所望の厚さの第１のトンネル部分５２ａ、５４ａを形成できる。
【０１３９】
このとき、第１のトンネル部分５２ａ、５４ａを形成する工程温度が４００℃以下（例えば、２５０℃以下）でありうる。これは、イン−サイチュ工程によって第１のトンネル部分５２ａ、５４ａと導電型領域２０、３０とを連続的に形成するとき、温度変化が大きく起こらないようにするためである。それに対し、第１のトンネル部分５２ａ、５４ａの工程温度と導電型領域２０、３０の工程温度との差が大きい場合には、温度を調節するために工程時間が長くなるか、温度調節中に特性が変化するなどの問題が生じ得る。また、低い温度で第１のトンネル部分５２ａ、５４ａを形成して、半導体基板１０の表面または末端部が水素化（Ｈ−ｔｅｒｍｉｎａｔｅｄ）された状態を維持させることができる。例えば、第１のトンネル部分５２ａ、５４ａと導電型領域２０、３０との温度差が１００℃以下になるようにして工程をさらに単純化できる。
【０１４０】
このように、相対的に低い温度で第１のトンネル部分５２ａ、５４ａを形成するようになると、酸素（または、酸素分子）（Ｏ2）形態の原料気体を注入する場合には、酸化がよく起こらないことがある。したがって、本実施形態では、酸素に比べて化学的安全性が低く、酸素状態で安定化される過程で酸素ラジカル（Ｏ*  ｒａｄｉｃａｌ）を形成するオゾンを使用する。オゾンによって生成される酸素ラジカルは、非常に高い酸化力を有するので、半導体基板１０の表面と反応して半導体酸化物層（例えば、シリコン酸化物層）で構成される第１のトンネル部分５２ａ、５４ａを形成できる。さらに、酸素ラジカルは、非常に速い拡散速度及び小さい原子半径（ａｔｏｍｉｃ  ｒａｄｉｕｓ）によって半導体基板１０の表面の下まで浸透した状態で半導体基板１０と反応することができる。これを図１３を参照して詳細に説明する。
【０１４１】
図１３は、図１０に示した太陽電池１００の製造方法において第１のトンネル部分の形成工程でオゾン処理の際の反応を示した原理図である。
【０１４２】
図１３に示すように、オゾン処理の際に供給された酸素ラジカルは、非常に速い拡散速度及び小さい原子半径によって半導体基板１０の内部に浸透して半導体基板１０の末端部でない、半導体基板１０の内部（すなわち、バルク（ｂｕｌｋ））に存在するシリコン−シリコン結合のバックボーン（ｂａｃｋ  ｂｏｎｅ）と結合してシリコン酸化物を形成する。これにより、半導体基板１０の末端部に結合された水素をそのまま維持した状態でシリコン酸化物層を形成でき、水素パッシベーションによる効果をそのまま維持することができる。
【０１４３】
これにより、第１のトンネル部分５２ａ、５４ａが酸素−リッチ構造を有するか、第１のトンネル部分５２ａ、５４ａに相転移領域が形成されないか、非常に薄い厚さ（０．５ｎｍ以下）で形成されることができる。これにより、欠陥密度が小さくて、優れたパッシベーション特性を有する第１のトンネル部分５２ａ、５４ａを形成できる。
【０１４４】
オゾン熱処理工程を利用した第１のトンネル部分５２ａ、５４ａの形成中にオゾン気体は単独で供給されることができ、オゾン気体とともに他の気体がさらに供給されることができる。他の気体は、オゾン気体とともに供給された後、共にパージされることができ、または、オゾン気体が供給されてパージした後、他の気体が供給されてパージされることができる。他の気体には、第１のトンネル部分５２ａ、５４ａの一部を構成する半導体（例えば、シリコン）を含む半導体包含物質（例えば、シリコン包含物質、一例として、シラン）を使用できる。または、他の気体として水素包含物質を使用できる。すると、第１のトンネル部分５２ａ、５４ａが水素を含むようになり、別の水素パッシベーション工程を行わなくとも水素パッシベーションを可能とすることができる。水素包含物質には、水分（Ｈ2Ｏ）または水素気体（Ｈ2）を使用できる。水分は、液状状態で供給されることができるが、実際には、気化された状態で反応されることができる。
【０１４５】
上記の説明では、オゾンを用いたオゾン熱処理工程に第１のトンネル部分５２ａ、５４ａを形成して、導電型領域２０、３０とのイン−サイチュ工程によって工程を単純化できる。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のトンネル部分５２ａ、５４ａをシリコン前駆体と酸素を用いた原子層蒸着法によって形成することができ、この場合にも、第１のトンネル部分５２ａ、５４ａと導電型領域２０、３０とをイン−サイチュ工程によって形成することができる。この他の様々な工程が使用され得る。
【０１４６】
例えば、原子層蒸着工程の工程温度が４００℃以下（例えば、２５０℃以下）でありうる。そして、原子層蒸着工程の工程温度が１００℃以上（例えば、１５０℃以上）でありうる。または、物理的気相蒸着工程の工程温度が常温ないし４００℃以下（例えば、２５０℃以下）（例えば、５〜２５０℃、一例として、５〜１５０℃）でありうる。
【０１４７】
そして、図５ｂに示したように、導電型領域２０、３０を形成する工程において導電型領域２０、３０を形成する。本実施形態において導電型領域２０、３０は、トンネル層５２、５４を形成した装置内で連続的な工程によって行われることができる。導電型領域２０、３０の形成工程は、図５ｂを参照して前述したので、詳細な説明を省略する。
【０１４８】
例えば、本実施形態において導電型領域２０、３０の厚さが２ｎｍ以上（例えば、５ｎｍ以上）でありうる。本実施形態では、第１のトンネル部分５２ａ、５４ａによって導電型領域２０、３０の厚さを均一にすることができるので、導電型領域２０、３０の厚さを２ｎｍ以上の水準で形成しても、所望の効果を得ることができる。
【０１４９】
これにより、図５ｃに示したように、第１及び／又は第２の電極４２、４４を形成する工程が４００℃以下（例えば、３５０℃以下、一例として、３００℃以下、一例として、２５０℃以下）の工程温度で行われることができる。そして、導電型領域２０、３０を形成するステップ以後に行われる全てのステップが４００℃以下（例えば、３５０℃以下、一例として、３００℃以下、一例として、２５０℃以下）の工程温度で行われることができる。これにより、太陽電池１００の製造工程中に４００℃を超過する温度で行われる工程が存在せず、全ての工程（すなわち、第１のトンネル部分５２ａ、５４ａまたはトンネル層５２、５４の形成工程、導電型領域２０、３０の形成工程、電極４２、４４の形成工程）は、全体的に４００℃以下の温度で行われることができる。このような温度によって導電型領域２０、３０の非晶質構造または非晶質部ＡＡが結晶質化されずに維持されて最終構造に残存することができる。
【０１５０】
本実施形態によれば、このとき、トンネル層５２、５４の少なくとも一部（すなわち、少なくともトンネル層５２、５４で導電型領域２０、３０と隣接または接触した部分）と導電型領域２０、３０とをイン−サイチュ工程によって形成すれば、工程をさらに単純化できる。このとき、オゾン処理によれば、低い温度でも導電型領域２０、３０と同じ方法にてトンネル層５２、５４の少なくとも一部を形成できるので、トンネル層５２、５４と導電型領域２０、３０との形成の際、イン−サイチュ工程が容易に適用され得る。これにより、優れた特性及び効率を有する太陽電池１００を簡単な工程によって形成することができる。
【０１５１】
図１４は、本発明のさらに他の実施形態に係る太陽電池の断面図である。
【０１５２】
図１４に示すように、本実施形態では、第１のトンネル層５２が第１のトンネル部分５２ａの他にも、第２のトンネル部分５２ｂをさらに備えることができる。例えば、第２のトンネル部分５２ｂが半導体基板１０に隣接（例えば、接触）して形成され、第１のトンネル部分５２ａが第２のトンネル部分５２ｂと第１の導電型領域２０との間で半導体基板１０の前面側で全体的に形成されることができる。このとき、第２のトンネル部分５２ｂは、ドーパントを含まないアンドープ膜でありうる。
【０１５３】
このような第２のトンネル部分５２ｂは、多数キャリアがトンネリングされ得る様々な物質を含むことができるが、一例として、酸化物、窒化物、半導体、導電性高分子などを含むことができる。例えば、第２のトンネル部分５２ｂは、シリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコン酸化窒化物、シリコン炭化物、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。
【０１５４】
特に、第２のトンネル部分５２ｂは、シリコン酸化物を含むシリコン酸化物層で構成されることができる。シリコン酸化物層は、パッシベーション特性に優れ、キャリアがトンネリングされやすい膜であるためである。このようなシリコン酸化物層は、熱的酸化（ｔｈｅｒｍａｌ  ｏｘｉｄａｔｉｏｎ）または化学的酸化（ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｏｘｉｄａｔｉｏｎ）によって形成されることができる。または、第２のトンネル部分５２ｂがオゾン処理を利用して形成され、第１のトンネル部分５２ａと異なる工程を利用したオゾン処理によって形成されることができる。例えば、オゾン気体を溶液に溶かして、ここに半導体基板１０を浸漬（ｄｉｐｐｉｎｇ）させることによってオゾン処理を行い、第２のトンネル部分５２ｂを形成できる。溶液には、水、硝酸、硫酸、塩酸、過酸化水素、及びこれらを含む混合物を使用できる。例えば、工程温度が８０〜１２０℃でありうるし、工程時間が１分ないし１時間（例えば、１分ないし２０分）でありうる。このような工程温度及び工程時間は、第２のトンネル部分５２ｂを形成するのに適した範囲に限定されたものであるが、本発明がこれに限定されるものではない。さらに他の例として、酸素を含む空気中に紫外線ＵＶにさらして空気中の酸素をオゾンに切り換え、これを使用して半導体基板１０に第２のトンネル部分５２ｂを形成できる。この場合には、紫外線を半導体基板１０に隣接した部分にさらすことが有利であり、オゾンの生成及び寿命が空気の温度、湿度などに影響を受けることができる。この場合、第２のトンネル部分５２ｂと第１のトンネル部分５２ａとは、同じシリコン酸化物層で構成されるので、実際には図面と異なり、１つの層として認識されることができる。
【０１５５】
または、第２のトンネル部分５２ｂが真性非晶質シリコン（ｉ−ａ−Ｓｉ）層からなることができる。すると、第２のトンネル部分５２ｂが半導体基板１０と同じ半導体物質を含んで類似した特性を有し、容易に水素化され得るので、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２のトンネル部分５２ｂ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シリコン酸化物（ｉ−ａ−ＳｉＯｘ）層からなることができる。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し得るが、パッシベーション特性は、真性非晶質シリコン（ｉ−ａ−Ｓｉ）層を含む場合より多少低いことがある。
【０１５６】
第２のトンネル部分５２ｂの厚さは、第１の導電型領域２０及び／又は第１のトンネル部分５２ａと同じであるか、これより小さいか、これより大きいことができる。または、第２のトンネル部分５２ｂの厚さが１０ｎｍ以下でありうる。例えば、トンネリング効果を十分に実現できるように、第２のトンネル部分５２ｂの厚さが５ｎｍ以下（より具体的には、２ｎｍ以下、例えば、０．５ｎｍ〜２ｎｍ）でありうる。特に、第１のトンネル部分５２ａと第２のトンネル部分５２ｂとの厚さの合計（すなわち、第１のトンネル層５２の厚さ）が１０ｎｍ以下でありうる。しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、第１のトンネル層５２または第２のトンネル部分５２ｂの厚さが様々な値を有することができる。
【０１５７】
第２のトンネル部分５２ｂ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））、化学的酸化などによって形成されることができる。例えば、第２のトンネル部分５２ｂ、第１のトンネル部分５２ａ、及び第１の導電型領域２０は、イン−サイチュ工程（例えば、原子層蒸着法を利用した連続的な工程）によって形成することができる。または、第１のトンネル部分５２ａ及び第１の導電型領域２０は、イン−サイチュ工程によって形成し、第２のトンネル部分５２ｂのこれと連続しない工程によって個別的に形成することもできる。その他の様々な変形が可能である。
【０１５８】
このように、第１のトンネル層５２が互いに積層形成される第１のトンネル部分５２ａと第２のトンネル部分５２ｂとを備えると、これらが、第１の導電型領域２０に含まれる金属が半導体基板１０側に拡散することを防止するキャップ層（ｃａｐｐｉｎｇ  ｌａｙｅｒ）またはバリアバッファ層（ｂａｒｒｉｅｒ  ｂｕｆｆｅｒ  ｌａｙｅｒ）の役割をすることができる。これにより、パッシベーション特性を優秀に維持し、漏れ電流を防止して電気的特性を向上できる。
【０１５９】
そして、第２のトンネル層５４が第１のトンネル部分５４ａの他にも、第２のトンネル部分５４ｂをさらに備えることができる。第２のトンネル部分５４ｂについては、位置などを除いては、前述した第２のトンネル部分５２ｂの説明がそのまま適用され得るので、これに関する説明を省略する。
【０１６０】
図面及び上記の説明では、第１のトンネル部分５２ａ、５４ａが第２のトンネル部分５２ｂ、５４ｂと半導体基板１０との間に位置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。他の例として、図１５に示したように、第２のトンネル部分５２ｂ、５４ｂが第１のトンネル部分５２ａ、５４ａと半導体基板１０との間に位置することも可能である。このときには、第１のトンネル部分５２ａ、５４ａを形成した後、第２のトンネル部分５２ｂ、５４ｂを形成できる。例えば、第１のトンネル部分５２ａ、５４ａ、第２のトンネル部分５２ｂ、５４ｂ、及び導電型領域２０、３０は、イン−サイチュ工程（例えば、原子層蒸着法を利用した連続的な工程）によって形成することができる。
【０１６１】
また、図１４及び図１５は、トンネル層５２、５４を除いては、図１、図６、または図１０に示した太陽電池１００と同様な構造を有することと例示したが、本発明がこれに限定されるものではない。したがって、後述する図１６に示した太陽電池１００においてトンネル層５６が第１のトンネル部分を備えるか、第１のトンネル部分及び第２のトンネル部分を備えることができる。このような第１及び／又は第２のトンネル部分については、位置などを除いては、前述した第１のトンネル部分５２ａ、５４ａ及び／又は第２のトンネル部分５２ｂ、５４ｂの説明がそのまま適用され得るので、これに関する説明を省略する。
【０１６２】
図１６は、本発明のさらに他の実施形態に係る太陽電池の断面図であり、図１７は、図１６に示した太陽電池の後面平面図である。簡略な図示のために、図１７では、第１の電極４２の第１の透明電極層４２０及び第２の電極４４の第２の透明電極層４４０に関する図示を省略する。
【０１６３】
図１６及び図１７に示すように、本実施形態では、半導体基板１０の後面上にトンネル層５６が位置し、トンネル層５６上で同一平面上に第１及び第２の導電型領域２０、３０が位置し得る。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、その上に透明導電性膜２２及び反射防止膜２４が位置し得る。
【０１６４】
トンネル層５６については、上述した実施形態の第１または第２のトンネル層５２、５４に対する説明がそのまま適用され得る。第１及び第２の導電型領域２０、３０の位置及び形状を除いては、第１及び第２の導電型領域２０、３０については、上述した実施形態の第１及び第２の導電型領域２０、３０に対する説明がそのまま適用され得る。第１及び第２の導電型領域２０、３０の形状は、後で図１７を参照してさらに詳細に説明する。
【０１６５】
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ありうる。これは、トンネル層５６が形成された後面の特性によってキャリアの移動特性などが大きく変わることができるためである。
【０１６６】
本実施形態では、第１の導電型領域２０と第２の導電型領域３０とがトンネル層５６上に位置（例えば、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の導電型領域２０と第２の導電型領域３０とが半導体物質及び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生じないためである。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、変形例としてトンネル層２０上で第１の導電型領域２０と第２の導電型領域３０との間に位置し、これらが接触すること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、空いた空間で構成されることができ、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ることができる。
【０１６７】
半導体基板１０の前面上に位置（例えば、接触）する前面電界形成層６０は、固定電荷を備える膜または上述したように、電子または正孔を選択的に収集できる２成分系金属酸化物層で構成されることができる。例えば、前面電界形成層６０は、固定電荷を備えるアルミニウム酸化物を含むアルミニウム酸化物層でありうる。または、前面電界形成層６０が電子または正孔を選択的に抽出及び収集できるモリブデン酸化物層、タングステン酸化物層、バナジウム酸化物層、ニッケル酸化物層、レニウム酸化物層、チタニウム酸化物層、亜鉛酸化物層、ニオビウム酸化物層等で構成されることができる。または、前面電界形成層６０が上述した層等を複数で含む層でありうる。このような前面電界形成層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。
【０１６８】
このとき、前面電界形成層６０を、第１または第２の導電型領域２０、３０を構成する金属化合物層のうちの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。例えば、前面電界形成層６０と第２の導電型領域３０とをチタニウム酸化物層で形成することができる。
【０１６９】
このような前面電界形成層６０は、外部回路または他の太陽電池１００と連結される電極４２、４４には連結されなかった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ような効果を表すことができる。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、ベース領域１１０だけで構成されて、半導体基板１０の欠陥を最小化することができる。
【０１７０】
このとき、前面電界形成層６０の厚さは、第１または第２の導電型領域２０、３０の厚さと同じであるか、これより小さいことができる。前面電界形成層６０は、キャリアを外部に伝達するための層でないので、相対的に小さい厚さを有しても良いためである。例えば、前面電界形成層６０の厚さが１ｎｍ〜１０ｎｍでありうる。このような厚さで前面電界形成層６０による効果を十分に実現することができる。しかし、本発明が前面電界形成層６０の厚さに限定されるものではない。
【０１７１】
図面に示してはいないが、半導体基板１０と前面電界形成層６０との間にさらに他の中間層が位置し得る。このような中間層は、トンネル層５６または上述した実施形態の第１または第２のトンネル層５２、５４に関する説明がそのまま適用されることができる。このとき、半導体基板１０の後面に位置したトンネル層５６と半導体基板１０の前面に位置した中間層とが同じ物質を含むことができ、互いに異なる物質を含むこともできる。例えば、半導体基板１０の後面に位置したトンネル層５６と半導体基板１０の前面に位置した中間層とが同じ工程によって共に形成されることができる。
【０１７２】
半導体基板１０の前面上にまたは前面電界形成層６０上に透明導電性膜２２が位置（例えば、接触）し得る。このような透明導電性膜２２は、外部回路または他の太陽電池１００に連結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））を防止できる。透明導電性膜２２は、必須な膜ではなく、透明導電性膜２２を備えないものも可能である。
【０１７３】
例えば、透明導電性膜２２は、酸化インジウムスズ（ｉｎｄｉｕｍ  ｔｉｎ  ｏｘｉｄｅ、ＩＴＯ）、炭素ナノチューブ（ｃａｒｂｏｎ  ｎａｎｏ  ｔｕｂｅ、ＣＮＴ）など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、透明導電性膜２２には、その他の様々な物質を含むことができる。
【０１７４】
半導体基板１０の前面上にまたは透明導電性膜２２上に反射防止膜２４が位置（例えば、接触）し得る。反射防止膜２４は、半導体基板１０の前面に入射される光の反射率を減少させる。これにより、太陽電池１００に到達する光の量を増加させることができる。これにより、太陽電池１００の短絡電流を増加させることができる。
【０１７５】
反射防止膜２４は、様々な物質で形成されることができる。例えば、反射防止膜２４は、シリコン窒化膜、水素を含むシリコン窒化膜、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、シリコン炭化膜、ＭｇＦ2、ＺｎＳ、ＴｉＯ2、及びＣｅＯ2からなる群より選ばれたいずれか１つの単一膜、または２個以上の膜が組み合わせられた多層膜構造を有することができる。例えば、反射防止膜２４は、シリコン窒化膜でありうる。
【０１７６】
前面電界形成層６０、透明導電性膜２２、そして、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ることができる。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。
【０１７７】
他の変形例として、前面電界形成層６０を形成せずに、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い濃度で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として使用することができる。そして、ドーピング領域上に絶縁物質で構成されるパッシベーション膜及び反射防止膜２４が位置し得る。
【０１７８】
図１７に示すように、本実施形態では、第１の導電型領域２０と第２の導電型領域３０とは、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交互に位置している。図面に図示していないが、互いに離間した複数の第１の導電型領域２０が一側端で互いに連結されることができ、互いに離間した複数の第２の導電型領域３０が他側端で互いに連結されることができる。しかし、本発明がこれに限定されるものではない。
【０１７９】
ここで、ベース領域１１０の多数キャリアと同じキャリア（すなわち、電子）を収集する第２の導電型領域３０の面積よりベース領域１１０の多数キャリアと異なるキャリア（すなわち、正孔）を収集する第１の導電型領域２０の面積を広く形成することができる。これにより、エミッタ領域として機能する第１の導電型領域２０が十分な面積で形成されることができる。そして、広く形成された第１の導電型領域２０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。例えば、第１の導電型領域２０及び第２の導電型領域３０の面積は、これらの幅を異ならせることによって調節されることができる。すなわち、第１の導電型領域２０の幅Ｗ１が第２の導電型領域３０の幅Ｗ２より大きいことができる。
【０１８０】
そして、第１の電極４２の第１の金属電極層４２２が第１の導電型領域２０に対応してストライプ形状で形成され、第２の電極４４の第２の金属電極層４４２が第２の導電型領域３０に対応してストライプ形状で形成されることができる。簡略な図示のために、図示を省略したが、第１の電極４２の第１の透明電極層４２０が第１の金属電極層４２２より広い面積を有しつつ、ストライプ形状で形成され、第２の電極４４の第２の透明電極層４４０が第２の金属電極層４４２より広い面積を有しつつ、ストライプ形状で形成されることができる。そして、図面に図示していないが、第１の電極４２が一側端で互いに連結されて形成され、第２の電極４４が他側端で互いに連結されて形成されることができる。しかし、本発明がこれに限定されるものではない。
【０１８１】
本実施形態において第１の透明電極層４２０及び第２の透明電極層４４０は、必須な構成ではなく、第１の透明電極層４２０及び第２の透明電極層４４０が形成されないこともある。この場合には、第１の金属電極層４２２及び第２の金属電極層４４２が第１及び第２の導電型領域２０、３０に接触して形成されることができる。この場合には、構造を単純化できる。
【０１８２】
本実施形態に係る太陽電池１００では、第１及び第２の電極４２、４４（特に、第１及び第２の金属電極層４２２、４４２）が共に半導体基板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せず、光損失を最小化できる。特に、本実施形態では、第１及び第２の導電型領域２０、３０のうち、少なくとも１つが金属化合物層で形成されるので、電気的特性を考慮して、第１及び第２の電極４２、４４の第２の金属電極層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できる。
【０１８３】
このような太陽電池１００は、図５ａを参照して説明した方法によって半導体基板１０の後面にトンネル層５６を形成し、その上に図５ｂを参照して説明した方法によって第１及び第２の導電型領域２０、３０を形成し、その上に図５ｃを参照して説明した方法によって第１及び第２の電極４２、４４を形成する。第１及び第２の導電型領域２０、３０、第１及び第２の透明電極層４２０、４４０、及び／又は第１及び第２の金属電極層４２２、４４２が所定のパターンを有するようにするために、蒸着などを利用してこれらを形成するときには、マスクまたはマスク層などを使用することができる。
【０１８４】
以下、本発明の実験例によって本発明をさらに詳細に説明する。本発明の実験例は、本発明を例示するためのものであり、本発明がこれに限定されるものではない。
【０１８５】
実施例１
ｎ型を有する単結晶シリコン基板の前面及び後面にそれぞれシリコン酸化物層で構成される第１及び第２のトンネル層を形成した。そして、モリブデン酸化物層で構成される第１の導電型領域とチタニウム酸化物層で構成される第２の導電型領域とを形成した。第１の導電型領域は、２００℃の工程温度で原子層蒸着工程を行って形成され、厚さが１０ｎｍであり、第２の導電型領域は、２００℃の工程温度で原子層蒸着工程を行って形成され、厚さが１０ｎｍであった。そして、透明電極層及び金属電極層を順に形成して第１及び第２の電極を形成した。
【０１８６】
実施例２
第１の導電型領域の厚さが２０ｎｍであり、第２の導電型領域の厚さが２０ｎｍであるという点を除いては、実施例１と同じ方法によって太陽電池を製造した。
【０１８７】
実施例３
第１の導電型領域の厚さが３０ｎｍであり、第２の導電型領域の厚さが３０ｎｍであるという点を除いては、実施例１と同じ方法によって太陽電池を製造した。
【０１８８】
実施例４
第１の導電型領域の厚さが６ｎｍであり、第２の導電型領域の厚さが６ｎｍであるという点を除いては、実施例１と同じ方法によって太陽電池を製造した。
【０１８９】
実施例５
第１の導電型領域を形成する原子層蒸着工程の工程温度が１５０℃であり、第２の導電型領域を形成する原子層蒸着工程の工程温度が１５０℃であるという点を除いては、実施例１と同じ方法によって太陽電池を製造した。
【０１９０】
実施例６
第１の導電型領域を形成する原子層蒸着工程の蒸着温度が２５０℃であり、第２の導電型領域を形成する原子層蒸着工程の蒸着温度が２５０℃であるという点を除いては、実施例１と同じ方法によって太陽電池を製造した。
【０１９１】
比較例１
第１の導電型領域を化学的気相蒸着で形成し、第２の導電型領域を化学的気相蒸着の工程で形成したという点を除いては、実施例１と同じ方法によって太陽電池を製造した。
【０１９２】
比較例２
第１の導電型領域を形成する原子層蒸着工程の工程温度が３５０℃であり、第２の導電型領域を形成する原子層蒸着工程の工程温度が３５０℃であるという点を除いては、実施例１と同じ方法によって太陽電池を製造した。
【０１９３】
比較例３
第１の導電型領域を形成する原子層蒸着工程の工程温度が８０℃であり、第２の導電型領域を形成する原子層蒸着工程の蒸着温度が８０℃であるという点を除いては、実施例１と同じ方法によって太陽電池を製造した。
【０１９４】
比較例４
第１の導電型領域の厚さが４０ｎｍであり、第２の導電型領域の厚さが４０ｎｍであるという点を除いては、実施例１と同じ方法によって太陽電池を製造した。
【０１９５】
比較例５
第１の導電型領域の厚さが３ｎｍであり、第２の導電型領域の厚さが３ｎｍであるという点を除いては、実施例１と同じ方法によって太陽電池を製造した。
【０１９６】
実施例１ないし実施例４による太陽電池において、第１の導電型領域の境界部で非晶質部分の面積割合である第１の面積割合と第２の導電型領域の境界部で非晶質部分の面積割合である第２の面積割合を判断して、これを表１に表した。以下において、非晶質部分の面積割合は、透過電子顕微鏡（ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ、ＴＥＭ）写真から判別した。高解像度透過電子顕微鏡は、格子（ｌａｔｔｉｃｅ）まで確認が可能なので、非晶質構造であるか、結晶質構造であるかを判別するのに適しているためである。その他にも、Ｘ線回折分析（ＸＲＤ）によっても非晶質部分の面積割合を確認できる。
【０１９７】
【表１】
2018082162.tif 000003
【０１９８】
表１を参照すれば、実施例１〜４では、境界部で高い面積割合（例えば、９５％以上）で非晶質構造を有することが分かる。これは、特定の工程、温度、及び厚さによって境界部で非晶質構造を高い面積割合で形成することができることと予測される。
【０１９９】
実施例１及び比較例１による太陽電池の第１の面積割合及び第２の面積割合を判断して、これを表２に表した。
【０２００】
【表２】
2018082162.tif 000004
【０２０１】
表２を参照すれば、実施例１では、境界部で高い面積割合（例えば、９５％以上）で非晶質構造を有することに対し、比較例１では、境界部で非晶質構造が低い面積割合で形成されることが分かる。これによれば、化学的気相蒸着によって境界部で高い面積割合で非晶質構造を形成し難いことが分かる。
【０２０２】
これにより、実施例１、５、及び６では、特定の工程を使用して第１及び第２の導電型領域の境界部で多くの面積割合で非晶質構造が維持されるようにすることができることが分かる。
【０２０３】
実施例１及び比較例２による太陽電池の第１の面積割合及び第２の面積割合を判断して、これを表３に表し、実施例１及び比較例２による太陽電池の透過電子顕微鏡写真を図１８の（ａ）及び（ｂ）で示した。そして、実施例１、５、及び６、また、比較例３による太陽電池の暗示開放電圧（ｉｍｐｌｉｅｄ  Ｖｏｃ）を測定して、これを図１９に示した。
【０２０４】
【表３】
2018082162.tif 000005
【０２０５】
表３を参照すれば、実施例１では、境界部で高い面積割合（例えば、９５％以上）で非晶質構造を有することに対し、比較例２では、境界部で非晶質構造の面積割合が低いことが分かる。これによれば、工程温度が所定温度（例えば、２５０℃超過）を超過する場合には、境界部で高い面積割合で非晶質構造を形成し難いことが分かる。
【０２０６】
図１８の（ａ）に示すように、実施例１の太陽電池では、導電型領域で一定の結晶構造によるパターンが見えないことに対し、図１８の（ｂ）に示すように、比較例２では、導電型領域で特定のパターン（ライン）が見えるが、これは、導電型領域が結晶性を有するためである。そして、図１９に示すように、工程温度が２５０℃以下である実施例１、５、及び６の暗示開放電圧が優秀であることに対し、工程温度が３５０℃である比較例２では、暗示開放電圧が非常に低いことが分かる。これは、第１及び／又は第２の導電型領域の境界部で高い面積割合で非晶質構造を形成できなかったためであると判断される。
【０２０７】
これにより、実施例１、５、及び６では、工程温度を一定水準に維持して、第１及び第２の導電型領域の境界部で多くの面積割合で非晶質構造が維持されるようにすることができ、高い暗示開放電圧を有することが分かる。
【０２０８】
実施例１及び比較例３による太陽電池の第１及び第２の多孔度を判断して、これを表４に表した。第１の多孔度は、第１の導電型領域の多孔度を意味し、第２の多孔度は、第２の導電型領域の多孔度を意味する。
【０２０９】
【表４】
2018082162.tif 000006
【０２１０】
表４を参照すれば、実施例１では、第１及び第２の導電型領域の多孔度が低く、所望のキャリアを抽出及び収集するのに適していることに対し、比較例３では、第１及び第２の導電型領域の多孔度が高く、所望のキャリアを抽出及び収集するのに適していないことが分かる。
【０２１１】
これにより、実施例１では、工程温度を所定温度より高くして、第１及び第２の導電型領域を優れた特性を有するように製造できることが分かる。
【０２１２】
実施例１ないし実施例４、そして、比較例４による太陽電池において第１の面積割合、第２の面積割合を判断し、実施例１ないし４、そして、比較例５による太陽電池において暗示開放電圧を測定して、これを表５に表した。
【０２１３】
【表５】
2018082162.tif 000007
【０２１４】
表５を参照すれば、第１及び第２の導電型領域の厚さが５ｎｍ〜３０ｎｍの範囲内にある実施例１ないし４による太陽電池では、境界部で高い面積割合（例えば、９５％以上）で非晶質構造を有することに対し、第１及び第２の導電型領域の厚さが４０ｎｍである比較例４では、境界部で非晶質構造の面積割合が低いことがわかる。第１及び第２の導電型領域の厚さが一定水準を超過すれば、非晶質構造を維持し難いことが分かる。
【０２１５】
そして、第１及び第２の導電型領域の厚さが５ｎｍ〜３０ｎｍの範囲内にある実施例１ないし４による太陽電池に比べて、第１及び第２の導電型領域の厚さが５ｎｍ未満である比較例５による太陽電池が低い暗示開放電圧を有することが分かる。
【０２１６】
これにより、実施例１ないし４では、所定範囲の厚さで第１及び第２の導電型領域を形成して、第１及び第２の導電型領域の境界部で多くの面積割合で非晶質構造が維持されるようにすることができ、優れた効率を有し得ることが分かる。
【０２１７】
上述したところによる特徴、構造、効果などは、本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれ、必ず１つの実施形態にのみ限定されるものではない。さらに、各実施形態において例示された特徴、構造、効果などは、実施形態等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形態等に対しても組み合わせまたは変形されて実施可能である。したがって、このような組み合わせと変形に関係された内容は、本発明の範囲に含まれることと解釈されるべきであろう。
【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５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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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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