(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１００は、半導体基板１０と、半導体基板１０の一面上に位置するトンネル層５２と、トンネル層５２上に位置し、ヒドロキシ基（ＯＨ基）を含む中間層５２ａと、中間層上５２ａに位置し、金属酸化物層で構成されて第１のキャリアを抽出する第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とを備える。【選択図】図１
2018082157.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、
前記半導体基板の一の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、ヒドロキシ基（ＯＨ基）を含む中間層と、
前記中間層上に位置し、金属酸化物層で構成されてなり、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る、太陽電池。
【請求項２】
前記中間層が前記トンネル層よりヒドロキシ基を多く含んでなるものである、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項３】
前記トンネル層は末端が水素で処理された（Ｈ−ｔｅｒｍｉｎａｔｅｄ）ものである、請求項１又は２に記載の太陽電池。
【請求項４】
前記中間層がヒドロキシ基を含む酸化物（ｏｘｉｄｅ）を備えた絶縁膜で構成されてなるものである、請求項１〜３の何れか一項に記載の太陽電池。
【請求項５】
前記中間層がシリコン酸化物層、アルミニウム酸化物層、及びハフニウム酸化物層からなる群から選択されてなる一又は二以上のものを備えてなる、請求項４に記載の太陽電池。
【請求項６】
前記中間層の厚さが前記トンネル層の厚さと同一であるか、又はそれより小さいものである、請求項１〜５の何れか一項に記載の太陽電池。
【請求項７】
前記中間層の厚さが１ｎｍ以下である、請求項１〜６の何れか一項に記載の太陽電池。
【請求項８】
前記金属酸化物層が２成分系金属酸化物を備えてなり、或いは、
前記トンネル層が、水素化されたシリコン酸化物層又は水素化された真性非晶質シリコン層で構成されてなるものである、請求項１〜７の何れか一項に記載の太陽電池。
【請求項９】
前記トンネル層が疏水性を有するものであり、又は、
前記中間層が親水性を有するものである、請求項１〜８の何れか一項に記載の太陽電池。
【請求項１０】
前記第１のキャリアと反対極性である第２のキャリアを抽出する第２の導電型領域と、
前記第２の導電型領域に電気的に連結される第２の電極とをさらに備えてなり、
前記第２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てなるものである、請求項１〜９の何れか一項に記載の太陽電池。
【請求項１１】
前記半導体基板の他の面上に位置する他のトンネル層をさらに備えてなり、
前記他のトンネル層上に位置し、ヒドロキシ基を含む他の中間層をさらに備えてなり、
前記他の中間層上に前記第２の導電型領域及び前記第２の電極が位置するものである、請求項１０に記載の太陽電池。
【請求項１２】
前記第１の導電型領域と前記第２の導電型領域とが前記トンネル層上で同一平面上に位置するものである、請求項１０又は１１に記載の太陽電池。
【請求項１３】
太陽電池の製造方法であって、
半導体基板の一の面上に位置するトンネル層を形成するステップと、
前記トンネル層上にヒドロキシ基（ＯＨ基）を含む中間層を形成するステップと、
前記中間層上に金属酸化物層で構成されてなり、第１のキャリアを抽出する第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る、太陽電池の製造方法。
【請求項１４】
前記中間層は、ウェット化学酸化工程によって形成されてなるものである、請求項１３に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項１５】
前記中間層を形成するステップにおいて、
前記トンネル層を形成するステップ以後に、オゾン又は水分を供給して熱処理する酸化工程により、前記トンネル層の少なくとも一部を変換して前記中間層を形成するものである、請求項１３又は１４に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項１６】
前記中間層を形成するステップにおいて、
前記トンネル層を形成するステップ以後に、蒸着工程を行うものである、請求項１３〜１５の何れか一項に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項１７】
前記トンネル層が、水素を含む雰囲気で形成されるか、又は、水素を含む雰囲気で後続熱処理されて水素化されてなるものである、請求項１３〜１６の何れか一項に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項１８】
前記中間層がヒドロキシ基を含む酸化物（ｏｘｉｄｅ）を備えた絶縁膜で構成されてなるものである、請求項１３に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項１９】
前記中間層がシリコン酸化物層、アルミニウム酸化物層及びハフニウム酸化物層からなる群から選択される一又は二以上のものを備えてなる、請求項１３〜１８の何れか一項に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項２０】
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、或いは
前記トンネル層が、水素化されたシリコン酸化物層又は水素化された真性非晶質シリコン層で構成されてなるものである、請求項１３〜１９の何れか一項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、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。
【０００２】
〔関連出願〕
本発明は、韓国特許出願１０−２０１６−０１５１１２６を基礎とするパリ条約４条の優先権を伴うものであり、本発明の思想は、この基礎出願に開示されたものと同様である。
【背景技術】
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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】
【０００６】
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】
【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、ヒドロキシ基（ＯＨ基）を含む中間層と、前記中間層上に位置し、金属酸化物層で構成されて第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】
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位置するトンネル層を形成するステップと、前記トンネル層上にヒドロキシ基（ＯＨ基）を含む中間層を形成するステップと、前記中間層上に金属酸化物層で構成されて、第１のキャリアを抽出する第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。
【０００９】
本発明の一の態様は以下の通りである。
〔１〕  太陽電池であって、
半導体基板と、
前記半導体基板の一の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、ヒドロキシ基（ＯＨ基）を含む中間層と、
前記中間層上に位置し、金属酸化物層で構成されてなり、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る、太陽電池。
〔２〕  前記中間層が前記トンネル層よりヒドロキシ基を多く含んでなるものである、〔１〕に記載の太陽電池。
〔３〕  前記トンネル層は末端が水素で処理された（Ｈ−ｔｅｒｍｉｎａｔｅｄ）ものである、〔１〕又は〔２〕に記載の太陽電池。
〔４〕  前記中間層がヒドロキシ基を含む酸化物（ｏｘｉｄｅ）を備えた絶縁膜で構成されてなるものである、〔１〕〜〔３〕の何れか一項に記載の太陽電池。
〔５〕  前記中間層がシリコン酸化物層、アルミニウム酸化物層、及びハフニウム酸化物層からなる群から選択されてなる一又は二以上のものを備えてなる、〔４〕に記載の太陽電池。
〔６〕  前記中間層の厚さが前記トンネル層の厚さと同一であるか、又はそれより小さいものである（即ち、前記中間層の厚さが前記トンネル層の厚さ以下である）、〔１〕〜〔５〕の何れか一項に記載の太陽電池。
〔７〕  前記中間層の厚さが１ｎｍ以下である、〔１〕〜〔６〕の何れか一項に記載の太陽電池。
〔８〕  前記金属酸化物層が２成分系金属酸化物を備えてなり、或いは、
前記トンネル層が、水素化されたシリコン酸化物層又は水素化された真性非晶質シリコン層で構成されてなるものである、〔１〕〜〔７〕の何れか一項に記載の太陽電池。
〔９〕  前記トンネル層が疏水性を有するものであり、又は、
前記中間層が親水性を有するものである、〔１〕〜〔８〕の何れか一項に記載の太陽電池。
〔１０〕  前記第１のキャリアと反対極性である第２のキャリアを抽出する第２の導電型領域と、
前記第２の導電型領域に電気的に連結される第２の電極とをさらに備えてなり、
前記第２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てなるものである、〔１〕〜〔９〕の何れか一項に記載の太陽電池。
〔１１〕  前記半導体基板の他の面上に位置する他のトンネル層をさらに備えてなり、
前記他のトンネル層上に位置し、ヒドロキシ基を含む他の中間層をさらに備えてなり、
前記他の中間層上に前記第２の導電型領域及び前記第２の電極が位置するものである、〔１０〕に記載の太陽電池。
〔１２〕  前記第１の導電型領域と前記第２の導電型領域とが前記トンネル層上で同一平面上に位置するものである、〔１０〕又は〔１１〕に記載の太陽電池。
〔１３〕  太陽電池の製造方法であって、
半導体基板の一の面上に位置するトンネル層を形成するステップと、
前記トンネル層上にヒドロキシ基（ＯＨ基）を含む中間層を形成するステップと、
前記中間層上に金属酸化物層で構成されてなり、第１のキャリアを抽出する第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る、太陽電池の製造方法。
〔１４〕  前記中間層は、ウェット化学酸化工程によって形成されてなるものである、〔１３〕に記載の太陽電池の製造方法。
〔１５〕  前記中間層を形成するステップにおいて、
前記トンネル層を形成するステップ以後に、オゾン又は水分を供給して熱処理する酸化工程により、前記トンネル層の少なくとも一部を変換して前記中間層を形成するものである、〔１３〕又は〔１４〕に記載の太陽電池の製造方法。
〔１６〕  前記中間層を形成するステップにおいて、
前記トンネル層を形成するステップ以後に、蒸着工程を行うものである、〔１３〕〜〔１５〕の何れか一項に記載の太陽電池の製造方法。
〔１７〕
前記トンネル層が、水素を含む雰囲気で形成されるか、又は、水素を含む雰囲気で後続熱処理されて水素化されてなるものである、〔１３〕〜〔１６〕の何れか一項に記載の太陽電池の製造方法。
〔１８〕
前記中間層がヒドロキシ基を含む酸化物（ｏｘｉｄｅ）を備えた絶縁膜で構成されてなるものである、〔１３〕に記載の太陽電池の製造方法。
〔１９〕
前記中間層がシリコン酸化物層、アルミニウム酸化物層及びハフニウム酸化物層からなる群から選択される一又は二以上のものを備えてなる、〔１３〕〜〔１８〕の何れか一項に記載の太陽電池の製造方法。
〔２０〕
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、或いは
前記トンネル層が、水素化されたシリコン酸化物層又は水素化された真性非晶質シリコン層で構成されてなるものである、〔１３〕〜〔１９〕の何れか一項に記載の太陽電池の製造方法。
【発明の効果】
【００１０】
本実施形態では、トンネル層と導電型領域との間に中間層が位置して表面特性を変化させ、導電型領域が安定かつ均一な厚さで形成されることができるようにする。また、中間層がキャップ層またはバリアバッファ層として機能して、表面パッシベーション特性が低下することを防止できる。これにより、太陽電池の効率及び信頼性を向上できる。このような太陽電池は、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。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【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５】図５ａ〜図５ｄ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】図６に示した太陽電池の後面平面図である。
【図８】実施例１に係る太陽電池の透過電子顕微鏡（ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ、ＴＥＭ）写真である。
【図９】比較例１に係る太陽電池の透過電子顕微鏡写真である。
【図１０】実施例１及び比較例１に係る太陽電池の暗示開放電圧（ｉｍｐｌｉｅｄ  Ｖｏｃ）を測定した結果を表したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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上に位置し、ヒドロキシ基（ＯＨ基）を含む第１の中間層５２ａと、第１の中間層５２ａ上に位置し、金属酸化物層（例えば、２成分系金属酸化物層）で構成されて第１のキャリアを抽出する第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及びこれに電気的に連結される第２の電極４４を備えることができる。これをさらに詳しく説明する。
【００１９】
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。
【００２０】
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１１０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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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がドーパントを備えない２成分系金属酸化物層で構成され、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。
【００２４】
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。
【００２５】
第１のトンネル層５２上に第１の中間層５２ａが位置（例えば、接触）する。第１の中間層５２ａは、表面特性を変化させて、この上に形成される第１の導電型領域２０が所望の結晶構造（すなわち、非晶質構造）を有するように助ける膜である。第１の中間層５２ａは、第１のトンネル層５２上で全体的に形成され、第１の導電型領域２０が形成される面の表面特性を全体的に変化させることができる。これについては、第１の導電型領域２０を説明した後にさらに詳細に説明する。
【００２６】
第１の中間層５２ａ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の中間層５２ａ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２成分系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の厚さが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を超過すれば、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、５ｎｍ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２０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（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焼成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の中間層５４ａが位置（例えば、接触）し、第２の中間層５４ａ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の中間層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、第１の中間層５２ａ、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の中間層５２ａと第２の中間層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。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。ここで、第１及び第２の中間層５２ａ、５４ａは、第１及び第２のトンネル層５２、５４のように、キャリアがトンネリングへ移動する層であるから、バンドダイヤグラムに大きい影響を及ぼさないので、図３では別に図示しない。
【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（より具体的には、第１のトンネル層５２及び第１の中間層５２ａ）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（より具体的には、第２のトンネル層５４及び第２の中間層５４ａ）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の中間層５２ａ、５４ａ、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または第１または第２の中間層５２ａ、５４ａ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】
このとき、本実施形態では、第１のトンネル層５２と第１の導電型領域２０との間に第１の中間層５２ａが位置し、第２のトンネル層５４と第２の導電型領域３０との間に第２の中間層５４ａが位置する。以下では、第１または第２のトンネル層５２、５４をトンネル層５２、５４、これに対応する第１または第２の中間層５２ａ、５４ａを中間層５２ａ、５４ａ、これに対応する第１または第２の導電型領域２０、３０を導電型領域２０、３０と称して説明する。
【００６６】
本実施形態において中間層５２ａ、５４ａは、トンネル層５２、５４と導電型領域２０、３０との間に位置して表面特性を変化させ（すなわち、表面改質によって）、導電型領域２０、３０が全体的に非晶質構造を有しつつ、安定的に形成され得るようにする役割をする。これを後でさらに詳細に説明する。この他にも、中間層５２ａ、５４ａは、導電型領域２０、３０の物質がトンネル層５２、５４または半導体基板１０に拡散されて界面特性を低下させることを防止する役割もする。より具体的に、２成分系金属酸化物層で構成される導電型領域２０、３０は、工程条件によって酸化数が大きく変わることができ、安定した状態の酸化数を有することができない場合には、後続工程において金属と酸素の結合が容易に壊れることができ、このように分離された金属がトンネル層５２、５４または半導体基板１０へ拡散されることができる。すると、パッシベーション特性が低下し、拡散された金属によって漏れ電流も増加されて電気的特性が大きく低下し得る。中間層５２ａ、５４ａは、トンネル層５２、５４と導電型領域２０、３０との間に位置して、導電型領域２０、３０を構成する金属がトンネル層５２、５４の方へ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。
【００６７】
前述したように、トンネル層５２、５４は、シリコン酸化物層、非晶質シリコン層等で形成されることができる。このとき、トンネル層５２、５４は、半導体基板１０の不飽和結合（ｄａｎｇｌｉｎｇ  ｂｏｎｄ）または格子不整合（ｌａｔｔｉｃｅ  ｍｉｓｍａｔｃｈ）などの表面欠陥（ｄｅｆｅｃｔ）をパッシベーションして開放電圧を高める役割をする。パッシベーション特性をさらに向上するために、トンネル層５２、５４は、水素を含む雰囲気で形成するか、水素を含む雰囲気で後続熱処理を行って水素を含むようになる。これにより、トンネル層５２、５４の表面側の末端部に水素が存在するか、末端部が水素で処理（Ｈ−ｔｅｒｍｉｎａｔｅｄ）される。例えば、トンネル層５２、５４が水素化されたシリコン酸化物層または水素化された真性非晶質シリコン層でありうる。このように、トンネル層５２、５４の末端部に水素が存在するか、末端部が水素で処理されれば、この上に直接２成分系金属酸化物層で構成される導電型領域２０、３０を形成するようになり、金属が正しく結合されることが難しい。これは、末端部が水素処理されたトンネル層５２、５４が疏水性を有するので、２成分系金属酸化物層の金属を含む化合物（例えば、金属前駆体）が水素処理された末端部に化学的に結合する確率が低いためである。これにより、導電型領域２０、３０が局地的な領域で疎らに形成され、均一な厚さで形成され難くて、膜表面の粗さも大きくなる。この場合に、電極４２、４４を形成する工程などのような後続熱処理工程の際、電極４２、４４の物質などが導電型領域２０、３０内部に浸透することができる。また、導電型領域２０、３０を構成する金属酸化物層の酸化数は、温度、隣接した層によって大きく影響を受けることができるので、導電型領域２０、３０が薄く形成された部分で後続熱処理工程の際、酸化膜特性が変更されて所望の膜特性（例えば、非晶質構造）を有することができない場合がある。特に、表面パッシベーション特性は、極めて小さい領域の特性が低下する場合、太陽電池１００全体に影響を及ぼすようになるので、導電型領域２０、３０が均一に形成されてこそ、半導体基板１０の表面パッシベーションなどを優れた状態に維持することができる。また、不均一な厚さを有する導電型領域２０、３０は、選択的なキャリア抽出にも有利でないことがある。または、工程条件を非常に厳しく調節した場合にのみ、非晶質構造を有する導電型領域２０、３０を均一かつ安定的に形成でき、工程が複雑になり、工程費用が増加する可能性がある。
【００６８】
これを考慮して、本実施形態では、トンネル層５２、５４上にヒドロキシ基（ＯＨ基）を含む中間層５２ａ、５４ａを形成する。より具体的には、中間層５２ａ、５４ａの表面側の末端部にヒドロキシ基が存在するか、末端部がヒドロキシ基で処理されて中間層５２ａ、５４ａが親水性を有する。中間層５２ａ、５４ａの表面側にヒドロキシ基が存在するか、末端部をヒドロキシ基で処理する方法は、後で太陽電池１００の製造方法において詳細に説明する。
【００６９】
このように、ヒドロキシ基を含んで親水性を有する中間層５２ａ、５４ａ上に、２成分系金属酸化物層で構成される導電型領域２０、３０を形成すれば、ヒドロキシ基に２成分系金属酸化物層の金属を含む化合物（例えば、金属前駆体）が化学的に容易に結合することができる。これにより、導電型領域２０、３０が非晶質構造を有しつつ、均等かつ均一な厚さで形成されることができる。
【００７０】
ヒドロキシ基を有する中間層５２ａ、５４ａは、酸化物（ｏｘｉｄｅ）などで構成される絶縁膜でありうる。例えば、中間層５２ａ、５４ａがシリコン酸化物層、アルミニウム酸化物層、ハフニウム酸化物層などを含むことができる。このような物質は、様々な蒸着方法によって容易に形成され得るためである。例えば、中間層５２ａ、５４ａがシリコン酸化物層でありうるが、半導体基板１０の界面特性を効果的に向上することができ、安価な費用で製造することができる。参照までに、窒化膜（例えば、シリコン窒化膜）は、光学的特性が低くて、中間層５２ａ、５４ａとして適していないことがある。
【００７１】
これにより、中間層５２ａ、５４ａは、トンネル層５２、５４よりヒドロキシ基がさらに多く含まれ、トンネル層５２、５４は、中間層５２ａ、５４ａより水素がさらに多く含まれる。中間層５２ａ、５４ａとトンネル層５２、５４とは、互いに同じ物質で形成されることができ、互いに異なる物質で形成されることもできる。ただし、中間層５２ａ、５４ａとトンネル層５２、５４とは、末端部がヒドロキシ基で処理されたか、水素で処理されたかの相違があり、これによる異なる特性差も有するようになる。すなわち、末端部にヒドロキシ基を主に含む中間層５２ａ、５４ａは、親水性を有することができ、末端部に水素を主に含むトンネル層５２、５４は、疏水性を有することができる。
【００７２】
中間層５２ａ、５４ａ及びトンネル層５２、５４の末端部にヒドロキシ基または水素があるかの可否、ヒドロキシ基または水素の含量などは、Ｘ線回折装置（ｘ−ｒａｙ  ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ、ＸＲＤ）または赤外線分光法（ｆｏｕｒｉｅｒ  ｔｒａｎｓｆｏｒｍ  ｉｎｆｒａｒｅｄ  ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ、ＦＴ−ＩＲ）等で判別することができる。
【００７３】
トンネル層５２、５４は、非晶質構造を有することができ、中間層５２ａ、５４ａは、非晶質構造または結晶質構造を有することができる。前述したように、導電型領域２０、３０は、非晶質構造を有する場合、太陽電池１００が安定的に作動し得る。
【００７４】
中間層５２ａ、５４ａの厚さは、トンネル層５２、５４の厚さと同様でありうるし、トンネル層５２、５４の厚さより小さいか、大きいこともできる。ただし、トンネル層５２、５４は、半導体基板１０の表面をパッシベーションする役割をするので、所定水準以上の厚さを有することができ、中間層５２ａ、５４ａは、表面特性を変えることができる程度にのみ薄く形成されれば良いので、例えば、中間層５２ａ、５４ａの厚さがトンネル層５２、５４と同じであるか、これより小さいことができる。特に、中間層５２ａ、５４ａの厚さをトンネル層５２、５４より薄くして工程時間を低減し、キャリアの経路を最小化できる。例えば、中間層５２ａ、５４ａの厚さが１ｎｍ以下でありうる。これによれば、工程時間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、工程時間を増やして中間層５２ａ、５４ａをさらに厚く形成することもできる。
【００７５】
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及び第１の中間層５２ａ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及び第２の中間層５４ａ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。
【００７６】
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。
【００７７】
そして、第１及び第２の導電型領域２０、３０がトンネル層５２、５４及び中間層５２ａ、５４ａ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、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、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。
【００７８】
また、本実施形態では、トンネル層５２、５４と導電型領域２０、３０との間に中間層５２ａ、５４ａが位置して表面特性を変化させ、導電型領域２０、３０が安定かつ均一な厚さで形成できるようにする。また、中間層５２ａ、５４ａがキャップ層またはバリアバッファ層として機能して、表面パッシベーション特性が低下することを防止できる。これにより、太陽電池１００の効率及び信頼性を向上できる。
【００７９】
上述した太陽電池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。
【００８０】
以下、図５ａ〜図５ｄ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５ｄ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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。本実施形態においてトンネル層５２、５４は、水素を含む雰囲気で形成されるか、水素を含む雰囲気で後続熱処理されて水素化される。
【００８３】
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。
【００８４】
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の中間層５２ａを形成し、第２のトンネル層５４上に第２の中間層５４ａを形成する。第１の中間層５２ａと第２の中間層５４ａとは、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。第１の中間層５２ａと第２の中間層５４ａとが同じ物質を含む場合には、両面に同時に第１及び第２の中間層５２ａ、５４ａを共に形成して工程を単純化できる。
【００８５】
このとき、ヒドロキシ基を有する第１及び／又は第２の中間層５２ａ、５４ａは、様々な方法によって形成されることができる。
【００８６】
例えば、ウェット化学酸化（ｗｅｔ  ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｏｘｉｄａｔｉｏｎ）によって金属酸化物層で構成された中間層５２ａ、５４ａを形成できる。例えば、ウェット化学酸化は、酸性溶液（例えば、過酸化水素及び塩酸の混合溶液）を用いて常温ないし１００℃の温度で行われることができる。このように形成された中間層５２ａ、５４ａは、酸化物を含むので、末端部にヒドロキシ基が位置し得る。
【００８７】
他の例として、トンネル層５２、５４を形成した後、オゾン（Ｏ3）または水分（Ｈ2Ｏ）を供給した状態で熱処理する酸化工程において金属酸化物層で構成された中間層５２ａ、５４ａを形成できる。これによれば、トンネル層５２、５４の末端部に位置する水素に酸素原子が結合してヒドロキシ基を形成し、ＳｉＯ−Ｈ結合を構成して中間層５２ａ、５４ａを形成できる。これによれば、トンネル層５２、５４の少なくとも一部（特に、トンネル層５２、５４の表面部分）が中間層５２ａ、５４ａに変換され得る。熱処理工程の温度があまり高くないので、半導体基板１０に隣接したトンネル層５２、５４はそのまま維持され、半導体基板１０から遠く離れたトンネル層５２、５４の表面の一部のみが中間層５２ａ、５４ａに変換され得る。例えば、このような工程は、導電型領域２０、３０を形成する装置（例えば、蒸着装置）内部で行われることができる。すると、同じ装備内で連続的な工程（イン−サイチュ（ｉｎ−ｓｉｔｕ）工程）によって第１及び／又は第２の中間層５２ａ、５４ａ、そして、第１及び／又は第２の導電型領域２０、３０を形成して工程を単純化できる。
【００８８】
さらに他の例として、第１及び／又は第２の中間層５２ａ、５４ａが原子層蒸着（ａｔｏｍｉｃ  ｌａｙｅｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、ＡＬＤ）、プラズマ化学気相蒸着（ｐｌａｓｍａ  ｅｎｈａｎｃｅｄ  ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、ＰＥＣＶＤ）、物理的気相蒸着（ｐｈｙｓｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、ＰＶＤ）などの蒸着法によって形成されることもできる。この場合には、酸化物を含むので、末端部にヒドロキシ基が位置し得る。さらに、蒸着工程中にオゾン（Ｏ3）または水分（Ｈ2Ｏ）を供給することも可能であるが、工程の単純化のために、別にオゾンまたは水分供給する処理は行わなくても良い。例えば、このような工程は、導電型領域２０、３０を形成する装置（例えば、蒸着装置）内部で行われることができる。すると、イン−サイチュ工程によって第１及び／又は第２の中間層５２ａ、５４ａ、そして、第１及び／又は第２の導電型領域２０、３０を形成して工程を単純化できる。
【００８９】
このとき、上述した熱処理工程または蒸着工程の工程温度が１５０℃〜２５０℃でありうる。これは、ヒドロキシ基を有する中間層５２ａ、５４ａを安定的に形成できる温度であって、特に、トンネル層５２、５４が非晶質シリコン層である場合を考慮したことでありうる。しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、トンネル層５２、５４の物質などを考慮して工程温度が変わることもできる。
【００９０】
次いで、図５ｃに示したように、第１の中間層５２ａ上に第１の導電型領域２０を形成し、第２の中間層５４ａ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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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、中間層５２ａ、５４ａ、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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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、次第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。
【００９８】
例えば、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、中間層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水準に形成しても、所望の効果を得ることができる。導電型領域２０、３０の厚さが２ｎｍ未満（特に、５ｎｍ未満）であれば、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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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の中間層５２ａ、５４ａを形成し、その後、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の中間層５２ａ、第１の導電型領域２０、第２のトンネル層５４、第２の中間層５４ａ、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の中間層５４ａ、第２の導電型領域３０、第１のトンネル層５２、第１の中間層５２ａ、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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
次いで、図５ｄ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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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。
【０１０９】
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り、図７は、図６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７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に対する図示を省略する。
【０１１０】
図６及び図７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及び中間層５６ａが位置し、中間層５６ａ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。
【０１１１】
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に関する説明がそのまま適用され得る。中間層５６ａについては、上述した実施形態の第１または第２の中間層５２ａ、５４ａに関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に関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７を参照してさらに詳細に説明する。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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。
【０１１８】
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。
【０１１９】
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。
【０１２０】
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。
【０１２１】
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。
【０１２２】
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。
【０１２３】
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パッシベーション膜及び／又は反射防止膜２４が位置し得る。
【０１２４】
図７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。
【０１２５】
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。
【０１２６】
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。
【０１２７】
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。
【０１２８】
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１及び第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。
【０１２９】
このような太陽電池１００は、図５ａに記載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に記載した方法によって中間層５６ａを形成し、その上に図５ｃに記載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５ｄに記載した方法によって第１及び第２の電極４２、４４を形成して製造されることができる。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。
【０１３０】
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。
【０１３１】
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非晶質シリコンで構成される第１及び第２のトンネル層を形成した。そして、第１のトンネル層上にヒドロキシ基を備えるシリコン酸化物層で構成される第１の中間層を形成し、第２のトンネル層上にヒドロキシ基を備えるシリコン酸化物層で構成される第２の中間層を形成した。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及び第２中間層は、原子層蒸着工程によって形成され、厚さが０．５ｍｍであった。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。このとき、第１及び第２の中間層、そして第１及び第２の導電型領域は、原子層蒸着装備内でイン−サイチュ工程によって連続的に形成された。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。
【０１３２】
比較例１
第１及び第２の中間層を形成しなかっ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。
【０１３３】
実施例１及び比較例１による太陽電池の透過電子顕微鏡（ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ、ＴＥＭ）写真を撮影して、これをそれぞれ図８及び図９に添付した。図８の（ａ）は、写真であり、（ｂ）は、写真の一部を拡大してトンネル層と中間層との境界を表示した。
【０１３４】
図８に示すように、実施例１による太陽電池では、導電型領域が均一な厚さで形成されたことが分かる。それに対し、図９に示すように、比較例１による太陽電池では、導電型領域が不均一な厚さで高い表面粗さを有しながら形成されたことが分かる。これから、実施例１のように、トンネル層上に中間層を形成した後、２成分系金属酸化物層で構成される導電型領域を形成すれば、導電型領域を均一な厚さで形成することができることが分かる。
【０１３５】
そして、実施例１及び比較例１による太陽電池の暗示開放電圧（ｉｍｐｌｉｅｄ  Ｖｏｃ）を測定して、その結果を図１０に示した。
【０１３６】
図１０に示すように、実施例１では、暗示開放電圧が高いことに対し、比較例１では、相対的に暗示開放電圧が低いことが分かる。これは、実施例１では、中間層がキャップ層として機能し、中間層によって導電型領域が均一な厚さで形成されたためであると予測される。
【０１３７】
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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