(57)【要約】 【課題】  本発明は太陽電池とその製造方法に関するものである。【解決手段】  半導体基板の前面には異種接合（Ｈｅｔｅｒｏ−ｊｕｎｃｔｉｏｎ）構造を有しており、半導体基板の後面には複数の開口部を有する保護層と、その開口部を通して半導体基板の後面と連結される電極を形成して、電子及び正孔が再結合によって消滅する速度を低減できる太陽電池を製造する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型半導体基板、
前記第１導電型半導体基板の第１面に形成される第２導電型層、
前記第２導電型層の上部に形成される第１電極、
前記第１導電型半導体基板の第２面に形成される少なくとも一つの保護層、
前記保護層に形成される少なくとも一つの開口部、
前記開口部を通して第１導電型半導体基板の第２面と接触する第２電極
を有することを特徴とする太陽電池。
【請求項２】
前記第１導電型半導体基板の前記第１面と第２導電型層の間には非晶質シリコン薄膜層をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項３】
前記非晶質シリコン薄膜層と第２導電型層の間には、非晶質シリコンカーバイド（ａ−ＳｉＣ）、非晶質シリコンオキシド（ａ−ＳｉＯ）、または非晶質シリコンナイトライド（ａ−ＳｉＮ）層より選択される少なくとも一つの薄膜層をさらに含むことを特徴とする、請求項２に記載の太陽電池。
【請求項４】
前記第２導電型層と前記第１電極の間に形成される透明導電層をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項５】
前記透明導電層は、ＩＴＯ、ａ−ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＺｎＯ、ＳｎＯｘなどより選択される少なくとも一つの透明導電性物質を含むことを特徴とする、請求項４に記載の太陽電池。
【請求項６】
前記第１電極は、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、及びこれらの合金から形成されることを特徴とする、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項７】
前記保護層は、アルミニウムオキシド（Ａｌ２Ｏ３）またはアルミニウムナイトライド（ＡｌＮ）、アルミニウムオキシナイトライド（ＡｌＯＮ）、シリコンオキシド（ＳｉＯｘ）、シリコンナイトライド（ＳｉＮｘ）、シリコンオキシナイトライド（ＳｉＯｘＮｙ）、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、チタニウムオキシド（ＴｉＯｘ）、非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）などより選択される少なくとも一つの層を含むことを特徴とする、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項８】
前記保護層は、陰の固定電荷を有する金属オキシドから形成されていることを特徴とする、請求項７に記載の太陽電池。
【請求項９】
前記保護層は、第１保護層と第２保護層を含む二つの層で積層されており、第１導電型半導体基板の後面と接して形成されている前記第１保護層は陰の固定電荷を有する金属オキシドから形成され、前記第１保護層の下部に接して形成される前記第２保護層はシリコンナイトライド（ＳｉＮｘ）あるいはシリコンオキシド（ＳｉＯｘ）から形成されていることを特徴とする、請求項７に記載の太陽電池。
【請求項１０】
前記第１保護層は前記第２保護層より厚さが薄いことを特徴とする、請求項９に記載の太陽電池。
【請求項１１】
前記保護層は二つ以上の層から形成されることを特徴とする、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項１２】
前記第２電極は、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、及びこれらの合金から形成されることを特徴とする、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項１３】
前記開口部を通して前記第２電極と接触する前記第１導電型半導体基板の第２面に形成された第１導電型の後面電場層をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項１４】
前記第１導電型半導体基板の第１面と第２導電型層の間に形成された少なくとも一つの非晶質シリコン薄膜層をさらに含むことを特徴とする、請求項１３に記載の太陽電池。
【請求項１５】
前記第１導電型半導体基板の第２面に形成されている第１導電型拡散層をさらに含むことを特徴とする、請求項１３に記載の太陽電池。
【請求項１６】
前記後面電場層の不純物の濃度は前記第１導電型拡散層の不純物の濃度より高いことを特徴とする、請求項１５に記載の太陽電池。
【請求項１７】
前記第１導電型半導体基板の第２面には、第２導電型の不純物が拡散して形成された第２導電型拡散層をさらに含むことを特徴とする、請求項１３に記載の太陽電池。
【請求項１８】
前記第１導電型半導体基板はｎ型またはｐ型の不純物を含むことを特徴とする、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項１９】
第１導電型半導体基板、
前記第１導電型半導体基板の前面に形成される少なくとも一つの非晶質シリコン薄膜層、
前記非晶質シリコン薄膜層の上部に形成される第２導電型シリコン薄膜層、
前記第２導電型シリコン薄膜層の上部に形成される透明導電層、
前記透明導電層の上部に形成される前面電極、
前記第１導電型半導体基板の後面に形成される少なくとも一つの保護層、
前記保護層に形成される少なくとも一つの開口部、
前記開口部を通して第１導電型半導体基板の後面と接触する後面電極、及び
前記開口部を通して前記後面電極と接触し、前記第１導電型半導体基板の後面に形成される第１導電型の後面電場層を有することを特徴とする太陽電池。
【請求項２０】
前記非晶質シリコン薄膜層と前記第２導電型非晶質シリコン薄膜層の間には、非晶質シリコンカーバイド（ａ−ＳｉＣ）、非晶質シリコンオキシド（ａ−ＳｉＯ）、または非晶質シリコンナイトライド（ａ−ＳｉＮ）層より選択される少なくとも一つの薄膜層を含むことを特徴とする、請求項１９に記載の太陽電池。
【請求項２１】
前記保護層は第１保護層と第２保護層を含み、前記第１導電型半導体基板の後面と接して形成されている前記第１保護層は陰の固定電荷を有する金属オキシドから形成され、前記第２保護層は前記第１保護層の下部にシリコンナイトライド（ＳｉＮｘ）あるいはシリコンオキシド（ＳｉＯｘ）から形成されていることを特徴とする、請求項２０に記載の太陽電池。
【請求項２２】
第１導電型半導体基板、
前記第１導電型半導体基板の前面に形成される少なくとも一つの非晶質シリコン薄膜層、
前記非晶質シリコン薄膜層の上部に形成される第２導電型シリコン薄膜層、
前記第２導電型シリコン薄膜層の上部に形成される透明導電層、
前記透明導電層の上部に形成される前面電極、
前記第１導電型半導体基板の後面に形成されている第１導電型拡散層、
前記第１導電型拡散層の後面に形成される少なくとも一つの保護層、
前記保護層に形成される少なくとも一つの開口部、
前記開口部を通して第１導電型半導体基板の後面と接触する後面電極、
前記開口部を通して後面電極と接触し、前記第１導電型半導体基板の後面に形成される第１導電型の後面電場層を有し、
前記後面電場層の不純物の濃度は前記第１導電型拡散層の不純物の濃度より高いことを特徴とする太陽電池。
【請求項２３】
前記非晶質シリコン薄膜層と第２導電型非晶質シリコン薄膜層の間には、非晶質シリコンカーバイド（ａ−ＳｉＣ）、非晶質シリコンオキシド（ａ−ＳｉＯ）、または非晶質シリコンナイトライド（ａ−ＳｉＮ）層より選択される少なくとも一つの薄膜層を含んでいることを特徴とする、請求項２２に記載の太陽電池。
【請求項２４】
第１導電型半導体基板、
前記第１導電型半導体基板の前面に形成される少なくとも一つの非晶質シリコン薄膜層、
前記非晶質シリコン薄膜層の上部に形成される第２導電型シリコン薄膜層、
前記第２導電型シリコン薄膜層の上部に形成される透明導電層、
前記透明導電層の上部に形成される前面電極、
前記第１導電型半導体基板の後面に第２導電型の不純物が拡散して形成されている第２導電型拡散層、
前記第２導電型拡散層の後面に形成されている少なくとも一つの保護層、
前記保護層に形成される少なくとも一つの開口部、
前記開口部を通して第１導電型半導体基板の後面と接触する後面電極、及び
前記開口部を通して後面電極と接触し、前記第１導電型半導体基板の後面に形成される第１導電型の後面電場層を有することを特徴とする太陽電池。
【請求項２５】
前記非晶質シリコン薄膜層と第２導電型シリコン薄膜層の間には、非晶質シリコンカーバイド（ａ−ＳｉＣ）、非晶質シリコンオキシド（ａ−ＳｉＯ）、または非晶質シリコンナイトライド（ａ−ＳｉＮ）層より選択される少なくとも一つの薄膜層をさらに含むことを特徴とする、請求項２４に記載の太陽電池。
【請求項２６】
前記保護層は第１保護層と第２保護層を含み、前記第１導電型半導体基板の後面と接して形成されている第１保護層は陰の固定電荷を有する金属オキシドから形成され、前記第１保護層の下部に形成されている前記第２保護層はシリコンナイトライド（ＳｉＮｘ）あるいはシリコンオキシド（ＳｉＯｘ）から形成されていることを特徴とする、請求項２５に記載の太陽電池。
【請求項２７】
第２導電型半導体基板、
前記第２導電型半導体基板の前面に形成される少なくとも一つの非晶質シリコン薄膜層、
前記非晶質シリコン薄膜層の上部に形成される第１導電型シリコン薄膜層、
前記第１導電型シリコン薄膜層の上部に形成される透明導電層、
前記透明導電層の上部に形成される前面電極、
前記第２導電型半導体基板の後面に形成される少なくとも一つの保護層、
前記保護層に形成される少なくとも一つの開口部、
前記開口部を通して第２導電型半導体基板の後面と接触する後面電極、及び
前記開口部を通して後面電極と接触し、前記第２導電型半導体基板の後面に形成される第２導電型の後面電場層を有することを特徴とする太陽電池。
【請求項２８】
前記第２導電型半導体基板の後面と前記保護層の間に形成されている第２導電型拡散層をさらに含むことを特徴とする、請求項２７に記載の太陽電池。
【請求項２９】
前記第２導電型の後面電場層の不純物の濃度は前記第２導電型拡散層の不純物の濃度より高いことを特徴とする、請求項２８に記載の太陽電池。
【請求項３０】
第１導電型半導体基板の後面に少なくとも一つの保護層を積層する段階、
前記保護層に開口部を形成する段階、
前記保護層の後面及び前記開口部内に後面電極層を形成する段階、
前記後面電極層を拡散させて後面電場層を形成する段階、
前記第１導電型半導体基板の前面に非晶質シリコン薄膜層及び第２導電型シリコン薄膜層を順次に形成する段階、
前記第２導電型シリコン薄膜層の上部に透明導電層を形成する段階、
前記透明導電層の上部に前面電極を形成する段階を有することを特徴とする太陽電池の製造方法。
【請求項３１】
前記保護層を積層する前に、前記第１導電型半導体基板の後面に第１導電型物質を拡散させて第１導電型拡散層を形成する段階をさらに含むことを特徴とする、請求項３０に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項３２】
前記後面電場層の不純物の濃度は前記第１導電型拡散層の不純物の濃度より高くなるように形成することを特徴とする、請求項３１に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項３３】
前記シリコン薄膜層及び第２導電型シリコン薄膜層を順次に形成する段階は、
前記シリコン薄膜層と前記第２導電型シリコン薄膜層の間にバンドギャップ層を形成することを特徴とする、請求項３２に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項３４】
前記保護層を積層する前に、前記第１導電型半導体基板の後面に第２導電型物質を拡散させて第２導電型拡散層を形成する段階をさらに含むことを特徴とする、請求項３０に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項３５】
前記シリコン薄膜層及び第２導電型シリコン薄膜層を順次に形成する段階は、
前記シリコン薄膜層と前記第２導電型シリコン薄膜層の間にバンドギャップ層を形成することを特徴とする、請求項３４に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項３６】
前記シリコン薄膜層及び第２導電型シリコン薄膜層を順次に形成する段階は、
前記シリコン薄膜層と前記第２導電型シリコン薄膜層の間にバンドギャップ層を形成することを特徴とする、請求項３０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するものである。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池は太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換する光電変換素子であって、無制限無公害の次世代エネルギー資源として脚光を浴びている。
【０００３】
太陽電池はｐ型半導体及びｎ型半導体を含み、ｐ−ｎ接合部で太陽光エネルギーを吸収すると半導体内部で電子−正孔対（ｅｌｅｃｔｒｏｎ−ｈｏｌｅ  ｐａｉｒ、ＥＨＰ）が生成され、ここで生成された電子及び正孔がｎ型半導体及びｐ型半導体に各々移動し、これらが電極に収集されることによって外部で電気エネルギーとして利用することができる。
【０００４】
一方、太陽電池は、太陽光エネルギーからできるだけ多くの電気エネルギーを出力できるよう効率を向上させることが重要である。このような太陽電池の効率向上のためには、半導体内部において可能な多くの電子−正孔対を生成することも重要であるが、生成された電荷を損失なく外部へ引き出すこともまた重要である。
【０００５】
電荷損失原因の一つが、生成された電子及び正孔が再結合（ｒｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ）によって消滅することである。このような再結合を防止するために多様な方法が提示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、半導体基板の前面には異種接合構造を有し、半導体基板の後面には少なくとも一つの開口部を有する保護層と、その開口部を通して半導体基板と連結される電極とを形成して、電子及び正孔が再結合によって消滅する速度を低くできる高効率の太陽電池を製造することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するためになされた本発明による太陽電池は、第１導電型半導体基板、前記第１導電型半導体基板の第１面に形成される第２導電型層、前記第２導電型層の上部に形成される第１電極、前記第１導電型半導体基板の第２面に形成される少なくとも一つの保護層、前記保護層に形成される少なくとも一つの開口部、前記開口部を通して第１導電型半導体基板の第２面と接触する第２電極を有することを特徴とする。
【０００８】
前記第１導電型半導体基板の前記第１面と第２導電型層の間には非晶質シリコン薄膜層をさらに含むことができる。
【０００９】
前記非晶質シリコン薄膜層と第２導電型層の間には、非晶質シリコンカーバイド（ａ−ＳｉＣ）、非晶質シリコンオキシド（ａ−ＳｉＯ）、または非晶質シリコンナイトライド（ａ−ＳｉＮ）層より選択される少なくとも一つの薄膜層をさらに含むことができる。
【００１０】
前記第２導電型層と前記第１電極の間に形成される透明導電層をさらに含むことができる。
【００１１】
前記透明導電層は、ＩＴＯ、ａ−ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＺｎＯ、ＳｎＯｘなどより選択される少なくとも一つの透明導電性物質を含むことができる。
【００１２】
前記第１電極は、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、及びこれらの合金から形成されることができる。
【００１３】
前記保護層は、アルミニウムオキシド（Ａｌ２Ｏ３）またはアルミニウムナイトライド（ＡｌＮ）、アルミニウムオキシナイトライド（ＡｌＯＮ）、シリコンオキシド（ＳｉＯｘ）、シリコンナイトライド（ＳｉＮｘ）、シリコンオキシナイトライド（ＳｉＯｘＮｙ）、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、チタニウムオキシド（ＴｉＯｘ）、非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）などより選択される少なくとも一つの層を含むことができる。
【００１４】
前記保護層は、陰の固定電荷を有する金属オキシドから形成されうる。
【００１５】
前記保護層は第１保護層と第２保護層を含む二つの層で積層されており、第１導電型半導体基板の後面と接して形成されている前記第１保護層は陰の固定電荷を有する金属オキシドから形成され、前記第１保護層の下部に接して形成される前記第２保護層はシリコンナイトライド（ＳｉＮｘ）あるいはシリコンオキシド（ＳｉＯｘ）から形成されうる。
【００１６】
前記第１保護層は前記第２保護層より厚さを薄くできる。
【００１７】
前記保護層は二つ以上の層から形成されうる。
【００１８】
前記第２電極は、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、及びこれらの合金から形成されうる。
【００１９】
前記開口部を通して前記第２電極と接触する前記第１導電型半導体基板の第２面に形成された第１導電型の後面電場層をさらに含むことができる。
【００２０】
前記第１導電型半導体基板の第１面と第２導電型層の間に形成された少なくとも一つの非晶質シリコン薄膜層をさらに含むことができる。
【００２１】
前記第１導電型半導体基板の第２面に形成されている第１導電型拡散層をさらに含むことができる。
【００２２】
前記後面電場層の不純物の濃度は前記第１導電型拡散層の不純物の濃度より高くできる。
【００２３】
前記第１導電型半導体基板の第２面には、第２導電型の不純物が拡散して形成された第２導電型拡散層をさらに含むことができる。
【００２４】
前記第１導電型半導体基板はｎ型またはｐ型の不純物を含むことができる。
【００２５】
また、上記目的を達成するためになされた本発明による太陽電池は、第１導電型半導体基板、前記第１導電型半導体基板の前面に形成される少なくとも一つの非晶質シリコン薄膜層、前記非晶質シリコン薄膜層の上部に形成される第２導電型シリコン薄膜層、前記第２導電型シリコン薄膜層の上部に形成される透明導電層、前記透明導電層の上部に形成される前面電極、前記第１導電型半導体基板の後面に形成される少なくとも一つの保護層、前記保護層に形成される少なくとも一つの開口部、前記開口部を通して第１導電型半導体基板の後面と接触する後面電極、及び前記開口部を通して前記後面電極と接触し、前記第１導電型半導体基板の後面に形成される第１導電型の後面電場層を有することを特徴とする。
【００２６】
前記非晶質シリコン薄膜層と前記第２導電型非晶質シリコン薄膜層の間には、非晶質シリコンカーバイド（ａ−ＳｉＣ）、非晶質シリコンオキシド（ａ−ＳｉＯ）、または非晶質シリコンナイトライド（ａ−ＳｉＮ）層より選択される少なくとも一つの薄膜層を含むことができる。
【００２７】
前記保護層は第１保護層と第２保護層を含み、前記第１導電型半導体基板の後面と接して形成されている前記第１保護層は陰の固定電荷を有する金属オキシドから形成され、前記第２保護層は前記第１保護層の下部にシリコンナイトライド（ＳｉＮｘ）あるいはシリコンオキシド（ＳｉＯｘ）から形成されうる。
【００２８】
また、本発明による太陽電池は、第１導電型半導体基板、前記第１導電型半導体基板の前面に形成される少なくとも一つの非晶質シリコン薄膜層、前記非晶質シリコン薄膜層の上部に形成される第２導電型シリコン薄膜層、前記第２導電型シリコン薄膜層の上部に形成される透明導電層、前記透明導電層の上部に形成される前面電極、前記第１導電型半導体基板の後面に形成されている第１導電型拡散層、前記第１導電型拡散層の後面に形成される少なくとも一つの保護層、前記保護層に形成される少なくとも一つの開口部、前記開口部を通して第１導電型半導体基板の後面と接触する後面電極、前記開口部を通して後面電極と接触し、前記第１導電型半導体基板の後面に形成される第１導電型の後面電場層を有し、前記後面電場層の不純物の濃度は前記第１導電型拡散層の不純物の濃度より高いことを特徴とする。
【００２９】
前記非晶質シリコン薄膜層と第２導電型非晶質シリコン薄膜層の間には、非晶質シリコンカーバイド（ａ−ＳｉＣ）、非晶質シリコンオキシド（ａ−ＳｉＯ）、または非晶質シリコンナイトライド（ａ−ＳｉＮ）層より選択される少なくとも一つの薄膜層を含むことができる。
【００３０】
また、上記目的を達成するためになされた本発明による太陽電池は、第１導電型半導体基板、前記第１導電型半導体基板の前面に形成される少なくとも一つの非晶質シリコン薄膜層、前記非晶質シリコン薄膜層の上部に形成される第２導電型シリコン薄膜層、前記第２導電型シリコン薄膜層の上部に形成される透明導電層、前記透明導電層の上部に形成される前面電極、前記第１導電型半導体基板の後面に第２導電型の不純物が拡散して形成されている第２導電型拡散層、前記第２導電型拡散層の後面に形成されている少なくとも一つの保護層、前記保護層に形成される少なくとも一つの開口部、前記開口部を通して第１導電型半導体基板の後面と接触する後面電極、及び前記開口部を通して後面電極と接触し、前記第１導電型半導体基板の後面に形成される第１導電型の後面電場層を有することを特徴とする。
【００３１】
前記非晶質シリコン薄膜層と第２導電型シリコン薄膜層の間には、非晶質シリコンカーバイド（ａ−ＳｉＣ）、非晶質シリコンオキシド（ａ−ＳｉＯ）、または非晶質シリコンナイトライド（ａ−ＳｉＮ）層より選択される少なくとも一つの薄膜層をさらに含むことができる。
【００３２】
前記保護層は第１保護層と第２保護層を含み、前記第１導電型半導体基板の後面と接して形成されている第１保護層は陰の固定電荷を有する金属オキシドから形成され、前記第１保護層の下部に形成されている前記第２保護層はシリコンナイトライド（ＳｉＮｘ）あるいはシリコンオキシド（ＳｉＯｘ）から形成されることができる。
【００３３】
また、上記目的を達成するためになされた本発明による太陽電池は、第２導電型半導体基板、前記第２導電型半導体基板の前面に形成される少なくとも一つの非晶質シリコン薄膜層、前記非晶質シリコン薄膜層の上部に形成される第１導電型シリコン薄膜層、前記第１導電型シリコン薄膜層の上部に形成される透明導電層、前記透明導電層の上部に形成される前面電極、前記第２導電型半導体基板の後面に形成される少なくとも一つの保護層、前記保護層に形成される少なくとも一つの開口部、前記開口部を通して第２導電型半導体基板の後面と接触する後面電極、及び前記開口部を通して後面電極と接触し、前記第２導電型半導体基板の後面に形成される第２導電型の後面電場層を有することを特徴とする。
【００３４】
前記第２導電型半導体基板の後面と前記保護層の間に形成されている第２導電型拡散層をさらに含むことができる。
【００３５】
前記第２導電型後面電場層の不純物濃度は前記第２導電型拡散層の不純物の濃度より高くできる。
【００３６】
また、上記目的を達成するためになされた本発明による太陽電池の製造方法は、第１導電型半導体基板の後面に少なくとも一つの保護層を積層する段階、前記保護層に開口部を形成する段階、前記保護層の後面及び前記開口部内に後面電極層を形成する段階、前記後面電極層を拡散させて後面電場層を形成する段階、前記第１導電型半導体基板の前面に非晶質シリコン薄膜層及び第２導電型シリコン薄膜層を順次に形成する段階、前記第２導電型シリコン薄膜層の上部に透明導電層を形成する段階、前記透明導電層の上部に電面電極を形成する段階を含む。
【００３７】
前記保護層を積層する前に、前記第１導電型半導体基板の後面に第１導電型物質を拡散させて第１導電型拡散層を形成する段階をさらに含むことができる。
【００３８】
前記後面電場層の不純物の濃度は前記第１導電型拡散層の不純物の濃度より高くなるように形成することができる。
【００３９】
前記保護層を積層する前に、前記第１導電型半導体基板の後面に第２導電型物質を拡散させて第２導電型拡散層を形成する段階をさらに含むことができる。
【００４０】
前記シリコン薄膜層及び第２導電型シリコン薄膜層を順次に形成する段階において、前記シリコン薄膜層と前記第２導電型シリコン薄膜層の間にバンドギャップ層を形成することができる。
【発明の効果】
【００４１】
本発明による太陽電池は、前面の異種接合構造によって高い開放電圧を得ることができ、半導体基板にｐ−ｎ接合を形成する際、半導体基板に直接ｎ型またはｐ型の不純物をドーピングする工程を省略することによってシリコン表面の欠陥を除去することができる。また、半導体基板後面に形成された保護層を通して電荷の損失を減らし、漏れ電流を減少させることができる。また、後面に形成された保護層は反射膜の役割を果たして、内部光吸収を向上させることができる。
【００４２】
したがって、本発明によれば、半導体基板の前面には異種接合構造を有しており、半導体基板の後面には保護層を有する太陽電池を製作することによって太陽電池の効率を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の一実施形態による太陽電池の断面図である。
【図２】図１による太陽電池を製造する方法を順に示した断面図である。
【図３】図１による太陽電池を製造する方法を順に示した断面図である。
【図４】図１による太陽電池を製造する方法を順に示した断面図である。
【図５】図１による太陽電池を製造する方法を順に示した断面図である。
【図６】図１による太陽電池を製造する方法を順に示した断面図である。
【図７】図１による太陽電池を製造する方法を順に示した断面図である。
【図８】図１による太陽電池を製造する方法を順に示した断面図である。
【図９】本発明の一実施形態による太陽電池の断面図である。
【図１０】図９による太陽電池を製造する方法を順に示した断面図である。
【図１１】図９による太陽電池を製造する方法を順に示した断面図である。
【図１２】図９による太陽電池を製造する方法を順に示した断面図である。
【図１３】図９による太陽電池を製造する方法を順に示した断面図である。
【図１４】図９による太陽電池を製造する方法を順に示した断面図である。
【図１５】図９による太陽電池を製造する方法を順に示した断面図である。
【図１６】図９による太陽電池を製造する方法を順に示した断面図である。
【図１７】図９による太陽電池を製造する方法を順に示した断面図である。
【図１８】本発明の一実施形態による太陽電池の断面図である。
【図１９】本発明の一実施形態による太陽電池の断面図である。
【図２０】本発明の一実施形態による太陽電池の断面図である。
【図２１】本発明の一実施形態による太陽電池の断面図である。
【図２２】本発明の一実施形態による太陽電池の断面図である。
【図２３】本発明の一実施形態による太陽電池の断面図である。
【図２４】本発明の一実施形態による太陽電池の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
次に、本発明の実施形態の具体例を図面を参照しながら説明する。しかし、本発明は多様な相違した形態に具現でき、ここで説明する実施形態に限られない。
【００４５】
図面において、多様な層及び領域を明確に表現するために厚さを拡大して示した。明細書全体にわたって類似した部分については同一な図面符号を付与した。層、膜、領域などの部分が他の部分の“上に”にあるという場合、これは他の部分の直上にある場合だけでなく、その中間にまた他の部分がある場合も含む。反対に、ある部分が他の部分の“直上に”あるという場合には中間に他の部分がないことを意味する。層、膜、領域などの部分が他の部分の“下部に”または“下に”あるという場合、これは他の部分の直ちの下にある場合だけでなく、その中間にまた他の部分がある場合も含む。
【００４６】
それでは、本発明の実施例による太陽電池及びその製造方法について、添付した図面（図１、図２乃至図８）を参照して詳しく説明する。
【００４７】
＜第１実施例＞
まず、図１を参照して、本発明の第１実施例による太陽電池を説明する。
【００４８】
図１は、本発明の第１実施例による太陽電池の断面図である。
【００４９】
図１を参照すれば、本発明の第１実施例による太陽電池は、第１導電型半導体基板１０の前面に形成された非晶質シリコン薄膜層２０、第２導電型シリコン薄膜層３０（広くは第２導電型層ともいう）、透明導電層４０、前面電極９０（第１電極ともいう）と第１導電型半導体基板１０の後面に形成された保護層５０、保護層５０に形成された少なくとも一つ以上の開口部７０、開口部７０と第１導電型半導体基板１０後面が接する領域に形成された不純物が高濃度に注入された後面電場層（Ｂａｃｋ  ｓｕｒｆａｃｅ  ｆｉｅｌｄ、ＢＳＦ）８０、後面に形成された後面電極６０（第２電極ともいう）を有する。
【００５０】
第１導電型半導体基板１０としては単結晶または多結晶シリコンウエハーなどが使用される。また、前記第１導電型半導体基板１０はｐ型またはｎ型の不純物原子が拡散されている。
【００５１】
ｐ型不純物原子はＩＩＩ族に属する不純物原子でありえ、ｎ型不純物原子はリン（Ｐ）などのＶ族に属する不純物原子でありうる。
【００５２】
第１導電型半導体基板１０の表面は表面組織化（ｓｕｒｆａｃｅ  ｔｅｘｔｕｒｉｎｇ）処理されうる。表面組織化処理された第１導電型半導体基板１０は、例えば、ピラミッド形状のような凹凸またはハニカム（ｈｏｎｅｙｃｏｍｂ）模様の表面を有しうる。表面組織化処理された第１導電型半導体基板１０は表面積を広げて光の吸収率を高め、反射度を減らして太陽電池の効率を改善することができる。
【００５３】
第１導電型半導体基板１０の前面には非晶質シリコン薄膜層２０が形成されており、その上部には第２導電型非晶質シリコン薄膜層３０が形成されている。前記第２導電型非晶質シリコン薄膜層３０の上部には透明導電層４０が形成されている。
【００５４】
前記非晶質シリコン薄膜層２０と第２導電型非晶質シリコン薄膜層の間３０には、光学的バンドギャップが大きくなるように複数の層を積層することができる。これは後で図２２乃至図２４の実施例で説明する。
【００５５】
透明導電層４０は、ＩＴＯ、ａ−ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＺｎＯ、ＳｎＯｘなどの透明導電性物質のうち少なくとも一つを含むことができる。透明導電層４０は、第１導電型半導体基板１０の前面電極９０と接触抵抗を低くする役割を果たす。前記透明導電層４０の上部に形成された前面電極９０は、前記第１導電型半導体基板１０及び第２導電型非晶質シリコン薄膜層３０を通して生成される電気を集めて外部の装置へ伝達する役割を果たし、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、及びこれらの合金などの低抵抗金属から形成される。
【００５６】
第１導電型半導体基板１０の後面には保護層５０が形成されている。保護層５０は、一般に、アルミニウムオキシド（Ａｌ２Ｏ３）などの金属オキシドまたはアルミニウムナイトライド（ＡｌＮ）、アルミニウムオキシナイトライド（ＡｌＯＮ）、シリコンオキシド（ＳｉＯｘ）、シリコンナイトライド（ＳｉＮｘ）、シリコンオキシナイトライド（ＳｉＯｘＮｙ）、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、チタニウムオキシド（ＴｉＯｘ）、非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）等から形成される。
【００５７】
保護層５０は約５ｎｍ乃至３０００ｎｍの厚さを有するが、これに限定されるわけではない。例えば、基板の後面においてアルミニウムオキシド（Ａｌ２Ｏ３）、または金属オキシド）のように陰の固定電荷を有する保護層５０を誘電膜として用いる場合、厚さを５ｎｍに形成してもその効果が現れる。反面、シリコンナイトライド（ＳｉＮｘ）やシリコンオキシド（ＳｉＯｘ）のような物質を保護膜として用いる場合にはその厚さが増加する。また、半導体基板の後面において１１００ｎｍの長い波長を吸収するためには、８００ｎｍ以上に形成する場合にのみ反射膜の役割を果たすため、その波長に応じてさらに厚く形成されることもある。
【００５８】
第１導電型半導体基板１０の後面に形成される保護層５０は、アルミニウムオキシド（Ａｌ２Ｏ３）などの陰の固定電荷を有する保護層５０を使用するのが好ましい。
【００５９】
具体的に、保護層５０が多数の陰電荷（ｎｅｇａｔｉｖｅ  ｃｈａｒｇｅ）を帯びる場合、第１導電型半導体基板１０に存在する少数電荷（ｍｉｎｏｒ  ｃｈａｒｇｅｓ）である電子が第１導電型半導体基板１０の後面側へ（つまり、後面電極６０側へ）移動することを妨害することによって、第１導電型半導体基板１０の後面において電子と正孔が再結合して消滅することを防止できる。したがって、電荷の損失を減らして太陽電池の効率を向上できる。
【００６０】
保護層５０の下部には後面電極６０が形成されている。後面電極６０はアルミニウム（Ａｌ）などの不透明金属から形成され、約２乃至５０μｍの厚さを有する。
【００６１】
後面電極６０は、保護層５０の一部分に形成された少なくとも一つ以上の開口部７０を通して第１導電型半導体基板１０の後面と接触する。
【００６２】
第１導電型半導体基板１０の後面と後面電極６０が接触する部分には後面電場層（ｂａｃｋ  ｓｕｒｆａｃｅ  ｆｉｅｌｄ、ＢＳＦ）８０が位置する。後面電場層（ｂａｃｋ  ｓｕｒｆａｃｅ  ｆｉｅｌｄ、ＢＳＦ）８０は、第１導電型半導体基板１０の後面付近で電荷が再結合して消滅することを防止して、太陽電池の効率を向上させることができる。
【００６３】
また、第２電極６０は不透明金属から形成されて、第１導電型半導体基板１０を通過した光を再び第１導電型半導体基板１０の内部に反射させることによって光の漏れを防止し、効率を向上させる役割を果たす。
【００６４】
本発明の実施例１による太陽電池を製造する方法については、図２乃至図８を図１と共に参照して説明する。
【００６５】
図２乃至図８は、本発明の第１実施例による太陽電池を製造する方法を順次に示した断面図である。
【００６６】
まず、シリコンウエハーなどの第１導電型半導体基板１０を準備する。この時、第１導電型半導体基板１０はｐ型不純物でドーピングされている。
【００６７】
また、図面には示していないが、第１導電型半導体基板１０には表面テクスチャリング（ｔｅｘｔｕｒｉｎｇ）処理がされていることもある。
【００６８】
本発明の太陽電池の前面は異種接合構造に形成されて、後面構造より低温で形成される。後面は、半導体基板後面に不純物を拡散させる工程が含まれて、前面より高温で形成される。例えば、非晶質シリコン薄膜層２０を使用する前面構造は約２００℃乃至３００℃程度で形成されるが、不純物拡散工程がある後面工程は約５００℃乃至１０００℃で形成される。したがって、高温で形成される後面構造を先に形成するのが好ましい。
【００６９】
図２を参照すれば、第１導電型半導体基板１０の後面に保護層５０を形成する。この時、保護層５０は前述の通り、一般に、アルミニウムオキシド（Ａｌ２Ｏ３）またはアルミニウムナイトライド（ＡｌＮ）、アルミニウムオキシナイトライド（ＡｌＯＮ）、シリコンオキシド（ＳｉＯｘ）、シリコンナイトライド（ＳｉＮｘ）、シリコンオキシナイトライド（ＳｉＯｘＮｙ）、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、チタニウムオキシド（ＴｉＯｘ）、非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）などより選択される少なくとも一つの層から形成する。
【００７０】
図３を参照すれば、前記保護層５０に少なくとも一つの開口部７０を形成する。
【００７１】
この時、開口部７０を形成する方法としては、レーザーを照射して形成する方法、マスクを使用して湿式エッチング、乾式エッチングをする方法などの多様な方法を使用することができる。
【００７２】
図４を参照すれば、第１導電型半導体基板１０の後面（正確には保護層５０の下）に後面電極６０を全面形成する。この時、後面電極６０の形成方法には、後面電極６０用導電性ペーストをスピンコーティングなどによって塗布する方法、スパッタリングなどによって蒸着する方法がある。または、開口部７０に後面電極６０用導電性ペーストを満たし、その上に第１導電型半導体基板１０の後面全体を覆うように後面電極６０用導電性ペーストを塗布することもできる。この時、開口部７０に後面電極６０用導電性ペーストを満たす方法は、スクリーンプリンティングやインクジェット印刷または押印印刷などの多様な方法によって形成する。
【００７３】
後面電極６０用導電性ペーストはアルミニウムなどの金属パウダーを含む。
【００７４】
図５を参照すれば、第１導電型半導体基板１０の後面（正確には保護層５０の下）に後面電極６０用導電性ペーストを塗布した後、高温の焼成炉（ｆｕｒｎａｃｅ）に置いて焼成（ｆｉｒｉｎｇ）する。焼成は金属パウダーの溶融温度より高い温度で行うことができ、例えば、約５００乃至１０００℃で行うことができる。後面電極６０の厚さは２乃至５０μｍである。
【００７５】
前記焼成によって後面電極６０が形成され、開口部７０より露出した第１導電型半導体基板１０の後面と後面電極６０が接触する部分には拡散によって後面電場層（ｂａｃｋ  ｓｕｒｆａｃｅ  ｆｉｅｌｄ、ＢＳＦ）８０が形成される。例えば、後面電極６０を形成する物質としてアルミニウム（Ａｌ）を使用する場合は、高温によってアルミニウムが拡散してｐ型の後面電場層（Ｂａｃｋ  ｓｕｒｆａｃｅ  ｆｉｅｌｄ、ＢＳＦ）８０が形成される。
【００７６】
前記後面電場層（ｂａｃｋ  ｓｕｒｆａｃｅ  ｆｉｅｌｄ）８０の形成は本発明では図示していないが、後面電極６０形成後にレーザーを照射して焼成（ｆｉｒｉｎｇ）によって形成することもできる。この時、保護層５０の開口部７０も同時に形成することができる。
【００７７】
または、保護層５０に開口部７０を形成した後、不純物を含む物質や金属ペーストを入れて高温で焼成すること、レーザーを使用して形成することもできる。
【００７８】
図６を参照すれば、第１導電型半導体基板１０の前面に非晶質シリコン薄膜層２０及び第２導電型シリコン薄膜層３０を順次に形成する。
【００７９】
前記非晶質シリコン薄膜層２０の厚さは約２０Å乃至１００Åであって、ＰＥＣＶＤ（Ｐｌａｓｍａ  Ｅｎｈａｎｃｅｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）などの方法を使用して、真空チャンバーにＳｉＨ４などのシリコン化合物と水素などを注入し、放電して形成することができる。
【００８０】
前記非晶質シリコン薄膜層２０の上部には第２導電型シリコン薄膜層３０が形成されている。第２導電型非晶質シリコン薄膜層３０は第１導電型半導体基板１０と反対型の不純物を含んでおり、前記第１導電型半導体基板１０とｐ−ｎ接合を形成する。
【００８１】
前記第２導電型シリコン薄膜層３０はＰＥＣＶＤ（Ｐｌａｓｍａ  Ｅｎｈａｎｃｅｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）などの方法を使用して、真空チャンバーにＳｉＨ４などのシリコン化合物と水素などを入れ、不純物を注入して形成する。この時、不純物はｐ型であることもでき、ｎ型であることもできる。厚さは約２０Å乃至１００Åである。
【００８２】
前記非晶質シリコン薄膜層２０と第２導電型非晶質シリコン薄膜層３０は、ａ−Ｓｉ層、微細結晶シリコン層から形成することができる。
【００８３】
前記非晶質シリコン薄膜層２０と第２導電型非晶質シリコン薄膜層３０は化学気相蒸着法（ＣＶＤ）または物理気相蒸着法（ＰＶＤ）などに属する薄膜蒸着法のうちのいずれか一つの方法によって形成することができる。または、スパッタリング法（Ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）、電子ビーム蒸着法（Ｅ−ｂｅａｍ  ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ）、熱蒸着法（Ｔｈｅｒｍａｌ  ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ）、レーザー分子ビーム蒸着法（Ｌ−ＭＢＥ、Ｌａｓｅｒ  Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｅａｍ  Ｅｐｉｔａｘｙ）、パルスレーザー蒸着法（ＰＬＤ、Ｐｕｌｓｅｄ  Ｌａｓｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、有機化学気相蒸着法（ＭＯＣＶＤ、Ｍｅｔａｌ−Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、ＨＶＰ理法（ＨＶＰＥ、Ｈｙｂｒｉｄｅ  Ｖａｐｏｒ  Ｐｈａｓｅ  Ｅｐｉｔａｘｙ）、真空蒸着法、及び原子層蒸着法から構成されたグループ中より選択されたいずれか一つの方法によって形成することができるが、必ずしもこれに制限されるわけではなく、発明の分野の当業者が公知の技術で理解可能な方法によって蒸着されることができる。
【００８４】
以下、図７を参照して、第１導電型半導体基板１０の前面において第２導電型シリコン薄膜層３０の上部に透明導電層４０を形成する方法について説明する。
【００８５】
前記第２導電型非晶質シリコン薄膜層３０の上部には、透明導電層４０をＣＶＤ、スパッタリング（ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）などの方法を使って形成する。透明導電層４０の厚さは１０乃至１０００Åである。透明導電層４０は前述のようにＩＴＯ、ａ−ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＺｎＯ、ＳｎＯｘなどの物質から形成することができる。
【００８６】
その後、図８に示しているように透明導電層４０の上部に前面電極９０を形成する。
【００８７】
前面電極９０は、導電性ペーストを使用して、インクジェット、スクリーンプリンティング、グラビア印刷、オフセット印刷などの方法を通して形成されることができる。
【００８８】
＜第２実施例＞
図９は、本発明の第２実施例による太陽電池の断面図である。
【００８９】
図９を参照すれば、本発明の第２実施例による太陽電池は、第１導電型半導体基板１０の前面に形成された非晶質シリコン薄膜層２０、第２導電型シリコン薄膜層３０、透明導電層４０、前面電極９０と第１導電型半導体基板１０の後面に形成された保護層５０、保護層５０と第１導電型半導体基板１０間に形成された過ドーピングによる第１導電型拡散層１１０、保護層５０に形成された少なくとも一つ以上の開口部７０、開口部７０と第１導電型拡散層１１０の後面が接する領域に形成された不純物が高濃度に注入された後面電場層１００、後面に形成された後面電極６０を有する。
【００９０】
つまり、第２実施例の太陽電池は第１実施例の前面と同一な構造を有しており、第２実施例の第１導電型半導体基板１０の後面には第１実施例とは異なって、後面全体に第１導電型拡散層１１０が追加形成されている。また、第２実施例では、第１実施例の後面電場層８０と異なって後面電場層１００に図示し、説明する。これは製造時に周辺構造の差によって実質的に両層が互いに異なる特性を含むことができるためである。
【００９１】
第１導電型半導体基板１０は単結晶または多結晶シリコンウエハーなどが使用される。また、前記第１導電型半導体基板１０はｐ型またはｎ型の不純物原子が拡散されている。
【００９２】
ｐ型不純物原子はＩＩＩ族に属する不純物原子でありえ、ｎ型不純物原子はリン（Ｐ）などのＶ族に属する不純物原子でありうる。
【００９３】
第１導電型半導体基板１０の表面は表面組織化（ｓｕｒｆａｃｅ  ｔｅｘｔｕｒｉｎｇ）処理されていることがありうる。表面組織化処理された第１導電型半導体基板１０は、例えば、ピラミッド形状のような凹凸またはハニカム（ｈｏｎｅｙｃｏｍｂ）模様の表面を有することができる。表面組織化処理された第１導電型半導体基板１０は表面積を広げて光の吸収率を高め、反射度を減らして太陽電池の効率を改善することができる。
【００９４】
第１導電型半導体基板１０の前面には非晶質シリコン薄膜層２０が形成されており、その上部には第２導電型非晶質シリコン薄膜層３０が形成されている。前記第２導電型非晶質シリコン薄膜層３０の上部には透明導電層４０が形成されている。
【００９５】
前記非晶質シリコン薄膜層２０と第２導電型非晶質シリコン薄膜層３０の間には、光学的バンドギャップが大きくなるように複数の層を積層することができる。これは以下の図２２乃至図２４の実施例で説明する。
【００９６】
透明導電層４０は、ＩＴＯ、ａ−ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＺｎＯ、ＳｎＯｘなど透明導電性物質の少なくとも一つを含むことができる。透明導電層４０は、第１導電型半導体基板１０の前面電極９０と接触抵抗を低くする役割を果たす。前記透明導電層４０の上部に形成された前面電極９０は、前記第１導電型半導体基板１０及び第２導電型非晶質シリコン薄膜層３０を通して生成される電気を集めて外部の装置へ伝達する役割を果たし、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、及びこれらの合金などの低抵抗金属から形成される。
【００９７】
第１導電型半導体基板１０の後面には保護層５０が形成されている。保護層５０は、一般に、アルミニウムオキシド（Ａｌ２Ｏ３）またはアルミニウムナイトライド（ＡｌＮ）、アルミニウムオキシナイトライド（ＡｌＯＮ）、シリコンオキシド（ＳｉＯｘ）、シリコンナイトライド（ＳｉＮｘ）、シリコンオキシナイトライド（ＳｉＯｘＮｙ）、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、チタニウムオキシド（ＴｉＯｘ）、非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）などから形成することができる。保護層５０は約５ｎｍ乃至３０００ｎｍの厚さを有することができるが、これに限定されるわけではない。
【００９８】
具体的に、保護層５０が多数の陰電荷（ｎｅｇａｔｉｖｅ  ｃｈａｒｇｅ）を帯びる場合、第１導電型半導体基板１０に存在する少数電荷（ｍｉｎｏｒ  ｃｈａｒｇｅｓ）である電子が第１導電型半導体基板１０の後面側へ（つまり、後面電極６０側へ）移動することを妨害することによって、第１導電型半導体基板１０の後面において電子と正孔が再結合して消滅することを防止することができる。したがって、電荷の損失を減らして太陽電池の効率を向上させることができる。
【００９９】
保護層５０と第１導電型半導体基板１０の間には第１導電型拡散層１１０が形成されている。第１導電型拡散層１１０は、過ドーピングによって第１導電型半導体基板１０の後面に形成される。実施例によってはホウ素（Ｂ）の拡散によってｐ＋高ドーピングによって形成されることができる。
【０１００】
保護層５０の下部には後面電極６０が形成されている。後面電極６０はアルミニウム（Ａｌ）などの不透明金属から形成されることができ、約２乃至５０μｍの厚さを有する。
【０１０１】
後面電極６０は、保護層５０の一部分に形成された少なくとも一つ以上の開口部７０を通して第１導電型半導体基板１０の後面と接触する。
【０１０２】
第１導電型拡散層１１０の後面と後面電極６０が接触する部分には後面電場層１００が位置する。後面電場層１００及び第１導電型拡散層１１０は、第１導電型半導体基板１０の後面付近で電荷が再結合して消滅することを防止して、太陽電池の効率を向上させることができる。
【０１０３】
また、第２電極６０は不透明金属から形成されて、第１導電型半導体基板１０を通過した光を再び第１導電型半導体基板１０の内部に反射させることによって光の漏れを防止し、効率を向上させる役割を果たす。
【０１０４】
図１０乃至図１７を参照して、本発明の第２実施例による太陽電池の製造方法を説明する。
【０１０５】
図１０乃至図１７は、本発明の第２実施例によって太陽電池を製造する方法を順次に示した断面図である。
【０１０６】
図１０において、第１導電型半導体基板１０の後面には第１導電型の第１導電型拡散層１１０を全面に形成する。この時、第１導電型の第１導電型拡散層１１０はホウ素（Ｂ）などの不純物拡散によってｐ型に形成することができる。
【０１０７】
その後、図１１に示した通り、第１導電型拡散層１１０が形成された第１導電型半導体基板１０の後面下部に保護層５０を形成する。
【０１０８】
次に、図１２に示した通り、保護層５０にレーザーなどを利用して開口部７０を形成する。開口部７０形成方法は第１実施例で説明したことと同一でありう。
【０１０９】
その後、図１３に示した通り、開口部７０が形成された保護層５０の下部に後面電極６０を形成する。この時、後面電極６０を焼成（ｆｉｒｉｎｇ）して形成しながら、開口部を通して後面電極６０と第１導電型の半導体基板１０にドーピングされて形成された第１導電型拡散層１１０と接触する部分に後面電場層１００を形成する。例えば、アルミニウム（Ａｌ）から形成された後面電極６０が第１導電型拡散層１１０を通過して第１導電型半導体基板１０に拡散しながら、開口部に後面電場層１００を形成する（図１４参照）。
【０１１０】
開口部を通して後面電極６０と第１導電型の半導体基板１０の後面（正確には第１導電型拡散層１１０）が接触する部分に後面電場層１００を形成する方法は第１実施例と同一にすることができる。
【０１１１】
この時、後面電場層１００の不純物の濃度は、第１導電型の半導体基板１０の後面に全体的に形成された第１導電型拡散層１１０より高濃度でありうる。
【０１１２】
例えば、第１導電型半導体基板１０の後面に形成された第１導電型拡散層１１０の不純物の濃度は１０１９／ｃｍ３〜１０２０／ｃｍ３であり、開口部を通して後面電極６０と第１導電型の半導体基板１０の後面が接触する部分に形成された後面電場の不純物の濃度は１０２０／ｃｍ３〜１０２１／ｃｍ３であって、１０倍程度濃度が高いことがありうる。
【０１１３】
図１５乃至図１７は、第１導電型半導体基板１０の前面形成方法を順次に示している。これは第１実施例と同一であるので別途の説明は省略する。
【０１１４】
＜第３実施例＞
図１８は、本発明の他の実施例による太陽電池の断面図である。
【０１１５】
図１８を参照すれば、本発明の第３実施例による太陽電池は、第１実施例及び第２実施例とは異なって第１導電型半導体基板１０の後面に第２導電型拡散層１５０が形成されている。第１実施例と比較すると、第３実施例は第２導電型拡散層１５０がより多く形成されており、第２実施例と比較すれば、第３実施例は第１導電型拡散層１１０位置に第２導電型拡散層１５０が形成されている。第２実施例の第１導電型拡散層１１０は第１導電型物質で過ドーピングされてあるが、第３実施例の第２導電型拡散層１５０は第２導電型物質で過ドーピングされている。
【０１１６】
第３実施例において、第１導電型半導体基板１０の後面に形成された第２導電型拡散層１５０は電子の後面再結合速度を減少させ、太陽電池の電子収集能力を向上させる。
【０１１７】
また、第３実施例の太陽電池の前面構造は第１及び第２実施例と同一な構造を有する。
【０１１８】
本発明の第３実施例による太陽電池の製造方法を説明する。
【０１１９】
第１導電型半導体基板１０の後面に第２導電型拡散層１５０を形成する。この時、第２導電型拡散層１５０はリン（Ｐ）などの不純物拡散によってｎ型に形成されることができる。また、第２導電型拡散層１５０は低濃度を有しているのが好ましい。
【０１２０】
一方、前記のように第２導電型拡散層１５０を形成する際、第１導電型半導体基板１０の前面には他の層が形成されていないこともある。
【０１２１】
その後、第１導電型半導体基板の後面の上に保護層５０が形成される。
【０１２２】
第３実施例において保護層５０が形成される方法と開口部７０が形成される方法、前面電極９０、後面電極６０を形成する方法、開口部７０に後面電場層（ｂａｃｋ  ｓｕｒｆａｃｅ  ｆｉｅｌｄ、ＢＳＦ）８０を形成する方法は第１実施例と同一である。
【０１２３】
この時、開口部７０に形成された後面電場層（ｂａｃｋ  ｓｕｒｆａｃｅ  ｆｉｅｌｄ、ＢＳＦ）８０の導電型は第２導電型拡散層１５０と異なる導電型に形成される。
【０１２４】
また、図２２乃至図２４のように、非晶質シリコン薄膜層２０と第２導電型非晶質シリコン薄膜層３０の間に光学的バンドギャップが広い物質を少なくとも一つ以上積層することができる。
【０１２５】
＜第４実施例＞
図１９は、本発明の他の実施例による太陽電池の断面図である。
【０１２６】
図１９で示したように、第４実施例による太陽電池は、保護層５０、１３０を二つ以上の層に積層した構造を有する。
【０１２７】
図１９においては図１の構造に保護層５０が一つの層に積層されたことを説明しているが、積層できる保護層としては、例えば、アルミニウムオキシド（Ａｌ２Ｏ３）またはアルミニウムナイトライド（ＡｌＮ）、アルミニウムオキシナイトライド（ＡｌＯＮ）、シリコンオキシド（ＳｉＯｘ）、シリコンナイトライド（ＳｉＮｘ）、シリコンオキシナイトライド（ＳｉＯｘＮｙ）シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、チタニウムオキシド（ＴｉＯｘ）、非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）などが挙げられる。この中で選択される１種以上が保護層として積層されうる。
【０１２８】
前記追加的に積層された保護層１３０は、第１導電型半導体基板１０を通過した光を再び第１導電型半導体基板１０側に反射させて再吸収させることによって光の損失を防止し、効率を向上させることができる。同時に、後面電極６０の形成時、高温焼成によって保護層５０及び第１導電型半導体基板１０が損傷することを防止することができる。
【０１２９】
また、第１導電型半導体基板１０の後面に形成された保護層５０が低い蒸着速度で形成されて工程時間が長くかかる場合、第１導電型半導体基板１０の後面に形成された保護層５０の厚さを小さくし、その下部に形成された保護層１３０の厚さを大きくすることができる。例えば、陰の固定電荷を有するアルミニウムオキシド（Ａｌ２Ｏ３）はＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ  ｌａｙｅｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）を利用して高品質に形成されるが、この時、蒸着速度は一秒当たり約０．２５Å程度で蒸着されることができる。これは普通ＣＶＤより３乃至５倍程度遅い速度である。半導体基板の後面に形成されて電子が後面側に移動することを遮断する役割を果たす保護層は、５ｎｍ程度に形成されてもその役割を果たすことができるが、膜質の安定性側面から５０ｎｍ程度で形成したりもする。このようなアルミニウムオキシド（Ａｌ２Ｏ３）の下部に形成される保護層１３０は保護膜の役割及び反射膜の役割を果たすので、約８００ｎｍ乃至３２００ｎｍ程度に厚く形成される。
【０１３０】
第１導電型半導体基板１０の後面に二つの層で保護層５０、１３０を積層する場合の例を挙げれば、第１導電型半導体基板１０の後面に直接形成される保護層５０は、アルミニウムオキシド（Ａｌ２Ｏ３）などの陰の固定電荷を有する金属オキシド物質を含む。これは保護層５０が多数の陰電荷（ｎｅｇａｔｉｖｅ  ｃｈａｒｇｅ）を帯びる場合、下部第１導電型半導体基板１０層に存在する少数電荷（ｍｉｎｏｒ  ｃｈａｒｇｅｓ）である電子が後面側に移動することを妨害することによって、第１導電型半導体基板１０の後面側において電子と正孔が再結合して消滅することを防止できるためである。したがって、電荷の損失を減らして太陽電池の効率を向上させることができる。
【０１３１】
また、アルミニウムオキシド（Ａｌ２Ｏ３）の下部には、シリコンオキシド（ＳｉＯｘ）あるいはシリコンナイトライド（ＳｉＮｘ）などを積層して保護層１３０を形成することができる。
【０１３２】
アルミニウムオキシド（Ａｌ２Ｏ３）の下部に形成された保護層１３０は前述の通り、反射膜と保護膜としての役割を果たすようになる。
【０１３３】
＜第５実施例＞
図２０は、本発明の他の実施例による太陽電池の断面図である。
【０１３４】
図２０において、保護層５０、１３０は二つ以上の層で積層されている。
【０１３５】
図２０では、図９の構造に保護層５０、１３０が二つの層で積層された構造を示している。
保護層５０、１３０に関する説明は第４実施例で説明したことと同一である。
【０１３６】
＜第６実施例＞
図２１は、本発明の他の実施例による太陽電池の断面図である。
【０１３７】
図２１において、保護層５０、１３０は二つ以上の層で積層されている。
【０１３８】
図２１では、図１８の構造に保護層５０、１３０が二つの層で積層された構造を示している。
【０１３９】
保護層５０、１３０に関する説明は第４実施例で説明したことと同一である。
【０１４０】
＜第７実施例＞
図２２は、本発明の他の実施例による太陽電池の断面図である。
【０１４１】
図２２では、図１の構造に非晶質シリコン薄膜層２０と第２導電型非晶質シリコン薄膜層３０の間に光学的バンドギャップが大きくなるように、複数の層（以下、バンドギャップ層１４０という）を追加積層したことを説明している。図２２ではバンドギャップ層１４０を１４０一つの層に示しているが、前述のように複数の層を含むことができる。
【０１４２】
前記バンドギャップ層１４０は、非晶質シリコンカーバイド（ａ−ＳｉＣ）、非晶質シリコンオキシド（ａ−ＳｉＯ）、または非晶質シリコンナイトライド（ａ−ＳｉＮ）層より少なくとも一つ以上の層で積層されることができる。バンドギャップ層１４０は非晶質シリコン薄膜層２０の特性を有することができる。
【０１４３】
このようにバンドギャップ層１４０を形成することによって、光吸収を増加させて電流損失を減少させることができるので、太陽電池の効率を向上させることができる。
【０１４４】
＜第８実施例＞
図２３は、本発明の他の実施例による太陽電池の断面図である。
【０１４５】
図２３では、図９の構造に非晶質シリコン薄膜層２０と第２導電型非晶質シリコン薄膜層３０の間にバンドギャップ層１４０を積層したことを示している。
【０１４６】
前記バンドギャップ層１４０は第７実施例で説明したことと同一である。
【０１４７】
＜第９実施例＞
図２４は、本発明の他の実施例による太陽電池の断面図である。
【０１４８】
図２４では、図１８の構造に非晶質シリコン薄膜層２０と第２導電型非晶質シリコン薄膜層３０の間にバンドギャップ層１４０を積層したことを示している。
【０１４９】
前記バンドギャップ層１４０は第７実施例で説明したことと同一である。
【０１５０】
第１実施例乃至第９実施例を通して本発明を説明したが、これに限定されるわけではなく、多様な変形例がありうる。例えば、第１導電型半導体基板１０の代わりに第２導電型半導体基板を使用した場合、第２導電型半導体基板の前面には第１導電型非晶質シリコン薄膜層が形成され、第２導電型半導体基板の後面には第１導電型後面電場（ｂａｃｋ  ｓｕｒｆａｃｅ  ｆｉｅｌｄ、ＢＳＦ）が形成される。
【０１５１】
尚、本発明は、上述の実施形態に限られるものではない。本発明の技術的範囲から逸脱しない範囲内で多様に変更実施することが可能である。本発明の権利範囲はこれに限定されるわけではなく、特許請求の範囲で定義している本発明の基本概念を利用した当業者の多様な変形及び改良形態もまた本発明の権利範囲に属する。
【符号の説明】
【０１５２】
１０    第１導電型半導体基板
２０    非晶質シリコン薄膜層
３０    第２導電型非晶質シリコン薄膜層
４０    透明導電層
５０、１３０    保護層
６０    後面電極（第２電極）
７０    開口部
８０、１００  後面電場層
９０    前面電極（第１電極）
１１０    第１導電型拡散層
１５０    第２導電型拡散層
１４０    バンドギャップ層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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