(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板の前面上に位置する第１パッシベーション膜と、
前記半導体基板の後面上に位置する第２パッシベーション膜と、
前記半導体基板の前面側の前記第１パッシベーション膜上に位置し、前記半導体基板と同一の導電型を有する前面電界領域と、
前記半導体基板の後面側の前記第２パッシベーション膜上に位置し、前記半導体基板と反対の導電型を有するエミッタ領域と、
前記前面電界領域に電気的に接続される第１電極と、
前記エミッタ領域に電気的に接続される第２電極と
を含み、
前記第１パッシベーション膜及び前記第２パッシベーション膜は、真性非晶質シリコン層からなり、
前記第１パッシベーション膜の厚さは１ｎｍ〜５ｎｍであり、前記第２パッシベーション膜の厚さは１ｎｍ〜７ｎｍであり、
前記第１パッシベーション膜の厚さ：前記第２パッシベーション膜の厚さの比は１：１〜１：２．５であり、
前記前面電界領域の厚さ：前記エミッタ領域の厚さの比は、１：１．５〜１：５．５であり、
前記第１パッシベーション膜の厚さ：前記前面電界領域の厚さの比は、1：１〜１：２であり、前記第２パッシベーション膜の厚さ：前記エミッタ領域の厚さの比は、１：２〜１：５である、太陽電池。
【請求項２】
前記前面電界領域のエネルギーバンドギャップは前記半導体基板のエネルギーバンドギャップより大きく、
前記エミッタ領域のエネルギーバンドギャップは前記半導体基板のエネルギーバンドギャップより大きい、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項３】
前記前面電界領域及び前記エミッタ領域は,ドープされた非晶質シリコン、非晶質シリコン酸化物、非晶質シリコン炭化物、インジウム−ガリウム−亜鉛酸化物、チタン酸化物及びモリブデン酸化物の少なくとも１つを含む、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項４】
前記エミッタ領域及び前記前面電界領域の少なくとも一つは第１部分と前記第１部分より高いドーピング濃度を有する第２部分を含み、
前記第１部分の厚さは前記第２部分の厚さより大きい、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項５】
前記前面電界領域は、前記第１パッシベーション膜上に位置する第１電界部分と、前記第１電界部分上に位置し、前記第１電界部分より高いドーピング濃度を有する第２電界部分とを含み、
前記エミッタ領域は、前記第２パッシベーション膜上に位置する第１エミッタ部分と、前記第１エミッタ部分上に位置し、前記第１エミッタ部分より高いドーピング濃度を有する第２エミッタ部分を含み、
前記第１エミッタ部分のドーピング濃度と前記第２エミッタ部分のドーピング濃度の比は前記第１電界部分のドーピング濃度と前記第２電界部分のドーピング濃度の比と等しいかより大きく、
前記第１エミッタ部分の第２導電型ドーパントのドーピング濃度は前記第１電界部分の第１導電型ドーパントのドーピング濃度と等しいかより小さい、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項６】
前記第１電極及び前記第２電極の少なくとも一つが透明電極層及び前記透明電極層上に位置する金属電極層を含み、
前記透明電極層はインジウム−スズ酸化物（ｉｎｄｉｕｍ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ、ＩＴＯ）、アルミニウム−亜鉛酸化物（ａｌｕｍｉｎｕｍ ｚｉｎｃ ｏｘｉｄｅ、ＡＺＯ）、ホウ素−亜鉛酸化物（ｂｏｒｏｎ ｚｉｎｃ ｏｘｉｄｅ、ＢＺＯ）、インジウム−タングステン酸化物（ｉｎｄｉｕｍ ｔｕｎｇｓｔｅｎ ｏｘｉｄｅ、ＩＷＯ）及びインジウム−セシウム酸化物（ｉｎｄｉｕｍ ｃｅｓｉｕｍ ｏｘｉｄｅ、ＩＣＯ）、インジウム−チタン−タンタル酸化物の少なくとも１つを含む、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項７】
前記透明電極層は水素をさらに含む、請求項６に記載の太陽電池。
【請求項８】
前記第１電極は、前記前面電界領域上に形成される第１透明電極層及び前記第１透明電極層上に位置する第１金属電極層を含み、
前記第２電極は、前記エミッタ領域上に形成される第２透明電極層及び前記第２透明電極層上に位置する第２金属電極層を含み、
前記第１透明電極層の厚さは前記第２透明電極層の厚さより大きい、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項９】
前記半導体基板及び前記前面電界領域はｎ型であり、
前記エミッタ領域はｐ型である、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項１０】
前記半導体基板の前面に第１凹凸部及び第２凹凸部が備えられる、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項１１】
半導体基板の前面及び後面上にそれぞれ位置する第１パッシベーション膜及び第２パッシベーション膜を形成する段階と、
前記半導体基板の前面側の前記第１パッシベーション膜上に位置し、前記半導体基板と同一の導電型を有する前面電界領域及び前記半導体基板の後面側の前記第２パッシベーション膜上に位置し、前記半導体基板と反対の導電型を有するエミッタ領域を形成する段階と、
前記前面電界領域上に位置する第１透明電極層及び前記エミッタ領域上に位置する第２透明電極層を形成する段階と、
前記第１透明電極層上に位置する第１金属電極層及び前記第２透明電極層上に位置する第２金属電極層を形成する段階と
を含み、
前記第１パッシベーション膜及び前記第２パッシベーション膜は、真性非晶質シリコン層からなり、
前記第１パッシベーション膜の厚さは１ｎｍ〜５ｎｍであり、前記第２パッシベーション膜の厚さは１ｎｍ〜７ｎｍであり、
前記第１パッシベーション膜の厚さ：前記第２パッシベーション膜の厚さの比は１：１〜１：２．５であり、
前記前面電界領域の厚さ：前記エミッタ領域の厚さの比は、１：１．５〜１：５．５であり、
前記第１パッシベーション膜の厚さ：前記前面電界領域の厚さの比は、1：１〜１：２であり、前記第２パッシベーション膜の厚さ：前記エミッタ領域の厚さの比は、１：２〜１：５である、太陽電池の製造方法。
【請求項１２】
前記第１金属電極層及び前記第２金属電極層の少なくとも一つはパターンを有するように形成され、
前記第１金属電極層及び前記第２金属電極層の少なくとも一つは、溶媒、導電性物質及びバインダーを含むペースト層を形成し、前記ペースト層を乾燥することによって形成されるか、又はメッキによって形成される、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及び第２パッシベーション膜を形成する段階の前に、
前記半導体基板の前面及び後面にウエットエッチングを用いるテクスチャリングにより第１凹凸部を形成する段階と、
前記半導体基板の少なくとも前面に反応性イオンエッチングにより前記第１凹凸部より小さいサイズの第２凹凸部を形成する段階と
をさらに含む、請求項１１に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項１４】
前記第１及び第２透明電極層を形成する段階は、前記第１及び第２透明電極層を蒸着で形成する段階と、前記第１及び第２透明電極層を形成する原料物質、水素ガス及びキャリアガスを注入する段階とを含む、請求項１１に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項１５】
前記キャリアガスは窒素ガス又はアルゴンガスを含み、
前記キャリアガスに対する前記水素ガスの割合は、０．５％〜５％である、請求項１４に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項１６】
前記第１及び第２透明電極層を形成する段階では、前記原料物質、前記水素ガス及び前記キャリアガスと一緒に酸素ガスが注入される、請求項１４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係り、より詳しくは構造が改善された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、これらを取り替える代替エネルギーに対する関心が高くなっている。そのうちでも、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多様な層及び電極を設計によって形成することによって製造することができる。ところで、このような多様な層及び電極の設計によって太陽電池の効率が決定できる。太陽電池の商用化のためには低効率を克服しなければならないため、多様な層及び電極が太陽電池の効率を最大化することができるように設計されることが要求される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は高効率を有することができ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】
【０００５】
本発明の実施例による太陽電池は、半導体基板と、前記半導体基板の前面上に位置する第１パッシベーション膜と、前記半導体基板の後面上に位置する第２パッシベーション膜と、前記半導体基板の前面側の前記第１パッシベーション膜上に位置し、前記半導体基板と同一の導電型を有する前面電界領域と、前記半導体基板の後面側の前記第２パッシベーション膜上に位置し、前記半導体基板と反対の導電型を有するエミッタ領域と、前記前面電界領域に電気的に接続される第１電極と、前記エミッタ領域に電気的に接続される第２電極を含む。
【０００６】
本発明の実施例による太陽電池の製造方法は、半導体基板の前面及び後面上にそれぞれ位置する第１パッシベーション膜及び第２パッシベーション膜を形成する段階と、前記半導体基板の前面側の前記第１パッシベーション膜上に位置し、前記半導体基板と同一の導電型を有する前面電界領域及び前記半導体基板の後面側の前記第２パッシベーション膜上に位置し、前記半導体基板と反対の導電型を有するエミッタ領域を形成する段階と、前記前面電界領域上に位置する第１透明電極層及び前記エミッタ領域上に位置する第２透明電極層を形成する段階と、前記第１透明電極層上に位置する第１金属電極層及び前記エミッタ領域上に位置する第２透明電極層を形成する段階を含む。
【発明の効果】
【０００７】
本実施例によると、前面電界領域の厚さを相対的に小さくして光損失を最小化し、エミッタ領域の厚さを相対的に大きくして光電変換が円滑になされるようにしてパッシベーション特性を向上させることができる。そして、半導体基板がドーピング領域を備えずにベース領域のみでなって優れたパッシベーション特性を有することができる。また、半導体基板の前面側に位置する第１パッシベーション膜及び第１透明電極層と、半導体基板の後面側に位置する第２パッシベーション膜及び第２透明電極層の厚さ関係、厚さの比、そして前面電界領域、エミッタ領域、第１及び第２パッシベーション膜及び第１及び第２透明電極層の物質などを一緒に限定して、パッシベーション特性を最大化し、電流密度を極大化することができる。したがって、太陽電池の効率を最大化することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施例による太陽電池を示す断面図である。
【図２】図１に示す太陽電池の第１及び第２金属電極層の平面図である。
【図３ａ】本発明の実施例による太陽電池の製造方法を示す断面図である。
【図３ｂ】本発明の実施例による太陽電池の製造方法を示す断面図である。
【図３ｃ】本発明の実施例による太陽電池の製造方法を示す断面図である。
【図３ｄ】本発明の実施例による太陽電池の製造方法を示す断面図である。
【図３ｅ】本発明の実施例による太陽電池の製造方法を示す断面図である。
【図４】本発明の他の実施例による太陽電池の断面図である。
【図５】本発明のさらに他の実施例による太陽電池の断面図である。
【図６】本発明のさらに他の実施例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】
【０００９】
以下、添付図面に基づいて本発明の実施例を詳細に説明する。しかし、本発明がこのような実施例に限定されるものではなく、多様な形態に変形可能であるのは言うまでもない。
【００１０】
図面では、本発明を明確で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、明細書全般にわたって同一又は極めて類似の部分に対しては同一の参照符号を付ける。そして、図面では、より明確な説明のために、厚さ、広さなどを拡大又は縮小して示したが、本発明の厚さ、広さなどは図面に示したものに限定されない。
【００１１】
そして、明細書全般にわたってある部分が他の部分を“含む”というとき、特に反対の記載がない限り、他の部分を排除するものではなく、他の部分をさらに含むことができる。また、層、膜、領域、板などの部分が他の部分“上に”あるというとき、これは他の部分の“真上に”ある場合だけではなく、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”あるというときには、中間に他の部分が位置しないことを意味する。
【００１２】
以下、添付図面に基づいて本発明の実施例による太陽電池を詳細に説明する。
【００１３】
図１は本発明の一実施例による太陽電池を示す断面図である。
【００１４】
図１を参照すると、本実施例による太陽電池１００は、ベース領域１０を含む半導体基板１１０と、半導体基板１１０の前面上に形成される第１パッシベーション膜５２と、半導体基板１１０の後面上に形成される第２パッシベーション膜５４と、半導体基板１１０の前面側の第１パッシベーション膜５２上に形成される前面電界領域２０と、半導体基板１１０の後面側の第２パッシベーション膜５４上に形成されるエミッタ領域３０と、前面電界領域２０に電気的に連結される第１電極４２と、エミッタ領域３０に電気的に連結される第２電極４４とを含むことができる。これをより詳細に説明する。
【００１５】
半導体基板１１０は結晶質半導体でなることができる。一例として、半導体基板１１０は単結晶又は多結晶半導体（一例として、単結晶又は多結晶シリコン）でなることができる。特に、半導体基板１１０は、単結晶半導体（例えば、単結晶半導体ウエハー、より具体的には、単結晶シリコンウエハー）でなることができる。このように、半導体基板１１０が単結晶半導体（例えば、単結晶シリコン）でなれば、太陽電池１００が単結晶半導体太陽電池（例えば、単結晶シリコン太陽電池）を構成することになる。このように、結晶性が高くて欠陷が少ない結晶質半導体でなる半導体基板１１０を基にする太陽電池１００は優れた電気的特性を有することができる。
【００１６】
本実施例においては、半導体基板１１０に別のドーピング領域が形成されず、半導体基板１１０がベース領域１０のみでなることができる。このように、半導体基板１１０に別のドーピング領域が形成されなければ、ドーピング領域を形成するときに発生し得る半導体基板１１０の損傷、欠陥の増加などが防止され、半導体基板１１０が優れたパッシベーション特性を有することができる。これにより、半導体基板１１０の表面で発生する表面再結合を最小化することができる。
【００１７】
本実施例において、半導体基板１１０又はベース領域１０はベースドーパントである第１導電型ドーパントが低いドーピング濃度でドープされて第導電型を有することができる。この際、半導体基板１１０又はベース領域１０は、これと同一の導電型を有する前面電界領域２０より低いドーピング濃度、高い抵抗又は低いキャリア濃度を有することができる。
【００１８】
半導体基板１１０の前面及び／又は後面は、反射を防止するために、凹凸１１２、１１４を有することができる。より具体的に、本実施例において、凹凸１１２、１１４は、半導体基板１１０の前面（又は前面側表面）に形成される第１凹凸１１２と半導体基板１１０の後面（後面側表面）に形成される第２凹凸１１４を含むことができる。これにより、半導体基板１１０の前面及び後面に入射する光の反射を全て防止することができるので、本実施例のような両面受光型（ｂｉ−ｆａｃｉａｌ）構造を有する太陽電池１００での光損失を効果的に減少することができる。しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、第１凹凸１１２及び第２凹凸１１４のいずれか一方のみ形成されることも可能である。
【００１９】
半導体基板１１０の前面に位置する第１凹凸１１２は、光学的損失を最小化することができるように第１凹凸部１１２ａ及び第２凹凸部１１２ｂを含むことができる。第２凹凸部１１２ｂは第１凹凸部１１２ａ上に、より詳細に、第１凹凸部１１２ａを構成する外面上に形成され、該当の第１凹凸部１１２ａより小さな大きさを有することができる。これにより、第２凹凸部１１２ｂの平均大きさは第１凹凸部１１２ａの平均大きさより小さいことがあり、第２凹凸部１１２ｂは第１凹凸部１１２ａを構成するそれぞれの外面上に少なくとも一つ以上、例えば複数位置することができる。このような第１凹凸部１１２ａと第２凹凸部１１２ｂは互いに異なる方法で形成されることができる。
【００２０】
第１凹凸部１１２ａはテクスチャリング（ｔｅｘｔｕｒｉｎｇ）工程によって形成されることができる。これにより、第１凹凸部１１２ａの外面は特定の結晶面でなることができる。一例として、第１凹凸部１１２ａは（１１１）面である４個の外面によって形成される略ピラミッド形状を有することができる。
【００２１】
第１凹凸部１１２ａの平均大きさ（一例として、第１凹凸部１１２ａの高さの平均値）はマイクロメートル水準（例えば、１μｍ〜１ｍｍ）、一例としておよそ１０μｍ〜３０μｍであってもよい。平均大きさが１０μｍ未満である第１凹凸部１１２ａの製造が難しくなることがあり、第１凹凸部１１２ａの平均大きさを３０μｍ以下にすれば、反射防止効果を向上させることができる。そして、第１凹凸部１１２ａの大きさの偏差は相対的に大きな第１偏差を有することができる。このような第１凹凸部１１２ａは湿式食刻による非等方食刻によって形成されることができる。湿式食刻（ウエットエッチング）によって第１凹凸部１１２ａを形成すれば、簡単な工程で短時間に第１凹凸部１１２ａを形成することができる。
【００２２】
第２凹凸部１１２ｂは第１凹凸部１１２ａの外面（例えば、（１１１）面）上に微細な大きさで形成されることができる。第２凹凸部１１２ｂは尖っている端部を有することができるが、本発明がこれに限定されるものではなく、第２凹凸部１１２ｂがラウンド形の端部を有することもできる。
【００２３】
第２凹凸部１１２ｂの平均大きさ（一例として、第２凹凸部１１２ｂの高さの平均値）はナノメートル水準（すなわち、１μｍ以下、例えば１ｎｍ〜１μｍ）、一例として、およそ１００ｎｍ〜５００ｎｍの大きさを有することができる。このように、第１凹凸部１１２ａ上にこれより小さな大きさの第２凹凸部１１２ｂを形成すれば、反射防止効果を向上させることができる。平均大きさが１００ｎｍ未満である第２凹凸部１１２ｂは製造が難しくなることができ、第２凹凸部１１２ｂの平均大きさを５００ｎｍ以下に形成すれば、反射防止効果をもっと向上させることができる。第２凹凸部１１２ｂの大きさの偏差は第１偏差より小さな第２偏差を有することができる。これは、第２凹凸部１１２ｂの平均大きさがより小さいからでもあり、第２凹凸部１１２ｂの形成工程が等方性食刻を基にするからでもある。このように、本実施例においては、均一で微細な第２凹凸部１１２ｂが第１凹凸部１１２ａの外面上に形成される。
【００２４】
このような第２凹凸部１１２ｂは乾式食刻で等方食刻して形成することができる。乾式食刻としては、一例として反応性イオンエッチング（ｒｅａｃｔｉｖｅ ｉｏｎ ｅｔｃｈｉｎｇ、ＲＩＥ）を用いることができる。反応性イオンエッチングによれば、第２凹凸部１１２ｂを微細で均一に形成することができる。本発明が前述した第２凹凸部１１２ｂの形状、平均大きさ、大きさ偏差などに限定されるものではなく、第２凹凸部１１２ｂの形状、平均大きさ、大きさ偏差などは多様に変形されることができる。
【００２５】
本実施例において、半導体基板１１０の後面に形成される第２凹凸１１４は第１凹凸部１１４ａを備えることができる。第２凹凸１１４の第１凹凸部１１４ａに対しては第１凹凸１１２の第１凹凸部１１２ａについての説明がそのまま適用可能であるので、これについての詳細な説明は省略する。このように、半導体基板１１０の第２凹凸１１４が第１凹凸部１１４ａのみを備えて、第１及び第２凹凸部１１２ａ、１１２ｂを有する第１凹凸１１２とは違う形状を有すれば、第１凹凸１１２によって光の入射量が多い半導体基板１１０の前面での反射を効果的に防止することができ、第２凹凸１１４は簡単な構造を有するようにして太陽電池１００の製造工程を単純化することができる。
【００２６】
しかし、本発明がこれに限定されるものではない。半導体基板１１０の前面に形成された第１凹凸１１２が第１凹凸部１１２ａを備えないこともでき、かつ／あるいは第２凹凸１１４が形成されないこともできる。その以外の多様な変形が可能である。
【００２７】
半導体基板１１０の前面上には第１パッシベーション膜５２が形成され、半導体基板１１０の後面上には第２パッシベーション膜５４が形成される。これにより、半導体基板１１０の前面及び後面をそれぞれパッシベーションすることができる。
【００２８】
本明細書では、第１パッシベーション膜５２及び第２パッシベーション膜５４という用語を使ったが、第１パッシベーション膜５２及び／又は第２パッシベーション膜５４がトンネリング膜としての役目もすることができる。すなわち、第１及び第２パッシベーション膜５２、５４は電子及び正孔に一種のバリア（ｂａｒｒｉｅｒ）として作用し、少数キャリア（ｍｉｎｏｒｉｔｙ ｃａｒｒｉｅｒ）が通過しないようにし、第１及び第２パッシベーション膜５２、５４に隣接した部分に蓄積された後、一定量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及び第２パッシベーション膜５２、５４をそれぞれ通過するようにする。この際、一定量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易しく第１及び第２パッシベーション膜５２、５４を通過することができる。ここで、トンネリング効果を十分に具現するために、パッシベーション膜５２、５４の厚さは前面電界領域２０及びエミッタ領域３０より小さくてもよい。
【００２９】
一例として、第１及び第２パッシベーション膜５２、５４が真性非晶質半導体を含むことができる。例えば、第１及び第２パッシベーション膜５２、５４が真性非晶質シリコン（ｉ−ａ−Ｓｉ）層でなることができる。すると、第１及び第２パッシベーション膜５２、５４が半導体基板１１０と同一の半導体物質を含んで類似の特性を有するため、半導体基板１１０の表面特性をもっと効果的に向上させることができる。これにより、パッシベーション特性を大きく向上させることができる。しかし、本発明がこれに限定されるものではない。したがって、第１及び／又は第２パッシベーション膜５２、５４が真性非晶質シリコン炭化物（ｉ−ａ−ＳｉＣｘ）層を含むか、あるいは第１及び第２パッシベーション膜５２、５４が真性非晶質シリコン酸化物（ｉ−ａ−ＳｉＯｘ）層を含むこともできる。これによれば、広いエネルギーバンドギャップによる効果が向上することができるが、パッシベーション特性は真性非晶質シリコン（ｉ−ａ−Ｓｉ）層を含む場合より多少低いことがあり得る。
【００３０】
この際、第１及び第２パッシベーション膜５２、５４は半導体基板１１０の前面及び後面にそれぞれ全体的に形成することができる。したがって、半導体基板１１０の前面及び後面を全体的にパッシベーションすることができ、別のパターニングなしに易しく形成することができる。
【００３１】
第１パッシベーション膜５２上には第１導電型を有する前面電界領域２０が形成されることができる。そして、第２パッシベーション膜５４上には第１導電型と反対の第２導電型を有するエミッタ領域３０が位置することができる。
【００３２】
前面電界領域２０は第１導電型ドーパントを含んで第１導電型を有する領域であってもよい。そして、エミッタ領域３０は第２導電型ドーパントを含んで第２導電型を有する領域であってもよい。一例として、前面電界領域２０が第１パッシベーション膜５２に接触し、エミッタ領域３０が第２パッシベーション膜５４に接触することができる。すると、太陽電池１００の構造が単純化し、第１及び第２パッシベーション膜５２、５４のトンネリング効果が最大化することができる。しかし、本発明がこれに限定されるものではない。
【００３３】
前面電界領域２０及びエミッタ領域３０が半導体基板１１０上に半導体基板１１０とは別個に形成されるので、半導体基板１１０上に易しく形成されることができるように、前面電界領域２０及びエミッタ領域３０が半導体基板１１０とは違う物質及び／又は結晶構造を有することができる。
【００３４】
例えば、前面電界領域２０及びエミッタ領域３０のそれぞれは蒸着などの多様な方法によって易しく製造することができる非晶質半導体などに第１又は第２導電型ドーパントをドープすることによって形成することができる。すると、前面電界領域２０及びエミッタ領域３０を簡単な工程で易しく形成することができる。この際、前述したように第１及び第２パッシベーション膜５２、５４が真性非晶質半導体（一例として、真性非晶質シリコン）で構成されれば、優れた接着特性、優れた電気伝導度などを有することができる。
【００３５】
本実施例において、前面電界領域２０のエネルギーバンドギャップは半導体基板１１０のエネルギーバンドギャップより大きくなることができる。これと同様に、エミッタ領域３０のエネルギーバンドギャップは半導体基板１１０のエネルギーバンドギャップより大きくなることができる。これによれば、エネルギーバンドベンディングが十分になされて、正孔又は電子の選択的な収集を効果的になすことができる。
【００３６】
そして、第１又は第２導電型ドーパントとして使われるｐ型ドーパントとしては、ボロン（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）などの３族元素を挙げることができ、ｎ型ドーパントとしては、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、ビズマス（Ｂｉ）、アンチモン（Ｓｂ）などの５族元素を挙げることができる。しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、多様なドーパントが第１又は第２導電型ドーパントとして使用可能である。
【００３７】
一例として、第１導電型を有する半導体基板１１０と前面電界領域２０がｎ型を有することができ、エミッタ領域３０がｐ型を有することができる。これによれば、半導体基板１１０がｎ型を有することにより、キャリアの寿命（ｌｉｆｅ ｔｉｍｅ）が優れることができる。この場合、に半導体基板１１０と前面電界領域２０がｎ型ドーパントとしてリン（Ｐ）を含むことができ、エミッタ領域３０がｐ型ドーパントとしてボロン（Ｂ）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導電型を有する半導体基板１１０と前面電界領域２０がｐ型を有することができ、エミッタ領域３０がｎ型を有することもできる。
【００３８】
本実施例において、前面電界領域２０及びエミッタ領域３０はそれぞれ非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）層、非晶質シリコン酸化物（ａ−ＳｉＯｘ）層、非晶質シリコン炭化物（ａ−ＳｉＣｘ）層、インジウム−ガリウム−亜鉛酸化物（ｉｎｄｉｕｍ−ｇａｌｌｉｕｍ−ｚｉｎｃ ｏｘｉｄｅ、ＩＧＺＯ）層、チタン酸化物（ＴｉＯｘ）層及びモリブデン酸化物（ＭｏＯｘ）層の少なくとも一つを含むことができる。この際、前面電界領域２０又はエミッタ領域３０に適用される非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）層、非晶質シリコン酸化物（ａ−ＳｉＯｘ）層、非晶質シリコン炭化物（ａ−ＳｉＣｘ）層は第１又は第２導電型ドーパントでドープされることができる。そして、前面電界領域２０又はエミッタ領域３０に適用されるインジウム−ガリウム−亜鉛酸化物層、チタン酸化物層及びモリブデン酸化物層は、酸化物層内に含まれた物質の外には、第１及び第２導電型ドーパントとして使われる３族元素又は５族元素（例えば、ボロン、リン）などを含まない。インジウム−ガリウム−亜鉛酸化物層、チタン酸化物層及びモリブデン酸化物層はそのもので電子又は正孔を選択的に収集してｎ型又はｐ型導電型領域と同一の役目をすることができる。より具体的に、インジウム−ガリウム−亜鉛酸化物層はｎ型の導電型を有することができ、チタン酸化物層はｎ型を有することができ、そしてモリブデン酸化物層はｐ型の導電型を有することができる。
【００３９】
非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）層、非晶質シリコン酸化物（ａ−ＳｉＯｘ）層、非晶質シリコン炭化物（ａ−ＳｉＣｘ）層は、たとえ結晶構造が半導体基板１１０と違うが、半導体基板１１０を構成する半導体物質（一例として、シリコン）を含んで半導体基板１１０と類似の特性を有することができる。これにより、半導体基板１１０の半導体物質と違う物質を含む場合に発生し得る特性差を最小化することができる。このうち、非晶質シリコン酸化物層、非晶質シリコン炭化物層は高いエネルギーバンドギャップを持ってエネルギーバンドベンディングが充分になされるようにして、キャリアを選択的に通過させることができる。そして、インジウム−ガリウム−亜鉛酸化物（ｉｎｄｉｕｍ−ｇａｌｌｉｕｍ−ｚｉｎｃｏｘｉｄｅ、ＩＧＺＯ）層、チタン酸化物（ＴｉＯｘ）層及びモリブデン酸化物（ＭｏＯｘ）層は広いエネルギーバンドギャップを有し、光吸収率が低いので、光損失を最小化することができる。
【００４０】
一例として、前面電界領域２０が、光吸収率の低いインジウム−ガリウム−亜鉛酸化物層、チタン酸化物層及びモリブデン酸化物層の少なくとも一つを含むことができる。これにより、半導体基板１１０の前面に位置する前面電界領域２０で光が吸収されることを最小化することができる。そして、本実施例において、前面電界領域２０は第１凹凸部１１２ａ及び第２凹凸部１１２ｂを含む第１凹凸１１２上に形成され、インジウム−ガリウム−亜鉛酸化物層、チタン酸化物層、モリブデン酸化物層などは半導体基板１１０の表面欠陷にかかわらず優れた特性を有することができる。一方、前面電界領域２０が非晶質シリコン層、非晶質シリコン酸化物層、又は非晶質シリコン炭化物層を含めば、半導体基板１１０の表面欠陷によって形成条件などがよくない場合には、前面電界領域２０の特性が低下することもできる。
【００４１】
そして、エミッタ領域３０は、非晶質シリコン層、非晶質シリコン酸化物層及び非晶質シリコン炭化物層の少なくとも一つを含むことができる。エミッタ領域３０は半導体基板１１０とｐｎ接合（又は第２パッシベーション膜５４を挟むｐｉｎ接合）を形成して光電変換に直接関与する層であるので、半導体基板１１０と同一の半導体物質（すなわち、シリコン）を含んで類似の特性を有するようにして、キャリアがもっと効果的移動するようにすることができる。
【００４２】
本実施例において、エミッタ領域３０の厚さが前面電界領域２０より大きくなることができる。すなわち、光電変換に直接関与するエミッタ領域３０が半導体基板１１０の後面に位置するため、前面への光吸収を邪魔しないように位置するので、相対的に厚く形成することができる。そして、前面電界領域２０は光電変換に直接関与しなく、半導体基板１１０の前面に位置して前面への光吸収に関与するので、相対的に薄く形成されることができる。また、エミッタ領域３０がｐ型を有する場合、エミッタ領域３０がボロン（Ｂ）でドープされることができる。ボロンは小さなサイズを持って易しく拡散することができるので、エミッタ領域３０の厚さを十分に確保することにより、ドーパントが半導体基板１１０に多くドープされることを防止することができる。ここで、エミッタ領域３０に含まれるドーパントが半導体基板１１０に多くドープされれば、太陽電池１００が劣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、エミッタ領域３０がｎ型を有する場合にもエミッタ領域３０の厚さが前面電界領域２０より大きくなることができる。
【００４３】
一例として、前面電界領域２０の厚さ：エミッタ領域３０の厚さの比が１：１．５〜１：５．５であってもよい。前述した比が１：１．５未満であれば、エミッタ領域３０が十分な厚さを持たなくてエミッタ領域３０による光電変換が円滑でないこともある。前述した比が１：５．５を超えれば、前面電界領域２０の厚さが余りにも薄くて十分な役目をしにくいか、あるいはエミッタ領域３０の厚さが大きくなって製造時間が長くなり、キャリアの移動距離が増加してキャリア収集効率が低下することができる。
【００４４】
そして、第２パッシベーション膜５４の厚さが第１パッシベーション膜５２の厚さと同一であってもよく、それより大きくてもよい。一例として、第２パッシベーション膜５４の厚さが第１パッシベーション膜５２の厚さより大きくてもよい。これは、エミッタ領域３０が前面電界領域２０より厚く形成されることを考慮し、エミッタ領域３０のドーパントが意図とは異なり半導体基板１１０にドープされることを防止することができる。特に、エミッタ領域３０がｐ型を有する場合、エミッタ領域３０に含まれるボロンが半導体基板１１０に多くドープされることを防止することができる。例えば、第１パッシベーション膜５２：第２パッシベーション膜５４の厚さの比が１：１〜１：２．５であってもよい。この比は半導体基板１１０のパッシベーション特性、エミッタ領域３０のドーパントの特性などを考慮したものであるが、本発明がこれに限定されるものではない。
【００４５】
そして、第１パッシベーション膜５２の厚さに対する前面電界領域２０の厚さの比より第２パッシベーション膜５４の厚さに対するエミッタ領域３０の厚さの比が大きくてもよい。これは、エミッタ領域３０の厚さが前面電界領域２０の厚さより相対的にずっと大きいからである。一例として、第１パッシベーション膜５２の厚さ：前面電界領域２０の厚さの比が１：１〜１：２、第２パッシベーション膜５４の厚さ：エミッタ領域３０の厚さの比が１：２〜１：５であってもよい。第１パッシベーション膜５２の厚さ：前面電界領域２０の厚さの比が１：１未満であるかあるいは第２パッシベーション膜５４の厚さ：エミッタ領域３０の厚さの比が１：２未満であれば、前面電界領域２０又はエミッタ領域３０の役目を十分に遂行しにくいこともある。第１パッシベーション膜５２の厚さ：前面電界領域２０の厚さの比が１：２を超えるかあるいは第２パッシベーション膜５４の厚さ：エミッタ領域３０の厚さの比が１：５を超えれば、第１又は第２パッシベーション膜５２、５４の厚さが十分ではなくてパッシベーション特性が低下するか前面電界領域２０又はエミッタ領域３０の厚さが相対的に大きくなってキャリアの移動効率が低下することができる。しかし、本発明がこれに限定されるものではない。
【００４６】
若しくは、一例として、前面電界領域２０の厚さが１ｎｍ〜１０ｎｍ（一例として、３ｎｍ〜５．７ｎｍ）、エミッタ領域３０の厚さが３ｎｍ〜１５ｎｍ（一例として、８ｎｍ〜１７．６ｎｍ）であってもよい。そして、第１パッシベーション膜５２の厚さが１ｎｍ〜５ｎｍ、第２パッシベーション膜５４の厚さが１ｎｍ〜７ｎｍであってもよい。このような範囲は、前面電界領域２０、エミッタ領域３０及び第１及び第２パッシベーション膜５２、５４がそれぞれ前述した効果を十分に発現するように限定されたものである。しかし、本発明がこれに限定されるものではない。
【００４７】
前面電界領域２０上には、これに電気的に連結される第１電極４２が位置（一例として、接触）し、エミッタ領域３０上には、これに電気的に連結される第２電極４４が位置（一例として、接触）する。
【００４８】
第１電極４２は前面電界領域２０上に順に積層される第１透明電極層４２１及び第１金属電極層４２２を含むことができる。
【００４９】
ここで、第１透明電極層４２１は前面電界領域２０上に全体的に形成される（一例として、接触する）ことができる。全体的に形成されるというのは、空間又は空いた領域なしに前面電界２０の全体を覆うだけではなく、不可避に一部が形成されない場合を含むことができる。このように、第１透明電極層４２１が前面電界領域２０上に全体的に形成されれば、キャリアが第１透明電極層４２１を通じて易しく第１金属電極層４２２まで到逹することができ、水平方向への抵抗を減らすことができる。非晶質半導体層などでなる前面電界領域２０の結晶性が相対的に低くてキャリアの移動度（ｍｏｂｉｌｉｔｙ）が低いことがあり得るので、第１透明電極層４２１を備えてキャリアが水平方向に移動するときの抵抗を低下させるものである。
【００５０】
このように、第１透明電極層４２１が前面電界領域２０上に全体的に形成されるので、光を透過することができる物質（透過性物質）でなることができる。すなわち、第１透明電極層４２１は透明導電性物質でなることで、光が透過することができるようにしながらキャリアが易しく移動することができるようにする。したがって、第１透明電極層４２１を前面電界領域２０上に全体的に形成しても光の透過を遮断しない。
【００５１】
一例として、第１透明電極層４２１はインジウム−スズ酸化物（ｉｎｄｉｕｍ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ、ＩＴＯ）、アルミニウム−亜鉛酸化物（ａｌｕｍｉｎｕｍ ｚｉｎｃ ｏｘｉｄｅ、ＡＺＯ）、ボロン−亜鉛酸化物（ｂｏｒｏｎ ｚｉｎｃ ｏｘｉｄｅ、ＢＺＯ）、インジウム−タングステン酸化物（ｉｎｄｉｕｍ ｔｕｎｇｓｔｅｎ ｏｘｉｄｅ、ＩＷＯ）及びインジウム−セシウム酸化物（ｉｎｄｉｕｍ ｃｅｓｉｕｍ ｏｘｉｄｅ、ＩＣＯ）の少なくとも１種を含むことができる。また、第１透明電極層４２１はチタン（Ｔｉ）とタンタル（Ｔａ）がドープされたインジウム酸化物（ｉｎｄｉｕｍ ｏｘｉｄｅ）、すなわちインジウム−チタン−タンタル酸化物であってもよい。しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、第１透明電極層４２１その外の多様な物質を含むことができる。
【００５２】
この際、本実施の例第１透明電極層４２１は前述した物質を主要物質としながら水素を含むことができる。すなわち、第１透明電極層４２１は水素を含むインジウム−スズ酸化物（ＩＴＯ：Ｈ）、水素を含むアルミニウム−亜鉛酸化物（ＡＺＯ：Ｈ）、水素を含むボロン−亜鉛酸化物（ＢＺＯ：Ｈ）、水素を含むインジウム−タングステン酸化物（ＩＷＯ：Ｈ）及び水素を含むインジウム−セシウム酸化物（ＩＣＯ：Ｈ）の少なくとも１種を含むことができる。
【００５３】
第１透明電極層４２１は蒸着によって形成することができる。蒸着時に水素ガスを一緒に注入すれば、第１透明電極層４２１に水素が含まれることができる。このように、第１透明電極層４２１が水素を含めば、電子又は正孔の移動度（ｍｏｂｉｌｉｔｙ）が改善されることができ、透過度が向上することができる。
【００５４】
一例として、本実施例において、第１透明電極層４２１はＩＣＯ：Ｈを使って光学的特性をもっと向上させることができる。これをより具体的に説明する。下記の表１にＩＴＯ、ＩＷＯ、ＩＣＯ、ＩＣＯ：Ｈの比抵抗、キャリア密度、移動度を示した。
【００５５】
【表１】
0006608351.tif 000002
【００５６】
表１を参照すると、ＩＴＯは比抵抗は多少低い値ではあるが、これを構成する電気的特性を具体的に調べると、キャリア密度が高くて移動度が非常に低い。ＩＷＯ及びＩＣＯはＩＴＯに比べてキャリア密度が低く移動度が少し高い水準であり、比抵抗がＩＴＯより大きいことが分かる。一方、ＩＣＯ：ＨはＩＴＯと類似の比抵抗水準を有するとともにキャリア密度が低い水準でありながら水素を含んでいないＩＴＯ、ＩＷＯ、ＩＣＯに比べて移動度が非常に高いことが分かる。このように、低いキャリア密度及び高い移動度を有するＩＣＯ：Ｈは低い比抵抗を有しながらも、自由キャリアによる光吸収を低めることによって透過度を向上させることができる。これにより、ＩＣＯ：Ｈは低い比抵抗によって優れた電気的特性を有しながらも透過度を向上させて優れた光学的特性を有することができる。このような優れた光学的特性は、光を直接用いない他の電気装置（例えば、ディスプレイ装置、半導体など）よりは、光を用いて光電変換を行う太陽電池で優れた効果を発現することができる。
【００５７】
本実施例においては、第１透明電極層４２１上にパターンを有する第１金属電極層４２２を形成することができる。一例として、第１金属電極層４２２は第１透明電極層４２１に接触するように形成されて第１電極４２の構造を単純化することができる。しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、第１透明電極層４２１と第１金属電極層４２２の間に別の層が存在するなどの多様な変形が可能である。
【００５８】
第１透明電極層４２１上に位置する第１金属電極層４２２は第１透明電極層４２１より優れた電気伝導度を有する物質でなることができる。よって、第１金属電極層４２２によるキャリア収集効率、抵抗低減などの特性をより一層向上することができる。一例として、第１金属電極層４２２は優れた電気伝導度を有する不透明であるか、あるいは第１金属電極層４２１より透明度が低い金属でなることができる。
【００５９】
このように、第１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邪魔することができるので、シェーディング損失（ｓｈａｄｉｎｇ ｌｏｓｓ）を最小化することができるように一定のパターンを有することができる。これにより、第１金属電極層４２２が形成されなかった部分に光が入射することができるようにする。第１金属電極層４２２の平面形状は図２を参照して後により詳細に説明する。
【００６０】
第２電極４４は、第２導電型領域３０上に順に積層される第２透明電極層４４１及び第２金属電極層４４２を含むことができる。第２電極４４がエミッタ領域３０上に位置するという点を除き、第２電極４４の第２透明電極層４４１の役目、物質、形状などが第１電極４２の第１透明電極層４２１及び第１金属電極層４２２の役目、物質、形状などと同様であるので、これについての説明がそのまま適用可能である。
【００６１】
本実施例においては、第１透明電極層４２１の厚さが第２透明電極層４４１の厚さより大きくてもよい。すなわち、第１透明電極層４２１が光反射を防止することができる反射防止膜としての役目をすることができるように相対的に大きな厚さを有し、反射防止膜としての役目がさほど必要ではない第２透明電極層４４１は相対的に小さな厚さを有することができる。
【００６２】
一例として、第２透明電極層４４１：第１透明電極層４２１の厚さの比が１：１．１〜１：４（一例として、１：１．２〜１：２．２５）であってもよい。前記厚さの比が１：１．１未満であれば、第２透明電極層４４１の反射防止膜としての役目が十分でないこともある。前記厚さの比が１：４を超えれば、第２透明電極層４４１の厚さが十分ではなくて電気的特性が低下するか、あるいは第１透明電極層４２１の厚さが大きくなって製造コスト、製造時間などが増加することができる。前記の比が１：１．２〜１：１．２５であれば、第１及び第２透明電極層４２１、４４１による効果を十分に発揮することができる。しかし、本発明がこれに限定されるものではない。
【００６３】
若しくは、一例として、第１透明電極層４２１の厚さが７０ｎｍ〜９０ｎｍ、第２透明電極層４４１の厚さが５０ｎｍ〜８０ｎｍであってもよい。このような範囲は第１及び第２透明電極層４２１、４４１がそれぞれ所望の特性を十分に具現するように限定されたものである。しかし、本発明がこれに限定されるものではない。
【００６４】
この際、本実施例において、第１及び第２電極４２、４４の第１金属電極層４２２、４４２は低温焼成（一例として、３００℃以下の工程温度での焼成）によって焼成可能な物質でなることができる。一例として、第１金属電極層４２２、４４２は所定の金属化合物（一例として、酸素を含む酸化物、炭素を含む炭化物、硫黄を含む硫化物）などからなるガラスフリット（ｇｌａｓｓ ｆｒｉｔ）を備えずに、導電性物質と樹脂（バインダー、硬化剤、添加剤）のみを含むことができる。ガラスフリットを備えなくて低温でも易しく焼成できるようにするためである。導電性物質としては、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）などを含むことができ、樹脂としてはセルロース系又はフェノール系などのバインダー、アミン系などの硬化剤などを含むことができる。
【００６５】
このように、本実施例においては、第１及び第２金属電極層４２２、４４２がそれぞれ第１及び第２透明電極層４２１、４４１に接触して形成されるので、絶縁膜などを貫くファイアスルー（ｆｉｒｅ−ｔｈｒｏｕｇｈ）が要求されない。よって、ガラスフリットを除去した低温焼成ペーストを使うが、このように第１金属電極層４２２、４４２はガラスフリットを備えずに導電性物質と樹脂のみを備えるので、導電性物質が焼結（ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ）され、互いに連結されずに互いに接触して凝集（ａｇｇｒｅｇａｔｉｏｎ）するので、導電性を有することができる。
【００６６】
若しくは、第１及び第２金属電極層４２２、４４２はメッキによって形成することもできる。
【００６７】
前述した第１及び第２電極４２、４４の第１及び第２金属電極層４２２、４４２の平面形状を図２に基づいてより詳細に説明する。
【００６８】
図２は図１に示した太陽電池１００の第１及び第２金属電極層４２２、４４２の平面図である。図２では、半導体基板１１０と第１及び第２電極４２、４４の第１及び第２金属電極層４２２、４４２を主として示した。
【００６９】
図２を参照すると、第１及び第２金属電極層４２２、４４２はそれぞれ一定のピッチを持って互いに離隔する複数のフィンガー電極４２ａ、４４ａを含むことができる。図面ではフィンガー電極４２ａ、４４ａが互いに平行であるとともに半導体基板１１０の縁端に平行であるものを例示したが、本発明がこれに限定されるものではない。そして、第１及び第２金属電極層４２２、４４２はそれぞれフィンガー電極４２ａ、４４ａと交差する方向に形成されてフィンガー電極４２ａ、４４ａを連結するバスバー電極４２ｂ、４４ｂを含むことができる。このようなバス電極４２ｂ、４４ｂは一つのみ備えることもでき、図２に示したように、フィンガー電極４２ａ、４４ａのピッチより大きなピッチを持って複数を備えることもできる。この際、フィンガー電極４２ａ、４４ａの幅よりバスバー電極４２ｂ、４４ｂの幅が大きくてもよいが、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、４４ｂの幅がフィンガー電極４２ａ、４４ａの幅と同一であるかあるいはそれより小さな幅を有することができる。
【００７０】
図面では、第１及び第２金属電極層４２２、４４２が互いに同じ平面形状を有するものを例示した。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金属電極層４４２のフィンガー電極４４ａ及びバスバー電極４４ｂの幅、ピッチなどと違う値を有することができる。また、第１及び第２金属電極層４２２、４４２の平面形状が互いに異なることも可能であり、その以外の多様な変形が可能である。
【００７１】
このように、本実施例においては、太陽電池１００の第１及び第２電極４２、４４のうち不透明な又は金属を含む第１及び第２電極層４２２、４４２が一定のパターンを有することによって半導体基板１１０の前面及び後面に光が入射することができる両面受光型（ｂｉ−ｆａｃｉａｌ）構造を有する。したがって、太陽電池１００で使われる光量を増加させて太陽電池１００の効率向上に寄与することができる。しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、第２電極４４の第２金属電極層４４２が半導体基板１１０の後面側に全体的に形成される構造を有することも可能である。これについては後で図５及び図６を参照して詳細に説明する。
【００７２】
本実施例によると、前面電界領域２０が第１パッシベーション層５２を挟んで半導体基板１１０の前面側に位置し、エミッタ領域３０が第２パッシベーション層５４を挟んで半導体基板１１０の後面側に位置する。これにより、前面電界領域２０の厚さを相対的に減少させて光損失を最小化することができ、エミッタ領域３０の厚さを相対的に増加させて光電変換が円滑になるようにしてパッシベーション特性を向上させることができる。そして、半導体基板１１０がドーピング領域を備えずにベース領域１０のみでなって優れたパッシベーション特性を有することができる。また、半導体基板１１０の前面側に位置する第１パッシベーション膜５２及び第１透明電極層４２１と、半導体基板１１０の後面側に位置する第２パッシベーション膜５４及び第２透明電極層４４１の厚さ関係、厚さの比、そして前面電界領域２０、エミッタ領域３０、第１及び第２パッシベーション膜５２、５４及び第１及び第２透明電極層４２１、４４１の物質などを一緒に限定することにより、パッシベーション特性を最大化し、電流密度を極大化することができる。したがって、太陽電池１００の効率を最大化することができる。
【００７３】
前述した太陽電池１００は多様な工程によって形成することができる。図３ａ〜図３ｅを参照して本発明の実施例による太陽電池１００の製造方法を詳細に説明する。図３ａ〜図３ｅは本発明の実施例による太陽電池１００の製造方法を示す断面図である。
【００７４】
まず、図３ａに示すように、半導体基板１１０に第１及び第２凹凸１１２、１１４を形成する。より具体的に、前述したように湿式食刻によって第１及び第２凹凸１１２、１１４の第１凹凸部１１２ａ、１１４ａを形成し、ついで反応性イオンエッチングによって第１凹凸１１２の第２凹凸部１１２ｂを形成することができる。しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、多様な方法で第１及び第２凹凸１１２、１１４を形成することができる。
【００７５】
ついで、図３ｂに示すように、半導体基板１１０上に第１及び第２パッシベーション膜５２、５４を形成することができる。第１及び第２パッシベーション膜５２、５４は、一例として、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））などによって形成することができる。しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、多様な方法によって第１及び第２パッシベーション膜５２、５４を形成することができる。第１及び第２パッシベーション膜５２、５４は同時に形成することもでき、順次形成することもできる。
【００７６】
ついで、図３ｃに示すように、第１及び第２パッシベーション膜５２、５４上に前面電界領域２０及びエミッタ領域３０を形成する。より具体的に、第１パッシベーション膜５２上に前面電界領域２０を形成し、第２パッシベーション膜５２上にエミッタ領域３０を形成する。
【００７７】
前面電界領域２０及びエミッタ領域３０は、一例として、蒸着法（例えば、化学気相蒸着法（ＰＥＣＶＤ）、低圧化学気相蒸着法（ＬＰＣＶＤ）など）によって形成することができる。第１又は第２導電型ドーパントは前面電界領域２０及びエミッタ領域３０を形成する半導体層を成長させる工程で一緒に含ませることもでき、半導体層を形成した後にイオン注入法、熱拡散法、レーザードーピング法などによってドープすることもできる。しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、多様な方法によって前面電界領域２０及びエミッタ領域３０を形成することができる。前面電界領域２０及びエミッタ領域３０は同時に形成した後にドープすることもでき、順次蒸着及び／又はドープすることもできる。
【００７８】
一例として、前面電界領域２０及びエミッタ領域３０はこれらを構成する主要物質の原料物質（例えば、シラン（ＳｉＨ４）ガス）と一緒にドーパント物質を含むガス、水素ガス（Ｈ２）及びキャリアガス（一例として、アルゴンガス（Ａｒ）又は窒素ガス（Ｎ２））を混合したガスを注入することによって形成することができる。
【００７９】
ここで、前面電界領域２０がｎ型半導体層を含む場合、ドーパント物質を含むガスはホスフィンガス（ＰＨ３）を使うことができ、エミッタ領域３０がｐ型である場合には、ドーパント物質を含むガスはジボランガス（Ｂ２Ｈ６）を使うことができる。シランガスに対するドーパント物質を含むガスの割合が高いほど高いドーピング濃度を有する半導体層を形成することができる。
【００８０】
例えば、前面電界領域２０において、シランガスに対するドーパント物質を含むガスの割合は０超過０．５％以下であってもよく、 水素ガスに対するシランガスの割合は１〜２０％であってもよい。また、前面電界領域２０において、シランガスに対するドーパント物質を含むガスの割合は０．５超過１．０％以下であってもよく、シランガスに対する水素ガスの割合は２０〜７０％であってもよい。
【００８１】
前記０．５超過１．０％以下のガスの割合において、シランガスに対する水素ガスの割合は２０〜７０％の範囲であってもよく、ドーパントガスが増加するにつれて水素ガスの量も増加することができる。この場合、ドープされた半導体層は真性半導体層より高い水素濃度を有することができる。
【００８２】
前述した範囲内で、前面電界領域２０は十分なドーピング濃度を有することができ、水素ガスによる安全性及び適切な蒸着速度を維持することができる。また、エミッタ領域３０において、シランガスに対するドーパント物質を含むガスの割合は０超過０．３％以下であってもよく、水水素ガスに対するシランガスの割合は１〜１２０％であってもよい。また、エミッタ領域３０において、シランガスに対するドーパント物質を含むガスの割合は０．３超過１．０％以下であってもよく、水素ガスに対するシランガスの割合は２０〜２００％であってもよい。前述した範囲内で、エミッタ領域３０は十分なドーピング濃度を有することができ、水素ガスによる安全性及び適切な蒸着速度を維持することができる。しかし、本発明がこのような数値範囲に限定されるものではない。前面電界領域２０とエミッタ領域３０の形成において、シランガスに対するドーパントガスの割合の範囲は前述したように互いに違う。すなわち、前面電界領域２０の形成時に使われるシランガスに対するドーパントガスの割合の範囲は、エミッタ領域３０の形成時に使われるシランガスに対するドーパントガスの割合の範囲より広くてもよい。
【００８３】
一方、前面電界領域２０とエミッタ領域３０の形成において、蒸着温度は１００〜２５０度（℃）であってもよい。この場合、シランガスに対する水素ガスの割合は２〜３０％であってもよい。また、より狭い範囲では、前面電界領域２０とエミッタ領域３０の形成において、蒸着温度は１４０〜２００度であってもよく、シランガスに対する水素ガスの割合は５〜２０％であってもよい。すなわち、本実施例において、蒸着温度とシランガスに対する水素ガスの割合は互いに比例関係にあり、よって蒸着温度が高いほどシランガスに対する水素ガスの割合は高くなることができる。このような範囲内で水素ガスによる安全性を向上させることができ、適切な蒸着速度を維持することができる。
【００８４】
一方、本実施例において、前面電界領域２０のエネルギーバンドギャップは半導体基板１１０のエネルギーバンドギャップより大きくてもよい。これと同様に、エミッタ領域３０のエネルギーバンドギャップは半導体基板１１０のエネルギーバンドギャップより大きくてもよい。これにより、前面電界領域２０とエミッタ領域３０はキャリア（電子及び正孔）を選択的に収集することができる。ここで、前面電界領域２０とエミッタ領域３０のバンドギャップもシランガスに対する水素ガスの割合に依存することができる。
【００８５】
前面電界領域２０とエミッタ領域３０の形成において、シランガスは提供するが、ドーパント含むガスは提供しない場合（すなわち、真性半導体）において、前面電界領域２０のバンドギャップがエミッタ領域３０バンドギャップより大きくなるように形成することができる。すなわち、シランガスに対する水素ガスの割合を制御することで、前面電界領域２０の真性半導体のエネルギーバンドギャップをエミッタ領域３０の真性半導体のエネルギーバンドギャップより大きくなるように形成する。この場合、エミッタ領域３０に対する前面電界領域２０のバンドギャップの比は１〜１．１５であってもよい。
【００８６】
一方、前面電界領域２０とエミッタ領域３０のそれぞれが１．７〜１．８のバンドギャップを有する場合、シランガスに対するドーパントを含むガスの割合は、前面電界領域２０を形成する場合がエミッタ領域３０を形成する場合より高くてもよい。すなわち、前面電界領域２０を形成する場合のシランガスに対するドーパントを含むガスの割合がシランガスに対するドーパントを含むガスの割合より３〜１０倍大きくてもよい。
【００８７】
一方、前面電界領域２０とエミッタ領域３０のそれぞれが１．６〜１．７のバンドギャップを有する場合、シランガスに対するドーパントを含むガスの割合は、前面電界領域２０を形成する場合がエミッタ領域３０を形成する場合より高くてもよい。すなわち、前面電界領域２０を形成する場合のシランガスに対するドーパントを含むガスの割合は、シランガスに対するドーパントを含むガスの割合より１〜８倍大きくてもよい。
【００８８】
本実施例において、シランガスに対するドーパントガスの割合を制御して、前面電界領域２０とエミッタ領域３０のそれぞれのエネルギーバンドギャップを効果的に制御することができる。一方、本実施例において、前面電界領域２０がｎ型の導電型を有し、エミッタ領域３０がｐ型の導電型を有するものを説明したが、これは本発明の技術的思想を説明するための例示的なものであり、本発明の技術的思想がこれに制限されるものではない。したがって、前述したものとは反対に、前面電界領域２０がｐ型の導電型を有し、エミッタ領域３０がｎ型の導電型を有するように形成することができるのは言うまでもない。また、前面電界領域２０が太陽電池の前面に配置され、エミッタ領域３０が太陽電池の後面に配置されたものを説明したが、これも例示的なものであり、前面電界領域２０とエミッタ領域３０の配置は互いに替えることができる。この場合、前面電界領域２０は後面電界領域と呼ぶことができる。
【００８９】
ついで、図３ｄに示すように、前面電界領域２０及びエミッタ領域３０上に第１及び第２透明電極層４２１、４４１を形成する。より具体的に、前面電界領域２０上に第１透明電極層４２１を形成し、エミッタ領域３０上に第２透明電極層４４１を形成することができる。
【００９０】
第１及び第２透明電極層４２１、４４１は、一例として、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、多様な方法によって第１及び第２透明電極層４２１、４４１を形成することができる。
【００９１】
一例として、第１及び第２透明電極層４２１、４４１はこれらを構成する主要物質の原料物質とともに水素ガス（Ｈ２）及びキャリアガス（一例として、アルゴンガス（Ａｒ）又は窒素ガス（Ｎ２））を混合したガスを注入して形成することができる。すると、第１及び第２透明電極層４２１、４４１内に水素が含まれることによる効果を具現することができる。一例として、キャリアガスに対する水素ガスの割合（例えば、Ｈ２／Ｎ２の割合又はＨ２／Ａｒの割合）が０．５〜５％（一例として、体積％）であってもよい。前記の割合が０．５％未満であれば、水素による効果が十分でないこともあり得る。しかし、本発明がこのような数値の割合に限定されるものではない。そして、前記の割合が５％を超えれば、水素ガスによって安全性が低下することがあり、蒸着速度が低くなることがあり得る。より具体的に、キャリアガスに対する水素ガスの割合（すなわち、Ｈ２／Ｎ２の割合）が０．５％〜２％であってもよい。このような範囲で安全性をもっと向上させるとともに蒸着速度を高めることができるからである。しかし、本発明がこのような数値範囲に限定されるものではない。
【００９２】
そして、本実施例においては、水素ガス及び窒素ガスとともに酸素ガスをさらに含むことができる。酸素は主要物質の原料物質で含まれるが、追加的に酸素ガスをもっと注入して第１及び第２透明電極層４２１、４４１内衣酸素の割合を適切な割合で維持することができる。一例として、キャリアガスに対する酸素ガスの割合（例えば、Ｏ２／Ｎ２の割合又はＯ２／Ａｒの割合）が１５〜４０％（一例として、体積％）であってもよい。このような割合が１５％未満であれば、酸素ガスによる効果が十分でないことがあり、４０％を超えれば、第１及び第２透明電極層４２１、４４１の電気的特性が低下することができる。しかし、本発明がこのような数値範囲に限定されるものではない。
【００９３】
ついで、図３ｅに示すように、第１及び第２透明電極層４２１、４４１上に第１及び第２金属電極層４２２、４４２を形成する。
【００９４】
一例として、前面電界領域２０及びエミッタ領域３０の一つ上（より具体的に、第１及び第２透明電極層４２１、４４１の一つ上）に第１低温ペースト層を形成し、これを乾燥して第１及び第２金属電極層４２２、４４２の一つを形成し、前面電界領域２０及びエミッタ領域３０の他の一つ上に第２低温ペースト層を形成し、これを乾燥して第１及び第２金属電極層４２２、４４２の他の一つを形成することができる。流動性を有する第１又は第２低温ペースト層を両面に所望のパターンで一緒に形成しにくいことがあり得る。これを考慮して、流動性を有する第１低温ペースト層を形成してから乾燥して第１及び第２金属電極層４２２、４４２の一つを形成した状態で、他面に流動性を有する第２低温ペースト層を形成する。すると、第２低温ペースト層の形成時に第１低温ペースト層が下がるなどの問題を防止することができる。しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、第１及び第２低温ペースト層を両側で同時に形成した後、これを一緒に乾燥することも可能である。
【００９５】
第１又は第２低温ペースト層は、導電性物質、樹脂（バインダー、硬化剤、添加剤など）及び溶媒を含むことができる。導電性物質、樹脂の構成物質はすでに説明したので省略する。溶媒としては多様な物質を使うことができ、一例として、エーテル系溶媒を使うことができる。この際、第１又は第２低温ペースト層は、１００重量％に対し、導電性物質が８５〜９０重量％、樹脂が１〜１５重量％、溶媒が５〜１０重量％含まれることができる。しかし、本発明がこれに限定されるものではない。
【００９６】
このような第１又は第２低温ペースト層は多様な方法によって形成されることができ、一例として、所望のパターンで印刷によって形成されることができる。すると、単純な工程によって所望のパターンで第１又は第２低温ペースト層を形成することができる。
【００９７】
第１又は第２低温ペースト層の乾燥は３００℃以下の温度で遂行することができる。このような温度は第１及び第２パッシベーション膜５２、５４、そして前面電界領域２０及びエミッタ領域３０の劣化を防止することができる低い温度に限定されたものである。しかし、本発明がこれに限定されるものではない。
【００９８】
このような乾燥段階によって第１又は第２低温ペースト層の溶媒が蒸発して除去され、第１又は第２金属電極層４２２、４４２は酸素、炭素、硫黄などを含む金属化合物を含まずに導電性物質と樹脂で構成される。
【００９９】
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金属電極層４２２、４４２の少なくとも一つはメッキによって形成することもできる。例えば、第１又は第２金属電極層４２２、４４２は銅を電気メッキして形成して銅を含む電気メッキ層であってもよい。
【０１００】
添付図面に基づいて本発明の他の実施例による太陽電池を詳細に説明する。前述した説明と同一又は極めて類似の部分に対しては前述した説明がそのまま適用できるので、詳細な説明を省略し、異なった部分についてのみ詳細に説明する。そして、前述した実施例又はその変形例と下記の実施例又はその変形例を互いに結合したものも本発明の範囲に属する。
【０１０１】
図４は本発明の他の実施例による太陽電池の断面図である。
【０１０２】
図４を参照すると、本実施例においては、前面電界領域２０が半導体基板１１０又は第１パッシベーション膜５２に隣接して形成される第１電界部分（低濃度部分）２０ａと、第１導電型ドーパントを第１電界部分２０ａより高いドーピング濃度で含んで第１電界部分２０ａより低い抵抗を有する第２電界部分（高濃度部分）２０ｂとを含む。そして、エミッタ領域３０が半導体基板１１０又は第２パッシベーション膜５４に隣接して形成される第１エミッタ部分（低濃度部分）３０ａと、第２導電型ドーパントを第１エミッタ部分３０ａより高いドーピング濃度で含んで第１エミッタ部分３０ａより低い抵抗を有する第２エミッタ部分（高濃度部分）３０ｂとを含む。
【０１０３】
第１電界部分２０ａ又は第１エミッタ部分３０ａは、半導体基板１１０に一定の電界を形成して半導体基板１１０をパッシベーションする役目をすることができる。そして、第２電界部分２０ｂ又は第２エミッタ部分３０ｂは第１又は第２透明電極層４２１、４４１のコンタクト特性を改善し、第１又は第２透明電極層４２１、４４１との仕事関数（ｗｏｒｋ ｆｕｎｃｔｉｏｎ）の不一致を最小化する役目をすることができる。
【０１０４】
この際、前面電界領域２０の厚さに対する第２電界部分２０ｂの厚さの割合が３５〜５５％であってもよく、エミッタ領域３０の厚さに対する第２エミッタ部分３０ｂの厚さの割合が３０〜５０％であってもよい。一例として、第１電界部分２０ａの厚さが１ｎｍ〜４ｎｍであってもよく、第２電界部分２０ｂの厚さが１ｎｍ〜５ｎｍ（一例として、２ｎｍ〜５ｎｍ）であってもよい。そして、第１エミッタ部分３０ａの厚さが５ｎｍ〜１０ｎｍであってもよく、第２エミッタ部分３０ｂの厚さが３ｎｍ〜８ｎｍであってもよい。このような範囲内で、第１電界部分２０ａと第２電界部分２０ｂ、そして第１エミッタ部分３０ａと第２エミッタ部分３０ｂの前述した役目を十分に遂行することができる。
【０１０５】
この際、一例として、第１電界部分２０ａの厚さが第２電界部分２０ｂの厚さより大きくてもよい。これと同様に、第１エミッタ部分３０ａの厚さが第２エミッタ部分３０ｂの厚さより大きくてもよい。パッシベーションの役目をする第１電界部分２０ａ又は第１エミッタ部分３０ａは、厚さが小さければパッシベーション効果が相対的に低下することがある。一方、第２電界部分２０ｂ又は第２エミッタ部分３０ｂは相対的に小さな厚さを持ってもその役目を充分に遂行することができる。これにより、第１電界部分２０ａの厚さを第２電界部分２０ｂの厚さより大きくし、第１エミッタ部分３０ａの厚さを第２エミッタ部分３０ｂの厚さより大きくすることにより、パッシベーション効果及び第１又は第２透明電極層４２１、４４１との接触特性を全部向上させることができる。しかし、本発明がこれに限定されるものではない。したがって、第１電界部分２０ａの厚さが第２電界部分２０ｂの厚さより小さいことも可能であり、その外の多様な変形が可能である。
【０１０６】
そして、第１エミッタ部分３０ａのドーピング濃度に対する第２エミッタ部分３０ｂのドーピング濃度の比が第１電界部分２０ａのドーピング濃度に対する第２電界部分２０ｂのドーピング濃度の比と同一であってもよく、それより大きくてもよい。若しくは、第１エミッタ部分３０ａの第２導電型ドーパントのドーピング濃度が第１電界部分２０ａの第１導電型ドーパントのドーピング濃度と同一であってもよく、それより低くてもよい。一例として、第１エミッタ部分３０ａのドーピング濃度に対する第２エミッタ部分３０ｂのドーピング濃度の比が第１電界部分２０ａのドーピング濃度に対する第２電界部分２０ｂのドーピング濃度の比より大きくてもよく、第１エミッタ部分３０ａの第２導電型ドーパントのドーピング濃度が第１電界部分２０ａの第１導電型ドーパントのドーピング濃度より低くてもよい。
【０１０７】
第１エミッタ部分３０ａがｐ型を有するとき、第２導電型ドーパントとしてボロンを使うことができ、ボロンは半導体基板１１０と第２パッシベーション膜５４の界面に拡散して界面特性を低下させることができる。そして、ボロンの量が増加するほど半導体基板１１０又は第２パッシベーション膜５４の水素が速い外部拡散速度（ｏｕｔ−ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ ｒａｔｅ）で外部に拡散するため、パッシベーション特性が低下することがあり得る。これを考慮し、第１エミッタ部分３０ａのドーピング濃度を第１電界部分２０ａのドーピング濃度より低くすることができ、これによって前述した関係を満たすことができる。
【０１０８】
例えば、第１電界部分２０ａのドーピング濃度に対する第２電界部分２０ｂのドーピング濃度の比が１より大きくて１．３以下であり、第１エミッタ部分３０ａのドーピング濃度に対する第２エミッタ部分３０ｂのドーピング濃度の比が１より大きくて１．５以下であってもよい。一例として、第１電界部分２０ａのドーピング濃度に対する第２電界部分２０ｂのドーピング濃度の比が１．０５〜１．３であってもよく、第１エミッタ部分３０ａのドーピング濃度に対する第２エミッタ部分３０ｂのドーピング濃度の比が１．０５〜１．５であってもよい。このような範囲は第１及び第２電界部分２０ａ、２０ｂと第１及び第２エミッタ部分３０ａ、３０ｂの効果を最大化することができる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。
【０１０９】
図５は本発明のさらに他の実施例による太陽電池の断面図である。
【０１１０】
図５を参照すると、本実施例においては、第２金属電極層４４２がパターンを持たずに半導体基板１１０の後面側の第２金属電極層４４２上に全体的に形成されることができる。これにより、第２金属電極層４４２が半導体基板１１０の後面側で反射膜として機能して、半導体基板１１０及びエミッタ領域３０を通過して第１金属電極層４４２に到逹する光を反射させて再使用することができる。したがって、光量を増加させて光電変換効果を向上させることができる。
【０１１１】
この際、第２金属電極層４４２は半導体基板１１０の後面側に全体的に形成されて十分な抵抗を有することができるので、パターンを有する第１金属電極層４２１より薄い厚さに形成されることができる。
【０１１２】
図６は本発明のさらに他の実施例による太陽電池の断面図である。
【０１１３】
図６を参照すると、本実施例半導体基板１１０の後面が第２凹凸（図１の参照符号１１４）を備えなくて半導体基板１１０の前面より小さな表面粗さを有することができる。一例として、半導体基板１１０の後面が鏡面研磨されて１００ｎｍ以下の表面粗さを有することができる。そして、第２金属電極層４４２がパターンを持たずに半導体基板１１０の後面側の第２金属電極層４４２上に全体的に形成されることができる。したがって、半導体基板１１０の後面側で第２金属電極層４４２の反射効果をより一層向上させることができる。
【０１１４】
前述したような特徴、構造、効果などは本発明の少なくとも一つの実施例に含まれ、必ずしも一実施例にのみ限定されるものではない。また、各実施例で例示した特徴、構造、効果などは実施例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例と組み合わせられて実施されるか変形実施されることができる。したがって、このような組合せ及び変形実施に係わる内容は本発明の範囲に含まれるものに解釈されなければならない。
【図１】
0006608351.tif 000003
【図２】
0006608351.tif 000004
【図３ａ】
0006608351.tif 000005
【図３ｂ】
0006608351.tif 000006
【図３ｃ】
0006608351.tif 000007
【図３ｄ】
0006608351.tif 000008
【図３ｅ】
0006608351.tif 000009
【図４】
0006608351.tif 000010
【図５】
0006608351.tif 000011
【図６】
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