(57)【要約】本発明は、異種構造の太陽電池において、ｐ型とｎ型半導体の間に多重の量子井戸構造を挿入して太陽光の透過損失低減と太陽光の短波長損失を低減させることにより、理論的  ｖ変換効率の限界を超える高効率太陽電池を得て、製造原価を節減させる実用可能な量子井戸構造の太陽電池及びその製造方法を提供する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｐ型及びｎ型のうちいずれか一タイプのシリコン基板上に１〜１０ｎｍの薄膜絶縁層と１〜１０ｎｍの薄膜半導体層を交代で連続的に形成させて量子井戸層を数〜数十サイクル数だけ形成する段階、
前記量子井戸層の上に前記基板と異なるタイプのシリコンでエミッタ層を形成する段階、
前記エミッタ層の上に金属性フィンガー電極を形成する段階、
前記金属性フィンガー電極上に反射防止コーティング膜としてＳｉＮｘ層を全面に形成する段階、及び
前記基板底面にパッシベーション（Ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ）膜を形成する段階を含むことを特徴とする、量子井戸構造の太陽電池の製造方法。
【請求項２】
前記量子井戸層を形成する前に、前記シリコン基板をテクスチャリング（Ｔｅｘｔｕｒｉｎｇ）することを特徴とする、請求項１に記載の量子井戸構造の太陽電池の製造方法。
【請求項３】
ｐ型及びｎ型のうちいずれか一つのシリコン基板上に１〜１０ｎｍの薄膜絶縁層と１〜１０ｎｍの薄膜半導体層を交代で連続的に形成させて量子井戸層を数〜数十サイクル数だけ形成する段階、
前記量子井戸層の上に前記基板と異なるタイプのシリコンでエミッタ層を形成する段階、
ＳｉＮｘで反射防止膜を全面に形成する段階、及び
前記反射防止膜の上に金属性フィンガー電極を形成し熱処理して前記金属性フィンガー電極を前記エミッタ層に接触させる段階を含むことを特徴とする、量子井戸構造の太陽電池の製造方法。
【請求項４】
前記量子井戸層を形成する前に、前記シリコン基板をテクスチャリング（Ｔｅｘｔｕｒｉｎｇ）することを特徴とする、請求項３に記載の量子井戸構造の太陽電池の製造方法。
【請求項５】
ｐ型及びｎ型のうちいずれか一タイプのシリコン基板上に１〜１０ｎｍの薄膜絶縁層と１〜１０ｎｍの薄膜半導体層を交代で連続的に形成させて数〜数十サイクル数だけ形成された量子井戸層、
前記量子井戸層の上に前記基板と異なるタイプのシリコンで形成されたエミッタ層、
前記エミッタ層の上に形成された金属性フィンガー電極、
前記金属性フィンガー上全面にＳｉＮｘ層で形成された反射防止膜、及び
前記基板の底面に形成されたパッシベーション（Ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ）膜を含むことを特徴とする、量子井戸構造の太陽電池。
【請求項６】
前記エミッタ層は、0.1〜1 uｍ厚さでアモルファス及び多結晶形態のうちいずれか一つの形態を有することを特徴とする、請求項５に記載の量子井戸構造の太陽電池。
【請求項７】
前記パッシベーション膜は、Ａｌ２Ｏ３膜、Ｓｉ３Ｎ４膜及びＳｉＯ２膜のうちいずれか一つであることを特徴とする、請求項５に記載の量子井戸構造の太陽電池。
【請求項８】
前記後面に、前記基板と同一のタイプの高ドーピング層を局部的にドーピングさせて後面電界をさらに形成することを特徴とする、請求項５に記載の量子井戸構造の太陽電池。
【請求項９】
ｐ型及びｎ型のうちいずれか一つのシリコン基板上に１〜１０ｎｍの薄膜絶縁層と１〜１０ｎｍの薄膜半導体層を交代で連続的に形成させて数〜数十サイクル数だけ形成された量子井戸層、
前記量子井戸層の上に前記基板と異なるタイプのシリコンで形成されたエミッタ層、
前記エミッタ層の全面にＳｉＮｘで形成された反射防止膜、及び
前記反射防止膜の上に形成されて熱処理によって前記エミッタ層に接触する金属性フィンガー電極を含むことを特徴とする、量子井戸構造の太陽電池。
【請求項１０】
前記エミッタ層は、0.1〜1 uｍ厚さでアモルファス及び多結晶形態のうちいずれか一つの形態を有することを特徴とする、請求項9に記載の量子井戸構造の太陽電池。
【請求項１１】
前記パッシベーション膜は、Ａｌ２Ｏ３膜、Ｓｉ３Ｎ４膜及びＳｉＯ２膜のうちいずれか一つであることを特徴とする、請求項９に記載の量子井戸構造の太陽電池。
【請求項１２】
前記後面に、前記基板と同一のタイプの高ドーピング層を局部的にドーピングさせて後面電界をさらに形成することを特徴とする、請求項９に記載の量子井戸構造の太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池及びその太陽電池の製造方法に関するものである。特に、異種構造の太陽電池において、ｐ型とｎ型半導体の間に多重の量子井戸構造を挿入して、太陽光の透過損失低減と、太陽光の短波長損失を低減させることにより、理論的変換効率の限界を超える高効率太陽電池を得て、製造原価を節減させる実用可能な量子井戸構造の太陽電池及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
本発明は、韓国教育部（２０１０−００２１８２８）から支援を受けて行われた研究（研究事業名：基本研究支援事業、研究課題名：実用可能な量子構造高効率シリコン太陽電池の開発）の一環として開発されたものである。
【背景技術】
【０００３】
商業用のシリコン系太陽電池の効率向上と低価生産の重要性が日ごとに増大している。Ｓｉは、すでに半導体産業において電気的、化学的、物理的特性が優れ、非毒性で、容易に入手できる安定性が証明された物質である。第１世代の太陽電池は、高品質シリコンを使用した場合を意味するが、このような高品質シリコンを使用することにより、欠陷が少ないため高い効率が期待されるが、単一バンドギャップ素子についての効率は限界に至っている実情である。
【０００４】
このような状況で、高効率のシリコン系太陽電池の実現にはデバイスの構造及び工程技術に関する改善の必要性がさらに重要になってきている。
【０００５】
特に、工程上で透過損失、量子損失、電子−ホールの再結合損失、太陽電池表面の反射損失、電流電圧特性に起因する損失等が発生するが、変換効率を改善するためには、このような損失が太陽電池のどの部分で起きるのか調査し、太陽電池の構造設計と工程改善によって、損失を最小化することができる方案が要望されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｚ．−Ｈ．Ｌｕ，Ｄ．Ｊ．Ｌｏｃｋｗｏｏｄ，ａｎｄ  Ｊ．−Ｍ．Ｂａｒｉｂｅａｕ，”Ｑｕａｎｔｕｍ  ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ  ａｎｄ  ｌｉｇｈｔ  ｅｍｉｓｓｉｏｎ  ｉｎ  ＳｉＯ２／Ｓｉ  ｓｕｐｅｒｌａｔｔｉｃｅｓ”，Ｎａｔｕｒｅ，３７８，２５８−２６０（１９９５）．
【０００７】
【非特許文献２】Ｍ．Ａ．Ｇｒｅｅｎ，Ｓｏｌａｒ  Ｃｅｌｌｓ，Ｐｒｅｎｔｉｃｅ−Ｈａｌｌ，Ｅｎｇｌｅｗｏｏｄ  Ｃｌｉｆｆｓ，Ｎｅｗ  Ｊｅｒｓｅｙ（１９８２）．
【０００８】
【非特許文献３】Ｍ．Ａ．Ｇｒｅｅｎ，Ｔｈｉｒｄ  Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ  Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｓ，Ｓｐｒｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ，Ｂｅｒｌｉｎ  Ｈｅｉｄｅｌｂｅｒｇ（２００３）
【０００９】
【非特許文献４】Ｇ．Ｃｏｎｉｂｅｅｒ，Ｍ．Ｇｒｅｅｎ，Ｅ．−Ｃ．Ｃｈｏ，Ｄ．Ｋｏｎｉｇ，Ｙ．−Ｈ．Ｃｈｏ，Ｔ．Ｆａｎｇｓｕｗａｎｎａｒａｋ，Ｇ．Ｓｃａｒｄｅｒａ，Ｅ．Ｐｉｎｋ，Ｙ．Ｈｕａｎｇ，Ｔ．Ｐｕｚｚｅｒ，Ｓ．Ｈｕａｎｇ，Ｄ．Ｓｏｎｇ，Ｃ．Ｆｌｙｎｎ，Ｓ．Ｐａｒｋ，Ｘ．Ｈａｏ  ａｎｄ  Ｄ．Ｍａｎｓｆｉｅｌｄ，”Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｑｕａｎｔｕｍ  ｄｏｔ  ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ  ｆｏｒ  ｔａｎｄｅｍ  ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ  ｃｅｌｌｓ  ”，Ｔｈｉｎ  Ｓｏｌｉｄ  Ｆｉｌｍｓ，５１６（２０），６７４８−６７５６（２００８）．
【００１０】
【非特許文献５】Ｄ．Ｊ．Ｌｏｃｋｗｏｏｄ，Ｚ．Ｈ．Ｌｕ，ａｎｄ  Ｊ．−Ｍ．Ｂａｒｉｂｅａｕ，”Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｃｏｎｆｉｎｅｄ  Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ  ｉｎ  Ｓｉ／ＳｉＯ２  Ｓｕｐｅｒｌａｔｔｉｃｅｓ”，Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｒｅｖｉｅｗ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，７６（３），５３９−５４１（１９９６）．
【００１１】
【非特許文献６】Ｌ．Ｐａｖｅｓｉ  ａｎｄ  Ｄ．Ｊ．Ｌｏｃｋｗｏｏｄ（Ｅｄｓ．），［Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ］，Ｓｐｒｉｎｇｅｒ，Ｂｅｒｌｉｎ，Ｔｏｐｉｃｓ  Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．９４，１−５０（２００４）．
【００１２】
【非特許文献７】Ｋ．−Ｈ．Ｋｉｍ，Ｈ．−Ｊ．Ｋｉｍ，Ｐ．Ｊａｎｇ，Ｃ．Ｊｕｎｇ，ａｎｄ  Ｋ．Ｓｅｏｍｏｏｎ，”Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ｏｆ  Ｌｏｗ−Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｗｉｔｈ  ＡＬＤ  Ａｌ２Ｏ３  Ｆｉｌｍｓ  ａｎｄ  ｔｈｅｉｒ  ＰＶ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ”，Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，７（２），１７１−１７４（２０１１）．
【００１３】
【非特許文献８】Ｋ．−Ｈ．Ｋｉｍ，Ｊ．−Ｈ．Ｋｉｍ，Ｐ．Ｊａｎｇ，Ｃ．Ｊｕｎｇ，ａｎｄ  Ｋ．Ｓｅｏｍｏｏｎ，Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ｏｆ  Ｓｉ／ＳｉＯｘ  ｑｕａｎｔｕｍ  ｗｅｌｌ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ  ｆｏｒ  ｓｏｌａｒ  ｃｅｌｌｓ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ＳＰＩＥ，Ｖｏｌ．８１１１，８１１１１Ｄ１−８１１１１Ｄ７（２０１１）．
【発明の概要】
【発明が課題しようとする課題】
【００１４】
したがって本発明の目的は、太陽電池の製造工程上の各種損失を最小化して、変換効率を大きく改善した量子井戸構造の太陽電池及びその製造方法を提供するところにある。
【００１５】
また、本発明の他の目的は、エネルギーギャップの増加効果とパッシベーション（Ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ）効果を利用して、異種ｐｎ接合構造の太陽電池のｐ型とｎ型半導体の間に多重の量子井戸構造を挿入する構造を実現することにより、太陽電池の効率を高めることができる実用可能な量子井戸構造の太陽電池及びその製造方法を提供するところにある。
【００１６】
本発明のまた他の目的は、多重の量子井戸構造が挿入される異種ｐｎ接合構造の太陽電池の製造時、半導体基板上に良好な電気的特性を有する量子井戸構造を形成し、適正な厚さのアモルファスあるいは多結晶シリコンエミッタを利用する実用可能な量子井戸構造の太陽電池及びその製造方法を提供するところにある。
【００１７】
また、本発明の他の目的は、太陽電池の電極形成時、一般的な真空蒸着方式だけでなくスクリーンプリンティング工程も適用可能な金属電極を前面と後面に形成することにより、製造原価を節減させる実用可能な量子井戸構造の太陽電池及びその製造方法を提供するところにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
前記のような目的を達成するための本発明に係る量子井戸構造の太陽電池及びその製造方法は、原子層蒸着法（ＡＬＤ）、化学蒸着法（ＣＶＤ）あるいはスパッタリング （Ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）法を使用して、結晶半導体ウェハ上に絶縁体薄膜と半導体薄膜の厚さを連続的に各々１〜１０ｎｍで低温蒸着させる量子井戸構造を形成した後、適正な厚さのアモルファスあるいは多結晶シリコンエミッタを形成させてから、その上に金属性フィンガーをまず形成し、その金属性フィンガー上に反射防止膜としてＳｉＮｘ層を形成して、前記半導体ウェハの底面にパッシベーション膜を形成し、そのパッシベーション膜上に金属電極を形成することを特徴とする。
【００１９】
この際、前記半導体ウェハの底面には、選択的に後面電界（Ｂａｃｋ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｆｉｅｌｄ）層を形成させ、後面の再結合速度を下げ、直列抵抗の減少と開放電圧の増加による太陽電池の効率向上を図る。
【００２０】
また、本発明に係る量子井戸構造の太陽電池及びその製造方法は、前記量子井戸構造を形成する前に、前記基板半導体ウェハをテクスチャリング（Ｔｅｘｔｕｒｉｎｇ）することを特徴とする。
【００２１】
また、本発明に係る量子井戸構造の太陽電池及びその製造方法において、前記パッシベーション膜は、Ａｌ２Ｏ３膜、Ｓｉ３Ｎ４膜、ＳｉＯ２膜のうちいずれか一つであることを特徴とする。
【００２２】
また、出発シリコン基板としてｐ型を使用するときとｎ型を使用するとき、量子井戸構造は同一であるが、アモルファスあるいは多結晶エミッタの半導体は、各々その極性を換えてｎ型及びｐ型を使用することを特徴とする。
【００２３】
また、前記のような目的を達成するための本発明に係る量子井戸構造の太陽電池及びその製造方法は、原子層蒸着法（ＡＬＤ）、化学蒸着法（ＣＶＤ）あるいはスパッタリング（Ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）法を使用して、結晶半導体ウェハ上に絶縁体薄膜と半導体薄膜の厚さを連続的に各々１〜１０ｎｍで低温蒸着させる量子井戸構造を形成した後、適正な厚さのアモルファスあるいは多結晶シリコンエミッタを形成させてから、反射防止膜としてＳｉＮｘ層をまず形成し、その反射防止膜の上に金属性フィンガーを形成し、前記半導体ウェハの底面にパッシベーション膜を形成し、その底面のパッシベーション膜上に金属電極を形成することを特徴とする。
【００２４】
この際、前記半導体ウェハの底面には、選択的に後面電界（Ｂａｃｋ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｆｉｅｌｄ）層を形成させ、後面の再結合速度を下げ、直列抵抗の減少と開放電圧の増加による太陽電池の効率向上を図る。
【００２５】
また、本発明に係る量子井戸構造の太陽電池及びその製造方法は、前記量子井戸構造を形成する前に、前記基板半導体ウェハをテクスチャリング（Ｔｅｘｔｕｒｉｎｇ）することを特徴とする。
【００２６】
また、本発明に係る量子井戸構造の太陽電池及びその製造方法において、前記パッシベーション膜は、Ａｌ２Ｏ３膜、Ｓｉ３Ｎ４膜、ＳｉＯ２膜のうちいずれか一つであることを特徴とする。
【００２７】
また、出発シリコン基板としてｐ型を使用するときとｎ型を使用するとき、量子井戸構造は同一であるが、アモルファスあるいは多結晶エミッタの半導体は、各々ｎ型及びｐ型を使用することを特徴とする。
【００２８】
そして、量子井戸構造において、絶縁体薄膜でサンドイッチされた半導体薄膜の厚さを１ｎｍ程度から１０ｎｍ程度まで変化させることによる有効バンドギャップの制御を介した広帯域（1．2〜1．9  ｅＶ）バンドギャップ太陽電池の製作を可能にする構造を特徴とする。
【発明の効果】
【００２９】
上述したように、本発明は、量子井戸構造を有する異種ｐｎ接合太陽電池について絶縁体薄膜でサンドイッチされた半導体薄膜の厚さを１ｎｍ程度から１０ｎｍ程度まで変化させることにより、これに伴う有効バンドギャップの制御を介した広帯域（1.2〜1．9  ｅＶ）バンドギャップ太陽電池の製作が可能となり、太陽電池において太陽光の透過損失が低減し、短波長損失を低減することができるので高効率の太陽電池が実現される効果がある。
【００３０】
また、本発明は、量子井戸構造を有する異種ｐｎ接合太陽電池に適用するにおいて、基板をｐ型シリコンだけでなくキャリア移動度が高いｎ型シリコンを使用することにより、より一層高効率の太陽電池を期待することができる効果がある。
【００３１】
また、本発明は、一般的太陽電池製造ラインで使用するスクリーンプリント工程と整合性を高めることができるようにするために、前面及び後面電極を全てスクリーンプリンティング方式で形成することにより、最小限的に既存生産ラインを変更することだけで太陽電池の製造原価を減らすことができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明に係る太陽電池に適用される量子井戸構造のバンドギャップエネルギー制御の模式図である。
【図２】本発明に係る 多重量子井戸構造の太陽電池のエネルギーバンドダイヤグラムである。
【図３】本発明の第１実施例に係る量子井戸構造を有する異種ｐｎ接合太陽電池の断面図である。
【図４】本発明の第２実施例に係る量子井戸構造を有する異種ｐｎ接合太陽電池の断面図である。
【図５】本発明の第３実施例に係る量子井戸構造を有する異種ｐｎ接合太陽電池の断面図である。
【図６】本発明の第４実施例に係る量子井戸構造を有する異種ｐｎ接合太陽電池の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下本発明の好ましい実施例の詳細な説明を、添付された図面を参照して説明する。図面の中で、同一の構成は可能な限りどこでも同一の符号を示していることに留意しなければならない。下記の説明で具体的な特定事項が示されているが、これは本発明のより全般的な理解を助けるために提供されたものである。そして本発明を説明するにおいて、関連した公知機能あるいは構成についての具体的な説明が、本発明の要旨を不必要に不明瞭にし得ると判断される場合、その詳細な説明を省略する。
【００３４】
本発明に係る量子井戸構造の太陽電池及びその製造方法は、高効率のシリコン系太陽電池を実現するために、工程上で発生する透過損失、量子損失、電子−ホールの再結合損失、太陽電池表面の反射損失、電流電圧特性に起因する損失等が太陽電池のどの部分で発生するのか調査し、太陽電池の構造設計と工程の改善によって各種損失を最小化して、太陽電池の変換効率を改善するためのものであり、エネルギーギャップの増加効果とパッシベーション（Ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ）効果を利用して異種ｐｎ接合構造の太陽電池のｐ型とｎ型半導体の間に多重の量子井戸構造を挿入する構造を実現したものである。
【００３５】
この際、基本的には絶縁体でサンドイッチ（ｓａｎｄｗｉｃｈ）された量子井戸にＳｉの導入を介して最適化する。一般的に、単結晶シリコンの大きさをボーア半径（〜５ｎｍ）よりさらに小さくすると量子拘束が起き、これによりその有効バンドギャップが増加するところ、図１及び図２に示すような量子井戸構造に適用させてシリコン薄膜の厚さｄを薄くすれば、下記の数式１のようにバンドギャップＥｇが増加するようになる。
【００３６】
図１は、本発明に係る太陽電池に適用される量子井戸構造のバンドギャップエネルギー制御の模式図で、図２は、本発明に係る量子井戸構造の太陽電池のエネルギーバンドのダイヤグラムである。
【数１】
2015526894.tif 000003
【００３７】
また、このような構造の界面では、パッシベーション効果が起きるようになり、したがってシリコン量子井戸はシリコン一体型タンデム（ｔａｎｄｅｍ）太陽電池を実現することができる良い構造である。本発明では、シリコン量子井戸で量子拘束される現象を利用して、これを高効率の太陽電池に適用するために多重の量子井戸構造を形成させる。量子井戸構造をｐ層とｎ層の中間に挿入させる構造を利用した太陽電池では、理論的な太陽電池変換効率の限界を超える高効率が得られるものと予想される。
【００３８】
本発明に係る量子井戸構造の太陽電池及びその製造方法によって提案される太陽電池は、単一エネルギーしきい値材料の理論的な太陽電池変換効率の限界（２６〜２８％）を超えるデバイスに基礎している。
【００３９】
単一接合太陽電池と比較して効率が向上する理由は、第一に量子サイズ効果と多重バンド形成による吸収可能な太陽光スペクトラム帯域が増加することにより発生する透過損失の低減効果と、第二に量子井戸間の電子的結合によるトンネル効果によって高速でキャリアを移動させることができるので、熱エネルギーの損失を制御することができて、短波長損失を低減することができるためである。
【００４０】
本発明に係る量子井戸構造の太陽電池及びその製造方法は、特に異種ｐｎ接合構造、すなわち、基板は単結晶シリコンを使用しエミッタ側はアモルファス（非晶質）あるいは多結晶シリコンを使う異種構造の太陽電池において、ｐ型とｎ型半導体の間に多重の量子井戸構造を挿入して、界面でのパッシベーション
効果と量子拘束によるバンドギャップ増加効果による太陽光の透過損失低減と、量子井戸間の電子的結合によるトンネル効果に伴う高速キャリア移動に起因する太陽光の短波長損失を低減させることにより、理論的変換効率の限界を超える高効率太陽電池を得て、太陽電池の製造時、スクリーンプリンティング工程も適用可能な金属電極を前面と後面に形成することにより、製造原価を節減させる実用可能な量子井戸構造の太陽電池及びその製造方法である。
【００４１】
以下、図３ないし図６を参照して、本発明に係る量子井戸構造を有する太陽電池の製造方法を詳しく説明する。
【００４２】
図３は、本発明の第１実施例に係る量子井戸構造を有する異種ｐｎ接合太陽電池の断面図、図４は本発明の第２実施例に係る量子井戸構造を有する異種ｐｎ接合太陽電池の断面図、図５は本発明の第３実施例に係る量子井戸構造を有する異種ｐｎ接合太陽電池の断面図、図６は本発明の第４実施例に係る量子井戸構造を有する異種ｐｎ接合太陽電池の断面図である。
【００４３】
まず、図３を参照すれば、本発明の第１実施例に係る量子井戸構造を有する異種ｐｎ接合太陽電池は、ｐ型Ｓｉ半導体ウェハ１１０の上面に原子層蒸着法（ＡＬＤ）、化学蒸着法（ＣＶＤ）及びスパッタリング（Ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）法のうちいずれか一つを使用して１〜１０ｎｍの薄膜絶縁層を形成した後、その上に１〜１０ｎｍの薄膜半導体層を形成させ、さらにその上に１〜１０ｎｍの薄膜絶縁層を形成させることを１サイクルとする量子井戸構造を連続的に積層させて、必要なサイクル数だけ（数〜数十サイクル）の量子井戸構造１２０を形成させる。
【００４４】
必要なサイクルの量子井戸を形成させた後、量子井戸構造１２０の上に基板と異なるタイプ（ｔｙｐｅ）の半導体であるｎ型シリコンを適正な厚さ（0.1〜100  μｍ）でアモルファスあるいは多結晶形態でエミッタ層１３０を形成する。その後、エミッタ層１３０の上に前面金属性フィンガー電極１４０をスクリーンプリンティング方式あるいは真空蒸着方式で形成する。前記フィンガー電極１４０の形成は、真空蒸着方式を利用する場合にはシリサイド（ｓｉｌｉｃｉｄｅ）を利用して形成することが好ましく、スクリーンプリンティング方式を利用する場合には銀ペースト（Ａｇ  ｐａｓｔｅ）を利用して形成することが好ましい。この際、前記量子井戸構造を形成する前に、前記半導体ウェハをテクスチャリング（Ｔｅｘｔｕｒｉｎｇ）することが好ましく、前記フィンガー電極１４０を形成した後、反射防止膜を形成する前に所定時間乾燥させる。
【００４５】
次いで、前記金属性フィンガー電極が形成された全体表面上に反射防止コーティング（Ａｎｔｉ  Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ  Ｃｏａｔｉｎｇ、ＡＲＣ）膜としてＳｉＮｘ層１５０を形成する。
【００４６】
一方、前記半導体ウェハ１１０の後面には、保護層をなすＡｌ２Ｏ３、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＯ２膜１６０等を、ＡＬＤ、ＣＶＤ、スパッタリング、及び真空蒸着方式のうちいずれか一つで形成（Ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ）する。以後、局部的に後面電界を形成させるためのパターニングを行った後、パターニングされた部分にｐ＋層１７０をドーピングさせる。その後、パターニングされた部分に前面と同じく後面アルミニウム電極１８０を真空蒸着法またはスクリーンプリンティング方式で形成する。この際、スクリーンプリンティング方式で電極を形成するときには、前記前面金属性フィンガー電極１４０及び後面アルミニウム電極１８０を同時に熱処理（Ｃｏ−ｆｉｒｉｎｇ）することが好ましい。
【００４７】
上述した製造工程によって、本発明に係る量子井戸構造を有する太陽電池の製造が完了する。この際、前記太陽電池構造を完成させた後、最終的に窒素雰囲気で３０分程度熱処理する後金属熱処理（ＰＭＡ；ｐｏｓｔ−ｍｅｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ  ａｎｎｅａｌｉｎｇ）工程を行うことが好ましい。
【００４８】
次に、図４を参照すれば、本発明の第２実施例に係る量子井戸構造を有する異種ｐｎ接合太陽電池は、ｐ型Ｓｉ半導体ウェハ２１０の上面に原子層蒸着法か化学蒸着法、またはスパッタリング法を使用して１〜１０ｎｍの薄膜絶縁層を形成した後、その上に１〜１０ｎｍの薄膜半導体層を形成させ、さらにその上に１〜１０ｎｍの薄膜絶縁層を形成させることを１サイクルとする１サイクルの量子井戸構造を連続的に積層させて、必要なサイクル数だけ（数〜数十サイクル）の量子井戸構造２２０を形成させる。必要なサイクルの量子井戸を形成させた後、量子井戸構造２２０の上に基板と異なるタイプ（ｔｙｐｅ）の半導体であるｎ型シリコンを適正な厚さ（0.1〜1 uｍ）でアモルファスあるいは多結晶形態でエミッタ層２３０を形成する。その後、エミッタ層２３０の表面上に反射防止コーティング膜としてＳｉＮｘ層２５０を形成する。次いで、前記反射防止コーティング膜２５０上にスクリーンプリンティング方式で前面金属フィンガー２４０を形成する。この際、前記量子井戸構造を形成する前に、前記半導体ウェハをテクスチャリング（Ｔｅｘｔｕｒｉｎｇ）することが好ましく、前記フィンガー電極２４０を形成した後、反射防止コーティング膜を形成する前に所定時間乾燥させる。
【００４９】
一方、前記半導体ウェハ２１０の後面には、保護層をなすＡｌ２Ｏ３、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＯ２膜２６０等を、ＡＬＤかＣＶＤ、またはスパッタリングか真空蒸着方式で形成する。以後、局部的に後面電界を形成させるためのパターニングを行った後、パターニングされた部分にｐ＋層２７０をドーピングさせる。その後、パターニングされた部分に前面と同じく後面アルミニウム電極２８０を真空蒸着法あるいはスクリーンプリンティング方式で形成する。
【００５０】
この際、スクリーンプリンティング方式で電極を形成するときには、前記前面金属性フィンガー電極２４０及び後面アルミニウム電極２８０を同時に熱処理（Ｃｏ−ｆｉｒｉｎｇ）することが好ましい。こうすることにより、本発明に係る量子井戸構造を有する太陽電池の製造が完了する。この際、前記太陽電池構造を完成させた後、最終的に窒素雰囲気で３０分程度熱処理する後金属熱処理工程を行うことが好ましい。
【００５１】
次に、図５を参照して、本発明の第３実施例に係る量子井戸構造を有する異種ｐｎ接合太陽電池の製造方法を詳しく説明する。図５に図示されたように、本発明の第３実施例は、先に説明した第１実施例の製造方法と手順が次のいくつかの点を除いて類似である。すなわち、出発する基板形態がｎ型シリコン３１０で、エミッタ電極はｐ型３３０であり、後面に局部的に後面電界を形成させるためにパターニングされた部分にｎ＋層３７０をドーピングするのである。特に、第３実施例において、スクリーンプリンティング方式で電極を形成させる場合には、接触抵抗値を減らすための手段として、第１実施例で使用した前面電極と後面電極を、第３実施例では各々後面電極と前面電極に変えて形成させるか、または適正な金属電極を選定して形成することが好ましい。
【００５２】
次に、図６を参照すれば、本発明の第４実施例に係る量子井戸構造を有する異種ｐｎ接合太陽電池は、先に説明した第２実施例と製造方法と手順が次のいくつかの点を除いて類似である。
【００５３】
すなわち、出発する基板形態がｎ型シリコン４１０で、エミッタ電極はｐ型４３０であり、後面に局部的に後面電界を形成させるためにパターニングされた部分にｎ＋層４７０をドーピングするのである。特に、第４実施例において、スクリーンプリンティング方式で電極を形成させる場合には、接触抵抗値を減らすための手段として、第２実施例で使用した前面電極と後面電極を、第４実施例では各々後面電極と前面電極に変えて形成させるか、または適正な金属電極を選定して形成することが好ましい。
【００５４】
一方、本発明の詳細な説明では具体的な実施例に関して説明したが、本発明の範囲から逸脱しない限度内で様々な変形が可能なことは勿論である。故に、本発明の範囲は、説明された実施例に限定して定められてはならず、別添の特許請求の範囲だけではなく、この特許請求の範囲と均等なもの等によって定められるべきものである。
【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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【国際調査報告】
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