(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一つのビアホールを備えた第１導電型の基板と、
前記少なくとも一つのビアホールの少なくとも一部と前記基板の入射面と側面の少なくとも選択されたいずれか一つのみに形成され、前記第１導電型と反対の第２導電型を有するエミッタ層と、
前記基板の反対側の表面と前記ビアホール側壁の少なくとも一部に形成される保護膜と、
前記基板の前記入射面上で、前記エミッタ層と電気的に接続される少なくとも一つの第１電極と、
前記基板の前記入射面の反対側に形成され前記保護膜を貫通して前記基板の後面に接続される第２電極と、
前記第２電極と絶縁され、前記少なくとも一つのビアホールを通じて前記少なくとも一つの第１電極と電気的に接続され、前記反対側の表面上の少なくとも一つの第１電極用集電部を含み、
前記保護膜は前記基板の後面とビアホール側壁の少なくとも一部上に位置し第１屈折率を有する第１保護層と前記第１保護層の上に位置し前記第１保護層より高い屈折率を有する第２保護層を含み、
前記第１保護層と前記第２保護層のそれぞれはシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸化窒化膜または非晶質シリコンの中の一つから形成されており、
前記第１電極用集電部と前記第２電極は互いに離隔され前記少なくとも一つの第１電極と交差する方向に長く伸びる、太陽電池。
【請求項２】
前記保護膜は、
前記第２保護層上に位置する第３保護層をさらに含み、
前記第３保護層はシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸化窒化膜及び／または非晶質シリコンの中の一つからなる、請求項１記載の太陽電池。
【請求項３】
前記第１保護層は前記シリコン酸化膜からなり、前記第２保護層は前記シリコン窒化膜からなり、前記第３保護層は前記シリコン酸化窒化膜からなる、請求項２記載の太陽電池。
【請求項４】
前記第１保護層、前記第２保護層及び前記第３保護層は異なる屈折率を有する、請求項２記載の太陽電池。
【請求項５】
前記第２保護層の屈折率が一番大きく、前記第１保護層の屈折率が一番小さい、請求項４記載の太陽電池。
【請求項６】
前記ビアホールの側壁に存在する前記保護膜の層厚さは位置によって変わる、請求項２記載の太陽電池。
【請求項７】
前記ビアホールの側壁に存在する前記保護膜の層厚さは前記基板の反対側の表面に近いほど増加する、請求項６記載の太陽電池。
【請求項８】
前記ビアホールの側壁に存在する前記保護膜の層数は前記基板の反対側の表面に近いほど増加する、請求項７記載の太陽電池。
【請求項９】
前記エミッタ層は前記ビアホール側壁に位置する、請求項１記載の太陽電池。
【請求項１０】
前記エミッタ層と前記保護膜の間に位置する反射防止膜をさらに含む、請求項１記載の太陽電池。
【請求項１１】
前記反射防止膜はシリコン窒化膜またはシリコン酸化膜からなる、請求項１０記載の太陽電池。
【請求項１２】
前記第２電極と電気的に接続されている少なくとも一つの第２電極用集電部をさらに含む、請求項１記載の太陽電池。
【請求項１３】
第１導電型を有する基板に少なくとも一つのビアホールを形成することと、
前記少なくとも一つのビアホールの少なくとも一部と前記基板の入射面と側面の少なくとも選択されたいずれか一つのみに形成され、前記第１導電型と反対の第２導電型のエミッタ層を形成すること、
前記基板の反対側の表面及び前記ビアホール側壁の少なくとも一部に保護膜を形成することと、
前記エミッタ層と電気的に接続される複数の第１電極と、前記少なくとも一つのビアホールを通じて前記第１電極と電気的に接続される第１電極用集電部と、前記基板に位置する第２電極及び前記第２電極と電気的に接続される前記第２電極用集電部を形成することとを含み、
前記保護膜を形成することは、前記基板の反対側の表面及びビアホール側壁の少なくとも一部の上に第１屈折率を有する第１保護層、及び前記第１保護層の上に前記第１保護層より高い屈折率を有する第２保護層を形成することを含み、
前記第１保護層と前記第２保護層のそれぞれはシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸化窒化膜または非晶質シリコンの中の一つからなり、
前記第１電極用集電部と前記第２電極は互いに離隔され前記少なくとも一つの電極と交差する方向に形成した、太陽電池の製造方法。
【請求項１４】
前記エミッタ層を形成することは前記基板の反対側の表面に前記エミッタ層を形成することと前記基板の一部を露出するために前記基板の反対側の表面に形成された前記エミッタ層をとり除くことを含む、請求項１３記載の太陽電池の製造方法。
【請求項１５】
前記エミッタ層を形成することは前記基板の反対側の表面に前記エミッタ層が形成されることを防止するために前記基板の反対側の表面を覆うことを含む、請求項１３記載の太陽電池の製造方法。
【請求項１６】
前記基板の前記露出した部分と前記少なくとも一つのビアホールの側面に保護膜を形成することをさらに含む、請求項１４記載の太陽電池の製造方法。
【請求項１７】
前記第１電極用集電部の周りに位置する前記第２電極及びその下部の保護膜に前記基板の一部を現わす複数の露出部を形成することをさらに含む、請求項１６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。
【背景技術】
【０００２】
最近石油や石炭のような既存エネルギ資源の枯渇が予測されながらこれらを取り替える代替エネルギに対する関心が高くなっている。その中でも太陽電池は太陽エネルギから電気エネルギを生産する電池として、エネルギ資源が豊かで環境汚染に対する問題点がなく注目されている。
【０００３】
一般的な太陽電池はＰ型とｎ型のように異なる導電型(conductive type)の半導体からなる基板(substrate)及びエミッタ層(emitter layer)、そして基板とエミッタ層にそれぞれ接続された電極を備える。この時、基板とエミッタ層の界面にはＰ−ｎ接合が形成されている。
【０００４】
このような太陽電池に光が入射されると半導体で複数の電子-正孔対が生成され、生成された電子-正孔対は光起電力効果(photovoltaic effect)によって電荷である電子と正孔にそれぞれ分離して電子と正孔はｎ型の半導体とｐ型半導体の方に、例えばエミッタ層と基板の方に移動し、基板とエミッタ層と電気的に接続された電極によって収集され、この電極を電線で接続して電力を得る。
【０００５】
この時、エミッタ層と基板の上には、エミッタ層と基板に接続された電極とそれぞれ接続されるバス バー(bus bar)のような少なくとも一つの集電部を位置させ、当該の電極で収集された電荷が隣接した集電部を通じて外部に接続された負荷に容易に移動するようにする。
【０００６】
しかし、この場合、光が入射されない基板の上だけではなく光が入射される面、すなわち、受光面に形成されたエミッタ層上にも集電部が位置するので、集電部によって光の入射面積が減少し太陽電池の効率が落ちる。
【０００７】
したがって集電部による太陽電池の効率減少を減らすため、エミッタ層と接続される集電部を受光面の反対側に位置した基板の後面に位置させた金属包装透過型(metal wrap through、MWT)太陽電池などが開発されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的とするところは、太陽電池の効率を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様による太陽電池は少なくとも一つのビアホールを備えた第１導電型の基板、前記少なくとも一つのビアホールの少なくとも一部と前記基板の入射面と側面の少なくとも選択されたいずれか一つのみに形成され、前記第１導電型と反対の第２導電型を有するエミッタ層、前記基板の前記入射面上で、前記エミッタ層と電気的に接続される少なくとも一つの第１電極、前記基板の前記入射面の反対側の表面に接続される第２電極、前記第２電極と絶縁され、前記少なくとも一つのビアホールを通じて前記少なくとも一つの第１電極と電気的に接続され、前記反対側後面上の少なくとも一つの第１電極用集電部を含む。
【００１０】
本発明の他の態様による太陽電池の製造方法は、第１導電型の基板に少なくとも一つのビアホールを形成することと、前記少なくとも一つのビアホールの少なくとも一部と前記基板の入射面と側面の少なくとも選択されたいずれか一つのみに形成され、前記第１導電型と反対の第２導電型のエミッタ層を形成することと、前記エミッタ層と電気的に接続される複数の第１電極と、前記少なくとも一つのビアホールを通じて前記第１電極と電気的に接続される第１電極用集電部と、前記基板に位置する第２電極と前記第２電極と電気的に接続される前記第２電極用集電部を形成することを含む。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のこのような特徴によって、第１電極と接続される第１電極用集電部が第１電極の反対側に位置するので太陽電池の入射率が増加する。また、ビアホールの側壁に保護膜が形成されているので、太陽電池形成時熱処理などによってビアホールに形成されたエミッタ層が破損され発生する漏洩電流の発生を減少させる。これにより、太陽電池の効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係る太陽電池の一部斜視図である。
【図２】図１に示した太陽電池をＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図の一例である。
【図３】本発明の一実施形態に係る太陽電池の製造方法を順次示した図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る太陽電池の製造方法を順次示した図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る太陽電池の製造方法を順次示した図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る太陽電池の製造方法を順次示した図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る太陽電池の製造方法を順次示した図である。
【図８】本発明の一実施形態に係る太陽電池の製造方法を順次示した図である。
【図９】本発明の一実施形態に係る太陽電池の製造方法を順次示した図である。
【図１０】本発明の一実施形態に係る太陽電池の製造方法を順次示した図である。
【図１１】本発明の一実施形態に係る太陽電池の製造方法を順次示した図である。
【図１２】本発明の一実施形態に係る太陽電池の製造方法を順次示した図である。
【図１３】本発明の一実施形態に係る太陽電池の製造方法を順次示した図である。
【図１４】本発明の一実施形態に係る太陽電池の製造方法を順次示した図である。
【図１５】本発明の一実施形態に係る太陽電池の製造方法を順次示した図である。
【図１６】図１に示した太陽電池をＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図の他の例である。
【図１７】図１に示した太陽電池をＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図のまた他の例である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の利用可能性の範囲は、以下の詳細な記述から明確となるであろう。しかし、詳細な説明と具体的な実例は、本発明のより好ましい実施の形態を示すものの、説明のために示すものであって、本発明の精神と範囲内における様々な変更及び修正が、当該技術の分野の当業者にとってこの詳細な記述から明確であるものと理解される。
【００１４】
以下では添付した図面を参照して本発明の実施の形態に対して本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者が容易に実施できように詳しく説明する。しかし本発明はいろいろ相異する形態に具現することができ、ここで説明する実施の形態に限定されない。そして図面で本発明を明確に説明するために説明と関係ない部分は省略し、明細書全体を通じて類似の部分に対しては類似の図面符号を付けた。
【００１５】
図で多くの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。明細書全体を通じて同様の部分に対しては同一の図面符号を付けた。層、膜、領域、基板などの部分が他の部分「上に」あると言う時、これは他の部分「真上に」ある場合だけではなくその中間に他の部分がある場合も含む。反対に何れの部分が他の部分「真上に」あると言う時には中間に他の部分がないことを意味する。また何れの部分が他の部分上に「全体的」に形成されていると言う時には他の部分の全体面に形成されていることだけではなく端の一部には形成されないことを意味する。
【００１６】
それでは添付した図面を参照にして本発明の一実施の形態に係る太陽電池に対して説明する。
【００１７】
先ず、図１及び２を参照にして本発明の一実施形態に係る太陽電池に対して詳細に説明する。
【００１８】
図１は本発明の一実施形態に係る太陽電池の一部斜視図であり、図２は図１に示した太陽電池をＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。
【００１９】
図１を参照すれば、本発明の一実施形態に係る太陽電池１は複数のビアホール(via hole)１８１を備えている基板１１０、基板１１０に位置したエミッタ層１２０、光が入射される基板１１０の面である入射面（以下、「前面(front surface)」と言う）とビアホール内部のエミッタ層１２０上に位置する反射防止膜１３０、光が入射されない前面の反対側に位置する基板１１０の面（以下、「後面(rear surface)」と言う）とビアホール１８１の側壁に位置する保護膜１９０、基板１１０前面の一部エミッタ層１２０上に位置した複数の前面電極(front electrode)１４１、保護膜１９０上に位置し基板１１０と電気的に接続されている複数の後面電極(rear electrode）１５１を備える後面電極用導電層１５５と前面電極１４１と接続されている複数の前面電極用集電部１６１と、後面電極用導電層１５５を通じて複数の後面電極１５１と接続されている複数の後面電極用集電部１６２、そして複数の後面電極１５１と基板１１０の間に位置する複数の後面電界(back surface field、ＢＳＦ)部１７０を備える。
【００２０】
基板１１０は第１導電型、例えばｐ導電型のシリコンからなる半導体基板である。この時、シリコンは単結晶シリコン、多結晶シリコンまたは非晶質シリコンで有り得る。基板１１０がｐ導電型を有する場合、ホウ素（Ｂ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）のような３価元素の不純物を含む。
【００２１】
しかし、これとは異なり、基板１１０はｎ導電型であることができる。シリコン以外の他の半導体物質からなることもできる。基板１１０がｎ導電型の場合、基板１１０はりん（Ｐ）、砒素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）のように５価元素の不純物を含むことができる。
【００２２】
このような基板１１０は自分を貫通する複数のビアホール１８１を備え、テクスチャリング(texturing)されて凹凸面であるテクスチャリング表面(texturing surface)を有する。複数のビアホール１８１は複数の前面電極１４１と複数の前面電極用集電部１６１が交差する部分の基板１１０に形成される。
【００２３】
エミッタ層１２０は基板１１０の導電型と反対の第２導電型、例えば、ｎ導電型を備える不純物部として、半導体基板１１０とｐ−ｎ接合を成す。
【００２４】
このようなｐ−ｎ接合による内部電位差(built-in potential difference)によって、基板１１０に入射された光によって生成された電荷である電子-正孔対は電子と正孔に分離して電子はｎ型の方に移動し正孔はｐ型の方に移動する。したがって、基板１１０がｐ型でエミッタ層１２０がｎ型の場合、分離した正孔は基板１１０の方へ移動し、分離した電子はエミッタ層１２０の方へ移動し、基板１１０で正孔は多数キャリアになり、 エミッタ層１２０で電子は多数キャリアになる。
【００２５】
エミッタ層１２０は基板１１０とｐ−ｎ接合を形成するので、本実施の形態と異なり、基板１１０がｎ導電型を有する場合、エミッタ層１２０はｐ導電型を有する。この場合、分離した電子は基板１１０の方へ移動し分離した正孔はエミッタ層１２０の方へ移動する。
【００２６】
エミッタ層１２０がｎ導電型を有する場合、エミッタ層１２０はりん（Ｐ）、砒素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）のように５価元素の不純物を基板１１０にドーピングして形成されることができる。反対にｐ導電型を有する場合、ホウ素（Ｂ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）のような３価元素の不純物を基板１１０にドーピングして形成することができる。
【００２７】
基板前面のエミッタ層１２０上及びビアホール１８１側壁にシリコン窒化膜（ＳｉＮｘ）やシリコン酸化膜（ＳｉＯｘ）などからなる反射防止膜１３０が形成される。反射防止膜１３０は太陽電池１に入射する光の反射度を減らし特定の波長領域の選択性を増加させ、太陽電池１の効率を高める。このような反射防止膜１３０は８０ｎｍ乃至１００ｎｍの厚さで有り得る。代案的な実施の形態で、ビアホール１８１の側壁の一部にだけ反射防止膜１３０が存在するか存在しないことがある。
【００２８】
反射防止膜１３０は必要によって省略することができる。
【００２９】
図１及び図２に示さないが、基板１１０の側面分離(edge isolation)のために反射防止膜１３０とその下部のエミッタ層１２０は基板１１０前面の端部の一部を露出する露出部(図示せず)を備える。
【００３０】
保護膜１９０は基板１１０の後面とビアホール１８１の側壁に位置する反射防止膜１３０上に位置し、基板１１０の表面近くでの電荷の再結合率を減少させ、基板１１０を透過した光の内部反射率を向上させて、基板１１０を透過した光の再入射率を高める。
【００３１】
このような保護膜１９０は基板１１０の後面上とビアホール１８１の側壁に位置する反射防止膜１３０上に位置しシリコン酸化膜（ＳｉＯｘ）からなる第１保護層１９１、第１保護層１９１上に位置しシリコン窒化膜（ＳｉＮｘ）からなる第２保護層１９２、そして第２保護層１９２上に位置しシリコン酸化窒化膜（ＳｉＯｘＮｙ）からなる第３保護層１９３を備えた３重膜構造を有する。
【００３２】
第１保護層１９１及び第２保護層１９２は基板１１０の表面近くに存在するダングリングボンドのような不安定な結合を安定化された結合で作って、基板１１０の方へ移動した電荷、例えば、正孔が不安定な結合と再結合され消滅することを減少させる。第３保護層１９３は後面電極用導電層１５５から第１保護層１９１及び第２保護層１９２を保護するためのものである。
【００３３】
また、これら第１保護層１９１乃至第３保護層１９３は基板１１０を透過した入射光を基板１１０の方へ反射させ、太陽電池１の内部反射率を高める。
【００３４】
このような第１保護層１９１乃至第３保護層１９３の機能を行うため、各保護層（１９１−１９３）の厚さと屈折率を適切に調整することができる。
【００３５】
例えば、第１保護層１９１と第３保護層１９３の厚さはほとんど同様のことがあり、例えば、約２００ｎｍであり得る。第２保護層１９２の厚さは第１ 保護層１９１及び第３保護層１９３の厚さより薄いことがあり、例えば、約２０ｎｍで有り得る。また、第１保護層１９１の反射率より第２保護層１９２及び第３保護層１９３の反射率が大きく成り得る。本実施の形態で、第２保護層１９２の屈折率が一番大きく、第１保護層１９１の屈折率が一番小さい。
【００３６】
しかし、これらの厚さと屈折率は各保護層（１９１−１９３）の材料、役目、形成方法などによって変わる。
【００３７】
本実施の形態で、保護膜１９０は第１乃至第３保護層（１９１−１９３）からなる３重膜構造を有しているが、これに限定されないで保護膜１９０の層数は調節可能である。
【００３８】
また、本実施の形態で、基板１１０からＳｉＯｘ層１９１、ＳｉＮｘ層１９２及びＳｉＯｘＮｙ層１９３が順次に位置するが、これらの積層順序は変更可能であり、これらの層（１９１−１９３）中の少なくとも一つの材料は非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）のような他の物質で代替可能である。例えば、第１保護層１９１が非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）からなる場合、不安定結合を効率的に非活性化させ、基板１１０表面での再結合率を大きく減少させる。
【００３９】
本実施の形態で、このような保護層１９０でよって、ビアホール１８１側壁に反射防止膜１３０が位置する場合、ビアホール１８１側壁に形成される膜の個数は最小２層であり最大４層に成り得る。
【００４０】
複数の前面電極１４１は基板前面に形成されたエミッタ層１２０上に位置しエミッタ層１２０と電気的に接続されてあり、互いに離隔されるように決められた方向に伸びている。
【００４１】
各前面電極１４１はエミッタ層１２０の方へ移動した電荷、例えば、電子を収集してビアホール１８１を通じて前面電極用集電部１６１に伝達する。
【００４２】
複数の前面電極１４１は少なくとも一つの導電性物質からなり、これら導電性物質の例はニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、スズ（Ｓｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、インジウム（Ｉｎ）、チタン（Ｔｉ）、金（Ａｕ）及びこれらの組合せからなる群から選択された少なくとも一つであることができ、また、他の導電性金属物質からなることができる。
【００４３】
後面電極用導電層１５５は導電性物質からなり、保護膜１９０上に位置する。
【００４４】
後面電極用導電層１５５及び/または前面電極用集電部１６１とその下部の保護膜１９０には各前面電極用集電部１６１の周りの基板１１０の一部を露出する複数の露出部１８２が形成されている。
【００４５】
複数の後面電極１５１は保護膜１９０を透過し基板１１０後面の一部と接触した後面電極用導電層１５５によって形成される。
【００４６】
複数の後面電極１５１は複数の露出部１８２によって前面電極用集電部１６１との電気的接続が遮断される。
【００４７】
複数の後面電極１５１は一定な間隔に配置され基板１１０と電気的に接続されており、円形、楕円形または多角形のような多様な形状をとり得る。しかし、代案的な実施の形態では、各後面電極１５１は前面電極１４１のように基板１１０と電気的に接続されながら一方向に長く伸びているストライプ (stripe)形状となり得る。この場合、後面電極の個数は円形、楕円形または多角形形状を有する後面電極の個数よりさらに少ない。
【００４８】
このように、基板１１０と後面電極用導電層１５５の間に保護膜１９０を位置させた後複数の後面電極１５１を利用し基板１１０の一部だけ後面電極１５１と接触するので、基板１１０の全体面と接触する後面電極を有する太陽電池と比べる時、基板１１０の曲がり(bowing)現象が大きく減少する。したがって、曲がり現象による基板１１０破損が大きく減る。このような後面電極１５１は基板１１０の方から移動する電荷、例えば正孔を収集する。
【００４９】
後面電極１５１は少なくとも一つの導電性物質からなる。導電性物質はニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、スズ（Ｓｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、インジウム（Ｉｎ）、チタン（Ｔｉ）、金（Ａｕ）及びこれらの組合せからなる群から選択された少なくとも一つでありえるが、他の導電性金属物質からなることができる。
【００５０】
各ビアホール１８１とビアホール１８１の周辺に位置した保護膜１９０上には複数の前面電極用集電部１６１が位置している。この時、複数の前面電極用集電部１６１は上部に位置した前面電極１４１と交差する方向に伸びる。
【００５１】
複数の前面電極用集電部１６１は少なくとも一つの導電性物質からなり、ビアホール１８１を通じて各交差する前面電極１４１と電気的に接続される。したがって前面電極用集電部１６１は前面電極１４１から伝達する電荷を外部装置に出力する。
【００５２】
導電性物質の例はニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、柱石（Ｓｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、インジウム（Ｉｎ）、チタン（Ｔｉ）、金（Ａｕ）及びこれらの組合せからなる群から選択された少なくとも一つでありえるが、他の導電性金属物質からなることができる。
【００５３】
保護膜１９０上には複数の前面電極用集電部１６１と平行に延ばす複数の後面電極用集電部１６２が位置する。複数の後面電極用集電部１６２は後面電極用導電層１５５を通じて後面電極１５１から伝達する電荷、例えば正孔を収集し外部装置に出力する。
【００５４】
本実施の形態で、後面電極用集電部１６２は前面電極用集電部１６１と同様に決まった方向に長く伸びている形状を有するが、代案的な実施の形態では、後面電極用集電部１６２は一定な間隔に配置された円形または多角形形状の複数の導電体から成り得る。
【００５５】
後面電極用集電部１６２は前面電極用集電部１６１と同一の材料から成り、同一層に位置する。
【００５６】
複数の後面電極１５１と基板１１０の間に複数の後面電界部１７０が位置する。複数の後面電界部１７０は基板１１０と同一の導電型の不純物が基板１１０より高濃度にドーピングされた領域、例えば、Ｐ＋領域である。
【００５７】
基板１１０と後面電界部１７０との不純物濃度差によって電位障壁が形成され、これにより、基板１１０後面側での電子移動の邪魔となって基板１１０の後面部で電子と正孔が再結合し消滅することを減少させる。
【００５８】
このような構造を有する本実施の形態に係る太陽電池１は前面電極用集電部１６１を光が入射しない基板１１０の後面に位置させ、複数のビアホール１８１を利用し基板１１０の前面に位置する前面電極１４１と前面電極用集電部１６１を接続させ、基板１１０後面にすぐ保護膜１９０を形成し基板１１０と後面電極１５１との接触面積を減少させた太陽電池１としてその動作は次のようである。
【００５９】
太陽電池１に光が照射され反射防止膜１３０とエミッタ層１２０を通じて半導体の基板１１０に入射されれば光エネルギーによって半導体の基板１１０から電子-正孔対が発生する。この時、基板１１０の表面がテクスチャリング表面であるから基板１１０の前面部での光反射度が減少し、テクスチャリング表面で入射と反射動作が行われて太陽電池内部に光が閉じこめられるようになってこれにより光の吸収率が増加されるので、太陽電池の効率が向上する。 さらに、反射防止膜１３０によって基板１１０に入射される光の反射損失が減って基板１１０に入射される光の量はより一層増加する。
【００６０】
これら電子-正孔対は基板１１０とエミッタ層１２０のｐ−ｎ接合によって互いに分離し電子と正孔は、例えば、ｎ導電型を有するエミッタ層１２０とｐ導電型を有する基板１１０の方へそれぞれ移動する。このように、エミッタ層１２０の方に移動した電子は前面電極１４１によって収集されビアホール１８１を通じて電気的に接続された前面電極用集電部１６１に伝達し収集される。また、基板１１０の方に移動した正孔は隣接した後面電極１５１に伝達した後、後面電極用集電部１６２によって収集される。このような前面電極用集電部１６１と後面電極用集電部１６２を導線で連結すれば電流が流れるようになり、これを外部で電力に利用する。
【００６１】
本実施の形態の場合、前面電極用集電部１６１を光が入射しない基板１１０の後面側に位置させるので、光の入射面積が増加し、これにより、太陽電池の効率が向上する。
【００６２】
また、基板１１０の後面全体に後面電極を形成する代わり、基板１１０と後面電極用導電層１５５の間に多層構造を有する保護膜１９０を位置させ、後面電極用導電層１５５の一部を基板１１０と接触させ後面電極１５１を形成する。
【００６３】
これにより、基板１１０の後面全体に後面電極を形成する太陽電池と比べると、後面電極１５１と基板１１０との接触面積は大きく減る。したがって基板１１０の表面の不安定結合が保護膜１９０によって非活性状態に変わるので、基板１１０表面の不安定結合によって発生する電荷の再結合率がめっきり減って長波長を有する光の使用効率が向上し、太陽電池の効率が向上する。
【００６４】
次に、図３ないし図１５を参照して本発明の一実施の形態に係る太陽電池１の製造方法を説明する。
【００６５】
図３ないし図１５は本発明の一実施の形態に係る太陽電池の製造方法を順次示した図である。図３に示したように、先ず、ｐ型単結晶または多結晶シリコンからなる基板１１０に複数のビアホール１８１を形成する。この時、ビアホール１８１はレーザビームを照射して形成するレーザドリリングによって形成されるが、これに限定されない。
【００６６】
次に、図４に示すように、基板１１０の前面をテクスチャリングし、 凹凸面であるテクスチャリング表面を形成する。図４に示すように、 ビアホール１８１の側壁にはテクスチャリング表面が形成されない。この時、 基板１１０が単結晶シリコンからなる場合、ＫＯＨ、ＮａＯＨ、ＴＭＡＨなどの塩基溶液を使って基板１１０の表面をテクスチャリングする。反面、 基板１１０が多結晶シリコンからなる場合、ＨＦやＨＮＯ3のような酸溶液を使って基板１１０の表面をテクスチャリングする。
【００６７】
次に、図５に示すように、基板１１０にりん（Ｐ）、砒素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）のように５価元素の不純物を含む物質、例えば、ＰＯＣｌ３やＨ３ＰＯ４などを高温で熱処理し５価元素の不純物を基板１１０に拡散させ基板１１０の全面、すなわち、前面、後面、ビアホール１８１の内部面及び側面にエミッタ層１２０を形成する。本実施の形態と異なり、基板１１０の導電型がｎ型の場合、３価元素の不純物を含む物質、例えば、Ｂ２Ｈ６を高温で熱処理すると基板１１０前面にｐ型のエミッタ層を形成することができる。その後、ｐ型不純物またはｎ型不純物が基板１１０内部に拡散するによって生成されたリンを含む酸化物(ＰＳＧ)やホウ素を含む酸化物(ＢＳＧ)を蝕刻工程を通じてとり除く。
【００６８】
次に、図６に示すように、プラズマ気相成長(plasma  enhanced chemical vapor deposition、ＰＥＣＶＤ)のような気相成長(chemical vapor deposition、ＣＶＤ)を利用して基板１１０の前面部及びビアホール１８１の側壁に反射防止膜１３０を形成する。
【００６９】
次に、図７に示すように、湿式蝕刻または乾式蝕刻などで基板１１０の後面の一部をとり除いて、基板１１０の後面に形成されたエミッタ層１２０をとり除く。この時、ビアホール１８１の側壁に形成されたエミッタ層１２０及び/または反射防止膜１３０の一部も共に除去されうる。
【００７０】
代案的に、エミッタ層１２０が基板１１０の後面に位置しない場合、基板１１０の後面の一部をとり除く動作が省略されうる。すなわち、図５に示すように基板１１０の後面を含む基板１１０の全体面にエミッタ層１２０を形成する代わりに、基板１１０の後面にマスクや防止膜(barrier layer)を使って基板１１０の後面にエミッタ層１２０を形成する段階は省略されうる。その後、マスクや防止膜は別途の蝕刻工程を通じて除去されうる。このように、マスクや防止膜を基板１１０の後面に位置させた後エミッタ層１２０を形成する場合、基板１１０の後面にはエミッタ層１２０が形成されない。
【００７１】
図８ないし図１０に示すように、プラズマ気相蒸着法（ＰＥＣＶＤ）のような気相成長などを使って基板１１０の後面に順次にシリコン酸化膜（ＳｉＯｘ）からなる第１保護層１９１、シリコン窒化膜（ＳｉＮｘ）からなる第２保護層１９２そしてシリコン酸化窒化膜（ＳｉＯｘＮｙ）からなる第３保護層１９３を形成し、保護膜１９０を完成する。この時、第１保護層１９１及び第３保護層１９３の厚さは約２００ｎｍであり、第２保護層１９２の厚さは約２０ｎｍである。基板１１０の後面に、第１保護層１９１乃至第３保護層１９３ののような保護膜１９０を形成する時、第１保護層１９１乃至第３保護層１９３のような保護膜１９０はビアホール１８の側壁に形成されうる。実施の形態では、第１保護層１９１乃至第３保護層１９３全てが使われないか要求されないこともある。すなわち、ビアホール１８１内部またはビアホール１８１の側壁に存在する保護膜１９０の層数または保護膜１９０の成分は基板１１０の後面に位置した保護膜１９０の層数または保護膜１９０の成分と異なることがある。したがって、ビアホール１８１の保護膜またはこれらの成分と基板１１０の後面に形成された保護膜１９０またはこれらの成分は同一であるか異なることがある。
【００７２】
次に、図１１に示すように、スクリーン印刷法を利用し、当該の部分に銀（Ａｇ）を含むペーストを基板１１０の対応部分に塗布した後約１２０℃乃至約２００℃で乾燥させ前面電極用集電部パターン１６５と後面電極用集電部パターン１６６を形成する。
【００７３】
次に、図１２に示すように、スクリーン印刷法を利用し、この部分に銀（Ａｇ）を含むペーストを塗布した後乾燥させ、前面電極用パターン１４０を形成する。
【００７４】
前面電極用集電部パターン１６５と後面電極用集電部パターン１６６及び前面電極用パターン１４０を形成するペーストは銀（Ａｇ）の代わりにニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、スズ（Ｓｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、インジウム（Ｉｎ）、チタン（Ｔｉ）、金（Ａｕ）及びこれらの組合せからなる群から選択された少なくとも一つを含むことができる。
【００７５】
次に、図１３に示すように、スクリーン印刷法を利用し、この部分にアルミニウム（Ａｌ）を含むペーストを基板１１０の該当の部分に塗布した後乾燥させ、後面電極用導電層パターン１５０を形成する。この時、後面電極用導電層パターン１５０は前面電極用集電部パターン１６５と後面電極用集電部パターン１６６が形成された部分を除いた大部分の基板１１０後面に塗布される。
【００７６】
この時、前面電極用パターン１４０、前面電極用集電部パターン１６５、 後面電極用集電部パターン１６６及び後面電極用導電層パターン１５０の形成順序では変更可能である。
【００７７】
次に、図１４に示すように、レーザビームを後面電極用導電層パターン１５０の決まれた部分に照射すれば、後面電極用導電層パターン１５０、 その下部の保護膜１９０及び基板１１０が互いに混合した部分(molten mixture)である複数の後面電極部１５３が形成される。
【００７８】
この時、使われるレーザビームの波長は約３５５ｎｍか５３２ｎｍであり、約 ３５５ｎｍの波長を使う場合、レーザビームの強さは約１Ｗであり、約５３２ｎｍの波長を使う場合、レーザビームの強さは約１０Ｗで有り得る。使われるレーザビームの波長と強さは後面電極用導電層パターン１５０の厚さと材料、その下部層である保護膜１９０の材料と厚さ(層数) などによって変更する。また、同一である部位に照射されるレーザビームの照射回数も後面電極用導電層パターン１５０の厚さと材料、その下部層である保護膜１９０の材料と厚さ(層数) などによって変更する。
【００７９】
その後、図１５に示すように、前面電極用パターン１４０、前面電極用集電部パターン１６５、後面電極用集電部パターン１６６及び後面電極用導電層パターン１５０を備えた基板１１０を約７５０℃乃至約８００℃の温度で基板１１０を焼成して(firing)、複数の前面電極１４１、複数の前面電極１４１と接続された複数の前面電極用集電部１６１、複数の後面電極１５１を備えた後面電極用導電層１５５及び複数の後面電界部１７０を形成する。
【００８０】
すなわち、熱処理が施されれば、前面電極用パターン１４０に含有された鉛（Ｐｂ）などによって接触部位の反射防止膜１３０が貫通されエミッタ層１２０と接触する複数の前面電極１４１が形成され、複数の後面電極部１５３は基板１１０と接触し複数の後面電極１５１が形成される。この時、各パターン１４０、１６５、１６６、１５０に含有された金属成分と各接触する層１２０、１１０、１９０とが化学的に結合して接触抵抗が減少し電流が向上する。
【００８１】
また、熱処理工程で、後面電極１５１の含有物であるアルミニウム（Ａｌ）が後面電極１５１と接触した基板１１０の方へ拡散し後面電極１５１と基板１１０の間に複数の後面電界部１７０が形成される。この時、複数の後面電界部１７０は基板１１０と同一の導電型のｐ導電型を有しており、後面電界部１７０の不純物濃度は基板１１０より高くｐ＋の導電型である。
【００８２】
本実施の形態では、ビアホール１８１の側壁に反射防止膜１３０だけでなく保護膜１９０が形成されるので、乾燥及び焼成動作を含む高温熱処理がされる時形成されたエミッタ層１２０の破損が減少または防止され、漏洩電流の発生を減少させる。また、保護膜１９０の構造が３層のような多層構造であるので、エミッタ層１２０の破損の恐れがさらに減る。
【００８３】
その後、レーザビームを利用して前面電極用集電部１６１周辺の基板１１０の一部を現わす複数の露出部１８２を形成し、基板１１０と電気的に接続される後面電極１５１と前面電極用集電部１６１を分離して太陽電池１を完成する(図１及び２)。また複数の露出部１８２を形成した後または形成する前に、基板１１０の前面の端部分に形成された反射防止膜１３０とその下部のエミッタ層１２０の一部をとり除いて基板１１０の一部が現われた露出部(図示せず)を形成することで側面分離(edge isolation)を実施する。代案的に複数の露出部１８２の形成と側面分離はレーザの代わりにＰＥＣＶＤ法などを利用して行うことができる。
【００８４】
このような工程を通じて、製造される太陽電池１はビアホール１８１の直径や反射防止膜１３０と保護膜１９０を形成する時の拡散速度、拡散距離、拡散分布などによってビアホール１８１の側壁に均一に反射防止膜１３０と保護膜１９０が形成されないこともある。したがって、図４に示すように、ビアホール１８１の側壁の位置によって形成される膜の層数が変わって、保護膜１９０の各層を形成するために気相状態のプロセスガスが噴射される所に隣接した部分、例えば、図４で基板１１０の後面側に近いほどビアホール１８１の側壁に積層される層数は増加する。また、図４に示したように、ビアホール１８１の側壁に積層される層数が同一であるとしても位置によって、すなわち、プロセスガスが噴射される所との距離(噴射距離)によって積層される層厚さが変わる。したがって、基板１１０の後面側に近いほど、すなわち噴射距離が短いほどビアホール１８１の側壁に積層される層厚さも増加する。
【００８５】
しかし、こういう場合にも、ビアホール１８１の側壁は反射防止膜１３０だけでなく少なくとも一つの層を有する保護膜１９０によって保護されるので、熱処理工程後エミッタ層１２０の損傷による漏洩電流の発生を減少させる。
【００８６】
また、図３ないし図１５に示した工程を通じて太陽電池１を製造する中にビアホール１８１の側壁を通じて基板１１０の一部が露出する場合が発生する。
【００８７】
すなわち、図７に示すように、基板１１０の後面に位置するエミッタ層１２０をとり除く時、ビアホール１８１内に位置する反射防止膜１３０及びその下部に位置するエミッタ層１２０の一部を除去することができる。これにより、エミッタ層除去工程後にビアホール１８１の側壁には基板１１０を露出する部分を形成することができる。この時、基板１１０の後面に近いほどエミッタ層１２０と反射防止膜１３０は、後面のエミッタ層１２０とともに除去される確率が増加する。
【００８８】
しかし、本実施の形態によって、多重膜構造の保護膜１９０がビアホール１８１の壁にも位置するので、図１７に示すように、ビアホール１８１の側壁に露出した基板１１０は以後に形成される保護膜１９０によって覆われる。
【００８９】
図１６に示すように、保護膜１９０の形成厚さがエミッタ層１２０の除去確率が高い基板１１０の後面側に近いほど形成される保護膜１９０の層形成が容易と成るので、ビアホール１８１の側壁を通じて露出する基板１１０は保護膜１９０によって容易に覆われる。
【００９０】
したがって、エミッタ層１２０と反射防止膜１３０の一部が破損されビアホール１８１側壁に基板１１０の一部が露出しても保護膜１９０によって露出した基板１１０の部分が保護されて、前面電極１４１で前面電極用集電部１６１に流れる電流の漏洩現象が減る。
【００９１】
以上で本発明の実施の形態に対して詳細に説明したが本発明の権利範囲はここに限定されるのではなく次の請求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くの変形及び改良形態も本発明の権利範囲に属することである。
【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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【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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