(57)【要約】      （修正有）【課題】光電流の損失を回避する太陽電池を提供する。【解決手段】第１の導電型半導体層２１０と、第１の導電型半導体層に位置する第２の導電型半導体層２２０と、導電型が第２の導電型半導体層と同じであり且つドーパント濃度が第２の導電型半導体層のより大きい複数のエミッタセグメントを含み、且つ任意の隣接する２つの複数のエミッタセグメントの間に間隔があり、第２の導電型半導体層の中に位置するセグメント式選択エミッタ２３０と、複数のエミッタセグメントに接触するようにその上に位置するフィンガ電極２４０と、を含み、また、複数のエミッタセグメントがフィンガ電極の延伸方向に沿って配置される太陽電池。【選択図】図２Ｅ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の導電型半導体層と、
前記第１の導電型半導体層に位置する第２の導電型半導体層と、
導電型が前記第２の導電型半導体層と同じであり且つドーパント濃度が前記第２の導電型半導体層のより大きい複数のエミッタセグメントを含み、且つ任意の隣接する２つの前記エミッタセグメントの間に間隔があり、前記第２の導電型半導体層の中に位置するセグメント式選択エミッタと、
前記エミッタセグメントに接触するようにその上に位置するフィンガ電極と、
を含み、
また、前記エミッタセグメントが前記フィンガ電極の延伸方向に沿って配置される太陽電池。
【請求項２】
前記第２の導電型半導体層の厚さと前記選択エミッタの厚さは、４０〜２０００ｎｍである請求項１に記載の太陽電池。
【請求項３】
前記第２の導電型半導体層及び前記セグメント式選択エミッタに位置する窒化ケイ素反射防止層を更に含む請求項１に記載の太陽電池。
【請求項４】
前記セグメント式選択エミッタの前記間隔は、０．０１〜１０．０ｍｍである請求項１に記載の太陽電池。
【請求項５】
前記第２の導電型半導体層の抵抗は、１００〜３００オーム／平方である請求項１に記載の太陽電池。
【請求項６】
前記セグメント式選択エミッタの抵抗は、２０〜１００オーム／平方である請求項１に記載の太陽電池。
【請求項７】
第１の導電型半導体層を提供する工程と、
第１のドーパント濃度を有する第２の導電型半導体層を前記第１の導電型半導体層上に形成する工程と、
導電型が第２の導電型半導体層と同じであるドーパントを前記第２の導電型半導体層にドープして、前記第２の導電型半導体層に、互いに離れた、前記第１のドーパント濃度より大きい第２のドーパント濃度を有する複数のドーピング領域を形成する工程と、
フィンガ電極の延伸方向に沿って配置される前記ドーピング領域に接触するフィンガ電極を形成する工程と
を備える太陽電池の製造方法。
【請求項８】
前記ドーパントを前記第２の導電型半導体層にドープした後、前記第２の導電型半導体層及び前記ドーピング領域の厚さを小さくするために、前記第２の導電型半導体層及び前記ドーピング領域をエッチングする工程を更に備える請求項７に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項９】
前記第２の導電型半導体層及び前記ドーピング領域をエッチングした後、窒化ケイ素反射防止層を前記第２の導電型半導体層及びセグメント式選択エミッタに形成する工程を更に備える請求項８に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項１０】
前記第２の導電型半導体層及び前記ドーピング領域をエッチングする場合、ＨＦ、ＫＯＨ、ＨＮＯ３又はそれらの組み合わせを含むエッチング剤を用いることを含む請求項８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。
【背景技術】
【０００２】
選択エミッタ（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  Ｅｍｉｔｔｅｒ）技術は、長く発展してきた効率的な太陽電池技術である。従来のシリコン結晶太陽電池は、高濃度で拡散されてドーピングされるので、光が吸収されてから電気を効果的に生じることができず、却って熱エネルギーとして消散されてしまう。そのため、選択エミッタの動作原理は、光吸収面のドーピング程度を低減し、金属電極の下方における濃度を大きくすることで、電子伝達の低阻抗化という効果を達成し、それにより転換効率を向上させることになる。特に、波長４００ｎｍ未満の光波に対してより敏感な光電効果を有する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
金属電極密度の向上につれて、選択エミッタの高濃度ドーピング面積も増加するので、表面にキャリアがより複合しやすくなり、光電流の損失をもたらす。したがって、金属電極の数及び密度がますます多くなりつつある傾向で、如何に選択エミッタによる光電流の損失を減少するかを考えなければならない。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の複数の実施形態によると、第１の導電型半導体層と、第１の導電型半導体層に位置する第２の導電型半導体層と、導電型が前記第２の導電型半導体層と同じであり且つドーパント濃度が第２の導電型半導体層のより大きい複数のエミッタセグメントを含み、且つ任意の隣接する２つの前記エミッタセグメントの間に間隔があり、第２の導電型半導体層の中に位置するセグメント式選択エミッタ（Ｓｅｇｍｅｎｔ  Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  Ｅｍｉｔｔｅｒ）と、前記エミッタセグメントに接触するようにその上に位置するフィンガ電極と、を含み、また、前記エミッタセグメントが前記フィンガ電極の延伸方向に沿って配置される太陽電池を提供する。
【０００５】
ある実施形態において、第２の導電型半導体層とセグメント式選択エミッタの厚さは、４０〜４００ｎｍである。
【０００６】
ある実施形態において、太陽電池は、第２の導電型半導体層及びセグメント式選択エミッタに位置する窒化ケイ素反射防止層を更に含む。
【０００７】
ある実施形態において、セグメント式選択エミッタの間隔は、０．０１〜１０．０ｍｍである。
【０００８】
ある実施形態において、第２の導電型半導体層の抵抗は、１００〜３００オーム／平方である。
【０００９】
ある実施形態において、セグメント式選択エミッタの抵抗は、２０〜１００オーム／平方である。
【００１０】
本発明の複数の実施形態は、第１の導電型半導体層を提供する工程と、第１のドーパント濃度を有する第２の導電型半導体層を第１の導電型半導体層上に形成する工程と、導電型が第２の導電型半導体層と同じであるドーパントを第２の導電型半導体層にドープして、第２の導電型半導体層に、互いに離れた、第１のドーパント濃度より大きい第２のドーパント濃度を有する複数のドーピング領域を形成する工程と、フィンガ電極の延伸方向に沿って配置される複数のドーピング領域に接触するフィンガ電極を形成する工程と、を備える太陽電池の製造方法を提供する。
【００１１】
ある実施形態において、太陽電池を製造する方法は、ドーパントを第２の導電型半導体層にドープした後、第２の導電型半導体層及びドーピング領域の厚さを小さくするために、第２の導電型半導体層とドーピング領域をエッチングする工程を更に備える。
【００１２】
ある実施形態において、第２の導電型半導体層及びドーピング領域をエッチングした後、窒化ケイ素反射防止層を第２の導電型半導体層及びセグメント式選択エミッタに形成する工程を更に備える。
【００１３】
ある実施形態において、第２の導電型半導体層及びドーピング領域をエッチングする場合、ＨＦ、ＫＯＨ、ＨＮＯ３又はそれらの組み合わせであるエッチング剤を用いることを含む。
【００１４】
本発明の上記及びその他の目的、特徴及びメリットをより分かりやすくするために、下記で、好ましい実施例を特にあげて、添付図面に合わせて以下の通りに詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１Ａ】本発明のある実施形態による太陽電池を示す平面模式図である。
【図１Ｂ】図１Ａに示したＡ−Ａ’線に沿った断面を示す模式図である。
【図１Ｃ】本発明のある実施形態による太陽電池を示す断面模式図である。
【図２Ａ】本発明の実施形態の太陽電池の製造方法に係るプロセス段階を示す模式図である。
【図２Ｂ】本発明の実施形態の太陽電池の製造方法に係るプロセス段階を示す模式図である。
【図２Ｃ】本発明の実施形態の太陽電池の製造方法に係るプロセス段階を示す模式図である。
【図２Ｄ】本発明の実施形態の太陽電池の製造方法に係るプロセス段階を示す模式図である。
【図２Ｅ】本発明の実施形態の太陽電池の製造方法に係るプロセス段階を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本実施例の製造と使用を詳しく検討するが、本発明は、実際的な新たな概念を提供し、広範囲のさまざまな所定の内容で表現することは理解されるべきである。下記の実施形態又は実施例は、説明するためのものだけであり、本発明の範囲を限定するものではない。以下、太陽電池及びその製造方法に関する各種の実施例を提供し、この太陽電池の構造、性質、及びこの太陽電池の製造工程又は操作について詳しく説明する。
【００１７】
本発明は、太陽電池を開示する。図１Ａは、本発明の一実施形態による太陽電池１００を示す平面模式図である。従来の連続的な選択エミッタに対して、本発明の選択エミッタは、セグメント式である。セグメント式選択エミッタ（Ｓｅｇｍｅｎｔ  Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  Ｅｍｉｔｔｅｒ）１３０は、複数のエミッタセグメント１３１を含む。セグメント式選択エミッタ１３０において、任意の隣接する２つのエミッタセグメント１３１の間に間隔ｄがある。一実施例において、間隔ｄの長さは０．０１〜１０．０ｍｍである。続いて、セグメント式選択エミッタ１３０にフィンガ電極１４０を形成する。フィンガ電極１４０がセグメント式選択エミッタ１３０に接触する。複数のエミッタセグメント１３１がフィンガ電極１４０の延伸方向に沿って配置される。ある実施例において、太陽電池は、複数のセグメント式選択エミッタ１３０及び対応する複数のフィンガ電極１４０を有する。
【００１８】
図１Ｂは、図１Ａに示したＡ−Ａ’線に沿う断面を示す模式図である。この実施形態において、第１の導電型半導体層１１０及び第２の導電型半導体層１２０を提供する。第２の導電型半導体層１２０が第１の導電型半導体層１１０に位置する。第１の導電型半導体層１１０はＮ型又はＰ型であってもよく、第２の導電型半導体層１２０の導電型は第１の導電型半導体層１１０と異なる。一実施例において、第１の導電型半導体層１１０はＰ型であり、第２の導電型半導体層１２０はＮ型である。他の実施例において、第１の導電型半導体層１１０はＮ型であり、第２の導電型半導体層１２０はＰ型である。第１の導電型半導体層１１０としては、非晶質シリコン（ａｍｏｒｐｈｏｕｓ  ｓｉｌｉｃｏｎ）、多結晶質シリコン（ｐｏｌｙ  ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ）、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＰ等の半導体又はＩＩＩ−Ｖ族半導体材料を用いてよい。
【００１９】
セグメント式選択エミッタ１３０が第２の導電型半導体層１２０の中に位置する。セグメント式選択エミッタ１３０の導電型は第２の導電型半導体層１２０と同じである。第２の導電型半導体層１２０は第１のドーパント濃度を有するが、セグメント式選択エミッタ１３０は第２のドーパント濃度を有する。セグメント式選択エミッタ１３０の第２のドーパント濃度が第２の導電型半導体層１２０の第１のドーパント濃度より大きい。一実施例において、セグメント式選択エミッタ１３０の抵抗は、１００〜３００オーム／平方にあり、例えば、１５０、２００又は２５０オーム／平方である。第２の導電型半導体層１２０の抵抗は、２０〜１００オーム／平方であり、例えば、３０、５０又は８０オーム／平方である。本明細書において、「抵抗」とは、シート抵抗又は薄膜抵抗（Ｓｈｅｅｔ  Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ；Ｒｓ）である。セグメント式選択エミッタ１３０の深さ（又は厚さ）Ｔ１及び第２の導電型半導体層の深さ（又は厚さ）Ｔ２は、それぞれ４０〜２０００ｎｍであり、例えば１００、３００、４００、６００、８００、１０００、１５００ｎｍ又は１８００ｎｍであり、最も好ましくは１００〜１２００ｎｍである。一実施例において、図１Ｂに示すように、セグメント式選択エミッタ１３０の深さ（又は厚さ）Ｔ１は、第２の導電型半導体層の深さ（又は厚さ）Ｔ２より小さい。他の実施例において、図１Ｃに示すように、セグメント式選択エミッタ１３０の深さ（又は厚さ）は、第２の導電型半導体層１２０の深さ（又は厚さ）より大きい。
【００２０】
フィンガ電極１４０は、セグメント式選択エミッタ１３０に接触するように、セグメント式選択エミッタ１３０に位置する。また図１Ａを参照されたい。セグメント式選択エミッタ１３０がフィンガ電極１４０の延伸方向に沿って配置される。詳しく言えば、セグメント式選択エミッタ１３０を構成する前記エミッタセグメント１３１は、フィンガ電極１４０の延伸方向に沿って配置される。
【００２１】
ある実施例において、図１Ｂ及び図１Ｃに示すように、第２の導電型半導体層１２０及びセグメント式選択エミッタ１３０の上に窒化ケイ素反射防止層１５０を形成してもよく、フィンガ電極１４０がセグメント式選択エミッタ１３０に直接接触するために、フィンガ電極１４０の下方に窒化ケイ素反射防止層１５０は形成されない。窒化ケイ素反射防止層は、光の反射を低減し、更に太陽電池の光吸収を向上させ、太陽電池の転換効率を向上させるという働きを有する。
【００２２】
図２Ａ〜図２Ｅは、本発明の実施例による太陽電池１００の製造方法のフローを示す。図２Ａにおいて、第１の導電型半導体層２１０を提供する。第１の導電型半導体層２１０は、例えば、単結晶シリコン基板、多結晶質シリコン基板又は非晶質シリコン基板のような、シリコン基板であってもよい。異なる実施例において、第１の導電型半導体層２１０は、Ｐ型又はＮ型の基板であってもよい。一実施例において、入射光の反射率を低くするために、第１の導電型半導体層２１０の表面に対して粗化加工を行う。例えば、化学酸性エッチングプロセス（エッチング溶剤は、例えば、フッ化水素酸又は硝酸である）又は化学塩基性エッチングプロセス（エッチング溶剤は、例えば、水酸化カリウム又はイソプロピルアルコールである）によって、第１の導電型半導体層２１０の表面に対して粗化加工を行ってよい。次に、第１のドーパント濃度を有する第２の導電型半導体層２２０を第１の導電型半導体層２１０の上に形成するために、ドーパントを第１の導電型半導体層２１０にドープする。一実施例において、ドーパントは、例えば、リン系酸（ＨＰＯＸ）のようなＮ型ドーパントである。他の実施例において、第１の導電型半導体層２１０はＮ型基板であり、ドーパントは例えばホウ酸（Ｈ３ＢＯ３）のようなＰ型ドーパントである。
【００２３】
図２Ｂにおいて、ドーピングプロセスによって、第２の導電型半導体層２２０に互いに離れた複数のドーピング領域を形成する。これらのドーピング領域は、エミッタセグメントであり、セグメント式選択エミッタ２３０を構成し、ドーパントの導電型が第２の導電型半導体層２２０と同じである。ドーピングプロセスは、レーザードーピングプロセス又は従来の如何なるドーピング技術であってもよい。レーザードーピングは、パルスレーザーによって所定のドーピング領域で加熱を行うことで、ドーパントが第２の導電型半導体層２２０の表面に拡散して進入できるようにし、この領域で高濃度のドーピング領域を形成するものである。セグメント式選択エミッタ２３０は、複数のエミッタセグメントを含む。エミッタセグメントは、第２の導電型半導体層２２０の第１のドーパント濃度より大きい第２のドーパント濃度を有する。セグメント式選択エミッタ２３０における任意の隣接する２つのエミッタセグメントの間隔ｄの長さは、０．０１〜１０．０ｍｍであり、例えば、０．０５ｍｍ、０．１ｍｍ、０．５ｍｍ、１ｍｍ、２ｍｍ、５ｍｍ又は７ｍｍであり、好ましくは０．０５〜７ｍｍである。間隔ｄの長さが短過ぎると、高濃度ドーピング領域が多くなり、キャリアが複合しやすく、更に光電転換効率が低くなる。間隔ｄの長さが長過ぎると、高濃度ドーピング領域が少なくなり、抵抗値が高くなる。
【００２４】
図２Ｃにおいて、第２の導電型層２２０及びセグメント式選択エミッタ２３０をエッチングすることで、両者の厚さを低くする。このエッチングプロセスは、ドライエッチング又は反応性イオンエッチングであってよい。エッチングガスとしては、六フッ化硫黄、四塩化ケイ素、オクタフルオロシクロブタン、メタン、水素ガス、アルゴン又はその他の既知のエッチングガス又はそれらの組み合わせを使用する。又は、ウェットエッチングを利用してもよい。エッチング液としては、フッ化水素、水酸化カリウム、硝酸、その他の類似の薬品又はそれらの組み合わせを使用する。エッチングプロセスによって太陽電池表面におけるドーピング領域を減少させることで、表面におけるキャリアの複合確率を大幅に減少させ、開放回路電圧（Ｖｏｃ）及び短絡電流（Ｉｓｃ）を更に向上させることができる。エッチングされた第２の導電型層２２０の厚さＴ３及びセグメント式選択エミッタ２３０の厚さＴ４は、４０〜２０００ｎｍであり、例えば、１００、３００、４００、６００、８００、１０００、１５００ｎｍ又は１８００ｎｍであり、最も好ましくは１００〜１２００ｎｍである。
【００２５】
図２Ｄにおいて、第２の導電型層２２０及びセグメント式選択エミッタ２３０に窒化ケイ素反射防止層２５０を形成する。例えば、プラズマ化学気相蒸着法によって窒化ケイ素反射防止層２５０を形成することができる。ある実施例において、太陽電池は、窒化ケイ素反射防止層２５０を含まなくてもよい。
【００２６】
図２Ｅにおいて、フィンガ電極２４０をドーピング領域（エミッタセグメント）及び第２の導電型半導体層２２０に接触するように形成する。これらのドーピング領域がフィンガ電極の延伸方向に沿って配置される。フィンガ電極２４０は、従来の如何なるプロセス方法によって得られてもよく、例えば、銀ペーストによるスクリーン印刷と高温プロセスによって、ドーピング領域及び第２の導電型半導体層２２０の上に形成してよい。
【００２７】
本発明の各種の実施形態によると、第１の導電型半導体層と、第１の導電型半導体層に位置する第２の導電型半導体層と、導電型が第２の導電型半導体層と同じであり且つドーパント濃度が第２の導電型半導体層のより大きい複数のエミッタセグメントを含み、且つ任意の隣接する２つのエミッタセグメントの間に間隔があり、第２の導電型半導体層の中に位置するセグメント式選択エミッタと、複数のエミッタセグメントに接触するようにその上に位置するフィンガ電極と、を含み、また、複数のエミッタセグメントがフィンガ電極の延伸方向に沿って配置される太陽電池を提供する。
【００２８】
本発明の複数の実施形態によると、第１の導電型半導体層を提供する工程と、第１のドーパント濃度を有する第２の導電型半導体層を第１の導電型半導体層上に形成する工程と、導電型が第２の導電型半導体層と同じであるドーパントを第２の導電型半導体層にドープして、第２の導電型半導体層に、互いに離れた、第１のドーパント濃度より大きい第２のドーパント濃度を有する複数のドーピング領域を形成する工程と、フィンガ電極の延伸方向に沿って配置される複数のドーピング領域に接触するフィンガ電極を形成する工程と、を備える太陽電池を製造する方法を提供する。
【００２９】
本発明の実施例のメリットは、選択エミッタの高ドーピング領域を減少することで、キャリアの複合を減少し、光電流の損失を回避することのできるセグメント式選択エミッタを有する太陽電池である。
【００３０】
以上、前記開示の各部分を当業者に一層理解させるために、複数の実施例を簡単に説明した。当業者であれば、その他の合成及び構造を想到し、更にこれに基づいて設計又は補正をして、これと同様の目的及び／又はこの説明と同様のメリットを有する実施例を実施することができる。当業者であれば、本発明の精神や範囲から逸脱しない限り、如何なる置換、替え切り及び変更を加えてもよいことは理解すべきである。
【符号の説明】
【００３１】
１１０：第１の導電型半導体層
１２０：第２の導電型半導体層
１３０：セグメント式選択エミッタ
１３１：エミッタセグメント
１４０：フィンガ電極
１５０：窒化ケイ素反射防止層
２１０：第１の導電型半導体層
２２０：第２の導電型半導体層
２３０：セグメント式選択エミッタ
２４０：フィンガ電極
２５０：窒化ケイ素反射防止層
ｄ：セグメント式選択エミッタの間隔
Ｔ１、Ｔ３：セグメント式選択エミッタの厚さ（又は深さ）
Ｔ２、Ｔ４：第２の導電型半導体層の厚さ（又は深さ）
【図１Ａ】
2017204625.tif 000003
【図１Ｂ】
2017204625.tif 000004
【図１Ｃ】
2017204625.tif 000005
【図２Ａ】
2017204625.tif 000006
【図２Ｂ】
2017204625.tif 000007
【図２Ｃ】
2017204625.tif 000008
【図２Ｄ】
2017204625.tif 000009
【図２Ｅ】
2017204625.tif 000010