(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｐ型半導体層とｎ型半導体層とを含むｐｎ接合構造を形成するステップと；
接触パターンを前記ｐｎ接合構造の上面に形成するステップと；
電気メッキ法を行なうための電解液に前記ｐｎ接合構造を入れるステップと；
前記接触パターンの長さ方向の一側に，前記接触パターンの長さ方向の他側より新鮮な前記電解液を供給するステップと；
を含むことを特徴とする，太陽電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は太陽電池に関し，さらに詳しくは、エネルギー変換効率を極大化することができるｐｎ接合太陽電池に関する。
【０００２】
【従来の技術分野】
ｐｎ接合太陽電池は，ｐ型半導体とｎ型半導体との接合部を有する。この太陽電池で光子によって形成された電子と正孔は，各々ｎ型半導体とｐ型半導体に移動して両側の電極に蓄積される。このような太陽電池に光が照射されて発生する電流と電圧は，電力として用いることができる。
【０００３】
太陽電池におけるｎ型とｐ型の不純物は，ｐｎ接合を形成するためのシリコン基板の前後面にドーピングされ，シリコン基板の前後面に前後面電極が形成される。このような太陽電池を製造するためには，シリコン基板の前後面に酸化膜を形成し，写真エッチング工程（photolithgraphy）で前記酸化膜を任意の接触パターンでエッチング除去する。そして，不純物をパターン部位を通じてドーピングし，電極層を接触パターン部に形成する。
【０００４】
これと関連して，米国特許第４，０８２，５６８号及び同第４，１２４，４５５号には，前記のような太陽電池を製造するための技術が提示されている。これらの技術では，接触特性を向上させると共に電極導電物質であるＡｇの使用量を節減している。また，Ａｇがケイ素基板に拡散することを防止するため，Ｔｉ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｔａからなるチタニウム系列金属，あるいは，ＰｄとＰｔからなるプラチナ系列金属を含む金属膜を積層して前面又は後面電極を補強している。
【０００５】
また，米国特許第４，２７８，７０４号では，前面電極の接触部で接触抵抗を最少化するために，シリサイドを適用する技術を提示している。
【０００６】
前記従来技術の太陽電池製造方法では，写真エッチング工程，及び蒸着法（evaporation）を利用して，チタニウム及びプラチナ系列からなる多重の金属パターンをケイ素基板の上に順次形成する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし，前記従来の方法は，乾式及び湿式エッチング方法を併用しており，製造工程費用が高いために大量生産に不適当であるという問題点がある。また，チタニウム系列の金属とプラチナ系列の金属などの電極材料自体の原価が高い短所があり，電極を多重層で形成するなど，製造工程が面倒であるという問題点がある。
【０００８】
さらに，従来の太陽電池の電極は前面電極端子に連結されている共通導体から，複数の分枝電極が一定の幅で平行にのびている形状であるが，このような形状の前面電極では電極が占める部分では太陽光を吸収できず，太陽電池の出力を落とす，いわゆる，シェーディング（shading）損失が大きいという問題点がある。
【０００９】
また，日本国特開平６−２８３７３６号公報には，断面積が受光面電極の先端から電流導出部へ向かっていくほど断面積が大きくなる受光面電極を有する太陽電池について掲示されている。
【００１０】
しかし，前記技術もやはり，Ｔｉ／Ｐｄ／Ａｇで形成される受光面電極を，高価な写真エッチング工程及びリフトオフ（lift-off）方法で形成することから，製造上の問題点がある。
【００１１】
従って，シェーディング損失を最少化してエネルギー変換効率を極大化しながらも，製造工程費は低減できる太陽電池の構造が要求されている。
【００１２】
本発明は，上記実情に鑑みてなされたものであって，生産費用を最少化することができると同時に大量生産が可能な太陽電池を提供することを目的する。
【００１３】
また，本発明は，エネルギー変換効率を極大化することができる太陽電池を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
前記目的を実現するために本発明は，ｐ型半導体層とｎ型半導体層を含むｐｎ接合構造と，ｐｎ接合構造の上面に形成される前面電極と，ｐｎ接合構造の後面に形成される後面電極を含むｐｎ接合太陽電池であって，前面電極が，長さ方向に沿って概ね同一の幅を有する接触パターンを通じてｐｎ接合構造の上面に形成されると共に，ｐｎ接合構造の上面に形成された前面電極端子から遠くなるほど前面電極の幅を減少させながら形成されることを特徴とするｐｎ接合太陽電池を提供する。
【００１５】
また，前記目的を実現するために本発明は，前面と後面を有する第１導電型シリコン基板と，基板の前面に形成される第２導電型層と，第２導電型層の一部領域に形成される高濃度第２導電型層と，第２導電型層上に形成される前面酸化層と，前面酸化層上に形成される前面電極と，基板の後面の一部領域に形成される高濃度第１導電型層と，高濃度第１導電型層が露出されるような接触パターンを有して基板の後面に形成される後面酸化層と，高濃度第１導電型層と接触するように後面酸化層の接触パターンに形成される後面電極とを含む太陽電池であって，前面酸化層が長さ方向に沿って概ね一定の幅を維持しながら高濃度第２導電型層が露出されるようにする接触パターンを有し，前面電極が基板上に配置された前面電極端子から遠くなるほど幅が小さくなる形状を有しながら接触パターンを通じて高濃度第２導電型層と接触することを特徴とする太陽電池を提供する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に，添付した図面を参照して本発明の実施形態による太陽電池及びその製造方法について，本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できる程度に詳細に説明する。なお，本明細書及び図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００１７】
図１は，本発明の実施形態によるｐｎ接合太陽電池の構造を示した斜視図である。
【００１８】
図１に示すように，本実施形態のｐｎ接合太陽電池は，第１導電型（例：ｐ型）シリコン基板１０を含む。このシリコン基板１０の前面には，平坦な面に比べて光吸収率を向上させるための複数の略逆ピラミッド溝がパターン化される。この溝は，大略８μｍの深さを有する。
【００１９】
ｐ型シリコン基板１０の上面には，例えばリン（Ｐ）のような第２導電型（例：ｎ型）不純物が，大略０．５〜１μｍの厚さを有するｎ−層２０を形成するために，大略１０１７ｃｍ−３のドーピング濃度でドーピングされる。
【００２０】
また，ｎ−層２０の一部分には，大略２０μｍの厚さを有しながら１０１９ｃｍ−３のドーピング濃度を有する高濃度ドーピング層（またはｎ+−層）２２が形成され，ｎ−層２０上には，大略２，０００Åの厚さを有する前面酸化層３０が形成される。
【００２１】
また，前面酸化層３０上には，ｎ＋−層２２の一部を露出させるように前面接触パターン３１が，例えば長さ方向に沿って一定の幅（約１０μｍ）で形成される。
【００２２】
ｎ+−層２２は，その上に形成される前面電極５０とシリコン基板１０との間の抵抗を減らす役割を果たす。前面電極５０は，前面接触パターン３１を通じて，ｎ+−層２２と電気的に接触するように前面酸化層３０の形成後に形成される。この前面電極５０は，電池内部で生成されたキャリアを集収して外部端子に伝達する。このような前面電極５０は，例えば電気メッキ法または無電解メッキ法により，例えばＣｕまたはＡｇのような導電性物質で，接触パターン３１上に形成される。
【００２３】
本実施形態における前面電極５０は，例えば略三角形状や傾いた略半円筒形状のように，その長さ方向に沿って幅が減ったり伸びたりする形状を有して形成される。
【００２４】
ｎ+−層２２と前面電極５０の間には，前面電極５０を形成する低抵抗導電物質がシリコン基板１０に拡散することを防止すると共に，接触特性を向上させるようにするバッファ層４０が，大略１，０００Åの厚さで形成される。
【００２５】
バッファ層４０は，例えばＮｉ，Ｃｒ，Ｃｏ，及びＴｉの内の１種の単体物質，または２種以上の混合物質や，界面シリサイドで形成されることが好ましい。
【００２６】
一方，シリコン基板１０の後面には，大略２，０００Åの厚さを有する後面酸化層７０が形成され，シリコン基板１０の後面一部分には，約２０μｍの厚さを有しながら１０１７ｃｍ−３のドーピング濃度を有するｐ+−層６０が形成される。
【００２７】
また，後面酸化層７０上には，ｐ+−層６０の一部を露出させるように，後面接触パターン７１が，長さ方向に沿って約１０μｍの幅で形成される。
【００２８】
同時に，後面酸化層７０の下には，例えばＣｕ，Ａｇ，またはＣｕとＡｇの化合物のような低抵抗導電物質で形成された後面電極８０が，後面接触パターン７１を通じてｐ+−層６０と電気的に接触するように形成される。
【００２９】
ｐ+−層６０は，高濃度ドーピング領域からバルク領域に電子を反射させ，正孔の集収運動を加速させて電池の開回路電圧を増加させるように，後面電界（back surface field：ＢＳＦ）としての役割を果たす。
【００３０】
シリコン基板１０の後面または後面電極８０の模様は，多様に変形できる。
【００３１】
次に，前述した前面電極５０の構造について，図面を参照して具体的に説明する。
【００３２】
本発明の実施形態による前面電極５０は，互いに概ね平行な方向にのびている分枝形状で共通電極５１に集まり，その共通電極５１に連結された前面電極端子５２と電気的に連結される。
【００３３】
各前面電極５０の幅は，例えば共通電極５２に近い側端を約６０μｍとし，共通電極５２から遠い側端を約１０μｍ，すなわち接触パターンの幅として全体的な形状を略三角形状にする。
【００３４】
従って前面電極５０は，その形状によってシェーディング損失（shading loss）を最少化することができ，電力損失を最少化して，太陽電池のエネルギー変化効率を極大化することができる。
【００３５】
次に，図１及び図２を参照して本発明の実施形態による太陽電池の製造方法について詳細に説明する。図２は，本発明の実施形態による太陽電池の前後面電極を製造するための方法を説明するための図である。
【００３６】
まず，ｐ型シリコン基板１０の上面に，湿式エッチング工程を通じて約８μｍの深さを有する略逆ピラミッド模様の溝パターンを形成する。つまり，逆ピラミッドパターンを形成するためには，例えばシリコン基板１０の上面上に保護酸化膜（図示せず）を形成した後，この保護酸化膜の上部に感光膜パターン（図示せず）を形成する。そして，感光膜パターンをマスクとして保護酸化膜をエッチングした後，感光膜パターンを除去してエッチングされた前記保護酸化膜をマスクとして基板の上面を模様付けエッチングして，シリコン基板１０の上面に略逆ピラミッドパターンの溝を形成する。
【００３７】
次に，約０．５〜１μｍの厚さを有するｎ−層２０を形成するために，シリコン基板１０の上面全体に，例えばリン（Ｐ）のようなｎ型不純物を，約１０１７ｃｍ−３のドーピング濃度でドーピングする。ここで，前記リンのドーピング物質としては，ＰＯＣｌ３やＰ２Ｏ５などを用いることが好ましい。
【００３８】
次に，熱酸化法によってシリコン基板１０の前面及び後面に，約２，０００Åの厚さを有する前面及び後面酸化層３０，７０を形成する。
【００３９】
次に，前面酸化層３０の一部をパターニングしてｎ−層２０の一部が露出されるように，約１０μｍの幅を有する前面接触パターン３１を形成する。その後，この接触パターン３１を通じて，ｎ−層２０内にｎ型不純物を拡散する。これによって，約２０μｍの幅を有しながら約１０１９ｃｍ−３のドーピング濃度を有するｎ+−層２２を形成する。
【００４０】
次に，ｎ+−層２２の上部に，バッファ層４０を形成する。このバッファ層４０はスパッタ法でもできるが，無電解メッキ法により，例えばＮｉ，Ｃｒ，Ｃｏ，及びＴｉの内の１種，または２種以上の混合物の中から選択された物質の溶液にシリコン基板１０を浸漬させ，シリコン基板１０との反応によって界面シリサイドが形成されるように３００〜４００℃程度の温度範囲で焼結することで形成してもよい。ここで用いるＴｉなどの溶液は，酸化膜と露出シリコンの両方に付着することが望ましく，焼結／熱分解後にメッキ用下地パターンになるようにエッチングする。もし必要であれば，シリサイドを残して他を全部除去してもよい。
【００４１】
その後，後面酸化層７０をパターニングしてシリコン基板１０の一部が露出されるように，約１０μｍの幅を有する後面接触パターン７１を形成する。この接触パターン７１を通じてシリコン基板１０内に，例えばボロン（Ｂ）のようなｐ型不純物を拡散させる。これによって約２０μｍの幅を有しながら，約１０１９ｃｍ−３のドーピング濃度を有するｐ+−層６０を形成する。
【００４２】
次に，電気メッキ法を利用して，基板１０の前面及び後面に，銀または銅からなる前面電極５０，及び後面電極８０を同時に形成する。このような電気メッキ法は，膜の形成速度と膜特性調節が容易であり，製造費用が安くて大量生産に適した長所がある。
【００４３】
上記方法を図面を用いてさらに説明する。図２に示すように，前面電極は，例えばＣｕ電気メッキ法によって形成できる。図２に示された太陽電池１００は，４５ｃｍ2の大きさを有する太陽電池である。このＣｕ電気メッキ法でメッキに用いられるＣｕ１０１は，電源の（+）極と連結される。太陽電池１００の前面電極端子は，メッキ槽上部のサンプルホルダー１０２を通じて，電源の（−）極と連結して吊り下げる。ここで，メッキ槽１０４に水溶された電解液１０３は，例えばＣｕＳＯ４（１８０〜２４０ｇ／ｌ），Ｈ２ＳＯ４（４５〜６０ｇ／ｌ），Ｃｌ−（２０〜８０ｇ／ｌ），及び添加物を含むメッキ用硫酸銅溶液である。この電解液は，メッキ工程中は室温に維持する。メッキ槽１０４の底には，気泡発生器１０５を設置する。
【００４４】
また，印加される電流は，例えば２〜１０Ａ／ｄｍ２の電流密度を有し，太陽電池の全体の大きさの１／２を有するバリヤー１０６が，太陽電池に対して２〜１０ｃｍの距離（Ｄ１）をおいて，太陽電池の底部の前方に設置する。電源の両極（+），（−）の間の距離（Ｄ２）は，約５〜１０ｃｍに調整する。Ｃｕ１０１は，電解液１０３に，約１〜４ｃｍの深さ（Ｄ３）を維持して入れる。両極の全体表面積は，メッキされる前面電極のメッキ面積に比例して決定する。
【００４５】
上記Ｃｕメッキ装置によってＣｕをメッキするとき，バリヤー１０６によって太陽電池の底部には新鮮なメッキ液の供給を遮断し，反対に太陽電池の上部には潤沢に供給する。従って，Ｃｕメッキ法によって製造された前面電極は，前述したように共通電極に近い側端部位が約７０μｍの幅で，共通電極から遠い側端部位は約２０μｍの幅を有する，言い換えると，前面電極の幅が長さ方向に沿って減少する。例えば，略三角形のような形状からなる。このような幅の変化と同様に，メッキ厚さもバリヤー１０６から遠い所は厚く，近い所は薄くなる効果がある。つまり，電極は立体的に太い部分と細い部分ができることになる。これにより，電極での電圧降下を少なくしながら電極材の使用量を少なくし，またシェーディングによる出力低下を軽減できる効果がある。
【００４６】
一方，本発明の他の実施形態は，図３に示したように，後面バッファ層として，後面電極８０とシリコン基板１０の後面の間に，例えばＴｉ，Ｐｄ，またはＴｉ／Ｐｄを積層して形成した金属層１１０を形成している。図３では，Ｔｉ／Ｐｄを積層して金属層１１０を形成した場合を示している。
【００４７】
つまり，後面電極８０を形成する前に，金属層１１０がｐ+−層６０と接触するようにシリコン基板１０の後面に形成できる。
【００４８】
この他にも本発明は，図１及び図３に示した導電型層を反対に位置させて構成した場合にも適用できる。
【００４９】
以上，本発明の好ましい実施形態について説明したが，本発明はこれらに限定されるものではない。本発明は，特許請求の範囲と発明の詳細な説明及び添付した図面の範囲内で多様に変形して実施することが可能であり，これも本発明の範囲に属することは言うまでもない。
【００５０】
【発明の効果】
以上示したように，本発明では太陽電池の電極を形成するときに電気メッキ法または無電解メッキ法のメッキ液供給を制御するバリヤーを利用することによって，電極線の太さを適宜調整しながら低コストの大量生産が可能であって，製造費用を最少化することができる。また，前面電極を略三角形模様に形成することによって，シェーディング損失を最少化してエネルギー変換効率を極大化することができる。また，前面電極と後面電極を同時に形成して，製造工程を単純化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態による太陽電池の構造を示した斜視図である。
【図２】本発明の実施形態による太陽電池の，前後面電極を製造するための方法を説明するための図である。
【図３】本発明の他の実施形態による太陽電池の構造を示した断面図である。
【符号の説明】
１０        シリコン基板
２０        ｎ−層
２２        ｎ＋−層
３０        前面酸化層
３１        前面接触パターン
４０        バッファ層
５０        前面電極
５１        共通電極
５２        前面電極端子
６０        ｐ＋−層
７０        後面酸化層
７１        後面接触パターン
８０        後面電極
１００        太陽電池
１０１        Ｃｕ
１０２        サンプルホルダー
１０３        電解液
１０４        メッキ槽
１０５        気泡発生器
１０６        バリヤー
１１０        金属層
【図１】
0004036640.tif 000002
【図２】
0004036640.tif 000003
【図３】
0004036640.tif 000004