(57)【要約】【課題】電子移動に対する抵抗及び電極による日陰損失を最小化させて、優れた光電変換効率を実現可能な太陽電池とその製造方法を提供する。【解決手段】本発明における太陽電池は、半導体基板、前記半導体基板の一面に形成されたエミッタ層、前記エミッタ層上に形成された導電性透明電極層、前記導電性透明電極層上に形成されて、前記導電性透明電極層と電気的に接続された第１電極、及び前記半導体基板の後面に形成されて、前記半導体基板と電気的に接続された第２電極を含み、前記導電性透明電極層は５００μΩ・ｃｍ以下の比抵抗を有する。【選択図】図１
2009021541.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板の一面に形成されたエミッタ層と、
前記エミッタ層上に形成された導電性透明電極層と、
前記導電性透明電極層上に形成され、前記導電性透明電極層と電気的に接続された第１電極と、
前記半導体基板の後面に形成され、前記半導体基板と電気的に接続された第２電極と、
を含み、
前記導電性透明電極層は、５００μΩ・ｃｍ以下の比抵抗を有する
ことを特徴とする、太陽電池。
【請求項２】
前記導電性透明電極層は、前記エミッタ層より低い比抵抗を有する
ことを特徴とする、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項３】
前記導電性透明電極層は、３５０〜８００ｎｍ波長範囲で９０％以上の透過率を有する
ことを特徴とする、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項４】
前記導電性透明電極層は、１．７〜２．５の屈折率を有する
ことを特徴とする、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項５】
前記導電性透明電極層は、６０〜１００ｎｍの厚さを有する
ことを特徴とする、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項６】
前記導電性透明電極層は、
インジウムスズ酸化物、スズ系酸化物、ＡｇＯ、ＺｎＯ−Ｇａ２Ｏ３、ＺｎＯ−Ａｌ２Ｏ３、フッ素ドープ酸化スズ及びこれらの混合物からなる群より選択される物質を含む
ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
【請求項７】
前記第１電極は、２．５〜８ｍｍの間隔で離隔している
ことを特徴とする、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項８】
前記第１電極は、
Ａｌ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｐｄ、Ｃｒ、Ｗ、伝導性高分子、及びこれらの組み合わせからなる群より選択される物質を含む
ことを特徴とする、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項９】
前記第２電極は、Ａｌ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｐｄ、Ｃｒ、Ｗ、伝導性高分子、及びこれらの組み合わせからなる群より選択される物質を含む
ことを特徴とする、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項１０】
前記半導体基板は、ｐ型シリコン基板である
ことを特徴とする、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項１１】
前記半導体基板は、０．５〜３Ω・ｃｍの比抵抗を有する
ことを特徴とする、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項１２】
前記エミッタ層は、ｎ型シリコン基板である
ことを特徴とする、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項１３】
前記エミッタ層は、５０Ω／ｓｑ以上の面抵抗を有する
ことを特徴とする、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項１４】
半導体基板上にエミッタ層を形成する段階と、
前記エミッタ層上に導電性透明電極層を形成する段階と、
前記導電性透明電極層上に導電性透明電極層と電気的に接続される第１電極を形成する段階と、
前記半導体基板の後面に第２電極を形成する段階と、
を含むことを特徴とする、太陽電池の製造方法。
【請求項１５】
前記半導体基板は、ｐ型シリコン基板である
ことを特徴とする、請求項１４に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項１６】
前記半導体基板は、０．５〜３Ω・ｃｍの比抵抗を有する
ことを特徴とする、請求項１４に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項１７】
前記エミッタ層は、ｎ型シリコン基板である
ことを特徴とする、請求項１４に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項１８】
前記エミッタ層は、５０Ω／ｓｑ以上の面抵抗を有する
ことを特徴とする、請求項１４に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項１９】
前記導電性透明電極層は、前記エミッタ層より低い比抵抗を有する
ことを特徴とする、請求項１４に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項２０】
前記導電性透明電極層は、５００μΩ以下の比抵抗を有する
ことを特徴とする、請求項１４に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項２１】
前記導電性透明電極層は、３５０〜８００ｎｍ波長範囲で９０％以上の透過率を有する
ことを特徴とする、請求項１４に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項２２】
前記導電性透明電極層は、１．７〜２．５の屈折率を有する
ことを特徴とする、請求項１４に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項２３】
前記導電性透明電極層は、６０〜１００ｎｍの厚さを有する
ことを特徴とする、請求項１４に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項２４】
前記導電性透明電極層は、
インジウムスズ酸化物、スズ系酸化物、ＡｇＯ、ＺｎＯ−Ｇａ２Ｏ３、ＺｎＯ−Ａｌ２Ｏ３、フッ素ドープ酸化スズ及びこれらの混合物からなる群より選択される物質を含む
ことを特徴とする、請求項１４に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項２５】
前記第１電極は、２．５〜８ｍｍの間隔で離隔している
ことを特徴とする、請求項１４に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項２６】
前記第１電極は、
Ａｌ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｐｄ、Ｃｒ、Ｗ、伝導性高分子、及びこれらの組み合わせからなる群より選択される物質を含む
ことを特徴とする、請求項１４に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項２７】
前記第２電極は、
Ａｌ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｐｄ、Ｃｒ、Ｗ、伝導性高分子、及びこれらの組み合わせからなる群より選択される物質を含む
ことを特徴とする、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関し、より詳しくは、電子移動に対する抵抗及び電極により日陰損失を最小化し、優れた光電変換効率を有する太陽電池及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に太陽電池は、外部から入射された光によって、太陽電池の半導体内部で電子と正孔の対が生成される。このような電子と正孔の対において、電子は、ｐ−ｎ接合で発生した電場によってｎ型半導体に移動するとともに、正孔は、ｐ型半導体に移動することによって、電力を生産する。
【０００３】
太陽電池商業用製品の大部分を占めている単結晶、多結晶及び多結晶薄膜を含む結晶質シリコン太陽電池の場合、シリコン表面と内部の欠陥などが、光によって生成された電子及び正孔の対の再結合センターとして作用して、結果的に太陽電池の光電変換効率を低下させる。そのため、欠陥を効果的に不動態化（ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ）させる必要がある。
【０００４】
シリコンの欠陥を不動態化する最も代表的な方法は、表面に熱酸化膜を形成することである。この時、熱酸化膜は、反射防止膜の役割も果たすことが可能である。一例として、特許文献１、特許文献２及び特許文献３には、熱酸化膜を用いた多様な反射防止膜及び不動態化された膜が開示されている。
【０００５】
前述の特許文献では、全てにおいて、シリコン表面を不動態化するために熱酸化膜を形成した後、反射防止及び紫外線遮断効果のために各々シリコン窒化膜、多結晶シリコン薄膜、酸化チタン（ＴｉＯ２）薄膜を用いている。
【０００６】
最近は、市場占有率が拡大している多結晶シリコン太陽電池を中心に、シリコン窒化膜の使用が増加している。これは、シリコン窒化膜をプラズマ化学気相蒸着（ＰＥＣＶＤ）法で形成すると、屈折率を１．９から２．３までに調節でき、理想的な反射防止膜の役割だけでなく、薄膜に含まれている多量の水素を使って、多結晶シリコン結晶粒内部、結晶粒界面及び表面の欠陥を不動態化することができるためである。しかし、一般にシリコン窒化膜の表面不動態化効果は、熱酸化膜よりは劣ることが知られている。
【０００７】
一方、不動態化効果によって太陽電池の光電変換効率を上げるために、ｎ型の単結晶シリコン（ｃ−Ｓｉ）基板上に１０ｎｍ未満の厚さの薄い真性非晶質シリコン薄膜（ｔｈｉｎ  ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ  ａ−Ｓｉ）を形成し、その上にｐ型の非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）層を形成したＨＩＴ構造の太陽電池が提示された。このようなＨＩＴ構造の基本的な機能は、ｎ型の単結晶シリコンとｐ型の非晶質シリコンとで構成された異種（ｈｅｔｅｒｏ）ｐ−ｎ接合である。異種ｐ−ｎ接合の界面には多くの欠陥があって、光によって生成された電子及び正孔の対が再結合される。ＨＩＴ構造において、異種ｐ−ｎ接合の間にある真性非晶質シリコン薄膜が接合界面の欠陥を不動態化させることによって、光電変換効率が向上する。
【０００８】
しかし、現在商品化されている大部分の太陽電池は、ｐ型の結晶質シリコン基板にｎ型の不純物を拡散させて、ｐ−ｎ接合を形成する同種（ｈｏｍｏ）ｐ−ｎ接合構造になっている。
【０００９】
【特許文献１】米国特許第４，９２７，７７０号明細書
【特許文献２】米国特許第５，０３０，２９５号明細書
【特許文献３】米国特許第５，９０７，７６６号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
そこで、本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的は、電子移動に対する抵抗及び電極による日陰損失を最小化して、優れた光電変換効率を実現することが可能な、新規かつ改良された太陽電池及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、半導体基板と、前記半導体基板の一面に形成されたエミッタ層と、前記エミッタ層上に形成された導電性透明電極層と、前記導電性透明電極層上に形成され、前記導電性透明電極層と電気的に接続された第１電極と、前記半導体基板の後面に形成され、前記半導体基板と電気的に接続された第２電極と、を含み、前記導電性透明電極層は、５００μΩ・ｃｍ以下の比抵抗を有する太陽電池が提供される。
【００１２】
前記導電性透明電極層は、前記エミッタ層より低い比抵抗を有してもよい。
【００１３】
前記導電性透明電極層は、３５０〜８００ｎｍ波長範囲において、９０％以上の透過率を有してもよい。また、前記導電性透明電極層は、１．７〜２．５の屈折率を有してもよい。また、前記導電性透明電極層は、６０〜１００ｎｍの厚さを有してもよい。
【００１４】
前記導電性透明電極層は、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、スズ系酸化物、ＡｇＯ、ＺｎＯ−Ｇａ２Ｏ３、ＺｎＯ−Ａｌ２Ｏ３、フッ素ドープ酸化スズ（ｆｌｕｏｒｉｎｅ  ｔｉｎ  ｏｘｉｄｅ：ＦＴＯ）及びこれらの混合物からなる群より選択される化合物を含んでもよい。
【００１５】
前記第１電極は、２．５〜８ｍｍの間隔で離隔していてもよい。
【００１６】
前記第１電極は、Ａｌ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｐｄ、Ｃｒ、Ｗ、伝導性高分子、及びこれらの組み合わせからなる群より選択される物質を含んでもよい。
【００１７】
前記第２電極は、Ａｌ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｐｄ、Ｃｒ、Ｗ、伝導性高分子、及びこれらの組み合わせからなる群より選択される物質を含んでもよい。
【００１８】
前記半導体基板は、ｐ型シリコン基板であってもよい。また、前記半導体基板は、０．５〜３Ω・ｃｍの比抵抗を有していてもよい。
【００１９】
前記エミッタ層は、ｎ型シリコン基板であってもよい。また、前記エミッタ層は、５０Ω／ｓｑ以上の面抵抗を有していてもよい。
【００２０】
上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、半導体基板上にエミッタ層を形成する段階と、前記エミッタ層上に導電性透明電極層を形成する段階と、前記導電性透明電極層上に導電性透明電極層と電気的に接続される第１電極を形成する段階と、前記半導体基板の後面に第２電極を形成する段階と、を含む太陽電池の製造方法が提供される。
【００２１】
前記半導体基板は、ｐ型シリコン基板であってもよい。また、前記半導体基板は、０．５〜３Ω・ｃｍの比抵抗を有していてもよい。
【００２２】
前記エミッタ層は、ｎ型シリコン基板であってもよい。また、前記エミッタ層は、５０Ω／ｓｑ以上の面抵抗を有していてもよい。
【００２３】
前記導電性透明電極層は、前記エミッタ層より低い比抵抗を有していてもよい。また、前記導電性透明電極層は、５００μΩ以下の比抵抗を有していてもよい。
【００２４】
前記導電性透明電極層は、３５０〜８００ｎｍ波長範囲において、９０％以上の透過率を有していてもよい。また、前記導電性透明電極層は、１．７〜２．５の屈折率を有していてもよい。また、前記導電性透明電極層は、６０〜１００ｎｍの厚さを有していてもよい。
【００２５】
前記導電性透明電極層は、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、スズ系酸化物、ＡｇＯ、ＺｎＯ−Ｇａ２Ｏ３、ＺｎＯ−Ａｌ２Ｏ３、フッ素ドープ酸化スズ（ｆｌｕｏｒｉｎｅ  ｔｉｎ  ｏｘｉｄｅ：ＦＴＯ）及びこれらの混合物からなる群より選択される化合物を含んでいてもよい。
【００２６】
前記第１電極は、２．５〜８ｍｍの間隔で離隔していてもよい。
【００２７】
前記第１電極は、Ａｌ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｐｄ、Ｃｒ、Ｗ、伝導性高分子、及びこれらの組み合わせからなる群より選択される物質を含んでいてもよい。
【００２８】
前記第２電極は、Ａｌ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｐｄ、Ｃｒ、Ｗ、伝導性高分子、及びこれらの組み合わせからなる群より選択される物質を含んでいてもよい。
【発明の効果】
【００２９】
本発明に係る太陽電池は、電子移動に対する抵抗及び電極による日陰損失が最小化され、優れた光電変換効率を実現することができる。またエミッタ層での不純物を低濃度にドーピングでき、短波長光応答特性を改善して再結合損失を最小化できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。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。
【００３１】
従来の太陽電池は、不純物がドーピングされた前面のエミッタ層に電極を形成することによって、電子がエミッタ層に移動して電極に収集される。この時、電子が電極に移動する途中に損失が発生するが、これを最小化するために、エミッタ層に対して高濃度のドーピングを実施して、抵抗を最小化したり、又は移動による損失を最小化したりするために、電極間隔を１．５〜２ｍｍと狭く形成した。
【００３２】
しかし、エミッタ層内ドーピング量が増加すると、短波長光応答特性が低下したり、再結合損失が増加したりする。また、電極間隔を狭くする場合、前面電極の面積が増加し、また形成された電極による日陰損失（ｓｈａｄｉｎｇ  ｌｏｓｓ）が多くなるという問題が生じる。
【００３３】
これに対して、本発明では、エミッタ層と電極の間に低抵抗の導電性透明電極層を形成することにより、電子は、ドーピングされたエミッタ層ではない導電性透明電極層を通して移動するため、抵抗損失を最小化できる。また、電極間隔を広げることができ、電極による日陰損失を最小化できる。
【００３４】
図１は、本発明の一実施形態に係る太陽電池を示した部分断面図である。
【００３５】
図１に示したように、つまり、本発明の一実施形態に係る太陽電池１は、半導体基板１０と、前記半導体基板の一面に形成されたエミッタ層１２と、前記エミッタ層上に形成された導電性透明電極層１４と、前記導電性透明電極層１４上に形成され、前記導電性透明電極層１４と電気的に接続された第１電極１６と、前記半導体基板１０の後面に形成され、前記半導体基板１０と電気的に接続された第２電極１８と、を含む。
【００３６】
前記半導体基板１０は、例えば、不純物として３族元素がドーピングされているｐ型シリコン基板であり、前記３族元素としては、例えば、Ｂ、Ｇａ、Ａｌなどが挙げられる。
【００３７】
一般に、半導体基板１０の比抵抗（不純物のドーピング濃度）によって、光吸収で生成されるキャリア（電子又は正孔）の濃度が変わる。また、キャリアが電極に移動及び収集されずに損失される再結合も、ドーピング濃度の影響を受けるようになる。そのために、半導体基板に不純物が高濃度にドーピングされて比抵抗が小さい場合には、光吸収によって生成されるキャリアの濃度が増加して再結合も増加する。他方、半導体基板に不純物が低濃度にドーピングされて比抵抗が大きい場合には、光吸収によって生成されるキャリアの濃度は減少して再結合も減少する。つまり、キャリア生成と再結合による損失が、トレードオフ（ｔｒａｄｅ−ｏｆｆ）関係となる。
【００３８】
このようなキャリア生成と再結合損失との関係を考慮した時、前記３族元素にドーピングされた半導体基板１０は、例えば、０．５〜３Ω・ｃｍの比抵抗を有することが望ましい。半導体基板での比抵抗が０．５Ω・ｃｍ未満の場合、光吸収によって生成されるキャリアの濃度が増加するとともに再結合も増加するため望ましくなく、３Ω・ｃｍを超える場合、光吸収によって生成されるキャリアの濃度が減少するとともに再結合も減少するようになるため、望ましくない。
【００３９】
本実施形態における前記半導体基板での比抵抗が、例えば、０．５Ω・ｃｍ、１Ω・ｃｍ、１．５Ω・ｃｍ、２Ω・ｃｍ、２．５Ω・ｃｍ、又は３Ω・ｃｍである場合、キャリアの再結合による損失が減少して、優れた電池の光電変換効率を実現することができる。
【００４０】
前記エミッタ層１２は、例えば、不純物として５族元素がドーピングされているｎ型シリコン基板であり、前記５族元素としては、例えば、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂなどが挙げられる。
【００４１】
また、前記半導体基板１０として５族元素であるＰがドーピングされたｎ型シリコン基板を用いてもよいが、この場合、前記エミッタ層１２としては、３族元素にドーピングされたｐ型シリコン基板を用いることが望ましい。
【００４２】
前記半導体基板１０及びエミッタ層１２でのドーピングは、熱拡散工程を利用して実施される。このような工程によって製造された半導体基板１０及びエミッタ層１２は、表面ではドーピング濃度が高く、内部に行くほどドーピング濃度が低くなるというプロファイルを有する。通常、二次イオン質量分析器（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｉｏｎ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ：ＳＩＭＳ）を利用して、正確なドーピング濃度プロファイルを測定できるが、所要時間及び分析が複雑であるため、測定が簡単な面抵抗測定法を利用して、測定された面抵抗値からドーピング程度（ドーピング濃度とドーピング深さが考慮された値である）を評価することが可能である。この時、面抵抗値は、ドーピング濃度が高く、ドーピング深さが深いほど小さい値を有する。
【００４３】
そのために、前記エミッタ層１２は、不純物ドーピング後の面抵抗が、例えば、５０Ω／ｓｑ以上であることが望ましい。エミッタ層１２の面抵抗が５０Ω／ｓｑ未満の場合、つまり、表面でのドーピング濃度が高く、ドーピング深さが深い場合には、光励起されたキャリアの再結合による損失が大きくなるため、電池の光電変換効率が低下する恐れがあって望ましくない。また、キャリアの分離能力の低下による電池の光電変換効率減少を考慮すると、５０〜３００Ω／ｓｑの面抵抗を有することがより望ましい。さらに望ましいのは、前記キャリア分離能力と共に第１電極面積縮小による光反射損失を減少させるために、５０〜１５０Ω／ｓｑの面抵抗を有することが良い。
【００４４】
本実施形態に係るエミッタ層１２が、不純物ドーピング後に、例えば、５０Ω／ｓｑ、８０Ω／ｓｑ、１００Ω／ｓｑ、１５０Ω／ｓｑ、２００Ω／ｓｑ、又は３００Ω／ｓｑの面抵抗を有する場合、光励起されたキャリアの再結合による損失が減少して、優れた電池の光電変換効率を実現することができる。
【００４５】
前記半導体基板１０とエミッタ層１２は、互いに接することでｐ−ｎ接合を形成する。
【００４６】
前記エミッタ層１２の上には、低抵抗の導電性透明電極層１４が形成される。
【００４７】
前記導電性透明電極層１４は、電子の移動通路であり、従来の太陽電池における反射防止膜の役割も果たす。具体的には、前記導電性透明電極層１４は、例えば、５００μΩ・ｃｍ（導電性透明電極層の厚さが１００ｎｍの時５０Ω／ｓｑ以下の面抵抗値に該当する。）以下の比抵抗を有するのが望ましく、１００〜５００μΩ・ｃｍであることがより望ましい。前記導電性透明電極層１４での比抵抗が５００μΩ・ｃｍを超える場合、電子移動時損失が大きくなって望ましくない。
【００４８】
本実施形態に係る導電性透明電極層１４の比抵抗が、例えば、１００μΩ・ｃｍ、１５０μΩ・ｃｍ、２００μΩ・ｃｍ、２５０μΩ・ｃｍ、３００μΩ・ｃｍ、３５０μΩ・ｃｍ、４００μΩ・ｃｍ、４５０μΩ・ｃｍ、又は５００μΩ・ｃｍの場合、電子移動時の損失が減少して、優れた電池の光電変換効率を実現することができる。
【００４９】
また、前記導電性透明電極層１４は、エミッタ層１２に比べて、低い比抵抗（ρ）を有することが望ましい。
【００５０】
また、前記導電性透明電極層１４は、例えば、３５０〜８００ｎｍ波長範囲で９０％以上の透過率を有するのが望ましく、より望ましくは、９０〜９９％の透過率を有するほうが良い。導電性透明電極層１４での透明度が９０％未満の場合、光入射量が減少して望ましくない。
【００５１】
本実施形態に係る導電性透明電極層１４での透過率が、例えば、９０％、９２％、９４％、９６％、９８％又は９９％の場合、光入射量が増加して、優れた電池の光電変換効率を実現することができる。
【００５２】
前記導電性透明電極層１４は、電子の移動通路であり、既に説明したように、従来の反射防止膜の役割をも果たす。従って、通常の反射防止膜に対して要求される物性を有することが望ましい。一般に反射防止膜は、反射損失を最小化すると共に、基板表面での再結合損失を減らす役割を果たさなければならない。そのために、反射損失を最小化するためには、屈折率だけでなく、膜の吸収率が小さく、透過率が高くなければならない。また表面再結合損失を最小化するため、反射防止膜は屈折率、吸収率及び表面パシベーション特性を全て充足できる特性を有することが望ましい。
【００５３】
このような反射防止膜の要件を考慮すると、前記導電性透明電極層１４は、例えば、１．７〜２．５の屈折率を有することが望ましい。導電性透明電極層１４の屈折率が前記範囲を外れる場合、反射損失が大きくなって望ましくない。
【００５４】
本実施形態に係る導電性透明電極層１４の屈折率が、例えば、１．７、１．８、１．９、２．０、２．１、２．２、２．３、２．４、又は２．５の場合、反射損失が減少して優れた電池の光電変換効率を実現することができる。
【００５５】
前記導電性透明電極層１４は、その屈折率によって最適厚さが異なる。従って、前記屈折率範囲を考慮すると、前記導電性透明電極層１４は、例えば、６０〜１００ｎｍの厚さを有することが望ましい。導電性透明電極層１４の厚さが前記厚さ範囲から外れる場合、反射損失が大きくなって望ましくない。また、本実施形態に係る導電性透明電極層１４の厚さが、例えば、６０ｎｍ、７０ｎｍ、８０ｎｍ、９０ｎｍ又は１００ｎｍの場合、反射損失が減少して、優れた電池の光電変換効率を実現することができる。
【００５６】
前記導電性透明電極層１４の屈折率と透過率は、反射損失を最小化するためであり、成膜後に反射率を測定して、反射損失の程度を測定するようになる。太陽光波長範囲は、紫外線数百ナノメートルからマイクロメートルであるが、シリコン太陽電池の場合、３００〜１１００ｎｍ範囲の波長だけを利用する。
【００５７】
導電性透明電極層１４の屈折率は、光の波長によって異なるが、特定波長での導電性透明電極層の屈折率が決められると、その波長で得られる最小反射率は、導電性透明電極層１４の厚さによって決定される。従って、太陽光の強度が最も大きい５５０ｎｍ波長で導電性透明電極層１４の屈折率が１．９の場合、９０ｎｍの厚さを有するのが望ましく、屈折率が２．３の場合、６５ｎｍ程度の厚さを有するのが望ましい。屈折率２．３、厚さ６５ｎｍの導電性透明電極層１４の反射率を測定した結果、太陽光波長５５０ｎｍ近所で最小反射率を示し、それより短い波長側、又は長い波長側では段々反射率が高まる反射率グラフを示した。
【００５８】
このような特性を有する導電性透明電極層１４には、伝導性及び透明性を有する伝導性透明基板であれば特に限定せずに用いられる。具体的には、例えば、インジウムスズ酸化物（ｉｎｄｉｕｍ  ｔｉｎ  ｏｘｉｄｅ：ＩＴＯ）、スズ系酸化物（ＳｎＯ２等）、ＡｇＯ、ＺｎＯ−（Ｇａ２Ｏ３又はＡｌ２Ｏ３）（すなわち、ＺｎＯ−Ｇａ２Ｏ３又はＺｎＯ−Ａｌ２Ｏ３）、フッ素ドープ酸化スズ（ｆｌｕｏｒｉｎｅ  ｔｉｎ  ｏｘｉｄｅ：ＦＴＯ）、及びこれらの混合物で構成される群より選択されるのを用いられる。
【００５９】
前記導電性透明電極層１４の上には、第１電極１６が形成される。
【００６０】
前記第１電極１６は、導電性透明電極層１４と電気的に接続されており、導電性透明電極層１４の上に一定の間隔で離隔されて複数形成される。
【００６１】
第１電極１６の離隔距離は、導電性透明電極層１４の比抵抗値による抵抗損失と電極面積による光反射損失とのトレードオフ関係を考慮しなければならない。つまり、第１電極１６間の離隔距離を大きくすると、第１電極１６の総面積が減少し、その結果、光反射損失を減らすことができる。
【００６２】
従って、前記第１電極１６は、例えば、２．５〜８ｍｍの間隔で離隔していることが望ましい。第１電極１６間の離隔距離が２．５ｍｍ未満の場合、導電性透明電極層１４上に形成される第１電極１６の総面積が増加し、そのために電極による日陰損失が発生する恐れがあって望ましくない。また、離隔距離が８ｍｍを超える場合、電子移動距離の増加による抵抗損失が光反射を減らすことより大きくなって望ましくない。
【００６３】
本実施形態に係る第１電極間の離隔距離が、例えば、２．５ｍｍ、３ｍｍ、４ｍｍ、５ｍｍ、６ｍｍ、７ｍｍ、又は８ｍｍの場合、電極による日陰損失が減少して、優れた電池の光電変換効率を実現することができる。より望ましくは、導電性透明電極層１４の比抵抗が１００μΩ・ｃｍの時、第１電極は、例えば、２．５〜６ｍｍの間隔で離隔されるのが望ましい。
【００６４】
前記第１電極１６は、例えば、Ａｌ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｐｄ、Ｃｒ、Ｗ、伝導性高分子、及びこれらの組み合わせで構成された群より選択される物質で形成されることが望ましい。
【００６５】
前記第１電極１６の形成物質は、第１電極１６の形成方法により適切に選択されるが、スクリーンプリンティング法による第１電極１６の製造時には、Ａｇ、Ａｌ、及びこれらの組み合わせで構成された群より選択される物質を用いることが望ましく、インクジェットやディスペンシング法で製造する時には、Ｎｉ、Ａｇ及びこれらの組み合わせで構成された群より選択される物質を用いることが望ましい。また、メッキ法による第１電極１６の形成時には、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇ及びこれらの組み合わせで構成された群より選択される物質を用いることが望ましく、蒸着法による第１電極１６の形成時には、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｔｉ、Ｐｄ、Ｃｒ、Ｗ及びこれらの組み合わせで構成された群より選択される物質を用いることが望ましい。また、低温焼成による第１電極１６の製造時には、Ａｇと伝導性高分子の混合物を用いることが望ましい。
【００６６】
前記半導体基板１０の裏面には、前記半導体基板１０と電気的に接続された第２電極１８が配設される。
【００６７】
前記第２電極１８としては、例えば、前記第１電極１６と同様の物質を用いることが可能である。
【００６８】
前記のような構造を有する太陽電池１のｐ−ｎ接合部内に光が走射されると、光エネルギーによって、半導体内部で電子と正孔が生成される。一般に、半導体にバンドギャップエネルギー以下の光が入射されると、半導体内の電子と弱く相互作用し、バンドギャップ以上の光が入射されると、共有結合内の電子を励起させて、電子２０又は正孔を生成する。光エネルギーによって生成された電子２０は、ｎ型半導体のエミッタ層１２側に移動した後、導電性透明電極層１４を通して第１電極１６に集まって、生成された正孔は内部の電界によってｐ型半導体の半導体基板１０側に移動した後、第２電極１８に集まる。このような第１及び第２電極１６、１８を導線で接続すると、電流が流れ、外部で電力として利用することができるようになる。
【００６９】
前記のような太陽電池は、半導体基板上にエミッタ層を形成する段階、前記エミッタ層上に導電性透明電極層を形成する段階、前記導電性透明電極層上に導電性透明電極層と電気的に接続される第１電極を形成する段階、及び前記半導体基板の後面に第２電極を形成する段階を含む太陽電池の製造方法によって製造できる。
【００７０】
図２は、本発明の一実施形態に係る太陽電池の製造方法を示した工程図である。図２を参照してより詳しく説明すると、まず、半導体基板上にエミッタ層を形成する（Ｓ１）。
前記半導体基板及びエミッタ層は、先に説明したものと同様である。
【００７１】
ただし、前記エミッタ層形成工程に先立ち、前記半導体基板に対して基板製造時の表面結晶欠陥除去（ｓａｗ  ｄａｍａｇｅ  ｒｅｍｏｖａｌ）工程、表面反射率減少のための基板表面凹凸形成（ｔｅｘｔｕｒｉｎｇ）工程及び基板クリーニング工程等の予備工程を、さらに選択的に実施することができる。前記予備工程は、当該技術分野で広く知られた工程であるため、本明細書ではそれに対する詳細な説明を省略する。
【００７２】
半導体基板上のエミッタ層の形成は、通常の方法で形成でき、例えば、高温拡散方法で形成できる。この時、高温拡散時に、半導体基板表面に形成された酸化膜（Ｐドーピングの場合ＰＳＧ（Ｐｈｏｓｐｈｏ−Ｓｉｌｉｃａｔｅ−Ｇｌａｓｓ）除去）を、化学的エッチング法（ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｅｔｃｈｉｎｇ  ｍｅｔｈｏｄ）で除去することが望ましい。
【００７３】
次に、前記エミッタ層上に、導電性透明電極層を形成する（Ｓ２）。
【００７４】
前記導電性透明電極層は、先に説明したものと同様であり、導電性透明電極層は、導電性透明電極層形成用ペーストをエミッタ層上に塗布した後に熱処理する方法や、スパッタリングによる蒸着法、又はメッキ法などの方法で形成できる。
【００７５】
この時、塗布方法により要求されるペーストの物性も少しずつ変わるが、一般にインクジェットプリンティング、ディスペンシング、スプレー、ドクターブレード、又はスクリーンプリンティングなどの方法でペーストをコーティングしてもよければ、透明膜形成のためには、スピンコーティング、又はスプレー方法を利用してもよい。この他にも、通常の湿式コーティング方法を適用してもよい。
【００７６】
前記塗布工程後の熱処理工程は、導電性透明電極層形成用ペースト中にバインダーが含まれている場合、４００〜６００℃で３０分程度実施するのが望ましく、バインダーが添加しない場合には２００℃以下の温度で実施できる。
【００７７】
次に、前記導電性透明電極層上に、導電性透明電極層と電気的に接続される第１電極を形成する（Ｓ３）。
【００７８】
前記第１電極は、先に説明したものと同様であり、電解メッキ、スパッタリング、電子ビーム蒸着などの物理気相蒸着法（ＰＶＤ）を利用して形成してもよければ、第１電極形成用導電性物質を含むペーストを通常の方法で導電性透明電極層上に塗布した後に焼結して形成してもよい。
【００７９】
またｐ−ｎ接合部を単離（ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）するために、エッジ単離（ｅｄｇｅ−ｉｓｏｌａｔｉｏｎ：Ｅ／Ｉ）工程を実施するが、前記Ｅ／Ｉ工程は、エミッタ層形成後プラズマを利用して実施したり、第１電極形成後レーザーを利用して実施したりすることが可能である。
【００８０】
続いて、前記半導体基板の後面に、第２電極を形成する（Ｓ４）。
【００８１】
前記第２電極も、先に説明したように、第１電極形成方法と同じ方法で形成できる。
【００８２】
前記製造方法において、一部の工程は順序を変えたり、共に遂行したりでき、例えばＳ２の導電性透明電極層形成段階及びＳ４の第２電極形成段階は、順序を逆にして遂行でき、場合によっては当該ペーストにパターンを形成した後に焼結して形成することもできる。
【００８３】
このような方法で製造された太陽電池は、電子移動に対する抵抗及び電極による日陰損失が最小化されて、優れた光電変換効率を有する。また、エミッタ層での不純物を低濃度にドーピングできて、短波長光応答特性を改善して、再結合損失を最小化できる。またＳ３の第１電極形成工程及びＳ４の第２電極形成工程を、同時に実施することもできる。
【実施例】
【００８４】
以下、本発明に係る太陽電池の実施例及び比較例を記載する。しかし、下記の実施例は、本発明の望ましい実施例の一例に過ぎず、本発明が、下記の実施例によって限定されるわけではない。
【００８５】
（実施例１）
ホウ素ドーピングされたｐ型シリコン基板（比抵抗：１Ω・ｃｍ）に、リンドーピングされたｎ型シリコンでエミッタ層（厚さ：０．４５μｍ）を形成した。この時、ｐ型シリコン基板にドーピングされたホウ素の量は、１．５×１０１６／ｃｍ３であり、ｎ型シリコンを含むエミッタ層での面抵抗は、５０Ω／ｓｑであった。
【００８６】
前記エミッタ層上に、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）をスパッタリング法によって蒸着して、厚さ８０ｎｍの導電性透明電極層を形成した。
【００８７】
前記エミッタ層が形成されていないｐ型シリコン基板側にＡｌを含むペーストをスクリーンプリンティングし、前記導電性透明電極層が形成されたｐ型シリコン基板上にはＡｇを含むペーストを６ｍｍの間隔でスクリーンプリンティングして、パターンを形成した後、４００℃で３０秒間焼結して、第１電極及び第２電極を同時に形成して、太陽電池を製造した。
【００８８】
製造された太陽電池の前面部の角部の部分のエミッタ層を、レーザーを利用して除去して、後面部と分離するアイソレーション工程を実施した。
【００８９】
（実施例２）
ホウ素ドーピングされたｐ型シリコン基板（比抵抗：１Ω・ｃｍ）に、リンドーピングされたｎ型シリコンでエミッタ層（厚さ：０．３μｍ）を形成した。この時、ｐ型シリコン基板にドーピングされたホウ素の量は、１．５×１０１６／ｃｍ３であり、ｎ型シリコンを含むエミッタ層での面抵抗は、１００Ω／ｓｑであった。
【００９０】
前記エミッタ層上に、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）をスパッタリング法によって蒸着して、厚さ８０ｎｍの導電性透明電極層を形成した。
【００９１】
前記エミッタ層が形成されていないｐ型シリコン基板側に、Ａｌを含むペーストをスクリーンプリンティングし、前記導電性透明電極層が形成されたｐ型シリコン基板上には、Ａｇを含むペーストを２．５ｍｍの間隔でスクリーンプリンティングして、パターンを形成した後、４００℃で３０秒間焼結して第１電極及び第２電極を同時に形成して、太陽電池を製造した。
【００９２】
製造された太陽電池の前面部の角部の部分のエミッタ層を、レーザーを利用して除去して、後面部と分離するアイソレーション工程を進行した。
【００９３】
（実施例３）
ホウ素ドーピングされたｐ型シリコン基板（比抵抗：１Ω・ｃｍ）に、リンドーピングされたｎ型シリコンでエミッタ層（厚さ：０．３μｍ）を形成した。この時、ｐ型シリコン基板にドーピングされたホウ素の量は、１．５×１０１６／ｃｍ３であり、ｎ型シリコンを含むエミッタ層での面抵抗は、１００Ω／ｓｑであった。
【００９４】
前記エミッタ層上にインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）をスパッタリング法によって蒸着して、厚さ８０ｎｍの導電性透明電極層を形成した。
【００９５】
前記エミッタ層が形成されていないｐ型シリコン基板の側に、Ａｌを含むペーストをスクリーンプリンティングし、前記導電性透明電極層が形成されたｐ型シリコン基板上には、Ａｇを含むペーストを６ｍｍの間隔でスクリーンプリンティングして、パターンを形成した後、４００℃で３０秒間焼結して第１電極及び第２電極を同時に形成して、太陽電池を製造した。
【００９６】
製造された太陽電池の前面部の角部の部分のエミッタ層を、レーザーを利用して除去して、後面部と分離するアイソレーション工程を進行した。
【００９７】
（実施例４）
ホウ素ドーピングされたｐ型シリコン基板（比抵抗：１Ω・ｃｍ）に、リンドーピングされたｎ型シリコンでエミッタ層（厚さ：０．３μｍ）を形成した。この時、ｐ型シリコン基板にドーピングされたホウ素の量は、１．５×１０１６／ｃｍ３であり、ｎ型シリコンを含むエミッタ層での面抵抗は、１００Ω／ｓｑであった。
【００９８】
前記エミッタ層上に、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）をスパッタリング法によって、蒸着して厚さ１００ｎｍの導電性透明電極層を形成した。
【００９９】
前記エミッタ層が形成されていないｐ型シリコン基板側に、Ａｌを含むペーストをスクリーンプリンティングし、前記導電性透明電極層が形成されたｐ型シリコン基板上には、Ａｇを含むペーストを２．５ｍｍの間隔でスクリーンプリンティングして、パターンを形成した後、４００℃で３０秒間焼結して第１電極及び第２電極を同時に形成して、太陽電池を製造した。
【０１００】
製造された太陽電池の前面部の角部の部分のエミッタ層を、レーザーを利用して除去して、後面部と分離するアイソレーション工程を進行した。
【０１０１】
（実施例５）
導電性透明電極層形成物質ＡＺＯ（Ａｌ  ｄｏｐｅｄ  ＺｎＯ）を使って、スパッタリング法によって蒸着して、厚さ１００ｎｍの導電性透明電極層を形成したことを除いては、前記実施例４と同じ方法で実施して、太陽電池を製造した。
【０１０２】
（実施例６）
前記エミッタ層上にＳｎＯ２含有溶液をスピンコーティングした後に７００℃で熱処理して、ＳｎＯ２で構成される厚さ１００ｎｍの導電性透明電極層を形成することを除いては、前記実施例４と同じ方法で実施して、太陽電池を製造した。
【０１０３】
（実施例７）
導電性透明電極層形成物質としてＦＴＯを用いたことを除いては、前記実施例３と同じ方法で実施して、太陽電池を製造した。
【０１０４】
（実施例８）
導電性透明電極層形成物質としてＡｇＯを用いたことを除いては、前記実施例３と同じ方法で実施して、太陽電池を製造した。
【０１０５】
（比較例１）
ホウ素ドーピングされたｐ型シリコン基板（比抵抗１Ω・ｃｍ）に、リンドーピングされたｎ型シリコンでエミッタ層（厚さ：０．４５μｍ）を形成した。この時、ｐ型シリコン基板にドーピングされたホウ素の量は、１．５×１０１６／ｃｍ３であり、ｎ型シリコンを含むエミッタ層での面抵抗は、５０Ω／ｓｑであった。
【０１０６】
前記エミッタ層上に、２．１の屈折率を有するシリコンナイトライド（ＳｉＮｘ）を化学気相蒸着法で蒸着して、厚さ７０ｎｍの反射防止層を形成した。
【０１０７】
前記エミッタ層が形成されていないｐ型シリコン基板側に、Ａｌを含むペーストをスクリーンプリンティングし、前記反射防止層が形成されたｐ型シリコン基板上には、Ａｇを含むペーストを２．５ｍｍの間隔でスクリーンプリンティングしてパターンを形成した後、４００℃で３０秒間焼結して、第１電極及び第２電極を同時に形成して、太陽電池を製造した。
【０１０８】
製造された太陽電池の前面部の角部の部分のエミッタ層を、レーザーを利用して除去して、後面部と分離するアイソレーション工程を進行した。
【０１０９】
前記実施例１〜５の太陽電池において、導電性透明電極層の厚さ、比抵抗、透過率及び屈折率を各々測定した。その結果を下記表１に示した。
【０１１０】
【表１】
2009021541.tif 000003
【０１１１】
前記実施例１〜３、及び比較例１によって製造された太陽電池に対して、１００ｍＷ／ｃｍ２（ＡＭ  １．５Ｇ条件である）の光源を照射しながら、電流（Ｉ）−電圧（Ｖ）特性を測定した。
【０１１２】
電流−電圧特性グラフから開放電圧（ＶＯＣ）、短絡電流密度（ＪＳＣ）、稠密度（ＦＦ）、及び白色光での効率（η）を評価した。その結果を表２に記載した。
【０１１３】
【表２】
2009021541.tif 000004
【０１１４】
測定結果によると、実施例１〜３による太陽電池は、比較例１の太陽電池に比べて、開放電圧（ＶＯＣ）、短絡電流密度（ＪＳＣ）、稠密度（ｆｉｌｌ  ｆａｃｔｏｒ、ＦＦ）、白色光での効率（η）が全て優れていた。このような結果は、実施例１の太陽電池の場合、電極間隔が広くなって光反射損失減少効果によるもので、実施例２の太陽電池は、エミッタ層での面抵抗増加による光励起されたキャリアの再結合損失減少効果が生じ、実施例３の太陽電池は、光反射損失減少及び光励起されたキャリアの再結合損失減少効果が生じた。
【０１１５】
これらの結果から、実施例１〜３の太陽電池は、比較例１の太陽電池に比べて、より優れた光電変換効率を有することが分かる。
【０１１６】
前記実施例４〜８に対しても、前記と同じ方法で開放電圧（ＶＯＣ）、短絡電流密度（ＪＳＣ）、稠密度（ｆｉｌｌ  ｆａｃｔｏｒ、ＦＦ）、及び白色光での効率（η）を測定した。
【０１１７】
その結果、実施例４〜６の太陽電池は、エミッタ層での面抵抗増加による光励起されたキャリアの再結合損失減少効果によって、実施例２の太陽電池と同等水準の値を示し、実施例７及び８の太陽電池は、光反射損失減少及び光励起されたキャリアの再結合損失減少効果によって実施例３の太陽電池と同等水準が値を示した。
【０１１８】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【図面の簡単な説明】
【０１１９】
【図１】本発明の一実施形態に係る太陽電池を示した部分断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る太陽電池の製造方法を示した工程図である。
【符号の説明】
【０１２０】
１      太陽電池
１０      半導体基板
１２      エミッタ層
１４      導電性透明電極層
１６      第１電極
１８      第２電極
２０      電子
【図１】
2009021541.tif 000005
【図２】
2009021541.tif 000006