JP2018186278A - 太陽電池の製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】優れた特性を有する保護膜を形成し、優れた効率を有する太陽電池を製造できる太陽電池の製造方法を提供する。【解決手段】第１導電型を有する結晶質シリコンで構成されたベース領域１１０を含む半導体基板１０上に絶縁膜として保護膜２０を形成する段階を含み、前記保護膜を形成する段階は、ハロゲン元素を有するハロゲン気体を含む気体雰囲気で６００℃以上の熱処理温度で熱処理する工程を含む太陽電池の製造方法を構成する。【選択図】図１

Description

本発明は、太陽電池の製造方法に関し、より詳細には、半導体基板上又は導電型領域上に形成される保護膜を備える太陽電池の製造方法に関する。
最近、石油や石炭などの既存のエネルギー資源の枯渇が予想されながら、これらに取って代わる代替エネルギーに対する関心が高まっている。その中でも、太陽電池は、太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換させる次世代の電池として脚光を浴びている。
このような太陽電池は、多様な層及び電極を設計によって形成することによって製造することができる。このような多様な層及び電極の設計によって太陽電池の効率を決定することができる。太陽電池の商用化のためには低い効率を克服しなければならないので、多様な層及び電極が太陽電池の効率を最大化できるように製造されることが要求される。
一例として、太陽電池では、半導体基板又は半導体層をパッシベートし、物理的に保護し、電気的に絶縁するために多様な保護膜を形成する。このような保護膜は、熱酸化法、蒸着法などによって形成することができる。熱酸化法によって形成された保護膜は、厚さを精密に制御することが難しく、優れた膜特性を有することが困難であり得る。そして、蒸着法は、保護膜を構成する元素を含む原料気体、及び必要に応じてキャリア気体を含む雰囲気で行われる。ところが、原料気体、キャリア気体などの基本的な気体のみを使用して形成された保護膜は、界面トラップ密度（ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｔｒａｐ ｄｅｎｓｉｔｙ）が高く、半導体基板又は半導体層をパッシベートするパッシベーション特性に優れていない場合がある。これによって、優れた特性を有する保護膜を形成する製造方法が要求される。
本発明は、優れた特性を有する保護膜を形成し、優れた効率を有する太陽電池を製造できる太陽電池の製造方法を提供しようとする。
本発明の実施例に係る太陽電池の製造方法は、第１導電型を有する結晶質シリコンで構成されたベース領域を含む半導体基板上に絶縁膜として保護膜を形成する段階を含む。前記保護膜を形成する段階は、ハロゲン元素を有するハロゲン気体を含む気体雰囲気で６００℃以上の熱処理温度で熱処理する工程を含む。
本発明の実施例によると、特定の温度及び気体雰囲気で行われる熱処理工程を含む方法で制御パッシベーション層、パッシベーション膜などの保護膜を形成し、保護膜の特性及び品質を向上させることができる。これによって、太陽電池の効率を向上させることができる。そして、形成された保護膜は、後続して高温で行われる工程で優れた品質及び特性をそのまま維持することができ、工程安定性を向上させることができる。
本発明の実施例に係る太陽電池の製造方法によって製造される太陽電池の一例を示した断面図である。 図１に示した太陽電池の部分後面平面図である。 本発明の実施例に係る太陽電池の製造方法を示した断面図である。 本発明の実施例に係る太陽電池の製造方法を示した断面図である。 本発明の実施例に係る太陽電池の製造方法を示した断面図である。 本発明の実施例に係る太陽電池の製造方法を示した断面図である。 本発明の実施例に係る太陽電池の製造方法を示した断面図である。 本発明の実施例に係る太陽電池の製造方法を示した断面図である。 本実施例に係る太陽電池の製造方法において熱処理工程を行える熱処理装置の一例を示した図である。 本発明の一実施例に係る太陽電池の製造方法における熱処理工程の温度サイクルを示した図である。 本発明の変形例に係る太陽電池の製造方法における制御パッシベーション層の形成段階を示した断面図である。 本発明の変形例に係る太陽電池の製造方法における制御パッシベーション層の形成段階を示した断面図である。 本発明の実施例に係る太陽電池の製造方法によって製造される太陽電池の他の例を示した断面図である。 図７に示した太陽電池の概略的な平面図である。 本発明の他の実施例に係る太陽電池の製造方法を示した断面図である。 本発明の他の実施例に係る太陽電池の製造方法を示した断面図である。 本発明の他の実施例に係る太陽電池の製造方法を示した断面図である。 本発明の他の実施例に係る太陽電池の製造方法を示した断面図である。 本発明の更に他の実施例に係る太陽電池の製造方法を示した断面図である。 本発明の更に他の実施例に係る太陽電池の製造方法を示した断面図である。 本発明の更に他の実施例に係る太陽電池の製造方法を示した断面図である。 本発明の更に他の実施例に係る太陽電池の製造方法を示した断面図である。 実験例１に係る太陽電池の光ルミネセンス（ＰＬ）写真である。 比較例１に係る太陽電池のＰＬ写真である。 比較例２に係る太陽電池のＰＬ写真である。 実験例１及び比較例１に係る太陽電池の暗示開放電圧（ｉｍｐｌｉｅｄ Ｖｏｃ）を測定した結果を示したグラフである。 実験例１及び２、及び比較例１によって製造された太陽電池に対して９００℃の温度で追加的な熱処理を行った後で暗示開放電圧を測定した結果を示したグラフである。
以下では、添付の図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。しかし、本発明がこのような実施例に限定されることはなく、多様な形態に変形可能であることは当然である。
図面では、本発明を明確かつ簡略に説明するために説明と関係のない部分の図示を省略し、明細書全体にわたって同一又は極めて類似する部分に対しては同一の図面参照符号を使用する。そして、図面では、説明をより明確にするために厚さ及び広さなどを拡大又は縮小して図示したが、本発明の厚さ及び広さなどは、図面に図示したものに限定されない。
そして、明細書全体において、一つの部分が他の部分を「含む」とするとき、特別に反対の記載がない限り、他の部分を排除するのではなく、他の部分をさらに含むことができる。また、層、膜、領域、板などの部分が他の部分「上に」あるとするとき、これは、他の部分の「直ぐ上に」ある場合のみならず、その中間に他の部分が位置する場合も含む。層、膜、領域、板などの部分が他の部分の「直ぐ上に」あるとするときは、中間に他の部分が位置しないことを意味する。
以下、添付の図面を参照して、本発明の実施例に係る太陽電池の製造方法を説明する。本発明の実施例に係る太陽電池の製造方法によって製造される太陽電池の一例を先に説明した後、本発明の実施例に係る太陽電池の製造方法を説明する。
図１は、本発明の実施例に係る太陽電池の製造方法によって製造される太陽電池の一例を示した断面図で、図２は、図１に示した太陽電池の部分後面平面図である。
図１及び図２を参照すると、本実施例に係る太陽電池１００は、ベース領域１１０を含む半導体基板１０と、半導体基板１０に又は半導体基板１０上に形成される導電型領域３２、３４と、導電型領域３２、３４に連結される電極４２、４４と、半導体基板１０上に形成（一例として、接触）される保護膜とを含む。本実施例では、半導体基板１０上に位置する制御パッシベーション層２０が上述した保護膜を構成し、導電型領域３２、３４を含む半導体層３０が制御パッシベーション層２０上に位置する場合を例示した。ここで、半導体層３０は、第１導電型を有する第１導電型領域３２、及び第２導電型を有する第２導電型領域３４を含む導電型領域３２、３４を含み、第１導電型領域３２と第２導電型領域３４との間に位置し、真性を有するバリア領域３６を含むことができる。そして、電極４２、４４は、第１導電型領域３２に連結される第１電極４２、及び第２導電型領域３４に連結される第２電極４４を含むことができる。そして、太陽電池１００は、前面パッシベーション膜２４、反射防止膜２６及び後面パッシベーション膜４０などの他の保護膜をさらに含むことができる。ここで、保護膜は、半導体基板１０又は導電型領域３２、３４を保護する絶縁膜であり得る。以下では、これをより詳細に説明する。
半導体基板１０は、第２導電型ドーパントを相対的に低いドーピング濃度で含み、第２導電型を有するベース領域１１０を含むことができる。ベース領域１１０は、第２導電型ドーパントを含む結晶質半導体で構成することができる。一例として、ベース領域１１０は、第２導電型ドーパントを含む単結晶又は多結晶半導体（一例として、単結晶又は多結晶シリコン）で構成することができる。特に、ベース領域１１０は、第２導電型ドーパントを含む単結晶半導体（例えば、単結晶半導体ウェハー、より具体的には、半導体シリコンウェハー）で構成することができる。このように、高い結晶性のために欠陥が少ないベース領域１１０又は半導体基板１０を基盤にすると、電気的特性に優れる。
第２導電型はｐ型又はｎ型であり得る。一例として、ベース領域１１０がｎ型を有すると、ベース領域１１０と光電変換によってキャリアを形成する接合（一例として、制御パッシベーション層２０を挟んだｐｎ接合）を形成するｐ型の第１導電型領域３２を広く形成し、光電変換面積を増加させることができる。また、この場合は、広い面積を有する第１導電型領域３２が、相対的に遅い移動速度を有する正孔を効果的に収集し、光電変換効率の向上にさらに寄与することができる。しかし、本発明がこれに限定されることはない。
そして、半導体基板１０は、半導体基板１０の前面側に位置する前面電界領域（又は電界領域）１３０を含むことができる。前面電界領域１３０は、ベース領域１１０と同一の導電型を有しながらベース領域１１０より高いドーピング濃度を有する領域であるので、一種の導電型領域又は不純物領域を構成することができる。
本実施例においては、前面電界領域１３０が、半導体基板１０に第２導電型を有するドーパントを相対的に高いドーピング濃度でドープすることによって形成されたドーピング領域として構成された場合を例示した。これによって、前面電界領域１３０が第２導電型を有する結晶質（単結晶又は多結晶）半導体を含み、半導体基板１０の一部を構成するようになる。一例として、前面電界領域１３０は、第２導電型を有する単結晶半導体基板（一例として、単結晶シリコンウェハー基板）の一部分を構成することができる。このとき、前面電界領域１３０のドーピング濃度は、同一の第２導電型を有する第２導電型領域３４のドーピング濃度より小さくなり得る。
しかし、本発明がこれに限定されることはない。したがって、半導体基板１０と異なる別個の半導体層（例えば、非晶質半導体層、微結晶半導体層、又は多結晶半導体層）に第２導電型ドーパントをドープすることによって前面電界領域１３０を形成することもできる。又は、半導体基板１０に隣接して形成された層（例えば、前面パッシベーション膜２４及び／又は反射防止膜２６）の固定電荷によってドープされたものと類似する役割をする領域が前面電界領域１３０を構成することもできる。例えば、ベース領域１１０がｎ型である場合は、前面パッシベーション膜２４が固定負電荷を有する酸化物（例えば、アルミニウム酸化物）で構成され、ベース領域１１０の表面に反転領域（ｉｎｖｅｒｓｉｏｎ ｌａｙｅｒ）を形成し、これを電界領域として用いることができる。この場合は、半導体基板１０が別途のドーピング領域を備えずにベース領域１１０のみで構成され、半導体基板１０の欠陥を最小化することができる。その他の多様な方法により、多様な構造の前面電界領域１３０を形成することができる。
本実施例において、半導体基板１０の前面はテクスチャ（ｔｅｘｔｕｒｉｎｇ）され、ピラミッドなどの形態の凹凸を有することができる。半導体基板１０に形成されたテクスチャリング構造は、半導体の特定の結晶面（一例として、（１１１）面）に沿って形成された外面を有する一定の形状（一例として、ピラミッド形状）を有することができる。このようなテクスチャリングによって半導体基板１０の前面などに凹凸が形成され、表面粗さが増加すると、半導体基板１０の前面を介して入射される光の反射率を低下させることができる。したがって、ベース領域１１０と第１導電型領域３２によって形成されたｐｎ接合まで到逹する光の量を増加させることができ、光の損失を最小化することができる。
そして、半導体基板１０の後面は、鏡面研磨などによって前面より低い表面粗さを有する相対的に滑らかで且つ平坦な面からなり得る。これは、本実施例のように、半導体基板１０の後面側に第１及び第２導電型領域３２、３４が共に形成される場合、半導体基板１０の後面の特性によって太陽電池１００の特性が大きく変わり得るためである。これによって、半導体基板１０の後面にはテクスチャリングによる凹凸を形成しないので、パッシベーション特性を向上させることができ、これによって太陽電池１００の特性を向上させることができる。しかし、本発明がこれに限定されることはなく、場合に応じて、半導体基板１０の後面にテクスチャリングによる凹凸を形成することもできる。その他の多様な変形も可能である。
半導体基板１０の後面上には、半導体基板１０上に形成される保護膜として制御パッシベーション層２０を形成することができる。一例として、制御パッシベーション層２０は半導体基板１０の後面に接触して形成され、構造を単純化することができる。そして、制御パッシベーション層２０は、半導体基板１０の後面に全体的に形成し、別途のパターニングなしで簡単な工程によって形成することができる。しかし、本発明がこれに限定されることはなく、制御パッシベーション層２０の形状などは多様に変形可能である。
制御パッシベーション層２０は、導電型領域３２、３４のドーパントが半導体基板１０に拡散されることを防止する拡散バリアとしての役割をすることができる。このような制御パッシベーション層２０は、多数のキャリアが通過し得る多様な物質を含み得るが、一例として、酸化物及び窒化物などを含むことができる。特に、制御パッシベーション層２０は、シリコン酸化物を含むシリコン酸化物層として構成することができる。これは、シリコン酸化物層が、パッシベーション特性に優れ、キャリアが移動しやすい膜であるためである。このような制御パッシベーション層２０は、特定の条件で湿式化学（ｗｅｔ ｃｈｅｍｉｃａｌ）及び／又は熱酸化（ｔｈｅｒｍａｌ ｏｘｉｄａｔｉｏｎ）によって形成された層であり得るが、これに対しては後でより詳細に説明する。
このとき、制御パッシベーション層２０の厚さは、後面パッシベーション膜４０の厚さより小さくなり得る。一例として、制御パッシベーション層２０の厚さが５ｎｍ以下（より具体的には、２ｎｍ以下、一例として、１ｎｍ〜２ｎｍ）であり得る。制御パッシベーション層２０の厚さＴが５ｎｍを超えると、キャリアの移動が円滑に起こらないので太陽電池１００が作動しないおそれがある。キャリアの移動をより円滑にするための制御パッシベーション層２０の厚さは２ｎｍ以下であり得る。このように制御パッシベーション層２０の厚さが２ｎｍ以下に薄い厚さを有すると、キャリアの伝達を円滑にし、太陽電池１００の充密度（ｆｉｌｌ ｆａｃｔｏｒ、ＦＦ）を向上させることができる。制御パッシベーション層２０の厚さが１ｎｍ未満であると、所望の品質の制御パッシベーション層２０を形成することが困難であり得る。しかし、本発明がこれに限定されることはなく、制御パッシベーション層２０の厚さは多様な値を有することができる。
制御パッシベーション層２０上には、導電型領域３２、３４を含む半導体層３０が位置し得る。一例として、半導体層３０は、制御パッシベーション層２０に接触して形成され、構造を単純化することができる。しかし、本発明がこれに限定されることはない。
本実施例において、半導体層３０は、第１導電型ドーパントを有して第１導電型を示す第１導電型領域３２と、第２導電型ドーパントを有して第２導電型を示す第２導電型領域３４とを含むことができる。第１導電型領域３２と第２導電型領域３４が制御パッシベーション層２０上で同一の平面上に位置し得る。すなわち、第１導電型領域３２と制御パッシベーション層２０との間に他の層が位置せず、第２導電型領域３４と制御パッシベーション層２０との間に他の層が位置しない。第１及び第２導電型領域３２、３４と制御パッシベーション層２０との間に他の層が挿入された場合は、挿入された層は、第１導電型領域３２と制御パッシベーション層２０との間と、第２導電型領域３４と制御パッシベーション層２０との間で同一の積層構造を有することができる。そして、第１導電型領域３２と第２導電型領域３４との間には、これらと同一の平面上にバリア領域３６が位置し得る。
第１導電型領域３２は、ベース領域１１０と制御パッシベーション層２０を挟んでｐｎ接合（又はｐｎトンネル接合）を形成し、光電変換によってキャリアを生成するエミッタ領域を構成する。
このとき、第１導電型領域３２は、ベース領域１１０と反対の第１導電型ドーパントを含む半導体（一例として、シリコン）を含むことができる。本実施例において、第１導電型領域３２は、半導体基板１０上（より明確には、制御パッシベーション層２０上）で半導体基板１０と別個に形成され、第１導電型ドーパントがドープされた半導体層として構成される。これによって、第１導電型領域３２は、半導体基板１０上に容易に形成できるように半導体基板１０と異なる結晶構造を有する半導体層として構成することができる。例えば、第１導電型領域３２は、蒸着などの多様な方法によって容易に製造できる非晶質半導体、微結晶半導体、又は多結晶半導体（一例として、非晶質シリコン、微結晶シリコン、又は多結晶シリコン）などに第１導電型ドーパントをドープすることによって形成することができる。第１導電型ドーパントは、半導体層を形成する工程で半導体層に共に含まれてもよく、又は、半導体層を形成した後、熱拡散法及びイオン注入法などの多様なドーピング方法によって半導体層に含まれてもよい。
このとき、第１導電型領域３２は、ベース領域１１０と反対の導電型を示すことができる第１導電型ドーパントを含むことができる。すなわち、第１導電型ドーパントがｐ型である場合は、ボロン（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）などの３族元素を使用することができる。第１導電型ドーパントがｎ型である場合は、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、ビズマス（Ｂｉ）、アンチモン（Ｓｂ）などの５族元素を使用することができる。一例として、第１導電型ドーパントはｐ型を有するボロン（Ｂ）であり得る。
第２導電型領域３４は、後面電界（ｂａｃｋ ｓｕｒｆａｃｅ ｆｉｅｌｄ）を形成し、半導体基板１０の表面（より正確には、半導体基板１０の後面）で再結合によってキャリアが損失することを防止する後面電界領域を構成する。
このとき、第２導電型領域３４は、ベース領域１１０と同一の第２導電型ドーパントを含む半導体（一例として、シリコン）を含むことができる。本実施例では、第２導電型領域３４は、半導体基板１０上（より明確には、制御パッシベーション層２０上）で半導体基板１０と別個に形成され、第２導電型ドーパントがドープされた半導体層として構成される。これによって、第２導電型領域３４は、半導体基板１０上に容易に形成できるように半導体基板１０と異なる結晶構造を有する半導体層として構成することができる。例えば、第２導電型領域３４は、蒸着などの多様な方法によって容易に製造できる非晶質半導体、微結晶半導体、又は多結晶半導体（一例として、非晶質シリコン、微結晶シリコン、又は多結晶シリコン）などに第２導電型ドーパントをドープすることによって形成することができる。第２導電型ドーパントは、半導体層を形成する工程で半導体層に共に含まれてもよく、又は、半導体層を形成した後、熱拡散法及びイオン注入法などの多様なドーピング方法によって半導体層に含まれてもよい。
このとき、第２導電型領域３４は、ベース領域１１０と同一の導電型を示すことができる第２導電型ドーパントを含むことができる。すなわち、第２導電型ドーパントがｎ型である場合は、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、ビズマス（Ｂｉ）、アンチモン（Ｓｂ）などの５族元素を使用することができる。第２導電型ドーパントがｐ型である場合は、ボロン（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）などの３族元素を使用することができる。一例として、第２導電型ドーパントがｎ型を有するリン（Ｐ）であり得る。
そして、第１導電型領域３２と第２導電型領域３４との間にバリア領域３６が位置し、このバリア領域３６によって第１導電型領域３２と第２導電型領域３４とを互いに離隔させる。第１導電型領域３２と第２導電型領域３４が互いに接触する場合はシャント（ｓｈｕｎｔ）が発生し、太陽電池１００の性能を低下させ得る。これによって、本実施例では、第１導電型領域３２と第２導電型領域３４との間にバリア領域３６を位置させ、不要なシャントを防止することができる。
バリア領域３６は、第１導電型領域３２と第２導電型領域３４との間でこれらを実質的に絶縁できる多様な物質を含むことができる。すなわち、バリア領域３６には、ドープされていない（すなわち、アンドープ）絶縁物質（一例として、酸化物、窒化物）などを使用することができる。又は、バリア領域３６が真性（ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ）半導体を含むこともできる。このとき、第１導電型領域３２及び第２導電型領域３４とバリア領域３６は、互いに側面が接触しながら連続的に形成される同一の半導体（一例として、非晶質シリコン、微結晶シリコン、多結晶シリコン）で構成され、バリア領域３６は実質的にドーパントを含まないｉ型（真性）半導体物質であり得る。一例として、半導体物質を含む半導体層を形成した後、半導体層の一部領域に第１導電型ドーパントをドープすることによって第１導電型領域３２を形成し、他の領域の一部に第２導電型ドーパントをドープすることによって第２導電型領域３４を形成すると、第１導電型領域３２及び第２導電型領域３４が形成されていない領域がバリア領域３６を構成するようになる。これによると、第１導電型領域３２、第２導電型領域３４及びバリア領域３６の製造方法を単純化することができる。
しかし、本発明がこれに限定されることはない。よって、バリア領域３６を第１導電型領域３２及び第２導電型領域３４と別途に形成した場合は、バリア領域３６の厚さが第１導電型領域３２及び第２導電型領域３４の厚さと異なり得る。一例として、第１導電型領域３２及び第２導電型領域３４のショートをより効果的に防止するために、バリア領域３６が第１導電型領域３２及び第２導電型領域３４より厚い厚さを有することもできる。又は、バリア領域３６を形成するための原料を節減するために、バリア領域３６の厚さを第１導電型領域３２及び第２導電型領域３４の厚さより小さくすることもできる。その他の多様な変形が可能であることは当然である。また、バリア領域３６の基本構成物質が第１導電型領域３２及び第２導電型領域３４と異なる物質を含むこともできる。
そして、本実施例では、バリア領域３６が第１導電型領域３２と第２導電型領域３４との間を全体的に離隔させる場合を例示した。しかし、本発明がこれに限定されることはない。したがって、バリア領域３６は、第１導電型領域３２と第２導電型領域３４の境界部分の一部のみを離隔させるように形成することもできる。これによると、第１導電型領域３２と第２導電型領域３４との間の境界の他の一部は互いに接触する場合もある。
ここで、ベース領域１１０と同一の導電型を有する第２導電型領域３４の面積より、ベース領域１１０と異なる導電型を有する第１導電型領域３２の面積を広く形成することができる。これによって、ベース領域１１０と第１導電型領域３２との間で制御パッシベーション層２０を通じて形成されるｐｎ接合をより広く形成することができる。このとき、ベース領域１１０及び第２導電型領域３４がｎ型の導電型を有し、第１導電型領域３２がｐ型の導電型を有する場合、広く形成された第１導電型領域３２によって相対的に遅い移動速度を有する正孔を効果的に収集することができる。このような第１導電型領域３２、第２導電型領域３４及びバリア領域３６の平面構造は、図２を参照して後で詳細に説明する。
半導体基板１０の後面において、第１及び第２導電型領域３２、３４及びバリア領域３６上に後面パッシベーション膜４０を形成することができる。一例として、後面パッシベーション膜４０は第１及び第２導電型領域３２、３４及びバリア領域３６に接触して形成され、構造を単純化することができる。しかし、本発明がこれに限定されることはない。
後面パッシベーション膜４０は、導電型領域３２、３４と電極４２、４４との電気的連結のための開口部４０２、４０４を備える。開口部４０２、４０４は、第１導電型領域３２と第１電極４２との連結のための第１開口部４０２と、第２導電型領域３４と第２電極４４との連結のための第２開口部４０４とを備える。これによって、後面パッシベーション膜４０は、第１導電型領域３２及び第２導電型領域３４が連結されてはならない電極（すなわち、第１導電型領域３２の場合は第２電極４４、第２導電型領域３４の場合は第１電極４２）と連結されることを防止する役割をする。また、後面パッシベーション膜４０は、第１及び第２導電型領域３２、３４及び／又はバリア領域３６をパッシベートするという効果を有することができる。
後面パッシベーション膜４０は、シリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコン酸化窒化物、シリコン炭化物、非晶質シリコンなどを含む単一膜又は多層膜であり得る。
半導体層３０上で電極４２、４４が位置しない部分に後面パッシベーション膜４０が位置し得る。後面パッシベーション膜４０は、制御パッシベーション層２０より厚い厚さを有することができる。これによって、絶縁特性及びパッシベーション特性を向上させることができる。その他の多様な変形が可能である。
一例として、本実施例において、前面パッシベーション膜２４及び／又は反射防止膜２６、後面パッシベーション膜４０は、優れた絶縁特性及びパッシベーション特性などを有し得るようにドーパントなどを備えない場合がある。
半導体基板１０の後面に位置する電極４２、４４は、第１導電型領域３２に電気的及び物理的に連結される第１電極４２と、第２導電型領域３４に電気的及び物理的に連結される第２電極４４とを含む。
このような第１及び第２電極４２、４４は多様な金属物質を含むことができる。そして、第１及び第２電極４２、４４は、互いに電気的に連結されないと共に、第１導電型領域３２及び第２導電型領域３４にそれぞれ連結され、生成されたキャリアを収集して外部に伝達できる多様な平面形状を有することができる。すなわち、本発明が第１及び第２電極４２、４４の平面形状に限定されることはない。
以下では、図１及び図２を参照して、第１導電型領域３２、第２導電型領域３４、バリア領域３６、及び第１及び第２電極４２、４４の平面形状の一例を詳細に説明する。
図１及び図２を参照すると、本実施例では、第１導電型領域３２と第２導電型領域３４はそれぞれストライプ形状をなすように長く形成されながら、長さ方向と交差する方向で交互に位置している。第１導電型領域３２と第２導電型領域３４との間には、これらを離隔させるバリア領域３６が位置し得る。図面には示していないが、互いに離隔した複数の第１導電型領域３２を一側縁部で互いに連結することができ、互いに離隔した複数の第２導電型領域３４を他側縁部で互いに連結することができる。しかし、本発明がこれに限定されることはない。
このとき、上述したように、第１導電型領域３２の面積が第２導電型領域３４の面積より大きくなり得る。一例として、第１導電型領域３２及び第２導電型領域３４の面積は、これらの幅を異ならせることによって調節することができる。すなわち、第１導電型領域３２の幅Ｗ１が第２導電型領域３４の幅Ｗ２より大きくなり得る。
そして、第１電極４２を第１導電型領域３２に対応するようにストライプ形状に形成し、第２電極４４を第２導電型領域３４に対応するようにストライプ形状に形成することができる。その他の多様な変形が可能である。そして、図面には示していないが、第１電極４２を一側縁部で互いに連結して形成し、第２電極４４を他側縁部で互いに連結して形成することができる。しかし、本発明がこれに限定されることはない。
再び図１を参照すると、半導体基板１０の前面上（より正確には、半導体基板１０の前面に形成された前面電界領域１３０上）に前面パッシベーション膜２４及び／又は反射防止膜２６が位置し得る。実施例によって、半導体基板１０上に前面パッシベーション膜２４のみを形成することもでき、半導体基板１０上に反射防止膜２６のみを形成することもでき、又は、半導体基板１０上に前面パッシベーション膜２４及び反射防止膜２６を順次位置させることもできる。図面では、半導体基板１０上に前面パッシベーション膜２４及び反射防止膜２６が順次形成され、半導体基板１０が前面パッシベーション膜２４と接触して形成される場合を例示した。しかし、本発明がこれに限定されることはなく、半導体基板１０が反射防止膜２６に接触して形成されることも可能であり、その他の多様な変形が可能である。
前面パッシベーション膜２４及び反射防止膜２６は、実質的に半導体基板１０の前面に全体的に形成され得る。ここで、全体的に形成されたことは、物理的に完璧に全て形成された場合のみならず、不可避に一部除外された部分がある場合を含む。
前面パッシベーション膜２４は、半導体基板１０の前面に接触して形成され、半導体基板１０の前面又はバルク内に存在する欠陥を不動態化させる。これによって、少数のキャリアの再結合サイトを除去し、太陽電池１００の開放電圧を増加させることができる。反射防止膜２６は、半導体基板１０の前面に入射される光の反射率を減少させる。これによって、ベース領域１１０と第１導電型領域３２の界面に形成されたｐｎ接合まで到達する光量を増加させることができる。これによって、太陽電池１００の短絡電流（Ｉｓｃ）を増加させることができる。このように前面パッシベーション膜２４及び反射防止膜２６によって太陽電池１００の開放電圧と短絡電流を増加させ、太陽電池１００の効率を向上させることができる。
前面パッシベーション膜２４及び／又は反射防止膜２６は多様な物質で形成することができる。一例として、前面パッシベーション膜２４及び／又は反射防止膜２６は、シリコン窒化膜、水素を含むシリコン窒化膜、シリコン酸化膜、シリコン酸化窒化膜、アルミニウム酸化膜、シリコン炭化膜、ＭｇＦ2、ＺｎＳ、ＴｉＯ2及びＣｅＯ2からなる群から選ばれたいずれか一つの単一膜又は２個以上の膜が組み合わされた多層膜構造を有することができる。一例として、前面パッシベーション膜２４は、半導体基板１０上に形成されるシリコン酸化物層であり得る。また、反射防止膜２６は、シリコン窒化物層及びシリコン炭化物層が順次積層された構造を有することができる。
本実施例に係る太陽電池１００に光が入射されると、ベース領域１１０と第１導電型領域３２との間に形成されたｐｎ接合における光電変換によって電子と正孔が生成され、生成された正孔及び電子は、制御パッシベーション層２０を通過してそれぞれ第１導電型領域３２及び第２導電型領域３４に移動した後、第１及び第２電極４２、４４に移動する。これによって電気エネルギーを生成するようになる。
本実施例のように、半導体基板１０の後面に電極４２、４４が形成され、半導体基板１０の前面には電極が形成されない後面電極構造の太陽電池１００においては、半導体基板１０の前面におけるシェーディング損失（ｓｈａｄｉｎｇ ｌｏｓｓ）を最小化することができる。これによって太陽電池１００の効率を向上させることができる。しかし、本発明がこれに限定されることはない。
本実施例では、半導体基板１０上に位置する保護膜である制御パッシベーション層２０を優れた品質を有するように形成する。これを図３Ａ〜図３Ｆを参照した本発明の実施例に係る太陽電池１００の製造方法で詳細に説明する。上述した内容に対する詳細な説明は省略し、説明していない部分を詳細に説明する。
図３Ａ〜図３Ｆは、本発明の一実施例に係る太陽電池の製造方法を示した断面図である。
まず、図３Ａに示したように、第２導電型ドーパントを有するベース領域１１０で構成される半導体基板１０の後面上に保護膜である制御パッシベーション層２０を形成する。本実施例において、制御パッシベーション層２０は、相対的に高い温度でハロゲン元素を有するハロゲン気体を含む気体雰囲気で熱処理する工程を含む方法で形成される。
図３Ａと共に、図４及び図５を参照してこれをより詳細に説明する。図４は、本実施例に係る太陽電池の製造方法において熱処理工程を行える熱処理装置の一例を示した図である。図５は、本発明の一実施例に係る太陽電池の製造方法における熱処理工程の温度サイクルを示した図である。
本実施例において、制御パッシベーション層２０は、熱処理装置２００内に複数の半導体基板１０を位置させた後、共に熱処理工程を行うことによって形成することができる。このとき、半導体基板１０は、熱処理装置２００内で互いに間隔ｄを置いて平行に位置し、熱処理工程での熱酸化工程が十分に行われるようにする。一例として、各半導体基板１０間の間隔ｄは１ｍｍ〜５ｍｍであり得る。各半導体基板１０間の間隔ｄが１ｍｍ未満であると、気体流れの停滞などによって制御パッシベーション層２０が均一に形成されないおそれがある。各半導体基板１０間の間隔ｄが５ｍｍを超えると、１回の熱処理工程で処理可能な半導体基板１０の個数が多くないので生産性が低下し得る。しかし、本発明がこれに限定されることはなく、各半導体基板１０間の間隔ｄは多様な値を有するように調節することができる。
一例として、熱処理装置２００内で６００℃以上（より具体的には、６００℃〜９００℃）の熱処理温度Ｔ、ハロゲン気体及び原料気体を含む気体雰囲気で熱処理する工程を含む方法で制御パッシベーション層２０を形成することができる。ここで、熱処理温度とは、熱処理装置２００内に半導体基板１０が入り込んだ後、制御パッシベーション層２０の形成のために一定時間の間均一に維持される温度を意味し得る。そして、半導体基板１０が熱処理装置２００の内部に入り込むときの流入温度Ｔ１と、制御パッシベーション層２０が形成された半導体基板１０が熱処理装置２００の外部に出るときの流出温度Ｔ２は熱処理温度と異なる温度を有することができる。
より具体的に、半導体基板１０は、流入温度Ｔ１で熱処理装置２００の内部に流入し、温度上昇区間Ｓ１で流入温度Ｔ１から熱処理温度Ｔまで温度が上昇する。そして、メイン区間Ｓ２で熱処理温度Ｔで熱処理が行われる。そして、温度下降区間Ｓ３で熱処理温度Ｔから流出温度Ｔ２まで温度が下降し、流出温度Ｔ２で半導体基板１０が熱処理装置２００の外部に流出する。このように流入温度Ｔ１及び流出温度Ｔ２を熱処理温度Ｔより低くし、急激な温度変化による半導体基板１０及び制御パッシベーション層２０の品質低下を防止することができる。
メイン区間Ｓ２での相対的に高い（すなわち、６００℃以上）熱処理温度Ｔでハロゲン気体と共に熱処理する工程を行うと、ハロゲン気体が熱処理工程中に各不純物粒子を吸着するので、制御パッシベーション層２０の純度を向上させ、界面トラップ濃度（ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｔｒａｐ ｄｅｎｓｉｔｙ、Ｄｉｔ）を低減させ、膜密度を向上させることができる。これによって、熱処理工程によって形成される制御パッシベーション層２０の品質を向上させることができる。
このようなハロゲン気体の不純物粒子吸着効果は、６００℃以上の熱処理温度Ｔで大きく表れ、６００℃未満の熱処理温度ではほとんど表れない場合がある。また、６００℃未満の温度では、ハロゲン気体が分解されずに残存し、有毒性を有するハロゲン気体が熱処理工程以後に外部に流出するという問題などが発生し得る。そして、制御パッシベーション層２０の形成時、熱処理温度Ｔが９００℃を超えると、高い熱処理温度によって設備負担及び製造費用増加などの問題があり、制御パッシベーション層２０の厚さを制御することが難しく、制御パッシベーション層２０の厚さの不均一が大きくなり得る。このとき、ハロゲン気体の不純物粒子吸着効果をより向上させ、工程安定性を向上させるための熱処理温度Ｔは６５０℃以上であり得る。そして、高温工程による負担を減少させるための熱処理温度Ｔは８５０℃以下であり得る。
本実施例において、流入温度Ｔ１は、５５０℃以下（一例として、４００℃〜５５０℃、より具体的に、５００℃〜５５０℃）であり得る。流入温度Ｔ１が４００℃未満であると、温度上昇区間Ｓ１の工程時間が増加したり、急激な温度上昇によって半導体基板１０の品質が低下し得る。そして、流入温度Ｔ１が５５０℃を超えると、半導体基板１０の流入中にも半導体基板１０に制御パッシベーション層２０が形成され得るので、制御パッシベーション層２０の厚さを制御することが困難であり得る。工程時間をさらに考慮すると、流入温度は５００℃〜５５０℃であり得る。
そして、流出温度Ｔ２は、５５０℃以下（一例として、４００℃〜５５０℃、より具体的に、５００℃〜５５０℃）であり得る。流出温度Ｔ２が４００℃未満であると、温度下降区間Ｓ３の工程時間が増加し得る。そして、流出温度Ｔ２が５５０℃を超えると、半導体基板１０及び制御パッシベーション層２０が熱処理装置２００から流出した後で大きな温度変化を経験するので、品質低下などの問題が発生し得る。工程時間をさらに考慮すると、流出温度Ｔ２は５００℃〜５５０℃であり得る。
しかし、本発明がこれに限定されることはなく、流入温度Ｔ１及び流出温度Ｔ２が異なる値を有することもできる。
メイン区間Ｓ２で使用されるハロゲン気体に含まれるハロゲン元素としては、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素、アスタチン及びウンウンセプチウムのうち少なくとも一つを含むことができる。これは、このようなハロゲン元素が、上述したように、制御パッシベーション層２０の形成工程時に不純物を吸着する効果に優れるためである。特に、ハロゲン元素として塩素を使用し、ハロゲン気体が塩素を含むことができる。塩素を含むハロゲン気体は容易に入手することができ、これを使用可能な装置も多く開発されており、反応力に非常に優れ、相対的に安全な使用が可能である。一例として、塩素を含むハロゲン気体は、Ｃｌ2、Ｃ2Ｈ2Ｃｌ2及びＨＣｌのうち少なくとも一つを含むことができ、特に、Ｃｌ2及びＣ2Ｈ2Ｃｌ2のうち少なくとも一つを含むことができる。その一方、フッ素を含むハロゲン気体は、エッチング特性を有し、使用時に一定の制限を有し得る。そして、臭素、ヨウ素、アスタチン及びウンウンセプチウムを含むハロゲン気体は容易に入手しにくく、ヨウ素、アスタチン及びウンウンセプチウムは特定条件で放射能を放出するおそれがある。
このとき、ハロゲン気体は、制御パッシベーション層２０の成長速度を増加できるので、ハロゲン気体は、酸素気体の同じかそれより少ない量で含ませることができる。一例として、酸素気体：ハロゲン気体の体積比は１：０．０１〜１：１であり得る。前記比率が１：０．０１未満であると、塩素気体によって純度を向上させる効果が不十分であり得る。前記比率が１：１を超えると、塩素気体が必要な量より多く含まれ、むしろ制御パッシベーション層２０の純度が低下し、成長速度が増加し、その結果、制御パッシベーション層２０の厚さを増加させ得る。しかし、本発明がこれに限定されることはなく、多様な変形が可能である。
本実施例では、熱処理工程における気体雰囲気がハロゲン気体の他にも原料気体を含むことができる。そうすると、高い温度で行われる熱処理工程で熱酸化によって制御パッシベーション層２０を形成することができる。そうすると、別途の工程の追加なしで熱処理工程によってのみ制御パッシベーション層２０を形成することができ、製造工程を単純化することができる。本実施例では、原料気体が酸素気体を含み、制御パッシベーション層２０を酸化物層として構成することができる。すなわち、高い温度で酸素と半導体基板１０の半導体物質（例えば、シリコン）が反応して形成される熱酸化物（例えば、熱的シリコン酸化物）層が制御パッシベーション層２０を構成することができる。
そして、熱処理工程時の気体雰囲気は、原料気体である酸素気体の他にも多様な気体を含むことができる。例えば、気体雰囲気が窒素気体をさらに含むことができる。窒素気体は、制御パッシベーション層２０の成長速度の調節に関与し、漏洩電流及びドーパント浸透（ｄｏｐａｎｔ ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ）と関連する制御パッシベーション層２０の均一度調節に関与する。窒素気体の量は、制御パッシベーション層２０が形成されるチャンバーのサイズを考慮して調節することができる。ハロゲン気体、酸素気体及び窒素気体の総量は、必要な圧力を有するように調節することができる。
本実施例において、熱処理工程を行う熱処理装置２００が圧力を調節しにくい一般的な熱処理炉（ｆｕｒｎａｃｅ）であるか、化学気相蒸着（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、ＣＶＤ）であるか、圧力の調節によって常圧より低い圧力で熱処理工程を行える低圧化学気相蒸着（ｌｏｗ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、ＬＰＣＶＤ）装置であり得る。
一般的な熱処理炉内で熱処理工程を行い、熱酸化法によって保護膜である制御パッシベーション層２０を形成すると、制御パッシベーション層２０を容易に成長させ、短い時間内に制御パッシベーション層２０を形成することができ、工程時間を短縮することができる。
化学気相蒸着装置又は低圧化学気相蒸着装置によると、所望の工程条件を維持するのに適切であり得る。一例として、低圧化学気相蒸着装置で熱処理工程を行い、蒸着によって保護膜である制御パッシベーション層２０を形成すると、圧力が常圧より低い状態で熱処理工程を行うことができ、制御パッシベーション層２０の厚さを容易に調節し、均一に制御パッシベーション層２０を形成することができる。ここで、圧力とは、原料気体と共に、その他の気体などを全て含む圧力であって、制御パッシベーション層２０の製造装置内部の圧力を意味し得る。
このとき、化学気相蒸着装置又は低圧化学気相蒸着装置を使用する場合にも、原料気体は、制御パッシベーション層２０を構成する全ての原料物質を含んでおらず、制御パッシベーション層２０を構成する酸化物中に酸素気体のみを含み、他の原料物質を含んでいない。例えば、制御パッシベーション層２０がシリコン酸化物層からなるとき、原料気体が酸素気体のみを備えるだけで、他の原料物質であるシリコンを含む気体を含んでいない。これによって、酸素気体の酸素が半導体基板１０の内部に拡散されて半導体物質と反応する熱酸化工程によって制御パッシベーション層２０が形成される。これと異なり、蒸着工程などでは、酸素を含む酸素気体と共に、シリコンを含むシラン（ＳｉＨ4）気体を原料気体として供給する。そうすると、熱分解によって酸素気体から分離された酸素とシラン気体から分離されたシリコンとが化学的に反応し、シリコン酸化物を形成するようになる。
上述したように、高い温度で熱酸化工程によって制御パッシベーション層２０を形成すると、制御パッシベーション層２０の厚さが容易に厚くなり得る。化学気相蒸着装置又は低圧化学気相蒸着装置内で大気圧又はこれより低い圧力で制御パッシベーション層２０を形成すると、制御パッシベーション層２０の厚さが速く増加することを防止し（制御パッシベーション層２０の成長速度を制御し）、制御パッシベーション層２０が全体的に均一で且つ薄い厚さを有することができる。
このとき、圧力を７６０Ｔｏｒｒ以下（大気圧又は大気圧より低い圧力）に維持すると、相対的に高い温度による熱酸化工程で制御パッシベーション層２０を形成するとしても、低い圧力によって制御パッシベーション層２０の成長速度を一定水準に維持することができる。これによって、制御パッシベーション層２０の厚さを大きく減少させることができる。
より具体的に、圧力が１Ｔｏｒｒ〜７６０Ｔｏｒｒ（一例として、１００Ｔｏｒｒ〜７６０Ｔｏｒｒ）であり得る。制御パッシベーション層２０の形成時の温度が１Ｔｏｒｒ未満である場合は、圧力を維持するための費用などが多くかかり、制御パッシベーション層２０の製造装置に負担を与え得る。成長速度及び費用などをさらに考慮すると、制御パッシベーション層２０の形成時の圧力が１Ｔｏｒｒ〜７００Ｔｏｒｒ、より具体的には、１Ｔｏｒｒ〜６００Ｔｏｒｒ、一例として、１００Ｔｏｒｒ〜６００Ｔｏｒｒであり得る。しかし、本発明がこれに限定されることはなく、制御パッシベーション層２０の形成時の圧力などが変化する場合もある。
その一方、既存の半導体分野などでは、太陽電池の制御パッシベーション層のようにキャリアが移動し得る薄い厚さの酸化物層が必要でなかった。すなわち、半導体分野などでは、酸化物層はキャリアが通過しない範囲内で厚さを調節しただけで、キャリアが通過する厚さで酸化物層を形成する必要はなかった。また、制御パッシベーション層の純度などが半導体素子などの特性に大きな影響を及ぼさないので、その純度を高めるための方法が提示されにくかった。
その一方、上述したように、本実施例では、高い熱処理温度Ｔ及びハロゲン気体を含む気体雰囲気で行われる熱処理工程を含む方法で（特に、熱処理工程時に行われる熱酸化工程によって）制御パッシベーション層２０を形成することによって、制御パッシベーション層２０の純度、膜密度及び厚さなどの特性を調節することができる。
このとき、化学気相蒸着装置又は低圧化学気相蒸着装置で大気圧又はこれより低い圧力によって熱酸化を行うと、制御パッシベーション層２０の成長速度を調節し、制御パッシベーション層２０を薄く且つ均一に形成することができる。そして、実施例によって、制御パッシベーション層２０上に形成される半導体層（図３Ｂの参照符号３００）が蒸着装置によって形成されるので、制御パッシベーション層２０を蒸着装置で形成すると、制御パッシベーション層２０と半導体層３００を同一の蒸着装置（一例として、低圧化学気相蒸着装置）内で連続的に行われるイン―サイチュ（ｉｎ―ｓｉｔｕ）工程によって形成することができる。このように制御パッシベーション層２０と半導体層３００をイン―サイチュ工程によって形成すると、製造工程を大きく単純化することができ、製造費用及び製造時間などを大きく節減することができる。
蒸着装置内の温度は、長い時間の間熱を加えたり、熱を冷ますことによって調節され、温度を安定化するのに時間が多くかかる一方、気体雰囲気及び圧力は、蒸着装置内に供給される気体の種類及び量などによって調節することができる。よって、気体雰囲気及び圧力は、温度より容易に制御することができる。
これを考慮して、本実施例では、制御パッシベーション層２０の形成温度と半導体層３００の蒸着工程の温度との差を２００℃以内（すなわち、０℃〜２００℃）にすることができる。より具体的には、制御パッシベーション層２０の形成温度と半導体層３００の蒸着工程の温度との差を１００℃以内（すなわち、００℃〜１００℃）にすることができる。これは、制御パッシベーション層２０を大気圧又はこれより低い圧力で形成するので、制御パッシベーション層２０の形成温度を相対的に高めることができ、半導体層３００の蒸着工程の温度との差を減少できるためである。このように相対的に調節が難しい温度を大きな変化なしで維持することができ、制御パッシベーション層２０と半導体層３００を連続的に形成するイン―サイチュ工程の効率をさらに向上させることができる。その一方、半導体層３００の蒸着工程の気体雰囲気は、制御パッシベーション層２０の形成時の気体雰囲気と異なり、半導体層３００の蒸着工程の圧力は、制御パッシベーション層２０の形成時の圧力と同じかこれと異なり得る。
しかし、本発明がこれに限定されることはなく、制御パッシベーション層２０と半導体層３００を互いに別個の工程及び装置などで形成することもできる。
図面では、半導体基板１０の後面にのみ制御パッシベーション層２０が形成された場合を例示したが、本発明がこれに限定されることはない。制御パッシベーション層２０の製造方法によって、半導体基板１０の前面及び／又は側面にも制御パッシベーション層２０をさらに形成することができる。このように半導体基板１０の前面などに形成された制御パッシベーション層２０は、後で別途の段階で除去することができる。
そして、図５の温度サイクルでは、保護膜を形成する熱処理工程を単独で行う場合を例示したが、本発明がこれに限定されることはない。したがって、上述したように、保護膜である制御パッシベーション層２０を形成した後、これを熱処理装置２００から取り出さず、その後続工程（例えば、半導体層３００を形成する工程）などを行うこともできる。この場合は、後続工程の温度によって温度下降区間Ｓ３が行われない場合がある。又は、保護膜を形成する前の工程が行われた装置で熱処理工程が連続的に行われる場合もある。この場合は、以前の工程の温度によって温度上昇区間Ｓ１が行われない場合がある。
続いて、図３Ｂ〜図３Ｄに示したように、制御パッシベーション層２０上に第１及び第２導電型領域３２、３４を含む半導体層３０を形成し、半導体基板１０の前面にテクスチャリング構造及び前面電界領域１３０を形成することができる。以下では、これをより具体的に形成する。
まず、図３Ｂに示したように、半導体基板１０の後面上に形成された制御パッシベーション層２０上には、結晶質構造を有し、真性を有する半導体層３００を形成する。半導体層３００は、微結晶質、非晶質、又は多結晶半導体で構成することができる。半導体層３００は、一例として、熱的成長法、化学蒸着法（例えば、プラズマ化学気相蒸着法、低圧化学気相蒸着法）などによって形成することができる。しかし、本発明がこれに限定されることはなく、多様な方法によって半導体層３００を形成することができる。
一例として、本実施例において、真性の半導体層３００は、化学気相蒸着によって形成することができ、より具体的には、低圧化学気相蒸着によって形成することができる。これによって、上述したように、真性の半導体層３００を制御パッシベーション層２０とイン―サイチュ工程によって形成することができる。しかし、本発明がこれに限定されることはなく、制御パッシベーション層２０及び半導体層３００にイン―サイチュ工程が適用されない場合もある。
半導体層３００の蒸着工程に使用される気体は、半導体層３００を構成する半導体物質を含む気体（例えば、シラン気体）を含むことができる。本実施例では、真性を有するように半導体層３００を蒸着するので、気体雰囲気は半導体物質を含む気体のみで構成することができる。これによって、供給気体を単純化することができ、形成される半導体層３００の純度を向上させることができる。しかし、本発明がこれに限定されることはなく、半導体層３００の蒸着工程を促進したり、半導体層３００の特性を向上させるための別途の気体などをさらに使用することができる。また、半導体層３００の蒸着工程で第１及び／第２導電型ドーパントを共にドープする場合は、第１又は第２導電型ドーパントを含む気体（例えば、Ｂ2Ｈ6、ＰＨ3など）をさらに含むことができる。
そして、半導体層３００の蒸着工程では、半導体物質を含む気体の他にも、二酸化窒素（Ｎ2Ｏ）気体及び／又は酸素（Ｏ2）気体を共に注入し、結晶粒サイズ及び結晶性などを調節することができる。
半導体層３００の蒸着温度は、制御パッシベーション層２０の形成時の温度と同じかこれより小さくなり得る。特に、半導体層３００の蒸着温度を制御パッシベーション層２０の形成時の温度より小さくすると、光電変換に直接関与する半導体層３００の特性を均一にすることができる。又は、半導体層３００の蒸着温度は５００℃〜７００℃であり得る。これは、半導体基板１０と異なる結晶構造を有する半導体層３００を蒸着するのに適した温度に限定されたものである。特に、本実施例のように、半導体層３００がドープされていない場合は、ドープされた場合より相対的に反応速度が小さいので、半導体層３００の蒸着温度は６００℃〜７００℃であり得る。これによると、半導体層３００の蒸着工程の温度と制御パッシベーション層２０の形成時の温度との偏差をさらに減少させることができる。
上述したように、制御パッシベーション層２０の温度を半導体層３００の蒸着温度と同一又は類似する温度にしたので、温度を調節するための時間及び温度を安定化するための時間などが必要でなく、工程を単純化することができる。
図面では、半導体基板１０の後面にのみ半導体層３００が形成された場合を例示したが、本発明がこれに限定されることはない。半導体層３００の製造方法によって、半導体基板１０の前面及び／又は側面にも半導体層３００をさらに形成することができる。このように半導体基板１０の前面などに形成された半導体層３００は、後で別途の段階で除去することができる。
続いて、図３Ｃ〜図３Ｄに示したように、半導体基板１０の前面をテクスチャし、半導体基板１０の前面に凹凸を形成し、第１及び第２導電型領域３２、３４及び前面電界領域１３０を形成することができる。
一例として、図３Ｃに示したように、半導体層３００の一部に第１導電型ドーパントをドープすることによって第１導電型領域３２を形成し、図３Ｄに示したように、半導体基板１０の前面をテクスチャし、半導体基板１０の前面及び半導体層３００の他の一部に第２導電型ドーパントをドープすることによって前面電界領域１３０及び第２導電型領域３４を形成することができる。このとき、第１導電型領域３２と第２導電型領域３４との間にドーパントがドープされていないアンドープ領域が位置し得るが、この領域がバリア領域３６を構成することができる。
第１及び第２導電型領域３２、３４、及び前面電界領域１３０を形成するドーピング工程には、公知の多様な方法を使用することができる。一例として、イオン注入法、ドーパントを含む気体を使用する状態での熱処理による熱拡散法、ドーピング層の形成後に行われる熱処理法、レーザードーピング法などの多様な方法を適用することができる。しかし、本発明がこれに限定されることはない。
半導体基板１０の表面のテクスチャリングとしては、湿式又は乾式テクスチャリングを使用することができる。湿式テクスチャリングは、テクスチャリング溶液に半導体基板１０を浸漬することによって行うことができ、工程時間が短いという長所を有する。乾式テクスチャリングは、ダイヤモンドドリル又はレーザーなどを用いて半導体基板１０の表面を切り取ることであって、凹凸を均一に形成できる一方、工程時間が長く、半導体基板１０に損傷が発生し得る。その他に、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）などによって半導体基板１０をテクスチャすることもできる。このように、本発明では、多様な方法で半導体基板１０をテクスチャすることができる。
本実施例では、半導体層３００を形成した後、第１導電型領域３２を形成した半導体基板１０の前面をテクスチャし、前面電界領域１３０と第２導電型領域３４を同一のドーピング工程で共に形成した場合を例示した。しかし、本発明がこれに限定されることはない。よって、第１導電型領域３２、第２導電型領域３４、前面電界領域１３０及びテクスチャリング構造の形成順序は多様に変形可能である。そして、第２導電型領域３４と前面電界領域１３０は互いに異なるドーピング工程によって形成することができる。
続いて、図３Ｅに示したように、半導体基板１０の前面及び後面に他の保護膜を形成する。すなわち、半導体基板１０の前面に前面パッシベーション膜２４及び反射防止膜２６を形成し、半導体基板１０の後面に後面パッシベーション膜４０を形成する。
より具体的に、半導体基板１０の前面上に前面パッシベーション膜２４及び反射防止膜２６を全体的に形成し、半導体基板１０の後面上に後面パッシベーション膜４０を全体的に形成する。前面パッシベーション膜２４、反射防止膜２６、又は後面パッシベーション膜４０は、真空蒸着法、化学気相蒸着法、スピンコーティング、スクリーン印刷又はスプレーコーティングなどの多様な方法によって形成することができる。前面パッシベーション膜２４、反射防止膜２６及び後面パッシベーション膜４０の形成順序が限定されることはない。
続いて、図３Ｆに示したように、第１及び第２導電型領域３２、３４にそれぞれ連結される第１及び第２電極４２、４４を形成する。
一例として、パターニング工程によって後面パッシベーション膜４０に第１及び第２開口部４０２、４０４を形成し、その後に第１及び第２開口部４０２、４０４内を充填しながら第１及び第２電極４２、４４を形成する。このとき、第１及び第２開口部４０２、４０４は、レーザーを用いたレーザーアブレーション、又はエッチング溶液又はエッチングペーストなどを用いた多様な方法によって形成することができる。そして、第１及び第２電極４２、４４は、めっき法、蒸着法などの多様な方法によって形成することができる。
他の例として、第１及び第２電極形成用ペーストを後面パッシベーション膜４０上にそれぞれスクリーン印刷などで塗布した後、ファイアスルー（ｆｉｒｅ ｔｈｒｏｕｇｈ）又はレーザー焼成コンタクト（ｌａｓｅｒ ｆｉｒｉｎｇ ｃｏｎｔａｃｔ）などを行い、上述した形状の第１及び第２電極４２、４４を形成することも可能である。この場合は、第１及び第２電極４２、４４の形成時に第１及び第２開口部４０２、４０４が形成されるので、別途に第１及び第２開口部４０２、４０４を形成する工程を追加しなくてもよい。
本実施例によると、６００℃〜９００℃の熱処理温度及びハロゲン気体を含む気体雰囲気で熱処理工程を行うことによって制御パッシベーション層２０を形成し、制御パッシベーション層２０の純度及び膜密度を向上させ、界面トラップ濃度を低下させることができる。これによって制御パッシベーション層２０のパッシベーション特性を向上させることができ、キャリアの通過を円滑にし、太陽電池１００の効率を向上させることができる。また、このような制御パッシベーション層２０は、後続して高温に行われる工程で優れた品質及び特性をそのまま維持することができる。これによって、後続して高温で行われる工程（例えば、ドーピング工程）の工程温度を自由に選択することができ、太陽電池１００の効率をさらに向上させることができる。実施例によって、制御パッシベーション層２０の後に形成される半導体層３０と類似する温度で制御パッシベーション層２０を形成する場合は、制御パッシベーション層２０と半導体層３０を連続的な工程で形成し、製造工程を単純化することができる。
上述した太陽電池１００の製造方法の一実施例の変形例を図６Ａ及び図６Ｂを参照して詳細に説明する。図３Ａ〜図３Ｆ、図４及び図５を参照して、上述した内容と同一又は極めて類似するものに対しては詳細な説明を省略し、異なる部分を詳細に説明する。そして、上述した実施例又はこれを変形した例と、下記の実施例又はこれを変形した例とを互いに結合したものも本発明の範囲に属する。
図６Ａ及び図６Ｂは、本発明の変形例に係る太陽電池の製造方法における制御パッシベーション層の形成段階を示した断面図である。
図６Ａ及び図６Ｂを参照すると、本変形例において、半導体基板１０上に形成される保護膜である制御パッシベーション層２０は、予備保護膜２００を形成した後、熱処理工程を行うことによって形成された保護膜であり得る。
すなわち、図６Ａに示したように、半導体基板１０上に予備保護膜２００を形成する。予備保護膜２００は、熱処理工程と同じかそれより低い温度（すなわち、６００℃以下の温度）で行われる多様な工程で形成することができる。このように予備保護膜２００を熱処理工程より低い温度で形成し、高い温度で行われる工程の追加を防止し、工程負担を減少させることがある。
一例として、予備保護膜２００は、湿式化学（ｗｅｔ ｃｈｅｍｉｃａｌ）溶液を用いる湿式化学工程で形成することができる。湿式化学工程では、湿式化学溶液を塗布又は位置させ、半導体基板１０の表面に制御パッシベーション層２０より薄い厚さ及び／又は低い膜密度を有する予備保護膜２００を形成する。湿式化学溶液は、半導体基板１０との反応によって半導体基板１０の表面に予備保護膜２００を形成できる多様な溶液を含むことができる。一例として、湿式化学溶液が塩酸（ＨＣｌ）、過酸化水素（Ｈ2Ｏ2）、又はこれらの混合物であり得る。これは、このような溶液が、半導体基板１０との反応により、半導体基板１０に酸化物で構成される予備保護膜２００を容易に形成できるためである。
又は、予備保護膜２００を乾式工程（例えば、蒸着（一例として、化学気相蒸着又は低圧化学気相蒸着）などによって形成することもできる。
続いて、図６Ｂに示したように、予備保護膜２００に熱処理工程を行うことによって制御パッシベーション層２０を形成する。このような熱処理工程は、図３Ａ、図４及び図５を参照して説明した熱処理工程と同一又は極めて類似するので、図３Ａ、図４及び図５を参照した説明をそのまま適用することができる。但し、図６Ｂを参照した熱処理工程は、図３Ａを参照した熱処理工程と異なり、必ず酸素気体を含むべきものではなく、酸素気体を含んでいない状態で熱処理することも可能である。
このように、本変形例では、制御パッシベーション層２０より薄い厚さ及び／又は低い膜密度を有する予備保護膜２００を先に形成した後、熱処理工程を行うことによって制御パッシベーション層２０を形成する。そうすると、制御パッシベーション層２０の均一度及び膜密度を向上させることができる。そして、図６Ａに示した予備保護膜２００を形成する工程を別途に行わず、半導体基板１０の洗浄工程で図６Ａに示した予備保護膜２００を形成する工程を共に行うことができる。そうすると、別途の工程を追加しなくて、図６Ａに示した予備保護膜２００を形成する工程を行えるので、単純な製造工程によって予備保護膜２００を形成することができる。
上述した説明及び図面では、酸化膜２００を形成する工程以後に熱処理工程を行い、制御パッシベーション層２０を形成する場合を例示した。しかし、熱処理工程を別途に行わず、太陽電池１００の製造のための他の熱処理工程（例えば、図３Ｂに示した半導体層３００の形成工程、図３Ｄに示したドーピング工程又はこのための活性化熱処理工程、電極形成工程など）で行われる熱処理工程時に図６Ｂに示した熱処理工程を共に行うことができる。しかし、本発明がこれに限定されることはない。
上述した実施例では、第１及び第２導電型領域３２、３４が半導体基板１０の後面で半導体基板１０上に別個に位置するとき、半導体基板１０上に形成される保護膜である制御パッシベーション層２０を上述した熱処理工程を含む方法で形成する場合を例示した。しかし、本発明がこれに限定されることはない。一例として、半導体基板１０上に形成される前面パッシベーション膜２４、及び半導体層３０（又は導電型領域３２、３４）上に形成される後面パッシベーション膜４０のうち少なくとも一つが上述した熱処理工程を含む工程によって形成される保護膜であってもよい。また、上述した熱処理工程を含む方法で製造できる保護膜の他の例を図７及び図８を参照して詳細に説明する。上述した説明と同一又は極めて類似する部分に対しては上述した説明をそのまま適用できるので、これに対する詳細な説明は省略し、互いに異なる部分に対してのみ詳細に説明する。そして、上述した実施例又はこれを変形した例と下記の実施例又はこれを変形した例を互いに結合したものも本発明の範囲に属する。
図７は、本発明の実施例に係る太陽電池の製造方法によって製造される太陽電池の他の例を示した断面図である。図８は、図７に示した太陽電池の概略的な平面図である。
図７を参照すると、本実施例に係る太陽電池１００は、ベース領域１１０を含む半導体基板１０と、半導体基板１０に形成される導電型領域３２、３４と、半導体基板１０上に形成される保護膜である前面及び後面パッシベーション膜２４、４０と、後面パッシベーション膜４０を貫通して導電型領域３２、３４に連結される電極４２、４４とを含む。このとき、半導体基板１０上に形成される保護膜である前面及び後面パッシベーション膜２４、４０のうち少なくとも一つは、本実施例に係る熱処理工程を含む製造方法によって形成することができる。
より具体的に、導電型領域３２、３４は、半導体基板１０の前面側に位置し、第１導電型を有する第１導電型領域３２と、半導体基板１０の後面側に位置し、第２導電型を有する第２導電型領域３４とを含むことができる。そして、電極４２、４４は、第１導電型領域３２に連結される第１電極４２と、第２導電型領域３４に連結される第２電極４４とを含むことができる。そして、半導体基板１０上に形成される保護膜は、第１導電型領域３２上で半導体基板１０の前面上に形成される前面パッシベーション膜２４と、第２導電型領域３４上で半導体基板１０の後面上に形成される後面パッシベーション膜４０とを含むことができる。そして、前面パッシベーション膜２４上に位置する反射防止膜２６をさらに含むことができる。
本実施例において、導電型領域３２、３４は、半導体基板１０の内部にドーパントをドープすることによって形成され、半導体基板１０の一部を構成するドーピング領域として構成される。このように半導体基板１０を構成するベース領域１１０と導電型領域３２、３４は、含まれるドーパントの種類及び濃度によって定義することができる。例えば、半導体基板１０において、第１導電型ドーパントを含み、第１導電型を有する領域を第１導電型領域３２と定義し、第２導電型ドーパントを低いドーピング濃度で含み、第２導電型を有する領域をベース領域１１０と定義し、第２導電型ドーパントをベース領域１１０より高いドーピング濃度で含み、第２導電型を有する領域を第２導電型領域３４と定義することができる。すなわち、ベース領域１１０及び導電型領域３２、３４は、半導体基板１０の結晶構造を有しながら導電型及びドーピング濃度が互いに異なる領域である。
第１導電型領域３２に含まれる第１導電型ドーパントがｎ型又はｐ型のドーパントであり、ベース領域１１０及び第２導電型領域３４に含まれる第２導電型ドーパントが第１導電型領域３２の第１導電型と反対の導電型を有するｐ型又はｎ型のドーパントであり得る。ｐ型又はｎ型のドーパントには、上述した実施例に記載された内容をそのまま適用することができる。
一例として、第１導電型領域３２がｐ型を有し、ベース領域１１０及び第２導電型領域３４がｎ型を有することができる。第１導電型領域３２とベース領域１１０によって形成されたｐｎ接合に光が照射されると、光電効果によって生成された電子が半導体基板１０の後面側に移動して第２電極４４によって収集され、正孔が半導体基板１０の前面側に移動して第１電極４２によって収集される。これによって電気エネルギーが発生する。そうすると、電子より遅い移動速度を有する正孔が半導体基板１０の後面でない前面に移動し、変換効率を向上させることができる。しかし、本発明がこれに限定されることはなく、ベース領域１１０及び第２導電型領域３４がｐ型を有し、第１導電型領域３２がｎ型を有することも可能である。
図面では、半導体基板１０の前面及び後面にそれぞれテクスチャリングによる凹凸が形成された場合を図示した。しかし、本発明がこれに限定されることはない。したがって、半導体基板１０の前面及び後面のいずれか一つにテクスチャリングによる凹凸が形成されたり、半導体基板１０の前面及び後面にテクスチャリングによる凹凸が形成されないことも可能である。
本実施例において、半導体基板１０の前面及び後面にそれぞれ形成される保護膜である前面パッシベーション膜２４及び後面パッシベーション膜４０のうち少なくとも一つは、本実施例に係る熱処理工程を含む方法で形成された保護膜であり得る。一例として、導電型領域３２、３４のうちｎ型を有する領域上に形成されたパッシベーション膜２４、４０は、本実施例に係る熱処理工程を含む方法で形成された保護膜であり得る。本実施例に係る熱処理工程を含む方法で形成される保護膜がシリコン酸化物層として構成されるが、これは、このようなシリコン酸化物層が固定正電荷を有し、ｎ型をパッシベートするのに適しているためである。しかし、本発明がこれに限定されることはない。
一例として、第２導電型領域３４がｎ型を有する場合、半導体基板１０の後面に位置（一例として、接触）する後面パッシベーション膜４０が、本実施例に係る熱処理工程を含む方法で形成された保護膜であり得る。このような後面パッシベーション膜４０は、２ｎｍ〜１０ｎｍの厚さ（一例として、３ｎｍ〜６ｎｍ）を有することができる。後面パッシベーション膜４０の厚さが２ｎｍ未満であると、パッシベーション特性に優れていないおそれがあり、後面パッシベーション膜４０の厚さが１０ｎｍを超えると、工程時間が増加し得る。パッシベーション特性及び工程時間をさらに考慮すると、後面パッシベーション膜４０の厚さは３ｎｍ〜６ｎｍであり得る。しかし、本発明が後面パッシベーション膜４０の厚さに限定されることはない。
そして、前面パッシベーション膜２４及び／又は反射防止膜２６は、上述した実施例で説明した多様な物質で形成することができる。これに対する説明は省略する。
しかし、本発明がこれに限定されることはなく、第１導電型領域３２がｎ型を有し、前面パッシベーション膜２４を本実施例に係る熱処理工程によって形成することもできる。又は、導電型とは関係なく、前面パッシベーション膜２４及び／又は後面パッシベーション膜４０を本実施例に係る熱処理工程によって形成することができる。その他の多様な変形が可能である。
図８を参照すると、第１及び第２電極４２、４４は、一定のピッチを有しながら互いに離隔する複数のフィンガー電極４２ａ、４４ａを含むことができる。図面では、フィンガー電極４２ａ、４４ａが互いに平行であり、半導体基板１０の縁部に対して平行である場合を例示したが、本発明がこれに限定されることはない。そして、第１及び第２電極４２、４４は、各フィンガー電極４２ａ、４４ａと交差する方向に形成され、フィンガー電極４２ａ、４４ａを連結するバスバー電極４２ｂ、４４ｂを含むことができる。このようなバスバー電極４２ｂ、４４ｂは一つのみ備えることもでき、図８に示したように、フィンガー電極４２ａ、４４ａのピッチより大きいピッチを有しながら複数備えることもできる。このとき、バスバー電極４２ｂ、４４ｂの幅は、フィンガー電極４２ａ、４４ａの幅より大きくなり得るが、本発明がこれに限定されることはなく、フィンガー電極４２ａ、４４ａの幅と同じかそれより小さい幅を有することができる。
断面上で見ると、第１電極４２のフィンガー電極４２ａ及びバスバー電極４２ｂは、全て前面パッシベーション膜２４及び反射防止膜２６を貫通するように形成することもできる。すなわち、第１開口部４０２は、第１電極４２のフィンガー電極４２ａ及びバスバー電極４２ｂに全て対応するように形成することができる。そして、第２電極４４のフィンガー電極４４ａ及びバスバー電極４４ｂは、全て後面パッシベーション膜４０を貫通するように形成することもできる。すなわち、第２開口部４０４は、第２電極４４のフィンガー電極４４ａ及びバスバー電極４４ｂに全て対応するように形成することができる。しかし、本発明がこれに限定されることはない。他の例として、第１電極４２のフィンガー電極４２ａは前面パッシベーション膜２４及び反射防止膜２６を貫通するように形成し、バスバー電極４２ｂは前面パッシベーション膜２４及び反射防止膜２６上に形成することができる。そして、第２電極４４のフィンガー電極４４ａは後面パッシベーション膜４０を貫通するように形成し、バスバー電極４４ｂは後面パッシベーション膜４０上に形成することができる。
本実施例では、太陽電池１００の第１及び第２電極４２、４４が一定のパターンを有し、太陽電池１００は、半導体基板１０の前面及び後面に光が入射され得る両面受光型（ｂｉ―ｆａｃｉａｌ）構造を有する。これによって太陽電池１００で使用される光量を増加させ、太陽電池１００の効率向上に寄与することができる。
図面では、第１電極４２と第２電極４４が互いに同一の形状を有する場合を例示した。しかし、本発明がこれに限定されることはなく、第１電極４２のフィンガー電極及びバスバー電極の幅及びピッチなどは、第２電極４４のフィンガー電極４４ａ及びバスバー電極４４ｂの幅及びピッチなどと互いに異なる値を有することができる。また、第１電極４２と第２電極４４の形状が互いに異なることも可能であり、その他の多様な変形が可能である。例えば、第２電極４４は、パターンを有することなく半導体基板１０の後面に全体的に形成することもできる。
本実施例に係る後面パッシベーション膜４０を備える太陽電池１００の製造工程を図９Ａ〜図９Ｄを参照して説明する。図３Ａ〜図３Ｆ、図４、図５、図６Ａ及び図６Ｂを参照した説明と同一又は類似する説明に対する詳細な説明は省略し、互いに異なる部分のみを説明する。
図９Ａ〜図９Ｄは、本発明の他の実施例に係る太陽電池の製造方法を示した断面図である。
図９Ａに示したように、半導体基板１０に第１及び第２導電型領域３２、３４を形成する。第１及び第２導電型領域３２、３４は、熱拡散法（ｔｈｅｒｍａｌ ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ）、イオン注入法、レーザードーピング法などの多様な方法によって形成することができる。
続いて、図９Ｂに示したように、第２導電型領域３４上に後面パッシベーション膜４０を形成する。後面パッシベーション膜４０を形成する熱処理工程は、図３Ａ、図４及び図５を参照して説明したものと同一又は極めて類似する。但し、後面パッシベーション膜４０の厚さを相対的に厚く形成するために、上述した温度範囲内で熱処理温度及び熱処理時間などを多少調節することができる。すなわち、上述したように、熱処理温度が６００℃以上（より具体的には、６００℃〜９００℃）であり得るが、本実施例では、一例として、８００℃〜９００℃であり得る。これは、後面パッシベーション膜４０が制御パッシベーション層（図１の参照符号２０）より厚い厚さを有してもよいので、熱処理温度Ｔを多少高めることができるためである。しかし、本発明がこれに限定されることはない。
続いて、図９Ｃに示したように、第１導電型領域３２上に前面パッシベーション膜２４及び反射防止膜２６を形成する。
図面及び説明では、後面パッシベーション膜４０を前面パッシベーション膜２４及び／反射防止膜２６より先に形成した場合を例示したが、本発明がこれに限定されることはない。後面パッシベーション膜４０、前面パッシベーション膜２４及び反射防止膜２６の形成順序は多様に変形可能である。そして、後面パッシベーション膜４０と前面パッシベーション膜２４を上述した工程を用いて同時に形成したり、後面パッシベーション膜４０と反射防止膜２６を上述した工程を用いて同時に形成することもできる。
続いて、図９Ｄに示したように、後面パッシベーション膜４０を貫通する第２電極４４と、前面パッシベーション膜２４及び反射防止膜２６を貫通する第１電極４２とを形成する。
このように後面パッシベーション膜４０を一定の熱処理温度及び気体雰囲気で形成すると、後面パッシベーション膜４０の純度及び膜密度を向上させ、界面トラップ濃度を低減させることができる。そして、後で行われる高い温度の工程でも優れた安定性を有することができる。上述した説明では、後面パッシベーション膜４０のみが一定の温度及び気体雰囲気で形成された場合を例示したが、前面パッシベーション膜２４又は反射防止膜２６は上述した熱処理温度Ｔ、気体雰囲気などによって形成することもできる。上述した熱処理工程を含む方法で製造できる保護膜の他の例を図１０Ａ〜図１０Ｄを参照して詳細に説明する。図１０Ａ〜図１０Ｄの実施例には、図１〜図５を参照した実施例と同一又は類似するので、これに対する説明をそのまま適用することができる。これによって、同一又は類似する部分に対する詳細な説明は省略し、互いに異なる部分に対してのみ詳細に説明する。そして、上述した実施例又はこれを変形した例と下記の実施例又はこれを変形した例を互いに結合したものも本発明の範囲に属する。
図１０Ａ〜図１０Ｄは、本発明の更に他の実施例に係る太陽電池の製造方法を示した断面図である。
本実施例では、図１及び図２に示した太陽電池１００を製造し、後面パッシベーション膜４０及び／又は前面パッシベーション膜２４をハロゲン気体を含む気体雰囲気で熱処理して形成するという点で図３Ａ〜図３Ｆと異なっている。
図１０Ａに示したように、半導体基板１０に制御パッシベーション層２０、第１及び第２導電型領域３２、３４を含む半導体層３０、半導体基板１０の前面のテクスチャリング構造及び前面電界領域１３０を形成する。制御パッシベーション層２０は、公知の多様な方法によって形成することができ、その他の形成工程は、図３Ａ〜図３Ｄを参照して説明した方法と同一の方法によって行うことができる。
続いて、図１０Ｂに示したように、半導体基板１０の前面及び／又は後面に他の保護膜を形成する。例えば、半導体基板１０の前面に前面パッシベーション膜２４を形成し、半導体基板１０の後面に後面パッシベーション膜４０を形成する。
本実施例において、前面パッシベーション膜２４及び後面パッシベーション膜４０は、相対的に高い温度でハロゲン元素を有するハロゲン気体を含む気体雰囲気で熱処理する工程を含む方法で形成される。熱処理工程は、図３Ａ、図４及び図５を参照して説明したものと同一又は極めて類似する。但し、前面及び後面パッシベーション膜２４、４０の厚さを相対的に厚く形成するために、上述した温度範囲内で熱処理温度及び熱処理時間などを多少調節することができる。すなわち、上述したように、熱処理温度は６００℃以上（より具体的には、６００℃〜９００℃）であり得るが、本実施例では、一例として、８００℃〜９００℃であり得る。これは、前面及び後面パッシベーション膜２４、４０が、制御パッシベーション層（図１の参照符号２０）より厚い厚さを有してもよいので、熱処理温度Ｔを多少高めることができるためである。しかし、本発明がこれに限定されることはない。
本実施例の熱処理工程で熱酸化によって前面及び後面パッシベーション膜２４、４０を形成することができる。原料気体が酸素気体を含み、前面及び後面パッシベーション膜２４、４０は酸化物層として構成することができる。一例として、高い温度で酸素と半導体基板１０の半導体物質（例えば、シリコン）が反応して形成される熱酸化物（例えば、熱的シリコン酸化物）層が前面及び後面パッシベーション膜２４、４０を構成することができる。
本実施例において、半導体層３０の表面で１ｎｍ〜３ｎｍの厚さの半導体物質が酸素と結合し、３ｎｍ〜６ｎｍの厚さをそれぞれ有する前面及び後面パッシベーション膜２４、４０を形成することができる。前面及び後面パッシベーション膜２４、４０がこのような厚さを有するとき、パッシベーション特性を大きく向上させることができる。すなわち、前面及び後面パッシベーション膜２４、４０の厚さがそれぞれ３ｎｍ未満であると、十分なパッシベーション特性を具現することが難しく、前面及び後面パッシベーション膜２４、４０の厚さがそれぞれ６ｎｍを超えると、熱処理工程の時間が増加し、これによって半導体層３０の特性が低下し得る。酸素と結合した半導体層３０の厚さ、前面及び後面パッシベーション膜２４、４０の厚さなどは、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）などを通じて測定及び評価可能である。
このとき、半導体基板１０の前面に隣接して位置する前面パッシベーション膜２４が上述した熱処理工程によって形成されると、優れた品質を有するようになる。これによって、パッシベーション特性を大きく向上させることができる。このとき、半導体基板１０の前面は、テクスチャリング構造によって半導体基板１０の内部（バルク）が露出しているので、後面より品質を低下させるイオン（例えば、ナトリウムイオン）が多く存在し、ゲッタリングが多く起こり得る領域であるが、前面パッシベーション膜２４が優れた品質を有すると、パッシベーション効果が大きく増加し得る。
本実施例では、半導体基板１０の両側に位置する前面及び後面パッシベーション膜２４、４０を共に形成し、前面ではパターニングなしでそのまま前面パッシベーション膜２４を使用し、後面では、図１０Ｄに示したように後面パッシベーション膜４０をパターン化して使用する。これによって工程を単純化することができる。しかし、本発明がこれに限定されることはない。前面パッシベーション膜２４と後面パッシベーション膜４０を互いに異なる工程によって形成し、前面及び後面パッシベーション膜２４、４０のうち少なくとも一つに上述した熱処理工程を適用することができる。又は、前面パッシベーション膜２４及び後面パッシベーション膜４０を共に形成した後、これらのうち一つを除去して使用することもできる。又は、反射防止膜２６と後面パッシベーション膜４０を上述した熱処理工程によって同時に形成することができる。その他にも多様な変更が可能である。
続いて、図１０Ｃに示したように、本実施例において、前面パッシベーション膜２４上に反射防止膜２６を形成することができる。一例として、反射防止膜２６を前面パッシベーション膜２４上に全体的に形成することができる。反射防止膜２６は、真空蒸着法、化学気相蒸着法、スピンコーティング、スクリーン印刷又はスプレーコーティングなどの多様な方法によって形成することができる。
続いて、図１０Ｄに示したように、第１及び第２導電型領域３２、３４にそれぞれ連結される第１及び第２電極４２、４４を形成する。これに対しては図３Ｆを参照した説明をそのまま適用できるので、これに対する具体的な説明は省略する。
以下、本発明の実験例によって本発明をより詳細に説明する。しかし、本発明の実験例は本発明を例示するためのものに過ぎなく、本発明がこれに限定されることはない。
実験例１
図１に示した構造の太陽電池を製造した。このとき、７００℃の温度でＣｌ2気体、Ｏ2気体及びＮ2気体を含む気体雰囲気で熱処理する工程で熱酸化によって形成された２ｎｍ厚さのシリコン酸化物層を制御パッシベーション層として含んだ。熱処理工程でＯ2気体：Ｃｌ2気体の比率が１：０．１であった。
実験例２
図１に示した構造の太陽電池を製造した。このとき、ＨＣｌ及びＨ2Ｏ2の混合溶液で半導体基板を洗浄しながら薄い酸化膜を形成した後、７００℃の温度でＣｌ2気体、Ｏ2気体及びＮ2気体を含む気体雰囲気で熱処理する工程を行った。これによって形成された２ｎｍ厚さのシリコン酸化物層を制御パッシベーション層として含んだ。熱処理工程でＯ2気体：Ｃｌ2気体の比率が１：０．１であった。
比較例１
制御パッシベーション層を形成する工程を除いては、実験例と同一の方法によって太陽電池を製造した。このとき、５００℃の温度でＣｌ2気体、Ｏ2気体及びＮ2気体を含む気体雰囲気で熱処理する工程で熱酸化によって形成された２ｎｍ厚さのシリコン酸化物層を制御パッシベーション層として含んだ。
比較例２
制御パッシベーション層を形成する工程を除いては、実験例と同一の方法によって太陽電池を製造した。このとき、７００℃の温度でＯ2気体及びＮ2気体を含む気体雰囲気で熱処理する工程で熱酸化によって形成された２ｎｍ厚さのシリコン酸化物層を制御パッシベーション層として含んだ。
実験例１及び比較例１及び２に係る太陽電池の光ルミネセンス（ｐｈｏｔｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ、ＰＬ）写真を撮影した。実験例１に係る太陽電池のＰＬ写真を図１１に示し、比較例１に係る太陽電池のＰＬ写真を図１２に示し、比較例２に係る太陽電池のＰＬ写真を図１３に示した。ＰＬ写真において、明るい光を出す部分は、金属不純物及び欠陥などが存在していない部分であり、暗い部分は金属不純物及び欠陥などが存在する部分である。
図１１を参照すると、実験例１に係る太陽電池は、全体的に明るい光を帯びており、金属不純物、欠陥などがほとんど存在していないことが分かる。その一方、図１２を参照すると、比較例１に係る太陽電池は部分的に黒い部分を有し、この部分で金属不純物及び欠陥などが存在することが分かる。そして、図１３を参照すると、比較例２に係る太陽電池は全体的に黒い部分を有し、金属不純物及び欠陥などが多く存在することが分かる。
上述したように、実験例１、比較例１及び２において、他の製造工程は全て同一であり、制御パッシベーション層の工程のみが互いに異なっていた。よって、実験例１のように、６００℃以上の熱処理温度及びハロゲン気体を含む気体雰囲気で行われた熱処理工程で優れた特性の制御パッシベーション層が形成されたことが分かる。また、ハロゲン気体を含む気体雰囲気であるとしても、６００℃未満の熱処理温度で熱処理工程が行われた比較例１、及び６００℃以上の熱処理温度であるが、ハロゲン気体を含んでいない気体雰囲気で熱処理工程が行われた比較例２では、優れた特性の制御パッシベーション層が形成されていないことが分かる。
実験例１及び比較例１に係る太陽電池の暗示開放電圧（ｉｍｐｌｉｅｄ Ｖｏｃ）を測定した結果を図１４に示した。図１４を参照すると、実験例１に係る太陽電池の暗示開放電圧が比較例１に係る太陽電池の暗示開放電圧より約５０ｍＶほど高いことが分かる。６００℃以上の熱処理温度及びハロゲン気体を含む気体雰囲気で熱処理工程が行われた実験例１に係る制御パッシベーション層の界面トラップ濃度が低いので、これを含む太陽電池の暗示開放電圧が高いと予想される。その一方、比較例１のように６００℃以下の熱処理温度で形成された制御パッシベーション層は、界面トラップ濃度が実験例１より高いので、これを含む太陽電池が相対的に低い暗示開放電圧を有すると予想される。
そして、実験例１及び２、及び比較例１によって製造された太陽電池に対して９００℃の温度で追加的な熱処理を行った後、暗示開放電圧を測定した結果を図１５に示した。実験例１及び２に係る太陽電池の暗示開放電圧が、比較例１に係る太陽電池の開放電圧より約１００ｍＶほど高いことが分かる。これによって、実験例１及び２に係る太陽電池は、後続する高温工程がある場合にも優れた安定性を有する一方、比較例１に係る太陽電池は、後続する高温工程で特性が低下し得ることが分かる。
上述した特徴、構造、効果などは本発明の少なくとも一つの実施例に含まれ、必ず一つの実施例にのみ限定されるものではない。さらに、各実施例で例示した特徴、構造、効果などは、各実施例の属する分野で通常の知識を有する者によって他の実施例に対しても組み合わせたり変形して実施可能である。したがって、このような組み合わせ及び変形と関係した内容は、本発明の範囲に含まれるものと解釈すべきであろう。
１０ 半導体基板
２０ 制御パッシベーション層
２４ 前面パッシベーション膜
２６ 反射防止膜
３０ 半導体層
４０ 後面パッシベーション膜
４２、４４ 電極
１００ 太陽電池
４０２、４０４ 開口部

Claims (20)

  1. 第１導電型を有する結晶質シリコンで構成されたベース領域を含む半導体基板上に絶縁膜として保護膜を形成する段階
    を含み、
    前記保護膜を形成する段階は、ハロゲン元素を有するハロゲン気体を含む気体雰囲気で６００℃以上の熱処理温度で熱処理する工程を含む太陽電池の製造方法。
  2. 前記保護膜を形成する段階では、
    熱処理炉内で熱処理する工程を行い、熱酸化法によって前記保護膜を形成し、
    低圧化学気相蒸着装置内で前記熱処理する工程を行い、蒸着によって前記保護膜を形成し、又は
    保護膜に対する６００℃以下の温度での湿式化学工程又は乾式工程により予備保護膜を形成する工程を行い、その後、前記予備保護膜を前記熱処理工程によって６００℃以上の温度で熱処理する、請求項１に記載の太陽電池の製造方法。
  3. 前記ハロゲン気体は、前記ハロゲン元素としてフッ素、塩素、臭素、ヨウ素、アスタチン及びウンウンセプチウムのうち少なくとも一つを含む、請求項１に記載の太陽電池の製造方法。
  4. 前記ハロゲン気体は前記ハロゲン元素として塩素を含む、請求項３に記載の太陽電池の製造方法。
  5. 前記ハロゲン気体は、Ｃｌ2、Ｃ2Ｈ2Ｃｌ2及びＨＣｌのうち少なくとも一つを含む、請求項４に記載の太陽電池の製造方法。
  6. 前記気体雰囲気が原料気体として酸素気体をさらに含み、前記保護膜がシリコン酸化物層を含み、
    前記ハロゲン気体が前記酸素気体と同じかこれより少ない量含まれる、請求項１に記載の太陽電池の製造方法。
  7. 前記酸素気体：前記ハロゲン気体の体積の比率が１：０．０１〜１：１である、請求項６に記載の太陽電池の製造方法。
  8. 前記熱処理工程の熱処理温度が６００℃〜９００℃である、請求項１に記載の太陽電池の製造方法。
  9. 前記熱処理工程は、前記熱処理温度に維持されるメイン区間以前に行われ、流入温度から前記熱処理温度まで温度を上昇させる温度上昇区間及び前記メイン区間以後に行われ、前記熱処理温度から流出温度まで温度を下降させる温度下降区間を含み、
    前記流入温度又は前記流出温度が４００℃〜５５０℃である、請求項１に記載の太陽電池の製造方法。
  10. 前記流入温度又は前記流出温度が５００℃〜５５０℃である、請求項９に記載の太陽電池の製造方法。
  11. 前記保護膜を形成する段階以前に、前記半導体基板の内部にドーパントをドープすることにより、前記ベース領域より高いドーピング濃度を有する前記第１導電型の導電領域、又は、前記第１導電型と反対の第２導電型を有する導電型領域を形成する段階をさらに含み、
    前記保護膜を形成する段階では、前記導電型領域上に前記保護膜を形成する、請求項１に記載の太陽電池の製造方法。
  12. 前記保護膜の厚さが３ｎｍ〜６ｎｍである、請求項１１に記載の太陽電池の製造方法。
  13. 前記保護膜を形成する段階以前に、前記半導体基板の一面上に前記半導体基板と異なる結晶構造を有する導電型領域を形成する段階をさらに含み、
    前記保護膜を形成する段階では、前記導電型領域上に前記保護膜を形成する、請求項１に記載の太陽電池の製造方法。
  14. 前記導電型領域を形成する段階では、前記第１導電型を有する第１導電型領域、及び前記第１導電型と反対の第２導電型を有する第２導電型領域を前記半導体基板の一面上で同一の平面上に形成し、
    前記保護膜が前記第１導電型領域及び前記第２導電型領域を共に覆う、請求項１３に記載の太陽電池の製造方法。
  15. 前記保護膜の厚さが３ｎｍ〜６ｎｍである、請求項１４に記載の太陽電池の製造方法。
  16. 前記保護膜を形成する段階では、前記保護膜として前記半導体基板の一面上に制御パッシベーション層を形成し、
    前記保護膜を形成する段階以後に、前記制御パッシベーション層上に導電型領域を形成する段階をさらに含む、請求項１に記載の太陽電池の製造方法。
  17. 前記導電型領域を形成する段階では、前記第１導電型を有する第１導電型領域、及び前記第１導電型と反対の第２導電型を有する第２導電型領域を前記制御パッシベーション層上で同一の平面上に形成する、請求項１６に記載の太陽電池の製造方法。
  18. 前記制御パッシベーション層の厚さが１ｎｍ〜２ｎｍである、請求項１６に記載の太陽電池の製造方法。
  19. 前記保護膜は、前記半導体基板の一面上に位置する第１パッシベーション膜、及び前記半導体基板の他の一面上に位置する第２パッシベーション膜のうち少なくとも一つである、請求項１に記載の太陽電池の製造方法。
  20. 前記第１パッシベーション膜及び前記第２パッシベーション膜が前記熱処理工程によって同時に形成される、請求項１９に記載の太陽電池の製造方法。
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