JP6271844B2 - 太陽電池及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、太陽電池及びその製造方法に係り、より詳細には、選択的な構造の不純物層を含む太陽電池及びその製造方法に関する。
最近、石油や石炭のような既存エネルギー資源の枯渇が予想され、これらに代わる代替エネルギーに関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電池として脚光を浴びている。
このような太陽電池では、光電変換を起こすことができるように不純物層を形成してｐｎ接合などを形成し、ｎ型不純物層及び／又はｐ型不純物層に接続される電極を形成する。このような不純物層の特性を向上させるために、不純物層の内部に注入される不純物の量を互いに異ならせる構造が提案された。ところが、このような構造の不純物層を形成するために、特殊なマスクを使用するとともに、不純物の注入工程を複数回行わなければならないなど、工程が複雑で且つ生産性が低いという問題があった。
本発明の実施例は、改善された構造を有する不純物層を簡単な工程により形成することができる太陽電池の製造方法を提供しようとする。
また、本発明の実施例は、不純物層と電極とのアライン（位置合わせ）特性を向上させることができる太陽電池の製造方法を提供しようとする。
本実施例に係る太陽電池は、半導体基板と、前記半導体基板に形成され、同一の導電型を有する第１不純物及び第２不純物を含んで第１抵抗を有する第１部分と、前記第２不純物を含んで前記第１抵抗より大きい第２抵抗を有する第２部分とを有するエミッタ層と、前記エミッタ層上に形成され、前記第１不純物を含むパッシベーション膜と、前記パッシベーション膜を貫通して前記第１部分に電気的に接続される電極と、を含む。
本実施例に係る太陽電池の製造方法は、半導体基板を準備するステップと、前記半導体基板の一面に第１不純物を含むパッシベーション膜を形成するステップと、前記半導体基板の内部に前記第１不純物が拡散するように前記パッシベーション膜を加熱して、エミッタ層を形成するステップと、を含む。
実施例によれば、選択的なエミッタ構造を有するエミッタ層を簡単な工程で形成することができ、エミッタ層の特性及びエミッタ層と第１電極とのアライン特性などを向上させることができる。
すなわち、第１不純物を含む第１パッシベーション膜を形成し、第１パッシベーション膜を選択的に加熱して第１不純物を拡散させることにより、選択的構造のエミッタ層を形成する。これによって、別途の不純物層を形成し、これを除去する工程を省略できるので、工程を単純化し、コストを節減することができる。
このとき、レーザーを用いて第１パッシベーション膜を選択的に加熱すると、線幅を最小化することができる。そして、レーザーによって第１パッシベーション膜及び反射防止膜に開口部を形成すると、エミッタ層の高濃度部分（第１部分）と開口部内に形成される第１電極とのアラインを正確に行うことができる。
第２不純物としてアルミニウムを使用すると、シリコンとの原子半径（ａｔｏｍｉｃ ｒａｄｉｕｓ）の差が小さく、レーザーを低い強度で使用できるので、転位密度を低くすることができる。結果的に太陽電池の効率を向上させることができる。
以下、添付の図面を参照して本発明の実施例について詳細に説明する。しかし、本発明がこのような実施例に限定されるものではなく、多様な形態に変形可能であることは勿論である。
図面では、本発明を明確且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、明細書全体において同一又はほぼ同様の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、幅などを拡大または縮小して示したが、本発明の厚さ、幅などは図面に示したものに限定されない。
そして、明細書全体においてある部分が他の部分を「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の「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」あるとする場合は、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、本発明の一実施例に係る太陽電池の製造方法について詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施例に係る太陽電池を示す断面図である。
図１を参照すると、本実施例に係る太陽電池１００は、半導体基板１０と、半導体基板１０の第１面（以下、「前面」という）側に位置するエミッタ層２０と、第１パッシベーション膜２１と、反射防止膜２２とを含む。そして、半導体基板１０の第２面（以下、「後面」という）側に位置する後面電界層３０及び第２パッシベーション膜３２を含むことができる。また、エミッタ層２０に電気的に接続される第１電極２４と、半導体基板１０（より正確には、後面電界層３０）に電気的に接続される第２電極３４とを含むことができる。これをより詳細に説明すると、次の通りである。
半導体基板１０は、多様な半導体物質を含むことができ、一例として、第１導電型不純物を含むシリコンを含むことができる。シリコンとしては、単結晶シリコンまたは多結晶シリコンを使用することができ、一例として、第１導電型はｎ型であってもよい。すなわち、半導体基板１０は、燐（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、ビスマス（Ｂｉ）、アンチモン（Ｓｂ）などの５族元素がドーピングされた単結晶または多結晶シリコンから形成しえる。
このように、ｎ型の半導体基板１０を使用すると、半導体基板１０の前面にｐ型を有するエミッタ層２０が形成されて、ｐｎ接合（ｊｕｎｃｔｉｏｎ）をなすようになる。このようなｐｎ接合に光が照射されると、光電効果により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３４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２４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。
このとき、電子より移動速度の遅い正孔が、半導体基板１０の後面ではなく前面へ移動して変換効率が向上することができる。
このような半導体基板１０の前面及び後面は、テクスチャリング（ｔｅｘｔｕｒｉｎｇ）されてピラミッドなどの形状の凹凸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り半導体基板１０の前面などに凹凸が形成されて表面粗さが増加すると、半導体基板１０の前面などを通じて入射される光の反射率を低くすることができる。したがって、半導体基板１０とエミッタ層２０との界面に形成されたｐｎ接合まで到達する光量が増加するので、光損失を最小化することができる。しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、前面にのみ凹凸が形成されることも可能であり、凹凸が形成されないことも可能である。
半導体基板１０の後面側には、半導体基板１０より高いドーピング濃度で第１導電型不純物を含む後面電界層３０が形成される。後面電界層３０は、電子と正孔の後面再結合を最小化して太陽電池の効率向上に寄与することができる。このような後面電界層３０は、燐（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、ビスマス（Ｂｉ）、アンチモン（Ｓｂ）などを含むことができる。本実施例において後面電界層３０は、全体的に均一なドーピング濃度を有して、均一な抵抗を有することを例示したが、本発明がこれに限定されるものではない。したがって、後面電界層３０が選択的な構造を有することができ、これについては、以後に、図３を参照してより詳細に説明する。
これに加えて、半導体基板１０の後面には、第２パッシベーション膜３２と第２電極３４を形成することができる。
第２パッシベーション膜３２は、第２電極３４が形成された部分を除いて、実質的に半導体基板１０の後面全体に形成されうる。このような第２パッシベーション膜３２は、半導体基板１０の後面に存在する欠陥を不動態化して、少数キャリアの再結合サイトを除去することができる。これによって、太陽電池１００の開放電圧（Ｖｏｃ）を増加することができる。
このような第２パッシベーション膜３２は、光が透過し得るように透明な絶縁物質からなることができる。したがって、このような第２パッシベーション膜３２を通じて、半導体基板１０の後面からでも光が入射し得るようにして、太陽電池１００の効率を向上させることができる。一例として、第２パッシベーション膜３２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、ＭｇＦ2、ＺｎＳ、ＴｉＯ2及びＣｅＯ2からなる群から選択されたいずれか一つの単一膜、または２層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。しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、第２パッシベーション膜３２が多様な物質を含むことができることは勿論である。
第２電極３４は、半導体基板１０の後面において、半導体基板１０、より詳細には後面電界層３０に電気的に接続されることができる。このように、第２電極３４は、光が入射される面ではない面に形成され、第１電極２４よりも大きい幅を有して形成することができる。このような第２電極３４は、多様な平面形状を有することができる。第２電極３４は、多様な物質で形成することができ、これについては後述する。
半導体基板１０の前面側には、第２導電型のエミッタ層２０が形成されうる。このとき、エミッタ層２０は、第１電極２４と接触形成される第１部分２０ｂと、第１電極同士間の反射防止膜２２に隣接して形成され、第１部分２０ｂより低いドーピング濃度にドーピングされて高い抵抗を有する第２部分２０ａと、を含むことができる。
このように、本実施例では、光が入射される第１電極２４の間に対応する第２部分２０ａでは、浅いエミッタ（ｓｈａｌｌｏｗ ｅｍｉｔｔｅｒ）を具現することにより、太陽電池１００の効率を向上させることができる。これに加えて、第１電極２４と接触する第１部分２０ｂでは、第１電極２４との接触抵抗を低減させることができる。すなわち、本実施例のエミッタ層２０は、選択的エミッタ（ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｅｍｉｔｔｅｒ）構造を有するので、太陽電池の効率を最大化することができる。
エミッタ層２０の第１部分２０ｂが、第２導電型の第１不純物２０１と第２導電型の第２不純物２０２を含み、第２部分２０ａが、第２導電型の第２不純物２０２を含むことができる。ここで、第２不純物２０２は、半導体基板１０の前面に全体的に均一な濃度でドーピングされた元素であってもよい。第１不純物２０１は、エミッタ層２０上に形成される第１パッシベーション膜２１に含まれる元素であって、第１パッシベーション膜２１を形成した後にエミッタ層２０に拡散されてエミッタ層２０に含まれる元素である。これについては、製造方法で後述する。
図示のように、第２不純物２０２と第１不純物２０１が互いに異なる物質である場合には、第１部分２０ｂが、第２不純物２０２と共に第１不純物２０１をさらに含むことになる。しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、第２不純物２０２と第１不純物２０１が互いに同一の元素であってもよい。この場合には、第２部分２０ａと第１部分２０ｂに含まれた元素の種類には差がなく、ドーピング濃度のみが異なるようになる。
第２導電型である第２不純物２０２及び第１不純物２０１としては、３族元素であるホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）などのｐ型不純物を使用することができる。このとき、第２不純物２０２としては、半導体基板１０の前面に全体的にドーピングするのに適した元素であるホウ素を使用することができ、第１不純物２０１としては、第１パッシベーション膜２１にアルミニウム酸化物の形態で含まれて、パッシベーション特性を最大化できるアルミニウムを使用することができる。アルミニウムは、半導体基板１０を構成するシリコンとの原子半径（ａｔｏｍｉｃ ｒａｄｉｕｓ）の差が小さい。したがって、相対的に低いレーザー強度でもエミッタ層２０に素早く拡散して第１部分２０ｂを形成できる。また、原子半径の差が小さいので、不整合転位（ｍｉｓｆｉｔ ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ）を低減させることができ、低い強度のレーザーを使用できるので、レーザーによる損傷を減少させることができる。これによって、転位密度を低くして、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ものではなく、ホウ素、ガリウム、インジウムなどの３族元素を含む多様なパッシベーション膜が適用することができ、これもまた本発明の範囲に属する。
第２不純物２０２の濃度と第１不純物２０１の濃度は、所望の第１及び第２部分２０ａ，２０ｂの抵抗によって変更可能である。一例として、第１不純物２０１の濃度を第２不純物２０２の濃度より大きくし、第１部分２０ｂの抵抗を大きく低減することができる。
一例として、第１不純物２０１の表面濃度は５×１０20〜５×１０21個／ｃｍ３であってもよい。工程上の限界で、第１不純物２０１の表面濃度が５×１０21個／ｃｍ３を超えることは困難であり、第１不純物２０１の表面濃度が５×１０20個／ｃｍ３未満であると、第１部分２０ｂの抵抗を十分に低下させることができない。
本実施例において、エミッタ層２０による接合深さ（ｊｕｎｃｔｉｏｎ ｄｅｐｔｈ）は、０．５〜２μｍであり得る。２μｍを超える接合深さを有するようにするためには、エミッタ層２０のドーピング濃度も高くなるため、浅いエミッタを具現することが困難である。接合深さが０．５μｍ未満であると、接合深さが十分でないことがある。
半導体基板１０の前面において、エミッタ層２０上に第１パッシベーション膜２１、反射防止膜２２及び第１電極２４が形成される。
第１パッシベーション膜２１及び反射防止膜２２は、第１電極２４が形成された部分を除いて、実質的に半導体基板１０の前面全体に形成することができる。第１パッシベーション膜２１は、エミッタ層２０の表面また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、少数キャリアの再結合サイトを除去して太陽電池１００の開放電圧（Ｖｏｃ）を増加することができる。このように、第１パッシベーション膜２１により太陽電池１００の開放電圧及び短絡電流を増加させて、太陽電池１００の変換効率を向上することができる。
反射防止膜２２は、半導体基板１０の前面を通じて入射される光の反射率を減少させる。これによって、半導体基板１０とエミッタ層２０との界面に形成されたｐｎ接合まで到達する光量を増加することができる。これによって、太陽電池１００の短絡電流（Ｉｓｃ）を増加することができる。
本実施例では、第１パッシベーション膜２１が、パッシベーション特性を最大化しながら、エミッタ層２０の第１不純物２０１を含む物質であり得る。一例として、第１パッシベーション膜２１がアルミニウム酸化物を含むことができる。アルミニウム酸化物は、従来のパッシベーション膜として使用されていた他の物質に比べて負電荷が多いので、電界効果パッシベーション（ｆｉｅｌｄ ｅｆｆｅｃｔ ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ）を誘導することができる。このような電界効果パッシベーションは、ｐ型であるエミッタ層２０を効果的にパッシベーションすることができる。また、アルミニウム酸化物に含まれたアルミニウムを半導体基板１０側に拡散させて、相対的に高いドーピング濃度を有して相対的に低い抵抗を有する第１部分２０ｂを形成するようにする。これについては、以後に、製造方法でより詳細に説明する。
このとき、第１パッシベーション膜２１の厚さは、パッシベーションに適した多様な厚さを有することができる。一例として、第１パッシベーション膜２１は、第１不純物２０１のドーピングに用いられるので、第１パッシベーション膜２１を第２パッシベーション膜３２より厚くすると、より多い量の第１不純物２０１が第１部分２０ｂにドーピングされ得る。そうすると、第１部分２０ｂの抵抗を効果的に低減できる。
そして、反射防止膜２２は、反射を防止できる多様な物質を含むことができる。一例として、反射防止膜２２は、シリコン窒化膜を含むことができる。しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、反射防止膜２２が多様な物質を有することができることは勿論である。すなわち、反射防止膜２２が、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、ＭｇＦ2、ＺｎＳ、ＴｉＯ2、ＣｅＯ2などからなる群から選択されたいずれか一つの単一膜、または２層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。
ここで、第１パッシベーション膜２１の厚さと反射防止膜２２の厚さとが互い異なってもよい。本実施例では、各機能に適するように、第１パッシベーション膜２１の厚さよりも反射防止膜２２の厚さをより厚くすることができる。
一例として、第１パッシベーション膜２１の厚さを５〜２０ｎｍとし、反射防止膜２２の厚さを５０ｎｍ〜１２０ｎｍとすることができる。第１パッシベーション膜２１の厚さが２０ｎｍを超えると、工程時間が増加し、第１パッシベーション膜２１の厚さが５ｎｍ未満であると、パッシベーション効果及び第１不純物をドーピングする効果が小さくなることがある。反射防止膜２２の厚さは、工程時間及び反射防止の効果を考慮して決定したものである。しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、第１パッシベーション膜２１及び反射防止膜２２が多様な厚さを有することができる。
そして、第１パッシベーション膜２１及び反射防止膜２２を貫通してエミッタ層２０（より詳細には、第１部分２０ｂ）に電気的に接続される第１電極２４は、接触抵抗などを最小化できる構造及び物質で形成されることができる。
第１及び第２電極２４，３４は、多様な物質を含むことができ、一例として、複数の金属層が積層されて多様な特性を向上することができる。第１及び第２電極２４，３４の積層構造が実質的に同一であるので、図１では第１電極２４の構造のみを例示した。以下の積層構造に関する説明は、第１及び第２電極２４，３４に共通して適用することができる。
第１及び第２電極２４，３４は、半導体基板１０側から順次積層される第１金属層２４ａ、第２金属層２４ｂ及び第３金属層２４ｃを含むことができる。このような第１〜第３金属層２４ａ，２４ｂ，２４ｃとしては多様な物質を含むことができる。一例として、第１金属層２４ａがニッケル（Ｎｉ）を含み、第２金属層２０ｂが銅（Ｃｕ）を含むことができる。そして、第３金属層２４ｃは、キャッピング層（ｃａｐｐｉｎｇ ｌａｙｅｒ）であって、錫（Ｓｎ）を含む単一層、銀（Ａｇ）を含む単一層、または錫を含む層と銀を含む層との積層構造であってもよい。
このとき、第１金属層２４ａの厚さは３００〜５００ｎｍで、第２金属層２４ｂは１０〜３０μｍであってもよい。そして、第３金属層２４ｃは５〜１０μｍであってもよい。しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、多様に変形可能であることは勿論である。
このような第１〜第３金属層２４ａ，２４ｂ，２４ｃは、多様な方法により形成することができ、一例として、めっき法により形成することができる。めっき法としては、電解めっき、無電解めっき、光誘起めっき（ｌｉｇｈｔ ｉｎｄｕｃｅｄ ｐｌａｔｉｎｇ）などの様々な方法を使用することができる。
しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、第１及び第２金属２４，３４が、多様な金属を含む単一層（一例として、銀（Ａｇ）を含む）または複数の層で形成され得ることは勿論である。
このような構造の太陽電池１００は、第１不純物２０１を備える第１パッシベーション膜２１を備えて、選択的な構造を有する不純物層（より具体的に、エミッタ層２０）を簡単な工程で製造することができ、コストを節減することができる。これについては、製造方法を説明しながらより詳細に説明する。
以下、図２Ａ乃至図２Ｅを参照して、本発明の一実施例に係る太陽電池１００の製造方法について詳細に説明すると、次の通りである。前述した内容については詳細な説明を省略し、説明していない部分についてのみ詳細に説明する。
図２Ａ乃至図２Ｅは、本発明の実施例に係る太陽電池の製造方法を示す断面図である。
まず、図２Ａに示すように、第１導電型の半導体基板１０を準備する。半導体基板１０の前面及び後面はテクスチャリングによって凹凸を有することができる。テクスチャリングとしては、湿式また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ることができ、工程時間が短いという長所がある。乾式テクスチャリングは、ダイヤモンドドリルまたはレーザーなどを用いて半導体基板１０の表面を削るもので、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に損傷が生じうる。このように、本発明では、多様な方法で半導体基板１０をテクスチャリングすることができる。
次に、図２Ｂに示すように、半導体基板１０の前面に不純物形成層２００、第１パッシベーション膜２１及び反射防止膜２２を形成し、半導体基板１０の後面に後面電界層３０及び第２パッシベーション膜３２を形成する。
まず、半導体基板１０の前面に形成される不純物形成層２００、第１パッシベーション膜２１及び反射防止膜２２は、次のような方法により形成されることができる。
不純物形成層２００は、半導体基板１０の前面に第２導電型の第２不純物２０２をドーピングして形成することができる。第２不純物２０２をドーピングする方法としては、熱拡散法、イオン注入法などの多様な方法を使用することができる。
熱拡散法は、半導体基板１０を加熱した状態で第２不純物の気体化合物（一例として、ＢＢｒ3）を拡散させて第２不純物をドーピングするものである。製造工程が単純であるので、コストが低廉であるという長所がある。
イオン注入法は、第２不純物２０２をイオン注入した後に活性化熱処理してドーピングするものである。これをより詳細に説明すると、一般的にイオン注入後には半導体基板１０が損傷または破壊されてしまい、多数の格子欠陥などが存在するようになって電子や正孔の移動度を低下させ、イオン注入された不純物は、格子位置ではない位置に位置して活性化されない。これによって、活性化熱処理を通じてイオン注入された不純物を活性化する。このようなイオン注入法は、水平方向（ｌａｔｅｒａｌ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）へのドーピングを減少することができるので、集積度を向上させることができ、濃度を容易に調節することができる。また、所望の一面にのみドーピングが可能な片面ドーピングで、半導体基板１０の前面及び後面を互いに異なる不純物でドーピングする場合に容易に適用できる。
このような不純物形成層２００は、全体的に均一なドーピング濃度を有するように形成されて、全体的に均一な抵抗を有することができる。
不純物形成層２００を形成した後に、不純物形成層２００上に、第１不純物２０１を有する第１パッシベーション膜２１を形成する。上述したように、第１パッシベーション膜２１は、アルミニウム酸化物を含むことができるので、多様な方法によって簡単に形成することができる。一例として、原子層蒸着法（ａｔｏｍｉｃ ｌａｙｅｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、ＡＬＤ）により形成されることができる。このような原子層蒸着法は、低温薄膜蒸着工程であって、工程上、有利である。しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、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、スプレーコーティングなどの多様な方法が適用されることができる。
第１パッシベーション膜２１を形成した後に、第１パッシベーション膜２１上に反射防止膜２２を形成する。このような反射防止膜２２は、真空蒸着法、化学気相蒸着法、スピンコーティング、スクリーン印刷またはスプレーコーティングなどのような多様な方法によって形成されることができる。
次に、半導体基板１０の後面に形成される後面電界層３０及び第２パッシベーション膜３２は、次のような方法により形成することができる。
後面電界層３０は、半導体基板１０の後面に第１導電型の第３不純物をドーピングして形成することができる。不純物をドーピングする方法としては、熱拡散法、イオン注入法などの多様な方法を使用することができる。熱拡散法、イオン注入法などについては、不純物形成層２００を説明しながら既に説明したので、詳細な説明を省略する。
本実施例において後面電界層３０は、全体的に均一なドーピング濃度を有するように形成されて、全体的に均一な抵抗を有することができる。しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、後述した実施例でのように選択的な構造を有することができることは勿論である。
上述したような後面電界層３０を形成した後に、後面電界層３０上に第２パッシベーション膜３２を形成する。第２パッシベーション膜３２は、真空蒸着法、化学気相蒸着法、スピンコーティング、スクリーン印刷またはスプレーコーティングなどのような多様な方法により形成されることができる。
このとき、半導体基板１０の前面側で不純物形成層２００、第１パッシベーション膜２１及び反射防止膜２２を形成する工程が順次行われ、半導体基板１０の後面側で後面電界層３０及び第２パッシベーション膜３２を形成する工程が順次行われさえすれば、工程の順序は多様に変形可能である。
すなわち、半導体基板１０の前面に不純物形成層２００、第１パッシベーション膜２１及び反射防止膜２２を順次形成した後に、半導体基板１０の後面に後面電界層３０及び第２パッシベーション膜３２を形成することができる。逆に、半導体基板１０の後面に後面電界層３０及び第２パッシベーション膜３２を形成した後に、半導体基板１０の前面に不純物形成層２００、第１パッシベーション膜２１及び反射防止膜２２を順次形成することができる。
または、半導体基板１０の前面及び後面にそれぞれ不純物形成層２００及び後面電界層３０を同時に又は順次形成することができる。その後に、第１パッシベーション膜２１と第２パッシベーション膜３２を形成した後に反射防止膜２２を形成することができ、または第１パッシベーション２１を形成した後に第２パッシベーション膜３２及び反射防止膜２２を同時に又は順次形成することができる。
その他の多様な工程順序によって、不純物形成層２００、第１パッシベーション膜２１、反射防止膜２２、後面電界層３０及び第２パッシベーション膜３２を形成することができる。
次に、図２Ｃに示すように、第１パッシベーション膜２１を選択的に加熱して、図２Ｄに示すように、第２部分２０ａと第１部分２０ｂを有するエミッタ層２０を形成する。
より詳細に説明すると、第１パッシベーション膜２１のうち第１部分２０ｂに対応する部分を選択的に加熱して、第１パッシベーション膜２１内の第２導電型の第１不純物２０１を半導体基板１０の内部側に拡散させる。そうすると、第１部分２０ｂでのみ第１不純物２０１が拡散されるので、第１部分２０ｂには、不純物形成層（図２Ｂの参照符号２００、以下同様）の形成時にドーピングされた第２不純物２０２と共に第１不純物２０１を含むようになる。反面、第２部分２０ａでは、不純物形成層（図２Ｂの参照符号２００、以下同様）の形成時にドーピングされた第２不純物２０２のみが存在するようになる。すなわち、選択的に加熱された部分に対応して第２不純物２０２と第１不純物２０１を全て備えて、相対的に低い抵抗を有する第１部分２０ｂが形成され、選択的に加熱されていない残りの不純物形成層２００の部分は、第２部分２０ａを形成するようになる。このとき、第１部分２０ｂは、第２部分２０ａよりも深いドーピング深さを有することができる。
第１部分２０ｂに対応する部分を選択的に加熱するための多様な方法を使用することができ、一例として、レーザー２１０を照射する方法を使用することができる。このように、レーザー２１０を用いて、第１パッシベーション膜２１内に含まれた第１不純物２０１を拡散させることで、選択的構造を有する不純物層（より具体的に、エミッタ層２０など）の製造が単純化され、製造された不純物層の特性が向上しうる。
すなわち、従来は、マスクなどを用いて、各部分の不純物の注入量を互いに異ならせてイオン注入を行うことにより、選択的構造を有する不純物層を形成した。この場合には、マスクのアライン（位置合わせ）が精密になされないことがあり、マスク作製の限界のため、高濃度部分の線幅を減らすのにも限界があった。一例として、このような方法によれば、高濃度部分の線幅は、最小５００μｍ程度であった。また、不純物の注入量が多い部分において半導体基板が激しく損傷して、以後にこれを回復するために、半導体基板全体に高い温度の熱処理を行わなければならない。
または、従来使用していたレーザードーピング選択的エミッタ（ｌａｓｅｒ ｄｏｐｉｎｇ ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｅｍｉｔｔｅｒ、ＬＤＳＥ）法では、反射防止膜２２を形成した後、反射防止膜２２上に第２導電型の別途のドーピング用の層を形成した後に、レーザーを照射して、これを半導体基板１０の内部に拡散させる方法を使用した。これによれば、シリコンを含む半導体基板１０に対する第２導電型不純物の溶解度が低い場合（例えば、ホウ素）に、レーザーが高いエネルギー密度を有していなければならない。これによって、レーザードーピング過程で半導体基板１０が溶融してしまい、欠陥が生じうる。また、不純物のドーピングが反射防止膜２２を通じてなされなければならないため、実際にドーピングされなければならない半導体基板１０でのドーピング濃度の調節が困難であり、別途のドーピング用の層を形成する工程及びこれを除去するための洗浄工程を追加しなければならない。
その一方、本実施例によれば、レーザー２１０を使用してレーザー装置内に入力されたパターンによって選択的に加熱が可能であり、線幅を最小化することができる。一例として、第１部分２０ｂの線幅を１５０〜３５０μｍ程度まで具現することができる。また、不純物形成層２００と第１パッシベーション膜２１とが互いに接触した状態で、第１パッシベーション膜２１から第１不純物を拡散させるので、ドーピングの調節を容易に行うことができる。これによって形成されたエミッタ層２０の特性を向上することができる。
そして、半導体基板１０の前面をパッシベーションするための第１パッシベーション膜２１内に含まれた第１不純物を拡散させて、選択的な加熱によって拡散させることにより、第１部分２０ｂを形成できる。したがって、別途のドーピング用の層を形成し、これを除去する工程を省略できるので、工程を単純化し、コストを節減できる。
本実施例では、レーザー２１０としては多様なレーザーを使用することができる。一例として、Ｎｄ−ＹＶＯ4を使用することができる。そして、第１部分２０ｂを形成するのに適した温度に第１部分２０ｂが加熱されることができ、一例として、１２００〜１６００℃に加熱することができる。これは、半導体基板１０の溶融温度である１４００℃を考慮したものであり、第１パッシベーション膜２１の第１不純物２０１が容易に拡散し得る範囲である。
レーザー２１０を照射した後に別途の熱処理を行ってもよい。または、第１電極（図２Ｅの参照符号２４、以下同様）及び第２電極（図２Ｅの参照符号３４）を形成した後に行われる熱処理によって熱処理されてもよい。
このように、第１パッシベーション膜２１を選択的に加熱する時に、レーザー２１０によって第１パッシベーション膜２１及び反射防止膜２２に開口部２０４が共に形成されることができる。そうすると、開口部２０４が、正確に第１部分２０ｂが形成された部分に形成されるので、この開口部２０４内に形成される第１電極２４とのアラインを正確に行うことができる。
次に、図２Ｅに示すように、第１部分２０ｂに電気的に接続される第１電極２４、及び後面電界層３０（または、半導体基板１０）に電気的に接続される第２電極３４を形成する。
第１パッシベーション膜２１及び反射防止膜２２に形成された開口部２０４内に、めっき法、蒸着法などの多様な方法で第１電極２４を形成できる。そして、後面電界層３０に開口部３０４を形成し、この開口部３０４内に、めっき法、蒸着法などの多様な方法で第２電極３４を形成できる。
このとき、後続熱処理を行うことができ、この後続熱処理で、レーザー２１０によって形成された第１部分２０ｂも共に熱処理することができる。このような後続熱処理は、一例として、窒素雰囲気の２００〜４０００℃の温度で、１分〜１００分程度で行われることができる。しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、後続熱処理が多様な工程条件にて行われることができることは勿論である。
または、第１及び第２電極形成用ペーストを、第１及び第２パッシベーション膜２１、３２上にスクリーン印刷などで塗布した後に、焼成（ファイアスルー；ｆｉｒｅ ｔｈｒｏｕｇｈ）またはレーザー焼成コンタクト（ｌａｓｅｒ ｆｉｒｉｎｇ ｃｏｎｔａｃｔ）などを行って上述した形状の第１及び第２電極２４，３４を形成することも可能である。この場合には、第２パッシベーション膜３２に形成される開口部３０４を形成する工程を別途に行わなくてもよい。
上述したように、本実施例によれば、選択的なエミッタ構造を有するエミッタ層２０を簡単な工程で形成することができ、エミッタ層２０の特性、及びエミッタ層２０と第１電極２４とのアライン特性などを向上することができる。
上述した実施例では、半導体基板１０及び後面電界層３０がｎ型であり、エミッタ層２０がｐ型からなり、第１パッシベーション膜２１が３族元素を含む化合物（一例として、アルミニウム酸化物）で構成され、３族元素が拡散されてエミッタ層２０の第１部分２０ｂを形成することを例示した。しかし、本発明がこれに限定されるものではない。
したがって、半導体基板１０及び後面電界層３０がｐ型であり、エミッタ層２０がｎ型からなり、第１パッシベーション膜２１が５族元素を含む化合物で構成され、５族元素が拡散されてエミッタ層２０の第１部分２０ｂを形成することも可能である。このとき、第１パッシベーション膜２１は、一例として、ビスマス（Ｂｉ）を含むビスマス酸化物（一例として、Ｂｉ2Ｏ3）であってもよく、これによって、エミッタ層２０の第１部分２０ｂは、第１不純物２０１としてビスマスを含むことができる。このとき、エミッタ層２０の第２不純物２０２としては、半導体基板１０に全体的にドーピングするのに適した元素である燐を使用することができる。しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、第１不純物２０１として、ビスマス以外の多様な５族元素を使用してもよく、第２不純物２０２として、燐以外の多様な５族元素を使用してもよい。
以下、本発明の他の実施例に係る太陽電池及びその製造方法について詳細に説明する。上述した実施例と同一又はほぼ同様の部分は、上述した説明と同一であるので、これに対する説明を省略し、互いに異なる部分についてのみ詳細に説明する。
図３は、本発明の他の実施例に係る太陽電池の断面図である。
図３を参照すると、本実施例に係る太陽電池１００ａでは、後面電界層３０が選択的な構造を有することができる。すなわち、後面電界層３０が、第２電極３４同士間に対応して形成される第２部分３０ａと、第２電極３４と接触形成され、第２部分３０ａより高いドーピング濃度にドーピングされて、第２部分３０ａより低い抵抗を有する第１部分３０ｂと、を含むことができる。第１部分３０ｂのドーピング深さが、第２部分３０ａのドーピング深さよりも大きいくともよい。
そうすると、後面電界層３０の第２部分３０ａにおいて電子と正孔の再結合を効果的に防止しながら、第１部分３０ｂが相対的に小さい抵抗を有するので、第２電極３４との接触抵抗を減少させることができる。したがって、電子と正孔の再結合による損失が減少し、同時に、光電効果により生成された電子または正孔を第２電極３４に伝達する能力はより向上するので、太陽電池１００ａの効率をより向上することができる。
このような構造の後面電界層３０は、多様な方法によって形成することができる。
一例として、後面電界層３０を形成するとき（図２Ｂ参照）、櫛状のマスクなどを用いて第１導電型不純物をイオン注入することができる。そうすると、第１部分３０ｂに該当する部分に、より高いドーピング濃度で第１導電型不純物がイオン注入されて、第１部分３０ｂが相対的に低い抵抗を有することができる。または、第１導電型不純物をイオン注入して後面電界層３０を形成するとき（図２Ｂ参照）、イオン注入を複数回行うことにより、第１部分３０ｂが相対的に低い抵抗を有するようにすることができる。
または、図４Ａ乃至図４Ｆに示すように、レーザードーピング選択的エミッタ（ｌａｓｅｒ ｄｏｐｉｎｇ ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｅｍｉｔｔｅｒ、ＬＤＳＥ）法を使用することができる。これをより詳細に説明すると、次の通りである。
まず、図４Ａに示すように、半導体基板１０を準備する。
次に、図４Ｂに示すように、半導体基板１０の前面に不純物形成層２００、第１パッシベーション膜２１及び反射防止膜２２を形成し、半導体基板１０の後面に後面電界層３０及び第２パッシベーション膜３２を形成する。
次に、図４Ｃに示すように、第２パッシベーション膜３２上に、第１導電型不純物を有する別途のドーピング用の層３２０を形成する。別途のドーピング用の層３２０は、第１導電型不純物（一例として、燐（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、ビスマス（Ｂｉ）、アンチモン（Ｓｂ）など）を含む多様な層であってもよい。このような別途のドーピング用の層３２０は、コーティングなどの方法によって第２パッシベーション膜３２上に形成することができる。
次に、図４Ｄに示すように、半導体基板１０の前面をレーザー２１０を用いて選択的に加熱し、半導体基板１０の後面をレーザー３１０を用いて選択的に加熱する。
そうすると、半導体基板１０の前面では、第１パッシベーション膜２１に含まれた第１不純物が拡散されてエミッタ層２０の第１部分２０ｂを形成し、半導体基板１０の後面では、別途のドーピング用の層３２０に含まれた第１導電型不純物が拡散されて後面電界層３０の第１部分３０ｂを形成する。これと同時に、エミッタ層２０の第１部分２０ｂに対応して第１パッシベーション膜２１に開口部２０４が形成され、後面電界層３０の第１部分３０ｂに対応して第２パッシベーション膜３２に開口部３０４を形成することができる。
このとき、エミッタ層２０の第１部分２０ｂを形成するように半導体基板１０の前面に選択的にレーザーを照射した後、後面電界層３０の第１部分３０ｂを形成するように半導体基板１０の後面に選択的にレーザーを照射することができる。後面電界層３０の第１部分３０ｂを形成するように半導体基板１０の前面に選択的にレーザーを照射した後、エミッタ層２０の第１部分２０ｂを形成するように半導体基板１０の後面に選択的にレーザーを照射することができる。
または、図４Ｄに示すように、両面でレーザー２１０，３１０を同時に照射して、エミッタ層２０の第１部分２０ｂ及び後面電界層３０の第１部分３０ｂを共に形成してもよい。これによれば、工程をより単純化することができる。
次に、別途のドーピング用の層３２０を除去した後に、図４Ｆに示すように、開口部２０４，３０４にそれぞれ第１及び第２電極２４，３４を形成する。
図５は、本発明の更に他の実施例に係る太陽電池の断面図である。上述した実施例と同一又はほぼ同様の部分は、上述した説明と同一であるので、これに対する説明を省略し、互いに異なる部分についてのみ詳細に説明する。
図５を参照すると、本実施例に係る太陽電池１００ｂでは、後面電界層３０ｃが、第２電極３４が形成された部分に局部的に形成することができる。これによれば、第２電極３４との接触抵抗を低減させながらも、後面での再結合確率を低くすることができて、太陽電池１００ｂの効率を向上することができる。
このような構造の後面電界層３０ｃは、多様な方法によって形成することができる。
一例として、後面電界層３０ｃを形成するとき（図２Ｂ参照）、マスクなどを用いて第１導電型不純物をイオン注入することができる。
または、図６Ａ乃至図６Ｅに示すように、レーザードーピング選択的エミッタ法を使用して後面電界層３０ｃを形成できる。これをより詳細に説明すると、次の通りである。上記で説明した部分に対しては詳細な説明は省略する。
まず、図６Ａに示すように、半導体基板１０を準備する。
次に、図６Ｂに示すように、半導体基板１０の前面に不純物形成層２００、第１パッシベーション膜２１及び反射防止膜２２を形成し、半導体基板１０の後面に第２パッシベーション膜３２を形成する。すなわち、上述した各実施例とは異なり、第２パッシベーション膜３２を形成する前に後面電界層３２ｃを形成しない。
次に、図６Ｃに示すように、第２パッシベーション膜３２上に第１導電型不純物を有する別途のドーピング用の層３２０を形成する。
次に、図６Ｄに示すように、半導体基板１０の前面をレーザー２１０を用いて選択的に加熱し、半導体基板１０の後面をレーザー３１０を用いて選択的に加熱する。
そうすると、図６Ｅに示すように、半導体基板１０の前面では、第１パッシベーション膜２１に含まれた第１不純物が拡散されてエミッタ層２０の第１部分２０ｂが形成され、半導体基板１０の後面では、別途のドーピング用の層３２０に含まれた第１導電型不純物が拡散されて局部的な構造の後面電界層３０ｃが形成される。これと同時に、エミッタ層２０の第１部分２０ｂに対応して第１パッシベーション膜２１に開口部２０４が形成され、後面電界層３０ｃに対応して第２パッシベーション膜３２に開口部３０４が形成されることができる。次に、別途のドーピング用の層３２０を除去した後に、図５に示すように、開口部２０４，３０４にそれぞれ第１及び第２電極２４，３４を形成する。
図７は、本発明の更に他の実施例に係る太陽電池の断面図である。
図７を参照すると、本実施例に係る太陽電池１００ｃでは、第１パッシベーション膜２１に含まれた第１不純物２０１が拡散されてエミッタ層２０の第１部分２０ｂに含まれ、第２パッシベーション膜３２に含まれた第３不純物３０１が拡散されて後面電界層３０の第１部分３０ｂに含まれる。すなわち、本実施例では、エミッタ層２０だけでなく、後面電界層３０も第２パッシベーション膜３２に含まれた第３不純物３０１を用いて選択的構造を有するようにする。このとき、第２不純物２０２及び第４不純物３０２を全体的に均一にドーピングした後、第１部分２０ｂ，３０ｂに対応するように第１及び第２パッシベーション膜２１，３２にレーザーを照射して、第１不純物２０１及び第３不純物３０１を拡散させて第１部分２０ｂ，３０ｂを形成できる。このようなエミッタ層２０及び後面電界層３０の具体的な製造方法は、図２Ａ乃至図２Ｅを参照して説明したエミッタ層２０の製造方法と同一であるので、詳細な説明は省略する。そして、第２パッシベーション膜３２の厚さ、第３不純物３０１の濃度も、図１に示した実施例での第１パッシベーション膜２１の厚さ、第１不純物２０１の濃度と同一又は類似するので、詳細な説明を省略する。
半導体基板１０及び後面電界層３０がｎ型で、エミッタ層２０がｐ型である場合、第１パッシベーション膜２１が、３族元素（一例として、アルミニウム）を含む化合物（一例として、アルミニウム酸化物）からなり、第２パッシベーション膜３２が、５族元素（一例として、ビスマス）を含む化合物（一例として、ビスマス酸化物）からなることができる。このとき、エミッタ層２０の第２不純物２０２としては、半導体基板１０に全体的にドーピングするのに適した元素であるホウ素を使用することができ、後面電界層３０２の第４不純物３０２としては、半導体基板１０に全体的にドーピングするのに適した元素である燐を使用することができる。
または、半導体基板１０及び後面電界層３０がｐ型で、エミッタ層２０がｎ型である場合、第１パッシベーション膜２１が、５族元素（一例として、ビスマス）を含む酸化物（一例として、ビスマス酸化物）からなり、第２パッシベーション膜３２が、３族元素（一例として、アルミニウム）を含む酸化物（一例として、アルミニウム酸化物）からなることができる。このとき、エミッタ層２０の第２不純物２０２としては、半導体基板１０に全体的にドーピングするのに適した元素である燐を使用することができ、後面電界層３０２の第４不純物３０２としては、半導体基板１０に全体的にドーピングするのに適した元素であるホウ素を使用することができる。
しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、第１〜第４不純物２０１，２０２，３０１，３０２として、他の物質を使用することができることは勿論である。
上述したように、本実施例によれば、選択的な構造を有するエミッタ層２０及び後面電界層３０を簡単な工程で形成することができ、エミッタ層２０及び後面電界層３０の特性、そして後面電界層３０と第２電極３４及びエミッタ層２０と第１電極２４のアライン特性などを向上させることができる。
図８は、本発明の更に他の実施例に係る太陽電池の断面図である。
図８を参照すると、本実施例に係る太陽電池１００ｄでは、後面電界層３０が、第２電極３４に接触する第１部分３０ｂのみを備える。このような後面電界層３０は、第４不純物３０２を全体的にドーピングする工程を省略することにより、第１部分３０ｂのみを備える後面電界層３０を形成することができる。これによって、第１部分３０ｂは、第４不純物３０２を備えずに、第３不純物３０１のみを備えるようになる。
これによれば、第２電極３４との接触抵抗を低減させながらも、後面での再結合確率を低くすることができ、太陽電池１００ｄの効率を向上させることができる。
上述した各実施例では、第２パッシベーション膜３２をレーザーにより選択的に加熱して、選択的構造または局部的構造の後面電界層３０を形成することを提示した。しかし、本発明がこれに限定されるものではない。
したがって、図９に示すように、太陽電池１００ｅの後面電界層３０が全体的に均一な構造（所謂、「ｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓ構造」）を有することも可能である。このような構造の後面電界層３０は、第２パッシベーション膜３２を形成した後に第２パッシベーション膜３２を全体的に熱処理して、第２パッシベーション膜３２の第３不純物３０１を半導体基板１０側に拡散させて形成することができる。第２パッシベーション膜３２を全体的に熱処理する工程としては、熱拡散炉で熱処理する方法、レーザーなどを用いる方法など多様な方法が適用され得る。
その後、第２パッシベーション膜３２に開口部を形成し、第２電極３４を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ものではなく、焼成が可能なペーストを用いて第２電極３４を形成できることは勿論である。
以下、本発明の実施例（実験例）によって本発明をより詳細に説明する。下記実施例（実験例）は本発明をさらに例示するためのものに過ぎず、本発明がこれに限定されるものではない。
実施例（実験例）
ｎ型半導体基板を準備し、熱拡散法によって、ｐ型不純物であるホウ素をドーピングして半導体基板の前面にエミッタ層を形成し、ｎ型不純物である燐（Ｐ）をドーピングして半導体基板の後面に後面電界層を形成した。半導体基板の前面に、アルミニウム酸化物を含む前面パッシベーション膜及びシリコン窒化物を含む反射防止膜を形成し、半導体基板の後面に、シリコン酸化物及びシリコン窒化物を含む後面パッシベーション膜を形成した。そして、半導体基板の前面にレーザーを照射して前面パッシベーション膜を選択的に加熱して、アルミニウムを拡散させてエミッタ層の第１部分を形成した。そして、半導体基板の後面に第２電極用ペーストをスクリーン印刷法により形成し、半導体基板の前面に第１電極用ペーストをスクリーン印刷法により形成した後、焼成して第１電極及び第２電極を形成した。そして、アイソレーション工程を行った。
ｎ型半導体基板を準備し、熱拡散法によって、ｐ型不純物であるホウ素をドーピングして半導体基板の前面にエミッタ層を形成し、ｎ型不純物である燐（Ｐ）をドーピングして半導体基板の後面に後面電界層を形成した。半導体基板の前面に、アルミニウム酸化物を含む前面パッシベーション膜及びシリコン窒化物を含む反射防止膜を形成し、半導体基板の後面に、シリコン酸化物及びシリコン窒化物を含む後面パッシベーション膜を形成した。そして、半導体基板の前面にレーザーを照射して前面パッシベーション膜を選択的に加熱して、アルミニウムを拡散させてエミッタ層の第１部分を形成した。そして、半導体基板の後面に第２電極用ペーストをスクリーン印刷法により形成し、半導体基板の前面に第１電極用ペーストをスクリーン印刷法により形成した後、焼成して第１電極及び第２電極を形成した。そして、アイソレーション工程を行った。
比較例
エミッタ層の第１部分を形成する方法を除いては、実施例（実験例）と同様の方法で太陽電池を製造した。すなわち、比較例では、前面パッシベーション膜がシリコン酸化物を含む。反射防止膜を形成した後に、反射防止膜上に、エミッタ層の第１部分に対応するようにアルミニウムを含む別途のドーピング用の層を形成し、別途のドーピング用の層にレーザーを照射してアルミニウムを拡散させてエミッタ層の第１部分を形成した後、別途のドーピング用の層を除去した。他の工程は実施例（実験例）と同一であった。
エミッタ層の第１部分を形成する方法を除いては、実施例（実験例）と同様の方法で太陽電池を製造した。すなわち、比較例では、前面パッシベーション膜がシリコン酸化物を含む。反射防止膜を形成した後に、反射防止膜上に、エミッタ層の第１部分に対応するようにアルミニウムを含む別途のドーピング用の層を形成し、別途のドーピング用の層にレーザーを照射してアルミニウムを拡散させてエミッタ層の第１部分を形成した後、別途のドーピング用の層を除去した。他の工程は実施例（実験例）と同一であった。
実施例（実験例）に従って製造された太陽電池と、比較例に従って製造された太陽電池とにおいて、半導体基板の前面からの距離に応じたホウ素及びアルミニウムの濃度を測定して、その結果を図１０に示した。図１０において濃度及び距離は相対値で表示した。
図１０を参照すると、実施例（実験例）のホウ素の濃度と比較例のホウ素の濃度とが互いに同様な値を有し、実施例（実験例）のアルミニウムの濃度と比較例のアルミニウムの濃度とが互いに同様な値を有することがわかる。すなわち、実施例（実験例）では、別途のドーピング用の層を形成し、これを除去する工程を行わなくても良いので、工程を単純化しながらも、アルミニウムの濃度は類似した値を有することがわかる。結果的に、実施例（実験例）では、優れた品質の選択的構造を有するエミッタ層を簡単な工程で製造することができる。
このとき、アルミニウムの濃度が総じてホウ素の濃度よりも高いので、エミッタ層の第１部分の抵抗を効果的に低減することができる。
以上の図面では、レーザーにより形成された反射防止膜２１及び前面パッシベーション膜２２に形成された開口部２０４の断面の側面と、後面パッシベーション膜３２に形成された開口部３０４の断面の側面とが、半導体基板１０と垂直をなすものを示した。すなわち、開口部２０４，３０４が、それぞれ深さ方向において面積が変わらないことを例示した。しかし、実際には、レーザーにより形成された開口部２０４，３０４は、図１１に示すように、断面の側面が若干傾斜し、または、ラウンド状を有しうるなどの多様な断面形状を有し得る。このとき、開口部２０４の縁部に反射防止膜２１及び前面パッシベーション膜２２が溶けて残る部分が存在することがあり、開口部３０４の縁部に後面パッシベーション膜３２が溶けて残る部分が存在しえる。図１１では、開口部２０４，３０４の形状をより詳細に見せるために、レーザーによって開口部２０４，３０４が形成された状態を示した。
本実施例によれば、選択的なエミッタ構造を有するエミッタ層を簡単な工程で形成することができ、エミッタ層の特性及びエミッタ層と第１電極とのアライン特性などを向上させることができる。
すなわち、第１不純物を含む第１パッシベーション膜を形成し、第１パッシベーション膜を選択的に加熱して第１不純物を拡散させることにより、選択的構造のエミッタ層を形成する。これによって、別途の不純物層を形成し、これを除去する工程を省略できるので、工程を単純化し、コストを節減することができる。
このとき、レーザーを用いて第１パッシベーション膜を選択的に加熱すると、線幅を最小化することができる。そして、レーザーによって第１パッシベーション膜及び反射防止膜に開口部を形成すると、エミッタ層の高濃度部分（第１部分）と開口部内に形成される第１電極とのアラインを正確に合せることができる。
第２不純物としてアルミニウムを使用すると、シリコンとの原子半径（ａｔｏｍｉｃ ｒａｄｉｕｓ）の差が小さく、レーザーを弱い強度で使用できるので、転位密度を低くすることができる。結果的に太陽電池の効率を向上させることができる。
上述したような特徴、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、必ずしも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、実施例の属する分野における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又は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と変形に係る内容は、本発明の範囲に含まれるものと解釈しなければならない。
１００ 太陽電池
１０ 半導体基板
２０ エミッタ層
２１ 第１パッシベーション膜
２２ 反射防止膜
３０ 後面電界層
３２ 第２パッシベーション膜
１０ 半導体基板
２０ エミッタ層
２１ 第１パッシベーション膜
２２ 反射防止膜
３０ 後面電界層
３２ 第２パッシベーション膜
Claims (18)
- 半導体基板と、
前記半導体基板に形成され、同一の導電型を有する第１不純物及び第２不純物を含んで第１抵抗を有する第１部分と、前記第２不純物を含んで前記第１抵抗より大きい第２抵抗を有する第２部分とを有するエミッタ層と、
前記エミッタ層上に形成され、前記第１不純物を含むパッシベーション膜と、
前記パッシベーション膜を貫通して前記第１部分に電気的に接続される電極と、を含み、
前記第１部分の厚さは前記第２部分の厚さより厚く、
前記第１不純物と前記第２不純物は互いに異なる、太陽電池。 - 前記第１不純物がアルミニウムを含み、
前記パッシベーション膜がアルミニウム酸化物を含む、請求項１に記載の太陽電池。 - 前記第１不純物がビスマスを含み、
前記パッシベーション膜がビスマス酸化物を含む、請求項１に記載の太陽電池。 - 前記第１部分において前記第１不純物の表面濃度が５×１０20〜５×１０21個／ｃｍ３である、請求項１に記載の太陽電池。
- 第１導電型の半導体基板を準備するステップと、
前記半導体基板の前面に前記第１導電型と異なる第２導電型の第２不純物をドープすることにより、不純物形成層を形成するステップと、
前記不純物形成層の上に前記第２導電型の第１不純物を含むパッシベーション膜を形成するステップと、
前記半導体基板の内部に前記第１不純物が拡散するように前記パッシベーション膜を局部的にレーザー加熱して、エミッタ層を形成するステップと、
前記エミッタ層に電気的に接続する電極を形成するステップと、を含み、
前記エミッタ層は、前記第１不純物と前記第２不純物を含む第１部分と、前記第２不純物を含む第２部分とを含む選択的エミッタ層であり、
前記電極は、前記エミッタ層の前記第１部分に電気的に接続し、
前記第１部分は前記第２部分より深く、
前記第１不純物と前記第２不純物は異なる、太陽電池の製造方法。 - 前記エミッタ層を形成するステップでは、前記電極が形成される第１部分に対応する前記パッシベーション膜の部分が加熱される、請求項５に記載の太陽電池の製造方法。
- 前記エミッタ層を形成するステップでは、前記第１部分に対応する前記パッシベーション膜にレーザーを照射する、請求項６に記載の太陽電池の製造方法。
- 前記エミッタ層を形成するステップでは、前記第１部分に対応する前記パッシベーション膜の部分が１２００〜１６００℃の温度に加熱される、請求項６に記載の太陽電池の製造方法。
- 前記エミッタ層を形成するステップでは、前記レーザーによって、前記第１部分に対応する前記パッシベーション膜の部分に開口部が形成される、請求項７に記載の太陽電池の製造方法。
- 前記エミッタ層を形成するステップでは、前記第１部分が前記第２部分より低い抵抗を有するように、前記エミッタ層の前記第１部分に対応する前記パッシベーション膜の部分は加熱され、前記エミッタ層の前記第１部分に対応する前記パッシベーション膜の部分の前記第１不純物を前記半導体基板の内部に拡散させる、請求項５に記載の太陽電池の製造方法。
- 前記第１不純物がアルミニウムを含み、
前記第２不純物がホウ素を含み、
前記パッシベーション膜がアルミニウム酸化物を含む、請求項５に記載の太陽電池の製造方法。 - 前記第１不純物がビスマスを含み、
前記第２不純物が燐を含み、
前記パッシベーション膜がビスマス酸化物を含む、請求項５に記載の太陽電池の製造方法。 - 前記第１部分において前記第１不純物の濃度が前記第２不純物の濃度より高い、請求項５に記載の太陽電池の製造方法。
- 前記不純物形成層を形成するステップにおいて、前記不純物形成層は熱拡散法またはイオン注入法により形成される、請求項５に記載の太陽電池の製造方法。
- 前記第１不純物がｐ導電型であり、
前記第１不純物がアルミニウムを含み、
前記パッシベーション膜がアルミニウム酸化物を含む、請求項５に記載の太陽電池の製造方法。 - 前記第１不純物がｎ導電型であり、
前記第１不純物がビスマスを含み、
前記パッシベーション膜がビスマス酸化物を含む、請求項５に記載の太陽電池の製造方法。 - 前記パッシベーション膜の厚さが５〜２０ｎｍである、請求項５に記載の太陽電池の製造方法。
- 前記半導体基板の他の一面に第３不純物を含む後面パッシベーション膜を形成するステップと、
前記半導体基板の内部に前記第３不純物が拡散するように前記後面パッシベーション膜を加熱して、後面電界層を形成するステップと、をさらに含む、請求項５に記載の太陽電池の製造方法。
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