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JP6046661B2 - 太陽電池、その製造方法及び太陽電池の不純物部形成方法 - Google Patents

太陽電池、その製造方法及び太陽電池の不純物部形成方法 Download PDF

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Description

本発明は、太陽電池及びその製造方法そして太陽電池の不純物部形成方法に関する。
最近石油や石炭のような既存エネルギ資源の枯渇が予測されながらこれらを取り替える代替エネルギに対する関心が高くなり、これにより太陽エネルギから電気エネルギを生産する太陽電池が注目されている。
一般的な太陽電池はｐ型とｎ型のように互いに異なる導電型を有する半導体からなる基板及びエミッタ部(emitter region)、そして基板とエミッタ部にそれぞれ接続された電極を備える。この時、基板とエミッタ部の界面には ｐ-ｎ 接合が形成されている。
このような太陽電池に光が入射されると半導体で複数の電子-正孔対が生成され、生成された電子-正孔対は光起電力効果によって電荷である電子と正孔にそれぞれ分離して電子と正孔はｎ型の半導体とｐ型半導体部の方へ例えばエミッタ部と基板の方へ移動し、基板とエミッタ部と電気的に接続された電極によって収集され、この電極を電線で接続し電力を得る。
本発明の目的は、太陽電池の変換効率を向上することにある。
前記課題を解決するために、本発明の一特徴による太陽電池の不純物部形成方法は第１導電型の基板の上に不純物を含む不純物部を形成する段階と、そして前記不純物部にレーザビームを照射して前記不純物を前記基板に拡散させる段階を含むことができる。
前記不純物部の形成段階はスクリーン印刷法により前記不純物部を形成することができ、スパッタリング（sputtering）法、インクジェット(ink jetting)法 、スピンコーティング法 またはスプレー(spray)法で前記不純物部を形成することができる。
本発明の他の特徴による太陽電池の製造方法は第１導電型の基板の上に第１導電型の反対の第２導電型の不純物を含む不純物層を形成する段階と、前記不純物層と前記基板を加熱し前記不純物層を用いて、前記基板に第１不純物濃度を有する第１エミッタ部を前記基板に形成する段階と、前記不純物層の一部領域にレーザビームを照射して前記第１不純物濃度より高い第２不純物濃度を有する第２エミッタ部を形成する段階と、 そして前記第２エミッタ部と接続される第１電極と前記基板と接続される第２電極を形成する段階を含むことができる。
前記第２エミッタ部の不純物ドーピング深さは第１エミッタ部の不純物ドーピング深さと異なることがある。
前記第２エミッタ部はラインタイプ(line type)であるかドットタイプ(dot type)で有り得る。
前記不純物層の形成段階はスクリーン印刷法により前記不純物層を形成することができる。
前記不純物層の形成段階はスパッタリング法、インクジェット法、スピンコーティング法またはスプレー法で前記不純物層を形成することができる。
前記不純物層は前記基板の全表面に形成することができる。
前記不純物層は基板の一部に選択的に形成することができる。
前記特徴による太陽電池の製造方法は前記第２エミッタ部を形成した後、前記不純物層をとり除く段階をさらに含むことができる。
本発明の他の特徴による太陽電池の製造方法は第１導電型の基板の上に前記第１導電型と反対の第２導電型の不純物を含む第１不純物層と前記第１導電型の不純物を含む第２不純物層を形成する段階と、前記基板を加熱し、前記第１不純物層が形成された前記基板の一部に第１不純物部を形成し、前記第２不純物層が形成された前記基板の一部に第２不純物部を形成する段階と、前記第１不純物層の一部にレーザビームを照射して前記第１不純物部の不純物濃度より高い不純物濃度を有する第１高濃度不純物ドープ部を前記第１不純物部に形成し、前記第２不純物層の一部にレーザビームを照射して前記第２不純物部の不純物濃度より高い不純物濃度を有する第２高濃度不純物ドープ部を前記第２不純物部に形成する段階と、そして前記第１高濃度不純物ドープ部と接続される第１電極と前記第２高濃度不純物ドープ部と接続される第２電極を形成する段階を含むことができる。
前記第１不純物部と第２不純物部は同時に形成することができる。
第１高濃度不純物ドープ部と第２高濃度不純物ドープ部は同時に形成することができる。
本発明の他の特徴による太陽電池の製造方法は第１導電型の基板に第１導電型と反対の第２導電型の不純物部を形成する段階と、前記第１不純物部の一部の上に前記第２導電型の不純物を含む不純物層を形成する段階と、前記不純物層にレーザビームを照射し、前記不純物部の一部に前記第２導電型の不純物を注入して高濃度不純物ドープ部を形成する段階と、前記高濃度不純物ドープ部に接続される第１電極と前記基板に接続される第２電極を形成する段階を含むことができる。
前記不純物層の形成段階はスクリーン印刷法により前記不純物層を形成することができる。
前記不純物層の形成段階はスパッタリング法、インクジェット法、スピンコーティング法またはスプレー法により前記不純物層を形成することができる。
本発明のまた他の特徴による太陽電池は第１導電型の基板、前記基板に位置し、前記第１導電型と反対の第２導電型の不純物を含む第１エミッタ部、前記第１エミッタ部の前記不純物の濃度より高い濃度で前記第２導電型の不純物を含み前記第１エミッタ部に位置する第２エミッタ部、前記第２エミッタ部と接続される第１電極と、前記基板と接続される第２電極を含み、前記第２エミッタ部は第１エミッタ部の深さと同じであるかより浅い深さで有り得る。
本発明のまた他の特徴による太陽電池は第１導電型の基板と、前記基板に位置し、前記第１導電型の不純物を含む第１後面電界部と、前記第１後面電界部の不純物の濃度より高い濃度で前記第１導電型の不純物を含み前記第１後面電界部に位置する第２後面電界部と、前記第１導電型と反対の第２導電型の不純物を有し前記基板に位置するエミッタ部と、前記エミッタ部と接続される第１電極と、前記第２後面電界部と接続される第２電極を含むことができる。
本発明のまた他の特徴による太陽電池は第１導電型の基板と、前記基板に位置し、前記第１導電型の不純物を含む第１後面電界部と、前記第１後面電界部の不純物の濃度より高い濃度で前記第１導電型の不純物を含み前記第１後面電界部に位置する第２後面電界部と、前記第１導電型と反対の第２導電型不純物を有し前記基板に位置する第１エミッタ部と、前記第１エミッタ部の不純物の濃度より高い濃度で前記第２導電型不純物を有し前記第１エミッタ部に位置する第２エミッタ部と、前記第２エミッタ部と接続される第１電極と、そして前記第２後面電界部と接続される第２電極を含むことができる。
以上説明したように本発明によれば、高濃度にドーピングされた第２エミッタ部及び第２後面電界部がそれぞれ第１電極及び第２電極と接触し電気的に接続されるので、第１電極及び第２電極の接触特性が向上してオーミックコンタクトを具現する。また、エミッタ部と後面電界部の表面から一部領域だけが高濃度にドーピングされた領域を形成することでキャリアのライフタイムが増加されて太陽電池の効率が向上する。
本発明の一実施の形態に係る太陽電池の部分断面図である。 本発明の一実施の形態に係る太陽電池の製造方法の一部を示した断面図である。 本発明の一実施の形態に係る太陽電池の製造方法の一部を示した断面図である。 本発明の一実施の形態に係る太陽電池の製造方法の一部を示した断面図である。 本発明の一実施の形態に係る太陽電池の製造方法の一部を示した断面図である。 本発明の一実施の形態に係る太陽電池の製造方法の一部を示した断面図である。 本発明の一実施の形態に係る太陽電池の製造方法の一部を示した断面図である。 本発明の一実施の形態に係る太陽電池の製造方法の一部を示した断面図である。 本発明の他の実施の形態に係る太陽電池の一部断面図である。 本発明の他の実施の形態に係る太陽電池の製造方法の一部を示した断面図である。 本発明の他の実施の形態に係る太陽電池の製造方法の一部を示した断面図である。 本発明の他の実施の形態に係る太陽電池の製造方法の一部を示した断面図である。 本発明の他の実施の形態に係る太陽電池の製造方法の一部を示した断面図である。 本発明の他の実施の形態に係る太陽電池の製造方法の一部を示した断面図である。 本発明の他の実施の形態に係る太陽電池の製造方法の一部を示した断面図である。 本発明の他の実施の形態に係る太陽電池の製造方法の一部を示した断面図である。
以下では添付した図面を参照して本発明の実施の形態について本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳しく説明する。しかし本発明はいろいろ異なる形態に具現することができ、ここで説明する実施の形態に限定されない。そして図で本発明を明確に説明するために説明と関係ない部分は省略し、明細書全体を通じ類似の部分に対しては類似の図面符号を付けた。
図で多くの層及び領域を明確に表現するために厚さを拡大して示した。層、膜、領域、板などの部分が他の部分「上に」あると言う時、これは他の部分「真上に」ある場合だけではなくその中間に他の部分がある場合も含む。反対にいずれの部分が他の部分「真上に」あると言う時には中間に他の部分がないことを意味する。またいずれの部分が他の部分上に「全体的」に形成されていると言う時には他の部分の全体面に形成されていることだけではなく端の一部には形成されないことを意味する。
次に、図１を参照して本発明の一実施の形態に係る太陽電池について説明する。
図１は本発明の一実施の形態に係る太陽電池の部分断面図である。
図１を参照すると、本発明の一実施の形態に係る太陽電池１０は基板１２０、光が入射する基板１２０の入射面である前面(front surface)に位置するエミッタ部(emitter region)１３０、エミッタ部１３０上に位置する反射防止膜１６０、 基板１２０の前面に位置しエミッタ部１３０と接続されている複数の前面電極(「第１電極」という。)１５０、入射面の反対側面である基板１２０の後面(rear surface)に位置し基板１２０と接続される後面電極(「第２電極」という。)１８０、そして基板１２０と後面電極１８０の間に位置する後面電界(back surface field、ＢＳＦ)部１７０を含む。
基板１２０は第１導電型、例えばｐ導電型のシリコンからなる半導体基板である。この実施の形態で、シリコンは単結晶シリコンまたは多結晶シリコンのような結晶質シリコンであるが、非晶質シリコンで有り得る。基板１２０がｐ導電型を有する場合、ホウ素（Ｂ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）のような３価元素の不純物を含むことができる。
しかし、これとは異なり、基板１２０はｎ導電型でありえ、シリコン以外の他の半導体物質からなることもできる。基板１２０がｎ導電型を有する場合、基板１２０はりん（Ｐ）、砒素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）のように５価元素の不純物を含むことができる。
このような基板１２０は表面がテクスチャリング(texturing)され凹凸面がテクスチャリング表面(textured surface)で有り得る。この場合基板１２０の表面積が増加し基板１２０によって反射する光の量が減少し、基板１２０に入射される光の量が増加するので太陽電池１０の効率は向上する。
エミッタ部１３０は基板１２０の導電型と反対の第２導電型、例えば、ｎ導電型を備えている不純物部として、光が入射される面、すなわち基板１２０の受光面である前面に位置する。
このようなエミッタ部１３０は互いに異なる不純物濃度を有する第１エミッタ部１３１(first emitter portion)と第２エミッタ部１３３(second emitter portion)を備えている。この実施の形態で、第２エミッタ部１３３の不純物濃度は第１エミッタ部１３１の不純物濃度より高い。また第２エミッタ部１３３の不純物ドーピング深さは第１エミッタ部１３１の不純物ドーピング深さより浅く、第２エミッタ部１３３の厚さは第１エミッタ部１３１の厚さより薄い。しかし代案的な例で、第２エミッタ部１３３の不純物ドーピング深さは第１エミッタ部１３１の不純物ドーピング深さより深いか同じで第２エミッタ部１３３の厚さは第１エミッタ部１３１の厚さより厚いか同じでありえる。第２エミッタ部１３３は基板１２０の表面から約０．２μｍ乃至２．０μｍの厚さで有り得る。
このように、第２エミッタ部１３３の不純物濃度が第１エミッタ部１３１より大きいので、第２エミッタ部１３３の面抵抗は第１エミッタ部１３１の面抵抗より小さい。
このようなエミッタ部１３０は基板１２０とｐ−ｎ接合を形成する。
ｐ−ｎ接合による内部電位差によって、半導体の基板１２０に入射された光によって生成された電荷である電子-正孔対は電子と正孔に分離し電子はｎ型半導体の方に移動し正孔はｐ型半導体の方に移動する。したがって、基板１２０がｐ型でエミッタ部１３０がｎ型の場合、分離した正孔は基板１２０の方へ移動し分離した電子はエミッタ部１３０の方へ移動する。
エミッタ部１３０は基板１２０とｐ−ｎ接合を形成するので、この実施の形態と異なり、基板１２０がｎ導電型を有する場合、エミッタ部１３０はｐ導電型を有する。この場合、分離した電子は基板１２０の方へ移動し分離した正孔はエミッタ部１３０の方へ移動する。
エミッタ部１３０がｎ導電型を有する場合、エミッタ部１３０はりん（Ｐ）、砒素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）のように５価元素の不純物を半導体の基板１２０にドーピングして形成されることができ、反対にｐ導電型を有する場合、ホウ素（Ｂ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）のような３価元素の不純物を基板１２０にドーピングして形成することができる。
エミッタ部１３０上に位置した反射防止膜１６０はシリコン窒化膜（ＳｉＮｘ）などからなる。反射防止膜１６０は太陽電池１０に入射する光の反射度を減らし特定の波長領域の選択性を増加させ、太陽電池１０の効率を高める。この実施の形態で、反射防止膜１６０は単一膜構造を有するが２重膜のような多層膜構造を有することができ、必要により省略することができる。
複数の前面電極１５０はエミッタ部１３０の第２エミッタ部１３３上に位置し、ほぼ平行に決まった方向に伸び、エミッタ部１２０の方へ移動した電荷、例えば、電子を収集する。
この時各前面電極１５０の幅は下部に位置する各第２エミッタ部１３３の幅より小さいか同じであることが良い。
既に説明したように、第２エミッタ部１３３はその上に位置する前面電極１５０と接触し、前面電極１５０との接触抵抗を低下するオーミックコンタクト(ohmic contact)として機能する。
複数の前面電極１５０は少なくとも一つの導電性物質からなり、これら導電性物質の例はニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、スズ（Ｓｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、インジウム（Ｉｎ）、チタン（Ｔｉ）、金（Ａｕ）及びこれらの組合せからなる群から選択された少なくとも一つでありえ、また、他の導電性金属物質からなることができる。
後面電極１８０は入射面と対向する基板１２０の後面全体に実質的に位置し電気的に基板１２０と接続している。このような後面電極１８０は基板１２０の方へ移動する電荷、例えば正孔を収集する。
後面電極１８０は導電性金属物質からなり、これら導電性物質の例はニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、スズ（Ｓｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、インジウム（Ｉｎ）、チタン（Ｔｉ）、金（Ａｕ）及びこれらの組合せからなる群から選択された少なくとも一つでありえ、また、他の導電性金属物質からなることができる。
後面電極１８０と基板１２０の間に位置した後面電界部１７０は基板１２０と同一の導電型の不純物が基板１２０より高濃度ドーピングされた不純物領域、例えば、ｐ＋領域である。基板１２０と後面電界部１７０との不純物濃度差によって発生する電位障壁によって基板１２０の後面側への電荷(例えば、電子)の移動を妨げ、基板１２０の後面で電子と正孔が再結合し消滅するのが防止される。
このような構造を有する太陽電池１０の動作は次のようである。
太陽電池１０に光が照射され反射防止膜１６０とエミッタ部１３０を通じて半導体の基板１２０に入射すれば光エネルギによって半導体の基板１２０で電子-正孔対が発生する。この時、反射防止膜１６０によって基板１２０に入射する光の反射損失が減って基板１２０に入射する光の量は増加する。
これら電子-正孔対は基板１２０とエミッタ部１３０のｐ−ｎ接合によって互いに分離し、電子はｎ導電型を有するエミッタ部１３０の方へ移動し、正孔はｐ導電型を有する基板１２０の方へ移動する。このように、エミッタ部１３０の方へ移動した電子は第２エミッタ部１３３と接触する前面電極１５０によって収集され基板１２０の方へ移動した正孔は後面電極１８０によって収集される。このような前面電極１５０と後面電極１８０を導線で連結すれば電流が流れ、これを外部で電力に利用する。
この時、前面電極１５０が不純物を高濃度にドーピングされた第２エミッタ部１３３と直接接触しているので第２エミッタ部１３３との接触力(contact power)が向上して、これにより、電荷の伝送効率が向上して太陽電池１０の効率が増加する。
次に、図２至図８を参照して本実施の形態に係る太陽電池１０の製造方法について説明する。
図２乃至図８は本発明の一実施の形態に係る太陽電池の製造方法を順に示した断面図である。
既に説明したように、第１導電型はｐ型またはｎ型が可能であるが、この実施の形態で基板１２０はｐ型の不純物を含む半導体基板とする。
先ず、図２に示すように、ｐ型の不純物がドーピングされた半導体基板１２０の入射面の実質的に全体にｎ型不純物を含むドーピング用ペースト１１０を塗布した後乾燥する。
この実施の形態でドーピング用ペースト１１０はドーパントとしてりん（Ｐ）を含んでいるがこれとは異なり、砒素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）のように他の５価元素の不純物を含むことができる。代案的な例で、基板１２０がｎ型の場合、ドーピング用ペーストはｐ型の不純物を含み、この場合、ドーピング用ペーストはホウ素（Ｂ）のように５価元素の不純物を含む。
この実施の形態で、ドーピング用ペースト１１０のようなドーピングのための不純物層（部）はスクリーン印刷で塗布される。しかし代案的な例で、不純物層はスパッタリング（sputtering）やインクジェット(ink jetting)、スピンオン−コーティング(spin-on coating)またはスプレー(spray)などのような様々な方法により基板１２０上に形成することができる。
基板１２０上にドーピング用ペースト１１０を塗布する前に、切断損傷除去(saw damage removal) 工程や基板洗浄工程などを基板１２０の表面に実施し、基板用シリコンのスライシング(slicing)工程時に基板１２０の表面に発生する損傷部分をとり除いて基板１２０の表面状態を改善することができ、テクスチャリング表面形成工程を実施し基板１２０に入射される光の量を増加させることができる。
次に、図３に示すように、ドーピング用ペースト１１０を備えた基板１２０を熱処理し、基板１２０でｎ型の不純物をドーピングして基板１２０の前面にエミッタ部１３０を形成する。
すなわち、ドーピング用ペースト１１０を備えた基板１２０を炉(furnace)内で熱処理しドーピング用ペースト１１０に含有されたｎ型の不純物を基板１２０の中に導入(drive-in)して基板１２０にエミッタ部１３０を形成する。
この時、ドーピング用ペーストの濃度及び印刷面積(printing dimension)を調節することでエミッタ層のドーピング濃度及び範囲(dimension)を制御することができる。このようにドーピング用ペースト１１０と熱拡散工程を利用し基板１２０内に一定の厚さで不純物がドーピングされたエミッタ部１３０が形成される。
ｎ型不純物を基板１２０内部に拡散させる１次熱処理時、りん（Ｐ）のような不純物を含む酸化物、例えば、ＰＳＧを基板１２０の表面に成長することができる。したがって、拡散工程以後、フッ酸溶液などを利用した蝕刻工程により成長された酸化物をとり除いて、酸化物による太陽電池１０の効率減少を防止することができる。
次に、図４に示すように、ドーピング用ペースト１１０の一部の上にレーザビームを照射しドーピング用ペースト１１０を２次的に熱処理する。この時、レーザビームの照射される位置は複数の前面電極１５０が形成された位置に対応する。
したがって照射されたレーザビームによって該当の部位のドーピング用ペースト１１０である不純物層領域が加熱され、加熱された部分に位置するｎ型の不純物がもう一度基板１２０の中に導入される。これにより、レーザビームの照射部分に対応するエミッタ部１３０の部分（Ｌｏ）は１次熱処理によって形成されたエミッタ部１３０の部分（Ｌｘ）より高い不純物濃度を有する部分になる。これにより、エミッタ部１３０は互いに不純物の濃度が相異なる第１エミッタ部１３１と第２エミッタ部１３３に分けられ、第１エミッタ部１３１と第２エミッタ部１３３を備えたエミッタ部１３０が完成される。既に説明したように、レーザビームの照射部分に対応する部分（Ｌｏ）が複数の第２エミッタ部１３３になり、この部分は２度にわたって不純物ドーピング動作が行われたのでレーザビームが照射されなかったエミッタ部１３０の部分（Ｌｘ）に対応する第１エミッタ部１３１より高い不純物濃度を有する。
このように、レーザビームを利用すれば、ドーピング用ペースト１１０が部分的に加熱され選択的な熱拡散工程が可能であるので所望する部分、すなわち複数の前面電極形成部分だけ高濃度の不純物ドーピングが実現する。
この時、第２エミッタ部１３３の形状はレーザビームの照射形態によって決まるので、ドーピング用ペースト１１０上の各該当の位置でレーザビームを連続的なライン形態で照射する場合、各前面電極形成部分に形成される第２エミッタ部１３３は連続的なライン形状を有するようになる。この場合、各前面電極形成部分に形成される第２エミッタ部１３３の個数は一つである。しかし、ドーピング用ペースト１１０上の各該当の位置でレーザビームを不連続的なドット(dot)形態で照射する場合、各前面電極形成部分に形成される第２エミッタ部１３３はドット形状を持って不連続的に位置する。この場合、各前面電極形成部分に形成される第２エミッタ部１３３の個数は複数個である。
図４に示すように、基板１２０の表面からの不純物ドーピング深さは第１エミッタ部１３１が第２エミッタ部１３３より大きいが、レーザビームの照射強さや照射時間などのような照射条件を調節し第１エミッタ部１３１と第２エミッタ部１３３のドーピング深さは互いに同じであるか第２エミッタ部１３３が第１エミッタ部１３１より大きいこともある。
このように、熱拡散とレーザビームの照射によって第１エミッタ部１３１及び第２エミッタ部１３３が形成される場合、第１エミッタ部１３１及び第２エミッタ部１３３のドーピング深さと面抵抗などのような特性は基板１２０の抵抗、ドーピング用ペースト１１０に含有された不純物の濃度、レーザビームの強さ、照射時間などのような工程条件によって変更できる。
例えば、ドーピング用ペースト１１０に含有された不純物の濃度とドーピング用ペースト１１０に加えられる温度を調節し、第１エミッタ部１３１及び第２エミッタ部１３３のドーピング濃度は最適状態で制御可能である。
第２エミッタ部１３３のドーピング深さが非常に浅い場合上部に位置する第１電極１５０との接触抵抗が増加し凝集物(precipitate)の効率、例えば導電性向上などが低下する。凝集物は、ドーピング用ペースト１１０の不純物と基板１２０のシリコンにより基板１２０の表面に主に形成される。
また、電荷の移動速度は不純物濃度に反比例するので反対に第２エミッタ部１３３のドーピング深さが非常に深い場合電荷の移動速度が減少し、第２エミッタ部１３３の方に移動した電荷(例、電子)が前面電極１５０に到逹するまでの時間が長くなって基板１２０の表面を通じて前面電極１５０に到逹することができなくて消滅するか他の電荷と再結合される量が増加し収集確率(collection probability)が減ってこれにより太陽電池１０の効率が減少する。したがって、第２エミッタ部１３３はおおよそ０．２μｍ乃至２．０μｍ の深さを有する方が良い。
一方、第２エミッタ部１３３の深さとドーピング濃度は面抵抗などによって決まる。第２エミッタ部１３３の面抵抗はプロセス条件によって調整可能で第１エミッタ部１３１の面抵抗に比べて低い。
第２エミッタ部１３３の面抵抗が小さすぎれば、りん（Ｐ）イオンの表面濃度が高くなって高濃度層が再結合部位(recombination site)に作用するようになって表面再結合速度(front surface recombination velocity)が大きくなるようになり、開回路電圧(Ｖｏｃ)を減少させ太陽電池１０の変換効率が減少する問題点がある。反対に面抵抗があまり大きくなれば、前面電極１５０との接触抵抗が大きくなって曲線因子(Fill Factor; ＦＦ)を減少させ、太陽電池１０の効率を低下させる問題点がある。このようないくつかの点を考慮する時、この実施の形態で、第２エミッタ部１３３の面抵抗はおおよそ２０Ω/cm2乃至１００Ω/cm2を有する方が良い。
このように、レーザビームを利用し複数の第２エミッタ部１３３を形成する場合レーザの照射領域（Ｌｏ）のディメンション調節が容易であるので、第２エミッタ部１３３のディメンション制御が容易で所望する部分にだけ第２エミッタ部１３３の形成が可能である。さらに、レーザビームは出力調節を通じて温度制御が容易であるので、第２エミッタ部１３３の不純物ドーピング濃度及びプロファイル(profile)などドーピング特性の制御に有利である。
次に、図５に示したように、ドーピング用ペースト１１０をとり除く。この時、ドーピング用ペースト１１０はエミッタ部１３０を含む基板１２０に影響を与えない蝕刻法などで除去することができる。
このように、ドーピング用ペースト１１０とレーザビームを利用しエミッタ部１３０に高濃度ドーピング領域を形成することによって、この実施の形態は他の例にも適用可能である。例えば、基板１２０にＰＯＣｌ3ガスやＢ2Ｈ6ガスなどを利用した熱拡散法などを通じてエミッタ部１３０を形成した後、スクリーン印刷法や積層法を利用しエミッタ部１３０の所望する部分の上にだけドーピング用ペーストや不純物層を形成し、ドーピング用ペーストや不純物層上にレーザビームを照射し所望するエミッタ部部分に高濃度のエミッタ部(すなわち、第２エミッタ部)を形成することができる。
次に、図６に示したように、エミッタ部１３０上に反射防止膜１６０を形成する。反射防止膜１６０は入射光に対する反射率を低めるために、シリコン窒化膜（ＳｉＮｘ）などから成り得り、プラズマ気相成長（ＰＥＣＶＤ）、気相成長（ＣＶＤ）またはスパッタリング法などに形成することができる。
次に、図７に示したように、スクリーン印刷法(screen printing)を利用し前面電極用ペーストを反射防止膜１６０上に印刷した後乾燥し前面電極用パターンを形成する。この時、前面電極用ペースト１５１は第２エミッタ部１３３と対応する位置に形成される。この時、前面電極用ペーストは銀（Ａｇ）とガラス・フリット(glass frit)を含み、ガラス・フリットは鉛(Ｐｂ)などを含む。
その後、図８を参照すれば、基板１２０の後面にアルミニウム（Ａｌ）を含む後面電極用ペースト１８１をスクリーン印刷法で印刷した後乾燥し後面電極用パターンを形成する。
この時、前面電極用パターンと後面電極用パターンの印刷順序では変更可能である。
その後、前面電極用パターンと後面電極用パターンが形成された基板１２０に熱処理工程を施行しエミッタ部１３０の第２エミッタ部１３３と接触する複数の前面電極１５０、基板１２０と接触する後面電極１８０そして後面電界部１７０を形成し太陽電池１０を完成する(図１)。
すなわち、熱処理工程によって、前面電極用パターンは反射防止膜１６０を貫通しエミッタ部１３０の第２エミッタ部１３３と接触して後面電極パターン１８１は基板１２０と接触する。
また、熱処理工程によって後面電極用ペースト１８１に含まれたアルミニウム（Ａｌ）が基板１２０にドーピングされ基板１２０より高い不純物濃度（Ｐ＋）を有する後面電界部１７０が形成される。既に説明したように、後面電界部１７０は基板１２０との濃度差によって基板１２０の後面で電子と正孔の再結合を防止し、正孔が後面電極１８０方へ容易に移動するようにする。
このように、複数の前面電極１５０は第１エミッタ部１３１より不純物濃度が高く面抵抗が低い第２エミッタ部１３３とだけ接触するので、複数の前面電極１５０と第２エミッタ部１３３との接触特性は向上する。また、エミッタ部１３０の領域の中で表面から一部領域にだけ第２エミッタ部１３３が形成されるので、高濃度の不純物領域で発生するライフタイムの短縮による電荷消失を減少させながら第１電極１５０との接触抵抗を減少させ太陽電池１０の効率が向上する。
すなわち、第１電極１５０が配置されない部分まで高濃度の第２エミッタ部１３３が形成される場合、基板１２０の表面に存在する高濃度の不純物が基板１２０のシリコン内に過剰で存在することで凝集物(precipitate)が形成され、これにより電荷(キャリア)のライフタイムが減少し太陽電池の効率を落とす問題点が発生する。
このような問題点を解決するために第１電極１５０と接触する一部領域である第２エミッタ部１３３はその外領域である第１エミッタ部１３１に比べて高濃度で不純物をドープすることで電荷のライフタイムを向上させる。
このように部分的な高濃度ドーピングを通じて選択的エミッタ構造を太陽電池に適用すれば第１電極１５０とエミッタ部１３０の間の接触抵抗が減少し、キャリア、特に、少数キャリアの消滅が減少する。
この時、前面電極１５０は銀（Ａｇ）を含んでいて良好な電気導電性を有し、後面電極１７０は基板１２０を成すシリコン（Ｓｉ)との親和力が良好なアルミニウム（Ａｌ）を含んでいるので良好な電気導電性だけではなく基板１２０とのすぐれた接合性を有する。
次に、図９を参照して本発明の他の実施の形態に係る太陽電池について説明する。
図９は本発明の他の実施の形態に係る太陽電池の一部断面図である。
図１と比べて同一である機能を行う構成要素に対しては同じ図面符号を付与し、それに対する詳細な説明は省略する。
図９に示した太陽電池１０ａは図１に示した太陽電池１０と同様な構造を有している。
すなわち、図９に示した太陽電池１０ａは基板１２０の前面に位置する反射防止膜１６０、基板１２０の後面に位置する複数の第１不純物部１３０ａ、基板１２０の後面に位置し複数の第１不純物部１３０ａと離隔されている複数の第２不純物部１７０ａ、複数の第１不純物部１３０ａと接触する複数の第１電極１８５そして複数の不純物部１７０ａと接触する複数の第２電極１８７を備える。ここで第１不純物部１３０ａはエミッタ部として機能し、第２不純物部１７０ａは後面電界部として機能する。
図１の太陽電池１０と異なり、エミッタ部１３０ａは基板１２０の実質的な前面全体に位置する代わりに基板１２０の後面に部分的に位置し、エミッタ部１３０ａの個数は複数個であり、複数のエミッタ部１３０ａは基板１２０の後面で決まった方向に互いに並んで伸びている。既に説明したように、複数のエミッタ部１３０ａは基板１２０と反対の導電型の不純物がドーピングされた不純物部である。したがって複数のエミッタ部１３０ａは基板１２０とｐ−ｎ接合を形成する。
図１を参照して説明したように、各エミッタ部１３０ａは不純物濃度、ドーピング厚さ及び面抵抗が互いに相異する第１エミッタ部１３１ａと第２エミッタ部１３３ａを備える。図１の太陽電池１０と同一に、第２エミッタ部１３３ａの不純物濃度は第１エミッタ部１３１ａの不純物濃度より高く、第２エミッタ部１３３ａの不純物ドーピング厚さと面抵抗は第１エミッタ部１３１ａの不純物ドーピング厚さと面抵抗より小さい。
また、図１の太陽電池１０と異なり、後面電界部１７０ａは基板１２０の実質的な後面全体に位置する代わりに基板１２０の後面に部分的に位置し、後面電界部１７０ａの個数は複数個である。また、複数の後面電界部１７０ａは複数のエミッタ部１３０ａと離隔されており、基板１２０の後面で複数のエミッタ部１３０ａと並んで伸びている。これにより、複数のエミッタ部１３０ａと複数の後面電界部１７０ａは基板１２０の後面に交互に位置する。
既に説明したように、複数の後面電界部１７０ａは基板１２０と同一の導電型の不純物が基板１２０より高い濃度にドープされた不純物部である。この時、図１の太陽電池１０とは異なり、各後面電界部１７０ａは各エミッタ部１３０ａと同様に不純物濃度、ドーピング厚さ及び面抵抗が互いに相異なる第１後面電界部１７１と第２後面電界部１７３を備える。第２後面電界部１７３の不純物濃度は第１後面電界部１７１の不純物濃度より高く、第２後面電界部１７３の不純物ドーピング厚さと面抵抗は第１後面電界部１７１の不純物ドーピング厚さと面抵抗より小さい。
既に太陽電池１０を参照して説明したように、この時、各第２エミッタ部１３３ａと第２後面電界部１７３の形状は連続的なライン形状やドット形状を有する。
また第２エミッタ部１３３ａと各後面電界部１７３の内少なくとも一つは基板１２０の表面から約０．２μｍ乃至２．０μｍの厚さを有り得る。
このように、基板１２０の後面に複数のエミッタ部１３０ａと複数の後面電界部１７０ａが皆位置するので、エミッタ部１３０ａと接続されている第１電極１８５と複数の後面電界部１７０ａと接続されている第２電極１８７もまた基板１２０の後面に位置する。
すなわち、複数の第１電極１８５は複数のエミッタ部１３０ａ上にそれぞれ位置し、複数のエミッタ部１３０ａと接触し、複数の第２電極１８７は複数の後面電界部１７０ａ上にそれぞれ位置し、複数の後面電界部１７０ａと接触する。
この時、各第１電極１８５は各対応するエミッタ部１３０ａの第２エミッタ部１３３ａと接続されており、各第２電極１８７は各対応する後面電界部１７０ａの第２後面電界部１７３と接続されている。したがって、複数の第２エミッタ部１３３ａと複数の第２後面電界部１７３はその上にそれぞれ位置する複数の第１電極１８５と複数の第２電極１８７との接触抵抗を低くするオーミックコンタクト(ohmic contact)として機能する。
このように、光の入射を妨げる第１電極１８５が基板１２０の後面に位置し、基板１２０に入射される光の量が増加して太陽電池１０ａの効率は向上する。
また、図１を参照して説明したように、第１電極１８５及び第２電極１８７が不純物が高濃度にドーピングされた第２エミッタ部１３３ａ及び第２後面電界部１７３と直接接触するので接触力が向上し、第１電極１８５及び第２電極１８７での電荷の伝送効率が向上する。
このような太陽電池１０ａは代案的な例で基板１２０の前面と後面の内少なくとも一つに位置する保護膜をさらに備えることができる。この時、保護膜は基板１２０の表面近所に主に存在するダングリングボンドのような欠陥を安定した結合に変え欠陥によって移動する電荷が消滅することを防止するので、太陽電池１０ａの効率はさらに向上する。
次に、図２乃至図８だけでなく図１０乃至図１６を参照してこのような太陽電池１０ａの製造方法を記載する。
図１０乃至図１６は本発明の他の実施の形態に係る太陽電池の製造方法を順に示した断面図である。
先ず、図１０を参考すれば、図６のように、光が入射される基板１２０上に反射防止膜１６０を形成する。
次に、光が入射しない基板１２０の面の上に第１ドーピング用ペースト２１１と第２ドーピング用ペースト２１２を一定間隔で配置する(図11)。この時、第１ドーピング用ペースト２１１と第２ドーピング用ペースト２１２の内いずれを先に配置しても無関係である。
第１ドーピング用ペースト２１１及び第２ドーピング用ペースト２１２は互いに異なる導電型の不純物を含んでおり、この実施の形態で、第１ドーピング用ペースト２１１は基板１２０と反対の導電型の不純物を含み、第２ドーピング用ペースト２１２は基板１２０と同一の導電型の不純物を含む。
図１１で、第１ドーピング用ペースト２１１及び第２ドーピング用ペースト２１２は一定の距離を置いて互いに平行に基板１２０を横切って基板１２０に選択的に配置されるが、互いに接触し並んで基板１２０を横切って選択的に配置されることができる。
この実施の形態で、第１ドーピング用ペースト２１１及び第２ドーピング用ペースト２１２は決まったパターンを有するマスクを利用したスクリーン印刷法で塗布される。既に説明したように、代案的な例で、第１ドーピング用ペースト２１１及び第２ドーピング用ペースト２１２のようなドーピング用不純物部はスパッタリング法、インクジェット法、スピンコーティング法またはスプレー法などのような他の積層法で基板１２０上に塗布することができる。
既に説明したことと同様に、基板２２０に第１ドーピング用ペースト２１１及び第２ドーピング用ペースト２１２を塗布する前に、表面結晶欠陥除去工程、基板洗浄工程またはテクスチャリング表面形成工程を実施し、太陽電池１０ａの効率を向上させることができる。
次に、図３と同様に、第１ドーピング用ペースト２１１及び第２ドーピング用ペースト２１２を備えた基板１２０を熱処理し、第１ドーピング用ペースト２１１に含有された第２導電型の不純物を下部に位置した基板１２０に注入し第２ドーピング用ペースト２１２に含有された第１導電型の不純物を下部に位置した基板１２０に注入し複数のエミッタ部１３０ａと複数の後面電界部１７０ａを同時に形成する(図12)。
したがって、複数のエミッタ部１３０ａと複数の後面電界部１７０ａの形成位置はそれぞれ第１ドーピング用ペースト２１１と第２ドーピング用ペースト２１２の位置に対応する。
この時、第１ドーピング用ペースト２１１及び第２ドーピング用ペースト２１２の濃度及び印刷面積(printing dimension)を調節することで複数のエミッタ部１３０ａと複数の後面電界部１７０ａのドーピング濃度及び面積(dimension)を制御することができる。この場合にも、第１ドーピング用ペースト２１１及び第２ドーピング用ペースト２１２の熱拡散工程時に生成される酸化物は除去可能である。
次に、図４のように、第１ドーピング用ペースト２１１の一部と第２ドーピング用ペースト２１２の一部にレーザビームを照射し第１ドーピング用ペースト２１１及び第２ドーピング用ペースト２１２を２次的に熱処理し、各エミッタ部１３０ａの一部を不純物濃度が増加された部分で変換し、各後面電界部１７０ａの一部を不純物濃度が増加された部分に変換する。
これにより、それぞれ不純物の濃度が相異する第１エミッタ部１３１ａと第２エミッタ部１３３ａからなる複数のエミッタ部１３０ａが完成され、それぞれ不純物の濃度が相異する第１後面電界部１７１と第２後面電界部１７３からなる複数の後面電界部１７０ａが完成される(図13)。各第２エミッタ部１３３ａの面抵抗はおおよそ２０Ω/cm2乃至１００Ω/cm2有する方が良い。
この時、第１エミッタ部１３１ａと第１後面電界部１７１の位置は第１ドーピング用ペースト２１１及び第２ドーピング用ペースト２１２にレーザビームが照射されない領域(Ｌｘ)に対応し、第２エミッタ部１３３と第２後面電界部１７３の位置は第１ドーピング用ペースト２１１及び第２ドーピング用ペースト２１２のレーザビームの照射領域(Ｌｏ)に対応し、レーザビームの照射領域（Ｌｏ）は第１電極形成位置と第２電極形成位置に対応する。
第１ドーピング用ペースト２１１と第２ドーピング用ペースト２１２の該当の位置にレーザビームを同時に照射する場合、複数の第２エミッタ部１３３ａと複数の第２後面電界部１７３は同時に形成され、各第２エミッタ部１３３ａと各第２後面電界部１７３の形状はレーザビームの照射形態によって決まる。
既に説明した実施の形態で、ドーピング用ペーストパターン形成とレーザビーム照射を制御し不純物ドーピング濃度が異なる第１エミッタ部１３１及び第２エミッタ部１３３と第１後面電界部１７１及び第２後面電界部１７３を形成する。しかし、この実施の形態に係るドーピング用ペーストパターン形成とレーザビームの照射の制御を利用し、実質的に位置に関係なく均一な不純物濃度を有する、第２エミッタ部を備えなかったエミッタ部を形成し、実質的に位置に関係なく均一な不純物濃度を有する、第２後面電界部を備えない後面電界部を形成することも可能である。この場合形成しようとするエミッタ部または後面電界部の大きさ位ドーピング用ペーストを基板の上にパターニングして形成して、形成されたドーピング用ペーストのパターンの少なくとも一部にレーザビームを照射すれば位置に関係なく実質的に均一な濃度を有するエミッタ部と後面電界部をそれぞれ形成することができる。
また基板の前面にエミッタ部を形成し基板の後面に部分的に後面電界部を形成する場合にも同一に後面電界部の形成位置に対応する基板の上にだけ選択的にドーピング用ペーストをパターニングして形成した後、レーザビームを照射して基板後面に部分的に後面電界部を形成することができる。
これまで説明したことと同様に、ドーピング用ペースト（２１１、２１２）とレーザビームを利用してエミッタ部１３０ａと後面電界部１７０ａに高濃度ドーピング領域を形成するによって、基板１２０に既にＰＯＣｌ2ガスやＢ2Ｈ6ガスなどを利用した熱拡散法などを通じてエミッタ部１３０ａと後面電界部１７０ａを形成した後、スクリーン印刷法や積層法を利用しエミッタ部１３０ａと後面電界部１７０ａの所望する部分の上にだけドーピング用ペーストやドーピング不純物部を形成し、ドーピング用ペーストやドーピング不純物部上にレーザビームを照射して所望するエミッタ部部分と所望する後面電界部部分に高濃度のエミッタ部(すなわち、第２エミッタ部)を形成することができる。
このような第２エミッタ部１３３ａと第２後面電界部１７３の形成方法は図４を参照して説明した第２エミッタ部１３３の形成方法と同一で、効果もまた同一であるので、これらに対する詳しい説明は省略する。
したがってすでに図４を参照して説明したように、照射領域や工程条件の調節が容易するレーザビームを利用するので、所望する部分にだけ第２エミッタ部１３３ａと第２後面電界部１７３が形成され、第２エミッタ部１３３ａと第２後面電界部１７３の不純物ドーピング濃度及びプロファイルなどドーピング特性の制御が良い。
次に、図１４に示したように、基板１２０上の第１ドーピング用ペースト２１１及び第２ドーピング用ペースト２１２をとり除く。
次に、図７及び図８のように、複数の第２エミッタ部１３３ａ上に第１電極パターン１８５ａを形成し(図15)、複数の第２後面電界部１７３上に第２電極パターン１８７ａを形成する(図16)。第１電極パターン１８５ａは鉛（Ｐｂ）を備えないこともあり、第１電極パターン１８５ａと第２電極パターン１８７ａは銀（Ａｇ）を含むことができる。第１電極パターン１８５ａと第２電極パターン１８７ａはそれぞれ第２エミッタ部１３３ａと第２後面電界部１７３上にだけ位置し、これらの形成順序は変更可能である。
その後、基板１２０を熱処理し複数の第２エミッタ部１３３ａと接触する複数の第１電極１８５と複数の第２後面電界部１７３と接触する複数の第２電極１８７を形成し太陽電池１０ａを完成する(図9)。
このように、高濃度にドーピングされた第２エミッタ部１３３ａ及び第２後面電界部１７３がそれぞれ第１電極１８５及び第２電極１８７と接触し電気的に接続されるので、第１電極１８５及び第２電極１８７の接触特性が向上してオーミックコンタクトを具現する。また、エミッタ部１３０ａと後面電界部１７０ａの表面から一部領域だけが高濃度にドーピングされた領域（１３３ａ、１７３）を形成することでキャリアのライフタイムが増加され太陽電池の効率が向上する。
このように、詳述した本発明の技術的構成は本発明が属する技術分野の当業者が本発明のその技術的思想や必須特徴を変更しなくても他の具体的な形態で実施されることができるということを理解するべきである。
以上で記述した実施の形態はすべての面で例示的なことで限定的なのではないこととして理解されなければならない。本発明の範囲は前述の詳細な説明よりは後述する特許請求範囲によって現わされて、特許請求範囲の意味及び範囲そしてその等価概念から導出されるすべての変更または変形された形態が本発明の範囲に含まれることと解釈されなければならない。

Claims (6)

  1. 第１導電型の基板の後面に前記第１導電型と反対の第２導電型の不純物を含む第１ドーピング用不純物部と前記第１導電型の不純物を含み前記第１ドーピング用不純物部と離隔される第２ドーピング用不純物部を部分的に形成する段階と、
    前記基板を熱処理し、前記第１ドーピング用不純物部が位置した前記基板の前記後面の部分に第１不純物部を形成し、前記第２ドーピング用不純物部が位置した前記基板の前記後面の部分に第２不純物部を形成する段階と、
    前記第１ドーピング用不純物部の中央領域にレーザビームを照射し前記第１不純物部のドーピング濃度より高いドーピング濃度を有する第１高濃度不純物部を前記第１不純物部の中央領域に形成し、前記第２ドーピング用不純物部の中央領域にレーザを照射し前記第２不純物部のドーピング濃度よりさらに高いドーピング濃度を有する第２高濃度不純物部を前記第２不純物部の中央領域に形成する段階を含む段階と、
    前記基板の前記後面に位置し前記第１高濃度不純物部と接続され前記第１高濃度不純物部の上に位置する第１電極と前記第２高濃度不純物部と接続され前記第２高濃度不純物部の上に位置する第２電極を形成する段階と
    を含み、
    前記第１高濃度不純物部は前記第１不純物部により包んで形成され、前記第２高濃度不純物部は、前記第２不純物部により包んで形成され、
    前記第１不純物部と前記第２不純物部が同時に形成される、太陽電池の製造方法。
  2. 前記第１高濃度不純物部と前記第２高濃度不純物部は同時に形成される、請求項１記載の太陽電池の製造方法。
  3. 前記第１高濃度不純物部の不純物ドーピングの厚さは前記第１不純物部の不純物ドーピングの厚さより薄く、前記第２高濃度不純物部の不純物ドーピングの厚さは前記第２不純物部の不純物ドーピングの厚さより薄い、請求項１記載の太陽電池の製造方法。
  4. 前記第１高濃度不純物部及び前記第２高濃度不純物部の不純物の内の少なくとも１つは前記基板の後面から０．２μｍ乃至２．０μｍの不純物ドーピングの厚さを有する、請求項３記載の太陽電池の製造方法。
  5. 前記第１高濃度不純物部の面抵抗は前記第１不純物部の面抵抗より小さく、前記第２高濃度不純物部の面抵抗は前記第２不純物部の面抵抗より小さい、請求項１記載の太陽電池の製造方法。
  6. 前記第１高濃度不純物部及び前記第２高濃度不純物部の内の少なくとも１つは２０Ω／ｃｍ２乃至１００Ω／ｃｍ２の面抵抗を有する、請求項５記載の太陽電池の製造方法。
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