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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6538095
(24)【登録日】2019年6月14日
(45)【発行日】2019年7月3日
(54)【発明の名称】太陽電池及びその製造方法
(51)【国際特許分類】
H01L 31/0745 20120101AFI20190625BHJP
H01L 31/18 20060101ALI20190625BHJP
【ＦＩ】
H01L31/06 450
H01L31/04 420
【請求項の数】8
【全頁数】31
(21)【出願番号】特願2017-3276(P2017-3276)
(22)【出願日】2017年1月12日
(65)【公開番号】特開2017-126748(P2017-126748A)
(43)【公開日】2017年7月20日
【審査請求日】2017年1月12日
(31)【優先権主張番号】10-2016-0003753
(32)【優先日】2016年1月12日
(33)【優先権主張国】KR
【前置審査】
(73)【特許権者】
【識別番号】502032105
【氏名又は名称】エルジー エレクトロニクス インコーポレイティド
(74)【代理人】
【識別番号】100099759
【弁理士】
【氏名又は名称】青木 篤
(74)【代理人】
【識別番号】100123582
【弁理士】
【氏名又は名称】三橋 真二
(74)【代理人】
【識別番号】100092624
【弁理士】
【氏名又は名称】鶴田 準一
(74)【代理人】
【識別番号】100114018
【弁理士】
【氏名又は名称】南山 知広
(74)【代理人】
【識別番号】100117019
【弁理士】
【氏名又は名称】渡辺 陽一
(74)【代理人】
【識別番号】100173107
【弁理士】
【氏名又は名称】胡田 尚則
(72)【発明者】
【氏名】リ ユジン
(72)【発明者】
【氏名】チョン チンウォン
(72)【発明者】
【氏名】チ クァンソン
【審査官】
眞壁 隆一
(56)【参考文献】
【文献】
特表２０１２−５１１２５８（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１５−１４２１３９（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００１−３３２４９４（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特表２０１３−５１２５８２（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１５−２３３１４２（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開平０４−２２５２８２（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００７−３１７９９１（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開平０１−０４８４１０（ＪＰ，Ａ）
【文献】
米国特許出願公開第２０１４／００８３４９３（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｈ０１Ｌ ３１／０２ − ３１／０７８
Ｈ０１Ｌ ３１／１８
(57)【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上に形成された保護膜層と、
前記保護膜層上に位置し、第１導電型及び結晶質構造を有する半導体を含む第１導電型領域と、
前記保護膜層上に位置し、前記第１導電型と異なる第２導電型を有する第２導電型領域と、
前記第１導電型領域に電気的に連結される第１電極と、
前記第１導電型領域と前記第２導電型領域の間に位置し、真性半導体物質でなるバリア領域と、
を含み、
前記第１導電型領域及び前記第２導電型領域が、前記保護膜層上に位置し、第１結晶粒大きさを有する第１部分と、前記第１部分上に位置し、前記第１結晶粒大きさより大きい第２結晶粒大きさを有する第２部分とを含み、
前記バリア領域は、前記保護膜層上に位置し、第１結晶粒大きさを有する第１部分と、前記第１部分上に位置し、前記第１結晶粒大きさより大きい第２結晶粒大きさを有する第２部分とを含む、
前記第１導電型領域の第２部分と、前記第２導電型領域の第２部分と、前記バリア領域の第２部分は異なる結晶粒大きさを有し、
前記第２結晶粒大きさに対する前記第１結晶粒大きさは、１：６から１：２０であり、
前記第１導電型領域の全体の厚さに対する前記第２部分の厚さは５０％から９０％である、太陽電池。
前記半導体基板の一面上に形成された保護膜層と、
前記保護膜層上に位置し、第１導電型及び結晶質構造を有する半導体を含む第１導電型領域と、
前記保護膜層上に位置し、前記第１導電型と異なる第２導電型を有する第２導電型領域と、
前記第１導電型領域に電気的に連結される第１電極と、
前記第１導電型領域と前記第２導電型領域の間に位置し、真性半導体物質でなるバリア領域と、
を含み、
前記第１導電型領域及び前記第２導電型領域が、前記保護膜層上に位置し、第１結晶粒大きさを有する第１部分と、前記第１部分上に位置し、前記第１結晶粒大きさより大きい第２結晶粒大きさを有する第２部分とを含み、
前記バリア領域は、前記保護膜層上に位置し、第１結晶粒大きさを有する第１部分と、前記第１部分上に位置し、前記第１結晶粒大きさより大きい第２結晶粒大きさを有する第２部分とを含む、
前記第１導電型領域の第２部分と、前記第２導電型領域の第２部分と、前記バリア領域の第２部分は異なる結晶粒大きさを有し、
前記第２結晶粒大きさに対する前記第１結晶粒大きさは、１：６から１：２０であり、
前記第１導電型領域の全体の厚さに対する前記第２部分の厚さは５０％から９０％である、太陽電池。
【請求項2】
前記第１結晶粒大きさが１０ｎｍ〜１μｍであり、前記第２結晶粒大きさが２０ｎｍ〜６００μｍである、又は
前記第１結晶粒大きさと前記第２結晶粒大きさの差が１０ｎｍ〜６００μｍである、請求項１に記載の太陽電池。
前記第１結晶粒大きさと前記第２結晶粒大きさの差が１０ｎｍ〜６００μｍである、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項3】
前記第１結晶粒大きさが２０ｎｍ〜５０ｎｍであり、前記第２結晶粒大きさが２００ｎｍ〜５００ｎｍである、又は
前記第１結晶粒大きさと前記第２結晶粒大きさの差が１０ｎｍ〜５００ｎｍである、請求項２に記載の太陽電池。
前記第１結晶粒大きさと前記第２結晶粒大きさの差が１０ｎｍ〜５００ｎｍである、請求項２に記載の太陽電池。
【請求項4】
前記第２部分の厚さが前記第１部分の厚さと等しいかそれより大きい、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項5】
前記第２導電型領域に電気的に連結される第２電極とをさらに含む、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項6】
前記第２導電型領域が前記保護膜層上において前記第１導電型領域と同一平面上に位置し、結晶質構造の半導体を含む、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項7】
半導体基板上に保護膜層を形成する段階と、
前記保護膜層上に結晶性を有する導電型領域を形成する段階と、
前記導電型領域に電気的に連結された電極を形成する段階と、
を含み、
前記導電型領域を形成する段階では、前記導電型領域が、前記保護膜層上に位置し、第１結晶粒大きさを有する第１部分と、前記第１部分上に位置し、前記第１結晶粒大きさより大きい第２結晶粒大きさを有する第２部分とを含むように、前記導電型領域を形成し、
前記導電型領域を形成する段階において、前記導電型領域が形成されない前記第１部分及び前記第２部分を有するバリア領域を形成し、
前記導電型領域を形成する段階は、
前記保護膜層上に第１結晶粒大きさを有する第１半導体部分を含む半導体層を形成する段階と、
前記半導体層の一部にレーザーを照射することで、前記保護膜層から離隔し、前記第１半導体部分上に位置し、前記第１結晶粒大きさより大きい第２結晶粒大きさを有する第２半導体部分を形成する段階と、
を含み、
前記第１導電型領域の第２部分と、前記第２導電型領域の第２部分と、前記バリア領域の第２部分は異なる結晶粒大きさを有し、
前記第２結晶粒大きさに対する前記第１結晶粒大きさは、１：６から１：２０であり、
前記第１導電型領域の全体の厚さに対する前記第２部分の厚さは５０％から９０％である、太陽電池の製造方法。
前記保護膜層上に結晶性を有する導電型領域を形成する段階と、
前記導電型領域に電気的に連結された電極を形成する段階と、
を含み、
前記導電型領域を形成する段階では、前記導電型領域が、前記保護膜層上に位置し、第１結晶粒大きさを有する第１部分と、前記第１部分上に位置し、前記第１結晶粒大きさより大きい第２結晶粒大きさを有する第２部分とを含むように、前記導電型領域を形成し、
前記導電型領域を形成する段階において、前記導電型領域が形成されない前記第１部分及び前記第２部分を有するバリア領域を形成し、
前記導電型領域を形成する段階は、
前記保護膜層上に第１結晶粒大きさを有する第１半導体部分を含む半導体層を形成する段階と、
前記半導体層の一部にレーザーを照射することで、前記保護膜層から離隔し、前記第１半導体部分上に位置し、前記第１結晶粒大きさより大きい第２結晶粒大きさを有する第２半導体部分を形成する段階と、
を含み、
前記第１導電型領域の第２部分と、前記第２導電型領域の第２部分と、前記バリア領域の第２部分は異なる結晶粒大きさを有し、
前記第２結晶粒大きさに対する前記第１結晶粒大きさは、１：６から１：２０であり、
前記第１導電型領域の全体の厚さに対する前記第２部分の厚さは５０％から９０％である、太陽電池の製造方法。
【請求項8】
前記導電型領域を形成する段階は、
前記半導体層を形成する段階と前記第２半導体部分を形成する段階の間に、前記半導体層上にドーパント層を形成する段階をさらに含み、
前記第２半導体部分を形成する段階で前記ドーパント層にレーザーを照射することにより、前記ドーパント層内に含まれたドーパントが前記半導体層に拡散するドーピング工程を一緒に行う、請求項７に記載の太陽電池の製造方法。
前記半導体層を形成する段階と前記第２半導体部分を形成する段階の間に、前記半導体層上にドーパント層を形成する段階をさらに含み、
前記第２半導体部分を形成する段階で前記ドーパント層にレーザーを照射することにより、前記ドーパント層内に含まれたドーパントが前記半導体層に拡散するドーピング工程を一緒に行う、請求項７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】
本発明は構造を改善した太陽電池及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、石油や石炭のような既存のエネルギー資源の枯渇が予想されるにつれて、これらを取り替える代替エネルギーに対する関心が高くなっている。そのうちでも、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。
【0003】
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。ところで、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が決定できる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
太陽電池の商用化のためには低効率及び低生産性を克服しなければならないため、太陽電池の効率及び生産性を最大化することができる太陽電池及びその製造方法が要求される。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明の実施例による太陽電池は、半導体基板と、前記半導体基板の一面上に形成された保護膜層と、前記保護膜層上に位置し、第１導電型及び結晶質構造を有する半導体を含む第１導電型領域と、前記第１導電型とは違う第２導電型を有する第２導電型領域と、前記第１導電型領域に電気的に連結される第１電極と、前記第２導電型領域に電気的に連結される第２電極を含む。前記第１導電型領域は、前記保護膜層上に位置し、第１結晶粒大きさを有する第１部分と、前記第１部分上に位置し、前記第１結晶粒大きさより大きい第２結晶粒大きさを有する第２部分とを含む。
【0006】
本発明の実施例による太陽電池の製造方法は、半導体基板上に保護膜層を形成する段階と、前記保護膜層上に結晶性を有する導電型領域を形成する段階と、前記導電型領域に電気的に連結された電極を形成する段階を含む。前記導電型領域を形成する段階で、前記導電型領域が、前記保護膜層上に位置し、第１結晶粒大きさを有する第１部分と、前記第１部分上に位置し、前記第１結晶粒大きさより大きい第２結晶粒大きさを有する第２部分をと含むように、前記導電型領域を形成する。
【発明の効果】
【0007】
本発明の太陽電池及びその製造方法は、太陽電池の効率及び生産性を最大化することができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】本発明の一実施例による太陽電池を示す断面図である。
【図3a】本発明の一実施例による太陽電池の製造方法を示す断面図である。
【図3b】本発明の一実施例による太陽電池の製造方法を示す断面図である。
【図3c】本発明の一実施例による太陽電池の製造方法を示す断面図である。
【図3d】本発明の一実施例による太陽電池の製造方法を示す断面図である。
【図3e】本発明の一実施例による太陽電池の製造方法を示す断面図である。
【図3f】本発明の一実施例による太陽電池の製造方法を示す断面図である。
【図3g】本発明の一実施例による太陽電池の製造方法を示す断面図である。
【図4a】本発明の他の実施例による製造方法の一部を示す断面図である。
【図4b】本発明の他の実施例による製造方法の一部を示す断面図である。
【図4c】本発明の他の実施例による製造方法の一部を示す断面図である。
【図5a】本発明のさらに他の実施例による製造方法の一部を示す断面図である。
【図5b】本発明のさらに他の実施例による製造方法の一部を示す断面図である。
【図5c】本発明のさらに他の実施例による製造方法の一部を示す断面図である。
【図5d】本発明のさらに他の実施例による製造方法の一部を示す断面図である。
【図6】本発明の他の実施例による太陽電池を示す断面図である。
【図7】本発明のさらに他の実施例による太陽電池を示す断面図である。
【図8】本発明のさらに他の実施例による太陽電池を示す断面図である。
【図9】製造例１の第１太陽電池の断面写真である。
【図10】比較例１の第１比較太陽電池の断面写真である。
【図11】製造例１による第１〜第４太陽電池の第１導電型領域の面抵抗及び第１〜第４太陽電池の暗示開放電圧（ｉｍｐｌｉｅｄ Ｖｏｃ、Ｖｉｍｐ）を示すグラフである。
【図12】比較例１による第１〜第３比較太陽電池の第１導電型領域の面抵抗及び第１〜第３太陽電池の暗示開放電圧を示すグラフである。
【図13】製造例１による第１太陽電池、比較例１の第１比較太陽電池、及び比較例２、製造例２〜４による太陽電池の第１導電型領域でのキャリア移動度の相対値を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、添付図面に基づい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ものではなく、多様な形態に変形可能であるのは言うまでもない。
【0010】
図面では、本発明を明確で簡略に説明するために、説明と関係ない部分の図示を省略し、明細書全般にわたって同一又は極めて類似の部分に対しては同一の参照符号を付ける。そして、図面では、より明確な説明のために、厚さ、広さなどを拡大又は縮小して示したが、本発明の厚さ、広さなどは図面に示したものに限定されない。
【0011】
そして、明細書全般にわたってある部分が他の部分を“含む”というとき、特に反対の記載がない限り、さらに他の部分を排除するものではなく、さらに他の部分をもっと含むことができる。また、層、膜、領域、板などの部分が他の部分“上に”あるというとき、これは他の部分の“真上に”ある場合だけではなく、その間にさら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“真上に”あるというときには、その間にさらに他の部分が位置しないことを意味する。この明細書で、第１、第２などの用語は相互間の区別のために使うものであるだけ、本発明がこれに限定されるものではない。
【0012】
以下、添付図面に基づいて本発明の実施例による太陽電池及びその製造方法を詳細に説明する。
【0014】
図１及び図２を参照すると、本実施例による太陽電池１００は、ベース領域１１０を含む半導体基板１０と、半導体基板１０の一面（以下“後面”）上に形成される保護膜層２０と、保護膜層２０上に位置し、結晶質構造を有する半導体で構成され、第１導電型を有する第１導電型領域３２及び第１導電型と反対の第２導電型を有する第２導電型領域３４と、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る第１電極４２及び第２電極４４とを含む。この際、本実施例は、第１導電型領域３２が保護膜層２０上に位置し、第１結晶粒大きさ（一例として、第１平均結晶粒大きさ）を有する第１部分３２１と、第１部分３２１上に保護膜層２０から離隔して位置し、第１結晶粒大きさより大きい第２結晶粒大きさ（一例として、第２平均結晶粒大きさ）を有する第２部分３２２とを含む。そして、太陽電池１００は、パッシベーション膜２４、４０、反射防止膜２６などをさらに含むことができる。これをより詳細に説明する。
【0015】
半導体基板１０は、第１又は第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んで第１又は第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１又は第２導電型ドーパントを含む結晶質半導体でなることができる。一例として、ベース領域１１０は第１又は第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）でなることができる。特に、ベース領域１１０は第１又は第２導電型ドーパントを含む単結晶半導体（例えば、単結晶半導体ウエハー、より具体的には、半導体シリコンウエハー）でなることができる。このように結晶性が高くて欠陥が少ないベース領域１１０又は半導体基板１０を基にすれば、電気的特性に優れる。
【0016】
そして、半導体基板１０は、半導体基板１０の他面（以下“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するとともにベース領域１１０より高いドーピング濃度を有することができる。
【0017】
本実施例では、前面電界領域１３０が半導体基板１０に第１又は第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して形成されたドーピング領域でなったものを例示した。これにより、前面電界領域１３０が第１又は第２導電型を有する結晶質（単結晶又は多結晶）半導体を含んで半導体基板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１又は第２導電型を有する単結晶半導体基板（一例として、単結晶シリコンウエハー基板）の一部を構成することができる。
【0018】
この際、前面電界領域１３０のドーピング濃度は同一の第１又は第２導電型を有する第１又は第２導電型領域３２、３４のドーピング濃度より低くてもよい。前面電界領域１３０は半導体基板１０の前面側にキャリアが流れることを防止するかあるいはキャリアが水平移動することができるほどにのみドープされれば良いので、相対的にドーピング濃度が低くても構わないからである。しかし、本発明がこれに限定されるものではない。
【0019】
前面電界領域１３０に含まれたドーパントは第１又は第２導電型領域３１、３４に含まれた第１又は第２導電型ドーパントと同一の導電型を有し、第２導電型領域３４に含まれた第１又は第２導電型ドーパントと同一の物質であっても、違う物質であってもよい。
【0020】
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とは違う別個の半導体層（例えば、非晶質半導体層、微細結晶半導体層、又は多結晶半導体層）に第１又は第２導電型ドーパントをドープして前面電界領域１３０を形成することもできる。若しくは、前面電界領域１３０が半導体基板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の役目をする電界領域でなることもできる。例えば、ベース領域１１０がｎ型の場合には、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）でなり、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。この場合には、半導体基板１０が別個のドーピング領域を備えずにベース領域１１０のみでなって、半導体基板１０の欠陥を最小化することができる。その以外の多様な方法で多様な構造の前面電界領域１３０を形成することができる。
【0021】
本実施例において、半導体基板１０の前面はテクスチャリング（ｔｅｘｔｕｒｉｎｇ）されてピラミッド状など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て表面粗さが増加すれば、半導体基板１０の前面を通じて入射する光の反射率を低めることができる。したがって、ベース領域１１０と第１又は第２導電型領域３２、３４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、光損失を最小化することができる。
【0022】
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平坦な面でなることができる。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には、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ることができるからである。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くてパッシベーション特性を向上させることができ、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ものではなく、場合によって半導体基板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。その以外の多様な変形も可能である。
【0023】
半導体基板１０の後面上には保護膜層２０が形成されることができる。一例として、保護膜層２０は半導体基板１０の後面に接触するように半導体基板１０上に全体的に形成されることにより、構造を単純化し、トンネリング効果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い。
【0024】
保護膜層２０は電子及び正孔に一種のバリア（ｂａｒｒｉｅｒ）として作用して、少数キャリア（ｍｉｎｏｒｉｔｙ ｃａｒｒｉｅｒ）が通過しないようにし、保護膜層２０に隣接した部分に蓄積された後、一定量以上のエネルギーを有する多数キャリア（ｍａｊｏｒｉｔｙ ｃａｒｒｉｅｒ）のみが保護膜層２０を通過するようにする。この際、一定量以上のエネルギーを有する多数キャリアはトンネリング効果によって容易に保護膜層２０を通過することができる。また、保護膜層２０は導電型領域３２、３４のドーパントが半導体基板１０に拡散することを防止する拡散バリアとしての役目をすることができる。このような保護膜層２０は多数キャリアがトンネリングすることができる多様な物質を含むことができ、一例として、非晶質シリコン、酸化物、窒化物、半導体、伝導性高分子などを含むことができる。例えば、保護膜層２０は、シリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコン酸化窒化物、真性非晶質シリコン、真性多結晶シリコンなどを含むことができる。一例として、保護膜層２０は、酸化物、窒化物などの絶縁物質であってもよく、特に、シリコン酸化物を含むシリコン酸化物層でなることができる。シリコン酸化物層はパッシベーション特性に優れ、キャリアがトンネリングし易い膜であるからである。
【0025】
トンネリング効果を十分に具現することができるように、保護膜層２０の厚さは後面パッシベーション膜４０の厚さより小さくてもより。一例として、保護膜層２０の厚さが５ｎｍ以下（より具体的には、２ｎｍ以下、一例として、０．５ｎｍ〜２ｎｍ）であってもよい。保護膜層２０の厚さが５ｎｍを超えれば、トンネリングが円滑でなくて太陽電池１００が作動しないこともあり、保護膜層２０の厚さが０．５ｎｍ未満であれば、所望の品質の保護膜層２０を形成することに難しさがあり得る。トンネリング効果をより向上させるためには、保護膜層２０の厚さが２ｎｍ以下（より具体的に０．５ｎｍ〜２ｎｍ）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、保護膜層２０の厚さが多様な値を有することができる。
【0026】
保護膜層２０上には導電型領域３２、３４を含む半導体層３０が位置することができる。一例として、半導体層３０は保護膜層２０に接触するように形成されて構造を単純化し、トンネリング効果を最大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い。
【0027】
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持って第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持って第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が保護膜層２０上の同一平面上に位置することができる。すなわち、第１及び第２導電型領域３２、３４と保護膜層２０の間に互いに同様に他の層が位置しないか、第１及び第２導電型領域３２、３４と保護膜層２０の間に他の層が位置する場合には、他の層は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の間にこれらと同一平面上にバリア領域３６が位置することができる。
【0028】
一例として、本実施例において、ベース領域１１０は第２導電型を有することができる。この際、第１導電型領域３２が保護膜層２０を挟んでベース領域１１０と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。第２導電型領域３４が裏面電界（ｂａｃｋ ｓｕｒｆａｃｅ ｆｉｅｌｄ）を形成して、半導体基板１０の表面（より正確に、半導体基板１０の後面）で再結合によってキャリアが失われることを防止する裏面電界領域を構成する。
【0029】
しかし、本発明がこれに限定されるものではない。ベース領域１１０が第１導電型を有することもできる。この場合には、第２導電型領域３４が保護膜層２０を挟んでベース領域１１０とｐｎ接合（又はｐｎトンネル接合）を形成して、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。第１導電型領域３２が裏面電界（ｂａｃｋ ｓｕｒｆａｃｅ ｆｉｅｌｄ）を形成し、半導体基板１０の表面（より正確に、半導体基板１０の後面）で再結合によってキャリアが失われることを防止する裏面電界領域を構成する。
【0030】
この際、第１導電型領域３２は第１導電型ドーパントを含む結晶質構造の半導体（一例として、シリコン）を含むことができる。そして、第２導電型領域３４は第２導電型ドーパントを含む結晶質構造の半導体（一例として、シリコン）を含むことができる。
【0031】
本実施例では、第１及び第２導電型領域３２、３４が半導体基板１０上（より明確に、保護膜層２０上）に半導体基板１０とは別個に形成され、第１又は第２導電型ドーパントがドープされた半導体層でなる。例えば、第１及び第２導電型領域３２、３４は蒸着などの多様な方法で容易に製造可能な多結晶半導体（一例として、多結晶シリコン）などに第１又は第２導電型ドーパントをドープして形成されることができる。第１又は第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と一緒に含まれるか、あるいは半導体層を形成した後に熱拡散法、イオン注入法などの多様なドーピング法によって半導体層に含まれることもできる。
【0032】
この際、第１又は第２導電型ドーパントがｐ型の場合には、硼素Ｂ、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）などの３族元素が使える。第１又は第２導電型ドーパントがｎ型の場合には、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、ビズマス（Ｂｉ）、アンチモン（Ｓｂ）などの５族元素が使える。一例として、第１導電型ドーパントはｐ型を示す硼素Ｂであってもよく、第２導電型ドーパントはｎ型を示すリン（Ｐ）であってもよい。
【0033】
そして、第１導電型領域３２と第２導電型領域３４の間にバリア領域３６が位置して第１導電型領域３２と第２導電型領域３４を互いに隔離させる。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には、シャント（短絡）（ｓｈｕｎｔ）が発生して太陽電池１００の性能を低下させることができる。したがって、この実施例では、第１導電型領域３２と第２導電型領域３４の間にバリア領域３６を位置させて不要なシャントを防止することができる。
【0034】
バリア領域３６は、第１導電型領域３２と第２導電型領域３４の間でこれらを実質的に絶縁することが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として、ドープされていない（すなわち、非ドープの）絶縁物質（一例として、酸化物、窒化物）などが使える。若しくは、バリア領域３６が真性（ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ）半導体を含むこともできる。この際、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て連続的に形成される同一半導体（一例として、多結晶半導体、より具体的には、多結晶シリコン）でなり、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）半導体物質であってもよい。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して第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して第２導電型領域３４を形成すれば、第１導電型領域３２及び第２導電型領域３４が形成されなかった領域がバリア領域３６を構成することができる。これによると、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の製造方法を単純化することができる。
【0035】
しかし、本発明がこれに限定されるものではない。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とは別個に形成した場合には、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と違うこともある。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より大きい厚さを有することもできる。若しくは、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。その外の多様な変形が可能であるのは言うまでもない。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とは違う物質を含むこともできる。
【0036】
そして、この実施例では、バリア領域３６が第１導電型領域３２と第２導電型領域３４の間を全体的に離隔するものを例示した。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、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の境界部分の一部のみを離隔させるように形成されることもできる。これによると、第１導電型領域３２及び第２導電型領域３４の境界の他の一部は互いに接触することもできる。
【0037】
本実施例では、一例として、ベース領域１１０が第２導電型を有することができる。この際、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とは違う導電型を有する第１導電型領域３２の面積を広く形成することができる。これにより、ベース領域１１０と第１導電型領域３２の間で保護膜層２０を介して形成されるｐｎ接合をより広く形成することができる。この際、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によって移動速度が相対的に遅い正孔を効果的に収集することができる。しかし、本発明がこれに限定されるものではない。
【0038】
第１導電型領域３２及び第２導電型領域３４、そしてバリア領域３６の平面構造は後で図２を参照してより詳細に説明する。
【0039】
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が形成されることができる。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に接触するように形成されて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ものではない。
【0040】
後面パッシベーション膜４０は、第１導電型領域３２と第１電極４２の連結のための開口部４０２と、第２導電型領域３４と第２電極４４の連結のための開口部４０４とを備える。これにより、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が連結されてはいけない電極（すなわち、第１導電型領域３２の場合には第２電極４４、第２導電型領域３４の場合には第１電極４２）と連結されることを防止する役目をする。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をパッシベーションする効果を有することができる。
【0041】
半導体基板１０の前面上（より正確に、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が位置することができる。実施例によっては、半導体基板１０上に前面パッシベーション膜２４のみ形成されることもでき、半導体基板１０上に反射防止膜２６のみ形成されることもでき、あるいは半導体基板１０上に前面パッシベーション膜２４及び反射防止膜２６が順に位置することもできる。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が順に接触するように形成され、半導体基板１０が前面パッシベーション膜２４と接触するように形成されるものを例示した。しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、半導体基板１０が反射防止膜２６に接触するように形成されることも可能であり、その以外の多様な変形が可能である。
【0042】
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／又は反射防止膜２６は保護膜層２０より大きい厚さを有することができる。これにより、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。その以外の多様な変形が可能である。
【0043】
後面パッシベーション膜４０は、第１及び第２電極４２、４４が貫く開口部４０２、４０４を除き、半導体基板１０の後面に全体的に形成されることができる。そして、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ることができる。ここで、全体的に形成されたと言うのは物理的に完全に全て形成されたものだけではなく、不可避的に一部が除かれた部分がある場合も含む。
【0044】
前面又は後面パッシベーション膜２４、４０は半導体基板１０の前面又は第１及び第２導電型領域３２、３４に接触するように形成されることで、半導体基板１０又は第１及び第２導電型領域３２、３４の表面又はバルク内に存在する欠陥を不動化させる。これにより、少数キャリアの再結合サイトを除去して太陽電池１００の開放電圧を高めることができる。反射防止膜２６は半導体基板１０の前面に入射する光の反射率を減少させる。よって、ベース領域１１０と第１又は第２導電型領域３２、３４によって形成されたｐｎ接合まで到達する光量を増加させることができる。したがって、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、前面又は後面パッシベーション膜２４、４０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て太陽電池１００の効率を向上させることができる。
【0045】
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／又は反射防止膜２６は多様な物質で形成されることができる。一例として、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／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からなる群から選択されたいずれか１種の単一膜又は二種以上の膜が組み合わせられた多層膜の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上に形成されたシリコン酸化膜であってもよく、反射防止膜２６はシリコン窒化膜及びシリコン炭化膜が順に積層された構造を有することができる。そして、一例として、後面パッシベーション膜４０はシリコン窒化膜とシリコン炭化膜が順に積層された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、後面パッシベーション膜４０が多様な物質を含むことができるのは言うまでもない。
【0046】
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、４０は、優れた絶縁特性、パッシベーション特性などを有するようにドーパントなどを備えないこともある。
【0047】
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。
【0048】
この際、第１電極４２は後面パッシベーション膜４０の開口部４０２を貫いて第１導電型領域３２に連結され、第２電極４４は後面パッシベーション膜４０の開口部４０４を貫いて第２導電型領域３４に連結される。このような第１及び第２電極４２、４４としては多様な金属物質を含むことができる。一例として、第１及び第２電極４２、４４は金属でなり、第１及び第２導電型領域３２、３４にそれぞれ接触するように形成されることができる。
【0050】
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状を成すように長く形成され、長手方向と交差する方向に互いに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の間にはこれらを離隔させるバリア領域３６が位置することができる。図面に示されていないが、互いに離隔した複数の第１導電型領域３２が一側縁部で互いに連結されることができ、互いに離隔した複数の第２導電型領域３４が他側縁部で互いに連結されることができる。しかし、本発明がこれに限定されるものではない。
【0051】
この際、第１導電型領域３２の面積が第２導電型領域３４の面積より大きくてもよい。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変更す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）より大きくてもよい。これは第１導電型領域３２にエミッタ領域として機能する場合を例示したものであり、第２導電型領域３４がエミッタ領域として機能する場合には、第２導電型領域３４が第１導電型領域３２より大きくてもよい。
【0052】
そして、第１電極４２が第１導電型領域３２に対応してストライプ状に形成され、第２電極４４が第２導電型領域３４に対応してストライプ状に形成されることができる。開口部（図１の参照符号４０２、４０４、以下同じ）のそれぞれが第１及び第２電極４２、４４に対応して第１及び第２電極４２、４４の全長にわたって形成されることもできる。これによると、第１及び第２電極４２、４４と第１導電型領域３２及び第２導電型領域３４の接触面積を最大化してキャリア収集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い。開口部４０２、４０４が第１及び第２電極４２、４４の一部のみを第１導電型領域３２及び第２導電型領域３４にそれぞれ連結するように形成されることも可能であるのは言うまでもない。例えば、開口部４０２、４０４が複数のコンタクトホールでなることができる。そして、図面に示されていないが、第１電極４２が一側縁部で互いに連結されるように形成され、第２電極４４が他側縁部で互いに連結されるように形成されることができる。しかし、本発明がこれに限定されるものではない。
【0053】
本実施例による太陽電池１００に光が入射すれば、ベース領域１１０と第１導電型領域３２の間に形成されたｐｎ接合での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保護膜層２０をトンネリングしてそれぞれ第１導電型領域３２及び第２導電型領域３４に移動してから第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ことになる。
【0054】
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ていない後面電極構造の太陽電池１００では、半導体基板１０の前面でシェーディング損失（ｓｈａｄｉｎｇ ｌｏｓｓ）を最小化することができる。したがって、太陽電池１００の効率を向上させることができる。
【0055】
そして、第１及び第２導電型領域３２、３４が保護膜層２０を挟んで半導体基板１０上に形成されるので、半導体基板１０とは違う別個の層でなる。これによって半導体基板１０にドーパントをドープして形成されたドーピング領域を導電型領域として使う場合より再結合による損失を最小化することができる。
【0056】
本実施例では、第１導電型領域３２が、保護膜層２０上に位置し、第１結晶粒大きさを有する第１部分３２１と、第１部分３２１上に位置して保護膜層２０か離隔し、第１結晶粒大きさより大きい第２結晶粒大きさを有する第２部分３２２とを含む。ここで、結晶粒大きさは平均結晶粒大きさを意味することができる。そして、この実施例では、第２導電型領域３４が保護膜層２０上に位置し、第１結晶粒大きさを有する第１部分３４１と、第１部分３４１上に位置し、保護膜層２０から離隔し、第１結晶粒大きさより大きい第２結晶粒大きさを有する第２部分３４２とを含む。同様に、バリア領域３６も、保護膜層２０上に位置し、第１結晶粒大きさを有する第１部分３６１と、第１部分３６１上に位置し、保護膜層２０から離隔し、第１結晶粒大きさより大きい第２結晶粒大きさを有する第２部分３６２とを含む。すなわち、本実施例では、半導体層３０の第１部分３０１が、第１導電型領域３２の第１部分３２１、第２導電型領域３４の第１部分３４１及びバリア領域３６の第１部分３６１を含み、半導体層３０の第２部分３０２が第１導電型領域３２の第１部分３２１、第２導電型領域の第２部分３４２及びバリア領域３６の第２部分３６２を含むことができる。
【0057】
このように、保護膜層２０上に位置する第１及び第２導電型領域３２の第１部分３２１、３４１より第２部分３２２、３４２の結晶粒大きさが大きければ、第２部分３２２、３４２を介してドープされるドーパントの拡散速度が高くなくて第２部分３２２、３４２に多量のドーパントが位置することになり、第１部分３２１、３４１には第２部分３２２、３４２より相対的に少量のドーパントが位置することになる。これにより、電極４２、４４に近く位置（一例として、接触）する第１及び第２導電型領域３２、３４の第２部分３２２、３４２に相対的に多量のドーパントが位置して表面濃度を高めることができ、電極４２、４４との接触抵抗を低めることができる。そして、保護膜層２０に隣接した第１及び第２導電型領域３２、３４の第１部分３２１、３４１に相対的に少量のドーパントが位置して、保護膜層２０又はこれに隣接した半導体基板１０まで拡散するドーパントの量を減らして優れたパッシベーション特性を維持することができる。
【0058】
一方、第１及び第２導電型領域３２、３４の実質的に同じ大きさの結晶粒大きさを有する部分のみでなれば、ドーピングプロファイルを調節して接触抵抗、パッシベーション特性及びキャリア移動度を一緒に向上しにくいことがあり得る。例えば、第１及び第２導電型領域３２、３４が第２部分３２２、３４２なしに相対的に小さい第１結晶粒大きさを有する第１部分３２１、３４１のみでなれば、結晶粒界（ｇｒａｉｎ ｂｏｕｎｄａｒｙ）が多くてキャリアの移動度が高くないこともある。他の例として、第１及び第２導電型領域３２、３４が第１部分３２１、３４１なしに相対的に大きい第２結晶粒大きさを有する第２部分３２２、３４２のみでなれば、ドーパント拡散速度が低くなって第１及び第２導電型領域３２、３４が十分なドーピング濃度を有しにくいこともある。これによると、電極４２、４４との接触抵抗が増加することができる。そして、キャリアの移動度を高くするための他の方法として、ドーパントの量を増加させれば、過量のドーパントが保護膜層２０又はこれに隣接した半導体基板１０まで拡散してパッシベーション特性を低下させることができる。
【0059】
一例として、第１部分３０１の第１結晶粒大きさが１０ｎｍ〜１μｍであり、第２部分３０２の第２結晶粒大きさが第１結晶粒大きさより大きい２０ｎｍ〜６００μｍであってもよい。この際、第１又は第２結晶粒大きさは、厚さ方向に見るときの平均結晶粒大きさ及び平面で見るときの平均結晶粒大きさの中で大きいものであってもよい。第１結晶粒大きさが１０ｎｍ未満であれば、第１部分３２１を介してドーパントが容易に拡散して保護膜層２０の界面でのパッシベーション特性が低下することができ、この程度の結晶粒大きさの第１部分３２１を形成しにくいこともある。そして、第１結晶粒大きさが１μｍを超えれば、第１部分３２１に充分にドーパントが拡散しなくて抵抗が増加することができる。第２結晶粒の大きさが２０ｎｍ未満であれば、第１部分３０１に比べて結晶粒大きさが十分ではなくて上述した第１部分３０１及び第２部分３０２による効果が充分に具現しにくいこともある。第２結晶粒の大きさが６００μｍを超えれば、ドーパントがほとんど拡散しなくて所望のドーピング濃度を有する第１及び第２導電型領域３２、３４を形成しにくいし、これを形成するための工程が実質的に難しいこともある。
【0060】
より具体的には、第１部分３０１の第１結晶粒大きさが２０ｎｍ〜５０ｎｍであってもよく、第２部分３０２の第２結晶粒大きさが２００ｎｍ〜５００ｎｍ（一例として、２００ｎｍ〜３００ｎｍ）であってもよい。このような第１及び第２結晶粒大きさによって上述した第１部分３０１及び第２部分３０２による効果を効果的に具現することができる。
【0061】
若しくは、第１部分３０１の結晶粒大きさと第２部分３０２の結晶粒大きさの差が１０ｎｍ〜６００μｍであってもよい。上述した結晶粒大きさの差が１０ｎｍ未満であれば、上述した第１部分３０１及び第２部分３０２による効果が十分でないこともある。上述した結晶粒大きさの差が６００μｍを超えるように第２部分３０２を形成しにくいこともある。より具体的に、第１部分３０１の結晶粒大きさと第２部分３０２の結晶粒大きさの差が１０ｎｍ〜５００nｍ（一例として、１００ｎｍ〜３００nｍ）であってもよい。このような範囲内で上述した第１部分３０１及び第２部分３０２による効果を効果的に具現することができる。
【0062】
若しくは、第１部分３０１の第１結晶粒大きさに対する第２部分３０２の第２結晶粒大きさの割合が１．５倍〜１００倍（例えば、２倍〜４０倍、一例として、６倍〜２０倍）であってもよい。上述した割合が１．５倍未満であれば、上述した第１部分３０１及び第２部分３０２による効果が十分でないこともある。上述した割合が１００倍以上であれば、工程上具現が難しく、第１及び第２導電型領域３２、３４が所望のドーピング濃度などを有しにくいこともある。上述した割合が２倍〜４０倍であれば、第１部分３０１及び第２部分３０２の結晶粒の差による効果を十分に具現しながら工程上容易に具現することができる。そして、上述した割合が６倍〜２０倍であるとき、結晶粒の差による効果を最大化しながら工程上容易に製造することができる。
【0063】
しかし、本発明が上述した数値範囲に限定されるものではなく、多様な変形が可能である。
【0064】
本実施例において、第１及び第２導電型領域３２、３４は、保護膜層２０に接触するように形成される第１部分３２１、３４１と、電極４２、４４に接触するように形成される第２部分３２２、３４２とからなることができる。このように、第１及び第２導電型領域３２、３４が二つの層である第１及び第２部分３２１、３４１、３２２、３４２のみでなって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ものではなく、第１及び第２部分３２１、３４１、３２２、３４２以外の他の層をさらに備えることもできる。
【0065】
第１及び第２導電型領域３２、３４の全厚（又は半導体層３０）に対する第２部分３２２、３４２の厚さ（又は第２部分３０２）の割合が２０％〜９０％であってもよい。前記の割合が２０％未満であれば、第２部分３２２、３４２の厚さが十分ではないため、電極４２、４４との接触抵抗を低下させるのに限界があり得る。そして、前記の割合が９０％を超えれば、第１部分３２１、３４１の厚さが小さくてドーピングが十分でないこともあり、保護膜層２０に隣接した部分で第１及び第２導電型領域３２、３４の抵抗が高いこともある。
【0066】
一例として、第２部分３２２、３４２の厚さが第１部分３２１、３４１の厚さと等しいかそれより大きくてもよい。特に、第２部分３２２、３４２の厚さが第１部分３２１、３４１の厚さより大きくてもよい。これにより、第１及び第２導電型領域３２、３４の全厚に対する第２部分３２２、３４２の厚さの割合が５０％〜９０％（より具体的に、５０％を超えながら９０％以下）であってもよい。第２部分３２２、３４２の厚さが相対的に大きくなればキャリアの移動度が増加して電気的特性を向上させることができるからである。
【0067】
本実施例では、バリア領域３６が第１部分３６１と第２部分３６２を含み、保護膜層２０に隣接又は接触する部分に小さな結晶粒を有する第１部分３６１が位置することができる。これにより、キャリア移動が多い保護膜層２０に隣接した部分で第１及び第２導電型領域３２、３４の側面からバリア領域３６を通じてキャリアが移動することを効果的に防止することができる。このように、第１部分３６１及び第２部分３６２を備えるバリア領域３６は、半導体層３０にドープして第１及び第２導電型領域３２、３４を形成するとき、一部の領域をドープしないことにより、未ドーピング領域に形成することによって容易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ものではなく、多様な方法によって第１部分３６１及び第２部分３６２を備えるバリア領域３６を形成することができる。
【0068】
本明細書では、第１部分３０１を構成する第１導電型領域３２の第１部分３２１、第２導電型領域３４の第１部分３４１及びバリア領域３６の第１部分３６１が同一の第１結晶粒大きさを有し、第２部分３０２を構成する第１導電型領域３２の第２部分３２２、第２導電型領域３４の第２部分３４２及びバリア領域３６の第２部分３６１が同一の第２結晶粒大きさを有するものを例示した。これは同じ工程で連続的に形成された半導体層３０に第１導電型領域３２、第２導電型領域３４及びバリア領域３６を備えるので、結晶粒大きさを判断するときにこれらの全てで平均結晶粒大きさを求めたからである。しかし、本発明がこれに限定されるものではない。よって、第１導電型領域３２の第１部分３２１、第２導電型領域３４の第１部分３４１及びバリア領域３６の第１部分３６１が異なる結晶粒大きさを有し、第１導電型領域３２の第２部分３２２、第２導電型領域３４の第２部分３４２及びバリア領域３６の第２部分３６１が異なる結晶粒大きさを有することができる。この場合にも、第１導電型領域３２の第１部分３２１より第２部分３２２がもっと大きい結晶粒大きさを有し、第２導電型領域３４の第１部分３４１より第２部分３４２がもっと大きい結晶粒大きさを有し、バリア領域３６の第１部分３６１より第２部分３６２がもっと大きい結晶粒大きさを有することができる。
【0069】
上述した構造の第１及び第２導電型領域３２、３４及び／又はバリア領域３６は多様な方法で形成することができる。
【0070】
一例として、第１及び第２導電型領域３２、３４を構成する半導体層３０を形成するとき、全体的に第１結晶粒大きさを有する第１半導体部分（図３ｂの参照符号３１０）を有する半導体層を形成し、その後に第２結晶粒大きさを有する第２半導体部分（図３ｃの参照符号３２０）を形成することができる。ドーピングは半導体層３０を形成する工程で遂行することもでき、その後の別個のドーピング工程で遂行することもできる。これを図３ａ〜図３ｇに基づいてより詳細に説明する。
【0071】
若しくは、均一な第１結晶粒大きさを有する第１半導体部分（図４ｂ又は図５ｂの参照符号３１０ａ、以下同じ）を有する半導体層３１０ａを形成した後、前記半導体層の一部にレーザーを照射して第１半導体部分上に位置する第２半導体部分を形成することができる。具体的に、第１半導体部分３１０ａの厚さ方向への一部に局部的な熱処理を行って第１半導体部分３１０ａ上に第２結晶粒大きさを有する第２半導体部分（図４ｃの参照符号３２０又は図５ｄの参照符号３２０）を形成することもできる。これを図４ａ〜図４ｃ、及び図５ａ〜図５ｄに基づいてより詳細に説明する。
【0073】
まず、図３ａに示すように、ベース領域１１０でなる半導体基板１０上に保護膜層２０を形成する。保護膜層２０は、化学的酸化、熱的酸化、蒸着などの多様な方法で形成することができる。
【0075】
この時、本実施例では、図３ｂに示すように、保護膜層２０上に第１工程条件で第１結晶粒大きさを有する第１半導体部分３１０を含む半導体層を形成することができる。その後、図３ｃに示すように、第１部分３１０上に、第１工程条件とは違う第２工程条件で、第１半導体部分３１０上に位置するとともに第２結晶粒大きさを有する第２半導体部分３２０を形成することができる。これにより、異なる結晶粒大きさを有する第１半導体部分３１０と第２半導体部分３２０を備える半導体層３００を形成することができる。
【0076】
この時、第１半導体部分３１０を形成する段階と第２半導体部分３２０を形成する段階は工程条件のみを変更して同じ装置内で連続的な工程で行うその場（ｉｎ−ｓｉｔｕ）工程で遂行することができる。これによって工程を単純化することができる。また、第１半導体部分３１０を形成する工程と第２半導体部分３２０を形成する工程の間に半導体基板を装置の外部へ取り出せば、半導体層３００が不純物に汚染されるかあるいは酸化によって第１半導体部分３１０と第２半導体部分３２０の間に酸化層が形成されることができる。本実施例では、異なる結晶粒大きさを有する第１半導体部分３１０と第２半導体部分３２０を同じ装置内で連続して形成するので、半導体層３００が形成工程中に外部に露出されて発生し得る問題を防止することができる。
【0077】
一例として、本実施例において、真性の半導体層３００は低圧化学気相蒸着によって形成することができる。すなわち、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、気体雰囲気が半導体物質を含む気体のみでなることができる。これにより、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ものではなく、半導体層３００の蒸着工程を促進するか、半導体層３００の特性を向上させるための別個の気体などをさらに使うことができる。また、半導体層３００の蒸着工程で第１及び／第２導電型ドーパントのドーピングを一緒に行う場合には、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）をさらに含むこともできる。
【0078】
この時、第１半導体部分３１０と第２半導体部分３２０は工程温度を互いに異ならせることによって異なる結晶粒大きさを有することができる。一例として、第１半導体部分３１０を形成する工程の工程温度より第２半導体部分３２０を形成する工程の工程温度が高いこともある。すると、高い工程温度によって第２半導体部分３２０の結晶粒成長が促進され、第２半導体部分３２０が相対的に大きい第２結晶粒大きさを有することができる。一例として、第１半導体部分３１０を形成する工程の工程温度より第２半導体部分３２０を形成する工程の工程温度が１０℃〜３００℃程度高くすることができる。前記温度差が１０℃未満であれば、温度差が十分ではないため、結晶粒大きさを異ならせるのに限界があり得る。そして、前記温度差が３００℃を超えれば、温度を変化させるための時間、費用などが増加し、第１又は第２半導体部分３１０、３２０の特性が低下することがある。
【0079】
若しくは、第１半導体部分３１０と第２半導体部分３２０は使用原料気体の量、種類などを異ならせることによって異なる結晶粒大きさを有することができる。一例として、第１半導体部分３１０を形成する工程の半導体物質含有気体量より第２半導体部分３２０を形成する工程の半導体物質含有気体量をもっと多くすることができる。すると、相対的に多量の半導体物質含有気体によって第２半導体部分３２０の結晶粒成長が促進され、第２半導体部分３２０が相対的に大きな第２結晶粒大きさを有することができる。若しくは、半導体物質含有気体のような原料気体の外に他の気体などをさらに注入して第２半導体部分３２０の第２結晶粒大きさを相対的に大きくすることができる。
【0080】
図面は保護膜層２０及び／又は半導体層３００が半導体基板１０の後面にのみ形成されたものを示した。しかし、実際には保護膜層２０及び／又は半導体層３００が半導体基板１０の前面及び／又は側面にも形成されることができ、前面及び／又は側面に形成された保護膜層２０及び／又は半導体層３００は追後の工程で除去することができる。
【0081】
ついで、図３ｄに示すように、半導体層３００上に第１ドーピング層３２４、及びマスク層３２８を形成することができる。そして、第１ドーピング層３２４とマスク層３２８の間に同一形状の非ドープ層３２６をさらに備えることができる。
【0082】
第１ドーピング層３２４は第１導電型ドーパントを含み、第１導電型領域３２に対応するパターンを有することができる。この際、第１ドーピング層３２４上に第１ドーピング層３２４と同一のパターンを有する非ドープ層３２６が一緒に位置することができる。このような第１ドーピング層３２４及び非ドープ層３２６は全体的に形成された後にパターニングすることによってパターンを有することができる。一例として、エッチングペースト又はマスクを用いるエッチングにより、第１ドーピング層３２４及び非ドープ層３２６から必要な部分を除去することができる。しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、第１ドーピング層３２４及び非ドープ層３２６がパターンを有する状態に形成されることもできる。
【0083】
第１ドーピング層３２４は第１導電型ドーパントを含み、ドーピング工程（図３ｅに示す工程）で拡散によって第１導電型ドーパントを半導体層３００に提供する役目をする。非ドープ層３２６は、ドーピング工程で第１ドーピング層３２２に含まれた第１導電型不純物が外部拡散（ｏｕｔ−ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ）することを防止する役目をする。
【0084】
第１ドーピング層３２４は第１導電型ドーパントを含む多様な物質でなることができる。そして、非ドープ層３２６は第１及び第２ドーパントを含まない多様な物質でなることができる。一例として、第１ドーピング層３２４は硼珪酸塩ガラス（ｂｏｒｏｎ ｓｉｌｉｃａｔｅ ｇｌａｓｓ、ＢＳＧ）を含み、非ドープ層３２６は非ドープ珪酸塩ガラス（ｕｎｄｏｐｅｄ ｓｉｌｉｃａｔｅ ｇｌａｓｓ、ＵＳＧ）を含むことができる。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、第１ドーピング層３２４、非ドープ層３２６の物質がその以外の多様な物質を含むことができる。一例として、第１ドーピング層３２４がｎ型を有する場合には、第１ドーピング層３２４がリン珪酸塩ガラス（ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ ｓｉｌｉｃａｔｅ ｇｌａｓｓ、ＰＳＧ）であってもよい。
【0085】
第１ドーピング層３２４及び非ドープ層３２６は蒸着などの多様な方法で形成することができる。この時、本実施例において、第１ドーピング層３２４と非ドープ層３２６は同じ装置内で連続的な工程で行われるその場（ｉｎ−ｓｉｔｕ）工程で形成することができる。上述したように、第１ドーピング層３２４が硼珪酸塩ガラスでなり、非ドープ層３２６が非ドープ珪酸塩ガラスでなる場合には、第１導電型ドーパントを含む気体を供給する状態で蒸着を行って第１ドーピング層３２４を形成してから第１導電型ドーパントを含む気体を供給しないことによって非ドープ層３２６を形成することができる。このように、気体を変更することによって第１ドーピング層３２４と非ドープ層３２６を連続的に形成することができ、工程を単純化することができる。
【0086】
図面では、第１導電型領域３２に対応する第１ドーピング層３２４が形成され、その上にマスク層３２８が形成されたものを例示した。これによると、この実施例の一例のように第２導電型領域３４及び前面電界領域１３０が同じ第２導電型を有する場合、第２導電型ドーパントを熱拡散方法で拡散させて第２導電型領域３４及び前面電界領域１３０を一緒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ものではない。したがって、第２導電型領域３４及び前面電界領域１３０の形成に他の方法を使うこともできる。若しくは、第２導電型領域３４に対応する第２ドーピング層を形成し、その上にマスク層３２８を形成することも可能である。その外の多様な変形が可能である。
【0087】
マスク層３２８はドーピング工程でマスク層３２８が形成された部分にドーパントが拡散することを防止する役目をする。マスク層３２８は第１及び第２導電型ドーパントを含まない非ドープ物質で、ドーパント拡散を防止することができる多様な物質でなることができる。一例として、マスク層３２８はシリコン炭化膜（ＳｉＣ）でなることができる。シリコン炭化膜はドーパントの拡散を効果的に防止することができる。そして、レーザーによって所望の形状を有するように容易に加工することができ、ドーピング工程後には食刻溶液（一例として、酸性溶液、例えば希釈された弗酸（ＨＦ））で容易に除去することができる。
【0088】
マスク層３２８は第１ドーピング層３２４及び非ドープ層３２６を覆いながら第２導電型領域３４が形成される部分に対応する部分を露出するように形成されることができる。このようなマスク層３２８は、第１ドーピング層３２４、非ドープ層３２６及び半導体基板１０の後面上に全体的に形成してからパターニングすることによってパターンを有することができる。一例として、レーザーアブレーションなどによってマスク層３２８から所望の部分を除去することができる。レーザーを用いてマスク層３２８をパターニングし、所望の幅、間隔などを有するように第２導電型領域３４が形成される部分に対応する開口部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、マスク層３２８がパターンを有する状態に形成することもできる。
【0089】
本実施例では、マスク層３２８は第１ドーピング層３２４及び非ドープ層３２６の周りで第１ドーピング層３２４及び非ドープ層３２６に形成された開口部を部分的に覆うバリア部分Ｂを含むことができる。一例として、バリア部分Ｂは第１ドーピング層３２４に形成された開口部の縁部において第１ドーピング層３２４の縁部に沿って形成されることができる。これにより、マスク層３２８の開口部の面積が第１ドーピング層３２４及び非ドープ層３２６に形成された開口部の面積より小さいことができる。このようなバリア部分Ｂはバリア領域（図３ｅの参照符号３６）を形成するためのものである。しかし、本発明がこれに限定されるものではない。したがって、マスク層３２８の開口部が第１ドーピング層３２４及び非ドープ層３２６の開口部と等しい形状及び面積を有することで、バリア部分Ｂを備えないこともできる。
【0090】
ついで、図３ｅに示すように、半導体層（図３ｄの参照符号３００、以下同じ）にドーパントを拡散することにより、第１及び第２導電型領域３２、３４を含む半導体層３０を形成する。一例として、第２導電型ドーパントを含む気体雰囲気で熱処理を行うことができる。気体雰囲気としては、第２導電型ドーパントを含む多様な気体を使うことができる。この際、図１の拡大円で示すように、半導体層３０が第１部分（図１の参照符号３０１、以下同じ）と第２部分（図１の参照符号３０２、以下同じ）を有するようになる。図３ｅ〜図３ｇでは、簡略な図示のために、第１部分３０１及び第２部分３０２を図面に表示しなかった。
【0091】
より具体的に、第１ドーピング層３２４内に位置する第１導電型ドーパントが半導体層３００に拡散して第１導電型領域３２を形成する。そして、第２導電型ドーパントが熱拡散によって半導体基板１０の後面側からマスク層３２８の開口部を通じて半導体層３００に拡散して第２導電型領域３４を形成する。
【0092】
このように、本実施例において、第１導電型ドーパントは第１ドーピング層３２４を用いてドープして第１導電型領域３２を形成し、第２導電型ドーパントを含む気体を用いて第２導電型ドーパントを熱拡散することによって第２導電型領域３２、３４を形成する。したがって、簡単な工程で第１及び第２導電型領域３２、３４を形成することができる。
【0093】
そして、バリア部分Ｂに対応する半導体層３００の部分には第１導電型ドーパント及び第２導電型ドーパントが拡散しないので、真性を有する多結晶構造の半導体でなるバリア領域３６が位置することになる。これにより、バリア領域３６を備える半導体層３０を簡単な工程で形成することができる。
【0094】
本実施例では第２導電型ドーパントを熱拡散で形成するものを例示したが、本発明がこれに限定されるものではない。
【0095】
他の例として、マスク層３２８を形成した後、第２導電型ドーパントを含む第２ドーピング層（図示せず）を少なくともマスク層３２８の開口部内を満たすように形成することができる。一例として、第２ドーピング層は半導体層３００及びマスク層３２８上に全体的に形成することができる。そして、第２ドーピング層はプラズマ化学気相蒸着によって形成されたリン珪酸塩ガラス（ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ ｓｉｌｉｃａｔｅ ｇｌａｓｓ）でなることができる。この場合には、熱処理を行えば、第２ドーピング層に含まれた第２導電型ドーパントが半導体層３００に拡散して第２導電型領域３４を形成する。
【0096】
この時、半導体基板１０の前面をテクスチャリングし、前面電界領域１３０を形成することができる。一例として、熱拡散前に半導体基板１０の前面をテクスチャリングした後、第２導電型ドーパントを熱拡散する熱処理を行うことにより、前面電界領域１３０を第２導電型領域３４と一緒に形成することができる。若しくは、第１及び第２導電型領域３２、３４を形成した後、半導体基板１０の前面をテクスチャリングし、半導体基板１０の前面に第２導電型ドーパントをドープすることにより、前面電界領域１３０を形成することもできる。この場合には、前面電界領域１３０を第２導電型領域３４のドーピング工程とは違う工程で形成して前面電界領域１３０のドーピングプロファイルを精密に制御することができる。この時、保護膜層２０、半導体層３００などが半導体基板１０の前面にも形成される場合には、テクスチャリング工程で除去することができる。
【0097】
半導体基板１０の前面のテクスチャリングとしては多様な方法が使える。例えば、アルカリ溶液（例えば、ＫＯＨ溶液）に半導体基板１０の前面部分のみを浸漬することによって遂行することができる。このような工程によれば、工程時間が短い利点がある。若しくは、片面食刻である反応性イオン食刻（ＲＩＥ）などによって半導体基板１０の前面のみをテクスチャリングすることもできる。反応性イオン食刻によれば、片面のみを容易に食刻することができ、均一な凹凸を有するテクスチャリング構造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い。
【0098】
ついで、図３ｆに示すように、第１ドーピング層３２４、非ドープ層３２６及びマスク層３２８を除去し、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を形成し、半導体基板１０の他面上に（より正確には、導電型領域３２、３４を含む半導体層３０上に）後面パッシベーション膜４０を形成する。
【0099】
前面パッシベーション膜２４、反射防止膜２６及び／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で形成することができる。そして、第１ドーピング層３２４、非ドープ層３２６及びマスク層３２８を除去した後、前面パッシベーション膜２４、反射防止膜２６及び／又は後面パッシベーション膜４０を形成することができる。若しくは、第１ドーピング層３２４、非ドープ層３２６及びマスク層３２８の除去前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、その後に第１ドーピング層３２４、非ドープ層３２６及びマスク層３２８を除去し、その後に後面パッシベーション膜４０を形成することができる。すると、第１ドーピング層３２４、非ドープ層３２６及びマスク層３２８の除去時に前面パッシベーション膜２４及び反射防止膜２６がマスクの役目をすることにより、半導体基板１０の前面が損傷されるか特性が低下することを防止することができる。
【0100】
ついで、図３ｇに示すように、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。
【0101】
一例として、後面パッシベーション膜４０に開口部４０２、４０４を形成した後、開口部４０２、４０４内を満たしながら後面パッシベーション膜４０上に電極層を形成することによって第１及び第２電極４２、４４を形成することができる。電極層はメッキ法、蒸着法などの多様な方法で形成することができる。この時、電極層をマスクによってパターンを有する状態に形成するか、全体的に形成された後にパターニングすることによってパターンを有することができる。電極層のパターニングとしては周知の多様な方法を用いることができる。
【0102】
若しくは、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）などを行って上述した形状の第１及び第２電極４２、４４を形成することも可能である。この場合には、焼成工程時に開口部４０２、４０４が形成されるので、別に開口部４０２、４０４を形成する工程を付け加えなくても良い。
【0103】
本実施例によると、優れた効果を有する太陽電池１００を単純な工程で製造して太陽電池１００の効率及び生産性を一緒に向上させることができる。より具体的に、工程条件を異にする簡単な方法によって第１部分３２１、３２２及び第２部分３４１、３４２をそれぞれ含む第１及び第２導電型領域３２、３４を形成することができる。第１部分３２１、３２２と第２部分３４１、３４２は同じ装置内で連続的に行われるその場（ｉｎ−ｓｉｔｕ）工程よって形成することができ、工程を効果的に単純化することができる。
【0104】
以下では、図４ａ〜図４ｃに基づいて本発明の他の実施例による太陽電池の製造方法を詳細に説明する。図３ａ〜図３ｇを参照して説明した部分と同一又は極めて類似の部分に対しては詳細な説明を省略し、違う部分を詳細に説明する。
【0106】
図４ａに示すように、半導体基板１０の後面上に保護膜層２０を形成し、保護膜層２０上に第１結晶粒大きさを有する第１半導体部分３１０でなる半導体層３００を形成する。第１半導体部分３１０を形成する工程は図３ｂに示す第１半導体部分３１０を形成する工程の説明をそのまま適用することができる。ただ、図３ｂの工程では第１半導体部分３１０が第１部分３０１に対応するように半導体層（図３ｃの参照符号３００又は図３ｅの参照符号３０）より小さい厚さに形成されるが、図４ａの工程では第１半導体部分３１０が半導体層３００に対応するようにこれと実質的に等しい厚さに形成される。さらに、第１半導体部分３１０を有する半導体層を形成し、後述する第２半導体部分３２０を形成する前、第１半導体部分３１０を有する半導体層上にドーパント層を形成し、後述する第２半導体部分３２０の形成時にレーザーが前記ドーパント層に照射されることにより、前記ドーパント層に含まれたドーパントが第１半導体部分３１０を有する半導体層に拡散することができる。
【0107】
ついで、図４ｂに示すように、レーザー３３０を用いる熱処理によって第１半導体部分３１０の厚さ方向に保護膜層２０から離隔した一部部分に第２半導体部分３２０を形成する。レーザー３３０を用いて熱処理を行えば、高温によって結晶粒が成長し、第１半導体部分３１０の第１結晶粒大きさより大きい第２結晶粒大きさを有する第２半導体部分３２０が形成されることができる。
【0108】
第１半導体部分３１０ａの厚さ、特性などを考慮してレーザー３３０の出力、エネルギー密度、周波数、パルスなどを調節することにより、保護膜層２０に隣接した部分で第１半導体部分３１０を一部残した状態で第２半導体部分３２０を形成することができる。レーザー３３０としては短波長レーザーが使える。第１半導体部分３１０は短波長レーザーを容易に吸収するので、第１半導体部分３１０の一部のみを容易に結晶化することができる。これにより、第１半導体部分３１０が残留した状態で第２半導体部分３２０を形成することができる。一例として、レーザー３３０としては紫外線レーザー（ＵＶ ｌａｓｅｒ）又はグリーンレーザー（ｇｒｅｅｎ ｌａｓｅｒ）が使える。
【0109】
このとき、図４ｃに示すように、第２半導体部分３２０を形成する前、第１半導体部分３１０を含む半導体層上に別個のレーザー吸収膜３２０ａを形成した状態でレーザー３３０を照射することができる。すると、レーザー吸収膜３２０ａでレーザー３３０の一部を吸収し、レーザー３３０が第１半導体部分３１０を含む半導体層の一部に照射され、具体的に第１半導体部分３１０の厚さ方向に全体的に結晶粒大きさを増加させることで、第１半導体部分３１０がなくなることを防止することができる。特に、レーザー吸収膜３２０ａは第１半導体部分３１０ａの厚さ、特性などを考慮して厚さを調節することにより、容易に第１半導体部分３１０の厚さ方向への一部の結晶粒大きさのみを増加させることができる。レーザー吸収膜３２０ａはレーザー３３０を吸収することができ、レーザー３３０が照射されるとき、第１半導体部分３１０に悪影響を及ぼさない多様な物質が使える。一例として、レーザー吸収膜３２０ａは絶縁層又は非晶質半導体層（一例として、非晶質シリコン層）を含むことができる。すると、容易に形成可能であり、基本的に第１半導体部分３１０と等しい物質を含むことにより、異種物質によって発生し得る汚染、特性変化などを防止することができる。レーザー３３０の照射によって第２半導体部分３２０が形成された後、レーザー吸収膜３２０ａを多様な方法で除去することができる。
【0110】
本実施例によると、レーザー３３０がレーザー吸収膜３２０ａに一部吸収され、保護膜層２０に隣接した部分に安定的に第１半導体部分３１０が残留して第１部分３２１、３４１、３６１を形成することができる。そして、レーザー吸収膜３２０ａの厚さを調節することによって第１部分３２１、３４１、３６１の厚さを容易に調節することができる。
【0111】
しかし、このようなレーザー吸収膜３２０ａが必須なものではなく、レーザー吸収膜３２０ａを使わずに第１半導体部分３１０上に直接レーザー３３０を照射することも可能である。これによると、レーザー吸収膜３２０ａを形成する工程などを省略することができ、工程を単純化することができる。
【0113】
このような製造方法によると、レーザー３３０によって第２半導体部分３２０を簡単に形成することができる。特に、平面上でレーザー３３０が照射される部分を調節することができるので、平面上で半導体層３００の一部にのみレーザー３３０を照射して図６のような構造の太陽電池を形成することもできる。これについては図６を参照して詳細に説明する。
【0114】
以下では、図５ａ〜図５ｄに基づいて本発明のさらに他の実施例による太陽電池の製造方法を詳細に説明する。図３ａ〜図３ｇを参照して説明した部分及び／又は図４ａ〜図４ｃを参照して説明した部分と同一又は極めて類似の部分についての詳細な説明を省略し、違う部分を詳細に説明する。
【0116】
図５ａに示すように、半導体基板１０の後面上に保護膜層２０を形成する。
【0117】
ついで、図５ｂに示すように、保護膜層２０上に第１結晶粒大きさを有する第１半導体部分３１０でなる半導体層３００を形成する。第１半導体部分３１０を形成する工程は図３ｂに示す第１半導体部分３１０を形成する工程の説明をそのまま適用することができる。ただ、図３ｂの工程では第１半導体部分３１０が第１部分３０１に対応するように半導体層（図３ｃの参照符号３００又は図３ｅの参照符号３０）より小さい厚さに形成されるが、図４ａの工程では第１半導体部分３１０が半導体層３００に対応するようにこれと実質的に等しい厚さに形成される。
【0118】
ついで、図５ｃに示すように、第１半導体部分３１０上に第１ドーピング層３２４、マスク層３２８及び第２ドーピング層３２９を形成する。この時、第１ドーピング層３２４とマスク層３２８の間に非ドープ層３２６が位置することもできる。第１ドーピング層３２４、マスク層３２８、非ドープ層３２６に対しては図３ｄを参照した説明をそのまま適用することができるので、これについての説明を省略する。
【0119】
第２ドーピング層３２９は第２導電型ドーパントを含み、半導体層３００、ドーピング層３２４、非ドープ層３２６及びマスク層３２８上に全体的に形成されることができる。第２ドーピング層３２９は第２導電型ドーパントを含み、ドーピング工程（図５ｄに示す工程）で拡散によって第２導電型ドーパントを半導体層３００に提供する役目をする。
【0120】
第２ドーピング層３２９は第２導電型ドーパントを含む多様な物質でなることができる。一例として、第２ドーピング層３２９はリン珪酸塩ガラス（ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ ｓｉｌｉｃａｔｅ ｇｌａｓｓ、ＢＳＧ）を含むことができる。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、第２ドーピング層３２９がその以外の多様な物質を含むことができる。一例として、第２ドーピング層３２９がｐ型を有する場合には、第２ドーピング層３２９が硼珪酸塩ガラス（ｂｏｒｏｎ ｓｉｌｉｃａｔｅ ｇｌａｓｓ、ＰＳＧ）であってもよい。第２ドーピング層３２９は蒸着などの多様な方法で形成することができる。
【0121】
上述した説明及び図面では、第１ドーピング層３２４が第１導電型領域３２に対応するパターンを有し、その上に非ドープ層３２６及びマスク層３２８が位置し、その上に第２ドーピング層３２９が全体的に形成されるものを示した。しかし、本発明がこれに限定されるものではない。一例として、第２ドーピング層３２９が第２導電型領域３４に対応するパターンを有し、その上に非ドープ層３２６及びマスク層３２８が位置し、その上に第１ドーピング層３２４が全体的に形成されることもできる。若しくは、第１ドーピング層３２４及び第２ドーピング層３２９がそれぞれ第１導電型領域３２及び第２導電型領域３４に対応するパターンを有することもできる。
【0122】
ついで、図５ｄに示すように、レーザー３３０による熱処理を遂行する。すると、第１ドーピング層３２４の第１導電型ドーパント及び第２ドーピング層３２９の第２導電型ドーパントが半導体層３００に拡散するドーピング工程によって第１及び第２導電型領域３２、３４を形成する。その外の領域がバリア領域３６を形成する。また、保護膜層２０に隣接した部分に第１半導体部分３１０が残留し、ドーピング工程によって第１部分３２１、３４１、３６１が形成され、半導体層３００において保護膜層２０で隣接した一部でレーザー３３０の熱によって結晶粒が成長して形成された第２半導体部分にドーピング工程を遂行することによって第２部分３２２、３４１、３６１が形成される。
【0123】
本実施例によると、レーザー３３０が第１又は第２ドーピング層３２４、３２９などによって一部吸収され、保護膜層２０に隣接した部分に安定的に第１半導体部分３１０が残留して第１部分３２１、３４１、３６１を形成することができる。そして、第１又は第２ドーピング層３２４、３２９の厚さを調節することによって第１部分３２１、３４１、３６１の厚さを容易に調節することができる。そして、ドーピング工程に必要な第１又は第２ドーピング層３２４、３２９をレーザー吸収膜として用いることにより、別個のレーザー吸収膜を形成及び除去する工程を省略することができる。
【0124】
図５ｄでは、第２ドーピング層３２９を形成し、平面で見るときに半導体層３００に全体的にレーザー３３０を照射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く、第２ドーピング層３２９が備えられなく、及び／又は第２導電型領域３４が他のドーピング工程によって形成されることもできる。この場合には、平面上で半導体層３００の一部にのみレーザー３３０を照射して図６のような構造の太陽電池を形成することもできる。これについては図６を参照して詳細に説明する。
【0125】
そして、半導体基板１０の前面にテクスチャリングを行い、前面電界領域１３０を形成することができる。これについての説明は図３ｅを参照した説明をそのまま適用することができるので、詳細な説明を省略する。
【0127】
本実施例では、レーザー３３０によるドーピングのための熱処理と第２結晶粒大きさを有する第２部分３２２、３４２、３６２を形成する熱処理を１回の工程で同時に遂行することができる。したがって、簡単な工程によってドーピング工程及び第２部分３２２、３４２を形成する工程を一緒に行うことで工程を単純化することができる。
【0128】
以下、図６〜図８に基づいて本発明の他の実施例による太陽電池を詳細に説明する。上述した部分で説明したものと同一又は類似の部分に対しては詳細な説明を省略し、違う部分を詳細に説明する。そして、上述した実施例及びその変形例と、以下の実施例及びその変形例は互いに結合されることができ、これも本発明の範囲に属する。
【0129】
図６は本発明の他の実施例による太陽電池を示す断面図である。
【0130】
図６を参照すると、本実施例において、第１導電型領域３２は第１結晶粒大きさを有する第１部分３２１及び第１結晶粒大きさより大きい第２結晶粒大きさを有する第２部分３２２を含み、第２導電型領域３４は第１結晶粒大きさを有する第１部分３４１でなる。すなわち、第２導電型領域３４の第１部分３４１が第１導電型領域３２の第１部分３２１より大きい厚さを有し、第１導電型領域３２の厚さと同一又は類似の差（１０％以下の差）を有することができる。そして、第２導電型領域３４は全体的に第１結晶粒大きさを有し、第２導電型領域３４の第１結晶粒大きさが第１導電型領域３２の第１部分３２１の第１結晶粒大きさと実質的に同一又は類似（一例として、１０％以下の差）であり、第１導電型領域３２の第２部分３２２の第２結晶粒大きさより小さくてもよい。
【0131】
また、バリア領域３６も第１結晶粒大きさを有する第１部分３６１でなることができる。したがって、バリア領域３６の第１部分３６１が第１導電型領域３２の第１部分３２１より大きい厚さを有し、第１導電型領域３２の厚さと同一又は類似の差（１０％以下の差）を有することができる。そして、バリア領域３６は全体的に第１結晶粒大きさを有し、バリア領域３６の第１結晶粒大きさが第１導電型領域３２の第１部分３２１の第１結晶粒大きさと実質的に同一又は類似（一例として、１０％以内の差）であり、第１導電型領域３２の第２部分３２２の第２結晶粒大きさより小さくてもよい。
【0132】
このような太陽電池１００は図４ｃ又は図５ｄの工程で第１導電型領域３２に相当する部分にのみレーザー３３０を照射することによって容易に製造することができる。しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、多様な方法で太陽電池１００を製造することができる。
【0133】
この際、第１部分３２１及び第２部分３２２を有する第１導電型領域３２がｐ型であってもよい。第１導電型領域３２がｐ型の場合にはドーパントとして硼素Ｂなどを含むことができる。これは、硼素は非常に小さい元素大きさを有し、ｎ型を有するリン（Ｐ）などより保護膜層２０を通じてもっと容易に保護膜層２０及び半導体基板１０に拡散して特性を低下させることができるからである。これを考慮し、第１導電型領域３２が第１部分３２１及び第２部分３２２を有するようにするものである。
【0134】
しかし、本発明がこれに限定されるものではない。第１導電型領域３２がｎ型を有することもできる。そして、バリア領域３６は実施例によって第１部分３６１のみでなることもでき、第１部分３６１及び第２部分３６２を備えることができる。
【0135】
図７は本発明のさらに他の実施例による太陽電池を示す断面図である。
【0136】
図７を参照すると、本実施例では、半導体基板１０の後面に全体的に保護膜層２０及び第１導電型領域３２が形成され、半導体基板１０の前面に全体的に第２導電型領域３４が形成されることができる。そして、第１電極４２が半導体基板１０の後面側で第１導電型領域３２に電気的に連結され、第２電極４４が半導体基板の前面側で第２導電型領域３４に電気的に連結される。
【0137】
この時、第１導電型領域３２は半導体基板１０とは別個の半導体層でなり、第１部分３２１と第２部分３２２を有することができる。これに対しては第１部分３２１及び第２部分３２２についての上述した説明をそのまま適用することができる。そして、第２導電型領域３４は半導体基板１０の一部を構成するドーピング領域でなることができる。すなわち、第２導電型領域３４は半導体基板１０の一部にドーパントをドープすることによって形成された領域であってもよい。このような第２導電型領域３４はベース領域１１０の導電型とは違う導電型を有するか、あるいはベース領域１１０と同一の導電型を有するとともにこれより高いドーピング濃度を有することができる。
【0138】
一例として、本実施例において、第２導電型領域３４がベース領域１１０と同一の導電型を有するとともにこれより高いドーピング濃度を有することができる。すると、ベース領域１１０とは違う導電型を有し、エミッタ領域として機能する第１導電型領域３２が保護膜層２０を挟んで半導体基板１０とは別個に形成されてパッシベーション特性を向上させることができる。そして、別個の半導体層でなった第１導電型領域３２が後面に位置し、ドーピング領域でなった第２導電型領域３４が前面に位置するので、前面に入射する光が別個の半導体層によって吸収されるなどの問題を防止することができる。これにより、光損失を最小化することができる。
【0139】
このように第１及び第２導電型領域３２、３４のいずれか一方のみが第１部分３２１及び第２部分３２２を含むことができる。図面及び詳細な説明では、半導体基板１０の後面に保護膜層２０、及び第１部分３２１と第２部分３２２を含む第１導電型領域３２が位置し、半導体基板１０の前面に第２導電型領域３４が位置するものを例示したが、本発明がこれに限定されるものではない。例えば、半導体基板１０の前面に保護膜層２０、及び第１部分３２１と第２部分３２２を含む第１導電型領域３２が位置し、半導体基板１０の後面に第２導電型領域３４が位置することもできる。
【0140】
図８は本発明のさらに他の実施例による太陽電池を示す断面図である。
【0141】
図８を参照すると、本実施例では、保護膜層２０が半導体基板１０の後面に全体的に位置する第１保護膜層２０ａと半導体基板１０の前面に全体的に位置する第２保護膜層２０ｂとを含み、導電型領域３２、３４が第１保護膜層２０ａ上に全体的に位置する第１導電型領域３２と第２保護膜層２０ｂ上に全体的に位置する第２導電型領域３４とを含むことができる。そして、第１電極４２が半導体基板１０の後面側で第１導電型領域３２に電気的に連結され、第２電極４４が半導体基板の前面側で第２導電型領域３４に電気的に連結される。
【0142】
この時、第１導電型領域３２及び第２導電型領域３４は半導体基板１０とは別個の半導体層３０ａ、３０ｂでなることができる。図面では第１及び第２導電型領域３２、３４がそれぞれ第１部分３２１、３４１と第２部分３２２、３４２を有するものを例示した。しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、第１及び第２導電型領域３２、３４の少なくとも一方が第１部分３２１、３４１と第２部分３２２、３４２を有することができる。第１部分３２１、３４１及び第２部分３２２、３４２についての説明は図１を参照した説明をそのまま適用することができる。
【0143】
図面では、一例として、第１電極４２が、第１導電型領域３２上に全体的に形成される第１透明電極層４２１と、第１透明電極層４２１上に所定のパターンを有する第１金属電極層４２２とを含むものを例示した。そして、一例として、第２電極４４が、第２導電型領域３４上に全体的に形成される第２透明電極層４４１と、第２透明電極層４４１上に所定のパターンを有する第２金属電極層４２２とを含むものを例示した。このように、第１及び第２透明電極層４２１、４４１をさらに含めば、水平方向への抵抗を減らしてキャリアの移動度を向上させることができる。このような電極構造は図７に示した実施例にも適用することができる。
【0144】
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電極４２、４４の少なくとも一方が、図１又は図７に示すように、第１及び第２導電型領域３２、３４に直接接触し、所定のパターンを有する金属電極のみでなることもできる。
【0145】
以下、本発明の製造例に基づいて本発明をより詳細に説明する。以下の製造例は本発明を例示するものに過ぎなく、本発明がこれに限定されるものではない。
【0146】
製造例１
【0147】
ｎ型単結晶半導体基板の一面にシリコン酸化膜でなる保護膜層を形成した。保護膜層上に、低圧化学気相蒸着によって、多結晶シリコンを含むとともに第１結晶粒大きさを有する第１半導体部分を形成した。真性半導体層にレーザーを照射することで、保護膜層から離隔した真性半導体層の一部の結晶粒を成長させ、保護膜層に隣接した部分に第１半導体部分を残して第２結晶粒大きさを有する第２半導体部分を形成した。この際、第１結晶粒大きさが５０ｎｍ、第２結晶粒大きさが２５０ｎｍで、第１結晶粒大きさと第２結晶粒大きさの差が２００ｎｍであり、第１結晶粒大きさに対する第２結晶粒大きさの割合が５倍であった。そして、第１及び第２半導体部分の一部領域にｐ型ドーパントをドープし、他の領域にｎ型ドーパントをドープすることにより、それぞれ第１部分及び第２部分を含む第１導電型領域及び第２導電型領域を備える半導体層を形成して第１太陽電池を製造した。導電型領域の全厚に対する第２部分の厚さの割合は５０％であった。そして、製造例１の第１太陽電池と同様な製造方法によるが、第１及び第２導電型領域内のドーピング濃度を製造例１の第１太陽電池と異ならせて第２、第３及び第４太陽電池を製造した。
【0148】
比較例１
【0149】
第２半導体部分を形成するレーザー照射工程を遂行しなくて第１及び第２導電型領域を含む半導体層が全体的に第１結晶粒大きさを有する第１部分のみでなることを除き、製造例１の比較太陽電池と同様な方法で第１比較太陽電池を製造した。そして、第１比較太陽電池と同様な製造方法によるが、第１及び第２導電型領域内のドーピング濃度を第１比較太陽電池と異ならせて第２及び第３比較太陽電池を製造した。
【0150】
製造例１の第１太陽電池の断面写真を図９に示し、比較例１の第１比較太陽電池の断面写真を図１０に示した。そして、製造例１による第１〜第４太陽電池の第１導電型領域の面抵抗及び第１〜第４太陽電池の暗示開放電圧（ｉｍｐｌｉｅｄ Ｖｏｃ、 Ｖｉｍｐ）を測定し、これを図１１に示し、比較例１による第１〜第３比較太陽電池の第１導電型領域の面抵抗及び第１〜第３太陽電池の暗示開放電圧を図１２に示した。
【0151】
図９を参照すると、製造例１による太陽電池では、半導体層が結晶粒大きさの異なる第１部分及び第２部分を有することが分かる。一方、図１０を参照すると、比較例１による太陽電池では、半導体層が均一又は類似の結晶粒大きさを有する第１部分のみでなったことが分かる。
【0152】
図１１を参照すると、製造例１による太陽電池は、面抵抗値に差があっても暗示開放電圧は類似の値を有することが分かる。一方、比較例１による太陽電池は、面抵抗値が低くなれば、これに比例して暗示開放電圧も一緒に低くなることが分かる。比較例１では、ドーピング濃度を増加させて面抵抗を減少させれば、保護膜層までドーパントが移動して保護膜層の界面でのパッシベーション特性を低下させるからであると予測される。一方、製造例１では、第１部分上に相対的に大きい第２結晶粒大きさを有する第２部分を位置させてドーパントの拡散速度を低め、表面濃度を高めながら保護膜層に隣接して位置する第１部分のドーピング濃度を低下させることができると予測される。このように、製造例１によると、第２部分によってドーパントが保護膜層の界面まで移動してパッシベーション特性を低下させることを防止することができ、高いドーピング濃度を有する第２部分と第２電極の間の抵抗を低下させることができる。これにより、低い面抵抗でも高い開放電圧を有することができ、太陽電池の効率を効果的に向上させることができる。
【0153】
比較例２
【0154】
第１結晶粒大きさが５０ｎｍ、第２結晶粒大きさが５８ｎｍで、第１結晶粒大きさと第２結晶粒大きさの差が８ｎｍであり、第１結晶粒大きさに対する第２結晶粒大きさの割合が１．１６倍であることを除き、製造例１の第１太陽電池と同様な方法で太陽電池を製造した。
【0155】
製造例２
【0156】
導電型領域の全厚に対する第２部分の厚さの割合が１０％であることを除き、製造例１の第１太陽電池と同様な方法で太陽電池を製造した。
【0157】
製造例３
【0158】
導電型領域の全厚に対する第２部分の厚さの割合が８３％であることを除き、製造例１の第１太陽電池と同様な方法で太陽電池を製造した。
【0159】
製造例４
【0160】
導電型領域の全厚に対する第２部分の厚さの割合が８８％であることを除き、製造例１の第１太陽電池と同様な方法で太陽電池を製造した。
【0161】
製造例１の第１太陽電池、比較例１の第１比較太陽電池、及び比較例２と製造例２〜４による太陽電池の第１導電型領域でのキャリア移動度の相対値を図１３に示した。
【0162】
図１３を参照すると、製造例１による第１太陽電池では、比較例１による第１太陽電池より高いキャリア移動度を有することが分かる。一方、比較例２による太陽電池は比較例１による第１太陽電池と類似のキャリア移動度を有することから、結晶粒大きさが一定水準（一例として、１０ｎｍ）未満であるか第１部分に対する第２部分の結晶粒大きさの割合が一定水準（一例として、１．５倍）未満であれば、第１部分及び第２部分を持っていると言ってもその効果がほとんど現れないことが分かる。そして、製造例２による太陽電池は比較例１による第１太陽電池よりキャリア移動度が高くはあるがその程度が大きくないことが分かる。そして、製造例３及び４による太陽電池は比較例１による第１太陽電池及び製造例１による太陽電池に比べて非常に優れたキャリア移動度を有することが分かる。これから、第１結晶粒大きさと第２結晶粒大きさが一定水準（一例として、１０ｎｍ以上）の差を有するか、第１結晶粒大きさに対する第２結晶粒大きさの割合が一定水準（一例として、１．５倍以上）の場合に効果が明確に現れることができ、第１部分に比べて第２部分の厚さが大きくなるほどキャリア移動度が大きく高くなることができることが分かる。ただ、第２部分の厚さがあまりにも大きくなる場合（例えば、導電型領域の全厚の９０％を超える場合）には導電型領域の全体にドーピングが十分になされなくて導電型領域の特性がむしろ低下することもできる。
【0163】
前述したような特徴、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、必ずしも一実施例にのみ限定されるものではない。また、各実施例で例示した特徴、構造、効果などは実施例が属する分野の通常の知識を有する者によって他の実施例と組み合わせられて実施されるか変形実施されることができる。したがって、このような組合せ及び変形実施に係わる内容は本発明の範囲に含まれるものに解釈されなければならない。