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JP2011512041A - 太陽電池、太陽電池のエミッタ層形成方法及び太陽電池の製造方法 - Google Patents

太陽電池、太陽電池のエミッタ層形成方法及び太陽電池の製造方法 Download PDF

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JP2011512041A JP2010546711A JP2010546711A JP2011512041A JP 2011512041 A JP2011512041 A JP 2011512041A JP 2010546711 A JP2010546711 A JP 2010546711A JP 2010546711 A JP2010546711 A JP 2010546711A JP 2011512041 A JP2011512041 A JP 2011512041A
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Abstract

【課題】本発明は太陽電池、太陽電池のエミッタ層形成方法及び太陽電池の製造方法を提供することである。
【解決手段】太陽電池のエミッタ層形成方法は、第１導電型の第１不純物を含む基板を準備する段階と、前記基板に前記第１導電型と反対の第２導電型の第２不純物を前記基板に拡散させて前記基板に前記エミッタ層の第１エミッタ部を形成する段階、前記基板に形成される少なくとも一つの電極を形成するための位置に対応する前記第１エミッタ部の一部を選択的に加熱して第２エミッタ部を形成する段階を含む。
【選択図】図２

Description

本発明は、太陽電池、太陽電池のエミッタ層形成方法及び太陽電池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測されながら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。その中でも太陽電池は太陽エネルギーから電気エネルギーを生産する電池として、エネルギー資源が豊かであり環境汚染に対する問題点がなくて注目されている。
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(conductive type)の半導体からなる基板(substrate)及びエミッタ層(emitter layer)、そして基板とエミッタ部の上にそれぞれ形成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れば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(photovoltaic effect)によって電子と正孔でそれぞれ分離して電子と正孔はｎ型の半導体とＰ型半導体の方に、例えばエミッタ部と基板の方に移動し、それぞれ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、この電極を電線で連結して電力を得る。
本発明の目的とするところは、太陽電池の製造工程を単純化させ太陽電池の製造費用を減少させることにある。
本発明の他の目的とするところは、太陽電池の製造工程を単純化させ太陽電池の生産効率を向上させることにある。
前記課題を解決するために、本発明の一特徴に係る太陽電池のエミッタ層形成方法は第１導電型の第１不純物を含む基板を準備する段階、前記基板にエミッタ層の第１エミッタ部を形成するために前記基板に前記第１導電型と反対の第２導電型の第２不純物を前記基板に拡散させる段階、そして第２エミッタ部を形成するために少なくとも一つの電極を形成するための位置に対応する、前記第１エミッタ部の一部を選択的に加熱する段階を含むことができる。
前記少なくとも一つの電極はフィンガー電極とバス電極を含み、前記第２エミッタ部は前記フィンガー電極の下に形成されることができる。
前記第１エミッタ部形成段階は、不純物ガスに含まれた不純物を前記基板に拡散させ前記第１エミッタ部を形成するために拡散炉に前記第２導電型の不純物ガスを供給する段階、そして前記第１エミッタ部上に前記不純物を含む絶縁膜を生成する段階を含むことができる。
前記絶縁膜はＰＳＧ(phosphorus silicate glass)膜であることがある。
前記第１エミッタ部形成段階は、前記第２導電型の不純物を含む不純物源を前記基板の上にコーティングする、または、前記第２導電型の不純物を含むドーピングペーストを前記基板の上にプリンティングする段階、そして前記不純物を前記基板に拡散させ前記第１エミッタ部を形成するためにコーティングされた前記不純物源または印刷された前記ドーピングペーストを備えた基板を熱処理する段階と、前記第１エミッタ部の上に前記不純物を含む絶縁膜を生成する段階を含むことができる。
前記絶縁膜はＰＳＧ(phosphorus silicate glass)膜であることがある。
前記第２エミッタ部形成段階は、前記レーザビームが照射された前記絶縁膜部分の下に位置する前記第１エミッタ部の一部を加熱するために前記絶縁膜の上にレーザビームを照射する段階を含む、ことができる。
前記第２エミッタ部形成段階は、前記レーザビームが照射された前記絶縁膜部分の下に位置する前記第１エミッタ部の一部を加熱するために前記絶縁膜の上にレーザビームを照射する段階を含む、ことができる。
前記レーザビームの照射幅は前記少なくとも一つの電極の幅より大きく成り得る。
前記レーザビームの照射位置は前記レーザビームの出力位置変更及び前記基板の位置変更の内で少なくとも一つによって移動されることができる。
前記レーザビームの照射位置は前記レーザビームの出力位置変更及び前記基板の位置変更の内で少なくとも一つによって移動されることができる。
前記第２エミッタ部は前記第１エミッタ部より小さな面抵抗を有することができる。
前記第２エミッタ部の不純物濃度は前記第１エミッタ部の不純物濃度より高いことができる。
前記第２エミッタ部の不純物注入深さは前記第１エミッタ部の不純物注入深さより深く成り得る。
本発明の他の特徴による太陽電池の製造方法は請求項１の前記太陽電池のための前記エミッタ部を形成する段階、前記第1及び第２エミッタ部に接続される複数の第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み、前記複数の第１電極は前記第２エミッタ部に沿って形成された少なくとも一つのフィンガー電極と前記少なくとも一つのフィンガー電極と交差して、接続される少なくとも一つのバス電極を含むことができる。
前記選択的加熱段階は前記少なくとも一つのフィンガー電極の延長方向に沿って前記基板を照射する少なくとも一つのレーザビームを含むことができる。
前記第１エミッタ部と前記第２エミッタ部は前記基板の受光面に形成されることができる。
前記第２電極は前記受光面と反対側の前記基板の表面に形成されることができる。
前記特徴による太陽電池の製造方法は前記第２エミッタ部形成後、前記絶縁膜をとり除く段階をさらに含むことができる。
前記特徴による太陽電池の製造方法は前記第１エミッタ部と前記第２エミッタ部上に反射防止膜を形成する段階をさらに含むことができる。
前記第1及び第２電極形成段階は、前記少なくとも一つのフィンガー電極のパターンを形成するために前記第２エミッタ部と対応する前記反射防止膜の上に第１電極用ペーストを塗布する段階、そして前記少なくとも一つのフィンガー電極のパターンを備える基板を熱処理する段階を含むことができる。
前記少なくとも一つのフィンガー電極のパターン形成段階は、前記少なくとも一つのフィンガー電極のパターンと同時に前記少なくとも一つのフィンガー電極のパターンと交差する少なくとも一つのバス電極のパターンを形成する段階を含むことができる。
前記特徴による太陽電池の製造方法は前記第２電極のパターンを形成するために前記基板上に第２電極用ペーストを塗布する段階をさらに含むことができる。
前記基板熱処理段階は、前記少なくとも一つのフィンガー電極のパターンとともに前記第２電極のパターンを熱処理することができる。
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、前記基板上に位置し前記第１導電型と反対の第２導電型を有するエミッタ層、前記エミッタ層と接続される複数の第１電極、そして前記基板と接続される第２電極を含み、前記エミッタ層は第１エミッタ部と第２エミッタ部を含み、前記複数の第１電極はフィンガー電極と、前記フィンガー電極と交差して接続されているバス電極を含み、前記第１エミッタ部と前記第２エミッタ部は前記バス電極の下に位置することができる。
前記第２エミッタ部は前記第１エミッタ部の不純物濃度より高い不純物濃度を有することができる。
前記第２エミッタ部は前記第１エミッタ部の不純物ドーピング深さより深い不純物ドーピング深さを有することができる。
前記フィンガー電極は約５０μｍ乃至約３００μｍの幅を有し、前記バス電極は約１ｍｍ乃至３ｍｍの幅を有することができる。
前記第１エミッタ部の幅は前記フィンガー電極の幅より大きく成り得る。
前記第２エミッタ部の厚さは前記第１エミッタ部の厚さより厚く成り得る。
前記特徴による太陽電池は前記エミッタ層の上に位置する反射防止膜をさらに含むことができる。
前記特徴による太陽電池は前記基板と第２電極の間に位置する裏面電界部をさらに含むことができる。
太陽電池の製造コストが減少し、太陽電池の製造効率が改善されるように、太陽電池の製造工程は単純化された。
本発明の一実施の形態に係る太陽電池の一部斜視図である。 図１の太陽電池をＩＩ−ＩＩ線に沿って切って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工程を順次に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工程を順次に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工程を順次に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工程を順次に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工程を順次に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工程を順次に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工程を順次に示した断面図である。 本発明の一実施の形態に係って絶縁膜を選択的にアニーリングする方法の一例を概略的に示した図である。 本発明の一実施の形態に係る絶縁膜を選択的にアニーリングする方法の他の例をレーザアニーリング方法を概略的に示した図である。 本発明の一実施の形態に係って絶縁膜を選択的にアニーリングする時照射されるレーザビームの照射幅とフィンガー電極の幅間の関係を示した図である。
以下では添付した図面を参照に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するように詳しく説明する。しかし本発明はいろいろ相異な形態に具現されることができ、ここで説明する実施の形態に限定されない。
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。明細書全体を通じ類似の部分に対しては同一である図面符号を付けた。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。
図１及び図２を参照にして本発明の一実施の形態に係る太陽電池に対して説明する。
図１は本発明の一実施の形態に係る太陽電池の一部斜視図であり、図２は図１の太陽電池をＩＩ−ＩＩ線に沿って切って示した断面図である。
図１及び図２に示したように、本実施の形態に係る太陽電池１は基板３０１、 基板３０１の一面に位置したエミッタ層３０２(emitter layer)、エミッタ層３０２上に位置した反射防止膜(anti-reflection layer)３０４、エミッタ層３０２と電気的に接続された複数の第１電極(以下、「表面電極」とする)３０５、基板３０１の他の面に位置し基板３０１と電気的に接続された第２電極(以下、「裏面電極」とする)３０６及び基板３０１と裏面電極３０６の間に位置した裏面電界層３０７を備える。
本実施の形態で、基板３０１は第１導電型、例えばｐ型導電型の不純物がドーピングされたシリコンからなる半導体基板である。この時、シリコンは単結晶シリコン、多結晶シリコン基板または非晶質シリコンであることができる。基板３０１がｐ型の導電型を有する場合、 ホウ素Ｂ、ガリウム、インジウムなどのような３加元素の不純物を含む。しかし、これとは異なり、基板３０１はn型導電型であることができるし、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３０１がn型の導電型を有する場合、基板３０１はりん（Ｐ）、砒素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）などのように５価元素の不純物を含むことができる。
エミッタ層３０２は基板３０１の導電型と反対である第２導電型、例えば、n型導電型を有する不純物部として、光が入射される面、 すなわち基板３０１の受光面である前面に形成されている。
このようなエミッタ層３０２は互いに異なる不純物濃度を有する第１エミッタ部３０２ａ(first emitter portion)と第２エミッタ部３０２ｂ（second emitter portion)を備えている。本実施の形態で、第２エミッタ部３０２ｂの不純物濃度は第１エミッタ部３０２ａの不純物濃度より高い。また第２エミッタ部３０２ｂの不純物ドーピング深さは第１エミッタ部３０２ａの不純物ドーピング深さより深く、第２エミッタ部３０２ｂの厚さは第１エミッタ部３０２ａの厚さより厚い。このように、第２エミッタ部３０２ｂの不純物濃度とドーピング深さが第１エミッタ部３０２ａより深いので、第２エミッタ部３０２ｂのシート抵抗は第１エミッタ部３０２ａのシート抵抗より小さい。代替的な実施の形態で、各第２エミッタ部３０２ｂの不純物ドーピング深さ(impurity doped depth)は各第１エミッタ部３０２ａの不純物ドーピング深さより大きい必要がないので、 各第２エミッタ部３０２ｂの不純物ドーピング深さは各第１エミッタ部３０２ａの不純物ドーピング深さより大略同じか小さいことがある。
このようなエミッタ層３０２は基板３０１とｐ−ｎ接合を成す。
このようなｐ-n接合による内部電位差(built-in potential difference)によって、半導体の基板３０１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て電子はｎ型半導体の方に移動して正孔はｐ型半導体の方に移動する。したがって、基板３０１がｐ型でエミッタ層３０２がｎ型の場合、分離した正孔は基板３０１方へ移動し分離した電子はエミッタ層３０２方へ移動して、基板３０１で正孔は多数キャリア(majority carrier)になり、エミッタ層３０２で電子は多数キャリアになる。
エミッタ層３０２は基板３０１とｐ-n接合を形成するので、本実施の形態と異なり、基板３０１がｎ型の導電型を有する場合、エミッタ層３０２はｐ型の導電型を有する。この場合、分離した電子は基板３０１方へ移動し分離した正孔はエミッタ層３０２方へ移動する。
エミッタ層３０２がｎ型の導電型を有する場合、エミッタ層３０２ははりん（Ｐ）、砒素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）などのように５価元素の不純物を半導体の基板３０１にドーピングして形成されることができ、反対にｐ型の導電型を有する場合、ホウ素 (Ｂ)、ガリウム、インジウムなどのような３加元素の不純物を基板３０１にドーピングして形成されることができる。
図２を参照にすれば、エミッタ層３０２上にはシリコン窒化膜（ＳｉＮｘ）及び/またはシリコン酸化膜（ＳｉＯ2）などで成る反射防止膜３０４が形成されている。反射防止膜３０４は入射される太陽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、太陽電池の効率を高める。このような反射防止膜３０４はおおよそ７０nm乃至８０nmの厚さを有することができる。反射防止膜３０４は必要によって省略されることがある。
複数の表面電極３０５はエミッタ層３０２の第２エミッタ部３０２ｂ上に一定間隔で離隔されて一方向に延長されているし、第２エミッタ部３０２ｂと電気的に接続されている複数のフィンガー電極(finger electrode)３０５aとフィンガー電極３０５aと交差する方向に延長されフィンガー電極３０５aと接続される複数のバス電極３０５ｂを備える。すなわち、本実施の形態で、 各第２エミッタ部３０２ｂは対応するフィンガー電極３０５aのすぐ下にだけ形成されている。
複数のフィンガー電極３０５aはエミッタ部３０２方へ移動する電荷、例えば、電子を収集して所望する場所に移動させ、複数のバス電極３０５ｂは接続されたフィンガー電極３０５aに付いて移動する電子を収集して外部に出力する。
したがって移動する電子の収集効率を高めるため、各バス電極３０５ｂの幅は各フィンガー電極３０５aの幅より大きいが、バス電極３０５ｂとフィンガー電極３０５aの幅は同じであることがある。本実施の形態で、各バス電極３０５ｂの幅は約１乃至約３ｍｍであり、各フィンガー電極３０５aの幅は約５０μｍ乃至３００μｍである。
この時、各フィンガー電極３０５aの幅は対応する第２エミッタ部３０２ｂの幅より小さいけれど、ここに限定されないで同じとか大きく成り得る。
既に説明したように、第２エミッタ部３０２ｂはその上に位置するフィンガー電極３０５aと接触して、フィンガー電極３０５a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。一方、バス電極３０５ｂは第１エミッタ部３０２ａと第２エミッタ部３０２ｂとの上に位置する。
表面電極３０５は少なくとも一つの導電性金属物質からなり、これら導電性金属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）及びこれらの組合からなる群から選択された少なくとも一つであることができるが、以外の他の導電性金属物質からなることができる。
裏面電極３０６は入射面と対向する基板３０１の裏面全体に形成されているし基板３０１と電気的に接続されていて基板３０１方へ移動する電荷、例えば正孔を収集する。
裏面電極３０６は導電性金属物質からなり、これら導電性金属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）及びこれらの組合からなる群から選択された少なくとも一つであることができるが、以外の他の導電性金属物質からなることができる。
裏面電極３０６と基板３０１の間に裏面電界部３０７が位置する。裏面電界部３０７は基板３０１と同一である導電型の不純物が基板３０１より高濃度ドーピングされた領域、例えば、Ｐ＋領域である。基板３０１と裏面電界部３０７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３０１の裏面側へのキャリア(例えば、電子)の移動を邪魔して、基板３０１後面で電子と正孔が再結合して消滅するのが防止されるか減少する。
このような構造を有する太陽電池１の動作は次のようである。
太陽電池１で光が照射されて反射防止膜３０４とエミッタ層３０２を通じて半導体の基板３０１に入射されれば光エネルギーによって半導体の基板３０１から電子-正孔対が発生する。この時、反射防止膜３０４によって基板３０１に入射される光の反射損失が減って基板３０１に入射される光の量は増加する。
これら電子-正孔対は基板３０１とエミッタ層３０２のｐ−ｎ接合によって互いに分離し、電子はｎ型の導電型を有するエミッタ層３０２方へ移動し、正孔はｐ型の導電型を有する基板３０１方へ移動する。このように、エミッタ層３０２方へ移動した電子は第２エミッタ部３０２ｂと接触する表面電極３０５のフィンガー電極３０５aによって収集された後フィンガー電極３０５aに付いて伝送されてバス電極３０６ｂによって収集され基板３０１方へ移動した正孔は後面電極３０６によって収集される。このようなバス電極３０５ｂと裏面電極３０６を導線で連結すれば電流が流れるようになって、これを外部で電力に利用するようになる。
この時、フィンガー電極３０５aは例えばｎ型の不純物が高濃度にドーピングされた第２エミッタ部３０２ｂとすぐ接触されているのでエミッタ層３０２との接触力が向上して、これにより、電子の伝送効率が向上して太陽電池の効率が増加する。
次に、図３乃至１２を参照にして、本発明の一実施の形態に係る太陽電池の製造方法に対して説明する。
図３乃至図９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次に示した断面図である。また、図１０は本発明の一実施の形態に係って絶縁膜を選択的にアニーリングする方法の一例を概略的に示した図であり、図１1は本発明の一実施の形態に係る絶縁膜を選択的にアニーリングする方法の他の例をレーザアニーリング方法を概略的に示した図であり、図１２は本発明の一実施の形態に係って絶縁膜を選択的にアニーリングする時照射されるレーザビームの照射幅と表面電極の幅間の関係を示した図である。
本発明の一実施の形態に係る太陽電池の製造方法は、先ず、図３に示されたところのように、第１導電型の不純物がドーピングされた基板３０１を準備する。基板３０１は単結晶や多結晶シリコン基板または非晶質シリコン基板であることができるものの、シリコンに限定されない。
基板３０１の導電型はｐ型またはｎ型であることがある。しかし、基板３０１がｐ型の導電型を有する場合、少数キャリア(minority carrier)の寿命と移動度(mobility)が大きくて（ｐ型の場合電子が少数キャリア）望ましく使われることができる。ｐ型の基板３０１にはＢ、Ｇａ、Ｉｎなどの３族元素がドーピングされている。
この時、基板３０１はシリコンのスライシング工程の時基板３０１の表面に発生する損傷部分を湿式蝕刻法などを通じてとり除いた基板であることができる。
次、図４に示されたところのように、第１導電型と反対である (または他の) 第２導電型の不純物を基板３０１に注入して第１エミッタ部３０２ａと絶縁膜３０３を形成する。
第１エミッタ部３０２ａは基板３０１とｐ−ｎ接合が形成するので、基板３０１がｐ型の場合、第１エミッタ部３０２ａはｎ型の導電型を有し、この時、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂなどの５族元素が不純物にドーピングされている。
このような絶縁膜３０３と第１エミッタ部３０２ａの形成は次に詳しく記載する。例えば、第１エミッタ部３０２ａは例えば、基板３０１を拡散炉(diffusion furnace)に入れて、酸素ガスと第２導電型(例、ｎ−ｔｙpｅ)の不純物ガスを供給して基板３０１に第２導電型の不純物を拡散させて形成される。この時、基板３０１上には酸素と不純物ガスが反応して不純物を含む酸化物である絶縁膜３０３が形成される。ここで、基板３０１がｐ型の場合、不純物ガスではＰＯＣｌ3が使われることができ、こんな場合、絶縁膜３０３はＰ2Ｏ5のようなりんを含む酸化物(phosphorus silicate glass、ＰＳＧ)である。
このように、拡散炉で不純物ガスを拡散させ第１エミッタ部３０２ａを形成する代わり、代替的な例で、スプレー法またはペーストを利用したスクリーン印刷法などを利用して第１エミッタ部３０２ａを形成することができる。この場合、Ｐ型またはｎ型の不純物を含む不純物源をスプレー法を利用して基板３０１上にコーティングするかドーピングペーストを基板３０１上に印刷した後、熱処理して基板３０１に不純物を拡散させる。この時、基板３０１上には不純物を含む絶縁膜３０３が形成される。この場合、絶縁膜３０３は Ｐ2Ｏ5のようなＰＳＧ(phosphorus silicate glass)である。
このように、第１エミッタ部３０２ａが形成されれば、図５に示されるように、絶縁膜３０３の当該の位置にレーザビーム（L、Le’）を選択的に照射してアニーリング (または加熱)する。この時、レーザビーム（L、 Le’）の照射位置は図１及び図２に示したフィンガー電極３０５aの形成位置に対応する。また、照射されるレーザビーム(L、Le’)は絶縁膜３０３下部に位置した第１エミッタ部３０２ａがレーザアブレーション (laser ablation)によって損傷されないほどのエネルギー密度を有する方が良い。
このようにレーザビーム（L、 Le‘）で絶縁膜３０３を選択的に照射してアニーリングするための方法を図１０ないし図１２を参考して説明する。
先ず、絶縁膜３０３を選択的にアニーリングするための方法の一例は次のようだ。
すなわち、図１０に示したように絶縁膜３０３が形成された基板３０１をレーザアニーリングするためのステージ(図示せず)に位置させた後、アニーリングのための当該の位置４０３に複数個のレーザ照射装置４０１を位置させる。
次いで、レーザ照射装置４０１からレーザビーム（L）が照射されれば、 基板３０１を、フィンガー電極３０５aの延長方向(extension direction)、 例えばＸ軸方向に移動させレーザ照射装置４０１から出力されるレーザビーム（Ｌ）が絶縁膜３０３の所望する (または選択的な) 位置４０３にすぐ照射されるようにする。これにより、レーザビーム（Ｌ）の照射位置はフィンガー電極３０５aの延長方向に沿ってだけ移動する。
この時、基板３０１に照射されるレーザビームの照射幅（ＷＬ)は図１２に示したように、当該の位置４０３が充分にアニーリングすることができるようにフィンガー電極３０５aの幅（ＷＦ）より大きい。これにより、レーザビーム（Ｌ）の照射位置をＹ軸方向に決まれった位置位移動させてレーザビーム（Ｌ）を照射する必要なく、フィンガー電極３０５aの延長方向であるＸ軸方向だけでレーザビーム（Ｌ）の照射位置を変更して所望する部分の絶縁膜３０３を加熱及び/またはアニーリングするようになる。したがって、フィンガー電極３０５aに対応する絶縁膜３０３部分だけレーザビーム（Ｌ）によって加熱され、バス電極３０５ｂに対応する絶縁膜３０３部分はレーザビーム（Ｌ）によって加熱されない。
しかし、本実施の形態とは異なり、レーザビームの照射幅（ＷＬ）はフィンガー電極３０５aの幅（ＷＦ）と同一であるか小さいことがある。
一方、基板３０１が移動する図１０とは異なり、基板３０１を固定した後、 レーザ照射装置４０１をフィンガー電極３０５aの延長方向に移動させ所望する位置４０３にレーザビーム（Ｌ）を照射することができる。本実施の形態の他の例で、基板３０１とレーザ照射装置４０１皆は例えば、互いに対して、 フィンガー電極３０５の延長方向に移動することができる。
このように、複数のレーザ照射装置４０１を利用して、一回のレーザスキャン工程で複数のフィンガー電極３０５aと接触する複数の位置４０３を同時に加熱及び/またはアニーリングして、また照射されるレーザビームの照射幅（ＷＬ）をフィンガー電極３０５aの幅（ＷＦ）より大きくするので一回の加熱及び/またはアニーリング動作だけで所望する加熱及び/またはアニーリング面積を得るようになる。これにより、所望する絶縁膜３０３部分を選択的に加熱及び/またはアニーリングする時、レーザビーム（Ｌ）照射回数を減らすので、太陽電池の製造時間が減って、太陽電池の製造工程が簡素されて、太陽電池の生産性が向上する。
既に説明したように、この時、レーザビーム（Ｌ）のエネルギー密度と照射回数を低く制御して、レーザの照射位置４０３でレーザアブレーション (laser ablation)を減らすか防止するのが望ましい。本実施の形態で、レーザビーム（Ｌ）のエネルギー密度は約０．３J／ｃｍ２ないし１．２J／ｃｍ２であることがあり、レーザビーム（Ｌ）の照射回数は略２ないし２０回であることがある。
レーザビーム（Ｌ）のエネルギー密度が０．３J／ｃｍ２未満であるとレーザビーム（Ｌ）の照射位置４０３で十分な加熱または融解(melting)が発生しなくて絶縁膜３０３内に含まれた不純物の基板３０１に追加拡散がよく成らないで、レーザビーム（Ｌ）のエネルギー密度が約１．２J／ｃｍ２を超過すればレーザの照射位置４０３で加熱または融解が過度に発生して過度に加熱または融解された部分での質量移動が発生してレーザの照射位置４０３の表面が荒れてシート抵抗の増加する問題が発生することがある。
しかしこのようなレーザビーム（Ｌ）エネルギー密度は絶縁膜３０３の厚さと種類などのような絶縁膜３０３の特性によって可変され、レーザビーム（Ｌ）の照射回数は絶縁膜３０３の特性とエネルギー密度などによって可変される。
レーザビームを利用して絶縁膜３０３を選択的にアニーリングするための方法の他の例は一回に広い面積を照射するエキシマレーザビーム（Le）を利用するのである。すなわち、図１１に示したように、透過ホール４０４が形成されたマスク４０２にエキシマレーザ（Le）を照射して、透過ホール４０４をパスした各レーザビーム（Le‘）がフィンガー電極３０５aと対応する位置４０３に同時に照射されるようにする。この時、図１０とは異なり、エキシマレーザビーム（Le）は一つのレーザ照射装置（図示せず）から出力されることができる。一方、図１０と同一に、絶縁膜３０３の所望する部分にレーザビーム（Le’）を照射するため、基板３０１とレーザ照射装置中の一つまたは二つともを所望する方向、例えば、フィンガー電極３０５aの延長方向に移動させる。
図１０の場合と同一に、レーザビーム幅は図１２に示したように当該の位置４０３が充分にアニーリングすることができるようにフィンガー電極３０５aの幅（WF）より大きいが、図１２とは異なり同一であるか小さくても良く、 レーザビーム（Le）のエネルギー密度と照射回数はレーザの照射位置４０３でレーザアブレーション が起きないほどであると良い。またエネルギー密度と照射回数も絶縁膜の特性などによって可変可能である。
したがって、図１０の場合のように、絶縁膜３０３の選択的なアニーリング工程が簡素され、太陽電池の製造時間が減り、太陽電池の生産性が向上する。
しかし、図１０及び図１１に示した方法に限定されなく、多様な方法で絶縁膜３０３を選択的にアニーリングすることができる。例えば、ハーフミラー、回折光学素子または多面鏡(polygon mirror)を使って、フィンガー電極３０５aの個数位出力されるレーザビームを分割してフィンガー電極３０５aに対応する当該の位置４０３に照射させることができる。
このように、多様な方式で絶縁膜３０３を選択的に加熱及び/またはアニーリングすれば、レーザビーム（L、 Le‘）が照射された部分の絶縁膜３０３はレーザビーム（L、Le’）によって高温に加熱されて、その下部に位置する第１エミッタ部３０２ａの不純物濃度を高め不純物拡散深さを増加させ第２エミッタ部３０２ｂを形成する。
すなわち、アニーリングされた絶縁膜３０３部分に含まれた第２導電型の不純物がその下部の第１エミッタ部３０２ａに追加で拡散して、他の部分より高い不純物濃度と深い拡散深さを有する第２エミッタ部３０２ｂが形成される。第２エミッタ部３０２ｂの形成でエミッタ層３０２が完成されれば、図６に示すのように、基板３０１上に位置する絶縁膜３０３をとり除く。 この時、絶縁膜３０３はフッ酸を利用した湿式蝕刻工程のような多様な方式で除去されることができる。
次、図７に示したように、エッジ分離(edge isolation) 工程を遂行して基板３０１の表面に形成された第１エミッタ部３０２ａを除いた側面と裏面に形成された第１エミッタ部３０２ａをとり除く。このようなエッジ分離工程の一例は基板３０１の表面に位置した第１エミッタ部３０２ａを湿式エッチャントから保護した後、ＨＦ、ＨＮＯ3及びＨ2Ｏが混合した湿式エッチャントが盛られた容器に所定時間の間基板３０１を浸漬させ実施されることができる。
しかし、レーザなどを利用することのように多様な方式でエッジ分離工程を実施することができる。
次、図８に示したのように、エミッタ層３０２上に反射防止膜３０４を形成する。反射防止膜３０４は入射光に対する反射率を低くするために形成されることで、シリコン窒化膜ＳｉＮｘからなることができ、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に形成されることができる。代替的な実施の形態で、反射防止膜３０４を形成する前にシリコン酸化膜ＳｉＯ2、シリコン窒化膜ＳｉＮx及び/またはシリコン酸化窒化膜ＳｉＯxＮyからなる保護膜をさらに形成することができる。保護膜はシリコンを含む一つの成分からなる単一膜またはシリコンを含む一つ以上の成分を含む多重膜であることがある。
次、図９に示したように、スクリーン印刷法(Screen Ｐrinting)を利用して表面電極用ペーストを反射防止膜３０４上に印刷して、フィンガー電極用パターン３０５１とフィンガー電極用パターン３０５１と交差するバス電極用パターンを同時に形成する。この時、フィンガー電極用パターン３０５１は第２ エミッタ部３０２ｂと対応するように形成される。要求されないが、表面電極用ペーストは銀（Ａｇ）とガラスフリット(glass frit)を含む。また、基板３０１の後面にはアルミニウム（Ａｌ）を含む裏面電極用ペーストを印刷して裏面電極用パターン３０６１を形成する。この時、表面電極用パターンと裏面電極用パターン３０６１の印刷順は変更可能である。
そんな後、表面電極用パターンと裏面電極用パターン３０６１が形成された基板３０１に熱処理工程を施行してエミッタ層３０２と接触する複数の表面電極３０５、すなわちフィンガー電極３０５aとバス電極３０５ｂ、 基板３０１と接触する裏面電極３０６そして裏面電界部３０７を形成して太陽電池１を完成する(図１)。
すなわち、熱処理工程によって、表面電極用パターンは反射防止膜３０４を貫いてエミッタ層３０２と接触する。すなわち、バス電極用パターンは第１エミッタ部３０２aと接触してフィンガー電極用パターン３０５１は第２エミッタ部３０２ｂと接触する。また裏面電極パターン３０６１は基板３０１と接触する。したがって、フィンガー電極３０５aは第２エミッタ部３０２ｂとだけ接触し、バス電極３０５ｂは第１エミッタ部３０２ａとだい２エミッタ部３０２ｂ皆と接触する。また、フィンガー電極３０５aとバス電極３０５ｂの交差部分を除けば、フィンガー電極３０５aは第２エミッタ部３０２ｂとだけ接触し、バス電極３０５ｂは第１エミッタ部３０２ａとだけ接触する。
また、熱処理工程によって裏面電極用ペーストに含まれたアルミニウム（Ａｌ）が基板３０１にドーピングされて基板３０１より高い不純物濃度を有する裏面電界部３０７が形成される。既に説明したように、アルミニウム（Ａｌ）は３族元素として、裏面電界部３０７はＰ＋導電型を有するので電子と正孔の再結合を防止し、正孔が裏面電極３０６方へ容易に移動するようにする。
この時、表面電極３０５は銀（Ａｇ）を含みしていて良好な電気伝導性を有して、裏面電極３０６はシリコンとの親和力が良いアルミニウム（Ａｌ）を含みしているので良好な電気伝導性だけではなくシリコン基板３０１との優秀な接合性を有する。
本発明の実施の形態で、電極に対する表面(front)または裏面(back)、基板の表面などの言及は限定されない。例えば表面または裏面は電極の第１または第２、基板の表面などの例のように易しく理解されるからそういう言及は説明の便宜のためのことである。
以上のように、本発明はたとえ限定された実施の形態と図面によって説明されたが、本発明はかかる例に限定されないし本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者によって本発明の技術思想と下に記載する特許請求範囲の均等範囲内で多様な修正及び変形が可能することは勿論である。

Claims (33)

  1. 第１導電型の第１不純物を含む基板を準備する段階と、
    前記基板にエミッタ層の第１エミッタ部を形成するために前記基板に前記第１導電型と反対の第２導電型の第２不純物を前記基板に拡散させる段階と、
    第２エミッタ部を形成するために、少なくとも一つの電極を形成するための位置に対応する、前記第１エミッタ部の一部を選択的に加熱する段階を含む太陽電池のエミッタ層形成方法。
  2. 前記少なくとも一つの電極はフィンガー電極とバス電極を含み、前記第２エミッタ部は前記フィンガー電極の下に形成される請求項１記載の太陽電池のエミッタ層形成方法。
  3. 前記第１エミッタ部形成段階は、
    不純物ガスに含まれた不純物を前記基板に拡散させ前記第１エミッタ部を形成するために、拡散炉に前記第２導電型の不純物ガスを供給する段階と、
    前記第１エミッタ部上に前記不純物を含む絶縁膜を生成する段階を含む請求項１記載の太陽電池のエミッタ層形成方法。
  4. 前記絶縁膜はＰＳＧ(phosphorus silicate glass)膜である請求項３記載の太陽電池のエミッタ層形成方法。
  5. 前記第１エミッタ部形成段階は、
    前記第２導電型の不純物を含む不純物源を前記基板の上にコーティングする、または、
    前記第２導電型の不純物を含むドーピングペーストを前記基板の上にプリンティングする段階、そして
    前記不純物を前記基板に拡散させ前記第１エミッタ部を形成するためにコーティングされた前記不純物源または印刷された前記ドーピングペーストを備えた基板を熱処理する段階と、前記第１エミッタ部の上に前記不純物を含む絶縁膜を生成する段階を含む請求項１記載の太陽電池のエミッタ層形成方法。
  6. 前記絶縁膜はＰＳＧ(phosphorus silicate glass)膜である請求項５記載の太陽電池のエミッタ層形成方法。
  7. 前記第２エミッタ部形成段階は、前記レーザビームが照射された前記絶縁膜部分の下に位置する前記第１エミッタ部の一部を加熱するために前記絶縁膜の上にレーザビームを照射する段階を含む、請求項３記載の太陽電池のエミッタ層形成方法。
  8. 前記第２エミッタ部形成段階は、前記レーザビームが照射された前記絶縁膜部分の下に位置する前記第１エミッタ部の一部を加熱するために前記絶縁膜の上にレーザビームを照射する段階を含む、請求項５記載の太陽電池のエミッタ層形成方法。
  9. 前記レーザビームの照射幅は前記少なくとも一つの電極の幅より大きい請求項７記載の太陽電池のエミッタ層形成方法。
  10. 前記レーザビームの照射幅は前記少なくとも一つの電極の幅より大きい請求項８記載の太陽電池のエミッタ層形成方法。
  11. 前記レーザビームの照射位置は前記レーザビームの出力位置変更及び前記基板の位置変更の内で少なくとも一つによって移動される請求項７記載の太陽電池のエミッタ層形成方法。
  12. 前記レーザビームの照射位置は前記レーザビームの出力位置変更及び前記基板の位置変更の内で少なくとも一つによって移動される請求項８記載の太陽電池のエミッタ層形成方法。
  13. 前記第２エミッタ部は前記第１エミッタ部より小さな面抵抗を有する請求項１記載の太陽電池のエミッタ層形成方法。
  14. 前記第２エミッタ部の不純物濃度は前記第１エミッタ部の不純物濃度より高い請求項１記載の太陽電池のエミッタ層形成方法。
  15. 前記第２エミッタ部の不純物注入深さは前記第１エミッタ部の不純物注入深さより深い請求項１記載の太陽電池のエミッタ層形成方法。
  16. 請求項１の前記太陽電池のための前記エミッタ部を形成する段階と、
    前記第１及び第２エミッタ部に接続される複数の第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み、
    前記複数の第１電極は、前記第２エミッタ部に沿って形成された少なくとも一つのフィンガー電極と前記少なくとも一つのフィンガー電極と交差し、かつ接続される少なくとも一つのバス電極を含む太陽電池の製造方法。
  17. 前記選択的加熱段階は前記少なくとも一つのフィンガー電極の延長方向に沿って前記基板を照射する少なくとも一つのレーザビームを含む請求項１６記載の太陽電池の製造方法。
  18. 前記第１エミッタ部と前記第２エミッタ部は前記基板の受光面に形成される請求項１６記載の太陽電池の製造方法。
  19. 前記第２電極は前記受光面と反対側の前記基板の表面に形成される請求項１６記載の太陽電池の製造方法。
  20. 前記第２エミッタ部形成後、前記絶縁膜をとり除く段階をさらに含む請求項１６記載の太陽電池の製造方法。
  21. 前記第１エミッタ部と前記第２エミッタ部上に反射防止膜を形成する段階をさらに含む請求項１６記載の太陽電池の製造方法。
  22. 前記第１及び第２電極形成段階は、
    前記少なくとも一つのフィンガー電極のパターンを形成するために前記第２エミッタ部と対応する前記反射防止膜の上に第１電極用ペーストを塗布する段階と、
    前記少なくとも一つのフィンガー電極のパターンを備える基板を熱処理する段階を含む請求項２１記載の太陽電池の製造方法。
  23. 前記少なくとも一つのフィンガー電極のパターン形成段階は、前記少なくとも一つのフィンガー電極のパターンと同時に前記少なくとも一つのフィンガー電極のパターンと交差する少なくとも一つのバス電極のパターンを形成する段階を含む請求項２２記載の太陽電池の製造方法。
  24. 前記第２電極のパターンを形成するために前記基板上に第２電極用ペーストを塗布する段階をさらに含む請求項２２記載の太陽電池の製造方法。
  25. 前記基板熱処理段階は、前記少なくとも一つのフィンガー電極のパターンと共に前記第２電極のパターンを熱処理する請求項２４記載の太陽電池の製造方法。
  26. 第１導電型の基板と、
    前記基板上に位置し前記第１導電型と反対の第２導電型を有するエミッタ層と、
    前記エミッタ層と接続される複数の第１電極、そして
    前記基板と接続される第２電極とを含み、
    前記エミッタ層は第１エミッタ部と第２エミッタ部を含み、
    前記複数の第１電極は、フィンガー電極と、前記フィンガー電極と交差して接続されているバス電極を含み、前記第１エミッタ部と前記第２エミッタ部は前記バス電極の下に位置する太陽電池。
  27. 前記第２エミッタ部は前記第１エミッタ部の不純物濃度より高い不純物濃度を有する請求項２６記載の太陽電池。
  28. 前記第２エミッタ部は前記第１エミッタ部の不純物ドーピング深さより深い不純物ドーピング深さを有する請求項２６記載の太陽電池。
  29. 前記フィンガー電極は約５０μｍ乃至約３００μｍの幅を有し、前記バス電極は約１ｍｍないし３ｍｍの幅を有する請求項２６記載の太陽電池。
  30. 前記第１エミッタ部の幅は前記フィンガー電極の幅より大きい請求項２６記載の太陽電池。
  31. 前記第２エミッタ部の厚さは前記第１エミッタ部の厚さより厚い請求項２６記載の太陽電池。
  32. 前記エミッタ層の上に位置する反射防止膜をさらに含む請求項２６記載の太陽電池。
  33. 前記基板と前記第２電極の間に位置する裏面電界部をさらに含む請求項２６記載の太陽電池。
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