JP2010183080A - 太陽電池及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明は太陽電池を提供する。
【解決手段】前記太陽電池は第1導電性タイプを有する基板、前記基板の上に位置して透明な伝導性物質からなる反射防止膜、前記基板に位置し、前記第1導電性タイプと反対である第2導電性タイプを有する複数のエミッタ部、前記複数のエミッタ部上に位置する複数の第1電極、そして前記基板と電気的に接続されていて前記複数の第1電極と離隔されるように位置する複数の第2電極を含み、前記第1電極と前記第2電極は前記基板の同一面に位置する。
【選択図】図1

Description

本発明は、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測され、これらに取り替わる代替エネルギーに対する関心が高くなり、これにしたがって太陽エネルギーから電気エネルギーを生成する太陽電池が注目されている。
一般的なシリコーン太陽電池はp型とn型のように互いに異なる導電性タイプ(conductive type)を有する半導体からなる基板(substrate)及びエミッタ部(emitter layer)、並びに、基板とエミッタ部にそれぞれ接続された電極を備える。この場合、基板とエミッタ部の界面にはp−n接合が形成される。
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)にしたが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型半導体の方に、例えばエミッタ部と基板の方にそれぞれ移動して、基板とエミッタ部と電気的に接続された電極により収集され、この電極を電線で連結して電力を得る。
しかし、この場合、光が入射されない基板の面だけではなく光が入射する面、すなわち、入射面に形成されたエミッタ部上にも電極が位置するので、光の入射面積が減少して太陽電池の効率が落ちる。
したがって光の入射面積を増加させるため、電子と正孔を収集する電極を全て基板の背面に位置させた背面電極型構造(back contact)の太陽電池が開発されている。
それで本発明の目的とするところは、太陽電池の効率を向上することにある。
前記課題を解決するために、本発明の一つの特徴による太陽電池は、第1導電性タイプを有する基板と、前記基板の上に位置して透明な伝導性物質からなる反射防止膜と、前記基板に位置し、前記第1導電性タイプと反対である第2導電性タイプを有する複数のエミッタ部と、前記複数のエミッタ部上に位置する複数の第1電極と、前記基板と電気的に接続されていて前記複数の第1電極と離隔されるように位置する複数の第2電極とを含み、前記第1電極と前記第2電極は前記基板の同一面に位置する。
前記透明な伝導性物質は酸化インジウムスズ(indium tin oxide: ITO)、錫系酸化物、亜鉛系酸化物及びこれらの混合物からなる群から選択された少なくとも一つでもよい。
前記基板の上に位置する第1保護膜をさらに含んでもよい。
前記第1保護膜は非伝導性物質からなる方がよい。
前記非伝導性物質は非晶質シリコーン(a−Si)、シリコーン酸化物(SiO2)、または非晶質シリコーン酸化物(a−SiO2)でもよい。
前記特徴による太陽電池は前記第1保護膜が形成されない前記基板面に位置した第2保護膜をさらに含んでもよい。
前記第2保護膜は前記第1保護膜と同一である材料からなり得る。
前記第2保護膜は前記基板の面全体に位置して、前記複数のエミッタ部と前記複数の第2電極は前記第2保護膜の上に部分的に位置してもよい。
前記特徴による太陽電池は前記第2保護膜と前記複数の第2電極の間に位置する複数の背面電界部をさらに含んでもよい。
前記特徴による太陽電池は前記第1電極及び第2電極の間の露出した前記第2保護膜の上に位置する複数の絶縁部をさらに含んでもよい。
前記複数の絶縁部は非伝導性物質からなることができる。
前記第2保護膜は前記基板の面に部分的に位置して、前記複数のエミッタ部と前記複数の第2電極は前記第2保護膜の上に位置してもよい。
前記第2保護膜と前記複数の第2電極の間に位置する複数の背面電界部をさらに含んでもよい。
前記特徴による太陽電池は前記第1電極及び第2電極の間の露出した前記基板の上に位置する複数の絶縁部をさらに含んでもよい。
前記複数の絶縁部は非伝導性物質で成り立つことができる。
前記反射防止膜は前記第1保護膜の上に形成されてもよい。
前記反射防止膜の表面は複数の凹凸を備えることが望ましい。
前記反射防止膜は光が入射する前記基板の入射面に位置し、前記複数の第1電極と前記複数の第2電極は前記入射面の反対側に位置する前記基板の他の面に位置してもよい。
本発明の他の特徴による太陽電池の製造方法は第1温度で第1導電性タイプの基板の上に第1保護膜を形成する段階と、第2温度で前記基板の上に反射防止膜を形成する段階と、前記基板の部分に前記第1導電性タイプと反対である第2導電性タイプの複数のドーピング部を形成する段階と、前記複数のドーピング部と前記基板の部分の上にそれぞれ複数の第1電極と複数の第2電極を形成する段階と、を含み、前記第1温度は前記第2温度と同一であるかまたは前記第2温度より高い。
前記第1保護膜は非晶質シリコーン(a−Si)、シリコーン酸化物(SiO2)または非晶質シリコーン酸化物(a−SiO2)で形成されてもよい。
前記反射防止膜は透明な伝導性物質で形成されてもよい。
前記透明な伝導性物質は酸化インジウムスズ(ITO)、錫系酸化物、亜鉛系酸化物及びこれらの混合物からなる群から選択された少なくとも一つに形成されてもよい。
前記特徴による太陽電池の製造方法は前記第1保護膜が形成された前記基板の反対面に第2保護膜を形成する段階をさらに含んでもよい。
前記特徴による太陽電池の製造方法は前記ドーピング部と離隔され、前記基板の部分と前記第2電極の間に複数の背面電界部を形成する段階をさらに含んでもよい。
前記第2保護膜形成段階は前記ドーピング部と前記背面電界部の下部に前記第2保護膜を形成することができる。
前記特徴に他の太陽電池の製造方法は前記複数の第1電極と前記複数の第1電極の間に複数の絶縁部を形成する段階をさらに含んでもよい。
前記複数の絶縁部は非伝導性物質に形成されてもよい。
前記特徴に他の太陽電池の製造方法は前記反射防止膜の表面を蝕刻する段階をさらに含んでもよい。
以上説明したように、本発明によれば、背面接触型太陽電池である時、反射防止膜を透明な伝導性物質で形成し、反射防止膜を形成する時の工程温度が低くなって既に形成された他の膜が高温工程で特性の変わる現象が減少する。これにより、太陽電池の動作効率が向上する。また、反射防止膜の表面を蝕刻して複数の凹凸133を形成するので、入射する光の量を増加させる。
本発明の1つの実施形態に係る太陽電池の部分断面図である。 本発明の1つの実施形態に係る太陽電池の製造方法を順次示す工程図である。 本発明の1つの実施形態に係る太陽電池の製造方法を順次示す工程図である。 本発明の1つの実施形態に係る太陽電池の製造方法を順次示す工程図である。 本発明の1つの実施形態に係る太陽電池の製造方法を順次示す工程図である。 本発明の1つの実施形態に係る太陽電池の製造方法を順次示す工程図である。 本発明の1つの実施形態に係る太陽電池の製造方法を順次示す工程図である。 本発明の1つの実施形態に係る太陽電池の製造方法を順次示す工程図である。 本発明の1つの実施形態に係る太陽電池の製造方法を順次示す工程図である。 本発明の1つの実施形態に係る太陽電池の製造方法を順次示す工程図である。 本発明の他の実施形態に係る太陽電池の部分断面図である。 本発明のさらに他の実施形態に係る太陽電池の部分断面図である。 本発明のさらに他の実施形態に係る太陽電池の部分断面図である。 図5に示す太陽電池の反射防止膜をテクスチャリングした後反射防止膜の一部表面を撮影した図である。 図5に示す太陽電池を製造する工程の中で一部を示す図である。 図5に示す太陽電池を製造する工程の中で一部を示す図である。
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について本発明が属する技術分野で通常の知識を持った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相異なる形態で具現されてもよいし、ここで説明する実施形態に限定されない。そして図面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、明細書全体を通じて類似の部分に対しては類似の図面符号を付けた。
図面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す。明細書全体を通じて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、これは他の部分の"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の"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(または全面)に形成されている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。
それでは図1を参照にして本発明の1つの実施形態に係る太陽電池について詳細に説明する。
図1は本発明の1つの実施形態に係る太陽電池の部分断面図である。
図1を参照すれば、本発明の1つの実施形態に係る太陽電池1は、基板110、光が入射する基板110の面(以下、入射面または前面(front surface)という)、上に位置する前面保護膜(front passivation layer)120、前面保護膜120上に位置した反射防止膜(anti-reflection layer)130、光が入射されないで前面の反対側に位置する基板110の面(以下、背面(rear surface)という)に位置する背面保護膜(rear passivation layer)140、背面保護膜140上に位置して複数のエミッタ部(emitter)151、背面保護膜140上に位置する複数の背面電界(back surface field、BSF)部152、複数のエミッタ部151上に位置する複数の第1電極161、並びに、複数の背面電界部152上に位置する複数の第2電極162を備える。
基板110は、第1導電性タイプ、例えばn型導電性タイプのシリコーンからなる半導体基板である。この場合、シリコーンは単結晶シリコーンまたは多結晶シリコーンのような結晶質シリコーンである。この場合、基板110がn型の導電性タイプを有するので、基板110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んでもよい。しかし、これとは異なり、基板110はp型導電性タイプでもよいし、この場合、基板110はホウ素(B)、ガリウム(Ga)、インジウム(In)などのような3価元素の不純物を含んでもよい。また他の実施形態で、基板110はシリコーン以外の他の半導体物質からなることもある。
このような基板110は前面がテクスチャリングされて複数個の凹凸111を備えたテクスチャリング表面(texturing surface)を有する。したがって、基板110の上部表面の光反射度が減少して、ピラミッド構造を有する凹凸111で複数回の入射と反射動作が行われて太陽電池1の内部に光が閉じこめられるようになってこれにより光の吸収率が増加されるので太陽電池1の効率が向上する。
形成された凹凸111の構造はランダム(random)なピラミッド構造を有してもよいし、この場合形成される凹凸111の高さは約1μmないし20μmでもよい。
複数の凹凸111が形成された基板110上に位置した前面保護膜120は基板110の表面近くに存在するダングリングボンド(dangling bond)のような欠陥を安定した結合に変えて、欠陥によって基板110の前面方向に移動した電荷、例えば電子が捕獲されて消滅する現象を減少させる。このような前面保護膜120は非伝導性物質からなり、非伝導性物質の例は非晶質シリコーン(a−Si)、シリコーン酸化物(SiO2)、または非晶質シリコーン酸化物(a−SiO2)でもよい。
本実施形態で前面保護膜120は単一膜からなるが二重膜または三重膜のような多層構造を有してもよい。
前面保護膜120上に位置した反射防止膜130は太陽電池1に入射する光の反射損失を減らすためのものである。反射防止膜130は電気伝導度と透明性を有して、前面保護膜120と背面保護膜140の中少なくとも一つの工程温度と同一であるか低い工程温度を有する透明な伝導性物質(transparent conductive oxide material)からなる。
このような反射防止膜130は酸化インジウムスズ(indium tin oxide: ITO)、錫系酸化物 (SnO2など)、亜鉛系酸化物(ZnO、ZnO:Al、ZnO:Bなど)及びこれらの混合物からなる群から選択された少なくとも一つに形成されてもよい。この場合、反射防止膜130は屈折率と厚さを調節して表面反射を最小化することができる。本実施形態で反射防止膜130は約550nm波長の光に対して約1.8ないし2.1の屈折率を有してもよいし、約80ないし100nmの厚さを有してもよい。
基板110と伝導性物質からなる反射防止膜130との間に位置した非伝導性物質の前面保護膜120によって、基板110で生成されたキャリアが反射防止膜130の方へ移動するのが防止され、前に説明したように、欠陥によって電荷が消滅することを防止する。
基板110の背面全体に位置した背面保護膜140は、前面保護膜140と同一に、非晶質シリコーン(a−Si)、シリコーン酸化物(SiO2)、または非晶質シリコーン酸化物(a−SiO2)のような非伝導性物質からなり、基板110の表面近くに存在する不安定な結合を安定した結合に変えて、基板110の背面の方へ移動した電荷が不安定な結合によって消滅することを減少させ、基板110を通じる第1及び第2電極161、162の間の電流リーク(current leakage)現象を防止する。
背面保護膜140は約10nm以下の非常に薄い厚さに形成される。これにより、背面保護膜140が非伝導性物質からなっても第1及び第2電極161、162に移動する電荷の移動に悪影響を与えない。
本実施形態で背面保護膜140も前面保護膜120のように二重膜または三重膜のような多層構造を有してもよい。
背面保護膜140上に位置した複数のエミッタ部151は互いに離隔され、ほとんど平行に決定された方向に延長されている。各エミッタ部151は基板110の導電性タイプと反対である第2導電性タイプを有して基板110と異なる半導体、例えば、非晶質シリコン(a−Si)からなる。これにより、複数のエミッタ部151は基板110とp−n接合だけではなく異種接合(hetero junction)を形成する。
複数のエミッタ部151がp型の導電性タイプを有する場合、エミッタ部151はホウ素(B)、ガリウム(Ga)、インジウム(In)などのような3価元素の不純物を含んでもよいし、反対に複数のエミッタ部151がn型の導電性タイプを有する場合、イン(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んでもよい。
背面保護膜140上に位置した複数の背面電界部152は複数のエミッタ部151と分離していて、ほとんど平行に複数のエミッタ部151と同一方向に伸びている。したがって、図1に示すように、複数のエミッタ部151と複数の背面電界部152は基板110の背面に交互に位置する。
複数の背面電界部152は非晶質シリコーン(a−Si)からなり、基板110と同一である導電性タイプの不純物を基板110より高濃度で含む不純物部である。
これにより、基板110と複数の背面電界部152との不純物濃度差により電位障壁が形成されて背面保護膜140をパスした正孔が複数の第2電極162の方へ移動することを防止して、複数の第2電極162の近傍で電子と正孔が再結合されて消滅する量が減少する。
このように基板110と複数のエミッタ部151の間に形成されたp−n接合による内部電位差(built-in potential difference)により、基板110に入射された光により生成された電荷である電子-正孔対は電子と正孔で分離して電子はn型の方に移動し、正孔はp型の方に移動する。したがって、基板110がn型であり複数のエミッタ部151がp型の場合、分離した正孔は背面保護膜140を貫いて各エミッタ部151の方へ移動して分離した電子は背面保護膜140を貫いて基板110より不純物濃度が高い複数の背面電界部152の方へ移動する。
各エミッタ部151は基板110とp−n接合を形成するので、本実施形態と異なり、基板110がp型の導電性タイプを有する場合、エミッタ部151はn型の導電性タイプを有する。この場合、分離した電子は背面保護膜140を通じて複数のエミッタ部151の方へ移動して分離した正孔は背面保護膜140を通じて複数の背面電界部152の方へ移動する。
複数の第1電極161と複数の第2電極162は下部に位置する複数のエミッタ部151と複数の背面電界部152とそれぞれ電気的に接続されている。
第1及び第2電極161、162はそれぞれその下部膜であるエミッタ部151及び背面電界部152と同一である平面形象を有するがこれに限定されないで、第1及び第2電極161、162の中少なくとも一つはその下部膜であるエミッタ部151及び背面電界部152の中少なくとも一つより狭いか広い幅を有してもよい。
各第1電極161は下部のエミッタ部151を通じて移動する正孔を収集して外部に出力して、各第2電極162は下部の背面電界部152を通じて移動する電子を収集して外部に出力する。
複数の第1及び第2電極161、162は少なくとも一つの導電性金属物質からなる。 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)、錫(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もよいが、他の導電性金属物質からなることがある。
このような構造を有する本実施形態に係る太陽電池1は、第1電極161と第2電極162とが全て光が入射されない板110の背面に位置して、基板110と複数のエミッタ部151が互いに異なる種類の半導体からなる太陽電池として、そ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130と前面保護膜120を通じて基板110に入射されれば光エネルギーにより基板110から電子-正孔対が発生する。この場合、基板110の表面がテクスチャリング表面であるから基板110の前面での光反射度が減少して、テクスチャリング表面で入射と反射動作が行われて光の吸収率が増加されるので、太陽電池1の効率が向上する。さらに、反射防止膜130により基板110に入射する光の反射損失が減って基板110に入射する光の量はさらに増加する。
これら電子-正孔対は基板110とエミッタ部120のp−n接合により互いに分離して正孔は背面保護膜140をパスしてp型の導電性タイプを有するエミッタ部151の方へ移動し、電子は背面保護膜140をパスしてn型の導電性タイプを有する背面電界部152の方へ移動してそれぞれ電気的に接続された第1電極161と第2電極162により収集される。これらの第1電極161及び第2電極162を導線で連結すれば電流が流れるようになり、これを外部で電力として利用するようになる。
次に、図2Aないし図2Iを参照して本発明の1つの実施形態に係る太陽電池1の製造方法について説明する。
図2Aないし図2Iは本発明の1つの実施形態に係る太陽電池の製造方法を順次示す工程図である。
図2Aを参照すれば、先ず、n型の単結晶または多結晶シリコーンからなる基板110の背面にシリコーン酸化膜(SiO2)のような酸化膜を高温で成長させてテクスチャリング防止膜180を形成する。
次に、図2Bに示すように、テクスチャリング防止膜180をマスクにして、テクスチャリング防止膜180が形成されない光が入射する基板110上部の表面をテクスチャリングして基板110の上部表面に複数の凹凸111を形成した後、テクスチャリング防止膜180をとり除く。テクスチャリング工程はアルカリ溶液を利用して行われてもよい。
一つの例で、テクスチャリング工程は約80℃の温度のアルカリ溶液で約20分ないし40分間行われる。テクスチャリング工程がなされればテクスチャリング防止膜180により基板110の下部表面はアルカリ溶液から保護されて蝕刻されないで、テクスチャリング防止膜140がない基板110の上部表面だけ蝕刻されてランダムなピラミッド構造を有する凹凸111が形成される。このようなテクスチャリングにより基板110の表面に凹凸111が形成される理由は半導体基板100の決定方向にしたがって蝕刻速度が変わるからである。この場合、シリコーン酸化膜(SiO2)からなるテクスチャリング防止膜180はアルカリ溶液に対して蝕刻耐性を有するので蝕刻されない。
この場合、形成される凹凸111の高さ、すなわち各ピラミッド構造の高さは約1μmないし20μmでもよい。
次に、図2Cに示すように、テクスチャリングされた基板110の表面の上に化学的蒸着(chemical vapor deposition、CVD)法やスパッタリング法(sputtering)などを利用して前面保護膜120を形成する。この場合、前面保護膜120は非晶質シリコーン(a−Si)、シリコーン酸化物(SiO2)、または非晶質シリコーン酸化物(a−SiO2)などでなり、約200℃で形成されてもよい。
次、図2Dに示すように、前面保護膜120上にCVD法であるかスパッタリング法を利用して反射防止膜130を形成する。反射防止膜130はITO、錫系酸化物(SnO2など)、亜鉛系酸化物(ZnOなど)及びこれらの混合物からなる群から選択されることのような透明な伝導性物質からなる。この場合、反射防止膜130はその下部膜である前面保護膜120の工程温度とほとんど同一である約200℃の温度で行われて、約550nmの光波長で約1.8乃至2.1の屈折率を有してもよい。
一般的に反射防止膜130がシリコンチッ化物(SiNx)系列の物質で形成される場合、前面保護膜120の工程温度である約200℃より高い約400℃の温度で反射防止膜130の形成工程が行われる。したがって、既に形成された下部の前面保護膜120に悪影響を及ぼすようになる。すなわち、既に形成されている他の膜の工程温度より高い温度で反射防止膜130が形成される場合、前面保護膜120の非晶質物質が結晶化されるか元素結合状態が変わるなどのように前面保護膜120の特性が変わるようになる。
また、プラズマCVDを利用して反射防止膜130を形成する場合、生成されるプラズマにより既に形成された下部膜である前面保護膜120の一部が損傷される問題が発生する。結局、前面保護膜120の形成温度より高い温度で反射防止膜130が形成される場合、反射防止膜130の形成の時印加される高温により既に形成された前面保護膜120に悪影響が及んで前面保護膜120の特性が悪くなるという問題が発生する。
しかし、本実施形態のように、反射防止膜130を透明な伝導性物質で形成する場合、約400℃より遥かに低く前面保護膜120の工程温度とほとんど同一である約200℃で反射防止膜130が形成されるので、高温による前面保護膜120の特性変化が発生しない。
次、図2Eに示すように、基板110の背面にCVDやスパッタリング法などを利用して背面保護膜140を形成する。背面保護膜140は前面保護膜120と同一である材料である非晶質シリコーン(a−Si)、シリコーン酸化物(SiO2)、または非晶質シリコーン酸化物(a−SiO2)などのように非伝導性物質からなり、約200℃で形成されてもよい。
反射防止膜130は透明な伝導性物質以外にも、反射防止機能を遂行しながら前面保護膜120と背面保護膜140の中少なくとも一つの工程温度と同一であるか低い温度で形成可能な物質や材料で形成可能である。
引き継いで、図2Fに示すように、非晶質シリコン(a−Si)にホウ素、ガリウム、インジウムなどのような3価元素の不純物がドーパントで含まれた第1不純物膜155をCVD法やスパッタリング法などを利用して背面保護膜140の全体面に積層した後、図2Gに示すように、感光膜(図示せず)などを蝕刻マスクに利用して所望する部分をとり除いて背面保護膜140上に基板110と反対の導電性タイプであるp型の複数のエミッタ部151を形成する。複数のエミッタ部151は基板110と共にp−n接合を形成する。
代案の実施形態で、3価元素の不純物が含まれたシリコーン系列のペースト(paste)をスクリーン印刷法(screen printing)などで背面保護膜140上の当該の部分に直接印刷した後熱処理して複数のエミッタ部151を形成したり、マスクを利用して所望する部分にだけエミッタ部151を積層して形成したりすることができる。
その後、図2Hに示すように、非晶質シリコーン(a−Si)にりん、砒素、アンチモンなどのような5価元素の不純物がドーパントとして高濃度で含まれた第2不純物膜156をCVD法やスパッタリング法などを利用して複数のエミッタ部151と露出した背面保護膜140上に形成する。
次に、図2Iに示すように、蝕刻マスクなどを利用して所望する部分の第2不純物膜156だけ残して全てとり除いて、背面保護膜140上に基板110と同一である導電性タイプであるn型の複数の背面電界部152を形成する。この場合、複数の背面電界部152の厚さは複数のエミッタ部151の厚さと異なることがある。例えば、背面電界部152の厚さがエミッタ部151の厚さより高いまたは低いことがある。
これとは異なり、複数のエミッタ部151のように、代案の実施形態でスクリーン印刷法やマスクを利用して所望する部分にだけ複数の背面電界部152をすぐ積層することができる。
本実施形態とは異なり、基板110がp型導電性タイプの半導体からなる場合、5価元素の不純物をドーパントで利用してn型のエミッタ部151を形成して、3価元素の不純物をドーパントで利用してp型の背面電界部152を形成することができる。
その後、スクリーン印刷法または蒸着法などを利用して複数のエミッタ部151上に第1電極161と複数の背面電界部152上に導電性金属物質をそれぞれ積層し、第1電極161と第2電極162を形成して太陽電池1を完成する(図1)。この場合、導電性金属物質はニッケル(Ni)、銅(Cu)、銀(Ag)、アルミニウム(Al)、錫(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もよい。
本実施形態で、基板110の表面をテクスチャリングした後、前面保護膜120と反射防止膜130を形成した後背面保護膜140を形成したが、これとは異なり、基板110の表面をテクスチャリングした後、背面保護膜140を先に形成した後前面保護膜120と反射防止膜130を形成することができる。この場合、反射防止膜130を形成する前に既に前面保護膜120と背面保護膜140が形成されているが、前に説明したように反射防止膜130の工程温度が保護膜120、140の工程温度とほとんど類似するので、保護膜120、140の特性変化に影響を及ぼさない。また、これとは異なり、基板110に前面保護膜120と背面保護膜140を形成した後、複数のエミッタ部151及び複数の背面電界部152と第1及び第2電極161、162の中少なくとも一つを形成した後反射防止膜130を形成することもできる。
次に、図3を利用して本発明の他の実施形態に係る太陽電池10を説明する。
図3は本発明の他の実施形態に係る太陽電池の部分断面図である。
図3で、図1と比べると同一である機能を遂行する構成要素に対しては図1と同一の図面符号を付与し、それに対する詳細な説明は省略する。
図3に示す太陽電池10は図1に示す太陽電池1と類似の構造を有している。
すなわち、図3を参照すれば、本実施形態に係る太陽電池10は複数の凹凸111を有する基板110の前面に順次位置する前面保護膜120と反射防止膜130、基板110の背面に位置した背面保護膜140、背面保護膜140上に互いに離隔されるように位置する複数のエミッタ部151と複数の背面電界部152、並びに、複数のエミッタ部151と複数の背面電界部152上にそれぞれ位置する複数の第1電極161と複数の第2電極162を備える。図1に示す太陽電池1と同一に、反射防止膜130は透明な伝導性物質からなる。
しかし、図1と異なり、図3に示す本実施形態に係る太陽電池10は複数のエミッタ部151及びその上部の複数の第1電極151と複数の背面電界部152及びその上部の複数の第2電極152の間に絶縁部170がさらに位置している。
複数の絶縁部170は電気伝導性が非常に低い非伝導性物質からなる。したがって複数の絶縁部170は背面保護膜140と同一である物質からなることがある。例えば、a−Si、SiNx、a−SiNx、SiO2、a−SiO、TiO、非伝導性ポリマーなどでもよい。
このような複数の絶縁部170により、複数のエミッタ部151及び複数の第1電極161と複数の背面電界部152と複数の第2電極162の間に発生する電流リーク現象が防止されて、本実施形態に係る太陽電池10は図1に示す太陽電池1より高い効率を有する。
このような太陽電池10を製造する方法は図2Aないし図2Hに示す工程を通じて第1及び第2電極161、162まで形成した後、スクリーン印刷法で所望する部分に複数の絶縁部170を形成して太陽電池10を完成する。
これとは異なり、スピンコート(spin coating)法を利用したりCVD法またはスパッタリング法などを通じて所望する部分に複数の絶縁部170を形成することができる。
また図4を参照した本発明のさらに他の実施形態に係る太陽電池11を注意深く見れば次のとおりである。
図4は本発明のさらに他の実施形態に係る太陽電池の部分断面図である。
図4で、図1及び図3と比べると同一である機能を遂行する構成要素に対しては図1及び図3と同一の図面符号を付与して、それに対する詳細な説明は省略する。
図4に示す太陽電池11は図3に示す太陽電池10と類似の構造を有している。
すなわち、図3を参照すれば、本実施形態に係る太陽電池10は複数の凹凸111を有する基板110の前面に順次位置する前面保護膜120と反射防止膜130、基板110の背面に位置した背面保護膜141、背面保護膜141上に互いに離隔されるように位置した複数のエミッタ部151と複数の背面電界部152、複数のエミッタ部151と複数の背面電界部152上にそれぞれ位置する複数の第1電極161と複数の第2電極162、並びに、複数のエミッタ部151及びその上部の複数の第1電極151と複数の背面電界部152及びその上部の複数の第2電極152の間に複数の絶縁部171を備える。
しかし、図3と異なり、図4に示す本実施形態に係る太陽電池11で、背面保護膜141は基板110の全面ではなく基板110上に部分的に位置する。また、背面保護膜141上にだけ複数のエミッタ部151と複数の背面電界部152が位置し、その上にそれぞれ第1電極161及び第2電極162が形成されている。これにより、複数の絶縁部171は、図3に示す絶縁部170と異なりエミッタ部151及びその上部の第1電極151と背面電界部152及びその上部の第2電極152の間に露出した背面保護膜140上ではなく基板110上まで形成されている。複数の絶縁部171は図3に示す絶縁部170と同一に非伝導性物質で形成されている。
この場合、図2Aないし図2Iに示すように、背面保護膜141は基板110の背面全体面に背面保護膜を形成した後、当該の位置に複数のエミッタ部151と複数の背面電界部152、そしてその上に複数の第1電極161と複数の第2電極162を形成した後、複数のエミッタ部151と複数の背面電界部152により覆われられないで露出した背面保護膜をとり除いた後複数の絶縁部171を形成することができる。また、図2Aないし図2Eに示すように、基板110の背面全体に背面保護膜を形成した後背面保護膜の一部をとり除いた後、図2Fないし図2Iに示すように順次複数のエミッタ部151と複数の背面電界部152、並びに、複数の第1及び第2電極161、162を形成した後絶縁部171を形成することができる。
次、図5及び図6を参照にして本発明のさらに他の実施形態について説明する。
図5は本発明のさらに他の実施形態に係る太陽電池の部分断面図である。
図6は図5に示す太陽電池の反射防止膜をテクスチャリングした後反射防止膜の一部表面を撮影した図である。
図5で、図1と比べると同一である機能を遂行する構成要素に対しては図1と同一の図面符号を付与して、それに対する詳細な説明は省略する。
図5に示す太陽電池20は図1に示す太陽電池1と類似の構造を有している。
すなわち、図5を参照すれば、本実施形態に係る太陽電池20は複数の凹凸111を有する基板110の前面に順次位置する前面保護膜120と反射防止膜131、基板110の背面に位置する背面保護膜140、背面保護膜140上に互いに離隔されるように位置する複数のエミッタ部151と複数の背面電界部152、並びに、複数のエミッタ部151及び背面電界部152上にそれぞれ位置する複数の第1電極161及び複数の第2電極162を備える。この場合、反射防止膜131はZnO、ZnO:Al、ZnO:Bなどのような亜鉛系酸化物で形成された方がよい。
しかし、図1に比べて、図5に示す太陽電池20の反射防止膜131は表面がテクスチャリングされている。この場合、反射防止膜131の表面テクスチャリングは酸性溶液を利用した蝕刻工程を利用して行われる。これにより、図1の反射防止膜130と比べると、反射防止膜131は図6に示すようにテクスチャリングされた基板110の表面に形成された凹凸111以外にもこの凹凸111面に凹凸111より小さな微細な(micro)複数の凹凸133をさらに有する表面を得るようになる。これにより、入射する光の入射経路(path)が増加して光の吸収率がさらに向上する。この場合、反射防止膜131の材料などのような特性を考慮して蝕刻時間を調節してテクスチャリング程度を調整することができる。
この太陽電池20を製造する製造方法について、図7A及び図7Bだけでなく図2Aないし図2Iを参照して説明する。
図7A及び図7Bは図5に示す太陽電池を製造する工程の中で一部の工程図である。
先ず、図2Aないし図2Cに示すことと同一に、基板110の背面に背面保護膜140を形成して、背面保護膜140で覆われられない基板110の前面をテクスチャリングした後、テクスチャリング表面の上に前面保護膜120を形成する。
その後、図7Aに示すように、形成された前面保護膜120上にスパッタリング法を利用して亜鉛系酸化物からなる反射防止膜131を形成する。この場合、反射防止膜131は蝕刻される位を考慮して図2Dに形成された反射防止膜130の厚さよりさらに厚く形成された方がよい。代案の実施形態で、反射防止膜131はCVD法のような他の方式を通じて前面保護膜120上に形成されてもよい。
次に、酸性溶液を利用した湿式蝕刻で反射防止膜131の表面を蝕刻して、反射防止膜131の表面は基板110のテクスチャリングにより形成された凹凸111よりも微細な凹凸133を有するようになる。この場合、反射防止膜131は蝕刻動作により減少した厚さを有する。
このように、酸性溶液を利用して反射防止膜131の表面を蝕刻した後、図2Eないし図2Iに示すように順次複数のエミッタ部151、複数の背面電界部152、並びに、複数の第1及び第2電極161、162を形成して、太陽電池20を完成する(図5)。
図5に示す実施形態は図1に示す太陽電池1の構造を利用して説明したが、これに限定されないで、図3及び図4に示す太陽電池10,11にも適用されるべきである。
本発明の実施形態は異種接合太陽電池を例にあげて説明したが、これとは異なり基板とエミッタ部が同じ種類の半導体で形成されている同種接合太陽電池に対しても適用可能である。
以上で本発明の実施形態について詳細に説明したが本発明の権利範囲はこれらに限定されるのではなく次の請求範囲で定義している本発明の基本概念を利用した当業者の多くの変形及び改良形態も本発明の権利範囲に属する。
1 太陽電池
10 太陽電池
11 太陽電池
20 太陽電池
100 基板
110 基板
111 凹凸
120 前面保護膜
130 反射防止膜
131 反射防止膜
133 凹凸
140 背面保護膜
141 背面保護膜
151 エミッタ部
152 背面電界部
155 第1不純物膜
156 第2不純物膜
161 第1電極
162 第2電極
170 絶縁部
171 絶縁部
180 テクスチャリング防止膜

Claims (28)

  1. 第1導電性タイプを有する基板と、
    前記基板の上に位置して透明な伝導性物質からなる反射防止膜と、
    前記基板に位置し、前記第1導電性タイプと反対である第2導電性タイプを有する複数のエミッタ部と、
    前記複数のエミッタ部上に位置する複数の第1電極と、
    前記基板と電気的に接続されていて前記複数の第1電極と離隔されるように位置する複数の第2電極と、を含み、
    前記第1電極と前記第2電極は前記基板の同一面に位置する太陽電池。
  2. 前記透明な伝導性物質は酸化インジウムスズ、錫系酸化物、亜鉛系酸化物及びこれらの混合物からなる群から選択された少なくとも1つである請求項1記載の太陽電池。
  3. 前記基板の上に位置する第1保護膜をさらに含む請求項1記載の太陽電池。
  4. 前記第1保護膜は非伝導性物質からなる請求項3記載の太陽電池。
  5. 前記非伝導性物質は非晶質シリコーン、シリコーン酸化物、または非晶質シリコーン酸化物である請求項4記載の太陽電池。
  6. 前記第1保護膜が形成されない前記基板の面に位置した第2保護膜をさらに含む請求項3記載の太陽電池。
  7. 前記第2保護膜は前記第1保護膜と同一である材料からなる請求項6記載の太陽電池。
  8. 前記第2保護膜は前記基板の面全体に位置し、前記複数のエミッタ部と前記複数の第2電極は前記第2保護膜の上に部分的に位置する請求項6記載の太陽電池。
  9. 前記第2保護膜と前記複数の第2電極の間に位置する複数の背面電界部をさらに含む請求項8記載の太陽電池。
  10. 前記第1電極及び第2電極の間の露出した前記第2保護膜の上に位置する複数の絶縁部をさらに含む請求項8記載の太陽電池。
  11. 前記複数の絶縁部は非伝導性物質からなる請求項10記載の太陽電池。
  12. 前記第2保護膜は前記基板の面に部分的に位置して、前記複数のエミッタ部と前記複数の第2電極は前記第2保護膜の上に位置する請求項6記載の太陽電池。
  13. 前記第2保護膜と前記複数の第2電極の間に位置する複数の背面電界部をさらに含む請求項12記載の太陽電池。
  14. 前記第1電極及び第2電極の間の露出した前記基板の上に位置する複数の絶縁部をさらに含む請求項12記載の太陽電池。
  15. 前記複数の絶縁部は非伝導性物質からなる請求項14記載の太陽電池。
  16. 前記反射防止膜は前記第1保護膜の上に形成されている請求項3記載の太陽電池。
  17. 前記反射防止膜の表面は複数の凹凸を有する請求項1記載の太陽電池。
  18. 前記反射防止膜は光が入射する前記基板の入射面に位置して、前記複数の第1電極と前記複数の第2電極は前記入射面の反対側に位置する前記基板の他の面に位置する請求項1記載の太陽電池。
  19. 第1温度で第1導電性タイプの基板の上に第1保護膜を形成する段階と、
    第2温度で前記基板の上に反射防止膜を形成する段階と、
    前記基板の部分に前記第1導電性タイプと反対である第2導電性タイプの複数のドーピング部を形成する段階と、そして
    前記複数のドーピング部と前記基板の部分の上にそれぞれ複数の第1電極と複数の第2電極を形成する段階と、を含み、
    前記第1温度は前記第2温度と同一であるかまたは前記第2温度より高い太陽電池の製造方法。
  20. 前記第1保護膜は非晶質シリコーン(a−Si)、シリコーン酸化物(SiO2)または非晶質シリコーン酸化物(a−SiO2)で形成される請求項19記載の太陽電池の製造方法。
  21. 前記反射防止膜は透明な伝導性物質で形成される請求項20記載の太陽電池の製造方法。
  22. 前記透明な伝導性物質は酸化インジウムスズ、錫系酸化物、亜鉛系酸化物及びこれらの混合物からなる群から選択された少なくとも一つで形成される請求項21記載の太陽電池の製造方法。
  23. 前記第1保護膜が形成された前記基板の反対面に第2保護膜を形成する段階をさらに含む請求項19記載の太陽電池の製造方法。
  24. 前記ドーピング部と離隔され、前記基板の部分と前記第2電極の間に複数の背面電界部を形成する段階をさらに含む請求項23記載の太陽電池の製造方法。
  25. 前記第2保護膜形成段階は前記ドーピング部と前記背面電界部の下部に前記第2保護膜を形成する請求項24記載の太陽電池の製造方法。
  26. 前記複数の第1電極と前記複数の第1電極の間に複数の絶縁部を形成する段階をさらに含む請求項19記載の太陽電池の製造方法。
  27. 前記複数の絶縁部は非伝導性物質で形成される請求項26記載の太陽電池の製造方法。
  28. 前記反射防止膜の表面を蝕刻する段階をさらに含む請求項19記載のむ太陽電池の製造方法。
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