JP2018082179A - 太陽電池 - Google Patents

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    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Abstract

【課題】本発明は、ソルダー物質の侵入を防止し、優れた太陽電池効率を具現することができる太陽電池を提供しようとする。
【解決手段】半導体基板と、前記半導体基板の一面上に配置された導電型領域と、前記導電型領域上に配置され、第１方向に延びる第１電極ラインと、前記導電型領域上に配置され、前記第１方向と異なる第２方向に延びる第２電極ラインとを含み、前記第１電極ラインは、第１平均直径を有する球状の第１粒子を含み、前記第２電極ラインは、前記第１粒子、及び前記第１平均直径と異なる第２平均直径を有する非球状の第２粒子を含む、太陽電池を提供する。
【選択図】図２

Description

本発明は、太陽電池に係り、第１電極ラインと第２電極ラインの構成を異ならせた太陽電池に関する。
近年、石油や石炭のような既存エネルギー資源の枯渇が予想されながら、これらに代わる代替エネルギーへの関心が高まっている。その中でも太陽電池は、太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換する次世代電池として脚光を浴びている。
太陽電池は、設計に応じて、基板に形成された様々な層、電極などを含む。隣り合う太陽電池は、バスバー電極に接続される配線材によって互いに電気的に接続される。
ところが、バスバー電極に配線材を接続する場合、配線材に含まれたソルダー物質の浸透により、バスバー電極の接着力を低下させることがある。そこで、優れた太陽電池効率を維持すると同時に、ソルダー物質の侵入を防止することに対する研究が続けられている。
本発明は、ソルダー物質の侵入を防止し、優れた太陽電池効率を具現することができる太陽電池を提供しようとする。
本発明の実施例に係る太陽電池は、半導体基板と、前記半導体基板の一面上に配置された導電型領域と、前記導電型領域上に配置され、第１方向に延びる第１電極ラインと、前記導電型領域上に配置され、前記第１方向と異なる第２方向に延びる第２電極ラインとを含み、前記第１電極ラインは、第１平均直径を有する球状の第１粒子を含み、前記第２電極ラインは、前記第１粒子、及び前記第１平均直径と異なる第２平均直径を有する非球状の第２粒子を含むことができる。
本実施例によれば、優れた耐久性及び太陽電池効率を実現可能な太陽電池を具現することができる。
具体的には、本実施例に係る太陽電池は、第１電極ラインと第２電極ラインの構成を異ならせて、優れたキャリア収集能力を維持すると同時に、ソルダー物質の浸透を防止して第２電極ラインの接着力の低下を防止する。
本発明のいくつかの実施例に係る太陽電池の前面図である。 本発明のいくつかの実施例に係る太陽電池の断面図である。 本発明のいくつかの実施例に係る第１電極ラインと第２電極ラインの断面を撮った写真である。 本発明のいくつかの実施例に係る第１電極ラインと第２電極ラインの断面を撮った写真である。 本発明のいくつかの実施例に係る太陽電池の断面図である。 本発明のいくつかの実施例に係る第１電極ライン及び第２電極ラインの配置構造を示した斜視図である。 本発明のいくつかの実施例に係る第１電極ライン及び第２電極ラインの配置構造を示した斜視図である。
本発明の利点及び特徴、そして、それらを達成する方法は、後述する実施例を参照すると明らかになるであろう。しかし、本発明は、以下に開示される実施例に限定されるものではなく、互いに異なる様々な形態で実現可能であり、単に本実施例は、本発明の開示が完全になるようにし、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものであり、本発明は、請求項の範疇によって定義されるだけである。明細書全体において同一の参照符号は同一の構成要素を指す。
図面において、複数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。そして、図面において、説明の便宜のため、一部の層及び領域の厚さを誇張して示した。
また、本明細書において、層、膜、領域、板などの部分が他の部分の「上に」又は「上部に」あるとするとき、これは、他の部分の「真上に」ある場合のみならず、それらの間に他の部分が位置する場合も含む。反対に、ある部分が他の部分の「真上に」あるとするときは、それらの間に他の部分が位置しないことを意味する。なお、層、膜、領域、板などの部分が他の部分の「下に」又は「下部に」あるとするとき、これは、他の部分の「真下に」ある場合のみならず、それらの間に他の部分が位置する場合も含む。反対に、ある部分が他の部分の「真下に」あるとするときは、それらの間に他の部分が位置しないことを意味する。
次に、図１乃至図３を参照して、本発明のいくつかの実施例に係る太陽電池１００を説明する。
図１は、本発明のいくつかの実施例に係る太陽電池の前面図である。
図２は、本発明のいくつかの実施例に係る太陽電池の断面図である。具体的には、図２は、図１のＩ−Ｉ線に沿って切断された断面図である。
図３は、本発明のいくつかの実施例に係る第１電極ラインと第２電極ラインの断面を撮った写真である。具体的には、図３Ａは、第１電極ライン４１の断面を撮った写真であり、点線はソルダー物質の侵入時の侵入経路を示したものである。図３Ｂは、第２電極ライン４２の断面を撮った写真であり、点線はソルダー物質の侵入時の侵入経路を示したものである。
図１及び図２を参照すると、本実施例に係る太陽電池１００は、ベース領域１０を含む半導体基板１６０と、半導体基板１６０の前面上に形成される第１パッシベーション膜５２と、半導体基板１６０の後面上に形成される第２パッシベーション膜５４と、半導体基板１６０の前面側で第１パッシベーション膜５２上に形成される第１導電型領域２０と、半導体基板１６０の後面側で第２パッシベーション膜５４上に形成される第２導電型領域３０と、第１導電型領域２０に電気的に接続される第１透明電極層６０、第１電極ライン４１及び第２電極ライン４２と、第２導電型領域３０に電気的に接続される第２透明電極層７０、第３電極ライン４３及び第４電極ライン４４とを含むことができる。
但し、太陽電池１００の構成は、前記記載及び図面に限定されるものではなく、通常の技術者が容易に設計変更できる範囲まで含むことができる。例えば、各膜の積層順序が変更されたり、新たな膜をさらに含んだりしてもよい。
本発明の一実施例の場合、第１電極ライン４１及び第２電極ライン４２のそれぞれに関する説明は、極めて類似の部分である第３電極ライン４３及び第４電極ライン４４のそれぞれにそのまま適用できるので、第１電極ライン４１及び第２電極ライン４２を中心に説明する。
本発明の一実施例の場合、第１電極ライン４１と第２電極ライン４２の構成を異ならせ、各構成の組み合わせ比率及び各構成の大きさの差を制御して、優れた太陽電池効率を維持すると同時に、ソルダー物質の侵入を防止して太陽電池１００の耐久性及び信頼性を向上させることができる。
具体的には、第１方向に延びる第１電極ライン４１は、第１平均直径を有する球状の第１粒子４１１を含み、第２方向に延びる第２電極ライン４２は、第１粒子４１１、及び第１平均直径と異なる第２平均直径を有する非球状の第２粒子４２２を含む。
すなわち、本発明の一実施例に係る太陽電池１００は、第１電極ライン４１が、相対的に小さい第１平均直径を有する第１粒子４１１を含むことによって、電気的特性に優れるため、キャリア収集能力を向上させることができ、その結果、優れた太陽電池効率を維持することができる。
第２電極ライン４２は、第１粒子４１１、及び第１平均直径よりも相対的に大きい第２平均直径を有する非球状の第２粒子４２２を含むことによって、第２電極ライン４２は、相対的に小さい球状の第１粒子４１１と相対的に大きい非球状の第２粒子４２２とが混合されている形状であり、その結果、ソルダー物質の侵入経路を複雑にすることによって、第２電極の接着力の低下を効果的に防止する。
以下で、第１電極及び第２電極のそれぞれについてさらに詳細に説明する。
再び図１及び図２を参照すると、第１電極ライン４１は、第１導電型領域上に配置され、第１方向に延びることができる。
具体的には、複数の第１電極ライン４１は、均一な幅及びピッチを有して互いに離隔することができ、第１方向に延びる複数個の第１電極ライン４１のそれぞれは、途中の断線なしに連続的に第１方向に連結されているか、または途中に一定の間隔で断線されて第１方向に延びることができる。
例えば、図５Ａを参照すると、複数個の第１電極ライン４１は、途中の断線なしに第１方向に連続的に延びており、第２電極ライン４２が、途中の断線なしに延びた第１電極ライン４１上に配置され得る。
他の例として、図５Ｂを参照すると、複数個の第１電極ライン４１は、第２電極ライン４２が配置される領域に対応して途中で断線されて離隔した状態で配置されてもよく、第２電極ライン４２は、第１電極ライン４１が断線されて離隔した領域上に配置されてもよい。但し、本願発明の明細書において、第２電極ライン４２が、第１電極ライン４１が断線されて離隔した領域上に位置することは、厳密には第１電極ライン４１とオーバーラップする部分が物理的に全くないというものではなく、第２電極ライン４２が配置される部分と第１電極ライン４１とのオーバーラップ部分がほとんどなく、工程上、第１電極ライン４１の末端と第２電極ライン４２の一部とがオーバーラップする場合まで含むものである。
さらに、図面では、第１電極ライン４１が、第１方向に互いに並んで形成されて、太陽電池１００のメイン縁部と平行な場合を例示したが、本発明がこれに限定されるものではなく、通常の技術者が容易に設計変更できる範囲まで含むことができる。
第１電極ライン４１は、第１平均直径を有する球状の第１粒子４１１を含む。第１粒子が球状である場合、第１平均直径の具現が容易であり、第１電極の形成時に充填率を高め、接触抵抗を減少させて、キャリア収集効率が増加して第１電極ライン４１の電気的特性を向上させることができる。
本明細書において、球状の粒子とは、粉砕によって形成された粒子が尖った粒子表面を有することに対比される表現であって、必ずしも完全な球状を意味するものではなく、一般的に粒子の集合体としての粉末の次元で個々の粒子に対して球状と称するときに包括できるレベルをすべて含む概念として理解しなければならない。
さらに、第１粒子４１１の第１平均直径は、約２００ｎｍ〜約４００ｎｍであってもよい。
本明細書において、平均直径とは、複数個の粒子に対して各粒子を横切る任意の平面による各粒子の断面において、最も長い長軸の長さの平均を意味する。
第１粒子４１１の第１平均直径が前記範囲を維持することによって接触抵抗を減少させて、キャリア収集効率が増加して優れた電気的特性を効果的に達成することができる。第１粒子４１１の第１平均直径が２００ｎｍ未満である場合、生産コストが増加することがある。第１平均直径が４００ｎｍを超える場合、第１電極ライン４１の充填率が低下し、接触抵抗が増加して太陽電池の効率が減少することがある。
第２電極ライン４２は、第１導電型領域上に配置され、第１方向と異なる第２方向（例えば、直交）に延びることができる。複数個の第２電極ライン４２は、同じ第２方向に延びる後述する配線材が各第２電極ライン４２に対応して結合することによって、他の太陽電池と電気的に接続されるようにする。
第２電極ライン４２は、第１粒子４１１だけでなく、第１平均直径と異なる第２平均直径を有する非球状の第２粒子４２２を含むことができる。すなわち、第２電極ライン４２は、大きさの異なる２つの粒子を含むことができる。
具体的には、第２粒子４２２は非球状であってもよい。本明細書において、非球状とは、幾何学的に直径の長さが一定の球を除いた全ての形状を含む概念として理解しなければならない。第２電極は、球状の第１粒子４１１及び非球状の第２粒子４２２を含むことによって、充填率を効果的に向上させることができ、第２粒子４２２の表面積を増加させて、後述するソルダー物質の侵入防止効果を極大化することができる。
例えば、本実施例において、非球状の第２粒子４２２はフレーク（ｆｌａｋｅ）状を含むことができる。
第２粒子４２２の第２平均直径は、約１μｍ〜約１０μｍであってもよい。
第２粒子４２２は、非球状であると同時に、前記第２平均直径を維持することによって、第１粒子４１１と共に第２電極ライン４２の充填率を効果的に増加させることができ、第２粒子４２２の表面積を向上させて、ソルダー物質の侵入を効果的に減少させることができる。第２粒子４２２の第２平均直径が約１μｍ未満である場合、ソルダー物質の侵入防止効果が低下することがある。第２粒子４２２の第２平均直径が約１０ｕｍを超える場合、第２電極ライン４２の充填率が低下することがあり、第２電極ライン４２の耐久性及び接着力が減少することがある。
以下で、第２電極ライン４２のソルダー物質の侵入防止効果について詳細に説明する。
前述したように、複数個の第２電極ライン４２のそれぞれは、第２電極ライン４２と同じ第２方向に延びる複数個の配線材のそれぞれと対応して接合することによって、複数個の太陽電池が電気的に接続され得る。具体的には、配線材は第２電極上に配置され、配線材は導電性のコア層及びコア層を覆うソルダー層を含むことができ、ソルダー層が第２電極ライン４２と接合することによって、配線材と太陽電池１００が電気的に接続されることになる。但し、ソルダー層を構成するソルダー物質は、第２電極ライン４２と接合する過程で、第２電極ライン４２に浸透するようになり、第２電極ライン４２と他の物質層がなす界面にまでソルダー物質が移動してしまい、第２電極ライン４２の接着力を減少させることがある。そこで、本実施例では、第２電極ライン４２の構成物質及び構成物質間の比率を制御することによって、ソルダー物質の浸透を効果的に防止することができる。
図３Ａ及び図３Ｂを参照すると、第１平均直径を有する第１粒子４１１を含む第１電極ライン４１に比べて、第１粒子４１１及び相対的に大きい第２平均直径を有する第２粒子４２２を共に含むことによって、ソルダー物質の侵入経路を複雑にして、効果的にソルダー物質の浸透を防止することができる。
具体的には、ソルダー層が第２電極ライン４２と接合する場合、ソルダー層を構成するソルダー物質は第２電極ライン４２に浸透するようになり、このとき、ソルダー物質は、第２電極ライン４２に含まれた第１粒子４１１及び第２粒子４２２の表面に沿って、外部から第２電極ライン４２の界面に向かって浸透するようになる。すなわち、ソルダー物質の浸透経路が直線に近いほど、ソルダー物質の移動経路が短くなり、容易に第２電極ライン４２の界面に浸透し得る。
再び図３Ａを参照すると、第２電極ライン４２が、第１電極ライン４１のように相対的に小さい第１平均直径を有する球状の第１粒子４１１を含み、第２粒子４２２を含まない場合、球状の各第１粒子４１１の表面が互いに接しているため、ソルダー物質の浸透経路（点線）が直線に近くなり、ソルダー物質の侵入が容易となり、その結果、第２電極ライン４２の接着力は弱くなることがある。
これに反して、再び図３Ｂを参照すると、第２電極ライン４２が、前述したように、第１粒子４１１、及び相対的に大きい第２平均直径を有する非球状の第２粒子４２２を共に含む場合、第２粒子４２２と第１粒子４１１が第２電極ライン４２に適切に充填され、第２粒子４２２の表面積が大きいため、ソルダー物質の浸透経路（点線）が直線に近くならず、第２粒子４２２の表面に沿って大小の屈曲を形成して曲線をなすようになるため、ソルダー物質の移動距離が増加し、その結果、第２電極ライン４２の接着力の減少を効果的に防止できるようになる。
第２電極のソルダー物質の侵入防止効果は、第１粒子４１１と第２粒子４２２の混合比率、及び第１粒子４１１に対し第２粒子４２２の大きさの制御を通じて極大化することができる。
具体的には、第２粒子４２２の体積は、第１粒子４１１の体積の約１００倍〜約５００００であってもよい。
第２粒子４２２の体積が第１粒子４１１の体積に対して前記範囲を維持することによって、適切なレベルの充填率を具現すると同時に、ソルダー物質の侵入を効果的に防止することができる。第２粒子４２２の体積が第１粒子４１１の体積の１００倍未満である場合、ソルダー物質の浸透経路を増加させる効果が実質的に弱くなることがある。第２粒子４２２の体積が第１粒子４１１の体積の５００００倍を超える場合、第２粒子４２２が過度に大きいため、工程上、第２電極ライン４２の形成が難しくなることがあり、第２電極ライン４２に第２粒子４２２を適切なレベルで含ませることができないため、ソルダー物質の浸透経路を増加させる効果が低減することがある。
さらに、第２電極ライン４２に含まれた第１粒子４１１全体と第２粒子４２２全体との体積比が約３：７〜約７：３であってもよい。第２電極ライン４２に含まれた第１粒子４１１全体と第２粒子４２２全体との体積比が前記範囲を維持することによって、第２電極ライン４２の充填率が適切なレベルを維持しながら、第２粒子４２２によるソルダー物質の浸透経路の増加効果を容易に具現することができる。
第２電極ライン４２に含まれた第１粒子４１１全体と第２粒子４２２全体との体積比が前記範囲を外れる場合、充填率が減少して、ソルダーの浸透防止の効果が弱くなることがある。
本実施例において、前述したように、第１電極ライン４１は、適切なキャリア収集効率を維持して優れた太陽電池効率を具現し、第２電極ライン４２は、ソルダー物質の浸透を防止して太陽電池１００の優れた耐久性及び信頼性を維持させる。
第２電極ライン４２は、第１粒子４１１及び第２粒子４２２を含む第２組成物を硬化させて形成することができる。具体的には、本実施例において、配線材又はソルダー層に接合される第２金属ラインを形成する第２組成物は、ソルダー物質の浸透を防止すると共に、低温焼成（一例として、３００℃以下の工程温度の焼成）によって焼成可能な物質を含むことができる。
一例として、第２組成物は、一定の金属化合物（一例として、酸素を含む酸化物、炭素を含む炭化物、硫黄を含む硫化物）などで構成されるガラスフリット（ｇｌａｓｓ ｆｒｉｔ）を備えず、第１粒子４１１及び第２粒子４２２とバインダーＢを含み、その他に、他の樹脂（一例として、硬化剤、添加剤）のみを含むことができる。
但し、第２組成物の構成は、前記記載に限定されるものではなく、通常の技術者が本発明の目的に合わせて容易に設計変更できる範囲まで含むことができる。
本発明のいくつかの実施例では、第２金属ラインが第１透明電極層６０に接触して形成され得るので、絶縁膜などを貫通するファイヤースルー（ｆｉｒｅ−ｔｈｒｏｕｇｈ）が要求されない。これによって、第２金属ラインは、ガラスフリットを除去した第２組成物を塗布（一例として、印刷）した後、これを熱処理によって硬化させて形成することができる。
このように、第２組成物がガラスフリットを備えないと、第２金属ラインの金属が焼結（ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ）されるものではなく、互いに接触して凝集（ａｇｇｒｅｇａｔｉｏｎ）して単に硬化（ｃｕｒｉｎｇ）されることによって伝導性を有するようになる。
このように、単に硬化されることによって形成された第２金属ラインは、第１粒子４１１と第２粒子４２２との間の一部をバインダーＢが満たし、残りの一部に空隙ｖが残存し得る。
第１粒子４１１及び第２粒子４２２は、導電性を提供する様々な物質を含むことができる。一例として、金属粒子は、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、または銀又は錫（Ｓｎ）コーティングされた銀、アルミニウム、銅粒子を単独でまたは２つ以上混合して使用することができ、例えば、第１粒子４１１及び第２粒子４２２は、同じ伝導性物質を含むことができる。
バインダーＢは、金属間の架橋（ｃｒｏｓｓ ｌｉｎｋｉｎｇ）を行って第２金属ラインを形成できるようにすると同時に、ソルダー物質が第２金属ラインの内部に浸透することを防止することができる。本実施例とは異なり、バインダーＢを含まないと、ソルダー物質が第２金属ラインの内部に浸透して脆性（ｂｒｉｔｔｌｅ）を有するようになり、第２金属ラインが小さな衝撃などによって容易に割れるだけでなく、第２金属ラインの界面にソルダー物質が浸透してしまい、第２金属ラインの接着力を減少させることがある。
すなわち、第２組成物に含まれたバインダーＢは、第１粒子４１１と第２粒子４２２との間を満たし、第１粒子４１１及び第２粒子４２２と共に、ソルダー物質の浸透を防止することができる。
さらに、第２組成物は、構成物質の比率を制御してソルダー物質の浸透防止効果を極大化することができる。
具体的には、第２組成物は、第２組成物１００重量部に対して、バインダーＢを約１５重量部〜４０重量部含むことができる。第２組成物に含まれたバインダーＢが前記範囲を維持することによって、ソルダー物質の浸透を減少させると同時に、第２電極ライン４２が優れた接着力を具現することができ、適切なレベルの機械的物性を満足させることができる。
第２組成物に含まれたバインダーＢが約１５重量部未満である場合、第２電極ライン４２の接着力及びソルダー物質の浸透防止効果が減少することがある。第２組成物に含まれたバインダーＢが約４０重量部を超える場合、第２電極ライン４２の機械的物性及び電気的特性が低下することがある。
それだけでなく、第２組成物は、第２組成物１００重量部に対して、第２組成物に含まれた第１粒子４１１及び第２粒子４２２が約６０重量部〜約８５重量部であってもよい。第２組成物に含まれた第１粒子４１１及び第２粒子４２２が前記範囲を維持することによって、適切なレベルの充填率及びソルダー物質の浸透防止効果を具現することができる。第２組成物に含まれた第１粒子４１１及び第２粒子４２２が約６０重量部未満である場合、第２電極ライン４２の機械的物性及び電気的特性が低下することがあり、目的としたレベルのソルダー物質の浸透防止効果を具現しにくい。第２組成物に含まれた第１粒子４１１及び第２粒子４２２が約８５重量部を超える場合、第２電極ライン４２の接着力及び充填率が減少することがある。
さらに、第２組成物は、粘度が約２００Ｐａ・ｓ〜約３００Ｐａ・ｓであってもよい。第２組成物の粘度が前記範囲を維持することによって、後述するパッド部４２０の形成が容易であり、第２組成物に含まれた第１粒子４１１及び第２粒子４２２の分散性を向上させることができる。
すなわち、第２組成物に含まれたバインダーＢと第１粒子４１１及び第２粒子４２２、及び第２組成物の粘度を共に制御することによって、適切な電気的特性及び機械的物性を維持すると同時に、優れたソルダー物質の浸透防止効果を具現することができる。
第１電極ライン４１は、第１粒子４１１を含む第１組成物を硬化させて形成することができ、後述する第１組成物の特徴以外には、第２組成物の説明をそのまま適用できるので、相違点を中心に説明する。
第１組成物は、第２組成物とは異なり、第２粒子４２２を含まずに第１粒子４１１を含み、第１組成物は、第１組成物１００重量部に対して、第１組成物に含まれた第１粒子４１１を約８５重量部〜約９５重量部含むことができる。第１組成物が第１粒子４１１を前記範囲だけ含むことによって、優れた電気的特性を具現することができる。第１組成物に含まれた第１粒子４１１が約８５重量部未満である場合、電気的特性が低下し、機械的物性が減少することがある。第１組成物に含まれた第１粒子４１１が約９５重量部を超える場合、第１電極の接着力が低下することがある。
さらに、第１組成物は、第１組成物１００重量部に対して、第１組成物に含まれたバインダーＢが約５重量部〜１５重量部であってもよい。第１組成物に含まれたバインダーＢが前記範囲を維持することによって、第１電極ライン４１が適切なレベルの接着力、機械的物性及び電気的特性を具現することができる。第１組成物に含まれたバインダーＢが約５重量部未満である場合、第１電極ライン４１の接着力が低下することがある。第１組成物に含まれたバインダーＢが約１５重量部を超える場合、第１電極ライン４１の電気的特性及び機械的物性が低下することがある。
それだけでなく、第１組成物は、粘度が約５００Ｐａ・ｓ〜約７００Ｐａ・ｓであってもよい。第１組成物の粘度が第２組成物の粘度よりも相対的に高い前記範囲を維持することによって、狭い幅の第１電極ライン４１を容易に形成して、受光面積の減少を最小化することができる。
すなわち、第１組成物に含まれたバインダーＢと第１粒子４１１の比率及び第１組成物の粘度を共に制御することによって、優れた電気的特性を具現すると同時に、適切なレベルの機械的物性を維持することができる。
第２組成物が硬化して形成された第２電極ライン４２は、複数個のパッド部４２０、及び複数個のパッド部４２０の間でパッド部４２０の幅Ｗ１よりも小さい幅を有するライン部４２１を含むことができる。ライン部４２１によって、パッド部４２０が切れずに連続的に形成され得る。
前記パッド部４２０及びライン部４２１についての説明は、これと類似の第４電極ライン４４に含まれた後面パッド部４４０及び後面ライン部４４１のそれぞれにそのまま適用することができる。
狭い幅のライン部４２１によって、太陽電池１００に入射する光を防ぐ面積を最小化することができ、ライン部４２１は、複数の第１電極ライン４１が接続されて、一部の第１電極ライン４１が断線される場合にキャリアが迂回できる経路を提供することができる。
具体的には、一例として、第２電極ライン４２と配線材が互いに接続又は接合する部分であるパッド部４２０は、配線材の直径よりも広い幅を有することができる。パッド部４２０は、ライン部４２１及び配線材に比べて相対的に広い幅を有することで、配線材が安定に付着できるようにし、接触抵抗を低減することができる。
再び図１及び図２を参照すると、第２電極ライン４２は、第１方向に延びている第１電極ライン４１と交差して第２方向に延びることができる。
例えば、第１電極ライン４１と第２電極ライン４２は互いに直交して配置されてもよく、さらに、第２電極ライン４２の一部が第１電極ライン４１上に配置されてもよく、第２電極ライン４２の幅Ｗ１，Ｗ２は、第１電極ライン４１の幅Ｗ３よりも大きくてもよい。したがって、第１電極ライン４１と第２電極ライン４２が互いにオーバーラップ（ｏｖｅｒｌａｐ）する部分は、第１電極ライン４１上に第２電極ライン４２が積層されている形状であってもよく、第１電極ライン４１は、連続した形状又は一定の間隔で離隔した形状であってもよい。
したがって、第２電極ライン４２の一部は第１電極ライン４１上に配置され、他の一部は第１電極ライン４１上に配置されなくてもよいが、第２電極ライン４２の上面は同一平面上に配置され得る。すなわち、第１電極ライン４１上に配置された第２電極ライン４２の部分の厚さが、第１電極ライン４１上に配置されていない第２電極ライン４２の部分の厚さよりも薄くてもよい。
第２電極ライン４２の上面が同一平面上に配置されることによって、配線材が第２電極ライン４２と接合する場合にも安定に同一平面上で接合されて、配線材と太陽電池１００との信頼度の高い優れた接着力を具現することができる。
以下で、本実施例に係る太陽電池１００に含まれる他の構成についてさらに詳細に説明する。
再び図２を参照すると、半導体基板１６０は、ベースドーパントである第１又は第２導電型ドーパントが低いドーピング濃度でドープされて第１又は第２導電型を有する結晶質半導体で構成され得る。一例として、半導体基板１６０は、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）で構成されてもよい。特に、半導体基板１６０は、単結晶半導体（例えば、単結晶半導体ウエハ、より具体的には、単結晶シリコンウエハ）で構成され得る。このように、高い結晶性を有し、欠陥の少ない半導体基板１６０をベースとするため、太陽電池１００が優れた電気的特性を有することができる。このとき、本実施例では、半導体基板１６０は、追加的なドーピングなどによって形成されるドーピング領域を備えないベース領域１０のみで構成され得る。これによって、ドーピング領域による半導体基板１６０のパッシベーション特性の低下を防止することができる。
半導体基板１６０の前面及び／又は後面は、反射を防止できるように、テクスチャリング（ｔｅｘｔｕｒｉｎｇ）による凹凸を有することができる。一例として、凹凸は、特定の結晶面で構成されてもよい。例えば、（１１１）面である４つの外面によって形成される略ピラミッド形状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、半導体基板１６０の表面に凹凸が形成されなくてもよい。
半導体基板１６０の前面上には第１パッシベーション膜５２が形成（一例として、接触）され、半導体基板１６０の後面上には第２パッシベーション膜５４が形成（一例として、接触）される。これによって、パッシベーション特性を向上させることができる。一例として、第１及び第２パッシベーション膜５２，５４が真性非晶質半導体（例えば、真性非晶質シリコン（ｉ−ａ−Ｓｉ））層からなることができる。すると、第１及び第２パッシベーション膜５２，５４が半導体基板１６０と同じ半導体物質を含むことで、類似の特性を有するため、パッシベーション特性をさらに効果的に向上させることができる。これによって、パッシベーション特性を大幅に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。したがって、第１及び／又は第２パッシベーション膜５２，５４が真性非晶質シリコン炭化物（ｉ−ａ−ＳｉＣｘ）層又は真性非晶質シリコン酸化物（ｉ−ａ−ＳｉＯｘ）層を含むこともできる。これによれば、広いエネルギーバンドギャップによる効果が向上することができるが、パッシベーション特性は、真性非晶質シリコン（ｉ−ａ−Ｓｉ）層を含む場合よりも多少低くなり得る。
第１パッシベーション膜５２上には、第１導電型ドーパントを含むか又は第１導電型を有し、半導体基板１６０よりも高いドーピング濃度を有する第１導電型領域２０が位置（一例として、接触）し得る。そして、第２パッシベーション膜５４上には、第１導電型と反対の第２導電型を有する第２導電型ドーパントを含むか又は第２導電型を有する第２導電型領域３０が位置（一例として、接触）し得る。第１及び第２パッシベーション膜５２，５４がそれぞれ第１及び第２導電型領域２０，３０に接触すると、キャリア伝達経路を短縮し、構造を単純化することができる。
第１導電型領域２０及び第２導電型領域３０が半導体基板１６０と別個に形成されるため、半導体基板１６０上で容易に形成され得るように、半導体基板１６０と異なる物質及び／又は結晶構造を有することができる。
例えば、第１導電型領域２０及び第２導電型領域３０のそれぞれは、蒸着などの様々な方法により容易に製造できる非晶質半導体などに第１又は第２導電型ドーパントをドープして形成されてもよい。すると、第１導電型領域２０及び第２導電型領域３０を簡単な工程により容易に形成することができる。
このとき、半導体基板１６０が第１導電型を有することができる。すると、第１導電型領域２０が、半導体基板１６０と同じ導電型を有しながら、高いドーピング濃度を有する前面電界領域を構成し、第２導電型領域３０が、半導体基板１６０と反対の導電型を有してエミッタ領域を構成することができる。すると、エミッタ領域である第２導電型領域３０が半導体基板１６０の後面に位置して、前面への光吸収を妨げずに位置するため、相対的に厚く形成することができる。そして、前面電界領域である第１導電型領域２０は、光電変換に直接関与せず、半導体基板１６０の前面に位置して前面への光吸収に関係するため、相対的に薄く形成することができる。これによって、第１導電型領域２０による光損失を最小化することができる。
第１又は第２導電型ドーパントとして使用されるｐ型ドーパントとしては、ボロン（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）などの３族元素を挙げることができ、ｎ型ドーパントとしては、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、ビスマス（Ｂｉ）、アンチモン（Ｓｂ）などの５族元素を挙げることができる。その他にも、様々なドーパントが第１又は第２導電型ドーパントとして使用されてもよい。
一例として、半導体基板１６０及び第１導電型領域２０がｎ型を有することができ、第２導電型領域３０がｐ型を有することができる。これによれば、半導体基板１６０がｎ型を有することによって、キャリアの寿命（ｌｉｆｅ ｔｉｍｅ）に優れる。一例として、半導体基板１６０及び第１導電型領域２０がｎ型ドーパントとしてリン（Ｐ）を含むことができ、第２導電型領域３０がｐ型ドーパントとしてボロン（Ｂ）を含むことができる。しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、第１導電型がｐ型であり、第２導電型がｎ型であってもよい。
本実施例において、第１導電型領域２０及び第２導電型領域３０は、それぞれ非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）層、非晶質シリコン酸化物（ａ−ＳｉＯｘ）層、非晶質シリコン炭化物（ａ−ＳｉＣｘ）層、インジウム−ガリウム−亜鉛酸化物（ｉｎｄｉｕｍ−ｇａｌｌｉｕｍ−ｚｉｎｃ ｏｘｉｄｅ、ＩＧＺＯ）層、チタン酸化物（ＴｉＯｘ）層、及びモリブデン酸化物（ＭｏＯｘ）層のうち少なくとも１つを含むことができる。このとき、非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）層、非晶質シリコン酸化物（ａ−ＳｉＯｘ）層、非晶質シリコン炭化物（ａ−ＳｉＣｘ）層は、第１又は第２導電型ドーパントでドープされてもよい。インジウム−ガリウム−亜鉛酸化物層、チタン酸化物層及びモリブデン酸化物層は、ドーパントなしに、それ自体で電子又は正孔を選択的に収集してｎ型又はｐ型導電型領域と同じ役割を果たすことができる。一例として、第１及び第２導電型領域２０，３０が非晶質シリコン層を含むことができる。これによれば、第１及び第２導電型領域２０，３０が半導体基板１６０と同じ半導体物質（すなわち、シリコン）を含むことによって、半導体基板１６０と類似の特性を有することができる。これによって、キャリアの移動がさらに効果的に行われ、安定した構造を具現することができる。
第１導電型領域２０上には、これに電気的に接続される第１透明電極層６０、第１電極ライン４１及び第２電極ライン４２が位置（一例として、接触）し、第２導電型領域３０上には、これに電気的に接続される第２透明電極層７０、第３電極ライン４３及び第４電極ライン４４が位置（一例として、接触）する。
ここで、第１透明電極層６０は、第１導電型領域２０上で全体的に形成（一例として、接触）され得る。全体的に形成されるということは、空き空間又は空き領域なしに第１導電型領域２０の全体を覆う場合だけでなく、不可避的に一部の領域には形成されない場合も含むことができる。
このように、第１透明電極層６０が第１導電型領域２０上に全体的に形成されるため、光を透過できる物質（透過性物質）で構成され得る。一例として、第１透明電極層６０は、インジウムスズ酸化物（ｉｎｄｉｕｍ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ、ＩＴＯ）、アルミニウム亜鉛酸化物（ａｌｕｍｉｎｕｍ ｚｉｎｃ ｏｘｉｄｅ、ＡＺＯ）、ボロン亜鉛酸化物（ｂｏｒｏｎ ｚｉｎｃ ｏｘｉｄｅ、ＢＺＯ）、インジウムタングステン酸化物（ｉｎｄｉｕｍ ｔｕｎｇｓｔｅｎ ｏｘｉｄｅ、ＩＷＯ）、チタンタンタルドープされたインジウム酸化物（Ｔｉｔａｎｉｕｍ−Ｔａｎｔａｌｕｍ−ｄｏｐｅｄ ｉｎｄｉｕｍ ｏｘｉｄｅ）及びインジウムセシウム酸化物（ｉｎｄｉｕｍ ｃｅｓｉｕｍ ｏｘｉｄｅ、ＩＣＯ）のうち少なくとも１つを含むことができる。しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、第１透明電極層６０は、その他の様々な物質を含むことができる。
このとき、本実施例の第１透明電極層６０は、上述した物質を主要物質としながら、水素を含むことができる。このように、第１透明電極層６０が水素を含むと、電子又は正孔の移動度（ｍｏｂｉｌｉｔｙ）を改善することができ、透過度を向上させることができる。
さらに、第１透明電極層６０上に、パターンを有する第１電極ライン４１及び第２電極ライン４２が形成されてもよい。しかし、本発明がこれに限定されるものではない。
次いで、図４を参照して、本発明のいくつかの実施例に係る太陽電池２００を詳細に説明する。本実施例に係る太陽電池２００は、図１乃至図３を通じて説明した太陽電池１００と比較して、第２電極ライン２４２が多層構造であることを除いては、実質的に同一である。したがって、詳細な説明を省略し、互いに異なる部分についてのみ詳細に説明する。そして、上述した実施例又はそれを変形した例と、以下の実施例又はそれを変形した例とを互いに結合したものもまた、本発明の範囲に属する。
図４は、本発明のいくつかの実施例に係る太陽電池２００の断面を示した断面図である。図４を参照すると、第２電極ライン２４２は多層構造であり、各層別に第１粒子４１１対第２粒子４２２の構成比が異なっていてもよい。第４電極ライン２４４は、第２電極ライン２４２の説明をそのまま適用することができる。
具体的には、第２電極ライン２４２の多層構造において、第１導電型領域から遠ざかるほど第２粒子４２２の比率が高くなってもよい。すなわち、第２電極ライン２４２の下層部に比べて第２電極ライン２４２の上層部に、相対的に大きい第２平均直径を有する非球状の第２粒子４２２がさらに多く含まれて、ソルダー物質の浸透経路を効果的に増加させることができるので、ソルダー物質の浸透防止効果を極大化することができる。
本実施例において、第２電極ライン２４２は、複数のプリンティングを通じて多層構造を形成することができる。例えば、第２組成物を１次、２次及び３次に亘ってプリンティングすることができ、各次数が高くなるほど、第１粒子４１１に対する第２粒子４２２の体積比が増加するように制御して、第１導電型領域から遠ざかるほど第２粒子４２２の構成比が増加する多層構造の第２電極ライン４２を形成することができる。
上述したような特徴、構造、効果などは、本発明の少なくとも一つの実施例に含まれ、必ずしも一つの実施例にのみ限定されるものではない。さらに、各実施例で例示した特徴、構造、効果などは、実施例の属する分野における通常の知識を有する者によって、他の実施例に対しても組み合わせ又は変形して実施可能である。したがって、このような組み合わせ及び変形に係わる内容は、本発明の範囲に含まれるものと解釈されるべきである。

Claims (10)

  1. 半導体基板と、
    前記半導体基板の一面上に配置された導電型領域と、
    前記導電型領域上に配置され、第１方向に延びる第１電極ラインと、
    前記導電型領域上に配置され、前記第１方向と異なる第２方向に延びる第２電極ラインとを含み、
    前記第１電極ラインは、第１平均直径を有する球状の第１粒子を含み、
    前記第２電極ラインは、前記第１粒子、及び前記第１平均直径と異なる第２平均直径を有する非球状の第２粒子を含む、太陽電池。
  2. 前記第１平均直径は２００ｎｍ〜４００ｎｍであり、前記第２平均直径は１μｍ〜１０μｍである、請求項１に記載の太陽電池。
  3. 前記第２電極ラインに含まれた前記第１粒子全体と前記第２粒子全体との体積比は、３：７〜７：３である、請求項１に記載の太陽電池。
  4. 前記第２電極ラインは前記第１電極ラインと交差して、前記第２電極ラインの一部は前記第１電極ライン上に配置される、請求項１に記載の太陽電池。
  5. 前記第２電極ラインは、前記第１電極ラインが断線されて離隔した領域上に配置される、請求項１に記載の太陽電池。
  6. 前記第２電極ラインは多層構造であり、各層別に互いに異なる前記第１粒子対前記第２粒子の比を有する多層構造である、請求項１に記載の太陽電池。
  7. 前記第１電極ラインは、前記第１粒子及びバインダーを含む第１組成物の硬化物を含む、請求項１に記載の太陽電池。
  8. 前記第１組成物は、前記第１組成物１００重量部に対して、前記第１組成物に含まれた前記第１粒子が８５重量部〜９５重量部である、請求項７に記載の太陽電池。
  9. 前記第２電極ラインは、前記第１粒子、前記第２粒子及びバインダーを含む第２組成物の硬化物を含む、請求項１に記載の太陽電池。
  10. 前記第２組成物は、前記第２組成物１００重量部に対して、前記第２組成物に含まれた前記第１粒子及び前記第２粒子が６０重量部〜８５重量部である、請求項９に記載の太陽電池。
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