KR101001877B1 - 태양전지의 전면패턴 전극구조 및 이를 이용한 태양전지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 태양전지의 전면 전극패턴 구조에 관한 것으로, 구체적으로는 태양전지를 구성하는 실리콘 기판상에 전면패턴전극을 구비하되, 상기 전면패턴 전극을 형성하는 핑거라인과, 상기 각각의 핑거라인을 연결하는 보조핑거라인을 적어도 1 이상 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 태양전지의 전면에 형성되는 핑거라인의 일부 또는 전부를 연결하여 핑거라인의 단선 시, 전자가 버스전극으로 수집할 수 있도록 하여, 전극 단선에 의한 유효광발전영역의 감소 문제를 현저하게 제거하며, 단선으로 인한 태양전지의 필 팩터(fill factor)의 감소를 방지하며, 단선으로 인한 광전변환효율의 감소를 최소화하는 효과가 있다.

태양전지, 핑거라인, 필 팩터, 버스전극, 단선

Description

태양전지의 전면패턴 전극구조 및 이를 이용한 태양전지{Pattern of the front electrode of solar cell and Solar cell using the same}

본 발명은 태양전지에 관한 것으로, 구체적으로는 태양전지의 전면에 형성되는 핑거라인의 일부 또는 전부를 연결하여 핑거라인의 단선 시, 전자가 버스전극으로 수집할 수 있도록 하여, 전극 단선에 의한 유효광발전영역의 감소를 현저하게 감소시키며, 단선으로 인한 태양전지의 필팩터(fill factor)의 감소를 방지하며, 단선으로 인한 광전변환효율의 감소를 최소화하는 전면패턴전극과 이를 구비한 태양전지에 관한 것이다.

태양전지란 태양광의 에너지를 전기에너지로 바꾸는 것이다. 이 태양전지는 지금까지의 화학전지와는 다른 구조를 가진 것으로 ‘물리전지’라 할 수 있다. 태양전지는 P형 반도체와 N형 반도체라고 하는 2종류의 반도체를 사용해 전기를 일으키게 된다. 좀 더 구체적으로는 태양전지에 빛을 비추면 내부에서 전자와 정공이 발생한다. 발생한 전하들은 P, N극으로 이동하며 이 현상에 의해 P극과 N극 사이에 전위차(광기전력)가 발생하며 이때, 태양전지에 부하를 연결하면 전류가 흐르게 되는 광전효과를 이용하는 전지이다.

태양전지는 실리콘 반도체를 재료로 사용하는 것과 화합물 반도체를 재료로 하는 것으로 크게 나눌 수 있다. 다시 실리콘 반도체에 의한 것은 결정계와 비결정계(amrphous)로 분류된다. 현재 개발 중인 것을 포함하면 더욱 다양하다. 태양전지의 기술 개발에 관해서는 변환 효율의 향상이나 가격 조정 등이 계획되고 있다. 또, 변환 효율 20%를 초월하는 태양전지나 가격을 낮출 수 있는 박막 태양전지 등도 개발하고 있다. 현재, 태양광 발전 시스템으로 일반적으로 사용하고 있는 것은 실리콘 반도체가 대부분이다. 특히 결정계 실리콘 반도체의 단결정 및 다결정 태양전지는 변환 효율이 좋고 신뢰성이 높아서 널리 사용하고 있다.

그리고 태양 전지 종류 중에 상업용으로 가장 널리 사용되고 있는 것은 실리콘 웨이퍼를 이용한 결정질 실리콘 태양전지로서 현재 15% 이상의 가장 높은 상용화 효율을 나타내고 있다. 이러한 결정질 실리콘 태양전지 중 전극을 형성하는 제조 방법은 여러 방법이 알려져 있으나, 스크린 프린팅으로 전극을 형성하는 방법이 상업용으로 가장 널리 알려져 있다.

태양전지의 일반적인 구조를 도 1a을 참조하여 설명한다.

태양전지는 실리콘(Si) 웨이퍼 기판(10) 상에 P-N 접합을 형성하여, 기판의 상부를 N층(20), 기판의 하부를 P층(30)으로 형성한다. 그리고 상기 N층(20) 상면에는 전면전극(40)과 반사방지막을 형성하고, P층(50)의 하면에는 후면전극(60)을 Al(알루미늄 페이스트)를 이용해 형성한다. 그리고 태양전지 모듈에서 각 태양전지 간을 전기적으로 접속시키는 탭(Tab)을 납땜하기 위한 탭(tabbing)전극(70)을 스크린 프린팅으로 형성하고, 900~1000℃ 열처리를 하여 완성하게 된다. 이러한 구조로 형성된 태양전지에 빛을 비추면 내부에서 전자와 정공이 발생하며, 도시된 것처럼 형성된 전하들은 P, N극으로 이동하며 이 현상에 의해 P극과 N극 사이에 전위차가 발생하며 이때, 태양전지에 부하를 연결하면 전류가 흐르게 되는 것이다. 즉 발생하는 전하 중 전자는 N형 반도체(20) 쪽으로, 정공은 P형 반도체 쪽(30)으로 이동하고, 각 전하는 접합된 전극으로 이동하여 전류가 흐르게 되게 된다.

이 중에 전극 형성에 사용되는 알루미늄 페이스트는 열처리하는 동안에 실리콘 웨이퍼(Si)로 III족인 알루미늄(Al)이 확산되어 P+층인 후면전계층(BSF; Back surface field)을 형성하며, 실리콘 웨이퍼와 전기적으로 컨택하게 된다.

현재 태양전지와 관련한 연구들은 태양전지의 제조단가를 낮추는 것과 더불어 광변환 효율을 향상시키는 데 집중되고 있다. 태양전지의 변환효율을 향상시키기 위해서는 태양전지의 태양광에 대한 반사율을 높이고, 캐리어들의 결합 정도를 줄이며, 반도체 기판 및 전극에서 저항을 낮추어야 한다.

이를 위해서, 대한민국 공개특허 제10-2008-92583호에서는 실리콘 기판 및 전면전극의 구조를 개선하여 캐리어의 전달저항을 낮춤으로써, 단결정 실리콘 태양전지의 변환효율을 높이고자하는 시도를 한 바 있다.

이를 위해 도 1b에 도시된 것처럼, 단결정실리콘기판(10) 상에 형성되는 전면전극의 핑거라인(40) 패턴을 실리콘 결정방향에 수직 또는 평행하게 형성시키도록 하여, 전자의 이동에 의한 측면저항(lateral series resistance)을 낮춰 필팩터를 향상시킬 수 있도록 하는 것이다. 부호 10은 버스전극에 해당한다.

그러나 이 종래의 기술에서 제시된 태양전지는 단결정 태양전지에만 적용이 가능한 것으로, 현재 국내외의 대부분의 태양전지의 셀 제조업체(Cell maker)에서는 다결정 웨이퍼를 사용하고 있는바, 이 기술이 유효하게 적용될 수 없다. 나아가 단결정의 결정방향과 수직 또는 평행하게 전극을 형성하여 전자의 이동을 유리하게 하여 필팩터의 향상에 기여할 수 있지만, 만약 전면전극이 인쇄 및 소성의 과정에서 단선이 되는 경우에는 오히려 필팩터의 감소에 따른 광전 변환효율의 감소가 되는 문제점이 발생하게 된다.

또한, 이와는 다른 노력으로 전면 핑거라인 패턴의 미세화 형성으로 인한 태양전지의 수광면적 축소되는 것을 방지하는 노력이 시도되고 있다. 즉 일반적으로 전면 핑거(Finger) 패턴 형성으로 인해 전체 태양전지 수광면적의 4~5%를 가리게 되고, 이는 태양전지 필팩터(Fill Factor) 특성에 영향을 준다.

따라서 태양전지 셀 제조업체는 태양전지 전면 전극의 구조물의 종횡비를 향상시키기 위해 전면전극 선 폭을 감소시켜서 수광면적을 가리는 것을 최소화하면서 전면전극 두께를 향상시켜 직렬저항(Series Resistance) 특성을 향상시키면서 미세한 선 폭 구현에 따라 단선이 될 수 있는 영향성을 감소하려하고 있다. 과거에는 전면 전극의 선 폭을 대부분 110㎛ 내외로 구현을 하였지만 현재 대부분 90~100㎛으로 구현이 되고 있으며 일부 80㎛ 이하로 구현을 하기 위한 연구 및 개발이 진행되고 있다.

하지만, 전극 선 폭의 감소는 단선 불량률을 향상 시키며, 전면전극 패턴의 단선이 발생하게 되면 그 부분의 생성된 전자가 원할하게 수집되지않고 소멸되기 때문에 필팩터 및 광전 변환 효율 감소로 이어지는 치명적인 문제가 발생하게 된 다.

이러한 문제를 극복하기 위한 시도로, 일부 제조사에서는 전면 전극 패턴을 수회 연속하여 인쇄하여 얇은 선폭에서 높이를 향상시키는 공법을 시도하였다.

즉, 도 1c에 제시된 것 처럼, (a)에 도시된 것처럼 웨이퍼(10)상에 핑거라인(40)의 두께를 120~140㎛ 로 하는 일반적인 핑거라인 인쇄방법에 비해, (b)에 도시된, 웨이퍼(10)상에 핑거라인을 3중 적층 구조(40a, 40b, 40c)로 인쇄한 구조에서는 선폭이 60~70㎛로 선폭이 좁아지고 높이가 높아지게 된다. (c)는 10번의 적층 인쇄를 통해 구현된 60㎛의 두께와 60㎛의 높이를 가지는 핑거라인의 SEM 이미지를 도시한 것이다. (d)에 도시된 표는 각각 일반 표준(standard) 타입과 3번의 적층인쇄, 그리고 5번의 적층인쇄를 통해 구현된 핑거라인의 두께와 높이를 비교한 것으로, 각각의 경우, 적층의 수가 많을 수록 높이가 높아지는 효과가 구현되어, 높은 aspect ratio 특성 구현이 가능함을 알 수 있으며, 높이(두께)의 상승에 따른 표면저항 감소로 인해 직렬저항(series resistance)의 특성의 향상이 가능하게 됨을 알 수 있다.

이러한 적층인쇄방식은 인쇄 및 반건조 단계를 반복하게 됨으로 인해 공정의 택타임(tact time)의 증가가 발생하게 되며, 이로인해 셀(cell)의 시간당 생산능력(thorughput)이 저하되는 문제가 발생하게 된다. 특히 반복 인쇄방식에 따른 각 층간의 어라인(align)이 어려운 문제가 아울러 발생하게되며, 최근 이러한 방식을 채용하는 방식에서 어라인 불량률이 40%에 달하는 것으로 밝혀지고 있다. 나아가 이러한 적층형 방식 역시 단선에 따른 전하의 소실로 태양전지의 필팩터의 감소와 광전변환효율의 감소의 문제에서 자유로울 수는 없게 된다.

이러한 점에서, 광전변환효율을 높이기 위해 전면전극의 패턴을 형성하려는 시도가 있었으며, 이는 국내 등록특허 10-0652103호에 기재된 발명을 중심으로 설명하면 다음과 같다.

도 1e를 참조하면, (a)는 태양전지의 전면전극을 도시한 것으로, 이는 실리콘기판(41) 상에 주전극(47)과 직교하는 그리드 전극(46)을 다수 형성하며, 인접하는 그리드 전극의 사이의 거리를 주전극의 폭보다 짧게 형성하고, 그리드 전극간의 전기적 연결은 상기 주전극(47)에 의해 수행하도록 한다. 또한 상기 그리드 전극의 폭을 좁고 두껍게 형성하는 한편, 주전극을 통해 그리드 전극을 연결하는 방식으로, 표면 전극의 직렬저항을 중가 시키지 않고도 전극의 면적을 감소시켜 태양전지의 변환효율을 개선하고자 하였다.

그러나 이러한 형태의 패턴전극의 구조는 (b)에 도시된 것 처럼, 그리드 전극간의 양 말단이 개방(Open)형으로 형성되는바, 그리드 전극(46)의 어느 하나가 단선(T)이 되는 경우에는 발생된 전하가 주전극(47)으로 수집되지 못하고 소멸하게되어 광전 변환 효율이 오히려 급감하는 문제가 발생하게 된다. 이는 상술한 (a)에 도시된 것처럼, 각 그리드 전극이 주전극을 중심으로 직교하는 방향으로 만나는 패턴을 2개로 형성하는 경우라도 동일한 문제로 발생하게 된다.

본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 태양전지의 전면에 형성되는 핑거라인의 일부 또는 전부를 연결하여 핑거라인의 단선 시, 전자가 버스전극으로 수집이 가능하도록 하여, 전극 단선에 의한 유효광발전영역의 감소 문제를 현저하게 제거시키며, 단선으로 인한 태양전지의 필팩터(fill factor)의 감소를 방지하며, 단선으로 인한 광전변환효율의 감소를 최소화할 수 있는 전면전극의 패턴구조를 제공하는 데 있다.

본 발명은 상술한 과제를 해결하기 위한 구성으로서, 태양전지를 구성하는 실리콘 기판상에 전면패턴전극을 구비하되, 상기 전면패턴 전극을 형성하는 핑거라인과, 상기 각각의 핑거라인을 연결하는 보조핑거라인을 적어도 1 이상 구비하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 전면 패턴전극구조를 제공한다. 이를 통해 전극단선에 의한 전하의 소실을 방지하고, 이를 통해 유효광발전영역의 감소를 예방할 수 있으며, 필팩터의 감소를 방지함과 아울러 광전변환효율의 감소를 배제할 수 있게 된다.

이러한 핑거라인을 연결하는 구조에서는 특히 핑거라인의 전부 또는 일부를 연결하는 다양한 방식이 포함될 수 있으며, 이를 위한 일 태양으로서, 상기 보조 핑거라인은 전면 패턴전극을 형성하는 핑거라인의 바깥쪽 측면부에 형성될 수 있도록 한다. 이를 통해 상술한 전하의 소실방지 이이에도 핑거라인의 과집중으로 인한 유효광발전영역의 축소되는 문제를 아울러 해결할 수 있는 장점이 있다.

특히, 핑거라인을 연결하는 방식은 다양하게 변경될 수 있으며, 가장 바람직하게는 상기 보조핑거라인은 이웃하는 핑거라인의 이격된 간격을 적어도 1 이상의 개소를 연결하도록 배치시킬 수 있다. 즉 수평으로 형성된 구조를 일례로 들 때 이웃하는 핑거라인의 최외측 또는 내측 어느 개소이든 이격된 공간을 연결할 수 있는 보조핑거라인을 형성시키는 구조로 형성시키는 것을 의미한다.

이러한 구조는 구체화된 일례로는 이웃하는 핑거라인의 이격 공간을 연결하는 적어도 1 이상의 핑거라인셀 구조로 형성될 수 있다. 또한, 이외에도 상기 보조핑거라인의 연결구조에 따라 다양한 구조로 변형이 가능하며, 핑거거라인셀구조 이외에도, 지그재그 연결구조, 불규칙 연결형구조으로 형성되거나, 또는 이들 중에서 선택되는 적어도 1 이상의 구조가 조합된 구조로 형성시키는 것도 가능하다.

또한, 상기 보조핑거라인은 핑거라인과 동일한 재질로 형성시키는 것도 가능하며, 상기 핑거라인들을 전기적으로 연결하는 버스바를 더 포함하여 형성시키는 경우에도 버스바의 재질을 핑거라인과 동일한 재질로 형성시킬 수도 있다.

이러한 상술한 전면 패턴전극의 구조를 포함하는 태양전지를 구성할 수 있음은 물론이다. 구체적으로는 p형 및 n형 영역, p-n 형 접합영역을 구비한 실리콘 기판에 후면전극과 전면패턴전극을 형성하는 핑거라인 패턴; 상기 핑거라인들을 전기적으로 연결하는 버스바를 포함하여 구성되되, 본 발명의 실시예로 상술한 태양전지의 전면패턴전극 구조를 포함하여 형성시킬 수 있다.

본 발명에 따르면, 태양전지의 전면에 형성되는 핑거라인의 일부 또는 전부를 연결하여 핑거라인의 단선 시, 전자가 버스전극으로 수집이 가능하도록 하여, 전극 단선에 의한 유효광발전영역의 감소문제를 현저하게 제거시키며, 단선으로 인한 태양전지의 필팩터(fill factor)의 감소를 방지하며, 단선으로 인한 광전변환효율의 감소를 최소화하는 효과가 있다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 구체적인 구성과 작용을 설명하기로 한다.(본 발명에서의 유효광발전영역이란 태양광을 받아 발생한 전하를 유효하게 수집 전달하여 전기를 발생시킬 수 있는 영역으로 정의한다.)

도 2a 내지 도 2c를 참조하면, 이는 태양전지의 전면 패턴전극의 핑거라인의 구조와 상기 핑거라인을 연결하는 보조핑거라인의 도입 구조의 일 실시예를 도시한 것이다.

본 발명은 태양전지를 구성하는 실리콘 기판상에 전면패턴전극을 형성하는 핑거라인(110)과 상기 핑거라인을 연결하는 보조핑거라인(120)을 적어도 1 이상 포함하는 전면 전극 패턴 구조를 구비하는 것을 그 요지로 한다. 물론 여기에는 각 핑거라인을 전기적으로 접속하여 연결하는 버스 바(bus bar; 130)를 더 포함하여 이루어짐이 바람직하다.

도 2a에 도시된 것처럼, 본 발명에 따른 보조 핑거라인은 수평으로 이루어진 다수의 핑거라인(110) 중 서로 이웃하는 핑거라인을 연결하여 하나의 폐도형을 형성하는 구조(이하, '핑거라인 셀' 구조라 정의한다.)를 형성하는 방식으로 형성할 수 있다. 물론 도 2a의 구조에는 독립된 핑거라인 셀(FC)이 다수로 형성되며, 상기 핑거라인 셀의 중앙 부분에 버스바(130)을 연결하는 구조로 형성되어 있다.

또한, 도 2b에 도시된 것처럼, 지그재그형으로 핑거라인(110)의 최외각을 보조핑거라인(120)으로 연결하는 구조(이하, '지그재그형 구조'라고 한다.)로도 형성될 수 있음은 물론이다. 이와는 다른 변형 예로는 도 2c 보조 핑거라인(120)을 핑거라인(110)의 최외각측을 전부 연결시키는 구조(이하, '폐쇄형 구조'라고 한다.)로 형성시키는 구조로 형성할 수 있다. 물론, 보조핑거라인을 핑거라인과 동일한 재료로 형성시킬 수도 있다.

어느 경우이던 본 발명의 요지는 기본이 되는 핑거라인의 적어도 하나의 개소 이상을 보조핑거라인으로 연결시켜 핑거라인의 단선이 발생하는 경우라도 전하의 소실이 방지되는 구조를 실현하는 것을 포함한다. 다만, 본 발명의 바람직한 예로는 상술한 핑거라인(110)의 최외각의 측면을 연결하는 '폐쇄형(closed)형 구조' 보다는 '핑거라인 셀 구조' 또는 '지그재그형 구조'를 형성하는 것이 더욱 바람직하다. 이는 페쇄형 구조 역시 종래의 기술에 비해 단선에 의한 광수집 효율을 향상시키기는 하나, 전하의 수집경로가 집중되지 않고, 각 선(핑거라인)이 가진 선저항에 의해 전자의 로스(loss)가 발생하게 되는 현상도 아울러 구비하게 되기 때문이다. 이상과 같은 본 발명에 따른 핑거라인의 연결구조의 작용을 도 3을 통해 상세히 설명한다.

도 3a는 종래의 핑거라인의 문제점과 본 발명에 따른 핑거라인을 보조핑거라인으로 연결한 구조의 다양한 변형 예의 작용을 설명한 것이다.

(a)는 종래의 핑거라인의 구조를 개략적으로 도시한 개념도로서, 종래의 핑거라인(110)은 버스 바(130)로 연결된다. 그러나 어느 하나의 핑거라인(111)에 제조공정 시에 단선(T)이 발생한 경우, 단선(T)지역에서 발생한 전하는 도시된 것처럼, 버스바(111)로 전달되지 못하게 되며, 이로 인해 전하가 소실되게 되는 문제가 발생하게 된다. (따라서 단선된 부분의 핑거라인은 무효광발전영역으로 산출되게 된다.)

(b)는 본 발명에 따른 일 실시예로서 핑거라인(110)과 각 핑거라인을 전기적으로 연결하는 버스바(130)이외에, 각 핑거라인의 일부 영역을 연결하는 보조 핑거라인을 구비한 구조로서, 상술한 '핑거라인 셀' 구조로 형성시킨 것의 개념도이다.

이 경우에는 핑거라인의 특정 개소에 단선(T)이 발생하는 경우, 보조핑거라인으로 연결되어 버스바로 이동될 수 있게 된다. 이는 단선영역을 유효광발전영역으로 별도의 리페어 공정 없이도 사용할 수 있게 되며, 단선이 되더라도 태양전지의 필팩터(fill factor)가 감소하는 것을 방지하며, 광전변환효율 역시 감소하는 것을 방지할 수 있게 된다.

(c)는 본 발명에 따른 일 실시예로서 핑거라인(110)에 보조핑거라인(120)을 형성하되, 지그재그 형으로 형성시킨 구조, 즉 '지그재그형 구조'를 예시한 것이다. 역시 특정 개소에 단선(T)이 발생하여도, 전하가 버스바(130)으로 전달되는 되에는 전혀 지장이 없게 되는 구조를 구현할 수 있다.

(d)는 본 발명에 따른 일 실시예로서, 핑거라인(110)의 외 측면을 보조핑거라인(120)으로 전부 연결시킨 구조, 즉 '폐쇄형 구조'를 도시한 것으로, 이 역시 단선(T)이 존재해도 버스바(130)로 전하가 전달되게 된다. 다만, 상술한 것 처럼 이러한 폐쇄형 구조는 종래의 기술에 비해 광변환효율이 향상되는 되기는 하나, 전체의 핑거라인을 연결시 전하의 수집경로가 집중되지 않고, 각 핑거라인이 가지는 선저항에 의해 전하의 로스(loss)가 발생하는 문제도 가지고 있게 된다. 즉 상술한 '핑거라인 셀'구조나 '지그재그 형'구조에서는 단선 부분이 발생해도, 그 부근의 전하는 오로지 한 핑거라인을 타고 버스전극으로 수집되므로, 다른 핑거라인의 선자항의 영향없이 효율적으로 수집되는 집중도를 가지게 된다. 그러나 '폐쇄형 구조'에서는 단선이 된 부분에 발생한 전하는 다수의 핑거라인(ⅰ, ⅱ, ⅲ)의 어느 경로로든 이동할 수 있게 되며, 따라서 각 핑거라인이 가지는 선저항의 영향으로 전하의 손실도 그만큼 발생하게 되는 것이다.

아울러 폐쇄형 구조에서는 수광면적에서 지그재그형이나 핑거셀형에 비해 불리하며, 구체적으로는 핑거의 선폭을 0.1mm, 핑거의 갯수를 56개, 핑거의 길이는 153.5mm를 기준으로 하는 동일한 조건에서 폐쇄형 구조는 지그재그형의 구조에 비해 14.82mm²의 shading loss가 발생하게 되며, 재료의 소모량도 그만큼 많아지게 된다.

물론 종래기술에 비해 폐쇄형 구조의 광변환효율은 상승효과가 있으나, 다만 본 발명에 따른 가장 바람직한 실시예로는 핑거라인 셀 구조나 지그재그형 구조라 할 것이다.

이를 보다 구체적으로 살펴보면, 도 3b는 본 발명에 따른 바람직할 일 실시 예로서의 지그재그 형 구조, 핑거라인 셀구조와 폐쇄형 구조의 태양전지효율을 종래의 개방형 구조와 비교한 비교표이다.

도시된 표에 따르면, 비교예 1 내지 비교예 4에 제시된 태양전지 효율에 비해, 본 발명에 따른 실시예 1 및 2, 그리고 실시예 4 및 5, 실시예 7 및 8의 결과에 나타나듯이, 지그재그 형 구조, 핑거라인 셀구조가 우월한 태양전지 효율을 나타내는 것을 알 수 있으며, 폐쇄형 구조도 개방형 구조와 비교해서는 효율이 일부 상승함을 할 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 156×156mm의 셀(cell)을 기준으로 120㎛ 이하의 선폭에서 지그재그 형, 핑거셀형 구조가 태양전지의 전면전극의 핑거라인과 보조 핑거라인 패턴 구조로 바람직하며, 특히 본 실시예에 따르면 60~120㎛ 의 범위에서 지그재그 형, 핑거셀형 구조가 태양전지 효율면에서 현저한 효율을 나타낼 수 있는바, 더욱 바람직함을 알 수 있다.

상술한 예외에, 핑거라인을 보조핑거라인을 통해 연결시켜 단선의 영향을 제거하는 구조는 다양하게 변형이 가능할 수 있으며, 특히 상술한 일정한 규칙과 정형화된 연결구조(핑거라인셀구조, 지그재그 연결구조, 핑거라인의 어느 한쪽 외측면만을 전부 연결시키는 구조 등) 이외에도 불규칙적인 연결구조로도 형성시킬 수 있음은 물론이다. 아울러 상기 정형화된 연결구조(핑거라인셀구조, 지그재그 연결구조 등)과 불규칙 적인 연결구조의 조합을 구현한 구조로도 형성시킬 수도 있다. 결론적으로 본 발명에 따라 전체 핑거라인의 어느 특정 개소를 보조 핑거라인으로 연결시켜, 단선에 따른 문제를 해결한 구조는 모두 본 발명의 요지에 포함된다 할 것이다.

도 4a 및 도 4b를 참조하면, 도 4a는 일반 핑거라인만을 구비한 구조와 본 발명에 따른 핑거라인 구조를 구현한 구조와의 전면전극 패턴을 형성하여 태양전지 셀을 제작하여 효율의 향상 및 편차의 감소 정도를 비교한 결과이다.

이 비교예에서는 본 발명에 따른 핑거라인 셀 구조로 형성된 구조를 전면 패턴 전극으로 형성하였으며, 핑거의 선폭은 100㎛, 핑거의 개수는 56개, 버스바(bus bar)의 선폭은 2mm, 전체 패턴영역은 153.5mm×153.5mm의 패턴 구조를 구비하며, 이 패턴 구조를 바탕으로 156×156mm의 다결정 웨이퍼를 이용하여 셀(cell)을 제작하고, 비교군 별 19매씩 제작한 후 비교를 실시한 결과이다.)

도 4a를 살펴보면, 편차의 폭이 상당히 큰 것을 알 수 있으며, 효율 평균은 13.7%를 나타내고 있다. 이는 인쇄, 건조 및 소성 공정에서 핑거라인의 단선이 발생하고, 이의 영향으로 편차가 커지게 되며 효율도 낮은 것을 알 수 있다.

도 4b를 살펴보면, 본 발명에 따른 보조핑거라인으로 단선의 영향을 최소화한 결과, 효율 평균은 14.7% 구현되며, 편차 역시 0.14%로 현저하게 낮아짐을 알 수 있다. 이는 단선의 영향을 보조핑거라인 패턴의 형성으로 보상하여 필팩터가 감소하며, 효율감소가 최소화하는 결과를 극명하게 보여주는 것이라 할 것이다.

전술한 바와 같은 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였다. 그러나 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능하다. 본 발명의 기술적 사상은 본 발명의 기술한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

도 1a는 태양전지의 일반구조를 나타낸 개념도이며, 도 1b는 종래 기술에 따른 핑거라인의 배열구조를 도시한 것이며, 도 1c는 종래의 기술에 따른 핑거라인의 선폭을 좁히는 기술을 설명하기 위한 개념도이며, 도 1d 도 1c의 비교실험표, 도 1e는 종래의 전면 전극의 패턴 구조를 도시한 평면도이다.

도 2a 내지 도 2c는 본 발명에 따른 전면 패턴전극과 보조핑거라인의 패턴의 형성된 일례를 도시한 것이다.

도 3a 및 도 3b는 종래기술과 본 발명에 따른 전면 패턴전극의 작용상의 차이를 도시한 비교도면이다.

도 4a 및 도 4b는 종래기술과 본 발명에 따른 전면 패턴전극 간의 효율 및 편차의 비교를 통해 본 발명의 효과를 보여주는 비교 그래프이다.

Claims (8)

1. 태양전지를 구성하는 실리콘 기판상에 전면패턴전극을 구비하되,

   상기 전면패턴 전극을 형성하는 핑거라인과,

   상기 각각의 핑거라인을 연결하는 보조핑거라인을 적어도 1 이상 구비하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 전면 패턴전극구조.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 보조핑거라인은 이웃하는 핑거라인의 이격 공간을 연결하는 적어도 1 이상의 핑거라인셀을 형성하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 전면패턴전극구조.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 보조핑거라인은 이웃하는 핑거라인의 이격된 간격을 적어도 1 이상의 개소를 연결하도록 지그재그형 구조로 배치되는 것을 특징으로 하는 태양전지의 전면 패턴전극구조.
4. 청구항 1에 있어서,

   상기 보조 핑거라인은 전면 패턴전극을 형성하는 핑거라인의 바깥쪽 측면부에 형성되는 것을 특징으로 하는 태양전지의 전면 패턴전극구조.
5. 청구항 1에 있어서,

   상기 전면패턴전극은 이웃하는 핑거라인을 연결하는 보조핑거라인을 구비하여 형성되되,

   핑거거라인셀, 지그재그형 구조, 불규칙 연결형구조에서 선택되는 적어도 1 이상의 구조가 조합된 것을 특징으로 하는 태양전지의 전면 패턴전극구조.
6. 청구항 1 내지 5중 어느 한 항에 있어서,

   상기 보조핑거라인은 핑거라인과 동일한 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 태양전지의 전면 패턴전극구조.
7. 청구항 1 내지 5중 어느 한 항에 있어서,

   상기 핑거라인들을 전기적으로 연결하는 버스바를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양전지의 전면 패턴전극구조.
8. p형 및 n형 영역, p-n 형 접합영역을 구비한 실리콘 기판에 후면전극과 전면패턴전극을 형성하는 핑거라인 패턴;

   상기 핑거라인들을 전기적으로 연결하는 버스바; 를 포함하여 구성되되,

   상기의 청구항 1 내지 5의 태양전지의 전면패턴전극 구조를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 태양전지.

Images