KR101011222B1 - 태양전지 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
태양전지 및 그 제조방법이 개시된다. 본 발명에 따른 태양전지는 다수개의 단위셀 영역과 상기 단위셀 영역 사이에 위치하는 다수개의 배선영역을 포함하는 기판; 상기 기판 상의 상기 단위셀 영역 상에 형성되는 하부전극; 상기 기판 상의 상기 배선영역 상에 형성되며 상기 하부전극의 일측과 동일층으로 연결되는 하부연결전극; 상기 하부전극 상에 형성되는 광전소자; 상기 하부연결전극과 대향되며 상기 광전소자 일측과 동일층으로 연결되는 상기 기판 상의 상기 배선영역 상에 형성되는 더미광전소자; 상기 더미광전소자 및 상기 광전소자와 동일층으로 일정간격을 두고 상기 하부연결전극 상에 형성되는 측벽 더미광전소자;
상기 광전소자와 상기 더미광전소자 상에 형성되고 이웃하는 단위셀 영역의 하부연결전극 측면을 포함하며 접속되는 상부전극; 및 상기 기판 상의 상기 배선영역 상에 위치하며 상기 더미광전소자 측면과 상기 상부전극 사이에 형성되는 측벽 절연층을 포함하는 것을 특징한다.
태양전지, 측벽 절연층, 비정질, 다결정, 결정화, 탠덤, 배선영역
Description
본 발명은 직렬 연결방식의 태양전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 단위셀 마다의 광전소자가 상부전극에 의해 직렬로 연결되는 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적인 태양전지의 단위셀은 단일 광전소자로 되어 있어서 많은 양의 전력을 생산하기 위해서는 전기적으로 단일 광전소자를 직렬로 연결하여 필요한 전압을 얻거나, 광전소자를 적층시켜서 광전 변환 효율이 양호한 탠덤(tandem) 구조의 태양전지를 형성하였다.
도 1은 종래 기술에 의한 단일 광전소자 태양전지의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 다수개의 단위셀 영역(a’)과 단위셀 영역(a’) 사이에 위치하는 다수개의 배선영역(b’)을 포함하는 기판(10)이 제공된다. 이때, 기판(10) 상의 단위셀 영역(a’)에는 하부전극(20)이 형성되고, 하부전극(20) 상에는 반도체층이 적층된 광전소자(30)가 형성된다.
이어서, 광전소자(30) 상에는 상부전극(40)이 형성되어 하나의 태양전지 단위셀을 구성하는데, 상부전극(40)은 이웃하는 다른 단위셀의 하부전극과 배선영 역(b’)에서 접속되어 연결된다. 따라서 다수개의 단위셀은 전기적으로 직렬로 연결하게 된다.
하지만, 이러한 종래기술에 의한 상부전극(40)을 이용한 직렬연결구조는 배선영역(b)에서 단위셀 간의 콘택(Contact)이 이루어지기 때문에 상부전극(40)과 광전소자(30)의 측면이 단락되어 불필요한 누설전류가 흐르게 된다. 또한, 이웃하는 단위셀의 하부전극(20) 사이에는 광전소자(30)의 반도체층 중 불순물이 도핑되어 저항이 낮은 N형 또는 P형 반도체층이 형성되어 있으므로 단락현상을 초래할 수도 있어 누설전류로 인해 광전 변환 효율이 저하될 수 있다.
한편, 단일 광전소자 태양전지의 문제점을 극복하고자 광전소자를 적층한 이중 접합형인 탠덤(tandem) 구조의 태양전지는 동일한 기판 면적에서 보다 많은 양의 전기를 생산할 수 있어 종래의 단일 접합형 태양전지보다 향상된 광전 변환 효율을 얻을 수 있다는 장점이 있다.
예를 들어, Saitoh 등은 플라즈마 화학기상 증착법(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition; PECVD)을 사용하여 p-i-n형 비정질 실리콘(amorphous Si: a-Si)/미소 결정질 실리콘(microcrystalline Si: μc-Si) 탠덤 구조의 태양전지를 제조하였고, 이때 1cm2 면적에서 초기화 변환 효율은 9.4%, 안정화된 변환 효율은 8.5%이었다.
그러나, Saitoh 등이 개발한 탠덤 구조의 실리콘 태양전지는 PECVD를 이용하여 미소 결정질 실리콘을 형성할 때 낮은 증착 압력과 높은 증착 파워 조건이 요구 되어 증착 시간이 너무 길어지는 등 양산이 어려우며, 복수개의 층간에서 발생하는 반사, 굴절 등으로 하부 층으로 내려갈수록 광전 변환 효율이 떨어지는 한계가 있다.
더욱이 탠덤 구조는 높이가 단일구조 보다 증가(단차 증가) 하기 때문에 상기에서와 같은 상부전극을 이용한 직렬연결 시 단락현상을 더욱 증가되는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로, 상부전극과 광전소자를 절연시킬 수 있는 태양전지 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 단위셀 간의 하부전극을 절연시킬 수 있는 태양전지 및 그 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 고품질의 다결정 실리콘을 채용하며 적층된 광전소자마다 서로 다른 파장의 빛을 수광하여, 광전 변환 효율을 향상시킬 수 있는 탠덤구조의 태양전지 및 그 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명의 상기 목적은 다수개의 단위셀 영역과 상기 단위셀 영역 사이에 위치하는 다수개의 배선영역을 포함하는 기판; 상기 기판 상의 상기 단위셀 영역 상에 형성되는 하부전극; 상기 기판 상의 상기 배선영역 상에 형성되며 상기 하부전극의 일측과 동일층으로 연결되는 하부연결전극; 상기 하부전극 상에 형성되는 광전소자; 상기 하부연결전극과 대향되며 상기 광전소자 일측과 동일층으로 연결되는 상기 기판 상의 상기 배선영역 상에 형성되는 더미광전소자; 상기 더미광전소자 및 상기 광전소자와 동일층으로 일정간격을 두고 상기 하부연결전극 상에 형성되는 측벽 더미광전소자; 상기 광전소자와 상기 더미광전소자 상에 형성되고 이웃하는 단위셀 영역의 하부연결전극 측면을 포함하며 접속되는 상부전극; 및 상기 기판 상의 상기 배선영역 상에 위치하며 상기 더미광전소자 측면과 상기 상부전극 사이에 형성되는 측벽 절연층을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지에 의해 달성된다.
또한, 본 발명의 목적은 다수개의 단위셀 영역과 상기 단위셀 영역 사이에 위치하는 다수개의 배선영역을 포함하는 기판; 상기 기판 상의 상기 단위셀 영역 상에 형성되는 하부전극; 상기 기판 상의 상기 배선영역 상에 형성되며 상기 하부전극의 일측과 동일층으로 연결되는 하부연결전극; 상기 하부전극 상에 형성되는 광전소자; 상기 하부연결전극과 대향되며 상기 광전소자의 일측과 동일층으로 연결되는 상기 기판 상의 상기 배선영역 상에 형성되는 더미광전소자; 상기 광전소자와 상기 더미광전소자 상에 형성되고 이웃하는 단위셀 영역의 하부연결전극 측면을 포함하며 접속되는 상부전극; 및 상기 기판 상의 상기 배선영역 상에 위치하며 상기 더미광전소자 측면과 상기 상부전극 사이에 형성되는 측벽 절연층을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지에 의해서도 달성된다.
또한, 본 발명의 목적은 다수개의 단위셀 영역과 상기 단위셀 영역 사이에 위치하는 다수개의 배선영역을 포함하는 기판; 상기 기판 상의 상기 단위셀 영역 상에 형성되는 하부전극; 상기 기판 상의 상기 배선영역 상에 형성되며 상기 하부전극의 일측과 동일층으로 연결되는 하부연결전극; 상기 하부전극 상에 형성되는 광전소자; 상기 하부연결전극과 대향되며 상기 광전소자의 일측과 동일층으로 연결되는 상기 기판 상의 상기 배선영역과 상기 하부연결전극 상에 형성되는 더미광전소자; 상기 더미광전소자 및 상기 광전소자와 동일층으로 일정간격을 두고 상기 하부연결전극 상에 형성되는 측벽 더미광전소자; 상기 광전소자와 상기 더미광전소자 상에 형성되고 이웃하는 단위셀 영역의 하부연결전극과 접속되는 상부전극; 및 상기 하부연결전극 상에 위치하며 상기 더미광전소자 측면과 상기 상부전극 사이에 형성되는 측벽 절연층을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지에 의해서도 달성된다.
또한, 본 발명의 목적은 (a) 단위셀 영역과 배선영역이 형성되는 기판을 제공하는 단계; (b) 상기 기판 상의 상기 단위셀 영역 상에 하부전극을 형성함과 동시에 상기 기판 상의 상기 배선영역 상에 하부연결전극을 형성하는 단계; (c) 상기 하부전극 상에 광전소자를 형성함과 동시에 상기 기판 상의 상기 배선영역 상에 더미광전소자를 형성하는 단계; (d) 상기 더미광전소자 측면에 측벽 절연층을 형성하는 단계; (e) 상기 기판 상부에 상부전도층을 형성하는 단계; 및 (f) 상기 상부전도층과 상기 광전소자를 동시에 일정패턴으로 패터닝하여 상부전극과 측벽 더미광전소자를 동시에 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법에 의해서 달성된다.
또한, 본 발명의 목적은 (a) 단위셀 영역과 배선영역이 형성되는 기판을 제공하는 단계; (b) 상기 기판 상의 상기 단위셀 영역 상에 하부전극을 형성함과 동시에 상기 기판 상의 상기 배선영역 상에 하부연결전극을 형성하는 단계; (c) 상기 하부전극 상에 광전소자를 형성함과 동시에 상기 기판 상의 상기 배선영역 상에 더미광전소자를 형성하는 단계; (d) 상기 더미광전소자 측면에 측벽 절연층을 형성하는 단계; (e) 상기 기판 상부에 상부전도층을 형성하는 단계; 및 (f) 상기 상부전도층을 일정패턴으로 패터닝하여 상부전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징 으로 하는 태양전지의 제조방법에 의해서도 달성된다.
또한, 본 발명의 목적은 (a) 단위셀 영역과 배선영역이 형성되는 기판을 제공하는 단계; (b) 상기 기판 상에 하부전도층을 형성하는 단계; (c) 상기 하부전도층 상에 하부 비정질 반도체층을 형성하는 단계; (d) 상기 하부전도층과 상기 하부 비정질 반도체층을 동시에 일정패턴으로 패터닝하여, 상기 기판 상의 상기 단위셀 영역 상에 하부전극과 상기 기판 상의 상기 배선영역 상에 하부연결전극을 형성하고, 상기 하부전극과 상기 하부연결전극 상에 제1비정질 반도체층을 형성하는 단계; (e) 상기 기판 상에 제2, 제3비정질 반도체층을 적층하여 형성하는 단계; (f) 상기 제1,제2,제3비정질 반도체층을 제1, 제2, 제3 다결정 반도체층으로 결정화하는 단계; (g) 상기 제1,제2,제3다결정 반도체층을 패터닝하여 상기 하부전극 상에 광전소자를 형성함과 동시에 상기 기판 상의 상기 배선영역 상에 더미광전소자를 형성하는 단계; (h) 상기 더미광전소자 측면에 측벽 절연층을 형성하는 단계; (i) 상기 기판 상부에 상부전도층을 형성하는 단계; 및 (j) 상기 상부전도층과 상기 광전소자를 동시에 일정패턴으로 패터닝하여 상부전극과 측벽 더미광전소자를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법에 의해서도 달성된다.
본 발명에 따르면, 상부전극과 광전소자 사이에는 측벽 절연층을 구비하여 절연시킬 수 있으므로 단락현상을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 단위셀 간의 하부전극 사이에도 측벽 절연층 또는 고저항 반도체층을 구비하여 단락현상을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상부전극과 하부전극의 접속면적을 증가시켜 보다 양호한 전기적인 신뢰성을 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상부전극과 광전소자와의 접촉 면적을 감소시켜 보다 양호한 단락현상 방지 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 고품질의 다결정 실리콘을 채용하며 이중으로 적층된 광전소자마다 서로 다른 파장의 빛을 수광하여, 광전 변환 효율을 향상시킬 수도 있다.
본 발명의 상기 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 바람직한 실시 예를 도시하고 있는 도면을 참조한 이하 상세한 설명에 의해보다 명확하게 이해될 것이다.
<실시 예 1>
도 2a 내지 도 2f는 본 발명의 실시예 1에 따른 태양전지의 제조방법을 나타내는 단면도이다.
도 2a를 참조하면, 먼저 다수개의 단위셀 영역(a)과 단위셀 영역(a) 사이에 위치하는 다수개의 배선영역(b)을 포함하는 기판(100)을 준비한다. 기판(100)의 재질은 투명 재질 또는 불투명 재질 모두 가능하며, 기판(100)의 소재는 유리, 플라스틱, 실리콘, 금속, SUS(Stainless Steel) 등을 포함할 수 있다.
이때, 기판(100)의 표면은 텍스쳐링(texturing) 처리될 수 있다. 텍스쳐링 이란 태양전지의 기판 표면에 입사되는 빛의 반사에 의한 광학적 손실에 의해 그 특성이 저하되는 현상을 방지하지 위한 것으로서, 기판의 표면을 거칠게 만드는 것, 즉 기판 표면에 요철 형상의 패턴을 형성하는 것을 말한다. 텍스쳐링으로 기판의 표면이 거칠어지면 표면에서 한번 반사된 빛이 재반사되어 입사된 빛의 반사율을 감소시킴으로써 광 포획량이 증가되어 태양전지의 광전 변환 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 기판(100) 상에는 반사 방지층(미도시)을 추가로 형성할 수 있다. 반사 방지층은 기판(100)을 통하여 입사된 태양광이 실리콘층에 흡수되지 못하고 바로 외부로 반사됨으로써 태양전지의 효율을 저하시키는 현상을 방지하는 역할을 한다. 반사 방지층의 소재는 실리콘 산화물(SiOx), 실리콘 질화물(SiNx)일 수 있으나 반드시 이에 한정되지 않는다. 반사 반지층의 형성 방법으로는 저압 화학기상 증착법(Low Pressure Chemical Vapor Deposition; LPCVD) 및 플라즈마 화학기상 증착법(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition; PECVD) 등을 포함할 수 있다.
이어서, 기판(100) 상에는 전도성 재질의 하부전도층(110)을 형성한다. 하부전도층(110)의 소재는 접촉 저항이 낮으면서 고온 공정을 진행하더라도 전기적 특성이 저하되지 않는 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 몰리텅스텐(MoW) 중 어느 하나이거나 이들의 합금인 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되지 않으며 통상적인 전도성 소재인 구리, 알루미늄, 티타늄 등 및 이들의 합금을 포함할 수 있다. 하부전도층(110)의 형성 방법으로는 열 증착법(Thermal Evaporation), 전자빔 증착법(E- beam Evaporation), 스퍼터링(sputtering)과 같은 물리기상 증착법(Physical Vapor Deposition; PVD) 및 LPCVD, PECVD, 금속유기 화학기상 증착법(Metal Organic Chemical Vapor Deposition; MOCVD)과 같은 화학기상 증착법(Chemical Vapor Deposition; CVD)을 포함할 수 있다.
다음으로, 도 2b를 참조하면, 하부전도층(110)을 패터닝하여 일정패턴의 하부전극층(111)을 형성하는데, 레이저 광원을 이용한 식각방법인 레이저 스크라이빙(laser scribing)을 사용할 수 있다. 이때, 태양전지의 전기적인 구동회로와 등가적으로 설명하기 위해 단위셀 영역(a)에 형성된 하부전극층(111)은 하부전극(112)으로 배선영역(b)에 형성된 하부전극층(111)은 하부연결전극(113) 으로 구분하여 설명한다.
즉, 하부전극(112)은 이후 형성될 광전소자의 전극 기능을 하며 하부연결전극(113)은 광전소자가 직렬로 연결되는 접속부 기능을 한다.
따라서, 기판(100) 상의 단위셀 영역(a)에는 하부전극(112)이 형성되고, 이와 동시에 기판(100) 상의 배선영역(b)에는 하부전극(112)의 일측에 동일층으로 연결되는 일정패턴의 하부연결전극(113)이 형성된다.
한편, 하부전극(112) 상에는 투명전도층인 반사층(미도시)을 추가로 형성할 수도 있다. 즉, 상기 반사층은 하부전극(112)과 후에 형성될 광전소자 사이에 위치한다. 상기 반사층은 하부전극(112)과 전기적으로 연결되면서도 기판(100)의 상측에서 입사되는 태양광을 반사시켜 광전 변환 효율을 향상시킬 수 있다. 반사층은 ZnO에 Al이 소량 첨가된 AZO(ZnO:Al)인 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되지 않으며 통상적인 투명 전도성 소재인 ITO(Indium Tin Oxide), ZnO(Zinc Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), SnO에 F가 소량 도핑된 FSO(SnO:F) 등을 포함할 수 있다. 반사층의 형성 방법으로는 스퍼터링과 같은 물리기상 증착법 및 LPCVD, PECVD, MOCVD와 같은 화학기상 증착법 등을 포함할 수 있다.
또한, 하부전극(112)의 표면은 기판(100)의 표면과 마찬가지로 태양전지의 광전 변환 효율을 향상시키기 위하여 상술한 바 있는 텍스쳐링 처리될 수 있다.
다음으로, 도 2c를 참조하면, 기판(100) 상부 전체에 p형과 n형의 반도체층이 적층되거나 또는 p형, i형, n형의 반도체층이 적층될 수 있는데, 실시예에서는 p형, i형, n형의 반도체층을 순서대로 형성하였으며, 일반적으로 반도체 물질로 사용되는 실리콘을 이용하여 적층된 실리콘층(200)을 형성할 수 있다. 이러한, 실리콘층(200)은 PECVD 또는 LPCVD와 같은 화학기상 증착법으로 할 수 있으며 이후 공정에 의해 광이 수광되어 발생되는 광기전력으로 전력을 생산할 수 있는 광전소자가 된다.
다음으로, 도 2d를 참조하면, 실리콘층(200)을 패터닝하여 일정패턴의 광전변환층(210)를 형성하는데, 레이저 광원을 이용한 식각방법인 레이저 스크라이빙(laser scribing)을 사용할 수 있다. 이때, 태양전지의 전기적인 구동회로와 등가적으로 설명하기 위해 단위셀 영역(a)에 형성된 광전변환층(210)은 광전소자(220)로 배선영역(b)에 형성된 광전변환층(210)은 더미광전소자(230)로 구분하여 설명한다.
즉, 광전소자(220)는 광을 수광하여 전자와 정공이 하부전극(112)과 이후 형 성될 상부전극(400)으로 이동하면서 발생되는 광기전력으로 전력을 생성하며, 더미광전소자(230)는 실질적으로 전력을 생성하지는 않는다.
따라서, 하부전극(112) 상에 광전소자(220)가 형성되고, 이와 동시에 하부연결전극(113)과 대향되며 광전소자(220)의 일측과 동일층으로 연결되는 기판(100) 상의 배선영역(b) 상에는 더미광전소자(230)가 형성된다.
이상의 실시 예 1에서 설명된 광전소자(220)의 보다 상세한 설명은 도 5a 및 도 5b를 참조한 이하의 상세한 설명에 의해 이해될 것이다.
다음으로, 도 2e를 참조하면, 더미광전소자(230) 측면에는 측벽 절연층(300)이 형성되는데, 노즐로 구성된 헤드를 통하여 잉크를 분사하는 잉크젯 프린팅 방식을 사용할 수 있다. 이러한, 측벽 절연층(300)은 실리콘 질화막(SiNx), 실리콘 산화막(SiO2) 중 어느 하나이거나 이들의 적층 구조일 수도 있다. 따라서, 광전소자(220)와 연결되는 더미광전소자(230)의 측면을 전기적으로 절연시킬 수 있다.
다음으로, 도 2f를 참조하면, 기판(100) 상부 전면에 상부전도층(미도시)을 형성한다. 이러한, 상기 상부전도층의 소재는 투명 전도성 재질로 ITO, ZnO, IZO, AZO(ZnO:Al), FSO(SnO:F) 중 어느 하나인 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 상부전도층의 형성 방법으로는 스퍼터링과 같은 물리기상 증착법 및 LPCVD, PECVD, MOCVD와 같은 화학기상 증착법 등을 포함할 수 있다.
이어서, 상기 상부전도층을 패터닝하여 일정패턴의 상부전극(400)을 형성하는데, 레이저 광원을 이용한 식각방법인 레이저 스크라이빙(laser scribing) 방식을 사용할 수 있다. 이때, 하부연결전극(113) 상에 형성된 광전소자(220)까지 일 정패턴으로 동시에 패터닝하여 측벽 더미광전소자(240)를 형성한다.
즉, 측벽 더미광전소자(240)는 하부연결전극(113) 상에 더미광전소자(230) 및 광전소자(220)와 동일층으로 일정간격을 두고 형성된다. 이때, 단위셀 영역(a)의 상부전극(400)은 광전소자(220)의 전극 기능을 하며 배선영역(b)의 상부전극(400)은 광전소자(220) 와 직렬로 연결해 주는 배선기능을 한다.
이상의 실시 예 1에서 측벽 절연층(300)은 기판(100) 상의 배선영역(b) 상에 형성되는데, 광전소자(220)와 동일층으로 연결된 더미광전소자(230)의 측면과 상부전극(400) 사이에 위치함으로써 광전소자(220)와 상부전극(400)이 단락되어 누설전류가 발생되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 더미광전소자(230)는 기판(100) 상의 배선영역 상에 형성되기 때문에 단위 셀간의 하부전극층(111) 간, 즉 하부전극(112)이 단락되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상부전극(400)이 이웃하는 단위 셀의 하부연결전극(113)에 연결될 경우에도 하부연결전극(113)의 측면을 포함하며 접속함으로써, 접속면적을 증가시켜 보다 양호한 전기적인 신뢰성을 얻을 수도 있다.
<실시 예 2>
본 발명의 실시 예 2에 의한 태양전지는 도 2a 내지 도 2f를 참조한 실시예 1의 태양전지와 배선영역(b)을 제외한 구성은 동일하다. 따라서, 이하의 실시예 2에서는 설명의 중복을 피하기 위해 단위셀 영역(a)에 포함되는 구성의 상세한 설명은 생략한다.
도 3a 내지 도 3f는 본 발명의 실시 예 2에 따른 태양전지의 제조방법을 나타내는 단면도이다.
도 3a를 참조하면, 먼저 다수개의 단위셀 영역(a)과 단위셀 영역(a) 사이에 위치하는 다수개의 배선영역(b)을 포함하는 기판(100)을 준비한다. 이어서, 기판(100) 상에는 전도성 재질의 하부전도층(110)을 형성한다.
다음으로, 도 3b를 참조하면, 하부전도층(110)을 패터닝하여 일정패턴의 하부전극층(111)을 형성하는데, 레이저 광원을 이용한 식각방법인 레이저 스크라이빙(laser scribing)을 사용할 수 있다. 이때, 태양전지의 전기적인 구동회로와 등가적으로 설명하기 위해 단위셀 영역(a)에 형성된 하부전극층(111)은 하부전극(112)으로, 배선영역(b)에 형성된 하부전극층(111)은 하부연결전극(113)으로 구분하여 설명한다.
즉, 하부전극(112)은 이후 형성될 광전소자의 전극 기능을 하며 하부연결전극(113)은 광전소자가 직렬로 연결되는 접속부 기능을 한다.
따라서, 기판(100) 상의 단위셀 영역(a)에는 하부전극(112)이 형성되고, 이와 동시에 기판(100) 상의 배선영역(b)에는 하부전극(112)의 일측에 동일층으로 연결되는 일정패턴의 하부연결전극(113)이 형성된다.
다음으로, 도 3c를 참조하면, 기판(100) 상부 전체에 p형과 n형의 반도체층이 적층되거나 또는 p형, i형, n형의 반도체층이 적층될 수 있는데, 실시예에서는 p형, i형, n형의 반도체층을 순서대로 형성하였으며, 일반적으로 반도체 물질로 사용되는 실리콘을 이용하여 적층된 실리콘층(200)을 형성할 수 있다. 이러한, 실 리콘층(200)은 PECVD 또는 LPCVD와 같은 화학기상 증착법으로 할 수 있으며 이후 공정에 의해 광이 수광되어 발생되는 광기전력으로 전력을 생산할 수 있는 광전소자가 된다.
다음으로, 도 3d를 참조하면, 실리콘층(200)을 패터닝하여 광전변환층(210)를 형성하는데, 레이저 광원을 이용한 식각방법인 레이저 스크라이빙(laser scribing)을 사용할 수 있다. 이때, 태양전지의 전기적인 구동회로와 등가적으로 설명하기 위해 단위셀 영역(a)에 형성된 광전변환층(210)은 광전소자(220)로, 배선영역(b)에 형성된 광전변환층(210)은 더미광전소자(230)로 구분하여 설명할 수 있다.
즉, 광전소자(220)는 광을 수광하여 전자와 정공이 하부전극(112)과 이후 형성될 상부전극(400)으로 이동하면서 발생되는 광기전력으로 전력을 생성하며, 더미광전소자(230)는 실질적으로 전력을 생성하지는 않는다.
따라서, 하부전극(112) 상에 광전소자(220)가 형성되고, 이와 동시에 하부연결전극(113)과 대향되며 광전소자(220)의 일측과 동일층으로 연결되는 기판(100) 상의 배선영역(b) 상에는 더미광전소자(230)가 형성된다.
이상의 실시 예 2에서 설명된 광전소자(220)의 보다 상세한 설명은 도 5a 및 도 5b를 참조한 이하의 상세한 설명에 의해 이해될 것이다.
다음으로, 도 3e를 참조하면, 더미광전소자(230) 측면에 측벽 절연층(300)이 형성되는데, 노즐로 구성된 헤드를 통하여 잉크를 분사하는 잉크젯 프린팅을 사용할 수 있다. 이러한, 측벽 절연층(300)은 실리콘 질화막(SiNx) 또는 실리콘 산화 막(SiO2) 중 어느 하나이거나 이들의 적층 구조일 수도 있다. 따라서, 광전소자(220)와 연결되는 더미광전소자(230)의 측면을 전기적으로 절연시킬 수 있다.
다음으로, 도 3f를 참조하면, 기판(100) 상부 전면에 상부전도층(미도시)을 형성한다. 이러한, 상기 상부전도층의 소재는 투명 전도성 재질로 ITO, ZnO, IZO, AZO(ZnO:Al), FSO(SnO:F) 중 어느 하나인 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 상부전도층의 형성 방법으로는 스퍼터링과 같은 물리기상 증착법 및 LPCVD, PECVD, MOCVD와 같은 화학기상 증착법 등을 포함할 수 있다.
이어서, 상기 상부전도층을 패터닝하여 일정패턴의 상부전극층(400)을 형성하는데, 하부연결전극(113) 상에 형성된 상부전도층을 일부를 패터닝하여 제거한다. 이러한, 상부전극층(400) 패터닝은 레이저 광원을 이용한 식각방법인 레이저 스크라이빙(laser scribing)을 사용할 수 있다.
이때, 단위셀 영역(a)의 상부전극(400)은 광전소자(220)의 전극 기능을 하며 배선영역(b)의 상부전극(400)은 광전소자(220) 직렬로 연결해 주는 배선기능을 한다.
이상의 실시 예 2에서 측벽 절연층(300)은 기판(100) 상의 배선영역(b) 상에 형성되는데, 광전소자(220)와 동일층으로 연결된 더미광전소자(230)의 측면과 상부전극(400) 사이에 위치함으로써 광전소자(220)와 상부전극(400)이 단락되어 누설전류가 발생되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 더미광전소자(230)는 기판(100) 상의 배선영역 상에 형성되기 때문에 단위 셀간의 하부전극층(111) 즉, 하부전극(112)이 서로 단락되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상부전극(400)이 이웃하는 단위 셀의 하부연결전극(113)에 연결될 경우에 하부연결전극(113)의 측면을 포함하며 접속함으로써 접속면적을 증가시켜 보다 양호한 전기적인 신뢰성을 얻을 수 있다.
또한, 실시 예 1에 대비하여 측벽 더미광전소자가 필요 없으므로 구조 및 공정이 단순하고, 단위셀 영역(a)의 면적을 증가시킬 수 있어서 광전 변환 효율의 향상을 기대할 수 있다.
<실시 예 3>
본 발명의 실시 예 3에 의한 태양전지는 도 2a 내지 도 2f를 참조한 실시예 1의 태양전지와 배선영역(b)을 제외한 구성은 동일하다. 따라서, 이하의 실시예 3에서는 설명의 중복을 피하기 위해 단위셀 영역(a)에 포함되는 구성의 상세한 설명은 생략한다.
도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 실시예 3에 따른 태양전지의 제조방법을 나타내는 단면도이다.
도 4a를 참조하면, 먼저 다수개의 단위셀 영역(a)과 단위셀 영역(a) 사이에 위치하는 다수개의 배선영역(b)을 포함하는 기판(100)을 준비한다. 이어서, 기판(100) 상에는 전도성 재질의 하부전도층(미도시)을 형성한다.
이어서, 기판(100) 상부 전체에 p형과 n형의 반도체층이 적층되거나 또는 p형, i형, n형의 반도체층이 적층될 수 있는데, 실시 예에서는 p형, i형, n형의 반도체층을 순서대로 형성하였으며, 일반적으로 반도체 물질로 사용되는 실리콘을 이 용하여 적층된 실리콘층을 형성할 수 있다.
이때, 실리콘층 중 저항이 가장 큰 실리콘층을 제외한 그 외의 실리콘층 중 어느 하나인 하부 비정질 실리콘층(미도시)을 먼저 형성한다.
이어서, 상기 하부전도층과 상기 하부 비정질 실리콘층을 동시에 패터닝하여 일정패턴의 하부전극층(111)과 하부전극층(111) 상에는 제1비정질 실리콘층(201a)을 형성하는데, 레이저 광원을 이용한 식각방법인 레이저 스크라이빙(laser scribing)을 사용할 수 있다.
이때, 태양전지의 전기적인 구동회로와 등가적으로 설명하기 위해 단위셀 영역(a)에 형성된 하부전극층(111)은 하부전극(112)으로, 배선영역(b)에 형성된 하부전극층(111)은 하부연결전극(113)으로 구분하여 설명한다.
즉, 하부전극(112)은 이후 형성될 광전소자의 전극 기능을 하며 하부연결전극(113)은 광전소자가 직렬로 연결되는 접속부 기능을 한다. 따라서, 기판(100) 상의 단위셀 영역(a)에는 하부전극(112)이 형성되고, 이와 동시에 기판(100) 상의 배선영역(b)에는 하부전극(112)의 일측에 동일층으로 연결되는 일정패턴의 하부연결전극(113)이 형성된다.
다음으로, 도 4b를 참조하면, 기판(100) 상부 전체에 실리콘층 중 저항이 가장 큰 제2비정질 실리콘층(미도시)을 형성하고, 이어서, 상기 제2비정질 실리콘층 상에 제3비정질 실리콘층(미도시)을 적층하여 형성한다. 따라서, 실리콘층 중 저항이 가장 큰 실리콘층이 기판(100) 상의 배선영역 상에 접하며 형성되어 하부전극(112) 사이를 절연시키는 효과를 얻을 수 있다.
이러한, 실리콘층은 PECVD 또는 LPCVD와 같은 화학기상 증착법으로 할 수 있으며 이후 공정에 의해 광이 수광되어 발생되는 광기전력으로 전력을 생산할 수 있는 광전소자가 된다.
이어서, 제1 비정질 실리콘층(200a)과 제2, 제3비정질 실리콘층 (미도시)을 제1, 제2, 제3 다결정 실리콘층(201, 202, 203)으로 각각 결정화한다. 이때, 상기 제3 다결정 반도체층(203) 상에 비정질 반도체층을 더욱 형성하여 이후 공정에서 이중으로 적층된 광전소자를 형성할 수도 있는데, 보다 상세한 설명은 본 발명에 의한 광전소자를 설명하고 있는 도 5a 및 도 5b를 참조한 이하의 상세한 설명에 의해 이해될 것이다.
다음으로, 도 4c를 참조하면, 제1, 제2, 제3 다결정 실리콘층(201, 202, 203)을 패터닝하여 일정패턴의 광전변환층(210)를 형성하는데, 레이저 광원을 이용한 식각방법인 레이저 스크라이빙(laser scribing)을 사용할 수 있다. 이때, 태양전지의 전기적인 구동회로와 등가적으로 설명하기 위해 단위셀 영역(a)에 형성된 광전변환층(210)은 광전소자(220)로, 배선영역(b)에 형성된 광전변환층(210)은 더미광전소자(230)로 구분하여 설명할 수 있다.
즉, 광전소자(220)는 광을 수광하여 전자와 정공이 하부전극(112)과 이후 형성될 상부전극(400)으로 이동하면서 발생되는 광기전력으로 전력을 생성하며, 더미광전소자(230)는 실질적으로 전력을 생성하지는 않는다.
따라서, 하부전극(112) 상에 광전소자(220)가 형성되고, 이와 동시에 하부연결전극(113)과 대향되며 광전소자(220) 일측과 동일층으로 연결되는 기판(100) 상 의 배선영역(b) 상에는 더미광전소자(230)가 형성된다.
이러한, 더미광전소자(230)는 포함되는 제1, 제2, 제3다결정 실리콘층(201, 202, 203) 중 저항이 가장 큰 제2다결정 실리콘층(202)이 기판(100) 상의 배선영역(b) 상에 형성된다.
다음으로, 도 4d를 참조하면, 더미광전소자(230) 측면에 측벽 절연층(300)이 형성되는데, 노즐로 구성된 헤드를 통하여 잉크를 분사하는 잉크젯 프린팅을 사용할 수 있다. 이러한, 측벽 절연층(300)은 실리콘 질화막(SiNx), 실리콘 산화막(SiO2) 또는 이들의 적층 구조일 수도 있다. 따라서, 광전소자(220) 와 연결되는 더미광전소자(230)의 측면을 전기적으로 절연시킬 수 있다.
다음으로, 도 4e를 참조하면, 기판(100) 상부 전면에 상부전도층(미도시)을 형성한다. 이러한, 상기 상부전도층의 소재는 투명 전도성 재질로 ITO, ZnO, IZO, AZO(ZnO:Al), FSO(SnO:F) 중 어느 하나인 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 상부전도층의 형성 방법으로는 스퍼터링과 같은 물리기상 증착법 및 LPCVD, PECVD, MOCVD와 같은 화학기상 증착법 등을 포함할 수 있다.
이어서, 상기 상부전도층을 패터닝하여 일정패턴의 상부전극층(400)을 형성하는데, 레이저 광원을 이용한 식각방법인 레이저 스크라이빙(laser scribing)을 사용할 수 있는데, 이때, 하부연결전극(113) 상에 형성된 광전소자(220)까지 일정패턴으로 동시에 패터닝하여 측벽 더미광전소자(240)를 형성한다. 즉, 측벽 더미광전소자(240)는 하부연결전극(113) 상에 광전소자(220) 및 더미광전소자 (230)와 동일층으로 일정간격을 두고 형성된다.
이때, 단위셀 영역(a)의 상부전극(400)은 광전소자(220)의 전극 기능을 하며 배선영역(b)의 상부전극(400)은 광전소자(220)를 직렬로 연결해 주는 배선기능을 한다.
이상의 실시 예 3에서 측벽 절연층(300)은 하부연결전극(113) 상에 형성되는데, 광전소자(220)와 동일층으로 연결된 더미광전소자(230)의 측면과 상부전극(400) 사이에 위치함으로써 광전소자(220)와 상부전극(400)이 단락되어 누설전류가 발생되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 더미광전소자(230)는 실리콘층 중 저항이 가장 큰 실리콘층이 기판(100) 상의 배선영역과 연결되며 형성되기 때문에 단위 셀의 하부전극층(111) 간의 양호한 절연효과도 얻을 수 있다.
또한, 실시 예 1, 2와 대비하여 상부전극(400)에 의해 이웃하는 단위 셀의 하부연결전극(113)과 접속되는 구조적인 면에서 하부연결전극(113) 상부와 접속함으로 낮은 단차에 의한 우수한 스텝 커버리지에 의해 양호한 전기적인 신뢰성을 얻을 수 있다. 특히, 하부전극층(111)과 접하는 더미광전소자(230)의 두께가 얇아서 절연효과를 더욱 얻을 수 있다.
도 5a는 본 발명에 의한 광전소자의 상세한 도면이다. 도 5b는 본 발명에 의한 광전소자의 다른 형태의 상세한 도면이다.
본 발명의 실시 예 1, 2, 3에 의한 광전소자(220)는 다음과 같은 제조공정으로 형성할 수 있다. 먼저 도 5a를 참조하면, 기판(100) 상의 단위셀 영역(a)에는 하부전극(112)이 형성되고, 상기 하부전극(112) 상에는 도시되지는 않았지만 3층의 비정질 실리콘층을 형성한다. 보다 상세하게 설명하면, 하부전극(112) 상에는 하부 제1 비정질 실리콘층을 형성하고, 이어서 하부 제1 비정질 실리콘층 상에는 하부 제2 비정질 실리콘층을 형성하고, 이어서 하부 제2 비정질 실리콘층 상에는 하부 제3 비정질 실리콘층을 형성하여 하나의 광전소자를 구성한다. 이때, 하부 제1, 제2, 제3 비정질 실리콘층의 형성 방법으로는 PECVD 또는 LPCVD와 같은 화학기상 증착법을 이용하여 형성할 수 있다.
이어서, 하부 제1, 제2, 제3 비정질 실리콘층을 결정화시킨다. 즉, 하부 제1 비정질 실리콘층은 제1 다결정 실리콘층(201)으로, 하부 제2 비정질 실리콘층은 제2 다결정 실리콘층(202)으로, 하부 제3 비정질 실리콘층은 제3 다결정 실리콘층(203)으로 각각 결정화된다.
결국, 하부전극(112) 상에는 제1, 제2, 제3 다결정 실리콘층(201, 202, 203)으로 구성되는 광전소자(220)가 형성된다. 광전소자(220)는 다결정 실리콘층이 적층된 구조로 광이 수광되어 발생되는 광기전력으로 전력을 생산할 수 있는 p형, i형, n형의 다결정 실리콘층이 순서대로 적층된 p-i-n 다이오드의 구조일 수 있다. 여기서 i형은 불순물이 도핑되지 않은 진성(intrinsic) 반도체를 의미한다. n형 또는 p형 도핑은 비정질 실리콘층 형성시에 불순물을 인시츄(in situ) 방식으로 도핑하는 것이 바람직하다. p형 도핑시 불순물로서는 보론(B)을 n형 도핑시 불순물로서는 인(P) 또는 비소(As)를 사용하는 것이 일반적이나, 이에 한정되는 것은 아니며 공지된 기술을 제한 없이 사용할 수 있다.
이때, 비정질 실리콘층의 결정화 방법은 SPC(Solid Phase Crystallization), ELA(Excimer Laser Annealing), SLS(Sequential Lateral Solidification), MIC(Metal Induced Crystallization), 및 MILC(Metal Induced Lateral Crystallization) 중 어느 하나의 방법을 사용할 수 있다. 상기의 비정질 실리콘의 결정화 방법은 공지의 기술이므로 이에 대한 상세한 설명은 본 명세서에서는 생략하기로 한다.
한편, 상기에서는 하부 제1, 제2, 제3 비정질 실리콘층을 모두 형성한 후에 이들 층을 동시에 결정화시키는 것으로 설명하고 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 하나의 하부 비정질 실리콘층마다 결정화 공정을 별도로 진행할 수 있으며, 또한 두개의 하부 비정질 실리콘층은 동시에 결정화 공정을 진행하고 나머지 하나의 하부 비정질 실리콘층은 별도로 결정화 공정을 진행할 수도 있다.
또한, 제1 다결정 실리콘층(201), 제2 다결정 실리콘층(202), 제3 다결정 실리콘층(203)은 다결정 실리콘의 성질을 보다 향상시키기 위하여 결함 제거 공정을 추가로 진행할 수 있다. 본 발명에서는 다결정 실리콘층을 고온 열처리하거나 수소 플라즈마 처리하여 다결정 실리콘층 내에 존재하는 결함(예를 들어, 불순물 및 댕글링 본드 등)을 제거할 수 있다.
다음으로, 도 5b를 참조하면, 광전소자(220)는 두개의 제1, 제2 광전소자(204, 208)의 적층 구조일 수도 있다. 보다 상세하게 설명하면, 도 5a와 동일한 적층구조로 형성된 제3 다결정 실리콘층(203) 상에는 광전소자가 더욱 형성되는데, 제3 다결정 실리콘층(203) 상에 상부 제1 비정질 실리콘층(205)을 형성하고, 이어 서 상부 제1 비정질 실리콘층(205) 상에는 상부 제2 비정질 실리콘층(206)을 형성하고, 이어서 상부 제2 비정질 실리콘층(206) 상에는 상부 제3비정질 실리콘층(207)을 형성하여 제2 광전소자(208)가 구성될 수 있다. 이때, 상부 제1, 제2, 제3 비정질 실리콘층(205, 206, 207)의 형성 방법으로는 PECVD 또는 LPCVD와 같은 화학기상 증착법을 이용하여 형성할 수 있다.
한편, 도시되어 있지 않지만, 제3 다결정 실리콘층(203) 상에는 투명전도체인 연결층(미도시)이 추가로 형성될 수 있다. 상기 연결층은 제3 다결정 실리콘층(203)과 상부 제1 비정질 반도체층(205)간에 터널 접합(Tunnel Junction)이 이루어지게 하여서 그 결과 태양전지의 보다 양호한 광전 변환 효율을 기대할 수 있게 된다. 이때, 상기 연결층은 ZnO에 Al이 소량 첨가된 AZO(ZnO:Al)인 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되지 않으며 통상적인 ITO, ZnO, IZO, FSO(SnO:F) 등과 같은 투명 전도성 소재를 사용할 수 있다.
이로써, 다결정 실리콘층으로 이루어진 제1 광전소자(204)와 비정질 실리콘층으로 이루어진 제2 광전소자(208)로 구성되는 탠덤 구조의 태양전지를 얻을 수 있다. 이때, 제1 광전소자(204)는 다결정 실리콘층으로 이루어지기 때문에 장파장대 광에 대하여 광전 변환 효율이 양호하고, 제2 광전소자(208)는 비정질 실리콘층으로 이루어지기 때문에 단파장대 광에 대하여 광전 변환 효율이 양호하므로, 본 발명에 따른 탠덤 구조의 태양전지는 다양한 파장대의 광을 흡수할 수 있어서 광전 변환 효율성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 탠덤 구조의 태양전지는 고품질의 다결정 실리콘을 채용함 으로써 미소 결정질 실리콘을 채용하는 기존의 탠덤 구조의 태양전지보다 열화 특성이 우수하다는(열화가 잘 진행되지 않는다는) 장점이 있다. 즉, 실리콘의 특성상 비정질 실리콘은 열화 특성이 좋지 못하고, 미소 결정질 실리콘과는 달리 다결정 실리콘 내에는 비정질 실리콘이 거의 존재하지 않기 때문에, 본 발명의 탠덤구조의 태양전지는 사용함에 따라 특성이 잘 저하되지 않는다.
본 발명에서 광전소자(220), 즉 제1 및 제2 광전소자(204, 208)의 구조는 바람직하게는 다음과 같이 4가지 배열로 형성할 수 있다. 아래에서 +와 -의 의미는 도핑 농도의 상대적인 차이를 나타내며 +가 -보다 고농도의 도핑 농도를 가짐을 의미한다. 예를 들어, n+가 n-보다 하이 도핑되어 있음을 의미한다. 또한, + 또는 -의 표시가 없는 경우에는 도핑 농도의 특별한 제한이 없음을 의미한다.
첫번째로, 제1, 제2, 제3 다결정 실리콘층(201, 202, 203)은 도전형이 각각 n, i, p이며, 상부 제1, 제2, 제3 비정질 실리콘층(205, 206, 207)은 도전형이 각각 n, i, p일 수 있다. 이때, 제1, 제2, 제3 다결정 실리콘층(201, 202, 203)은 도전형이 각각 n+, i, p+인 것이 더 바람직하다.
두번째로, 제1, 제2, 제3 다결정 실리콘층(201, 202, 203)은 도전형이 각각 n, n, p이며, 상부 제1, 제2, 제3 비정질 실리콘층(205, 206, 207)은 도전형이 각각 n, i, p일 수 있다. 이때, 제1, 제2, 제3 다결정 실리콘층(201, 202, 203)은 도전형이 각각 n+, n-, p+인 것이 더 바람직하다.
세번째로, 제1, 제2, 제3 다결정 실리콘층(201, 202, 203)은 도전형이 각각p, i, n이며, 상부 제1, 제2, 제3 비정질 실리콘층(205, 206, 207)은 도전형이 각 각 p, i, n일 수 있다. 이때, 제1, 제2, 제3 다결정 실리콘층(201, 202, 203)은 도전형이 각각 p+, i, n+인 것이 더 바람직하다.
네번째로, 제1, 제2, 제3 다결정 실리콘층(201, 202, 203)은 도전형이 각각 p, p, n이며, 상부 제1, 제2, 제3 비정질 실리콘층(205, 206, 207)은 도전형이 각각 p, i, n일 수 있다. 이때, 제1, 제2, 제3 다결정 실리콘층(201, 202, 203)은 도전형이 각각 p+, p-, n+인 것이 더 바람직하다. 또한, 도 5a에서와 같은 단일 광전소자(220)에서도 제1, 제2, 제3 다결정 실리콘층(201, 202, 203)은 상기와 같은 4가지 배열을 사용하는 것이 바람직하다.
이상의 상세한 설명에서는 제1 및 제2 광전소자(204, 208)로 적층된 탠덤(tandem) 구조를 일 예로 설명하였지만 필요에 따라 광전소자를 이중 이상으로 적층시킬 수도 있으며, p-i-n 형이 아닌 p-n 형을 사용할 수도 있다.
본 발명은 상술한 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형과 변경이 가능하다. 그러한 변형예 및 변경예는 본 발명과 첨부된 특허청구범위의 범위 내에 속하는 것으로 보아야 한다.
도 1은 종래 기술에 의한 단일 광전소자 태양전지의 단면도.
도 2a 내지 도 2f는 본 발명의 실시예 1에 따른 태양전지의 제조방법을 나타내는 단면도.
도 3a 내지 도 3f는 본 발명의 실시예 2에 따른 태양전지의 제조방법을 나타내는 단면도.
도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 실시예 3에 따른 태양전지의 제조방법을 나타내는 단면도.
도 5a는 본 발명에 의한 광전소자의 상세한 도면.
도 5b는 본 발명에 의한 광전소자의 다른 형태의 상세한 도면.
<주요 도면 부호에 관한 간단한 설명>
100: 기판
111: 하부전극층
112: 하부전극
113: 하부연결전극
201: 제1 다결정 실리콘층
202: 제2 다결정 실리콘층
203: 제3 다결정 실리콘층
205: 상부 제1 비정질 실리콘층
206: 상부 제2 비정질 실리콘층
207: 상부 제3 비정질 실리콘층
220: 광전소자
230: 더미광전소자
240: 측벽 더미광전소자
300: 측벽 절연층
400: 상부전극
Claims (38)
- 다수개의 단위셀 영역과 상기 단위셀 영역 사이에 위치하는 다수개의 배선영역을 포함하는 기판;상기 기판 상의 상기 단위셀 영역 상에 형성되는 하부전극;상기 기판 상의 상기 배선영역 상에 형성되며 상기 하부전극의 일측과 동일층으로 연결되는 하부연결전극;상기 하부전극 상에 형성되는 광전소자;상기 하부연결전극과 대향되며 상기 광전소자 일측과 동일층으로 연결되는 상기 기판 상의 상기 배선영역 상에 형성되는 더미광전소자;상기 더미광전소자 및 상기 광전소자와 동일층으로 일정간격을 두고 상기 하부연결전극 상에 형성되는 측벽 더미광전소자;상기 광전소자와 상기 더미광전소자 상에 형성되고 상기 하부연결전극의 측면을 포함하며 접속되는 상부전극; 및상기 기판 상의 상기 배선영역 상에 위치하며 상기 더미광전소자 측면과 상기 상부전극 사이에 형성되는 측벽 절연층을 포함하며,상기 광전소자는 제1 다결정 반도체층; 상기 제1 다결정 반도체층 상에 형성되는 제2 다결정 반도체층; 및 상기 제2 다결정 반도체층 상에 형성되는 제3 다결정 반도체층을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지.
- 다수개의 단위셀 영역과 상기 단위셀 영역 사이에 위치하는 다수개의 배선영역을 포함하는 기판;상기 기판 상의 상기 단위셀 영역 상에 형성되는 하부전극;상기 기판 상의 상기 배선영역 상에 형성되며 상기 하부전극의 일측과 동일층으로 연결되는 하부연결전극;상기 하부전극 상에 형성되는 광전소자;상기 하부연결전극과 대향되며 상기 광전소자의 일측과 동일층으로 연결되는 상기 기판 상의 상기 배선영역 상에 형성되는 더미광전소자;상기 광전소자와 상기 더미광전소자 상에 형성되고 상기 하부연결전극의 측면을 포함하며 접속되는 상부전극; 및상기 기판 상의 상기 배선영역 상에 위치하며 상기 더미광전소자 측면과 상기 상부전극 사이에 형성되는 측벽 절연층을 포함하며,상기 광전소자는 제1 다결정 반도체층; 상기 제1 다결정 반도체층 상에 형성되는 제2 다결정 반도체층; 및 상기 제2 다결정 반도체층 상에 형성되는 제3 다결정 반도체층을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지.
- 다수개의 단위셀 영역과 상기 단위셀 영역 사이에 위치하는 다수개의 배선영역을 포함하는 기판;상기 기판 상의 상기 단위셀 영역 상에 형성되는 하부전극;상기 기판 상의 상기 배선영역 상에 형성되며 상기 하부전극의 일측과 동일층으로 연결되는 하부연결전극;상기 하부전극 상에 형성되는 광전소자;상기 하부연결전극과 대향되며 상기 광전소자의 일측과 동일층으로 연결되는 상기 기판 상의 상기 배선영역과 상기 하부연결전극 상에 형성되는 더미광전소자;상기 더미광전소자 및 상기 광전소자와 동일층으로 일정간격을 두고 상기 하부연결전극 상에 형성되는 측벽 더미광전소자;상기 광전소자와 상기 더미광전소자 상에 형성되고 상기 하부연결전극과 접속되는 상부전극; 및상기 하부연결전극 상에 위치하며 상기 더미광전소자 측면과 상기 상부전극 사이에 형성되는 측벽 절연층을 포함하며,상기 광전소자는 제1 다결정 반도체층; 상기 제1 다결정 반도체층 상에 형성되는 제2 다결정 반도체층; 및 상기 제2 다결정 반도체층 상에 형성되는 제3 다결정 반도체층을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서,상기 측벽 절연층은 실리콘 질화막(SiNx), 실리콘 산화막(SiO2) 중 어느 하나이거나 이들의 적층 구조인 것을 특징으로 하는 태양전지.
- 제3항에 있어서,상기 더미광전소자에 포함되는 반도체층 중 저항이 가장 큰 반도체층이 상기 기판 상의 상기 배선영역과 연결되는 것을 특징으로 하는 태양전지.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서,상기 광전소자는 상기 제3 다결정 반도체층 상에 형성되는 제1 비정질 반도체층; 상기 제1 비정질 반도체층 상에 형성되는 제2 비정질 반도체층; 및 상기 제2 비정질 반도체층 상에 형성되는 제3 비정질 반도체층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지.
- 제13항에 있어서,상기 제1, 제2, 제3 다결정 반도체층은 각각 n, i, p 이고, 상기 제1, 제2, 제3 비정질 반도체층은 각각 n, i, p 인 것을 특징으로 하는 태양전지.
- 제13항에 있어서,상기 제1, 제2, 제3 다결정 반도체층은 n, n, p 이고, 상기 제1, 제2, 제3 비정질 반도체층은 n, i, p 인 것을 특징으로 하는 태양전지.
- 제13항에 있어서,상기 제1, 제2, 제3 다결정 반도체층은 p, i, n이고, 상기 제1, 제2, 제3 비정질 반도체층은 p, i, n 인 것을 특징으로 하는 태양전지.
- 제13항에 있어서,상기 제1, 제2, 제3 다결정 반도체층은 p, p, n이고, 상기 제1, 제2, 제3 비정질 반도체층은 p, i, n 인 것을 특징으로 하는 태양전지.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서,상기 제1, 제2, 제3 다결정 반도체층은 각각 SPC(Solid Phase Crystallization), ELA(Excimer Laser Annealing), SLS(Sequential Lateral Solidification), MIC(Metal Induced Crystallization), 및 MILC(Metal Induced Lateral Crystallization) 중 어느 하나의 방법으로 결정화된 것을 특징으로 하는 태양전지.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서,상기 제1, 제2, 제3 다결정 반도체층은 다결정 실리콘인 것을 특징으로 하는 태양전지.
- 제13항에 있어서,상기 제1, 제2, 제3 비정질 반도체층은 비정질 실리콘인 것을 특징으로 하는 태양전지.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서,상기 하부전극과 상기 제 1다결정 반도체층 사이에는 투명전도체인 반사층이 더 형성되는 것을 특징으로 하는 태양전지.
- 제13항에 있어서,상기 제3 다결정 반도체층과 상기 제1 비정질 반도체층 사이에는 투명전도체인 연결층을 더 형성하는 것을 특징으로 하는 태양전지.
- (a) 단위셀 영역과 배선영역이 형성되는 기판을 제공하는 단계;(b) 상기 기판 상의 상기 단위셀 영역 상에 하부전극을 형성함과 동시에 상기 기판 상의 상기 배선영역 상에 하부연결전극을 형성하는 단계;(c) 상기 하부전극 상에 광전소자를 형성함과 동시에 상기 기판 상의 상기 배선영역 상에 더미광전소자를 형성하는 단계;(d) 상기 더미광전소자 측면에 측벽 절연층을 형성하는 단계;(e) 상기 기판 상부에 상부전도층을 형성하는 단계; 및(f) 상기 상부전도층과 상기 광전소자를 동시에 일정패턴으로 패터닝하여 상부전극과 측벽 더미광전소자를 동시에 형성하는 단계를 포함하며,상기 (c) 단계에서 상기 광전소자를 형성하는 단계는 상기 하부전극 상에 하부 제1 비정질 반도체층을 형성하는 단계; 상기 하부 제1 비정질 반도체층 상에 하부 제2 비정질 반도체층을 형성하는 단계; 상기 하부 제2 비정질 반도체층 상에 하부 제3 비정질 반도체층을 형성하는 단계; 및 상기 하부 제1, 제2, 제3 비정질 반도체층을 제1, 제2, 제3 다결정 반도체층으로 결정화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
- (a) 단위셀 영역과 배선영역이 형성되는 기판을 제공하는 단계;(b) 상기 기판 상의 상기 단위셀 영역 상에 하부전극을 형성함과 동시에 상기 기판 상의 상기 배선영역 상에 하부연결전극을 형성하는 단계;(c) 상기 하부전극 상에 광전소자를 형성함과 동시에 상기 기판 상의 상기 배선영역 상에 더미광전소자를 형성하는 단계;(d) 상기 더미광전소자 측면에 측벽 절연층을 형성하는 단계;(e) 상기 기판 상부에 상부전도층을 형성하는 단계; 및(f) 상기 상부전도층을 일정패턴으로 패터닝하여 상부전극을 형성하는 단계를 포함하며,상기 (c) 단계에서 상기 광전소자를 형성하는 단계는 상기 하부전극 상에 하부 제1 비정질 반도체층을 형성하는 단계; 상기 하부 제1 비정질 반도체층 상에 하부 제2 비정질 반도체층을 형성하는 단계; 상기 하부 제2 비정질 반도체층 상에 하부 제3 비정질 반도체층을 형성하는 단계; 및 상기 하부 제1, 제2, 제3 비정질 반도체층을 제1, 제2, 제3 다결정 반도체층으로 결정화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
- (a) 단위셀 영역과 배선영역이 형성되는 기판을 제공하는 단계;(b) 상기 기판 상에 하부전도층을 형성하는 단계;(c) 상기 하부전도층 상에 하부 제1 비정질 반도체층을 형성하는 단계;(d) 상기 하부전도층과 상기 하부 제1 비정질 반도체층을 동시에 일정패턴으로 패터닝하여, 상기 기판 상의 상기 단위셀 영역 상에 하부전극과 상기 기판 상의 상기 배선영역 상에 하부연결전극을 형성하고, 상기 하부전극과 상기 하부연결전극 상에 제1 비정질 반도체층을 형성하는 단계;(e) 상기 기판 상에 하부 제2, 제3 비정질 반도체층을 적층하여 형성하는 단계;(f) 상기 하부 제1, 제2, 제3 비정질 반도체층을 제1, 제2, 제3 다결정 반도체층으로 결정화하는 단계;(g) 상기 제1, 제2, 제3 다결정 반도체층을 패터닝하여 상기 하부전극 상에 광전소자를 형성함과 동시에 상기 기판 상의 상기 배선영역 상에 더미광전소자를 형성하는 단계;(h) 상기 더미광전소자 측면에 측벽 절연층을 형성하는 단계;(i) 상기 기판 상부에 상부전도층을 형성하는 단계; 및(j) 상기 상부전도층과 상기 광전소자를 동시에 일정패턴으로 패터닝하여 상부전극과 측벽 더미광전소자를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
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- 제23항 내지 제25항 중 어느 하나의 항에 있어서,상기 (c) 단계에서 상기 광전소자를 형성하는 단계는 상기 제3 다결정 반도체층 상에 상부 제1 비정질 반도체층을 형성하는 단계; 상기 상부 제1 비정질 반도체층 상에 상부 제2 비정질 반도체층을 형성하는 단계; 및 상기 상부 제2 비정질 반도체층 상에 상부 제3 비정질 반도체층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
- 제23항 내지 제25항 중 어느 하나의 항에 있어서,상기 결정화는 SPC(Solid Phase Crystallization), ELA(Excimer Laser Annealing), SLS(Sequential Lateral Solidification), MIC(Metal Induced Crystallization), 및 MILC(Metal Induced Lateral Crystallization) 중 어느 하나의 방법으로 진행하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
- 제23항 내지 제25항 중 어느 하나의 항에 있어서,상기 제1, 제2, 제3 다결정 반도체층은 다결정 실리콘층으로 형성하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
- 제31항에 있어서,상기 제1, 제2, 제3 비정질 반도체층은 비정질 실리콘층으로 형성하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
- 제23항 내지 제25항 중 어느 하나의 항에 있어서,상기 측벽 절연층은 잉크젯 프린팅 방식으로 형성하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
- 제23항 내지 제25항 중 어느 하나의 항에 있어서,상기 하부전극과 상기 하부연결전극은 동일한 물질로 형성하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
- 제23항 내지 제25항 중 어느 하나의 항에 있어서,상기 광전소자와 상기 더미광전소자는 동일한 물질로 형성하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
- 제23항 또는 제25항에 있어서,상기 광전소자와 상기 더미광전소자 및 상기 측벽 더미광전소자는 동일한 물질로 형성하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
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