KR101045859B1 - 태양 전지 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 태양 전지에 관한 것으로, 상기 태양 전지는 제1 도전성 타입의 제1 불순물을 함유하고 있고 복수의 돌출부를 구비한 텍스처링 표면을 갖는 기판, 상기 기판의 텍스처링 표면에 위치하고, 상기 제1 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입의 제2 불순물을 함유하고 있는 에미터부, 복수의 제1 금속 입자를 포함하고, 상기 에미터부와 전기적으로 연결되어 있는 제1 전극, 그리고 상기 기판과 전기적으로 연결되어 있는 제2 전극을 포함하고, 상기 복수의 제1 금속 입자의 지름은 상기 인접한 두 돌출부간의 거리보다 크다. 또한, 각 돌출부의 꼭대기 부분에 형성되는 상기 에미터부의 두께와 상기 제2 불순물의 농도는 상기 각 돌출부의 나머지 부분에 형성되는 상기 에미터부의 두께와 상기 제2 불순물의 농도보다 작다. 이로 인해, 제1 전극은 상기 기판의 돌출부의 꼭대기 근처에 형성된 에미터부에만 주로 전기적으로 연결되어 에미터부와 제1 전극간의 전하 전송 효율이 향상된다.
태양전지, 페이스트, 텍스처링면, 페이스트입자, 재결정화

Description

태양 전지 및 그 제조 방법{SOLAR CELL AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 태양 전지 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예측되면서 이들을 대체할 대체 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 그 중에서도 태양 전지는 태양 에너지로부터 전기 에너지를 생산하는 전지로서, 에너지 자원이 풍부하고 환경오염에 대한 문제점이 없어 주목 받고 있다.
일반적인 태양 전지는 p형과 n형처럼 서로 다른 도전성 타입(conductive type)의 반도체로 이루어진 기판(substrate) 및 에미터부(emitter layer), 그리고 기판과 에미터부에 각각 연결된 전극을 구비한다. 이때, 기판과 에미터부의 계면에는 p-n 접합이 형성되어 있다.
이러한 태양 전지에 빛이 입사되면 반도체에서 복수의 전자-정공 쌍이 생성되고, 생성된 전자-정공 쌍은 광기전력 효과(photovoltaic effect)에 의해 전하인 전자와 정공으로 각각 분리되어 전자와 정공은 n형의 반도체와 p형 반도체쪽으로, 예를 들어 에미터부와 기판쪽으로 이동하고, 기판과 에미터부와 전기적으로 연결된 전극에 의해 수집되며, 이 전극들을 전선으로 연결하여 전력을 얻는다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 태양 전지의 동작 효율을 향상시키기 위한 것이다.
본 발명의 한 특징에 따른 태양 전지는 제1 도전성 타입의 제1 불순물을 함유하고 있고 복수의 돌출부를 구비한 텍스처링 표면을 갖는 기판, 상기 기판의 텍스처링 표면에 위치하고, 상기 제1 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입의 제2 불순물을 함유하고 있는 에미터부, 복수의 제1 금속 입자를 포함하고, 상기 에미터부와 전기적으로 연결되어 있는 제1 전극, 그리고 상기 기판과 전기적으로 연결되어 있는 제2 전극을 포함하고, 상기 복수의 제1 금속 입자의 지름은 상기 인접한 두 돌출부간의 거리보다 크다.
상기 복수의 제1 금속 입자는 상기 복수의 돌출부의 꼭대기 근처에 형성되는 상기 에미터부와만 전기적으로 연결되어 있는 것이 좋다.
상기 인접한 두 돌출부간의 거리는 상기 인접한 두 돌출부의 꼭지점간의 거리일 수 있다.
상기 각 돌출부에 함유되는 상기 제2 불순물의 농도는 위치에 따라 다른 것이 좋다.
상기 각 돌출부의 꼭대기 부분에 함유되는 상기 제2 불순물 농도는 상기 각 돌출부의 나머지 부분에 함유되는 상기 제2 불순물 농도보다 높은 것이 바람직하 다.
상기 각 돌출부에 형성되는 상기 에미터부의 두께는 위치에 따라 다른 것이 좋다.
상기 각 돌출부의 꼭대기 부분에 형성되는 상기 에미터부의 두께는 상기 각 돌출부의 나머지 부분에 형성되는 상기 에미터부의 두께보다 두꺼운 것이 좋다.
상기 에미터부의 두께는 약 250㎚ 내지 약 350㎚일 수 있다.
상기 에미터부의 면저항값은 약 80Ω/sq. 내지 약 150Ω/sq.일 수 있다.
상기 제1 금속 입자는 상기 제1 전극과 상기 에미터부와의 접경 부근에 위치하는 것이 좋다.
상기 제1 전극은 상기 제1 금속 입자의 지름보다 큰 지름을 갖는 복수의 제2 금속 입자를 더 포함할 수 있다.
상기 복수의 제2 금속 입자 각각은 약 2㎛ 내지 약 5㎛일 수 있다.
상기 제1 금속 입자와 상기 제2 금속 입자는 은(Ag) 입자인 것이 좋다.
상기 제1 금속 입자의 지름은 약 300㎚ 내지 약 700㎚일 수 있다.
상기 인접한 두 돌출부간의 거리는 약 200㎚ 내지 약 500㎚일 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따른 태양 전지의 제조 방법은 제1 도전성 타입의 제1 불순물을 함유하는 기판의 면에 복수의 돌출부를 구비한 텍스처링 표면을 형성하는 단계, 상기 기판에 제2 도전성 타입의 제2 불순물을 주입하는 상기 에미터부를 형성하는 단계, 복수의 제1 금속 입자를 함유하는 제1 페이스트를 상기 기판의 전면에 형성된 에미터부 위에 도포하여 제1 전극 패턴을 형성하는 단계, 상기 복수의 제2 금속 입자를 함유하는 제2 페이스트를 상기 기판의 후면에 형성된 에미터부 위에 도포하여 제2 전극 패턴을 형성하는 단계, 그리고 상기 제1 및 제2 전극 패턴을 구비한 상기 기판을 열처리하여 상기 에미터부와 전기적으로 연결되는 제1 전극과 상기 기판과 전기적으로 연결되는 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 복수의 제1 금속 입자 각각은 약 2㎛ 내지 약 5㎛의 지름을 갖는다.
상기 텍스처링 표면 형성 단계는 건식 식각법을 이용하여 상기 기판의 한 면에 텍스처링 표면을 형성할 수 있다.
인접한 두 돌출부간의 거리는 약 200㎚ 내지 500㎚일 수 있다.
상기 에미터부 형성 단계는 약 810℃ 내지 약 840℃의 온도에서 약 10분 내지 약 20분 동안 상기 제2 불순물을 상기 기판에 확산시켜, 약 250㎚ 내지 약 350㎚ 두께의 에미터부를 형성할 수 있다.
이러한 특징에 따르면, 에미터부의 두께와 불순물 농도를 감소시키므로, 태양 전지의 동작 효율과 생산 능력이 향상된다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사 한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한 어떤 부분이 다른 부분 위에 "전체적"으로 형성되어 있다고 할 때에는 다른 부분의 전체 면(또는 전면)에 형성되어 있는 것뿐만 아니라 가장 자리 일부에는 형성되지 않은 것을 뜻한다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지에 대하여 설명한다.
도 1을 참고로 하여 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 일부 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시한 태양 전지를 II-II선을 따라 잘라 도시한 단면도이다. 도 3은 도 2의 "A"부분에 대한 확대도이다.
도 1을 참고로 하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지(1)는 기판(110), 빛이 입사되는 기판(110)의 면인 입사면[이하, '전면(front surface)'라 함]에 위치한 에미터부(120), 에미터부(120) 위에 위치하는 반사 방지막(130), 에미터부(120)와 전기적으로 연결되어 있는 복수의 전면 전극(front electrode)(141), 기판(110)의 전면과 대향하는 기판(110)의 후면에 위치하는 후면 전극(151), 그리고 후면 전극(151)과 기판(110) 사이에 위치하는 후면 전계(back surface field, BSF)부(170)를 구비한다.
기판(110)은 제1 도전성 타입, 예를 들어 p형 도전성 타입의 실리콘으로 이루어진 반도체 기판이다. 이때, 실리콘은 단결정 실리콘, 다결정 실리콘 또는 비정질 실리콘일 수 있다. 기판(110)이 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 붕소(B), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등과 같은 3가 원소의 불순물을 함유한다. 하지만, 이와는 달리, 기판(110)은 n형 도전성 타입일 수 있고, 실리콘 이외의 다른 반도체 물질로 이루어질 수도 있다. 기판(110)이 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 기판(110)은 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물을 함유할 수 있다.
이러한 기판(110)은 텍스처링(texturing)되어 복수의 돌출부(115)를 구비한 텍스처링 표면(texturing surface)을 갖는다.
이때, 도 3에 도시한 것처럼, 텍스처링 표면에서, 각 돌출부(115)의 하부면지름(최대 지름)(d1)은 약 300㎚ 내지 약 800㎚이고, 각 돌출부(115)의 높이(d2) 역시 약 300㎚ 내지 약 800㎚이다. 또한, 인접한 두 돌출부(115)간의 꼭지점과 꼭지점 간의 거리(d3)는 약 200㎚ 내지 약 500㎚이다.
에미터부(120)는 기판(110)의 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입, 예를 들어, n형의 도전성 타입을 구비하고 있는 불순물부로서, 반도체 기판(110)과 p-n 접합을 이룬다. 이때, 기판(110)으로의 불순물 확산에 의해 에미터부(120)가 형성되므로, 기판(110)의 전면에 형성된 에미터부(120)는 기판(110)의 텍스처링 표면을 갖는다.
이러한 p-n 접합에 인한 내부 전위차(built-in potential difference)에 의해, 기판(110)에 입사된 빛에 의해 생성된 전하인 전자-정공 쌍은 전자와 정공으로 분리되어 전자는 n형 쪽으로 이동하고 정공은 p형 쪽으로 이동한다. 따라서, 기판(110)이 p형이고 에미터부(120)가 n형일 경우, 분리된 정공은 기판(110)쪽으로 이동하고 분리된 전자는 에미터부(120)쪽으로 이동하여, 기판(110)에서 정공은 다수 캐리어가 되며, 에미터부(120)에서 전자는 다수 캐리어가 된다.
본 실시예에서, 에미터부(120)의 면저항 크기는 약 80 Ω/sq. 내지 약 150Ω/sq.로서 종래의 크기인 약 50 Ω/sq.보다 크다. 따라서 기판(110)에 형성되는 에미터부(120)의 두께, 즉 도핑 두께도 종래보다 훨씬 얇고 도핑 농도 역시 낮아진다. 또한, 도 2 및 도 3에 도시한 것처럼, 에미터부(120)의 두께는 기판(110)의 텍스처링 표면의 위치에 따라 다르다. 예를 들어, 텍스처링 표면의 돌출부(115)에서, 꼭대기(tip)로 갈수록 형성되는 에미터부(120)의 두께와 농도는 증가하여, 꼭대기를 포함한 꼭대기 근처에 형성된 에미터부(120)의 두께는 나머지 부분에 형성되는 에미터부(120)의 두께보다 두껍고, 불순물의 농도 역시 높다.
약 50Ω/sq.의 면저항을 갖는 종래의 경우, 에미터부의 두께는 약 300㎚ 내지 400㎚인 반면, 본 실시예에 따른 에미터부(120)의 두께는 약 250㎚ 내지 350㎚이다.
에미터부(120)는 기판(110)과 p-n접합을 형성하므로, 본 실시예와 달리, 기판(110)이 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 에미터부(120)는 p형의 도전성 타입을 가진다. 이 경우, 분리된 전자는 기판(110)쪽으로 이동하고 분리된 정공은 에미터부(120)쪽으로 이동한다.
에미터부(120)가 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 에미터부(120)는 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물을 기판(110)에 도핑하여 형성될 수 있고, 반대로 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 붕소(B), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등과 같은 3가 원소의 불순물을 기판(110)에 도핑하여 형성될 수 있다.
에미터부(120) 위에 실리콘 질화막(SiNx)이나 실리콘 산화막(SiOx) 등으로 이루어진 반사 방지막(130)이 형성되어 있다. 반사 방지막(130)은 태양 전지(1)로 입사되는 빛의 반사도를 줄이고 특정한 파장 영역의 선택성을 증가시켜, 태양 전지(1)의 효율을 높인다. 반사 방지막(130)은 필요에 따라 생략될 수 있다.
복수의 전면 전극(141)은 에미터부(120) 위에 위치하여 에미터부(120)와 전기적으로 연결되어 있고, 서로 이격되게 정해진 방향으로 뻗어있다. 복수의 전면 전극(141)은 에미터부(120)쪽으로 이동한 전하, 예를 들면, 전자를 수집하여 외부 장치로 출력한다.
복수의 전면 전극(141)은 은(Ag)과 같은 도전성 물질을 함유하고 있지만, 은 대신, 니켈(Ni), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 티타늄(Ti), 금(Au) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나일 수 있지만, 이외의 다른 도전성 금속 물질로 이루어질 수 있다.
본 실시예에서, 전면 전극(141)은 에미터부(120)에 함유된 실리콘(Si)과의 반응에 의해 형성되는 재결정화된 은(Ag) 입자(P1)와 전면 전극(141)을 형성하기 위해 도포된 페이스트에 함유된 은(Ag) 입자(P2)을 함유한다. 이때, 에미터부(120)와 전면 전극(141)간의 접경 부근에 재결정화된 은(Ag)이 주로 존재하며 재결정화된 은(Ag) 입자(P1)의 지름은 약 300㎚ 내지 약 700㎚이고, 페이스트에 함유된 은(Ag) 입자(P2)의 지름은 약 2㎛ 내지 약 5㎛이다.
이미 설명한 것처럼, 텍스처링 표면에서, 약 200㎚ 내지 약 500㎚인 돌출부(115)간의 거리보다 재결정화된 은(Ag) 입자 지름이 크므로, 도 3에 도시한 것처럼, 에미터부(120)의 전면 전극(141)의 접경 부근에서 재결정화된 은(Ag) 입자(P1)는 에미터부(120)의 돌출부(115)의 꼭대기 위에 위치하게 되므로, 전면 전극(141)은 에미터부(120)의 돌출부(115)의 꼭대기 부분과 주로 전기적인 연결이 형성된다.
이때, 이미 설명한 것처럼, 에미터부(120)의 도핑 두께와 도핑 농도가 종래보다 작기 때문에 에미터부(120)를 통과하여 전면 전극(141)에 전달되는 전하의 이동도가 증가하게 되고, 에미터부(120)의 표면 근처에서 발생하는 전하의 재결합율이 감소하여, 전면 전극(141)으로의 전하 전송율은 향상된다.
후면 전극(151)은 실질적으로 기판(110)의 후면 전체에 형성되어 있다.
후면 전극(151)은 알루미늄(Al)과 같은 도전성 물질을 함유하고 있고, 기판(110)과 전기적으로 연결되어 있다.
후면 전극(151)은 기판(110)쪽으로부터 이동하는 전하, 예를 들어 정공을 수집하여 외부 장치로 출력한다.
후면 전극(151)은 알루미늄(Al) 대신, 도전성 물질은 니켈(Ni), 구리(Cu), 은(Ag), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 티타늄(Ti), 금(Au) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 도전성 물질을 함유할 수 있고, 이외의 다른 도전성 물질을 함유할 수 있다.
후면 전극(151)과 기판(110) 사이에 후면 전계부(170)가 위치한다. 후면 전계부(170)는 기판(110)과 동일한 도전성 타입의 불순물이 기판(110)보다 고농도로 도핑된 영역, 예를 들면, P+ 영역이다.
기판(110)과 후면 전계부(170)와의 불순물 농도 차이로 인해 전위 장벽이 형성되고, 이로 인해, 기판(110) 후면쪽으로의 전자 이동이 방해되어 기판(110)의 후면 근처에서 전자와 정공이 재결합하여 소멸되는 것을 감소시킨다.
이와 같은 구조를 갖는 본 실시예에 따른 태양 전지(1)의 동작은 다음과 같다.
태양 전지(1)로 빛이 조사되어 반사 방지막(130)과 에미터부(120)를 통해 반도체의 기판(110)으로 입사되면 빛 에너지에 의해 반도체의 기판(110)에서 전자-정공 쌍이 발생한다. 이때, 기판(110)의 텍스처링 표면과 반사 방지막(130)에 의해 기판(110)으로 입사되는 빛의 반사 손실이 줄어들어 기판(110)으로 입사되는 빛의 양이 증가한다.
이들 전자-정공 쌍은 기판(110)과 에미터부(120)의 p-n 접합에 의해 서로 분리되어 전자와 정공은, 예를 들어, n형의 도전성 타입을 갖는 에미터부(120)과 p형의 도전성 타입을 갖는 기판(110)쪽으로 각각 이동한다. 이처럼, 에미터부(120)쪽으로 이동한 전자는 전면 전극(141)에 의해 수집되고, 기판(110)쪽으로 이동한 정공은 인접한 후면 전극(151)으로 전달되어 수집된다. 이러한 전면 전극(141)과 후 면 전극(151)을 도선으로 연결하면 전류가 흐르게 되고, 이를 외부에서 전력으로 이용하게 된다.
이때, 에미터부(120)의 면저항을 종래보다 증가시켜, 에미터부(120)의 도핑 농도와 도핑 두께를 감소시키므로, 에미터부(120)를 통과하는 전하, 예를 들어 전자의 이동도가 향상되어 전면 전극(141)으로 전송되는 전하의 전송율이 향상되고, 또한 에미터부(120)에서의 전하의 재결합율이 낮아진다. 이로 인해, 태양 전지(1)의 동작 효율이 향상된다.
다음, 도 4a 내지 도 4e를 참고로 하여, 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지(1)의 제조 방법에 대하여 설명한다.
도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 순차적으로 나타낸 도면이다.
먼저, 도 4a에 도시한 것처럼, 반응성 이온 식각법(reaction ion etching, RIE) 등과 같은 건식 식각법을 이용하여 노출된 기판(110)의 한 면, 예를 들어 입사면인 기판(110)의 전면을 식각하여 복수의 돌출부(115)를 갖는 텍스처링 표면을 형성한다.
이때, 기판(110)은 p형 다결정 실리콘으로 이루어진 기판이지만, 이에 한정되지 않고, n형의 단결정 또는 비정질 실리콘일 수 있다.
이러한 건식 식각법에 의해 형성되는 복수의 돌출부(115)는 원뿔 형상을 갖고, 각 돌출부(115)는 약 300㎚ 내지 약 800㎚의 지름(d1)과 높이(d2)를 갖는다. 또한, 인접한 두 돌출부(114)의 꼭지점간의 거리(d3)는 약 200㎚ 내지 약 500㎚이 다. 이때, 지름은 돌출부(115)의 최대 지름을 의미한다.
그런 다음, 도 4b에 도시한 것처럼, 기판(110)에 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물을 포함하는 물질, 예를 들어, POCl3이나 H3PO4 등을 고온에서 열처리하여 5가 원소의 불순물을 기판(110)에 확산시켜 기판(110) 전체면, 즉, 전면, 후면 및 측면에 에미터부(120)를 형성한다. 본 실시예와 달리, 기판(110)의 도전성 타입이 n형일 경우, 3가 원소의 불순물을 포함하는 물질, 예를 들어, B2H6를 고온에서 열처리하거나 적층하여 기판(110) 전면에 p형의 불순물부를 형성할 수 있다. 그런 다음, p형 불순물 또는 n형 불순물이 기판(110) 내부로 확산됨에 따라 생성된 인을 포함하는 산화물(phosphorous silicate glass, PSG)이나 붕소를 포함하는 산화물(boron silicate glass, BSG)을 식각 공정을 통해 제거한다. 또한, 도면에 도시하지 않았지만, 레이저빔이나 식각 공정을 이용하여 기판(110)의 측면으로 확산되어 측면에 도핑된 불순물부를 제거하는 측면 분리(edge isolation) 공정을 실시하여 에미터부(120)를 완성한다. 이때, 기판(110)의 전면은 복수의 돌출부(115)를 갖는 요철면이므로, 기판(110)의 텍스처링 표면에 형성되는 에미터부(120)의 표면 역시 복수의 돌출부를 갖는 요철면을 갖는다.
본 실시예에서, 에미터부(120)는 종래보다 큰 면저항값을 갖도록 형성된다. 예를 들어, 종래 기술에 따른 에미터부의 면저항값이 약 50 Ω/sq.인 것에 비해, 본 실시예에 따른 에미터부(120)의 면저항값은 약 80Ω/sq. 내지 약 150 Ω/sq.을 갖는다.
이처럼, 에미터부(120)의 면저항값이 종래보다 증가함에 따라, 에미터부(120)의 형성 두께 역시 얇아지고, 두께가 얇아짐에 따라 도핑 농도 역시 종래보다 옅어진다. 예를 들어, 약 50 Ω/sq.의 면저항값을 갖는 종래의 에미터부가 약 300㎚ 내지 약 400㎚의 두께를 갖는 대신, 본 실시예에 따른 에미터부(120)는 약 250㎚ 내지 약 350㎚의 두께를 갖는다.
이때, 에미터부(120)의 두께는 공정 온도와 공정 시간 등을 이용하여 조절하므로, 동일한 공정 온도일 경우, 얇은 두께를 갖는 에미터부(120)를 형성하기 위한 공정 시간은 종래에 비해 짧아짐을 알 수 있다.
예를 들어, 약 810℃ 내지 약 840℃의 공정 온도에서, 종래 기술에 따라 약 50Ω/sq.의 면저항을 갖는 에미터부(120)를 형성하기 위해서는 약 40분 내지 약 50의 공정 시간이 소요되는 반면, 본 실시예에 따라 약 80Ω/sq. 내지 약 150Ω/sq.의 면저항을 갖는 에미터부(120)를 형성하기 위해 약 10분 내지 20분일 수 있다.
이처럼 기판(110)에 불순물을 확산시켜 약 80Ω/sq. 내지 약 150 Ω/sq.의 면저항값을 갖는 에미터부(120)를 형성할 경우, 불순물의 소스로부터 기판(110)의 요철면에 도달되는 불순물의 도달 거리, 도달되는 불순물량 및 도달 방향 등이 균일하지 않고 기판(110)의 표면 상태에 따라 달라져, 텍스처링 표면에 형성되는 에미터부(120)의 불순물 도핑 두께와 도핑 농도는 위치에 따라 달라진다.
즉, 돌출부(115)의 하부보다 상부쪽인 꼭대기쪽으로 갈수록 불순물의 도달 거리가 짧아지기 때문에, 하부보다 꼭대기 근처에 불순물이 먼저 도달하고, 도달되 는 불순물의 양 또한 많다. 또한, 돌출부(115)의 꼭대기쪽으로 갈수록 인접한 돌출부(115)에 인한 불순물 이동 동작의 방해가 줄어들어 하부보다 꼭대기쪽으로 갈수록 돌출부(115)에 도달하는 불순물의 양이 증가한다.
즉, 돌출부(115)의 꼭대기 근처에 하부보다 불순물이 먼저 도달하여, 기판(110)쪽으로 불순물 확산 동작이 하부보다 먼저 발생하고, 도달되는 불순물의 양 또한 하부보다 많기 때문에, 기판(110)쪽으로 확산되는 불순물의 양은 돌출부(115)의 꼭대기 근처가 그 외의 부분보다 많게 된다.
따라서, 기판(110) 돌출부(115)의 상부쪽인 꼭대기쪽으로 갈수록 도핑되는 불술물의 두께와 농도가 하부쪽보다 커져, 돌출부(115)의 꼭대기 근처에 형성되는 에미터부(110)의 두께와 불순물 도핑 농도는 돌출부(115)의 나머지 부분보다 큰 값을 갖는다. 이로 인해, 본 실시예에서, 각 돌출부(115)의 꼭대기 근처에서의 면저항값은 나머지 부분의 면저항값보다 크다.
그런 다음, 도 4c에 도시한 것처럼, 플라즈마 화학 기상 증착법(plasma enhanced chemical vapor deposition, PECVD) 등을 이용하여 기판(110)의 전면에 형성된 에미터부(120) 위에 반사 방지막(130)을 형성한다. 이때, 기판(110) 전면에 형성된 에미터부(120)의 표면이 요철면이므로, 반사 방지막(130)의 표면 역시 요철면을 갖고 있다. 이러한 반사 방지막(130)은 약 80㎚ 내지 100㎚의 두께를 가질 수 있다.
다음, 도 4d에 도시한 것처럼, 스크린 인쇄법을 이용하여, 반사 방지막(130)의 해당 부분에 은(Ag)을 포함한 전면전극용 페이스트를 도포한 후 약 120℃ 내지 약 200℃에서 건조시켜, 전면전극 패턴(140)을 형성한다. 이때, 전면전극용 페이스트에 함유된 은(Ag) 입자(P2)의 크기는 약 2㎛ 내지 약 5㎛를 갖는다. 이미 설명한 것처럼, 본 실시예에서 기판(110)의 돌출부(115)간의 거리가 약 200㎚ 내지 약 500㎚이므로, 전면전극용 페이스트의 은(Ag) 입자 크기는 기판(110)의 돌출부(114) 사이의 거리보다 훨씬 크다. 따라서, 전면전극용 페이스트의 은(Ag) 입자(P2) 대부분은 반사 방지막(130)에 형성된 돌출부와 돌출부 사이에 위치하지 않고, 적어도 두 개의 돌출부의 꼭대기 부분 위에 놓여진다.
다음, 도 4e에 도시한 것처럼, 알루미늄(Al)을 함유하는 후면전극용 페이스트를 스크린 인쇄법으로 도포한 후 약 120℃ 내지 약 200℃에서 건조시켜 기판(110)의 후면에 형성된 에미터부(120) 위에 후면전극 패턴(150)을 형성한다.
이때, 이들 패턴(140, 150)의 형성 순서는 변경 가능하다.
그런 다음, 전면전극 패턴(140)과 후면전극 패턴(150)이 형성된 기판(110)을 약 750℃ 내지 약 800℃의 온도에서 소성하여(firing), 에미터부(120)에 전기적으로 연결되어 있는 복수의 전면 전극(141), 기판(110)과 전기적으로 연결되는 후면 전극(151), 그리고 후면 전극(151)과 기판(110) 사이의 후면 전계부(170)를 형성하여 태양 전지(1)를 완성한다(도 1 및 도 2).
즉, 열처리가 시행되면, 전면전극 패턴(140)에 함유되어 있고 납(Pb) 등을 포함한 글래스 프릿(glass frit)이 녹으면서 접촉 부위의 반사 방지막(130)을 식각하고, 녹은 글래스 프릿에 전면전극 패턴(140)에 함유된 은(Ag) 입자(P2)가 용해된다. 따라서, 글래스 프릿 속에 용해된 은(Ag) 입자(P2)는 글래스 프릿의 흐름을 따라서 글래스 플릿에 의해 식각된 반사 방지막(130) 부위를 통과하여 에미터부(120)와 접촉하게 된다. 이로 인해, 에미터부(120)의 표면 근처에서 에미터부(120)에 함유된 실리콘(Si)과 글래스 프릿 속에 용해된 은(Ag) 입자(P2)가 반응하여 은(Ag)의 재결정화(recrystalization)가 이루어져 에미터부(120)와 반사 방지막(130)을 관통한 글래스 프릿의 접경 부근에 재결정화된 은(Ag) 입자(P1)가 존재한다. 따라서 재결정화된 은(Ag)에 의해 전면전극용 패턴(140)내에 함유된 다른 도전성 물질과 에미터부(120)가 전기적으로 연결됨으로써, 에미터부(120)와 전기적으로 연결되는 복수의 전면 전극(141)이 형성된다.
본 실시예와 같이, 약 2㎛ 내지 약 5㎛의 지름을 갖는 은(Ag) 입자(P2)를 포함한 전면전극용 페이스트를 이용하여 은(Ag)의 재결정화를 실시할 때, 재결정화된 은(Ag) 입자(P1)의 지름은 약 300㎚ 내지 약 700㎚로서, 인접한 두 돌출부(115)의 꼭대기간의 거리(약 200 내지 약 500㎚)보다 크다. 따라서, 에미터부(120)와 전면 전극(151)과의 경계면에서, 재결정화된 은(Ag) 입자(P1)는 인접한 적어도 두 개의 돌출부(115)의 꼭대기 위에 놓여진다. 이때, 전면전극 패턴(140)에 함유된 은(Ag) 입자(P2)는 재결정화된 은(Ag) 입자(P1)들로 이루어진 재결정정화부 위에 존재하여 재결정화된 은(Ag) 입자(P1)들로 인한 에미터부(120)와의 전기적인 연결을 유지한다. 이미 설명한 것처럼, 돌출부(115)의 꼭대기 근처가 나머지 부분보다 면저항값이 작고 불순물의 도핑 농도가 높기 때문에, 나머지 다른 부분에 비해 접촉 저항이 낮다. 따라서, 전면 전극(141)이 돌출부(115)의 다른 부분과 접촉하는 것보다 꼭대기 부분과 접촉할 때, 접촉력이 증가하여 에미터부(120)와 전면 전극(141)간의 전하 전송 효율이 향상된다.
전면전극용 페이스트에 함유된 은(Ag) 입자 지름이 약 5㎛ 보다 클 경우, 글래스 프릿에 용해되는 은(Ag) 입자(P2)의 양이 적어 에미터부(120)쪽으로 이동하는 은(Ag) 입자(P2)의 양이 줄어든다. 이로 인해, 에미터부(120)의 실리콘(Si)과의 초기 반응을 위한 은(Ag) 입자(P2) 양이 적어져 재결정화되는 은(Ag) 입자의 지름은 약 300㎚보다 작게 된다. 따라서, 인접한 두 돌출부(115)의 꼭대기간의 거리보다 작게 되어, 재결정화된 은(Ag) 입자는 면저항값이 작은 돌출부(115)의 꼭대기 부분이 아니라 인접한 돌출부(115) 사이, 즉 돌출부(115)의 측면 부분에 위치한다. 따라서, 전면 전극(151)과 에미터부(120)와의 접촉력이 감소하여 전면 전극(141)과 에미터부(120) 간의 전하 전송 효율이 감소하는 문제가 발생한다.
이와는 반대로, 전면전극용 페이스트에 함유된 은(Ag) 입자 지름이 약 2㎛ 보다 작을 경우, 글래스 프릿에 녹아드는 은(Ag) 입자(P2)의 양이 너무 많아져 에미터부(120)쪽으로 이동하는 은(Ag) 입자(P2)의 양도 증가하고, 이로 인해, 실리콘(Si)과의 초기 반응을 위한 은(Ag) 입자(P2) 양 역시 증가하다. 따라서, 재결정화되는 은(Ag) 입자(P1)의 지름은 약 700㎚보다 크게 된다. 따라서, 기판(110)의 돌출부(115) 중에서 전면 전극(141)과 접촉되지 않은 돌출부(115)의 양이 증가하여 전면 전극(141)과 에미터부(120) 간의 전하 전송 효율이 감소하는 문제가 발생한다.
또한, 재결정화된 은(Ag) 입자(P2)가 인접한 돌출부(115)의 꼭대기간의 거리보다 넓기 때문에, 은(Ag)이 에미터부(120)를 관통하여 재결정화됨으로써 전면 전극(141)과 기판(110)이 전기적으로 연결되는 현상이 방지된다. 이처럼, 전면 전극(141)에 의한 에미터부(120)의 손상 문제가 방지되어, 에미터부(120)의 두께와 불순물 농도를 종래보다 얇게 형성하는 것이 가능해져 전하의 이동도는 증가되고 전하의 재결합율은 감소된다. 따라서, 에미터부(120)와 전면 전극(141)간의 전송 효율이 증가되어 태양 전지(1)의 동작 효율이 향상되고, 에미터부(120)의 공정 시간이 줄어들어, 태양 전지(1)의 생산력이 향상된다.
또한, 열처리가 시행되면, 후면 전극(151)의 함유물인 알루미늄(Al)이 기판(110)의 후면에 형성된 에미터부(120)뿐만 아니라 기판(110)까지 확산되어 기판(110)과 동일한 도전형인 p형 도전형을 갖는 불순물부를 형성하여, 후면전극 패턴(150)은 불순물부를 통해 후면전극 패턴(150)이 기판(110)과 전기적으로 연결되어 후면 전극(151)을 형성하고, 불순물부는 후면 전계부(170)가 된다. 이때, 후면 전계부(170)의 불순물 농도는 기판(110)보다 높아 p+의 도전성 타입을 갖는다. 또한, 열처리 시, 패턴(140, 150)에 함유된 금속 성분과 각 접촉하는 층(120, 110)과의 화학적 결합으로 접촉 저항이 감소하여 전류 흐름이 향상된다.
이러한 본 발명의 실시예에 따르면, 에미터부(120)의 두께와 불순물 농도를 감소시키므로, 태양 전지(1)의 동작 효율과 생산 능력이 향상된다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 일부 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시한 태양 전지를 II-II선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 3은 도 2의 "A"부분에 대한 확대도이다.
도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 순차적으로 나타낸 도면이다.

Claims (19)

  1. 제1 도전성 타입의 제1 불순물을 함유하고 있고 복수의 돌출부를 구비한 텍스처링 표면을 갖는 기판,
    상기 기판의 텍스처링 표면에 위치하고, 상기 제1 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입의 제2 불순물을 함유하고 있는 에미터부,
    복수의 제1 금속 입자를 포함하고, 상기 에미터부와 전기적으로 연결되어 있는 제1 전극, 그리고
    상기 기판과 전기적으로 연결되어 있는 제2 전극
    을 포함하고,
    상기 복수의 제1 금속 입자의 지름은 상기 인접한 두 돌출부간의 거리보다 큰
    태양 전지.
  2. 제1항에서,
    상기 복수의 제1 금속 입자는 상기 복수의 돌출부의 꼭대기 근처에 형성되는 상기 에미터부와만 전기적으로 연결되어 있는 태양 전지.
  3. 제1항에서,
    상기 인접한 두 돌출부간의 거리는 상기 인접한 두 돌출부의 꼭지점간의 거 리인 태양 전지.
  4. 제1항에서,
    상기 각 돌출부에 함유되는 상기 제2 불순물의 농도는 위치에 따라 다른 태양 전지.
  5. 제4항에서,
    상기 각 돌출부의 꼭대기 부분에 함유되는 상기 제2 불순물 농도는 상기 각 돌출부의 나머지 부분에 함유되는 상기 제2 불순물 농도보다 높은 태양 전지.
  6. 제1항에서,
    상기 각 돌출부에 형성되는 상기 에미터부의 두께는 위치에 따라 다른 태양 전지.
  7. 제6항에서,
    상기 각 돌출부의 꼭대기 부분에 형성되는 상기 에미터부의 두께는 상기 각 돌출부의 나머지 부분에 형성되는 상기 에미터부의 두께보다 두꺼운 태양 전지.
  8. 제6항에서,
    상기 에미터부의 두께는 250㎚ 내지 350㎚인 태양 전지.
  9. 제8항에서,
    상기 에미터부의 면저항값은 80Ω/sq. 내지 150Ω/sq.인 태양 전지.
  10. 제1항에서,
    상기 제1 금속 입자는 상기 제1 전극과 상기 에미터부와의 접경 부근에 위치하는 태양 전지.
  11. 제10항에서,
    상기 제1 전극은 상기 제1 금속 입자의 지름보다 큰 지름을 갖는 복수의 제2 금속 입자를 더 포함하는 태양 전지.
  12. 제11항에서,
    상기 복수의 제2 금속 입자 각각은 2㎛ 내지 5㎛인 태양 전지.
  13. 제11항에서,
    상기 제1 금속 입자와 상기 제2 금속 입자는 은(Ag) 입자인 태양 전지.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에서,
    상기 제1 금속 입자의 지름은 300㎚ 내지 700㎚인 태양 전지.
  15. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에서,
    상기 인접한 두 돌출부간의 거리는 200㎚ 내지 500㎚인 태양 전지.
  16. 제1 도전성 타입의 제1 불순물을 함유하는 기판의 면에 복수의 돌출부를 구비한 텍스처링 표면을 형성하는 단계,
    상기 기판에 제2 도전성 타입의 제2 불순물을 주입하여 상기 기판의 전면과 후면에 에미터부를 형성하는 단계,
    복수의 제1 금속 입자를 함유하는 제1 페이스트를 상기 기판의 전면에 형성된 상기 에미터부 위에 도포하여 제1 전극 패턴을 형성하는 단계,
    복수의 제2 금속 입자를 함유하는 제2 페이스트를 상기 기판의 후면에 형성된 상기 에미터부 위에 도포하여 제2 전극 패턴을 형성하는 단계, 그리고
    상기 제1 및 제2 전극 패턴을 구비한 상기 기판을 열처리하여 상기 에미터부와 전기적으로 연결되는 제1 전극과 상기 기판과 전기적으로 연결되는 제2 전극을 형성하는 단계
    를 포함하고,
    상기 복수의 제1 금속 입자 각각은 2㎛ 내지 5㎛의 지름을 갖는
    태양 전지의 제조 방법.
  17. 제16항에서,
    상기 텍스처링 표면 형성 단계는 건식 식각법을 이용하여 상기 기판의 한 면에 텍스처링 표면을 형성하는 태양 전지의 제조 방법.
  18. 제16항 또는 제17항에서,
    인접한 두 돌출부간의 거리는 200㎚ 내지 500㎚인 태양 전지의 제조 방법.
  19. 제16항에서,
    상기 에미터부 형성 단계는 810℃ 내지 840℃의 온도에서 10분 내지 20분 동안 상기 제2 불순물을 상기 기판에 확산시켜 상기 에미터부를 형성하고, 상기 에미터부는 250㎚ 내지 350㎚ 두께를 갖는 태양 전지의 제조 방법.
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