KR101082950B1 - 태양 전지 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 태양 전지에 관한 것이다. 상기 태양 전지는 제1 도전성 타입의 불순물과 금속 불순물을 함유하는 반도체 기판, 상기 제1 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입을 가지고 상기 반도체 기판과 p-n 접합을 형성하는 에미터부, 상기 에미터부와 전기적으로 연결되어 있는 제1 전극, 그리고 상기 기판에 전기적으로 연결되어 있는 제2 전극을 포함하고, 상기 반도체 기판의 적어도 한 면에는 서로 인접한 3개의 함몰부가 삼각 형상의 배열 갖도록 배치된다. 이로 인해, 태양전지의 수광면적이 증가하고, 반사 방지부는 부동화 효과와 반사 방지 효과를 모두 갖게 되므로 태양 전지의 효율이 향상된다.

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
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 각각 이동하고, 기판과 에미터부와 연결된 전극에 의해 수집되며, 이 전극들을 전선으로 연결하여 전력을 얻는다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 태양 전지의 제조 비용과 제조시간을 줄이기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 태양 전지의 효율을 향상시키는 것이다.
본 발명의 한 특징에 따른 태양 전지는 제1 도전성 타입의 불순물과 금속 불순물을 함유하는 반도체 기판, 상기 제1 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입을 가지고 상기 반도체 기판과 p-n 접합을 형성하는 에미터부, 상기 에미터부와 연결되어 있는 제1 전극, 그리고 상기 반도체 기판에 연결되어 있는 제2 전극을 포함하고, 상기 반도체 기판의 적어도 한 면에는 서로 인접한 3개의 함몰부가 삼각 형상의 배열 갖도록 배치한다.
상기 에미터부 위에 위치하고, 제1 굴절률을 갖는 제1 반사 방지막과 상기 제1 굴절률과 다른 제2 굴절률을 가지는 제2 반사 방지막을 포함하는 반사 방지부를 더 포함할 수 있다.
상기 함몰부의 형상은 원형, 타원형, 다각형 중 어느 하나일 수 있다.
상기 함몰부의 단면의 형상은 반원, 반타원 중 어느 하나일 수 있다.
상기 함몰부 중 적어도 하나의 깊이는 약 10㎛이상일 수 있다.
인접한 두 개의 함몰부 각각의 중심부 사이의 간격은 약 30㎛ 내지 약 70㎛일 수 있다.
상기 제1 반사 방지막은 상기 제2 반사 방지막과 동일한 물질로 이루어져 있을 수 있다.
상기 동일한 물질은 실리콘 질화막일 수 있다.
상기 제2 반사 방지막은 상기 제1 반사 방지막 위에 위치하고, 상기 제1 굴절률은 상기 제2 굴절률보다 클 수 있다.
상기 제1 굴절률은 약 2.3 내지 약 2.9이고, 상기 제2 굴절률은 약 1.7 내지 약 2.2일 수 있다.
본 발명의 다른 특성에 따른 태양 전지의 제조 방법은 제1 도전형 타입의 불순물과 금속 불순물을 함유하는 기판에 적어도 3개 이상의 함몰부를 형성하는 단계, 상기 기판에 상기 제1 도전형 타입과 다른 제2 도전형 타입의 에미터부를 형성하는 단계, 그리고 상기 에미터부와 연결되는 제1 전극과 상기 기판과 연결되는 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 함몰부를 형성하는 단계는 서로 인접한 3개의 상기 함몰부가 삼각 형상의 배열 갖도록 형성하는 단계를 포함한다.
상기 에미터부 위에 제1 굴절률을 갖는 제1 반사 방지막을 형성하고, 상기 제1 반사 방지막 위에 위치하고 상기 제1 굴절률보다 작은 제2 굴절률을 갖는 제2 반사 방지막을 형성하여 반사 방지부를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 함몰부를 형성하는 단계는 레이저를 이용하여 가공하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 함몰부를 형성하는 단계는 레이저 속도를 조절하여 각각의 함몰부의 깊이를 조절하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 함몰부를 형성하는 단계는 레이저의 주파수를 조절하여 인접한 두 개의 함몰부 각각의 중심부 사이의 간격을 조절하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 함몰부의 형상은 원형, 타원형, 다각형 중 어느 하나일 수 있다.
상기 함몰부를 형성하는 단계는 상기 함몰부의 단면의 형상을 반원, 반타원 중 어느 하나의 형상으로 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 함몰부를 형성하는 단계는 제1 방향으로 동일한 간격으로 복수의 함몰부를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제1 굴절률은 약 2.3 내지 약 2.9이고, 상기 제2 굴절률은 약 1.7 내지 약 2.2일 수 있다.
상기 제1 반사방지막과 상기 제2 반사방지막은 동일한 물질로 형성할 수 있다.
상기 동일한 물질은 실리콘 질화막으로 이루어질 수 있다.
상기 반사 방지부 형성 단계는 챔버에서 상기 에미터부 위에 상기 제1 반사 방지막을 형성하는 단계 그리고 상기 챔버에서 상기 제1 반사 방지막 위에 상기 제2 반사 방지막을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 반사 방지부 형성 단계는 챔버에서 상기 에미터부 위에 공정 가스의 주입량을 변화시키면서 상기 제1 반사 방지막과 상기 제1 반사 방지막 위에 상기 제2 반사 방지막을 형성할 수 있다.
상기 공정 가스는 암모니아 가스(NH3)와 실란 가스(SiH4)를 포함할 수 있다.
상기 제1 및 제2 전극 형성 단계는, 상기 반사 방지부 위에 제1 페이스트를 인쇄하여 제1 전극 패턴을 형성하는 단계, 상기 기판 위에 제2 페이스트를 인쇄하여 제2 전극 패턴을 형성하는 단계, 그리고 상기 제1 및 제2 전극 패턴을 구비한 상기 기판을 열처리하여 상기 제1 전극과 상기 제2 전극을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제1 및 제2 전극 형성 단계는 상기 기판을 열처리할 때, 상기 제2 전극 하부에 후면 전계부가 형성되는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 특징에 따르면, 레이저를 이용하여 직접 텍스처링하고 동일한 물질을 이용하여 서로 다른 굴절률을 갖는 반사 방지막을 형성하므로, 제조 시간과 제조 비용이 줄어든다. 또한, 텍스처링에 의하여 수광면적이 증가하고 반사율이 감소하며, 에미터부와 인접한 부분의 굴절률이 입사면에 인접한 부분의 굴절률보다 크게 하여, 반사 방지막은 부동화 효과와 반사 방지 효과를 모두 갖게 되므로 태양 전지의 효율이 향상된다.
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 본 발명의 한 실시예에 따른 텍스처링 표면의 일부를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 함몰부의 다양한 예를 도시한 도면이다.
도 5a 내지 도 5f는 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 순차적으로 도시한 단면도이다.
도 6은 비교예와 본 발명의 실시예에 따라 텍스처링 한 후, 반사 방지부를 형성하기 전 빛의 파장에 따른 빛의 반사율 그래프이다.
도 7은 비교예와 본 발명의 실시예에 따라 텍스처링하고, 제1 반사 방지막 및 제2 반사 방지막을 형성한 후 빛의 파장에 따른 빛의 반사율 그래프이다.
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 유사한 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 실시예인 태양 전지에 대하여 설명한다.
먼저, 도 1 내지 도 3을 참고로 하여 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지에 대하여 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. 또한 도 3은 기판(110)의 수광면에서 바라본 태양 전지의 일부를 도시하는 도면이다.
도 1 및 도 2를 참고로 하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지(1)는 기판(110), 빛이 입사되는 기판(110)의 면인 전면(front surface)에 위치한 에미터부(120), 에미터부(120)와 전기적으로 연결되어 있는 전면 전극부(front electrode unit)(140), 빛이 입사되지 않고 입사면의 반대쪽 면인 기판(110)의 후면(rear surface)에 위치하는 후면 전극(151), 그리고 후면 전극(151)과 기판(110) 사이에 위치하는 후면 전계(back surface field)부(BSF region)(171)를 구비한다. 또한,
기판(110)은 제1 도전성 타입, 예를 들어 p형 도전성 타입을 함유하고 있고 실리콘으로 이루어진 반도체 기판이다. 이때, 기판(110)은 붕소(B), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등과 같은 3가 원소의 불순물을 함유할 수 있다. 본 실시예에서, 실리콘은 다결정 실리콘과 같은 결정질 실리콘이다. 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, 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물이 기판(110)에 도핑될 수 있다.
기판(110)은 용융법으로 제조될 수 있다. 즉, 로(furnace)에서 실리카(silica, SiO2) 재질과 같은 실리콘 원재료(raw material)와 금속 재질인 반응 재료를 함께 용융하여 실리콘 원재료에서 불순물을 제거하는 방법으로 제조될 수 있다. 기판(110)은 순도(purity level)가 5N 이하인 다결정 실리콘 기판일 수 있고, 바람직하게는 2N 내지 5N의 다결정 실리콘 기판일 수 있다. 여기서, 기판(110)의 순도가 5N이라는 것은 기판(110)내의 실리콘(Si)의 함량이 99.999%(9의 개수가 다섯 개) 이상인 것을 의미한다. 다르게 표현하면, 기판(110)의 순도가 5N이라는 것은 기판(110) 내의 실리콘(Si)의 함량이 99.999%급인 것을 의미한다. 금속 재질은 알루미늄(Al)을 사용하므로, 기판(110)은 알루미늄(Al)과 같은 금속 재질의 불순물을 포함하고, 또한 기판(110)은 철의 불순물을 포함한다. 이로 인해, 기판(110)에 함유된 금속 재질의 불순물의 함유량은 0.001 내지 1.0ppmw일 수 있고, 이때, 기판(110)에 함유된 알루미늄(Al)의 양은 0.01 내지 0.8ppmw일 수 있고, 기판(110)에 함유된 철(Fe)의 양은 0.01 내지 1ppmw일 수 있다. 이와 같이, 실리콘(Si)을 기화시켜 실리콘(Si) 가스를 생성하고, 생성된 실리콘(Si) 가스를 수집하여 결정 성장시키는 방법인 기상법으로 제조된 기판에 비해 불순물 농도가 높아 순도가 낮은 용융법으로 제조된 기판(110)을 사용할 경우, 기판(110)의 제조 단가를 낮출 수 있어 태양전지(1)의 제조 단가가 줄어들지만, 태양 전지(1)의 효율이 기상법으로 제조된 기판을 사용하는 태양 전지의 효율보다 낮아진다. 이를 보상하기 위해, 용융법으로 제조된 기판(110)에서 소수 캐리어의 벌크(bulk) 생존 시간(life time)은 약 0.1㎲ 내지 2㎲이다. 여기서 벌크 생존 시간은 입사되는 광에 의해 기판(110)에서 캐리어가 생성된 시점부터 생성된 캐리어가 소멸되기까지의 시간으로서, 베어(bare) 실리콘 웨이퍼(silicon wafer) 상태의 기판(110)의 벌크 생존 시간을 의미한다. 벌크 생존 시간이 약 0.1㎲ 이하일 경우, 전면 전극부(140)와 후면 전극(151)이 전자와 정공을 수집할 수 있는 시간이 짧기 때문에 태양 전지(1)의 효율이 매우 낮아진다. 이러한 벌크 생존 시간은 기판(110)의 케미컬 패시베이션(chemical passivation) 처리 여부에 따라 달라지므로, 기판(110)에 케미컬 패시베이션 처리를 실시할 경우 벌크 생존 시간은 증가한다. 한 예로서, 기판(110)에 케미컬 패시베이션 처리를 하게 되면 기판(110)의 벌크 생존 시간은 약 5㎲ 이상일 수 있고, 바람직하게 용용법으로 제조된 기판(110)을 케미컬 패시베이션 처리할 경우, 약 5 내지 15㎲일 수 있다. 또한, 용융법으로 제조된 기판(110)을 이용할 경우, 붕소(B)의 함량이 과도하게 낮을 경우 기판(110)에서 생성되는 캐리어의 양이 너무 적어 태양 전지(1)의 효율이 저하될 수 있고, 반대로 붕소(B)의 함량이 과도하게 높을 경우 기판(110)의 총 불순물 함량이 과도하게 높아져 또한 태양 전지(1)의 효율이 저하될 수 있다. 따라서 융용법으로 제조된 태양 전지(1)에서의 효율 저하를 방지하기 위해 붕소(B)의 농도는 약 3×1016 atoms/cm3 내지 8×1016 atoms/cm3 일 수 있다. 이때의 인(P)의 농도는 약 9×1015 atoms/cm3 내지 4.5×1016 atoms/cm3 일 수 있다. 또한, 기판(110)에 함유한 산소와 탄소는 기판(110)의 전기적 특성을 향상시킬 수 있지만 산소와 탄소의 함량 역시 과도하게 높을 경우 산소와 탄소가 불순물로 작용하여 캐리어의 생성에 악영향을 미치게 되고 이로 인해 벌크 생존 기간이 줄어든다. 따라서 기판(110)의 산소 농도는 약 1×1017 atoms/cm3 내지 1×1019 atoms/cm3 일수 있고, 기판(110)의 탄소 농도는 약 1×1016 atoms/cm3 내지 1×1019 atoms/cm3 일수 있다. 또한 대안적인 실시예에서, 기판(110)은 메탈로지칼급 실리콘 기판(metallurgical grade silicon substrate)일 수 있다.
이러한 기판(110)은 텍스처링(texturing)되어 적어도 하나 이상의 함몰부(190)를 구비한 텍스처링 표면(textured surface)을 가진다. 함몰부(190)는 원형 또는 다각형의 형상을 가질 수 있다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 텍스처링 표면의 일부를 도시한 도면이다. 도 3에 도시한 것처럼, 복수의 함몰부(191,192,193)는 제1 방향으로 동일한 간격으로 형성된다. 여기서 제1 방향은 제1 함몰부(191)의 중심에서 제2 함몰부(192)의 중심으로의 방향을 의미하며, 간격이 동일하다는 것은 인접한 두 함몰부의 중심부 사이의 간격이 동일함을 의미한다. 도 1 및 도 3에서 제1 방향은 전면 전극(141)이 형성된 방향과 교차하는 방향으로 거의 나란한 방향이나, 이에 한정되지 아니한다.
본 실시예에서 복수의 함몰부 중 서로 인접한 3개의 함몰부(191,192,193)는 삼각 형상의 배열 갖도록 배치된다. 즉, 복수의 함몰부는 제1 방향으로 인접하는 제1 함몰부(191) 및 제2 함몰부(192), 그리고 제1 함몰부(191)와 제2 함몰부(192)에 동시에 인접하는 제3 함몰부(193)를 포함하며, 제3 함몰부(193)의 중심부는 제1 함몰부(191)의 중심부와 제2 함몰부(192)의 중심부 사이 영역에 대응하는 영역에 위치한다. 이때, 제1 함몰부(191)의 중심부와 제2 함몰부(192)의 중심부 사이의 간격(d11)은 제2 함몰부(192)의 중심부와 제3 함몰부(193)의 중심부 사이의 간격(d12) 및 제3 함몰부(193)의 중심부와 제1 함몰부(191)의 중심부 사이의 간격(d13)과 실질적으로 동일한 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 함몰부의 중심부와 상기 제2 함몰부의 중심부 사이의 간격, 제2 함몰부의 중심부와 제3 함몰부의 중심부 사이의 간격 및 제3 함몰부의 중심부와 제1 함몰부의 중심부 사이의 간격 중 적어도 하나는 다른 값의 간격을 가질 수도 있다. 본 실시예에서 인접한 두 개의 함몰부 각각의 중심부 사이의 간격(d1)는 약 30㎛ 내지 약 70㎛이며, 각각의 함몰부의 깊이(d2)는 약 10㎛ 내지 70㎛ 이다.
이처럼, 복수의 함몰부(190)를 구비한 텍스처링 표면에 의해 기판(110)의 수광 면적이 증가하고, 기판(110)으로 입사되는 빛의 반사율이 감소되며, 입사되는 빛의 양이 증가하여 태양 전지(1)의 효율이 향상된다.
다음, 도 4를 참고로 하여 본 실시예에 따른 함몰부의 다양한 예에 대하여 설명한다. 도 4에 도시한 것처럼, 함몰부(190)는 그 수직 방향 단면이 도 4의 (a), (b) 및 (c)와 같이 반원 또는 반타원의 둥근 형태인 것이 수광 면적을 증가시키기 위하여 바람직한 형상이나. 또는, 함몰부는 그 수직 방향 단면이 도 4의 (d), (e) 및 (f)와 같이 뿔 형태인 것도 가능하다. 또한, 도 4의 (a), (c), (d) 및 (f)와 같이 기판(110)에 대해 서로 다른 각도를 갖도록 형성되는 것도 가능하다. 아울러, 함몰부의 단면의 형태는 기판으로(110) 입사되는 빛의 반사율이 감소시키고, 태양 전지(1)의 효율이 향상시키기 위해 다양하게 변경될 수 있다.
에미터부(121)는 기판(110)의 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입, 예를 들어, n형의 도전성 타입의 불순물이 도핑된 영역으로, 빛이 입사되는 면, 즉 기판(110)의 전면에 위치하며, 기판(110)과 p-n 접합을 이룬다. 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 이동한다.
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 에미터부(120)가 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 붕소(B), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등과 같은 3가 원소의 불순물을 기판(110)에 도핑하여 형성될 수 있다.
반사 방지부(130)는 에미터부(120) 위에 위치한 제1 반사 방지막(131)과 제1 반사 방지막(131) 위에 위치한 제2 반사 방지막(132)을 구비한다. 반사 방지부(130)의 총 두께는 약 80㎚ 내지 120㎚이다.
제1 반사 방지막(131)은 실리콘 질화막(SiNx)으로 이루어지고, 약 30㎚ 내지 50㎚의 두께를 갖고 있고, 약 2.3 내지 약 2.9의 굴절률(refractive index)을 갖는다.
제1 반사 방지막(131)은 기판(110)의 표면에 존재하는 댕글링 본드(dangling bond)와 같은 결함(defect)을 안정화된 결합으로 만드는 부동화 효과(passivation effect)를 발휘하여, 에미터부(120)쪽으로 이동한 전하가 불안정한 결합과 재결합되어 소멸되는 것을 감소시키고, 또한 기판(110)으로 입사되는 빛의 반사율을 감소시킨다.
제1 반사 방지막(131)의 굴절률이 하한치(약 2.3)에 미달되면, 빛의 반사가 잘 이루어져 반사 방지막 기능을 제대로 수행하지 못하고, 부동화 효과가 저하되어 태양 전지(1)의 효율을 감소시킨다. 반대로, 제1 반사 방지막(131)의 굴절률이 상한치(약 2.8)를 초과하면, 입사된 빛이 제1 반사 방지막(131) 자체에서 흡수되어 기판(110)의 광전 효율을 감소시키는 문제가 발생한다.
또한, 제1 반사 방지막(131)의 두께가 하한치(약 30nm)에 미달되면 반사 방지막의 기능을 정상적으로 수행하지 못하고, 상한치(50nm)를 초과하면 제1 반사 방지막(131)에서 흡수되는 빛의 양이 증가하고 또한 불필요하게 두께가 증가하므로 제조 비용과 공정 시간이 증가하는 문제가 발생한다.
제2 반사 방지막(132)은 제1 반사 방지막(131) 위에만 존재하며 제1 반사 방지막(131)과 동일하게 실리콘 질화막으로 이루어지고, 약 50㎚ 내지 70㎚의 두께를 가지며, 약 1.7 내지 약 2.2의 굴절률을 갖는다.
이러한 제2 반사 방지막(132)은 제1 반사 방지막(131)과 함께 기판(110)쪽으로 입사되는 빛의 반사율을 감소시켜, 기판(110)으로 흡수되는 빛을 양을 증가시킨다. 또한, 제2 반사 방지막(132)의 실리콘 질화막(SiNx)에 포함된 수소(H)에 의하여, 제1 반사 방지막(131)과 함께 제2 반사 방지막(132)은 불안정한 결합에 대한 부동화 효과를 더욱더 향상시킨다. 이미 기술한 것처럼 제2 반사 방지막(132)의 굴절률은 제1 반사 방지막(131)의 굴절률보다 작기 때문에, 제1 반사 방지막(131)보다 반사 방지막의 기능은 향상되는 반면, 부동화 효과는 감소한다.
또한, 제1 반사 방지막(131)에서 제2 반사 방지막(132)으로의 굴절률 변화는 불연속적으로 감소한다.
제2 반사 방지막(132)의 굴절률이 하한치(약 1.7)에 미달되면, 빛의 반사가 잘 이루어져 반사 방지막의 기능을 제대로 수행하지 못하고, 제2 반사 방지막(132)의 굴절률이 상한치(약 2.2)를 초과하면, 입사된 빛이 제2 반사 방지막(131) 자체에서 흡수되어 기판(110)의 광전 효율을 감소시키는 문제가 발생한다.
또한, 제2 반사 방지막(132)의 두께가 하한치(약 50nm)에 미달되면, 반사 방지막의 기능을 정상적으로 수행하지 못하고, 상한치(약 70nm)를 초과하면 제2 반사 방지막(132)에서 빛이 흡수되는 문제가 발생한다.
전면 전극부(140)는, 도 1 및 도 2에 도시한 것처럼, 복수의 전면 전극(141)과 복수의 전면전극용 집전부(142)를 구비한다.
복수의 전면 전극(141)은 에미터부(120)와 전기적·물리적으로 연결되어 있고, 거의 평행하게 정해진 방향으로 뻗어 있다.
복수의 전면 전극(141)은 에미터부(120)쪽으로 이동한 전하, 예를 들면 전자를 수집한다.
복수의 전면전극용 집전부(142)는 에미터부(20) 위에 복수의 전면 전극(141)과 교차하는 방향으로 거의 평행하게 뻗어 있고, 에미터부(120)뿐만 아니라 복수의 제1 전극(141)과 전기적·물리적으로 연결되어 있다.
복수의 전면전극용 집전부(142)는 복수의 전면전극(141)과 동일 층에 위치하여, 복수의 전면전극용 집전부(142)는 각 전면 전극층(141)과 교차하는 지점에서 해당 전면 전극(141)과 전기적·물리적으로 연결되어 있다.
복수의 전면 전극용 집전부(142)는 복수의 전면 전극(141)과 연결되어 있으므로, 복수의 전면 전극(141)을 통해 전달되는 전하를 수집하여 외부 장치로 출력한다.
이러한 전면 전극부(140)는 은(Ag)과 같은 도전성 물질을 함유하고 있지만, 이와는 달리, 니켈(Ni), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 티타늄(Ti), 금(Au) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 함유하거나, 이외의 다른 도전성 금속 물질을 함유할 수 있다.
에미터부(120)와 전기적·물리적으로 연결되어 있는 전면 전극부(140)로 인해, 반사 방지부(130)의 제1 반사 방지막(131)은 전면 전극부(140)가 위치하지 않는 에미터부(120) 위에 존재한다.
기판(110)의 후면 위에 위치한 후면 전극(151)은 기판(110)의 후면 거의 전체면에 위치한다. 이러한 복수의 후면 전극(151)은 기판(110)쪽으로 이동하는 전하, 예를 들어 정공을 수집한다.
후면 전극(151)은 알루미늄(A)과 같은 적어도 하나의 도전성 물질을 함유하고 있지만, 대안적인 실시예에서, 니켈(Ni), 구리(Cu), 은(Ag), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 티타늄(Ti), 금(Au) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 함유하거나, 이외의 다른 도전성 물질을 함유할 수 있다.
후면 전극(151)과 기판(110) 사이에 위치한 후면 전계부(171)는 기판(110)과 동일한 도전성 타입의 불순물이 기판(110)보다 고농도로 도핑된 영역, 예를 들면, p+ 영역이다.
기판(110)과 후면 전계부(171)와의 불순물 농도 차이로 인해 전위 장벽이 형성되어 기판(110) 후면쪽으로의 전자 이동이 방해되어, 기판(110)의 표면 근처에서 전자와 정공이 재결합하여 소멸되는 것을 감소시킨다.
이러한 구조 이외에 태양 전지(1)는 기판(110)의 후면에 위치하는 복수의 후면전극용 집전부를 더 구비할 수 있다.
복수의 후면전극용 집전부는, 복수의 전면전극용 집전부(142)와 유사하게, 후면 전극(151)과 전기적으로 연결되어 후면 전극(151)으로부터 전달되는 전하를 수집하여 외부 장치로 출력한다. 이러한 후면전극용 집전부는 은(Ag)과 같은 적어도 하나의 도전성 물질을 함유한다.
이와 같은 구조를 갖는 본 실시예에 따른 태양 전지(1)의 동작은 다음과 같다.
태양 전지(1)로 빛이 조사되어 에미터부(120)를 통해 반도체의 기판(110)으로 입사되면 빛 에너지에 의해 반도체의 기판(110)에서 전자-정공 쌍이 발생한다.
이때, 반사 방지부(130)에 의해 기판(110)으로 입사되는 빛의 반사 손실이 줄어들어 기판(110)으로 입사되는 빛의 양은 증가한다.
이들 전자-정공 쌍은 기판(110)과 에미터부(120)의 p-n접합에 의해 서로 분리되어 전자는 n형의 도전성 타입을 갖는 에미터부(120)쪽으로 이동하고, 정공은 p형의 도전성 타입을 갖는 기판(110)쪽으로 이동한다. 이처럼, 에미터부(120)쪽으로 이동한 전자는 주로 복수의 전면 전극(141)에 의해 수집되어 복수의 전면전극용 집전부(142)로 이동하고, 기판(110)쪽으로 이동한 정공은 후면 전계부(171)를 통해 후면 전극(151)에 의해 수집된다. 이러한 복수의 전면전극용 집전부(142)와 후면 전극(151)을 도선으로 연결하면 전류가 흐르게 되고, 이를 외부에서 전력으로 이용하게 된다.
이때, 주로 부동화 효과를 갖는 제1 반사 방지막(131)과 주로 반사 방지 기능을 갖는 제2 반사 방지막(132)으로 이루어진 반사 방지부(130)에 의해 전하의 손실량이 감소하고 빛의 입사량이 증가하여 태양 전지(1)의 효율이 향상된다.
다음, 도 3 및 도 4뿐만 아니라 도 5a 내지 도 5f를 참고로 하여 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지(1)의 제조 방법에 대하여 설명하다.
도 5a 및 도 5f는 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 순차적으로 도시한 단면도이다.
먼저, 도 5a에 도시한 것처럼, 기판(110)의 전면을 텍스처링하여, 복수의 함몰부(190)를 포함하는 텍스처링 표면을 형성할 수 있다.
본 실시예에서 레이저 조사 장치(도시하지 않음)에서 조사되는 레이저 빔을 이용하여 기판(110)의 표면을 별도의 마스크를 도포하지 않고 직접 텍스처링한다. 레이저 속도를 조절하여 각각의 함몰부의 깊이를 조절할 수 있으며, 레이저의 주파수를 조절하여 인접한 두 개의 함몰부 각각의 중심부 사이의 간격을 조절할 수 있다. 또한, 레이저 빔의 조사 방향(조사 각도)를 조절하여 도 4의 (a), (c), (d) 및 (f)와 같이 상기 기판에 대해 서로 다른 각도를 갖도록 형성하는 것도 가능하다. 본 실시예에 따른 복수의 함몰부의 깊이는 약 10㎛ 내지 약 70㎛이며, 인접한 두 개의 함몰부 각각의 중심부 사이의 간격은 약 30㎛ 내지 약 70㎛이다.
본 실시예에서는, 도 1 및 도 3에 도시한 것처럼, 제1 방향을 따라서 레이저 조사 장치에서 조사되는 레이저 빔을 일정한 속도로 이동하여 동일한 간격으로 복수의 함몰부(191, 192)를 형성한다. 여기서 제1 방향은 제1 함몰부(191)의 중심에서 제2 함몰부(192)의 중심으로의 방향을 의미하며, 간격이 동일하다는 것은 인접한 두 함몰부의 중심부 사이의 간격이 동일함을 의미한다.
또한, 제1 방향으로 인접하는 제1 함몰부(191) 및 제2 함몰부(192)에 동시에 인접하는 제3 함몰부(193)를 레이저 빔의 조사 위치를 조절하여 형성할 수 있으며, 본 실시예에서, 제3 함몰부(193)의 중심부는 제1 함몰부의 중심부(191)와 제2 함몰부의 중심부(192)의 사이에 대응하는 영역에 위치하도록 형성한다. 다시 말해, 서로 인접한 3개의 함몰부(191,192,193)가 삼각 형상의 배열 갖도록 형성한다. 이때, 수광 면적을 증가시키기 위하여 함몰부 수직방향 또는 레이저 입사 방향 단면의 형상을 반원형 또는 반타원형으로 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 제1 함몰부(191)의 중심부와 제2 함몰부(192)의 중심부 사이의 간격(d11)은 제2 함몰부(192)의 중심부와 제3 함몰부(193)의 중심부 사이의 간격(d12) 및 제3 함몰부(193)의 중심부와 제1 함몰부(191)의 중심부 사이의 간격(d13)과 실질적으로 동일하게 형성하는 것이 바람직하나 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 제3 함몰부의 중심부로부터 제1 방향을 따라서 동일한 간격으로 복수의 함몰부를 형성 할 수 있다. 도 1 및 도 3에서 제1 방향은 전면 전극(141)이 형성된 방향과 교차하는 방향으로 거의 나란한 방향이나, 이에 한정되지 아니한다.
이때, 별도의 마스크를 도포하지 않고 원하는 크기와 형상을 갖는 텍스처링 패턴을 레이저를 이용하여 직접 형성하므로, 제조 공정이 간단해지며 제조 단가를 낮추는 효과가 있다. 또한 레이저 텍스처링은 다결정 실리콘 웨이퍼의 결정학적인 방향(crystallographic orientation)과 결정립 크기에 의존하지 않고 다결정 실리콘의 텍스처링에 기여할 수 있다.
도면에는 생략되어 있으나, 복수의 함몰부를 텍스처링 한 후, 습식 식각을 통하여 손상층을 제거 할 수 있다. 이때, 슬라이싱 가공 시 형성된 손상층(saw damage)의 제거와 레이저 텍스처링 시 형성된 손상층(laser damage)의 제거를 동시에 할 수 있다. 습식 식각단계에서 슬라이싱 가공 시 형성된 손상층과 레이저 텍스처링 시 형성된 손상층을 동시에 제거하여 제조 공정을 간단히 하며, 공정시간을 단축하는 효과가 있다.
다음, 도 5b에 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 n형의 에미터부(120)를 형성한다.
n형의 기판(110)이 붕소(B) 불순물을 함유하고 있을 경우, 기판(110)은 약 3×016 atoms/cm3 내지 5×1016 atoms/cm3 농도의 붕소(B)를 함유할 수 있다.
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 에미터부를 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.
다음, 도 5c에 도시한 것처럼, 플라즈마 화학 기상 증착법(plasma enhanced chemical vapor deposition, PECVD)과 같은 화학 기상 증착법(chemical vapor deposition, CVD)을 이용하여 실리콘 질화막(SiNx)을 에미터부(120)의 전면 위에 적층하여 제1 반사 방지막(131)을 형성한다. 이때, 형성되는 제1 반사 방지막(131)의 두께는 약 30㎚ 내지 50㎚이다.
제1 반사 방지막(131)을 형성하기 위해 챔버 안에 공급되는 가스는 질소, 수소, 실란(SiH4) 및 암모니아(NH3) 가스일 수 있다. 경우에 따라, 암모니아(NH3)는 공급되지 않을 수도 있다.
종래에, 실리콘 질화막(SiNx)으로 이루어진 고굴절률의 하부막과 실리콘 산화막(SiOx)으로 이루어 저굴절률의 상부막을 형성할 경우, 하부막은 약 70㎚ 내지 100㎚의 두 내지 80㎚의 두께를 갖고 상부막은 약 90㎚ 내지 100㎚의 두께를 갖고 있었다. 일반적으로 굴절률의 균일성 확보가 어렵고 매 공정 시 동일한 특성을 나타내는 공정의 재현성이 낮아 고굴절률을 갖는 막의 형성이 어려워 형성되는 막의 두께가 두꺼울수록 막 특성이 나빠진다. 하지만, 본 실시예의 경우, 고굴절률을 갖는 제1 반사 방지막(131)의 두께가 약 30㎚ 내지 50㎚로서 종래의 약 90㎚ 내지 100㎚보다 크게 감소하므로, 고굴절률의 제1 반사 방지막(131)의 형성이 종래에 비해 용이하고 형성된 제1 반사 방지막(131)의 특성 또한 향상된다. 또한 반사 방지막의 두께가 증가할수록, 반사 방지막에서 흡수되는 빛의 양이 증가한다. 하지만 본 실시예에 따라 제1 반사 방지막(131)의 두께가 종래보다 감소하므로, 반사 방지막(131)에서 흡수되는 빛의 양이 종래의 하부 반사 방지막에서 흡수되는 양보다 감소하여 태양 전지의 효율이 향상된다.
그런 다음, 도 5d에 도시한 것처럼, 수소(H) 분위기에서 제1 반사 방지막(131) 위에 화학 기상 증착법으로 실리콘 질화막(SiNx)을 적층하여 제2 반사 방지막(132)을 형성한다. 제1 반사 방지막(131)의 경우와 마찬가지로, 제2 반사 방지막(132)을 형성하기 위해 챔버 안에 공급되는 가스는 질소, 수소, 실란(SiH4) 및 암모니아(NH3) 가스일 수 있다.
이처럼, 제1 및 제2 반사 방지막(131 132)이 모두 동일한 재료인 실리콘 질화막(SiNx)으로 이루어지므로, 제1 및 제2 반사 방지막(131, 132)은 하나의 챔버 내에서 서로 다른 굴절률과 두께만을 갖도록 순차적으로 형성된다. 즉, 제1 및 제2 반사 방지막(131, 132)을 형성하기 위해 챔버 내로 분사되는 물질의 종류는 동일하므로, 공정 조건을 변경하여 제1 반사 방지막(131)과 제2 반사 방지막(132)을 순차적으로 형성한다. 수소(H)의 함량이 높을수록 굴절률은 증가하고 질소(N)의 함량이 높을수록 굴절률은 낮아지므로, 제1 및 제2 반사 방지막(131, 132)의 굴절률에 따라 수소와 질소의 공급량을 제어하고, 또한 제1 및 제2 반사 방지막(131, 132)의 두께에 따라 공정 시간을 제어한다. 이때, 수소(H)의 공급량이 많아져, 실리콘(Si)과 수소(H)에 의해 댕글링 본드와 같은 결함이 감소하여 부동화 효과가 향상된다.
이에 비해, 하나의 챔버에서 서로 다른 물질을 이용하여 제1 및 제2 반사 방지막을 형성할 경우, 제1 반사 방지막을 형성한 후 제2 반사 방지막을 형성하기 위해 챔버의 환경을 변경해야 하는 번거로움이 발생하거나, 서로 다른 두 개의 챔버를 이용하여 제1 및 제2 반사 방지막을 형성할 경우, 챔버의 개수가 증가하여 제조 비용이 크게 증가하고 기판을 해당 챔버로 이동시켜야 하므로 제조 시간이 증가한다.
이로 인해, 본 실시예를 이용하여 제1 및 제2 반사 방지막(131, 132)을 순차적으로 형성할 경우, 챔버를 이동하거나 챔버의 환경을 변경해야 하는 번거로움이 없으므로, 제조 시간이 줄어들고 제조 공정이 용이해진다. 또한, 하나의 챔버만 이용해야 하므로, 두 개의 챔버를 이용하는 경우에 비하여 제조 비용이 크게 줄어든다.
다음, 도 5e에 도시한 것처럼, 스크린 인쇄법(screen printing)을 이용하여, 원하는 부분에 은(Ag)을 포함한 전면전극부 페이스트를 도포한 후, 약 170℃에서 건조시켜, 전면전극부 패턴(40)을 형성한다. 이때, 전면전극부 패턴(40)은 전면전극 패턴부와 집전부 패턴부를 구비한다.
이때, 전면전극부 페이스트는 은(Ag) 대신 니켈(Ni), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 티타늄(Ti), 금(Au) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
그런 다음, 도 5f에 도시한 것처럼, 스크린 인쇄법을 이용하여, 기판(110) 후면의 해당 부분에 알루미늄(Al)을 함유한 후면전극 페이스트를 도포한 후 건조시켜, 후면전극 패턴(50)을 형성한다.
이때, 후면전극 페이스트는 알루미늄(Al) 대신 니켈(Ni), 구리(Cu), 은(Ag), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 티타늄(Ti), 금(Au) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이때, 전면전극부 패턴(40)과 후면전극 패턴(50)의 형성 순서는 변경 가능하다.
그런 다음, 약 750℃ 내지 약 800℃의 온도에서 소성하여(firing), 복수의 전면 전극(141)과 복수의 전면전극용 집전부(142), 후면 전극(151) 및 후면 전계부(171)를 형성한다.
즉, 열처리가 시행되면, 전면전극부 패턴(40)에 함유된 납(Pb) 등에 의해 전면전극부 패턴(40)은 접촉 부위의 제2 및 제1 반사 방지막(132, 131)을 차례로 관통하고, 이로 인해, 에미터부(120)와 접촉하는 복수의 전면전극(141)과 복수의 전면전극용 집전부(142)가 형성되어 전면전극부(140)를 완성한다. 이때, 전면전극부 패턴(40)의 전면전극 패턴부는 복수의 전면 전극(141)이 되고, 집전부 패턴부는 복수의 전면전극용 집전부(142)가 된다.
또한 열처리 공정에 의해 후면전극 패턴(50)은 기판(110)과 전기적·물리적으로 연결되는 후면 전극(151)이 되며, 후면 전극(151)의 함유물인 알루미늄(Al)이 후면 전극(151)과 접촉한 기판(110)쪽으로 확산되어 후면 전극(151)과 기판(110)의 사이에 복수의 후면 전계부(171)가 형성된다. 이때, 기판(110)의 후면에 위치하는 에미터부(120)를 넘어서까지 알루미늄(A1)이 확산되어 후면 전계부(171)가 형성될 수 있다. 복수의 후면 전계부(171)는 기판(110)과 동일한 도전형인 p형 도전형을 갖고 있고, 후면 전계부(171)의 불순물 농도는 기판(110)보다 높아, 예를 들어, p+의 도전성 타입을 갖는다. 그런 다음, 레이저 빔을 이용하여 기판(110)의 측면에 형성된 에미터부(120)를 제거하는 측면 분리(edge isolation)를 실시하여(도시하지 않음), 기판(110)의 전면에 형성된 에미터부(120)와 기판(110)의 후면에 형성된 에미터부(120)를 전기적으로 분리하여 태양 전지(1)를 완성한다(도 1 및 도 2).
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따라 인접한 3개의 함몰부를 삼각 형상으로 배치되도록 기판(110)을 레이저 텍스처링하고 동일한 물질로 제1 및 제2 반사 방지막(131, 132)을 형성할 경우, 도 6 및 도 7를 참고로 하여 레이저 텍스처링 및 제1 및 제2 반사 방지막(131, 132)에 의한 반사 방지 효율을 살펴본다.
도 6은 비교예와 본 발명의 실시예에에 따라 텍스처링 한 후 반사 방지부를 형성하기 전, 빛의 파장에 따른 빛의 반사율 그래프이고, 도 7은 비교예와 본 발명의 실시예에 따라 텍스처링 하고, 제1 반사 방지막 및 제2 반사 방지막을 형성한 후, 빛의 파장에 따른 빛의 반사율 그래프이다.
도 6 및 도 7 각각에서, 제1 그래프(①)는 비교예에 따라 다결정 실리콘 기판을 습식 식각법으로 슬라이싱 가공 시 형성된 손상층을 제거하는 표면 처리 내지 텍스처링을 한 후, 빛의 파장에 따른 반사율을 나타낸 그래프이고, 제2 그래프(②)는 본 발명의 한 실시예에 따라 레이저를 이용하여 복수의 함몰부를 형성하여 텍스처링한 후, 빛의 파장에 따른 반사율을 나타낸 실시예의 그래프이다.
도 6과 비교할 때, 도 7은 에미터부 위에 제1 반사 방지막 및 제2 반사 방지막으로 이루어진 반사 방지부를 형성한 후, 빛의 파장에 따른 반사율을 나타내는 그래프이다. 이때, 제2 반사 방지막의 굴절률은 1.8이었고 제1 반사 방지막의 굴절률은 2.3였다.
도 6에 도시한 그래프를 기초로 하면, 비교예의 경우(①), 빛의 모든 파장대에 걸친 평균 반사율은 약 30%이였다. 이에 비하여, 본 실시예일 경우(②), 빛의 모든 파장대에 걸친 평균 반사율은 약 19% 였다. 도 7에 도시한 그래프를 기초로 하면, 비교예의 경우(①), 빛의 모든 파장대에 걸친 평균 반사율은 약 6.5%이였다. 이에 비하여, 본 실시예일 경우(②), 빛의 모든 파장대에 걸친 평균 반사율은 약 5.8% 였다.
이와 같이, 본 실시예에 따라 레이저 텍스처링 한 경우 빛의 반사율이 감소함을 알 수 있다.
또한 도 6와 도 7를 비교하여 보면, 본 실시예에 따라 레이저 텍스처링 한 후, 제2 반사 방지막의 굴절률을 약 2.5로 하고 제1 반사 방지막의 굴절룰을 약 1.8로 할 경우, 빛의 반사율이 현저히 감소함을 알 수 있다.
또한, 도 7에 도시한 것처럼, 빛의 파장이 약 700㎚이하의 단파장일 경우, 빛의 반사율이 크게 감소함을 알 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 반사 방지부(130)는 장파장의 빛보다 단파장 빛에 대한 반사 방지에 효과적임을 알 수 있다.
일반적으로 기판(110) 내로 흡수된 장파장에 의해 생성된 소수 캐리어(이하, '장파장 소수 캐리어'라 함)가 전면 전극부(140)쪽으로 이동하는 거리(즉, 소수 캐리어의 벌크 생존 시간)는 단파장에 의해 생성된 소수 캐리어(이하, '단파장 소수 캐리어'라 함)가 전면 전극부(140)쪽으로 이동하는 거리보다 훨씬 길다.
용융법으로 제조되어 순도가 5N이하인 기판(110)을 이용하여 태양 전지(1)를 제조할 경우, 소수 캐리어(예, 전자)의 벌크 생존 시간이 약 0.1㎲ 내지 2㎲로서 매우 짧으므로, 장파장 소수 캐리어의 많은 양이 정상적으로 전면 전극부(140)로 전송되지 못하고 이동 도중에 소멸되는 반면, 대부분의 단파장 소수 캐리어는 전면 전극부(140)로 전송되어 정상적으로 출력된다. 결국, 기상법으로 제조된 기판보다 낮은 순도를 갖는 기판(110)을 이용하여 태양 전지를 제조할 할 경우, 장파장 빛의 흡수 효율보다 단파장 빛의 흡수 효율을 향상시키는 것이 태양 전지의 효율에 많은 영향을 미치게 된다. 따라서, 본 실시예에 따른 반사 방지부(130)를 이용할 경우 장파장의 빛보다 단파장 빛에 대한 반사 방지 효과가 좋기 때문에, 벌크 생존 기간이 짧은 순도가 5N이하인 기판이나 메탈로지칼급 실리콘 기판을 이용한 태양 전지에 더욱더 효율적이다.
1: 태양 전지
40: 전면전극부 패턴 50: 후면전극 패턴
110: 기판 120: 에미터부
130: 반사 방지부 131: 제1 반사 방지막
132: 제2 반사 방지막 140: 전면전극부
141: 전면 전극 142: 전면전극용 집전부
151: 후면 전극 171: 후면 전계부
190, 191,192, 193: 함몰부

Claims (30)

  1. 제1 도전성 타입의 불순물과 금속 불순물을 함유하는 반도체 기판,
    상기 제1 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입을 가지고 상기 반도체 기판과 p-n 접합을 형성하는 에미터부,
    상기 에미터부와 연결되어 있는 제1 전극, 그리고
    상기 반도체 기판에 연결되어 있는 제2 전극을 포함하고,
    상기 반도체 기판의 적어도 한 면에는 서로 인접한 3개의 함몰부가 삼각 형상의 배열을 갖도록 배치되는 태양전지
  2. 제1항에서,
    상기 에미터부 위에 위치하고, 제1 굴절률을 갖는 제1 반사 방지막과 상기 제1 굴절률과 다른 제2 굴절률을 가지는 제2 반사 방지막을 포함하는 반사 방지부를 더 포함하는 태양전지.
  3. 제1 도전성 타입의 기판,
    상기 제1 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입을 가지고 상기 기판과 p-n 접합을 형성하는 에미터부,
    상기 에미터부 위에 위치하고, 제1 굴절률을 갖는 제1 반사 방지막과 상기 제1 굴절률과 다른 제2 굴절률을 가지는 제2 반사 방지막을 포함하는 반사 방지부
    상기 에미터부와 연결되어 있는 제1 전극, 그리고
    상기 기판에 연결되어 있는 제2 전극을 포함하고,
    상기 기판의 적어도 한 면에는 서로 인접한 3개의 함몰부가 삼각 형상의 배열 갖도록 배치되는 태양전지
  4. 제3항에서,
    상기 기판은 다결정 실리콘 기판으로 이루어져 있는 태양 전지.
  5. 제1항 또는 제3항에서,
    상기 함몰부의 형상은 원형, 타원형 및 다각형 중 어느 하나인 태양 전지.
  6. 제1항 또는 제3항에서,
    상기 함몰부의 단면의 형상은 반원 및 반타원 중 어느 하나인 태양 전지.
  7. 제1항 또는 제3항에서,
    상기 함몰부 중 적어도 하나의 깊이는 10㎛이상인 태양 전지.
  8. 제1항 또는 제3항에서,
    인접한 두 개의 함몰부 각각의 중심부 사이의 간격은 30㎛ 내지 70㎛인 태양 전지.
  9. 제2항 또는 제3항에서,
    상기 제1 반사 방지막은 상기 제2 반사 방지막과 동일한 물질로 이루어져 있는 태양전지.
  10. 제9항에서,
    상기 동일한 물질은 실리콘 질화막인 태양 전지.
  11. 제2항 또는 제3항에서,
    상기 제2 반사 방지막은 상기 제1 반사 방지막 위에 위치하고, 상기 제1 굴절률은 상기 제2 굴절률보다 큰 태양 전지.
  12. 제11항에서,
    상기 제1 굴절률은 2.3 내지 2.9이고, 상기 제2 굴절률은 1.7 내지 2.2인 태양 전지.
  13. 제1 도전형 타입의 불순물과 금속 불순물을 함유하는 기판에 3개 이상의 함몰부를 형성하는 단계,
    상기 기판에 상기 제1 도전형 타입과 다른 제2 도전형 타입의 에미터부를 형성하는 단계, 그리고
    상기 에미터부와 전기적으로 연결되는 제1 전극과 상기 기판과 전기적으로 연결되는 제2 전극을 형성하는 단계
    를 포함하고,
    상기 함몰부를 형성하는 단계는 서로 인접한 3개의 상기 함몰부가 삼각 형상의 배열을 갖도록 형성하는 단계를 포함하는 태양 전지의 제조 방법.
  14. 제13항에서,
    상기 에미터부 위에 제1 굴절률을 갖는 제1 반사 방지막을 형성하고, 상기 제1 반사 방지막 위에 위치하고 상기 제1 굴절률보다 작은 제2 굴절률을 갖는 제2 반사 방지막을 형성하여 반사 방지부를 형성하는 단계를 더 포함하는 태양 전지의 제조 방법.
  15. 제1 도전형 타입의 기판에 3개 이상의 함몰부를 형성하는 단계,
    상기 기판에 상기 제1 도전형 타입과 다른 제2 도전형 타입의 에미터부를 형성하는 단계,
    상기 에미터부 위에 제1 굴절률을 갖는 제1 반사 방지막을 형성하고, 상기 제1 반사 방지막 위에 위치하고 상기 제1 굴절률보다 작은 제2 굴절률을 갖는 제2 반사 방지막을 형성하여 반사 방지부를 형성하는 단계, 그리고
    상기 에미터부와 전기적으로 연결되는 제1 전극과 상기 기판과 전기적으로 연결되는 제2 전극을 형성하는 단계
    를 포함하고,
    상기 함몰부를 형성하는 단계는 서로 인접한 3개의 상기 함몰부가 삼각 형상의 배열을 갖도록 형성하는 단계를 포함하는 태양 전지의 제조 방법.
  16. 제15항에서,
    상기 기판은 다결정 실리콘 기판인 태양 전지의 제조 방법
  17. 제13항 또는 제15항에서,
    상기 함몰부를 형성하는 단계는 레이저를 이용하여 가공하는 단계를 포함하는 태양 전지의 제조 방법.
  18. 제13항 또는 제15항에서,
    상기 함몰부를 형성하는 단계는 레이저 속도를 조절하여
    각각의 함몰부의 깊이를 조절하는 단계를 포함하는 태양 전지의 제조 방법
  19. 제13항 또는 제15항에서,
    상기 함몰부를 형성하는 단계는 레이저의 주파수를 조절하여
    인접한 두 개의 함몰부 각각의 중심부 사이의 간격을 조절하는 단계를 포함하는 태양 전지의 제조 방법
  20. 제13항 또는 제15항에서,
    상기 함몰부의 형상은 원형, 타원형 및 다각형 중 어느 하나인 태양 전지의 제조 방법.
  21. 제13항 또는 제15항에서,
    상기 함몰부를 형성하는 단계는
    상기 함몰부의 단면의 형상을 반원과 반타원 중 어느 하나의 형상으로 형성하는 단계를 포함하는 태양 전지의 제조 방법.
  22. 제13항 또는 제15항에서,
    상기 함몰부를 형성하는 단계는
    제1 방향을 따라 동일한 간격으로 복수의 함몰부를 형성하는 단계를 포함하는 태양 전지의 제조 방법.
  23. 제14항 또는 제15항에서,
    상기 제1 굴절률은 2.3 내지 2.9이고, 상기 제2 굴절률은 1.7 내지 2.2인 태양 전지의 제조 방법.
  24. 제14항 또는 제15항에서,
    상기 제1 반사방지막과 상기 제2 반사방지막은 동일한 물질로 형성하는 태양 전지의 제조 방법
  25. 제24항에서
    동일한 물질은 실리콘 질화막인 태양 전지의 제조 방법.
  26. 제14항 또는 제15항에서,
    상기 반사 방지부 형성 단계는 챔버에서 상기 에미터부 위에 상기 제1 반사 방지막을 형성하는 단계 그리고 상기 챔버에서 상기 제1 반사 방지막 위에 상기 제2 반사 방지막을 형성하는 단계를 포함하는 태양 전지의 제조 방법.
  27. 제26항에서,
    상기 반사 방지부 형성 단계는 챔버에서 상기 에미터부 위에 공정 가스의 주입량을 변화시키면서 상기 제1 반사 방지막과 상기 제1 반사 방지막 위에 상기 제2 반사 방지막을 형성하는 태양 전지의 제조 방법.
  28. 제27항에서,
    상기 공정 가스는 암모니아 가스(NH3)와 실란 가스(SiH4)를 포함하는 태양 전지의 제조 방법.
  29. 제14항 또는 제15항에서,
    상기 제1 및 제2 전극 형성 단계는,
    상기 반사 방지부 위에 제1 페이스트를 인쇄하여 제1 전극 패턴을 형성하는 단계,
    상기 기판 위에 제2 페이스트를 인쇄하여 제2 전극 패턴을 형성하는 단계, 그리고
    상기 제1 및 제2 전극 패턴을 구비한 상기 기판을 열처리하여 상기 제1 전극과 상기 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하는 태양 전지의 제조 방법.
  30. 제29항에서,
    상기 제1 및 제2 전극 형성 단계는 상기 기판을 열처리할 때, 상기 제2 전극 하부에 후면 전계부가 형성되는 단계를 더 포함하는 태양 전지의 제조 방법.
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