KR101112081B1 - 태양전지 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

태양전지 및 그 제조방법이 개시된다. 본 발명에 따른 태양전지는, 단위셀 영역(A)과 배선 영역(B)으로 구성되는 단위 태양전지 영역(A, B)이 배열되는 기판(100); 기판(100) 상의 단위셀 영역(A, B) 상에 형성되는 하부전극(200a); 기판(100) 상의 배선 영역(Bn) 상에 하부전극(200a)과 제1 트렌치(T1)를 두고 동일층으로 형성되되, 인접하는 다른 단위 태양전지 영역(An +1, Bn +1)의 하부전극(200a)과 연결되는 하부연결전극(200b); 하부전극(200a) 상에 형성되며 다수개의 반도체층이 적층된 광전소자부(300a); 광전소자부(300a)와 동일층으로 하부연결전극(200b) 상에 형성되되, 반도체층 중 일부 반도체층에 제2 트렌치(T2)가 형성된 더미광전소자(300b); 및 제2 트렌치(T2)에 의해 분리되되, 광전소자부(300a)와 제1 트렌치(T1)에 의해 노출된 하부연결전극(200b)을 전기적으로 연결시키는 상부전극(400)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

태양전지 및 그 제조방법{SOLAR CELL AND METHOD FOR FABRICATING THE SAME}
본 발명은 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 식각 단계를 분리(예를 들면, 레이저 스크라이빙과 습식식각)하여 반도체층 중 일부(예를 들면, n 형 반도체층)만을 제거할 수 있도록 하여 보다 효율적(보다 간단한 구조)으로 직렬 방식을 구현할 수 있는 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것이다.
종래의 박막형 태양전지는 광전 변환 효율이 대략 10% 미만에 불과하여 실제로 상용화 되기에는 여러가지 어려움이 있었다. 이를 해결하기 위해, 다수개의 광전소자를 전기적으로 직렬 방식으로 연결시켜 우수한 광전 변환 효율을 구현하는 기술이 개발되어 왔다.
이러한 직렬 방식의 태양전지는 수평으로 배열된 다수개의 광전소자를 전극(배선)으로 직렬 연결시켜 필요한 전력을 얻는 방식이다.
그러나, 종래의 직렬 방식의 태양전지는 단위 태양전지 사이의 분리를 위해서는 광전소자에 포함되는 적층된 반도체층을 모두 식각하여야 하기 때문에 복잡한 구조를 가지는 문제점이 있었다. 이를 해결하고 보다 단순한 구조를 구현하기 위해 반도체층 중 전도성이 높은 반도체층만을 제거할 수도 있으나, 동일한 재질로 구성되는 광전소자에서 일부 반도체층만을 선택적으로 제거하는 것은 현실적으로 매우 어려운 한계가 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 광전소자 중 일부 반도체층만을 패터닝할 수 있는 태양전지 및 그 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 식각공정(상기 일부 반도체층 패터닝 공정)시 마스크 기능과 광전변환시 반사판 기능을 모두 얻을 수 있는 마스크층을 구비하는 태양전지 및 그 제조방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.
본 발명의 상기 목적은 단위셀 영역과 배선 영역으로 구성되는 단위 태양전지 영역이 배열되는 기판; 상기 기판 상의 상기 단위셀 영역 상에 형성되는 하부전극; 상기 기판 상의 상기 배선 영역 상에 상기 하부전극과 제1 트렌치를 두고 동일층으로 형성되되, 인접하는 다른 단위 태양전지 영역의 하부전극과 연결되는 하부연결전극; 상기 하부전극 상에 형성되며 다수개의 반도체층이 적층된 광전소자부; 상기 광전소자부와 동일층으로 상기 하부연결전극 상에 형성되되, 상기 반도체층 중 일부 반도체층에 제2 트렌치가 형성된 더미광전소자; 및 상기 제2 트렌치에 의해 분리되되, 상기 광전소자부와 상기 제1 트렌치에 의해 노출된 상기 하부연결전극을 전기적으로 연결시키는 상부전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지에 의해 달성된다.
이때, 상기 일부 반도체층은 적층된 반도체층 중 가장 저항이 작은 반도체층을 포함할 수 있다.
상기 가장 저항이 작은 반도체층은 n 형 반도체층일 수 있다.
상기 일부 반도체층은 적층된 반도체층 중 가장 저항이 큰 반도체층을 더 포함할 수 있다.
상기 가장 저항이 큰 반도체층은 i 형 반도체층일 수 있다.
상기 상부전극 상에는 빛을 반사시키는 물질을 포함하는 마스크층이 더 형성될 수 있다.
상기 물질은 산화티타늄(TiO2)일 수 있다.
상기 상부전극은 투명 전도성 소재 또는 금속 소재이거나 이들의 적층 구조일 수 있다.
상기 상부전극을 분리하는 상기 제2 트렌치는 레이저 스크라이빙에 의해 형성될 수 있다.
상기 반도체층 중 일부를 분리하는 상기 제2 트렌치는 포토리소그래피에 의해 형성될 수 있다.
상기 포토리소그래피는 습식식각을 포함할 수 있다.
상기 기판 상의 상기 배선영역 상에 위치하며, 상기 하부전극 및 상기 광전소자부의 측면과 상기 상부전극 사이에는 측벽 절연층이 더 형성될 수 있다.
상기 측벽 절연층의 소재는 실리콘 산화물(SiOx), 실리콘 질화물(SiNx), 폴리머, 레진 중 어느 하나 또는 이들 중 둘 이상을 포함할 수 있다.
상기 반도체층은 실리콘층일 수 있다.
또한, 본 발명의 상기 목적은 (a) 단위셀 영역과 배선 영역으로 구성되는 단위 태양전지 영역이 배열되는 기판을 제공하는 단계; (b) 상기 기판 상에 하부 전도층, 다수개의 반도체층을 순차적으로 형성하는 단계; (c) 상기 배선 영역 상에서 상기 하부 전도층 및 상기 반도체층 일부를 동시에 식각하여, 인접하는 다른 단위 태양전지 영역과 분리하는 제1 트렌치를 형성하는 제1 식각 단계; (d) 상기 기판 상부 전면에 상부 전도층과 마스크층을 순차적으로 형성하는 단계; (e) 상기 기판 상의 배선 영역 상에서 상기 마스크층 및 상기 상부 전도층 일부를 동시에 식각하여 제2 트렌치를 형성하는 제2 식각 단계; 및 (f) 상기 다수개의 반도체층 중 상기 제2 트렌치에 의해 노출된 반도체층을 포함하는 일부 반도체층을 식각하는 제3 식각 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법에 의해서도 달성된다.
이때, 상기 일부 반도체층은 상기 다수개의 반도체층 중 가장 저항이 작은 반도체층을 포함할 수 있다.
상기 가장 저항이 작은 반도체층은 n 형 반도체층일 수 있다.
상기 일부 반도체층은 적층된 반도체층 중 가장 저항이 큰 반도체층을 더 포함할 수 있다.
상기 가장 저항이 큰 반도체층은 i 형 반도체층일 수 있다.
상기 마스크층은 빛을 반사시키는 물질을 포함할 수 있다.
상기 물질은 산화티타늄(TiO2)일 수 있다.
상기 상부 전도층은 투명 전도성 소재 또는 금속 소재이거나 이들의 적층 구조일 수 있다.
상기 제2 식각 단계는 레이저 스크라이빙에 의해 이루어질 수 있다.
상기 제3 식각 단계는 포토리소그래피에 의해 이루어질 수 있다.
상기 포토리소그래피는 습식식각을 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 식각 단계를 분리(예를 들면, 레이저 스크라이빙과 습식식각)하여 반도체층 중 일부(예를 들면, n 형 반도체층)만을 제거할 수 있도록 하여 보다 효율적(보다 간단한 구조)인 태양전지를 구현할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 마스크층에 반사재질의 수지를 포함하여 식각공정(상기 일부 반도체층 패터닝 공정)시 마스크 기능과 광전변환시 반사판 기능을 모두 얻을 수 있는 태양전지를 구현할 수 있다.
도 1 내지 도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 광전소자를 전기적으로 분리하기 위한 제조 과정을 순차적으로 나타내는 도면이다.
도 6 내지 도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 광전소자를 전기적으로 분리하기 위한 제조 과정을 순차적으로 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 다른 형태의 상부 전도층을 나타내는 도면이다.
도 12 내지 도 19는 본 발명의 제1 실시예에 따른 직렬 방식의 태양전지의 제조 과정을 순차적으로 나타내는 도면이다.
도 20 및 도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 광전소자부의 상세한 구성을 나타내는 도면이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭하며, 길이 및 면적, 두께 등과 그 형태는 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
[본 발명의 실시예]
제1 실시예
도 1 내지 도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 광전소자를 전기적으로 분리하기 위한 제조 과정을 순차적으로 나타내는 도면이다.
먼저, 도 1을 참조하면, 기판(100)을 제공하는데 기판(100)의 재질은 유리, 플라스틱과 같은 투명 재질 또는 실리콘, 금속[예를 들면, SUS(Stainless Steel)]과 같은 불투명 재질을 모두 사용할 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 공지된 기판 재질을 제한 없이 사용할 수 있다.
이어서, 기판(100) 상부 전면에 전도성 재질의 하부 전도층(200)을 형성할 수 있다. 하부 전도층(200)의 소재는 공지된 전도성 재질을 제한 없이 사용할 수 있다. 예를 들면, 투명 전도성 재질인 경우, 접촉 저항이 낮으면서 투명한 성질을 갖는 투명 전극인 TCO(Transparent Conductive Oxide)을 사용할 수 있는데, 일 예로 AZO(ZnO:Al), ITO(Indium-Tin-Oxide), GZO(ZnO:Ga), BZO(ZnO:B) 및 FTO(SnO2:F) 중 어느 하나 이거나 이들의 조합일 수 있다. 또한, 불투명 재질인 경우, 접촉 저항이 낮으면서 고온 공정을 진행하더라도 전기적 특성이 저하되지 않는 불투명한 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 몰리브덴 텅스텐(MoW) 중 어느 하나이거나 이들의 합금인 것이 바람직하나, 반드시 이에 한정되지 않으며 통상적인 전도성 소재인 구리, 알루미늄, 티타늄 등 및 이들의 합금을 포함할 수도 있다.
하부 전도층(200)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.
이어서, 하부 전도층(200)의 상부 전면에 p 형과 n 형의 반도체층(300)이 적층되거나, p 형, i 형, n 형의 반도체층(300)이 적층될 수 있다. 이러한 반도체층(300)의 재질은 통상적으로 사용되는 실리콘(Si)일 수 있는데, 이하에서는 일 예로 p 형, i 형, n 형의 실리콘층(300)이 적층된 경우를 상정하여 설명하지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
실리콘층(300)의 형성 방법으로는 PECVD 또는 LPCVD와 같은 화학기상 증착법을 포함할 수 있는데, 이러한 실리콘층(300)은 이후 공정에 의하여 단위셀 영역(A)에서는 빛을 수광하여 전력을 생산하는 광전소자의 기능을 수행할 수 있다. 이에 관하여는 도 20 및 도 21을 참조한 이하의 상세한 설명을 통해 자세히 알아보기로 한다.
이어서, 실리콘층(300) 상부 전면에 전도성 재질의 상부 전도층(400)을 형성할 수 있다. 상부 전도층(400)의 소재는 공지된 전도성 재질을 제한 없이 사용할 수 있다. 예를 들면, 투명 전도층인 경우 TCO를 사용할 수 있는데, AZO(ZnO:Al), ITO(Indium-Tin-Oxide), GZO(ZnO:Ga), BZO(ZnO:B) 및 FTO(SnO2:F) 중 어느 하나일 수 있다. 또한, 불투명 전도층인 경우 통상적인 금속 소재를 사용할 수 있는데, 알루미늄(Al), 은(Ag), 금(Au), 구리(Cu), 아연(Zn), 티타늄(Ti) 등의 금속 및 이들의 합금일 수 있다.
다음으로, 도 2를 참조하면, 상부 전도층(400) 상에는 마스크층(10)을 형성할 수 있다. 이러한 마스크층(10)의 재질은 통상적으로 식각 공정시 사용되는 포토레지스트(photoresist)를 사용할 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 마스크 기능을 수행할 수 있는 공지된 물질을 제한없이 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 마스크층(10)은 식각 공정시 사용되는 마스크 기능 외에도 반사판의 기능을 더 수행할 수 있도록 리플렉터 성분의 물질을 포함할 수 있다. 이러한 물질은 일 예로 산화티타늄(TiO2)일 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 빛을 반사시킬 수 있는 공지된 물질을 제한없이 사용할 수 있다.
다음으로, 도 3을 참조하면, 마스크층(10) 및 상부 전도층(400)의 일부를 동시에(일괄적으로) 제1 식각(P1)하여 트렌치(T)를 형성할 수 있다. 이러한 제1 식각(P1)은 상부 전도층(400)의 재질에 따라 패터닝하기 적합한 소정의 레이저 파장을 이용한 레이저 스크라이빙(laser scribing) 방식을 사용할 수 있다.
레이저 스크라이빙법 사용시 레이저의 조사 방향은 도시된 바와 같이 기판(100)의 하측으로부터 조사될 수 있으나 필요에 따라서는 기판(100)의 상측 또는 기판(100)의 상측 및 하측 모두로부터 조사될 수도 있다.
다음으로, 도 4를 참조하면, 제1 식각(P1)으로 형성된 트렌치(T)에 의해 노출된 기판(100) 상의 실리콘층(300) 중 일부층을 제2 식각(P2)할 수 있다. 이러한 제2 식각(P2)은 공지된 포토리소그래피법(photolithography)을 이용할 수 있는데, 특히 습식 식각을 이용하여 실리콘층(300) 중 일부층만을 선택적으로 패터닝할 수 있다.
보다 자세하게 설명하면, 일부 반도체층은 적층된 반도체층 중 가장 저항이 작은 반도체층을 포함할 수 있는데, 여기서 저항이 작은 반도체층은 p 형, i 형, n 형 중 n 형 반도체층일 수 있다.
또한, 본 발명에서, 상기 일부 반도체층은 가장 저항이 큰 반도체층을 더 포함할 수도 있는데, 이는 p 형, i 형, n 형 중에서 n 형 외에도 i 형까지 제거하는 것이 식각공정상 더 용이하기 때문이다.
다음으로, 도 5를 참조하면, 제1, 제2 식각 공정(P1, P2) 이후에는 마스크층(10)을 제거하는 공정을 수행할 수 있다. 이러한 마스크층(10) 제거 공정은 공지된 기술을 제한없이 사용할 수 있는데, 일 예로 마스크층(10)이 포토레지스트(PR)일 경우에는 공지된 에싱(Ashing) 공정, PR 습식 스트립(PR strip) 공정 등을 이용할 수 있다.
다만, 본 발명의 마스크층(10)이 빛을 반사시킬 수 있는 물질을 포함하는 경우에는 이와 같은 마스크층(10) 제거공정이 생략될 수 있는데, 이는 마스크층(10)이 식각공정에서는 마스크 기능을 수행하고 이후 광전변환시에는 반사판의 기능을 모두 수행하기 위함이다.
제2 실시예
이하의 본 발명의 제2 실시예에 따른 광전소자를 전기적으로 분리하기 위한 제조 과정은 식각 공정을 제외한 다른 구성이 본 발명의 제1 실시예와 모두 동일하다. 따라서, 이하의 제2 실시예에서는 본 발명의 제1 실시예와 중복되는 각 구성의 상세한 설명은 생략한다.
도 6 내지 도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 광전소자를 전기적으로 분리하기 위한 제조 과정을 순차적으로 나타내는 도면이다.
먼저, 도 6을 참조하면, 기판(100) 상에 하부 전도층(200), 실리콘층(300), 상부 전도층(400) 및 마스크층(10)을 순차적으로 형성할 수 있다. 이러한 층들의 구성은 상술된 제1 실시예와 동일하게 형성할 수 있다.
다음으로, 도 7을 참조하면, 마스크층(10)의 일부를 제1 식각(P1)하여 트렌치(T)를 형성할 수 있다. 이러한 제1 식각(P1)은 마스크층(10)의 재질에 따라 패터닝하기 적합한 소정의 레이저 파장을 이용한 레이저 스크라이빙(laser scribing) 방식을 사용할 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 로우(low) 파워 레이저를 조사한 후 현상액을 이용하여 트렌치(T)를 형성할 수도 있다.
레이저 스크라이빙법 사용시 레이저의 조사 방향은 도시된 바와 같이 기판(100)의 하측으로부터 조사될 수 있으나 필요에 따라서는 기판(100)의 상측 또는 기판(100)의 상측 및 하측 모두로부터 조사될 수도 있다.
다음으로, 도 8을 참조하면, 제1 식각(P1)으로 형성된 트렌치(T)에 의해 노출된 상부 전도층(400)을 제2 식각(P2)할 수 있다. 이러한 제2 식각(P2)은 공지된 포토리소그래피법(photolithography)을 이용할 수 있는데, 특히 습식 식각을 이용하여 상부 전도층(400)만을 선택적으로 패터닝할 수 있다.
다음으로, 도 9를 참조하면, 제2 식각(P2)으로 형성된 트렌치(T)에 의해 노출된 실리콘층(300) 중 일부층을 제3 식각(P3)할 수 있다. 이러한 제3 식각(P3)은 공지된 포토리소그래피법(photolithography)을 이용할 수 있는데, 특히 습식 식각을 이용하여 실리콘층(300) 중 일부층만을 선택적으로 패터닝할 수 있다.
다음으로, 도 10을 참조하면, 제1 내지 제3 식각 공정(P1, P2, P3) 이후에는 마스크층(10)을 제거하는 공정을 수행할 수 있다. 이러한 마스크층(10) 제거 공정은 공지된 기술을 제한없이 사용할 수 있는데, 일 예로 마스크층(10)이 포토레지스트(PR)일 경우에는 공지된 에싱(Ashing) 공정, PR 습식 스트립(PR strip) 공정 등을 이용할 수 있다.
다만, 본 발명의 마스크층(10)이 빛을 반사시킬 수 있는 물질을 포함하는 경우에는 이와 같은 마스크층(10) 제거공정이 생략될 수 있는데, 이는 마스크층(10)이 식각공정에서는 마스크 기능을 수행하고 이후 광전변환시에는 반사판의 기능을 모두 수행하기 위함이다.
한편, 이상의 실시예들에서는 상부 전도층(400)이 단일층인 것으로 도시되어 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 도 11에 도시된 바와 같이, 상부 전도층(400)은 투명 전도층(410)과 금속층(420)이 적층된 구조로 형성될 수 있으며, 이 경우 투명 전도층(410)과 금속층(420)의 소재는 상기에서 열거된 재료를 제한 없이 적용할 수 있다. 이러한 상부 전도층(400)의 형성 방법으로는 하부 전도층(200)과 마찬가지로 물리기상 증착법 및 화학기상 증착법 등을 포함할 수 있다.
이하의 상세한 설명에서는 일 예로, 실시예들 중 제1 실시예에 따른 광전소자를 전기적으로 분리하기 위한 제조 과정을 이용하여 직렬 방식의 태양전지를 구현하는 경우를 중심으로 설명하지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 제1 실시예가 다른 형태의 직렬 방식 태양전지에 동일하게 적용될 수 있으며, 제2 실시예도 이를 포괄하는 것으로 이해되어야 한다.
직렬 방식의 태양전지
본 명세서에 있어서, 단위셀 영역(A) 이란 전극 사이(하부전극과 상부전극 사이)에 광전소자(반도체층)가 위치하여 실질적으로 태양전지의 광전 변환이 이루어지는 기판 상의 영역을 의미하는 것이다.
또한, 본 명세서에 있어서, 배선 영역(B) 이란 단위셀 영역(A) 사이에 위치하며 단위셀간을 서로 분리함과 동시에 전기적으로는 연결(예를 들면, 직렬 연결)하는 기능을 수행하는 기판 상의 영역을 의미하는 것으로, 실질적으로 태양전지의 광전 변환이 일어나지 않는 데드 영역(dead region)으로 이해될 수 있다.
이와 같은 하나의 단위셀 영역(A)과 하나의 배선 영역(B)이 모여 단위 태양전지 영역(A, B)을 구성하는데, 이러한 단위 태양전지 영역(A, B) 상에는 본 발명의 실시예에 따른 제조 공정에 의해 광전 변환과 배선 기능을 모두 수행할 수 있는 단위 태양전지가 형성된다.
일 예로, 기판 상에는 다수개의 단위 태양전지 영역(A, B)은 행과 열 방향으로 배열될 수 있는데, 임의의 행에서 n 번째(n은 자연수) 단위 태양전지 영역은 단위셀 영역(An)과 배선 영역(Bn)을 포함하여 구성될 수 있다.
이때, n 번째 단위 태양전지 영역(An, Bn)과 인접하는 일측 영역에는 n+1 번째 단위 태양전지 영역[단위셀 영역(An +1)과 배선 영역(Bn +1)], n+2 번째 단위 태양전지 영역[단위셀 영역(An +2)과 배선 영역(Bn +2)] 순서로 단위 태양전지 영역이 배열될 수 있다.
또한, n 번째 단위 태양전지 영역과 인접하는 타측 영역에는 n-1 번째 단위 태양전지 영역[단위셀 영역(An -1)과 배선 영역(Bn -1)], n-2 번째 단위 태양전지 영역[단위셀 영역(An -2)과 배선 영역(Bn -2)] 순서로 1 번째 단위 태양전지 영역까지 배열될 수 있다.
이하의 실시예에서는 설명의 편의를 위해 기판 상의 다수개의 단위 태양전지 영역 중 n 번째 단위 태양전지 영역[단위셀 영역(An)과 배선 영역(Bn)]을 중심으로 그 단면을 도시하여 설명하도록 한다.
도 12 내지 도 19는 본 발명의 제1 실시예에 따른 직렬 방식의 태양전지의 제조 과정을 순차적으로 나타내는 도면이다.
먼저, 도 12를 참조하면, 단위셀 영역(A)과 배선 영역(B)으로 구성되는 단위 태양전지 영역(A, B)이 배열되는 기판(100)을 제공한다. 기판(100)의 재질은 투명한 유리 기판을 사용할 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 제1 실시예와 동일하게 형성할 수 있다.
이어서, 기판(100)의 표면에는 텍스쳐링(texturing)이 수행될 수 있다. 본 발명에서 텍스쳐링이란, 태양전지의 기판 표면에 입사되는 빛이 반사되어 광학적으로 손실됨으로써 그 특성이 저하되는 현상을 방지하지 위한 것이다. 즉, 기판의 표면을 거칠게 만드는 것으로, 기판 표면에 요철 패턴(미도시 함)을 형성하는 것을 말한다. 예를 들면, 텍스쳐링으로 기판의 표면이 거칠어지면 표면에서 한번 반사된 빛이 태양전지 방향으로 재반사될 수 있으므로 빛이 손실되는 것을 감소시킬 수 있고, 광 포획량이 증가되어 태양전지의 광전 변환 효율을 향상시킬 수 있다.
이때, 대표적인 텍스쳐링 방법으로는 샌드 블래스팅 방법을 사용할 수 있다. 본 발명에서의 샌드 블래스팅은 식각 입자를 압축 공기로 분사하여 식각하는 건식 블래스팅과 액체와 함께 식각 입자를 분사하여 식각하는 습식 블래스팅을 모두 포함하는 것이다. 한편, 본 발명의 샌드 블래스팅에 사용되는 식각 입자는 모래, 작은 금속과 같이 물리적 충격으로 기판에 요철을 형성시킬 수 있는 입자를 제한 없이 사용할 수 있다.
이어서, 기판(100) 상에는 반사 방지층(미도시)을 형성할 수 있다. 반사 방지층은 기판(100)을 통하여 입사된 태양광이 광전소자(반도체층)에 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 하부 전도층(200) 및 반도체층(300)을 순차적으로 형성할 수 있는데, 이러한 층들의 구성은 상술된 제1 실시예와 동일하게 형성할 수 있다.
다음으로, 도 13을 참조하면, 기판(100) 상의 배선 영역(B) 상에 위치하는 하부 전도층(200) 및 반도체층(300) 일부를 동시에(일괄적으로) 제1 식각(즉, P1 너비만큼 식각)하여 제1 트렌치(T1)를 형성할 수 있다.
보다 자세하게 설명하면, 제1 식각 공정(P1)에 의해 단위셀 영역(A) 및 배선 영역(B)으로 구성되는 다수개의 단위 태양전지 영역(A, B)은 서로 분리될 수 있다. 예를 들면, n 번째 단위 태양전지 영역[단위셀 영역(An)과 배선 영역(Bn)]은 인접하는 일측 영역의 n+1 번째 단위 태양전지 영역[단위셀 영역(An +1)과 배선 영역(Bn +1)] 및 타측 영역의 n-1 번째 단위 태양전지 영역[단위셀 영역(An -1)과 배선 영역(Bn -1)]과 물리적, 전기적으로 분리될 수 있다.
이러한 제1 식각 공정(P1)의 방법으로는 적외선(Infrared Ray) 또는 자외선(Ultraviolet Rays)의 레이저를 이용한 레이저 스크라이빙법을 사용할 수 있다. 그러나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 공지된 포토리소그래피법을 포함하는 식각 방법을 제한 없이 사용할 수 있다. 레이저 스크라이빙법 사용시 레이저의 조사 방향은 도시된 바와 같이 기판(100)의 하측으로부터 조사될 수 있으나 필요에 따라서는 기판(100)의 상측 또는 기판(100)의 상측 및 하측 모두로부터 조사될 수도 있다.
한편, 이하에서는 상세한 설명에서는, 태양전지의 구동 회로와 등가적으로 설명하기 위하여, 패터닝된 하부 전도층(200)을 단위셀 영역(A) 상에서는 하부전극(200a)으로 설명한다. 또한, 배선 영역(B) 상에서는 하부전극(200a)과 일측이 연결된 경우 하부연결전극(200b)으로 설명한다.
즉, 하부전극(200a)은 이후 설명되는 광전소자부(300a)의 전극 기능을 하며, 하부연결전극(200b)은 하부전극(200a)과 일측이 연결되기 때문에 임의의 단위 태양전지를 인접하는 다른 단위 태양전지와 직렬로 연결시키는 접속부의 기능을 수행할 수 있다.
또한, 패터닝된 반도체층(300)을 단위셀 영역(A) 상에서는 광전소자부(300a)로 배선영역(B) 상에서는 더미광전소자(300b)로 구분하여 설명한다. 즉, 광전소자부(300a)는 광을 수광하여 전자와 정공을 하부전극(200a)과 이후 설명되는 상부전극(400)으로 이동시켜 광기전력(전력)을 생산하는 기능을 수행할 수 있다. 이에 반하여, 더미광전소자(300b)는 실질적으로 전력을 생성하지 않는다.
다음으로, 도 14를 참조하면, 기판(100) 상의 배선영역(B) 상에 위치하며, 하부전극(200a) 및 광전소자부(300a)의 측면을 커버하는 측벽 절연층(350)을 형성할 수 있다.
이러한 측벽 절연층(350)의 재질은 공지된 절연성 재질일 수 있는데, 일 예로 실리콘 산화물(SiOx), 실리콘 질화물(SiNx), 폴리머, 레진(resin) 중 어느 하나이거나 이들 중 둘 이상을 혼합하여 사용할 수 있으며, 이외에도 다양한 공지의 재료를 사용할 수 있다. 측벽 절연층(350)의 형성 방법으로는 노즐로 구성된 헤드를 통하여 소정의 잉크를 분사하는 잉크젯 프린팅법(ink jet printing)을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 공지된 포토리소그래피법, 스크린 인쇄법(screen printing), 롤러 코팅법(roller coating) 등을 제한 없이 사용할 수 있다.
다음으로, 도 15를 참조하면, 기판(100) 상부에 상부 전도층(400)을 형성할 수 있는데, 이러한 상부 전도층(400)의 구성은 상술된 제1 실시예와 동일하게 형성할 수 있다.
다음으로, 도 16을 참조하면, 상부 전도층(400) 상에는 본 발명에 의한 마스크층(10)을 형성할 수 있다. 이러한 마스크층(10)의 재질은 통상적인 포토리소그래피 공정시 사용되는 포토레지스트(PR)를 사용할 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 마스크 기능을 수행할 수 있는 공지된 물질을 제한없이 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 마스크층(10)은 식각 공정시 사용되는 마스크 기능 외에도 반사판의 기능을 더 수행할 수 있도록 리플렉터 성분의 물질을 포함할 수 있다. 이러한 물질은 일 예로 산화티타늄(TiO2)일 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 빛을 반사시킬 수 있는 공지된 물질을 제한없이 사용할 수 있다.
다음으로, 도 17을 참조하면, 마스크층(10) 및 상부 전도층(400)의 일부 영역을 동시에(일괄적으로) 제2 식각(P2)하여 제2 트렌치(T2)를 형성할 수 있다. 이러한 제2 식각(P2)은 상부 전도층(400)의 재질에 따라 패터닝하기 적합한 소정의 레이저 파장을 이용한 레이저 스크라이빙(laser scribing) 방식을 사용할 수 있다.
다음으로, 도 18를 참조하면, 제2 식각(P2)으로 형성된 제2 트렌치(T2)에 의해 노출된 반도체층(300) 중 일부층을 제3 식각(P3)할 수 있다. 이러한 제3 식각(P3)은 공지된 포토리소그래피법(photolithography)을 이용할 수 있는데, 특히 습식 식각을 이용하여 반도체층(300) 중 일부층만을 선택적으로 패터닝할 수 있다. 이때, 습식 식각되는 반도체층(300)은 적층된 반도체층 중 가장 저항이 작은 반도체층을 포함할 수 있는데, 여기서 가장 저항이 작은 반도체층은 p 형, i 형, n 형 중 n 형 반도체층일 수 있다. 또한, 본 발명에서, 습식 식각되는 반도체층(300)은 가장 저항이 큰 반도체층을 더 포함할 수도 있는데, 더 구체적으로 p 형, i 형, n 형 중에서 n 형 외에도 i 형 반도체층을 더 포함할 수 있다. 이는 제3 식각(P3) 공정의 공정 마진을 확보하여 더 용이하게 제3 식각(P3) 공정을 수행하기 위함이다. 한편, 제3 식각(P3) 공정에 의하여 i 형 반도체층을 식각하는 경우, i 형 반도체층의 일부만을 식각할 수도 있다.
따라서, 패터닝된 상부 전도층(400)은 반도체층(300) 상부와 접하며, 제1 트렌치(T1)에 의해 노출된 하부연결전극(200b)의 측면과 접속하여, 인접하는 다른 단위 태양전지 영역 상의 반도체층(300)을 전기적으로 연결시키는 상부전극의 기능을 수행할 수 있다.
이로써, n 번째 단위 태양전지(An, Bn)는 일측 영역에 인접하는 n+1 번째 단위 태양전지(An +1, Bn +1)와 직렬 연결될 수 있고, 이와 동일하게 타측 영역에 인접하는 n-1 번째 단위 태양전지(An -1, Bn -1)와도 직렬 연결되어 직렬 방식의 태양전지를 제공될 수 있다.
마지막으로, 도 19를 참조하면, 제2, 제3 식각 공정(P2, P3) 이후에는 마스크층(10)을 제거하는 공정을 수행할 수 있다. 이러한 마스크층(10) 제거 공정은 공지된 기술을 제한없이 사용할 수 있는데, 일 예로 마스크층(10)이 포토레지스트(PR)일 경우에는 공지된 에싱(Ashing) 공정, PR 습식 스트립(PR strip) 공정 등을 이용할 수 있다.
다만, 본 발명의 마스크층(10)이 빛을 반사시킬 수 있는 물질을 포함하는 경우에는 이와 같은 마스크층(10) 제거공정이 생략될 수 있는데, 이는 마스크층(10)이 식각공정에서는 마스크 기능을 수행하고 이후 광전변환시에는 반사판의 기능을 모두 수행하기 위함이다.
광전소자부의 구성
도 20 및 도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 광전소자부의 상세한 구성을 나타내는 도면이다.
먼저, 도 20을 참조하면, 광전소자부(300a)는 일 예로 3층의 비정질 실리콘층(310, 320, 330)이 형성될 수 있다. 더 구체적으로, 하부전극(200a) 상에는 제1 비정질 실리콘층(310)을 형성할 수 있으며, 이어서 제1 비정질 실리콘층(310) 상에는 제2 비정질 실리콘층(320)을 형성할 수 있으며, 이어서 제2 비정질 실리콘층(320) 상에는 제3 비정질 실리콘층(330)을 형성하여 하나의 광전소자를 구성할 수 있다. 이때, 제1, 제2, 제3 비정질 실리콘층(310, 320, 330)의 형성 방법으로는 PECVD 또는 LPCVD와 같은 화학기상 증착법을 이용하여 형성할 수 있다.
다음으로, 도 21를 참조하면, 광전소자부(300a)는 일 예로 3층의 다결정 실리콘층(311, 321, 331)이 형성될 수 있다. 더 구체적으로, 하부전극(200a) 상에는 제1 다결정 실리콘층(311)을 형성할 수 있으며, 이어서 제1 다결정 실리콘층(311) 상에는 제2 다결정 실리콘층(321)을 형성할 수 있으며, 이어서 제2 다결정 실리콘층(321) 상에는 제3 다결정 실리콘층(331)을 형성하여 하나의 광전소자를 구성할 수 있다.
이때, 제1, 제2, 제3 다결정 실리콘층(311, 321, 331)의 형성 방법으로는 도 20의 제1, 제2, 제3 비정질 실리콘층(310, 320, 330)을 열처리하여 결정화하는 과정을 수행할 수 있다. 즉, 제1 비정질 실리콘층(310)은 제1 다결정 실리콘층(311)으로, 제2 비정질 실리콘층(320)은 제2 다결정 실리콘층(321)으로, 제3 비정질 실리콘층(330)은 제3 다결정 실리콘층(331)으로 각각 결정화할 수 있다.
이때, 제1, 제2, 제3 비정질 실리콘층(310, 320, 330)의 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.
상기에서는 제1, 제2, 제3 비정질 실리콘층(310, 320, 330)을 모두 형성한 후에 이들 층을 동시에 결정화시키는 것으로 설명하고 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 하나의 비정질 실리콘층 마다 결정화 공정을 별도로 진행할 수 있으며, 또한 두 개의 비정질 실리콘층은 동시에 결정화 공정을 진행하고 나머지 하나의 비정질 실리콘층은 별도로 결정화 공정을 진행할 수도 있다.
결국, 하부전극(200a) 상에는 제1, 제2, 제3 비정질 실리콘층(310, 320, 330) 또는 제1, 제2, 제3 다결정 실리콘층(311, 321, 331)으로 구성되는 광전소자가 형성된다. 이러한 광전소자는 비정질 또는 다결정 실리콘층이 적층된 구조로 광이 수광되어 발생되는 광기전력으로 전력을 생산할 수 있는 p 형, i 형, n 형의 비정질 또는 다결정 실리콘층이 순서대로 적층된 p-i-n 다이오드의 구조일 수 있다. 여기서 i 형은 불순물이 도핑되지 않은 진성(intrinsic)을 의미한다. 또한, n 형 또는 p 형 도핑은 비정질 실리콘층 형성시에 불순물을 인시츄(in situ) 방식으로 도핑하는 것이 바람직하다. P 형 도핑시 불순물로서는 보론(B)을 n 형 도핑시 불순물로서는 인(P) 또는 비소(As)를 사용하는 것이 일반적이나, 이에 한정되는 것은 아니며 공지된 기술을 제한 없이 사용할 수 있다.
한편, 광전소자는 p, i, n 형 이외에도 p+, i, n+ 형, n, i, p 형(특히, n+, i, p+), p, n, n 형(특히, p+, p-, n+) 또는 n, n, p 형(특히, n+, n-, p+)의 실리콘층으로 형성될 수 있다. 여기서, +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. + 또는 -의 표시가 없는 경우에는 도핑 농도의 특별한 제한이 없음을 의미한다. 또한, p와 n 형 사이에 위치하는 반도체층은 광 흡수층(예를 들면, i 형)의 기능을 한다.
한편, 제1 다결정 실리콘층(311), 제2 다결정 실리콘층(321), 제3 다결정 실리콘층(331)의 제반 특성을 보다 향상시키기 위하여 이들 다결정 실리콘층을 소정의 온도에서 추가로 열처리하여 결함을 제거하는 결함 제거 공정, 또한 이들 다결정 실리콘층을 수소 플라즈마 처리하여 다결정 실리콘층 내에 존재하는 댕글링 본드를 제거하는 수소 패시배이션(hydrogen passivation) 공정을 수행할 수 있다.
한편, 이상에서 설명된 광전소자부(300a)는 하나의 광전소자 상에 다른 광전소자가 더 형성된 적층 구조일 수도 있다. 일 예로, 다결정 광전소자와 비정질 광전소자가 적층된 구조[즉, 탠덤(tandem) 구조]일 수 있으나, 이중 이상으로 적층되는 구조를 포괄적으로 의미하는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 다결정 광전소자와 비정질 광전소자 사이에는 투명 전도체인 연결층(미도시)이 추가로 형성될 수 있다. 상기 연결층은 다결정 광전소자와 비정질 광전소자 사이에 오믹 접촉(ohmic contact)이 이루어지게 하여, 그 결과 태양전지의 광전 변환 효율을 향상시키는 역할을 할 수 있다. 상기 연결층은 ZnO에 Al이 소량 첨가된 AZO(ZnO:Al)인 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되지 않으며 통상적인 ITO, ZnO, IZO, FTO(SnO2:F), BZO 등과 같은 투명 전도성 소재를 특별한 제한 없이 사용할 수 있다.
한편, 상기에서는 광전소자를 구성하는 층(특히, 광흡수층)으로 비정질 실리콘층과 다결정 실리콘층을 일 예로 설명하였지만 이에 한정되는 것은 아니고, 필요에 따라서는 미세 결정질(microcrystalline) 실리콘층을 광흡수층으로 사용할 수 도 있다. 또한, 태양전지의 광 흡수층의 재료로 실리콘 이외에 공지된 재료를 제한 없이 사용할 수도 있다.
이상의 상세한 설명에서 본 발명은 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다. 따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
100: 기판
200: 하부 전도층
200a: 하부전극
200b: 하부연결전극
300: 반도체층(실리콘층)
300a: 광전소자부(광전소자)
300b: 더미광전소자
350: 측벽 절연층
400: 상부 전도층(상부전극)

Claims (25)

  1. 단위셀 영역과 배선 영역으로 구성되는 단위 태양전지 영역이 배열되는 기판;
    상기 기판 상의 상기 단위셀 영역 상에 형성되는 하부전극;
    상기 기판 상의 상기 배선 영역 상에 상기 하부전극과 제1 트렌치를 두고 동일층으로 형성되되, 인접하는 다른 단위 태양전지 영역의 하부전극과 연결되는 하부연결전극;
    상기 하부전극 상에 형성되며 제1 반도체층, 제2 반도체층 및 제3 반도체층이 적층된 광전소자부;
    상기 광전소자부와 동일층으로 상기 하부연결전극 상에 형성되되, 상기 광전소자부의 상기 제3 반도체층에 제2 트렌치가 형성된 더미광전소자; 및
    상기 제2 트렌치에 의해 분리되되, 상기 광전소자부와 상기 제1 트렌치에 의해 노출된 상기 하부연결전극을 전기적으로 연결시키는 상부전극
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제3 반도체층은 상기 제1 반도체층 및 상기 제2 반도체층보다 저항이 작은 것을 특징으로 하는 태양전지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제3 반도체층은 n 형 반도체층인 것을 특징으로 하는 태양전지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 트렌치는 상기 제2 반도체층 및 상기 제3 반도체층에 형성되며, 상기 제2 반도체층은 상기 제1 반도체층 및 상기 제3 반도체층보다 저항이 큰 것을 특징으로 하는 태양전지.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2 반도체층은 i 형 반도체층인 것을 특징으로 하는 태양전지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 상부전극 상에는 빛을 반사시키는 물질을 포함하는 마스크층이 더 형성되는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 물질은 산화티타늄(TiO2)인 것을 특징으로 하는 태양전지.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 상부전극은 투명 전도성 소재 또는 금속 소재이거나 이들의 적층 구조인 것을 특징으로 하는 태양전지.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 상부전극을 분리하는 상기 제2 트렌치는 레이저 스크라이빙에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제2 트렌치는 포토리소그래피에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 포토리소그래피는 습식식각을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 기판 상의 상기 배선영역 상에 위치하며, 상기 하부전극 및 상기 광전소자부의 측면과 상기 상부전극 사이에는 측벽 절연층이 더 형성되는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 측벽 절연층의 소재는 실리콘 산화물(SiOx), 실리콘 질화물(SiNx), 폴리머, 레진 중 어느 하나 또는 이들 중 둘 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 반도체층은 실리콘층인 것을 특징으로 하는 태양전지.
  15. (a) 단위셀 영역과 제1 식각 영역 및 제2 식각 영역을 포함하는 배선 영역으로 구성되는 단위 태양전지 영역이 배열되는 기판을 제공하는 단계;
    (b) 상기 기판 상에 하부 전도층과 제1 반도체층, 제2 반도체층 및 제3 반도체층을 포함하는 광전소자부를 순차적으로 형성하는 단계;
    (c) 상기 배선 영역 상에서 상기 하부 전도층 및 상기 광전소자부의 제1 식각 영역을 동시에 식각하여, 인접하는 다른 단위 태양전지 영역과 분리하는 제1 트렌치를 형성하는 제1 식각 단계;
    (d) 상기 기판 상부 전면에 상부 전도층과 마스크층을 순차적으로 형성하는 단계;
    (e) 상기 기판 상의 배선 영역 상에서 상기 마스크층 및 상기 상부 전도층의 제2 식각 영역을 동시에 식각하여 제2 트렌치를 형성하는 제2 식각 단계; 및
    (f) 상기 제2 트렌치에 의해 노출된 상기 제3 반도체층을 식각하는 제3 식각 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제3 반도체층은 상기 제1 반도체층 및 상기 제2 반도체층보다 저항이 작은 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제3 반도체층은 n 형 반도체층인 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 (f) 단계는,
    (f) 상기 제2 트렌치에 의해 노출된 상기 제3 반도체층 및 상기 제2 반도체층을 식각하는 제3 식각 단계 - 상기 제2 반도체층은 상기 제1 반도체층 및 상기 제3 반도체층보다 저항이 큼 -
    인 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제2 반도체층은 i 형 반도체층인 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  20. 제15항에 있어서,
    상기 마스크층은 빛을 반사시키는 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 물질은 산화티타늄(TiO2)인 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  22. 제15항에 있어서,
    상기 상부 전도층은 투명 전도성 소재 또는 금속 소재이거나 이들의 적층 구조인 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  23. 제15항에 있어서,
    상기 제2 식각 단계는 레이저 스크라이빙에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  24. 제15항에 있어서,
    상기 제3 식각 단계는 포토리소그래피에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 포토리소그래피는 습식식각을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2005101384A (ja) 2003-09-26 2005-04-14 Sanyo Electric Co Ltd 光起電力装置及びその製造方法
US20090014052A1 (en) 2005-10-07 2009-01-15 Borden Peter G Module having an improved thin film solar cell interconnect
KR20100003049A (ko) * 2008-06-30 2010-01-07 한국과학기술원 집적형 박막 태양전지 및 그 제조 방법
KR20100003048A (ko) * 2008-06-30 2010-01-07 한국과학기술원 집적형 박막 태양전지 및 그 제조 방법

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005101384A (ja) 2003-09-26 2005-04-14 Sanyo Electric Co Ltd 光起電力装置及びその製造方法
US20090014052A1 (en) 2005-10-07 2009-01-15 Borden Peter G Module having an improved thin film solar cell interconnect
KR20100003049A (ko) * 2008-06-30 2010-01-07 한국과학기술원 집적형 박막 태양전지 및 그 제조 방법
KR20100003048A (ko) * 2008-06-30 2010-01-07 한국과학기술원 집적형 박막 태양전지 및 그 제조 방법

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