KR101121438B1 - Solar cell and method for manufacturing the same - 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 에미터부 위에 위치하고, 제1 굴절률을 갖는 제1 반사 방지막과 상기 제1 굴절률과 다른 제2 굴절률을 갖는 제2 반사 방지막을 포함하는 반사 방지부, 상기 에미터부와 전기적으로 연결되어 있는 제1 전극, 그리고 상기 기판에 전기적으로 연결되어 있는 제2 전극을 포함하고, 제1 반사 방지막과 상기 제2 반사 방지막은 동일한 물질로 이루어져 있다. 이로 인해, 반사 방지부는 부동화 효과와 반사 방지 효과를 모두 갖게 되므로 태양 전지의 효율이 향상된다.The present invention relates to a solar cell. The solar cell is a semiconductor substrate containing an impurity and a metal impurity of a first conductivity type, an emitter portion having a second conductivity type opposite to the first conductivity type and forming a pn junction with the semiconductor substrate, and located on the emitter portion. And an antireflection portion including a first antireflection film having a first refractive index and a second antireflection film having a second refractive index different from the first refractive index, a first electrode electrically connected to the emitter portion, and the substrate. And a second electrode electrically connected, wherein the first antireflection film and the second antireflection film are made of the same material. For this reason, since the antireflection part has both the passivation effect and the antireflection effect, the efficiency of the solar cell is improved.
태양전지, 반사방지막, 이중막, 실리콘질화막, 굴절률, 부동화 Solar cell, antireflection film, double film, silicon nitride film, refractive index, passivation
Description
본 발명은 태양 전지 및 그 제조 방법에 관한 것이다The present invention relates to a solar cell and a method of manufacturing the same.
최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예측되면서 이들을 대체할 대체 에너지에 대한 관심이 높아지면서, 태양 에너지로부터 전기 에너지 생산하는 태양 전지가 주목 받고 있다. With the recent prediction of the depletion of existing energy sources such as oil and coal, increasing interest in alternative energy to replace them, solar cells that produce electrical energy from solar energy is attracting attention.
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.A typical solar cell includes a substrate and an emitter layer made of semiconductors of different conductive types, such as p-type and n-type, and electrodes connected to the substrate and the emitter, respectively. At this time, p-n junction is formed in the interface of a board | substrate and an emitter part.
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 반도체 쪽으로, 예를 들어 에미터부와 기판 쪽으로 각각 이동하고, 기판과 에미터부와 전기적으로 연결된 전극에 의해 수집되며, 이 전극들을 전선으로 연결하여 전력을 얻는다.When light is incident on the solar cell, a plurality of electron-hole pairs are generated in the semiconductor, and the generated electron-hole pairs are separated into electrons and holes charged by the photovoltaic effect, respectively, and the electrons and holes are n-type. Move toward the semiconductor and the p-type semiconductor, for example toward the emitter portion and the substrate, respectively, and are collected by electrodes electrically connected to the substrate and the emitter portion, which are connected by wires to obtain power.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 태양 전지의 제조 비용과 제조시간을 줄이기 위한 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is to reduce the manufacturing cost and manufacturing time of the solar cell.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 태양 전지의 제조 공정을 단순화하는 것이다. Another technical object of the present invention is to simplify the manufacturing process of the solar cell.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 태양 전지의 효율을 향상시키는 것이다.Another technical problem to be achieved by the present invention is to improve the efficiency of the solar cell.
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 에미터부 위에 위치하고, 제1 굴절률을 갖는 제1 반사 방지막과 상기 제1 굴절률과 다른 제2 굴절률을 갖는 제2 반사 방지막을 포함하는 반사 방지부, 상기 에미터부와 전기적으로 연결되어 있는 제1 전극, 그리고 상기 기판에 전기적으로 연결되어 있는 제2 전극을 포함하고, 제1 반사 방지막과 상기 제2 반사 방지막은 동일한 물질로 이루어져 있다.A solar cell according to one aspect of the invention has a semiconductor substrate containing impurities of a first conductivity type and a metal impurity, and an emitter portion having a second conductivity type opposite to the first conductivity type to form a pn junction with the semiconductor substrate. And an antireflection part disposed on the emitter part and including a first antireflection film having a first refractive index and a second antireflection film having a second refractive index different from the first refractive index, and a first anti-reflective part electrically connected to the emitter part. And an electrode, and a second electrode electrically connected to the substrate, wherein the first antireflection film and the second antireflection film are made of the same material.
상기 제2 반사 방지막은 상기 제1 반사 방지막보다 높은 곳에 위치하고, 상기 제1 굴절률은 약 2.3 내지 약 2.9이고, 상기 제2 굴절률은 약 1.7 내지 약 2.2일 수 있다. The second anti-reflection film may be positioned higher than the first anti-reflection film, the first refractive index may be about 2.3 to about 2.9, and the second refractive index may be about 1.7 to about 2.2.
상기 반사 방지부는 약 80㎚ 내지 약 120㎚의 두께를 가질 수 있다. The anti-reflection portion may have a thickness of about 80 nm to about 120 nm.
상기 반사 방지부는 실리콘 질화막으로 이루어지는 것이 좋다. Preferably, the anti-reflection portion is made of a silicon nitride film.
상기 제1 반사 방지막과 상기 제2 반사 방지막은 서로 다른 층에 위치할 수 있다. The first antireflection film and the second antireflection film may be located on different layers.
상기 제1 반사 방지막은 약 30㎚ 내지 50㎚의 두께를 가질 수 있고, 상기 제2 반사 방지막은 약 50㎚ 내지 70㎚의 두께를 가질 수 있다.The first anti-reflection film may have a thickness of about 30 nm to 50 nm, and the second anti-reflection film may have a thickness of about 50 nm to 70 nm.
상기 제1 반사 방지막과 상기 제2 반사 방지막은 하나의 층으로 형성될 수 있다.The first antireflection film and the second antireflection film may be formed in one layer.
상기 기판은 약 2N 내지 5N의 순도를 가질 수 있다.The substrate may have a purity of about 2N to 5N.
상기 반도체 기판에서 소수 캐리어의 벌크 생존 시간은 약 0.1㎲ 내지 약 2㎲일 수 있다.The bulk survival time of minority carriers in the semiconductor substrate may be about 0.1 ms to about 2 ms.
상기 금속 불순물은 알루미늄(Al)과 철(Fe) 중 적어도 하나일 수 있다.The metal impurity may be at least one of aluminum (Al) and iron (Fe).
상기 금속 불순물의 농도는 약 0.001 내지 1ppmw일 수 있다.The concentration of the metal impurity may be about 0.001 to 1 ppmw.
상기 반도체 기판은 붕소를 함유하고 있고, 상기 붕소의 농도는 3×1016 atoms/cm3 내지 5×1016 atoms/cm3일 수 있다.The semiconductor substrate contains boron, and the concentration of boron may be 3 × 10 16 atoms / cm 3 to 5 × 10 16 atoms / cm 3 .
또한 상기 반도체 기판은 산소를 함유하고 있고, 상기 산소의 농도는 1×1018 atoms/cm3 내지 1×1019 atoms/cm3일 수 있다.Further, the semiconductor substrate contains oxygen, and the concentration of oxygen is 1 × 10 18 atoms / cm 3 To 1 × 10 19 atoms / cm 3 .
상기 반도체 기판은 탄소를 함유하고 있고, 상기 탄소의 농도는 1×1016 atoms/cm3 내지 1×1019 atoms/cm3일 수 있다.The semiconductor substrate contains carbon, and the carbon concentration may be 1 × 10 16 atoms / cm 3 to 1 × 10 19 atoms / cm 3 .
상기 기판은 메탈로지칼급 기판(metallurgical grade silicon substrate)일 수 있다.The substrate may be a metallurgical grade silicon substrate.
본 발명의 다른 특성에 따른 태양 전지의 제조 방법은 제1 도전형 타입의 불순물과 금속 불순물을 함유하는 기판에 상기 제1 도전형 타입과 다른 제2 도전형 타입의 에미터부를 형성하는 단계, 상기 에미터부 위에 제1 굴절률을 갖는 제1 부분을 형성하고, 상기 제1 부분 위에 위치하고 상기 제1 굴절률보다 작은 제2 굴절률을 갖는 제2 부분을 형성하여 반사 방지부를 형성하는 단계, 그리고 상기 에미터부와 전기적으로 연결되는 제1 전극과 상기 기판과 전기적으로 연결되는 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 제1 부분과 상기 제2 부분은 동일한 재료로 형성된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a solar cell, including forming an emitter portion of a second conductivity type different from the first conductivity type on a substrate containing impurities of a first conductivity type and a metal impurity. Forming a first portion having a first refractive index on the emitter portion, forming a second portion located on the first portion and having a second refractive index smaller than the first refractive index to form an antireflection portion, and the emitter portion; Forming a first electrode that is electrically connected and a second electrode that is electrically connected with the substrate, wherein the first portion and the second portion are formed of the same material.
상기 제1 굴절률은 약 2.3 내지 약 2.9이고, 상기 제2 굴절률은 약 1.7 내지 약 2.2이다. The first refractive index is about 2.3 to about 2.9 and the second refractive index is about 1.7 to about 2.2.
상기 제1 부분과 상기 제2 부분은 실리콘 질화막으로 이루어질 수 있다. The first portion and the second portion may be formed of a silicon nitride film.
상기 반사 방지부 형성 단계는 챔버에서 상기 에미터부 위에 상기 제1 부분을 형성하는 단계 그리고 상기 챔버에서 상기 제1 부분 위에 상기 제2 부분을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. The forming of the anti-reflection portion may include forming the first portion over the emitter portion in the chamber and forming the second portion over the first portion in the chamber.
상기 반사 방지부 형성 단계는 챔버에서 상기 에미터부 위에 공정 가스의 주 입량을 변화시키면서 상기 제1 굴절률을 갖는 상기 제1 부분과 상기 제1 부분 위에 상기 제2 굴절률을 갖는 상기 제2 부분을 구 형성할 수 있다.The forming of the anti-reflective portion may be performed by forming a sphere having the first refractive index and the second portion having the second refractive index on the first portion while varying the injection amount of the process gas on the emitter portion in the chamber. can do.
상기 공정 가스는 암모니아 가스(NH3)와 실란 가스(SiH4)를 포함할 수 있다. The process gas may include ammonia gas (NH 3 ) and silane gas (SiH 4 ).
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 에미터부에 전기적으로 연결된 상기 제1 전극과 상기 기판에 전기적으로 연결된 상기 제2 전극을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. The forming of the first and second electrodes may include forming a first electrode pattern by printing a first paste on the anti-reflection portion, forming a second electrode pattern by printing a second paste on the substrate, and And heat treating the substrate having the first and second electrode patterns to form the first electrode electrically connected to the emitter unit and the second electrode electrically connected to the substrate.
상기 제1 및 제2 전극 형성 단계는 상기 기판을 열처리할 때, 상기 제2 전극 하부에 후면 전계부가 형성되는 단계를 더 포함할 수 있다. The forming of the first and second electrodes may further include forming a rear electric field under the second electrode when the substrate is heat treated.
상기 기판은 약 2N 내지 약 5N의 순도를 가질 수 있다.The substrate may have a purity of about 2N to about 5N.
상기 금속 불순물은 알루미늄(Al)과 철(Fe) 중 적어도 하나일 수 있다.The metal impurity may be at least one of aluminum (Al) and iron (Fe).
상기 금속 불순물의 농도는 약 0.001 내지 1ppmw일 수 있다.The concentration of the metal impurity may be about 0.001 to 1 ppmw.
본 발명의 특징에 따르면, 동일한 물질을 이용하여 서로 다른 굴절률을 갖는 반사 방지막을 형성하므로, 제조 시간과 제조 비용이 줄어든다. 또한, 에미터부와 인접한 부분의 굴절률이 입사면에 인접한 부분의 굴절률보다 크게 하여, 반사 방지막은 부동화 효과와 반사 방지 효과를 모두 갖게 되므로 태양 전지의 효율이 향상된다.According to a feature of the present invention, since an antireflection film having different refractive indices is formed using the same material, manufacturing time and manufacturing cost are reduced. In addition, since the refractive index of the portion adjacent to the emitter portion is larger than that of the portion adjacent to the incident surface, the antireflection film has both a passivation effect and an antireflection effect, thereby improving the efficiency of the solar cell.
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.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and like reference numerals designate like parts throughout the specification.
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.In the drawings, the thickness of layers, films, panels, regions, etc., are exaggerated for clarity. Like parts are designated by like reference numerals throughout the specification. When a layer, film, region, plate, or the like is referred to as being "on" another portion, it includes not only the case directly above another portion but also the case where there is another portion in between. On the contrary, when a part is "just above" another part, there is no other part in the middle. Also, when a part is formed as "whole" on the other part, it means not only that it is formed on the entire surface (or the front surface) of the other part but also not on the edge part.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 한 실시예인 태양 전지에 대하여 설명한다.Next, a solar cell as an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 일부 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시한 태양 전지를 II-II선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.1 is a partial perspective view of a solar cell according to an exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view of the solar cell illustrated in FIG. 1 taken along line II-II.
도 1 및 도 2를 참고로 하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지(1)는 제1 불순물부(110)와 제2 불순물부인 에미터부(120)를 구비한 기판(100), 빛이 입사되는 기판(100)의 면[이하, '전면(front surface)'라 함]의 에미터부(120) 위에 위치하는 반사 방지부(130), 에미터부(120) 위에 위치한 전면 전극부(140), 빛이 입사되지 않고 전면의 반대편에 위치하는 기판(100)의 면[이하, '후면(rear surface)'라 함]에 위치하는 후면 전극(rear electrode)(151), 그리고 후면 전극(151) 하부에 위치하는 후면 전계(back surface field, BSF)부(171)를 구비한다.1 and 2, a solar cell 1 according to an embodiment of the present invention includes a
제1 불순물부(110)는 제1 도전성 타입, 예를 들어 p형 도전성 타입의 실리콘으로 이루어진 반도체 기판(100)에 위치하며 제1 도전성 타입의 제1 불순물을 함유하고 있다. 이때, 제1 불순물부(110)는 붕소(B), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등과 같은 3가 원소의 불순물을 함유할 수 있다. 실리콘은 다결정 실리콘과 같은 결정질 실리콘이다. 하지만, 이와는 달리, 기판(100)은 n형 도전성 타입일 수 있고, 이 경우, 제1 불순물부(110)는 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물을 함유할 수 있다. 본 실시예에서, 기판(100)은 용융법으로 제조된다. 즉, 노(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(100)은 순도(purity level)가 5N 이하인 다결정 실리콘 기판일 수 있고, 바람직하게는 2N 내지 5N의 다결정 실리콘 기판일 수 있다.The
여기서, 기판(100)의 순도가 5N이라는 것은 기판(100)내의 실리콘(Si)의 함 량이 99.999%(9의 개수가 다섯 개) 이상인 것을 의미한다. 다르게 표현하면, 기판(100)의 순도가 5N이라는 것은 기판(100) 내의 실리콘(Si)의 함량이 99.999%급인 것을 의미한다.Here, the purity of the
금속 재질은 알루미늄(Al)을 사용하므로, 기판(100)은 알루미늄(Al)과 같은 금속 재질의 불순물을 포함하고, 또한 기판(100)은 철의 불순물을 포함한다.Since the metal material uses aluminum (Al), the
이로 인해, 기판(100)에 함유된 금속 재질의 불순물의 함유량은 0.001 내지 1.0ppmw일 수 있고, 이때, 기판(100)에 함유된 알루미늄(Al)의 양은 0.01 내지 0.8ppmw일 수 있고, 기판(100)에 함유된 철(Fe)의 양은 0.01 내지 1ppmw일 수 있다.For this reason, the content of the impurities of the metal material contained in the
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(100)을 사용할 경우, 기판(100)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.As such, a melting method having a higher purity than a substrate manufactured by a vapor phase method, which is a method of vaporizing silicon (Si) to generate silicon (Si), and collecting and growing crystals of the generated silicon (Si) gas, has a low purity and low purity. In the case of using the
이를 보상하기 위해, 용융법으로 제조된 기판(100)에서 소수 캐리어의 벌크(bulk) 생존 시간(life time)은 약 0.1㎲ 내지 2㎲이다. 여기서 벌크 생존 시간은 입사되는 광에 의해 기판(100)에서 캐리어가 생성된 시점부터 생성된 캐리어가 소멸되기까지의 시간으로서, 베어(bare) 실리콘 웨이퍼(silicon wafer) 상태의 기판(100)의 벌크 생존 시간을 의미한다.To compensate for this, the bulk life time of minority carriers in the
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. When the bulk survival time is about 0.1 ms or less, the efficiency of the solar cell 1 is very low because the time for the front electrode 140 and the
이러한 벌크 생존 시간은 기판(100)의 케미컬 페시베이션(chemical passivation) 처리 여부에 따라 달라지므로, 기판(100)에 케미컬 페시베이션 처리를 실시할 경우 벌크 생존 시간은 증가한다. 한 예로서, 기판(100)에 케미컬 페시베이션 처리를 하게 되면 기판(100)의 벌크 생존 시간은 약 5㎲ 이상일 수 있고, 바람직하게 용용법으로 제조된 기판(100)을 케미컬 페이베이션 처리할 경우, 약 5 내지 15㎲일 수 있다. Since the bulk survival time depends on whether the
또한, 용융법으로 제조된 기판(100)을 이용할 경우, 붕소(B)의 함량이 과도하게 낮을 경우 기판(100)에서 생성되는 캐리어의 양이 너무 적어 태양 전지(1)의 효율이 저하될 수 있고, 반대로 붕소(B)의 함량이 과도하게 높을 경우 기판(100)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 5×1016 atoms/cm3 일 수 있다. In addition, in the case of using the
또한, 기판(100)에 함유한 산소와 탄소는 기판(100)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(100)의 산소 농도는 약 1×1018 atoms/cm3 내지 1×1019 atoms/cm3 일수 있고, 기판(100)의 탄소 농도는 약 1×1016 atoms/cm3 내지 1×1019 atoms/cm3 일수 있다.In addition, the oxygen and carbon contained in the
또한 대안적인 실시예에서, 기판(100)은 메탈로지칼급 실리콘 기판(metallurgical grade silicon substrate)일 수 있다. Also in alternative embodiments, the
이러한 기판(100)은 텍스처링(texturing)되어 요철면인 텍스처링 표면(textured surface)을 가질 수 있다. 이 경우, 텍스처링 표면에 의해 기판(100)으로 입사되는 빛의 양이 증가하여 태양 전지(1)의 효율이 향상된다. This
기판(100)에 형성된 에미터부(120)는 기판(100)의 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입, 예를 들어, n형의 도전성 타입을 구비하고 있는 제2 불순물부로서, 반도체 기판(100)의 제1 불순물부(110)와 p-n 접합을 이룬다. 실질적으로, 기판(100)에서 에미터부(120)를 제외한 대부분의 영역이 제1 불순물부(110)가 된다. The
이러한 p-n 접합에 인한 내부 전위차(built-in potential difference)에 의해, 기판(100)에 입사된 빛에 의해 생성된 전하인 전자-정공 쌍은 전자와 정공으로 분리되어 전자는 n형 쪽으로 이동하고 정공은 p형 쪽으로 이동한다. 따라서, 기판(100)이 p형이고 에미터부(120)가 n형일 경우, 분리된 정공은 제1 불순물부(110)쪽으로 이동하고 분리된 전자는 에미터부(120)쪽으로 이동한다.Due to the built-in potential difference due to this pn junction, the electron-hole pair, which is the charge generated by the light incident on the
에미터부(120)는 제1 불순물부(110)와 p-n접합을 형성하므로, 본 실시예와 달리, 기판(100)이 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 에미터부(120)는 p형의 도전성 타입을 가진다. 이 경우, 분리된 전자는 제1 불순물부(110)쪽으로 이동하고 분리된 정공은 에미터부(120)쪽으로 이동한다.Since the
에미터부(120)가 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 에미터부(120)는 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물을 기판(100)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(100)에 도핑하여 형성될 수 있다.When the
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. The
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.The first
제1 반사 방지막(131)은 기판(100)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(100)으로 입사되는 빛의 반사율을 감소시킨다.The first
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(100)의 광전 효율을 감소시키는 문제가 발생한다. When the refractive index of the first
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.In addition, if the thickness of the first
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.The second
이러한 제2 반사 방지막(132)은 제1 반사 방지막(131)과 함께 기판(100)쪽으로 입사되는 빛의 반사율을 감소시켜, 기판(100)으로 흡수되는 빛을 양을 증가시킨다. 또한, 제2 반사 방지막(132)의 실리콘 질화막(SiNx)에 포함된 수소(H)에 의하여, 제2 반사 방지막(132)은 불안정한 결합에 대한 부동화 효과를 더욱더 향상시킨다.The second
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.As described above, since the refractive index of the second
또한, 제1 반사 방지막(131)에서 제2 반사 방지막(132)으로의 굴절률 변화는 불연속적으로 감소한다.In addition, the change in refractive index from the first
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(100)의 광전 효율을 감소시키는 문제가 발생한다. When the refractive index of the second
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.In addition, when the thickness of the second
전면 전극부(140)는, 도 1 및 도 2에 도시한 것처럼, 복수의 전면 전극(141)과 복수의 전면전극용 집전부(142)를 구비한다.As shown in FIGS. 1 and 2, the front electrode portion 140 includes a plurality of
복수의 전면 전극(141)은 에미터부(120)와 전기적?물리적으로 연결되어 있고, 거의 평행하게 정해진 방향으로 뻗어 있다.The plurality of
복수의 전면 전극(141)은 에미터부(120)쪽으로 이동한 전하, 예를 들면 전자를 수집한다.The plurality of
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. The plurality of front electrode
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.The plurality of front electrode
복수의 전면 전극용 집전부(142)는 복수의 전면 전극(141)과 연결되어 있으 므로, 복수의 전면 전극(141)을 통해 전달되는 전하를 수집하여 외부 장치로 출력한다.Since the plurality of front electrode
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.The front electrode 140 contains a conductive material such as silver (Ag), but differently, nickel (Ni), copper (Cu), aluminum (Al), tin (Sn), zinc (Zn), and indium It may contain at least one selected from the group consisting of (In), titanium (Ti), gold (Au), and combinations thereof, or may contain other conductive metal materials.
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.Due to the front electrode portion 140 electrically and physically connected to the
기판(100)의 후면 위에 위치한 후면 전극(151)은 기판(100)의 후면 거의 전체면에 위치한다.The
이러한 복수의 후면 전극(151)은 제1 불순물부(110)쪽으로 이동하는 전하, 예를 들어 정공을 수집한다. The plurality of
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.The
후면 전극(151)과 기판(100)의 제1 불순물부(110) 사이에 위치한 후면 전계부(171)는 제1 불순물부(110)와 동일한 도전성 타입의 불순물이 제1 불순물부(110)보다 고농도로 도핑된 영역, 예를 들면, p+ 영역이다.In the back
제1 불순물부(110)과 후면 전계부(171)와의 불순물 농도 차이로 인해 전위 장벽이 형성되어 제1 불순물부(110) 후면쪽으로의 전자 이동이 방해되어, 제1 불순물부(110)의 표면 근처에서 전자와 정공이 재결합하여 소멸되는 것을 감소시킨다.Due to the difference in the impurity concentration between the
이러한 구조 이외에 태양 전지(1)는 기판(100)의 후면에 위치하는 복수의 후면전극용 집전부를 더 구비할 수 있다.In addition to the structure, the solar cell 1 may further include a plurality of current collectors for the rear electrodes positioned on the rear surface of the
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.Similar to the plurality of front electrode
이와 같은 구조를 갖는 본 실시예에 따른 태양 전지(1)의 동작은 다음과 같다.The operation of the solar cell 1 according to the present embodiment having such a structure is as follows.
태양 전지(1)로 빛이 조사되어 에미터부(120)를 통해 반도체의 기판(100)으로 입사되면 빛 에너지에 의해 반도체의 기판(100)에서 전자-정공 쌍이 발생한다.When light is irradiated onto the solar cell 1 and incident on the
이때, 반사 방지부(130)에 의해 기판(100)으로 입사되는 빛의 반사 손실이 줄어들어 기판(100)으로 입사되는 빛의 양은 증가한다. At this time, the reflection loss of the light incident on the
이들 전자-정공 쌍은 기판(100)의 제1 불순물부(110)와 에미터부(120)의 p-n접합에 의해 서로 분리되어 전자는 n형의 도전성 타입을 갖는 에미터부(120)쪽으로 이동하고, 정공은 p형의 도전성 타입을 갖는 제1 불순물부(110)쪽으로 이동한다. 이처럼, 에미터부(120)쪽으로 이동한 전자는 주로 복수의 전면 전극(141)에 의해 수집되어 복수의 전면전극용 집전부(142)로 이동하고, 제1 불순물부(110)쪽으로 이 동한 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. These electron-hole pairs are separated from each other by the pn junction of the
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 3a 내지 도 3e를 참고로 하여 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지(1)의 제조 방법에 대하여 설명하다.At this time, the amount of charge loss is reduced and the incident amount of light is increased by the
도 3a 및 도 3e는 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 순차적으로 도시한 단면도이다. 3A and 3E are cross-sectional views sequentially illustrating a method of manufacturing a solar cell according to an embodiment of the present invention.
먼저, 도 3a에 도시한 것처럼, 용융법으로 제조된 p형 다결정 실리콘으로 이루어진 기판(100)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(100)에 확산시켜 기판(100) 전체면, 즉, 전면, 후면 및 측면에 n형의 에미터부(120)를 형성하고, 에미터부(120) 이외의 기판(100) 부분은 제1 불순물부(110)가 된다. First, as illustrated in FIG. 3A, a material containing impurities of pentavalent elements, such as phosphorus (P), arsenic (As), and antimony (Sb), in a
n형의 기판(100)이 붕소(B) 불순물을 함유하고 있을 경우, 기판(100)은 약 3×1016 atoms/cm3 내지 5×1016 atoms/cm3 농도의 붕소(B)를 함유할 수 있다.When the n-
본 실시예와 달리, 기판(100)의 도전성 타입이 n형일 경우, 3가 원소의 불순 물을 포함하는 물질, 예를 들어, B2H6를 고온에서 열처리하거나 적층하여 기판(100) 전면에 p형의 에미터부를 형성할 수 있다. 그런 다음, p형 불순물 또는 n형 불순물이 기판(100) 내부로 확산됨에 따라 생성된 인을 포함하는 산화물(phosphorous silicate glass, PSG)이나 붕소를 포함하는 산화물(boron silicate glass, BSG)을 식각 공정을 통해 제거한다. Unlike the present embodiment, when the conductivity type of the
필요할 경우, 에미터부(120)를 형성하기 전에, 기판(100)의 전면을 테스처링하여, 요철면인 텍스처링 표면을 형성할 수 있다. 이때, 기판(100)이 단결정 실리콘으로 이루어질 경우, KOH, NaOH 등의 염기 용액을 사용하여 기판(100)의 표면을 텍스처링하고, 기판(100)이 다결정 실리콘으로 이루어질 경우, HF나 HNO3와 같은 산 용액을 사용하여 기판(100)의 표면을 텍스처링한다.If necessary, the entire surface of the
다음, 도 3b에 도시한 것처럼, 수소(H) 분위기에서 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 기판(100)의 전면 위에 적층하여 제1 반사 방지막(131)을 형성한다. 이때, 형성되는 제1 반사 방지막(131)의 두께는 약 30㎚ 내지 50㎚이다.Next, as illustrated in FIG. 3B, a silicon nitride film (SiNx) is formed by using a chemical vapor deposition (CVD) method such as plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) in a hydrogen (H) atmosphere. The first
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. Gases supplied into the chamber to form the first
종래에, 실리콘 질화막(SiNx)으로 이루어진 고굴절률의 하부막과 실리콘 산 화막(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. Conventionally, when a low refractive index upper film is formed of a high refractive index lower film made of silicon nitride film (SiNx) and a silicon oxide film (SiOx), the lower film has a thickness of about 80 nm to about 2 nm to 80 nm. The upper film had a thickness of about 90 nm to 100 nm. In general, it is difficult to secure uniformity of the refractive index and the reproducibility of the process showing the same characteristics in each process is low, making it difficult to form a film having a high refractive index, so that the thickness of the formed film becomes worse. However, in the present embodiment, since the thickness of the
그런 다음, 도 3c에 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.Then, as illustrated in FIG. 3C, the silicon nitride film SiNx is stacked on the
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 굴절률을 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. As such, since the first and second
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. In contrast, when the first and the second anti-reflection films are formed using different materials in one chamber, it is cumbersome to change the environment of the chamber to form the second anti-reflection film after the first anti-reflection film is formed. In this case, when the first and the second anti-reflection films are formed by using two different chambers, the number of chambers increases to increase the manufacturing cost and to move the substrate to the corresponding chamber, thereby increasing the manufacturing time.
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.Therefore, when the first and second
다음, 도 3d에 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 패턴(40a)과 집전부 패턴(40b)을 구비한다.Next, as illustrated in FIG. 3D, the front electrode paste containing silver (Ag) is applied to a desired portion by screen printing, and then dried at about 170 ° C. to form a front electrode portion pattern ( 40). In this case, the
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.In this case, the front electrode paste may be nickel (Ni), copper (Cu), aluminum (Al), tin (Sn), zinc (Zn), indium (In), titanium (Ti), or gold (Au) instead of silver (Ag). And at least one selected from the group consisting of a combination thereof.
그런 다음, 도 3e에 도시한 것처럼, 스크린 인쇄법을 이용하여, 기판(100) 후면의 해당 부분에 알루미늄(Al)을 함유한 후면전극 페이스트를 도포한 후 건조시켜, 후면전극 패턴(50)을 형성한다. Then, as shown in FIG. 3E, by using a screen printing method, a rear electrode paste containing aluminum (Al) is applied to a corresponding portion of the rear surface of the
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.At this time, instead of aluminum (Al), nickel (Ni), copper (Cu), silver (Ag), tin (Sn), zinc (Zn), indium (In), titanium (Ti), and gold (Au) And at least one selected from the group consisting of a combination thereof.
이때, 전면전극부 패턴(40)과 후면전극 패턴(50)의 형성 순서는 변경 가능하다.In this case, the order of forming the
그런 다음, 전면전극부 패턴(40)과 후면전극 패턴(50)을 구비한 기판(100)을 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. Then, the
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 관 통하고, 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 패턴(40a)은 복수의 전면 전극(141)이 되고, 집전부 패턴(40b)은 복수의 전면전극용 집전부(142)가 된다.That is, when the heat treatment is performed, the
또한 열처리 공정에 의해 기판(100)과 전기적?물리적으로 연결되는 후면 전극(151)이 형성되며, 후면 전극(151)의 함유물인 알루미늄(Al)이 후면 전극(151)과 접촉한 기판(100)쪽으로 확산되어 후면 전극(151)과 기판(100)의 사이에 복수의 후면 전계부(171)가 형성된다. 이때, 기판(100)의 후면에 위치하는 에미터부(120)의 적어도 일부에 알루미늄(A1)이 확산되어 후면 전계부(171)의 일부가 된다. 복수의 후면 전계부(171)는 기판(100)과 동일한 도전형인 p형 도전형을 갖고 있고, 후면 전계부(171)의 불순물 농도는 기판(100)보다 높아 p+의 도전성 타입을 갖는다.In addition, the
그런 다음, 레이저 빔을 이용하여 기판(100)의 측면에 형성된 에미터부(120)를 제거하는 측면 분리(edge isolation)를 실시하여(도시하지 않음), 기판(100)의 전면에 형성된 에미터부(120)와 기판(100)의 후면에 형성된 에미터부(120)를 전기적으로 분리하여 태양 전지(1)를 완성한다(도 1 및 도 2).Then, by performing edge isolation (not shown) to remove the
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따라 동일한 물질로 제1 및 제2 반사 방지막(131, 132)을 형성할 경우, 도 4 및 도 5를 참고로 하여 제1 및 제2 반사 방지막(131, 132)에 의한 반사 방지 효율을 살펴본다.As such, when the first and second
도 4 및 도 5는 각각 본 발명의 한 실시예에 따른 제1 및 제2 반사 방지막에 의해 빛의 파장에 따른 빛의 반사율을 도시한 그래프로서, 도 4는 전면 전극부와 후면 전극을 형성하기 전 빛의 파장에 따른 빛의 반사율 그래프이고, 도 5는 전면 전극부와 후면 전극을 형성한 후 태양 전지를 모듈화한 후 빛의 파장에 따른 빛의 반사율 그래프이다.4 and 5 are graphs showing reflectances of light according to wavelengths of light by the first and second anti-reflection films, respectively, according to one embodiment of the present invention. 5 is a graph of reflectance of light according to the wavelength of all light, and FIG. 5 is a graph of reflectance of light according to the wavelength of light after modularizing a solar cell after forming a front electrode and a rear electrode.
도 4 및 도 5에서, 제1 및 제2 그래프(①, ②)는 종래의 기술에 따라 실리콘 질화막으로 제1 및 제2 반사 방지막을 형성한 제1 및 제2 비교예에 해당하는 그래프이고, 제3 그래프(③)는 본 발명의 한 실시예에 따라 실리콘 질화막으로 제1 및 제2 반사 방지막을 형성한 실시예의 그래프이다. 4 and 5, the first and second graphs (1, 2) are graphs corresponding to the first and second comparative examples in which the first and second anti-reflection films are formed of silicon nitride film according to the prior art. The
제1 비교예에서 상부막인 제2 반사 방지막의 굴절률은 2.04이었고 하부막인 제1 반사 방지막의 굴절률은 2.85이었고, 제2 비교예에서, 상부막인 제2 반사 방지막의 굴절률은 1.08이었고 하부막인 제1 반사 방지막의 굴절률은 2.3이었다. 또한 실시예에서, 제2 반사 방지막의 굴절률은 1.8이었고 제1 반사 방지막의 굴절률은 2.5였다.In the first comparative example, the refractive index of the second antireflection film as the upper layer was 2.04 and the refractive index of the first antireflection layer as the lower layer was 2.85. In the second comparative example, the refractive index of the second antireflection layer as the upper layer was 1.08 and the lower layer was The refractive index of the first antireflection film was 2.3. Also in the examples, the refractive index of the second antireflection film was 1.8 and the refractive index of the first antireflection film was 2.5.
도 4에 도시한 그래프를 기초로 하면, 제1 비교예일 경우, 빛의 모든 파장대에 걸친 평균 반사율은 약 7.1%이었고, 제2 비교예일 경우, 빛의 모든 파장대에 걸친 평균 반사율은 약 5.2%였다. 또한, 도 4에 도시한 그래프를 기초로 하면, 제1 비교예일 경우, 빛의 모든 파장대에 걸친 평균 반사율은 약 1.5%이었고, 제2 비교예일 경우, 빛의 모든 파장대에 걸친 평균 반사율은 약 3.3%였다.Based on the graph shown in FIG. 4, in the first comparative example, the average reflectance over all wavelength bands of light was about 7.1%, and in the second comparative example, the average reflectance over all wavelength bands of light was about 5.2%. . Further, based on the graph shown in FIG. 4, in the first comparative example, the average reflectance over all wavelength bands of light was about 1.5%, and in the second comparative example, the average reflectance over all wavelength bands of light was about 3.3. Was%.
이에 비하여, 본 실시예일 경우, 도 3에 도시한 그래프를 기초로 하면 빛의 모든 파장대에 걸친 평균 반사율은 약 5.2%이었으며, 도 4에 도시한 그래프를 기초로 하면 빛의 반사율은 약 2.6%였다.In contrast, in the present embodiment, based on the graph shown in FIG. 3, the average reflectance over all wavelength bands of light was about 5.2%, and based on the graph shown in FIG. 4, the reflectance of light was about 2.6%. .
이와 같이, 본 실시예에 따라 제2 반사 방지막을 약 2.5로 하고 제1 반사 방지막을 약 1.8로 할 경우, 빛의 반사율이 감소함을 알 수 있었다.As described above, when the second anti-reflection film was about 2.5 and the first anti-reflection film was about 1.8 according to the present embodiment, it was found that the reflectance of light decreased.
또한, 도 4 및 도 5에 도시한 것처럼, 빛의 파장이 약 700㎚이하의 단파장일 경우, 빛의 반사율이 크게 감소함을 알 수 있었다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 반사 방지부(130)는 장파장의 빛보다 단파장 빛에 대한 반사 방지에 효과적임을 알 수 있다. In addition, as shown in FIGS. 4 and 5, it was found that when the wavelength of the light is shorter than about 700 nm, the reflectance of the light is greatly reduced. Accordingly, it can be seen that the
일반적으로 기판(100) 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. In general, the distance (ie, the bulk survival time of the minority carriers) of the minority carriers (hereinafter, referred to as 'long wavelength minority carriers') generated by the long wavelength absorbed into the
용융법으로 제조되어 순도가 5N이하인 기판(100)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(100)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, 순도가 5N이하인 기판이나 메탈로지칼급 실리콘 기판을 이용하여 태양 전지에 더욱더 효율적이다. When the solar cell 1 is manufactured using the
다음, 도 6 및 도 7을 참고로 하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지에 대하여 설명한다.Next, a solar cell according to another exemplary embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 6 and 7.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지의 일부 사시도이고, 도 7은 도 6에 도시한 태양 전지를 VII-VII선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.6 is a partial perspective view of a solar cell according to another embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a cross-sectional view of the solar cell shown in FIG. 6 taken along the line VII-VII.
본 실시예에서, 도 1 및 도 2와 비교하여, 동일한 기능을 행하는 구성요소에 대해서는 같은 도면 부호를 부여하고 그에 대한 자세한 설명은 생략한다.In the present embodiment, in comparison with Figs. 1 and 2, the same reference numerals are given to components that perform the same function, and detailed description thereof will be omitted.
도 6 및 도 7을 참고로 하면, 본 실시예에 따른 태양 전지는 도 1 및 도 2의 태양 전지의 유사한 구조를 갖고 있다.6 and 7, the solar cell according to the present embodiment has a similar structure to the solar cell of FIGS. 1 and 2.
즉, 제1 불순물부(110)와 에미터부(120)를 구비한 기판(100), 기판(100) 전면의 에미터부(120) 위에 위치하는 반사 방지부(130a), 에미터부(120) 위에 위치하고, 복수의 전면 전극(141)과 복수의 전면전극용 집전부(142)를 구비한 전면 전극부(140), 기판(100)의 후면에 위치하는 후면 전극(151), 그리고 후면 전극(151) 하부에 위치하는 후면 전계부(171)를 구비한다.That is, on the
하지만, 도 1 및 도 2와는 달리, 반사 방지부(130a)는 실리콘 질화막(SiNx)으로 이루어져 있고, 하나의 층으로 형성된다.However, unlike FIGS. 1 and 2, the
반사 방지부(130a)는 위치에 따라 굴절률이 변한다. 즉, 에미터부(120) 쪽으로 이동할 수록 굴절률을 증가하고, 반대로 반사 방지부(130a)의 입사면 쪽으로 갈수록 굴절률은 감소한다. 즉, 에미터부(120)와 반사 방지부(130a)의 접경 부근의 굴절률은 약 2.3 내지 2.9이고, 이 굴절률의 값을 기판(100)의 입사면쪽으로 갈 수록 순차적으로 감소하여 외부에 노출된 반사 방지부(130a)의 표면 부근의 굴절률은 약 1.7 내지 2.2가 된다. 하지만, 대안적인 실시예에서, 반사 방지부(130a)의 굴절률은 비선형적으로 바뀔 수 있다. 즉, 에미터부(120)와 반사 방지부(130a)의 접경 부근의 굴절률은 약 2.3 내지 2.9이고, 외부에 노출된 반사 방지부(130a)의 표면 부근의 굴절률은 약 1.7 내지 2.2이지만, 에미터부(120)와 반사 방지부(130a)의 접경 부근과 외부에 노출된 반사 방지부(130a)의 표면 부근 사이의 굴절률의 변화는 비선형적으로 바뀔 수 있다.The
이와 같이, 기판(100)의 표면인 에미터부(120)와 접해있는 부근의 굴절률이 그 반대편의 굴절률보다 높은 값을 갖고 있으므로, 반사 방지부(130a)의 하부면은 부동화 효과가 뛰어난 반면, 반사 방지부(130a)의 상부면은 빛의 반사 방지 효과가 뛰어나다. 이와 같은 하나의 층으로 이루어진 반사 방지부(130a)를 형성함에 따라, 반사 방지부(130a)의 제조 시간과 제조 비용이 감소하여 태양 전지(1a)의 제조 시간과 제조 비용이 줄어든다.As described above, since the refractive index near the contact with the
이러한 태양 전지(1a)의 제조 방법은 도 3a 내지 도 3e에 도시한 태양 전지(1)의 제조 방법과 비교하여, 반사 방지부(130a)의 제조 방법만 상이하고 다른 구성요소의 제조 방법은 동일하므로, 동일한 부분에 대해서는 자세한 설명을 생략한다. The manufacturing method of such a
즉, 도 8a 및 도 8b에 도시한 것처럼, 기판(100)에 에미터부(120)를 형성할 후, 기판(100)의 입사면쪽에 위치한 에미터부(120) 위에 실리콘 질화막(SiNx)으로 이루어진 반사 방지부(130a)를 형성한다. 이때, 반사 방지부(130a)의 굴절률은 하 부면 부근에서 약 2.3 내지 2.9이고, 상부면 부근에서 약 1.7 내지 2.2가 된다. 반사 방지부(130a)를 형성할 때 굴절률의 변화는 암모니아 가스(NH3)와 실란 가스(SiH4)의 분사량을 제어하여 해당 부분에 원하는 굴절률을 갖도록 제어한다. 예를 들어, 반사 방지부(130a)의 고굴절률 부분을 형성할 경우 저굴절률 부분을 형성할 때보다 암모니아(NH3) 가스의 공급량을 현저히 감소시켜 굴절률을 높일 수 있다.That is, as shown in FIGS. 8A and 8B, after the
이때, 반사 방지부(130a)는 약 70㎚ 내지 90㎚이다.At this time, the
그런 다음, 도 3d와 도 3e를 참고로 하여 설명한 것처럼, 반사 방지부(130a) 위에 전면 전극부 패턴(40)을 형성하고, 기판(100)의 후면에 후면 전극 패턴(50)을 형성한 후, 열 처리하여 에미터부(120)와 전기적?물리적으로 접촉하는 복수의 전면 전극(141)과 복수의 전면전극용 집전부(142)를 형성하고 또한 기판(100)과 전기적?물리적으로 접촉하는 후면 전극(151)과 기판(100)의 후면 전극(151) 사이에 형성된 후면 전계부(171)를 형성한다. Then, as described with reference to FIGS. 3D and 3E, after forming the front
이와 같이 반사 방지부(130a)가 하나의 층으로 이루어져 있어 태양 전지의 제조 시간이 향상되며, 또한 위치에 따라 반사 방지부(130a)의 굴절률이 상이하므로 부동화 효과를 갖는 반사 방지막의 형성이 가능하므로 태양 전지(1a)의 효율이 향상된다. Since the
이상에서 본 발명의 바람직한 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.Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements of those skilled in the art using the basic concepts of the present invention defined in the following claims are also provided. It belongs to the scope of rights.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 일부 사시도이다.1 is a partial perspective view of a solar cell according to an embodiment of the present invention.
도 2는 도 1에 도시한 태양 전지를 II-II선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.FIG. 2 is a cross-sectional view of the solar cell illustrated in FIG. 1 taken along the line II-II.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 순차적으로 도시한 단면도이다. 3A to 3E are cross-sectional views sequentially illustrating a method of manufacturing a solar cell according to one embodiment of the present invention.
도 4는 전면 전극부와 후면 전극을 형성하기 전 빛의 파장에 따른 빛의 반사율 그래프이다.4 is a graph of reflectance of light according to wavelengths of light before forming the front and rear electrodes.
도 5는 전면 전극부와 후면 전극을 형성한 후 태양 전지를 모듈화한 후 빛의 파장에 따른 빛의 반사율 그래프이다.5 is a graph of reflectance of light according to wavelengths of light after modularizing a solar cell after forming a front electrode and a rear electrode.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지의 일부 사시도이다.6 is a partial perspective view of a solar cell according to another embodiment of the present invention.
도 7은 도 6에 도시한 태양 전지를 VII-VII선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.FIG. 7 is a cross-sectional view of the solar cell illustrated in FIG. 6 taken along the line VII-VII. FIG.
도 8a 내지 도 8d는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 순차적으로 도시한 단면도이다. 8A to 8D are cross-sectional views sequentially illustrating a method of manufacturing a solar cell according to another embodiment of the present invention.
*도면 부호에 대한 설명** Description of the Drawing Symbols *
1, 1a: 태양 전지 40: 전면전극부 패턴1, 1a: solar cell 40: front electrode portion pattern
50: 후면전극 패턴 100: 기판50: back electrode pattern 100: substrate
110: 제1 불순물부 120: 에미터부110: first impurity portion 120: emitter portion
130, 130a: 반사 방지부 131: 제1 반사 방지막130 and 130a: antireflection portion 131: first antireflection film
132: 제2 반사 방지막 140: 전면전극부132: second antireflection film 140: front electrode portion
141: 전면 전극 142: 전면전극용 집전부141: front electrode 142: current collector for the front electrode
151: 후면 전극 171: 후면 전계부151: rear electrode 171: rear electric field
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