KR101135587B1 - 태양 전지 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 태양 전지에 관한 것이다. 태양 전지는 제1 도전성 타입의 제1 불순물을 함유하고 있고, 결정질 반도체로 이루어진 기판, 상기 기판의 입사면 위에 위치하는 제1 보호부, 상기 제2 도전성 타입의 제2 불순물을 함유하고 있고, 상기 제1 보호부 위에 위치하는 제1 전계부, 제3 도전성 타입의 제3 불순물을 함유하고 있고, 상기 입사면과 마주보는 상기 기판의 비입사면에 위치하고 비결정질 반도체로 이루어진 에미터부, 상기 에미터부에 연결되어 있는 제1 전극, 그리고 상기 기판에 전기적으로 연결되어 있는 제2 전극을 포함한다. 이로 인해, 태양 전지의 입사면에 전계부가 위치하므로 기판의 입사면에서 전하의 재결합율이 감소하여, 태양 전지의 효율이 향상된다. 또한 제1 보호부가 기판에 바로 위치하므로, 기판의 표면 및 그 근처에서의 패시베이션 효과가 더욱 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.
최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예측되면서 이들을 대체할 대체 에너지에 대한 관심이 높아지고, 이에 따라 태양 에너지로부터 전기 에너지를 생산하는 태양 전지가 주목 받고 있다.
일반적인 태양 전지는 p형과 n형처럼 서로 다른 도전성 타입(conductive type)에 의해 p-n 접합을 형성하는 반도체부, 그리고 서로 다른 도전성 타입의 반도체부에 각각 연결된 전극을 구비한다.
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, 전자는 n형의 반도체부 쪽으로 이동하고 정공은 p형 반도체부 쪽으로 이동한다. 이동한 전자와 정공은 각각 p형의 반도체부와 n형의 반도체부에 연결된 서로 다른 전극에 의해 수집되고 이 전극들을 전선으로 연결하여 전력을 얻는다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 태양 전지의 효율을 향상시키기 위한 것이다.
본 발명의 한 특징에 따른 태양 전지는 제1 도전성 타입의 제1 불순물을 함유하고 있고, 결정질 반도체로 이루어진 기판, 상기 기판의 입사면 위에 위치하는 제1 보호부, 상기 제2 도전성 타입의 제2 불순물을 함유하고 있고, 상기 제1 보호부 위에 위치하는 제1 전계부, 제3 도전성 타입의 제3 불순물을 함유하고 있고, 상기 입사면과 마주보는 상기 기판의 비입사면에 위치하고 비결정질 반도체로 이루어진 에미터부, 상기 에미터부에 연결되어 있는 제1 전극, 그리고 상기 기판에 전기적으로 연결되어 있는 제2 전극을 포함한다.
상기 제1 전계부에 함유된 상기 제2 불순물의 농도는 상기 기판에 함유된 상기 제1 불순물의 농도보다 높을 수 있다.
상기 제1 전계부는 1×1016 내지 1×1021 atoms/㎤의 농도를 가질 수 있다.
상기 제1 전계부는 1㎚ 내지 20㎚의 두께를 가질 수 있다.
상기 제1 보호부는 2㎚ 내지 20㎚의 두께를 가질 수 있다.
상기 제1 전계부에 함유된 상기 제2 불순물의 농도는 상기 제1 전계부의 두께 변화에 따라 변할 수 있다.
상기 제1 전계부에 함유된 상기 제2 불순물의 농도는 상기 제1 보호부와 상기 제1 전계부의 접합면에서부터 상기 제1 전계부의 상부면으로 갈수록 증가하는 것이 좋다.
상기 제1 전계부의 제2 불순물의 최저 농도는 1×1010 atoms/㎤이고 상기 제1 전계부의 제2 불순물의 최고 농도는 1×1021 atoms/㎤일 수 있다.
상기 제1 전계부는 3㎚ 내지 30㎚의 두께를 가질 수 있다.
상기 제1 보호부는 1㎚ 내지 10㎚의 두께를 가질 수 있다.
상기 제1 전계부는 비정질 실리콘, 비정질 실리콘 산화물, 또는 비정질 실리콘 규소로 이루어질 수 있다.
상기 제1 보호부는 진성 비정질 실리콘으로 이루어질 수 있다.
상기 특징에 따른 태양 전지는 상기 기판의 상기 비입사면 위에 위치하고 상기 에미터부와 이격되어 있는 제2 전계부를 더 포함할 수 있다.
상기 제2 전계부는 상기 제1 전계부와 동일한 도전성 타입을 가지는 것이 좋다.
상기 제1 도전성 타입과 상기 제2 도전성 타입은 서로 동일하고, 상기 제1 도전성 타입과 상기 제3 도전성 타입은 서로 반대인 것이 바람직하다.
상기 특징에 따른 태양 전지는 상기 기판의 상기 비입사면 위에 위치하는 제2 보호부를 더 포함할 수 있다.
상기 제2 보호부는 상기 에미터부와 상기 제2 전계부 사이에서 상기 기판 위에 위치할 수 있다.
상기 제2 보호부는 상기 에미터부 하부와 상기 제2 전계부 하부에 더 위치할 수 있다.
상기 제2 보호부는 상기 에미터부 하부와 상기 제2 전계부 하부에 위치할 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따른 태양 전지는 제1 도전성 타입의 제1 불순물을 함유하고 있고, 결정질 반도체로 이루어진 기판, 상기 제1 불순물을 함유하고 있고, 상기 기판의 입사면 위에 위치하는 전계부, 상기 전계부 위에 바로 위치하는 반사 방지부, 상기 제1 도전성 타입과 다른 제2 도전성 타입을 갖고, 상기 입사면과 마주보는 상기 기판의 비입사면에 위치하며 비결정질 반도체로 이루어진 에미터부, 상기 에미터부에 연결되어 있는 제1 전극, 그리고 상기 기판에 전기적으로 연결되어 있는 제2 전극을 포함한다.
상기 전계부에 함유된 상기 제1 불순물의 농도는 상기 기판에 함유된 상기 제1 불순물의 농도보다 높은 것이 좋다.
상기 전계부는 1×1016 내지 1×1021 atoms/㎤의 농도를 가질 수 있다.
상기 반사 방지부는 실리콘 질화물, 실리콘 산화막 및 투명한 금속 산화물 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다.
상기 특징에 따른 태양 전지는 상기 기판과 상기 전계부 사이에 위치하는 보호부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따른 태양 전지의 제조 방법은 기판의 제1 면에 제1 불순물을 함유한 에미터부를 형성하는 단계, 상기 기판의 상기 제1 면에 위치하고 상기 에미터부와 이격되어 있으며, 제2 불순물을 함유한 제1 전계부를 형성하는 단계, 상기 기판의 제1 면과 마주보고 빛이 입사되는 상기 기판의 제2 면 위에 보호부를 형성하는 단계, 상기 보호부 위에 상기 제2 불순물을 함유한 제2 전계부를 형성하는 단계, 그리고 상기 에미터부와 연결되는 제1 전극과 상기 제1 전계부와 연결되는 제2 전극을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 제1 불순물과 상기 제2 불순물은 서로 반대의 도전성 타입을 갖는 것이 좋다.
상기 제2 전계부 형성 단계는 공정실로 주입되는 상기 제2 불순물의 주입 비율을 일정하게 유지하는 단계나 공정실로 주입되는 상기 제2 불순물의 주입 비율을 시간에 따라 변경하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 기판은 결정질 반도체로 이루어져 있고, 상기 에미터부는 비결정질 반도체로 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명의 특징에 따르면, 태양 전지의 입사면에 전계부가 위치하므로 기판의 입사면에서 전하의 재결합율이 감소하여, 태양 전지의 효율이 향상된다. 또한 진성 반도체로 이루어진 보호부가 기판에 바로 위치하므로, 기판의 표면 및 그 근처에서의 패시베이션 효과가 더욱 향상된다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 한 예에 대한 일부 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시한 태양 전지를 II-II선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 3a 내지 도 3j는 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 순차적으로 나타낸 공정도이다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 다른 예에 대한 일부 사시도이다.
도 5는 도 4에 도시한 태양 전지를 V-V선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 또 다른 예에 대한 일부 사시도이다.
도 7은 도 6에 도시한 태양 전지를 VII-VII선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 8은 기판 위에 전면 전계부가 위치할 경우와 전면 전계부가 위치하지 않을 경우 기판의 에너지 밴드 갭 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
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 전지 및 그 제조 방법에 대하여 설명한다.
먼저, 도 1 및 도 2를 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 1 및 도 2를 참고로 하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지(1)는 기판(110), 빛이 입사되는 기판(110)의 면인 입사면[이하, '전면(front surface)'이라 함] 위에 위치하는 전면 보호부(191), 전면 보호부(191) 위에 위치하는 전면 전계부(front surface field, FSF)(171), 전면 전계부(171) 위에 위치하는 반사 방지부(130), 빛이 입사되지 않고 입사면의 반대쪽 면인 기판(110)의 면[이하, '후면(rear surface)'이라 함] 위에 위치하는 후면 보호부(192), 후면 보호부(192) 위에 위치하는 복수의 에미터부(121), 후면 보호부(192) 위에 위치하고 복수의 에미터부(121)와 이격되어 있는 복수의 후면 전계부(back surface field, BSF)(172), 그리고 복수의 에미터부(121) 위에 각각 위치하는 복수의 제1 전극(141)과 복수의 후면 전계부(172) 위에 각각 위치하는 복수의 제2 전극(142)을 구비한 전극부(140)를 포함한다.
기판(110)은 제1 도전성 타입, 예를 들어 n형 도전성 타입의 실리콘으로 이루어진 반도체 기판이다. 이때, 실리콘은 단결정 실리콘 또는 다결정 실리콘 등과 같은 결정질 실리콘이다. 기판(110)이 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물이 기판(110)에 도핑된다. 하지만, 이와는 달리, 기판(110)은 p형 도전성 타입일 수 있고, 실리콘 이외의 다른 반도체 물질로 이루어질 수도 있다. 기판(110)이 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 기판(110)은 붕소(B), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등과 같은 3가 원소의 불순물이 기판(110)에 도핑된다.
이러한 기판(110)은 전면이 텍스처링(texturing)되어 요철면인 텍스처링 표면(textured surface)을 갖는다. 편의상 도 1에서, 기판(110)의 가장자리 부분만 텍스처링 표면으로 도시하여 그 위에 위치하는 전면 보호부(191), 전면 전계부(171) 및 반사 방지부(130) 역시 그 가장자리 부분만 요철면으로 도시한다. 하지만, 실질적으로 기판(110)의 전면 전체가 텍스처링 표면을 갖고 있으며, 이로 인해 기판(110)의 전면 위에 위치한 전면 보호부(191), 전면 전계부(171) 및 반사 방지부(130) 역시 요철면을 갖는다.
또한, 기판(110)은 전면뿐만 아니라 후면에도 텍스처링 표면을 가질 수 있다. 이 경우, 기판(110)의 후면에 위치하는 후면 보호부(192), 복수의 에미터부(121), 후면 전계부(172), 그리고 전극부(140) 역시 요철면을 갖는다.
기판(110)의 전면 위에 위치한 전면 보호부(191)는 진성 비정질 실리콘[intrinsic amorphous silicon(a-Si)]으로 이루어져 있다.
기판(110)의 표면 및 그 근처에 주로 존재하는 댕글링 결합(dangling bond)과 같은 결함(defect)을 안정한 결합으로 바꾸어 결함에 의해 기판(110)의 표면 쪽으로 이동한 전하가 소멸되는 것을 감소시키는 페시베이션 기능(passivation function)을 수행하여 결함에 의해 기판(110)의 표면이나 그 근처에서 손실되는 전하의 양을 감소시킨다.
일반적으로 결함은 기판(110)의 표면이나 그 근처에 주로 많이 존재하므로, 실시예의 경우, 전면 보호부(191)가 기판(110)의 표면에 직접 접해 있으므로 페이베이션 기능은 더욱 향상되어, 전하의 손실량은 더욱 증가한다.
본 실시예에서, 전면 보호부(191)는 약 1㎚ 내지 20㎚의 두께를 가질 수 있다.
전면 보호부(191)의 두께가 약 1nm 이상이면 기판(110) 전면에 전면 보호부(191)가 균일하게 도포되므로 패시베이션 기능을 양호하게 수행할 수 있으며, 약 20nm 이하면 전면 보호부(191) 내에서 흡수되는 빛의 양을 감소시켜 기판(110) 내로 입사되는 빛의 양을 증가시킬 수 있다.
전면 보호부(191) 위에 위치하는 전면 전계부(171)는 기판(110)과 동일한 도전성 타입(예, n형)의 불순물이 기판(110)보다 고농도로 함유된 불순물부이다. 본 실시예에서, 전면 전계부(171)의 불순물 도핑 농도는 최소 약 1×1010atoms/㎤일 수 있고, 최대 1×1021 atoms/㎤일 수 있다.
본 실시예의 전면 전계부(171)는 비정질 실리콘, 비정질 실리콘 산화물(a-SiOx), 또는 비정질 실리콘 규소(a-SiC)로 이루어질 수 있다.
기판(110)과 전면 전계부(171)와의 불순물 농도 차이로 인해 전위 장벽이 형성되어 기판(110) 전면 쪽으로의 전하(예, 정공) 이동이 방해된다. 따라서, 기판(110)의 전면 쪽으로 이동하는 정공은 전위 장벽에 의해 기판(110)의 후면 쪽으로 되돌아가게 되는 전면 전계 효과가 얻어지고, 이로 인해, 외부 장치로 출력되는 전하의 출력량이 증가하게 되고 기판(110)의 전면에서 재결합이나 결함에 의해 손실되는 전하의 양이 감소한다.
일반적으로 비정질 실리콘 산화물(a-SiOx)과 비정질 실리콘 규소(a-SiC)의 에너지 밴드 갭은 각각 약 2.1과 약 2.8이고, 이 에너지 밴드 갭(energy band gap)은 약 1.7 내지 1.9의 에너지 밴드 갭을 갖는 비정질 실리콘보다 넓다. 따라서, 전면 전계부(171)가 비정질 실리콘 산화물(a-SiOx)이나 비정질 실리콘 규소(a-SiC)로 이루어질 경우, 전면 전계부(171)에서 흡수되는 빛의 파장 영역이 감소하고, 이로 인해, 전면 전계부(171) 자체에서 흡수되는 빛의 양 역시 감소하여, 기판(110) 쪽으로 입사되는 빛의 양은 더욱 증가한다.
본 실시예에서, 전면 전계부(171)는 두께 방향으로 따라 약 1×1010 내지 1×1021 atoms/㎤의 범위 내에서 연속적으로 또는 불연속적으로 변하거나 약 1×1016 내지 1×1021 atoms/㎤ 범위에 속하는 실질적으로 균일한 불순물 도핑 농도를 갖는다.
전면 전계부(171)의 불순물 도핑 농도가 두께 방향을 따라 1×1010 내지 1×1021 atoms/㎤의 범위 내에서 변할 경우, 전면 전계부(171)의 일부는 전면 보호부(191)와 같은 패시베이션 기능을 수행한다.
이때, 불순물의 도핑 농도는 전면 보호부(191)와 접해 있는 전면 전계부(171)의 부분에서부터 반사 방지부(130)와 접해 있는 전면 전계부(171)의 부분으로 변하게 된다.
예를 들어, 전면 보호부(191)와 인접할수록 불순물 도핑 농도는 감소하고, 반대로 반사 방지부(130)와 인접할수록 불순물 도핑 농도는 증가하여, 전면 보호부(191)와 접해 있는 부분, 즉, 기판(110)의 표면에서부터 전면 전계부(171)까지의 최소 거리에 위치한 부분이 가장 낮은 불순물 도핑 농도를 갖는 최저 도핑 농도 부분이고, 반사 방지부(130)와 접해 있는 부분, 즉, 기판(110)의 표면에서부터 반사 방지부(130)까지의 최소 거리에 위치한 부분이 가장 높은 불순물 도핑 농도를 갖는 최고 도핑 농도 부분이다. 이때, 두 최소 거리는 기판(110)의 동일 부분에서부터 측정된 거리임을 알 수 있다.
따라서 최저 도핑 농도 부분은 약 1×1010 atoms/㎤의 불순물 농도를 갖고, 최고 도핑 농도 부분은 약 1×1021 atoms/㎤의 불순물 농도를 갖는다.
이때, 전면 전계부(171)는 전면 전계 기능뿐만 아니라 패시베이션 기능도 함께 수행하므로, 전면 전계 기능만 수행할 때보다 두꺼운 두께를 가져야 되고 반대로 전면 보호부(191)의 두께는 좀더 줄어들어도 된다. 이러한 경우, 전면 보호부(191)는 약 1㎚ 내지 10㎚의 두께를 가질 수 있고, 전면 전계부(171)는 약 3㎚ 내지 30㎚의 두께를 가질 수 있다.
전면 보호부(191)의 두께가 1㎚ 이상이면 기판(110) 후면에 전면 보호부(191)가 균일하게 도포되므로 패시베이션 효율을 좀더 얻을 수 있고, 전면 보호부(191)의 두께가 10㎚ 이하이면 자체에서 빛의 흡수 없이 패시베이션 기능을 수행하므로, 기판(110)으로 입사되는 빛의 양을 좀더 증가시킬 수 있다.
전면 전계부(171)의 두께가 3㎚ 이상이면 전면 전계부(171)의 일부가 패시베이션 기능을 수행하더라고 안정적인 전면 전계 기능을 수행할 수 있는 전계 세기를 발생시키며, 또한 기판(110)과 전면 전계부(171) 사이에 위치하여 기판(110)에 작용하는 전계 세기에 악영향을 미치는 전면 보호부(191)의 영향에도 무관하게 정상 크기의 전계를 형성하여 전면 전계 기능을 안정적으로 수행할 수 있고, 전면 전계부(171)의 두께가 30㎚ 이하이면 자체에서 빛의 흡수 없이 전면 전계 기능을 수행하므로, 기판(110)으로 입사되는 빛의 양을 좀더 증가시킬 수 있다.
대안적인 예에서, 전면 전계부(171)가 실질적으로 균일한 불순물 도핑 농도를 가질 경우, 두께 변화에 무관하게 전면 전계부(171)의 불순물 농도는 실질적으로 균일하다.
이 경우, 전면 전계부(171)는 패시베이션 기능보다는 실질적으로 전면 전계 효과를 위한 전면 전계 기능을 주로 수행하므로, 기판(110)과의 불순물 농도 차이를 이용한 전면 전계 기능을 원활히 수행할 수 있는 불순물 농도를 가져야 한다.
따라서, 전면 전계부(171)가 전면 전계 기능을 주로 수행할 경우, 전면 전계부(171)는 전면 전계부(171)의 일부가 패시베이션 기능을 수행할 때보다 높은 불순물 농도를 가진다. 또한, 전면 전계부(171)는 기판(110)보다 높은 불순물 도핑 농도를 가질 수 있다. 본 예에서, 전면 전계부(171)는 약 1×1016 내지 1×1021 atoms/㎤ 범위에 속하는 실질적으로 균일한 불순물 도핑 농도를 갖는다.
전면 전계부(171)의 일부가 전면 전계 기능뿐만 아니라 패시베이션 기능도 함께 수행할 때와 비교할 때, 전면 전계부(171)가 패시베이션 기능보다는 전면 전계 기능을 주로 수행하므로, 전면 전계부(171) 하부에 위치하는 전면 보호부(191)는 안정적인 패시베이션 기능을 수행하기 위해 좀더 두꺼운 두께를 갖고 있고, 전면 전계부(171)는 단지 전면 전계 기능만 수행하므로 좀더 얇은 두께를 가질 수 있다. 이로 인해, 전면 보호부(191)는 약 2㎚ 내지 20㎚의 두께를 가질 수 있고, 전면 전계부(171)는 약 1㎚ 내지 20㎚의 두께를 가질 수 있다.
전면 보호부(191)의 두께가 약 2㎚ 이상이면 전면 보호부(191)만으로도 기판(110)의 표면 및 그 부근의 결함을 안정적으로 제거할 수 있어 패시베이션 기능을 좀더 양호하게 수행할 수 있으며, 전면 보호부(191)의 두께가 약 20㎚ 이하이면 자체에서 빛의 흡수 없이 패시베이션 기능을 수행하므로, 기판(110)으로 입사되는 빛의 양을 좀더 증가시킬 수 있다.
또한, 전면 전계부(171)의 두께가 약 1㎚ 이상이면, 기판(110)과 전면 전계부(171) 사이에 위치하여 기판(110)에 작용하는 전계 세기에 악영향을 미치는 전면 보호부(191)의 영향에도 무관하게 정상 크기의 전계를 형성하여 전면 전계 기능을 안정적으로 수행할 수 있고, 전면 전계부(171)의 두께가 약 20㎚ 이하이면 자체에서 빛의 흡수 없이 전면 전계 기능을 수행하므로, 기판(110)으로 입사되는 빛의 양을 좀더 증가시킬 수 있다.
전면 전계부(171) 위에 위치한 반사 방지부(130)는 태양 전지(1)로 입사되는 빛의 반사도를 줄이고 특정한 파장 영역의 선택성을 증가시켜, 태양 전지(1)의 효율을 높인다.
이러한 반사 방지부(130)는 실리콘 질화막(SiNx)이나 실리콘 산화막(SiOx)으로 이루어질 수 있다.
또한 반사 방지부(130)는 인듐 틴 옥사이드(indium tin oxide: ITO), 주석계 산화물(예, SnO2), 아연계 산화물(예, ZnO, ZnO:Al, ZnO:B, AZO) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나로 형성된 투명한 금속 산화물로 형성될 수 있다. 이들 투명한 금속 산화물은 산소(O2)의 함유량에 따라 투과도와 절연 특성이 변한다. 즉, 산소 함유량이 증가함에 따라, 이들 재료는 투명도가 증가하여 빛의 투과도가 증가하고, 또한 비저항이 증가하여 산소 함유량이 소정 시점을 넘어서면 비저항이 무한대로 증가하여 이들 재료는 비도전성 특성을 나타내어 절연 물질로 변한다. 따라서 본 실시예에 따른 투명한 금속 산화물은 산소 함유량에 따라 투명한 도전 물질(transparent conductive oxide, TCO)이거나 투명한 절연 물질(transparent insulating oxide, TIO)이 된다.
이러한 금속 산화물은 실리콘 질화물이나 실리콘 산화물보다 투명도가 좋다. 따라서, 반사 방지부(130)가 투명한 금속 산화물로 이루어질 경우, 기판(110) 내부로 입사되는 빛의 양이 좀더 증가하여 태양 전지(1)의 효율이 더욱 향상된다.
본 실시예에서, 반사 방지부(130)는 단일막 구조를 갖지만 이중막과 같은 다층막 구조를 가질 수 있고, 필요에 따라 생략될 수 있다.
기판(110)의 후면에 바로 위치한 후면 보호부(192)는 전면 보호부(191)와 동일하게 패시베이션 기능을 수행하여, 기판(110)의 후면 쪽으로 이동한 전하가 결함에 의해 소멸되는 것을 감소한다.
후면 보호부(192)는 전면 보호부(191)와 동일하게, 비정질 실리콘 등으로 이루어질 수 있다.
후면 보호부(192)는 기판(110)의 후면 쪽으로 이동한 전하가 후면 보호부(192)를 통과하여 복수의 후면 전계부(172) 또는 복수의 에미터부(121)로 이동할 수 있는 두께를 갖는다. 본 실시예에서, 후면 보호부(192)의 두께의 한 예는 약 1 내지 10㎚일 수 있다.
후면 보호부(192)의 두께가 약 1nm 이상이면 기판(110) 후면에 후면 보호부(192)가 균일하게 도포되므로 패시베이션 효과를 좀더 얻을 수 있고, 약 10nm 이하면 기판(110)을 통과한 빛이 후면 보호부 (192) 내에서 흡수되는 빛의 양이 감소시켜 기판(110) 내로 재입사되는 빛의 양을 더욱 증가시킬 수 있다.
복수의 후면 전계부(172)는 기판(110)과 동일한 도전성 타입의 불순물이 기판(110)보다 고농도로 도핑된 영역이다. 예를 들어, 복수의 후면 전계부(172)는 n+의 불순물 영역일 수 있다.
복수의 후면 전계부(172)는 후면 보호부(192) 위에서 서로 이격되어 나란하게 정해진 방향으로 뻗어 있다. 본 실시예에서, 복수의 후면 전계부(172)는 비정질 실리콘(a-Si)과 같은 비결정질 반도체로 이루어져 있다.
이러한 후면 전계부(172)는, 전면 전계부(171)와 유사하게, 기판(110)과 후면 전계부(172)와의 불순물 농도 차이로 인한 전위 장벽에 의해 전자의 이동 방향인 후면 전계부(172) 쪽으로의 정공 이동을 방해하는 반면, 후면 전계부(172) 쪽으로의 전하(예, 전자) 이동을 용이하게 한다. 따라서, 후면 전계부(172) 및 그 부근 또는 전극부(140)에서 전자와 정공의 재결합으로 손실되는 전하의 양을 감소시키고 전자 이동을 가속화시켜 후면 전계부(172)로의 전자 이동량을 증가시킨다.
각 후면 전계부(172)는 약 10㎚ 내지 25㎚의 두께를 가질 수 있다. 후면 전계부(172)의 두께가 약 10nm 이상이면 정공의 이동을 방해하는 전위 장벽을 좀더 양호하게 형성할 수 있어 전하 손실을 더 감소시킬 수 있고, 약 25nm 이하면 후면 전계부(172) 내에서 흡수되는 빛의 양을 더욱 감소시켜 기판(110) 내로 재입사되는 빛의 양을 좀더 증가시킬 수 있다.
복수의 에미터부(121)는 기판(110)의 후면 위에서 복수의 후면 전계부(172)와 이격되어 있고, 복수의 후면 전계부(172)와 나란하게 뻗어 있다.
도 1 및 도 2에 도시한 것처럼, 후면 전계부(172)와 에미터부(121)는 기판(110) 위에서 번갈아 위치한다.
각 에미터부(121)는 기판(110)의 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입, 예를 들어, p형의 도전성 타입을 갖고 있고, 기판(110)과 다른 반도체, 예를 들어, 비정질 실리콘으로 이루어져 있다. 따라서, 에미터부(121)는 기판(110)과 p-n 접합뿐만 아니라 이종 접합(hetero junction)을 형성한다.
기판(110)과 복수의 에미터부(121) 간에 형성된 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 n형이고 복수의 에미터부(121)가 p형일 경우, 분리된 정공은 후면 보호부(192)를 관통하여 각 에미터부(121)쪽으로 이동하고 분리된 전자는 후면 보호부(192)를 관통하여 기판(110)보다 불순물 농도가 높은 복수의 후면 전계부(172) 쪽으로 이동한다.
각 에미터부(121)는 기판(110)과 p-n접합을 형성하므로, 본 실시예와 달리, 기판(110)이 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 에미터부(121)는 n형의 도전성 타입을 가진다. 이 경우, 분리된 전자는 후면 보호부(192)를 통해 복수의 에미터부(121) 쪽으로 이동하고 분리된 정공은 후면 보호부(192)를 통해 복수의 후면 전계부(172) 쪽으로 이동한다.
복수의 에미터부(121)가 p형의 도전성 타입을 가질 경우 에미터부(121)에는 3가 원소의 불순물이 도핑될 수 있고, 반대로 복수의 에미터부(121)가 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 에미터부(121)에는 5가 원소의 불순물이 도핑될 수 있다.
이들 복수의 에미터부(121)는 후면 보호부(192)와 함께 패시베이션 기능을 수행할 수 있고, 이 경우 결함에 의해 기판(110)의 후면에서 소멸되는 전하의 양이 감소하여 태양 전지(11)의 효율이 향상된다.
각 에미터부(121)는 약 5㎚ 내지 15㎚의 두께를 가질 수 있다.
에미터부(121)의 두께가 약 5nm 이상이면 p-n 접합을 좀더 양호하게 형성할 수 있고, 약 15nm 이하면 에미터부(121) 내에서 흡수되는 빛의 양을 좀더 감소시켜 기판(110) 내로 재입사되는 빛의 양을 좀더 증가시킬 수 있다.
본 실시예의 경우, 복수의 에미터부(121)와 복수의 후면 전계부(172) 하부에 위치하고 불순물이 존재하지 않거나 거의 없는 진성 반도체 물질(진성 a-Si)의 후면 보호부(192)로 인해, 결정질 반도체 물질로 이루어진 기판(110) 위에 바로 복수의 에미터부(121)와 복수의 후면 전계부(172)가 위치할 때보다 복수의 에미터부(121)와 복수의 후면 전계부(172) 형성 시 결정화 현상이 줄어든다. 이로 인해, 비정질 실리콘 위에 위치하는 복수의 에미터부(121)와 복수의 후면 전계부(172)의 특성이 향상된다.
복수의 에미터부(121) 위에 위치하는 복수의 제1 전극(141)은 복수의 에미터부(121)를 따라서 길게 연장되어 있고, 복수의 에미터부(121)와 전기적?물리적으로 연결되어 있다.
각 제1 전극(141)은 해당 에미터부(121) 쪽으로 이동한 전하, 예를 들어, 정공을 수집한다.
복수의 후면 전계부(172) 위에 위치하는 복수의 제2 전극(142)은 복수의 후면 전계부(172)를 따라서 길게 연장되어 있고, 복수의 후면 전계부(172)와 전기적?물리적으로 연결되어 있다.
각 제2 전극(142)은 해당 후면 전계부(172) 쪽으로 이동하는 전하, 예를 들어, 전자를 수집한다.
도 1 및 도 2에서, 제1 및 제2 전극(141, 142) 각각은 그 하부에 위치하는 에미터부(121) 및 후면 전계부(172)와 동일한 평면 형상을 가지지만, 상이한 평면 형상을 가질 수 있다. 에미터부(121) 및 후면 전계부(172)와 제1 및 제2 전극(141, 142)간의 접촉 면적이 증가할수록 접촉 저항이 감소하여, 전극(141, 142)으로의 전하 전송 효율은 증가한다.
복수의 제1 및 제2 전극(141, 142)은 니켈(Ni), 구리(Cu), 은(Ag), 알루미늄(Al), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 티타늄(Ti), 금(Au) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 도전성 물질로 이루어질 수 있지만, 이외의 다른 도전성 금속 물질로 이루어질 수 있다. 이처럼, 복수의 제1 및 제2 전극(141, 142)이 금속 물질로 이루어져 있으므로, 복수의 제1 및 제2 전극(141, 142)은 기판(110)을 통과한 빛을 기판(110)쪽으로 반사시킨다.
이와 같은 구조를 갖는 본 실시예에 따른 태양 전지(1)는 복수의 제1 전극(141)과 복수의 제2 전극(142)이 빛이 입사되지 않은 기판(110)의 후면에 위치하고, 기판(110)과 복수의 에미터부(121)가 서로 다른 종류의 반도체로 이루어져 있는 태양 전지로서, 그 동작은 다음과 같다.
태양 전지(1)로 빛이 조사되어 반사 방지부(130), 전면 전계부(171) 및 전면 보호부(191)를 순차적으로 통과한 후 기판(110)으로 입사되면 빛 에너지에 의해 기판(110)에서 전자-정공 쌍이 발생한다. 이때, 기판(110)의 표면이 텍스처링 표면이므로 기판(110) 전면에서의 빛 반사도가 감소하고 텍스처링 표면에서 입사와 반사 동작이 행해져 빛의 흡수율이 증가되므로, 태양 전지(1)의 효율이 향상된다. 이어 더하여, 반사 방지부(130)에 의해 기판(110)으로 입사되는 빛의 반사 손실이 줄어들어 기판(110)으로 입사되는 빛의 양은 더욱더 증가한다.
이들 전자-정공 쌍은 기판(110)과 에미터부(121)의 p-n 접합에 의해 서로 분리되어, 정공은 p형의 도전성 타입을 갖는 에미터부(121)쪽으로 이동하고 전자는 n형의 도전성 타입을 갖는 후면 전계부(172)쪽으로 이동하며, 이동한 정공과 전자는 각각 제1 전극(141)과 제2 전극(142)으로 전달되어 제1 및 제2 전극(141, 142)에 의해 수집된다. 이러한 제1 전극(141)과 제2 전극(142)을 도선으로 연결하면 전류가 흐르게 되고, 이를 외부에서 전력으로 이용하게 된다.
이때, 기판(110)의 후면뿐만 아니라 기판(110)의 전면에 보호부(192, 191)가 위치하므로, 기판(110)의 전면 및 후면 표면 그리고 그 근처에 존재하는 결함으로 인한 전하 손실량이 줄어들어 태양 전지(1)의 효율이 향상된다. 이때, 후면 보호부(192)뿐만 아니라 전면 보호부(191)가 결함의 발생 빈도가 높은 기판(110)의 표면에 직접 접해 있으므로, 페이베이션 효과는 더욱더 향상된다.
또한, 기판(110)의 전면과 후면에 위치한 전계부(171, 172)로 인해 전하의 손실량이 더욱 감소하여 태양 전지(1)의 효율은 더욱 향상된다.
다음, 도 8을 참고로 하여, 태양 전지의 전면에 전면 보호부 및 전면 전계부가 존재할 경우와 전면 보호부만이 존재할 경우, 에너지 밴드 갭 상태를 살펴본다.
도 8의 (a)는 기판 위에 전면 전계부가 존재하지 않고 기판 위에 바로 전면보호부가 위치한 경우, 기판과 전면 보호부 간의 에너지 밴드 갭 상태를 도시한 것이고, 도 8의 (b)는 기판 위에 전면 보호부와 전면 전계부가 순차적으로 위치한 경우, 기판과 전면 보호부 및 전면 전계부 간의 에너지 밴드 갭 상태를 도시한 도면이다.
도 8과 같이 에너지 밴드 갭을 측정하기 위해 사용된 태양 전지에서, 전면 보호부는 약 20nm의 두께를 갖는 진성 비정질 실리콘(i-a-Si)으로 이루어져 있고, 전면 전계부는 약 10㎚의 두께를 갖고 약 1×1020atoms/㎤의 불순물 도핑 농도를 갖는 n형의 비정질 실리콘(n-a-Si)으로 이루어져 있으며, 기판은 n형의 다결정 실리콘(n-c-Si)으로 이루어져 있다.
도 8의 (a)에 도시한 것처럼, 전면 전계부가 존재하지 않을 경우, 기판(n- c-Si)의 에너지 밴드 갭이 경사져 있으므로, 에너지 준위가 높은 쪽으로 이동하는 특성을 갖는 정공(H)은 전면 보호부(i-a-Si) 쪽, 즉 기판(n-c-Si)의 전면 쪽으로 주로 이동하게 되어 기판(n-c-Si)과 전면 보호부(i-a-Si) 사이에서 정공(H)의 손실이 발생하였다.
하지만, 전면 전계부(n-a-Si)가 존재할 경우, 도 8의 (b)와 같이, 전면 전계부(n-a-Si)에 의해 형성된 전계의 영향으로 기판(n- c-Si)의 에너지 밴드 갭은 거의 평행한 상태를 유지하고 있으므로, 기판(n-c-Si)의 전면 쪽으로 이동하려는 정공(H)의 방향성이 사라져, 기판(n-c-Si)과 전면 보호부(i-a-Si) 사이에서 발생하는 정공의 손실량이 크게 줄어들게 된다.
기판의 전면에 전면 전계부가 존재하지 않을 경우, 태양 전지의 단략 전류는 약 28.47㎃/㎠이었고, 전면 전계부가 존재할 경우, 태양 전지의 단락 전류는 약 35.05㎃/㎠로, 단락 전류가 약 30% 증가함을 알 수 있었다. 두 경우의 태양 전지는 전면 전계부의 존재 여부만 상이할 뿐 다른 조건은 모두 동일하였다. 이처럼, 전면 전계부의 기능에 의해, 기판의 전면에서 손실되는 전하의 양이 감소함에 따라 태양 전지의 단락 전류가 증가함을 알 수 있었다.
다음, 도 3a 내지 도 3j를 참고로 하여 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법에 대하여 설명한다.
도 3a 내지 도 3j는 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 순차적으로 나타낸 공정도이다.
도 3a를 참고로 하면, 예를 들어 n형의 단결정 또는 다결정 실리콘으로 이루어진 기판(110)의 면에 실리콘 산화막(SiOx) 등으로 이루어진 식각 방지막(60)을 적층한다.
그런 다음, 도 3b에 도시한 것처럼, 식각 방지막(60)을 마스크로 하여, 식각 방지막(60)이 형성되지 않은 기판(110)의 면(예, 입사면)을 식각하여, 입사면인 기판(110)의 전면에 복수의 돌출부를 구비한 텍스처링 표면(textured surface)을 형성한다. 이때, 기판(110)이 단결정 실리콘으로 이루어질 경우, KOH, NaOH, TMAH 등의 염기 용액을 사용하여 기판(110)의 표면을 텍스처링할 수 있다. 반면, 기판(110)이 다결정 실리콘으로 이루어질 경우, HF나 HNO3와 같은 산 용액을 사용하여 기판(110)의 표면을 텍스처링할 수 있다.
기판(110)의 전면과 후면 모두가 텍스처링 표면을 구비할 경우, 식각 방지막(60) 형성 과정 없이 기판(110)의 전면과 후면을 식각액이나 식각 가스에 노출시켜 기판(110)의 전면과 후면에 텍스처링 표면을 형성할 수 있다.
그런 다음, 도 3c에 도시한 것처럼, 텍스처링 표면인 기판(110)의 전면에 플라즈마 기상 증착법(plasma enhanced vapor deposition, PECVD) 등과 같은 막 형성법을 이용하여 비정실 실리콘으로 이루어진 전면 보호부(191)를 형성한다.
다음, 도 3d에 도시한 것처럼, PECVD 등을 이용하여 전면 보호부(191) 위에 비정질 실리콘으로 이루어진 전면 전계부(171)를 형성한다. 이때, 전면 전계부(171)는 기판(110)과 동일한 도전성 타입을 갖고 있으므로, 전면 전계부(171)는 인(P) 등과 같은 5가 원소의 불순물을 포함하는 불순물 도핑 물질, 예를 들어 POCl3나 PH3 등을 공정실에 주입한다. 이로 인해, 기판(110)과 동일한 도전성 타입을 갖고 기판(110)보다 높은 불순물 농도를 갖는 전면 전계부(171)가 완성된다.
이때, 전면 전계부(171)는 두께에 무관하게 균일한 불순물 도핑 농도를 가질 수 있다. 이 경우, 전면 전계부(171)의 불순물 도핑 농도는 약 1×1016 내지 1×1021 atoms/㎤일 수 있다. 이러한 전면 전계부(171)를 형성하기 위해, 공정실에 주입되는 불순물 도핑 물질의 주입 비율은 실질적으로 일정하다.
하지만, 대안적인 예에서, 전면 전계부(171)는 두께 변화에 따라 연속적으로 또는 불연속적으로 변하는 불순물 도핑 농도를 갖는다. 이 경우, 전면 전계부(171)의 불순물 도핑 농도는 약 1×1010 내지 1×1021 atoms/㎤의 범위 내에서 두께에 변화에 따라 변한다. 이때, 불순물 도핑 농도는 전면 전계부(171)의 두께가 증가할수록 증가한다. 이러한 전면 전계부(171)를 형성하기 위해, 공정실에 주입되는 불순물 도핑 물질의 주입 비율은 시간이 경과함에 따라 증가하게 된다.
이어서, 도 3e에 도시한 것처럼, 전면 전계부(171) 위에 PECVD 등을 이용하여 실리콘 질화막(SiNx)이나 실리콘 산화막(SiOx)으로 이루어진 반사 방지부(130)를 형성한다.
그런 다음, 도 3f에 도시한 것처럼, 기판(110)의 후면에 형성된 식각 방지막(60)을 제거한다.
다음, 도 3g에 도시한 것처럼, 기판(110)의 후면에 PECVD 등을 이용하여 후면 보호부(192)를 형성한다. 후면 보호부(192)는 비정실 실리콘 등으로 이루어진다.
이어서, 도 3h에 도시한 것처럼, 후면 보호부(192) 위에 복수의 개구부를 갖는 마스크(도시하지 않음)을 위치시킨 후 PECVD 등에 의해 비정실 실리콘을 적층하여 복수의 에미터부(121)를 완성한다. 복수의 에미터부(121)를 형성할 때, 붕소(B) 등과 같은 3가 원소의 불순물을 포함하는 불순물 도핑 물질, 예를 들어, B2H6를 공정실에 주입하므로, 복수의 에미터부(121)는 기판(110)과 반대인 도전성 타입의 불순물을 함유한다. 이로 인해, 기판(110)과 복수의 에미터부(121) 간에 p-n 접합을 형성된다. 또한 기판(110)과 복수의 에미터부(121)가 서로 다른 반도체 물질로 이루어져 있으므로, 기판(110)과 복수의 에미터부(121)는 이종 접합을 이룬다.
이때, 복수의 개구부 위치는 복수의 에미터부(121)가 형성되는 후면 보호부(192) 부분에 대응하여, 복수의 개구부는 복수의 에미터부(121)가 형성되는 후면 보호부(192)의 부분을 노출한다.
그런 다음, 도 3i에 도시한 것처럼, 후면 보호부(192) 위에 복수의 개구부를 갖는 마스크(도시하지 않음)을 위치시킨 후 PECVD 등에 의해 비정실 실리콘을 증착하여 복수의 후면 전계부(172)를 형성한다. 이때, 인(P) 등과 같은 5가 원소의 불순물을 포함하는 불순물 도핑 물질을 공정실에 주입하여 후면 전계부(172)를 형성하므로, 복수의 후면 전계부(172)는 기판(110)보다 높은 불순물 농도를 갖는 불순물 영역이 된다.
이때, 복수의 개구부 위치는 복수의 후면 전계부(172)가 형성되는 후면 보호부(192) 부분에 대응하여, 복수의 개구부는 복수의 후면 전계부(172)가 형성되는 후면 보호부(192)의 부분을 노출한다.
이때, 복수의 에미터부(121)와 복수의 후면 전계부(172)의 형성 순서는 변경 가능하다. 또한 감광막을 형성하고 그 위에 광 마스크를 위치시킨 후, 복수의 에미터부(110)와 복수의 후면 전계부(172)가 각각 형성될 부분의 감광막을 노광하여 원하는 부분의 후면 보호부(192)를 노출한 후 노출된 부분에 복수의 에미터부(121)와 후면 전계부(172)를 각각 형성하는 방법, 또는 후면 보호부(192) 위에 해당 불순물을 함유한 비정질 실리콘막과 같은 에미터막을 형성한 후 에미터막의 일부를 선택적으로 제거하여 후면 보호부(192) 위에 복수의 에미터부(121)를 형성하고, 노출된 후면 보호부(192)와 복수의 에미터부(121) 위에 해당 불순물을 함유한 비정질 실리콘막과 같은 후면 전계막을 형성한 후 후면 전계막의 일부를 선택적으로 제거하여 복수의 후면 전계부(172)를 형성하는 방법 등과 같이, 다양한 방법으로 후면 보호부(192) 위에 복수의 에미터부(121)와 복수의 후면 전계부(172)를 각각 형성할 수 있다.
다음, 도 3j에 도시한 것처럼, PECVD 등을 이용하여 노출된 후면 보호부(192)와 복수의 에미터부(121) 및 복수의 후면 전계부(172) 위에 금속 물질을 함유한 도전막(40)을 형성한다. 그런 다음, 마스크(도시하지 않음) 등을 이용하여 습식 식각법 등으로 도전막(40)의 일부를 순차적으로 제거하여 복수의 제1 및 제2 전극(141, 142)을 구비한 전극부(140)를 형성한다(도 1 및 도 2).
이와는 달리, 스크린 인쇄법을 이용하여 복수의 에미터부(121)과 복수의 후면 전계부(172) 위에 금속 물질을 함유한 페이스트를 도포한 후 건조시켜, 복수의 에미터부(121) 위에 위치한 복수의 제1 전극(141)과 복수의 후면 전계부(172) 위에 위치한 복수의 제2 전극(142)을 구비한 전극부(140)를 형성할 수 있다.
대안적인 실시예에서, 기판(110) 위에 형성되는 모든 막(191, 171, 130, 192, 121, 172, 141, 142)은 PECVD와 같은 화학적 기상 증착법뿐만 아니라 스퍼터링법(sputtering)과 같은 물리적 기상 증착법(physical vapor deposition)으로 형성 가능하다.
이처럼, 기판(110) 위에 형성되는 막들이 약 200℃의 저온에서 행해지는 화학적 기상 증착법이나 물리적 기상 증착법으로 형성되므로, 태양 전지(1)의 제조가 용이하고, 높은 온도에 의해 각 막(191, 171, 130, 192, 121, 172, 141, 142)의 특성이 열화되는 현상이 방지되므로, 태양 전지(1)의 효율이 향상된다.
다음, 도 4 및 도 5를 참고로 하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지(1a)에 대하여 설명한다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 일부 사시도이고, 도 5는 도 4에 도시한 태양 전지를 V-V선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
본 실시예에서, 도 1 및 도 2에 도시한 태양 전지(1)와 비교하여 동일한 기능을 수행하는 구성요소에 대해서는 같은 도면 부호를 부여하고, 그에 대한 자세한 설명 또한 생략한다.
도 4 및 도 5에 도시한 태양 전지(1a)는 도 1 및 도 2에 도시한 태양 전지(1)와 유사한 구조를 갖고 있다.
즉, 본 실시예에 따른 태양 전지(1a)는 기판(110), 기판(110)의 전면에 순차적으로 위치하는 전면 보호부(191), 전면 전계부(171) 및 반사 방지부(130), 기판(110)의 후면에 위치하는 후면 보호부(192a), 복수의 에미터1(121) 및 복수의 후면 전계부(172), 그리고 복수의 에미터부(121)와 복수의 후면 전계부(172) 위에 각각 위치하는 복수의 제1 전극(141)과 복수의 제2 전극(142)을 구비한 전극부(140)를 포함한다.
하지만, 도 1 및 도 2에 도시한 태양 전지(1)와 다르게, 본 실시예의 태양 전지(1a)는 복수의 에미터부(121)와 복수의 후면 전계부(172)가 직접 기판(110)의 후면과 접촉하게 위치하고, 후면 보호부(192a)는 복수의 에미터부(121)와 복수의 후면 전계부(172)가 형성된 부분을 제외한 기판(110)의 후면에 위치한다. 이러한 후면 보호부(192a)의 형성 위치를 제외하면 본 실시예의 태양 전지(1a)의 구조는 도 1 및 도 2에 도시한 태양 전지(1)와 동일하다.
이때, 후면 보호부(192a)의 두께는 도 1 및 도 2에 도시한 후면 보호부(192)보다 두꺼운 두께를 가지지만 이에 한정되지 않는다.
이러한 후면 보호부(192a)는 도 1 및 도 2의 후면 보호부(192)와 동일하게 기판(110)의 표면 및 그 부근에서 페시베이션 기능을 수행하여, 기판(110)의 표면 및 그 근처에서 결함에 의해 손실되는 전하의 양을 감소시킨다.
이때, 후면 보호부(192a)는 실리콘 산화막이나 실리콘 질화막과 같은 절연 물질로 이루어진다. 따라서 후면 보호부(192a)에 의해 인접한 에미터부(121)와 후면 전계부(172) 간의 전하 이동과 같은 전기적인 간섭이 방지되어 전하의 손실이 줄어들고, 또한 기판(110)을 통과한 빛이 기판(110) 내부로 반사되어 외부로 손실되는 빛의 양이 감소된다.
이와 같이, 복수의 에미터부(121)와 복수의 후면 전계부(172)가 기판(110)의 후면에 직접 접촉하므로, 에미터부(121)와 후면 전계부(172)로 각각 이동하는 전하의 전송율이 향상되어, 태양 전지(1a)의 효율은 더욱 향상된다.
다음, 도 6 및 도 7을 참고로 하여 또 다른 실시예에 따른 태양 전지(1b)에 대하여 설명한다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지의 일부 사시도이고, 도 7은 도 6에 도시한 태양 전지를 VII-VII선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
본 실시예에서, 도 1 및 도 2에 도시한 태양 전지(1)와 비교하여 동일한 기능을 수행하는 구성요소에 대해서는 같은 도면 부호를 부여하고, 그에 대한 자세한 설명 또한 생략한다.
도 6 및 도 7에 도시한 태양 전지(1b)는 도 1 및 도 2에 도시한 태양 전지(1)와 유사하게 기판(110)의 전면에 전면 보호부(191), 전면 전계부(171) 및 반사 방지부(130)가 순차적으로 위치하고, 기판(110)의 후면에 위치하는 후면 보호부192c), 후면 보호부(192c)에 위치하는 복수의 에미터부(121) 및 복수의 후면 전계부(172), 그리고 복수의 에미터부(121)와 복수의 후면 전계부(172) 위에 각각 위치하는 복수의 제1 전극(141)과 복수의 제2 전극(142)을 구비한 전극부(140)를 포함한다.
하지만, 도 1 및 도 2와는 달리, 본 실시예의 태양 전지(1b)는 기판(110)과 복수의 에미터부(121) 및 기판(110)과 복수의 후면 전계부(172) 사이에 각각 위치하는 제1 후면 보호 부분(1923)과 그 외의 부분, 즉, 복수의 에미터부(121) 및 복수의 후면 전계부(172) 사이에 위치한 제2 후면 보호 부분(1924)을 갖는 후면 보호부(192c)를 구비한다.
기판(110)과 에미터부(121) 및 기판(110)과 후면 전계부(172) 사이에 위치하는 제1 후면 보호 부분(1923)은 비정실 실리콘과 같은 도전성 물질로 만들어지고, 그 외 부분에 위치한 제2 후면 보호 부분(1924)은 실리콘 산화막(SiOx)이나 실리콘 질화막(SiNx)과 같은 절연 물질로 만들어진다.
이로 인해, 기판(110)과의 접촉면에 존재하는 불안정한 결합을 안정한 결합으로 변환하는 변화율이 향상되고, 제1 후면 보호 부분(1923)의 도전성 특성에 의해 에미터부(121) 또는 후면 전계부(172)로 전달하는 전하의 양이 증가하여 전하의 전송 효율이 향상되므로, 태양 전지(1)와 비교하여 태양 전지(1b)의 효율은 더욱 크게 향상된다.
또한, 도 4 및 도 5를 참고로 하여 이미 설명한 것처럼, 제2 후면 보호 부분(1924)에 의해 인접한 에미터부(121)와 후면 전계부(172) 간의 전하 이동 등과 같은 전기적인 간섭이 방지되어 태양 전지(1b)의 효율을 더욱 향상된다.
본 실시예에서, 제1 및 제2 후면 보호 부분(1923, 1924)의 두께는 서로 동일하지만, 서로 다를 수 있다. 예를 들어, 제2 후면 보호 부분(1924)의 두께가 제1 후면 보호 부분(1923)의 두께보다 두꺼울 수 있다. 이럴 경우, 제2 후면 보호 부분(1924)에 의해 인접한 에미터부(121)와 후면 전계부(172) 간의 전기적인 간섭 현상이 더욱더 감소한다.
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.
110: 기판 121: 에미터부
130: 반사 방지부 140: 전극부,
141, 142: 전극 171, 172: 전계부
191, 192, 192a, 192c: 보호막

Claims (29)

  1. 제1 도전성 타입의 제1 불순물을 함유하고 있고, 결정질 반도체로 이루어진 기판,
    상기 기판의 입사면 위에 위치하는 제1 보호부,
    상기 제2 도전성 타입의 제2 불순물을 함유하고 있고, 상기 제1 보호부 위에 위치하는 제1 전계부,
    제3 도전성 타입의 제3 불순물을 함유하고 있고, 상기 입사면과 마주보는 상기 기판의 비입사면 위에 위치하고 비결정질 반도체로 이루어진 에미터부,
    상기 에미터부에 연결되어 있는 제1 전극, 그리고
    상기 기판에 전기적으로 연결되어 있는 제2 전극
    을 포함하고,
    상기 제1 전계부는 1×1016 내지 1×1021 atoms/㎤ 범위에 속하는 균일한 상기 제2 불순물의 농도를 갖거나 상기 1×1016 내지 1×1021 atoms/㎤의 범위 내에서 두께 변화에 따라 변하는 상기 제2 불순물의 농도를 갖는 태양 전지.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에서,
    상기 제1 전계부가 상기 1×1016 내지 1×1021 atoms/㎤ 범위에 속하는 균일한 상기 제2 불순물의 농도를 가질 때, 상기 제1 전계부는 1㎚ 내지 20㎚의 두께를 갖는 태양 전지.
  5. 제1항에서,
    상기 제1 보호부는 2㎚ 내지 20㎚의 두께를 갖는 태양 전지.
  6. 삭제
  7. 제1항에서,
    상기 제1 전계부에 함유된 상기 제2 불순물의 농도는 상기 제1 보호부와 상기 제1 전계부의 접합면에서부터 상기 제1 전계부의 상부면으로 갈수록 증가하는 태양 전지.
  8. 삭제
  9. 제7항에서,
    상기 제1 전계부는 3㎚ 내지 30㎚의 두께를 갖는 태양 전지.
  10. 제7항에서,
    상기 제1 보호부는 1㎚ 내지 10㎚의 두께를 갖는 태양 전지.
  11. 제1항에서,
    상기 제1 전계부는 비정질 실리콘, 비정질 실리콘 산화물, 또는 비정질 실리콘 규소로 이루어져 있는 태양 전지.
  12. 제1항에서,
    상기 제1 보호부는 진성 비정질 실리콘으로 이루어져 있는 태양 전지.
  13. 제1항, 제4항, 제5항, 제7항 및 제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에서,
    상기 기판의 상기 비입사면 위에 위치하고 상기 에미터부와 이격되어 있는 제2 전계부를 더 포함하는 태양 전지.
  14. 제13항에서,
    상기 제2 전계부는 상기 제1 전계부와 동일한 도전성 타입을 갖는 태양 전지.
  15. 제14항에서,
    상기 제1 도전성 타입과 상기 제2 도전성 타입은 서로 동일하고, 상기 제1 도전성 타입과 상기 제3 도전성 타입은 서로 반대인 태양 전지.
  16. 제13항에서,
    상기 기판의 상기 비입사면 위에 위치하는 제2 보호부를 더 포함하는 태양 전지.
  17. 제16항에서,
    상기 제2 보호부는 상기 에미터부와 상기 제2 전계부 사이에서 상기 기판 위에 위치하는 태양 전지.
  18. 제17항에서,
    상기 제2 보호부는 상기 에미터부 하부와 상기 제2 전계부 하부에 더 위치하는 태양 전지.
  19. 제16항에서,
    상기 제2 보호부는 상기 에미터부 하부와 상기 제2 전계부 하부에 위치하는 태양 전지.
  20. 제1 도전성 타입의 제1 불순물을 함유하고 있고, 결정질 반도체로 이루어진 기판,
    상기 제1 불순물을 함유하고 있고, 상기 기판의 입사면 위에 위치하는 전계부,
    상기 전계부 위에 바로 위치하는 반사 방지부,
    상기 제1 도전성 타입과 다른 제2 도전성 타입을 갖고, 상기 입사면과 마주보는 상기 기판의 비입사면 위에 위치하며 비결정질 반도체로 이루어진 에미터부,
    상기 에미터부에 연결되어 있는 제1 전극, 그리고
    상기 기판에 전기적으로 연결되어 있는 제2 전극
    을 포함하고,
    상기 제1 전계부는 1×1016 내지 1×1021 atoms/㎤ 범위에 속하는 균일한 상기 제1 불순물의 농도를 갖거나 상기 1×1016 내지 1×1021 atoms/㎤의 범위 내에서 두께 변화에 따라 변하는 상기 제1 불순물의 농도를 갖는 태양 전지.
  21. 삭제
  22. 삭제
  23. 제20항에서,
    상기 반사 방지부는 실리콘 질화물, 실리콘 산화막 및 투명한 금속 산화물 중 적어도 하나로 이루어져 있는 태양 전지.
  24. 제20항 또는 제23항에서,
    상기 기판과 상기 전계부 사이에 위치하는 보호부를 더 포함하는 태양 전지.
  25. 결정질 반도체로 이루어진 기판의 제1 면 위에 제1 불순물을 함유하고 비결정질 반도체로 이루어진 에미터부를 형성하는 단계,
    상기 기판의 상기 제1 면 위에 위치하고 상기 에미터부와 이격되어 있으며, 제2 불순물을 함유한 제1 전계부를 형성하는 단계,
    상기 기판의 제1 면과 마주하고 빛이 입사되는 상기 기판의 제2 면 위에 보호부를 형성하는 단계,
    상기 보호부 위에 상기 제2 불순물을 함유한 제2 전계부를 형성하는 단계, 그리고
    상기 에미터부와 연결되는 제1 전극과 상기 제1 전계부와 연결되는 제2 전극을 형성하는 단계
    를 포함하고,
    상기 제2 전계부는 1×1016 내지 1×1021 atoms/㎤ 범위에 속하는 균일한 상기 제2 불순물의 농도를 갖거나 상기 1×1016 내지 1×1021 atoms/㎤의 범위 내에서 두께 변화에 따라 변하는 상기 제2 불순물의 농도를 갖는 태양 전지의 제조 방법.
  26. 제25항에서,
    상기 제1 불순물과 상기 제2 불순물은 서로 반대의 도전성 타입을 갖는 태양 전지의 제조 방법.
  27. 제25항에서,
    상기 제2 전계부가 상기 1×1016 내지 1×1021 atoms/㎤ 범위에 속하는 균일한 상기 제2 불순물의 농도를 가질 때, 상기 제2 전계부 형성 단계는 공정실로 주입되는 상기 제2 불순물의 주입 비율을 일정하게 유지하는 단계를 포함하는 태양 전지의 제조 방법.
  28. 제25항에서,
    상기 제1 전계부가 상기 1×1016 내지 1×1021 atoms/㎤의 범위 내에서 두께 변화에 따라 변하는 상기 제2 불순물의 농도를 가질 때, 상기 제2 전계부 형성 단계는 공정실로 주입되는 상기 제2 불순물의 주입 비율을 시간에 따라 변경하는 단계를 포함하는 태양 전지의 제조 방법.
  29. 삭제
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JP2009524916A (ja) * 2006-01-26 2009-07-02 アライズ テクノロジーズ コーポレーション 太陽電池
KR20100068832A (ko) * 2008-12-15 2010-06-24 엘지전자 주식회사 태양 전지 및 그 제조 방법

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