KR101146737B1 - 태양 전지 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 태양 전지에 관한 것으로, 상기 태양 전지는 제1 도전성 타입의 기판, 상기 기판에 위치하고 상기 제1 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입을 갖는 에미터부, 상기 에미터부와 전기적으로 연결되어 있는 적어도 하나의 제1 전극, 상기 기판 위에 위치하고, 상기 기판의 일부를 노출하는 복수의 노출부를 갖는 보호막, 그리고 상기 보호막에 위치하고, 상기 복수의 노출부를 통해 노출된 기판과 전기적으로 연결되는 복수의 제2 전극을 구비하는 전극용 도전층을 포함하고, 상기 각 노출부에서, 노출되는 기판면의 크기는 상기 기판과 상기 보호막의 가상 접경면의 크기보다 크다. 이로 인해, 기판과 제2 전극간의 접촉 면적이 증가하여, 태양 전지의 동작 특성이 향상된다.
태양전지, 보호막, 패시베이션, passivation, PERC, 노출부, 경사각

Description

태양 전지 및 그 제조 방법{SOLAR CELL AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 태양 전지 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예측되면서 이들을 대체할 대체 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 그 중에서도 태양 전지는 태양 에너지로부터 전기 에너지를 생산하는 전지로서, 에너지 자원이 풍부하고 환경오염에 대한 문제점이 없어 주목 받고 있다.
일반적인 태양 전지는 p형과 n형처럼 서로 다른 도전성 타입(conductive type)의 반도체로 이루어진 기판(substrate) 및 에미터부(emitter layer), 그리고 기판과 에미터부에 각각 연결된 전극을 구비한다. 이때, 기판과 에미터부의 계면에는 p-n 접합이 형성되어 있다.
이러한 태양 전지에 빛이 입사되면 반도체에서 복수의 전자-정공 쌍이 생성되고, 생성된 전자-정공 쌍은 광기전력 효과(photovoltaic effect)에 의해 전하인 전자와 정공으로 각각 분리되어 전자와 정공은 n형의 반도체와 p형 반도체 쪽으로, 예를 들어 에미터부와 기판 쪽으로 이동하고, 기판과 에미터부와 전기적으로 연결 된 전극에 의해 수집되며, 이 전극들을 전선으로 연결하여 전력을 얻는다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 태양 전지의 동작 효율을 향상시키기 위한 것이다.
본 발명의 한 특징에 따른 태양 전지는 제1 도전성 타입의 기판, 상기 기판에 위치하고 상기 제1 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입을 갖는 에미터부, 상기 에미터부와 전기적으로 연결되어 있는 적어도 하나의 제1 전극, 상기 기판 위에 위치하고, 상기 기판의 일부를 노출하는 복수의 노출부를 갖는 보호막, 그리고 상기 보호막에 위치하고, 상기 복수의 노출부를 통해 노출된 기판과 전기적으로 연결되는 복수의 제2 전극을 구비하는 전극용 도전층을 포함하고, 상기 각 노출부에서, 노출되는 기판면의 크기는 상기 기판과 상기 보호막의 가상 접경면의 크기보다 크다.
상기 복수의 노출부 각각은 상기 노출되는 기판면을 갖는 오버 에칭부를 포함하는 것이 좋다.
상기 복수의 오버 에칭부는 상기 가상 접경면으로부터 상기 기판쪽으로 동일 높이만큼 이격되어 있는 것이 좋다.
상기 높이는 약 1㎛ 내지 40㎛일 수 있다.
상기 복수의 노출부는 상기 보호막의 형성 위치에 따라서 상기 보호막에 대해 상이한 각도를 가질 수 있다.
상기 복수의 노출부는 상기 보호막에 대해 실질적으로 수직인 적어도 하나의 노출부와 상기 보호막에 대해 경사져 있어 경사각을 갖는 적어도 하나의 노출부를 포함하고, 상기 보호막에 대해 실질적으로 수직인 적어도 하나의 노출부는 상기 기판의 중심에 실질적으로 위치하고, 상기 경사각을 갖는 적어도 하나의 노출부는 상기 기판의 가장자리에 위치하며, 상기 경사각은 상기 기판의 가장자리로 갈수록 감소할 수 있다.
제1 방향을 따라 상기 보호막에 형성된 복수의 노출부는 상기 보호막에 대해 동일한 각도를 갖고, 상기 제1 방향과 다른 제2 방향을 따라 상기 보호막에 형성된 복수의 노출부는 상기 보호막에 대해 서로 다른 각도를 갖는 것이 좋다.
상기 제2 방향을 따라 형성된 복수의 노출부는 상기 기판의 가장자리로 갈수록 상기 보호막에 대한 경사져 있고, 상기 보호막에 대한 경사각은 상기 기판의 가장자리로 갈수록 증가할 수 있다.
상기 기판의 중심에 실질적으로 위치하는 상기 노출부의 각도와 상기 보호막의 가장 자리에 위치하는 상기 노출부의 각도 차이는 약 45°이내일 수 있다.
각 노출부의 폭은 약 10㎛ 내지 약 100㎛일 수 있다.
상기 보호막과 상기 제1 전극은 서로 대향하게 상기 기판 위에 위치할 수 있다.
상기 보호막의 층수는 2층 이상일 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따른 태양 전지는 제1 도전성 타입의 기판, 상기 기판에 위치하고 상기 제1 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입을 갖는 에미터부, 상기 에미터부와 전기적으로 연결되어 있는 적어도 하나의 제1 전극, 상기 기판 위에 위치하고, 상기 기판의 일부를 노출하는 복수의 노출부를 갖는 보호막, 그리고 상기 보호막에 위치하고, 상기 복수의 노출부를 통해 노출된 기판과 전기적으로 연결되는 복수의 제2 전극을 구비하는 전극용 도전층을 포함하고, 상기 각 노출부는 상기 기판과 상기 보호막의 가상 접경면으로부터 기판쪽으로 소정 높이를 갖고 형성된 오버 에칭부를 포함한다.
상기 노출부의 수직 단면 형상은 원형, 타원형, 다각형, 또는 스트라이프 형상을 갖고, 상기 오버 에칭부는 반구형상, 원뿔 형상, 또는 다각형뿔 형상을 가질 수 있다.
상기 오버 에칭부의 수직 단면 형상은 상기 노출부의 수직 단면 형상과 실질적으로 동일할 수 있다.
상기 높이는 각 오버 에칭부에서의 위치에 따라 상이한 값을 갖는 복수의 높이를 포함할 수 있다.
상기 복수의 노출부는 상기 보호막에 대해 경사져 있는 복수의 노출부를 포함하고, 각 오버 에칭부에서, 상기 복수의 높이 중 최고 높이를 갖는 최고 높이점의 위치는 상기 노출부의 경사 방향에 기초하여 이동할 수 있다.
상기 높이는 각 오버 에칭부에서의 위치 변화에 따라 상이한 값을 갖는 복수의 높이를 포함하고, 각 오버 에칭부에서, 상기 복수의 높이 중 최고값을 갖는 최고 높이점의 위치는 상기 노출부의 형성 위치에 따라 변할 수 있다.
상기 오버 에칭부의 최고 높이는 약 1㎛ 내지 40㎛일 수 있다.
상기 복수의 오버 에칭부는 서로 다른 형상을 갖는 적어도 두 개의 오버 에칭부를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따른 태양 전지의 제조 방법은 제1 도전성 타입을 갖는 기판의 일면에 상기 제1 도전성과 반대인 제2 도전성 타입의 에미터부를 형성하는 단계, 상기 에미터상에 반사 방지막을 형성하는 단계, 상기 기판의 다른 면에 보호막을 적층하는 단계, 상기 보호막의 일부와 상기 기판의 일부를 제거하여 상기 기판의 일부를 노출하는 복수의 노출부를 형성하는 단계, 상기 에미터부와 전기적으로 연결되는 제1 전극을 형성하는 단계, 그리고 상기 복수의 노출부에 의해 노출된 상기 기판의 일부와 전기적으로 연결되는 제2 전극을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 제1 전극 형성 단계는 상기 반사 방지막 위에 제1 전극 패턴을 형성한 후 열처리하여 상기 에미터부와 전기적으로 연결되는 상기 제1 전극을 형성할 수 있다.
상기 열처리는 상기 제2 전극에도 동시에 행해지는 것이 좋다.
상기 복수의 노출부 형성 단계는 상기 보호막의 일부에 레이저빔을 조사하여 상기 복수의 노출부를 형성할 수 있다.
상기 레이저빔은 355㎚의 파장을 갖고, 약 1㎛의 펄스폭을 가질 수 있다.
상기 복수의 노출부 형성 단계는 상기 보호막과 상기 보호막과 접해있는 기판면으로부터 약 1㎛ 내지 약 40㎛의 깊이까지 상기 기판을 제거하여 상기 복수의 노출부를 형성할 수 있다.
상기 특징에 따른 태양 전지의 제조 방법은 상기 제2 전극과 상기 기판 사이에 후면 전계부를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 후면 전계부는 상기 열처리에 의해 형성될 수 있다.
상기 후면 전계부 형성 단계는 상기 보호막에 상기 복수의 노출부를 형성한 후, 상기 보호막을 마스크로 하여 상기 복수의 노출부에 불순물을 주입하는 단계를 포함할 수 있다.
이러한 특징에 따라, 보호막뿐만 아니라 기판의 일부까지 제거하는 복수의 노출부에 의해, 기판과 제2 전극간의 접촉 면적이 증가하여, 태양 전지의 동작 특성이 향상되고, 기판과 제2 전극간의 접촉 면적의 편차가 줄어들어 각 노출부의 접촉 특성과 보호막의 동작 특성이 균일해져, 태양 전지의 동작 특성이 더욱 향상된다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나 타내었다. 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.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지에 대하여 설명한다.
도 1 내지 도 5를 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. 또한 도 3의 (a) 내지 (d)는 본 발명의 한 실시예에 따라 레이저빔의 조사 위치와 기판의 이동 방향에 따른 노출부의 각도 및 수평 단면 형상을 도시한 예들이고, 도 4의 (a) 내지 (e)는 본 발명의 한 실시예에 따라 노출부 형성 장치의 초기 위치에 따른 노출부의 각도 및 수평 단면 형상을 도시한 예들이며, 도 5는 본 발명의 한 실시예에 따라 두 개의 노출부 형성 장치를 이용하여 복수의 노출부를 형성할 때, 기판의 위치에 따른 노출부의 각도 및 수평 단면 형상을 도시한 도면이다. 또한, 도 6은 본 발명의 한 실시예에 따라서 노출부의 각도에 따른 오버 에칭부의 변화를 도시하는 도면이고, 도 7은 본 발명의 한 실시예에 따라 노출부의 내부 공간에 존재하는 후면 전극의 양을 예시적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참고로 하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지(1)는 기판(110), 빛이 입사되는 기판(110)의 면인 입사면[이하, '전면(front surface)'라 함]에 위치한 에미터부(120), 에미터부(120) 위에 위치하는 반사 방지막(130), 기판(110)의 전면과 대향하는 기판(110)의 후면에 위치하는 보호막(190), 에미터부(120)와 전기적으로 연결되어 있는 복수의 전면 전극(front electrode)(141), 복수의 전면 전극(141)과 연결되어 있고 복수의 전면 전극(141)과 교차하는 방향으로 뻗어 있는 복수의 전면 집전부(142), 보호막(190) 위에 위치하고 기판(110)과 전기적으로 연결되어 있는 복수의 후면 전극(rear electrode)(151)을 구비하는 후면전극용 도전층(155), 그리고 복수의 후면 전극(151)과 기판(110) 사이에 위치하는 복수의 후면 전계(back surface field, BSF)부(170)를 구비한다.
기판(110)은 제1 도전성 타입, 예를 들어 p형 도전성 타입의 실리콘으로 이루어진 반도체 기판이다. 이때, 실리콘은 단결정 실리콘, 다결정 실리콘 또는 비정질 실리콘일 수 있다. 기판(110)이 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 붕소(B), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등과 같은 3가 원소의 불순물을 함유한다. 하지만, 이와는 달리, 기판(110)은 n형 도전성 타입일 수 있고, 실리콘 이외의 다른 반도체 물질로 이루어질 수도 있다. 기판(110)이 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 기판(110)은 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물을 함유할 수 있다.
도 1 및 도 2와는 달리, 대안적인 실시예에서, 기판(110)은 텍스처링(texturing)되어 요철면인 텍스처링 표면(texturing surface)을 가질 수 있다.
에미터부(120)는 기판(110)의 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입, 예를 들어, n형의 도전성 타입을 구비하고 있는 불순물부로서, 반도체 기판(110)과 p-n 접합을 이룬다.
이러한 p-n 접합에 인한 내부 전위차(built-in potential difference)에 의해, 기판(110)에 입사된 빛에 의해 생성된 전하인 전자-정공 쌍은 전자와 정공으로 분리되어 전자는 n형 쪽으로 이동하고 정공은 p형 쪽으로 이동한다. 따라서, 기판(110)이 p형이고 에미터부(120)가 n형일 경우, 분리된 정공은 기판(110)쪽으로 이동하고 분리된 전자는 에미터부(120)쪽으로 이동하여, 기판(110)에서 정공은 다수 캐리어가 되며, 에미터부(120)에서 전자는 다수 캐리어가 된다.
에미터부(120)는 기판(110)과 p-n 접합을 형성하므로, 본 실시예와 달리,기판(110)이 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 에미터부(120)는 p형의 도전성 타입을 가진다. 이 경우, 분리된 전자는 기판(110)쪽으로 이동하고 분리된 정공은 에미터부(120)쪽으로 이동한다.
에미터부(120)가 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 에미터부(120)는 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물을 기판(110)에 도핑하여 형성될 수 있고, 반대로 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 붕소(B), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등과 같은 3가 원소의 불순물을 기판(110)에 도핑하여 형성될 수 있다.
에미터부(120) 위에 실리콘 질화막(SiNx)이나 실리콘 산화막(SiOx) 등으로 이루어진 반사 방지막(130)이 형성되어 있다. 반사 방지막(130)은 태양 전지(1)로 입사되는 빛의 반사도를 줄이고 특정한 파장 영역의 선택성을 증가시켜, 태양 전지(1)의 효율을 높인다. 반사 방지막(130)은 필요에 따라 생략될 수 있다.
보호막(passivation layer)(190)은 기판(110)의 후면에 위치하며, 기판(110) 표면 근처에서 전하의 재결합율을 감소시키고, 기판(110)을 통과한 빛의 내부 반사율을 향상시켜 기판(110)을 통과한 빛의 재입사율을 높인다.
이러한 보호막(190)은 단일막 또는 다층막 구조를 가진다.
또한 보호막(190)은 기판(110)의 일부를 드러내는 복수의 노출부(181)를 구비한다.
복수의 노출부(181)는 일정한 간격, 예를 들어, 약 0.5㎜ 내지 약 1㎜ 간격으로 위치하며, 본 실시예에서, 노출부(181)의 중심축에 대해 수직으로 절단할 경우의 노출부(181)의 수직 단면 형상은 원형이지만, 이에 한정되지 않고, 타원형 또는 다각형과 같은 다양한 형상을 가질 수 있다.
또한, 각 노출부(181)은 형성 위치에 따라 보호막(190)의 표면과 이루는 각도가 다르다. 즉, 복수의 노출부(181)는 보호막(190)의 표면과 실질적으로 수직으로 형성되는 적어도 하나의 노출부(181)와 보호막(190)의 표면에 대하여 경사져 있는 복수의 노출부(181)를 구비한다. 이때, 보호막(190)의 표면에 대한 노출부(181)의 경사각과 경사 방향은 노출부(181)의 형성 위치에 따라 변한다.
또한, 보호막(190)의 표면에 평행하게 절단할 경우의 노출부(181)의 수평 단면 형상은 노출부(181)의 각도에 따라 바뀌게 되고, 이로 인해, 각 노출부(181)의 폭(d) 역시 변한다. 본 실시예에서, 노출부(181)의 각도 변화에 따라서 각 노출부(181)는 약 10㎛ 내지 약 100㎛의 폭(d)을 갖고 있고, 이로 인해, 각 노출 부(181)는 약 100㎛2 (=10㎛×10㎛) 내지 약 10000㎛2(=100㎛×100㎛)의 단면적을 갖는다. 각 노출부(181)의 단면적이 약 100㎛2보다 작을 경우, 노출부(181)를 통한 기판(110)의 노출 면적이 적어, 후면 전극(151)과의 접촉력이 떨어지는 문제가 발생한다. 또한, 각 노출부(181)의 단면적이 약 10000㎛2보다 클 경우, 보호막(190)의 면적이 감소하여 보호막(190)의 역할이 감소하는 문제가 발생한다.
노출부(181)의 단면적은 보호막(190)의 표면과 이루는 각도가 작을수록 증가하고, 반대로 각도가 클수록 작아진다. 예를 들어, 형성되길 원하는 노출부(181)의 단면적 크기를 약 100㎛2로 정할 경우, 약 90°의 각도를 갖는 노출부(181)의 단면적은 약 100㎛2에 가장 가까운 크기를 갖게 된다. 하지만, 약 0°에 가까운 경사각을 가질수록 노출부(181)의 단면적은 증가하여, 약 100㎛2와의 편차는 점점 증가한다. 따라서 약 90°보다 작은 경사각을 갖는 노출부(181)의 개수가 증가할수록 설정 크기보다 큰 단면적을 갖는 노출부(181)의 개수는 증가한다. 본 실시예에서, 각도는 이미 설명한 것처럼, 보호막(190)의 표면과 노출부(181)가 이루는 각도를 의미하며, 경사각은 보호막(190)의 표면에 대해 경사져 있는 각 노출부(181)의 예각(acute angle)을 칭한다.
따라서, 본 실시예에서, 각 노출부(181)간의 단면적 크기의 편차, 즉, 기판(110)과 후면 전극(151)간의 접촉 면적들간의 편차를 감소시켜 각 노출부(181)의 접촉 특성과 보호막(190)의 동작 특성을 균일화하기 위해, 보호막(190)의 표면과 이루는 노출부(181)의 각도는 약 45°내지 약 90°의 크기를 갖는다.
이로 인해, 보호막(190) 전체에 형성되는 모든 노출부(181) 중에서, 가장 큰 각도를 갖는 노출부(181)와 가장 작은 각도를 갖는 노출부(181) 간의 각도 차이는 최대 약 45°가 된다.
도 3의 (a) 내지 (d)에 도시한 것처럼, 보호막(190)의 표면과 이루는 노출부(181)의 각도는 노출부 형성을 위한 장치, 예를 들어, 레이저빔 조사 장치와 같은 노출부 형성 장치(20)의 조사 위치에 따라 달라진다.
예를 들어, 레이저빔 조사 장치(20)의 조사 위치와 가장 가까운 보호막(190) 부분, 즉, 레이저빔 조사 장치(20)로부터 출력되는 레이저빔이 약 90°로 입사되는 부분의 보호막(190)에 형성된 노출부(181)는 약 90°에 가장 가까운 각도를 갖게 된다. 반대로, 조사 위치가 가장 먼 보호막(190) 부분, 즉, 레이저빔이 약 45°에 가장 가깝게 입사되는 부분의 보호막(190)에 형성된 노출부(181)는 약 45°에 가장 가까운 경사각을 갖는다.
도 3의 (a) 내지 (d)에 도시한 것처럼, 기판(110) 위에 형성된 보호막(190)에 복수의 노출부(181)를 형성할 때, 기판(110)과 레이저빔 조사 장치(20)의 위치 관계, 기판(110) 또는 레이저빔 조사 장치(20)의 조사(동작) 방향 등에 따라 보호막(190)에 형성되는 노출부(181)의 각도, 수평 단면 형상 및 단면적 크기 등이 변하게 된다.
즉, 도 3의 (a) 내지 (d)에 도시한 것처럼, 보호막(190)이 형성된 기판(110) 과 레이저빔 조사 장치(20)를 모두 이동시키면서, 복수의 노출부(181)를 형성할 수 있다.
도 3의 (a)와 (b)는 기판(110)이 화살표 "A"방향(대략 X축 방향)으로 이동하고 레이저빔 조사 장치(20)의 조사 방향은 상하 방향으로 이동하는 경우, 보호막(190)에 형성되는 노출부(181)를 도시한 것이다. 도 3의 (a)와 (b)에 도시한 것처럼, 동일 행에 형성되는 노출부(181)의 각도는 실질적으로 동일하고, 다른 행에 형성되는 노출부(181)의 각도는 서로 다르다. 노출부(181)의 각도는 기판(110)의 하측[도 3의 (a)] 또는 상측[도 3의 (b)]로 이동할수록 감소하여 수평 단면 형상의 폭은 증가한다. 즉, 이로 인해, 노출부(181)의 수평 단면 형상은 기판(110)의 상측[도 3의 (a)] 또는 하측[도 3의 (b)]으로 이동할수록 원형에 가까워, 노출부(181)의 단면적은 사용자가 원하는 단면적(이때의 경사각은 약 90˚)에 가까워진다.
도 3의 (c)와 (d)는 기판(110)이 화살표 "C" 또는 "D"(대략 Y축 방향) 방향으로 이동하고 레이저빔 조사 장치(20)의 조사 방향은 좌우 방향으로 이동하는 경우, 보호막(190)에 형성되는 노출부(181)를 도시한 것이다. 도 3의 (c)와 (d)에 도시한 것처럼, 동일 열에 형성되는 노출부(181)의 각도는 실질적으로 동일하고, 다른 열에 형성되는 노출부(181)의 각도는 서로 다르다. 노출부(181)의 각도는 기판(110)의 좌측으로 이동할수록 감소하고. 따라서 노출부(181)의 수평 단면 형상은 기판(110)의 우측으로 이동할수록 원형에 가까워, 노출부(181)의 단면적은 사용자가 원하는 단면적에 가까워진다.
이와 같이, 기판(110)과 레이저빔 조사 장치(20) 모두를 정해진 방향으로 이동시키면서 복수의 노출부(181)를 형성할 경우, 위치에 따라 노출부(181)의 각도가 변하게 되어, 수평 단면 형상 및 단면적 역시 위치에 따라 변한다. 또한, 기판(110)의 이동 방향과 레이저빔 조사 장치(20)의 조사 방향에 따라 동일한 각도를 갖는 적어도 두 개의 노출부(181)가 형성되고, 특히 노출부(181)의 배치 형상[예를 들어, 기판(110)의 행과 열 방향으로 각각 소정 개수의 노출부(181)가 행렬 구조로 배치될 경우]에 따라 동일한 각도를 갖는 노출부 행이나 노출부 열이 존재한다.
결국, 보호막(190)의 위치에 따라 달라지는 레이저빔 조사 장치(20)와 보호막(190)간의 조사 거리에 따라 노출부(181)의 각도(및 수평 단면 형상과 단면적)이 달라진다. 조사 거리가 길수록 노출부(181)의 각도는 감소하고, 서로 다른 조사 거리를 갖는 레이저빔에 의해 형성되는 노출부(181)는 서로 다른 각도(및 수평 단면 형상과 단면적)를 갖게 되며, 동일한 조사 거리를 갖는 레이저빔에 의해 형성되는 노출부(181)는 실질적으로 동일한 각도(및 수평 단면 형상과 단면적)를 갖게 된다. 노출부(181)의 경사 방향은 레이저빔의 조사 방향에 영향을 받으므로, 동일한 경사각(및 수평 단면 형상과 단면적)을 갖는 노출부(181)는 서로 다른 경사 방향을 가질 수 있다.
도 3의 (a) 내지 (d)에 도시한 레이저빔 조사 장치(20)의 조사 방향과 기판(110)의 이동 방향 이외에도 다양한 방향으로 레이저빔 조사 장치(20)로부터 레이저빔이 조사되고 기판(110)이 이동될 수 있다. 이 경우에도, 레이저빔의 조사 거리에 따라 노출부(181)의 각도, 수평 단면 형상 및 단면적 역시 달라진다.
도 3에 도시한 것과는 달리, 도 4에 도시한 것처럼, 대안적인 실시예에서 보호막(190)을 구비한 기판(110)을 고정시킨 후, 레이저빔 조사 장치(20)의 조사 위치만을 변화시켜 보호막(190)에 복수의 노출부(181)를 형성한다.
도 4의 (a) 내지 (e)는 노출부 형성 장치의 초기 위치에 따른 노출부의 각도 및 수평 단면 형상을 도시한 예들이다.
노출부(181)를 형성하기 위해 레이저빔 조사 장치(20)에 대응되게 기판(110)을 초기 위치에 위치시킨 후, 레이저빔 조사 장치(20)의 레이저빔 조사 방향을 변화시켜 해당 위치에 노출부(181)를 형성한다. 본 실시예에서, 기판(110)이 초기 위치로 이동할 때, 기판(110)에 대응하는 레이저빔 조사 장치(20)의 위치를 레이저빔 조사 장치의 초기 위치라 한다. 결국, 레이저빔 조사 장치(20)는 초기 위치에서 레이저빔 조사 방향을 변화시켜 노출부(181)를 형성한다.
도 4의 (a)는 레이저빔 조사 장치(20)의 초기 위치가 기판(110)의 실질적인 중앙인 경우이다. 도 5의 (b)는 레이저빔 조사 장치(20)의 초기 위치가 기판(110)의 상단 좌측 가장자리인 경우이고, 도 5의 (c)는 레이저빔 조사 장치(20)의 초기 위치가 기판(110)의 상단 우측 가장자리인 경우이다. 또한, 도 5의 (d)는 레이저빔 조사 장치(20)의 초기 위치가 기판(110)의 하단 좌측 가장자리인 경우이고, 도 5의 (e)는 레이저빔 조사 장치(20)의 초기 위치가 기판(110)의 하단 우측 가장자리인 경우이다.
도 4의 (a) 내지 (e)에 도시한 것처럼, 기판(110)에 대한 레이저빔 조사 장치(20)의 각도, 즉 레이저빔의 조사 각도가 약 90˚를 유지하는 초기 위치에서부터 멀어질수록, 즉 레이저빔 조사 장치(20)의 조사 거리가 길수록 레이저빔의 조사 각도가 작아진다. 이로 인해, 도시한 것처럼, 레이저빔 조사 장치(20)의 조사 거리가 길수록 노출부(181)의 각도는 작아지고 노출부(181)의 단면적은 증가하다. 즉, 노출부(181)의 수직 단면 형상이 원형일 경우, 초기 위치로부터 레이저빔 조사 장치(20)의 조사 거리가 짧을 수록 노출부(181)의 수평 단면 형상은 원형에 가까워진다.
이때, 도 4의 (a) 내지 (e)에 도시한 것처럼, 노출부(181)의 경사 방향은 레이저빔의 조사 방향과 관계 있으므로, 경사진 복수의 노출부(181)는 가장 큰 각도를 갖는 노출부(181)쪽을 향해 있다, 즉 레이저빔 조사 장치(20)의 초기 위치쪽을 향해 있다.
도 3을 기초로 하여 설명한 것처럼, 도 4 역시, 보호막(190)의 위치에 따라 변하는 레이저빔 조사 거리에 기초하여, 보호막(190)에 형성되는 노출부(181)의 수평 단면 형상, 단면적 크기 및 각도가 달라진다. 따라서, 초기 위치로부터 동일한 조사 거리로 형성되는 노출부(181)는 동일한 각도를 갖고, 초기 위치로부터 서로 다른 조사 거리로 형성되는 노출부(181)는 서로 다른 각도를 갖는다. 결국, 최대 각도를 갖는 노출부(181)로부터 동일한 거리에 위치하는 노출부(181)의 각도(수평 단면 형상 및 단면적)는 동일해진다.
도 3 및 도 4는 각각 하나의 노출부 형성 장치(20)를 이용하여 보호막(190)의 해당 부분에 노출부(181)를 형성하는 경우에 대하여 설명하였다. 하지만, 대안적인 예에서, 복수의 노출부(181)는 두 개 이상의 노출부 형성 장치를 이용하여 형 성될 수 있다.
예를 들어, 도 5에 도시한 것처럼, 두 개의 노출부 형성 장치(21, 22)를 이용하여 복수의 노출부(181)를 형성한다. 이 경우, 서로 다른 노출부 형성 장치(21, 22)에 의해 형성되는 각 노출부(181)는 서로 동일한 각도를 가질 수 있고, 이에 따라 수평 단면 형상 및 단면적이 같을 수 있다. 즉, 각각의 각도를 갖는 노출부(181)의 개수는 적어도 노출부 형성 장치의 개수와 동일할 수 있다.
또한, 도 3 내지 도 5에 도시한 것처럼, 노출부(181)의 경사 방향은 레이저빔의 조사 방향과 관계 있으므로, 경사진 노출부(181)는 가장 큰 각도를 갖는 노출부(181)를 향해 있음을 알 수 있다.
이와 같이, 형성 위치에 따라 각도, 단면 형상 및 경사 방향 등이 바뀌는 각 노출부(181)는 도 1 및 도 2에 도시한 것처럼, 보호막(190)뿐만 아니라 기판(110)의 표면을 넘어서 기판(110)의 일부 영역까지 형성되어 있다.
이때, 각 노출부(181)에서, 기판(110)의 가상 표면과 보호막(190)이 만나는 면인 가상 접경면(S1)으로부터 기판(110)의 일부 영역까지 형성되어 있는 부분을 "오버 에칭부(over etching portion)(183)"라 한다. 결국, 본 실시예에 따른 각 노출부(181)는 보호막(190)을 관통하는 노출부(181)의 연장부인 오버 에칭부(183)를 포함한다.
이러한 오버 에칭부(183)에 대하여, 도 6를 참고로 하여 좀더 상세히 설명한다.
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따라서 노출부의 각도에 따른 오버 에칭부의 변화를 도시하는 도면이다.
각 오버 에칭부(183)는 해당 노출부(181)의 폭과 실질적으로 동일한 최대 폭을 갖고 있으므로, 각 오버 에칭부(183)의 최대 폭은 약 10㎛ 내지 약 100㎛의 크기를 갖는다.
또한, 각 오버 에칭부(183)는 보호막(190)과 기판(110)과의 가상 접경면(S1)으로부터 기판(110)쪽으로 연장한 소정 높이(H1)를 갖는다.
본 실시예에서, 복수의 노출부(181)에 대응하는 복수의 오버 에칭부(183)는 실질적으로 동일한 높이(H1)를 갖는 것이 좋고, 예를 들어, 각 오버 에칭부(183)는 약 1㎛ 내지 약 40㎛의 최대 높이(H1)를 갖는다. 또한 각 오버 에칭부(183)의 수직 단면 형상은 보호막(190)에 형성된 노출부(181)의 수직 단면 형상과 실질적으로 동일하므로 원형, 타원형 또는 다각형 형상을 갖는다.
이로 인해, 각 노출부가 오버 에칭부를 구비하고 있지 않고 기판(110)의 표면까지만 형성되는 경우와 비교할 때, 오버 에칭부(183)만큼 기판(110)과 후면 전극(151)간의 접촉 면적이 증가하게 되고, 이로 인해, 기판(110)과 접촉하는 후면 전극(151)의 총 접촉 면적이 증가한다.
이미 도 3 내지 도 5를 참고로 하여 설명한 것처럼 보호막(190)의 위치에 따라 노출부(181)의 각도이 달라지므로, 노출부(181)의 각도 변화에 따라 오버 에칭부(183)의 형상 등이 변한다.
즉, 복수의 노출부(181)를 형성하기 위해 보호막(190)에 조사되는 레이저빔의 세기는 가우시안(Gaussian) 분포를 갖고 있어, 레이저빔의 가장자리 부분에 대 응하는 오버 에칭부(183)보다 레이저빔의 가운데 부분에 대응하는 오버 에칭부(183) 부분(P1)이 기판(110)쪽으로 가장 깊숙이 위치한다. 따라서, 각 오버 에칭부(183)에서, 가상 접경면(S1)에서부터 수직으로 대응하는 오버 에칭부(183) 부분까지의 거리인 높이는 오버 에칭부(183)의 위치에 따라 다르다. 즉, 기판(110)의 가상 접경면(S1)으로부터 레이저빔의 가운데 부분에 대응하는 오버 에칭부(183) 부분(P1)의 높이(H1)가 가장 크다. 본 실시예에서, 레이저빔의 가운데 부분에 대응하는 오버 에칭부(183) 부분(P1)은 "최대 높이점"이라 한다.
이처럼, 오버 에칭부(183)가 각 노출부(181)의 가상 접경면(S1)으로부터 소정 높이를 갖고 가상 접경면(S1)으로부터 연장되어 있으므로, 오버 에칭부(183)에 의해 노출되는 기판면(S2)의 크기는 가상 접경면(S1)의 크기보다 크다. 또한, 위치에 따라 오버 에칭부(183)의 높이가 다르므로 노출부(181)의 수직 단면 형상이 원형일 경우, 오버 에칭부(183)는 반구형상, 원뿔 형상을 가질 수 있고, 노출부(181)의 수직 단면 형상이 다각형일 경우, 오버 에칭부(183)는 다각형뿔 형상을 가질 수 있다.
이미 설명한 것처럼, 노출부(181)는 보호막(190)의 위치에 따라 상이한 각도를 갖고 있으므로, 노출부(181)의 각도가 감소할수록, 가상 접경면(S1)의 단면적 크기는 증가하고, 가상 접경면(S1)의 중심점(P2)(이하, "가상 중심점"이라 함)으로부터 최대 높이점(P1)의 위치 역시 경사 방향으로 이동한다.
즉, 가상 중심점(P2)의 연장선 상에 최대 높이점(P1)이 존재한다. 따라서, 약 90°의 각도를 갖는 노출부(181)일 경우, 가상 중심점(P2)과 최대 높이점(P1)은 같은 수직선 상에 존재한다. 하지만, 약 90°미만의 경사각을 갖는 노출부(181)의 경우, 가상 중심점(P2)을 통과하는 수직선과 최대 높이점(P1)을 통과하는 수직선은 서로 상이하다. 이때, 수직선은 가상 접경면(S1)에 대해 수직인 선을 의미한다.
따라서, 도 6에 도시한 것처럼, 노출부(181)의 각도가 감소할수록, 최대 높이점(P1)은 가상 중심점(P2)에서 기울기 방향으로 점점 이동한다.
복수의 전면 전극(141)은 에미터부(120) 위에 위치하여 에미터부(120)와 전기적으로 연결되어 있고, 서로 이격되게 정해진 방향으로 뻗어있다. 복수의 전면 전극(141)은 에미터부(120)쪽으로 이동한 전하, 예를 들면, 전자를 수집한다.
복수의 전면 집전부(142)는 에미터부(120) 위에서 복수의 전면 전극(141)과 동일 층에 위치하며, 복수의 전면 전극(141)과 교차하는 방향으로 뻗어 있다. 복수의 전면 집전부(142)는 복수의 전면 전극(141)에 의해 수집되어 이동하는 전하를 수집하여 외부 장치로 출력한다.
복수의 전면 전극(141)과 집전 집전부(142)는 적어도 하나의 도전성 물질로 이루어져 있고, 이들 도전성 물질의 예는 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 하나일 수 있지만, 이외의 다른 도전성 금속 물질로 이루어질 수 있다.
후면전극용 도전층(155)은 도전성 물질로 이루어져 있고, 보호막(190) 위에 위치한다.
후면전극용 도전층(155)은 복수의 노출부(181)를 통해 노출된 기판(110)과 각각 전기적으로 연결되는 복수의 후면 전극(151)을 구비한다. 따라서, 각 노출부(181)의 각도가 약 45°보다 작을 경우, 도 7에 도시한 것처럼, 노출부(181)의 측벽이 후면 전극(151)의 충진 동작을 방해하여 노출부(181)의 일부 공간에만 후면 전극(151)이 존재하는 경우가 발생한다. 이 경우, 후면 전극(151)과 노출된 기판(110)과의 접촉이 정상적으로 이루어지지 않아, 후면 전극(151)과 기판(110)과의 전기적인 연결이 이루어지지 않는 문제가 발생한다. 따라서, 노출부(181)를 통해 기판(110)과 후면 전극(151)과의 용이한 접촉을 위해서도, 각 노출부(181)의 각도는 이미 설명한 것처럼 약 90° 내지 약 45°를 유지하는 것이 좋다.
대안적인 실시예에서, 전면 전극(141)과 유사하게, 각 후면 전극(151)이 기판(110)과 전기적으로 연결되면서 한 방향으로 길게 뻗어 있는 스트라이프(stripe) 형상을 가질 수 있다. 이 경우, 보호막(190)과 기판(110)의 일부에 형성되는 노출부(181)의 수직 단면 형상 역시 스트라이프 형상을 가진다. 이미 설명한 것처럼, 보호막(190)에 형성된 노출부(181)의 연장부인 오버 식각부(183)의 최고 높이점(P1)의 위치는 노출부(181)의 각도에 따라 달라진다. 이때, 후면 전극의 개수는 원형, 타원형 또는 다각형 형상을 갖는 후면 전극의 개수보다 훨씬 적다.
후면 전극(151)은 기판(110)쪽으로부터 이동하는 전하, 예를 들어 정공을 수집하여 후면 전극용 도전층(155)으로 전달하고, 후면 전극용 도전층(155)는 후면 전극(151)으로부터 전달되는 전하를 외부 장치로 출력한다.
도전성 물질은 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 하나일 수 있지만, 이외의 다른 도전성 물질로 이루어질 수 있다.
복수의 후면 전극(151)과 기판(110) 사이에 복수의 후면 전계부(170)가 위치한다. 복수의 후면 전계부(170)는 기판(110)과 동일한 도전성 타입의 불순물이 기판(110)보다 고농도로 도핑된 영역, 예를 들면, P+ 영역이다.
기판(110)과 후면 전계부(170)와의 불순물 농도 차이로 인해 전위 장벽이 형성되고, 이로 인해, 기판(110) 후면쪽으로의 전자 이동이 방해되어 기판(110)의 후면 근처에서 전자와 정공이 재결합하여 소멸되는 것을 감소시킨다.
이미 설명한 것처럼, 노출부(181)가 보호막(190)뿐만 아니라 소정 높이까지 기판(110)의 일부를 제거하는 오버 에칭부(183)를 구비하고 있으므로, 오버 에칭부(183)만큼 노출부(181)를 통해 노출되는 기판면(S2)의 크기가 증가하고, 이로 인해, 기판(110)과 후면 전극(151)과의 접촉 영역 역시 증가한다. 따라서, 후면 전계부(170)의 형성 영역이 오버 에칭부(183)만큼 증가하게 되어, 후면 전계부(170)로 인한 전하의 재결합율은 더욱더 감소한다.
이와 같은 구조를 갖는 본 실시예에 따른 태양 전지(1)는 기판(110)의 후면에 보호막(190)을 형성하여 기판(110)의 표면에 존재하는 불안정한 결합으로 인한 전하의 재결합을 감소시킨 태양 전지(1)로서 그 동작은 다음과 같다.
태양 전지(1)로 빛이 조사되어 반사 방지막(130)과 에미터부(120)를 통해 반도체의 기판(110)으로 입사되면 빛 에너지에 의해 반도체의 기판(110)에서 전자-정공 쌍이 발생한다. 이때, 반사 방지막(130)에 의해 기판(110)으로 입사되는 빛의 반사 손실이 줄어들어 기판(110)으로 입사되는 빛의 양이 증가한다.
이들 전자-정공 쌍은 기판(110)과 에미터부(120)의 p-n 접합에 의해 서로 분리되어 전자와 정공은, 예를 들어, n형의 도전성 타입을 갖는 에미터부(120)과 p형의 도전성 타입을 갖는 기판(110)쪽으로 각각 이동한다. 이처럼, 에미터부(120)쪽으로 이동한 전자는 전면 전극(141)에 의해 수집되어 전면전극용 집전부(142)로 전달되고, 기판(110)쪽으로 이동한 정공은 인접한 후면 전극(151)에 의해 수집되어 후면전극용 도전층(155)으로 전달된다. 이러한 전면전극용 집전부(142)와 후면전극용 도전층(155)를 도선으로 연결하면 전류가 흐르게 되고, 이를 외부에서 전력으로 이용하게 된다.
기판(110)과 후면전극용 도전층(155) 사이에 단일막 또는 다중막 구조를 갖는 보호막(190)이 위치하므로, 기판(110) 표면의 불안정한 결합에 의한 전하의 재결함율이 크게 줄어들어 태양 전지(1)의 동작 효율이 향상된다.
또한, 각 노출부(181)의 오버 에칭부(183)로 인해, 기판(110)과 후면 전극(151)간의 접촉 면적이 증가하여, 기판(110)과 각 후면 전극(151)간의 접촉 저항이 감소하여 전하의 전송 효율이 향상된다. 또한, 각 노출부(181)의 오버 에칭부(183)로 인해, 기판(110)과 후면 전극(151) 사이에 형성되는 후면 전계부(170)의 형성 면적이 증가하여, 기판(110)의 후면 근처에서 전자와 정공의 재결합율은 더욱더 감소한다. 이로 인해, 본 실시예에 따른 태양 전지(1)의 동작 효율이 향상된다.더욱이, 노출부(181)의 경사각이 약 45 °내지 약 90 °이므로, 보호막(190)과 기판(110)의 일부에 형성되어 있는 노출부(181)간의 단면적 편차가 줄어들어, 후면 전극(151)과 기판(110)간의 접촉 면적들간의 편차가 감소한다. 이로 인해, 기 판(110) 내에서 각 노출부(181)의 접촉 특성과 보호막(190)의 동작 특성을 균일해져 태양 전지(1)의 동작 효율이 더욱 향상되고, 후면 전극(151)과 기판(110)간의 연결이 신뢰성있게 이루어져 태양 전지(1)의 불량율이 낮아지고, 이로 인해, 태양 전지(1)의 동작 효율이 향상된다.
다음, 도 8a 내지 도 8g를 참고로 하여, 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지(1)의 제조 방법에 대하여 설명한다.
도 8a 내지 도 8g는 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 순차적으로 나타낸 도면이다.
먼저, 도 8a에 도시한 것처럼, p형 단결정 또는 다결정 실리콘으로 이루어진 기판(110)에 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물을 포함하는 물질, 예를 들어, POCl3이나 H3PO4 등을 고온에서 열처리하여 5가 원소의 불순물을 기판(110)에 확산시켜 기판(110) 전체면, 즉, 전면, 후면 및 측면에 에미터부(120)를 형성한다. 본 실시예와 달리, 기판(110)의 도전성 타입이 n형일 경우, 3가 원소의 불순물을 포함하는 물질, 예를 들어, B2H6를 고온에서 열처리하거나 적층하여 기판(110) 전면에 p형의 에미터부를 형성할 수 있다. 그런 다음, p형 불순물 또는 n형 불순물이 기판(110) 내부로 확산됨에 따라 생성된 인을 포함하는 산화물(phosphorous silicate glass, PSG)이나 붕소를 포함하는 산화물(boron silicate glass, BSG)을 식각 공정을 통해 제거한다.
필요할 경우, 에미터부(120)를 형성하기 전에, 기판(110)의 전면을 테스처링 하여, 요철면인 텍스처링 표면을 형성할 수 있다. 이때, 기판(110)이 단결정 실리콘으로 이루어질 경우, KOH, NaOH 등의 염기 용액을 사용하여 기판(110)의 표면을 텍스처링하고, 기판(110)이 다결정 실리콘으로 이루어질 경우, HF나 HNO3와 같은 산 용액을 사용하여 기판(110)의 표면을 텍스처링한다.
다음, 도 8b에 도시한 것처럼, 플라즈마 화학 기상 증착법(plasma enhanced chemical vapor deposition, PECVD) 등을 이용하여 기판(110) 위에 반사 방지막(130)을 형성한다.
다음, 도 8c에 도시한 것처럼, 습식 식각 또는 건식 식각 등으로 기판(110)의 후면 일부를 제거하여, 기판(110)의 후면에 형성된 에미터부(120)를 제거하여, 에미터부(120)를 완성한다.
도 8d에 도시한 것처럼, 플라즈마 기상 증착법(PECVD), 화학 기상 증착법, 또는 스퍼터링법(sputtering) 등과 같은 다양한 막 형상 방법을 사용하여 기판(110)의 후면에 보호막(190)을 형성한다. 이때, 보호막(190)는 실리콘 산화막(SiOx)과 같은 단일막 구조나 실리콘 산화막(SiOx)과 실리콘 질화막(SiNx)과 같은 다층막 구조를 가질 수 있다.
그런 다음, 도 8e에 도시한 것처럼, 레이저 빔을 보호막(190)의 해당 부위에 조사하여, 보호막(190) 및 기판(110)을 제거하여 기판(110)의 일부를 드러내는 복수의 노출부(181)를 형성한다.
이때, 레이저빔의 조사 거리에 따라 형성되는 노출부(181)의 각도가 달라져, 보호막(190)의 표면에 대해 수직인 노출부(181)와 보호막(190)의 표면에 대하여 기울어져 있는 복수의 노출부(181)가 존재하고, 노출부(181)의 각도에 따라 노출부(181)의 폭(d)의 크기가 변한다. 본 실시예에서, 각 노출부(181)의 폭(d)은 약 10㎛ 내지 약 100㎛이다.
또한, 노출부(181)는 기판(110)의 표면을 넘어서 기판(110)의 일부 영역까지 형성되어 기판(110)의 일부면(S2)을 노출하는 오버 에칭부(183)를 구비하고, 보호막(190)과 기판(110) 사이의 가상 접경면(S1)으로부터 노출부(181)의 오버 에칭부(183)의 최대 높이(H1)는 약 1㎛ 내지 약 40㎛이다. 이때, 노출부(181)의 오버 에칭부(183)의 최대 높이(H1)는 레이저빔의 종류, 조사 세기 또는 조사 횟수 등을 조정하여 가변 가능하다. 본 실시예에서 사용되는 레이저빔은 355㎚의 파장을 갖고 있고 약 1㎛ 이하의 펄스폭을 갖고 있지만, 레이저 빔의 세기와 파장은 보호막(190)의 재료나 두께 등에 따라 바뀐다. 본 실시예에서, 동일한 기판(110)에 형성되는 복수의 노출부(181)의 오버 에칭부(183)의 최대 높이는 실질적으로 동일한 것이 좋다.
대안적인 실시예에서, 복수의 후면 전극(151)이 스트라이프 형상을 가질 경우, 노출부(181) 또한 정해진 방향으로 길게 연장되는 스트라이프 형상을 가지고, 이에 따라, 노출부(181)의 연장부인 오버 에칭부(183) 또한 각도에 따라 최대 높이점(P1)의 위치가 이동하는 스트라이프 형상을 가진다.
그런 다음, 도 8f에 도시한 것처럼, 스크린 인쇄법을 이용하여, 반사 방지막(130)의 해당 부분에 은(Ag)을 포함한 페이스트를 도포한 후 약 120℃ 내지 약 200℃에서 건조시켜, 전면전극 및 전면전극용 집전부 패턴(140)을 형성한다. 전면전극 및 전면전극용 집전부 패턴(140)은 서로 교차하는 방향으로 뻗어 있는 전면전극 패턴부와 전면전극용 집전부 패턴부를 구비하고 있다. 즉, 각 교차부에서, 전면전극 패턴부와 전면전극용 집전부 패턴부는 서로 다른 방향으로 뻗어 있다. 본 실시예에서, 전면전극 패턴부의 폭보다 전면전극용 집전부 패턴부의 폭이 더 넓지만, 이에 한정되지 않는다.
다음, 도 8g에 도시한 것처럼, 알루미늄(Al)을 함유하는 페이스트를 스크린 인쇄법으로 도포한 후 약 120℃ 내지 약 200℃에서 건조시켜 보호막(190) 위와 노출부(181)를 통해 드러난 기판(110) 위에 후면전극용 도전층 패턴(150)을 형성한다.
이때, 이들 패턴(140, 150)의 형성 순서는 변경 가능하다.
그런 다음, 이들 패턴(140, 150)이 형성된 기판(110)을 약 750℃ 내지 약 800℃의 온도에서 소성하여(firing), 복수의 전면 전극(141)과 복수의 전면전극용 집전부(142), 복수의 노출부(181)를 통해 기판(110)과 전기적으로 연결되는 복수의 후면 전극(151)을 구비하는 후면전극용 도전층(155), 그리고 복수의 후면 전계부(170)를 형성하여 태양 전지(1)를 완성한다(도 1 및 도 2).
즉, 열처리가 시행되면, 전면전극 및 전면전극용 집전부 패턴(140)에 함유된 납(Pb) 등에 의해 접촉 부위의 반사 방지막(130)이 관통되어 에미터부(120)와 접촉하는 복수의 전면 전극(141) 및 전면전극용 집전부(142)가 형성되고, 각 패턴(140, 150)에 함유된 금속 성분과 각 접촉하는 층(120, 110, 190)과의 화학적 결합으로 접촉 저항이 감소하여 전류 흐름이 향상된다.
이때, 노출부(181)의 오버 에칭부(183)의 최대 높이(H1)가 약 1㎛보다 작을 경우, 노출부(181)를 통해 노출되는 기판(110)의 면적이 너무 작아 기판(110)과 후면 전극(151)간의 접촉 면적 역시 작아져, 노출부(181)를 오버 형성한 효과를 효과적으로 얻을 수 없다.
반면, 노출부(181)의 오버 에칭부(183)의 최대 높이(H1)가 약 40㎛보다 큰 경우, 레이저빔의 조사 세기가 커져 보호막(190)에 조사되는 레이저빔에 의한 인가되는 열 등으로 인해, 레이저 빔이 조사되는 영역과 그 주변의 기판(110)의 원자 결합 등이 손상되어 기판(110)의 손상 부위가 발생하고, 그로 인해 전하의 전송율 등에 악영향을 미친다.
또한, 열처리가 시행되면, 후면 전극(151)의 함유물인 알루미늄(Al)이 기판(110)까지 확산되어 기판(110)과 동일한 도전형인 p형 도전형을 갖는 복수의 불순물부를 형성하고, 이 복수의 불순물부는 복수의 후면 전계부(170)가 된다. 이때, 후면 전계부(170)의 불순물 농도는 기판(110)보다 높아 P+의 도전성 타입을 갖는다.
본 실시예에서, 별도의 공정을 행하지 않고 기판(110)을 열처리할 때, 후면전극(151)과 기판(110)과의 접촉 영역에 후면 전계부(170)가 형성되었지만, 대안적인 실시예에서, 별도의 공정을 이용하여, 기판(110)의 후면에 기판(110)과 동일한 도전성 타입의 복수의 불순물층을 기판(110)의 농도보다 높게 형성할 수 있다. 이 경우 불순물층은 후면 전계부로서 기능한다. 이러한 별도의 복수의 불순물층은 다 음과 같은 공정을 통해 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 7e에 도시한 것처럼, 보호막(190)에 복수의 노출부(181)를 형성한 후, 보호막(190)을 마스크로 하여 기판(110)과 동일한 도전성 타입, 예를 들어 P형의 불순물을 CVD 등으로 기판(110)의 후면에 주입하여 복수의 불순물층을 형성한다. 이때, 복수의 불순물층의 불순물 농도는 기판(110)의 불순물 농도보다 높은 P+이다. 그런 다음, 전면전극 및 전면전극용 집전부 패턴, 후면전극용 도전층 패턴 등을 형성한 후 소성 공정을 실시하여 태양 전지를 완성한다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 일부 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시한 태양 전지를 II-II선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 3의 (a) 내지 (d)는 본 발명의 한 실시예에 따라 레이저빔의 조사 위치와 기판의 이동 방향에 따른 노출부의 각도 및 수평 단면 형상을 도시한 예들이다.
도 4의 (a) 내지 (e)는 본 발명의 한 실시예에 따라 노출부 형성 장치의 초기 위치에 따른 노출부의 각도 및 수평 단면 형상을 도시한 예들이다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따라 두 개의 노출부 형성 장치를 이용하여 복수의 노출부를 형성할 때, 기판의 위치에 따른 노출부의 각도 및 수평 단면 형상을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따라서 노출부의 각도에 따른 오버 에칭부의 변화를 도시하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따라 노출부의 내부 공간에 존재하는 후면 전극의 양을 예시적으로 도시한 도면이다.
도 8a 내지 도 8g는 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 순차적으로 나타낸 도면이다.

Claims (30)

  1. 제1 도전성 타입의 기판,
    상기 기판에 위치하고 상기 제1 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입을 갖는 에미터부,
    상기 에미터부와 전기적으로 연결되어 있는 적어도 하나의 제1 전극,
    상기 기판 위에 위치하고, 상기 기판의 일부를 노출하는 복수의 노출부를 갖는 보호막, 그리고
    상기 보호막에 위치하고, 상기 복수의 노출부를 통해 노출된 기판과 전기적으로 연결되는 복수의 제2 전극을 구비하는 전극용 도전층
    을 포함하고,
    상기 각 노출부에서, 노출되는 기판면의 크기는 상기 기판과 상기 보호막의 가상 접경면의 크기보다 큰
    태양 전지.
  2. 제1항에서,
    상기 복수의 노출부 각각은 상기 노출되는 기판면을 갖는 오버 에칭부를 포함하는 태양 전지.
  3. 제1항에서,
    상기 복수의 오버 에칭부는 상기 가상 접경면으로부터 상기 기판쪽으로 동일 높이만큼 이격되어 있는 태양 전지.
  4. 제3항에서,
    상기 높이는 1㎛ 내지 40㎛인 태양 전지.
  5. 제1항에서,
    상기 복수의 노출부는 상기 보호막의 형성 위치에 따라서 상기 보호막에 대해 상이한 각도를 갖는 태양 전지.
  6. 제5항에서,
    상기 복수의 노출부는 상기 보호막에 대해 실질적으로 수직인 적어도 하나의 노출부와 상기 보호막에 대해 경사져 있어 경사각을 갖는 적어도 하나의 노출부를 포함하고,
    상기 보호막에 대해 실질적으로 수직인 적어도 하나의 노출부는 상기 기판의 중심에 실질적으로 위치하고, 상기 경사각을 갖는 적어도 하나의 노출부는 상기 기판의 가장자리에 위치하며,
    상기 경사각은 상기 기판의 가장자리로 갈수록 감소하는
    태양 전지.
  7. 제5항에서,
    제1 방향을 따라 상기 보호막에 형성된 복수의 노출부는 상기 보호막에 대해 동일한 각도를 갖고, 상기 제1 방향과 다른 제2 방향을 따라 상기 보호막에 형성된 복수의 노출부는 상기 보호막에 대해 서로 다른 각도를 갖는 태양 전지.
  8. 제7항에서,
    상기 제2 방향을 따라 형성된 복수의 노출부는 상기 기판의 가장자리로 갈수록 상기 보호막에 대한 경사져 있고, 상기 보호막에 대한 경사각은 상기 기판의 가장자리로 갈수록 증가하는 태양 전지.
  9. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에서,
    상기 기판의 중심에 실질적으로 위치하는 상기 노출부의 각도와 상기 보호막의 가장 자리에 위치하는 상기 노출부의 각도 차이는 45°이내인 태양 전지.
  10. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에서,
    각 노출부의 폭은 10㎛ 내지 100㎛인 태양 전지.
  11. 제1항에서,
    상기 보호막과 상기 제1 전극은 서로 대향하게 상기 기판 위에 위치하는 태양 전지.
  12. 제1항에서,
    상기 보호막의 층수는 2층 이상인 태양 전지.
  13. 제1 도전성 타입의 기판,
    상기 기판에 위치하고 상기 제1 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입을 갖는 에미터부,
    상기 에미터부와 전기적으로 연결되어 있는 적어도 하나의 제1 전극,
    상기 기판 위에 위치하고, 상기 기판의 일부를 노출하는 복수의 노출부를 갖는 보호막, 그리고
    상기 보호막에 위치하고, 상기 복수의 노출부를 통해 노출된 기판과 전기적으로 연결되는 복수의 제2 전극을 구비하는 전극용 도전층
    을 포함하고,
    상기 각 노출부는 상기 기판과 상기 보호막의 가상 접경면으로부터 기판쪽으로 소정 높이를 갖고 형성된 오버 에칭부를 포함하는 태양 전지.
  14. 제13항에서,
    상기 노출부의 수직 단면 형상은 원형, 타원형, 다각형, 또는 스트라이프 형상을 갖는 태양 전지.
  15. 제14항에서,
    상기 오버 에칭부는 반구형상, 원뿔 형상, 또는 다각형뿔 형상을 갖는 태양 전지.
  16. 제15항에서,
    상기 오버 에칭부의 수직 단면 형상은 상기 노출부의 수직 단면 형상과 실질적으로 동일한 태양 전지.
  17. 제13항에서,
    상기 높이는 각 오버 에칭부에서의 위치에 따라 상이한 값을 갖는 복수의 높이를 포함하는 태양 전지.
  18. 제17항에서,
    상기 복수의 노출부는 상기 보호막에 대해 경사져 있는 복수의 노출부를 포함하고,
    각 오버 에칭부에서, 상기 복수의 높이 중 최고 높이를 갖는 최고 높이점의 위치는 상기 노출부의 경사 방향에 기초하여 이동하는 태양 전지.
  19. 제13항에서,
    상기 높이는 각 오버 에칭부에서의 위치 변화에 따라 상이한 값을 갖는 복수 의 높이를 포함하고,
    각 오버 에칭부에서, 상기 복수의 높이 중 최고값을 갖는 최고 높이점의 위치는 상기 노출부의 형성 위치에 따라 변하는 태양 전지.
  20. 제18항 또는 제19항에서,
    상기 오버 에칭부의 최고 높이는 1㎛ 내지 40㎛인 태양 전지.
  21. 제18항 또는 제19항에서,
    상기 복수의 오버 에칭부는 서로 다른 형상을 갖는 적어도 두 개의 오버 에칭부를 포함하는 태양 전지.
  22. 제1 도전성 타입을 갖는 기판의 일면에 상기 제1 도전성과 반대인 제2 도전성 타입의 에미터부를 형성하는 단계,
    상기 에미터부 상에 반사 방지막을 형성하는 단계,
    상기 기판의 다른 면에 보호막을 적층하는 단계,
    상기 보호막의 일부와 그 하부에 위치한 상기 기판의 일부를 제거하여 상기 기판의 일부를 노출하고 각각 오버 에칭부를 구비한 복수의 노출부를 형성하는 단계,
    상기 에미터부와 전기적으로 연결되는 제1 전극을 형성하는 단계, 그리고
    상기 복수의 노출부에 의해 노출된 상기 기판의 일부와 전기적으로 연결되는 제2 전극을 형성하는 단계
    를 포함하고,
    상기 오버 에칭부는 상기 기판의 가상 표면과 상기 보호막이 만나는 면으로부터 상기 기판의 영역까지 형성되어 노출되는 상기 기판의 일부면을 갖는
    태양 전지의 제조 방법.
  23. 제22항에서,
    상기 제1 전극 형성 단계는 상기 반사 방지막 위에 제1 전극 패턴을 형성한 후 열처리하여 상기 에미터부와 전기적으로 연결되는 상기 제1 전극을 형성하는 태양 전지의 제조 방법.
  24. 제23항에서,
    상기 열처리는 상기 제2 전극에도 동시에 행해지는 태양 전지의 제조 방법.
  25. 제23항에서,
    상기 제2 전극과 상기 기판 사이에 후면 전계부를 형성하는 단계를 포함하는 태양 전지의 제조 방법.
  26. 제25항에서,
    상기 후면 전계부는 상기 열처리에 의해 형성되는 태양 전지의 제조 방법.
  27. 제25항에서,
    상기 후면 전계부 형성 단계는 상기 보호막에 상기 복수의 노출부를 형성한 후, 상기 보호막을 마스크로 하여 상기 복수의 노출부에 불순물을 주입하는 단계를 포함하는 태양 전지의 제조 방법.
  28. 제22항에서,
    상기 복수의 노출부 형성 단계는 상기 보호막의 일부에 레이저빔을 조사하여 각각 상기 오버 에칭부를 구비한 상기 복수의 노출부를 형성하는 태양 전지의 제조 방법.
  29. 제28항에서,
    상기 레이저빔은 355㎚의 파장을 갖고, 1㎛의 펄스폭을 갖는 태양 전지의 제조 방법.
  30. 제28에서,
    상기 오버 에칭부는 상기 보호막과 접해 있는 기판면에서부터 1㎛ 내지 40㎛의 깊이를 갖는 태양 전지의 제조 방법.
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