KR101178445B1 - 태양 전지 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양 전지 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 태양 전지의 일례는 제 1 도전성 타입의 불순물이 도핑된 기판; 제 1 도전성 타입과 반대인 제 2 도전성 타입의 불순물이 도핑되어 기판과 p-n 접합을 형성하는 에미터부; 에미터부 상부에 위치하는 반사 방지부; 에미터부와 전기적으로 연결되어 있는 제 1 전극부; 그리고, 기판에 전기적으로 연결되어 있는 제 2 전극부;를 포함하고, 기판은 단결정 실리콘 영역인 제 1 영역과 다결정 실리콘 영역인 제 2 영역을 포함하고, 제 1 영역에 위치하는 에미터부 표면에는 피라미드 형상의 제 1 크기를 갖는 복수의 제 1 돌출부가 형성되며, 제 2 영역에 위치하는 에미터부 표면에는 제 1 돌출부가 형성되지 않으며, 복수의 제 1 돌출부의 경사면 및 제 2 영역의 상부에 위치하는 에미터부 표면에는 제 1 크기보다 작은 제 2 크기를 갖는 복수의 제 2 돌출부가 형성된다.
본 발명에 따른 태양 전지의 일례는 제 1 도전성 타입의 불순물이 도핑된 기판; 제 1 도전성 타입과 반대인 제 2 도전성 타입의 불순물이 도핑되어 기판과 p-n 접합을 형성하는 에미터부; 에미터부 상부에 위치하는 반사 방지부; 에미터부와 전기적으로 연결되어 있는 제 1 전극부; 그리고, 기판에 전기적으로 연결되어 있는 제 2 전극부;를 포함하고, 기판은 단결정 실리콘 영역인 제 1 영역과 다결정 실리콘 영역인 제 2 영역을 포함하고, 제 1 영역에 위치하는 에미터부 표면에는 피라미드 형상의 제 1 크기를 갖는 복수의 제 1 돌출부가 형성되며, 제 2 영역에 위치하는 에미터부 표면에는 제 1 돌출부가 형성되지 않으며, 복수의 제 1 돌출부의 경사면 및 제 2 영역의 상부에 위치하는 에미터부 표면에는 제 1 크기보다 작은 제 2 크기를 갖는 복수의 제 2 돌출부가 형성된다.
Description
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 전자와 정공이 생성되고, p-n 접합에 의해 생성된 전하는 n형과 p형 반도체로 각각 이동하므로, 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 발명은 단결정 영역과 다결정 영역을 함께 지닌 기판을 이용한 태양 전지의 광전 효율을 향상시키는 태양 전지 및 그 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 태양 전지의 일례는 제 1 도전성 타입의 불순물이 도핑된 기판; 제 1 도전성 타입과 반대인 제 2 도전성 타입의 불순물이 도핑되어 기판과 p-n 접합을 형성하는 에미터부; 에미터부 상부에 위치하는 반사 방지부; 에미터부와 전기적으로 연결되어 있는 제 1 전극부; 그리고, 기판에 전기적으로 연결되어 있는 제 2 전극부;를 포함하고, 기판은 단결정 실리콘 영역인 제 1 영역과 다결정 실리콘 영역인 제 2 영역을 포함하고, 제 1 영역에 위치하는 에미터부 표면에는 피라미드 형상의 제 1 크기를 갖는 복수의 제 1 돌출부가 형성되며, 제 2 영역에 위치하는 에미터부 표면에는 제 1 돌출부가 형성되지 않으며, 복수의 제 1 돌출부의 경사면 및 제 2 영역의 상부에 위치하는 에미터부 표면에는 제 1 크기보다 작은 제 2 크기를 갖는 복수의 제 2 돌출부가 형성된다.
여기서, 제 1 돌출부의 높이는 제 2 돌출부의 높이보다 크고, 제 1 돌출부의 높이는 5㎛ 이하이고, 제 2 돌출부의 높이는 1㎛ 이하일 수 있다.
또한, 복수의 제 1 돌출부들의 돌출 끝단 사이의 간격은 복수의 제 2 돌출부들의 돌출 끝단 사이의 간격보다 크고, 복수의 제 1 돌출부들의 돌출 끝단 사이의 간격은 7㎛ 이하이고, 복수의 제 2 돌출부들의 돌출 끝단 사이의 간격은 1㎛ 이하일 수 있다.
또한, 제 1 영역의 기판 상부에 위치하는 반사 방지부의 두께는 제 1 영역의 기판 상부에 위치하는 반사 방지부의 두께와 오차 범위 내에서 동일하며, 여기서, 오차 범위는 10%일 수 있다.
또한, 제 1 영역의 기판 상부에 위치하는 반사 방지부의 반사율은 입사광이 500nm 내지 1000nm 파장인 범위에서 10%이하이고, 제 2 영역의 기판 상부에 위치하는 반사 방지부의 평균 굴절률은 입사광이 15.0% 500nm 내지 1000nm 파장인 범위에서 이하일 수 있다.
또한, 제 1 영역에 위치하는 에미터부의 두께는 제 2 영역에 위치하는 에미터부의 두께와 동일할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 태양 전지 제조 방법의 일례는 제 1 도전성 타입의 불순물이 도핑되며, 단결정 실리콘 영역인 제 1 영역과 다결정 실리콘 영역인 제 2 영역을 포함하는 기판의 표면 손상층을 제거하는 소우 데미지 에칭(saw damage etching)을 수행하여, 제 1 영역에는 제 1 크기를 갖는 피라미드 형상의 제 1 돌출부를 형성시키고, 제 2 영역에는 제 1 돌출부를 형성시키지 않는 단계; 반응성 이온 에칭(reactive ion etching;RIE)을 수행하여, 제 1 돌출부의 경사면 및 제 2 영역의 표면에 제 1 크기보다 작은 제 2 크기를 갖는 제 2 돌출부를 형성시키는 단계; 및 제 1 도전성 타입과 반대인 제 2 도전성 타입의 불순물을 제 1 돌출부 및 제 2 돌출부가 형성된 기판 표면 내부로 확산시켜 에미터부를 형성시키는 단계;를 포함한다.
여기서, 소우 데미지 에칭은 비등방성 에칭일 수 있으며, 비등방성 에칭은 알카리 용액(alkaline solution)에 의해 수행될 수 있고, 알카리 용액은 수산화칼륨(KOH) 또는 수산화나트륨(NaOH)을 포함할 수 있다.
또한, 에미터부 상부에 반사 방지부를 형성하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
또한, 제 1 돌출부의 높이는 제 2 돌출부의 높이보다 크고, 제 1 돌출부의 높이는 5㎛ 이하이고, 제 2 돌출부의 높이는 1㎛ 이하일 수 있으며, 복수의 제 1 돌출부들의 돌출 끝단 사이의 간격은 복수의 제 2 돌출부들의 돌출 끝단 사이의 간격보다 크고, 복수의 제 1 돌출부들의 돌출 끝단 사이의 간격은 7㎛ 이하이고, 복수의 제 2 돌출부들의 돌출 끝단 사이의 간격은 1㎛ 이하일 수 있다.
본 발명에 따른 태양 전지 및 그 제조 방법은 단결정 실리콘 영역인 제 1 영역에 피라미드 형상의 제 1 돌출부를 형성하고, 제 1 영역과 다결정 실리콘 영역인 제 2 영역에 제 1 돌출부보다 크기가 작은 제 2 돌출부를 형성하여 제 1 영역과 제 2 영역의 표면적 차이를 줄임으로써, 기판의 반사율의 차이를 최소화하고, 반사 방지부의 두께 차이를 최소화하여 태양 전지의 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 태양 전지의 일부분에 대한 사시도이다.
도 2는 도 1에서 라인 Ⅱ-Ⅱ에 따른 본 발명에 따른 태양 전지의 측면을 바라본 형상이다.
도 3은 도 1 및 도 2에 도시된 태양 전지에서 본 발명에 따른 기판을 보다 자세히 설명하기 위한 도이다.
도 4는 도 2에서 제 1 영역인 A 부분과 제 2 영역인 B 부분을 확대하여 도시한 것이다.
도 5는 제 1 영역과 제 2 영역을 포함하는 기판에 소우 데미지 에칭(saw damage etching)을 수행한 상태에서의 반사율과 소우 데미지 에칭과 반응성 이온 에칭(reactive ion etching; RIE)을 수행한 이후 반사율을 측정한 그래프이다.
도 6 내지 12는 본 발명에 따른 태양 전지를 제조하는 방법의 일례를 설명하기 위한 도이다.
도 2는 도 1에서 라인 Ⅱ-Ⅱ에 따른 본 발명에 따른 태양 전지의 측면을 바라본 형상이다.
도 3은 도 1 및 도 2에 도시된 태양 전지에서 본 발명에 따른 기판을 보다 자세히 설명하기 위한 도이다.
도 4는 도 2에서 제 1 영역인 A 부분과 제 2 영역인 B 부분을 확대하여 도시한 것이다.
도 5는 제 1 영역과 제 2 영역을 포함하는 기판에 소우 데미지 에칭(saw damage etching)을 수행한 상태에서의 반사율과 소우 데미지 에칭과 반응성 이온 에칭(reactive ion etching; RIE)을 수행한 이후 반사율을 측정한 그래프이다.
도 6 내지 12는 본 발명에 따른 태양 전지를 제조하는 방법의 일례를 설명하기 위한 도이다.
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. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상부에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분과 접한 “바로 위의 상부에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 상부에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한 어떤 부분이 다른 부분 위에 “전체적”으로 형성되어 있다고 할 때에는 다른 부분의 전체 면에 형성되어 있는 것뿐만 아니라 가장 자리 일부에는 형성되지 않은 것을 뜻한다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지(1)의 방법에 대하여 설명한다.
먼저, 도 1 내지 도 2를 참고로 하여, 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지(1)에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 태양 전지(1)의 일부분에 대한 사시도이고, 도 2는 도 1에서 라인 Ⅱ-Ⅱ에 따른 본 발명에 따른 태양 전지(1)의 측면을 바라본 형상이다. 이하의 실시예는 서로 다른 극성의 제 1 전극부(150)와 제 2 전극부(160)가 기판(110)의 서로 다른 면에 각각 형성된 태양 전지를 예로 들어 설명하지만, 본 발명은 제 1 전극부(150)와 제 2 전극부(160)가 기판(110)의 동일한 면에 각각 형성된 태양 전지에도 적용이 가능하다.
이와 같은 태양 전지(1)의 일례는, 기판(110), 기판(110)의 전면에 위치하는 에미터부(120), 에미터부(120)의 전면 상부에 위치하는 반사 방지부(130), 기판(110)의 후면에 위치하는 후면 전계부(170), 에미터부(120)의 전면 상부에 위치하는 제 1 전극부(150) 및 기판(110)의 후면 상부에 위치하는 제 2 전극부(160)를 포함할 수 있다. 여기서, 후면 전계부(170)는 경우에 따라 생략될 수도 있다.
기판(110)은 제1 도전성 타입의 불순물, 예를 들어 p형 도전성 타입의 불순물이 도핑되어 형성될 수 있다.
기판(110)이 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 붕소(B), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등과 같은 3가 원소의 불순물이 기판(110)에 도핑(doping)된다. 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 기판(110)에 도핑하여 형성할 수 있다.
이러한 기판(110)에 빛이 입사되면, 입사된 빛의 에너지로 인해 전자와 정공이 발생하게 된다.
이와 같은 기판(110)은 단결정 실리콘 영역인 제 1 영역(S1)과 다결정 실리콘 영역인 제 2 영역(S2)을 함께 포함한다.
여기서, 제 1 영역(S1)에 위치하는 기판(110)의 표면, 보다 구체적으로는 제1 영역(S1)에 위치하는 에미터부(120)의 표면에는 피라미드 형상을 갖는 복수의 돌출부가 형성되며, 제 2 영역(S2)의 상부에 위치하는 기판(110)의 표면, 즉 에미터부(120)의 표면에는 피라미드 형상의 돌출부가 형성되지 않는다. 그리고 피라미드 형상을 갖는 돌출부의 경사면 및 제 2 영역(S2)에 위치하는 에미터부(120)의 표면에는 피라미드 형상의 돌출부보다 작은 크기의 돌출부들을 포함하는 요철면이 형성된다.
여기서, 제 1 영역(S1)에만 피라미드 형상의 돌출부가 형성되고, 제 2 영역(S2)에는 피라미드 형상의 돌출부가 형성되지 않는 것은 기판(110)의 표면에 발생되는 손상층을 제거하기 위한 소우 데미지 에칭(saw damage etching)의 한 방법으로 비등방성 에칭을 수행하는 경우, 단결정 영역인 제 1 영역(S1)에서는 결정의 방향이 일정하여 복수의 요철들이 피라미드 형태를 가지면서 형성되나, 다결정 영역인 제 2 영역(S2)에서는 결정의 방향이 제각각이므로 일정한 패턴을 가진 피라미드 형태의 요철이 형성되지 않기 때문이다.
그리고, 제 2 영역(S2)은 요철이 형성된다 하더라도 제 1 영역(S1)에 형성되는 요철보다 높이가 매우 작아 평탄하면서 랜덤한 형상을 가지게 된다.
따라서, 제 2 영역(S2)은 제 1 영역(S1)과 비교했을 때 거의 평탄한 면을 가지게 된다.
또한, 전술한 바와 같이, 기판(110)의 제 1 영역(S1)에만 피라미드 형상의 돌출부가 형성되고 기판(110)의 제 2 영역(S2)에는 피라미드 형상의 돌출부가 형성되지 않은 상태에서, 피라미드 형상의 돌출부보다 작은 크기의 돌출부들을 포함하는 요철면은 기판(110)의 표면에 반응성 이온 에칭(reactive ion etching;RIE)을 수행하는 것에 의해 형성될 수 있다.
이에 따라, 피라미드 형상의 돌출부보다 작은 크기의 돌출부들을 포함하는 요철면은 피라미드 형상을 지닌 돌출부의 경사면 및 제 2 영역(S2)에 위치하는 기판(110)의 표면에 각각 형성될 수 있다. 이와 같은 피라미드 형상의 돌출부보다 작은 크기의 돌출부들을 포함하는 요철면에 대해서는 도 3 및 도 4에서 보다 구체적으로 설명한다.
에미터부(120)는 기판(110)의 입사면인 전면(front surface)에 전체적으로 형성되며, 기판(110)의 도전성 타입과 반대인 제 2 도전성 타입, 예를 들어, n형의 도전성 타입을 구비하고 있는 불순물을 기판(110)에 도핑하는 것에 따라 형성된다. 따라서 에미터부(120)는 기판(110)의 제 1 도전성 타입 부분과 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 전자와 정공 중 전자는 n형 쪽으로 이동하고 정공은 p형 쪽으로 이동한다. 따라서, 기판(110)이 p형이고 에미터부(120)가 n형일 경우, 정공은 기판(110) 쪽으로 이동하고 전자는 에미터부(120) 쪽으로 이동한다.
에미터부(120)는 기판(110)과 p-n접합을 형성하므로, 기판(110)이 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 에미터부(120)는 p형의 도전성 타입을 가진다. 이 경우, 전자는 기판(110) 쪽으로 이동하고 정공은 에미터부(120) 쪽으로 이동한다.
에미터부(120)가 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 에미터부(120)는 5가 원소의 불순물을 기판(110)에 도핑하여 형성될 수 있고, 에미터부(120)가 반대로 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 에미터부(120)는 3가 원소의 불순물을 기판(110)에 도핑하여 형성될 수 있다.
이와 같이 에미터부(120)는 기판(110)의 전면으로부터 제 2 도전성 타입의 불순물이 확산 및 도핑되어 형성되므로, 에미터부(120)의 표면에는 크기가 큰 피라미드 형상의 돌출부와 크기가 작은 요철면이 형성된다.
보다 구체적으로, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 기판(110)의 제 1 영역(S1)의 상부에 위치하는 에미터부(120) 표면에는 피라미드 형상의 제 1 크기를 갖는 복수의 제 1 돌출부가 형성되며, 제 2 영역(S2)의 상부에 위치하는 에미터부(120) 표면에는 제 1 돌출부가 형성되지 않는다. 아울러, 복수의 제 1 돌출부의 경사면 및 제 2 영역(S2)의 상부에 위치하는 에미터부(120) 표면에는 제 1 크기보다 작은 제 2 크기를 갖는 복수의 제 2 돌출부가 형성된다. 이에 대해서는 도 3 및 도 4에서 보다 구체적으로 설명한다.
반사 방지부(130)는 외부로부터 입사된 빛이 다시 외부로 반사되는 것을 방지하며, 에미터부(120)의 전면 상부에 형성된다. 보다 구체적으로 반사 방지부(130)는 기판(110)의 전면 상부 중에서 제 1 전극부(150)가 형성되지 않은 에미터부(120)의 전면 상부에 형성될 수 있다.
이와 같은 반사 방지부(130)는 투명한 물질로 이루어져 있고, 예를 들어, 수소화된 실리콘 질화막(SiNx:H), 수소화된 실리콘 산화막(SiOx:H), 또는 수소화된 실리콘 산화 질화막(SiOxNy:H) 등으로 이루어질 수 있다.
이와 같은 반사 방지부(130)는 태양 전지(1)로 입사되는 빛의 반사도를 줄이고 특정한 파장 영역의 선택성을 증가시켜, 태양 전지(1)의 효율을 높인다.
또한 반사 방지부(130)를 형성할 때 주입된 수소(H) 등을 통해 반사 방지부(130)는 에미터부(120)의 표면 및 그 근처에 존재하는 댕글링 결합(dangling bond)과 같은 결함(defect)을 안정한 결합으로 바꾸며, 에미터부(120)의 표면 쪽으로 이동한 전하가 결함에 의해 소멸되는 것을 감소시키는 패시베이션 기능(passivation function)을 수행한다. 따라서 태양 전지(1)의 효율은 향상된다.
이와 같은 반사 방지부(130)는 에미터부(120)의 상부에 증착되어 형성되므로, 반사 방지부(130)의 표면에는 에미터부(120)의 표면에 형성된 제 1 돌출부 및 제 2 돌출부와 동일한 형상의 돌출부들이 형성될 수 있다.
보다 구체적으로, 제 1 영역(S1)의 상부에 위치하는 반사 방지부(130) 표면에는 피라미드 형상을 갖는 복수의 돌출부가 형성되며, 제 2 영역(S2)의 상부에 위치하는 반사 방지부(130) 표면에는 피라미드 형상을 갖는 복수의 돌출부가 형성되지 않을 수 있다.
아울러, 피라미드 형상의 갖는 복수의 돌출부의 경사면 및 제 2 영역(S2)의 상부에 위치하는 반사 방지부(130) 표면에는 피라미드 형상을 갖는 복수의 돌출부보다 크기가 작은 돌출부들을 포함하는 요철면이 형성될 수 있다. 이에 대해서는 도 4에서 보다 구체적으로 설명한다.
여기서, 기판(110)의 제 1 영역(S1) 상부에 위치하는 반사 방지부(130)의 두께는 기판(110)의 제 2 영역(S2) 상부에 위치하는 반사 방지부(130)의 두께와 오차 범위 내에서 동일할 수 있다. 이는 기판(110)의 제 2 영역(S2)의 상부에 위치하는 에미터부(120) 표면에는 크기가 작은 복수의 제 2 돌출부가 형성되기 때문인데, 이에 대해서는 도 4에서 보다 구체적으로 설명한다.
또한, 본 실시예에서, 반사 방지부(130)는 단일막 구조인 것을 일례로 도시하고 있으나, 이와 다르게 이중막 구조를 포함하는 다층막 구조로 형성될 수도 있다.
반사 방지부(130)가 다층막 구조를 갖는 경우, 반사 방지부(130)는 에미터부(120)와 접하여 에미터부(120)의 바로 상부에 접하여 형성되는 하부 반사 방지막과, 하부 반사 방지막의 바로 상부에 접하여 형성되는 상부 반사 방지막으로 형성될 수 있다.
여기서, 하부 반사 방지막의 제 1 굴절률은 상부 반사 방지막의 제 2 굴절률보다 클 수 있다. 일례로, 제 1 굴절률은 제 2 굴절률보다 큰 범위 내에서 제 1 굴절률은 2.1 내지 2.3의 값 중에서 선택될 수 있고, 제 2 굴절률은 1.75 내지 1.9의 값 중에서 선택될 수 있다.
하부 반사 방지막은 일례로 실리콘 질화막으로 이루어질 수 있으며, 기판(110)의 표면에 존재하는 댕글링 본드(dangling bond)와 같은 결함(defect)을 안정화된 결합으로 만드는 부동화 효과(passivation effect)를 발휘하여, 에미터부(120) 쪽으로 이동한 전하가 불안정한 결합과 재결합되어 소멸되는 것을 감소시키고, 또한 기판(110)으로 입사되는 빛의 반사율을 감소시킨다. 여기서, 하부 반사 방지막은 약 2.1 내지 약 2.3의 굴절률을 갖는다.
상부 반사 방지막은 하부 반사 방지막 위에만 존재하며 하부 반사 방지막과 동일하게 실리콘 질화막으로 이루어질 수 있으며, 약 1.75 내지 약 1.9의 굴절률을 갖는다.
이러한 상부 반사 방지막은 하부 반사 방지막과 함께 기판(110)쪽으로 입사되는 빛의 반사율을 감소시켜, 기판(110)으로 흡수되는 빛의 양을 증가시킨다. 또한, 상부 반사 방지막의 실리콘 질화막(SiNx)에 포함된 수소(H)에 의하여, 상부 반사 방지막은 불안정한 결합에 대한 부동화 효과를 더욱더 향상시킨다.
이미 기술한 것처럼 상부 반사 방지막의 굴절률은 하부 반사 방지막의 굴절률보다 작기 때문에, 하부 반사 방지막보다 반사 방지막의 기능은 향상되는 반면, 부동화 효과는 감소할 수 있다.
다음, 제 1 전극부(150)는 도 1에 도시된 바와 같이, 서로 교차하는 방향으로 형성되는 복수 개의 핑거 전극(151)과 복수 개의 전면 버스바(152)를 포함하고, 에미터부(120)의 전면 상부에 형성되어 에미터부(120)와 전기적으로 연결된다.
그러나, 도시된 바와 다르게, 복수 개의 전면 버스바(152)가 생략될 수도 있다. 그러나, 이하에서는 도 1에 도시된 바와 같이, 제 1 전극부(150)에 복수 개의 전면 버스바(152)가 포함된 경우를 일례로 설명한다.
여기서, 전술한 복수의 핑거 전극(151)과 복수 개의 전면 버스바(152)는 서로 연결되어 있고, 핑거 전극(151)과 전면 버스바(152)는 각각 서로 이격되어 정해진 방향으로 나란히 뻗어있다. 복수의 핑거 전극(151)과 복수 개의 전면 버스바(152)는 에미터부(120) 쪽으로 이동한 전하, 예를 들면, 전자를 수집한다.
이때, 전면 버스바(152)는 복수의 핑거 전극(151)과 동일 층에 위치하여 각 핑거 전극(151)과 교차하는 지점에서 해당 핑거 전극(151)과 전기적 및 물리적으로 연결되어 있다.
따라서, 도 1에 도시한 것처럼, 복수의 핑거 전극(151)은 전면 버스바(152)와 교차하는 방향으로 뻗어 있는 스트라이프(stripe) 형상을 갖고, 전면 버스바(152)는 핑거 전극(151)과 교차하는 방향으로 뻗어 있는 스트라이프 형상을 갖고 있어, 제 1 전극부(150)는 기판(110)의 전면에 격자 형태로 위치할 수 있다.
각 전면 버스바(152)는 에미터부(120)로부터 이동하는 전하(예, 전자)뿐만 아니라 복수의 핑거 전극(151)에 의해 수집된 전하를 모아서 원하는 방향으로 이동시켜야 되므로, 각 전면 버스바(152)의 폭은 각 핑거 전극(151)의 폭보다 클 수 있다.
전면 버스바(152)는 외부 장치와 연결되어, 수집된 전하를 외부 장치로 출력한다. 복수의 핑거 전극(151)과 전면 버스바(152)를 구비한 제 1 전극부(150)는 은(Ag)과 같은 적어도 하나의 도전 물질로 이루어져 있다.
도 1에서, 기판(110)에 위치하는 핑거 전극(151)과 전면 버스바(152)의 개수는 한 예에 불과하고, 경우에 따라 변경 가능하다.
후면 전계부(170)는 기판(110)과 동일한 도전성 타입의 불순물이 기판(110)보다 고농도로 도핑된 영역, 예를 들면, P+ 영역이다.
이러한 기판(110)의 제1 도전성 영역과 후면 전계부(170)간의 불순물 농도 차이로 인해 전위 장벽이 형성되고, 이로 인해, 정공의 이동 방향인 후면 전계부(170) 쪽으로 전자 이동은 방해되는 반면, 후면 전계부(170) 쪽으로의 정공 이동은 좀더 용이해진다. 따라서, 후면 전계부(170)는 기판(110)의 후면 및 그 부근에서 전자와 정공의 재결합으로 손실되는 전하의 양을 감소시키고 원하는 전하(예, 정공)의 이동을 가속화시켜 제 2 전극부(160)로의 전하 이동량을 증가시킨다.
제 2 전극부(160)는 반도체 기판(110)의 후면 상부에 배치되며, 도 1에 도시된 바와 같이, 후면 전극(161)과 후면 버스바(162)를 포함할 수 있다. 그러나, 여기서, 후면 버스바(162)는 경우에 따라 생략될 수도 있다.
후면 전극(161)은 기판(110)의 후면에 위치한 후면 전계부(170)와 접촉하고 있고, 후면 버스바(162)가 위치한 부분을 제외하면 실질적으로 기판(110)의 후면 전체에 위치한다. 대안적인 예에서, 후면 전극(161)은 기판(110) 후면의 가장자리 부분에 위치하지 않을 수 있다. 이와 같은 후면 전극(161)은 알루미늄(Al)과 같은 도전성 물질을 함유하고 있다.
이러한 후면 전극(161)은 후면 전계부(170)쪽으로부터 이동하는 전하, 예를 들어 정공을 수집한다.
이때, 후면 전극(161)이 기판(110)보다 높은 불순물 농도를 갖는 후면 전계부(170)와 접촉하고 있으므로, 기판(110), 즉 후면 전계부(170)와 후면 전극(161) 간의 접촉 저항이 감소하여 기판(110)로부터 후면 전극(161)으로의 전하 전송 효율이 향상된다.
복수의 후면 버스바(162)는 후면 전극(161)이 위치하지 않는 영역의 기판(110) 후면 위에 위치하며 인접한 후면 전극(161)과 연결되어 있다. 이때, 복수의 후면 버스바(162)와 후면 전극(161)은 기판(110)의 후면에서 동일 층에 위치하고 있다.
이러한 복수의 후면 버스바(162)는 복수의 전면 버스바(152)와 유사하게, 후면 전극(161)으로부터 전달되는 전하를 수집한다.
복수의 후면 버스바(162) 역시 외부 장치와 연결되어, 복수의 후면 버스바(162)에 의해 수집된 전하(예, 정공)는 외부 장치로 출력된다.
이러한 복수의 후면 버스바(162)는 후면 전극(161)보다 양호한 전도도를 갖는 물질로 이루어질 수 있고, 예를 들어, 후면 전극(161)과는 달리 은(Ag)과 같은 적어도 하나의 도전성 물질을 함유한다.
이러한 후면 버스바(162)는 도 1 및 도 2 에 도시한 것처럼, 전면 버스바(152)의 연장 방향과 같은 방향으로 나란히 뻗어 있으며, 서로 이격되어 있다. 이때, 복수의 후면 버스바(162)는 기판(110)을 중심으로 복수의 전면 버스바(152)와 대응되게 마주본다. 본 예에서, 후면 버스바(162)의 개수는 전면 버스바(152)의 개수와 동일하다.
이와 같은 후면 버스바(162)는 일례로, 전면 버스바(152)와 나란하게 스트라이프 형상을 가질 수 있다.
이와 같은 구조를 갖는 본 실시예에 따른 태양 전지(1)의 동작은 다음과 같다.
태양 전지(1)로 빛이 조사되어 반사 방지부(130)를 통해 반도체부인 에미터부(120) 및 기판(110)으로 입사되면 빛 에너지에 의해 반도체부에서 전자와 정공이 발생한다. 이때, 반사 방지부(130)에 의해 기판(110)으로 입사되는 빛의 반사 손실이 줄어들어 기판(110)으로 입사되는 빛의 양이 증가한다.
이들 전자와 정공은 기판(110)과 에미터부(120)의 p-n 접합에 의해, 예를 들어, n형의 도전성 타입을 갖는 전하는 에미터부(120) 쪽으로, p형의 도전성 타입을 갖는 전하는 기판(110) 쪽으로 각각 이동한다.
여기서, 에미터부(120) 쪽으로 이동한 전자는 복수의 핑거 전극(151)과 복수의 전면 버스바(152)에 의해 수집되어 복수의 전면 버스바(152)를 따라 이동하고, 기판(110) 쪽으로 이동한 정공은 인접한 후면 전극(161)과 복수의 후면 버스바(162)에 의해 수집되어 복수의 후면 버스바(162)를 따라 이동한다. 따라서, 어느 한 태양전지의 전면 버스바(152)와 인접한 태양전지의 후면 버스바(162)를 도선으로 연결하면 전류가 흐르게 되고, 이를 외부에서 전력으로 이용하게 된다.
도 3은 도 1 및 도 2에 도시된 태양 전지(1)에서 본 발명에 따른 기판(110)을 보다 자세히 설명하기 위한 도이다.
도 3은 본 발명에 따른 기판(110)의 입사면을 설명하기 위한 도이고, 기판(110)의 입사면에 에미터부(120)를 형성하기 이전의 상태이다.
보다 구체적으로, 도 3에서 (a)는 단결정 실리콘 영역인 제 1 영역(S1)과 다결정 실리콘 영역인 제 2 영역(S2)을 가지는 기판(110)의 입사면에 제 1 돌출부(P1)와 제 2 돌출부(P2)를 형성한 한 상태에서 기판(110)의 입사면을 도시한 것이고, (b)는 기판(110)의 입사면에서 단결정 실리콘 영역인 제 1 영역(S1)을 확대하여 도시한 것이고, (c)는 기판(110)의 입사면에서 다결정 실리콘 영역인 제 2 영역(S2)을 확대하여 도시한 것이다.
도 3의 (a)에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 기판(110)은 단결정 실리콘 영역인 제 1 영역(S1)과 다결정 실리콘 영역인 제 2 영역(S2)을 함께 포함한다.
구체적으로, 도 3의 (a)와 같이, 기판(110)의 제 1 영역(S1)과 제 2 영역(S2)은 형성되는 위치와 차지하는 면적이 특별한 패턴이나 규칙이 없이 형성될 수 있다.
여기서, 제 1 영역(S1)과 제 2 영역(S2)을 갖는 기판(110)은 단결정 실리콘 영역인 제 1 영역(S1)과 다결정 실리콘 영역인 제 2 영역(S2)을 함께 포함하는 잉곳(ingot)을 절단하여 형성된다.
여기서, 기판(110)의 제 1 영역(S1)에 형성되는 피라미드 형태의 제 1 돌출부(P1)는 제 1 영역(S1)과 제 2 영역(S2)을 함께 포함하는 잉곳(ingot)을 절단할 때 기판(110)의 표면에 발생되는 손상층을 제거하기 위한 소우 데미지 에칭(saw damage etching), 일례로 비등방성 에칭을 수행할 때 형성된다.
보다 구체적으로, 기판(110)의 입사면에 비등방성 에칭을 수행하면, 결정의 방향이 제각각인 다결정 실리콘의 결정 특성상 제2 영역(S2)의 표면에는 일정한 패턴을 가진 피라미드(P) 형태의 제 1 돌출부(P1)가 형성되지 않으며, 돌출부가 형성된다 하더라도 제 1 영역(S1)에 형성되는 제 1 돌출부(P1)보다 크기가 매우 작아 평탄하면서 랜덤한 형상을 가지게 된다. 따라서, 제 2 영역(S2)은 제 1 영역(S1)과 비교했을 때 거의 평탄한 면을 가지게 된다. 이에 따라, 기판(110)에서 제 1 돌출부(P1)가 형성된 제 1 영역(S1)과 제 1 돌출부(P1)가 형성되지 않은 제 2 영역(S2) 사이에는 반사율의 차이가 발생한다.
또한, 이와 같이 제 1 영역(S1)에만 제1 돌출부(P1)가 형성되므로, 단위 평면적당, 예를 들어 1㎛2에서 제 1 영역(S1)의 표면적은 제1 돌출부(P1)로 인해 제 2 영역(S2)의 표면적보다 커지게 된다.
이와 같이, 기판(110)의 제 1 영역(S1)에만 피라미드 형상의 제 1 돌출부(P1)를 형성한 상태에서 기판(110)의 상부에 반사 방지부(130)를 형성할 경우, 기판(110)의 제 1 영역(S1)과 제 2 영역(S2) 사이의 표면적 차이로 인하여 기판(110)의 제 1 영역(S1) 상부에 위치하는 반사 방지부(130)의 두께는 기판(110)의 제 2 영역(S2) 상부에 위치하는 반사 방지부(130)의 두께보다 얇아질 수 있다. 이와 같은 경우, 영역에 따른 반사율의 차이가 커져 태양 전지(1)의 효율이 저감될 수 있다.
그러나, 도 3의 (b) 및 (c)에 도시된 바와 같이, 제 1 돌출부(P1)가 형성된 제 1 영역(S1)과 제 1 돌출부(P1)가 형성되지 않은 제 2 영역(S2)에 제 1 돌출부(P1)의 제 1 크기보다 크기가 작은 제 2 크기를 갖는 복수의 제 2 돌출부(P2)가 형성된 경우, 제 2 돌출부(P2)로 인하여 영역에 따른 반사율의 차이가 감소하므로 태양 전지(1)의 효율을 향상시킬 수 있다.
보다 구체적으로, 상대적으로 작은 제 2 크기를 갖는 복수의 제 2 돌출부(P2)는 소우 데미지 에칭(saw damage etching) 이후, 반응성 이온 에칭(reactive ion etching;RIE)을 수행하여 형성될 수 있다.
이와 같은 제 2 돌출부(P2)는 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이, 기판(110)의 제 1 영역(S1)에 형성된 복수의 제 1 돌출부(P1)의 경사면에 형성될 수 있으며, 도 3의 (c)에 도시된 바와 같이, 기판(110)의 제 2 영역(S2)의 표면에 형성될 수 있다.
여기서, 제 1 돌출부(P1) 및 제 2 돌출부(P2)의 크기를 구체적으로 비교하면 다음과 같다.
첫 번째로, 제 1 돌출부(P1)의 높이(P1H)는 제 2 돌출부(P2)의 높이(P2H)보다 클 수 있다. 즉, 이와 같은 범위 내에서 제 1 돌출부(P1)의 높이(P1H)는 5㎛ 이하, 제 2 돌출부(P2)의 높이(P2H)는 1㎛ 이하의 범위에서 형성될 수 있다.
두 번째로, 복수의 제 1 돌출부(P1)들의 돌출 끝단 사이의 간격(P1D)은 복수의 제 2 돌출부(P2)들의 돌출 끝단 사이의 간격(P2D)보다 클 수 있으며, 이와 같은 범위 내에서, 복수의 제 1 돌출부(P1)들의 돌출 끝단 사이의 간격(P1D)은 7㎛ 이하, 복수의 제 2 돌출부(P2)들의 돌출 끝단 사이의 간격(P2D)은 1㎛ 이하로 형성될 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 기판(110)의 제 1 영역(S1) 및 제 2 영역(S2)에 복수의 제 2 돌출부(P2)를 형성시킴으로써, 제1 돌출부(P1)으로 인해 기판(110)의 제 1 영역(S1) 및 제 2 영역(S2) 사이에 발생하는 반사율의 차이를 최소화시킬 수 있으며, 아울러, 기판(110)의 제 1 영역(S1) 상부에 위치하는 반사 방지부(130)와 기판(110)의 제 2 영역(S2) 상부에 위치하는 반사 방지부(130) 사이의 두께 차이도 최소화시켜, 오차 범위 내에서 동일하게 할 수 있다.
이하에서는, 도 4를 참조하여 기판(110)의 입사면 표면으로부터 내부로 제 2 불순물이 확산되어 형성되는 에미터부(120)와 에미터부(120)의 상부에 형성되는 반사 방지부(130)에 대해 보다 구체적으로 설명한다.
도 4는 도 2에서 제 1 영역(S1)인 A 부분과 제 2 영역(S2)인 B 부분을 확대하여 도시한 것이다.
도 4에서 (a)는 제 1 영역(S1)인 A 부분을 확대 도시한 것이고, (b)는 제 2 영역(S2)인 B 부분을 확대 도시한 것이다.
도 4의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 기판(110)에서 피라미드(P) 형상의 제1 돌출부(P1)들을 갖는 제 1 영역(S1)의 상부 및 피라미드(P) 형상의 제1 돌출부(P1)들을 갖지 않은 제 2 영역(S2)의 상부에는 반사 방지부(130)가 형성된다.
여기서, 에미터부(120)는 제 2 도전성 타입의 불순물이 기판(110) 내부로 확산되어 도핑되어 형성되므로, 제 1 영역(S1)에 형성되는 에미터부(120)의 두께(S1_ET)는 제 2 영역(S2)에 형성되는 에미터부(120)의 두께(S2_ET)와 동일할 수 있다.
아울러, 제 1 영역(S1) 및 제 2 영역(S2)에 형성되는 에미터부(120)의 표면 형상은 에미터부(120)가 형성되기 전의 기판(110)의 표면 형상과 동일하다.
따라서, 제 1 영역(S1)에 위치하는 에미터부(120) 표면에는 피라미드 형상의 제 1 크기를 갖는 복수의 제 1 돌출부(P1)가 형성되며, 제 2 영역(S2)에 위치하는 에미터부(120) 표면에는 제 1 돌출부(P1)가 형성되지 않으며, 복수의 제 1 돌출부(P1)의 경사면 및 제 2 영역(S2)에 위치하는 에미터부(120) 표면에는 제 1 크기보다 작은 제 2 크기를 갖는 복수의 제 2 돌출부(P2)가 형성된다.
또한, 에미터부(120)에 형성된 제 1 돌출부(P1) 및 제 2 돌출부(P2)의 크기와 관련해서도, 도 3에서 설명한 바와 동일하게, 제 1 돌출부(P1)의 높이(P1H)는 제 2 돌출부(P2)의 높이(P2H)보다 큰 범위 내에서, 제 1 돌출부(P1)의 높이(P1H)는 5㎛ 이하, 제 2 돌출부(P2)의 높이(P2H)는 1㎛ 이하의 범위에서 형성될 수 있으며, 복수의 제 1 돌출부(P1)들의 돌출 끝단 사이의 간격(P1D)은 복수의 제 2 돌출부(P2)들의 돌출 끝단 사이의 간격(P2D)보다 큰 범위 내에서, 복수의 제 1 돌출부(P1)들의 돌출 끝단 사이의 간격(P1D)은 7㎛ 이하, 복수의 제 2 돌출부(P2)들의 돌출 끝단 사이의 간격(P2D)은 1㎛ 이하로 형성될 수 있다.
이와 같이, 기판(110)의 제 1 영역(S1) 및 제 2 영역(S2)에 형성되는 에미터부(120)에 크기가 상대적으로 작은 복수의 제 2 돌출부(P2)를 형성시킴으로써, 기판(110)의 제 1 영역(S1) 및 제 2 영역(S2)에서 발생할 수 있는 반사율의 차이를 최소화시킬 수 있다.
아울러, 에미터부(120)의 상부 중 기판(110)의 제 1 영역(S1) 상부에 위치하는 반사 방지부(130)의 두께(S1_ART)는 오차 범위 내에서 기판(110)의 제 2 영역(S2) 상부에 위치하는 반사 방지부(130)의 두께(S2_ART)와 거의 동일하게 하여, 두께 차이를 최소화할 수 있다.
보다 구체적으로, 기판(110)의 제 1 영역(S1) 상부에 위치하는 반사 방지부(130) 및 기판(110)의 제 2 영역(S2) 상부에 위치하는 반사 방지부(130)의 두께(S1_ART, S2_ART)는 약 70㎚ 내지 약 140㎚의 범위 내에서 형성될 수 있으며, 기판(110)의 제 1 영역(S1) 상부에 위치하는 반사 방지부(130) 및 기판(110)의 제 2 영역(S2) 상부에 위치하는 반사 방지부(130)의 두께 차이에 대한 오차 범위는 10%이내일 수 있다.
즉, 기판(110)의 제 1 영역(S1) 상부에 위치하는 반사 방지부(130)의 두께가 100nm인 경우, 기판(110)의 제 2 영역(S2) 상부에 위치하는 반사 방지부(130)의 두께는 오차범위 10% 범위 이내인, 90nm 내지 110nm에서 형성될 수 있다.
이는 제 1 영역(S1)의 상부에 위치하는 복수의 제 1 돌출부(P1)의 경사면 및 제 2 영역(S2)의 상부에 위치하는 에미터부(120) 표면에 상대적으로 크기가 작은 복수의 제 2 돌출부가 형성되어, 제 1 영역(S1)에 형성된 에미터부(120)의 표면적과 제 2 영역(S2)에 형성된 에미터부(120)의 표면적의 차이가 상대적으로 줄어들기 때문이다.
보다 구체적으로 설명하면, 제 1 영역(S1) 및 제 2 영역(S2)에 형성된 에미터부(120)에 제 2 돌출부(P2)가 없는 경우, 제 1 영역(S1)에 형성된 에미터부(120)의 표면적은 제 1 돌출부(P1)로 인하여 제 2 영역(S2)에 형성된 에미터부(120)의 표면적보다 상대적으로 크고, 이로 인해, 제 1 돌출부(P1)의 경사면에 증착되는 반사 방지부의 두께가 제 2 영역(S2)의 에미터부(120) 상부에 증착되는 반사 방지부의 두께보다 얇아질 수 있다.
그러나, 본 발명과 같이 제 1 영역(S1) 및 제 2 영역(S2)에 형성된 에미터부(120)에 반응성 이온 에칭(reactive ion etching; RIE)을 이용하여 제 2 돌출부(P2)를 형성시키는 경우, 제 1 영역(S1)은 단결정 영역이고, 제 2 영역은(S2)는 다결정 영역이므로, 도 3의 (b) 및 (c)에 도시된 바와 같이, 결정질의 특성상 단결정 영역에 형성되는 제 2 돌출부(P2)들의 표면 거칠기는 단결정 영역에 형성되는 제 2 돌출부(P2)들의 표면 거칠기보다 훨씬 작다.
따라서, 비록 제 1 영역(S1)에서는 피라미드 형태를 가진 제 1 돌출부(P1)의 경사면에 제 2 돌출부(P2)가 형성되더라도, 제 2 돌출부(P2)에 의해 증가되는 제 1 영역(S1)의 표면적 증가율은 제 2 영역(S2)의 표면적 증가율보다 떨어지게 된다.
즉, 제 2 돌출부(P2)에 의해 증가되는 표면적 증가율은 제 2 영역(S2)의 표면적 증가율이 제 1 영역(S1)의 표면적 증가율 보다 훨씬 커지게 된다.
따라서, 제 1 영역(S1)에 형성된 제 1 돌출부(P1)에 의해 발생하는 제 1 영역(S1)과 제 2 영역(S2)의 표면적 차이는 제 2 돌출부(P2)에 의해 보상되며, 이에 따라, 제 2 돌출부(P2)가 형성된 이후에는 제 1 영역(S1)과 제 2 영역(S2)의 표면적 차이가 거의 없어지게 된다.
이에 따라, 에미터부(120)의 상부 표면에서 단위 평면적당 제 1 영역(S1)과 제 2 영역(S2) 사이의 표면적이 거의 동일해지므로, 에미터부(120)의 상부 중 기판(110)의 제 1 영역(S1) 상부에 위치하는 반사 방지부(130)의 두께(S1_ART)는 기판(110)의 제 2 영역(S2) 상부에 위치하는 반사 방지부(130)의 두께(S2_ART)와 거의 동일하게 된다.
다음의 도 5는 제 1 영역(S1)과 제 2 영역(S2)을 포함하는 기판(110)에 소우 데미지 에칭(saw damage etching)을 수행한 상태에서의 반사율과 소우 데미지 에칭과 반응성 이온 에칭(reactive ion etching; RIE)을 모두 수행한 상태에서의 반사율을 측정한 그래프이다.
도 5에서, case 1 및 case 2는 제 1 영역(S1)과 제 2 영역(S2)을 포함하는 기판(110)에 소우 데미지 에칭(saw damage etching)을 수행한 상태에서의 반사율을 측정한 그래프다. 보다 구체적으로, case 1은 소우 데미지 에칭(saw damage etching)을 수행한 상태에서 기판(110)의 제 1 영역(S1)에서 빛의 파장에 따른 반사율을 도시한 것이고, case 2는 소우 데미지 에칭(saw damage etching)을 한 상태에서 기판(110)의 제 2 영역(S2)에서 빛의 파장에 따른 반사율을 도시한 것이다.
또한, case 3 및 case 4는 제 1 영역(S1)과 제 2 영역(S2)을 포함하는 기판(110)에 소우 데미지 에칭(saw damage etching)을 수행한 이후, 반응성 이온 에칭(reactive ion etching; RIE)을 수행한 상태에서의 반사율 측정한 그래프다. 보다 구체적으로, case 3은 소우 데미지 에칭(saw damage etching)을 수행하고, 반응성 이온 에칭을 수행한 상태에서 기판(110)의 제 1 영역(S1)에서 빛의 파장에 따른 반사율을 도시한 것이고, case 4는 소우 데미지 에칭(saw damage etching)을 수행하고, 반응성 이온 에칭을 수행한 상태에서 기판(110)의 제 2 영역(S2)에서 빛의 파장에 따른 반사율을 도시한 것이다.
제 1 영역(S1)과 제 2 영역(S2)을 포함하는 기판(110)에 소우 데미지 에칭(saw damage etching)을 수행한 상태에서는, 기판(110)의 제 1 영역(S1)에는 제 1 돌출부(P1)가 형성되고, 기판(110)의 제 2 영역(S2)에는 제 1 돌출부(P1)가 형성되지 않는다.
따라서, case 1과 case 2 사이에는 반사율의 차이가 크게 발생하게 된다. 이와 같은 경우 반사율의 큰 차이로 인하여 태양 전지(1)의 효율이 저하될 수 있다.
그러나, 소우 데미지 에칭(saw damage etching)을 수행한 이후, 반응성 이온 에칭을 수행한 경우, 기판(110)의 제 1 영역(S1)에 형성된 복수의 제 1 돌출부(P1)의 경사면 및 기판(110)의 제 2 영역(S2)의 표면에 상대적으로 크기가 작은 복수의 제 2 돌출부(P2)가 형성됨으로 인하여, 기판(110)의 제 1 영역(S1)의 반사율보다 기판(110)의 제 2 영역(S2)에서의 반사율이 상대적으로 크게 감소되어 기판(110)의 제 1 영역(S1)과 제 2 영역(S2) 사이의 반사율 차이가 크게 감소하는 것을 알 수 있다.
구체적으로, case 3과 같이, 기판(110)의 제 1 영역(S1)에서의 반사율은 입사광이 500nm 내지 1050nm 파장인 범위에서 10%이하까지 향상되고, case 4와 같이, 기판(110)의 제 1 영역(S1)에서의 평균 반사율은 입사광이 500nm 내지 1050nm 파장인 범위에서 15.0% 이하까지 향상되어, 기판(110)의 제 1 영역(S1) 및 제 2 영역(S2)에서의 반사율의 차이가 크게 개선됨을 알 수 있다.
다음의 도 6 내지 12는 본 발명에 따른 태양 전지(1)를 제조하는 방법의 일례를 설명하기 위한 도이다.
먼저, 도 6과 같이, 단결정 영역인 제 1 영역(S1)과 다결정 실리콘 영역인 제 2 영역(S2)을 함께 포함하는 잉곳(ingot)을 절단하여, 제 1 도전성 타입의 불순물이 도핑되며, 단결정 영역인 제 1 영역(S1)과 다결정 실리콘 영역인 제 2 영역(S2)을 함께 포함하는 태양 전지(1)용 기판(110)을 준비한다.
이후, 도 7과 같이, 잉곳(ingot)을 절단할 때 기판(110)의 표면에 발생된 손상층을 제거하기 위한 소우 데미지 에칭(saw damage etching)을 수행하여 손상층을 제거한다.
이때, 기판(110)의 제 1 영역(S1)에는 제 1 크기를 갖는 피라미드 형상의 제 1 돌출부(P1)가 형성되고, 기판(110)의 제 2 영역(S2)에는 제 1 돌출부(P1)가 형성되지 않는다. 이는 전술한 바와 같이, 기판(110)의 제 1 영역(S1)은 단결정 영역이고, 제 2 영역(S2)은 다결정 영역이기 때문이다.
여기서, 소우 데미지 에칭은 비등방성 에칭일 수 있으며, 비등방성 에칭에 사용되는 에칭액은 알카리 용액(alkaline solution)일 수 있다. 이와 같은 알카리 용약은 수산화칼륨(KOH) 또는 수산화나트륨(NaOH)을 포함할 수 있으며, 추가적으로 IPA(Iso Propyl Alcohol) 및 불순물을 함유하지 않는 D-I Water(De Ionized Water)를 포함할 수 있다.
이후, 도 8과 같이, 기판(110)의 제 1 영역(S1) 및 제 2 영역(S2)에 반응성 이온 에칭(reactive ion etching; RIE)을 수행한다.
이와 같이 반응성 이온 에칭을 수행하는 과정에 대해 설명하면, 먼저 약 0.1 내지 0.5mTorr의 압력을 갖는 공정실에 기판(110)을 위치시킨 후, SF6와 O2의 혼합 가스(SF6/O2) 또는 SF6와 O2 및 Cl2의 혼합 가스(SF6/Cl2/O2)인 식각 가스를 공정실에 주입한다.
그런 다음, 기판(110) 사이에 설치된 두 개의 전극(도시하지 않음)에 해당 크기의 전력을 인가하면, 원료 가스에 기초한 플라즈마가 두 전극 사이의 공간에생성되어, 생성된 플라즈마에 의한 식각 동작, 즉 건식 식각 동작이 이루어지게 된다. 이때, 전극에 인가되는 전력의 크기는 약 3000W/m2~6000W/m2일 수 있다.
이와 같은 반응성 이온 에칭에 의하여, 제 1 돌출부(P1)의 경사면 및 제 2 영역(S2)의 표면에 제 1 크기보다 작은 제 2 크기를 갖는 제 2 돌출부(P2)가 형성된다.
다음, 도 9와 같이, 본 발명은 제 1 도전성 타입과 반대인 제 2 도전성 타입의 불순물을 제 1 돌출부(P1) 및 제 2 돌출부(P2)가 형성된 기판(110) 표면 내부로 확산시켜 에미터부(120)를 형성시킨다.
이에 따라, 제 1 영역(S1)에 위치하는 에미터부(120) 표면에는 피라미드 형상의 제 1 크기를 갖는 복수의 제 1 돌출부(P1)가 형성되며, 제 2 영역(S2)에 위치하는 에미터부(120) 표면에는 제 1 돌출부(P1)가 형성되지 않고, 복수의 제 1 돌출부(P1)의 경사면 및 제 2 영역(S2)에 위치하는 에미터부(120) 표면에는 제 1 크기보다 작은 제 2 크기를 갖는 복수의 제 2 돌출부(P2)가 형성된다.
여기서, 에미터부(120)의 표면에 형성되는 제 1 돌출부(P1) 및 제 2 돌출부(P2)에 대한 구체적인 설명은 앞선 도 1 내지 도 5에서 설명한 바와 동일하므로 생략한다.
이후, 도 10과 같이, 본 발명은 에미터부(120)의 상부 표면에 반사 방지부(130)를 형성시킬 수 있다. 이와 같은 반사 방지부(130)는 플라즈마 화학 기상 증착법(plasma enhanced chemical vapor deposition, PECVD)과 같은 화학 기상 증착법(chemical vapor deposition, CVD)을 이용하여 형성될 수 있으며, 단일막 구조인 것을 일례로 도시하고 있으나, 이와 다르게 이중막 구조를 갖는 다층막 구조로 형성될 수도 있다.
이와 같은 반사 방지부(130)는 앞서 언급한 바와 같이, 기판(110)의 제 1 영역(S1) 상부에 위치하는 반사 방지부(130)의 두께와 기판(110)의 제 2 영역(S2) 상부에 위치하는 반사 방지부(130)의 두께가 오차 범위 내에서 동일할 수 있다.
이는 기판(110)의 제 2 영역(S2)의 상부에 위치하는 에미터부(120) 표면에는 크기가 작은 복수의 제 2 돌출부(P2)가 형성되어, 제 1 영역(S1)의 상부에 위치하는 에미터부(120)의 표면적과 제 2 영역(S2)의 상부에 위치하는 에미터부(120)의 표면적의 차이가 거의 없기 때문이다.
이후, 도 11에 도시된 바와 같이, 핑거 전극과 전면 버스바를 포함하는 제 1 전극부(150)를 반사 방지부(130)의 상부에 형성시킨 이후, 열처리 과정을 통하여 제 1 전극부(150)를 에미터부(120)에 전기적으로 연결시킨다.
다음, 도 12에 도시된 바와 같이, 후면 전극(161)과 후면 버스바(162)를 포함하는 제 2 전극부(160)을 형성시키면서, 열처리 공정을 통하여 후면 전극(161)과 기판(110)의 후면 계면에 후면 전계부(170)를 형성시킨다.
이와 같은 본 발명에 따른 태양 전지(1) 제조 방법은 소우 데미지 에칭을 수행한 이후, 반응성 이온 에칭을 추가적으로 더 수행함으로써, 기판(110)에 포함되는 단결정 영역인 제 1 영역(S1)에서의 표면적과 다결정 영역인 제 2 영역(S2)에서의 표면적을 거의 동일하게 함으로써 기판(110)의 제 1 영역(S1) 상부에 위치하는 반사 방지부(130)와 기판(110)의 제 2 영역(S2) 상부에 위치하는 반사 방지부(130)의 두께를 거의 균일하게 할 수 있어 태양 전지(1)의 효율을 향상시킬 수 있다.
아울러, 본 발명은 반응성 이온 에칭을 추가적으로 더 수행함으로써, 제 1 영역(S1)의 상부에 형성된 에미터부(120)의 표면 반사율과 제 2 영역(S2)의 상부에 형성된 에미터부(120)의 표면 반사율의 차이를 최소한으로 줄임으로써 태양 전지(1)의 효율을 향상시킬 수 있다.
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.
Claims (18)
- 제 1 도전성 타입의 불순물이 도핑된 기판;
상기 제 1 도전성 타입과 반대인 제 2 도전성 타입의 불순물이 도핑되어 상기 기판과 p-n 접합을 형성하는 에미터부;
상기 에미터부 상부에 위치하는 반사 방지부;
상기 에미터부와 전기적으로 연결되어 있는 제 1 전극부; 그리고,
상기 기판에 전기적으로 연결되어 있는 제 2 전극부;를 포함하고,
상기 기판은 단결정 실리콘 영역인 제 1 영역과 다결정 실리콘 영역인 제 2 영역을 포함하고,
상기 제 1 영역에 위치하는 에미터부 표면에는 피라미드 형상의 제 1 크기를 갖는 복수의 제 1 돌출부가 형성되며, 상기 제 2 영역에 위치하는 에미터부 표면에는 상기 제 1 돌출부가 형성되지 않으며,
상기 복수의 제 1 돌출부의 경사면 및 상기 제 2 영역에 위치하는 에미터부 표면에는 상기 제 1 크기보다 작은 제 2 크기를 갖는 복수의 제 2 돌출부가 형성되는 태양 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 돌출부의 높이는 상기 제 2 돌출부의 높이보다 큰 태양 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 돌출부의 높이는 5㎛ 이하이고, 상기 제 2 돌출부의 높이는 1㎛ 이하인 태양 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 복수의 제 1 돌출부들의 돌출 끝단 사이의 간격은 상기 복수의 제 2 돌출부들의 돌출 끝단 사이의 간격보다 큰 태양 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 복수의 제 1 돌출부들의 돌출 끝단 사이의 간격은 7㎛ 이하이고,
상기 복수의 제 2 돌출부들의 돌출 끝단 사이의 간격은 1㎛ 이하인 태양 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 영역의 기판 상부에 위치하는 반사 방지부의 두께는 상기 제 1 영역의 기판 상부에 위치하는 반사 방지부의 두께와 오차 범위 내에서 동일한 태양 전지. - 제 6 항에 있어서,
상기 오차 범위는 10%인 태양 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 기판의 제 1 영역 상부에서의 반사율은 입사광이 500nm 내지 1050nm 파장인 범위에서 10%이하이고,
상기 기판의 제 2 영역 상부에서의 반사율은 입사광이 500nm 내지 1050nm 파장인 범위에서 15.0%이하인 태양 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 영역에 위치하는 상기 에미터부의 두께는 상기 제 2 영역에 위치하는 상기 에미터부의 두께와 동일한 태양 전지. - 제 1 도전성 타입의 불순물이 도핑되며, 단결정 실리콘 영역인 제 1 영역과 다결정 실리콘 영역인 제 2 영역을 포함하는 기판의 표면 손상층을 제거하는 소우 데미지 에칭(saw damage etching)을 수행하여, 상기 제 1 영역에는 제 1 크기를 갖는 피라미드 형상의 제 1 돌출부를 형성시키고, 상기 제 2 영역에는 상기 제 1 돌출부를 형성시키지 않는 단계;
반응성 이온 에칭(reactive ion etching; RIE)을 수행하여, 상기 제 1 돌출부의 경사면 및 상기 제 2 영역의 표면에 상기 제 1 크기보다 작은 제 2 크기를 갖는 제 2 돌출부를 형성시키는 단계; 및
상기 제 1 도전성 타입과 반대인 제 2 도전성 타입의 불순물을 상기 제 1 돌출부 및 제 2 돌출부가 형성된 상기 기판 표면 내부로 확산시켜 에미터부를 형성시키는 단계
를 포함하는 태양 전지 제조 방법. - 제 10 항에 있어서,
상기 소우 데미지 에칭은 비등방성 에칭인 태양 전지 제조 방법. - 제 11 항에 있어서,
상기 비등방성 에칭은 알카리 용액(alkaline solution)에 의해 수행되는 태양 전지 제조 방법. - 제 12 항에 있어서,
상기 알카리 용액은 수산화칼륨(KOH) 또는 수산화나트륨(NaOH)을 포함하는 태양 전지 제조 방법. - 제 10 항에 있어서,
상기 에미터부 상부에 반사 방지부를 형성하는 단계를 더 포함하는 태양 전지 제조 방법. - 제 10 항에 있어서,
상기 제 1 돌출부의 높이는 상기 제 2 돌출부의 높이보다 큰 태양 전지 제조 방법. - 제 10 항에 있어서,
상기 제 1 돌출부의 높이는 5㎛ 이하이고, 상기 제 2 돌출부의 높이는 1㎛ 이하인 태양 전지 제조 방법. - 제 10 항에 있어서,
상기 복수의 제 1 돌출부들의 돌출 끝단 사이의 간격은 상기 복수의 제 2 돌출부들의 돌출 끝단 사이의 간격보다 큰 태양 전지 제조 방법. - 제 10 항에 있어서,
상기 복수의 제 1 돌출부들의 돌출 끝단 사이의 간격은 7㎛ 이하이고,
상기 복수의 제 2 돌출부들의 돌출 끝단 사이의 간격은 1㎛ 이하인 태양 전지 제조 방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020110086335A KR101178445B1 (ko) | 2011-08-29 | 2011-08-29 | 태양 전지 및 그 제조 방법 |
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Patent Citations (1)
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| JP2005142271A (ja) | 2003-11-05 | 2005-06-02 | Canon Inc | 太陽電池及びその製造法 |
Cited By (2)
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| KR20180043150A (ko) * | 2016-10-19 | 2018-04-27 | 엘지전자 주식회사 | 태양 전지 및 그 제조 방법 |
| KR101995834B1 (ko) * | 2016-10-19 | 2019-07-03 | 엘지전자 주식회사 | 태양 전지 및 그 제조 방법 |
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