KR101179949B1 - 태양 전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양 전지에 관한 것이다. 이러한 태양 전지는 제1 도전성 타입을 갖고, 입사면인 제1 면의 반대편에 위치하는 제2 면에 경사지지 않고 평면인 제1 부분과 경사면을 제2 부분을 갖는 결정질 반도체로 이루어진 기판, 상기 기판의 상기 제2 면 위에 위치하며 상기 제1 도전성 타입과 다른 제2 도전성 타입을 갖는 비결정질 반도체로 이루어진 에미터부, 상기 기판의 상기 제2 면 위에 위치하며 상기 제1 도전성 타입을 갖는 비결정질 반도체로 이루어져 있는 전계부, 상기 에미터부와 연결되어 있는 제1 전극부, 그리고 상기 전계부와 연결되어 있는 제2 전극부를 포함하고, 상기 에미터와 상기 전계부 중 적어도 하나는 상기 제2 부분과 바로 접하게 위치한다. 이로 인해, 에미터부와 후면 전계부의 형성 순서에 무관하게 끊김 없이 원하는 기판의 제2 면 위에 에미터부와 후면 전계부를 형성하며 에미터부와 후면 전계부의 막 균일도가 증가하여 태양 전지의 효율이 향상된다.
Description
본 발명은 태양 전지에 관한 것이다.
최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예상되면서 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, p-n 접합에 의해 생성된 전자와 정공은 n형 반도체부와 p형 반도체부 쪽으로 각각 이동한다. 이동한 전자와 정공은 각각 p형 반도체부와 n형 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 타입을 갖고, 입사면인 제1 면의 반대편에 위치하는 제2 면에 경사지지 않고 평면인 제1 부분과 경사면을 구비한 제2 부분을 갖는 결정질 반도체로 이루어진 기판, 상기 기판의 상기 제2 면 위에 위치하며 상기 제1 도전성 타입과 다른 제2 도전성 타입을 갖는 비결정질 반도체로 이루어진 에미터부, 상기 기판의 상기 제2 면 위에 위치하며 상기 제1 도전성 타입을 갖는 비결정질 반도체로 이루어져 있는 전계부, 상기 에미터부와 연결되어 있는 제1 전극부, 그리고 상기 전계부와 연결되어 있는 제2 전극부를 포함하고, 상기 에미터와 상기 전계부 중 적어도 하나는 상기 제2 부분과 바로 접하게 위치한다.
상기 제2 부분의 상기 경사면은 상기 제1 부분과 인접하게 위치할 수 있다.
상기 경사면은 곡면일 수 있다.
상기 에미터와 상기 전계부 중 나머지 하나는 상기 제1 부분과 바로 접하게 위치할 수 있다.
상기 특징에 따른 태양 전지는 상기 에미터부와 상기 전계부 중 하나의 일부 위에 위치하고 비도전성 물질로 이루어진 버퍼부를 추가로 포함할 수 있다.
상기 버퍼부는 상기 에미터부와 상기 전계부 중 하나의 일부 위에만 위치할 수 있고, 상기 에미터부와 상기 전계부 중 나머지 하나는 상기 버퍼부 위에 추가로 위치하는 것이 좋다.
상기 버퍼부는 인접한 에미터부와 전계부 사이의 상기 기판의 상기 제2 면 바로 위에 추가로 위치할 수 있다.
상기 기판은 상기 제2 면에 경사면을 구비한 제3 부분을 추가로 구비할 수 있고, 상기 버퍼부는 상기 제3 부분과 바로 접하게 추가로 위치할 수 있다.
상기 제2 부분의 경사도는 상기 제3 부분의 경사도보다 큰 것이 좋다.
상기 제2 부분과 상기 제3 부분의 경사도는 각각 0 °초과 45° 이하인 것이 바람직하다.
상기 제2 부분과 상기 제3 부분 각각의 상기 경사면의 거리 대비 상기 제1 부분의 표면에서부터 상기 제2 부분과 상기 제3 부분 각각의 최대 수직 거리는 같거나 작은 것이 좋다.
상기 제1 부분의 표면에서부터 상기 제2 부분의 제1 최대 수직 거리는 상기 제1 부분의 상기 표면에서부터 상기 제3 부분의 제2 최대 수직 거리보다 긴 것이 좋다.
상기 제1 최대 수직 거리와 상기 제2 최대 수직 거리는 10㎚ 내지 1㎛일 수 있다.
상기 에미터부와 상기 전계부 중 나머지 하나는 상기 버퍼부 위에 추가로 위치하는 것이 좋다.
상기 에미터와 상기 전계부는 각각 상기 제2 부분과 바로 접하게 위치하고, 상기 특징에 따른 태양 전지는 상기 제1 부분과 바로 접하게 위치하며 비도전성 물질로 이루어진 버퍼부를 추가로 포함할 수 있다.
상기 에미터와 상기 전계부는 인접한 버퍼부 위에 일부 위치할 수 있다.
상기 제1 부분의 표면에서부터 상기 에미터부와 접해 있는 상기 제2 부분의 제1 최대 수직 거리는 상기 제1 부분의 상기 표면에서부터 상기 전계부와 접해 있는 상기 제2 부분의 제2 최대 수직 거리와 동일할 수 있다.
상기 제1 최대 수직 거리와 상기 제2 최대 수직 거리는 10㎚ 내지 1㎛일 수 있다.
상기 경사면의 거리 대비 상기 제1 부분의 표면에서부터 상기 제2 부분의 최대 수직 거리는 같거나 작은 것이 좋다.
상기 제1 부분의 평균 두께는 상기 제2 부분의 평균 두께보다 큰 것이 좋다.
본 발명의 특징에 따르면, 에미터부와 후면 전계부 중 적어도 하나가 오목부인 제2 부분과 접하게 위치하므로, 에미터부와 후면 전계부의 형성 순서에 무관하게 끊김 없이 원하는 기판의 제2 면 위에 에미터부와 후면 전계부를 형성하며 에미터부와 후면 전계부의 막 균일도가 증가하여 태양 전지의 효율이 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 3의 (a)는 오목부를 구비하지 않은 평면의 기판 후면 위에 에미터부나 후면 전계부를 형성할 때, 태양 전지의 일부 단면도이고, (b)는 본 실시예에 따라 기판의 후면이 곡면을 갖는 오목부를 구비하고, 이 오목부 위에 에미터부나 후면 전계부를 형성할 때, 태양 전지의 일부 단면도이다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따라 기판의 후면에 형성된 오목부의 단면 형상을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5 및 도 6 각각은 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 다른 예를 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시한 태양 전지를 II-II선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 3의 (a)는 오목부를 구비하지 않은 평면의 기판 후면 위에 에미터부나 후면 전계부를 형성할 때, 태양 전지의 일부 단면도이고, (b)는 본 실시예에 따라 기판의 후면이 곡면을 갖는 오목부를 구비하고, 이 오목부 위에 에미터부나 후면 전계부를 형성할 때, 태양 전지의 일부 단면도이다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따라 기판의 후면에 형성된 오목부의 단면 형상을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5 및 도 6 각각은 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 다른 예를 도시한 단면도이다.
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 "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 면에 형성되어 있는 것뿐만 아니라 가장 자리 일부에는 형성되지 않은 것을 뜻한다.
먼저, 도 1 및 도 2를 참고로 하여 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1 및 도 2에 도시한 것처럼, 본 실시예에 따른 태양 전지(11)는 기판(110), 빛이 입사되는 기판(110)의 면인 입사면[이하, '전면(front surface)'이라 함] 위에 위치하는 전면 버퍼부(191), 전면 버퍼부(191) 위에 위치하는 전면 전계부(171), 전면 전계부(171) 위에 위치하는 반사 방지부(130), 입사면의 반대쪽 면인 기판(110)의 면[이하, '후면(back surface)'이라 함] 위에 위치하는 복수의 에미터부(emitter region)(121), 기판(110)의 후면 위에 위치하고 복수의 에미터부(121)와 이격되어 있는 복수의 후면 전계부[back surface field (BSF) region](172), 복수의 에미터부(121)와 복수의 후면 전계부(172) 위에 각각 위치하는 복수의 제1 및 제2 보조 전극(151, 152), 그리고 복수의 제1 및 제2 보조 전극(151, 152) 위에 각각 위치하는 복수의 제1 및 제2 주 전극(141, 142)을 포함한다. 이때, 제1 보조 전극(151)과 그 위에 위치하는 제1 주 전극(141)은 제1 전극부를 형성하고, 제2 보조 전극(152)과 그 위에 위치하는 제2 주 전극(142)은 제2 전극부를 형성한다.
일반적으로 기판(110)의 후면을 통해 빛은 입사되지 않지만, 경우에 따라 기판(110)의 후면으로 빛이 입사될 수 있다. 이 경우, 기판(110)의 후면을 통해 입사되는 빛의 양은 기판(110)의 전면을 통해 입사되는 빛의 양보다 훨씬 적다.
기판(110)은 제1 도전성 타입, 예를 들어 n형 도전성 타입의 실리콘으로 이루어진 반도체 기판이다. 이때, 실리콘은 단결정 실리콘 또는 다결정 실리콘과 같은 결정질 실리콘이므로, 기판(110)은 결정질 반도체 기판이다.
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)의 전면은 텍스처링 공정(texturing process)을 통해 불규칙한 요철면(uneven surface)인 텍스처링 표면(textured surface)을 갖는다. 이때, 텍스처링 공정은 실질적으로 평탄한 기판(110)의 전면 전체에 행해진다. 편의상 도 1에서, 기판(110)의 가장자리 부분만 요철면으로 도시하여 그 위에 위치하는 전면 버퍼부(191), 전면 전계부(171) 및 반사 방지부(130) 역시 그 가장자리 부분만 요철면으로 도시한다. 하지만, 실질적으로 기판(110)의 전면 전체가 요철면을 갖고 있으며, 기판(110)의 전면 위에 위치한 전면 버퍼부(191), 전면 전계부(171) 및 반사 방지부(130) 역시 요철면을 갖는다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 예의 태양 전지(11)에서, 기판(110)의 후면은 텍스처링 표면 대신 평탄면을 갖는다. 이로 인해, 기판(110)의 후면에 위치하는 구성요소들이 보다 균일하고 안정적으로 기판(110)의 후면과 밀착하게 형성되어, 기판(110)과 기판(110)의 후면 위에 위치하는 구성요소들간의 접촉 저항이 감소된다. 하지만, 이와는 달리, 기판(110)의 후면도 전면과 같이 요철면인 텍스처링 표면을 가질 수 있다.
기판(110)의 전면 위에 위치한 전면 버퍼부(191)는 비결정질 반도체로 이루어져 있다. 예를 들어, 전면 버퍼부(191)는 수소화된 진성 비정질 실리콘(intrinsic amorphous silicon, i-a-Si:H)으로 이루어진다.
이때, 전면 버퍼부(191)는 기판(110)의 전면에 전체적으로 위치하거나 기판(110) 전면의 가장 자리 부분을 제외한 기판(110)의 전면에 위치할 수 있다.
전면 버퍼부(191)는 전면 버퍼부(191)에 함유된 수소(H)를 이용하여 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 패시베이션 기능(passivation function)을 수행하여 결함에 의해 기판(110)의 표면 및 그 근처에서 손실되는 전하의 양을 감소시킨다.
본 실시예의 경우, 기판(110)에 함유된 n형 또는 p형과 같은 도전성을 갖는 불순물에 의한 전하 손실 등으로 인해, 기판(110), 특히 기판(110)의 표면 및 그 근처에는 많은 결함이 존재한다.
따라서, 결함이 많이 존재하는 기판(110)의 표면에 전면 버퍼부(191)가 바로 위치하므로, 결함에 의해 기판(110)의 표면 및 그 근처에서 손실되는 전하의 양이 감소된다.
이러한 전면 버퍼부(191)는 약 1㎚ 내지 10㎚의 두께를 가질 수 있다.
전면 버퍼부(191)의 두께가 약 1㎚ 이상이면 기판(110) 전면에 전면 버퍼부(191)가 좀더 균일하게 도포되므로 패시베이션 기능을 좀더 양호하게 수행할 수 있으며, 전면 버퍼부(191)의 두께가 약 10㎚ 이하이면 전면 버퍼부(191) 내에서 흡수되는 빛의 양을 좀더 감소시켜 기판(110) 내로 입사되는 빛의 양을 좀더 증가시킬 수 있다.
전면 버퍼부(191) 위에 위치한 전면 전계부(171)는 기판(110)과 동일한 도전성 타입(예, n형)의 불순물을 함유한 비결정질 반도체, 예를 들어, 비정질 실리콘으로 이루어져 있고, 전면 버퍼부(191)에 함유된 제1 도전성 타입의 불순물의 농도는 기판(110)보다 높은 농도를 갖는다. 따라서 전면 전계부(171)는 기판(110)과 이종 접합을 형성한다. 전면 전계부(171)가 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 전면 전계부(171)에는 5가 원소의 불순물이 도핑될 수 있다.
이러한 전면 전계부(171)는 기판(110)과의 불순물 농도 차이로 인해 전위 장벽을 형성하여 기판(110)의 전면 쪽으로의 정공 이동을 방해하는 전면 전계 기능을 수행한다. 따라서, 전면 전계부(171)에 의해 기판(110)의 전면 쪽으로 이동하는 정공이 전위 장벽에 의해 기판(110)의 후면 쪽으로 되돌아가게 되는 전면 전계 효과가 얻어지고, 이로 인해, 기판(110)의 후면을 통해 외부 장치로 출력되는 정공의 출력량이 증가하게 되고 기판(110)의 전면에서 재결합이나 결함에 의해 손실되는 전하의 양이 감소한다.
또한, 전면 전계부(171)와 기판(110)과의 이종 접합에 의한 에너지 밴드갭(energy band gap) 차이, 즉, 결정질 실리콘과 비결정질 실리콘간의 에너지 밴드갭 차이로 인해, 내부 전위차((built-in potential difference)가 증가하여 태양 전지(11)의 개방 전압(Voc)이 증가하고, 태양 전지(11)의 필 팩터(fill factor)가 향상된다.
이때, 기판(110)과 이종 접합을 형성하는 전면 전계부(171)가 비결정질 물질(예, 진성 비정질 실리콘)로 이루어진 전면 버퍼부(191) 위에 위치하므로 태양 전지(11)의 필 팩터는 좀더 안정적으로 향상된다.
즉, 진성 비정질 실리콘으로 이루어진 전면 버퍼부(191) 위에 비정질 반도체(a-Si)로 이루어진 전면 전계부(171)가 형성될 때, 결정질 반도체로 이루어진 기판(110) 위에 바로 비정질 반도체로 이루어진 전면 전계부(171)가 위치할 때보다 전면 전계부(171)의 결정화 현상이 크게 감소한다. 즉, 결정질 반도체의 기판(110) 위에 바로 비정질 반도체가 형성될 경우, 기판(110)의 결정에 영향을 받아 비정질 실리콘으로 이루어진 전면 전계부(171)에도 결정화가 진행된다. 이럴 경우, 기판(110)과 전면 전계부(171)와의 이종 접합에 의한 효과가 감소하거나 발생하지 않게 된다. 하지만, 본 실시예처럼, 결정질 반도체의 기판(110)과 비정질 반도체의 전면 전계부(171) 사이에 결정성을 갖고 있지 않은 진성 비정질 반도체로 이루어진 전면 버퍼부(191)가 위치함에 따라 전면 전계부(171)의 결정화 현상은 이루어지지 않게 된다. 이로 인해, 전면 전계부(171)는 안정적으로 비정질 반도체 상태를 유지하므로, 기판(110)과의 이종 접합 상태를 유지하게 된다.
이러한 전면 전계부(171)는 전면 전계 기능뿐만 아니라 전면 버퍼부(191)와 함께 패시베이션 기능을 수행한다. 즉, 전면 버퍼부(191)처럼, 전면 전계부(171) 역시 전면 전계부(171)에 함유된 수소(H)를 이용하여 패시베이션 기능을 수행한다. 이로 인해, 얇은 두께를 갖는 전면 버퍼부(191)의 패시베이션 기능을 안정적으로 보완하게 되므로, 기판(110)의 전면에서 패시베이션 효과가 안정적으로 얻어진다.
전면 전계부(171) 위에 위치한 반사 방지부(130)는 태양 전지(11)로 입사되는 빛의 반사도를 줄이고 특정한 파장 영역의 선택성을 증가시켜, 태양 전지(11)의 효율을 높인다. 이러한 반사 방지부(130)는 수소화된 실리콘 질화막(SiNx:H), 수소화된 비정질 실리콘 질화막(a-SiNx:H), 수소화된 실리콘 살화막(SiOx:H) 등과 같이 투명한 재료로 이루어져 있고, 약 70㎚ 내지 90㎚의 두께를 가질 수 있다.
반사 방지부(130)는 이 두께 범위 내에서 좀더 양호한 빛의 투과도를 가질 수 있어, 기판(110) 쪽으로 입사되는 빛의 양을 좀더 증가시킬 수 있다.
본 실시예에서, 반사 방지부(130)는 단일막 구조를 갖지만 이중막과 같은 다층막 구조를 가질 수 있고, 필요에 따라 생략될 수 있다. 반사 방지부(130) 역시 전면 전계부(171) 및 전면 버퍼부(191)의 패시베이션 기능과 유사한 패시베이션 기능을 수행한다.
실리콘 질화물이나 실리콘 산화물은 양(+)의 고정 전하(fixed charge)의 특성을 갖고 있으므로, 반사 방지부(130)가 이들 물질로 이루어져 있을 경우, 반사 방지부(130)의 고정 전하값은 양(+)이 된다.
이로 인해, n형의 기판(110)에서 소수 캐리어(minority carrier)로 작용하는 정공은 반사 방지부(130)와 동일한 양(+)의 극성을 갖고 있으므로, 반사 방지부(130)의 극성에 의해 반사 방지부(130)가 위치한 곳의 반대쪽, 즉, 정공이 출력되는 복수의 에미터부(121)가 위치한 기판(110)의 후면 쪽으로 밀려나게 된다.
따라서, 이러한 반사 방지부(130)에 의해, 기판(110)의 전면 쪽으로 이동하는 정공의 양이 감소하여 기판(110)의 전면에서 결함에 의해 손실되거나 재결합에 의해 손실되는 정공의 양이 감소하고, 또한 복수의 에미터부(121)가 위치한 기판(110)의 후면 쪽으로 이동하는 정공의 양이 증가한다.
이로 인해, 기판(110)의 전면에 위치하는 전면 버퍼부(191)와 반사 방지부(130)의 패시베이션 기능과 반사 방지부(130)의 고정 전하 역할에 의해 태양 전지(11)의 효율이 향상된다.
기판(110)의 후면에 위치하는 복수의 에미터부(121)는 기판(110)의 후면 위에서 서로 나란히 정해진 방향으로 뻗어 있다.
각 에미터부(121)는 기판(110)의 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입, 예를 들어, p형의 도전성 타입을 갖는 불순물부이고, 기판(110)과 다른 반도체, 예를 들어, 비정질 실리콘으로 이루어져 있다. 따라서, 복수의 에미터부(121)는 기판(110)과 p-n 접합뿐만 아니라 이종 접합을 형성한다.
복수의 에미터부(121)가 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 에미터부(121)는 3가 원소의 불순물을 포함할 수 있고, 반대로 복수의 에미터부(121)가 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 5가 원소의 불순물을 포함할 수 있다.
이와 같이 기판(110)과 복수의 에미터부(121) 간에 형성된 p-n 접합에 인한 내부 전위차에 의해, 기판(110)에 입사된 빛에 의해 생성된 전하인 전자와 정공은 각각 n형 반도체부 쪽과 p형 반도체부 쪽으로 이동한다. 따라서, 기판(110)이 n형이고 복수의 에미터부(121)가 p형일 경우, 정공은 복수의 에미터부(121) 쪽으로 이동하고, 전자는 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, 전자는 복수의 에미터부(121)쪽으로 이동하고 정공은 복수의 후면 전계부(172)쪽으로 이동한다.
복수의 에미터부(121) 위에 위치한 복수의 후면 버퍼부(192)는 진성 비정질 실리콘(intrinsic amorphous silicon), 실리콘 산화물계, 또는 실리콘 질화물계의 물질과 같은 비도전성 물질로 이루어져 있고, 주로 100㎚ 이하의 두께를 갖고 있는다. 이때, 후면 버퍼부(192)를 형성하기 위해 공급되는 가스에 의해 수소화 처리될 수 있고, 이 경우, 후면 버퍼부(192)는 수소(H)를 함유하게 된다. 따라서 이 경우 후면 버퍼부(192)는 수소화된 비도전성 물질로 이루어질 수 있다.
후면 버퍼부(192)는 각 에미터부(121)의 양쪽 가장자리 부분 위에서 각 에미터부(121)의 연장 방향으로 길게 뻗어 있다. 따라서, 각 에미터부(121)은 양쪽 가장 자리 부분에는 서로 분리된 후면 버퍼부(192)가 각각 위치하고 있고, 후면 버퍼부(192)가 위치하지 않는 가운데 부분은 제1 보조 전극(151)과 직접 접해 있다.
이때, 각 에미터부(121)의 양쪽 가장자리 부분에 위치한 후면 버퍼부(192)의 끝단은 에미터부(121)의 끝단과 동일한 선 상에 위치한다.
수소화된 복수의 후면 버퍼부(192)는 그 하부에 위치한 에미터부(121)와 함께 패시베이션 기능을 수행하여, 기판(110)의 표면 및 그 주위에 존재하는 결함을 제거할 수 있다.
복수의 후면 전계부(172)는 기판(110)의 후면 바로 위에 위치하고, 복수의 에미터부(121)와 이격되어 정해진 방향으로 뻗어 있다. 따라서, 도 1 및 도 2에 도시한 것처럼, 복수의 에미터부(121)와 복수의 후면 전계부(172)는 기판(110)의 후면에 교대로 위치한다.
또한, 각 후면 전계부(172)는 양 측면에 각각 위치하는 에미터부(121)의 일부 위에도 위치한다. 즉, 각 후면 전계부(172)의 양 가장자리부는 자신과 인접한 각 에미터부(121)의 측면 위 그리고 에미터부(121) 위에 위치한 후면 버퍼부(192)의 상부면(즉, 제1 전극부와 접해 있는 면)의 일부 위에 끊김 없이 연속적으로 위치하여, 각 후면 전계부(172)는 후면 버퍼부(192) 및 그 하부에 위치한 에미터부(121)와 일부 중첩되어 있다. 이로 인해, 후면 전계부(172)와 이 후면 전계부(172)와 인접한 에미터부(121)는 후면 버퍼부(192)에 의해 일부 절연되어 있다. 또한, 후면 버퍼부(192) 위에 후면 전계부(172)가 중첩되게 위치하므로, 기판(110)의 후면과 바로 접하게만 위치할 때보다 후면 전계부(172)의 설계 여유도가 증가하여 태양 전지(11)의 제조가 좀더 용이해진다.
따라서, 각 후면 전계부(172)와 인접한 에미터부(121) 사이에 절연 물질인 후면 버퍼부(192)가 위치하므로, 인접한 에미터부(121)와 후면 전계부(172)간의 단락(short) 현상을 방지하여 전하의 누설을 방지하며, 물리적으로 일부 분리된 인접한 에미터부(121)와 후면 전계부(172) 간의 전기적인 간섭에 의한 전하의 손실 또한 방지한다. 이로 인해, 태양 전지(11)의 누설 전류의 양이 줄어든다.
복수의 후면 전계부(172)는 전면 전계부(171)와 동일하게 비정질 실리콘으로 이루어져 있고, 기판(110)과 동일한 도전성 타입의 불순물이 기판(110)보다 고농도로 함유한 불순물부, 예를 들어 n+부이다. 따라서, 복수의 후면 전계부(172) 역시 기판(110)과 이종 접합을 형성한다.
이로 인해, 전면 전계부(171)와 동일하게, 기판(110)과 복수의 후면 전계부(172)와의 불순물 농도 차이로 인해 전위 장벽이 형성되어 전하, 예를 들어, 정공이 복수의 제2 주 전극(142) 쪽으로 이동하는 것이 방지되므로, 복수의 제2 주 전극(142)의 부근에서 전자와 정공이 재결합되어 소멸되는 양이 감소한다.
또한, 이미 설명한 것처럼, 기판(110)과 후면 전계부(172) 및 에미터부(121)와의 이종 접합에 의한 에너지 밴드갭 차이로 인해 태양 전지(11)의 개방 전압(Voc)이 증가하여 태양 전지(11)의 필 팩터(fill factor)가 향상된다.
도 1 및 도 2에서, 기판(110)의 후면과 접해 있는 각 후면 전계부(172)의 폭(W1)과 기판(110)의 후면과 접해 있는 각 에미터부(121)의 폭(W2)은 서로 상이하다. 즉, 후면 전계부(172)의 폭(W1)이 에미터부(121)의 폭(W2)보다 크다. 이로 인해, 후면 전계부(172)로 덮어지는 기판(110)의 표면 면적이 증가하여, 후면 전계부(172)로 인한 패시베이션 효과와 후면 전계 효과가 증가한다.
하지만, 이와는 달리, 에미터부(121)의 폭(W2)이 후면 전계부(171)의 폭(W1)보다 클 수 있다. 이 경우, p-n 접합 영역이 증가하므로 전자와 정공의 이동도가 증가하고, 전자에 비해 이동도가 낮은 정공의 수집에 유리하다.
복수의 에미터부(121) 위에 위치한 복수의 제1 보조 전극(151)과 복수의 후면 전계부(172) 위에 위치한 복수의 제2 보조 전극(152)은 각 에미터부(121)와 각 후면 전계부(172)를 따라서 연장되어 있고, 투명한 도전성 산화물(TCO)과 같이 투명한 도전 물질로 이루어져 있다. 따라서, 복수의 에미터부(121) 및 복수의 후면 전계부(172)와 각각 전기적으로 연결되어 있다.
이러한 제1 및 제2 보조 전극(151. 152)에 의해 각 에미터부(121)와 후면 전계부(172)는 대기 중의 산소로부터 보호되어, 산화 현상 등으로 인한 특성 변화가 방지된다.
투명한 도전 물질의 예는 ITO, ZnO, SnO2, 이들의 화합물 또는 이들 물질이나 화합물에 알루미늄(Al), 게르마늄(Ge), 갈륨(Ga), 철(F) 등과 같은 물질이 도핑된 물질일 수 있다.
복수의 제1 및 제2 보조 전극(151, 152)은 복수의 에미터부(121)와 복수의 후면 전계부(172) 쪽으로 각각 이동한 전하, 예를 들어 정공과 전자를 각각 전달하고, 기판(110)을 통과한 빛을 기판(110) 쪽으로 반사시켜 기판(110)으로 입사되는 빛의 양을 증가시키는 반사막(reflector)으로서 기능한다.
하지만, 대안적인 예에서, 복수의 제1 및 제2 보조 전극(151, 152)은 생략될 수 있다.
복수의 제1 보조 전극(151) 위에 위치하는 복수의 제1 주 전극(141)은 복수의 제1 보조 전극(151)을 따라서 길게 연장되어 있고, 복수의 제1 보조 전극(151)과 전기적 및 물리적으로 연결되어 있다. 도 1 및 도 2에서, 각 제1 주 전극(141)은 그 하부에 위치하는 제1 보조 전극(151)과 동일한 평면 형상을 가지지만, 다른 평면 형상을 가질 수 있다.
각 제1 주 전극(141)은 해당 에미터부(121)쪽으로 이동하여 제1 보조 전극(151)을 통해 전송되는 전하, 예를 들어, 정공을 수집한다. 이때, 이미 설명한 것처럼, 제1 보조 전극(151)의 두께가 위치에 따라 상이하므로, 각 에미터부(121)에서 해당 제1 보조 전극(151)으로의 전하 수집 효율이 향상되어, 각 제1 주 전극(141)에서 출력되는 전하의 양이 증가한다.
복수의 제2 보조 전극(152) 위에 위치하는 복수의 제2 주 전극(142)은 복수의 제2 보조 전극(152)을 따라서 길게 연장되어 있고, 복수의 제2 보조 전극(152)과 전기적 및 물리적으로 연결되어 있다. 도 1 및 도 2에서, 각 제2 주 전극(142) 역시 그 하부에 위치하는 제2 보조 전극(152)과 동일한 평면 형상을 가지지만, 다른 평면 형상을 가질 수 있다.
각 제2 주 전극(142)은 해당 후면 전계부(172)쪽으로 이동하여 제2 보조 전극(152)을 통해 전송되는 전하, 예를 들어, 전자를 수집한다.
복수의 제1 및 제2 주 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.
본 예에서, 비정실 실리콘과 같은 반도체 물질로 이루어진 복수의 에미터부(121)와 후면 전계부(172) 그리고 금속 물질로 이루어진 복수의 제1 및 제2 주 전극(141, 142) 사이에 투명한 금속 물질로 이루어진 복수의 제1 및 제2 보조 전극(151, 152)이 존재하여 접착력(접촉 특성)이 약한 반도체 물질과 금속 물질 간의 접착력이 향상된다. 이로 인해, 복수의 에미터부(121)와 복수의 제1 주 전극(141) 사이 그리고 복수의 후면 전계부(172)와 복수의 제2 주 전극(142) 사이의 접착력이 향상된다.
또한, 복수의 에미터부(121)와 복수의 제1 주 전극(141) 사이 그리고 복수의 후면 전계부(172)과 복수의 제2 주 전극(142) 사이에 오믹 콘택(ohmic contact)이 형성되어, 복수의 에미터부(121)와 복수의 제1 주 전극(141) 사이 그리고 복수의 후면 전계부(172)와 복수의 제2 주 전극(142) 사이의 전기 전도도가 향상되고, 이로 인해, 제1 및 제2 주 전극(141, 142)으로의 전하의 전송 효율이 증가한다.
제1 및 제2 보조 전극(151, 152)이 생략될 경우, 각 제1 주 전극(141)과 각 제2 주 전극(142)은 대응하는 에미터부(121)와 대응하는 후면 전계부(172) 위에 직접 위치한다. 이럴 경우, 복수의 제1 및 제2 보조 전극(151, 152)을 형성하기 위한 시간과 제조 비용이 감소하여, 태양 전지(11)의 제조 비용이 절감된다.
이와 같은 구조를 갖는 태양 전지(11)의 동작은 다음과 같다.
태양 전지(11)로 빛이 조사되어 반사 방지부(130), 전면 전계부(171) 및 전면 버퍼부(191)를 순차적으로 통과하여 기판(110)으로 입사되면 빛 에너지에 의해 기판(110)에서 전자와 정공이 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(11)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.
기판(110)과 에미터부(121)의 p-n 접합에 의해, 정공은 p형의 도전성 타입을 갖는 에미터부(121) 쪽으로 이동하고, 전자는 n형의 도전성 타입을 갖는 후면 전계부(172) 쪽으로 이동하여, 제1 보조 전극(151)과 제2 보조 전극(152)을 각각 통해 제1 주 전극(141)과 제2 주 전극(142)으로 수집된다. 이러한 제1 주 전극(141)과 제2 주 전극(142)을 도선으로 연결하면 전류가 흐르게 되고, 이를 외부에서 전력으로 이용하게 된다.
이때, 기판(110)의 전면에 전면 버퍼부(191)가 위치하므로, 기판(110)의 전면 및 전면 근처에 존재하는 결함에 인해 기판(110)의 표면이나 그 부근에서 손실되는 전하의 양은 감소한다.
또한, 기판(110)의 전면 및 후면에 기판(110)과 동일한 도전성 타입의 불순물을 고농도로 함유한 전계부(171, 172)가 위치하므로, 기판(110)의 후면으로 원하는 전하의 이동을 좀더 용이하게 제어한다. 이로 인해, 기판(110)의 전면과 후면 및 이들 부근에서 전자와 정공이 재결합되어 소멸되는 것이 줄어들어, 태양 전지(11)의 효율은 향상된다.
이에 더하여, 복수의 제1 및 제2 보조 전극(151, 152)으로 인해, 복수의 에미터부(121) 및 후면 전계부(172)와 복수의 제1 및 제2 주 전극(141, 142) 간의 접촉 특성이 향상되어 태양 전지(11)의 효율은 더욱 향상된다.
또한, 기판(110)과 에미터부(121), 전계부(171, 172)와의 이종 접합에 의해 태양 전지(11)의 출력 전압(Voc)이 증가하여 태양 전지(11)의 필 팩터가 증가한다.
이러한 태양 전지(11)는, 도 1 및 도 2를 참고로 하면, 기판(110)의 위치에 따라 두께가 상이함을 알 수 있다. 즉, 기판(110)의 후면 표면은 경사지지 않고 평면인 제1 부분과 제1 부분으로부터 정해진 각도로 경사진 경사면을 구비한 오목부인 제2 부분을 갖고 있다. 이때 오목부의 경사면은 곡면이다.
이로 인해, 기판(110)의 제1 부분에서의 평균 두께와 제2 부분에서의 평균 두께는 서로 상이하며, 에미터부(121)와 후면 전계부(172)가 접해 있는 부분을 제외하면, 제1 부분의 최대 두께는 제2 부분의 최대 두께보다 크다.
도 2에서, 기판(110)의 제1 부분에는 복수의 에미터부(121)가 위치하고, 기판(110)의 제2 부분에는 복수의 후면 전계부(172)가 위치한다.
이때, 에미터부(121)와 후면 전계부(172)가 접해 있는 부분의 두께(Ta)는 에미터부(121)가 위치하고 있는 제1 부분의 두께(T1)과 동일한 값을 가진다. 이로 인해, 기판(110)의 후면은 복수의 오목부를 구비하고 있고, 복수의 오목부 위에 복수의 후면 전계부(172)가 바로 위치한다.
이로 인해, 도 2에 도시한 것처럼, 각 에미터부(121)와 기판(110)의 후면이 접하는 면은 경사면을 갖고 있지 않으므로, 각 에미터부(121)가 위치하는 기판(110)의 제1 부분의 두께(T1)는 위치가 변해도 실질적으로 동일한 두께를 갖고 있다. 하지만, 각 후면 전계부(172)와 기판(110)의 후면이 접하는 면은 경사면을 갖고 있으므로, 각 후면 전계부(172)가 위치하는 기판(110)의 제2 부분의 두께(T2)는 위치가 변함에 따라 변하게 된다.
이때, 오목부인 제2 부분은, 도 4에 도시한 것처럼, 정해진 경사도로 기울어져 있는 경사면(G1)과 경사지지 않은 평탄 부분(G2)를 구비하고, 오목부인 각 제2 부분에서 경사면(G1)의 거리 대비 최대 수직 거리(D1)가 같거나 작은 것이 좋다. 즉, (D1/G1) ≤ 1인 것이 좋다. 이에 따라, 제2 부분의 경사면의 경사도는 0° 초과 45°이하일 수 있다.
이때, 각 후면 전계부(172)가 위치하는 기판(110)의 후면, 즉, 오목부는 곡면을 갖고 있고, 대략 각 후면 전계부(172)의 가운데 부분에서의 두께(T2)가 가장 얇은 수 있다. 이로 인해, 제2 부분의 두께(T2)는 가장 작은 두께를 갖고 있는 지점에서부터 인접한 에미터부(121)쪽으로 이동함에 따라 서서히 또는 연속적으로 증가하여, 후면 전계부(172)와 에미터부(121)가 접하는 부분에서는 에미터부(121)의 두께(T1)와 후면 전계부(172)의 두께(T2)는 동일한 두께[즉, 에미터부(121)의 두께(T1)]를 갖게 된다.
이때, 기판(110) 후면의 제1 부분 위에 위치한 에미터부(121)과 기판(110)의 후면이 접하는 부분(이하, '기준면'이라 함)에서 오목부의 가장 깊은 지점까지의 수직 거리(D1)(즉, 오목부의 최대 수직 거리)는 약 10㎚ 내지 1㎛일 수 있다. 이때, 기준면은 기판(110) 후면의 제1 부분의 표면일 수 있다.
본 예에서, 기준면으로부터 약 10㎚ 내지 1㎛의 단차를 갖고 있는 기판(110)의 후면의 제2 부분, 즉 복수의 오목부에 복수의 후면 전계부(172)가 위치하지만, 이와는 반대로 복수의 에미터부(121)가 위치할 수 있다. 복수의 오목부[기판(110)의 제2 부분]에 복수의 에미터부(121)가 위치할 경우, 복수의 후면 전계부(172)는 기판(110)의 제1 부분에 위치한다. 따라서, 복수의 에미터부(121)는 후면 버퍼부(192) 위에 일부 위치하여 복수의 후면 버퍼부(192)와 중첩하는 부분을 갖게 된다.
이와 같이, 복수의 에미터부(121)나 복수의 후면 전계부(172) 중 하나가 경사져 있고 진 곡면을 갖는 복수의 오목부 위에 위치함에 따라 복수의 오목부 위에 위치하는 복수의 에미터부(121)나 복수의 후면 전계부(172)의 균일도가 증가하게 된다.
도 3의 (a)에 도시한 것처럼, 기판(110)이 위치 변화에 무관하게 동일한 두께를 갖고 있어 기판(110)의 후면이 곡면을 구비하고 있지 않고 기판(110)의 후면 전체가 평면이고, 그 위에 에미터부(121)와 후면 전계부(172)를 형성할 경우, 에미터부(121)와 후면 전계부(172) 중 하나는 기판(110) 후면의 원하는 부분에 정상적으로 형성되지 않아 에미터부(121)와 후면 전계부(172) 중 하나가 위치하지 않은 부분이 형성된다.
즉, 에미터부(121) 또는 후면 전계부(172)를 형성하고 그 위에 후면 버퍼부(192)를 형성한 후, 원하는 기판(110)의 후면 부분에 플라즈마 기상 증착(plasma enhanced chemical vapor deposition, PECVD)법과 같은 증착법이나 성장법 등을 이용하여 후면 전계부(172)나 에미터부(121)를 형성할 때, 공정실 내로 후면 전계부(172)나 에미터부(121)를 형성하기 위한 공정 가스가 주입된다. 주입되는 공정 가스는 기판(110)의 후면 쪽으로 이동하여 노출된 기판(110)의 후면에 부착되어 원하는 막을 증착하거나 성장시키게 된다.
이때, 기판(110)의 후면 쪽으로 이동하는 공정 가스는 가까운 표면에서부터 증착이나 성장이 이루어져, 도 3의 (a)에 도시한 것처럼, 후면 버퍼부(192) 위에 형성되는 후면 전계부(172)나 에미터부(121)는 노출된 후면 버퍼부(192)의 상부면이나 측면에서부터 증착이나 성장이 이루어지게 된다. 따라서, 후면 버퍼부(192)의 측면보다 공정 가스의 공급원으로부터 먼 거리에 위치한 기판(110) 바로 위에 형성되는 후면 전계부(172)나 에미터부(121)의 증착 속도나 성장 속도는 후면 버퍼부(192)의 측면에서의 증착 속도나 성장 속도보다 늦어진다.
이로 인해, 후면 버퍼부(192)의 측면에 형성되는 후면 전계부(172)나 에미터부(121)에 의해 공정 가스의 이동이 방해되어 증착이나 성장이 이루어지지 않는 부분이 기판(110)의 후면 위에 존재하게 된다. 특히, 후면 버퍼부(192)의 측면에 형성된 에미터부(121)나 후면 전계부(172)가 그 바로 아래의 기판(110) 쪽으로 이동하는 공정 가스의 이동을 방해하여 도 3의 (a)와 같이, 후면 버퍼부(192)의 측면에 형성된 에미터부(121)나 후면 전계부(172)의 바로 아래에 위치한 기판(110) 위에 원하는 막[예, 후면 전계부(172)나 에미터부(121)]의 형성이 원활하게 이루어지지 않고, 이로 인해 원하는 막이 형성되지 않거나 다른 부분보다 현저히 얇은 두께로 막이 형성되게 된다.
이로 인해, 형성되는 막[예, 후면 전계부(172)나 에미터부(121)]의 균일도가 크게 감소하게 되고, 기판(110)의 원하는 부분에 원하는 후면 전계부(172)나 에미터부(121)의 형성이 원활하게 이루어지지 않으므로 태양 전지의 효율에 악영향을 미치게 된다.
하지만, 도 3의 (b)와 같이, 후면 전계부(172) 또는 에미터부(121)가 형성될 기판(110)의 후면에 곡면을 갖는 오목부를 형성하게 되면, 각 오목부에서 후면 버퍼부(192)과 접해 있거나 후면 버퍼부(192)와 인접한 부분은 다른 부분보다 공정 가스를 공급하는 공급원과의 거리가 줄어들게 된다.
이로 인해, 후면 버퍼부(192)의 측면에 형성되는 후면 전계부(172)나 에미터부(121)의 형성 속도는 각 오목부 내에서 공급원과의 거리 차이로 인해 보상되므로, 도 3의 (b)에 도시한 것처럼 후면 전계부(172)나 에미터부(121)가 형성되지 않은 부분 없이 원하는 부분에 후면 전계부(172)나 에미터부(121)가 끊김 없이 연속적으로 형성된다.
또한, 이러한 오목부를 이용한 에미터부(121)나 후면 전계부(172)의 형성 속도 차이 보상에 의해, 도 3의 (a)와 같이 오목부를 구비하지 않고 평면인 기판(110)의 후면 위에 에미터부(121)와 후면 전계부(172)가 위치할 경우보다 정해진 각도로 경사진 경사도를 갖는 기판(110)의 오목부 내에 후면 전계부(172)나 에미터부(121)의 형성이 원활하게 이루어지므로, 기판(110)의 오목부에 형성되는 후면 전계부(172)나 에미터부 (121)의 균일도가 증가하게 된다.
따라서, 본 예의 경우, 기판(110)의 후면에 오목부를 형성하고, 에미터부(121)와 후면 전계부(172) 중 나중에 형성되는 것을 이 오목부 위에 형성함에 따라, 에미터부(121)나 후면 전계부(172)가 끊김 없이 기판(110)이 후면 위에 좀더 균일하게 형성된다. 이로 인해, 기판(110)의 원하는 후면 위에 에미터부(121)나 후면 전계부(172)가 존재하지 않은 부분이 발생하지 않으므로, 태양 전지(11)의 효율은 향상된다.
따라서, 기준면에서부터 기판(110) 오목부(즉, 제2 부분)의 최대 수직 거리가 약 10㎚ 미만일 경우, 기준면에서부터 최대 수직 거리가 너무 짧기 때문에 오목부의 경사도가 너무 작아 안정적이고 균일한 막 형성에 악영향을 미치게 된다.
또한, 제2 부분의 최대 수직 거리가 약 1㎛를 초과하면, 제1 부분에 위치한 에미터부(121)나 후면 전계부(172)와 접하는 면의 경사도가 너무 크므로, 도 3의 (a)의 경우처럼, 에미터부(121)나 후면 전계부(172) 위의 후면 버퍼부(192) 측면에 형성된 후면 전계부(172)나 에미터부(121)의 영향에 의해 기판(110)의 제2 부분에 후면 전계부(172)나 에미터부(121)가 형성되지 않은 부분이 발생하거나 형성되는 후면 전계부(172)나 에미터부(121)의 막 균일도가 떨어지는 문제가 발생한다.
또한, 오목부인 제2 부분의 경사면의 경사도가 45°이하일 경우, 각 오목부의 경사면이 완만한 경사면을 형성하여, 제1 부분에 위치한 에미터부(121)나 후면 전계부(172)와 접하는 면의 경사도를 과도하게 증가시키지 않으면서 제2 부분에 형성되는 에미터부(121)나 후면 전계부(172)가 끊김 없이 형성되며 좀더 균일하게 형성된다.
다음, 도 5 및 도 6을 참고로 하여, 본 발명의 한 실시예에 따른 다른 예에 대하여 설명한다.
도 1 및 도 2와 비교하여, 동일한 기능을 수행하는 구성요소에 대해서는 같은 도면 부호를 부여하였고, 그에 대한 자세한 설명은 생략한다.
먼저, 도 5에 도시한 태양 전지(12)에 대하여 설명한다.
도 1 및 도 2에 도시한 태양 전지(11)과 유사하게, 본 예의 태양 전지(12)는 기판(110)의 후면에 정해진 경사도로 경사진 곡면을 갖는 복수의 오목부를 구비하고 있고, 텍스처링 표면을 갖는 기판(110)의 전면에는 전면 버퍼부(191), 전면 전계부(171) 및 반사 방지부(130)가 위치하고 있고, 기판(110)의 후면에는 복수의 에미터부(121), 복수의 후면 전계부(172), 복수의 후면 버퍼부(192a), 복수의 에미터부(121)와 복수의 후면 전계부(172) 위에 각각 위치한 복수의 제1 및 제2 보조 전극(151, 152)과 복수의 제1 및 제2 주 전극(141, 142)을 구비하고 있다.
이때, 정해진 경사도로 경사진 경사면을 갖고 있지 않는 기판(110) 후면의 제1 부분 위에 복수의 에미터부(121)와 복수의 후면 전계부(172) 중 하나, 예를 들어, 복수의 에미터부(121)가 위치하고, 경사면을 갖고 있는 기판(110) 후면의 제2 부분, 즉 기판(110)의 오목부 위에 복수의 에미터부(121)와 복수의 후면 전계부(172) 중 나머지 하나, 예를 들어, 복수의 후면 전계부(172)가 위치한다.
하지만, 본 예의 각 후면 버퍼부(192a)의 형성 위치는 도 1 및 도 2에 도시한 각 후면 버퍼부(192)의 형성 위치가 상이하다. 예를 들어, 도 1 및 도 2의 각 후면 버퍼부(192) 전체가 각 에미터부(121) 위에만 위치하는 대신, 본 예의 후면 버퍼부(192a)는 각 에미터부(121) 상부 일부 위뿐만 아니라 인접한 에미터부(121)와 후면 전계부(172) 사이의 기판(110)의 후면 바로 위에도 추가로 위치하고 있다. 이때, 각 후면 버퍼부(192a)는 해당 에미터부(121)의 상부 위에서 끊김 없이 기판(110)의 후면 바로 위로 형성되므로, 각 후면 버퍼부(192a)는 해당 에미터부(121)의 상부 일부 위, 이 에미터부(121)의 측면 위, 그리고 인접한 후면 전계부(172)와의 사이에 위치한 기판(110)의 후면 바로 위에 위치한다.
이로 인해, 복수의 후면 버퍼부(192a)는 기판(110)의 후면에 직접 접해 있어 기판(110)의 후면 위에 바로 위치하는 부분을 추가로 구비한다. 또한, 각 후면 버퍼부(192a)의 일부는 경사면을 갖지 않는 기판(110)의 제1 부분 위에 위치하는 인접한 에미터부(121) 또는 후면 전계부(172) 위에 위치하여 인접한 에미터부(121)나 후면 전계부(172)와 중첩하고, 기판(110) 후면의 제2 부분인 오목부에 위치하는 각 후면 전계부(172)의 일부는 인접한 후면 버퍼부(192a)의 상부 일부 위에 위치하여, 후면 버퍼부(192a)와 일부 중첩하고 있다.
이때, 각 후면 버퍼부(192a)는 기판(110)의 오목부 위에 형성된다, 즉, 기판(110)과 각 후면 버퍼부(192a)가 접하는 기판(110)의 후면은 정해진 경사도로 경사진 곡면을 갖는 오목부이다.
이로 인해, 도 1 및 도 2에 도시한 태양 전지(11)와 비교할 때, 본 예의 태양 전지(12)는 복수의 에미터부(121) 또는 복수의 후면 전계부(172)를 위한 복수의 제1 오목부뿐만 아니라 복수의 후면 버퍼부(192a)를 위한 복수의 제2 오목부를 추가로 구비하고 있다.
따라서, 기판(110)은 복수의 에미터부(121)와 복수의 후면 전계부(172) 중 하나가 위치하고 평면을 갖는 기판(110)의 제1 부분, 복수의 에미터부(121)와 복수의 후면 전계부(172) 중 나머지 하나가 위치하고 곡면의 오목부인 기판(110)의 제2 부분, 그리고 복수의 후면 버퍼부(192a)가 위치하고 곡면의 오목부인 기판(110)의 제3 부분을 구비하고 있다.
이때, 제1 부분의 평균 두께는 제2 및 제3 부분의 평균 두께보다 두껍고, 제2 부분의 평균 두께는 제3 부분의 평균 두께보다 얇다. 또한, 서로 접해있는 부분에서의 기판(110)의 두께를 제외하면, 제1 부분의 두께(T1)는 제2 및 제3 부분의 두께(T2, T3)보다 두껍고, 제2 부분의 두께(T2)는 제3 부분의 두께(T3)보다 얇다.
이때, 각 제1 오목부의 경사도는 각 제2 오목부의 경사도보다 크고, 기판(110) 후면의 제1 부분 위에 위치한 에미터부(121)와 기판(110)의 후면이 접하는 부분인 기준면에서부터 기판(110)의 후면과 접하는 지점 중 가장 깊게 들어간 제1 오목부의 지점까지의 수직 거리(D1)(즉, 제1 오목부의 최대 수직 거리)는 기준면에서부터 기판(110)의 후면과 접하는 지점 중 가장 깊게 들어간 제2 오목부의 지점까지의 수직 거리(D2)(즉, 제2 오목부의 최대 수직 거리)보다 크다. 또한, 기준면에서부터 각 제1 오목부와 기판(110)의 후면과 접하는 지점까지의 평균 수직 거리는 기준면에서부터 각 제2 오목부와 기판(110)의 후면과 접하는 지점까지의 평균 수직 거리보다 크다.
이때, 제1 오목부의 최대 수직 거리(D1)는 약 10㎚ 내지 1㎛일 수 있다.
이미 도 4에 도시한 것처럼, 제1 오목부와 제2 오목부 각각은 경사면과 경사지지 않은 평탄 부분을 갖고 있고, 제1 오목부와 제2 오목부 각각에서, 경사면 대비 최대 수직 거리가 같거나 작은 것이 좋다[즉, (최대 수직 거리/경사면 거리) ≤ 1]. 이에 따라, 제1 오목부와 제2 오목부의 각 경사면의 경사도는 0° 초과 45° 이하일 수 있다.
이와 같이, 기판(110)의 후면 위에 패시베이션 기능을 수행하는 바로 복수의 후면 버퍼부(192a)가 위치하므로, 기판(110)의 후면 및 그 부근에 위치하는 결함이 제거되어 기판(110)의 후면에서 손실되는 전하의 양이 감소한다.
또한, 인접한 에미터부(121)와 후면 전계부(172) 사이에 절연 물질로 이루어진 후면 버퍼부(192a)가 존재하므로, 인접한 에미터부(121)과 후면 전계부(172)는 전기적으로 절연 상태를 유지하게 된다. 이로 인해, 인접한 에미터부(121)와 후면 전계부(172) 간의 단락(short) 현상이 방지되어 인접한 에미터부(121)와 후면 전계부(172) 간의 전하 누설이 감소하거나 방지되고, 에미터부(121)와 후면 전계부(172) 간의 전기적인 간섭에 의한 전하의 손실 또한 줄어든다. 이로 인해, 태양 전지(12)의 누설 전류의 양이 줄어든다.
추가로, 복수의 후면 버퍼부(192a)과 접해있는 기판(110)의 후면 부분이 곡면을 갖는 오목부로 형성되므로, 이미 도 3의 (a) 및 (b)를 참고로 하여 설명한 것처럼, 기판(110) 후면의 평면 위[즉, 기판(110)의 제1 부분 위]에 위치한 에미터부(121)나 후면 전계부(172) 위에 후면 버퍼부(192a)를 형성할 때, 에미터부(121)나 후면 전계부(172)의 측면에서의 후면 버퍼부(192a)의 형성 속도와 측면에 형성된 후면 버퍼부(192a)의 바로 아래의 기판(110)의 후면 위 또는 에미터부(121)나 후면 전계부(172)의 측면과 기판(110)과의 접경 부근 위에 형성되는 후면 버퍼부(192a)의 형성 속도 차이로 인한 문제가 해소되어, 기판(110) 후면의 원하는 부분 전체에 후면 버퍼부(192a)가 끊김 없이 형성되고 형성되는 후면 버퍼부(192a)의 막 균일도 역시 향상된다.
또한, 태양 전지(11)에서 이미 기술한 것처럼, 복수의 제1 오목부 위에 에미터부(121)나 후면 전계부(172)가 위치하므로, 에미터부(121)와 후면 전계부(172) 중 나중에 형성되는 것이 기판(110)의 원하는 부분에 끊김 없이 안정적으로 형성되며 막의 균일성이 향상된다.
다음, 도 6를 참고로 하여 또 다른 예의 태양 전지(13)를 설명한다.
복수의 후면 버퍼부(192c)의 형성 위치와 복수의 에미터부(121) 및 복수의 후면 전계부(172)가 위치하는 기판(110) 후면의 형상을 제외하면, 본 예의 태양 전지(13) 역시 이미 기술한 태양 전지(11, 12)와 동일한 구성요소를 갖고 있다. 따라서, 이미 기술한 태양 전지(11, 12)와 동일한 도면 부호가 부여된 구성요소에 대해서는 자세한 설명을 생략한다.
도 1과 도 2에 도시한 태양 전지(11) 그리고 도 5에 도시한 태양 전지(12)와 달리, 평면이 기판(110)의 제1 부분에 위치한 구성요소는 복수의 후면 버퍼부(192c)가 위치하고, 복수의 에미터부(121)와 복수의 후면 전계부(172) 모두 곡면을 갖는 오목부인 기판(110)의 부분에 위치한다. 따라서, 기판(110)은 평면인 기판(110)의 제1 부분, 오목부이고 복수의 에미터부(121)가 위치하는 기판(110)의 제2 부분, 그리고 오목부이고 복수의 후면 전계부(172)가 위치하는 기판(110)의 제3 부분을 구비한다.
이때, 제1 부분의 평균 두께는 제2 및 제3 부분의 평균 두께보다 두껍고, 제2 부분의 평균 두께와 제3 부분의 평균 두께는 서로 동일할 수 있다. 또한, 서로 접해있는 부분에서의 기판(110)의 두께를 제외하면, 제1 부분의 두께(T1)는 제2 및 제3 부분의 두께(T2, T3)보다 두껍고, 제2 부분의 두께(T2)는 제3 부분의 두께(T3)와 동일하다.
추가로, 복수의 에미터부(121)가 위치하는 기판(110)의 제2 부분의 경사도와 복수의 후면 전계부(172)가 위치하는 기판(110)의 제3 부분의 경사도는 서로 동일할 수 있다.
또한, 기판(110) 후면의 제1 부분 위에 위치한 에미터부(121)와 기판(110)의 후면이 접하는 부분인 기준면에서부터 기판(110)의 후면과 접하는 지점 중 가장 깊게 들어간 에미터부(121)용 오목부의 지점까지의 수직 거리(D1)(최대 수직 거리)는 기준면에서부터 기판(110)의 후면과 접하는 지점 중 가장 깊게 들어간 후면 전계부(172)용 오목부의 지점까지의 수직 거리(D1)(최대 수직 거리)와 서로 동일할 수 있고, 기준면에서부터 각 에미터부(121)용 오목부와 기판(110)의 후면과 접하는 지점까지의 평균 수직 거리와 기준면에서부터 각 후면 전계부(172)용 오목부와 기판(110)의 후면과 접하는 지점까지의 평균 수직 거리는 동일하다.
이때, 기준면에서부터 에미터부(121)와 후면 전계부(172)를 위한 각 오목부의 최대 수직 거리는 약 10㎚ 내지 1㎛일 수 있다.
이미 도 4에 도시한 것처럼, 제2 및 제3 부분 각각은 경사면과 경사지지 않은 평탄 부분을 갖고 있고, 제2 및 제3 부분 각각에서, 경사면 거리 대비 최대 수직 거리가 같거나 작은 것이 좋다[즉, (최대 수직 거리/경사면 거리) ≤ 1]. 이에 따라, 제2 및 제 3 부분의 각 경사면의 경사도는 0° 초과 45° 이하일 수 있다.
본 예에서, 각 에미터부(121)의 일부는 양측에 인접한 후면 버퍼부(192c)의 상부 위에 위치하므로, 각 에미터부(121)는 오목한 기판(110)의 후면에서부터 인접한 후면 버퍼부(192c)의 측면 위 그리고 인접한 후면 버퍼부(192c)의 상부 위까지 끊김 없이 위치한다. 또한, 각 후면 전계부(172) 역시 그 일부는 양측에 인접한 후면 버퍼부(192c)의 상부 위에 위치하므로, 각 후면 전계부(172) 또한 오목한 기판(110)의 후면에서부터 인접한 후면 버퍼부(192c)의 측면 위 그리고 인접한 후면 버퍼부(192c)의 상부 위까지 끊김 없이 위치한다. 이때, 동일한 후면 버퍼부(192c)의 상부 위에 위치한 에미터부(121)와 후면 전계부(172)는 서로 분리되어 있다.
이와 같이, 도 5에 도시한 태양 전지(12)와 같이, 인접한 에미터부(121)와 후면 전계부(172) 사이의 기판(110)의 후면 위에 바로 절연 물질로 이루어진 후면 버퍼부(192c)가 위치하므로, 인접한 에미터부(121)와 후면 전계부(172) 간의 전기적인 간섭이 차단되어 전하의 손실량이 감소한다.
또한, 이미 도 3를 참고로 하여 설명한 것과 유사하게, 오목부 위에 바로 에미터부(121)와 후면 전계부(172)를 형성하므로, 형성되는 구성요소의 순서에 따라 막의 균일도나 끊김 현상을 방지하므로, 태양 전지(13)의 효율이 향상된다.
본 예에서, 기판(110)의 전면이 텍스처링 표면을 가지므로, 기판(110)의 전면의 텍스처링 표면에 형성된 요철로 인한 기판(110의 두께 차이가 발생한다. 하지만, 텍스처링 표면에 형성된 요철에 의해 발생하는 기판(110)의 두께 차이는 실질적으로 동일한 것으로 간주하므로, 본 명세서에 기재된 두께(T1, T2, T3)와 평균 두께는 텍스처링 표면의 각 요철의 높이 차이로 인한 오차 범위 내에서 동일한 것으로 간주한다.
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 141, 142: 주 전극
151, 152: 보조 전극 171: 전면 전계부
172: 후면 전계부 191: 전면 버퍼부
192, 192a, 192c: 후면 버퍼부
130: 반사 방지부 141, 142: 주 전극
151, 152: 보조 전극 171: 전면 전계부
172: 후면 전계부 191: 전면 버퍼부
192, 192a, 192c: 후면 버퍼부
Claims (20)
- 제1 도전성 타입을 갖고, 입사면인 제1 면의 반대편에 위치하는 제2 면에 경사지지 않고 평면인 제1 부분과 경사면을 구비한 제2 부분을 갖는 결정질 반도체로 이루어진 기판,
상기 기판의 상기 제2 면 위에 위치하며 상기 제1 도전성 타입과 다른 제2 도전성 타입을 갖는 비결정질 반도체로 이루어진 에미터부,
상기 기판의 상기 제2 면 위에 위치하며 상기 제1 도전성 타입을 갖는 비결정질 반도체로 이루어져 있는 전계부,
상기 에미터부와 연결되어 있는 제1 전극부, 그리고
상기 전계부와 연결되어 있는 제2 전극부
를 포함하고,
상기 에미터와 상기 전계부 중 적어도 하나는 상기 제2 부분과 바로 접하게 위치하는
태양 전지. - 제1항에서,
상기 제2 부분의 상기 경사면은 상기 제1 부분과 인접하게 위치한 태양 전지. - 제1항 또는 제2항에서,
상기 경사면은 곡면인 태양 전지. - 제1항에서,
상기 에미터와 상기 전계부 중 나머지 하나는 상기 제1 부분과 바로 접하게 위치하는 태양 전지. - 제4항에서,
상기 에미터부와 상기 전계부 중 하나의 일부 위에 위치하고 비도전성 물질로 이루어진 버퍼부를 추가로 포함하는 태양 전지. - 제5항에서,
상기 버퍼부는 상기 에미터부와 상기 전계부 중 하나의 일부 위에만 위치하고,
상기 에미터부와 상기 전계부 중 나머지 하나는 상기 버퍼부 위에 추가로 위치하는 태양 전지. - 제5항에서,
상기 버퍼부는 인접한 에미터부와 전계부 사이의 상기 기판의 상기 제2 면 바로 위에 추가로 위치하는 태양 전지. - 제7항에서,
상기 기판은 상기 제2 면에 경사면을 구비한 제3 부분을 추가로 구비하고 있고,
상기 버퍼부는 상기 제3 부분과 바로 접하게 추가로 위치하는
태양 전지. - 제8항에서,
상기 제2 부분의 경사도는 상기 제3 부분의 경사도보다 큰 태양 전지. - 제8항에서,
상기 제2 부분과 상기 제3 부분의 경사도는 각각 0°초과 45° 이하인 태양 전지. - 제8항에서,
상기 제2 부분과 상기 제3 부분 각각의 상기 경사면의 거리 대비 상기 제1 부분의 표면에서부터 상기 제2 부분과 상기 제3 부분 각각의 최대 수직 거리는 같거나 작은 태양 전지. - 제8항에서,
상기 제1 부분의 표면에서부터 상기 제2 부분의 제1 최대 수직 거리는 상기 제1 부분의 상기 표면에서부터 상기 제3 부분의 제2 최대 수직 거리보다 긴 태양 전지. - 제12항에서,
상기 제1 최대 수직 거리와 상기 제2 최대 수직 거리는 10㎚ 내지 1㎛인 태양 전지. - 제7항에서,
상기 에미터부와 상기 전계부 중 나머지 하나는 상기 버퍼부 위에 위치하는 태양 전지. - 제1항에서,
상기 에미터와 상기 전계부는 각각 상기 제2 부분과 바로 접하게 위치하고,
상기 태양 전지는 상기 제1 부분과 바로 접하게 위치하며 비도전성 물질로 이루어진 버퍼부를 추가로 포함하는 태양 전지. - 제15항에서,
상기 에미터와 상기 전계부는 인접한 버퍼부 위에 일부 위치하는 태양 전지. - 제15항에서,
상기 제1 부분의 표면에서부터 상기 에미터부와 접해 있는 상기 제2 부분의 제1 최대 수직 거리는 상기 제1 부분의 상기 표면에서부터 상기 전계부와 접해 있는 상기 제2 부분의 제2 최대 수직 거리와 동일한 태양 전지. - 제17항에서,
상기 제1 최대 수직 거리와 상기 제2 최대 수직 거리는 10㎚ 내지 1㎛인 태양 전지. - 제1항에서,
상기 경사면의 거리 대비 상기 제1 부분의 표면에서부터 상기 제2 부분의 최대 수직 거리는 같거나 작은 태양 전지. - 제1항에서,
상기 제1 부분의 평균 두께는 상기 제2 부분의 평균 두께보다 큰 태양 전지.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020110097041A KR101179949B1 (ko) | 2011-09-26 | 2011-09-26 | 태양 전지 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020110097041A KR101179949B1 (ko) | 2011-09-26 | 2011-09-26 | 태양 전지 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR101179949B1 true KR101179949B1 (ko) | 2012-09-07 |
Family
ID=47073816
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020110097041A KR101179949B1 (ko) | 2011-09-26 | 2011-09-26 | 태양 전지 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101179949B1 (ko) |
-
2011
- 2011-09-26 KR KR1020110097041A patent/KR101179949B1/ko not_active IP Right Cessation
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