KR101579321B1 - 태양 전지의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
태양 전지의 제조 방법은 제1 도전성 타입의 기판의 전면에 복수의 돌출부를 갖는 텍스처링 표면을 형성하는 단계, 상기 기판에 불순물을 주입하여 상기 제1 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입의 에미터부를 형성하는 단계, 상기 에미터부 위에 반사 방지막을 형성하는 단계, 그리고 상기 반사 방지막 위에 제1 페이스트를 도포하여 전면 전극 패턴을 형성하는 단계, 상기 기판의 후면에 제2 페이스트를 도포하여 후면 전극 패턴을 형성하는 단계, 그리고 상기 전면 전극 패턴과 상기 후면 전극 패턴을 구비한 상기 기판을 열 처리하여, 상기 반사 방지막을 관통하여 상기 에미터부와 접촉하는 전면 전극과 상기 기판과 접촉하는 후면 전극을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 제1 페이스트는 약 90%의 도전성 물질을 함유한다. 이로 인해, 전면 전극을 형성하기 위한 페이스트의 전도도가 향상되어 전극 형성을 위한 공정 조건의 여유도가 향상되어 전면 전극 형성 시 발생하는 태양 전지의 불량율이 감소한다.
Description
본 발명은 태양 전지의 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 반도체부에서 복수의 전자-정공 쌍이 생성되고, 생성된 전자-정공 쌍은 광기전력 효과(photovoltaic effect)에 의해 전하인 전자와 정공으로 각각 분리되어 전자와 정공은 n형의 반도체부와 p형 반도체부 쪽으로, n형의 반도체부에 전기적으로 연결된 전극과 p형의 반도체부에 전기적으로 연결된 전극에 의해 수집되며, 이 전극들을 전선으로 연결하여 전력을 얻는다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 태양 전지의 효율을 감소를 줄이기 위한 것이다.
본 발명의 한 특징에 따른 태양 전지의 제조 방법은 제1 도전성 타입의 기판의 전면에 복수의 돌출부를 갖는 텍스처링 표면을 형성하는 단계, 상기 기판에 불순물을 주입하여 상기 제1 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입의 에미터부를 형성하는 단계, 상기 에미터부 위에 반사 방지막을 형성하는 단계, 상기 반사 방지막 위에 제1 페이스트를 도포하여 전면 전극 패턴을 형성하는 단계, 상기 기판의 후면에 제2 페이스트를 도포하여 후면 전극 패턴을 형성하는 단계, 그리고 상기 전면 전극 패턴과 상기 후면 전극 패턴을 구비한 상기 기판을 열 처리하여, 상기 반사 방지막을 관통하여 상기 에미터부와 접촉하는 전면 전극과 상기 기판과 접촉하는 후면 전극을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 제1 페이스트는 약 90%의 도전성 물질을 함유한다.
상기 제1 페이스트에 함유된 도전성 물질은 은(Ag)을 포함하는 것이 좋다.
상기 텍스처링 형상 단계는 건식 식각법으로 상기 복수의 돌출부를 형성할 수 있다.
상기 건식 식각법은 반응성 이온 식각법(reaction ion etching, RIE)일 수 있다.
상기 복수의 돌출부 각각의 종횡비(aspect ratio)는 1.0 내지 1.5일 수 있다.
상기 복수의 돌출부 각각은 300㎛ 내지 800㎛의 지름과 높이를 가질 수 있다.
상기 에미터부는 80Ω/sq. 내지 120Ω/sq.의 면 저항값을 가질 수 있다.
이러한 특징에 따르면, 전면 전극을 형성하기 위한 페이스트의 전도도가 향상되어 전극 형성을 위한 공정 조건의 여유도가 향상되어 전면 전극 시 발생하는 태양 전지의 불량율이 감소한다.
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 3a 내지 도 3e는 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 순차적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 도시한 태양 전지를 II-II선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 순차적으로 나타낸 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 실시예에 따른 태양 전지의 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 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(emitter region)(121), 에미터부(121) 위에 위치하는 반사 방지막(130), 에미터부(121)와 전기적으로 연결되어 있는 전면 전극(front electrode)(140), 빛이 입사되지 않고 입사면의 반대쪽 면인 기판(110)의 후면(rear surface)에 위치하는 후면 전극(151), 그리고 후면 전극(151)과 기판(110) 사이에 위치하는 후면 전계(back surface field)부(BSF region)(171)를 구비한다.
기판(110)은 제1 도전성 타입, 예를 들어 p형 도전성 타입의 실리콘으로 이루어진 반도체 기판이다. 본 실시예에서, 실리콘은 다결정 실리콘이지만, 단결정 실리콘일 수 있다. 기판(110)이 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 붕소(B), 갈륨, 인듐 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.
에미터부(121)는 기판(110)의 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입, 예를 들어, n형의 도전성 타입의 불순물이 도핑된 영역으로, 기판(110)의 전면에 위치한다.
본 실시예에서, 에미터부(121)의 면 저항값(sheet resistance)은 약 80Ω/sq. 내지 120Ω/sq.이고, 이때 위치에 따른 면 저항값의 편차는 약 ±10Ω/sq.이다. 본 실시예에서, 에미터부(121)의 위치에 따른 면 저항값의 편차는 약 10㎛×10㎛의 단위 면적 당 발생하는 면 저항값의 편차이다. 하지만, 에미터부(121)의 면 저항값의 편차를 측정하기 위한 단위 면적은 변경 가능하다.
이러한 에미터부(121)의 면, 즉 기판(110)의 전면은 복수의 돌출부를 구비한 요철면인 텍스처링 표면(textured surface)을 구비한다.
본 실시예에서, 복수의 돌추부는 각각 수백 나노미터 크기, 예를 들어, 약 300㎚ 내지 약 800㎚의 지름(a)과 높이(b)를 가질 수 있다. 각 돌출부의 종횡비(aspect ratio)(b/a)는 약 1.0 내지 1.5이다.
이러한 텍스처링 표면에 의해, 빛에 대한 태양 전지(1)의 반사 방지 효율이 크게 향상되어, 태양 전지(1) 내부로 입사되는 빛의 양이 증가한다.
이러한 에미터부(121)는 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(121)가 n형일 경우, 분리된 정공은 기판(110)쪽으로 이동하고 분리된 전자는 에미터부(121)쪽으로 이동하여, 기판(110)에서 정공은 다수 캐리어가 되며, 에미터부(121)에서 전자는 다수 캐리어가 된다.
에미터부(121)는 기판(110)과 p-n접합을 형성하므로, 본 실시예와 달리, 기판(110)이 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 에미터부(121)는 p형의 도전성 타입을 가진다. 이 경우, 분리된 전자는 기판(110)쪽으로 이동하고 분리된 정공은 에미터부(121)쪽으로 이동한다.
에미터부(121)가 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 에미터부(121)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(121) 위에 실리콘 질화막(SiNx) 또는 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. 본 실시예에서, 반사 방지막(130)은 단일막 구조를 갖지만 이중막과 같은 다층막 구조를 가질 수 있고, 필요에 따라 생략될 수 있다.
전면 전극(140)은 도 1에 도시한 것처럼, 복수의 핑거 전극(finger electrode)(141)과 복수의 전면 버스바(bus bar)(142)를 구비한다.
복수의 핑거 전극(141)은 에미터부(121)와 전기적으로 연결되어 있고, 서로 이격되게 정해진 방향으로 나란히 뻗어있다. 복수의 핑거 전극(141)은 에미터부(121)쪽으로 이동한 전하, 예를 들면, 전자를 수집한다.
복수의 전면 버스바(142)는 에미터부(121)와 연결되어 있고 복수의 핑거 전극(141)과 교차하는 방향으로 나란히 뻗어 있다.
이때, 복수의 전면 버스바(142)는 복수의 핑거 전극(141)과 동일 층에 위치하여 각 핑거 전극(141)과 교차하는 지점에서 해당 핑거 전극(141)과 전기적·물리적으로 연결되어 있다. 따라서, 도 1에 도시한 것처럼, 복수의 핑거 전극(141)은 가로 또는 세로 방향으로 뻗어 있는 스트라이프(stripe) 형상을 갖고, 복수의 전면 버스바(142)는 세로 또는 가로 방향으로 뻗어 있는 스트라이프 형상을 갖고 있어, 전면 전극(140)은 기판(110)의 전면에 격자 형태로 위치한다.
복수의 전면 버스바(142)는 복수의 핑거 전극(141)에 의해 수집되어 이동하는 전하, 예를 들어, 전자를 수집한다. 이러한 복수의 전면 버스바(142)는 외부 장치와 연결된 도전성 테이프 등과 부착되고, 이로 인해, 수집된 전자는 도전성 테이프 등을 통해 외부 장치로 출력된다.
각 전면 버스바(142)는 교차하는 복수의 핑거 전극(141)에 의해 수집된 전하를 모아서 원하는 방향으로 이동시켜야 되므로, 각 전면 버스바(142)의 폭은 각 핑거 전극(141)의 폭보다 크다.
이와 같이, 복수의 핑거 전극(141)과 복수의 전면 버스바(142)를 구비한 전면 전극(140)은 은(Ag)과 같은 도전성 물질을 함유하고 있지만, 은 대신, 니켈(Ni), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 티타늄(Ti), 금(Au) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 도전성 물질을 함유하거나, 이외의 다른 도전성 금속 물질로 이루어질 수 있다.
이때, 전면 전극(140)에 함유된 도전성 물질, 예를 들어, 은(Ag)의 함유량이 종래보다 증가하여전면 전극(140)의 전도도와 점성도도 증가한다. 이로 인해, 종래와 비교할 때, 전면 전극(140)과 에미터부(121)의 접촉 면적이 감소하여도 에미터부(121)로부터 전면 전극(140)으로의 원활한 전하 전송이 행해진다.
또한, 에미터부(121)의 면 저항값이 종래의 약 50Ω/sq. 내지 70Ω/sq.보다 높은 고저항값을 갖고 있으므로, 에미터부(121)의 불순물 도핑 두께는 종래의 약 300㎚ 내지 500㎚보다 얇은 약 250㎚ 내지 450㎚의 두께를 갖고 있다. 따라서, 종래보다 줄어든 에미터부(121)의 불순물 도핑 두께로 인해, 전면 전극(140)이 에미터부(121)를 관통하여 기판(110)과 접촉하는 션트(shunt) 발생의 위험이 증가한다. 하지만, 본 실시예와 같이, 전면 전극(140)의 공정 여유도가 증가함에 따라 션트 발생의 위험이 감소한다. 또한, 점성도의 증가로 인해, 핑거 전극(141) 및/또는 전면 버스바(142)의 폭은 감소시키고 대신 두께를 증가시킬 수 있다. 이 경우, 에미터부(121)로부터 전면 전극(140)으로의 전하 전송 효율은 감소하지 않고 기판(110)의 입사 면적이 증가되므로, 태양 전지(1)의 효율이 향상된다.
도 1에서, 기판(110)에 위치하는 핑거 전극(141)과 전면 버스바(142)의 개수는 단지 한 예에 불과하고, 각 핑거 전극(141)과 각 전면 버스바(142)의 폭은 개수에 따라 변할 수 있다.
에미터부(121)와 전기적·물리적으로 연결되어 있는 전면 전극(140)으로 인해, 반사 방지막(130)은 전면 전극(140)이 위치하지 않는 에미터부(121) 위에 위치한다.
후면 전극(151)은 거의 기판(110)의 후면 전체에 위치한다.
후면 전극(151)은 알루미늄(Al)과 같은 도전성 물질을 함유하고 있고, 기판(110)과 전기적으로 연결되어 있다.
후면 전극(151)은 기판(110)쪽으로부터 이동하는 전하, 예를 들어 정공을 수집하여 외부 장치로 출력한다.
후면 전극(151)은 알루미늄(Al) 대신, 도전성 물질은 니켈(Ni), 구리(Cu), 은(Ag), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 티타늄(Ti), 금(Au) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 도전성 물질을 함유할 수 있고, 이외의 다른 도전성 물질을 함유할 수 있다.
후면 전극(151)과 기판(110) 사이에 위치한 후면 전계부(171)는 기판(110)과 동일한 도전성 타입의 불순물이 기판(110)보다 고농도로 도핑된 영역, 예를 들면, P+ 영역이다.
기판(110)과 후면 전계부(171)와의 불순물 농도 차이로 인해 전위 장벽이 형성되고, 이로 인해, 기판(110) 후면 쪽으로의 전자 이동이 방해되어 기판(110)의 후면 근처에서 전자와 정공이 재결합하여 소멸되는 것을 감소시킨다.
이러한 구조 이외에 태양 전지(1)는 기판(110)의 후면에 위치하는 복수의 후면 버스바를 더 구비할 수 있다. 복수의 후면 버스바는 기판(110)의 후면에 바로 위치하여 인접한 후면 전극(151)과 연결되거나 기판(110)의 후면에 위치한 후면 전극(151) 위에 위치하여 하부의 후면 전극(151)과 연결될 수 있다.
복수의 후면 버스바는 전면 전극(140)의 전면 버스바(142)와 유사하게, 후면 전극(151)과 전기적으로 연결되어 후면 전극(151)으로부터 전달되는 전하를 수집하여 외부 장치로 출력한다. 이러한 후면 버스바는 후면 전극(151)보다 양호한 전도도를 갖는 물질로 이루어질 수 있고, 은(Ag)과 같은 적어도 하나의 도전성 물질을 함유한다.
이와 같은 구조를 갖는 본 실시예에 따른 태양 전지(1)의 동작은 다음과 같다.
태양 전지(1)로 빛이 조사되어 반사 방지막(130)과 에미터부(121)를 통해 반도체의 기판(110)으로 입사되면 빛 에너지에 의해 반도체의 기판(110)에서 전자-정공 쌍이 발생한다. 이때, 기판(110)의 텍스처링 표면과 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(121)의 p-n 접합에 의해 서로 분리되어 전자와 정공은, 예를 들어, n형의 도전성 타입을 갖는 에미터부(121)과 p형의 도전성 타입을 갖는 기판(110)쪽으로 각각 이동한다. 이처럼, 에미터부(121)쪽으로 이동한 전자는 복수의 핑거 전극(141)에 의해 수집되어 복수의 전면용 버스바(142)를 따라 이동하고, 기판(110)쪽으로 이동한 정공은 인접한 후면 전극(151)으로 전달되어 수집된다. 이러한 전면 버스바(142)와 후면 전극(151)을 도선으로 연결하면 전류가 흐르게 되고, 이를 외부에서 전력으로 이용하게 된다.
다음, 도 3a 내지 도 3f를 참고로 하여, 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지(1)의 제조 방법에 대하여 설명한다.
도 3a 내지 도 3f는 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 순차적으로 나타낸 도면이다.
먼저, 도 3a에 도시한 것처럼, 반응성 이온 식각법(reaction ion etching, RIE) 등과 같은 건식 식각법을 이용하여 노출된 기판(110)의 한 면, 예를 들어 입사면인 기판(110)의 전면을 식각하여 복수의 돌출부를 갖는 텍스처링 표면을 형성한다.
이때, 기판(110)은 p형 다결정 실리콘으로 이루어진 기판이지만, 이에 한정되지 않고, n형의 단결정 또는 비정질 실리콘일 수 있다.
이러한 건식 식각법에 의해 형성되는 복수의 돌출부는 수백 나노미터 크기, 예를 들어, 약 300㎚ 내지 약 800㎚의 지름(a)과 높이(b)를 가질 수 있고, 이때, 각 돌출부의 종횡비(b/a)는 약 1.0 내지 1.5이다.
이처럼, 수백 나노 미터(nanometer)와 같이 각 돌출부의 크기가 작기 때문에, 서브마이크로(sub-micron) 크기의 각 돌출부 내에서 공기(외부)와 접해있는 부분에서부터 기판(110) 쪽으로 굴절률이 연속적으로 변하게 된다. 즉, 각 돌출부의 상부 쪽은 공기의 굴절률과 가까운 굴절률을 갖게 되고 하부 쪽은 예를 들어 기판(110)의 재료인 실리콘(Si)의 굴절률과 가까운 굴절률을 갖게 되어, 굴절률이 연속적으로 변하는 복수의 막을 적층한 것과 같은 막 적층 효과(layer stack effect)가 발생한다.
따라서 각 돌출부의 위치 변화에 따른 굴절률 변화에 의해 흡수되는 빛의 파장대도 변하게 되어, 기판(110)으로 입사되는 빛의 파장 범위가 증가한다. 따라서, 본 실시예에 따라 건식 식각법으로 기판(110)의 표면을 텍스처링한 텍스처링 표면에 의해 약 300㎚ 내지 1100㎚ 범위의 파장대를 갖는 빛의 반사도[예를 들어, 평균 가중 반사도(average weighted reflectance)]는 약 10% 이하의 낮은 반사도를 갖게 된다. 이로 인해, 텍스처링 표면으로 인한 태양 전지(1)의 빛의 반사 방지 효율이 크게 향상된다.
그런 다음, 도 3b에 도시한 것처럼, 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(121)를 형성한다. 본 실시예와 달리, 기판(110)의 도전성 타입이 n형일 경우, 3가 원소의 불순물을 포함하는 물질, 예를 들어, B2H6를 고온에서 열처리하여 기판(110)에 p형의 불순물부를 형성할 수 있다. 그런 다음, n형 불순물 또는 p형 불순물이 기판(110) 내부로 확산됨에 따라 생성된 인을 포함하는 산화물(phosphorous silicate glass, PSG)이나 붕소를 포함하는 산화물(boron silicate glass, BSG)을 불산(HF) 등을 이용하여 제거한다.
이때, 에미터부(121)의 면 저항값은 약 80Ω/sq. 내지 120Ω/sq.이고, 에미터부(121)의 불순물 도핑 두께는 약 250㎚ 내지 450㎚이다.
그런 다음, 도 3c에 도시한 것처럼, 플라즈마 화학 기상 증착법(plasma enhanced chemical vapor deposition, PECVD) 등을 이용하여 기판(110)의 전면에 형성된 에미터부(121) 위에 반사 방지막(130)을 형성한다.
다음, 도 3d에 도시한 것처럼, 스크린 인쇄법을 이용하여, 반사 방지막(130)의 해당 부분에 전면전극용 페이스트를 인쇄한 후 건조시켜, 전면전극 패턴(40)을 형성한다. 이때, 전면전극 패턴(40)은 복수의 핑거 전극을 위한 부분과 복수의 전면 버스바를 위한 부분을 구비하고 있다.
전면전극 페이스트는 도전성 물질, 예를 들어, 은(Ag), 납(Pb)을 함유하는 글래스 프릿(glass frit), 바인더(binder) 및 솔벨트(solvent)를 함유하고, 전면전극용 페이스트를 구성하는 총 물질 중에서 도전성 물질은 약 90%를 차지한다. 이러한 도전성 물질의 함유는 종래의 약 70% 내지 80%보다 증가한 수치이고, 이때, 은(Ag)과 같은 도전성 물질이 증가함에 따라 납(Pb)을 포함한 글래스 프릿의 비율은 감소할 수 있다.
이처럼, 전면전극용 페이스트의 전도도 특성과 점성도에 영향을 미치는 도전성 물질이 증가함에 따라, 전면전극용 페이스트의 전도도와 점성도는 종래에 비해 증가한다.
다음, 도 3e에 도시한 것처럼, 알루미늄(Al)과 같은 도전성 물질을 함유하는 후면전극용 페이스트를 스크린 인쇄법으로 인쇄한 후 건조시켜 기판(110)의 후면에 형성된 에미터부(121) 위에 후면전극 패턴(50)을 형성한다. 이때 후면전극용 페이스트 역시 글래스 프릿, 바인더 및 솔벨트를 더 함유하지만, 글래스 프릿은 납(Pb)을 함유하지 않는다.
이때, 이들 패턴(40, 50)의 건조 온도는 약 120℃ 내지 약 200℃일 수 있고, 패턴(40, 50)의 형성 순서는 변경 가능하다.
그런 다음, 전면전극 패턴(40)과 후면전극 패턴(50)이 형성된 기판(110)을 약 750℃ 내지 약 800℃의 온도에서 열처리 공정을 시행하여, 에미터부(121)의 일부와 접촉하는 복수의 핑거 전극(141)과 복수의 전면 버스바(142)를 구비한 전면 전극(140), 기판(110)과 전기적으로 연결되는 후면 전극(151), 그리고 후면 전극(151)과 기판(110) 사이의 후면 전계부(171)를 형성한다.
즉, 열처리 공정에 의해, 전면전극 패턴(40)에 함유된 납(Pb) 등에 의해, 전면전극 패턴(40)은 접촉 부위의 반사 방지막(130)을 관통하여 하부에 위치하는 에미터부(121)와 접촉함으로써, 에미터부(121)와 연결되는 전면 전극(140)이 형성된다. 이때, 전면전극 패턴(40)에 함유된 도전성 물질은 전체 물질의 약 90%로서 종래의 약 70% 내지 80%보다 증가한다.
따라서, 전면전극 패턴(40)의 전도도와 점성도가 종래보다 증가하므로, 에미터부(121)와 전면전극(140)의 접촉 면적이 종래보다 감소하여도, 에미터부(121)로부터 전면전극(140)으로의 전하 전송은 정상적으로 행해진다.
이때, 반사 방지막(130)을 식각하는 역할을 수행하는 납(Pb)의 함량이 은(Ag)의 함량에 비해 상대적으로 감소하기 때문에, 종래와 동일한 열처리 공정 시, 반사 방지막(130)을 관통한 후 에미터부(121)와 접촉하는 전면 전극(140)의 면적(예, 표면적)은 종래보다 감소한다. 하지만, 이미 설명한 것처럼, 은(Ag)의 함량 증가로 전면전극 패턴(40)의 전도도가 증가하기 때문에, 에미터부(121)와 전면 전극(140) 간의 접촉 저항이 감소하여 정상적인 전하 전송이 행해진다.
결국, 종래보다 에미터부(121)와 전면 전극(140)의 접촉 면적이 감소하여도 정상적인 전면 전극(140)의 동작이 행해지게 되어, 전면 전극(140)의 형성 조건의 여유도가 증가한다. 즉, 반사 방지막(130)을 관통한 전면 전극(140)이 에미터부(121)와 접촉하는 접촉 면적의 여유도가 증가한다.
따라서, 에미터부(121)의 불순물 도핑 두께가 감소하더라고 반사 방지막(130)을 관통하여 에미터부(121)과 전면 전극(140)과의 접촉 면적을 감소시킬 수 있으므로, 션트 발생으로 인한 태양 전지(1)의 불량 발생이 줄어든다.
그리고, 전면전극 패턴(40)의 점성도가 증가함에 따라, 전면전극 패턴(40)의 인쇄성이 향상된다. 따라서, 전면전극 패턴(40)의 폭은 감소시키고 높이를 증가시켜도 인쇄된 전면전극 패턴(40)의 형상이 정상적으로 유지된다. 따라서, 기판(110)의 전면에 위치하는 전면 전극(140)의 형성 면적이 감소하여, 기판(110)으로 입사되는 빛의 입사 면적이 증가한다.
열처리 공정에 의해, 후면전극 패턴(50)에 포함된 알루미늄(Al)이 기판(110)의 후면에 형성된 에미터부(121)뿐만 아니라 그 넘어서까지 기판(110)으로 확산되어 기판(110)보다 높은 불순물 농도를 갖는 불순물부인 후면 전계부(171)가 형성된다. 이미 설명한 것처럼, 후면 전계부(171)는 기판(110)과의 농도 차이에 의해 기판(110)의 후면에서 전자와 정공의 재결합을 방지하고, 정공이 후면 전극(151)쪽으로 용이하게 이동하도록 한다.
후면전극 패턴(50)은 후면 전계부(171)를 통해 기판(110)과 전기적으로 연결되어 후면 전극(151)을 형성한다.
열처리 공정 시, 패턴(40, 50)에 함유된 금속 성분과 각 접촉하는 층(121, 110)과의 화학적 결합으로 접촉 저항이 감소하여 전하의 전송 효율이 향상되어 전류 흐름이 증가된다.
그런 다음, 레이저빔이나 식각 공정을 이용하여 기판(110)의 측면으로 확산되어 측면에 도핑된 불순물부를 제거하는 측면 분리(edge isolation) 공정을 실시하여 태양 전지(1)를 완성한다. 하지만, 측면 분리 공정 시기는 필요에 따라 변경 가능하다.
본 실시예의 경우, 기판(110)의 후면에 형성된 에미터부(121)는 별도로 제거되지 않았지만, 대안적인 예에서, 후면전극 패턴(50)을 형성하기 전에 기판(110)의 후면에 위치하는 에미터부(121)를 제거하는 별도의 공정이 행해질 수 있다.
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.
Claims (7)
- 제1 도전성 타입의 기판의 전면에 복수의 돌출부를 갖는 텍스처링 표면을 형성하는 단계,
상기 기판에 불순물을 주입하여 상기 제1 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입의 에미터부를 형성하는 단계,
상기 에미터부 위에 반사 방지막을 형성하는 단계,
상기 반사 방지막 위에 제1 페이스트를 도포하여 전면 전극 패턴을 형성하는 단계,
상기 기판의 후면에 제2 페이스트를 도포하여 후면 전극 패턴을 형성하는 단계, 그리고
상기 전면 전극 패턴과 상기 후면 전극 패턴을 구비한 상기 기판을 열 처리하여, 상기 반사 방지막을 관통하여 상기 에미터부와 접촉하는 전면 전극과 상기 기판과 접촉하는 후면 전극을 형성하는 단계
를 포함하고,
상기 제1 페이스트는 90%의 도전성 물질을 함유하는
태양 전지의 제조 방법 - 제1항에서,
상기 제1 페이스트에 함유된 도전성 물질은 은(Ag)을 포함하는 태양 전지의 제조 방법. - 제1항에서,
상기 텍스처링 표면 형성 단계는 건식 식각법으로 상기 복수의 돌출부를 형성하는 태양 전지의 제조 방법. - 제3항에서,
상기 건식 식각법은 반응성 이온 식각법(reaction ion etching, RIE)인 태양 전지의 제조 방법. - 제1항 또는 제3항에서,
상기 복수의 돌출부 각각의 종횡비(aspect ratio)는 1.0 내지 1.5인 태양 전지의 제조 방법. - 제5항에서,
상기 복수의 돌출부 각각은 300㎛ 내지 800㎛의 지름과 높이를 갖는 태양 전지의 제조 방법. - 제1항에서,
상기 에미터부는 80Ω/sq. 내지 120Ω/sq.의 면 저항값을 갖는 태양 전지의 제조 방법.
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