KR101661358B1 - 태양 전지 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 태양 전지에 관한 것이다. 상기 태양 전지는 제1 도전성 타입의 기판, 상기 기판과 연결되어 있고 상기 제1 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입을 갖는 적어도 하나의 에미터부, 상기 적어도 하나의 에미터부와 연결되어 있는 적어도 하나의 제1 전극, 그리고 상기 기판과 전기적으로 연결되어 있는 적어도 하나의 제2 전극을 포함하고, 상기 적어도 하나의 제1 전극과 상기 적어도 하나의 제2 전극은 각각 전하를 전송하는 메인부와 상기 메인부의 외주면을 둘러싸고 있는 적어도 하나의 주변부를 구비한다. 이로 인해, 전극의 전송 효율이 상승하여 태양 전지의 효율이 향상된다.

Description

태양 전지 및 그 제조 방법 {SOLAR CELL AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 태양 전지 및 그 제조 방법에 관한 것이다

최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예측되면서 이들을 대체할 대체 에너지에 대한 관심이 높아지고 있고, 이에 따라 태양 에너지로부터 전기 에너지를 생산하는 태양 전지가 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 각각 이동하고, 기판과 에미터부와 전기적으로 연결된 전극에 의해 수집되며, 이 전극들을 전선으로 연결하여 전력을 얻는다.

이때, 에미터부와 기판 위에는, 에미터부와 기판에 전기적으로 연결된 복수의 전극이 각각 위치하여 기판과 에미터부로 각각 이동한 전하를 수집하여 외부에 연결된 부하로 이동할 수 있도록 한다.

하지만, 이 경우, 빛이 입사되지 않은 기판의 면뿐만 아니라 빛이 입사되는 면, 즉, 입사면에 형성된 에미터부 위에도 전극에 위치하므로, 빛의 입사 면적이 감소하여 태양 전지의 효율이 떨어진다.

따라서 빛의 입사 면적을 증가시키기 위해, 전자와 정공을 수집하는 전극을 모두 기판의 후면에 위치시킨 후면 전극 구조(back contact)의 태양 전지가 개발되어 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 태양 전지의 전송 효율을 향상시키기 위한 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 태양 전지의 효율을 향상시키기 위한 것이다.

본 발명의 한 특징에 따른 태양 전지는 제1 도전성 타입의 기판, 상기 기판과 연결되어 있고 상기 제1 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입을 갖는 적어도 하나의 에미터부, 상기 적어도 하나의 에미터부와 연결되어 있는 적어도 하나의 제1 전극, 그리고 상기 기판과 전기적으로 연결되어 있는 적어도 하나의 제2 전극을 포함하고, 상기 적어도 하나의 제1 전극과 상기 적어도 하나의 제2 전극은 각각 전하를 전송하는 메인부와 상기 메인부의 외주면을 둘러싸고 있는 적어도 하나의 주변부를 구비하고 한다.

상기 메인부는 금속 물질로 이루어질 수 있다.

상기 적어도 하나의 주변부는 상기 메인부의 외주면을 둘러싸고 있고 상기 기판과의 접촉 저항을 줄이는 제1 주변부를 포함하는 것이 좋다.

상기 제1 주변부는 알루미늄 또는 내화성 금속으로 이루어질 수 있다.

상기 적어도 하나의 주변부는 상기 메인부와 상기 제1 주변부 사이에 위치하고, 상기 제1 메인부의 외주면을 둘러싸고 있으며 상기 금속 물질의 입자가 상기 기판으로 이동하는 것을 방지하는 제2 주변부를 더 포함할 수 있다.

상기 제2 주변부는 TiN, TiW 및 TaN 중 하나로 이루어져 있다.

상기 적어도 하나의 에미터부는 상기 기판 내에 위치할 수 있다.

상기 특징에 따른 태양 전지는 상기 기판 위에 위치하고 상기 적어도 하나의 에미터부의 일부를 드러내는 적어도 하나의 제1 개구부를 구비한 보호막을 더 포함할 수 있다.

노출된 상기 적어도 하나의 에미터부는 상기 제1 주변부와 접촉하는 것이 좋다.

상기 적어도 하나의 개구부는 스트라이프(stripe) 형상을 가질 수 있다.

상기 적어도 하나의 개구부는 홀(hole) 형상을 가질 수 있다.

상기 특징에 따른 태양 전지는 상기 기판 내에 위치하는 적어도 하나의 후면 전계부를 더 포함할 수 있고, 상기 보호막은 상기 적어도 하나의 후면 전계부의 일부를 드러내는 적어도 하나의 제2 개구부를 더 구비할 수 있다.

노출된 상기 적어도 하나의 후면 전계부는 상기 제1 주변부와 접촉하는 것이 좋다.

상기 에미터부의 일부와 접촉하는 상기 제1 주변부는 상기 후면 전계부의 일부와 접촉하는 상기 제1 주변부와 서로 다른 재료로 이루어질 수 있다.

상기 적어도 하나의 에미터부는 상기 제1 주변부의 외주면을 둘러싸고 있는 것이 좋다.

상기 특징에 따른 태양 전지는 상기 기판 위에 위치하여 상기 적어도 하나의 제2 전극과 상기 기판을 전기적으로 연결하는 적어도 하나의 후면 전계부를 더 포함할 수 있다.

상기 적어도 하나의 후면 전계부는 상기 제1 주변부의 외주면을 둘러싸고 있는 것이 좋다.

본 발명의 다른 특징에 따른 태양 전지는 제1 도전성 타입의 기판, 상기 기판에 위치하고, 상기 제1 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입을 갖는 복수의 에미터부, 상기 기판에 위치하고, 상기 제1 도전성 타입을 갖는 복수의 후면 전계부, 상기 기판 위에 위치하고, 복수의 에미터부의 일부와 상기 복수의 후면 전계부의 일부를 드러내는 복수의 개구부를 구비하는 보호막, 상기 복수의 개구부를 통해 드러나는 상기 복수의 에미터부의 일부에 연결되어 있는 복수의 제1 전극, 그리고 상기 복수의 개구부를 통해 드러나는 상기 복수의 후면 전계부의 일부에 연결되어 있는 복수의 제2 전극을 포함하고, 상기 적어도 하나의 제1 전극과 상기 적어도 하나의 제2 전극은 각각 메인부와 상기 메인부의 외주면을 둘러싸고 있는 적어도 하나의 주변부를 구비한다.

상기 적어도 하나의 주변부는 상기 메인부의 외주면을 둘러싸고 있는 제1 주변부와 제1 주변부의 외주면을 둘러싸고 있는 제2 주변부를 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 따른 태양 전지는 제1 도전성 타입의 기판, 상기 기판 위에 위치하고 상기 기판의 일부를 드러내는 복수의 개구부를 포함하는 보호막, 상기 복수의 개구부를 통해 드러나는 상기 기판 위에 위치하고, 상기 제1 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입을 갖는 복수의 에미터부, 상기 복수의 개구부를 통해 드러나는 상기 기판 위에 위치하고, 상기 제1 도전성 타입을 갖는 복수의 후면 전계부, 상기 복수의 에미터부와 연결되어 있는 복수의 제1 전극, 그리고 상기 복수의 후면 전계부와 연결되어 있는 복수의 제2 전극을 포함하고, 상기 복수의 제1 전극 각각은 제1 메인부와 상기 제1 메인부의 외주면을 둘러싸고 있는 적어도 하나의 제1 주변부를 구비하고 있고, 상기 복수의 제2 전극 각각 제2 메인부와 상기 제2 메인부의 외주면을 둘러싸고 있는 적어도 하나의 제2 주변부를 구비하고 있다.

상기 적어도 하나의 제1 주변부는 상기 메인부의 외주면을 둘러싸고 있는 제1 확산 방지층, 상기 제1 확산 방지층의 외주면을 둘러싸고 있는 제1 접촉 저항층을 포함할 수 있고, 상기 적어도 하나의 제2 주변부는 상기 메인부의 외주면을 둘러싸고 있는 제2 확산 방지층, 상기 제2 확산 방지층의 외주면을 둘러싸고 있는 제2 접촉 저항층을 포함할 수 있다.

상기 복수의 제1 전극 각각은 상기 제1 접촉 저항층의 외주면을 둘러싸고 있고, 상기 복수의 제2 전극 각각은 상기 제2 접촉 저항층의 외주면을 둘러싸고 있고 있는 것이 좋다.

상기 복수의 에미터부와 상기 복수의 후면 전계부는 빛이 입사되지 않은 기판의 면에 위치할 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 다층 배선은 태양 전지의 기판과 연결되어 상기 기판을 통해 이동하는 전하를 전송하는 다층 배선으로서, 금속 물질로 이루어져 있고 상기 전하를 전송하는 메인부, 그리고 상기 메인부의 외주면을 둘러싸고 있고 상기 기판과의 접촉 저항을 줄이는 제1 주변부를 포함한다.

상기 메인부는 구리(Cu)나 은(Ag)으로 이루어질 수 있다.

상기 제1 주변부는 알루미늄이나 내화성 금속으로 이루어질 수 있다.

상기 특징에 따른 다층 배선은 상기 메인부와 상기 제1 주변부 사이에서 상기 메인부의 외주면을 둘러싸고 있고, 상기 금속 물질의 입자가 상기 기판으로 이동하는 것을 방지하는 제2 주변부를 더 포함할 수 있다.

상기 제2 주변부는 TiN, TiW, 또는 TaN으로 이루어질 수 있다.

상기 특징에 따른 다층 배선은 상기 제1 주변부의 외주면을 둘러싸고 있고, 상기 기판과 동일한 도전성 타입을 갖거나 상기 기판과 반대의 도전성 타입을 갖는 불순물을 함유하고 있는 불순물부를 더 포함할 수 있다.

상기 불순물부는 비정질 실리콘이나 다결정 실리콘으로 이루어지는 것이 좋다.

본 발명의 또 다른 특징에 따른 태양 전지의 제조 방법은 기판에 복수의 에미터부를 형성하는 단계, 상기 기판에 복수의 후면 전계부를 형성하는 단계, 상기 기판 위에 위치하고, 상기 복수의 에미터부의 일부와 상기 복수의 후면 전계부의 일부를 드러내는 복수의 개구부를 갖는 보호막을 형성하는 단계, 상기 복수의 개구부 위에 복수의 금속 배선을 정렬하는 단계, 그리고 상기 금속 배선이 정렬된 상기 기판을 가열 압착하여 상기 복수의 개구부를 통해 노출된 상기 복수의 에미터부 및 상기 복수의 후면 전계부와 상기 금속 배선을 연결하여, 상기 복수의 에미터부와 연결되는 복수의 제1 전극을 형성하고 상기 복수의 후면 전계부와 연결되는 복수의 제2 전극을 형성하는 단계를 포함한다.

상기 금속 배선은 금속 물질로 이루어져 있고 상기 전하를 전송하는 메인부, 그리고 상기 메인부의 외주면을 둘러싸고 있고 상기 기판과의 접촉 저항을 줄이는 제1 주변부를 포함할 수 있다.

상기 금속 배선은 상기 메인부와 상기 제1 주변부 사이에서 상기 메인부의 외주면을 둘러싸고 있고, 상기 금속 물질의 입자가 상기 기판으로 이동하는 것을 방지하는 제2 주변부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 따른 태양 전지의 제조 방법은 제1 도전성 타입의 기판 위에 위치하고, 상기 기판의 일부를 드러내는 복수의 개구부를 갖는 보호막을 형성하는 단계, 상기 복수의 개구부 위에 복수의 제1 금속 배선과 복수의 제2 금속 배선을 정렬하는 단계, 그리고 상기 복수의 제1 금속 배선과 상기 복수의 제2 금속 배선이 정렬된 상기 기판을 가열 압착하여, 상기 복수의 개구부를 통해 노출된 상기 기판 위에 상기 제1 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입을 갖는 복수의 에미터부와 상기 복수의 에미터부와 연결되는 복수의 제1 전극 그리고 상기 제1 도전성 타입을 갖는 복수의 후면 전계부와 상기 복수의 후면 전계부와 연결되는 복수의 제2 전극을 형성하는 단계를 포함한다.

상기 복수의 제1 금속 배선 각각은 금속 물질로 이루어져 있고 상기 전하를 전송하는 제1 메인부, 상기 제1 메인부의 외주면을 둘러싸고 있고 상기 기판과의 접촉 저항을 줄이는 제1 접촉 저항층, 그리고 상기 제1 접촉 저항층의 외주면을 둘러싸고 있고 상기 제2 도전성 타입의 불순물을 함유하고 있는 제1 불순물층을 포함하고, 상기 복수의 제2 금속 배선 각각은 금속 물질로 이루어져 있고 상기 전하를 전송하는 제2 메인부, 상기 제2 메인부의 외주면을 둘러싸고 있고 상기 기판과의 접촉 저항을 줄이는 제2 접촉 저항층, 그리고 상기 제2 접촉 저항층의 외주면을 둘러싸고 있고 상기 제1 도전성 타입의 불순물을 함유하고 있는 제2 불순물층을 포함할 수 있다.

상기 복수의 에미터부 및 상기 복수의 제1 전극 그리고 상기 복수의 후면 전계부 및 상기 복수의 제2 전극을 형성하는 단계는 상기 기판의 가열 압착에 의해, 상기 복수의 제1 불순물층은 상기 노출된 기판과 접촉하여 상기 복수의 에미터부를 형성하고, 상기 복수의 제1 메인부와 상기 복수의 제1 접촉 저항층은 상기 복수의 제1 전극을 형성하고, 상기 복수의 제2 불순물층은 상기 노출된 기판과 접촉하여 상기 복수의 후면 전계부를 형성하고, 상기 복수의 제2 메인부와 상기 복수의 제2 접촉 저항층은 상기 복수의 제2 전극을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 복수의 제1 금속 배선 각각은 상기 제1 메인부와 상기 제1 접촉 저항층 사이에서 상기 제1 메인부의 외주면을 둘러싸고 있고, 상기 금속 물질의 입자가 상기 기판으로 이동하는 것을 방지하는 제1 확산 방지층을 더 포함하고, 상기 복수의 제2 금속 배선 각각은 상기 제2 메인부와 상기 제2 접촉 저항층 사이에서 상기 제2 메인부의 외주면을 둘러싸고 있고, 상기 금속 물질의 입자가 상기 기판으로 이동하는 것을 방지하는 제2 확산 방지층을 더 포함할 수 있고, 상기 복수의 제1 확산 방지층을 상기 복수의 제1 전극을 형성하고, 상기 복수의 제2 확산 방지층을 상기 복수의 제2 전극을 형성할 수 있다.

본 발명의 특징에 따르면, 전극의 전송 효율이 상승하여 태양 전지의 효율이 향상된다.

도 1은 본 발명의 한 실시예의 한 예에 따른 태양 전지의 일부 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시한 태양 전지를 II-II선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 3a 내지 도 3k는 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 순차적으로 나타낸 공정도이다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법에서 사용된 다층 배선의 일부 사시도이다.
도 5는 본 발명의 한 실시예의 다른 예에 따른 태양 전지의 일부 사시도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지의 일부 사시도이다.
도 7은 도 6의 VII-VII선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 8a 내지 도 8h는 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 순차적으로 나타낸 공정도이다.
도 9a 및 도 9b는 각각 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법에서 사용된 다층 배선의 일부 사시도이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한 어떤 부분이 다른 부분 위에 "전체적"으로 형성되어 있다고 할 때에는 다른 부분의 전체 면(또는 전면)에 형성되어 있는 것뿐만 아니라 가장 자리 일부에는 형성되지 않은 것을 뜻한다.

그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 한 실시예인 태양 전지 및 그 제조 방법에 대하여 설명한다.

먼저, 도 1 및 도 2를 참고로 하여 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지에 대하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 한 실시예의 한 예에 따른 태양 전지의 일부 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시한 태양 전지를 II-II선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.

도 1 및 도 2를 참고로 하면, 본 발명의 한 실시예의 한 예에 따른 태양 전지(1)는 기판(110), 빛이 입사되는 기판(110)의 면[이하, '전면(front surface)'라 함]에 위치하는 전면 전계부(171), 전면 전계부(171) 위에 위치하는 전면 보호막(191), 전면 보호막(191) 위에 위치하는 반사 방지막(130), 빛이 입사되지 않고 기판(110)의 전면과 마주보고 있는 기판(110)의 면[이하, '후면(rear surface)'라 함]에 위치하는 복수의 에미터부(121)와 복수의 후면 전계부(122), 복수의 에미터부(121)와 복수의 후면 전계부(122)의 일부 위에 위치하는 있는 후면 보호막(192), 노출된 복수의 에미터부(121)와 연결되어 있는 복수의 제1 전극(141), 그리고 노출된 복수의 후면 전계부(122)와 연결되어 있는 복수의 제2 전극(142)을 구비한다.

기판(110)은 제1 도전성 타입, 예를 들어 n형 도전성 타입의 실리콘으로 이루어진 반도체 기판이다. 이때, 기판(100)이 n형의 도전성 타입을 가지므로, 기판(110)은 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물을 함유할 수 있다.

실리콘은 단결정질 실리콘 또는 다결정 실리콘과 같은 결정질 실리콘이나 비정질 실리콘이다.

하지만 이와는 달리, 기판(110)은 p형의 도전성 타입일 수 있고, 이 경우, 기판(110)은 붕소(B), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등과 같은 3가 원소의 불순물을 함유할 수 있다. 또한 다른 실시예에서, 기판(110)은 실리콘 이외의 다른 반도체 물질로 이루어질 수도 있다.

이러한 기판(110)의 상부 표면은 텍스처링되어 요철면인 텍스처링 표면(textured surface)을 가진다. 이로 인해, 기판(110)의 상부 표면에서의 빛 반사도가 감소하고, 요철면에서 복수 번의 입사와 반사 동작이 행해져 태양 전지(1) 내부에 빛이 갇히게 되고 이로 인해 빛의 흡수율이 증가되므로, 태양 전지(1)의 효율이 향상된다.

요철면인 기판(100) 전면에 위치한 전면 전계부(171)는 기판(110) 내에 존재하며, 기판(110)과 동일한 도전성 타입의 불순물이 기판(110)보다 높은 농도로 함유된 불순물부, 예를 들어, n+부이다.

따라서, 기판(110)과 전면 전계부(171)와의 불순물 농도 차이로 인해 전위 장벽이 형성되어 기판(110) 전면 쪽으로의 정공 이동이 방해되어, 기판(110)의 상부 표면 근처에서 전자와 정공이 재결합하여 소멸되는 것을 감소시킨다.

전면 전계부(171) 위에 위치한 전면 보호막(191)은 기판(110)의 표면 근처에 존재하는 댕글링 결합(dangling bond)과 같은 불안정한 결합을 안정한 결합으로 바꾸어, 불안정한 결합에 의해 기판(110)의 전면 쪽으로 이동한 전하, 예를 들어 전자가 소멸되는 현상을 감소시킨다.

이러한 전면 보호막(191)은 실리콘 산화물(SiOx) 등으로 이루어진다.

보호막(191) 위에 위치한 반사 방지막(130)은 수소화된 실리콘 질화막(SiNx:H) 등으로 이루어져 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.

기판(110)의 후면 내에 위치하는 복수의 에미터부(121)는 서로 이격되어 있고, 거의 평행하게 정해진 방향으로 뻗어 있다.

복수의 에미터부(121)는 기판(110)의 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입, 예를 들어, p형의 불순물(p++)이 고농도로 함유되어 있어, 기판(100)과 p-n 접합을 형성한다. 따라서, 에미터부(120)는 붕소(B), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등과 같은 3가 원소의 불순물을 포함한다.

기판(110)의 후면 내에 위치하는 복수의 후면 전계부(122)는 복수의 에미터부(121)와 분리되어 있고, 서로 거의 평행하게 복수의 에미터부(121)와 동일한 방향으로 뻗어 있다. 따라서, 도 1 및 도 2에 도시한 것처럼, 기판(110)의 후면에서 복수의 에미터부(121)와 복수의 후면 전계부(171)는 교대로 위치한다.

복수의 후면 전계부(122)는 기판(110)과 동일한 도전성 타입의 불순물이 기판(110)보다 고농도로 함유한 불순물부, 예를 들어 n++ 부이다.

이로 인해, 전면 전계부(171)와 동일하게, 기판(110)과 복수의 후면 전계부(122)와의 불순물 농도 차이로 인해 전위 장벽이 형성되어 후면 전계부(122) 쪽으로 이동한 정공이 복수의 제2 전극(142) 쪽으로 이동하는 것이 방지되어, 복수의 제2 전극(142)의 부근에서 전자와 정공이 재결합되어 소멸되는 양이 감소한다.

이와 같이 기판(110)과 복수의 에미터부(121) 간에 형성된 p-n 접합에 인한 내부 전위차(built-in potential difference)에 의해, 기판(110)에 입사된 빛에 의해 생성된 전하인 전자-정공 쌍은 전자와 정공으로 분리되어 전자는 n형 쪽으로 이동하고 정공은 p형 쪽으로 이동한다. 따라서, 기판(110)이 n형이고 복수의 에미터부(121)가 p형일 경우, 분리된 정공은 각 에미터부(121) 쪽으로 이동하고 분리된 전자는 복수의 후면 전계부(122) 쪽으로 이동한다.

각 에미터부(121)는 기판(110)과 p-n접합을 형성하므로, 본 실시예와 달리, 기판(110)이 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 복수의 에미터부(121)은 n형의 도전성 타입을 가진다. 이 경우, 분리된 전자는 복수의 에미터부(121) 쪽으로 이동하고 분리된 정공은 복수의 후면 전계부(172) 쪽으로 이동한다.

후면 보호막(192)은 복수의 에미터부(121)의 일부와 복수의 후면 전계부(122)의 일부를 드러내는 복수의 개구부(1921)를 구비하고 있다. 각 개구부(1921)는 복수의 에미터부(121)와 복수의 후면 전계부(122)를 따라 길게 뻗어 있는 스트라이프(stripe) 형상을 갖는다.

이러한 후면 보호막(192)은, 전면 보호막(191)과 동일하게, 실리콘 산화막(SiOx) 등으로 이루어지고 기판(110) 후면 근처에 존재하는 불안정한 결합을 안정한 결합으로 바꾸어, 기판(110)의 후면 쪽으로 이동한 전하가 불안정한 결합에 의해 소멸되는 것을 감소시킨다.

복수의 개구부(1921)를 통해 노출된 복수의 에미터부(121)와 각각 물리적·전기적으로 연결되어 있는 복수의 제1 전극(141)은 복수의 에미터부(121)를 따라서 연장되어 있다. 각 제1 전극(141)은 해당 에미터부(121) 쪽으로 이동한 전하, 예를 들어, 정공을 수집한다.

각 제1 전극(141)은 서로 다른 물질로 이루어진 3층 구조를 갖고 있다.

즉, 각 제1 전극(141)은 배선부(1411), 배선부(1411)의 외주면을 완전히 둘러싸고 있는 제1 주변부(1412) 및 제1 주변부(1412)의 외주면을 완전히 둘러싸고 있는 제2 주변부(1413)를 구비한다.

배선부(1411)는 전하가 전송되는 주 통로로 기능하며, 낮은 비저항을 갖는 재료, 예를 들어, 구리(Cu)나 은(Ag) 등으로 이루어져 있어 전하의 전도도가 증가한다.

제1 주변부(1412)는 확산 방지층(diffusion barrier)으로서 기능하며, 주로 TiN, TiW, 또는 TaN 등으로 이루어져 있다. 필요에 따라, 제1 주변부(1412)는 생략될 수 있다.

제2 주변부(1423)는 실리콘을 함유하고 있는 에미터부(121)와의 접촉 저항(ohmic contact)을 줄이기 위한 접촉 저항층으로서, 알루미늄(Al)이나 금속 규화물(metal silicide)을 형성하는 내화성 금속 물질로 이루어질 수 있다.

복수의 개구부(1921)를 통해 노출된 복수의 후면 전계부(122)와 각각 물리적·전기적으로 연결되어 있는 복수의 제2 전극(142)은 복수의 후면 전계부(122)를 따라서 연장되어 있다. 각 제2 전극(142)은 해당 후면 전계부(122) 쪽으로 이동한 전하, 예를 들어, 전자를 수집한다.

각 제2 전극(142)은 제1 전극(141)와 같이 배선부(1421), 배선부(1421)의 외주면을 완전히 둘러싸고 있는 제1 주변부(1422) 및 제1 주변부(1422)의 외주면을 완전히 둘러싸고 있는 제2 주변부(1423)를 구비한다.

이들(1421-1423)은 제1 전극(141)의 배선부(1411)와 제1 및 제2 주변부(1412, 1413)와 각각 동일한 재료로 이루어져 있고 같은 기능을 행하므로, 이들에 대한 자세한 설명은 생략한다.

도 1 및 도 2에 도시한 것처럼, 제1 및 제2 전극(141, 142)의 일부가 인접한 후면 보호막(192) 위에 위치하여, 제1 및 제2 전극(141, 142)의 일부와 후면 보호막(192)의 일부가 중첩한다. 이로 인해, 제1 및 제2 전극(141, 142)이 넓은 끝부분을 가지므로, 외부 장치와의 접촉 면적이 증가한다.

이와 같은 구조를 갖는 본 실시예에 따른 태양 전지(1)는 복수의 제1 전극(141)과 복수의 제2 전극(142)이 빛이 입사되지 않은 기판(110)의 후면에 위치하는 태양 전지로서, 그 동작은 다음과 같다.

태양 전지(1)로 빛이 조사되어 반사 방지막(130), 전면 보호막(191) 및 전면 전계부(171)를 순차적으로 통과하여 기판(110)으로 입사되면 빛 에너지에 의해 기판(110)에서 전자-정공 쌍이 발생한다. 이때, 기판(110)의 표면이 텍스처링 표면이므로 기판(110) 전면에서의 빛 반사도가 감소하고, 텍스처링 표면에서 입사와 반사 동작이 행해져 빛의 흡수율이 증가되므로, 태양 전지(1)의 효율이 향상된다. 이어 더하여, 반사 방지막(130)에 의해 기판(110)으로 입사되는 빛의 반사 손실이 줄어들어 기판(110)으로 입사되는 빛의 양은 더욱더 증가한다.

이들 전자-정공 쌍은 기판(110)과 에미터부(121)의 p-n 접합에 의해 서로 분리되어 정공은 p형의 도전성 타입을 갖는 복수의 에미터부(121) 쪽으로 이동하고, 전자는 n형의 도전성 타입을 갖는 복수의 후면 전계부(122) 쪽으로 이동하여, 각각 제1 전극(141)과 제2 전극(142)에 의해 수집된다. 이러한 제1 전극(141)과 제2 전극(142)을 도선으로 연결하면 전류가 흐르게 되고, 이를 외부에서 전력으로 이용하게 된다.

이때, 기판(110)의 후면뿐만 아니라 기판(110)의 전면에 보호막(192, 191)이 위치하므로, 기판(110)의 전면 및 후면 표면 근처에 존재하는 불안정한 결합으로 인해 기판(110)의 표면 근처에서 전하가 손실되는 양이 줄어들어 태양 전지(1)의 효율이 향상된다.

또한, 기판(110)의 후면뿐 아니라 기판(110)의 전면에도 기판(110)과 동일한 도전성 타입의 불순물을 고농도로 함유한 전계부(122, 171)가 위치하므로, 기판(110)의 전면과 후면으로의 정공 이동이 방해된다. 이로 인해, 기판(110)의 후면과 전면에서 전자와 정공이 재결합되어 소멸되는 것이 줄어들어, 태양 전지(1)의 효율은 더욱더 향상된다.

이에 더하여, 제1 및 제2 전극(141, 142)이 3층 구조를 갖고 있으므로, 복수의 에미터부(121)와 복수의 후면 전계부(122)와의 접촉 저항이 감소하고, 이로 인해, 전하의 전도도가 증가한다. 따라서 태양 전지(1)의 효율이 향상된다.

다음, 도 3a 내지 도 3k 및 도 4를 참고로 하여 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법에 대하여 설명한다.

도 3a 내지 도 3k는 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 순차적으로 나타낸 공정도이고, 도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법에서 사용된 다층 배선의 일부 사시도이다.

도 3a를 참고로 하면, 먼저, n형의 단결정 또는 다결정 실리콘으로 이루어진 기판(110)의 후면에 실리콘 산화막(SiOx)이나 실리콘 질화막으로 이루어진 확산 방지막(120a)을 스크린 인쇄법과 식각법 등을 이용하여 기판(110) 위에 적층한다. 이때, 확산 방지막(120a)은 복수의 에미터부 형성 위치에 대응하는 기판(110)을 드러낸다.

이러한 확산 방지막(120a)을 마스크로 하여, 노출된 기판(110)에 p형의 불순물을 확산시켜, 복수의 에미터부(121)를 형성한 후 확산 방지막(120a)을 제거한다(도 3b). 이때, 붕소(B) 등과 같이 3가 원소를 불순물로 이용한다.

다음, 도 3c에 도시한 것처럼, 확산 방지막(120a)와 유사하게 복수의 후면 전계부 형성 위치를 드러내는 확산 방지막(120b)을 스크린 인쇄법과 식각법 등으로 이용하여 기판(110) 위에 적층한 후, 인(P)과 같은 5가 원소를 이용하여 n형의 불순물을 기판(110) 속으로 확산시킨 다음 확산 방지막(120b)을 제거한다. 이로 인해, 도 3d와 같이 복수의 후면 전계부(122)가 형성된다.

본 실시예에서, 복수의 에미터부(121)와 복수의 후면 전계부(122)의 형성 순서는 변경될 수 있다.

다음, 도 3e에 도시한 것처럼, 기판(110)의 입사면을 식각하여 텍스처링 표면을 형성한다. 텍스처링 표면을 형성하기 위해, 복수의 에미터부(121)와 복수의 후면 전계부(122)를 구비한 기판(110)의 후면에 별도의 식각 방지막을 형성한 후 기판(110)을 식각액에 침전시켜 전면을 식각하거나 기판(110)의 전면부만 식각액에 침전시켜 기판(110)의 전면에 텍스처링 표면을 형성할 수 있다.

다음, 도 3f에 도시한 것처럼, 텍스처링 표면에 5가 원소의 불순물을 기판(110) 속으로 확산시켜 전면 전계부(171)를 형성한다. 이때, 전면 전계부(171)는 기판(110)과 동일한 도전성 타입을 갖지만 기판(110)보다 높은 불순물 농도를 갖는다.

대안적인 실시예에서, 전면 전계부(171)는 5가 원소의 불순물을 포함하는 물질, 예를 들어 POCl₃를 이용하여 플라즈마 기상 증착법(plasma enhanced vapor deposition, PECVD) 등과 같은 화학 기상 증착법으로 기판(110)의 텍스처링 표면 위에 전면 전계부(171)를 형성할 수 있다.

다음, 도 3g에 도시한 것처럼, 열적 산화법(thermal oxidation)을 이용하여 전면 전계부(171) 위와 기판(110)의 후면 위에 실리콘 산화막(SiO₂)으로 이루어진 전면 보호막(191)과 후면 보호막(192)을 형성한다.

그런 다음, 전면 보호막(191) 위에 수소화된 실리콘 질화막(SiNx:H) 등으로 이루어진 반사 방지막(130)을 화학 기상 증착법으로 형성한다(도 3h).

그런 다음, 도 3i에 도시한 것처럼, 복수의 개구부 형성 위치와 대응하는 부분을 제외한 후면 보호막(192) 위에 식각 방지막(190)을 형성한다. 이때, 후면 보호막(192)의 일부를 드러내기 위해, 식각 방지막(190)는 복수의 개구부(195)를 구비한다.

이러한 식각 방지막(190)을 마스크로 하여, 복수의 개구부(195)를 통해 노출된 후면 보호막(192) 부분을 제거하여, 도 3j에 도시한 것처럼, 복수의 개구부(1921)를 구비한 후면 보호막(192)을 완성한다.

다음, 도 3k에 도시한 것처럼, 복수의 개구부(1921)를 통해서 노출된 에미터부(121)와 후면 전계부(122) 위에 복수의 다층 배선(140)을 위치시킨다.

각 다층 배선(140)는 도 4에 도시한 것처럼, 길게 연장되어 있는 배선으로서, 배선부(1401), 배선부(1401)의 외주면을 완전히 둘러싸고 있는 제1 주변부(1402) 및 제1 주변부(1402)의 외주면을 완전히 둘러싸고 있는 제2 주변부(1403)를 구비한 다층 구조를 갖고 있다.

배선부(1401)는 전하의 이동을 주로 담당하는 부분으로, 비저항값이 낮고 전하도의 전도도가 높은 금속 물질로 이루어져 있다. 배선부(1401)를 위한 금속 물질의 예는 구리(Cu)나 은(Ag) 등일 수 있다.

제1 주변부(1402)는 확산 방지층(diffusion barrier)으로서, 다층 배선(140)이 실리콘(silicon)으로 이루어진 복수의 에미터부(121)와 복수의 후면 전계부(122) 위에 위치할 때 배선부(1401)를 구성하는 금속 물질의 입자가 에미터부(121)와 후면 전계부(122) 쪽으로 이동하는 것을 방지한다. 예를 들어, 배선부(1401)가 구리(Cu)로 이루어져 있을 경우, 구리(Cu)는 실리콘과의 결합이 용이하게 이루어진다. 따라서 구리(Cu) 입자는 실리콘인 에미터부(121)와 후면 전계부(122) 쪽으로 용이하게 침투한다. 이 경우, 제1 주변부(1402)는 이러한 구리(Cu)의 이동을 차단하는 역할을 수행하여 전하의 이동이 원활히 이루어지도록 한다. 하지만 배선부(1401)가 실리콘과의 결합이 행해지지 않는 재료로 이루어져 배선부(1401)의 재료 입자가 실리콘 쪽으로 이동하는 경우가 발생하지 않는 경우, 제1 주변부(1402)는 생략될 수 있다.

제2 주변부(1403)는 복수의 에미터부(121)와 복수의 후면 전계부(122)와의 접촉 저항을 줄이는 역할을 수행한다. 따라서 제2 주변부(1403)는 실리콘과의 접촉 저항이 낮은 재료로 이루어져 있다. 이러한 재료의 예는 알루미늄(Al)이나 열 처리 시 실리콘과 반응하여 실리콘과의 접촉 저항을 감소시킬 수 있는 금속 규화물을 형성하는 내화성 금속으로 이루어진다. 내화성 금속의 예는 니켈(Ni), 티타늄(Ti), 탄탈(Ta), 몰리브덴(Mo), 텅스턴(W), 코발트(Co), 납(Pd), 백금(Pt) 등이다.

이때 다층 배선의 지름(d1)은 각 개구부(1921)의 폭(d2)보다 크거나 같다. 예를 들어, 다층 배선의 지름(d1)는 약 100㎛ 내지 약 1㎜의 크기를 갖는다. 다층 배선의 지름(d1)은 각 개구부(1921)의 폭(d2)보다 작을 경우, 하부에 위치하는 에미터부(121)나 후면 전계부(122)와의 접촉 불량이 발생할 수 있다.

또한, 배선부(1401), 제1 및 제2 주변부(1402, 1403)와의 크기 비율은 약 1:1:1 내지 약 100:1:1일 수 있다. 바람직하게, 배선부(1401), 제1 및 제2 주변부(1402, 1403)와의 크기 비율은 약 10:1:1일 수 있다.

본 실시예에서, 복수의 에미터부(121)와 접촉하는 다층 배선(140)의 제2 주변부(1403)과 복수의 후면 전계부(122)와 접촉하는 다층 배선(140)의 제2 주변부(1403)는 서로 동일한 물질로 이루어져 있다.

하지만, 대안적인 실시예에서, 접촉하는 부분의 도전성 타입에 따라 접촉 저항이 서로 상이하므로, 다층 배선(140)의 제2 주변부(1403)는 접촉하는 도전성 타입에 기초하여 서로 다른 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, n형의 후면 전계부(122)와 접촉하는 다층 배선(140)의 제2 주변부(1403)는 알루미늄(Al)으로 이루어지고, p형의 에미터부(121)와 접촉하는 다층 배선(1400의 제2 주변부(1403)는 금속 규화물을 형성하는 내화성 금속 중 하나인 니켈(Ni)로 이루어질 수 있다. 이럴 경우, 접촉하는 물질의 특성에 맞게 제2 주변부(1403)의 재료가 달라지므로, 제2 주변부(1403) 및 그와 접촉하는 에미터부(121)나 후면 전계부(122)간의 접촉 저항은 더욱더 감소하여 태양 전지(1)의 효율은 더욱더 향상된다.

이러한 다층 배선(140)는 배선부(1401)에 CVD나 물리적 증착법(PVD) 또는 도금법 등을 이용하여 제1 및 제2 주변부(1402, 1403)를 차례로 성막하여 완성한다.

따라서 이러한 구조를 갖는 다층 배선(140)을 복수의 개구부(1921) 위에 배치한 후, 진공이나 불활성 가스 분위기에서 압축기(20)를 이용하여 소정 온도에서 가압하여, 개구부(1921)를 통해 노출된 에미터부(121) 및 후면 전계부(122)와 다층 배선(140)을 물리적으로 연결시킨다. 이로 인해, 복수의 에미터부(121)와 물리적·전기적으로 연결된 복수의 제1 전극(141) 및 복수의 후면 전계부(122)와 물리적 ·전기적으로 연결된 복수의 제2 전극(142)이 형성된다(도 1 및 도 2).

이때, 각 다층 배선(140)의 배선부(1401)와 제1 및 제2 주변부(1402, 1403)는 각각 제1 및 제2 전극의 배선부(1411, 1421)와 제1 및 제2 주변부(1412, 1413, 1442, 1423)가 된다.

압축기(20)는 다층 배선(140)과 화학적 반응이 발생하지 않은 재료, 예를 들어 세라믹(ceramic)이나 석영으로 이루어진다. 이때, 열처리는 분위기의 온도를 상승시키거나 압축기(20) 자체의 온도를 상승시킬 수 있다. 또한, 압축기(20)를 이용하여 압력이 가해지는 상태에서 다층 배선(140)이 위치한 부분에 레이저빔을 조사하여 열처리할 수 있다.

열처리 온도는 제2 주변부(1403)가 접촉하는 에미터부(121) 및 후면 전계부(122)와 가장 낮은 접촉 저항을 가질 수 있는 온도[예를 들어, 제2 주변부(1403)가 금속 규화물을 형성할 수 있는 온도]이면 좋다. 한 예로, 열처리 온도는 약 300℃ 내지 800℃일 수 있다.

이와 같이, 태양 전지(1)의 제1 및 제2 전극(141, 142)을 다층 구조를 갖고 별도로 제작된 다층 배선(140)을 이용하여 형성하므로, 전극(141, 142) 형성을 위한 공정이 간소해진다.

즉, 종래의 경우, 도금법이나 증착법을 이용하여 전극(141, 142)을 형성하므로 제조 공정이 복잡하고 제조 비용이 증가하였다. 하지만, 본 실시예의 경우, 다층 배선(140)을 개구부(1921) 위에 배열한 후 가열 압착하면 되므로, 제조 공정이 간단해지고, 도금이나 증착을 위한 별도의 고가 장비가 불필요하므로 제조 비용이 줄어든다.

또한, 실리콘과의 접촉 저항이 낮은 제2 주변부(1413, 1423)로 인해, 전극(141,142)과 에미터부(121) 및 후면 전계부(122)간의 접촉 저항값이 감소하여 태양 전지(1)의 직렬 저항이 줄어들고 이로 인해 태양 전지(1)의 효율이 향상된다.

더욱이, 전하의 이동이 실질적으로 이루어지는 배선부(1411, 1421)의 굵기가 증가하므로 배선 저항이 감소한다. 이로 인해, 제1 및 제2 전극(141 142)을 통한 전하의 전도도가 향상되어 태양 전지(1)의 효율을 더욱 향상된다.

다음, 도 5를 참고로 하여 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지(1a)의 다른 예에 대하여 설명한다.

도 5는 본 발명의 한 실시예의 다른 예에 따른 태양 전지의 일부 사시도이다.

도 1과 비교하여, 동일한 기능을 수행하는 구성요소에 대해서는 같은 도면 부호를 부여하고 그에 대한 자세한 설명 역시 생략한다.

도 1과 비교할 때, 도 5에 도시한 태양 전지(1a)는 유사한 구조를 갖고 있다. 즉, 기판(110), 기판(110)의 전면에 위치하는 전면 전계부(171), 전면 전계부(171) 위에 위치하는 전면 보호막(191), 전면 보호막(191) 위에 위치하는 반사 방지막(130), 기판(110)의 후면에 위치하는 복수의 에미터부(121)와 복수의 후면 전계부(122), 복수의 에미터부(121)와 복수의 후면 전계부(122)의 일부 위에 위치하는 있는 후면 보호막(192), 노출된 복수의 에미터부(121)와 연결되어 있는 복수의 제1 전극(141), 그리고 노출된 복수의 후면 전계부(122)와 연결되어 있는 복수의 제2 전극(142)을 구비한다.

하지만, 도 5에서, 복수의 에미터부(121)와 복수의 후면 전계부(122)를 각각 노출하는 복수의 개구부(1922)는 제1 및 제2 전극(141, 142)을 따라 길게 뻗어 있는 스트라이프 형상이 아닌 복수의 홀(hole) 형상을 가진다.

즉, 도 5에 도시한 것처럼, 제1 및 제2 전극(141, 142)을 따라서 에미터부(121)와 후면 전계부(122)를 노출하는 복수의 홀이 형성되어 있고, 이들 홀이 복수의 개구부(1922)를 형성한다.

이로 인해, 제1 전극(141)의 일부는 복수의 개구부(1922)를 통해 노출된 에미터부(121) 부분과 후면 보호막(192) 위에 위치하고, 제2 전극(142)의 일부는 복수의 개구부(1922)를 통해 노출된 후면 전계부(122) 부분과 후면 보호막(192) 위에 위치한다.

이러한 태양 전지(1a) 역시 제1 및 제2 전극(141, 142)이 다층 구조를 갖는 다층 배선으로 형성되므로, 에미터부(121)와 후면 전계부(122)간의 접촉 저항이 감소하여 태양 전지(1a)의 직렬 저항이 감소하고, 또한 제1 및 제2 전극(141, 142)의 배선 저항이 감소하여 전하의 전도도가 향상되어 태양 전지(1a)의 효율이 증대된다.

이러한 태양 전지(1a)를 제조하는 방법은 도 3a 내지 도 3k를 참고로 하여 설명한 태양 전지(1)의 제조 방법 중에서 복수의 개구부(1922)를 형성하는 방법을 제외하면 동일하다.

즉, 본 예에서, 복수의 개구부(1922)는 도 3j를 참고로 하여 설명한 것처럼, 별도의 식각 마스크를 이용하여 원하는 부분에 위치한 후면 보호막(192)을 제거하여 복수의 개구부(1922)를 형성할 수 있다.

하지만, 대안적인 예에서, 복수의 개구부(1922)는 레이저빔을 후면 보호막(192)의 원하는 부분에 조사하여 레이저빔이 조사된 후면 보호막(192) 부분을 제거하여 복수의 개구부(1922)를 형성할 수 있다.

이처럼, 복수의 개구부(1922)를 형성하는 방법을 제외한 다른 공정은 도 3a 내지 도 3k에 도시한 것과 동일하므로, 그에 대한 자세한 설명은 생략한다.

다음, 도 6 및 도 7을 참고로 하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지(1b)에 대하여 설명한다.

본 실시예에서, 도 1 및 도 2와 비교하여 동일한 기능을 수행하는 구성요소에 대해서는 같은 도면 부호를 부여하였고, 그에 대한 자세한 설명은 생략한다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지의 일부 사시도이고, 도 7은 도 6의 VII-VII선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.

도 6에 도시한 태양 전지(1b)는 도 1에 도시한 태양 전지(1)와 유사하게 기판(110), 기판(110)의 전면에 위치하는 전면 전계부(171), 전면 전계부(171) 위에 위치하는 전면 보호막(191), 전면 보호막(191) 위에 위치하는 반사 방지막(130), 기판(110)의 후면에 위치하는 후면 보호막(192), 후면 보호막(192)을 통해 노출된 기판(110)과 각각 접촉하는 복수의 에미터부(121a)와 복수의 후면 전계부(122a), 복수의 에미터부(121a)에 연결된 복수의 제1 전극(141a) 및 복수의 후면 전계부(122a)에 연결된 복수의 제2 전극(142a)을 구비한다.

도 1 및 도 2와는 달리, 도 6 및 도 7에서, 복수의 에미터부(121a)와 복수의 후면 전계부(122a)는 기판(110) 내에 위치하는 대신 기판(110) 위에 존재한다. 또한, 각각 배선부(1411), 제1 및 제2 주변부(1412, 1413)로 이루어져 있는 복수의 제1 전극(141a)과 복수의 제2 전극(142a)의 외주면은 복수의 에미터부(121a)와 복수의 후면 전계부(122a)로 각각 완전히 둘러 싸여져 있다.

이러한 구조를 갖는 태양 전지(1b) 또한 제1 및 제2 전극(141a, 142a)이 다층 배선으로 형성되므로, 에미터부(121a)와 후면 전계부(122a)간의 접촉 저항이 감소하고 또한 제1 및 제2 전극(141a, 142a)의 배선 저항이 감소하여 전하의 전도도가 향상되므로, 태양 전지(1b)의 효율이 증대된다.

그럼, 도 3e 내지 도 3j 뿐만 아니라 도 8a 내지 도 8h 및 도 9a와 도 9b를 참고로 하여 본 실시예에 따른 태양 전지(1b)의 제조 방법에 대하여 설명한다.

도 8a 내지 도 8h는 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 순차적으로 나타낸 공정도이고, 도 9a 및 도 9b는 각각 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법에서 사용된 다층 배선의 일부 사시도이다.

먼저, 도 3e 내지 도 3h에 도시한 것처럼, 기판(110)의 전면 텍스처링 표면을 형성하고, 기판(110)의 텍스처링 표면에 n형의 불순물을 확산시켜 전면 전계부(171)를 형성하고, 기판(110)의 전면 및 후면 전면 및 후면 보호막(191, 192)을 형성한 후, 전면 보호막(191) 위에 반사 방지막(130)을 형성한다(도 8a 내지 도 8d).

다음, 도 3i 내지 도 3j에 도시한 것처럼, 후면 보호막(192) 위에 복수의 개구부(196)를 구비한 식각 방지막(190)을 형성하며, 식각 방지막(190)을 마스크로 하여 복수의 개구부(196)를 통해 노출된 후면 보호막(192) 부분을 제거한다. 이로 인해, 기판(110)의 일부를 노출하는 복수의 개구부(1923)를 구비한 후면 보호막(192)이 완성된다.

도 8h에 도시한 것처럼, 복수의 개구부(1923)에 대응되게 복수의 다층 배선(140a, 140b)을 위치시킨 후, 압축기(20)를 이용하여 가압 압축하여 노출된 기판(110)과 접촉하는 복수의 에미터부(121a)와 복수의 후면 전계부(122a)를 형성한다(도 6 및 도 7).

도 9a 및 도 9b에 도시한 것처럼, 본 실시예에서 사용된 다층 배선(140a, 140b)는, 도 4에 도시한 다층 배선(140)과 비교할 때, 배선부(1401)와 제1 및 제2 주변부(1402, 1403)이외에, 제1 불순물부(1404a)와 제2 불순물부(1404b)를 각각 더 구비하고 있다.

즉, 도 9a에 도시한 다층 배선(140a)는 제2 주변부(1402)의 외주면을 둘러싸고 있는 제1 불순물부(1404a)를 더 구비하고 있고, 도 9b에 도시한 다층 배선(140b)는 제2 주변부(1402)의 외주면을 둘러싸고 있는 제2 불순물부(1404b)를 더 구비하고 있다.

도 9a의 제1 불순물부(1404a)는 기판(110)과 다른 도전성 타입을 갖는 불순물을 함유하고 있고 수소화된 비정질 실리콘(a-Si:H)이나 다결정 실리콘으로 이루어있다. 이때, 제1 불수물부(1404a)에 함유된 불순물의 농도의 기판(110)에 함유된 불순물의 농도보다 높은 것이 좋다.

도 9b의 제2 불순물부(1404b)는 기판(110)과 동일한 도전성 타입을 갖는 불순물을 함유하고 있고 수소화된 비정질 실리콘(a-Si:H)이나 다결정 실리콘으로 이루어있다.

이러한 제1 및 제2 불순물부(1404a, 1404b)는 CVD나 PVD와 같은 성막법을 이용하여 제2 주변부(1403) 위에 형성한다. 이때, 제2 주변부(1403) 위에 형성되는 제1 및 제2 불순물부(1404a, 1404b)의 두께는 약 50 내지 500㎚일 수 있고, 이 경우,배선부(1401)와 제1 및 제2 주변부(1402, 1403)의 지름(d1)는 도 4에 도시한 배선(140)의 지름(d1)과 동일하다.

이 경우에, 다층 배선(140a, 140b)의 지름(d3)의 크기는 개구부(1923)의 폭(d4)보다 크거나 같다.

이처럼 제1 및 제2 불순물(1404a, 1404b)를 각각 구비하고 있는 다층 배선(140a, 140b)은 길게 연장된 복수의 개구부(1923)에 교대로 배치된다.

그런 다음, 이들 다층 배선(140a, 140b)는, 이미 설명한 것처럼, 압축기(20)를 이용하여 가압 압축되므로, 가장 외부에 존재하는 제1 및 제2 불순물부(1404a, 1404b)는 인가되는 열과 압력에 의해 복수의 개구부(1923)를 통해 노출된 기판(110)과 연결되어, 제1 불순물부(1404a)는 기판(110)과 p-n접합을 형성하는 복수의 에미터부(121a)로서 기능하고, 제2 불순물부(1404b)는 기판(110)보다 불순물 농도가 더 높은 부분인 복수의 후면 전계부(122a)로서 기능한다.

또한, 제1 및 제2 불순물(1404a, 1404b)에 의해 싸여진 제2 및 제1 주변부(1403, 1402)와 배선부(1401)는 제1 및 제2 불순물(1404a, 1404b)와 연결되어 있으므로, 각 불순물부(1404a, 1404b)를 통해 이동하는 정공과 전자를 제2 및 제1 주변부(1403, 1402)와 배선부(1401)를 통해 외부로 출력된다. 이로 인해, 각 배선(140a, 140b)의 제2 및 제1 주변부(1403, 1402)와 배선부(1401)는 이미 설명한 것처럼, 제2 전극(141a)과 제2 전극(142a)으로 기능한다.

이와 같은 실시예에서, 다층 배선(140a, 140b)에 복수의 에미터부와 복수의 후면 전계부의 기능을 수행하는 제1 및 제2 불순물부(1404a, 1404b)를 구비하고 있으므로, 기판(110)에 복수의 에미터부와 복수의 후면 전계부를 형성하기 위한 공정이 생략된다. 따라서, 태양 전지(1b)의 제조 공정이 간단해지고 이로 인해 제조 비용 역시 줄어든다.

또한, 이미 설명한 것처럼, 제1 및 제2 전극(141a, 142a) 형성이 용이해지고, 제1 및 제2 전극(141a, 142a)과 에미터부(121) 및 후면 전계부(122)간의 접촉 저항값이 감소하여 줄어들고 제1 및 제2 전극(141a, 142a)의 배선 저항이 감소하여, 태양 전지(1)의 효율이 향상된다.

본 실시예에서, 배선(140, 140a, 140)의 양쪽 단부에는 제1 및 제2 주변부(1402, 1043) 및/또는 불순물부(1404a, 1404b)가 차례로 성막되어 있지 않지만, 이와는 달리 배선(140, 140a, 140)의 양쪽 단부에도 제1 및 제2 주변부(1402, 1043) 및/또는 불순물부(1404a, 1404b)가 차례로 성막되어 있을 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.

110: 기판 121, 121a: 에미터부
130: 반사 방지막 141, 141a, 142, 142a: 전극
171, 172: 전계부 191, 192: 보호막
140, 140a, 140b: 다층 배선 1401: 메인부
1402, 1403: 주변부 1404a, 1404b: 불순물부
1921, 1922, 1923: 개구부

Claims (37)

1. 제1 도전성 타입의 기판,
   상기 기판과 연결되어 있고 상기 제1 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입을 갖는 적어도 하나의 에미터부,
   상기 적어도 하나의 에미터부와 연결되어 있는 적어도 하나의 제1 전극, 그리고
   상기 기판과 전기적으로 연결되어 있는 적어도 하나의 제2 전극
   을 포함하고,
   상기 적어도 하나의 제1 전극과 상기 적어도 하나의 제2 전극은 각각 전하를 전송하는 메인부와 상기 메인부의 외주면을 둘러싸고 있는 적어도 하나의 주변부를 구비하고 있는
   태양 전지.
2. 제1항에서,
   상기 메인부는 금속 물질로 이루어져 있는 태양 전지.
3. 제2항에서,
   상기 적어도 하나의 주변부는 상기 메인부의 외주면을 둘러싸고 있고 상기 기판과의 접촉 저항을 줄이는 제1 주변부를 포함하는 태양 전지.
4. 제3항에서,
   상기 제1 주변부는 알루미늄 또는 내화성 금속으로 이루어진 태양 전지.
5. 제3항에서,
   상기 적어도 하나의 주변부는 상기 메인부와 상기 제1 주변부 사이에 위치하고, 상기 메인부의 외주면을 둘러싸고 있으며 상기 금속 물질의 입자가 상기 기판으로 이동하는 것을 방지하는 제2 주변부를 더 포함하는 태양 전지.
6. 제5항에서,
   상기 제2 주변부는 TiN, TiW 및 TaN 중 하나로 이루어져 있는 태양 전지.
7. 제3항에서,
   상기 적어도 하나의 에미터부는 상기 기판 내에 위치하는 태양 전지.
8. 제7항에서,
   상기 기판 위에 위치하고 상기 적어도 하나의 에미터부의 일부를 드러내는 적어도 하나의 제1 개구부를 구비한 보호막을 더 포함하는 태양 전지.
9. 제8항에서,
   노출된 상기 적어도 하나의 에미터부는 상기 제1 주변부와 접촉하고 있는 태양 전지.
10. 제8항에서,
    상기 적어도 하나의 개구부는 스트라이프(stripe) 형상을 갖는 태양 전지.
11. 제8항에서,
    상기 적어도 하나의 개구부는 홀(hole) 형상을 갖는 태양 전지.
12. 제8항에서,
    상기 기판 내에 위치하는 적어도 하나의 후면 전계부를 더 포함하고,
    상기 보호막은 상기 적어도 하나의 후면 전계부의 일부를 드러내는 적어도 하나의 제2 개구부를 더 구비하는 태양 전지.
13. 제12항에서,
    노출된 상기 적어도 하나의 후면 전계부는 상기 제1 주변부와 접촉하고 있는 태양 전지.
14. 제13항에서,
    상기 에미터부의 일부와 접촉하는 상기 제1 주변부는 상기 후면 전계부의 일부와 접촉하는 상기 제1 주변부와 서로 다른 재료로 이루어져 있는 태양 전지.
15. 제3항에서,
    상기 적어도 하나의 에미터부는 상기 제1 주변부의 외주면을 둘러싸고 있는 태양 전지.
16. 제15항에서,
    상기 기판 위에 위치하여 상기 적어도 하나의 제2 전극과 상기 기판을 전기적으로 연결하는 적어도 하나의 후면 전계부를 더 포함하는 태양 전지.
17. 제16항에서,
    상기 적어도 하나의 후면 전계부는 상기 제1 주변부의 외주면을 둘러싸고 있는 태양 전지.
18. 제1 도전성 타입의 기판,
    상기 기판에 위치하고, 상기 제1 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입을 갖는 복수의 에미터부,
    상기 기판에 위치하고, 상기 제1 도전성 타입을 갖는 복수의 후면 전계부,
    상기 기판 위에 위치하고, 상기 복수의 에미터부의 일부와 상기 복수의 후면 전계부의 일부를 드러내는 복수의 개구부를 구비하는 보호막,
    상기 복수의 개구부를 통해 드러나는 상기 복수의 에미터부의 일부에 연결되어 있는 복수의 제1 전극, 그리고
    상기 복수의 개구부를 통해 드러나는 상기 복수의 후면 전계부의 일부에 연결되어 있는 복수의 제2 전극
    을 포함하고,
    상기 복수의 제1 전극 중 적어도 하나의 제1 전극과 상기 복수의 제2 전극 중 적어도 하나의 제2 전극은 각각 메인부와 상기 메인부의 외주면을 둘러싸고 있는 적어도 하나의 주변부를 구비하고 있는
    태양 전지.
19. 제18항에서
    상기 적어도 하나의 주변부는 상기 메인부의 외주면을 둘러싸고 있는 제1 주변부와 상기 제1 주변부의 외주면을 둘러싸고 있는 제2 주변부를 포함하는 태양 전지.
20. 제1 도전성 타입의 기판,
    상기 기판 위에 위치하고 상기 기판의 일부를 드러내는 복수의 개구부를 포함하는 보호막,
    상기 복수의 개구부를 통해 드러나는 상기 기판 위에 위치하고, 상기 제1 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입을 갖는 복수의 에미터부,
    상기 복수의 개구부를 통해 드러나는 상기 기판 위에 위치하고, 상기 제1 도전성 타입을 갖는 복수의 후면 전계부,
    상기 복수의 에미터부와 연결되어 있는 복수의 제1 전극, 그리고
    상기 복수의 후면 전계부와 연결되어 있는 복수의 제2 전극
    을 포함하고,
    상기 복수의 제1 전극 각각은 제1 메인부와 상기 제1 메인부의 외주면을 둘러싸고 있는 적어도 하나의 제1 주변부를 구비하고 있고,
    상기 복수의 제2 전극 각각 제2 메인부와 상기 제2 메인부의 외주면을 둘러싸고 있는 적어도 하나의 제2 주변부를 구비하고 있는
    태양 전지.
21. 제20항에서,
    상기 적어도 하나의 제1 주변부는 상기 메인부의 외주면을 둘러싸고 있는 제1 확산 방지층, 상기 제1 확산 방지층의 외주면을 둘러싸고 있는 제1 접촉 저항층을 포함하고,
    상기 적어도 하나의 제2 주변부는 상기 메인부의 외주면을 둘러싸고 있는 제2 확산 방지층, 상기 제2 확산 방지층의 외주면을 둘러싸고 있는 제2 접촉 저항층을 포함하는
    태양 전지.
22. 제21항에서,
    상기 복수의 제1 전극 각각은 상기 제1 접촉 저항층의 외주면을 둘러싸고 있고, 상기 복수의 제2 전극 각각은 상기 제2 접촉 저항층의 외주면을 둘러싸고 있는 태양 전지.
23. 제18항 또는 제20항에서,
    상기 복수의 에미터부와 상기 복수의 후면 전계부는 빛이 입사되지 않은 기판의 면에 위치하는 태양 전지.
24. 태양 전지의 기판과 연결되어 상기 기판을 통해 이동하는 전하를 전송하는 다층 배선으로서,
    금속 물질로 이루어져 있고 상기 전하를 전송하는 메인부, 그리고
    상기 메인부의 외주면을 둘러싸고 있고 상기 기판과의 접촉 저항을 줄이는 제1 주변부
    를 포함하는 다층 배선.
25. 제24항에서,
    상기 메인부는 구리(Cu)나 은(Ag)으로 이루어져 있는 다층 배선.
26. 제24항에서,
    상기 제1 주변부는 알루미늄이나 내화성 금속으로 이루어져 있는 다층 배선.
27. 제24항에서,
    상기 메인부와 상기 제1 주변부 사이에서 상기 메인부의 외주면을 둘러싸고 있고, 상기 금속 물질의 입자가 상기 기판으로 이동하는 것을 방지하는 제2 주변부를 더 포함하는 다층 배선.
28. 제27항에서,
    상기 제2 주변부는 TiN, TiW, 또는 TaN으로 이루어져 있는 다층 배선.
29. 제24항 내지 제28항 중 어느 한 항에서,
    상기 제1 주변부의 외주면을 둘러싸고 있고, 상기 기판과 동일한 도전성 타입을 갖거나 상기 기판과 반대의 도전성 타입을 갖는 불순물을 함유하고 있는 불순물부를 더 포함하는 다층 배선.
30. 제29항에서,
    상기 불순물부는 비정질 실리콘이나 다결정 실리콘으로 이루어져 있는 다층 배선.
31. 기판에 복수의 에미터부를 형성하는 단계,
    상기 기판에 복수의 후면 전계부를 형성하는 단계,
    상기 기판 위에 위치하고, 상기 복수의 에미터부의 일부와 상기 복수의 후면 전계부의 일부를 드러내는 복수의 개구부를 갖는 보호막을 형성하는 단계,
    상기 복수의 개구부 위에 복수의 금속 배선을 정렬하는 단계, 그리고
    상기 금속 배선이 정렬된 상기 기판을 가열 압착하여 상기 복수의 개구부를 통해 노출된 상기 복수의 에미터부 및 상기 복수의 후면 전계부와 상기 금속 배선을 연결하여, 상기 복수의 에미터부와 연결되는 복수의 제1 전극을 형성하고 상기 복수의 후면 전계부와 연결되는 복수의 제2 전극을 형성하는 단계
    를 포함하는 태양 전지의 제조 방법.
32. 제31항에서,
    상기 금속 배선은 금속 물질로 이루어져 있고 전하를 전송하는 메인부, 그리고 상기 메인부의 외주면을 둘러싸고 있고 상기 기판과의 접촉 저항을 줄이는 제1 주변부
    를 포함하는 태양 전지의 제조 방법.
33. 제32항에서,
    상기 금속 배선은 상기 메인부와 상기 제1 주변부 사이에서 상기 메인부의 외주면을 둘러싸고 있고, 상기 금속 물질의 입자가 상기 기판으로 이동하는 것을 방지하는 제2 주변부를 더 포함하는 태양 전지의 제조 방법.
34. 제1 도전성 타입의 기판 위에 위치하고, 상기 기판의 일부를 드러내는 복수의 개구부를 갖는 보호막을 형성하는 단계,
    상기 복수의 개구부 위에 복수의 제1 금속 배선과 복수의 제2 금속 배선을 정렬하는 단계, 그리고
    상기 복수의 제1 금속 배선과 상기 복수의 제2 금속 배선이 정렬된 상기 기판을 가열 압착하여, 상기 복수의 개구부를 통해 노출된 상기 기판 위에 상기 제1 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입을 갖는 복수의 에미터부와 상기 복수의 에미터부와 연결되는 복수의 제1 전극 그리고 상기 제1 도전성 타입을 갖는 복수의 후면 전계부와 상기 복수의 후면 전계부와 연결되는 복수의 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하는
    태양 전지의 제조 방법.
35. 제34항에서,
    상기 복수의 제1 금속 배선 각각은 금속 물질로 이루어져 있고 전하를 전송하는 제1 메인부, 상기 제1 메인부의 외주면을 둘러싸고 있고 상기 기판과의 접촉 저항을 줄이는 제1 접촉 저항층, 그리고 상기 제1 접촉 저항층의 외주면을 둘러싸고 있고 상기 제2 도전성 타입의 불순물을 함유하고 있는 제1 불순물층을 포함하고,
    상기 복수의 제2 금속 배선 각각은 금속 물질로 이루어져 있고 상기 전하를 전송하는 제2 메인부, 상기 제2 메인부의 외주면을 둘러싸고 있고 상기 기판과의 접촉 저항을 줄이는 제2 접촉 저항층, 그리고 상기 제2 접촉 저항층의 외주면을 둘러싸고 있고 상기 제1 도전성 타입의 불순물을 함유하고 있는 제2 불순물층을 포함하는
    태양 전지의 제조 방법.
36. 제35항에서,
    상기 복수의 에미터부 및 상기 복수의 제1 전극 그리고 상기 복수의 후면 전계부 및 상기 복수의 제2 전극을 형성하는 단계는 상기 기판의 가열 압착에 의해, 상기 복수의 제1 불순물층은 상기 노출된 기판과 접촉하여 상기 복수의 에미터부를 형성하고, 상기 복수의 제1 메인부와 상기 복수의 제1 접촉 저항층은 상기 복수의 제1 전극을 형성하고, 상기 복수의 제2 불순물층은 상기 노출된 기판과 접촉하여 상기 복수의 후면 전계부를 형성하고, 상기 복수의 제2 메인부와 상기 복수의 제2 접촉 저항층은 상기 복수의 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하는 태양 전지의 제조 방법.
37. 제36항에서,
    상기 복수의 제1 금속 배선 각각은 상기 제1 메인부와 상기 제1 접촉 저항층 사이에서 상기 제1 메인부의 외주면을 둘러싸고 있고, 상기 금속 물질의 입자가 상기 기판으로 이동하는 것을 방지하는 제1 확산 방지층을 더 포함하고, 상기 복수의 제2 금속 배선 각각은 상기 제2 메인부와 상기 제2 접촉 저항층 사이에서 상기 제2 메인부의 외주면을 둘러싸고 있고, 상기 금속 물질의 입자가 상기 기판으로 이동하는 것을 방지하는 제2 확산 방지층을 더 포함하며,
    상기 복수의 제1 확산 방지층을 상기 복수의 제1 전극을 형성하고, 상기 복수의 제2 확산 방지층을 상기 복수의 제2 전극을 형성하는 태양 전지의 제조 방법.

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