KR101690797B1 - 태양 전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 태양 전지에 관한 것이다. 상기 태양 전지는 제1 도전성 타입의 기판, 상기 기판의 제1 면에 위치하고, 상기 제1 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입을 갖고 있고, 제1 두께를 갖는 제1 에미터 부분과 상기 제1 두께보다 큰 제2 두께를 갖는 제2 에미터 부분을 포함하는 에미터부, 상기 제1 에미터 부분 및 상기 제2 에미터 부분에 접해 있는 제1 전극, 그리고 상기 기판의 상기 제1 면의 반대편인 제2 면에 위치하고 상기 기판과 연결되어 있는 제2 전극을 포함하고, 상기 제2 에미터 부분은 격자 형태 및 상기 기판의 측면에 대해 사선 방향으로 뻗은 형태 중 적어도 하나를 갖는다. 이로 인해, 반도체 전극으로서 기능하는 제2 에미터 부분에 의해 전하의 이동 거리가 감소하여, 제1 전극에 의해 수집되는 전하의 양이 증가하여 태양 전지의 효율이 향상된다.

Description

태양 전지{SOLAR CELL}
본 발명은 태양 전지에 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 쌍의 전자와 정공은 p-n 접합에 의해 각각 해당 방향, 즉, 전자는 n형의 반도체부 쪽으로 이동하고 정공은 p형의 반도체부 쪽으로 이동한다. 이동한 전자와 정공은 각각 n형의 반도체부와 p형의 반도체부에 연결된 서로 다른 전극에 의해 수집되고 이 전극들을 전선으로 연결함으로써 전력을 얻는다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 태양 전지의 효율을 향상시키기 위한 것이다.
본 발명의 한 특징에 따른 태양 전지는 상기 기판의 제1 면에 위치하고, 상기 제1 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입을 갖고 있고, 제1 두께를 갖는 제1 에미터 부분과 상기 제1 두께보다 큰 제2 두께를 갖는 제2 에미터 부분을 포함하는 에미터부, 상기 제1 에미터 부분 및 상기 제2 에미터 부분에 접해 있는 제1 전극, 그리고 상기 기판의 상기 제1 면의 반대편인 제2 면에 위치하고 상기 기판과 연결되어 있는 제2 전극을 포함하고, 상기 제2 에미터 부분은 서로 다른 방향인 제1 방향과 제2 방향으로 각각 뻗는 제1 부분과 제2 부분을 구비한 형태 및 상기 기판의 측면에 대해 사선 방향으로 뻗은 형태 중 적어도 하나를 갖는다.
상기 제2 에미터 부분의 상기 제1 부분과 상기 제2 부분은 복수의 교차점을 구비할 수 있다.
상기 제1 전극은 제3 방향으로 뻗어 있는 제1 부분을 포함할 수 있다.
상기 제3 방향은 상기 제1 및 제2 방향과 다를 수 있다.
상기 제3 방향은 상기 제1 방향과 동일할 수 있다.
상기 제1 전극은 상기 제3 방향과 다른 제4 방향으로 뻗어 있는 제2 부분을 더 포함할 수 있다.
상기 제3 방향과 상기 제4 방향은 각각 상기 기판의 측면과 나란할 수 있다.
상기 제4 방향은 상기 제1 및 제2 방향과 다를 수 있다.
상기 제4 방향은 상기 제2 방향과 동일할 수 있다.
상기 제1 전극의 제1 부분의 폭은 상기 제1 전극의 제2 부분의 폭과 동일할 수 있다.
상기 제2 에미터 부분과 상기 제1 전극은 45도 어긋나 있을 수 있다.
상기 제1 방향과 상기 제2 방향은 수직으로 교차할 수 있다.
상기 에미터부는 상기 제1 전극의 하부에 위치하고, 상기 제1 전극과 연결되어 있는 제3 에미터 부분을 더 포함할 수 있다.
상기 제3 에미터 부분은 상기 제2 두께와 동일한 두께를 가질 수 있다.
상기 제3 에미터 부분은 상기 제2 두께보다 큰 두께를 가질 수 있다.
상기 제1 전극과 연결되어 있는 버스바를 더 포함할 수 있다.
상기 에미터부는 상기 버스바의 하부에 위치하고, 상기 버스바와 연결되어 있는 제3 에미터 부분을 더 포함할 수 있다.
상기 제3 에미터 부분은 상기 제2 두께와 동일한 두께를 가질 수 있다.
상기 제3 에미터 부분은 상기 제2 두께보다 큰 두께를 가질 수 있다.
상기 버스바는 상기 기판의 측면에 가장 인접한 상기 제1 전극에만 연결될 수 있다.
상기 특징에 따른 태양 전지는 상기 제2 면에 위치하고 상기 제2 전극과 분리되어 있는 버스바를 더 포함할 수 있다.
상기 기판은 복수의 비아홀을 더 구비하고 있고, 상기 제1 전극과 상기 버스바 중 적어도 하나는 상기 복수의 비아홀 내에 위치하여 상기 복수의 비아홀을 통해 연결될 수 있다.
상기 기판의 상기 제1 면은 빛이 입사되는 입사면일 수 있다.
상기 기판의 상기 제2 면은 입사면일 수 있다.
이러한 특징에 따르면, 반도체 전극으로서 기능하는 제2 에미터 부분에 의해 전하의 이동 거리가 감소하여, 제1 전극에 의해 수집되는 전하의 양이 증가하여 태양 전지의 효율이 향상된다.
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 3는 본 발명의 한 실시예에 따라 기판에 형성된 제2 에미터 부분의 배치 형상을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따라 제2 에미터 부분과 전면 버스바를 구비한 전면전극부의 배치 형상의 한 예를 구비한 태양 전지의 일부 평면도이다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 다른 예에 따라 제2 에미터 부분과 전면 전극부의 배치 형상을 도시한 태양 전지의 일부 평면도이다.도 6은 본 발명의 한 실시예에 따라 제2 에미터 부분과 전면 버스바를 구비하지 않은 전면 전극부의 배치 형상을 도시한 태양 전지의 일부 평면도이다.
도 7은 도 6에 도시한 태양 전지를 VII-VII선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 8은 본 발명의 한 실시예에 따라 제2 에미터 부분과 전면 버스바를 구비한 전면 전극부의 배치 형상의 다른 예를 구비한 태양 전지의 일부 평면도이다.
도 9은 도 8에 도시한 복수의 태양 전지를 리본(ribbon)으로 연결한 개략적인 단면도이다.
도 10은 본 발명의 한 실시예에 따라 제2 에미터 부분과 전면 버스바를 구비하지 않은 전면 전극부의 배치 형상의 다른 예를 구비한 태양 전지의 일부 평면도이다.
도 11 및 도 12는 본 발명의 한 실시예에 따라 제2 에미터 부분과 전면 전극부의 배치 형상의 또 다른 예를 구비한 태양 전지의 일부 평면도이다.도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지의 일부 사시도이다.
도 14는 도 13에 도시한 태양 전지를 XIV-XIV선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 15은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지의 한 예에서 제2 에미터부분, 전면 전극, 전면전극용 버스바 및 비아홀의 배치 형상을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 16은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지의 다른 예에서 제2 에미터 부분, 전면 전극, 전면전극용 버스바 및 비아홀의 배치 형상을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 17은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지의 일부 단면도이다.
도 18은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지에서, 제2 에미터 부분, 제3 에미터 부분, 전면 전극 및 전면 버스바의 배치 형상을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 19은 도 18에 도시한 태양 전지를 XIX-XIX선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 20은 도 18에 도시한 태양 전지를 XIX-XIX선을 따라 잘라 도시한 경우 다른 예에 따른 단면도이다.
도 21 및 22는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지에서, 제2 에미터 부분과 전면 전극의 배치 형상을 개략적으로 도시한 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. 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.
그러면 도 1 및 도 2를 참고로 하여 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지에 대하여 설명한다.
도 1 및 도 2를 참고로 하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지(11)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 방지부(130), 에미터부(121)와 연결되어 있는 전면 전극부(140), 기판(110)의 전면의 반대쪽 면인 기판(110)의 면[이하, '후면(back surface)'이라 함]에 위치하는 후면 전계(back surface field, BSF)부(BSF region)(172), 그리고 기판(110)의 후면에 위치하는 후면 전극부(150)를 구비한다.
기판(110)은 제1 도전성 타입, 예를 들어 p형 도전성 타입의 실리콘(silicon)과 같은 반도체로 이루어진 반도체 기판이다. 이때, 반도체는 다결정 실리콘 또는 단결정 실리콘과 같은 결정질 반도체이다.
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 있다. 기판(110)이 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물이 기판(110)에 도핑될 수 있다.
도 1 및 도 2와는 달리, 대안적인 예에서, 기판(110)의 전면은 별도의 텍스처링 공정을 통해 텍스처링(texturing) 처리되어 요철면인 텍스처링 표면(textured surface)을 가질 수 있다. 이 경우, 기판(110)의 전면 위에 위치한 에미터부(121)와 반사 방지부(130) 역시 요철면을 갖는다.
이와 같이, 기판(110)의 전면이 텍스처링되어 있을 경우, 기판(110)의 입사 면적이 증가하고 요철에 의한 복수 번의 반사 동작으로 빛 반사도가 감소하여, 기판(110)으로 입사되는 빛의 양이 증가하므로 태양 전지(11)의 효율이 좀더 향상된다.
에미터부(121)는 기판(110)의 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입, 예를 들어, n형의 도전성 타입의 불순물이 기판(110)에 도핑된 영역으로, 빛이 입사되는 면, 즉, 기판(110)의 전면에 위치한다. 따라서 제2 도전성 타입의 에미터부(121)는 기판(110) 중 제1 도전성 타입 부분과 p-n 접합을 이룬다.
이러한 에미터부(121)는 서로 다른 불순물 도핑 두께를 갖는 제1 에미터 부분(1211)과 제2 에미터 부분(1212)을 구비한다.
본 실시예에서, 제1 에미터 부분(1211)의 불순물 도핑 두께는 제2 에미터 부분(1212)의 불순물 도핑 두께보다 작다. 이와 같이, 제1 및 제2 에미터 부분(1211, 1212)의 불순물 도핑 두께가 서로 상이하므로, 제1 및 제2 에미터 부분(1211, 1212)의 불순물 도핑 농도 역시 상이하다. 따라서, 제1 에미터 부분(1211)의 불순물 도핑 농도는 제2 에미터 부분(1212)의 불순물 도핑 농도보다 작다.
이처럼, 제1 및 제2 에미터 부분(1211, 1212)의 불순물 도핑 두께가 서로 상이하므로, 제1 에미터 부분(1211)의 두께(d11)(제1 두께)와 제2 에미터 부분(1212)의 두께(d12)(제2 두께) 역시 서로 상이하다. 예를 들어, 도 1 및 도 2에 도시한 것처럼, 제1 두께(d11)는 제2 두께(d12)보다 작다.
제2 에미터 부분(1212)의 상부 표면은 제1 에미터 부분(1211)의 상부 표면으로부터 반사 방지부(130) 쪽으로 돌출되어 있어 제1 에미터 부분(1211)의 상부 표면과 제2 에미터 부분(1212)의 상부 표면은 각각 기판(110)의 후면과 평행한 서로 다른 선 상에 위치한다. 따라서, 에미터부(121)가 형성된 기판(110)의 전면은 제1 에미터 부분(1211)과 제2 에미터 부분(1212)의 불순물 도핑 두께 차이로 인해 요철면을 가진다. 이때, 기판(110)의 전면이 텍스처링 표면을 가질 경우, 텍스처링 표면의 각 요철의 높이 차이로 인한 오차 범위 내에서 제1 두께(d11)와 제2 두께(d12)는 동일한 것으로 간주하다.
또한, 제1 및 제2 에미터 부분(1211, 1212)의 불순물 도핑 두께 차이로 인해, 제1 및 제2 에미터 부분(1211, 1212)의 면저항값(sheet resistance) 역시 서로 상이하다. 일반적으로 면저항값은 불순물 도핑 두께에 반비례하므로, 불순물 도핑 두께가 얇은 제1 에미터 부분(1211)의 면저항값이 제2 에미터 부분(1212)의 면저항값보다 크다. 예를 들어, 제1 에미터 부분(1211)의 면저항값은 약 80Ω/sq. 내지 약 150Ω/sq. 일 수 있고, 각 제2 에미터 부분(1212)의 면저항값은 약 5Ω/sq. 내지 약 30Ω/sq. 일 수 있다.
도 1, 도 3 및 도 4에 도시한 것처럼, 높은 불순물 도핑 농도를 갖는 복수의 제2 에미터 부분(1212)은 기판(110)에서 제1 방향과 제1 방향과 교차 방향인 제2 방향으로 각각 뻗어 있다.
따라서, 제2 에미터 부분(1212)은 기판(110)이 전면에서 격자 형상으로 배치되어 있다. 이때, 제1 방향과 제2 방향은 기판(110)의 측면과 나란한 방향, 예를 들어 평행한 방향이 아니라 측면에 대해 사선 방향이므로, 제2 에미터 부분(1212)은 기판(110)의 측면에 나란하게 배치되지 않고 기판(110)의 측면과 소정 각도(θ1, θ2)를 이루며 뻗어 있다.
이때, 각도(θ1)는 제1 방향으로 뻗어 있는 제2 에미터 부분(1212)의 제1 부분(12a)과 기판(110)의 측면이 이루는 각도이고, 각도(θ2)는 제2 방향으로 뻗어 있는 제2 에미터 부분(1212)의 제2 부분(12b)과 기판(110)의 측면이 이루는 각도이며, 이들 각도(θ1, θ2)는 0도보다 크고 90도보다 작은 각이다. 이들 각도(θ1, θ2)의 한 예로서, 도 3에서 각도(θ1, θ2)는 45도의 값을 갖는다. 또한, 도 3에서 제1 방향과 제2 방향은 수직으로 교차하지만 0도보다 크고 90도보다 작은 각도로 교차할 수 있다.
에미터부(121)에서 제2 에미터 부분(1212)을 제외한 부분이 제1 에미터 부분(1211)이 되어, 제2 에미터 부분(1212)에 의해 에워싸여 있는 제1 에미터 부분(1211)의 형상은 도 3에 도시한 것처럼, 마른모 형상을 갖는다.
기판(110)과 에미터부(121)와의 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) 후면 쪽으로 이동하고 분리된 전자는 에미터부(121) 쪽으로 이동한다.
에미터부(121)는 기판(110), 즉, 기판(110)의 제1 도전성 부분과 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)의 후면 쪽으로 이동하고 분리된 정공은 에미터부(121)쪽으로 이동한다.
에미터부(121)가 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 에미터부(121)는 5가 원소의 불순물을 기판(110)에 도핑하여 형성될 수 있고, 반대로 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 3가 원소의 불순물을 기판(110)에 도핑하여 형성될 수 있다.
이와 같이, 기판(110)의 제1 도전성 타입 부분과 에미터부(121)와의 p-n 접합에 의해 전자와 정공의 이동이 이루어질 때, 에미터부(121)의 위치에 따라 면저항값과 불순물 도핑 농도가 서로 상이한 제1 및 제2 에미터 부분(1211, 1212)에 의해, 전하의 이동 방향과 불순물에 의한 전하의 손실량이 달라지게 된다.
즉, 일반적으로 에미터부(121)의 면저항값이 높은 부분을 통해 이동할 때보다 면저항값이 낮은 부분을 통해 이동할 때, 전하의 이동은 보다 용이하게 행해지고, 또한, 에미터부(121)의 불순물 도핑 농도가 증가할 수록 해당 부분의 전도도는 증가하게 된다.
따라서, 본 예와 같이, 해당 전하(예, 전자)가 에미터부(121)로 이동할 경우, 높은 면저항값을 갖는 제1 에미터 부분(1211)에 위치한 전하는 자신보다 낮은 면저항값을 갖고 있고 자신이 위치한 곳에서부터 가까운 곳에 위치하는 제2 에미터 부분(1212)으로 이동하게 된다. 이때, 제1 에미터 부분(1211)의 불순물 도핑 농도가 제2 에미터 부분(1212)에 비해 작기 때문에, 제1 에미터 부분(1211)에서 제2 에미터 부분(1212)으로 이동하는 도중 불순물에 의해 전하가 손실되는 양은 제2 에미터 부분(1212)을 통해 이동할 때보다 크게 줄어든다.
이와 같이, 제1 에미터 부분(1211)에 위치한 전하들이 면저항값이 낮은 제2 에미터 부분(1212)으로 이동하면, 제2 에미터 부분(1212)의 전도도는 제1 에미터 부분(1211)보다 크기 때문에, 제2 에미터 부분(1212)으로 이동한 전하는 제1 또는 제2 방향으로 뻗어 있는 제2 에미터 부분(1212)을 따라 이동하게 된다. 따라서 제2 에미터 부분(1212)은 전하를 전송하는 반도체 전극(semiconductor electrode)으로서 작용한다.
이때, 도 4에 도시한 것처럼, 제1 에미터 부분(1211)의 일부와 제2 에미터 부분(1212)의 일부는 전면 전극부(140)와 접해 있고, 이 전면 전극부(140)는 금속을 함유하고 있으므로, 전면 전극부(140)의 전도도는 제1 에미터 부분(1211)뿐만 아니라 제2 에미터 부분(1212)보다도 훨씬 크다. 따라서, 제1 또는 제2 방향으로 뻗어 있는 제2 에미터 부분(1212)을 따라 이동한 전하는 전면 전극부(140)를 만나면 전면 전극부(140)로 이동하고, 또한 전면 전극부(140)와 접하고 있는 제1 에미터 부분(1211)에 위치하는 전하나 전면 전극부(140)와 인접하게 위치하고 있는 전하는 전면 전극부(140) 쪽으로 이동하게 된다.
이와 같이, 제2 에미터 부분(1212)의 형성으로 인해, 전하는 전면 전극부(140)와 접해 있는 인접한 제1 에미터 부분(1211)뿐만 아니라 인접한 제2 에미터 부분(1212)으로도 이동하게 되고, 이로 인해, 전하의 이동 방향이 증가하며 또한 전하의 이동 거리는 감소하게 된다.
이때, 이미 설명한 것처럼, 제2 에미터 부분(1212)이 기판(110)에 격자 형상으로 배치되어 있고 제2 에미터 부분(1212)의 격자 형상은 전면 전극부(140)의 배치 -향과 다르게 뻗어 있어, 제2 에미터 부분(1212)이나 전면 전극부(140)로의 전하 이동 거리는 더욱 감소하게 되고, 제2 에미터 부분(1212)이나 전면 전극부(140)로의 전하 이동 방향은 더욱더 증가하게 된다.
따라서, 해당 부분(1211, 1212)으로 이동하는 도중 손실되는 전하량이 감소하고, 결국 전면 전극부(140)로 전송되는 전하의 양이 증가하게 된다.
제1 에미터 부분(1211)의 면저항값이 약 150Ω/sq. 이하일 경우, 그 위에 위치한 전면 전극부(140)가 제1 에미터 부분(1211)을 관통하여 기판(110)과 접촉하는 션트(shunt) 불량을 방지하고, 제1 에미터 부분(1211)의 면저항값이 약 80Ω/sq. 이상일 경우, 제1 에미터 부분(1211) 자체에서 흡수되는 빛의 양을 좀더 감소시켜 기판(110)으로 입사되는 빛의 양을 증가시키고, 불순물에 의한 전하 손실을 좀더 감소시킨다.
또한, 제2 에미터 부분(1212)의 면저항값이 약 30Ω/sq. 이하일 경우, 제2 에미터 부분(1212)의 전도도가 좀더 안정적으로 확보되어 전하의 이동량을 좀더 증가시킬 수 있고, 제2 에미터 부분(1212)의 면저항값이 약 5Ω/sq. 이상일 경우, 제2 에미터 부분(1212) 자체에서 흡수되는 빛의 양을 감소시켜, 기판(110)으로 입사되는 빛의 양이 증가된다.
에미터부(121) 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 투명하고 수소화된 실리콘 질화물(SiNx)로 이루어질 수 있고, 약 70㎚ 내지 약 80㎚의 두께를 가지며, 약 2.0 내지 2.1의 굴절률을 가질 수 있다.
반사 방지부(130)의 굴절률이 2.0 이상일 경우, 빛의 반사도가 감소되면서 반사 방지부(130) 자체에서 흡수되는 빛의 양이 좀더 감소되고, 반사 방지부(130)의 굴절률이 2.1 이하일 경우, 반사 방지부(130)의 반사도가 좀더 감소한다.
또한, 본 예에서, 반사 방지부(130)의 굴절률(2.0 내지 2.1)은 공기의 굴절률(약 1)과 기판(110)의 굴절률(약 3.5) 사이의 값을 갖고 있다. 따라서, 공기에서부터 기판(110) 쪽으로의 굴절률 변화가 순차적으로 증가하므로, 이러한 굴절률 변화에 의해 빛의 반사도는 더욱 감소하여 기판(110)으로 입사하는 빛의 양은 더 증가한다.
또한, 반사 방지부(130)의 두께가 약 70㎚ 이상일 경우, 좀더 효율적인 빛의 반사 방지 효과가 얻어진다. 반사 방지부(130)의 두께가 약 80㎚ 이하일 경우, 반사 방지부(130) 자체에서 흡수되는 빛의 양을 감소시켜 기판(110)으로 입사되는 빛의 양이 증가되며, 태양 전지(11)의 제조 공정 시 전면 전극부(140)가 좀더 안정적이고 용이하게 반사 방지부(130)를 관통하여, 전면 전극부(140)와 에미터부(121)가 좀더 안정적으로 연결된다.
반사 방지부(130)는 또한 함유된 수소(H)를 이용하여 기판(110)의 표면 및 그 근처에 존재하는 댕글링 결합(dangling bond)과 같은 결함(defect)을 안정한 결합으로 바꾸고, 이로 인해 결함에 의해 기판(110)의 표면 쪽으로 이동한 전하가 소멸되는 것을 감소시키는 패시베이션 기능(passivation function)을 실행한다. 따라서, 반사 방지부(130)의 패시베이션 기능에 의하여, 결함에 의한 손실 전하의 양이 줄어든다.
도 1 및 도 2에서, 반사 방지부(130)는 단일막 구조를 갖지만 이중막과 같은 다층막 구조를 가질 수 있고, 실리콘 질화물(SiNx), 실리콘 산화물(SiOx), 실리콘 산화 질화물(SiOxNy), 알루미늄 산화물(AlxOy) 및 티타늄 산화물(TiOx) 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다. 이러한 반사 방지부(130)는 필요에 따라 생략될 수 있다.
또한, 이미 설명한 것처럼, 본 실시예의 에미터부(121)는 면저항값, 불순물 도핑 두께 및 불순물 도핑 농도가 다른 제1 및 제2 에미터 부분(1211, 1212)을 구비하고 있는 선택적 에미터 구조(selective emitter structure)를 갖고 있다.
이러한 선택적 에미터 구조는 열확산법이나 이온 주입법으로 1차로 에미터층을 형성한 후 일부 에미터층을 제거하는 에치백(etch back) 방법이나 에미터층에 선택적으로 레이저 빔을 조사하는 레이저 도핑법(laser doping)등을 이용하여 형성할 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시한 에미터부(121)는 한 예로서 열확산법과 에치백 방법으로 형성한다.
예를 들어, 기판(110) 내부에 인(P)이나 붕소(B)와 같은 n형 또는 p형의 불순물을 기판(110) 내부로 확산시켜 에미터층을 형성한 후, 에미터층의 일부를 식각으로 제거하여 위치에 따라 면저항값(불순물 도핑 두께)이 상이한 제1 에미터 부분(1211)과 제2 에미터 부분(1212)을 형성할 수 있다.
이 경우, p-n 접합면에서부터 기판(110)의 표면 쪽으로 갈수록 불순물 도핑 농도가 증가하므로, 비활성 불순물의 농도 역시 기판(110)의 표면 쪽으로 갈수록 증가한다. 따라서 기판(110)의 표면 및 그 근처에 이러한 비활성 불순물들이 모여 있고, 이들 비활성 불순물들은 기판(110)의 표면 및 그 근처에서 데드 영역(dead layer)을 형성한다. 이러한 데드 영역에 존재하는 비활성 불순물에 의해 전하의 손실이 발생한다. 본 예에서, 기판(110) 내부로 확산된 불순물이 정상적으로 기판(110)의 물질들, 예를 들어, 실리콘(Si) 등과 결합하지 못한(용해되지 않는) 불순물을 비활성 불순물이라 한다.
본 실시예의 경우 식각법을 이용하여 선택적 에미터 구조를 형성하므로, 기판(110)의 표면에서부터 원하는 만큼 에미터층을 제거하게 되고, 이러한 제거 공정에 의해 기판(110)의 표면 부분에 존재하는 데드 영역의 적어도 일부가 식각 공정 시 제거된다. 이처럼, 데드 영역이 제거됨에 따라, 데드 영역에 위치한 불술물로 인한 전하의 재결합율이 크게 줄어 전하의 손실량이 크게 감소하고, 또한 데드 영역의 적어도 일부가 제거되어 결함이 많이 제거된 제1 에미터 부분(1211) 위에 반사 방지부(130)가 위치하므로, 반사 방지부(130)에 의해 패시베이션 효과는 더욱 향상된다.
하지만, 다른 예에서, 제1 및 제2 에미터 부분(1211, 1212)을 구비한 선택적 에미터 구조가 열확산법을 이용한 에치백 방법 이외의 다른 방법으로 형성될 경우, 도 1 및 도 2와는 달리, 제1 에미터 부분(1211)과 제2 에미터 부분(1212) 간의 p-n 접합면 위치는 서로 상이하고, 에미터부(121)가 형성된 기판(110)의 전면은 평탄면일 수 있다.
전면 전극부(140)는 복수의 전면 전극(141)과 복수의 전면 전극(141)에 연결되어 있는 복수의 전면 버스바(142)를 구비한다.
복수의 전면 전극(141)은 에미터부(121)의 제1 에미터 부분(1211)의 일부와 제2 에미터 부분(1212)의 일부에 위치하여, 제1 에미터 부분(1211) 일부 및 제2 에미터 부분(1212) 일부와 바로 전기적 및 물리적으로 연결되어 있다.
이때, 복수의 전면 전극(141)는 도 1 및 도 4에 도시한 것처럼, 서로 이격되어 정해진 방향으로 나란히 뻗어있다. 이때, 복수의 전면 전극(141)은 제2 에미터 부분(1212)의 연장 방향인 제1 및 제2 방향과 다른 제3 방향으로 뻗어 있고, 제3 방향은 도 3에서 상측과 하측에 위치한 기판(110)의 측면과 나란한 방향이다. 따라서, 전면 전극(141)은 기판(110)의 측면과 평행할 수 있고, 각 전면 전극(141)은 에미터 부분(1212)의 제1 부분(12a) 및 제2 부분(12b) 각각과 서로 다른 일직선 상에 위치한다.
이로 인해, 각 전면 전극(141)은 제2 에미터 부분(1212)뿐만 아니라 제1 에미터 부분(1211)과도 연결되어 있다. 도 4에 도시한 것처럼, 각 전면 전극(141)은 제1 및 제2 방향으로 뻗어 있는 에미터 부분(1212)의 제1 부분(12a)과 제2 부분(12b)이 교차하는 지점을 따라 직선으로 뻗어 있어, 각 전면 전극(141)은 제1 부분(12a)과 제2 부분(12b)의 교차 지점에서 제2 에미터 부분(1212)과 연결되어 있다.
이처럼, 복수의 전면 전극(141)이 제1 및 제2 에미터 부분(1211, 1212)의 일부와 바로 연결되어 있으므로, 복수의 전면 전극(141) 하부에는 반사 방지부(130)가 존재하지 않는다.
이러한 복수의 전면 전극(141)은 은(Ag)과 같은 적어도 하나의 도전성 물질로 이루어져 있다.
이러한 복수의 전면 전극(141)은 접해 있는 제1 에미터 부분(1211) 일부와 제2 에미터 부분(1212) 일부를 통해 이동한 전하(예, 전자)를 수집한다. 이때, 각 전면 전극(141)이 제1 부분(12a)과 제2 부분(12b)의 교차 지점에서 제2 에미터 부분(1212)과 연결되어 있으므로, 각 전면 전극(141)은 제2 에미터 부분(1212)을 따라 이동한 전하를 좀더 많이 수집하게 된다.
이처럼, 복수의 전면 전극(141)이 형성되지 않은 부분에 복수의 전면 전극(141)과 교차하는 방향으로 반도체 전극인 복수의 제2 에미터 부분(1212)을 형성함에 따라 전면 전극(141) 또는 제2 에미터 부분(1212)까지 이동하는 전하의 이동 거리가 줄어들게 된다. 따라서, 감소한 이동 거리에 의해, 인접한 전면 전극(141)이나 인접한 제2 에미터 부분(1212)으로 이동할 때 불순물이나 결함 등에 의해 손실되는 전하의 양이 감소한다.
또한, 복수의 전면 전극(141)이 위치하지 않은 제1 에미터 부분(1211)과 제2 에미터 부분(1212) 위에는 투명한 반사 방지부(130)만 존재한다.
따라서, 복수의 제2 에미터 부분(1212)에 의한 입사 면적의 감소는 발생하지 않고, 대신 이미 기재한 것처럼, 전하의 이동 거리 감소와 전하 손실량 감소 등으로 인해, 빛의 입사 면적을 감소시키지 않으면서 각 전면 전극(141)으로 이동하는 전하의 양은 크게 증가한다.
또한, 제2 에미터 부분(1212)의 존재로 인해 전면 전극(141)으로 이동하는 전하의 양이 증가하여 전면 전극(141)의 설계 여유도가 증가한다. 즉, 전면 전극(141)을 보조하는 역할을 수행하는 제2 에미터 부분(1212)에 의해 수집되는 전하의 양이 증가하므로, 에미터부(121) 위에 위치하는 전면 전극(141)간의 간격을 증가시켜도 전하의 수집량 감소에 따른 태양 전지(11)의 효율 감소는 발생하지 않는다.
본 예에서, 인접한 두 전면 전극(141)의 간격은 제2 에미터 부분(1212)을 구비하지 않는 비교예에 따른 태양 전지에서의 인접한 두 전면 전극의 간격보다 0.5㎜ 내지 1.5㎜ 증가시킬 수 있다. 예를 들어, 비교예에 따른 인접한 두 전면 전극간의 간격이 2.5㎜일 경우, 본 예에 따른 전면 전극(141)간의 간격은 3.0㎜ 내지 4.0㎜까지 증가될 수 있다.
이와 같이, 인접한 두 전면 전극(141)간의 간격이 증가하게 되면, 입사면인 기판(110)의 전면 위에 위치하는 전면 전극(141)의 개수는 감소하게 되어 기판(110) 전면이 입사 면적이 증가하고, 은(Ag)의 함유로 인해 고가의 비용이 소요되는 전면 전극(141)의 형성 면적이 감소하므로 태양 전지(11)의 제조 비용이 줄어든다.
복수의 전면 버스바(142)는 제1 에미터 부분(1211)와 제2 에미터 부분(1212)에 전기적 및 물리적으로 연결되어 있고 복수의 전면 전극(141)과는 교차하는 방향으로 서로 이격되어 나란하게 뻗어 있다.
이때, 복수의 전면 버스바(141)가 연장하는 방향은 제2 에미터 부분(1212)의 연장 방향인 제1 및 제2 방향 그리고 복수의 전면 전극(141)의 연장 방향인 제3 방향과 다르고, 제3 방향과 교차하는 방향, 예를 들어, 수직한 방향이다. 따라서, 제4 방향은 도 4에서 좌측과 우측에 위치한 기판(110)의 측면과 나란한 방향이다.
이로 인해, 각 전면 전극(141)은 도 4에서 기판(110)의 좌측 및 우측의 측면과 90도의 각도를 형성하고, 각 후면 버스바(142)는 도 4에서 기판(110)의 상측 및 하측의 측면과 90도의 각도를 형성한다.
이때, 복수의 전면 버스바(142)는 각 전면 전극(141)과 교차하는 지점에서 해당 전면 전극(141)과 전기적 및 물리적으로 연결되어 있다.
따라서, 도 1 및 도 4에 도시한 것처럼, 복수의 전면 전극(141)은 도 4의 도면에서 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 전극부(140) 또한 기판(110)의 전면에 격자 형태로 위치한다.
또한, 도 4에 도시한 것처럼, 각 전면 버스바(142)는 전면 전극(141)과 같이 서로 다른 방향(즉, 제1 및 제2 방향)으로 뻗어 있는 에미터 부분(1212)의 제1 및 제2 부분(12a, 12b)의 교차 지점을 따라 직선으로 뻗어 있고, 제1 및 제2 부분(12a, 12b)의 교차 지점이 각 전면 버스바(142)의 가운데 부분에 위치한다. 이로 인해, 전면 전극(141)에서 전면 버스바(142)로 이동하는 전하의 양이 증가한다.
이미 설명한 것처럼, 제2 에미터 부분(1212)과 기판(110)의 측면이 형성하는 각도(θ1, θ2)와 전면 전극(141)과 기판(110)의 측면이 형성하는 각도가 서로 상이하므로, 제2 에미터 부분(1212)과 전면 전극부(140) 모두 기판(110)의 전면에서 격자 형태로 배치되어 있어도, 전면 전극(141)과 제2 에미터 부분(1212)의 제1 부분(12a) 또는 전면 전극(141)과 제2 에미터 부분(1212)의 제2 부분(12b)은, 도 4에 도시한 것처럼, 소정 각도(예, 45도)만큼 서로 어긋나 있다.
복수의 전면 버스바(142)는 접촉된 제1 에미터 부분(1211)의 일부, 제2 에미터 부분(1212)의 일부로부터 이동하는 전하뿐만 아니라 복수의 전면 전극(141)에 의해 수집되어 이동하는 전하를 수집한다. 이때, 제2 에미터 부분(1212)의 제1 및 제2 부분(12a, 12b)의 교차 지점이 각 전면 버스바(142)의 가운데 부분에 위치하므로, 전면 전극(141)에서 전면 버스바(142)로 이동하는 전하의 양이 증가한다.
이러한 복수의 전면 버스바(142)는 도전성 물질을 함유한 리본(ribbon) 등을 통해 외부 장치와 연결되어 수집된 전하(예, 전자)를 외부 장치로 출력된다.
각 전면 버스바(142)는 교차하는 복수의 전면 전극(141)에 의해 수집된 전하를 모아서 원하는 방향으로 이동시켜야 하므로, 따라서, 전면 버스바(142)의 폭은 각 전면 전극(141)의 폭보다 크다.
이와 같이 복수의 전면 전극(141)뿐만 아니라 반도체 전극인 복수의 제2 에미터 부분(1212)과 제1 에미터 부분(1211)을 통해 전하가 이동하여 전면 버스바(142)에 의해 수집되므로, 태양 전지(11)의 전하 수집량이 크게 증가한다.
본 예에서, 반사 방지부(130)가 양(+)의 고정 전하(positive fixed charge)의 특성을 갖고 있는 실리콘 질화물(SiNx)로 이루어져 있으므로, 기판(110)이 p형 도전성 타입을 가질 경우, 기판(110)으로부터 전면 전극부(140)로의 전하 전송 효율이 향상된다. 즉, 반사 방지부(130)가 양 전하의 특성을 띄게 되므로, 양 전하인 정공의 이동을 방해한다.
즉, 기판(110)이 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 반사 방지부(130)가 양 전하의 특성을 띄게 될 때, 반사 방지부(130) 쪽으로 이동하는 음 전하인 전자는 반사 방지부(130)와 반대의 극성을 갖고 있으므로 반사 방지부(130)의 극성에 의해 반사 방지부(130) 쪽으로 끌어 당겨지고, 반면, 반사 방지부(130)와 동일한 극성을 갖는 양 전하인 정공은 반사 방지부(130)의 극성에 의해 반사 방지부(130)의 반대쪽으로 밀려나게 된다.
따라서, 양 극성의 실리콘 질화물(SiNx)에 의해, 기판(110)으로부터 전면 전극부(140)로 이동하는 전자의 이동량은 좀더 증가되고, 이동을 원치 않은 전하(예, 정공)의 이동은 좀더 효율적으로 방지되어, 기판(110) 전면에서의 전하의 재결합량은 좀더 낮아진다.
본 예에서, 복수의 전면 버스바(142)는 복수의 전면 전극(141)과 동일한 재료로 이루어진다.
도 1 및 도 4에 도시한 전면 전극(141)과 전면 버스바(142)의 개수는 한 예에 불과하고, 필요에 따라 변경될 수 있다.
후면 전계부(172)는 기판(110)과 동일한 도전성 타입의 불순물이 기판(110)보다 고농도로 도핑된 영역, 예를 들면, p+ 영역이다.
이러한 기판(110)의 제1 도전성 영역(예, p형)과 후면 전계부(172)간의 불순물 농도 차이로 인해 전위 장벽이 형성되고, 이로 인해, 정공의 이동 방향인 후면 전계부(172) 쪽으로 전자 이동은 방해되는 반면, 후면 전계부(172) 쪽으로의 정공 이동은 좀더 용이해진다. 따라서, 후면 전계부(172)는 기판(110)의 후면 및 그 부근에서 전자와 정공의 재결합으로 손실되는 전하의 양을 감소시키고 원하는 전하(예, 정공)의 이동을 가속화시켜 후면 전극부(150)로의 전하 이동량을 증가시킨다.
후면 전극부(150)는 후면 전극(151)과 후면 전극(151)과 연결되어 있는 복수의 후면 버스바(152)를 구비한다.
후면 전극(151)은 기판(110)의 후면에 위치한 후면 전계부(172)와 접촉하고 있고, 실질적으로 기판(110)의 후면 전체에 위치한다. 대안적인 예에서, 후면 전극(151)은 기판(110) 후면의 가장자리 부분에 위치하지 않을 수 있다.
후면 전극(151)은 알루미늄(Al)과 같은 도전성 물질을 함유하고 있다.
이러한 후면 전극(151)은 후면 전계부(172)쪽으로부터 이동하는 전하, 예를 들어 정공을 수집한다.
이때, 후면 전극(151)이 기판(110)보다 높은 불순물 농도를 갖는 후면 전계부(172)와 접촉하고 있으므로, 기판(110), 즉 후면 전계부(172)와 후면 전극(151) 간의 접촉 저항이 감소하여 기판(110)으로부터 후면 전극(151)으로의 전하 전송 효율이 향상된다.
복수의 후면 버스바(152)는 후면 전극(151) 위에 위치하고 기판(110)을 중심으로 복수의 전면 버스바(142)와 대응되게 마주본다.
복수의 후면 버스바(152)는 복수의 전면 버스바(142)와 유사하게, 후면 전극(151)으로부터 전달되는 전하를 수집한다.
복수의 후면 버스바(152) 역시 리본 등을 이용하여 외부 장치와 연결되어, 복수의 후면 버스바(152)에 의해 수집된 전하(예, 정공)는 외부 장치로 출력된다.
이러한 복수의 후면 버스바(152)는 후면 전극(151)보다 양호한 전도도를 갖는 물질로 이루어질 수 있고, 예를 들어, 은(Ag)과 같은 적어도 하나의 도전성 물질을 함유한다.
이와 같은 구조를 갖는 본 실시예에 따른 태양 전지(11)의 동작은 다음과 같다.
태양 전지(11)로 빛이 조사되어 반사 방지부(130)를 통해 반도체부인 에미터부(121)와 기판(110)으로 입사되면 빛 에너지에 의해 반도체부에서 전자-정공 쌍이 발생한다. 이때, 반사 방지부(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 전면 전극(141)과 복수의 전면 버스바(142)에 의해 수집되어 복수의 전면 버스바(142)를 따라 이동하고, 기판(110) 쪽으로 이동한 정공은 인접한 후면 전극(151)에 의해 수집된 후 복수의 후면 버스바(152)로 이동하여 복수의 후면 버스바(152)를 따라 이동한다. 이러한 전면 버스바(142)와 후면 버스바(152)를 도선으로 연결하면 전류가 흐르게 되고, 이를 외부에서 전력으로 이용하게 된다.
또한, 복수의 전면 전극(141)과 교차하는 방향으로 높은 불순물 도핑 농도를 갖는 제2 에미터 부분(1212), 즉 반도체 전극을 형성함에 따라, 에미터부(121)에서 인접한 전면 전극(141)이나 인접한 전면 버스바(142)으로 이동하는 전하는 전면 전극(141)이나 전면 버스바(142)뿐만 아니라 인접한 제2 에미터 부분(1212)을 통해 전면 전극(141)이나 전면 버스바(142)로 이동한다. 따라서, 제1 에미터 부분(1211)에서 인접한 전면 전극(141), 제2 에미터 부분(1212) 또는 전면 버스바(142)로 이동하는 전하의 이동 거리가 줄어들고 전하의 이동 방향이 다양해져 전면 전극부(140)나 반도체 전극인 제2 에미터 부분(1212)으로 이동하는 전하의 양이 증가하므로, 태양 전지(11)에서 출력되는 전하의 양이 증가한다.
다음, 도 5를 참고로 하여 태양 전지(12)의 다른 예에 대하여 설명한다.
도 5에 도시한 것처럼, 다른 예에 따른 태양 전지는 도 4와 같이 형상으로 배치된, 즉 제3 방향으로 뻗어 있는 복수의 전면 전극(141)과 제4 방향으로 뻗어 있고 복수의 전면 전극(141)과 연결되어 있는 복수의 전면 버스바(142)를 구비하고 있다. 하지만, 도 4와는 달리, 복수의 전면 전극(141) 각각의 폭(W11)과 복수의 전면 버스바(142) 각각의 폭(W12)은 서로 동일하다.
즉, 제2 에미터 부분(1212)으로 인해, 외부 장치로 이동하는 전하의 양이 증가하게 되므로 전면 버스바(142)의 폭(W12)을 전면 전극(W11)의 폭보다 증가시키지 않아도 외부 장치로 출력되는 전하의 양은 증가하게 된다.
따라서, 전면 버스바(142)의 폭은(W12)은 전면 전극(141)의 폭(W11)과 동일해도 외부 장치로 출력되는 전하의 양은 감소하지 않으므로, 예를 들어, 전면 버스바(142)의 폭(W12)은 전면 전극(141)의 폭(W11)과 동일한 치수, 예를 들어, 80㎛ 내지 120㎛일 수 있다.
이럴 경우, 예를 들어 1.5㎜ 내지 2㎜의 크기를 갖는 전면 버스바(142)의 폭이 전면 전극(141)과 동일한 선폭(예, 80㎛ 내지 120㎛)을 갖게 되어, 전면 버스바(142)의 형성 면적이 크게 감소하므로, 기판(110)의 빛 입사 면적이 증가하게 되어 태양 전지(12)의 효율은 더욱 상승하게 되며, 전면 버스바(142)의 제조 비용이 절감된다.
또한, 대안적인 예에서, 전면 전극(141)과 전면 버스바(142)의 폭(W11, W12)은 도 1, 도 2 및 도 4에 도시한 전면 전극(141)의 폭(W3)보다 작은 값, 예를 들어, 80㎛ 내지 120㎛보다 작은 값을 가질 수 있다.
이미 설명한 것처럼, 제2 에미터 부분(1212)의 존재로 인해 외부 장치로 출력되는 전하의 양이 증가하게 되므로, 전면 전극부(141)의 폭을 감소시켜 외부 장치로 출력되는 전하의 양은 제2 에미터 부분이 존재하지 않은 경우보다 크게 감소하지 않게 된다. 이럴 경우, 기판(110)으로의 빛 입사를 방해하는 전면 전극부(140)의 형성 면적이 감소하므로, 기판(110)의 빛 입사 면적이 증가하게 되어 태양 전지(12)의 효율을 더욱 상승하게 되며, 전면 전극부(140)의 제조 비용이 절감된다.
본 실시예의 다른 예에서, 태양 전지(12)는 도 6 및 도 7에 도시한 것처럼, 격자 형상으로 배치된 제1 에미터 부분(1211)과 제2 에미터 부분(1212)을 구비한 에미터부(121)가 형성된 기판(110)의 전면에 전면 버스바를 구비하지 않고, 또한 기판(110)의 후면에도 후면 버스바를 구비하고 있지 않다. 이로 인해, 기판(110)의 전면에는 정해진 방향으로 나란히 뻗어 있는 복수의 전면 전극(141)만 존재하고, 기판(110)의 후면 역시 후면 전극(151)만 존재한다. 이미 설명한 것처럼 후면 전극(151)는 기판(110)이 후면 가장자리 부분에는 위치하지 않을 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시한 태양 전지(11)와 비교할 때, 전면 버스바와 후면 버스바가 생략된 구조적인 차이점을 제외한 태양 전지(12)의 나머지 구성요소는 동일하므로, 그에 대한 자세한 설명은 생략한다.
복수의 전면 전극(141)에 수집된 전하(예, 전자)와 후면 전극(151)으로 이동한 전하(예, 정공)는 각각 전면 전극(141)과 교차하는 방향으로 해당 위치에 부착된 도전성 접착부과 후면 전극(151) 위에 해당 위치에 부착된 도전성 접착부를 따라 이동하여 외부 장치로 출력된다.
이때, 도전성 접촉부는 도전성 접착 필름, 도전성 페이스트(conductive paste), 도전성 에폭시(conductive epoxy) 등으로 이루어질 수 있다.
도전성 접착 필름은 수지 및 수지 내에 분산된 도전성 입자를 포함할 수 있다. 수지는 접착성을 갖는 재질이면 특별히 한정되지 않는다. 단 접착 신뢰성을 높이기 위해서 수지는 열경화성 수지를 사용하는 것이 바람직하다.
열경화성 수지로는 에폭시(epoxy) 수지, 페녹시(phenoxy) 수지, 아크릴(acryl) 수지, 폴리이미드(polyimide) 수지, 폴리카보네이트(polycarbonate) 수지 중에서 선택된 적어도 1종 이상의 수지를 사용할 수 있다.
수지는 열 경화성 수지 이외의 임의 성분으로서, 이미 알려진 경화제 및 경화 촉진제를 함유할 수 있다.
예를 들면, 수지는 도전성 패턴부(51)와 태양 전지(12)와의 접착성을 향상시키기 위해 실란(silane)계 커플링(coupling)제, 티타네이트(titanate)계 커플링제, 알루미네이트(aluminate)계 커플링제 등의 개질 재료를 함유할 수 있으며, 도전성 입자의 분산성을 향상시키기 위해 인산 칼슘이나 탄산칼슘 등의 분산제를 함유할 수 있다. 또한 수지는 탄성률을 제어하기 위해 아크릴 고무, 실리콘 고무, 우레탄 등의 고무 성분을 함유할 수 있다.
그리고 도전성 입자는 도전성을 갖는 것이라면 그 재료는 특별히 한정되지 않는다. 도전성 입자는 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au), 철(Fe), 니켈(Ni), 납(Pb), 아연(Zn), 코발트(Co), 티타늄(Ti) 및 마그네슘(Mg)으로부터 선택된 1종 이상의 금속을 주성분으로 포함할 수 있으며, 금속 입자만으로 이루어지거나, 금속 피복 수지 입자로 이루어질 수 있다. 이러한 구성의 도전성 접착 필름은 박리 필름을 더 포함할 수 있다.
도전성 입자의 압축 응력을 완화하고 접속 신뢰성을 향상시키기 위해서는 도전성 입자로 금속 피복 수지 입자를 사용하는 것이 바람직하다.
분산성을 향상시키기 위해 도전성 입자는 2㎛ 내지 30㎛의 입경을 갖는 것이 바람직하다.
수지가 경화한 뒤의 접속 신뢰성 측면에서, 수지 내에 분산되는 도전성 입자의 배합량은 도전성 접착 필름의 전체 체적에 대하여 0.5 체적% 내지 20 체적%로 하는 것이 바람직하다. 도전성 입자의 배합량이 0.5 체적% 미만이면 전면 전극과의 물리적인 접점이 감소하므로 전류 흐름이 원활하게 이루어지지 않을 수 있으며, 상기 배합량이 20 체적%를 초과하면 수지의 상대적 양이 감소하여 접착 강도가 저하될 수 있다.
다음, 도 8를 참고로 하여 본 실시예에 따른 태양 전지의 또 다른 예를 설명한다.
도 8에 도시한 것처럼, 본 예에 따른 태양 전지(13)는 이미 도 6 및 도 7을 참고로 설명한 것처럼, 격자 형상으로 배치된 제1 에미터 부분(1211)과 제2 에미터 부분(1212)을 구비한 에미터부(121)가 형성된 기판(110)의 전면에 전면 전극(141a)과 복수의 전면 버스바(142a)를 구비한 전면 전극부(140a)가 위치한다.
이 경우, 기판(110)의 후면은 도 1 및 도 2에 도시한 것과 동일하여, 기판(110)의 후면 위에 위치한 후면 전극(151)과 후면 전극(151)과 연결된 복수의 후면 버스바(152), 그리고 후면 전극(151)이 위치한 기판(110)의 후면에 위치한 후면 전계부(172)를 구비하고, 각 후면 버스바(152)는 정해진 방향으로 길게 뻗어 있다. 이 경우에도, 기판(110)의 후면 버스바(152)는 기판(110)의 전면에 형성된 복수의 전면 버스바(142a)과 마주하는 위치에서 해당 방향으로 기판(110)의 후면 위에서 뻗어 있다.
하지만, 전면 전극(141a)은, 도 6 및 도 7에 도시한 전면 전극(141)과는 달리, 제3 방향으로 서로 이격되어 나란히 뻗어 있는 부분(1411)뿐만 아니라 도 4에 도시한 복수의 전면 버스바(142)의 연장 방향인 제4 방향으로 서로 이격되어 나란히 뻗어 있는 부분(1412)을 구비한다. 이로 인해, 도 8에 도시한 것처럼, 전면 전극(141a)은 복수의 전면 전극(141)과 복수의 전면 버스바(142)의 배치 형상과 유사하게 에미터부(121) 위에서 격자 형상으로 배치되어 있다. 이때, 전면 전극(141a)의 격자 형상은 제2 에미터 부분(1212)의 격자 형상과 소정 각도(예, 45도) 어긋나 있으므로, 제2 에미터 부분(1212)의 제1 부분(12a)과 제2 부분(12b)은 전면 전극(141a)의 제1 부분(1411)과 제2 부분(1412)과 서로 다른 직선 상에 위치한다.
이와 같이, 전면 전극(141a)이 도 8을 기준으로 세로 방향뿐만 아니라 가로 방향으로 뻗어 있으므로 전면 전극(141a)의 형성 면적이 증가하여 전면 전극(141a)에 의해 수집되는 전하의 양은 크게 증가한다.
도 8의 태양 전지(13)에서, 복수의 전면 버스바(142a)는 기판(110)의 한 면(도 7의 경우 하부면)에 가장 인접한 전면 전극(141)[예, 전면 전극(141)의 제1 부분(1411)]에 연결되어 있고 일정한 간격을 두고 이격되어 있다. 이때, 각 전면 버스바(142a)의 폭(W1)은 전면 전극(141a)의 각 부분(1411, 1412)의 폭(W2)보다 크고, 인접한 기판(110)의 가장자리까지 뻗어 있다. 따라서, 도 1 및 도 2에 도시한 각 전면 버스바(142)와 비교할 때, 전면 버스바(142a)의 길이(L1)는 크게 감소하고, 이로 인해, 각 전면 버스바(142a)는 각 후면 버스바(152a)보다 짧은 길이는 갖는다.
이와 같이, 전면 버스바(142a)의 형성 면적이 감소함에 따라 전면 전극(141a)의 형성 면적 증가로 인한 입사 면적 감소를 보상하게 되어, 기판(110)으로 입사되는 빛이 감소하는 것을 방지한다.
이 경우, 리본(70)은, 도 9에 도시한 것처럼, 인접한 두 태양 전지(13)에서 한 태양 전지(13)에 위치한 전면 버스바(142a)와 다른 한 태양 전지(13)에 위치한 후면 버스바(152) 사이에 위치하여, 인접한 태양 전지(13)를 전기적으로 직렬 또는 병렬 연결시켜 외부 장치로 수집된 전하를 전달하게 된다. 이때, 전면 버스바(142a)의 길이(L1)의 길이가 후면 버스바(152)의 길이보다 짧기 때문에, 도 8에 도시한 것처럼, 전면 버스바(142a) 위에 위치하는 리본(70)의 부분이 후면 버스바(152) 위에 위치하는 리본(70)의 부분보다 짧다. 이로 인해, 리본(70)의 소비량이 감소하여, 태양 전지(13)의 제조 비용이 감소한다.
도 8에 도시한 것처럼 기판(110)의 전면에 위치한 전면 전극(141a)이 격자 형태로 배치될 경우, 도 10에 도시한 것과 같은 다른 예의 태양 전지(14)는 격자 형태의 전면 전극(141a)만 구비하고 전면 버스바를 구비하지 않는다. 이 경우, 이미 도 6 및 도 7을 참고로 하여 설명한 것처럼, 이 태양 전지(14) 역시 기판(110)의 후면에 버스바를 구비하고 있지 않다.
따라서, 제1 및 제2 에미터 부분(1211, 1212)을 구비한 태양 전지(14)에서 기판(110)의 전면에 형성된 전면 전극부의 구조는 도 8에서 전면 버스바(142a)를 제거한 구조와 동일하고, 기판(110)의 후면 구조는 도 6 및 도 7에 도시한 구조와 동일하다.
이때, 전면 전극(141a)에 의해 수집된 전하는 이미 도 6 및 도 7을 참고로 하여 설명한 것처럼 도전성 필름을 기판(110)의 전면 및 기판(110)의 후면 위에 해당 전극(141a, 151)과 연결되도록 부착하여, 외부 장치로 출력하게 된다.
이럴 경우, 제1 및 제2 에미터 부분(1211, 1212)과 격자 형상의 전면 전극(141a)에 의해 효과 이외에도 고가의 비용이 소요되는 버스바가 생략되므로 태양 전지(14)의 제조 비용이 줄어드는 효과가 발생한다.
이미 설명한 것처럼, 도 8 및 도 10에 도시한 전면 전극(141a)은 도 1, 도 2 및 도 4에 도시한 전면 전극(141)의 형성 면적보다 큰 면적에 위치하게 되므로, 전면 전극(141a)은 전면 전극(141)의 배선 저항값보다 작은 배선 저항을 갖고 있고 전면 전극(141a)의 각 부분(1411, 1412)을 통해 이동하는 전하의 양은 전면 전극(141) 각각을 따라 이동하는 전하의 양보다 감소하게 된다.
따라서 대안적인 예에서, 전면 전극(141a)의 각 부분(1411, 1412)의 전하 운송 부담이 전면 전극(141) 각각보다 감소하므로, 전면 전극(141a)의 각 부분(1411, 1412)의 폭(W1, W2)은 도 1, 도 2 및 도 4에 도시한 전면 전극(141)의 폭(W3)보다 작을 수 있다. 예를 들어, 도 1, 도 2 및 도 4에 도시한 전면 전극(141)의 폭(W3)은 80㎛ 내지 120㎛일 수 있고, 도 8 및 도 10에 도시한 전면 전극(141a)의 제1 및 제2 부분(1411, 1412)의 폭(W1, W2)은 각각 40㎛ 내지 100㎛일 수 있다.
또 다른 예에 따른 태양 전지는 도 11 및 도 12에 도시한 것처럼, 도 1 및 도 2에 도시한 태양 전지(11)와 비교할 때 제2 에미터 부분(1212a, 1212b)의 구조만 상이하고, 다른 구성요소의 구조는 동일하다.
즉, 도 11의 경우, 태양 전지의 제2 에미터 부분(1212a)은 제1 방향으로 뻗어 있는 부분[도 3에서 제1 부분(12a)]만 구비하고 있고, 도 12의 경우, 태양 전지의 제2 에미터 부분(1212b)은 제2 방향으로 뻗어 있는 부분[도 3에서 제2 부분(12b)]만 구비하고 있다. 따라서, 도 11에서, 제2 에미터 부분(1212a)은 제1 방향으로 서로 이격되게 뻗어 있고, 도 12에서, 제2 에미터 부분(1212b)은 제2 방향으로 서로 이격되게 뻗어 있다.
도 3을 참고로 하여 설명한 것처럼, 도 11 및 도 12의 제2 에미터 부분(1212a, 1212b)은 각각 기판의 측면과 사선 방향으로 뻗어 있고 기판의 측면과 소정 각도를 이루고 있다. 이때, 소정 각도는 0도보다 크고 90도보다 작은 각이다.
도 11 및 도 12에 도시한 것처럼, 복수의 전면 전극(141)은 제2 에미터 부분(1212a, 1212b)을 가로지르게 뻗어 있으므로, 제2 에미터 부분(1212a, 1212b)과 연결된 부분에서 제2 에미터 부분(1212a, 1212b)을 통해 이동하는 전하를 수집하게 된다.
이러한 제2 에미터 부분(1212a, 1212b)에 의해, 제1 에미터 부분(1211)에서인접한 전면 전극(141), 제2 에미터 부분(1212a, 1212b) 또는 전면 버스바(142)로 이동하는 전하의 이동 거리가 줄어들고 전하의 이동 방향이 다양해져 전면 전극부(140)나 반도체 전극인 제2 에미터 부분(1212)으로 이동하는 전하의 양이 증가하므로, 태양 전지에서 출력되는 전하의 양이 증가한다. 태양 전지가 도 11 및 도 12에 도시한 에미터부(1212a, 1212b)를 구비할 경우, 전면 전극부(140)의 구조는 도 5, 6, 8 및 10에 도시한 구조를 가질 수 있다.
다음, 도 13 내지 도 22를 참고로 하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지의 다양한 예들을 설명한다.
먼저, 도 13 내지 도 15를 참고로 하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지의 한 예를 설명한다.
도 1 및 도 2에 도시한 태양 전지(11)와 비교할 때, 동일한 기능을 수행하는 구성요소에 대해서는 같은 도면 부호를 부여하고 그에 대한 자세한 설명은 생략한다.
도 13 및 도 14에 도시한 태양 전지(15)는 입사면인 기판의 전면에 위치한 복수의 버스바를 기판의 후면에 위치시키고, 기판에 형성된 복수의 비아홀(via hole)을 이용하여 기판의 전면에 위치한 복수의 전면 전극과 기판의 후면에 위치한 복수의 버스바를 연결한 구조의 태양 전지이다.
즉, 도 13 및 도 14에 도시한 것처럼, 태양 전지(15)는 복수의 비아홀 (181)을 구비하고 있는 기판(110), 기판(110)에 위치하고 복수의 제1 및 제2 에미터 부분(1211, 1212)을 구비한 에미터부(121), 입사면인 기판(110)의 전면에 위치한 에미터부(121) 위에 위치하는 반사 방지부(130), 기판(110) 전면의 에미터부(121) 위에 위치한 복수의 전면 전극(141), 기판(110)의 후면에 위치하는 후면 전극(151), 비아홀(181)과 비아홀(181) 주변에 위치한 기판(110) 후면의 에미터부(121)에 위치하고 복수의 전면 전극(141)과 연결되어 있는 복수의 전면전극용 버스바(142b), 기판(110)의 후면에 위치하고 후면 전극(151)과 연결되어 있는 복수의 후면전극용 버스바(152), 그리고 후면 전극(151)과 접해 있는 기판(110)의 후면에 위치하는 후면 전계부(172)를 구비한다.
이러한 태양 전지(15)에서 에미터부(121)는 도 3에 도시한 것과 같이 서로 면저항값, 불순물 도핑 농도 및 불순물 도핑 깊이가 상이한 제1 및 제2 에미터 부분(1211, 1212)을 구비하고 있고, 제2 에미터 부분(1212)는 서로 교차하고 기판(110)의 측면에 대해 사선 방향인 제1 및 제2 방향으로 뻗어 있다. 따라서, 이미 기재한 것처럼, 제2 에미터 부분(1212)은 기판(110)의 전면에 격자 형상으로 위치하며, 기판(110)의 측면과 90도보다 작은 각도(도 3의 θ1, θ2)를 이루며 뻗어 있다.
이러한 구조를 갖는 에미터부(121)에 복수의 전면 전극(141)이 서로 나란하게 이격되어 제2 에미터 부분(1212)의 연장 방향인 제1 및 제2 방향과 다른 제3 방향으로 뻗어 있습니다.
이미 설명한 것처럼, 제3 방향은 기판(11)의 측면[도 15에서, 상측과 하측에 위치한 기판(110)의 측면]과 나란한 방향이다.
이러한 복수의 전면 전극(141)은 에미터부(121)쪽으로 이동한 전하를 수집하여 비아홀(181)을 통해 연결되어 있는 복수의 전면전극용 버스바(142a)로 전달한다.
이러한 태양 전지(15)에서, 복수의 전면전극용 버스바(142a)는 이미 설명한 것처럼, 기판(110)의 후면에 위치하고, 기판(110)의 전면에 위치한 복수의 전면 전극(141)과 교차하는 방향으로 서로 나란하게 뻗어 있으므로, 주로 스트라이프 형상을 갖는다.
복수의 비아홀(181)은 복수의 전면 전극(141)과 복수의 전면전극용 버스바(142b)가 교차하는 기판(110) 부분에 형성되어 있다. 복수의 전면 전극(141)과 복수의 전면전극용 버스바(142b) 중 적어도 하나가 복수의 비아홀(181)을 통해 기판(110)의 전면과 후면 중 적어도 한쪽으로 연장되어 비아홀(181) 내부 또는 그 근처에서 서로 연결되므로, 서로 반대쪽에 위치하는 복수의 전면 전극(141)과 복수의 전면전극용 버스바(142b)가 연결된다. 이로 인해, 복수의 비아홀(181)을 통하여 복수의 전면 전극(141)과 복수의 전면전극용 버스바(142b)는 전기적 및 물리적으로 연결되어 있다.
이때, 비아홀(181)은 텍스처링 표면을 형성하기 전에 레이저빔 등을 이용하여 형성될 수 있다.
또한 레이저 빔을 이용하여 제1 및 제2 에미터 부분(1211, 1212)을 구비한 에미터부(121)를 형성할 경우, 레이저 빔의 파워(power)나 조사 시간 등을 변경하여 비아홀(181)은 형성될 수 있다. 이럴 경우, 동일한 공정으로 제1 및 제2 에미터 부분(1211, 1212)을 구비한 에미터부(121)와 비아홀(181)이 형성되므로, 태양 전지(15)의 제조 시간이 단축된다.
이러한 복수의 전면전극용 버스바(142b)는 도 1 및 도 2에 도시한 복수의 전면 버스바(142)와 동일하게 복수의 전면 전극(141)으로부터 전달되는 전하를 외부 장치로 출력한다.
복수의 후면전극용 버스바(152)는 도 1 및 도 2의 후면 버스바(152)와 실질적으로 동일하다. 따라서 후면전극용 버스바(152)는 인접한 후면 전극(151)과 연결되어 있고, 후면 전극(151)을 통해 전달된 전하를 외부 장치로 출력한다.
이러한 전면전극용 버스바(142b)와 후면전극용 버스바(152)는 은(Ag)과 같은 도전성 물질을 함유하고 있다.
이러한 구조로 인해, 기판(110)의 후면에는 전면전극용 버스바(142b)와 후면 버스바(152)가 교대로 번갈아 위치한다. 이때, 기판(110)의 후면에 위치한 에미터부(1212)를 통해 전면전극용 버스바(142b)와 후면 전극(151)간의 전기적인 연결을 방지하기 위해, 태양 전지(15)는 기판(110)의 후면 일부를 노출하고 복수의 전면전극용 버스바(142b)를 에워싸는 복수의 노출부(183)를 구비하고 있다.
이러한 복수의 노출부(183)에 의해 서로 다른 종류의 전하를 수집하는 전면전극용 버스바(142b)와 후면전극(151)간의 연결이 차단되어, 전면전극용 버스바(142b)와 후면전극(151)으로 각각 이동한 서로 다른 전하(예, 전자와 정공)가 다시 재결합되는 것을 방지한다.
본 실시예의 경우, 전면전극용 버스바(142b)가 빛이 입사되지 않는 기판(110)의 후면에 위치하므로, 빛의 입사 면적이 증가하고, 이로 인해, 태양 전지(15)의 효율이 향상된다.
또한, 이미 설명한 것처럼 제1 에미터 부분(12111)보다 높은 불순물 도핑 농도와 낮은 면저항값을 갖는 제2 에미터 부분(1212)에 의해 전하의 수집 동작이 행해져, 전하의 이동 거리가 감소하는 반면 전하의 이동 방향이 증가하여 에미터부(121)에서 전면 전극(141)으로 이동하는 전하의 양은 크게 증가한다.
이와 같이, 복수의 비아홀을 이용하여 기판의 전면에 위치한 복수의 전면 전극과 복수의 후면에 위치한 복수의 전면전극용 버스바를 연결하는 태양 전지의 다른 예를 도 13을 참고로 하여 설명한다.
도 16에 도시한 태양 전지(16)는 도 15에 도시한 태양 전지(15)와 비교할 때, 전면 전극의 형상을 제외하면 동일한 구조를 갖고 있다. 따라서 동일한 부분에 대한 자세한 설명은 생략한다.
도 16에 도시한 것처럼, 본 예의 태양 전지(16)는 기판(110)의 전면에 위치한 전면 전극(141a)는 도 10에 도시한 태양 전지(14)에서의 전면 전극 형상과 동일하다. 즉, 전면 전극(141a)는 제3 방향으로 뻗어 있는 제1 부분(1411)과 제3 방향과 교차하는 제4 방향으로 뻗어 있는 제2 부분(1412)을 구비하고 기판(110)의 전면 위에서 격자 형상으로 배치되어 있다. 이때, 제2 에미터 부분(1212)의 제1 부분(12a)과 제2 부분(12b)의 교차점과 전면 전극(141a)의 제1 부분(1411)과 제2 부분(1412)의 교차점을 서로 중첩한다. 이로 인해, 제2 에미터 부분(1212)을 통해서 전면 전극(141a)으로 이동한 전하의 양이 좀더 증가한다.
비아홀(181)이 형성되는 기판(110)의 위치는 역시 기판(110)의 후면에 위치한 전면전극용 버스바(142b)과 기판(110)의 전면에 위치한 전면 전극(141a)이 중첩하는 곳이다. 이때, 전면전극용 버스바(142b)는 전면 전극(141a)의 제1 부분(1411)과 제2 부분(1412)의 교차점과 중첩하게 위치하므로, 복수의 비아홀(181)은 전면 전극(141a)의 제1 부분(1411)과 제2 부분(1412)의 교차점에 형성된다. 이로 인해, 비아홀(181)을 통해 전면 전극(141a)에서 전면전극용 버스바(142b)로 전달되는 전하의 양은 좀더 증가한다.
이로 인해, 격자 형상으로 배치된 제2 에미터 부분(1212)에 의해 전하의 수집 동작이 이루어져, 전하의 이동 거리의 감소와 전하의 이동 방향의 증가로 인해 에미터부(121)에서 전면 전극(141)으로 이동하는 전하의 양은 크게 증가한다. 또한, 전하를 수집하는 전면 전극(141a)의 형성 면적이 증가하여 전하의 수집량은 더욱더 증가한다.
이미 설명한 것처럼, 기판(110)의 전면에 빛의 입사 면적을 감소시키는 버스바가 위치하지 않으므로, 태양 전지(16)의 효율은 더욱 향상된다
다음, 도 17을 참고로 하여, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지를 설명한다.
도 17에 도시한 태양 전지(17)는 기판(110)의 전면뿐만 아니라 후면에도 빛이 입사되도록 설계된 양면 수광형 태양 전지이다.
따라서, 도 17에 도시한 것처럼, 기판(110)의 후면에 위치한 후면 전극(151a)은, 도 4에 도시한 것처럼, 기판(110)의 전면에 위치한 전면 전극(141)과 동일하게 복수 개로 이루어져 기판(110)의 후면에서 전면 전극과 동일한 방향으로 서로 이격되어 위치한다.
이때, 기판(110)의 전면과 후면에는 도 1 및 도 2의 경우와 동일하게 복수의 전면 전극(141)과 복수의 후면 전극(151a)과 각각 교차하는 방향으로 뻗어 있고 기판(110)을 중심으로 서로 마주보고 있는 복수의 전면 버스바(142)와 복수의 후면 버스바(152)가 존재한다. 하지만, 기판(110)의 후면에 복수의 후면 전극(151a)과 복수의 후면 버스바(152)를 형성하기 전에 후면 전계부(172)가 형성될 수 있다. 도 17에 도시한 것처럼, 복수의 후면 버스바(152)와 접해 있는 기판(110)의 후면에도 후면 전계부(172a)가 위치하지만, 이에 한정되지 않는다.
도 1 내지 도 2에 도시한 태양 전지(11)와 비교할 경우, 본 예의 태양 전지(17)는 기판(110)의 후면에 위치한 후면 전극(151a) 및 후면 전계부(172a)를 제외하면 도 1 및 도 2의 태양 전지(110)와 동일한 구조를 갖고 있다.
즉, 태양 전지(17)에서 기판(110)의 전면에 위치한 에미터부(121) 역시 도 3에 도시한 것처럼 제1 에미터 부분(1211)과 격자 형태로 배치된 제2 에미터 부분(1212)을 구비하고 있다.
이로 인해, 격자 형상으로 배치된 제2 에미터 부분(1212)에 의해 전하의 수집 동작이 이루어져, 전하의 이동 거리의 감소와 전하의 이동 방향의 증가로 인해 에미터부(121)에서 전면 전극(141)으로 이동하는 전하의 양은 크게 증가한다. 또한, 전하를 수집하는 전면 전극(141a)의 형성 면적이 증가하여 전하의 수집량은 더욱더 증가한다.
또한, 기판(110)의 양면으로 빛이 수광되므로, 기판(110) 내로 입사되는 빛의 양이 증가하고, 이로 인해, 기판(110)의 제1 도전성 타입 부분과 에미터부(121) 간의 p-n 접합에 의해 생성되는 전하의 양이 증가한다. 이로 인해, 태양 전지(17)의 효율은 더욱 향상된다.
이러한 양면 수광형 태양 전지(17)는 다른 예로서, 이미 도 5 내지 도 10에 시한 것과 같은 형태로 전면 전극(141)과 후면 전극(151a) 또는 버스바(141, 152)의 구조를 가질 수 있다.
예를 들어, 양면 수광형 태양 전지의 다른 예들은 복수의 전면 버스바와 후면 버스바를 구비하지 않고 복수의 전면 전극(141)과 복수의 후면 전극(151a)을 구비한 구조, 제3 및 제4 방향으로 뻗어 있는 격자 형태를 각각 갖는 전면 전극 및 후면 전극 그리고 기판(110)의 전면 가장자리부와 후면 가장자리부에 각각 위치한 복수의 전면 버스바(142) 및 복수의 후면 버스바를 구비한 구조, 또는 전면 버스바와 후면 버스바를 구비하지 않고 제3 및 제4 방향으로 뻗어 있는 격자 형태의 전면 전극(141a)과 후면 전극을 각각 구비한 구조를 가질 수 있다.
또한, 양면 수광형 태양 전지(17)는 또 다른 예로서, 이미 도 11 및 도 12에도시한 것과 같이, 기판의 측면과 사선으로 제1 또는 제2 방향을 뻗어 있는 복수의 제2 에미터 부분(1212a, 1212b)을 구비할 수 있다. 이 경우, 전면 전극(141)과 후면 전극(151a) 또는 버스바(141, 152)의 구조는 도 5 내지 도 10에 도시한 것 중 하나를 가질 수 있다.
다음, 도 18 및 도 20을 참고로 하여, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지(18, 19)를 살펴본다.
본 예에 따른 태양 전지(18, 19)는 에미터부의 구조를 제외하면 이미 도 1 내지 도 17에 도시한 태양 전지(11-17)와 동일한 구조를 갖는다.
즉, 본 예의 태양 전지(18)에서, 에미터부(121a)는 전면 전극(141, 141a)과 전면 버스바(142, 142a) 하부에도 제1 에미터 부분(1211)보다 높은 불순물 도핑 농도와 불순물 도핑 두께(또는 두께)를 갖는 제3 에미터 부분(1213)을 구비한다. 불순물 도핑 두께가 제1 에미터 부분(1211)보다 크기 때문에, 제3 에미터 부분(1213)은 제1 에미터 부분(1211)보다 작은 면저항값을 갖는다.
이때, 제3 에미터 부분(1213)은 복수의 전면 전극(141) 하부에 위치하여 전면 전극(141)을 따라 뻗어 있는 제1 부분(13a)과 복수의 전면 버스바(142) 하부에 위치하여 전면 버스바(142)를 따라 뻗어 있는 제2 부분(13b)를 구비한다.
제3 에미터 부분(1213)의 불순물 도핑 농도, 불순물 도핑 두께 및 면저항값은 제2 에미터 부분(1212)의 그것들과 동일하거나 다를 수 있다.
제3 에미터 부분(1213)의 불순물 도핑 농도, 불순물 도핑 두께 및 면저항값이 제2 에미터 부분(1212)의 그것들과 다를 경우, 도 20에 도시한 태양 전지(19)처럼, 제3 에미터 부분(1213)은 제2 에미터 부분(1212)보다 큰 불순물 도핑 두께(또는 두께)와 불순물 도핑 농도를 갖고 또한 제2 에미터 부분(1212)보다 작은 면저항값을 갖는다.
이러한 제3 에미터 부분(1213)은 도 5 내지 도 17에 도시한 태양 전지(12-17)에도 동일하게 적용될 수 있다. 이때, 복수의 전면 버스바(142, 142a)를 구비하지 않을 경우, 제3 에미터 부분(1213)은 한 방향으로 뻗어 있는 스트라이프 형상의 전면 전극(141) 하부 또는 서로 교차하는 방향으로 뻗어 있는 격자 형상의 전면 전극(141a) 하부에만 위치하여 전면 전극(141, 141a)을 따라 뻗어 있게 된다.
이로 인해, 전면 전극(141, 141a) 및 전면 버스바(142, 142a) 하부에 제1 에미터 부분(1211)보다 불순물 도핑 두께와 불순물 도핑 농도가 증가한 제3 에미터 부분(1213)이 존재하여, 전면 전극(141, 141a) 및 전면 버스바(142, 142a) 중 적어도 하나 전부가 제3 에미터 부분(1213)에 접하게 된다.
또한, 제3 에미터 부분(1213)은 도 11 및 도 12에 도시한 에미터부(121a, 121b)에도 적용 가능하여, 전면 전극(141, 141a) 및 전면 버스바(142, 142a) 하부에 제1 에미터 부분(1211)보다 불순물 도핑 두께와 불순물 도핑 농도가 증가한 제3 에미터 부분(1213)이 존재한다.
따라서, 제3 에미터 부분(1213)과 전면 전극(141, 141a) 및 전면 버스바(142, 142a) 중 적어도 하나와의 접촉 저항이 감소하고 제2 에미터 부분(1213)의 전도도가 제1 에미터 부분(1211)보다 증가함에 따라, 제3 에미터 부분(1213)에서 전면 전극(141, 141a) 및 전면 버스바(142, 142a) 중 적어도 하나로 이동하는 전하의 양이 증가하고 전하의 이동 역시 좀더 용이하게 행해진다.
또한, 전면 전극(141, 141a) 및 전면 버스바(142, 142a) 중 적어도 하나와 접하는 제3 에미터 부분(1213)의 불순물 도핑 두께가 증가함에 따라 열처리 시 반사 방지부를 관통하여 반사 방지부 하부에 위치한 제3 에미터 부분(1213)과 접촉할 때 면 전극(141, 141a) 및 전면 버스바(142, 142a) 중 적어도 하나가 제3 에미터 부분(1213)을 관통해 기판(110)의 제1 도전성 타입 부분과 접촉하는 션트(shunt) 불량의 발생이 방지된다. 이로 인해, 태양 전지의 효율 감소와 불량율이 줄어든다.
더욱이, 전하의 이동 통로로 작용하는 제2 에미터 부분(1212)이 제3 에미터부분(1213)보다 작은 불순물 도핑 농도를 갖고 있을 경우, 높은 불순물 도핑 농도로 인해 발생하는 전하의 재결합율이 줄어들어, 불순물로 인해 손실되는 전하의 양이 감소하여, 제2 에미터 부분(1212)에서 전면 전극(141, 141a) 및 전면 버스바(142, 142a) 중 적어도 하나로 이동하는 전하의 양이 증가한다. 또한, 도 21 및 도 22에 도시한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지(20, 21)에서, 격자 형상의 제2 에미터 부분(1212)을 구비하고 있다. 하지만, 제2 에미터 부분(1212)의 연장 방향은 전면 전극(141a)의 연장 방향과 동일하다. 즉, 제2 에미터 부분(1212)의 제1 부분(12a)은 전면 전극(141a)의 제1 부분(1411)의 연장 방향과 동일한 제3 방향으로 뻗어 있고, 제2 에미터 부분(1212)의 제2 부분(12b)은 전면 전극(141a)의 제2 부분(1412)의 연장 방향과 동일한 제4 방향으로 뻗어 있다. 이로 인해, 제2 에미터 부분(1212)의 제1 부분(12a)은 전면 전극(141a)의 제1 부분(1411)과 나란히 뻗어 있고, 제2 에미터 부분(1212)의 제2 부분(12b)은 전면 전극(141a)의 제2 부분(1412)과 나란히 뻗어 있다. 또한, 제2 에미터 부분(1212)의 제1 부분(12a)과 제2 부분(12b)은 기판의 측면과 수직일 수 있다.
이로 인해, 도 21에 도시한 것처럼, 본 예의 태양 전지(20)는 제3 방향으로 뻗어 있는 제2 에미터 부분(1212)의 제1 부분(12a)과 전면 전극(141a)의 제1 부분(1411)은 제4 방향으로 소정 거리 어긋나 있고, 제4 방향으로 뻗어 있는 제2 에미터 부분(1212)의 제2 부분(12b)과 전면 전극(141a)의 제2 부분(1412)은 제3 방향으로 소정 거리 어긋나 있다. 이로 인해, 제2 에미터 부분(1212)의 제1 부분(12a) 및 제2 부분(12b)은 전면 전극(141a)의 제1 부분(1411) 및 제2 부분(1412)과 서로 다른 평행선 상에 위치한다.
또한, 도 22에 도시한 태양 전지(21)에서, 제2 에미터 부분(1212)은 도 21에 도시한 것과 같이 제2 에미터 부분(1212)의 제1 부분(12a) 및 제2 부분(12b)은 서로 교차하는 방향을 뻗어 있고, 기판의 측면과 수직이다. 이때, 제2 에미터 부분(1212) 위에 위치하는 전면 전극부(140)는 도 1 및 도 4에 도시한 것처럼, 서로 교차하는 방향으로 뻗어 있는 복수의 전면 전극(141)과 복수의 전면 버스바(142)를 구비하고 있고, 이때, 제2 에미터 부분(1212)의 제1 부분(12a)은 복수의 전면 전극(141)과 같은 방향인 제3 방향으로 뻗어 있고, 제2 에미터 부분(1212)의 제2 부분(12b)은 복수의 전면 버스바(142)와 같은 방향인 제4 방향으로 뻗어 있다.
기판(110)에 위치한 제2 에미터 부분(1212) 및 전면 전극(141a, 141) 중 적어도 하나의 형성 면적이 증가하므로, 전하의 이동 거리가 감소하므로, 제2 에미터 부분(1212)이나 전면 전극(141a, 141)으로 이동하는 전하의 양이 증가한다.
도 21에 도시한 태양 전지(20)는 도 7과 같이 복수의 전면 버스바(142a)를 구비할 수 있다.
또한, 다른 예에서, 전면 전극(141a) 하부에 위치하여 전면 전극(141a)과 접해 있는 에미터부(121)는, 도 18 내지 도 20에 도시한 것처럼, 제3 에미터 부분(1213)을 더 구비할 수 있다. 이 경우, 제3 에미터 부분(1213)은 이미 설명한 것처럼 제2 에미터 부분(1212)과 불순물 도핑 농도와 불순물 도핑 두께(또는 두께)가 동일하거나 제2 에미터 부분(1212)의 과 불순물 도핑 농도와 불순물 도핑 두께(또는 두께)보다 클 수 있다. 이로 인해, 제3 에미터 부분(1213)은 제2 에미터 부분(1212)의 면저항값보다 같거나 작을 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 (24)

  1. 서로 마주보는 한 쌍의 제1 측면과, 상기 한 쌍의 제1 측면과 교차하는 방향으로 위치하며 서로 마주보는 한 쌍의 제2 측면을 구비하는 제1 도전성 타입의 결정질 반도체 기판,
    상기 기판의 제1 면에 위치하고, 상기 제1 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입을 갖고 있고, 제1 두께를 갖는 제1 에미터 부분과 상기 제1 두께보다 큰 제2 두께를 가지며 상기 제1 에미터 부분과 물리적으로 연결된 제2 에미터 부분을 포함하는 에미터부,
    상기 에미터부 위에 위치하며, 상기 제1 에미터 부분 및 상기 제2 에미터 부분과 물리적으로 연결된 제1 전극, 그리고
    상기 기판의 상기 제1 면의 반대편인 제2 면에 위치하고 상기 기판과 연결되어 있는 제2 전극
    을 포함하고,
    상기 제2 에미터 부분은 상기 결정질 반도체 기판의 제1 면과 수평이며 서로 교차하는 제1 방향과 제2 방향으로 각각 뻗는 제1 부분과 제2 부분을 구비한 형태 및 상기 결정질 반도체 기판의 제1 면과 수평이며 상기 제1 측면 및 제2 측면 중 적어도 하나의 측면에 대해 사선 방향으로 뻗은 형태 중 적어도 하나를 갖는 태양 전지.
  2. 제1항에서,
    상기 제1 부분과 상기 제2 부분은 복수의 교차점을 구비하는 태양 전지.
  3. 제1항에서,
    상기 제1 전극은 상기 결정질 반도체 기판의 제1 면과 수평인 제3 방향으로 뻗어 있는 제1 부분을 포함하는 태양 전지.
  4. 제3항에서,
    상기 제3 방향은 상기 제1 및 제2 방향과 다른 태양 전지.
  5. 제3항에서,
    상기 제3 방향은 상기 제1 방향과 동일한 태양 전지.
  6. 제3항에서,
    상기 제1 전극은 상기 결정질 반도체 기판의 제1 면과 수평이며 상기 제3 방향과 다른 제4 방향으로 뻗어 있으며, 상기 제1 부분과 물리적으로 연결된 제2 부분을 더 포함하는 태양 전지.
  7. 제6항에서,
    상기 제3 방향은 상기 결정질 반도체 기판의 상기 제2 측면과 평행하며, 상기 제4 방향은 상기 결정질 반도체 기판의 상기 제1 측면과 평행한 태양 전지.
  8. 제6항에서,
    상기 제4 방향은 상기 제1 및 제2 방향과 다른 태양 전지.
  9. 제6항에서,
    상기 제4 방향은 상기 제2 방향과 동일한 태양 전지.
  10. 제6항에서,
    상기 제1 전극의 제1 부분의 폭은 상기 제1 전극의 제2 부분의 폭과 동일한 태양 전지.
  11. 제1항에서,
    상기 제2 에미터 부분과 상기 제1 전극은 45도의 각도로 교차하는 태양 전지.
  12. 제1항에서,
    상기 제1 방향과 상기 제2 방향은 수직으로 교차하는 태양 전지.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에서,
    상기 에미터부는 상기 제1 전극의 직하부에 위치하고, 상기 제1 전극과 연결되어 있으며, 상기 제1 에미터 부분 및 상기 제2 에미터 부분과 물리적으로 연결된 제3 에미터 부분을 더 포함하는 태양 전지.
  14. 제13항에서,
    상기 제3 에미터 부분은 상기 제2 두께와 동일한 두께를 갖는 태양 전지.
  15. 제13항에서,
    상기 제3 에미터 부분은 상기 제2 두께보다 큰 두께를 갖는 태양 전지.
  16. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에서,
    상기 제1 전극과 물리적으로 연결되어 있는 버스바를 더 포함하는 태양 전지.
  17. 제16항에서,
    상기 에미터부는 상기 버스바의 직하부에 위치하고, 상기 버스바와 연결되어 있으며, 상기 제1 에미터 부분 및 상기 제2 에미터 부분 중 적어도 하나의 부분과 물리적으로 연결된 제3 에미터 부분을 더 포함하는 태양 전지.
  18. 제17항에서,
    상기 제3 에미터 부분은 상기 제2 두께와 동일한 두께를 갖는 태양 전지.
  19. 제17항에서,
    상기 제3 에미터 부분은 상기 제2 두께보다 큰 두께를 갖는 태양 전지.
  20. 제16항에서,
    상기 버스바는 상기 기판의 제1 측면 또는 제2 측면에 가장 인접한 상기 제1 전극에만 연결되어 있는 태양 전지.
  21. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에서,
    상기 제2 면에 위치하고 상기 제2 전극과 분리되어 있는 버스바를 더 포함하는 태양 전지.
  22. 제21항에서,
    상기 기판은 복수의 비아홀을 더 구비하고 있고, 상기 제1 전극과 상기 버스바 중 적어도 하나는 상기 복수의 비아홀 내에 위치하여 상기 복수의 비아홀을 통해 서로 연결된 연결된 태양 전지.
  23. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에서,
    상기 기판의 상기 제1 면은 빛이 입사되는 입사면인 태양 전지.
  24. 제23항에서,
    상기 기판의 상기 제2 면은 입사면인 태양 전지.
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