KR101699309B1 - 태양 전지의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 태양 전지의 제조 방법에 관한 것이다. 상기 태양 전지의 제조 방법의 한 예는 제1 도전성 타입을 갖는 기판에 제2 도전성 타입을 갖는 불순물층을 형성하는 단계, 상기 불순물층 위에 레이저 샷(laser shot)을 순차적으로 조사하여 상기 기판에 제1 면저항값을 갖는 제1 에미터 부분과 상기 제1 면저항값보다 작은 제2 면저항값을 갖는 제2 에미터 부분을 갖는 에미터부를 형성하는 단계, 그리고 상기 제2 에미터 부분에 연결되어 있는 복수의 제1 전극을 형성하고 상기 기판에 연결되어 있는 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 제1 에미터 부분이 형성되는 상기 불순물층의 제1 영역에서 조사되는 상기 레이저 샷의 최대 조사 횟수는 상기 제2 에미터 부분이 형성되는 상기 불순물층의 제2 영역에서 조사되는 상기 레이저 샷의 최대 조사 횟수보다 적다. 이로 인해, 태양 전지의 제조 시간을 감소시키고 열처리 공정을 감소시켜 태양 전지의 열화 현상을 방지한다.

Description

태양 전지의 제조 방법{METHOD FOR MANUFACTURING SOLAR CELL}
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 반도체의 p-n 접합에서 복수의 전자-정공 쌍이 생성되고, 생성된 전자-정공 쌍은 전자와 정공은 각각 해당 방향, 즉, 전자는 n형의 반도체부 쪽으로 이동하고 정공은 p형 반도체부 쪽으로 이동한다. 이동한 전자와 정공은 각각 p형의 반도체부와 n형의 반도체부에 연결된 서로 다른 전극에 의해 수집되고 이 전극들을 전선으로 연결하여 전력을 얻는다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 태양 전지의 제조 효율을 향상시키기 위한 것이다.
본 발명의 한 특징에 따른 태양 전지의 제조 방법은 제1 도전성 타입을 갖는 기판에 제2 도전성 타입을 갖는 불순물층을 형성하는 단계, 상기 불순물층 위에 레이저를 순차적으로 조사하여 상기 기판에 제1 면저항값을 갖는 제1 에미터 부분과 상기 제1 면저항값보다 작은 제2 면저항값을 갖는 제2 에미터 부분을 갖는 에미터부를 형성하는 단계, 그리고 상기 제2 에미터 부분에 연결되어 있는 복수의 제1 전극을 형성하고 상기 기판에 연결되어 있는 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 제1 에미터 부분이 형성되는 상기 불순물층의 제1 영역에서 조사되는 상기 레이저 샷의 최대 조사 횟수는 상기 제2 에미터 부분이 형성되는 상기 불순물층의 제2 영역에서 조사되는 상기 레이저 샷의 최대 조사 횟수보다 적다.
본 발명의 다른 특징에 따른 태양 전지의 제조 방법은 제1 도전성 타입을 갖는 기판에 제2 도전성 타입을 갖는 불순물층을 형성하는 단계, 상기 불순물층 위에 레이저 샷(laser shot)을 순차적으로 조사하여 상기 기판에 제1 면저항값을 갖는 제1 에미터 부분과 상기 제1 면저항값보다 작은 제2 면저항값을 갖는 제2 에미터 부분을 갖는 에미터부를 형성하는 단계, 그리고 상기 제2 에미터 부분에 연결되어 있는 복수의 제1 전극을 형성하고 상기 기판에 연결되어 있는 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 레이저 샷은 서로 중첩되는 구간을 갖도록 제1 레이저 빔과 제2 레이저 빔을 조사하고 상기 제1 레이저 빔과 상기 제2 레이저 빔의 중첩 구간은 상기 제1에미터 부분이 위치하는 상기 불순물층의 제1 영역에서 보다 제2 에미터 부분이 위치하는 상기 불순물층의 제2 영역에서 더 크다.
본 발명의 또 다른 특징에 따른 태양 전지의 제조 방법은 제1 도전성 타입을 갖는 기판에 제2 도전성 타입을 갖는 불순물층을 형성하는 단계, 상기 불순물층 위에 레이저 샷(laser shot)를 순차적으로 조사하여 상기 기판에 제1 면저항값을 갖는 제1 에미터 부분과 상기 제1 면저항값보다 작은 제2 면저항값을 갖는 제2 에미터 부분을 갖는 에미터부를 형성하는 단계, 그리고 상기 제2 에미터 부분에 연결되어 있는 복수의 제1 전극을 형성하고 상기 기판에 연결되어 있는 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 제1 에미터 부분이 형성되는 상기 불순물층의 제1 영역에서 연속으로 조사되는 상기 레이저 샷은 제1 비율만큼 중첩되게 조사되고, 상기 제2 에미터 부분이 형성되는 상기 불순물층의 제2 영역에서 연속으로 조사되는 상기 레이저 샷은 상기 제1 비율과 다른 제2 비율만큼 중첩되게 조사된다.
상기 불순물층 형성 단계는 열확산법으로 상기 기판에 상기 불순물층을 형성할 수 있다.
상기 불순물층 형성 단계는 이온 주입법으로 상기 기판에 상기 불순물층을 형성할 수 있다.
상기 불순물층 형성 단계는 제2 도전성 타입의 불순물을 함유한 페이스트나 잉크를 상기 기판 위에 도포하는 단계, 그리고 상기 기판 위에 도포된 페이스트나 잉크에 열을 가하여 상기 기판에 상기 불순물층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 불순물층의 상기 제1 영역에서 조사되는 상기 레이저 샷의 폭은 상기 불순물층의 상기 제2 영역에서 조사되는 상기 레이저 샷의 폭과 동일하거나 클 수 있다.
상기 레이저 샷은 씬 빔(thin beam) 형태일 수 있다.
상기 레이저 샷의 길이는 상기 복수의 제1 전극과 평행한 상기 기판의 한 측면의 길이와 동일하거나 클 수 있다.
상기 불순물층의 상기 제1 영역에 조사되는 레이저 샷의 중첩 영역은 상기 불순물층의 상기 제2 영역에서 조사되는 레이저 샷의 중첩 영역보다 작은 것이 좋다.상기 제2 비율은 상기 제1 비율보다 큰 것이 좋다.
상기 제1 비율은 상기 제1 영역에 조사된 상기 레이저 샷의 조사 영역의 폭의 70 내지 80%이고, 상기 제2 비율은 상기 제2 영역에 조사된 상기 레이저 샷의 조사 영역의 폭의 90 내지 95%일 수 있다.
상기 제1 면저항값은 90Ω/sq. 내지 120Ω/sq.이고, 상기 제2 면저항값은 30Ω/sq. 내지 50Ω/sq.일 수 있다.
상기 복수의 제1 전극 및 제2 전극 형성 단계는 상기 복수의 제1 전극과 교차하는 방향으로 뻗어 있고 상기 제1 에미터 부분 및 상기 복수의 제1 전극과 연결되어 있는 버스바를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 버스바는 상기 복수의 제1 전극과 교차하는 부분에서 상기 제2 에미터 부분과 연결되어 있는 것이 좋다.
상기 특징에 따른 태양 전지의 제조 방법은 상기 에미터부 위에 반사 방지부를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있고, 상기 복수의 제1 전극과 상기 버스바는 상기 반사 방지부를 관통하여 상기 제1 에미터 부분과 상기 제2 에미터 부분 중 적어도 하나와 연결될 수 있다.
상기 복수의 제1 전극 및 제2 전극 형성 단계는 상기 제2 전극을 형성할 때 상기 제2 전극과 접하는 상기 기판 내에 전계부를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 불순물층은 300Ω/sq. 내지 400Ω/sq.의 면저항값을 가질 수 있다.
이러한 특징에 따르면, 레이저(laser)를 이용하여 선택적 에미터 구조를 실현하므로, 태양 전지의 제조 시간을 감소시키고 열처리 공정을 감소시켜 태양 전지의 열화 현상을 방지한다.
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 3f는 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 순차적으로 나타낸 도면이다.
도 4의 (a)는 폭(W1)과 길이(L)를 갖는 씬(thin) 형태의 레이저 빔을 도시한 도면이고, 도 4의 (b)는 막 위에 씬 형태의 레이저 샷(laser shot)이 조사되는 것을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따라 기판에 형성된 불순물층에 씬 형태의 레이저 샷이 조사되는 것을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 6의 (a)는 서로 중첩된 스팟(spot) 형태의 레이저 빔을 도시한 도면이고, 도 6의 (b) 내지 (d)는 본 발명의 한 실시예에 따라 기판에 형성된 불순물층에 스팟 형태의 레이저 빔이 조사될 때의 조사 형태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따라 기판에 형성된 불순물층에 스팟 형태의 레이저 샷이 조사될 때, X 방향과 Y 방향 중 적어도 하나의 방향으로 중첩되는 비율을 변화시켜 선택적 에미터 구조를 형성하는 것을 개략적으로 도시한 도면으로서, 도 7의 (a)는 제1 및 제2 에미터 영역에서 X 방향으로 중첩되는 비율을 서로 상이하게 한 예이고, 도 7의 (b)는 제1 및 제2 에미터 영역에서 Y 방향으로 중첩되는 비율을 서로 상이하게 한 예이며, 도 7의 (c)는 제1 및 제2 에미터 영역에서 X 방향과 Y 방향으로 중첩되는 비율을 상이하게 한 예이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지의 일부 단면도이다.
도 9은 도 8에서 제1 에미터 부분과 제2 에미터 부분 간의 불순물 도핑 두께 변화를 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 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 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) 위에 위치하고 복수의 전면 전극(141)과 전면 버스바(142)를 구비한 전면 전극부(140), 입사면의 반대쪽 면인 기판(110)의 면[이하, '후면(back surface)'라 함]에 위치하는 후면 전계부 (back surface field region)(172), 그리고 기판(110) 위에 위치하고 후면 전극(151)과 후면 버스바(152)를 구비한 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, 인듐 등과 같은 3가 원소의 불순물이 기판(110)에 도핑(doping)된다. 하지만, 이와는 달리, 기판(110)은 n형 도전성 타입일 수 있고, 실리콘 이외의 다른 반도체 물질로 이루어질 수도 있다. 기판(110)이 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 기판(110)은 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물이 기판(110)에 도핑된다.
이러한 기판(110)의 전면은 텍스처링(texturing)되어 요철면인 텍스처링 표면(textured surface)을 가질 수 있다.
기판(110)의 전면이 텍스처링 표면을 가질 경우, 기판(110)의 표면적이 증가하여 빛의 입사 면적이 증가하고 기판(110)에 의해 반사되는 빛의 양이 감소하므로, 기판(110)으로 입사되는 빛의 양이 증가한다.
에미터부(121)는 기판(110)의 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입, 예를 들어, n형의 도전성 타입을 갖는 불순물부로서, 기판(110)의 전면에 위치한다. 이로 인해, 에미터부(121)는 기판(110)의 제1 도전성 타입 부분과 p-n 접합을 이룬다.
이러한 에미터부(121)는 서로 다른 불순물 도핑 두께를 갖는 제1 에미터 부분(1211)(first emitter portion)과 제2 에미터 부분(1212)(second emitter portion)을 구비하고 있다.
본 실시예에서, 제1 에미터 부분(1211)의 불순물 도핑 두께는 제2 에미터 부분(1212)의 불순물 도핑 두께보다 작고, 이로 인해, 제1 에미터 부분(1211)의 불순물 도핑 농도 역시 제2 에미터 부분(1212)의 불순물 도핑 농도보다 작다.
이처럼, 제1 및 제2 에미터 부분(1211, 1212)의 불순물 도핑 두께가 서로 상이하므로, 기판(110)의 표면에서부터 제1 에미터 부분(1211)과 상기 기판(110)과의 p-n 접합면(제1 접합면)까지의 거리와 기판(110)의 표면에서부터 제2 에미터 부분(1212)과 기판(110)과의 p-n 접합면(제2 접합면)까지의 거리는 서로 상이하다. 예를 들어, 도 1 및 도 2에 도시한 것처럼, 기판(110)의 표면에서부터 제1 접합면까지의 제1 최단 거리(d11)는 기판(110)의 표면에서부터 제2 접합면까지의 제2 최단 거리(d12)보다 짧다.
또한, 기판(110) 내에서 제1 접합면과 제2 접합면은 서로 다른 평행선 상에 위치하여, 기판(110)의 후면에서부터 제1 접합면까지의 제1 최단 거리(d21)는 기판(110)의 후면에서부터 제2 접합면까지의 제2 최단 거리(d22)보다 길다. 이때 평행선은 기판(110)의 전면이나 후면에 에 평행한 선이다.
기판(110)의 전면이 텍스처링 표면을 갖고 있을 경우, 각 요철의 높이 차이로 인한 오차 범위 내에서, 이들 제1 최단 거리(d11, d21)와 제2 최단 거리(d12, d22)는 동일한 것으로 간주한다.
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 면저항값은 제2 에미터 부분(1212)의 면저항값보다 크다.
예를 들어, 제1 에미터 부분(1211)의 면저항값은 약 90Ω/sq. 내지 120Ω/sq. 이고, 제2 에미터 부분(1212)의 면저항값은 약 30Ω/sq. 내지 50Ω/sq. 일 수 있다.
따라서, 이러한 에미터부(121)는 서로 다른 면저항값을 갖는 제1 및 제2 에미터 부분(1211, 1212)을 구비한 선택적 에미터 구조(selective emitter structure)를 갖고 있다.
기판(110)과 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 p형이고 에미터부(121)가 n형일 경우, 분리된 전자는 에미터부(121)쪽으로 이동하고 분리된 정공은 기판(110)의 후면 쪽으로 이동한다.
에미터부(121)는 기판(110)과 p-n접합을 형성하므로, 이와 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)에는 5가 원소의 불순물이 도핑될 수 있고, 반대로 에미터부(121)가 p형의 도전성 타입을 가질 경우 에미터부(121)에는 3가 원소의 불순물이 도핑될 수 있다.
제1 에미터 부분(1211)의 면저항값이 약 120Ω/sq. 이하, 약 90Ω/sq. 이상일 경우 제1 에미터 부분(1211)이 얇아서 기판(110)까지 빛이 도달할 확률이 증가해 기판(110)에서 생성되는 전하[즉, 캐리어(carrier)]가 증가하고 전하(예, 전자)의 이동경로가 짧아져 전자와 정공의 재결합될 확률이 낮아지므로, 결과적으로 단락 전류 밀도(Jsc)가 증가한다.
또한, 제2 에미터 부분(1212)의 면저항값이 약 50Ω/sq. 이하이고 약 30Ω/sq. 이상일 경우, 제2 에미터 부분(1212)은 접촉 저항이 낮아져 제2 에미터 부분(1212) 상부에 위치하는 전면 전극(141)과의 접촉 시 전하의 손실을 줄이고 제2 에미터 부분(1212)의 두께가 두꺼워 전면 전극(141) 형성 시 전면 전극(141)이 제2 에미터 부분(1212)를 관통하여 기판(110)과 접촉하는 션트(shunt) 불량을 방지한다. 이로 인해 태양 전지(11)의 필팩터(fill factor, FF)가 향상된다.
에미터부(121) 위에 위치한 반사 방지부(130)는 투명한 실리콘 질화막(SiNx), 실리콘 산화막(SiOx), 또는 실리콘 산화 질화막(SiOxNy) 등으로 이루어진다.
반사 방지부(130)는 태양 전지(11)로 입사되는 빛의 반사도를 줄이고 특정한 파장 영역의 선택성을 증가시켜, 태양 전지(11)의 효율을 높인다. 또한 반사 방지부(130)를 형성할 때 주입된 수소(H) 등을 통해 반사 방지부(130)는 기판(110)의 표면 및 그 근처에 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 수행한다. 따라서 결함에 의해 기판(110)의 표면 및 그 부근에서 손실되는 전하의 양이 감소하므로, 태양 전지(11)의 효율은 향상된다.
본 실시예에서, 반사 방지부(130)은 단일막 구조를 갖지만 이중막과 같은 다층막 구조를 가질 수 있고, 필요에 따라 생략될 수 있다.
전면 전극부(140)는 이미 설명한 것처럼 복수의 전면 전극(141)과 전면 버스바(142)를 구비하고, 전면 버스바(142)는 복수의 전면 전극(141)과 교차하는 방향(예, 수직한 방향)으로 뻗어 있고 복수의 전면 전극(141)과 연결되어 있다.
복수의 전면 전극(141)은 에미터부(121)의 제2 에미터 부분(1212)과 전기적 및 물리적으로 연결되어 있고, 서로 이격되어 정해진 방향으로 나란히 뻗어있다. 복수의 전면 전극(141)은 에미터부(121) 쪽으로 이동한 전하, 예를 들면, 전자를 수집한다.
전면 버스바(142)는 에미터부(121)의 제1 에미터 부분(1211) 및 제2 에미터 부분(1212)과 전기적 및 물리적으로 연결되어 있고 복수의 전면 전극(141)과 교차하는 방향으로 나란하게 뻗어 있다. 이때, 도 1 및 도 2에 도시한 것처럼, 전면 버스바(142)는 각 전면 전극(141)과 교차하는 부분에서는 제2 에미터 부분(1212)과 연결되어 있고, 나머지 부분에서는 제1 에미터 부분(1211)과 연결되어 있다.
이때, 전면 버스바(142)는 복수의 전면 전극(141)과 동일 층에 위치하여 각 전면 전극(141)과 교차하는 지점에서 해당 전면 전극(141)과 전기적 및 물리적으로 연결되어 있다.
따라서, 도 1에 도시한 것처럼, 복수의 전면 전극(141)은 가로 또는 세로 방향으로 뻗어 있는 스트라이프(stripe) 형상을 갖고, 전면 버스바(142)는 세로 또는 가로 방향으로 뻗어 있는 스트라이프 형상을 갖고 있어, 전면 전극부(140)는 기판(110)의 전면에 격자 형태로 위치한다.
이러한 전면 버스바(142)는 접촉된 에미터부(121)의 제1 에미터 부분(1211)으로부터 이동하는 전하뿐만 아니라 복수의 전면 전극(141)에 의해 수집되어 이동하는 전하를 수집한 후 해당 방향으로 수집된 전하를 전송한다.
전면 버스바(142)는 교차하는 복수의 전면 전극(141)에 의해 수집된 전하를 모아서 원하는 방향으로 이동시켜야 하므로, 전면 버스바(142)의 폭은 각 전면 전극(141)의 폭보다 크다.
일반적으로 많은 전하들은 에미터부(121)의 표면을 따라서 이동하므로, 제1 에미터 부분(1211)에 위치하는 전하는 제1 에미터 부분(1211)의 표면까지 이동한 후 제1 에미터 부분(1211)의 표면을 따라 인접한 전면 전극부(140)로 이동하게 된다. 이때, 제1 에미터 부분(1211)의 불순물 도핑 두께가 얇기 때문에 제1 에미터 부분(1211)의 표면까지 이동하는 전하의 이동 거리가 줄어든다. 따라서, 전면 전극부(140)로 수집되는 전하의 양이 증가하여 태양 전지(11)의 효율이 향상된다.
제1 에미터 부분(1211)은 낮은 불순물 도핑 농도를 갖고 있어 불순물에 의한 전하 손실량이 줄어들고 전면 전극부(140)로 이동하는 전하의 양이 증가하여 태양 전지(11)의 광전 효율이 향상된다. 추가로, 제1 에미터 부분(1211)으로부터 이동한 전하를 접촉한 전면 전극(141)으로 출력하는 제2 에미터 부분(1212)은 높은 불순물 도핑 농도를 갖고 있으므로, 제1 에미터 부분(1211)보다 높은 전도도와 낮은 면저항값을 갖고 있다. 이로 인해, 제2 에미터 부분(1212)에서 해당 전면 전극(141)으로 출력되는 전하의 전송 효율이 향상되어, 따라서 태양 전지(11)의 효율이 증가한다.
이미 설명한 것처럼, 전면 버스바(142)는 주로 전면 전극(141)을 따라 이동한 전하를 수집하여 해당 방향으로 전송하는 기능을 수행한다. 따라서, 전면 버스바(142) 중 전면 전극(141)과 교차하는 부분을 제외한 나머지 부분이 낮은 불순물 도핑 농도를 갖는 제1 에미터 부분(1211)과 연결되어도 복수의 전면 전극(141)을 통해 수집된 전하의 전송은 원활하게 수행한다.
복수의 전면 버스바(142)는 외부 장치와 연결되어 수집된 전하(예, 전자)를 외부 장치로 출력된다.
복수의 전면 전극(141)과 복수의 전면 버스바(142)를 구비한 전면 전극부(140)는 은(Ag)과 같은 적어도 하나의 도전성 물질로 이루어져 있다.
이처럼, 에미터부(121)가 제1 및 제2 에미터 부분(1211, 1212)을 구비한 선택적 에미터 구조를 갖고 있어, 이미 설명한 것처럼, 전면 전극(141)으로의 전하 이동이 주로 행해지는 제1 에미터 부분(1211)은 낮은 불순물 도핑 농도를 갖고, 전면 전극(141)과 접해 있는 제2 에미터 부분(1212)은 높은 불순물 농도를 갖고 있다. 따라서, 제1 에미터 부분(1211)에서 전면 전극(141) 하부에 위치하는 제2 에미터 부분(1212) 쪽으로 이동하는 전하의 양은 증가한다. 또한, 불순물 농도 증가로 인해, 제2 에미터 부분(1212)의 전도도는 증가하고 제2 에미터 부분(1212)과 전면 전극(141)과의 접촉 저항이 감소하므로, 제2 에미터 부분(1212)으로부터 전면 전극(141)으로 전달되는 전하의 양이 증가하여, 전면 전극(141)의 전하 수집율이 향상된다. 따라서, 태양 전지(11)의 효율이 향상된다.
도 1에서, 기판(110)에 위치하는 전면 전극(141)과 전면 버스바(142)의 개수는 한 예에 불과하고, 경우에 따라 변경 가능하다.
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 영역과 후면 전계부(172)간의 불순물 농도 차이로 인해 전위 장벽이 형성되고, 이로 인해, 정공의 이동 방향인 후면 전계부(172) 쪽으로 전자 이동을 방해하는 반면, 후면 전계부(172) 쪽으로의 정공 이동을 용이하게 한다. 따라서, 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 이미 설명한 것처럼, 후면 전극(151)과 후면 전극(151)위에 위치하는 후면 버스바(152)를 구비한다.
이때, 후면 전극(151)은 기판(110)의 후면에 위치한 후면 전계부(172)와 접촉하고 있고, 기판(110)의 후면 가장 자리를 제외하면 실질적으로 기판(110)의 후면 전체에 위치한다.
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 농도로 유지하는 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.
후면 버스바(152)는 후면 전극(151) 위에 위치하고, 기판(110)을 중심으로 전면 버스바(142)와 대응되게 마주본다. 하지만, 대안적인 예에서, 후면 버스바(152)는 후면 전극(151)이 위치하지 않은 기판(110) 위에 직접 위치하여 전면 버스바(142)와 마주볼 수 있다. 이 경우 후면 버스바(152)와 직접 접하고 있는 기판(110)의 후면에는 후면 전계부(172)가 위치하지 않을 수 있다.
후면 버스바(152)는 전면 버스바(142)와 유사하게, 후면 전극(151)으로부터 전달되는 전하를 수집한다.
후면 버스바(152) 역시 외부 장치와 연결되어, 후면 버스바(152)에 의해 수집된 전하(예, 정공)는 외부 장치로 출력된다.
이러한 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 같이, 높은 불순물 도핑 영역인 제2 에미터 부분(1212)이 각 전면 전극(141) 하부에만 존재하고 전면 버스바(142) 밑에는 존재하지 않으므로, 제2 에미터 부분(1212)의 형성 면적이 감소하게 된다. 따라서 높은 불순물 도핑 영역에 의해 전하의 재결합 손실량이 줄어들어, 전면 버스바(142)에 수집되는 전하의 양은 좀더 증가한다.
도 1 및 도 2에서, 하나의 전면 버스바(142)과 하나의 후면 버스바(152)가 도시되어 있지만, 전면 버스바(142)와 후면 버스바(152)는 각각 이에 한정되지 않고 복수 개일 수 있다. 이 경우, 복수의 전면 버스바(142)는 서로 이격되어 나란히 복수의 전면 전극(141)과 교차하는 방향으로 뻗어 있고, 복수의 후면 버스바(152)는 서로 이격되어 나란히 후면 전극(151)과 연결되게 뻗어 있다.
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 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--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 전면 버스바(142)에 의해 수집되어 전면 버스바(142)를 따라 이동하고, 기판(110) 쪽으로 이동한 정공은 인접한 후면 전극(151)에 의해 수집되어 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.
이때, 에미터부(121)가 선택적 에미터 구조를 갖는 에미터부(121)에 의해, 전하의 손실량은 감소하여, 전면 전극부(140)로 이동하는 전하의 양은 증가하여, 태양 전지(11)의 효율은 크게 향상된다.
다음, 도 3a 내지 도 3g를 참고로 하여, 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지(11)의 제조 방법에 대하여 설명한다.
먼저, 도 3a에 도시한 것처럼, 단결정 또는 다결정 실리콘 등으로 이루어진 결정질 반도체 기판(110)에 5가 원소 또는 3가 원소의 불순물을 포함하는 물질을 열 확산법 또는 이온 주입법 등으로 주입하여, 불순물층(120)을 기판(110) 내에 형성한다. 이때 형성된 불순물층(120)은 불순물 활성화 처리가 이루어지지 않고 단지 기판(110) 내에 해당 도전성 타입(예, n형)의 불순물이 주입된 상태이다. 따라서, 기판(110) 내에 주입된 불순물은 기판(110)의 실리콘과의 화학적 결합이 이루어지지 않고 물리적으로 기판(110) 내에 주입된 상태이다. 이로 인해, 불순물층(120)은 태양 전지용 에미터부로서 기능을 실시할 수 없고, 이때 불순물층(120)의 면저항값은 약 수백Ω/sq., 예를 들어 약 300Ω/sq. 내지 400Ω/sq.일 수 있다.
도 3a는 열 확산법으로 기판(110) 내에 불순물층(120)을 형성한 예이다. 열 확산법으로 에미터부를 형성할 경우, 불순물을 기판(110) 상에 증착시키는 단계와 기판(110) 상에 증착된 불순물을 열처리하여 기판(110) 내로 확산시키는 단계를 통해 적정한 면저항값을 갖는 에미터부를 형성한다.
하지만, 열 확산법으로 불순물층(120)을 형성할 경우, 불순물의 열처리 공정이 행해지기 전까지의 공정만 실시한다. 이로 인해, 기판(110) 상에 불순물이 증착되어, 불순물층(120)이 형성되고, 이 경우 기판(110)의 전면뿐만 아니라 측면 및 후면 상에 불순물층(120)을 형성된다.
하지만, 대안적인 예에서, 이온 주입법으로 기판(110) 내에 불순물층(120)을 형성할 경우, 이 경우, 도 3a와는 달리, 기판(110)의 전면에만 불순물층(120)이 형성될 수 있다.
또한 불순물 페이스트(paste)나 불순물 잉크(ink)를 기판(110) 상에 스크린 프린팅(screen printing)하거나 스핀 코팅(spin coating)한 후 건조시켜 불순물층(120)을 기판(110) 위에 형성할 수 있다. 이 경우에도 역시 기판(110)의 원하는 면, 예 전면에만 불순물층(120)이 형성된다.
필요할 경우, 불순물층(120)을 형성하기 전에, 기판(110)의 전면 또는 전체면을 테스처링하여, 요철면인 텍스처링 표면을 형성할 수 있다. 이때, 기판(110)이 단결정 실리콘으로 이루어질 경우, KOH, NaOH 등의 염기 용액을 사용하여 기판(110)의 표면을 텍스처링할 수 있고, 기판(110)이 다결정 실리콘으로 이루어질 경우, HF나 HNO3와 같은 산 용액을 사용하여 기판(110)의 표면을 텍스처링할 수 있다.
다음, 도 3b에 도시한 것처럼, 레이저 빔(laser beam)을 기판(110)의 전면에 위치한 불순물층(120) 위에 조사하여, 제1 면저항값을 갖는 제1 에미터 부분(1211)과 제1 면저항값보다 작은 제2 면저항값을 갖는 제2 에미터 부분(1212)을 형성하여 에미터부(121)를 형성한다.
이때, 제1 면저항값은 약 90Ω/sq. 내지 약 120Ω/sq.이고, 제2 면저항값은 약 30Ω/sq. 내지 약 50Ω/sq.일 수 있다.
본 예에서, 수백 Ω/sq.(예, 약 300Ω/sq. 내지 약 400Ω/sq.)의 면저항값을 갖는 불순물층(120)에 열을 가하여 불순물층(120)의 불순물이 기판(110) 내의 실리콘(Si)과 안정적인 화학적 결합이 이루어지도록 하는 활성화 처리를 행하기 위해, 위에 기재한 것처럼 레이저 샷을 불순물층(120)에 조사하여 불순물층(120)을 열처리한다. 조사되는 레이저 빔은 자외선(UV, ultra violet) 레이저로서, 레이저 빔의 출력 형태는 스팟(spot) 형태 또는 씬 빔(thin beam) 형태를 사용한다. 또한, 레이저 빔의 파장은 308㎚ 내지 351㎚일 수 있다.
도 4에 도시한 레이저 빔은 씬 빔 형태를 도시한 것이므로, 씬 빔 형태의 레이저 빔을 사용한 예를 설명한다.
도 4의 (b)에 도시한 것처럼, 기판(110)의 전면 위에 형성된 불순물층(120)을 레이저 빔 조사 장치(도시하지 않음) 쪽으로 위치시켜 레이저 빔 조사 장치에 노출시킨다. 그런 다음, 레이저 빔 조사 장치로부터 조사되고 도 4의 (a)과 같이 정해진 폭(W1)을 갖는 씬 빔 형태의 레이저 샷이 도 4의 (b)와 같이 불순물층(120) 위에서 순차적으로 조사된다. 그런 다음, 레이저 빔의 발진 주파수에 맞게 기판(110)을 화살표 방향으로 이동시켜 다음 레이저 샷이 불순물층(120)의 다음 위치에 조사되도록 한다. 이때, 기판(110)의 이동 방향은 상기 복수의 전면 전극(141)과 교차하는, 예를 들어, 수직한 방향이고, 조사되는 레이저 샷의 길이(L)는 전면 전극(141)과 평행한 기판(110)의 한 측면의 길이와 동일하거나 크다.
이러한 과정을 통해 기판(110)의 전면에 형성된 불순물층(120)의 전체면에 레이저 빔이 차례로 조사되어, 원하는 면저항값을 각각 갖는 제1 및 제2 에미터 부분(1211, 1212)으로 이루어진 에미터부(121)가 형성된다.
이때, 기판(110)의 전면에 위치한 불순물층(120) 위에 레이저 샷이 조사될 경우, 제1 에미터 부분(1211)과 제2 에미터 부분(1212)이 형성될 위치에 따라 조사되는 레이저 샷은 바로 이전에 조사된 레이저 샷에 의한 레이저 조사 영역과 각각 중첩되어 있고, 제1 에미터 부분(1211)이 형성될 불순물층(120)의 영역에서의 중첩 비율과 제2 에미터 부분(1212)이 형성될 불순물층(120)의 영역에서의 중첩 비율은 다르게 한다.
이때, 제2 에미터 부분(1212)의 형성 위치는 복수의 전면 전극(141)의 형성 위치에 따라 정해진다.
즉, 도 4 및 도 5에 도시한 것처럼, 기판(110)의 한 끝단에서부터 순차적으로 레이저 샷이 조사될 경우, 현재 조사되는 레이저 샷은 바로 이전에 조사된 레이저 샷에 의한 레이저 조사 영역과 정해진 비율만큼 중첩된다.
예를 들어, 도 4에 도시한 것처럼, 정해진 폭(W1)을 갖는 첫 번째 레이저 샷(S1)이 조사된 후, 두 번째 조사되는 레이저 샷(S2)은 빗금친 부분(A)만큼 중첩된다.
이때, 불순물층(120) 위에서의 레이저 샷의 중첩 정도, 즉 중첩 비율은, 이미 설명한 것처럼, 제1 및 제2 에미터 부분(1211, 1212)의 형성 위치에 따라 달라진다.
따라서, 도 5에서 점선으로 표시된 부분이 불순물층(120)에서 복수의 전면 전극과 복수의 전면 버스바가 형성될 영역일 경우, 불순물층(120)에서 전면 전극이 형성되지 않을 영역(즉, 제1 에미터 부분 형성 영역)에 조사되는 레이저 샷(SS)이 바로 이전에 조사된 레이저 샷(SS)의 조사 영역과 중첩되는 구간인 증척 영역(A1)은 불순물층(120)에서 전면 전극이 형성될 에미터부 영역(즉, 제2 에미터 부분 형성 영역)에 조사되는 레이저 샷(SL)이 바로 이전에 조사된 레이저 샷(SL)의 조사 영역과 중첩되는 구간인 중첩 영역(A2)보다 작다. 이로 인해, 제1 에미터 부분 형성 영역에 조사되는 레이저 샷(SS)이 바로 이전에 조사된 레이저 샷(SS)에 의한 레이저 조사 영역의 중첩 비율은 제2 에미터 부분 형성 영역에 조사되는 레이저 샷(SL)이 바로 이전에 조사된 레이저 샷(SL)에 의한 레이저 조사 영역의 중첩 비율보다 작다.
이때, 각 레이저 샷(SS, SL)의 중첩 비율은 바로 인접한 레이저 샷(SS, SL)에 의한 레이저 조사 영역의 폭과 해당 레이저 샷(SS, SL)의 폭과의 중첩 비율을 의미한다. 본 예에서, 서로 다른 에미터 부분 형성 영역에 조사되는 레이저 샷(SS, SL)은 동일한 폭(W1)과 길이(L)를 갖는다. 하지만, 대안적인 예에서, 제1 에미터 부분 형성 영역에 조사되는 레이저 샷(SS)의 폭은 제2 에미터 부분 형성 영역에 조사되는 레이저 샷(SL)의 폭보다 커, 제1 에미터 부분 형성 영역에 조사되는 레이저 빔의 양을 제2 에미터 부분 형성 영역에 조사되는 레이저 빔의 양보다 감소시킬 수 있다.
본 예에서, 제1 에미터 부분 형성 영역에 조사되는 레이저 샷(SS)이 바로 이전에 조사된 레이저 샷(SS)에 의해 형성된 레이저 조사 영역과의 중첩 비율은 약 70% 내지 80%일 수 있고, 제2 에미터 부분 형성 영역에 조사되는 레이저 샷(SL)이 이 바로 이전에 조사된 레이저 샷(SL)에 의해 형성된 레이저 조사 영역과의 중첩 비율은 약 90% 내지 95%일 수 있다.
이와 같이, 제1 에미터 부분 형성 영역과 제2 에미터 부분 형성 영역에서 조사되는 레이저 샷(SS, SL)의 중첩 비율이 달라짐에 따라, 제1 에미터 부분 형성 영역과 제2 에미터 부분 형성 영역 각각에서 같은 크기를 갖는 동일한 영역에 조사되는 레이저 샷의 횟수가 정해진다. 즉 중첩 비율이 작으면, 즉, 중첩되는 영역이 작으면, 동일한 영역에 조사되는 레이저 샷의 횟수가 작아지고, 중첩 비율이 높으면, 즉, 중첩되는 영역이 크면, 동일한 영역에 조사되는 레이저 샷의 횟수가 증가한다. 따라서 중첩 비율이 작은 제1 에미터 부분 형성 영역에서 레이저 샷이 가장 많이 조사되는 영역의 레이져 샷 조사 횟수는 중첩 비율이 높은 제2 에미터 부분 형성 영역에서 레이저 샷이 가장 많이 조사되는 영역의 레이져 샷 조사 횟수보다 작다. 이로 인해, 제1 에미터 부분 형성 영역의 어느 한 영역에서의 레이저 샷 조사 회수는 제2 에미터 부분 형성 영역의 어느 한 영역에서의 레이저 샷 조사 횟수보다 작다.
레이저 샷의 조사 횟수가 증가할수록, 즉 레이저 샷을 이용한 열처리 횟수가 증가하므로 불순물층(120)에 가해지는 열의 양이 증가하여, 기판(110) 내에 도핑되는 불순물의 도핑 농도와 도핑 깊이는 증가하고 면저항값은 감소하게 된다. 이로 인해, 전면 전극이 형성되는 영역과 전면 전극이 형성되지 않은 영역에는 서로 다른 면저항값, 불순물 도핑 농도 및 불순물 도핑 두께를 갖는 제1 및 제2 에미터 부분(1211, 1212)이 형성된다.
이와 같이, 레이저 샷을 이용하여 제1 및 제2 에미터 부분(1211, 1212)을 갖는 선택적 에미터 구조를 형성할 경우, 선택적 에미터 구조의 형성 공정이 간단해지고, 기판(110)의 손상이 줄어든다.
예를 들어, 열확산법만을 이용하여 불순물 도핑 농도가 서로 다른 두 개의 에미터 부분을 갖는 선택적 에미터 구조를 형성하는 비교예의 경우, 먼저, 기판의 어느 한 표면 위에 실리콘 질화막 등으로 이루어진 마스킹막(masking layer)을 형성한 후, 마스킹막의 일부를 제거하여 기판의 일부를 드러내는 개구부를 형성한다. 그런 다음, 열확산법을 이용하여 불순물을 기판에 증착한 후 활성화 공정을 실시하여, 제1 불순물 도핑 농도를 갖는 제1 에미터 부분을 형성한다. 그런 다음, 마스킹막을 제거한다. 이때, 마스킹막이 존재하는 기판의 부분에는 불순물 도핑 동작이 행해지지 않고 개구부를 통해 드러난 기판 부분에만 제1 불순물 도핑 농도로 불순물 도핑이 행해진다.
다시, 마스킹 막이 제거된 상태에서, 제1 에미터 부분이 부분적으로 형성된 기판의 면 위에 열확산법을 이용하여 제2 불순물 도핑 농도로 불순물 도핑 공정을 실시한다. 따라서, 제1 에미터 부분이 형성된 부분뿐만 아니라 제1 에미터 부분이 형성되지 않은 부분도 불순물 도핑 동작이 행해져 제2 에미터 부분이 형성된다. 이때, 제1 불순물 도핑 농도가 제2 불순물 도핑 농도보다 높기 때문에, 제1 에미터 부분은 제2 에미터 부분보다 높은 불순물이 도핑된 고농도 불순물 도핑 영역이 된다.
이로 인해, 마스킹막이 형성되지 않고 노출된 기판 부분에는 고농도 도핑 농도를 갖는 에미터 부분이 형성되고, 마스킹막이 위치한 기판 부분에는 저농도 도핑 농도를 갖는 에미터 부분이 형성된다.
이와 같이 열확산법만을 이용하는 비교예의 경우, 열확산을 이용한 두 번의 불순물 도핑 동작이 행해지게 되게 되어, 기판의 열화 현상이 발생한다
또한, 저농도 불순물 도핑 영역을 위한 별도의 마스킹막 형성 공정과 개구부 형성 공정이 필요하다.
하지만, 이미 설명한 것처럼, 본 예의 경우, 기판(110) 내에 비활성화된 불순물층(120)만을 형성한 후 한번의 열처리 공정, 즉 레이저 샷 조사 공정을 통해 제1 및 제2 에미터 부분(1211, 1212)이 형성되므로, 고온에 기판(110)이 노출되는 공정 회수가 한번으로 줄어든다. 또한, 레이저 샷의 조사가 이루어질 경우, 기판(110)에 가해지는 온도는 열확산법이 행해질 때 기판에 가해지는 온도보다 낮다. 따라서, 열확산법보다 본 예의 경우 온도에 따른 기판의 열화 현상이 방지되거나 줄어든다.
또한, 본 예의 경우, 기판 위에 마스킹막의 형성 공정이나 마스킹막의 일부를 제거하는 공정이 불필요하므로, 선택적 에미터 구조의 형성 시간과 제조 비용이 크게 줄어든다.
더욱이, 본 예의 경우, 선택적 에미터 구조를 갖는 에미터부(121)를 형성할 때, 공정실의 공정 온도 공정 가스의 유량 등과 같은 공정 조건의 변경 없이, 정해진 폭을 갖는 레이저 샷을 순차적으로 기판(110)의 불순물층(120) 위에 조사시키고, 단지 기판(110)의 이동량을 이미 정해진 값에 맞게 조정하여 불순물층(120)의 위치에 따라 레이저 샷의 중첩 비율만 변경하면 되므로, 태양 전지(110)의 제조 비용과 제조 시간은 더욱더 줄어든다.
본 예에서, 제1 에미터 부분 형성 영역에 조사되는 레이저 샷(SS)이 바로 이전에 조사된 레이저 샷(SS)에 의해 형성된 레이저 조사 영역과의 중첩 비율이 약 70% 이상이고 80% 이하일 경우, 제1 에미터 영역(1211)의 원하는 면저항값을 안정적으로 얻게 되게 되며, 제2 에미터 부분 형성 영역에 조사되는 레이저 샷(SL)이 바로 이전에 조사된 레이저 샷(SL)에 의해 형성된 레이저 조사 영역과의 중첩 비율이 약 90% 이상이고 95%이하일 경우, 제2 에미터 영역(1212)의 원하는 면저항값을 안정적으로 얻게 되게 되고, 불필요하게 에미터부(121)의 형성 시간이 증가하는 것이 방지된다.
위의 실시예에서는 씬 빔을 이용한 레이저에 대해 설명했으나 이미 설명한 것처럼, 도 6의 (a)와 같은 스팟 형태의 레이저 빔(L1)으로도 본 실시예의 구현이 가능하다. 이 경우에 도 6의 (b)처럼 전면 전극이 뻗어 있는 제1 방향(예, X 방향)으로 순차적으로 스팟 레이저 빔(L1)을 조사하면서 지그재그(zigzag) 형태로 조사 위치를 이동시켜 불순물층(120) 위에 스팟 레이저 빔(L1)을 조사한 후, 도 6의 (c)처럼 다시 제1 방향과 수직인 제2 방향(예, Y 방향)으로 순차적으로 레이저 빔(L1)을 조사하면서 역시 지그재그 형태로 조사 위치를 이동시켜 불순물층(120) 위에 조사하여, 스팟 레이저 빔(L1)을 이용하여 불순물층(120)의 전체면을 열처리하게 된다. 이 경우, 도 6의 (a)처럼 레이저 빔(L1)은 바로 이전에 조사된 레이저 빔(L1)의 조사 영역과 중첩되게 조사되며, 도 6의 (d)처럼 중첩 영역(OL)은 제1 방향과 제2 방향으로 이동하면서 레이저 빔(L1)이 조사될 때 모두 발생한다.
위에 기재한 실시예와 마찬가지로 제2 에미터 영역에서의 중첩 비율은 제1 에미터 영역에서의 중첩 비율보다 크게 조절한다. 이 경우, 도 7의 (a)와 (b)처럼 제2 에미터 영역에서 제1 방향이나 제2 방향으로 조사되는 레이저 빔(L1)의 중첩 비율(즉, 중첩 면적)(S12, S22)은 제1 에미터 영역에서의 중첩 비율보다 크게 하거나(S11, S21), 도 7의 (c)처럼 제1 방향 및 제2 방향 모두로 조사되는 레이저 빔(L1)의 중첩 비율(S12, S22)을 제1 에미터 영역에서의 중첩 비율(S11, S21)보다 크게 할 수 있다.
이와 같이, 레이저 샷을 이용하여 p형 불순물 또는 n형 불순물이 기판(110) 내부로 확산되거나 주입됨에 따라 생성된 인을 포함하는 산화물(phosphorous silicate glass, PSG)이나 붕소를 포함하는 산화물(boron silicate glass, BSG)을 식각 공정을 통해 제거한다.
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 방지부(130)를 형성한다.
다음, 도 3d에 도시한 것처럼, 스크린 인쇄법을 이용하여, 반사 방지부(130)의 해당 부분에 은(Ag)을 포함한 페이스트를 인쇄한 후 건조시켜, 전면전극부 패턴(40)을 형성한다.
이때, 전면전극부 패턴(40)은 전면전극 패턴(41)과 전면 버스바 패턴(42)을 구비하고 있다. 전면전극 패턴(41)은 제2 에미터 부분(1212) 위에 위치하고, 전면 버스바 패턴(42)은 제1 에미터 부분(1211) 위에 위치한다. 이때, 전면전극 패턴(41)과 전면 버스바 패턴(42)인 교차하는 부분은 제2 에미터 부분(1212) 위에 위치한다.
다음, 도 3e에 도시한 것처럼, 알루미늄(Al)을 함유하는 페이스트를 스크린 인쇄법으로 인쇄한 후 건조시켜 기판(110)의 후면에 후면전극 패턴(51)을 형성하고, 도 3f에 도시한 것처럼 은(Ag)을 함유하는 페이스트를 스크린 인쇄법으로 인쇄한 후 건조시켜 복수의 전면 버스바를 위한 부분(42)과 대응하게 후면 전극 패턴(51) 위에 후면 버스바 패턴(52)을 형성하여, 후면 전극부 패턴(50)을 형성한다.
이때, 후면 전극 패턴(51)과 후면 버스바 패턴(52)의 형성 순서는 변경 가능하며, 또한 전면 전극부 패턴(40)과 후면 전극부 패턴(50)의 형성 순서 역시 변경 가능하다. 또한, 후면 버스바(152)가 기판(110)의 후면에 바로 접해있을 경우, 후면 전극 패턴(51)과 후면 버스바 패턴(52)은 일부가 서로 중첩될 수 있다.
이때, 이들 패턴(40, 50)의 건조 온도는 약 120℃ 내지 약 200℃일 수 있다.
그런 다음, 전면전극부 패턴(40)과 후면전극부 패턴(50)이 형성된 기판(110)을 약 750℃ 내지 약 800℃의 온도에서 열처리 공정을 시행한다.
이로 인해, 에미터부(121)의 제2 에미터 부분(1212)에 연결되는 복수의 전면 전극(141)과 복수의 전면 전극(141)과 교차하는 부분을 제외하고 제1 에미터 부분(1211)에 연결되는 복수의 전면 버스바(142)를 구비한 전면 전극부(140), 기판(110)과 전기적으로 연결되는 후면 전극(151)과 후면 전극(151)에 연결되는 복수의 후면 버스바(152)를 구비한 후면 전극부(150), 그리고 후면 전극(151)과 접해 있는 기판(110)의 후면에 위치한 후면 전계부(172)를 형성하여 태양 전지(11)를 완성한다(도 1 및 도 2).
즉, 열처리 공정에 의해, 전면전극부 패턴(40)에 함유된 납(Pb) 등에 의해, 전면전극부 패턴(40)은 접촉 부위의 반사 방지부(130)를 관통하여 하부에 위치하는 에미터부(121)의 제2 에미터 부분(1212)과 접촉하는 복수의 전면 전극(141)과 제1 에미터 부분(1211)과 접촉하는 복수의 전면 버스바(142)가 형성되어 전면 전극부(140)가 완성된다.
이때, 전면전극부 패턴(40)의 전면전극 패턴(41)은 복수의 전면 전극(141)이 되고, 전면버스바 패턴(42)은 복수의 전면전극용 버스바(142)가 된다.
또한, 열처리 공정에 의해, 후면전극부 패턴(50)의 후면전극 패턴(51)과 후면버스바 패턴(52)은 각각 후면 전극(151)과 복수의 후면 버스바(152)로 형성되고, 후면전극부 패턴(50)의 후면 전극 패턴(51)에 포함된 알루미늄(Al)이 기판(110)의 후면에 위치한 불순물층(120)뿐만 아니라 그 넘어서까지 기판(110) 안쪽으로 확산되어 기판(110) 내부에 기판(110)보다 높은 불순물 농도를 갖는 불순물부인 후면 전계부(172)가 형성된다. 이로 인해, 후면 전극(151)은 후면 전계부(172)와 접촉하여 기판(110)과 전기적으로 연결된다.
열처리 공정 시, 패턴(40, 50)에 함유된 금속 성분과 각 접촉하는 층(121, 110, 151)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 불순물(120)을 제거하는 측면 분리(edge isolation) 공정을 실시하여 태양 전지(11)를 완성한다. 하지만, 측면 분리 공정 시기는 필요에 따라 변경 가능하며, 생략될 수 있다. 예컨대 불순물 증착을 기판의 전면에만 형성하는 이온 주입법이나 코팅법으로 에미터부가 형성되는 경우는 기판의 후면에는 불순물층인 에미터부가 형성되지 않으므로, 이 경우 측면 분리 공정은 생략 가능하다.
본 실시예에의 경우, 기판(110)의 후면에 형성된 불순물층(120)는 별도로 제거되지 않았지만, 대안적인 예에서, 후면전극부 패턴(50)을 형성하기 전에 기판(110)의 후면에 위치하는 불순물층(120)를 제거하기 위한 별도의 공정이 행해질 수 있다.
이와 같이, 레이져 샷을 중첩되게 불순물층에 조사하여, 복수의 전면 전극(141) 하부에 다른 부분보다 상대적으로 높은 고농도 불순물 도핑 영역을 형성할 경우, 다른 예에 따른 태양 전지에서, 도 8 및 도 9에 도시한 것처럼 제1 에미터 부분(1211)에서 제2 에미터 부분(1212)으로 변하는 각 전면 전극(141)의 측면 부근즉, 각 전면 전극(141)의 측면을 중심으로 하여 제1 에미터 부분(1211)에서 제2 에미터 부분(1212)으로 변하는 영역에서 불순물 도핑 농도는 순차적으로 변한다. 즉, 레이져 샷의 중첩 비율이 각 전면 전극이 위치하는 불순물층 부분에서 변하게 되므로, 각 전면 전극의 측면 부근에 존재하는 영역에서는 레이져 샷의 조사 횟수가 제1 횟수에서 제2 횟수로 바로 변하지 않고 여러 단계를 거치면서 증가하여 전면 전극이 위치할 영역에서 최종 원하는 횟수만큼 레이저 조사 동작이 행해질 수 있다.
이와 같이, 제1 에미터 부분(1211)에서 제2 에미터 부분(1212)으로의 불순물 도핑 두께가 단계적으로 변하게 됨에 따라 제1 에미터 부분(1211)에서 제2 에미터 부분(1212)으로의 불순물 도핑 농도 및 면저항값 역시 단계적으로 변하게 된다.
이로 인해, 제1 에미터 부분(1211)을 통해 제2 에미터 부분(1212)으로 전하가 이동할 경우, 제1 에미터 부분(1211)과 제2 에미터 부분(1212) 사이에 면저항값이 제1 에미터 부분(1211)의 면저항값에서부터 제2 에미터 부분(1212)의 면저항값으로 순차적으로 변하는 버퍼영역이 존재하므로, 제1 에미터 부분(1211)에서 제2 에미터 부분(1212)으로의 전하 이동이 좀더 용이하게 행해진다.
따라서, 제1 에미터 부분(1211)에서 제2 에미터 부분(1212)으로 이동하는 전하의 양은 좀더 증가한다.
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 (19)

  1. 제1 도전성 타입을 갖는 기판에 제2 도전성 타입을 갖는 불순물층을 형성하는 단계,
    상기 불순물층에 레이저 샷(laser shot)을 조사하되, 상기 불순물층의 제1 영역의 단위면적에 조사되는 상기 레이저 샷의 최대 조사 횟수를 상기 불순물층의 제2 영역의 단위면적에 조사되는 상기 레이저 샷의 최대 조사 횟수보다 적게 하여 상기 제2 영역에서 상기 기판으로 주입되는 불순물의 양 또는 상기 제2 영역 하부의 기판에 주입되어 있는 불순물 중에서 활성화되는 불순물의 양을 상기 제1 영역에서 상기 기판으로 주입되는 불순물의 양 또는 상기 제1 영역 하부의 기판에 주입되어 있는 불순물 중에서 활성화되는 불순물의 양보다 많게 함으로써, 상기 제1 영역 하부의 상기 기판에 위치하며 제1 면저항값을 갖는 제1 에미터 부분과 상기 제2 영역 하부의 상기 기판에 위치하며 상기 제1 면저항값보다 작은 제2 면저항값을 갖는 제2 에미터 부분을 갖는 에미터부를 형성 하는 단계, 그리고
    상기 제2 에미터 부분에 연결되어 있는 복수의 제1 전극과 상기 기판에 연결되어 있는 제2 전극을 형성하는 단계
    를 포함하는 태양 전지의 제조 방법.
  2. 제1 도전성 타입을 갖는 기판에 제2 도전성 타입을 갖는 불순물층을 형성하는 단계,
    상기 불순물층 위에 레이저 샷(laser shot)을 조사하되, 상기 레이저 샷은 서로 중첩되는 구간을 갖도록 제1 레이저 빔과 제2 레이저 빔을 조사하고, 상기 제1 레이저 빔과 상기 제2 레이저 빔의 중첩 구간은 상기 불순물층의 제1 영역에서 보다 상기 불순물층의 제2 영역에서 더 크게 형성하여 상기 제2 영역에서 상기 기판으로 주입되는 불순물의 양 또는 상기 제2 영역 하부의 기판에 주입되어 있는 불순물 중에서 활성화되는 불순물의 양을 상기 제1 영역에서 상기 기판으로 주입되는 불순물의 양 또는 상기 제1 영역 하부의 기판에 주입되어 있는 불순물 중에서 활성화되는 불순물의 양보다 많게 함으로써, 상기 제1 영역 하부의 상기 기판에 위치하며 제1 면저항값을 갖는 제1 에미터 부분과 상기 제2 영역 하부의 상기 기판에 위치하며 상기 제1 면저항값보다 작은 제2 면저항값을 갖는 제2 에미터 부분을 갖는 에미터부를 형성하는 단계, 그리고
    상기 제2 에미터 부분에 연결되어 있는 복수의 제1 전극과 상기 기판에 연결되어 있는 제2 전극을 형성하는 단계
    를 포함하는 태양 전지 제조방법.
  3. 제1 도전성 타입을 갖는 기판에 제2 도전성 타입을 갖는 불순물층을 형성하는 단계,
    상기 불순물층 위에 레이저 샷(laser shot)을 조사하되, 상기 불순물층의 제1 영역에서 조사되는 상기 레이저 샷은 제1 비율만큼 중첩되게 조사하고, 상기 불순물층의 제2 영역에서 조사되는 상기 레이저 샷은 상기 제1 비율보다 큰 제2 비율만큼 중첩되게 조사하여 상기 제2 영역에서 상기 기판으로 주입되는 불순물의 양 또는 상기 제2 영역 하부의 기판에 주입되어 있는 불순물 중에서 활성화되는 불순물의 양을 상기 제1 영역에서 상기 기판으로 주입되는 불순물의 양 또는 상기 제1 영역 하부의 기판에 주입되어 있는 불순물 중에서 활성화되는 불순물의 양보다 많게 함으로써, 상기 제1 영역 하부의 상기 기판에 위치하며 제1 면저항값을 갖는 제1 에미터 부분과 상기 제2 영역 하부의 상기 기판에 위치하며 상기 제1 면저항값보다 작은 제2 면저항값을 갖는 제2 에미터 부분을 갖는 에미터부를 형성하는 단계, 그리고
    상기 제2 에미터 부분에 연결되어 있는 복수의 제1 전극과 상기 기판에 연결되어 있는 제2 전극을 형성하는 단계
    를 포함하는 태양 전지의 제조 방법.
  4. 삭제
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에서,
    상기 불순물층 형성 단계는 이온 주입법으로 상기 기판에 상기 불순물층을 형성하는 태양전지의 제조 방법.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에서,
    상기 불순물층 형성 단계는 제2 도전성 타입의 불순물을 함유한 페이스트나 잉크를 상기 기판 위에 도포하는 단계를 포함하는 태양 전지의 제조 방법.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에서,
    상기 불순물층의 상기 제1 영역에서 조사되는 상기 레이저 샷의 폭은 상기 불순물층의 상기 제2 영역에서 조사되는 상기 레이저 샷의 폭과 동일하거나 큰 태양 전지의 제조 방법.
  8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에서,
    상기 레이저 샷은 씬 빔(thin beam) 형태인 태양 전지의 제조 방법.
  9. 제8항에서,
    상기 레이저 샷의 길이는 상기 복수의 제1 전극과 평행한 상기 기판의 한 측면의 길이와 동일하거나 큰 태양 전지의 제조 방법.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제3항에서,
    상기 제1 비율은 상기 제1 영역에 조사된 상기 레이저 샷의 조사 영역의 폭의 70 내지 80%이고, 상기 제2 비율은 상기 제2 영역에 조사된 상기 레이저 샷의 조사 영역의 폭의 90 내지 95%인 태양 전지의 제조 방법.
  13. 제1항 내지 제3항 어느 한 항에서,
    상기 제1 면저항값은 90Ω/sq. 내지 120Ω/sq.이고, 상기 제2 면저항값은 30Ω/sq. 내지 50Ω/sq.인 태양 전지의 제조 방법.
  14. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에서,
    상기 복수의 제1 전극 및 제2 전극 형성 단계는 상기 복수의 제1 전극과 교차하는 방향으로 뻗어 있고 상기 제1 에미터 부분 및 상기 복수의 제1 전극과 연결되어 있는 버스바를 형성하는 단계를 포함하는 태양 전지의 제조 방법.
  15. 제14항에서,
    상기 버스바는 상기 복수의 제1 전극과 교차하는 부분에서 상기 제2 에미터 부분과 연결되어 있는 태양 전지의 제조 방법.
  16. 제14항에서,
    상기 에미터부 위에 반사 방지부를 형성하는 단계를 더 포함하고, 상기 복수의 제1 전극과 상기 버스바는 상기 반사 방지부를 관통하여 상기 제1 에미터 부분과 상기 제2 에미터 부분 중 적어도 하나와 연결되어 있는 태양 전지의 제조 방법.
  17. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에서,
    상기 복수의 제1 전극 및 제2 전극 형성 단계는 상기 제2 전극을 형성할 때 상기 제2 전극과 접하는 상기 기판 내에 전계부를 형성하는 단계를 포함하는 태양 전지의 제조 방법.
  18. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에서,
    상기 불순물층은 300Ω/sq. 내지 400Ω/sq.의 면저항값을 갖는 태양 전지의 제조 방법.
  19. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에서,
    상기 제1 에미터 부분에서 상기 제2 에미터 부분으로의 불순물 도핑 두께가 단계적으로 변하는 버퍼 영역을 더 형성하는 태양 전지의 제조 방법.
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