KR101699313B1 - 태양 전지 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양 전지 제조 방법에 관한 것이다
본 발명에 따른 태양 전지 제조 방법의 일례는 기판 상부에 제 1 마스킹 페이스트를 패터닝하는 단계; 패터닝된 제 1 마스킹 페이스트 사이로 노출된 기판 상부에 제 1 도전성 타입의 제 1 불순물부를 형성하는 단계; 제 1 마스킹 페이스트를 제거하는 단계; 제 1 불순물부의 상부에 제 2 마스킹 페이스트를 형성하는 단계; 제 2 마스킹 페이스트 사이의 노출된 기판 상부에 제 2 도전성 타입의 제 2 불순물부를 형성하는 단계; 및 제 2 마스킹 페이스트를 제거하는 단계;를 포함한다.
본 발명에 따른 태양 전지 제조 방법의 일례는 기판 상부에 제 1 마스킹 페이스트를 패터닝하는 단계; 패터닝된 제 1 마스킹 페이스트 사이로 노출된 기판 상부에 제 1 도전성 타입의 제 1 불순물부를 형성하는 단계; 제 1 마스킹 페이스트를 제거하는 단계; 제 1 불순물부의 상부에 제 2 마스킹 페이스트를 형성하는 단계; 제 2 마스킹 페이스트 사이의 노출된 기판 상부에 제 2 도전성 타입의 제 2 불순물부를 형성하는 단계; 및 제 2 마스킹 페이스트를 제거하는 단계;를 포함한다.
Description
본 발명은 태양 전지 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 반도체에서 복수의 전자-정공 쌍이 생성되고, 생성된 전자-정공 쌍은 광기전력 효과(photovoltaic effect)에 의해 전하인 전자와 정공으로 각각 분리되어, 전자는 n형의 반도체부 쪽으로 이동하고 정공은 p형의 반도체부 쪽으로 이동한다. 이동한 전자와 정공은 각각 p형의 반도체부와 n형의 반도체부에 연결된 서로 다른 전극에 의해 수집되고 이 전극들을 전선으로 연결하여 전력을 얻는다.
일반적으로 전극들은 빛이 입사되지 않는 반도체부 위뿐만 아니라 빛이 입사되는 반도체부 위에도 위치하므로, 입사면 쪽에 위치한 전극에 의해 빛의 입사 면적이 감소하여 태양 전지의 효율이 떨어진다.
따라서 빛의 입사 면적을 증가시키기 위해, 전자와 정공을 수집하는 전극을 모두 빛이 입사되지 않는 면에 위치시킨 후면 전극형 구조(back contact)의 태양 전지가 개발되어 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 태양 전지의 제조 공정을 새롭게 제안함으로써 제조 공정 및 제조 시간을 단축시켜 제조 비용을 감소시키기 위한 것이다.
본 발명에 따른 태양 전지 제조 방법의 일례는 기판 상부에 제 1 마스킹 페이스트를 패터닝하는 단계; 패터닝된 제 1 마스킹 페이스트 사이로 노출된 기판 상부에 제 1 도전성 타입의 제 1 불순물부를 형성하는 단계; 제 1 마스킹 페이스트를 제거하는 단계; 제 1 불순물부의 상부에 제 2 마스킹 페이스트를 형성하는 단계; 제 2 마스킹 페이스트 사이의 노출된 기판 상부에 제 2 도전성 타입의 제 2 불순물부를 형성하는 단계; 및 제 2 마스킹 페이스트를 제거하는 단계;를 포함한다.
여기서, 제 1 마스킹 페이스트 및 제 2 마스킹 페이스트는 수용성 물질 또는 유기 용매 물질에 의해 제거되는 물질을 포함할 수 있다.
또한, 제 1 마스킹 페이스트 및 제 2 마스킹 페이스트의 두께는 0.1um(마이크로미터) 이상 40um(마이크로미터) 이하일 수 있다.
또한, 제 1 불순물부 및 제 2 불순물부의 두께는 5nm(나노미터) 이상 30nm(나노미터) 이하일 수 있다.
또한, 태양 전지의 제조 방법은 제 2 마스킹 페이스트를 제거하는 단계 이후, 제 1 불순물부의 상부에 도전성의 제 1 전극을 형성하고, 제 2 불순물부의 상부에 도전성의 제 2 전극을 형성하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
또한, 제 1 불순물부를 형성하는 단계는 제 1 불순물부를 형성한 이후, 제 1 불순물부 상부에 도전성의 제1 버퍼 전극을 더 형성하는 단계를 더 포함하고, 제 2 마스킹 페이스트를 형성하는 단계는 제 1 불순물부의 상부에 형성된 제 1 버퍼 전극의 상부에 제 2 마스킹 페이스트를 형성할 수 있다.
또한, 제 2 불순물부를 형성하는 단계는 제 2 불술물부를 형성한 이후, 제 2 불술물부 상부에 도전성의 제2 버퍼 전극을 더 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 제 1 버퍼 전극 및 제 2 버퍼 전극은 전도성의 투명 물질을 포함할 수 있다.
또한, 제 1 버퍼 전극 및 제 2 버퍼 전극은 TCO(Transparent Conductive Oxide), ITO(Indum Tin Oxide), IZO(indium zinc oxide) 및 ZnO(zinc oxide) 물질 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
또한, 제 1 버퍼 전극 및 제 2 버퍼 전극의 두께는 5nm 이상 100nm 이하일 수 있다.
또한, 제 1 마스킹 페이스트 및 제 2 마스킹 페이스트의 두께는 1um(마이크로미터) 이상 40um(마이크로미터) 이하일 수 있다.
또한, 태양 전지의 제조 방법은 제 2 마스킹 페이스트를 제거하는 단계 이후, 제 1 버퍼 전극 상부에 도전성의 제 1 전극을 형성하고, 제 2 버퍼 전극 상부에 도전성의 제 2 전극을 형성하는 전극 형성 단계;를 더 포함할 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따른 태양 전지의 제조 방법은 제 1 불순물부 및 제 2 불순물부를 형성할 때에 제 1 마스킹 페이스트 및 제 2 마스킹 페이스트를 이용하여 태양 전지의 제조 공정을 보다 간략화 할 수 있고 제조 시간을 보다 단축할 수 있어 태양 전지의 제조 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 태양 전지의 일례에 대해 설명하기 위한 도이다.
도 3a 내지 도 3g는 도 1 및 도 2에 도시된 태양 전지의 제조 방법의 일례를 설명하기 위한 도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 태양 전지의 다른 일례에 대해 설명하기 위한 도이다.
도 6a 내지 도 6g는 도 4 및 도 5에 도시된 태양 전지의 제조 방법의 다른 일례를 설명하기 위한 도이다.
도 3a 내지 도 3g는 도 1 및 도 2에 도시된 태양 전지의 제조 방법의 일례를 설명하기 위한 도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 태양 전지의 다른 일례에 대해 설명하기 위한 도이다.
도 6a 내지 도 6g는 도 4 및 도 5에 도시된 태양 전지의 제조 방법의 다른 일례를 설명하기 위한 도이다.
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 면에 형성되어 있는 것뿐만 아니라 가장 자리 일부에는 형성되지 않은 것을 뜻한다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 따른 다양한 예의 태양 전지와 그 제조 방법에 대하여 설명한다.
먼저, 도 1 및 도 2를 참고로 하여 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 한 예에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1 및 도 2를 참고로 하면, 본 발명의 일례에 따른 태양 전지(1)는 기판(110), 빛이 입사되는 기판(110)의 면인 입사면[이하, ‘전면(front surface)’라 함] 위에 위치하는 전면 보호부(191), 전면 보호부(191) 위에 위치하는 반사 방지부(130), 빛이 입사되지 않고 입사면의 반대쪽 면인 기판(110)의 면[이하, ‘후면(rear surface)’라 함] 위에 위치하는 후면 보호부(192), 후면 보호부(192) 위에 위치하는 복수의 제 1 불순물부(121), 후면 보호부(192) 위에 위치하고 복수의 제 1 불순물부(121)와 이격되어 있는 복수의 제 2 불순물부(172), 복수의 제 1 불순물부(121) 위에 각각 위치하는 복수의 제 1 전극(141)과 복수의 제 2 불순물부(172) 위에 각각 위치하는 복수의 제 2 전극(142)을 포함한다.
여기서, 제 1 불순물부(121)는 에미터부(emitter region) 또는 후면 전계부[back surface field (BSF) region] 중 어느 하나로 정의할 수 있으며, 제 2 불순물부(172)는 에미터부(emitter region) 또는 후면 전계부[back surface field (BSF) region] 중 나머지 하나로 정의할 수 있다.
이하에서는, 설명의 편의상 제 1 불순물부(121)는 에미터부(emitter region), 제 2 불순물부(172)는 후면 전계부[back surface field (BSF) region]인 것을 일례로 설명한다.
기판(110)은 제1 도전성 타입, 예를 들어 n형 도전성 타입의 실리콘(silicon)으로 이루어진 반도체 기판일 수 있다. 이때, 실리콘은 단결정 실리콘 또는 다결정 실리콘과 같은 결정질 실리콘이다. 기판(110)이 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물이 기판(110)에 도핑(dopping)된다. 하지만, 이와는 달리, 기판(110)은 p형 도전성 타입일 수 있고, 실리콘 이외의 다른 반도체 물질로 이루어질 수도 있다. 기판(110)이 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 기판(110)은 붕소(B), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등과 같은 3가 원소의 불순물이 기판(110)에 도핑된다.
이러한 기판(110)은 전면이 불규칙한 표면을 갖는 요철면을 갖는다. 편의상 도 1에서, 기판(110)의 가장자리 부분만 요철면으로 도시하여 그 위에 위치하는 전면 보호부(191)와 반사 방지부(130) 역시 그 가장자리 부분만 요철면으로 도시한다. 하지만, 실질적으로 기판(110)의 전면 전체가 요철면을 갖고 있으며, 이로 인해 기판(110)의 전면 위에 위치한 전면 보호부(191)와 반사 방지부(130) 역시 요철면을 갖는다.
기판(110)의 전면 위에 위치한 전면 보호부(191)는 기판(110)의 표면 및 그 근처에 주로 존재하는 댕글링 결합(dangling bond)과 같은 결함(defect)을 안정한 결합으로 바꾸어 결함에 의해 기판(110)의 표면 쪽으로 이동한 전하가 소멸되는 것을 감소시키는 패시베이션 기능(passivation function)을 수행하여 결함에 의해 기판(110)의 표면 및 그 근처에서 손실되는 전하의 양을 감소시킨다.
본 실시예에서, 전면 보호부(191)는 약 1㎚ 내지 10㎚의 두께를 가질 수 있고, 진성 비정질 실리콘[intrinsic amorphous silicon (a-Si)]으로 이루어질 수 있다.
전면 보호부(191)의 두께가 약 1nm 이상이면 기판(110) 전면에 전면 보호부(191)가 좀더 균일하게 도포되므로 패시베이션 기능을 좀더 양호하게 수행할 수 있으며, 전면 보호부(191)의 두께가 약 10nm 이하면 전면 보호부(191) 내에서 흡수되는 빛의 양이 좀더 감소시켜 기판(110) 내로 입사되는 빛의 양을 좀더 증가시킬 수 있다.
전면 보호부(191) 위에 위치한 반사 방지부(130)는 태양 전지(1)로 입사되는 빛의 반사도를 줄이고 특정 파장 영역의 선택성을 증가시켜, 태양 전지(1)의 효율을 높인다. 이러한 반사 방지부(130)는 ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), ZnO(zinc oxide) 등의 투명한 도전성 산화물(transparent conductive oxide, TCO)과 같은 투명한 도전성 물질로 이루어져 있다.
반사 방지부(130)는 기판(110)의 전면뿐만 아니라 측면 일부에도 형성될 수 있고, 이 경우 하부에 위치하는 기판(110)이나 에미터부(121) 또는 인접한 곳에 위치하는 다른 태양 전지와의 전기적인 접촉이 발생할 수 있다. 따라서, 반사 방지부(130)의 전도도가 클 경우, 접촉한 부분에서의 션트(shunt) 현상이 발생하고, 이로 인해 불필요한 전하의 손실 등을 초래한다.
또한 반사 방지부(130)의 전도도가 높을 때, 기판(110)의 전면 쪽으로 이동하는 전하(예, 정공)는 반사 방지부(130) 쪽으로 이동하여, 전도도가 높은 반사 방지부(130)을 따라 이동하게 된다. 이로 인해, 기판(110)의 후면 쪽으로 이동하여 해당 전극(142)에 의해 수집되는 전하의 양이 감소하는 문제가 발생한다.
따라서, 반사 방지부(130)는 전도도가 낮을수록 유리하다.
또한, 외부로부터 기판(110)으로 입사되는 빛의 창구 역할을 하는 반사 방지부(130)의 면저항이 너무 낮을 경우, 즉 전도도가 높을 경우, 빛의 투과도가 감소한다.
따라서 션트 발생을 방지하기 위한 전도도와 빛의 투과도를 고려하여 반사 방지부(130)는 약 50Ω/sq. 내지 100Ω/sq.의 면저항값을 갖는다. 반사 방지부(130)의 면저항값이 약 50Ω/sq.이상일 경우, 전면 보호부(191) 위에 좀더 균일하게 도포되고 좀더 안정적인 반사 방지 기능을 수행할 수 있으며, 반사 방지부(130)의 면저항값이 약 100Ω/sq.이하일 경우, 반사 방지부(130)는 션트 발생을 좀더 줄이고 투과도를 좀더 향상시킬 수 있다.
또한 본 실시예에서, 반사 방지부(130)는 약 70㎚ 내지 90㎚의 두께를 가질 수 있다. 반사 방지부(130)의 두께가 약 70㎚ 이상일 경우, 최대값(약 100Ω/sq.) 이하의 면저항값을 가지면서 좀더 균일하게 도포되고 좀더 안정적인 반사 방지 기능을 수행할 수 있으며, 반사 방지부(130)의 두께가 약 90㎚ 이하일 경우, 최소값(50Ω/sq.) 이상의 면저항값을 가지면서 션트 발생을 좀더 줄이고 투과도를 좀더 향상시킬 수 있다.
이처럼, 반사 방지부(130)가 투명한 도전성 물질로 이루어져 있을 경우, 실리콘 질화물이나 실리콘 산화물로 이루어질 경우보다 반사 방지부(130)의 투명도가 더욱 향상되어 기판(110)으로 입사되는 빛의 양이 더욱더 증가한다.
기판(110)의 후면에 위치한 후면 보호부(192)는 전면 보호부(191)와 동일한 물질로 이루어져 있다. 따라서, 후면 보호부(192)는 진성 비정질 실리콘으로 이루어질 수 있다.
이러한 후면 보호부(192)는 전면 보호부(191)와 동일하게 패시베이션 기능을 수행하여, 기판(110)의 후면 쪽으로 이동한 전하가 불안정한 결합에 의해 소멸되는 것을 감소한다.
복수의 후면 전계부(172)는 후면 보호부(192)의 위에 위치하여 패터닝되어 정해진 방향으로 뻗어 있다.
이와 같은 복수의 후면 전계부(172)는 기판(110)과 동일한 도전성 타입의 불순물이 기판(110)보다 고농도로 도핑된 영역이다. 예를 들어, 복수의 후면 전계부(172)는 n+의 불순물 영역일 수 있다.
이와 같은 복수의 후면 전계부(172)는 비정질 실리콘(a-Si)으로 이루어져 있으므로, 복수의 후면 전계부(172)는 예를 들어 n+의 도전성 타입을 갖는 비정실 실리콘부이다. 따라서 기판(110)은 단결정 실리콘 또는 다결정 실리콘과 같은 결정질 반도체로 이루어져 있고, 복수의 후면 전계부(172)는 비정질 실리콘과 같은 비결정질 반도체로 이루어져 있으므로, 기판(110)과 복수의 후면 전계부(172)는 이종 접합(hetero junction)을 형성한다.
이러한 후면 전계부(172)는 기판(110)과 후면 전계부(172)와의 불순물 농도 차이로 인한 전위 장벽에 의해 전자와 정공 중 하나(예, 전자)의 이동 방향인 후면 전계부(172) 쪽으로의 나머지 전하(예, 정공) 이동을 방해하는 반면 후면 전계부(172) 쪽으로 해당 전하(예, 전자) 이동을 용이하게 한다. 따라서, 후면 전계부(172) 및 그 부근 또는 제 1 전극(141) 및 제2 전극(142)에서 전자와 정공의 재결합으로 손실되는 전하의 양을 감소시키고 전자 이동을 가속화시켜 후면 전계부(172)로의 전자 이동량을 증가시킨다.
또한 후면 전계부(172)는 후면 보호부(192)와 함께 패시베이션 기능을 수행할 수 있다. 이 경우, 후면 보호부(192)와 함께 기판(110)의 표면및 그 부근에서 소멸되는 전하의 양을 감소시킨다.
각 후면 전계부(172)는 약 5㎚ 내지 30㎚의 두께를 가질 수 있다. 후면 전계부(172)의 두께가 약 5nm 이상이면 정공의 이동을 방해하는 전위 장벽을 좀더 양호하게 형성할 수 있어 전하 손실을 좀더 감소시킬 수 있고, 후면 전계부(172)의 두께가 약 30nm 이하이면 후면 전계부(172) 내에서 흡수되는 빛의 양이 좀더 감소시켜 기판(110) 내로 재입사되는 빛의 양을 좀더 증가시킬 수 있다.
복수의 에미터부(121)는 후면 보호부(192)의 위에 위치하여 패터닝되어 정해진 방향으로 뻗어 있다. 따라서, 도 1 및 도 2에 도시한 것처럼, 에미터부(121)와 후면 전계부(172)는 기판(110)의 후면에서 교대로 위치한다.
각 에미터부(121)는 비정질 실리콘(a-Si)으로 이루어져 있고, 기판(110)의 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입, 예를 들어, p형의 도전성 타입을 갖고 있다. 따라서, 각 에미터부(121)는 p형의 비정실 실리콘부이다. 이로 인해, 복수의 에미터부(121)는 기판(110)과 이종 접합뿐만 아니라 p-n 접합을 형성한다.
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 n형이고 복수의 에미터부(121)가 p형일 경우, 분리된 전자는 후면 보호부(192)를 관통하여 복수의 후면 전계부(172) 쪽으로 이동하고, 분리된 정공은 후면 보호부(192)를 관통하여 복수의 에미터부(121) 쪽으로 이동한다.
기판(110)과 에미터부(121)와의 p-n 접합을 형성하므로, 본 실시예와 달리, 기판(110)이 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 에미터부(121)가 n형의 도전성 타입을 가지고, 이 경우 분리된 전자는 후면 보호부(192)를 통해 복수의 에미터부(121) 쪽으로 이동하고 분리된 정공은 후면 보호부(192)를 통해 복수의 후면 전계부(172) 쪽으로 이동한다.
복수의 에미터부(121)가 p형의 도전성 타입을 가질 경우 에미터부(121)에는 3가 원소의 불순물이 도핑될 수 있고, 반대로 복수의 에미터부(121)가 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 에미터부(121)에는 5가 원소의 불순물이 도핑될 수 있다.
이때, 복수의 에미터부(121) 역시 후면 보호부(192)와 함께 패시베이션 기능을 수행하여, 결함에 의해 기판(110)의 후면에서 소멸되는 전하의 양이 감소하여, 태양 전지(1)의 효율이 향상된다.
각 에미터부(121)의 두께는 5nm(나노미터) 이상 30nm(나노미터) 이하가 되도록 할 수 있다. 각 에미터부(121)의 두께가 약 5nm 이상이면 p-n 접합을 좀더 양호하게 형성할 수 있고 좀더 양호한 패시베이션 효과를 얻을 수 있으며, 각 에미터부(121)의 두께가 약 30nm 이하이면 각 에미터부(121) 내에서 흡수되는 빛의 양이 좀더 감소시켜 기판(110) 내로 재입사되는 빛의 양을 좀더 증가시킬 수 있다.
본 실시예에서, 각 후면 전계부(172)와 각 에미터부(121)의 폭(W2, W1)이 서로 동일한 것을 일례로 도시하였으나, 이와 다르게 각 후면 전계부(172)와 각 에미터부(121)의 폭(W2, W1)은 서로 상이할 수도 있다. 즉, 후면 전계부(172)의 폭(W2)이 에미터부(121)의 폭(W1)보다 클 수도 있다. 이로 인해, 후면 전계부(172)로 덮어지는 기판(110)의 표면 면적이 증가하여, 후면 전계부(172)로 인한 후면 전계 효과가 좀더 증가할 수 있다.
하지만, 이와는 달리, 에미터부(121)의 폭(W1)이 후면 전계부(172)의 폭(W2)보다 클 수도 있다. 이 경우, p-n 접합 영역이 증가하므로 전자-정공 쌍의 발생량이 좀더 증가하고, 전자에 비해 이동도가 낮은 정공의 수집에 좀더 유리하다.
복수의 제 1 전극(141)은 도전성 물질을 포함하고, 각 에미터부(121)를 따라서 연장되어 있다. 따라서, 각 제1 전극(141)은 해당 에미터부(121)쪽으로 이동하여 전송되는 전하, 예를 들어, 정공을 수집한다.
복수의 제2 전극(142)은 도전성 물질을 포함하고, 각 후면 전계부(172)를 따라서 길게 연장되어 있다. 따라서 복수의 제2 전극(142)은 해당 후면 전계부(172) 쪽으로 전송되는 전하, 예를 들어, 전자를 수집한다.
복수의 제1 및 제2 전극(141, 142)에 포함되는 도전성 물질은 니켈(Ni), 구리(Cu), 은(Ag), 알루미늄(Al), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 티타늄(Ti), 금(Au) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 도전성 금속 물질로 이루어질 수 있지만, 이외의 다른 도전성 금속 물질로 이루어질 수 있다. 이처럼, 복수의 제1 및 제2 전극(141, 142)이 금속 물질로 이루어질 수 있다.
이와 같은 구조를 갖는 본 실시예에 따른 태양 전지(1)의 동작은 다음과 같다.
태양 전지(1)로 빛이 조사되어 반사 방지부(130)와 전면 보호부(191)를 순차적으로 통과하여 기판(110)으로 입사되면 빛 에너지에 의해 기판(110)에서 전자-정공 쌍이 발생한다. 이때, 기판(110)의 표면이 요철면이므로 기판(110) 전면에서의 빛 반사도가 감소하여 기판(110)으로의 빛 흡수율이 증가되므로, 태양 전지(1)의 효율이 향상된다. 이어 더하여, 반사 방지부(130)에 의해 기판(110)으로 입사되는 빛의 반사 손실이 줄어들어 기판(110)으로 입사되는 빛의 양은 더욱더 증가한다.
이들 전자-정공 쌍은 기판(110)과 에미터부(121)의 p-n 접합에 의해 서로 분리되어 정공은 p형의 도전성 타입을 갖는 에미터부(121)쪽으로 이동하고, 전자는 n형의 도전성 타입을 갖는 후면 전계부(172) 쪽으로 이동하여, 제1 전극(141)과 제2 전극(142)으로 전달되어 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 보호부(192, 191) 가 위치하므로, 기판(110)의 전면 및 후면 그리고 이들 근처에 존재하는 결함으로 인한 전하 손실량이 줄어들어 태양 전지(1)의 효율이 향상된다.
또한, 기판(110)의 후면에 위치한 후면 전계부(172)로 인해 전하의 손실량이 더욱 감소하여 태양 전지(1)의 효율 역시 향상된다.
다음, 도 3a 내지 도 3g를 참고로 하여, 도 1에 도시된 본 발명의 일례에 따른 태양 전지(1)의 제조 방법의 일례에 대하여 설명한다.
본 발명의 따른 태양 전지 제조 방법의 일례에서 전면 보호부(191), 반사 방지부(130) 및 후면 보호부(192) 등을 형성하는 방법은 일반적인 방법으로 형성될 수 있으므로 이에 대한 설명은 생략하고, 도 3a 내지 도 3g에 도시된 바와 같이, 에미터부(121), 후면 전계부(172), 제 1 전극(141) 및 제 2 전극(142)의 제조 방법의 일례에 대해 설명한다.
본 발명의 따른 태양 전지 제조 방법의 일례는 먼저, 도 3a에 도시된 바와 같이 후면 보호부(192)가 형성된 기판(110) 상부에 제 1 마스킹 페이스트(301)를 패터닝한다. 여기서, 제 1 마스킹 페이스트(301)를 기판(110)의 상부에 패터닝하여 형성할 때에는 비진공 상태에서 프린팅(Printing) 기법을 이용하여 미리 결정된 패턴으로 형성할 수 있다. 이와 같은, 제 1 마스킹 페이스트(301)는 수용성 물질 또는 유기 용매 물질에 의해 제거되는 물질을 포함할 수 있다.
이와 같이 제 1 마스킹 페이스트(301)가 패터닝 된 이후, 도 3b에 도시된 바와 같이, 패터닝된 제 1 마스킹 페이스트(301) 사이로 노출된 기판(110) 상부에 제 1 도전성 타입의 제 1 불순물부(121)를 형성한다. 예를 들면 PECVD 등을 이용하여 제 1 불순물부(121)를 형성할 수 있는 것이다.
여기서, 제 1 불순물부(121)는 전술한 바와 같이, 에미터부(emitter region) 또는 후면 전계부[back surface field (BSF) region] 중 어느 하나로 정의할 수 있으며, 제 2 불순물부(172)는 에미터부(emitter region) 또는 후면 전계부[back surface field (BSF) region] 중 나머지 하나로 정의할 수 있다. 따라서, 제 1 불순물부(121)가 에미터부인 경우, 제 2 불순물부(172)는 후면 전계부 일 수 있으며, 제 1 불순물부(121)가 후면 전계부인 경우, 제 2 불순물부(172)는 에미터부 일 수 있다.
이후, 도 3c에 도시된 바와 같이, 수용성 물질 또는 유기 용매 물질을 이용하여 제 1 마스킹 페이스트(301)를 제거함으로써, 제 1 마스킹 페이스트(301) 사이로 노출된 기판(110) 상부에 형성된 제 1 불순물부(121)만 남게된다.
여기서, 제 1 마스킹 페이스트(301)의 상부에 형성된 제 1 불순물부(121)는 제 1 마스킹 페이스트(301)가 제거될 때에 함께 제거된다. 이와 같이 함으로써, 기판(110)의 상부에 제 1 불순물부(121)를 형성할 수 있는 것이다.
또한, 수용성 물질 또는 유기 용매 물질의 일례는 에소프로필 알코올이나 알코올 계열의 물질이 포함된 수용액일 수도 있으며, 그 밖에 여러 가지의 수용성 물질 또는 유기 용매 물질이 사용될 수 있다.
한편, 여기서 제 1 마스킹 페이스트(301)의 두께(tm1)는 0.1um(마이크로미터) 이상 40um(마이크로미터) 이하가 되도록 할 수 있다.
제 1 마스킹 페이스트(301)의 두께(tm1)가 0.1um(마이크로미터) 이상이 되도록 하면 제 1 마스킹 페이스트(301) 사이로 제 1 불순물부(121)가 형성될 때, 제 1 마스킹 페이스트(301)의 두께(tm1)를 제 1 불순물부(121)의 두께(td1)보다 충분히 크게 형성할 수 있어 제 1 마스킹 페이스트(301)의 측면 전체에 제 1 불순물부(121)가 형성되는 것을 방지할 수 있다.
이와 같이, 제 1 마스킹 페이스트(301)의 측면에 제 1 불순물부(121)가 형성되는 것을 방지하면, 이후 단계에서 제 1 마스킹 페이스트(301)를 제거할 때, 수용성 물질 또는 유기 용매 물질이 외부로 노출된 제 1 마스킹 페이스트(301)의 측면으로 스며들어 제 1 마스킹 페이스트(301)를 보다 용이하게 제거할 수 있는 것이다.
제 1 마스킹 페이스트(301)의 두께(tm1)가 40um(마이크로미터) 이하가 되도록 하는 이유는 제 1 마스킹 페이스트(301)가 과도하게 사용되는 것을 방지하기 위함이다.
제 1 불순물부(121)의 두께(td1)는 5nm(나노미터) 이상 30nm(나노미터) 이하가 되도록 할 수 있다.
이와 같이 함으로써, 제 1 불순물부(121)의 두께(td1) 대비 제 1 마스킹 페이스트(301)의 두께(tm1)가 3.3배 이상 8000배 이하가 되도록 할 수 있는 것이다. 이와 같이 함으로써, 제 1 마스킹 페이스트(301)의 두께(tm1)를 제 1 불순물부(121)의 두께(td1)보다 충분히 크게 할 수 있어 전술한 바와 같이 제 1 마스킹 페이스트(301)의 측면에 제 1 불순물부(121)가 형성되는 것을 방지할 수 있어 제 1 마스킹 페이스트(301)를 보다 용이하게 제거 할 수 있는 것이다.
이후, 도 3d에 도시된 바와 같이, 도 3c 단계 이후, 기판(110) 상부에 형성된 제 1 불순물부(121)의 상부에 선택적으로 제 2 마스킹 페이스트(302)를 형성한다. 이와 같이 제 1 불순물부(121)의 상부에 선택적으로 제 2 마스킹 페이스트(302)를 형성할 때에 제 1 불술물부(121)의 상부뿐만 아니라 측면에도 제 2 마스킹 페이스트(302)도 함께 형성될 수 있다. 이와 같이 제 2 마스킹 페이스트(302)를 형성할 때에도 제 1 마스킹 페이스트(301)을 형성할 때와 마찬가지로 비진공 상태에서 프린팅(Printing) 기법을 이용하여 형성할 수 있는 것이다.
이와 같은, 제 2 마스킹 페이스트(302)도 제 1 마스킹 페이스트(301)와 같이 수용성 물질 또는 유기 용매 물질에 의해 제거되는 물질을 포함할 수 있다.
이후, 도 3e에 도시된 바와 같이, 제 2 마스킹 페이스트(302) 사이의 노출된 기판(110) 상부에 제 2 도전성 타입의 제 2 불순물부(172)를 형성하고, 이후, 도 3f에 도시된 바와 같이, 수용성 물질 또는 유기 용매 물질을 이용하여 제 2 마스킹 페이스트(302)를 제거한다.
여기서, 제 2 마스킹 페이스트(302)의 상부에 형성된 제 2 불순물부(172)는 제 2 마스킹 페이스트(302)가 제거될 때에 함께 제거된다. 이와 같이 함으로써, 기판(110)의 상부에 제 2 불순물부(172)를 형성할 수 있는 것이다.
여기서 제 1 불순물부(121)의 상부에 형성된 제 2 마스킹 페이스트(302)의 두께(tm2)는 0.1um(마이크로미터) 이상 40um(마이크로미터) 이하가 되도록 할 수 있다. 그 이유는 제 1 마스킹 페이스트(301)의 두께(tm1)를 설명한 이유와 동일하므로 생략한다.
또한, 제 2 불순물부(172)의 두께(td2)는 5nm(나노미터) 이상 30nm(나노미터) 이하가 되도록 할 수 있으며, 이와 같이 함으로써 제 2 불순물부(172)의 두께(td2) 대비 제 2 마스킹 페이스트(302)의 두께(tm2)가 3.3배 이상 8000배 이하가 되도록 할 수 있는 것이다.
이와 같은 제 2 불순물부(172)의 두께(td2)도 제 1 불순물부(121)의 두께(td1)를 설명한 이유와 동일하므로 생략한다.
이와 같이 제 2 마스킹 페이스트(302)를 제거하는 단계 이후, 도 3g에 도시된 바와 같이 제 1 불순물부(121)의 상부에 도전성의 제 1 전극(141)을 형성하고, 제 2 불순물부(172)의 상부에 도전성의 제 2 전극(142)을 형성할 수 있는 것이다. 여기의 제 1 전극(141) 및 제 2 전극(142)에 대한 구체적인 설명은 도 1 및 도 2에서 설명한 바와 동일하다.
또한, 도 3a 내지 도 3g에서 구체적으로 설명하지는 않았지만, 제 1 불순물부(121) 및 제 2 불순물부(172)에 대한 구체적인 두께, 폭, 재질 및 기능에 대한 설명은 도 1 및 도 2를 통하여 설명한 바와 동일하므로 생략한다.
이와 같이 본 발명의 일례에 따른 태양 전지 제조 방법은 태양 전지 제조 공정시 제 1 불순물부(121) 및 제 2 불순물부(172)를 형성할 때에 비진공 상태에서 제 1 및 제 2 마스킹 페이스트(302)를 기판(110) 상에 프린팅 기법을 이용하여 형성하므로 기존에 포토리소그라피 공정을 이용하여 제 1 불순물부(121) 및 제 2 불순물부(172)를 형성할 때와 비교하여 공정 단계 및 시간을 크게 단축할 수 있어 제조 비용을 크게 절감하는 효과가 있다.
지금까지는 제 1 불순물부(121) 위에 제 1 전극(141)이 형성되고, 제 2 불순물부(172) 위에 제 2 전극(142)이 형성된 태양 전지 및 그 제조 방법을 일례로 설명하였으나, 제 1 불순물부(121) 위에 제 1 버퍼 전극(151)이 형성되고, 그 위에 제 1 전극(141)이 형성될 수도 있으며, 제 2 불순물부(172) 위에 제 2 버퍼 전극(152)이 형성되고, 그 위체 제 2 전극(142)이 형성될 수도 있다. 이하에서는 이와 같이 제 1 버퍼 전극(151)과 제 2 버퍼 전극(152)이 형성된 태양 전지 및 그 제조 방법의 일례에 대해서 구체적으로 설명한다.
도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 태양 전지의 다른 예에 대하여 상세하게 설명한다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 본 발명의 다른 예에 따른 태양 전지(2) 는 반사 방지부(130), 전면 보호부(191), 기판(110), 후면 보호부(192), 제 1 불순물부(121), 제 2 불순물부(172), 제 1 전극(141) 및 제 2 전극(142) 이외에 제 1 불순물부(121)와 제 1 전극(141) 사이에 제 1 버퍼 전극(151)과 제 2 불순물부(172)와 제 2 전극(142) 사이에 제 2 버퍼 전극(152)이 더 형성될 수 있다.
이와 같은 태양 전지(2)에서 반사 방지부(130), 전면 보호부(191), 기판(110), 후면 보호부(192), 제 1 불순물부(121), 제 2 불순물부(172), 제 1 전극(141) 및 제 2 전극(142)에 대한 설명은 도 1 내지 도 3g 에서 설명한 바와 동일하므로 생략하고, 새로이 추가된 제 1 버퍼 전극(151)과 제 2 버퍼 전극(152)을 위주로 설명한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 제 1 불순물부(121) 위에 위치하는 제1 버퍼 전극(151)은 각 제 1 불순물부(121)를 따라서 연장되어 있다.
이로 인해, 각 제 1 불순물부(121)는 그 상부에 위치한 제1 버퍼 전극(151)에 의해 대기 중의 산소나 수분으로부터 보호되어, 산화 현상 등으로 인한 제 1 불순물부(121)의 특성 변화가 방지된다.
또한, 제 2 불순물부(172) 위에 위치하는 복수의 제2 버퍼 전극(152)은 각 제 2 불순물부(172)를 따라서 연장한다.
각 제 1 불순물부(121)와 유사하게, 각 제 2 불순물부(172)는 제2 버퍼 전극(152)에 의해 대기 중의 산소나 수분 등으로부터 보호되어, 제 2 불순물부(172)의 특성 변화가 방지된다.
도 4 및 도 5에서와 같이, 복수의 제1 및 제2 버퍼 전극(151, 152)의 평면 면적은 각각 그 하부에 위치한 제 1 불순물부(121)와 제 2 불순물부(172)의 평면 면적보다 작을 수 있지만, 이와 다르게 복수의 제1 및 제2 버퍼 전극(151,152)의 평면 면적은 각각 복수의 제 1 불순물부(121) 및 제 2 불순물부(172)의 평면 면적과 동일할 수도 있다.
제1 및 제2 버퍼 전극(151, 152)에 의해 각각 보호되는 제 1 불순물부(121)와 제 2 불순물부(172)의 면적이 증가할수록 산소나 수분 등에 노출되는 제 1 불순물부(121)와 제 2 불순물부(172)의 면적이 감소하므로, 산소나 수분 등에 의한 제 1 불순물부(121)와 제 2 불순물부(172)의 특성 변화가 방지된다.
복수의 제1 및 제2 버퍼 전극(151, 152)은 복수의 제 1 불순물부(121)와 복수의 제 2 불순물부(172) 쪽으로 각각 이동한 전하, 예를 들어 정공과 전자를 각각 전달하고, 기판(110)을 통과한 빛을 기판(110) 쪽으로 반사시켜 기판(110)으로 입사되는 빛의 양을 증가시키는 반사막(reflector)으로서 기능한다.
이러한 제1 및 제2 버퍼 전극(151, 152)은 반사 방지부(130)와 동일하게 전기 전도성의 투명 물질을 포함할 수 있다. 구체적인 일례로 제 1 버퍼 전극 및 제 2 버퍼 전극은 TCO(Transparent Conductive Oxide), ITO(Indum Tin Oxide), IZO(indium zinc oxide) 및 ZnO(zinc oxide) 물질 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있는 것이다.
이때, 제1 및 제2 버퍼 전극(151, 152)은 전하를 그 상부에 위치한 복수의 제1 전극(141)과 복수의 제2 전극(142)으로 각각 전달해야 하므로, 반사 방지부(130)보다 높은 전도도(즉, 낮은 면저항값)을 갖는다.
따라서, 제1 및 제2 버퍼 전극(151, 152)이 반사 방지부(130)와 동일한 재료로 이루어질 경우에도, 제1 및 제2 버퍼 전극(151, 152)는 반사 방지부(130)보다 높은 전도도를 가질 수 있다.
반사 방지부(130)와 제1 및 제2 버퍼 전극(151, 152) 간의 전도도 차이를 실현하기 위한 방식을 다음과 같다.
예를 들어, 반사 방지부(130)와 제1 및 제2 버퍼 전극(151, 152)을 이루는 원소들은 동일하지만 이들 원소의 결합비를 다르게 하거나 반사 방지부(130)와 제1 및 제2 버퍼 전극(151, 152)를 형성할 때 공급되는 산소의 농도를 다르게 할 수 있다. 이로 인해 반사 방지부(130)와 제1 및 제2 버퍼 전극(151, 152)은 동일한 구성요소로 이루어져 있지만 각 구성요소의 구성비가 서로 상이할 수 있다(예, ZnO와 ZnO2). 또한, 질소, 수소 또는 도펀트(dopant) 등을 이용하여 반사 방지부(130)와 제1 및 제2 버퍼 전극(151, 152)의 전도도를 상이하게 하거나 산소 프라즈마(O2 plasma) 처리를 추가로 실시하여 반사 방지부(130)와 제1 및 제2 버퍼 전극(151, 152)의 전도도를 다르게 할 수 있다. 또 다른 방식으로는, 반사 방지부(130)와 제1 및 제2 버퍼 전극(151, 152)에 함유되는 금속 물질의 함량이나 종류를 서로 달리 하여, 반사 방지부(130)와 제1 및 제2 버퍼 전극(151, 152)이 상이한 전도도 가질 수 있도록 할 수 있다.
본 실시예에서, 각 제1 및 제2 버퍼 전극(151, 152)은 약 8Ω/sq. 내지 12Ω/sq.의 면저항값을 가진다. 이러한 제1 및 제2 버퍼 전극(151, 152)의 면저항값은 제1 및 제2 버퍼 전극(151, 152)의 전도도와 관련 있고, 면저항값과 전도도는 반비례 관계를 갖는다.
제1 및 제2 버퍼 전극(151, 152)의 면저항값이 약 8Ω/sq. 이상일 경우, 불필요한 재료 낭비와 불필요한 두께 상승을 좀더 방지하며, 제1 및 제2 버퍼 전극(151, 152)의 면저항값이 약 12Ω/sq. 이하일 경우, 좀더 균일하고 안정적으로 제1 및 제2 버퍼 전극(151, 152)을 복수의 제 1 불순물부(121) 및 복수의 제 2 불순물부(172) 위에 형성하고 제1 및 제2 버퍼 전극(151, 152)으로부터 복수의 제1 및 제2 전극(141, 142)으로 좀더 안정적이고 용이한 전하 이동을 실행할 수 있다.
이로 인해, 제1 및 제2 버퍼 전극(151, 512)의 낮은 면저항값에 의해 제1 및 제2 버퍼 전극(151, 152)의 전도도는 증가하므로, 제1 및 제2 버퍼 전극(151, 152)은 복수의 제 1 불순물부(121)나 복수의 제 2 불순물부(172)로부터 전달되는 전하는 그 상부에 위치한 제1 및 제2 전극(141, 142)으로 양호하게 전달할 수 있다.
본 실시예에서, 제1 및 제2 버퍼 전극(151, 152) 각각은 약 5㎚ 내지 100㎚의 두께를 가질 수 있다. 제1 및 제2 버퍼 전극(151, 152)이 약 5nm 이상이면 좀더 양호한 크기의 전도도나 접촉 저항이 얻을 수 있어, 전하의 이동 동작이 좀더 향상될 수 있고, 제1 및 제2 버퍼 전극(151, 152)이 약 100nm 이하이며, 불필요한 재료 낭비나 두께 상승을 좀더 방지할 수 있다.
복수의 제1 버퍼 전극(151) 위에 위치하는 복수의 제1 전극(141)은 복수의 제1 버퍼 전극(151)을 따라서 길게 연장되어 있고, 복수의 제1 버퍼 전극(151)과 전기적?물리적으로 연결되어 있다.
각 제1 전극(141)은 해당 제 1 불순물부(121)쪽으로 이동하여 제1 버퍼 전극(151)을 통해 전송되는 전하, 예를 들어, 정공을 수집한다.
복수의 제2 버퍼 전극(152) 위에 위치하는 복수의 제2 전극(142)은 복수의 제2 버퍼 전극(152)을 따라서 길게 연장되어 있고, 복수의 제2 버퍼 전극(152)과 전기적?물리적으로 연결되어 있다.
각 제2 전극(142)은 해당 제 2 불순물부(172) 쪽으로 이동하여 제2 버퍼 전극(152)을 통해 전송되는 전하, 예를 들어, 전자를 수집한다.
도 4 및 도 5에서, 제1 및 제2 전극(141, 142) 각각의 평면 면적은 그 하부에 위치하는 제1 및 제2 버퍼 전극(151, 152)의 평면 면적과 상이할 수 있지만, 동일한 평면 면적을 가질 수도 있다. 제1 및 제2 버퍼 전극(151, 152)과 제1 및 제2 전극(141, 142)간의 접촉 면적이 증가할수록 접촉 저항이 감소하여, 전극(141, 142)으로의 전하 이동 효율은 증가한다.
복수의 제1 및 제2 전극(141, 142)은 니켈(Ni), 구리(Cu), 은(Ag), 알루미늄(Al), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 티타늄(Ti), 금(Au) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 도전성 금속 물질로 이루어질 수 있지만, 이외의 다른 도전성 금속 물질로 이루어질 수 있다. 이처럼, 복수의 제1 및 제2 전극(141, 142)이 금속 물질로 이루어져 있으므로, 제1 및 제2 버퍼 전극(152)을 각각 통과한 빛을 기판(110)쪽으로 반사시킨다.
본 실시예에서, 실리콘과 같은 반도체 물질로 이루어진 복수의 제 1 불순물부(121)와 제 2 불순물부(172) 그리고 금속 물질로 이루어진 복수의 제1 및 제2 전극(141, 142) 사이에 투명한 도전성 물질로 이루어진 복수의 제1 및 제2 버퍼 전극(151, 152)이 존재하여 접착력(접촉 특성)이 약한 반도체 물질과 금속 물질 간의 접착력이 향상된다. 이로 인해, 복수의 제 1 불순물부(121)와 복수의 제1 전극(141) 사이 그리고 복수의 제 2 불순물부(172)와 복수의 제2 전극(142) 사이의 접착력이 향상되고, 복수의 제 1 불순물부(121)와 복수의 제1 전극(141) 사이 그리고 복수의 제 2 불순물부(172)과 복수의 제2 전극(142) 사이에 오믹 콘택(ohmic contact)이 형성된다. 따라서, 복수의 제 1 불순물부(121)와 복수의 제1 전극(141) 사이 그리고 복수의 제 2 불순물부(172)와 복수의 제2 전극(142) 사이의 전도도가 향상되어 복수의 제 1 불순물부(121)와 복수의 제 2 불순물부(172)로부터 각각 복수의 제1 및 제2 전극(141, 142)으로의 전하 이동 효율이 증가한다.
이하의 도 6a 내지 도 6g에서는 본 발명의 다른 일예에 따른 태양 전지의 제조 방법에 대해 설명한다.
이와 같은 도 6a 내지 도 6g에 따른 태양 전지 제조 방법은 도 3a 내지 도 3g에 따른 태양 전지 제조 방법과 유사하며, 제 1 버퍼 전극(151) 및 제 2 버퍼 전극(152)에 관련하여 차이점이 있다. 따라서, 제 1 버퍼 전극(151) 및 제 2 버퍼 전극(152) 이외의 태양 전지 제조 방법은 도 3a 내지 도 3g에 따른 태양 전지 제조 방법에서 이미 설명하고 있으므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
본 발명의 다른 예에 따른 태양 전지 제조 방법(2)은 먼저, 도 6a에 도시된 바와 같이 후면 보호부(192)가 형성된 기판(110) 상부에 제 1 마스킹 페이스트(301)를 패터닝 한 이후, 도 6b에 도시된 바와 같이, 패터닝된 제 1 마스킹 페이스트(301) 사이로 노출된 기판(110) 상부에 제 1 도전성 타입의 제 1 불순물부(121)를 형성한 이후, 제 1 불순물부(121) 상부에 도전성의 제 1 버퍼 전극(151)을 더 형성하는 단계를 더 포함한다.
이후, 도 6c에 도시된 바와 같이, 수용성 물질 또는 유기 용매 물질을 이용하여 제 1 마스킹 페이스트(301)를 제거함으로써, 제 1 마스킹 페이스트(301) 사이로 노출된 기판(110) 상부에 형성된 제 1 불순물부(121)만 남게된다. 여기서, 제 1 마스킹 페이스트(301)의 상부에 형성된 제 1 불순물부(121) 및 제 1 버퍼 전극(151)은 제 1 마스킹 페이스트(301)가 제거될 때에 함께 제거된다. 이와 같이 함으로써, 기판(110)의 상부에 제 1 불순물부(121)와 제 1 버퍼 전극(151)을 함께 형성할 수 있는 것이다.
한편, 여기서 제 1 마스킹 페이스트(301)의 두께(tm1’)는 1um(마이크로미터) 이상 40um(마이크로미터) 이하가 되도록 할 수 있다.
이와 같이 제 1 마스킹 페이스트(301)의 두께(tm1’)를 도 3a보다 크게 1um(마이크로미터) 이상이 되도록 하는 것은 제 1 마스킹 페이스트(301)의 사이에 제 1 불순물부(121) 뿐만 아니라 제 1 버퍼 전극(151)이 함께 형성되기 때문에 제 1 마스킹 페이스트(301) 사이로 제 1 불순물부(121)와 함께 제 1 버퍼 전극(151)이 형성될 때, 제 1 마스킹 페이스트(301)의 두께(tm1’)가 제 1 불순물부(121) 및 제 1 버퍼 전극(151)의 두께(td1+tb1)보다 충분히 크게 형성되도록 하여 제 1 마스킹 페이스트(301)의 측면 전체에 제 1 불순물부(121) 및 제 1 버퍼 전극(151)이 형성되는 것을 방지하기 위함이다.
이와 같이, 제 1 마스킹 페이스트(301)의 측면에 제 1 불순물부(121)가 형성되는 것을 방지하면, 이후 단계에서 제 1 마스킹 페이스트(301)를 제거할 때, 수용성 물질 또는 유기 용매 물질이 제 1 마스킹 페이스트(301)의 측면으로 스며들어 제 1 마스킹 페이스트(301)를 보다 용이하게 제거할 수 있는 것이다.
제 1 마스킹 페이스트(301)의 두께(tm1’)가 40um(마이크로미터) 이하가 되도록 하는 이유는 앞선 본 발명의 일례에 따른 태양 전지 제조 방법에서 설명한 바와 동일하므로 생략한다.
이후, 도 6d에 도시된 바와 같이, 도 6c 단계 이후, 기판(110) 상부에 형성된 제 1 불순물부(121)의 상부에 형성된 제 1 버퍼 전극(151)의 상부에 선택적으로 제 2 마스킹 페이스트(302)를 형성한다. 이와 같이 제 1 불순물부(121) 및 제 1 버퍼 전극(151)의 상부에 선택적으로 제 2 마스킹 페이스트(302)를 형성할 때에 제 1 불술물부의 상부뿐만 아니라 측면에도 제 2 마스킹 페이스트(302)도 함께 형성될 수 있다. 여기서 제 2 마스킹 페이스트(302)의 두께(tm2’)는 1um(마이크로미터) 이상 40um(마이크로미터) 이하가 되도록 할 수 있다. 이는 앞서 설명한 제 1 마스킹 페이스트(301)의 두께(tm1’)에 대한 이유와 동일하다.
이와 같은, 제 2 마스킹 페이스트(302)도 제 1 마스킹 페이스트(301)와 같이 수용성 물질 또는 유기 용매 물질에 의해 제거되는 물질을 포함할 수 있다.
이후, 도 6e에 도시된 바와 같이, 제 2 마스킹 페이스트(302) 사이의 노출된 기판(110) 상부에 제 2 도전성 타입의 제 2 불순물부(172)를 형성한 이후, 제 2 불술물부(172) 상부에 도전성의 제 2 버퍼 전극(152)을 더 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 이후, 도 6f에 도시된 바와 같이, 수용성 물질 또는 유기 용매 물질을 이용하여 제 2 마스킹 페이스트(302)를 제거한다. 여기서, 제 2 마스킹 페이스트(302)의 상부에 형성된 제 2 불순물부(172)는 제 2 마스킹 페이스트(302)가 제거될 때에 함께 제거된다. 이와 같이 함으로써, 기판(110)의 상부에 제 2 불순물부(172)와 제 2 버퍼 전극(152)을 함께 형성할 수 있는 것이다.
이와 같이 제 2 마스킹 페이스트(302)를 제거하는 단계 이후, 도 6g에 도시된 바와 같이 제 1 버퍼 전극(151)의 상부에 도전성의 제 1 전극(141)을 형성하고, 제 2 버퍼 전극(152)의 상부에 도전성의 제 2 전극(142)을 형성할 수 있는 것이다. 여기의 제 1 전극(141) 및 제 2 전극(142)에 대한 구체적인 설명은 도 1 및 도 2에서 설명한 바와 동일하다.
또한, 도 6a 내지 도 6g에서 구체적으로 설명하지는 않았지만, 제 1 불순물부(121) 및 제 2 불순물부(172)에 대한 구체적인 두께, 폭, 재질 및 기능에 대한 설명은 도 1 및 도 2를 통하여 설명한 바와 동일하므로 생략한다.
이와 같이 본 발명의 다른 일례에 따른 태양 전지 제조 방법도 태양 전지 제조 공정시 제 1 불순물부(121)와 제 1 버퍼 전극(151) 및 제 2 불순물부(172)와 제 2 버퍼 전극(152)을 형성할 때에 도 3a 내지 도3g에서 전술한 바와 같이 비진공 상태에서 제 1 및 제 2 마스킹 페이스트(302)를 기판(110) 상에 프린팅 기법을 이용하여 형성하므로 기존에 포토리소그라피 공정을 이용할 때와 비교하여 공정 단계 및 시간을 크게 단축할 수 있어 제조 비용을 크게 절감하는 효과가 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.
Claims (15)
- 결정질 실리콘층으로 이루어진 반도체 기판의 한쪽 면 위에 진성 비정질 실리콘층으로 이루어진 제1 보호부를 증착하는 단계;
상기 제1 보호부 위에 제 1 마스킹 페이스트를 패터닝하는 단계;
상기 패터닝된 제 1 마스킹 페이스트 사이로 노출된 상기 제1 보호부 위에, 제 1 도전성 타입의 비정질 실리콘층으로 이루어진 제 1 불순물부를 증착하는 단계;
상기 제 1 마스킹 페이스트를 제거하는 단계;
상기 제1 불순물부의 상부면 및 측면을 덮는 제2 마스킹 페이스트를 상기 제 1 불순물부의 상부에 형성하는 단계;
상기 제 2 마스킹 페이스트 사이의 노출된 상기 제1 보호부 위에, 제 2 도전성 타입의 비정질 실리콘층으로 이루어진 제 2 불순물부를 증착하는 단계; 및
상기 제 2 마스킹 페이스트를 제거하는 단계;
를 포함하며,
상기 제1 불순물부와 상기 제2 불순물부는 상기 결정질 반도체 기판과 각각 이종 접합을 형성하고,
상기 제1 불순물부와 상기 제2 불순물부 중 어느 하나는 상기 결정질 반도체 기판과 p-n 접합을 형성하며,
상기 제1 불순물부와 상기 제2 불순물부 및 상기 제1 보호부는 서로 동일한 물질을 포함하고,
상기 제1 불순물부와 상기 결정질 반도체 기판의 사이 및 상기 제2 불순물부와 상기 결정질 반도체 기판의 사이에 상기 제1 보호부를 위치시키는 태양 전지의 제조 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 마스킹 페이스트 및 상기 제 2 마스킹 페이스트는 수용성 물질 또는 유기 용매 물질에 의해 제거되는 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 마스킹 페이스트 및 상기 제 2 마스킹 페이스트의 두께는 0.1um(마이크로미터) 이상 40um(마이크로미터) 이하인 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 불순물부 및 상기 제 2 불순물부의 두께는 5nm(나노미터) 이상 30nm(나노미터) 이하인 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 태양 전지의 제조 방법은
상기 제 2 마스킹 페이스트를 제거하는 단계 이후, 상기 제 1 불순물부의 상부에 도전성의 제 1 전극을 형성하고, 상기 제 2 불순물부의 상부에 도전성의 제 2 전극을 형성하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 불순물부를 형성하는 단계는,
상기 제 1 불순물부를 형성한 이후, 상기 제 1 불순물부 상부에 도전성의 제1 버퍼 전극을 더 형성하는 단계를 더 포함하고,
상기 제 2 마스킹 페이스트를 형성하는 단계는
상기 제 1 불순물부의 상부에 형성된 제 1 버퍼 전극의 상부에 상기 제 2 마스킹 페이스트를 형성하는 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법. - 제 6 항에 있어서,
상기 제 2 불순물부를 형성하는 단계는
상기 제 2 불순물부를 형성한 이후, 상기 제 2 불순물부 상부에 도전성의 제2 버퍼 전극을 더 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법. - 제 7 항에 있어서,
상기 제 1 버퍼 전극 및 상기 제 2 버퍼 전극은 전도성의 투명 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법. - 제 7 항에 있어서,
상기 제 1 버퍼 전극 및 상기 제 2 버퍼 전극은 TCO(Transparent Conductive Oxide)를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법. - 제 7 항에 있어서,
상기 제 1 버퍼 전극 및 상기 제 2 버퍼 전극의 두께는 5nm 이상 100nm 이하인 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법. - 제 7 항에 있어서,
상기 제 1 마스킹 페이스트 및 상기 제 2 마스킹 페이스트의 두께는 1um(마이크로미터) 이상 40um(마이크로미터) 이하인 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법. - 제 7 항에 있어서,
상기 태양 전지의 제조 방법은
상기 제 2 마스킹 페이스트를 제거하는 단계 이후, 상기 제 1 버퍼 전극 상부에 도전성의 제 1 전극을 형성하고, 상기 제 2 버퍼 전극 상부에 도전성의 제 2 전극을 형성하는 전극 형성 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 제1 마스킹 페이스트 및 상기 제2 마스킹 페이스트의 두께는 상기 제1 불순물부 및 상기 제2 불순물부의 두께의 3.3배 이상, 8000배 이하로 형성되는 태양 전지의 제조 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 제1 불순물부는 상기 제1 마스킹 페이스트의 측면과 접촉하고, 상기 제2 불순물부는 상기 제2 마스킹 페이스트의 측면과 접촉하는 태양 전지의 제조 방법. - 제 6 항에 있어서,
상기 제1 불순물부는 상기 제1 마스킹 페이스트의 측면과 접촉하고, 상기 제2 불순물부는 상기 제2 마스킹 페이스트의 측면과 접촉하는 태양 전지의 제조 방법.
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