KR101699315B1 - 태양 전지 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양 전지의 제조 방법에 관한 것으로 기판의 후면에 보호막을 형성하는 단계, 상기 보호막 위에 후면전극용 페이스트를 도포하는 단계, 상기 후면전극용 페이스트가 도포된 보호막에 레이저 빔을 조사하여 복수의 오목부를 형성하는 단계, 상기 오목부를 형성한 후 후면전극용 페이스트를 건조하는 단계, 그리고 상기 건조된 후면전극용 페이스트를 열처리하여 상기 기판과 전기적으로 연결된 후면 전극을 형성하는 단계를 포함한다. 따라서, 직렬 저항이 낮은 태양 전지의 제조가 가능하며 후면 전극의 오목부와 기판의 사이에 복수의 후면 전계부의 형성이 용이하여, 높은 효율을 갖는 태양 전지의 제조가 가능하다.
Description
본 발명은 태양 전지 및 그 제조 방법에 관한 것이다
일반적인 태양 전지는 p형과 n형처럼 서로 다른 도전성 타입(conductive type)의 반도체로 이루어진 기판(substrate) 및 에미터부(emitter layer), 그리고 기판과 에미터부에 각각 연결된 전극을 구비한다. 이때, 기판과 에미터부의 계면에는 p-n 접합이 형성되어 있다.
이러한 태양 전지에 빛이 입사되면 반도체에서 복수의 전자-정공 쌍이 생성되고, 생성된 전자-정공 쌍은 광기전력 효과(photovoltaic effect)에 의해 전하인 전자와 정공으로 각각 분리되어 전자와 정공은 n형의 반도체와 p형 반도체쪽으로, 예를 들어 에미터부와 기판쪽으로 각각 이동하고, 기판과 에미터부와 연결된 전극에 의해 수집되며, 이 전극들을 전선으로 연결하여 전력을 얻는다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 태양 전지의 효율을 향상시키는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 태양 전지의 제조 공정을 단순하게 하고 제조 시간을 줄이기 위한 것이다.
본 발명의 한 특징에 따른 태양 전지의 제조 방법은 기판의 후면에 보호막을 형성하는 단계, 보호막 위에 후면전극용 페이스트를 도포하는 단계, 후면전극용 페이스트가 도포된 보호막에 레이저 빔을 조사하여 복수의 오목부를 형성하는 단계, 오목부가 형성된 후 후면전극용 페이스트를 건조하는 단계, 그리고, 건조된 후면전극용 페이스트를 열처리하여 기판과 전기적으로 연결된 후면 전극을 형성하는 단계를 포함한다.
복수의 오목부를 형성하는 단계에서, 복수의 오목부는 후면전극용 페이스트가 도포된 보호막을 관통하여 상기 기판의 일부를 노출하도록 형성할 수 있다.
제1 도전성 타입을 갖는 기판에 제1 도전성과 반대인 제2 도전성 타입의 에미터부를 형성하는 단계, 에미터부 위에 전면 전극용 페이스트를 도포하는 단계, 그리고, 전면전극용 페이스트를 열처리하여,에미터부와 전기적으로 연결되는 전면 전극부를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
후면전극용 페이스트와 전면전극용 페이스트를 동시에 열처리하여 후면 전극 및 전면 전극부를 한번에 형성할 수 있다.
후면전극용 페이스트는 알루미늄(Al)을 함유할 수 있다.
보호막 위의 해당부분에 후면전극 집전부용 페이스트를 도포하는 단계, 그리고, 후면전극 집전부용 페이스트를 열처리하여 후면전극 집전부를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
후면전극용 페이스트, 전면전극용 페이스트 및 후면전극 집전부용 페이스트를 동시에 열처리하여 후면 전극, 상기 전면 전극부 및 상기 후면전극 집전부를 한번에 형성할 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따른 태양 전지는 제1 도전성 타입의 반도체 기판, 제1 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입을 가지고 반도체 기판과 p-n 접합을 형성하는 에미터부, 반도체 기판의 후면에 위치하며 반도체 기판의 일부를 노출하는 복수의 비아홀을 구비하는 보호막, 그리고, 보호막의 후면에 위치하는 후면전극을 포함하며, 보호막의 복수의 비아홀은 반도체 기판에 가까워질수록 직경이 좁아지고, 후면전극은 보호막의 후면에 위치하고 20㎛ 내지 30㎛의 두께를 가지는 후면전극층과 보호막의 복수의 비아홀의 측면 및 반도체 기판의 노출된 부분을 덮으며 오목하게 형성되어 후면전극층과 반도체 기판을 전기적으로 연결하는 복수의 오목부를 구비한다.
후면 전극의 복수의 오목부는 반도체 기판과 접촉하는 부분에 복수의 요철을 구비할 수 있다.
반도체 기판과 상기 후면 전극의 상기 복수의 오목부 사이에 복수의 후면전계부를 더 포함할 수 있다.
상기 에미터부와 전기적으로 연결되는 전면전극을 더 포함할 수 있다.
상기 후면전극과 전기적으로 연결되는 후면전극 집전부를 더 포함할 수 있다.
이러한 특징에 따르면, 후면 전극용 페이스트를 도포한 후 후면 전극요 페이스트를 건조하기 전에 후면전극용 페이스트가 도포된 보호막에 레이저 빔을 조사하여 복수의 오목부를 형성하는 단계를 포함하므로, 후면전극용 페이스트를 건조한 후 레이저 빔을 조사하는 것에 비하여, 직렬 저항이 낮은 태양 전지의 제조가 가능하며 후면 전극의 오목부와 기판의 사이에 복수의 후면 전계부의 형성이 용이하여, 높은 효율을 갖는 태양 전지의 제조가 가능하다.
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 3h는 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 순차적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시한 태양 전지를 II-II선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 3a 내지 3h는 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 순차적으로 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. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한 어떤 부분이 다른 부분 위에 "전체적"으로 형성되어 있다고 할 때에는 다른 부분의 전체 면(또는 전면)에 형성되어 있는 것뿐만 아니라 가장 자리 일부에는 형성되지 않은 것을 뜻한다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지 및 그 제조 방법에 대하여 설명한다.
먼저, 도 1 내지 도 2를 참고로 하여 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 일부 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시한 태양 전지를 II-II선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 1을 참고로 하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지(1)는 기판(110), 빛이 입사되는 기판(110)의 면인 입사면[이하, '전면(front surface)'이라 함]에 위치한 에미터부(120), 에미터부(120) 위에 위치하는 반사 방지막(130), 기판(110)의 전면과 대향하는 기판(110)의 후면에 위치하며 기판의 일부를 노출하는 복수의 비아홀을 구비하는 보호막(190), 에미터부(120)와 전기적으로 연결되어 있는 복수의 전면 전극(front electrode)(141), 복수의 전면 전극(141)과 연결되어 있고 복수의 전면 전극(141)과 교차하는 방향으로 뻗어 있는 복수의 전면전극용 집전부(142), 보호막의 후면에 위치하는 후면전극층과 보호막에 형성된 복수의 비아홀의 측면 및 비아홀을 통해 노출된 기판의 일부를 덮으며 오목하게 형성되어 후면전극층 및 기판과 전기적으로 연결되어 있는 복수의 오목부(155)를 구비하는 후면 전극(rear electrode)(150), 보호막(190) 위에 위치하며, 후면 전극(150)과 전기적으로 연결되어 있는 복수의 후면전극용 집전부(160), 후면 전극의 복수의 오목부(155)와 기판(110) 사이에 위치하는 복수의 후면 전계부(back surface field, BSF)(170)를 구비한다.
기판(110)은 제1 도전성 타입, 예를 들어 p형 도전성 타입의 실리콘으로 이루어진 반도체 기판이다. 이때, 실리콘은 단결정 실리콘, 다결정 실리콘 기판 또는 비정질 실리콘일 수 있다. 기판(110)이 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 붕소(B), 갈륨, 인듐 등과 같은 3가 원소의 불순물을 함유한다. 하지만, 이와는 달리, 기판(110)은 n형 도전성 타입일 수 있고, 실리콘 이외의 다른 반도체 물질로 이루어질 수도 있다. 기판(110)이 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 기판(110)은 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물을 함유할 수 있다.
도시하지는 않았지만, 기판(110)은 텍스처링(texturing)되어 요철면인 텍스처링 표면(texturing surface)을 가질 수 있다.
에미터부(120)는 기판(110)의 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입, 예를 들어, n형의 도전성 타입을 구비하고 있는 불순물부로서, 반도체 기판(110)과 p-n 접합을 이룬다.
이러한 p-n 접합에 인한 내부 전위차(built-in potential difference)에 의해, 기판(110)에 입사된 빛에 의해 생성된 전하인 전자-정공 쌍은 전자와 정공으로 분리되어 전자는 n형 쪽으로 이동하고 정공은 p형 쪽으로 이동한다. 따라서, 기판(110)이 p형이고 에미터부(120)가 n형일 경우, 분리된 정공은 기판(110)쪽으로 이동하고 분리된 전자는 에미터부(120)쪽으로 이동하여, 기판(110)에서 정공은 다수 캐리어가 되며, 에미터부(120)에서 전자는 다수 캐리어가 된다.
에미터부(120)는 기판(110)과 p-n접합을 형성하므로, 본 실시예와 달리, 기판(110)이 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 에미터부(120)는 p형의 도전성 타입을 가진다. 이 경우, 분리된 전자는 기판(110)쪽으로 이동하고 분리된 정공은 에미터부(120)쪽으로 이동한다.
에미터부(120)가 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 에미터부(120)는 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물을 기판(110)에 도핑하여 형성될 수 있고, 반대로 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 붕소(B), 갈륨, 인듐 등과 같은 3가 원소의 불순물을 기판(110)에 도핑하여 형성될 수 있다.
에미터부(120) 위에 실리콘 질화막(SiNx), 실리콘 산화막(SiO2), 실리콘산화질화막(SiOxNy) 등으로 이루어진 반사 방지막(130)이 형성되어 있다. 반사 방지막(130)은 태양 전지(1)로 입사되는 빛의 반사도를 줄이고 특정한 파장 영역의 선택성을 증가시켜, 태양 전지(1)의 효율을 높인다. 이러한 반사 방지막(130)은 약 70㎚ 내지 80㎚의 두께를 가질 수 있다. 반사 방지막(130)은 필요에 따라 생략될 수 있다.
보호막(passivation layer)(190)은 기판(110)의 후면에 위치하며, 기판(110) 표면 근처에서 전하의 재결합율을 감소시키고, 기판(110)을 통과한 빛의 내부 반사율을 향샹시켜 기판(110)을 통과한 빛의 재입사율을 높인다.
본 실시예에서 보호막(190)은 보호막(190)을 관통하는 복수의 비아홀을 구비하며, 복수의 비아홀의 직경은 기판에 가까워질수록 작아지고, 기판과 멀어질수록 커진다.
이러한 보호막(190)은 단일막 또는 이층막 구조를 가질 수 있으며, 기판(110)을 통과한 빛은 단일막 또는 이중막 구조를 갖는 보호막(190)에 의해 반사되어 기판(110)쪽으로 재입사된다. 이때, 보호막(190)을 이루는 막의 굴절율을 조절하여 빛의 재반사율을 향상시킬 수 있다.
복수의 전면 전극(141)은 에미터부(120) 위에 위치하여 에미터부(120)와 전기적으로 연결되어 있고, 서로 이격되게 정해진 방향으로 뻗어있다. 복수의 전면 전극(141)은 에미터부(120)쪽으로 이동한 전하, 예를 들면, 전자를 수집한다.
복수의 전면전극용 집전부(142)는 에미터부(120) 위에서 복수의 전면 전극(141)과 동일 층에 위치하며, 복수의 전면 전극(141)과 교차하는 방향으로 뻗어 있다. 복수의 전면전극용 집전부(142)는 복수의 전면 전극(141)에 의해 수집되어 이동하는 전하를 수집하여 외부 장치로 출력한다.
복수의 전면 전극(141)과 전면전극용 집전부(142)는 적어도 하나의 도전성 물질로 이루어져 있고, 이들 도전성 물질의 예는 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 하나일 수 있지만, 이외의 다른 도전성 금속 물질로 이루어질 수 있다. 복수의 전면 전극(141)과 전면전극용 집전부(142)의 두께는 최소 약 20㎛ 이상, 예를 들어 20㎛ 내지 40㎛일 수 있다.
기판(110)의 후면에 위치한 후면 전극(150)은 보호막(190)의 후면에 위치하는 후면전극층과 보호막(190)에 형성된 복수의 비아홀의 측면 및 비아홀을 통해 노출된 기판(110)의 일부를 덮으며 오목하게 형성되는 복수의 오목부(155)를 포함한다.
후면전극층은 후면전극용 페이스트를 이용하여 스크린 인쇄법에 의해 형성되며 그 두께는 20㎛ 내지 30㎛이며, 복수의 오목부(155)를 통해 기판(110)과 전기적으로 연결되어 기판(110)쪽으로 이동하는 전하, 예를 들어 정공을 수집한다.이때, 기판(110)과 복수의 오목부(155)가 접촉하는 부분에 복수의 요철을 구비할 수 있다. 복수의 요철을 형성함으로써, 후면전극(150)의 각각의 오목부(155)와 기판(110)의 접착성을 향상하여 접촉저항을 감소시키는 효과가 있다.
후면 전극(150)은 적어도 하나의 도전성 물질로 이루어져 있다. 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 하나일 수 있지만, 이외의 다른 도전성 물질로 이루어질 수 있다.
보호막(190) 위에는 전면전극용 집전부(142)과 동일한 방향으로 뻗어 있는 복수의 후면전극용 집전부(160)가 위치한다. 이때, 복수의 후면전극용 집전부(160)는 전면전극용 집전부(142)과 마주보는 위치에 위치할 수 있다. 대안적인 실시예에서, 후면전극용 집전부(162)는 일정한 간격으로 배치된 원형 또는 다각형 형상의 복수의 도전체로 이루어질 수 있다.
복수의 후면전극용 집전부(160)는 후면 전극(150)으로부터 전달되는 전하, 예를 들어 정공을 수집하여 외부 장치로 출력한다.
복수의 후면전극용 집전부(160)는 적어도 하나의 도전성 물질로 이루어져 있고, 도전성 물질의 예는 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 하나일 수 있지만, 이외의 다른 도전성 물질로 이루어질 수 있다.
후면 전극(150)의 복수의 오목부(155)와 기판(110) 사이에 복수의 후면 전계부(170)가 위치한다. 복수의 후면 전계부(170)는 기판(110)과 동일한 도전성 타입의 불순물이 기판(110)보다 고농도로 도핑된 영역, 예를 들면, n+ 영역이다.
기판(110)과 후면 전계부(170)와의 불순물 농도 차이로 인해 전위 장벽이 형성되고, 이로 인해, 기판(110) 후면쪽으로의 정공 이동이 방해되어 기판(110)의 후면부에서 전자와 정공이 재결합하여 소멸되는 것을 감소시킨다.
이와 같은 구조를 갖는 본 실시예에 따른 태양 전지(1)는 기판(110)의 후면에 보호막(190)을 형성하여 기판(110)의 표면에 존재하는 불안정 결합으로 인한 전하의 재결합을 감소시킨 태양 전지(1)로서 그 동작은 다음과 같다.
태양 전지(1)로 빛이 조사되어 반사 방지막(130)과 에미터부(120)를 통해 반도체의 기판(110)으로 입사되면 빛 에너지에 의해 반도체의 기판(110)에서 전자-정공 쌍이 발생한다. 이때, 반사 방지막(130)에 의해 기판(110)으로 입사되는 빛의 반사 손실이 줄어들어 기판(110)으로 입사되는 빛의 양이 증가한다.
이들 전자-정공 쌍은 기판(110)과 에미터부(120)의 p-n접합에 의해 서로 분리되어 전자와 정공은, 예를 들어, n형의 도전성 타입을 갖는 에미터부(120)과 p형의 도전성 타입을 갖는 기판(110)쪽으로 각각 이동한다. 이처럼, 에미터부(120)쪽으로 이동한 전자는 전면 전극(141)에 의해 수집되어 전면전극용 집전부(142)로 전달되어 수집되고, 기판(110)쪽으로 이동한 정공은 인접한 후면 전극(150)으로 전달된 후 후면전극용 집전부(160)에 의해 수집된다. 이러한 전면전극용 집전부(142)와 후면전극용 집전부(160)를 도선으로 연결하면 전류가 흐르게 되고, 이를 외부에서 전력으로 이용하게 된다.
다음, 도 3a 내지 도 3h를 참고로 하여, 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지(1)의 제조 방법에 대한 한 예를 설명한다.
도 3a 내지 도 3h는 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법의 한 예를 순차적으로 나타낸 도면이다.
먼저, 도 3a에 도시한 것처럼, p형 단결정 또는 다결정 실리콘으로 이루어진 기판(110)에 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물을 포함하는 물질, 예를 들어, POCl3이나 H3PO4 등을 고온에서 열처리하여 5가 원소의 불순물을 기판(110)에 확산시켜 기판(110)의 전면에 에미터부(120)를 형성한다. 이와는 달리, 불순물을 기판(110)의 전체면에 확산시켜 기판(110)의 전면, 후면 및 축면에 에미터부(120)를 형성한 후, 습식 식각 또는 건식 식각 등으로 기판(110)의 후면 일부를 제거하여, 기판(110)의 후면에 형성된 에미터부(120)를 제거할 수 있다.
본 실시예와 달리, 기판(110)의 도전성 타입이 n형일 경우, 3가 원소의 불순물을 포함하는 물질, 예를 들어, B2H6를 고온에서 열처리하거나 적층하여 기판(110) 전면에 p형의 에미터부를 형성할 수 있다.
그런 다음, p형 불순물 또는 n형 불순물이 기판(110) 내부로 확산됨에 따라 생성된 인을 포함하는 산화물(phosphorous silicate glass, PSG)이나 붕소를 포함하는 산화물(boron silicate glass, BSG)을 식각 공정을 통해 제거한다.
필요할 경우, 에미터부(120)를 형성하기 전에, 기판(110)의 전면을 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 텍스처링하고, 기판(110)이 다결정 실리콘으로 이루어질 경우, HF나 HNO3와 같은 산 용액을 사용하여 기판(110)의 표면을 텍스처링한다.
다음, 도 3b에 도시한 것처럼, 플라즈마 화학 기상 증착법(plasma enhanced chemical vapor deposition, PECVD)과 같은 화학 기상 증착법(chemical vapor deposition, CVD)을 이용하여 기판(110)의 전면에 반사 방지막(130)을 형성한다.
도 3c에 도시한 것처럼, 플라즈마 기상 증착법(PECVD)과 같은 화학 기상 증착법이나 스퍼터링법(sputtering), 스퍼터링법, 스핀 코팅법(spin coating)법, 스프레이법(spraying), 스크린 인쇄법(screen printing), 전자빔 기상(e-beam evapor ation)법 등과 같은 다양한 막 형상 방법을 사용하여 기판(110)의 후면에 보호막(190)을 형성한다. 보호막(190)을 이루는 막의 두께는 보호막(190) 위에 도포될 복수의 후면 전극 패턴(50)의 두께 등을 고려하여, 열처리 과정을 통하여 복수의 후면 전극(150)이 기판(110)과 접촉할 수 있도록 조절한다. 본 실시예에서 보호막(190)의 두께는 10㎚ 내지 200이나, 이에 한정되지 않는다.
다음, 도 3d에 도시한 것처럼, 스크린 인쇄법을 이용하여, 보호막(190) 후면의 해당 부분에 알루미늄(Al)을 포함한 후면 전극용 페이스트를 도포하여 후면 전극 패턴(50)을 형성한다. 후면전극용 페이스트는 알루미늄(Al) 대신 니켈(Ni), 구리(Cu), 은(Ag), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 티타늄(Ti), 금(Au) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도시하지 않았으나, 스크린 인쇄법을 이용하여, 은 (Ag)을 포함한 페이스트를 보호막(190) 후면의 해당 부분에 도포한 후 건조시켜 복수의 후면전극용 집전부 패턴(60)을 형성할 수 있다. 복수의 후면전극용 집전부 패턴(60)은 서로 분리되어 있고 한 방향으로 뻗어 있지만, 이에 한정되지 않는다.
그런 다음, 도 3e에 도시한 것처럼, 후면 전극 패턴(50)의 해당 부위에 레이저 빔을 조사하여, 후면 전극 패턴(50) 및 보호막(190)을 관통하여 기판(110)의 일부를 드러내는 복수의 오목부(55)를 형성한다. 이때, 레이저 빔의 세기와 파장은 후면 전극 패턴(50) 및 보호막(190)의 재료나 두께와 따라 정해진다.
본 실시예에서는 보호막(190)을 관통하여 기판(110)의 일부가 노출되도록 레이저 빔을 조사하였으나, 이와는 달리, 이후 열처리 과정에서 후면 전극 패턴(50)이 보호막(190)을 관통하여 후면전계부(170)를 형성할 수 있는 두께를 고려하여 보호막(190)의 일부를 남겨놓고 레이저 빔을 조사할 수 있다.
다음, 도 3f에 도시한 것처럼, 레이저 빔을 조사하여 복수의 오목부(55)가 형성된 후면 전극 패턴(50)을 약 120℃ 내지 약 200℃에서 건조시킨다.
후면 전극용 페이스트는 점성이 강한 특징이 있으므로, 건조 과정에서 후면 전극용 페이스트가 레이저 빔에 의해 형성된 복수의 오목부(55)로 흘러들어가 오목부(55)의 일부분을 메우게 된다. 따라서, 후면 전극용 페이스트를 건조하기 전의 후면 전극 패턴(50)에 비하여, 건조 과정을 거친 후의 후면 전극 패턴(51)은 오목부(55) 주위의 후면 전극 패턴(51)의 두께는 얇아지고 오목부(55) 위에 위치한 후면 전극 패턴(51)의 두께는 두꺼워진다.
다음, 도 3g에 도시한 것처럼, 스크린 인쇄법을 이용하여, 반사방지막(130) 전면의 해당 부분에 은(Ag)을 포함한 페이스트를 도포한 후 건조시켜, 전면전극 및 전면전극용 집전부 패턴(40)을 형성한다. 전면전극 및 전면전극용 집전부 패턴(40)은 서로 교차하는 방향으로 뻗어 있는 전면전극 패턴부와 전면전극용 집전부 패턴부를 구비하고 있다. 즉, 각 교차부에서, 전면전극 패턴부와 전면전극용 집전부 패턴부는 서로 다른 방향을 뻗어 있다. 본 실시예에서, 전면전극 패턴부의 폭보다 전면전극용 집전부 패턴부의 폭이 더 넓지만, 이에 한정되지 않는다.
본 실시예와 달리, 전면전극 및 전면전극용 집전부 패턴(40)을 먼저 형성한 후 후면 전극 패턴(50)을 형성할 수 있다.
다음, 도 3h에 도시한 것처럼, 후면 전극 패턴(50), 전면전극 및 전면전극용 집전부 패턴(40)이 형성된 기판(110)을 약 750℃ 내지 800℃의 온도에서 소성하여(firing), 복수의 전면 전극(141)과 복수의 전면전극용 집전부(142), 후면 전극(150), 그리고 복수의 후면 전계부(170)를 형성하여 태양 전지(1)을 완성한다(도 1 및 도 2).
즉, 열처리가 시행되면, 전면전극 및 전면전극용 집전부 패턴(40)에 함유된 납(Pb) 등에 의해 접촉 부위의 반사 방지막(130)이 관통되어 에미터부(120)과 접촉하는 복수의 전면 전극(141) 및 전면전극용 집전부(142)가 형성되고, 후면 전극 패턴(51)은 후면 전극(150)이 된다. 또한, 각 패턴(40, 51)에 함유된 금속 성분과 각 접촉하는 층(120, 110, 190)과의 화학적 결합으로 접촉 저항이 감소하여 전류 흐름이 향상된다.
또한, 열처리 공정으로, 후면 전극(150)의 함유물인 알루미늄(Al)이 후면 전극(150)의 오목부와 접촉한 기판(110)쪽으로 확산되어 후면 전극(150)과 기판(110)의 사이에 복수의 후면 전계부(170)가 형성된다. 이때, 복수의 후면 전계부(170)는 기판(110)과 동일한 도전형인 p형 도전형을 갖고 있고, 후면 전계부(170)의 불순물 농도는 기판(110)보다 높아 p+의 도전성 타입을 갖는다.
본 실시예와 같이 스크린 인쇄법에 의해 후면 전극을 형성하여 태양 전지를 제조 하는 경우, 즉, 후면 전극 페이스트를 스크린 인쇄법으로 도포한 후 페이스트를 건조시키기 전에 후면 전극 패턴(50)에 레이저 빔을 조사하여 복수의 후면 전계부(170)가 형성될 부분의 후면 전극 패턴(50)에 복수의 오목부(55)를 형성한 후 이를 건조하여 후면 전극 패턴(51)을 형성하고 이를 열처리하여 후면 전극(150) 및 후면전계부(170)를 형성한 경우, 후면 전극 패턴을 건조한 후에 레이저 빔을 조사하고 이를 열처리하여 후면 전극 및 복수의 후면전계부를 형성하는 것에 비하여 직렬 저항 및 후면 전계부(170) 특성이 좋아져 더욱 높은 효율을 갖는 태양 전지의 제조가 가능하다.
다시 말해, 스크린 인쇄법으로 후면 전극용 페이스트를 도포하고 건조한 후에 후면 전극 패턴에 레이저 빔을 조사하고 이를 열처리하여 후면 전극 및 복수의 후면전계부를 형성하는 경우, 스크린 인쇄용 페이스트는 순수 알루미늄(Al)으로만 구성된 것이 아니라, 다른 물질을 함유하고 있으므로 후면 전극의 전기전도도 확보를 위해 20㎛ 내지 30㎛의 두께로 후면 전극 패턴을 형성하는 것이 요구된다.
따라서, 페이스트 도포하고 약 120℃ 내지 약 200℃에서 건조시킨 후 레이저 빔을 조사하여 후면 전극을 기판과 연결시키고 후면 전극과 기판 사이에 후면 전계부를 형성하기 위해서는 강한 에너지를 가진 레이저 빔이 요구되며, 강한 에너지를 가진 레이저 빔을 조사하는 경우, 레이저에 의해 움푹 파여진 오목부에 남아있는 알루미늄의 양이 매우 적어 직렬 저항이 높아지고, 후면 전계부 형성이 제대로 이루어 지지 아니하여, 태양 전지(1)의 효율이 저하되는 문제점이 있다.
반면, 본 실시예와 같이 후면 전극 페이스트를 스크린 인쇄법으로 도포한 후 페이스트를 건조시키기 전에 후면 전극 패턴(50)에 레이저 빔을 조사하여 복수의 후면 전계부(170)가 형성될 부분의 후면 전극 패턴(50)에 복수의 오목부(55)를 형성한 후 이를 건조하여 후면 전극 패턴(51)을 형성하고 이를 열처리하여 기판(110)과 전기적으로 연결되는 후면 전극(150) 및 후면 전극(150)과 기판(110) 사이에 위치하는 후면전계부(170)를 형성하는 경우, 후면 전극 패턴(50)을 건조하는 과정에서 페이스트의 점성에 의해 레이저 빔에 의해 기판(110)의 노출된 부분, 즉 오목부(55)를 메우게 된다.
따라서, 오목부(55) 위에 형성된 후면 전극 패턴(51)의 두께가 건조 후 레이저 빔을 조사한 경우보다 두껍게 형성되어, 직렬 저항이 낮은 태양 전지(1)의 제조가 가능하며, 후면 전극(150)의 오목부(155)와 기판(110) 사이에 복수의 후면 전계부(170)의 형성이 용이하다. 또한, 오목부(155)의 두께가 오목부(155) 이외의 부분에 위치하는 후면 전극(150)의 두께에 비하여 얇게 형성되므로 열처리 후에 실리콘과 후면 전극 사이에 빈 공극(void)이 발생할 확률이 줄어들며, 이로 인하여 높은 효율을 갖는 태양 전지(1)의 제조가 가능하다.
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.
1: 태양 전지
40: 전면 전극부 패턴 50: 건조 전 후면 전극 패턴
51: 건조 후 후면 전극 패턴 60: 후면전극용 집전부 패턴
110: 기판 120: 에미터부
130: 반사 방지막 141: 전면 전극
142: 전면전극용 집전부 150: 후면 전극
155: 후면 전극의 오목부 160: 후면전극용 집전부
170: 후면전계부 190: 보호막
40: 전면 전극부 패턴 50: 건조 전 후면 전극 패턴
51: 건조 후 후면 전극 패턴 60: 후면전극용 집전부 패턴
110: 기판 120: 에미터부
130: 반사 방지막 141: 전면 전극
142: 전면전극용 집전부 150: 후면 전극
155: 후면 전극의 오목부 160: 후면전극용 집전부
170: 후면전계부 190: 보호막
Claims (12)
- 기판의 후면에 보호막을 형성하는 단계,
상기 보호막 위에 후면전극용 페이스트를 도포하는 단계,
상기 후면전극용 페이스트가 도포된 보호막에 레이저 빔을 조사하여 상기 후면전극용 페이스트 및 상기 보호막에 복수의 비아홀을 형성하는 단계,
상기 비아홀을 형성한 후 상기 후면전극용 페이스트를 120℃ 내지 200℃에서 건조하여 상기 후면전극용 페이스트로 상기 비아홀의 일부분을 메우는 단계, 그리고,
상기 건조된 후면전극용 페이스트를 소성하여 상기 비아홀의 일부분을 메운 오목부를 통해 상기 기판과 전기적으로 연결된 후면 전극을 형성하는 단계를 포함하는 태양 전지의 제조 방법. - 제1항에서,
상기 복수의 비아홀을 형성하는 단계에서,
상기 복수의 비아홀은 상기 후면전극용 페이스트가 도포된 상기 보호막을 관통하여 상기 기판의 일부를 노출하도록 형성하는 태양 전지의 제조 방법. - 제1항에서,
제1 도전성 타입을 갖는 기판에 상기 제1 도전성과 반대인 제2 도전성 타입의 에미터부를 형성하는 단계,
상기 에미터부 위에 전면 전극용 페이스트를 도포하는 단계, 그리고,
상기 전면전극용 페이스트를 소성하여 상기 에미터부와 전기적으로 연결되는 전면 전극부를 형성하는 단계를 더 포함하는 태양 전지의 제조 방법. - 제3항에서,
상기 후면전극용 페이스트의 소성은, 상기 전면전극용 페이스트의 소성과 동시에 행해져 상기 후면 전극 및 상기 전면 전극부를 한번에 형성하는 태양 전지의 제조 방법. - 제1항에서,
상기 후면전극용 페이스트는 알루미늄(Al)을 함유한 태양 전지의 제조 방법. - 제3항에서,
상기 보호막 위의 일부 영역에 후면전극 집전부용 페이스트를 도포하는 단계, 그리고,
상기 후면전극 집전부용 페이스트를 소성하여 후면전극 집전부를 형성하는 단계를 더 포함하는 태양 전지의 제조 방법. - 제6항에서,
상기 후면전극용 페이스트의 소성은, 상기 전면전극용 페이스트의 소성 및 상기 후면전극 집전부용 페이스트의 소성과 동시에 행해져 상기 후면 전극, 상기 전면 전극부 및 상기 후면전극 집전부를 한번에 형성하는 태양 전지의 제조 방법. - 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 제조 방법에 의해 제조한 태양전지이며,
제1 도전성 타입의 반도체 기판,
상기 제1 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입을 가지고 상기 반도체 기판과 p-n 접합을 형성하는 에미터부,
상기 반도체 기판의 후면에 위치하며 상기 반도체 기판의 일부를 노출하는 복수의 비아홀을 구비하는 보호막, 그리고,
상기 보호막의 후면에 위치하는 후면 전극을 포함하며,
상기 보호막 부분에서 상기 복수의 비아홀은 상기 반도체 기판에 가까워질수록 직경이 작아지고,
상기 후면 전극은 상기 보호막의 후면에 위치하고 20㎛ 내지 30㎛의 두께를 가지는 후면전극층과 상기 보호막의 상기 복수의 비아홀의 측면 및 상기 반도체 기판의 노출된 부분을 덮으며 오목하게 형성되어 상기 후면전극층과 상기 반도체 기판을 전기적으로 연결하는 복수의 오목부를 구비하는 태양 전지 - 제8항에서,
상기 후면 전극의 상기 복수의 오목부는 상기 반도체 기판과 접촉하는 부분에 복수의 요철을 구비하는 태양 전지. - 제8항에서,
상기 반도체 기판과 상기 후면 전극의 상기 복수의 오목부 사이에 복수의 후면전계부를 더 포함하는 태양 전지. - 제8항에서,
상기 에미터부와 전기적으로 연결되는 전면전극을 더 포함하는 태양 전지. - 제8항에서,
상기 후면전극과 전기적으로 연결되는 후면전극 집전부를 더 포함하는 태양 전지.
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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