KR101729310B1 - 태양 전지 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 태양 전지에 관한 것이다. 상기 태양 전지는 제1 도전성 타입의 기판, 상기 제1 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입을 갖고 상기 기판과 p-n 접합을 형성하는 에미터부, 상기 에미터부와 이격되어 있고, 상기 제1 도전성 타입을 갖는 전계부, 상기 기판 위에 위치하는 반사 방지부, 상기 에미터부 위에 위치하는 제1 보조 전극과 상기 전계부 위에 위치하는 제2 보조 전극을 구비한 제1 전극부, 그리고 상기 제1 보조 전극 위에 위치한 제1 전극과 상기 제2 보조 전극 위에 위치한 제2 전극을 구비한 제2 전극부를 포함하고, 상기 반사 방지부와 제1 전극부는 투명한 도전성 물질로 이루어져 있다. 이로 인해, 태양 전지의 제조 공정이 용이해지고 제조 시간과 제조 비용이 줄어든다.

Description

태양 전지 및 그 제조 방법{SOLAR CELL AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 태양 전지 및 그 제조 방법에 관한 것이다
최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예측되면서 이들을 대체할 대체 에너지에 대한 관심이 높아지고, 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 시간과 제조 비용을 감소시키기 위한 것이다.
본 발명의 한 특징에 따른 태양 전지는 제1 도전성 타입의 기판, 상기 제1 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입을 갖고 상기 기판과 p-n 접합을 형성하는 에미터부, 상기 에미터부와 이격되어 있고, 상기 제1 도전성 타입을 갖는 전계부, 상기 기판 위에 위치하는 반사 방지부, 상기 에미터부 위에 위치하는 제1 보조 전극과 상기 전계부 위에 위치하는 제2 보조 전극을 구비한 제1 전극부, 그리고 상기 제1 보조 전극 위에 위치한 제1 전극과 상기 제2 보조 전극 위에 위치한 제2 전극을 구비한 제2 전극부를 포함하고, 상기 반사 방지부와 제1 전극부는 투명한 도전성 물질로 이루어져 있다.
상기 반사 방지부의 전도도는 상기 제1 전극부의 전도도와 상이한 것이 좋다.
상기 반사 방지부의 전도도는 상기 제1 전극부의 전도도보다 낮은 것이 바람직하다.
상기 제1 보조 전극의 전도도는 상기 제2 보조 전극의 전도도와 동일한 것이 좋다.
상기 반사 방지부의 면저항값과 상기 제1 전극부의 면저항값은 상이한 것이좋다.
상기 반사 방지부의 면저항값은 50Ω/sq. 내지 100Ω/sq.이고, 상기 제1 전극부의 면저항값은 8Ω/sq. 내지 12Ω/sq.일 수 있다.
상기 반사 방지부와 상기 제1 전극부는 서로 동일한 원소들을 구비한 투명한 도전성 물질로 이루어질 수 있다.
상기 방사 방지부를 이루는 상기 투명한 도전성 물질의 상기 원소들의 결합비는 상기 제1 전극부를 이루는 상기 투명한 도전성 물질의 상기 원소들의 결합비와 상이한 것이 좋다.
상기 반사 방지부와 상기 제1 전극부는 서로 다른 재료로 이루어져 있을 수있다
상기 에미터부는 상기 기판 위에 위치하고 비결정질 반도체로 이루어질 수 있다.
상기 기판은 결정질 반도체로 이루어질 수 있다.
상기 에미터부와 상기 후면 전계부는 빛이 입사되지 않는 상기 기판의 비입사면에 위치할 수 있다.
상기 반사 방지부는 빛이 입사되고 상기 기판의 비입사면과 마주하고 있는 상기 기판의 입사면에 위치할 수 있다.
상기 에미터부와 상기 기판 사이, 그리고 상기 전계부와 상기 기판 사이에 위치하는 제1 보호부를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 보호부는 인접한 상기 에미터부와 상기 전계부 사이의 상기 기판 위에 더 위치할 수 있다.
상기 제1 보호부는 인접한 상기 에미터부와 상기 전계부 사이에 더 위치할 수 있다.
인접한 상기 에미터부와 상기 전계부는 상기 제1 보호부를 사이에 두고 중첩할 수 있다.
상기 제1 보호부와 마주보는 상기 기판의 면 위에 제2 보호부를 더 포함할 수 있다.
상기 제2 보호부는 상기 제1 보호부와 동일한 재료로 이루어질 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따른 태양 전지의 제조 방법은 기판의 제1 면에 에미터부를 형성하는 단계, 상기 기판의 상기 제1 면의 일부에 상기 에미터부와 이격되어 있는 전계부를 형성하는 단계, 상기 기판의 상기 제1 면과 마주하고 있는 상기 기판의 제2 면 위에 제1 투명한 도전막을 형성하여 반사 방지막을 형성하고, 상기 에미터부와 상기 전계부 위 그리고 상기 에미터부와 상기 전계부가 위치하지 않는 상기 기판의 상기 제1 면 위에 제2 투명한 도전막을 형성하는 단계, 그리고상기 제2 투명한 도전막의 일부를 제거하여 상기 에미터부와 상기 전계부 위에 위치하는 제1 보조 전극부를 형성하는 단계를 포함한다.
상기 반사 방지막 및 제2 투명한 도전막 형성 단계는 상기 제1 투명한 도전막에 산소(O2) 플라즈마 처리를 실시하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 반사 방지막 및 제2 투명한 도전막 형성 단계는 제1 전도도를 갖는 투명한 도전 물질로 상기 제1 투명한 도전막을 형성하여 상기 반사 방지막을 형성하는 단계, 그리고 상기 제1 전도도보다 큰 제2 전도도를 갖는 투명한 도전 물질로 상기 제2 투명한 도전막을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제1 투명한 도전막과 상기 제2 투명한 도전막은 스퍼터링법(sputtering)에 의해 형성될 수 있다.
상기 반사 방지막 및 제2 투명한 도전막 형성 단계는, 복수의 공정 가스를 제1 비율로 공정실에 주입하여 상기 제1 투명한 도전막을 형성하는 단계, 그리고 상기 복수의 공정 가스를 상기 제1 비율과 다른 제2 비율로 상기 공정실에 상기 주입하여 상기 제2 투명한 도전막을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제1 투명한 도전막과 상기 제2 투명한 도전막은 플라즈마 화학 기상 증착법(PECVD)으로 형성될 수 있다. 질 수 있다.
본 발명의 특징에 따르면, 반사 방지부와 보조 전극이 동일한 도전성 물질로 이루어져 있으므로, 태양 전지의 제조 공정이 용이해지고 제조 시간과 제조 비용이 줄어든다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 한 예에 대한 일부 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시한 태양 전지를 II-II선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 3a 내지 도 3l은 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법의 한 예를 순차적으로 나타낸 도면이다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법의 다른 예에 대한 일부 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법의 또 다른 예에 대한 일부 도면이다.
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 다른 예에 대한 일부 사시도이다.
도 7a 내지 도 7d는 도 6에 도시한 태양 전지의 제조 방법에 대한 일부 도면이다.
도 8은 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 또 다른 예에 대한 일부 사시도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한 어떤 부분이 다른 부분 위에 "전체적"으로 형성되어 있다고 할 때에는 다른 부분의 전체 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 한 실시예에 따른 태양 전지(11)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 에미터부(emitter region)(121), 후면 보호부(192) 위에 위치하고 복수의 에미터부(121)와 이격되어 있는 복수의 후면 전계부[back surface field (BSF) region](172), 복수의 에미터부(121) 위에 각각 위치하는 복수의 제1 보조 전극(151)과 복수의 후면 전계부(172) 위에 각각 위치하는 복수의 제2 보조 전극(152)을 구비한 제1 전극부(150), 그리고 복수의 제1 보조 전극(151) 위에 각각 위치하는 복수의 제1 전극(141)와 복수의 제2 보조 전극(152) 위에 각각 위치하는 복수의 제2 전극(142)을 구비한 제2 전극부(140)를 포함한다.
기판(110)은 제1 도전성 타입, 예를 들어 n형 도전성 타입의 실리콘(silicon)으로 이루어진 반도체 기판이다. 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(11)로 입사되는 빛의 반사도를 줄이고 특정한 파장 영역의 선택성을 증가시켜, 태양 전지(11)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 서로 이격되어 있는 복수의제1 후면 보호 부분(1921)과 복수의 제2 후면 보호 부분(1922)을 구비한다. 제1 후면 보호 부분(1921)과 제2 후면 보호 부분(1922)은 기판(110) 위에서 번갈아 위치하며 서로 나란히 정해진 방향으로 뻗어 있다.
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.
후면 보호부(192)의 제1 및 제2 후면 보호 부분(1921, 1922)은 기판(110)의 후면 쪽으로 이동한 전하가 각각 제1 및 제2 후면 보호 부분(1921, 1922)을 통과하여 복수의 후면 전계부(172)와 복수의 에미터부(121)로 이동할 수 있는 두께를 갖는다. 예를 들어, 후면 보호부(192)의 두께는 약 1㎚ 내지 10㎚일 수 있다.
각 제1 및 제2 후면 보호 부분(1921, 1922)의 두께가 약 1nm 이상이면 기판(110) 후면에 제1 및 제2 후면 보호 부분(1921, 1922)이 좀더 균일하게 도포되므로 패시베이션 효과를 좀더 얻을 수 있고, 제1 및 제2 후면 보호 부분(1921, 1922) 각각의 두께가 약 10nm 이하이면 기판(110)을 통과한 빛이 제1 및 제2 후면 보호 부분(1921, 1922) 내에서 흡수되는 빛의 양을 좀더 감소시켜 기판(110) 내로 재입사되는 빛의 양을 좀더 증가시킬 수 있다.
복수의 후면 전계부(172)는 후면 보호부(192)의 제1 후면 보호 부분(1921) 위에 존재하고, 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.
각 후면 전계부(172)는 각 제1 후면 보호 부분(1921) 위에서 제1 후면 보호 부분(1921)을 따라서 정해진 방향으로 뻗어 있다. 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 제1 및 제2 전극부(150, 140)에서 전자와 정공의 재결합으로 손실되는 전하의 양을 감소시키고 전자 이동을 가속화시켜 후면 전계부(172)로의 전자 이동량을 증가시킨다.
또한 후면 전계부(172)는 제1 후면 보호 부분(1921)과 함께 패시베이션 기능을 수행할 수 있다. 이 경우, 제1 후면 보호 부분(1921)과 함께 기판(110)의 표면및 그 부근에서 소멸되는 전하의 양을 감소시킨다.
각 후면 전계부(172)는 약 10㎚ 내지 25㎚의 두께를 가질 수 있다. 후면 전계부(172)의 두께가 약 10nm 이상이면 정공의 이동을 방해하는 전위 장벽을 좀더 양호하게 형성할 수 있어 전하 손실을 좀더 감소시킬 수 있고, 후면 전계부(172)의 두께가 약 25nm 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 복수의 제2 후면 보호 부분(1922) 위에 위치하여, 복수의 제2 후면 보호 부분(1922) 위에서 제2 후면 보호 부분(1922)을 따라 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)의 복수의 제1 후면 보호 부분(1921)을 관통하여 복수의 후면 전계부(172) 쪽으로 이동하고, 분리된 정공은 후면 보호부(192)의 복수의 제2 후면 보호 부분(1922)을 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)의 복수의 제2 후면 보호 부분(1922)을 통해 복수의 에미터부(121) 쪽으로 이동하고 분리된 정공은 후면 보호 부분(192)의 복수의 제1 후면 보호 부분(1921)을 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.
이들 복수의 에미터부(121) 역시 제2 후면 보호 부분(1922)과 함께 패시베이션 기능을 수행하여, 결함에 의해 기판(110)의 후면에서 소멸되는 전하의 양이 감소하여, 태양 전지(11)의 효율이 향상된다.
각 에미터부(121)는 약 5㎚ 내지 15㎚의 두께를 가질 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 15nm 이하이면 각 에미터부(121) 내에서 흡수되는 빛의 양이 좀더 감소시켜 기판(110) 내로 재입사되는 빛의 양을 좀더 증가시킬 수 있다.
본 실시예의 경우, 복수의 에미터부(121)와 복수의 후면 전계부(172) 하부에 위치하고 불순물이 존재하지 않거나 거의 없는 진성 반도체 물질(진성 a-Si)의 제1 및 제2 후면 보호 부분(1921, 1922)으로 인해, 결정질 반도체 물질로 이루어진 기판(110) 위에 바로 복수의 에미터부(121)와 복수의 후면 전계부(172)가 위치할 때보다 복수의 에미터부(121)와 복수의 후면 전계부(172) 형성 시 결정화 현상이 줄어든다. 이로 인해, 진성 비정질 실리콘 위에 위치하는 복수의 에미터부(121)와 복수의 후면 전계부(172)의 특성이 향상된다.
본 실시예에서, 각 후면 전계부(172)와 각 에미터부(121)의 폭(W1, W2)은 서로 상이하다. 즉, 후면 전계부(172)의 폭(W1)이 에미터부(121)의 폭(W2)보다 크다. 이때, 후면 전계부(172) 하부에 존재하는 제1 후면 보호 부분(1921)의 폭 역시 에미터부(121) 하부에 존재하는 제2 후면 보호 부분(1922)의 폭 보다 크다. 이로 인해, 후면 전계부(172)로 덮어지는 기판(110)의 표면 면적이 증가하여, 후면 전계부(172)로 인한 후면 전계 효과가 좀더 증가한다.
하지만, 이와는 달리, 에미터부(121)의 폭(W2)이 후면 전계부(172)의 폭(W1)보다 클 수 있다. 이 경우, p-n 접합 영역이 증가하므로 전자-정공 쌍의 발생량이 좀더 증가하고, 전자에 비해 이동도가 낮은 정공의 수집에 좀더 유리하다.
본 실시예에서, 각 후면 전계부(172)는 그 하부의 제1 후면 보호 부분(1921)과 동일한 평면 형상을 갖고 있고, 각 에미터부(121)는 그 하부의 제2 후면 보호 부분(1922)과 동일한 평면 형상을 갖고 있다.
제1 전극부(150) 중 복수의 에미터부(121) 위에 위치하는 복수의 제1 보조 전극(151)은 각 에미터부(121)를 따라서 연장되어 있다.
이로 인해, 각 에미터부(121)는 그 상부에 위치한 제1 보조 전극(151)에 의해 대기 중의 산소나 수분으로부터 보호되어, 산화 현상 등으로 인한 에미터부(121)의 특성 변화가 방지된다.
제1 전극부(150) 중 복수의 후면 전계부(172) 위에 위치하는 복수의 제2 보조 전극(152)은 각 후면 전계부(172)를 따라서 연장한다.
각 에미터부(121)와 유사하게, 각 후면 전계부(172)는 제2 보조 전극(152)에 의해 대기 중의 산소나 수분 등으로부터 보호되어, 후면 전계부(172)의 특성 변화가 방지된다.
도 1 및 도 2에서, 복수의 제1 및 제2 보조 전극(151, 152)의 평면 면적은 각각 그 하부에 위치한 에미터부(121)와 후면 전계부(172)의 평면 면적보다 작고, 이로 인해, 복수의 제1 및 제2 보조 전극(151, 152)은 각각 복수의 에미터부(121) 및 복수의 후면 전계부(172)와 상이한 평면 형상을 갖고 있다.
하지만, 대안적인 예에서, 복수의 제1 및 제2 보조 전극(151,152)은 각각 복수의 에미터부(121) 및 후면 전계부(172)와 동일한 평면 형상을 가질 수 있다. 제1 및 제2 보조 전극(151, 152)에 의해 각각 보호되는 에미터부(121)와 후면 전계부(172)의 면적이 증가할수록 산소나 수분 등에 노출되는 에미터부(121)와 후면 전계부(172)의 면적이 감소하므로, 산소나 수분 등에 의한 에미터부(121)와 후면 전계부(172)의 특성 변화가 좀더 방지된다.
복수의 제1 및 제2 보조 전극(151, 152)은 복수의 에미터부(121)와 복수의 후면 전계부(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 보조 전극(151, 152)은 반사 방지부(130)와 동일하게 ITO, IZO, ZnO 등의 투명한 도전성 산화물과 같은 투명한 도전성 물질로 이루어진다. 이때, 제1 전극부(150)와 반사 방지부(130)로 서로 동일한 재료[예를 들어, 반사 방지부(130)와 제1 전극부(150) 모두 ITO로 이루어짐]로 이루어져 있거나 또는 서로 다른 재료[예를 들어, 반사 방지부(130)는 ITO로 이루어지고 제1 전극부(150)는 ZnO으로 이루어짐]로 이루어진다.
이때, 제1 전극부(150)는 해당하는 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, 반사 방지부(130)와 제1 전극부(150)가 동일한 재료로 이루어질 경우에도, 제1 전극부(150)는 반사 방지부(130)보다 높은 전도도를 갖는다.
반사 방지부(130)와 제1 전극부(150) 간의 전도도 차이를 실현하기 위한 방식을 다음과 같다.
예를 들어, 반사 방지부(130)와 제1 전극부(150)를 이루는 원소들은 동일하지만 이들 원소의 결합비를 다르게 하거나 반사 방지부(130)와 제1 전극부(150)를 형성할 때 공급되는 산소의 농도를 다르게 할 수 있다. 이로 인해 반사 방지부(130)와 제1 전극부(150)는 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 전극부(150)의 전도도를 상이하게 하거나 산소 프라즈마(O2 plasma) 처리를 추가로 실시하여 반사 방지부(130)와 제1 전극부(150)의 전도도를 다르게 할 수 있다. 또 다른 방식으로는, 반사 방지부(130)와 제1 전극부(150)에 함유되는 금속 물질의 함량이나 종류를 서로 달리 하여, 반사 방지부(130)와 제1 전극부(150)가 상이한 전도도를 가질 수 있도록 한다.
본 실시예에서, 각 제1 및 제2 보조 전극(151, 152)은 약 8Ω/sq. 내지 12Ω/sq.의 면저항값을 가진다. 이러한 제1 및 제2 보조 전극(151, 152)의 면저항값은 제1 및 제2 보조 전극(151, 152)의 전도도와 관련 있고, 면저항값과 전도도는 반비례 관계를 갖는다.
제1 및 제2 보조 전극(151, 152)의 면저항값이 약 8Ω/sq. 이상일 경우, 불필요한 재료 낭비와 불필요한 두께 상승을 좀더 방지하며, 제1 및 제2 보조 전극(151, 152)의 면저항값이 약 12Ω/sq. 이하일 경우, 좀더 균일하고 안정적으로 제1 및 제2 보조 전극(151, 152)을 복수의 에미터부(121) 및 복수의 후면 전계부(172) 위에 형성하고 제1 및 제2 보조 전극(151, 152)으로부터 복수의 제1 및 제2 전극(141, 142)으로 좀더 안정적이고 용이한 전하 전송을 실행할 수 있다.
이로 인해, 제1 및 제2 보조 전극(151, 512)의 낮은 면저항값에 의해 제1 및 제2 보조 전극(151, 152)의 전도도는 증가하므로, 제1 및 제2 보조 전극(151, 152)은 복수의 에미터부(121)나 복수의 후면 전계부(172)로부터 전달되는 전하는 그 상부에 위치한 제1 및 제2 전극(141, 142)으로 양호하게 전달할 수 있다.
본 실시예에서, 제1 및 제2 보조 전극(151, 152) 각각은 약 5㎚ 내지 100㎚의 두께를 가질 수 있다. 제1 및 제2 보조 전극(151, 152)이 약 5nm 이상이면 좀더 양호한 크기의 전도도나 접촉 저항이 얻을 수 있어, 전하의 전송 동작이 좀더 향상될 수 있고, 제1 및 제2 보조 전극(151, 152)이 약 100nm 이하이며, 불필요한 재료 낭비나 두께 상승을 좀더 방지할 수 있다.
복수의 제1 보조 전극(151) 위에 위치하는 복수의 제1 전극(141)은 복수의 제1 보조 전극(151)을 따라서 길게 연장되어 있고, 복수의 제1 보조 전극(151)과 전기적·물리적으로 연결되어 있다.
각 제1 전극(141)은 해당 에미터부(121)쪽으로 이동하여 제1 보조 전극(151)을 통해 전송되는 전하, 예를 들어, 정공을 수집한다.
복수의 제2 보조 전극(152) 위에 위치하는 복수의 제2 전극(142)은 복수의 제2 보조 전극(152)을 따라서 길게 연장되어 있고, 복수의 제2 보조 전극(152)과 전기적·물리적으로 연결되어 있다.
각 제2 전극(142)은 해당 후면 전계부(172) 쪽으로 이동하여 제2 보조 전극(152)을 통해 전송되는 전하, 예를 들어, 전자를 수집한다.
도 1 및 도 2에서, 제1 및 제2 전극(141, 142) 각각은 그 하부에 위치하는 제1 및 제2 보조 전극(151, 152)과 상이한 평면 형상을 가지지만, 동일한 평면 형상을 가질 수 있다. 제1 및 제2 보조 전극(151, 152)과 제1 및 제2 전극(141, 142)간의 접촉 면적이 증가할수록 접촉 저항이 감소하여, 전극(141, 142)으로의 전하 전송 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 보조 전극(152)을 각각 통과한 빛을 기판(110)쪽으로 반사시킨다.
본 실시예에서, 실리콘과 같은 반도체 물질로 이루어진 복수의 에미터부(121)와 후면 전계부(172) 그리고 금속 물질로 이루어진 복수의 제1 및 제2 전극(141, 142) 사이에 투명한 도전성 물질로 이루어진 복수의 제1 및 제2 보조 전극(151, 152)이 존재하여 접착력(접촉 특성)이 약한 반도체 물질과 금속 물질 간의 접착력이 향상된다. 이로 인해, 복수의 에미터부(121)와 복수의 제1 전극(141) 사이 그리고 복수의 후면 전계부(172)와 복수의 제2 전극(142) 사이의 접착력이 향상되고, 복수의 에미터부(121)와 복수의 제1 전극(141) 사이 그리고 복수의 후면 전계부(172)과 복수의 제2 전극(142) 사이에 오믹 콘택(ohmic contact)이 형성된다. 따라서, 복수의 에미터부(121)와 복수의 제1 전극(141) 사이 그리고 복수의 후면 전계부(172)와 복수의 제2 전극(142) 사이의 전도도가 향상되어 복수의 에미터부(121)와 복수의 후면 전계부(172)로부터 각각 복수의 제1 및 제2 전극(141, 142)으로의 전하 전송 효율이 증가한다.
이와 같은 구조를 갖는 본 실시예에 따른 태양 전지(11)는 복수의 제1 전극(141)과 복수의 제2 전극(142)이 빛이 입사되지 않은 기판(110)의 후면에 위치하고, 기판(110)과 복수의 에미터부(121)가 서로 다른 종류의 반도체로 이루어져 있는 태양 전지로서, 그 동작은 다음과 같다.
태양 전지(11)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(11)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, 각각 제1 및 제2 보조 전극(151, 152)을 통해 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(11)의 효율이 향상된다.
또한, 기판(110)의 후면에 위치한 후면 전계부(172)로 인해 전하의 손실량이 더욱 감소하여 태양 전지(11)의 효율 역시 향상된다.
이에 더하여, 복수의 제1 및 제2 보조 전극(151, 152)으로 인해, 복수의 에미터부(121) 및 후면 전계부(172)와 복수의 제1 및 제2 전극(141, 142) 간의 접촉 특성이 향상되어 태양 전지(11)의 효율은 더욱 향상된다.
다음, 도 3a 내지 도 3l 및 도 4a 내지 도 4c를 참고로 하여, 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지(11)의 제조 방법에 대하여 설명한다.
도 3a를 참고로 하면, 먼저, n형의 다결정 실리콘으로 이루어진 기판(110)의 후면에 실리콘 산화막(SiOx) 등으로 이루어진 식각 방지막(60)을 적층한다.
그런 다음, 도 3b에 도시한 것처럼, 식각 방지막(60)을 마스크로 하여, 식각 방지막(60)이 형성되지 않은 기판(110)의 면을 식각하여, 해당하는 기판(110)의 면에 요철면을 형성한 후, 식각 방지막(60)을 제거한다.
하지만, 대안적인 예에서, 별도의 식각 방지막(60)을 형성하지 않고 식각을 원하는 기판(110)의 표면만 또는 기판(110) 전체를 식각액 등에 노출시켜 원하는 기판(110)의 면 또는기판(110)의 전체면에 요철면을 형성할 수 있다.
그런 다음, 도 3c에 도시한 것처럼, 기판(110)의 전면과 기판(110)의 후면에 플라즈마 기상 증착법(plasma enhanced vapor deposition, PECVD) 등과 같은 증착법을 이용하여 진성 비정질 실리콘으로 이루어진 전면 보호부(191)과 제1 후면 보호막(921)을 형성한다. 이때, 증착 물질에 노출되는 기판(110)의 면 위치를 변경하여 기판(110)의 전면과 후면에 동일한 물질로 이루어진 전면 보호부(191)과 제1 후면 보호막(921)을 형성하며, 전면 보호부(191)과 제1 후면 보호막(921)의 형성 순서는 변경 가능하다.
다음, 도 3d에 도시한 것처럼, PECVD 등을 이용하여 제1 후면 보호막(921) 위에 실란 가스(SiH4), 수소(H2), 5가 원소의 도펀트 등을 이용하여 기판(110)보다 높은 불순물 도핑 농도를 갖는 비정질 실리콘층(예, n+-a-Si)을 형성하여 후면 전계부(172)를 형성한다.
다음, 도 3e에 도시한 것처럼, 식각 방지막(61)을 후면 전계부(172) 위에 형성하고, 도 3f에 도시한 것처럼, 습식 에칭법이나 건식 에칭법 등을 이용하여 식각 방지막(61)을 마스크로 하여 노출된 후면 전계부(172)과 그 하부에 위치하는 제1 후면 보호막(921) 부분을 차례로 제거한다. 이로 인해, 복수의 제1 후면 보호 부분(1921)을 형성하고, 그 위에 위치하는 복수의 후면 전계부(172)가 완성된다.
다음, 도 3g에 도시한 것처럼, PECVD 등으로 기판(110)의 후면에 제1 후면 보호막(921)와 동일한 물질인 진성 비절징 실리콘으로 제2 후면 보호막(922)을 형성하고, 그 위에 차례로, 비정실 실리콘으로 이루어지고 3가 원소의 불순물을 함유하는 에미터부(121)를 형성한다. 이때, 한 예로서, 에미터부(121)는 실란 가스(SiH4), 수소(H2), 3가 원소의 도펀트 등을 이용하여 형성될 수 있다.
다음, 도 3h를 참고로 하여, 식각 방지막(62)을 에미터부(121) 위에 형성하고, 도 3i에 도시한 것처럼, 습식 에칭법이나 건식 에칭법 등을 이용하여 식각 방지막(62)을 마스크로 하여 노출된 에미터부(121) 부분과 그 하부에 위치하는 제2 후면 보호막(922) 부분을 제거한다. 이로 인해, 복수의 제2 후면 보호 부분(1922)을 형성하고, 그 위에 위치하는 복수의 에미터부(121)를 완성한다.
도 3j를 참고로 하면, 기판(110)의 후면 전체에 스퍼터링법(sputtering)으로 투명한 도전막(예, ITO막)(51, 52)을 기판(110)의 전면과 후면에 각 형성한다. 이때, 투명한 도전막막(51, 52)은 실질적으로 기판(110)의 전면 및 후면의 전체면에 형성되며, 투명한 도전막(51, 52)의 면저항값은 약 2Ω/sq. 내지 12Ω/sq.이다.
본 실시예에서, 기판(110)의 전면에 위치하는 투명한 도전막(51)은 약 70㎚ 내지 90㎚의 두께를 가질 수 있고, 기판(110)의 후면에 위치하는 투명한 도전막(52)은 약 5㎚ 내지 100㎚의 두께를 가질 수 있다.
이때, 기판(110)의 전면과 후면에 각각 형성된 투명한 도전막(51, 52)의 형성 순서는 변경 가능하다.
스퍼터링법을 이용하여 동일한 투명한 도전막(51, 52)을 형성할 경우, 동일한 타겟 물질(target material)을 이용하므로, 역시 태양 전지(11)의 제조 시간이 감소한다.
다음, 도 3k에 도시한 것처럼, 기판(110)의 전면에 위치하는 투명한 도전막(51)에 O2 플라즈마(O2 plasma) 처리를 실시하여 반사 방지부(130)를 완성한다. 이때, O2 플라즈마 공정 조건의 한 예로서, 플라즈마 처리를 위해 인가되는 전력(power)은 약 300W 내지 350W이고, RF(radio frequency) 주파수는 약 13. 56MHz인 조건에서, 산소(O2) 공급량(flow rate)은 약 30 내지 40sccm이고, 처리 시간은 약 120 내지 130초일 수 있다.
이러한 O2 플라즈마 처리에 의해, 투명한 도전막(51)의 표면에 수 ㎚의 두께로 산소를 고농도로 함유하고 있는 층이 형성되고, 이 층에 의해 산소(O2) 처리된 투명한 도전막(51)의 저항값이 크게 증가한다. 따라서, 반사 방지부(130)의 면저항값이 증가하여 전도도(conductivity)는 낮아지게 되고, 이로 인해, 기판(110)의 전면에 위치한 반사 방지부(130)와 후면의 투명한 도전막(52)은 동일한 물질로 이루어져 있지만, 서로 다른 전도도를 갖고 있다.
이로 인해, 반사 방지부(130)는 높은 투과도와 낮은 전도도를 갖게 되어, 션트 발생 없이 양호한 빛의 투과를 실시한다.
다음, 도 3l를 참고로 하면, 기판(110)의 후면에 위치한 투명한 도전막(52) 위에 실리콘 산화막 등으로 이루어진 마스크(도시하지 않음) 등을 이용하여 노출된 투명한 도전막(52) 부분을 제거하여 복수의 에미터부(121) 위에 위치하는 복수의 제1 보조 전극(151)과 복수의 후면 전계부(172) 위에 위치하는 복수의 제2 보조 전극(152)을 형성한다. 이때, 투명한 도전막(52)은 습식 식각 또는 건식 식각 등으로 제거할 수 있다.
따라서, 제1 및 제2 보조 전극(151, 152)은 O2 플라즈마를 실시하지 않으므로, 면저항값이 증가하지 않아 전도도 역시 감소하지 않는다. 이로 인해, 전하의 전송이 행해지는 제1 및 제2 보조 전극(151, 152)는 반사 방지부(130)보다 높은 전도도를 갖게 되므로, 양호한 전하 전송이 행해진다.
또한 본 실시예에서, 반사 방지부(130)는 약 70㎚ 내지 90㎚의 두께를 가질 수 있다.
다음, 복수의 제1 보조 전극(151)과 복수의 제2 보조 전극(152) 위에 스크린 인쇄법(screen printing)을 이용하여 전극 페이스트(paste)를 도포한 후, 열처리하여 복수의 제1 보조 전극(151)을 따라 길게 연장하는 복수의 제1 전극(141)과 복수의 제2 보조 전극(152)을 따라 길게 연장하는 복수의 제2 전극(142)을 형성한다. 이로 인해, 도 1 및 도 2에 도시한 태양 전지(11)가 완성된다. 이때, 전극 페이스트는 은(Ag)이나 알루미늄(Al)과 같은 도전성 물질을 함유한다.
이때, 복수의 제1 및 제2 전극(141, 142)은 각각 하부에 위치하는 복수의 제1 및 제2 보조 전극(151, 152)의 일부 위에 위치하여, 복수의 제1 및 제2 보조 전극(151, 152)와 상이한 평면 형상을 가진다. 하지만, 이와는 달리, 복수의 제1 및 제2 전극(141, 142)은 실질적으로 복수의 제1 및 제2 보조 전극(151, 152)의 상부면 전체에 위치하여, 복수의 제1 및 제2 보조 전극(151, 152)와 동일한 평면 형상을 가질 수 있다.
대안적인 예에서, 복수의 제1 및 제2 보조 전극(151, 152)과 복수의 제1 및 제2 전극(141, 142)은 도 4a 내지 도 4c에 도시한 것과 같은 방법에 의해 형성된다.
즉, 도 4a를 참고로 하면, O2 플라즈마 처리를 실시하여 반사 방지부(130)를 형성한 후, 투명한 도전막(52) 위에 도전막(40)을 차례로 형성한다.
그런 다음, 도 4b 및 도 4c에 도시한 것처럼, 도전막(40) 위에 마스크(64)시하지 않음)을 부분적으로 형성한 후, 습식 식각법 등으로 노출된 도전막(40)과 그 하부의 투명한 도전막(52)을 제거하여 복수의 제1 및 제2 전극(141, 142)과 그 하부에 위치하는 복수의 보조 전극(151, 152)을 형성한다. 이 경우, 제1 전극(141)과 제1 보조 전극(151) 그리고 제2 전극(142)과 제2 보조 전극(152)은 동일한 평면 형상을 가진다. 이때, 제1 전극(141)과 제1 보조 전극(151)은 그 하부에 위치하는 복수의 에미터부(121)와 동일한 평면 형상을 가질 수 있고, 제2 전극(142)과 제2 보조 전극(152)은 그 하부에 위치하는 복수의 후면 전계부(172)와 동일한 평면 형상을 가질 수 있다.
본 예와 같이, O2 플라즈마 처리를 실시하여 반사 방지부(130)를 형성한 후, 도전막(40)을 형성한 후 복수의 전극(141, 151, 142, 152)을 형성하였지만, 이와는 달리, 투명한 도전막(51, 52) 형성 후 도전막(40)을 형성하여 복수의 전극(141, 151, 142, 152)을 형성한 다음, 기판(110)의 전면에 위치한 투명한 도전막(51)에 O2 플라즈마 처리를 실시하여 반사 방지부(130)를 형성할 수 있다.
본 실시예와 같이, 동일한 재료로 형성한 후, 플라즈마 처리를 실시하여 전도도를 변경하여 반사 방지부(130)와 복수의 제1 및 제2 보조 전극(151 152)을 형성하는 대신, 대안적인 실시예에서, 반사 방지부(130)와 복수의 제1 및 제2 보조 전극(151 152)은 전도도가 서로 상이한 투명한 도전막을 이용하여 반사 방지부(130)와 복수의 제1 및 제2 보조 전극(151, 152)를 형성한다.
즉, 도 5a에 도시한 것처럼, 제1 전도도를 갖는 제1 타겟 물질을 이용한 스퍼터링 공정으로 기판(110)의 전면에 제1 투명한 도전막을 형성하여 반사 방지부(130)을 완성하고, 다시 도 5b에 도시한 것처럼, 제1 전도도와 다른 제2 전도도를 갖는 제2 타겟 물질을 이용한 스퍼터링 공정으로 기판(110)의 후면에 제2 투명한 도전막을 형성하여 제1 및 제2 보조 전극을 위한 투명한 도전막(50)을 형성한다. 이때, 반사 방지부(130)와 도전막(50)의 형성 순서는 변경 가능하다.
이때, 제1 타겟 물질과 제2 타겟 물질은 모두 ITO와 같이 동일한 재료를 기초로 하고 있지만, 함유된 금속 물질의 함유량이나 불순물의 도핑량을 변화시켜 제1 타겟 물질과 제2 타겟 물질의 전도도를 서로 다르게 변화시키거나 또는 별도의 금속 물질을 추가로 포함시켜 제1 타겟 물질과 제2 타겟 물질의 전도도를 서로 다르게 변화시킬 수 있다. 불순물의 도핑량이 증가할수록 저항값이 감소하여 전도도는 증가하고, 금속 재료의 함량이 증가할수록 전도도는 역시 증가한다.
이때, 스퍼터링 공정 조건은 사용되는 제1 및 제2 타겟 물질의 특성(예, 불순물 도핑량이나 금속 재료의 함유량 등), 적층 두께, 공정 온도, 전력 등에 따라 달라진다.
스퍼터링 공정뿐만 아니라 플라즈마 화학 기상 증착법(plasma enhanced chemical vapor deposition, PECVD)과 같은 다른 막 형성 공정을 통해서도 투명한 도전막을 이용하여 반사 방지부(130)와 도전막(50)을 형성할 수 있다.
이 경우, 같은 공정실에서 반사 방지부(130)와 도전막(50)을 위한 투명한 도전막을 형성하기 위해 인가되는 공정 물질 중에서 산소나 질소의 공급량을 변화시켜, 반사 방지부(130)와 도전막(50)이 서로 다른 전도도를 갖도록 할 수 있다. 예를 들어, 반사 방지부(130)을 위한 투명한 도전막을 위해 복수의 공정 가스가 제1 비율로 공정실로 주입되고, 도전막(50)을 위한 투명한 도전막을 위해 반사 방지부(130)와 동일한 복수의 공정 가스가 제2 비율로 공정실로 주입되어, 서로 다른 전도도를 갖는 두 개의 투명한 도전막이 형성된다. 이때, 공정실을 서로 동일하거나 상이할 수 있고, 제1 비율과 제2 비율은 서로 상이하다. 이로 인해, 반사 방지부(130)와 도전막(50)은 서로 동일한 원소들로 이루어져 있지만, 원소들의 결합비가 투명한 도전막으로 형성된다.
또한, 서로 다른 공정실에서 서로 다른 공정 물질을 이용하여 전도도가 서로 다른 투명한 도전 물질로 이루어진 방사 방지부(130)와 도전막(50)을 각각 형성할 수 있다.
그런 다음, 도 3l 및 그 이후 공정 또는 도 4a 내지 도 4c에 도시한 공정을 이용하여 복수의 제1 및 제2 보조 전극(151, 152)과 복수의 제1 및 제2 전극(141, 142)을 형성할 수 있다.
이와 같은 방식들을 이용하여 반사 방지부(130)와 도전막(50)을 형성할 경우, 투명한 도전막의 전도도(면저항값)를 변화시키기 위한 별도의 O2 플라즈마 공정이 불필요하다.
이미 설명한 것처럼, 반사 방지부(130)의 면저항값은 약 50Ω/sq. 내지 100Ω/sq. 이고, 제1 및 제2 보조 전극(151, 152)의 면저항값은 약 8Ω/sq. 내지 12Ω/sq.이다.
다음, 도 6를 참고로 하여, 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 다른 예에 대하여 설명한다.
이하의 예에서, 도 1 및 도 2와 비교하여, 동일한 기능을 수행하는 구성요소에 대해서는 같은 도면 부호를 부여하고 그에 대한 자세한 설명은 생략한다.
도 6에 도시한 태양 전지(12)는 후면 보호부(192a)의 형성 위치를 제외하면 도 1 및 도 2에 도시한 태양 전지(11)와 동일한 구조를 갖는다.
즉, 본 예에 따른 태양 전지(12)는 기판(110)의 전면 위에 위치하는 순차적으로 위치하는 전면 보호부(191) 및 반사 방지부(130), 기판(110)의 후면 위에 위치하는 후면 보호부(192a), 후면 보호부(192a) 위에 위치하는 복수의 에미터부(121)와 복수의 후면 전계부(172), 복수의 에미터부(121)와 복수의 후면 전계부(172) 위에 위치하는 복수의 제1 보조 전극(151)과 복수의 제2 보조 전극(152), 그리고 복수의 제1 보조 전극(151)과 복수의 제2 보조 전극(152) 위에 위치하는 복수의 제1 전극(141)과 복수의 제2 전극(142)를 포함한다.
하지만, 도 1 및 도 2와 달리, 후면 보호부(192a)는 실질적으로 기판(110)의 후면 전체면에 위치한다. 이로 인해, 본 예에서 후면 보호부(192a)의 개수는 하나이다. 경우에 따라 후면 보호부(192a)는 태양 전지(12)의 후면 가장 자리 부분에 존재하지 않을 수 있다.
이처럼, 인접한 에미터부(121)와 후면 전계부(172) 사이의 기판(110) 위에도 후면 보호부(192a)가 존재한다. 이로 인해, 따라서, 실질적으로 기판(110)의 후면 전체가 패시베이션 기능을 수행하는 후면 보호부(192a)로 덮여 있으므로, 패시베이션 효과가 향상되어 기판(110)의 후면이나 후면 부근에서 결함에 의해 손실되는 전하의 양은 더욱더 감소한다. 또한, 실질적으로 노출되는 기판(110)의 면이 존재하지 않으므로, 산소나 수분 등으로 인해 기판(110)의 특성이 변화되는 현상이 방지되고, 이로 인해, 태양 전지(12)의 특성 변화가 발생하지 않는다.
이러한 태양 전지(12)의 제조 방법에 대하여, 도 3a 내지 도 3k, 도 4a 내지 도 4c 그리고 도 5a 및 도 5b의 일부뿐만 아니라 도 7a 내지 도 7d를 참고로 하여 설명한다.
이미 도 3a 내지 3c를 참고로 하여 설명한 것처럼, 기판(110)의 전면에 요철면을 형성한 후, 기판(110)의 전면과 후면에 각각 전면 보호부(191)과 후면 보호부(192a)를 형성한다. 본 실시예에서, 도 3c의 제2 후면 보호막(921)은 후면 보호부(192a)가 된다.
다음, 도 3d 및 도 3e에 도시한 것처럼, 후면 보호부(192a) 위에 순차적으로 후면 전계부(172)를 형성한 후, 식각 방지막(61)을 형성한다.
그런 다음, 도 3f와 달리, 본 예의 경우, 도 7a에 도시한 것처럼, 식각 방지막(61)을 이용하여 노출된 후면 전계부(172) 부분을 제거할 경우, 후면 전계막(721) 하부에 존재하는 후면 보호부(192a)는 남겨둔다. 이로 인해, 기판(110)의 후면 전면에 위치한 후면 보호부(192a) 위에 복수의 후면 전계부(172)를 완성한다.
그런 다음, 도 3g와 유시하게, 노출된 기판(110)의 후면 전체에 에미터부(121)를 형성한다(도 7b).
다음, 도 7c에 도시한 것처럼, 원하는 부분에 식각 방지막(63)을 형성하고, 식각 방지막(63)을 마스크로 하여 노출된 에미터부(121) 부분을 제거한 후 식각 방지막(63)을 제거하여, 복수의 후면 전계부(172)와 분리되어 있는 복수의 에미터부(121)를 형성한다(도 7d). 이 경우에도, 에미터부(121) 부분 하부에 존재하는 후면 보호부(192a) 부분은 제거되지 않는다. 따라서, 복수의 후면 전계부(172)와 복수의 에미터부(121) 하부뿐만 아니라 인접한 후면 전계부(172)와 에미터부(121) 사이에도 후면 보호부(192a)가 존재하여 실질적으로 기판(110)의 후면 전체에 후면 보호부(192a)가 위치한다.
이후, 복수의 제1 및 제2 보조 전극(151, 152)과 그 위에 위치하는 복수의 제1 및 제2 전극(141, 1421) 그리고 반사 방지부(130)의 형성 공정은 도 3j와 도 3k, 도 4a 내지 도 4c 또는 도 5a 및 도 5b를 참고로 하여 설명한 것과 동일하므로 생략한다.
다음, 도 8을 참고로 하여 본 발명의 한 실시예에 따른 또 다른 예에 대하여 설명한다.
도 2 및 도 6과 비교할 때, 도 8에 도시한 태양 전지(13)에서 후면 보호부(192b)는 기판(110)의 후면 전체면에 위치하고, 또한, 각 에미터부(121)와 그 하부에 위치하는 후면 보호부(192b) 부분은 인접한 후면 전계부(172) 위에 일부 중첩되어 있다. 이때, 후면 보호부(192b) 부분과 그 위에 위치하는 에미터부(121)의 단부 위치는 동일하다.
이로 인해, 후면 보호부(192b)는 인접한 후면 전계부(172)와 에미터부(121) 사이에도 존재하고, 또한 서로 중첩한 후면 전계부(172)와 에미터부(121) 사이에도 존재한다. 이때, 후면 보호부(192b)가 비도전성 물질로 이루어져 있으므로, 일부 중첩되어 있는 후면 전계부(172)와 에미터부(121)는 전기적으로 분리된다.
이러한 태양 전지(13)는 도 3h에서 식각 방지막(62)을 형성할 때, 식각 방지막(62)의 형성 위치를 조정하여 제조한다. 즉, 식각 방지막(62)의 형성 위치를 인접한 후면 전계부(172)와 일부 중첩하도록 위치시킨 후 노출된 막을 원하는 두께만큼 제거한다.
따라서 식각 방지막(63)에 의해 보호되는 에미터부(121) 부분 및 그 하부의 제2 후면 보호막(2922) 부분이 제거되지 않는다. 따라서 도 8에 도시한 것과 같이 인접한 후면 전계부(172)와 일부 중첩하는 후면 보호부(192b) 부분과 에미터부(121) 부분이 형성된다.
따라서, 후면 전계부(172)의 일부가 후면 보호부(192b)에 의해 보호되므로, 산소나 수분 등으로 인한 후면 전계부(172)의 특성 변화가 감소한다.
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 (25)

  1. 제1 도전성 타입의 기판,
    상기 기판의 후면에 위치하는 제1 보호부
    상기 제1 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입을 갖고, 상기 제1 보호부의 후면에 위치하여 상기 기판과 p-n 접합 및 이종 접합을 형성하는 에미터부,
    상기 제1 보호부의 후면에 위치하며, 상기 에미터부와 이격되어 있고, 상기 제1 도전성 타입을 갖고, 상기 기판과 이종 접합을 형성하는 전계부,
    상기 기판의 전면에 위치하는 반사 방지부,
    상기 에미터부의 후면에 위치하는 제1 보조 전극과 상기 전계부의 후면에 위치하는 제2 보조 전극을 구비한 제1 전극부, 그리고
    상기 제1 보조 전극의 후면에 위치한 제1 전극과 상기 제2 보조 전극의 후면에 위치한 제2 전극을 구비한 제2 전극부를 포함하고,
    상기 반사 방지부와 제1 전극부는 각각 서로 동일한 투명한 도전성 물질로 이루어지며,
    상기 반사 방지부는 상기 제1 전극부에 비해 산소를 고농도로 함유하고 있는 산소 플라즈마 처리층을 표면에 구비하고,
    상기 기판의 후면으로부터 상기 에미터부의 전면까지의 간격 및 상기 기판의 후면으로부터 상기 전계부의 전면까지의 간격이 서로 동일한
    태양 전지.
  2. 제1항에서,
    상기 반사 방지부의 전도도는 상기 제1 전극부의 전도도와 상이한 태양 전지.
  3. 제2항에서,
    상기 반사 방지부의 전도도는 상기 제1 전극부의 전도도보다 낮은 태양 전지.
  4. 제2항에서,
    상기 제1 보조 전극의 전도도는 상기 제2 보조 전극의 전도도와 동일한 태양 전지.
  5. 제1항에서,
    상기 반사 방지부의 면저항값과 상기 제1 전극부의 면저항값은 상이한 태양 전지.
  6. 제5항에서,
    상기 제1 전극부의 면저항값은 8Ω/sq. 내지 12Ω/sq.이고, 상기 반사 방지부의 면저항값은 50Ω/sq. 내지 100Ω/sq. 인 태양 전지.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제1항에서,
    상기 에미터부 및 상기 전계부는 상기 기판 위에 위치하고 비결정질 반도체로 이루어져 있는 태양 전지.
  11. 제10항에서,
    상기 기판은 결정질 반도체로 이루어져 있는 태양 전지.
  12. 제1항에서,
    상기 기판의 후면은 빛이 입사되지 않는 비입사면인 태양 전지.
  13. 제12항에서,
    상기 기판의 전면은 빛이 입사되는 입사면인 태양 전지.
  14. 제1항에서,
    상기 제1 보호부는 상기 전계부와 상기 기판 사이에 위치하는 제1 후면 보호 부분, 및 상기 에미터부와 상기 기판 사이에 위치하는 제2 후면 보호 부분을 포함하는 태양 전지.
  15. 제14항에서,
    상기 제1 보호부는 인접한 상기 에미터부와 상기 전계부 사이의 상기 기판의 후면에 더 위치하도록 상기 기판의 후면 전체에 위치하는 태양 전지.
  16. 삭제
  17. 제15항에서,
    인접한 상기 에미터부와 상기 전계부는 상기 제1 보호부를 사이에 두고 서로 중첩하고 있는 태양 전지.
  18. 제14항에서,
    상기 기판의 전면과 상기 반사 방지부 사이에 위치하는 제2 보호부를 더 포함하는 태양 전지.
  19. 제18항에서,
    상기 제2 보호부는 상기 제1 보호부와 동일한 재료로 이루어져 있는 태양 전지.
  20. 기판의 후면에 제1 보호부를 형성하는 단계,
    상기 기판과 p-n 접합 및 이종 접합을 형성하는 에미터부를 상기 제1 보호부의 후면에 형성하는 단계,
    상기 기판과 이종 접합을 형성하는 전계부를 상기 제1 보호부의 후면에 상기 에미터부와 이격하여 형성하는 단계,
    상기 기판의 전면에는 반사 방지막을 형성하기 위한 제1 투명한 도전막을 형성하고, 상기 에미터부의 후면 및 상기 전계부의 후면에는 제1 보조 전극과 제2 보조 전극을 구비한 제1 전극부를 형성하기 위한 제2 투명한 도전막을 형성하되, 상기 제1 및 제2 투명한 도전막은 서로 동일한 투명한 도전성 물질로 각각 형성하는 단계; 및
    상기 제1 투명한 도전막에 산소 플라즈마 처리를 실시하여 상기 제2 투명한 도전막에 비해 산소를 고농도로 함유하고 있는 산소 플라즈마 처리층을 상기 제1 투명한 도전막의 표면에 형성하는 단계
    를 포함하며,
    상기 기판의 후면으로부터 상기 에미터부의 전면까지의 간격 및 상기 기판의 후면으로부터 상기 전계부의 전면까지의 간격을 서로 동일하게 형성하는 태양 전지의 제조 방법.
  21. 삭제
  22. 삭제
  23. 제20항에서,
    상기 제1 투명한 도전막과 상기 제2 투명한 도전막은 스퍼터링법(sputtering)에 의해 형성되는 태양 전지의 제조 방법.
  24. 삭제
  25. 제20항에서,
    상기 제1 투명한 도전막과 상기 제2 투명한 도전막은 플라즈마 화학 기상 증착법(PECVD)으로 형성되는 태양 전지의 제조 방법.
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