KR101729312B1 - 태양 전지 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양 전지의 제조 방법에 관한 것으로, 상기 태양 전지의 제조 방법은 제1 도전성 타입을 갖는 기판의 제1 면에 상기 제1 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입의 에미터부를 형성하는 단계, 상기 기판의 상기 제1 면의 반대편에 위치한 상기 기판의 제2 면을 플라즈마(plasma)에 노출시켜, 상기 플라즈마를 이용하여 상기 제2 면을 패시베이션 처리하는 단계, 패시베이션 처리된 상기 기판의 상기 제2 면 위에 보호부를 형성하는 단계, 그리고 상기 에미터부와 연결된 제1 전극과 상기 보호부를 통해 상기 기판과 연결되는 제2 전극을 형성하는 단계를 포함한다. 이로 인해, 플라즈마 표면 처리에 의해 기판의 표면 및 그 부근에 위치하는 결함이 안정된 결합으로 변하여, 결함에 의한 전하의 손실량이 줄어든다. 따라서, 태양 전지의 효율이 향상된다.
Description
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 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 동작 효율을 향상시키기 위한 것이다.
본 발명의 한 특징에 따른 태양 전지의 제조 방법은 제1 도전성 타입을 갖는 기판의 제1 면에 상기 제1 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입의 에미터부를 형성하는 단계, 상기 기판의 상기 제1 면의 반대편에 위치한 상기 기판의 제2 면을 플라즈마(plasma)에 노출시켜, 상기 플라즈마를 이용하여 상기 제2 면을 패시베이션 처리하는 단계, 패시베이션 처리된 상기 기판의 상기 제2 면 위에 보호부를 형성하는 단계, 그리고 상기 에미터부와 연결된 제1 전극과 상기 보호부를 통해 상기 기판과 선택적으로 연결되는 제2 전극을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 패시베이션 처리 단계는 암모니아(NH3)나 아산화 질소(N2O)를 이용하여 상기 플라즈마를 생성하는 것이 좋다.
상기 패시베이션 처리 단계는 직접 PECVD법을 이용하여 상기 플라즈마를 생성할 수 있다.
상기 패시베이션 처리 단계는 13.56MHz나 15MHz의 주파수를 이용하여 상기 플라즈마를 생성할 수 있다.
상기 보호부는 100㎚ 내지 200㎚의 두께를 가질 수 있다.
상기 보호부 형성 단계는 실리콘 산화물(SiOx), 실리콘 질화물(SiNx), 실리콘 산화 질화물(SiNxOy), 또는 알루미늄 산화물(Al2O3)을 이용하여 상기 보호부를 형성할 수 있다.
상기 제1 도전성 타입이 p형일 경우, 상기 보호부 형성 단계는 알루미늄 산화물(Al2O3)로 상기 보호부를 형성하는 것이 좋다.
상기 제1 도전성 타입이 n형일 경우, 상기 보호부 형성 단계는 실리콘 질화물(SiNx)이나 실리콘 산화 질화물(SiNxOy)로 상기 보호부를 형성하는 것이 좋다.
상기 보호부 형성 단계는 실리콘 산화물(SiOx)로 상기 보호부를 형성할 수 있다.
상기 특징에 따른 태양 전지의 제조 방법은 상기 에미터부 위에 반사 방지부를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 반사 방지부 형성 단계는 실리콘 질화물(SiNx)로 상기 반사 방지부를 형성할 수 있다.
상기 반사 방지부는 2.0 내지 2.1의 굴절률을 가질 수 있다.
상기 제1 전극 및 제2 전극 형성 단계는, 상기 반사 방지부 위에 제1 전극 패턴을 형성하는 단계, 상기 보호부 위에 제2 전극 패턴을 형성하는 단계, 상기 제2 전극 패턴에 선택적으로 레이저 빔을 조사하는 단계, 그리고 상기 제1 전극 패턴과 상기 제2 전극 패턴을 구비한 상기 기판을 열처리하는 단계를 포함할 수 있고, 상기 열처리 단계 시 상기 제1 전극 패턴은 상기 반사 방지부를 관통하여 상기 에미터부와 접촉하여 상기 제1 전극을 형성하고, 상기 레이저 빔이 조사된 부분의 상기 제2 전극 패턴은 상기 보호부를 관통해서 상기 기판과 선택적으로 접촉하여 상기 제2 전극을 형성할 수 있다.
상기 제1 전극 및 제2 전극 형성 단계는, 상기 반사 방지부 위에 제1 전극 패턴을 형성하는 단계, 상기 보호부를 선택적으로 제거하여 상기 기판의 상기 제2 면을 선택적으로 드러내는 단계, 상기 보호부 위와 드러난 상기 기판의 상기 제2 면 위에 제2 전극 패턴을 형성하는 단계, 그리고 상기 제1 전극 패턴과 상기 제2 전극 패턴을 구비한 상기 기판을 열처리하는 단계를 포함할 수 있고, 상기 열처리 단계 시 상기 제1 전극 패턴은 상기 반사 방지부를 관통하여 상기 에미터부와 접촉하여 상기 제1 전극을 형성하고, 상기 제2 전극 패턴은 드러난 상기 기판의 상기 2 면과 선택적으로 접촉하여 상기 제2 전극을 형성할 수 있다.
상기 제1 전극 패턴 형성 단계는 제1 페이스트를 스크린 인쇄법으로 상기 에미터부 위에 도포한 후 건조시켜 상기 제1 전극 패턴을 형성하고, 상기 제2 전극 패턴 형성 단계는 제1 페이스트와 다른 제2 페이스트를 스크린 인쇄법으로 도포한 후 건조시켜 상기 제2 전극 패턴을 형성할 수 있다.
상기 제1 페이스트는 은(Ag)을 함유하고 있고, 상기 제2 페이스는 알루미늄(Al)을 함유할 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따른 태양 전지는 제1 도전성 타입의 기판, 상기 기판의 제1 면에 위치하고 상기 제1 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입을 갖는 에미터부, 상기 에미터부와 전기적으로 연결되어 있는 제1 전극, 플라즈마를 이용하여 패시베이션 처리되고, 상기 기판의 상기 제1 면의 반대쪽에 위치하는 상기 기판의 제2 면 위에 위치하는 보호부, 상기 에미터부와 연결된 제1 전극, 그리고 상기 보호부를 통해 상기 기판과 선택적으로 연결된 제2 전극을 포함한다.
이러한 특징에 따라, 플라즈마 표면 처리에 의해 기판의 표면 및 그 부근에 위치하는 결함이 안정된 결합으로 변하여, 결함에 의한 전하의 손실량이 줄어든다. 따라서, 태양 전지의 효율이 향상된다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 일부 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시한 태양 전지를 II-II선을 따라 잘라 도시한 단면도의한 예이다.
도 3a 내지 도 3i는 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법의 한 예를 순차적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 도시한 태양 전지를 II-II선을 따라 잘라 도시한 단면도의한 예이다.
도 3a 내지 도 3i는 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법의 한 예를 순차적으로 나타낸 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한 어떤 부분이 다른 부분 위에 "전체적"으로 형성되어 있다고 할 때에는 다른 부분의 전체 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 전지에 대하여 설명한다.
먼저, 도 1 및 도 2를 참고로 하여 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 한 예에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1을 참고로 하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지(11)의 한 예는 기판(110), 빛이 입사되는 기판(110)의 면인 입사면[이하, '전면'라 함]에 위치한 에미터부(emitter portion)(121), 에미터부(121) 위에 위치하는 반사 방지부(130), 기판(110)의 전면의 반대쪽 면인 기판(110)의 면[이하, '후면'라 함] 위에 위치하는 보호부(190), 에미터부(121)와 연결되어 있는 전면 전극부(140), 보호부(190) 위에 위치하고 기판(110)과 연결되어 있는 후면 전극부(150), 기판(110)의 후면에 선택적으로 위치하는 복수의 후면 전계부(back surface field portion)(172)를 구비한다.
기판(110)은 제1 도전성 타입, 예를 들어 p형 도전성 타입의 실리콘(silicon)가 같은 반도체로 이루어진 반도체 기판이다. 이때, 반도체는 단결정 실리콘 또는 다결정 실리콘과 같은 결정질 반도체이다.
기판(110)이 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 붕소(B), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등과 같은 3가 원소의 불순물이 기판(110)에 도핑된다. 하지만, 이와는 달리, 기판(110)은 n형의 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.
도 1 및 도 2와는 달리, 대안적인 예에서, 기판(110)의 전면은 텍스처링(texturing)되어 요철면인 텍스처링 표면(textured surface)을 가질 수 있다. 이 경우, 기판(110)의 전면 위에 위치한 에미터부(121)와 반사 방지부(130) 역시 요철면을 갖는다.
이와 같이, 기판(110)의 전면이 텍스처링되어 있을 경우, 기판(110)의 입사 면적이 증가하고 요철에 의한 복수 번의 반사 동작으로 빛 반사도가 감소하여, 기판(110)으로 입사되는 빛의 양이 증가하므로 태양 전지(11)의 효율이 향상된다.
기판(110)에 위치한 에미터부(121)는 기판(110)의 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입, 예를 들어, n형의 도전성 타입을 구비하고 있는 불순물부이다. 따라서 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(121)가 n형일 경우, 분리된 정공은 기판(110) 쪽으로 이동하고 분리된 전자는 에미터부(121) 쪽으로 이동한다.
에미터부(121)는 기판(110)과 p-n접합을 형성하므로, 본 실시예와 달리, 기판(110)이 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 에미터부(121)는 p형의 도전성 타입을 가진다. 이 경우, 분리된 전자는 기판(110)쪽으로 이동하고 분리된 정공은 에미터부(121)쪽으로 이동한다.
에미터부(121)가 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 에미터부(121)는 5가 원소의 불순물을 기판(110)에 도핑하여 형성될 수 있고, 반대로 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 3가 원소의 불순물을 기판(110)에 도핑하여 형성될 수 있다.
에미터부(121) 위에 위치한 반사 방지부(130)는 태양 전지(11)로 입사되는 빛의 반사도를 줄이고 특정한 파장 영역의 선택성을 증가시켜, 태양 전지(11)의 효율을 높인다.
이러한 반사 방지부(130)는 투명하고 수소화된 실리콘 질화물(SiNx)로 이루어질 수 있고, 약 70㎚ 내지 약 80㎚의 두께를 가지며, 약 2.0 내지 2.1의 굴절률을 가질 수 있다.
반사 방지부(130)의 굴절률이 2.0 이상일 경우, 빛의 반사도가 감소되면서 반사 방지부(130) 자체에서 흡수되는 빛의 양이 좀더 감소되고, 반사 방지부(130)의 굴절률이 2.1 이하일 경우, 반사 방지부(130)의 반사도가 좀더 감소한다.
또한, 본 예에서, 반사 방지부(130)의 굴절률(2.0 내지 2.1)은 공기의 굴절률(약 1)과 기판(110)의 굴절률(약 3.5) 사이의 값을 갖고 있다. 따라서, 공기에서부터 기판(110) 쪽으로의 굴절률 변화가 순차적으로 증가하므로, 이러한 굴절률 변화에 의해 빛의 반사도는 더욱 감소하여 기판(110)으로 입사하는 빛의 양은 더 증가한다.
또한, 반사 방지부(130)의 두께가 약 70㎚ 이상일 경우, 좀더 효율적인 빛의 반사 방지 효과가 얻어진다. 반사 방지부(130)의 두께가 약 80㎚ 이하일 경우, 반사 방지부(130) 자체에서 흡수되는 빛의 양을 감소시켜 기판(110)으로 입사되는 빛의 양이 증가되며, 태양 전지(11)의 제조 공정 시 전면 전극부(140)가 좀더 안정적이고 원활하게 반사 방지부(130)를 관통하여, 전면 전극부(140)와 에미터부(121)가 좀더 안정적이고 원활하게 연결되도록 한다.
반사 방지부(130)는 또한 함유된 수소(H)에 의해 기판(110)의 표면 및 그 근처에 존재하는 댕글링 결합(dangling bond)과 같은 결함(defect)이 안정한 결합으로 바뀌게 되고, 이로 인해 결함에 의해 기판(110)의 표면 쪽으로 이동한 전하가 소멸되는 것을 감소시키는 페시베이션 기능(passivation function)이 실행된다. 따라서, 반사 방지부(130)에 의해 결함에 의한 손실되는 전하의 양이 줄어든다.
도 1 및 도 2에서, 반사 방지부(130)는 단일막 구조를 갖지만 이중막과 같은 다층막 구조를 가질 수 있고, 필요에 따라 생략될 수 있다.
전면 전극부(140)는 복수의 전면 전극(141)과 복수의 전면 전극(141)과 연결되어 있는 복수의 전면 버스바(142)를 구비한다.
복수의 전면 전극(141)은 에미터부(121)와 연결되어 있고, 서로 이격되어 정해진 방향으로 나란히 뻗어있다. 복수의 전면 전극(141)은 에미터부(121) 쪽으로 이동한 전하, 예를 들면, 전자를 수집한다.
복수의 전면 버스바(142)는 에미터부(121)와 연결되어 있고, 복수의 전면 전극(141)과 교차하는 방향으로 나란하게 뻗어 있다.
이때, 복수의 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, 복수의 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.
각 전면 버스바(142)는 에미터부(121)로부터 이동하는 전하(예, 전자)뿐만 아니라 교차하는 복수의 전면 전극(141)에 의해 수집된 전하를 모아서 원하는 방향으로 이동시켜야 되므로, 각 전면 버스바(142)의 폭은 각 전면 전극(141)의 폭보다 크다.
복수의 전면 버스바(142)는 외부 장치와 연결되어, 수집된 전하를 외부 장치로 출력한다.
복수의 전면 전극(141)과 복수의 전면 버스바(142)를 구비한 전면 전극부(140)는 은(Ag)과 같은 적어도 하나의 도전 물질로 이루어져 있다. 하지만, 대안적인 예에서, 도전 물질은 니켈(Ni), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 티타늄(Ti), 금(Au) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나일 수 있지만, 이외의 다른 도전 물질로 이루어질 수 있다.
도 1에서, 기판(110)에 위치하는 전면 전극(141)과 전면 버스바(142)의 개수는 한 예에 불과하고, 경우에 따라 변경 가능하다.
도 1에서, 기판(110)에 위치하는 전면 전극(141)과 전면 버스바(142)의 개수는 한 예에 불과하고, 경우에 따라 변경 가능하다.
기판(110)의 후면 위에 위치한 보호부(190)는 실리콘 산화물(SiOx), 실리콘질화물(SiNx), 실리콘 산화 질화물(SiOxNy) 또는 알루미늄 산화물(Al2O3)로 이루어질 수 있다.
본 예에서, 보호부(190)가 기판(110)의 후면 위에 형성되기 전에, 기판(110)의 후면은 암모니아(NH3)나 아산화질소(N2O)를 이용한 플라즈마(plasma)로 기판(110)의 후면이 표면 처리되고, 이로 인해, 기판(110)의 후면 및 그 근처에 존재하는 댕글링 결합(dangling bond)과 같은 결함(defect)은 안정된 결합으로 바뀐다. 따라서, 플라즈마 표면 처리로 인해 기판(110)의 표면 쪽으로 이동한 전하가 결함에 의해 소멸되는 것을 감소시키는 페시베이션 기능(passivation function)이 수행되므로, 결함에 의해 기판(110)의 표면이나 그 근처에서 손실되는 전하의 양이 줄어든다.
본 예에서, 기판(110)의 후면은 플라즈마 기상 증착법(plasma enhanced chemical vapor deposition, PECVD)을 이용하여 암모니아(NH3)나 아산화질소(N2O)를 플라즈마 상태로 변경한 후, 이온화된 수소(H)나 산소(O)가 기판(110)의 후면에 존재하는 결함에 결합하여 결함을 안정된 결합으로 바뀌는 패시베이션 효과(passivation effect)가 발생한다. 이때, 암모니아(NH3)를 이용할 경우, 이온화된 수소(H)에 의해 패시베이션 효과가 얻어지고, 아산화 질소(N2O)를 이용할 경우, 이온화된 산소(O)에 의해 패시베이션 효과가 얻어진다.
본 예에서, 암모니아(NH3)나 아산화질소(N2O)로 플라즈마를 생성하기 위해, 기판(110)이 놓여진 공정실 내에서 플라즈마를 생성하는 직접 PECVD(direct PECVD)법을 이용하고, 직접 PECVD법 중 13.56MHz나 15MHz 등과 같은 고주파수(high frequency)를 이용한다.
이와 같이, 본 예의, 보호부(190)는 플라즈마 표면 처리로 결함을 제거한 패시베이션 처리가 이루어진 기판(110)의 후면 위에 위치한다.
이때, 보호부(190)는 패시베이션 처리된 기판(110)의 후면이 공기에 노출되는 것을 방지하여, 공기중의 산소와 기판(110)의 실리콘(silicon, Si)이 결합되어 수소(H)나 산소(O)에 의한 패시베이션 처리를 손상시키는 것을 방지한다. 또한, 보호부(190)는 막 형성 시 함유된 수소(H)에 의해 기판(110) 후면의 패시베이션 기능을 수행하므로, 기판(110)의 후면 패시베이션 효과는 더욱더 향상된다.
즉, 본 예에서, 보호부(190)는 플라즈마 표면 처리에 의한 기판(110)의 후면을 보호하고, 패시베이션 기능을 추가로 실시하며, 기판(110)을 통과한 빛을 기판(110) 쪽으로 반사시켜 기판(110)에 입사되는 빛의 양을 증가시킨다.
이러한 보호부(190)의 두께는 약 100㎚ 내지 약 200㎚의 두께를 갖는다.
일반적으로 실리콘 질화물(SiNx)과 실리콘 산화 질화물(SiOxNy)는 양(+)의 고정 전하(positive fixed charge)의 특성을 갖고 있고, 알루미늄 산화물(Al2O3)은 음(-)의 고정 전하(negative fixed charge)의 특성을 갖고 있다.
따라서, 기판(110)이 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 보호부(190)는 음의 고정 전하의 특성을 갖고 있는 알루미늄 산화물((Al2O3)로 이루어지고, 기판(110)이 n형 도전성 타입을 가질 경우, 보호부(190)는 양의 고정 전하의 특성을 갖고 있는 실리콘 질화물(SiNx)이나 실리콘 산화 질화물(SiOxNy)로 이루어지는 것이 기판(110)으로부터 후면전극부(150)로의 전하 전송 효율 향상에 좀더 유리하다.
즉, 기판(110)이 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 보호부(190)가 음 전하의 특성을 띄게 될 때, 보호부(190) 쪽으로 이동하는 양 전하인 정공은 보호부(190)와 반대의 극성을 갖고 있으므로 보호부(190)의 극성에 의해 보호부(190) 쪽으로 끌어 당겨지고, 반면, 보호부(190)와 동일한 극성을 갖는 음 전하인 전자는 보호부(190)의 극성에 의해 보호부(190)의 반대쪽으로 밀려나게 된다. 동일한 원리로, 기판(110)이 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 보호부(190)가 양 전하의 특성을 띄게 될 때, 보호부(190) 쪽으로 이동하는 전자는 보호부(190)에 의해 보호부(190) 쪽으로 끌어 당겨지고, 정공은 보호부(190)에 의해 보호부(190)의 반대쪽으로 밀려나게 된다.
따라서, 기판(110)이 p형일 경우, 보호부(190)를 알루미늄 산화물((Al2O3) 로 형성하면, 기판(110)으로부터 후면전극부(150)로 이동하는 정공의 이동량은 좀더 증가되고, 기판(110)이 n형일 경우, 보호부(190)를 실리콘 질화물(SiNx)이나 실리콘 산화 질화물(SiOxNy)로 형성하면, 기판(110)으로부터 후면 전극부(150)로 이동하는 전자의 이동량은 좀더 증가된다. 또한, 이와 같이, 기판(110)의 도전성 타입에 따라 고정 전하를 고려한 물질로 보호부(190)를 형성함에 따라, 기판(110)에서 보호부(190) 쪽으로 원하지 않은 전하의 이동을 좀더 효율적으로 방지하므로, 전하의 재결합량은 좀더 낮아진다.
기판(110)의 후면에 위치한 복수의 후면 전계부(172)는 기판(110)과 동일한 도전성 타입의 불순물이 기판(110)보다 고농도로 도핑된 불순물부인, 예를 들면, p+ 영역이다.
이러한 기판(110)의 제1 도전성 영역(예, p형)과 각 후면 전계부(172)간의 불순물 농도 차이로 인해 전위 장벽이 형성되고, 이로 인해, 정공의 이동 방향인 후면 전계부(172) 쪽으로 전자 이동은 방해되는 반면, 후면 전계부(172) 쪽으로의 정공 이동은 좀더 용이해진다. 따라서, 후면 전계부(172)는 기판(110)의 후면 및 그 부근에서 전자와 정공의 재결합으로 손실되는 전하의 양을 감소시키고 원하는 전하(예, 정공)의 이동을 가속화시켜 후면 전극부(150)로의 전하 이동량을 증가시킨다.
후면 전극부(150)는 보호부(190) 위에 위치하고, 후면전극용 도전층(155) 및 후면전극용 도전층(155)과 연결되어 있는 복수의 후면 버스바(152)를 구비한다.
후면전극용 도전층(155)은 복수의 후면 버스바(152)가 위치한 보호부(190) 부분을 제외한 보호부(190) 부분 위에 위치한다. 하지만, 대안적인 예에서, 후면전극용 도전층(155)은 기판(110) 후면의 가장자리 부분에 위치하지 않을 수 있다.
후면전극용 도전층(155)은 보호부(190)를 통과하여 기판(110)에 위치한 복수의 후면 전계부(172)와 연결된 복수의 후면 전극(151)을 구비한다.
도 1에 도시한 것처럼, 복수의 후면 전극(151)은 일정한 간격, 예를 들어, 약 0.5㎜ 내지 약 1㎜ 간격으로 원형, 타원형 또는 다각형과 같은 다양한 형상으로 기판(110)과 연결되어 있다. 하지만, 대안적인 예에서, 각 후면 전극(151)은 전면 전극(141)과 같이 기판(110)과 전기적으로 연결되면서 한 방향으로 길게 뻗어 있는 스트라이프(stripe) 형상을 가질 수 있다. 이 경우, 후면 전극의 개수는 원형, 타원형 또는 다각형 형상을 갖는 후면 전극의 개수보다 훨씬 적다.
이러한 후면 전극(151)은 기판(110) 쪽으로부터 이동하는 전하, 예를 들어 정공을 수집하여 후면 전극용 도전층(155)으로 전달한다.
이때, 기판(110)보다 높은 불순물 농도로 인해 기판(110)보다 전도도가 높은 복수의 후면 전계부(172)과 복수의 후면 전극(151)이 접하고 있으므로, 기판(110)으로부터 복수의 후면 전극(151)으로의 전하 이동도가 향상된다.
이러한 후면전극용 도전층(155)은 알루미늄(Al)과 같은 도전성 물질로 이루어져 있지만, 이에 한정되지 않는다.
따라서, 대안적인 예에서, 후면전극용 도전층(155)은 니켈(Ni), 구리(Cu), 은(Ag), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 티타늄(Ti), 금(Au) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나이거나, 이외의 다른 도전성 물질로 이루어질 수 있다.
기판(110)과 접촉하는 복수의 후면 전극(151)은 후면전극용 도전층(155)의 성분만 함유하거나 후면전극용 도전층(155)의 성분뿐만 아니라 보호부(190)과 기판(110)의 성분이 혼합되어 있다.
이미 기재한 것처럼, 후면전극용 도전층(155) 하부에 위치한 보호부(190)의 두께는 약 100㎚ 내지 200㎚이다.
이때, 보호부(190)의 두께가 약 100㎚ 미만일 경우, 보호부(190) 위에 위치한 후면전극용 도전층(155)을 위한 페이스트(paste)에 함유된 글래스 프릿(glass frit)에 의해 후면전극용 도전층(155)을 위한 열 처리시 페이스트에 의해 보호부(190)이 관통될 수 있고, 이 경우, 페이스트에 함유된 알루미늄(Al)과 같은 금속 성분이 기판(110)의 실리콘과 결합되고, 또한 플라즈마 표면 처리에 의한 패시베이션 처리가 손상될 수 있고, 보호부(190)의 두께가 약 200㎚를 초과할 경우, 보호부(190)를 형성하는 시간이 증가하여 태양 전지(11)의 생산 효율이 감소하고 제조 비용이 증가할 수 있다.
따라서, 보호부(190)의 두께가 약 100㎚ 이상일 경우, 후면전극용 도전층(155)에 의한 보호부(190)의 손상이 방지되며 좀더 효율적인 패시베이션 효과가 얻어지고, 보호부(190)의 두께가 약 200㎚ 이하일 경우, 불필요한 태양 전지(11)의 제조 비용의 증가 없이 좀더 효율적으로 패시베이션 효과와 태양 전지(11)의 생산 효율을 향상시킬 수 있다.
후면전극용 도전층(155)에 연결되어 있는 복수의 후면 버스바(152)는 후면전극용 도전층(155)이 위치하지 않는 보호부(190) 위에 위치하며, 전면 버스바(142)와 동일한 방향으로 뻗어 있고, 스트라이프 형상을 갖고 있다. 이때, 복수의 후면 버스바(152)는 기판(110)을 중심으로 전면 버스바(142)와 대응되게 마주본다.
이러한 복수의 후면 버스바(152)는 복수의 전면 버스바(142)와 유사하게, 후면전극용 도전층(155)으로부터 전달되는 전하를 수집한다. 따라서, 복수의 후면 버스바(152)는 후면전극용 도전층(155)보다 양호한 전도도를 갖는 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 은(Ag)과 같은 적어도 하나의 도전성 물질을 함유한다. 하지만, 대안적인 예에서, 복수의 후면 버스바(152)는 니켈(Ni), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 티타늄(Ti), 금(Au) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나이거나 이외의 다른 도전성 물질로 이루어질 수 있다.
복수의 후면 버스바(152) 역시 외부 장치와 연결되어, 복수의 후면 버스바(152)에 의해 수집된 전하(예, 정공)는 외부 장치로 출력된다.
도 1과는 달리, 다른 예에서, 복수의 후면 버스바(152)는 인접한 후면 전극용 도전층(155)과 일부 중첩할 수 있다. 이 경우, 후면 전극용 도전층(155)과 접촉하는 면적이 증가하여 접촉 저항이 감소하므로, 후면전극용 도전층(155)으로부터 복수의 후면 버스바(152)로 전달되는 전하의 양이 증가한다. 또한, 후면전극용 도전층(155)은 후면 버스바(152)가 위치한 보호부(190) 위에도 위치할 수 있고, 이 경우, 복수의 후면 버스바(152)는 기판(110)을 중심으로 복수의 전면 버스바(142)와 대응되게 마주보며 후면전극용 도전층(155) 위에 위치한다. 이 경우, 복수의 후면 버스바(152)의 형성 위치에 무관하게 후면전극용 도전층(155)이 보호부(190) 위에 위치하므로, 후면전극용 도전층(155)의 형성 공정이 좀더 용이해진다.
또한, 대안적인 예에서, 각 후면전극용 버스바(152)는 스트라이프 형상 대신 각 전면 버스바(142)의 연장 방향을 따라서 일정한 또는 불규칙한 간격으로 배치된 원형, 타원형 또는 다각형 형상의 복수의 도전체로 이루어질 수 있다. 이 경우, 후면전극용 버스바(152)를 위한 은(Ag)과 같은 고가의 재료 소모가 감소하여, 태양 전지(11)의 제조 비용이 절감된다.
도 1에 도시한 복수의 후면 버스바(152)의 개수 역시 한 예이고, 필요에 따라 변경 가능하다.
이와 같은 구조를 갖는 본 실시예에 따른 태양 전지(11)는 기판(110)의 후면을 플라즈마 표면 처리하여 기판(110)의 표면에 존재하는 결함으로 인한 전하의 재결합을 감소시킨 태양 전지(11)로서 그 동작은 다음과 같다.
태양 전지(11)로 빛이 조사되어 반사 방지부(130)와 에미터부(121)를 통해 반도체의 기판(110)으로 입사되면 빛 에너지에 의해 반도체의 기판(110)에서 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-n접합에 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 전면 전극(141)과 전면 버스바(142)에 의해 수집되어 전면 버스바(142)로 전달되어 수집되고, 기판(110) 쪽으로 이동한 정공은 인접한 후면 전극(151)으로 전달된 후 후면 버스바(152)에 의해 수집된다. 이러한 전면 버스바(142)와 후면 버스바(152)를 도선으로 연결하면 전류가 흐르게 되고, 이를 외부에서 전력으로 이용하게 된다.
이때, 기판(110)의 후면 표면이 암모니아(NH3)나 아산화 질소(N2O)의 플라즈마 처리 및 보호부(190)에 의해 패시베이션 기능이 발휘되어, 기판(110)의 후면 및 그 부근에서 댕글링 결합 등과 같은 결함에 의한 전하의 손실량이 감소한다.
다음, 도 3a 내지 도 3i를 참고로 하여, 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지(11)의 제조 방법에 대한 한 예를 설명한다.
먼저, 도 3a에 도시한 것처럼, 단결정 또는 다결정 실리콘 등으로 이루어진결정질 반도체 기판(110)에 5가 원소 또는 3가 원소의 불순물을 포함하는 물질을 열 확산법 등으로 기판(110)에 도핑하여, 기판(110)에 에미터부(121)를 형성한다. 이때, 기판(110)이 n형일 경우, 인(P) 등을 포함하는 물질(예, POCl3이나 H3PO4)을 이용하고, 기판(110)이 p형일 경우, 붕소(B) 등을 포함하는 물질(예, B2H6)을 이용하여 기판(110)에 에미터부(121)를 형성한다. 또한, 열 확산법으로 에미터부(121)를 형성할 경우, 기판(110)의 전면, 후면 및 측면에 에미터부(121)가 형성된다.
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(121)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 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, 플라즈마 화학 기상 증착법(plasma enhanced chemical vapor deposition, PECVD)나 화학 기상 증착법(chemical vapor deposition, CVD) 등과 같은 막 형성법을 이용하여 기판(110)의 전면에 형성된 에미터부(121)위에 반사 방지부(130)를 형성한다. 이때, 반사 방지부(130)는 2.0 내지 2.1의 굴절률을 갖고, 약 70㎚ 내지 80㎚의 두께를 갖는 실리콘 질화물(SiNx)로 이루질 수 있다.
다음, 도 3c에 도시한 것처럼, 습식 식각 또는 건식 식각 등으로 기판(110)의 후면 일부를 제거하여, 기판(110)의 후면에 형성된 에미터부(121)를 제거한다.
다음, 도 3d에 도시한 것처럼, PECVD법으로 공정실에 주입된 암모니아(NH3)나 아산화 질소(N2O)를 플라즈마 상태로 변환하여, 이온화된 수소(H)나 산소(O)를 기판(110)의 후면에 존재하는 댕글링 결합과 같은 결함과 결합시켜 결함을 안정된 결합으로 바꾸는 패시베이션 기능을 실시한다.
이때, PECVD법은 13.56MHz나 15MHz의 고주파를 이용하는 고주파 방식을 사용하고, 또한 기판(110)이 놓여진 공정실 자체에서 플라즈마 생성이 이루어지는 직접 PECVD법을 이용하여 플라즈마 표면 처리를 실시한다.
기판(110)이 놓여진 공정실과는 별개로 외부 공정실에서 생성된 플라즈마를 공급받아 PECVD법을 실시하는 원격 PECVD법(remote PECVD)의 경우, 기판(110)이 놓여진 공정실로 플라즈마가 유입되는 과정 중에 플라즈마의 에너지가 감소하고, 이로 인해, 외부 공정실로부터 기판(110)이 놓여진 공정실로 유입된 플라즈마는 기판(110)에 놓여진 공정실에서 바로 생성된 플라즈마보다 낮은 에너지를 갖고 된다.
따라서, 기판(110)의 후면을 직접 PECVD법으로 패시베이션 처리하는 것이 원격 PECVD법으로 페이베이션 처리하는 것보다 패시베이션 효과가 뛰어나다.
즉, 일반적으로 기판(110)의 표면이 공기에 노출되면 공기 중의 산소에 의해 기판(110)의 표면 위에 실리콘 산화막(SiO2)이 형성된다. 이때, 결함이 존재하는 기판(110)의 표면 위에 이 실리콘 산화막(SiO2)이 형성되므로, 패시베이션 처리 시, 이 실리콘 산화막(SiO2)에 의해 결함이 안정된 결합으로 바뀌지 못하는 경우가 발생한다. 따라서, 자연스럽게 생성된 이 실리콘 산화막(SiO2)(nature SiO2 layer)은 패시베이션 처리 시 패시베이션 효과를 감소시키는 원인이 된다.
따라서, 원격 PECVD법보다 큰 플라즈마 에너지를 갖는 직접 PECVD법을 이용하면, 플라즈마에 의해 패시베이션 효과의 방해 요인인 실리콘 산화막(SiO2)의 식각량이 증가하므로, 원격 PECVD법을 이용할 때보다 직접 PECVD법을 이용할 경우 패시베이션 효과는 증가한다.
기판(110) 내에 존재하는 이온(ion)이나 전자(electron)들은 생성된 플라즈마의 움직임에 영향을 받아 플라즈마의 이동 상태에 동기하여 움직이게 되고, 이러한 현상을 플라즈마 공명 현상이라 한다. 하지만, 13.56MHz나 15MHz의 고주파수를 이용하면 저주파수(예, 55kHz)를 이용할 때보다 플라즈마의 움직임이 기판(110)의 이온이나 전자들보다 훨씬 빠르기 때문에 기판(110) 내의 이온이나 전자들은 이 플라즈마의 움직임을 쉽게 따라가지 못한다. 따라서, 저주파수를 이용할 때보다 고주파수를 이용할 때, 기판(110)) 내에 존재하는 이온이나 전자들의 플라즈마 공명 현상은 적게 발생한다. 일반적으로, 플라즈마 공명이 클수록 기판(110) 내의 이온이나 전자는 플라즈마로부터 에너지를 쉽게 전달받게 되고, 이로 인해 기판(110) 내의 이온이나 전자가 여기되는 정도가 증가하게 된다. 이러한 이온이나 전자의 여기 현상은 기판(110)의 표면에 손상을 발생시키는 것으로서, 기판(110)의 표면에 또 다른 결함을 초래하게 된다.
따라서, 고주파를 이용할 때보다 저주파수를 이용하여 플라즈마를 생성할 경우, 플라즈마 공명에 의한 기판(110)의 표면의 손상이 추가로 발생하게 되어, 플라즈마 표면 처리에 의해 패시베이션이 완벽하게 행해지지 않는 문제가 발생한다.
하지만, 본 예의 경우 고주파를 이용하여 새로운 기판(110)의 결함을 초래하는 플라즈마 공명 현상을 최소화하므로, 플라즈마 표면 처리에 의한 패시베이션 처리가 완벽하게 이루어지도록 한다.
이와 같이, 고주파수를 이용한 직접 PECVD법으로 기판(110)의 후면을 플라즈마 처리할 경우, 플라즈마의 원료 가스로 암모니아(NH3)를 이용할 때, 질소(N)보다 수소(H)가 반응성(결합력)이 좋기 때문에, 이온화된 수소(H)에 의해 패시베이션 기능이 행해지며, 아산화 질소(N2O)를 원료 가스로 사용할 때, 이온화된 산소(O)에 의해 패시베이션 기능이 행해진다.
따라서, 위에 기재한 것과 같은 기판(110) 후면의 플라즈마 처리에 의해, 기판(110)의 후면에 존재하는 결함은 안정된 결합으로 바뀌게 된다.
다음, 도 3e에 도시한 것처럼, 플라즈마 처리된 기판(110)의 후면 위에 PECVD법 등의 다양한 막 형성법으로 보호부(190)가 형성된다.
이때, 보호부(190)는 약 100㎚ 내지 200㎚의 두께를 가질 수 있고, 실리콘 산화물(SiOx), 실리콘 산화질(SiNx), 실리콘 산화 질화물(SiOxNy), 또는 알루미늄 산화물(Al2O3)로 이루어질 수 있다.
이러한 보호부(190)에 의해, 플라즈마 표면 처리된 기판(110)의 후면이 공기 중에 노출되는 것이 방지되어, 공기 중의 산소에 의해 패시베이션 효과가 감소되고, 또한 자연스런 실리콘 산화막(SiO2)이 생성되는 것이 방지된다.
또한, 보호부(190)에 함유된 수소(H)에 의해 기판(110) 후면의 패시베이션 기능을 추가로 행해지므로, 기판(110) 후면의 패시베이션 효과는 더욱더 향상된다. 따라서, 결함에 의해 손실되는 전하 양은 더욱 감소한다.
이때, 기판(110)이 p형일 경우, 음(-)의 고정 전하를 갖는 알루미늄 산화물(Al2O3)로 보호부(190)가 형성되면, 알루미늄 산화물(Al2O3)의 고정 전하(-)에 의해 기판(110)의 후면 쪽으로 정공은 당겨지고 기판(110)의 전면 쪽으로 전자는 밀쳐지므로, 기판(110) 후면에서의 전하 재결합이 감소하고, 또한, 기판(110)의 후면 쪽으로 이동하는 정공의 양은 증가한다.
유사하게, 기판(110)이 n형일 경우, 양(+)의 고정 전하를 갖는 실리콘 질화물(SiNx)나 실리콘 산화 질화물(SiOxNy)로 보호부(190)가 형성되면, 양의 고정 전하에 의해 기판(110)의 후면 쪽으로 전자는 당겨지고 기판(110)의 전면 쪽으로 정공은 밀쳐져, 기판(110) 후면에서의 전하 재결합은 감소하고, 기판(110)의 후면 쪽으로의 전자 이동량은 증가한다.
본 예에서, 암모니아(NH3)나 아질산 산소(N2O)를 이용하여 기판(110)의 후면을 패시베이션 처리한 후 보호부(190)를 형성할 경우, 플라즈마 표면 처리 후 보호부(190)가 형성되기 전에 플라즈마 배기 공정이 행해져 플라즈마 가스로 인해 보호부(190)의 막질이나 물리적인 특성에 악영향이 미치지 않는다. 따라서, 본 예의 경우, 별도의 공정실을 이용하여 플라즈마 표면 처리와 보호부(190) 형성 공정을 행하는 대신, 하나의 공정에서, 플라즈마 처리와 보호부(190)의 형성 공정이 이루어진다. 이로 인해, 태양 전지(11)의 제조 비용과 제조 시간이 감소된다.
그런 다음, 다음, 도 3f에 도시한 것처럼, 스크린 인쇄법을 이용하여, 반사 방지부(130)의 해당 부분에 은(Ag)을 포함한 페이스트를 도포한 후 약 120℃ 내지 약 200℃에서 건조시켜, 전면전극부 패턴(40)을 형성한다. 전면전극부 패턴(40)는 서로 교차하는 방향으로 뻗어 있는 전면전극 패턴부(41)와 전면버스 패턴부(42)를 구비하고 있다.
다음, 도 3g에 도시한 것처럼, 스크린 인쇄법을 이용하여, 보호부(190)의 해당 부분 위에 알루미늄(Al)을 포함한 페이스트를 도포한 후 약 120℃ 내지 약 200℃에서 건조시켜 후면전극용 도전층 패턴(55)을 형성한다.
다음, 도 3h에 도시한 것처럼, 스크린 인쇄법을 이용하여, 보호부(190)의 해당 부분 위에 은(Ag)을 포함한 페이스트를 도포한 후 건조시켜 복수의 후면 버스바 패턴(52)을 형성한다. 이때, 도 3h와는 달리, 복수의 후면 버스바 패턴(52)은 인접한 후면전극용 도전층 패턴(55)과 일부 위에 위치하여, 후면전극용 도전층 패턴(55)과 일부 중첩될 수 있다.
본 실시예에서, 각 후면 버스바 패턴(52)는 한 방향으로 뻗어 있는 스트라이프 형상을 갖고 있지만, 이와는 달리, 원형, 타원형 또는 다각형 형상의 패턴이 한 방향으로 일정한 또는 불규칙한 간격으로 배치될 수 있다.
전면전극부 패턴(40), 후면전극용 도전층 패턴(55) 및 후면 버스바 패턴(52)의 형성 순서는 변경 가능하다.
다음, 도 3i에 도시한 것처럼, 후면전극용 도전층 패턴(55)의 정해진 부분에 선택적으로 레이저 빔을 조사하면, 후면전극용 도전층 패턴(55), 그 하부의 보호부(190) 및 기판(110)이 서로 혼합된 부분(molten mixture)(153)이 형성된다. 대안적인 예에서, 각 후면 전극이 스트라이프 형상을 가질 경우, 레이저 빔의 조사 영역 역시 정해진 방향으로 길게 연장되는 스트라이프 형상을 가진다.
이때, 레이저 빔의 파장과 세기는 후면전극용 도전층 패턴(55) 및 그 하부의 보호부(190)의 재료나 두께 등에 따라 정해진다.
그런 다음, 후면전극용 도전층 패턴(55), 복수의 후면 버스바 패턴(52) 및 전면전극부 패턴(40)이 형성된 기판(110)을 약 750℃ 내지 약 800℃의 온도에서 소성하여(firing), 복수의 전면 전극(141)과 복수의 전면 버스바(142)를 구비한 전면 전극부(140), 복수의 후면 전극(151)을 구비하는 후면전극용 도전층(155)과 복수의 후면 버스바(152)를 구비한 후면전극부(150), 그리고 복수의 후면 전계부(172)를 형성하여 태양 전지(11)를 완성한다(도 1 및 도 2).
즉, 열처리가 시행되면, 전면전극부 패턴(40)에 함유된 납(Pb) 등에 의해 접촉 부위의 반사 방지부(130)이 전면 전극부 패턴(40)에 의해 관통되어, 전면 전극부 패턴(40)은 에미터부(121)와 접촉하여, 복수의 전면 전극(141) 및 전면 버스바(142)로 이루어진 전면 전극부(140)가 형성된다. 이때, 전면 전극부 패턴(40)의 전면 전극 패턴부(41)는 복수의 전면 전극(141)이 되고, 전면 버스바 패턴부(42)는 복수의 전면 버스바(142)가 된다.
또한, 후면전극용 도전층 패턴(55), 그 하부의 보호부(190) 및 기판(110)이 서로 혼합된 부분(153)은 기판(110)과 접촉하여 복수의 후면 전극(151)이 되어, 복수의 후면 전극(151)을 구비한 후면전극용 도전층(155)이 완성되고, 복수의 후면 버스바 패턴(52) 역시 인접한 후면전극용 도전층(155)과 연결되어 복수의 후면 버스바(152)가 형성된다. 이처럼, 레이저 빔을 이용하여 복수의 후면 전극(151)을 형성할 경우, 각 후면 전극(151)은 후면 전극용 도전층(155)의 성분뿐만 아니라 보호부(190) 및 기판(110)의 성분도 함유될 수 있다.
더욱이, 열 처리시, 각 패턴(40, 55, 52)에 함유된 금속 성분과 각 접촉하는 층(121, 110, 190)과의 화학적 결합이 이루어져, 전면 전극부(140)와 에미터부(121) 사이, 복수의 후면 전극(151)과 기판(110) 사이, 그리고 후면전극용 도전층(155)과 후면 버스바(152) 간의 접촉 저항이 감소하여, 이들 간의 전하 흐름에 향상된다.
또한, 열처리 공정으로, 후면전극(151)의 함유물인 알루미늄(Al)이 후면 전극(151)과 접촉한 기판(110)쪽으로 확산되어 후면 전극(151)과 접해 있는 기판(110)에 기판(110)과 동일한 불순물이 기판(110)보다 높은 농도로 도핑된 부분인 복수의 후면 전계부(172)가 형성된다.
위에 기재한 것처럼, 레이저 빔을 이용하여 복수의 후면 전극(151)를 형성하는 대신, 보호부(190)의 일부를 제거하여 기판(110)의 후면 일부는 노출시키는 방식을 이용하여 복수의 후면 전극(151)를 형성할 수 있다.
즉, 도 3a 내지 도 3e에 도시한 것처럼, 기판(110)에 에미터부(121), 반사 방지부(130) 및 보호부(190)를 형성한 후, 보호부(190)의 일부를 제거하여 기판(110)의 일부를 드러내는 복수의 노출부를 형성한다. 이때, 보호부(190)의 노출부는 건식 식각법, 습식 식각법 또는 레이저 빔을 이용하여 형성될 수 있고, 각 노출부의 형상은 각 후면 전극(151)의 형상에 따라 스트라이프 형상이거나, 정해진 방향으로 배치되는 원형, 타원형, 또는 다각형 형상을 가질 수 있다.
다음, 스크린 인쇄법을 이용하여, 반사 방지부(130) 위에 전면전극부 패턴(40)을 형성하고, 보호부(190) 위와 노출된 기판(110) 위에 후면전극용 도전층 패턴(55)을 형성하며, 또한 후면전극용 도전층 패턴(55)과 접하게 보호부(190) 위에 후면 버스바 패턴(52)을 형성한다.
그런 다음, 이미 기재한 것처럼, 패턴(40, 55, 52)을 구비한 기판(110)을 열처리함으로써, 에미터부(121)와 연결되는 전면 전극부(140), 보호부(190)의 복수의 노출부를 통해 기판(110)과 연결되는 복수의 후면 전극(151)을 구비한 후면전극용 도전층(155), 후면전극용 도전층(155)와 연결된 복수의 후면 버스바(152), 그리고 복수의 후면 전극(151)과 접해있는 기판(110)에 복수의 후면 전계부(172)가 형성된다. 이 경우, 보호부(190)가 제거되어 기판(110)이 노출된 부분에 복수의 후면 전극(151)이 형성되므로, 각 후면 전극(151)는 후면전극용 도전층(155)의 성분만 함유할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
Claims (17)
- 제1 도전성 타입을 갖는 기판의 제1 면에 상기 제1 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입의 에미터부를 형성하는 단계,
상기 기판의 상기 제1 면의 반대편에 위치한 상기 기판의 제2 면을 암모니아(NH3)나 아산화 질소(N2O)를 이용하여 생성한 플라즈마(plasma)에 노출시키고, 상기 플라즈마를 이용하여 상기 제2 면에 형성된 실리콘 산화막을 제거함과 아울러, 이온화된 수소(H)나 산소(O)를 상기 기판의 제2 면에 존재하는 결함과 결합시켜 상기 제2 면을 패시베이션 처리하는 단계,
플라즈마 배기 공정을 실시하는 단계,
상기 패시베이션 처리하는 단계가 행해진 공정실에서 상기 패시베이션 처리된 상기 기판의 상기 제2 면 위에 보호부를 형성하는 단계, 그리고
상기 에미터부와 연결된 제1 전극과, 상기 기판의 상기 제2 면 내부에 선택적으로 위치하는 제1 도전성 타입의 후면 전계부, 및 상기 보호부를 통해 상기 후면 전계부와 연결되는 제2 전극을 형성하는 단계
를 포함하는 태양 전지의 제조 방법. - 삭제
- 제1항에서,
상기 패시베이션 처리 단계는 직접 PECVD법을 이용하여 상기 플라즈마를 생성하는 태양 전지의 제조 방법. - 제3항에서,
상기 패시베이션 처리 단계는 13.56MHz나 15MHz의 주파수를 이용하여 상기 플라즈마를 생성하는 태양 전지의 제조 방법. - 제1항에서,
상기 보호부는 100㎚ 내지 200㎚의 두께를 갖는 태양 전지의 제조 방법. - 제1항 또는 제5항에서,
상기 보호부 형성 단계는 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산화 질화물, 또는 알루미늄 산화물(Al2O3)을 이용하여 상기 보호부를 형성하는 태양 전지의 제조 방법. - 제1항 또는 제5항에서,
상기 제1 도전성 타입이 p형일 경우, 상기 보호부 형성 단계는 알루미늄 산화물(Al2O3)로 상기 보호부를 형성하는 태양 전지의 제조 방법. - 제1항 또는 제5항에서,
상기 제1 도전성 타입이 n형일 경우, 상기 보호부 형성 단계는 실리콘 질화물이나 실리콘 산화 질화물로 상기 보호부를 형성하는 태양 전지의 제조 방법. - 제1항 또는 제5항에서,
상기 보호부 형성 단계는 실리콘 산화물로 상기 보호부를 형성하는 태양 전지의 제조 방법. - 제1항에서,
상기 에미터부 위에 반사 방지부를 형성하는 단계를 더 포함하는 태양 전지의 제조 방법. - 제10항에서,
상기 반사 방지부 형성 단계는 실리콘 질화물로 상기 반사 방지부를 형성하는 태양 전지의 제조 방법. - 제10항 또는 제11항에서,
상기 반사 방지부는 2.0 내지 2.1의 굴절률을 갖는 태양 전지의 제조 방법. - 제10항에서,
상기 제1 전극 및 제2 전극 형성 단계는,
상기 반사 방지부 위에 제1 전극 패턴을 형성하는 단계,
상기 보호부 위에 제2 전극 패턴을 형성하는 단계,
상기 제2 전극 패턴에 선택적으로 레이저 빔을 조사하는 단계, 그리고
상기 제1 전극 패턴과 상기 제2 전극 패턴을 구비한 상기 기판을 열처리하는 단계
를 포함하고,
상기 열처리 단계 시 상기 제1 전극 패턴은 상기 반사 방지부를 관통하여 상기 에미터부와 접촉하여 상기 제1 전극을 형성하고, 상기 레이저 빔이 조사된 부분의 상기 제2 전극 패턴은 상기 보호부를 관통해서 상기 기판과 선택적으로 접촉하여 상기 제2 전극을 형성하는
태양 전지의 제조 방법. - 제10항에서,
상기 제1 전극 및 제2 전극 형성 단계는,
상기 반사 방지부 위에 제1 전극 패턴을 형성하는 단계,
상기 보호부를 선택적으로 제거하여 상기 기판의 상기 제2 면을 선택적으로 드러내는 단계,
상기 보호부 위와 드러난 상기 기판의 상기 제2 면 위에 제2 전극 패턴을 형성하는 단계, 그리고
상기 제1 전극 패턴과 상기 제2 전극 패턴을 구비한 상기 기판을 열처리하는 단계
를 포함하고,
상기 열처리 단계 시 상기 제1 전극 패턴은 상기 반사 방지부를 관통하여 상기 에미터부와 접촉하여 상기 제1 전극을 형성하고, 상기 제2 전극 패턴은 드러난 상기 기판의 상기 제2 면과 선택적으로 접촉하여 상기 제2 전극을 형성하는
태양 전지의 제조 방법. - 제13항 또는 제14항에서,
상기 제1 전극 패턴 형성 단계는 제1 페이스트를 스크린 인쇄법으로 상기 에미터부 위에 도포한 후 건조시켜 상기 제1 전극 패턴을 형성하고, 상기 제2 전극 패턴 형성 단계는 제1 페이스트와 다른 제2 페이스트를 스크린 인쇄법으로 도포한 후 건조시켜 상기 제2 전극 패턴을 형성하는 태양 전지의 제조 방법. - 제15항에서,
상기 제1 페이스트는 은(Ag)을 함유하고 있고, 상기 제2 페이스는 알루미늄(Al)을 함유하는 있는 태양 전지의 제조 방법. - 제1항의 제조 방법에 의해 제조한 태양전지이며,
제1 면 및 상기 제1 면의 반대쪽에 위치하는 제2 면을 포함하고, 상기 제2 면이 암모니아(NH3)나 아산화 질소(N2O)를 이용하여 생성한 플라즈마(plasma)의 이온화된 수소(H)나 산소(O)에 의해 패시베이션 처리된 제1 도전성 타입의 기판,
상기 기판의 상기 제1 면에 위치하고 상기 제1 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입을 갖는 에미터부,
상기 에미터부와 전기적으로 연결되어 있는 제1 전극,
상기 기판의 상기 패시베이션 처리된 상기 제2 면 위에 위치하는 보호부,
상기 기판의 상기 제2 면 내부에 선택적으로 위치하는 제1 도전성 타입의 후면 전계부, 그리고
상기 보호부를 통해 상기 후면 전계부와 연결된 제2 전극
을 포함하는 태양 전지.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020100131824A KR101729312B1 (ko) | 2010-12-21 | 2010-12-21 | 태양 전지 및 그 제조 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020100131824A KR101729312B1 (ko) | 2010-12-21 | 2010-12-21 | 태양 전지 및 그 제조 방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20120070315A KR20120070315A (ko) | 2012-06-29 |
| KR101729312B1 true KR101729312B1 (ko) | 2017-05-02 |
Family
ID=46688199
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020100131824A KR101729312B1 (ko) | 2010-12-21 | 2010-12-21 | 태양 전지 및 그 제조 방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101729312B1 (ko) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007150143A (ja) * | 2005-11-30 | 2007-06-14 | Shimadzu Corp | 太陽電池の反射防止膜成膜方法、太陽電池および成膜装置 |
| JP2008166840A (ja) * | 2008-03-10 | 2008-07-17 | Tokyo Electron Ltd | 絶縁膜形成方法、絶縁膜形成装置及びプラズマ処理ユニット |
| WO2009157079A1 (ja) * | 2008-06-26 | 2009-12-30 | 三菱電機株式会社 | 太陽電池セルおよびその製造方法 |
-
2010
- 2010-12-21 KR KR1020100131824A patent/KR101729312B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007150143A (ja) * | 2005-11-30 | 2007-06-14 | Shimadzu Corp | 太陽電池の反射防止膜成膜方法、太陽電池および成膜装置 |
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| WO2009157079A1 (ja) * | 2008-06-26 | 2009-12-30 | 三菱電機株式会社 | 太陽電池セルおよびその製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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