KR101766339B1 - 태양 전지 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양 전지에 관한 것이다. 태양 전지의 한 예는 제1 도전성 타입을 갖고 결정질 반도체로 이루어진 기판, 상기 기판의 제1 면에 위치하고 상기 제1 도전성 타입과 다른 제2 도전성 타입을 가지며 결정질 반도체로 이루어진 에미터부, 상기 기판의 상기 제1 면의 반대편인 상기 기판의 제2 면 위에 위치하고 도전성 물질이 도핑된 제1 투명한 도전막, 상기 기판 위에 위치하고 상기 에미터부와 전기적으로 연결된 제1 전극, 그리고 상기 기판 위에 위치하고 상기 투명한 도전막과 전기적으로 연결된 제2 전극을 구비한다.
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(conductivity type)에 의해 p-n 접합을 형성하는 반도체부, 그리고 서로 다른 도전성 타입의 반도체부에 각각 연결된 전극을 구비한다.
이러한 태양 전지에 빛이 입사되면 반도체부에서 전자와 정공이 생성되고 p-n 접합에 의해 전자는 n형 반도체부 쪽으로 이동하고 정공은 p형 반도체부 쪽으로 이동한다. 이동한 전자와 정공은 각각 p형 반도체부와 n형 반도체부에 연결된 서로 다른 전극에 의해 수집되고 이 전극들을 전선으로 연결하여 전력을 얻는다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 태양 전지의 효율을 향상시키기 위한 것이다.
본 발명의 한 특징에 따른 태양 전지는 제1 도전성 타입을 갖고 결정질 반도체로 이루어진 기판, 상기 기판의 제1 면에 위치하고 상기 제1 도전성 타입과 다른 제2 도전성 타입을 가지며 결정질 반도체로 이루어진 에미터부, 상기 기판의 상기 제1 면의 반대편인 상기 기판의 제2 면 위에 위치하고 도전성 물질이 도핑된 제1 투명한 도전막, 상기 기판 위에 위치하고 상기 에미터부와 전기적으로 연결된 제1 전극, 그리고 상기 기판 위에 위치하고 상기 투명한 도전막과 전기적으로 연결된 제2 전극을 구비한다.
상기 제1 투명한 도전막은 1000S/㎝ 내지 3000S/㎝의 전도도를 가질 수 있다.
상기 제1 투명한 도전막은 각각 제1 산화막과 제1 산화막보다 두꺼운 두께를 갖는 제2 산화막으로 이루어진 복수의 산화막층으로 이루어진 복수의 산화막층으로 이루어지는 것이 좋다.
상기 제1 산화막은 알루미늄 산화막이고, 제2 산화막은 아연 산화막일 수 있다.
상기 제1 산화막과 상기 제2 산화막의 두께 비는 1: 8 내지 1: 80일 수 있다.
상기 제1 투명한 도전막은 100㎚ 내지 1000㎚의 두께를 가질 수 있다.
상기 제1 투명한 도전막은 제1 도전성 타입을 가질 수 있다.
상기 제2 전극은 상기 제1 투명한 도전막 위에 위치할 수 있다.
상기 특징에 따른 태양 전지는 상기 기판의 제2 면에 위치하고 상기 제1 도전성 타입을 갖는 전계부를 더 구비할 수 있고, 상기 제2 전극은 상기 제1 투명한 도전막을 관통하여 상기 전계부와 접해 있을 수 있다.
상기 제1 면과 상기 제2 면은 모두 빛이 입사되는 입사면일 수 있다.
상기 제1 면은 빛이 입사되는 입사면이고 상기 제2 면은 비입사면일 수 있다.
상기 특징에 따른 태양 전지는 상기 에미터부 위에 위치하고 도전성 물질이 도핑된 제2 투명한 도전막을 더 포함할 수 있고, 상기 제1 전극은 상기 제2 투명한 도전막 위에 위치하여 상기 제2 투명한 도전막을 통해 상기 에미터부와 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 제2 투명한 도전막은 1000S/㎝ 내지 3000S/㎝의 전도도를 가질 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따른 태양 전지의 제조 방법은 제1 도전성 타입을 갖는 기판의 제1 면에 제2 도전성 타입을 갖는 에미터부를 형성하는 단계, 상기 기판의 상기 제1 면의 반대편에 위치한 상기 기판의 상기 제2 면 위에 원자층 적층법을 이용하여 도전성 물질이 도핑된 투명한 도전막을 형성하는 단계, 그리고 상기 기판의 상기 제1 면에 위치하고 상기 에미터부와 전기적으로 연결된 제1 전극과 상기 기판의 상기 제2 면에 위치하고 상기 투명한 도전막과 전기적으로 연결된 제2 전극을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 투명한 도전막은 알루미늄이 도핑된 아연 산화막일 수 있다.
상기 투명한 도전막은 원자층 적층법에 의한 알루미늄 산화막 형성 공정과 원자층 적층법에 의한 아연 산화막 형성 공정을 실시하여 형성될 수 있다.
상기 알루미늄 산화막 형성 공정은 상기 알루미늄 산화막 형성 공정은 알루미늄 전구체를 캐리어 가스를 이용하여 챔버에 주입하는 단계, 상기 챔버에 남아 있는 상기 일루미늄 전구체와 상기 캐리어 가스를 제거하는 단계, 그리고 캐리어 가스를 이용하여 산화제를 주입하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 알루미늄 전구체는 트리메틸알루미늄(trimethyl aluminum, TMA)이나 디메틸알루미늄이소프록사이드(dimethylaluminum isopropoxid, DAMI)일 수 있다.
상기 아연 산화막 형성 공정은 아연 전구체를 캐리어 가스를 이용하여 챔버에 주입하는 단계, 상기 챔버에 남아 있는 상기 아연 전구체와 상기 캐리어 가스를 제거하는 단계, 그리고 캐리어 가스를 이용하여 산화제를 주입하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 아연 전구체는 디메틸아연(dimethylZinc, DMZ), 디에틸아연(diethylzinc, DEZ) 또는 메틸아연이소프록사이드(methylzinc isopropoxide, MZI)일 수 있다.
이러한 특징에 따르면, 투명한 도전막에 도전성 물질을 도핑하여, 도전막의 전도도를 향상시킴에 따라, 기판에서 제2 전극과의 접촉저항을 줄이고 동시에 표면에서의 전하 손실을 감소시켜 개방전압(open circuit voltage, Voc)과 필팩터(fill factor, FF)를 증가시켜 태양 전지의 효율을 향상시킨다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 한 예의 일부 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시한 태양 전지를 II-II선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 3은 본 실시예에 따른 도전막을 좀더 구체적으로 도시한 도면이다.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 한 예를 제조하는 방법을 순차적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 다른 예에 대한 일부 단면도이다.
도 6a 내지 도 6c 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 다른 예를 제조하는 방법의 일부 도면이다.
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 또 다른 예에 대한 일부 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시한 태양 전지를 II-II선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 3은 본 실시예에 따른 도전막을 좀더 구체적으로 도시한 도면이다.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 한 예를 제조하는 방법을 순차적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 다른 예에 대한 일부 단면도이다.
도 6a 내지 도 6c 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 다른 예를 제조하는 방법의 일부 도면이다.
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 또 다른 예에 대한 일부 단면도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한 어떤 부분이 다른 부분 위에 "전체적"으로 형성되어 있다고 할 때에는 다른 부분의 전체 면에 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 전지는 기판(110), 빛이 입사되는 기판(110)의 제1 면(이하, '전면'이라 함)에 위치한 에미터부(emitter portion)(121), 에미터부(121) 위[즉, 기판(110)의 전면 위]에 위치한 반사 방지부(130), 기판(110)의 제1 면의 반대편에 위치한 기판(110)의 제2 면(이하, '후면'이라 함) 위에 위치한 도전막(191), 그리고 기판(110)의 전면에 위치하고 에미터부(121)와 연결된 제1 전극부(140)(이하, '전면 전극부'라 함) 그리고 도전막(191) 위에 위치하여 도전막(191)과 연결된 제2 전극부(150)(이하, '후면 전극부'라 함)을 구비한다.
기판(110)은 제1 도전성 타입, 예를 들어 n형 도전성 타입의 실리콘(silicon)가 같은 반도체로 이루어진 반도체 기판이다. 이때, 반도체는 단결정 실리콘과 같은 결정질 반도체이다. n형의 기판(110)에는 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물이 도핑된다.
도 1 및 도 2에서, 평탄면인 기판(110)의 전면과 후면 전체에 별도의 텍스처링 처리 공정이 행해져, 기판(110)의 전면과 후면은 각각 주변보다 위로 튀어 올라온 복수의 돌출부와 주변보다 아래로 꺼진 복수의 오목부를 구비한 요철면인 텍스처링 표면(textured surface)을 가질 수 있다. 이 경우, 기판(110)의 전면과 후면 위에 위치한 에미터부(121)과 반사 방지부(130) 그리고 도전막(191) 역시 요철면을 가질 수 있다.
이와 같이, 기판(110)의 전면과 후면이 텍스처링되어 있으므로, 기판(110)의 입사 면적이 증가하고 요철에 의한 복수 번의 반사 동작으로 빛 반사도가 감소하여, 기판(110)으로 입사되는 빛의 양이 증가하므로 태양 전지의 효율이 향상된다.
기판(110)에 위치한 에미터부(121)는 기판(110)의 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입, 예를 들어, p형의 도전성 타입을 구비하고 있는 불순물부이다. 따라서 기판(110)의 제1 도전성 타입 부분과 p-n 접합을 이룬다. 이때, 에미터부(121)는 기판(110)에 제2 도전성 타입의 불순물을 도핑하여 형성된 불순물부로서, 기판(110)과 동일한 결정질 반도체로 이루어진다. 따라서, 기판(110)과 에미터부(121)는 동종 접합을 형성한다.
따라서, 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 전자와 정공 중 전자는 n형 쪽으로 이동하고 정공은 p형 쪽으로 이동한다. 따라서, 기판(110)이 n형이고 에미터부(121)가 p형일 경우, 전자는 기판(110) 후면 쪽으로 이동하고 정공은 에미터부(121) 쪽으로 이동한다.
에미터부(121) 위에 위치한 반사 방지부(130)는 기판(110)으로 입사되는 빛의 반사를 방지하여 입사되는 빛을 기판(110)쪽으로 투과시킨다. 이러한 반사 방지부(130)는 수소화된 실리콘 질화물(SiNx:H)이나 수소화된 실리콘 산화물(SiOx:H) 등과 같은 절연 물질로 이루어질 수 있고, 약 50㎚ 내지 150㎚의 두께를 가질 수 있다.
따라서 반사 방지부(130)는 태양 전지로 입사되는 빛의 반사도를 줄이고 특정한 파장 영역의 선택성을 증가시켜, 태양 전지의 효율을 높인다
반사 방지부(130)는 이 두께 범위 내에서 좀더 양호한 빛의 투과도를 가질 수 있어, 기판(110) 쪽으로 입사되는 빛의 양을 좀더 증가시킬 수 있다.
방사 방지부(130)는 또한 반사 방지부(130)에 함유된 수소(H)를 이용하여 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, 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(제1 전극)(141)과 복수의 전면 전극(141)과 연결되어 있는 복수의 전면 버스바(제1 버스바)(142)를 구비한다.
이러한 복수의 전면 전극(141)는 에미터부(121)과 전기적 및 물리적으로 연결되어 있고, 서로 이격되어 정해진 방향으로 나란히 뻗어있다. 복수의 전면 전극(141)은 에미터부(121) 쪽으로 이동한 전하, 예를 들면, 정공을 수집한다.
복수의 전면 버스바(142)는 에미터부(121)와 전기적 및 물리적으로 연결되어 있고 복수의 전면 전극(141)과 교차하는 방향으로 나란하게 뻗어 있다.
각 전면 버스바(142)는 에미터부(121)로부터 이동하는 전하, 즉 캐리어(carrier)(예, 정공)뿐만 아니라 교차하는 복수의 전면 전극(141)에 의해 수집된 전하를 모아서 원하는 방향으로 이동시키며, 이로 인해, 각 전면 버스바(142)의 폭은 각 전면 전극(141)의 폭보다 크다.
본 예에서, 복수의 전면 버스바(142)는 복수의 전면 전극(141)과 동일 층에 위치하며 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.
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 도전성 물질로 이루어져 있다.
기판(110)의 후면에 위치한 도전막(191)은 투명한 도전성 산화물(transparent conductive oxide, TCO)과 같은 투명한 도전막에 알루미늄(Al)과 같은 도전성 물질이 도핑된 투명한 도전막으로써, 도전막(191)은 한 예로서, 알루미늄이 도핑된 아연 산화막(Al-doped ZnO)일 수 있다.
이때, 도전막(191)은 원자층 적층(automic layer deposition, ALD)법을 이용하여 형성되고, 이러한 도전막(191)은 알루미늄 산화막(Al2O3)과 알루미늄 산화막(Al2O3)보다 두꺼운 두께를 갖는 아연 산화막(ZnO)으로 이루어져 있다. 따라서, 알루미늄 산화막(Al2O3)과 아연 산화막(ZnO)은 모두 원자층 적층법에 의해 형성될 수 있다.
알루미늄 산화막(Al2O3)이나 아연 산화막(ZnO)을 형성하기 위한 원자층 적층 사이클은 금속(Al 또는 Zn) 전구체 주입 단계-챔버(chamber) 퍼징(purging) 단계-산화제 주입단계-챔버 퍼징 단계로 이루어질 수 있다.
본 예에서, 알루미늄 산화막(Al2O3)은 한 번의 원자층 적층 사이클(cycle)을 통해 형성되고, 아연 산화막(ZnO)은 복 수번의 원자층 적층 사이클을 통해 형성될 수 있다.
도전막(191)은 도 3에 도시한 것처럼, 복수의 층(91-9n)을 구비하고 있는 구조(namolaminate structure)을 갖는다. 각 층(91-9n)은 한 번의 원자층 적층 사이클이 행해질 때마다 형성되는 복수의 서브층(S1-Sm)을 구비한다
따라서, 이미 설명한 것처럼, 알루미늄 산화막(Al2O3)을 형성하기 위해서는 한번의 원자층 적층 사이클이 행해지므로, 하나의 알루미늄 산화막(Al2O3)이 형성되고 아연 산화막(ZnO)을 형성하기 위해서는 복수 번의 원자층 적층 사이클이 행해지므로, 복수 개의 아연 산화막(ZnO)이 형성된다.
이때 행해지는 아연 산화막(ZnO)을 위한 원자층 형성 사이클의 수는 10 내지 40번일 수 있다. 알루미늄 산화막(Al2O3)을 위한 한번의 원자층 형성 사이클을 통해 형성되는 알루미늄 산화막의 두께는 약 1Å~1.5Å 일 수 있고, 아연 산화막(ZnO)을 위한 한번의 원자층 형성 사이클을 통해 형성되는 아연 산화막의 두께는 약 1.3Å~2.4Å 일 수 있다.
따라서, 도전막(191)의 총 두께에서, 알루미늄 산화막(Al2O3): 아연 산화막(ZnO)의 두께 비는 1:8 내지 1: 80일 수 있다. 예를 들어, 산화막(Al2O3)의 두께는 약 1Å~1.5Å일 수 있고, 복수 번의 원자층 적층 사이클을 통해 형성된 아연 산화막(ZnO)의 두께는 10Å 내지 80Å일 수 있다.
도 3에서, 각 층(91-9n)의 최하부 서브층(S1)[즉, 각 층(91-9n)에서 기판(110)와 가장 인접하게 위치한 서브층]이 알루미늄 산화막으로 이루어져 있고 그 위에 위치한 나머지 복수 개의 서브층(S1-Sm)이 아연 산화막(ZnO)으로 이루어져 있지만, 이에 한정되지 않고, 알루미늄 산화막(Al2O3)의 위치는 각 층의 최상부 서브층[즉, 각 층(91-9n)에서 기판(110)과 가장 먼곳에 위치한 서브층]에 위치하거나 또는 최하부 서브층(S1)과 최상부 서브층(Sm) 사이에 존재하는 복수의 중간 서브층(S2-Sm -1) 중 어느 한 곳에 위치할 수 있다.
이와 같이 알루미늄 산화막(Al2O3)(S1)과 알루미늄 산화막(Al2O3)보다 두꺼운 아연 산화막(ZnO)(S2-Sm)으로 각각 이루어진 복수의 층을 구비한 투명한 도전막(191)의 총 두께는 약 100㎚ 내지 1000㎚일 수 있다.
이처럼, 투명한 산화막(TCO)인 아연 산화막(ZnO)에 알루미늄 산화막(Al2O3)을 추가하여, 알루미늄이 도핑된 아연 산화막(Al-doped ZnO)을 형성하므로, 투명한 도전막(191)은 n형의 특성을 갖게 되고 투명한 도전막(191)의 전도도는 알루미늄이 도핑되지 않은 아연 산화막(ZnO)에 비해 크게 증가하게 된다.
예를 들어, 아연 산화막(ZnO)이 약 250S/㎝이하의 전도도를 갖는 반면, 본 예에 따라 알루미늄이 도핑된 아연 산화막(Al-doped ZnO)으로 이루어진 도전막(191)은 1000S/㎝ 내지 3000S/㎝의 전도도를 가질 수 있다. 또한, 알루미늄(Al)이 도핑된 도전막(191)의 면저항값(sheet resistance)은 6Ω/sq. 내지 80Ω/sq. 일수 있고, 이러한 도전막(191)의 면저항값은 기판(110)의 면저항값(약 200Ω/sq. 내지 300Ω/sq.)보다 낮다.
본 예에서, 도전막(191)의 전도도를 증가시키기 위해 알루미늄(Al)을 사용하였으나, 이에 한정하지 않고 다른 도전성 물질을 도핑할 수 있고, 예를 들어, 도전성 물질인 실리콘(Si), 불화수소(Hf), 망간(Mn), 구리(Cu) 등이 포함된 전구체를 이용하여 아연 산화막(ZnO)과 정해진 비율로 교차 적층하여 전도도가 높은 도전막(191)을 형성할 수 있다.
따라서, 기판(110), 즉, 제1 도전성 타입을 갖는 기판(110)의 영역과 도전막(191) 간의 불순물 농도 차이로 인해 전자의 이동 방향인 도전막(191) 쪽으로 정공의 이동은 방해되는 반면, 기판(110)의 후면 쪽으로의 전자의 이동은 좀더 용이해진다. 따라서, 도전막(191)은 기판(110)의 후면 및 그 부근에서 전자와 정공의 재결합으로 손실되는 전하의 양을 감소시키고 원하는 전하(예, 전자)의 이동을 가속화시켜 후면 전극부(150)로의 전하 이동량을 증가시킨다.
또한, 이미 설명한 것처럼, 알루미늄(Al)의 도핑에 의해 도전막(191)의 전도도가 향상되므로 기판(110) 쪽으로 이동한 전하(예, 전자)는 좀더 용이하게 기판(110)에서 도전막(191)으로 이동하게 된다. 따라서, 후면 전극부(150) 쪽으로 이동하는 전하(즉, 전자)의 양은 더욱더 증가하게 된다.
또한, 도전막(191)은 물리적으로 적층만 행해지는 스퍼터링법(sputtering)이나 이-빔 증착법(e-beam evaporation)을 이용하는 대신 물리적인 적층뿐만 아니라 그 하부막[실리콘으로 이루어진 기판(110)]과의 화학적인 결합이 행해지는 원자층 적층법으로 행해지므로, 도전막(191)에 의한 패시베이션 기능이 행해진다.
즉, 원자층 적층법에 의해 도전막(191)의 적층이 행해질 때 기판(110)의 후면 및 그 부근에 존재하는 댕글링 본드에 의한 결함은 알루미늄(Al) 혹은 산소(O)과 결합되어 안정한 결합으로 바뀌므로 결함에 의한 전하 손실을 방지한다.
또한, 도전막(191)은 반사 방지부(130)와 같이 기판(110)의 후면으로 입사되는 빛의 반사를 방지한다. 따라서, 기판(110)의 전면에 위치한 반사 방지부(130)는 전면 반사 방지부로서 기능하고 기판(110)의 후면에 위치한 도전막(191)은 후면 반사 방지부로서 기능한다.
본 예에서, 도전막(191)의 총 두께가 약 100㎚ 이상일 경우 또는 아연 산화막(ZnO)의 개수가 10개 이상일 경우, 기판(110)의 후면 위에 좀더 균일하게 도전막(191)이 형성되며 좀더 안정적인 전도도가 확보되며, 도전막(191)의 총 두께가 약 1000㎚ 이하일 경우 또는 아연 산화막(ZnO)의 개수가 30개 이하일 경우, 도전막(191)의 제조하는 제조 시간의 증가가 방지된다.
도전막(191) 위에 위치한 후면 전극부(150)는 복수의 후면 전극(151)과 복수의 후면 전극(151)과 연결되어 있는 복수의 후면 버스바(152)를 구비한다.
복수의 후면 전극(151)은 도전막(191)과 전기적 및 물리적으로 연결되어 있고, 도전막(191) 위에서 서로 이격되어 정해진 방향으로 나란히 뻗어있다. 이때, 복수의 후면 전극(151)의 연장 방향은 복수의 전면 전극(141)의 연장 방향과 동일하고, 각 후면 전극(151)은 기판(110)을 중심으로 각 전면 전극(141)과 마주보게 위치할 수 있고, 각 후면 전극(151)의 폭은 각 전면 전극(141)의 폭과 동일할 수 있다.
복수의 후면 전극(151)은 도전막(191) 쪽으로 이동한 전하, 예를 들면, 전자를 수집한다.
복수의 후면 버스바(152) 역시 도전막(191)과 전기적 및 물리적으로 연결되어 있고, 도전막(191) 위에서 복수의 후면 전극(151)과 교차하는 방향으로 나란하게 뻗어 있다. 복수의 후면 버스바(152)의 연장 방향은 복수의 전면 버스바(142)의 연장 방향과 동일하고, 각 후면 버스바(152)은 기판(110)을 중심으로 각 전면 버스바(142)와 마주보게 위치할 수 있다.
각 후면 버스바(152) 역시 도전막(191)으로부터 이동하는 전하(예, 전자)와 교차하는 복수의 후면 전극(151)에 의해 수집된 전하를 모아서 원하는 방향으로 이동시키고, 이로 인해, 각 후면 버스바(152)의 폭은 각 후면 전극(141)의 폭보다 크다. 이때, 각 후면 버스바(152)와 각 전면 버스바(142)의 폭은 서로 동일할 수 있다.
또한, 복수의 전면 버스바(142)과 같이, 복수의 후면 버스바(152)는 복수의 후면 전극(151)과 동일 층에 위치하며 각 후면 전극(151)과 교차하는 지점에서 해당 후면 전극(151)과 전기적 및 물리적으로 연결되어 있다.
따라서, 전면 전극부(140)와 같이, 후면 전극부(150) 역시 서로 교차하는 방향으로 뻗어 있는 복수의 후면 전극(151)과 복수의 후면 버스바(152)로 인해, 도전막(191) 위에서 격자 형태로 위치한다.
후면 전극부(150)는 전면 버스바(140)와 동일한 도전성 물질[예, 은(Ag)]로 이루어질 수 있다.
하지만 대안적인 예에서, 복수의 후면 전극(151)과 복수의 후면 버스바(152) 중 적어도 하나[예, 복수의 후면 전극(151)]는 전면 버스바(140)와 다른 도전성 물질로 이루어질 수 있고, 이 경우, 한 예로서 구리(Cu), 알루미늄(Al), 알루미늄(Al)과 은(Ag)의 합금(Al:Ag)으로 이루어질 수 있다.
즉, 알루미늄(Al)과 같은 도전성 물질의 도핑으로 인한 도전막(191)의 전도도 증가로 인해, 기판(110)에서 도전막(191) 쪽으로 이동하는 전하의 양이 증가하므로, 은(Ag)보다 전도도는 감소하지만 가격은 훨씬 저렴한 구리(Cu)나 알루미늄(Al) 등으로 후면 전극(151)을 형성하여도 후면 전극부(150)를 통해 최종적으로 출력되는 전하의 양은 감소하지 않는다. 이로 인해, 태양 전지의 효율 감소를 초래하지 않으면서 태양 전지의 제조 비용은 크게 감소하게 된다.
또한, 실리콘(Si)과 같은 반도체 물질로 이루어진 기판(110)과 금속 물질로 이루어진 후면 전극부(150) 사이에 투명한 도전성 물질로 이루어진 도전막(191)이 존재하여 접착력(접촉 특성)이 약한 반도체 물질과 금속 물질 간의 접착력이 향상된다. 이로 인해, 기판(110)과 후면 전극부(150) 사이의 접착력이 향상된다.
또한, 기판(110)과 후면 전극부(150) 사이에 오믹 콘택(ohmic contact)이 형성되어, 기판(110)과 후면 전극부(150) 사이의 전기 전도도가 향상되고, 이로 인해, 기판(110))에서 후면 전극부(150)로의 전하 전송 효율이 증가한다.
대안적인 예에서, 복수의 전면 버스바(142)와 복수의 후면 버스바(152)는 생략될 수 있다.
이미 설명한 것처럼, 도전막(191)은 도핑된 알루미늄(Al)으로 인해 전도도가 향상되므로, 기판(110) 쪽으로 이동한 전하인 전자는 용이하게 도전막(191)으로 이동하고, 도전막(191)을 따라 복수의 후면 전극(151)과 복수의 후면 버스바(152) 쪽으로 이동하게 된다. 이로 인해, 도전막(191)을 이용한 후면 전극부(150)의 전하 수집이 용이하게 행해져, 후면 전극부(150)에 의해 수집되는 전하의 양이 증가한다.
따라서, 도 1 및 도 2와 같이, 후면 전극부(150)와 접하는 기판(110)에 기판(110)과 동일한 도전성 타입을 갖는 불순물이 기판(110)보다 높은 농도로 도핑된 불순물부인 후면 전계부(전계부)가 위치하지 않아도 도전성 물질이 도핑된 도전막(191)과 기판(110)의 농도 차이와 도전막(191)의 전도도 향상에 의해, 도전막(191)을 통해 기판(110)에서 후면 전극부(150)쪽으로 이동하는 전하의 양이 증가한다. 불순물이 도핑된 불순물부인 후면 전계부가 생략됨에 따라, 후면 전계부의 불순물에 의해 기판(110)에서 손실되는 전하의 양이 감소하고 불순물에 의한 전하 이동 거리의 감소가 줄어들어, 후면 전극부(150)로 이동하는 전하의 양은 증가하게 된다.
도 1에서, 기판(110)에 위치하는 전면 전극(141) 및 후면 전극(151)과 전면 버스바(142) 및 후면 버스바(152)의 개수는 한 예에 불과하고, 경우에 따라 변경 가능하다.
도 1 및 도 2에 도시한 이러한 태양 전지는 이미 설명한 것처럼 기판(110)의 전면뿐만 아니라 기판(110)의 후면으로도 빛을 입사 받는 양면 수광형 태양 전지(bifacial solar cell)이고, 이러한 태양 전지의 동작은 다음과 같다.
태양 전지의 전면과 후면으로 빛이 조사되어 반도체부인 에미터부(121)와 기판(110)으로 입사되면 빛 에너지에 의해 반도체부에서 전자-정공 쌍이 발생한다.
이때, 기판(110)의 전면과 후면에 위치한 반사 방지부(130)와 도전막(191)의 반사 방지 기능에 의해 기판(110)으로 입사되는 빛의 반사 손실이 줄어들어 기판(110)으로 입사되는 빛의 양이 증가한다.
이들 전자와 정공은 기판(110)과 에미터부(121)의 p-n 접합에 의해, n형의 도전성 타입을 갖는 기판(110)과 p형의 도전성 타입을 갖는 에미터부(121) 쪽으로 각각 이동한다. 에미터부(121) 쪽으로 이동한 정공은 복수의 전면 전극(141)과 복수의 전면 버스바(142)에 의해 수집되어 복수의 전면 버스바(142)를 따라 이동하고, 기판(110) 쪽으로 이동한 전자는 인접한 후면 전극(151)와 복수의 후면 버스바(152)에 의해 수집된다. 이러한 전면 버스바(142)와 복수의 후면 버스바(152)를 도선으로 연결하면 전류가 흐르게 되고, 이를 외부에서 전력으로 이용하게 된다.
다음, 도 4a 내지 도 4d를 참고로 하여 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법에 대하여 설명한다.
도 4a에 도시한 것처럼, 제1 도전성 타입(예, n형)을 갖고 결정질 반도체로이루어진 기판(110)의 전면에 제2 도전성 타입(예, p형)을 갖는 3가 원소(예, 붕소)의 불순물을 열확산법이나 이온 주입법 등을 이용하여 주입하여 기판(110)의 전면에 위치한 기판(110)의 일부를 에미터부(121)로 형성한다. 이로 인해, 에미터부(121)는 기판(110)과 동일한 결정질 반도체로 이루어진다.
대안적인 예에서, 에미터부(121)를 형성하기 전 또는 에미터부(121)를 형성한 후 기판(110)의 평탄면인 전면과 후면 중 적어도 한 면에 텍스처링 처리를 실시하여, 기판(110)의 전면에 주변보다 위로 튀어 오른 부분인 복수의 돌출부와 주변보다 아래로 들어가 있는 부분인 복수의 오목부를 갖는 요철면인 텍스처링 표면을 형성할 수 있다.
다음, 도 4b에 도시한 것처럼, PECVD(plasma enhanced chemical vapor deposition)법과 같은 막 적층 방법을 이용하여 기판(110)의 전면 위, 즉, 에미터부(121) 위에 반사 방지부(130)를 형성한다.
그런 다음, 도 4c에 도시한 것처럼, 기판(110)의 후면 위에 도전막(191)을 형성한다.
도전막(191)은 이미 설명한 것처럼 그 하부막이 실리콘(Si) 등으로 이루어진 반도체 기판(110)과의 화학적인 결합을 위해 원자층 적층법을 이용하여 알루미늄(Al)과 같은 도전성 물질이 도핑된 도전막(191)을 형성한다.
이미 설명한 것처럼, 도전막(191)은 각각 하나의 알루미늄 산화막(Al2O3)과 복수 개의 아연 산화막(ZnO)으로 이루어진 복수의 층으로 이루어져 있을 경우, 각 층에서 알루미늄 산화막(Al2O3)이 최하부 서브층으로 위치한 경우는 다음과 같이 형성된다.
본 예에서, 각 서브층은 원자층 적층법으로 형성되며, 이 원자층 적층법은 금속(Al 또는 Zn) 주입을 위한 금속(Al 또는 Zn) 전구체(precursor) 주입 단계, 챔버를 세정하는 퍼징(purge) 단계, 산화제 주입 단계 및 챔버 퍼징 단계로 이루어진다.
여기서, 산화제는 물(H2O)이나 오존(O3)을 사용할 수 있고, 주입된 금속 전구체와 산화제의 화학적 상호 교환에 의하여 원하는 산화막(Al2O3나 ZnO)이 형성된다.
따라서, 알루미늄 산화막인(Al2O3)으로 이루어진 최하부 서브층인 제1 서브층(S1)을 형성하기 위해 트리메틸알루미늄(trimethyl aluminum, TMA)이나 디메틸알루미늄이소프록사이드(dimethylaluminum isopropoxide, DAMI)인 알루미늄(Al) 전구체를 질소(N2) 가스나 아르곤(Ar) 가스와 같은 불활성 가스를 캐리어 가스로 이용하여 챔버에 주입하는 알루미늄 (Al) 전구체 주입 단계를 통해 알루미늄 전구체를 기판(110)의 후면에 흡착시키고, 챔버를 진공상태로 만들어 바로 이전 단계인 알루미늄 전구체(TMA 또는 DAMI) 주입 단계 시 사용된 공정 가스(즉, TMA나 DAMI 및 캐리어 가스)의 잔여물 등을 제거하는 퍼징 단계 후 다시 캐리어 가스를 이용하여 챔버에 산화제인 물(H2O) 또는 오존(O3)을 주입하는 단계를 실시하여 알루미늄 산화막(Al2O3)인 최하부 서브층(S1)이 형성된다.
이미 설명한 것처럼, TMA 혹은 DAMI와 물(H2O)혹은 오존(O3)이 알루미늄 산화막(Al2O3)을 형성하는 전구체(precursor)로서 기능하고, 알루미늄 전구체(TMA 혹은 DAMI) 주입 단계-퍼징 단계-산화제(물 또는 혹은 오존) 주입 단계-퍼징 단계는 알루미늄 산화막(Al2O3)을 형성하기 위한 원자층 적층 사이클(이하, 알루미늄 산화막 원자층 적층 사이클'이라 함)이다..
그런 다음, 제1 서브층(S1) 위에 아연 산화막(ZnO)인 복수의 서브층(S2-Sm)을 순차적으로 형성한다.
알루미늄 산화막(Al2O3)과 유사하게, 각 아연 산화막(ZnO)을 형성하기 위해 디메틸아연(dimethylZinc, DMZ), 디에틸아연(diethylzinc, DEZ), 혹은 메틸아연이소프록사이드(methylzinc isopropoxide, MZI))과 산화제로서 물(H2O) 혹은 오존(O3)이 전구체로서 사용된다.
즉, 아연 산화막(ZnO)을 형성하기 위해 알루미늄 전구체(TMA, DAMI) 대신 아연 전구체(예, DMZ, DEZ, MZI)를 이용하는 것을 제외하면 알루미늄 산화막(Al2O3)의 형성 순서와 동일하다.
따라서, 퍼징된 챔버 내에 아연 전구체를 캐리어 가스(질소 가스 혹은 아르곤 가스)를 이용하여 챔버에 주입하여 아연 전구체를 기판(110)의 후면에 흡착시키고, 챔버를 퍼징한 후 아연 전구체 주입 단계 시 사용된 아연 전구체와 캐리어 가스의 잔여물을 퍼징하는 단계 후 다시 캐리어 가스 (질소 혹은 아르곤)를 이용하여 챔버에 산화제인 물(H2O) 혹은 오존(O3)을 주입하여 아연 산화막(ZnO)을 형성한다.
따라서, 아연 전구체 주입 단계-퍼징 단계-산화제 주입 단계-퍼징 단계 아연 산화막(ZnO)을 형성하기 위한 원자층 적층 사이클(이하, '아연 산화막 원자층 적층 사이클'이라 함)이므로, 형성을 원하는 아연 산화막(ZnO)의 두께에 맞게 아연 산화막 원자층 적층 사이클을 원하는 횟수(예, 20번)만큼 반복하면 된다.
이때, 한번의 알루미늄 산화막 원자층 적층 사이클로 형성되는 알루미늄 산화막의 두께는 약 1Å 내지 1.5Å일 수 있고 한번의 아연 산화막 원자층 적층 사이클로 형성되는 아연 산화막의 두께는 약 1.3Å 내지 2.4Å일 수 있다.
이미 설명한 것처럼, 알루미늄 산화막(Al2O3)의 형성 위치(예, 최상부 서브층이나 중간 서브층)에 따라서, 알루미늄 산화막 형성 공정 순서가 정해진다.
다음, 스크린 인쇄법(screen printing)을 이용하여, 반사 방지부(130) 위에 은(Ag)을 함유한 전면 전극부용 페이스트를 이용하여 전면 전극 패턴(제1 전극 패턴)(41)과 전면 버스바 패턴(제1 버스바 패턴)(42)을 구비한 전면 전극부 패턴(제1 전극부 패턴)(40)을 선택적으로 도포한 후 건조시키고, 기판(110)의 후면의 도전막(191) 위에 은(Ag)을 함유한 후면 전극부용 페이스트를 이용하여 후면 전극 패턴(제2 전극 패턴)(51)과 후면 버스바 패턴(제2 버스바 패턴)(52)을 구비한 후면 전극부 패턴(제2 전극부 패턴)(50)을 선택적으로 도포한 후 건조시킨다.
이때, 이들 패턴(40, 50)의 건조 온도는 약 120℃ 내지 약 200℃일 수 있고, 패턴(40, 50)의 형성 순서는 변경 가능하다.
이미 설명한 것처럼, 후면 전극 패턴(51)은 고가의 은(Ag) 대신 구리(Cu)나 알루미늄(Al)와 같은 저렴한 도전성 물질로 이루어진 페이스트를 이용할 수 있다.
그런 다음, 전면전극부 패턴(40)과 후면전극부 패턴(50)이 형성된 기판(110)을 약 750℃ 내지 약 900℃의 온도에서 열처리 공정을 시행한다.
이로 인해, 에미터부(121)에 전기적 및 물리적으로 연결되는 복수의 전면 전극(141)과 복수의 전면 버스바(142)를 구비한 전면 전극부(140), 그리고 도전막(191) 위에 위치한 복수의 후면 전극(151)과 복수의 후면 버스바(152)를 구비한 후면 전극부(150)를 형성하여 태양 전지를 완성한다(도 1 및 도 2).
즉, 열처리 공정에 의해, 전면전극부 패턴(40)에 함유된 식각 물질인 납(PbO) 등에 의해, 전면전극부 패턴(40)은 접촉 부위의 반사 방지부(130)를 관통하여 하부에 위치하는 에미터부(121)와 접촉하는 복수의 전면 전극(141)과 복수의 전면 버스바(142)가 형성되어 전면 전극부(140)가 완성된다.
이때, 전면전극부 패턴(40)의 전면전극 패턴(41)은 복수의 전면 전극(141)이 되고, 전면버스바 패턴(42)은 복수의 전면전극용 버스바(142)가 된다.
또한, 열처리 공정에 의해, 후면전극부 패턴(50)의 후면 전극 패턴(51)과 후면버스바 패턴(52)은 각각 후면 전극(151)과 복수의 후면 버스바(152)로 형성된다.
본 예와 달리, 전면 전극부(140)와 후면 전극부(150) 중 적어도 하나는 페이스트를 이용한 스크린 인쇄법 대신에 전기 도금 등과 같은 다양한 방법을 통해 형성될 수 있다.
다음, 도 5를 참고로 하여 본 실시예의 다른 예에 대하여 설명한다.
도 5에 도시한 태양 전지는 도 1 및 도 2에 도시한 태양 전지와 비교할 때, 기판(110)의 후면에 후면 전계부(172)가 존재하고, 후면 전극부(150)는 도전막(191)을 관통하여 후면 전계부(172)와 접해있고 또한 도전막(191)과 전기적 및 물리적으로 연결되어 있다.
따라서, 후면 전계부(172)는 복수의 후면 전극(151)과 접하는 기판(110)의 후면 및 그 주변 그리고 복수의 후면 버스바(152)와 접하는 기판(110)의 후면 및 그 주변에만 위치하므로, 인접한 후면 전극(151) 사이, 인접한 후면 버스바(152) 사이 그리고 인접한 후면 전극(151)과 후면 버스바(152) 사이에 후면 전계부(172)가 위치하지 않는 기판(110)의 후면이 존재한다.
이러한 후면 전계부(172)와 후면 전극부(150)를 제외하면, 도 1 및 도 2에 도시한 태양 전지와 동일한 구조를 갖고 있으므로, 동일한 기능을 수행하는 구성요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 부여하였고 그에 대한 자세한 설명은 생략한다.
후면 전극부(150)와 접하는 기판(110)의 후면에 선택적으로 위치한 후면 전계부(172)는 기판(110)과 동일한 도전성 타입(즉, 제1 도전성 타입)의 불순물이 기판(110)보다 고농도로 도핑된 영역, 예를 들면, n++ 영역이다. 따라서, 후면 전계부(172)는 기판(110)보다 작은 면저항값을 갖고 있고, 고농도의 불순물 도핑으로 인해, 기판(110)보다 높은 전도도를 갖게 된다.
따라서, 기판(110), 즉, 기판(110)의 제1 도전성 영역과 후면 전계부(172)간의 불순물 농도 차이로 인해 전위 장벽이 형성되고, 이로 인해, 전자의 이동 방향인 후면 전계부(172) 쪽으로 정공 이동을 방해하는 반면, 후면 전계부(172) 쪽으로의 전자 이동을 용이하게 한다. 따라서, 기판(110)의 후면 및 그 부근에서 전자와 정공의 재결합으로 손실되는 전하의 양을 감소시키고 원하는 전하(예, 전자)의 이동을 가속화시켜 후면 전극부(150)로의 전하 이동량을 증가시킨다.
이와 같이, 후면 전극부(150)로의 전하 이동을 좀더 용이하게 하기 위해, 후면 전극부(150)와 접하는 기판(110)의 후면에만 선택적으로 후면 전계부(172)가 위치하므로, 기판(110)에서 후면 전극부(150)로의 전하 이동은 증가하고, 기판(110) 내의 고농도 불순물층인 후면 전계부(172)의 불순물로 인한 전하 손실은 방지된다. 이에 더하여, 도전막(191)에 의한 전도도 증가로 인해, 도전막(191)을 통해 기판(110)에서 후면 전극부(150)로 전송되는 전하의 양은 더욱더 증가한다. 따라서 태양 전지의 효율이 더욱 향상된다.
이와 같이 후면 전극부(150)와 접하는 기판(110)의 후면에 후면 전계부(172)를 구비한 태양 전지를 제조하는 방법의 한 예를 도 4a 내지 도 4d뿐만 아니라 도 6a 내지 도 6c를 참고로 하여 설명한다.
이미 설명한 도 4a 내지 도 4c와 같이 기판(110)에 에미터부(121)를 형성한 후, 기판(110)의 전면과 후면에 각각 반사 방지부(130)와 도전막(191)을 형성한다.
다음, 도 6a에 도시한 것처럼, 잉크젯(ink jetting) 방법 등을 이용하여 도전막(191) 위에 선택적으로 제1 도전성 타입의 불순물[예, 인(P)]을 함유한 불순물 잉크 등을 도포한 후 건조시켜, 도전막(191) 위에 제1 도전성 타입의 불순물막(예, n형 불순물막)(90)을 선택적으로 형성한다. 이때, 불순물막의 형성 위치는 복수의 후면 전극(151)와 복수의 후면 버스바(152)의 형성 위치에 대응한다.
그런 다음, 레이저 빔 등을 이용하여 불순물막(90)에 열처리를 실시하여 불순물막(90)에 함유된 제1 도전성 타입의 불순물이 기판(110) 후면의 대응하는 부분에 도핑되도록 하여, 열처리 공정을 통해 제1 도전성 타입의 불순물이 도핑된 기판(110)의 후면 부분을 후면 전계부(172)로 형성한다(도 6b). 이때, 불순물막(90)에 레이저 빔을 조사할 경우, 레이저빔이 조사된 도전막(191) 부분이 제거되므로 도전막(191)은 기판(110)의 후면, 즉, 후면 전계부(172)를 드러내는 개구부(181)를 구비한다. 따라서, 이 개구부(181) 의 형상은 후면 전계부(172)의 형상과 동일하므로, 후면 전극부(150)의 형성 위치에 실질적으로 대응된다.
그런 다음, 도 4d를 참고로 하여 설명한 것처럼, 반사 방지부(130) 위와 개구부(181)를 통해 노출된 후면 전계부(172) 위에 전면 전극부 패턴(40)과 후면 전극부 패턴(50)을 형성한 후 열처리한다. 따라서, 반사 방지부(131)를 관통하여 에미터부(121)와 연결된 복수의 전면 전극(141)과 복수의 전면 버스바(142)를 구비한 전면 전극부(140) 그리고 후면 전계부(172)를 통해 기판(110)와 전기적으로 연결되고 복수의 후면 전극(151)과 복수의 후면 버스바(152)를 구비한 후면 전극부(150)이 형성된다. 이미 설명한 것처럼, 전면 전극부(140)와 후면 전극부(150) 중 적어도 하나는 스크린 인쇄법 대신 전기 도금법 등과 같은 다른 방법을 이용하여 형성될 수 있다.
또한, 본 실시예의 또 다른 예를 도 7에 도시한다.
도 1 및 도 2에 도시한 태양전지와 비교할 때, 도전막(191) 위에 위치한 후면 전극부(150)의 형성 위치를 제외하면, 도 7에 도시한 태양 전지는 도 1 및 도 2에 도시한 태양 전지와 동일한 구조를 갖고 있다.
즉, 도 7에 도시한 것처럼, 도전막(191) 위에는 하나의 후면 전극(151)과 후면 전극(151)과 연결된 복수의 후면 버스바(152)를 구비한다. 따라서, 후면 전극(151)은 복수의 후면 버스바(152)가 위치한 도전막(191) 부분을 제외한 도전막(191)의 나머지 부분 위에 위치한다. 하지만, 경우에 따라 후면 전극(151)은 복수의 후면 버스바(152)가 위치한 부분뿐만 아니라 도전막(191)의 가장 자리 부분에도 위치하지 않을 수 있다.
이와 같이, 도전막(191)의 실질적인 전체면 위에 금속 물질을 함유한 후면 전극부(150)가 위치하므로, 빛은 기판(110)의 전면을 통해서 주로 입사되므로, 기판(110)의 전면은 입사면인 반면, 기판(110)의 후면은 비입사면이다.
이러한 태양 전지의 제조 방법은 후면 전극부(150)의 형성 위치를 변경하여 도 4a 내지 4d에 도시한 방법과 동일하게 형성될 수 있다.
이때, 후면 전극(151)과 후면 버스바(152)는 서로 다른 재료로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 후면 전극(151)은 알루미늄(Al), 구리(Cu), 또는 알루미늄과(Al)과 은(Ag)의 합금(Al:Ag) 등으로 이루어질 수 있고, 후면 버스바(152)는 은(Ag)으로 이루어질 수 있다. 이럴 경우, 따라서, 후면 전극(151)의 위한 후면 전극 패턴과 후면 버스바(152)를 위한 후면 버스바 패턴은 서로 다른 물질을 함유한 상이한 페이스트를 이용하여 형성될 수 있다.
이와 같이, 본 실시예에 따라 원자층 적층법으로 형성되고 도전성 물질(예, 알루미늄)이 도핑된 아연 산화막과 같은 n형의 도전막(191)은 기판(110)이 p형일 경우 에미터부(121) 위에 바로 위치하여 기판(110)의 전면에 위치한 전면 반사 방지부로서 기능할 수 있다.
이 경우, 도 1 및 도 2를 참고로 하여 설명한 후면 전극부(150)의 경우와 동일하게, 전면 전극부(140)는 에미터부(121) 위의 도전막(191)인 전면 방사부를 관통하지 않고 도전막(191) 위에 위치하여 도전막(191)을 통해 에미터부(121)에서 전면 전극부(140) 쪽으로 이동하는 전하(예, 전자)를 수집할 수 있다. 따라서, 이미 도 1 및 도 2의 도전막(191)을 참고로 하여 설명한 것과, 도전막(191)에 의한 패시베이션 기능이 행해지며 도전막(191)의 전도도 향상으로 인해, 에미터부(121)에서 전면 전극부(140) 쪽으로 이동하는 전하의 양이 증가하게 된다.
또한, 도전성 물질이 도핑된 도전막(191)이 p형을 가질 경우, p형의 도전성 타입을 갖는 기판(110)을 이용하고 이미 도 1 및 도 2, 도 5 및 도 7에 도시한 구조를 갖는 태양 전지에도 적용될 수 있다. 이 경우, 도전막(191)은 자신과 동일한 도전성 타입을 갖는 반도체부 위에 바로 위치해야 하므로, 기판(110)의 후면에 위치할 수 있다. p형의 도전성 물질이 도핑되어 p형의 도전성 타입을 갖는 투명한 도전막의 한 예는 N:ZnO일 수 있다.
이에 더하여, 제1 도전성 타입을 갖는 기판(110) 바로 위에 제1 도전성 타입을 갖고 도전성 물질이 도핑된 투명한 도전막(제1 투명한 도전막)을 형성하고, 에미터부(121) 바로 위에 제2 도전성 타입을 갖고 도전성 물질이 도핑된 투명한 도전막(제2 투명한 도전막)을 형성할 수 있다. 이때, 전면 전극부(140)와 후면 전극부(150)는 모두 그 하부에 위치하는 도전막(191) 위에 바로 위치할 수 있다. 이로 인해, 패시베이션 기능과 향상된 전도도를 갖는 도전막(191)으로 인해, 전면 전극부(140)와 후면 전극부(150) 쪽으로 각각 이동하는 전하의 양이 증가하며, 또한, 전면 전극부(140)의 경우, 에미터부(121)와의 접촉을 위한 도전막의 관통 동작이 불필요하므로 태양 전지의 제조 시간이나 제조 공정이 좀더 줄어들다. 또한, 전면 전극부(140)를 형성하기 위한 열처리 시간이나 온도가 줄어들기 때문에 태양 전지의 특성이 감소하거나 열화 현상이 방지된다.
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.
40: 전면 전극부 패턴 41: 전면 전극 패턴
42: 전면 버스바 패턴 50: 후면 전극부 패턴
51: 후면 전극 패턴 52: 후면 버스바 패턴
90: 불순물막 110: 기판
121: 에미터부 130: 반사 방지부
140: 전면 전극부 141: 전면 전극
142: 전면 버스바 151: 후면 전극
152: 후면 버스바 172: 후면 전계부
181: 개구부 191: 도전성 물질이 도핑된 투명한 도전막
42: 전면 버스바 패턴 50: 후면 전극부 패턴
51: 후면 전극 패턴 52: 후면 버스바 패턴
90: 불순물막 110: 기판
121: 에미터부 130: 반사 방지부
140: 전면 전극부 141: 전면 전극
142: 전면 버스바 151: 후면 전극
152: 후면 버스바 172: 후면 전계부
181: 개구부 191: 도전성 물질이 도핑된 투명한 도전막
Claims (20)
- 제1 도전성 타입을 갖고 결정질 반도체로 이루어진 기판,
상기 기판의 제1 면에 위치하고 상기 제1 도전성 타입과 다른 제2 도전성 타입을 가지며 결정질 반도체로 이루어진 에미터부,
상기 기판의 상기 제1 면의 반대편인 상기 기판의 제2 면에 직접 접촉하도록 위치하고 도전성 물질이 도핑된 제1 투명한 도전막,
상기 기판의 제1 면 위에 위치하고 상기 에미터부와 전기적으로 연결된 제1 전극, 그리고
상기 기판의 제2 면 위에 위치하고 상기 투명한 도전막과 전기적으로 연결된 제2 전극
을 구비한 태양 전지. - 제1항에서,
상기 제1 투명한 도전막은 1000S/㎝ 내지 3000S/㎝의 전도도를 갖는 태양 전지. - 제1항에서,
상기 제1 투명한 도전막은 각각 제1 산화막과 제1 산화막보다 두꺼운 두께를 갖는 제2 산화막으로 이루어진 복수의 산화막층으로 이루어져 있는 태양 전지. - 제3항에서,
상기 제1 산화막은 알루미늄 산화막이고, 제2 산화막은 아연 산화막인 태양 전지. - 제4항에서,
상기 제1 산화막과 상기 제2 산화막의 두께 비는 1: 8 내지 1: 80인 태양 전지. - 제4항에서,
상기 제1 투명한 도전막은 100㎚ 내지 1000㎚의 두께를 갖는 태양 전지. - 제1항에서,
상기 제1 투명한 도전막은 제1 도전성 타입을 갖는 태양 전지. - 제1항에서,
상기 제2 전극은 상기 제1 투명한 도전막 위에 위치하는 태양 전지. - 제1항에서,
상기 기판의 제2 면에 위치하고 상기 제1 도전성 타입을 갖는 전계부를 더 구비하고,
상기 제2 전극은 상기 제1 투명한 도전막을 관통하여 상기 전계부와 접해 있는
태양 전지. - 제1항에서,
상기 제1 면과 상기 제2 면은 모두 빛이 입사되는 입사면인 태양 전지. - 제1항에서,
상기 제1 면은 빛이 입사되는 입사면이고 상기 제2 면은 비입사면인 태양 전지. - 제1항에서,
상기 에미터부 위에 위치하고 도전성 물질이 도핑된 제2 투명한 도전막을 더 포함하고,
상기 제1 전극은 상기 제2 투명한 도전막 위에 위치하여 상기 제2 투명한 도전막을 통해 상기 에미터부와 전기적으로 연결된 태양 전지. - 제12항에서,
상기 제2 투명한 도전막은 1000S/㎝ 내지 3000S/㎝의 전도도를 갖는 태양 전지. - 제1 도전성 타입을 갖는 기판의 제1 면에 제2 도전성 타입을 갖는 에미터부를 형성하는 단계,
상기 기판의 상기 제1 면의 반대편에 위치한 상기 기판의 제2 면에 직접 접촉하도록 원자층 적층법을 이용하여 도전성 물질이 도핑된 투명한 도전막을 형성하는 단계, 그리고
상기 기판의 상기 제1 면에 위치하고 상기 에미터부와 전기적으로 연결된 제1 전극과 상기 기판의 상기 제2 면에 위치하고 상기 투명한 도전막과 전기적으로 연결된 제2 전극을 형성하는 단계
를 포함하는 태양 전지의 제조 방법. - 제14항에서,
상기 투명한 도전막은 알루미늄이 도핑된 아연 산화막인 태양 전지의 제조 방법. - 제14항에서,
상기 투명한 도전막은 원자층 적층법에 의한 알루미늄 산화막 형성 공정과 원자층 적층법에 의한 아연 산화막 형성 공정을 실시하여 형성되는 태양 전지의 제조 방법. - 제16항에서,
상기 알루미늄 산화막 형성 공정은 알루미늄 전구체를 캐리어 가스를 이용하여 챔버에 주입하는 단계,
상기 챔버에 남아 있는 상기 알루미늄 전구체와 상기 캐리어 가스를 제거하는 단계, 그리고
캐리어 가스를 이용하여 산화제를 주입하는 단계
를 포함하는 태양 전지의 제조 방법. - 제17항에서,
상기 알루미늄 전구체는 트리메틸알루미늄(trimethyl aluminum, TMA)이나 디메틸알루미늄이소프록사이드(dimethylaluminum isopropoxid, DAMI)인 태양 전지의 제조 방법. - 제16항에서,
상기 아연 산화막 형성 공정은 아연 전구체를 캐리어 가스를 이용하여 챔버에 주입하는 단계,
상기 챔버에 남아 있는 상기 아연 전구체와 상기 캐리어 가스를 제거하는 단계, 그리고
캐리어 가스를 이용하여 산화제를 주입하는 단계
를 포함하는 태양 전지의 제조 방법. - 제19항에서,
상기 아연 전구체는 디메틸아연(dimethylZinc, DMZ), 디에틸아연(diethylzinc, DEZ) 또는 메틸아연이소프록사이드(methylzinc isopropoxide, MZI)인 태양 전지의 제조 방법.
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