KR101781044B1 - 태양 전지 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 핑거 라인으로 수집되는 전하의 수집 효율을 증가시켜 광전 변환 효율을 증가시킬 수 있는 태양 전지 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 태양 전지는 본 발명에 따른 태양 전지는 제 1 반도체층; 상기 제 1 반도체층의 일면에 형성된 제 2 반도체층; 상기 제 2 반도체층에 형성된 제 1 투명 도전층; 상기 제 1 투명 도전층에 형성되어 상기 제 1 반도체층에서 생성되는 제 1 극성의 전하를 수집하는 핑거 라인; 상기 제 1 투명 도전층과 상기 핑거 라인의 계면에 형성된 제 1 라인 접합층; 상기 제 1 반도체층의 타면에 형성된 제 3 반도체층; 및 상기 제 3 반도체층에 형성되어 상기 제 1 반도체층에서 생성되는 제 2 극성의 전하를 수집하는 전하 수집부를 포함하여 구성될 수 있다.
Description
본 발명은 태양 전지(Solar Cell)에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 핑거 라인으로 수집되는 전하의 수집 효율을 증가시켜 광전 변환 효율을 증가시킬 수 있는 태양 전지 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
태양 전지는 반도체의 성질을 이용하여 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 장치이다.
태양 전지는 P(positive)형 반도체와 N(negative)형 반도체를 접합시킨 PN 접합 구조를 하고 있으며, 이러한 구조의 태양 전지에 태양광이 입사되면, 입사된 태양광이 가지고 있는 에너지에 의해 상기 반도체 내에서 정공(hole) 및 전자(electron)가 발생하고, 이때, PN 접합에서 발생한 전기장에 의해서 상기 정공(+)는 P형 반도체 쪽으로 이동하고 상기 전자(-)는 N형 반도체 쪽으로 이동하게 되어 전위가 발생하게 됨으로써 전력을 생산할 수 있게 된다.
이와 같은 태양 전지는 일반적으로 기판형 태양 전지와 박막형 태양 전지로 구분할 수 있다.
상기 기판형 태양 전지는 실리콘과 같은 반도체물질 자체를 기판으로 이용하여 태양 전지를 제조한 것이고, 상기 박막형 태양 전지는 유리 등과 같은 기판 상에 박막의 형태로 반도체를 형성하여 태양 전지를 제조한 것이다.
상기 기판형 태양 전지는 상기 박막형 태양 전지에 비하여 효율이 다소 우수한 장점이 있고, 상기 박막형 태양 전지는 상기 기판형 태양 전지에 비하여 제조비용이 감소되는 장점이 있다.
이하 도면을 참조로 종래의 태양 전지에 대해서 설명하기로 한다.
도 1은 종래의 태양 전지의 개략적인 나타내는 단면도이다.
도 1에서 알 수 있듯이, 종래의 태양 전지는, 제 1 반도체층(10), 제 2 반도체층(20), 제 1 투명 도전층(30), 핑거 라인(40), 제 3 반도체층(50), 제 2 투명 도전층(60), 및 금속 라인(70)을 포함하여 이루어진다.
상기 제 1 반도체층(10)은 반도체 웨이퍼로 이루어진다.
상기 제 2 반도체층(20)은 상기 제 1 반도체층(10)의 상면에 박막 형태로 형성되고, 상기 제 3 반도체층(50)은 상기 제 1 반도체층(10)의 하면에 박막 형태로 형성되며, 이와 같은 제 1 반도체층(10), 제 2 반도체층(20), 및 제 3 반도체층(50)의 조합에 의해 PN 접합구조가 이루어지게 된다.
상기 제 2 반도체층(20)은 P형 비정질 실리콘으로 이루어질 수 있고, 상기 제 3 반도체층(50)은 N형 비정질 실리콘으로 이루어질 수 있다.
상기 제 1 투명 도전층(30)은 상기 제 2 반도체층(20)의 상면에 투명한 재질로 형성된다. 상기 제 2 투명 도전층(60)은 상기 제 3 반도체층(50)의 하면에 투명한 재질로 형성된다.
상기 핑거 라인(40)은 상기 제 1 투명 도전층(30)의 상면에 형성되고, 상기 금속 라인(70)은 상기 제 2 투명 도전층(60)의 하면에 형성되어, 각각 태양 전지의 (+)전극 또는 (-)전극을 이루게 된다.
이와 같은 종래의 태양 전지에 태양광이 입사되면 상기 제 1 반도체층(10)에서 정공(hole) 또는 전자(electron)와 같은 전하(carrier)가 생성되고, 생성된 전하는 상기 제 2 반도체층(20)을 경유하여 상기 핑거 라인(40)으로 이동함과 더불어 상기 제 3 반도체층(50)을 경유하여 상기 금속 라인(70)으로 이동하게 된다.
이와 같은 종래의 태양 전지에서 핑거 라인(40, 70)은 투명 도전층(30, 60) 상에 은(Ag) 페이스트를 소정의 패턴 형태로 형성하는 프린팅 공정, 및 프린팅된 은(Ag) 페이스트 패턴을 소성하는 소성 공정을 통해 형성된다.
그러나, 종래의 태양 전지는 비정질 실리콘을 포함하여 이루어지기 때문에 상기 소성 공정을 비정질 실리콘으로 이루어진 제 2 및 제 3 반도체층(20, 50)의 증착 온도보다 높은 온도로 진행할 수 없다. 왜냐하면, 비정질 실리콘으로 이루어진 제 2 및 제 3 반도체층(20, 50)은 200도 이상의 온도에서 그 반도체 특성이 변하게 때문에 상기 소성 공정은 200도 이하의 온도에 진행되어야 한다.
따라서, 종래의 태양 전지는 핑거 라인(40, 70)의 형성을 위한 소성 공정의 낮은 소성 온도로 인하여 핑거 라인(40, 70)과 투명 도전층(30, 70) 간의 접합 특성이 좋지 않다. 또한, 종래의 태양 전지는 비정질 실리콘으로 이루어진 반도체층(20, 50)이 결정성을 가지지 않기 때문에 핑거 라인(40, 70)으로의 전하 수집 효율이 낮게 된다.
결과적으로 종래의 태양 전지는 핑거 라인(40, 70)으로 수집되는 전하의 수집 효율을 낮으므로 광전 변환 효율이 낮게 된다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 핑거 라인으로 수집되는 전하의 수집 효율을 증가시켜 광전 변환 효율을 증가시킬 수 있는 태양 전지 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 태양 전지는 제 1 반도체층; 상기 제 1 반도체층의 일면에 형성된 제 2 반도체층; 상기 제 2 반도체층에 형성된 제 1 투명 도전층; 상기 제 1 투명 도전층에 형성되어 상기 제 1 반도체층에서 생성되는 제 1 극성의 전하를 수집하는 핑거 라인; 상기 제 1 투명 도전층과 상기 핑거 라인의 계면에 형성된 제 1 라인 접합층; 상기 제 1 반도체층의 타면에 형성된 제 3 반도체층; 및 상기 제 3 반도체층에 형성되어 상기 제 1 반도체층에서 생성되는 제 2 극성의 전하를 수집하는 전하 수집부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 라인 접합층은 상기 제 1 투명 도전층의 물질과 상기 핑거 라인의 물질이 결합되어 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 전하 수집부는 상기 제 3 반도체층에 형성된 제 2 투명 도전층; 및 상기 제 2 투명 도전층에 형성되어 상기 제 2 극성의 전하를 수집하는 금속 라인을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 태양 전지는 상기 제 2 투명 도전층과 상기 금속 라인의 계면에 형성된 제 2 라인 접합층을 더 포함하여 구성되며, 상기 제 2 라인 접합층은 상기 제 2 투명 도전층의 물질과 상기 금속 라인의 물질이 결합되어 형성된 것을 특징으로 한다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 태양 전지는 제 1 반도체층; 상기 제 1 반도체층의 일면에 형성된 제 2 반도체층; 상기 제 2 반도체층에 형성된 제 1 투명 도전층; 상기 제 2 반도체층의 소정 영역에 형성된 제 1 개질층; 상기 제 1 개질층에 중첩되도록 상기 제 1 투명 도전층에 형성되어 제 1 극성의 전하를 수집하는 핑거 라인; 상기 제 1 반도체층의 타면에 형성된 제 3 반도체층; 및 상기 제 3 반도체층에 형성되어 상기 제 1 반도체층에서 생성되는 제 2 극성의 전하를 수집하는 전하 수집부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 개질층은 상기 제 2 반도체층의 결정화에 의해 형성되고, 상기 핑거 라인의 폭은 상기 제 1 개질층보다 넓은 것을 특징으로 한다.
상기 태양 전지는 상기 제 3 반도체층의 소정 영역에 형성된 제 2 개질층을 더 포함하여 구성되고, 상기 제 2 개질층은 상기 제 3 반도체층의 결정화에 의해 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 전하 수집부는 상기 제 3 반도체층에 형성된 제 2 투명 도전층; 및 상기 제 2 투명 도전층에 형성되어 상기 제 2 극성의 전하를 수집하는 금속 라인을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 태양 전지는 상기 제 1 투명 도전층과 상기 핑거 라인의 계면에 형성된 제 1 라인 접합층; 및 상기 제 2 투명 도전층과 상기 금속 라인의 계면에 형성된 제 2 라인 접합층을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 전하 수집부는 상기 제 3 반도체층에 형성되어 상기 제 2 극성의 전하를 수집하는 적어도 1층 구조의 금속층으로 이루어진 것을 특징으로 한다. 상기 금속층은 Al, Cu, Ag, ITO(Indium Tin Oxide), 및 투명 도전 산화물(TCO) 중에서 선택된 하나의 물질 또는 적어도 2개의 합금 물질로 이루어질 수 있다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 태양 전지의 제조 방법은 제 1 반도체층의 일면에 제 2 반도체층을 형성하는 공정; 상기 제 2 반도체층 상에 제 1 투명 도전층을 형성하는 공정; 프린팅 공정과 국부적인 레이저 공정을 이용해, 상기 제 1 반도체층에서 생성되는 제 1 극성의 전하를 수집하기 위한 핑거 라인을 상기 제 1 투명 도전층 상에 형성하는 공정; 상기 제 1 반도체층의 타면에 제 3 반도체층을 형성하는 공정; 및 상기 제 1 반도체층에서 생성되는 제 2 극성의 전하를 수집하는 전하 수집부를 상기 제 3 반도체층에 형성하는 공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 핑거 라인을 상기 제 1 투명 도전층 상에 형성하는 공정은 상기 프린팅 공정을 이용해 상기 제 1 투명 도전층 상에 소정 패턴의 제 1 도전성 페이스트 패턴을 형성하는 공정; 및 상기 국부적인 레이저 공정을 통해 상기 제 1 도전성 페이스트 패턴에 레이저를 조사하여 상기 제 1 도전성 페이스트 패턴을 소성하는 공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 전하 수집부를 상기 제 3 반도체층에 형성하는 공정은 상기 제 3 반도체층에 제 2 투명 도전층을 형성하는 공정; 및 상기 제 2 극성의 전하를 수집하는 금속 라인을 상기 제 2 투명 도전층에 형성하는 공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 금속 라인을 상기 제 2 투명 도전층에 형성하는 공정은 프린팅 공정을 이용해 상기 제 2 투명 도전층에 소정 패턴의 제 2 도전성 페이스트 패턴을 형성하는 공정; 및 상기 제 2 도전성 페이스트 패턴에 레이저를 조사하는 국부적인 레이저 공정을 통해 상기 제 2 도전성 페이스트 패턴을 소성하는 공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 전하 수집부를 상기 제 3 반도체층에 형성하는 공정은 상기 제 2 극성의 전하를 수집하는 적어도 1층 구조의 금속층을 상기 제 3 반도체층에 형성하는 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 태양 전지의 제조 방법은 제 1 반도체층의 일면에 제 2 반도체층을 형성하는 공정; 상기 제 2 반도체층 상에 제 1 투명 도전층을 형성하는 공정; 국부적인 레이저 공정을 통해 상기 제 2 반도체층의 소정 영역에 레이저를 조사하여 제 1 개질층을 형성하는 공정; 상기 제 1 반도체층에서 생성되는 제 1 극성의 전하를 수집하기 위한 핑거 라인을 상기 제 1 개질층에 중첩되는 상기 제 1 투명 도전층 상에 형성하는 공정; 상기 제 1 반도체층의 타면에 제 3 반도체층을 형성하는 공정; 및 상기 제 1 반도체층에서 생성되는 제 2 극성의 전하를 수집하는 전하 수집부를 상기 제 3 반도체층에 형성하는 공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 핑거 라인을 상기 제 1 개질층에 중첩되는 상기 제 1 투명 도전층 상에 형성하는 공정은 프린팅 공정을 이용해 상기 제 1 개질층에 중첩되는 상기 제 1 투명 도전층 상에 소정 패턴의 제 1 도전성 페이스트 패턴을 형성하는 공정; 및 상기 제 1 도전성 페이스트 패턴에 레이저를 조사하는 국부적인 레이저 공정을 통해 상기 제 1 도전성 페이스트 패턴을 소성하는 공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 핑거 라인은 상기 레이저에 의해 상기 제 1 투명 도전층과 상기 제 1 도전성 페이스트 패턴의 계면에 형성되는 제 1 라인 접합층에 의해 상기 제 1 투명 도전층과 접합되는 것을 특징으로 한다.
상기 태양 전지의 제조 방법은 국부적인 레이저 공정을 통해 상기 제 3 반도체층의 소정 영역에 레이저를 조사하여 제 2 개질층을 형성하는 공정을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 전하 수집부를 상기 제 3 반도체층에 형성하는 공정은 상기 제 3 반도체층에 제 2 투명 도전층을 형성하는 공정; 및 상기 제 2 극성의 전하를 수집하는 금속 라인을 상기 제 2 개질층에 중첩되는 상기 제 2 투명 도전층에 형성하는 공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 금속 라인을 상기 제 2 개질층에 중첩되는 상기 제 2 투명 도전층에 형성하는 공정은 프린팅 공정을 이용해 상기 제 2 개질층에 중첩되는 상기 제 2 투명 도전층에 소정 패턴의 제 2 도전성 페이스트 패턴을 형성하는 공정; 및 상기 제 2 도전성 페이스트 패턴에 레이저를 조사하는 국부적인 레이저 공정을 통해 상기 제 2 도전성 페이스트 패턴을 소성하는 공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 전하 수집부를 상기 제 3 반도체층에 형성하는 공정은 상기 제 2 극성의 전하를 수집하는 적어도 1층 구조의 금속층을 상기 제 3 반도체층과 상기 제 2 개질층에 형성하는 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 국부적인 레이저 공정은 CW(Continuous Wave) 또는 QCW(Quasi Continuous Wave) 타입의 레이저 다이오드에서 출력되는 레이저를 사용해 수행되는 것을 특징으로 한다.
상기 과제의 해결 수단에 의하면, 본 발명에 따른 태양 전지 및 그 제조 방법은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 투명 도전층에 핑거 라인의 계면에 형성되는 라인 접합층을 통해 핑거 라인과 투명 도전층간의 접합력을 증가시킴으로써 핑거 라인으로 수집되는 전하의 수집 효율을 증가시키고, 이를 통해 광전 변환 효율을 증가시킬 수 있다.
둘째, 반도체층의 소정 영역마다 형성된 개질층을 통해 반도체층의 소정 영역에 결정성을 형성함으로써 핑거 라인으로 수집되는 전하의 수집 효율을 증가시킴으로써 광전 변환 효율을 증가시킬 수 있다.
셋째, 제 2 및 제 3 반도체층의 소정 영역마다 개질층을 형성함과 아울러 개질층에 중첩되는 투명 도전층과 핑거 라인의 계면에 라인 접합층을 형성함으로써 핑거 라인으로 수집되는 전하의 수집 효율 및 핑거 라인과 투명 도전층간의 접합력을 증가시켜 광전 변환 효율을 증가시킬 수 있다.
도 1은 종래의 태양 전지의 개략적인 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 태양 전지의 개략적인 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 태양 전지의 개략적인 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 태양 전지의 개략적인 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제 4 실시 예에 따른 태양 전지의 개략적인 나타내는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제 5 실시 예에 따른 태양 전지의 개략적인 나타내는 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제 6 실시 예에 따른 태양 전지의 개략적인 나타내는 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제 7 실시 예에 따른 태양 전지의 개략적인 나타내는 단면도이다.
도 9는 본 발명의 제 8 실시 예에 따른 태양 전지의 개략적인 나타내는 단면도이다.
도 10a 내지 도 10h는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 단계적으로 설명하기 위한 공정 단면도이다.
도 11a 및 도 11b는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 단계적으로 설명하기 위한 공정 단면도이다.
도 12a 내지 도 12f는 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 단계적으로 설명하기 위한 공정 단면도이다.
도 13a 내지 도 13f는 본 발명의 제 4 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 단계적으로 설명하기 위한 공정 단면도이다.
도 14a 내지 도 14e는 본 발명의 제 5 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 단계적으로 설명하기 위한 공정 단면도이다.
도 15a 및 도 15c는 본 발명의 제 6 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 단계적으로 설명하기 위한 공정 단면도이다.
도 16a 및 도 16d는 본 발명의 제 7 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 단계적으로 설명하기 위한 공정 단면도이다.
도 17은 본 발명의 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 태양 전지의 개략적인 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 태양 전지의 개략적인 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 태양 전지의 개략적인 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제 4 실시 예에 따른 태양 전지의 개략적인 나타내는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제 5 실시 예에 따른 태양 전지의 개략적인 나타내는 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제 6 실시 예에 따른 태양 전지의 개략적인 나타내는 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제 7 실시 예에 따른 태양 전지의 개략적인 나타내는 단면도이다.
도 9는 본 발명의 제 8 실시 예에 따른 태양 전지의 개략적인 나타내는 단면도이다.
도 10a 내지 도 10h는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 단계적으로 설명하기 위한 공정 단면도이다.
도 11a 및 도 11b는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 단계적으로 설명하기 위한 공정 단면도이다.
도 12a 내지 도 12f는 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 단계적으로 설명하기 위한 공정 단면도이다.
도 13a 내지 도 13f는 본 발명의 제 4 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 단계적으로 설명하기 위한 공정 단면도이다.
도 14a 내지 도 14e는 본 발명의 제 5 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 단계적으로 설명하기 위한 공정 단면도이다.
도 15a 및 도 15c는 본 발명의 제 6 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 단계적으로 설명하기 위한 공정 단면도이다.
도 16a 및 도 16d는 본 발명의 제 7 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 단계적으로 설명하기 위한 공정 단면도이다.
도 17은 본 발명의 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
이하, 도면을 참조로 본 발명에 따른 바람직한 실시 예에 대해서 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 태양 전지의 개략적인 나타내는 단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 태양 전지는 제 1 반도체층(100), 제 2 반도체층(200), 제 1 투명 도전층(300), 핑거 라인(400), 제 1 라인 접합층(450), 제 3 반도체층(500), 제 2 투명 도전층(600), 금속 라인(700), 및 제 2 라인 접합층(750)을 포함하여 이루어진다.
상기 제 1 반도체층(100)은 반도체 웨이퍼, 예로서 실리콘 웨이퍼로 이루어질 수 있으며, 구체적으로는, N형 실리콘 웨이퍼 또는 P형 실리콘 웨이퍼로 이루어질 수 있다. 이와 같은 제 1 반도체층(100)은 제 2 반도체층(200) 및 제 3 반도체층(500) 중 어느 하나의 반도체층과 동일한 극성으로 이루어진다.
도시하지는 않았지만, 상기 제 1 반도체층(100)의 상면 또는 하면 중 적어도 하나의 표면에는 요철구조가 형성될 수 있다. 제 1 반도체층(100)의 상면 및 하면에 요철구조가 형성된 경우, 제 2 반도체층(200), 제 1 투명 도전층(300), 제 3 반도체층(500), 및 제 2 투명 도전층(600)의 표면에도 요철구조가 형성될 수 있다.
상기 제 2 반도체층(200)은 상기 반도체 웨이퍼로 이루어진 제 1 반도체층(100)의 상면에 박막의 형태로 형성된다. 제 2 반도체층(200)은 제 1 반도체층(100)과 함께 PN 접합을 형성할 수 있다. 이에 따라, 제 1 반도체층(100)이 N형 실리콘 웨이퍼로 이루어진 경우 상기 제 2 반도체층(200)은 P형 반도체층으로 이루어질 수 있다. 특히, 상기 제 2 반도체층(200)은 붕소(B)와 같은 3족 원소로 도핑된 P형 비정질 실리콘으로 이루어질 수 있다.
일반적으로, 정공의 드리프트 이동도(drift mobility)가 전자의 드리프트 이동도 보다 낮기 때문에 입사광에 의한 정공의 수집효율을 극대화하기 위해서는 P형 반도체층을 수광면에 가깝게 형성하는 것이 바람직하고, 따라서, 수광면에 가까운 상기 제 2 반도체층(200)이 P형 반도체층으로 이루어진 것이 바람직하다.
상기 제 1 투명 도전층(300)은 상기 제 2 반도체층(200)의 상면에 박막의 형태로 형성된다. 상기 제 1 투명 도전층(300)은 상기 제 1 반도체층(100)에서 생성된 제 1 극성의 전하(예를 들어, 정공)를 수집하고, 상기 수집한 전하를 상기 핑거 라인(400)으로 이동시키는 역할을 한다.
이와 같은 제 1 투명 도전층(300)은 ITO(Indium Tin Oxide), ZnOH, ZnO:B, ZnO:Al, SnO2, SnO2:F 등과 같은 투명한 도전물질로 이루어질 수 있으며, 그 중에서 ITO가 선택될 수 있다.
상기 핑거 라인(400)은 상기 제 1 투명 도전층(300)의 상면에 형성되어 태양 전지의 전면(前面)을 구성하게 된다. 이에 따라, 태양 전지 내부로 태양광이 투과될 수 있도록 상기 핑거 라인(400)은 소정의 패턴을 가지도록 형성된다. 이러한 핑거 라인(400)은 제 1 반도체층(100)에서 생성된 제 1 극성의 전하(예를 들어, 정공)를 수집하여 외부로 정션 박스(미도시)로 이동시키는 역할을 한다.
상기의 핑거 라인(400)은 제 1 투명 도전층(300) 상에 도전성 페이스트(예를 들어, 은(Ag), 구리(Cu), 또는 알루미늄(Al) 등)를 소정의 패턴 형태로 형성하는 프린팅 공정에 의해 일정한 간격의 소정 패턴을 가지도록 형성된 후, 레이저(Laser)를 이용한 국부적인 소성 공정에 의해 형성된다. 이때, 상기 국부적인 레이저 소성 공정은 대략 700nm ~ 800nm 파장의 레이저를 출력하는 레이저 다이오드를 사용하여 수행된다. 이에 따라, 제 1 투명 도전층(300) 상에 형성된 도전성 페이스트 패턴은 CW(Continuous Wave) 또는 QCW(Quasi Continuous Wave) 타입의 레이저 다이오드에서 출력되는 레이저의 포커싱에 따라 순간적으로 발생되는 고열에 의해 소성된다. 이와 같이, 도전성 페이스트 패턴의 소성 공정시 레이저 다이오드를 이용하게 되면, 일반적인 펄스 타입의 레이저를 사용하는 것에 비해 제조 설비 및 제조 단가를 저감할 수 있다.
제 1 라인 접합층(450)은 상기 핑거 라인(400) 각각과 제 1 투명 도전층(300) 사이의 계면에 형성되어 핑거 라인(400)과 제 1 투명 도전층(300) 간의 접합력을 증가시킨다. 즉, 제 1 라인 접합층(450)은 레이저 다이오드를 이용한 핑거 라인(400)의 소성 공정시 핑거 라인(400)에서 발생되는 순간적인 고열에 의해 핑거 라인(400)의 물질과 제 1 투명 도전층(300)의 물질이 상호 결합되어 형성된다. 이에 따라, 제 1 라인 접합층(450)은 핑거 라인(400)의 물질과 제 1 투명 도전층(300)의 물질이 결합되어 형성됨으로써 상기 핑거 라인(400)과 제 1 투명 도전층(300)의 접합력을 증가시킨다.
상기 제 3 반도체층(500)은 상기 반도체 웨이퍼로 이루어진 제 1 반도체층(100)의 하면에 박막의 형태로 형성된다. 상기 제 3 반도체층(500)은 상기 제 2 반도체층(200)과 극성이 상이하게 형성되는데, 상기 제 2 반도체층(200)이 붕소(B)와 같은 3족 원소로 도핑된 P형 반도체층으로 이루어진 경우, 상기 제 3 반도체층(500)은 인(P)과 같은 5족 원소로 도핑된 N형 반도체층으로 이루어진다. 특히, 상기 제 3 반도체층(500)은 N형 비정질 실리콘으로 이루어질 수 있다.
상기 제 2 투명 도전층(600)은 상기 제 3 반도체층(500)의 하면에 박막의 형태로 형성된다. 상기 제 2 투명 도전층(600)은 상기 제 1 반도체층(100)에서 생성된 전하, 예로서 전자를 수집하고 상기 수집한 전하를 상기 금속 라인(700)으로 이동시키는 역할을 한다.
이와 같은 제 2 투명 도전층(600)은 ITO(Indium Tin Oxide), ZnOH, ZnO:B, ZnO:Al, SnO2, SnO2:F 등과 같은 투명한 도전물질로 이루어질 수 있다.
상기 금속 라인(700)은 상기 제 2 투명 도전층(600)의 하면 상에 형성된다. 상기 금속 라인(700)은 태양 전지의 맨 후면(後面)에 형성되기 때문에 상기 제 2 투명 도전층(600)의 하면 전체에 형성될 수도 있지만, 반사되는 태양광이 태양 전지의 후면을 통해 입사될 수 있도록 하기 위해서, 도시된 바와 같이, 소정의 전극 패턴을 가지도록 형성될 수 있다. 상기 금속 라인(700)이 소정의 전극 패턴을 가지도록 형성되는 경우, 금속 라인(700)은 상기 핑거 라인(400)에 중첩되도록 형성되는 것이 바람직하다.
상기의 금속 라인(700)은 제 2 투명 도전층(600) 상에 도전성 페이스트를 소정의 패턴 형태로 형성하는 프린팅 공정에 의해 일정한 간격의 소정 패턴을 가지도록 형성된 후, 전술한 다이오드 레이저를 이용한 국부적인 소성 공정에 의해 형성된다.
제 2 라인 접합층(750)은 상기 금속 라인(700) 각각과 제 2 투명 도전층(600) 사이의 계면에 형성되어 금속 라인(700)과 제 2 투명 도전층(600) 간의 접합력을 증가시킨다. 즉, 제 2 라인 접합층(750)은 레이저 다이오드를 이용한 금속 라인(700)의 소성 공정시 금속 라인(700)에서 발생되는 순간적인 고열에 의해 금속 라인(700)의 물질과 제 2 투명 도전층(600)의 물질이 상호 결합되어 형성된다. 이에 따라, 제 2 라인 접합층(750)은 금속 라인(700)의 물질과 제 2 투명 도전층(600)의 물질이 결합되어 형성됨으로써 상기 금속 라인(700)과 제 2 투명 도전층(600)의 접합력을 증가시킨다.
이와 같은, 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 태양 전지는 투명 도전층(300, 600)에 핑거 라인(400)과 금속 라인(700)의 계면에 형성되는 라인 접합층(450, 750)을 통해 핑거 라인(400)과 금속 라인(700)과 투명 도전층(300, 600)간의 접합력을 증가시킴으로써 핑거 라인(400)과 금속 라인(700)으로 수집되는 전하의 수집 효율을 증가시키고, 이를 통해 광전 변환 효율을 증가시킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 태양 전지의 개략적인 나타내는 단면도로서, 이는 제 1 반도체층(100)과 제 2 반도체층(200) 사이에 제 1 진성 반도체층(150)이 추가로 형성됨과 더불어, 제 1 반도체층(100)과 제 3 반도체층(500) 사이에 제 2 진성 반도체층(170)이 추가로 형성된 것을 제외하고, 전술한 도 2에 도시한 태양 전지와 동일하다. 따라서, 동일한 구성에 대해서는 동일한 도면 부호를 부여하였고, 동일한 구성에 대한 반복 설명은 생략하기로 한다.
상기 제 1 반도체층(100)의 표면에 고농도의 도펀트 가스를 이용하여 제 2 반도체층(200) 또는 제 3 반도체층(500)을 형성하게 되면, 상기 고농도의 도펀트 가스에 의해서 상기 제 1 반도체층(100)의 표면에 결함(Defect)이 발생할 수 있다.
따라서, 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 태양 전지에서는, 상기 제 1 반도체층(100)의 상면에 제 1 진성 반도체층(150)을 형성하고, 그 후 상기 제 1 진성 반도체층(150) 상에 제 2 반도체층(200)을 형성함으로써 상기 제 1 반도체층(100)의 상면에 결함 발생을 방지하도록 한 것이다.
또한, 상기 제 1 반도체층(100)의 하면에 제 2 진성 반도체층(170)을 형성하고, 그 후 상기 제 2 진성 반도체층(170) 상에 제 3 반도체층(500)을 형성함으로써 상기 제 1 반도체층(100)의 하면에 결함 발생을 방지하도록 한 것이다.
한편, 도 3에는 제 1 진성 반도체층(150)과 제 2 진성 반도체층(170)이 모두 형성된 모습을 도시하였지만, 제 1 진성 반도체층(150)과 제 2 진성 반도체층(170) 중에서 어느 하나의 진성 반도체층 만을 형성할 수도 있다.
도 4는 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 태양 전지의 개략적인 나타내는 단면도로서, 이는 제 2 반도체층(200) 및 제 3 반도체층(500)의 구조가 변경된 것을 제외하고 전술한 도 2에 도시한 태양 전지와 동일하다. 따라서, 동일한 구성에 대해서는 동일한 도면 부호를 부여하였고, 동일한 구성에 대한 반복 설명은 생략하기로 한다.
도 4에서 알 수 있듯이, 본 발명의 제 3 실시 예에 따르면, 상기 제 2 반도체층(200)은 상기 제 1 반도체층(100)의 상면에 형성된 제 1 저농도 도핑층(210) 및 상기 제 1 저농도 도핑층(210)의 상면에 형성된 제 1 고농도 도핑층(220)으로 이루어진다.
또한, 상기 제 3 반도체층(500)은 상기 제 1 반도체층(100)의 하면에 형성된 제 2 저농도 도핑층(510) 및 상기 제 2 저농도 도핑층(510)의 하면에 형성된 제 2 고농도 도핑층(520)으로 이루어질 수 있다.
본 명세서에서, 저농도 및 고농도는 상대적인 개념으로서, 상기 저농도 도핑층(210, 510)은 상기 고농도 도핑층(220, 520)에 비하여 상대적으로 도펀트의 농도가 작다는 것을 의미한다.
상기 제 1 저농도 도핑층(210) 및 상기 제 2 저농도 도핑층(510)은 각각 전술한 도 3에 도시한 실시예의 제 1 진성 반도체층(150) 및 제 2 진성 반도체층(170)과 동일한 역할을 한다.
즉, 상기 제 1 반도체층(100)의 상면에 제 1 저농도 도핑층(210)을 먼저 형성하고, 그 후에 상기 제 1 고농도 도핑층(220)을 형성함으로써, 상기 제 1 반도체층(100)의 상면에 결함(Defect) 발생이 방지될 수 있고, 아울러, 상기 제 1 반도체층(100)의 하면에 제 2 저농도 도핑층(510)을 먼저 형성하고, 그 후에 상기 제 2 고농도 도핑층(520)을 형성함으로써, 상기 제 1 반도체층(100)의 하면에 결함(Defect) 발생이 방지될 수 있다.
따라서, 상기 제 1 저농도 도핑층(210) 및 상기 제 2 저농도 도핑층(510)의 도펀트 농도는 상기 제 1 반도체층(100)의 표면에 결함이 발생하지 않을 정도로 조절하는 것이 바람직하다.
도 4에 도시한 태양 전지는 전술한 도 3에 도시한 태양 전지에 비하여 생산성이 우수한 장점이 있다. 즉, 전술한 도 3에 도시한 태양 전지는 제 1 진성 반도체층(150) 및 제 2 진성 반도체층(170)을 형성하기 위해서 증착 장비가 추가되고 공정이 복잡해져서 생산성이 떨어질 수 있지만, 도 4에 도시한 태양 전지는 상기 제 1 저농도 도핑층(210)과 제 1 고농도 도핑층(220)을 하나의 챔버 내에서 연속공정으로 수행할 수 있고, 아울러 상기 제 2 저농도 도핑층(510)과 제 2 고농도 도핑층(520)을 하나의 챔버 내에서 연속공정으로 수행할 수 있기 때문에 별도의 증착 장비나 공정이 추가되지 않는 장점이 있다.
한편, 도 4에는 제 2 반도체층(200)이 제 1 저농도 도핑층(210)과 제 1 고농도 도핑층(220)으로 이루어지고, 제 3 반도체층(500)이 제 2 저농도 도핑층(510)과 제 2 고농도 도핑층(520)으로 이루어진 모습을 도시하였지만, 어느 하나의 반도체층 만이 저농도 도핑층과 고농도 도핑층으로 이루어질 수도 있다.
도 5는 본 발명의 제 4 실시 예에 따른 태양 전지의 개략적인 나타내는 단면도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 제 4 실시 예에 따른 태양 전지는 제 1 반도체층(100), 제 2 반도체층(200), 제 1 투명 도전층(300), 핑거 라인(400), 제 3 반도체층(500), 및 금속층(550)을 포함하여 이루어진다. 이러한 구성을 가지는 본 발명의 제 4 실시 예는 도 2, 도 3, 또는 도 4에 도시된 태양 전지에서 금속 라인(700)이 제거되고, 제 2 투명 도전층(600) 대신에 상기 금속층(550)이 형성되는 것을 제외하고는 동일하다. 따라서, 금속층(550)을 제외한 나머지 구성들에 대해서는 동일한 도면 부호를 부여하였고, 동일한 구성에 대한 반복 설명은 생략하기로 한다.
금속층(550)은 제 3 반도체층(500)에 하면 전체에 적어도 1층 구조를 가지도록 형성된다. 이때, 금속층(550)은 Al, Cu, Ag, ITO(Indium Tin Oxide), 및 투명 도전 산화물(TCO) 중에서 선택된 하나의 물질 또는 적어도 2개의 합금 물질로 이루어질 수 있다. 이러한 금속층(550)은 상기 제 1 반도체층(100)에서 생성된 제 2 극성의 전하(예를 들어, 전자)를 수집하는 전하 수집부로써 상기 제 1 반도체층(100)에서 생성되는 전자를 수집하여 외부로 정션 박스(미도시)로 이동시키는 역할을 한다.
한편, 상기 금속층(550)은 제 3 반도체층(500)에 하면에 소정 간격을 가지는 소정의 패턴 형태로 형성될 수도 있으나, 전하의 수집 효율을 고려하여 제 3 반도체층(500)에 하면 전체에 형성되는 것이 보다 더 바람직하다.
도 6은 본 발명의 제 5 실시 예에 따른 태양 전지를 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 제 5 실시 예에 따른 태양 전지는 제 1 반도체층(100), 제 2 반도체층(200), 제 1 투명 도전층(300), 제 1 개질층(350), 핑거 라인(400), 제 3 반도체층(500), 제 2 투명 도전층(600), 제 2 개질층(650), 및 금속 라인(700)을 포함하여 이루어진다. 이러한 구성을 가지는 본 발명의 제 5 실시 예의 태양 전지에서 제 1 개질층(350), 핑거 라인(400), 제 2 개질층(650), 및 금속 라인(700)을 제외한 나머지 구성들은 전술한 도 2에 도시된 태양 전지와 동일하다. 따라서, 동일한 구성에 대해서는 동일한 도면 부호를 부여하였고, 동일한 구성에 대한 반복 설명은 생략하기로 한다.
제 1 개질층(350)은 제 2 반도체층(200)의 소정 영역마다 제 1 폭(W1)을 가지도록 형성됨으로써 제 2 반도체층(200)의 소정 영역마다 결정성을 형성한다. 이때, 제 1 개질층(350)은 CW(Continuous Wave) 또는 QCW(Quasi Continuous Wave) 타입의 레이저 다이오드에서 출력되는 레이저의 포커싱에 따라 순간적으로 발생되는 고열에 의해 형성되는 것으로, 제 1 개질층(350)의 결정성은 레이저 다이오드의 파워(Power)에 의해 조절될 수 있다. 이를 위해, 레이저 다이오드의 레이저 파장은 실리콘의 광 흡수가 많이 이루어지는 700nm ~ 800nm의 범위를 가지는 것이 바람직하다. 이러한 제 1 개질층(350)은 제 2 반도체층(200)의 소정 영역마다 비정질 실리콘의 결정성을 형성함으로써 제 2 반도체층(200)으로부터 핑거 라인(400)으로 수집되는 전하의 수집 효율을 증가시킨다. 이와 같이, 제 1 개질층(350)의 형성시 레이저 다이오드를 이용하게 되면, 일반적인 펄스 타입의 레이저를 사용하는 것에 비해 제조 설비 및 제조 단가를 저감할 수 있다.
상기 핑거 라인(400)은 제 1 개질층(350)에 중첩되도록 제 1 투명 도전층(300) 상에 형성되어 태양 전지의 전면(前面)을 구성하게 된다. 이에 따라, 태양 전지 내부로 태양광이 투과될 수 있도록 상기 핑거 라인(400)은 소정의 패턴을 가지도록 형성되되 제 1 개질층(350)의 제 1 폭(W1)보다 넓은 제 2 폭(W2)을 가지도록 형성된다. 이때, 제 1 개질층(350)의 결정성에 의해 제 1 개질층(350)을 투과하여 제 1 반도체층(100)에 입사되는 광량이 감소될 수 있기 때문에 제 1 개질층(350)의 제 1 폭(W1)은 핑거 라인(400)의 제 2 폭(W2)보다 좁게 형성되는 것이 바람직하다.
상기 핑거 라인(400)은 제 1 개질층(350)에 중첩되는 제 1 투명 도전층(300) 상에 도전성 페이스트를 제 2 폭(W2)을 가지는 소정의 패턴 형태로 형성하는 프린팅 공정에 의해 형성된 후, 소성 공정에 의해 형성될 수 있다.
한편, 상기의 핑거 라인(400)은 전술한 본 발명의 제 1 실시 예의 태양 전지에서와 같이, 제 1 개질층(350)에 중첩되는 제 1 투명 도전층(300) 상에 도전성 페이스트를 제 2 폭(W2)을 가지는 소정의 패턴 형태로 형성하는 프린팅 공정에 의해 형성된 후, 전술한 레이저 다이오드에서 방출되는 레이저를 이용한 국부적인 레이저 소성 공정에 의해 형성될 수도 있다. 이 경우, 국부적인 레이저 소성 공정에 의해 핑거 라인(400)의 하부에 형성된 제 1 개질층(350)과 제 1 투명 도전층(300) 사이에 전술한 제 1 라인 접합층(미도시)이 형성됨으로써 제 1 투명 도전층(300)과 핑거 라인(400) 간의 접합력이 증가될 수 있다.
제 2 개질층(650)은 제 3 반도체층(500)의 소정 영역마다 제 1 폭(W1)을 가지도록 형성됨으로써 제 3 반도체층(500)의 소정 영역마다 결정성을 형성한다. 이때, 제 1 개질층(650)은 전술한 다이오드 레이저를 이용한 레이저 결정화 공정에 의해 형성된다. 한편, 상기 제 2 개질층(650)은 태양 전지의 맨 후면(後面)에 형성되기 때문에 상기 제 3 반도체층(500)의 전체에 형성될 수도 있지만, 반사되는 태양광이 태양 전지의 후면을 통해 입사될 수 있도록 하기 위해서, 도 6에 도시된 바와 같이, 소정의 패턴을 가지도록 형성될 수 있다.
상기 금속 라인(700)은 제 2 개질층(650)에 중첩되도록 상기 제 2 투명 도전층(600)의 하면 상에 형성된다. 상기 금속 라인(700)은 상기 제 2 투명 도전층(600)의 하면 전체에 형성될 수도 있지만, 반사되는 태양광이 태양 전지의 후면을 통해 입사될 수 있도록 하기 위해서, 소정의 전극 패턴을 가지도록 형성될 수 있다.
일 실시 예에 따른 금속 라인(700)은 도전성 페이스트를 소정의 패턴 형태로 형성하는 프린팅 공정, 및 소성 공정에 의해 형성될 수 있다.
다른 실시 예에 따른 금속 라인(700)은 도전성 페이스트를 소정의 패턴 형태로 형성하는 프린팅 공정, 및 전술한 다이오드 레이저를 이용한 국부적인 소성 공정에 의해 형성될 수도 있다.
이와 같은, 본 발명의 제 5 실시 예에 따른 태양 전지는 제 2 및 제 3 반도체층(200, 500)의 소정 영역마다 형성된 개질층(350, 650)을 통해 핑거 라인(400)과 금속 라인(700)으로 수집되는 전하의 수집 효율을 증가시킴으로써 광전 변환 효율을 증가시킬 수 있다.
도 7은 본 발명의 제 6 실시 예에 따른 태양 전지의 개략적인 나타내는 단면도로서, 이는 제 1 반도체층(100)과 제 2 반도체층(200) 사이에 제 1 진성 반도체층(150)이 추가로 형성됨과 더불어, 제 1 반도체층(100)과 제 3 반도체층(500) 사이에 제 2 진성 반도체층(170)이 추가로 형성된 것을 제외하고, 전술한 도 6에 도시된 태양 전지와 동일하다. 따라서, 동일한 구성에 대해서는 동일한 도면 부호를 부여하였고, 동일한 구성에 대한 반복 설명은 생략하기로 한다.
상기 제 1 진성 반도체층(150)은 제 1 반도체층(100)의 상면에 형성됨으로써 전술한 바와 같이, 상기 제 1 반도체층(100)의 상면에 발생되는 결함을 방지한다.
상기 제 2 진성 반도체층(170)은 제 1 반도체층(100)의 하면에 형성됨으로써 전술한 바와 같이, 상기 제 1 반도체층(100)의 하면에 발생되는 결함을 방지한다.
한편, 도 7에서는 제 1 진성 반도체층(150)과 제 2 진성 반도체층(170)이 모두 형성된 모습을 도시하였지만, 제 1 진성 반도체층(150)과 제 2 진성 반도체층(170) 중에서 어느 하나의 진성 반도체층 만을 형성할 수도 있다.
상기 본 발명의 제 6 실시 예에 따른 태양 전지에서, 제 1 개질층(350)은 제 1 진성 반도체층(150)과 제 2 반도체층(200)의 소정 영역마다 제 1 폭(W1)을 가지도록 형성되고, 제 2 개질층(650) 역시 제 2 진성 반도체층(170)과 제 3 반도체층(500)의 소정 영역마다 제 1 폭(W1)을 가지도록 형성된다.
도 8은 본 발명의 제 7 실시 예에 따른 태양 전지의 개략적인 나타내는 단면도로서, 이는 제 2 반도체층(200) 및 제 3 반도체층(500)의 구조가 변경된 것을 제외하고 전술한 도 6에 도시한 태양 전지와 동일하다. 따라서, 동일한 구성에 대해서는 동일한 도면 부호를 부여하였고, 동일한 구성에 대한 반복 설명은 생략하기로 한다.
도 8에서 알 수 있듯이, 제 2 반도체층(200) 상기 제 1 반도체층(100)의 상면에 형성된 제 1 저농도 도핑층(210) 및 상기 제 1 저농도 도핑층(210)의 상면에 형성된 제 1 고농도 도핑층(220)으로 이루어진다.
또한, 상기 제 3 반도체층(500)은 상기 제 1 반도체층(100)의 하면에 형성된 제 2 저농도 도핑층(510) 및 상기 제 2 저농도 도핑층(510)의 하면에 형성된 제 2 고농도 도핑층(520)으로 이루어질 수 있다.
본 명세서에서, 저농도 및 고농도는 상대적인 개념으로서, 상기 제 1 저농도 도핑층(210)은 상기 제 1 고농도 도핑층(220)에 비하여 상대적으로 도펀트의 농도가 작다는 것을 의미한다.
상기 제 1 저농도 도핑층(210) 및 상기 제 2 저농도 도핑층(510)은 각각 전술한 도 3에 도시한 실시예의 제 1 진성 반도체층(150) 및 제 2 진성 반도체층(170)과 동일한 역할을 한다.
즉, 상기 제 1 반도체층(100)의 상면에 제 1 저농도 도핑층(210)을 먼저 형성하고, 그 후에 상기 제 1 고농도 도핑층(220)을 형성함으로써, 상기 제 1 반도체층(100)의 상면에 결함(Defect) 발생이 방지될 수 있고, 아울러, 상기 제 1 반도체층(100)의 하면에 제 2 저농도 도핑층(510)을 먼저 형성하고, 그 후에 상기 제 2 고농도 도핑층(520)을 형성함으로써, 상기 제 1 반도체층(100)의 하면에 결함(Defect) 발생이 방지될 수 있다.
따라서, 상기 제 1 저농도 도핑층(210) 및 상기 제 2 저농도 도핑층(510)의 도펀트 농도는 상기 제 1 반도체층(100)의 표면에 결함이 발생하지 않을 정도로 조절하는 것이 바람직하다.
한편, 도 8에서는 제 2 반도체층(200)이 제 1 저농도 도핑층(210)과 제 1 고농도 도핑층(220)으로 이루어지고, 제 3 반도체층(500)이 제 2 저농도 도핑층(510)과 제 2 고농도 도핑층(520)으로 이루어진 모습을 도시하였지만, 어느 하나의 반도체층 만이 저농도 도핑층과 고농도 도핑층으로 이루어질 수도 있다.
상기 본 발명의 제 7 실시 예에 따른 태양 전지에서, 제 1 개질층(350)은 제 1 저농도 도핑층(210)과 제 1 고농도 도핑층(220)으로 이루어진 제 2 반도체층(200)의 소정 영역마다 제 1 폭(W1)을 가지도록 형성되고, 제 2 개질층(650) 역시 제 2 저농도 도핑층(510)과 제 2 고농도 도핑층(520)으로 이루어진 제 3 반도체층(500)의 소정 영역마다 제 1 폭(W1)을 가지도록 형성된다.
도 9는 본 발명의 제 8 실시 예에 따른 태양 전지의 개략적인 나타내는 단면도이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 제 8 실시 예에 따른 태양 전지는 제 1 반도체층(100), 제 2 반도체층(200), 제 1 투명 도전층(300), 제 1 개질층(350), 핑거 라인(400), 제 3 반도체층(500), 제 2 개질층(650), 및 금속층(550)을 포함하여 이루어진다. 이러한 구성을 가지는 본 발명의 제 8 실시 예는 도 6, 도 7, 또는 도 8에 도시된 태양 전지에서 금속 라인(700)이 제거되고, 제 2 투명 도전층(600) 대신에 상기 금속층(550)이 형성되는 것을 제외하고는 동일하다. 따라서, 금속층(550)을 제외한 나머지 구성들에 대해서는 동일한 도면 부호를 부여하였고, 동일한 구성에 대한 반복 설명은 생략하기로 한다.
금속층(550)은 제 3 반도체층(500)과 제 2 개질층(650) 전체를 덮도록 적어도 1층 구조로 형성된다. 이때, 금속층(550)은 Al, Cu, Ag, ITO(Indium Tin Oxide), 및 투명 도전 산화물(TCO) 중에서 선택된 하나의 물질 또는 적어도 2개의 합금 물질로 이루어질 수 있다. 이러한 금속층(550)은 상기 제 1 반도체층(100)에서 생성된 제 2 극성의 전하(예를 들어, 전자)를 수집하는 전하 수집부로써 상기 제 1 반도체층(100)에서 생성되는 전자를 수집하여 외부로 정션 박스(미도시)로 이동시키는 역할을 한다.
한편, 상기 금속층(550)은 제 2 개질층(650) 각각에 중첩되는 소정의 패턴 형태로 형성될 수도 있으나, 전하의 수집 효율을 고려하여 제 3 반도체층(500)에 하면 전체에 형성되는 것이 보다 더 바람직하다.
도 10a 내지 도 10h는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 단계적으로 설명하기 위한 공정 단면도로서, 이는 전술한 도 2에 도시한 태양 전지의 제조 방법에 관한 것이다.
우선, 도 10a에서 알 수 있듯이, 반도체 웨이퍼로 이루어진 제 1 반도체층(100)의 상면에 제 2 반도체층(200)을 형성한다.
상기 제 1 반도체층(100)은 N형 실리콘 웨이퍼로 이루어질 수 있다.
도시하지는 않았지만, 상기 제 1 반도체층(100)의 상면 또는 하면 중 적어도 하나의 표면에 요철구조를 형성하기 위해서, 상기 제 2 반도체층(200)을 형성하는 공정 이전에 텍스쳐 가공공정을 수행할 수 있다. 상기 텍스쳐 가공공정은 반응성 이온 에칭법(Reactive Ion etching: RIE)으로 이루어질 수도 있고, 습식 에칭법으로 이루어질 수도 있다.
상기 제 2 반도체층(200)을 형성하는 공정은, 상기 제 1 반도체층(100) 상에 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)법을 이용하여 P형 반도체층, 예로서 P형 비정질 실리콘층을 형성하는 공정으로 이루어질 수 있다.
한편, 상기 제 2 반도체층(200)을 형성하는 공정 이전에, 도 3에 도시된 태양 전지와 같이, 상기 제 1 반도체층(100) 상에 제 1 진성 반도체층을 형성할 수 있다. 상기 제 1 진성 반도체층(150)은 PECVD법을 이용하여 I(Intrinsic)형 비정질 실리콘층을 형성하는 공정으로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 제 2 반도체층(200)을 형성하는 공정은, 도 4에 도시된 태양 전지와 같이, 상기 제 1 반도체층(100) 상에 제 1 저농도 도핑층(210)을 형성하고, 상기 제 1 저농도 도핑층(210) 상에 제 1 고농도 도핑층(220)을 형성하는 공정으로 이루어질 수 있다.
상기 제 1 저농도 도핑층(210)과 제 1 고농도 도핑층(220)은 하나의 챔버 내에서 연속공정으로 수행할 수 있다. 즉, 하나의 PECVD 챔버 내에서 붕소(B)와 같은 3족 원소의 도펀트 가스의 투입량을 조절하면서 P형의 상기 제 1 저농도 도핑층(210)과 P형의 제 1 고농도 도핑층(220)을 연속하여 형성할 수 있다.
다음, 도 10b에서 알 수 있듯이, 제 2 반도체층(200) 상에 제 1 투명 도전층(300)을 형성한다.
상기 제 1 투명 도전층(300)을 형성하는 공정은 스퍼터링 또는 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)법을 이용하여 ITO(Indium Tin Oxide), ZnOH, ZnO:B, ZnO:Al, SnO2, SnO2:F 등과 같은 투명한 도전 물질층을 형성하는 공정으로 이루어질 수 있다.
다음, 도 10c에서 알 수 있듯이, 프린팅 공정을 이용하여 상기 제 1 투명 도전층(300) 상에 일정한 간격의 제 1 도전성 페이스트 패턴(400a)을 형성한다. 이때, 제 1 도전성 페이스트 패턴(400a)은 은(Ag), 구리(Cu), 또는 알루미늄(Al) 등의 도전성 페이스트로 이루어질 수 있다.
다음, 도 10d에서 알 수 있듯이, 레이저 다이오드에서 방출되는 레이저(DL)를 이용한 국부적인 레이저 소성 공정을 통해 상기 제 1 투명 도전층(300) 상에 형성된 제 1 도전성 페이스트 패턴(400a)을 소성함으로써 제 1 투명 도전층(300) 상에 핑거 라인(400)을 형성한다. 이때, 상기 국부적인 레이저 소성 공정은 대략 700nm ~ 800nm 파장의 레이저(DL)를 출력하는 레이저 다이오드를 사용하여 수행된다. 이에 따라, 제 1 투명 도전층(300) 상에 형성된 제 1 도전성 페이스트 패턴(400a)은 CW(Continuous Wave) 또는 QCW(Quasi Continuous Wave) 타입의 레이저 다이오드에서 출력되는 레이저(DL)의 포커싱에 따라 순간적으로 발생되는 고열에 의해 소성된다. 이와 같이, 제 1 도전성 페이스트 패턴(400a)의 소성 공정시 레이저 다이오드를 이용하게 되면, 일반적인 펄스 타입의 레이저를 사용하는 것에 비해 제조 설비 및 제조 단가를 저감할 수 있다.
한편, 전술한 국부적인 레이저 소성 공정에 의해 상기 핑거 라인(400) 각각과 제 1 투명 도전층(300) 사이의 계면에는 제 1 라인 접합층(450)이 형성된다. 즉, 제 1 라인 접합층(450)은 레이저 다이오드를 이용한 제 1 도전성 페이스트 패턴(400a)의 소성 공정시 제 1 도전성 페이스트 패턴(400a)에서 발생되는 순간적인 고열에 의해 제 1 도전성 페이스트 패턴(400a)의 물질과 제 1 투명 도전층(300)의 물질이 상호 결합되어 형성된다. 이에 따라, 제 1 라인 접합층(450)은 제 1 도전성 페이스트 패턴(400a)의 물질과 제 1 투명 도전층(300)의 물질이 결합되어 형성됨으로써 상기 핑거 라인(400)과 제 1 투명 도전층(300)의 접합력을 증가시킨다.
다음, 도 10e에서 알 수 있듯이, 상기 제 1 반도체층(100)의 하면에 제 3 반도체층(500)을 형성한다. 상기 제 3 반도체층(500)을 형성하는 공정은 상기 제 1 반도체층(100)의 하면에 PECVD법을 이용하여 N형 반도체층, 예로서 N형 비정질 실리콘층을 형성하는 공정으로 이루어질 수 있다.
한편, 상기 제 3 반도체층(500)을 형성하는 공정 이전에, 도 3에 도시된 태양 전지와 같이, 상기 제 1 반도체층(100) 상에 제 2 진성 반도체층을 형성할 수 있다. 상기 제 2 진성 반도체층(450)은 PECVD법을 이용하여 I형 비정질 실리콘층을 형성하는 공정으로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 제 3 반도체층(500)을 형성하는 공정은, 도 4에 도시된 태양 전지와 같이, 상기 제 1 반도체층(100) 상에 제 2 저농도 도핑층(510)을 형성하고, 상기 제 2 저농도 도핑층(510) 상에 제 2 고농도 도핑층(520)을 형성하는 공정으로 이루어질 수 있다.
상기 제 2 저농도 도핑층(510)과 제 2 고농도 도핑층(520)은 하나의 챔버 내에서 연속공정으로 수행할 수 있다. 즉, 하나의 PECVD 챔버 내에서 인(P)과 같은 5족 원소의 도펀트 가스의 투입량을 조절하면서 N형의 상기 제 2 저농도 도핑층(510)과 N형의 제 2 고농도 도핑층(520)을 연속하여 형성할 수 있다.
다음, 도 10f에서 알 수 있듯이, 상기 제 3 반도체층(500)에 제 2 투명 도전층(600)을 형성한다. 상기 제 2 투명 도전층(600)을 형성하는 공정은 스퍼터링 또는 MOCVD법을 이용하여 ITO, ZnOH, ZnO:B, ZnO:Al, SnO2, SnO2:F 등과 같은 투명한 도전 물질층을 형성하는 공정으로 이루어질 수 있다.
다음, 도 10g에서 알 수 있듯이, 프린팅 공정을 이용하여 상기 제 2 투명 도전층(600)의 하면에 제 2 도전성 페이스트 패턴(700a)을 형성한다. 이때, 제 2 도전성 페이스트 패턴(700a)은 은(Ag), 구리(Cu), 또는 알루미늄(Al) 등의 도전성 페이스트로 이루어질 수 있다.
상기의 제 2 도전성 페이스트 패턴(700a)은 태양 전지의 맨 후면(後面)에 형성되기 때문에 상기 제 2 투명 도전층(600)의 전체에 형성될 수도 있지만, 반사되는 태양광이 태양 전지의 후면을 통해 입사될 수 있도록 하기 위해서, 도 8g에 도시된 바와 같이, 소정의 패턴을 가지도록 형성될 수 있다. 상기 제 2 도전성 페이스트 패턴(700a)이 소정의 전극 패턴을 가지도록 형성되는 경우, 제 2 도전성 페이스트 패턴(700a)은 상기 핑거 라인(400)에 중첩되도록 형성되는 것이 바람직하다.
다음, 도 10h에서 알 수 있듯이, 전술한 바와 같이, 레이저 다이오드에서 방출되는 레이저(DL)를 이용한 국부적인 레이저 소성 공정을 통해 상기 제 2 투명 도전층(600)에 형성된 제 2 도전성 페이스트 패턴(700a)을 소성함으로써 제 2 투명 도전층(600)에 금속 라인(700)을 형성한다.
한편, 전술한 국부적인 레이저 소성 공정에 의해 상기 금속 라인(700) 각각과 제 2 투명 도전층(600) 사이의 계면에는 제 2 라인 접합층(750)이 형성된다. 즉, 제 2 라인 접합층(750)은 레이저 다이오드를 이용한 제 2 도전성 페이스트 패턴(700a)의 소성 공정시 제 2 도전성 페이스트 패턴(700a)에서 발생되는 순간적인 고열에 의해 제 2 도전성 페이스트 패턴(700a)의 물질과 제 2 투명 도전층(600)의 물질이 상호 결합되어 형성된다. 이에 따라, 제 2 라인 접합층(750)은 제 2 도전성 페이스트 패턴(700a)의 물질과 제 2 투명 도전층(600)의 물질이 결합되어 형성됨으로써 상기 금속 라인(700)과 제 2 투명 도전층(600)의 접합력을 증가시킨다.
이와 같은, 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 방법은 프린팅 공정을 통해 투명 도전층(300, 600)에 도전성 페이스트 패턴(400a, 700a)을 형성한 후, 레이저 다이오드에서 방출되는 레이저(DL)를 이용한 국부적인 레이저 소성 공정을 통해 프린팅된 도전성 페이스트 패턴(400a, 700a)을 소성하여 핑거 라인(400)과 금속 라인(700)과 투명 도전층(300, 600)의 계면에 라인 접합층(450, 750)을 형성함으로써 라인 접합층(450, 750)을 통해 핑거 라인(400)과 제 1 투명 도전층(300)간의 접합력 및 금속 라인(700)과 제 2 투명 도전층(600)간의 접합력을 증가시켜 핑거 라인(400)과 금속 라인(700)으로 수집되는 전하의 수집 효율을 더욱 증가시키고, 이를 통해 광전 변환 효율을 더욱 증가시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 방법은 국부적인 레이저 소성 공정을 통해 핑거 라인(400)과 금속 라인(700)에 대응되는 영역만을 소성하기 때문에 비정질 실리콘으로 이루어진 제 2 및 제 3 반도체층(200, 500)의 특성에 영향을 주지 않으면서 프린팅된 핑거 라인(400)과 금속 라인(700)을 소성할 수 있으며, 핑거 라인(400)과 금속 라인(700)의 소성 공정 시간을 단축시켜 생산성을 향상시킬 수 있다.
도 11a 및 도 11b는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 단계적으로 설명하기 위한 공정 단면도이다.
먼저, 전술한 도 10a 내지 도 10e에 도시한 태양 전지의 제조 방법을 단계적으로 수행함으로써, 도 11a에서 알 수 있듯이, 반도체 웨이퍼로 이루어진 제 1 반도체층(100)의 상면에 제 2 반도체층(200), 제 1 투명 도전층(300), 제 1 라인 접합층(450), 및 핑거 라인(400)을 형성한 후, 제 1 반도체층(100)의 하면에 제 3 반도체층(500)을 형성한다.
다음, 도 11b에서 알 수 있듯이, 제 3 반도체층(500)의 하면 전체 또는 소정 영역마다 금속층(550)을 형성한다. 이때, 금속층(550)은 Al, Cu, Ag, ITO, 투명 도전 산화물(TCO) 등의 물질로 형성될 수 있다. 이러한 금속층(550)은 상기 제 1 반도체층(100)에서 생성된 전하, 예로서 전자를 수집하고 상기 수집한 전하를 외부로의 정션 박스(미도시)로 이동시키는 역할을 한다.
이와 같은, 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 방법은 제 3 반도체층(500)에 금속층(550)만을 형성하여 제 1 반도체층(100)에서 생성된 전하를 수집함으로써 공정이 단순화될 수 있다.
도 12a 내지 도 12f는 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 단계적으로 설명하기 위한 공정 단면도로서, 이는 공정 순서가 변경되는 것을 제외하고, 전술한 도 10a 내지 도 10h에 도시한 태양 전지의 제조 방법과 동일하다.
우선, 도 12a에서 알 수 있듯이, 반도체 웨이퍼로 이루어진 제 1 반도체층(100)의 상면에 제 2 반도체층(200)을 형성한 후, 상기 제 2 반도체층(200) 상에 제 1 투명 도전층(300)을 형성한다. 이때, 제 2 반도체층(200)과 제 1 투명 도전층(300) 각각의 형성 공정은 전술한 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 방법과 동일하므로 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 한다.
다음, 도 12b에서 알 수 있듯이, 상기 제 1 반도체층(100)의 하면에 제 3 반도체층(500)을 형성한 후, 상기 제 3 반도체층(500)에 제 2 투명 도전층(600)을 형성한다. 이때, 제 3 반도체층(500)과 제 2 투명 도전층(600) 각각의 형성 공정은 전술한 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 방법과 동일하므로 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 한다.
한편, 상기 제 2 투명 도전층(600) 대신에 Al, Cu, Ag, ITO, 투명 도전 산화물(TCO) 등의 물질로 이루어진 금속층(550; 도 5 참조)을 형성할 수도 있다.
다음, 도 12c에서 알 수 있듯이, 프린팅 공정을 이용하여 상기 제 1 투명 도전층(300) 상에 일정한 간격의 제 1 도전성 페이스트 패턴(400a)을 형성한다. 이때, 제 1 도전성 페이스트 패턴(400a)은 은(Ag), 구리(Cu), 또는 알루미늄(Al) 등의 도전성 페이스트로 이루어질 수 있다.
다음, 도 12d에서 알 수 있듯이, 전술한 레이저 다이오드에서 방출되는 레이저(DL)를 이용한 국부적인 레이저 소성 공정을 통해 상기 제 1 투명 도전층(300) 상에 형성된 제 1 도전성 페이스트 패턴(400a)을 소성함으로써 제 1 투명 도전층(300) 상에 핑거 라인(400)을 형성한다. 이에 따라, 전술한 국부적인 레이저 소성 공정에 의해 상기 핑거 라인(400) 각각과 제 1 투명 도전층(300) 사이의 계면에는 전술한 제 1 라인 접합층(450)이 형성된다.
다음, 도 12e에서 알 수 있듯이, 프린팅 공정을 이용하여 상기 제 2 투명 도전층(600)의 하면에 제 2 도전성 페이스트 패턴(700a)을 형성한다. 이때, 제 2 도전성 페이스트 패턴(700a)은 은(Ag), 구리(Cu), 또는 알루미늄(Al) 등의 도전성 페이스트로 이루어질 수 있다. 상기의 제 2 도전성 페이스트 패턴(700a)은 태양 전지의 맨 후면에 형성되기 때문에 상기 제 2 투명 도전층(600)의 전체에 형성될 수도 있지만, 반사되는 태양광이 태양 전지의 후면을 통해 입사될 수 있도록 하기 위해서 소정의 패턴을 가지도록 형성될 수 있다. 상기 제 2 도전성 페이스트 패턴(700a)이 소정의 전극 패턴을 가지도록 형성되는 경우, 제 2 도전성 페이스트 패턴(700a)은 상기 핑거 라인(400)에 중첩되도록 형성되는 것이 바람직하다.
다음, 도 12f에서 알 수 있듯이, 전술한 바와 같이, 레이저 다이오드에서 방출되는 레이저(DL)를 이용한 국부적인 레이저 소성 공정을 통해 상기 제 2 투명 도전층(600)에 형성된 제 2 도전성 페이스트 패턴(700a)을 소성함으로써 제 2 투명 도전층(600)에 금속 라인(700)을 형성한다.
이와 같은, 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 방법은 투명 도전층(300, 600)을 먼저 형성한 후, 프린팅 공정과 국부적인 레이저 소성 공정을 통해 핑거 라인(400)과 금속 라인(700) 및 라인 접합층(450, 750)을 형성함으로써 제 2 투명 도전층(600)의 형성시 핑거 라인(400)에 의한 공정 챔버의 오염을 최소화할 수 있다.
도 13a 내지 도 13f는 본 발명의 제 4 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 단계적으로 설명하기 위한 공정 단면도로서, 이는 전술한 도 6에 도시된 태양 전지의 제조 방법에 관한 것이다.
우선, 도 13a에서 알 수 있듯이, 반도체 웨이퍼로 이루어진 제 1 반도체층(100)의 상면에 제 2 반도체층(200)을 형성한 후, 상기 제 2 반도체층(200) 상에 제 1 투명 도전층(300)을 형성한다. 이때, 제 2 반도체층(200)과 제 1 투명 도전층(300) 각각의 형성 공정은 전술한 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 방법과 동일하므로 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 한다.
다음, 도 13b에서 알 수 있듯이, 레이저 다이오드에서 방출되는 레이저(DL)를 이용한 국부적인 레이저 결정화 공정을 통해 제 2 반도체층(200)의 소정 영역을 결정화시켜 제 1 개질층(350)을 형성한다.
상기 제 1 개질층(350)은 CW(Continuous Wave) 또는 QCW(Quasi Continuous Wave) 타입의 레이저 다이오드에서 출력되는 레이저(DL)의 포커싱에 따라 순간적으로 발생되는 고열에 의해 형성되는 것으로, 제 1 개질층(350)의 결정성은 레이저 다이오드의 파워(Power)에 의해 조절될 수 있다. 이를 위해, 레이저 다이오드의 레이저 파장은 실리콘의 광 흡수가 많이 이루어지는 700nm ~ 800nm의 범위를 가지는 것이 바람직하다. 이러한 제 1 개질층(350)은 제 2 반도체층(200)의 소정 영역마다 비정질 실리콘의 결정성을 형성함으로써 제 2 반도체층(200)으로부터 핑거 라인(400)으로 수집되는 전하의 수집 효율을 증가시킨다. 이와 같이, 제 1 개질층(350)의 형성시 레이저 다이오드를 이용하게 되면, 일반적인 펄스 타입의 레이저를 사용하는 것에 비해 제조 설비 및 제조 단가를 저감할 수 있다.
다음, 도 13c에서 알 수 있듯이, 프린팅 공정을 이용하여 제 1 개질층(350)에 중첩되는 제 1 투명 도전층(300) 상에 일정한 간격의 제 1 도전성 페이스트 패턴을 형성한 후, 소성 공정을 통해 제 1 도전성 페이스트 패턴을 소성하여 핑거 라인(400)을 형성한다. 이때, 제 1 도전성 페이스트 패턴은 은(Ag), 구리(Cu), 또는 알루미늄(Al) 등의 도전성 페이스트로 이루어질 수 있으며, 그 폭(W2)은 제 1 개질층(350)의 폭(W1)보다 넓게 형성되는 것이 바람직하다.
다음, 도 13d에서 알 수 있듯이, 상기 제 1 반도체층(100)의 하면에 제 3 반도체층(500)을 형성한 후, 상기 제 3 반도체층(500)에 제 2 투명 도전층(600)을 형성한다. 이러한 제 3 반도체층(500)과 제 2 투명 도전층(600) 각각의 형성 공정은 전술한 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 방법과 동일하므로 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 한다.
다음, 도 13e에서 알 수 있듯이, 전술한 제 1 개질층(350)의 형성 공정과 동일하게, 레이저 다이오드에서 방출되는 레이저(DL)를 이용한 국부적인 레이저 결정화 공정을 통해 제 3 반도체층(500)의 소정 영역을 결정화시켜 제 2 개질층(650)을 형성한다. 다만, 제 2 개질층(650)은 태양 전지의 맨 후면에 형성되기 때문에 상기 제 3 반도체층(500)의 전체에 형성될 수도 있지만, 반사되는 태양광이 태양 전지의 후면을 통해 입사될 수 있도록 하기 위해서 소정의 패턴을 가지도록 형성될 수 있다. 상기 제 2 개질층(650)이 소정의 패턴을 가지도록 형성되는 경우, 제 2 개질층(650)은 상기 핑거 라인(400)에 중첩되도록 형성되는 것이 바람직하다.
다음, 도 13f에서 알 수 있듯이, 프린팅 공정을 이용하여 제 2 개질층(650)에 중첩되는 제 2 투명 도전층(600) 상에 일정한 간격의 제 2 도전성 페이스트 패턴을 형성한 후, 소성 공정을 통해 제 2 도전성 페이스트 패턴을 소성하여 금속 라인(700)을 형성한다. 이때, 제 2 도전성 페이스트 패턴은 은(Ag), 구리(Cu), 또는 알루미늄(Al) 등의 도전성 페이스트로 이루어질 수 있으며, 그 폭(W2)은 제 2 개질층(650)의 폭(W1)보다 넓게 형성되는 것이 바람직하다.
상기 금속 라인(700)은 상기 제 2 투명 도전층(600)의 하면 전체에 형성될 수도 있지만, 반사되는 태양광이 태양 전지의 후면을 통해 입사될 수 있도록 하기 위해서, 소정의 전극 패턴을 가지도록 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 금속 라인(700)은 상기 핑거 라인(400)에 중첩되도록 형성되는 것이 바람직하다.
한편, 전술한 본 발명의 제 4 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 방법에서, 핑거 라인(400)은 도 10c 및 도 10d에 도시된 태양 전지의 제조 방법과 동일하게 프린팅 공정과 국부적인 레이저 소성 공정에 의해 형성될 수도 있다. 이와 마찬가지로, 금속 라인(700) 역시 도 10g 및 도 10h에 도시된 태양 전지의 제조 방법과 동일하게 프린팅 공정과 국부적인 레이저 소성 공정에 의해 형성될 수도 있다. 이 경우, 국부적인 레이저 소성 공정에 의해 핑거 라인(400)과 금속 라인(700)의 하부에 형성된 개질층(350, 650)과 투명 도전층(300, 600) 사이에 전술한 라인 접합층(미도시)이 형성됨으로써 제 1 투명 도전층(300)과 핑거 라인(400)간의 접합력 및 제 2 투명 도전층(600)과 금속 라인(700)간의 접합력은 더욱 증가될 수 있다.
이와 같은, 본 발명의 제 4 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 방법은 레이저 다이오드의 레이저(DL)를 이용해 제 2 및 제 3 반도체층(200, 500)의 소정 영역마다 개질층(350, 650)을 형성함으로써 개질층(350, 650)을 통해 핑거 라인(400)과 금속 라인(700)으로 수집되는 전하의 수집 효율을 증가시키고, 이를 통해 광전 변환 효율을 증가시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 방법은 프린팅 공정을 통해 투명 도전층(300, 600)에 핑거 라인(400)과 금속 라인(700)을 형성한 후, 국부적인 레이저 소성 공정을 통해 프린팅된 핑거 라인(400)과 금속 라인(700)을 소성하여 제 1 투명 도전층(300)과 핑거 라인(400)간의 접합력 및 제 2 투명 도전층(600)과 금속 라인(700)간의 접합력을 증가시킴으로써 핑거 라인(400)과 금속 라인(700)으로 수집되는 전하의 수집 효율을 더욱 증가시키고, 이를 통해 광전 변환 효율을 더욱 증가시킬 수 있다.
도 14a 내지 도 14e는 본 발명의 제 5 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 단계적으로 설명하기 위한 공정 단면도로서, 이는 공정 순서가 변경되는 것을 제외하고, 전술한 도 13a 내지 도 13f에 도시된 태양 전지의 제조 방법과 동일하다.
우선, 도 14a에서 알 수 있듯이, 반도체 웨이퍼로 이루어진 제 1 반도체층(100)의 상면에 제 2 반도체층(200)을 형성한 후, 상기 제 2 반도체층(200) 상에 제 1 투명 도전층(300)을 형성한다. 이때, 제 2 반도체층(200)과 제 1 투명 도전층(300) 각각의 형성 공정은 전술한 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 방법과 동일하므로 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 한다.
다음, 도 14b에서 알 수 있듯이, 상기 제 1 반도체층(100)의 하면에 제 3 반도체층(500)을 형성한 후, 상기 제 3 반도체층(500)에 제 2 투명 도전층(600)을 형성한다. 이때, 제 3 반도체층(500)과 제 2 투명 도전층(600) 각각의 형성 공정은 전술한 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 방법과 동일하므로 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 한다.
다음, 도 14c에서 알 수 있듯이, 레이저 다이오드에서 방출되는 레이저(DL)를 이용한 국부적인 레이저 결정화 공정을 통해 제 2 반도체층(200)의 소정 영역을 결정화시켜 제 1 개질층(350)을 형성한 후, 제 3 반도체층(500)의 소정 영역을 결정화시켜 제 2 개질층(650)을 형성한다. 이때, 제 1 및 제 2 개질층(350, 650)은 하나의 레이저 다이오드 또는 복수의 레이저 다이오드에서 방출되는 레이저에 의해 동시에 형성될 수 있다.
다음, 도 14d에서 알 수 있듯이, 프린팅 공정을 이용하여 제 1 개질층(350)에 중첩되는 제 1 투명 도전층(300) 상에 일정한 간격의 제 1 도전성 페이스트 패턴을 형성한 후, 소성 공정을 통해 제 1 도전성 페이스트 패턴을 소성하여 핑거 라인(400)을 형성한다. 이때, 제 1 도전성 페이스트 패턴은 은(Ag), 구리(Cu), 또는 알루미늄(Al) 등의 도전성 페이스트로 이루어질 수 있으며, 그 폭(W2)은 제 1 개질층(350)의 폭(W1)보다 넓게 형성되는 것이 바람직하다.
다음, 도 14e에서 알 수 있듯이, 프린팅 공정을 이용하여 제 2 개질층(650)에 중첩되는 제 2 투명 도전층(600) 상에 일정한 간격의 제 2 도전성 페이스트 패턴을 형성한 후, 소성 공정을 통해 제 2 도전성 페이스트 패턴을 소성하여 금속 라인(700)을 형성한다. 이때, 제 2 도전성 페이스트 패턴은 은(Ag), 구리(Cu), 또는 알루미늄(Al) 등의 도전성 페이스트로 이루어질 수 있으며, 그 폭(W2)은 제 2 개질층(650)의 폭(W1)보다 넓게 형성되는 것이 바람직하다.
상기 금속 라인(700)은 상기 제 2 투명 도전층(600)의 하면 전체에 형성될 수도 있지만, 반사되는 태양광이 태양 전지의 후면을 통해 입사될 수 있도록 하기 위해서, 소정의 전극 패턴을 가지도록 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 금속 라인(700)은 상기 핑거 라인(400)에 중첩되도록 형성되는 것이 바람직하다.
한편, 전술한 본 발명의 제 5 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 방법에서, 핑거 라인(400)은 도 10c 및 도 10d에 도시된 태양 전지의 제조 방법과 동일하게 프린팅 공정과 국부적인 레이저 소성 공정에 의해 형성될 수도 있다. 이와 마찬가지로, 금속 라인(700) 역시 도 10g 및 도 10h에 도시된 태양 전지의 제조 방법과 동일하게 프린팅 공정과 국부적인 레이저 소성 공정에 의해 형성될 수도 있다. 이 경우, 국부적인 레이저 소성 공정에 의해 핑거 라인(400)과 금속 라인(700)의 하부에 형성된 개질층(350, 650)과 투명 도전층(300, 600) 사이에 전술한 라인 접합층(미도시)이 형성됨으로써 제 1 투명 도전층(300)과 핑거 라인(400) 간의 접합력 및 제 2 투명 도전층(600)과 금속 라인(700) 간의 접합력은 더욱 증가될 수 있다.
이와 같은, 본 발명의 제 5 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 방법은 투명 도전층(300, 600)을 먼저 형성한 후, 프린팅 공정과 국부적인 레이저 소성 공정을 통해 핑거 라인(400)과 금속 라인(700)을 형성함으로써 제 2 투명 도전층(600)의 형성시 핑거 라인(400)에 의한 공정 챔버의 오염을 최소화할 수 있다.
도 15a 및 도 15c는 본 발명의 제 6 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 단계적으로 설명하기 위한 공정 단면도이다.
먼저, 전술한 도 13a 내지 도 13c에 도시한 태양 전지의 제조 방법을 단계적으로 수행함으로써 반도체 웨이퍼로 이루어진 제 1 반도체층(100)의 상면에 제 2 반도체층(200), 제 1 투명 도전층(300), 제 1 개질층(350), 및 핑거 라인(400)을 형성한다.
다음, 도 15a에서 알 수 있듯이, 제 1 반도체층(100)의 하면에 제 3 반도체층(500)을 형성한다. 이때, 제 3 반도체층(500)의 형성 공정은 전술한 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 방법과 동일하므로 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 한다.
다음, 도 15b에서 알 수 있듯이, 상기 제 1 개질층(350)의 형성 공정과 동일하게, 레이저 다이오드에서 방출되는 레이저(DL)를 이용한 국부적인 레이저 결정화 공정을 통해 제 3 반도체층(500)의 소정 영역을 결정화시켜 제 2 개질층(650)을 형성한다. 다만, 제 2 개질층(650)은 태양 전지의 맨 후면에 형성되기 때문에 상기 제 3 반도체층(500)의 전체에 형성될 수도 있지만, 반사되는 태양광이 태양 전지의 후면을 통해 입사될 수 있도록 하기 위해서 소정의 패턴을 가지도록 형성될 수 있다. 상기 제 2 개질층(650)이 소정의 패턴을 가지도록 형성되는 경우, 제 2 개질층(650)은 상기 핑거 라인(400)에 중첩되도록 형성되는 것이 바람직하다.
다음, 도 15c에서 알 수 있듯이, 제 3 반도체층(500)과 제 2 개질층(650) 전체를 덮도록 적어도 1층 구조의 금속층(550)을 형성한다. 이때, 금속층(550)은 Al, Cu, Ag, ITO(Indium Tin Oxide), 및 투명 도전 산화물(TCO) 중에서 선택된 하나의 물질 또는 적어도 2개의 합금 물질로 이루어질 수 있다. 이러한 금속층(550)은 상기 제 1 반도체층(100)에서 생성된 제 2 극성의 전하(예를 들어, 전자)를 수집하는 전하 수집부로써 상기 제 1 반도체층(100)에서 생성되는 전자를 수집하여 외부로 정션 박스(미도시)로 이동시키는 역할을 한다.
도 16a 및 도 16d는 본 발명의 제 7 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 단계적으로 설명하기 위한 공정 단면도이다.
우선, 도 16a에서 알 수 있듯이, 반도체 웨이퍼로 이루어진 제 1 반도체층(100)의 상면에 제 2 반도체층(200)을 형성한 후, 상기 제 2 반도체층(200) 상에 제 1 투명 도전층(300)을 형성한다. 이때, 제 2 반도체층(200)과 제 1 투명 도전층(300) 각각의 형성 공정은 전술한 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 방법과 동일하므로 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 한다.
이어서, 상기 제 1 반도체층(100)의 하면에 제 3 반도체층(500)을 형성한다. 이때, 제 3 반도체층(500)의 형성 공정은 전술한 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 방법과 동일하므로 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 한다.
다음, 도 16b에서 알 수 있듯이, 레이저 다이오드에서 방출되는 레이저(DL)를 이용한 국부적인 레이저 결정화 공정을 통해 제 2 반도체층(200)의 소정 영역을 결정화시켜 제 1 개질층(350)을 형성한 후, 제 3 반도체층(500)의 소정 영역을 결정화시켜 제 2 개질층(650)을 형성한다. 이때, 제 1 및 제 2 개질층(350, 650)은 하나의 레이저 다이오드 또는 복수의 레이저 다이오드에서 방출되는 레이저에 의해 동시에 형성될 수 있다.
다음, 도 16c에서 알 수 있듯이, 프린팅 공정을 이용하여 제 1 개질층(350)에 중첩되는 제 1 투명 도전층(300) 상에 일정한 간격의 제 1 도전성 페이스트 패턴을 형성한 후, 소성 공정을 통해 제 1 도전성 페이스트 패턴을 소성하여 핑거 라인(400)을 형성한다. 이때, 제 1 도전성 페이스트 패턴은 은(Ag), 구리(Cu), 또는 알루미늄(Al) 등의 도전성 페이스트로 이루어질 수 있으며, 그 폭(W2)은 제 1 개질층(350)의 폭(W1)보다 넓게 형성되는 것이 바람직하다.
다음, 도 16d에서 알 수 있듯이, 제 3 반도체층(500)과 제 2 개질층(650) 전체를 덮도록 적어도 1층 구조의 금속층(550)을 형성한다. 이때, 금속층(550)은 Al, Cu, Ag, ITO(Indium Tin Oxide), 및 투명 도전 산화물(TCO) 중에서 선택된 하나의 물질 또는 적어도 2개의 합금 물질로 이루어질 수 있다. 이러한 금속층(550)은 상기 제 1 반도체층(100)에서 생성된 제 2 극성의 전하(예를 들어, 전자)를 수집하는 전하 수집부로써 상기 제 1 반도체층(100)에서 생성되는 전자를 수집하여 외부로 정션 박스(미도시)로 이동시키는 역할을 한다.
도 17은 본 발명의 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 17을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 장치는 기판(W), 기판 지지 수단(1100), 및 레이저 조사 수단(1200)을 포함하여 구성된다.
일 실시 예에 따른 기판(W)에는 도 10c 또는 도 12c에 도시된 제 1 도전성 페이스트 패턴(400a)이 형성되어 있거나, 도 10g 또는 도 12e에 도시된 제 2 도전성 페이스 패턴(400b)이 형성되어 있다.
다른 실시 예에 따른 기판(W)에는 도 13a, 도 14a, 도 15a, 또는 도 16a에 도시된 제 2 반도체층(200)이 형성되어 있거나, 도 13d, 도 14b, 도 15a, 또는 도 16a에 도시된 제 3 반도체층(500)이 형성되어 있다.
기판 지지 수단(1100)은 전술한 적어도 하나의 기판(W)을 지지한다. 이러한 기판 지지 수단(1100)은 레이저 공정을 위한 공정 챔버(미도시) 내부에 설치된 스테이지(미도시)에 XYZ 축 방향으로 이동 가능하게 지지된다.
한편, 기판 지지 수단(1100)은 인-라인(In-Line) 형태의 이송 수단(미도시)에 지지되어 이송 수단의 구동에 따라 일정한 방향으로 이송될 수 있다.
레이저 조사 수단(1200)은 기판(W)에 레이저(DL)를 국부적으로 조사하여 전술한 라인 접합층 또는 개질층을 형성한다. 이를 위해, 레이저 조사 수단(1200)은 레이저 다이오드 모듈(1210), 레이저 전송 부재(1220), 및 광학계(1230)를 포함하여 구성된다.
레이저 다이오드 모듈(1210)은 적어도 하나의 레이저 다이오드(미도시)를 포함하도록 구성되어 레이저 다이오드의 구동에 따라 레이저를 생성한다.
레이저 전송 부재(1220)는 레이저 다이오드 모듈(1210)의 레이저 다이오드로부터 방출되는 레이저를 광학계(1230)로 전송한다. 이를 위해, 레이저 전송 부재(1220)는 광 섬유(Optical Fiber)로 이루어질 수 있다.
광학계(1230)는 레이저 전송 부재(1220)로부터 전송되는 레이저 빔의 크기를 조절하여 기판(W)에 국부적으로 조사함으로써 전술한 라인 접합층 또는 개질층을 형성한다.
본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 제 1 반도체층 150: 제 1 진성 반도체층
170: 제 2 진성 반도체층 200: 제 2 반도체층
210: 제 1 저농도 도핑층 220: 제 1 고농도 도핑층
300: 제 1 투명 도전층 350: 제 1 개질층
400: 핑거 라인 450: 제 1 라인 접합층
500: 제 3 반도체층 510: 제 2 저농도 도핑층
520: 제 2 고농도 도핑층 550: 금속층
600: 제 2 투명 도전층 650: 제 2 개질층
700: 금속 라인
170: 제 2 진성 반도체층 200: 제 2 반도체층
210: 제 1 저농도 도핑층 220: 제 1 고농도 도핑층
300: 제 1 투명 도전층 350: 제 1 개질층
400: 핑거 라인 450: 제 1 라인 접합층
500: 제 3 반도체층 510: 제 2 저농도 도핑층
520: 제 2 고농도 도핑층 550: 금속층
600: 제 2 투명 도전층 650: 제 2 개질층
700: 금속 라인
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- 제 1 반도체층;
상기 제 1 반도체층의 일면에 형성된 제 2 반도체층;
상기 제 2 반도체층에 형성된 제 1 투명 도전층;
상기 제 2 반도체층의 소정 영역에 형성된 제 1 개질층;
상기 제 1 개질층에 중첩되도록 상기 제 1 투명 도전층에 형성되어 제 1 극성의 전하를 수집하는 핑거 라인;
상기 제 1 반도체층의 타면에 형성된 제 3 반도체층; 및
상기 제 3 반도체층에 형성되어 상기 제 1 반도체층에서 생성되는 제 2 극성의 전하를 수집하는 전하 수집부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 태양 전지. - 제 5 항에 있어서,
상기 제 1 개질층은 상기 제 2 반도체층의 결정화에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 태양 전지. - 제 5 항에 있어서,
상기 핑거 라인의 폭은 상기 제 1 개질층보다 넓은 것을 특징으로 하는 태양 전지. - 제 5 항에 있어서,
상기 제 3 반도체층의 소정 영역에 형성된 제 2 개질층을 더 포함하여 구성되고,
상기 제 2 개질층은 상기 제 3 반도체층의 결정화에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 태양 전지. - 제 5 항에 있어서,
상기 전하 수집부는,
상기 제 3 반도체층에 형성된 제 2 투명 도전층; 및
상기 제 2 투명 도전층에 형성되어 상기 제 2 극성의 전하를 수집하는 금속 라인을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 태양 전지. - 제 9 항에 있어서,
상기 제 1 투명 도전층과 상기 핑거 라인의 계면에 형성된 제 1 라인 접합층; 및
상기 제 2 투명 도전층과 상기 금속 라인의 계면에 형성된 제 2 라인 접합층을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 태양 전지. - 제 5 항에 있어서,
상기 전하 수집부는 상기 제 3 반도체층에 형성되어 상기 제 2 극성의 전하를 수집하는 적어도 1층 구조의 금속층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 태양 전지. - 삭제
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- 제 1 반도체층의 일면에 제 2 반도체층을 형성하는 공정;
상기 제 2 반도체층 상에 제 1 투명 도전층을 형성하는 공정;
국부적인 레이저 공정을 통해 상기 제 2 반도체층의 소정 영역에 레이저를 조사하여 제 1 개질층을 형성하는 공정;
상기 제 1 반도체층에서 생성되는 제 1 극성의 전하를 수집하기 위한 핑거 라인을 상기 제 1 개질층에 중첩되는 상기 제 1 투명 도전층 상에 형성하는 공정;
상기 제 1 반도체층의 타면에 제 3 반도체층을 형성하는 공정; 및
상기 제 1 반도체층에서 생성되는 제 2 극성의 전하를 수집하는 전하 수집부를 상기 제 3 반도체층에 형성하는 공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법. - 제 21 항에 있어서,
상기 핑거 라인의 폭은 상기 제 1 개질층보다 넓은 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법. - 제 21 항에 있어서,
상기 핑거 라인을 상기 제 1 개질층에 중첩되는 상기 제 1 투명 도전층 상에 형성하는 공정은,
프린팅 공정을 이용해 상기 제 1 개질층에 중첩되는 상기 제 1 투명 도전층 상에 소정 패턴의 제 1 도전성 페이스트 패턴을 형성하는 공정; 및
상기 제 1 도전성 페이스트 패턴에 레이저를 조사하는 국부적인 레이저 공정을 통해 상기 제 1 도전성 페이스트 패턴을 소성하는 공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법. - 제 23 항에 있어서,
상기 핑거 라인은 상기 레이저에 의해 상기 제 1 투명 도전층과 상기 제 1 도전성 페이스트 패턴의 계면에 형성되는 제 1 라인 접합층에 의해 상기 제 1 투명 도전층과 접합되는 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법. - 제 21 항에 있어서,
국부적인 레이저 공정을 통해 상기 제 3 반도체층의 소정 영역에 레이저를 조사하여 제 2 개질층을 형성하는 공정을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법. - 제 25 항에 있어서,
상기 전하 수집부를 상기 제 3 반도체층에 형성하는 공정은,
상기 제 3 반도체층에 제 2 투명 도전층을 형성하는 공정; 및
상기 제 2 극성의 전하를 수집하는 금속 라인을 상기 제 2 개질층에 중첩되는 상기 제 2 투명 도전층에 형성하는 공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법. - 제 26 항에 있어서,
상기 금속 라인을 상기 제 2 개질층에 중첩되는 상기 제 2 투명 도전층에 형성하는 공정은,
프린팅 공정을 이용해 상기 제 2 개질층에 중첩되는 상기 제 2 투명 도전층에 소정 패턴의 제 2 도전성 페이스트 패턴을 형성하는 공정; 및
상기 제 2 도전성 페이스트 패턴에 레이저를 조사하는 국부적인 레이저 공정을 통해 상기 제 2 도전성 페이스트 패턴을 소성하는 공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법. - 제 25 항에 있어서,
상기 전하 수집부를 상기 제 3 반도체층에 형성하는 공정은,
상기 제 2 극성의 전하를 수집하는 적어도 1층 구조의 금속층을 상기 제 3 반도체층과 상기 제 2 개질층에 형성하는 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법. - 삭제
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