KR101833936B1 - 태양 전지 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 태양 전지의 제조 방법에 관한 것이다. 태양 전지의 제조 방법의 한 예는 제1 도전성 타입을 갖는 기판의 제1 면에 제1 도전성 타입과 다른 제2 도전성 타입을 갖는 불순물 이온을 주입하여 불순물부를 형성하는 단계, 상기 불순물부 위에, 본체, 상기 본체에 형성된 개구부 및 상기 개구부 주변의 본체에 위치하고 전압을 인가받는 전극을 구비한 마스크를 위치시키는 단계, 상기 제2 도전성 타입을 갖는 상기 불순물 이온을 상기 마스크 위에 주입하여, 상기 본체의 하부에 위치한 상기 불순물부의 부분에 제1 불순물 부분을 형성하고, 상기 개구부를 통해 드러난 상기 불순물부의 부분에 상기 제1 불순물 부분보다 높은 불순물 주입 농도를 갖는 제2 불순물 부분을 형성하는 단계, 상기 제1 및 제2 불순물 부분을 구비한 기판을 열처리하여, 상기 제1 불순물 부분을 제1 에미터 부분으로 형성하여 상기 제2 불순물 부분을 상기 제1 에미터 부분보다 작은 면저항값을 갖는 제2 에미터 부분으로 형성하는 단계, 그리고 상기 기판의 상기 제1 면에 위치하고 상기 제2 에미터 부분과 연결되는 제1 전극과 상기 기판의 상기 제1 면의 반대편에 위치하고 상기 기판의 제2 면에 위치하고 상기 기판과 연결되는 제2 전극을 형성하는 단계를 포함한다.

Description

태양 전지 및 그 제조 방법{SOLAR CELL AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 태양 전지 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예측되면서 이들을 대체할 대체 에너지에 대한 관심이 높아지고, 이에 따라 태양 에너지로부터 전기 에너지를 생산하는 태양 전지가 주목 받고 있다.
일반적인 태양 전지는 p형과 n형처럼 서로 다른 도전성 타입(conductive type)에 의해 p-n 접합을 형성하는 반도체부, 그리고 서로 다른 도전성 타입의 반도체부에 각각 연결된 전극을 구비한다.
이러한 태양 전지에 빛이 입사되면 반도체에서 복수의 전자-정공 쌍이 생성되고, 생성된 전자-정공 쌍은 광기전력 효과(photovoltaic effect)에 의해 전하인 전자와 정공으로 각각 분리되어, 전자는 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 전지의 제조 방법은 제1 도전성 타입을 갖는 기판의 제1 면에 제1 도전성 타입과 다른 제2 도전성 타입을 갖는 불순물 이온을 주입하여 불순물부를 형성하는 단계, 상기 불순물부 위에, 본체, 상기 본체에 형성된 개구부 및 상기 개구부 주변의 본체에 위치하고 전압을 인가받는 전극을 구비한 마스크를 위치시키는 단계, 상기 제2 도전성 타입을 갖는 상기 불순물 이온을 상기 마스크 위에 주입하여, 상기 본체의 하부에 위치한 상기 불순물부의 부분에 제1 불순물 부분을 형성하고, 상기 개구부를 통해 드러난 상기 불순물부의 부분에 상기 제1 불순물 부분보다 높은 불순물 주입 농도를 갖는 제2 불순물 부분을 형성하는 단계, 상기 제1 및 제2 불순물부를 구비한 기판을 열처리하여, 상기 제1 불순물 부분을 제1 에미터 부분으로 형성하여 상기 제2 불순물 부분을 상기 제1 에미터 부분보다 작은 면저항값을 갖는 제2 에미터 부분으로 형성하는 단계, 그리고 상기 기판의 상기 제1 면에 위치하고 상기 제2 에미터 부분과 연결되는 제1 전극과 상기 기판의 상기 제1 면의 반대편에 위치하고 상기 기판의 제2 면에 위치하고 상기 기판과 연결되는 제2 전극을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 전극에 인가되는 전압은 0.1keV 내지 50keV일 수 있다.
상기 제2 에미터 부분의 폭은 상기 개구부의 폭보다 작은 것이 좋다.
상기 제2 에미터 부분의 상기 폭은 150㎛ 내지 250㎛일 수 있다.
상기 개구부의 상기 폭은 600㎛ 내지 650㎛일 수 있다.
상기 제1 불순물 부분은 상기 개구부를 통해 드러난 상기 불순물부에 추가로 위치할 수 있다.
상기 불순물 이온은 10keV 내지 30keV의 가속 에너지를 가질 수 있다.
상기 전극은 100㎛ 내지 700㎛의 폭을 가질 수 있다.
상기 전극은 은(Ag), 구리(Cu), 또는 알루미늄(Al)으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따른 태양 전지는 제1 도전성 타입을 갖는 기판, 상기 기판의 제1 면 쪽에 위치하고, 상기 제1 도전성 타입과 다른 제2 도전성 타입을 갖고 면저항값이 서로 상이한 제1 에미터 부분과 제2 에미터 부분을 구비한 에미터부, 상기 기판의 상기 제1 면 위에 위치하고, 제2 에미터 부분과 연결되어 있는 제1 전극, 그리고 상기 기판의 상기 제1 면의 반대편에 위치한 상기 기판의 제2 면 위에 위치하고, 상기 기판과 연결되어 있는 제2 전극을 포함하고, 상기 제2 에미터 부분의 폭은 150㎛ 내지 250㎛이다.
상기 제2 에미터 부분의 폭 대 상기 제1 전극의 폭의 비율은 1:0.2 내지 1:1인 것이 좋다.
상기 특징에 따른 태양 전지는 상기 제1 전극과 교차하는 방향으로 뻗어 있고, 상기 제1 전극과 연결되어 있는 제1 버스바를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 버스바는 상기 제1 에미터 부분과 상기 제2 에미터 부분에 연결될 수 있다.
상기 제1 버스바에서, 상기 제1 전극과 교차하는 상기 제1 버스바의 부분은 상기 제2 에미터 부분과 연결되어 있고, 상기 제1 전극과 교차하지 않는 상기 제1 버스바의 나머지 부분은 상기 제1 에미터 부분과 연결될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따른 이용 주입 장치용 마스크는 본체, 상기 본체에 형성된 개구부, 그리고 상기 개구부 주변의 상기 본체 위에 위치하는 전극을 포함한다.
상기 본체는 탄소 재질로 이루어져 있는 것이 좋다.
상기 전극은 100㎛ 내지 700㎛의 폭을 가질 수 있다.
상기 전극은 은(Ag), 구리(Cu) 또는 알루미늄(Al)으로 이루어질 수 있다.
이러한 특징에 따르면, 선택적 에미터 구조를 형성할 때, 마스크에 형성된 전극에 의한 전기장의 영향으로 제2 에미터 부분을 위한 불순물 이온의 주입 폭이 개구부의 폭 보다 감소하므로, 제1 전극이 위치하지 않는 제2 에미터 부분의 면적이 감소하여, 제2 에미터 부분의 불순물로 인한 전하 손실량이 감소한다. 이로 인해, 이로 인해, 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 단면도이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따라 기판에 형성된 제1 에미터 부분과 제2 에미터 부분을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4a 내지 도 4h는 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 순차적으로 나타낸 도면이다.
도 5 및 도 6은 각각 본 발명의 한 실시예에 따른 선택적 에미터 구조를 형성하기 위한 이온 주입 장치에 사용되는 마스크를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7는 본 발명의 한 실시예에 따른 이온 주입 장치에 사용되는 마스크를 이용할 경우 마스크를 통해 불순물부 내에 주입되는 이온의 방향을 개략적으로 도시한 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 전지 및 그 제어 방법에 대하여 설명한다.
먼저, 도 1 및 도 2를 참고로 하여, 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1 및 도 2를 참고로 하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지(11)는 기판(110), 빛이 입사되는 기판(110)의 면인 입사면[이하, '전면(front surface)(제1 면)'라 함]에 위치한 에미터부(emitter part)(121), 에미터부(121) 위에 위치하는 반사 방지부(130), 기판(110)의 전면에 위치하고 에미터부(121)와 연결된 전면 전극부(140), 입사면의 반대쪽 면인 기판(110)의 면[이하, '후면(back surface)(제2 면)'라 함]에 위치하는 전계부(surface field region)(172), 그리고 기판(110)의 후면에 위치하고 전계부(172) 및 기판(110)과 연결된 후면 전극부(150)를 구비한다.
기판(110)은 제1 도전성 타입, 예를 들어 p형 도전성 타입의 실리콘(silicon)과 같은 반도체로 이루어진 반도체 기판이다. 이때, 반도체는 다결정 실리콘 또는 단결정 실리콘과 같은 결정질 반도체이다.
기판(110)이 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 붕소(B), 갈륨, 인듐 등과 같은 3가 원소의 불순물이 기판(110)에 도핑(doping)된다. 하지만, 이와는 달리, 기판(110)은 n형 도전성 타입일 수 있고, 실리콘 이외의 다른 반도체 물질로 이루어질 수도 있다. 기판(110)이 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 기판(110)은 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물이 기판(110)에 도핑된다.
이러한 기판(110)의 전면은 텍스처링(texturing)되어 복수의 돌출부와 복수의 오목부를 갖는 요철면인 텍스처링 표면(textured surface)을 가질 수 있다. 이 경우, 텍스처링 표면에 의해, 기판(110)의 표면적이 증가하여 빛의 입사 면적이 증가하고 기판(110)에 의해 반사되는 빛의 양이 감소하므로, 기판(110)으로 입사되는 빛의 양이 증가한다.
에미터부(121)는 기판(110)의 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입, 예를 들어, n형의 도전성 타입을 갖는 불순물부로서, 기판(110)의 전면에 위치한다. 이로 인해, 에미터부(121)는 기판(110), 즉, 기판(110)의 제1 도전성 타입 부분과 p-n 접합을 이룬다.
이러한 에미터부(121)는 서로 다른 불순물 도핑 두께를 갖는 제1 에미터 부분(1211)과 제2 에미터 부분(1212)을 구비하고 있다.
본 실시예에서, 제1 에미터 부분(1211)의 불순물 도핑 두께는 제2 에미터 부분(1212)의 불순물 도핑 두께보다 작고, 이로 인해, 제1 에미터 부분(1211)의 불순물 도핑 농도 역시 제2 에미터 부분(1212)의 불순물 도핑 농도보다 작다.
이처럼, 제1 및 제2 에미터 부분(1211, 1212)의 불순물 도핑 두께가 서로 상이하므로, 기판(110)의 후면에서부터 제1 에미터 부분(1211)과 상기 기판(110)과의 p-n 접합면(제1 접합면)까지의 거리(또는 두께)(d1)와 기판(110)의 후면에서부터 제2 에미터 부분(1212)과 기판(110)과의 p-n 접합면(제2 접합면)까지의 거리(또는 두께)(d2)는 서로 상이하다. 즉, 도 1 및 도 2에 도시한 것처럼, 기판(110)의 후면에서부터 제1 접합면까지의 제1 최단 거리(d1)는 기판(110)의 후면에서부터 제2 접합면까지의 제2 최단 거리(d2)보다 길다.
이로 인해, 기판(110) 내에서 제1 접합면과 제2 접합면은 서로 다른 평행선 상에 위치한다. 이때 평행선은 기판(110)의 전면이나 후면에 평행한 선이다. 기판(110)이 텍스처링 표면을 가질 때, 텍스처링 표면의 각 돌출부의 높이 차이로 인한 오차 범위 내에 존재하는 서로 다른 거리는 동일한 값으로 간주한다.
또한, 제1 및 제2 에미터 부분(1211, 1212)의 불순물 도핑 두께 차이로 인해, 제1 및 제2 에미터 부분(1211, 1212)의 면저항값(sheet resistance) 역시 서로 상이하다. 일반적으로 면저항값은 불순물 도핑 두께에 반비례하므로, 불순물 도핑 두께가 얇은 제1 에미터 부분(1211)의 면저항값이 제2 에미터 부분(1212)의 면저항값보다 크다.
본 예에서, 제1 에미터 부분(1211)의 면저항값은 60Ω/sq. 내지 120Ω/sq. 이고, 제2 에미터 부분(1212)의 면저항값은 10Ω/sq. 내지 50Ω/sq. 일 수 있다.
이와 같이, 본 예에 따른 에미터부(121)는 서로 다른 면저항값을 갖는 제1 및 제2 에미터 부분(1211, 1212)을 구비하고 있으므로 선택적 에미터 구조(selective emitter structure)를 갖는다.
기판(110)의 전면에 불순물을 도핑하여 선택적 에미터 구조를 갖는 에미터부(121)를 형성할 때, 본 예의 태양 전지(11)는 마스크(mask)를 이용하는 이온 주입법(ion implantation)을 사용하여, 제1 및 제2 에미터 부분(1211, 1212)을 구비한 에미터부(121)를 형성한다.
기판(110)과 에미터부(121) 간에 형성된 p-n 접합에 인한 내부 전위차(built-in potential difference)에 의해, 기판(110)에 입사된 빛에 의해 생성된 전하인 전자-정공 쌍 중 은 전자는 n형 쪽으로 이동하고 정공은 p형 쪽으로 이동한다. 따라서, 기판(110)이 p형이고 에미터부(121)가 n형일 경우, 전자는 에미터부(121)쪽으로 이동하고 정공은 기판(110)의 후면 쪽으로 이동한다.
에미터부(121)는 기판(110)과 p-n접합을 형성하므로, 이와 달리, 기판(110)이 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 에미터부(121)는 p형의 도전성 타입을 가진다. 이 경우, 전자는 기판(110)의 후면 쪽으로 이동하고 정공은 에미터부(121) 쪽으로 이동한다.
에미터부(121)가 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 에미터부(121)에는 5가 원소의 불순물이 도핑될 수 있고, 반대로 에미터부(121)가 p형의 도전성 타입을 가질 경우 에미터부(121)에는 3가 원소의 불순물이 도핑될 수 있다.
에미터부(121) 위에 위치한 반사 방지부(130)는 수소화된 실리콘 질화물(SiNx:H), 수소화된 산화물(SiOx:H), 또는 수소화된 실리콘 산화 질화막(SiOxNy:H) 등으로 이루어진다.
반사 방지부(130)는 태양 전지(11)로 입사되는 빛의 반사도를 줄이고 특정한 파장 영역의 선택성을 증가시켜, 태양 전지(11)의 효율을 높인다. 또한 반사 방지부(130)를 형성할 때 주입된 수소(H) 등을 통해 반사 방지부(130)는 패시베이션 기능을 수행한다. 따라서 결함에 의해 기판(110)의 표면에서 손실되는 전하의 양이 감소하므로, 태양 전지(11)의 효율은 더욱더 향상된다.
본 실시예에서, 반사 방지부(130)은 단일막 구조를 갖지만 이중막과 같은 다층막 구조를 가질 수 있고, 필요에 따라 생략될 수 있다.
전면 전극부(140)는 복수의 전면 전극(복수의 제1 전극)(141)과 복수의 전면 전극(141)과 연결되어 있는 복수의 전면 버스바(복수의 제1 버스바)(142)를 구비한다.
복수의 전면 전극(141)은 에미터부(121)의 제2 에미터 부분(1212)과 전기적 및 물리적으로 연결되어 있고, 서로 이격되어 정해진 방향으로 나란히 뻗어있다. 따라서, 도 1에 도시한 것처럼, 복수의 전면 전극(141)은 가로 또는 세로 방향으로 뻗어 있는 스트라이프(stripe) 형상을 갖고 있다.
복수의 전면 버스바(142)는 복수의 전면 전극(141)과 교차하는 방향으로 나란하게 뻗어 있고, 이로 인해, 도 1에 도시한 것처럼, 복수의 전면 버스바(142)는 세로 또는 가로 방향으로 뻗어 있는 스트라이프 형상을 갖고 있다.
따라서, 전면 전극부(140)는 기판(110)의 전면에 격자 형태로 위치한다.
각 전면 전극(141) 전체가 제2 에미터 부분(1212)과 전기적 및 물리적으로 연결되어 있으므로, 복수의 전면 전극(141)과 교차하는 부분을 제외한 각 전면 버스바(142) 부분은 에미터부(121)의 제1 에미터 부분(1211)과 전기적 및 물리적으로 연결되어 있다. 따라서, 복수의 전면 전극(141)과 교차하는 각 전면 버스바(142)의 나머지 부분은 에미터부(121)의 제2 에미터 부분(1212)과 연결되어 있다.
이로 인해, 각 전면 전극(141) 하부 전체에는 제2 에미터 부분(1212)만이 위치하여 제2 에미터 부분(1212)과 연결되어 있고, 각 전면 버스바(142) 하부에는 제1 에미터 부분(1211)과 제2 에미터 부분(1212)이 함께 위치하여 제1 에미터 부분(1211) 및 제2 에미터 부분(1212)과 연결되어 있다.
이로 인해, 본 예에서, 기판(110)에 형성되고 제1 에미터 부분(1211)과 제2 에미터 부분(1212)를 구비한 에미터부(121)는 도 3에 도시한 것과 같다.
즉, 도 3에 도시한 것처럼, 복수의 제2 에미터 부분(1212)은, 복수의 전면 전극(141)처럼, 정해진 방향[즉, 전면 전극(141)의 연장 방향)](예, X 방향)으로 끊김 없이 뻗어 있어 있는 스트라이프 형상을 갖고 있고 전면 전극(141)의 연장 방향과 교차하는 방향(예, Y 방향)으로 이격되어 있고, 에미터부(121)의 나머지 부분은 제1 에미터 부분(1211)이 된다.
이로 인해, 하나의 전면 전극(141)에 대응하는 하나의 제2 에미터 부분(1212)은 해당 전면 전극(141) 하부에서 전면 전극(141)을 따라 길게 뻗어 있으므로, 제2 에미터 부분(1212)의 개수는 전면 전극(141)의 개수와 동일하며, 각 제2 에미터 부분(1212)의 형상은 각 전면 전극(141)의 형상과 동일한 스트라이프 형상을 갖고 있지만, 각 제2 에미터 부분(1212)의 폭(W11)은 그 위에 위치한 각 전면 전극(141)의 폭(W21)보다 크거나 같다.
따라서, 각 제2 에미터 부분(1212)의 폭(W11) 대 각 전면 전극(141)의 폭(W21)의 비율은 약 1:0.2 내지 1:1일 수 있다. 한 예로서, 각 제2 에미터 부분(1212)의 폭(W11)은 약 150㎛ 내지 250㎛일 수 있고, 각 전면 전극(141)의 폭(W21)은 약 60㎛ 내지 120㎛일 수 있다. 또한 각 전면 전극(141)의 길이는 약 140㎜ 내지 160㎜일 수 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.
복수의 전면 전극(141)은 에미터부(121) 쪽으로 이동한 전하, 예를 들면, 전자를 수집하고, 복수의 전면 버스바(142)는 접촉된 에미터부(121)의 제1 에미터 부분(1211)으로부터 이동하는 전하뿐만 아니라 복수의 전면 전극(141)에 의해 수집되어 이동하는 전하를 수집한다.
각 전면 버스바(142)는 교차하는 복수의 전면 전극(141)에 의해 수집된 전하를 모아서 원하는 방향으로 이동시켜야 하므로, 각 전면 버스바(142)의 폭은 각 전면 전극(141)의 폭보다 크다.
예를 들어, 각 전면 전극(141)의 폭은 약 60㎛ 내지 120㎛이고, 각 전면 버스바(142)의 폭은 약 1㎜ 내지 2㎜일 수 있다.
복수의 전면 버스바(142)는 외부 장치와 연결되어 수집된 전하(예, 전자)를 외부 장치로 출력된다.
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.
이처럼, 에미터부(121)가 제1 및 제2 에미터 부분(1211, 1212)을 구비한 선택적 에미터 구조를 갖고 있으므로, 전면 전극(141)으로의 전하 이동이 주로 행해지는 제1 에미터 부분(1211)은 낮은 불순물 도핑 농도를 갖고, 전면 전극(141)과 접해 있는 제2 에미터 부분(1212)은 높은 불순물 농도를 갖고 있다.
따라서, 전면 전극(141)으로의 전하 이동이 행해지는 제1 에미터 부분(1211)의 낮은 불순물 도핑 농도로 인해, 제1 에미터 부분(1211)에서 인접한 전면 전극(141)으로 전하[캐리어(carrier)(예, 전자)]의 이동이 행해질 때 불순물로 인한 전하의 손실량이 크게 감소한다. 또한, 불순물의 도핑 농도가 증가할수록 전도도가 증가하므로, 전면 전극(141)과 접해 있는 제2 에미터 부분(1212)의 전도도는 전하의 이동이 행해지는 제1 에미터 부분(1211)의 전도도보다 증가한다. 이로 인해, 전면 전극(141)과 제2 에미터 부분(1212)과의 접촉 저항이 감소하므로, 제2 에미터 부분(1212)에서 전면 전극(141)으로 이동하는 전하의 양이 증가한다. 이로 인해, 선택적 에미터 구조를 갖는 태양 전지(11)의 효율은 크게 향상된다.
이미 설명한 것처럼, 본 예에 따른 각 제2 에미터 부분(1212)의 폭(W11)은 종래의 각 에미터 부분(1212)의 폭(예, 약 600㎛ 내지 약 650㎛)보다 훨씬 작은 약 150㎛ 내지 250㎛이다. 이로 인해, 각 제2 에미터 부분(1212)의 표면 위에 각 전면 전극(141)이 위치하는 비율이 종래에 비해 크게 증가하고, 이로 인해, 각 제2 에미터 부분(1212)의 표면 위에 각 전면 전극(141)이 위치하지 않은 부분이 종래에 비해 크게 감소하게 된다.
이미 설명한 것처럼, 에미터부(121)에 함유된 불순물은 전하(예, 전자)의 이동을 방해하거나 전하를 손실시켜, 전하의 이동에 악영항을 미치게 된다. 이로 인해, 불순물로 인한 전하의 손실을 방지하기 위해, 에미터부(121)에서 상대적으로 고농도의 불순물 도핑 농도를 갖는 제2 에미터 부분(1212)은 가능하면 전면 전극(141)과 접합되는 부분에만 위치하는 것이다.
따라서, 본 예의 경우, 각 제2 에미터 부분(1212)의 폭(W11)이 종래보다 크게 감소하므로, 고농도의 불순물 도핑 영역인 제2 에미터 부분(1212)으로 인한 전하의 손실량은 크게 줄어들어, 에미터부(121)에서 전면 전극부(140)로 이동하는 전하의 양은 증가한다.
본 예에서, 제2 에미터 부분(1212)의 폭(W11)이 약 150㎛ 이상일 경우, 제2 에미터 부분(1212) 위에 각 전면 전극(141)이 좀더 용이하게 안정적으로 위치하며, 제2 에미터 부분(1212)의 폭(W11)이 약 250㎛ 이하일 경우, 전면 전극(141)이 위치하지 않는 제2 에미터 부분(1212)의 표면 면적을 감소시켜 고농도의 불순물 도핑 영역인 제2 에미터 부분(1212)에 의한 전하의 손실이 좀더 줄어든다.
도 1에서, 기판(110)에 위치하는 전면 전극(141)과 전면 버스바(142)의 개수는 한 예에 불과하고, 경우에 따라 변경 가능하다.
전계부(172)는 기판(110)과 동일한 도전성 타입의 불순물이 기판(110)보다 고농도로 도핑된 영역, 예를 들면, p+ 영역이다.
이러한 기판(110)의 제1 도전성 영역과 전계부(172)간의 불순물 농도 차이로 인해 전위 장벽이 형성되고, 이로 인해, 정공의 이동 방향인 전계부(172) 쪽으로 전자 이동을 방해하는 반면, 전계부(172) 쪽으로의 정공 이동을 용이하게 한다. 따라서, 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 후면 전극(제2 전극)(151)과 후면 전극(151)과 연결되어 있는 복수의 후면 버스바(복수의 제2 버스바)(152)를 구비한다.
후면 전극(151)은 기판(110)의 후면에 위치한 전계부(172)와 접촉하고 있다. 후면 전극(151)은 후면 버스바(152)가 위치한 부분을 제외한 기판(110)의 후면 전체에 위치하지만, 대안적인 예에서, 후면 버스바(152)가 위치한 부분 이외에 기판(110)의 후면 가장 자리 부분을 제외한 실질적으로 기판(110)의 후면 전체에 위치할 수 있다.
후면 전극(151)은 알루미늄(Al)과 같은 도전성 물질을 함유하고 있다.
이러한 후면 전극(151)은 전계부(172)쪽으로부터 이동하는 전하, 예를 들어 정공을 수집한다.
이때, 후면 전극(151)이 기판(110)보다 높은 불순물 도핑 농도를 갖는 전계부(172)와 접촉하고 있으므로, 전계부(172)의 전도도 증가로 인해, 기판(110), 즉 전계부(172)와 후면 전극(151) 간의 접촉 저항이 감소하여 기판(110)으로부터 후면 전극(151)으로의 전하 전송 효율이 향상된다.
복수의 후면 버스바(152)는 후면 전극(151)이 위치하지 않는 기판(110)의 후면 위에 위치하며 인접한 후면 전극(151)과 연결되어 있다.
또한, 복수의 후면 버스바(152)는 기판(110)을 중심으로 복수의 전면 버스바(142)와 대응되게 마주본다.
복수의 후면 버스바(152)는 복수의 전면 버스바(142)와 유사하게, 후면 전극(151)으로부터 전달되는 전하를 수집한다.
복수의 후면 버스바(152) 역시 외부 장치와 연결되어, 복수의 후면 버스바(152)에 의해 수집된 전하(예, 정공)는 외부 장치로 출력된다.
이러한 복수의 후면 버스바(152)는 후면 전극(151)보다 양호한 전도도를 갖는 물질로 이루어질 수 있고, 예를 들어, 은(Ag)과 같은 적어도 하나의 도전성 물질을 함유한다.
대안적인 예에서, 후면 전극(151)은 기판(110)의 후면 전체에 위치할 수 있고, 이 경우, 복수의 후면 버스바(152)는 기판(110)을 중심으로 복수의 전면 버스바(142)와 대응되게 마주보며 후면 전극(151) 위에 위치한다. 이때, 경우에 따라 후면 전극(151)은 후면의 가장 자리 부분을 제외한 실질적인 후면 전체 면에 위치할 수 있다.
이와 같은 구조를 갖는 본 실시예에 따른 태양 전지(11)의 동작은 다음과 같다.
태양 전지(11)로 빛이 조사되어 반사 방지부(130)를 통해 기판(110)으로 입사되면 빛 에너지에 의해 반도체부에서 전자와 전공이 발생한다. 이때, 반사 방지부(130)에 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 에미터부(121)와 p형의 도전성 타입을 갖는 기판(110) 쪽으로 각각 이동한다. 이처럼, 에미터부(121) 쪽으로 이동한 전자는 복수의 전면 전극(141)과 복수의 전면 버스바(142)에 의해 수집되어 복수의 전면 버스바(142)를 따라 이동하고, 기판(110) 쪽으로 이동한 정공은 인접한 후면 전극(151)와 복수의 후면 버스바(152)에 의해 수집되어 복수의 후면 버스바(152)를 따라 이동한다. 이러한 전면 버스바(142)와 후면 버스바(152)를 도선으로 연결하면 전류가 흐르게 되고, 이를 외부에서 전력으로 이용하게 된다.
이때, 에미터부(121)가 선택적 에미터 구조를 갖는 에미터부(121)에 의해, 전하의 손실량은 감소하여, 전면 전극(141)로 이동하는 전하의 양은 증가하여, 태양 전지(11)의 효율은 크게 향상된다.
다음, 도 4a 내지 도 4h를 참고로 하여 본 실시예에 따른 태양 전지(11)의 제조 방법을 설명한다.
먼저, 도 4a 및 도 4b에 도시한 것처럼, p형과 같은 제1 도전성 타입을 갖는 단결정 실리콘과 같은 결정질 반도체로 이루어진 기판(110)의 한 면(예, 전면) 에 이온 주입 장치를 사용하여 기판(110)의 제1 도전성 타입(예, p형)과 반대인 제2 도전성 타입(예, n형)을 갖는 양(+)의 이온(ion)을 주입하여, 기판(110)의 전면 쪽에 불순물부(120)를 형성한다. 이때, 불순물부(120)는 기판(110)의 전면 전체에 형성되거나 또는 기판(110)의 전면 전체에서 가장 자리 부분을 제외한 기판(110)의 전면에 형성될 수 있다.
그런 다음, 다시 도 4c 및 도 4d에 도시한 것처럼, 기판(110)의 전면 쪽에 형성된 불순물부(120) 위에 마스크(mask)(200)를 위치시킨 후, 이온 주입 장치를 이용하여 마스크(200)를 통해 노출된 불순물부(120) 부분에 제2 도전성 타입(예, n형)을 갖는 양(+)의 이온(ion)을 다시 주입한다. 그런 다음, 기판(110)의 전면에서 마스크(200)를 제거한다. 이때, 마스크(200)는 이온 주입 장치에 부착되어 있어, 이온 주입 장치의 제어에 의해 기판(110) 위에 위치하거나 기판(110) 위에서 제거될 수 있다.
이로 인해, 마스크(200)를 통해 노출된 불순물부(120)는 제2 불순물 부분(1202)이 되고 나머지 불순물부(120)는 제1 불순물 부분(1201)이 된다.
제2 불순물 부분(1202)은 두 번의 이온 주입 공정이 행해진 부분이고, 제1 불순물 부분(1201)은 불순물부(120)와 동일하게 한번의 이온 주입 공정이 행해진 부분이므로, 제1 불순물 부분(1201)의 특성(즉, 이온 주입 깊이와 이온 주입 농도)은 불순물부(120)와 동일하고, 제2 불순물 부분(1202)은 제1 불순물 부분(1201)보다 큰 이온 주입 깊이와 이온 주입 농도를 갖고 있다.
이때, 사용되는 마스크(200)는, 도 4c 및 도 5에 도시한 것처럼, 탄소(C) 재질[예, 흑연(graphite)]로 이루어진 본체(201), 복수의 개구부(202) 및 각 개구부(202) 주위 위에 위치하고 도전성 물질로 이루어진 전극(203)을 구비한다. 이때, 전극(203)은 약 0.1kV 내지 50kV의 전압을 인가 받을 수 있다.
각 개구부(202)의 형성 위치와 형상은 제1 및 제2 에미터 부분을 구비한 선택적 에미터 구조 중에서 불순물의 도핑 농도가 높은 에미터 부분, 예를 들어, 제2 에미터 부분의 형성 위치와 형상에 대응한다.
이때, 각 개구부(202)의 폭(W3)은 약 600㎛ 내지 약 650㎛일 수 있고, 각 개구부(202)의 길이(L1)은 약 40㎜ 내지 60㎜일 수 있다.
또한, 마스크(200)에 형성된 전극(203)은 각 개구부(202)와 접해 있는 본체(201) 위에 정해진 폭(W4)으로 형성된다. 이때, 본 예에서, 전극(203)은 각 개구부(202)의 상부 측면에 인접하게 위치한 제1 부분(3a), 각 개구부(202)의 하부 측면에 인접하게 위치한 제2 부분(3b) 그리고 각 개구부(202)의 좌측면과 우측면에 인접하게 각 위치한 제3 부분(3c)을 구비하고 있고, 각 개구부(202) 주변에 위치한 제1 내지 제3 부분(3a-3c)은 서로 연결되어 있어, 각 개구부(202)를 에워싸고 있는 고리 형상을 갖고 있다.
또한, 인접한 두 개구부(202)를 에워싸고 있는 전극(203)은 각 개구부(202)의 제1 부분(3a)이 인접한 개구부(202) 쪽으로 연장되어 서로 연결되어 있다. 이로 인해, 마스크(200)에 형성된 제1 부분(3a)은 각 개구부(202)의 상부 측면에 인접하게 마스크(200)의 상부 측면 또는 하부 측면에 나란한 방향(예, X 방향)으로 길게 뻗어 있다. 따라서, 마스크(200)의 제1 부분(3a)은 상부 가장자리부 전체에 형성될 수 있다. 이로 인해, 복수의 개구부(202) 주변에 형성된 전극(203)은 제1 부분(3a)에 의해 서로 연결되어 있고, 빗살(comb) 형상을 갖고 있다.
이때, 전극(203)의 제2 부분(3b) 및 제3 부분(3c)은 동일한 폭(W4)을 갖는다.
또한, 도 5에 도시한 것처럼, 제1 부분(3a)의 양 단부(3a1)를 통해 전압을 인가 받을 수 있다. 이때, 양 단부(3a1)인 전압 인가부(3a1)는 제1 부분(3a)의 연장 방향과 같은 방향으로 연장되어 마스크(200)의 끝단까지 형성될 수 있고, 이 단부(3a1)의 폭(W5)은 전극(203)의 다른 부분의 폭보다 넓을 수 있다. 이로 인해, 전극(203)에 인가되는 전압이 좀더 용이하게 안정적으로 인가된다.
도 6에 도시한 것처럼, 전압 인가부(3a1)는 마스크(200)의 좌측과 우측 가장 자리부분에서, 제2 부분(3b)까지 Y 방향으로 길게 연장될 수 있다. 따라서, 전극(203)에 인가되는 전압은 마스크(200)의 좌측 가장자리부와 우측 가장자리부에 형성된 전압 인가부(3a1)를 통해 안정하게 인가 받을 수 있다.
일반적으로 이온 주입 장치는 플라즈마 발생기, 이 플라즈마 발생기에 연결된 이온 가속 및 출력부, 마스크(200), 그리고 이들과 연결된 제어부를 구비하고 있다.
따라서, 원하는 도전상 타입에 해당하는 소스 가스(source gas)가 플라즈마 발생기로 입력되어 양 이온이 발생하면, 이 양이온은 이온 가속 및 출력부로 인가되어 해당하는 가속 에너지, 예를 들어, 약 10keV 내지 30keV로 기판(110)쪽으로 출력된다. 이때, 제어부의 동작에 따라 마스크(200)의 위치가 제어된다. 이러한 동작에 의해 이온 주입 장치로부터 기판(110) 쪽으로 양(+)의 이온이 출력되면, 전극(203)에 인가되는 전압의 크기는 이러한 가속 에너지를 갖고 기판(110) 쪽으로 인가되는 양의 이온을 전극(203)에서 발생하는 전기장의 척력을 이용하여 이온의 경로를 변경한다.
따라서 전극(203)에 인가되는 전압의 크기가 약 0.1kV 이상일 경우, 이온의 경로는 원하는 방향으로 안정적으로 변경되고, 전극(203)에 인가되는 전압의 크기가 약 50kV 이하일 경우, 원하는 위치로 이온의 경로를 적절히 조절하여 각 개구부(202) 내의 원하는 위치에 이온 주입이 안정적으로 행해진다.
이러한 마스크(200)에 전극(203)을 형성하는 방법의 한 예는 다음과 같다.
먼저, 미리 정해진 패턴을 이용하여, 탄소 재질로 이루어진 본체(201)에 복수의 개구부(202)가 형성된다. 이때, 개구부(202)의 개수, 형성 위치, 간격, 선폭 및 길이 등은 복수의 전면 전극(141)의 개수, 형성 위치, 간격, 선 폭 및 길이 등을 기초하여 정해진다.
그런 다음, 본체(201)의 한 면 일부 위에 실리콘 산화막 등을 적층하여 복수의 개구부(202) 주변의 일부를 노출하는 증착 방지막을 형성한다.
그런 다음, 증착 방지막이 형성된 본체(201) 위에 스퍼터링법(sputtering)이나 이-빔 증착법(electron-beam evaporation) 등을 이용하여 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al)과 같은 도전성 물질을 노출된 본체(201) 위에 적층한다.
따라서, 각 개구부(202)의 주변 위에 원하는 패턴을 갖는 전극(203)이 형성된다. 개구부(202) 주변에 형성되는 전극(203)의 폭(W4)은 인접한 전면 전극(141)의 간격[즉, 인접한 두 전면 전극(141) 사이의 간격]에 따라 정해질 수 있고, 예를 들어, 약 100㎛ 내지 700㎛일 수 있다.
전극(203)의 폭(W4)이 약 100㎛ 이상일 경우, 전극(203)이 좀더 용이하고 안정적으로 형성되며, 전극(203)의 폭(W4)이 약 700㎛ 이하일 경우, 전극(203)은 인접한 개구부(202) 주변에 형성된 전극(203)간의 접촉 없이 용이하고 안정적으로 형성된다.
전압 인가부(3a1)를 통해 0.1keV 내지 50keV의 크기를 갖는 양(+)의 전압이 전극(203)에 인가되면, 전극(203)의 주변에는 양(+)의 전기장이 발생하게 된다.
이와 같이, 기판(110)의 위에 위치한 마스크(200)의 전극(203)에 정해진 크기의 양(+)의 전압이 인가된 상태에서, 제2 도전성 타입을 갖는 양(+)의 이온[예, 붕소(B)나 인(P)의 이온인 B+ 또는 P+]이 기판(110)의 전면 쪽[즉, 불순물부(120) 쪽]으로 출력되어 불순물부(120)의 일부를 제2 불순물 부분(1202)으로 형성하게 된다.
이미 설명한 것처럼, 전극(203)은 양(+)의 전압을 인가 받으므로, 도 7에 같이, 전극(203) 주위에는 양(+)의 전기장이 발생한다. 이러한 상태에서, 이온 주입 동작에 의해 양(+)의 불순물 이온이 기판(110)으로 주입될 때, 전극(203) 주변에 형성된 양(+)의 전기장과 양(+)의 불순물 이온 간의 반발력(척력)에 의해 불순물 이온은 전극(203)에 발생하는 전기장의 영향이 미치지 않는 개구부(202)의 가운데 부분으로 경로를 변경하여 불순물부(120) 속에 주입된다.
이로 인해, 개구부(202)에 의해 노출된 불순물부(120)의 부분 중에서도, 전극(203)의 주변 부분, 즉 전극(203)에서 발생하는 전기장 범위 하부에 위치한 불순물부(120)의 부분은 그렇지 않은 불순물부(120)의 부분보다 낮은 불순물 주입 농도와 주입 깊이를 갖게 된다.
이로 인해, 제1 불순물 부분(1201)은 마스크(200)의 본체(201) 하부에 위치한 불순물부(120)의 부분뿐만 아니라 개구부(202) 내에 위치한 불순물부(120)의 부분 중에서 전극(203)과 인접한 곳에 위치한 불순물부(120)의 일부에도 위치하고, 제2 불순물 부분(1202)은 개구부(202) 내에 위치한 불순물부(120)의 부분 중에서 개구부(202)의 가운데 부분에 위치한 불순물부(120)의 부분에 위치한다. 이때, 제2 불순물 부분(1202)의 폭은 약 50㎜ 내지 110㎜일 수 있다.
이로 인해, 각 개구부(202)를 통해 노출된 불순물부(120) 부분에는 제1 불순물 부분(1201)과 제2 불순물 부분(1202)이 모두 존재하게 된다.
따라서, 도 7에 도시한 것처럼, 개구부(202)를 통해 노출된 불순물부(120)의 불순물 주입 농도는 개구부(202)의 가운데 부분에 위치한 제2 불순물 부분(1202)이 가장 높고, 제2 불순물 부분(1202) 주변에 위치한 제1 불순물 부분(1201)은 제2 불순물 부분(1202)보다 낮다.
이온 주입법을 이용하여 불순물의 주입 농도와 주입 깊이가 서로 상이한 제1 및 제2 불순물 부분(1201, 1202)을 형성하기 전에, 반응성 이온 식각법(reaction ion etching, RIE) 등과 같은 건식 식각법이나 습식 식각법을 이용하여 평탄면인 기판(110)의 전면에 복수의 돌출부와 복수의 오목부를 갖는 텍스처링 표면을 형성할 수 있다.
본 예에서, n형의 도전성 타입을 갖는 불순물 이온을 생성하기 위해 플라즈마 발생기에 인가되는 된 소스 가스는 PH3 가스일 수 있고, p형의 도전성 타입을 갖는 불순물 이온을 생성하기 위해 플라즈마 발생기에 인가되는 소스 가스는 BF3 가스일 수 있다.
이미 기술한 것처럼, 각 개구부(202)의 길이(L)는 각 전면 전극의 길이보다 짧은 약 40㎜ 내지 60㎜이므로, 마스크(200) 하부에 위치한 기판(110))을 직선 방향(예, Y 방향)으로 전방 또는 후방으로 이동시키면서 이온 주입 동작을 실시한다. 이로 인해, 복수의 개구부(202)를 통해 형성된 각 제2 불순물 부분(1202)의 길이는 대략 각 전면 전극의 길이와 대응되는 길이를 갖게 된다. 하지만, 개구부(202)의 길이(즉, 장축 길이)를 변경하여 기판(110)의 추가 이동 없이 한번의 이온 주입 동작으로 원하는 길이를 갖는 제2 불순물 부분(1202)을 형성할 수 있다.
그런 다음, 도 4e에 도시한 것처럼, 질소(N2) 분위기에서 기판(110)을 열처리하여, 기판(110) 내에 형성된 제1 및 제2 불순물 부분(1201, 1202)을 활성화시켜 서로 다른 불순물 도핑 농도, 도핑 깊이 및 면저항값을 갖는 제1 및 제2 에미터 부분(1211, 1212)을 구비한 에미터부(121)를 형성한다. 이때 제1 불순물 부분(1201)은 제1 에미터 부분(1211)이 되고, 제2 불순물 부분(1202)은 제2 에미터 부분(1212)이 된다.
즉, 열처리로 인한 활성화 공정에 의해, 제1 및 제2 불순물 부분(1201, 1202)에 침입형 상태(interstitial sate)로 기판(110) 속에 주입된 양의 불순물 이온이 치환형 상태(substitutional state)로 바뀌어 실리콘과 불순물 이온의 재배열이 이루어져, 제1 및 제2 불순물 부분(1201, 1202)은 p형 또는 n형의 에미터부로 기능하게 된다.
이때, 열처리 공정으로 인해, 제1 및 제2 불순물 부분(1201, 1202)에 함유된 불순물 이온이 좀더 기판(110) 속으로 확산되므로 활성화된 불순물부인 에미터부(121)의 제1 및 제2 에미터 부분(1211, 1212)의 두께(즉, 깊이), 즉 불순물 도핑 두께, 폭 및 길이는 제1 및 제2 불순물 부분(1201, 1202)보다 각각 증가한다.
이때, 제1 및 제2 불순물 부분(1201, 1202)를 활성화하기 위한 열처리 온도는 약 800℃ 내지 1100℃일 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 불순물 부분(1201, 1202)이 n형[예, 인(P)]일 때 약 800℃ 내지 1100℃이고, 제1 및 제2 불순물 부분(1201, 1202)이 p형[예, 붕소(B))일 때 약 900℃ 내지 1100℃일 수 있다.
제1 및 제2 불순물 부분(1201, 1202)을 활성화하기 위한 열처리 공정 중에, 실리콘(Si)의 재결정화 온도에서 실리콘(Si)의 재결정화가 행해질 수 있다. 따라서, 실리콘 재결정화가 발생할 경우, 불순물 이온이 기판(110)으로 주입될 때, 기판(110) 표면에서의 이온 충돌에 의해 기판(110)의 정상적인 실리콘 결합 등이 손상되어 발생하는 손상부의 손상된 실리콘 격자는 안정한 실리콘 격자로 재정렬되어 손상된 실리콘 격자가 치유된다.
이로 인해, 각 개구부(202)는 각 제2 에미터 부분(1212)의 형성 위치에 대응되게 형성된다.
이와 같이, 제1 및 제2 에미터 부분(1211, 1212)를 구비한 에미터부(121)가 완성된 후, 도 4f에 도시한 것처럼, 플라즈마 화학 기상 증착법(plasma enhanced chemical vapor deposition, PECVD) 등을 이용하여 기판(110)의 전면에 형성된 에미터부(121) 위에 반사 방지부(130)를 형성한다. 이때, 반사 방지부(130)는 수소화된 실리콘 질화물이나 수소화된 실리콘 산화물 등으로 이루어질 수 있다.
다음, 도 4g에 도시한 것처럼, 스크린 인쇄법을 이용하여, 반사 방지부(130)의 해당 부분에 은(Ag)을 포함한 페이스트를 인쇄한 후 건조시켜, 전면전극부 패턴(40)을 형성한다.
이때, 전면전극부 패턴(40)은 전면전극 패턴(41)과 전면 버스바 패턴(42)을 구비하고 있다.
다음, 도 4h에 도시한 것처럼, 기판(110)의 후면에 알루미늄(Al)을 함유하는 페이스트(paste)를 스크린 인쇄법으로 인쇄한 후 건조시켜 기판(110)의 후면에 부분적으로 또는 선택적으로 위치하는 후면 전극 패턴(51)을 형성하고, 후면 전극 패턴(51)이 위치하지 않은 기판(110)의 후면에 은(Ag)을 함유하는 페이스트를 스크린 인쇄법으로 인쇄한 후 건조시켜 기판(110)의 후면 위에 후면 버스바 패턴(52)을 형성하여 후면전극부 패턴(50)을 완성한다. 복수의 후면 버스바 패턴(52)은 기판(110)의 전면 위에 위치하는 복수의 전면 버스바 패턴(42)과 기판(110)을 중심으로 마주한다.
이때, 이들 패턴(40, 50)의 건조 온도는 약 120℃ 내지 약 200℃일 수 있고, 패턴(40, 50)의 형성 순서는 변경 가능하다.
그런 다음, 전면전극부 패턴(40)과 후면전극부 패턴(50)이 형성된 기판(110)을 약 750℃ 내지 약 800℃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), 후면 전극 패턴(51)이 위치한 기판(110)의 후면에 위치한 전계부(172), 그리고 전계부(172)를 통해 기판(110)과 전기적으로 연결되는 후면 전극(151)과 기판(110)과 후면 전극(151)에 전기적 및/또는 물리적으로 연결되는 복수의 후면 버스바(152)를 구비한 후면 전극부(150) 를 형성하여 태양 전지(11)를 완성한다(도 1 및 도 2).
즉, 열처리 공정에 의해, 전면전극부 패턴(40)에 함유된 식각 물질인 납을 함유한 물질(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 형성되고, 후면전극부 패턴(50)의 후면 전극 패턴(51)에 포함된 알루미늄(Al)이 기판(110)으로 확산되어 기판(110) 내부에 기판(110)보다 높은 불순물 농도를 갖는 불순물부인 전계부(172)가 형성된다. 이때, 후면 전극 패턴(51)과 후면 버스바 패턴(52)에는 식각 물질이 함유하고 있지 않거나, 식각 물질이 함유되어 있더라도 후면 전극 패턴(51)과 후면 버스바 패턴(52)에 접해 있는 하부의 물질(예, 기판)의 식각에 영향을 미치지 않은 정도의 식각 물질이 함유되어 있다. 따라서, 전면 전극부 패턴(40)과 달리, 후면 전극 패넌(51)과 후면 버스바 패턴(52)에 접해 있는 기판(110)의 부분에는 식각 동작이 이루어지지 않는다. 이로 인해, 후면 전극(151)은 전계부(172)와 접촉하여 기판(110)과 전기적으로 연결된다.
이때, 이온 주입 장치를 이용한 이온 주입법을 통해 기판(110)의 전면에만 에미터부(121)가 위치하므로, 기판(110)의 후면에 별도의 에미터부(121)가 형성되지 않아 전계부(172)의 물리적인 특성이 향상된다.
즉, 기판(110)의 후면에 기판(110)과 다른 도전성 타입을 갖는 에미터부가 존재할 경우, 기판(110)과 동일한 도전성 타입을 갖는 전계부(172)에는 전계부(172)와 다른 도전성 타입을 갖는 불순물, 즉 에미터부(121)에 함유된 제2 도전성 타입의 불순물이 혼합되어, 전계부(172)의 전계 특성을 약화시켜, 전계부(172)에 의한 전계 효과를 감소시킨다.
하지만, 본 예의 경우, 전계부(172)에는 에미터부의 제2 도전성 타입의 불순물이 혼합되지 않으므로, 전계부(172)의 특성이 향상되어 전계부(172)의 전계 효과는 더욱 향상된다. 따라서, 기판(110)의 후면으로 이동하는 전하의 양이 증가하여 태양 전지(11)의 효율이 향상된다.
또한, 열처리 공정 시, 패턴(40, 50)에 함유된 금속 성분과 각 접촉하는 층(121, 110)과의 화학적 결합으로 접촉 저항이 감소하여 전하의 전송 효율이 향상되어 전류 흐름이 증가된다.
이와 같이, 이온 주입법을 이용하여 기판(110)의 전면에만 에미터부(121)이 형성된다. 따라서, 본 예의 경우, 기판(110)의 후면에 위치하는 에미터부와의 전기적인 연결을 차단하는 측면 분리 공정(edge isolation)이나 기판(110)의 후면에 형성된 에미터부를 제거하기 위한 별도의 공정이 필요하지 않다. 따라서, 태양 전지(11)의 제조 시간이 단축되어, 태양 전지(11)의 생산성이 향상되고 제조 비용이 줄어든다.
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 (9)

  1. 제1 도전성 타입을 갖는 기판의 제1 면에 제1 도전성 타입과 다른 제2 도전성 타입을 갖는 불순물 이온을 주입하여 불순물부를 형성하는 단계,
    상기 불순물부 위에, 본체, 상기 본체에 형성된 개구부 및 상기 개구부 주변의 본체에 위치하고 전압을 인가 받는 전극을 구비한 마스크를 위치시키는 단계,
    상기 제2 도전성 타입을 갖는 상기 불순물 이온을 상기 마스크 위에 주입하여, 상기 본체의 하부에 위치한 상기 불순물부의 부분에 제1 불순물 부분을 형성하고, 상기 개구부를 통해 드러난 상기 불순물부의 부분에 상기 제1 불순물 부분보다 높은 불순물 주입 농도를 갖는 제2 불순물 부분을 형성하는 단계,
    상기 제1 및 제2 불순물 부분을 구비한 기판을 열처리하여, 상기 제1 불순물 부분을 제1 에미터 부분으로 형성하여 상기 제2 불순물 부분을 상기 제1 에미터 부분보다 작은 면저항값을 갖는 제2 에미터 부분으로 형성하는 단계, 그리고
    상기 기판의 상기 제1 면에 위치하고 상기 제2 에미터 부분과 연결되는 제1 전극과 상기 기판의 상기 제1 면의 반대편에 위치하고 상기 기판의 제2 면에 위치하고 상기 기판과 연결되는 제2 전극을 형성하는 단계
    를 포함하는 태양 전지의 제조 방법.
  2. 제1항에서,
    상기 전극에 인가되는 전압은 0.1keV 내지 50keV인 태양 전지의 제조 방법.
  3. 제1항에서,
    상기 제2 에미터 부분의 폭은 상기 개구부의 폭보다 작은 태양 전지의 제조 방법.
  4. 제3항에서,
    상기 제2 에미터 부분의 상기 폭은 150㎛ 내지 250㎛인 태양 전지의 제조 방법.
  5. 제3항 또는 제4항에서,
    상기 개구부의 상기 폭은 600㎛ 내지 650㎛인 태양 전지의 제조 방법.
  6. 제1항에서,
    상기 제1 불순물 부분은 상기 개구부를 통해 드러난 상기 불순물부에 추가로 위치하는 태양 전지의 제조 방법.
  7. 제1항에서,
    상기 불순물 이온은 10keV 내지 30keV의 가속 에너지를 갖는 태양 전지의 제조 방법.
  8. 제1항에서,
    상기 전극은 100㎛ 내지 700㎛의 폭을 갖고 있는 태양 전지의 제조 방법.
  9. 제1항에서,
    상기 전극은 은(Ag), 구리(Cu), 또는 알루미늄(Al)으로 이루어져 있는 태양 전지의 제조 방법.
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