KR101915506B1 - 태양전지 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 상세하게는 수광량이 증대될 수 있는 태양전지 및 그러한 태양전지의 제조방법에 관한 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 복수의 단위셀과; 상기 단위셀의 수광면에 마련되어 상호 이격되는 전극배선과; 복수의 전극배선 중 상호 인접하게 마련되는 전극배선들을 연결하되, 연결 위치가 교번적으로 반복 배치될 수 있도록 마련되는 버스바를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 및 그 제조방법을 제공한다.

Description

태양전지 및 그 제조방법{A solar cell and a manufacturing method thereof}
본 발명은 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 상세하게는 수광량이 증대될 수 있는 태양전지 및 그러한 태양전지의 제조방법에 관한 것이다.
태양전지는 반도체의 성질을 이용하여 빛 에너지를 전기에너지로 변환시키는 장치이다.
태양전지의 구조 및 원리에 대해서 간단히 설명하면, 태양전지는 P(Positive)형 반도체와 N(Negative)형 반도체를 접합시킨 PN접합 구조를 하고 있으며, 이러한 구조의 태양전지에 태양광이 입사되면, 입사된 태양광이 가지고 있는 에너지에 의해서 상기 반도체 내에서 정공(hole) 및 전자(electron)이 발생한다.
이때, PN접합에서 발생한 전기장에 의해서 상기 정공(+)은 P형 반도체로 이동하고, 상기 전자(-)는 N형 반도체로 이동하게 되고, 이에 의하여 전위가 발생하여 전력을 생산할 수 있게 되는 원리이다.
이와 같은 태양전지는 기판형 태양전지와 박막형 태양전지로 구분할 수 있다. 상기 기판형 태양전지는 실리콘과 같은 반도체 물질 자체를 기판으로 이용하여 태양전지를 제조하는 것이다.
한편, 상기 박막형 태양전지는 유리와 같은 기판 상에 박막의 형태로 반도체를 형성하여 태양전지를 제조한 것이다.
상기 기판형 태양전지는 상기 박막형 태양전지에 비하여 효율이 다소 우수하기는 하지만, 공정상 두께를 최소화하는데 한계가 있고, 고가의 반도체 기판을 이용하기 때문에 제조비용이 상승하는 단점이 있다.
종래의 기판형 태양전지의 구성 및 제작방법은 도11에서 개시되었다.
도11에서 도시한 바와 같이, 웨이퍼로 구성되는 복수의 단위 셀(20)을 상호 이격되게 배치하고, 특정한 단위 셀(20a)의 일면과 인접한 단위셀(20b)의 타면을 전극리본과 같은 연결배선(25)을 이용하여 연결한다.
이를 구체적으로 알아보면, 전방에 마련되는 전방 단위셀(20a)과, 그 후방에 마련되는 후방단위셀(20b)을 연결배선(25)을 이용하여 연결한다.
상기 연결배선(25)의 전단은 상기 전방 단위셀(20a)의 하면에 통전가능하게 연결되고, 상기 연결배선(25)의 후단은 상기 후방 단위셀(20b)의 상면에 통전가능하게 연결된다.
상기 단위셀(20)들의 전면(수광면)과 후면에는 각각 상호 이격되는 전극배선(21)이 마련되고, 상기 연결배선(25)은 상기 전극배선(21)과 연결된다.
상기 전극배선(21)이 우선 상기 단위셀(20)의 상면과 후면에 패터닝된 이후에, 상기 연결배선(25)이 상기 전극배선(21)을 가로질러서 배치됨으로써, 상기 전극배선(21)과 상기 연결배선(25)이 통전가능하게 연결될 수 있다.
이 상태에서, 상기 단위셀(20)의 상부에서는 고온의 공기(Hot air)를 공급하고, 상기 단위셀(20)의 하부는 고온의 플레이트(미도시)와 접촉한다.
이로 인하여 도12에서 도시한 바와 같이, 각 연결배선(25)은 상기 각 단위셀(20)의 일면과 타면에 접합되어 연결된다.
이러한 단위셀(20)들과 상기 연결배선(25)이 계속적으로 연결되면, 상기 단위셀(20)들은 직렬연결되는 상태가 된다.
그 후, 상기 연결배선(25)에 의한 연결되는 상기 각 단위 셀(20)의 일면과 타면에 각각 보호시트(미도시)를 배치한다.
보호시트는 상기 단위셀(20)의 표면에 배치되어, 상기 단위셀(20)의 표면을 보호하는 역할을 하고, 외부 습기의 침투를 방지하는 역할을 한다. 상기 보호시트는 보통 EVA 시트로 구성될 수 있다.
그리고, 각 보호시트(30)의 일면과 타면에는 제1기판(미도시)과 제2기판(미도시)을 배치하고 봉지함으로써, 태양전지의 제작을 완료한다.
여기서, 상기 제1,2기판은 모두 투명한 재질로 구성되거나 어느 하나는 불투명한 재질로 구성될 수 있다.
이와 같은 구조하에서, 태양광이 조사되면, 태양광은 제1기판 또는 제2기판과, 상기 보호시트를 통과하여 상기 단위셀(20)에 이르게 되고, 단위셀(20)에서는 광전변환에 의하여 발전 동작을 수행한다.
도13에서 도시한 바와 같이, 상기 단위셀(20)의 수광면에는 전면전극으로 기능하는 상기 전극배선(21)과, 상기 연결배선(25)이 마련된다.
상기 연결배선(25)은 상기 단위셀(20)의 수광면에 대해서 두 개의 열로 배치되고 상호 이격되어 있으며, 상기 전극배선(21)과 교차되도록 마련된다.
이와 같이 상기 연결배선(25)이 상호 평행하게 배치되어 상기 단위셀(20)의 수광면 상에 연속적으로 배치되는 경우, 그 배치된 면적만큼 실질적인 태양광의 수광면적이 감소한다는 문제점이 있었다.
즉, 이와 같이 실질적인 태양광의 수광면적이 감소하는 경우, 광전변환 효율에도 영향을 줄 수 밖에 없다는 문제점이 있었다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 태양전지의 실질적인 태양광 수광면적을 늘릴 수 있는 태양전지 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 태양전지의 전면전극의 양을 감소시키면서도 기존의 태양전지의 기능을 훼손하지 않는 태양전지 및 그 제조방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 복수의 단위셀과; 상기 단위셀의 수광면에 마련되어 상호 이격되는 전극배선과; 복수의 전극배선 중 상호 인접하게 마련되는 전극배선들을 연결하되, 연결 위치가 교번적으로 반복 배치될 수 있도록 마련되는 버스바를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지를 제공한다.
상기 버스바의 배치방향은 상기 전극배선과 다른 방향을 향하도록 마련되는 것을 특징으로 한다.
상기 버스바의 배치방향은 상기 전극배선과 직교되는 방향을 향하도록 마련되는 것을 특징으로 한다.
상기 버스바는; 상호 이격되는 복수의 열을 따라서 배치되고,
제1열을 형성하며 상호 이격되는 복수의 제1 버스바와;
상기 제1열과 이격되는 제2열을 형성하며 상호 이격되는 복수의 제2 버스바를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 버스바의 위치와 상기 제2 버스바의 위치는 상호 교번적으로 마련되는 것을 특징으로 한다.
상기 단위셀 상의 상기 제1 버스바 간의 이격공간과 상기 제2 버스바 간의 이격공간의 위치는 상호 교번적으로 마련되는 것을 특징으로 한다.
상기 단위셀의 수광면의 반대면에 마련되는 전극배선 및 그 전극배선을 연결하는 버스바를 포함하되,
상기 단위셀의 수광면 반대면에 형성되는 버스바는 연속적으로 배치되는 것을 특징으로 한다.
상기 단위셀의 수광면에 마련되는 버스바와;
상기 단위셀의 수광면의 반대면에 마련되는 버스바를 연결하는 연결배선을 더 포함하되,
상기 단위셀의 수광면에 마련되는 버스바는 상기 연결배선이 연결되는 연결부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 버스바와 상기 전극배선의 연결지점에 마련되며 상기 버스바의 배치방향으로 연장되는 연장부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 버스바와 상기 전극배선은 일체로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은, 복수의 단위셀을 제공하는 단계;
상기 단위셀의 수광면에 상호 이격되는 전극배선 및 상호 인접하게 마련되는 전극배선들을 연결하되, 연결 위치가 교번적으로 반복 배치될 수 있도록 마련되는 버스바를 마련하는 단계;
상기 단위셀의 수광면의 반대면에 전극배선 및 전극배선을 연결하는 버스바를 마련하는 단계;
상기 단위셀의 수광면에 마련되는 버스바와 수광면의 반대편에 마련되는 버스바를 도통가능하게 연결하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법을 제공한다.
상기 단위셀의 수광면에 마련되는 전극배선 및 버스바는 일체로 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 수광면에 마련되는 버스바를 마련하는 단계는;
상기 수광면을 따라 제1열을 형성하며 상호 이격되는 복수의 제1 버스바와;
상기 제1열과 이격되는 제2열을 형성하며 상호 이격되는 복수의 제2 버스바를 마련하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 버스바의 위치와 상기 제2 버스바의 위치는 상호 교번적으로 마련되는 것을 특징으로 한다.
상기 단위셀의 수광면 상의 상기 제1 버스바 간의 이격공간과 상기 제2 버스바 간의 이격공간의 위치는 상호 교번적으로 마련되는 것을 특징으로 한다.
이러한 본 발명에 의하여 수광면의 수광면적이 종래 기술에 비하여 넓어지기 때문에 실질적 수광면적이 늘어나고, 이에 따라서 광전변환 효율이 높아질 수 있다.
또한, 버스바를 형성하기 위한 전극물질의 사용량이 줄기 때문에 제작시 원가 절감에도 도움이 될 수 있다.
도1은 본 발명에 의한 태양전지의 측단면도이다.
도2는 본 발명에 의한 태양전지를 구성하는 단위셀의 배치상태를 도시한 사시도이다.
도3은 본 발명에 의한 태양전지의 단위셀의 수광면에 전극배선과 상부 버스바가 마련되는 것을 도시한 사시도이다.
도4는 본 발명에 의한 태양전지의 단위셀의 수광면에 전극배선과 상부 버스바가 마련되는 것을 도시한 평면도이다.
도5는 본 발명에 의한 태양전지의 단위셀과 단위셀이 도통가능하게 연결되는 것을 도시한 상부 사시도이다.
도6은 본 발명에 의한 태양전지의 단위셀과 단위셀이 도통가능하게 연결되는 것을 도시한 하부사시도이다.
도7은 본 발명에 의한 태양전지의 단위셀 및 전면전극/후면전극의 측단면도이다.
도8은 본 발명의 제2실시예에 의한 태양전지의 단위셀의 수광면에 전극배선과 상부 버스바가 마련되는 것을 도시한 평면도이다.
도9는 본 발명의 제3실시예에 의한 태양전지의 단위셀의 수광면에 전극배선과 상부 버스바가 마련되는 것을 도시한 평면도이다.
도10은 본 발명과 종래기술의 태양전지의 비교표이다.
도11은 종래 기술에 의한 태양전지 단위셀의 연결을 나타내는 분해사시도이다.
도12는 종래 기술에 의한 태양전지 단위셀의 연결상태를 나타내는 사시도이다.
도13은 종래 기술에 의한 태양전지의 단위셀의 수광면에 전극배선과 상부 버스바가 마련되는 것을 도시한 평면도이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 알아보도록 하겠다.
이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다.
도1에서 도시한 바와 같이, 본 발명에 의한 태양전지(100)는 최하부에 마련되는 제1기판(111)과, 최상부에 마련되며 상기 제1기판(111)과 이격되는 제2기판(112)이 그 외관을 형성한다.
상기 제1,2기판(111,112) 모두는 투명한 플라스틱 또는 유리기판으로 구성될 수 있고, 한편으로는 둘 중 어느 하나는 불투명하거나 반투명 기판으로 구성될 수 있다.
그리고, 상기 제1,2기판(111,112)은 딱딱한 기판으로 구성되거나, 플렉시블 기판으로 구성될 수 있다.
제1기판(111)과 상기 제2기판(112) 사이에는 웨이퍼로 구성되는 복수의 단위 셀(120;120a,120b,120c)이 마련된다.
상기 단위셀(120)의 상면(수광면)과 하면에는 각각 배선(300)이 마련되고, 이러한 배선(300)은 상호 인접한 단위셀(120)들을 직렬 연결시킨다.
상기 단위셀(120)의 하면과 상기 제1기판(111)사이에는 제1보호시트(131)가 마련되고, 상기 단위셀(120)의 상면(수광면)과 상기 제2기판(111)사이에는 제2보호시트(132)가 마련된다.
상기 제1,2보호시트(131, 132)는 태양전지 외부의 습기등이 내부로 침투하는 것을 방지하는 실링 부재역할을 하는데, 광 투과성을 높이기 위해서 투명한 재질로 구성되는 것이 바람직하다.
그 예로서, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌/염화 비닐 공중합체, 에틸렌/비닐 아세테이트 공중합체, 에틸렌/비닐알코올 공중합체, 염소화 폴리에틸렌, 염소화 폴리프로필렌 등을 들 수 있다.
상기 제1,2보호시트(131,132)는 라미네이팅 공정을 통하여 상기 제1기판(111)과 상기 단위셀(120)사이 및 상기 제2기판(112)과 상기 단위셀(120) 사이에 융착되어 고정될 수 있다.
또는, 상기 제1,2보호시트(410,420)가 양면테이프와 같이 양면에 점착물질이 도포됨으로써, 그러한 점착물질에 의하여 상기 제1기판(111)과 상기 단위셀(120)사이 및 상기 제2기판(112)과 상기 단위셀(120) 사이에 부착되어 고정될 수 있다.
상기 복수의 단위셀(120)의 하면(수광면의 반대면)에는 전극배선(도6참조, 122)가 배치되고, 상기 복수의 단위셀(120)의 하면(수광면)에도 전극배선(도5참조, 121)가 배치된다.
그리고, 상기 제2단위셀(120b)의 상면에는 상부 버스바(310)가 마련되고, 상기 제1단위셀(120a)의 하면에는 하부 버스바(320)가 마련되며, 상기 상부 버스바(310)와 상기 하부 버스바(320)는 연결버스바(330)에 의하여 연결된다.
상기 상부버스바(310)는 상기 단위셀(120)의 상면에 마련되는 전극배선(121)을 연결하는 역할을 하고, 상기 하부버스바(320)는 상기 단위셀(120)의 하면에 마련되는 전극배선(122)를 연결하는 역할을 한다.
상기 연결버스바(330)는 상기 단위셀(120)과 단위셀(120)사이의 공간에 마련될 수 있다.
도2 내지 도5는 복수의 단위셀(120)들이 직렬연결되는 방식을 순차적으로 도시하고 있다.
도2에서 도시한 바와 같이, 상기 단위셀(120)들은 상호 이격되게 배치되며, 바람직하게는 웨이퍼로 구성될 수 있다.
도3에서 도시한 바와 같이, 상기 단위셀(120)의 상면(수광면)에 대하여 상기 전극배선(121)과 상기 상부 버스바(310)가 패터닝 된다.
상기 전극배선(121)과 상기 상부 버스바(310)는 금속물질로 구성되는 것이 바람직하다. 즉, Ag, Al, Ag+Al, Ag+Mg, Ag+Mn, Ag+Sb, Ag+Zn, Ag+Mo, Ag+Ni,Ag+Cu, Ag+Al+Zn 등과 같은 금속을 이용하여 형성될 수도 있다.
상기 전극배선(121)과 상기 상부 버스바(310)는 일체로 형성되는 것이 바람직하며, 소정의 증착방식(예, PECVD, MOCVD, Sputtering) 공법이나 마스크를 이용한 패터닝 공법에 의하여 형성되는 것이 바람직하다.
도4에서 도시한 바와 같이, 상기 단위셀(120)의 상면(수광면)에 배치되는 전극배선(121)은 일정한 간격을 두고 복수개로 배치되어 있으며, 가느다란 와이어 형태로 마련된다.
상기 상부 버스바(310)는 상기 전극배선(121)의 배치방향과 다른 방향, 구체적으로는 직교되는 방향으로 배치되어 있다.
상기 상부 버스바(310)는 두 개의 열로 구성될 수 있는데, 더 많은 열을 형성하며 구성될 수도 있다.
편의상 좌측에 있는 열을 제1열, 우측에 있는 열을 제2열이라고 정의한다.
상기 제1열에 배치되는 상부 버스바(310)를 제1 버스바(311)라고 하고, 제2열에 배치되는 상부 버스바(310)를 제2 버스바(312)라고 정의한다.
상기 제1 버스바(311)와 상기 제2 버스바(312)는 상호 이격되어 배치되어 있으며, 상기 제1 버스바(311)는 상기 전극배선(121)의 좌단부로 부터 소정간격 이격되고, 상기 제2 버스바(312)는 상기 전극배선(121)의 우단부로부터 소정 간격 이격되어 배치된다.
상기 제1 버스바(311)와 상기 전극배선(121)의 좌단부의 간격을 W1, 상기 제1 버스바(311)와 상기 제2 버스바(312)와의 간격을 W2, 상기 제2 버스바(312)와 상기 전극배선(121)의 우단부와의 간격을 W3라 정의할 수 있다.
상기 단위셀(120)의 크기가 156mm x 156mm 인 경우, W1= 39mm, W2= 75mm, W3=39mm정도가 될 수 있으며,
이 경우, W1:W2:W3 의 비는 대략, 1:1.92:1정도가 될 수 있다.
상기 제1 버스바(311)는 상기 전극배선(121)들을 연결하되, 상기 전극배선(121)의 중심으로부터 좌측으로 일정 거리만큼 치우쳐친 위치들을 연결하는 역할을 한다.
다만, 그 연결상태가 제1열을 따라서 연속적으로 이루어지는 것이 아니라, 연결, 분리 상태가 교번적으로 이루어질 수 있다.
한편, 상기 제2 버스바(312)는 상기 전극배선(121)의 중심으로부터 우측으로 일정거리만큼 치우쳐진 위치들을 연결하는 역할을 한다.
상기 제2 버스바(312)도 그 연결상태가 제2열을 따라서 연속적으로 이루어지는 것이 아니라, 연결, 분리상태가 교번적으로 이루어질 수 있다.
즉, 상기 상부 버스바(310)는 그 상기 전극배선(121)과의 연결위치가 교번적으로 반복될 수 있 수 있는 것이 바람직하다.
종래 기술에 의하면, 상기 단위셀(120)의 수광면에 마련되는 버스바는 상기 수광면에 대해서 2개의 열을 따라서 연속적으로 배치된다.
이러한 구조하에서 특정한 행의 전극배선과 그 다음 행의 전극배선이 2개의 열에 따라 배치된 버스바에 의하여 같이 연결될 수 있다.
그런데, 본 발명에 의한 상부 버스바(310)는 수광면에 대하여 단속적으로 배치되되, 제1 버스바(311)와 상기 제2 버스바(312)가 동시에 같은 두 개의 전극배선(121)을 연결하는 것이 아니라, 마치 지그재그(Zigzag) 형태로 배치되는 것을 특징으로 한다.
즉, 상기 제1 버스바(311)가 위치한 곳의 좌우에는 제2 버스바(312)가 위치하지 않고, 제2 버스바(312)가 위치한 곳의 좌우에는 제1 버스바(311)가 위치하지 않는다.
즉, 상기 제1 버스바(311)의 위치지점을 제외하고 그 좌우에는 모두 실질적인 수광면이 될 수 있고, 상기 제1 버스바(312의) 위치지점을 제외하고 그 좌우에는 모두 실질적인 수광면이 될 수 있다.
다른 말로 바꾸면, 상기 제1 버스바(311)와 그 다음 제1 버스바(311)간의 이격공간과, 상기 제2 버스바(312)와 그 다음 제2 버스바(312)간의 이격공간은 상호 교번적으로 배치되고, 이러한 이격공간을 추가적으로 확보함으로써 종래 기술에 비하여 실질적 수광면적을 넓힐 수 있는 것이다.
그리고, 상기 제1,2버스바(311,312)는 각각의 전극배선(121)과 통전 가능하게 연결됨으로써, 상기 전극배선(121)과 함께 전하의 이동 통로를 구성할 수 있다.
한편, 상기 상부 버스바(310)는 최상부와 최하단부에 마련되는 연결부(313)를 구비한다.
상기 연결부(313)의 역할은 단위셀(120)와 단위셀(120)을 직렬연결하는 연결배선(도5참조, 330)이 접촉되어 통전가능하게 연결되는 위치점을 제공하는 것이다.
상기 연결부(313)는 최하단에 마련되는 전극배선과 최상단에 마련되는 전극배선에 마련되되, 일정 길이만큼 연장되는 형태로 마련된다.
이는 상기 연결배선(330)이 접촉하여 연결될 수 있는 면적을 확보하기 위함이다.
본 도면에서는 상기 연결부(313)가 제2열을 따라 배치되어 있고, 상기 제1 버스바(311)의 우측으로부터 소정간격 이격되어 있으며, 상기 제2 버스바(312)로부터도 전후방으로 소정간격 이격되어 있는 것으로 표현되었으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
즉, 상기 연결부(313)가 제1열을 따라 배치되어 상기 제2 버스바(312)의 측부으로부터 소정간격 이격되어 있으며, 상기 제1 버스바(311)로부터도 전후방으로 소정간격 이격되는 형태로 마련될 수도 있다.
또한, 상기 연결부(313)가 상기 단위셀(120)의 내측으로 연장된 상태 말고도, 단위셀(120)의 외측 테두리 방향으로 연장된 상태로도 구현될 수 있다.
도5는 상기 제1단위셀(120a)과 제2단위셀(120b)가 연결배선(330)에 의하여 직렬연결되는 상태를 도시한 것이다.
여기서, 상기 연결배선(330)는 제1연결배선(331)과 제2연결배선(332), 상기 제1,2연결배선(331,332)를 연결하는 제3연결배선(333)으로 구성된다.
상기 제2연결배선(332)은 상기 제2단위셀(120b)상면의 전단(도4에서는 상단)에 마련되는 연결부(313)에 접촉되어 연결된다.
한편, 상기 제1연결배선(331)은 상기 1단위셀(120a)의 하면에 마련되는 버스바(도6참조, 320)의 후단에 연결된다.
도6에서 도시한 바와 같이, 상기 단위셀(120)의 하면은 비수광면으로 되고, 그 하면에는 후면전극으로 활용되는 전극배선(122)과, 그 전극배선(122)를 연결하는 하부 버스바(320)가 마련된다.
상기 단위셀(120)의 하면에 마련되는 전극배선(122)은 상기 단위셀(120)의 상면에 마련되는 전극배선(122)의 배치에 대응되게 복수로 마련되고 상호 이격되게 마련된다.
상기 하부 버스바(320)는 상기 전극배선(122)의 배치방향에 직교되게 마련되며, 상기 하부 버스바(320)의 후단에 상기 제1연결배선(331)이 접촉되어 연결된다.
여기서, 상기 하부버스바(320) 및 상기 전극배선(122)의 재질은 금속물질로 구성되는 것이 바람직하다. 즉, Ag, Al, Ag+Al, Ag+Mg, Ag+Mn, Ag+Sb, Ag+Zn, Ag+Mo, Ag+Ni,Ag+Cu, Ag+Al+Zn 등과 같은 금속을 이용하여 형성될 수도 있다.
상기 전극배선(122)과 상기 하부 버스바(320)는 일체로 형성되는 것이 바람직하며, 소정의 증착방식(예, PECVD, MOCVD, Sputtering) 공법이나 마스크를 이용한 패터닝 공법에 의하여 형성되는 것이 바람직하다.
이와 같은 방식에 의하여 마련되는 단위셀(120) 및 전극배선(121,122)의 단면을 보면 도7에서 도시한 바와 같다.
도 7에서 도시된 바와 같이, 본 발명의 단위 셀(120)은 PN구조의 반도체 웨이퍼로 구성되는 광전 변환부(1201,1202,1203), 상기 광전변환부(1201,1202,1203)의 상면에 형성된 전면반사방지층(1204), 상기 광전변환부(1201,1202,1203)의 하면에 형성된 후면반사방지층(1205)을 포함한다.
한편, 상기 전면반사방지층(1204)의 상면에는 전면전극으로 기능할 수 있는 전극배선(121)이 배치되고, 상기 후면반사방지층(1205)의 하면에는 후면전극으로 기능할 수 있는 전극배선(122)이 마련된다.
여기서, 전면전극의 기능과 후면전극의 기능은 서로 바뀔 수 있다.
상기 광전변환부는 P형 다결정실리콘층(1201), 상기 P형 다결정실리콘층(1201) 상면에 형성된 N형 다결정실리콘층(1202), 및 상기 P형 다결정실리콘층(1201) 하면에 형성된 P+형 다결정실리콘층(1203)으로 이루어진다.
이와 같은 광전변환부(1201~1203)는 P형 다결정실리콘 웨이퍼(1201)의 상면에 고온 확산법 또는 플라즈마 이온 도핑법을 이용하여 N형 도펀트를 도핑함으로써 N형 다결정실리콘층(1201)을 형성하고, P형 다결정실리콘 웨이퍼(1201)의 하면에 고온확산법 또는 플라즈마 이온도핑법을 이용하여 P형 도펀트를 도핑하여 고농도의 P+형 다결정실리콘층(1203)을 형성하는 공정을 통해 형성할 수 있다.
상기 고온확산법은 고온에서 도펀트를 확산시키는 공정으로서, 상기 고온확산법을 이용하여 P형 다결정 실리콘 웨이퍼(1201)의 상면에 N형 다결정 실리콘층(1202)을 형성하는 공정에 대해서 간단히 설명하면, 상기 P형 다결정실리콘 웨이퍼(1201)를 대략 800℃이상의 고온의 확산로에 안치시킨 상태에서 POCl3, PH3 등과 같은 N형 도펀트 가스를 공급하여 N형 도펀트를 상기 P형 다결정실리콘 웨이퍼(1201)의 표면으로 확산시킨다.
한편, 상기 고온확산공정을 수행하면 상기 P형 다결정실리콘 웨이퍼(1201)의 상면, 측면 및 하면 전체에 N형 다결정실리콘이 형성되는데, 이와 같은 구조를 그대로 사용하게 되면 태양전지에서 누설전류가 발생하는 문제점을 야기한다.
따라서, 누설전류의 발생을 방지하기 위해서 상기 P형 다결정실리콘 웨이퍼(1201)의 측면 및 하면에 형성된 N형 다결정실리콘을 습식 또는 건식 식각 공정을 이용하여 제거하여 상기 P형 다결정실리콘 웨이퍼(1201)의 상면에만 N형 다결정실리콘층(1202)이 형성되도록 한다.
상기 플라즈마 이온도핑법은 도펀트를 플라즈마 이온화하여 도핑시키는 공정이다.
상기 플라즈마 이온도핑법을 이용하여 P형 다결정실리콘 웨이퍼(1201)의 상면에 N형 다결정실리콘층(1202)을 형성하는 공정에 대해서 간단히 설명하면, 우선 상기 P형 다결정실리콘 웨이퍼(1201)를 플라즈마 발생장치에 안치시킨 상태에서 POCl3, PH3 등과 같은 N형 도펀트 가스를 공급한다.
그리고, 플라즈마를 발생시키면 플라즈마 내부의 인(P) 이온이 RF전기장에 의해 가속되어 상기 P형 다결정실리콘 웨이퍼(1201)의 상면으로 입사하여 이온도핑된다.
한편, 상기 플라즈마 이온도핑 공정 후에는 상기 P형 다결정실리콘 웨이퍼(1201)를 적절한 온도로 가열하는 어닐링 공정을 수행하는 것이 바람직하다.
그 이유는 상기 어닐링 공정을 수행하지 않을 경우에는 도핑된 이온이 단순한 불순물로 작용할 수있지만, 상기 어닐링 공정을 수행하게 되면 도핑된 이온이 Si와 결합하여 활성화되기 때문이다.
상기 N형 다결정실리콘층(1202)은 그 표면이 요철구조로 이루어진 것이 바람직한데, 그 이유는 요철구조로 형성할 경우 태양광의 흡수면적이 넓어져 태양전지의 효율이 증진될 수 있기 때문이다.
상기 P+형 다결정실리콘층(1203)은 반드시 형성해야 하는 것은 아니지만, 상기 P형 다결정실리콘층(1201)의 하면에 P+형 다결정실리콘층(1203)을 형성하는 것이 바람직하며, 그 이유는 상기 P+형 다결정실리콘층(1203)을 형성할 경우 태양광에 의해서 형성된 전자가 태양전지의 후면에서 재결합하여 소멸되는 것이 방지됨으로써 태양전지의효율을 향상시킬 수 있기 때문이다.
또한, 도시하지는 않았지만, 상기 광전변환부는 N형 다결정실리콘층, 상기 N형 다결정실리콘층 상면에 형성된 P형 다결정실리콘층, 및 상기 N형 다결정실리콘층 하면에 형성된 N+형 다결정실리콘층으로 이루어질 수도 있다.
이와 같은 광전변환부는 N형 다결정실리콘 웨이퍼의 상면에 고온확산법 또는 플라즈마 이온 도핑법을 이용하여 P형 도펀트를 도핑함으로써 P형 다결정실리콘층을 형성하고, N형 다결정실리콘 웨이퍼의 하면에 N형 도펀트를 도핑하여 고농도의 N+형 다결정실리콘층을 형성하는 공정을 통해 형성할 수 있다.
상기 N형 다결정실리콘 웨이퍼의 상면에 형성되는 P형 다결정실리콘층은 그 표면이 요철구조로 이루어진 것이 태양광의 흡수면적을 넓힐 수 있어 바람직하다.
상기 전면반사방지층(1204)은 상기 광전변환부(1201~1203)의 상부에서 입사되는 입사광이 외부로 반사되는 것을 방지하는 역할을 하고, 상기 후면반사방지층(1205)은 상기 PN구조의 상기 광전변환부(1201~1203)하부에서 입사되는 반사광이 외부로 반사되는 것을 방지하는 역할을 하는 것으로서, 상기 전면반사방지층(1204) 및 상기 후면반사방지층(1205)은 생략해도 무방하지만 태양전지의 효율증진을 위해서는 추가하는 것이 바람직하다.
상기 전면반사방지층(1204) 및 상기 후면반사방지층(1205)은 ZnO 또는 SiN과 같은 물질을 스퍼터링(Sputtering)법 또는 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)법을 이용하여 형성할 수 있다.
도8은 본 발명의 제2실시예를 도시한 것으로서, 도5와 다른 점은 상기 제1,2버스바(311,312)에 연장부(314)가 마련된다는 점이다.
상기 연장부(314)는 상기 제1 버스바(311)의 상부와 하부에 마련되어 상하 방향으로 연장되어 있고, 상기 제2 버스바(312)의 상부와 하부에 마련되어 상하 방향으로 연장되어 있는 형태가 된다.
상기 연장부(314)는 상기 제1 버스바(311)와 상기 전극배선(121)과의 접촉면적 및 상기 제2 버스바(311)와 상기 전극배선(121)과의 접촉면적을 늘릴 수 있도록 하는데 기여할 수 있다.
이와 같이 접촉면적이 늘어나면 전하가 전달되는 데 있어서 저항이 감소하게 되는 장점을 향유할 수 있다.
도9는 본 발명의 제3실시예를 도시한 것이다.
도9에서 도시한 바와 같이, 상기 전극배선(121)의 좌측단부와 상기 제1 버스바(311)와의 거리(W1)와, 상기 제1 버스바(311)와 상기 제2 버스바(312)와의 거리(W2)와, 상기 제2 버스바(312)와 상기 전극배선(121)의 우측단부와의 거리(W1)는 각각 동일하게 배치될 수 있다.
즉, W1:W2:W3의 비가 1:1:1로 구현될 수 있는데, 이와 같이, 상기 제1 버스바(311)와 상기 제2 버스바(312) 간의 거리가 가까워지는 경우, 제1 버스바(311)와 제2 버스바(312) 간의 전류가 전달됨에 있어서 그 저항이 좀더 감소될 수 있어서 전류전달시 손실이 저감될 수 있다.
도10에서 도시한 바와 같이, 도11내지 도13에서 표시된 종래기술과 본 발명간의 비교표를 보면, 종래 기술에서의 단위셀의 수광면에서 버스바의 라인수는 2개이지만, 본 발명의 경우, 지그재그 형태로 배치되는 1개의 라인을 갖는다.
한편, 종래 기술에서 전극배선과 버스바의 수광면에의 인쇄면적은 1407mm2이지만, 본 발명의 경우, 1101mm2이 되고, 이에 따라서 단위셀(웨이퍼)의 면적대비 전극(전극배선+버스바)의 비율은 종래 기술이 5,699% 그리고, 본 발명의 경우, 4,484%가 된다.
즉, 본 발명이 종래기술에 비하여, 수광면적이 약 1.2%p 증가되어 그만큼 수광면적을 확보하고, 그 만큼 광전변환 효율을 제고할 수 있다는 장점이 있다.
100: 태양전지 120: 단위셀
121,122: 전극배선
310: 상부버스바 311: 제1 버스바
312: 제2 버스바 313: 연결부
314: 연장부 320: 하부 버스바
330: 연결버스바

Claims (10)

  1. 복수의 단위셀과;
    상기 단위셀의 수광면에 마련되어 상호 이격되는 복수의 전극배선과;
    상기 복수의 전극배선 중 상호 인접하게 마련되는 전극배선들을 연결하되, 제1 열에 배치되고 연결 위치가 교번적으로 반복 배치되는 제1 버스바;
    상기 복수의 전극배선 중 상호 인접하게 마련되는 전극배선들을 연결하되, 상기 제1 열에 이격된 제2 열에 배치되고 상기 제1 버스바와 연결 위치가 교번적으로 반복 배치되는 제2 버스바; 및
    최하단에 마련되는 전극배선과 최상단에 마련되는 전극배선에 일정 길이만큼 연장되는 형태로 상기 제1 버스바와 상기 제2 버스바에 마련되는 연결부;를 포함하며,
    상기 제1 버스바와 상기 제2 버스바는 동시에 같은 두 개의 전극배선을 연결하지 않는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  2. 복수의 단위셀과;
    상기 단위셀의 수광면에 마련되어 상호 이격되는 복수의 전극배선과;
    상기 복수의 전극배선 중 상호 인접하게 마련되는 전극배선들을 연결하되, 제1열에 배치되고 연결 위치가 교번적으로 반복 배치되는 제1 버스바;
    상기 복수의 전극배선 중 상호 인접하게 마련되는 전극배선들을 연결하되, 상기 제1열에 이격된 제2열에 배치되고 상기 제1 버스바와 연결 위치가 교번적으로 반복 배치되는 제2 버스바; 및
    최하단에 마련되는 전극배선과 최상단에 마련되는 전극배선에 일정 길이만큼 연장되는 형태로 상기 제1 버스바와 상기 제2 버스바에 마련되는 연결부;를 포함하며,
    상기 제1 버스바가 위치한 곳의 제2열에는 상기 제2 버스바가 위치하지 않고, 상기 제2 버스바가 위치한 곳의 제1열에는 상기 제1 버스바가 위치하지 않는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  3. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 단위셀의 수광면의 반대면에 마련되는 전극배선을 연결하는 버스바를 더 포함하고,
    상기 단위셀의 수광면의 반대면에 형성되는 버스바는 연속적으로 배치되는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 단위셀의 수광면에 마련되는 제1 및 제2 버스바와 상기 단위셀의 수광면의 반대면에 마련되는 버스바를 연결하는 연결배선을 더 포함하는 태양전지.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 버스바의 배치방향은 상기 전극배선과 직교되는 방향을 향하도록 마련되는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 버스바와 상기 전극배선은 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  7. 복수의 단위셀과;
    상기 단위셀의 수광면에 마련되어 상호 이격되는 복수의 제1 전극배선과;
    상기 복수의 제1 전극배선 중 상호 인접하게 마련되는 전극배선들을 연결하되, 제1열에 배치되고 연결 위치가 교번적으로 반복 배치되는 제1 버스바;
    상기 복수의 제1 전극배선 중 상호 인접하게 마련되는 전극배선들을 연결하되, 상기 제1열에 이격된 제2열에 배치되고 상기 제1 버스바와 연결 위치가 교번적으로 반복 배치되는 제2 버스바; 및
    최하단에 마련되는 전극배선과 최상단에 마련되는 전극배선에 일정 길이만큼 연장되는 형태로 상기 제1 버스바와 상기 제2 버스바에 마련되는 연결부;를 포함하며,
    상기 제1열에서 상기 제1 버스바의 이격공간과 상기 제2열에서 상기 제2 버스바의 이격공간은 상호 교번적으로 배치되는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 제1 버스바와 상기 제1 전극배선의 연결지점에 마련되며 상기 제1 버스바의 배치방향으로 연장되는 제1 연장부; 및
    상기 제2 버스바와 상기 제1 전극배선의 연결지점에 마련되며 상기 제2 버스바의 배치방향으로 연장되는 제2 연장부;
    를 더 포함하고,
    상기 제1 및 제2 버스바의 배치방향은 상기 전극배선과 직교되는 방향을 향하도록 마련되는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 단위셀의 수광면의 반대면에 마련되는 복수의 제2 전극배선;
    상기 복수의 제2 전극배선을 연결하는 제3 버스바; 및
    상기 제1 및 제2 버스바와 상기 제3 버스바를 전기적으로 도통가능하게 연결하는 연결배선을 더 포함하고,
    상기 제1 및 제2 버스바는 단속적으로 배치되되, 상기 제3 버스바는 연속적으로 배치되고,
    상기 복수의 제2 전극배선은 상기 제1 전극배선과 대응되도록 상호 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 버스바와 상기 제1 전극배선은 일체로 형성되고,
    상기 제3 버스바와 상기 제2 전극배선은 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 태양전지.
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