KR102018652B1 - 태양 전지 - Google Patents

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Abstract

본 실시예에 따른 태양 전지는, 반도체 기판; 상기 반도체 기판에 형성되는 불순물층; 상기 불순물층에 전기적으로 연결되며, 서로 평행하게 형성되는 복수의 핑거 전극을 포함하는 전극; 및 상기 불순물층 위에 형성되며 비전도성 물질로 구성되는 리본 연결부를 포함한다. 상기 리본 연결부 위에 상기 핑거 전극이 위치한다.

Description

태양 전지{SOLAR CELL}
본 발명은 태양 전지에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는, 구조를 개선한 태양 전지에 관한 것이다.
최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예상되면서 이들을 대체할 대체 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 그 중에서도 태양 전지는 태양광 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 차세대 전지로서 각광받고 있다.
이러한 태양 전지는 설계에 따라 다양한 층, 전극 등을 형성되고, 리본에 의하여 이웃한 태양 전지와 전기적으로 연결된다. 이때, 버스바 전극과 리본을 전기적으로 연결하게 되는데, 버스바 전극은 전기적 특성을 고려하여 리본의 폭에 대응하도록 상대적으로 큰 폭을 가지게 된다. 이때, 리본과의 전기적 연결을 위하여 버스바 전극이 금속으로 구성되는데, 이러한 금속으로는 일반적으로 가격이 비싼 금속이 사용된다. 이에 따라 버스바 전극을 형성하는데 많은 비용이 들어가게 되고, 이에 의하여 태양 전지의 생산성이 저하될 수 있다.
본 발명은 우수한 생산성 및 효율을 가지는 태양 전지를 제공하고자 한다.
본 실시예에 따른 태양 전지는, 반도체 기판; 상기 반도체 기판에 형성되는 불순물층; 상기 불순물층에 전기적으로 연결되며, 서로 평행하게 형성되는 복수의 핑거 전극을 포함하는 전극; 및 상기 불순물층 위에 형성되며 비전도성 물질로 구성되는 리본 연결부를 포함한다. 상기 리본 연결부 위에 상기 핑거 전극이 위치한다.
본 실시예에 따른 태양 전지는, 반도체 기판; 상기 반도체 기판에 형성되는 불순물층; 상기 불순물층에 전기적으로 연결되며, 서로 평행하게 형성되는 복수의 핑거 전극을 포함하는 전극; 및 상기 전극과 전기적으로 연결되어 외부로 연결되는 리본을 포함한다. 평면으로 볼 때 상기 복수 개의 핑거 전극과 상기 리본이 서로 중첩된다.
본 실시예에서는, 리본 연결부가 비전도성의 물질로 구성되어 전기적인 연결의 역할을 하지는 않고 리본과의 부착력을 향상하는 역할을 수행한다. 그리고 리본 연결부 위에 형성된 핑거 전극에 의하여 리본과의 전기적 연결이 이루어지도록 한다. 즉, 전극과 리본과의 전기적 연결이 원활하게 이루어지도록 하면서 리본 연결부에 의하여 리본의 부착력을 향상시킬 수 있다. 이에 따라 리본 연결부가 비싼 금속 물질을 포함하지 않아 태양 전지의 제조 비용을 절감할 수 있다.
즉, 본 실시예에 따르면 전극과 리본과의 전기적 연결이 효과적으로 이루어지도록 하면서도, 태양 전지의 제조 비용을 효과적으로 절감할 수 있다. 이에 따라 태양 전지의 전기적 특성 및 생산성을 향상할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지 모듈의 분해 사시도이다.
도 2는 도 1의 태양 전지 모듈을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지를 도시한 부분 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지의 전면을 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 5는 도 4의 A 부분을 확대하여 도시한 부분 분해 사시도이다.
도 6은 도 5의 VI-VI 선을 따라 잘라서 본 단면도이다.
도 7a 내지 도 7g는 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 도시한 단면도들이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지의 평면도이다.
도 9는 본 8의 IX-IX선을 따라 잘라서 본 단면도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지의 평면도이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지의 평면도이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지의 단면도이다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지의 리본 연결부 및 전극을 도시한 평면도이다.
도 14은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지의 리본 연결부 및 전극을 도시한 평면도이다.
도 15은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지의 리본 연결부 및 전극을 도시한 평면도이다.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지의 리본 연결부 및 전극을 도시한 평면도이다.
도 17은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지의 리본 연결부 및 전극을 도시한 평면도이다.
도 18은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지의 리본 연결부 및 전극을 도시한 평면도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니며 다양한 형태로 변형될 수 있음은 물론이다.
도면에서는 본 발명을 명확하고 간략하게 설명하기 위하여 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 극히 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 참조부호를 사용한다. 그리고 도면에서는 설명을 좀더 명확하게 하기 위하여 두께, 넓이 등을 확대 또는 축소하여 도시하였는바, 본 발명의 두께, 넓이 등은 도면에 도시된 바에 한정되지 않는다.
그리고 명세서 전체에서 어떠한 부분이 다른 부분을 "포함"한다고 할 때, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 부분을 배제하는 것이 아니며 다른 부분을 더 포함할 수 있다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 부분이 위치하는 경우도 포함한다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 위치하지 않는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지 모듈의 분해 사시도이고, 도 2는 도 1의 태양 전지 모듈을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지 모듈(100)은 태양 전지(150), 태양 전지(150)의 전면 상에 위치하는 전면 기판(110) 및 태양 전지(150)의 후면 상에 위치하는 후면 시트(200)을 포함할 수 있다. 또한, 태양 전지 모듈(100)은 태양 전지(150)와 전면 기판(110) 사이의 제1 밀봉재(131)와, 태양 전지(150)와 후면 시트(200) 사이의 제2 밀봉재(132)를 포함할 수 있다.
먼저, 태양 전지(150)는 태양 에너지를 전기 에너지로 변환하는 반도체 소자로써, 예를 들어, 제1 도전형의 실리콘 기판과, 실리콘 기판상에 형성되며 제1 도전형과 반대 도전형을 가지는 제2 도전형 반도체층과, 제2 도전형 반도체층의 일부면을 노출시키는 적어도 하나 이상의 개구부를 포함하며 제2 도전형 반도체층 상에 형성되는 반사방지막과, 적어도 하나 이상의 개구부를 통해 노출된 제 2 도전형 반도체층의 일부면에 접촉하는 전면전극과, 실리콘 기판의 후면에 형성된 후면전극을 포함하는 실리콘 태양 전지(silicon solar cell)일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 태양 전지(150)는 화합물 반도체 태양 전지(compound semiconductor solar cell), 탠덤형 태양 전지(tandem solar cell), 염료 감응형 태양 전지 등 다양한 구조를 가질 수 있다.
이러한 태양 전지(150)는 리본(142)를 포함하며, 리본(142)에 의하여 전기적으로 직렬, 병렬 또는 직병렬로 연결될 수 있다. 구체적으로, 리본(142)은 태양 전지(150)의 수광면 상에 형성된 전면 전극과, 인접한 다른 태양 전지(150)의 이면 상에 형성된 후면 전극을 태빙(tabbing) 공정에 의해 연결할 수 있다. 태빙 공정은 태양 전지(150)의 일면에 플럭스(flux)를 도포하고, 플럭스가 도포된 태양 전지(150)에 리본(142)을 위치시킨 다음, 소성 과정을 거쳐 수행될 수 있다. 플럭스는 솔더링을 방해하는 산화막을 제거하기 위한 것으로, 반드시 포함되어야 하는 것은 아니다.
또는, 태양 전지(150)의 일면과 리본(142) 사이에 전도성 필름(미도시)을 부착시킨 다음, 열 압착에 의해 복수의 태양 전지(150)를 직렬 또는 병렬로 연결할 수 있다. 전도성 필름(미도시)은 도전성이 우수한 금, 은, 니켈, 구리 등으로 형성된 도전성 입자가 에폭시 수지, 아크릴 수지, 폴리이미드 수지, 폴리카보네이트 수지 등으로 형성된 필름 내에 분산된 것일 수 있다. 이러한 전도성 필름을 열을 가하면서 압착하면 도전성 입자가 필름의 외부로 노출되고, 노출된 도전성 입자에 의해 태양 전지(150)와 리본(142)이 전기적으로 연결될 수 있다. 이와 같이 전도성 필름(미도시)에 의해 복수의 태양 전지(150)를 연결하여 모듈화하는 경우는, 공정 온도를 저하시킬 수 있어 태양 전지(150)의 휘어짐을 방지할 수 있다.
또한, 버스 리본(145)은 리본(142)에 의하여 연결된 하나의 열(列)의 태양 전지(150)의 리본(142)의 양끝단을 교대로 연결한다. 버스 리본(145)은 하나의 열을 이루는 태양 전지(150)의 단부에서 이와 교차하는 방향으로 배치될 수 있다. 이러한 버스 리본(145)은 태양 전지(150)가 생산한 전기를 모으며 전기가 역류되는 것을 방지하는 정션 박스(미도시)와 연결된다.
제1 밀봉재(131)는 태양 전지(150)의 수광면에 위치하고, 제2 밀봉재(132)는 태양 전지(150)의 이면에 위치할 수 있으며, 제1 밀봉재(131)와 제2 밀봉재(132)는 라미네이션에 의해 접착하여, 태양 전지(150)에 악영향을 미칠 수 있는 수분이나 산소를 차단하며, 태양 전지의 각 요소들이 화학적으로 결합할 수 있도록 한다.
이러한 제1 밀봉재(131)와 제2 밀봉재(132)는 에틸렌초산비닐 공중합체 수지(EVA), 폴리비닐부티랄, 규소 수지, 에스테르계 수지, 올레핀계 수지 등이 사용될 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 제1 및 제2 밀봉재(131, 132)는 그 외 다양한 물질을 이용하여 라미네이션 이외의 다른 방법에 의하여 형성될 수 있다.
전면 기판(110)은 태양광을 투과하도록 제1 밀봉재(131) 상에 위치하며, 외부의 충격 등으로부터 태양 전지(150)를 보호하기 위해 강화유리인 것이 바람직하다. 또한, 태양광의 반사를 방지하고 태양광의 투과율을 높이기 위해 철분이 적게 들어간 저철분 강화유리인 것이 더욱 바람직하다.
후면 시트(200)은 태양 전지(150)의 이면에서 태양 전지(150)를 보호하는 층으로서, 방수, 절연 및 자외선 차단 기능을 한다. 후면 시트(200)은 TPT(Tedlar/PET/Tedlar) 타입일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 후면 시트(200)는 전면 기판(110) 측으로부터 입사된 태양광을 반사하여 재이용될 수 있도록 반사율이 우수한 재질일 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 후면 시트(200)가 태양광이 입사될 수 있는 투명 재질로 형성되어 양면 태양 전지 모듈(100)을 구현할 수도 있다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지(150)를 좀더 상세하게 설명한다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지(150)를 도시한 부분 단면도이다. 참고로, 도 3은 도 4의 III-III 선을 따라 잘라서 본 단면도이다.
도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 태양 전지(150)는, 반도체 기판(10)과, 반도체 기판(10)에 형성되는 불순물층(20, 30)과, 불순물층(20, 30)에 전기적으로 연결되는 전극(24, 34)을 포함할 수 있다. 불순물층(20, 30)은 에미터층(20)과 후면 전계층(30)을 포함할 수 있고, 전극(24, 34)은 에미터층(20)에 전기적으로 연결되는 제1 전극(24)과 후면 전계층(30)에 전기적으로 연결되는 제2 전극(34)을 포함할 수 있다. 그리고, 도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이, 리본(142)이 연결되며 비전도성 물질로 구성되는 리본 연결부(40)를 구비하여, 리본 연결부(40) 위에서 전극(24, 34)과 리본(142)이 전기적으로 연결되도록 한다. 이와 함께 태양 전지(150)는 반사 방지막(22), 패시베이션 막(32) 등을 더 포함할 수 있다. 이를 좀더 상세하게 설명한다.
반도체 기판(10)은 다양한 반도체 물질을 포함할 수 있는데, 일례로 제2 도전형 불순물을 포함하는 실리콘을 포함할 수 있다. 실리콘으로는 단결정 실리콘 또는 다결정 실리콘이 사용될 수 있으며, 제2 도전형 불순물은 일례로 n형일 수 있다. 즉, 반도체 기판(10)은 인(P), 비소(As), 비스무스(Bi), 안티몬(Sb) 등의 5족 원소가 도핑된 단결정 또는 다결정 실리콘으로 이루어질 수 있다.
이와 같이 n형의 불순물을 가지는 반도체 기판(10)을 사용하면, 반도체 기판(10)의 전면에 p형의 불순물을 가지는 에미터층(20)이 형성되어 pn 접합(junction)을 이루게 된다. 이러한 pn 접합에 광이 조사되면 광전 효과에 의해 생성된 전자가 반도체 기판(10)의 후면 쪽으로 이동하여 제2 전극(34)에 의하여 수집되고, 정공이 반도체 기판(10)의 전면 쪽으로 이동하여 제1 전극(24)에 의하여 수집된다. 이에 의하여 전기 에너지가 발생한다. 그려면, 전자보다 이동 속도가 느린 정공이 반도체 기판(10)의 후면이 아닌 전면으로 이동하여 변환 효율이 향상될 수 있다.
그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 반도체 기판(10) 및 후면 전계층(30)이 p형을 가지고 에미터층(20)이 n형을 가지는 것도 가능함은 물론이다.
도면에 도시하지는 않았지만, 반도체 기판(10)의 전면 및/또는 후면은 텍스쳐링(texturing)되어 피라미드 등의 형태의 요철을 가질 수 있다. 이와 같은 텍스쳐링에 의해 반도체 기판(10)의 전면 등에 요철이 형성되어 표면 거칠기가 증가되면, 반도체 기판(10)의 전면 등을 통하여 입사되는 광의 반사율을 낮출 수 있다. 따라서 반도체 기판(10)과 에미터층(20)의 계면에 형성된 pn 접합까지 도달하는 광량을 증가시킬 수 있어, 광 손실을 최소화할 수 있다.
반도체 기판(10)의 전면 쪽에는 제1 도전형 불순물을 가지는 에미터층(20)이 형성될 수 있다. 본 실시예에서 에미터층(20)은 제1 도전형 불순물로 3족 원소인 보론(B), 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등의 p형 불순물을 사용할 수 있다.
반도체 기판(10) 위에, 좀더 정확하게는 반도체 기판(10)에 형성된 에미터층(20) 위에 반사 방지막(22) 및 제1 전극(24)이 형성된다.
반사 방지막(22)은 제1 전극(24)이 형성된 부분을 제외하고 실질적으로 반도체 기판(10)의 전면 전체에 형성될 수 있다. 반사 방지막(22)은 반도체 기판(10)의 전면으로 입사되는 광의 반사율을 감소시키고, 에미터층(20)의 표면 또는 벌크 내에 존재하는 결함을 부동화 시킨다.
반도체 기판(10)의 전면을 통해 입사되는 광의 반사율이 낮추는 것에 의하여 반도체 기판(10)과 에미터층(20)의 계면에 형성된 pn 접합까지 도달되는 광량을 증가시킬 수 있다. 이에 따라 태양 전지(150)의 단락 전류(Isc)를 증가시킬 수 있다. 그리고 에미터층(20)에 존재하는 결함을 부동화하여 소수 캐리어의 재결합 사이트를 제거하여 태양 전지(150)의 개방 전압(Voc)을 증가시킬 수 있다. 이와 같이 반사 방지막(22)에 의해 태양 전지(150)의 개방 전압과 단락 전류를 증가시켜 태양전지(100)의 효율을 향상할 수 있다.
방사 방지막(22)은 다양한 물질로 형성될 수 있다. 일례로, 반사 방지막(22)은 실리콘 질화막, 수소를 포함한 실리콘 질화막, 실리콘 산화막, 실리콘 산화 질화막, 알루미늄 산화막, MgF2, ZnS, TiO2 및 CeO2로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 단일막 또는 2개 이상의 막이 조합된 다층막 구조를 가질 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 반사 방지막(22)이 다양한 물질을 포함할 수 있음은 물론이다. 그리고 반도체 기판(10)과 반사 방지막(22) 사이에 패시베이션을 위한 전면 패시베이션 막(도시하지 않음)을 더 구비할 수도 있다. 이 또한 본 발명의 범위에 속한다.
제1 전극(24)은 반사 방지막(22)에 형성된 개구부를 통하여, 또는 반사 방지막(22)을 관통하여 에미터층(20)에 전기적으로 연결된다. 이러한 제1 전극(24)은 다양한 물질에 의하여 다양한 형상을 가지도록 형성될 수 있는데 이에 대해서는 추후에 다시 설명한다.
반도체 기판(10)의 후면 쪽에는 반도체 기판(10)보다 높은 도핑 농도로 제2 도전형 불순물을 포함하는 후면 전계층(30)이 형성된다. 본 실시예에서 후면 전계층(30)은 제2 도전형 불순물로 5족 원소인 인(P), 비소(As), 비스무스(Bi), 안티몬(Sb) 등의 n형 불순물을 사용할 수 있다.
이와 함께 반도체 기판(10)의 후면에는 패시베이션 막(32)과 제2 전극(34)이 형성될 수 있다.
패시베이션 막(32)은 제2 전극(34)이 형성된 부분을 제외하고 실질적으로 반도체 기판(10)의 후면 전체에 형성될 수 있다. 이러한 패시베이션 막(32)은 반도체 기판(10)의 후면에 존재하는 결함을 부동화하여 소수 캐리어의 재결합 사이트를 제거할 수 있다. 이에 의하여 태양 전지(150)의 개방 전압을 증가시킬 수 있다.
이러한 패시베이션 막(32)은 광이 투과될 수 있도록 투명한 절연 물질로 이루어질 수 있다. 따라서, 이러한 패시베이션 막(32)을 통하여 반도체 기판(10)의 후면을 통해서도 광이 입사될 수 있도록 하여 태양 전지(150)의 효율을 향상할 수 있다. 일례로, 패시베이션 막(32)은 실리콘 질화막, 수소를 포함한 실리콘 질화막, 실리콘 산화막, 실리콘 산화 질화막, 알루미늄 산화막, MgF2, ZnS, TiO2 및 CeO2로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 단일막 또는 2개 이상의 막이 조합된 다층막 구조를 가질 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 패시베이션 막(32)이 다양한 물질을 포함할 수 있음은 물론이다.
제2 전극(34)은 패시베이션 막(32)에 형성된 개구부를 통하여(즉, 패시베이션 막(32)을 관통하여) 후면 전계층(30)에 전기적으로 연결된다. 이러한 제2 전극(34)은 다양한 물질에 의하여 다양한 형상을 가지도록 형성될 수 있다.
그리고 제1 및 제2 전극(24, 34)은 리본 연결부(40) 상에 형성된 부분이 리본(142)과 연결되는데, 이를 도 4 내지 도 6을 참조하여 상세하게 설명한다. 이때, 제1 전극(24) 및 제2 전극(34)은 서로 다른 폭, 피치 등을 가질 수는 있지만, 그 기본 형상은 유사할 수 있다. 이에 따라 이하에서는 제1 전극(24)을 위주로 설명하며, 제2 전극(34)에 대한 설명을 생략한다. 이하의 설명은 제1 및 제2 전극(24, 34)에 공통적으로 적용될 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지(150)의 전면을 개략적으로 도시한 평면도이다. 도 5는 도 4의 A 부분을 확대하여 도시한 부분 분해 사시도이고, 도 6은 도 5의 VI-VI 선을 따라 잘라서 본 단면도이다.
도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 제1 전극(24)은 제1 피치(P1)를 가지면서 서로 평행하게 배치되는 복수의 핑거 전극(24a)을 포함할 수 있다. 그리고 이러한 복수의 핑거 전극(24a)과 교차하는 방향으로 형성되며 리본(142)이 부착되는 리본 연결부(40)가 형성된다. 이때, 리본 연결부(40)는 복수의 핑거 전극(24a)과 교차하는 방향으로 길게 이어지는 형상을 가져, 복수의 핑거 전극(24a)이 리본 연결부(40) 상에 위치할 수 있도록 한다. 이러한 리본 연결부(40)는 하나만 구비될 수도 있고, 제1 피치(P1)보다 더 큰 제2 피치(P2)를 가지면서 복수 개로 구비될 수도 있다. 이때, 핑거 전극(24a)의 폭보다 리본 연결부(40)의 폭이 클 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 동일한 폭을 가질 수 있다. 본 실시예에서 핑거 전극(24a)은 리본 연결부(40) 위에도 위치하여 리본 연결부(40) 위에서 리본(142)과 전기적으로 연결된다. 이를 도 5 및 도 6을 참조하여 좀더 상세하게 설명한다.
리본 연결부(40)는 리본(142)이 안착되어 리본 연결부(40)와 물리적 및/또는 화학적으로 결합하여 연결되도록 하는 부분이다. 그리고 리본 연결부(40)는 리본 연결부(40) 상에 위치한 전극(24, 34)이 리본(142)과 전기적으로 연결될 수 있도록 하는 역할을 한다.
리본(142)과의 물리적 및/또는 화학적 결합을 위하여 리본 연결부(40)는 유리 프릿 또는 실리카 계열 물질, 바인더, 첨가제 등을 포함하는 페이스트를 소성하여 형성될 수 있다. 리본 연결부(40)는 유리 프릿 또는 실리카 계열 물질에 의하여 리본(142)과의 부착력을 향상할 수 있어, 리본(142)이 안정적으로 연결될 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 리본(142)과의 부착력을 가지는 다양한 비전도성 물질을 사용할 수 있다.
유리 프릿으로는 PbO, ZnO, BaO, B2O5, Bi2O3 계열 물질 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 바인더로는 에틸 셀룰로오스(EC) 또는 아크릴 계열 바인더를 적어도 하나 포함할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 유리 프릿, 바인더, 첨가제 등으로 다양한 물질을 사용할 수 있음은 물론이다.
리본 연결부(40)는 구성 물질에 따라 에미터층(20) 위에 형성되는 절연막인 반사 방지막(22)(제2 전극(34)의 경우에는 패시베이션 막(32), 이하 동일)을 관통하거나, 반사 방지막(22) 위에 형성될 수 있다. 예를 들어, 리본 연결부(40)에 포함된 유리 프릿이 반사 방지막(22)을 관통할 수 있는 경우에는, 도 5에 도시한 바와 같이, 리본 연결부(40)가 반사 방지막(22)을 관통하여 에미터층(20)에 접촉 형성될 수 있다. 리본 연결부(40)가 반사 방지막(22)을 관통하지 않는 예에 대해서는 도 9를 참조하여 추후에 좀더 상세하게 설명한다.
이러한 리본 연결부(40)는 불순물층(20)이 형성된 반도체 기판(10)의 위에서 소정의 두께 및 폭을 가지면서 외부로 돌출되는 형상을 가질 수 있다. 이때, 리본 연결부(40)의 측면은 경사를 가지면서 형성되어, 에미터층(20)에 접촉 형성되는 제1 전극부(24b)와 리본 연결부(40) 상에 위치하는 제2 전극부(24c)을 구비하는 핑거 전극(24a)이 끊어지지 않고 안정적으로 형성될 수 있도록 한다. 즉, 리본 연결부(40)의 측면 등에 뾰족한 부분이 형성되면 이 부분에서 핑거 전극(24a)이 원활하게 형성되지 않거나 손상될 수 있다. 본 실시예에서는 리본 연결부(40)의 측면이 경사지게 형성되어 이러한 문제를 방지할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 리본 연결부(40)의 측면이 상면과 직각의 각도를 가질 수도 있으며, 또는 리본 연결부(40)의 단면이 전체적으로 라운드지게 형성되는 등, 다양한 변형이 가능하다.
일례로, 리본 연결부(40)는 5~30㎛의 두께를 가질 수 있고, 1.8mm 이하의 폭을 가질 수 있다. 리본 연결부(40)의 두께가 30㎛를 초과하면, 에미터층(20)에 연결되는 제1 전극부(24b)와 리본 연결부(40) 위에 위치하는 제2 전극부(24c)가 원활하게 연결되지 않을 수 있다. 리본 연결부(40)의 두께가 5㎛ 미만이면, 리본 연결부(40)가 충분한 두께로 형성되지 않아 리본(142)과 리본 연결부(40)가 원활하게 연결되지 않을 수 있다. 그리고 리본 연결부의 폭이 1.8 mm를 초과하면, 수광 면적을 줄일 수 있는 리본(142)의 폭이 넓어져서 광 손실이 커질 수 있다. 리본 연결부의 폭의 하한은 한정하지 않으나, 일례로, 0.01mm 이상(좀더 상세하게는 0.07mm 이상)일 수 있다.
본 실시예에서는 복수의 핑거 전극(24a)은 불순물층인 에미터층(20)(제2 전극(34)인 경우에는 후면 전계층(30), 이하 동일)에 접촉되어 에미터층(20)과 전기적으로 연결되는 제1 전극부(24b)과, 리본 연결부(40) 위에 위치하는 제2 전극부(24c)을 포함한다.
좀더 상세하게는, 본 실시예에서 핑거 전극(24a)의 제1 전극부(24b)는 반사 방지막(22)을 관통하여 에미터층(20)에 접촉 형성되어 에미터층(20)에 전기적으로 연결되는 부분이다. 그리고 핑거 전극(24a)의 제2 전극부(24c)는 제1 전극부(24b)와 연결되면서 리본 연결부(40)의 측면 및 상면에 위치하는 부분이다.
이러한 리본 연결부(40) 및 제2 전극부(24c) 위에 리본(142)이 부착된다. 리본(142)은 상술한 바와 같이, 솔더링 또는 전도성 필름 등을 이용하여 리본 연결부(40) 및 제2 전극부(24c) 상에 부착될 수 있다. 리본(142)이 태빙 공정에서 솔더링에 의하여 부착되는 경우에는 솔더링 물질을 구비하는 리본(142)과 핑거 전극(42a)이 직접 접촉하여 연결된다. 전도성 필름을 이용하여 리본(142)이 부착되는 경우에는 리본(142)과 핑거 전극(24a) 사이에 이들에 접촉하는 전도성 필름이 위치하게 된다.
본 실시예에서는 리본 연결부(40) 상면에 복수의 핑거 전극(24a)의 제2 전극부(24c)가 위치하고, 이 위에 리본(142)이 연결되게 된다. 리본 연결부(40) 상에 형성되는 서로 이격되는 복수의 핑거 전극(24a) 사이로는 리본 연결부(40)가 노출되게 된다. 이에 따라, 복수의 핑거 전극(24a)이 있는 부분에서는 리본(142)과 복수의 핑거 전극(24a)이 연결되고, 복수의 핑거 전극(24a) 사이로는 노출된 리본 연결부(40)와 리본(142)이 연결된다.
즉, 평면으로 볼 때, 리본 연결부(40) 상에 핑거 전극(24a)(좀더 정확하게는, 제2 전극부(24c))과 리본(142)이 중첩되는 중첩부가 형성되고, 이 부분에서 리본(142)과 핑거 전극(24a)이 연결된다. 이때, 본 실시예에서는 복수의 핑거 전극(24a)이 구비되는바, 평면으로 볼 때, 각 리본 연결부(40)에서 핑거 전극(24a)과 리본(42)이 중첩되는 중첩부가 핑거 전극(24a)의 개수만큼 복수 개로 형성될 수 있다. 이와 같이, 본 실시예에서는 복수의 핑거 전극(24a)이 하나의 리본(142)과 연결되어 제1 전극(24)과 리본(142)의 연결 지점인 중첩부의 개수가 복수 개로 형성된다. 이에 따라 버스바 전극과 리본을 연결하여 전극과 리본의 연결 지점의 개수가 하나인 종래 기술과 차이가 있다.
그리고 리본 연결부(40) 상에서 핑거 전극(24a) 사이에 위치한 부분은 리본(142)과 우수한 결합력을 가지므로 리본(142)을 물리적 및/또는 화학적으로 연결 및 고정하는 역할을 한다.
이와 같이 본 실시예의 리본 연결부(40)는, 종래의 버스바 전극과 유사한 형상을 가지되, 비전도성의 물질로 구성되어 전기적인 연결의 역할을 하지는 않고 리본(142)과의 부착력을 향상하는 역할을 수행한다. 그리고 리본 연결부(40) 위에 형성된 핑거 전극(24a)에 의하여 리본(142)과의 전기적 연결이 이루어지도록 한다. 이에 따라 제1 전극(24)과 리본(142)과의 전기적 연결이 원활하게 이루어지도록 하면서 리본 연결부(40)에 의하여 리본(142)의 부착력을 향상시킬 수 있다.
또한, 리본 연결부(40)가 비싼 금속 물질을 포함하지 않아 태양 전지(150)의 제조 비용을 절감할 수 있다. 좀더 상세하게는, 종래에는 버스바 전극이 리본과 전기적으로 연결되는 역할 및 리본과의 부착력을 제공하는 역할을 모두 수행하여야 한다. 이에 의하여 버스바 전극이 은(Ag) 등의 단가가 비싼 금속 물질을 포함하여야 하므로, 태양 전지(150)의 제조 비용이 높았다. 반면, 본 실시예에서는 전기적 연결은 핑거 전극(24a)과 리본(142)에 의하여 이루어지도록 하고, 리본 연결부(40)는 리본(142)과의 부착력을 향상하는 역할만을 한다. 이에 따라 리본 연결부(40)가 금속 물질을 포함하지 않아도 되므로 비싼 금속 물질을 사용하지 않을 수 있어, 태양 전지(150)의 제조 비용을 크게 줄일 수 있다.
즉, 본 실시예에 따르면 제1 전극(24)과 리본(142)과의 전기적 연결이 효과적으로 이루어지도록 하면서도, 태양 전지(150)의 제조 비용을 효과적으로 절감할 수 있다. 이에 따라 태양 전지(150)의 전기적 특성 및 생산성을 향상할 수 있다.
여기서, 본 실시예에서는 제2 전극부(24c)가 리본 연결부(40) 상에서 연속적으로 형성된다. 이에 의하여 리본 연결부(40)의 폭 방향으로 제2 전극부(24c)가 전체적으로 형성되고, 이 제2 전극부(24c)가 리본(142)에 연결된다. 이에 의하여 제2 전극부(24c)와 리본(142)의 전기적 연결 면적을 증가시켜, 제2 전극부(24c)와 리본(142)의 전기적 특성을 향상할 수 있다. 결과적으로, 제2 전극부(24c)로부터 리본(142)으로의 전류 흐름이 원활하게 이루어지도록 할 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 상세하게 설명한다.
도 7a 내지 도 7g는 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 도시한 단면도들이다.
먼저, 도 7a에 도시한 바와 같이, 제2 도전형 불순물을 가지는 반도체 기판(10)을 준비한다. 이때, 도면에 도시하지는 않았지만, 반도체 기판(10)의 전면 및/또는 후면은 텍스쳐링에 의하여 요철을 가질 수 있다. 텍스쳐링으로는 습식 또는 건식 텍스처링을 사용할 수 있다. 습식 텍스처링은 텍스처링 용액에 반도체 기판(10)을 침지하는 것에 의해 수행될 수 있으며, 공정 시간이 짧은 장점이 있다. 건식 텍스처링은 다이아몬드 그릴 또는 레이저 등을 이용하여 반도체 기판(10)의 표면을 깍는 것으로, 요철을 균일하게 형성할 수 있는 반면 공정 시간이 길고 반도체 기판(10)에 손상이 발생할 수 있다. 또는 반응성 이온 식각(RIE) 등에 의하여 반도체 기판(10)의 전면 및 후면 중 어느 하나에만 텍스쳐링을 형성할 수도 있다. 이와 같이 본 발명에서는 다양한 방법으로 반도체 기판(10)을 텍스쳐링 할 수 있다.
이어서, 도 7b에 도시한 바와 같이, 반도체 기판(10)에 불순물층인 에미터층(20) 및 후면 전계층(30)을 형성한다. 좀더 상세하게 설명하면 다음과 같다. 에미터층(20) 및 후면 전계층(30)은 열 확산법, 이온 주입법 등의 방법에 의하여 형성될 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 변형이 가능하다. 일례로, 후면 전계층(30)은 제2 전극(34)을 형성할 때 확산에 의하여 형성될 수 있다.
이어서, 도 7c에 도시한 바와 같이, 반도체 기판(10)의 전면 및 후면에 각기 반사 방지막(22) 및 패시베이션 막(32)을 각기 형성한다. 이러한 반사 방지막(22) 및 패시베이션 막(32)은 진공 증착법, 화학 기상 증착법, 스핀 코팅, 스크린 인쇄 또는 스프레이 코팅 등과 같은 다양한 방법에 의하여 형성될 수 있다.
이어서, 도 7d에 도시한 바와 같이, 반도체 기판(10)의 전면 및 후면에 각기 리본(도 7g의 참조부호 142, 이하 동일)이 연결될 부분에 대응하여 리본 연결부(40)를 형성한다. 리본 연결부(40)는 유리 프릿 또는 실리카 계열 물질, 바인더, 첨가제 등을 포함하는 페이스트를 도포한 다음 건조 및/또는 소성하여 형성될 수 있다. 도포 방법, 그리고 건조 및 소성 방법 등은 알려진 다양한 방법을 사용할 수 있다.
이어서, 도 7e에 도시한 바와 같이, 제1 및 제2 전극 형성용 페이스트(240, 340)을 절연막인 반사 방지막(22) 및 패시베이션 막(32) 상에 형성할 수 있다. 제1 및 제2 전극용 페이스트(240, 340)는 스크린 인쇄 등의 방법에 의하여 도포될 수 있는데, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 다른 방법에 의하여 도포될 수 있다.
이어서, 도 7f에 도시한 바와 같이, 소성을 위한 열처리를 수행하여 제1 및 제2 전극(24, 34)이 형성된다. 소성에 의하여 파이어 스루 현상이 일어나서 제1 전극(24)의 제1 전극부(24a)가 반사 방지막(22)을 관통하여 에미터층(20)에 접촉 형성된다. 이와 유사하게 리본 연결부(40)가 형성된 부분 이외의 부분에서 제2 전극(34)도 패시베이션 막(32)을 관통하여 후면 전계층(30)에 접촉 형성된다. 그리고 본 실시예에서는 리본 연결부(40)에 의해서도 파이어 스루 현상이 일어나서 리본 연결부(40) 하부에 반사 방지막(22) 또는 패시베이션 막(32)이 위치하는 것을 예시하였다.
이어서, 도 7g에 도시한 바와 같이, 리본 연결부(40) 및 제2 전극부(24c) 상에 리본(142)을 부착한다. 부착 방법으로는 다양한 방법을 사용할 수 있다.
도면에서는 리본 연결부(40) 및 전극(24, 34)와 리본(142)이 직접 접촉한 것으로 도시되어 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 리본 연결부(40) 및 전극(24, 34)과 리본(142) 사이에 별도의 접착제(예를 들어, 전도성 필름) 등이 위치할 수 있으며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다.
도면 및 상술한 설명에서는, 제1 및 제2 전극 형성용 페이스트(240, 340)을 반사 방지막(22) 및 패시베이션 막(32) 상에 형성한 다음 파이어 스루에 의하여 제1 및 제2 전극(24, 34)이 각기 에미터층(20) 및 후면 전계층(30)에 접촉하는 것을 일례로 제시하였다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 반사 방지막(22)에 개구부를 형성하고 개구부 내에 도금법, 증착법 등의 다양한 방법으로 제1 전극(24)을 형성할 수 있다. 그리고 패시베이션 막(32)에 개구부를 형성하고, 이 개구부 내에 도금법, 증착법 등의 다양한 방법으로 제2 전극(34)을 형성할 수 있다. 그 외의 다양한 방법에 의하여 제1 및 제2 전극(24, 34)을 에미터층(20) 및 후면 전계층(30)에 접촉 형성할 수 있다.
그리고 상술한 실시예에서는 불순물층인 에미터층(20) 및 후면 전계층(30)을 형성한 다음에 반사 방지막(22) 및 패시베이션 막(32)을 형성하고, 그 다음에 제1 및 제2 전극(24, 34)을 형성하는 것을 예시하였다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 에미터층(20), 후면 전계층(30), 반사 방지막(22), 패시베이션 막(32), 제1 전극(24), 제2 전극(34)의 형성 순서는 다양하게 변형될 수 있다.
이하, 도 8 내지 도 18을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지를 상세하게 설명한다. 상술한 설명에서 설명한 부분과 동일 또는 유사한 부분에 대해서는 상세한 설명을 생략하고, 서로 다른 부분에 대해서만 상세하게 설명한다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지의 평면도이고, 도 9는 본 8의 IX-IX선을 따라 잘라서 본 단면도이다.
본 실시예에서 핑거 전극(241a, 242a)은, 불순물층(즉, 에미터층(20) 또는 후면 전계층)에 접촉 형성되는 제1 전극부(241b, 242b)과, 리본 연결부(40) 상에 위치하는 제2 전극부(241c, 242c)를 포함한다. 이때, 도 8에 도시한 바와 같이, 리본 연결부(40)의 일측에 위치하는 핑거 전극(241a)과 다른 측에 위치하는 핑거 전극(242a)이 리본 연결부(40) 상에서 서로 이격된다. 좀더 상세하게는, 리본 연결부(40)의 일측에 위치하는 핑거 전극(241a)의 제2 전극부(241c)와 다른 측에 위치하는 핑거 전극(242a)의 제2 전극부(242c)이 리본 연결부(40) 상에서 서로 이격된다. 이에 따라 핑거 전극(242a)을 형성하기 위한 재료의 양을 줄여 재료비를 좀더 절감할 수 있다.
여기서, 본 실시예에서는 도 9에 도시한 바와 같이, 리본 연결부(40)가 반사 방지막(22) 또는 패시베이션 막(32) 위에 형성될 수 있다. 리본 연결부(40)를 형성하기 위한 페이스트에 파이어 스루를 유도하는 물질(예를 들어, 유리 프릿)이 포함되지 않거나, 페이스트를 도포한 후에 건조 및/또는 소성할 때 파이어 스루가 일어나지 않는 온도에서 열처리를 하면 이러한 구조의 리본 연결부(40)를 형성할 수 있다.
도 9에 도시한 바와 같이, 리본 연결부(40)가 반사 방지막(22) 또는 패시베이션 막(32) 위에 형성되는 경우에는 리본 연결부(40)에 포함된 물질과 반사 방지막(22) 또는 패시베이션 막(32)과의 반응을 줄일 수 있다. 이에 따라 반사 방지막(22) 또는 패시베이션 막(32)의 성능 저하를 방지할 수 있다. 이에 의하여 태양 전지(150)의 특성을 향상할 수 있고 이에 의하여 태양 전지(150)의 효율을 향상할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 리본 연결부(40)가 에미터층(20) 또는 후면 전계층(30)가 접촉 형성될 수 있음은 물론이다.
상술한 실시예들에서는 제1 전극부와 제2 전극부가 서로 균일한 폭을 가지는 것을 예시하였다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 전극부와 제2 전극부가 서로 다른 폭을 가지도록 할 수 있다. 이를 도 10 및 도 11을 참조하여 좀더 상세하게 설명한다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지의 평면도이고, 도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지의 평면도이다.
도 10을 참조하면, 리본 연결부(40)의 일측에 위치하는 핑거 전극(241a)의 제2 전극부(241c)와 다른 측에 위치하는 핑거 전극(242a)의 제2 전극부(242c)이 리본 연결부(40) 상에서 서로 이격된다. 그리고 이러한 제2 전극부(241c, 242c)는 제1 전극부(241b, 242b)보다 큰 폭을 가지면서 형성된다. 이에 따라 리본(142)과 연결되지 않는 제1 전극부(241b, 242b)는 상대적으로 작은 폭을 가져 수광 면적을 최대화하고, 리본(142)과의 연결되는 제2 전극부(241c, 242c)는 상대적으로 큰 폭을 가져 리본(142)의 연결 면적을 증가시켜 전기적 특성을 향상할 수 있다. 이에 따라 태양 전지(150)의 특성을 향상하여 효율을 최대화할 수 있다.
도면에서는 제2 전극부(241c, 242c)가 사각형의 형상을 가지는 것을 예시하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 제2 전극부(241c, 242c)는 원, 타원, 그리고 사각형 이외의 다각형의 평면 형상을 가질 수 있다.
도 11을 참조하면, 제2 전극부(24c)가 리본 연결부(40) 상에서 연속적으로 형성되면서 제1 전극부(24b)보다 큰 폭을 가질 수 있다. 그러면 제2 전극부(24c)와 리본(142)의 연결 면적을 좀더 크게 하여 전기적 특성을 좀더 향상할 수 있다.
도면에서는 제2 전극부(24c)가 사각형의 형상을 가지는 것을 예시하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 제2 전극부(24c)는 원, 타원, 그리고 사각형 이외의 다각형의 평면 형상을 가질 수 있다.
또한, 상술한 실시예들에서는 불순물층인 에미터층(20) 및 후면 전계층(30)이 균일한 도핑 농도를 가지는 것을 예시하였다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 다른 예를 도 12를 참조하여 좀더 상세하게 설명한다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지의 단면도이다.
도 12를 참조하면, 본 실시예에서 에미터층(20)은, 높은 불순물 농도를 가져 상대적으로 낮은 저항을 가지는 제1 부분(20a)과, 제1 부분(20a)보다 낮은 불순물 농도를 가져 상대적으로 높은 저항을 가지는 제2 부분(20b)을 가질 수 있다. 제1 부분(20a)은 제1 전극(24)의 일부 또는 전체(즉, 적어도 일부)에 접촉 형성되도록 형성된다.
이와 같이, 본 실시예에서는 광이 입사되는 제1 전극(24) 사이에 대응하는 부분에 상대적으로 높은 저항의 제2 부분(20b)를 형성하여 얕은 에미터(shallow emitter)를 구현한다. 이에 의하여 태양 전지(150)의 전류 밀도를 향상할 수 있다. 이와 함께, 제1 전극(24)과 인접하는 부분에 상대적으로 낮은 저항의 제1 부분(20a)을 형성하여 제1 전극(24)과의 접촉 저항을 저감시킬 수 있다. 즉, 본 실시예의 에미터층(20)은 선택적 에미터 구조에 의하여 태양 전지(150)의 효율을 최대화할 수 있다.
본 실시예에서는 에미터층(20)이 반도체 기판(10)의 전면 쪽에만 형성되지만 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 에미터층(20)이 후면으로 연장되어 태양 전지(150)가 후면 전극형 구조를 가질 수도 있다.
그리고 본 실시예에서 후면 전계층(30)은 높은 불순물 농도를 가져 상대적으로 낮은 저항을 가지는 제1 부분(30a)과, 제1 부분(30a)보다 낮은 불순물 농도를 가져 상대적으로 높은 저항을 가지는 제2 부분(30b)을 가질 수 있다. 제1 부분(30a)은 제1 전극(34)의 일부 또는 전체(즉, 적어도 일부)에 접촉 형성되도록 형성된다.
이와 같이, 본 실시예에서는 제2 전극(34) 사이에 대응하는 부분에 상대적으로 높은 저항의 제2 부분(30b)를 형성하여 정공과 전자의 재결합을 방지할 수 있다. 이에 의하여 태양 전지(150)의 전류 밀도를 향상할 수 있다. 이와 함께, 제2 전극(34)과 인접하는 부분에 상대적으로 낮은 저항의 제1 부분(30a)을 형성하여 제2 전극(34)과의 접촉 저항을 저감시킬 수 있다. 즉, 본 실시예의 후면 전계층(30)은 선택적 후면 전계 구조에 의하여 태양 전지(150)의 효율을 최대화할 수 있다.
그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 후면 전계층(30)이 반도체 기판(10)의 후면에서 제2 전극(34)이 접촉하는 부분에서만 국부적으로 형성되는 국부적 후면 전계(local back surface field) 구조를 가질 수도 있다. 즉, 후면 전계층(30)이 제2 전극(34)의 적어도 일부에 대응하는 부분에만 국부적으로 형성되는 제1 부분(30a)만을 구비할 수 있다.
상술한 실시예에서는 에미터층(20) 및 후면 전계층(30)이 모두 선택적 구조를 가지는 것을 예시하였다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 에미터층(20) 및 후면 전계층(30) 중 어느 하나만이 선택적인 구조를 가질 수도 있다.
도 13 내지 도 18을 참조하여 제2 전극부의 다양한 실시예들을 상세하게 설명한다. 도 13 내지 도 18에서는 간략한 도시를 위하여 리본의 도시를 생략하고, 리본 연결부와 전극만을 도시하였다. 상술한 실시예들에 설명한 부분에 대해서는 상세한 설명을 생략하고 서로 다른 부분에 대해서만 상세하게 설명한다. 그리고 핑거 전극의 도면 참조 부호를 24a로 사용하였으나, 제2 전극에 이하의 구조가 적용될 수 있음은 물론이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지의 리본 연결부 및 전극을 도시한 평면도이다.
도 13을 참조하면, 본 실시예에 따른 복수의 핑거 전극(24a)의 제2 전극부(24c)는, 제1 전극부(24b)와 평행하게 형성되는 부분(241c)과, 제1 전극부(24b)와 교차하는 부분(242c)를 포함한다. 즉, 제1 전극부(24b)와 교차하는 부분(242c)이 리본 연결부(40)의 양측에 각기 대응하도록 두 개로 구비되고, 이 내부에 제1 전극부(24b)와 평행한 부분이 복수 개로 위치할 수 있다. 그러면, 제2 전극부(24c)의 내부에 개구부(242d)가 복수 개로 형성되어 제2 전극부(24c)가 사다리 형태를 가질 수 있다.
이에 따라 리본(도 5의 참조부호 142, 이하 동일)과 전기적으로 연결되는 제2 전극부(24c)의 면적을 늘리면서도 개구부(242d)에 의하여 제2 전극부(24c)를 형성을 위한 원료 사용량을 절감할 수 있다. 또한, 개구부(242d)에 의하여 노출된 부분을 통하여 리본(142)이 리본 연결부(40)에 물리적 및/또는 화학적으로 결합할 수 있게 된다.
이에 따라 본 실시예에 따르면 리본 연결부(40)와 리본(142)의 연결 특성을 우수하게 유지하고 핑거 전극(24a)의 제조 비용은 낮게 유지하면서도, 리본 연결부(40)와 리본(42)의 전기적 특성을 향상할 수 있다. 그리고 제1 전극부(24b)와 교차하는 부분(242c)을 구비하여 전극이 전체적으로 한 방향으로 형성될 경우 발생될 수 있는 응력 집중 등을 완화할 수 있다.
도 13에 도시된 실시예에서는 개구부(242d)가 균일한 크기를 가지면서 규칙적으로 배열되는 것을 예시하였다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 도 14에서와 같이, 개구부(242d)의 크기를 다양하게 할 수 있고, 제1 전극부(24b)와 평행한 방향에서 복수의 개구부(242d)가 위치할 수 있다. 또한, 도면에 도시하지 않았지만, 개구부(242d)의 배열도 불규칙하고 랜덤하게 변형될 수 있다. 이는 공정 오차 등에 의한 것일 수도 있고, 전극 설계 상 필요하여 형성된 것일 수도 있다. 이에 따라 설계 자유도를 높이는 등의 효과를 가질 수 있다.
도 15은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지의 리본 연결부 및 전극을 도시한 평면도이다.
도 15를 참조하면, 본 실시예에 따른 복수의 핑거 전극(24a)의 제2 전극부(24c)는, 제1 전극부(24b)와 평행한 부분(241c)와, 제1 전극부(24b)와 경사진 부분(243c, 244c)를 포함한다. 이때, 제1 전극부(24b)와 경사진 부분(243c, 244c)이 두 개 구비되며, 이 두 개의 부분(243c, 244c)이 서로 교차하는 방향으로 형성되어 삼각형 모양의 개구부(242d)를 가지도록 할 수 있다.
본 실시예에서 제1 전극부(24b)와 경사진 부분(243c, 244c)은 리본 연결부(40)를 넘어서 리본 연결부(40) 외부까지 위치할 수 있다. 그러면, 약간의 공정 오차 등에 의하여 리본(142)의 일부가 이 리본 연결부(40) 외부에 위치하게 될 경우에도 제1 전극부(24b)와 경사진 부분(243c, 244c)에 전기적으로 연결될 수 있다.
이에 따라 리본(142)과의 전기적 안정성을 향상할 수 있다. 또한, 리본 연결부(40)와 리본(142)의 연결 특성을 우수하게 유지하고 핑거 전극(24a)의 제조 비용은 낮게 유지하면서도, 리본 연결부(40)와 리본(142)과의 전기적 특성을 향상할 수 있다. 그리고 제1 전극부(24b)와 경사진 부분(243c, 244c)을 구비하여 전극이 전체적으로 한 방향으로만 형성될 경우 발생될 수 있는 응력 집중 등을 완화할 수 있다.
도 15에서는 제1 전극부(24b)와 경사지는 두 개의 부분(243c, 244c)이 서로 교차하는 것을 예시하였다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 제1 전극부(24b)와 경사지는 두 개의 부분(243c, 244c)이 서로 평행하게 형성될 수 있다. 이때, 두 개의 부분(243c, 244c)되면서 그 경사 방향이 계속적으로 변화하여 지그재그(zigzag) 형상을 가질 수 있다. 그리고 내부에 형성된 개구부(242d)가 평행 사변형 모양을 가질 수 있다.
이때, 제1 전극부(24b)와 경사진 부분의 개수가 하나 또는 세 개 이상으로 변형될 수도 있다. 또는, 일부 구간에서는 도 14에서와 같이 경사진 부분이 서로 교차하고, 다른 일부 구간에서는 15에서와 같이 경사진 부분이 서로 평행할 수 있다. 또한, 제1 전극부(24b)와 평행한 부분(241c)을 형성하지 않을 수도 있다. 즉, 제2 전극부(24c)의 형상은 다양한 변형이 가능하다.
도 17은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지의 리본 연결부 및 전극을 도시한 평면도이다.
도 17을 참조하면, 본 실시예의 제2 전극부(24c)는 리본 연결부(40)와 인접한 부분에서 복수의 개수(도면에서는 일례로, 두 개)로 분지될 수 있다. 이에 따르면, 제2 전극부(24c)가 얇은 선폭을 유지하면서도 많은 개수에 의하여 리본 연결부(40) 상에서 비교적 넓은 면적을 가질 수 있다. 이에 따라 리본(142)과의 전기적 연결 면적을 늘리면서도 재료 양은 최소화하여 제조 비용을 저감할 수 있다.
도 18은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지의 리본 연결부 및 전극을 도시한 평면도이다.
도 18을 참조하면, 본 실시예에 따른 제2 전극부(24c)는 제1 전극부(24b)와 평행한 부분, 제1 전극부(24b)와 수직하는 부분, 제2 전극부(24c)와 경사진 부분, 또는 제2 전극부(24c)가 일부 제거되는 개구부(242d)를 다양하게 구비할 수 있다. 이에 따라 제2 전극부(24c)에 가해질 수 있는 응력을 랜덤하게 분산시킬 수 있으며, 리본(142)과의 전기적 특성을 향상할 수 있다.
이와 같이 상술한 바에 따른 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의하여 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 태양 전지 모듈
150: 태양 전지
142: 리본
40: 리본 연결부

Claims (20)

  1. 반도체 기판;
    상기 반도체 기판에 형성되는 불순물층;
    상기 불순물층에 전기적으로 연결되며, 서로 평행하게 형성되는 복수의 핑거 전극을 포함하는 전극;
    상기 불순물층 위에 형성되며 비전도성 물질로 구성되는 리본 연결부; 및
    상기 전극과 전기적으로 연결되어 외부로 연결되는 리본;을 포함하고,
    상기 리본 연결부 위에 상기 핑거 전극이 위치하고,
    상기 리본 연결부, 상기 핑거 전극 및 상기 리본이 순차적으로 적층되고,
    서로 직접 접하는 태양 전지 모듈.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 핑거 전극과 상기 리본이 중첩되는 중첩부가 상기 각 리본 연결부에서 복수 개로 구비되는 태양 전지 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 리본 연결부가 상기 핑거 전극과 교차하는 방향으로 길게 이어지는 형상을 가져, 상기 복수의 핑거 전극 사이에 위치한 상기 리본 연결부의 부분이 상기 리본과 연결되는 태양 전지 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 핑거 전극은, 상기 불순물층에 접촉 형성되는 제1 전극부와, 상기 리본 연결부의 상면의 적어도 일부 및 측면에 위치하는 제2 전극부를 포함하고,
    상기 제2 전극부가 상기 리본 연결부 상에서 연속적으로 형성되는 태양 전지 모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 핑거 전극은, 상기 불순물층에 접촉 형성되는 제1 전극부와, 상기 리본 연결부의 상면의 적어도 일부 및 측면에 위치하는 제2 전극부를 포함하고,
    상기 제2 전극부는 상기 리본 연결부의 일측에 위치하는 부분과 상기 리본 연결부의 다른 측에 위치하는 부분이 서로 이격되는 태양 전지 모듈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 핑거 전극은, 상기 불순물층에 접촉 형성되는 제1 전극부와, 상기 리본 연결부의 상면의 적어도 일부 및 측면에 위치하는 제2 전극부를 포함하고,
    상기 제1 전극부보다 상기 제2 전극부의 폭이 더 큰 태양 전지 모듈.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 핑거 전극은, 상기 불순물층에 접촉 형성되는 제1 전극부와, 상기 리본 연결부의 상면의 적어도 일부 및 측면에 위치하는 제2 전극부를 포함하고,
    상기 제2 전극부는, 상기 제1 전극부와 평행한 부분, 상기 제1 전극부와 경사진 부분, 상기 제1 전극부와 교차하는 부분, 상기 제1 전극부로터 복수 개로 분기되는 부분 및 상기 제2 전극부의 일부에 형성되는 개구부 중 적어도 하나를 포함하는 태양 전지 모듈.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 불순물층 위에 형성되는 절연막을 더 포함하고,
    상기 핑거 전극의 일부는 상기 절연막을 관통하여 상기 불순물층에 접촉 형성되고,
    상기 리본 연결부는 상기 절연막 위에 위치하는 태양 전지 모듈.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 불순물층 위에 형성되는 절연막을 더 포함하고,
    상기 핑거 전극의 일부 및 상기 리본 연결부는 상기 절연막을 관통하여 상기 불순물층 위에 위치하는 태양 전지 모듈.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 리본 연결부의 측면이 경사지게 형성되는 태양 전지 모듈.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 리본 연결부의 두께가 5~30um인 태양 전지 모듈.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 리본 연결부의 폭이 1.8mm 이하인 태양 전지 모듈.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 리본 연결부는 유리 프릿 및 실리카 계열 물질을 포함하는 태양 전지 모듈.
  15. 반도체 기판;
    상기 반도체 기판에 형성되는 불순물층;
    상기 불순물층에 전기적으로 연결되며, 서로 평행하게 형성되는 복수의 핑거 전극을 포함하는 전극; 및
    상기 전극과 전기적으로 연결되어 외부로 연결되는 리본; 및
    상기 복수의 핑거 전극과 상기 리본이 중첩되는 부분에 상기 복수의 핑거 전극과 상기 불순물층 사이에 비전도성 물질로 구성되는 리본 연결부를 포함하고,
    평면으로 볼 때 상기 복수의 핑거 전극과 상기 리본이 서로 중첩되고,
    상기 리본 연결부, 상기 핑거 전극 및 상기 리본이 순차적으로 적층되며,
    서로 직접 접하는 태양 전지 모듈.
  16. 삭제
  17. 제15항에 있어서,
    상기 리본 연결부의 측면이 경사지게 형성되는 태양 전지 모듈.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 리본 연결부가 상기 핑거 전극과 교차하는 방향으로 길게 이어지는 형상을 가져, 상기 복수의 핑거 전극이 상기 리본 연결부 상에서 상기 리본 연결부를 노출하면서 위치하여,
    상기 리본이, 상기 복수의 핑거 전극이 형성된 부분에서는 상기 복수의 핑거 전극과 전기적으로 연결되고, 상기 복수의 핑거 전극 사이에서는 상기 리본 연결부와 연결되는 태양 전지 모듈.
  19. 삭제
  20. 제15항에 있어서,
    상기 핑거 전극과 상기 리본은 상기 핑거 전극과 상기 리본 사이에서 이들과 접촉하는 전도성 필름에 의하여 연결되는 태양 전지 모듈.
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