KR102052503B1 - 태양 전지 및 이를 제조하는 제조 장치와 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 태양 전지 및 이를 제조하는 제조 장치와 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 태양 전지 제조 장치의 일례는 챔버 내부에 위치하여, 챔버 내부에 배치된 기판의 일면에 이온을 주입하는 이온 주입부; 및 이온 주입부와 기판 사이에 위치하며, 기판의 일면에 제1농도를 갖는 저농도 도핑부를 형성하기 위한 제1 개구부와 제1 농도보다 높은 제2 농도를 갖는 고농도 도핑부를 형성하기 위한 제2 개구부를 함께 구비하는 마스크;를 포함하고, 제2 개구부는 제1 방향으로 형성된 복수의 핑거 개구부와 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 형성되고 핑거 개구부와 연결된 복수의 버스 개구부를 포함하고, 마스크는 제2 개구부를 가로질러 형성되는 연결부를 더 포함한다.

Description

태양 전지 및 이를 제조하는 제조 장치와 방법{SOLAR CELL AND MANUFACTURING APPARATUS AND METHOD THEREOF}
본 발명은 태양 전지 및 이를 제조하는 제조 장치와 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 실리콘 기판, 그리고 서로 다른 도전성 타입의 실리콘 기판에 각각 연결된 전극을 구비한다.
최근에는 이와 같은 태양 전지의 광전 변환 효율을 보다 향상시키기 위하여 태양 전지의 에미터를 p-n 접합의 깊이가 얇고 상대적으로 저농도로 도핑되는 부분과 에미터를 p-n 접합의 깊이가 깊고 상대적으로 고농도로 도핑되는 부분을 구비하는 선택적 에미터(selective emitter)로 구성한다.
이와 같이, 태양 전지의 선택적 에미터 구조를 형성하기 위한 방법으로는 열확산로에서 마스크를 이용하여 열확산하거나, 레이저를 이용하여 부분적으로 열확산하여 선택적 에미터 구조를 형성하거나 높은 에너지로 가속된 이온 입자들을 실리콘 기판의 일면에 주입하는 이온 주입 장치를 이용하여 선택적 에미터 구조를 형성할 수 있다.
여기서, 이온 주입 장치를 이용하여 선택적 에미터 구조를 형성하기 위해 종래에는 선택된 영역에만 이온 주입을 수행하기 위해서 이온 주입 장치와 실리콘 기판 사이에 마스크를 배치시켜 이온이 선택적으로 필터링(filtering)되는 방식을 사용하여 왔다.
본 발명은 광전 변환 효율을 양호하게 유지하면서, 생산 효율을 향상시킬 수 있는 태양 전지 및 이를 제조하는 제조 장치와 방법를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 태양 전지 제조 장치의 일례는 챔버 내부에 위치하여, 챔버 내부에 배치된 기판의 일면에 이온을 주입하는 이온 주입부; 및 이온 주입부와 기판 사이에 위치하며, 기판의 일면에 제1농도를 갖는 저농도 도핑부를 형성하기 위한 제1 개구부와 제1 농도보다 높은 제2 농도를 갖는 고농도 도핑부를 형성하기 위한 제2 개구부를 함께 구비하는 마스크;를 포함하고, 제2 개구부는 제1 방향으로 형성된 복수의 핑거 개구부와 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 형성되고 핑거 개구부와 연결된 복수의 버스 개구부를 포함하고, 마스크는 제2 개구부를 가로질러 형성되는 연결부를 포함한다.
여기서, 마스크는 제1 개구부와 제2 개구부를 둘러싸는 가장자리부;와 복수의 핑거 개구부와 복수의 버스 개구부들에 의해 둘러싸이는 복수의 중앙부;를 포함할 수 있다.
아울러, 연결부는 가장자리부와 중앙부를 서로 연결하는 제1 연결부;와 서로 바로 인접한 중앙부를 서로 연결하는 제2 연결부를 더 포함할 수 있다.
여기서, 제1 연결부 및 제2 연결부는 핑거 개구부 및 버스 개구부 중 적어도 어느 하나를 가로질러 형성될 수 있으며, 제1 연결부 및 제2 연결부는 서로 바로 인접한 두 개의 핑거 개구부 사이 또는 서로 바로 인접한 두 개의 버스 개구부 사이에 위치할 수 있다.
또한, 제1 연결부의 폭은 핑거 개구부의 폭과 동일하거나 작을 수 있다.
또한, 서로 바로 인접하는 두 개의 핑거 개구부들 사이에 위치하는 제1 연결부 및 제2 연결부는 적어도 하나 이상일 수 있다.
또한, 서로 바로 인접하는 두 개의 버스 개구부들 사이에 위치하는 제1 연결부 및 제2 연결부는 적어도 하나 이상일 수 있다.
또한, 제2 연결부의 개수는 제1 연결부의 개수보다 많을 수 있다.
또한, 이러한 태양 전지 제조 장치를 이용한 태양 전지 제조 방법의 일례는 기판이 마스크의 제1 개구부 아래에 배치된 상태에서 이온 주입부가 제1 방향으로 이동하는 동안 이온을 주입하면서 기판의 일면에 저농도 도핑부를 형성하는 단계; 기판을 제1 방향으로 이동하여 마스크의 제2 개구부 아래로 위치시키는 단계; 및 이온 주입부가 제1 방향으로 이동하는 동안 이온을 주입하면서 저농도 도핑부가 형성된 기판의 일면에 제1 방향 및 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 뻗어 있는 고농도 도핑부를 동시에 형성하는 단계;를 포함한다.
또한, 이러한, 태양 전지 제조 장치를 이용한 태양 전지 제조 방법의 다른 일례는 기판이 마스크의 제1 개구부 아래에 배치된 상태에서 이온 주입부가 이온을 주입하는 동안 기판과 마스크를 동시에 제1 방향으로 이동하면서 기판의 일면에 저농도 도핑부를 형성하는 단계; 기판을 마스크의 이동 방향과 반대 방향으로 이동하여 마스크의 제2 개구부 아래로 이동시키는 단계; 및 기판이 마스크의 제2 개구부 아래에 배치된 상태에서 이온 주입부가 이온을 주입하는 동안 기판과 마스크를 동시에 제1 방향으로 이동하면서 저농도 도핑부가 형성된 기판의 일면에 제1 방향 및 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 뻗어 있는 고농도 도핑부를 동시에 형성하는 단계;를 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 태양 전지의 일례는 제 1 도전성 타입의 불순물이 도핑된 기판; 기판의 일면에 위치하여 제 1 도전성 타입과 반대인 제 2 도전성 타입의 불순물이 도핑되어 기판과 p-n 접합을 형성하고, 제 2 도전성 타입의 불순물이 제1 농도로 함유되는 저농도 도핑부와 제1 농도보다 높은 제2 농도로 함유되는 고농도 도핑부를 구비하는 에미터부; 에미터부 위에 위치하고, 제1 방향으로 배치되는 핑거 전극과 제1 방향과 교차하는 방향으로 배치되는 전면 버스바를 구비하는 제1 전극; 및 기판의 타면에 위치하는 제2 전극을 포함하고, 고농도 도핑부 사이의 일부 영역에는 고농도 도핑부를 가로질러 형성되며, 고농도 도핑부의 제2 농도보다 낮은 제3 농도를 갖는 중간 도핑부를 더 포함한다.
여기서, 중간 도핑부의 제3 농도는 고농도 도핑부의 제2 농도보다 낮고, 저농도 도핑부의 제1 농도와 같거나 더 높을 수 있다.
여기서, 고농도 도핑부는 핑거 전극과 중첩하여 제1 방향으로 뻗어 있는 핑거 도핑부와 전면 버스바와 중첩하여 제2 방향으로 뻗어 있는 버스바 도핑부를 포함할 수 있으며, 중간 도핑부는 버스바 도핑부 사이의 일부 영역에서 버스바 도핑부를 가로질러 형성될 수도 있고, 아울러, 중간 도핑부는 핑거 도핑부 사이의 일부 영역에 핑거 도핑부를 가로질러 형성될 수도 있다.
또한, 버스바 도핑부 사이의 일부 영역에 형성된 중간 도핑부의 제1 방향의 폭은 버스바 도핑부의 폭과 동일할 수 있으며, 버스바 도핑부 사이의 일부 영역에 형성된 중간 도핑부의 제2 방향의 폭은 핑거 도핑부의 폭 이하일 수 있다.
또한, 중간 도핑부의 두께는 저농도 도핑부의 두께보다 크고 고농도 도핑부의 두께보다 작을 수 있다.
이러한 특징에 따르면, 본 발명에 따른 태양 전지 제조 장치와 방법은 저농도 도핑부를 형성하는 개구부와 고농도 도핑부를 형성하는 개구부를 함께 구비하되, 고농도 도핑부를 형성하는 개구부의 패턴이 태양 전지의 전면 버스바와 핑거 전극의 패턴과 동일하게 형성되도록 하여, 기판의 일면에 선택적 에미터 구조를 형성할 때에, 이온 주입부가 하나의 방향으로 이동하더라도 저농도 도핑부와 고농도 도핑부를 모두 형성할 수 있어 공정 시간을 단축시킬 수 있고, 공정 효율을 보다 향상시킬 수 있다.
아울러, 이와 같은 태양 전지 제조 장치에 의해 제조된 태양 전지는 광전 효율을 상대적으로 양호하게 유지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일례에 따른 태양 전지의 일부 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시한 태양 전지를 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 태양 전지를 Ⅲ-Ⅲ선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 4에서 (a)는 본 발명의 일례에 따른 태양 전지에서 기판 전체에 선택적 에미터 구조가 형성된 평면도이고, (b)는 도 4의 (a)에서 (b)-(b)선을 따라 잘라 도시한 단면도이고, (c)는 도 4의 (a)에서 (c)-(c)선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일레에 따른 태양 전지의 효율을 설명하기 위한 표이다.
도 6은 본 발명에 따른 태양 전지 제조 장치의 기능을 개략적으로 도시한 도이다.
도 7은 본 발명의 일례에 따른 태양 전지 제조 장치의 일례이다.
도 8a 내지 도 8f는 본 발명의 태양 전지 제조 장치에서 사용될 수 있는 다양한 마스크 패턴들의 예를 도시한 것이다.
도 9a 내지 도 9f는 본 발명의 일례에 따른 태양 전지 제조 장치로 태양 전지를 제조하는 방법의 일례를 설명하기 위한 도이다.
도 10a 내지 도 10d는 본 발명의 일례에 따른 태양 전지 제조 장치로 태양 전지를 제조하는 방법의 다른 일례를 설명하기 위한 도이다.
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.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지에 대하여 먼저 설명한 이후, 이를 제조하기 위한 태양 전지 제조 장치와 방법에 대하여 설명한다.
도 1 내지 도 5는 본 발명에 따른 태양 전지 구조의 일례를 설명하기 위한 도이다.
도 1은 본 발명의 일례에 따른 태양 전지의 일부 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시한 태양 전지를 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 잘라 도시한 단면도이고, 도 3은 도 1에 도시된 태양 전지를 Ⅲ-Ⅲ선을 따라 잘라 도시한 단면도이고, 도 4에서 (a)는 본 발명의 일례에 따른 태양 전지에서 기판 전체에 선택적 에미터 구조가 형성된 평면도이고, (b)는 도 4의 (a)에서 (b)-(b)선을 따라 잘라 도시한 단면도이고, (c)는 도 4의 (a)에서 (c)-(c)선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참고로 하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지(10)는 기판(110), 빛이 입사되는 기판(110)의 일면인 입사면[이하, ‘전면(front surface)’라 함]에 위치한 에미터부(121)(emitter region)(121), 에미터부(121) 위에 위치하는 반사 방지부(130), 에미터부(121) 위에 위치하는 제1 전극(140), 입사면의 반대쪽 타면인 기판(110)의 면[이하, ‘후면(back surface)’라 함]에 위치하는 후면 전계부(172) (back surface field region)(172), 그리고 후면 전계부(172) 위와 기판(110) 위에 위치하는 제2 전극(150)를 구비한다.
기판(110)은 제 1 도전성 타입, 예를 들어 p형 도전성 타입의 실리콘(silicon)과 같은 반도체로 이루어진 반도체 기판(110)이다. 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 도 1에 도시되지는 않았지만, 텍스처링(texturing)되어 요철면인 텍스처링 표면(textured surface)을 가질 수 있다. 이로 인해 기판(110)의 전면 위에 위치한 반사 방지부(130) 역시 요철면을 갖는다. 아울러, 기판(110)의 전면뿐만 아니라 후면에도 텍스처링 표면을 가질 수 있다. 복수의 요철을 갖고 있는 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 제 2 도전성 타입, 예를 들어, n형의 도전성 타입을 갖는 불순물부로서, 기판(110)의 전면에 위치한다. 이로 인해, 에미터부(121)는 기판(110)의 제 1 도전성 타입 부분과 p-n 접합을 이룬다.
이와 같은 에미터부(121)는 도 1에 도시된 바와 같이, 저농도 도핑부(121L)와 고농도 도핑부(121H)를 포함한다. 여기서, 저농도 도핑부(121L)는 제 2 도전성 타입의 불순물이 상대적으로 낮은 제1 농도로 함유된 영역이며, 고농도 도핑부(121H)는 제 2 도전성 타입의 불순물이 제1 농도보다 높은 제2 농도로 함유되어, 저농도 도핑부(121L)보다 고농도로 도핑된 영역이다.
또한, 저농도 도핑부(121L)의 상부에는 반사 방지부(130)가 위치하며, 고농도 도핑부(121H)의 상부에는 제1 전극(140)이 위치할 수 있다.
또한, 저농도 도핑부(121L) 및 고농도 도핑부(121H)에 도핑된 불순물의 농도 차이로 인해, 저농도 도핑부(121L) 및 고농도 도핑부(121H)의 면저항값(sheet resistance) 역시 서로 상이하여, 저농도 도핑부(121L)의 면저항값은 고농도 도핑부(121H)의 면저항값보다 크다.
예를 들어, 저농도 도핑부(121L)의 면저항값은 약 100Ω/sq. 내지 120Ω/sq. 이고, 고농도 도핑부(121H)의 면저항값은 약 30Ω/sq. 내지 50Ω/sq. 일 수 있다.
따라서, 이러한 에미터부(121)는 서로 다른 면저항값을 갖는 저농도 도핑부(121L) 및 고농도 도핑부(121H)를 구비한 선택적 에미터 구조(selective emitter structure)를 갖고 있다. 본 예에서, 선택적 에미터 구조는 이온 주입법으로 형성될 수 있다. 이에 대해서는 후술한다.
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 쌍은 전자와 정공으로 분리되어 전자는 n형 쪽으로 이동하고 정공은 p형 쪽으로 이동한다. 따라서, 기판(110)이 p형이고 에미터부(121)가 n형일 경우, 분리된 전자는 에미터부(121)쪽으로 이동하고 분리된 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, 분리된 전자는 기판(110)의 후면 쪽으로 이동하고 분리된 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.
저농도 도핑부(121L)의 면저항값이 약 120Ω/sq. 이하이고 약 100Ω/sq. 이상일 경우, 저농도 도핑부(121L) 자체에서 흡수되는 빛의 양을 좀더 감소시켜 기판(110)으로 입사되는 빛의 양을 증가시키고, 불순물에 의한 전하 손실을 좀더 감소시킨다.
또한, 고농도 도핑부(121H)의 면저항값이 약 50Ω/sq. 이하이고 약 30Ω/sq. 이상일 경우, 고농도 도핑부(121H)와 제1 전극(140)과의 접촉 저항이 줄어 전하의 이동 중 저항에 의한 전하 손실이 줄어든다.
이와 같은 고농도 도핑부(121H)는 핑거 도핑부(121HF)와 버스바 도핑부(121HB)를 포함한다.
핑거 도핑부(121HF)는 핑거 전극(141)과 중첩하여 제1 방향(x)으로 뻗어 있고, 버스바 도핑부(121HB)는 전면 버스바(142)와 중첩하여 제2 방향(y)으로 뻗어 있고, 핑거 도핑부(121HF)와 버스바 도핑부(121HB)는 서로 동일한 제2 농도를 갖는다.
또한, 고농도 도핑부(121H)에 포함되는 핑거 전극(141) 도핑부와 전면 버스바(142) 도핑부 각각의 두께(dHD)는 저농도 도핑부(121L)의 두께(dLD)보다 두꺼울 수 있다. 이와 같이 고농도 도핑부(121H)의 두께(dHD)를 더 두껍게 형성함으로써, 제1 전극(140)의 열처리 시 제1 전극(140)이 고농도 도핑부(121H)를 관통하여 기판(110)과 접촉하는 션트(shunt) 발생을 줄일 수 있다.
에미터부(121) 위에 위치한 반사 방지부(130)는 투명한 실리콘 질화막(SiNx), 실리콘 산화막(SiOx), 또는 실리콘 산화 질화막(SiOxNy) 등으로 이루어진다.
반사 방지부(130)는 태양 전지(10)로 입사되는 빛의 반사도를 줄이고 특정한 파장 영역의 선택성을 증가시켜, 태양 전지(10)의 효율을 높인다. 또한 반사 방지부(130)를 형성할 때 주입된 수소(H) 등을 통해 반사 방지부(130)는 기판(110)의 표면 및 그 근처에 존재하는 댕글링 결합(dangling bond)과 같은 결함(defect)을 안정한 결합으로 바꾸어 결함에 의해 기판(110)의 표면 쪽으로 이동한 전하가 소멸되는 것을 감소시키는 패시베이션 기능(passivation function)을 수행한다. 따라서 결함에 의해 기판(110)의 표면 및 그 부근에서 손실되는 전하의 양이 감소하므로, 태양 전지(10)의 효율은 향상된다.
이와 같은 반사 방지부(130)는 적어도 하나의 층으로 형성될 수 있다.
예를 들어, 반사 방지부(130)는 도 1 및 도 2에서는 하나의 반사 방지막으로 형성된 경우를 도시하고 있지만 이와 다르게 이중 반사 방지막으로 형성될 수 있다.
제1 전극(140)은 제1 방향(x)으로 뻗어 있는 복수의 핑거 전극(141)과 복수의 핑거 전극(141)과 연결되거 제2 방향(y)으로 뻗어 있는 복수의 전면 버스바(142)를 구비한다.
이와 같은 제1 전극(140)은 반사 방지막(130)을 관통하여 고농도 도핑부(121H)와 전기적으로 접촉된다.
복수의 핑거 전극(141)은 에미터부(121)의 핑거 도핑부(121HF)와 전기적 및 물리적으로 연결되어 있고, 서로 이격되어 정해진 방향으로 나란히 뻗어있다. 복수의 핑거 전극(141)은 에미터부(121) 쪽으로 이동한 전하, 예를 들면, 전자를 수집한다.
복수의 전면 버스바(142)는 에미터부(121)의 버스바 도핑부(121HB)와 전기적 및 물리적으로 연결되어 있고 복수의 핑거 전극(141)과 교차하는 방향으로 나란하게 뻗어 있다.
이때, 복수의 전면 버스바(142)는 복수의 핑거 전극(141)과 동일 층에 위치하여 각 핑거 전극(141)과 교차하는 지점에서 해당 핑거 전극(141)과 전기적 및 물리적으로 연결되어 있다.
따라서, 도 1에 도시한 것처럼, 복수의 핑거 전극(141)은 제1 방향(x)으로 뻗어 있는 스트라이프(stripe) 형상을 갖고, 복수의 전면 버스바(142)는 제2 방향(y)으로 뻗어 있는 스트라이프 형상을 갖고 있어, 제1 전극(140)은 기판(110)의 전면에 격자 형태로 위치한다.
복수의 전면 버스바(142)는 접촉된 에미터부(121)의 고농도 도핑부(121H)으로부터 이동하는 전하뿐만 아니라 복수의 핑거 전극(141)에 의해 수집되어 이동하는 전하를 수집한 후 해당 방향으로 수집된 전하를 전송한다.
각 전면 버스바(142)는 교차하는 복수의 핑거 전극(141)에 의해 수집된 전하를 모아서 원하는 방향으로 이동시켜야 하므로, 각 전면 버스바(142)의 폭은 각 핑거 전극(141)의 폭보다 클 수 있다.
일반적으로 많은 전하들은 에미터부(121)의 표면을 따라서 이동하므로, 저농도 도핑부(121L)에 위치하는 전하는 저농도 도핑부(121L)의 표면까지 이동한 후 저농도 도핑부(121L)의 표면을 따라 인접한 제1 전극(140)으로 이동하게 된다. 이때, 저농도 도핑부(121L)의 불순물 도핑 두께가 얇기 때문에 저농도 도핑부(121L)의 표면까지 이동하는 전하의 이동 거리가 줄어든다. 따라서, 제1 전극(140)으로 수집되는 전하의 양이 증가하여 태양 전지(10)의 효율이 향상된다.
또한 입사면이 되는 저농도 도핑부(121L)는 낮은 불순물 도핑 농도를 갖고 있어 불순물에 의한 전하 손실량이 줄어들어 캐리어(carrier)인 전하가 증가한다.
추가로, 제1 전극(140)과 접촉하여 전하를 출력하는 고농도 도핑부(121H)는 높은 불순물 도핑 농도로 인해 저농도 도핑부(121L)보다 높은 전도도와 낮은 면저항값을 갖고 있어, 저농도 도핑부(121L)에서 제1 전극(140)으로의 전하 전송 효율이 향상된다. 따라서 태양 전지(10)의 효율이 증가한다.
복수의 전면 버스바(142)는 외부 장치와 연결되어 수집된 전하(예, 전자)를 외부 장치로 출력된다.
복수의 핑거 전극(141)과 복수의 전면 버스바(142)를 구비한 제1 전극(140)은 은(Ag)과 같은 적어도 하나의 도전성 물질로 이루어져 있다.
이처럼, 에미터부(121)가 제 1 및 제 2 에미터 부분(121L, 121H)을 구비한 선택적 에미터 구조를 갖고 있어, 제1 전극(140)으로의 전하 이동이 주로 행해지는 저농도 도핑부(121L)는 낮은 불순물 도핑 농도를 갖고, 제1 전극(140)과 접해 있는 고농도 도핑부(121H)는 높은 불순물 농도를 갖고 있다. 따라서 에미터부(121)를 통해 제1 전극(140) 쪽으로 이동하는 전하의 양과 불순물의 농도 증가로 인한 전도도 증가로 제1 전극(140)에 의해 수집된 전하의 양이 증가하여, 태양 전지(10)의 효율을 크게 향상된다.
도 1에서, 기판(110)에 위치하는 핑거 전극(141)과 전면 버스바(142)의 개수는 한 예에 불과하고, 경우에 따라 변경 가능하다.
후면 전계부(172)는 기판(110)과 동일한 도전성 타입의 불순물이 기판(110)보다 고농도로 도핑된 영역, 예를 들면, p+ 영역이다.
이러한 기판(110)의 제 1 도전성 영역과 후면 전계부(172)간의 불순물 농도 차이로 인해 전위 장벽이 형성되고, 이로 인해, 정공의 이동 방향인 후면 전계부(172) 쪽으로 전자 이동을 방해하는 반면, 후면 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 제2 전극(150)으로의 전하 이동량을 증가시킨다.
제2 전극(150)은 후면 전극층(151)과 후면 전극층(151)과 연결되어 있는 복수의 후면 버스바(152)를 구비한다.
후면 전극층(151)은 기판(110)의 후면에 위치한 후면 전계부(172)와 접촉하고 있고, 기판(110)의 후면 가장 자리와 후면 버스바(152)가 위치한 부분을 제외하면 실질적으로 기판(110)의 후면 전체에 위치한다.
후면 전극층(151)은 알루미늄(Al)과 같은 도전성 물질을 함유하고 있다.
이러한 후면 전극층(151)은 후면 전계부(172)쪽으로부터 이동하는 전하, 예를 들어 정공을 수집한다.
이때, 후면 전극층(151)이 기판(110)보다 높은 불순물 농도로 유지하는 후면 전계부(172)와 접촉하고 있으므로, 기판(110), 즉 후면 전계부(172)와 후면 전극층(151) 간의 접촉 저항이 감소하여 기판(110)으로부터 후면 전극층(151)으로의 전하 전송 효율이 향상된다.
복수의 후면 버스바(152)는 후면 전극층(151)이 위치하지 않는 기판(110)의 후면 위에 위치하며 인접한 후면 전극층(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 전극층(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 전극층(151)보다 양호한 전도도를 갖는 물질로 이루어질 수 있고, 예를 들어, 은(Ag)과 같은 적어도 하나의 도전성 물질을 함유한다.
한편, 본 발명의 일례에 따른 태양 전지(10)는 중간 도핑부(121M)를 더 포함한다.
이와 같은 중간 도핑부(121M)는 고농도 도핑부(121H) 사이의 일부 영역에는 고농도 도핑부(121H)를 가로질러 형성되며, 고농도 도핑부(121H)의 제2 농도보다 낮은 제3 농도를 갖는다.
일례로, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 중간 도핑부(121M)는 제2 방향(y)으로 뻗어 있는 버스바 도핑부(121HB) 사이의 일부 영역에 버스바 도핑부(121HB)를 가로지르는 제1 방향(x)으로 형성될 수 있다.
보다 구체적으로, 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이 핑거 전극(141)과 전면 버스바(142)의 교차 영역(C140)은 핑거 도핑부(121HF)와 버스바 도핑부(121HB)의 교차 영역(CHD)과 중첩된다.
여기서, 중간 도핑부(121M)는 도 4에 도시된 바와 같이, 핑거 도핑부(121HF)와 버스바 도핑부(121HB)의 교차 영역(CHD) 사이에서 버스바 도핑부(121HB) 사이의 일부 영역에 제2 방향(y)으로 뻗어 있는 버스바 도핑부(121HB)를 가로지르는 제1 방향(x)으로 형성될 수 있다.
또한, 도시되어 있지는 않지만, 중간 도핑부(121M)는 핑거 도핑부(121HF)와 버스바 도핑부(121HB)의 교차 영역(CHD) 사이에서 제1 방향(x)으로 뻗어 있는 핑거 도핑부(121HF) 사이의 일부 영역에 핑거 도핑부(121HF)를 가로지르는 제2 방향(y)으로 형성될 수도 있다.
여기서, 중간 도핑부(121M)의 제3 농도는 고농도 도핑부(121H)의 제2 농도보다 낮고, 저농도 도핑부(121L)의 제1 농도와 같거나 더 높을 수 있다.
일례로, 이온 주입 공정에서 제 1 도전성 타입의 불순물이 도핑된 기판(110)에 제 1 도전성 타입과 반대인 제 2 도전성 타입의 불순물 이온이 주입될 때에, 주입되는 이온과 기판(110)이 이루는 각이 정확히 수직으로 형성되는 경우, 중간 도핑부(121M)의 제3 농도는 저농도 도핑부(121L)의 제1 농도와 실질적으로 같을 수 있다.
그러나, 주입되는 이온과 기판(110)이 이루는 각이 정확히 수직으로 형성되지 않고 비스듬히 주입되는 경우, 중간 도핑부(121M)의 제3 농도는 고농도 도핑부(121H)의 제2 농도보다 낮고, 저농도 도핑부(121L)의 제1 농도보다 더 높을 수 있다.
이와 같은 중간 도핑부(121M)의 두께(dMD)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 저농도 도핑부(121L)의 두께(dLD)보다 크고 고농도 도핑부(121H)의 두께(dHD)보다 작을 수 있다.
또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 버스바 도핑부(121HB) 사이의 일부 영역에 형성된 중간 도핑부(121M)의 제1 방향(x)의 폭(WMD1)은 버스바 도핑부(121HB)의 폭과 동일할 수 있고, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 중간 도핑부(121M)의 제2 방향(y)의 폭(WMD2)은 핑거 도핑부(121HF)의 폭 이하일 수 있다.
또한, 도 4에서는 핑거 도핑부(121HF)와 버스바 도핑부(121HB)의 교차 영역(CHD) 사이에 형성된 중간 도핑부(121M)의 개수가 하나인 경우만 일례로 도시하고 있으나, 이와 다르게 중간 도핑부(121M)의 개수는 복수 개일 수도 있다.
아울러, 복수 개의 버스바 도핑부(121HB) 중에서 최외곽을 제외한 중간에 형성된 버스바 도핑부(121HB)를 가로지르는 중간 도핑부(121M)의 폭이나 개수는 에 형성되 버스바 도핑부(121HB)를 가로지르는 중간 도핑부(121M)의 폭이나 개수보다 클 수 있다.
이와 같은 구조를 갖는 본 일례에 따른 태양 전지(10)의 동작은 다음과 같다.
태양 전지(10)로 빛이 조사되어 반사 방지부(130)를 통해 기판(110)으로 입사되면 빛 에너지에 의해 반도체부에서 전자-정공 쌍이 발생한다. 이때, 기판(110)의 텍스처링 표면과 반사 방지부(130)에 의해 기판(110)으로 입사되는 빛의 반사 손실이 줄어들어 기판(110)으로 입사되는 빛의 양이 증가한다.
이들 전자-정공 쌍은 기판(110)과 에미터부(121)의 p-n 접합에 의해 서로 분리되어 전자와 정공은, 예를 들어, n형의 도전성 타입을 갖는 에미터부(121)과 p형의 도전성 타입을 갖는 기판(110) 쪽으로 각각 이동한다. 이처럼, 에미터부(121) 쪽으로 이동한 전자는 복수의 핑거 전극(141)과 복수의 전면 버스바(142)에 의해 수집되어 복수의 전면 버스바(142)를 따라 이동하고, 기판(110) 쪽으로 이동한 정공은 인접한 후면 전극층(151)과 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, 제1 전극(140)으로 이동하는 전하의 양은 증가하여, 태양 전지(10)의 효율은 크게 향상된다.
이와 같이, 본 발명에 따른 태양 전지(10)는 선택적 에미터 구조를 가지므로 광전 변환 효율을 양호하게 유지할 수 있으면서 공정 시간을 보다 단축할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일레에 따른 태양 전지의 효율을 설명하기 위한 표이다.
도 5에서 비교예 (1)은 선택적 에미터 구조가 아닌 경우의 일례이고, 비교예 (2)는 핑거 전극(141) 하부의 에미터 영역이 고농도로 도핑된 선택적 에미터 구조인 경우의 일례이고, 비교예 (3)은 전면 버스바(142)와 핑거 전극(141) 하부의 에미터 영역이 고농도로 도핑괸 선택적 에미터 구조의 일례이다.
도 5에서 알 수 있는 바와 같이, 개방 전압(Voc)은 p-n 접합의 내부 전위차에 의해 주로 영향을 받으므로, 선택적 에미터 구조인지 여부에 영향을 받지 않는다. 그러나, 단락 전류(Isc)의 경우 캐리어의 이동 효율과 관련되므로 선택적 에미터 구조 여부에 따라 값이 결정된다.
따라서, 단락 전류(Isc)는 선택적 에미터 구조가 아닌 비교예 (1)의 경우, 상대적으로 낮게 나오고, 핑거 전극(141) 하부만 선택적 에미터 구조인 경우의 비교예 (2)의 경우 중간 정도로 나오고, 핑거 전극(141) 및 전면 버스바(142) 하부가 선택적 에미터 구조인 경우의 비교예 (3)의 경우 매우 양호한 값을 갖는다.
그러나, 본 발명과 같이, 선택적 에미터 구조의 고농도 도핑부(121H) 사이의 일부 영역에 중간 도핑부(121M)를 구비한 경우에는 캐리어의 이동 효율을 특별히 저하시키지 않기 때문에, 단락 전류(Isc)가 비교예 (3)과 같이 매우 양호한 값을 가질 수 있다.
이는 고농도 도핑부(121H)의 상부에 핑거 전극(141)이나 전면 버스바(142)가 있기 때문이다.
즉, 고농도 도핑부(121H)의 일부 영역 사이에 상대적으로 도핑 농도가 낮은 중간 도핑부(121M)가 있다고 하더라도, 고농도 도핑부(121H)를 이동하는 캐리어가 전도성이 고농도 도핑부(121H)보다 좋은 핑거 전극(141)이나 전면 버스바(142)를 따라 이동할 수 있기 때문에 단락 전류(Isc)가 비교예 (3)과 같이 매우 양호한 값을 가질 수 있다.
이하의 도 6 내지 도 8f에서는 전술한 바와 같은 본 발명에 따른 태양 전지(10)를 제조하는 제조 장치의 일례에 대해서 설명한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 태양 전지 제조 장치(200)는 하나의 챔버 내에서 하나의 마스크를 이용하여 전술한 에미터부(121)의 저농도 도핑부(121L), 고농도 도핑부(121H) 및 중간 도핑부(121M)를 형성할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 태양 전지 제조 장치(200)는 저농도 도핑부(121L)를 형성하기 위한 마스크와 고농도 도핑부(121H)를 형성하기 위한 마스크를 별도로 구비할 필요가 없기 때문에 공정 비용을 보다 절감할 수 있다.
보다 구체적으로, 도 7은 본 발명의 일례에 따른 태양 전지 제조 장치의 일례이고, 도 8a 내지 도 8f는 본 발명의 태양 전지 제조 장치에서 사용될 수 있는 다양한 마스크 패턴들의 예를 도시한 것이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 태양 전지 제조 장치(200)는 챔버(210), 이온 주입부(220), 마스크(230)를 포함한다.
챔버(210)는 기판(110)의 일면에 이온을 주입하기 위한 공간을 마련하여 주고, 이와 같은 챔버(210)에 의해 마련되는 공간은 외부로부터 완전히 차단될 수 있다. 이와 같은 챔버(210) 내부는 이온 주입부(220)가 이온을 주입할 때에 진공 상태일 수 있다.
이와 같은 챔버(210) 내부에는 도시되지는 않았지만, 챔버(210) 내부에 배치되는 기판(110)이 안착되는 지지부(미도시)가 포함될 수 있다.
아울러, 이와 같은 지지부는 이온이 주입되는 기간 동안 이동할 수 있다.
이온 주입부(220)는 챔버(210) 내부에 위치하여, 챔버(210) 내부에 배치된 기판(110)의 일면에 이온을 주입하는 기능을 한다. 따라서, 제1 도전성 타입의 불순물이 도핑된 기판(110)의 일면에 제1 도전성 타입의 불순물과 반대인 제2 도전성 타입의 불순물 이온이 이온 주입부(220)에 의해 주입될 수 있다.
이와 같은 이온 주입부(220)는 내부에 복수 개의 노즐이 포함된 바(bar) 형태일 있다.
아울러, 이와 같은 이온 주입부(220)는 이온이 주입되는 기간 동안 이동될 수 있다.
마스크(230)는 이온 주입부(220)와 기판(110) 사이에 위치하며, 기판(110)이 챔버(210) 내부로 이동하여 이온 주입 하기 이전까지 기판(110)과 이격되어 있다가 이온 주입부(220)가 이온을 주입할 때에는 기판(110)과 이격 간격(D)을 줄이거나 이격되지 않고 접촉할 수도 있고, 이온 주입부(220)에 의해 이온이 주입되는 기간 동안 이동될 수 있다.
이와 같은 마스크(230)는 DLC(diamond like carbon) 재질을 포함할 수 있다.
이와 같은 DLC 재질은 강도가 매우 높아 이온 주입할 때의 열이나 주입되는이온에 의한 충격에 강하고, 변형이 거의 일어나지 않는다.
이와 같은 마스크(230)는 기판(110)의 일면에 제1 농도를 갖는 저농도 도핑부(121L)를 형성하기 위한 제1 개구부(P230L)와 제1 농도보다 높은 제2 농도를 갖는 고농도 도핑부(121H)를 형성하기 위한 제2 개구부(P230H)를 함께 포함한다.
이와 같은 제1 개구부(P230L)와 제2 개구부(P230H)는 마스크(230) 위에서 주입되는 이온이 마스크를 통과하여 기판(110)의 일면에 주입될 수 있도록 마스크(230)에서 오프닝(openning)된 부분을 의미한다.
여기서, 제1 개구부(P230L)와 제2 개구부(P230H)는 도 8a 내지 도 8f에 도시된 바와 같이, 서로 분리되어 있을 수 있고, 제1 개구부(P230L)의 개구 면적은 제2 개구부(P230H)의 개구 면적 보다 크고 기판(110)의 일면 면적보다 작은 면적을 가질 수 있다.
이에 따라, 제1 개구부(P230L)는 기판(110)의 가장자리 일부 영역을 제외한 일면 전체를 저농도 도핑부(121L)로 형성할 수 있다.
아울러, 제2 개구부(P230H)는 도 8a 내지 도 8f에 도시된 바와 같이, 복수 개의 핑거 개구부(P230HF)와 복수 개의 버스 개구부(P230HB)를 포함할 수 있다.
여기서, 복수 개의 핑거 개구부(P230HF)는 제1 방향(x)으로 형성되며, 복수 개의 버스 개구부(P230HB)는 제1 방향(x)과 교차하는 제2 방향(y)으로 형성되고, 핑거 개구부(P230HF)와 버스 개구부(P230HB)는 서로 연결된다.
여기서, 버스 개구부(P230HB)는 기판(110)의 일면에 형성될 에미터부(121)의 고농도 도핑부(121H) 중 버스바 도핑부(121HB)를 형성시키기 위한 것이고, 핑거 개구부(P230HF)는 핑거 도핑부(121HF)를 형성시키기 위한 것이다.
여기서, 버스 개구부(P230HB)의 폭(W230B)은 핑거 개구부(P230HF)의 폭(W230F)보다 클 수 있다. 이에 따라, 기판(110)의 일면에 형성되는 고농도 도핑부(121H)의 버스바 도핑부(121HB)의 폭(WHB)을 핑거 도핑부(121HF)의 폭(WHF)보다 크게 형성할 수 있다.
예를 들어, 핑거 개구부(P230HF)의 폭(W230F)은 50㎛ ~ 1㎜의 범위 내에서 형성될 수 있으며, 버스 개구부(P230HB)의 폭(W230B)은 핑거 개구부(P230HF)의 폭(W230F)보다 큰 범위 내에서 0.5㎜ ~ 3㎜ 사이의 범위 내에서 형성될 수 있다.
아울러, 마스크(230)는 가장자리부(230EG), 복수의 중앙부(230CF), 연결부(CN)를 포함할 수 있다.
여기서 연결부(CN)는 전술한 제2 개구부(P230H)를 가로질러 형성된다. 이와 같은 연결부(CN)는 마스크(230)에 포함되는 복수의 중앙부(230CF)가 마스크(230)로부터 분리되지 않도록 한다.
보다 구체적으로, 연결부(CN)는 복수의 제1 연결부(C1a) 및 복수의 제2 연결부(C1b)를 포함할 수 있다.
여기서, 연결부(CN)의 재질은 마스크(230)의 재질과 동일한 DLC(diamond like carbon) 재질로 포함할 수 있으나, SiN나 SiO를 포함하는 것도 가능하다.
여기서 가장자리부(230EG)는 마스크(230)에서 제1 개구부(P230L)와 제2 개구부(P230H)를 둘러싸는 부분, 중앙부(230CF)는 복수의 핑거 개구부(P230HF)와 복수의 버스 개구부(P230HB)들에 의해 둘러싸이는 부분, 제1 연결부(C1a)는 가장자리 부와 중앙부(230CF)를 서로 연결하는 부분, 제2 연결부(C1b)는 서로 인접한 두 개의 중앙부(230CF)를 서로 연결하는 부분이다.
여기서, 제2 연결부(C1b)가 생략되는 것도 가능하다. 이에 대해서는 도 8d에서 설명한다.
여기서, 제1 연결부(C1a) 및 제2 연결부(C1b)는 버스 개구부(P230HB)를 가로질러 형성될 수 있다.
구체적으로, 제1 연결부(C1a)는 가장자리부(230EG)와 중앙부(230CF)를 서로 연결하기 위해 버스 개구부(P230HB)를 가로질러 제1 방향(x)으로 형성될 수 있고, 제2 연결부(C1b)는 서로 바로 인접하는 중앙부(230CF)와 중앙부(230CF)를 서로 연결하기 위해 버스 개구부(P230HB)를 제1 방향(x)으로 가로질러 형성될 수 있다.
이와 같은 제1 연결부(C1a)와 제2 연결부(C1b)는 복수의 중앙부(230CF)가 마스크(230)로부터 분리되는 것을 방지할 수 있다.
이를 위해 제1 연결부(C1a) 및 제2 연결부(C1b)는 도 8a에 도시된 바와 같이, 버스 개구부(P230HB)를 가로지르는 제1 방향(x)으로 형성되되, 서로 바로 인접한 두 개의 핑거 개구부(P230HF) 사이에 위치할 수 있다.
또한, 제1 연결부(C1a)의 폭(WC1a)은 핑거 개구부(P230HF)의 폭(W230F)과 동일하거나 작을 수있다.
이와 같은 제1 연결부(C1a)에 의해 기판(110)의 일면에 형성되는 고농도 도핑부(121H) 사이의 일부 영역에 고농도 도핑부(121H)를 제1 방향(x)으로 가로지르는 중간 도핑부(121M)를 형성할 수 있다.
또한, 제1 연결부(C1a)의 폭(WC1a)은 중앙부(230CF)가 가장자리부(230EG)로부터 분리되는 것을 방지하기 위한 최소한의 폭을 가질 수 있으며, 일례로 제1 연결부(C1a)의 폭(WC1a)은 핑거 개구부(P230HF)의 폭(W230F)과 동일하거나 작을 수 있다.
예를 들어, 제1 연결부(C1a)의 폭(WC1a)은 50㎛ ~ 1㎜의 범위 내에서 형성될 수 있으나, 제1 연결부(C1a)의 재질로 포함되는 DLC(diamond like carbon) 재질의 강도를 고려하여 50㎛보다 더 낮거나 1㎜보다 더 높은 폭을 갖는 것도 가능하다.
또한, 도 8a에서는 서로 바로 인접하는 두 개의 핑거 개구부(P230HF)들 사이에 위치하는 제1 연결부(C1a) 및 제2 연결부(C1b)가 하나인 경우만 도시하고 있으나, 복수 개일 수도 있다.
이와 같이 제1 연결부(C1a) 및 제2 연결부(C1b)를 복수 개로 형성할 경우, 중앙부(230CF)를 더욱 단단히 가장자리부(230EG)에 연결시킬 수 있어 중앙부(230CF)가 중력에 위해 아래로 휘는 현상을 방지할 수 있다.
또한, 도 8b에 도시된 바와 같이, 제2 연결부(C1b)의 개수는 제1 연결부(C1a)의 개수보다 많을 수 있다.
이와 같이, 제2 연결부(C1b)의 개수를 상대적으로 더 많게 형성함으로써, 마스크(230)의 중앙부(230CF)가 하부에 위치하는 기판(110) 방향으로 휘는 현상을 방지할 수 있다.
이를 위해, 도 8c에 도시된 바와 같이, 제2 연결부(C1b)의 폭(WC1b)은 제1 연결부(C1a)의 폭(WC1a)보다 크게 할 수도 있다.
또한, 아울러, 마스크(230)의 중앙부(230CF)가 기판(110) 방향으로 휘는 현상을 더욱 방지하기 위해 도 8d에 도시된 바와 같이, 복수 개의 버스 개구부(P230HB) 중에서 두 개의 핑거 개구부(P230HF) 사이에 위치하는 버스 개구부(P230HB)와 제2 연결부(C1b)를 생략하고, 중앙부(230CF)를 도 8a에 도시된 중앙부(230CF)보다 상대적으로 더 크게 형성할 수도 있다.
여기서, 핑거 개구부(P230HF)의 외곽 방향에 위치하는 버스 개구부(P230HB)의 말단 부분(P230HBe)은 도 8d와 같이 남겨둘 수도 있고, 이와 다르게 생략되는 것도 가능하다.
아울러, 도 8e 및 도 8f에서는 특별히 따로 설명하지는 않았지만, 앞서 전술한 도 8b 내지 도 8d의 특징이 모두 적용될 수 있다.
지금까지는 제1 연결부 및 제2 연결부가 버스 개구부를 가로지는 방향으로 형성된 경우만을 일례로 설명하였지만, 이와 다르게, 도 8e에 도시된 바와 같이, 제1 연결부(C2a) 및 제2 연결부(C2b)는 핑거 개구부(P230HF)를 제2 방향(y)으로 가로질러 형성되는 것도 가능하다.
보다 구체적으로, 제1 연결부(C2a)는 서로 바로 인접하는 두 개의 버스 개구부(P230HB)들 사이에 위치하여 핑거 개구부(P230HF)를 가로지는 제2 방향(y)으로 형성되어 가장자리부(230EG)와 중앙부(230CF)를 서로 연결시킬 수 있으며, 제2 연결부(C2b)는 서로 바로 인접하는 두 개의 중앙부(230CF)와 중앙부(230CF)를 서로 연결시킬 수 있다.
아울러, 도 8f에 도시된 바와 같이, 제1 연결부(C1a, C2a) 및 제2 연결부(C1b, C2b) 각각이 핑거 개구부(P230HF) 및 버스 개구부(P230HB)를 각각 가로지르는 방향으로 형성될 수도 있다.
즉, 제1 연결부(C1a, C2a)가 핑거 개구부(P230HF)를 가로 지르는 방향과 버스 개구부(P230HB)를 가로 지르는 방향으로 각각 형성될 수 있으며, 제2 연결부(C1b, C2b)가 핑거 개구부(P230HF)를 가로 지르는 방향과 버스 개구부(P230HB)를 가로 지르는 방향으로 각각 형성될 수 있다.
이와 같은 경우, 중앙부(230CF)가 중력에 의해 아래로 휘어지는 현상을 더욱 효율적으로 방지할 수 있다.
지금까지는 본 발명에 따른 태양 전지(10) 및 이를 제조하는 태양 전지 제조 장치(200)에 대해서 살펴보았으나, 이하에서는 본 발명에 따른 태양 전지 제조 장치(200)로 태양 전지(10)를 제조하는 방법에 대해서 설명한다.
도 9a 내지 도 9f는 본 발명의 일례에 따른 태양 전지 제조 장치로 태양 전지를 제조하는 방법의 일례를 설명하기 위한 도이다.
도 9a에서 (a)는 태양 전지 제조 장치(200)를 위에서 바라본 모습이고, (b)는 태양 전지 제조 장치(200)를 측면에서 바라본 모습이다.
본 발명에 따른 태양 전지(10) 제조 방법의 일례는 도 7 내지 도 8a를 기준으로 한다.
본 발명에 따른 태양 전지(10) 제조 방법은 마스크(230)가 고정된 상태에서 이온 주입부(220)만 이동하면 되므로, 챔버(210)의 크기가 마스크(230)가 이동할 별도의 공간을 필요로 하지 않는다.
먼저, 도 9a에 도시된 바와 같이, 기판(110)이 마스크(230)의 제1 개구부(P230L) 아래에 배치된 상태에서 이온 주입부(220)가 마스크(230)의 핑거 개구부(P230HF)의 제1 방향(x)과 나란한 화살표 방향으로 이동하는 동안 이온을 주입하면서 기판(110)의 일면에 저농도 도핑부(121L)를 형성한다.
이때에 이온 주입부(220)가 이온을 주입하기 위한 에너지는 대략 5keV ~ 20keV 사이에서 결정될 수 있다.
이와 같이 이온 주입부(220)는 제1 개구부(P230L) 아래에 배치된 기판(110)의 일면에 이온 주입을 수행하는 동안 이동하여 이온 주입부(220)가 제1 개구부(P230L)와 제2 개구부(P230H) 사이에 위치하면, 이동을 멈춘다.
이에 따라, 가장자리를 제외한 기판(110)의 일면 전체에는 도 9b에 도시된 바와 같이 저농도 도핑부(121L)가 형성된다.
이후, 도 9c에 도시된 바와 같이, 이온 주입부(220)와 마스크(230)를 고정시킨 상태에서 기판(110)을 제1 방향(x)으로 이동하여 마스크(230)의 제2 개구부(P230H) 아래로 위치시킨다.
이와 같이, 기판(110)이 마스크(230)의 제2 개구부(P230H) 아래에 위치되면, 도 9d에 도시된 바와 같이, 이온 주입부(220)가 다시 화살표 방향의 제1 방향(x)으로 이동하는 동안 이온을 주입하면서 저농도 도핑부(121L)가 형성된 기판(110)의 일면에 제1 방향(x) 및 제1 방향(x)과 교차하는 제2 방향(y)으로 뻗어 있는 고농도 도핑부(121H)를 동시에 형성한다.
이때, K 부분을 x 방향에서 바라보았을 때에, 이온이 주입되는 각은 도 9e에 도시된 바와 같이, 기판(110)과 정확히 수직을 이루는 것이 아니라 90°보다 작은 각을 가질 수 있다.
따라서, 일부 이온이 기판(110)의 일면 중에서 제1 연결부(C1a) 및 제2 연결부(C1b)의 하부에 위치하는 영역에 주입될 수 있으므로, 핑거 개구부(P230HF) 및 버스 개구부(P230HB)에서 제1 연결부(C1a) 및 제2 연결부(C1b)가 위치하지 않는 기판(110)의 영역보다 작은 양으로 주입된다.
이에 따라, 제1 연결부(C1a) 및 제2 연결부(C1b)의 하부에 위치하는 기판(110)의 영역은 고농도 도핑부(121H)의 제2 농도보다는 작고, 저농도 도핑부(121L)의 제1 농도보다는 높은 제3 농도를 가질 수 있다.
이에 따라, 도 9f에 도시된 바와 같이, 기판(110)의 일면 전체에는 저농도 도핑부(121L)가 형성되고, 제1 전극(140)의 핑거 전극(141) 및 전면 버스바(142) 패턴에 대응되는 고농도 도핑부(121H)의 핑거 도핑부(121HF) 및 버스바 도핑부(121HB)의 패턴이 형성되며, 아울러, 버스바 도핑부(121HB) 사이의 일부 영역에는 버스바 도핑부(121HB)를 가로지르고, 저농도 도핑부(121L)의 제1 농도보다 높고 버스바 도핑부(121HB)의 제2 농도보다 낮은 중간 도핑부(121M)가 형성될 수 있다.
이와 같은 본 발명의 일례에 따른 태양 전지(10) 제조 방법은 도 7 내지 도 8a를 기준으로만 설명하였으나, 이와 다르게 마스크(230)는 도 8b 내지 도 8f에 도시된 마스크(230) 들 중에 하나를 이용하는 것도 가능하다.
이와 같이 본 발명의 일례에 따른 태양 전지(10) 제조 방법은 제1 개구부(P230L)와 제2 개구부(P230H)를 함께 구비한 하나의 마스크(230)를 이용하여 기판(110)의 일면에 저농도 도핑부(121L)와 고농도 도핑부(121H)를 한꺼번에 형성할 수 있으므로, 저농도 도핑부(121L)를 형성하기 위한 마스크(230)와 고농도 도핑부(121H)를 형성하기 위한 마스크(230)를 별도로 구비할 필요도 없고, 이를 교체할 필요도 없으므로, 제조 공정의 효율을 보다 높일 수 있고, 공정 시간을 보다 단축할 수 있다.
아울러, 본 발명의 일례에 따른 태양 전지(10) 제조 방법은 이온 주입부(220)가 마스크(230) 상부 전체를 제1 방향(x)으로 한 번만 이동하면 되므로, 마스크(230) 상부를 왔다 갔다 반복할 필요가 없어 제조 공정 시간을 단축할 수 있다.
도 10a 내지 도 10d는 본 발명의 일례에 따른 태양 전지 제조 장치로 태양 전지를 제조하는 방법의 다른 일례를 설명하기 위한 도이다.
먼저 도 10a에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 태양 전지(10) 제조 방법의 다른 일례는 이온 주입부(220)가 고정된 상태에서 마스크(230)와 기판(110)만 이동하면 되므로, 챔버(210)의 크기가 마스크(230)가 이동할 별도의 공간을 필요로 한다. 그러나, 이온 주입부(220)가 이동할 필요가 없으므로, 이온 주입부(220)를 이동시키기 위한 기술은 필요로 하지 않는다.
도 10b에 도시된 바와 같이, 기판(110)이 마스크(230)의 제1 개구부(P230L) 아래에 배치된 상태에서 이온 주입부(220)가 이온을 주입하는 동안 기판(110)과 마스크(230)를 동시에 제1 방향(x)으로 이동하면서 기판(110)의 일면에 저농도 도핑부(121L)를 형성한다.
이와 같은 공정에 따라, 도 9b에 도시된 바와 같이, 가장자리를 제외한 기판(110)의 일면 전체에는 저농도 도핑부(121L)가 형성된다.
이후, 도 10c에 도시된 바와 같이, 이온 주입부(220)와 마스크(230)를 고정시킨 상태에서 기판(110)을 마스크(230)의 이동 방향과 반대 방향으로 이동하여 마스크(230)의 제2 개구부(P230H) 아래로 위치시킨다.
다음, 기판(110)이 마스크(230)의 제2 개구부(P230H) 아래에 배치된 상태에서 이온 주입부(220)가 이온을 주입하는 동안 기판(110)과 마스크(230)를 동시에 제1 방향(x)으로 이동하면서 저농도 도핑부(121L)가 형성된 기판(110)의 일면에 제1 방향(x) 및 제1 방향(x)과 교차하는 제2 방향(y)으로 뻗어 있는 고농도 도핑부(121H)를 동시에 형성시킨다.
이에 따라, 도 9f에 도시된 바와 같이, 기판(110)의 일면 전체에는 저농도 도핑부(121L)가 형성되고, 제1 전극(140)의 핑거 전극(141) 및 전면 버스바(142) 패턴에 대응되는 고농도 도핑부(121H)의 핑거 도핑부(121HF) 및 버스바 도핑부(121HB)의 패턴이 형성되며, 아울러, 버스바 도핑부(121HB) 사이의 일부 영역에는 버스바 도핑부(121HB)를 가로지르고, 저농도 도핑부(121L)의 제1 농도보다 높고 버스바 도핑부(121HB)의 제2 농도보다 낮은 중간 도핑부(121M)가 형성될 수 있다.
이와 같은 본 발명의 다른 일례에 따른 태양 전지(10) 제조 방법은 도 8a에 도시된 마스크(230)를 이용한 경우만 설명하였으나, 이와 다르게 마스크(230)는 도 8b 내지 도 8f에 도시된 마스크(230) 들 중에 하나를 이용하는 것도 가능하다.
이와 같이 본 발명의 다른 일례에 따른 태양 전지(10) 제조 방법은 앞서 전술한 제조 방법의 일례와 같이, 제1 개구부(P230L)와 제2 개구부(P230H)를 함께 구비한 하나의 마스크(230)를 이용하여 기판(110)의 일면에 저농도 도핑부(121L)와 고농도 도핑부(121H)를 한꺼번에 형성할 수 있으므로, 제조 공정의 효율을 보다 높일 수 있고, 공정 시간을 보다 단축할 수 있다.
아울러, 본 발명에 따른 태양 전지(10) 제조 방법의 다른 일례는 이온 주입부(220)가 고정된 상태에서 마스크(230)와 기판(110)을 제1 방향(x)으로 한번만 이동하면되므로, 마스크(230) 상부를 왔다 갔다 반복할 필요가 없어 제조 공정 시간을 보다 단축할 수 있다.
아울러, 본 발명에 따른 태양 전지 제조 장치(200)는 마스크(230)를 반복적으로 사용할 수 있으므로, 공정 비용을 보다 절감할 수 있다.
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 (20)

  1. 챔버 내부에 위치하여, 상기 챔버 내부에 배치된 기판의 일면에 이온을 주입하는 이온 주입부; 및
    상기 이온 주입부와 상기 기판 사이에 위치하며, 상기 기판의 일면에 제1농도를 갖는 저농도 도핑부를 형성하기 위한 제1 개구부와 상기 제1 농도보다 높은 제2 농도를 갖는 고농도 도핑부를 형성하기 위한 제2 개구부를 함께 구비하는 마스크;를 포함하고,
    상기 제2 개구부는 제1 방향으로 형성된 복수의 핑거 개구부와 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 형성된 복수의 버스 개구부를 포함하고,
    상기 복수의 핑거 개구부와 상기 복수의 버스 개구부는 서로 교차되어 연결되며,
    상기 마스크는 상기 복수의 버스 개구부를 가로질러 형성되며 상기 제2 농도보다 낮은 제3 농도를 갖는 중간 도핑부를 상기 기판에 형성하기 위한 복수의 연결부를 더 포함하고,
    상기 복수의 버스 개구부 중에서 중앙에 위치하는 중앙 버스 개구부에 위치한 복수의 제2 연결부는 상기 복수의 버스 개구부 중에서 상기 중앙 버스 개구부의 외측에 위치하는 외곽 버스 개구부에 위치한 복수의 제1 연결부보다 선폭이 크거나 개수가 더 많은 태양 전지 제조 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 마스크는
    상기 제1 개구부와 상기 제2 개구부를 둘러싸는 가장자리부;와
    상기 복수의 핑거 개구부와 상기 복수의 버스 개구부들에 의해 둘러싸이는 복수의 중앙부;를 포함하고,
    상기 가장자리부와 상기 복수의 중앙부 및 상기 제1, 2 연결부는 서로 동일한 두께로 형성되는 태양 전지 제조 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 연결부는 상기 가장자리부와 상기 중앙부를 서로 연결하는 태양 전지 제조 장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제2 연결부는 서로 바로 인접한 상기 중앙부를 서로 연결하는 태양 전지 제조 장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 제1 연결부 및 상기 제2 연결부는 상기 핑거 개구부를 더 가로질러 형성된 태양 전지 제조 장치.
  6. 삭제
  7. 제3 항에 있어서,
    상기 제1 연결부의 폭은 상기 핑거 개구부의 폭과 동일하거나 작은 태양 전지 제조 장치.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제1 항의 태양 전지 제조 장치를 이용한 태양 전지 제조 방법에 있어서,
    상기 기판이 상기 마스크의 제1 개구부 아래에 배치된 상태에서 상기 이온 주입부가 제1 방향으로 이동하는 동안 상기 이온을 주입하면서 상기 기판의 일면에 상기 저농도 도핑부를 형성하는 단계;
    상기 기판을 상기 제1 방향으로 이동하여 상기 마스크의 제2 개구부 아래로 위치시키는 단계; 및
    상기 이온 주입부가 상기 제1 방향으로 이동하는 동안 상기 이온을 주입하면서 상기 저농도 도핑부가 형성된 상기 기판의 일면에 상기 제1 방향 및 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 뻗어 있는 상기 고농도 도핑부를 형성하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 고농도 도핑부를 형성하는 단계에서 상기 중간 도핑부를 상기 고농도 도핑부와 동시에 형성하는 태양 전지 제조 방법.
  12. 제1 항의 태양 전지 제조 장치를 이용한 태양 전지 제조 방법에 있어서,
    상기 기판이 상기 마스크의 제1 개구부 아래에 배치된 상태에서 상기 이온 주입부가 상기 이온을 주입하는 동안 상기 기판과 상기 마스크를 동시에 제1 방향으로 이동하면서 상기 기판의 일면에 상기 저농도 도핑부를 형성하는 단계;
    상기 기판을 상기 마스크의 이동 방향과 반대 방향으로 이동하여 상기 마스크의 제2 개구부 아래로 이동시키는 단계; 및
    상기 기판이 상기 마스크의 제2 개구부 아래에 배치된 상태에서 상기 이온 주입부가 상기 이온을 주입하는 동안 상기 기판과 상기 마스크를 동시에 제1 방향으로 이동하면서 상기 저농도 도핑부가 형성된 상기 기판의 일면에 상기 제1 방향 및 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 뻗어 있는 상기 고농도 도핑부를 형성하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 고농도 도핑부를 형성하는 단계에서 상기 중간 도핑부를 상기 고농도 도핑부와 동시에 형성하는 태양 전지 제조 방법.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 삭제
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