KR102084284B1 - 태양 전지의 구조적 무결성 개선 - Google Patents

태양 전지의 구조적 무결성 개선 Download PDF

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Abstract

태양 전지를 제조하기 위한 방법이 개시된다. 본 방법은 태양 전지의 적어도 하나의 측부 에지를 따라 프린팅가능 현탁액 상태의 절연 재료를 형성하는 단계를 포함하며, 프린팅가능 현탁액 상태의 절연 재료는 태양 전지의 적어도 하나의 측부 에지 부근에서의 균열을 감소시키고 기계적 응력에 대항하여 구조적 무결성을 개선하는 보호 필름을 형성하도록 추가로 구성된다(702). 보호 필름은 3 GPa 이상의 탄성계수, 13% 이상의 파단 연신율 및 250℃ 이상의 유리 전이 온도를 가지며, 이는 측부 에지를 따른 추가의 구조적 지지를 제공하여, 전반적인 구조적 무결성을 증가시키고, 에지를 따른 전기적 절연을 제공하며, 태양 전지의 굴곡 강도를 개선한다.

Description

태양 전지의 구조적 무결성 개선{IMPROVING THE STRUCTURAL INTEGRITY OF SOLAR CELLS}
관련 출원의 상호 참조
본 출원은 출원일이 2012년 6월 29일인 미국 가출원 제61/849,818호 및 출원일이 2013년 3월 18일인 미국 가출원 제61/803,041호의 이익을 주장하며, 이들 둘 모두는 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함된다.
본 명세서에 기술된 주제의 실시예는 일반적으로 태양 전지(solar cell)에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 주제의 실시예는 태양 전지 구조물 및 제조 공정에 관한 것이다.
태양 전지는 태양 방사선을 전기 에너지로 변환시키기 위한 주지된 장치이다. 태양 전지는 반도체 처리 기술을 사용하여 반도체 웨이퍼 상에 제조될 수 있다. 태양 전지는 P-형 및 N-형 확산 영역들을 포함한다. 태양 전지에 부딪치는 태양 방사선은 확산 영역들로 이동하는 전자들 및 정공들을 생성함으로써, 확산 영역들 사이에 전압차를 생성한다. 배면 접점(backside contact) 태양 전지에서, 확산 영역들 및 이들에 연결된 금속 접점 핑거(metal contact finger)들 둘 모두는 태양 전지의 배면 상에 있다. 접점 핑거들은 외부 전기 회로가 태양 전지에 연결되고 그에 의해 급전되는 것을 허용한다.
다양한 물리적 힘을 견디는 태양 전지의 강건성(robustness) 및 구조적 무결성(structural integrity)은 그것이 수송, 취급 및 환경으로 인해 유발되는 응력을 견디는 태양 전지의 능력에 직접적으로 관련되기 때문에 태양 전지의 중요한 특징이다.
이들 또는 다른 유사한 실시예가 배경기술을 이룬다.
하기 도면과 관련하여 고려될 때 상세한 설명 및 특허청구범위를 참조함으로써 본 주제의 보다 완전한 이해가 얻어질 수 있으며, 도면에서 유사한 도면 부호는 도면 전체에 걸쳐 유사한 요소를 지시한다.
도 1 내지 도 8은 태양 전지를 제조하기 위한 방법의 일 실시예에 따라 제조되는 태양 전지의 단면도.
도 9는 태양 전지를 제조하기 위한 방법의 일 실시예에 따른 도 1 내지 도 8의 태양 전지의 사시도.
도 10은 태양 전지를 제조하기 위한 방법의 일 실시예에 따라 제조되는 태양 전지의 다른 단면도.
도 11은 태양 전지를 제조하기 위한 방법의 일 실시예에 따른 도 10의 태양 전지의 사시도.
도 12는 태양 전지를 제조하기 위한 방법의 일 실시예에 따라 제조되는 태양 전지의 다른 단면도.
도 13은 태양 전지를 제조하기 위한 방법의 일 실시예에 따른 도 12의 태양 전지의 사시도.
도 14는 태양 전지를 제조하기 위한 방법의 일 실시예에 따라 제조되는 태양 전지의 다른 단면도.
도 15는 태양 전지를 제조하기 위한 방법의 일 실시예에 따른 도 14의 태양 전지의 사시도.
도 16은 태양 전지를 제조하기 위한 방법의 또 다른 실시예에 따라 제조되는 태양 전지의 단면도.
도 17 내지 도 20은 태양 전지를 제조하기 위한 방법의 일 실시예에 따른 태양 전지 에지의 단면도.
도 21 내지 도 23은 태양 전지를 제조하기 위한 방법의 흐름도를 도시하는 도면.
하기의 상세한 설명은 본질적으로 단지 예시적인 것이며, 본 주제 또는 본 출원의 실시예 및 그러한 실시예의 사용을 제한하고자 하는 것이 아니다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 단어 "예시적인"은 "예, 사례, 또는 실례로서의 역할을 하는"을 의미한다. 본 명세서에 예시적인 것으로 기술된 임의의 구현예는 반드시 다른 구현예들에 비해 바람직하거나 유리한 것으로 해석되어야 하는 것은 아니다. 또한, 전술한 기술분야, 배경기술 또는 후술하는 상세한 설명에서 제시되는 임의의 명시적 또는 묵시적 이론에 의해 구애되고자 하는 의도는 없다.
또한, 본 방법 및 그의 실시예에 대한 완전한 이해를 제공하기 위해, 구체적인 공정 흐름 작업들과 같은 다수의 구체적인 세부사항들이 기술된다. 본 방법 및 그의 실시예가 이들 구체적인 세부사항 없이도 실시될 수 있음이 당업자에게 명백할 것이다. 다른 경우에, 본 방법 및 그의 실시예를 불필요하게 이해하기 어렵게 하지 않기 위해 리소그래픽(lithographic) 및 에칭 기술과 같은 주지된 제조 기술은 상세히 기술되지 않는다. 또한, 도면에 도시된 다양한 실시예는 예시적인 표현이고 반드시 일정한 축척으로 작성된 것은 아님이 이해되어야 한다.
태양 전지를 제조하기 위한 방법이 개시된다. 본 방법은 정상 동작 동안 태양을 향하는 전면(front side), 전면 반대편의 배면(bake side), 및 4개의 측부 에지를 갖는 태양 전지를 제공하는 단계를 포함한다. 본 방법은 태양 전지의 배면 상에 제1 도핑 영역 및 제2 도핑 영역들을 형성하는 단계를 포함한다. 본 방법은 태양 전지의 적어도 하나의 측부 에지를 따라 프린팅가능 현탁액(printable suspension) 상태의 제1 절연 재료를 형성하는 단계를 포함하며, 여기서 제1 절연 재료는 3 기가파스칼(GPa) 이상의 탄성계수를 갖는 보호 필름을 형성한다. 본 방법은 또한 제1 도핑 영역에 전기적으로 연결된 제1 복수의 상호맞물린 금속 접점 핑거(interdigitated metal contact finger)를 형성하는 단계를 포함한다. 본 방법은 또한 제2 도핑 영역에 전기적으로 연결된 제2 복수의 상호맞물린 금속 접점 핑거를 형성하는 단계를 포함한다.
태양 전지를 제조하기 위한 다른 방법이 개시된다. 본 방법은 정상 동작 동안 태양을 향하는 전면, 전면 반대편의 배면, 및 4개의 측부 에지를 갖는 태양 전지를 제공하는 단계를 포함한다. 본 방법은 태양 전지의 배면 상에 연속적 확산 영역을 포함하는 제1 도핑 영역을 형성하는 단계를 포함한다. 본 방법은 도트형(dotted) 확산 영역을 포함하는 제2 도핑 영역을 형성하는 단계를 포함하며, 여기서 제1 도핑 영역은 도트형 확산 영역들 각각을 둘러싼다. 본 방법은 프린팅가능 현탁액 상태의 제1 절연 재료 및 제2 절연 재료를 형성하는 단계를 포함하며, 여기서 제1 절연 재료 및 제2 절연 재료 둘 모두는 3 기가파스칼(GPa) 이상의 탄성계수를 갖는 제1 보호 필름 및 제2 보호 필름을 형성한다. 본 방법은 제1 도핑 영역에 전기적으로 연결된 제1 복수의 상호맞물린 금속 접점 핑거를 형성하는 단계를 포함한다. 본 방법은 제2 도핑 영역에 전기적으로 연결된 제2 복수의 상호맞물린 금속 접점 핑거를 형성하는 단계를 포함하며, 여기서 제1 보호 필름은 태양 전지의 적어도 하나의 측부 에지를 따라 형성된다. 일 실시예에서, 제1 보호 필름은 태양 전지의 적어도 하나의 측부 에지 부근에서의 균열(cracking)을 감소시키도록 추가로 구성된다. 다른 실시예에서, 제2 보호 필름은 제1 도핑 영역과 제2 복수의 상호맞물린 금속 접점 핑거 사이에 위치된다. 또 다른 실시예에서, 제1 보호 필름 및 제2 보호 필름 둘 모두는 기계적 응력에 대항하여 태양 전지의 구조적 무결성을 개선한다.
태양 전지를 제조하기 위한 또 다른 방법이 개시된다. 본 방법은 정상 동작 동안 태양을 향하는 전면, 전면 반대편의 배면, 및 4개의 측부 에지를 갖는 태양 전지를 제공하는 단계를 포함한다. 본 방법은 규소 기판 상에 상호맞물린 패턴의 제1 도핑 영역 및 제2 도핑 영역을 형성하는 단계를 포함한다. 본 방법은 제1 복수의 접점 구멍 및 제2 복수의 접점 구멍을 어블레이션하는 단계를 포함한다. 본 방법은 태양 전지의 적어도 하나의 측부 에지를 따라 프린팅가능 현탁액 상태의 제1 절연 재료를 형성하는 단계를 포함하며, 여기서 제1 절연 재료는 3 기가파스칼(GPa) 이상의 탄성계수를 갖는 제1 보호 필름을 형성한다. 일 실시예에서, 제1 보호 필름은 태양 전지의 적어도 하나의 측부 에지 부근에서의 균열을 감소시키고 기계적 응력에 대항하여 구조적 무결성을 개선하도록 구성된다. 본 방법은 제1 도핑 영역에 전기적으로 연결된 제1 복수의 상호맞물린 금속 접점 핑거를 형성하는 단계를 포함한다. 본 방법은 제2 도핑 영역에 전기적으로 연결된 제2 복수의 상호맞물린 금속 접점 핑거를 형성하는 단계를 포함하며, 여기서 제1 복수의 접점 구멍 및 제2 복수의 접점 구멍은 제1 도핑 영역 및 제2 도핑 영역이 제1 복수의 상호맞물린 금속 접점 핑거 및 제2 복수의 상호맞물린 금속 접점 핑거에 각각 전기적으로 연결되는 것을 허용한다.
태양 전지를 제조하기 위한 또 다른 방법이 개시된다. 본 방법은 정상 동작 동안 태양을 향하는 전면, 전면 반대편의 배면, 및 4개의 측부 에지를 갖는 태양 전지를 제공하는 단계를 포함한다. 본 방법은 태양 전지의 배면 상에 상호맞물린 패턴의 제1 도핑 영역 및 제2 도핑 영역을 형성하는 단계를 포함한다. 본 방법은 규소 기판과 제1 도핑 영역 및 제2 도핑 영역 사이에 제1 유전체 층을 형성하는 단계를 포함한다. 본 방법은 제1 도핑 영역과 제2 도핑 영역 사이에 트렌치 영역(trench region)을 형성하는 단계를 포함한다. 일 실시예에서, 본 방법은 트렌치 영역 내에 제2 유전체 층을 형성하는 단계를 포함한다. 본 방법은 태양 전지의 적어도 하나의 측부 에지를 따라 프린팅가능 현탁액 상태의 제1 절연 재료를 형성하는 단계를 포함하며, 여기서 제1 절연 재료는 3 기가파스칼(GPa) 이상의 탄성계수를 갖는 제1 보호 필름을 형성한다. 일 실시예에서, 제1 보호 필름은 태양 전지의 적어도 하나의 측부 에지 부근에서의 균열을 감소시키고 물리적 응력에 대항하여 구조적 무결성을 개선하도록 추가로 구성된다. 본 방법은 제1 도핑 영역에 전기적으로 연결된 제1 복수의 상호맞물린 금속 접점 핑거를 형성하는 단계 및 제2 도핑 영역에 전기적으로 연결된 제2 복수의 상호맞물린 금속 접점 핑거를 형성하는 단계를 포함한다.
태양 전지를 제조하기 위한 다른 방법이 개시된다. 본 방법은 정상 동작 동안 태양을 향하는 전면, 전면 반대편의 배면, 및 4개의 측부 에지를 갖는 태양 전지를 제공하는 단계를 포함한다. 본 방법은 태양 전지의 배면 상에 제1 도핑 영역 및 제2 도핑 영역을 형성하는 단계를 포함하며, 여기서 제1 도핑 영역 및 제2 도핑 영역은 50 내지 140 마이크로미터의 범위의 두께를 갖는 얇은 규소 기판 상에 위치한다. 본 방법은 태양 전지의 적어도 하나의 측부 에지를 따라 프린팅가능 현탁액 상태의 제1 절연 재료를 침착시키는 단계를 포함하며, 여기서 제1 절연 재료는 3 기가파스칼(GPa) 이상의 탄성계수 및 250℃ 이상의 유리 전이 온도를 갖는 제1 보호 필름을 형성한다. 일 실시예에서, 제1 보호 필름은 태양 전지의 적어도 하나의 측부 에지 부근에서의 균열을 감소시키고 물리적 응력에 대항하여 구조적 무결성을 개선하도록 추가로 구성된다. 본 방법은 전기도금 공정을 통해 제1 복수의 상호맞물린 금속 접점 핑거 및 제2 복수의 상호맞물린 금속 접점 핑거를 형성하는 단계를 포함하며, 여기서 제1 복수의 상호맞물린 금속 접점 핑거 및 제2 복수의 상호맞물린 금속 접점 핑거는 제1 도핑 영역 및 제2 도핑 영역에 전기적으로 연결된다. 일 실시예에서, 제1 복수의 상호맞물린 금속 접점 핑거 및 제2 복수의 상호맞물린 금속 접점 핑거는 복수의 접점 구멍을 통해 제1 도핑 영역 및 제2 도핑 영역에 연결된다.
태양 전지를 제조하는 또 다른 방법이 개시된다. 본 방법은 정상 동작 동안 태양을 향하는 전면, 전면 반대편의 배면, 및 4개의 측부 에지를 갖는 태양 전지를 제공하는 단계를 포함한다. 본 방법은 얇은 규소 기판 상에, 태양 전지의 배면 상에 P-형 도핑 영역 및 N-형 도핑 영역을 형성하는 단계를 포함한다. 본 방법은 태양 전지의 적어도 하나의 측부 에지를 따라 폴리이미드 또는 폴리이미드 페이스트(polyimide paste)를 형성하는 단계를 포함하며, 여기서 폴리이미드 페이스트는 3 기가파스칼(GPa) 이상의 탄성계수를 갖는 폴리이미드 필름을 형성한다. 일 실시예에서, 폴리이미드 필름은 태양 전지의 적어도 하나의 측부 에지 부근에서의 균열을 감소시키고 기계적 응력에 대항하여 구조적 무결성을 개선하도록 추가로 구성된다. 본 방법은 또한 P-형 도핑 영역에 전기적으로 연결된 제1 복수의 상호맞물린 금속 접점 핑거를 형성하는 단계 및 N-형 도핑 영역에 전기적으로 연결된 제2 복수의 상호맞물린 금속 접점 핑거를 형성하는 단계를 포함한다.
제조 공정과 관련하여 수행되는 다양한 작업들이 도 1 내지 도 20에 도시된다. 또한, 다양한 작업들 중 몇 개의 작업들은 예시된 순서로 수행될 필요는 없으며, 그것들은 본 명세서에 상세히 기술되지 않은 추가의 기능을 갖는 보다 포괄적인 절차, 공정 또는 제조에 통합될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예와 관련하여 사용되는 태양 전지를 도시한다. 본 방법은 정상 동작 동안 태양을 향하는 전면(112), 전면(112) 반대편의 배면(110), 및 4개의 측부 에지를 갖는 태양 전지(100)를 제공하는 단계를 포함한다. 태양 전지는 또한 규소 기판(102), 및 제1 도핑 영역 및 제2 도핑 영역(120, 122)을 포함한다. 일부 실시예에서, 규소 기판(102)은 제1 도핑 영역 및 제2 도핑 영역(120, 122)의 형성에 앞서 세정, 폴리싱, 평탄화, 및/또는 박화되거나 달리 처리된다. 또 다른 실시예에서, 규소 기판 두께(105)는 두껍거나 140 마이크로미터 초과의 두께를 갖는다. 또 다른 실시예에서, 규소 기판(102)은 폴리실리콘(polysilicon) 또는 다결정성이다. 다른 실시예에서, 제1 도핑 영역 및 제2 도핑 영역(120, 122)은 열 처리를 통해 형성된다. 또 다른 실시예에서, 산화물 층이 제1 도핑 영역 및 제2 도핑 영역(120, 122) 위에 침착되어, 둘 모두의 영역에 대한 보호 장벽(protective barrier)으로서의 역할을 한다. 제1 도핑 영역 및 제2 도핑 영역(120, 122)은 각각 붕소와 같은 p-형(positive-type) 도펀트 또는 인과 같은 n-형(negative-type) 도펀트를 포함하지만 이로 제한되지 않는 도핑 재료를 포함한다. 제1 도핑 영역 및 제2 도핑 영역(120, 122) 둘 모두가, 본 명세서에 기술되거나 언급된 임의의 다른 형성, 침착, 또는 성장 공정 단계에서와 같이, 각각, 열 처리에 의해 성장되거나 종래의 도핑 공정과 관련하여 형성되는 것으로 기술되지만, 각각의 층 또는 물질은 임의의 적절한 공정을 사용하여 형성된다. 예를 들어, 형성이 기술되는 경우에, 화학 증착(CVD) 공정, 저압 CVD(LPCVD), 대기압 CVD(APCVD), 플라즈마-강화 CVD(PECVD), 열 성장, 스퍼터링뿐만 아니라 임의의 다른 원하는 기술이 사용된다. 따라서, 그리고 유사하게, 제1 도핑 영역 및 제2 도핑 영역(120, 122)은 침착 기술, 스퍼터링, 또는 스크린 프린팅과 같은 프린트 공정에 의해 규소 기판(102) 상에 형성된다. 본 방법은 또한 제1 도핑 영역 및 제2 도핑 영역(120, 122) 위에 제1 유전체 층(126)을 형성하는 단계를 포함한다. 일 실시예에서, 제1 유전체 층은 질화규소(SiN)이다. 다른 실시예에서, 증가된 태양 방사선 수집을 위해 태양 전지(100)의 전면(112) 상에 텍스처화된 영역(texturized region)이 형성될 수 있다. 텍스처화된 영역은 입사 광을 산란시키기 위한 규칙적인 또는 불규칙적인 형상화된 표면을 가져서, 태양 전지(100)의 표면으로부터 다시 반사되는 광량을 감소시키는 것이다. 또 다른 실시예에서, 제2 유전체 층이 태양 전지(100)의 전면(112) 상의 텍스처화된 영역 상에 형성될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 제2 유전체 층은 질화규소(SiN)이다. 또 다른 실시예에서, 제1 유전체 층 및 제2 유전체 층은 반사-방지성 층들이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 도 1의 태양 전지의 적어도 하나의 측부 에지 상에 절연 재료를 형성하는 방법이 도시된다. 본 방법은 태양 전지(100)의 측부 에지를 따라 절연 재료(130, 132)를 형성하는 단계를 추가로 포함한다. 일 실시예에서, 절연 재료(130, 132)는 프린팅가능 현탁액의 형태여서 그것이 다음의 수단들 중 임의의 하나로 적용되는 허용한다: 스크린 프린팅, 또는 에지 코트 잉크 적용 도구의 사용 - 여기서, 에지 코트 잉크 적용 도구는 절연 재료(130, 132)를 적용하는 데 무접촉 메커니즘을 사용함 -. 일 실시예에서, 절연 재료는 경화되어(140) 도 3에 보여지는 바와 같은 중간 상태(142, 144)를 형성한다. 경화 공정(140)은 또한 예를 들어, 제한 없이, 열 경화, 광-경화(photo-curing), 또는 화학적 경화에 의해 수행된다. 일 실시예에서, 절연 재료(130, 132)를 침착시키는 단계는 중합체 재료를 침착시키는 단계를 포함한다. 다른 실시예에서, 절연 재료를 침착시키는 단계는 폴리염화비닐(PVC)을 침착시키는 단계를 포함한다.
도 4 및 도 5는 도 1의 태양 전지의 적어도 하나의 측부 에지 상에 절연 재료를 형성하는 다른 방법을 도시한다. 본 방법은 바니시(varnish)(134, 136) 및 충전제 재료(137, 139)를 갖는 제1 절연 재료(130, 132)를 형성하는 단계를 포함한다. 후속하여, 제1 절연 재료(130, 132)는 상기에 명시된 것과 동일한 수단에 의해 적용된다. 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 절연 재료(130, 132)는 상기의 것과 유사한 열 경화 또는 광-경화와 같은 표준 경화 공정에 의해 경화된다(140). 경화 공정(140) 동안, 충전제가 중간 상태(146, 148)에서 바니시로 녹아 들어가며, 여기서 추가의 경화는 도 6에 보여지는 보호 필름(150, 152)을 형성한다. 경화 공정(140)은 제1 경화 기간 동안 온도를 제1 경화 온도로부터 제2 경화 온도로 상승시키는 단계를 포함한다. 온도는 상기에 기술된 바와 같이 충전제가 바니시로 녹아 들어가는 것을 허용하도록 제2 경화 온도에 유지된다. 온도는 제3 경화 기간 동안 제1 경화 온도로 감소된다. 일 실시예에서, 경화 공정은 열 노출 및 제조 생산 효율을 극대화하기 위해 수평 타입 열 오븐 내에서 실행되는 길어진 경화 공정을 포함한다. 일 실시예에서, 제1 절연 재료(130, 132)는 폴리이미드이다.
도 6을 참조하면, 도 1의 태양 전지를 제조하는 방법이 계속하여 도시된다. 본 방법은 도 3 및 도 5의 실시예에 도시된 바와 같은 절연 재료(130, 132)의 경화(140) 후에 보호 필름(150, 152)을 형성하는 단계를 추가로 포함한다. 본 방법은 미세-균열을 야기할 수 있는 기계적 응력에 대항하여 측부 에지를 보호함으로써 구조적 무결성을 개선하도록, 특히 규소 기판 두께(105)를 감소시키기 위해, 태양 전지(100)의 측부 에지를 따라 보호 필름(150, 152)을 위치시키는 단계를 포함한다. 일 실시예에서, 보호 필름(150, 152)은 3 GPa 이상의 탄성계수를 갖는다. 보호 필름(150, 152)이 제조 동안의 그리고 환경으로부터의 열 노출을 견뎌야 하기 때문에, 보호 필름(150, 152)의 유리 전이 온도는 중요한 영향을 가질 수 있다. 일 실시예에서, 보호 필름(150, 152)은 보호 필름이 환경 및 제조 공정으로부터의 열을 확실히 견디는 것을 가능하게 하기 위해 250℃ 이상의 유리 전이 온도를 갖는다. 다른 실시예에서, 보호 필름(150, 152)은 충전제의 균일하게 용해를 포함하여, 태양 전지(100)의 측부 에지를 따른 구조적 지지를 제공한다. 또 다른 실시예에서, 보호 필름(150, 152)은 우수한 절연체여서, 예를 들어 태양광 모듈 내에 배치된 때 적어도 두 개의 태양 전지가 에지들에서 접촉하는 경우에, 임의의 전기적 손상에 대항하여 보호한다. 또 다른 실시예에서, 보호 필름(150, 152)은 기계적 응력 또는 균열에 대항하여 보호하며, 여기서 보호 필름은 13% 이상의 파단 연신율(elongation break point)을 갖는다. 다른 실시예에서, 보호 필름(150, 152)은 측부 에지를 따른 추가의 구조적 지지를 제공하여, 태양 전지(100)의 전반적인 굴곡 강도(flexure strength)를 증가시킨다. 또 다른 실시예에서, 보호 필름(150, 152)은 전기도금 공정 동안 측부 에지를 따른 보호 층으로서의 역할을 하며, 여기서 보호 필름(150, 152)은 금속이 태양 전지의 에지를 따라 도금되는 것을 방지한다.
도 7은 도 1의 태양 전지를 제조하는 방법을 계속하여 도시한다. 본 방법은 제1 도핑 영역 및 제2 도핑 영역(120, 122)을 노출시키기 위해 제1 유전체 층(126)을 관통하여 접점 구멍(170)을 형성하는 단계를 추가로 포함한다. 일 실시예에서, 접점 구멍(170)은 화학적 에칭, 어블레이션(ablation) 또는 임의의 산업 표준 리소그래피 공정을 사용하여 형성된다. 본 방법은 제1 도핑 영역 및 제2 도핑 영역(120, 122) 위에 제1 복수의 상호맞물린 금속 접점 핑거 및 제2 복수의 상호맞물린 금속 접점 핑거(160, 162)를 형성하기 위해 전기도금 공정을 수행하는 단계를 포함한다. 일 실시예에서, 제1 상호맞물린 접점 핑거 및 제2 상호맞물린 접점 핑거(160, 162)는 접점 구멍(170)을 통해 제1 도핑 영역 및 제2 도핑 영역(120, 122)에 연결된다. 다른 실시예에서, 제1 상호맞물린 접점 핑거 및 제2 상호맞물린 접점 핑거는 구리, 주석, 알루미늄, 은, 금, 크롬, 철, 니켈, 아연, 루테늄, 팔라듐, 및 백금과 같은 금속들로 구성된다. 그 실시예에 대해 요구된다면, 다른 금속들이 또한 사용될 수 있다. 도 1 내지 도 7은 140 마이크로미터 초과의 두께(105)를 갖는 태양 전지(100)의 단면도를 도시한다. 상기의 것과는 대조적으로, 하기의 도 8은 140 마이크로미터 미만의 더 얇은 두께를 갖는 태양 전지(100)를 도시한다.
도 8을 참조하면, 태양 전지를 제조하는 방법이 계속하여 도시된다. 본 방법은 50 내지 140 마이크로미터의 범위의 두께(107)를 갖는 "얇은" 태양 전지(100)를 제공하는 단계를 추가로 포함한다. 상기에 논의된 바와 같이, 측부 에지를 따라 보호 필름(150, 152)을 형성하는 것은 기계적 응력에 대항하여 태양 전지(100)를 보호함으로써 구조적 무결성을 개선한다. 이것은 도 8의 얇은 태양 전지(100)의 경우에 특히 그러한데, 그 이유는 감소하는 규소 기판 두께(107)를 갖는 태양 전지가 에지에서의 균열 또는 심지어 미세-균열에 더 취약하기 때문이다.
도 9는 도 1 내지 도 8의 태양 전지의 사시도를 도시한다. 상기에 논의된 바와 같이, 태양 전지는 규소 기판(102)을 포함한다. 일 실시예에서, 규소 기판(102)은 두꺼운 또는 140 마이크로미터 초과의 두께(105)를 갖는다. 다른 실시예에서, 규소 기판(102)은 얇은 또는 50 내지 140 마이크로미터의 범위의 두께(107)를 갖는다. 규소 기판(102)은 제1 도핑 영역 및 제2 도핑 영역(120, 122)을 포함한다. 제1 유전체 층(126)이 제1 도핑 영역 및 제2 도핑 영역(120, 122) 위에 형성된다. 일 실시예에서, 제1 상호맞물린 접점 핑거 및 제2 상호맞물린 접점 핑거(160, 162)는 접점 구멍(170)을 통해 제1 도핑 영역 및 제2 도핑 영역(120, 122)에 연결된다. 도 9는 태양 전지(100)의 측부 에지를 따라 형성된 보호 필름(150, 152)을 도시한다.
도 10을 참조하면, 태양 전지를 제조하기 위한 방법의 다른 실시예가 도시된다. 본 방법은 정상 동작 동안 태양을 향하는 전면(212), 전면(212) 반대편의 배면(210), 및 4개의 측부 에지를 갖는 태양 전지(200)를 제공하는 단계를 포함한다. 본 방법은 태양 전지(200)의 배면(210) 상에 제1 도핑 영역 및 제2 도핑 영역(220, 222)을 형성하는 단계를 포함하며, 여기서 태양 전지(200)는 규소 기판(202)을 포함한다. 일 실시예에서, 규소 기판(202)은 폴리실리콘 또는 다결정성이다. 다른 실시예에서, 규소 기판(202)은 50 내지 140 마이크로미터의 범위의 두께(205)를 갖는다. 다른 실시예에서, 규소 기판(202)은 140 마이크로미터 초과의 두께(205)를 갖는다. 또 다른 실시예에서, 제1 도핑 영역(220)은 연속적 확산 영역을 포함하고 제2 도핑 영역(222)은 도트형 확산 영역을 포함하며, 여기서 연속적 확산 영역(220)은 도트형 확산 영역(222)들 각각을 둘러싼다. 또 다른 실시예에서, 제1 도핑 영역 및 제2 도핑 영역(220, 222)은 열 처리를 통해 형성된다. 일 실시예에서, 산화물 층이 제1 도핑 영역 및 제2 도핑 영역(220, 222) 위에 침착되어, 둘 모두의 영역에 대한 보호 장벽으로서의 역할을 한다. 다른 실시예에서, 제1 도핑 영역 및 제2 도핑 영역(220, 222)은 각각 붕소와 같은 p-형 도펀트 또는 인과 같은 n-형 도펀트를 포함하지만 이로 제한되지 않는 도핑 재료를 포함한다. 제1 도핑 영역 및 제2 도핑 영역(220, 222)의 형성에 후속하여, 제1 보호 필름(250, 252)이 태양 전지의 에지를 따라 형성된다. 본 방법은 제1 유전체 층(226)을 형성하는 단계 전에 제1 도핑 영역 및 제2 도핑 영역(220, 222) 위에 제1 유전체 층(226)을 형성하는 단계를 포함한다. 일 실시예에서, 제1 유전체 층(226)은 질화규소(SiN)로 구성된다. 본 방법은 제1 도핑 영역 및 제2 도핑 영역(220, 222)과 제1 유전체 층(226) 위에 제2 보호 필름(254)을 형성하는 단계를 포함한다. 다른 실시예에서, 제1 보호 필름(250, 252) 및 제2 보호 필름(254)은 둘 모두가 상기에 논의된 바와 같이 3 GPa 이상의 탄성계수를 갖는다. 본 방법은 제1 도핑 영역 및 제2 도핑 영역(220, 222)을 노출시키고 제1 유전체 층(226) 및 제2 보호 필름(254)을 관통하는 접점 구멍(270)을 형성하는 단계를 추가로 포함한다. 또 다른 실시예에서, 전기도금 공정이 제1 복수의 상호맞물린 금속 접점 핑거 및 제2 복수의 상호맞물린 금속 접점 핑거(260, 262)를 형성하는 데 사용된다. 또 다른 실시예에서, 제1 복수의 상호맞물린 금속 접점 핑거 및 제2 복수의 상호맞물린 금속 접점 핑거(260, 262)는 접점 구멍(270)을 통해 제1 도핑 영역 및 제2 도핑 영역(220, 222)에 각각 전기적으로 연결된다. 또 다른 실시예에서, 제1 보호 필름(250, 252)은 제2 보호 필름(254)의 적용과는 별개로 제1 프린팅 공정에서 적용된다. 일 실시예에서, 제1 보호 필름(250, 252)의 제1 프린팅 공정은 제2 보호 필름(254)의 적용 전에 수행된다. 다른 실시예에서, 제2 보호 필름(254)은 전기도금 공정에 앞서 적용된다. 또 다른 실시예에서, 제1 필름 및 제2 필름(250, 252, 254) 둘 모두는 태양 전지(200) 전체에 걸쳐 균열을 감소시키도록 구성되며, 여기서 둘 모두의 보호 필름(250, 252, 254)은 기계적 응력에 대항하여 구조적 무결성을 개선한다. 다른 실시예에서, 증가된 태양 방사선 수집을 위해 태양 전지(200)의 전면(212) 상에 텍스처화된 영역이 형성될 수 있다. 텍스처화된 영역(220)은 입사 광을 산란시키기 위한 규칙적인 또는 불규칙적인 형상화된 표면을 가져서, 태양 전지(200)의 표면으로부터 다시 반사되는 광량을 감소시키는 것이다. 또 다른 실시예에서, 제2 유전체 층이 태양 전지(200)의 전면(212) 상의 텍스처화된 영역 상에 형성될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 제2 유전체 층은 질화규소(SiN)로 구성된다. 또 다른 실시예에서, 제1 유전체 층 및 제2 유전체 층은 반사-방지성 층들이다.
도 11은 도 10의 태양 전지의 사시도를 도시한다. 상기에 논의된 바와 같이, 태양 전지(200)는 규소 기판(202)을 포함한다. 일 실시예에서, 규소 기판(202)은 두꺼운 또는 140 마이크로미터 초과의 두께(205)를 갖는다. 다른 실시예에서, 규소 기판(202)은 얇은 또는 50 내지 140 마이크로미터의 범위의 두께(205)를 갖는다. 규소 기판(202)은 제1 도핑 영역 및 제2 도핑 영역(220, 222)을 포함한다. 제1 유전체 층(226)이 제1 도핑 영역 및 제2 도핑 영역(220, 222) 위에 형성된다. 일 실시예에서, 제1 상호맞물린 접점 핑거 및 제2 상호맞물린 접점 핑거(260, 262)는 접점 구멍(270)을 통해 제1 도핑 영역 및 제2 도핑 영역(220, 222)에 연결된다. 도 11은 태양 전지(200)의 측부 에지를 따라 형성된 제1 보호 필름(250, 252)을 도시한다. 도 11은 또한 제2 상호맞물린 접점 핑거(262)를 제1 도핑 영역(220)과의 접촉으로부터 분리시키는, 제1 도핑 영역 및 제2 도핑 영역(220, 222)과 제1 유전체 층(226) 위의 제2 보호 필름(254)을 도시한다.
도 12는 태양 전지를 제조하기 위한 또 다른 방법을 도시한다. 본 방법은 정상 동작 동안 태양을 향하는 전면(312), 전면(312) 반대편의 배면(310), 및 4개의 측부 에지를 갖는 태양 전지(300)를 제공하는 단계를 포함한다. 본 방법은 태양 전지(300)의 배면 상에 제1 도핑 영역 및 제2 도핑 영역(320, 322)을 형성하는 단계를 포함하며, 여기서 태양 전지(300)는 규소 기판(302)을 포함한다. 일 실시예에서, 규소 기판(302)은 폴리실리콘 또는 다결정성이다. 일 실시예에서, 규소 기판(302)은 50 내지 140 마이크로미터의 범위의 두께(305)를 갖는다. 다른 실시예에서, 규소 기판(302)은 140 마이크로미터 초과의 두께(305)를 갖는다. 제1 도핑 영역 및 제2 도핑 영역(320, 322) 둘 모두는 상호맞물린 패턴의 확산 영역들을 포함한다. 일 실시예에서, 제1 도핑 영역 및 제2 도핑 영역(320, 322)은 열 처리를 통해 형성된다. 다른 실시예에서, 산화물 층이 제1 도핑 영역 및 제2 도핑 영역(320, 322) 위에 침착되어, 둘 모두의 영역에 대한 보호 장벽으로서의 역할을 한다. 또 다른 실시예에서, 제1 도핑 영역 및 제2 도핑 영역(320, 322)은 각각 붕소와 같은 p-형 도펀트 또는 인과 같은 n-형 도펀트를 포함하지만 이로 제한되지 않는 도핑 재료를 포함한다. 앞서 언급된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예는 임의의 적절한 공정을 사용하여 형성되는 제1 도핑 영역 및 제2 도핑 영역(320, 322) 둘 모두를 포함한다. 본 방법은 제1 도핑 영역 및 제2 도핑 영역(320, 322) 위에 제1 유전체 층(326)을 형성하는 단계를 추가로 포함한다. 일 실시예에서, 제1 유전체 층(326)은 질화규소(SiN)로 구성된다. 본 방법은 제1 도핑 영역 및 제2 도핑 영역(320, 322)을 노출시키기 위해 제1 유전체 층(326)을 관통하여 제1 및 제2 복수의 접점 구멍(370)을 형성하는 단계를 포함한다. 일 실시예에서, 제1 보호 필름(350, 352)은 3 GPa 이상의 탄성계수를 갖는다. 다른 실시예에서, 태양 전지(300)의 측부 에지를 따른 제1 보호 필름(350, 352)의 적용은 균열을 방지하고 기계적 응력에 대항하여 구조적 무결성을 개선한다. 또 다른 실시예에서, 접점 구멍(370)은 레이저 어블레이션을 포함하지만 이로 제한되지 않는 어블레이션 공정을 통해 형성된다. 본 방법은 제1 복수의 상호맞물린 금속 접점 핑거 및 제2 복수의 상호맞물린 금속 접점 핑거(360, 362)를 형성하도록 전기도금 공정을 수행하는 단계를 포함하며, 여기서 제1 복수의 상호맞물린 금속 접점 핑거 및 제2 복수의 상호맞물린 금속 접점 핑거(360, 362)는 접점 구멍(370)을 통해 제1 도핑 영역 및 제2 도핑 영역(320, 322)에 각각 전기적으로 연결된다. 일 실시예에서, 증가된 태양 방사선 수집을 위해 태양 전지(300)의 전면(312) 상에 텍스처화된 영역이 형성될 수 있다. 텍스처화된 영역(320)은 입사 광을 산란시키기 위한 규칙적인 또는 불규칙적인 형상화된 표면을 가져서, 태양 전지(300)의 표면으로부터 다시 반사되는 광량을 감소시키는 것이다. 또 다른 실시예에서, 제2 유전체 층이 태양 전지(300)의 전면(312) 상의 텍스처화된 영역 상에 형성될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 제2 유전체 층은 질화규소(SiN)로 구성된다. 또 다른 실시예에서, 제1 유전체 층 및 제2 유전체 층은 반사-방지성 층들이다.
도 13을 참조하면, 도 12의 태양 전지의 사시도가 도시된다. 상기에 논의된 바와 같이, 태양 전지(300)는 규소 기판(302)을 포함한다. 규소 기판(302)은 두꺼운 또는 140 마이크로미터 초과의 두께(305)를 가질 수 있다. 규소 기판(302)은 얇은 또는 50 내지 140 마이크로미터의 범위의 두께(305)를 가질 수 있다. 규소 기판(302)은 제1 도핑 영역 및 제2 도핑 영역(320, 322)을 포함한다. 제1 유전체 층(326)이 제1 도핑 영역 및 제2 도핑 영역(320, 322) 위에 형성된다. 일 실시예에서, 제1 상호맞물린 접점 핑거 및 제2 상호맞물린 접점 핑거(360, 362)는 접점 구멍(370)을 통해 제1 도핑 영역 및 제2 도핑 영역(320, 322)에 연결된다. 일 실시예에서, 접점 구멍(370)은 레이저 어블레이션을 포함하지만 이로 제한되지 않는 어블레이션 공정을 통해 형성된다. 도 13은 태양 전지(300)의 측부 에지를 따라 형성된 제1 보호 필름(350, 352)을 도시한다.
도 14는 태양 전지를 제조하는 또 다른 방법을 도시한다. 본 방법은 정상 동작 동안 태양을 향하는 전면(412), 전면(412) 반대편의 배면(410), 및 4개의 측부 에지를 갖는 태양 전지(400)를 제공하는 단계를 포함한다. 본 방법은 태양 전지(400)의 배면 상에 제1 도핑 영역 및 제2 도핑 영역(420, 422)을 형성하는 단계를 포함하며, 여기서 태양 전지(400)는 규소 기판(402)을 포함한다. 일 실시예에서, 규소 기판(402)은 폴리실리콘 또는 다결정성이다. 다른 실시예에서, 규소 기판(402)은 50 내지 140 마이크로미터의 범위의 두께(405)를 갖는다. 또 다른 실시예에서, 규소 기판(402)은 140 마이크로미터 초과의 두께(405)를 갖는다. 또 다른 실시예에서, 제1 도핑 영역 및 제2 도핑 영역(420, 422)은 열 처리를 통해 형성된다. 일 실시예에서, 산화물 층이 제1 도핑 영역 및 제2 도핑 영역(420, 422) 위에 침착되어, 둘 모두의 영역에 대한 보호 장벽으로서의 역할을 한다. 다른 실시예에서, 제1 도핑 영역 및 제2 도핑 영역(420, 422)은 각각 붕소와 같은 p-형 도펀트 또는 인과 같은 n-형 도펀트를 포함하지만 이로 제한되지 않는 도핑 재료를 포함한다. 본 방법은 제1 도핑 영역 및 제2 도핑 영역(420, 422) 상에 제1 유전체 층(426)을 형성하는 단계를 포함한다. 일 실시예에서, 제1 유전체 층(426)은 질화규소(SiN)로 구성된다. 본 방법은 제1 도핑 영역 및 제2 도핑 영역(420, 422)을 형성하는 단계 전에 규소 기판(402) 위에 제2 유전체 층(424)을 형성하는 단계를 포함한다. 일 실시예에서, 제2 유전체 층(424)은 터널 산화물(tunnel oxide)로 구성된다. 다른 실시예에서, 제1 도핑 영역 및 제2 도핑 영역(420, 422) 둘 모두는 상호맞물린 패턴의 확산 영역들을 포함한다. 일 실시예에서, 제1 도핑 영역 및 제2 도핑 영역은 대신에 제1 도핑 폴리실리콘 영역 및 제2 도핑 폴리실리콘 영역이다. 본 방법은 제1 도핑 영역 및 제2 도핑 영역(420, 422) 둘 모두를 분리시키기 위한 트렌치 영역(472)을 형성하여 계면에서의 재결합(recombination)을 감소시키는 단계를 포함한다. 일 실시예에서, 트렌치 영역(472)은 태양 전지(400)의 배면(410)으로부터의 추가의 광 수집을 위한 텍스처화된 표면을 포함한다. 본 방법은 제1 유전체 층(426)을 관통하여 그리고 제1 도핑 영역 및 제2 도핑 영역(420, 422) 상에 제1 및 제2 복수의 접점 구멍(470)을 형성하는 단계를 포함한다. 본 방법은 태양 전지의 적어도 하나의 측부 에지를 따라 제1 보호 필름(450, 452)을 형성하는 단계를 포함한다. 일 실시예에서, 제1 보호 필름(450, 452)은 3 GPa 이상의 탄성계수를 갖는다. 다른 실시예에서, 제1 보호 필름(450, 452)의 적용은 태양 전지(400)의 적어도 하나의 측부 에지 부근에서의 균열을 방지하고 기계적 응력에 대항하여 구조적 무결성을 개선한다. 본 방법은 화학적 에칭, 어블레이션 또는 임의의 산업 표준 리소그래피 공정을 통해 접점 구멍(470)을 형성하는 단계를 포함한다. 본 방법은 제1 복수의 상호맞물린 금속 접점 핑거 및 제2 복수의 상호맞물린 금속 접점 핑거(460, 462)를 형성하도록 전기도금 공정을 수행하는 단계를 포함하며, 여기서 제1 복수의 상호맞물린 금속 접점 핑거 및 제2 복수의 상호맞물린 금속 접점 핑거(460, 462)는 제1 도핑 영역 및 제2 도핑 영역(420, 422) 상의 제1 유전체 층(426)을 관통하는 접점 구멍(470)들에 각각 전기적으로 연결된다. 일 실시예에서, 증가된 태양 방사선 수집을 위해 태양 전지(400)의 전면(412) 상에 텍스처화된 영역이 형성될 수 있다. 텍스처화된 영역(420)은 입사 광을 산란시키기 위한 규칙적인 또는 불규칙적인 형상화된 표면을 가져서, 태양 전지(400)의 표면으로부터 다시 반사되는 광량을 감소시키는 것이다. 또 다른 실시예에서, 제3 유전체 층이 태양 전지(400)의 전면(412) 상의 텍스처화된 영역 상에 형성될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 제3 유전체 층은 질화규소(SiN)로 구성된다. 또 다른 실시예에서, 제1 유전체 층(426) 및 제3 유전체 층은 반사-방지성 층이다.
도 15를 참조하면, 도 14의 태양 전지의 사시도가 도시된다. 상기에 논의된 바와 같이, 태양 전지(400)는 규소 기판(402)을 포함한다. 일 실시예에서, 규소 기판(402)은 두꺼운 또는 140 마이크로미터 초과의 두께(405)를 갖는다. 다른 실시예에서, 규소 기판(402)은 얇은 또는 50 내지 140 마이크로미터의 범위의 두께(405)를 갖는다. 규소 기판(402)은 제1 도핑 영역 및 제2 도핑 영역(420, 422)을 포함한다. 제1 유전체 층(426)이 제1 도핑 영역 및 제2 도핑 영역(420, 422) 위에 형성된다. 트렌치 영역(472)이 도시되며, 여기서 트렌치 영역(472)은 제1 도핑 영역 및 제2 도핑 영역(420, 422) 둘 모두를 분리시켜 계면에서의 재결합을 감소시킨다. 일 실시예에서, 트렌치 영역(472)은 태양 전지(400)의 배면(410)으로부터의 추가의 광 수집을 위한 텍스처화된 표면을 포함한다. 일 실시예에서, 제1 상호맞물린 접점 핑거 및 제2 상호맞물린 접점 핑거(460, 462)는 접점 구멍(470)을 통해 제1 도핑 영역 및 제2 도핑 영역(420, 422)에 연결된다. 일 실시예에서, 접점 구멍(470)은 레이저 어블레이션을 포함하지만 이로 제한되지 않는 어블레이션 공정을 통해 형성된다. 도 15는 태양 전지(400)의 측부 에지를 따라 형성된 제1 보호 필름(450, 452)을 도시한다.
도 16은 태양 전지에 금속을 도금하는 방법을 도시한다. 본 방법은 정상 동작 동안 태양을 향하는 전면(512), 전면(512) 반대편의 배면(510), 및 4개의 측부 에지를 갖는 태양 전지(500)를 제공하는 단계를 포함한다. 태양 전지는 태양 전지(500)의 배면 상에 제1 도핑 영역 및 제2 도핑 영역(520, 522)을 포함하며, 여기서 태양 전지(500)는 규소 기판(502)을 포함한다. 일 실시예에서, 규소 기판(502)은 폴리실리콘 또는 다결정성이다. 다른 실시예에서, 제1 도핑 영역 및 제2 도핑 영역(520, 522)은 열 처리를 통해 형성된다. 또 다른 실시예에서, 산화물 층이 제1 도핑 영역 및 제2 도핑 영역(520, 522) 위에 침착되어, 둘 모두의 영역에 대한 보호 장벽으로서의 역할을 한다. 또 다른 실시예에서, 제1 도핑 영역 및 제2 도핑 영역(520, 522)은 각각 붕소와 같은 p-형 도펀트 또는 인과 같은 n-형 도펀트를 포함하지만 이로 제한되지 않는 도핑 재료를 포함한다. 일 실시예에서, 제1 도핑 영역 및 제2 도핑 영역(520, 522)은 대신에 제1 도핑 폴리실리콘 영역 및 제2 도핑 폴리실리콘 영역이다. 다른 실시예에서, 태양 전지(500)는 태양 전지(500)의 전면(512) 상에 텍스처화된 영역을 포함한다. 또 다른 실시예에서, 제1 유전체 층(526)이 제1 도핑 영역 및 제2 도핑 영역(520, 522) 위에 침착된다. 또 다른 실시예에서, 제2 유전체 층이 텍스처화된 영역 위에 침착된다. 본 방법은 태양 전지(500)의 적어도 하나의 측부 에지를 따라 제1 보호 필름(550, 552)을 형성하는 단계를 포함한다. 본 방법은 화학적 에칭, 어블레이션 또는 임의의 산업 표준 리소그래피 공정을 통해 접점 구멍(570)을 형성하는 단계를 포함한다. 본 방법은 도 6에 묘사된 것과 유사한 전기도금 공정을 통해 제1 복수의 상호맞물린 금속 접점 핑거 및 제2 복수의 상호맞물린 금속 접점 핑거(560, 562)를 형성하는 단계를 포함한다. 일 실시예에서, 본 방법은 전기도금 장비(580)를 제공하는 단계를 포함하며, 여기서 전기도금 장비(580)는 전기도금 조(electroplating bath)(582) 및 도금 조 인클로저(plating bath enclosure)(584)를 포함한다. 계속되는 실시예에서, 본 방법은 또한 홀더 및 복수의 고정구(fixture)에 의해 태양 전지(500)를 매다는 단계를 포함한다. 다른 실시예에서, 본 방법은 전선 또는 상호연결부(588)에 의해 외부 전원 장치에 접속되는 애노드(586)를 제공하는 단계를 추가로 포함한다. 계속되는 실시예에서, 본 방법은 또한 전기도금 조(582) 내에서, 외부 전원 장치와 연결된 애노드(586)에 의해 제공되는, 전류를 유도하는 단계를 포함하며, 이는 조 내에서의 전자의 흐름을 허용할 수 있고 또한 구리, 주석, 알루미늄, 은, 금, 크롬, 철, 니켈, 아연, 루테늄, 팔라듐, 또는 백금과 같은, 그러나 이로 제한되지 않는 금속의 전기도금을 허용할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 본 방법은 전기도금 조(582) 내에 분산된 애노드(586)로부터의 제1 금속 이온 및 제2 금속 이온(566, 568)을 제1 도핑 영역 및 제2 도핑 영역(520, 522)에 도금함으로써 제1 도핑 영역 및 제2 도핑 영역(520, 522) 상에 접점 구멍(570)을 관통하는 제1 상호맞물린 접점 핑거 및 제2 상호맞물린 접점 핑거(560, 562)를 형성하도록 전기도금 공정을 수행하는 단계를 포함한다.
도 17을 참조하면, 샘플 힘이 가해진 태양 전지의 에지의 단면도가 도시된다. 태양 전지(600)는, 상기와 유사하게, 정상 동작 동안 태양을 향하는 전면(612), 전면(612) 반대편의 배면(610), 및 적어도 하나의 측부 에지를 갖는다. 도 17의 태양 전지(600)는 또한 규소 기판(602) 및 도핑 영역(624)을 포함하며, 여기서 규소 기판(602)은 140 마이크로미터 초과의 두께(604)를 갖는다. 도 17은 두께(604)를 갖는 규소 기판(602)의 에지에 작용하는 샘플 힘(606)을 도시하며, 여기서 힘(606)은 단지 규소 기판(602)의 측부 에지에 균열(607)을 발생시키기에 충분할 뿐이다.
도 18 및 도 19는 도 17의 샘플 힘과 동일한 샘플 힘을 겪고 있는 다른 태양 전지의 에지의 단면도를 도시한다. 도 17과 유사하게, 도 18의 태양 전지(600)는 규소 기판(602)을 가지며, 여기서 규소 기판의 두께(605)는 50 내지 140 마이크로미터의 범위 내이다. 도 18은 도 17의 샘플 힘과 동일한 샘플 힘(606)이 가해진 태양 전지(600)를 도시한다. 웨이퍼의 두께(605) 및 힘의 크기의 결과로서, 균열(608)은 태양 전지(600)의 측부 에지로부터 전면(612) 및 배면(610)으로 전파될 기회를 갖는다. 도 19는 이러한 결과가 또한 도핑 영역(624)을 포함한 규소 기판(602)의 파단(609)으로 이어질 수 있음을 보여준다. 다른 예에서, 샘플 힘(606)은 태양 전지 제조, 수송 또는 태양 모듈 제조 동안 태양 전지를 취급하는 것으로부터의 기계적 응력으로 인한 것일 수 있다.
기계적 응력으로 유발된 결함으로 인한 시장성 있는 제품의 손실은 기계적 산출량의 측면에서 측정된다. 기계적 산출량은 태양 전지 제조 공정의 매우 중요한 부분이다. 더 높은 기계적 산출량 손실은 태양 전지 제품이 덜 생산됨을 의미한다. 따라서 본 발명자들은 보호 필름(650)을 사용하여 태양 전지 에지를 기계적 힘(608)으로부터 보호하는 것을 제안하며, 여기서 직접적인 결과는 주어진 태양 전지 제조 공정에 대해 시장성 있는 제품의 산출량을 증가시키는 것일 것이다.
도 20을 참조하면, 본 발명의 일 실시예의 태양 전지가 도시된다. 도 17 내지 도 19에서 논의된 바와 같이, 태양 전지(600)는, 상기와 유사하게, 정상 동작 동안 태양을 향하는 전면(612), 전면(612) 반대편의 배면(610), 및 적어도 하나의 측부 에지를 갖는다. 태양 전지(600)는 또한 규소 기판(602) 및 도핑 영역(624)을 포함하며, 여기서 규소 기판(602)은 두께(611)를 갖는다. 태양 전지는 또한 적어도 하나의 측부 에지를 따라 침착된 보호 필름(650)을 포함한다. 앞서 논의된 바와 같은 경화를 포함한, 절연 재료의 적용을 통한 보호 필름(650)의 형성은 적용 공정에 따라 달라질 수 있다. 일 실시예에서, 태양 전지의 전면(612) 및 배면(610)을 따른 일반적으로 바람직한 적용 두께(634, 636)는 1 mm 이하이다. 다른 실시예에서, 태양 전지 에지로부터 외향으로 연장되는 보호 필름(650)의 두께(654, 653)는 보호 필름(650)의 응집 특성에 좌우되는 반면, 태양 전지의 전면(612) 및 배면(610) 상의 보호 필름 높이(646, 648)는 50 내지 100 마이크로미터의 범위이지만 이로 제한되지 않는다. 일부 실시예에서, 태양 전지(600)의 전면(612)에서의 두께(636), 높이(648) 및 두께(653)의 영역들은, 태양 전지의 배면에서의 두께(634), 높이(646) 및 두께(654)를 갖는 측부 에지를 따른 보호 필름(650)만이 남아있도록 제거된다. 다른 실시예에서, 태양 전지(600)의 배면(610)에서의 두께(634), 높이(646) 및 두께(654)의 영역들은 태양 전지의 전면(612)에서의 두께(636), 높이(648) 및 두께(653)를 갖는 측부 에지를 따른 보호 필름(650)만이 존재하도록 제거된다. 도 20은 규소 기판(602)의 에지에 작용하는 샘플 힘(613)을 도시하며, 여기서 보호 필름(650)은 태양 전지(600)의 규소 기판(602)의 적어도 하나의 측부 에지를 따른 균열, 이빠짐(chip) 및 파단을 방지한다.
도 21 내지 도 23은 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지를 제조하기 위한 방법의 흐름도를 도시한다. 도 21 내지 도 23의 방법의 단계들은 이들이 도시된 순서로, 또는 본 발명의 장점을 손상시킴이 없이 어떤 다른 순서로 수행될 수 있다.
도 21의 방법은 태양 전지의 규소 기판 상에 제1 도핑 영역 및 제2 도핑 영역을 형성하는 단계를 포함할 수 있다(단계 701). 프린팅가능 현탁액 상태의 제1 절연 재료가 태양 전지의 적어도 하나의 측부 에지 상에 형성되며, 제1 절연 재료는 3 GPa 이상의 탄성계수를 갖는 제1 보호 필름을 형성한다(단계 702). 제1 도핑 영역에 전기적으로 연결된 제1 복수의 상호맞물린 금속 접점 핑거가 형성된다(단계 703). 제2 도핑 영역에 전기적으로 연결된 제2 복수의 상호맞물린 금속 접점 핑거가 형성된다(단계 704).
도 22의 방법은 50 내지 140 마이크로미터의 범위의 두께를 갖는 얇은 규소 기판 상에 제1 도핑 영역 및 제2 도핑 영역을 형성하는 단계를 포함할 수 있다(단계 711). 프린팅가능 현탁액 상태의 제1 절연 재료가 태양 전지의 적어도 하나의 측부 에지를 따라 침착되며, 여기서 절연 재료는 3 GPa 이상의 탄성계수 및 250℃ 이상의 유리 전이 온도를 갖는 제1 보호 필름을 형성한다(단계 712). 제1 복수의 상호맞물린 금속 접점 핑거 및 제2 복수의 상호맞물린 금속 접점 핑거가 전기도금 공정을 통해 형성되며, 여기서 제1 복수의 상호맞물린 금속 접점 핑거 및 제2 복수의 상호맞물린 금속 접점 핑거는 제1 도핑 영역 및 제2 도핑 영역에 전기적으로 연결된다(단계 713).
도 23의 방법은 얇은 규소 기판 상에, 태양 전지의 배면 상에 P-형 도핑 영역 및 N-형 도핑 영역을 형성하는 단계를 포함할 수 있다(단계 721). 폴리이미드 페이스트가 태양 전지의 적어도 하나의 측부 에지를 따라 침착된다(단계 722). 폴리이미드 필름이 태양 전지의 적어도 하나의 측부 에지 상에 형성된다(단계 723). P-형 도핑 영역에 전기적으로 연결된 제1 복수의 상호맞물린 금속 접점 핑거가 형성된다(단계 724). N-형 도핑 영역 또는 영역들에 전기적으로 연결된 제2 복수의 상호맞물린 금속 접점 핑거가 형성된다(단계 725).
전술한 상세한 설명에서 적어도 하나의 예시적인 실시예가 제시되었지만, 매우 많은 변형예가 존재한다는 것을 이해하여야 한다. 또한, 본 명세서에 기술된 예시적인 실시예 또는 실시예들이 청구되는 주제의 범주, 적용가능성, 또는 구성을 어떠한 방식으로도 제한하도록 의도되지 않는다는 것을 이해하여야 한다. 오히려, 전술한 상세한 설명은 기술된 실시예 또는 실시예들을 구현하기 위한 편리한 지침을 당업자에게 제공할 것이다. 본 특허 출원의 출원 시점에서의 공지된 등가물 및 예측가능한 등가물을 포함하는, 특허청구범위에 의해 한정되는 범주를 벗어남이 없이 요소들의 기능 및 배열에 있어서 다양한 변경이 이루어질 수 있다는 것을 이해하여야 한다.

Claims (20)

  1. 정상 동작 동안 태양을 향하는 전면(front side), 전면 반대편의 배면(back side), 및 4개의 측부 에지를 갖는 태양 전지(solar cell)를 제조하기 위한 방법으로서,
    태양 전지의 배면 상에 제1 도핑 영역 및 제2 도핑 영역을 형성하는 단계;
    제1 도핑 영역 및 제2 도핑 영역에 전기적으로 연결된 금속 접점 핑거를 형성하기 전, 태양 전지의 적어도 하나의 측부 에지를 따라 프린팅가능 현탁액(printable suspension) 상태의 제1 절연 재료를 형성하는 단계 - 제1 절연 재료는 3 GPa 이상의 탄성계수를 갖는 연속적인 제1 보호 필름을 형성하고, 제1 보호 필름은 제1 도핑 영역 및 제2 도핑 영역을 포함하는 태양 전지의 배면 일부, 적어도 하나의 측부 에지 및 전면 일부를 둘러쌈 -;
    제1 도핑 영역에 전기적으로 연결된 제1 복수의 상호맞물린 금속 접점 핑거(interdigitated metal contact finger)를 형성하는 단계; 및
    제2 도핑 영역에 전기적으로 연결된 제2 복수의 상호맞물린 금속 접점 핑거를 형성하는 단계를 포함하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    제1 도핑 영역을 형성하는 단계는 연속적 확산 영역을 형성하는 단계를 포함하고;
    제2 도핑 영역을 형성하는 단계는 연속적 확산 영역에 의해 각각 둘러싸인 도트형(dotted) 확산 영역들을 형성하는 단계를 포함하며; 상기 방법은,
    제1 도핑 영역과 제2 복수의 상호맞물린 금속 접점 핑거 사이에 프린팅가능 현탁액 상태의 제2 절연 재료를 형성하는 단계 - 제2 절연 재료는 3 GPa 이상의 탄성계수를 갖는 제2 보호 필름을 형성함 - 를 추가로 포함하는, 방법.
  3. 제2항에 있어서, 프린팅가능 현탁액 상태의 제1 절연 재료 및 제2 절연 재료는 동일한 재료인, 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    제1 도핑 영역 및 제2 도핑 영역을 형성하는 단계는 상호맞물린 패턴의 제1 확산 영역 및 제2 확산 영역을 형성하는 단계를 포함하고; 상기 방법은,
    제1 확산 영역 및 제2 확산 영역 위에 제1 유전체 층을 형성하는 단계;
    제1 확산 영역이 제1 복수의 상호맞물린 금속 접점 핑거에 전기적으로 연결되는 것을 허용하도록 제1 유전체 층을 관통하여 제1 복수의 접점 구멍을 어블레이션하는 단계; 및
    제2 확산 영역이 제2 복수의 상호맞물린 금속 접점 핑거에 전기적으로 연결되는 것을 허용하도록 제1 유전체 층을 관통하여 제2 복수의 접점 구멍을 어블레이션하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    제1 도핑 영역 및 제2 도핑 영역을 형성하는 단계는 상호맞물린 패턴의 제1 도핑 영역 및 제2 도핑 영역을 형성하는 단계를 포함하고; 상기 방법은,
    규소 기판과 제1 도핑 영역 및 제2 도핑 영역 사이에 제1 유전체 층을 형성하는 단계;
    제1 도핑 영역과 제2 도핑 영역 사이에 트렌치 영역(trench region)을 에칭하는 단계; 및
    트렌치 영역 내에 제2 유전체 층을 형성하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 보호 필름은 3 GPa의 탄성계수를 갖는, 방법.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 보호 필름은 250℃ 이상의 유리 전이 온도를 갖는, 방법.
  8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 보호 필름은 13%의 파단 연신율(elongation break point)을 갖는, 방법.
  9. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 복수의 상호맞물린 금속 접점 핑거 및 제2 복수의 상호맞물린 금속 접점 핑거를 형성하는 단계는 전기도금 공정을 수행하는 단계를 포함하고, 측부 에지를 따른 제1 보호 필름은 태양 전지의 적어도 하나의 에지를 전기도금 공정 동안 금속으로 도금되는 것으로부터 보호하도록 구성되는, 방법.
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