KR102122353B1 - 전기적 특성이 향상된 태양 전지 및 태양 전지의 제조 방법 - Google Patents

전기적 특성이 향상된 태양 전지 및 태양 전지의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

외부에 제1층을 포함하는 복수개의 실리콘 파티클, 상기 복수개의 실리콘 파티클의 일부를 수용하는 광학적 투명층, 상기 광학적 투명층 하부에 형성되고, 상기 실리콘 파티클의 제1층 과 각각 전기적으로 연결되는 복수개의 상부 전극, 상기 실리콘 파티클 중 제1층이 형성되지 않은 노출부와 전기적으로 연결되는 고농도층, 상기 대응되는 상부 전극 하부에 형성되고, 상기 고농도층과 전기적으로 연결되는 복수개의 하부 전극 및 상기 상부 전극과 하부 전극 사이에 위치하고 상기 상부 전극과 하부 전극을 절연시키는 절연층을 포함하는 태양 전지를 개시 한다.

Description

전기적 특성이 향상된 태양 전지 및 태양 전지의 제조 방법{A SOLAR CELL WITH IMPROVED ELECTRICAL CHARACTERISTICS AND A METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 태양 전지 및 태양 전지의 제조 방법에 관한 것이다.
기존의 패널형 태양 전지에서 실리콘 볼을 활용한 태양 전지가 개발되고 있다. 하지만 아직까지 광학적인 구조 및 배선 구조에 있어서 최적화를 이루어 내지는 못하고 있다. 복잡한 구조를 제작함에 있어, 다양한 제조 방법이 개발되고 있으나, 다른 태양 전지 패널의 전력 생산성과 원가 경쟁력을 가질 수 있는 방법에 대한 연구는 더욱 필요하다.
또한 태양 전지에 있어, 전력 생산의 효율은 가장 중요한 요소 중의 하나이며, 동일한 구조 하에서 전력 생산 효율을 높이는 다양한 방법이 요구되고 있다.
대한민국 등록특허 제10-1325572호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 제조 단가를 낮추고 안정성을 확보할 수 있고, 전체적인 효율을 높일 수 있는 태양 전지 및 태양 전지의 　제조 방법을 제공하고자 한다.
이러한 과제를 해결하고자, 본 발명에서 제공하는 태양 전지는 외부에 제1층을 포함하는 복수개의 실리콘 파티클, 상기 복수개의 실리콘 파티클의 일부를 수용하는 광학적 투명층, 상기 광학적 투명층 하부에 형성되고, 상기 실리콘 파티클의 제1층 과 각각 전기적으로 연결되는 복수개의 상부 전극,
상기 실리콘 파티클 중 제1층이 형성되지 않은 노출부와 전기적으로 연결되는 BSF(Back Side Field)층,
상기 대응되는 상부 전극 하부에 형성되고, 상기 BSF층과 전기적으로 연결되는 복수개의 하부 전극 및
상기 상부 전극과 하부 전극 사이에 위치하고 상기 상부 전극과 하부 전극을 절연시키는 절연층을 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 실리콘 파티클을 감싸는 패시베이션층을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 실리콘 파티클을 감싸는 투명전도층을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 투명전도층은 도전성 투명층을 포함하고, 상기 복수개의 상부전극은 투명전도층과 접촉하여 상기 실리콘 파티클의 제1층과 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 투명전도층은 투명 전도성 산화물(TCO: Transparent Conductive Oxide)를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 실리콘 파티클은 구(球)형상으로 제작된 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 실리콘 파티클은 다면체 형상으로 제작된 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 실리콘 파티클은 P형 또는 N형 실리콘을 포함하며, 상기 제1층은 상기 실리콘 파티클의 수광 영역 표면에는 P-N 접합을 이루는 확산층을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
이러한 과제를 해결하고자, 본 발명에서 제공하는 태양 전지의 제조 방법은, 외부에 제1층을 포함하는 실리콘 파티클에 있어서, (a) 복수개의 실리콘 파티클들이 포함되도록 광학적 투명층을 형성하는 단계, (b) 상기 실리콘 파티클의 제1층과 전기적으로 연결되는 복수개의 상부 전극을 형성하는 단계, (c) 상기 상부 전극 상에 절연층을 형성하는 단계, (d) 상기 실리콘 파티클의 제1층의 일부가 제거 되는 단계, (e) 상기 실리콘 파티클에서 제1층이 제거된 부분에 BSF층을 형성하는 단계 및 (f) 상기 BSF층과 전기적으로 연결되는 하부 전극을 형성하는 단계를 포함한다.
일 실시예에 있어서, (a) 상기 광학적 투명층을 형성하는 단계는, (a-1) 복수개의 실리콘 파티클을 더미 기판상에 배치하는 단계, (a-2) 상기 더미 기판 상에 상기 복수개의 실리콘 파티클을 감싸는 상기 광학적 투명층을 형성하는 단계 및 (a-3) 상기 더미 기판을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시예에 있어서, (a-1) 복수개의 실리콘 파티클을 더미 기판상에 배치하는 단계 이후에, 상기 복수개의 실리콘 파티클을 감싸는 투명전도층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시예에 있어서, (a-1) 복수개의 실리콘 파티클을 더미 기판상에 배치하는 단계 이후에, 상기 복수개의 실리콘 파티클을 감싸는 패시베이션층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시예에 있어서, (a) 상기 광학적 투명층을 형성하는 단계 이전에, 상기 실리콘 파티클은 외부에 이미 투명전도층이 형성되어 있는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시예에 있어서, (a) 상기 광학적 투명층을 형성하는 단계 이전에, 상기 실리콘 파티클은 외부에 이미 패시베이션층과 투명전도층이 형성되어 있는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 실리콘 파티클은 P형 또는 N형 실리콘을 포함하며, 상기 제1층은 상기 실리콘 파티클의 수광 영역 표면에는 P-N 접합을 이루는 확산층을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시예에 있어서, (e) 상기 BSF층을 형성하는 단계는 상기 실리콘 파티클에서 제1층이 제거된 부분에 불순물이 함유된 전도성 페이스트를 도포하고, 상기 전도성 페이스트에 레이저 등의 에너지를 조사하여 가열하고 소결하는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 레이저 등의 에너지는 실리콘 파티클와 상기 BSF층 간의 오믹콘텍층을 형성하는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 실리콘 파티클은 구(球)형상으로 제작된 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 실리콘 파티클은 다면체 형상으로 제작된 것을 특징으로 할 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 복잡한 제조 공정을 단순화 할 수 있어, 실리콘 파티클을 이용한 태양 전지의 생산 원가를 향상시킬 수 있다.
또한, 기존의 제조 방식에 비해 제작되는 태양전지의 구조적인 안정성을 향상시킬 수 있다.
아울러, 기존의 제조 방식에 비해 효율이 향상된 태양전지를 제작할 수 있게 된다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지에 사용되는 실리콘 파티클을 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지를 나타내는 단면도이다.
도 3은 도 2의 II-II'선을 따라 절단한 태양전지의 절단면을 나타내는 개념도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지를 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양전지의 제조 방법을 나타내는 순서도이다.
도 6은 도 5의 실시예 중 (a) 단계에 있어서, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양전지의 제조 방법을 나타내는 순서도이다.
도 7는 도 5의 실시예 중 (a) 단계에 있어서, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양전지의 제조 방법을 나타내는 순서도이다.
도 8는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양전지를 나타내는 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
또한, 본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명은 본 발명의 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대해 상세히 설명하기로 한다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
실리콘 파티클
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지에 사용되는 실리콘 파티클을 나타내는 단면도이다.
도 1a를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 파티클(100)은 기본적으로 실리콘 코어(110), 제1층(120) 및 투명전도층(140)을 포함한다. 상기 투명전도층(140)은 반사방지층의 역할을 동시에 수행할 수도 있다.
실리콘 파티클(100)은 볼형상으로 제작될 수 있고, 또한 다면체의 형상으로 제작될 수 있다. 다면체의 형상은 큐빅 구조를 포함한다.
실리콘 파티클(100)은 P형 또는 N형 실리콘을 포함하며, 실리콘 파티클(100)의 외부에는 P-N 접합을 이루는 확산층인 제1층(120)이 형성된다. 실리콘 파티클(100)은 P형 또는 N형 도펀트(dopant)를 추가로 포함할 수 있다.
여기에서, 제1층이 태양광에 의하여 에너지를 수용하고, 이에 따라 여기 되는 전자가 이동한다. 이로 인해 전류가 생성된다.
도면의 경우 실리콘 파티클(100)이 P형 실리콘으로 형성되고, 실리콘 파티클(100)의 표면에 N형의 확산층인 제1층(120)이 형성된 구조를 예시하고 있다.
실리콘 파티클(100)은 도핑 공정을 수행하여 제작될 수 있다. P형 실리콘 재질의 실리콘 코어(110)에 5족 원소를 포함하는 POCl3, H3PO4 등을 고온에서 확산시킨다. N형 확산층인 제1층(120)이 이로 인해 형성될 수 있다. 또한 실리콘 코어(110)은 그 자체가 실리콘으로 형성된 구조를 가질 수 있을 뿐 아니라 절연성 볼에 실리콘이 코팅된 구조를 갖는 것도 가능하다. 절연성 볼은 유리, 세라믹 등 다양한 재질로 구성될 수 있다.
투명전도층(140)은 실리콘 파티클을 형성하는 과정에서 코팅될 수 있다. 한편으로는 실리콘 파티클(100)을 기판이나 전극 상에 실장한 이후, 제조 공정 상에서 코팅될 수도 있다.
또한, 투명전도층(140)은 투명 전도성 산화물(TCO: Transparent Conductive Oxide)를 포함한다. 이것은 인듐 틴 옥사이드(ITO)로 형성될 수 있다. 전기전도성을 가지기 때문에, 제1층(120)을 노출시키기 위하여 투명전도층(140)의 일부를 제거할 필요가 없기 때문에, 공정에 이점이 작용한다.
도 1b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 실리콘 파티클의 단면도이다. 도 1b를 참조하면, 실리콘 파티클(100A)는 실리콘 코어(110), 제1층(120), 패시베이션층(130) 및 투명전도층(140)을 포함한다. 투명전도층(140)은 반사방지막의 역할을 동시에 수행할 수 있다.
적당한 두께의 패시베이션층(130)은 태양광의 효율을 더 높인다. 패시베이션층(130)은 산화 실리콘, 유전체(Dielectric) 또는 금속 산화물(metal Oxide) 등으로 형성될 수 있다.
투명전도층(140)은 제1층(120) 바깥으로 코팅된 코팅층이다. 실시예에 따라 패시베이션층(130) 상에 형성되거나, 제1층(120) 상에 형성될 수 있다.
실리콘 코어(110)의 반사율을 저감시킬 수 있도록 텍스쳐(texture) 형상을 가지도록 형성될 수 있다. 텍스쳐 형상은 실리콘 코어(110)의 표면에 형성된다.
추가적으로 이러한 실리콘 코어(110)과 제1층(120)의 P 형과 N형 반도체의 구성은 반대로 형성될 수 있다. 따라서 실리콘 코어(110)은 N형으로, 제1층(120)은 P형 반도체로 형성될 수 있다.
태양전지의 구조
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지를 나타내는 단면도이다.
도 2를 참조하면, 태양전지는 외부에 제1층을 포함하는 실리콘 파티클(100), 실리콘 파티클의 일부를 수용하는 광학적 투명층(300), 광학적 투명층 하부에 형성되고 실리콘 파티클의 제1층(120)과 각각 전기적으로 연결되는 복수개의 상부 전극(400), 실리콘 파티클 중 제1층이 형성되지 않은 노출부와 전기적으로 연결되는 BSF(Back Surface Field)층(650), 대응되는 상부 전극 하부에 형성되고, BSF층과 전기적으로 연결되는 복수개의 하부 전극(600) 및 상부 전극과 하부 전극 사이에 위치하고 상기 상부 전극과 하부 전극을 절연시키는 절연층(500)을 포함한다. 또한, 하부 전극(600)의 아래에는 보호층(800)이 더 포함될 수 있다.
본 실시예는 실리콘 파티클(100)이 실리콘 코어(110), 제1층(120) 및 투명전도층(140)으로 구성되어 있다. 실리콘 코어(110) 및 제1층(120)은 PN접합 구조를 가지고 있어, 태양광을 이용하여 전기를 생산하는 부분이다.
투명전도층(140)은 빛이 제1층(120)에 보다 잘 공급될 수 있도록 태양광이 반사하는 것을 방지하는 층인 반사방지층의 역할을 수행할 수 있다. 투명전도층(140)은 도전성 투명층으로 형성된다.
또한, 상부전극(400)은 투명전도층(140)과 접촉되어 제1층(120)에 전기적으로 연결할 수 있으므로, 제1층(120)과 상부전극(400)을 전기적으로 연결하기 위해 투명전도층(140)을 제거하는 공정을 생략할 수 있다. 따라서 공정을 더 간편하게 만들 수 있다.
실리콘 코어(100)는 하부전극(600)과 전기적으로 연결된다. 실리콘 코어(100)와 하부전극(600) 사이에는 BSF층(650)이 포함된다.
BSF층(650)는 전자 또는 정공이 다수 포함될 수 있도록 불순물이 다수 도핑된 층으로 실리콘 코어(100)로 전자 또는 정공을 제공하여 발전효율을 높이는 역할을 한다. 예를 들어, 실리콘 코어(110)가 P형 반도체인 경우, 실리콘 코어(110)에 다수의 정공을 제공하는 P++층이 되어 효율을 높인다. 뿐만 아니라, BSF층(650)은 실리콘 내부를 투과하는 일부의 태양광을 반사시켜 한번 더 발전에 참여하게 함으로써, 효율을 높이는 역할을 한다. 특히 BSF층은 알루미늄을 포함하여 형성할 수 있다.
BSF층(650)은 보론(B) 등을 포함하는 알루미늄 페이스트를 도포하고, BSF층(650)이 있는 위치에 레이저를 조사하여 가열하고 소결시킴으로써 BSF층(650)을 형성시킬 수 있다. BSF층(650)은 P++층의 역할을 할 뿐 아니라, 실리콘 코어(110)와 전기적으로 접속이 좋아지는 오믹 콘택을 형성한다.
본 실시예에서는 실리콘 코어(110)가 P형, 제1층(120)이 N형 반도체이지만, 이에 한정되지는 않으며, 실리콘 코어(110)가 N형, 제1층(120)이 P형 반도체로 형성될 수 있다. 이 경우 BSF층(650)과 반사방지층(140)이 제공하는 전자와 정공이 반대이어야 하므로, 도핑되는 불순물을 다르게 적용할 수 있다.
도 3은 도 2의 II-II'선을 따라 절단한 태양전지의 절단면을 나타내는 개념도이다.
도 3을 참조하면, 왼쪽에서부터 하부전극(600), BSF층(650), P형 반도체인 실리콘 코어(110), N형 반도체인 제1층(120), 투명전도층(140) 및 상부 전극(400)으로 구성된다.
태양광은 투명전도층(140)을 거쳐, PN 접합을 가지는 제1층(120)과 실리콘 코어(110)로 전달된다. P형 반도체인 실리콘 코어(110) 측으로는 BSF층(650)이 P++의 역할로서 정공을 제공한다. 이렇게 기본적인 PN접합층에 각각 전자와 정공을 제공하는 고농도의 층을 제공함으로써 태양광의 효율을 높일 수 있다.
태양광은 BSF층(650)에서 반사되어 실리콘 코어(110)로 다시 되돌아가 남은 태양광이 발전에 참여할 수 있다. 이중 일부는 그대로 투과하여 다른 태양 전지의 발전에 참여할 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지를 나타내는 단면도이다.
도 4의 실시예는 도2의 실시예에서 제1층(120)과 투명전도층(140) 사이에 패시베이션층(130)이 형성된 것이 다르다. 이 경우 패시베이션층(130)은 매우 얇은 두께로 형성되는 경우 전하의 이동을 원활하게 할 수 있으므로, 투명전도층(140)을 통하여 외부로부터 전극이 연결되는 점은 동일하다.
실리콘 코어(100)와 하부전극(600) 사이에는 형성되는 BSF층(650)는 도 2의 실시예와 실질적으로 동일한 방법으로 형성되고, 동일한 역할을 수행한다.
태양 전지의 제조 방법
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양전지의 제조 방법을 나타내는 순서도이다.
본 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법은 외부에 제1층을 포함하는 실리콘 파티클을 사용하는 것이며, (a) 복수개의 실리콘 파티클들이 포함되도록 광학적 투명층을 형성하는 단계, (b) 상기 실리콘 파티클의 제1층과 전기적으로 연결되는 복수개의 상부 전극을 형성하는 단계, (c) 상기 상부 전극 상에 절연층을 형성하는 단계, (d) 상기 실리콘 파티클의 제1층의 일부가 제거 되는 단계, (e) BSF층을 형성하는 단계, 및 (f) 하부 전극을 형성하는 단계를 포함한다.
도 1a 및 도 1b를 다시 참조하면, 본 실시예에 사용되는 실리콘 파티클(100)은 본 태양 전지의 제조 공정 이전에 별도 제작될 수 있다. 실리콘 파티클(100)은 실리콘 코어(110) 및 제1층(120)을 포함한다. 실리콘 파티클(100)은 실리콘 코어(110) 및 제1층(120)과 같은 필수적으로 포함되는 구성요소를 제외하고, 추가적인 구성요소를 더 포함할 수 있다.
예를 들어 투명전도층(140)을 더 포함하거나, 패시베이션층(130)과 투명전도층(140)을 동시에 더 포함하는 구조를 가질 수 있다. 부가적인 구성요소를 포함하는 경우에는 이와 관련되는 추가적인 공정이 추가될 수 있다. 투명전도층(140)은 반사방지층의 역할을 할 수 있다.
대표적인 것으로는 실리콘 파티클을 제작하는 공정에서 패시베이션층(130) 또는 투명전도층(140)을 코팅함으로써 형성할 수 있다. 이와는 달리, 더미 기판 상에 실리콘 파티클을 위치한 후 패시베이션층(130) 또는 투명전도층(140)을 증착하여 형성시킬 수 있다.
제조방법 실시예 1
도 6은 도 5의 실시예 중 (a) 단계에 있어서, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양전지의 제조 방법을 나타내는 순서도이다.
도 6을 참조하면, (a-1) 단계에 있어서는, P-N 접합 구조를 가지는 실리콘 파티클을 준비한다. 이 경우 실리콘 파티클에서는 패시베이션 및 반사층은 형성되지 않으며, 실리콘 핵과 제1층만을 가지고 P-N 접합 구조를 형성한다. 이 단계에서의 실리콘 파티클은 도 1a의 도면과 유사하다.
(a-2) 단계에서는, 실리콘 파티클이 더미 기판의 홀에 각각 배치된다. 본 단계에서 더미 기판은 각각의 실리콘 파티클의 배치를 위해 이용된다. 이후 더미 기판은 공정에서 제거된다. 더미 기판의 홀은 포토리소그래피에 의해 형성될 수 있다. 더미 기판은 드라이 필름 레지스트(DFR, Dry Film Resist 또는 Dry Film photoResist)로 구성된다. 드라이 필름 레지스트는 대표적으로 아크릴을 포함하는 필름으로 형성될 수 있다.
(a-3) 단계에서는, 더미 기판 상에 배치된 실리콘 파티클에 패시베이션층 및 투명전도층을 코팅한다. 상기에서 언급한 바와 같이 이 층들은 다른 실시예 에서는 실리콘 파티클을 형성하는 과정(a-1)에서 코팅될 수 있다. 패시베이션층은 실리콘 다이옥사이드(silicon dioxide), 유전체(Dielectric) 또는 금속 산화물(Metal Oxide)로 형성될 수 있다. 투명전도층은 ITO(Indium Tin Oxide), AZO(Aluminium Zinc Oxide), FTO(Fluorine Tin Oxide) 등과 같은 투명 전도성 산화물(TCO, Transparent Conductive Oxide)로 형성될 수 있다.
(a-4) 단계에서는 더미 기판 상에 실리콘 파티클의 일부를 수용하도록 광학적 투명층을 형성한다. 광학적 투명층은 더미 기판 상에 광학적 투명층에 사용되는 수지등을 도포하고 이를 경화함으로써 형성시킬 수 있다. 광학적 투명층(OCM)의 제조는 액상층을 도포하고, 이것을 고형화 해서 형성한다. OCM(Optical Clear Material)은 에폭시, 실리콘, 우레탄, 아크릴 등을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다. 또한, 광학적 투명층에는 안정성을 위해 UV안정제 등을 포함할 수 있다. 아울러 필요한 경우 전체 완성 이후에 외부 보호 필름을 더 형성할 수 있다.
(a-5) 단계에서, 이후 더미 기판을 제거하여 광학적 투명층의 아래로 실리콘 파티클의 일부가 노출되는 형태를 완성한다.
다시 도 5 및 도 4를 참조하면, (b) 단계에서, 광학적 투명층(300)의 상부로 노출된 제1층 주위로 제1층(120)과 전기적으로 연결되는 상부 전극(400)이 형성된다. 일반적으로 상부 전극(400)의 형성은 노출된 제1층(120)을 덮을 수 있는 층으로 형성한 후 원하는 형상을 제외하고 식각하는 방법으로 형성될 수 있다. 상부 전극 및 후술될 하부 전극은 다양한 재질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 동, 은 또는 알루미늄 등의 재질로 형성된다.
본 실시예에서는 실리콘 파티클(100A)의 제1층(120) 밖에 패시베이션층(130) 및 투명전도층(140)이 형성된 후 상부전극(400)이 형성된다. 이 때에는 제1층(120)과 패시베이션층(130) 및 투명전도층(140)이 모두 전기적으로 연결되어 있으므로, 투명전도층(140)과 접촉하여 상부전극(400)을 형성하여도 동일한 기능을 수행한다.
(c) 단계에서, 상부 전극(400)들이 형성되어 있는 층위로 절연층(500)을 형성한다. 이후 (d) 단계에서, 광학적 투명층(300)의 외부로 노출된 실리콘 파티클(100) 중 제1층(120)의 일부를 제거하여 실리콘 코어(110)을 노출한다.
(e) 단계에서, 노출원 실리콘 코어(110) 상으로 BSF층(650)을 형성한다. 실리콘 코어(110)가 노출된 영역과 인접한 영역의 상부 전극이 노출된 곳까지 연계하여 불순물이 함유된 도전성 페이스트를 도포한다. 이후, 실리콘 코어(110)와 인접하여 도포된 영역에 레이저를 조사한다. 레이저가 조사된 영역에는 이로 인해 발생된 열로 인해 고농도의 불순물이 도핑된 BSF층(650)이 형성된다.
(f) 단계에서 BSF층(650)을 통하여 실리콘 코어(110)와 전기적으로 연결되고, 인접한 실리콘 파티클의 상부전극(400)과 전기적으로 연결되는 하부 전극(600)을 형성한다.
이후 하부 전극 상으로 보호층(800)을 형성하여 공정을 마무리 할 수 있다.
도 4는 하부 전극(600) 상에 보호층(800)을 형성한 후의 태양 전지에 대한 단면도이다. 하부 전극(600)이 외부에 노출되지 않도록 하기 위해 보호층(800)을 형성하여야 한다. 본 실시예에서의 태양 전지는 실리콘 파티클(100)의 형상이 구형이기 때문에, 상부 뿐만아니라 하부에서 공급되는 태양광에 의해서도 전력을 생산할 수 있다. 따라서 하부를 보호하는 보호층에 대해서도 투명성을 확보하여 광을 유입할 수 있도록 제작될 수 있다.
필요에 따라서는 이러한 반사층은 최하단의 보호층(800) 아래에 별도로 반사층을 형성시켜, 상부에서온 광이 투과되지 않고 되돌아가도록 설계할 수도 있다.
제조방법 실시예 2
도 7은 도 5의 실시예 중 (a) 단계에 있어서, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양전지의 제조 방법을 나타내는 순서도이다.
(a-1) 단계에서는 P-N 접합 구조의 실리콘 파티클(100A)에 투명전도층(140)을 형성한다. 투명전도층(140)은 반사반지층의 역할을 수행할 수도 있다. 이 단계에서의 실리콘 파티클은 도 1b의 도면과 유사하다. 단, 패시베이션층(130)은 포함될 수도 있고, 그렇지 않을 수 있다. 실리콘 파티클(100A)는 실리콘 코어(110), 제1층(120) 및 투명전도층(140)을 포함한다.
투명전도층(140)은 실리콘 파티클(100A)를 제작할 때에 미리 형성된다. 도 6의 실시예와 다른점은 투명전도층(140)이 실리콘 파티클(100A)의 형성과정에서 전체적으로 코팅해서 형성한 후, 제조 공정에 사용된다는 점이다.
이러한 투명전도층(140)은 전기전도성을 가지는 투명한 도전성 물질을 사용할 수 있으며, 대표적으로는 인듐 틴 옥사이드(ITO, Indium Tin Oxide)가 사용된다.
(a-2) 단계에서는 실리콘 파티클(100A)을 더미 기판 상에 배치한다. 투명전도층(140)이 이미 형성되었으므로, (a-3) 단계는 본 실시예에서는 진행할 필요가 없다.
이후 (a-4) 단계에서 광학적 투명층을 형성한다. 더미 기판 상에 실리콘 파티클(100)의 일부를 수용하도록 광학적 투명층(300)을 형성한다.
이후 (a-5) 단계에서, 더미 기판을 제거하여 광학적 투명층(300)의 아래로 실리콘 파티클(100)의 일부가 노출되는 형태를 완성한다.
이후 (b) 단계 내지 (f) 단계의 공정은 도 5의 순서도에 따라 진행 되는 공정과 실질적으로 동일한 공정이므로 중복되는 과정은 생략한다.
본 실시예와 유사한 결과인 도 2를 참조하면, 절연층(500), 하부 전극(600) 및 고농도층(650) 및 보호층(800)이 형성되었음을 알 수 있다.
PERC 층의 형성
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양전지의 단면도이다.
도 8은 도 2의 실시예에서 실리콘 파티클(100)이 형성되는 부분의 일부를 확대한 형성과 실질적으로 유사하다. 동일한 기능을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하였다. 도 8의 실시예에 따르면, 도2의 실시예의 BSF층(650)이 PERC층(651)로 형성된 것 이외에는 실질적으로 동일한 구성요소를 가진다.
도 2와 도 8을 비교하여 설명하면, PERC(Passivated Emitter Rear Cell, 651) 층은 이전의 실시예에서 적용되었던 BSF층이 수개의 부분으로 분할하여 형성된 것이다. 기존의 BSF층에서는 실리콘 코어(110)와 BSF층(650)이 전부분 접촉하여 형성되나, 이렇게 실리콘 코어(110)와 BSF(650) 간의 접촉면적에서 형성되는 재결합으로 인해 효율이 떨어지는 부작용이 발생할 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이 분할되어 형성된 PERC층(651)은 접촉면적에서의 재결합을 줄여, 전체적으로 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있게 한다. PERC층(651)은 기존의 BSF층(650)을 형성하는 과정에서 더 분할하여 형성하는 방법으로 제조될 수 있다. 이 경우 평면도 상으로 분할된 PERC층(651)의 분할 형상은 제조에 적합한 형태로 제작될 수 있다. 이후 하부 전극(600)에 모두 전기적으로 연결되므로, PERC층(651)은 실리콘 코어(110)와 하부 전극(600)을 전기적으로 연결하는 한 자유로운 방식으로 분할하여 형성된다.
본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명에 따른 구성요소를 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것이 명백할 것이다.

Claims (21)

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  10. 외부에 제1층을 포함하는 실리콘 파티클에 있어서,
    (a) 복수개의 실리콘 파티클들이 포함되도록 광학적 투명층을 형성하는 단계;
    (b) 상기 실리콘 파티클의 제1층과 전기적으로 연결되는 복수개의 상부 전극을 형성하는 단계;
    (c) 상기 상부 전극 상에 절연층을 형성하는 단계;
    (d) 상기 실리콘 파티클의 제1층의 일부가 제거 되는 단계;
    (e) 상기 실리콘 파티클에서 제1층이 제거된 부분에 BSF층을 형성하는 단계; 및
    (f) 상기 BSF층과 전기적으로 연결되는 하부 전극을 형성하는 단계;를 포함하되,
    (a) 상기 광학적 투명층을 형성하는 단계는,
    (a-1) 복수개의 실리콘 파티클을 더미 기판상에 배치하는 단계;
    (a-2) 상기 더미 기판 상에 상기 복수개의 실리콘 파티클을 감싸는 상기 광학적 투명층을 형성하는 단계; 및
    (a-3) 상기 더미 기판을 제거하는 단계;를 포함하는 태양 전지의 제조 방법.
  11. 삭제
  12. 제10항에 있어서,
    (a-1) 복수개의 실리콘 파티클을 더미 기판상에 배치하는 단계 이후에,
    상기 복수개의 실리콘 파티클을 감싸는 투명전도층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 투명전도층을 형성하는 단계 이전에,
    상기 복수개의 실리콘 파티클을 감싸는 패시베이션층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법.
  14. 제10항에 있어서,
    (a) 상기 광학적 투명층을 형성하는 단계 이전에,
    상기 실리콘 파티클은 외부에 이미 투명전도층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법.
  15. 제10항에 있어서,
    (a) 상기 광학적 투명층을 형성하는 단계 이전에,
    상기 실리콘 파티클은 외부에 이미 패시베이션층과 투명전도층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 실리콘 파티클은 P형 또는 N형 실리콘을 포함하며,
    상기 제1층은 상기 실리콘 파티클의 수광 영역 표면에는 P-N 접합을 이루는 확산층을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조 방법.
  17. 제10항에 있어서,
    (e) 상기 BSF층을 형성하는 단계는
    상기 실리콘 파티클에서 제1층이 제거된 부분에 불순물이 함유된 전도성 페이스트를 도포하고,
    상기 전도성 페이스트에 가열하여 소결하는 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 가열 공정은 실리콘 파티클와 상기 BSF층 간의 오믹 콘택층을 형성하는 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법.
  19. 제10항에 있어서,
    상기 실리콘 파티클은 구(球)형상으로 제작된 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법.
  20. 제10항에 있어서,
    상기 실리콘 파티클은 다면체 형상으로 제작된 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법.
  21. 제10항에 있어서,
    상기 BSF층은 평면도 상에서 서로 분할되어 형성되는 PERC(Passivated Emitter Rear Cell)층으로 형성되는 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법.



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