KR102242269B1 - 태양 전지의 전도성 향상 - Google Patents

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Abstract

태양 전지 상에 접점 영역을 형성하기 위한 방법 및 구조들이 제시된다. 태양 전지는 정상 작동 동안에 태양에 대면하는 전면, 전면의 반대편에 있는 배면, 및 규소 기판을 가질 수 있다. 규소 기판은 적어도 하나의 도핑된 영역, 및 도핑된 영역 위에 형성된 유전체 층을 포함할 수 있다. 태양 전지는 또한 제1 유전체 층을 통한 그리고 도핑된 영역 위의 접점 영역 내에 무전해 도금된 금속 접점과 같은 제1 금속 접점을 포함할 수 있다. 태양 전지는 제1 금속 접점 상에 형성되거나 침착된 알루미늄과 같은 인쇄된 금속을 포함할 수 있다. 태양 전지는 제1 금속 접점 및 제1 인쇄된 금속을 갖는 제1 금속 층을 포함할 수 있다. 태양 전지는 제1 금속 층 상에 형성된 전해 전기도금된 금속 층과 같은 제2 금속 층을 포함할 수 있다.

Description

태양 전지의 전도성 향상{CONDUCTIVITY ENHANCEMENT OF SOLAR CELLS}
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은, 그 전체 내용이 본 명세서에 참고로 포함된, 발명의 명칭이 "태양 전지의 전도성 향상을 위한 방법 및 구조(METHODS AND STRUCTURES FOR CONDUCTIVITY ENHANCEMENT OF SOLAR CELLS)"인, 2013년 3월 15일자로 출원된 미국 가출원 번호 제61/800,188호의 이익을 청구한다.
태양 전지로서 흔히 알려진 광전지(photovoltaic(PV) cell)는 전기 에너지로의 태양 방사선의 변환을 위한 잘 알려진 장치이다. 일반적으로, 태양 전지의 기판의 표면 상에 충돌하고 기판 내로 진입하는 태양 방사선은 기판의 대부분에서 전자 및 정공(hole) 쌍을 생성한다. 전자 및 정공 쌍은 기판 내의 p-도핑된(doped) 영역 및 n-도핑된 영역으로 이동함으로써, 도핑된 영역들 사이에 전압차를 생성한다. 도핑된 영역들은 태양 전지 상의 전도성 영역들에 연결되어, 전지로부터의 전류를 외부 회로로 보낸다. PV 전지들이 PV 모듈과 같은 어레이 내에 조합될 때, 모든 PV 전지들로부터 수집된 전기 에너지는 소정의 전압 및 전류를 갖는 전력을 공급하도록 직렬 및 병렬 배열로 조합될 수 있다.
접점 형성을 위한 개시된 기술 및 구조는 제작 작업들을 감소시킬 수 있고 전체적인 결과 산출량을 향상시켜, 전반적인 태양 전지 제조 시간을 감소시키고 이용가능한 제품 산출량을 증가시킬 수 있다.
도 1은 일부 실시예들에 따른 예시적인 태양 전지의 개략 평면도.
도 2 및 도 3은 일부 실시예들에 따른 예시적인 태양 전지의 단면도.
도 4 내지 도 12는 일부 실시예들에 따라 태양 전지 상의 접점 영역을 형성함에 있어서의 다양한 작업들의 단면도.
도 13은 일부 실시예들에 따른 다른 예시적인 태양 전지의 개략 평면도.
도 14 내지 도 17은 일부 실시예들에 따른 다양한 예시적인 태양 전지들의 단면도.
도 18 내지 도 20은 일부 실시예들에 따른, 태양 전지의 접점 영역을 형성하기 위한 다양한 예시적인 방법들의 플로우차트.
하기 상세한 설명은 사실상 단지 예시적인 것이며, 출원의 요지의 실시예들 또는 그러한 실시예들의 사용을 제한하도록 의도되지 않는다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 단어 "예시적인"은 "예, 사례 또는 실례로서 역할하는" 것을 의미한다. 본 명세서에 예시적인 것으로 기술된 임의의 구현예는 다른 구현예에 비해 바람직하거나 유리한 것으로 반드시 해석되는 것은 아니다. 또한, 전술한 기술분야, 배경기술, 간략한 요약 또는 하기 상세한 설명에서 제시되는 임의의 표현된 또는 암시된 이론에 의해 구애되도록 의도되지 않는다.
본 명세서는 "일 실시예" 또는 "실시예"에 대한 참조를 포함한다. "일 실시예에서" 또는 "실시예에서"와 같은 구의 출현이 반드시 동일한 실시예를 지칭하는 것은 아니다. 특정의 특징들, 구조들, 또는 특성들이 본 개시 내용과 일관성 있는 임의의 적절한 방식으로 조합될 수 있다.
용어. 하기 단락들은 (첨부된 청구범위를 포함한) 본 개시 내용에서 보여지는 용어들에 대한 정의 및/또는 맥락을 제공한다:
"포함하는". 이 용어는 개방형(open-ended)이다. 첨부된 청구범위에서 사용되는 바와 같이, 이 용어는 추가적인 구조물 또는 단계를 배제하지 않는다.
"~하도록 구성된" 다양한 유닛들 또는 구성요소들이 작업 또는 작업들을 수행"하도록 구성된" 것으로 기술되거나 청구될 수 있다. 그러한 맥락에서, "하도록 구성된"은 유닛들/구성요소들이 작동 동안에 이들 작업 또는 작업들을 수행하는 구조물을 포함한다는 것을 나타냄으로써 구조물을 함축하는 데 사용된다. 이와 같이, 유닛/구성요소는 명시된 유닛/구성요소가 현재 작동 중이지 않을 때에도(예를 들어, 온/활성 상태가 아닐 때에도) 작업을 수행하도록 구성된 것으로 말하여 질 수 있다. 유닛/회로/구성요소가 하나 이상의 작업을 수행 "하도록 구성된" 것임을 기술하는 것은 명확히, 그 유닛/구성요소에 대해 35 U.S.C §112의 6번째 단락에 의지하지 않도록 의도된다.
"제1", "제2" 등. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 이러한 용어들은 이들의 뒤에 오는 명사에 대한 형용어구로서 사용되며, (예를 들어, 공간적, 시간적, 논리적 등의) 임의의 유형의 순서를 의미하지 않는다. 예를 들어, "제1" 유전체에 대한 언급이 이러한 유전체가 시퀀스 내의 첫 번째 유전체임을 반드시 의미하는 것은 아니며, 대신에 용어 "제1"은 이러한 유전체를 다른 유전체(예를 들어, "제2" 유전체)로부터 구별하는 데 사용된다.
"~에 기초하여" 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 이 용어는 결정에 영향을 미치는 하나 이상의 인자들을 기술하는 데 사용된다. 이 용어는 결정에 영향을 미칠 수 있는 추가적인 인자들을 배제하지 않는다. 즉, 결정이 오직 이들 인자에만 기초할 수 있거나, 이들 인자에 적어도 부분적으로 기초할 수 있다. "B에 기초하여 A를 결정하다"라는 어구를 고찰하기로 한다. B가 A의 결정에 영향을 미치는 요인일 수 있지만, 그러한 어구는 A의 결정이 C에 또한 기초하는 것을 배제하지 않는다. 다른 예에서, A는 오직 B에만 기초하여 결정될 수 있다.
"결합된" - 하기의 설명은 함께 "결합되는" 요소들 또는 노드들 또는 특징부들을 언급한다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 명확히 달리 명시되지 않는 한, "결합된"은 하나의 요소/노드/특징부가 반드시 기계적으로는 아니게 다른 요소/노드/특징부에 직접적으로 또는 간접적으로 결합됨(또는 그와 직접적으로 또는 간접적으로 연통됨)을 의미한다.
또한, 소정 용어가 또한 단지 참조의 목적으로 하기 설명에 사용될 수 있으며, 이에 따라 제한적인 것으로 의도되지 않는다. 예를 들어, "상부", "하부", "위" 및 "아래"와 같은 용어는 참조되는 도면에서의 방향을 지칭한다. "전방", "뒤", "후방", "측방", "외측" 및 "내측"과 같은 용어는 논의 중인 구성요소를 기술하는 본문 및 연관 도면을 참조함으로써 명확해지는 일관된, 하지만 임의적인 좌표계 내에서 구성요소의 부분들의 배향 및/또는 위치를 기술한다. 그러한 용어는 상기에 구체적으로 언급된 단어, 그의 파생어, 및 유사한 의미의 단어를 포함할 수 있다.
"층" 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 층은 연속적인 영역일 수 있거나, 층은 연속적이지 않도록 구멍 또는 간극을 가질 수 있다.
후술되는 바와 같이, 태양 전지는 규소 기판을 가질 수 있다. 규소 기판은 제1 및 제2 도핑된 영역들의 형성에 앞서 세정, 폴리싱, 평탄화, 및/또는 박화되거나 달리 처리된다. 일 실시예에서, 규소 기판은 폴리실리콘 또는 다결정 규소일 수 있다.
본 명세서에 기술되는 바와 같이, 태양 전지는 제1 및 제2 도핑된 영역들을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 제1 및 제2 도핑된 영역들은 열처리에 의해 성장될 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 및 제2 도핑된 영역들은 종래의 도핑 공정에 의해 도펀트를 규소 기판 내에 침착시킴으로써 형성될 수 있다. 제1 및 제2 도핑된 영역들 각각은 붕소와 같은 p-형(positive-type) 도펀트 또는 인과 같은 n-형(negative-type) 도펀트인 도핑 재료를 포함할 수 있지만 이로 한정되지 않는다. 제1 및 제2 도핑된 영역들들 둘 모두가 열처리를 통해 성장되는 것으로 기술되지만, 본 명세서에 기술되거나 인용되는 임의의 다른 형성, 침착, 또는 성장 공정 작업에서와 같이, 각각의 층 또는 물질이 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 및 제2 도핑된 영역들은 침착 기술, 스퍼터, 또는 인쇄 공정, 예를 들어 잉크젯 인쇄 또는 스크린 인쇄에 의해 규소 기판 상에 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 산화물 층이 제1 및 제2 도핑된 영역들 위에 침착되어, 둘 모두의 영역에 대한 보호 장벽으로서 역할할 수 있다.
후술되는 바와 같이, 태양 전지는 도핑된 영역들 위에 형성된 유전체 층을 포함할 수 있으며, 유전체 층은 유전체 층을 통해 접촉 개구들을 형성한다. 일 실시예에서, 접촉 개구들은 습식 에칭 및 융제(ablation) 기술(예를 들어, 레이저 융제 등)을 포함하는 임의의 다수의 리소그래피 공정에 의해 형성된다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 태양 전지는 규소 표면 상에 텍스처-형성된 표면을 포함할 수 있는데, 여기서 유전체 층이 텍스처-형성된 표면 위에 형성될 수 있다. 텍스처 형성된 표면은 유입 광을 산란시키기 위한 규칙적이거나 불규칙적인 형상화된 표면을 구비하여 태양 전지의 표면으로부터 다시 반사된 광량을 감소시키는 것일 수 있다. 일 실시예에서, 유전체 층은 태양 전지의 전면 또는 배면 상에 형성된 반사방지 코팅(ARC) 또는 후방 반사방지 코팅(BARC)일 수 있다. 일 실시예에서, 유전체 층은 질화규소일 수 있다.
후술되는 바와 같이, 태양 전지는 배면 접점 태양 전지, 전면 접점 태양 전지, 단결정 규소 태양 전지, 다결정 규소 태양 전지 및 비정질 규소 태양 전지일 수 있지만, 이로 한정되지 않는다.
하기 설명에서, 본 발명의 실시예의 완전한 이해를 제공하기 위해, 특정 작업과 같은 다수의 특정 상세 사항이 기재된다. 본 발명의 실시예가 이들 특정 상세 사항 없이도 실시될 수 있다는 것이 당업자에게 명백할 것이다. 다른 예에서, 잘 알려진 기술들은 본 발명의 실시예들을 불필요하게 모호하게 하지 않도록 상세히 기술되지 않는다.
본 명세서는 개시된 접점 영역들을 포함할 수 있는 예시적인 태양 전지들을 먼저 기술하며, 개시된 접점 영역들을 형성하기 위한 예시적인 방법에 대한 설명이 이어진다. 접점 영역들의 다양한 실시예들에 대한 보다 상세한 설명이 명세서 전체에 걸쳐 제공된다.
이제 도 1로 가면, 예시적인 태양 전지(100)의 개략 평면도가 도시되어 있다. 아래에서 도 2에 묘사된 바와 같이, 전면의 반대편에 있는 태양 전지의 배면(104)이 도시되어 있다. 태양 전지는 규소 기판(110)을 포함할 수 있다. 태양 전지는 또한 규소 기판(110) 상에 형성된 금속 층(150)을 포함할 수 있다. 금속 층(150)은 제1 및 제2 버스바(busbar) 영역(170, 172)들을 포함할 수 있다. 단면 선(2, 3)들이 나타나 있다. 도 2는 단면 선 2를 가로지르는 태양 전지(100)의 단면도를 나타낸다. 도 3은 단면 선 3을 가로지르는 태양 전지(100)의 단면도를 나타낸다.
도 2를 참조하면, 도 1의 태양 전지의 단면도가 도시되어 있다. 도시된 바와 같은 태양 전지는 태양에 대면하는 전면(front side)(102) 및 전면(102)의 반대편에 있는 배면(back side)(104)을 포함할 수 있다. 태양 전지는 또한 규소 기판(110), 및 제1 및 제2 도핑된 영역(112, 114)들을 포함한다. 태양 전지는 또한 제1 유전체 층(122)을 포함할 수 있다. 태양 전지는 또한 제1 유전체 층(122)을 통해 형성된 접점 영역들을 포함할 수 있다. 태양 전지는 제1 금속 층(130)을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제1 금속 층이 인쇄 기술(예컨대, 스크린 인쇄)에 의해 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 제1 금속 층(130)은 금속 입자들을 포함할 수 있는데, 여기서 금속 입자들은 접점 영역들 상에 형성되어 접촉 위치(138)들에서 제1 및 제2 도핑된 영역(112, 114)들과 접촉할 수 있다. 일 실시예에서, 제1 금속 층(130)은 인쇄 공정을 통해, 예를 들어 스크린 인쇄를 통해 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 제1 금속 층은 인쇄된 금속일 수 있다. 텍스처-형성된 영역(120)들이 규소 기판(110) 상에 형성될 수 있는데, 여기서 텍스처-형성된 영역(120)들은 추가적인 광 흡수를 제공한다. 제2 유전체 층(124)이 텍스처-형성된 영역들 상에 형성될 수 있다. 도시된 바와 같이, 상이한 도핑된 영역들 위의 접점 영역들은 분리되어 있다.
도 3은 도 1의 태양 전지의 다른 단면도를 도시한다. 도시된 바와 같이, 제1 금속 층(130) 및 제2 금속 층(150)이 제2 도핑된 영역(114) 상에 연속적으로 배치될 수 있다. 도시되지 않았지만, 제1 및 제2 금속 층(130, 150)들은 또한 제1 도핑된 영역(112) 상에 연속적으로 배치될 수 있다.
상기 도 1 내지 도 3은 일부 예시적인 태양 전지 접점 영역들을 도시한다. 위에서 나타낸 제1 금속 층(130)의 것과 같이, 인쇄된 금속의 다공성(porosity)이 태양 전지의 접촉 저항을 증가시킬 수 있다. 증가된 접촉 저항은 태양 전지의 전하 캐리어의 수명에 해로워, 전체적인 태양 전지 성능을 저하시킬 수 있다. 태양 전지의 전류 흐름을 최대화하기 위해 낮은 접촉 저항이 요구된다. 도 4 내지 도 12는 태양 전지 상에 접점 영역을 형성하기 위해 하나 이상의 방법들의 단계들에 대응하는 다양한 구조들을 도시한다. 하나 이상의 방법들이 위에서 논의된 제한들의 극복에 관한 것이다. 상세 사항들 및 실시예들이 아래에서 논의된다.
도 4로 가면, 태양 전지(200)를 위한 접점 영역을 형성하기 위한 방법의 단계가 도시되어 있다. 이 방법은 정상 작동 동안에 태양에 대면하는 전면(202) 및 전면(202)의 반대편에 있는 배면(204)을 갖는 태양 전지(200)를 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 태양 전지(200)는 규소 기판(210), 및 제1 및 제2 도핑된 영역(212, 214)들을 포함할 수 있다. 태양 전지는 또한 제1 유전체 층(222)을 포함할 수 있다. 태양 전지는 또한 제1 유전체 층(222)을 통해 형성된 접점 영역(226)들을 포함할 수 있다. 텍스처-형성된 영역(220)들이 규소 기판(210) 상에 형성될 수 있다. 제2 유전체 층(224)이 텍스처-형성된 영역들 상에 형성될 수 있다.
도 5를 참조하면, 태양 전지(200)를 위한 접점 영역을 형성하기 위한 방법의 단계가 도시되어 있다. 이 방법은 무전해 도금 장비(180)를 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 무전해 도금 장비(180)는 도금 탱크(186) 내의 무전해 도금 매질(188)에 침지된 태양 전지(200)를 포함할 수 있다. 태양 전지(200)는 홀더(182) 및 복수의 고정구(fixture)(184)들에 의해 현수될 수 있다. 자동-촉매 반응(예컨대, 무전해 도금)이 무전해 도금 매질(188) 내에서 유도되어 도 4의 접점 영역(226) 위에 금속(240)을 침착시켜 제1 금속 접점(240)을 형성할 수 있다. 일 실시예에서, 이 방법은 니켈, 금, 은, 로듐, 크롬, 아연, 주석 및 카드뮴으로 이루어진 군으로부터 선택되는 금속(240)을 무전해 도금하는 단계를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 이 방법은 도 4의 접점 영역(226)에 니켈을 도금하는 무전해 니켈 도금을 포함할 수 있다.
도 6은 도 5의 예시적인 태양 전지의 개략적인 평면도를 도시한다. 태양 전지(200)의 배면(204)이 도시되어 있다. 규소 기판(210), 규소 기판(210) 상에 형성된 제1 금속 접점(240)이 도시되어 있다. 제1 및 제2 도핑된 영역(212, 214)들이 또한 도시되어 있다. 일 실시예에서, 제1 및 제2 도핑된 영역들이 도시된 바와 같이 상호맞물림형(interdigitated) 패턴으로 형성될 수 있다. 제1 금속 접점(240)은 제1 및 제2 버스바 영역(270, 272)들을 포함할 수 있다. 단면 선(7, 8)들이 나타나 있다. 도 7은 단면 선(7)을 가로지르는 도 5의 태양 전지의 단면도를 나타낸다. 도 8은 단면 선(8)을 가로지르는 도 5의 태양 전지(200)의 단면도를 나타낸다.
도 7을 참조하면, 도 6의 태양 전지의 단면도가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 태양 전지(200)는 제1 및 제2 도핑된 영역(212, 214)들 위에 형성된 제1 금속 접점(240)을 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, 상이한 도핑된 영역들 위에 형성된 제1 금속 접점(240)은 분리되어 있다(예컨대, 불연속적이거나 연결되어 있지 않음).
도 8은 도 6의 태양 전지의 다른 단면도를 도시한다. 전술된 바와 같이, 도 8은 단면 선(8)을 가로지르는 태양 전지의 단면도를 나타낸다. 도시된 바와 같이, 제1 금속 접점(240)은 분리되어 있어(예컨대, 불연속적이거나 연결되어 있지 않음) 점 접점들을 형성할 수 있다. 일 실시예에서, 점 접점은 낮은 접촉 저항을 제공한다. 일부 실시예들에서, 점 접점은 제1 금속 접점(240)의 형성에 대한 비용을 낮출 수 있다(예컨대, 도 1 내지 도 3에 도시된 선 접점에 비해 점 접점을 제조하는 데에 더 적은 재료가 필요하며, 점 접점은 선 접점에 비해 더 적은 면적을 가짐).
도 9는 제1 금속 페이스트(232)의 형성에 후속한 도 5 내지 도 8의 예시적인 태양 전지의 개략 평면도를 도시한다. 제1 금속 페이스트(232)는 도시된 바와 같이 상호맞물림형 패턴으로 형성될 수 있다. 단면 선(10, 11)들이 또한 나타나 있다. 도 10은 단면 선(10)을 가로지르는 태양 전지(200)의 단면도를 나타낸다. 도 11은 단면 선(11)을 가로지르는 태양 전지(200)의 단면도를 나타낸다.
도 10을 참조하면, 일부 실시예들에 따른, 태양 전지를 위한 접점 영역을 형성하기 위한 방법의 다른 단계가 도시되어 있다. 이 방법은 제1 금속 접점(240) 위에 금속 입자들 또는 인쇄된 금속을 갖는 제1 금속 페이스트(232)를 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 인쇄된 금속은 알루미늄일 수 있다. 일 실시예에서, 제1 금속 페이스트(232)는 알루미늄 페이스트일 수 있다. 일부 실시예들에서, 인쇄된 금속은 알루미늄 입자들일 수 있다. 일실시예에서, 제1 금속 페이스트는 인쇄 기술에 의해 침착될 수 있다. 일부 실시예들에서, 제1 금속 페이스트는 잉크젯 인쇄 또는 스크린 인쇄에 의해 침착될 수 있다. 일 실시예에서, 금속 페이스트는 알루미늄 페이스트의 침착을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 제1 금속 페이스트(예컨대, 알루미늄 페이스트)는 0.5 마이크로미터 이상의 두께를 가지고 형성될 수 있다.
도 11은 태양 전지를 위한 접점 영역을 형성하기 위한 방법의 또 다른 단계를 도시한다. 이 방법은 제1 금속 페이스트(232)를 가열하는 단계(260)를 포함할 수 있는데, 여기서 가열하는 단계는 분배를 위해 요구되는 대로 인쇄된 금속을 함께 유지할 수 있는 응집성 매트릭스(cohesive matrix)(234)를 제거한다. 일 실시예에서, 경화(260)는 제1 금속 페이스트(232)로부터 제1 금속 층(230)을 형성하는데, 여기서 제1 금속 층(230)은 인쇄된 금속 또는 금속 입자들을 포함할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 제1 금속 접점은 어닐링될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 이 방법은 적어도 550℃와 동일한 어닐링 온도를 사용하는 단계를 포함한다.
도 12를 참조하면, 태양 전지를 위한 접점 영역을 형성하기 위한 방법의 또 다른 단계가 도시되어 있다. 이 방법은 도금 탱크(296) 내에서 전해 도금 매질(298)에 침지된 태양 전지를 포함하는 전해 도금 장비(290)를 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 이 방법은 전술된 것과 유사한 홀더(292) 및 복수의 고정구(294)들에 의해 태양 전지를 현수시키는 단계를 포함할 수 있다. 이 방법은 와이어 또는 상호접속부(256)에 의해 외부 전원에 접속된 애노드(anode)(254)를 제공하는 단계를 포함한다. 이 방법은 전해 도금 매질(298) 내에서 외부 전원 장치와 결합된 애노드(254)에 의해 제공되는 전류를 유도하는 단계를 포함할 수 있고, 이는 매질 내에서 전자의 흐름을 허용할 수 있고, 또한 구리, 주석, 알루미늄, 은, 금, 크롬, 철, 니켈, 아연, 루테늄, 팔라듐 및 백금과 같은 그러나 이로 한정되지 않는 금속의 전해 도금을 허용할 수 있다. 일 실시예에서, 이 방법은 태양 전지(200)의 제1 금속 층(230) 상에 제2 금속 층(250)을 형성하도록 전해 도금 공정을 수행하는 단계를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 이 방법은 동일한 전해 도금 장비(290) 및 위에서 언급된 방법을 사용하여 제3 금속 층을 제2 금속 층(250)에 전해 도금하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
도 13은 도 4 내지 도 12의 방법에 후속한 태양 전지의 개략 평면도를 도시한다. 도시된 바와 같이, 제2 금속 층 (250)은 상호맞물림형 패턴으로 형성될 수 있다. 단면 선(14, 15)들이 또한 나타나 있다. 도 14는 단면 선(14)을 가로지르는 태양 전지(200)의 단면도를 나타낸다. 도 15는 단면 선(15)을 가로지르는 태양 전지(200)의 단면도를 나타낸다.
도 14를 참조하면, 도 13의 태양 전지의 단면도가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 태양 전지(200)는 제1 및 제2 도핑된 영역(212, 214)들 위에 형성된 제1 금속 접점(240)을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 제1 금속 접점(240)은 제1 및 제2 도핑된 영역(212, 214)들과 전기 접속된다(242). 전술된 바와 같이, 제1 금속 층(230)은 제1 금속 접점(240) 위에 형성될 수 있다. 제2 금속 층(250)이 제1 금속 층(230) 위에 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 제3 금속 층(252)이 제2 금속 층(250) 위에 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 제3 금속 층(252)이 형성될 필요가 없다. 도시된 바와 같이, 제1 금속 접점(240)은 상이한 접촉 개구들 및/또는 도핑된 영역들 사이에서 분리되어 있을 수 있다(예컨대, 물리적으로 연결되지 않거나 전기 접속되지 않음, 불연속적임).
도 15는 도 13의 태양 전지의 단면도를 도시한다. 도시된 바와 같이, 제1 금속 접점(240)은 상이한 접촉 개구들 및/또는 도핑된 영역들 사이에서 분리되어 있을 수 있다(예컨대, 물리적으로 연결되지 않거나 전기 접속되지 않음, 불연속적임). 일 실시예에서, 제1 금속 접점은 점 접점을 형성한다. 도시된 바와 같이, 제1, 제2 및 제2 금속 층(230, 250, 252)들은 연속적일 수 있는데, 예컨대 접촉 개구들, 도핑된 영역들 및/또는 금속 접점(240)들을 전기 접속시킨다. 일부 실시예들에서, 적어도 2개의 접촉 개구들, 도핑된 영역들 및/또는 금속 접점(240)들이 전기 접속될 수 있다. 일부 실시예들에서, 제3 금속 층(252)이 형성될 필요가 없다.
도 16은 일부 실시예들에 따른 다른 태양 전지(300)를 도시한다. 도시된 바와 같이, 태양 전지(300)는 정상 작동 동안에 태양에 대면하는 전면(302) 및 전면(302)의 반대편에 있는 배면(304)을 포함할 수 있다. 태양 전지(300)는 제1 및 제2 도핑된 폴리실리콘 영역(312, 314)들을 갖는 규소 기판(310)을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 제1 및 제2 도핑된 폴리실리콘 영역(312, 314)들이 열처리에 의해 성장될 수 있다. 일부 실시예들에서, 터널 산화물 영역(308)이 제1 및 제2 도핑된 폴리실리콘 영역들과 규소 기판(310) 사이에 형성될 수 있다. 제1 및 제2 도핑된 폴리실리콘 영역(312, 314)들 각각은 붕소와 같은 p-형 도펀트 또는 인과 같은 n-형 도펀트인 도핑 재료를 포함할 수 있지만 이로 한정되지 않는다. 제1 유전체 층(322)이 제1 및 제2 도핑된 폴리실리콘 영역(312, 314)들 위에 형성될 수 있다. 태양 전지(300)는 또한 추가의 광 흡수를 위한 텍스처 형성된 표면(320) 및 텍스처 형성된 표면(320) 위에 형성된 제2 유전체 층(324)을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 제1 및 제2 유전체 영역은 질화규소를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 트렌치 영역(328)이 접점 영역들을 분리시킬 수 있다. 일 실시예에서, 트렌치 영역(328)은 상이한 다공성의 접점 영역들을 분리시킨다. 일부 실시예들에서, 트렌치 영역은 태양 전지의 배면으로부터의 추가 광 흡수를 위해 도시된 바와 같이 텍스처-형성될 수 있다.
일 실시예에서, 태양 전지(300) 상에 형성된 접점 영역들이 제1 금속 접점(340), 제1 금속 층(330), 제2 금속 층(350) 및 제3 금속 층(352)을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 제1 금속 접점(340)은 제1 및 제2 도핑된 영역(312, 314)들 위에 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 제1 금속 접점은 무전해 도금에 의해 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 제1 금속 접점(340)은 점 접점들을 형성한다. 제1 금속 층(330)은 제1 금속 접점(340) 위에 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 제1 금속 층은 인쇄된 금속을 갖는 제1 금속 페이스트를 침착 및 경화시킴으로써 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 인쇄된 금속은 알루미늄일 수 있다. 제2 금속 층(350)이 제1 금속 층(330) 위에 형성될 수 있다. 제3 금속 층(352)은 제2 금속 층(350) 위에 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 제2 및 제3 금속 층(350, 352)이 전해 도금에 의해 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 제3 금속 층(352)이 형성될 필요가 없다.
일 실시예에서, 도 15에 도시된 태양 전지는 배면 접점 태양 전지일 수 있다. 특정한 전면 접점 태양 전지 구조가 도시되었지만, 전술된 상기 방법들이 적용가능한 다양한 다른 전면 접점 태양 전지 구조들이 존재하며, 이들은 본 명세서에서 언급된 상기 구조들 및 방법들로 제한되지 않는다.
도 17을 참조하면, 일부 실시예들에 따른 전면 접점 태양 전지(400)가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 태양 전지(400)는 정상 작동 동안에 태양에 대면하는 전면(402) 및 전면(402)의 반대편에 있는 배면(404)을 포함할 수 있다. 태양 전지(400)는 제1 및 제2 도핑된 영역(412, 414)들을 갖는 규소 기판(310)을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 제1 및 제2 도핑된 폴리실리콘 영역(412, 414)들이 열처리에 의해 성장될 수 있다. 일부 실시예들에서, 터널 산화물 영역(408)이 제1 및 제2 도핑된 영역(412, 414)들과 규소 기판(410) 사이에 형성될 수 있다. 제1 및 제2 도핑된 영역(412, 414)들 각각은 붕소와 같은 p-형 도펀트 또는 인과 같은 n-형 도펀트인 도핑 재료를 포함할 수 있지만 이로 한정되지 않는다. 제1 유전체 층(424)이 제1 도핑된 영역(412) 위에 형성될 수 있다. 제2 유전체 층(4220이 제2 도핑된 영역(414) 위에 형성될 수 있다. 태양 전지(400)는 또한 추가의 광 흡수를 위한 텍스처 형성된 표면(420) 및 텍스처 형성된 표면(420) 위에 형성된 제2 유전체 층(424)을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 제1 및 제2 유전체 영역은 질화규소를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 태양 전지(400) 상에 형성된 접점 영역들이 제1 금속 접점(440), 제1 금속 층(430), 제2 금속 층(450) 및 제3 금속 층(452)을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 제1 금속 접점(340)은 제1 및 제2 도핑된 영역(412, 414)들 위에 형성될 수 있다. 실시예에서, 제1 금속 접점(440)은 무전해 도금에 의해 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 제1 금속 접점(440)은 점 접점일 수 있다. 제1 금속 층(430)은 제1 금속 접점(440) 위에 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 제1 금속 층(430)은 인쇄된 금속을 갖는 제1 금속 페이스트를 침착 및 경화시킴으로써 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 인쇄된 금속은 알루미늄일 수 있다. 제2 금속 층(450)이 제1 금속 층(430) 위에 형성될 수 있다. 제3 금속 층(452)은 제2 금속 층(450) 위에 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 제2 및 제3 금속 층(450, 452)이 전해 도금에 의해 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 제3 금속 층(452)이 형성될 필요가 없다.
특정한 전면 접점 태양 전지 구조가 도시되었지만, 전술된 상기 방법들이 적용가능한 다양한 다른 전면 접점 태양 전지 구조들이 존재하며, 이들은 본 명세서에서 언급된 상기 구조들 및 방법들로 제한되지 않는다.
도 18은 태양 전지 상에 접점 영역을 형성하기 위한 예시적인 방법을 위한 실시예의 플로우차트를 도시한다.
단계(501)에서, 이 방법은 정상 작동 동안에 태양에 대면하는 전면, 전면의 반대편에 있는 배면, 및 규소 기판을 갖는 태양 전지를 제공하는 단계를 포함할 수 있다.
단계(502)에서, 적어도 하나의 접촉 개구가 태양 전지의 규소 기판 위의 제1 유전체 층을 통해 형성될 수 있는데, 여기서 규소 기판은 적어도 하나의 도핑된 영역을 포함할 수 있다.
단계(503)에서, 제1 금속 접점이 규소 기판의 적어도 하나의 도핑된 영역 상의 적어도 하나의 접촉 개구 내에 무전해 도금될 수 있다.
단계(504)에서, 제1 금속 페이스트가 적어도 하나의 접촉 개구 위에 침착될 수 있는데, 여기서 제1 금속 페이스트는 제1 금속 접점에 대해 전기 접속된다. 일 실시예에서, 제1 금속 페이스트는 스크린 인쇄에 의해 형성될 수 있다.
단계(505)에서, 제1 금속 페이스트는 제1 금속 층을 형성하도록 경화될 수 있다.
단계(506)에서, 제1 금속 접점, 제1 금속 층 및 규소 기판이 가열될 수 있다.
단계(507)에서, 제2 금속 층이 제1 금속 층 상에 형성될 수 있는데, 여기서 제1 금속 접점 및 제1 금속 층은 제2 금속 층을 적어도 하나의 도핑된 영역에 전기적으로 결합시킨다.
도 19를 참조하면, 태양 전지 상에 접점 영역을 형성하기 위한 다른 예시적인 방법을 도시하는 플로우차트가 도시되어 있다.
단계(511)에서, 이 방법은 정상 작동 동안에 태양에 대면하는 전면, 전면의 반대편에 있는 배면, 및 규소 기판을 갖는 태양 전지를 제공하는 단계를 포함할 수 있다.
단계(512)에서, 적어도 하나의 접촉 개구가 태양 전지의 규소 기판 위의 제1 유전체 층을 통해 형성될 수 있는데, 규소 기판은 적어도 하나의 도핑된 영역을 갖는다. 일 실시예에서, 제1 금속 페이스트는 스크린 인쇄에 의해 형성될 수 있다.
단계(513)에서, 적어도 하나의 니켈 접점이 규소 기판의 적어도 하나의 도핑된 영역 위의 적어도 하나의 접촉 개구 내에 무전해 도금될 수 있다.
단계(514)에서, 알루미늄 페이스트가 적어도 하나의 접촉 개구 위에 또는 상에 침착될 수 있는데, 여기서 알루미늄 페이스트는 적어도 하나의 접촉 개구에 전기적으로 결합된다.
단계(515)에서, 알루미늄 층을 형성하도록 알루미늄 페이스트가 경화될 수 있다.
단계(516)에서, 적어도 하나의 니켈 접점, 알루미늄 층 및 규소 기판이 550℃ 이상의 온도로 어닐링될 수 있다.
단계(517)에서, 제2 금속 층이 알루미늄 층 상에 전해 도금될 수 있는데, 여기서 적어도 하나의 니켈 접점 및 알루미늄 층은 제2 금속 층을 적어도 하나의 도핑된 영역에 전기적으로 결합시킨다.
도 20은 태양 전지 상에 접점 영역을 형성하기 위한 다른 예시적인 방법을 도시한다.
단계(521)에서, 태양 전지는 정상 작동 동안에 태양에 대면하는 전면, 전면의 반대편에 있는 배면, 및 규소 기판을 갖는다.
단계(522)에서, 적어도 하나의 도핑된 폴리실리콘 영역이 규소 기판 위에 또는 상에 형성될 수 있다.
단계(523)에서, 제1 유전체 층을 통한 적어도 하나의 접촉 개구가 적어도 하나의 도핑된 폴리실리콘 영역 위에 또는 상에 있는데, 여기서 적어도 하나의 도핑된 폴리실리콘 영역이 제1 유전체 층과 규소 기판 사이에 형성된다. 일 실시예에서, 제1 금속 페이스트는 스크린 인쇄에 의해 형성될 수 있다.
단계(524)에서, 적어도 하나의 니켈 접점이 규소 기판의 적어도 하나의 도핑된 폴리실리콘 영역 위의 또는 상의 적어도 하나의 접촉 개구 내에 무전해 도금될 수 있다.
단계(525)에서, 알루미늄 페이스트가 적어도 하나의 접촉 개구 위에 형성될 수 있는데, 여기서 알루미늄 페이스트는 적어도 하나의 니켈 접점과 접촉하고 적어도 하나의 접촉 개구에 전기적으로 결합된다.
단계(526)에서, 알루미늄 층을 형성하도록 알루미늄 페이스트가 경화될 수 있다.
단계(527)에서, 적어도 하나의 니켈 접점, 알루미늄 층 및 규소 기판이 550℃ 이상의 온도로 어닐링될 수 있다.
단계(528)에서, 제2 금속 층이 알루미늄 층 상에 전해 도금될 수 있는데, 여기서 적어도 하나의 니켈 접점 및 알루미늄 층은 제2 금속 층을 적어도 하나의 도핑된 폴리실리콘 영역에 전기적으로 결합시킨다.
특정 실시예들이 위에서 기술되었지만, 특정 특징부에 대해 단일 실시예만이 기술된 경우에도, 이들 실시예들이 본 발명의 범주를 제한하고자 하는 것은 아니다. 개시 내용에 제공된 특징부의 예들은 달리 언급되지 않는 한 제한적이기보다는 예시적인 것으로 의도된다. 전술된 설명이 그러한 대안예, 변경예 및 동등물을 포함하고자 한다는 것이 본 발명의 이익을 갖는 당업자에게 명백할 것이다.
본 발명의 범주는, 본 명세서에서 언급된 임의의 문제 또는 모든 문제들을 완화하든 안하든, (명백하게 또는 암시적으로) 본 명세서에 개시된 임의의 특징부 또는 특징부들의 조합을 포함하거나, 이들의 임의의 일반화를 포함한다. 따라서, 본 출원(또는 그에 대한 우선권 주장을 주장하는 출원)의 진행절차 동안에, 임의의 그러한 특징부들의 조합에 대한 새로운 청구항들이 만들어질 수 있다. 특히, 첨부된 청구범위들을 참조하면, 종속 청구항들로부터의 특징부가 독립 청구항들의 특징부와 조합될 수 있으며, 각자의 독립 청구항들로부터의 특징부들이 단지 첨부된 청구범위들 내에 열거된 특정 조합들이 아닌 임의의 적절한 방식으로 조합될 수 있다.

Claims (20)

  1. 정상 작동 동안에 태양에 대면하는 전면(front side) 및 전면의 반대편에 있는 배면(back side)을 갖는 태양 전지 상에 접점 영역을 형성하기 위한 방법으로서,
    제1 유전체 층을 통해 그리고 적어도 하나의 도핑된 영역을 갖는 태양 전지의 규소 기판 위에 적어도 하나의 접촉 개구를 형성하는 단계;
    적어도 하나의 접촉 개구 위에 제1 금속 접점을 무전해 도금(electrolessly plating)하는 단계;
    제1 금속 접점 위에 제1 금속 페이스트를 형성하는 단계;
    제1 금속 층을 형성하도록 제1 금속 페이스트를 경화시키는 단계;
    제1 금속 접점, 제1 금속 층 및 규소 기판을 가열하는 단계;
    제1 금속 층 상에 제2 금속 층을 전해 도금(electrolytically plating)하는 단계; 및
    제2 금속 층 상에 제3 금속 층을 전해 도금하는 단계를 포함하고,
    제1 금속 접점 및 제1 금속 층은 제2 금속 층을 적어도 하나의 도핑된 영역에 전기적으로 결합시키는, 방법.
  2. 정상 작동 동안에 태양에 대면하는 전면 및 전면의 반대편에 있는 배면을 갖는 태양 전지 상에 접점 영역을 형성하기 위한 방법으로서,
    적어도 하나의 도핑된 영역을 갖는 태양 전지의 규소 기판 위에 제1 유전체 층을 통해 적어도 하나의 접촉 개구를 형성하는 단계;
    적어도 하나의 접촉 개구 위에 제1 금속 접점을 무전해 도금하는 단계;
    적어도 하나의 접촉 개구 위에 알루미늄 제1 금속 페이스트를 침착시키는 단계;
    알루미늄 층을 형성하도록 제1 금속 페이스트를 경화시키는 단계;
    제1 금속 접점, 알루미늄 층 및 규소 기판을 550℃ 이상의 온도로 어닐링하는 단계;
    알루미늄 층 상에 제2 금속 층을 전해 도금하는 단계; 및
    제2 금속 층 상에 제3 금속 층을 전해 도금하는 단계를 포함하고,
    제1 금속 접점 및 알루미늄 층은 제2 금속 층을 적어도 하나의 도핑된 영역에 전기적으로 결합시키는, 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 적어도 하나의 접촉 개구를 형성하는 단계는 습식 에칭 및 레이저 융제(laser ablation)로 이루어진 군으로부터 선택되는 방법을 수행하는 단계를 포함하는, 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 무전해 도금하는 단계는 니켈, 금, 은, 로듐, 크롬, 아연, 주석 및 카드뮴으로 이루어진 군으로부터 선택되는 금속을 무전해 도금하는 단계를 포함하는, 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 제1 금속 페이스트를 형성하는 단계는 제1 금속 페이스트를 스크린 인쇄하는 단계를 포함하는, 방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 제1 금속 페이스트를 형성하는 단계는 알루미늄 페이스트를 침착시키는 단계를 포함하는, 방법.
  7. 제6항에 있어서, 알루미늄 페이스트를 침착시키는 단계는 0.5 마이크로미터 이상의 두께를 갖는 알루미늄 페이스트를 침착시키는 단계를 포함하는, 방법.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 제2 금속 층을 전해 도금하는 단계는 구리, 주석, 알루미늄, 은, 금, 크롬, 철, 니켈, 아연, 루테늄, 팔라듐 및 백금으로 이루어진 군으로부터 선택되는 금속을 전해 도금하는 단계를 포함하는, 방법.
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