KR102251537B1 - Solar cell - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양 전지에 관한 것이다.
본 발명의 일례에 따른 태양 전지는 반도체 기판; 반도체 기판의 전면에 위치하는 제1 도전형 영역; 반도체 기판의 후면 위에 위치하고, 다결정 실리콘 재질을 포함하는 제2 도전형 영역; 반도체 기판의 전면에 위치하고, 제1 도전형 영역과 연결되는 제1 전극; 및 반도체 기판의 후면에 위치하고, 제2 도전형 영역과 연결되는 제2 전극;을 포함하고, 제1, 2 전극 각각은 금속 입자와 글래스 프릿을 포함하고, 제2 전극에 함유되는 단위 부피당 글래스 프릿의 함유량은 제1 전극에 함유되는 단위 부피당 글래스 프릿의 함유량보다 작다.The present invention relates to a solar cell.
A solar cell according to an example of the present invention includes a semiconductor substrate; A first conductivity type region positioned on the front surface of the semiconductor substrate; A second conductivity type region positioned on the rear surface of the semiconductor substrate and including a polycrystalline silicon material; A first electrode positioned on the front surface of the semiconductor substrate and connected to the first conductivity type region; And a second electrode located on the rear surface of the semiconductor substrate and connected to the second conductivity type region, wherein each of the first and second electrodes includes a metal particle and a glass frit, and a glass frit per unit volume contained in the second electrode The content of is smaller than the content of the glass frit per unit volume contained in the first electrode.
Description
본 발명은 태양 전지에 관한 것이다.The present invention relates to a solar cell.
최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예측되면서 이들을 대체할 대체 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 그 중에서도 태양 전지는 태양 에너지로부터 전기 에너지를 생산하는 전지로서, 에너지 자원이 풍부하고 환경오염에 대한 문제점이 없어 주목 받고 있다. Recently, as the depletion of existing energy resources such as oil and coal is predicted, interest in alternative energy to replace them is increasing. Among them, a solar cell is a cell that produces electric energy from solar energy, and is attracting attention because it is rich in energy resources and has no problems with environmental pollution.
일반적인 태양 전지는 p형과 n형처럼 서로 다른 도전성 타입(conductive type)의 반도체로 이루어진 기판(substrate) 및 제1 도전형 영역(emitter layer), 그리고 기판과 제1 도전형 영역에 각각 연결된 전극을 구비한다. 이때, 기판과 제1 도전형 영역의 계면에는 p-n 접합이 형성되어 있다.In general solar cells, a substrate made of semiconductors of different conductive types, such as p-type and n-type, and a first conductivity type region (emitter layer), and electrodes connected to the substrate and the first conductivity type region, respectively. Equipped. At this time, a p-n junction is formed at the interface between the substrate and the first conductivity type region.
이러한 태양 전지에 빛이 입사되면 반도체에서 복수의 전자-정공쌍이 생성되고, 생성된 전자-정공쌍은 전자와 정공으로 각각 분리되어 전자와 정공은 n형의 반도체와 p형 반도체쪽으로, 예를 들어 제1 도전형 영역과 기판쪽으로 이동하고, 기판과 제1 도전형 영역과 전기적으로 연결된 전극에 의해 수집되며, 이 전극들을 전선으로 연결하여 전력을 얻는다.When light is incident on such a solar cell, a plurality of electron-hole pairs are generated in the semiconductor, and the generated electron-hole pairs are separated into electrons and holes, respectively, so that the electrons and holes are directed toward the n-type semiconductor and the p-type semiconductor, for example. It moves toward the first conductivity type region and the substrate, is collected by the substrate and electrodes electrically connected to the first conductivity type region, and connects these electrodes with wires to obtain power.
최근에는 이와 같은 태양 전지 중에서 개방 전압(Voc)를 향상시키기 위하여, 태양 전지의 후면에 불순물이 도핑되어 형성되는 도전형 영역과 반도체 기판 사이에 패시베이션층을 형성하는 구조의 태양 전지가 개발 중에 있다.Recently, among such solar cells, in order to improve the open-circuit voltage (Voc), a solar cell having a structure in which a passivation layer is formed between a semiconductor substrate and a conductive region formed by doping impurities on the rear surface of the solar cell is being developed.
그러나, 이와 같은 구조의 태양 전지는 도전형 영역의 두께가 종래에 비하여 상당히 얇아, 도전형 영역과 접속되는 후면 전극을 형성할 때에, 후면 전극에 포함된 금속 입자가 도전형 영역과 반도체 기판 사이에 위치하는 패시베이션층을 뚫고 반도체 기판에 단락되어, 태양 전지의 불량을 유발하는 문제점이 있다.However, in the solar cell of such a structure, the thickness of the conductive type region is considerably thinner than that of the prior art. When forming the rear electrode connected to the conductive type region, metal particles contained in the rear electrode are interposed between the conductive type region and the semiconductor substrate. There is a problem in that the passivation layer is penetrated and the semiconductor substrate is short-circuited, causing a defect in the solar cell.
본 발명에 따른 태양 전지는 개방 전압을 향상시키면서 태양 전지의 불량을 줄일 수 있는 구조의 태양 전지를 제공하는데 그 목적이 있다. An object of the present invention is to provide a solar cell having a structure capable of reducing defects of a solar cell while improving an open circuit voltage.
본 발명의 일례에 따른 태양 전지는 제1 도전성 타입의 불순물을 함유하는 반도체 기판; 반도체 기판의 전면에 위치하고 제1 도전성 타입과 반대인 제 2 도전성 타입의 불순물을 함유하는 제1 도전형 영역; 반도체 기판의 후면 표면 위에 위치하고, 제1 도전성 타입의 불순물이 반도체 기판보다 고농도로 도핑된 다결정 실리콘 재질을 포함하는 제2 도전형 영역; 반도체 기판의 전면에 위치하고, 제1 도전형 영역과 연결되는 제1 전극; 및 반도체 기판의 후면에 위치하고, 제2 도전형 영역과 연결되는 제2 전극;을 포함하고, 제1, 2 전극 각각은 금속 입자와 글래스 프릿을 포함하고, 제2 전극에 함유되는 단위 부피당 글래스 프릿의 함유량은 제1 전극에 함유되는 단위 부피당 글래스 프릿의 함유량보다 작다.A solar cell according to an example of the present invention includes a semiconductor substrate containing impurities of a first conductivity type; A first conductivity type region located on the front surface of the semiconductor substrate and containing impurities of a second conductivity type opposite to the first conductivity type; A second conductivity type region located on a rear surface of the semiconductor substrate and including a polycrystalline silicon material doped with a higher concentration than the semiconductor substrate with impurities of the first conductivity type; A first electrode positioned on the front surface of the semiconductor substrate and connected to the first conductivity type region; And a second electrode located on the rear surface of the semiconductor substrate and connected to the second conductivity type region, wherein each of the first and second electrodes includes metal particles and glass frit, and the glass frit per unit volume contained in the second electrode The content of is smaller than the content of the glass frit per unit volume contained in the first electrode.
일례로, 제1 전극에서 단위 부피당 글래스 프릿의 함유량은 6wt% ~ 8wt% 사이이고, 제2 전극에서 단위 부피당 글래스 프릿의 함유량을 2.50wt% ~ 5wt% 사이일 수 있다.For example, the content of the glass frit per unit volume in the first electrode may be between 6 wt% and 8 wt%, and the content of the glass frit per unit volume in the second electrode may be between 2.50 wt% and 5 wt%.
아울러, 제1 전극에 함유되는 단위 부피당 금속 입자의 함유량은 제2 전극에 함유되는 단위 부피당 금속 입자의 함유량보다 클 수 있고, 일례로, 제1 전극에 함유되는 단위 부피당 금속 입자의 함유량은 82wt% ~ 92wt% 사이이고, 제2 전극에 함유되는 단위 부피당 금속 입자의 함유량은 68wt% ~ 73wt% 사이 수 있다. In addition, the content of metal particles per unit volume contained in the first electrode may be greater than the content of metal particles per unit volume contained in the second electrode, for example, the content of metal particles per unit volume contained in the first electrode is 82 wt% It is between ~ 92wt%, and the content of the metal particles per unit volume contained in the second electrode may be between 68wt% ~ 73wt%.
또한, 제1 도전형 영역의 전면에는 반사 방지막이 더 위치하고, 반도체 기판의 후면과 제2 도전형 영역 사이에는 유전체 재질을 포함하는 제어 패시베이션막이 더 위치하고, 제2 도전형 영역의 후면에는 제어 패시베이션막보다 두꺼운 두께를갖는 후면 패시베이션막이 더 위치하고, 후면 패시베이션막의 두께는 반사 방지막보다 얇을 수 있다.In addition, an antireflection film is further located on the front surface of the first conductivity type region, a control passivation film including a dielectric material is further located between the rear surface of the semiconductor substrate and the second conductivity type region, and a control passivation film is located on the rear surface of the second conductivity type region. A rear passivation layer having a thicker thickness may be located, and the thickness of the rear passivation layer may be thinner than that of the antireflection layer.
일례로, 반사 방지막의 두께는 100nm ~ 140nm 사이이고, 후면 패시베이션막의 두께는 반사 방지막의 두께보다 얇은 범위에서 65nm ~ 105nm 사이일 수 있다.For example, the thickness of the anti-reflection layer may be between 100 nm and 140 nm, and the thickness of the rear passivation layer may be between 65 nm and 105 nm in a range that is thinner than the thickness of the anti-reflection layer.
여기서, 제어 패시베이션막의 두께는 후면 패시베이션막의 두께보다 얇고, 일례로, 제어 패시베이션막의 두께는 0.5nm ~ 10nm 사이일 수 있다.Here, the thickness of the control passivation film is thinner than that of the rear passivation film, and for example, the thickness of the control passivation film may be between 0.5 nm and 10 nm.
또한, 제2 도전형 영역의 두께는 제1 도전형 영역의 두께보다 얇을 수 있고, 일례로, 제1 도전형 영역의 두께는 300nm ~ 700nm 사이이고, 제2 도전형 영역의 두께는 제1 도전형 영역의 두께보다 낮은 범위에서 290nm ~ 390nm 사이일 수 있다.In addition, the thickness of the second conductivity type region may be thinner than that of the first conductivity type region. For example, the thickness of the first conductivity type region is between 300 nm and 700 nm, and the thickness of the second conductivity type region is the first conductivity type region. It may be between 290 nm and 390 nm in a range lower than the thickness of the mold region.
아울러, 제2 전극에 포함되는 글래스 프릿은 PbO 계열 또는 BiO 계열 중 적어도 어느 하나일 수 있다.In addition, the glass frit included in the second electrode may be at least one of a PbO series or a BiO series.
또한, 제2 전극에 포함되는 글래스 프릿은 텔루륨 산화물(TeO)을 더 포함할 수 있다.In addition, the glass frit included in the second electrode may further include tellurium oxide (TeO).
여기서, 텔루륨 산화물(TeO)이 함유된 글래스 프릿의 녹는점은 200℃ ~500℃ 사이일 수 있다.Here, the melting point of the glass frit containing tellurium oxide (TeO) may be between 200°C and 500°C.
이와 같은 제2 전극은 제2 도전형 영역과 접하는 계면에 텔루륨 산화물(TeO)이 함유된 글래스 프릿이 위치하는 제1 층과 제1 층 위에 금속 입자와 텔루륨 산화물(TeO)이 함유되지 않은 글래스 프릿이 위치하는 제2 층을 구비할 수 있다.Such a second electrode includes a first layer in which a glass frit containing tellurium oxide (TeO) is located at an interface in contact with the second conductivity type region, and metal particles and tellurium oxide (TeO) are not contained on the first layer. A second layer on which the glass frit is located may be provided.
아울러, 제1 층과 제2 도전형 영역의 계면에는 금속 입자와 제2 도전형 영역의 실리콘이 결합된 결정체(crystallite)가 분포될 수 있다.In addition, crystallites in which metal particles and silicon of the second conductivity type region are bonded may be distributed at the interface between the first layer and the second conductivity type region.
또한, 제1 전극에 포함되는 글래스 프릿은 PbO 계열 또는 BiO 계열 중 적어도 어느 하나일 수 있으며, 제1 전극에 포함되는 글래스 프릿 역시 텔루륨 산화물(TeO)을 더 포함할 수 있다.In addition, the glass frit included in the first electrode may be at least one of PbO-based or BiO-based, and the glass frit included in the first electrode may further include tellurium oxide (TeO).
여기서, 제1 전극에 포함되는 금속 입자는 원형 또는 타원형 형상을 가지는 제1 금속 입자와 장축을 가지며 표면이 울퉁불퉁한 판상 형상을 가지는 제2 금속 입자를 포함하고, 제2 전극에 포함되는 금속 입자는 제1 금속 입자를 포함하고, 제2 금속 입자는 포함하지 않을 수 있다.Here, the metal particles included in the first electrode include a first metal particle having a circular or elliptical shape and a second metal particle having a plate shape having a long axis and an uneven surface, and the metal particles included in the second electrode The first metal particles may be included and the second metal particles may not be included.
여기서, 제1 전극에 포함되는 제2 금속 입자의 장축의 길이는 제1, 2 전극 각각에 포함되는 제1 금속 입자의 크기보다 클 수 있다.Here, the length of the long axis of the second metal particles included in the first electrode may be larger than the size of the first metal particles included in each of the first and second electrodes.
또한, 본 발명의 다른 일례에 따른 태양 전지는 제1 도전성 타입의 불순물을 함유하는 반도체 기판; 반도체 기판의 전면에 위치하고 제1 도전성 타입과 반대인 제 2 도전성 타입의 불순물을 함유하는 제1 도전형 영역; 반도체 기판의 후면 위에 위치하고, 유전체 재질을 포함하는 제어 패시베이션막; 반도체 기판의 후면 표면 위에 위치하고, 제1 도전성 타입의 불순물이 반도체 기판보다 고농도로 도핑된 다결정 실리콘 재질을 포함하는 제2 도전형 영역; 반도체 기판의 전면에 위치하고, 제1 도전형 영역과 연결되는 제1 전극; 및 반도체 기판의 후면에 위치하고, 제2 도전형 영역과 연결되는 제2 전극;을 포함하고, 제1, 2 전극 각각은 금속 입자와 글래스 프릿을 포함하고, 제1 전극의 글래스 프릿은 텔루륨 산화물(TeO)을 포함한다.In addition, a solar cell according to another example of the present invention includes a semiconductor substrate containing impurities of a first conductivity type; A first conductivity type region located on the front surface of the semiconductor substrate and containing impurities of a second conductivity type opposite to the first conductivity type; A control passivation film positioned on the rear surface of the semiconductor substrate and including a dielectric material; A second conductivity type region located on a rear surface of the semiconductor substrate and including a polycrystalline silicon material doped with a higher concentration than the semiconductor substrate with impurities of the first conductivity type; A first electrode positioned on the front surface of the semiconductor substrate and connected to the first conductivity type region; And a second electrode positioned on the rear surface of the semiconductor substrate and connected to the second conductivity type region, wherein each of the first and second electrodes includes a metal particle and a glass frit, and the glass frit of the first electrode is tellurium oxide. (TeO).
본 발명에 따른 태양 전지는 반도체 기판의 후면에 위치하는 제2 전극에 함유된 글래스 프릿의 함유량을 반도체 기판의 전면에 위치하는 제1 전극에 함유된 글래스 프릿의 함유량보다 작게 하여, 열처리 공정을 통하여 제2 전극이 제2 도전형 영역에 접속될 때, 제2 전극이 파이어쓰루(fire through) 되는 깊이를 조절할 수 있다.In the solar cell according to the present invention, the content of the glass frit contained in the second electrode positioned on the rear surface of the semiconductor substrate is made smaller than the content of the glass frit contained in the first electrode positioned on the front surface of the semiconductor substrate, through a heat treatment process. When the second electrode is connected to the second conductivity type region, the depth at which the second electrode is fired through can be adjusted.
이에 따라, 제2 전극의 금속 입자가 제2 도전형 영역과 제어 패시베이션막을 뚫고 반도체 기판에 단락되는 현상을 방지하여, 태양 전지의 개방 전압(Voc)를 높이면서, 제조 공정 중 발생할 수 있는 불량을 방지할 수 있다.Accordingly, short-circuiting of the metal particles of the second electrode to the semiconductor substrate through the second conductivity type region and the control passivation layer is prevented, thereby increasing the open-circuit voltage (Voc) of the solar cell, while preventing defects that may occur during the manufacturing process. Can be prevented.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 태양 전지의 일부 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시한 태양 전지의 단면을 도시한 단면도이다.
도 3은 제2 전극(150)에 포함된 글래스 프릿(150G) 함유량에 따른 컨텍 저항, 패시베이션 기능(recombination 정도) 및 개방 전압(Voc)의 수준을 실험한 표이다.
도 4는 도 3에서 글래스 프릿(150G)의 함유량이 적정 수준 이상으로 과도한 경우, 태양 전지에서 반도체 기판(110), 제어 패시베이션막(160), 제2 도전형 영역(170) 및 제2 전극(150)이 포함된 일부분을 확대 도시한 단면도이다.
도 5는 도 3에서 글래스 프릿(150G)의 함유량이 적정 수준인 경우, 태양 전지에서 반도체 기판(110), 제어 패시베이션막(160), 제2 도전형 영역(170) 및 제2 전극(150)이 포함된 일부분을 확대 도시한 단면도이다.
도 6은 도 4에서 글래스 프릿(150G)의 함유량이 적정 수준으로 유지되는 상태에서, 글래스 프릿(150G)에 텔루륨 산화물(TeO)이 더 포함된 경우, 태양 전지에서 반도체 기판(110), 제어 패시베이션막(160), 제2 도전형 영역(170) 및 제2 전극(150)이 포함된 일부분을 확대 도시한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제1, 2 전극(140, 150)에 포함되는 금속 입자(M1, M2)에 대해 설명하기 위한 도이다.1 is a partial perspective view of a solar cell according to a first embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view showing a cross-section of the solar cell shown in FIG. 1.
FIG. 3 is a table in which the level of contact resistance, passivation function (recombination degree), and open-circuit voltage (Voc) according to the content of the glass frit 150G included in the
FIG. 4 shows that when the content of the glass frit 150G in FIG. 3 is excessive to an appropriate level or higher, the
5 illustrates a
6 is a case in which tellurium oxide (TeO) is further included in the glass frit 150G while the content of the glass frit 150G in FIG. 4 is maintained at an appropriate level, the
7 is a view for explaining the metal particles (M1, M2) included in the first and second electrodes (140, 150) of the present invention.
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.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art may easily implement the present invention. However, the present invention may be implemented in various different forms and is not limited to the embodiments described herein. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and similar reference numerals are attached to similar parts throughout the specification.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한 어떤 부분이 다른 부분 위에 “전체적”으로 형성되어 있다고 할 때에는 다른 부분의 전체 면(또는 전면)에 형성되어 있는 것뿐만 아니라 가장 자리 일부에는 형성되지 않은 것을 뜻한다.In the drawings, the thicknesses are enlarged in order to clearly express various layers and regions. When a part such as a layer, film, region, plate, etc. is said to be "on" another part, this includes not only the case where the other part is "directly above", but also the case where there is another part in between. Conversely, when one part is "directly above" another part, it means that there is no other part in the middle. In addition, when a part is "overall" formed on another part, it means that it is formed not only on the entire surface (or the entire surface) of the other part, but also not formed on a part of the edge.
아울러, 이하에서 금속 입자와 글래스 프릿의 함유량은 특별한 기재가 없는 이상 단위 부피당 함유량을 의미한다.In addition, hereinafter, the content of the metal particles and the glass frit means the content per unit volume unless otherwise specified.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지에 대하여 설명한다.Then, a solar cell according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 태양 전지의 일부 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시한 태양 전지의 단면을 도시한 단면도이다. 1 is a partial perspective view of a solar cell according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view showing a cross-section of the solar cell shown in FIG. 1.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 태양 전지의 일례는 반도체 기판(110), 제1 도전형 영역(120), 반사 방지막(130), 제어 패시베이션막(160), 제2 도전형 영역(170), 후면 패시베이션막(190), 제1 전극(140) 및 제2 전극(150)을 포함한다.As shown in FIG. 1, an example of a solar cell according to the present invention includes a
도 1에서는 본 발명에 따른 태양 전지가 반사 방지막(130)을 포함하는 것을 일례로 도시하고 있으나, 본 발명은 이와 다르게 반사 방지막(130)이 생략되는 것도 가능하다. 그러나, 태양 전지의 효율을 고려했을 때, 반사 방지막(130)이 포함되는 것이 더 나은 효율이 발생하므로, 반사 방지막(130)이 포함되는 것을 일례로 설명한다.1 illustrates that the solar cell according to the present invention includes the
반도체 기판(110)은 제 1 도전성 타입 또는 제2 도전성 타입의 불순물이 도핑되는 단결정 실리콘, 다결정 실리콘 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다. 일례로, 반도체 기판(110)은 단결정 실리콘 웨이퍼로 형성될 수 있다. The
여기서, 반도체 기판(110)에 함유된 제 1 도전성 타입의 불순물 또는 제2 도전성 타입의 불순물을 포함할 수 있다. 여기서 제 1 도전성 타입의 불순물은 n형 또는 p형 도전성 타입 중 어느 하나일 수 있고, 제2 도전성 타입의 불순물은 제1 도전성 타입의 불순물로 선택된 불순물의 도전성 타입과 반대인 불순물일 수 있다. Here, an impurity of a first conductivity type or an impurity of a second conductivity type contained in the
일례로, 제1 도전성 타입이 p형인 경우, 제2 도전성 타입은 n형일 수 있고, 이와 다르게, 제1 도전성 타입이 n형인 경우, 제2 도전성 타입은 p형일 수 있다.As an example, when the first conductivity type is p-type, the second conductivity type may be n-type. Alternatively, when the first conductivity type is n-type, the second conductivity type may be p-type.
이하에서는 제1 도전성 타입이 p형인 경우, 제2 도전성 타입은 n형인 경우를 일례로 설명하고, 반도체 기판(110)에는 제2 도전성 타입의 불순물인 n형 불순물이 함유된 경우를 일례로 설명한다.Hereinafter, a case where the first conductivity type is p-type and the second conductivity type is n-type will be described as an example, and a case in which the
반도체 기판(110)이 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 붕소(B), 갈륨, 인듐 등과 같은 3가 원소의 불순물이 반도체 기판(110)에 도핑(doping)된다. 하지만, 반도체 기판(110)이 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물이 반도체 기판(110)에 도핑될 수 있다.When the
이하에서는 이와 같은 반도체 기판(110)의 함유된 불순물이 제2 도전성 타입의 불순물이고, n형인 경우를 일례로 설명한다. 그러나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, a case where the impurities contained in the
이러한 반도체 기판(110)의 전면 및 후면에 복수의 텍스쳐링(tecturing) 요철면을 가질 수 있다. 이로 인해 반도체 기판(110)의 전면 위에 위치한 제1 도전형 영역(120) 역시 요철면을 가질 수 있고, 반도체 기판(110)의 후면 위에 위치한 제2 도전형 형역(170) 역시 요철면을 가질 수 있다. The
여기서, 텍스쳐링 요철이라 함은 반사광을 줄이기 위해 태양 전지의 표면에 형성된 요철을 의미하고, 일례로, 텍스쳐링 요철은 피라미드 형태를 가질 수 있다.Here, the texturing irregularities means irregularities formed on the surface of the solar cell to reduce reflected light, and for example, the texturing irregularities may have a pyramid shape.
이로 인해, 반도체 기판(110)의 전면에서 반사되는 빛의 양이 감소하여 반도체 기판(110) 내부로 입사되는 빛의 양이 증가할 수 있다. As a result, the amount of light reflected from the front surface of the
제1 도전형 영역(120)은 빛이 입사되는 반도체 기판(110)의 전면에 위치하며, 제1 도전성 타입의 불순물 또는 제2 도전성 타입의 불순물 중 어느 하나의 불순물을 함유할 수 있다. The first
따라서, 제1 도전형 영역(120)은 n형 도전성 타입의 불순물 또는 p형 도전성 타입의 불순물 중 어느 하나를 함유할 수 있다.Accordingly, the first
예를 들어, 반도체 기판(110)이 n형 도전성 타입의 불순물을 함유하는 경우, 제1 도전형 영역(120)이 p형의 도전성 타입의 불순물을 함유하여, 반도체 기판(110)과 p-n 접합을 형성할 수 있고, 이와 같은 경우, 제1 도전형 영역(120)은 에미터부로서 역할을 수행할 수 있다.For example, when the
또는 이와 반대로, 반도체 기판(110)이 n형 도전성 타입의 불순물을 함유하는 경우, 제1 도전형 영역(120)이 n형의 도전성 타입의 불순물을 반도체 기판(110)보다 고농도로 함유하여, 제1 도전형 영역(120)이 전면 전계부로서 역할을 수행할 수 있다.Alternatively, on the contrary, when the
이와 반대로, 반도체 기판(110)이 p형 도전성 타입의 불순물을 함유하는 경우에도, 제1 도전형 영역(120)은 n형 또는 p형 도전성 타입의 불순물을 함유할 수 있다.제1 도전형 영역(120)이 n형 도전성 타입으로 형성될 경우, 반도체 기판(110)의 전면에 열처리 공정을 통하여, 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물이 확산되어, 제1 도전형 영역(120)이 형성될 수 있다.Conversely, even when the
그러나, 반대로 제1 도전형 영역(120)이 p형 도전성 타입으로 형성될 경우, 붕소(B), 갈륨, 인듐 등과 같은 3가 원소의 불순물이 열처리 공정을 통하여 반도체 기판(110)의 전면에 확산되어 제1 도전형 영역(120)이 형성될 수 있다.However, on the contrary, when the first conductivity-
이하에서는 제1 도전형 영역(120)이 반도체 기판에 함유된 불순물과 반대인 도전성 타입의 불순물이 함유되어, 에미터부로 역할을 수행하는 경우를 일례로 설명한다.Hereinafter, a case where the first
이와 같이, 제1 도전형 영역(120)은 반도체 기판(110)의 전면에 p형 또는 n형 도전성 타입의 불순물이 확산되어 형성되므로, 제1 도전형 영역(120)은 반도체 기판(110)과 동일한 단결정 실리콘 또는 다결정 실리콘 재질로 형성될 수 있다.As described above, since the first
따라서, 반도체 기판(110)이 단결정 실리콘 웨이퍼로 형성된 경우, 제1 도전형 영역(120) 역시 단결정 실리콘 웨이퍼로 형성되고, 반도체 기판(110)이 다결정 실리콘 웨이퍼로 형성된 경우, 제1 도전형 영역(120) 역시 다결정 실리콘 웨이퍼로 형성될 수 있다.Accordingly, when the
이와 같은 제1 도전형 영역(120)의 두께는 300nm ~ 700nm 사이로 형성될 수 있다.The thickness of the first
반사 방지막(130)은 제1 도전형 영역(120) 위에 위치하며, 알루미늄 산화막(AlOx), 실리콘 질화막(SiNx), 실리콘 산화막(SiOx) 및 실리콘 산화질화막(SiOxNy) 중 적어도 하나로 형성될 수 있고, 단일막으로도 형성이 가능하나, 복수의 막으로도 형성될 수 있다. The
이와 같은 반사 방지막(130)은 태양 전지로 입사되는 빛의 반사도를 줄이고 특정한 파장 영역의 선택성을 증가시켜, 태양 전지의 효율을 높인다. The
이와 같은 반사 방지막(130)의 두께는 100nm ~ 140nm 사이로 형성될 수 있다.The thickness of the
제1 전극(140)은 제1 도전형 영역(120) 위에 직접 접하여 배치되며, 제1 도전형 영역(120)에 전기적으로 연결될 수 있다. The
이와 같은 제1 전극(140)은 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 방향(x)으로 길게 뻗은 복수의 제1 핑거 전극(141)과 복수의 제1 핑거 전극(141)과 교차하는 제2 방향(y)으로 길게 뻗어 있고, 복수의 제1 핑거 전극(141)을 서로 연결하는 복수의 제1 버스바 전극(142)을 포함하여 형성될 수 있다.As shown in FIG. 1, the
이와 같은 제1 전극(140)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(110)이 n 타입인 경우, p 타입의 제1 도전형 영역(120)쪽으로 이동한 전하, 예를 들면, 정공을 수집할 수 있다.As shown in FIGS. 1 and 2, when the
이와 같은 제1 전극(140)은 태양 전지를 서로 연결시키는 인터커넥터(미도시)와 연결되며, 제1 전극(140)에 의해 수집되어 이동하는 전하를 수집하여 외부 장치로 출력한다.The
제1 전극(140)은 금속 입자와 글래스 프릿을 포함할 수 있고, 구체적으로, 금속 입자는 니켈(Ni), 구리(Cu), 은(Ag), 알루미늄(Al), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 티타늄(Ti), 금(Au) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나일 수 있다.The
여기서, 금속 입자의 용융점은 글래스 프릿의 용윰점보다 높을 수 있다. 따라서, 제1 전극(140)이 완성된 이후, 금속 입자는 패이스트 상태일 때 가지고 있던 본래의 형상을 유지할 수 있으며, 글래스 프릿은 완전히 용융된 이후 소성되므로, 패이스트 상태일 때의 형상과 전혀 다른 형상을 가질 수 있다.Here, the melting point of the metal particles may be higher than the melting point of the glass frit. Therefore, after the
이와 같은 제1 전극(140)은 제1 도전형 영역(120)의 전면에 반사 방지막(130)이 형성된 상태에서, 제1 전극용 패이스트를 반사 방지막(130) 위에 패터닝하여 형성한 다음, 열처리 공정을 통해, 제1 전극용 패이스트가 반사 방지막(130)을 파이어쓰루(fire-throug)하면서, 반사 방지막(130)을 뚫고 제1 도전형 영역(120)에 전기적으로 접속된 상태로 소성됨으로써, 형성될 수 있다.The
제어 패시베이션막(160)은 반도체 기판(110)의 후면 위에 전체적으로 위치하며, 유전체 재질을 포함할 수 있다. The
일례로, 제어 패시베이션막(160)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(110)의 후면 위에 형성되되, 반도체 기판(110)의 후면에 직접 접촉되어 형성될 수 있다.As an example, the
아울러, 제어 패시베이션막(160)은 반도체 기판(110)의 후면 가장 자리를 제외한 전체 영역 위에 형성될 수 있다. In addition, the
이와 같은 제어 패시베이션막(160)은 제2 도전형 영역(170)의 도펀트가 반도체 기판(110)으로 지나치게 확산하는 것을 방지하는 도펀트 제어 역할 또는 확산 배리어로서의 역할을 수행할 수 있으며, 더불어, 반도체 기판(110)의 후면에 대한 패시베이션 기능을 수행할 수 있다. Such a
아울러, 제어 패시베이션막(160)은 도펀트의 확산을 조절할 수 있으며 다수 캐리어를 전달할 수 있는 다양한 물질을 포함할 수 있는데, 일례로, 산화물, 질화물, 반도체, 전도성 고분자 등을 포함할 수 있다. In addition, the
일 예로, 제어 패시베이션막(160)이 실리콘 산화물을 포함하는 실리콘 산화막일 수 있다. 실리콘 산화막은 패시베이션 특성이 우수하며 캐리어의 전달이 원활한 막이기 때문이다. For example, the
또한, 실리콘 산화막은 다양한 공정에 의하여 반도체 기판(110)의 표면에 쉽게 형성될 수 있다.In addition, the silicon oxide film can be easily formed on the surface of the
여기서, 제어 패시베이션막(160)은 증착, 열적 산화, 화학적 산화 등의 다양한 방법에 의하여 형성될 수 있다. 그러나 제어 패시베이션막(160)이 필수적인 구성은 아니다.Here, the
또한, 제어 패시베이션막(160)의 두께는 후면 패시베이션막(190)의 두께보다 얇고, 일례로, 0.5nm ~ 10nm 사이로 형성될 수 있다. 이와 같은 제어 패시베이션막(160)은 Oxidation 공정이나 LPCVP 공정 또는 PECVD 증착 공정에 의해 형성될 수 있다.In addition, the thickness of the
여기서, 제어 패시베이션막(160)의 두께(T160)를 0.5nm ~ 10nm로 한정하는 것은 터널링 효과를 구현하기 위함다. 아울러, 이와 같은 제어 패시베이션막(160)은 반도체 기판(110)의 후면 표면에 대한 패시베이션 기능도 일부 수행할 수 있다.Here, limiting the thickness T160 of the
다음, 제2 도전형 영역(170)은 반도체 기판(110)의 후면 표면 위에 위치하고, 제1 도전형 영역(120)에 함유된 불순물과 반대인 도전성 타입의 불순물이 함유될 수 있으며, 다결정 실리콘 재질로 형성될 수 있다.Next, the second
따라서, 제1 도전형 영역(120)이 에미터부로 역할을 수행하는 경우, 제2 도전형 영역(170)은 후면 전계부로서의 역할을 수행할 수 있다.Accordingly, when the first
즉, 이와 같은 제2 도전형 영역(170)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 제어 패시베이션막(160)의 후면 위에 형성되어, 반도체 기판(110)과 이격될 수 있다.That is, the second
이와 같은 제2 도전형 영역(170)은 제어 패시베이션막(160) 위에 화학 기상 층착(CVD) 방법으로 증착되어 형성될 수 있으며, (1) 제어 패시베이션막(160) 위에 제1 도전성 타입의 불순물이 함유된 다결정 실리콘 재질이 증착되어 형성되거나, (2) 제어 패시베이션막(160) 위에 제1 도전성 타입의 불순물이 함유된 비정질 실리콘 재질이 증착된 이후, 열처리 공정을 통하여 비정질 실리콘이 다결정 실리콘 재질로 결정화되어 형성될 수 있다.The second
이에 따라, 제2 도전형 영역(170)이 반도체 기판(110) 내에 형성되지 않고, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 제2 도전형 영역(170)이 반도체 기판(110)의 후면 위에 형성되되, 반도체 기판(110)과 직접 접촉하지 않고 이격되어, 제어 패시베이션막(160)의 후면 위에 형성된 경우, 태양 전지의 개방 전압(Voc)을 더욱 향상시킬 수 있다.Accordingly, the second
아울러, 반도체 기판(110) 내에 제2 도전형 영역(170)을 형성하지 않고 반도체 기판(110)의 외부에 제2 도전형 영역(170)을 형성하므로, 제조 공정상 제2 도전형 영역(170)을 형성하는 과정에서, 반도체 기판(110)에 대한 열처리를 최소화할 수 있어, 반도체 기판(110)의 특성이 저하되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같은 태양 전지는 효율을 더 향상시킬 수 있다.In addition, since the second
이와 같은, 이와 같은 제2 도전형 영역(170)의 두께는 제2 도전형 영역(170)의 증착 시간과 제2 도전형 영역(170)의 기능이 충분히 발휘될 수 있는 적절한 두께를 고려하여, 일례로, 제1 도전형 영역(120)의 두께보다 얇은 범위내에서 290nm ~ 390nm 사이 형성될 수 있다.As such, the thickness of the second
제2 전극(150)은 제2 도전형 영역(170) 위에 직접 접하여 배치되며, 제2 도전형 영역(170)과 전기적으로 연결될 수 있다.The
이와 같은 제2 전극(150)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 방향(x)으로 길게 뻗은 복수의 제2 핑거 전극(151)과 복수의 제2 핑거 전극(151)과 교차하는 제2 방향(y)으로 길게 뻗어 있고, 복수의 제2 핑거 전극(151)을 서로 연결하는 복수의 제2 버스바 전극(152)을 포함하여 구비될 수 있다.As shown in FIGS. 1 and 2, the
이와 같은 제2 전극(150)은 태양 전지를 서로 연결시키는 인터커넥터(미도시)와 연결되며, 제2 전극(150)에 의해 수집되어 이동하는 전하를 수집하여 외부 장치로 출력할 수 있다.The
제2 전극(150)은 금속 입자와 글래스 프릿을 포함할 수 있고, 구체적으로, 글래스 프릿보다 높은 용융점을 가지는 금속 입자는 니켈(Ni), 구리(Cu), 은(Ag), 알루미늄(Al), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 티타늄(Ti), 금(Au) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나일 수 있다.The
이와 같은 제2 전극(150)은 제2 도전형 영역(170)의 후면에 후면 패시베이션막(190)이 형성된 상태에서, 제2 전극용 패이스트를 후면 패시베이션막(190)의 후면 위에 패터닝하여 형성한 다음, 열처리 공정을 통해, 제2 전극용 패이스트가 후면 패시베이션막(190)을 파이어쓰루(fire-throug)하면서, 후면 패시베이션막(190)을 뚫고 제2 도전형 영역(170)에 전기적으로 접속된 상태로 소성됨으로써, 형성될 수 있다.The
다음, 후면 패시베이션막(190)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 제2 도전형 영역(170)의 후면 중에서 제2 전극(150)이 형성된 영역을 제외한 전체 영역 위에 위치할 수 있다. Next, as shown in FIGS. 1 and 2, the
이와 같은 후면 패시베이션막(190)은 유전체 재질로 형성될 수 있으며, 단층 또는 다수의 층으로 형성될 수 있고, 제2 도전형 영역(170)의 극성을 고려하여 특정 고정 전하를 가질 수 있다.The
이와 같은 후면 패시베이션막(190)의 재질은 SiCx, SiOx, silicon nitride (SiNx), hydrogenerated SiNx, aluminum oxide (AlOx), silicon oxynitride (SiON) 또는 hydrogenerated SiON 중 적어도 하나로 형성될 수 있다.The material of the
이와 같은 후면 패시베이션막(190)은 제2 도전형 영역(170)의 후면 표면을 패시베이션하는 기능을 수행할 수 있다.The
이와 같은 후면 패시베이션막(190)은 제2 도전형 영역(170)의 후면 표면에 대한 충분한 패이베이션 기능을 수행하기 위하여, 제어 패시베이션막(160)보다 두꺼운 두께를 가질 수 있으나, 반사 방지막(130)의 두께보다 얇을 수 있다.Such a
따라서, 후면 패시베이션막(190)의 두께는 제어 패시베이션막(160)보다 두껍고 반사 방지막(130)보다 얇은 두께를 갖는 범위에서 일례로, 65nm ~ 105nm 사이로 형성할 수 있다.Accordingly, the thickness of the
지금까지는 제1 도전형 영역(120)이 에미터부로서 역할을 수행하고, 제2 도전형 영역(170)이 후면 전계부로서 역할을 수행하는 경우를 일례로 설명하였다.Until now, the case where the first
그러나, 본 발명은 반드시 이와 같은 구조에만 한정되는 것은 아니고, 전술한 바와 다르게, 반도체 기판(110)이 p형 타입의 불순물을 함유하고, 제1 도전형 영역(120)이 p형 타입의 불순물을 함유하여, 전면 전계부로서 역할을 수행하고, 제2 도전형 영역(170)에 n형 타입의 불순물을 함유하여 후면 에미터부로서 역할을 수행하는 것도 가능하다.However, the present invention is not necessarily limited to such a structure, and unlike the foregoing, the
한편, 이와 같은 태양 전지에서 제1, 2 전극(140, 150) 각각은 전술한 금속 입자, 글래스 프릿를 포함할 수 있다.Meanwhile, in such a solar cell, each of the first and
여기서, 금속 입자는 일례로, 은(Ag)일 수 있으며, 제1, 2 전극(140, 150) 각각의 전도성에 관련되며, 글래스 프릿은 제1, 2 전극(140, 150) 각각이 파이어쓰루(fire through) 되는 깊이와 관련될 수 있다.Here, the metal particle may be silver (Ag), for example, and is related to the conductivity of each of the first and
아울러, 본원 발명의 제1, 2 전극(140, 150)에 사용되는 글래스 프릿은 PbO 계열 또는 BiO 계열 중 적어도 어느 하나가 이용될 수 있다.In addition, the glass frit used for the first and
여기서, 본 발명의 제1, 2 전극(140, 150) 각각에 포함되는 금속 입자의 함유량과 글래스 프릿의 함유량은 제1 도전형 영역(120)과 제2 도전형 영역(170)의 재질 및 두께를 고려하여, 각각 다르게 할 수 있다.Here, the content of the metal particles and the content of the glass frit included in each of the first and
일례로, 제1 전극(140)에 함유되는 단위 부피당 금속 입자의 함유량은 제2 전극(150)에 함유되는 단위 부피당 금속 입자의 함유량보다 크게 할 수 있다.For example, the content of the metal particles per unit volume contained in the
이와 같이, 제1 전극(140)에 함유되는 단위 부피당 금속 입자의 함유량을 상대적으로 크게 하는 것은 제1 전극(140)은 상대적으로 이동 속도가 느린 정공이 수집되고, 보다 많은 양의 태양 빛을 수광하기 위하여, 제1 전극(140)의 선폭을 제2 전극(150)의 선폭보다 작게 할 필요가 있으므로, 제2 전극(150)보다 상대적으로 큰 전도성이 요구될 수 있다.In this way, to relatively increase the content of metal particles per unit volume contained in the
이를 위해서, 제1 전극(140)에 함유되는 단위 부피당 금속 입자의 함유량은 제2 전극(150)에 함유되는 단위 부피당 금속 입자의 함유량보다 크게 할 수 있다.To this end, the content of the metal particles per unit volume contained in the
일례로, 제1 전극(140)에 함유되는 단위 부피당 금속 입자의 함유량은 82wt% ~ 92wt% 사이로 형성될 수 있으며, 제2 전극(150)에 함유되는 단위 부피당 금속 입자의 함유량은 68wt% ~ 73wt% 사이로 형성될 수 있다.As an example, the content of metal particles per unit volume contained in the
아울러, 앞선 도 1 및 도 2에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 태양 전지 구조에서 제1 도전형 영역(120)은 일례로 반도체 기판(110)과 동일한 단결정 실리콘 기판으로 형성되고, 제2 도전형 영역(170)은 다결정 실리콘 재질로 형성될 수 있으며, 제2 도전형 영역(170)의 두께는 제1 도전형 영역(120)의 두께보다 상대적으로 얇게 형성될 수 있으며, 후면 패시베이션막(190)의 두께는 반사 방지막(130)의 두께보다 얇게 형성될 수 있다.In addition, as described above in FIGS. 1 and 2, in the solar cell structure of the present invention, the first
따라서, 매우 얇거나 상대적으로 얇은 두께를 갖는 제어 패시베이션막(160), 제2 도전형 영역(170) 및 후면 패시베이션막(190) 위에, 제1 전극용 패이스트의 글래스 프릿의 함유량과 동일한 글래스 프릿 함유량을 갖는 제2 전극용 패이스트를 패터닝하여 열처리하면, 열처리 공정 중 제2 전극용 패이스트가 후면 패시베이션막(190)과 제2 도전형 영역(170) 뿐만 아니라 제어 패시베이션막(160)까지 뚫고 반도체 기판(110)과 직접 전기적으로 접속되어 단락될 수 있다.Therefore, on the
따라서, 본 발명은 제2 전극(150)에 포함되는 글래스 프릿의 함유량은 제1 전극(140)에 포함되는 글래스 프릿의 함유량과 다르게 할 수 있다. Accordingly, according to the present invention, the content of the glass frit included in the
보다 구체적으로, 본 발명은 제2 전극용 패이스트가 후면 패시베이션막(190)을 뚫고 제2 도전형 영역(170) 방향으로 파이어쓰루(fire through) 되는 깊이를 조절하기 위하여, 제2 전극(150)에 함유되는 단위 부피당 글래스 프릿의 함유량을 제1 전극(140)에 함유되는 단위 부피당 글래스 프릿의 함유량보다 작게 할 수 있다.More specifically, in order to adjust the depth at which the second electrode paste penetrates the
여기서, 글래스 프릿의 단위 부피당 함유량을 조절하는 것은 글래스 프릿을 이용하여, 제2 전극용 패이스트가 파이어쓰루(fire through) 되는 깊이를 조절할 수 있기 때문이다.Here, the content of the glass frit per unit volume is adjusted because the depth at which the second electrode paste is fired through can be adjusted using the glass frit.
보다 구체적 일례로, 제1 전극(140)에서 단위 부피당 글래스 프릿의 함유량은 6wt% ~ 8wt% 사이인 경우, 제2 전극(150)에서 단위 부피당 글래스 프릿의 함유량을 2.5wt% ~ 5.owt% 사이일 수 있다.As a more specific example, when the content of the glass frit per unit volume in the
이와 같이, 제2 전극(150)에서 단위 부피당 글래스 프릿의 함유량을 2.5wt% ~ 5.owt% 사이로 형성함으로써, 제2 전극(150)과 제2 도전형 영역(170) 사이의 컨텍 저항을 충분히 낮은 수준으로 유지할 수 있으며, 제2 전극(150)이 후면 패시베이션막(190)과 제2 도전형 영역(170) 뿐만 아니라 제어 패시베이션막(160)까지 뚫고 반도체 기판(110)과 단락되는 것을 방지하면서, 제2 전극(150)에 함유된 금속 입자에 의해, 반도체 기판(110)의 후면에서 발생할 수 있는 재결합(recombination)을 방지하여, 제어 패시베이션막(160)에 의한 패시베이션 기능이 충분히 수행되도록 할 수 있으며, 더불어, 제어 패시베이션막(160)의 손상을 방지하여, 태양 전지의 개방 전압(Voc)을 양호한 수준으로 향상시킬 수 있다.In this way, by forming the content of the glass frit per unit volume in the
이하에서는 다음의 도 3, 4, 5를 참조하여, 제2 전극(150)의 글래스 프릿(150G) 함유량에 따른 효과를 보다 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the effect of the content of the
도 3은 제2 전극(150)에 포함된 글래스 프릿(150G) 함유량에 따른 컨텍 저항, 패시베이션 기능(recombination 정도) 및 개방 전압(Voc)의 수준을 실험한 표이다.FIG. 3 is a table in which the levels of contact resistance, passivation function (recombination degree), and open-circuit voltage (Voc) according to the content of the
아울러, 도 4는 도 3에서 글래스 프릿(150G)의 함유량이 적정 수준 이상으로 과도한 경우, 태양 전지에서 반도체 기판(110), 제어 패시베이션막(160), 제2 도전형 영역(170) 및 제2 전극(150)이 포함된 일부분을 확대 도시한 단면도이다.In addition, FIG. 4 shows that when the content of the
그리고, 도 5는 도 3에서 글래스 프릿(150G)의 함유량이 적정 수준인 경우, 태양 전지에서 반도체 기판(110), 제어 패시베이션막(160), 제2 도전형 영역(170) 및 제2 전극(150)이 포함된 일부분을 확대 도시한 단면도이다.In addition, FIG. 5 shows that when the content of the
도 3에 기재된 표에 기재된 제2 전극(150)의 글래스 플릿의 함유량은 단위 부피당 함유량으로, 제2 전극용 패이스트에 포함된 글래스 프릿(150G)의 단위 부피당 함유량과 조금 다들 수 있다. The content of the glass frit of the
이는, 열처리 공정 전의 제2 전극용 패이스트는 금속 입자(150M) 및 글래스 프릿(150G) 이외에 레진 재질의 바인더(binder) 및 용해제(solvent)를 더 포함할 수 있고, 이와 같은 바인더(binder) 및 용해제(solvent)는 열처리 공정 중에 대부분이 산화되거나 증발될 수 있기 때문이다.This, in addition to the
이에 따라, 열처리 공정 이후의 제2 전극(150)에는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 금속 입자(150M)와 글래스 프릿(150G)이 존재할 수 있다.Accordingly,
따라서, 제2 전극용 패이스트의 글래스 프릿(150G)의 함유량과 열처리 공정 이후 소성된 제2 전극(150)의 글래스 프릿(150G)의 함유량은 차이가 날 수 있고, 일례로, 글래스 프릿(150G)의 함유량은 제2 전극(150) 소성전보다 대략 0.5wt% ~ 1.0wt% 정도 증가할 수 있다.Accordingly, the content of the
아울러, 도 3의 표에 기재된 제2 전극(150)의 글래스 프릿(150G)의 함유량은 열처리 공정 이후의 제2 전극(150)이 소성된 상태에서의 함유량이고, 열처리 공정 이전에 제2 전극용 패이스트에 포함되는 글래스 프릿(150G)의 적정 수준 함유량은 2.0wt% ~ 4.owt% 사이이고, 이와 같은 수치 범위는, 도 3의 표에 기재된 적정 수준 함유량인 2.5wt% ~ 5.owt%의 수치 범위에 대응될 수 있다.In addition, the content of the
본 발명은 태양 전지 구조에 대한 것이므로, 이하에서는 열처리 공정 이후 소성된 제2 전극(150)의 글래스 프릿(150G)의 함유량을 기준으로 설명한다.Since the present invention relates to a solar cell structure, the following description will be made based on the content of the
아울러, 도 3의 표에서 컨텍 저항은 제2 전극(150)과 제2 도전형 영역(170) 사이의 저항을 의미한다. 따라서, 컨텍 저항이 나쁘다는 의미는 제2 전극용 패이스트가 파이어쓰루(fire through) 되는 깊이가 너무 얇아, 제2 전극(150)이 후면 패시베이션막(190)을 뚫지 못하여, 제2 전극(150)과 제2 도전형 영역(170) 사이가 제대로 전기적으로 접속되지 않은 경우를 의미하고, 좋다는 의미는 전기적 접속이 제대로 이루어진 경우를 의미한다.In addition, in the table of FIG. 3, the contact resistance refers to the resistance between the
또한, 패시베이션 기능(recombination 정도)은 제어 패시베이션막(160)의 패시베이션 기능을 의미한다. 따라서, 패시베이션 기능이 좋다는 의미는 제어 패시베이션막(160)이 손상되지 않는 것을 의미하고, 패시베이션 기능이 나쁘다는 의미는 제2 전극(150)에 의해 제어 패시베이션막(160)이 손상되어, 제2 전극(150)의 금속 입자(150M)에 의해 반도체 기판(110)의 후면에서 재결합(recombination)이 발생하고 있는 경우를 의미한다.In addition, the passivation function (recombination degree) refers to the passivation function of the
또한, 개방 전압(Voc)이 좋다는 의미는 제2 도전형 영역(170)가 제어 패시베이션막(160)에 의해 반도체 기판(110)과 이격되어 태양 전지가 양호한 수준의 개방 전압을 발생시키는 경우를 의미하고, 개방 전압이 나쁘다는 의미는 제2 전극(150)이 제2 도전형 영역(170) 내부로 깊숙히 침투하면서 제어 패시베이션막(160)이 손상되어, 제2 전극(150)과 반도체 기판(110)이 단락된 경우를 의미한다.In addition, the good open-circuit voltage (Voc) means a case where the second
도 3에 기재된 표와 같이, 제2 전극(150)에 함유된 단위 부피당 함유량이 2.5wt% 미만인 경우, 제2 전극용 패이스트가 파이어쓰루(fire through) 되는 깊이가 너무 얇아, 제2 전극(150)이 제2 도전형 영역(170)에 제대로 접속되지 않은 것을 알 수 있다.As shown in the table shown in FIG. 3, when the content per unit volume contained in the
아울러, 제2 전극(150)에 함유된 단위 부피당 함유량이 5.0wt%를 초과하는 경우, 도 4와 같이, 제2 전극(150)이 제2 도전형 영역(170) 뿐만 아니라 제어 패시베이션막(160)까지 뚫고 반도체 기판(110)과 단락됨으로써, 제어 패시베이션막(160)의 기능이 손상되고, 개방 전압(Voc) 역시 나빠지는 것을 확인할 수 있다.In addition, when the content per unit volume contained in the
참고로, 도 4에서 150M은 제2 전극(150)에 함유된 금속 입자(150M)를 의미하고, 150G는 제2 전극(150)에 함유된 글래스 프릿(150G)을 의미한다.For reference, 150M in FIG. 4 refers to the
아울러, 제2 전극(150)에 함유된 단위 부피당 함유량이 2.5wt% ~ 5.0wt% 사이의 적정 수준을 유지하는 경우, 제2 전극용 패이스트가 파이어쓰루(fire through) 되는 깊이가 적절하여, 이로 인하여, 컨텍 저항, 패시베이션 기능 및 개방 전압이 모두 매우 양호한 수준으로 유지되는 것을 확인할 수 있다.In addition, when the content per unit volume contained in the
아울러, 제2 전극(150)에 함유된 단위 부피당 함유량이 2.5wt% ~ 5.0wt% 사이의 적정 수준을 유지하는 경우, 도 5와 같이, 제2 전극(150)이 후면 패시베이션막(190)을 뚫고 제2 도전형 영역(170) 내부로 적정 깊이로 침투하게 되고, 이때에, 제2 전극(150)과 제2 도전형 영역(170) 사이의 계면에는 제2 전극(150)의 금속 입자(150M)와 제2 도전형 영역(170)의 실리콘이 결합한 합금(alloy) 내지 결정체(crystallite)[이하에서는 ‘결정체’라고 함]가 형성될 수 있다.In addition, when the content per unit volume contained in the
이와 같은 금속 입자(150M)-실리콘 결정체(153)는 제2 전극(150)과 제2 도전형 영역(170) 사이 컨텍 저항을 더욱 낮출 수 있다.The
지금까지는 제2 전극(150)이 후면 패시베이션막(190)을 뚫고 제2 도전형 영역(170) 내부로 파이어쓰루(fire through) 되는 깊이를 조절하기 위래서, 제2 전극(150)에 포함되는 글래스 프릿(150G)의 단위 부피당 함유량의 수치에 대해서 설명하였다.Until now, in order to control the depth at which the
이하에서는 제2 전극(150)이 후면 패시베이션막(190)을 뚫고 제2 도전형 영역(170) 방향으로 적절하게 파이어쓰루(fire through)하되, 제2 전극(150)이 제2 도전형 영역(170)의 표면에 최적의 수준으로 접속되도록 하기 위하여, 글래스 프릿(150G)에 텔루륨 산화물(TeO)이 더 포함되는 경우에 대해 설명한다.Hereinafter, the
도 6은 도 3 및 도 4에서 글래스 프릿(150G)의 함유량이 적정 수준으로 유지되는 상태에서, 글래스 프릿(150G)에 텔루륨 산화물(TeO)이 더 포함된 경우, 태양 전지에서 반도체 기판(110), 제어 패시베이션막(160), 제2 도전형 영역(170) 및 제2 전극(150)이 포함된 일부분을 확대 도시한 단면도이다.6 is a case in which tellurium oxide (TeO) is further included in the
본 발명에 따른 제2 전극(150)은 전술한 바와 같이, 글래스 프릿(150G)의 단위 부피당 함유량이 2.5wt% ~ 5.0wt% 사이를 가지면서, 글래스 프릿(150G)이 PbO 계열 또는 BiO 계열 중 적어도 어느 하나와 텔루륨 산화물(TeO)을 더 포함할 수 있다.As described above, the
이와 같이, 텔루륨 산화물(TeO)이 함유된 글래스 프릿(150G)은 상대적으로 녹는점이 더 낮아질 수 있으며, 일례로, 텔루륨 산화물(TeO)이 함유된 글래스 프릿(150G)의 녹는점은 200℃ ~500℃ 사이로 형성될 수 있다.In this way, the
이에 따라, 텔루륨 산화물(TeO)이 함유된 글래스 프릿(150G)은 열처리 공정 제2 전극용 패이스트가 파이어쓰루(fire through)하면서 후면 패시베이션막(190)을 식각할 때에, 텔루륨 산화물(TeO)이 함유된 글래스 프릿(150G)이 먼저 용융될 수 있다.Accordingly, when the
이때, 텔루륨 산화물(TeO)이 함유된 글래스 프릿(150G)이 제2 도전형 영역(170)의 표면에 먼저 넓게 위치하여 층을 형성할 수 있고, 이후에 텔루륨 산화물(TeO)이 함유된 글래스 프릿(150G)이 위치하는 층 위에 금속 입자(150M)와 텔루륨 산화물(TeO)이 함유되지 않은 글래스 프릿(150G)이 위치할 수 있다.At this time, the
이에 따라, 제2 전극(150)은 도 6에 도시된 바와 같이, 제2 도전형 영역(170)와 접하는 계면에 텔루륨 산화물(TeO)이 함유된 글래스 프릿(150G)이 위치하는 제1 층(L1)과 제1 층(L1) 위에 금속 입자(150M)와 텔루륨 산화물(TeO)이 함유되지 않은 글래스 프릿(150G)이 위치하는 제2 층(L2)을 포함하여 형성될 수 있다.Accordingly, the
아울러, 제1 층(L1)과 제2 도전형 영역(170)의 계면에는 금속 입자(150M)와 제2 도전형 영역(170)의 실리콘이 결합된 결정체(153)가 분포될 수 있다.In addition, a
이에 따라, 제2 전극(150)과 제2 도전형 영역(170) 사이의 컨텍 저항을 보다 더 향상시키면서, 개방 전압(Voc)를 더욱 향상시킬 수 있고, 더불어, 제2 전극용 패이스트가 파이어쓰루(fire through) 되는 깊이를 더욱 용이하게 조절할 수 있어, 공정 마진을 보다 향상시킬 수 있다.Accordingly, while further improving the contact resistance between the
지금까지는 제2 전극용 패이스트가 파이어쓰루(fire through) 되는 깊이가 양호한 수준으로 조절될 수 있는 제2 전극(150)의 재질과 함유량의 수치에 대해서 설명하였다.Until now, the material and content values of the
그러나, 텔루륨 산화물(TeO)을 포함하는 글래스 프릿(150G)이 제2 전극(150)에만 한정하여 적용되는 것은 아니고, 제1 전극(140)에도 적용이 가능하다.However, the
일례로, 제1 전극(140)에 포함되는 글래스 프릿(150G)은 PbO 계열 또는 BiO 계열 중 적어도 어느 하나를 포함하여 형성될 수 있으며, 이와 같은 제1 전극(140)의 글래스 프릿(150G)은 텔루륨 산화물(TeO)을 더 포함하여 형성될 수 있다. As an example, the
지금까지는 본 발명에서 제1, 2 전극(140, 150)에 포함되는 글래스 프릿에 대해서만 주로 설명하였으나, 이하에서는 제1, 2 전극(140, 150)에 포함되는 금속 입자에 대해 보다 구체적으로 설명한다.Until now, in the present invention, only the glass frit included in the first and
도 7은 본 발명의 제1, 2 전극(140, 150)에 포함되는 금속 입자(M1, M2)에 대해 설명하기 위한 도이다.7 is a view for explaining the metal particles (M1, M2) included in the first and second electrodes (140, 150) of the present invention.
이하의 도 7에서는 제1, 2 전극(140, 150)에 포함되는 금속 입자(M1, M2)에 대해서만 도시하고, 이전의 도 5 내지 도 7에서 설명한 글래스 프릿에 대한 도시는 설명의 편의상 생략하였다.In FIG. 7 below, only the metal particles M1 and M2 included in the first and
도 7에 도시된 바와 같이, 제1, 2 전극(140, 150)에는 금속 입자(M1, M2)가 포함될 수 있다.As shown in FIG. 7, metal particles M1 and M2 may be included in the first and
보다 구체적으로, 제1 전극(140)에 포함되는 금속 입자는 원형 또는 타원형 형상을 가지는 구(sphere) 형태의 제1 금속 입자(M1)와 장축을 가지며 표면이 울퉁불퉁한 판상 형상을 가지는 플레이크(flake) 형태의 제2 금속 입자(M2)를 포함하고, 제2 전극(150)은 제1 금속 입자(M1)를 포함하고, 제2 금속 입자(M2)는 포함하지 않을 수 있다.More specifically, the metal particles included in the
일례로, 도 7에 도시된 바와 같이, 제1 전극(140) 중 제1 핑거 전극(141)은 제1 금속 입자(M1)를 포함하고, 제1 버스바 전극(142)은 제1 금속 입자(M1)와 제2 금속 입자(M2)를 포함하여 형성될 수 있다.For example, as shown in FIG. 7, the
아울러, 제2 전극(150)의 제2 핑거 전극(151)과 제2 버스바 전극(152)은 제1 금속 입자(M1)를 포함하고, 제2 금속 입자(M2)를 포함하지 않을 수 있다.In addition, the
여기서, 제1 전극(140)에 포함되는 제2 금속 입자(M2)의 장축의 길이는 제1, 2 전극(140, 150) 각각에 포함되는 제1 금속 입자(M1)의 크기보다 클 수 있다.Here, the length of the long axis of the second metal particles M2 included in the
일례로, 제1 금속 입자(M1)의 직경은 200nm ~ 2.5um 사이일 수 있으며, 보다 바람직하게는 300nm ~ 2.0um 사이일 수 있다. 아울러, 제2 금속 입자(M2)는 3um ~ 6um 사이일 수 있다.For example, the diameter of the first metal particle M1 may be between 200 nm and 2.5 μm, more preferably between 300 nm and 2.0 μm. In addition, the second metal particle M2 may be between 3 um and 6 um.
이에 따라, 제1 전극(140)은 제2 전극(150)보다 더 부피가 큰 금속 입자(M2)를 포함할 수 있다.Accordingly, the
이와 같이, 제1 전극(140)에 상대적으로 큰 크기를 갖는 제2 금속 입자(M2)가 포함되도록 하여, 소성을 위한 열처리 공정시, 금속 입자의 반응성을 보다 향상시킬 수 있으며, 상대적으로 더 낮은 온도에서 전극을 보다 쉽게 소성시킬 수 있고, 더불어, 제1 전극(140)의 전기적 특성(예를 들어, 저항)도 보다 더 향상시킬 수 있다.In this way, by including the second metal particles M2 having a relatively large size in the
이와 같은 제1 전극(140)은 제1 전극(140)용 패이스트를 2번의 인쇄 공정을 통하여 형성될 수 있으며, 제2 전극(150)은 한번의 인쇄 공정을 통하여 형성될 수 있다.The
보다 구체적으로, 제1 전극(140)은 1차 인쇄 공정에서 제1, 2 금속 입자(M1, M2)를 포함하는 제1 버스바용 패이스트를 반도체 기판(110)의 전면에 제2 방향으로 길게 인쇄한 후 건조하고, 2차 인쇄 공정에서 제1 금속 입자(M1)를 포함하는 제1 핑거용 패이스트를 제1 방향으로 인쇄한 후 건조한 후, 열처리 공정을 통해, 형성될 수 있다.More specifically, the
제2 전극(150)은 제1 금속 입자(M1)를 포함하는 제2 전극(150)용 패이스트를 반도체 기판의 후면에 제2 핑거 전극(151) 패턴과 제2 버스바 전극(152) 패턴에 따라 한번 인쇄하고 열처리하여 형성될 수 있다.The
그러나, 제1, 2 전극(140, 150)에 포함되는 금속 입자(M1, M2)는 반드시 도 7에 한정되는 것은 아니고, 도 7과 다르게 형성되는 것도 가능하다.However, the metal particles M1 and M2 included in the first and
일례로, 제1 전극(140)을 형성하기 위해, 제1, 2 금속 입자(M1, M2)를 포함하는 제1 전극용 패이스트를 제1 핑거 전극(141)과 제1 버스바 전극(142) 패턴에 따라 1차적으로 인쇄하여 건조한 후, 2차적으로 제1 금속 입자(M1)만을 포함하는 별도의 제1 전극용 패이스트를 제1 핑거 전극(141)과 제1 버스바 전극(142) 패턴에 따라 인쇄하여, 제1 전극(140)을 형성하는 것도 가능하다.As an example, in order to form the
이와 같은 경우, 제1 버스바 전극(142)뿐만 아니라 제1 핑거 전극(141)도 상대적으로 더 부피가 큰 제2 금속 입자(M2)를 포함시킬 수 있다.In this case, not only the
따라서, 제1 전극(140)은 제2 전극(150)보다 상대적으로 부피가 더 큰 금속 입자를 포함할 수 있다.Accordingly, the
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.Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements by those skilled in the art using the basic concept of the present invention defined in the following claims are also provided. It belongs to the scope of rights.
Claims (8)
상기 결정형 실리콘 기판의 후면에 위치하는 터널링막;
상기 터널링막 위에 위치하며, 제1 도전성 타입의 불순물이 상기 결정형 실리콘 기판보다 고농도로 도핑된 다결정 실리콘층;
상기 다결정 실리콘층 위에 위치하는 후면 패시베이션막; 및
상기 후면 패시베이션막을 관통하여 상기 다결정 실리콘층에 접촉하는 후면 전극
을 포함하고,
상기 후면 전극은 은(Ag) 입자와 텔루륨 산화물(TeO)을 포함하는 글래스 프릿을 포함하고,
상기 후면 전극에서 단위 부피당 상기 글래스 프릿의 함유량이 2.5wt% 내지 5.0wt%이며,
상기 후면 전극은
상기 다결정 실리콘층과 접하는 계면에 위치하며, 상기 텔루륨 산화물이 함유된 글래스 프릿이 위치하는 제1 층과,
상기 제1 층 위에 위치하며, 상기 은 입자를 함유하고 상기 텔루륨 산화물이 함유되지 않은 글래스 프릿이 위치하는 제2 층을 구비하고
상기 제1 층과 상기 다결정 실리콘층의 계면에는 상기 은 입자와 상기 다결정 실리콘층의 실리콘이 결합된 금속-실리콘 결정체가 분포되는 태양 전지. A crystalline silicon substrate;
A tunneling film positioned on the rear surface of the crystalline silicon substrate;
A polycrystalline silicon layer positioned on the tunneling layer and doped with an impurity of a first conductivity type to a higher concentration than the crystalline silicon substrate;
A rear passivation layer on the polysilicon layer; And
A rear electrode passing through the rear passivation layer and in contact with the polycrystalline silicon layer
Including,
The rear electrode includes a glass frit containing silver (Ag) particles and tellurium oxide (TeO),
The content of the glass frit per unit volume in the rear electrode is 2.5 wt% to 5.0 wt%,
The rear electrode is
A first layer located at an interface in contact with the polycrystalline silicon layer and on which a glass frit containing the tellurium oxide is located,
It is located on the first layer and includes a second layer on which a glass frit containing the silver particles and not containing the tellurium oxide is located,
A solar cell in which a metal-silicon crystal in which the silver particles and silicon of the polycrystalline silicon layer are bonded is distributed at an interface between the first layer and the polycrystalline silicon layer.
상기 금속-실리콘 결정체는 상기 터널링막과 상기 기판에는 형성되지 않는 태양 전지.In claim 1,
The metal-silicon crystal is not formed on the tunneling layer and the substrate.
상기 결정형 실리콘 기판의 전면에 위치하는 전면 전극을 더 포함하는 태양 전지.In claim 1,
Solar cell further comprising a front electrode positioned on the front surface of the crystalline silicon substrate.
상기 전면 전극은 은(Ag)을 포함하고, 상기 전면 전극의 은 함유량은 상기 후면 전극의 은 함유량보다 큰 태양 전지.In paragraph 3,
The front electrode contains silver (Ag), and the silver content of the front electrode is greater than the silver content of the rear electrode.
상기 결정형 실리콘 기판의 후면에 위치하며, 상기 제1 도전성 타입의 반대인 제2 도전성 타입의 불순물이 확산된 에미터층을 더 포함하는 태양 전지.In claim 1,
The solar cell further comprising an emitter layer disposed on a rear surface of the crystalline silicon substrate and in which an impurity of a second conductivity type opposite to the first conductivity type is diffused.
상기 터널링막은 실리콘 산화물(SiO)로 형성되는 태양 전지.In claim 1,
The tunneling layer is a solar cell formed of silicon oxide (SiO).
상기 후면 패시베이션막은 알루미늄 산화물과 실리콘 질화물을 포함하는 태양 전지.In claim 1,
The rear passivation layer is a solar cell comprising aluminum oxide and silicon nitride.
상기 텔루륨 산화물이 함유된 글래스 프릿의 녹는점은 200℃ ~500℃인 태양 전지.
In claim 1,
The melting point of the glass frit containing the tellurium oxide is 200 ℃ ~ 500 ℃ solar cell.
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