KR102273013B1 - 태양 전지 패널의 제조 방법 및 이에 사용되는 태양 전지 전극용 페이스트 - Google Patents

태양 전지 패널의 제조 방법 및 이에 사용되는 태양 전지 전극용 페이스트 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 패널의 제조 방법에서 전극을 형성하는 단계가, 도전형 영역 위에 메인 전극부를 형성하는 단계; 및 상기 메인 전극부 위에 제1 금속을 포함하는 금속 입자, 상기 제1 금속과 다른 제2 금속을 포함하는 솔더 물질, 및 접착 물질을 포함하는 페이스트를 이용하여 연결 전극부를 형성하는 단계를 포함한다.

Description

태양 전지 패널의 제조 방법 및 이에 사용되는 태양 전지 전극용 페이스트{METHOD FOR MANUFACTURING SOLAR CELL PANEL AND PASTE FOR ELECTRODE OF SOLAR CELL USED FOR THE SAME}
본 발명은 태양 전지 패널의 제조 방법 및 이에 사용되는 태양 전지 전극용 페이스트에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는, 제조 공정 및 조성을 개선한 태양 전지 패널의 제조 방법 및 이에 사용되는 태양 전지 전극용 페이스트에 관한 것이다.
태양 전지는 복수 개가 리본, 배선재 등을 이용하여 직렬 또는 병렬로 연결되고, 복수의 태양 전지를 보호하기 위한 패키징(packaging) 공정에 의하여 태양 전지 패널의 형태로 제조된다.
태양 전지의 효율 및 태양 전지 패널의 출력을 향상할 수 있도록 태양 전지 및 태양 전지 패널에 포함되는 다양한 층 및 전극을 설계하는 것이 요구된다. 전면으로 입사하는 광을 효율적으로 이용할 수 있도록 서로 다른 극성의 제1 전극 및 제2 전극이 태양 전지의 후면에 함께 위치하는 후면 전극 구조가 제안되었다.
이러한 후면 전극 구조를 가지는 태양 전지를 구비하는 태양 전지 패널에서는 태양 전지의 후면에 전극을 인쇄, 스퍼터링 등의 공정으로 형성한 후에 전극 위에 솔더 페이스트를 형성하여 솔더 페이스트에 리본, 배선재 등을 부착하였다.
이때, 제조 공정을 단순화하고 전기적 저항을 낮추기 위하여 전극이 스퍼터링층 및 이 위에 위치하는 인쇄층을 구비할 수 있다. 이에 따르면 인쇄층에 대한 솔더 페이스트의 젖음성(wetting)이 우수하지 않아 인쇄층과 이 위에 형성되는 솔더 페이스트의 접착 특성이 우수하지 않았다.
다른 예로, 전극이 인쇄층만을 구비하면 페이스트의 소성을 위하여 높은 온도에서 열처리 공정이 필요하며 유리 프릿 등에 의하여 태양 전지의 특성이 원하지 않게 변화되거나 심한 경우 태양 전지가 손상될 수 있었다. 또 다른 예로, 전극이 스퍼터링층만을 구비하면 전극의 두께를 충분하게 증가시키기 어려워 전기적 저항을 커질 수 있다.
또 다른 예로, 도금 공정을 사용하여 전극을 형성하면 도금 용액에 의하여 태양 전지의 특성이 원하지 않게 변화되거나 심한 경우 태양 전지가 손상될 수 있다. 그리고 절연막 등에 핀 홀(pin hole) 등이 존재하면 원하지 않는 부분에 도금이 될 수 있는데, 이를 방지하기 위해서는 도금 공정 이전에 시드층을 별도로 형성하여야 하므로 공정이 복잡하다. 또한, 재료비, 폐기물 처리 비용 등의 비용이 발생하여 제조 비용을 절감하는데 어려움이 있다.
본 발명은 단순한 제조 공정에 의하여 제조되며 우수한 출력을 가지는 태양 전지 패널을 제조하는 태양 전지 패널의 제조 방법 및 이에 사용되는 태양 전지 전극용 페이스트를 제공하고자 한다.
좀더 구체적으로, 본 발명은 배선부와의 접착을 위한 태양 전지의 전극 구조를 개선하여 전기적 저항을 저감하여 태양 전지 패널의 출력을 향상할 수 있으며 제조 공정을 단순화할 수 있는 태양 전지 패널의 제조 방법 및 이에 사용되는 태양 전지 전극용 페이스트를 제공하고자 한다.
특히, 본 발명은 서로 다른 극성을 가지는 제1 전극과 제2 전극을 후면에 함께 구비하는 후면 전극 구조를 가지는 태양 전지에서 배선부와의 접착을 위한 전극 구조를 개선하여 태양 전지 패널의 출력을 향상하고 제조 공정을 단순화할 수 있는 태양 전지 패널의 제조 방법 및 이에 사용되는 태양 전지 전극용 페이스트를 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 패널의 제조 방법에서, 전극을 형성하는 단계가, 도전형 영역 위에 메인 전극부를 형성하는 단계; 및 상기 메인 전극부 위에 제1 금속을 포함하는 금속 입자, 상기 제1 금속과 다른 제2 금속을 포함하는 솔더 물질, 및 접착 물질을 포함하는 페이스트를 이용하여 연결 전극부를 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 좀더 구체적으로, 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 패널의 제조 방법은, 반도체 기판과, 상기 반도체 기판에 또는 상기 반도체 기판 위에 위치하는 도전형 영역을 포함하는 광전 변환부를 형성하는 단계; 태양 전지를 형성하도록 상기 도전형 영역에 전기적으로 연결되는 상기 전극을 형성하는 단계; 상기 전극 위에 상기 전극에 전기적으로 연결되는 배선부를 부착하는 단계; 및 상기 태양 전지 및 상기 배선부, 상기 태양 전지 및 상기 배선부를 감싸는 밀봉재, 상기 밀봉재 위에서 상기 태양 전지의 일면 위에 위치하는 제1 커버 부재, 및 상기 밀봉재 위에서 상기 태양 전지의 타면 위에 위치하는 제2 커버 부재를 일체화하는 라미네이션 단계를 포함할 수 있다.
상기 금속 입자는 구리 입자, 유기물이 코팅된 구리 입자, 또는 구리와 다른 금속이 코팅된 구리 입자를 포함할 수 있다. 상기 제2 금속은 주석을 포함하며, 상기 접착 물질은 비전도성 유기물 또는 비전도성 무기물을 포함할 수 있다.
상기 솔더 물질은 주석-은-구리(Sn/Ag/Cu, SAC)계 합금을 포함하고, 상기 접착 물질은 탄소, 산화물 및 로진(rosin)을 포함하는 플럭스로 구성될 수 있다.
상기 금속 입자, 상기 솔더 물질 및 상기 접착 물질의 전체 부피를 100이라 할 때 상기 접착 물질의 부피 비율이 30 내지 70일 수 있다.
상기 금속 입자와 상기 솔더 물질의 전체 부피를 100이라 할 때, 상기 금속 입자의 부피 비율이 15 내지 80이고, 상기 솔더 물질의 부피 비율이 20 내지 85일 수 있다.
상기 연결 전극부를 형성하는 단계에서는, 상기 제1 금속을 포함하는 복수의 금속 입자들이 연결되어 입자 연결층을 형성하고, 상기 제2 금속이 상기 입자 연결층의 외측 표면에서 응집하여 적어도 상기 입자 연결층의 외측 표면을 덮는 커버층을 형성하여, 상기 입자 연결층 및 상기 커버층을 포함하는 상기 연결 전극부를 형성할 수 있다.
상기 연결 전극부를 형성하는 단계는, 상기 페이스트를 도포하는 단계와, 상기 페이스트를 열처리하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 열처리하는 단계가 180 내지 280℃의 온도에서 수행되는 리플로우(reflow) 공정에 의하여 수행될 수 있다.
상기 연결 전극부를 형성하는 단계는, 상기 페이스트를 도포하는 단계와, 상기 페이스트를 열처리하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 열처리하는 단계에서 상기 메인 전극부와 상기 연결 전극부 사이에 상기 메인 전극부에 포함된 금속과 상기 제2 금속이 혼재되어 위치하는 금속간 화합물층이 형성될 수 있다.
상기 메인 전극부를 형성하는 단계와 상기 연결 전극부를 형성하는 단계 사이에, 상기 전극과 상기 배선재가 전기적으로 연결되지 않아야 하는 중첩부에 절연 부재를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 광전 변환부를 형성하는 단계와 상기 전극을 형성하는 단계 사이에, 상기 전극과 상기 배선재가 전기적으로 연결되지 않아야 하는 중첩부에 절연 부재를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 전극용 페이스트는, 제1 금속을 포함하는 금속 입자, 상기 제1 금속과 다른 제2 금속을 포함하는 솔더 물질, 및 접착 물질을 포함한다.
상기 제1 금속은 상기 메인 전극부의 물질 또는 제2 전극과 같거나 그보다 작은 비저항을 가지고, 상기 제2 금속은 주석(Sn)을 포함할 수 있다.
상기 금속 입자는 구리 입자, 유기물이 코팅된 구리 입자, 또는 구리와 다른 금속이 코팅된 구리 입자를 포함할 수 있다.
상기 접착 물질은 비전도성 유기물 또는 비전도성 무기물을 포함할 수 있다.
상기 솔더 물질은 주석-은-구리(Sn/Ag/Cu, SAC)계 합금을 포함할 수 있다.
상기 접착 물질은 탄소, 산화물 및 로진(rosin)을 포함하는 플럭스로 구성될 수 있다.
상기 금속 입자, 상기 솔더 물질 및 상기 접착 물질의 전체 부피를 100이라 할 때 상기 접착 물질의 부피 비율이 30 내지 70일 수 있다.
상기 금속 입자와 상기 솔더 물질의 전체 부피를 100이라 할 때, 상기 금속 입자의 부피 비율이 15 내지 80이고, 상기 솔더 물질의 부피 비율이 20 내지 85일 수 있다.
본 실시예에 의하면, 전극에 포함되는 연결 전극부가 낮은 전기적 저항으로 전류를 수집 및 전달하는 전극으로서의 역할과 함께, 솔더 물질 및 접착 물질을 포함하여 배선부과의 접착을 위한 솔더 페이스트로서의 역할을 수행할 수 있다. 이에 따라 배선부와 전극의 실질적 연결을 위하여 각 중첩부에 대응하여 형성되는 별도의 솔더 페이스트층을 구비하지 않아도 된다. 이에 따라 태양 전지 패널을 단순한 제조 공정에 의하여 제조할 수 있으며 태양 전지 패널이 낮은 비저항에 의한 우수한 효율 및 출력을 가질 수 있다. 특히, 서로 다른 극성을 가지는 제1 전극과 제2 전극을 후면에 함께 구비하는 후면 전극 구조를 가지는 태양 전지에서 배선부와의 접착을 위한 전극 구조를 개선하여 태양 전지 패널의 출력을 효과적으로 향상하고 제조 공정을 크게 단순화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지 패널을 개략적으로 도시한 분해 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시한 태양 전지 패널에 포함된 두 개의 태양 전지와 이를 연결하는 배선부를 개념적으로 도시한 부분 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시한 태양 전지 패널에 포함된 태양 전지를 도시한 개략적인 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 변형예에 따른 태양 전지 패널에 포함된 태양 전지를 도시한 개략적인 단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 변형예에 따른 태양 전지 패널에 포함된 태양 전지를 도시한 개략적인 단면도이다.
도 6은 도 1에 도시한 태양 전지 패널에 포함된 두 개의 태양 전지, 절연 부재, 그리고 배선부를 개략적으로 도시한 후면 평면도이다.
도 7은 도 6의 VII-VII 선을 따라 잘라서 본 부분 단면도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 변형예에 따른 태양 전지 패널에 포함된 두 개의 태양 전지, 절연 부재, 그리고 배선부를 개략적으로 도시한 부분 단면도이다.
도 9a 내지 도 9f는 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 패널의 제조 방법의 일부를 도시한 단면도들이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 패널(100)의 제조 방법에서 연결 전극부를 형성하기 위하여 사용하는 페이스트에 포함되는 금속 입자를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 변형예에 따른 태양 전지 패널에 포함된 두 개의 태양 전지, 절연 부재, 그리고 배선부를 개략적으로 도시한 후면 평면도 및 이의 일부를 도시한 부분 단면도이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 변형예에 따른 태양 전지 패널에 포함된 두 개의 태양 전지, 절연 부재, 그리고 배선부를 개략적으로 도시한 후면 평면도 및 이의 일부를 도시한 부분 단면도이다.
도 13은 본 발명의 또 다른 변형예에 따른 태양 전지 패널에 포함된 두 개의 태양 전지, 절연 부재, 그리고 배선부를 개략적으로 도시한 후면 평면도 및 이의 일부를 도시한 부분 단면도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니며 다양한 형태로 변형될 수 있음은 물론이다.
도면에서는 본 발명을 명확하고 간략하게 설명하기 위하여 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 극히 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 참조부호를 사용한다. 그리고 도면에서는 설명을 좀더 명확하게 하기 위하여 두께, 넓이 등을 확대 또는 축소하여 도시하였는바, 본 발명의 두께, 넓이 등은 도면에 도시된 바에 한정되지 않는다.
그리고 명세서 전체에서 어떠한 부분이 다른 부분을 "포함"한다고 할 때, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 부분을 배제하는 것이 아니며 다른 부분을 더 포함할 수 있다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 부분이 위치하는 경우도 포함한다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 위치하지 않는 것을 의미한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 패널의 제조 방법 및 이에 사용되는 태양 전지 전극용 페이스트를 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지 패널을 개략적으로 도시한 분해 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시한 태양 전지 패널에 포함된 두 개의 태양 전지와 이를 연결하는 배선부를 개념적으로 도시한 부분 단면도이다. 이하에서는 명확한 구별을 위하여 서로 이웃한 두 개의 태양 전지(10)를 제1 태양 전지(10a) 및 제2 태양 전지(10b)라 칭한다. 본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어는 서로 간의 구별을 위하여 사용된 것일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 태양 전지 패널(100)은, 태양 전지(10)와, 태양 전지(10)에 전기적으로 연결되는 배선부(140)를 포함한다. 그리고 태양 전지 패널(100)은, 태양 전지(10) 및 배선부(140)를 둘러싸서 밀봉하는 밀봉재(130)와, 밀봉재(130) 위에서 태양 전지(10)의 일면(일 예로, 전면)에 위치하는 제1 커버 부재(110)와, 밀봉재(130) 위에서 태양 전지(10)의 타면(일 예로, 후면)에 위치하는 제2 커버 부재(120)를 포함한다. 이를 좀더 상세하게 설명한다.
먼저, 태양 전지(10)는, 반도체 기판(도 3의 참조부호 12, 이하 동일)과, 반도체 기판(12)의 일면(일 예로, 후면)에 위치하는 제1 및 제2 전극(도 3의 참조부호 42, 44, 이하 동일)를 포함할 수 있다. 이에 대해서는 추후에 도 3을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 실시예에서 태양 전지 패널(100)은 복수의 태양 전지(10)를 구비하고, 복수의 태양 전지(10)는 배선부(140)에 의하여 전기적으로 직렬, 병렬 또는 직병렬로 연결될 수 있다.
구체적으로, 배선부(140)는 적어도 일부가 태양 전지(10)의 제1 및 제2 전극(42, 44)와 중첩되어 제1 및 제2 전극(42, 44)에 연결되는 배선재(142)와, 태양 전지(10) 사이에서 배선재(142)와 교차하는 방향으로 위치하여 배선재(142)에 연결되는 연결 배선(144)를 포함할 수 있다. 배선재(142)와 연결 배선(144)에 의하여 복수의 태양 전지(10)가 일 방향(도면의 x축 방향)으로 연결되어 하나의 열(列)(즉, 태양 전지 스트링)을 형성할 수 있다. 배선재(142) 및 연결 배선(144)에 대해서는 추후에 도 6을 참조하여 좀더 상세하게 설명한다. 그리고 배선부(140)는, 태양 전지 스트링의 양 끝단에 위치하여 이를 또 다른 태양 전지 스트링 또는 정션 박스(미도시)에 연결하는 버스바 배선(146)을 더 포함할 수 있다.
배선재(142), 연결 배선(144), 버스바 배선(146)은 각기 도전성 물질(일 예로, 금속 물질)을 포함할 수 있다. 일 예로, 배선재(142), 연결 배선(144), 또는 버스바 배선(146)이 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu) 또는 알루미늄(Al) 중 어느 하나를 포함하는 도전성 코어와, 도전성 코어의 표면 위에 위치하며 주석(Sn) 또는 주석을 포함하는 합금을 포함하는 도전성 코팅층을 포함할 수 있다. 일 예로, 코어는 구리로 형성될 수 있으며, 도전성 코팅층은 주석을 포함하는 합금(일 예로, SnBiAg)으로 형성될 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 배선재(142), 연결 배선(144), 또는 버스바 배선(146)의 물질, 형상, 연결 구조 등은 다양하게 변형될 수 있다. 또한, 연결 배선(144)을 별도로 구비하지 않고 배선재(142)로만 이웃한 태양 전지들(10)을 연결할 수도 있다.
밀봉재(130)는, 배선부(140)에 의하여 연결된 태양 전지(10)의 전면에 위치하는 제1 밀봉재(131)와, 태양 전지(10)의 후면에 위치하는 제2 밀봉재(132)를 포함할 수 있다. 제1 밀봉재(131)와 제2 밀봉재(132)는 수분과 산소의 유입되는 것을 방지하며 태양 전지 패널(100)의 각 요소들을 화학적으로 결합한다. 제1 및 제2 밀봉재(131, 132)는 투광성 및 접착성을 가지는 절연 물질로 구성될 수 있다. 일 예로, 제1 밀봉재(131)와 제2 밀봉재(132)로 에틸렌초산비닐 공중합체 수지(EVA), 폴리비닐부티랄, 규소 수지, 에스테르계 수지, 올레핀계 수지 등이 사용될 수 있다. 제1 및 제2 밀봉재(131, 132)를 이용한 라미네이션 공정 등에 의하여 제2 커버 부재(120), 제2 밀봉재(132), 태양 전지(10), 배선부(140), 제1 밀봉재(131), 제1 커버 부재(110)가 일체화되어 태양 전지 패널(100)을 구성할 수 있다.
제1 커버 부재(110)는 제1 밀봉재(131) 상에 위치하여 태양 전지 패널(100)의 전면을 구성하고, 제2 커버 부재(120)는 제2 밀봉재(132) 상에 위치하여 태양 전지 패널(100)의 후면을 구성한다. 제1 커버 부재(110) 및 제2 커버 부재(120)는 각기 외부의 충격, 습기, 자외선 등으로부터 태양 전지(10)를 보호할 수 있는 절연 물질로 구성될 수 있다. 그리고 제1 커버 부재(110)는 광이 투과할 수 있는 투광성 물질로 구성되고, 제2 커버 부재(120)는 투광성 물질, 비투광성 물질, 또는 반사 물질 등으로 구성되는 시트로 구성될 수 있다. 일 예로, 제1 커버 부재(110)가 유리 기판 등으로 구성될 수 있고, 제2 커버 부재(120)가 필름 또는 시트 등으로 구성될 수 있다. 제2 커버 부재(120)는 TPT(Tedlar/PET/Tedlar) 타입을 가지거나, 또는 베이스 필름(예를 들어, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET))의 적어도 일면에 형성된 폴리불화비닐리덴(poly vinylidene fluoride, PVDF) 수지층을 포함할 수 있다.
그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 제1 및 제2 밀봉재(131, 132), 제1 커버 부재(110), 또는 제2 커버 부재(120)가 상술한 설명 이외의 다양한 물질을 포함할 수 있으며 다양한 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 커버 부재(110) 또는 제2 커버 부재(120)가 다양한 형태(예를 들어, 기판, 필름, 시트 등) 또는 물질을 가질 수 있다.
도 3을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 패널(100)에 포함되는 태양 전지(10)를 상세하게 설명한 후에 도 6 및 도 7을 참조하여 태양 전지(10)에 연결되는 배선재(140), 그리고 절연 부재(도 6의 참조부호 IP, 이하 동일)를 상세하게 설명한다.
도 3은 도 1에 도시한 태양 전지 패널(100)에 포함된 태양 전지(10)를 도시한 개략적인 단면도이다. 일 예로, 도 3에서는 제1 및 제2 전극(42, 44)이 각기 메인 전극부(제1 전극부)(42a, 44a) 및 연결 전극부(제2 전극부)(42b, 44b)을 가지는 것으로 도시하였다.
도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 태양 전지(10)는, 반도체 기판(12)과, 반도체 기판(12)의 일면(일 예로, 후면)에 또는 일면 위에 형성된 제1 및 제2 도전형 영역(32, 34)과, 반도체 기판(12)의 일면 위에서 제1 및 제2 도전형 영역(32, 34)에 각기 연결되는 제1 및 제2 전극(42, 44)을 포함한다. 이와 같이 태양 전지(10)가 반도체 기판(12)의 후면에 서로 반대되는 극성의 캐리어와 관련된 제1 및 제2 도전형 영역(32, 34), 그리고 제1 및 제2 전극(42, 44)이 서로 이격하도록 함께 위치하는 후면 전극 구조를 가질 수 있다.
일 예로, 반도체 기판(12)은 제1 또는 제2 도전형 도펀트를 포함하는 결정질 반도체(예를 들어, 단결정 또는 다결정 반도체, 일 예로, 단결정 또는 다결정 실리콘, 특히 단결정 실리콘)로 구성된 베이스 영역(12a)을 포함할 수 있다. 이와 같이 결정성이 높아 결함이 적은 베이스 영역(12a) 또는 반도체 기판(12)을 기반으로 한 태양 전지(10)은 전기적 특성이 우수하다.
반도체 기판(12)의 전면에는 전면 전계 영역(12b)이 위치할 수 있다. 일 예로, 전면 전계 영역(12b)은 베이스 영역(12a)과 동일한 도전형을 가지며 베이스 영역(12a)보다 높은 도핑 농도를 가지는 도핑 영역으로, 반도체 기판(12)의 일부를 구성할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서 전면 전계 영역(12b)이 반도체 기판(12)과 별도로 위치하는 반도체층이거나, 도펀트를 가지지 않고 고정 전하 등을 가지는 산화막 등으로 구성되는 등 다양한 변형이 가능하다.
그리고 반도체 기판(12)의 전면은 반사를 방지하기 위한 반사 방지 구조(일 예로, 반도체 기판(12)의 (111)면으로 구성된 피라미드 형상의 텍스쳐링 구조)를 구비하여, 반사를 최소화할 수 있다. 그리고 반도체 기판(12)의 후면은 경면 연마된 면으로 구성되어 전면보다 작은 표면 거칠기를 가져 패시베이션 특성을 향상할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 변형이 가능하다.
반도체 기판(12)의 후면 위에서 반도체 기판(12)과 도전형 영역(32, 34) 사이에 중간막(20)이 위치할 수 있다. 중간막(20)은 반도체 기판(12)의 후면 위에 전체적으로 위치(일 예로, 접촉)할 수 있다.
중간막(20)은 반도체 기판(12)의 표면을 패시베이션하는 패시베이션 막의 역할을 할 수 있다. 또는, 중간막(20)이 도전형 영역(32, 34)의 도펀트가 반도체 기판(12)으로 지나치게 확산하는 것을 방지하는 도펀트 제어 역할 또는 확산 배리어로서의 역할을 수행할 수 있다. 이러한 중간막(20)은 상술한 역할을 수행할 수 있는 다양한 물질을 포함할 수 있는데, 일 예로, 산화막, 실리콘을 포함하는 유전막 또는 절연막, 질화 산화막, 탄화 산화막, 진성 비정질 실리콘막 등으로 이루어질 수 있다. 일 예로, 도전형 영역(32, 34)이 다결정 반도체로 구성되면 중간막(20)은 쉽게 제조될 수 있으며 캐리어 전달이 원활하게 이루어질 수 있는 실리콘 산화막일 수 있다. 다른 예로, 도전형 영역(32, 34)이 비정질 반도체로 구성되면, 중간막(20)이 진성 비정질 실리콘막으로 구성될 수 있다.
중간막(20)의 두께가 전면 패시베이션막(24), 반사 방지막(26) 및 후면 패시베이션막(40)보다 작을 수 있다. 일 예로, 중간막(20)의 두께가 10nm 이하(예를 들어, 5nm 이하, 좀더 구체적으로는, 2nm 이하, 일 예로, 0.5nm 내지 2nm)일 수 있다. 이는 중간막(20)의 효과를 충분하기 구현하기 위한 것이나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
중간막(20) 위에는 도전형 영역(32, 34)을 포함하는 반도체층(30)이 위치(일 예로, 접촉)할 수 있다. 여기서, 도전형 영역(32, 34)은 제1 도전형을 가지는 제1 도전형 영역(32)과 제1 도전형과 반대되는 제2 도전형을 가지는 제2 도전형 영역(34)을 포함할 수 있다. 좀더 구체적으로, 제1 도전형 영역(32)과 제2 도전형 영역(34)이 중간막(20) 위에서 연속적으로 형성된 반도체층(30) 내에 함께 위치하여 동일 평면 상에 위치할 수 있다. 그리고 제1 도전형 영역(32)과 제2 도전형 영역(34) 사이에 이들과 동일 평면 상에 배리어 영역(36)이 위치할 수 있다.
제1 및 제2 도전형 영역(32, 34) 및 배리어 영역(36), 또는 반도체층(30)은 반도체 기판(12)과 다른 결정 구조를 가질 수 있다. 일 예로, 제1 및 제2 도전형 영역(32, 34) 및 배리어 영역(36), 또는 반도체층(30)은 비정질 반도체, 미세 결정 반도체, 또는 다결정 반도체(일 예로, 비정질 실리콘, 미세 결정 실리콘, 또는 다결정 실리콘) 등을 포함하고, 제1 도전형 영역(32)에는 제1 도전형 도펀트가 포함되고 제2 도전형 영역(34)에는 제2 도전형 도펀트가 포함될 수 있다. 배리어 영역(36)은 제1 및 제2 도전형 도펀트가 도핑되지 않은 진성 또는 언도프트 반도체로 구성될 수 있다. 이때, 제1 및 제2 도전형 영역(32, 34) 및 배리어 영역(36), 또는 반도체층(30)이 다결정 반도체를 가지면 높은 캐리어 이동도를 가질 수 있다. 이때, 제1 및 제2 도전형 영역(32, 34) 및 배리어 영역(36), 또는 반도체층(30)이 비정질 반도체를 가지면 단순한 공정에 의하여 형성될 수 있다.
이때, 베이스 영역(12a)이 제2 도전형을 가지면, 베이스 영역(12a)과 다른 도전형을 가지는 제1 도전형 영역(32)은 에미터 영역으로 기능하고, 베이스 영역(12a)과 동일한 도전형을 가지는 제2 도전형 영역(34)은 후면 전계(back surface field) 영역으로 기능한다. 배리어 영역(36)은 제1 도전형 영역(32)과 제2 도전형 영역(34)을 물리적으로 이격시켜 이들이 접촉할 경우에 발생할 수 있는 션트(shunt)를 방지할 수 있다.
이때, 제1 도전형 영역(32)의 면적(일 예로, 폭)이 제2 도전형 영역(34)의 면적(일 예로, 폭)보다 클 수 있다. 이에 의하면 에미터 영역으로 기능하는 제1 도전형 영역(32)이 후면 전계 영역으로 기능하는 제2 도전형 영역(34)보다 넓은 면적을 가져 광전 변환에 유리할 수 있다.
이와 같이 제1 및 제2 도전형 영역(32, 34)이 중간막(20)을 사이에 두고 반도체 기판(12)과 다른 별개의 층으로 구성된다. 이에 의하여 반도체 기판(12)에 도펀트를 도핑하여 형성된 도핑 영역을 도전형 영역으로 사용하는 경우보다 재결합에 의한 손실을 최소화할 수 있다. 그리고 배리어 영역(36)을 진성 또는 언도프트 반도체로 구성하여 배리어 영역(36)의 형성 공정을 단순화할 수 있다.
그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서 중간막(20)을 구비하지 않을 수 있다. 또는, 제1 및 제2 도전형 영역(32, 34) 중 적어도 하나가 반도체 기판(12)의 일부에 도펀트가 도핑되어 형성되어 반도체 기판(12)의 일부를 구성하는 도핑 영역으로 구성될 수도 있다. 그리고 배리어 영역(36)을 구비하지 않거나, 배리어 영역(36)이 반도체 물질 이외의 다른 물질을 포함할 수 있다. 그 외의 다양한 변형이 가능하다.
여기서, 제1 또는 제2 도전형 도펀트가 p형일 경우에는 보론(B), 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등의 3족 원소를 사용할 수 있다. 제1 또는 제2 도전형 도펀트가 n형일 경우에는 인(P), 비소(As), 비스무스(Bi), 안티몬(Sb) 등의 5족 원소를 사용할 수 있다. 일 예로, 제1 및 제2 도전형 도펀트 중 하나가 보론(B)이고 다른 하나가 인(P)일 수 있다.
반도체 기판(12)의 전면 위에는 전면 패시베이션막(24) 및 반사 방지막(26)이 위치(일 예로, 접촉)할 수 있고, 도전형 영역(32, 34) 또는 반도체층(30) 위에 컨택홀(46)을 구비하는 후면 패시베이션막(40)이 위치(일 예로, 접촉)할 수 있다. 전면 패시베이션막(24) 및 반사 방지막(26)은 반도체 기판(12)의 전면 위에 전체적으로 형성되고, 후면 패시베이션막(40)은 반도체층(30) 위에서 컨택홀(46)을 제외한 부분에 전체적으로 형성될 수 있다. 일 예로, 전면 패시베이션막(24), 반사 방지막(26), 또는 후면 패시베이션막(40)은 우수한 절연 특성, 패시베이션 특성 등을 가질 수 있도록 도펀트 등을 구비하지 않을 수 있다.
일례로, 전면 패시베이션막(24), 반사 방지막(26) 또는 후면 패시베이션막(40)은 실리콘 질화막, 수소를 포함한 실리콘 질화막, 실리콘 산화막, 실리콘 산화 질화막, 알루미늄 산화막, 실리콘 탄화막, MgF2, ZnS, TiO2 및 CeO2로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 단일막 또는 2개 이상의 막이 조합된 다층막 구조를 가질 수 있다.
그리고 제1 전극(42)이 컨택홀(46)을 통하여 제1 도전형 영역(32)에 전기적으로 연결되고, 제2 전극(44)이 컨택홀(46)을 통하여 제2 도전형 영역(34)에 전기적으로 연결될 수 있다. 제1 및 제2 전극(42, 44)의 구체적인 물질, 구조 등에 대해서는 추후에 좀더 상세하게 설명한다.
본 실시예에서는, 제1 도전형 영역(32)은 제1 방향(도면의 y축 방향)으로 연장되며 제2 방향(도면의 x축 방향)에서 복수로 구비되어 스트라이프 형상을 이루고, 제2 도전형 영역(34)은 제1 방향으로 연장되며 제2 방향에서 복수로 구비되어 스트라이프 형상을 이룰 수 있다. 제2 방향에서 제1 도전형 영역(32)과 제2 도전형 영역(34)이 서로 교번하여 위치할 수 있고, 제1 도전형 영역(32)과 제2 도전형 영역(34) 사이에 이들을 이격하는 배리어 영역(36)이 위치할 수 있다. 그리고 제1 전극(42)이 제1 도전형 영역(32)에 대응하여 스트라이프 형상으로 형성되고, 제2 전극(44)이 제2 도전형 영역(34)에 대응하여 스트라이프 형상으로 형성될 수 있다. 컨택홀(46)이 제1 및 제2 전극(42, 44)의 일부만을 제1 도전형 영역(32) 및 제2 도전형 영역(34)에 각기 연결하도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 하나의 제1 전극(42) 또는 하나의 제2 전극(44)에 대응하여 복수의 컨택홀(46)이 형성될 수 있다. 또는, 컨택홀(46) 각각이 제1 및 제2 전극(42, 44)에 대응하여 제1 및 제2 전극(42, 44)의 전체 길이에 형성될 수도 있다. 이에 의하면 제1 및 제2 전극(42, 44)과 제1 도전형 영역(32) 및 제2 도전형 영역(34)의 접촉 면적을 최대화하여 캐리어 수집 효율을 향상할 수 있다. 그 외의 다양한 변형이 가능하다.
상술한 바와 같이 제1 도전형 영역(32)의 폭이 제2 도전형 영역(34)의 폭보다 클 수 있고, 이에 대응하도록 제1 전극(42)(제1 전극(42)의 메인 전극부(42a) 및 연결 전극부(42b) 각각)의 폭이 제2 전극(44)(제2 전극(44)의 메인 전극부(44a) 및 연결 전극부(44b) 각각)의 폭보다 클 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 전극(42)(제1 전극(42)의 메인 전극부(42a) 및 연결 전극부(42b) 각각)의 폭이 제2 전극(44)(제2 전극(44)의 메인 전극부(44a) 및 연결 전극부(44b) 각각)의 폭과 같거나 그보다 작을 수도 있다.
본 실시예에 따른 태양 전지(10)에 광이 입사되면 베이스 영역(12a)과 제1 도전형 영역(32) 사이에 형성된 pn 접합에서의 광전 변환에 의하여 전자와 정공이 생성되고, 생성된 정공 및 전자는 중간막(20)을 통과하여 각기 제1 도전형 영역(32) 및 제2 도전형 영역(34)로 이동한 후에 제1 및 제2 전극(42, 44)으로 이동한다. 이에 의하여 전기 에너지를 생성하게 된다.
본 실시예에와 같이 반도체 기판(12)의 후면에 전극(42, 44)이 형성되고 반도체 기판(12)의 전면에는 전극이 형성되지 않는 후면 전극 구조의 태양 전지(10)에서는 반도체 기판(12)의 전면에서 쉐이딩 손실(shading loss)를 최소화할 수 있다. 이에 의하여 태양 전지(10)의 효율을 향상할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 그리고 제1 및 제2 도전형 영역(32, 34)이 중간막(20)을 사이에 두고 반도체 기판(12) 위에 형성되므로 반도체 기판(12)과 다른 별개의 층으로 구성된다. 이에 의하여 반도체 기판(12)에 도펀트를 도핑하여 형성된 도핑 영역을 도전형 영역으로 사용하는 경우보다 재결합에 의한 손실을 최소화할 수 있다.
본 실시예에서 제1 전극(42) 및 제2 전극(44)은 전도성 물질(일 예로, 금속)을 포함하여 구성될 수 있다. 이하에서는 도 3의 확대원을 참조하여 제1 및/또는 제2 전극(42, 44)의 적층 구조를 상세하게 설명한다. 도 3의 확대원에서는 제1 전극(42)을 확대하여 도시하였으나, 제2 전극(44)도 이와 동일한 적층 구조를 가질 수 있다. 이에 따라 이하에서는 제1 또는 제2 도전형 영역(32, 34)을 도전형 영역(32, 34)으로, 이에 연결되는 제1 또는 제2 전극(42)을 전극(42, 44)으로 지칭하여 설명한다. 그리고 제1 및/또는 제2 전극(42, 44)의 메인 전극부(42a, 44a)은 메인 전극부(42a)로, 제1 및/또는 제2 전극(42, 44)의 연결 전극부(42b, 44b)는 연결 전극부(42b)로 지칭하여 설명한다.
본 실시예에서는 도전형 영역(32, 34)과 전극(42, 44) 사이에 절연막(41)이 위치하여 전극(42, 44), 절연막(41) 및 도전형 영역(32, 34)이 금속-절연층-반도체(MIS) 구조를 형성하는 것을 예시하였다.
좀더 구체적으로, 후면 패시베이션막(40)의 컨택홀(46) 내부에는 도전형 영역(32, 34)과 전극(42, 44) 사이에 절연막(41)이 위치한다. 이에 의하여 후면 패시베이션막(40)이 제거되어 발생할 수 있는 패시베이션 특성의 저하를 효과적으로 방지할 수 있다. 그리고 도전형 영역(32, 34)과 전극(42, 44)이 직접 접촉하는 것에 비하여 계면 컨택 특성을 향상할 수 있다. 또한, 절연막(41)은 컨택홀(46)를 형성한 후에 수행되는 다양한 공정에서 도전형 영역(32, 34)이 손상되는 것을 방지할 수 있다.
본 실시예에서 절연막(41)은 내화 금속과 산소가 결합하여 형성된 내화 금속 산화물을 포함할 수 있다. 일 예로, 절연막(41)이 내화 금속 산화물로 이루어진 내화 금속 산화막일 수 있다. 실리콘 산화물로 구성된 절연막은 반사도가 낮은 반면, 상술한 절연막(41)은 높은 굴절률을 가져 장파장의 반사도를 좀더 향상할 수 있다. 이에 의하여 반도체 기판(12)의 후면에 도달한 광을 효과적으로 반사할 수 있다. 이때, 내화 금속 산화물로 구성된 절연막(41)은 화학 기상 증착이 아닌 원자층 증착법에 의하여 형성되어 높은 막 밀도를 가져 우수한 결정성을 가질 수 있다. 그러면, 광의 흡수를 최소화하여 광의 반사를 좀더 효과적으로 향상할 수 있고, 전극(42, 44)의 접촉 저항을 크게 저감할 수 있다.
예를 들어, 절연막(41)이 티타늄 산화물(TiOx, 일 예로, TiO2) 또는 몰리브덴 산화물(MoOx, 일 예로, MoO2 또는 MoO3)를 포함할 수 있다. 일 예로, 절연막(41)이 티타늄 산화막 또는 몰리브덴 산화막으로 이루어질 수 있으며, 특히 티타늄 산화막으로 이루어질 수 있다. 티타늄 산화물 또는 몰리브덴 산화물은 장파장의 광에 대하여 높은 반사도를 가지며 전극(42, 44)의 접촉 저항을 낮출 수 있는데, 특히, 티타늄 산화물이 이러한 효과가 우수하다. 좀더 구체적으로, 절연막(41)이 아나타제 상(anatase phase)을 가지는 티타늄 산화물을 포함하면 다른 상의 티티늄 산화물보다 우수한 결정성 및 높은 굴절률을 가져 반사도 향상 및 접촉 저항 저하 효과를 크게 향상할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 절연막(41)이 다른 상(예를 들어, 루타일 상(rutile phase))을 가지는 티타늄 산화물을 포함할 수도 있다.
이때, 도전형 영역(32, 34)과 전극(42, 44)이 절연막(41)을 사이에 두고 전기적으로 연결되므로, 도전형 영역(32, 34)과 전극(42, 44) 사이의 전기적 연결 특성을 향상할 수 있도록 절연막(41)이 얇게 형성될 수 있다. 즉, 절연막(41)은 후면 패시베이션막(40), 전면 패시베이션막(24), 반사 방지막(26)보다 작은 두께를 가지고, 중간막(20)과 같거나 이보다 작은 두께를 가질 수 있다. 특히, 절연막(41)이 중간막(20)보다 작은 두께를 가질 수 있다. 이는 절연막(41)이 전기적 연결 특성을 저하하지 않는 정도의 얇은 두께를 가지면 되기 때문이다.
예를 들어, 절연막(41)의 두께가 1nm 이하(일 예로, 0.005nm 내지 1nm)일 수 있다. 절연막(41)의 두께가 1nm를 초과하면, 도전형 영역(32, 34)과 전극(42, 44)의 전기적 연결 특성이 다소 저하될 수 있다. 그리고 절연막(41)의 두께가 0.005nm 미만이면, 균일한 두께로 절연막(41)을 전체적으로 형성하기 어려울 수 있으며 절연막(41)에 의한 효과가 충분하지 않을 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 변형이 가능하다.
도 3에서는, 일 예로, 절연막(41)이 컨택홀(46)에 의하여 노출된 반도체층(30)과 함께 후면 패시베이션막(40)의 표면 및 측면을 덮으면서 전체적 및 연속적으로 형성된 것을 예시하였다. 이때, 절연막(41)은 매우 얇은 두께를 가지므로 컨택홀(46)에 의한 단차, 굴곡 등을 그대로 구비하면서 형성될 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 도 4에 도시한 바와 같이, 절연막(41)이 전극(42, 44)의 패터닝 시에 함께 패터닝되어 전극(42, 44)이 위치한 부분에만 형성되어 전극(42, 44)의 측면(특히, 메인 전극부(42a, 44a)의 측면)에 연속적으로 연결되는 측면을 가질 수도 있다. 또한, 도 3에서는 절연막(41)이 반도체 기판(12)의 후면 쪽에만 위치하여 전면 등에서 반사 특성을 변화시키는 것을 방지하는 것을 예시하였다. 그러나 절연막(41)이 반도체 기판(12)의 측면 및/또는 전면에도 위치할 수 있다. 그러면, 전극(42, 44)의 패터닝 시에 반도체 기판(12)의 측면 및/또는 전면을 보호하는 등의 역할을 할 수 있다. 이때, 절연막(41)은 반도체 기판(12)의 전면에서 일 예로, 전면 전계 영역(12b)과 전면 패시베이션막(24) 사이에 위치할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 절연막(41)의 형성 순서에 따라 절연막(41)이 전면 패시베이션막(24)과 반사 방지막(26) 사이 또는 반사 방지막(26) 위에 위치할 수도 있다. 또는, 도 5에 도시한 바와 같이, 절연막(41)이 형성되지 않아, 제1 및 제2 전극(42, 44)이 제1 및 제2 도전형 영역(32, 34)에 각기 접촉하는 것도 가능하다.
본 실시예에서 전극(42, 44)은, 도전형 영역(32, 34) 위에 위치(일 예로, 접촉)하는 메인 전극부(42a)와, 메인 전극부(42a) 위에 위치하는 연결 전극부(42b)를 포함한다.
여기서, 메인 전극부(42a)는 증착(일 예로, 스퍼터링)에 의하여 형성된 증착층(일 예로, 스퍼터링층)으로 구성될 수 있다. 좀더 구체적으로, 메인 전극부(42a)가 복수의 전극층(421, 422, 423, 424)을 포함하고, 복수의 전극층(421, 422, 423, 423) 각각이 스퍼터링층으로 구성될 수 있다. 본 실시예에서 메인 전극부(42a)는 도전형 영역(32, 34) 위에 위치(일 예로, 절연막(41) 또는 도전형 영역(32, 34)에 접촉)하는 제1 전극층(421)을 포함하고, 제1 전극층(421) 위에 차례로 위치하는 제2 전극층(422), 제3 전극층(423) 및 제4 전극층(424)을 포함할 수 있다.
제1 전극층(421)은 제2 내지 제4 전극층(422, 423, 424)(특히, 제2 전극층(422))의 금속 물질이 도전형 영역(32, 34)과 원하지 않게 반응하는 것을 방지하는 역할을 할 수 있다. 이때, 도전형 영역(32, 34)과 제1 전극층(421) 사이에 절연막(41)이 더 위치하여 절연막(41)도 배리어 역할을 수행하여 금속 물질의 확산에 의한 문제를 효과적으로 방지할 수 있다.
좀더 구체적으로는, 태양 전지(10)의 다양한 제조 공정 중에는 다양한 열처리 공정이 수행된다. 예를 들어, 전극(42, 44)을 형성하기 위한 전극 물질층을 스퍼터링과 같은 물리 증착법(physical vapor deposition, PVD) 등으로 형성한 후에는 전극 물질층의 스트레스를 줄이고 도전형 영역(32, 34)과의 컨택 특성을 개선하기 위하여 어닐링(annealing) 공정을 수행한다. 종래에는 이러한 열처리 공정 중에 도전형 영역(32, 34)의 반도체 물질이 제2 전극층(422)으로 확산하고 제2 전극층(422)의 전극 물질이 도전형 영역(32, 34) 쪽으로 확산하여 문제가 발생할 수 있다. 예를 들어, 제2 전극층(422)의 전극 물질(특히, 알루미늄)은 반도체 물질보다 낮은 융점을 가지기 때문에, 확산에 의하여 도전형 영역(32, 34)에 위치한 전극 물질이 쉽게 용출될 수 있고, 이에 의하여 도전형 영역(32, 34)이 작은 홀, 구멍 등이 형성되는 스파이킹(spiking) 현상이 발생 수 있다. 이와 같이 도전형 영역(32, 34)이 스파이킹 현상이 발생하면 도전형 영역(32, 34)에 결함이 발생하는 것이므로 도전형 영역(32, 34)의 특성이 크게 저하될 수 있다. 본 실시예에서는 도전형 영역(32, 34)과 제2 전극층(422) 사이에 제1 전극층(421) 및/또는 절연막(41)이 위치하여 이러한 문제를 방지할 수 있다.
이때, 제1 전극층(421)이 절연막(41)의 금속 산화물에 포함된 내화 금속과 동일한 내화 금속(예를 들어, 티타늄 또는 몰리브덴)을 포함할 수 있고, 제1 전극층(421)이 절연막(41)의 금속 산화물에 포함된 내화 금속층으로 이루어질 수 있다. 특히, 제1 전극층(421)의 금속과 절연막(41)에 포함된 내화 금속이 동일할 수 있다. 그러면, 제1 전극층(421)과 절연막(41)에 동일한 내화 금속이 구비되므로 화학적 농도 구배 등에 의한 확산이 일어나는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. 일 예로, 절연막(41)이 티타늄 산화물을 포함하고 제1 전극층(421)이 티타늄을 포함할 수 있다. 이 경우에는 낮은 접촉 저항 및 우수한 열적 안정성을 가져 안정적인 MIS 컨택 구조를 형성할 수 있다.
제1 전극층(421) 위에 위치(일 예로, 접촉)하는 제2 전극층(422)은 낮은 저항(일 예로, 제1 전극층(421)보다 낮은 저항)을 가져 전기적 특성을 향상하는 역할을 할 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이 제2 전극층(422)이 알루미늄(Al), 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au) 등을 포함할 수 있다. 특히, 제2 전극층(422)이 알루미늄을 포함할 수 있다. 제2 전극층(422)이 알루미늄을 포함하면 제2 전극층(422) 및 이를 포함하는 메인 전극부(42a)의 측면이 원하는 패턴에 따른 단면을 가질 수 있다. 반면, 제2 전극층(422)이 구리를 포함하면, 메인 전극부(42a)의 패터닝 시 사용되는 식각액이 구리로 구성된 제2 전극층(422)의 측면을 강하고 빠른 속도로 식각하여 제2 전극층(422)에 언더컷(under-cut)이 발생할 수 있다. 이에 의하여 제2 전극층(422)의 측면의 적어도 일부가 제1, 제3 및 제4 전극층(421, 422, 423, 424)보다 내부로 위치하여 원하는 형상으로 메인 전극부(42a)를 안정적으로 패터닝하기 어려울 수 있다.
제2 전극층(422) 위에 위치(일 예로, 접촉)하는 제3 전극층(423)은 제2 전극층(422)의 금속 물질이 제4 전극층(424)으로 확산하는 것을 방지하는 배리어 역할을 할 수 있다. 제2 전극층(422)의 금속 물질이 제4 전극층(424)의 금속 물질과 반응하여 형성된 합금에 의하여 저항이 증가할 수 있는데, 이를 제3 전극층(423)이 방지할 수 있다. 제3 전극층(423)은 제1 전극층(421)과 동일한 물질(즉, 내화 금속, 일 예로, 티타늄, 몰리브덴, 또는 텅스텐)을 가질 수 있다.
제3 전극층(423) 위에 위치(일 예로, 접촉)하는 제4 전극층(424)은 주석(Sn) 또는 니켈-바나듐 합금(NiV)를 포함할 수 있다. 주석 또는 니켈-바나듐 합금은 연결 전극부(42b)와의 접합 특성이 매우 우수하다. 좀더 구체적으로, 연결 전극부(42b)가 주석을 포함하면, 연결 전극부(42b)의 주석과 니켈-바나듐 합금의 니켈의 접합 특성이 매우 우수하다. 그리고 니켈-바나듐 합금은 융점이 약 1000℃ 이상으로 매우 높은 수준이므로, 제1 내지 제3 전극층(421, 422, 423)보다 높은 융점을 가진다. 이에 의하여 배선부(140)와의 접합 공정 또는 태양 전지(10)의 제조 공정 중에 변형되지 않으며 제1 내지 제3 전극층(421, 422, 423)을 보호하는 캡핑막의 역할을 충분하게 수행할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 제4 전극층(424)이 다양한 전도성 물질(일 예로, 다양한 금속)으로 구성될 수 있다.
제1 전극층(421)의 두께는 제2 전극층(422) 및 제4 전극층(424)의 두께보다 각기 작을 수 있다. 좀더 구체적으로, 제1 전극층(421)의 두께는 50nm 이하(예를 들어, 15nm 이하, 일 예로, 2nm 내지 15nm)일 수 있다. 제1 전극층(421)은 얇은 두께로도 상술한 효과를 충분하게 구현할 수 있기 때문이다.
제2 전극층(422)은 제1 전극층(421), 제3 전극층(423) 및/또는 제4 전극층(424)보다 큰 두께를 가질 수 있고, 일 예로, 50nm 내지 400nm의 두께를 가질 수 있다. 일 예로, 제2 전극층(422)의 두께가 100nm 내지 400nm(좀더 구체적으로는 100nm 내지 300nm)일 수 있다. 제2 전극층(422)의 두께가 50nm 미만이면, 배리어층 및 반사 전극층의 역할을 수행하기 어려울 수 있다. 제2 전극층(422)의 두께가 400nm를 초과하면, 반사 특성 등이 크게 향상되지 못하면서도 제조 비용은 증가할 수 있다. 제2 전극층(422)의 두께가 100nm 내지 300nm이면, 저항을 좀더 저감하면서 열적 스트레스에 의한 박리를 효과적으로 방지할 수 있다.
제3 전극층(423)은 제2 전극층(422) 및 제4 전극층(424) 각각보다 작은 두께를 가질 수 있다. 일 예로, 제3 전극층(423)의 두께가 50nm 이하일 수 있다. 제3 전극층(423)의 두께가 50nm를 초과하면, 저항이 상대적으로 증가할 수 있다. 여기서, 제3 전극층(423)의 두께가 5nm 내지 50nm일 수 있다. 제3 전극층(423)의 두께가 5nm 미만인 경우에는 제3 전극층(423)이 제2 전극층(422)와 제4 전극층(424) 사이에서 고르게 형성되지 않아 이들 사이의 반응을 막는 효과가 충분하지 않을 수 있다. 또는, 제3 전극층(423)은 제1 전극층(421)과 동일 또는 유사한 두께를 가지거나, 제1 전극층(421)보다 두꺼운 두께를 가질 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 제3 전극층(423)의 두께를 제1 전극층(421)보다 작게 할 수도 있다.
제4 전극층(424)은 나노 수준의 두께, 예를 들어, 50nm 내지 300nm의 두께를 가질 수 있다. 제4 전극층(424)의 두께가 50nm 미만이면 연결 전극부(42b)와의 접합 특성이 저하될 수 있고, 300nm를 초과하면 제조 비용이 증가할 수 있다.
본 실시예에서는 제1 전극층(421), 제2 전극층(422), 제3 전극층(423) 및 제4 전극층(424)이 서로 접촉하도록 형성될 수 있다. 그러면, 메인 전극부(42a)의 특성을 향상하면서도 메인 전극부(42a)의 적층 구조를 단순화할 수 있다. 일 예로, 본 실시예에서 메인 전극부(42a)가 제1 내지 제4 전극층(421, 422, 423, 424)을 구비하는 4층의 적층 구조를 가질 수 있다. 이에 의하면 메인 전극부(42a)의 적층 구조를 최대한 단순화할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 메인 전극부(42a)가 제1 내지 제4 전극층(421, 422, 423, 424)의 사이 또는 그 위에 별도의 층을 구비할 수도 있다. 또한, 제1 내지 제4 전극층(421, 422, 423, 424) 중 적어도 하나의 전극층을 포함하지 않을 수도 있다.
본 실시예에서는 스퍼터링에 의하여 제1 내지 제4 전극층(421, 422, 423, 424)을 포함하는 복수의 전극 물질층을 형성한 다음 이를 패터닝하여 메인 전극부(42a)를 형성할 수 있다. 좀더 구체적으로, 후면 패시베이션막(40)의 컨택홀(46)을 채우도록 제1 내지 제4 전극층(421, 422, 423, 424)에 해당하는 전극 물질층을 차례로 전체적으로 형성한 후에, 이들을 패터닝하는 것에 의하여 메인 전극부(42a)를 형성할 수 있다. 이와 같이 스퍼터링에 의하면 해당 물질이 태양 전지(10)의 두께 방향으로 적층되므로, 제1 전극층(421)이 전체 부분에서 균일한 두께를 가지고, 제2 전극층(422)이 전체 부분에서 균일한 두께를 가지고, 제3 전극층(423)이 전체 부분에서 균일한 두께를 가지며, 제4 전극층(424)이 전체 부분에서 균일한 두께를 가지도록 적층된다. 여기서, 균일한 두께라 함은 공정 오차 등을 고려할 때 균일하다고 판단될 수 있는 두께(예를 들어, 10% 이내의 차이를 가지는 두께)를 의미할 수 있다.
이와 같이 제1 내지 제4 전극층(421, 422, 423, 424)이 각기 스퍼터링에 의하여 형성되면, 각 전극층(421, 422, 423, 424)에 포함될 수 있는 단일 금속을 포함하는 단일 금속막(불가피한 불순물 외에 나머지 전부가 단일 금속)으로 이루어질 수 있다. 이에 따라 제1 내지 제4 전극층(421, 422, 423, 424)는 각 각 전극층(421, 422, 423, 424)에 포함될 수 있는 단일 금속을 99.9 wt% 이상(좀더 구체적으로는 99.99 wt% 이상)으로 포함할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 제1 내지 제4 전극층(421, 422, 423, 424) 내의 단일 금속의 함량은 제1 내지 제4 전극층(421, 422, 423, 424)의 제조 방법, 공정 조건 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 제1 내지 제4 전극층(421, 422, 423, 424)의 물질, 두께, 적층 구조 등도 다양하게 변화될 수도 있다.
본 실시예에서는 스퍼터링층으로 구성되는 메인 전극부(42a) 위에 인쇄에 이하여 형성된 인쇄층으로 구성된 연결 전극부(42b)가 위치할 수 있다. 연결 전극부(42b)는 일 예로 메인 전극부(42a)(좀더 구체적으로, 제4 전극층(424))에 접촉할 수 있다. 본 실시예에서는 전극(42, 44)의 최외각층을 형성하며 인쇄층으로 구성된 연결 전극부(42b)의 밀도가 스퍼터링층으로 구성된 메인 전극부(42a)의 밀도보다 작다.
본 실시예에서 연결 전극부(42b)는 낮은 전기적 저항으로 전류를 수집 및 전달하는 전극으로서의 역할과 함께, 솔더 물질 및 접착 물질을 포함하여 배선재(142)과의 접착을 위한 솔더 페이스트로서의 역할을 수행할 수 있다. 즉, 연결 전극부(42b)는 종래의 전기적 특성 향상을 위한 전극의 역할과 배선재(142)와의 접착을 위한 솔더 페이스트의 역할을 함께 수행하는 솔더 페이스트 전극일 수 있다. 이에 따라 본 실시예에서는 전기적 연결을 위한 별도의 솔더 페이스트층(일 예로, 고온 소성 페이스트, 280℃를 초과하는 온도의 열처리에 의하여 솔더링되는 고온 소성 페이스트)을 구비하지 않는다. 따라서 배선재(142)가 연결 전극부(42b)(특히, 커버층(428))에 직접 연결되거나, 연결 전극부(42b)(특히, 커버층(428))에 위치(일 예로, 접촉)하는 접착층(LSP) 위에 직접 위치하여 전극(42, 44)에 연결될 수 있다. 이에 대해서는 추후에 도 7 및 도 8을 참조하여 상세하게 설명한다. 여기서, 접착층(LSP)은 배선재(142)와의 접착 또는 가고정을 위하여 배선재(142)에 대응하여 각 배선재(142)가 연장되는 방향을 따라 복수의 절연 부재(IP) 및 복수의 전극(42, 44) 위에 형성되는 것으로서, 각 전극(42, 44)에 대응하여 형성되는 연결 전극부(42b) 또는 종래의 솔더 페이스트층과 구별될 수 있다. 이러한 접착층(LSP)은 저온 솔더 페이스트로 구성될 수 있으며, 일 예로, 연결 전극부(42b) 또는 종래의 솔더 페이스트층보다 낮은 용융 온도를 가질 수 있다.
이에 따라 본 실시예에서 연결 전극부(42b)는 제1 금속, 제1 금속과 다른 제2 금속을 포함하는 솔더 물질, 그리고 접착 물질을 함께 포함하는 페이스트(금속 물질 페이스트)에 의하여 형성될 수 있다. 좀더 구체적으로, 연결 전극부(42b)는, 제1 금속을 포함하는 복수의 입자들(426a)이 서로 연결(일 예로, 접촉)되어 형성된 입자 연결층(426)과, 제2 금속을 포함하며 적어도 입자 연결층(426)의 외측 표면을 덮으면서 형성되는 커버층(428)을 포함할 수 있다. 열처리 공정 등에서 접착 물질 또는 이의 일부가 제거될 수 있고, 최종 구조에서 연결 전극부(426) 내에 접착 물질 또는 이를 구성하는 물질의 일부가 잔류하거나 잔류하지 않을 수도 있다. 그 외에도 다른 유기물 등이 더 잔류할 수 있다. 이러한 접착 물질 또는 이를 구성하는 물질의 잔류 여부 등은 다양한 성분 분석 방법, 현미경 사진 등에 의하여 판별할 수 있다.
여기서, 제1 금속은 연결 전극부(42b) 및 이를 포함하는 전극(42, 44)의 저항을 저감하기 위한 것이고, 제2 금속 또는 솔더 물질은 배선부(140)과의 솔더링을 위한 것이며, 접착 물질은 연결 전극부(42b)와 배선부(140)의 접착력을 향상하는 역할을 할 수 있다. 커버층(428) 또는 이를 구성하는 제2 금속은 입자 연결층(426)을 구성하는 금속의 산화를 방지하는 역할, 입자 연결층(426) 내에서 입자들(426a)의 연결을 보조하는 역할 등을 추가적으로 수행할 수 있다.
연결 전극부(42b)에 포함되는 제1 금속은, 메인 전극부(42a)의 각 전극층(421, 422, 423, 424)의 물질 또는 제2 금속의 비저항과 같거나 그보다 작은 비저항을 가지는 금속일 수 있다. 특히, 메인 전극부(42a)의 각 전극층(421, 422, 423, 424)의 물질 또는 제2 금속의 비저항보다 낮은 비저항을 가지는 금속일 수 있다. 예를 들어, 제1 금속으로는 구리, 은, 알루미늄, 금 등을 사용할 수 있는 반면, 비저항이 높은 티타늄(Ti) 등은 사용하지 않을 수 있다. 특히, 제1 금속은 비저항이 매우 낮고 가격이 저렴한 구리일 수 있다.
제2 금속을 포함하는 솔더 물질은 솔더링이 가능하도록 하는 물질일 수 있다. 예를 들어, 제2 금속은 주석(Sn)일 수 있고, 솔더 물질은 제2 금속 단독으로 구성되거나 다른 금속을 더 포함하는 합금일 수 있다. 예를 들어, 솔더 물질로 주석-은-구리(Sn/Ag/Cu, SAC)계 합금을 사용하여 솔더링 특성을 좀더 향상할 수 있다. 이때, 솔더 물질은 주석을 주요 물질(50 vol% 이상의 물질)로 포함하고, 은 및 구리는 주석보다 낮은 함량으로 포함될 수 있다. 이와 같이 제2 금속이 배선부(140)에 포함되는 솔더 금속(일 예로, 주석)과 동일한 물질을 포함하여, 배선부(140)와의 접촉 특성, 접합 특성을 크게 향상할 수 있다. 이러한 제2 금속 또는 솔더 물질은 제1 금속보다 낮은 녹는점을 가져, 열처리 공정에서 쉽게 용융한 후에 응집될 수 있다. 이에 따라 연결 전극부(42b)의 외측 표면에 커버층(428)을 안정적으로 형성할 수 있으며 제1 금속을 포함하는 입자들(426a)을 물리적 및 전기적으로 연결하는 역할을 한다. 주석을 포함하는 제2 금속이 제1 금속보다 이온화 경향 또는 금속의 반응성이 작으므로, 제1 금속 또는 입자 연결층(426)의 산화를 방지하는 역할도 할 수 있다.
접착 물질은 솔더링 특성을 향상하는 역할을 할 수 있는 물질로서 유기물, 무기물 등을 포함할 수 있고, 비전도성 특성을 가질 수 있다. 예를 들어, 접착 물질이 유기물 및 무기물을 함께 포함하는 물질, 일 예로, 탄소, 산화물, 로진(rosin) 등을 포함하는 플럭스(flux)일 수 있다. 플럭스는 탄소, 산화물, 로진 등을 함께 포함하여 솔더링 시 연결 전극부(42b)와 배선부(140)의 접착 특성을 향상하는 역할을 할 수 있다. 플럭스는 그 외에도 효과적인 분산 등을 위한 첨가제 등을 포함할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 배선부(140)의 부착 특성을 향상할 수 있는 다양한 물질을 접착 물질로 사용할 수 있다.
제1 금속, 제2 금속을 포함하는 솔더 물질, 그리고 접착 물질을 포함하는 페이스트(즉, 태양 전지(10)의 전극(42, 44)용 페이스트)에 대해서는 추후에 태양 전지 패널(100)의 제조 방법에서 좀더 상세하게 설명한다.
연결 전극부(42b)는 기존에 전극(42, 44)과 배선재(142)와의 접착을 위하여 사용하던 솔더 페이스트를 전극의 일부로 형성한 것으로서, 종래의 솔더 페이스트를 구성하는 물질에 저항을 낮추기 위한 제1 금속이 추가된 솔더 페이스트라 볼 수 있다. 또는, 연결 전극부(42b)는 기존의 전극부에 솔더 물질과 함께 접착 물질이 추가된 전극부라 볼 수 있다. 이에 의하여 연결 전극부(42b)는 우수한 전기적 특성을 가지는 전극으로서의 역할 및 배선부(140)와 우수한 접착력을 가지도록 하는 솔더 페이스트로서의 역할을 함께 수행하는 솔더 페이스트 전극이라 볼 수 있다. 또한, 접착 물질에 의하여 메인 전극부(42a)와의 접착력도 크게 향상할 수 있다.
입자 연결층(426)은 낮은 비저항을 가지는 제1 금속을 포함하는 복수의 입자들(426a)을 포함하여, 전극(42, 44)의 저항을 낮추는 역할을 할 수 있다. 입자 연결층(426)은 제1 금속의 녹는점보다 낮은 녹는점에서 경화되어 전극(42, 44)의 두께 방향 및/또는 평면 방향으로 복수의 입자들이 서로 응집(aggregation) 및 연결(일 예로, 교차 결합(cross-linking))되어 형성된 층일 수 있다. 일 예로, 입자 연결층(426)의 복수의 입자들은 직접 접촉에 의하여 서로 물리적 및 전기적으로 연결될 수도 있고, 복수의 입자들 사이 또는 복수의 입자들에 걸쳐서 위치한 커버층(428) 또는 잔류 부분(428a, 428b), 또는 바인더를 통하여 서로 물리적 및 전기적으로 연결될 수도 있다. 이와 같은 입자 연결층(426)은 경화에 의하여 서로 연결된 층이다. 이에 따라 입자 연결층(426)을 형성하기 위한 열처리에서, 제1 금속은 녹는점 이상까지 용융되지 않으며, 소결되지 않아 입자들의 일부가 변형되어 결합하는 네킹(necking) 현상 등이 발생하지 않는다. 이에 따라 입자 연결층(426)은 대략적인 구형의 형상을 가진 복수의 입자들(426b)이 서로 접촉 또는 연결된 상태로 잔류하고 있어 입자 연결층(426)의 외측 표면(메인 전극부(42a)에 접하지 않는 표면 또는 커버층(428)에 의하여 커버된 표면)에는 외측에 위치한 복수의 입자들(426a)의 일부분들의 표면을 따라 울퉁불퉁한 굴곡이 구비된 굴곡면의 형태를 가진다. 예를 들어, 입자 연결층(426)의 외측 표면은 대략적인 구형 형상의 부분들에 대응하는 복수의 오목부를 구비하는 굴곡면의 형태를 가질 수 있다.
예를 들어, 복수의 입자들(426a)은 2um 이상(일 예로, 2um 내지 15um)의 평균 입경을 가질 수 있다. 평균 입경이 2um 미만인 입자(426a)를 형성하는 데 어려움이 있을 수 있다. 입자(426a)의 평균 입경이 15um를 초과하면, 전극(42, 44)을 원하는 얇은 폭으로 형성하는 데 어려움이 있을 수 있다. 또는, 복수의 입자들(426a)의 평균 입경은 메인 전극부(42b)를 구성하는 각 전극층(421, 422, 423, 424)의 두께보다 클 수 있다. 일 예로, 복수의 입자들(426a)의 평균 입경은 메인 전극부(42b)의 총 두께와 같거나 그보다 클 수 있다(특히, 클 수 있다). 복수의 입자들(426a)이 이와 같이 일정 수준 이상의 평균 입경을 가지는 경우에 연결 전극부(42b)의 저항을 효과적으로 저감할 수 있기 때문이다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
커버층(428)은 제2 금속을 포함하며 적어도 입자 연결층(426)의 외측 표면을 덮으면서 형성된다. 제2 금속이 제1 금속보다 낮은 녹는점을 가지면, 상대적으로 낮은 온도에서도 쉽게 녹아서 서로 쉽게 응집할 수 있다. 이에 따라 열처리 공정에서 제1 금속을 포함하는 복수의 입자(426a) 사이로 빠져나와서 입자 연결층(426)의 외측 표면에서 서로 응집하여 층상 형상을 구성하여 커버층(428)을 형성할 수 있다. 커버층(428)은 입자 연결층(426)의 외측 표면을 전체적 및 연속적으로 덮으면서 형성될 수 있다. 이에 따라 입자 연결층(426)의 특성 변화(예를 들어, 산화) 등을 방지하고 입자 연결층(426)을 보호하는 역할을 효과적으로 수행할 수 있다. 또한, 커버층(428)을 구성하는 제2 금속이 솔더 물질에 포함되는 물질을 포함하면 배선부(140) 등과의 접촉 특성을 향상할 수 있다.
여기서, 커버층(428)은 제1 금속으로 구성된 복수의 입자(426a)의 사이를 채우면서 형성될 수 있다. 그리고 커버층(428)과 이격하여 복수의 입자(426a) 사이 또는 메인 전극부(42a)에 인접한 경계면 등에 커버층(428)과 동일한 제2 금속을 포함하는 잔류 부분(428a, 428b)이 더 위치할 수 있다. 잔류 부분(428a, 428b)은 커버층(428)과 이격하여 복수의 입자(426a) 사이에 위치하는 제1 잔류 부분(428a), 메인 전극부(42a)에 인접한 경계면 등에서 부분적으로 형성되며 커버층(428)보다 얇은 두께를 가지는 제2 잔류 부분(428b) 등을 포함할 수 있다.
본 실시예에서 연결 전극부(42b)에서 제1 금속의 부피비가 제2 금속의 부피비와 같거나 그보다 작을 수 있다. 일 예로, 연결 전극부(42b)에서 제1 금속의 부피비가 제2 금속의 부피비보다 작을 수 있다. 이에 의하면, 연결 전극부(42b)에 솔더링에 관여하는 제2 금속이 충분한 양으로 포함되어 배선부(140)와의 접착 특성을 향상할 수 있기 때문이다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 연결 전극부(42b)에서 제1 금속의 부피비가 제2 금속의 부피비보다 클 수도 있다.
입자 연결층(426)의 두께는 커버층(428)의 두께보다 작거나, 커버층(428)의 두께와 같거나, 커버층(428)의 두께보다 클 수 있다. 일 예로, 제2 금속이 더 큰 부피비로 포함되어 커버층(428)의 두께가 입자 연결층(426)의 두께와 같거나 그보다 클 수도 있다. 입자 연결층(426)의 외측 표면은 복수의 입자들의 형상에 의하여 울퉁불퉁한 굴곡이 구비된 굴곡면으로 구성될 수 있다. 이때, 입자 연결층(426)의 외측 표면의 표면 거칠기(입자 연결층(426)의 외측 표면에서 외부로 가장 많이 돌출된 부분과 가장 낮은 부분 사이의 거리)(R1)보다 커버층(428)의 제2 두께(T)가 더 클 수 있다. 이에 의하면 커버층(428)이 안정적으로 입자 연결층(426)을 덮을 수 있다. 그리고 커버층(428)의 외측 표면은 입자 연결층(426)의 외측 표면보다 낮은 표면 거칠기를 가질 수 있다. 이에 의하면 배선부(140) 등이 접착되는 면에서 연결 전극부(42b)의 표면 거칠기를 줄여 배선부(140) 등과의 접합 안정성을 좀더 향상할 수 있다.
상술한 바와 같이 연결 전극부(42b)가 인쇄에 의하여 형성된 인쇄층으로 구성되는바, 입자 연결층(426)도 충분한 두께로 형성할 수 있어 제1 금속에 의한 낮은 비저항에 의하여 저항을 효과적으로 저감할 수 있다.
그리고 전극(42, 44)이 연장되는 제1 방향(도면의 y축 방향)과 교차하는 제2 방향(도면의 x축 방향)에서 볼 때 연결 전극부(42b)의 폭(일 예로, 최대 폭)이 메인 전극부(42a)의 폭(일 예로, 최대 폭)과 같거나 그보다 작을 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 제2 방향에서 볼 때 연결 전극부(42b)의 폭(일 예로, 최대 폭)이 메인 전극부(42a)의 폭(일 예로, 최대 폭)보다 클 수 있다.
일 예로, 메인 전극부(42a)의 폭(일 예로, 최대 폭)에 대한 연결 전극부(42b)의 폭(일 예로, 최대 폭)의 비율이 0.5 이상(일 예로, 0.8 내지 1.5)일 수 있다. 상술한 비율이 0.5 미만이면 연결 전극부(42b)에 의한 저항 저감 효과가 충분하지 않을 수 있다. 상술한 비율이 0.8 이상이면 연결 전극부(42b)에 의한 저항 저감 효과를 충분하게 구현할 수 있다. 상술한 비율이 1.5를 초과하면, 메인 전극부(42a) 이외에 형성된 연결 전극부(42b)에 의하여 구조적 안정성, 절연 특성 저하 등의 문제가 발생할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
그리고 제2 방향으로 볼 때 전극(42, 44)은 컨택홀(46)의 폭보다 큰 폭을 가지도록 형성될 수 있다. 이는 제1 및 제2 전극(42, 44)의 폭(전극(42, 44)을 구성하는 부분의 폭 중 가장 넓은 폭)을 충분하게 확보하여 전극(42, 44)의 저항을 저감하기 위함이다. 이에 따라 전극(42, 44)(특히, 제1 전극층(421))은 컨택홀(46) 내부(바닥면 및 측면)에 위치한 절연막(41) 위, 그리고 컨택홀(46)에 인접한 후면 패시베이션막(40) 위에 위치한 절연막(41) 위에 걸쳐서 형성될 수 있다. 절연막(41)이 구비되지 않은 경우에는 전극(42, 44)(특히, 제1 전극층(421))이 컨택홀(46)의 내부를 통하여 노출된 도전형 영역(32, 34) 위, 그리고 컨택홀(46)에 인접한 후면 패시베이션막(40)의 측면 및 표면 위에 걸쳐서 형성될 수 있다.
그리고 연결 전극부(42b)는 메인 전극부(42a)보다 큰 두께를 가질 수 있다. 연결 전극부(42b)는 전극(42, 44)의 저항을 낮추는 역할도 수행하는바, 충분한 두께로 형성하여 저항을 효과적으로 낮출 수 있다. 예를 들어, 메인 전극부(42a)의 두께(일 예로, 평균 두께)에 대한 연결 전극부(42b)의 두께(일 예로, 평균 두께)의 비율이 10배 이상일 수 있다. 일 예로, 메인 전극부(42a)의 두께에 대한 연결 전극부(42b)의 두께의 비율이 10배 내지 250배일 수 있다. 상기 비율이 10배 이상일 때 연결 전극부(42b)의 두께에 의한 저항 저감 효과를 최대화할 수 있다. 상기 비율이 250배를 초과하면, 전극(42, 44)의 구조적 안정성이 저하되는 등의 문제가 있을 수 있다. 또는, 메인 전극부(42a)의 두께가 1um 이하(예를 들어, 600nm 이하)이고, 연결 전극부(42b)의 두께가 5um 이상(예를 들어, 10um 내지 100um, 좀더 구체적으로, 10um 내지 50um)일 수 있다. 이러한 범위 내에서 메인 전극부(42a) 및 연결 전극부(42b)에 의한 효과를 최대화하면서 제조 공정을 단순화하고 전극(42, 44)의 구조적 안정성을 저하시키지 않을 수 있다.
상술한 바와 같이 본 실시예에서 연결 전극부(42b)는 메인 전극부(42a) 위에 제1 금속, 제2 금속을 포함하는 솔더 물질, 그리고 접착 물질을 함께 포함하는 페이스트(일 예로, 솔더 페이스트)를 도포하여 건조 및 경화(curing)하여 전극의 일부로 형성하는 것에 의하여 형성될 수 있다. 그러면, 제조 공정을 단순화하면서 연결 전극부(42b)를 충분한 두께로 형성하여 연결 전극부(42b) 및 이를 포함하는 전극(42, 44)의 저항을 효과적으로 저감할 수 있다. 제1 금속, 솔더 물질 및 접착 물질을 포함하는 페이스트를 사용한 연결 전극부(42b)의 제조 방법에 대해서는 추후에 도 9a 내지 도 9f, 그리고 도 10을 참조하여 추후에 좀더 상세하게 설명한다.
이와 반대로, 제1 금속을 포함하는 전극층과 그 위에 형성되며 배선부와의 연걸을 위한 제2 금속을 포함하는 전극층을 별도로 형성하는 경우에는, 제1 금속의 산화를 방지하기 위하여 상술한 전극층들을 진공 장비 안에서 이들을 차례로 형성하여야 한다. 그러면, 공정이 복잡해지고 전극층들(특히, 제1 금속을 포함하는 전극층)을 충분한 두께로 형성하는 데 어려움이 있다. 반면, 본 실시예에서는 제1 금속과 제2 금속을 함께 포함하는 페이스트를 이용하는 인쇄 공정을 적용하여 공정을 단순화하면서도 충분한 두께로 연결 전극부(42b)를 형성할 수 있다. 특히, 제1 금속을 포함하는 복수의 입자들이 연결되어 형성된 입자 연결층(426)을 포함하는 연결 전극부(42b)는 상대적으로 낮은 온도(일 예로, 450℃ 이하)의 열처리에 의하여 형성될 수 있는바, 전극(42, 44)의 형성 공정에서 도전형 영역(32, 34)의 특성이 저하되거나 도전형 영역(32, 34)이 손상되는 문제가 발생하지 않는다.
본 실시예와 달리 전극이 인쇄층으로만 이루어지는 경우에는 전극이 밀도가 낮은 층만으로 이루어져 도전형 영역(32, 34)과의 컨택 특성 등이 우수하지 않을 수 있고, 전극이 도전형 영역(32, 34)으로부터 쉽게 박리될 수 있다. 또한, 인쇄층으로 형성된 전극을 도전형 영역(32, 34)에 연결하기 위하여 소성 또는 소결(sintering) 공정이 필요하므로 높은 온도(일 예로, 700℃ 이상)에서의 열처리가 필요하다. 그러면, 열처리 공정 중에 도전형 영역(32, 34)에 포함된 도펀트가 원하지 않게 확산 또는 활성화되어 도전형 영역(32, 34)의 특성이 변화할 수 있으며, 높은 온도에 의하여 도전형 영역(32, 34)이 손상되는 등의 문제가 발생할 수 있다.
또한, 본 실시예와 달리 전극이 스퍼터링층으로만 이루어지는 경우에는 전극을 충분한 두께(예를 들어, 1um 초과)로 형성하기 어려울 수 있다. 충분한 두께로 형성하기 위하여 공정 시간을 크게 증가시키면 전극 형성 시 도전형 영역(32, 34)의 특성이 저하되는 등의 문제가 있었다. 이에 따라 전극의 저항을 낮추는데 한계가 있었다.
또한, 본 실시예와 달리 전극이 도금층을 포함하는 경우에는 스퍼터링층, 인쇄층 등을 형성한 후에 도금을 통하여 도금층을 형성하여야 한다. 이 경우에는 도금층의 밀도는 스퍼터링층과 유사하고 인쇄층보다 높으므로, 외측에 위치한 도금층의 밀도가 내측에 위치한 스퍼터링층, 인쇄층 등과 같거나 그보다 높다. 종래와 같이 도금층을 포함하면 도금층이 스퍼터링층, 인쇄층 등의 측면 및 그 주변의 절연층 위에도 형성되는바, 후면 패시베이션막(40) 또는 절연막(41)에 핀 홀, 스크래치 등의 결함이 있는 경우에 그 부분에서도 도금이 이루어져 원하지 않는 부분이 도금될 수 있다. 그리고 도금 공정에서 사용하는 도금 용액이 산 또는 알칼리이므로 후면 패시베이션막(40) 또는 절연막(41)에 손상을 주거나 후면 패시베이션막(40) 또는 절연막(41)의 특성을 저하시킬 수 있다. 이에 따라 패시베이션 특성이 저하되고 누설 전류가 발생하여 태양 전지(10)의 개방 전압이 저하될 수 있다. 이와 같이 종래에 다양한 형태의 전극부를 혼합하여 사용하는 경우에 상술한 바와 같이 최외각층을 형성하는 전극부의 밀도는 그 하부에 위치한 전극부의 밀도와 같거나 그보다 높다. 이에 따라 외측에 낮은 밀도의 인쇄층이 위치하고 내측에 높은 밀도의 스퍼터링이 위치하는 본 실시예와 차이가 있다.
또 다른 예로 인쇄층과 도금층을 함께 형성하면 전극의 높이가 지나치게 커져서 전극의 안정성이 우수하지 않으며 전극에 배선부(140)가 안정적으로 부착되기 어려울 수 있다. 특히, 본 실시예에서와 같이 전극(42, 44)이 반도체 기판(12)의 일면(즉, 후면)에 함께 위치하여 배선부(140)가 전극(42, 44)과 교차하는 방향으로 연장되어 원하는 전극(42, 44)에만 연결하고 다른 전극(42, 44)에는 연결하지 않도록 부착해야 하는 구조에서는, 인쇄층과 도금층을 함께 형성한 전극에 배선부(140)를 안정적으로 부착하기 어려울 수 있다. 참조로, 도금층 위에 스퍼터링층을 형성하는 것은 기술적으로 가능성이 높지 않으며 공정 상으로도 유리하지 않다.
본 실시예에서는 상술한 바와 같이 연결 전극부(42b)를 인쇄층으로 구성하고 인쇄층 형성 시 원하는 형상으로 연결 전극부(42b)를 형성할 수 있다. 인쇄층은 패턴을 가지는 상태로 원하는 부분에만 형성할 수 있는바, 인쇄층에 의하여 원하지 않는 부분에 전극이 형성되어 발생될 수 있는 누설 전류, 패시베이션 특성 저하, 개방 전압 저하 등의 문제를 원천적으로 방지할 수 있다.
이때, 메인 전극부(42a)와 연결 전극부(42b) 사이에 메인 전극부(42a)(특히, 제4 전극층(424)에 포함된 금속과 제2 금속이 혼재되어 위치하는 금속간 화합물(inter-metallic compound, IMC)층(420)이 위치할 수 있다. 예를 들어, 금속간 화합물층(420)은 니켈-바나듐(Ni-V) 합금과 주석(Sn)이 혼재되어 위치하는 화합물층일 수 있다. 이러한 금속간 화합물층(420)은 연결 전극부(42b)를 형성하기 위한 인쇄층을 형성한 후에 수행되는 열처리 공정에서 형성될 수 있는데, 메인 전극부(42a)와 연결 전극부(42b) 사이에서 이들의 접합 특성을 향상하는 역할을 할 수 있다. 일 예로, 본 실시예에서는 연결 전극부(42b)에 제2 금속이 충분한 양으로 포함되어 금속간 화합물층(420)이 안정적으로 형성될 수 있다. 여기서, 금속간 화합물층(420)의 두께가 1nm 이상(일 예로, 20nm 내지 500nm)일 수 있다. 이러한 두께에서 금속간 화합물층(420)의 효과를 최대화하면서 다른 특성을 변화시키지 않을 수 있다. )
메인 전극부(42a) 및 연결 전극부(42b)의 적층 구조, 평면 형상 등에 대해서는 추후에 배선부(140)를 설명한 이후에 좀더 상세하게 설명한다.
본 실시예에서는 제1 및 제2 전극(42, 44)이 각기 메인 전극부(42a, 44a) 및 연결 전극부(42b, 44b)를 구비할 수 있다. 그리고 메인 전극부(42a, 44a)와 연결 전극부(42b, 44b) 사이에 금속간 화합물층(420)를 더 포함할 수 있다. 그러면, 제1 및 제2 전극(42, 44)의 메인 전극부(42a, 44a) 및 연결 전극부(42b, 44b)를 각기 동일한 공정에서 동시에 형성하여 공정을 단순화할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 및 제2 전극(42, 44) 중 어느 하나만 상술한 구조를 가지고 다른 하나는 이와 다른 구조를 가질 수도 있다. 그 외의 다양한 변형이 가능하다.
그리고 전극(42, 44)은 상술한 바와 같이 제1 방향(도면의 y축 방향)으로 연장되어 형성되며 구리 및 주석을 포함하는 연결 전극부(42b, 44b)(좀더 구체적으로는, 구리를 포함하는 입자 연결층(426)과 이 위를 덮는 커버층(428)을 포함하는 연결 전극부(42b, 44b))를 포함하는 제1 및 제2 전극(42, 44)의 부분(예를 들어, 제1 및 제2 전극(42, 44))이 반도체 기판(10)의 일면 위에 100개 이상 위치할 수 있다. 이에 의하여 캐리어 이동 거리를 줄일 수 있어 캐리어를 안정적으로 수집하여 전달할 수 있다. 여기서, 앞서 설명한 바와 같이, 일 방향으로 연장되어 형성되며 구리 및 주석을 포함하는 연결 전극부(42b, 44b)(좀더 구체적으로는, 구리를 포함하는 입자 연결층(426)과 이 위를 덮는 커버층(428)을 포함하는 연결 전극부(42b, 44b))의 두께 또는 이를 포함하는 제1 및 제2 전극(42, 44)의 두께가 5um 이상(일 예로, 10um 이상)수도 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
이러한 태양 전지(10)는 배선재(142)를 포함하는 배선부(140)에 의하여 다른 태양 전지(10) 또는 외부와 전기적으로 연결된다. 이하에서는 도 6 및 도 6을 참조하여 태양 전지(10)와 배선부(140)의 연결 구조를 좀더 상세하게 설명한다.
도 6은 도 1에 도시한 태양 전지 패널(100)에 포함된 두 개의 태양 전지(10), 절연 부재(IP), 그리고 배선부(140)를 개략적으로 도시한 후면 평면도이다. 도 7은 도 6의 VII-VII 선을 따라 잘라서 본 부분 단면도이다. 도 6 및 도 7에서는 태양 전지(10)의 전극(42, 44)과 배선부(140)의 연결 구조를 설명하기 위하여 전극(42, 44)과 배선부(140)의 연결 구조를 위주로 전극(42, 44)의 구조를 개략적으로만 도시하였다. 따라서 본 실시예는 도 6 및 도 7에 도시된 전극(42, 44) 및 배선재(20)의 개수, 형상 등에 한정되지 않는다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 본 실시예에서는 전극(42, 44)과 배선부(140)가 중첩된 복수의 중첩부 중 서로 전기적으로 연결되어야 될 중첩부에서는 전극(42, 44)(연결 전극부(42b, 44b)과 배선부(140)가 접착층(LSP)를 사이에 두고 접촉하여 연결되고, 서로 전기적으로 연결되지 않아야 할 중첩부에서는 전극(42, 44)과 배선부(140) 사이에 절연 부재(IP)가 위치한다. 이에 따라 전극(42, 44)과 배선부(140) 사이에 각기 별도로 위치하는 연결 부재(일 예로, 종래의 솔더 페이스트층)를 생략할 수 있다.
좀더 구체적으로, 제1 태양 전지(10a)의 제1 전극(42)과 이에 인접한 제2 태양 전지(10b)의 제2 전극(44)은 복수 개의 배선재(142) 및 연결 배선(144)에 의하여 연결될 수 있다.
본 실시예에서 전극(42, 44)은 제1 방향(도면의 y축 방향)으로 연장되며 이에 교차하는 방향(도면의 x축 방향)에서 서로 교번하여 위치하는 복수의 제1 및 제2 전극(42, 44)을 포함할 수 있다. 그리고 배선재(142)는, 제2 방향으로 연장되며 제1 전극(42)에 전기적으로 연결되는 제1 배선(142a) 및 제2 방향으로 연장되며 제2 전극(44)에 전기적으로 연결되는 제2 배선(142b)를 포함할 수 있다. 제1 배선(142a)이 복수로 구비되고 제2 배선(142b)이 복수로 구비되며, 제1 방향에서 제1 배선(142a)과 제2 배선(142b)이 서로 교번하여 위치할 수 있다. 그러면, 복수의 제1 및 제2 배선(142a, 142b)이 균일한 간격을 가지면서 제1 및 제2 전극(42, 44)에 연결되어 캐리어를 효과적으로 전달할 수 있다.
이때, 제1 배선(142a)은 각 태양 전지(10)에 구비된 제1 전극(42)에 접착층(LSP)을 사이에 두고 직접 접촉하여 전기적으로 연결되고, 제2 배선(142b)은 각 태양 전지(10)에 구비된 제2 전극(44)에 접착층(LSP)을 사이에 두고 직접 접촉하여 전기적으로 연결된다. 그리고 절연 부재(IP)에 의하여 제1 배선(142a)과 제2 전극(44), 그리고 제2 배선(142b)과 제1 전극(42)가 서로 절연될 수 있다.
절연 부재(IP)는 적어도 전기적으로 서로 연결되지 않아야 할 제1 배선(142a)과 제2 전극(44)의 중첩부에 위치하여 이들을 전기적으로 절연시킬 수 있다. 이와 유사하게, 절연 부재(IP)가 적어도 전기적으로 서로 연결되지 않아야 할 제2 배선(142b)과 제1 전극(42)의 중첩부에 위치하여 이들을 전기적으로 절연시킬 수 있다. 절연 부재(IP)는 다양한 절연 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 절연 부재(IP)는 실리콘계 수지, 에폭시계 수지, 우레탄계 수지, 아크릴계 수지, 폴리이미드, 폴리에틸렌 등을 포함할 수 있다.
본 실시예에서 연결 전극부(42b)는 메인 전극부(42a) 위에서 다양한 평면 형상을 가지면서 형성될 수 있다.
일 예로, 도 6의 확대도에 도시한 바와 같이, 메인 전극부(42a, 44a)가 제1 방향(도면의 y축 방향)을 따라 길게 연속적으로 이어지고, 연결 전극부(42b, 44b)가 제1 방향에서 메인 전극부(42a, 44a)의 일부 위에 부분적으로 형성되고 다른 일부 위에는 형성되지 않을 수 있다. 이때, 연결 전극부(42b, 44b)는 서로 전기적으로 연결되어야 할 전극(42, 44)과 배선부(140)가 중첩되는 부분을 부분적으로 또는 전체적으로 포함하도록 형성될 수 있다. 일 예로, 연결 전극부(42b, 44b)가 제1 방향에서 일정 간격을 두고 서로 이격되도록 복수로 구비될 수 있다.
좀더 구체적으로, 도 7에 도시한 바와 같이, 제1 전극(42)에서 메인 전극부(42a)가 제1 방향을 따라 길게 연속적으로 이어지고, 메인 전극부(42a) 위에 제1 방향에서 서로 이격되어 위치하는 복수의 절연 부재(IP)가 위치할 수 있다. 복수의 절연 부재(IP)는 제2 배선(142b)이 중첩되는 부분에 대응하여 위치할 수 있다. 그리고 연결 전극부(42b)가 메인 전극부(42a) 위에서 복수의 절연 부재(IP)가 위치하지 않은 부분, 적어도 제1 배선(142a)이 중첩되는 부분을 포함하도록 위치할 수 있다. 여기서, 제1 방향에서 연결 전극부(42b)가 제1 배선(142a)과 중첩되는 부분과 같거나 그보다 큰 길이를 가질 수 있다. 특히, 제1 방향에서 연결 전극부(42b)가 제1 배선(142a)과 중첩되는 부분보다 큰 길이를 가질 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 제1 방향에서 연결 전극부(42b)가 제1 배선(142a)와 중첩되는 부분보다 작은 길일을 가질 수 있다. 이때, 연결 전극부(42b)가 제1 방향에서 복수의 절연 부재(IP)와 이격되어 위치할 수 있다. 이에 의하면 연결 전극부(42b)의 면적을 줄여 연결 전극부(42b)의 형성 공정을 단순화하고 재료 비용을 절감할 수 있다.
이와 유사하게, 제2 전극(44)에서 메인 전극부(44a)가 제1 방향을 따라 길게 연속적으로 이어지고, 메인 전극부(44a) 위에 제1 방향에서 서로 이격되어 위치하는 복수의 절연 부재(IP)가 위치할 수 있다. 복수의 절연 부재(IP)는 제1 배선(142a)이 중첩되는 부분에 대응하여 위치할 수 있다. 그리고 연결 전극부(44b)가 메인 전극부(44a) 위에서 복수의 절연 부재(IP)가 위치하지 않은 부분, 적어도 제2 배선(142b)이 중첩되는 부분을 포함하도록 위치할 수 있다. 여기서, 제1 방향에서 연결 전극부(44b)가 제2 배선(142b)과 중첩되는 부분과 같거나 그보다 큰 길이를 가질 수 있다. 특히, 제1 방향에서 연결 전극부(44b)가 제2 배선(142b)과 중첩되는 부분보다 큰 길이를 가질 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 제1 방향에서 연결 전극부(44b)가 제2 배선(142b)와 중첩되는 부분보다 작은 길일을 가질 수 있다. 이때, 연결 전극부(44b)가 제1 방향에서 복수의 절연 부재(IP)와 이격되어 위치할 수 있다. 이에 의하면 연결 전극부(44b)의 면적을 줄여 연결 전극부(44b)의 형성 공정을 단순화하고 재료 비용을 절감할 수 있다.
도 7 및 상술한 설명에서는 연결 전극부(42b, 44b)와 배선재(142) 사이에 접착층(LSP)이 위치하는 것을 예시하였다. 일 예로, 연결 전극부(42b, 44b)와 배선재(142) 사이에서 접착층(LSP)이 연결 전극부(42b, 44b)와 배선재(142)에 접촉할 수 있다. 이에 의하면 접착층(LSP)이 연결 전극부(42b, 44b)와 배선재(142)를 가고정하는 역할을 하여 연결 전극부(42b, 44b)와 배선재(142)를 안정적으로 부착할 수 있다.
간략한 도시 및 명확한 이해를 위하여 본 명세서에서 도 7 등의 단면도에서는 접착층(LSP)이 연결 전극부(42b, 44b) 위에만 위치하고 절연 부재(IP) 위에는 위치하는 것으로 도시하였다. 그러나 실제로 접착층(LSP)은 제2 방향을 따라 길게 연장되어 배선재(142)의 연장 방향을 따라 복수의 연결 전극부(42b, 44b) 및 복수의 절연 부재(IP)에 걸쳐서 형성되는 일자 형상을 가질 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 접착층(LSP)의 형상, 배치 등은 다양하게 변형될 수 있다.
다른 예로, 도 8에 도시한 바와 같이, 전극(42, 44)과 배선부(140)가 중첩된 복수의 중첩부 중 서로 전기적으로 연결되어야 될 중첩부에서는 전극(42, 44)(연결 전극부(42b, 44b)과 배선부(140)가 직접 접촉하여 연결될 수도 있다. 좀더 구체적으로, 제1 배선(142a)은 각 태양 전지(10)에 구비된 제1 전극(42)에 직접 접촉하여 전기적으로 연결되고, 제2 배선(142b)은 각 태양 전지(10)에 구비된 제2 전극(44)에 직접 접촉하여 전기적으로 연결될 수 있다.
상술한 구조의 태양 전지(10) 및 이를 포함하는 태양 전지 패널(100)의 제조 방법을, 도 1 내지 도 8과 함께, 도 9a 내지 도 9f, 그리고 도 10을 참조하여 상세하게 설명한다. 도 9a 내지 도 9f는 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 패널(100)의 제조 방법의 일부를 도시한 단면도들이다. 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 패널(100)의 제조 방법에서 연결 전극부(42b)를 형성하기 위하여 사용하는 페이스트에 포함되는 금속 입자(426b)를 개략적으로 도시한 도면이다. 상술한 설명에서 이미 설명한 부분에 대해서는 상세한 설명을 생략하고 설명되지 않은 부분을 위주로 상세하게 설명한다.
도 9a를 참조하면, 반도체 기판(12)의 후면 위에 중간막(20), 제1 도전형 영역(32), 제2 도전형 영역(34), 배리어 영역(36), 후면 패시베이션막(40), 절연막(41) 등을 형성하고, 반도체 기판(12)의 전면 쪽에 전면 전계 영역(12b), 전면 패시베이션막(24), 반사 방지막(26) 등을 형성하여 광전 변환부를 형성한다. 이때, 후면 패시베이션막(40)은 전극(도 9c의 참조부호 42, 44, 이하 동일)이 형성될 부분에 대응하여 컨택홀(46)이 형성된 상태다.
중간막(20), 제1 도전형 영역(32), 제2 도전형 영역(34), 배리어 영역(36), 후면 패시베이션막(40), 절연막(41), 전면 전계 영역(12b), 전면 패시베이션막(24), 반사 방지막(26) 등의 형성 순서, 형성 방법 등은 다양하게 변형될 수 있다.
예를 들어, 반도체 기판(12)의 텍스쳐링으로는 알려진 다양한 공정이 사용될 수 있다. 중간막(20) 또는 절연막(41)은 열적 성장법, 증착법(예를 들어, 화학 기상 증착법(PECVD), 원자층 증착법(ALD)) 등에 의하여 형성될 수 있다. 제1 및 제2 도전형 영역(32, 34)은 열적 성장법, 증착법(예를 들어, 저압 화학 기상 증착법(LPCVD)) 등에 의하여 형성된 반도체층에 도펀트를 도핑하여 형성될 수 있다. 도펀트의 도핑은 반도체층을 형성하는 공정에서 함께 수행될 수도 있고 반도체층을 형성한 이후에 수행되는 도핑 공정에 의할 수도 있다. 전면 전계 영역(12b)은 다양한 도핑 공정에 의하여 형성될 수 있다. 도핑 공정으로는 이온 주입법, 열 확산법, 레이저 도핑법 등으로 수행될 수 있다. 전면 패시베이션막(24), 반사 방지막(26) 또는 후면 패시베이션막(40)은 화학 기상 증착법, 진공 증착법, 스핀 코팅, 스크린 인쇄 또는 스프레이 코팅 등과 같은 다양한 방법에 의하여 형성될 수 있다. 컨택홀(46)은 레이저 식각, 습식 식각 등의 다양한 방법에 의하여 형성될 수 있다.
이어서, 도 9b 내지 9d에 도시한 바와 같이, 메인 전극부(42a, 44a) 및 연결 전극부(42b, 44b)을 포함하는 제1 및 제2 전극(42, 44)을 형성할 수 있다. 제1 및 제2 전극(42, 44)은 컨택홀(46)을 채우도록 형성될 수 있다. 일 예로, 본 실시예에서는 메인 전극부(42a, 44a)를 형성하는 단계와 연결 전극부(42b, 44b)를 형성하는 단계 사이에 절연 부재(IP)를 형성하는 단계를 수행한다. 이를 상세하게 서명한다.
도 9b에 도시한 바와 같이, 도전형 영역(32, 34) 위에 컨택홀(46)을 채우도록 메인 전극부(42a, 44a)를 형성할 수 있다. 메인 전극부(42a, 44a)는 스퍼터링에 의하여 형성될 수 있다.
제1 및 제2 전극(42, 44)의 메인 전극부(42a, 44a)는 반도체 기판(12) 및 도전형 영역(32, 34)(또는 이 위에 위치한 절연막(41)) 위에 스퍼터링을 수행하여 반도체 기판(12) 및 도전형 영역(32, 34)(또는 이 위에 위치한 절연막(41)) 위에 전체적으로 복수의 전극 물질층을 차례로 형성한 다음 이를 패터닝하여 형성될 수 있다. 패터닝 방법으로는 식각 용액, 식각 페이스트, 건식 식각 등을 이용하여 수행될 수 있다. 예를 들어, 메인 전극부(42a, 44a)가 형성되어야 할 부분에 레지스트 페이스트를 도포하고 식각 용액을 이용하여 나머지 부분을 식각하여 메인 전극부(42a, 44a)를 패터닝할 수 있다. 그 후에 레지스트 페이스트는 제거된다. 그 외의 다양한 방법이 가능하다.
이어서, 도 9c에 도시한 바와 같이, 절연 부재(IP)를 형성한다. 절연 부재(IP)는 인쇄 등에 의하여 원하는 패턴을 가지도록 형성될 수 있다.
이어서, 도 9d에 도시한 바와 같이, 메인 전극부(42a, 44a) 위에 연결 전극부(42b, 44b)를 형성한다. 연결 전극부(42b, 44b)는 인쇄에 의하여 형성될 수 있다. 그리고 도 9e에 도시한 바와 같이 연결 전극부(42b, 44b) 위에 접착층(LSP)을 형성하고, 도 9f에 도시한 바와 같이 전극(42, 44) 및 절연 부재(42, 44) 위에 배선재(142)를 위치시켜 배선부(140)를 부착한다.
좀더 구체적으로, 연결 전극부(42b, 44b)를 형성하기 위한 페이스트를 메인 전극부(42a, 44a) 위에 도포하고, 이를 건조하고, 건조된 페이스트를 열처리하여 어닐링하여, 연결 전극부(42b, 44b)를 형성할 수 있다.
연결 전극부(42b)를 형성하기 위한 페이스트는 제1 금속을 포함하는 금속 입자(426b), 제1 금속과 다른 제2 금속을 포함하는 솔더 물질, 접착 물질 등을 포함할 수 있다. 그 외에도 페이스트는 용매, 첨가제 등을 포함할 수 있다. 본 실시예에서 연결 전극부(42b, 44b)는 절연막 등을 관통하는 파이어 스루(fire-through)가 요구되지 않으므로, 유리 프릿을 포함하지 않는다.
페이스트에 포함되며 제1 금속을 포함하는 금속 입자(426b)는 다양한 물질 또는 형태를 가질 수 있다. 즉, 도 10의 (a)에 도시한 바와 같이, 금속 입자(426b)가 제1 금속으로 구성된 입자일 수 있다. 또는, 도 10의 (b)에 도시한 바와 같이, 금속 입자(426b)가 제1 금속을 포함하는 코어층(4260)과, 코어층(4260) 위에 코팅되며 유기물 또는 구리와 다른 금속(일 예로, 주석)을 포함하는 코팅층(4280)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 금속 입자(426b)는 구리 입자, 유기물이 코팅된 구리 입자, 또는 구리와 다른 금속(예를 들어, 주석)이 코팅된 구리 입자를 포함할 수 있다.
금속 입자(426b)가 제1 금속으로 구성된 입자를 사용하면, 재료 비용을 절감하고 낮은 비저항을 가질 수 있다.
금속 입자(426b)로 유기물이 코팅된 구리 입자를 사용하면 산화를 미연에 방지할 수 있으며 전기 전도도도 크게 저하되지 않아 태양 전지(10)의 효율에 영향을 미치지 않을 수 있다. 일 예로, 금속 입자(426b)가 유기물이 코팅된 구리 입자인 경우에 금속 입자(426b)의 전체 부피를 100이라 할 때 코팅층(4280)의 부피 비율이 15 내지 30일 수 있다. 이는 전기 전도도 등을 고려한 것이나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
금속 입자(426b)로 다른 금속(일 예로, 주석)이 코팅된 구리 입자를 사용하면 메인 전극부(42a, 44a) 및 배선재(142)와의 연결 특성을 향상할 수 있다. 일 예로, 금속 입자(426b)가 다른 금속이 코팅된 구리 입자인 경우에 금속 입자(426b)의 전체 부피를 100이라 할 때 코팅층(4280)의 부피 비율이 5 내지 50일 수 있다. 이는 전기 전도도 등을 고려한 것이나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
금속 입자(426b)로 유기물 또는 구리와 다른 금속(예를 들어, 주석)이 코팅된 구리 입자를 사용하면, 입자 연결층(428)이 제1 부분과 제1 금속의 함유량이 제1 부분보다 낮은 제2 부분을 포함할 수 있다.
제2 금속을 포함하는 솔더 물질은 솔더링이 가능하도록 하는 물질일 수 있다. 예를 들어, 제2 금속은 주석(Sn)일 수 있고, 솔더 물질은 제2 금속 단독으로 구성되거나 다른 금속을 더 포함하는 합금일 수 있다. 예를 들어, 솔더 물질로 주석-은-구리(Sn/Ag/Cu, SAC)계 합금을 사용하여 솔더링 특성을 좀더 향상할 수 있다.
접착 물질은 솔더링 특성을 향상하는 역할을 할 수 있는 물질로서 유기물, 무기물 등을 포함할 수 있고, 비전도성 특성을 가질 수 있다. 예를 들어, 접착 물질이 유기물 및 무기물을 함께 포함하는 물질, 일 예로, 탄소, 산화물, 로진 등을 포함하는 플럭스일 수 있다. 플럭스는 탄소, 산화물, 로진 등을 함께 포함하여 솔더링 시 연결 전극부(42b)와 배선재(142)의 접착 특성을 향상하는 역할을 할 수 있다. 플럭스는 그 외에도 효과적인 분산 등을 위한 첨가제 등을 포함할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 배선재(142)의 접착 특성을 향상할 수 있는 다양한 물질을 접착 물질로 사용할 수 있다.
여기서, 금속 입자, 솔더 물질 및 접착 물질의 전체 부피를 100이라 할 때 접착 물질의 부피 비율이 30 내지 70일 수 있다. 이와 같이 접착 물질을 충분한 양으로 포함하여 연결 전극부(42b)가 배선재(142)와의 접착력을 향상하는 솔더 페이스트로서의 역할을 수행할 수 있다. 그리고 금속 입자(426b)와 솔더 물질의 전체 부피를 100이라 할 때, 금속 입자의 부피 비율이 15 내지 80이고, 솔더 물질의 부피 비율이 20 내지 85일 수 있다. 이는 금속 입자(426b) 및 솔더 물질의 역할을 충분하게 구현할 수 있는 범위로 한정된 것이다. 일 예로, 솔더 물질의 부피가 금속 입자(426b)의 부피와 같거나 그보다 클 수 있는데, 이에 의하면 연결 전극부(42b)가 배선재(142)와의 접착력을 향상하는 솔더 페이스트로서의 역할을 효과적으로 구현할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 금속 입자, 솔더 물질, 접착 물질의 입경, 부피, 중량 등은 다양하게 변형될 수 있다.
페이스트에는 용매가 포함되나, 열처리 시 용매는 휘발되어 연결 전극부(42b, 44b)에는 용매가 포함되지 않거나 매우 미량으로 포함될 수 있다. 용매로는 유기 용매를 사용할 수 있는데, 일 예로, 부틸 카르비톨 아세테이트(butyl carbitol acetate, BCA), 셀룰로즈 아세테이트(cellulose acetate, CA) 등을 사용할 수 있는데, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 그 외에도 첨가제, 바인더 등을 더 포함할 수 있다.
페이스트는 메인 전극부(42a, 44a) 위에 해당하는 부분에만 도포될 수 있다. 예를 들어, 마스크를 이용하는 스크린 인쇄(screen printing)에 의하여 연결 전극부(42b, 44b)를 형성하기 위한 페이스트를 도포할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
메인 전극부(42a, 44a) 위에 도포된 페이스트는 제1 온도에서 건조된다. 제1 온도는 상온보다 높으며 150℃ 이하일 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 제1 온도는 다른 값을 가질 수도 있다. 페이스트를 건조하여 페이스트가 원하지 않게 흘러내리는 등의 문제를 방지할 수 있다. 건조 단계를 포함하지 않고 바로 열처리를 수행하면 온도 차이에 의하여 균열 등의 문제가 발생할 수 있다. 이에 열처리 온도보다 낮은 온도에서 건조를 하여 페이스트의 유동성을 줄인 후에 경화를 위한 열처리를 수행한다.
건조된 페이스트에는 제1 온도보다 높고 제1 금속의 녹는점(제1 및 제2 금속의 녹는점 중 높은 녹는점)보다 낮은 제2 온도에서 경화를 위한 열처리(어닐링 열처리)가 수행된다. 이때, 제2 온도는 제2 금속의 녹는점(제1 및 제2 금속의 녹는점 중 낮은 녹는점)보다 높을 수 있다. 예를 들어, 제2 온도는 450℃ 이하(일 예로, 180 내지 280℃)일 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 제2 온도는 다른 값을 가질 수도 있다. 이러한 열처리 공정은 도 9f에 도시한 바와 같이 배선재(142)를 전극(42, 44) 위에 위치시킨 후에 수행되는 리플로우(reflow) 공정에 의하여 수행될 수 있다. 이와 같이 리플로우 공정에서 연결 전극부(42b)를 형성하기 위한 페이스트의 열처리를 함께 수행하면 공정을 단순화할 수 있다.
건조된 페이스트에 열처리를 수행하면, 용매는 휘발되고 제1 및 제2 금속에 열이 가해진다. 제1 금속 및 제2 금속이 열을 받으면 제1 금속은 제1 금속끼리 응집하고 제2 금속은 제2 금속끼리 응집하게 된다. 이때, 접착 물질에 의하여 연결 전극부(42b, 44b)와의 접착 특성이 향상될 수 있다. 또한, 접착 물질은 배선재(140)와의 접착 특성을 향상하는 역할도 한다.
좀더 구체적으로, 열처리 공정에서 제1 금속을 포함하는 금속 입자(426b)와 제2 금속을 포함하는 솔더 물질이 구비되는 경우에 솔더 물질의 제2 금속이 녹아서 흘러나오게 된다. 그러면, 금속 입자(426b)가 응집하여 입자 연결층(426)을 형성하고, 녹아서 나온 제2 금속이 입자 연결층(426)의 외측 표면에서 서로 응집하면서 입자 연결층(426)을 덮는 커버층(428)을 형성한다. 이때, 제1 금속이 구리로 구성되면, 구리는 열이 가해지면 쉽게 응집되고 열을 잘 함유해서 제2 금속에 전달하는 역할을 효과적으로 수행할 수 있다. 이에 따라 제2 금속이 좀더 원활하게 입자 연결층(426)의 외측 표면으로 이동하여 외측 표면에서 서로 응집될 수 있다.
이때, 입자 연결층(426)은 입자들(426b)이 서로 소결되는 것이 아니라 서로 접촉하여 응집되어 단순히 경화되는 것에 의하여 전도성을 가지게 된다. 이와 같이 단순히 경화되는 것에 의하여 형성된 입자 연결층(426)의 금속 입자(426b)의 사이는 바인더나 제2 금속 등이 잔류하여 잔류 부분(428a, 428b)이 형성될 수 있다. 금속 입자(426b) 사이의 일부에는 공극(도 1의 참조부호 v, 이하 동일)이 잔존할 수 있다. 이에 의하여 연결 전극부(42b, 44b)은 공극(v)을 구비하지 않는 메인 전극부(42a, 44a)보다 높은 공극 비율을 가질 수 있다. 이러한 공극 비율 차이로부터 스퍼터링층으로 구성된 메인 전극부(42a, 44a)와 인쇄층으로 구성된 연결 전극부(42b, 44b)를 판별할 수 있다. 참조로, 스퍼터링층으로 구성된 메인 전극부(42a)와 인쇄층으로 구성된 연결 전극부(42b)는 현미경 사진 등에서 단면 형상, 외면 형상 등을 보고 판별하거나 성분 분석을 통한 바인더의 여부 등을 통하여 판별할 수 있다.
그리고 열처리하는 단계에서 메인 전극부(42a, 44a)와 연결 전극부(42b, 44b) 사이에 메인 전극부(42a, 44a)에 포함된 금속과 제2 금속이 혼재되어 위치하는 금속간 화합물층(도 3의 참조부호 420)이 형성될 수 있다.
도 9a 내지 도 9f, 그리고 이에 대한 설명에서는 메인 전극부(42a, 44a)를 형성하는 단계와 연결 전극부(42b, 44b)를 형성하는 단계 사이에서 절연 부재(IP)를 형성하는 단계를 수행하는 것을 예시하였다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서 도 12에 나타낸 바와 같은 실시예에서는, 광전 변환부를 형성하는 단계와 전극(42, 44)을 형성하는 단계 사이에 절연 부재(IP)를 형성하는 단계를 수행할 수도 있다. 이와 같이 절연 부재(IP)를 형성하는 단계를 연결 전극부(42b, 44b)를 형성하는 단계 이전에 수행하면, 절연 부재(IP)를 형성하는 단계 이후에 메인 전극부(42a, 44a)의 산화막을 제거하는 공정(일 예로, 플라스마 공정)를 수행할 수 있다. 그러면, 절연 부재(IP)에 의하여 메인 전극부(42a, 44a)를 보호하면서 연결 전극부(42b, 44b)가 형성될 부분을 노출하여 메인 전극부(42a, 44a)와 연결 전극부(42b, 44b)의 연결 특성을 향상할 수 있다.
그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 또 다른 예로, 도 13에 나타낸 바와 같은 실시예에서는, 메인 전극부(42a, 44a) 및 연결 전극부(42b, 44b)를 포함하는 전극(42, 44)을 형성한 후에 절연 부재(IP)를 형성할 수도 있다. 그 외의 다양한 변형이 가능하다.
그리고 도 9a 내지 도 9f에서는 전극(42, 44) 위에 배선재(142)를 위치한 후에 수행되는 리플로우 공정에서 연결 전극부(42b, 44b)를 형성하기 위한 페이스트의 열처리를 수행하는 것을 예시하였다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 연결 전극부(42b, 44b)의 열처리는 다양한 순서에서 수행될 수 있다. 예를 들어, 접착층(LSP)을 형성하는 공정, 배선재(142)를 위치시키는 공정 등을 수행하기 전에 연결 전극부(42b, 44b)을 형성하기 위한 페이스트를 도포하고 건조한 후에 다른 공정 없이 바로 수행할 수도 있다. 그 외의 다양한 변형이 가능하다.
본 실시예에 의하면, 연결 전극부(42b)가 낮은 전기적 저항으로 전류를 수집 및 전달하는 전극으로서의 역할과 함께, 솔더 물질 및 접착 물질을 포함하여 배선부(140)과의 접착을 위한 솔더 페이스트로서의 역할을 수행할 수 있다. 이에 따라 배선부(140)와 전극(42, 44)의 실질적 연결을 위하여 각 중첩부에 대응하여 형성되는 별도의 솔더 페이스트층을 구비하지 않아도 된다. 이에 따라 태양 전지 패널(100)은 단순한 제조 공정에 의하여 제조되며 낮은 비저항에 의한 우수한 효율 및 출력을 가질 수 있다. 특히, 서로 다른 극성을 가지는 제1 전극(42)과 제2 전극(44)을 후면에 함께 구비하는 후면 전극 구조를 가지는 태양 전지(10)에서 배선부(140)와의 접착을 위한 전극 구조를 개선하여 태양 전지 패널(100)의 출력을 효과적으로 향상하고 제조 공정을 크게 단순화할 수 있다.
특히, 본 실시예에 따른 태양 전지(10)의 제조 방법에서는 제1 금속과 제2 금속을 포함하는 페이스트를 인쇄하는 것에 의하여 연결 전극부(42b, 44b)를 형성하여 메인 전극부(42a, 44a) 및 연결 전극부(42b, 44b)를 포함하는 전극(42, 44)을 간단한 공정으로 형성할 수 있다. 여기서, 배선부(140) 또는 접착층(LSP)과 연결되는 최외각층인 커버층(428)에서 제2 금속이 제1 금속의 산화를 효과적으로 방지할 수 있다. 종래에는 배선부(140) 또는 연결 부재(CP)의 형성 이전에 전극(42, 44)에 형성된 산화층을 제거하는 플라스마 공정을 추가로 수행하였으나, 본 실시예에서는 제2 금속에 의하여 전극(42, 44)의 최외각층에서의 산화를 방지하여 산화층을 제거하는 플라스마 공정을 생략할 수 있다. 이에 의하여 공정을 단순화하고 전극(42, 44) 또는 태양 전지(10)의 손상 등의 문제를 원천적으로 방지할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 또 다른 변형예들에 따른 태양 전지 패널을 상세하게 설명한다. 상술한 설명과 동일 또는 극히 유사한 부분에 대해서는 상세한 설명을 생략하고 서로 다른 부분에 대해서만 상세하게 설명한다. 그리고 상술한 실시예 또는 이를 변형한 예와 아래의 변형예 또는 이를 변형한 예들을 서로 결합한 것 또한 본 발명의 범위에 속한다.
도 11은 본 발명의 또 다른 변형예에 따른 태양 전지 패널에 포함된 두 개의 태양 전지, 절연 부재, 그리고 배선부를 개략적으로 도시한 후면 평면도 및 이의 일부를 도시한 부분 단면도이다.
도 11을 참조하면, 본 변형예에서는 제1 전극(42)에서 메인 전극부(42a)가 제1 방향을 따라 길게 연속적으로 이어지고, 메인 전극부(42a) 위에 제1 방향에서 서로 이격되어 위치하는 복수의 절연 부재(IP)가 위치할 수 있다. 복수의 절연 부재(IP)는 제2 배선(142b)이 중첩되는 부분에 대응하여 위치할 수 있다. 그리고 연결 전극부(42b)가 메인 전극부(42a) 위에서 복수의 절연 부재(IP)가 위치하지 않은 부분, 적어도 제1 배선(142a)이 중첩되는 부분을 포함하도록 위치할 수 있다. 이때, 제1 방향에서 연결 전극부(42b)가 제1 배선(142a)과 중첩되는 부분보다 큰 길이를 가질 수 있고, 복수의 절연 부재(IP) 중 이웃한 두 개의 절연 부재(IP)와 접촉하여 이들 사이를 연결하도록 연장될 수 있다. 이에 의하면 연결 전극부(42b)의 면적을 줄여 연결 전극부(42b)의 형성 공정을 단순화하고 재료 비용을 절감하면서도 연결 전극부(42b)와 제1 배선(142a)을 안정적으로 연결할 수 있다.
이와 유사하게, 제2 전극에서 메인 전극부가 제1 방향을 따라 길게 연속적으로 이어지고, 메인 전극부 위에 제1 방향에서 서로 이격되어 위치하는 복수의 절연 부재(IP)가 위치할 수 있다. 복수의 절연 부재(IP)는 제1 배선(142a)이 중첩되는 부분에 대응하여 위치할 수 있다. 그리고 연결 전극부가 메인 전극부 위에서 복수의 절연 부재(IP)가 위치하지 않은 부분, 적어도 제2 배선(142b)이 중첩되는 부분을 포함하도록 위치할 수 있다. 이때, 제1 방향에서 연결 전극부가 제2 배선(142b)과 중첩되는 부분보다 큰 길이를 가질 수 있고, 복수의 절연 부재(IP) 중 이웃한 두 개의 절연 부재(IP)와 접촉하여 이들 사이를 연결하도록 연장될 수 있다. 이에 의하면 연결 전극부의 면적을 줄여 연결 전극부의 형성 공정을 단순화하고 재료 비용을 절감하면서도 연결 전극부와 제2 배선(142b)을 안정적으로 연결할 수 있다.
도 12는 본 발명의 또 다른 변형예에 따른 태양 전지 패널에 포함된 두 개의 태양 전지, 절연 부재, 그리고 배선부를 개략적으로 도시한 후면 평면도 및 이의 일부를 도시한 부분 단면도이다.
도 12을 참조하면, 본 변형예에서는 제1 방향에서 이격되어 위치하는 복수의 절연 부재(IP)를 포함하고, 메인 전극부(42a, 44a) 및 연결 전극부(42b, 44b)가 복수의 절연 부재(IP) 사이에 위치할 수 있다. 이때, 연결 전극부(42b, 44b)는 서로 전기적으로 연결되어야 할 전극(42, 44)과 배선부(140)가 중첩되는 부분을 전체적으로 포함하도록 형성될 수 있다. 이에 따르면 하나의 제1 전극(42) 또는 하나의 제2 전극(44)에 대응하여 메인 전극부(42a, 44a) 및 연결 전극부(42b, 44b)가 제1 방향에서 일정 간격을 두고 서로 이격되도록 복수로 구비될 수 있다.
좀더 구체적으로, 제1 전극(42)에서 후면 패시베이션막(40) 및/또는 절연막(41) 위에 제1 방향에서 서로 이격되어 위치하는 복수의 절연 부재(IP)가 위치하고, 메인 전극부(42a) 및 연결 전극부(42b)가 복수의 절연 부재(IP) 사이에 위치할 수 있다. 복수의 절연 부재(IP)는 제2 배선(142b)이 중첩되는 부분에 대응하여 위치할 수 있다. 그리고 메인 전극부(42a) 및 연결 전극부(42b)가 복수의 절연 부재(IP)가 위치하지 않은 부분, 적어도 제1 배선(142a)이 중첩되는 부분을 포함하도록 위치할 수 있다. 이때, 제1 방향에서 메인 전극부(42a) 및/또는 연결 전극부(42b)가 제1 배선(142a)과 중첩되는 부분보다 큰 길이를 가질 수 있다. 도 12에서는 메인 전극부(42a) 및 연결 전극부(42b)가 복수의 절연 부재(IP) 중 이웃한 두 개의 절연 부재(IP)와 접촉하여 이들 사이를 연결하도록 연장된 것을 예시하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 다른 예로 메인 전극부(42a) 및/또는 연결 전극부(42b)가 복수의 절연 부재(IP) 중 이웃한 두 개의 절연 부재(IP) 사이에서 이들과 이격하여 위치할 수도 있다. 이에 의하면 메인 전극부(42a) 및/또는 연결 전극부(42b)의 면적을 줄여 메인 전극부(42a) 및/또는 연결 전극부(42b)의 형성 공정을 단순화하고 절연 특성을 향상할 수 있으며 재료 비용을 절감하면서도 연결 전극부(42b)와 제1 배선(142a)을 안정적으로 연결할 수 있다.
이와 유사하게, 제2 전극에서 후면 패시베이션막(40) 및/또는 절연막(41) 위에 제1 방향에서 서로 이격되어 위치하는 복수의 절연 부재(IP)가 위치하고, 메인 전극부 및 연결 전극부가 복수의 절연 부재(IP) 사이에 위치할 수 있다. 복수의 절연 부재(IP)는 제1 배선(142a)이 중첩되는 부분에 대응하여 위치할 수 있다. 그리고 메인 전극부 및 연결 전극부가 복수의 절연 부재(IP)가 위치하지 않은 부분, 적어도 제2 배선(142b)이 중첩되는 부분을 포함하도록 위치할 수 있다. 이때, 제1 방향에서 메인 전극부 및/또는 연결 전극부가 제1 배선(142a)과 중첩되는 부분보다 큰 길이를 가질 수 있다. 여기서, 메인 전극부 및 연결 전극부가 복수의 절연 부재(IP) 중 이웃한 두 개의 절연 부재(IP)와 접촉하여 이들 사이를 연결하도록 연장될 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 다른 예로 메인 전극부 및/또는 연결 전극부가 복수의 절연 부재(IP) 중 이웃한 두 개의 절연 부재(IP) 사이에서 이들과 이격하여 위치할 수도 있다. 이에 의하면 메인 전극부 및/또는 연결 전극부의 면적을 줄여 메인 전극부 및/또는 연결 전극부의 형성 공정을 단순화하고 절연 특성을 향상할 수 있으며 재료 비용을 절감하면서도 연결 전극부와 제2 배선(142b)을 안정적으로 연결할 수 있다.
도 13은 본 발명의 또 다른 변형예에 따른 태양 전지 패널에 포함된 두 개의 태양 전지, 절연 부재, 그리고 배선부를 개략적으로 도시한 후면 평면도 및 이의 일부를 도시한 부분 단면도이다.
도 13을 참조하면, 본 변형예에서는 제1 전극(42)에서 메인 전극부(42a) 및 연결 전극부(42b)가 제1 방향을 따라 길게 연속적으로 이어지고, 메인 전극부(42a) 및 연결 전극부(42b) 위에 제1 방향에서 서로 이격되어 위치하는 복수의 절연 부재(IP)가 위치할 수 있다. 복수의 절연 부재(IP)는 제2 배선(142b)이 중첩되는 부분에 대응하여 위치할 수 있다. 이에 의하면 연결 전극부(42b)를 전체적으로 형성하여 연결 전극부(42b)와 제1 배선(142a)을 안정적으로 연결할 수 있다.
이와 유사하게, 제2 전극에서 메인 전극부 및 연결 전극부가 제1 방향을 따라 길게 연속적으로 이어지고, 메인 전극부 및 연결 전극부 위에 제1 방향에서 서로 이격되어 위치하는 복수의 절연 부재(IP)가 위치할 수 있다. 복수의 절연 부재(IP)는 제1 배선(142a)이 중첩되는 부분에 대응하여 위치할 수 있다. 이에 의하면 연결 전극부를 전체적으로 형성하여 연결 전극부와 제2 배선(142b)을 안정적으로 연결할 수 있다.
상술한 설명에서는 제1 및 제2 전극(42, 44)이 서로 동일한 구조를 가지는 것을 예시하였다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 및 제2 전극(42, 44)이 서로 다른 구조를 가질 수 있다. 그리고 도 11 내지 도 13에서는 도 7에 도시한 바와 같이 접착층(LSP)을 구비한 것을 예시하였으나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서 도 8에 도시한 바와 접착층(LSP)을 구비하지 않는 것도 가능하며 그 외의 다양한 변형이 가능하다.
또한, 상술한 실시예들에서는 후면 전극 구조의 태양 전지(10)를 기준으로 설명하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 이에 따라 제1 및 제2 전극(42, 44)이 서로 반대면에 위치한 태양 전지에서도 제1 및 제2 전극(42, 44) 중 적어도 하나가 상술한 구조를 가질 수 있다. 이때, 배선재(142)는 연결 전극부(42b, 44b)에 직접 연결 되거나 접착층(LSP)(일 예로, 저온 솔더 페이스트)에 의하여 연결되어 별도의 솔더 페이스트층(일 예로, 고온 솔더 페이스트) 없이 연결 전극부(42b, 44b)에 연결될 수 있다. 그 외의 다양한 변형이 가능하다.
상술한 바에 따른 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의하여 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 태양 전지 패널
10: 태양 전지
42: 제1 전극
44: 제2 전극
42a, 44a: 메인 전극부
42b, 44b: 연결 전극부
140: 배선부
142: 배선재
144: 연결 배선
146: 버스바 배선

Claims (18)

  1. 반도체 기판과, 상기 반도체 기판에 또는 상기 반도체 기판 위에 위치하는 도전형 영역을 포함하는 광전 변환부를 형성하는 단계;
    태양 전지를 형성하도록 상기 도전형 영역에 전기적으로 연결되는 전극을 형성하는 단계;
    상기 전극 위에 상기 전극에 전기적으로 연결되는 배선부를 부착하는 단계; 및
    상기 태양 전지 및 상기 배선부, 상기 태양 전지 및 상기 배선부를 감싸는 밀봉재, 상기 밀봉재 위에서 상기 태양 전지의 일면 위에 위치하는 제1 커버 부재, 및 상기 밀봉재 위에서 상기 태양 전지의 타면 위에 위치하는 제2 커버 부재를 일체화하는 라미네이션 단계를 포함하고,
    상기 전극을 형성하는 단계는,
    상기 도전형 영역 위에 메인 전극부를 형성하는 단계; 및
    상기 메인 전극부 위에 제1 금속을 포함하는 금속 입자, 상기 제1 금속과 다른 제2 금속을 포함하는 솔더 물질, 및 접착 물질을 포함하는 페이스트를 이용하여 연결 전극부를 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 연결 전극부를 형성하는 단계에서는, 상기 제1 금속을 포함하는 복수의 금속 입자들이 응집 및 연결되어 입자 연결층을 형성하고, 상기 제2 금속이 상기 입자 연결층의 외측 표면에서 용융 및 응집하여 상기 입자 연결층의 외측 표면을 덮는 커버층을 형성하여, 상기 입자 연결층 및 상기 커버층을 포함하는 상기 연결 전극부를 형성하는 태양 전지 패널의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 금속 입자는 구리 입자, 유기물이 코팅된 구리 입자, 또는 구리와 다른 금속이 코팅된 구리 입자를 포함하고,
    상기 제2 금속은 주석을 포함하며,
    상기 접착 물질은 비전도성 유기물 또는 비전도성 무기물을 포함하는 태양 전지 패널의 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 솔더 물질은 주석-은-구리(Sn/Ag/Cu, SAC)계 합금을 포함하고,
    상기 접착 물질은 탄소, 산화물 및 로진(rosin)을 포함하는 플럭스로 구성되는 태양 전지 패널의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 금속 입자, 상기 솔더 물질 및 상기 접착 물질의 전체 부피를 100이라 할 때 상기 접착 물질의 부피 비율이 30 내지 70인 태양 전지 패널의 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 금속 입자와 상기 솔더 물질의 전체 부피를 100이라 할 때, 상기 금속 입자의 부피 비율이 15 내지 80이고, 상기 솔더 물질의 부피 비율이 20 내지 85인 태양 전지 패널의 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 커버층은 상기 입자 연결층의 외측 표면을 전체적 및 연속적으로 덮는 태양 전지의 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 연결 전극부를 형성하는 단계는, 상기 페이스트를 도포하는 단계와, 상기 페이스트를 열처리하는 단계를 포함하고,
    상기 열처리하는 단계가 180 내지 280℃의 온도에서 수행되는 리플로우(reflow) 공정에 의하여 수행되는 태양 전지 패널의 제조 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 연결 전극부를 형성하는 단계는, 상기 페이스트를 도포하는 단계와, 상기 페이스트를 열처리하는 단계를 포함하고,
    상기 열처리하는 단계에서 상기 메인 전극부와 상기 연결 전극부 사이에 상기 메인 전극부에 포함된 금속과 상기 제2 금속이 혼재되어 위치하는 금속간 화합물(inter-metallic compound, IMC)층이 형성되는 태양 전지 패널의 제조 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 메인 전극부를 형성하는 단계와 상기 연결 전극부를 형성하는 단계 사이에, 상기 전극과 상기 배선부가 전기적으로 연결되지 않아야 하는 중첩부에 절연 부재를 형성하는 단계를 더 포함하는 태양 전지 패널의 제조 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 광전 변환부를 형성하는 단계와 상기 전극을 형성하는 단계 사이에, 상기 전극과 상기 배선부가 전기적으로 연결되지 않아야 하는 중첩부에 절연 부재를 형성하는 단계를 더 포함하는 태양 전지 패널의 제조 방법.
  11. 삭제
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