KR102317146B1 - 태양 전지 및 이를 포함하는 태양 전지 모듈 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실시예에 따른 태양 전지는, 반도체 기판; 상기 반도체 기판에 또는 상기 반도체 기판 위에 형성되며 서로 다른 도전형을 가지는 제1 및 제2 도전형 영역; 상기 제1 도전형 영역에 연결되는 제1 전극; 및 상기 제2 도전형 영역에 연결되는 제2 전극을 포함한다. 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 중 적어도 하나가 서로 다른 층에 형성되는 제1 부분과 제2 부분을 포함한다.
Description
본 발명은 태양 전지 및 이를 포함하는 태양 전지 모듈에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는, 구조를 개선한 태양 전지 및 이를 포함하는 태양 전지 모듈에 관한 것이다.
최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예상되면서 이들을 대체할 대체 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 그 중에서도 태양 전지는 태양광 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 차세대 전지로서 각광받고 있다.
이러한 태양 전지에서는 다양한 층 및 전극을 설계에 따라 형성하는 것에 의하여 제조될 수 있다. 그런데 이러한 다양한 층 및 전극의 설계에 따라 태양 전지 효율이 결정될 수 있다. 태양 전지의 상용화를 위해서는 낮은 효율을 극복하여야 하는바, 다양한 층 및 전극이 태양 전지의 효율을 최대화할 수 있도록 설계되는 것이 요구된다.
본 발명은 효율을 향상할 수 있는 태양 전지 및 이를 포함하는 태양 전지 모듈을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예에 따른 태양 전지는, 반도체 기판; 상기 반도체 기판에 또는 상기 반도체 기판 위에 형성되며 서로 다른 도전형을 가지는 제1 및 제2 도전형 영역; 상기 제1 도전형 영역에 연결되는 제1 전극; 및 상기 제2 도전형 영역에 연결되는 제2 전극을 포함한다. 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 중 적어도 하나가 서로 다른 층에 형성되는 제1 부분과 제2 부분을 포함한다.
상기 제1 부분과 상기 제2 부분이 절연층을 사이에 두고 상하로 적층되며 상기 절연층에 형성된 제1 개구부를 통하여 서로 연결될 수 있다.
상기 제1 부분이 상기 제1 도전형 영역 또는 상기 제2 도전형 영역 위에서 이와 연결되고, 상기 제1 부분 위에 절연층이 형성되고, 상기 절연층 위에 상기 제2 부분이 형성될 수 있다.
상기 제2 부분이 판상 형상을 가질 수 있다.
상기 제2 전극의 상기 제2 부분이 금속 플레이트를 포함할 수 있다.
상기 제2 전극의 상기 제2 부분이, 지지부와, 상기 지지부 상에 형성되며 상기 제1 부분에 연결되는 도전부를 포함할 수 있다.
상기 제2 부분의 두께가 상기 제1 부분의
도전부의
두께와 같거나 그보다 작을 수 있다().
상기 제2 부분의 상기
도전부의
두께에 대한 상기 제1 부분의 두께 비율이 ()일 수 있다.
상기 제1 도전형 영역과 상기 제2 도전형 영역이 상기 반도체 기판의 일면에서 서로 이격되어 형성되고, 상기 제1 전극이 상기 제1 도전형 영역 위에서 이와 연결되고, 상기 제2 전극이 상기 제1 부분과 상기 제2 부분을 포함할 수 있다. 상기 제1 부분이 상기 제2 도전형 영역 위에서 이와 연결되며 상기 제1 전극과 이격되어 위치하고, 상기 제1 부분과 상기 제1 전극 위에 절연층이 형성되고, 상기 절연층 위에 상기 제2 부분이 형성될 수 있다.
상기 제1 부분의 폭이 상기 제1 전극과 상기 제1 부분 사이의 거리와 같거나 그보다 작을 수 있다.
상기 절연층은 상기 제1 부분과 상기 제2 부분을 연결하기 위한 제1 개구부를 포함하고, 상기 절연층은 일측에 상기 제1 전극의 일부를 개구하는 제2 개구부가 형성될 수 있다.
상기 제2 부분은 제1 부분이 형성된 부분에서 부분적으로 접합될 수 있다.
상기 제1 부분은 서로 이격되는 복수의 아일랜드부로 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지는, 베이스 영역을 포함하는 반도체 기판; 상기 반도체 기판의 일면 쪽에 형성되며 서로 반대되는 도전형을 가지는 제1 도전형 영역과 제2 도전형 영역; 상기 제1 도전형 영역에 연결되는 제1 전극; 및 상기 제2 도전형 영역에 연결되는 제2 전극을 포함한다. 상기 제1 전극의 적어도 일부와 상기 제2 전극의 적어도 일부가 서로 다른 층에 위치한다.
상기 반도체 기판의 일면과 상기 제1 및 제2 도전형 영역 중 적어도 하나의 사이에 위치하는 터널링층을 더 포함할 수 있다.
상기 제1 및 제2 도전형 영역 중 적어도 하나가, 상기 터널링층을 관통하여 상기 반도체 기판 내부로 돌출되는 제1 영역을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 모듈은, 서로 인접하는 제1 태양 전지 및 제2 태양 전지를 포함하는 복수의 태양 전지를 포함한다. 상기 제1 및 제2 태양 전지 각각은, 반도체 기판; 상기 반도체 기판에 또는 상기 반도체 기판 위에 형성되며 서로 다른 도전형을 가지는 제1 및 제2 도전형 영역; 상기 제1 도전형 영역에 연결되는 제1 전극; 및 상기 제2 도전형 영역에 연결되는 제2 전극을 포함한다. 상기 제2 전극이 서로 다른 층에 형성되는 제1 부분과 제2 부분을 포함하고, 상기 제1 전극과 상기 제1 부분이 동일한 층에 형성되고, 상기 제2 부분이 상기 제1 전극 및 상기 제2 부분과 다른 층에 형성되며, 상기 제1 태양 전지의 상기 제2 부분이 상기 제2 태양 전지의 상기 제1 전극에 연결된다.
상기 제1 및 제2 태양 전지 각각에서는, 상기 제2 부분이 절연층을 사이에 두고 상기 제1 전극 및 상기 제1 부분 위에 위치하고, 상기 절연층의 일측 가장자리에 상기 제1 전극을 개구하는 개구부가 형성될 수 있다. 상기 제1 태양 전지의 상기 제2 부분이 상기 제2 태양 전지의 상기 제1 전극까지 돌출 형성되어 상기 개구부에 의하여 서로 연결될 수 있다.
상기 제2 전극의 돌출 방향이 상기 제1 및 제2 전극의 연장 방향과 교차할 수 있다.
상기 개구부가 서로 이격되는 복수의 개구 부분을 포함하고, 상기 제1 태양 전지의 상기 제2 전극은 상기 제2 태양 전지와 인접한 부분에서 상기 복수의 개구 부분에 대응하는 돌출부를 포함할 수 있다.
본 실시예에서는 제2 전극이 서로 다른 층에 위치하는 제1 부분과 제2 부분을 포함하여 제1 전극과 제2 전극을 충분한 면적으로 형성할 수 있다. 이에 의하여 제1 및 제2 전극의 저항을 낮출 수 있고 제1 및 제2 전극의 두께를 줄일 수 있다. 이에 의하여 태양 전지의 개방 전압, 전류 밀도 및 효율을 향상할 수 있다.
이때, 베이스 영역과 동일한 전도형을 가지며 상대적으로 좁은 면적을 가지는 제2 도전형 영역에 연결되는 제2 전극이 제1 부분과 제2 부분을 포함하여, 제1 부분의 면적(또는 폭)을 줄이는 것에 의한 부담을 줄일 수 있다.
제2 전극의 제2 부분은 판상 형상을 가져 별개로 제조된 후에 제1 부분에 연결되도록 접합될 수 있다. 이에 의하여 제2 부분을 형성하는 공정을 단순화할 수 있다. 또한 제2 부분을 이용하여 이웃한 태양 전지들을 연결하여 구조를 단순화하고 태양 전지의 연결 구조를 좀더 단순화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 모듈을 도시한 후면 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지의 단면도이다.
도 3은 도 2에 도시한 태양 전지(150)의 일부를 도시한 부분 사시도이다.
도 4는 도 2에 도시한 태양 전지에서 제2 절연층과 제2 전극의 제2 부분을 도시를 생략하고 도시한 후면 평면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지의 개방 전압, 전류 밀도, 효율의 증가율을 보여주는 그래프이다.
도 6는 도 1의 태양 전지 모듈에서 두 개의 태양 전지의 연결 구조를 보여주는 단면도이다.
도 7는 도 1의 태양 전지 모듈에서 두 개의 태양 전지의 연결 구조의 일 예를 보여주는 부분 후면 평면도이다.
도 8은 도 1의 태양 전지 모듈에서 두 개의 태양 전지의 연결 구조의 다른 예를 보여주는 부분 후면 평면도이다.
도 9은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지에서 제2 절연층과 제2 전극의 제2 부분을 도시를 생략하고 도시한 후면 평면도이다.
도 10는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지의 단면도이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지의 단면도이다.
도 3은 도 2에 도시한 태양 전지(150)의 일부를 도시한 부분 사시도이다.
도 4는 도 2에 도시한 태양 전지에서 제2 절연층과 제2 전극의 제2 부분을 도시를 생략하고 도시한 후면 평면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지의 개방 전압, 전류 밀도, 효율의 증가율을 보여주는 그래프이다.
도 6는 도 1의 태양 전지 모듈에서 두 개의 태양 전지의 연결 구조를 보여주는 단면도이다.
도 7는 도 1의 태양 전지 모듈에서 두 개의 태양 전지의 연결 구조의 일 예를 보여주는 부분 후면 평면도이다.
도 8은 도 1의 태양 전지 모듈에서 두 개의 태양 전지의 연결 구조의 다른 예를 보여주는 부분 후면 평면도이다.
도 9은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지에서 제2 절연층과 제2 전극의 제2 부분을 도시를 생략하고 도시한 후면 평면도이다.
도 10는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지의 단면도이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지의 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 및 이를 포함하는 태양 전지 모듈을 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 모듈을 도시한 후면 분해 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지 모듈(100)은 태양 전지(150), 태양 전지(150)의 전면 상에 위치하는 제1 기판(이하 "전면 기판")(121) 및 태양 전지(150)의 후면 상에 위치하는 제2 기판(이하 "후면 시트")(122)을 포함할 수 있다. 또한, 태양 전지 모듈(100)은 태양 전지(150)와 전면 기판(121) 사이의 제1 밀봉재(131)와, 태양 전지(150)와 후면 시트(122) 사이의 제2 밀봉재(132)를 포함할 수 있다. 이를 좀더 상세하게 설명한다.
먼저, 태양 전지(150)는 태양 에너지를 전기 에너지로 변환하는 광전 변환부와, 광전 변환부에 전기적으로 연결되는 전극을 포함하여 형성된다. 본 실시예에서는 일례로 반도체 기판(일 예로, 실리콘 웨이퍼) 또는 반도체층(일 예로, 실리콘층)을 포함하는 광전 변환부가 적용될 수 있다. 이러한 구조의 태양 전지(150)를 추후에 도 2 내지 도 4를 참조하여 상세하게 설명한다.
이러한 태양 전지(150)는 복수 개가 전기적으로 직렬, 병렬 또는 직병렬로 연결될 수 있다. 이에 대해서는 추후에 도 6 내지 도 8을 참조하여 상세하게 설명한다. 그리고 버스 리본(145)은 복수 개의 태양 전지(150)가 연결되어 형성된 하나의 열(列)의 태양 전지(150)(또는 태양 전지 스트링(string))에서 가장 외측에 위치한 태양 전지(150)를 교대로 전기적으로 연결한다. 버스 리본(145)은 하나의 열을 이루는 태양 전지(150)의 단부에서 이와 교차하는 방향으로 배치될 수 있다. 이러한 버스 리본(145)은 태양 전지(150)가 생산한 전기를 모으며 전기가 역류되는 것을 방지하는 정션 박스(미도시)와 연결될 수 있다.
제1 밀봉재(131)는 태양 전지(150)의 전면에 위치하고, 제2 밀봉재(132)는 태양 전지(150)의 후면에 위치할 수 있다. 제1 및 제2 밀봉재(131, 132)는 태양 전지(150)를 감싸면서 밀봉하여 태양 전지(150)에 악영향을 미칠 수 있는 수분이나 산소를 차단하며, 태양 전지(150)의 각 요소들이 화학적으로 결합할 수 있도록 한다. 제1 밀봉재(131)와 제2 밀봉재(132)는 태양 전지(150) 또는 태양 전지 스트링을 사이에 두고 서로 적층한 상태에서 라미네이션하여 접착될 수 있다.
이러한 제1 밀봉재(131)와 제2 밀봉재(132)는 에틸렌초산비닐 공중합체 수지(EVA), 폴리비닐부티랄, 규소 수지, 에스테르계 수지, 올레핀계 수지 등이 사용될 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 제1 및 제2 밀봉재(131, 132)는 그 외 다양한 물질을 이용하여 라미네이션 이외의 다른 방법에 의하여 형성될 수 있다.
전면 기판(121)은 제1 밀봉재(131) 상에 위치할 수 있으며, 광을 투과할 수 있도록 투광성 물질로 구성될 수 있다. 전면 기판(121)은 외부의 충격 등으로 태양 전지(150)를 보호할 수 있는 유리 기판(일 예로, 강화 유리 기판)으로 구성될 수 있다. 또는, 전면 기판(121)이 수지를 포함하는 플레이트 등으로 구성될 수도 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 전면 기판(121)이 다른 물질 등으로 이루어질 수 있다.
후면 시트(122)는 태양 전지(150)의 후면에서 제2 밀봉재(132) 위에 위치하여 태양 전지(150)를 보호하는 층으로서, 방수, 절연 및 자외선 차단 기능을 한다. 후면 시트(122)는 필름 또는 시트 등의 형태로 구성될 수 있다. 후면 시트(122)은 TPT(Tedlar/PET/Tedlar) 타입이거나, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)의 적어도 일면에 폴리불화비닐리덴(poly vinylidene fluoride, PVDF) 수지 등이 형성된 구조일 수 있다. 폴리불화비닐리덴은 (CH2CF2)n의 구조를 지닌 고분자로서, 더블(Double)불소분자 구조를 가지기 때문에, 기계적 성질, 내후성, 내자외선성이 우수하다. 이때, 후면 시트(122)는 전면 기판(121) 측으로부터 입사된 태양광을 반사하여 재이용될 수 있도록 반사율이 우수한 재질일 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서 후면 시트(122)가 기판으로 이루어지는 후면 기판으로 구성될 수도 있고, 태양 광이 입사될 수 있는 투광성 물질을 포함할 수 있다. 일 예로, 후면 시트(122)가 태양광이 입사될 수 있는 투명 재질(예를 들어, 유리 기판)을 구비하면 태양 전지 모듈(100)이 양면 수광형 모듈 구조를 가지게 된다.
상술한 태양 전지(150)의 구조를 도 2 및 도 3을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지(150)의 단면도이고, 도 3은 도 2에 도시한 태양 전지(150)의 일부를 도시한 부분 사시도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 태양 전지(150)는, 베이스 영역(110)을 포함하는 반도체 기판(10)과, 반도체 기판(10)의 일면(일 예로, 반도체 기판(10)의 후면) 쪽에 위치하는 터널링층(20)과, 터널링층(20) 위에 위치하는 제1 및 제2 도전형 영역(32, 34)과, 제1 및 제2 도전형 영역(32, 34)에 연결되는 제1 및 제2 전극(42, 44)을 포함한다. 이때, 제1 및 제2 전극(42, 44)의 적어도 일부가 서로 다른 층에 위치하게 된다. 그리고 태양 전지(150)는 패시베이션막(24), 반사 방지막(26), 제1 절연층(또는 후면 패시베이션막)(40), 제2 절연층(41) 등을 더 포함할 수 있다. 이를 좀더 상세하게 설명한다.
반도체 기판(10)은 제2 도전형 도펀트를 상대적으로 낮은 도핑 농도로 포함하는 베이스 영역(110)을 포함할 수 있다. 본 실시예의 베이스 영역(110)은 제2 도전형 도펀트를 포함하는 결정질(단결정 또는 다결정) 실리콘을 포함할 수 있다. 일 예로, 베이스 영역(110)은 제2 도전형 도펀트를 포함하는 단결정 실리콘 기판(일 예로, 단결정 실리콘 웨이퍼)으로 구성될 수 있다. 그리고 제2 도전형 도펀트는 n형 또는 p형일 수 있다. n형 도펀트로는 인(P), 비소(As), 비스무스(Bi), 안티몬(Sb) 등의 5족 원소를 사용할 수 있고, p형 도펀트로는 보론(B), 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등의 3족 원소를 사용할 수 있다. 일 예로, 베이스 영역(110)이 n형을 가지면 베이스 영역(110)과 광전 변환에 의하여 캐리어를 형성하는 접합(일 예로, 터널링층(20)을 사이에 둔 pn 접합)을 형성하는 p형의 제1 도전형 영역(32)을 넓게 형성하여 광전 변환 면적을 증가시킬 수 있다. 또한, 이 경우에는 넓은 면적을 가지는 제1 도전형 영역(32)이 이동 속도가 상대적으로 느린 정공을 효과적으로 수집하여 광전 변환 효율 향상에 좀더 기여할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
그리고 반도체 기판(10)은 전면 쪽에 위치하는 전면 전계 영역(130)을 포함할 수 있다. 전면 전계 영역(130)은 베이스 영역(110)과 동일한 도전형을 가지면서 베이스 영역(110)보다 높은 도핑 농도를 가질 수 있다.
본 실시예에서는 전면 전계 영역(130)이 반도체 기판(10)에 제2 도전형 도펀트를 상대적으로 높은 도핑 농도로 도핑하여 형성된 도핑 영역으로 구성된 것을 예시하였다. 이에 따라 전면 전계 영역(130)이 제2 도전형을 가지는 결정질(단결정 또는 다결정) 반도체를 포함하여 반도체 기판(10)을 구성하게 된다. 일 예로, 전면 전계 영역(130)은 제2 도전형을 가지는 단결정 반도체 기판(일 예로, 단결정 실리콘 웨이퍼 기판)의 일부분으로 구성될 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서 반도체 기판(10)과 다른 별개의 반도체층(예를 들어, 비정질 반도체층, 미세 결정 반도체층, 또는 다결정 반도체층)에 제2 도전형 도펀트를 도핑하여 전면 전계 영역(130)을 형성할 수도 있다. 또는, 전면 전계 영역(130)이 반도체 기판(10)에 인접하여 형성된 층(예를 들어, 패시베이션막(24) 및/또는 반사 방지막(26))의 고정 전하에 의하여 도핑된 것과 유사한 역할을 하는 전계 영역으로 구성될 수도 있다. 그 외의 다양한 방법에 의하여 다양한 구조의 전면 전계 영역(130)을 형성할 수 있다.
본 실시예에서 반도체 기판(10)의 전면은 텍스쳐링(texturing)되어 피라미드 등의 형태의 요철을 가질 수 있다. 이와 같은 텍스쳐링에 의해 반도체 기판(10)의 전면 등에 요철이 형성되어 표면 거칠기가 증가되면, 반도체 기판(10)의 전면을 통하여 입사되는 광의 반사율을 낮출 수 있다. 따라서 베이스 영역(110)과 제1 도전형 영역(32)에 의하여 형성된 pn 접합까지 도달하는 광의 양을 증가시킬 수 있어, 광 손실을 최소화할 수 있다.
그리고 반도체 기판(10)의 후면은 경면 연마 등에 의하여 전면보다 낮은 표면 거칠기를 가지는 상대적으로 매끈하고 평탄한 면으로 이루어질 수 있다. 본 실시예와 같이 반도체 기판(10)의 후면 쪽에 제1 및 제2 도전형 영역(32, 34)이 함께 형성되는 경우에는 반도체 기판(10)의 후면의 특성에 따라 태양 전지(150)의 특성이 크게 달라질 수 있기 때문이다. 이에 따라 반도체 기판(10)의 후면에는 텍스쳐링에 의한 요철을 형성하지 않아 패시베이션 특성을 향상할 수 있고, 이에 의하여 태양 전지(150)의 특성을 향상할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 경우에 따라 반도체 기판(10)의 후면에 텍스쳐링에 의한 요철을 형성할 수도 있다. 그 외의 다양한 변형도 가능하다.
반도체 기판(10)의 후면 위에는 터널링층(20)이 형성된다. 터널링층(20)에 의하여 반도체 기판(10)의 후면의 계면 특성을 향상할 수 있으며 광전 변환에 의하여 생성된 캐리어가 터널링 효과에 의하여 원활하게 전달되도록 한다. 이러한 터널링층(20)은 캐리어가 터널링 될 수 있는 다양한 물질을 포함할 수 있는데, 일례로, 산화물, 질화물, 반도체, 전도성 고분자 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 터널링층(20)은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산화 질화물, 진성 비정질 실리콘, 진성 다결정 실리콘 등을 포함할 수 있다. 이때, 터널링층(20)은 반도체 기판(10)의 후면에 전체적으로 형성될 수 있다. 이에 따라 반도체 기판(10)의 후면을 전체적으로 패시베이션할 수 있고, 별도의 패터닝 없이 쉽게 형성될 수 있다.
터널링 효과를 충분하게 구현할 수 있도록 터널링층(20)의 두께는 제1 절연층(40)의 두께보다 작을 수 있다. 일 예로, 터널링층(20)의 두께가 10nm 이하일 수 있고, 0.5nm 내지 10nm(좀더 구체적으로는, 0.5nm 내지 5nm, 일 예로, 1nm 내지 4nm)일 수 있다. 터널링층(20)의 두께가 10nm를 초과하면 터널링이 원할하게 일어나지 않아 태양 전지(150)가 작동하지 않을 수 있고, 터널링층(20)의 두께가 0.5nm 미만이면 원하는 품질의 터널링층(20)을 형성하기에 어려움이 있을 수 있다. 터널링 효과를 좀더 향상하기 위해서는 터널링층(20)의 두께가 0.5nm 내지 5nm(좀더 구체적으로 1nm 내지 4nm)일 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 터널링층(20)의 두께가 다양한 값을 가질 수 있다.
터널링층(20) 위에는 제1 및 제2 도전형 영역(32, 34)이 위치할 수 있다. 좀더 구체적으로, 제1 및 제2 도전형 영역(32, 34)은 제1 도전형 도펀트를 가져 제1 도전형을 나타내는 제1 도전형 영역(32)과, 제2 도전형 도펀트를 가져 제2 도전형을 나타내는 제2 도전형 영역(34)을 포함할 수 있다. 그리고 제1 도전형 영역(32)과 제2 도전형 영역(34) 사이에 배리어 영역(36)이 위치할 수 있다.
제1 도전형 영역(32)은 베이스 영역(110)과 터널링층(20)을 사이에 두고 pn 접합(또는 pn 터널 접합)을 형성하여 광전 변환에 의하여 캐리어를 생성하는 에미터 영역을 구성한다.
이때, 제1 도전형 영역(32)은 베이스 영역(110)과 반대되는 제1 도전형 도펀트를 포함하는 반도체(일례로, 실리콘)을 포함할 수 있다. 본 실시예에서는 제1 도전형 영역(32)이 반도체 기판(10) 위(좀더 명확하게는, 터널링층(20) 위)에서 반도체 기판(10)과 별개로 형성되며 제1 도전형 도펀트가 도핑된 반도체층으로 구성된다. 이에 따라 제1 도전형 영역(32)은 반도체 기판(10) 상에 쉽게 형성될 수 있도록 반도체 기판(10)과 다른 결정 구조를 가지는 반도체층으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 제1 도전형 영역(32)은 증착 등의 다양한 방법에 의하여 쉽게 제조될 수 있는 비정질 반도체, 미세 결정 반도체, 또는 다결정 반도체(일 예로, 비정질 실리콘, 미세 결정 실리콘, 또는 다결정 실리콘) 등에 제1 도전형 도펀트를 도핑하여 형성될 수 있다. 제1 도전형 도펀트는 반도체층을 형성하는 공정에서 반도체층에 함께 포함되거나, 또는, 반도체층을 형성한 후에 열 확산법, 이온 주입법 등의 다양한 도핑 방법에 의하여 반도체층에 포함될 수도 있다.
이때, 제1 도전형 도펀트는 베이스 영역(110)과 반대되는 도전형을 나타낼 수 있는 도펀트이면 족하다. 즉, 제1 도전형 도펀트가 p형일 경우에는 보론(B), 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등의 3족 원소를 사용할 수 있다. 제1 도전형 도펀트가 n형일 경우에는 인(P), 비소(As), 비스무스(Bi), 안티몬(Sb) 등의 5족 원소를 사용할 수 있다.
제2 도전형 영역(34)은 후면 전계(back surface field)를 형성하여 반도체 기판(10)의 표면(좀더 정확하게는, 반도체 기판(10)의 후면)에서 재결합에 의하여 캐리어가 손실되는 것을 방지하는 후면 전계 영역을 구성한다.
이때, 제2 도전형 영역(34)은 베이스 영역(110)과 동일한 제2 도전형 도펀트를 포함하는 반도체(일례로, 실리콘)을 포함할 수 있다. 본 실시예에서는 제2 도전형 영역(34)이 반도체 기판(10) 위(좀더 명확하게는, 터널링층(20) 위)에서 반도체 기판(10)과 별개로 형성되며 제2 도전형 도펀트가 도핑된 반도체층으로 구성된다. 이에 따라 제2 도전형 영역(34)은 반도체 기판(10) 상에 쉽게 형성될 수 있도록 반도체 기판(10)과 다른 결정 구조를 가지는 반도체층으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 제2 도전형 영역(34)은 증착 등의 다양한 방법에 의하여 쉽게 제조될 수 있는 비정질 반도체, 미세 결정 반도체, 또는 다결정 반도체(일 예로, 비정질 실리콘, 미세 결정 실리콘, 또는 다결정 실리콘) 등에 제2 도전형 도펀트를 도핑하여 형성될 수 있다. 제2 도전형 도펀트는 반도체층을 형성하는 공정에서 반도체층에 함께 포함되거나, 또는, 반도체층을 형성한 후에 열 확산법, 이온 주입법 등의 다양한 도핑 방법에 의하여 반도체층에 포함될 수도 있다.
이때, 제2 도전형 도펀트는 베이스 영역(110)과 동일한 도전형을 나타낼 수 있는 도펀트이면 족하다. 즉, 제2 도전형 도펀트가 n형일 경우에는 인(P), 비소(As), 비스무스(Bi), 안티몬(Sb) 등의 5족 원소를 사용할 수 있다. 제2 도전형 도펀트가 p형일 경우에는 보론(B), 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등의 3족 원소를 사용할 수 있다.
그리고 제1 도전형 영역(32)과 제2 도전형 영역(34) 사이에 배리어 영역(36)이 위치하여 제1 도전형 영역(32)과 제2 도전형 영역(34)을 서로 이격시킨다. 제1 도전형 영역(32)과 제2 도전형 영역(34)이 서로 접촉하는 경우에는 션트(shunt)가 발생하여 태양 전지(150)의 성능을 저하시킬 수 있다. 이에 따라 본 실시예에서는 제1 도전형 영역(32)과 제2 도전형 영역(34) 사이에 배리어 영역(36)을 위치시켜 불필요한 션트를 방지할 수 있다.
배리어 영역(36)은 제1 도전형 영역(32)과 제2 도전형 영역(34) 사이에서 이들을 실질적으로 절연할 수 있는 다양한 물질을 포함할 수 있다. 즉, 배리어 영역(36)으로 도핑되지 않은(즉, 언도프트) 절연 물질(일례로, 산화물, 질화물) 등을 사용할 수 있다. 또는, 배리어 영역(36)이 진성(intrinsic) 반도체를 포함할 수도 있다. 이때, 제1 도전형 영역(32) 및 제2 도전형 영역(34)과 배리어 영역(36)이 동일 평면 상에서 형성되며 실질적으로 동일한 두께를 가지며 동일한 반도체(일례로, 비정질 실리콘, 미세 결정 실리콘, 다결정 실리콘)로 구성되되, 실질적으로 도펀트를 포함하지 않을 수 있다. 일 예로, 반도체 물질을 포함하는 반도체층을 형성한 다음, 반도체층의 일부 영역에 제1 도전형 도펀트를 도핑하여 제1 도전형 영역(32)을 형성하고 다른 영역 중 일부에 제2 도전형 도펀트를 도핑하여 제2 도전형 영역(34)을 형성하면, 제1 도전형 영역(32) 및 제2 도전형 영역(34)이 형성되지 않은 영역이 배리어 영역(36)을 구성하게 될 수 있다. 이에 의하면 제1 도전형 영역(32) 및 제2 도전형 영역(34) 및 배리어 영역(36)의 제조 방법을 단순화할 수 있다.
그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 배리어 영역(36)을 제1 도전형 영역(32) 및 제2 도전형 영역(34)과 별도로 형성한 경우에는 배리어 영역(36)의 두께가 제1 도전형 영역(32) 및 제2 도전형 영역(34)과 다를 수 있다. 일례로, 제1 도전형 영역(32) 및 제2 도전형 영역(34)의 션트를 좀더 효과적으로 막기 위하여 배리어 영역(36)이 제1 도전형 영역(32) 및 제2 도전형 영역(34)보다 더 두꺼운 두께를 가질 수도 있다. 또는, 배리어 영역(36)을 형성하기 위한 원료를 절감하기 위하여 배리어 영역(36)의 두께를 제1 도전형 영역(32) 및 제2 도전형 영역(34)의 두께보다 작게 할 수도 있다. 이외 다양한 변형이 가능함은 물론이다. 또한, 배리어 영역(36)의 기본 구성 물질이 제1 도전형 영역(32) 및 제2 도전형 영역(34)과 다른 물질을 포함할 수도 있다. 또는, 배리어 영역(36)이 제1 도전형 영역(32) 및 제2 도전형 영역(34) 사이에 위치한 빈 공간(예를 들어, 트렌치)으로 구성될 수도 있다.
그리고 배리어 영역(36)이 제1 도전형 영역(32) 및 제2 도전형 영역(34)의 경계의 일부만을 이격시키도록 형성될 수도 있다. 이에 의하면 제1 도전형 영역(32) 및 제2 도전형 영역(34)의 경계의 다른 일부는 서로 접촉할 수도 있다. 또한, 배리어 영역(36)이 반드시 구비되어야 하는 것은 아니며, 제1 도전형 영역(32) 및 제2 도전형 영역(34)이 전체적으로 접촉하여 형성되는 것도 가능하다. 그 외의 다양한 변형이 가능하다.
여기서, 베이스 영역(110)과 동일한 도전형을 가지는 제2 도전형 영역(34)의 면적보다 베이스 영역(110)과 다른 도전형을 가지는 제1 도전형 영역(32)의 면적을 넓게 형성할 수 있다. 이에 의하여 베이스 영역(110)과 제1 도전형 영역(32)의 사이에서 터널링층(20)을 통하여 형성되는 pn 접합을 좀더 넓게 형성할 수 있다. 이때, 베이스 영역(110) 및 제2 도전형 영역(34)이 n형의 도전형을 가지고 제1 도전형 영역(32)이 p형의 도전형을 가질 경우에, 넓게 형성된 제1 도전형 영역(32)에 의하여 이동 속도가 상대적으로 느린 정공을 효과적으로 수집할 수 있다. 이러한 제1 도전형 영역(32) 및 제2 도전형 영역(34) 및 배리어 영역(36)의 평면 구조는 추후에 도 4를 참조하여 좀더 상세하게 설명한다.
본 실시예에서는 제1 및 제2 도전형 영역(32, 34)이 터널링층(20)을 사이에 두고 반도체 기판(10)의 후면 위에 위치하는 것을 예시하였다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 터널링층(20)이 구비되지 않고 제1 및 제2 도전형 영역(32, 34)이 반도체 기판(10)에 도펀트를 도핑하여 형성된 도핑 영역으로 구성되는 것도 가능하다. 즉, 제1 및/또는 제2 도전형 영역(32, 34)의 적어도 일부가 반도체 기판(10)의 일부를 구성하는 단결정 반도체 구조의 도핑 영역으로 구성될 수도 있다. 이러한 구조에 대해서는 추후에 도 11을 참조하여 좀더 상세하게 설명한다. 그 외의 다양한 방법에 의하여 제1 및 제2 도전형 영역(32, 34)이 형성될 수 있다.
제1 도전형 영역(32) 및 제2 도전형 영역(34)과 배리어 영역(36) 위에 제1 절연층(40)이 형성될 수 있다. 제1 절연층(40)은 제1 도전형 영역(32) 및 제2 도전형 영역(34)이 연결되어야 하지 않을 전극(즉, 제1 도전형 영역(32)의 경우에는 제2 전극(44), 제2 도전형 영역(34)의 경우에는 제1 전극(42))과 연결되는 것을 방지하고, 제1 도전형 영역(32) 및 제2 도전형 영역(34)을 패시베이션하는 효과를 가질 수도 있다. 제1 절연층(40)은 제1 도전형 영역(32)을 노출하는 개구부(402)와, 제2 도전형 영역(34)을 노출하는 개구부(404)를 구비한다.
이러한 제1 절연층(40)은 터널링층(20)과 같거나 그보다 두꺼운 두께로 형성될 수 있다. 이에 의하여 절연 특성 및 패시베이션 특성을 향상할 수 있다. 제1 절연층(40)은 다양한 절연 물질(예를 들어, 산화물, 질화물 등)으로 이루어질 수 있다. 일례로, 제1 절연층(40)은 실리콘 질화막, 수소를 포함한 실리콘 질화막, 실리콘 산화막, 실리콘 산화 질화막, Al2O3, MgF2, ZnS, TiO2 및 CeO2로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 단일막 또는 2개 이상의 막이 조합된 다층막 구조를 가질 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 제1 절연층(40)이 다양한 물질을 포함할 수 있음은 물론이다.
반도체 기판(10)의 후면에 위치하는 전극(42, 44)은, 제1 도전형 영역(32)에 전기적 및 물리적으로 연결되는 제1 전극(42)과, 제2 도전형 영역(34)에 전기적 및 물리적으로 연결되는 제2 전극(44)을 포함한다. 본 실시예에서 제1 전극(42)의 적어도 일부와 제2 전극(44)의 적어도 일부를 서로 다른 층에 위치시켜 제1 전극(42)과 제2 전극(44)의 면적을 충분하게 확보할 수 있다. 이때, 서로 다른 층에 위치하는 제1 또는 제2 전극(44)의 적어도 일부와 이와 다른 제2 또는 제1 전극(42, 44)의 사이에는 제2 절연층(41)이 위치하여 제1 전극(42)과 제2 전극(44)이 불필요하게 연결되는 것을 방지할 수 있다. 이에 의하여 제1 전극(42)과 제2 전극(44)이 서로 중첩되는 위치에 적층될 수 있어, 제1 전극(42)과 제2 전극(44)의 면적을 충분하게 확보할 수 있다.
좀더 구체적으로, 제1 전극(42)이 제1 도전형 영역(32) 위에서 제1 도전형 영역(32)에 연결(일 예로, 접촉)되어 위치한다. 그리고 제2 전극(44)은, 제2 도전형 영역(34) 위에서 제2 도전형 영역(34)에 연결(일 예로, 접촉)되어 위치하며 제1 전극(42)과 이격되는 제1 부분(44a)과, 제1 부분(44a)에 연결되며 제2 절연층(41) 상에 위치하는 제2 부분(44b)을 포함한다.
좀더 구체적으로, 제1 절연층(40) 위에 제1 도전형 영역(32)에 연결되는 제1 전극(42)과 제2 도전형 영역(34)에 연결되는 제2 전극(44)의 제1 부분(44a)이 위치한다. 제1 및 제2 도전형 영역(32, 34), 제1 전극(42), 그리고 제2 전극(44)의 제1 부분(44a)의 평면 형상의 일 예를 도 4을 함께 참조하여 설명한다.
도 4는 도 2에 도시한 태양 전지(150)에서 제2 절연층(41)과 제2 전극(44)의 제2 부분(44b)을 도시를 생략하고 도시한 후면 평면도이다. 도 4에서는 명확하고 간략한 도시를 위하여 제2 전극(44)과 제2 부분(44b)의 도시를 생략하였다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 실시예에서 제1 도전형 영역(32)과 제2 도전형 영역(34)은 각기 스트라이프 형상을 이루도록 길게 형성되면서, 길이 방향과 교차하는 방향에서 서로 교번하여 위치하고 있다. 제1 도전형 영역(32)과 제2 도전형 영역(34) 사이에 이들을 이격하는 배리어 영역(36)이 위치할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
이때, 제1 도전형 영역(32)의 면적이 제2 도전형 영역(34)의 면적보다 클 수 있다. 일례로, 제1 도전형 영역(32) 및 제2 도전형 영역(34)의 면적은 이들의 폭을 다르게 하는 것에 의하여 조절될 수 있다. 즉, 제1 도전형 영역(32)의 폭(W1)이 제2 도전형 영역(34)의 폭(W2)보다 클 수 있다. 이에 의하여 에미터 영역을 구성하는 제1 도전형 영역(32)의 면적을 충분하게 형성하여 광전 변환이 넓은 영역에서 일어나도록 할 수 있다. 이때, 제1 도전형 영역(32)이 p형을 가질 경우에 제1 도전형 영역(32)의 면적을 충분하게 확보하여 이동 속도가 상대적으로 느린 정공을 효과적으로 수집할 수 있다.
제1 도전형 영역(32), 제2 도전형 영역(34) 및 배리어 영역(36)이 형성된 층 위에 이들을 덮으면서 제1 절연층(40)이 형성된다. 제1 절연층(40)에는 제1 도전형 영역(32)과 제1 전극(42)을 연결하는 개구부(402)와, 제2 도전형 영역(34)과 제2 전극(44)을 연결하는 개구부(404)가 형성된다. 그리고 개구부(402, 404)는 제1 및 제2 전극(42, 44)에 의하여 채워진다. 도면에서는 개구부(402, 404)가 각기 서로 이격되는 복수의 컨택홀로 구성되는 것을 예시하였다. 그리고 상대적으로 넓은 면적을 가지는 제1 도전형 영역(32)을 위한 개구부(402)가 상대적으로 작은 면적을 가지는 제2 도전형 영역(34)을 위한 개구부(404)보다 많은 개수로 형성되는 것을 예시하였다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 개구부(402, 404)의 형상, 배치, 개수 등은 다양한 변형이 가능하다. 일 예로, 개구부(402)가 제1 전극(42)과 동일 또는 유사한 스트라이프 형상을 가질 수 있고, 개구부(404)가 제2 전극(44)의 제1 부분(44a)과 동일 또는 유사한 스트라이프 형상을 가질 수 있다. 그러면, 제1 도전형 영역(32)과 제1 전극(42)의 접촉 면적, 그리고 제2 도전형 영역(34)과 제2 전극(44)의 접촉 면적을 최대화하여 캐리어 수집 효율을 향상할 수 있다. 그 외에도 다양한 변형이 가능하다.
그리고 제1 전극(42)이 제1 도전형 영역(32)에 대응하여 스트라이프 형상으로 형성되고, 제2 전극(44)의 제1 부분(44a)이 제2 도전형 영역(34)에 대응하여 스트라이프 형상으로 형성될 수 있다. 이때, 제2 전극(44)의 제1 부분(44a)은 제2 부분(44b)과의 연결을 가능하게 할 수 있을 정도의 최소한의 폭을 가질 수 있고, 제1 전극(42)은 제1 부분(44a) 및 이에 전기적으로 절연될 수 있는 간격을 제외한 부분에 넓은 폭을 가지도록 형성될 수 있다.
즉, 제1 전극(42)의 폭(W3)은 제1 부분(44a)의 폭(W4)보다 클 수 있다. 그리고 실시예에 따라 다르지만, 제1 부분(44a)의 폭(W4)은 제1 전극(42)과 제1 부분(44a) 사이의 간격(W5)와 같거나 이보다 작을 수 있다. 즉, 종래에는 제2 전극이 낮은 저항을 가질 수 있도록 제1 전극과 동일한 층에 형성되는 제2 전극이 제1 전극과 제2 전극 사이의 간격보다 크게 형성되었다. 그러나 본 실시예에서는 제2 부분(44b)에 의하여 충분히 낮은 저항을 가질 수 있으므로, 제1 부분(44a)은 제2 부분(44b)과의 연결이 가능할 정도의 작은 폭을 가질 수 있다. 따라서, 제1 부분(44a)의 폭을 제1 전극(42)과 제1 부분(44a) 사이의 간격(W5)과 같게 하거나 이보다 작은 수준으로 형성할 수 있다. 이에 의하여 제1 전극(42)을 충분히 넓은 면적으로 형성할 수 있어 제1 전극(42)의 저항을 낮출 수 있다.
예를 들어, 제1 전극(42)과 제1 부분(44a) 사이의 간격(W5)이 150um 내지 300um일 수 있다. 상술한 간격(W5)이 150um 미만이면, 공정 오차 등에 의하여 제1 전극(42)과 제2 부분(44a)가 사이가 완전하게 에칭되지 않아 단락(short)가 발생할 수 있다. 상술한 간격(W5)이 300um를 초과하면, 제1 전극(42) 및/또는 제1 부분(44a)의 면적이 줄어들어 저항이 증가하고 충밀도가 감소하여 효율이 저하될 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 제1 전극(42)과 제2 부분(44a)의 사이의 간격(W5)은 서로 단락이 일어나지 않는 범위 내에서 다양한 값을 가질 수 있다.
제1 부분(44a)의 폭(W4)은 100um 내지 400um일 수 있다. 제1 부분(44a)의 폭(W4)이 100um 미만이면, 면적이 줄어 저항이 증가하고 충밀도가 감소하여 효율이 저하될 수 있다. 제1 부분(44a)의 폭(W4)이 400um를 초과하면, 폭이 커져서 단락을 일으킬 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 부분(W4)이 제2 도전형 영역(34)과 안정적으로 연결되면서 제1 도전형 영역(32)과 단락이 생기지 않는 범위 내에서 다양한 값을 가질 수 있다.
다시 도 2 및 도 3을 참조하면, 제2 절연층(41)은 제1 전극(42) 위에서 제1 전극(42)을 전체적으로 덮으면서 형성되어 제2 전극(44)의 제1 부분(44a)이 형성된 층과 제2 전극(44)의 제2 부분(44b) 사이에 위치하게 된다. 이때, 제2 절연층(41)은 제1 전극(42)과 함께 제1 및 제2 전극(42, 44) 하부에 위치한 제1 절연층(40)을 덮으면서 형성된다. 일 예로, 제2 절연층(41)은 제1 전극(42) 및 제1 절연층(40)과 제2 전극(44)의 제2 부분(44b)의 사이에서 이들에 접촉하여 형성될 수 있다. 그러면, 적층 구조를 최소화하여 구조를 간단하게 할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 제2 절연층(41)과 제1 및/또는 제2 전극(42, 44), 그리고 제1 절연층(40) 사이에 별도의 층이 위치할 수도 있다. 그 외의 다양한 변형이 가능하다.
여기서, 제2 절연층(41)은 제2 전극(44)의 제1 부분(44a)의 적어도 일부에 대응하도록 개구된 제1 개구부(412)를 구비한다. 이때, 제2 절연층(41)이 제2 전극(44)의 제1 부분(44a)의 일부를 덮어 제1 개구부(412)가 제2 전극(44)의 제1 부분(44a)를 부분적으로 개구할 수도 있다. 이 경우에 제1 개구부(412)는 서로 이격되는 복수 개의 컨택 홀 형상을 가질 수 있다. 또는, 도면에서와 같이, 제2 절연층(41)이 제2 전극(44)의 제1 부분(44a) 위에 형성되지 않아 제1 개구부(412)가 제2 전극(44)의 제1 부분(44a)과 대응되는 형상을 가질 수 있고, 이 경우에는 제1 개구부(412)가 제2 전극(44)의 제1 부분(44a)을 전체적으로 개구할 수도 있다. 이와 같이 제1 개구부(412)가 제2 전극(44)의 제1 부분(44a)가 대응하는 형상을 가져 이를 전체적으로 개구하면, 제1 부분(44a)과 제2 부분(44b)의 컨택 면적을 충분히 확보할 수 있으므로 제1 부분(44a)의 면적(특히, 폭)을 최소화할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 제1 개구부(412)의 형상, 배치 등이 다양하게 변형될 수 있다.
그리고 제2 절연층(41)의 일측에는 제1 전극(42)을 개구하는 제2 개구부(414)가 위치한다. 제2 개구부(414)는 제1 전극(42)의 일측 가장자리의 적어도 일부를 개구하여, 이 부분이 이웃한 태양 전지(150)의 제2 전극(44)과 연결될 수 있도록 한다. 이에 대해서는 추후에 도 6 내지 도 8을 참조하여 좀더 상세하게 설명한다.
제2 절연층(41)의 위에는 제2 절연층(41)의 제1 개구부(412)를 통하여 제2 전극(44)의 제1 부분(44a)에 연결되는 제2 부분(44b)이 위치한다. 본 실시예에서는 제1 개구부(412)의 내부에 제1 부분(44a)과 제2 부분(44b)을 연결하는 컨택부(44c)가 위치하여 제1 부분(44a)과 제2 부분(44b)이 컨택부(44c)를 통하여 서로 전기적으로 연결된다.
제2 부분(44b)은 제2 절연층(41) 위에 전체적으로 형성되는 판상 형상을 가질 수 있다. 일 예로, 본 실시예에서는 제2 부분(44b)이 금속으로 이루어지는 금속 플레이트로 구성될 수 있다. 즉, 제2 부분(44b)이 전기를 통하는 도전부(441b)로만 이루어질 수 있다. 그러면, 제2 부분(44b)이 우수한 전기 전도도 및 충분한 강도를 가지면서 형성될 수 있다.
제2 부분(44b)의 도전부(441b)를 구성하는 금속으로는 다양한 물질이 사용될 수 있다. 일 예로, 은, 금, 구리, 알루미늄, 주석, 납 등과 같은 금속 등을 사용할 수 있다. 그러면, 높은 전기 전도도와 함께 높은 반사도를 가져 태양 전지(150)를 통과하여 외부로 빠져나가는 광을 반사시켜 태양 전지(150)의 내부로 향하도록 한다. 이에 의하여 태양 전지(150) 내부의 광의 양을 증가시켜 태양 전지(150)의 효율을 향상할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 제2 부분(44b)이 반사도가 낮은 금속을 포함할 수도 있고, 금속 이외의 전도성 물질을 포함할 수도 있다.
일 예로, 제2 전극(44)의 제1 부분(44a)의 두께(T1)가 제2 부분(44b)의 도전부(441b)의 두께(T2)와 같거나 그보다 작을 수 있다. 이는 제2 부분(44b)의 도전부(441b)가 판상 형상을 가져 상대적으로 두꺼운 두께를 가질 수 있음을 고려한 것이다. 일 예로, 제2 부분(44b)의 도전부(441b)의 두께(T2)는 5um 내지 20um일 수 있다. 제2 부분(44b)의 도전부(441b)의 두께(T2)가 5um 미만이면 저항이 증가할 수 있고, 20um를 초과하면, 재료비가 증가하고 온도 변화 등에 의하여 휘는 현상(bowing)이 발생할 수 있다. 여기서, 일 예로, 제2 전극(44)의 제1 부분(44a)의 두께(T1) : 제2 부분(44b)의 도전부(441b)의 두께(T2)의 비율(T1:T2) 은 1:1 내지 1:4일 수 있다. 상술한 두께 비율(T1:T2)이 1:1 미만이면, 제2 부분(44b)의 도전부(441b)의 두께가 작아 저항이 커질 수 있다. 두께 비율(T1:T2)이 1:4를 초과하면, 재료비가 증가하고 온도 변화 등에 의하여 휘는 현상이 발생할 수 있다.
그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 부분(44a)의 두께(T1)과 제2 부분(44b)의 도전부(441b)의 두께(T2)가 다양한 값을 가질 수 있다. 다른 예로, 제2 전극(44)의 제2 부분(44b)의 도전부(441b)의 두께(T2)가 제1 부분(44a)의 두께(T1)와 같거나 그보다 작을 수 있다. 이는 제2 부분(44b)이 전체적으로 형성되어 넓은 면적을 가져 상대적으로 낮은 저항을 가질 수 있는 부분이고, 제1 부분(44a)이 패턴을 가지면서 좁은 면적으로 형성되어 상대적으로 높은 저항을 가지게 되는 부분인 것을 고려한 것이다. 즉, 제2 부분(44b)이 넓은 면적으로 형성되므로 제1 부분(44a)과 같거나 이보다 작은 두께로 형성하여도 충분히 낮은 저항을 가질 수 있다.
이와 같이 제2 전극(44)의 제2 부분(44b)을 판상 형상을 가지도록 형성하면, 제2 부분(44b)을 구성하는 판을 절연층(41) 위에 위치한 상태에서 제1 부분(44a)과 제2 부분(44b)을 연결하는 것에 의하여 제2 부분(44b)을 위치 및/또는 고정시킬 수 있다. 이에 따라 제2 전극(44)을 제2 절연층(41) 위에 형성하는 공정, 이들을 패터닝하는 공정 등을 수행하지 않아도 된다.
일 예로, 제2 절연층(41)에 형성된 제1 개구부(412) 내에 컨택부(44c)를 형성하여 제1 부분(44a)과 제2 부분(44b)을 컨택부(44c)를 통하여 연결한다. 컨택부(44c)는 전기 전도성을 가지는 페이스트로 구성되어, 페이스트의 소성 또는 경화 시에 제1 부분(44a) 및 제2 부분(44b)에 접합될 수 있다. 또는, 컨택부(44c)가 솔더 페이스트로 구성되어 솔더링에 의하여 제1 부분(44a) 및 제2 부분(22b)에 접합될 수도 있다. 다른 실시예로, 별도의 컨택부(44c)를 형성하지 않고, 제1 부분(44a)과 제2 부분(44b)을 직접 접촉하여 형성할 수도 있다. 즉, 제1 부분(44a)과 제2 부분(44b)이 모두 주석 등을 포함하여 솔더링이 가능한 물질인 경우에는, 제2 절연층(41) 위에 제2 부분(44b)를 위치시킨 상태에서 제1 개구부(412)가 형성된 부분에 대응하여 솔더링을 하여 제1 부분(44a) 및 제2 부분(44b)이 솔더링에 의하여 용융되면서 개구부(402)를 채운 후에 응고될 수 있다. 그러면, 이에 의하여 제1 부분(44a)과 제2 부분(44b)이 직접 접촉하여 연결될 수 있다. 또는, 이 경우를 제1 및/또는 제2 부분(44a, 44b)의 일부가 컨택부(44c)를 구성하게 된다고 볼 수도 있다. 그 외에도 다양한 방법에 의하여 제1 부분(44a)과 제2 부분(44b)을 연결할 수 있다.
여기서, 제2 부분(44b)은 제1 부분(44a)과 연결되는 부분에서만 제1 부분(44a)과 화학적으로 접합(또는 결합)되고, 제2 절연층(41)과는 화학적으로 접합되지 않을 수 있다. 즉, 제2 부분(44b)에서 제1 부분(44a)(또는 컨택부(44c))와 연결되지 않은 부분에서는 제2 부분(44b)과 제2 절연층(41)이 서로 접합되지 않고 물리적으로만 접촉한 상태를 가질 수 있다. 추후에 태양 전지(150)는 제1 및 제2 밀봉재(도 1의 참조부호 31, 32)에 의하여 전면 기판(121)과 후면 시트(122) 사이에서 고정되므로, 제2 부분(44b)과 제1 절연층(40)이 서로 접합되지 않아도 된다.
이와 같이 제2 부분(44b)이 제2 절연층(41)과 접합하지 않고 물리적인 접촉만 하는 경우에는, 이후의 공정 등에서 온도가 크게 변화하더라도 열 팽창 계수의 차이 등에 의한 문제가 발생하지 않는다. 좀더 구체적으로 설명하면, 제2 부분(44b)과 제2 절연층(41)이 접합되어 있는 경우에는 온도가 크게 변화할 때 둘 사이의 열 팽창 계수의 차이에 의하여 서로 크기의 차이가 발생하게 되고, 이에 의하여 태양 전지(150)가 휘는 현상이 발생할 수 있다. 그러나 본 실시예에서는 제2 부분(44b)과 제2 절연층(41)을 접합하지 않아 온도가 크게 변하여도 태양 전지(150)가 휘는 현상을 방지할 수 있다.
그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 제2 절연층(41)이 수지 등을 포함하여, 경화되지 않은 상태의 제2 절연층(41) 위에 제2 부분(44b)을 놓은 상태에서 제2 절연층(41)을 경화시키면서 제2 절연층(41)과 제2 부분(44b)을 접합할 수도 있다. 이 경우에는 제2 절연층(41)과 제2 부분(44b)을 접합하여 구조적 안정성을 좀더 향상할 수 있다. 또는, 제2 절연층(41)과 제2 부분(44b) 사이에 별도의 접착층, 수지층 등을 구비하여 이들을 이용하여 제2 절연층(41)과 제2 부분(44b)을 접합할 수 있다. 그 외의 다양한 변형이 가능하다.
본 실시예에서는 제2 전극(44)이 제1 부분(44a)과 제2 부분(44b)을 포함한다. 이에 의하여 제1 부분(44a)은 제2 부분(44b)과의 연결이 가능한 정도의 작은 폭으로 형성하고, 이와 같은 층에 위치하는 제1 전극(42)을 충분한 면적으로 형성할 수 있다. 그리고 제2 전극(44)의 제2 부분(44b)은 제1 전극(42)과 별개의 층에 위치하므로 이 또한 충분한 면적으로 형성할 수 있다. 이와 같이 제1 전극(42) 및 제2 전극(44)의 면적을 충분하게 확보하는 것에 의하여 제1 및 제2 전극(42, 44)의 저항을 낮출 수 있고, 이에 따라 제1 및 제2 전극(42, 44)의 두께를 줄일 수 있다.
이때, 베이스 영역(110)과 동일한 전도형(예를 들어, n형)을 가지며 상대적으로 좁은 면적을 가지는 제2 도전형 영역(34)에 연결되는 제2 전극(44)이 제1 부분(44a)과 제2 부분(44b)을 포함하여, 제1 부분(44a)의 면적(또는 폭)을 줄이는 것에 의한 부담을 줄일 수 있다. 즉, 상대적으로 좁은 면적으로 형성되는 제2 도전형 영역(34)에 연결되는 제2 전극(44)의 면적(또는 폭)을 더 줄이는 것이 상대적으로 큰 면적으로 형성되는 제1 도전형 영역(32)에 연결되는 제1 전극(42)의 면적(또는 폭)을 줄이는 것에 비하여 좀더 쉽고 간단하다.
제2 부분(44b)은 판상 형상을 가져 제2 절연층(41)과 별개로 제조된 후에 제2 절연층(41)의 제1 개구부(412)를 통하여 제1 부분(44a)에 연결되도록 제1 부분(44a) 또는 컨택부(44c)에 접합하면 된다. 이에 의하여 제2 절연층(41) 위에 증착 등에 의하여 제2 부분(44b)을 형성하는 것에 공정을 단순화할 수 있다. 그리고 제2 부분(44b)의 면적을 최대화할 수 있어 제2 전극(44)의 저항 특성을 좀더 향상하고 두께를 좀더 줄일 수 있다. 이에 의하여 태양 전지(150)의 효율을 향상할 수 있다. 일 예로, 도 5를 참조하면, 제1 전극과 제2 전극이 모두 한 층에 형성된 비교예에 따른 태양 전지에 비하여, 상술한 구조의 태양 전지는 개방 전압이 약 0.05% 정도 높고, 전류 밀도는 약 1.5% 정도 높으며, 효율은 약 1.5% 정도 높은 것을 알 수 있다. 이와 같이 본 실시예에 의하면 태양 전지(150)의 개방 전압, 전류 밀도 및 효율을 향상할 수 있음을 알 수 있다.
상술한 구조는 특히, 제1 전극(42)과 제2 전극(44)이 같은 쪽에 위치하여 제1 전극(42) 및 제2 전극(44) 형성 시 한계가 있는 후면 구조의 태양 전지(150)에서 좀더 큰 효과를 발휘할 수 있다. 본 실시예에와 같이 반도체 기판(10)의 후면에 제1 및 제2 전극(42, 44)이 형성되고 반도체 기판(10)의 전면에는 전극이 형성되지 않는 후면 전극 구조의 태양 전지(100)에서는 반도체 기판(10)의 전면에서 쉐이딩 손실(shading loss)를 최소화할 수 있다. 이에 의하여 태양 전지(100)의 효율을 향상할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 본 발명이 제1 전극(42)과 제2 전극(44)이 서로 다른 쪽에 위치한 구조에 적용될 수도 있음은 물론이다.
상술한 도면 및 설명에서는 제2 전극(44)이 제1 부분(44a)과 제2 부분(44b)을 포함하여, 제1 전극(42) 및 제2 전극(44)의 제1 부분(44a)과, 제2 전극(44)의 제2 부분(44b)이 제2 절연층(41)을 사이에 두고 서로 다른 층에 위치하는 것을 예시하였다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 다른 실시예로, 제1 전극(42)이 서로 다른 층에 위치한 복수 개의 부분을 포함하고 제2 전극(44)이 하나의 부분으로 형성될 수도 있다. 또 다른 실시예로, 제1 및 제2 전극(42, 44)이 각각 서로 다른 층에 복수 개의 부분을 포함할 수도 있다. 이에 따라 제1 전극(42) 중 적어도 일부와 제2 전극(42, 44) 중 적어도 일부가 제2 절연층(41)을 사이에 두고 서로 적층될 수 있다.
본 실시예의 태양 전지 모듈(100)에서는 상술한 구조의 태양 전지(150)를 복수 개로 연결하여 태양 전지 스트링을 형성할 수 있다. 도 6 내지 도 8을 참조하여 서로 연결되는 제1 및 제2 태양 전지(151, 152)를 통하여 복수 개의 태양 전지(150)의 연결 구조를 상세하게 설명한다.
도 6는 도 1의 태양 전지 모듈에서 두 개의 태양 전지의 연결 구조를 보여주는 단면도이다. 도 7는 도 1의 태양 전지 모듈에서 두 개의 태양 전지의 연결 구조의 일 예를 보여주는 부분 후면 평면도이다. 그리고 도 8은 도 1의 태양 전지 모듈에서 두 개의 태양 전지의 연결 구조의 다른 예를 보여주는 부분 후면 평면도이다.
도 6를 참조하면, 제1 태양 전지(151)의 제2 전극(44)의 제2 부분(44b)이 제2 태양 전지(152)까지 연장되어 제2 태양 전지(152)의 제1 전극(42)에 연결된다.
즉, 제2 절연층(41)에는 각 태양 전지(150)의 제1 전극(42)의 일측 가장자리를 개구하는 제2 개구부(414)가 형성된다. 그리고 제2 전극(44)의 제2 부분(44b)은 각 태양 전지(150)의 타측 가장자리보다 돌출되어 외부로 연장되어 형성된다. 이때, 제2 부분(44b)에서 타측 가장자리로 돌출되는 돌출부의 돌출 방향은 제1 전극(42) 및 제1 부분(44a)의 길이 방향과 교차하는 방향을 가진다. 즉, 도 4에 도시한 바와 같이, 제1 전극(42)과 제1 부분(44a)은 일 방향(도면의 y축 방향, 도 4의 상하 방향)으로 연장된 반면, 도 6 및 도 7을 참조하면, 제2 부분(44b)의 돌출 방향은 이에 교차하는 방향(도면의 x축 방향, 도 6의 좌우 방향)인 것을 알 수 있다. 이는 제2 전극(44)의 제2 부분(44b)의 일부를 연장하여 다른 태양 전지(150)와 연결하기 때문에 나타나는 것이다.
이에 의하여 제1 태양 전지(151)의 타측 가장자리(제2 태양 전지(152) 쪽에 인접한 가장자리) 쪽에서 돌출되어 제2 태양 전지(152) 쪽으로 연장된 제2 전극(44)의 제2 부분(44b)을 제2 태양 전지(152)의 일측 가장자리(제1 태양 전지(152) 쪽에 인접한 가장자리) 에서 노출된 제1 전극(42)에 연결한다. 제1 전극(42)과 제2 전극(44)의 연결은 전기 전도성을 가지는 접착 페이스트, 접착층 또는 필름, 또는 솔더링 등에 의하여 이루어질 수도 있고, 제1 전극(42)과 제2 전극(44)을 직접 접촉시키는 것에 의하여 이루어질 수도 있다. 일 예로, 제1 태양 전지(151)의 제2 전극(44)과 제2 태양 전지(152)의 제1 전극(42)의 전기적 연결은, 컨택부(44c)를 통한 제1 전극(42)과 제2 전극(44)의 제2 부분(44c)의 연결 시에 동일한 공정에 의하여 동시에 이루어질 수 있다. 즉, 컨택부(44c)를 구성하는 페이스트, 접착층, 솔더링 물질 등을 제1 개구부(412) 및 제2 개구부(414)에 도포한 후에 접합 공정을 수행하여 각 태양 전지(150)에서 제1 부분(44a)과 제2 부분(44b)을 연결한다. 그러면, 제1 태양 전지(151)의 제2 전극(44)과 제2 태양 전지(152)의 제1 전극(42)을 단순한 공정에 의하여 쉽게 연결할 수 있다. 그 외에도 다양한 방법에 의하여 제1 전극(42)과 제2 전극(44)을 연결할 수 있다.
이때, 각 태양 전지(150)에서 제2 절연층(41)에 형성된 제2 개구부(414), 그리고 제2 전극(44)의 제2 부분(44b)은 다양한 평면 형상을 가질 수 있다.
일 예로, 도 7에 도시한 바와 같이, 제2 개구부(414)가 각 태양 전지(150)의 일측 가장자리(좀더 정확하게는, 제1 전극(42)의 일측 가장자리)를 균일한 폭으로 전체적으로 개구하는 사각형 형상 또는 바 형상을 가지도록 할 수 있다. 그리고 이에 연결되는 제2 전극(44)의 제2 부분(44b)의 가장자리 또한 일자 형상을 가지도록 길게 이어질 수 있다. 그러면, 제1 전극(44)과 제2 부분(44b)이 연결되는 영역이 균일한 폭을 가지는 사각형 형상 또는 바 형상을 가질 수 있다. 이에 의하여 제1 전극(44)과 제2 부분(44b)을 넓은 면적에서 균일하게 연결하면서 제1 태양 전지(151)와 제2 태양 전지(152)의 전기적 연결 안정성을 향상할 수 있다.
또는, 도 8에 도시한 바와 같이, 제2 개구부(414)가 서로 이격되는 복수의 개구 부분(414a, 414b)을 포함할 수 있다. 본 실시예에서는 제2 개구부(414)를 구성하는 개구 부분(414a, 414b)이 두 개 위치하며, 제2 개구부(414)가 위치하는 일측 가장자리의 길이 방향에서 서로 반대되는 양측에 각기 하나씩 위치하는 것을 예시하였다. 그리고 제1 태양 전지(151)에서 연장된 제2 부분(44b)의 타측 가장자리에는 개구 부분(414a, 414b)에 의하여 개구된 부분에 대응하는 형상을 가지는 돌출 부분(P1)이 형성되고, 제2 태양 전지(152)의 제2 부분(44b)의 일측 가장자리에는 개구 부분(414a, 414b)에 대응하는 형상을 가지는 오목부(P2)가 형성된다. 이에 의하여 제1 태양 전지(151)의 제2 부분(44b)과 제2 태양 전지(152)의 제2 부분(44b)이 서로 연결되지 않으면서도, 각 태양 전지(150)에서의 제2 전극(44)의 제2 부분(44b)의 면적을 최대화할 수 있다.
제2 태양 전지(152)의 제1 전극(42)에서 제2 개구부(414)의 복수의 개구 부분(414a, 414b)에 의하여 노출된 부분에 제1 태양 전지(151)의 제2 부분(44)의 돌출부(P1)을 연결하는 것에 의하여 제1 태양 전지(151)와 제2 태양 전지(152)를 연결할 수 있다. 이에 의하면, 제2 전극(44)의 제2 부분(44)의 돌출부(P1)와 제1 전극(42)의 오목부(P2)에 의하여 캐리어의 평균 이동 거리를 줄일 수 있다. 이에 의하여 캐리어 수집 효율을 향상할 수 있다.
이와 같이 본 실시예에서는 각 태양 전지(150)의 제2 전극(44)의 제2 부분(44b)을 연장하여 제1 태양 전지(151)와 제2 태양 전지(152)를 전기적으로 연결하도록 한다. 제2 부분(44b)은 판상 형상을 가지므로 충분한 강도를 가질 수 있으므로 제1 태양 전지(151)와 제2 태양 전지(152)를 안정적으로 연결할 수 있다. 이때, 상술한 바와 같이, 제1 태양 전지(151)의 제2 전극(44)과 제2 태양 전지(152)의 제1 전극(42)의 전기적 연결은, 컨택부(44c)를 통한 제1 전극(42)과 제2 전극(44)의 제2 부분(44c)의 연결 시에 동일한 공정에 의하여 동시에 이루어질 수 있다. 이에 따라 기존에 사용하는 리본, 클립 등을 별도로 사용하지 않아도 되므로 구조를 단순화할 수 있고, 공정을 단순화할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 제2 전극(44)을 연장하지 않고, 제1 태양 전지(151)의 제2 전극(44)과 제2 태양 전지(152)의 제1 전극(42)을 연결하는 별도의 리본, 클립 등을 더 구비할 수도 있다.
이하, 본 발명의 다른 실시예들에 따른 태양 전지 및 이의 제조 방법을 상세하게 설명한다. 상술한 설명과 동일 또는 극히 유사한 부분에 대해서는 상세한 설명을 생략하고 서로 다른 부분에 대해서만 상세하게 설명한다.
도 9은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지(150)에서 제2 절연층(41)과 제2 전극(44)의 제2 부분(44b)을 도시를 생략하고 도시한 후면 평면도이다. 도 9에서는 명확하고 간략한 도시를 위하여 제2 전극(44)의 제2 부분(44b)의 도시를 생략하였다.
도 9을 참조하면, 본 실시예에 따른 태양 전지(150)에서는, 제2 도전형 영역(34)이 아일랜드 형상을 가지면서 서로 이격되어 복수 개 구비되고, 제1 도전형 영역(32)은 제2 도전형 영역(34) 및 이를 둘러싸는 배리어 영역(36)을 제외한 부분에 전체적으로 형성될 수 있다.
그러면, 제1 도전형 영역(32)으로 기능하는 제1 도전형 영역(32)이 최대한 넓은 면적을 가지면서 형성되어 광전 변환 효율을 향상할 수 있다. 그리고 제2 도전형 영역(34)의 면적을 최소화하면서도 반도체 기판(10)에 전체적으로 제2 도전형 영역(34)이 위치하도록 할 수 있다. 그러면 제2 도전형 영역(34)에 의하여 표면 재결합을 효과적으로 방지하면서 제2 도전형 영역(34)의 면적을 최소화할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 제2 도전형 영역(34)이 제2 도전형 영역(34)의 면적을 최소화할 있는 다양한 형상을 가질 수 있음은 물론이다.
도면에서는 제2 도전형 영역(34)이 원형의 형상을 가지는 것을 예시하였으나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 제2 도전형 영역(34)이 각기 타원형, 또는 삼각형, 사각형, 육각형 등의 다각형의 평면 형상을 가질 수도 있음은 물론이다.
제1 절연층(40)에 형성된 개구부(402)는 제1 전극(42)의 형상에 대응하는 형상을 가질 수 있고, 개구부(404)는 제2 전극(44)의 제1 부분(44a)에 대응하는 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 개구부(402)는 제2 도전형 영역(34) 및 배리어 영역(36)에 해당하는 영역만을 남기고 그 외에 부분에 전체적으로 형성될 수 있다. 그러면 제1 절연층(40)은 제1 도전형 영역(32)과 제2 도전형 영역(34)의 경계에서 이들의 경계 부분을 덮도록 형성될 수 있고, 예를 들어 환형 형상을 가질 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 개구부(402)가 제1 도전형 영역(32)의 적어도 일부를 노출하도록 형성되는 복수의 컨택홀 형상으로 형성될 수 있다. 그 외에도 개구부(402, 404)의 형상은 다양하게 변형될 수 있다.
제1 전극(42)은 개구부(404)가 형성된 부분을 제외하고 전체적으로 형성될 수 있다. 도면에서는 제1 전극(42)이 제1 도전형 영역(32)을 전체적으로 노출하는 개구부(402)를 제외한 부분에 전체적으로 형성될 수 있다.
그리고 제2 전극(44)의 제1 부분(44a)은 제2 도전형 영역(34)에 대응하도록 서로 이격되는 복수 개의 아일랜드부를 포함하도록 형성되었다. 본 실시예에서는 제1 부분(44a)은 제2 부분(44b)에 연결되는 것에 의하여 서로 연결될 수 있으므로, 제1 부분(44a)끼리 서로 이격되어 형성될 수 있는 것이다. 이에 의하여 제2 전극(44)의 제1 부분(44a)의 면적을 최대화할 수 있고 이에 의하여 제2 전극(44)의 면적을 최대화할 수 있다. 본 실시예에서 제2 전극(44)의 컨택부(44c)는 제1 부분(44a)과 같이 복수의 아일랜드부를 포함하여 형성될 수 있다.
도 10는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지의 단면도이다.
도 10를 참조하면, 본 실시예에 따른 태양 전지에서는, 제2 전극(44)의 제2 부분(44b)이, 도전부(441b)와 함께, 도전부(441b)를 지지하는 지지부(442b)를 포함한다. 즉, 도전부(441b)가 지지부(442b) 상에 형성되어 지지부(442b)에 의하여 지지될 수 있다.
예를 들어, 제2 부분(44b)이 판상 형상을 가지는 전도성 필름 등으로 구성될 수 있다. 지지부(442b)는 절연 물질(예를 들어, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 등과 같은 수지)로 구성될 수 있고, 도전부(441b)는 지지부(442b) 상에 형성되는 금속 호일(foil) 등으로 구성될 수 있다. 금속 호일 등으로는 도 2의 실시예에서 도전부(441b)로 사용하는 다양한 금속 등이 사용될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 지지부(442b)에 의하여 강도를 보강하여 도전부(441b)는 전기적 특성에 필요한 정도의 두께로만 형성되면 족하다. 이에 의하여 도전부(441b)의 두께를 최소하여 비용을 절감할 수 있다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지의 단면도이다.
도 11을 참조하면, 본 실시예에서 제2 도전형 영역(34)은, 반도체 기판(110)의 일부를 구성하는 제1 영역(34a)과, 반도체 기판(110)의 위에 별개의 층으로 위치하는 제2 영역(34b)을 포함할 수 있다.
좀더 구체적으로, 제1 영역(34a)은, 제2 전극(44)의 제1 부분(44a)이 형성된 부분에서 반도체 기판(10)의 내부로 돌출되어 형성되어, 베이스 영역(110)과 직접 접촉할 수 있다. 이러한 제1 영역(34a)은 국부적인 열처리에 의하여 제2 도전형 영역(34)을 구성하는 반도체층 내에 포함된 제2 도전형 도펀트가 확산한 다음 재결정화되어 형성된 부분으로, 베이스 영역(110)과 동일한 결정 구조를 가질 수 있다. 즉, 제1 영역(34a)은, 베이스 영역(110)과 동일한 단결정 반도체를 가지면서 베이스 영역(110)과 동일한 도전형을 가지면서 베이스 영역(110)보다 높은 도핑 농도를 가지는 도핑 영역으로 이루어질 수 있다. 제1 영역(34a)은, 반도체 기판(10)의 일부를 구성할 수 있다.
이때, 제1 영역(34a)은 제2 전극(44)의 제1 부분(44a)에 대응하는 위치에서 제2 전극(44)의 제1 부분(44a)의 하부면으로부터 반도체 기판(10)의 내부까지 형성된다. 즉, 제1 영역(34a)은 터널링층(20) 및 제1 절연층(40)을 관통하여 제2 전극(44)의 제1 부분(44a)의 하부면까지 연장된다. 즉, 본 실시예에서 반도체 기판(10)의 일부를 구성하는 단결정 반도체 구조를 가지는 제1 영역(34a)이 제1 절연층(40)보다 외부를 향하여 좀더 돌출되고, 터널링층(20)에 반대되는 제2 영역(34b)의 표면(도면의 하면)과 제1 영역(34a)의 표면(도면의 하면)이 서로 동일 평면 상에 위치하게 된다. 이에 따라 제1 영역(34a)의 측면과 제2 영역(34b)의 측면이 서로 연결된다.
제1 영역(34a)은 베이스 영역(110)과 직접 접촉하여 베이스 영역(110) 내의 캐리어가 쉽게 이동할 수 있는 통로를 제공한다. 제1 영역(34a)은 국부적인 열처리에 의하여 제2 영역(34b) 내에 포함된 제2 도전형 도펀트가 확산한 다음 재결정화되어 형성된 부분이다. 이때, 제2 도전형 도펀트의 확산으로 도펀트 농도가 제2 영역(34b)과 유사하거나 이보다 다소 저하될 것으로 여겨질 수 있으나, 실제로는 국부적인 열처리에 의하여 활성화되는 제2 도전형 도펀트의 양이 많아지기 때문에 도핑 농도가 제2 영역(34b)보다 높고 저항이 제2 영역(34b)보다 작아질 수 있다. 이에 의하여 제1 영역(34a)은 제2 전극(44)의 제1 부분(44a)과의 접촉 저항을 낮추는 역할을 수행할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 제1 영역(34a)의 도핑 농도가 제2 영역(34b)의 도핑 농도보다 작고 제1 영역(34a)의 저항이 제2 영역(34b)의 저항보다 클 수도 있다.
제1 영역(34a)이 형성되지 않은 부분에서의 반도체 기판(10)의 표면으로부터 제1 영역(34a)의 반도체 기판(10)의 내부 쪽 단부 사이의 거리(즉, 제1 영역(34a)이 반도체 기판(10)의 내부에서 돌출된 길이)(H1)가 200nm 내지 3um일 수 있다. 상기 거리(H1)가 200nm 미만이면, 제1 영역(34a)을 형성하기 위한 국부적인 열처리가 충분하게 이루어지지 않아 제1 영역(34a)에 의한 접촉 저항 감소를 기대하기 어려울 수 있다. 상기 거리(H1)가 3um를 초과하면, 제1 영역(34a)의 도핑 농도가 커져서 오히려 오제 재결합(Auger recombination)이 증가할 수 있다. 접촉 저항 및 재결합 특성 등을 좀더 고려하면, 제1 영역(34a)의 상기 거리(H1)가 500nm 내지 1.5um일 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 제1 영역(34a)의 깊이가 다양하게 달라질 수 있다.
제2 영역(34b)은 반도체 기판(10) 상에 쉽게 형성될 수 있도록 반도체 기판(10)과 다른 결정 구조를 가질 수 있다. 즉, 반도체 기판(10) 위에 단결정 반도체를 형성하기는 어려우므로, 제2 영역(34b)은 증착 등에 의하여 형성될 수 있는 다결정, 미세 결정, 또는 비정질 반도체층(일 예로, 다결정, 미세 결정, 비정질 실리콘층)으로 구성될 수 있다. 이러한 다결정, 미세 결정, 또는 비정질 반도체층은 제2 도전형 도펀트를 포함하게 된다. 제2 도전형 도펀트는 제2 영역(34b)을 형성하는 반도체층을 형성할 때 포함될 수 있으며, 제2 영역(34b)을 구성하는 반도체층을 형성한 후에 열 확산법, 이온 주입법 등의 다양한 도핑 방법에 의하여 도핑될 수도 있다.
이때, 제2 도전형 도펀트는 베이스 영역(110)과 동일한 제2 도전형을 가지는 다양한 물질을 사용할 수 있다. 즉,. 제2 도전형 도펀트가 n형일 경우에는 인(P), 비소(As), 비스무스(Bi), 안티몬(Sb) 등의 5족 원소를 사용할 수 있다. 제2 도전형 도펀트가 p형일 경우에는 보론(B), 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등의 3족 원소를 사용할 수 있다
본 실시예에서 제2 영역(34b)은 반드시 구비되어야 하는 것은 아니며 형성되지 않을 수도 있다.
이와 같이 본 실시예에서는 제2 도전형 영역(34)이, 베이스 영역(110) 및 제2 전극(44)의 제1 부분(44a)과 접촉하며 단결정 반도체 구조를 가지는 제1 영역(34a)을 포함하고, 제1 영역(34a)과 연결되며 반도체 기판(10) 위에 별개의 층으로 위치하는 다결정, 미세 결정 또는 비정질 반도체 구조의 제2 영역(34b)을 포함할 수 있다. 이에 의하여 광전 변환에 의하여 생성된 캐리어가 제2 전극(44)의 제1 부분(44a)과 접촉하는 제1 영역(34a)을 통하여 베이스 영역(110)으로부터 제2 전극(44)의 제1 부분(44a)까지 안정적으로 이동할 수 있다. 제1 영역(34a)은 단결정 반도체 구조를 가지므로 우수한 이동도(mobility)를 가지므로 캐리어의 이동 특성을 좀더 향상할 수 있다. 그리고 제2 영역(34b)은 도핑 영역이 아닌 별개의 층으로 구성하여 반도체 기판(10) 내에 도핑 영역을 형성할 때 발생할 수 있는 반도체 기판(10)의 손상, 재결합 특성 저하 등의 문제를 방지할 수 있다. 이와 같이 본 실시예에서는 제2 도전형 영역(34)이 서로 다른 결정 구조를 가지는 제2 영역(34b)과 제1 영역(34a)을 포함하여 다양한 효과를 함께 향상할 수 있다.
상술한 구조의 제2 도전형 영역(34)을 제조하는 공정은 다음과 같다. 제2 도전형 영역(34)을 형성하기 위한 반도체층으로서 제2 도전형 도펀트가 도핑된 반도체층을 형성한 다음, 제1 영역(34a)에 대응하는 부분에 레이저 등을 이용하여 국부적으로 열처리한다. 그러면, 국부적인 열처리에 의하여 반도체층 내에 포함된 제2 도전형 도펀트가 확산한 다음 재결정화되어 형성된 제1 영역(34a)을 형성하고, 국부적인 열처리가 수행되지 않은 나머지 반도체층이 제2 영역(34b)을 구성한다. 이때, 상술한 국부적인 열처리는 제1 절연층(40)이 형성된 상태에서 수행될 수 있는데, 이 경우에는 국부적인 열처리에 의하여 제1 절연층(40)에 제1 영역(34a)의 평면 형상에 대응하는 평면 형상을 가지는 개구부(404)가 형성된다. 이에 의하여 별도의 패터닝 공정 없이 개구부(404)를 형성할 수 있다.
상술한 도면 및 설명에서는 제2 도전형 영역(34)이 반도체 기판(10)의 내부를 향해 돌출되는 제1 영역(34a)을 구비하는 것을 예시로 하여 설명하였다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서 제1 도전형 영역(32)이 제1 영역을 구비하고, 제2 도전형 영역(34)이 제1 영역(34a)을 구비하지 않는 것도 가능하다. 다른 예로, 제1 도전형 영역(32)이 제1 영역을 구비하고 제2 도전형 영역(34) 또한 제1 영역(34a)을 구비할 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 모듈
150: 태양 전지
151: 제1 태양 전지
152: 제2 태양 전지
10: 반도체 기판
20: 제1 도전형 영역
30: 제2 도전형 영역
40: 제1 절연층
41: 제2 절연층
42: 제1 전극
44: 제2 전극
44a: 제1 부분
44b: 제2 부분
44c: 컨택부
150: 태양 전지
151: 제1 태양 전지
152: 제2 태양 전지
10: 반도체 기판
20: 제1 도전형 영역
30: 제2 도전형 영역
40: 제1 절연층
41: 제2 절연층
42: 제1 전극
44: 제2 전극
44a: 제1 부분
44b: 제2 부분
44c: 컨택부
Claims (20)
- 반도체 기판;
상기 반도체 기판에 또는 상기 반도체 기판 위에 형성되며 서로 다른 도전형을 가지는 제1 및 제2 도전형 영역;
상기 제1 도전형 영역에 연결되는 제1 전극; 및
상기 제2 도전형 영역에 연결되는 제2 전극
을 포함하고,
상기 제1 도전형 영역과 상기 제2 도전형 영역이 상기 반도체 기판의 일면에서 서로 이격되어 형성되고,
상기 제1 전극이 상기 제1 도전형 영역 위에서 이와 연결되고,
상기 제2 전극이 제1 부분과 제2 부분을 포함하고, 상기 제1 부분이 상기 제2 도전형 영역 위에서 이와 연결되며 상기 제1 전극과 이격되어 위치하고,
상기 제1 부분과 상기 제1 전극 위에 절연층이 형성되고, 상기 절연층 위에 상기 제2 부분이 형성되는 태양 전지. - 제1항에 있어서,
상기 제1 부분과 상기 제2 부분이 상기 절연층을 사이에 두고 상하로 적층되며 상기 절연층에 형성된 제1 개구부를 통하여 서로 연결되는 태양 전지.
- 삭제
- 제2항에 있어서,
상기 제2 부분이 판상 형상을 가지는 태양 전지. - 제4항에 있어서,
상기 제2 전극의 상기 제2 부분이 금속 플레이트를 포함하는 태양 전지. - 제4항에 있어서,
상기 제2 전극의 상기 제2 부분이, 지지부와, 상기 지지부 상에 형성되며 상기 제1 부분에 연결되는 도전부를 포함하는 태양 전지. - 제2항에 있어서,
상기 제1 부분의 두께가 상기 제2 부분의 도전부의 두께와 같거나 그보다 작은 태양 전지. - 제7항에 있어서,
상기 제1 부분의 두께 : 상기 제2 부분의 두께 비율이 1:1 내지 1:4인 태양 전지. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 제1 부분의 폭이 상기 제1 전극과 상기 제1 부분 사이의 거리와 같거나 그보다 작은 태양 전지. - 제1항에 있어서,
상기 절연층은 상기 제1 부분과 상기 제2 부분을 연결하기 위한 제1 개구부를 포함하고,
상기 절연층은 일측에 상기 제1 전극의 일부를 개구하는 제2 개구부가 형성되는 태양 전지. - 제1항에 있어서,
상기 제2 부분은 제1 부분이 형성된 부분에서 부분적으로 접합되는 태양 전지. - 제1항에 있어서,
상기 제1 부분은 서로 이격되는 복수의 아일랜드부로 구성되는 태양 전지. - 베이스 영역을 포함하는 반도체 기판;
상기 반도체 기판의 일면 쪽에 형성되며 서로 반대되는 도전형을 가지는 제1 도전형 영역과 제2 도전형 영역;
상기 제1 도전형 영역에 연결되는 제1 전극; 및
상기 제2 도전형 영역에 연결되는 제2 전극
을 포함하고,
상기 제1 전극의 적어도 일부와 상기 제2 전극의 적어도 일부가 서로 다른 층에 위치하며, 상기 제1 전극이 상기 제1 도전형 영역 위에서 이와 연결되고,
상기 제2 전극이 제1 부분과 제2 부분을 포함하고, 상기 제1 부분이 상기 제2 도전형 영역 위에서 이와 연결되며 상기 제1 전극과 이격되어 위치하고,
상기 제1 부분과 상기 제1 전극 위에 절연층이 형성되고, 상기 절연층 위에 상기 제2 부분이 형성되는 태양 전지. - 제14항에 있어서,
상기 반도체 기판의 일면과 상기 제1 및 제2 도전형 영역 중 적어도 하나의 사이에 위치하는 터널링층을 더 포함하는 태양 전지. - 제15항에 있어서,
상기 제1 및 제2 도전형 영역 중 적어도 하나가, 상기 터널링층을 관통하여 상기 반도체 기판 내부로 돌출되는 제1 영역을 포함하는 태양 전지. - 서로 인접하는 제1 태양 전지 및 제2 태양 전지를 포함하는 복수의 태양 전지를 포함하고,
상기 제1 및 제2 태양 전지 각각은,
반도체 기판;
상기 반도체 기판에 또는 상기 반도체 기판 위에 형성되며 서로 다른 도전형을 가지는 제1 및 제2 도전형 영역;
상기 제1 도전형 영역에 연결되는 제1 전극; 및
상기 제2 도전형 영역에 연결되는 제2 전극
을 포함하고,
상기 제2 전극이 서로 다른 층에 형성되는 제1 부분과 제2 부분을 포함하고,
상기 제1 전극과 상기 제1 부분이 동일한 층에 형성되고, 상기 제2 부분이 상기 제1 전극 및 상기 제2 부분과 다른 층에 형성되며,
상기 제1 태양 전지의 상기 제2 부분이 상기 제2 태양 전지의 상기 제1 전극에 연결되는 태양 전지 모듈. - 제17항에 있어서,
상기 제1 및 제2 태양 전지 각각에서는, 상기 제2 부분이 절연층을 사이에 두고 상기 제1 전극 및 상기 제1 부분 위에 위치하고, 상기 절연층의 일측 가장자리에 상기 제1 전극을 개구하는 개구부가 형성되며,
상기 제1 태양 전지의 상기 제2 부분이 상기 제2 태양 전지의 상기 제1 전극까지 돌출 형성되어 상기 개구부에 의하여 서로 연결되는 태양 전지 모듈. - 제18항에 있어서,
상기 제2 전극의 돌출 방향이 상기 제1 및 제2 전극의 연장 방향과 교차하는 태양 전지 모듈. - 제19항에 있어서,
상기 개구부가 서로 이격되는 복수의 개구 부분을 포함하고,
상기 제1 태양 전지의 상기 제2 전극은 상기 제2 태양 전지와 인접한 부분에서 상기 복수의 개구 부분에 대응하는 돌출부를 포함하는 태양 전지 모듈.
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|---|---|---|---|
| KR1020140009832A KR102317146B1 (ko) | 2014-01-27 | 2014-01-27 | 태양 전지 및 이를 포함하는 태양 전지 모듈 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020140009832A KR102317146B1 (ko) | 2014-01-27 | 2014-01-27 | 태양 전지 및 이를 포함하는 태양 전지 모듈 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020140009832A KR102317146B1 (ko) | 2014-01-27 | 2014-01-27 | 태양 전지 및 이를 포함하는 태양 전지 모듈 |
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| WO2011001883A1 (ja) * | 2009-06-29 | 2011-01-06 | シャープ株式会社 | 配線シート、配線シート付き太陽電池セル、太陽電池モジュールおよび配線シートロール |
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-
2014
- 2014-01-27 KR KR1020140009832A patent/KR102317146B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| Publication number | Publication date |
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| KR20150089339A (ko) | 2015-08-05 |
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