KR102366935B1 - 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 형성되는 도전형 영역; 및 상기 도전형 영역에 연결되는 전극을 포함하고, 상기 도전형 영역 및 상기 전극이 미형성되는 절단 영역이 상기 반도체 기판을 가로질러 위치한다.

Description

태양 전지 및 이를 포함하는 태양 전지 모듈{SOLAR CELL AND SOLAR CELL MODULE INCLUDING THE SAME}
본 발명은 태양 전지 및 이를 포함하는 태양 전지 모듈에 관한 것이고, 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 전지는 복수 개를 연결하여 태양 전지 모듈 형태로 제조된다. 이때, 복수 개의 태양 전지를 연결하는 구조에 따라 태양 전지 모듈의 출력이 달라지게 되는바, 태양 전지 모듈의 출력을 향상할 수 있도록 복수 개의 태양 전지를 연결하는 것이 요구된다.
본 발명은 출력을 증가시킬 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 형성되는 도전형 영역; 및 상기 도전형 영역에 연결되는 전극을 포함하고, 상기 도전형 영역 및 상기 전극이 미형성되는 절단 영역이 상기 반도체 기판을 가로질러 위치한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지는, 장축을 따라 형성되며 서로 평행한 제1 및 제2 장변과, 장축과 교차하는 단축을 따라 형성되며 서로 평행한 제1 및 제2 단변을 포함하는 반도체 기판; 상기 반도체 기판에 또는 상기 반도체 기판 위에 형성되는 도전형 영역; 및 상기 도전형 영역에 연결되는 전극을 포함하고, 상기 도전형 영역 및 상기 전극 중 적어도 하나는, 상기 제1 장변과 이격되는 거리와 상기 제2 장변과 이격되는 거리가 서로 다르다.
본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 모듈은, 상술한 태양 전지를 복수 개 포함한다. 상기 복수 개의 태양 전지가 리본에 의하여 서로 연결된다.
본 발명의 실시예에 따른 태양 전지는, 절단 영역을 구비하여 복수 개의 단위 태양 전지로 분리될 때 발생할 수 있는 문제를 최소화하고 기존의 설비, 설계 등을 그대로 적용하여 공정 부담을 최소화할 수 있다. 그리고 상대적으로 면적이 작은 단위 태양 전지를 모듈화하는 것에 의하여 출력 손실을 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지를 도시한 전면 평면도이다.
도 2는 도 1에 도시한 태양 전지의 후면 평면도이다.
도 3은 도 1 및 도 2의 A 부분에 해당하는 단면도이다.
도 4는 도 1 및 도 2의 B 부분에 해당하는 단면도이다.
도 5a 및 도 5b는 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명한 태양 전지를 절단하여 단위 태양 전지를 형성하는 공정을 도시한 전면 평면도이다.
도 6은 도 5b에 도시한 단위 태양 전지를 포함하는 태양 전지 모듈의 개략적인 분해 사시도이다.
도 7은 도 6의 VII-VII 선을 따라서 잘라서 본 태양 전지 모듈의 개략적인 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 전지를 도시한 전면 평면도이고, 도 2는 도 1에 도시한 태양 전지의 후면 평면도이다. 그리고 도 3은 도 1 및 도 2의 A 부분에 해당하는 단면도이고, 도 4는 도 1 및 도 2의 B 부분에 해당하는 단면도이다.
도면을 참조하면, 본 실시예에 따른 태양 전지(100)는, 도전형 영역(20, 30) 및 전극(42, 44)을 구비하여 실질적으로 광전 변환이 일어나는 영역인 태양 전지 영역(110, 120)이 복수 개 정의되고, 서로 이웃한 태양 전지 영역(110, 120) 사이에서 태양 전지(100) 또는 반도체 기판(160)을 가로질러 절단 영역(130)이 위치한다. 이러한 태양 전지(100)는 절단 영역(130)을 따라 절단되어 복수 개의 분리된 태양 전지(도 5b의 참조부호 110a, 120a, 이하 동일)를 구성한다. 각기 분리된 태양 전지(110a, 120a)는 각기 하나의 태양 전지 영역(110, 120)을 구비하여 하나의 태양 전지로 기능하게 된다.
이하에서는 좀더 명확한 구별을 위하여 태양 전지(100)의 절단 영역(130)이 절단되어 분리된 태양 전지(110a, 120a)를 단위 태양 전지(110a, 120a)라 칭한다. 이는 명확한 설명을 위하여 사용한 용어일 뿐, 태양 전지(100)뿐만 아니라 실제로 하나의 태양 전지로 기능하는 단위 태양 전지(110a, 120a)도 태양 전지로 볼 수 있으며, 본 발명이 이러한 용어에 한정되는 것은 아니다.
먼저 도 3을 참조하여 태양 전지 영역(110, 120)에서의 단면 구조에 대하여 설명한 다음, 도 4를 참조하여 절단 영역(130)에서의 단면 구조에 대하여 설명한다. 그 후에 다시 도 1 및 도 2를 참조하여 태양 전지(100)에서 도전형 영역(20, 30) 및 전극(42, 44)의 구체적인 평면 형상을 상세하게 설명한다.
도 3을 참조하면, 본 실시예에서 태양 전지 영역(110, 120)은, 베이스 영역(10)을 포함하는 반도체 기판(160)과, 반도체 기판(160)에 또는 반도체 기판(160) 위에 형성되는 도전형 영역(20, 30)과, 도전형 영역(20, 30)에 연결되는 전극(42, 44)을 포함한다. 여기서, 도전형 영역(20, 30)은 서로 다른 도전형을 가지는 에미터 영역(20)과 후면 전계 영역(30)을 포함할 수 있고, 전극(42, 44)은 에미터 영역(20)에 연결되는 에미터 전극(42)과 후면 전계 영역(30)에 연결되는 후면 전계 전극(44)을 포함할 수 있다. 그리고 제1 패시베이션막(22), 반사 방지막(24), 제2 패시베이션막(32)을 더 포함할 수 있다.
반도체 기판(160)은 결정질 반도체로 구성될 수 있다. 일 예로, 반도체 기판(160)은 단결정 또는 다결정 반도체(일 예로, 단결정 또는 다결정 실리콘)로 구성될 수 있다. 특히, 반도체 기판(160)은 단결정 반도체(예를 들어, 단결정 반도체 웨이퍼, 좀더 구체적으로는, 단결정 실리콘 웨이퍼)로 구성될 수 있다. 이와 같이 반도체 기판(160)이 단결정 반도체(예를 들어, 단결정 실리콘)로 구성되면, 태양 전지(100)가 단결정 반도체 태양 전지(예를 들어, 단결정 실리콘 태양 전지)를 구성하게 된다. 이와 같이 결정성이 높아 결함이 적은 결정질 반도체로 구성되는 반도체 기판(160)을 기반으로 하는 태양 전지(100)는 우수한 전기적 특성을 가질 수 있다.
반도체 기판(160)의 전면 및/또는 후면은 텍스쳐링(texturing)되어 요철을 가질 수 있다. 요철은, 일 예로, 반도체 기판(160)의 (111)면으로 구성되며 불규칙한 크기를 가지는 피라미드 형상을 가질 수 있다. 이와 같은 텍스쳐링에 의해 반도체 기판(160)의 전면 등에 요철이 형성되어 표면 거칠기가 증가되면, 반도체 기판(160)의 전면 등을 통하여 입사되는 광의 반사율을 낮출 수 있다. 따라서 베이스 영역(10)과 에미터 영역(20)에 의하여 형성된 pn 접합까지 도달하는 광량을 증가시킬 수 있어, 광 손실을 최소화할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 반도체 기판(160)의 전면 및 후면에 텍스쳐링에 의한 요철이 형성되지 않는 것도 가능하다.
반도체 기판(160)은 제2 도전형 도펀트를 상대적으로 낮은 도핑 농도로 포함하여 제2 도전형을 가지는 베이스 영역(10)을 포함할 수 있다. 일 예로, 베이스 영역(10)은 에미터 영역(20)보다 반도체 기판(160)의 전면으로부터 좀더 멀리, 또는 후면에 좀더 가까이 위치할 수 있다. 그리고 베이스 영역(10)은 후면 전계 영역(30)보다 반도체 기판(160)의 전면에 좀더 가까이, 후면으로부터 좀더 멀리 위치할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 베이스 영역(10)의 위치가 달라질 수 있음은 물론이다.
여기서, 베이스 영역(10)은 제2 도전형 도펀트를 포함하는 결정질 반도체로 구성될 수 있다. 일 예로, 베이스 영역(10)은 제2 도전형 도펀트를 포함하는 단결정 또는 다결정 반도체(일 예로, 단결정 또는 다결정 실리콘)로 구성될 수 있다. 특히, 베이스 영역(10)은 제2 도전형 도펀트를 포함하는 단결정 반도체(예를 들어, 단결정 반도체 웨이퍼, 좀더 구체적으로는, 단결정 실리콘 웨이퍼)로 구성될 수 있다.
제2 도전형은 n형 또는 p형일 수 있다. 베이스 영역(10)이 n형을 가지는 경우에는 베이스 영역(10)이 5족 원소인 인(P), 비소(As), 비스무스(Bi), 안티몬(Sb) 등이 도핑된 단결정 또는 다결정 반도체로 이루어질 수 있다. 베이스 영역(10)이 p형을 가지는 경우에는 베이스 영역(10)이 3족 원소인 보론(B), 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등이 도핑된 단결정 또는 다결정 반도체로 이루어질 수 있다.
그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 베이스 영역(10) 및 제2 도전형 도펀트가 다양한 물질로 구성될 수 있다.
일 예로, 베이스 영역(10)은 n형일 수 있다. 그러면, 베이스 영역(10)과 pn 접합을 이루는 에미터 영역(20)이 p형을 가지게 된다. 이러한 pn 접합에 광이 조사되면 광전 효과에 의해 생성된 전자가 반도체 기판(160)의 제2 면(이하 "후면") 쪽으로 이동하여 후면 전계 전극(44)에 의하여 수집되고, 정공이 반도체 기판(160)의 전면 쪽으로 이동하여 에미터 전극(42)에 의하여 수집된다. 이에 의하여 전기 에너지가 발생한다. 그러면, 전자보다 이동 속도가 느린 정공이 반도체 기판(160)의 후면이 아닌 전면으로 이동하여 변환 효율이 향상될 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 베이스 영역(10) 및 후면 전계 영역(30)이 p형을 가지고 에미터 영역(20)이 n형을 가지는 것도 가능하다.
반도체 기판(160)의 전면 쪽에는 베이스 영역(10)과 반대되는 제1 도전형을 가지는 에미터 영역(20)이 형성될 수 있다. 에미터 영역(20)은 베이스 영역(10)과 pn 접합을 형성하여 광전 변환에 의하여 캐리어를 생성하는 역할을 한다.
본 실시예에서는 에미터 영역(20)이 반도체 기판(160)의 일부를 구성하는 도핑 영역으로 구성될 수 있다. 이에 의하여 에미터 영역(20)이 제1 도전형 도펀트를 포함하는 결정질 반도체로 구성될 수 있다. 일 예로, 에미터 영역(20)이 제1 도전형 도펀트를 포함하는 단결정 또는 다결정 반도체(일 예로, 단결정 또는 다결정 실리콘)로 구성될 수 있다. 특히, 에미터 영역(20)은 제1 도전형 도펀트를 포함하는 단결정 반도체(예를 들어, 단결정 반도체 웨이퍼, 좀더 구체적으로는, 단결정 실리콘 웨이퍼)로 구성될 수 있다. 이와 같이 에미터 영역(20)이 반도체 기판(160)의 일부를 구성하면 베이스 영역(10)과의 접합 특성을 향상할 수 있다.
그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 에미터 영역(20)이 반도체 기판(160)의 위에서 반도체 기판(160)과 별개로 형성될 수 있다. 이 경우에 에미터 영역(20)은 반도체 기판(160) 위에 쉽게 형성될 수 있도록 반도체 기판(160)과 다른 결정 구조를 가지는 반도체층으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 에미터 영역(20)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. 그 외의 다양한 변형이 가능하다.
제1 도전형은 p형 또는 n형일 수 있다. 에미터 영역(20)이 p형을 가지는 경우에는 에미터 영역(20)이 3족 원소인 보론(B), 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등이 도핑된 단결정 또는 다결정 반도체로 이루어질 수 있다. 에미터 영역(20)이 n형을 가지는 경우에는 에미터 영역(20)이 5족 원소인 인(P), 비소(As), 비스무스(Bi), 안티몬(Sb) 등이 도핑된 단결정 또는 다결정 반도체로 이루어질 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 물질이 제1 도전형 도펀트로 사용될 수 있다.
도면에서는 에미터 영역(20)이 전체적으로 균일한 도핑 농도를 가지는 균일한 구조(homogeneous structure)를 가지는 것을 예시하였다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 다른 실시예로, 에미터 영역(20)이 선택적 구조(selective structure)를 가질 수 있다. 선택적 구조에서는 에미터 영역(20) 중에서 에미터 전극(42)과 인접한 부분에서 높은 도핑 농도, 큰 정션 깊이 및 낮은 저항을 가지며, 그 외의 부분에서 낮은 도핑 농도, 작은 정션 깊이 및 높은 저항을 가질 수 있다. 에미터 영역(20)의 구조로는 이 외에도 다양한 구조가 적용될 수 있다.
반도체 기판(160)의 후면 쪽에는 베이스 영역(10)과 동일한 제2 도전형을 가지되, 베이스 영역(10)보다 높은 도핑 농도로 제2 도전형 도펀트를 포함하는 후면 전계 영역(30)이 형성될 수 있다. 후면 전계 영역(30)은 후면 전계(back surface field)를 형성하여 반도체 기판(160)의 표면(좀더 정확하게는, 반도체 기판(160)의 후면)에서 재결합에 의하여 캐리어가 손실되는 것을 방지하는 역할을 할 수 있다.
본 실시예에서는 후면 전계 영역(30)이 반도체 기판(160)의 일부를 구성하는 도핑 영역으로 구성될 수 있다. 이에 의하여 후면 전계 영역(30)이 제2 도전형 도펀트를 포함하는 결정질 반도체로 구성될 수 있다. 일 예로, 후면 전계 영역(30)이 제2 도전형 도펀트를 포함하는 단결정 또는 다결정 반도체(일 예로, 단결정 또는 다결정 실리콘)로 구성될 수 있다. 특히, 후면 전계 영역(30)은 제2 도전형 도펀트를 포함하는 단결정 반도체(예를 들어, 단결정 반도체 웨이퍼, 좀더 구체적으로는, 단결정 실리콘 웨이퍼)로 구성될 수 있다. 이와 같이 후면 전계 영역(30)이 반도체 기판(160)의 일부를 구성하면 베이스 영역(10)과의 접합 특성을 향상할 수 있다.
그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 후면 전계 영역(30)이 반도체 기판(160)의 위에서 반도체 기판(160)과 별개로 형성될 수 있다. 이 경우에 후면 전계 영역(30)은 반도체 기판(160) 위에 쉽게 형성될 수 있도록 반도체 기판(160)과 다른 결정 구조를 가지는 반도체층으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 후면 전계 영역(30)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. 그 외의 다양한 변형이 가능하다.
제2 도전형은 n형 또는 p형일 수 있다. 후면 전계 영역(30)이 n형을 가지는 경우에는 후면 전계 영역(30)이 5족 원소인 인(P), 비소(As), 비스무스(Bi), 안티몬(Sb) 등이 도핑된 단결정 또는 다결정 반도체로 이루어질 수 있다. 후면 전계 영역(30)이 p형을 가지는 경우에는 후면 전계 영역(30)이 3족 원소인 보론(B), 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등이 도핑된 단결정 또는 다결정 반도체로 이루어질 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 물질이 제2 도전형 도펀트로 사용될 수 있다. 그리고 후면 전계 영역(30)의 제2 도전형 도펀트는 베이스 영역(10)의 제2 도전형 도펀트와 동일한 물질일 수도 있고, 이와 다른 물질일 수도 있다.
본 실시예에서 후면 전계 영역(30)이 전극(42, 44)(좀더 정확하게는, 후면 전계 전극(44))에 대응하는 부분에 국부적으로 형성되는 국부적 구조(local structure)를 가지는 것을 예시하였다. 이에 의하여 후면 전계 영역(30)의 면적을 최소화하여 재결합을 저감할 수 있고, 결과적으로 단락 전류 밀도(short-circuit current, Jsc) 및 개방 전압을 향상할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 다른 실시 예로 본 실시예에서 후면 전계 영역(30)이 전체적으로 균일한 도핑 농도를 가지는 균일한 구조(homogeneous structure)를 가질 수도 있다. 또 다른 실시예로, 후면 전계 영역(30)이 선택적 구조(selective structure)를 가질 수 있다. 선택적 구조에서는 후면 전계 영역(30) 중에서 후면 전계 전극(44)과 인접한 부분에서 높은 도핑 농도, 큰 정션 깊이 및 낮은 저항을 가지며, 그 외의 부분에서 낮은 도핑 농도, 작은 정션 깊이 및 높은 저항을 가질 수 있다. 후면 전계 영역(30)의 구조로는 이 외에도 다양한 구조가 적용될 수 있다.
반도체 기판(160)의 전면 위에, 좀더 정확하게는, 반도체 기판(160)에 또는 이 위에 형성된 에미터 영역(20) 위에 제1 패시베이션막(22) 및 반사 방지막(24)이 차례로 형성되고, 에미터 전극(42)이 제1 패시베이션막(22) 및 반사 방지막(24)을 관통하여(즉, 개구부(102)를 통하여) 에미터 영역(20)에 접촉하여 형성된다.
제1 패시베이션막(22) 및 반사 방지막(24)은 에미터 전극(42)에 대응하는 개구부(102)를 제외하고 실질적으로 반도체 기판(160)의 전면 전체에 형성될 수 있다.
제1 패시베이션막(22)은 에미터 영역(20)에 접촉하여 형성되어 에미터 영역(20)의 표면 또는 벌크 내에 존재하는 결함을 부동화 시킨다. 이에 의하여 소수 캐리어의 재결합 사이트를 제거하여 태양 전지(100)의 개방 전압(Voc)을 증가시킬 수 있다. 반사 방지막(24)은 반도체 기판(160)의 전면으로 입사되는 광의 반사율을 감소시킨다. 이에 의하여 반도체 기판(160)의 전면을 통해 입사되는 광의 반사율이 낮추는 것에 의하여 베이스 영역(10)과 에미터 영역(20)에 의하여 형성된 pn 접합까지 도달되는 광량을 증가시킬 수 있다. 이에 따라 태양 전지(100)의 단락 전류(Isc)를 증가시킬 수 있다. 이와 같이 제1 패시베이션막(22) 및 반사 방지막(24)에 의해 태양 전지(100)의 개방 전압과 단락 전류를 증가시켜 태양 전지(100)의 효율을 향상할 수 있다.
제1 패시베이션막(22)은 다양한 물질로 형성될 수 있다. 일례로, 패시베이셔막(22)은 실리콘 질화막, 수소를 포함한 실리콘 질화막, 실리콘 산화막, 실리콘 산화 질화막, 알루미늄 산화막, MgF2, ZnS, TiO2 및 CeO2로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 단일막 또는 2개 이상의 막이 조합된 다층막 구조를 가질 수 있다. 일 예로, 제1 패시베이션막(22)은, 에미터 영역(20)이 n형을 가지는 경우에는 고정 양전하를 가지는 실리콘 산화막, 실리콘 질화막 등을 포함할 수 있으며, 에미터 영역(20)이 p형을 가지는 경우에는 고정 음전하를 가지는 알루미늄 산화막 등을 포함할 수 있다.
방사 방지막(24)은 다양한 물질로 형성될 수 있다. 일례로, 반사 방지막(24)은 실리콘 질화막, 수소를 포함한 실리콘 질화막, 실리콘 산화막, 실리콘 산화 질화막, 알루미늄 산화막, MgF2, ZnS, TiO2 및 CeO2로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 단일막 또는 2개 이상의 막이 조합된 다층막 구조를 가질 수 있다. 일 예로, 반사 방지막(24)은 실리콘 질화물을 포함할 수 있다.
그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 제1 패시베이션막(22) 및 반사 방지막(24)이 다양한 물질을 포함할 수 있음은 물론이다. 그리고 제1 패시베이션막(22) 및 반사 방지막(24) 중 어느 하나가 반사 방지 역할 및 패시베이션 역할을 함께 수행하여 다른 하나가 구비되지 않는 것도 가능하다. 또는, 제1 패시베이션막(22) 및 반사 방지막(24) 이외의 다양한 막이 반도체 기판(160) 위에 형성될 수도 있다. 그 외에도 다양한 변형이 가능하다.
에미터 전극(42)은 제1 패시베이션막(22) 및 반사 방지막(24)에 형성된 개구부(102)를 통하여(즉, 제1 패시베이션막(22) 및 반사 방지막(24)을 관통하여) 에미터 영역(20)에 전기적으로 연결된다. 이러한 에미터 전극(42)은 다양한 물질에 의하여 다양한 형상을 가지도록 형성될 수 있다. 에미터 전극(42)의 형상에 대해서는 도 1을 참조하여 추후에 다시 설명한다.
반도체 기판(160)의 후면 위에, 좀더 정확하게는 반도체 기판(160)에 형성된 후면 전계 영역(30) 위에 제2 패시베이션막(32)이 형성되고, 후면 전계 전극(44)이 제2 패시베이션막(32)을 관통하여(즉, 개구부(104)를 통하여) 후면 전계 영역(30)에 연결된다.
제2 패시베이션막(32)은 후면 전계 전극(44)에 대응하는 개구부(104)를 제외하고 실질적으로 반도체 기판(160)의 후면 전체에 형성될 수 있다.
제2 패시베이션막(32)은 후면 전계 영역(30)에 접촉하여 형성되어 후면 전계 영역(30)의 표면 또는 벌크 내에 존재하는 결함을 부동화 시킨다. 이에 의하여 소수 캐리어의 재결합 사이트를 제거하여 태양 전지(100)의 개방 전압(Voc)을 증가시킬 수 있다.
제2 패시베이션막(32)은 다양한 물질로 형성될 수 있다. 일례로, 제2 패시베이션막(32)은 실리콘 질화막, 수소를 포함한 실리콘 질화막, 실리콘 산화막, 실리콘 산화 질화막, 알루미늄 산화막, MgF2, ZnS, TiO2 및 CeO2로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 단일막 또는 2개 이상의 막이 조합된 다층막 구조를 가질 수 있다. 일 예로, 제2 패시베이션막(32)은, 후면 전계 영역(30)이 n형을 가지는 경우에는 고정 양전하를 가지는 실리콘 산화막, 실리콘 질화막 등을 포함할 수 있으며, 후면 전계 영역(30)이 p형을 가지는 경우에는 고정 음전하를 가지는 알루미늄 산화막 등을 포함할 수 있다.
그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 제2 패시베이션막(32)이 다양한 물질을 포함할 수 있음은 물론이다. 또는, 제2 패시베이션막(32) 이외의 다양한 막이 반도체 기판(160)의 후면 위에 형성될 수도 있다. 그 외에도 다양한 변형이 가능하다.
후면 전계 전극(44)은 제2 패시베이션막(32)에 형성된 개구부(104)를 통하여 후면 전계 영역(30)에 전기적으로 연결된다. 후면 전계 전극(44)은 다양한 물질에 의하여 다양한 형상을 가지도록 형성될 수 있다. 후면 전계 전극(44)의 형상에 대해서는 도 2를 참조하여 추후에 다시 설명한다.
한편, 도 4에 도시한 바와 같이, 본 실시예의 절단 영역(130)에서는 도전형 영역(20, 30) 및 전극(42, 44) 중 적어도 하나가 형성되지 않는다. 본 실시예에서는, 일 예로, 도전형 영역(20, 30) 및 전극(42, 44)이 모두 구비되지 않는 것을 예시하였다. 절단 영역(130)에도 도전형 영역(20, 30) 및 전극(42, 44)을 제외한 반도체 기판(160), 제1 패시베이션막(22), 반사 방지막(24) 및 제2 패시베이션막(32)은 그대로 위치할 수 있다.
이와 같이 절단 영역(130)에는 도전형 영역(20, 30)이 존재하지 않으므로, 절단 영역(130)에서는 베이스 영역(10)이 반도체 기판(160)의 전면으로부터 후면까지 모두 위치할 수 있다. 그리고 절단 영역(130)에는 에미터 전극(42) 및 후면 전계 전극(44)이 위치하지 않는다. 이에 따라 베이스 영역(10)의 전면 위에 전체적으로 제1 패시베이션막(22) 및 반사 방지막(24)이 위치(일 예로, 접촉)하고, 베이스 영역(10)의 후면 위에 전체적으로 제2 패시베이션막(32)이 위치(일 예로, 접촉)할 수 있다.
절단 영역(130)은 도전형 영역(20, 30) 및 전극(42, 44)이 형성되지 않는다는 점을 제외하고는 태양 전지 영역(110, 120)과 동일한 구조를 가지므로 이에 대해서는 상세한 설명을 생략한다.
본 실시예의 절단 영역(130)에 대해서 도 1 및 도 2를 참조하여 좀더 상세하게 설명한다.
본 실시에에 따른 태양 전지(100)는 절단 영역(130)을 따라 절단되어 복수 개의 단위 태양 전지(110a, 120a)로 분리될 수 있다. 이와 같이 태양 전지(100)를 두 개의 단위 태양 전지(110a, 120a)로 분리하게 되면, 복수 개의 단위 태양 전지(110a, 120a)를 연결하여 태양 전지 모듈(도 6의 참조부호 200)로 만들 때 발생하는 출력 손실(cell to module loss, CTM loss)을 줄일 수 있다.
이를 좀더 상세하게 설명하면, 상기 출력 손실은 각 태양 전지에서 전류의 제곱에 저항을 곱한 값을 가지게 되고, 복수 개의 태양 전지를 포함하는 태양 전지 모듈에서는 상기 각 태양 전지의 전류의 제곱에 저항을 곱한 값에 태양 전지의 개수를 곱한 값을 가지게 된다. 그런데 각 태양 전지의 전류 중에는 태양 전지의 면적 자체에 의하여 발생되는 전류가 있어, 태양 전지의 면적이 커지면 해당 전류도 커지고 태양 전지의 면적이 작아지면 해당 전류도 작아지게 된다.
본 실시예에서와 같이 태양 전지(100)를 절단하여 복수 개의 단위 태양 전지(110a, 120a)를 만들어서 이를 연결하게 되면, 전류가 면적에 비례하여 줄고 단위 태양 전지(110a, 120a)의 개수는 이와 반대로 증가하게 된다. 예를 들어, 절단 영역(130)이 하나 구비되어 태양 전지 영역(110, 120)이 두 개인 경우에는 각 태양 전지 영역(110, 120)에서의 전류가 태양 전지(100)의 전류의 2분의 1로 줄게 되고, 단위 태양 전지(110a, 120a)의 개수가 태양 전지(100)의 두 배가 된다. 상술한 바와 같이 출력 손실에서 전류는 제곱 값으로 반영이 되고 개수는 그대로 반영이 되므로, 전류가 2분의 1로 줄고 개수가 두 배가 되면, 출력 손실 값은 2분의 1로 작아지게 된다. 이에 따라 본 실시예와 같이 태양 전지(100)를 복수 개의 단위 태양 전지(110a, 120a)로 절단하여 태양 전지 모듈(200)을 제조하게 되면, 태양 전지 모듈(200)의 출력 손실을 줄일 수 있다.
본 실시예에서는 기존과 같이 태양 전지(100)을 제조한 후에 이를 절단하여 단위 태양 전지(110a, 120a)의 면적을 줄이는데, 이에 의하면 기존에 사용하던 설비, 이에 따라 최적화된 설계 등을 그대로 이용하여 태양 전지(100)를 제조한 후에 이를 절단하면 된다. 이에 따라 설비 부담, 공정 비용 부담이 최소화된다. 반면, 태양 전지(100)의 크기 자체를 줄여서 제조하게 되면 사용하던 설비를 교체하거나 설정을 변경하는 등의 부담이 있다.
이와 같이 본 실시예에서는 태양 전지(100)를 절단하여 복수 개의 단위 태양 전지(110a, 120a)를 제조한다. 그런데, 절단 공정 중에 태양 전지(100)의 일부 물질이 녹거나 태양 전지(100)를 구성하던 물질이 미세한 분말이 되어 날려서 원하지 않는 부분에 부착될 수 있다. 그러면, 태양 전지(100)의 효율이 저하되거나 불량이 발생할 수 있다. 예를 들어, 절단이 이루어지는 부분에 도전형 영역(20, 30) 및/또는 전극(42, 44)이 위치하게 되면, 이들이 녹으면서 서로 접합되어 션트 경로(shunt pass)를 형성할 수 있고, 심할 경우 단위 태양 전지(110a, 120a)가 작동하지 않을 수 있다. 또는 전극(42, 44)을 구성하는 금속 물질이 원하지 않는 도전형 영역(20, 30) 또는 반도체 기판(160) 등에 붙는 것에 의하여 성능을 저하시킬 수 있고, 심할 경우 단위 태양 전지(110a, 120a)가 작동하지 않을 수 있다.
이를 방지하기 위하여 본 실시예에서는 절단이 이루어지도록 하는 절단 영역(130)을 설정하고 이 부분에는 도전형 영역(20, 30) 및/또는 전극(42, 44)을 형성하지 않는다. 이에 의하여 절단 공정 중에 발생할 수 있는 문제를 최소화할 수 있고, 이에 의하여 단위 태양 전지(110a, 120a)가 우수한 효율, 성능 및 신뢰성을 가질 수 있도록 한다.
본 실시예에서 절단 영역(130)은 반도체 기판(160)을 가로질러 형성될 수 있다. 즉, 평면에서 반도체 기판(160)의 서로 다른 두 개의 가장자리를 연결하도록 형성될 수 있다. 그러면, 절단 영역(130)을 따라 절단을 하는 것에 의하여 복수 개의 태양 전지 영역(110, 120)을 서로 독립적으로 분리할 수 있다. 이때, 절단 영역(130)이 반도체 기판(160)의 서로 대향하는 두 개의 가장자리를 서로 연결할 수 있고, 절단 영역(130)이 일자 형상 또는 일정한 폭을 가지는 직사각형 형상을 가지면서 형성될 수 있다. 그러면 절단 영역(130)의 면적을 최소화하면서 절단 영역(130)을 안정적으로 형성할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 절단 영역(130)이 다양한 형상을 가질 수 있다.
이때, 절단 영역(201)이 제1 방향(도면의 좌우 방향)을 따라 길게 이어지는 형상을 가져, 태양 전지 영역(110, 120) 각각은 제1 방향을 따라 길게 이어지고, 형상을 가지고, 복수 개의 태양 전지 영역(110, 120)이 제1 방향과 교차하는 제2 방향(도면의 상하 방향)에서 절단 영역(130)을 사이에 두고 서로 이격될 수 있다.
간단한 설명 및 도시를 위하여 본 실시예에서는 태양 전지 영역(110, 120)이 두 개 구비되고, 두 개의 태양 전지 영역(110, 120) 사이에 하나의 절단 영역(130)이 위치한 것을 예시하였다. 이때, 절단 영역(130)이 태양 전지(100)의 중심을 지나도록 형성될 수 있다. 그러면, 각 태양 전지 영역(110, 120)이 실질적으로 동일한 면적을 가져 유사한 전기적 특성을 가질 수 있기 때문이다.
그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서 절단 영역(130)이 두 개 이상이고, 태양 전지 영역(110, 120)의 개수가 절단 영역(130)의 개수보다 하나 많을 수 있다. 절단 영역(130)이 두 개 이상인 경우에는 각 태양 전지 영역(110, 120)이 실질적으로 동일한 면적 또는 실질적으로 동일한 단축을 가지도록 균일한 거리만큼 이격되어 위치할 수 있다. 그 외의 다양한 변형이 가능하다.
일 예로, 절단 영역(130)은 절단 시 절단 영역(130) 이외의 영역에 형성된 도전형 영역(20, 30) 및 전극(42, 44)이 절단 공정 시 영향을 받지 않는 정도의 폭(W1)을 가질 수 있다. 일 예로, 절단 영역(130)의 폭(W1)이 0.3mm 내지 1mm일 수 있다. 절단 영역(130)의 폭(W1)이 0.3mm 미만이면, 절단 가공 시 태양 전지 영역(110, 120)에 위치한 도전형 영역(20, 30) 및/또는 전극(42, 44)이 용융되거나 비산 물질에 의한 문제가 발생할 수 있다. 절단 영역(130)의 폭(W1)이 1mm를 초과하면, 에미터 영역(20)의 면적이 충분하지 않아 태양 전지(100) 또는 단위 태양 전지(110a, 120a)의 효율이 저하될 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 절단 영역(130)의 폭(W1)은 다양한 값을 가질 수 있다.
절단 영역(130)에 의한 도전형 영역(20, 30) 및 전극(42, 44)의 형상을 좀더 상세하게 설명한다. 이하에서는 절단 영역(130)이 하나 구비되고, 태양 전지 영역(110, 120)이 절단 영역(130)의 일측에 위치한 제1 태양 전지 영역(110)과 절단 영역(130)의 타측에 위치한 제2 태양 전지 영역(120)을 구비하는 것을 예시로 하여 설명한다. 두 개 이상의 절단 영역(130)을 구비하는 경우에는, 하나의 절단 영역(130)과 제1 및 제2 태양 전지 영역(110, 120)에 대한 설명이 하나의 절단 영역(130)과 이에 인접한 두 개의 태양 전지 영역에 그대로 적용될 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 태양 전지(100)(또는 반도체 기판(160))의 일면(좀더 구체적으로는, 전면)에는 에미터 영역(20) 및 에미터 전극(42)이 위치하게 된다. 이때, 에미터 영역(20) 및 에미터 전극(42)은 절단 영역(130)에는 형성되지 않고, 각 태양 전지 영역(110, 120)에 대응하여 위치하게 된다. 이에 따라 에미터 영역(20)은 각 태양 전지 영역(110, 120)에 대응하는 개수만큼의 복수의 에미터 부분(210, 220)을 포함하게 된다. 본 실시예에서는 절단 영역(130)이 단일로 구비되어 제1 및 제2 태양 전지 영역(110, 120)을 구비하는 것을 예시하였다. 이에 따라 에미터 영역(20)이 제1 태양 전지 영역(110)에 대응하는 제1 에미터 부분(210)과 제2 태양 전지 영역(120)에 대응하는 제2 에미터 부분(220)을 구비한다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 에미터 영역(20)을 구성하는 에미터 부분(210, 220)의 개수는 다양할 수 있다.
절단 영역(130)을 제외한 에미터 부분(210, 220) 각각의 다른 가장자리(도면에서 제1 에미터 부분(210)의 상부, 좌측 및 우측 가장자리, 제2 에미터 부분(220)의 하부, 좌측 및 우측 가장자리)는 반도체 기판(160)의 가장자리와 접하여 형성될 수 있다. 즉, 절단 영역(130)을 제외한 영역에서 에미터 부분(210, 220)이 전체적으로 형성되어, 제1 에미터 부분(210)이 제1 태양 전지 영역(110)에 전체적으로 형성되고, 제2 에미터 부분(220)이 제2 태양 전지 영역(120)에 전체적으로 형성될 수 있다. 그러면, 에미터 영역(20)을 구성하는 에미터 부분(210, 220)의 면적을 최대화하여 태양 전지(100) 또는 단위 태양 전지(110a, 120a)의 광전 변환 효율의 향상에 기여할 수 있다.
그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 반도체 기판(160)의 가장자리와 이에 인접한 에미터 부분(210, 220)의 가장자리 사이가 일정한 간격(W2)을 이격될 수도 있다. 이는 도핑 공정 등의 다양한 공정에서 오차가 발생할 경우에 발생할 수도 있는 문제를 최소화하기 위함이다.
일 예로, 반도체 기판(160)의 가장자리에 인접한 에미터 부분(210, 220)의 가장자리는 반도체 기판(160)의 가장자리로부터 0mm 내지 0.5mm만큼 이격될 수 있다. 즉, 반도체 기판(160)의 가장자리와 이에 인접한 에미터 부분(210, 220)의 가장자리 사이가 일정한 간격(W2)이 0mm 내지 0.5mm일 수 있다. 이는 에미터 영역(20)을 충분한 면적으로 확보할 수 있는 수치로 한정된 것이나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
반도체 기판(160)의 가장자리와 이에 인접한 에미터 부분(210, 220)의 가장자리 사이의 간격(W2)에 따라, 에미터 부분(210, 220)의 가장자리와 반도체 기판(160)의 가장자리 사이의 간격(W2)과 에미터 부분(210, 220) 사이의 거리(즉, 절단 영역(130)의 폭(W1))가 서로 같을 수도 있고 서로 다를 수도 있다. 한정적이지는 않으나, 에미터 부분(210, 220)의 가장자리와 반도체 기판(160)의 가장자리 사이의 간격(W2)이 절단 영역(130)의 폭(W1)보다 작을 수 있다. 그러면, 에미터 영역(20)을 충분한 면적으로 형성하면서도 절단 영역(130)에 의하여 제1 및 제2 에미터 부분(210, 220)을 명확하게 구획할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 에미터 부분(210, 220)의 가장자리와 반도체 기판(160)의 가장자리 사이의 간격(W2)이 절단 영역(130)의 폭(W1)과 같거나 그보다 클 수도 있다.
에미터 영역(20)에 연결되는 에미터 전극(42)은, 일정한 피치를 가지면서 서로 이격되는 복수의 핑거 전극(421a, 422a)을 포함할 수 있다. 도면에서는 핑거 전극(421a, 422a)이 서로 평행하며 반도체 기판(160)의 일 가장자리에 평행한 것을 예시하였으나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 그리고 에미터 전극(42)은 핑거 전극(421a, 422a)과 교차하는 방향으로 형성되어 핑거 전극(421a, 422a)을 연결하는 버스바 전극(421b, 422b)을 포함할 수 있다. 이러한 버스바 전극(421b, 422b)은 하나만 구비될 수도 있고, 도 1에 도시된 바와 같이, 핑거 전극(421a, 422a)의 피치보다 더 큰 피치를 가지면서 복수 개로 구비될 수도 있다. 이때, 핑거 전극(421a, 422a)의 폭보다 버스바 전극(421b, 422b)의 폭이 클 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 버스바 전극(421b, 422b)의 폭이 핑거 전극(421a, 422a)의 폭과 동일하거나 그보다 작은 폭을 가질 수 있다.
이때, 절단 영역(130)이 버스바 전극(421b, 422b)과 교차하는 방향으로 반도체 기판(160)을 가로질러 위치할 수 있다. 이와 달리 버스바 전극(421b, 422b)과 나란한 방향으로 절단 영역(130)이 위치하게 되면, 버스바 전극(421b, 422b)의 총 개수가 증가하여 쉐이딩 손실(shading loss)이 증가할 수 있다. 즉, 전류가 충분하게 흐르게 위해서는 각 태양 전지 영역(110, 120)에 위치하는 버스바 전극(42, 44)의 개수를 소정의 개수로 하여야 한다. 예를 들어, 각 태양 전지 영역(110, 120)에 세 개의 버스바 전극(421b, 422b)이 위치하는 경우에, 절단 영역(130)을 버스바 전극(421b, 422b)과 교차하게 형성하면 총 세 개의 버스바 전극(421b, 422b)만을 형성하면 되지만, 절단 영역(130)을 버스바 전극(421b, 422b)과 교차하게 형성하면 하나의 태양 전지 영역(110, 120)에 세 개의 버스바 전극(421b, 422b)이 위치할 수 있도록 총 여섯 개의 버스바 전극(421b, 422b)을 형성하여야 한다. 따라서, 절단 영역(130)을 버스바 전극(421b, 422b)과 교차하게 배치하면 절단 영역(130)을 버스바 전극(421b, 422b)과 평행하게 배치하는 경우에 비하여 각 태양 전지 영역(110, 120)에 위치하는 버스바 전극(421b, 422b)의 면적을 줄일 수 있다.
절단 영역(130)에 의하여, 에미터 전극(42)은 제1 태양 전지 영역(110)에 위치하는 제1 전극부(421)과 제2 태양 전지 영역(120)에 위치하며 제1 전극부(421)에 이격되는 제2 전극부(422)를 포함한다. 제1 전극부(421)는, 복수의 제1 핑거 전극(421a)과, 복수의 제1 핑거 전극(421a)을 연결하는 제1 버스바 전극(421b)을 포함할 수 있다. 제2 전극부(422)는, 복수의 제2 핑거 전극(422a)과, 복수의 제2 핑거 전극(422a)을 연결하는 제2 버스바 전극(422b)을 포함할 수 있다.
여기서, 제1 전극부(421)는 제1 태양 전지 영역(110) 내에서 상기 복수의 제1 핑거 전극(421a) 및 제1 버스바 전극(421b)의 단부를 연결하도록 제1 태양 전지 영역(110)의 가장자리를 따라 연속적으로 형성되는 제1 테두리 전극(421c)을 더 포함할 수 있다. 이와 유사하게, 제2 전극부(422)는 제2 태양 전지 영역(120) 내에서 상기 복수의 제2 핑거 전극(422a) 및 제2 버스바 전극(422b)의 단부를 연결하도록 제2 태양 전지 영역(120)의 가장자리를 따라 연속적으로 형성되는 제2 테두리 전극(422c)을 더 포함할 수 있다.
이와 같이 제1 및 제2 테두리 전극(421c, 422c)을 포함하면 각 태양 전지 영역(110, 120)의 가장자리 쪽에 위치하는 부분에서 캐리어를 효과적으로 수집할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 및 제2 테두리 전극(421c, 422c)이 필수적인 것은 아니다.
단면에서 볼 때, 에미터 전극(42)의 핑거 전극(421a, 422a), 테두리 전극(421c, 422c) 및 버스바 전극(421b, 422b)은 모두 제1 패시베이션막(22) 및 반사 방지막(24)을 관통하여 형성될 수도 있다. 즉, 개구부(도 3의 참조부호 102)가 에미터 전극(42)의 핑거 전극(421a, 422a), 테두리 전극(421c, 422c) 및 버스바 전극(421b, 422b)에 모두 대응하여 형성될 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 다른 예로, 에미터 전극(42)의 핑거 전극(421a, 422a) 및 테두리 전극(421c, 422c)이 제1 패시베이션막(22) 및 반사 방지막(24)을 관통하여 형성되고, 버스바 전극(421b, 422b)이 제1 패시베이션막(22) 및 반사 방지막(24) 위에 형성될 수 있다. 이 경우에는 개구부(102)가 핑거 전극(421a, 422a) 및 테두리 전극(421c, 422c)에 대응하는 형상으로 형성되고, 버스바 전극(421b, 422b)가 위치한 부분에는 형성되지 않을 수 있다.
일 예로, 절단 영역(130)의 폭(W1)은 버스바 전극(421b, 422b)의 폭보다 작고 핑거 전극(42, 44) 및 테두리 전극(42, 44)의 폭보다 클 수 있다. 그리고 절단 영역(130)의 폭(W1)이 핑거 전극(421b, 422b)의 피치보다 작을 수 있다. 이에 의하여 절단 영역(130)이 절단에 필요한 최소한의 폭을 가질 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 절단 영역(130)의 폭(W1)이 버스바 전극(421b, 422b)과 같거나 그보다 큰 것도 가능하며 그 외의 다양한 변형이 가능하다.
에미터 전극(42)의 제1 및 제2 전극부(421, 422)는 반도체 기판(160)의 가장자리 또는 에미터 영역(210, 220)의 가장자리와 일정 간격(W3)만큼 이격될 수 있다. 이는 에미터 전극(42) 형성 시에 발생할 수 있는 얼라인 공정의 오차, 소성 공정 등의 오차를 고려한 것이다. 일 예로, 제1 및 제2 전극부(421, 422)과 반도체 기판(160)의 가장자리 또는 에미터 영역(210, 220)의 가장자리 사이의 간격(W3)보다 절단 영역(130)의 폭(W1)이 작을 수 있다. 이에 의하여 절단 영역(130)이 절단에 필요한 최소한의 폭을 가질 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 절단 영역(130)의 폭(W1)이 상술한 간격(W3)과 같거나 이보다 큰 것도 가능하며 그 외의 다양한 변형이 가능하다.
도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 태양 전지(100)(또는 반도체 기판(160))의 다른 일면(좀더 구체적으로는, 후면)에는 후면 전계 영역(30) 및 후면 전계 전극(44)이 위치하게 된다. 이때, 후면 전계 영역(30) 및 후면 전계 전극(44)은 절단 영역(130)에는 형성되지 않고, 각 태양 전지 영역(110, 120)에 대응하여 위치하게 된다.
이에 따라 후면 전계 영역(30)은 각 태양 전지 영역(110, 120)에 대응하는 개수만큼의 복수의 후면 전계 부분(310, 320)이 정의된다. 본 실시예에서는 절단 영역(130)이 단일로 구비되어 제1 및 제2 태양 전지 영역(110, 120)을 구비하는 것을 예시하였다. 이에 따라 후면 전계 영역(30)이 제1 태양 전지 영역(110)에 대응하는 제1 후면 전계 부분(310)과 제2 태양 전지 영역(120)에 대응하는 제2 후면 전계 부분(320)을 구비한다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 후면 전계 영역(30)을 구성하는 후면 전계 부분(310, 320)의 개수는 다양할 수 있다.
본 실시예에서 후면 전계 영역(30)은 후면 전계 전극(44)의 적어도 일부에 대응하는 부분에 국부적으로 형성되는 후면 전계부(310a, 320a)를 포함할 수 있다. 후면 전계 영역(30)의 구체적인 형상에 대해서는 후면 전계 전극(44)을 상세하게 설명한 후에 좀더 상세하게 설명한다.
후면 전계 영역(30)에 연결되는 후면 전계 전극(44)은, 일정한 피치를 가지면서 서로 이격되는 복수의 핑거 전극(441a, 442a)을 포함할 수 있다. 도면에서는 핑거 전극(441a, 442a)이 서로 평행하며 반도체 기판(160)의 일 가장자리에 평행한 것을 예시하였으나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 그리고 후면 전계 전극(44)은 핑거 전극(441a, 442a)과 교차하는 방향으로 형성되어 핑거 전극(441a, 442a)을 연결하는 버스바 전극(441b, 442b)을 포함할 수 있다. 이러한 버스바 전극(441b, 442b)은 하나만 구비될 수도 있고, 도 2에 도시된 바와 같이, 핑거 전극(441a, 442a)의 피치보다 더 큰 피치를 가지면서 복수 개로 구비될 수도 있다. 이때, 핑거 전극(441a, 442a)의 폭보다 버스바 전극(441b, 442b)의 폭이 클 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 버스바 전극(441b, 442b)의 폭이 핑거 전극(441a, 442a)의 폭과 동일하거나 그보다 작은 폭을 가질 수 있다.
여기서, 후면 전계 전극(44)의 핑거 전극(441a, 442a)의 폭이 에미터 전극(42)의 핑거 전극(421a, 422a)의 폭과 같거나 이보다 클 수 있고, 후면 전계 전극(44)의 핑거 전극(441a, 442a)의 피치가 에미터 전극(42)의 핑거 전극(421a, 422a)의 피치와 같거나 이보다 작을 수 있다. 후면 전계 전극(44)의 버스바 전극 전극(441b, 442b)의 폭이 에미터 전극(42)의 핑거 전극(421b, 422b)의 폭과 같거나 이보다 클 수 있다. 이는 에미터 전극(42)은 상대적으로 광의 입사가 많은 반도체 기판(160)의 전면 쪽에 위치하고 후면 전계 전극(44)은 상대적으로 광의 입사가 적은 반도체 기판(160)의 후면 쪽에 위치한다는 점을 고려한 것이다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 변형이 가능하다.
이때, 절단 영역(130)이 버스바 전극(441b, 442b)과 교차하는 방향으로 반도체 기판(160)을 가로질러 위치할 수 있다. 이와 달리 버스바 전극(441b, 442b)과 나란한 방향으로 절단 영역(130)이 위치하게 되면, 버스바 전극(441b, 442b)의 총 개수가 증가하여 쉐이딩 손실이 증가할 수 있다.
이에 따라 후면 전계 전극(44)은 제1 태양 전지 영역(110)에 위치하는 제1 전극부(441)과 제2 태양 전지 영역(120)에 위치하며 제1 전극부(441)에 이격되는 제2 전극부(442)를 포함한다. 제1 전극부(441)는, 복수의 제1 핑거 전극(441a)과, 복수의 제1 핑거 전극(441a)을 연결하는 제1 버스바 전극(441b)을 포함할 수 있다. 제2 전극부(442)는, 복수의 제2 핑거 전극(442a)과, 복수의 제2 핑거 전극(442a)을 연결하는 제2 버스바 전극(442b)을 포함할 수 있다.
여기서, 제1 전극부(441)는 제1 태양 전지 영역(110) 내에서 상기 복수의 제1 핑거 전극(441a) 및 제1 버스바 전극(441b)의 단부를 연결하도록 제1 태양 전지 영역(110)의 가장자리를 따라 연속적으로 형성되는 제1 테두리 전극(441c)을 더 포함할 수 있다. 이와 유사하게, 제2 전극부(442)는 제2 태양 전지 영역(120) 내에서 상기 복수의 제2 핑거 전극(442a) 및 제2 버스바 전극(442b)의 단부를 연결하도록 제2 태양 전지 영역(120)의 가장자리를 따라 연속적으로 형성되는 제2 테두리 전극(442c)을 더 포함할 수 있다.
이와 같이 제1 및 제2 테두리 전극(441c, 442c)을 포함하면 각 태양 전지 영역(110, 120)의 가장자리 쪽에 위치하는 부분에서 캐리어를 효과적으로 수집할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 및 제2 테두리 전극(441c, 442c)이 필수적인 것은 아니다.
여기서, 후면 전계 전극(44)의 테두리 전극(441c, 442c)의 폭이 에미터 전극(42)의 테두리 전극(421c, 422c)의 폭과 같거나 이보다 클 수 있다. 이는 에미터 전극(42)은 상대적으로 광의 입사가 많은 반도체 기판(160)의 전면 쪽에 위치하고 후면 전계 전극(44)은 상대적으로 광의 입사가 적은 반도체 기판(160)의 후면 쪽에 위치한다는 점을 고려한 것이다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 변형이 가능하다.
단면에서 볼 때, 후면 전계 전극(44)의 핑거 전극(441a, 442a), 테두리 전극(441c, 442c) 및 버스바 전극(441b, 442b)은 모두 제2 패시베이션막(32)을 관통하여 형성될 수도 있다. 즉, 개구부(도 3의 참조부호 104)가 후면 전계 전극(44)의 핑거 전극(441a, 442a), 테두리 전극(441c, 442c) 및 버스바 전극(441b, 442b)에 모두 대응하여 형성될 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 다른 예로, 후면 전계 전극(44)의 핑거 전극(441a, 442a) 및 테두리 전극(441c, 442c)이 제2 패시베이션막(32)을 관통하여 형성되고, 버스바 전극(441b, 442b)이 제2 패시베이션막(32) 위에 형성될 수 있다. 이 경우에는 개구부(104)가 핑거 전극(441a, 442a)에 대응하는 형상으로 형성되고, 버스바 전극(441b, 442b)만 위치한 부분에는 형성되지 않을 수 있다.
일 예로, 절단 영역(130)의 폭(W1)은 버스바 전극(441b, 442b)의 폭보다 작고 핑거 전극(441a, 442a) 및 테두리 전극(441c, 442c)의 폭보다 클 수 있다. 그리고 절단 영역(130)의 폭(W1)이 핑거 전극(441a, 442a)의 피치보다 작을 수 있다. 이에 의하여 절단 영역(130)이 절단에 필요한 최소한의 폭을 가질 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 절단 영역(130)의 폭(W1)이 버스바 전극(441b, 442b)과 같거나 그보다 큰 것도 가능하며 그 외의 다양한 변형이 가능하다.
후면 전계 전극(44)의 제1 및 제2 전극부(441, 442)는 반도체 기판(160)의 가장자리 또는 후면 전계 영역(310, 320)의 가장자리와 일정 간격(W4)만큼 이격될 수 있다. 이는 후면 전계 전극(44) 형성 시에 발생할 수 있는 얼라인 공정의 오차, 소성 공정 등의 오차를 고려한 것이다. 일 예로, 제1 및 제2 전극부(441, 442)과 반도체 기판(160)의 가장자리 또는 후면 전계 영역(310, 320)의 가장자리 사이의 간격(W4)보다 절단 영역(130)의 폭(W1)이 작을 수 있다. 이에 의하여 절단 영역(130)이 절단에 필요한 최소한의 폭을 가질 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 절단 영역(130)의 폭(W1)이 상술한 간격(W4)과 같거나 이보다 큰 것도 가능하며 그 외의 다양한 변형이 가능하다.
도면에서는 에미터 전극(42)과 후면 전계 전극(44)이 서로 동일 또는 유사한 평면 형상을 가지는 것을 예시하였다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 에미터 전극(42)과 후면 전계 전극(44)의 평면 형상이 서로 다른 것도 가능하며, 그 외의 다양한 변형이 가능하다.
다시 제1 후면 전계 부분(310)를 상세하게 설명한다. 본 실시예에서는 제1 후면 전계 부분(310)이 후면 전계 전극(44)(좀더 정확하게는, 제1 전극부(441))의 적어도 일부에 대응하는 후면 전계부(310a)를 포함하고, 제2 후면 전계 부분(320)이 후면 전계 전극(44)(좀더 정확하게는, 제2 전극부(442))의 적어도 일부에 대응하는 후면 전계부(320a)를 포함할 수 있다.
일 예로, 후면 전계부(310a)는 제1 전극부(441)의 핑거 전극(441a) 및/또는 테두리 전극(441c)에 대응하여 형성될 수 있고, 제1 전극부(441)의 버스바 전극(441b) 부분에는 형성되지 않을 수 있다. 이에 따라 복수의 핑거 전극(441a)에 대응하는 후면 전계부(310a)들은 버스바 전극(441b)에 대응하는 부분을 사이에 두고 서로 이격될 수 있다. 그러면, 실질적으로 캐리어를 수집하는 핑거 전극(441a) 및/또는 테두리 전극(441c)에 인접한 부분에 후면 전계부(310a)를 위치하여 캐리어 수집 효율을 높일 수 있다. 또한, 상대적으로 작은 폭을 가지는 핑거 전극(441a) 및/또는 테두리 전극(441c)과의 접촉 저항을 보상할 수도 있다. 그리고 수집된 캐리어를 외부로 전달하며 상대적으로 큰 폭을 가지는 버스바 전극(441b)에 대응하는 영역에서는 후면 전계부(310a)를 형성하지 않아, 후면 전계 영역(30)의 면적을 최소화할 수 있다.
이와 유사하게, 후면 전계부(320a)는 제2 전극부(442)의 핑거 전극(442a) 및/또는 테두리 전극(442c)에 대응하여 형성될 수 있고, 제2 전극부(442)의 버스바 전극(442b) 부분에는 형성되지 않을 수 있다. 이에 따라 복수의 핑거 전극(442a)에 대응하는 후면 전계부(320a)들은 버스바 전극(442b)에 대응하는 부분을 사이에 두고 서로 이격될 수 있다.
후면 전계부(310a, 320a)의 폭은 핑거 전극(441a, 442a) 및 테두리 전극(441c, 442c)의 폭보다 클 수 있다. 이에 의하여 핑거 전극(441a, 442a) 및 테두리 전극(441c, 442c) 형성 시에 공정 오차가 있더라도 핑거 전극(441a, 442a) 및 테두리 전극(441c, 442c)을 후면 전계부(310a, 320a)에 접촉하도록 형성할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 후면 전계 영역(30)은 다양한 형상을 가질 수 있다. 이에 따라 도 1에 도시한 에미터 영역(20)과 유사한 평면 형상을 가지면서 균일한 도핑 농도를 가지는 균일한 구조를 가질 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 다른 실시예로, 후면 전계 영역(30)이 도 1에 도시한 에미터 영역(20)과 유사한 평면 형상을 가지면서 선택적 구조를 가질 수 있다. 선택적 구조에서는 후면 전계 영역(30) 중에서 후면 전계 전극(44)과 인접한 부분에서 높은 도핑 농도, 큰 정션 깊이 및 낮은 저항을 가지며, 그 외의 부분에서 낮은 도핑 농도, 작은 정션 깊이 및 높은 저항을 가질 수 있다. 후면 전계 영역(30)의 구조로는 이 외에도 다양한 구조가 적용될 수 있다.
반도체 기판(160)의 가장자리와 이에 인접한 후면 전계 영역(30)의 가장자리는 일정한 간격(W5)을 두고 이격될 수도 있다. 이는 도핑 공정 등의 다양한 공정에서 오차가 발생할 경우에 발생할 수도 있는 문제를 최소화하기 위함이다. 일 예로, 반도체 기판(160)의 가장자리에 인접한 후면 전계 영역(30)의 가장자리는 반도체 기판(160)의 가장자리로부터 0.5mm 내지 1.1mm만큼 이격될 수 있다. 이는 후면 전계 영역(30)은 안정적으로 형성하고 불필요한 션트 등을 방지할 수 있는 수치로 한정된 것이나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
반도체 기판(160)의 가장자리와 이에 인접한 후면 전계 영역(30)의 사이의 간격(W5)에 따라, 후면 전계 영역(30)의 가장자리와 반도체 기판(160)의 가장자리 사이의 간격(W5)와 제1 후면 전계 부분(310)과 제2 후면 전계 부분(320) 사이의 거리(즉, 절단 영역(130)의 폭(W1))가 서로 같을 수도 있고 서로 다를 수도 있다. 한정적이지는 않으나, 후면 전계 영역(30)의 반도체 기판(160)의 가장자리 사이의 간격(W5)가 절단 영역(130)의 폭(W1)보다 클 수 있다. 그러면, 후면 전계 영역(30)은 안정적으로 형성하면서 불필요한 션트 등을 효과적으로 방지할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 후면 전계 영역(30)의 가장자리와 반도체 기판(160)의 가장자리 사이의 간격(W5)이 절단 영역(130)의 폭(W1)과 같거나 그보다 작을 수도 있다.
이와 같이 본 실시예에서는 태양 전지(100)의 전극(42, 44)이 일정한 패턴을 가져 태양 전지(100)가 반도체 기판(160)의 전면 및 후면으로 광이 입사될 수 있는 양면 수광형(bi-facial) 구조를 가진다. 이에 의하여 태양 전지(100)에서 사용되는 광량을 증가시켜 태양 전지(100)의 효율 향상에 기여할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 에미터 전극(42) 및/또는 후면 전계 전극(44)의 형상이 다양하게 변형될 수 있다. 예를 들어, 제2 패시베이션막(32)이 구비되지 않고 후면 전계 전극(44)이 반도체 기판(160)의 후면에 전체적으로 형성되어 반도체 기판(160)에 전체적으로 접촉하는 것도 가능하다. 또는, 후면 전계 전극(44)이 반도체 기판(160)의 후면에 형성된 제2 패시베이션막(32) 위에 전체적으로 형성되며, 제2 패시베이션막(32)을 국부적으로 관통하여 반도체 기판(160)에 국부적으로 접촉(일 예로, 점 컨택(point contact))하는 것도 가능하다. 다만, 이 경우에도 절단 영역(130)에는 후면 전계 전극(44)이 형성되지 않으므로, 후면 전계 전극(44)은 절단 영역(130)을 사이에 두고 서로 이격되는 제1 전극부(441)와 제2 전극부(442)를 가지고, 제1 및 제2 전극부(441, 442)가 각기 제1 및 제2 태양 전지 영역(110, 120)에 전체적으로 형성될 수 있다. 그 외의 다양한 변형이 가능하다.
이하에서는 상술한 구조의 태양 전지(100)를 절단하여 형성되는 단위 태양 전지(110a, 120a)를 좀더 상세하게 설명한다. 도 5a 및 도 5b는 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명한 태양 전지(100)를 절단하여 단위 태양 전지(110a, 120a)를 형성하는 공정을 도시한 전면 평면도이다.
도 5a에 도시한 바와 같이 상술한 구조의 태양 전지(100)의 절단 영역(130) 내에서 절단선(CL)을 따라 태양 전지(100)를 절단하는 것에 의하여, 도 5b에 도시한 바와 같이 복수 개의 태양 전지 영역(110, 120)에 각기 대응하는 복수 개의 단위 태양 전지(110a, 120a)를 형성할 수 있다.
일 예로, 절단 영역(130)을 절단하는 방법으로는 레이저 가공 또는 기계적 가공 등의 방법을 들 수 있다. 레이저 가공에서는 절단 영역(130)에 레이저를 조사하여 이 부분을 용융하는 것에 의하여 태양 전지(100)를 절단하고, 기계적 가공에서는 절단 영역(130)을 따라 스크라이빙 라인을 형성한 후에 물리적 충격을 가하여 절단하는 것도 가능하고 절단 영역(130)을 따라 전체를 절단하는 것도 가능하다. 그 외의 다양한 방법이 적용될 수 있다. 이때, 좁은 절단 영역(130)에서도 깔끔한 가공면을 가지면서 구조적인 충격 없이 절단할 수 있는 레이저 가공이 적용될 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 절단 영역(130)을 절단할 수 있는 다양한 공정이 적용될 수 있다.
이에 따라 형성된 단위 태양 전지(110a, 120a)는, 반도체 기판(160)이 장축과 단축을 가지게 된다. 일반적으로 태양 전지(100)의 반도체 기판(160)의 대략적인 원형 형상의 잉곳(ingot)으로부터 제조되어 원형, 정사각형 또는 이와 유사한 형상과 같이 서로 직교하는 두 개의 축에서의 변의 길이가 서로 동일 또는 거의 유사하다. 일 예로, 본 실시예에서 태양 전지(100)의 반도체 기판(160)은 정사각형의 형상에서 네 개의 모서리 부분에 경사변을 가지는 팔각형 형상을 가질 수 있다. 이러한 형상을 가지면 동일한 잉곳으로부터 최대한 넓은 면적의 반도체 기판(160)을 얻을 수 있다. 이에 따라 태양 전지(100)는 가로축과 세로축이 동일한 거리를 가진다.
본 실시예에서는 이러한 태양 전지(100)를 절단 영역(130)을 따라 절단하여 단위 태양 전지(110a, 120a)를 형성하므로, 단위 태양 전지(110a, 120a)의 반도체 기판(160)이 장축과 단축을 가지는 형상을 가지게 된다.
좀더 구체적으로, 단위 태양 전지(110a, 120a)는 장축(도면의 가로 방향)을 따라 형성되며 서로 평행한 제1 및 제2 장변(111a, 111b)과, 장축과 교차하는 단축(도면의 세로 방향)을 따라 형성되며 서로 평행한 제1 및 제2 단변(112a, 112b)을 포함한다. 여기서, 제2 장변(111b)이 절단석(CL)에 의하여 절단하는 것에 의하여 형성된 가장자리이다. 그리고 반도체 기판(160)은 장축 및 단축과 경사지게 형성되며 제1 장변(111a)과 제1 단변(112a)을 연결하는 제1 경사변(113a) 및 제1 장변(111a)과 제2 단변(112b)를 연결하는 제2 경사변(113b)을 포함할 수 있다. 그리고 제2 장변(111b)과 제1 단변(112a)이 서로 연결되고, 제2 장변(111b)과 제2 단변(112b)이 서로 연결될 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 반도체 기판(160)이 제1 및 제2 경사변(113a, 113b)을 구비하지 않고 제1 및 제2 장변(111a, 111b), 그리고 제1 및 제2 단변(112a, 112b)로 이루어진 직사각형 형상을 가질 수 있다. 그 외의 다양한 변형이 가능하다.
상술한 바와 같이, 절단 영역(130)을 절단하여 단위 태양 전지(110a, 120a)를 형성하였으므로, 단위 태양 전지(110a, 120a)의 일 가장자리에서 절단 영역(130)의 폭(W1)의 반 정도의 폭(W6)을 가지는 가장자리가 형성된다. 이러한 가장자리 부분은 제2 장변(111b)을 따라 위치하게 된다. 이에 따라 절단 영역(130)의 절단에 의하여 형성된 제2 장변(111b)에 따른 가장자리 부분은, 도전형 영역(20, 30) 및 전극(42, 44) 중 적어도 하나의 배치가 다른 가장자리 부분과 다를 수 있다.
예를 들어, 앞서 설명한 바와 같이, 태양 전지(100)에서 반도체 기판(160)의 가장자리에 인접한 에미터 영역(20)의 가장자리(도면에서 제1 에미터 부분(210)의 상부, 좌측 및 우측 가장자리, 제2 에미터 부분(220)의 하부, 좌측 및 우측 가장자리)는 반도체 기판(160)의 가장자리와 접하여 형성될 수 있다. 그러면, 단위 태양 전지(110a, 120a)에서 제1 장변(111a), 제1 및 제2 단변(112a, 112b)에서는 반도체 기판(160)의 가장자리에 에미터 영역(20)이 서로 접하여 형성될 수 있다. 반면, 각 단위 태양 전지(110a, 120a)에서 절단 영역(130)의 절단에 의하여 형성된 제2 장변(111b)과 에미터 영역(20) 사이는 일정한 간격(W6)만큼 이격되어 있다. 따라서, 제2 장변(111b)과 에미터 영역(20)의 사이의 간격(W6)이 다른 가장자리와 에미터 영역(20)의 사이의 거리보다 클 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 반도체 기판(160)의 가장자리와 인접한 에미터 영역(210, 220)의 가장자리 사이의 거리 또는 절단 영역(130)의 폭에 따라 다양한 변형이 가능하다.
다른 예로, 상술한 바와 같이 후면 전계 영역(30)의 가장자리와 반도체 기판(160)의 가장자리 사이의 간격(도 2의 참조부호 W5)이 절단 영역(130)의 폭(W1)보다 클 수 있다. 이 경우에는 각 단위 태양 전지(110a, 120a)에서 절단 영역(130)의 절단에 의하여 형성된 제2 장변(111b)과 후면 전계 영역(30) 사이의 간격(W6)이 절단 영역(130)의 폭(W1)의 반 정도의 값을 가진다. 따라서, 각 단위 태양 전지(110a, 120a)에서 절단 영역(130)의 절단에 의하여 형성된 제2 장변(111b)과 후면 전계 영역(30) 사이의 간격(W6)이 다른 가장자리와 후면 전계 영역(30) 사이의 간격(W5)보다 작을 수 있다.
또 따른 예로, 상술한 바와 같이 절단 영역(130)의 폭(W1)은 버스바 전극(421b, 422b)(441b, 442b)의 폭보다 작고 핑거 전극(421a, 422a)(441a, 442a) 및 테두리 전극(421c, 422c)(441c, 442c)의 폭보다 클 수 있다. 그리고 절단 영역(130)의 폭(W1)이 핑거 전극(421a, 422a)(441a, 442a)의 피치보다 작을 수 있다. 각 단위 태양 전지(110a, 120a)에서 절단 영역(130)의 절단에 의하여 형성된 제2 장변(111b)과 이에 인접한 전극(42, 44)의 가장자리 사이의 간격(W6)가 버스바 전극(421b, 422b)(441b, 442b)의 폭보다 작고 핑거 전극(421a, 422a)(441a, 442a) 및 테두리 전극(421c, 422c)(441c, 442c)의 폭보다 클 수 있다. 그리고 이에 의하여 각 단위 태양 전지(110a, 120a)에서 절단 영역(130)의 절단에 의하여 형성된 제2 장변(111b)과 이에 인접한 전극(42, 44)의 가장자리 사이의 간격(W6)이 핑거 전극(421a, 422a)(441a, 442a)의 피치보다 작을 수 있다.
또 다른 예로, 전극(42, 44)의 제1 및 제2 전극부(421, 422)(441, 442)과 반도체 기판(160)의 가장자리의 가장자리 사이의 간격(W3, 도 3의 참조부호 W4)보다 절단 영역(130)의 폭(W1)이 작을 수 있다. 이 경우에는 각 단위 태양 전지(110a, 120a)에서 절단 영역(130)의 절단에 의하여 형성된 제2 장변(111b)과 이에 인접한 전극(42, 44)의 가장자리(또는 단부) 사이의 간격(W6)이 절단 영역(130)의 폭(W1)의 반 정도의 값을 가진다. 따라서, 각 단위 태양 전지(110a, 120a)에서 절단 영역(130)의 절단에 의하여 형성된 제2 장변(111b)과 후면 전계 전극(44)의 가장자리 사이의 간격(W6)이 제1 장변(111a), 그리고 제1 및 제2 단변(112a, 112b)과 전극(42, 44)의 가장자리 사이의 간격(W3, W4)보다 작을 수 있다.
상술한 바와 같이, 도전형 영역(20, 30) 및 전극(42, 44)은 제1 장변(111a)과 제2 장변(111b)에서 서로 비대칭적으로 형성되지만, 제1 단변(112a)과 제2 단변(112b)이 서로 대칭을 이루도록 형성될 수 있다.
이와 같이 장축 및 단축을 가지는 반도체 기판(160)의 형상, 및/또는 도전형 영역(20, 30) 및 전극(42, 44)과 반도체 기판(160)의 가장자리 사이의 간격이 제2 장변(111b)과 다른 가장자리(즉, 제1 장변(111a), 제1 및 제2 단변(112a, 112b)에서 다른 점에 의하여, 단위 태양 전지(110a, 120a)가 태양 전지(100)를 절단하여 형성되었다는 것을 알 수 있다.
상술한 단위 태양 전지(110a, 120a)를 포함하는 태양 전지 모듈(200)을 도 6 및 도 7을 참조하여 상세하게 설명한다. 도 6은 도 5b에 도시한 단위 태양 전지를 포함하는 태양 전지 모듈의 개략적인 분해 사시도이고, 도 7은 도 6의 VII-VII 선을 따라서 잘라서 본 태양 전지 모듈의 개략적인 단면도이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지 모듈(200)은 단위 태양 전지(110a, 120a), 단위 태양 전지(110a, 120a)의 전면 상에 위치하는 제1 기판(이하 "전면 기판")(201) 및 단위 태양 전지(110a, 120a)의 후면 상에 위치하는 제2 기판(이하 "후면 시트")(203)을 포함할 수 있다. 또한, 태양 전지 모듈(200)은 단위 태양 전지(110a, 120a)와 전면 기판(201) 사이의 제1 밀봉재(205a)와, 단위 태양 전지(110a, 120a)와 후면 시트(203) 사이의 제2 밀봉재(205b)를 포함할 수 있다. 이를 좀더 상세하게 설명한다.
단위 태양 전지(110a, 120a)는 리본(207)에 의하여 전기적으로 직렬, 병렬 또는 직병렬로 연결될 수 있다. 구체적으로, 리본(207)은 단위 태양 전지(110a, 120a)의 전면 상에 형성된 에미터 전극(도 3의 참조부호 42, 이하 동일)과, 이에 인접한 다른 단위 태양 전지(110a, 120a)의 후면 상에 형성된 후면 전계 전극(도 3의 참조부호 44, 이하 동일)을 연결할 수 있다. 도면에서는 하나의 열(列)을 구성하는 태양 전지 스트링에서 제1 단위 태양 전지(110a)와 제2 단위 태양 전지(120a)가 번갈아서 위치하는 것을 예시하였다. 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 태양 전지 스트링에서 제1 단위 태양 전지(110a)와 제2 단위 태양 전지(120a)의 배치는 다양하게 변형될 수 있다.
또한, 버스 리본(209)은 리본(207)에 의하여 연결된 하나의 열의 단위 태양 전지(110a, 120a)의 리본(207)의 양끝단을 교대로 연결한다. 버스 리본(209)은 하나의 열을 이루는 단위 태양 전지(110a, 120a)의 단부에서 이와 교차하는 방향으로 배치될 수 있다. 이러한 버스 리본(209)은 단위 태양 전지(110a, 120a)가 생산한 전기를 모으며 전기가 역류되는 것을 방지하는 정션 박스(미도시)와 연결된다.
제1 밀봉재(205a)는 단위 태양 전지(110a, 120a)의 수광면에 위치하고, 제2 밀봉재(205b)는 단위 태양 전지(110a, 120a)의 이면에 위치할 수 있으며, 제1 밀봉재(205a)와 제2 밀봉재(205b)는 라미네이션에 의해 접착하여, 단위 태양 전지(110a, 120a)에 악영향을 미칠 수 있는 수분이나 산소를 차단하며, 단위 태양 전지(110a, 120a)의 각 요소들이 화학적으로 결합할 수 있도록 한다.
이러한 제1 밀봉재(205a)와 제2 밀봉재(205b)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(205a, 205b)는 그 외 다양한 물질을 이용하여 라미네이션 이외의 다른 방법에 의하여 형성될 수 있다.
전면 기판(201)은 태양광을 투과하도록 제1 밀봉재(205a) 상에 위치하며, 외부의 충격 등으로부터 단위 태양 전지(110a, 120a)를 보호하기 위해 강화유리인 것이 바람직하다. 또한, 태양광의 반사를 방지하고 태양광의 투과율을 높이기 위해 철분이 적게 들어간 저철분 강화유리인 것이 더욱 바람직하다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 전면 기판(201)이 다른 물질 등으로 이루어질 수 있다.
후면 시트(203)는 단위 태양 전지(110a, 120a)의 이면에서 단위 태양 전지(110a, 120a)를 보호하는 층으로서, 방수, 절연 및 자외선 차단 기능을 한다. 후면 시트(203)는 필름 또는 시트 등의 형태로 구성될 수 있다. 후면 시트(203)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. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 후면 시트(203)가 다른 물질 등으로 이루어질 수 있다. 이때, 후면 시트(203)는 전면 기판(201) 측으로부터 입사된 태양광을 반사하여 재이용될 수 있도록 반사율이 우수한 재질일 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 후면 시트(203)가 태양광이 입사될 수 있는 투명 재질(예를 들어, 유리)로 형성되어 양면 수광형 태양 전지 모듈(200)을 구현할 수도 있다.
본 실시예에 따른 태양 전지 모듈(200)은, 상술한 바와 같은 단위 태양 전지(110a, 120a)를 구비하여 모듈화 과정 후의 출력 손실을 최소화하여 태양 전지 모듈(200)의 출력을 최대화할 수 있다.
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
110: 제1 태양 전지 영역
120: 제2 태양 전지 영역
130: 절단 영역
110a, 120a: 단위 태양 전지

Claims (20)

  1. 반도체 기판;
    상기 반도체 기판에 또는 상기 반도체 기판 위에 형성되며, 상기 반도체 기판의 일면에 위치하는 에미터 영역 및 상기 반도체 기판의 타면에 위치하는 후면 전계 영역을 포함하는 도전형 영역; 및
    상기 도전형 영역에 연결되는 전극
    을 포함하고,
    상기 도전형 영역 및 상기 전극이 미형성되는 절단 영역이 상기 반도체 기판을 가로질러 위치하며,
    상기 전극은, 상기 에미터 영역에 연결되는 복수의 핑거 전극과, 상기 복수의 핑거 전극을 연결하며, 제1 방향으로 연장되는 버스바 전극을 포함하고,
    상기 절단 영역이 상기 버스바 전극의 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향으로 연장되도록 상기 반도체 기판을 가로질러 위치하며,
    상기 전극은, 상기 후면 전계 영역에 연결되는 후면 전계 전극을 더 포함하고, 상기 후면 전계 전극은, 복수의 핑거 전극과, 상기 복수의 핑거 전극을 연결하는 버스바 전극을 포함하고,
    상기 후면 전계 영역은 상기 후면 전계 전극에 대응하는 부분에 국부적으로 형성되며, 상기 후면 전계영역과 상기 후면 전계 전극은 상기 절단 영역에 형성되지 않는 것을 특징으로 하는 태양 전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 태양 전지는 상기 절단 영역을 사이에 두고 서로 이격되는 제1 태양 전지 영역 및 제2 태양 전지 영역을 포함하는 태양 전지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 절단 영역이 제1 방향을 따라 길게 이어지는 형상을 가지고,
    상기 제1 및 제2 태양 전지 영역이 상기 제1 방향을 따라 길게 이어지는 형상을 가지는 태양 전지.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 절단 영역이 하나 구비되고,
    상기 절단 영역이 상기 태양 전지의 중심을 지나 길게 이어지는 태양 전지.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 에미터 영역은 상기 제1 태양 전지 영역에 대응하는 제1 에미터 부분 및 상기 제2 태양 전지 영역에 대응하는 제2 에미터 부분을 포함하고,
    상기 제1 에미터 부분과 상기 제2 에미터 부분이 상기 절단 영역을 사이에 두고 서로 이격되는 태양 전지.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 에미터 부분이 상기 제1 태양 전지 영역에 전체적으로 형성되고,
    상기 제2 에미터 부분이 상기 제2 태양 전지 영역에 전체적으로 형성되는 태양 전지.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 반도체 기판의 가장자리와 이와 인접한 상기 제1 또는 제2 에미터 부분 사이의 거리가 상기 절단 영역의 폭보다 작은 태양 전지.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 후면 전계 영역은 상기 전극에 대응하는 부분에 국부적으로 형성되는 복수의 후면 전계부를 포함하는 태양 전지.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 복수의 후면 전계부가 상기 복수의 핑거 전극에 대응하여 형성되고 상기 복수의 버스바 전극에 대응하는 부분에서 서로 이격되는 태양 전지.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 절단 영역의 폭이 0.3mm 내지 1.0mm인 태양 전지.
  11. 삭제
  12. 제2항에 있어서,
    상기 전극은,
    상기 제1 태양 전지 영역에 위치한 제1 전극부; 및
    상기 제2 태양 전지 영역에 위치하며 상기 제1 전극부와 이격되는 제2 전극부
    를 포함하는 태양 전지.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 전극부는, 복수의 제1 핑거 전극과, 상기 복수의 제1 핑거 전극을 연결하는 제1 버스바 전극을 포함하고,
    상기 제2 전극부는, 복수의 제2 핑거 전극과, 상기 복수의 제2 핑거 전극을 연결하는 제2 버스바 전극을 포함하는 태양 전지.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 전극부는 상기 제1 태양 전지 영역 내에서 상기 복수의 제1 핑거 전극 및 상기 제1 버스바 전극의 단부를 연결하도록 상기 제1 태양 전지 영역의 가장자리를 따라 형성되는 제1 테두리 전극을 포함하고,
    상기 제2 전극부는 상기 제2 태양 전지 영역 내에서 상기 복수의 제2 핑거 전극 및 상기 제2 버스바 전극의 단부를 연결하도록 상기 제2 태양 전지 영역의 가장자리를 따라 형성되는 제2 테두리 전극을 포함하는 태양 전지.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 절단 영역의 폭이 상기 버스바 전극의 폭보다 작고 상기 핑거 전극의 폭보다 크거나, 상기 절단 영역의 폭이 상기 복수의 핑거 전극의 피치보다 작은 태양 전지.
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