KR102398002B1 - 태양 전지 및 이를 포함하는 태양 전지 패널 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 패널은, 제1 및 제2 태양 전지를 포함하는 복수의 태양 전지; 및 상기 제1 및 제2 태양 전지의 중첩부에서 상기 제1 및 제2 태양 전지 사이에 위치하여 상기 제1 태양 전지와 상기 제2 태양 전지를 연결하는 연결 부재를 포함한다. 상기 제1 및 제2 태양 전지 각각은, 장축 및 단축을 가지는 반도체 기판; 상기 반도체 기판에 또는 상기 반도체 기판 위에 형성된 제1 도전형 영역; 및 상기 제1 도전형 영역에 전기적으로 연결되는 제1 전극을 포함한다. 상기 제1 전극은, 제1 방향으로 형성되는 복수의 핑거 전극; 및 상기 핑거 전극과 다른 물질 또는 조성으로 구성되며 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 형성되어 상기 복수의 핑거 전극 중 적어도 일부를 연결하되 상기 제1 도전형 영역과 이격되어 위치하는 연결 전극을 포함한다.

Description

태양 전지 및 이를 포함하는 태양 전지 패널{SOLAR CELL AND SOALR CELL PANEL INCLUDING THE SAME}
본 발명은 태양 전지 및 이를 포함하는 태양 전지 패널에 관한 것으로, 좀더 상세하게는, 구조를 개선한 태양 전지 및 이를 포함하는 태양 전지 패널에 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. 태양 전지는 다양한 층 및 전극을 설계에 따라 형성하는 것에 의하여 제조될 수 있다. 이러한 태양 전지는 외부 환경에 장기간 노출되어야 하므로, 태양 전지를 보호하기 위한 패키징(packaging) 공정에 의하여 태양 전지 패널의 형태로 제조된다.
태양 전지의 다양한 층 및 전극의 설계, 이들의 연결 구조 등에 따라 태양 전지 또는 태양 전지 패널의 제조 비용, 효율, 출력 등이 달라질 수 있다. 이에 따라 제조 비용, 효율, 출력 등을 향상할 수 있도록 태양 전지 및 태양 전지 패널을 설계하는 것이 요구된다.
본 발명은 효율을 향상할 수 있는 태양 전지 및 이를 포함하여 출력을 향상할 수 있는 태양 전지 패널을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 패널은, 제1 및 제2 태양 전지를 포함하는 복수의 태양 전지; 및 상기 제1 및 제2 태양 전지의 중첩부에서 상기 제1 및 제2 태양 전지 사이에 위치하여 상기 제1 태양 전지와 상기 제2 태양 전지를 연결하는 연결 부재를 포함한다. 상기 제1 및 제2 태양 전지 각각은, 장축 및 단축을 가지는 반도체 기판; 상기 반도체 기판에 또는 상기 반도체 기판 위에 형성된 제1 도전형 영역; 및 상기 제1 도전형 영역에 전기적으로 연결되는 제1 전극을 포함한다. 상기 제1 전극은, 제1 방향으로 형성되는 복수의 핑거 전극; 및 상기 핑거 전극과 다른 물질 또는 조성으로 구성되며 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 형성되어 상기 복수의 핑거 전극 중 적어도 일부를 연결하되 상기 제1 도전형 영역과 이격되어 위치하는 연결 전극을 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 태양 전지는, 장충 및 단축을 가지는 반도체 기판; 상기 반도체 기판에 또는 상기 반도체 기판 위에 형성된 제1 도전형 영역; 및 상기 제1 도전형 영역에 전기적으로 연결되는 제1 전극을 포함한다. 상기 제1 전극은, 제1 방향으로 형성되는 복수의 핑거 전극; 및 상기 핑거 전극과 다른 물질 또는 조성으로 구성되며 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 형성되어 상기 복수의 핑거 전극 중 적어도 일부를 연결하되 상기 제1 도전형 영역과 이격되어 위치하는 연결 전극을 포함한다.
본 실시예에 따르면, 접촉 전극으로 구성되는 핑거 전극과 비접촉 전극으로 구성되며 적어도 일부가 중첩부와 이격된 부분에 위치한 연결 전극을 포함하여 전극과 제1 도전형 영역의 접촉 면적을 줄이면서도 캐리어의 이동 경로를 충분하게 확보할 수 있다. 이에 의하여 태양 전지의 개방 전압, 전류 밀도 등을 증가시켜 태양 전지의 효율을 향상할 수 있고, 태양 전지 패널의 출력을 향상할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지 패널을 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시한 태양 전지 패널에 포함되며 연결 부재에 의하여 서로 연결되는 복수의 태양 전지를 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 3은 도 1에 도시한 태양 전지 패널에 포함되며 연결 부재에 의하여 서로 연결되는 두 개의 태양 전지를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 4는 도 1에 도시한 태양 전지 패널에 포함되는 태양 전지의 일 예를 도시한 전면 및 후면 평면도이다.
도 5는 도 4의 V-V 선에 따라 잘라서 본 단면도이다.
도 6는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지 패널에 포함되는 태양 전지의 일 예를 도시한 전면 부분 평면도이다.
도 7은 본 발명의 다양한 변형예에 따른 태양 전지의 일 예를 개략적으로 도시한 전면 평면도이다.
도 8은 본 발명의 다양한 변형예에 따른 태양 전지의 다른 예를 도시한 전면 평면도이다.
도 9는 본 발명의 다양한 변형예에 따른 태양 전지의 또 다른 예를 도시한 전면 평면도이다.
도 10은 본 발명의 다양한 변형예에 따른 태양 전지의 또 다른 예를 도시한 전면 평면도이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지 패널에 포함되는 태양 전지를 도시한 전면 부분 평면도이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지 패널에 포함되는 태양 전지를 도시한 전면 부분 평면도이다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지 패널에 포함되는 태양 전지를 도시한 전면 부분 평면도이다.
도 14는 도 13의 변형에 따른 태양 전지를 도시한 전면 부분 평면도이다.
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 패널 및 이에 포함되는 태양 전지를 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지 패널(100)을 도시한 단면도이고, 도 2는 도 1에 도시한 태양 전지 패널(100)에 포함되며 연결 부재(142)에 의하여 서로 연결되는 복수의 태양 전지(10)를 개략적으로 도시한 평면도이다. 그리고 도 3은 도 1에 도시한 태양 전지 패널(100)에 포함되며 연결 부재(142)에 의하여 서로 연결되는 두 개의 태양 전지(10)(일 예로, 제1 태양 전지(10a) 및 제2 태양 전지(10b))를 개략적으로 도시한 단면도이다. 명확하고 간략한 도시를 위하여 도 2에서는 제1 전극(42) 및 제2 전극(44) 및 연결 부재(142)를 도시하지 않았다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 태양 전지 패널(100)은, 제1 태양 전지(10a) 및 제2 태양 전지(10b)를 포함하는 복수의 태양 전지(10)와, 상기 제1 및 제2 태양 전지(10a, 10b)의 중첩부(OP)에서 제1 및 제2 태양 전지(10a, 10b) 사이에 위치하여 제1 태양 전지(10a)와 제2 태양 전지(10b)를 연결하는 연결 부재(142)를 포함한다. 이때, 제1 및 제2 태양 전지(10a, 10b)가 장축과 단축을 가지는 반도체 기판(12) 및 이에 또는 이 위에 형성된 제1 도전형 영역(20) 및 제1 전극(42)을 포함하고, 제1 전극(42)이 복수의 핑거 전극(도 4의 참조부호 42a)과 연결 전극(42c)을 포함한다. 이에 대해서는 추후에 좀더 상세하게 설명한다. 그리고 태양 전지 패널(100)은 복수의 태양 전지(10) 및 연결 부재(142)를 둘러싸서 밀봉하는 밀봉재(130)와, 밀봉재(130) 위에서 태양 전지(10)의 일면에 위치하는 제1 커버 부재(110)와, 밀봉재(130) 위에서 태양 전지(10)의 타면에 위치하는 제2 커버 부재(120)를 포함한다. 이를 좀더 상세하게 설명한다.
제1 커버 부재(110)는 밀봉재(130)(일 예로, 제1 밀봉재(131)) 상에 위치하여 태양 전지 패널(100)의 일면(일 예로, 전면)을 구성하고, 제2 커버 부재(120)는 밀봉재(130)(이 예로, 제2 밀봉재(132)) 상에 위치하여 태양 전지(10)의 타면(일 예로, 후면)을 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 우수한 내구성, 우수한 절연 특성 등을 가지는 유리 기판으로 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.
밀봉재(130)는, 연결 부재(142)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), 연결 부재(142)에 의하여 연결된 복수의 태양 전지(10), 제1 밀봉재(131), 제1 커버 부재(110)가 일체화되어 태양 전지 패널(100)을 구성할 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.
본 실시예에서는 태양 전지(10)가 모 태양 전지(mother solar cell)로부터 절단되어 장축 및 단축을 가질 수 있다. 즉, 하나의 모 태양 전지를 절단하여 장축 및 단축을 가지는 복수의 태양 전지(10)를 제조하여 이를 단위 태양 전지로 사용한다. 이와 같이 절단된 복수의 태양 전지(10)를 연결하여 태양 전지 패널(100)을 제조하면, 태양 전지 패널(100)의 출력 손실(cell to module loss, CTM loss)을 줄일 수 있다.
상술한 출력 손실은 각 태양 전지(10)에서 전류의 제곱에 저항을 곱한 값을 가지게 되고, 복수 개의 태양 전지(10)를 포함하는 태양 전지 패널(100)의 출력 손실은 상기 각 태양 전지의 전류의 제곱에 저항을 곱한 값에 태양 전지(10)의 개수를 곱한 값을 가지게 된다. 그런데 각 태양 전지(10)의 전류 중에는 태양 전지의 면적 자체에 의하여 발생되는 전류가 있어, 태양 전지(10)의 면적이 커지면 해당 전류도 커지고 태양 전지(10)의 면적이 작아지면 해당 전류도 작아지게 된다.
따라서, 모 태양 전지를 절단하여 제조된 태양 전지(10)를 이용하여 태양 전지 패널(100)을 형성하면, 태양 전지(10)의 전류가 면적에 비례하여 줄고 태양 전지(10)의 개수는 이와 반대로 증가하게 된다. 예를 들어, 모 태양 전지로부터 제조된 태양 전지(10)가 네 개인 경우에는 각 태양 전지(10)에서의 전류가 모 태양 전지의 전류의 4분의 1로 줄게 되고, 태양 전지(10)의 개수가 모 태양 전지의 네 배가 된다. 전류는 제곱으로 반영되고 개수는 그대로 반영되므로, 출력 손실 값은 4분의 1로 작아지게 된다. 이에 따라 본 실시예에 따른 태양 전지 패널(100)의 출력 손실을 줄일 수 있다.
본 실시예에서는 기존과 같이 모 태양 전지를 제조한 후에 이를 절단하여 태양 전지(10)을 형성한다. 이에 의하면 기존에 사용하던 설비, 이에 따라 최적화된 설계 등을 그대로 이용하여 모 태양 전지를 제조한 후에 이를 절단하여 태양 전지(10)를 제조할 수 있다. 이에 따라 설비 부담, 공정 비용 부담이 최소화된다. 반면, 모 태양 전지의 크기 자체를 줄여서 제조하게 되면 사용하던 설비를 교체하거나 설정을 변경하는 등의 부담이 있다.
좀더 구체적으로, 모 태양 전지 또는 이의 반도체 기판은 대략적인 원형 형상의 잉곳(ingot)으로부터 제조되어 원형, 정사각형 또는 이와 유사하게 서로 직교하는 두 개의 방향(도면의 x축 및 y축 방향)에서의 길이가 서로 동일하거나 거의 유사하다. 일 예로, 모 태양 전지의 반도체 기판은 대략적인 정사각형의 형상에서 네 개의 모서리 부분에 경사부(12a, 12b)을 가지는 팔각형 형상을 가질 수 있다. 이러한 형상을 가지면 동일한 잉곳으로부터 최대한 넓은 면적의 반도체 기판을 얻을 수 있다. 참조로, 도 2에서 좌측부터 순서대로 서로 인접한 네 개의 태양 전지(10)가 각기 하나의 모 태양 전지에서 제조된 것일 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 하나의 모 태양 전지에서 제조된 태양 전지(10)의 개수 등은 다양하게 변형될 수 있다.
이와 같이 모 태양 전지는 대칭적인 형상을 가지며, 최대 가로폭(반도체 기판의 중심을 지나는 가로폭)과 최대 세로폭(반도체 기판의 중심을 지나는 세로폭)이 동일한 거리를 가진다.
이러한 모 태양 전지를 일 방향(일 예로, 도면의 y축 방향)으로 연장된 절단선을 따라 절단하여 형성된 태양 전지(10)는 태양 전지(10)가 장축과 단축을 가질 수 있다. 이와 같이 제조된 복수의 태양 전지(10)는 연결 부재(142)를 이용하여 서로 전기적으로 연결된다.
일 예로, 본 실시예에서는 복수의 태양 전지(10) 중 하나의 태양 전지(10)(즉, 제1 태양 전지(10a))의 일측이 이에 이웃한 태양 전지(10)(일 예로, 제2 태양 전지(10b))의 타측이 중첩되어 중첩부(OP)를 형성하고, 중첩부(OP)가 태양 전지(10)의 장축 방향을 따라 길게 이어진다. 이 중첩부(OP) 내에 위치한 이웃한 두 개의 태양 전지(10)의 전극(42, 44) 사이에 연결 부재(142)가 위치하여 이웃한 두 개의 태양 전지(10)가 전기적으로 연결된다. 그러면, 단축 및 장축을 가지는 태양 전지(10)를 장축 방향에서 연결하여 연결 면적을 충분하게 확보하여 안정적으로 연결할 수 있다.
연결 부재(142)는 접착 물질을 포함할 수 있는데, 접착 물질로는 전기 전도성 및 접착 특성을 가져 두 개의 태양 전지(10)를 전기적 및 물리적으로 연결할 수 있는 다양한 물질이 사용될 수 있다. 일 예로, 연결 부재(142)가 도전성 접착층, 솔더 등으로 이루어질 수 있다.
복수 개의 태양 전지(10)는 연결 부재(142)에 의하여 전기적으로 직렬, 병렬 또는 직병렬로 연결될 수 있다. 상술한 바와 같이 이웃한 제1 및 제2 태양 전지(10a, 10b)의 연결 구조가 서로 인접한 두 개의 태양 전지(10)에 연속적으로 반복되어 복수의 태양 전지(10)가 직렬로 연결되어 하나의 열(列)로 구성된 태양 전지 스트링을 구성할 수 있다. 이와 같은 태양 전지 스트링은 다양한 방법 또는 장치에 의하여 형성될 수 있다.
제1 커버 부재(110), 제1 밀봉재(131), 연결 부재(142)에 의하여 연결된 복수의 태양 전지(10)(즉, 태양 전지 스트링), 제2 밀봉재(132) 및 제2 커버 부재(120)를 차례로 위치시켜 적층 구조체를 형성하고, 적층 구조체에 열과 압력을 가하는 라미네이션 공정을 수행하여 태양 전지 패널(100)을 제조할 수 있다.
이하에서는 도 3을 참조하여 각 태양 전지(10)의 구조를 좀더 상세하게 설명한다.
도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 태양 전지(10)는, 반도체 기판(12)과, 반도체 기판(12)에 또는 반도체 기판(12) 위에 형성되는 도전형 영역(20, 30)과, 도전형 영역(20, 30)에 연결되는 전극(42, 44)을 포함한다. 즉, 본 실시예에 따른 태양 전지(10)는 반도체 기판(12)을 기반으로 하는 결정질 태양 전지일 수 있다. 일 예로, 도전형 영역(20, 30)은 서로 다른 도전형을 가지는 제1 도전형 영역(20)과 제2 도전형 영역(30)을 포함할 수 있고, 전극(42, 44)은 제1 도전형 영역(20)에 연결되는 제1 전극(42)과 제2 도전형 영역(30)에 연결되는 제2 전극(44)을 포함할 수 있다.
반도체 기판(12)은 제1 또는 제2 도전형 도펀트를 상대적으로 낮은 도핑 농도로 포함하여 제1 또는 제2 도전형을 가지는 베이스 영역(14)을 포함할 수 있다. 일 예로, 베이스 영역(14)은 제2 도전형을 가질 수 있다. 베이스 영역(14)은 제1 또는 제2 도전형 도펀트를 포함하는 단일 결정질 반도체(예를 들어, 단일 단결정 또는 다결정 반도체, 일 예로, 단결정 또는 다결정 실리콘, 특히 단결정 실리콘)로 구성될 수 있다. 이와 같이 결정성이 높아 결함이 적은 베이스 영역(14) 또는 반도체 기판(12)을 기반으로 한 태양 전지(10)는 전기적 특성이 우수하다. 이때, 반도체 기판(12)의 전면 및 후면 중 적어도 하나에는 반사를 최소화할 수 있도록 피라미드 등의 형태의 요철을 가지는 텍스쳐링(texturing) 구조 또는 반사 방지 구조가 구비될 수 있다.
도전형 영역(20, 30)은, 반도체 기판(12)의 일면(일 예로, 전면) 쪽에 위치하며 제1 도전형을 가지는 제1 도전형 영역(20)과, 반도체 기판(12)의 다른 일면(일 예로, 타면) 쪽에 위치하며 제2 도전형을 가지는 제2 도전형 영역(30)을 포함할 수 있다. 도전형 영역(20, 30)은 베이스 영역(14)과 다른 도전형을 가지거나, 베이스 영역(14)보다 높은 도핑 농도를 가질 수 있다. 본 실시예에서는 제1 및 제2 도전형 영역(20, 30)이 반도체 기판(12)의 일부를 구성하는 도핑 영역으로 구성되어, 베이스 영역(14)과의 접합 특성을 향상할 수 있다. 이때, 제1 도전형 영역(20) 또는 제2 도전형 영역(30)는 균일한 구조(homogeneous structure), 선택적 구조(selective structure) 또는 국부적 구조(local structure)를 가질 수 있다.
그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 제1 및 제2 도전형 영역(20, 30) 중 적어도 하나가 반도체 기판(12)의 위에서 반도체 기판(12)과 별개로 형성될 수 있다. 이 경우에 제1 또는 제2 도전형 영역(20, 30)이 반도체 기판(12) 위에 쉽게 형성될 수 있도록 반도체 기판(12)과 다른 결정 구조를 가지는 반도체층(예를 들어, 비정질 반도체층, 미세 결정 반도체층, 또는 다결정 반도체층, 일 예로, 비정질 실리콘층, 미세 결정 실리콘층 또는 다결정 실리콘층)으로 구성될 수 있다.
제1 및 제2 도전형 영역(20, 30) 중 베이스 영역(14)과 다른 도전형을 가지는 하나의 영역은 에미터 영역의 적어도 일부를 구성한다. 제1 및 제2 도전형 영역(20, 30) 중 베이스 영역(14)과 동일한 도전형을 가지는 다른 하나는 전계(surface field) 영역의 적어도 일부를 구성한다. 일 예로, 본 실시예에서는 베이스 영역(14) 및 제2 도전형 영역(30)이 제2 도전형으로 n형을 가지고, 제1 도전형 영역(20)이 p형을 가질 수 있다. 그러면, 베이스 영역(14)과 제1 도전형 영역(20)이 pn 접합을 이룬다. 이러한 pn 접합에 광이 조사되면 광전 효과에 의해 생성된 전자가 반도체 기판(12)의 후면 쪽으로 이동하여 제2 전극(44)에 의하여 수집되고, 정공이 반도체 기판(12)의 전면 쪽으로 이동하여 제1 전극(42)에 의하여 수집된다. 이에 의하여 전기 에너지가 발생한다. 그러면, 전자보다 이동 속도가 느린 정공이 반도체 기판(12)의 후면이 아닌 전면으로 이동하여 효율이 향상될 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 베이스 영역(14) 및 제2 도전형 영역(30)이 p형을 가지고 제1 도전형 영역(20)이 n형을 가지는 것도 가능하다. 또한, 베이스 영역(14)이 제2 도전형 영역(30)과 동일하고 제1 도전형 영역(20)과 반대되는 도전형을 가질 수 있다.
이때, 제1 또는 제2 도전형 도펀트로는 n형 또는 p형을 나타낼 수 있는 다양한 물질을 사용할 수 있다. p형 도펀트로는 보론(B), 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등의 3족 원소를 사용할 수 있다. n형일 경우에는 인(P), 비소(As), 비스무스(Bi), 안티몬(Sb) 등의 5족 원소를 사용할 수 있다. 일 예로, p형 도펀트가 보론(B)이고 n형 도펀트가 인(P)일 수 있다.
그리고 반도체 기판(12)의 전면 위(좀더 정확하게는, 반도체 기판(12)의 전면에 형성된 제1 도전형 영역(20) 위)에 제1 절연막인 제1 패시베이션막(22) 및/또는 반사 방지막(24)이 위치(일 예로, 접촉)할 수 있다. 그리고 반도체 기판(12)의 후면 위(좀더 정확하게는, 반도체 기판(12)의 후면에 형성된 제2 도전형 영역(30) 위)에 제2 절연막인 제2 패시베이션막(32)이 위치(일 예로, 접촉)할 수 있다. 제1 패시베이션막(22), 반사 방지막(24) 및 제2 패시베이션막(32)은 다양한 절연 물질로 형성될 수 있다. 일례로, 제1 패시베이션막(22), 반사 방지막(24) 또는 제2 패시베이션막(32)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. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
제1 전극(42)은 제1 절연막을 관통하는 개구부를 통하여 제1 도전형 영역(20)에 전기적으로 연결되고, 제2 전극(44)은 제2 절연막을 관통하는 개구부를 통하여 제2 도전형 영역(30)에 전기적으로 연결된다. 제1 및 제2 전극(42, 44)은 다양한 도전성 물질(일 예로, 금속)으로 구성되며 다양한 형상을 가질 수 있다. 제1 및 제2 전극(42, 44)의 형상을 도 3과 함께 도 4 및 도 5를 참조하여 좀더 상세하게 설명한다.
도 4는 도 1에 도시한 태양 전지 패널(100)에 포함되는 태양 전지(10)의 일 예를 도시한 전면 및 후면 평면도이고, 도 5는 도 4의 V-V 선에 따라 잘라서 본 단면도이다. 간단한 도시를 위하여 도 4에서는 연결 부재(142)는 도시하지 않았으나, 명확한 이해를 위하여 도 5에서는 연결 부재(142)를 도시하였다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 제1 전극(42)은 제1 방향(도면의 x축 방향)으로 형성되는 복수의 핑거 전극(42a)을 포함할 수 있다. 이때, 복수의 핑거 전극(42a)의 적어도 일부가 제1 도전형 영역(20)에 직접 접촉하는 접촉 부분(422a)을 포함하여, 광전 변환에 의하여 생성된 캐리어를 제1 도전형 영역(20)으로부터 수집하는 역할을 한다. 일 예로, 복수의 핑거 전극(42a)은 서로 평행하게 연장되어 서로 일정한 피치를 가지도록 이격될 수 있다. 도 4에서는 핑거 전극(42a)이 단축 방향으로 연장되어 서로 평행하며 반도체 기판(12)의 일 가장자리에 평행한 것을 예시하였다.
그리고 제1 전극(42)은 핑거 전극(42a)과 다른 물질 또는 조성으로 구성되며 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 형성되어 복수의 핑거 전극(42a) 중 적어도 일부를 연결하되 제1 도전형 영역(20)과 이격되어 위치하는 연결 전극(42c)을 포함할 수 있다. 연결 전극(42c)를 통하여 복수의 핑거 전극(42a) 중 적어도 일부를 연결하면, 이 중 일부의 핑거 전극(42a)가 손상되거나 박리되는 등의 문제가 있을 때 캐리어가 연결 전극(42c)을 통하여 이동할 수 있다. 즉, 연결 전극(42c)은 일종의 캐리어의 우회 경로를 제공할 수 있다. 이때, 하나의 연결 전극(42c)이 복수의 핑거 전극(42a)의 적어도 일부를 연결하되, 복수의 연결 전극(42c)이 위치하여 복수의 연결 전극(42c)에 의하여 복수의 핑거 전극(42a)이 전체적으로 연결될 수 있다.
본 실시예에서와 같이 중첩부(OP) 내에 복수의 핑거 전극(42a)을 연결하는 전극을 구비하지 않는 경우에는 우회 경로를 제공하는 연결 전극(42c)의 효과가 좀더 배가될 수 있다. 본 명세서에서 특정이 전극이 중첩부(OP)에 위치하였는지 여부는 전극이 위치하는 면에서 연결 부재(142)가 위치하는 부분을 기준으로 판단한다.
이때, 핑거 전극(42a)은 캐리어를 효과적으로 수집하기 위하여 반도체 기판(10) 또는 제1 도전형 영역(20)과 우수한 전기적 컨택 특성을 가져야 한다. 반면, 연결 전극(42c)은 핑거 전극(42a)에 전기적으로 연결되어 캐리어의 우회 경로만을 제공하면 되므로, 반도체 기판(10) 또는 제1 도전형 영역(20)으로부터 직접적인 캐리어의 수집이 반드시 이루어지지 않아도 된다. 이에 따라 본 실시예에서는 핑거 전극(42a)은 적어도 일부가 제1 도전형 영역(20)과 접촉하는 접촉 전극으로 구성되고, 연결 전극(42c)은 제1 절연막을 사이에 두고 제1 도전형 영역(20)와 이격되는 비접촉 전극으로 구성된다.
이와 같이 연결 전극(42c)이 제1 도전형 영역(20)에 접촉하지 않으면, 제1 도전형 영역(20)에 접촉하는 제1 전극(42)의 면적을 최소화할 수 있다. 그러면, 제1 도전형 영역(20)과 제1 전극(42)이 접촉하는 부분에서 나타날 수 있는 패시베이션 특성 저하를 최소화할 수 있다. 이에 의하여 태양 전지(10)의 개방 전압을 향상하여 효율을 향상할 수 있다. 그리고 연결 전극(42c)의 형상에 의하여 외관 또는 심미성을 향상할 수도 있다.
이때, 연결 전극(42c)는 캐리어의 우회 경로만을 제공하면 되므로, 광 손실을 줄일 수 있도록 작은 폭을 가지도록 할 수 있다. 일 예로, 연결 전극(42c)의 폭은 핑거 전극(42a)의 폭의 5배 이하(예를 들어, 3배 이하, 일 예로, 0.5배 내지 2배)일 수 있다. 또는, 연결 전극(42c)의 폭이 1mm 이하(예를 들어, 500um 이하, 일 예로, 30um 내지 200um 이하)일 수 있다. 이는 캐리어의 우회 경로를 안정적으로 제공하면서 광 손실을 최소화하기 위한 것이나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
그리고 연결 전극(42c)의 두께가 핑거 전극(42a)의 두께와 같거나 그보다 작을 수 있다. 특히, 연결 전극(42c)의 두께가 핑거 전극(42a)의 두께보다 작을 수 있다. 캐리어의 수집에 직접 관여하는 핑거 전극(42a)의 두께를 상대적으로 크게 하여 저항을 낮추고, 우회 경로만을 제공하면 되는 연결 전극(42c)의 두께를 상대적으로 줄여 제1 전극(42)의 재료 비용을 절감할 수 있다. 일 예로, 핑거 전극(42a)의 두께가 30um 이하(일 예로, 10 내지 30um)이고, 연결 전극(42c)의 두께가 15um 이하(일 예로, 5um 내지 15um)일 수 있다. 이러한 두께에서 핑거 전극(42a)이 낮은 저항을 가지면서 제1 전극(42)의 재료 비용을 절감할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
상술한 바와 같이 핑거 전극(42a)을 접촉 전극으로 형성하고 연결 전극(42c)을 비접촉 전극으로 형성하기 위하여, 핑거 전극(42a)과 연결 전극(42c)은 서로 다른 물질 또는 조성을 가질 수 있다. 즉, 연결 전극(42c)가 제1 절연막 위에서 이를 관통하지 않고 위치할 수 있다. 이에 따라 핑거 전극(42a)는 제1 절연막을 관통할 수 있는 물질 또는 조성을 가지고, 연결 전극(42c)는 제1 절연막을 관통하지 않아도 되는 물질 또는 조성을 가질 수 있다.
예를 들어, 일정한 패턴을 가지는 핑거 전극(42a) 및 연결 전극(42c)는 페이스트를 인쇄한 후에 소성 열처리하는 것에 의하여 형성될 수 있다. 그러면, 패턴을 가지는 핑거 전극(42a) 및 연결 전극(42c)를 간단한 공정에 의하여 쉽게 형성할 수 있다. 이때, 핑거 전극(42a) 또는 이를 형성하기 위한 제1 페이스트는 열처리 중에 제1 절연막을 관통하는 파이어스루(fire-through)가 이루어지는 물질 또는 조성으로 구성될 수 있고, 연결 전극(42c) 또는 이를 형성하기 위한 제2 페이스트는 열처리 중에 파이어스루가 이루어지지 않는 물질 또는 조성으로 구성될 수 있다. 그러면, 별도로 제1 절연막에 개구부를 형성하는 공정을 수행하지 않아도 제1 페이스트를 열처리하는 공정에 의하여 개구부가 형성될 수 있다.
일 예로, 핑거 전극(42a)을 형성하기 위한 제1 페이스트 및 연결 전극(42c)을 형성하기 위한 제2 페이스트는 전도성 분말(좀더 구체적으로, 금속 분말), 유리 프릿, 유기 바인더, 용매 등을 포함할 수 있다. 그 외에도 제1 및 제2 페이스트는 분산제, 칙소제 등과 같은 다양한 첨가제를 더 포함할 수 있다. 열처리 시 유기 바인더, 용매 등은 대부분 제거되고, 핑거 전극(42a) 및 연결 전극(42c)에는 전도성 분말, 유리 프릿 등이 잔류할 수 있다.
예를 들어, 핑거 전극(42a)과 연결 전극(42c)은 동일한 전도성 물질(예를 들어, 동일한 금속, 일 예로, 은(Ag))을 포함하여 특성을 동일 또는 유사하게 하여, 이종 물질을 사용할 경우의 문제를 방지할 수 있다. 대신, 핑거 전극(42a) 또는 제1 페이스트는 파이어스루가 가능한 유리 프릿을 포함하고, 연결 전극(42c) 또는 제2 페이스트는 핑거 전극(42a)의 유리 프릿과 달리 파이어스루가 이루어지지 않는 유리 프릿을 포함할 수 있다.
일 예로, 핑거 전극(42a) 내의 납(Pb) 또는 비스무스(Bi)의 양이 연결 전극(42c) 내의 납 또는 비스무스의 양보다 클 수 있다. 여기서, 납 또는 비스무스는 제1 또는 제2 페이스트에 포함된 유리 프릿의 일부로서 산화납 또는 산화비스무스 형태로 첨가된다. 이러한 산화납 또는 산화비스무스는 제1 페이스트의 소성 시에 파이어스루(fire-through)에 의하여 제1 절연막을 관통하여 개구부를 형성하는 데 기여하는 물질이다. 이에 따라 개구부를 형성하여야 하는 핑거 전극(42a)를 형성하는 제1 페이스트는 산화납 또는 산화비스무스를 상대적으로 많이 포함하여 파이어스루가 원활하게 이루어지도록 하고, 개구부를 형성하지 않아도 되는 연결 전극(42c)를 형성하는 제2 페이스트는 산화납 또는 산화비스무스를 상대적으로 적게 포함할 수 있다. 이에 따라 핑거 전극(42a)의 납 또는 비스무스 양이 연결 전극(42c)의 납 또는 비스무스의 양보다 클 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 유리 프릿, 납 등의 종류, 양 등은 다양하게 달라질 수 있다.
그리고 핑거 전극(42a)의 전도성 물질의 함량보다 연결 전극(42c)의 전도성 물질의 함량을 더 작게 할 수 있다. 핑거 전극(42a)는 제1 도전형 영역(30)과 직접 접촉하여 캐리어를 수집하는 부분이므로 전도성 물질의 함량을 상대적으로 크게 하여 전기적 특성을 확보할 수 있다. 그리고 연결 전극(42c)는 우회 경로만을 제공하면 되므로 저항 증가에 따른 부담이 크지 않으므로 전도성 물질의 함량을 상대적으로 작게 하여 재료 비용을 절감할 수 있다.
상술한 설명에서는 인쇄를 예시로 하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서 핑거 전극(42a)와 연결 전극(42c)를 서로 다른 공정에 의하여 형성하는 것도 가능하다. 즉, 핑거 전극(42a)를 인쇄 공정으로 형성하고, 연결 전극(42c)를 도금 공정, 스퍼터링 공정, 증착 공정 등으로 형성할 수도 있다. 그러면, 유리 프릿, 유기 비히클 등을 포함하는 제1 페이스트를 소성하여 형성되는 핑거 전극(42a)의 전도성 물질의 양보다, 순수한 전도성 물질로 이루어지는 연결 전극(42c)의 전도성 물질의 양이 더 많을 수 있다. 또한, 파이어스루가 아닌 별도의 공정으로 개구부를 형성할 수도 있다. 그러면, 핑거 전극(42a)이 파이어스루를 위한 물질을 포함하지 않거나 많이 포함하지 않아도 되므로, 핑거 전극(42a) 및 연결 전극(42c)의 납 또는 비스무스의 양이 특별히 한정되지 않을 수 있다. 그 외의 다양한 변형이 가능하며, 이에 따라 핑거 전극(42a) 및 연결 전극(42c)의 물질, 조성 등도 다양하게 변형될 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 핑거 전극(42a)의 접촉 부분(422a)은 제1 절연막을 관통하여 제1 도전형 영역(20)에 접촉하여 형성되며, 연결 전극(42c)은 제1 절연막 위에 위치하게 된다. 이때, 본 실시예에서는 연결 전극(42c)을 핑거 전극(42a)보다 먼저 형성할 수 있고, 이에 의하여 연결 전극(42c) 위에 복수의 핑거 전극(42a)의 일부가 위치할 수 있다. 즉, 복수의 핑거 전극(42a)은 연결 전극(42c)과 중첩되는 부분에서 제1 절연막 및 연결 전극(42c)을 사이에 두고 제1 도전형 영역(20)과 이격되는 비접촉 부분(420a)을 구비할 수 있다.
좀더 구체적으로, 본 실시예에서 제1 전극(42)은 연결 전극(42c)을 위한 제2 페이스트를 먼저 인쇄하여 건조한 후에 핑거 전극(42a)을 위한 제1 페이스트를 인쇄한 후에 함께 소성 열처리하여 형성될 수 있다. 그러면 제조 공정 중에 핑거 전극(42a)의 형상이 원하지 않게 변하거나 핑거 전극(42a)이 원하지 않게 퍼지거나 무너지는 것을 방지할 수 있다. 이와 반대로 핑거 전극(42a)을 위한 제1 페이스트를 먼저 인쇄하여 건조한 후에 연결 전극(42c)을 위한 제2 페이스트를 인쇄한 후에 함께 소성 열처리하면, 제2 페이스트 형성 시 얇은 폭의 핑거 전극(42a)이 넓게 퍼지거나 연결 전극(42c)이 형성된 부분에서 뭉개지는 등의 문제가 발생할 수 있다. 상술한 바와 같이 핑거 전극(42a)의 두께를 연결 전극(42c)의 두께와 같거나 크게 하는 경우에 이러한 문제가 더 심각하게 나타날 수 있다.
일 예로, 본 실시예에서는 중첩부(OP)에서 복수의 핑거 전극(42a)을 연결하는 버스바 전극을 구비하지 않는다. 그러면, 연결 부재(142)가 위치하는 중첩부(OP) 내에서 복수의 핑거 전극(42a)이 간격을 두고 서로 이격되어 위치할 수 있다. 이에 따라 연결 부재(142)는, 복수의 핑거 전극(42a)(또는 제1 전극(42))에 연결(일 예로, 접촉 또는 접착)되는 제1 연결 부분(142a)과, 복수의 핑거 전극(42a)(또는 제1 전극(42)) 사이에 위치한 제1 절연막 위에 위치(일 예로, 접촉 또는 접착)하는 제2 연결 부분(142b)를 포함한다. 좀더 상세하게는, 장축과 평행한 방향으로 볼 때 제1 부분(142a)이 복수의 핑거 전극(42a)에 일대일 대응하도록 복수로 구비되고 제2 부분(142b)이 복수의 핑거 전극(42a)의 사이에 일대일 대응하도록 복수로 구비될 수 있다. 이때, 장축과 평행한 방향으로 볼 때 연결 부재(142)의 제1 부분(142a)과 제2 부분(142b)이 하나씩 번갈아서 위치하게 된다.
그리고 연결 전극(42c)의 적어도 일부가 다른 태양 전지(10)와의 연결을 위한 연결 부재(142) 또는 중첩부(OP) 이외의 영역(즉, 유효부(또는 비중첩부)(AP))에 위치하는 부분을 포함할 수 있다. 즉, 연결 전극(42c)은 중첩부(OP)로부터 이격된 부분(일 예로, 중첩부(OP)로부터 1mm 이상 떨어진 부분에 위치한 부분)을 포함할 수 있고, 일 예로, 단축 방향에서 측정된 전체 폭(W)의 0.5배만큼 중첩부(OP)가 위치한 일측로부터 이격된 위치에 위치한 부분을 포함하여, 중첩부(OP)가 위치한 일측으로부터 반대되는 타측에 위치하는 부분을 포함할 수 있다. 그러면, 서로 이격된 핑거 전극(42a)의 일측은 연결 부재(142)에 의하여 전기적으로 연결되고, 서로 이격된 핑거 전극(42a)의 타측은 연결 전극(42c)에 의하여 전기적으로 연결되어, 캐리어의 이동 경로를 효과적으로 제공할 수 있다. 본 실시예에서는, 일 예로, 하나의 연결 전극(42c)이 복수의 핑거 전극(42a)의 전체를 연결하여 연결 전극(42c)의 면적을 최소화면서 안정적인 우회 경로를 제공하는 것을 예시하였다. 특히, 하나의 연결 전극(42c)이 중첩부(OP)와 반대되는 타측에 위치하는 복수의 핑거 전극(42a)의 단부를 연결하도록 제1 방향과 직교하는 장축 방향으로 길게 연장되어 광 손실을 최소화할 수 있다.
제1 절연막과 연결 부재(142)의 접착력과 제1 도전형 영역(20)에 직접 접촉하는 제1 전극(42)(즉, 핑거 전극(42a)의 접촉 부분(422a))과 연결 부재(142)의 부착력은 유사한 수준이나, 제1 도전형 영역(20)에 직접 접촉하지 않는 전극과 제1 절연막의 접착력은 이보다 낮은 수준이다. 이에 따라 중첩부(OP) 내에 제1 도전형 영역(20)에 직접 접촉하지 않는 버스바 전극 등이 위치하여 연결 부재(142)가 버스바 전극에 연결되면, 버스바 전극과 제1 절연막의 낮은 부착력에 의하여 버스바 전극이 제1 절연막으로부터 분리되어 연결 부재(142)를 이용한 제1 및 제2 태양 전지(10a, 10b)의 연결이 원활하게 이루어지지 않을 수 있다. 이를 고려하여 본 실시예에서는 중첩부(OP) 내에는 비접촉 전극을 위치하지 않고 중첩부(OP)와 이격된 부분에 비접촉 전극으로 구성되어 캐리어의 우회 경로를 제공하는 연결 전극(42c)을 위치시킨 것이다.
이와 유사하게, 제2 전극(44)은 제1 방향으로 형성되는 복수의 핑거 전극 (44a)을 포함할 수 있다. 이때, 복수의 핑거 전극(44a)의 적어도 일부가 제2 도전형 영역(20)에 직접 접촉하는 접촉 부분을 포함하여, 광전 변환에 의하여 생성된 캐리어를 제2 도전형 영역(30)으로부터 수집하는 역할을 한다. 일 예로, 복수의 핑거 전극(44a)은 서로 평행하게 연장되어 서로 일정한 피치를 가지도록 이격될 수 있다. 도 4에서는 핑거 전극(44a)이 단축 방향으로 연장되어 서로 평행하며 반도체 기판(12)의 일 가장자리에 평행한 것을 예시하였다. 그리고 제2 전극(44)은 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 형성되어 복수의 핑거 전극(44a)의 적어도 일부를 연결하는 연결 전극(44c)을 포함할 수 있다.
다른 기재가 없으면 제2 전극(44)에 대해서는 제1 전극(42)에 대한 내용이 그대로 적용될 수 있고, 제1 전극(42)과 관련한 제1 절연막의 내용이 제2 전극(44)과 관련하여 제2 절연막에 그대로 적용될 수 있다. 이때, 제1 전극(42)의 핑거 전극(42a) 및 연결 전극(42c)의 폭, 피치, 두께 등은 제2 전극(44)의 핑거 전극(44a) 및 연결 전극(44c)의 폭, 피치, 두께 등과 서로 동일할 수도 있고 서로 다를 수 있다.
일 예로, 본 실시예에서 제2 전극(44)의 핑거 전극(44a) 및 연결 전극(44c)은 제2 절연막(일 예로, 제2 패시베이션막(32))을 관통하여 제2 도전형 영역(30)에 접촉하여 형성될 수 있다. 즉, 제2 전극(44)의 핑거 전극(44a) 및 연결 전극(44c)은 전체적으로 제2 도전형 영역(30)에 접촉하여 형성되는 접촉 전극으로 형성되고, 비접촉 전극을 구비하지 않을 수 있다. 광이 상대적으로 적게 입사되는 반도체 기판(10)의 후면 및/또는 베이스 영역(14)과 동일한 도전형을 가져 전계 영역으로 작용하는 도전형 영역(일 예로, 제2 도전형 영역(30))에서는 접촉 전극에 의한 패시베이션 특성 저하에 의한 문제가 상대적으로 적게 나타날 수 있다. 이를 고려하여 제2 전극(44)은 전체적으로 접촉 전극으로 형성하여 재료 비용을 절감하고 공정을 단순화하여 생산성을 향상할 수 있다.
그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 전극(42)과 유사하게, 제2 전극(44)의 핑거 전극(44a)이 접촉 전극으로 구성되고 연결 전극(44c)이 비접촉 전극으로 구성될 수도 있다. 또한, 제2 전극(44)이 제1 전극(42)과 다른 형상을 가질 수 있으며 그 외의 다양한 변형이 가능하다.
그리고 본 실시예에서는 일 예로, 제1 전극(42)의 연결 전극(42c)이 제1 전극(42)의 핑거 전극(42a)의 일측(도면의 좌측) 단부에 인접하여 하나 구비되고 제2 전극(44)의 연결 전극(44c)이 제2 전극(44)의 핑거 전극(44a)의 타측(도면의 우측) 단부에서 하나 구비되는 것을 예시하였다. 좀더 구체적으로, 제1 전극(42)의 연결 전극(42c)이 반도체 기판(12)의 단축 방향의 일측에 인접하여 반도체 기판(12)의 장축 방향(도면의 y축 방향)을 따라 길게 이어지고, 제2 전극(44)의 연결 전극(44c)이 반도체 기판(12)의 단축 방향의 타측에 인접하여 반도체 기판(12)의 장축 방향을 따라 길게 이어질 수 있고, 제1 및 제2 전극(42, 44)의 연결 전극(44c)이 단축 방향에서 서로 대칭인 것을 예시하였다. 이에 의하여 제1 및 제2 전극(42, 44) 각각에서 우회 경로를 안정적으로 형성할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 및 제2 전극(42, 44)의 위치, 형상 등이 서로 다를 수도 있다. 따라서, 상술한 바와 달리 제1 전극(42)과 제2 전극(44)의 평면 형상이 서로 전혀 다르거나 유사성을 가지지 않는 것도 가능하며, 그 외의 다양한 변형이 가능하다.
본 실시예에 따르면, 제1 전극(42)이 접촉 전극으로 구성되는 핑거 전극(42a)과 비접촉 전극으로 구성되며 적어도 일부가 중첩부(OP)와 이격된 부분에 위치한 연결 전극(42c)을 포함하여 제1 전극(42)과 제1 도전형 영역(20)의 접촉 면적을 줄이면서도 캐리어의 이동 경로를 충분하게 확보할 수 있다. 이에 의하여 태양 전지(10)의 개방 전압, 전류 밀도 등을 증가시켜 태양 전지(10)의 효율을 향상할 수 있고, 태양 전지 패널(100)의 출력을 향상할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 다른 실시예에 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 실시예 또는 이를 변형한 예들을 서로 결합한 것 또한 본 발명의 범위에 속한다. 또한, 이하에서는 제1 전극(42)을 예시로 하여 설명하였으나, 후술할 구조들이 제1 전극(42) 및 제2 전극(44) 중 적어도 하나에 적용될 수 있다.
도 6는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지 패널에 포함되는 태양 전지의 일 예를 도시한 전면 부분 평면도이다.
도 6을 참조하면, 본 실시예에서는 제1 전극(42)의 연결 전극(42c)이 핑거 전극(42a)과 경사지게 형성되는 부분을 포함할 수 있다. 일 예로, 연결 전극(42c)이 핑거 전극(42a)과 일 방향으로 경사진 부분과 다른 방향으로 경사진 부분이 함께 위치하여 일종의 V자 형상을 가지는 부분을 가질 수 있다. 이에 의하면 단축 방향에서도 연결 전극(42c)을 핑거 전극(42a)에 고르게 분포시켜 캐리어의 우회 경로를 효과적으로 형성할 수 있다.
도 7은 본 발명의 다양한 변형예에 따른 태양 전지의 일 예를 개략적으로 도시한 전면 평면도이다. 도 7에서는 연결 전극(42c)의 평면 형상을 살펴보기 위하여 개략적으로 핑거 전극(42a)과 연결 전극(42c)의 평면 형태만을 도시한 것이다. 따라서, 도 4 또는 도 6에 도시한 바와 같이 연결 전극(42c)이 먼저 형성되고 그 위에 핑거 전극(42a)이 형성될 수도 있고, 또는, 핑거 전극(42a)이 먼저 형성되고 그 위에 연결 전극(42c)이 형성될 수도 있다. 이는 도 8 내지 도 10에도 그대로 적용될 수 있다.
일 예로, 도 7의 (a)에 도시한 바와 같이, 연결 전극(42c)이 핑거 전극(42a)과 일 방향으로 경사진 부분과 다른 방향으로 경사진 부분이 복수로 구비되어 교번하여 형성될 수 있다. 이에 따라 연결 전극(42c)이 지그재그(zigzag) 형상을 가지는 것을 예시하였다. 도 7의 (a)에서는 일 예로 연결 전극(42c)의 경사진 부분이 핑거 전극(42a)의 일측 단부부터 타측 단부까지 연속적으로 연장된 후에 다시 타측 단부부터 일측 단부까지 연속적으로 연장된 것을 예시하였다.
다른 예로, 도 7의 (b)에 도시한 바와 같이, 지그재그 형상을 가지는 연결 전극(42c)이 단축 방향에서 복수 개 구비될 수도 있다.
또 다른 예로, 도 7의 (c)에 도시한 바와 같이, 핑거 전극(42)과 일 방향으로 경사진 부분과 다른 방향으로 경사진 부분이 서로 겹쳐져서 연결 전극(42c)이 일종의 마름모 모양이 연속적으로 형성된 형상을 가질 수 있다.
도 8은 본 발명의 다양한 변형예에 따른 태양 전지의 다른 예를 도시한 전면 평면도이다.
일 예로, 도 8의 (a) 또는 (b)에 도시한 바와 같이, 연결 전극(42c)이 핑거 전극(42a)과 일 방향으로 경사지며 서로 평행한 부분을 복수로 포함할 수 있다. 이에 의하면 연결 전극(42c)의 면적을 크게 증가시키지 않으면서 연결 전극(42c)을 단축 방향에서도 핑거 전극(42a)에 고르게 분포시켜 캐리어의 우회 경로를 효과적으로 형성할 수 있다.
도 9는 본 발명의 다양한 변형예에 따른 태양 전지의 또 다른 예를 도시한 전면 평면도이다.
일 예로, 도 9의 (a)에 도시한 바와 같이, 연결 전극(42c)이 라운드진 형상을 가지면서 핑거 전극(42a)과 교차하는 방향으로 연장될 수 있다. 일 예로, 연결 전극(42c)이 단축 방향으로 오목한 형상 및 볼록한 형상을 구비하고 이러한 오목한 혀앙 및 볼록한 형상이 장축 방향으로 반복될 수 있다. 도 9의 (a)에서는 일 예로 연결 전극(42c)의 하나 구비된 것을 예시하였다. 다른 예로, 도 9의 (b)에 도시한 바와 같이, 오목한 형상과 볼록한 형상이 반복되는 연결 전극(42c)이 단축 방향에서 복수 개 구비될 수도 있다.
도 10은 본 발명의 다양한 변형예에 따른 태양 전지의 또 다른 예를 도시한 전면 평면도이다.
일 예로, 도 10의 (a) 또는 (b)에 도시한 바와 같이, 복수의 연결 전극(42c)이 복수의 핑거 전극(42a) 중 일부만 연결하도록 형성되고, 단축 방향에서 서로 다른 위치에 위치할 수 있다. 도 10의 (a)에서는 복수의 연결 전극(42c)이 지그재그 형상을 이루도록 배치되고 도 10의 (b)에서는 복수의 연결 전극(42c)이 제1 방향과 경사진 방향으로 평행하게 위치하도록 배치되었다. 이에 의하면 연결 전극(42c)의 면적을 최소화하면서도 연결 전극(42c)을 단축 방향에서도 핑거 전극(42a)에 고르게 분포시켜 캐리어의 우회 경로를 효과적으로 형성할 수 있다.
이와 같이 동일 또는 유사한 형상이 장축 방향으로 반복적으로 위치하여 외관의 심미성을 향상할 수 있다. 그러나 상술한 도 7 내지 도 10에 도시한 변형예들은 일 예로 제시한 것이며 이외에도 다양한 변형이 가능하다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지 패널에 포함되는 태양 전지를 도시한 전면 부분 평면도이다.
도 11을 참조하면, 본 실시예에서는 제1 방향 또는 단축 방향으로 연장되는 핑거 전극(42a)이 단축 방향에서 서로 이격되는 복수의 전극부를 포함하고, 연결 전극(42c)이 제1 방향과 교차하는 방향으로 핑거 전극(42a)의 전극부를 연결하여 형성될 수 있다. 이에 의하면 핑거 전극(42a)의 형성 면적을 줄여 제1 전극(42)의 면적을 크게 증가시키지 않으면서 연결 전극(42c)에 의하여 캐리어 이동 경로가 안정적으로 확보될 수 있다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지 패널에 포함되는 태양 전지를 도시한 전면 부분 평면도이다.
도 12를 참조하면, 본 실시예에서는 중첩부(OP) 내에서 이에 위치한 핑거 전극(42a)의 단부들을 연결하면서 단축 방향과 교차(일 예로, 직교)하는 장축 방향(도면의 y축 방향)으로 길게 이어지는 버스바 전극(42b)을 포함할 수 있다. 이러한 버스바 전극(42b)은 다른 태양 전지(10)와 중첩되는 중첩부(OP) 내에 위치하여 이웃한 태양 전지(10)를 연결하는 연결 부재(142)가 직접 위치하게 될 부분이다. 이때, 핑거 전극(42a)의 폭 및/또는 연결 전극(42c)의 폭보다 버스바 전극(42b)의 폭이 클 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 버스바 전극(42b)의 폭이 핑거 전극(42a) 및/또는 연결 전극(42c)의 폭과 동일하거나 그보다 작은 폭을 가질 수 있다. 이와 같은 구조를 가지면, 태양 전지(10)를 연결할 때 버스바 전극(42b)에 연결 부재(도 2의 참조부호 142, 이하 동일)를 접합하는 것에 의하여 캐리어의 이동 면적을 충분하게 확보할 수 있다.
이때, 버스바 전극(42b)은 연결 전극(42c)과 동일한 층(즉, 핑거 전극(42a)과 제1 절연막 사이)에 위치하면서 핑거 전극(42a)과 다른 물질 또는 조성을 가지며 연결 전극(42c)과 동일한 물질로 구성될 수 있다. 즉, 버스바 전극(42b)이 비접촉 전극으로 제1 도전형 영역(20)에 접촉하지 않을 수 있다. 이에 의하면 버스바 전극(42b)을 형성하여 연결 부재(142)와의 접촉 면적은 충분하게 확보하면서 제1 전극(42)과 제1 도전형 영역(20)의 접촉 면적은 증가시키지 않아 패시베이션 특성을 우수하게 유지할 수 있다. 그리고 연결 전극(42c)과 버스바 전극(42b)을 함께 형성하여 제조 공정을 단순화할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서 버스바 전극(42b)이 핑거 전극(42a)과 동일한 층에서 핑거 전극(42a)과 동일한 물질로 형성될 수 있다. 또는, 버스바 전극(42b)이 핑거 전극(42a) 및 연결 전극(42c) 각각과 다른 물질 또는 다른 조성으로 구성되거나, 및/또는 핑거 전극(42a) 및 연결 전극(42c) 각각과 다른 층에 위치할 수 있다. 그 외의 다양한 변형이 가능하다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지 패널에 포함되는 태양 전지를 도시한 전면 부분 평면도이다.
도 13을 참조하면, 본 실시예에서는 중첩부(OP) 내에 각 핑거 전극(42a)의 단부에 형성되며 장축 방향에서 핑거 전극(42a)의 폭보다 큰 길이를 가지는 패드부(420b)가 형성될 수 있다. 각 핑거 전극(42a)에 대응하는 패드부(420b)는 서로 이격되어 위치할 수 있다.
이와 같은 구조를 가지면, 태양 전지(10)를 연결할 때 패드부(420b)에 연결 부재(142)를 접합하는 것에 의하여 캐리어의 이동 면적을 충분하게 확보할 수 있다. 그리고 연결 부재(142)가 패드부(420b) 및/또는 핑거 전극(42a)에 접촉하는 제1 연결 부분(도 5의 참조부호 142a)과 패드부(420b) 사이에서 제1 절연막에 접촉하는 제2 부분(도 5의 참조부호 142b, 이하 동일)을 포함할 수 있다. 제2 부분(142b)에 의하여 연결 부재(142)에 의한 접합 특성을 향상할 수 있다.
이때, 패드부(420b)는 연결 전극(42c)과 동일한 층(즉, 핑거 전극(42a)과 제1 절연막 사이)에 위치하면서 핑거 전극(42a)과 다른 물질 또는 조성을 가지며 연결 전극(42c)과 동일한 물질로 구성될 수 있다. 즉, 패드부(420b)가 비접촉 전극으로 제1 도전형 영역(20)에 접촉하지 않을 수 있다. 이에 의하면 패드부(420b)을 형성하여 연결 부재(142)와의 접촉 면적은 충분하게 확보하면서 제1 전극(42)과 제1 도전형 영역(20)의 접촉 면적은 증가시키지 않아 패시베이션 특성을 우수하게 유지할 수 있다. 그리고 연결 전극(42c)과 패드부(420b)를 함께 형성하여 제조 공정을 단순화할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 일 예로, 패드부(420b)가 핑거 전극(42a) 및 연결 전극(42c) 각각과 다른 물질 또는 다른 조성으로 구성되거나, 및/또는 핑거 전극(42a) 및 연결 전극(42c) 각각과 다른 층에 위치할 수 있다. 다른 예로, 도 14에 도시한 바와 같이, 핑거 전극(42a)이 중첩부(OP) 내에 위치한 단부에서 패드부(424a)를 구비할 수 있다. 이 경우에 패드부(424a)는 핑거 전극(42a)의 일부를 구성하므로 핑거 전극(42a)과 동일한 층에서 핑거 전극(42a)과 동일한 물질로 형성될 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
12: 반도체 기판
20: 제1 도전형 영역
30: 제2 도전형 영역
42: 제1 전극
42a: 핑거 전극
42c: 연결 전극
44: 제2 전극
44a: 핑거 전극
44c: 연결 전극

Claims (20)

  1. 제1 및 제2 태양 전지를 포함하는 복수의 태양 전지; 및
    상기 제1 및 제2 태양 전지의 중첩부에서 상기 제1 및 제2 태양 전지 사이에 위치하여 상기 제1 태양 전지와 상기 제2 태양 전지를 연결하는 연결 부재
    를 포함하고,
    상기 제1 및 제2 태양 전지 각각은,
    장축 및 단축을 가지는 반도체 기판;
    상기 반도체 기판에 또는 상기 반도체 기판 위에 형성된 제1 도전형 영역; 및
    상기 제1 도전형 영역에 전기적으로 연결되는 제1 전극
    을 포함하고,
    상기 제1 전극은,
    제1 방향으로 형성되는 복수의 핑거 전극; 및
    상기 핑거 전극과 다른 물질 또는 조성으로 구성되며 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 형성되어 상기 복수의 핑거 전극 중 적어도 일부를 연결하되 상기 제1 도전형 영역과 이격되어 위치하는 연결 전극을 포함하고,
    상기 제1 또는 제2 태양 전지에서 상기 연결 전극이 상기 중첩부가 위치하는 일측과 반대되는 타측에 위치하고,
    상기 연결 전극이 상기 중첩부가 위치하는 가장자리와 반대되는 상기 복수의 핑거 전극의 단부를 연결하도록 장축 방향을 따라 길게 이어지는 태양 전지 패널.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 핑거 전극은 상기 제1 도전형 영역에 직접 접촉하는 접촉 부분을 포함하는 태양 전지 패널.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 연결 전극 위에 상기 복수의 핑거 전극의 일부가 위치하는 태양 전지 패널.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 복수의 핑거 전극은, 상기 연결 전극과 중첩되지 않은 부분에서 상기 제1 도전형 영역에 직접 접촉하는 접촉 부분 및 상기 연결 전극과 중첩되는 부분에서 상기 연결 전극을 사이에 두고 상기 제1 도전형 영역과 이격되는 비접촉 부분을 포함하는 태양 전지 패널.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 연결 전극의 폭이 상기 핑거 전극의 폭의 5배 이하인 태양 전지 패널.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 연결 전극의 두께가 상기 핑거 전극의 두께와 같거나 그보다 작은 태양 전지 패널.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 연결 전극과 상기 핑거 전극은 동일한 전도성 물질을 포함하되, 유리 프릿이 서로 다른 태양 전지 패널.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 연결 부재가 위치한 부분에서 상기 복수의 핑거 전극이 서로의 사이에 간격을 두고 서로 이격되는 태양 전지 패널.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 복수의 핑거 전극이 상기 단축과 평행한 방향으로 형성되고,
    상기 연결 부재는, 상기 복수의 핑거 전극에 연결되는 복수의 제1 연결 부분과, 상기 복수의 핑거 전극 사이에 위치한 절연막 위에 위치하는 복수의 제2 연결 부분을 포함하고,
    상기 장축과 평행한 방향으로 볼 때 상기 제1 연결 부분과 상기 제2 연결 부분이 서로 번갈아서 위치하는 태양 전지 패널.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 중첩부 내에 상기 핑거 전극의 단부에 전기적으로 연결되며 상기 장축 방향에서 상기 핑거 전극의 폭보다 큰 길이를 가지는 패드부 또는 버스바 전극을 더 포함하는 태양 전지 패널.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 반도체 기판에 또는 상기 반도체 기판 위에 형성되며, 상기 제1 도전형과 반대되는 도전형을 가지는 제2 도전형 영역; 및
    상기 제2 도전형 영역에 전기적으로 연결되는 제2 전극
    을 포함하고,
    상기 제2 전극은 상기 제2 도전형 영역에 전체적으로 접촉하는 태양 전지 패널.
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