KR102625414B1 - 태양 전지의 포일 기반 금속화를 위한 두꺼운 손상 버퍼 - Google Patents

태양 전지의 포일 기반 금속화를 위한 두꺼운 손상 버퍼 Download PDF

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Abstract

태양 전지의 포일 기반 금속화를 위한 접근법 및 생성되는 태양 전지가 기술된다. 방법은 금속 포일 내에 복수의 교번하는 홈(groove)들 및 리지(ridge)들을 제공하도록 금속 포일의 제1 표면을 패턴화하는 단계를 포함한다. 비전도성 재료 영역들이 금속 포일 내의 홈들 내에 형성된다. 금속 포일은 기판 내에 또는 기판 위에 배치된 복수의 교번하는 N형 및 P형 반도체 영역들 위에 위치되어, 교번하는 N형 및 P형 반도체 영역들 사이의 위치들과 정렬되는 비전도성 재료 영역들을 제공하고 교번하는 N형 및 P형 반도체 영역들과 정렬되는 리지들을 제공한다. 금속 포일의 리지들은 교번하는 N형 및 P형 반도체 영역들에 접착된다. 금속 포일은 비전도성 재료 영역들과 정렬되는 영역들에서 금속 포일의 제2 표면으로부터 금속 포일을 통해 패턴화된다.

Description

태양 전지의 포일 기반 금속화를 위한 두꺼운 손상 버퍼{THICK DAMAGE BUFFER FOR FOIL-BASED METALLIZATION OF SOLAR CELLS}
본 개시내용의 실시예들은 재생가능 에너지의 분야이며, 특히, 태양 전지의 포일 기반 금속화를 위한 접근법 및 생성되는 태양 전지를 포함한다.
통상 태양 전지로서 알려진 광전지(photovoltaic cell)는 전기 에너지로의 태양 방사선의 직접 변환을 위한 잘 알려진 장치이다. 일반적으로, 태양 전지는 반도체 웨이퍼 또는 기판 상에서, 기판의 표면 부근에 p-n 접합부를 형성하는 반도체 처리 기술을 사용하여 제조된다. 기판의 표면 상에 충돌하여 기판 내로 유입되는 태양 방사선은 기판의 대부분에서 전자 및 정공 쌍을 생성한다. 전자 및 정공 쌍은 기판 내의 p-도핑된 영역 및 n-도핑된 영역으로 이동함으로써, 도핑된 영역들 사이의 전압차를 생성한다. 도핑된 영역들은 태양 전지 상의 전도성 영역들에 연결되어, 전지로부터의 전류를 전지 회로에 결합된 외부 회로로 보낸다.
효율은, 태양 전지의 발전 능력에 직접 관련되기 때문에, 태양 전지의 중요한 특성이다. 마찬가지로, 태양 전지를 제조함에 있어서의 효율이 그러한 태양 전지의 비용 효율성에 직접 관련된다. 따라서, 태양 전지의 효율을 증가시키기 위한 기술, 또는 태양 전지의 제조에 있어서의 효율을 증가시키기 위한 기술이 일반적으로 바람직하다. 본 개시내용의 일부 실시예들은 태양 전지 구조물을 제조하기 위한 신규한 공정을 제공함으로써 태양 전지 제조 효율이 증가한다. 본 개시내용의 일부 실시예들은 신규한 태양 전지 구조물을 제공함으로써 태양 전지 효율이 증가한다.
도 1a 내지 도 1g는 본 개시내용의 일 실시예에 따른, 포일 기반 금속화를 사용하는 태양 전지의 제조에서의 다양한 단계의 단면도를 예시한다.
도 1a 및 도 1b는 금속 포일의 패턴화를 포함하는 태양 전지 제조에서의 단계를 예시한다.
도 1c는 도 1b의 패턴화된 포일의 홈(groove)들 내의 격리 영역들의 형성 이후의 태양 전지 제조에서의 단계를 예시한다.
도 1d는 도 1c의 금속 포일을 태양 전지와 결합시키는 것을 포함하는 태양 전지 제조에서의 단계를 예시한다.
도 1e는 도 1c의 금속 포일을 도 1d의 태양 전지와 용접하는 것 이후의 태양 전지 제조에서의 단계를 예시한다.
도 1f는 도 1e의 금속 포일의 부분들의 전기적 격리 이후의 태양 전지 제조에서의 단계를 예시한다.
도 1g는 도 1f의 노출된 비전도성 재료 영역들의 제거 이후의 태양 전지 제조에서의 선택적 단계를 예시한다.
도 2는 본 개시내용의 일 실시예에 따른, 도 1a 내지 도 1g에 대응하는 바와 같은 태양 전지를 제조하는 방법에서의 작업들을 열거하는 흐름도이다.
도 3은 본 개시내용의 일 실시예에 따른, 패턴화된 금속 포일의 제조에서의 다양한 단계의 단면도를 예시한다.
도 4는 본 개시내용의 일 실시예에 따른, 도 3에 대응하는 바와 같은 태양 전지를 제조하는 방법에서의 작업들을 열거하는 흐름도이다.
하기의 상세한 설명은 사실상 예시적인 것일 뿐이며, 본 발명 요지 또는 본 출원의 실시예들 및 그러한 실시예들의 사용을 제한하고자 하는 것이 아니다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 단어 "예시적인"은 "예, 사례, 또는 실례로서 역할하는" 것을 의미한다. 본 명세서에 예시적인 것으로 기술된 임의의 구현예는 다른 구현예들에 비해 바람직하거나 유리한 것으로 반드시 해석되는 것은 아니다. 또한, 전술한 기술분야, 배경기술, 발명의 내용, 또는 하기의 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에서 제시되는 임의의 명시적 또는 묵시적 이론에 의해 구애되도록 의도되지 않는다.
본 명세서는 "하나의 실시예" 또는 "일 실시예"에 대한 언급을 포함한다. 어구 "하나의 실시예에서" 또는 "일 실시예에서"의 출현은 반드시 동일한 실시예를 지칭하는 것은 아니다. 특정 특징, 구조, 또는 특성이 본 개시내용과 일관되는 임의의 적합한 방식으로 조합될 수 있다.
용어. 하기 단락들은(첨부된 청구범위를 포함한) 본 개시내용에서 보여지는 용어들에 대한 정의 및/또는 맥락을 제공한다:
"포함하는". 이 용어는 개방형(open-ended)이다. 첨부된 청구범위에서 사용되는 바와 같이, 이 용어는 추가적인 구조물 또는 단계를 배제하지 않는다.
"~하도록 구성된". 다양한 유닛들 또는 구성요소들이 작업 또는 작업들을 수행"하도록 구성된" 것으로 기술되거나 청구될 수 있다. 그러한 맥락에서, "~하도록 구성된"은 유닛들/구성요소들이 동작 동안에 이들 작업 또는 작업들을 수행하는 구조물을 포함한다는 것을 나타냄으로써 구조물을 함축하는 데 사용된다. 이와 같이, 유닛/구성요소는 명시된 유닛/구성요소가 현재 동작 중이지 않을 때에도(예를 들어, 온(on)/활성(active) 상태가 아닐 때에도) 작업을 수행하도록 구성된 것으로 언급될 수 있다. 유닛/회로/구성요소가 하나 이상의 작업을 수행"하도록 구성된" 것임을 언급하는 것은, 그 유닛/구성요소에 대해 35 U.S.C §112의 6번째 단락을 적용하지 않고자 명백히 의도하는 것이다.
"제1", "제2" 등. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 이들 용어는 이들 용어가 선행하는 명사에 대한 라벨로서 사용되며, 임의의 유형의 순서화(예컨대, 공간적, 시간적, 논리적 등)를 암시하지 않는다. 예를 들어, "제1" 태양 전지에 대한 언급은 반드시 이러한 태양 전지가 순서에 있어서 첫 번째 태양 전지임을 암시하지는 않으며; 대신에 용어 "제1"은 이러한 태양 전지를 다른 태양 전지(예컨대, "제2" 태양 전지)로부터 구별하는 데 사용된다.
"결합된" - 하기의 설명은 함께 "결합되는" 요소들 또는 노드들 또는 특징부들을 언급한다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 명시적으로 달리 언급되지 않는 한, "결합된"은 하나의 요소/노드/특징부가, 반드시 기계적으로는 아니게, 다른 요소/노드/특징부에 직접적으로 또는 간접적으로 결합됨(또는 그것과 직접적으로 또는 간접적으로 연통됨)을 의미한다.
또한, 소정 용어가 또한 단지 참조의 목적으로 하기 설명에 사용될 수 있으며, 이에 따라 제한적인 것으로 의도되지 않는다. 예를 들어, "상부", "하부", "위", 및 "아래"와 같은 용어는 참조되는 도면에서의 방향을 지칭한다. "전면", "배면", "후방", "측방", "외측", 및 "내측"과 같은 용어는 논의 중인 구성요소를 기술하는 본문 및 관련 도면을 참조함으로써 명확해지는 일관된, 그러나 임의적인 좌표계 내에서 구성요소의 부분들의 배향 및/또는 위치를 기술한다. 그러한 용어는 위에서 구체적으로 언급된 단어, 이의 파생어, 및 유사한 의미의 단어를 포함할 수 있다.
"억제하다" - 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 억제하다는 효과를 감소 또는 최소화시키는 것을 기술하는 데 사용된다. 구성요소 또는 특징부가 동작, 움직임 또는 조건을 억제하는 것으로 기술될 때, 이는 결과 또는 성과 또는 미래의 상태를 완전하게 방지할 수 있다. 또한, "억제하다"는, 그렇지 않을 경우 발생할 수도 있는 성과, 성능 및/또는 효과의 감소 또는 완화를 또한 지칭할 수 있다. 따라서, 구성요소, 요소 또는 특징부가 결과 또는 상태를 억제하는 것으로 지칭될 때, 이는 결과 또는 상태를 완전하게 방지 또는 제거할 필요는 없다.
태양 전지의 금속 포일 기반 금속화를 위한 접근법 및 생성되는 태양 전지가, 본 명세서에서 기술된다. 하기 설명에서, 본 개시내용의 실시예들의 완전한 이해를 제공하기 위해, 특정 페이스트 조성물 및 공정 흐름 작업과 같은 다수의 특정 상세 사항이 기재된다. 본 개시내용의 실시예들이 이들 특정 상세 사항 없이 실시될 수 있다는 것이 당업자에게 명백할 것이다. 다른 경우에, 리소그래피(lithography) 및 패턴화 기술과 같은 잘 알려진 제조 기술은 본 개시내용의 실시예들을 불필요하게 모호하게 하지 않도록 상세히 기술되지 않는다. 또한, 도면에 도시된 다양한 실시예는 예시적인 표현이고, 반드시 일정한 축척으로 작성된 것은 아님이 이해되어야 한다.
태양 전지를 제조하는 방법이 본 명세서에 개시된다. 하나의 실시예에서, 태양 전지를 제조하는 방법은 금속 포일 내에 복수의 교번하는 홈들 및 리지(ridge)들을 제공하도록 금속 포일의 제1 표면을 패턴화하는 단계를 포함한다. 이 방법은 또한 금속 포일 내의 홈들 내에 비전도성 재료 영역들을 형성하는 단계를 포함한다. 이 방법은 또한 기판 내에 또는 기판 위에 배치된 복수의 교번하는 N형 및 P형 반도체 영역들 위에 금속 포일을 위치시켜, 교번하는 N형 및 P형 반도체 영역들 사이의 위치들과 정렬되는 비전도성 재료 영역들을 제공하고 교번하는 N형 및 P형 반도체 영역들과 정렬되는 리지들을 제공하는 단계를 포함한다. 이 방법은 또한 교번하는 N형 및 P형 반도체 영역들에 금속 포일의 리지들을 접착시키는 단계를 포함한다. 이 방법은 또한 비전도성 재료 영역들과 정렬되는 영역들에서 금속 포일의 제2 표면으로부터 금속 포일을 통해 금속 포일을 패턴화하는 단계를 포함한다.
다른 실시예에서, 태양 전지 제조를 위한 패턴화된 금속 포일을 제조하는 방법은 금속 포일의 표면 내에 복수의 교번하는 홈들 및 리지들을 제공하도록 금속 포일의 표면을 레이저 융삭하는(laser ablating) 단계를 포함한다. 이 방법은 또한 금속 포일의 표면에 페이스트를 도포하는 단계를 포함하며, 페이스트는 금속 포일의 표면 내의 홈들을 충전한다. 이 방법은 또한 금속 포일의 표면 내의 홈들 내에 비전도성 재료 영역들을 형성하도록 페이스트를 처리하는 단계를 포함한다.
또한 본 명세서에는 태양 전지가 개시된다. 하나의 실시예에서, 태양 전지는 기판을 포함한다. 기판 내에 또는 기판 위에 복수의 교번하는 N형 및 P형 반도체 영역들이 배치된다. 복수의 비전도성 재료 영역들이, 교번하는 N형 및 P형 반도체 영역들 사이의 위치들과 정렬된다. 복수의 비전도성 재료 영역들은 결합제 및 불투명 안료를 포함한다. 복수의 전도성 접점 구조물들이 복수의 교번하는 N형 및 P형 반도체 영역들에 전기적으로 연결된다. 각각의 전도성 접점 구조물은 교번하는 N형 및 P형 반도체 영역들 중 대응하는 하나 위에 배치되고 그와 정렬되는 금속 포일 부분을 포함한다. 금속 포일 부분은 리지 및 오버행(overhang) 부분을 포함한다. 리지는 복수의 비전도성 재료 영역들 중 하나에 측방향으로 인접하고, 오버행 부분은 복수의 비전도성 재료 영역들 중 하나 위에 있다.
본 명세서에 기술된 하나 이상의 실시예는 태양 전지를 위한 금속(예컨대 알루미늄) 기반 금속화에 관한 것이다. 일반적인 고려사항으로서, 배면 접점 태양 전지는 전형적으로 태양 전지의 배면 상에 2개 유형의 극성의 패턴화된 금속을 요구한다. 사전-패턴화된 금속이 비용, 복잡성, 또는 효율의 이유들로 인해 이용가능하지 않은 경우, 블랭킷 금속의 낮은 비용, 낮은 재료 처리는 종종 레이저 기반 패턴 접근법들에 유리하다. 일 실시예에서, 서로 맞물린 배면 접점(interdigitated back contact, IBC) 태양 전지를 위한 알루미늄 금속화 공정이 개시된다. 일 실시예에서, M2-M1 공정이 참조되며, 여기서 M2 층은 금속 포일로 제조될 수 있는 반면, M1 층은 태양 전지의 일부분 상에 형성된 금속 층(시드 층으로 지칭될 수 있음)이다.
고효율 셀의 경우, 셀의 배면 상의 금속 패턴화 공정은 전형적으로 2개의 요건, 즉 (1) 금속의 완전한 격리, (2) 무손상-처리(damage free-processing)를 충족해야 한다. 대량 생산을 위해, 공정은 또한, 시간당 500개 초과 웨이퍼 처리량과 같은, 높은 처리량의 공정일 필요가 있을 수 있다. 복잡한 패턴들의 경우, 규소의 상부 상에 두껍거나(예를 들어, 1 마이크로미터 초과) 높은 반사성의 금속(예를 들어, 알루미늄)을 패턴화하기 위해 레이저를 사용하는 것은, 제조에 있어서 상당한 처리량 문제를 제기할 수 있다. 처리량 문제는, 두껍고/거나 높은 반사성의 금속을 고속으로 융삭하는 데 필요한 에너지가 하부 이미터의 손상 임계치 초과의 레이저 에너지(예를 들어, 1J/㎠ 초과)를 요구하기 때문에, 발생할 수 있다. 완전히 격리된 금속을 가져야 하는 필요성과 금속 두께 및 레이저 에너지의 변동으로 인해, 과도-에칭(over-etching)이 종종 금속 패턴화에 대해 구현된다. 특히, 금속을 완전히 제거하고, 손상을 주는 레이저 빔에 이미터를 노출시키지 않기 위해 이용가능한 높은 처리량/낮은 비용의 단일 레이저-에너지 윈도우(energy window)는 없는 것으로 보인다.
추가 맥락을 제공하기 위해, 차세대 태양 전지가 직면하는 주요 문제는, 온-셀(on-cell) 금속 구조물을 패턴화하기 위해 레이저를 사용할 때 발생할 수 있는 광전지 성능에 대한 레이저 손상이다. 금속 구조물들을 완전히 전기적으로 격리시키기 위해 레이저가 사용되는 경우, 금속은 완전히 절단되어야 하며, 레이저 에너지의 일부는 하부 구조물들에 도달하여 손상을 일으킬 수 있다. 본 명세서에 기술된 하나 이상의 실시예는, 완전한 금속 격리를 여전히 허용하면서, 레이저 에너지가 중요한 셀 구성요소들을 손상시키는 것을 방지하는, 손상 버퍼 재료로서 기능하는 재료를 제공하도록 설계된다. 보다 구체적으로, 일부 실시예들에서, 무기(또는 다른) 결합제들을 갖는 유전체 레이저-정지 재료 층들이 기술된다. 예를 들어, 스크린 인쇄가능 페이스트는 유전체 레이저 정지 층(또는 손상 버퍼 층)으로서 사용하기에 적합할 수 있다. 일 실시예에서, 페이스트는 레이저 융삭 저항성 및 재료 접착성을 향상시키기 위해 무기 결합제 재료뿐만 아니라, 불투명 안료, 유기 비히클(organic vehicle)을 포함한다.
본 개시내용의 하나 이상의 실시예에 따라, 셀 금속의 레이저 패턴화를 위해 두꺼운 손상 버퍼 재료를 사용하기 위한 접근법이 개시된다. 예를 들어, 셀의 상부 상의 금속 포일의 레이저 패턴화 동안에 셀을 보호하기 위해 손상 버퍼를 사용하기 위한 개선된 방법이, 아래에서 보다 상세히 기술된다. 이러한 접근법은, 더 두꺼운 손상 버퍼를 사용할 수 있게 하여 하부의 셀을 완전히 보호하면서도, 양호한 용접에 필요한 M2와 M1 사이의 양호한 접촉을 허용할 수 있다. 이러한 손상 버퍼 재료를 사용하지 않으면, 금속 포일을 통해 직접 수행되는 레이저 패턴화는 전형적으로 하부의 셀에 어느 정도의 손상을 초래한다.
이렇게 제한되지는 않지만 본 명세서에 기술된 접근법들의 장점들은 다음 중 하나 이상을 포함할 수 있다: (1) 핏-업(fit-up) 동안 돌출되는 버퍼 재료 또는 페이스트로부터의 방해 없이, 예를 들어 실질적으로 플레이너 공정(planar process)을 제공하면서, 양호한 포일-셀 접촉을 유지하는 능력, (2) 상당량의 중합체 버퍼 재료를 사용하여 후속 그루빙(grooving)을 향상시키면서 하부의 셀을 손상시키지 않는 능력, (3) 그루빙 동안 열적 손상으로부터 하부의 셀을 보호하는 것을 돕기 위해 내장형 공기 간극을 포함할 가능성(이는 훨씬 더 빠르고 강렬한 레이저를 절단에 사용할 수 있게 함), (4) 훨씬 더 두꺼운 손상 버퍼들을 사용하면서 M2와 M1을 밀접한 접촉 상태로 여전히 유지하는 것. 그러한 장점들로부터 이익을 얻는 예시적인 실시예들이 아래에서 보다 상세히 기술된다.
내부에 비전도성 재료 영역들을 포함하는 전술한 패턴화된 금속 포일들로부터 이익을 얻을 수 있는 처리의 예시적인 예에서, 레이저 그루빙 접근법은 서로 맞물린 배면 접점 태양 전지를 위한 신규한 전극 패턴화 방법을 제공한다. 이러한 접근법의 실시예들은 웨이퍼 상에 Al 포일을 패턴화하는 것에 무손상 방법을 제공하여, 복잡한 정렬 및/또는 마스킹 공정들을 회피하도록 구현될 수 있다. 예로서, 도 1a 내지 도 1g는 본 개시내용의 일 실시예에 따른, 포일 기반 금속화를 사용하는 태양 전지의 제조에서의 다양한 단계의 단면도를 예시한다. 도 2는 본 개시내용의 일 실시예에 따른, 도 1a 내지 도 1g에 대응하는 바와 같은 태양 전지를 제조하는 방법에서의 작업들을 열거하는 흐름도이다.
도 1a 및 도 1b는 금속 포일의 패턴화를 포함하는 태양 전지 제조에서의 단계를 예시한다. 도 1a 및 도 1b 및 흐름도(200)의 대응하는 작업(202)을 참조하면, 태양 전지를 제조하는 방법은 복수의 교번하는 홈들(186) 및 리지들(187)을 갖는 패턴화된 금속 포일(184)을 제공하도록 금속 포일(180)의 제1 표면을 패턴화하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 금속 포일의 제1 표면은 금속 포일(180)의 전체 두께의 대략 90 내지 95% 범위인 금속 포일(180)의 두께를 레이저 융삭함(182)으로써 패턴화된다. 하나의 예시적인 실시예에서, 금속 포일(180)은 대략 5 내지 100 마이크로미터 범위의 두께, 바람직하게는 대략 50 내지 100 마이크로미터 범위의 두께를 갖는 알루미늄(Al) 포일이다. 일 실시예에서, Al 포일은 알루미늄 및 제2 요소(구리, 망간, 규소, 마그네슘, 아연, 주석, 리튬, 또는 이들의 조합과 같은, 그러나 이들에 제한되지 않음)를 포함하는 알루미늄 합금 포일이다. 일 실시예에서, Al 포일은, F 등급(제조될 때), O 등급(완전 소프트(full soft)), H 등급(변형 경화(strain hardened)) 또는 T 등급(열 처리(heat treated))과 같은, 그러나 이로 제한되지 않는 템퍼 등급의(temper grade) 포일이다. 다른 실시예에서, 구리 포일, 또는 캐리어 상에 지지된 구리 층이 "금속 포일"로 사용된다. 일부 실시예들에서, 아연산염 층과 같은 보호 층이 금속 포일의 일면 또는 양면 상에 포함된다.
도 1c는 도 1b의 패턴화된 포일의 홈들 내의 격리 영역들의 형성 이후의 태양 전지 제조에서의 단계를 예시한다. 도 1c 및 흐름도(200)의 대응하는 작업(204)을 참조하면, 방법은 또한 패턴화된 금속 포일(184) 내의 홈들(186) 내에 비전도성 재료 영역들(188)을 형성하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 비전도성 재료 영역들(188)은 홈들(186) 내에 페이스트를 도포하고 이어서 경화시킴으로써 패턴화된 금속 포일(184)의 홈들(186) 내에 형성된다. 하나의 그러한 실시예에서, 비전도성 재료 영역들(188)은 거친 표면(190)으로 궁극적으로 형성되며, 거친 표면의 적어도 일부 부분들은 패턴화된 금속 포일(184)의 리지들(187)보다 아래에 있다. 일 실시예에서, 금속 포일(180)의 제1 표면을 패턴화하는 단계 및 비전도성 재료 영역들(188)을 형성하는 단계는 둘 다 롤 기반 공정으로서, 예를 들어 태양 전지의 일반적인 크기보다 큰 스케일로 수행된다.
비전도성 재료 영역들(188)이 페이스트를 먼저 형성하고 이어서 경화시킴으로써 형성되는 경우, 일 실시예에서, 페이스트는 결합제, 불투명 안료, 및 결합제 및 불투명 안료와 혼합된 유기 매질을 포함한다. 경화시키는 것은 페이스트로부터 실질적으로 모든 유기 매질을 제거하는 것을 포함할 수 있다. 하나의 그러한 실시예에서, 불투명 안료는 산화티타늄(TiO2), 황산바륨(BaSO4), 황화아연(ZnS), 산화지르코늄(ZrO2), 산화알루미늄(Al2O3), 카본블랙, 또는 탄소나노튜브와 같은 것이지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 일 실시예에서, 결합제는 실록산, 실세스퀴옥산 또는 비-규소 알콕시드와 같은, 그러나 이에 제한되지 않는 무기 결합제이다. 다른 실시예에서, 결합제는 폴리이미드 또는 셀룰로오스 유도체와 같은, 그러나 이에 제한되지 않는 유기 결합제이다. 일 실시예에서, 유기 매질은 에틸 셀룰로오스, 테르피네올, 글리콜에테르, 또는 2-부톡시에틸 아세테이트와 같은 것이지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 불투명 안료, 결합제, 및 유기 매질 이외에, 페이스트는 또한 분산제, 점도 조절제, 희석제, 접착 촉진제, 습윤제, 소포제 등과 같은 하나 이상의 첨가제를 포함할 수 있음이 이해되어야 한다.
도 1d는 도 1c의 금속 포일을 태양 전지와 결합시키는 것을 포함하는 태양 전지 제조에서의 단계를 예시한다. 도 1d 및 흐름도(200)의 대응하는 작업(206)을 참조하면, 방법은 또한 기판(100) 내에 또는 기판(100) 위에 배치된 복수의 교번하는 N형 및 P형 반도체 영역들(104/106) 위에, 패턴화된 금속 포일(184)을 위치시키는 단계를 포함한다. 진공의 인가를 포함할 수 있는 위치시키는 단계 또는 핏-업은 교번하는 N형 및 P형 반도체 영역들(104/106) 사이의 위치들과 정렬되는 비전도성 재료 영역들(188)을 제공하고, 교번하는 N형 및 P형 반도체 영역들(104/106)과 정렬되는 패턴화된 금속 포일(184)의 리지들을 제공한다.
일 실시예에서, 캐리어 기판은 패턴화된 금속 포일(184)을 기판(100)으로 전달하는 데 선택적으로 사용된다. 캐리어는, 최종 구조물에 포함될 수 있거나 최종 구조물에 포함되지 않을 수도 있다는 점에서, 영구적이거나 일시적일 수 있다. 그러한 캐리어가 일시적인 경우, 그것은 재사용 가능하거나 일회용일 수 있다. 임의의 경우에서, 포일을 위한 그러한 캐리어는, 그렇지 않으면 포일을 왜곡시키거나 미세 정렬 능력을 제한할 수도 있는 핸들링 작업들 동안에 포일을 지지하도록 구현될 수 있다.
다시 도 1d의 특정 예를 참조하면, 복수의 교번하는 N형 및 P형 반도체 영역들(104/106)이 기판(100) 위에(내부가 아닌) 형성된다. 특정 실시예에서, 기판(100)은 그 위에, 각각 N형 반도체 영역들(104) 또는 P형 반도체 영역들(106)과 기판(100) 사이의 개재되는 재료로서 얇은 유전체 재료(102) 상에 배치된 N형 반도체 영역들(104) 및 P형 반도체 영역들(106)을 배치하였다. 기판(100)은, N형 반도체 영역들(104) 및 P형 반도체 영역들(106)이 그 위에 형성되는 배면 표면의 반대편에, 수광 표면(101)을 갖는다.
일 실시예에서, 기판(100)은 벌크 단결정 N형 도핑된 규소 기판과 같은 단결정 규소 기판이다. 그러나, 기판(100)이 전체 태양 전지 기판 상에 배치된, 다결정 규소 층과 같은 층일 수 있다는 것이 이해될 것이다. 일 실시예에서, 얇은 유전체 층(102)은 대략 2 나노미터 이하의 두께를 갖는 터널링 산화규소 층이다. 하나의 그러한 실시예에서, 용어 "터널링 유전체 층"은, 그것을 통해 전기 전도가 달성될 수 있는 매우 얇은 유전체 층을 지칭한다. 전도는, 양자 터널링, 및/또는 유전체 층 내의 얇은 지점들을 통한 직접적인 물리적 연결의 작은 영역들의 존재로 인해 이루어질 수 있다. 일 실시예에서, 터널링 유전체 층은 얇은 산화규소 층이거나 그것을 포함한다. 다른 실시예들에서, N형 및 P형 이미터 영역들은 기판 자체에 형성되는데, 이 경우에 개별적인 반도체 영역들(예컨대 영역들(104, 106)) 및 유전체 층(102)은 포함되지 않을 것이다.
일 실시예에서, 교번하는 N형 및 P형 반도체 영역들(104, 106)은 각각, 예를 들어, 플라즈마-강화 화학 기상 증착(PECVD) 공정을 사용함으로써, 다결정 규소로 형성된다. 하나의 그러한 실시예에서, N형 다결정 규소 이미터 영역들(104)은 인과 같은 N형 불순물로 도핑된다. P형 다결정 규소 이미터 영역들(106)은 붕소와 같은 P형 불순물로 도핑된다. 도 1d에 도시되지는 않았지만, 교번하는 N형 및 P형 반도체 영역들(104, 106)은 그 사이에 형성된 트렌치들을 가질 수 있으며, 트렌치들은 기판(100) 내로 부분적으로 연장된다. 추가적으로, 도시되지는 않았지만, 일 실시예에서, 바닥 반사 방지 코팅(bottom anti-reflective coating, BARC) 재료 또는 다른 보호 층(예컨대, 층 비정질 규소)이, 교번하는 N형 및 P형 반도체 영역들(104, 106) 상에 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 도 1d에 도시된 바와 같이, 수광 표면(101)은 텍스처화된 수광 표면이다. 일 실시예에서, 수산화물계 습식 에칭제는 기판(100)의 수광 표면(101)을 텍스처화하는 데 채용된다. 일 실시예에서, 텍스처화된 표면은, 입사광을 산란시켜 태양 전지의 수광 표면(101)으로부터 반사되는 광의 양을 감소시키기 위한, 규칙적 또는 불규칙적 형상의 표면을 갖는 것일 수 있다. 도 1d를 다시 참조하면, 추가적인 실시예들은, 수광 표면(101) 상의 패시베이션 및/또는 반사 방지 코팅(ARC) 층들(총괄적으로 층(112)으로 도시됨)의 형성을 포함할 수 있다.
전술한 바와 같이, 일 실시예에서, 금속 포일(180)의 제1 표면을 패턴화하는 단계 및 비전도성 재료 영역들(188)을 형성하는 단계 둘 다는 롤 기반 공정으로서 수행된다. 하나의 그러한 실시예에서, 비전도성 재료 영역들(188)을 형성하는 단계에 후속하여, 그리고 복수의 교번하는 N형 및 P형 반도체 영역들(104/106) 위에 패턴화된 금속 포일(184)을 위치시키는 단계 이전에, 패턴화된 금속 포일(184)은 기판(100)의 주연부와 실질적으로 동일한 크기의 주연부를 갖도록 절단된다.
도 1e는 도 1c의 금속 포일을 도 1d의 태양 전지와 용접하는 것 이후의 태양 전지 제조에서의 단계를 예시한다. 도 1e 및 흐름도(200)의 대응하는 작업(208)을 참조하면, 방법은 또한 패턴화된 금속 포일(184)의 리지들을 교번하는 N형 및 P형 반도체 영역들(104/106)에 접착시키는 단계를 포함한다. 접착시, 금속 포일은, 후속 처리 작업들에서 궁극적으로 패턴화되는 금속 2(M2) 층(126)으로 지칭될 수 있다. 또한, 비전도성 재료 영역들(188)은 이제 태양 전지의 비전도성 재료 영역들(122) 부분이 되며, 궁극적으로 M2 층(126)의 패턴화를 도울 것이다. 일 실시예에서, 비전도성 재료 영역들(188)의 거친 표면(190)은 도 1e에 도시된 바와 같이, 비전도성 재료 영역들(188)과 하부의 교번하는 N형 및 P형 반도체 영역들(104/106) 사이에 공기 간극들(121)을 제공한다는 것이 이해되어야 한다.
일 실시예에서, 패턴화된 금속 포일(184)의 리지들은 레이저 용접 공정, 열 압착 공정 또는 초음파 접합 공정과 같은, 그러나 이에 제한되지 않는 기술을 사용하여 교번하는 N형 및 P형 반도체 영역들(104/106) 에 접착된다. 하나의 그러한 실시예에서, 레이저 용접 공정이 사용되며, 용접부들(128)은 도 1e에 도시된 바와 같이, 패턴화된 금속 포일(184)과 교번하는 N형 및 P형 반도체 영역들(104/106) 사이에 형성된다.
도 1d 및 도 1e에 도시되지는 않았지만, 패턴화된 금속 포일(184)을 위치시키는 단계 이전에, 복수의 금속 시드 재료 영역들(하나의 연속적인 층의 형태일 수 있음)이, 교번하는 N형 및 P형 반도체 영역들(104/106) 각각 상에 금속 시드 재료 영역을 제공하기 위해 형성된다. 하나의 그러한 실시예에서, 금속 포일(184)을 교번하는 N형 및 P형 반도체 영역들(104/106)에 접착시키는 단계는 금속 포일(184)을 복수의 금속 시드 재료 영역들에 접착시키는 단계를 포함한다. 특정한 그러한 실시예에서, 금속 시드 재료 영역들은 알루미늄 영역들이며, 이들은 각각 대략 0.3 내지 20 마이크로미터 범위의 두께를 갖고, 대략 97% 초과인 양의 알루미늄 및 대략 0 내지 2% 범위인 양의 규소로 구성된다.
도 1f는 도 1e의 금속 포일의 부분들의 전기적 격리 이후의 태양 전지 제조에서의 단계를 예시한다. 도 1f 및 흐름도(200)의 대응하는 작업(210)을 참조하면, 방법은 또한 비전도성 재료 영역들(122)과 정렬되는 영역들에서 금속 포일(126)의 배면(제2 표면)으로부터 금속 포일(126)을 통해 금속 포일(126)을 패턴화하는 단계를 포함한다. 금속 포일의 제2 패턴화(또는 그루빙)는 태양 전지의 하부 이미터 영역들을 위한 접점 구조물을 형성하는, 패턴화된 금속 포일(126)의 전기적으로 격리된 영역들(127) 또는 조각들을 제공한다.
일 실시예에서, 금속 포일(126)을 패턴화하는 단계는 금속 포일(126)의 배면으로부터 금속 포일(126)을 통해 레이저 융삭함(130)으로써 수행된다. 레이저 융삭(130)이 금속 포일(126)을 패턴화하기 위해 적어도 어느 정도 사용되는 경우, 비전도성 재료 영역들(122)이 레이저 조사의 파장 및/또는 주파수에 흡수성이도록 레이저 파라미터들이 조정될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
다른 실시예들에서, 레이저 융삭 대신에 또는 그와 조합하여, 기계적 절단 예컨대 "키스 커팅(kiss-cutting)" 또는 밀링(milling) 또는 스크라이빙(scribing)이 금속 포일(126)을 통해 금속 포일(126)을 패턴화하는 데 사용된다. 그러한 실시예에서, 비전도성 재료 영역들(122)은 패턴화 공정에서 순응형 층(compliant type layer)으로서 사용되고, 예를 들어 고무 또는 PET형 재료들일 수 있다.
또 다른 실시예들에서, 레이저 융삭 대신에 또는 그와 조합하여, 블랭킷 또는 인쇄된 화학적 에칭제가 금속 포일(126)을 통해 금속 포일(126)을 패턴화하는 데 사용될 수 있다. 그러한 실시예에서, 비전도성 재료 영역들(122)은 에칭 정지부를 제공할 수 있고, 예를 들어 아크릴 재료, 폴리올레핀, 또는 메타크릴레이트로 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 금속 포일(126)의 제2 표면(배면)으로부터 금속 포일(126)을 통해 레이저 융삭함(130)으로써 금속 포일(126)을 패턴화하는 단계는 도 1f에 도시된 바와 같이 비전도성 재료 영역들(122)을 노출시킨다. 일 실시예에서, 비전도성 재료 영역들(122)은, 레이저 융삭(130)에 의한 금속 포일(126)의 패턴화 동안 교번하는 N형 및 P형 반도체 영역들(104/106), 기판(100), 또는 둘 다를 보호한다. 일 실시예에서, 공기 간극들(121)은 예를 들어 금속 포일(126) 패턴화 동안, 태양 전지의 하부 이미터 영역들을 열 손상으로부터 보호한다. 그럼에도 불구하고, 비전도성 재료 영역들(122)은 그러한 레이저 그루빙 동안 셀을 보호하기에 충분히 두꺼우며(예를 들어, 10 마이크로미터보다 훨씬 더 큼), 손상 버퍼 영역들로 지칭될 수 있다.
도 1g는 도 1f의 노출된 비전도성 재료 영역들의 제거 이후의 태양 전지 제조에서의 선택적 단계를 예시한다. 도 1g를 참조하면, 일 실시예에서, 방법은 비전도성 재료 영역들(122)의 적어도 일부분을 제거하는 단계(194)를 추가로 포함한다. 하나의 그러한 실시예에서, 제거하는 단계는 금속 포일의 나머지 부분들(127)의 제2 표면(배면)으로부터 수행된다. 하나의 그러한 실시예에서, 비전도성 재료 영역들(122)의 나머지 부분들은 용매 또는 오존으로 제거된다. 그러한 실시예들에서, 패턴화 작업으로부터의 잔류 금속 또는 금속 잔류물 종들 또한 제거될 수 있다. 그러한 선택적 작업은 수행되지 않을 수 있다는 것, 및 비전도성 재료 영역들(122)(또는 그 부분들)이 최종 구조물에서 보유될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
본 명세서에 기술된 실시예들은 전술한 접근법들 중 하나 이상에 따른 태양 전지의 제조를 포함한다. 도 1f 및 도 1g를 다시 참조하면, 일 실시예에서, 태양 전지는 기판(100)을 포함한다. 복수의 교번하는 N형(104) 및 P형(106) 반도체 영역들이 기판(100) 내에 또는 기판(100) 위에 배치된다.
특히 도 1f를 참조하면, 복수의 비전도성 재료 영역들(122)은 교번하는 N형 및 P형 반도체 영역들(104/106) 사이의 위치들과 정렬된다. 일 실시예에서, 복수의 비전도성 재료 영역들(122)은 결합제 및 불투명 안료를 포함한다. 특히 도 1g를 참조하면, 복수의 비전도성 재료 영역들(122)은 제거될 수 있다. 어느 경우든, 보유되든 제거되든, 일 실시예에서, 비전도성 재료 영역들(122)의 결합제는 셀룰로오스 또는 실세스퀴옥산이고, 불투명 안료는 산화티타늄(TiO2) 또는 탄산칼슘(CaCO3)이다.
도 1f 및 도 1g 둘 다를 참조하면, 일 실시예에서, 복수의 전도성 접점 구조물들은 복수의 교번하는 N형 및 P형 반도체 영역들(104/106)에 (예를 들어, 용접부들(128)을 통해) 전기적으로 연결된다. 각각의 전도성 접점 구조물은 교번하는 N형 및 P형 반도체 영역들(104/106) 중 대응하는 하나 위에 배치되고 그와 정렬되는 금속 포일 부분(127)을 포함한다. 일 실시예에서, 금속 포일 부분은 알루미늄을 포함한다. 하나의 실시예에서, 금속 포일 부분(127)은 (용접부(128)에서 결합된) 리지 및 오버행 부분(129)을 포함한다. 일 실시예에서, 각각의 전도성 접점 구조물은 교번하는 N형 및 P형 반도체 영역들과 금속 포일 부분들(127)의 대응하는 리지들 사이에 직접 배치된 금속 시드 층을 추가로 포함한다. 도 1f의 경우, 리지는 복수의 비전도성 재료 영역들(122) 중 하나에 측방향으로 인접하고, 오버행 부분(127)은 복수의 비전도성 재료 영역들(122) 중 하나 위에 있다.
도 1a 내지 도 1c를 다시 참조하면, 일반적으로, 금속 포일(예컨대 알루미늄 포일)이 라인 패턴화를 받게 된다. 금속 포일에 형성된 홈들은 금속 포일의 두께의 대략 50% 내지 95%, 바람직하게는 90% 내지 95%의 깊이로 형성될 수 있다. 보다 구체적인 상세 사항을 제공하면, 도 3은 본 개시내용의 일 실시예에 따른, 패턴화된 금속 포일의 제조에서의 다양한 단계의 단면도를 예시한다. 도 4는 본 개시내용의 일 실시예에 따른, 도 3에 대응하는 바와 같은 태양 전지를 제조하는 방법에서의 작업들을 열거하는 흐름도이다.
도 1a 및 도 1b와 연관하여 기술한 바와 같이, 흐름도(400)의 작업(402) 및 도 3의 최상위 구조물을 참조하면, 태양 전지 제조를 위한 패턴화된 금속 포일(184)을 제조하는 방법은, 금속 포일의 표면 내에 복수의 교번하는 홈들(186) 및 리지들(187)을 제공하도록 금속 포일의 표면을 레이저 융삭하는 단계를 포함한다. 일 실시예에서, 금속 포일의 표면을 레이저 융삭하는 단계는 금속 포일의 전체 두께의 대략 90 내지 95% 범위의 금속 포일의 두께를 레이저 융삭하는 단계를 포함한다. 다른 실시예에서, 레이저 융삭 대신에 또는 그와 조합하여, 포일 패턴화를 위해 마스크 및 에칭 공정이 수행된다.
흐름도(400)의 작업(404) 및 도 3의 중간 구조물들을 참조하면, 방법은 또한 금속 포일(184)의 표면에 페이스트(300)를 도포하는 단계를 포함하며, 페이스트는 금속 포일(184)의 표면 내의 홈들을 충전한다. 일 실시예에서, 페이스트(300)는 금속 포일(184)의 표면 상에 페이스트(300)를 스크린 인쇄함으로써 도포된다.
흐름도(400)의 작업(406) 및 도 3의 중간 및 최하단 구조물들을 참조하면, 방법은 또한 금속 포일(184)의 표면 내의 홈들에 비전도성 재료 영역들(188)을 형성하도록 페이스트(300)를 처리하는 단계를 포함한다. 도 3의 경로(a)를 참조하면, 일 실시예에서, 페이스트(300)를 처리하는 단계는 오존 세정 공정 또는 플라즈마 세정 공정, 또는 둘 다를 포함하는 공정(302)에 페이스트(300)를 노출시키는 단계를 포함한다. 도 3의 경로(b)를 참조하면, 일 실시예에서, 페이스트(300)를 처리하는 단계는 비전도성 재료 영역들(188)을 형성하도록 페이스트(300)를 경화시키는 단계를 포함한다. 하나의 그러한 실시예에서, 경화시키는 단계(304)는 페이스트(300)를 대략 섭씨 450도 이하의 온도로 가열시키는 단계 또는 자외선(UV) 방사선에 노출시키는 단계, 또는 둘 다를 포함한다. 특정 실시예에서, 경화시, 페이스트의 실질적으로 모든 유기 매질이 제거되는 반면, 페이스트의 실질적으로 모든 결합제 및 불투명 안료는 보유된다.
일 실시예에서, 작업들(402, 404, 406)(금속 포일의 표면을 레이저 융삭하는 단계, 페이스트를 도포하는 단계, 및 비전도성 재료 영역들을 형성하도록 페이스트를 처리하는 단계)은 롤 기반 공정으로서 수행된다. 하나의 그러한 실시예에서, 비전도성 재료 영역들(188)을 형성하도록 페이스트(300)를 처리하는 단계에 후속하여, 금속 포일(184)은, 금속 포일이 궁극적으로 정렬되는 태양 전지의 주연부와 실질적으로 동일한 주연부를 갖도록 절단된다.
소정 재료가 전술한 실시예들을 참조하여 구체적으로 기술되었지만, 일부 재료는 다른 재료로 용이하게 대체될 수 있으며, 다른 그러한 실시예들은 본 개시내용의 실시예들의 사상 및 범주 내에 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, III-V족 재료의 기판과 같은 상이한 재료의 기판이 규소 기판 대신에 사용될 수 있다. 부가적으로, 대부분 배면 접점 태양 전지 구성이 언급되지만, 본 명세서에 기술된 접근법들이 전면 접점 태양 전지에도 또한 적용될 수 있음이 이해되어야 한다. 다른 실시예들에서, 전술한 접근법들은 태양 전지 이외의 제조에 적용가능할 수 있다. 예를 들어, 발광 다이오드(LED들)의 제조는 본 명세서에 기술된 접근법들로부터 이익을 얻을 수 있다.
이와 같이, 태양 전지의 포일 기반 금속화를 위한 접근법 및 생성되는 태양 전지가 개시되었다.
특정 실시예들이 전술되었지만, 특정 특징부에 대해 단일 실시예만이 기술된 경우에도, 이들 실시예는 본 개시내용의 범주를 제한하도록 의도되지 않는다. 본 개시내용에 제공된 특징들의 예들은, 달리 언급되지 않는다면, 제한적이기보다는 예시적인 것으로 의도된다. 상기 설명은, 본 개시내용의 이익을 갖는 당업자에게 명백하게 되는 바와 같이, 그러한 대안예, 수정예 및 등가물을 포함하고자 의도된다.
본 개시내용의 범주는, 본 명세서에서 다루어지는 문제들 중 임의의 것 또는 전부를 완화시키든 그렇지 않든 간에, 본 명세서에 (명백히 또는 암시적으로) 개시된 임의의 특징 또는 특징들의 조합, 또는 이들의 임의의 일반화를 포함한다. 따라서, 새로운 청구항이 본 출원(또는 이에 대한 우선권을 주장하는 출원)의 절차 진행 동안 임의의 그러한 특징들의 조합에 대해 만들어질 수 있다. 특히, 첨부된 청구범위와 관련하여, 종속 청구항으로부터의 특징들이 독립 청구항의 특징들과 조합될 수 있고, 각각의 독립 청구항으로부터의 특징들이 단지 첨부된 청구범위에 열거된 특정 조합이 아닌 임의의 적절한 방식으로 조합될 수 있다.
일 실시예에서, 태양 전지를 제조하는 방법은, 금속 포일 내에 복수의 교번하는 홈들 및 리지들을 제공하도록 금속 포일의 제1 표면을 패턴화하는 단계, 금속 포일 내의 홈들 내에 비전도성 재료 영역들을 형성하는 단계, 기판 내에 또는 기판 위에 배치된 복수의 교번하는 N형 및 P형 반도체 영역들 위에 금속 포일을 위치시켜, 교번하는 N형 및 P형 반도체 영역들 사이의 위치들과 정렬되는 비전도성 재료 영역들을 제공하고 교번하는 N형 및 P형 반도체 영역들과 정렬되는 리지들을 제공하는 단계, 교번하는 N형 및 P형 반도체 영역들에 금속 포일의 리지들을 접착시키는 단계, 및 비전도성 재료 영역들과 정렬되는 영역들에서 금속 포일의 제2 표면으로부터 금속 포일을 통해 금속 포일을 패턴화하는 단계를 포함한다.
하나의 실시예에서, 금속 포일의 제1 표면을 패턴화하는 단계는 금속 포일의 전체 두께의 대략 90 내지 95%의 범위의 금속 포일의 두께를 레이저 융삭하는 단계를 포함한다.
하나의 실시예에서, 금속 포일 내의 홈들 내에 비전도성 재료 영역들을 형성하는 단계는 금속 포일 내의 홈들 내에 페이스트를 도포하고 이어서 경화시키는 단계를 포함한다.
하나의 실시예에서, 금속 포일의 제1 표면을 패턴화하는 단계 및 비전도성 재료 영역들을 형성하는 단계는 롤 기반 공정으로서 수행된다.
하나의 실시예에서, 방법은 비전도성 재료 영역들을 형성하는 단계에 후속하여 그리고 복수의 교번하는 N형 및 P형 반도체 영역들 위에 금속 포일을 위치시키는 단계 이전에, 기판의 주연부와 실질적으로 동일한 크기를 갖는 주연부를 갖도록 금속 포일을 절단하는 단계를 추가로 포함한다.
하나의 실시예에서, 교번하는 N형 및 P형 반도체 영역들에 금속 포일의 리지들을 접착시키는 단계는 레이저 용접 공정, 열 압착 공정 및 초음파 접합 공정으로 이루어진 군으로부터 선택되는 기술을 사용하는 것을 포함한다.
하나의 실시예에서, 금속 포일의 제2 표면으로부터 금속 포일을 통해 금속 포일을 패턴화하는 단계는 비전도성 재료 영역들을 노출시킨다.
하나의 실시예에서, 방법은 비전도성 재료 영역들의 적어도 일부분을 제거하는 단계를 추가로 포함하며, 제거하는 단계는 금속 포일의 제2 표면으로부터 수행된다.
하나의 실시예에서, 비전도성 재료 영역들은, 레이저 융삭함으로써 금속 포일을 패턴화하는 동안 교번하는 N형 및 P형 반도체 영역들, 기판, 또는 둘 다를 보호한다.
하나의 실시예에서, 방법은 금속 포일을 위치시키는 단계 이전에, 교번하는 N형 및 P형 반도체 영역들 각각 상에 금속 시드 재료 영역을 제공하도록 복수의 금속 시드 재료 영역들을 형성하는 단계를 추가로 포함하며, 교번하는 N형 및 P형 반도체 영역들에 금속 포일을 접착시키는 단계는 복수의 금속 시드 재료 영역들에 금속 포일을 접착시키는 단계를 포함한다.
하나의 실시예에서, 복수의 금속 시드 재료 영역들을 형성하는 단계는, 각각 대략 0.3 내지 20 마이크로미터 범위의 두께를 갖고 대략 97% 초과인 양의 알루미늄 및 대략 0 내지 2% 범위인 양의 규소를 포함하는 알루미늄 영역들을 형성하는 단계를 포함하며, 금속 포일을 접착시키는 단계는 대략 50 내지 100 마이크로미터 범위의 두께를 갖는 리지들을 구비한 알루미늄을 접착시키는 단계를 포함한다.
하나의 실시예에서, 방법은 기판 위에 형성된 다결정 규소 층 내에 교번하는 N형 및 P형 영역들을 형성함으로써 복수의 교번하는 N형 및 P형 반도체 영역들을 형성하는 단계, 및 다결정 규소 층 내의 교번하는 N형 및 P형 영역들 각각 사이에 트렌치를 형성하는 단계를 추가로 포함하며, 트렌치들은 기판 내로 부분적으로 연장된다.
일 실시예에서, 태양 전지 제조를 위한 패턴화된 금속 포일을 제조하는 방법은, 금속 포일의 표면 내에 복수의 교번하는 홈들 및 리지들을 제공하도록 금속 포일의 표면을 레이저 융삭하는 단계, 금속 포일의 표면에 페이스트를 도포하는 단계 - 페이스트는 금속 포일의 표면 내의 홈들을 충전함 -, 및 금속 포일의 표면 내의 홈들 내에 비전도성 재료 영역들을 형성하도록 페이스트를 처리하는 단계를 포함한다.
하나의 실시예에서, 페이스트를 도포하는 단계는 페이스트를 금속 포일의 표면 상에 스크린 인쇄하는 단계를 포함한다.
하나의 실시예에서, 페이스트를 처리하는 단계는 페이스트를 오존 세정 공정 또는 플라즈마 세정 공정에 노출시키는 단계를 포함한다.
하나의 실시예에서, 페이스트를 처리하는 단계는 비전도성 재료 영역들을 형성하도록 페이스트를 경화시키는 단계를 포함하며, 경화시키는 단계는 페이스트를 대략 섭씨 450도 이하의 온도로 가열하는 단계 또는 자외선(UV) 방사선에 노출시키는 단계, 또는 둘 다를 포함한다.
하나의 실시예에서, 금속 포일의 표면을 레이저 융삭하는 단계는 금속 포일의 전체 두께의 대략 90 내지 95% 범위의 금속 포일의 두께를 레이저 융삭하는 단계를 포함한다.
하나의 실시예에서, 금속 포일의 표면을 레이저 융삭하는 단계, 페이스트를 도포하는 단계, 및 비전도성 재료 영역들을 형성하도록 페이스트를 처리하는 단계는 롤 기반 공정으로서 수행된다.
하나의 실시예에서, 방법은 비전도성 재료 영역들을 형성하도록 페이스트를 처리하는 단계에 후속하여, 태양 전지 기판의 주연부와 실질적으로 동일한 크기의 주연부를 갖도록 금속 포일을 절단하는 단계를 추가로 포함한다.
일 실시예에서, 태양 전지는 기판, 기판 내에 또는 기판 위에 배치된 복수의 교번하는 N형 및 P형 반도체 영역들, 교번하는 N형 및 P형 반도체 영역들 사이의 위치들과 정렬되는 복수의 비전도성 재료 영역들 - 복수의 비전도성 재료 영역들은 결합제 및 불투명 안료를 포함함 -, 및 복수의 교번하는 N형 및 P형 반도체 영역들에 전기적으로 연결된 복수의 전도성 접점 구조물들을 포함하며, 각각의 전도성 접점 구조물은 교번하는 N형 및 P형 반도체 영역들 중 대응하는 하나 위에 배치되고 그와 정렬되는 금속 포일 부분을 포함하고, 금속 포일 부분은 리지 및 오버행 부분을 포함하고, 리지는 복수의 비전도성 재료 영역들 중 하나에 측방향으로 인접하고 오버행 부분은 복수의 비전도성 재료 영역들 중 하나 위에 있다.
하나의 실시예에서, 결합제는 셀룰로오스 또는 실세스퀴옥산이고, 불투명 안료는 산화티타늄(TiO2) 또는 탄산칼슘(CaCO3)이다.
하나의 실시예에서, 금속 포일 부분은 알루미늄을 포함한다.
하나의 실시예에서, 각각의 전도성 접점 구조물은 교번하는 N형 및 P형 반도체 영역들 중 대응하는 하나와 금속 포일 부분의 리지 사이에 직접 배치된 금속 시드 층을 추가로 포함한다.

Claims (17)

  1. 태양 전지로서, 상기 태양 전지는:
    기판;
    기판 내에 또는 기판 위에 배치된 복수의 교번하는 N형 및 P형 반도체 영역들;
    교번하는 N형 및 P형 반도체 영역들 사이의 위치들과 정렬되는 복수의 비전도성 재료 영역들을 포함하며, 복수의 비전도성 재료 영역들은 결합제 및 불투명 안료를 포함하고;
    복수의 교번하는 N형 및 P형 반도체 영역들에 전기적으로 연결된 복수의 전도성 접점 구조물들을 포함하며, 각각의 전도성 접점 구조물은 교번하는 N형 및 P형 반도체 영역들 중 대응하는 하나 위에 배치되고 그와 정렬되는 금속 포일 부분을 포함하며, 상기 금속 포일 부분은 리지 및 오버행(overhang) 부분을 포함하고, 상기 리지는 복수의 비전도성 재료 영역들 중 하나에 측방향으로 인접하고 상기 오버행 부분은 복수의 비전도성 재료 영역들 중 하나 위에 있으며,
    복수의 공기 간극들을 포함하되, 하나의 비전도성 재료 영역과 하나의 N형 및 P형 반도체 영역 사이에 하나의 공기 간극이 형성되며 이러한 공기 간극은 복수개 형성되는, 태양 전지.
  2. 제1항에 있어서, 결합제는 셀룰로오스 또는 실세스퀴옥산인, 태양 전지.
  3. 제1항에 있어서, 불투명 안료는 산화티타늄(TiO2) 또는 탄산칼슘(CaCO3)인, 태양 전지.
  4. 제1항에 있어서, 금속 포일 부분은 알루미늄을 포함하는, 태양 전지.
  5. 제1항에 있어서, 용접부가 각각의 전도성 접점 구조물의 금속 포일 부분을 교번하는 N형 및 P형 반도체 영역들 중 대응하는 하나에 결합시키는, 태양 전지.
  6. 제1항에 있어서, 각각의 전도성 접점 구조물은, 교번하는 N형 및 P형 반도체 영역들 중 대응하는 하나와 금속 포일 부분의 리지 사이에 직접 배치된 금속 시드 층을 추가로 포함하는, 태양 전지.
  7. 제6항에 있어서, 금속 시드 층은 0.3 내지 20 마이크로미터 범위의 두께를 갖는, 태양 전지.
  8. 제6항에 있어서, 금속 시드 층은 97% 초과인 양의 알루미늄 및 0 내지 2% 범위 양의 규소를 포함하는, 태양 전지.
  9. 제1항에 있어서, 각각의 전도성 접점 구조물의 금속 포일 부분의 리지는 50 내지 100 마이크로미터 범위의 두께를 갖는 태양 전지.
  10. 제1항에 있어서, 복수의 교번하는 N형 및 P형 반도체 영역은 복수의 교번하는 N형 및 P형 다결정 규소 영역인, 태양 전지.
  11. 태양 전지로서, 상기 태양 전지는:
    기판;
    기판 내에 또는 기판 위에 배치된 반도체 영역;
    반도체 영역의 양면의 위치들과 정렬되는 비전도성 재료 영역을 포함하며, 상기 비전도성 재료 영역은 결합제 및 불투명 안료를 포함하고;
    반도체 영역에 전기적으로 연결된 전도성 접점 구조물을 포함하며, 상기 전도성 접점 구조물은 반도체 영역 위에 배치되고 그와 정렬되는 금속 포일 부분을 포함하며, 상기 금속 포일 부분은 리지 및 오버행 부분을 포함하고, 상기 리지는 비전도성 재료 영역에 측방향으로 인접하고 상기 오버행 부분은 비전도성 재료 영역 위에 있으며,
    비전도성 재료 영역과 반도체 영역 사이에 공기 간극을 포함하는, 태양 전지.
  12. 제11항에 있어서, 결합제는 셀룰로오스 또는 실세스퀴옥산이며, 불투명 안료는 산화티타늄(TiO2) 또는 탄산칼슘(CaCO3)인, 태양 전지.
  13. 제11항에 있어서, 금속 포일 부분은 알루미늄을 포함하는, 태양 전지.
  14. 제11항에 있어서, 용접부가 금속 포일 부분을 반도체 영역에 결합시키는, 태양 전지.
  15. 제11항에 있어서, 전도성 접점 구조물은, 반도체 영역과 금속 포일 부분의 리지 사이에 직접 배치된 금속 시드 층을 추가로 포함하는, 태양 전지.
  16. 제11항에 있어서, 금속 포일 부분의 리지는 50 내지 100 마이크로미터 범위의 두께를 갖는 태양 전지.
  17. 제11항에 있어서, 반도체 영역은 다결정 규소 영역인, 태양 전지.
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