KR102667799B1 - Solar cell and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지는, 반도체 기판과, 상기 반도체 기판의 일면에 형성되며 제1 캐리어를 생성 및 수집하는 제1 구조체과, 상기 반도체 기판의 일면에서 상기 제1 구조체와 별개로 형성되며 제2 캐리어를 생성 및 수집하는 제2 구조체를 포함한다. 상기 제1 구조체와 상기 제2 구조체는 접합 구조가 서로 다르다. A solar cell according to an embodiment of the present invention includes a semiconductor substrate, a first structure formed on one side of the semiconductor substrate to generate and collect first carriers, and a first structure formed separately from the first structure on one side of the semiconductor substrate. and includes a second structure that generates and collects the second carrier. The first structure and the second structure have different bonding structures.
Description
본 발명은 태양 전지 및 이의 제조 방법에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는, 구조를 개선한 태양 전지 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a solar cell and a method of manufacturing the same, and more specifically, to a solar cell with an improved structure and a method of manufacturing the same.
낮은 도핑 농도로 도핑된 반도체 기판의 일부에 도펀트를 도핑하여 형성된 도핑 영역을 도전형 영역으로 사용하는 태양 전지는, 접합 특성이 우수한 장점이 있으나, 도펀트의 도핑에 의한 반도체 기판의 손상, 캐리어 재결합에 의한 패시베이션 특성 저하 등의 문제가 있었다. Solar cells that use a doped region formed by doping a portion of a semiconductor substrate doped at a low doping concentration as a conductive region have the advantage of excellent bonding characteristics, but are susceptible to damage to the semiconductor substrate and carrier recombination due to doping of the dopant. There were problems such as deterioration of passivation characteristics due to
이에 낮은 도핑 농도로 도핑된 반도체 기판 위에 반도체 기판과 별개로 구성된 반도체층을 형성하고 이를 도전형 영역으로 사용하는 태양 전지가 제안되었다. 이러한 태양 전지에서는 광전 변환을 위해서 서로 반대되는 극성의 캐리어(전자 및 정공)을 생성 및 전달하기 위하여 서로 반대되는 도전형(n형 및 p형)을 가지는 제1 및 제2 반도체층이 구비되어야 한다. 종래의 태양 전지에서는 제1 및 제2 반도체층이 서로 반대되는 도전형을 위한 다른 도펀트가 구비된다는 것을 제외하고는 동일한 반도체 물질 및 동일한 결정 구조를 가진다. 그리고 제1 및 제2 반도체층이 동일한 면에 형성되는 구조에서는 이와 관련된 중간층, 전극 등이 서로 동일한 물질 및 동일한 적층 구조를 가진다. Accordingly, a solar cell has been proposed that forms a semiconductor layer separately from the semiconductor substrate on a semiconductor substrate doped at a low doping concentration and uses this as a conductive region. In such solar cells, first and second semiconductor layers with opposite conductivity types (n-type and p-type) must be provided to generate and transfer carriers (electrons and holes) of opposite polarities for photoelectric conversion. . In a conventional solar cell, the first and second semiconductor layers have the same semiconductor material and the same crystal structure except that they are provided with different dopants for opposite conductivity types. And in a structure where the first and second semiconductor layers are formed on the same surface, the intermediate layers and electrodes related thereto have the same materials and the same stacked structure.
이와 같이 제1 및 제2 반도체층, 그리고 이와 관련된 중간층, 전극 등이 서로 동일한 특성을 가지면, 제조 공정이 단순화될 수는 있으나, 서로 다른 도전형의 도펀트를 구비하여 반도체 기판과 관련하여 서로 다른 특성을 가져야 하는 제1 및 제2 반도체층 각각이 태양 전지의 효율을 최대화할 수 있는 구조를 가지지 못하였다. In this way, if the first and second semiconductor layers, and the intermediate layers and electrodes related thereto, have the same characteristics, the manufacturing process can be simplified, but by providing dopants of different conductivity types, they have different characteristics with respect to the semiconductor substrate. Each of the first and second semiconductor layers, which should have , did not have a structure capable of maximizing the efficiency of the solar cell.
예를 들어, 제1 및 제2 반도체층 중에 반도체 기판에 쉽게 벌크 도핑(bulk doping)되는 도펀트를 가지는 반도체층은 도펀트가 지나치게 반도체 기판 쪽으로 침투하여 원하는 특성, 원하는 도핑 프로파일 등을 구현하기 어려울 수 있다. 또한, 제1 및 제2 반도체층 중에 전극과의 컨택이 우수하지 않은 반도체층이 구비되면 저항이 높아져서 전기적 특성이 저하될 수 있다. For example, among the first and second semiconductor layers, the semiconductor layer having a dopant that is easily bulk doped into the semiconductor substrate may have difficulty implementing desired characteristics, desired doping profile, etc., because the dopant excessively penetrates into the semiconductor substrate. . Additionally, if the first and second semiconductor layers include a semiconductor layer that does not make excellent contact with the electrode, the resistance may increase and the electrical characteristics may deteriorate.
본 발명은 우수한 효율을 가지는 태양 전지 및 이러한 태양 전지의 생산성을 향상할 수 있는 태양 전지의 제조 방법을 제공하고자 한다. The present invention seeks to provide a solar cell with excellent efficiency and a method of manufacturing the solar cell that can improve the productivity of such solar cell.
좀더 구체적으로, 제1 및 제2 도전형 영역, 그리고 이와 관련된 제1 및 제2 중간층 또는 제1 및 제2 전극의 물질, 구조 등을 서로 다르게 하여 효율을 극대화할 수 있는 태양 전지 및 이의 제조 방법을 제공하고자 한다. More specifically, a solar cell and method of manufacturing the same that can maximize efficiency by varying the materials and structures of the first and second conductive regions and the first and second intermediate layers or first and second electrodes related thereto. We would like to provide.
특히, 제1 및 제2 도전형 영역이 반도체 기판과 별개로 일면에 함께 구비된 구조에서 반도체 기판과 제1 도전형 영역 사이에 위치하는 제1 중간층 및 반도체 기판과 제2 도전형 영역 사이에 위치하는 제2 중간층의 물질, 구조, 두께 등을 서로 다르게 하고, 제1 도전형 영역에 연결되는 제1 전극 및 제2 도전형 영역에 연결되는 제2 전극의 물질, 구조 등을 서로 다르게 하여 효율을 최대화할 수 있는 태양 전지 및 이의 제조 방법을 제공하고자 한다. In particular, in a structure in which the first and second conductivity type regions are provided together on one side separately from the semiconductor substrate, the first intermediate layer is located between the semiconductor substrate and the first conductivity type region and the first intermediate layer is located between the semiconductor substrate and the second conductivity type region. Efficiency is increased by varying the material, structure, thickness, etc. of the second intermediate layer, and making the materials, structures, etc. of the first electrode connected to the first conductive region and the second electrode connected to the second conductive region different from each other. The goal is to provide a solar cell that can maximize solar energy and a method of manufacturing the same.
본 발명의 실시예에 따른 태양 전지에서는, 서로 다른 도전형을 가지는 제1 및 제2 구조체의 접합 구조가 서로 다르다. 또는 서로 다른 도전형을 가져 각기 에미터 영역 및 전계 영역으로 기능하는 제1 및 제2 광전 변환 부분의 접합 구조가 다르다. 또는 서로 다른 도전형을 가지는 제1 및 제2 도전형 영역이 반도체 기판과 접합하는 접합 구조가 서로 다르다. In the solar cell according to an embodiment of the present invention, the bonding structures of the first and second structures having different conductivity types are different from each other. Alternatively, the junction structures of the first and second photoelectric conversion parts that have different conductivity types and function as an emitter region and an electric field region, respectively, are different. Alternatively, the bonding structures in which the first and second conductivity type regions having different conductivity types are bonded to the semiconductor substrate are different from each other.
본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지는, 반도체 기판과, 상기 반도체 기판의 일면에 형성되며 제1 캐리어를 생성 및 수집하는 제1 구조체과, 상기 반도체 기판의 일면에서 상기 제1 구조체와 별개로 형성되며 제2 캐리어를 생성 및 수집하는 제2 구조체를 포함한다. 상기 제1 구조체와 상기 제2 구조체는 접합 구조가 서로 다르다. A solar cell according to an embodiment of the present invention includes a semiconductor substrate, a first structure formed on one side of the semiconductor substrate to generate and collect first carriers, and a first structure formed separately from the first structure on one side of the semiconductor substrate. and includes a second structure that generates and collects the second carrier. The first structure and the second structure have different bonding structures.
상기 제1 구조체는, 제1 도전형을 가지는 제1 도전형 영역, 그리고 상기 제1 도전형 영역에 연결되는 제1 전극을 포함할 수 있다. 상기 제2 구조체는, 상기 제1 도전형과 반대되는 제2 도전형을 가지는 제2 도전형 영역, 그리고 상기 제2 도전형 영역에 연결되는 제2 전극을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 제1 도전형 영역과 상기 제2 도전형 영역이 동일한 반도체 물질을 포함하되, 서로 다른 결정 구조를 가질 수 있다. The first structure may include a first conductive type region having a first conductivity type, and a first electrode connected to the first conductive type region. The second structure may include a second conductivity type region having a second conductivity type opposite to the first conductivity type, and a second electrode connected to the second conductivity type region. Here, the first conductivity type region and the second conductivity type region may include the same semiconductor material, but may have different crystal structures.
상기 제1 구조체가 상기 반도체 기판과 상기 제1 도전형 영역 사이에 위치하는 제1 중간층을 더 포함하고, 상기 제2 구조체가 상기 반도체 기판과 상기 제2 도전형 영역 사이에 위치하는 제2 중간층을 더 포함할 수 있다. 상기 제1 중간층과 상기 제2 중간층은 물질 및 두께 중 적어도 하나가 서로 다를 수 있다. The first structure further includes a first intermediate layer located between the semiconductor substrate and the first conductive type region, and the second structure includes a second intermediate layer located between the semiconductor substrate and the second conductive type region. More may be included. The first intermediate layer and the second intermediate layer may differ from each other in at least one of material and thickness.
상기 제1 도전형 영역과 상기 제1 전극의 연결 구조와 상기 제2 도전형 영역과 상기 제2 전극의 연결 구조가 서로 다르거나, 상기 제1 전극의 적층 구조와 상기 제2 전극의 적층 구조가 서로 다르거나, 또는 상기 제1 전극의 물질과 상기 제2 전극의 물질이 서로 다를 수 있다. The connection structure of the first conductive region and the first electrode and the connection structure of the second conductive region and the second electrode are different from each other, or the stacked structure of the first electrode and the stacked structure of the second electrode are different from each other. They may be different from each other, or the materials of the first electrode and the materials of the second electrode may be different from each other.
일 예로, 상기 제1 구조체가 터널 접합 구조를 가지고, 상기 제2 구조체가 비정질 반도체 물질을 포함하는 이종 접합 구조를 가질 수 있다. 이 경우에 상기 제1 도전형 영역이 다결정 구조를 가지는 다결정 반도체층으로 구성되고, 상기 제2 도전형 영역이 비정질 구조를 가지는 비정질 반도체층으로 구성될 수 있다. For example, the first structure may have a tunnel junction structure, and the second structure may have a heterojunction structure including an amorphous semiconductor material. In this case, the first conductivity type region may be composed of a polycrystalline semiconductor layer having a polycrystalline structure, and the second conductivity type region may be composed of an amorphous semiconductor layer having an amorphous structure.
상기 제1 도전형 영역의 두께가 상기 제2 도전형 영역의 두께보다 클 수 있다. A thickness of the first conductive type region may be greater than a thickness of the second conductive type region.
적어도 상기 제1 구조체와 상기 제2 구조체 사이에서 상기 반도체 기판의 일면을 덮는 패시베이션층 및 상기 반도체 기판의 다른 일면을 덮는 반사 방지막 중 적어도 하나를 더 포함하고, 상기 제1 도전형 영역의 두께가 상기 패시베이션층 또는 상기 반사 방지막보다 크고, 상기 제2 도전형 영역의 두께가 상기 패시베이션층 또는 상기 반사 방지막보다 작을 수 있다. It further includes at least one of a passivation layer covering one side of the semiconductor substrate between the first structure and the second structure and an anti-reflection layer covering the other side of the semiconductor substrate, and the thickness of the first conductivity type region is It may be larger than the passivation layer or the anti-reflection layer, and the thickness of the second conductive region may be smaller than that of the passivation layer or the anti-reflection layer.
상기 제1 전극이 상기 제1 도전형 영역에 직접 접촉하는 제1 금속 전극층을 포함하고, 상기 제2 전극이 상기 제2 도전형 영역에 직접 접촉하는 투명 전도성 산화물로 구성된 투명 전극층 및 상기 투명 전극층 위에 위치하는 제2 금속 전극층을 포함할 수 있다. The first electrode includes a first metal electrode layer in direct contact with the first conductivity type region, and the second electrode includes a transparent electrode layer made of a transparent conductive oxide in direct contact with the second conductivity type region, and on the transparent electrode layer. It may include a second metal electrode layer located thereon.
상기 제1 금속 전극층의 일부가 상기 제1 도전형 영역의 일부에 직접 접촉하고, 다른 일부가 패시베이션층 및 또 다른 투명 전극층 중 적어도 하나 위에 위치할 수 있다. A portion of the first metal electrode layer may be in direct contact with a portion of the first conductive region, and another portion may be positioned on at least one of a passivation layer and another transparent electrode layer.
상기 투명 전극층이 전체적으로 상기 제2 도전형 영역에 직접 접촉하고, 상기 제2 금속 전극층이 상기 투명 전극층에 전체적으로 직접 접촉할 수 있다. The transparent electrode layer may be entirely in direct contact with the second conductive region, and the second metal electrode layer may be entirely in direct contact with the transparent electrode layer.
상기 제1 중간층이 산화막으로 구성되고, 상기 제2 중간층이 진성 비정질 실리콘층으로 구성될 수 있다. The first intermediate layer may be composed of an oxide film, and the second intermediate layer may be composed of an intrinsic amorphous silicon layer.
상기 제1 중간층 및 상기 제1 도전형 영역이 서로 동일한 평면 형상을 가지고, 상기 제2 중간층 및 상기 제2 도전형 영역이 서로 동일한 평면 형상을 가질 수 있다. The first intermediate layer and the first conductive region may have the same planar shape, and the second intermediate layer and the second conductive region may have the same planar shape.
상기 제2 중간층의 두께가 상기 제1 중간층의 두께와 같거나 그보다 클 수 있다. The thickness of the second intermediate layer may be equal to or greater than the thickness of the first intermediate layer.
상기 반도체 기판이 제2 도전형을 가지고, 상기 제1 도전형 영역의 면적이 상기 제2 도전형 영역의 면적보다 크고, 상기 제1 도전형이 p형이고, 상기 제2 도전형이 n형일 수 있다. The semiconductor substrate may have a second conductivity type, the area of the first conductivity type region may be larger than the area of the second conductivity type region, the first conductivity type may be p-type, and the second conductivity type may be n-type. there is.
상기 제1 도전형 영역과 상기 제2 도전형 영역이 서로 이격되어 서로의 사이에 트렌치 또는 빈 공간이 위치할 수 있다. 상기 반도체 기판의 일면에서 상기 제1 및 제2 구조체가 위치하지 않는 부분에서 도펀트를 포함하지 않는 추가 전계 형성층이 구비될 수 있다. The first conductive region and the second conductive region may be spaced apart from each other, so that a trench or empty space may be located between them. An additional electric field forming layer that does not contain a dopant may be provided in a portion of the semiconductor substrate where the first and second structures are not located.
본 발명의 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법은 상술한 태양 전지를 제조하는 방법을 제공한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법에서는, 반도체 기판 일면 위에 제1 캐리어를 생성 및 수집하는 제1 구조체 및 상기 제1 구조체와 별개로 형성되며 제2 캐리어를 생성 및 수집하는 제2 구조체를 형성하고, 상기 제1 구조체와 상기 제2 구조체는 접합 구조가 서로 다를 수 있다. A method of manufacturing a solar cell according to an embodiment of the present invention provides a method of manufacturing the above-described solar cell. In the method of manufacturing a solar cell according to an embodiment of the present invention, a first structure for generating and collecting first carriers on one surface of a semiconductor substrate and a second structure formed separately from the first structure for generating and collecting second carriers A structure is formed, and the first structure and the second structure may have different bonding structures.
상기 제1 구조체가 터널 접합 구조를 가지고, 상기 제2 구조체가 비정질 반도체 물질을 포함하는 이종 접합 구조를 가질 수 있다. The first structure may have a tunnel junction structure, and the second structure may have a heterojunction structure including an amorphous semiconductor material.
이 경우에, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법은, 상기 반도체 기판의 일면 위에 제1 중간층 및 제1 도전형 영역을 형성하는 단계와, 상기 반도체 기판의 일면 위에 제2 중간층 및 제2 도전형 영역을 형성하는 단계와, 상기 반도체 기판의 일면 위에서 상기 제1 중간층 및 상기 제1 도전형 영역, 상기 제2 중간층 및 상기 제2 도전형 영역을 전체적으로 덮도록 투명 전도성막을 형성하는 단계; 상기 제1 도전형 영역의 적어도 일부를 노출하도록 상기 투명 전도성막의 일부를 제거하여 개구부를 형성하는 단계와, 상기 반도체 기판의 일면 위에서 상기 제1 중간층 및 상기 제1 도전형 영역, 상기 제2 중간층, 상기 제2 도전형 영역 및 상기 투명 전도성막을 전체적으로 덮도록 금속막을 형성하는 단계와, 상기 투명 전도성막 및 상기 금속막을 패터닝하여 제1 전극 및 제2 전극을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 제1 중간층, 상기 제1 도전형 영역 및 상기 제1 전극을 포함하는 상기 제1 구조체, 상기 제2 중간층, 상기 제2 도전형 영역 및 상기 제2 전극을 포함하는 상기 제2 구조체를 형성할 수 있다. In this case, the method of manufacturing a solar cell according to an embodiment of the present invention includes forming a first intermediate layer and a first conductive region on one surface of the semiconductor substrate, a second intermediate layer and a first conductive region on one surface of the semiconductor substrate. forming a second conductive type region, and forming a transparent conductive film on one surface of the semiconductor substrate to entirely cover the first intermediate layer and the first conductive type region, the second intermediate layer, and the second conductive type region. ; forming an opening by removing a portion of the transparent conductive film to expose at least a portion of the first conductive region, the first intermediate layer, the first conductive region, and the second intermediate layer on one surface of the semiconductor substrate; , forming a metal film to entirely cover the second conductive region and the transparent conductive film, and patterning the transparent conductive film and the metal film to form a first electrode and a second electrode. To form the first structure including the first intermediate layer, the first conductive region and the first electrode, and the second structure including the second intermediate layer, the second conductive region and the second electrode. You can.
본 실시예에서는 제1 도전형 영역을 포함하는 제1 구조체 및 제2 도전형 영역을 포함하는 제2 구조체가 서로 다른 접합 구조를 가져, 태양 전지의 효율 및 특성을 효과적으로 향상할 수 있다. In this embodiment, the first structure including the first conductivity type region and the second structure including the second conductivity type region have different bonding structures, thereby effectively improving the efficiency and characteristics of the solar cell.
특히, 상대적으로 넓은 면적을 가지며 광전 변환에 직접 관여하는 에미터 영역을 구성하는 제1 도전형 영역을 포함하는 제1 구조체가 터널 접합 구조를 가져 전기적 특성 및 개방 전압을 효과적으로 향상할 수 있다. 그리고 상대적으로 좁은 면적을 가지며 후면 전계 영역을 형성하는 제2 도전형 영역을 포함하는 제2 구조체가 비정질 반도체 물질을 포함하는 이종 접합 구조를 가져 패시베이션 특성을 크게 향상할 수 있다. 이와 같이 제1 및 제2 구조체의 기능, 역할, 특성 등을 모두 고려하여 제1 및 제2 구조체의 접합 구조를 구체적으로 한정하여 태양 전지의 효율을 극대화할 수 있다. In particular, the first structure, which has a relatively large area and includes a first conductivity type region constituting an emitter region directly involved in photoelectric conversion, has a tunnel junction structure and can effectively improve electrical characteristics and open-circuit voltage. In addition, the second structure, which has a relatively small area and includes a second conductive region forming a rear electric field region, has a heterojunction structure including an amorphous semiconductor material, which can greatly improve passivation characteristics. In this way, the efficiency of the solar cell can be maximized by specifically limiting the bonding structure of the first and second structures, taking into account the functions, roles, and characteristics of the first and second structures.
한편, 본 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법에 의하면, 우수한 특성 및 효율을 가지는 태양 전지를 높은 생산성으로 제조할 수 있다. Meanwhile, according to the solar cell manufacturing method according to this embodiment, solar cells with excellent characteristics and efficiency can be manufactured with high productivity.
도 1는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시한 태양 전지를 개략적으로 도시한 부분 후면 평면도이다.
도 3a 내지 도 3h는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 도시한 단면도들이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지를 도시한 단면도이다. 1 is a cross-sectional view schematically showing a solar cell according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a partial rear plan view schematically showing the solar cell shown in FIG. 1.
3A to 3H are cross-sectional views showing a method of manufacturing a solar cell according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is a cross-sectional view showing a solar cell according to another embodiment of the present invention.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니며 다양한 형태로 변형될 수 있음은 물론이다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings. However, it goes without saying that the present invention is not limited to these embodiments and can be modified into various forms.
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.In the drawings, in order to clearly and briefly explain the present invention, parts not related to the description are omitted, and identical or extremely similar parts are denoted by the same drawing reference numerals throughout the specification. In addition, in the drawings, the thickness, area, etc. are enlarged or reduced in order to make the explanation more clear, so the thickness, area, etc. of the present invention are not limited to what is shown in the drawings.
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.And when a part is said to “include” another part throughout the specification, it does not exclude other parts and may further include other parts, unless specifically stated to the contrary. Additionally, when a part of a layer, membrane, region, plate, etc. is said to be “on” another part, this includes not only cases where it is “directly above” the other part, but also cases where other parts are located in between. When a part of a layer, membrane, region, plate, etc. is said to be "directly on top" of another part, it means that the other part is not located in the middle.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지를 상세하게 설명한다. Hereinafter, a solar cell according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings.
도 1는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지를 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 2는 도 1에 도시한 태양 전지를 개략적으로 도시한 부분 후면 평면도이다. FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a solar cell according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a partial rear plan view schematically showing the solar cell shown in FIG. 1.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 태양 전지(100)는, 반도체 기판(10)과, 반도체 기판(10)의 일면(일 예로, 후면)에 형성되며 제1 캐리어를 생성 및 수집하는 제1 구조체(20)와, 반도체 기판(10)의 일면에서 제1 구조체(20)와 별개로 형성(일 예로, 이격 형성)되며 제2 캐리어를 생성 및 수집하는 제2 구조체(30)를 구비할 수 있다. 여기서, 제1 구조체(20)는, 제1 도전형을 가지는 제1 도전형 영역(22), 그리고 제1 도전형 영역(22)에 연결되는 제1 전극(24)을 포함한다. 그리고 제2 구조체(30)는, 제1 도전형과 반대되는 제2 도전형을 가지며 제1 도전형 영역(22)과 별개로 형성(일 예로, 이격 형성)되는 제2 도전형 영역(32), 그리고 제2 도전형 영역(32)에 연결되며 제1 전극(32)과 이격 형성되는 제2 전극(34)을 포함한다. 본 실시예에서 제1 구조체(20)와 제2 구조체(30)가 서로 다른 접합 구조를 가진다. 이에 대해서 좀더 상세하게 설명한다. Referring to FIGS. 1 and 2 , the
반도체 기판(10)은 제1 또는 제2 도전형 도펀트를 상대적으로 낮은 도핑 농도로 포함하여 제1 또는 제2 도전형을 가지는 베이스 영역(110)을 포함할 수 있다. 일 예로, 베이스 영역(110)은 제2 도전형을 가질 수 있다. 베이스 영역(110)은 제1 또는 제2 도전형 도펀트를 포함하는 결정질 반도체(예를 들어, 단결정 또는 다결정 반도체, 일 예로, 단결정 또는 다결정 실리콘, 특히 단결정 실리콘)로 구성될 수 있다. 이와 같이 결정성이 높아 결함이 적은 베이스 영역(110) 또는 반도체 기판(10)을 기반으로 한 태양 전지(100)은 전기적 특성이 우수하다. The
이때, 반도체 기판(10)의 전면에는 반사를 최소화할 수 있도록 피라미드 등의 형태의 요철을 가지는 텍스쳐링(texturing) 구조 또는 반사 방지 구조가 구비될 수 있다. 이러한 요철은 반도체의 특정한 결정면(예를 들어, (111)면)을 외면으로 구비할 수 있다. 그리고 반도체 기판(10)의 후면은 경면 연마 등에 의하여 전면보다 낮은 표면 거칠기를 가지는 상대적으로 매끈하고 평탄한 면으로 이루어질 수 있다. 이에 의하여 제1 및 제2 도전형 영역(22, 32)이 위치하는 후면에서의 패시베이션 특성을 향상할 수 있다. 그리고 반도체 기판(10)의 후면은 경면 연마 등에 의하여 전면보다 낮은 표면 거칠기를 가지는 상대적으로 매끈하고 평탄한 면으로 이루어질 수 있다.At this time, the front surface of the
제1 구조체(20)는 반도체 기판(10)의 후면 위에 위치하며 제1 도전형을 가지는 제1 도전형 영역(22) 및 이에 연결되는 제1 전극(24)을 포함하고, 반도체 기판(10)과 제1 도전형 영역(22) 사이에 위치하는 제1 중간층(22a)을 더 포함할 수 있다. 그리고 제2 구조체(30)는 반도체 기판(10)의 후면 위에서 제1 도전형 영역(22)과 이격 위치하며 제2 도전형을 가지는 제2 도전형 영역(32) 및 이에 연결되는 제2 전극(34)을 포함하고, 반도체 기판(10)과 제2 도전형 영역(32) 사이에 위치하는 제2 중간층(32a)을 더 포함할 수 있다. The
본 실시예에서 제1 구조체(20)와 제2 구조체(30)가 서로 이격되어 위치하여, 이들 사이에 일종의 빈 공간, 트렌치 등이 구비될 수 있다. 이에 따라 이들을 구성하면서 서로 대응하는 제1 중간층(22a)과 제2 중간층(32a), 제1 도전형 영역(22)과 제2 도전형 영역(32), 그리고 제1 전극(24) 및 제2 전극(34)도 서로 이격되어 위치하고, 이들 사이에 일종의 빈 공간, 트렌치 등이 구비된다. 본 실시예에서 제1 구조체(20)와 제2 구조체(30), 그리고 이들을 구성하면서 서로 대응하는 제1 중간층(22a)과 제2 중간층(32a), 제1 도전형 영역(22)과 제2 도전형 영역(32), 그리고 제1 전극(24) 및 제2 전극(34)이 서로 다른 물질, 구조, 두께 등을 가지기 때문에, 이들을 이격하여 형성하여 공정 마진(margin)을 확보하고 구조적 및 전기적 안정성을 향상할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 제1 중간층(22a)과 제2 중간층(32a)은 서로 연결되어도 전기적 특성 등에 영향을 미치지 않으므로 서로 연결되거나 중첩될 수 있다. 그 외에 다양한 변형이 가능하다. In this embodiment, the
제1 구조체(20)와 제2 구조체(30)는 기본적으로 제1 및 제2 도전형 영역(22, 32)의 도전형, 그리고 생성 및 전달하는 캐리어가 서로 다르다. 이 외에도 본 실시예에서는 제1 구조체(20)와 제2 구조체(30)가 서로 다른 접합 구조를 가진다. 즉, 본 실시예에서는 제1 구조체(20) 및 제2 구조체(30)가 각기 반도체 기판(10)과 별개로 형성된 반도체층으로 구성된 제1 및 제2 도전형 영역(22, 32)을 구비하는 구조(특히, 제1 및 제2 구조체(20, 30)가 반도체 기판(10)의 일면에 함께 형성된 구조)에서 제1 및 제2 구조체(20, 30)의 접합 구조가 서로 다르다. The
여기서, 접합 구조가 서로 다르다 함은 제1 도전형 영역(22)과 제2 도전형 영역(32)의 결정 구조, 적층 구조, 반도체 물질 등이 서로 달라 캐리어의 생성 또는 이동 원리 등이 서로 다른 것을 의미할 수 있다. 그리고 접합 구조가 서로 다르다 함은 제1 및 제2 도전형 영역(22, 32)의 차이에 의하여 제1 중간층(22a)과 제2 중간층(32a)이 물질 및 두께 중 적어도 하나가 서로 다른 것을 의미할 수 있다. 이때, 제1 중간층(22a)은 제1 도전형 영역(22)의 결정 구조 등을 고려하여 제1 도전형 영역(22)에서 제1 캐리어가 원활하게 생성 및 전달되도록 형성되고, 제2 중간층(32a)은 제2 도전형 영역(32)의 결정 구조 등을 고려하여 제2 도전형 영역(32)에서 제2 캐리어가 원활하게 생성 및 전달되도록 형성될 수 있다. 또한, 접합 구조가 서로 다르다 함은 제1 및 제2 도전형 영역(22, 32)의 차이에 의하여, 제1 도전형 영역(22)과 제1 전극(24)의 연결 구조 또는 제1 전극(24)의 적층 구조가 제2 도전형 영역(32)과 제2 전극(34)의 연결 구조 또는 제2 전극(34)의 적층 구조와 다르거나, 제1 전극(24)의 물질과 제2 전극(34)의 물질이 서로 다른 것을 의미할 수 있다. 여기서, 제1 전극(24)의 물질과 제2 전극(34)의 물질이 서로 다르다 함은 제1 전극(24)과 제2 전극(34) 중 어느 하나가 다른 하나에 포함되지 않은 물질을 포함하는 것을 의미할 수 있다. Here, the fact that the junction structures are different means that the first
일 예로, 제1 구조체(20)가 터널 접합 구조를 가지고, 제2 구조체(30)가 비정질 반도체 물질을 포함하는 이종 접합 구조를 가질 수 있다. 본 명세서에서 터널 접합 구조라 함은 반드시 터널링에 의하여 캐리어가 이동하는 경우만을 의미하는 것은 아니며, 캐리어가 반도체 물질을 통하여 이동하지 않고 절연막 또는 유전막을 지나 이동하는 모든 경우를 의미할 수 있다. 비정질 반도체 물질을 포함하는 이종 접합 구조라 함은 제2 중간층(32a) 및/또는 제2 도전형 영역(32)이 비정질 반도체 물질을 포함하는 것을 의미할 수 있다. For example, the
본 실시예에서 반도체 기판(10)은 제2 도전형을 가질 수 있는바, 제1 구조체(20)에 포함되는 제1 도전형 영역(22)은 반도체 기판(10)과 pn 접합(일 예로, pn 터널 접합)을 형성하여 광전 변환에 직접 관여하는 에미터 영역일 수 있다. 그리고 제2 구조체(30)에 포함되는 제2 도전형 영역(32)은 반도체 기판(10)의 후면에서 재결합에 의하여 캐리어가 손실되는 것을 방지하는 후면 전계(back surface field)를 형성하는 후면 전계 영역일 수 있다. In this embodiment, the
이때, 제1 도전형 영역(22)의 면적이 제2 도전형 영역(32)의 면적보다 클 수 있다. 일례로, 제1 도전형 영역(22) 및 제2 도전형 영역(32)의 면적은 이들의 폭을 다르게 하는 것에 의하여 조절될 수 있다. 즉, 제1 도전형 영역(22)의 폭(W1)이 제2 도전형 영역(32)의 폭(W2)보다 클 수 있다. 그러면, 광전 변환 영역에 직접 관여하는 에미터 영역의 면적을 충분하게 확보하여 광전 변환이 효과적으로 일어나도록 할 수 있다. 또한, 터널 접합 구조의 제1 구조체(20)가 이종 접합 구조의 제2 구조체(30)보다 넓게 형성되어, 캐리어 이동도, 제1 전극(24)과의 컨택 특성 등의 전기적 특성, 그리고 개방 전압을 효과적으로 향상할 수 있다. 이에 대해서는 제1 및 제2 구조체(20, 30)를 상세하게 설명한 후에 좀더 상세하게 설명한다. At this time, the area of the first
여기서, 제1 도전형이 p형이고 제2 도전형이 n형일 수 있다. 이 경우에는 넓은 면적을 가지는 에미터 영역이 이동 속도가 상대적으로 느린 정공을 효과적으로 수집하여 광전 변환 효율 향상에 좀더 기여할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 제2 도전형이 p형이고 제1 도전형이 n형일 수도 있다. 또한, 반도체 기판(10)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. Here, the first conductivity type may be p-type and the second conductivity type may be n-type. In this case, the emitter area with a large area can effectively collect holes with relatively slow moving speeds, thereby contributing to improving photoelectric conversion efficiency. However, the present invention is not limited to this. However, the present invention is not limited to this, and the second conductivity type may be p-type and the first conductivity type may be n-type. Additionally, the
먼저, 제1 중간층(22a), 제1 도전형 영역(22) 및 제1 전극(24)을 포함하는 제1 구조체(20)를 상세하게 설명하고, 제2 중간층(32a), 제2 도전형 영역(32) 및 제2 전극(34)을 포함하는 제2 구조체(30)를 상세하게 설명한다. First, the
반도체 기판(10)의 후면 위에서 제1 구조체(20)에 대응하는 일부 영역에 제1 중간층(22a)이 형성되고, 그 위에 제1 도전형 영역(22)이 형성될 수 있다. 일 예로, 제1 중간층(22a)은 반도체 기판(10)의 후면에 접촉하고, 제1 도전형 영역(22)이 제1 중간층(22a)에 접촉할 수 있다. 일 예로, 제1 중간층(22a)과 제1 도전형 영역(22)이 동일한 패터닝 공정에 의하여 함께 패터닝되어 동일한 평면 형상을 가지거나, 동일한 위치에서 동일한 크기를 가지거나, 또는 연속적인 측면 형상을 가질 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 중간층(22a)과 제1 도전형 영역(22)이 서로 별도의 패터닝 공정에 의하여 패터닝되어 서로 다른 평면 형상, 서로 다른 크기, 또는 불연속적인 측면 형상을 가질 수도 있다. A first
제1 구조체(20)에 포함되는 제1 도전형 영역(22)은 다결정 구조를 가지는 다결정 반도체층으로 구성될 수 있다. 좀더 구체적으로, 제1 도전형 영역(22)은 제1 도전형 도펀트가 도핑된 다결정 반도체층(일 예로, 다결정 실리콘층)일 수 있다. 제1 도전형 영역(22)이 다결정 반도체층으로 형성되면, 반도체 기판(10)과 별개로 형성되는 제1 도전형 영역(22)을 쉽고 간단한 구조로 형성할 수 있으며, 온도 등에 크게 구애 받지 않아도 된다. 일 예로, 제1 도전형 영역(22)은 증착 등을 이용한 방법에 의하여 쉽게 형성될 수 있다. The first
이와 같이 제1 도전형 영역(22)이 다결정 반도체층으로 구성되면 높은 캐리어 이동도를 가질 수 있으며 제1 전극(24)과의 컨택 특성이 우수하다. 일 예로, 제1 도전형 영역(22)은 에미터 영역이므로, 캐리어 이동도 및 제1 전극(24)과의 컨택 특성이 태양 전지(100)의 효율에 큰 영향을 미치는 중요한 요인이다. 이를 고려하여 본 실시예에서는 제1 도전형 영역(22)을 다결정 반도체층으로 구성한다. In this way, when the first
그리고 반도체 기판(10)과 제1 도전형 영역(22) 사이에 위치한 제1 중간층(22a)은 다결정 반도체층으로 구성된 제1 도전형 영역(22)으로 캐리어가 쉽게 이동할 수 있는 특성을 가지도록 할 수 있다. And the first
일 예로, 제1 중간층(22a)은 일정 수준 이상의 유전율을 가져 캐리어의 이동을 가능하게 하는 유전 물질을 포함하는 유전막 또는 절연막일 수 있다. 이와 같이 일정 수준의 유전율을 가지면 전계가 인가될 때 분극 현상이 발생하므로 캐리어가 쉽게 이동 또는 통과할 수 있도록 한다. 일 예로, 이러한 제1 중간층(22a)은 산화물, 질화물, 반도체, 전도성 고분자 등을 포함할 수 있다.For example, the first
좀더 구체적으로, 제1 중간층(22a)으로는 산화막, 실리콘을 포함하는 유전막 또는 절연막, 질화 산화막, 탄화 산화막 등으로 이루어질 수 있다. 일 예로, 제1 중간층(22a)이 금속 산화막, 실리콘 산화막, 실리콘 질화막, 실리콘 질화 산화막, 금속 질화 산화막, 실리콘 탄화 산화막 등으로 이루어질 수 있다. 이때, 금속 산화막 또는 금속 질화 산화막에 포함되는 금속은 알루미늄, 티타늄, 하프늄 등일 수 있다. 이와 같이 금속을 포함할 경우 제1 중간층(22a)은 알루미늄 산화막, 티타늄 산화막, 하프늄 산화막, 알루미늄 질화 산화막, 티타늄 질화 산화막, 하프늄 질화 산화막 등으로 이루어질 수 있다. More specifically, the first
예를 들어, 제1 중간층(22a)이 실리콘 산화물을 포함하는 실리콘 산화막일 수 있다. 실리콘 산화막은 패시베이션 특성이 우수하며 캐리어의 전달이 원활한 막이기 때문이다. 또한, 실리콘 산화막은 다양한 공정에 의하여 반도체 기판(10)의 표면에 쉽게 형성될 수 있다. For example, the first
그리고 제1 도전형 영역(22)에 연결(일 예로, 접촉)되는 제1 전극(24)은 제1 도전형 영역(22)에 연결(일 예로, 접촉)하는 제1 금속 전극층(242)을 포함한다. 제1 도전형 영역(22)이 우수한 캐리어 이동도를 가지며 제1 금속 전극층(242)과 우수한 컨택 특성을 가지므로, 다른 전극층(일 예로, 투명 전극층)을 경유하지 않고 제1 도전형 영역(22)에 제1 금속 전극층(242)을 접촉하여 형성할 수 있다. 이때, 제1 전극(24)은 제1 투명 전극층(240)을 구비할 수도 있다. 제조 공정에 따라 제1 도전형 영역(22) 위에 위치한 투명 전도막(도 3e의 참조부호 440)의 일부가 잔류하여 제1 투명 전극층(240)을 구성할 수 있기 때문이다. 다만, 이 경우에도 제1 금속 전극층(242)의 적어도 일부가 제1 도전형 영역(22)에 직접 접촉하고, 다른 일부에서는 후면 패시베이션층(40) 및 제1 투명 전극층(240) 위에 위치한다. 이는 제1 도전형 영역(22) 위에 위치한 후면 패시베이션층(40) 및 제1 투명 전극층(240)의 일부에 제2 개구부(404)를 형성하고 이를 통하여 제1 금속 전극층(242)을 제1 도전형 영역(22)에 접촉하도록 형성하였기 때문이다. 이에 의하면 후면 패시베이션층(40)이 잔류하여 패시베이션 특성을 향상할 수 있고, 제1 투명 전극층(240)이 잔류하여 저항을 좀더 저감할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 금속 전극층(242)과 제1 도전형 영역(22) 사이에 후면 패시베이션층(40) 및 제1 투명 전극층(240) 중 어느 하나만이 잔류하여 되고, 후면 패시베이션층(40) 및 제1 투명 전극층(240)에서 제2 개구부(404)의 위치, 크기 등이 서로 다를 수도 있다. 제1 투명 전극층(240)은 제2 전극(34)의 제2 투명 전극층(340)과 동일한 공정에서 함께 형성된 것으로, 제2 투명 전극층(340)과 동일한 물질, 두께 등을 구비할 수 있다. 이에 따라 후술할 제2 투명 전극층(340)의 물질 등에 대한 설명은 제1 투명 전극층(240)에 그대로 적용될 수 있다. And the
반도체 기판(10)의 후면 위에서 제2 구조체(30)에 대응하는 다른 일부 영역에 제2 중간층(32a)이 형성되고, 그 위에 제2 도전형 영역(32)이 형성될 수 있다. 일 예로, 제2 중간층(32a)은 반도체 기판(10)의 후면에 접촉하고, 제2 도전형 영역(32)이 제2 중간층(32a)에 접촉할 수 있다. 일 예로, 제2 중간층(32a)과 제2 도전형 영역(32)이 동일한 패터닝 공정에 의하여 함께 패터닝되어 동일한 평면 형상을 가지거나, 동일한 위치에서 동일한 크기를 가지거나, 또는 연속적인 측면 형상을 가질 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 제2 중간층(32a)과 제2 도전형 영역(32)이 서로 별도의 패터닝 공정에 의하여 패터닝되어 서로 다른 평면 형상, 서로 다른 크기, 또는 불연속적인 측면 형상을 가질 수도 있다. A second
제2 구조체(30)에 포함되는 제2 도전형 영역(32)은 비정질 구조를 가지는 비정질 반도체층으로 구성될 수 있다. 이와 같이 제2 도전형 영역(32)이 비정질 반도체층으로 구성되면, 반도체 기판(10)과 별개로 형성되는 제2 도전형 영역(32)을 쉽고 간단한 구조로 형성할 수 있다. 일 예로, 제2 도전형 영역(32)은 증착 등을 이용한 방법에 의하여 쉽게 형성될 수 있다. The second
좀더 구체적으로, 제2 도전형 영역(32)은 제2 도전형 도펀트가 도핑된 비정질 반도체층일 수 있다. 예를 들어, 제2 도전형 영역(32)은 제2 도전형 도펀트가 도핑된 비정질 실리콘(a-Si)층, 비정질 실리콘 산화물(a-SiOx)층, 비정질 실리콘 탄화물(a-SiCx)층으로 이루어질 수 있다. 일 예로, 제2 도전형 영역(32)이 비정질 실리콘층을 포함할 수 있다. 이에 의하면 제2 도전형 영역(32)이 반도체 기판(10)과 동일한 반도체 물질(즉, 실리콘)을 포함하여 반도체 기판(10)과 유사한 특성을 가질 수 있다. 이에 의하여 캐리어의 이동이 좀더 효과적으로 이루어지고 안정적인 구조를 구현할 수 있다. 이때, 제2 도전형 영역(32)의 제2 도전형 도펀트의 도핑 농도가 반도체 기판(10)의 제2 도전형 도펀트의 도핑 농도보다 클 수 있다. 그러면, 후면 전계 영역에 의한 후면 전계를 효과적으로 형성할 수 있다. More specifically, the second
제2 도전형 영역(32)이 비정질 반도체층으로 형성되면, 저온 공정에 의하여 쉽게 형성될 수 있으며 제2 도전형 도펀트가 반도체 기판(10)으로 확산되는 것을 방지할 수 있다. 특히, 제2 도전형 영역(32)은 반도체 기판(10)과 동일한 도전형을 가지는 제2 도전형 도펀트를 도핑하여 형성되는바, 제2 도전형 도펀트가 반도체 기판(10)으로 쉽게 확산할 수 있다. 그리고 제2 도전형 영역(32)은 반도체 기판(10)의 후면에서 후면 전계 영역을 형성하여 표면 재결합을 방지하는 역할을 하는데, 제2 도전형 영역(32)에 포함된 제2 도전형 도펀트가 원하지 않게 반도체 기판(10)에 과도하게 확산되는 경우에는 반도체 기판(10)의 패시베이션 특성 등을 저하시켜 표면 재결합을 방지하는 역할을 충분하게 수행하기 어려울 수 있다. 이에 본 실시예에서는 제2 도전형 도펀트의 확산을 효과적으로 방지할 수 있도록 제2 도전형 영역(32)을 비정질 반도체층으로 구성한다. If the second
그리고 반도체 기판(10)과 제2 도전형 영역(32) 사이에 위치한 제2 중간층(32a)은 비정질 반도체층으로 구성된 제2 도전형 영역(32)으로 캐리어가 쉽게 전달할 수 있는 특성을 가지도록 할 수 있다. 제2 도전형 영역(32)이 비정질 반도체층으로 구성되면, 반도체 기판(10)의 표면 패시베이션 특성이 낮을수록 캐리어가 이동하기 어려우며 결정 구조에 의하여 상대적으로 낮은 캐리어 이동도를 가질 수 있다. 이에 따라 본 실시예에서는 제2 중간층(32a)을 진성 비정질 반도체층(일 예로, 진성 비정질 실리콘층)으로 구성하여 반도체 기판(10)의 표면 패시베이션 특성을 향상하고 반도체 물질로 인하여 캐리어가 안정적으로 전달될 수 있도록 한다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. In addition, the second
그리고 제2 도전형 영역(32)에 연결(일 예로, 접촉)되는 제2 전극(34)은 제2 도전형 영역(32)에 연결(일 예로, 직접 접촉)하는 투명 전도성 산화물로 구성된 제2 투명 전극층(340) 및 이 위에 위치(일 예로, 직접 접촉)하는 제2 금속 전극층(342)을 포함할 수 있다. And the
여기서, 제2 투명 전극층(340)은 제2 도전형 영역(32) 위에서 전체적으로 형성(일 예로, 접촉)될 수 있다. 전체적으로 형성된다고 함은, 빈 공간 또는 빈 영역 없이 제2 도전형 영역(32)의 전체를 덮는 것뿐만 아니라, 불가피하게 일부 부분이 형성되지 않는 경우를 포함할 수 있다. 이와 같이 제2 투명 전극층(340)이 제2 도전형 영역(32) 위에 전체적으로 형성되면, 캐리어가 제2 투명 전극층(340)을 통하여 쉽게 제2 금속 전극층(342)까지 도달할 수 있어, 수평 방향에서의 저항을 줄일 수 있다. 비정질 반도체층 등으로 구성되는 제2 도전형 영역(32)의 결정성이 상대적으로 낮아 캐리어 이동도가 낮을 수 있으므로, 제2 투명 전극층(340)을 전체적으로 구비하여 캐리어가 수평 방향으로 이동할 때의 저항을 저하시키는 것이다. Here, the second
일 예로, 제2 투명 전극층(340) 및 제2 금속 전극층(342)은 동일한 패터닝 공정에 의하여 함께 패터닝되어 동일한 평면 형상을 가지거나, 동일한 위치에서 동일한 크기를 가지거나, 또는 연속적인 측면 형상을 가질 수 있다. 좀더 구체적으로, 중간층(32a), 제2 도전형 영역(32), 제2 투명 전극층(340) 및 제2 금속 전극층(342)은 동일한 패터닝 공정에 의하여 함께 패터닝되어 동일한 평면 형상을 가지거나, 동일한 위치에서 동일한 크기를 가지거나, 또는 연속적인 측면 형상을 가질 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 제2 중간층(32a), 제2 도전형 영역(32), 제2 투명 전극층(340) 및 제2 금속 전극층(342)이 서로 별도의 패터닝 공정에 의하여 패터닝되어 서로 다른 평면 형상, 서로 다른 크기, 또는 불연속적인 측면 형상을 가질 수도 있다. As an example, the second
이와 같이 제2 투명 전극층(340)이 제2 도전형 영역(32) 위에서 전체적으로 형성되므로 광을 투과할 수 있는 물질(투과성 물질)로 구성될 수 있다. 일 예로, 제2 투명 전극층(340)은 인듐-틴 산화물(indium tin oxide, ITO), 알루미늄-아연 산화물(aluminum zinc oxide, AZO), 보론-아연 산화물(boron zinc oxide, BZO), 인듐-텅스텐 산화물(indium tungsten oxide, IWO) 및 인듐-세슘 산화물(indium cesium oxide, ICO) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 제2 투명 전극층(340) 그 외의 다양한 물질을 포함할 수 있다. In this way, since the second
제2 투명 전극층(340) 위에 위치하는 제2 금속 전극층(342)은 금속 물질을 포함할 수 있다. 제2 금속 전극층(342)은 금속을 포함하여 캐리어 수집 효율, 저항 저감 등의 특성을 향상할 수 있다. 이와 같이 제2 금속 전극층(342)은 금속을 포함하여 광의 입사를 방해할 수 있으므로 쉐이딩 손실(shading loss)를 최소화할 수 있도록 일정한 패턴을 가질 수 있다. 제2 전극(34)에서 제2 금속 전극층(342)은 전체적으로 제2 투명 전극층(340) 위에만 위치하여 제2 도전형 영역(32)과 이격 위치하되 제1 투명 전극층(320)을 경유하여서만 제2 도전형 영역(32)에 전기적으로 연결될 수 있다. The second
상술한 바와 같은 제1 구조체(20)에서는 절연막 또는 유전막으로 구성된 제1 중간층(22a)을 통한 캐리어 이동 등을 위하여 제1 중간층(22a)이 상대적으로 얇은 두께를 가질 수 있다. 그리고 제1 도전형 영역(22)은 에미터 영역으로서 충분한 역할을 할 수 있도록 상대적으로 두꺼운 두께를 가질 수 있다. 이에 따라 제1 도전형 영역(22)의 두께가 제1 중간층(22a)의 두께보다 클 수 있다. 한편, 제2 구조체(30)에서는 제2 중간층(32a) 및 제2 도전형 영역(32)이 반도체 물질로 구성되어 캐리어의 이동이 원활하므로, 제2 도전형 영역(32)의 두께가 제2 중간층(32a)의 두께와 같거나 그보다 크거나 작을 수 있다. 일 예로, 제2 중간층(32a)의 두께를 제2 도전형 영역(32)와 같거나 그보다 크게 하여 패시베이션 특성을 향상할 수 있다. 다른 예로, 제2 도전형 영역(32)의 두께를 제2 중간층(32a)의 두께보다 크게 하여 제2 도전형 영역(32)에 의한 효과를 좀더 안정적으로 구현하도록 할 수 있다. In the
여기서, 제2 중간층(32a)의 두께가 제1 중간층(22a)의 두께와 같거나 그보다 클 수 있다. 특히, 제2 중간층(32a)의 두께가 제1 중간층(22a)의 두께보다 클 수 있다. 이는 제2 중간층(32a)은 패시베이션 특성을 위하여 일정 두께를 가지는 것이 유리하며 제1 중간층(22a)은 캐리어의 이동을 위하여 얇은 두께를 가지는 것이 유리하기 때문이다. Here, the thickness of the second
좀더 구체적으로, 제1 중간층(22a)의 두께가 다른 절연막(반사 방지막(56), 후면 패시베이션층(40) 각각, 특히, 산화막을 포함하는 다른 절연막)의 두께보다 작을 수 있다. 일 예로, 제1 중간층(22a)의 두께가 5nm 이하(좀더 구체적으로는, 2nm 이하, 일 예로, 0.5nm 내지 2nm)일 수 있고, 다른 절연막(반사 방지막(56), 전면 패시베이션층(50) 각각)의 두께가 안정적인 절연 특성 확보를 위하여 50nm 내지 100nm일 수 있다. 제1 중간층(22a)의 두께가 5nm를 초과하면 캐리어가 이동하기 어려워 태양 전지(100)가 작동하지 않을 수 있고, 제1 중간층(22a)의 두께가 0.5nm 미만이면 원하는 품질의 제1 중간층(22a)을 형성하기에 어려움이 있을 수 있다. 캐리어의 이동 및 도펀트 확산을 원활하게 하기 위하여 제1 중간층(22a)이 2nm 이하(좀더 구체적으로 0.5nm 내지 2nm)의 두께를 가질 수 있다. 이때, 캐리어의 이동 및 도펀트 확산을 좀더 원활하게 할 수 있도록 제1 중간층(22a)이 1nm 내지 2nm의 두께를 가질 수 있다. More specifically, the thickness of the first
그리고 제2 중간층(32a)의 두께가 다른 절연막(반사 방지막(56), 후면 패시베이션층(40) 각각)의 두께보다 작을 수 있다. 일 예로, 제2 중간층(32a)의 두께가 10nm 이하(좀더 구체적으로는, 0.5nm 내지 10nm)일 수 있다. 제2 중간층(32a)의 두께가 10nm를 초과하면 캐리어의 이동이 원활하지 않을 수 있고, 제2 중간층(32a)의 두께가 0.5nm 미만이면 원하는 품질의 제2 중간층(32a)을 형성하기에 어려움이 있으며 패시베이션 특성이 우수하지 않을 수 있다. Additionally, the thickness of the second
그리고 제1 도전형 영역(22)의 두께가 제2 도전형 영역(32)의 두께와 같거나 그보다 클 수 있다. 특히, 제1 도전형 영역(22)의 두께가 제2 도전형 영역(32)의 두께보다 클 수 있다. 이에 의하면 에미터 영역으로 기능하는 제1 도전형 영역(22)의 부피를 최대화하여 광전 변환 효과를 최대화할 수 있다. 또한, 제1 도전형 영역(22)의 증착 속도가 제2 도전형 영역(32)의 증착 속도보다 크고 제1 도전형 영역(22)의 공정 조건이 제2 도전형 영역(32)의 공정 조건보다 엄격하지 않으므로, 제1 도전형 영역(22)이 상대적으로 큰 두께를 가지는 경우에도 제조 공정을 단순화할 수 있다. Additionally, the thickness of the first
좀더 구체적으로, 제1 도전형 영역(22)의 두께가 350nm 이하일 수 있다. 일 예로, 제1 도전형 영역(22)의 두께가 절연막(반사 방지막(56), 후면 패시베이션층(40) 각각)의 두께보다 클 수 있다. 이에 의하면 공정 시간을 지나치게 증가시키지 않으면서 제1 도전형 영역(22)에 의한 효과를 최대화할 수 있다. More specifically, the thickness of the first
그리고 제2 도전형 영역(32)의 두께가 절연막(반사 방지막(56), 후면 패시베이션층(40) 각각)의 두께보다 작을 수 있다. 일 예로, 제2 도전형 영역(32)의 두께가 10nm 이하(좀더 구체적으로는, 0.5nm 내지 10nm)일 수 있다. 제2 도전형 영역(32)의 두께가 10nm를 초과하면 공정 시간이 증가하고 상대적으로 덜 안정된 비정질 구조를 유지하지 어려울 수 있다. 제2 도전형 영역(32)의 두께가 0.5nm 미만이면 제2 도전형 영역(32)에 의한 효과가 충분하지 않을 수 있다. Additionally, the thickness of the second
그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 제1 중간층(22a), 제2 중간층(32a), 제1 도전형 영역(22), 제2 도전형 영역(32), 반사 방지막(56), 후면 패시베이션층(40) 등의 두께가 다양한 값을 가질 수 있다. 그리고 전면 구조체에 포함되는 전면 패시베이션층(50) 및 전면 전계 영역(52)이 각기 제2 중간층(32a) 및 제2 도전형 영역(32)과 동일한 물질로 이루어지는 층으로 구성되는 경우에는, 상술한 제2 중간층(32a) 및 제2 도전형 영역(32)의 두께, 이와 다른 층과의 두께 관계 등은 그대로 전면 패시베이션층(50) 및 전면 전계 영역(52)에 적용될 수 있다.However, the present invention is not limited to this and includes the first
상술한 설명에서는 본 실시예에서는 제1 구조체(20)가 터널 접합 구조를 가지고, 제2 구조체(30)가 비정질 반도체 물질을 포함하는 이종 접합 구조를 가지는 것을 예시하였다. 이에 따라 제1 도전형 영역(22)과 제2 도전형 영역(32)이 동일한 반도체 물질(예를 들어, 단일 반도체 물질, 일 예로, 실리콘)을 포함하되, 서로 다른 결정 구조를 가질 수 있다. 그러면, 광전 변환에 크게 관여하는 반도체 기판(10), 제1 및 제2 도전형 영역(22, 32)이 서로 동일한 물질을 포함하여 안정성을 향상할 수 있다. 그러나 제1 구조체(20) 및 제2 구조체(30)의 접합 구조가 상술한 바에 한정되는 것은 아니며, 서로 다른 접합 구조를 가지면서 다양하게 변형될 수 있다.In the above description, in this embodiment, it is exemplified that the
반도체 기판(10)의 후면에는 적어도 제1 구조체(20)와 제2 구조체(30) 사이로 노출된 반도체 기판(10)의 후면을 덮는 후면 패시베이션층(절연층)(40)이 구비될 수 있다. A rear passivation layer (insulating layer) 40 may be provided on the rear surface of the
일 예로, 본 실시예에서 후면 패시베이션층(40)은, 제1 및 제2 도전형 영역(22, 32)의 사이 또는 제1 및 제2 중간층(22a, 32a)의 사이로 노출되는 반도체 기판(10)의 후면 부분과, 제1 도전형 영역(22) 위에서 제1 금속 전극층(242)의 컨택 부분(242a)에 대응하는 제2 개구부(404)를 제외한 부분과, 이 주변에서 제1 도전형 영역(22)을 덮으면서 연속적으로 형성될 수 있다. 후면 패시베이션층(40)이 제2 개구부(404)를 제외한 부분에서 제1 도전형 영역(22)을 덮어 다결정 반도체층으로 구성되어 패시베이션 특성이 다소 저하될 수 있는 제1 도전형 영역(22)을 안정적으로 패시베이션 할 수 있다. 그리고 후면 패시베이션층(40)은 제2 중간층(32a) 및 제2 도전형 영역(32)에 대응하는 부분에 제1 개구부(402)가 형성된다. 이에 제2 중간층(32a) 및 제2 도전형 영역(32)이 전체적으로 제1 개구부(402)의 내부에만 위치할 수 있다. 이는 제1 개구부(402)를 형성한 후에 이 부분에 선택적으로 제2 중간층(32a) 및 제2 도전형 영역(32)을 형성하였기 때문이다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 후면 패시베이션층(40)이 다양한 형상으로 형성될 수 있다. For example, in this embodiment, the
후면 패시베이션층(40)은 다양한 물질로 형성될 수 있다. 좀더 구체적으로, 후면 패시베이션층(40)은 절연 물질을 구비하는 절연층으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 후면 패시베이션층(40)은 실리콘 질화막, 수소를 포함한 실리콘 질화막, 실리콘 산화막, 실리콘 산화 질화막, 알루미늄 산화막, 실리콘 탄화막, MgF2, ZnS, TiO2 및 CeO2로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 단일막 또는 2개 이상의 막이 조합된 다층막 구조를 가질 수 있다. 일 예로, 후면 패시베이션층(40)은 차례로 적층된 실리콘 질화막 및 실리콘 탄화막으로 구성될 수 있다. 그러면, 실리콘 질화막이 수소를 포함하여 수소 패시베이션에 의한 효과를 충분하게 효과적으로 발휘할 수 있다. 본 실시예에서는 후면 패시베이션층(40)이 비정질 반도체를 포함하는 제1 도전형 영역(22) 위에는 형성되지 않는 반면 다결정 반도체를 포함하는 제2 도전형 영역(32) 위에 형성되는바, 수소 패시베이션에 의하여 다결정 반도체를 효과적으로 패시베이션할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 실리콘 질화막을 포함하지 않는 것도 가능하다. 실리콘 탄화막은 우수한 내산성, 내화학성을 가져 원하지 않는 불순물, 도펀트의 침투를 방지하고, 레이저에 의하여 쉽게 패터닝될 수 있어 제1 및 제2 개구부(402, 404)를 레이저에 의하여 쉽고 간단하게 형성할 수 있다. The
본 실시예에서 반도체 기판(10)의 전면 쪽에 전면 전계 영역(52)이 형성되고, 반도체 기판(10)과 전면 전계 영역(52) 사이에 전면 패시베이션층(50)이 더 구비될 수 있다. 전면 전계 영역(52)은 반도체 기판(10)의 전면 부근에서 재결합을 방지하는 전계 영역을 형성하고, 전면 패시베이션층(50)은 반도체 기판(10)의 전면을 효과적으로 패시베이션할 수 있다.In this embodiment, a front
전면 전계 영역(52) 및 전면 패시베이션층(50)으로는 다양한 구조 또는 물질로 구성될 수 있다. 일 예로, 본 실시예에서는 전면 전계 영역(52)이 제2 도전형 영역(32)과 동일한 물질, 결정 구조 등을 가지는 동일한 층일 수 있고, 전면 패시베이션층(50)이 제2 중간층(32a)과 동일한 물질, 결정 구조 등을 가지는 동일한 층일 수 있다. 이 경우에 전면 전계 영역(52) 및 전면 패시베이션층(50)에 대한 설명으로는 제2 도전형 영역(32) 및 제2 중간층(32a)에 대한 설명이 그대로 적용될 수 있다. 이에 의하면, 후면에 위치하는 제2 중간층(32a) 및 제2 도전형 영역(32)을 형성하는 공정에서 전면에 위치하는 전면 패시베이션층(50) 및 전면 전계 영역(52)을 동시에 형성하여, 제조 공정을 단순화할 수 있다. 또한, 반도체 기판(10)의 전면에 비정질 반도체를 기반으로 한 구조가 구비되어, 다결정 반도체를 기반으로 한 구조가 구비될 경우 발생될 수 있는 지나친 광 흡수를 방지할 수 있다. The front
그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 전면 전계 영역(52)이 베이스 영역(110)과 동일한 제1 또는 제2 도전형(일 예로, 제2 도전형)을 가지면서 베이스 영역(110)보다 높은 도핑 농도를 가지는 도핑 영역으로 구성될 수도 있다. 이 경우에 전면 전계 영역(52)은 반도체 기판(10)의 일부를 구성할 수 있다. 또는, 전면 전계 영역(52)이 제1 및 제2 도전형 도펀트를 포함하지 않는 언도프트층으로 구성되며 반도체 기판(10)의 전면에 위치(일 예로, 접촉)되어 형성될 수도 있는데, 이에 대해서는 추후에 도 4를 참조하여 상세하게 설명한다. However, the present invention is not limited to this. Therefore, the front
그리고 반도체 기판(10)의 전면 위에 또는 전면 전계 영역(52) 위에 투명 전도성막(54)이 위치(일 예로, 접촉)할 수 있다. 이러한 투명 전도성막(54)은 외부 회로 또는 다른 태양 전지(100)에 연결되지 않는 플로팅 전극이다. 이러한 플로팅 전극은 불필요한 이온 등이 반도체 기판(10)의 표면 쪽에 모이는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라 이온 등에 의하여 발생하는 열화 현상(예를 들어, 고온다습한 환경에서 태양 전지 모듈의 발전 효율이 감소하는 현상(potential induced degradation, PID))을 방지할 수 있다. 또한, 투명 전도성막(54)은 일종의 반사 방지막으로 작용할 수 있다. Additionally, the transparent
투명 전도성막(54)으로는 다양한 구조 또는 물질로 구성될 수 있다. 일 예로, 본 실시예에서는 투명 전도성막(54)이 제1 및/또는 제2 투명 전극층(240, 340)과 동일한 물질, 결정 구조 등을 가지는 동일한 층일 수 있다. 이 경우에 투명 전도성막(54)에 대한 설명으로는 제1 및/또는 제2 투명 전극층(240, 340)에 대한 설명이 그대로 적용될 수 있다. 이에 의하면, 후면에 위치하는 제1 및/또는 제2 투명 전극층(240, 340)을 형성하는 공정에서 전면에 위치하는 투명 전도성막(54)을 동시에 형성하여, 제조 공정을 단순화할 수 있다. The transparent
이러한 투명 전도성막(54)은 필수적인 막은 아니며 투명 전도성막(54)을 구비하지 않는 것도 가능하다.This transparent
반도체 기판(10)의 전면 위에 또는 투명 전도성막(54) 위에 반사 방지막(56)이 위치(일 예로, 접촉)할 수 있다. 반사 방지막(56)은 반도체 기판(10)의 전면으로 입사되는 광의 반사율을 감소시킨다. 이에 의하여 반도체 기판(10)과 제1 구조체(20)에 의하여 형성된 pn 접합까지 도달되는 광량을 증가시킬 수 있다. 이에 따라 태양 전지(100)의 단락 전류(Isc)를 증가시킬 수 있다.The
반사 방지막(56)은 다양한 물질로 형성될 수 있다. 일례로, 반사 방지막(56)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. 일 예로, 반사 방지막(56)은 MgF2 막으로 구성되어, 투명 전도성막(54)을 구비한 구조에서 반사 방지 효과를 좀더 향상할 수 있다. The
전면 패시베이션층(50), 전면 전계 영역(52), 투명 전도성막(54), 그리고 반사 방지막(56)은 실질적으로 반도체 기판(10)의 전면에 전체적으로 형성될 수 있다. 여기서, 전체적으로 형성되었다 함은 물리적으로 완벽하게 모두 형성된 것뿐만 아니라, 불가피하게 일부 제외된 부분이 있는 경우를 포함한다. 이에 의하여 제조 공정을 단순화하고 각 층의 역할을 충분하게 발휘할 수 있다. The
도 2를 참조하면, 본 실시예에서 제1 중간층(22a) 및 제1 도전형 영역(22), 그리고 제2 중간층(32a) 및 제2 도전형 영역(32)은 각기 스트라이프 형상을 이루도록 길게 형성되면서, 길이 방향과 교차하는 방향에서 서로 교번하여 위치하고 있다. 제1 중간층(22a) 및 제1 도전형 영역(22)과 제2 중간층(32a) 및 제2 도전형 영역(32) 사이에는 이들을 이격하도록 길게 형성되는 도전형 영역 미형성부, 트렌치, 빈 공간 등이 구비된다. Referring to FIG. 2, in this embodiment, the first
그리고 제1 전극(24)이 제1 도전형 영역(22)에 대응하여 스트라이프 형상으로 형성되고, 제2 전극(34)이 제2 도전형 영역(32)에 대응하여 스트라이프 형상으로 형성될 수 있다. 제1 전극(42) 및 제2 전극(34)이 전체적으로 각기 제1 및 제2 도전형 영역(22, 32)에 접촉 또는 연결될 수도 있다. 이에 의하면 제1 및 제2 전극(24, 34)과 제1 및 제2 도전형 영역(22, 32)의 접촉 면적을 최대화하여 캐리어 수집 효율을 향상할 수 있다. 또는, 제1 전극(42) 및 제2 전극(34)의 일부가 컨택홀 등을 통하여 각기 제1 및 제2 도전형 영역(22, 32)에 접촉 또는 연결될 수도 있다. 그 외의 다양한 변형이 가능하다. 명확한 이해를 위하여 제2 전극(34)의 폭을 제2 도전형 영역(32)의 폭보다 작게 도시하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.Additionally, the
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 태양 전지(100)에 광이 입사되면 광전 변환에 의하여 전자와 정공이 생성된다. 생성된 정공은 제1 중간층(22a)을 통과하여 제1 도전형 영역(22)으로 이동하여 제1 전극(24)으로 전달되고, 생성된 전자는 제2 중간층(32a)을 통하여 제2 도전형 영역(32)으로 이동하여 제2 전극(34)으로 전달된다. 제1 및 제2 전극(24, 34)으로 전달된 정공 및 전자는 외부 회로 또는 다른 태양 전지(100)로 이동한다. 이에 의하여 전기 에너지를 생성하게 된다. Referring to Figures 1 and 2, when light is incident on the
본 실시예에와 같이 반도체 기판(10)의 후면에 전극(24, 34)이 형성되고 반도체 기판(10)의 전면에는 전극(24, 34)이 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 아니다. 그리고 제1 및 제2 도전형 영역(22, 32)이 제1 및 제2 중간층(22a, 32a)을 사이에 두고 반도체 기판(10) 위에 형성되므로 반도체 기판(10)과 다른 별개의 층으로 구성된다. 이에 의하여 반도체 기판(10)에 도펀트를 도핑하여 형성된 도핑 영역을 도전형 영역으로 사용하는 경우보다 재결합에 의한 손실을 최소화할 수 있다. As in this embodiment, the
이때, 제1 도전형 영역(22)을 포함하는 제1 구조체(20) 및 제2 도전형 영역(32)을 포함하는 제2 구조체(30)가 서로 다른 접합 구조를 가져, 태양 전지(100)의 효율 및 특성을 효과적으로 향상할 수 있다. At this time, the
즉, 에미터 영역을 구성하는 제1 도전형 영역(22)을 포함하는 제1 구조체(20)가 터널 접합 구조를 가져 캐리어 이동도를 향상할 수 있으며 제1 도전형 영역(22)과 제1 전극(24)의 컨택 특성을 향상하여 직렬 저항을 저감할 수 있다. 그리고 어두운 상태(dark state)에서 제1 도전형 영역(22)으로 원하지 않는 소수 캐리어(예를 들어, 제1 도전형 영역(22)이 p형인 경우 전자, n형인 경우 정공)가 유입되는 것을 효과적으로 제한할 수 있어, 오제 재결합(Auger recombination)을 저감할 수 있고 이에 의하여 개방 전압을 크게 향상할 수 있다. 또한, 터널 접합 구조를 가지는 제1 구조체(20)는 물질, 제조 공정 등의 조건이 엄격하지 않아 제조 공정 상 유리하다. 이에 따라 태양 전지(100)의 효율 및 생산성을 효과적으로 향상할 수 있다. 특히, 상대적으로 넓은 면적을 가지며 광전 변환에 직접 관여하는 에미터 영역을 구성하는 제1 도전형 영역(22)을 포함하는 제1 구조체(20)가 터널 접합 구조를 가져 상술한 효과를 배가할 수 있다. That is, the
그리고 후면 전계 영역을 구성하는 제2 구조체(30)는 비정질 반도체 물질을 포함하는 이종 접합 구조를 가져 도펀트가 원하지 않게 반도체 기판(10)의 내부로 확산되는 것을 방지하여, 태양 전지(100)의 효율을 효과적으로 향상할 수 있다. 특히, 후면 전계 영역을 형성하여 패시베이션 특성을 향상하는 제2 도전형 영역(32)을 포함하는 제2 구조체(30)가 비정질 반도체 물질을 포함하는 이종 접합 구조를 가지면, 매우 우수한 패시베이션 특성을 가지는 이종 접합 구조에 의한 효과를 배가할 수 있다. 또한, 제2 도전형 영역(32)이 n형의 도전형을 가지면, n형 도펀트의 활성화 에너지(용해도)가 작아 열처리 공정 진행 후 원하지 않게 반도체 기판(10)으로 침투하는 도펀트 침투(dopant penetration) 현상이 발생될 수 있는데, 이종 접합 구조는 터널 접합 구조에 비하여 상술한 바와 같은 원하지 않는 도펀트 침투를 효과적으로 방지할 수 있다. 더욱이, 제2 구조체(30) 형성 시 제2 구조체(30)의 적어도 일부를 구성하는 층을 반도체 기판(10)의 전면에 동시에 형성하면, 반도체 기판(10)의 전면에 비정질 반도체층을 기반으로 한 전면 구조체가 형성된다. 이와 같이 전면 구조체가 비정질 반도체층을 기반으로 하면 광 흡수가 적어 태양 전지(100)의 효율을 향상하는 데 적합하다. 반면, 전면 구초제가 다결정 반도체층을 기반으로 한 경우에는 광 흡수가 커서 태양 전지의 효율이 크게 저하될 수 있다. In addition, the
이와 같이 제1 및 제2 구조체(20, 30)의 기능, 역할, 특성 등을 모두 고려하여 제1 및 제2 구조체(20, 30)의 접합 구조를 구체적으로 한정하여 태양 전지(100)의 효율을 극대화할 수 있다. In this way, the efficiency of the
이하에서는 도 3a 내지 도 3h를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지(100)의 제조 방법을 상세하게 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing the
도 3a 내지 도 3h는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지(100)의 제조 방법을 도시한 단면도들이다. 3A to 3H are cross-sectional views showing a method of manufacturing a
먼저, 도 3a에 도시한 바와 같이, 베이스 영역(110)으로 구성되는 반도체 기판(10)의 후면에 일부 영역에 대응하도록 제1 중간층(22a) 및 제1 도전형 영역(22)을 형성한다. 여기서, 제1 중간층(22a) 및 제1 도전형 영역(22)은 다양한 방법, 공정 등에 의하여 형성될 수 있다.First, as shown in FIG. 3A, a first
일 예로, 반도체 기판(10)의 후면에 전체적으로 제1 중간층(22a)을 위한 절연막(유전막) 및 제1 도전형 영역(22)을 위한 진성 비정질 반도체층을 형성한다. 그리고 진성 비정질 반도체층에 제1 도전형 도펀트를 도핑하면서 결정화하는 열처리를 수행하여 도핑 및 결정화 공정을 함께 수행한다. 이러한 열처리에 의하여 비정질 반도체층이 제1 도전형 도펀트가 도핑된 다결정 반도체층으로 바뀐다. 그 후에 절연막 및 제1 도전형 도펀트가 도핑된 다결정 반도체층을 함께 패터닝하여 원하는 영역에만 제1 중간층(22a) 및 제1 도전형 영역(22)을 형성한다. 이에 의하면 비정질 반도체층을 형성하는 것에 의하여 공정 온도를 낮출 수 있다. As an example, an insulating film (dielectric film) for the first
제1 중간층(22a)을 위한 절연막이 다양한 공정, 예를 들어, 열적 성장(일 예로, 열적 산화), 화학적 산화, 증착(일 예로, 화학 기상 증착(CVD), 원자층 증착법(ALD) 등) 등에 의하여 형성될 수 있다. 그리고 제1 도전형 영역(22)을 위한 진성 비정질 반도체층이 다양한 공정, 예를 들어, 증착(예를 들어, 화학 기상 증착법) 등에 의하여 형성될 수 있다. 도핑 및 결정화 공정으로는 알려진 다양한 방법이 사용될 수 있다. 일 예로, 이온 주입법, 도펀트를 포함하는 기체를 사용하는 상태에서 열처리하는 열 확산법, 도핑층을 형성한 후에 수행되는 열처리법, 레이저 도핑법 등의 다양한 방법이 적용될 수 있다. 절연막 및 제1 도전형 도펀트가 도핑된 다결정 반도체층의 패터닝 공정으로도 알려진 다양한 공정(일 예로, 식각 용액 또는 식각 페이스트를 이용한 식각 공정 등)을 사용할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 그 외의 다양한 공정이 적용될 수 있다. The insulating film for the first
다른 예로, 반도체 기판(10)의 후면에 전체적으로 제1 중간층(22a)을 위한 절연막 및 제1 도전형 영역(22)을 위한 진성 다결정 반도체층을 형성한다. 그리고 진성 다결정 반도체층에 제1 도전형 도펀트를 도핑하는 열처리를 수행하여 도핑 공정을 수행한다. 이러한 열처리에 의하여 진성 다결정 반도체층이 제1 도전형 도펀트가 도핑된 다결정 반도체층으로 바뀐다. 그 후에 절연막 및 제1 도전형 도펀트가 도핑된 다결정 반도체층을 함께 패터닝하여 원하는 영역에만 제1 중간층(22a) 및 제1 도전형 영역(22)을 형성한다. 이에 의하면 진성 다결정 반도체층을 형성하는 것에 의하여 제1 도전형 영역(22)이 안정적인 다결정 구조를 가질 수 있다. As another example, an insulating film for the first
또 다른 예로, 반도체 기판(10)의 후면에 전체적으로 제1 중간층(22a)을 위한 절연막 및 제1 도전형 영역(22)을 위한, 제1 도전형 도펀트가 도핑된 다결정 반도체층을 형성한다. 제1 도전형 도펀트가 도핑된 다결정 반도체층은 다결정 반도체층을 형성하는 공정(일 예로, 증착 공정)에서 제1 도전형 도펀트를 포함하는 기체를 함께 제공하는 것에 의하여 수행될 수 있다. 그 후에 절연막 및 제1 도전형 도펀트가 도핑된 다결정 반도체층을 함께 패터닝하여 원하는 영역에만 제1 중간층(22a) 및 제1 도전형 영역(22)을 형성한다. As another example, an insulating film for the first
상술한 예에서는 제1 중간층(22a) 및 제1 도전형 영역(22)을 전체적으로 형성한 후에 패터닝하는 것을 예시하였다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 마스크 또는 마스크층 등을 이용하여 제1 중간층(22a) 및 제1 도전형 영역(22)을 반도체 기판(10)의 후면에서 일부 영역에 대응하는 패턴을 가지도록 형성할 수도 있다. 이에 의하면 별도의 패터닝 공정을 구비하지 않아 공정을 단순화할 수 있다. In the above-described example, patterning is performed after forming the first
이어서, 도 3b에 도시한 바와 같이, 반도체 기판(10)의 후면 위에서 제1 중간층(22a) 및 제1 도전형 영역(22)을 덮도록 전체적으로 후면 패시베이션층(40)을 형성한다. 후면 패시베이션층(40)은 진공 증착법, 화학 기상 증착법, 스핀 코팅, 스크린 인쇄 또는 스프레이 코팅 등과 같은 다양한 방법에 의하여 형성될 수 있다. Next, as shown in FIG. 3B, a
이어서, 도 3c에 도시한 바와 같이, 후면 패시베이션층(40)을 패터닝하여 제2 중간층(32a) 및 제2 도전형 영역(32)이 형성될 영역에 대응하여 후면 패시베이션층(40)에 제1 개구부(402)를 형성한다. 그리고 반도체 기판(10)의 전면에 텍스쳐링 구조를 형성한다. 이때, 제1 개구부(402)는 레이저를 이용한 레이저 어블레이션, 또는 식각 용액 또는 식각 페이스트 등을 이용한 다양한 방법에 의하여 형성될 수 있다.Subsequently, as shown in FIG. 3C, the
반도체 기판(10)의 전면을 텍스쳐링하는 공정으로는 알려진 다양한 공정이 적용될 수 있다. 예를 들어, 습식 또는 건식 텍스처링, 또는 반응성 이온 식각(RIE) 등에 의하여 반도체 기판(10)의 전면을 텍스쳐링할 수 있다. 본 실시예에서는 제1 중간층(22a) 및 제1 도전형 영역(22)을 형성한 후에 반도체 기판(10)의 전면을 텍스쳐링하여, 후면 패시베이션층(40)에 의하여 반도체 기판(10)을 보호한 상태에서 전면 텍스쳐링 공정을 수행할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 반도체 기판(10)의 전면을 텍스쳐링하는 공정이 다양한 순서에 수행될 수 있다. 예를 들어, 제1 중간층(22a) 및 제1 도전형 영역(22)을 형성하기 전에 전면에 텍스쳐링 공정을 수행할 수도 있다. Various known processes may be applied as a process for texturing the front surface of the
이어서, 도 3d에 도시한 바와 같이, 반도체 기판(10)의 후면에서 제1 개구부(402) 내에 제2 중간층(32a) 및 제2 도전형 영역(32)을 형성한다. 그리고 반도체 기판(10)의 전면에 전체적으로 전면 패시베이션층(50) 및 전면 전계 영역(52)을 형성할 수 있다. Subsequently, as shown in FIG. 3D, a second
제2 중간층(32a), 제2 도전형 영역(32), 전면 패시베이션층(50) 및 전면 전계 영역(52)은 다양한 방법에 의하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 제2 중간층(32a)과 제2 도전형 영역(32), 그리고 전면 패시베이션층(50)과 전면 전계 영역(52)은 증착에 의하여 형성될 수 있다. 좀더 구체적으로, 제2 중간층(32a)과 제2 도전형 영역(32), 그리고 전면 패시베이션층(50)과 전면 전계 영역(52)은, 진성 비정질 실리콘층을 증착한 후에 제2 도전형 도펀트를 포함하는 도펀트 기체를 추가로 제공하여 증착하는 연속적인 공정, 즉, 인-시츄(in-situ) 공정에 의하여 형성될 수 있다. 증착 공정 등에 의하면, 반도체 기판(10)의 후면에서는 제1 개구부(402)에 의하여 노출된 부분에 제2 중간층(32a) 및 제2 도전형 영역(32)이 부분적으로 형성되는바, 별도의 패터닝이 요구되지 않는다. The second
여기서, 제2 중간층(32a)과 전면 패시베이션층(50)이 동일한 물질을 포함하는 경우에는 제2 중간층(32a)과 전면 패시베이션층(50)을 동일한 공정에서 동시에 형성할 수 있다. 제2 도전형 영역(32) 및 전면 전계 영역(52)이 동일한 물질을 포함하는 경우에는 제2 도전형 영역(32) 및 전면 전계 영역(52)을 동일한 공정에서 동시에 형성할 수 있다. 이 경우에 제조 공정을 단순화할 수 있다. Here, when the second
그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 제2 중간층(32a)과 전면 패시베이션층(50)을 서로 별개의 공정으로 형성하거나, 이들이 서로 다른 물질, 두께 등을 가질 수 있다. 그리고 제2 도전형 영역(32) 및 전면 전계 영역(52)을 서로 별개의 공정으로 형성하거나, 이들이 서로 다른 물질, 두께 등을 가질 수 있다. 이 경우 제2 중간층(32a), 제2 도전형 영역(32), 전면 패시베이션층(50) 및 전면 전계 영역(52)의 형성 순서는 다양하게 변형될 수 있다. However, the present invention is not limited to this. Accordingly, the second
이어서, 도 3e에 도시한 바와 같이, 반도체 기판(10)의 전면 및 후면에서 각기 전체적으로 투명 전도성막(54, 440)을 형성한다. 그리고 반도체 기판(10)의 전면에 위치한 투명 전도성막(54) 위에 반사 방지막(56)을 형성할 수 있다. Next, as shown in FIG. 3E, transparent
좀더 구체적으로, 반도체 기판(10)의 전면에서는 투명 전도성막(54)이 전면 전계 영역(52) 위를 전체적으로 덮으면서 형성될 수 있다. 반도체 기판(10)의 후면에서는 투명 전도성막(440)이 제1 중간층(22a), 제1 도전형 영역(22) 및 후면 패시베이션층(40)의 적층체와, 제2 중간층(32a) 및 제2 도전형 영역(32)의 적층체, 그리고 반도체 기판(10) 위에 위치한 후면 패시베이션층(40)을 전체적으로 덮으면서 형성될 수 있다. 여기서, 투명 전도성막(54, 440)이 동일한 물질을 포함하는 경우에는 투명 전도성막(54, 440)을 동일한 공정에서 동시에 형성할 수 있다. 이 경우에 제조 공정을 단순화할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 투명 전도성막(54, 440)을 서로 별개의 공정으로 형성하거나, 이들이 서로 다른 물질, 두께 등을 가질 수 있다. 이 경우 투명 전도성막(54, 440), 반사 방지막(56)의 형성 순서는 다양하게 변형될 수 있다.More specifically, a transparent
그리고 투명 전도성막(54, 440) 및 반사 방지막(56)은 다양한 공정에 의하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 투명 전도성막(54, 440)이 증착법(예를 들어, 화학 기상 증착법(PECVD)), 코팅법 등에 의하여 형성될 수 있고, 반사 방지막(56)은 진공 증착법, 증착법(예를 들어, 화학 기상 증착법), 스핀 코팅, 스크린 인쇄 또는 스프레이 코팅 등과 같은 다양한 방법에 의하여 형성될 수 있다. 그 외의 다양한 변형이 가능하다. And the transparent
이어서, 도 3f에 도시한 바와 같이, 반도체 기판(10)의 후면에서 제1 도전형 영역(22) 위에 위치한 후면 패시베이션층(40) 및 투명 전도성막(440)의 일부를 제거하여, 컨택 부분(242a)에 대응하는 제1 도전형 영역(22)의 부분을 노출한다. 컨택 부분(242a)에 대응하여 후면 패시베이션층(40) 및 투명 전도성막(440)의 일부를 제거하여 제2 개구부(404)를 형성하는 방법으로는 알려진 다양한 방법이 사용될 수 있다. 예를 들어, 레이저 어블레이션, 에칭 페이스트, 에칭 용액 등을 이용한 다양한 방법으로 제2 개구부(404)를 형성할 수 있다. Subsequently, as shown in FIG. 3F, part of the
일 예로, 본 실시예에서는 컨택 부분(242a)을 제1 금속 전극층(도 3h의 참조부호 242, 이하 동일)의 면적보다 작게 하여, 후면 패시베이션층(40)에 의하여 제1 도전형 영역(22)이 안정적으로 패시베이션되는 것을 예시하였다. 이에 의하여 제1 금속 전극층(242)의 일부가 제1 도전형 영역(22)에 접촉 형성되고, 나머지 일부는 후면 패시베이션층(40), 그리고 투명 전도성막(440)이 패터닝되어 형성될 제1 투명 전극층(도 3h의 참조부호 240, 이하 동일)의 적층체 위에 위치하게 된다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 컨택 부분(242a)은 제1 금속 전극층(242)와 동일한 형상 및 크기를 가질 수도 있다. 이 경우에는 제1 금속 전극층(242) 전체가 제1 도전형 영역(22)에 접촉하고, 제1 도전형 영역(22)에서 제1 금속 전극층(242)이 위치하지 않은 부분 위에 후면 패시베이션층(40) 및 제1 투명 전극층(240)이 위치하게 된다. 그 외의 다양한 변형이 가능하다. For example, in this embodiment, the
이어서, 도 3g에 도시한 바와 같이, 반도체 기판(10)의 후면에 전체적으로 금속막(442)을 형성한다. 좀더 구체적으로, 반도체 기판(10)의 후면에서 투명 전도성막(440) 및 제1 도전형 영역(22)의 컨택 부분(242a)을 전체적으로 덮으면서 금속막(442)을 형성할 수 있다. 금속막(442)은 도금, 증착, 스퍼터링, 인쇄 등의 다양한 방법에 의하여 형성될 수 있다. Next, as shown in FIG. 3G, a
이어서, 도 3h에 도시한 바와 같이, 제1 및 제2 전극(24, 34)에 대응하도록 투명 전도성막(440) 및 금속막(442)을 패터닝하여 패턴을 가지는 제1 및 제2 전극(24, 34)을 형성한다. 여기서, 제1 전극(24)은 제1 중간층(22a) 및 제1 도전형 영역(22)보다 작은 평면 형상을 가지도록 패터닝될 수 있다. 그리고 제2 전극(34)은 제2 중간층(32a) 및 제2 도전형 영역(32)과 동일한 평면 형상을 가지도록 패터닝될 수 있다. 이에 의하면 제2 도전형 영역(32)을 안정적으로 보호할 수 있으며, 상대적으로 작은 면적을 가지는 제2 도전형 영역(32)에 연결되는 제2 전극(34)을 충분한 면적으로 형성하여 전기적 특성을 향상할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.Subsequently, as shown in FIG. 3H, the transparent
본 실시예에서는 투명 전도성막(440) 및 금속막(442)을 전체적으로 형성한 후에 이를 패터닝하여 제1 및 제2 전극(24, 34)을 형성하여 제조 공정을 단순화하는 것을 예시하였다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 마스크, 인쇄 등을 이용하여 제1 및 제2 전극(24, 34)을 원하는 패턴을 가지도록 형성하는 것도 가능하다. 그 외에 다양한 변형이 가능하다. In this embodiment, the manufacturing process is simplified by forming the transparent
상술한 태양 전지(100)의 제조 방법에 의하면, 본 실시예에 따른 태양 전지(100)의 제조 공정을 단순화할 수 있다. 이에 의하여 우수한 특성 및 효율을 가지는 태양 전지(100)를 높은 생산성으로 제조할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 태양 전지(100)의 제조 공정의 순서, 구체적인 방법 등은 다양하게 변형될 수 있다. According to the manufacturing method of the
이하에서는 본 발명의 다른 실시예에 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. 그리고 상술한 실시예 또는 이를 변형한 예와 아래의 실시예 또는 이를 변형한 예들을 서로 결합한 것 또한 본 발명의 범위에 속한다. Hereinafter, a solar cell and its manufacturing method according to another embodiment of the present invention will be described in detail. Detailed description of parts that are the same or extremely similar to the above description will be omitted, and only different parts will be described in detail. Also, combining the above-described embodiments or modified examples thereof with the following embodiments or modified examples thereof also falls within the scope of the present invention.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지를 개략적으로 도시한 단면도이다. Figure 4 is a cross-sectional view schematically showing a solar cell according to another embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 태양 전지(100a)에서는 반도체 기판(10)의 일면(일 예로, 후면) 위에서 제1 및 제2 구조체(20, 30)가 위치하지 않는 부분에서 반도체 기판(10)과 후면 패시베이션층(40) 사이에 추가 전계 형성층(60)이 구비될 수 있다. 추가 전계 형성층(60)은, 제1 및 제2 도전형 도펀트를 포함하지는 않는 언도프트층으로서, 고정 전하를 구비하는 층 또는 전자 또는 정공을 선택적으로 수집 및/또는 추출할 수 있는 층이며, 전극(24, 34)과 연결되지 않을 수 있다. 이러한 추가 전계 형성층(60)은 반도체 기판(10)의 후면 부근에서 재결합을 방지하는 전계 영역을 형성하고, 캐리어의 생성을 보조할 수 있다. Referring to FIG. 4, in the
한편, 반도체 기판(10)의 전면에 위치(일 예로, 접촉)하는 전면 전계 영역(52a)이 제1 및 제2 도전형 도펀트를 포함하지는 언도프트층으로서, 고정 전하를 구비하는 층 또는 전자 또는 정공을 선택적으로 수집 및/또는 추출할 수 있는 층이며, 전극(24, 34)과 연결되지 않을 수 있다. 전면 전계 영역(52a)은 반도체 기판(10)의 전면 부근에서 재결합을 방지하는 전계 영역을 형성할 수 있다. 도펀트를 포함하지 않는 전면 전계 영역(52a)이 반도체 기판(10)에 접촉하면 패시베이션 특성을 우수하게 유지하면서도 전면 전계 영역(52a)에 의한 효과를 최대화할 수 있다. 또한, 상술한 전면 전계 영역(52a)은 터널 접합 구조 및 이종 접합 구조에 비하여 광 흡수에 의한 광 손실이 적고 제조 공정이 단순하다. Meanwhile, the front
본 실시예에서 추가 전계 형성층(60) 또는 전면 전계 영역(52a)이 다양한 물질로 구성될 수 있다. 예를 들어, 추가 전계 형성층(60)은 화합물(일 예로, 금속 산화물), 알카리 금속염 또는 알카리 토금속염, 유기 물질, 금속 등으로 구성될 수 있다. In this embodiment, the additional electric
일 예로, 추가 전계 형성층(60) 또는 전면 전계 영역(52a)이 고정 전하를 구비하는 알루미늄 산화물을 포함하는 알루미늄 산화물층일 수 있다. 또는, 추가 전계 형성층(60) 또는 전면 전계 영역(52a)이 전자 또는 정공을 선택적으로 추출 및 수집할 수 있는 금속 산화물층, 예를 들어, 몰리브덴 산화물층, 텅스텐 산화물층, 바나듐 산화물층, 니켈 산화물층, 레늄 산화물층, 티타늄 산화물층, 아연 산화물층, 니오븀 산화물층 등으로 구성될 수 있다. 또는 추가 전계 형성층(60) 또는 전면 전계 영역(52a)이 상술한 층들을 복수로 포함하는 층일 수도 있다.For example, the additional electric
다른 예로, 추가 전계 형성층(60) 또는 전면 전계 영역(52a)이 전자를 선택적으로 추출 및 수집할 수 있는 알칼리 금속염, 알칼리 토금속염 물질로 LiFx, KFx, CsFx, MgFx 등으로 구성될 수 있다. As another example, the additional electric
또 다른 예로, 추가 전계 형성층(60) 또는 전면 전계 영역(52a)이 정공을 선택적으로 추출 및/또는 수집할 수 있는 유기 물질로 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜):폴리(스티렌설포네이트)(Poly(3,4-Ethylene Di Oxy Thiophene):Poly(Styrene-Sulfonate, PEDOT:PSS), 폴리트리아릴아민(Polytriarylamine, PTAA), 폴리-3-헥실티오펜(Poly-3-hexylthiophene, P3HT) 등을 포함할 수 있다. 또는, 추가 전계 형성층(60) 또는 전면 전계 영역(52a)이 전자를 선택적으로 추출 및/또는 수집할 수 있는 유기 물질로 트리스(8-히드록시퀴놀리노)알루미늄(tris(8-hydroxyquinolino)aluminum, Alq3), Yb, 트리스(4-카르바조일-9-일페닐)아민(tris(4-carbazoyl-9-ylphenyl)amine, TCTA), 4,4'-비스(카르바조일-9-일)비페닐(4,4'-Bis(carbazol-9-yl)biphenyl, CBP), 2,9-디메틸-4,7-디페닐-1,10-페난트롤린(2,9-dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline, BCP) 등을 포함할 수 있다.As another example, the additional electric
또 다른 예로, 추가 전계 형성층(60) 또는 전면 전계 영역(52a)이 전자를 선택적으로 추출 및/또는 수집할 수 있는 금속 물질로 Ca/Al 등을 포함할 수 있다. As another example, the additional electric
추가 전계 형성층(60) 및 전면 전계 영역(52a)이 동일한 물질, 조성 등을 가질 수 있고, 서로 다른 물질, 조성 등을 가질 수 있다. 추가 전계 형성층(60) 및 전면 전계 영역(52a)이 동일한 층으로 형성되면, 이들을 동일한 공정에서 함께 형성하여 제조 공정을 단순화할 수 있다. 추가 전계 형성층(60) 및 전면 전계 영역(52a)이 서로 다른 물질, 조성 등을 가지거나 서로 다른 공정에서 형성되면, 후면에 형성된 추가 전계 형성층(60)에 필요한 특성 및 전면에 형성된 전면 전계 영역(52a)에 필요한 특성을 고려하여 물질을 다양하게 선택할 수 있다. 예를 들어, 추가 전계 형성층(60)은 우수한 반사도를 가지는 물질 등으로 형성하고 전면 전계 영역(52a)은 우수한 투과도를 가지는 물질 등으로 형성할 수 있다. The additional electric
이러한 추가 전계 형성층(60) 또는 전면 전계 영역(52a)은 우수한 오믹 컨택(ohmic contact), 낮은 접촉 저항(low contact resistivity) 등을 가지도록 형성될 수 있다. 추가 전계 형성층(60) 또는 전면 전계 영역(52a)은 전극(24, 34)에 연결되는 부분은 아니지만, 우수한 오믹 컨택, 낮은 접촉 저항 등을 가지면 전계 형성 효과, 캐리어 생성 보조 효과가 우수할 수 있다. This additional electric
상술한 바와 같이 추가 전계 형성층(60) 또는 전면 전계 영역(52a)을 제1 및 제2 도전형 도펀트를 포함하지 않는 언도프트층으로 구성하면, 패시베이션 특성을 향상할 수 있어 전계 영역에 의한 효과를 충분하게 구현할 수 있다. 그리고 제조 공정이 단순하고 제조 비용이 저렴하며 물질 선택의 자유도가 향상되어 에너지 레벨이 맞도록 매칭하기가 쉬워진다. 상술한 설명에서는 추가 전계 형성층(60) 및 전면 전계 영역(52a)이 각기 제1 및 제2 도전형 도펀트를 포함하지 않는 언도프트층으로 구성된 것을 예시하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서 추가 전계 형성층(60) 및 전면 전계 영역(52a) 중 적어도 하나만이 제1 및 제2 도전형 도펀트를 포함하지 않는 언도프트층으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 반도체 기판(10)의 후면에는 추가 전계 형성층(60)이 형성되고, 반도체 기판(10)의 전면에는 도 1을 참조한 실시예에서와 같이 전면 패시베이션층(52), 도펀트를 포함하는 전면 전계 영역(52), 투명 전도성막(54), 반사 방지막(56) 등을 포함할 수도 있다. 또한, 추가 전계 형성층(60)이 제1 또는 제2 도전형 도펀트를 포함하는 비정질 반도체층으로 구성될 수도 있다. 다만, 이에 따르면 도펀트에 의하여 패시베이션 특성이 다소 저하될 수 있다. As described above, if the additional electric
그리고 도 4에서는 추가 전계 형성층(60)이 정공을 다수 캐리어로 하는 제1 층(62) 및 전자를 다수 캐리어로 하는 제2 층(64)을 각기 포함하는 것을 예시하였다. 여기서, 제1 층(62)의 개수가 제2 층(64)의 개수와 같거나 그보다 많을 수 있고, 또는 제1 층(62)의 총 면적이 제2 층(64)의 총 면적과 같거나 그보다 클 수 있다. 일 예로, 제1 층(62)의 개수가 제2 층(64)의 개수보다 많을 수 있고, 또는 제1 층(62)의 총 면적이 제2 층(64)의 총 면적보다 클 수 있다. 이에 의하면 에미터 영역으로 기능하는 제1 도전형 영역(22)의 다수 캐리어와 동일한 다수 캐리어를 가지는 제1 층(62)에 의하여 제1 도전형 영역(22)의 다수 캐리어의 생성을 보조하는 효과를 향상할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 다른 예로, 제2 층(64)의 개수가 제1 층(62)의 개수보다 많을 수 있고, 또는 제2 층(64)의 총 면적이 제1 층(62)의 총 면적보다 클 수 있다. 또는, 제1 층(62)만 구비되고 제2 층(64)은 구비되지 않거나, 제2 층(64)만 구비되고 제1 층(62)은 구비되지 않을 수도 있다. 그 외의 다양한 변형이 가능하다. And in FIG. 4, it is illustrated that the additional electric
추가 전계 형성층(60)은 제1 중간층(22a) 및 제1 도전형 영역(22)의 형성 이전 또는 이후, 그리고 제2 중간층(32a) 및 제2 도전형 영역(32)의 형성 이전, 후면 패시베이션층(40)의 형성 이전에 형성될 수 있다. 전면 전계 영역(52a)은 다양한 공정에서 형성될 수 있다. 추가 전계 형성층(60) 및 전면 전계 영역(52a)이 동일한 물질, 조성 등으로 구성되면 동일한 공정에서 함께 형성하여 제조 공정을 단순화할 수 있다. 추가 전계 형성층(60) 또는 전면 전계 영역(52a)은 다양한 방법에 의하여 형성될 수 있는데, 일 예로, 증착 등에 의하여 형성될 수 있다. The additional electric
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.The features, structures, effects, etc. described above are included in at least one embodiment of the present invention, and are not necessarily limited to only one embodiment. Furthermore, the features, structures, effects, etc. illustrated in each embodiment can be combined or modified and implemented in other embodiments by a person with ordinary knowledge in the field to which the embodiments belong. Therefore, contents related to such combinations and modifications should be construed as being included in the scope of the present invention.
100: 태양 전지
10: 반도체 기판
20: 제1 구조체
22a: 제1 중간층
22: 제1 도전형 영역
24: 제1 전극
30: 제2 구조체
32a: 제2 중간층
32: 제2 도전형 영역
34: 제2 전극
40: 후면 패시베이션층
50: 전면 패시베이션층
52: 전면 전계 영역
54: 투명 전도성막
56: 반사 방지막 100: solar cell
10: Semiconductor substrate
20: first structure
22a: first intermediate layer
22: First conductive region
24: first electrode
30: second structure
32a: second intermediate layer
32: Second conductive area
34: second electrode
40: rear passivation layer
50: Front passivation layer
52: front electric field area
54: Transparent conductive film
56: Anti-reflective film
Claims (20)
상기 반도체 기판의 일면에 형성되며 제1 캐리어를 생성 및 수집하는 제1 구조체;
상기 반도체 기판의 일면에서 상기 제1 구조체와 별개로 형성되며 제2 캐리어를 생성 및 수집하는 제2 구조체
를 포함하고,
상기 제1 구조체가 터널 접합 구조를 가지고,
상기 제2 구조체가 비정질 반도체 물질을 포함하는 이종 접합 구조를 가지며,
상기 제1 구조체는, 제1 도전형을 가지는 제1 도전형 영역, 그리고 상기 제1 도전형 영역에 연결되는 제1 전극을 포함하고,
상기 제2 구조체는, 상기 제1 도전형과 반대되는 제2 도전형을 가지는 제2 도전형 영역, 그리고 상기 제2 도전형 영역에 연결되는 제2 전극을 포함하며,
상기 제1 도전형 영역이 다결정 구조를 가지는 다결정 반도체층으로 구성되고,
상기 제2 도전형 영역이 비정질 구조를 가지는 비정질 반도체층으로 구성되며,
상기 제1 구조체와 상기 제2 구조체는 접합 구조가 서로 다르고,
상기 제1 도전형 영역의 두께가 상기 제2 도전형 영역의 두께보다 큰 태양 전지. semiconductor substrate;
a first structure formed on one surface of the semiconductor substrate to generate and collect first carriers;
A second structure is formed separately from the first structure on one surface of the semiconductor substrate and generates and collects second carriers.
Including,
The first structure has a tunnel junction structure,
The second structure has a heterojunction structure including an amorphous semiconductor material,
The first structure includes a first conductivity type region having a first conductivity type, and a first electrode connected to the first conductivity type region,
The second structure includes a second conductivity type region having a second conductivity type opposite to the first conductivity type, and a second electrode connected to the second conductivity type region,
The first conductivity type region is composed of a polycrystalline semiconductor layer having a polycrystalline structure,
The second conductive region is composed of an amorphous semiconductor layer having an amorphous structure,
The first structure and the second structure have different bonding structures,
The thickness of the first conductive type region is greater than the thickness of the second conductive type region. solar cells.
상기 제1 구조체는, 제1 도전형을 가지는 제1 도전형 영역, 그리고 상기 제1 도전형 영역에 연결되는 제1 전극을 포함하고,
상기 제2 구조체는, 상기 제1 도전형과 반대되는 제2 도전형을 가지는 제2 도전형 영역, 그리고 상기 제2 도전형 영역에 연결되는 제2 전극을 포함하며,
상기 제1 도전형 영역과 상기 제2 도전형 영역이 동일한 반도체 물질을 포함하되, 서로 다른 결정 구조를 가지는 태양 전지. According to paragraph 1,
The first structure includes a first conductivity type region having a first conductivity type, and a first electrode connected to the first conductivity type region,
The second structure includes a second conductivity type region having a second conductivity type opposite to the first conductivity type, and a second electrode connected to the second conductivity type region,
A solar cell in which the first conductivity type region and the second conductivity type region include the same semiconductor material but have different crystal structures.
상기 제1 구조체가 상기 반도체 기판과 상기 제1 도전형 영역 사이에 위치하는 제1 중간층을 더 포함하고,
상기 제2 구조체가 상기 반도체 기판과 상기 제2 도전형 영역 사이에 위치하는 제2 중간층을 더 포함하며,
상기 제1 중간층과 상기 제2 중간층은 물질 및 두께 중 적어도 하나가 서로 다른 태양 전지. According to paragraph 2,
The first structure further includes a first intermediate layer located between the semiconductor substrate and the first conductive type region,
The second structure further includes a second intermediate layer positioned between the semiconductor substrate and the second conductive type region,
The first intermediate layer and the second intermediate layer are different from each other in at least one of material and thickness.
상기 제1 도전형 영역과 상기 제1 전극의 연결 구조와 상기 제2 도전형 영역과 상기 제2 전극의 연결 구조가 서로 다르거나,
상기 제1 전극의 적층 구조와 상기 제2 전극의 적층 구조가 서로 다르거나, 또는
상기 제1 전극의 물질과 상기 제2 전극의 물질이 서로 다른 태양 전지. According to paragraph 2,
The connection structure of the first conductive region and the first electrode is different from the connection structure of the second conductive region and the second electrode, or
The stacked structure of the first electrode and the stacked structure of the second electrode are different from each other, or
A solar cell in which the materials of the first electrode and the materials of the second electrode are different from each other.
적어도 상기 제1 구조체와 상기 제2 구조체 사이에서 상기 반도체 기판의 일면을 덮는 패시베이션층 및 상기 반도체 기판의 다른 일면을 덮는 반사 방지막 중 적어도 하나를 더 포함하고,
상기 제1 도전형 영역의 두께가 상기 패시베이션층 또는 상기 반사 방지막보다 크고,
상기 제2 도전형 영역의 두께가 상기 패시베이션층 또는 상기 반사 방지막보다 작은 태양 전지. According to paragraph 1,
It further includes at least one of a passivation layer covering one side of the semiconductor substrate and an anti-reflection layer covering the other side of the semiconductor substrate between the first structure and the second structure,
The thickness of the first conductive region is greater than the passivation layer or the anti-reflection film,
A solar cell in which the thickness of the second conductive region is smaller than that of the passivation layer or the anti-reflection film.
상기 반도체 기판의 일면에 형성되며 제1 캐리어를 생성 및 수집하는 제1 구조체;
상기 반도체 기판의 일면에서 상기 제1 구조체와 별개로 형성되며 제2 캐리어를 생성 및 수집하는 제2 구조체
를 포함하고,
상기 제1 구조체가 터널 접합 구조를 가지고,
상기 제2 구조체가 비정질 반도체 물질을 포함하는 이종 접합 구조를 가지며,
상기 제1 구조체는, 제1 도전형을 가지는 제1 도전형 영역, 그리고 상기 제1 도전형 영역에 연결되는 제1 전극을 포함하고,
상기 제2 구조체는, 상기 제1 도전형과 반대되는 제2 도전형을 가지는 제2 도전형 영역, 그리고 상기 제2 도전형 영역에 연결되는 제2 전극을 포함하며,
상기 제1 도전형 영역이 다결정 구조를 가지는 다결정 반도체층으로 구성되고,
상기 제2 도전형 영역이 비정질 구조를 가지는 비정질 반도체층으로 구성되며,
상기 제1 전극이 상기 제1 도전형 영역에 직접 접촉하는 제1 금속 전극층을 포함하고,
상기 제2 전극이 상기 제2 도전형 영역에 직접 접촉하는 투명 전도성 산화물로 구성된 투명 전극층 및 상기 투명 전극층 위에 위치하는 제2 금속 전극층을 포함하는 태양 전지. semiconductor substrate;
a first structure formed on one surface of the semiconductor substrate to generate and collect first carriers;
A second structure is formed separately from the first structure on one surface of the semiconductor substrate and generates and collects second carriers.
Including,
The first structure has a tunnel junction structure,
The second structure has a heterojunction structure including an amorphous semiconductor material,
The first structure includes a first conductive type region having a first conductivity type, and a first electrode connected to the first conductive type region,
The second structure includes a second conductivity type region having a second conductivity type opposite to the first conductivity type, and a second electrode connected to the second conductivity type region,
The first conductive region is composed of a polycrystalline semiconductor layer having a polycrystalline structure,
The second conductive region is composed of an amorphous semiconductor layer having an amorphous structure,
The first electrode includes a first metal electrode layer in direct contact with the first conductive region,
A solar cell wherein the second electrode includes a transparent electrode layer made of a transparent conductive oxide directly contacting the second conductive type region and a second metal electrode layer located on the transparent electrode layer.
상기 제1 금속 전극층의 일부가 상기 제1 도전형 영역의 일부에 직접 접촉하고, 다른 일부가 패시베이션층 및 또 다른 투명 전극층 중 적어도 하나 위에 위치하는 태양 전지. According to clause 9,
A solar cell wherein a portion of the first metal electrode layer is in direct contact with a portion of the first conductive region, and another portion is located on at least one of a passivation layer and another transparent electrode layer.
상기 투명 전극층이 전체적으로 상기 제2 도전형 영역에 직접 접촉하고,
상기 제2 금속 전극층이 상기 투명 전극층에 전체적으로 직접 접촉하는 태양 전지. According to clause 9,
The transparent electrode layer is in direct contact with the second conductive region as a whole,
A solar cell in which the second metal electrode layer is entirely in direct contact with the transparent electrode layer.
상기 제1 구조체가 상기 반도체 기판과 상기 제1 도전형 영역 사이에 위치하는 제1 중간층을 더 포함하고,
상기 제2 구조체가 상기 반도체 기판과 상기 제2 도전형 영역 사이에 위치하는 제2 중간층을 더 포함하며,
상기 제1 중간층이 산화막으로 구성되고, 상기 제2 중간층이 진성 비정질 실리콘층으로 구성되는 태양 전지. According to claim 1 or 9,
The first structure further includes a first intermediate layer located between the semiconductor substrate and the first conductive type region,
The second structure further includes a second intermediate layer positioned between the semiconductor substrate and the second conductive type region,
A solar cell wherein the first intermediate layer is composed of an oxide film, and the second intermediate layer is composed of an intrinsic amorphous silicon layer.
상기 제1 중간층 및 상기 제1 도전형 영역이 서로 동일한 평면 형상을 가지고,
상기 제2 중간층 및 상기 제2 도전형 영역이 서로 동일한 평면 형상을 가지는 태양 전지. According to clause 12,
The first intermediate layer and the first conductive region have the same planar shape,
A solar cell wherein the second intermediate layer and the second conductive region have the same planar shape.
상기 제2 중간층의 두께가 상기 제1 중간층의 두께와 같거나 그보다 큰 태양 전지. According to clause 12,
A solar cell in which the thickness of the second intermediate layer is equal to or greater than the thickness of the first intermediate layer.
상기 반도체 기판이 제2 도전형을 가지고,
상기 제1 도전형 영역의 면적이 상기 제2 도전형 영역의 면적보다 크고,
상기 제1 도전형이 p형이고,
상기 제2 도전형이 n형인 태양 전지. According to claim 1 or 9,
The semiconductor substrate has a second conductivity type,
The area of the first conductive type region is larger than the area of the second conductive type region,
The first conductivity type is p-type,
A solar cell wherein the second conductivity type is n-type.
상기 제1 구조체는, 제1 도전형을 가지는 제1 도전형 영역, 그리고 상기 제1 도전형 영역에 연결되는 제1 전극을 포함하고,
상기 제2 구조체는, 상기 제1 도전형과 반대되는 제2 도전형을 가지는 제2 도전형 영역, 그리고 상기 제2 도전형 영역에 연결되는 제2 전극을 포함하며,
상기 제1 도전형 영역과 상기 제2 도전형 영역이 서로 이격되어 서로의 사이에 트렌치 또는 빈 공간이 위치하는 태양 전지. According to claim 1 or 9,
The first structure includes a first conductivity type region having a first conductivity type, and a first electrode connected to the first conductivity type region,
The second structure includes a second conductivity type region having a second conductivity type opposite to the first conductivity type, and a second electrode connected to the second conductivity type region,
A solar cell in which the first conductive region and the second conductive region are spaced apart from each other and a trench or empty space is located between them.
상기 반도체 기판의 일면에서 상기 제1 및 제2 구조체가 위치하지 않는 부분에서 도펀트를 포함하지 않는 추가 전계 형성층이 구비되는 태양 전지. According to clause 16,
A solar cell in which an additional electric field forming layer that does not contain a dopant is provided in a portion of the semiconductor substrate where the first and second structures are not located.
상기 제1 구조체와 상기 제2 구조체는 접합 구조가 서로 다른 태양 전지의 제조 방법에 있어서,
상기 제1 구조체가 터널 접합 구조를 가지고,
상기 제2 구조체가 비정질 반도체 물질을 포함하는 이종 접합 구조를 가지며,
상기 제1 구조체는, 제1 도전형을 가지는 제1 도전형 영역, 그리고 상기 제1 도전형 영역에 연결되는 제1 전극을 포함하고,
상기 제2 구조체는, 상기 제1 도전형과 반대되는 제2 도전형을 가지는 제2 도전형 영역, 그리고 상기 제2 도전형 영역에 연결되는 제2 전극을 포함하며,
상기 제1 도전형 영역이 다결정 구조를 가지는 다결정 반도체층으로 구성되고,
상기 제2 도전형 영역이 비정질 구조를 가지는 비정질 반도체층으로 구성되며,
상기 제1 도전형 영역의 두께가 상기 제2 도전형 영역의 두께보다 큰 태양 전지의 제조 방법. A first structure for generating and collecting first carriers on one surface of the semiconductor substrate and a second structure formed separately from the first structure for generating and collecting second carriers,
In the method of manufacturing a solar cell, the first structure and the second structure have different bonding structures,
The first structure has a tunnel junction structure,
The second structure has a heterojunction structure including an amorphous semiconductor material,
The first structure includes a first conductivity type region having a first conductivity type, and a first electrode connected to the first conductivity type region,
The second structure includes a second conductivity type region having a second conductivity type opposite to the first conductivity type, and a second electrode connected to the second conductivity type region,
The first conductivity type region is composed of a polycrystalline semiconductor layer having a polycrystalline structure,
The second conductive region is composed of an amorphous semiconductor layer having an amorphous structure,
A method of manufacturing a solar cell in which the thickness of the first conductivity type region is greater than the thickness of the second conductivity type region.
상기 반도체 기판의 일면 위에 제1 중간층 및 상기 제1 도전형 영역을 형성하는 단계;
상기 반도체 기판의 일면 위에 제2 중간층 및 상기 제2 도전형 영역을 형성하는 단계;
상기 반도체 기판의 일면 위에서 상기 제1 중간층 및 상기 제1 도전형 영역, 상기 제2 중간층 및 상기 제2 도전형 영역을 전체적으로 덮도록 투명 전도성막을 형성하는 단계;
상기 제1 도전형 영역의 적어도 일부를 노출하도록 상기 투명 전도성막의 일부를 제거하여 개구부를 형성하는 단계;
상기 반도체 기판의 일면 위에서 상기 제1 중간층 및 상기 제1 도전형 영역, 상기 제2 중간층, 상기 제2 도전형 영역 및 상기 투명 전도성막을 전체적으로 덮도록 금속막을 형성하는 단계; 및
상기 투명 전도성막 및 상기 금속막을 패터닝하여 제1 전극 및 제2 전극을 형성하는 단계
를 포함하여,
상기 제1 중간층, 상기 제1 도전형 영역 및 상기 제1 전극을 포함하는 상기 제1 구조체, 상기 제2 중간층, 상기 제2 도전형 영역 및 상기 제2 전극을 포함하는 상기 제2 구조체를 형성하는 태양 전지의 제조 방법. According to clause 18,
forming a first intermediate layer and the first conductive type region on one surface of the semiconductor substrate;
forming a second intermediate layer and the second conductive type region on one surface of the semiconductor substrate;
forming a transparent conductive film on one surface of the semiconductor substrate to entirely cover the first intermediate layer and the first conductive type region, the second intermediate layer and the second conductive type region;
forming an opening by removing a portion of the transparent conductive film to expose at least a portion of the first conductive type region;
forming a metal film on one surface of the semiconductor substrate to entirely cover the first intermediate layer, the first conductive region, the second intermediate layer, the second conductive region, and the transparent conductive film; and
Patterning the transparent conductive film and the metal film to form a first electrode and a second electrode.
Including,
Forming the first structure including the first intermediate layer, the first conductive region and the first electrode, and the second structure including the second intermediate layer, the second conductive region and the second electrode. Method for manufacturing solar cells.
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