KR20080091104A - 저면적의 스크린 프린트 금속 접촉구조물 및 방법 - Google Patents
저면적의 스크린 프린트 금속 접촉구조물 및 방법 Download PDFInfo
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Abstract
태양전지는 상기 태양전지의 전면 및 후면에 거의 평행한 pn접합을 형성하는 반대로 도핑된 반도체 재료의 인접한 영역들을 구비한다. 상기 반도체 재료의 표면은 복수의 요부들을 구비하며, 상기 요부의 내벽 표면영역을 형성하는 반도체 재료 영역은 전기소통되는 반도체 영역들 중 하나의 극성으로 도핑된다. 상기 요부의 벽 표면영역은 다른 반대로 도핑된 반도체 영역과 이격되어 있고 상기 요부가 형성되는 표면에 접촉한 접촉구조물에 대해 접촉점을 형성한다. 유전체층이 상기 표면 위에 형성되어 있고 상기 유전체층은 상기 유전체층 위에 형성되고 상기 요부로 확장되어 있는 스크린 프린트 금속 접촉구조물이 소결후 상기 요부내 반도체 재료들과 접촉하도록 각 요부의 적어도 일부에서 얇거나 없다.
태양전지, 스크린 프린트, 금속 접촉구조물
Description
본 발명은 광전지 분야에 관한 것으로, 특히 상업용으로 생산된 태양전지용의 새로운 접촉구조물을 제공한다.
고성능 태양전지는 일반적으로 장치의 암 포화전류(dark saturation current)에 대한 금속/실리콘 경계면의 높은 재조합 속도의 기여를 최소화하기 위한 저면적 접촉부를 필요로 한다. 대부분의 실험 태양전지는 포토리소그래피 기술 또는 레이저 스크라이빙(laser scribing)을 이용해 일반적으로 1% 미만의 태양전지 표면을 덮고 있는 실리콘에 저면적 금속접촉부의 형성을 용이하게 한다. 이는 장치 암 포화전류를 최소화하고 차례로 전지 개방회로 전압(Voc)을 최대화한다. 앞뒤면에서 그리고 특히 금속/실리콘 경계면에서 발생하는 재조합을 최소화하기 위한 조심스러운 주의를 통해 실리콘 태양전지용으로 달성된 최대 Voc 값은 720mV 부근이다.
비교적, 많이 쓰이는 상업용 태양전지, 즉, 도 1에 개략적으로 도시된 스크린 프린트 태양전지는 전면에 대해 10% 안팎이며 후면 금속접촉부에 대해서는 종종 100%에 근접하는 비교적 큰 금속/실리콘 경계영역을 갖는다. 이러한 전지가 도 1에 개략적으로 도시되어 있으며, 상기 전지는 엷게 도포된 p형 벌크의 실리콘 기판(11)과, 상기 p형 영역(11)과 접합을 이루기 위해 엷게 도포된 n형의 얇은 상단층(12)과, 일반적으로 짙게 도포된 n형 영역(13)이 아래에 있는 전면 접촉핑거(contact fingers)(14)와, 연이은 후면 접촉부(15)가 상기 p형 영역(11)과 연결을 이루는 후면을 구비한다. 그러한 전지는 효율이 높은 실험실용 전지에 비해 비교적 효율성 및 전압이 낮다. 이러한 전지의 성능을 향상시키기 위해, 전후면 패시베이션을 향상시키고, 특히 양쪽 금속 접촉부에 대한 금속/실리콘 경계면 영역을 훨씬 더 낮은 값으로 줄이기 위한 접근들을 개발하는데 주의를 기울어야 할 필요가 있다.
본 명세서에 포함된 참조문헌, 기사, 자료, 장치, 논문 등의 어떠한 거론은 본 발명에 대한 단지 배경을 제공하기 위한 것이다. 이러한 문제들의 어떤 또는 모두는 종래 기술 기반의 일부분을 이루거나 본 출원의 각 청구항의 우선일 전에 있던 것으로서 본 발명과 관련된 분야의 통상적인 일반지식이라는 입장으로서 취해지지 않아야 한다.
이 명세서 전체에 걸쳐 "구비하다" 또는 "구비한다" 또는 "구비하는"이라는 용어는 언급된 요소, 완전체 또는 단계이거나 요소들, 완전체들 또는 단계들의 그룹의 포함을 의미하는 것이지 임의의 다른 요소, 완전체 또는 단계이거나 요소들, 완전체들 또는 단계들의 그룹을 배제하는 것은 아닌 것으로 이해된다.
일태양에 따르면,
ⅰ) 태양전지의 전면 및 후면에 거의 나란한 pn접합을 형성하는 반대로 도핑된 반도체 재료의 인접한 영역들과,
ⅱ) 복수의 요부(depression)들을 갖는 반도체 재료의 표면과,
ⅲ) 태양전지의 반도체 재료의 표면 위에 형성되고 적어도 각 요부의 일부에 더 얇거나 있지 않는 유전체층과,
ⅳ) 상기 유전체층 위에 형성되고 상기 요부로 확장되어, 이에 의해 금속구조가 상기 요부내 반도체 재료들과 접촉을 하는 스크린 프린트 금속 접촉구조물을 구비하고,
상기 요부의 내벽 표면영역을 형성하는 반도체 재료 영역은 전기소통상태에 있는 상기 접합의 반도체 영역들 중 하나의 극성으로 도핑되고, 상기 벽 표면영역은 상기 접합의 반대로 도핑된 다른 영역으로부터 이격되어 있는 태양전지가 제공된다.
또 다른 태양에 따르면,
태양전지의 전면 및 후면에 거의 나란한 pn접합을 형성하는 반대로 도핑된 반도체 재료의 인접합 영역들을 구비한 태양전지의 접촉구조물 제조방법에 있어서,
ⅰ) 반도체 재료의 표면에 일련의 요부를 형성하는 단계와,
ⅱ) 상기 표면 위로 유전체층을 형성하는 단계와,
ⅲ) 상기 요부로 확장되어 있는 스크린 프린트 접촉구조물을 형성하는 단계와,
ⅳ) 상기 스크린 프린트 접촉구조물을 소결시키기 위해 상기 구조물을 소성하는 단계를 포함하고,
상기 요부의 내벽 표면영역을 형성하는 반도체 재료 영역들은 상기 접합의 반도체 영역들 중 한 극성으로 도핑되고 상기 접합과 전기소통되며, 상기 벽 표면영역은 상기 접합의 반대로 도핑된 다른 영역으로부터 이격되어 있고,
상기 요부의 유전체층은 상기 표면의 유전체 층보다 더 얇거나 없으며,
소성에 의해 상기 접촉구조물이 상기 요부의 내벽 표면영역을 형성하는 반도체 재료 영역과 접촉하는 태양전지의 접촉구조물 제조방법이 제공된다.
유전체층을 형성하는 방법에 따라 (예컨대 요부가 기존의 유전층을 통해 형성되거나 그렇지 않고 유전체가 형성동안 정렬되는 경우) 요부로 확장되지 않거나 요부에 부분적으로 확장되어 있거나 또는 요부밖의 표면에서보다 더 얇은 층으로 요부로 뻗어있을 수 있다.
유전체층이 요부밖의 표면에서보다 더 얇은 층으로서 요부로 확장되는 경우, 상기 소성단계는 상기 요부에 있는 더 얇은 유전체를 통해 접촉구조물물의 금속을 상기 요부밖의 더 두꺼운 유전체층에 의한 반도체 재료와의 접촉을 방지하면서 아래에 있는 반도체 재료와 접촉하도록 유도하게 된다.
바람직하기로, 상기 요부의 표면영역은 둘러싼 표면의 반도체 재료보다 더 짙게 도핑된다. 상단면 또는 수광면의 경우, 요부는 바람직하게는 일련의 평행한 세장 홈들이다. 추가 웰들이 또한 상기 금속 접촉구조물에 의해 덮여지는 영역내의 홈 영역들에 형성된다.
수광면에서, 상기 금속 접촉구조물은 바람직하게는 홈에 수직하게 이어져 있는 한 세트의 핑거들이며, 상호연결 핑거들이 격자를 형성하기 위해 소정 간격으로 상기 홈에 평행하게 이어져 있다. 홈이 이용되지 않은 경우(즉, 벽만), 더 단단한 격자 구조물이 이용되게 된다.
후면(비수광면)상에서, 요부는 홈 또는 다른 형태가 또한 이용될 수 있으나 바람직하게는 일련의 웰들이다. 간략히 하기 위해 금속 접촉구조물은 바람직하게는 스크린 프린트 금속의 연속층이나 필요하면 또한 격자 또는 핑거구조일 수 있다.
요부의 표면영역은 바람직하게는 둘러싼 면의 나머지보다 더 짙은 도핑수준으로 도핑된다.
바람직한 방법으로, 표면 요부는 동시에 도핑 마스크를 형성하기 위해 표면 산화물층과 상기 산화물층을 통과하는 레이저 스크라빙에 의해 형성된다. 연이어, 상기 요부내 표면영역들의 도핑에 대해, 상기 산화물은 바람직하게는 제거되고 요부들 사이의 표면에 유전체 재료를 우선적으로 형성하는 방법에 의해 도포되는 최종 유전체층으로 대체된되며, 상기 요부내 표면에 있는 상기 유전체층은 없거나 상기 요부들 사이의 표면에서보다 적어도 상당히 더 얇다. 그러나, 상기 최종 유전체층으로서 상기 산화물층(또는 마스킹층으로서 임의의 유사한 층)을 이용할 수 있다.
바람직하기로, 상기 요부는 폭이 15-50㎛이다. 깊이는 임계적(critical)이지 않으며, 예컨대 10-100㎛일 수 있으나, 상기 요부가 스크린 프린트에 사용되는 매우 깊은 금속 페이스트인 경우, 상기 접촉은 상기 요부의 상단에서 불연속을 야기하며 상기 요부의 바닥까지 떨어지지 않게 충분히 점성이 있다면 (상기 범위보다 더 큰)임의의 깊이가 만들어져야 한다. 물론, 깊이가 비교적 얕은 경우(예컨대, 1:1 내지 1:2 또는 심지어 더 낮은 범위의 폭 대 깊이비)에 점성은 문제가 아니다. 일실시예에서 요부는 폭이 25-35㎛(바람직하게는 30㎛)이고 깊이가 40-50㎛(바람직하게는 45㎛)인 홈과 웰을 구비한다.
일반적으로 홈이 요부로서 사용되는 경우, 홈은 0.2 내지 3.0mm 범위의 피치에 위치되며, 접촉핑거 아래에 위치된 선택적인 웰들은 상기 접촉핑거 방향으로 50-1500㎛ 범위의 피치로 이격되어 있다. 접촉핑거는 일반적으로 1 내지 10mm 범위의 피치로 이격되어 있고, 상기 핑거들은 몇몇 실시예에서는 바람직하게는 1 내지 3mm 범위의 피치에 위치되어 있으나, 보다 더 일반적으로는 3-4mm 범위의 피치에 위치되어 있는 것이 바람직하다.
n형 광수용 표면영역과 p형 후면영역을 갖는 태양전지의 경우, 광수용 표면영역은 일반적으로 면적당 50-1000옴 범위의 전도도를 제공하도록 도핑되는 한편, 요부내 표면영역은 일반적으로 면적당 1-50옴 범위의 전도도를 제공하도록 도핑되며, 상기 요부표면영역 도핑농도는 1017 원자/㎤ 이상, 및 바람직하게는 1019 원자/㎤이나, 상기 요부내 표면영역은 또한 태양전지 재료의 표면영역의 나머지에 대해 유사한 수준으로 도핑될 수 있다. 광수용 표면상의 표면영역은 일반적으로 깊이가 0.01 내지 0.4㎛ 범위인 반면에 상기 요부내 도핑된 표면영역은 일반적으로 가장 깊은 곳에서 깊이가 0.4 내지 1.0㎛ 범위이다. 가장 간단한 경우, 일반적으로 1015 내지 1017 원자/㎤ 크기로 도핑되는 후면영역 도핑은 전지의 벌크와 효과적으로 동일해지는 한편, 각 요부의 표면영역은 면적당 1 내지 50옴 범위의 전도도를 요부내 표면층 영역에 형성하도록 충분히 높히 도핑되거나 별도로 도핑되는 경우 벌크와 동일해지며, 표면영역 도판트 농도는 1017 원자/㎤ 이상, 바람직하게는 1019 원자/㎤ 이상이다. 요부의 각 후면에 있는 도핑된 표면영역은 일반적으로 깊이가 가장 깊은 점에서 0.4 내지 1.0㎛ 범위이다. 후면은 또한 접촉들 사이에 n+영역을 가질 수 있으며, 이 경우, 이 표면영역은 일반적으로 면적당 50 내지 1000 옴의 범위의 전도도를 제공하도록 도핑된다. 대안으로, p형 영역은 접촉들 간에 전체 후면에 걸쳐 확장될 수 있고, 이 경우 이 표면영역은 일반적으로 면적당 50 내지 1000 옴의 범위의 전도도를 제공하도록 도핑된다.
공정단계 수와 이에 의한 비용을 줄임으로써, 상업적 공정에서 요부(웰 또는 홈)의 벽의 도핑을 간단히 하기 위해, 레이저가 접촉구조물의 표면 요부들을 뚫는데 사용되는 경우, 상기 유전체층으로부터 도판트의 일부가 자동적으로 상기 요부의 표면영역에 포함되고, 이에 따라 별도의 확산단계에 대한 필요성이 없어지도록 상기 표면 유전체층에 의도적으로 도판트를 첨가할 수 있다. 그러나, 최고성능 장치에서, 상기 요부의 표면영역은 태양전지의 전기적 성능이 꽤 양호하지 않기 때문에 이런 식으로 도핑되지 않는다.
또 다른 태양에 따르면,
태양전지의 전면 및 후면에 거의 나란한 pn접합을 형성하는 반도체 재료의 인접합 영역들을 구비하는 태양전지 형성간 구조물의 표면에 시약을 도포하는 방법에 있어서,
ⅰ) 프린트 장치의 프린트 헤드에 시약 소스가 연결되어 있는 잉크젯 프린트 장치의 캐리어에 상기 구조물을 배치하는 단계와,
ⅱ) 상기 시약이 도포되는 영역 위로 상기 프린트 헤드가 지나가도록 상기 구조물에 대해 프린트 헤드를 스캐닝하고, 상기 시약이 도포되는 영역이 상기 프린트 헤드 아래에 위치될 때 상기 시약을 도포하도록 상기 프린트 헤드를 동작시키는 단계를 포함하는 태양전지 형성간 구조의 표면에 시약을 도포하는 방법이 제공된다.
바람직하게는, 상기 프린트 장치는 고정된 프린트 헤드하에 2차원으로 가공되는 면을 이동시키는 XY 테이블이다. 바람직하게는, 또한 상기 프린트 구조는 상기 구조가 시약으로 프린트되는 동안 가열 또는 스크라이빙 단계를 수행하는데 사용될 수 있는 레이저를 포함한다.
접촉구성의 실시예들이 첨부도면을 참조로 예로써 기술되어 있다:
도 1은 스크린 프린트 접촉부들과 함께 형성된 종래기술의 전지구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 설계에 따른 접촉부의 형성을 위한 준비로 도핑된 표면영역들과 표면에 형성된 산화물층들을 갖는 기판을 도시한 것이다.
도 3은 전면 홈들이 형성되고 상기 홈의 표면영역들이 짙게 도핑된 후 도 2의 기판을 도시한 것이다.
도 4는 후면 홈들이 형성되고 상기 홈의 표면영역들이 짙게 도핑된 후 도 3의 기판을 도시한 것이다.
도 5는 표면 산화물들이 제거되고 질화물층이 각 표면에 도포된 도 4의 기판을 도시한 것이다.
도 6은 전후 금속이 도포된 도 5의 기판을 도시한 것이다.
도 7은 홈, 웰 및 금속 핑거의 상대 위치를 도시한 도 6의 기판의 평면도를 도시한 것이다.
도 8은 도핑된 홈들이 도핑된 웰들로 대치된 도 7의 평면도와 유사한 평면도를 도시한 것이다.
도 9는 다른 처리순서를 위해 잉크젯 프린트 헤드와 레이저 스크라이빙 도구를 갖는 X-Y 테이블을 도시한 것이다.
도 10은 상단면 홈과 수직한 금속접촉 핑거를 도시한 본 접촉구조물을 갖는 전지의 평면도 사진이다.
도 11은 도 6의 구조의 접촉부들을 갖는 샘플에 대한 스펙트럼 반응을 도시한 그래프이다.
도 12는 도 6에 도시된 실시예에 대한 다른 제 1 실시예의 개략도이다.
도 13은 도 6에 도시된 실시예에 대한 다른 제 2 실시예의 개략도이다.
도면을 참조로, 본 접촉구조물의 실시예에서, 유전체층은 4가지 목적을 위해 태양전지의 상단면에 걸쳐 사용된다. 첫째로, 웨이퍼의 상단면으로부터 연이어 프 린트된 스크린 프린트 금속을 절연시키는데 사용된다. 둘째로, 실리콘 웨이퍼의 상단면을 패시베이션시키는데 사용된다. 셋째로, (이 금속 접촉구성이 태양전지의 후면에 사용되는 경우 이 태양은 덜 중요하나) 실리콘 웨이퍼에 반사방지 코팅으로서 사용된다. 넷째로, 웰 또는 홈이 유전체층을 증착하기 전에 실리콘 표면에 형성되는 것처럼, 상단면 아래 영역의 (몇몇 경우 심지어 두께가 0인) 층두께를 줄이는데 사용된다. 이러한 두께 감소영역들의 목적으로 유전체층이 더 두꺼운 상단면 실리콘으로부터 이격된 상태를 유지하면서 아래에 있는 실리콘과 접촉하도록 스크린 프린트 금속이 더 얇은 유전체층을 통해 이 영역에서 구동될 수 있다. 이는 접촉면적이 스크린 프린트 페이스트에 의해 덮여진 면적과는 별개로 선택될 수 있는 스크린 프린트 금속용의 저면적 접촉부(즉, 작은 금속/실리콘 경계면적)를 달성하기 위한 메카니즘을 제공한다. 예컨대, 금속 커버링이 통상적으로 100%에 근접하는 스크린 프린트 태양전지의 후면에 대해, 99% 이상의 상기 스크린 프린트 금속을 실리콘으로부터 이격시키기 위해 유전체의 두꺼운 후면 영역들을 이용함으로써 상기 후면영역의 1% 아래로 웰(well)의 스크린 프린트 금속을 소성한 후, 유효 금속/실리콘 경계면적을 조성할 수 있도록 20 마이크론 직경의 웰들이 매 1mm 실리콘 표면에 뚫려질 수 있다.
전면 또는 후면 영역에 대한 웰 또는 홈에 있는 유전체층과 다른 필요로 하는 두께를 달성하기 위해 다른 증착 접근범위가 이용될 수 있다. 유전체층에 대한 증착기술은 물론 웰 또는 홈의 벽과 같이 가파르게 경사진 영역에 적은 재료 두께를 형성한다. 플라즈마화학기상증착(PECVD)에 의한 증착은 또한 플라즈마 상태에서 발생된 이온종들에 대해 이러한 영역에 그리고 이러한 영역에 코팅된 비교적 큰 표면적에 대한 제한된 접근으로 인해 홈 및 웰내에 더 얇게 증착된 층들을 형성한다. 유전체 재료는 또한 웰 및/또는 홈이 에칭되기 전에 형성될 수 있고, 이 경우 형성된 후 웰 및/또는 홈에 어떠한 유전체도 남아 있지 않게 된다. 대안으로 잉크젯 프린팅 기술을 이용해 두꺼운 유전체층이 필요한 곳에만 유전체 형성 시약을 놓음으로써 필요로 하는 곳에만 유전체를 두는 증착기술이 사용될 수 있다. 이 기술은 또한 시약의 반응속도를 높이기 위해 예컨대 레이저에 의한 국소적인 가열에 의해 수행될 수도 있다.
예컨대 태양전지에서 반도체 재료에 금속 접촉부를 앉힐 때 중요한 문제는 금속과 반도체 간에 접촉저항이다. 이 저항은 종종 접촉면적에 대략 반비례하므로, 저면적 접촉에 있어 이러한 접촉저항에 더 신중한 주의가 요구된다. 유전체층을 증착하기 전에 n형 또는 p형 도판트를 갖는 홈 또는 웰 벽을 짙게 도핑하여 이 영역에 더 양호한 옴저항을 제공하게 하는 것이 종종 유익하다. 또한, 접촉저항을 한층 더 제어하기 위해, 스크린 프린트 금속 아래에 위치한 이러한 웰 또는 홈의 개수와 밀도는 금속/실리콘 경계면에 대해 필요로 하는 접촉저항을 하여간 달성하도록 특별히 제어될 수 있다. 이러한 웰 및 홈의 표면영역들에 짙은 도핑은 특히 태양전지의 수광면상에 대량의 짙게 도핑된 실리콘으로 인해 발생하는 전지성능의 유해한 영향들을 방지하기 위해 웨이퍼의 전면 및/또는 후면에 마스킹을 종종 필요로 한다. 본 접촉구성의 몇몇 구현에서, 심지어 2 이상의 유전체층들이 이점적으로 사용될 수 있다. 예컨대, 실리콘 다이옥사이드(silicon dioxide)층이 웨이퍼의 전면에 성장된 후 상단면에 옅게 인(phosphorus)이 확산된다. 그런 후, 소정의 웰 및/또는 홈들이 예컨대 레이저의 사용으로 이 산화물층을 통해 형성될 수 있으며, 다른 도판트 확산으로부터 보호하기 위한 마스크로서 작용하는 표면 실리콘 다이옥사이드층의 사용을 통해 연이은 짙은 도핑이 이들 영역에 한정된다. 마스크로서 작용하고 있는 이 실리콘 다이옥사이드(또는 다른 유전체층)가 손상되지 않고 따라서 옅게 확산된 표면영역들로부터 스크린 프린트 금속을 여전히 이격시킬 수 있다면, 어떠한 추가 유전체층 증착도 필요하지 않을 수 있다. 그러나, 잔여 마스킹층이 AR 코팅으로 또는 전지의 얕게 확산된 표면영역으로부터 스크린 프린트 금속을 이격시키거나 실리콘 표면을 패시베시이션시키는데 적합하지 않다면, 마스킹층이 제거될 수 있고 그런 후 (증착, PECVD, 또는 스퍼터링에 의한 실리콘 니트라이드와 같은) 또 다른 유전체층이 웰 또는 홈 영역에 접촉이 잘 이루어지도록 상술한 바와 같이 증착될 수 있다. 대안으로, 몇몇의 경우 다수의 유전체층들을 보유하는 이점이 고려될 수 있으며, 이로써 첫째는 실리콘의 양호한 표면 패시베이션을 제공하고, 둘째는 먼저 AR 코팅으로서 작용하며 다음으로 웰/홈 표면영역들과 상단면 영역 간에 두께차를 형성하여 금속 및 실리콘 간에 국소적인 접촉을 용이하게 하고, 마지막으로 스크린 프린트 금속과 옅게 확산된 태양전지영역 간에 이격을 형성한다.
이 접촉구성은 특히 웬햄(Wenham), 마이(Mai) 및 호(Ho)의 논문 "High Efficiency Solar Cells", Conference Record, 8th Chinese Photovoltaic Conference, Shenzen, 2004년 11월에 기술된 반도체 핑거의 개념과 연계하여 효과 적으로 사용될 수 있다. 이러한 접촉구성의 예에서, 짙게 도핑된 홈(및/또는 웰)(27,28)이 후술된 바와 같이 일반적인 치수와 시트 저항값을 가지며 도 3에 개략적으로 도시된 태양전지 표면(전 또는 후)에 형성된다. 이 접촉구성의 실시예에서, (실리콘 다이옥사이드과 같은) 유전체층(29,30)이 도 5에 도시된 바와 같이 웰 및/또는 홈 사이 표면에 대해 웰 및/또는 홈내에 감소된 두께층(31,32)을 형성하며 증착된다. 그런 후, 두께가 감소된 유전체층(31)이 홈 영역(27)에 접촉할 수 있으면서 유전체층(29)에 의해 옅게 확산된 상단면 영역으로부터 이격된 채로 있는 (전면을 나타내는) 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 상단면상에 반도체 핑거(도핑된 홈)(27)에 수직하게 스크린 프린트 금속선(35)이 증착된다. 접촉형성을 돕기 위해, 홈 형성시, 추가 웰(37)(도 7 참조) 또는 홈이 금속핑거(35)가 증착되는 경로에 동시에 형성되고, 이에 의해 금속/실리콘 경계면적을 더 바람직한 값으로 늘린다. 그러나, 추가 웰의 포함은 웰(37)의 위치와 스크린 프린트 금속핑거의 제시된 위치 사이에 연이은 정렬을 필요로 한다. 웰(37) 또는 홈(27) 벽의 표면영역에 대한 소정의 도핑농도와 양은 예컨대 면적당 1-50옴 범위내의 시트 저항을 만드는 것이나, 웰(37) 또는 홈(27)의 벽을 형성하는 반도체 영역들이 충분히 깊은 경우, 요부(즉, 웰 또는 홈)의 표면영역들은 또한 전지의 표면영역의 나머지와 동일한 수준으로 도핑될 수 있다. 비교로, 웨이퍼면의 확산이 전혀 발생하지 않는 이러한 접촉구성도 또한 잘 작동하나, 웰 또는 홈에 인접한 웨이퍼면 영역에 대한 시트 저항은 바람직하게는 면적당 50-100옴 범위이다. 수광면상의 표면영역은 일반적으로 깊이가 0.01에서 0.4㎛인 반면에 요부의 도핑된 표면영역은 일반적으로 최고 깊은 점에서 0.4 내지 1.0㎛ 범위의 깊이를 갖는다.
이러한 접촉구성의 구현의 또 다른 예는 태양전지용 후면 금속접촉부(36)의 형성을 위한 것으로, 여기서 차광(shading)은 중요하지 않다. 이 경우, 태양전지의 전체 후면을 스크린 프린트 금속(36)으로 덮으나(도 6 참조), 웰 및/또는 홈(28)이 이 면에 의도적으로 위치되는 곳들에 금속/실리콘 경계면적을 제한하는 것이 용이하다. 가장 간단한 경우로, 후면영역은 전지 벌크의 확장부이고, 일반적으로 1015 내지 1017 원자/㎤의 크기로 도핑되는 도핑은 전지의 벌크와 효과상 같아지는 한편, 각 요부의 표면영역들이 충분히 높게 도핑되는 경우 벌크와 동일하게 되거나, 별도로 면적당 1-50옴 범위의 전도도(conductivity)를 표면영역에 형성하도록 1017 원자/㎤ 이상 바람직하게는 1019 원자/㎤ 이상의 표면영역 농도로 도핑된다. 각 후면 요부에 있는 표면영역들이 별도로 도핑되는 경우, 요부내 도핑된 표면영역들은 일반적으로 가장 깊은 곳에서 0.4 내지 1.0㎛ 범위의 깊이를 갖는다. 다시, 웰/홈이 형성 및/또는 확산된 후 유전체층(30)이 증착되고, 접촉부는 단지 웰 또는 홈(28)내 감소된 두께영역에만 연이어 형성된다. 정렬이 문제로 고려되지 않는다면, 전면에 격자형 구조로서 스크린 프린트 접촉부를 형성함으로써 금속소비가 감소될 수 있고, 웰/홈은 금속이 증착되는 위치에 제한된다. 대안으로, 금속격자의 위치가 더이상 중요하지 않도록 웰/홈이 대략 균일하게 이격되어 있으나 전체 면에 걸쳐 위치된 경우 정렬문제가 방지될 수 있다. 그러나, 이는 짙게 도핑된 실리콘의 증가된 양으로 인해 장치에 암 포화전류를 증가시킨다.
도 8을 참조하면, 도핑된 웰(51)이 도핑된 홈(27)을 대체하고 웰(51)이 접촉핑거(52)에 연결된 또 다른 실시예의 평면도가 도시되어 있다. 수직핑거(35)가 또한 도 7의 배열에서와 같이 접촉핑거(52)를 상호연결시키기 위해 형성되어 있고, 웰(37)은 또한 아래에 있는 반도체 영역에 연결을 더 강화하기 위해 형성될 수 있다. 도 8의 배열은 전면에 또는 유사한 구조가 후면에 사용될 수 있는 도 6의 웰(28)로 웰(51)을 대체함으로써 사용될 수 있다. 후면의 경우 핑거(35 및 52)에 의해 형성된 접촉격자는 상술한 바와 같이 단절없는 금속층으로 대체될 수 있다.
스크린 프린트 금속에 의해 완전히 덮여진 웰 또는 홈을 이용하더라도 문제는 웰 또는 홈내 공기가 갇혀진다는 것이다. 이는 금속피복시 갇힌 공기에 의해 큰 힘을 받을 수 있는 진공상태에서의 전지의 연이은 가열 또는 배치로 인해 문제를 야기할 수 있다. 이에 의해 야기되는 있을 수 있는 문제는 웰을 매우 얕게 유지하여 최소의 공기가 갇히게 하거나 긴 웰 또는 홈을 이용해 스크린 프린트 금속이 상기 웰 또는 홈영역의 일부만을 덮어 연이은 공정동안 공기가 빠져나가게 함으로써 최소화 될 수 있다.
감소된 두께 영역을 통해 선택적인 접촉을 제공할 필요가 있는 유전체 두께 변화를 달성하기 위한 다른 접근은 코팅되고 접촉되는 표면의 기하학적 형태에 무관하게 다른 영역에 유전체의 다른 두께를 생성할 수 있는 다른 유전체층 증착접근을 이용하는 것이다. 이러한 접근의 예는 금속과 태양전지면 간의 접촉이 방지되는 영역에 잉크젯 프린트될 수 있도록 액체로서 도포될 수 있는 유전체를 이용하는 것 이다. 잉크젯 프린팅에 의한 이러한 유전체 재료의 증착에 잇달아, 소정의 성질을 유전체층에 제공하기 위해 재료의 일부 가열이 통상적으로 필요해진다. 이러한 방식으로 적용될 수 있는 유전체층의 예로는 실리콘 다이옥사이드, 티타늄 다이옥사이드, 다양한 폴리머 등을 포함하며, 심지어 다른 유전체들의 다수의 층들이 사용될 수 있다. 스크린 프린트 금속 접촉부가 사용되는 경우, 이러한 잉크젯 프린트 금속의 두께는 모든 열처리의 완료시 위에 놓인 금속이 태양전지 면까지 관통하지 않도록 충분한 두께로 되는 것이 필요하다. 이는 금속이 실리콘과 의도적으로 접촉하는 곳에 두께가 감소되거나 없는 영역에서 도핑된 실리콘의 극성이 유전체가 감소되는 영역의 극성과 반대되는 경우 특히 중요하다. 두께가 없는 예는 실리콘의 후면 영역이 인과 같은 n형 도판트로 옅게 확산되는 양(positive)의 후면 금속접촉에 대한 것일 수 있다. 이 경우, n형 실리콘과 금속 간의 접촉이 방지되는 모든 곳에서, 액체 스핀-온 실리콘 다이옥사이드와 같은 유전체층이 잉크젯 프린트되어 n형 실리콘을 보호하게 된다(동일한 구조는 실리콘 다이옥사이드와 같은 유전체로 전체 n형 표면을 코팅하고 그런 후 유전체층이 제거되는 모든 곳에 (묽은 HF와 같은) 유전체층에 적합한 식각용액(etchant)을 잉크젯 프린팅함으로써 만들어질 수 있다는 것에 유의해야 한다). 그리고 나서 코팅되지 않은 영역은 n형 실리콘을 제거하기 위해 선택적으로 에칭될 수 있거나 실리콘이 금속에 의해 연이어 접촉되는 모든 곳에 p형 실리콘을 극성으로 변환시키기 위해 붕소를 이용해 직접적으로 확산될 수 있다. 붕소를 이용하는 경우, 후면 n형 표면은 잉크젯 프린트 유전체의 존재로 인해 붕소 확산에 대하여 마스크된다. 양호한 전기절연이 n형 실리콘과 p형 금 속접촉부 사이에 달성되는 것이 이러한 구조에서 핵심적으로 중요하며, 이는 후면 스크린 프린트 금속이 후면 n형 실리콘면으로 어떠한(또는 단지 최소의) 침투도 있지 않는 것을 의미한다.
유전체의 잉크젯 프린팅 이용을 기초로 상술한 바와 같은 이러한 접촉구성 구현시, 특히 강력한 도구는 잉크젯 프린팅 헤드(43)와 레이저 스크라이빙 헤드 또는 헤드들(44)과 결합된 (태양전지가 형성되는 기판(42)을 유지하는) 이동 캐리어(45)를 갖는 도 9에 도시된 x-y 테이블(41)이다. 이는 고정 레이저(44)와 상기 고정 레이저(44)에 의해 열이 가해지게 하는 고정 프린트 헤드 또는 헤드들(43) 아래의 'X' 및 'Y' 방향으로 유전체 재료의 잉크젯 프린팅과 연계하여 필요로 하는 곳에 기판(422)이 이동되게 한다. 이는 (정렬문제를 간단히 하면서) 유전체의 국소적인 가열, (잉크젯 프린트 유전체층이 적절한 극성의 도판트를 포함하는 경우) 유전체로부터 레이저 도핑, 필요한 경우 유전체의 국소적 제거, 및 유전체에 의해 코팅되지 않은 영역에 있는 실리콘의 열처리 또는 제거를 용이하게 한다. 이 도구에서, 레이저(44)는 파장범위를 갖는 레이저일 수 있고 소정 결과에 따라 Q 스위치되거나 연속적일 수 있다. 상술된 도구는 상술된 구조를 만들고 소정의 공정을 수행하려고 함으로써 통상적으로 직면되는 정렬문제를 방지한다. 상기는 스크린 프린트 금속접촉부를 사용하기 위해 기술되었으나, (스퍼터링과 증착과 (알루미늄 및 은과 같은) 접촉금속의 범위)와 같은 다른 금속 증착기술들도 또한 가능하게 사용될 수 있다.
이러한 접촉구성의 구현예
도 2 내지 도 7 및 도 10을 참조로, 다음의 공정순서들은 이러한 접촉구성의 사용예를 나타낸다:
1. 기판(11)은 (70℃에서 10분간 30% NaOH로) 절단 손상 제거를 위해 에칭되어 진다.
2. 90℃에서 20분간 2% NaOH로 에칭함으로써 상단면에 표면결(미도시)이 달성된다.
3. 전면 및 후면 영역 확산은 면적당 100-200옴까지 인(전면 및 후면 n형 층(12 및 38)을 형성하기 위해 810℃에서 12분간 POCL3 소스)을 이용해 수행된다.
4. 그런 후 웨이퍼면이 950℃에서 30분간 증기로 산화되어 도 2에 보이는 전면 및 후면 산화물층(21,22)을 생성한다.
5. 그런 후 전면은 짙게 도핑된 반도체의 핑거(25)에 대해 20-50 마이크론 깊이의 홈(27)을 만들기 위해 Q스위치 NdYAG 레이저를 이용해 전면 산화물(21)을 통해 레이저 스크라이빙되고(23,23'), 웰(37)은 스크린 프린트 금속피복의 제안된 위치 아래 영역에 레이저 드릴된다(도 7 참조).
6. 상단면 홈/웰은 52℃에서 20분간 12% NaOH로 에칭된다.
7. 그런 후 도 3의 구조를 제공하기 위해 홈/웰내 짙게 도핑된 영역(n++)(25,25')을 형성하도록 980℃에서 60분을, 잇달아 후면 공정과 연계된 연이은 화학처리로부터 표면을 적절히 보호하기 위해 동일한 온도의 산소에서 30분간 POCL3 소스를 이용해 홈/웰(27,37)의 전면 영역에 확산이 가해진다. 화학공정에서 요부(웰 또는 홈)의 벽의 도핑을 간단히 하기 위해, 이 단계는 레이저가 단계 5에 서 접축부에 대한 표면 요부들을 뚫는데 사용되는 경우 유전체층으로부터 도판트들 중 일부가 자동적으로 요부의 표면영역에 포함되어 이에 따라 별도의 확산단계 필요성이 방지되도록 의도적으로 단계 4에 추가된 표면 유전체층에 도판트를 추가함으로써 방지될 수 있다. 그러나, 최고성능장치에서 요부의 표면은 전지의 전기적 성능이 좋다고 할 수 없기 때문에 이런 식으로 도핑되지 않는다.
9. 그런 후, 후면 웰(28)은 전면 홈들을 보호하기 위해 전면 홈 확산 산화물/실리콘 다이옥사이드를 유지하면서 52℃에서 20분간 12% NaOH로 에칭된다.
10. 그리고 나서 도 4의 구조를 제공하기 위해 후면에 후면 인 확산(38)보다 후면 웰(28)의 표면영역(26)에 훨씬 더 짙은 도핑 농도(p++)를 생성하기 위해 일반적으로 삼브롬화 붕소(boron tribromide)를 이용해 980℃에서 90분간 후면 웰(28)의 표면영역에 붕소 확산이 가해진다. 상업적 공정에서 요부(웰 또는 홈)의 벽의 도핑을 간단히 하기 위해, 이 단계는 레이저가 단계 8에서 접촉부에 대한 표면 요부들을 뚫는데 사용되는 경우 유전체층으로부터 도판트들 중 일부가 자동적으로 요부의 표면영역에 포함되어 이에 따라 별도의 확산단계 필요성이 방지되도록 단계 4에 추가된 표면 유전체층에 의도적으로 도판트를 추가함으로써 방지될 수 있다. 그러나, 최고의 성능장치에서 요부의 표면은 전지의 전기적 성능이 좋다고 할 수 없기 때문에 이런 식으로 도핑되지 않는다.
11. 가장자리의 플라즈마 에칭에 의해 가장자리 주입 단절이 수행된다.
12. 5% HF를 이용해 전면 및 후면으로부터 확산 산화물과 표면 마스킹 산화물(21,22)이 제거된다.
13. 도 5의 구조를 제공하는 전면 및 후면에 유전체층(29,30)을 형성하기 위해 실리콘 니트라이드의 PECVD 증착이 수행된다.
14. 그런 후 (스크린 프린트 금속 페이스트가 또한 적은 농도의 알루미늄을 포함하나) 은의 격자 또는 고체패턴으로서 후면금속(36)이 스크린 프린트된다. 페이스트가 표면에 도포될 때, 공기거품(33)이 웰(28)내 금속 페이스트 아래에 갇혀질 수 있다. 이는 웰이 충분히 얕거나 웰의 영역이 전체적으로 페이스로 덮여지지 않아 공기가 빠져나가게 되면 문제가되지 않는다.
15. 250℃에서 3분간 후면금속(26)이 건조된다.
16. 그런 후, 전면 홈(27)에 수직하게 이어지는 은 페이스트의 핑거 세트로서 전면금속(35)이 스크린 프린트된다(도 7 및 도 10 참조). 페이스트가 표면에 도포될 때, 공기거품(34)이 홈(27)(및 웰(37))내 금속 페이스트 아래에 갇혀질 수 있다. 이는 홈 및/또는 웰이 충분히 얕거나 홈 및/또는 웰의 영역이 전체적으로 페이스로 덮여지지 않아 공기가 빠져나가게 되면 문제가되지 않는다.
17. 250℃에서 3분간 전면금속(35)이 건조된다.
18. 그런 후, 도 6의 구조를 제공하기 위해 전면금속 및 후면금속(35,36)이 (일반적으로 페이스트 선택에 따라 700℃에서) 함께 소성된다.
19. 그런 후 전지가 테스트된다.
실리콘 니트라이드 증착단계에서, 질화물층(29,30)은 실질적으로 스크린 프린트 금속(35,36)을 아래에 있는 짙게 도핑된 실리콘층(25,26)과 이격시키는 얇은 유전체(즉, 질화물) 층으로(예컨대, 도 5 및 도 6에서 홈(27') 및 유전체층(29') 참조) (적어도 스크린 프린트 금속(35,36)에 의해 접촉되는 영역에 있는) 홈(27) 또는 웰(28,37)의 내벽을 실질적으로 완전히 코팅하도록 확대될 수 있음에 유의하라. 그러나, 소성단계동안 유전체가 더 두꺼워지는 영역에 있는 아래의 반도체로부터 이격된 채로 있으면서 임의의 이러한 얇은 유전체층을 통해 금속 접촉부(35,36)가 도출된다.
상기 순서를 이용하여 만들어진 전지는 예컨대 접촉부에서 낮은 저항손실과 낮은 금속 차광손실(shading losses)의 결과로서 높은 Jsc과, 낮은 반사표면, 및 짧은 파장의 광에 대한 우수한 반응을 통해 높은 필팩터(fill factor)를 나타낸다. 도 11에 도시된 대표적인 스펙트럼 반응은 종래 스크린 프린트 태양전지와 비교시 이 방법에 의해 만들어진 장치들에 대해 명확한 이점을 나타낸며, 350nm 부근의 짧은 광파장에 대해 거의 1의 내부양자효율을 갖는다.
도 12 및 도 13을 참조하면, 상술한 실시예들에 대해 2가지 다른 실시예들을 나타낸다. 도 12의 경우, 도 6 실시예에서 n형 영역(38)은 몇몇 종래기술의 스크린 프린트 전지와 동일한 p+타입 영역(39)으로 대체된다.
도 13에서, 도 12의 구조와 유사한 구조가 도시되어 있으나, 이 경우 유전체층(29,30)이 도 6 및 도 12에 도시된 더 얇은 유전체부분(32,33)을 형성하기 위해홈 또는 웰(287,28)에 확대되어 있지 않다. 이 구조는 도핑 마스크로서 최종 유전체층을 이용하거나 (즉, 최종 유전체층을 통해 홈 및 웰을 형성하거나) 또는 홈 및 웰 도핑단계 후 최종 유전체층을 도포하나 예컨대 상술한 바와 같은 잉크젯 프린팅 에 의해 이 층의 정확한 배치를 가능하게 하는 방법을 이용하여 형성될 수 있다.
p형 웨이퍼에 형성된 전지들이 상기 예에 기술되어 있으나 모든 극성들은 n형 웨이퍼에 대해 반대로 될 수있음에 유의하라.
많은 변형 및/또는 변경들이 광범위하게 기술된 본 발명의 기술사상과 범위로부터 벗어나지 않는 트정 실시예들에 나타낸 바와 같이 본 발명에 의해 이루어 질 수 있음이 당업자들에게 이해된다. 따라서, 본 실시예는 모든 면에서 예이며 제한하지 않는 것으로서 이해되어야 한다.
본 발명의 상세한 설명에 포함됨.
Claims (82)
- ⅰ) 태양전지의 전면 및 후면에 거의 나란한 pn접합을 형성하는 반대로 도핑된 반도체 재료의 인접한 영역들과,ⅱ) 복수의 요부들을 갖는 반도체 재료의 표면과,ⅲ) 태양전지의 반도체 재료의 표면 위에 형성되고 적어도 각 요부의 일부에 더 얇거나 있지 않는 유전체층과,ⅳ) 상기 유전체층 위에 형성되고 상기 요부로 확장되어, 이에 의해 금속구조가 상기 요부내 반도체 재료들과 접촉을 하는 스크린 프린트 금속 접촉구조물을 구비하고,상기 요부의 내벽 표면영역을 형성하는 반도체 재료 영역은 전기소통상태에 있는 상기 접합의 반도체 영역들 중 하나의 극성으로 도핑되고, 상기 벽 표면영역은 상기 접합의 반대로 도핑된 다른 영역으로부터 이격되어 있는 태양전지.
- 제 1 항에 있어서,상기 유전체층이 요부에 확장되지 않는 태양전지.
- 제 1 항에 있어서,상기 유전체층이 요부에 부분적으로 확장되어 있는 태양전지.
- 제 3 항에 있어서,상기 유전체층이 상기 요부밖의 표면에 상기 유전체층의 일부보다 더 얇은 층으로 상기 요부에까지 확장되는 태양전지.
- 제 4 항에 있어서,상기 접촉구조물의 금속이 상기 요부내 얇은 유전체를 통해 아래에 있는 반도체 재료에 접촉하게 확장되어 있는 태양전지.
- 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 요부의 벽 표면영역을 형성하는 반도체 재료가 상기 요부사이의 표면영역의 반도체 재료보다 더 짙게 도핑되는 태양전지.
- 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 태양전지의 한 표면내 상기 요부의 벽 표면영역들이 각 표면영역들의 나머지를 형성하는 동일한 도판트 극성의 반도체 재료보다 더 깊은 태양전지.
- 제 7 항에 있어서,상기 표면영역을 형성하는 반도체 재료는 깊이가 0.01 내지 0.4㎛ 범위내에 있는 태양전지.
- 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,상기 요부의 벽 표면영역들은 가장 깊은 곳이 0.4 내지 1.0㎛ 범위내에 있는 태양전지.
- 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 요부는 폭이 15-50㎛ 범위내에 있는 태양전지.
- 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 요부는 깊이가 10-100㎛ 범위내에 있는 태양전지.
- 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 요부는 폭이 25-35㎛ 이고 깊이가 40-50㎛ 범위인 홈과 웰을 구비하는 태양전지.
- 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 요부는 일련의 평행한 세장 홈들을 구비하는 태양전지.
- 제 13 항에 있어서,상기 요부는 상기 금속 접촉구조물에 의해 덮여지는 영역내에 있는 홈들 사이에 위치된 웰들을 더 구비하는 태양전지.
- 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,상기 금속 접촉구조물은 홈에 수직하게 이어져 있는 한 세트의 핑거들을 구비하고, 상호연결 핑거들이 격자의 형태로 금속 접촉구조물을 형성하기 위해 소정 간격으로상기 홈에 평행하게 이어져 있는 태양전지.
- 제 13 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 홈들은 1 내지 10mm 범위의 피치로 이격되어 있고, 상기 접촉핑거 아래에 위치된 상기 웰들은 상기 접촉핑거 방향으로 50 내지 1500㎛ 범위의 피치로 이격되어 있는 태양전지.
- 제 16 항에 있어서,상기 접촉핑거들은 1 내지 3mm 범위의 피치로 이격되어 있는 태양전지.
- 제 16 항에 있어서,상기 접촉핑거들은 3 내지 4mm 범위의 피치로 이격되어 있는 태양전지.
- 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 요부는 일련의 웰인 태양전지.
- 제 19 항에 있어서,상기 요부는 일련의 평행한 웰들의 행들을 구비하는 태양전지.
- 제 19 항 또는 제 20 항에 있어서,상기 요부는 상기 금속 접촉구조물에 의해 덮여지는 영역내 웰들의 평행한 행들 사이에 위치된 웰들을 더 구비하는 태양전지.
- 제 19 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 금속 접촉구조물은 스크린 프린트 금속의 단절되지 않은 층인 태양전지.
- 제 19 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 금속 접촉구조물은 웰들의 행들 각각 위로 이어져 있는 한 세트의 핑거를 구비하고, 상호연결 핑거들이 격자를 형성하기 위해 소정 간격으로 상기 웰들의 행들에 수직하게 이어져 있는 태양전지.
- 제 19 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 웰의 행은 0.2 내지 3.0mm 범위의 피치에 위치되어 있고, 상기 접촉핑거는 1 내지 3mm 범위의 피치에 위치되어 있으며, 상기 접촉핑거 아래에 위치된 상기 웰의 행들 사이의 웰들은 상기 접촉핑거 방향으로 50 내지 1500㎛ 범위의 피치 로 이격되어 있는 태양전지.
- 제 1 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 접촉핑거는 1.5mm의 피치로 이격되어 있는 태양전지.
- 제 1 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 전지는 n형 수광면 영역과 p형 후면 영역을 구비하며, 상기 수광면 영역을 형성하는 반도체 재료는 면적당 50-1000옴 범위의 전도도를 제공하도록 도핑되고, 상기 수광면의 요부에 있는 벽 표면영역들을 형성하는 반도체 재료는 면적당 1-50옴 범위의 전도도를 제공하도록 도핑되는 태양전지.
- 제 26 항에 있어서,상기 수광면의 요부에 있는 벽 표면영역들을 형성하는 상기 반도체 재료는 1017원자/㎤ 이상의 도판트 농도를 갖는 태양전지.
- 제 26 항에 있어서,상기 수광면의 요부에 있는 벽 표면영역들을 형성하는 상기 반도체 재료는 1019원자/㎤ 이상의 도판트 농도를 갖는 태양전지.
- 제 1 항 내지 제 28 항 중 어느 한 항에 있어서,요부가 후면에 형성되고 상기 후면의 요부에 있는 표면영역을 형성하는 영역내 반도체 재료는 면적당 1 내지 50옴 범위의 전도도를 제공하도록 도핑되는 태양전지.
- 제 29 항에 있어서,상기 후면의 요부에 있는 표면영역을 형성하는 영역의 반도체 재료는 1017원자/㎤ 이상의 도판트 농도를 갖는 태양전지.
- 제 29 항에 있어서,상기 후면의 요부에 있는 표면영역을 형성하는 영역의 반도체 재료는 1019원자/㎤ 이상의 도판트 농도를 갖는 태양전지.
- 제 29 항 내지 제 31 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 후면영역은 상기 후면의 요부들 사이에 n+영역을 구비하는 포함하는 태양전지.
- 제 32 항에 있어서,상기 후면의 요부들 사이의 n+영역은 면적당 50 내지 1000옴 범위의 전도도 를 제공하도록 도핑되는 태양전지.
- 제 29 항 내지 제 31 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 후면영역은 상기 후면의 요부들 사이에 확장되어 있는 p형 영역을 구비하는 태양전지.
- 제 29 항에 있어서,상기 후면의 요부들 사이의 p형 영역은 면적당 50 내지 1000옴 범위의 전도도를 제공하도록 도핑되는 태양전지.
- 제 29 항 내지 제 31 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 후면영역의 요부들 사이의 후면영역을 형성하는 반도체 재료와 태양전지의 벌크 반도체 재료는 각각 1015 내지 1017 원자/㎤ 크기의 도판트 농도를 갖는 태양전지.
- 태양전지의 전면 및 후면에 거의 나란한 pn접합을 형성하는 반대로 도핑된 반도체 재료의 인접합 영역들을 구비한 태양전지의 접촉구조물 제조방법에 있어서,ⅰ) 반도체 재료의 표면에 일련의 요부를 형성하는 단계와,ⅱ) 상기 표면 위로 유전체층을 형성하는 단계와,ⅲ) 상기 요부로 확장되어 있는 스크린 프린트 접촉구조물을 형성하는 단계와,ⅳ) 상기 스크린 프린트 접촉구조물을 소결시키기 위해 상기 구조물을 소성하는 단계를 포함하고,상기 요부의 내벽 표면영역을 형성하는 반도체 재료 영역들은 상기 접합의 반도체 영역들 중 한 극성으로 도핑되고 상기 접합과 전기소통되며, 상기 벽 표면영역은 상기 접합의 반대로 도핑된 다른 영역으로부터 이격되어 있고,상기 요부의 유전체층은 상기 표면의 유전체 층보다 더 얇거나 없으며,소성에 의해 상기 접촉구조물이 상기 요부의 내벽 표면영역을 형성하는 반도체 재료 영역과 접촉하는 태양전지의 접촉구조물 제조방법.
- 제 37 항에 있어서,상기 유전체층을 형성하는 단계는 상기 유전체층이 상기 요부로 확장되지 않게 하는 태양전지의 접촉구조물 제조방법.
- 제 37 항에 있어서,상기 유전체층을 형성하는 단계는 상기 유전체층이 부분적으로 상기 요부로 확장되게 하는 태양전지의 접촉구조물 제조방법.
- 제 37 항에 있어서,상기 유전체층을 형성하는 단계는 상기 요부밖의 표면에 상기 유전체층의 일부보다 더 얇은 층으로서 상기 유전체층이 상기 요부로 확장되게 하는 태양전지의 접촉구조물 제조방법.
- 제 37 항 내지 제 40 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 요부의 벽 표면영역을 형성하는 상기 반도체 재료의 도핑이 상기 요부들 사이의 표면의 반도체 제료보다 더 짙게 도핑되도록 수행되는 태양전지의 접촉구조물 제조방법.
- 제 37 항 내지 제 41 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 태양전지의 한면에 있는 상기 요부의 벽 표면영역들이 각 표면영역들의 나머지를 형성하는 동일한 도판트 극성의 반도체 재료보다 더 깊은 태양전지의 접촉구조물 제조방법.
- 제 42 항에 있어서,상기 각 표면영역들을 형성하는 반도체 재료는 깊이가 0.01 내지 0.4㎛ 범위내에 있는 태양전지의 접촉구조물 제조방법.
- 제 42 항 또는 제 43 항에 있어서,상기 요부의 벽 표면영역들은 가장 깊은 곳이 0.4 내지 1.0㎛ 범위내에 있는 태양전지의 접촉구조물 제조방법.
- 제 37 항 내지 제 44 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 요부는 폭이 15-50㎛ 범위내에 있는 태양전지의 접촉구조물 제조방법.
- 제 37 항 내지 제 45 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 요부는 깊이가 10-100㎛ 범위내에 있는 태양전지의 접촉구조물 제조방법.
- 제 37 항 내지 제 46 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 요부는 폭이 25-35㎛이고 깊이가 40-50㎛인 홈과 웰로 형성된 태양전지의 접촉구조물 제조방법.
- 제 37 항 내지 제 46 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 요부는 일련의 평행한 세장 홈들로 형성되는 태양전지의 접촉구조물 제조방법.
- 제 48 항에 있어서,상기 요부는 또한 상기 금속 접촉구조물에 의해 덮여지는 영역에 있는 홈들 사이에 위치된 웰들로서 형성되는 태양전지의 접촉구조물 제조방법.
- 제 48 항 또는 제 49 항에 있어서,한 세트의 핑거들이 상기 홈에 수직하게 이어져 형성되고, 상호연결 핑거들이 격자의 형태로 금속 접촉구조물을 형성하기 위해 소정 간격으로 상기 홈에 평행하게 이어지게 형성된 태양전지의 접촉구조물 제조방법.
- 제 48 항 내지 제 50 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 홈들은 0.2 내지 0.3mm 범위의 피치로 형성되고, 상기 접촉핑거는 1 내지 10mm 범위의 피치로 형성되며, 상기 접촉핑거들 아래에 위치된 상기 웰들은 상기 접촉핑거 방향으로 50 내지 1500㎛ 범위의 피치로 형성되는 태양전지의 접촉구조물 제조방법.
- 제 51 항에 있어서,상기 접촉핑거는 1 내지 3mm 범위의 피치로 형성되는 태양전지의 접촉구조물 제조방법.
- 제 51 항에 있어서,상기 접촉핑거는 3 내지 4mm 범위의 피치로 형성되는 태양전지의 접촉구조물 제조방법.
- 제 37 항 내지 제 46 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 요부는 일련의 웰들로 형성되는 태양전지의 접촉구조물 제조방법.
- 제 54 항에 있어서,상기 요부는 일련의 평행한 웰들의 행들로 형성되는 태양전지의 접촉구조물 제조방법.
- 제 54 항 또는 제 55 항에 있어서,상기 금속 접촉구조물에 의해 덮여지는 영역내 평행한 웰의 행들 사이에 웰들이 형성되는 태양전지의 접촉구조물 제조방법.
- 제 54 항 내지 제 56 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 접촉구조물을 형성하기 위해 스크린 프린트 금속의 단절되지 않은 층이 표면위에 형성되는 태양전지의 접촉구조물 제조방법.
- 제 54 항 내지 제 56 항 중 어느 한 항에 있어서,한 세트의 핑거가 상기 웰들의 행들 각각 위로 이어지게 형성되고, 상호연결 핑거들이 격자의 형태로 금속 접촉구조물을 형성하기 위해 소정 간격으로 상기 웰들의 행들에 수직하게 이어져 형성되는 태양전지의 접촉구조물 제조방법.
- 제 54 항 내지 제 57 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 웰들의 행은 0.2 내지 0.3mm 범위의 피치로 형성되고, 상기 접촉핑거는 1 내지 3mm 범위의 피치로 형성되며, 상기 접촉핑거 아래에 있는 상기 웰들의 행들 사이의 웰들은 상기 접촉핑거 방향으로 50 내지 1500㎛ 범위의 피치로 형성되는 태양전지의 접촉구조물 제조방법.
- 제 37 항 내지 제 59 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 접촉핑거는 1.5mm 피치에 형성되는 태양전지의 접촉구조물 제조방법.
- 제 37 항 내지 제 60 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 요부의 내벽 표면영역을 형성하는 상기 반도체 재료영역은 상기 요부가 형성되는 표면을 형성하는 상기 반도체 재료영역의 나머지보다 더 짙은 도핑수준으로 도핑되는 태양전지의 접촉구조물 제조방법.
- 제 37 항 내지 제 61 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 표면 요부는 표면 산화물층과 상기 요부들이 요부를 형성하는 것이 필요한 산화물층을 통한 레이저 스크라이빙(laser scribing)에 의해 형성되는 태양전지의 접촉구조물 제조방법.
- 제 62 항에 있어서,레이저 스크라이빙에 의해 상기 표면 요부가 형성될 때 상기 유전체층으로부터 도판트 중 일부가 형성되는 요부의 표면영역에 자동적으로 포함되도록 형성동안 표면 산화물층에 도판트가 첨가되는 태양전지의 접촉구조물 제조방법.
- 제 62 항에 있어서,상기 표면 산화물층내 개구들은 도핑 마스크로서 역할을 하고 상기 요부의 표면영역들은 상기 산화물층의 상기 개구들을 통해 도판트를 도포함으로써 도핑되는 태양전지의 접촉구조물 제조방법.
- 제 63 항 또는 제 64 항에 있어서,상기 요부의 표면영역들을 도핑한 후, 상기 산화물층은 제거되고 상기 요부를 둘러싼 상기 표면에서 보다 상기 요부들의 각 요부중 적어도 일부에서 더 얇고 연이어 형성된 접촉구조물로부터 상기 요부를 둘러싼 반도체 표면을 이격키기 위해 상기 요부를 둘러싼 표면에 이어져 있는 최종 유전체층으로 대체되는 태양전지의 접촉구조물 제조방법.
- 제 63 항 또는 제 64 항에 있어서,상기 요부의 표면영역들을 도핑한 후, 상기 산화물층은 제거되고 각 요부중 적어도 일부에 있지 않고 연이어 형성된 접촉구조물물로부터 상기 요부를 둘러싼 반도체 표면을 이격시키기 위해 상기 요부를 둘러싼 표면에 이어져 있는 최종 유전 체층으로 대체되는 태양전지의 접촉구조물 제조방법.
- 제 63 항 또는 제 64 항에 있어서,상기 금속 접촉구조물은 상기 표면 산화물층 위에 형성되고 상기 요부의 내벽 표면을 형성하는 반도체 재료영역들과 접촉하도록 상기 표면 산화물층에 있는 개구를 통해 확장되어 있는 태양전지의 접촉구조물 제조방법.
- 제 37 항 내지 제 67 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 태양전지는 n형 수광면과 p형 후면으로 형성되고, 상기 광수용 표면영역을 형성하는 반도체 재료는 면적당 50-1000옴 범위의 전도도를 형성하도록 도핑되고, 상기 광수용 표면영역의 요부내 벽 표면영역을 형성하는 반도체 재료는 면적당 1-50옴 범위의 전도도를 형성하도록 도핑되는 태양전지의 접촉구조물 제조방법.
- 제 68 항에 있어서,상기 광수용 표면영역의 요부내 벽 표면영역을 형성하는 반도체 재료는 1017원자/㎤ 이상의 도판트 농도로 도핑되는 태양전지의 접촉구조물 제조방법.
- 제 67 항에 있어서,상기 광수용 표면영역의 요부내 벽 표면영역을 형성하는 반도체 재료는 1019 원자/㎤ 이상의 도판트 농도로 도핑되는 태양전지의 접촉구조물 제조방법.
- 제 37 항 내지 제 70 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 요부는 후면에 형성되고, 상기 후면의 요부내 표면영역을 형성하는 영역의 반도체 재료는 면적당 1 내지 50옴 범위의 전도도를 형성하도록 도핑되는 태양전지의 접촉구조물 제조방법.
- 제 71 항에 있어서,상기 후면의 요부내 벽 표면영역을 형성하는 반도체 재료는 1017원자/㎤ 이상의 도판트 농도로 도핑되는 태양전지의 접촉구조물 제조방법.
- 제 71 항에 있어서,상기 후면의 요부내 벽 표면영역을 형성하는 반도체 재료는 1019원자/㎤ 이상의 도판트 농도로 도핑되는 태양전지의 접촉구조물 제조방법.
- 제 71 항 내지 제 73 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 후면의 요부사이의 후면에 n+영역이 형성되는 태양전지의 접촉구조물 제조방법.
- 제 74 항에 있어서,상기 후면의 요부사이의 후면에 n+영역은 면적당 50 내지 1000옴 범위의 전도도를 형성하도록 도핑되는 태양전지의 접촉구조물 제조방법.
- 제 71 항 내지 제 73 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 후면의 요부들 사이에 p형 영역이 확장되게 형성되는 태양전지의 접촉구조물 제조방법.
- 제 76 항에 있어서,상기 후면의 요부사이의 후면에 p형 영역은 면적당 50 내지 1000옴 범위의 전도도를 형성하도록 도핑되는 태양전지의 접촉구조물 제조방법.
- 제 71 항 내지 제 73 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 후면의 요부사이에 상기 후면영역을 형성하는 반도체 재료와 태양전지 벌크는 각각 1015내지 1017원자/㎤ 크기의 도판트 농도로 각각 도핑되는 태양전지의 접촉구조물 제조방법.
- 태양전지의 전면 및 후면에 거의 나란한 pn접합을 형성하는 반도체 재료의 인접합 영역들을 구비하는 태양전지 형성간 구조물의 표면에 시약을 도포하는 방법 에 있어서,ⅰ) 프린트 장치의 프린트 헤드에 시약 소스가 연결되어 있는 잉크젯 프린트 장치의 캐리어에 상기 구조물을 배치하는 단계와,ⅱ) 상기 시약이 도포되는 영역 위로 상기 프린트 헤드가 지나가도록 상기 구조물에 대해 프린트 헤드를 스캐닝하고, 상기 시약이 도포되는 영역이 상기 프린트 헤드 아래에 위치될 때 상기 시약을 도포하도록 상기 프린트 헤드를 동작시키는 단계를 포함하는 태양전지 형성간 구조의 표면에 시약을 도포하는 방법.
- 제 79 항에 있어서,상기 프린트 장치는 X-Y 테이블을 구비하고, 가공되는 상기 구조물이 고정된 위치에 있는 프린트 헤드 아래로 2차원으로 이동되는 태양전지 형성간 구조의 표면에 시약을 도포하는 방법.
- 제 79 항 또는 제 80 항에 있어서,상기 프린트 장치는 레이저를 더 구비하고, 시약으로 상기 구조물이 프린트되면서 가공되는 상기 구조물에 가열 및/또는 스크라이빙 단계가 수행되는 태양전지 형성간 구조의 표면에 시약을 도포하는 방법.
- 제 81 항에 있어서,상기 레이저가 고정된 위치에 있는 태양전지 형성간 구조의 표면에 시약을 도포하는 방법.
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