KR20080092583A - Single crystal silicon solar cell and pattern of the front electrode of single crystal silicon solar cell - Google Patents
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Abstract
Description
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.The following drawings attached to this specification are illustrative of preferred embodiments of the present invention, and together with the detailed description of the invention to serve to further understand the technical spirit of the present invention, the present invention is a matter described in such drawings It should not be construed as limited to.
도 1은 태양전지의 기본적인 구조를 나타낸 개략도이다.1 is a schematic diagram showing the basic structure of a solar cell.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 단결정 실리콘 태양전지의 단면을 모식적으로 나타낸 도면이다.2 is a view schematically showing a cross section of a single crystal silicon solar cell according to an embodiment of the present invention.
도 3은 실리콘의 결정 구조를 나타낸 도면이다.3 shows a crystal structure of silicon.
도 4 내지 6은 각각 실리콘 결정의 <100>, <110>, <111> 방향의 모습을 나타낸 도면이다.4 to 6 are diagrams showing states of <100>, <110>, and <111> directions of silicon crystals, respectively.
도 7 및 도 8은 본 발명의 전면전극 패턴을 모식적으로 나타낸 도면이다. 7 and 8 are diagrams schematically showing the front electrode pattern of the present invention.
본 발명은 단결정 실리콘 태양전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 실리콘 기판 및 전면전극의 구조 개선으로 캐리어의 전달 저항이 감소되어 우수한 광전변환효율을 갖는 단결정 실리콘 태양전지에 관한 것이다.The present invention relates to a single crystal silicon solar cell, and more particularly, to a single crystal silicon solar cell having excellent photoelectric conversion efficiency by reducing the transfer resistance of a carrier by improving the structure of a silicon substrate and a front electrode.
최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예측되면서 이들을 대체할 대체 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 그 중에서도 태양전지는 에너지 자원이 풍부하고 환경오염에 대한 문제점이 없어 특히 주목 받고 있다. 태양전지에는 태양열을 이용하여 터빈을 회전시키는데 필요한 증기를 발생시키는 태양열 전지와, 반도체의 성질을 이용하여 태양빛(photons)을 전기에너지로 변환시키는 태양광 전지가 있으며, 태양전지라고 하면 일반적으로 태양광 전지(이하 태양전지라 한다)를 일컫는다.Recently, as the prediction of depletion of existing energy sources such as oil and coal is increasing, interest in alternative energy to replace them is increasing. Among them, solar cells are particularly attracting attention because they are rich in energy resources and have no problems with environmental pollution. Solar cells include solar cells that generate steam for rotating turbines using solar heat, and solar cells that convert photons into electrical energy using the properties of semiconductors. Refers to photovoltaic cells (hereinafter referred to as solar cells).
태양전지의 기본적인 구조를 나타낸 도 1을 참조하면, 태양전지는 다이오드와 같이 p형 반도체(101)와 n형 반도체(102)의 접합 구조를 가지며, 태양전지에 빛이 입사되면 빛과 태양전지의 반도체를 구성하는 물질과의 상호 작용으로 (-) 전하를 띤 전자와 전자가 빠져나가 (+) 전하를 띤 정공이 발생하여 이들이 이동하면서 전류가 흐르게 된다. 이를 광기전력효과(光起電力效果, photovoltaic effect)라 하는데, 태양전지를 구성하는 p형(101) 및 n형 반도체(102) 중 전자는 n형 반도체(102) 쪽으로, 정공은 p형 반도체(101) 쪽으로 끌어 당겨져 각각 n형 반도체(101) 및 p형 반도체(102)와 접합된 전극(103, 104)으로 이동하게 되고, 이 전극(103, 104)들을 전선으로 연결하면 전기가 흐르므로 전력을 얻을 수 있다Referring to FIG. 1 showing the basic structure of a solar cell, a solar cell has a junction structure of a p-
이와 같은 태양전지의 출력특성은 일반적으로 솔라시뮬레이터를 이용하여 얻 어진 출력전류전압곡선 상에서 출력전류 Ip와 출력전압 Vp의 곱 Ip×Vp의 최대값(Pm)을 태양전지로 입사하는 총광에너지(S×I: S는 소자면적, I는 태양전지에 조사되는 광의 강도)로 나눈 값인 변환효율 η에 의해 평가된다.태양전지와 관련한 연구들은 태양전지의 제조단가를 낮추는 것과 더불어 이와 같은 변환효율을 향상시키는데 집중되어 있으며, 태양전지의 변환효율을 향상시키기 위해서는 태양전지의 태양광에 대한 반사율을 높이고, 캐리어들의 재결합 정도를 줄여야 하며, 이와 더불어 반도체 기판 및 전극에서의 저항을 낮추어야 한다. In general, the output characteristics of such a solar cell have a total light energy (S) incident on the solar cell at a maximum value Pm of the product Ip × Vp of the output current Ip and the output voltage Vp on the output current voltage curve obtained using the solar simulator. X I: S is the device area, I is the conversion efficiency η divided by the intensity of light irradiated to the solar cell. Studies on solar cells improve such conversion efficiency in addition to lowering the manufacturing cost of the solar cell. In order to improve the conversion efficiency of the solar cell, it is necessary to increase the reflectance of the solar cell to sunlight, reduce the degree of recombination of carriers, and lower the resistance of the semiconductor substrate and the electrode.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 실리콘 기판 및 전면 전극의 구조를 개선하여 캐리어의 전달 저항을 낮춤으로써 단결정 실리콘 태양전지의 변환 효율을 향상시키는 것이며, 이러한 기술적 과제를 달성할 수 있는 단결정 실리콘 태양전지를 제공하는데 본 발명의 목적이 있다. The technical problem to be achieved by the present invention is to improve the conversion efficiency of the single crystal silicon solar cell by improving the structure of the silicon substrate and the front electrode to lower the transfer resistance of the carrier, the single crystal silicon solar cell that can achieve this technical problem It is an object of the present invention to provide a.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제의 달성을 위해 본 발명은, 제1 도전형 실리콘 기판, 상기 실리콘 기판과 반대 도전형을 가지는 제2 도전형 도전층 및 상기 실리콘 기판과 제2 도전형 도전층 사이의 계면에 형성된 p-n 접합으로 이루어진 p-n 구조; 상기 제2 도전형 도전층 상에 형성되는 반사방지막; 2 이상의 핑거라인 및 상기 핑거라인들을 전기적으로 연결하는 버스바를 포함하고, 상기 반사방지막 상에 형성되어 상기 반사방지막을 관통하면서 제2 도전형 도전층과 연결되며, 상기 핑거라인이 상기 실리콘 기판의 실리콘 결정의 <110> 방향에 수직 또는 평행하게 형성된 전면전극; 및 상기 실리콘 기판을 사이에 두고 상기 전면전극과 반대측에, 상기 실리콘 기판과 연결되도록 형성된 후면전극;을 포함하는 것을 특징으로 하는 단결정 실리콘 태양전지를 제공한다.In order to achieve the technical problem to be achieved by the present invention, the present invention provides a first conductive silicon substrate, a second conductive conductive layer having an opposite conductivity type to the silicon substrate, and between the silicon substrate and the second conductive conductive layer. A pn structure consisting of a pn junction formed at an interface; An antireflection film formed on the second conductivity type conductive layer; And at least two finger lines and a bus bar for electrically connecting the finger lines, wherein the finger lines are formed on the anti-reflection film and are connected to the second conductive type conductive layer while penetrating the anti-reflection film. A front electrode formed perpendicular or parallel to the <110> direction of the crystal; And a back electrode formed on the opposite side of the front electrode with the silicon substrate interposed therebetween to be connected to the silicon substrate.
상기 실리콘 기판은 대표적으로 p형 실리콘 기판이 사용될 수 있다. As the silicon substrate, a p-type silicon substrate may be typically used.
상기 반사방지막은 대표적으로 실리콘나이트라이드를 포함하여 이루어질 수 있으며, 이와 같이 실리콘나이트라이드를 포함하여 이루어지는 반사방지막은 대표적으로 플라즈마 화학기상증착법, 화학기상즉착법 또는 스퍼터링으로 형성될 수 있다. The anti-reflection film may typically be formed of silicon nitride, and thus, the anti-reflection film including silicon nitride may be typically formed by plasma chemical vapor deposition, chemical vapor deposition, or sputtering.
상기 태양전지는 상기 반사방지막과 상기 제2 도전형 도전층 사이에 부동층을 더 포함할 수 있으며, 상기 부동층은 대표적으로 실리콘옥사이드를 포함하여 이루어질 수 있다. The solar cell may further include a passivation layer between the anti-reflection film and the second conductivity type conductive layer, and the passivation layer may typically include silicon oxide.
상기 전면전극의 핑거라인 및 버스바는 대표적으로 은 및 글라스프릿을 포함하여 이루어질 수 있으며, 상기 후면전극은 대표적으로 알루미늄 및 글라스프릿을 포함하여 이루어질 수 있다. The finger line and the bus bar of the front electrode may typically be made of silver and glass frit, and the back electrode may be made of aluminum and glass frit.
상기 실리콘 기판에는 상기 실리콘 기판이 후면전극과 접하는 면으로부터 소정 깊이까지 BSF층이 형성될 수 있다. The BSF layer may be formed on the silicon substrate to a predetermined depth from a surface where the silicon substrate contacts the rear electrode.
본 발명은 또한, 단결정 실리콘 태양전지의 전면전극 패턴에 있어서, 상기 전면전극의 핑거라인이 실리콘 기판을 구성하는 실리콘 결정의 <110> 방향에 수직 또는 평행하게 형성되는 것을 특징으로 하는 단결정 실리콘 태양전지의 전면전극 패턴을 제공한다. In another aspect, the present invention, in the front electrode pattern of a single crystal silicon solar cell, the finger line of the front electrode is formed perpendicular to or parallel to the <110> direction of the silicon crystal constituting the silicon substrate. It provides a front electrode pattern of.
이하, 본 발명에 대한 이해를 돕기 위해 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings to assist in understanding the present invention.
본 발명의 발명자들은, 단결정 실리콘 태양전지에서 실리콘 기판 내에서의 실리콘의 결정 방향에 따라 실리콘 격자에 의한 산란 정도가 달라 전류에 대한 저항값에 차이가 있음을 발견하고, 실리콘 기판 내에서의 실리콘의 결정 방향과의 관계에서 전면전극 핑거라인의 패턴을 적절히 조절함에 의해, 본 발명을 완성하기에 이르렀다. The inventors of the present invention find that the scattering degree due to the silicon lattice varies depending on the crystal direction of silicon in the silicon substrate in the single crystal silicon solar cell, and there is a difference in resistance value with respect to the current. By properly adjusting the pattern of the front electrode finger line in relation to the crystal direction, the present invention has been completed.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 단결정 실리콘 태양전지의 단면을 모식적으로 나타낸 도면이다. 2 is a view schematically showing a cross section of a single crystal silicon solar cell according to an embodiment of the present invention.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 단결정 실리콘 태양전지는 제1 도전형 실리콘 기판(201), 제2 도전형 도전층(202), 반사방지막(205), 전면전극(203) 및 후면전극(204)을 포함하여 이루어진다. As shown in FIG. 2, the single crystal silicon solar cell of the present invention includes a first
상기 실리콘 기판(201)에 이와 다른 도전형의 층 측 제2 도전형 도전층(202)을 형성하면 p-n 접합이 형성되고, 이를 통해 p-n 구조가 구성된다. 상기 실리콘 기판(201)으로는 p형 및 n형 실리콘 기판이 모두 사용될 수 있으며, 그 중 p형 실리콘 기판은 소수 케리어의 수명 및 모빌리티(mobility)가 커서(p형의 경우 전자가 소수 케리어임) 가장 바람직하게 사용될 수 있다. p형 실리콘 기판에는 대표적으로 B, Ga, In 등의 3족 원소들이 도핑되어 있는데, p형 실리콘 기판에 P, As, Sb 등의 5족 원소들을 도핑함으로써 n형 도전층을 형성하고 이를 통해 p-n 접합을 형성할 수 있다. When the second
상기 제2 도전형 도전층(202) 및 p-n 접합 형성 단계는 다양한 방식으로 수행될 수 있는데, 대표적으로 실리콘 기판을 확산로에 넣고 제2 도전형 도전층(202)을 형성할 수 있는 도펀트를 함유하는 가스를 주입한 후 확산로를 가열하는 방법과 반도체 기판의 일면에 도펀트를 함유하는 조성물을 도포하고 이를 확산로에 넣은 후 가열하는 방법이 있다. 전자의 방법은 실리콘 기판의 전 표면에 제2 도전형 도전층(202)을 형성되므로, 실리콘 기판의 측단 가장자리 부분을 잘라내는 에지 아이솔레이션(edge isolation) 공정을 거치게 된다. 이를 통해 전면전극(203) 및 후면전극(204)의 전기적 연결을 막을 수 있다. The second conductive
상기 반사방지막(205)은 태양광에 대한 반사율을 낮추기 위한 것으로, 실리콘 기판(201)에 형성된 제2 도전형 도전층(202) 상에 형성된다. 상기 반사방지막(205)은 대표적으로 플라즈마 화학기상증착법(PECVD), 화학기상증착법(CVD) 및 스퍼터링으로 이루어지는 군에서 선택되는 방법에 의해 형성될 수 있다. The
상기 반사방지막(205)과 상기 제2 도전형 도전층(202) 사이에는 부동층(미도시)이 더 형성될 수있으며, 상기 부동층은 대표적으로 실리콘옥사이드를 포함하여 이루어질 수 있다. A passivation layer (not shown) may be further formed between the
상기 전면전극(203)은 2 이상의 핑거라인 및 상기 핑거라인들을 전기적으로 연결하는 버스바를 포함하여 이루어지며, 상기 반사방지막(205) 상에 형성되어 상기 반사방지막(205)을 관통하면서 제2 도전형 도전층(202)과 연결된다. The
본 발명에 있어서, 상기 핑거라인의 패턴은 실리콘의 결정 구조를 고려하여 형성된다. 도 3은 실리콘의 결정 구조를 나타낸 도면이고, 도 4~6은 각각 실리콘 결정의 <100>, <110>, <111> 방향의 모습을 나타낸 도면이다. 실리콘 기판(201)은 기판의 상하면이 실리콘 결정의 <100> 방향과 수직하도록 형성되므로, 실리콘 기판(201)의 상하면과 수직한 방향으로의 캐리어 이동에 대한 격자의 영향은 전극의 패턴에 상관 없이 동일하다. 그러나, 캐리어가 제2 도전형 도전층(202)에 도달하여 전극으로 이동할 때, 즉 기판의 상하면과 평행한 방향으로의 이동시에는, 격자에 의한 캐리어의 산란 정도는 전극 형성 방향에 따라 차이가 난다. In the present invention, the pattern of the finger line is formed in consideration of the crystal structure of silicon. 3 is a diagram illustrating a crystal structure of silicon, and FIGS. 4 to 6 are diagrams illustrating states of <100>, <110>, and <111> directions of silicon crystals, respectively. Since the
따라서, 본 발명은 전면전극(203)의 핑거라인을 실리콘 결정의 <110> 방향에 수직 또는 평행하게 형성함으로써, 핑거와 핑거 사이의 측면저항(lateral series resistance)를 줄이며, 이를 통해 FF(fill factor)를 개선하여 단결정 실리콘 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있다. Accordingly, the present invention reduces the lateral series resistance between the finger and the finger by forming the finger line of the
도 7, 8은 본 발명의 전면전극 패턴을 모식적으로 나타낸 도면으로, 도 7은 실리콘 기판(305)의 측면이 실리콘 결정의 <100> 방향과 수직하도록 형성된 경우에 대한 것이고, 도 8은 실리콘 기판(305)의 측면이 실리콘 결정의 <110> 방향과 수직하도록 형성된 경우에 대한 것이다. 도 7, 8에 도시된 바와 같이, 실리콘 기판(305)의 측면이 실리콘 결정 방향과 어떠한 위치 관계에 있더라도, 전면전극의 핑거라인(301)은 실리콘 결정의 <110> 방향과 수직 또는 평행하게 형성되며, 버스바(303)는 핑거라인(301)을 전기적으로 연결할 수 있도록 형성된다. 7 and 8 are diagrams schematically illustrating the front electrode pattern of the present invention. FIG. 7 illustrates a case in which the side surface of the
상기 후면전극(204)은 실리콘 기판(201)을 사이에 두고 전면전극(203)과 반대측에, 실리콘 기판(201)과 연결되도록 형성된다. The
상기 전면전극(203)의 핑거라인(301) 및 버스바(303)는 대표적으로 은 및 글 라스프릿을 포함하여 이루어질 수 있으며, 상기 후면전극(204)은 대표적으로 알루미늄 및 글라스프릿을 포함하여 이루어질 수 있다. The
전면전극(203) 및 후면전극(204)은 예를 들어, 전극 형성용 페이스트를 소정 패턴에 따라 도포한 후 열처리함에 의해 형성될 수 있다. 열처리를 통해 전면전극(203)은 반사방지막(205)을 뚫고 들어가 제2 도전형 도전층(202)과 연결되게 되고(punch throuth), 상기 실리콘 기판(201)에는 상기 실리콘 기판(201)이 후면전극(204)과 접하는 면으로부터 소정 깊이까지 BSF(Back surface field)층(206)이 형성된다. 전면전극(203) 형성 및 후면전극(204) 형성 순서는 제한되지 않으므로 어느 것을 먼저 하여도 무방하며, 각각의 페이스트를 도포한 후 동시에 열처리하는 것도 역시 가능하다. The
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되지 않아야 하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.The terms or words used in this specification and claims should not be construed as being limited to the common or dictionary meanings, and the inventors can appropriately define the concept of terms in order to best describe their invention. Based on the principle, it should be interpreted as meaning and concept corresponding to the technical idea of the present invention.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예는 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. Therefore, the exemplary embodiments described herein are only exemplary embodiments of the present invention and do not represent all of the technical ideas of the present invention, and various equivalents and modifications that may substitute them at the time of the present application may be used. It should be understood that there may be.
본 발명의 단결정 실리콘 태양전지에 따르면, 전면전극의 핑거 라인이 실리 콘 결정의 <110> 방향에 수직 또는 평행하도록 실리콘 기판 위에 형성되어, 전자의 이동에 대한 측면 저항(lateral series resistance)이 낮아 FF(fill factor)의 향상으로 우수한 변환효율을 나타낸다. According to the single crystal silicon solar cell of the present invention, the finger line of the front electrode is formed on the silicon substrate so as to be perpendicular or parallel to the <110> direction of the silicon crystal, so that the lateral series resistance to the movement of electrons is low, so FF It shows an excellent conversion efficiency by improving the fill factor.
Claims (10)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020070036077A KR20080092583A (en) | 2007-04-12 | 2007-04-12 | Single crystal silicon solar cell and pattern of the front electrode of single crystal silicon solar cell |
Applications Claiming Priority (1)
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KR1020070036077A KR20080092583A (en) | 2007-04-12 | 2007-04-12 | Single crystal silicon solar cell and pattern of the front electrode of single crystal silicon solar cell |
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KR1020070036077A KR20080092583A (en) | 2007-04-12 | 2007-04-12 | Single crystal silicon solar cell and pattern of the front electrode of single crystal silicon solar cell |
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-
2007
- 2007-04-12 KR KR1020070036077A patent/KR20080092583A/en active IP Right Grant
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