KR20100033177A - 태양전지 및 그 형성방법 - Google Patents
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Abstract
태양전지가 개시된다. 상기 태양전지는 후면의 제 1 도전형의 제 1 영역, 수광면의 제 2 도전형의 제 2 영역, 및 이들 사이 계면에 PN 접합을 갖는 반도체 기판에 제공된다. 전극이, 상기 수광면 상에, 상기 수광면의 일부를 노출하도록 제공되고, 상기 반도체 기판은 상기 전극에 의하여 노출된 상기 수광면의 일부가 함몰된 복수개의 홈들을 갖는다. 상기 복수개의 홈들은 텍스처링 구조로 기능할 수 있다.
태양전지, 홈, 전극, 텍스처
Description
본 발명은 태양전지 및 그 형성방법에 관한 것이다.
태양전지는, 입사되는 광에 의해 그의 반도체 내부에서 전자와 정공의 쌍이 생성되고, pn 접합에서 발생한 전기장에 의해 전자는 n형 반도체로 이동하고 정공은 p형 반도체로 이동함으로써 전력을 생산한다.
상기 태양전지로 입사된 광이 입사면에서 반사될 수 있다. 상기 입사광의 반사에 의한 광학적 손실에 의하여, 상기 태양전지의 특성이 저하될 수 있다. 상기 태양전지의 광학적 손실을 감소시키기 위하여, 상기 태양전지의 입사면이 요철을 갖도록 할 수 있다. 이를 위하여, 결정계 실리콘 기판 표면을 에칭하여 피라미드를 형성하는 텍스처링 (texturing) 방법이 사용될 수 있다. 상기 피라미드는 입사광의 반사를 감소시켜 빛의 흡수율을 증가시킬 뿐만 아니라, 스넬 법칙에 따라 입사광이 실리콘 내부로 들어가도록 하는 부수적인 효과를 얻을 수 있다.
본 발명은 고 효율의 태양전지 및 그 형성방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 실시예들은 태양전지를 제공한다. 상기 태양전지는 수광면, 상기 수광면에 마주보는 후면, 상기 후면에서의 제 1 도전형의 제 1 영역, 상기 수광면에서의 제 2 도전형의 제 2 영역, 및 이들 사이 계면에서의 PN 접합을 갖는 반도체 기판; 및 상기 수광면 상에, 상기 수광면의 일부를 노출하도록 제공된, 전극을 포함할 수 있다. 상기 반도체 기판은 상기 전극에 의하여 노출된 상기 수광면의 일부가 함몰된 복수개의 홈들을 갖고, 상기 전극은 상기 복수개의 홈들이 서로 이격되도록 상기 복수개의 홈들 각각을 둘러쌀 수 있다.
상기 태양전지는 수광면, 상기 수광면에 마주보는 후면, 상기 후면에서의 제 1 도전형의 제 1 영역, 상기 수광면에서의 제 2 도전형의 제 2 영역, 및 이들 사이 계면에서의 PN 접합을 갖는 반도체 기판; 상기 후면의 상기 제 1 영역에 접촉하는 제 1 전극; 상기 수광면 상에 제공된 제 2 전극; 및 상기 제 2 전극 및 상기 제 2 영역을 덮는 반사 방지막을 포함할 수 있다.
상기 태양전지는 수광면, 상기 수광면에 마주보는 후면, 상기 후면에서의 제 1 도전형의 제 1 영역, 상기 수광면에서의 제 2 도전형의 제 2 영역, 및 이들 사이 계면에서의 PN 접합을 갖는 반도체 기판을 포함할 수 있다. 상기 제 2 영역은 복수개의 단위 영역들로 나누어져 서로 이격될 수 있다.
본 발명의 실시예들은 태양전지 형성방법을 제공한다. 상기 방법은 제 1 면, 및 상기 제 1 면에 마주보는 제 2 면, 및 상기 제 1 면에 형성된 제 1 도전형의 제 1 영역을 갖는 반도체 기판을 제공하고; 상기 제 2 면 상에, 상기 제 2 면의 일부 를 노출하는, 전극을 형성하고; 그리고 상기 전극을 마스크로 상기 노출된 제 2 면의 일부를 제거하여 홈을 형성하는 것을 포함할 수 있다.
수광면 상의 전극을 마스크로 테스처링 구조를 형성함에 의하여, 텍스처링 구조의 형성을 위한 공정이 보다 단순화될 수 있다.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제 1, 제 2, 제 3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시예는 그것의 상보적인 실시예 도 포함한다. 본 명세서에서, 불순물 농도가 저농도 또는 고농도라고 기술된 것은 이들 사이의 상대적인 비교를 설명하는 것을 의미한다.
도 1a 및 도 1b를 참조하여, 본 발명의 실시예들에 따른 태양전지가 설명된다. 상기 태양전지(100)는 태양광을 받아들이는 전면(이하, 수광면) 및 상기 수광면에 마주하는 후면을 갖는 반도체 기판(110)을 포함할 수 있다. 상기 반도체 기판(110)은 다양한 형상을 가질 수 있다. 상기 반도체 기판(110)은, 예를 들면 원형의 단결정질 실리콘으로 구성된, 실리콘 웨이퍼일 수 있다. 상기 반도체 기판(110)은 상기 후면에 인접한 하부에서의 제 1 도전형의 제 1 영역(111), 상기 수광면에 인접한 상부에서의 제 2 도전형의 제 2 영역(115) 및 이들 사이 계면에서의 pn 접합(PN)을 포함할 수 있다. 상기 제 1 도전형은 P형이고, 상기 제 2 도전형은 N형 일 수 있다.
상기 제 1 영역(111)은 상기 제 1 도전형의 불순물 이온, 예를 들면 보론(B)이 상기 반도체 기판(110)의 바디에 저농도로 도핑된 것일 수 있다. 상기 제 2 영역(115)은 상기 제 2 도전형의 불순물 이온, 예를 들면 인(P) 또는 비소(As)가 상기 반도체 기판(110)의 상부(upper portion)에 고농도로 도핑된 것일 수 있다. 상기 제 2 영역(115)은 대략 1019 ~ 1021/㎤의 불순물 이온 농도를 가질 수 있다.
제 1 전극(131)이 상기 후면에 제공될 수 있다. 상기 제 1 전극(131)은 상기 후면 상으로 연장할 수 있다. 제 2 전극(133)이 상기 수광면에 제공될 수 있다. 상기 제 2 전극(133)은 상기 수광면의 일부를 노출할 수 있다. 상기 수광면의 상기 일부는 상기 제 2 전극(133)에 의하여 둘러싸일 수 있다. 상기 노출되는 수광면의 상기 일부는 다양한 평면 도형(plane figure)들을 가질 수 있다. 상기 평면 도형들은 닫힌 선에 의하여 만들어지는 도형일 수 있고, 예를 들면 원, 다각형(polygon)을 포함할 수 있다. 상기 제 2 전극(133)은, 예를 들면 그리드 모양을 가질 수 있고, 상기 다각형은 사각형일 수 있다. 상기 제 2 전극(133)은, 예를 들면 제 1 방향으로 연장하는 제 1 전극부(134)와 상기 제 1 방향에 교차하는 제 2 방향으로 연장하는 제 2 전극부(135)를 포함할 수 있다. 나아가, 상기 제 2 전극(133)은 상기 제 1 전극부(134)의 말단과 상기 제 2 전극부(135)의 말단에서 연결되고, 상기 반도체 기판(110)의 가장자리의 둘레(circumference)를 따라 연장하는 제 3 전극부(136)를 더 포함할 수 있다.
상기 제 1 전극(131) 및 상기 제 2 전극(133)은 Al, Cu, Ni, W, Ti, TiN, WN, 금속 실리사이드막 또는 이들의 적층막일 수 있다. 예를 들면, 상기 제 1 전극(131) 및 상기 제 2 전극(133)은 Ti/TiN/Al 또는 Ti/TiN/W 일 수 있다. 상기 제 1 전극(131)은, 예를 들면 P형 전극일 수 있고, 상기 제 2 전극(133)은 예를 들면 N형 전극일 수 있다.
상기 반도체 기판(110)은 상기 제 2 전극(133)에 의하여 노출된 상기 수광면의 일부가 함몰된 복수개의 홈들(120)을 가질 수 있다. 상기 제 2 전극(133)의 측벽은 상기 복수개의 홈들(120)의 가장자리와 자기 정렬될 수 있다. 상기 복수개의 홈들(120) 각각은 상기 제 2 전극(133)에 의하여 둘러싸일 수 있다. 상기 복수개의 홈들(120)은 서로 이격되어 분리될 수 있다. 상기 제 2 전극(133)의 하부면에 대응 하는 돌출면(117)이 상기 복수개의 홈들(120)의 사이에 제공될 수 있다. 즉, 상기 수광면은 상기 복수개의 홈들(120)과 상기 돌출면(117)을 포함하는 것으로 이해될 수 있다. 상기 복수개의 홈들(120)은 상기 수광면에 대하여 경사진 측면(이하, 경사면, 121)을 가질 수 있다. 나아가, 상기 복수개의 홈들(120)은 상기 경사면으로부터 연장된 바닥면(123)을 더 포함할 수 있다. 상기 바닥면(123)은 상기 복수개의 홈들(120)의 중앙에 제공될 수 있고, 상기 수광면과 실질적으로 평행한 면을 가질 수 있다. 나아가, 상기 바닥면(123)은 크기가 작아져 하나의 꼭지점으로 될 수 있다. 상기 복수개의 홈들(120)의 깊이는 수 ㎛일 수 있다. 상기 복수개의 홈들(120)은 빛을 효율적으로 흡수하기 위한 텍스처링 구조로 기능할 수 있다. 적어도 어느 하나의 홈은 다른 홈들과 다른 크기 또는 형상을 가질 수 있다. 상기 반도체 기판(110)의 중앙의 홈들은 상기 반도체 기판(110)의 가장자리에 인접한 홈들에 비하여 균일한 크기 또는 형상을 가질 수 있다. 상기 반도체 기판(110)의 중앙의 홈들은 상기 반도체 기판(110)의 가장자리에 인접한 홈들에 비하여 규칙적 분포를 가질 수 있다.
상기 제 2 도전형의 상기 제 2 영역(115)은 상기 복수개의 홈들(120)에 제공될 수 있다. 때문에, 상기 제 2 영역(115)은 상기 제 2 전극(133)의 상기 측벽에 자기 정렬될 수 있다. 상기 제 2 영역(115)은 상기 제 2 전극(133)에 의하여 복수개의 단위 영역들로 나누어져 이격되고, 상기 단위 영역들 각각은 상기 제 2 전극(133)에 의하여 둘러싸일 수 있다. 적어도 하나의 단위 영역은 다른 단위 영역들과 다른 크기 또는 형상을 가질 수 있다. 상기 반도체 기판(110)의 중앙의 단위 영 역들은 상기 반도체 기판(110)의 가장자리에 인접한 단위 영역들에 비하여 균일한 크기 또는 형상을 가질 수 있다. 상기 반도체 기판(110)의 중앙의 단위 영역들은 상기 반도체 기판(110)의 가장자리에 인접한 단위 영역들에 비하여 규칙적 분포를 가질 수 있다. 상기 단위 영역들은 상기 홈들과 유사한 모양일 가질 수 있고, 하부보다 상부가 넓은 개구를 갖는 컵 형상일 수 있다. 상기 컵의 수평 단면은 다양한 다각형 모양을 가질 수 있다.
상기 제 1 전극(131)과 상기 제 1 영역(111) 사이에 제 1 불순물 도핑층(113)이 제공될 수 있다. 상기 제 1 불순물 도핑층(113)은 상기 반도체 기판(110)의 후면에 상기 제 1 도전형의 불순물 이온이 고농도로 도핑된 것일 수 있다. 상기 제 1 불순물 도핑층(113)은 전류의 수집을 향상시키는 후면 전계(back surface field: BSF) 불순물층으로서의 역할을 할 수 있다. 상기 제 2 전극(133)과 상기 제 1 영역(111) 사이, 즉 상기 돌출면(117)에 제 2 불순물 도핑층(114)이 제공될 수 있다. 상기 제 2 불순물 도핑층(114)은 고농도의 상기 제 2 도전형의 불순물 이온을 포함할 수 있다. 상기 제 2 영역(115)과 상기 제 2 불순물 도핑층(114)은 서로 연결되어, 하나의 제 2 도전성 영역을 구성할 수 있다. 다만, 상기 제 2 불순물 도핑층(114)은 상기 제 2 전극(133)에 의하여 덮여지므로, 상기 제 2 영역(115) 만이 실질적으로 빛을 받아들이는 역할을 할 수 있다.
나아가, 도 2를 참조하면 전술한 본 발명의 실시예들에 따른 태양전지에 추가하여, 반사 방지막(141)이 상기 제 2 전극(133) 및 상기 복수개의 홈들(120)을 덮도록 제공될 수 있다. 상기 반사 방지막(141)은 상기 복수개의 홈들(120)에 제공 된 상기 제 2 영역(115)를 덮는 것으로 이해될 수 있다. 상기 반사 방지막(141)은 그의 광학적 두께가 입사광의 1/4 파장이 되면 반사율을 보다 줄일 수 있다. 상기 반사 방지막(141)은 단일 막에 의한 두께 오차를 줄이기 위하여 2층 막으로 구성될 수 있다. 상기 반사 방지막(141)은 일반적인 반사 방지 코팅막(ARC), 예를 들면 실리콘 산화막, 실리콘 질화막 또는 이들의 적층막일 수 있다. 상기 반사 방지막(141)은 태양전지의 전면을 보호할 수 있다.
상기 제 1 전극(131) 및 상기 제 2 전극(133)에 연결된 외부배선(151)이 추가적으로 제공될 수 있다. 상기 외부 배선(151)을 통하여, 상기 제 1 전극(131) 및 상기 제 2 전극(133) 사이에서 발생된 전력이 외부로 출력될 수 있다. 상기 제 2 전극(133)과 상기 외부배선(151)을 연결하기 위하여, 상기 반사 방지막(141)은, 상기 제 2 전극(133)의 전극 패드 부분을 노출하는 오프닝(143)을 가질 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 태양전지의 형성방법이 설명된다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 반도체 기판(110)이 제공된다. 상기 반도체 기판(110)은 수광면 및 상기 수광면에 마주하는 후면을 가질 수 있다. 상기 반도체 기판(110)은, 예를 들면 원형의 단결정질 실리콘으로 구성된, 실리콘 웨이퍼일 수 있다. 상기 반도체 기판(110)은 저농도로 도핑된 제 1 도전형의 불순물 이온을 포함할 수 있다.
상기 반도체 기판(110)의 상기 후면에 상기 제 1 도전형의 불순물 이온을 갖는 제 1 불순물 도핑층(113)을 형성할 수 있다. 상기 제 1 불순물 도핑층(113)은 상기 제 1 도전형의 불순물 이온, 예를 들면 보론(B)이 상기 반도체 기판(110)의 상기 후면에 고농도로 도핑되고 열처리됨에 의하여 형성될 수 있다. 제 1 도전막이 상기 제 1 불순물 도핑층(113) 상에 제공되어, 제 1 전극(131)을 구성할 수 있다. 상기 제 1 도전막은 Al, Cu, Ni, W, Ti, TiN, WN, 금속 실리사이드막 또는 이들의 적층막일 수 있다. 예를 들면, 상기 제 1 도전막은 Ti/TiN/Al 또는 Ti/TiN/W 일 수 있다.
상기 반도체 기판(110)의 상기 수광면에 제 2 도전형의 불순물 이온을 갖는 제 2 불순물 도핑층(114)이 형성될 수 있다. 상기 제 2 불순물 도핑층(114)은 상기 제 2 도전형의 불순물 이온, 예를 들면 인(P) 또는 비소(As)가 상기 반도체 기판(110)의 상부(upper portion)에 고농도로 도핑되고 열처리됨에 의하여 형성될 수 있다. 이와 함께, 상기 반도체 기판(110)의 하부(lower portion)는 상기 제 1 도전형의 불순물 이온을 갖는 제 1 영역(111)으로 정의될 수 있다.
도 4a 및 도 4b를 참조하여, 제 2 도전막(132)이 상기 수광면의 상기 제 2 불순물 도핑층(114) 상에 제공될 수 있다. 상기 제 2 도전막(132)은 Al, Cu, Ni, W, Ti, TiN, WN, 금속 실리사이드막 또는 이들의 적층막일 수 있다. 예를 들면, 상기 제 2 도전막(132)은 Ti/TiN/Al 또는 Ti/TiN/W 일 수 있다. 상기 제 2 도전막(132)을 덮는 감광막(미도시)이 형성될 수 있다. 상기 감광막(미도시)은 노광되어, 상기 제 2 도전막(132)의 적어도 일부를 노출하는 감광막 패턴(145)을 형성할 수 있다.
도 5a 및 도 5b를 참조하여, 상기 감광막 패턴(145)을 마스크로 하는 식각 공정에 의하여, 상기 제 2 도전막(132)이 패터닝되어 제 2 전극(133)을 형성할 수 있다. 상기 제 2 전극(133)은 상기 수광면의 일부를 노출할 수 있다. 상기 제 2 전극(133)은, 상기 수광면을 복수개의 단위 영역들(119)로 분리시킬 수 있다. 상기 단위 영역들(119) 각각은 상기 제 2 전극(133)에 의하여 둘러싸일 수 있다. 상기 제 2 전극(133)은, 예를 들면 그리드 모양을 가질 수 있다. 상기 제 2 전극(133)은, 예를 들면 제 1 방향으로 연장하는 제 1 전극부(134), 및 상기 제 1 방향에 교차하는 제 2 방향으로 연장하는 제 2 전극부(135)를 포함할 수 있다. 상기 제 2 전극(133)은 상기 제 1 전극부(134)의 말단과 상기 제 2 전극부(135)의 말단에서 연결되고 상기 반도체 기판(110)의 가장자리의 둘레(circumference)를 따라 연장하는 제 3 전극부(136)를 더 포함하도록 형성될 수 있다.
도 6a 및 도 6b를 참조하여, 상기 노출된 수광면의 일부를 제거하여 복수개의 홈들(120)을 형성할 수 있다. 상기 복수개의 홈들(120)은 상기 수광면의 일부가 함몰된 것일 수 있다. 예를 들면, 상기 제 2 전극(133)을 마스크로 하는 식각 공정에 의하여, 상기 제 2 불순물 도핑층(114) 및 상기 제 1 영역(111) 상부(upper portion)가 제거될 수 있다. 상기 제 2 전극(133)이 마스크로 사용되기 때문에, 상기 제 2 전극(133)의 측벽은 상기 복수개의 홈들(120)의 가장자리와 자기 정렬될 수 있다. 상기 식각 공정의 적절한 조절에 의하여, 상기 복수개의 홈들(120)의 측면(이하, 경사면, 121)은 상기 수광면에 대하여 경사지도록 형성될 수 있다. 상기 복수개의 홈들(120)의 중앙에, 상기 경사면(121)으로부터 연장된 바닥면(123)이 형성될 수 있다. 상기 바닥면(123)은 상기 수광면과 실질적으로 평행한 면을 가질 수 있다. 나아가, 상기 식각 공정의 조절에 의하여, 상기 바닥면(123)은 크기가 작아 져 하나의 꼭지점으로 될 수 있다. 상기 복수개의 홈들(120)은 빛을 효율적으로 흡수하기 위한 텍스처링 구조로 기능할 수 있다. 상기 제 2 전극(133)에 의하여 덮여진, 상기 복수개의 홈들(120) 사이의, 상기 수광면은 돌출면(116)이 될 수 있다. 이와 함께, 상기 제 2 불순물 도핑층(114)은 상기 돌출면(116)에만 남겨질 수 있다.
도 7a 및 도 7b를 참조하여, 상기 복수개의 홈들(120)에 상기 제 2 도전형의 제 2 영역(115)을 형성할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 제 2 영역(115)은 상기 제 2 전극(133)을 마스크로 상기 복수개의 홈들(120)에 상기 제 2 도전형의 불순물 이온을 고농도로 주입하고, 열처리에 의하는 것에 의하여 형성될 수 있다. 상기 제 1 도전형의 상기 제 1 영역(111)과 상기 제 2 도전형의 상기 제 2 영역(115) 사이의 계면에 pn 접합(PN)이 형성될 수 있다.
다른 실시예에서, 도 8을 참조하여, 상기 제 2 영역(115)은 상기 반도체 기판(110) 상에 비정질 반도체막(117)을 증착함에 의하여 형성될 수 있다. 즉, 상기 반도체 기판(110) 상에 제 2 도전형의 불순물 이온이 고농도로 도핑된 비정질 반도체막(117)이 형성된다. 도핑된 농도는 대략 1019 ~ 1021/㎤일 수 있다. 상기 비정질 반도체막(117)의 두께는 수Å 내지 1000Å, 예를 들면 600Å인 것이 바람직하다. 예를 들면, 초기에 얇은 두께의 언도핑된 비정질 반도체층이 형성되고, 연속하여 도핑된 비정질 반도체층이 형성될 수 있다. 상기 언도핑된 비정질 반도체층은, 예를 들면 실란(SiH4) 및 수소 가스를 이용한 PECVD 또는 LPCVD 방법에 의하여 형성 될 수 있다. 상기 도핑된 비정질 반도체층은, 예를 들면 실란(SiH4), 포스핀(PH4) 및 수소 가스를 이용한 PECVD 또는 LPCVD 방법에 의하여 형성될 수 있다. 이후, 열처리 공정을 수행하여, 상기 도핑된 비정질 반도체막(117)의 제 2 도전형의 불순물 이온, 예를 들면 인(P)이 상기 언도핑된 비정질 반도체막 및 그 하부의 상기 제 1 도전형의 제 1 영역(111)의 상부(upper portion)로 확산될 수 있다. 상기 제 1 영역(111)의 상부로 확산한 상기 제 2 도전형의 불순물 이온이 상기 제 2 도전형의 제 2 영역(115)을 형성할 수 있다. 상기 제 2 영역(115)은 상기 제 2 도전형의 비정질 반도체막(117) 보다 낮은 불순물 이온 농도를 가질 수 있다. pn 접합 상에, 상기 제 2 영역(115) 및 상기 비정질 반도체막(117)을 포함하는 제 2 도전성 영역이 제공될 수 있다.
도 2를 재차 참조하면, 반사 방지막(141)이 상기 제 2 영역(113) 및 상기 제 2 전극(133)을 덮도록 형성될 수 있다. 상기 반사 방지막(141)은 실리콘 산화막, 실리콘 질화막 또는 이들의 적층막일 수 있다. 상기 반사 방지막(141)은 PECVD 공정에 의하여 형성될 수 있다.
상기 반사 방지막(141)이 패터닝되어, 상기 제 2 전극(133)의 전극 패드 부분을 노출하는 오프닝(143)을 가지도록 할 수 있다. 상기 오프닝(143)을 통하여, 상기 제 2 전극(133)에 외부배선(151)이 연결될 수 있다. 상기 외부배선(151)은 상기 제 1 전극(131) 및 상기 제 2 전극(133) 사이에서 발생된 전력을 외부로 출력할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 태양전지를 사용하는 태양전지 모듈이 설명된다. 본 발명의 실시예들에 따른 하나의 태양전지는 일반적으로 약 0.5V의 전압을 출력하므로, 복수개의 태양전지들을 직렬 및/또는 병렬로 연결하여 사용범위에 맞는 전압을 얻을 수 있도록 태양전지 모듈을 구성할 수 있다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 모듈(210)은 프레임(201) 및 상기 프레임(201) 상에 행열의 매트릭스형으로 배열된 태양전지들(101)을 포함할 수 있다. 상기 태양전지들(101)은 원형의 실리콘 웨이퍼로 된 것이 예를 들어 도시된다. 이 경우, 프레임 상에 상기 태양전지들이 배치되지 않아 태양광을 받아들일 수 없는 영역, 즉 손실 영역(dead area, D)이 존재할 수 있다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양전지 모듈(220)은 프레임(201), 상기 프레임 상에 배열된 제 1 태양전지들(101), 및 상기 제 1 태양전지들(101)과 다른 모양 또는 크기를 갖는 제 2 태양전지들(102)을 포함할 수 있다. 상기 제 1 태양전지들(101)은 행열을 갖는 매트릭스형으로 배열될 수 있다. 상기 제 1 태양전기들(101)은 실질적으로 원형일 수 있다. 상기 제 2 태양전지들(102)은 상기 제 1 태양전지들(101) 보다 작은 크기를 갖는 원형일 수 있다. 상기 제 2 태양전지들(102)은 4개의 상기 제 1 태양전지들(101)에 의해 둘러싸이는 공간에 제공될 수 있다. 상기 제 2 태양전지들(102)이 지름선을 따라 절단된 모양을 갖는 반원형의 제 3 태양전지들(103)이 추가적으로 제공될 수 있다. 상기 제 3 태양전지들(103)은 상기 프레임 가장자리에서 2개의 상기 제 1 태양전지들(101)에 의해 상기 프레임이 노출된 공간에 제공될 수 있다. 이 경우, 손실 영역은 8.5% 일 수 있다.
도 11을 참조하여, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양전지 모듈(230)이 설명된다. 도 10과 달리, 상기 제 2 태양전지들(102)은 전술한 바와 같은 원형인 것에 한정되지 않고, 상기 제 3 태양전지들(103)은 반원형인 것에 한정되지 않을 수 있다. 상기 제 2 태양전지들(102) 및 상기 제 3 태양전지들(103)의 모양 및 크기는 상기 제 1 태양전지들(101)에 의하여 상기 프레임이 노출된 공간에 제공될 수 있도록 다양하게 변경될 수 있다. 예를 들면, 상기 제 2 태양전지들(102)은 상기 제 1 태양전지들(101) 보다 작은 크기를 갖는 사각형일 수 있다. 상기 제 1 태양전지들(101)의 직경이, 예를 들어 8인치이면 상기 제 2 태양전지들(102)의 한변의 길이는 3.2인치일 수 있다. 상기 제 1 태양전지들(101)의 직경이, 예를 들어 12인치이면 상기 제 2 태양전지들(102)의 한변의 길이는 5인치일 수 있다. 제 3 태양전지들(103)은 상기 제 2 태양전지 셀들(102)이 대각선을 따라 절단된 형상을 갖는 삼각형일 수 있다. 이 경우, 손실 영역(dead area)은 5% 이하일 수 있다. 때문에, 태양전지 모듈의 에너지 효율이 더욱 증가될 수 있다.
전술한 태양전지들(101, 102, 103)은 본 발명의 실시예들에 따른 것들일 수 있다.
도 12를 참조하여, 본 발명의 실시예들에 따른 태양전지를 사용하는 태양전지 어레이(300)가 설명된다. 상기 태양전지 어레이(300)는 메인 프레임(미도시)에 적어도 하나의 태양전지 모듈들(200)을 설치하여 구성될 수 있다. 상기 태양전지 모듈들(200)은 도 9 내지 도 11을 참조하여 설명된 태양전지 모듈들(210, 220, 230)일 수 있다. 상기 태양전지 어레이(300)는 태양광을 잘 쪼이도록 남쪽을 향해 서 일정한 각도를 갖도록 설치될 수 있다.
전술한 태양전지 모듈 또는 태양전지 어레이는 자동차, 주택, 건물, 배, 등대, 교통 신호체계, 휴대용 전자기기 및 다양한 구조물 상에 배치되어 사용될 수 있다. 도 13을 참조하여, 본 발명의 실시예들에 따른 태양전지를 사용하는 태양광 발전 시스템의 예가 설명된다. 상기 태양광 발전 시스템은 상기 태양전지 어레이(300) 및 상기 태양전지 어레이(300)로부터 전력을 공급받아 외부로 송출하는 전력 제어장치(400)를 포함할 수 있다. 상기 전력 제어장치(400)는 출력장치(410), 축전장치(420), 충방전 제어장치(430), 시스템 제어장치(440)를 포함할 수 있다. 상기 출력장치(410)는 전력 변환장치(412)를 포함할 수 있다.
상기 전력 변환장치(Power Conditioning System: PCS, 412)는 상기 태양전지 어레이(300)로부터의 직류 전류를 교류 전류로 변환하는 인버터일 수 있다. 태양광은 밤에는 존재하지 않고 흐린 날에는 적게 비추기 때문에, 발전 전력이 감소할 수 있다. 상기 축전장치(420)는 발전 전력이 일기에 따라 변화되지 않도록 전기를 저장할 수 있다. 상기 충방전 제어장치(430)는 상기 태양전지 어레이(300)로부터의 전력을 상기 축전장치(420)에 저장하거나, 상기 축전장치(420)에 저장된 전기를 상기 출력장치(410)로 출력할 수 있다. 상기 시스템 제어장치(440)는 상기 출력장치(410), 상기 축전장치(420) 및 상기 충방전 제어장치(430)를 제어할 수 있다.
전술한 바와 같이, 변환된 교류 전류는 자동차, 가정과 같은 다양한 AC 부하(500)로 공급되어 사용될 수 있다. 나아가, 상기 출력장치(410)는 계통연계장치(grid connect system, 414)를 더 포함할 수 있다. 상기 계통연계장치(414)는 다 른 전력 계통(600)과의 접속을 매개하여, 전력을 외부로 송출할 수 있다.
도 1a는 본 발명의 실시예들에 따른 태양전지의 상부면도이고, 도 1b는 도 1a의 I-I'선에 따른 단면도이다.
도 2는 본 발명의 추가된 실시예들에 따른 태양전지의 단면도이고, 도 1a의 I-I'선에 대응된다.
도 3a 내지 도 7a는 본 발명의 실시예들에 따른 태양전지의 형성방법을 설명하는 상부면도들이고, 각각 도 3b 내지 도 7b는 도 3a 내지 도 7a의 I-I'선에 따른 단면도들이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예들에 따른 태양전지의 단면도이고, 도 1a의 I-I'선에 대응된다.
도 9 내지 도 11은 본 발명의 실시예들에 따른 태양전지들을 사용하는 태양전지 모듈을 도시한다.
도 12는 본 발명의 실시예들에 따른 태양전지들을 사용하는 태양전지 어레이를 도시한다.
도 13은 본 발명의 실시예들에 따른 태양전지들을 사용하는 태양광 발전 시스템의 일 예를 도시한다.
Claims (24)
- 수광면, 상기 수광면에 마주보는 후면, 상기 후면에서의 제 1 도전형의 제 1 영역, 상기 수광면에서의 제 2 도전형의 제 2 영역, 및 이들 사이 계면에서의 PN 접합을 갖는 반도체 기판; 및상기 수광면 상에, 상기 수광면의 일부를 노출하도록 제공된, 전극을 포함하고,상기 반도체 기판은 상기 전극에 의하여 노출된 상기 수광면의 일부가 함몰된 복수개의 홈들을 갖고, 상기 전극은 상기 복수개의 홈들이 서로 이격되도록 상기 복수개의 홈들 각각을 둘러싸는 태양전지.
- 청구항 1에 있어서,상기 전극의 측벽은 상기 복수개의 홈들의 측면 가장자리와 자기 정렬되는 태양전지.
- 청구항 2에 있어서,상기 전극은 제 1 방향으로 연장하는 제 1 전극부와 상기 제 1 방향에 교차하는 제 2 방향으로 연장하는 제 2 전극부를 포함하는 태양전지.
- 청구항 3에 있어서,상기 전극은 상기 제 1 전극부의 말단과 상기 제 2 전극부의 말단에서 연결되고, 상기 반도체 기판의 가장자리의 둘레(circumference)를 따라 연장하는 제 3 전극부를 더 포함하는 태양전지.
- 청구항 1에 있어서,상기 복수개의 홈들은 상기 수광면에 대하여 경사진 측면을 포함하는 태양전지.
- 청구항 5에 있어서,상기 제 2 도전형의 상기 제 2 영역은 상기 복수개의 홈들에 제공된 태양전지.
- 청구항 6에 있어서,상기 제 2 도전형의 상기 제 2 영역은 상기 제 2 전극의 상기 측벽에 자기 정렬되는 태양전지.
- 청구항 5에 있어서,상기 복수개의 홈들은 빛을 효율적으로 흡수하기 위한 텍스처링 구조로 기능하는 태양전지.
- 청구항 1에 있어서,적어도 어느 하나의 홈은 다른 홈들과 다른 크기 또는 형상을 갖는 태양전지.
- 청구항 9에 있어서,상기 반도체 기판의 중앙의 홈들은 상기 반도체 기판의 가장자리에 인접한 홈들에 비하여 균일한 크기 또는 형상을 갖는 태양전지.
- 청구항 9에 있어서,상기 반도체 기판의 중앙의 홈들은 상기 반도체 기판의 가장자리에 인접한 홈들에 비하여 균일한 분포를 갖는 태양전지.
- 청구항 1에 있어서,상기 복수개의 홈들 사이의 상기 수광면과 상기 제 2 전극 사이에 개재된 상기 제 2 도전형의 불순물 도핑층을 더 포함하는 태양전지.
- 청구항 1에 있어서,상기 제 2 전극 및 상기 복수개의 홈들을 덮는 반사 방지막을 더 포함하는 태양전지.
- 수광면, 상기 수광면에 마주보는 후면, 상기 후면에서의 제 1 도전형의 제 1 영역, 상기 수광면에서의 제 2 도전형의 제 2 영역, 및 이들 사이 계면에서의 PN 접합을 갖는 반도체 기판;상기 후면의 상기 제 1 영역에 접촉하는 제 1 전극;상기 수광면 상에 제공된 제 2 전극; 및상기 제 2 전극 및 상기 제 2 영역을 덮는 반사 방지막을 포함하는 태양전지.
- 청구항 14에 있어서,상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극에 연결된 외부배선을 더 포함하고, 상기 반사 방지막은, 상기 제 2 전극과 상기 외부배선을 연결하는, 상기 제 2 전극의 전극 패드를 노출하는 오프닝을 갖는 태양전지.
- 수광면, 상기 수광면에 마주보는 후면, 상기 후면에서의 제 1 도전형의 제 1 영역, 상기 수광면에서의 제 2 도전형의 제 2 영역, 및 이들 사이 계면에서의 PN 접합을 갖는 반도체 기판을 포함하고,상기 제 2 영역은 복수개의 단위 영역들로 나누어져 서로 이격된 태양전지.
- 청구항 16에 있어서,상기 수광면 상에 제공된 전극을 더 포함하고,상기 제 2 영역은 상기 전극에 의하여 복수개의 단위 영역들로 나누어지고, 상기 단위 영역들 각각은 상기 전극에 의하여 둘러싸이는 태양전지.
- 청구항 16에 있어서,상기 복수개의 단위 영역들은 하부보다 상부가 넓은 개구를 갖는 컵 형상인 태양전지.
- 제 1 면, 및 상기 제 1 면에 마주보는 제 2 면, 및 상기 제 1 면에 형성된 제 1 도전형의 제 1 영역을 갖는 반도체 기판을 제공하고;상기 제 2 면 상에, 상기 제 2 면의 일부를 노출하는, 전극을 형성하고; 그리고상기 전극을 마스크로 상기 노출된 제 2 면의 일부를 제거하여 홈을 형성하는 것을 포함하는 태양전지 형성방법.
- 청구항 19에 있어서,상기 전극을 형성하기 전에, 상기 제 2 면에 제 2 도전형의 불순물 도핑층을 형성하는 것을 포함하는 태양전지 형성방법.
- 청구항 19에 있어서,상기 전극은, 상기 제 2 면을 복수개의 단위 영역들로 나누고, 상기 단위 영 역들 각각은 상기 전극에 의하여 둘러싸이도록 형성되는 태양전지 형성방법.
- 청구항 19에 있어서,상기 홈을 형성하는 것은 상기 전극을 마스크로 상기 제 2 면을 식각하여, 상기 홈의 측면이 상기 제 2 면에 경사지도록 하는 것을 더 포함하는 태양전지 형성방법.
- 청구항 19에 있어서,상기 전극을 마스크로 상기 홈에 상기 제 2 도전형의 불순물 이온을 주입하여, 상기 제 2 도전형의 제 2 영역을 형성하고; 그리고열처리에 의하여, 상기 제 1 영역과 상기 제 2 영역의 경계면에 인접하여 PN 접합을 형성하는 것을 더 포함하는 태양전지 형성방법.
- 청구항 23에 있어서,상기 전극 및 상기 제 2 영역을 덮는 반사 방지막을 형성하는 것을 더 포함하는 태양전지 형성방법.
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