KR20100056114A - 태양 전지 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 태양 전지에 관한 것으로서, 상기 태양 전지는 반도체 기판, 상기 반도체 기판의 일 면에 형성되어 있는 에미터층, 상기 에미터층 위에 형성된 도전성 투명 전극층, 상기 도전성 투명 전극층 위에 형성되고, 상기 도전성 투명 전극층과 전기적으로 연결되어 있는 제1 전극, 그리고 상기 반도체 기판의 다른 면에 형성되어 있고, 상기 반도체 기판과 전기적으로 연결되어 있는 제2 전극을 포함하고, 상기 제1 전극은 제1 도전층 및 제2 도전층을 구비한다. 이때, 상기 제1 도전층은 직접 인쇄법으로 형성되고, 상기 제2 도전층 도금법으로 형성된다. 이로 인해, 본 발명에 따르면, 패턴 마스크와 같은 보조 수단을 이용하지 않은 직접 인쇄법을 이용하여 전면 전극을 형성하므로, 스크린 인쇄법과 같이 보조 수단을 이용하여 형성된 전면 전극의 폭에 비해 폭이 감소한다. 이로 인해, 빛이 입사되는 수광 면적이 향상되어, 태양 전지의 효율이 향상된다.
태양전지, 이종접합, 도금법, 직접인쇄법

Description

태양 전지 및 그 제조 방법{SOLAR CELL AND MANUFACTURING METHOD OF THE SAME}
본 발명은 태양 전지 및 그 제조 방법에 관한 것이다
최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예측되면서 이들을 대체할 대체 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 그 중에서도 태양 전지는 태양 에너지로부터 전기 에너지를 생성하는 전지로서, 친환경적이고 에너지원인 태양 에너지가 무한할 뿐만 아니라 수명이 길다는 장점이 있다.
태양전지는 원료 물질에 따라 크게 실리콘 태양 전지(silicon solar cell), 화합물 반도체 태양 전지(compound semiconductor solar cell) 및 적층형 태양 전지(tandem solar cell)로 구분되며, 실리콘 태양 전지가 주류를 이루고 있다.
실리콘 태양 전지는 p형과 n형처럼 서로 다른 전도성 타입(conductive type)을 가지는 반도체로 이루어진 반도체 기판(semiconductor substrate) 및 반도체 에미터층(semiconductor emitter layer), 반도체 에미터층 위에 형성되어 있는 도전성 투명 전극층, 도전성 투명 전극층 위에 형성된 전면 전극(front electrode), 반도체 기판 위에 형성된 후면 전극(rear electrode)을 구비한다. 따라서 반도체 기 판과 반도체 에미터층의 계면에는 p-n 접합이 형성된다.
이러한 구조를 갖는 태양 전지에 태양 광이 입사되면, 광기전력 효과(photovoltaic effect)에 의해 n형 또는 p형의 불순물이 도핑된 실리콘 반도체에서 전자와 정공이 발생한다. 예를 들어, n형 실리콘 반도체로 이루어진 n형 반도체 에미터층에서는 전자가 다수 캐리어(carrier)로 발생되고, p형 실리콘 반도체로 이루어진 p형 반도체 기판에서는 정공이 다수 캐리어로 발생된다. 광기전력 효과에 의해 발생된 전자와 전공은 각각 n형 반도체 에미터층과 p형 반도체 기판쪽으로 끌어 당겨져, 전면 전극과 후면 전극으로 이동하여 이들 전극들을 통해 전류가 흐르게 된다. 이때, 도전성 투명 전극층은 입사되는 태양 광의 반사를 방지하고, 캐리어의 전도도(conductivity)를 향상시켜 생성된 전자가 전면 전극으로 용이하게 이동할 수 있도록 한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 태양 전지의 수광 면적을 향상시키기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 태양 전지의 제조 비용을 감소하기 위한 것이다.
본 발명의 한 특징에 따른 태양 전지는 반도체 기판, 상기 반도체 기판의 일 면에 형성되어 있는 에미터층, 상기 에미터층 위에 형성된 도전성 투명 전극층, 상 기 도전성 투명 전극층 위에 형성되고, 상기 도전성 투명 전극층과 전기적으로 연결되어 있는 제1 전극, 그리고 상기 반도체 기판의 다른 면에 형성되어 있고, 상기 반도체 기판과 전기적으로 연결되어 있는 제2 전극을 포함하고, 상기 제1 전극은 제1 도전층 및 제2 도전층을 구비한다.
상기 제1 도전층과 상기 제2 도전층의 밀도가 서로 상이한 것이 좋고, 이때, 상기 제2 도전층의 밀도가 상기 제1 도전층의 밀도보다 큰 것이 바람직하다.
상기 제1 도전층 또는 제2 도전층은 전도성 금속 물질로 이루어질 수 있으며,상기 전도성 금속 물질은 니켈, 구리, 은, 알루미늄, 주석, 아연, 인듐, 티타늄, 금 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나일 수 있다.
상기 제1 도전층은 직접 인쇄법으로 형성되는 것이 좋다.
상기 직접 인쇄법은 잉크젯 인쇄법, EHD 젯트 인쇄법, 오프셋 인쇄법, 그라비어 인쇄법, 플렉소 인쇄법 및 에어로솔 젯트 인쇄법 중 적어도 하나일 수 있다.
상기 제2 도전층 도금법으로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 특징에 따른 상기 제1 전극의 비저항값은 약 3.3ⅹ10-6Ωcm일 수 있다.
상기 특징에 따른 상기 제1 전극의 폭은 약 10㎛ 내지 100㎛일 수 있고, 상기 제1 전극의 높이는 약 10㎛ 내지 20㎛일 수 일 수 있다.
상기 반도체 기판은 상기 에미터층과 다른 반도체로 이루어져 있는 것이 좋다.
본 발명의 다른 특징에 따른 태양 전지의 제조 방법은 제1 전도성 타입의 반 도체 기판 위에 상기 제1 전도성 타입과 반대의 전도성 타입을 갖는 제2 전도성 타입의 에미터층을 형성하는 단계, 상기 에미터층 위에 도전성 투명 전극층을 형성하는 단계, 상기 도전성 투명 전극층 위에 일정 간격으로 이격된 복수의 제1 도전층을 형성하는 단계, 그리고 상기 복수의 제1 도전층 위에 복수의 제2 도전층을 형성하여 전면 전극을 완성하는 단계를 포함하고, 상기 복수의 제1 도전층은 직접 인쇄법을 통해 형성되며, 상기 복수의 제2 도전층은 도금법을 통해 형성된다.
본 발명의 또 다른 특징에 따른 태양 전지의 제조 방법은 제1 전도성 타입의 반도체 기판 위에 상기 제1 전도성 타입과 반대의 전도성 타입을 갖는 제2 전도성 타입의 에미터층을 형성하는 단계, 상기 에미터층 위에 도전성 투명 전극층을 형성하는 단계, 상기 도전성 투명 전극층 위 일정 간격으로 이격된 복수의 도금 방지층을 형성하고, 상기 도전성 투명 전극층의 일부를 드러내는 단계, 그리고 상기 드러난 도전성 투명 전극층 위에 복수의 전면 전극을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 복수의 도전성 투명 전극층은 직접 인쇄법을 통해 형성되며, 상기 복수의 전면 전극은 도금법을 통해 형성된다.
상기 직접 인쇄법은 잉크젯 인쇄법, EHD 젯트 인쇄법, 오프셋 인쇄법, 그라비어 인쇄법, 플렉소 인쇄법 및 에어로솔 젯트 인쇄법 중 적어도 하나일 수 있다.
상기 도금법은 상기 도전성 투명 전극층과 상기 제1 도전층간의 전도도 차이를 고려하여 행해지는 것이 좋다.
상기 반도체 기판은 상기 에미터층과 다른 반도체로 이루어지는 것이 좋다.
상기 도금 방지층은 절연 물질로 이루어지는 것이 바람직하다. 이때, 상기 절연 물질은 폴리머 계열의 물질일 수 있다.
본 발명의 특징에 따르면, 패턴 마스크와 같은 보조 수단을 이용하지 않은 직접 인쇄법을 이용하여 전면 전극을 형성하므로, 스크린 인쇄법과 같이 보조 수단을 이용하여 형성된 전면 전극의 폭에 비해 폭이 감소한다. 이로 인해, 빛이 입사되는 수광 면적이 향상되어, 태양 전지의 효율이 향상된다.
또한, 비저항이 큰 저온 소성용 페이스트를 이용하지 않고 전극을 형성하므로, 형성된 전극의 비저항이 감소하여 전면 전극의 폭은 더욱 줄어든다. 이로 인해, 빛의 수명 면적이 더욱더 늘어나 태양 전지의 효율은 더욱더 향상된다.
이에 더하여, 고가의 저온 소성용 페이스트를 이용하여 원하는 전극을 형성할 필요가 없으므로, 태양 전지의 제조 비용이 감소한다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙 였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한 어떤 부분이 다른 부분 위에 “전체적”으로 형성되어 있다고 할 때에는 다른 부분의 전체 면(또는 전면)에 형성되어 있는 것뿐만 아니라 가장 자리 일부에는 형성되지 않은 것을 뜻한다.
그러면 도 1을 참고로 하여 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 부분 단면도이다.
도 1을 참고로 하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지(1)는 반도체 기판(10), 반도체 기판(10)의 일면에 형성된 에미터층(20), 에미터층(20) 위에 형성된 도전성 투명 전극층(30), 도전성 투명 전극층(30) 위에 형성되고, 도전성 투명 전극층(30)과 전기적으로 연결된 복수의 제1 전극(이하, "전면 전극"이라 함)(40), 반도체 기판(10)의 후면 전체 면에 형성되고 반도체 기판(10)과 전기적으로 연결된 제2 전극(이하, "후면 전극"이라 함)(50)을 구비한다.
반도체 기판(10)은 제1 전도성 타입인 p형의 결정질 실리콘으로 이루어진다. 하지만 본 실시예의 반도체 기판(10)은 이에 한정되지 않고, n형 전도성 타입일 수 있으며, 실리콘 이외의 다른 반도체 물질로 이루어질 수도 있다.
에미터층(20)은 반도체 기판(10)의 전체 면에 형성되어 있으며, 반도체 기판(10)의 전도성 타입과 반대인 제2 전도성 타입, 즉 n형의 불순물이 도핑되어 있 는 비정질 실리콘(a-Si)으로 이루어진다.
에미터층(20)은 반도체 기판(10)과 p-n 접합을 형성하면 되므로, 반도체 기판(10)이 n형 전도성 타입일 경우 에미터층(20)은 p형 전도성 타입일 수 있다.
본 실시예에서, 에미터층(20)은 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등을 반도체 기판(10)의 전면 부근에 확산시켜서 형성될 수 있다. 그러나 이에 한정되지 않고, 에미터층(20)은 반도체 기판(10)과는 별개의 층으로 형성된 후 반도체 기판(10)에 적층하여 완성될 수 있다.
도전성 투명 전극층(30)은 빛에 의해 생성된 전자를 전면 전극(40)으로 전달하는 이동 통로이고, 반사 방지막의 기능을 수행한다. 도전성 투명 전극층(30)은 에미터층(20)에 비해 낮은 비저항값(ρ)을 갖는 것이 좋고, 전도성과 투명성을 갖는 물질로 이루어진다. 이러한 도전성 투명 전극층(30)은 인듐 틴 옥사이드(indium tin oxide: ITO), 주석계 산화물(SnO2 등), AgO, ZnO-(Ga2O3 또는 Al2O3), 플루오린 틴 옥사이드(fluorine tin oxide: FTO) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것으로 형성될 수 있다.
복수의 전면 전극(40)은 도전성 투명 전극층(30) 위에 일정 간격으로 이격되어 한 방향으로 연장되어 있으며, 도전성 투명 전극층(30)과 전기적으로 연결되어 있다.
전면 전극(40) 각각 제1 도전층(41)과 제2 도전층(42)을 구비한다.
각 제1 도전층(41)은 직접 인쇄법(direct printing)으로 형성된다. 여기서, 직접 인쇄법은 스크린 인쇄법과 같이 패턴 마스크와 같은 보조 수단을 이용하여 패턴을 형성하지 않고, 원하는 전면 전극(40)의 패턴을 전도성 투명 전극층(30) 위에 직접 도포하여 형성하는 것으로, 직접 인쇄법의 예는 잉크젯 인쇄법, EHD 젯트 인쇄법(electro hydrodynamic jet printing), 오프셋 인쇄법(offset printing), 그라비어 인쇄법(gravure printing), 플렉소 인쇄법(flexo printing), 또는 에어로솔 젯트 인쇄법(aerosol jet printing) 등일 수 있다.
제1 도전층(41)은 전도성 금속 물질을 패턴하여 형성된다. 전도성 금속 물질의 예는 니켈(Ni), 구리(Cu), 은(Ag), 알루미늄(Al), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 티타늄(Ti), 금(Au) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나일 수 있으며, 형성된 제1 도전층(41)의 폭은 사용되는 재료에 따라 가변되고, 또한 전면 전극(40)의 패턴, 형상 또는 크기 등에 따라 달라질 수 있다.
제2 도전층(42)은 제1 도전층(41) 위에만 형성되어 있으며, 도금법을 통해 형성된다. 이때, 제2 도전층(42)을 형성하기 위해 사용되는 전도성 금속 물질로서, 전도성 금속 물질은 니켈(Ni), 구리(Cu), 은(Ag), 알루미늄(Al), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 티타늄(Ti), 금(Au) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나일 수 있다. 본 실시예에서, 제2 도전층(42)은 전기 도금법을 통해 형성되지만, 이와는 달리, 무전해 도금법과 같은 다른 종류의 도금법을 사용하여 형성될 수 있다.
제2 도전층(42)을 형성하기 위한 도금 조건은 전도성 투명 전극층(30)과 제1도전층(41)과의 전도도 차이를 고려하여 제1 도전층(41) 위에만 도금이 이루어질 수 있도록 정해진다. 즉, 전도성 투명 전극층(30)과 제1 도전층(41)과의 전도도 차이에 따라 도금 시간이나 전류량을 조절하여 원하는 부분, 즉 제1 도전층(41) 위에만 도금이 이루어져 제2 도전층(42)이 형성될 수 있도록 한다.
이때, 형성되는 제2 도전층(42)의 두께는 재료, 도금 시간이나 전류량 등에 따라 가변되며, 그 하부층인 제1 도전층(41)의 형상 등에 따라 가변될 수 있다.
서로 다른 방식, 즉 직접 인쇄법과 도금법으로 각각 형성된 제1 도전층(41)과 제2 도전층(42)는 서로 다른 밀도를 갖고, 도금법으로 형성된 제2 도전층(42)의 밀도가 직접 인쇄법으로 형성된 제1 도전층(41)의 밀도보다 클 수 있다.
이와 같이 형성된 전면 전극(40)의 폭은 형성되는 재료에 따라 약 10㎛ 내지 100㎛의 폭을 가질 수 있고, 10㎛ 내지 20㎛의 높이를 가질 수 있다.
후면 전극(50)은 반도체 기판(10)의 후면 전체 면에 형성되어 있으며 전기적으로 반도체 기판(10)과 연결되어 있다.
후면 전극(50)은 전도성 금속 물질로 이루어져 있고, 그 형성 방법에 따라 다양한 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 스크린 인쇄법으로 후면 전극(50)을 제조할 경우, 은(Ag), 알루미늄(Al) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 사용할 수 있고, 잉크젯이나 디스펜싱법(dispensing)으로 제조할 경우 니켈(Ni), 은(Ag) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 사용할 수 있다. 또한 도금법으로 후면 전극(50)을 형성할 때 니켈(Ni), 구리(Cu), 은(Ag) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 사용할 수 있고, 증착법으로 후면 전극(50)을 형성할 때에는 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 구리(Cu), 은(Ag), 티타 늄(Ti), 납(Pd), 크롬(Cr), 텅스턴(W) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 사용할 수 있다. 또한 스크린 인쇄법으로 후면 전극(50)을 형성할 경우, 은(Ag)과 전도성 고분자의 혼합물을 사용할 수 있다.
이와 같은 구조를 갖는 본 실시예에 따른 태양 전지(1)의 동작은 다음과 같다.
즉, 태양 전지(10)의 p-n 접합부내로 빛이 조사되면 빛 에너지에 의해 반도체 내부인 반도체 기판(10) 및 에미터층(20)에서 전자와 정공이 발생한다. 일반적으로 반도체에 밴드 갭 에너지 이하의 빛이 들어가면 반도체 내의 전자들과 약하게 상호 작용하고, 밴드 갭 이상의 빛이 들어가면 공유 결합 내의 전자를 여기시켜 전자 또는 전공을 생성한다. 빛 에너지에 의해 발생된 전자는 n형 반도체인 에미터층(20)쪽으로 이동한 후 도전성 투명 전극층(30)을 통해 전면 전극(40)에 모이고, 발생된 정공은 내부의 전계에 의해 p형 반도체인 반도체 기판(10) 쪽으로 이동한 후 후면 전극(50)에 모이게 된다. 이러한 전면 전극(40) 및 후면 전극(50)을 도선으로 연결하면 전류가 흐르게 되고, 이를 외부에서 전력으로 이용하게 된다.
다음, 도 2a 내지 도 2d를 참고로 하여 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법에 대하여 설명한다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 순차적으로 나타낸 공정도이다.
도 2a를 참고로 하면, 먼저, p형 단결정 실리콘으로 이루어진 반도체 기판(10) 위에 n형 비정질 실리콘 박막을 형성하여 에미터층(20)을 형성한다. 에미 터층(20)은 예를 들어, 고온 확산법으로 형성될 수 있다. 이때, 에미터층(20)은 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등을 반도체 기판(10)의 전면 부근에 확산시켜서 형성될 수 있다. 고온 확산 시 반도체 기판(10)의 표면에 형성된 산화막, 예를 들어, PSG(phospho silicate glass)를 화학적 식각(chemical etching)으로 제거하는 것이 좋다.
에미터층(20)을 형성하기 전에, 반도체 기판(10)의 표면에 표면 결정 결함 제거(saw damage removal) 공정, 기판 표면 요청 형성 공정 및 기판 세정 공정 등을 실시하여, 반도체 기판(10)의 표면 상태를 개선할 수 있다. 이들 공정은 해당 기술분야에 널리 알려진 공정들이므로, 본 명세서에서는 그에 대한 상세한 설명을 생략한다.
본 실시예와 달리, 반도체 기판(10)은 n형 전도성 타입의 반도체로 이루어질 수 있고, 반도체 기판(10)이 n형 전도성 타입의 반도체로 이루어질 경우 에미터층(20)은 p형 전도성 타입의 반도체로 이루어진다.
다음, 에미터층(20) 위에 도전성 투명 전극층(30)을 형성하다. 도전성 투명 전극층(30)은 도전성 투명 전극 형성용 페이스트를 에미터층(30) 상에 도포한 후 열처리하여 형성하거나 스퍼터링 공정 등을 이용한 증착법 또는 도금법 등의 공정을 통해 형성될 수 있다. 도전성 투명 전극층(30)은 인듐 틴 옥사이드(indium tin oxide: ITO), 주석계 산화물(SnO2 등), AgO, ZnO-(Ga2O3 또는 Al2O3), 플루오린 틴 옥사이드(fluorine tin oxide: FTO) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것으로 형성될 수 있다.
이어서, 직접 인쇄법을 이용하여 원하는 부분에 원하는 형상의 제1 도전층(41)을 복수 개 형성한다. 이때, 실시되는 직접 인쇄법은 잉크젯 인쇄법, EHD 젯트 인쇄법, 오프셋 인쇄법, 그라비어 인쇄법, 플렉소 인쇄법 및 에어로솔 젯트 인쇄법 중 하나일 수 있다.
제1 도전층(41)은 니켈, 구리, 은, 알루미늄, 주석, 아연, 인듐, 티타늄, 금 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나인 도전성 금속 물질로 이루어져 있다.
이와 같이 직접 인쇄법에 의해 형성된 제1 도전층(41)은 스크린 인쇄법에 의해 형성된 막보다 밀도가 증가하고 비저항이 감소한다.
다음, 전기 도금을 실시하여, 제1 도전층(41)이 형성된 부분에만 제2 도전층(42)을 형성하여, 전면 전극(40)을 형성한다(도 1).
이때, 전기 도금의 조건은 제1 도전층(41)과 도전성 투명 전극층(30)과의 비저항값 차이를 이용한 전도도 차이를 고려하여 정해져 원하는 부분, 즉 제1 도전층(41) 위에만 도금이 이루어져 제2 도전층(42)을 형성한다.
전면 전극(40)을 형성한 후, 반도체 기판(10)의 다른 면 위에 전체적으로 후면 전극(50)을 형성한다. 후면 전극(50)은 스크린 인쇄법을 이용하여 전면 전극 형성용 도전성 물질을 포함하는 페이스트를 반도체 기판(10)에 도포한 후 소결하여 형성되지만, 이와는 달리, 도금법, 스퍼터링, 전자빔 증착 등의 물리 기상 증착법(PVD) 등을 이용하여 형성될 수 있다.
이와 같이, 직접 인쇄법을 이용하여 도금을 위한 시드층(seed layer)으로서 제1 도전층(41)을 형성한 후, 도금법으로 제2 도전층(42)을 형성하여 원하는 두께를 갖는 그리드(grid)형 전면 전극(40)이 형성되므로, 전면 전극(40)의 폭이 감소된다.
즉, 직접 인쇄법에 의해 제1 도전층(41)이 형성됨에 따라, 스크린 인쇄법을이용할 때보다 제1 도전층(41)의 밀도가 증가하여 비저항이 크게 감소하여 제1 도전층(41)으로서 요구되는 단면적 또한 크게 줄어든다. 이러한 단면적의 감소로 인해 시드층인 제1 도전층(41)의 폭을 크게 줄일 수 있고, 결과적으로 전면 전극(40)의 폭이 크게 감소한다.
따라서 전면 전극(40)의 폭이 감소함에 따라 빛이 수광되는 수광 면적이 감소된 전면 전극(40)의 폭만큼 증가하게 되어, 태양 전지에 수광되는 빛의 양이 증가하고, 이로 인해, 태양 전지의 효율이 향상된다.
또한 직접 인쇄법과 도금법을 이용하여 전면 전극(40)이 형성됨에 따라, 스크린 인쇄법으로 전면 전극을 형성할 때와 비교하면, 소성용 페이스트를 사용하지 않아도 되고, 특히 이종 접합 태양 전지를 제조하기 위한 고가의 저온 소성용 페이스트를 사용할 필요가 없으므로, 태양 전지의 제조 비용이 크게 줄어든다.
더욱이, 도금법은 상온에서 실시 가능하며, 많은 양을 한꺼번에 처리할 수 있으므로, 태양 전지의 제조 효율 또한 향상된다.
이와 같은 제조 방법을 통해 태양 전극(10)의 전면 전극(40)이 형성될 때, 전면 전극(40)의 폭과 높이의 한 예는 도 3에 도시한 것과 같다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따라 형성된 전면 전극의 폭 및 두께의 한 예를 도시한 도면이다.
도 3에 도시한 것처럼, 본 발명의 한 실시예에 따라 은(Ag)를 이용하여 제1및 제2 도전층(41, 42)을 형성하여 전면 전극(40)을 완성할 때, 전면 전극(40)의 비저항값(ρ)은 약 3.3ⅹ10-6Ωcm이었고, 이때 전면 전극(40)의 폭은 약 70㎛이었으며, 높이는 약 15㎛였다. 또한 이때의, 전면 전극(40)의 단면적(S)는 약 953㎛2이었다. 이에 비해, 은(Ag)을 이용하여 종래 기술에 따라 스크린 인쇄법으로 전면 전극을 형성할 때, 형성된 전면 전극의 비저항값(ρ)은 약 1ⅹ10-6Ωcm이었고, 이때 전면 전극의 폭은 약 120㎛이었으며, 높이는 약 30㎛였다. 이와 같이, 본 실시예에 따른 전면 전극(40)의 제2 도전층(41)이 밀도가 크게 증가하는 전기 도금법과 같은 도금법으로 형성되기 때문에 전면 전극(40) 비저항값(ρ)은 종래의 스크린 인쇄법에 의해 형성된 전면 전극의 비저항값보다 약 1/3 감소하였다. 이러한 비저항값의 감소로 인해, 전극으로 기능하기 위해 요구되는 전면 전극(40)의 단면적 또한 종래에 비해 약 1/3 감소시킬 수 있었고 이로 인해 전면 전극(40)의 폭과 높이가 종래에 비해 큰 폭으로 감소하였음을 알 수 있다.
다음, 도 4를 참고로 하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지에 대하여 설명한다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지의 부분 단면도이다.
도 4를 참고로 하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지(10)는 도 1을 를 참고로 하여 설명한 태양 전지(1)와 유사한 구조를 구비한다. 따라서 도 1에 도시한 태양 전지(1)와 동일한 기능을 수행하는 구성요소에 대해서는 도 1과 동일한 도면 부호를 부여하고 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지(10)는 도1에 도시한 태양 전지(1)와 같이, 반도체 기판(10), 반도체 기판(10) 위에 형성된 에미터층(20), 에미터층(20) 위에 형성된 도전성 투명 전극층(30), 도전성 투명 전극층(30)에 형성되고 도전성 투명 전극층(30)과 전기적으로 연결된 복수의 전면 전극(400), 그리고 반도체 기판(10)의 후면에 형성되고 반도체 기판(10)과 전기적으로 연결된 후면 전극(50)을 구비한다.
하지만, 도 1에 도시한 태양 전지(1)의 전면 전극(40)과는 달리, 본 실시예에 따른 태양 전지(10)의 전면 전극(400)은 하나의 도전층을 구비한다. 또한 본 실시예에 따른 태양 전지(10)의 전면 전극(400)에 대한 종횡비(aspect ratio)는 도 1에 도시한 태양 전지의 전면 전극(40)의 종횡비보다 커, 전면 전극(400)의 저항값이 줄어든다. 이로 인해, 본 실시예에 따른 태양 전지(10)의 효율은 도 1에 도시한 태양 전지의 효율보다 향상된다.
다음, 도 5a 내지 도 5e를 참고로 하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지(10)를 제조하는 방법에 대하여 설명한다.
도 5a 내지 도 5e는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 순차적으로 나타낸 공정도이다.
도 2a 및 도 2b에 도시한 것과 동일하게, 반도체 기판(10) 위에 차례로 에미 터층(20)과 도전성 투명 전극층(30)을 형성한다(도 5a 및 도 5b).
그런 다음, 도 5c에 도시한 것처럼, 직접 인쇄법을 이용하여 폴리머(polymer) 계열 등과 같은 절연 물질로 이루어진 복수의 도금 방지막(60)이 전면 전극(400)이 형성되는 부분에 형성된다. 이로 인해, 도금 방지막(60)이 형성되지 않은 부분은 하부층인 도전성 투명 전극층(30)의 일부를 노출시킨다.
도금 방지막(60)은 잉크젯 인쇄법, EHD 젯트 인쇄법, 오프셋 인쇄법, 그라비어 인쇄법, 플렉소 인쇄법, 에어로솔 젯트 인쇄법 등을 이용하여 형성될 수 있다.
다음, 도 5d 및 도 5e에 도시한 것처럼, 도금을 실시하여 노출된 도전성 투명 전극층(30) 위에 도금 물질을 원하는 두께만큼 형성하여 전면 전극(400)을 형성한 후 도금 방지막(60)을 식각 공정 등을 이용하여 제거하여 전면 전극(400)을 완성한다. 이때, 전면 전극(400)의 형성 두께는 사용되는 재료, 도금 방지막(60)의 두께, 도금 시간 등에 따라 가변될 수 있다.
이어서, 이미 설명한 실시예와 동일한 방법으로, 반도체 기판(10)의 다른 면에 후면 전극(50)을 형성하여, 태양 전지(10)를 완성한다(도 4).
이와 같이, 스크린 인쇄법을 이용하지 않고 밀도가 크게 증가하는 도금법을이용하여 전면 전극(400)을 형성하므로, 도 1 내지 도 3을 참고로 하여 설명한 실시예와 같이, 전면 전극(400)의 비저항값이 크게 감소하고, 그에 따라 전극 면적(400)의 단면적이 감소하므로, 전극 전극(400)의 폭 및 높이가 종래에 비해 감소한다.
또한, 직접 인쇄법과 식각 공정을 이용하여 절연 물질의 도금 방지막(60)을 형성한 후 도금 공정을 통해 전면 전극(400)을 형성하면, 이미 설명한 실시예를 통해 형성된 전면 전극(40)의 종횡비보다 더 큰 종횡비를 얻을 수 있다. 즉, 도금 방지막(60)이 형성되지 않은 부분, 즉, 도금 방지막(60)과 도금 방지막(60)간의 노출된 도전성 투명 전극층(30) 위에 도금이 이루어지므로, 도금층의 두께는 도금 방지막(60)의 두께에 비례하게 형성될 수 있다.
따라서, 도금 방지막(60)의 두께를 두껍게 형성하면 도금 방지막(60) 이상의 두께를 갖는 전면 전극(400)을 얻을 수 있다. 이로 인해, 도금 방지막(60)의 두께를 이용하면, 이미 설명한 실시예의 제1 도전층(41) 위에 도금층을 형성하여 제2 도전층(42)을 형성하는 것보다 더 두꺼운 도금층을 얻게 되므로, 이미 설명한 실시예의 전면 전극(40)보다 두꺼운 두께를 갖는 전면 전극(400)을 얻게 된다.
이로 인해, 본 실시예에 따른 전면 전극(400)은 이미 설명한 실시예에 따른 전면 전극(40)의 종횡비보다 더 큰 종횡비를 갖게 됨으로써, 형성된 전면 전극(400)의 저항값이 이미 설명한 실시예에 따른 전면 전극(40)의 저항값보다 감소하므로, 태양 전지(10)의 효율은 태양 전지(1)의 효율보다 증가한다.
또한, 이미 설명한 실시예의 경우와 유사하게, 직접 인쇄법과 도금법을 통해 전면 전극(400)을 형성하므로, 스크린 인쇄법으로 전면 전극을 형성할 때와 비교하면 소성용 페이스트를 사용하지 않아도 되고, 특히 이종 접합 태양 전지를 제조하기 위한 고가의 저온 소성용 페이스트를 사용할 필요가 없으므로, 태양 전지의 제조 비용이 크게 줄어든다.
더욱이, 사용에서 실시 가능하며 한꺼번에 많은 양을 처리할 수 있는 도금법 을 이용하므로, 태양 전지의 제조 효율 역시 향상된다.
이미 설명한 실시예에 도시한 태양 전지(1, 10)는 반도체 기판(10), 에미터층(20), 도전성 투명 전극층(40), 전면 전극(40, 400) 및 후면 전극(50)을 구비하고 있다.
하지만, 이와 달리, 본 실시예는 다양한 형태의 태양 전지에 적용될 수 있다.
도 6을 참고로 하여, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지에 대하여 설명한다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지의 부분 단면도이다.
예를 들어, 도 6에 도시한 것처럼, 또 다른 실시예에 따른 태양 전지(100)는 반도체 기판(10), 에미터층(20), 도전성 투명 전극층(30), 전면 전극(40 또는 400) 및 후면 전극(51) 이외에, 도전성 투명 전극층(31)을 더 구비할 수 있다.
도전성 투명 전극층(31)는 반도체 기판(10)과 후면 전극(51) 사이에 형성되며, 도전성 투명 전극층(30)과 동일한 방법으로 형성된다. 이로 인해, 반도체 기판(10)의 양쪽면에 형성된 도전성 투명 전극층(30, 31)을 통해 태양 광이 입사된다. 이로 인해, 도전성 투명 전극층(31)은 도전성 투명 전극층(30)과 동일하게 빛에 의해 생성된 커리어인 전공을 후면 전극(51)으로 전달하는 이동 통로이고 반사 방지막의 기능을 수행한다.
또한 본 실시예에서, 후면 전극(51)은 전면 전극(40 또는 400)과 동일한 방법으로 형성되며, 도전성 투명 전극층(31) 위에 일정 간격으로 이격되어 한 방향으 로 연장되어 있으며, 도전성 투명 전극층(31)과 전기적으로 연결되어 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 부분 단면도이다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 순차적으로 나타낸 공정도이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따라 형성된 전면 전극의 폭과 두께의 한 예를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지의 부분 단면도이다.
도 5a 내지 도 5e는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 순차적으로 나타낸 공정도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지의 부분 단면도이다.

Claims (21)

  1. 반도체 기판,
    상기 반도체 기판의 일 면에 형성되어 있는 에미터층,
    상기 에미터층 위에 형성된 도전성 투명 전극층,
    상기 도전성 투명 전극층 위에 형성되고, 상기 도전성 투명 전극층과 전기적으로 연결되어 있는 제1 전극, 그리고
    상기 반도체 기판의 다른 면에 형성되어 있고, 상기 반도체 기판과 전기적으로 연결되어 있는 제2 전극
    을 포함하고,
    상기 제1 전극은 제1 도전층 및 제2 도전층을 구비하는
    태양 전지.
  2. 제1항에서,
    상기 제1 도전층과 상기 제2 도전층의 밀도가 서로 상이한 태양 전지.
  3. 제2항에서,
    상기 제2 도전층의 밀도가 상기 제1 도전층의 밀도보다 큰 태양 전지.
  4. 제1항에서,
    상기 제1 도전층 또는 제2 도전층은 전도성 금속 물질로 이루어져 있는 태양 전지.
  5. 제4항에서,
    상기 전도성 금속 물질은 니켈, 구리, 은, 알루미늄, 주석, 아연, 인듐, 티타늄, 금 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나인 태양 전지.
  6. 제1항에서,
    상기 제1 도전층은 직접 인쇄법으로 형성되는 태양 전지.
  7. 제6항에서,
    상기 직접 인쇄법은 잉크젯 인쇄법, EHD 젯트 인쇄법, 오프셋 인쇄법, 그라비어 인쇄법, 플렉소 인쇄법 및 에어로솔 젯트 인쇄법 중 적어도 하나인 태양 전지.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에서,
    상기 제2 도전층은 도금법으로 형성되는 태양 전지.
  9. 제1항에서,
    상기 제1 전극의 비저항값은 약 3.3ⅹ10-6Ωcm인 태양 전지.
  10. 제1항에서,
    상기 제1 전극의 폭은 약 10㎛ 내지 100㎛인 태양 전지.
  11. 제1항에서,
    상기 제1 전극의 높이는 약 10㎛ 내지 20㎛인 태양 전지.
  12. 제1항에서,
    상기 반도체 기판은 상기 에미터층과 다른 반도체로 이루어져 있는 태양 전지.
  13. 제1 전도성 타입의 반도체 기판 위에 상기 제1 전도성 타입과 반대의 전도성 타입을 갖는 제2 전도성 타입의 에미터층을 형성하는 단계,
    상기 에미터층 위에 도전성 투명 전극층을 형성하는 단계,
    상기 도전성 투명 전극층 위에 일정 간격으로 이격된 복수의 제1 도전층을 형성하는 단계, 그리고
    상기 복수의 제1 도전층 위에 복수의 제2 도전층을 형성하여 전면 전극을 완성하는 단계
    를 포함하고,
    상기 복수의 제1 도전층은 직접 인쇄법을 통해 형성되며, 상기 복수의 제2 도전층은 도금법을 통해 형성되는
    태양 전지의 제조 방법.
  14. 제13항에서,
    상기 직접 인쇄법은 잉크젯 인쇄법, EHD 젯트 인쇄법, 오프셋 인쇄법, 그라비어 인쇄법, 플렉소 인쇄법 및 에어로솔 젯트 인쇄법 중 적어도 하나인 태양 전지의 제조 방법.
  15. 제13항 또는 제14항에서,
    상기 도금법은 상기 도전성 투명 전극층과 상기 제1 도전층간의 전도도 차이를 고려하여 행해지는 태양 전지의 제조 방법.
  16. 제13항에서,
    상기 반도체 기판은 상기 에미터층과 다른 반도체로 이루어지는 태양 전지의 제조 방법.
  17. 제1 전도성 타입의 반도체 기판 위에 상기 제1 전도성 타입과 반대의 전도성 타입을 갖는 제2 전도성 타입의 에미터층을 형성하는 단계,
    상기 에미터층 위에 도전성 투명 전극층을 형성하는 단계,
    상기 도전성 투명 전극층 위 일정 간격으로 이격된 복수의 도금 방지층을 형성하고, 상기 도전성 투명 전극층의 일부를 드러내는 단계, 그리고
    상기 드러난 도전성 투명 전극층 위에 복수의 전면 전극을 형성하는 단계
    를 포함하고,
    상기 복수의 도전성 투명 전극층은 직접 인쇄법을 통해 형성되며, 상기 복수의 전면 전극은 도금법을 통해 형성되는
    태양 전지의 제조 방법.
  18. 제17항에서,
    상기 직접 인쇄법은 잉크젯 인쇄법, EHD 젯트 인쇄법, 오프셋 인쇄법, 그라비어 인쇄법, 플렉소 인쇄법 및 에어로솔 젯트 인쇄법 중 적어도 하나인 태양 전지의 제조 방법.
  19. 제17항에서,
    상기 반도체 기판은 상기 에미터층과 다른 반도체로 이루어지는 태양 전지의 제조 방법.
  20. 제17항에서,
    상기 도금 방지층은 절연 물질로 이루어진 태양 전지의 제조 방법.
  21. 제20항에서,
    상기 절연 물질은 폴리머 계열의 물질인 태양 전지의 제조 방법.
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