KR20100098992A - 태양 전지 및 그 제조 방법 - Google Patents

태양 전지 및 그 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20100098992A
KR20100098992A KR1020090017736A KR20090017736A KR20100098992A KR 20100098992 A KR20100098992 A KR 20100098992A KR 1020090017736 A KR1020090017736 A KR 1020090017736A KR 20090017736 A KR20090017736 A KR 20090017736A KR 20100098992 A KR20100098992 A KR 20100098992A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
substrate
opening
solar cell
semiconductor layer
film
Prior art date
Application number
KR1020090017736A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101122048B1 (ko
Inventor
김선영
김철
최영호
Original Assignee
엘지전자 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 엘지전자 주식회사 filed Critical 엘지전자 주식회사
Priority to KR1020090017736A priority Critical patent/KR101122048B1/ko
Priority to US12/713,487 priority patent/US20100218821A1/en
Publication of KR20100098992A publication Critical patent/KR20100098992A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101122048B1 publication Critical patent/KR101122048B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0216—Coatings
    • H01L31/02161—Coatings for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H01L31/02167—Coatings for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0224—Electrodes
    • H01L31/022408—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H01L31/022425—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Abstract

본 발명은 태양 전지에 관한 것으로서, 태양 전지는 기판, 상기 기판 위에 형성된 반도체층, 상기 반도체층 위에 형성된 보호막, 그리고 상기 보호막에 형성되어 상기 반도체층의 일부를 드러내는 개구부를 포함하고, 상기 개구부는 적어도 두 개의 직선부와 상기 직선부와 연결되어 있는 적어도 두 개의 둥근 모서리를 구비한다. 이로 인해, 형성된 개구부의 균일성이 향상되어, 각 개구부에 형성되는 전극이나 단자 등의 동작 효율이 향상되고, 이로 인해, 태양 전지의 동작 효율 역시 좋아진다.
태양전지, 개구부, 후면접촉, 스크린인쇄법, 콘택홀

Description

태양 전지 및 그 제조 방법 {SOLAR CELL AND METHOD FOR MANUFACTURING 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.
일반적인 실리콘 태양 전지는 p형과 n형처럼 서로 다른 도전성 타입(conductive type)을 가지는 반도체로 이루어진 기판(substrate) 및 에미터부(emitter layer), 그리고 기판과 에미터부 위에 각각 형성된 전극을 구비한다. 이때, 기판과 에미터부의 계면에는 p-n 접합이 형성되어 있다.
이와는 달리, 태양 전지는 도전성 투명 전극층과 후면 전극 역할을 각각 하 는 전극을 빛이 입사되지 않은 반도체 기판 위에 모두 형성한 후면 접합 전극형 구조를 가질 수 있다. 이러한 후면 전극형 구조의 태양 전지는 빛이 입사되는 면적이 증가하므로, 태양 전지의 효율이 향상된다.
이러한 태양 전지에 태양 광이 입사되면, 광기전력 효과(photovoltaic effect)에 의해 n형 또는 p형의 불순물이 도핑된 반도체에서 전자와 정공이 발생한다. 광기전력 효과에 의해 발생된 전자와 정공은 각각 n형의 에미터부와 p형의 기판 쪽으로 끌어 당겨져 각각 기판 및 에미터부에 전기적으로 연결된 전극에 의해 수집되고, 이 전극들을 전선으로 연결하여 전력을 얻는다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 태양 전지의 전송 효율을 향상시키기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 태양 전지의 효율을 향상시키기 위한 것이다.
본 발명의 한 특징에 따른 태양 전지는 기판, 상기 기판 위에 형성된 반도체층, 상기 반도체층 위에 형성된 보호막, 그리고 상기 보호막에 형성되어 상기 반도체층의 일부를 드러내는 개구부를 포함하고, 상기 개구부는 적어도 두 개의 직선부와 상기 직선부와 연결되어 있는 적어도 두 개의 둥근 모서리를 구비하고 있다.
상기 개구부는 서로 마주보는 변의 길이가 동일할 수 있거나 상이할 수 있 다.
상기 적어도 두 개의 직선부 중 하나의 직선부와 상기 하나의 직선부에 연결되는 상기 적어도 두 개의 곡선부 중 두 개의 곡선부의 길이 비는 1:49.5:49.5 내지 98:1:1일 수 있다.
상기 개구부는 모서리가 곡면인 다각형 구조를 가질 수 있다.
상기 기판은 반도체 기판일 수 있다. 또한 상기 기판은 유리 기판 또는 플라스틱 기판일 수 있다.
상기 특징에 따른 태양 전지는 상기 개구부를 통해 드러난 상기 반도체층과 접촉하는 전극을 더 포함할 수 있다.
상기 반도체층과 상기 기판은 서로 반대의 도전성 타입을 가지는 것이 좋다.
본 발명의 또 다른 특징에 따른 태양 전지의 제조 방법은 제1 도전성 타입을 갖는 반도체 기판을 준비하는 단계, 상기 반도체 기판 위에, 제1 도전성 타입과 반대의 제2 도전성 타입을 갖는 반도체층을 형성하는 단계, 상기 반도체층에 보호막을 형성하는 단계, 상기 보호막 위에 에칭 페이스트를 도포하여, 상기 반도체층의 일부를 드러내는 개구부를 형성하는 단계, 그리고 상기 개구부를 통해 드러난 상기 반도체층과 접촉하는 전극을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 개구부는 적어도 두 개의 직선부와 상기 직선부와 연결되어 있는 적어도 두 개의 둥근 모서리를 구비하고 있다.
본 발명의 특징에 따르면, 형성된 개구부의 균일성이 향상되어, 각 개구부에 형성되는 전극이나 단자 등의 동작 효율이 향상되고, 이로 인해, 태양 전지의 동작 효율 역시 좋아진다.
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 붙였다. 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.
도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 따라 막에 형성된 개구부의 형상에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따라 막에 형성된 개구부에 대한 개략적인 도면 이고, 도 2는 도 1을 II-II 선을 따라 절단한 단면도이다.
본 실시예에서, 도 1 및 도 2에 도시한 패널은 서로 다른 도전성 타입의 불순물이 도핑된 반도체가 서로 접하여 p-n 접합을 형성하고, 서로 다른 도전성 타입의 반도체에 막 등을 적층함으로써 전극을 형성하여 전력을 생산하는 태양 전지용 패널(panel)로서 사용될 수 있지만, 이에 한정되지 않는다.
이러한 패널은 기판(10) 위에 형성된 막(20)은 둥근 모서리를 갖는 다각형 형상이나 원통형, 예를 들어, 사각형 형상의 개구부(opening)(81)를 갖고 있다. 이때, 기판(10)은 유리와 같은 투명한 기판이거나 플라스틱과 같은 플렉시블(flexible) 기판일 수 있거나 실리콘(silicon) 등으로 이루어진 반도체 기판(semiconductor substrate)일 수 있다.
각 개구부(81)는 적어도 두 개의 직선부와 두 직선부를 연결하는 적어도 두 개의 곡선부를 구비하고 있다. 이때, 직선부와 개수와 곡선부의 개수는 동일하다. 하나의 직선부와 이 직선부에 연결되는 두 개의 곡선부의 길이 비는 약 1:49.5:49.5 내지 약 98:1:1일 수 있다.
개구부(81)는 기판(10) 위에 하나 이상의 막(20)이 연속하여 적층되어 있을 때, 하나 이상의 막(20)의 일부를 제거하여 막(20) 하부에 존재하는 기판(10)이나 다른 막의 일부를 드러내는 구멍으로서, 개구부(81)에 원하는 물질을 도포하거나 적층할 경우, 도포되거나 적층된 물질은 드러난 기판(10)이나 다른 막의 일부와 접촉하는 단자, 연결 부재 또는 전극 등으로 기능하거나 기판(10)이나 다른 막의 일부를 드러내는 노출구로서 기능한다.
태양 전지에서 이러한 개구부(81)는 에미터부와 기판에 각각 형성되는 복수의 전극을 형성하거나, 에미터부의 일부를 제거하여 에미터부의 위치에 따라 불순물의 도핑 농도를 다르게 하는 선택적 에미터 구조의 태양 전지 등을 제조하기 하기 위해 사용된다. 하지만 이에 한정되지 않고, 본 실시예에 따른 개구부(81)는 다른 종류의 태양 전지나 막의 일부를 제거할 때 형성되는 모든 구멍에 해당된다.
먼저, 도 3a 내지 도 3c 및 도 4 내지 도 6을 참고로 하여, 기판(10) 위에 개구부(81)를 갖는 막(20)을 형성하는 방법에 대하여 설명한다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 실시예에 따른 막 제조 방법을 순차적으로 도시한 도면이다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 스크린 마스크의 평면도이고, 도 5는 종래 기술에 따른 스크린 마스크의 평면도이다. 또한, 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스크린 마스크에 의해 막 위에 페이스트가 인쇄된 기판의 단면도이다.
기판(110) 위에 막(20)을 형성한다. 이때, 막(20)은 절연막 또는 도전막일 수 있으며, 스퍼터링(sputtering)법, 화학 기상 증착(chemical vapor deposition)법, 잉크젯 인쇄(inkjet printing)법 등과 같은 다양한 막 적층법을 통해 형성된다.
다음, 도 3b에 도시한 것처럼, 적층된 막(20) 위에 스크린 인쇄를 위한 스크린 마스크(800)를 정렬한다.
도 4에 도시한 것처럼, 스크린 마스크(800)는 메쉬망(mesh net)(801), 메쉬망(801) 위에 위치한 패턴 형성부(802) 및 메쉬망(801)을 고정하는 프레임(803)을 구비한다.
메쉬망(801)은 정해진 굵기의 실(804)이 그물 형태로 짜여 있고, 실(804)과 실(804) 사이에 형성된 개구부(opening)의 크기는 실(804)의 굵기, 단위 면적 안에 존재하는 메쉬 수, 패턴 형성부(802)의 패턴 형상 및 패턴 크기 등에 따라 변한다.
패턴 형성부(802)에 형성된 패턴은 도 4에 도시한 것처럼, 둥근 모서리(A1)를 갖는 다각형, 예를 들어 사각형 형상(80)을 갖고 있다. 즉, 둥근 모서리(A1)를 갖는 사각형 형상(80)은 적어도 두 개의 직선부와 두 직선부를 연결하는 적어도 두 개의 곡선부를 구비하고 있다. 이때, 직선부와 개수와 곡선부의 개수는 동일하다. 하나의 직선부와 이 직선부에 연결되는 두 개의 곡선부의 길이 비는 약 1:49.5:49.5 내지 약 98:1:1일 수 있다.
이러한 패턴은 메쉬망(801)에 유제(emulsion)를 도포하고 굳힌 후, 패턴 마스크(도시하지 않음)를 이용하여 둥근 모서리(A1)를 갖는 사각형 형상 영역에 존재하는 유제를 제거하여 완성한다.
다음, 스퀴지(squeeze, 810)를 이용해 식각용 페이스트(90)를 스크린 마스크(800) 위에서 밀면, 패턴 형성부(802)에 형성된 둥근 모서리(A1)를 갖는 사각형 형상(80)과 같은 형상의 식각용 페이스트(90)가 막(20) 위로 도포된다(도 3c).
다음, 식각용 페이스트(90)에 의해 해당 부분의 막(20)이 제거되어, 식각용 페이스트(90)가 도포된 부분에 개구부(81)가 형성된다(도 2). 이때, 개구부(81)의 형상 역시 패턴 형성부(802)에 형성된 패턴 형상과 같은 둥근 모서리를 갖는 사각형 형상을 갖는다.
이와 같이, 개구부(81)를 형성하기 위해, 스크린 마스크(800)가 둥근 모서리(A1)를 갖는 사각형 형상의 패턴을 갖게 됨에 따라, 막(20)에 형성된 개구부(81)의 형상 또한 둥근 모서리를 갖는 사각형 형상을 갖게 되어 개구부(810)의 균일성이 향상된다.
도 5에 도시한 것처럼, 스크린 마스크(800)가 각진 모서리(A2)를 갖는 사각형 형상(81)의 패턴을 갖게 될 경우, 각진 모서리 부분(A2)에 형성되는 개구부의 일부가 유제에 의해 덮여, 각진 모서리 부분의 개구부 크기가 일정치 않고 각진 모서리 부분의 개구부 크기가 줄어들게 된다. 이로 인해, 각진 모서리(A2) 부분에서 인쇄된 식각 페이스트 형상 또한 일정치 않으며, 식각 페이스트(90)의 원활한 통과가 이루어지지 않아 식각 페이스트(90)가 인쇄되지 않은 부분이 발생한다. 이에 더하여, 스퀴지(810)에 의해 밀려 인쇄되는 식각 페이스트(90)가 각진 모서리의 끝부분까지 이동하지 않아, 막(20) 위에 인쇄된 식각 페이스트의 형상이 각진 모서리 형상을 갖지 못하게 되었다.
이로 인해 인쇄된 식각 페이스트의 형상이 일정하지 않는 문제가 발생한다. 결국, 스크린 마스크(800)의 패턴 형성부(801)가 각진 모서리를 갖는 사각형 형상의 패턴을 가질 경우, 각진 모서리 형상을 구현하는데 많은 어려움이 있어, 막(20) 위에 인쇄되는 식각 페이스트(90)의 형상이 제 각각으로 균일성이 크게 떨어지는 문제가 발생했다.
또한, 스크린 마스크(800)의 패턴 형상부(801)가 직선부가 없는 둥근 형상(82)의 패턴을 가질 경우, 모서리 부분(A2)의 영역이 패턴 형성 영역에서 제외되 어, 패턴 형성 영역이 모서리를 갖는 다각형(예, 사각형) 형상보다 줄어들게 되어 실의 간격이 좁아질 수 있다. 이로 인해, 개구부의 크기가 줄어들어 둥근 형상 패턴(82)의 중간 중간에 식각 페이스트가 통과하지 못하는 부분이 발생하여 역시 둥근 형상의 개구부 형성이 곤란해지게 된다.
하지만, 본 실시예에 따른 스크린 마스크(800)의 패턴 형성부(801)는 각진 모서리 부분을 곡선으로 처리한 둥근 모서리(A1)를 갖는 다각형, 예를 들어 사각형 형상의 패턴을 가지므로, 유제에 덮여 개구부의 크기가 줄어든 개구부의 수가 줄어들게 되고, 식각 페이스트가 침투하기 곤란한 부분인 각진 모서리 부분이 제거되므로, 식각 페이스트(90)의 인쇄 동작이 원활해진다. 이로 인해, 막(20) 위에 인쇄된 식각 페이스트(90)의 형상이 모두 둥근 모서리를 갖는 다각형 형성을 갖게 되어, 막(90) 위에 인쇄된 식각 페이스트(90)의 형성의 균일성이 향상된다.
본 실시예에서, 스크린 마스크(800)의 패턴 형성부(802)는 둥근 모서리를 갖는 사각형 형상 부분에 도포된 유제가 제거되어 메쉬망(801)이 노출된 구조를 갖고 있다. 하지만, 도 6에 도시한 것처럼, 대안적인 실시예에서 도 4와는 반대로 둥근 모서리를 갖는 사각형 형상 부분의 메쉬망(801)에 존재하는 유제를 남겨놓고 그 외 부분의 메쉬망(801)에 존재하는 유제를 제거한 구조를 갖는다. 이 경우, 막(20) 위에 인쇄된 페이스트(91)는 그 하부의 막(20)이 식각되는 것을 방지하는 식각 방지막으로 기능한다.
또한, 본 실시예에서, 패턴 형성부(802)와 개구부(81)가 둥근 모서리를 갖는 사각형 형상을 갖는 것을 기초로 하여 설명하였다. 하지만, 이미 설명한 것처럼, 이에 한정되지 않고 패턴 형성부(802)와 개구부(81)는 둥근 모서리를 갖는 삼각형, 오각형 등과 같이, 적어도 두 개의 직선부와 두 직선부를 연결하는 적어도 두 개의 곡선부를 구비하는 모든 다각형 형상과 원통형 형상에 적용 가능하다. 또한 패턴 형성부(802)와 개구부(81)의 형상은 서로 마주하는 변의 길이가 서로 동일하거나 서로 다를 수 있다.
더욱이, 본 실시예에서는 둥근 모서리를 갖는 다각형이나 원통형의 개구부(81)를 위해 스크린 인쇄법을 이용하였지만, 이에 한정되지 않고 그리비아 인쇄(gravure printing)법이나 잉크젯 인쇄(inkjet printing)법과 다른 방식을 이용하여 형성될 수 있다.
다음, 도 7 및 도 8을 참고로 하여, 본 발명의 실시예에 따른 둥근 모서리를 갖는 다각형의 개구부를 적용한 태양 전지에 대하여 설명한다.
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 부분 단면도이고, 도 8은 도 7에 도시한 태양 전지의 후면 보호막에 형성된 개구부의 평면도이다.
도 7을 참고로 하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지(1)는 기판(110), 빛이 입사되는 방향의 기판(110)(이하, '전면부'라 함)에 위치한 제1 보호막인 전면 보호막(120)(front passivation layer), 전면 보호막(120) 위에 위치한 반사 방지막(130), 빛이 입사되지 않고 전면부와 마주보고 있는 기판(110)(이하, '후면부(rear portion)'라 함)에 위치하는 제1 불순물부(141), 기판(110)의 후면부에 제1 불순물부(141)와 이격되게 위치하는 제2 불순물부(142), 제1 불순물부(141)와 제2 불순물부(142) 위에 위치하고, 제1 및 제2 불순물부(141, 142)의 일 부를 드러내는 제2 보호막인 후면 보호막(rear passivation layer)(150), 드러난 제1 불순물부(141) 위에 위치한 복수의 제1 전극(161), 드러난 제2 불순물부(142) 위에 위치한 복수의 제2 전극(162), 그리고 기판(110)과 전면 보호막(120) 사이에 형성된 전면 전계(front surface field, FSF)부(170)를 구비한다.
기판(110)은 제1 도전성 타입, 예를 들어, n형의 불순물이 도핑되어 n형의 도전성 타입을 갖는 단결정 실리콘 또는 다결정 실리콘과 같은 반도체로 이루어진다. 기판(110)이 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 기판(110)은 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물을 함유한다. 하지만, 이와는 달리, 기판(110)이 p형의 도전성 타입을 가질 수 있고, 이 경우, 기판(110)은 붕소(B), 갈륨, 인듐 등과 같은 3가 원소의 불순물을 함유할 수 있다. 또한, 기판(110)은 실리콘 이외의 다른 반도체 물질로 이루어질 수 있다.
또한 기판(110)은 텍스처링(texturing)되어 복수 개의 요철을 구비한 텍스처링 표면(texturing surface)을 가질 수 있다. 이때, 기판(110)의 텍스처링 표면은 랜덤(random)한 피라미드 형상을 갖거나 다공성 표면으로서, 복수의 요철 구조를 실현한다. 기판(110)이 단결정 실리콘으로 이루어져 있을 경우, NaOH나 KOG와 같은 염기 화합물을 이용하여 텍스처링을 실행하고, 기판(110)이 다결정 실리콘으로 이루어져 있을 경우 질산(HNO3), 불산(HF)과 같은 산기 화합물을 혼합하여 텍스처링을 실행할 수 있다.
기판(110)의 전면부에 전면 전계부(170)가 위치한다.
전면 전계부(170)는 기판(110)에 기판(110)과 동일한 도전성 타입의 불순물, 예를 들어, n형의 불순물을 기판(110)보다 높은 농도로 주입하여 형성된다. 이러한 전면 전계부(170)로 인한 기판(110)과의 불순물 농도 차이로 의해 전위 장벽이 형성되고, 전위 장벽에 의해 정공의 이동이 방해된다. 따라서, 기판(110)의 전면부 근처에서 분리된 전자와 정공이 재결합되어 손실되는 것이 방지된다.
전면 전계부(170) 위에는 전면 보호막(120)이 형성되어 있다.
전면 보호막(120)은 실리콘 산화물(SiO2) 등으로 이루어져, 그 하부층과 상부층간의 접촉 저항을 감소시켜, 전자와 정공의 재결합을 방지한다.
전면 보호막(120)의 위에는 실리콘 질화물(SiNx)이나 이산화 티타늄(TiO2) 등으로 이루어진 반사 방지막(130)이 형성되어 있다. 반사 방지막(130)이 실리콘 질화물(SiNx)으로 이루어질 경우, 반사 방지막(130) 하부의 전면 보호막(120)은 생략될 수 있다.
전면 보호막(120) 위에 형성된 반사 방지막(130)은 입사되는 태양 광의 반사율을 줄이고 특정한 파장 영역의 선택성을 증가시켜, 태양 전지의 효율을 높인다. 전면 보호막(120)은 대략 70nm 내지 80nm의 두께를 가질 수 있다.
기판(110)의 후면부에 제1 불순물부(141)와 제2 불순물부(142)가 교대로 형성되어 있다.
제1 불순물부(141)에는 제1 도전성 타입을 갖는 불순물, 예를 들어, n형 불순물이 기판(110)의 농도보다 높은 농도로 도핑되어 있다. 이때, 제1 불순물 부(141)는 전면 전계부(170)와 유사하게 후면 전계(back surface field, BSF)부로서 기능하여, 전자와 정공이 기판(110)의 표면에서 재결합되어 사라지는 것을 방지한다.
제2 불순물부(142)에는 제1 도전성 타입과 반대의 제2 도전성 타입을 갖는 불순물, 예를 들어, p형 불순물이 고농도로 도핑되어 있어, 제2 불순물부(142)는 n형의 기판(110)과 p-n 접합을 형성하는 에미터부로서 기능한다. 반도체의 기판(110)에 빛이 입사됨에 따라 생성된 전하인 전자-정공 쌍은 p-n 접합에 의한 내부 전위차(built-in potential difference)에 의해 전자와 정공으로 분리되어 전자는 n형 쪽으로 이동하고 정공은 p형 쪽으로 이동한다. 따라서, 기판(110)이 n형이고 제2 불순물부(142)가 p형일 경우, 분리된 전자는 기판(110)을 통해 제1 불순물부(141)쪽으로 이동하고 분리된 정공은 제2 불순물부(142)쪽으로 이동한다.
제1 불순물부(141)와 제2 불순물부(142)에는 후면 보호막(150)이 형성되어 있다.
후면 보호막(150)은 제1 불순물부(141)의 일부를 드러내는 복수의 제1 개구부(181)와 제2 불순물부(142)의 일부를 드러내는 복수의 제2 개구부(182)를 구비한다. 제1 및 제2 개구부(181, 182)는 도 8에 도시한 것처럼, 둥근 모서리를 갖는 사각형과 같이 다각형 형상을 갖고 있다.
후면 보호막(150)은 실리콘 산화물(SiO2), 실리콘 질화물(SiNx) 또는 이들의 조합 등으로 형성되어 있으며, 약 300nm 이상의 두께를 가질 수 있다. 후면 보호 막(150)은 전자와 정공으로 분리된 캐리어가 재결합되는 것을 방지하고 입사된 빛이 외부로 손실되지 않도록 태양 전지 내부로 반사시켜, 외부로 손실되는 빛을 양을 감소시킨다.
본 실시예에서, 후면 보호막(150)은 단일막으로 형성되어 있지만, 이와는 달리, 이중막 또는 삼중막과 같은 다층 구조를 가질 수 있다.
제1 개구부(181)를 통해 노출된 제1 불순물부(141)와 제1 개구부(181) 주변의 후면 보호막(150) 위에는 제1 전극(161)이 형성되어 있고, 제2 개구부(182)를 통해 노출된 제2 불순물부(142)와 제2 개구부(182) 주변의 후면 보호막(150) 위에는 제2 전극(162)이 형성되어 있다.
제1 전극(161)은 제1 불순물부(141)와 전기적으로 연결되어 있고, 제2 전극(162)은 제2 불순물부(142)와 전기적으로 연결되어 있다.
제1 및 제2 전극(161, 162)은 일정 간격을 두고 한 방향으로 서로 평행하게 뻗어 있고, 제1 불순물부(141)와 제2 불순물부(142)쪽으로 이동하는 전자와 정공과 같은 캐리어를 수집하여 외부 장치로 이동시킨다.
이미 설명한 것처럼, 제1 및 제2 전극(161, 162)의 일부가 후면 보호막(150)의 일부와 중첩되어 면적이 넓은 끝부분을 포함하므로, 외부 구동 회로 등과의 접속 시 접촉 저항이 줄어들어 접촉 효율이 높아진다.
제1 및 제2 전극(161, 162)은 적어도 하나의 도전성 금속 물질로 이루어져 있고, 이들 도전성 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 있지만, 이외의 다른 도전성 금속 물질로 이루어질 수 있다.
예를 들어, 제1 및 제2 전극(161, 162)은 은(Ag)에 알루미늄(Al)과 같은 전도성 금속 물질을 포함하는 도전성 페이스트를 스크린 인쇄법을 통해 제1 및 제2 개구부(181, 182)와 그 주변에 도포하여 형성된다.
본 실시예의 경우, 후면 보호막(150)에 형성된 제1 및 제2 개구부(181, 182)이 균일성이 뛰어난 둥근 모서리를 갖는 다각형 형상을 가지고 있으므로, 그 개구부(181, 182)의 형상에 기초하여, 각 개구부(181, 182) 위에 형성되는 제1 전극(161)과 제2 전극(162)의 형상 역시 균일성이 향상된다. 또한, 제1 및 제2 개구부(181, 182)에 도전성 페이스트의 침투가 곤란한 각진 모서리 부분이 존재하지 않기 때문에, 제1 및 제2 개구부(181, 182) 위에 형성된 제1 및 제2 전극(161, 162) 형상의 균일성은 더욱더 향상되고, 제1 및 제2 개구부(181, 182) 내에서의 제1 및 제2 전극(161, 162)의 접촉력 또한 향상된다. 따라서, 제1 및 제2 개구부(181, 182)로 인해, 제1 및 제2 전극(161, 162)의 균일성과 접촉력이 향상되어, 제1 및 제2 전극(161, 162)의 전송 효율이 향상되고 각 전극(161, 162) 간의 동작 균일성이 향상되어, 제1 및 제2 전극(161, 162)이 동작 효율이 증가한다.
본 실시예의 경우, 제1 및 제2 전극(161, 162)은 스크린 인쇄법을 이용하여 형성되지만, 이와는 달리, 플라즈마 화학적 기상 증착(plasma enhanced chemical vapor deposition, PECVD)법과 같은 화학 기상 증착(chemical vapor deposition, CVD)과 같이 다양한 방식을 통해 형성될 수 있다.
이와 같은 구조를 갖는 본 실시예에 따른 태양 전지는 제1 전극(161)과 제2 전극(162)을 빛이 입사되지 않은 기판(110)의 후면부에 위치시켜 빛이 입사되는 면적을 증가시키는 후면 접촉형 태양전지(back contact solar cell)로서, 그 동작은 다음과 같다.
태양 전지(1)로 빛이 조사되어 반사 방지막(130)과 전면 보호막(120)을 통해 반도체의 기판(110)으로 입사되면 빛 에너지에 의해 반도체의 기판(110)에서 전자-정공 쌍이 발생한다. 이때, 반사 방지막(130)에 의해 기판(110)으로 입사되는 빛의 반사 손실이 줄어들어 기판(110)으로 입사되는 빛의 양은 더욱더 증가한다.
이들 전자-정공 쌍은 기판(110)과 제2 불순물부(142)의 p-n 접합에 의해 서로 분리되어 전자는 n형의 도전성 타입을 갖는 제1 불순물부(141)쪽으로 이동하고, 정공은 p형의 도전성 타입을 갖는 제2 불순물부(142)쪽으로 이동한다. 이처럼, 제1 불순물부(141)쪽으로 이동한 전자는 제1 전극(161)에 의해 수집되어 외부 장치로 출력되고, 제2 불순물부(142) 쪽으로 이동한 정공은 제2 전극(162)에 의해 수집되어 외부 장치로 출력된다.
이때, 둥근 모서리를 갖는 제1 및 제2 개구부(181, 182)에 의해 제1 및 제2 전극(161, 162)의 접촉력과 전송 효율이 증가하여, 태양 전지(1)의 동작 효율이 향상된다.
도 7 및 도 8에 도시한 것처럼, 본 발명의 실시예에 따른 개구부(181, 182)를 구비한 한 태양 전지로서 제1 및 제2 전극(161, 162)이 모두 기판(110)의 후면부에 위치한 후면 접촉형 태양 전지를 예로 들었다.
하지만, 본 발명의 실시예에 따른 개구부를 구비한 태양 전지의 대안적인 예로서, 기판의 전면부와 후면부에 전자를 수집하는 전극과 정공을 수집하는 전극이 각각 형성되는 태양 전지가 적용될 수 있다. 이 경우, 개구부는 기판과의 p-n접합을 이루는 에미터부 위에 형성되어 빛의 반사율을 낮출 뿐만 아니라 그 하부층을 보호하는 보호막 역할까지 행하는 반사 방지막에 형성되어, 기판 위에 형성된 에미터부와 전극을 접촉하기 위해 이용된다.
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 실시예에 따라 막에 형성된 개구부에 대한 개략적인 도면이다.
도 2는 도 1을 II-II 선을 따라 절단한 단면도이다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 실시예에 따른 막 제조 방법을 순차적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 스크린 마스크의 평면도이다.
도 5는 종래 기술에 따른 스크린 마스크의 평면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스크린 마스크에 의해 막 위에 페이스트가 인쇄된 기판의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 부분 단면도이다.
도 8은 도 7에 도시한 태양 전지의 후면 보호막에 형성된 개구부의 평면도이다.
*도면 부호에 대한 설명*
10, 110: 기판 120: 전면 보호막
130: 반사 방지막 141: 제1 불순물부
142: 제2 불순물부 150: 후면 보호막
161: 제1 전극 162: 제2 전극
170: 전면 전계부 81, 181, 182: 개구부

Claims (10)

  1. 기판,
    상기 기판 위에 형성된 반도체층,
    상기 반도체층 위에 형성된 보호막, 그리고
    상기 보호막에 형성되어 상기 반도체층의 일부를 드러내는 개구부를 포함하고,
    상기 개구부는 적어도 두 개의 직선부와 상기 직선부와 연결되어 있는 적어도 두 개의 둥근 모서리를 구비하고 있는 태양 전지.
  2. 제1항에서,
    상기 개구부는 서로 마주보는 변의 길이가 동일한 태양 전지.
  3. 제1항에서,
    상기 개구부는 서로 마주보는 변의 길이가 상이한 태양 전지.
  4. 제2항 또는 제3항에서,
    상기 적어도 두 개의 직선부 중 하나의 직선부와 상기 하나의 직선부에 연결되는 상기 적어도 두 개의 곡선부 중 두 개의 곡선부의 길이 비는 1:49.5:49.5 내지 98:1:1인 태양 전지.
  5. 제1항에서,
    상기 개구부는 모서리가 곡면인 다각형 구조를 갖는 태양 전지.
  6. 제1항에서,
    상기 기판은 반도체 기판인 태양 전지.
  7. 제1항에서,
    상기 기판은 유리 기판 또는 플라스틱 기판인 태양 전지.
  8. 제1항에서,
    상기 개구부를 통해 드러난 상기 반도체층과 접촉하는 전극을 더 포함하는 태양 전지.
  9. 제1항에서,
    상기 반도체층과 상기 기판은 서로 반대의 도전성 타입을 갖는 태양 전지.
  10. 제1 도전성 타입을 갖는 반도체 기판을 준비하는 단계,
    상기 반도체 기판 위에, 제1 도전성 타입과 반대의 제2 도전성 타입을 갖는 반도체층을 형성하는 단계,
    상기 반도체층 위에 보호막을 형성하는 단계,
    상기 보호막 위에 에칭 페이스트를 도포하여, 상기 반도체층의 일부를 드러내는 개구부를 형성하는 단계, 그리고
    상기 개구부를 통해 드러난 상기 반도체층과 접촉하는 전극을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 개구부는 적어도 두 개의 직선부와 상기 직선부와 연결되어 있는 적어도 두 개의 둥근 모서리를 구비하고 있는
    태양 전지의 제조 방법.
KR1020090017736A 2009-03-02 2009-03-02 태양 전지 및 그 제조 방법 KR101122048B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090017736A KR101122048B1 (ko) 2009-03-02 2009-03-02 태양 전지 및 그 제조 방법
US12/713,487 US20100218821A1 (en) 2009-03-02 2010-02-26 Solar cell and method for manufacturing the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090017736A KR101122048B1 (ko) 2009-03-02 2009-03-02 태양 전지 및 그 제조 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20100098992A true KR20100098992A (ko) 2010-09-10
KR101122048B1 KR101122048B1 (ko) 2012-03-12

Family

ID=43005586

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020090017736A KR101122048B1 (ko) 2009-03-02 2009-03-02 태양 전지 및 그 제조 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101122048B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101155192B1 (ko) * 2010-11-29 2012-06-13 현대중공업 주식회사 태양전지의 제조방법

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4657068B2 (ja) 2005-09-22 2011-03-23 シャープ株式会社 裏面接合型太陽電池の製造方法
KR100757797B1 (ko) * 2006-02-03 2007-09-11 주식회사 실트론 단결정 태양전지의 후면전극 제조방법
KR101002282B1 (ko) * 2008-12-15 2010-12-20 엘지전자 주식회사 태양 전지 및 그 제조 방법
KR101578356B1 (ko) * 2009-02-25 2015-12-17 엘지전자 주식회사 후면전극형 태양전지 및 그 제조방법

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101155192B1 (ko) * 2010-11-29 2012-06-13 현대중공업 주식회사 태양전지의 제조방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR101122048B1 (ko) 2012-03-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20100218821A1 (en) Solar cell and method for manufacturing the same
JP2010183080A (ja) 太陽電池及びその製造方法
KR20120023391A (ko) 태양전지 및 이의 제조 방법
EP2538447B1 (en) Solar cell and method for manufacturing the same
US20130160840A1 (en) Solar cell
KR101057124B1 (ko) 태양 전지 및 그 제조 방법
US9997647B2 (en) Solar cells and manufacturing method thereof
JP5882573B2 (ja) 太陽電池及びその製造方法
KR101714779B1 (ko) 태양전지 및 이의 제조 방법
KR101045859B1 (ko) 태양 전지 및 그 제조 방법
KR20110138649A (ko) 태양 전지 및 그 제조 방법
KR101198430B1 (ko) 양면 수광형 국부화 에미터 태양전지 및 그 제조 방법
KR101588458B1 (ko) 태양 전지 및 그 제조 방법
KR101122048B1 (ko) 태양 전지 및 그 제조 방법
KR101995834B1 (ko) 태양 전지 및 그 제조 방법
KR20190041989A (ko) 태양 전지 제조 방법 및 태양 전지
KR101199213B1 (ko) 양면 수광형 국부화 에미터 태양전지 및 그 제조 방법
US8852982B2 (en) Photoelectric device and manufacturing method thereof
KR101199649B1 (ko) 국부화 에미터 태양전지 및 그 제조 방법
KR101199214B1 (ko) 양면 수광형 국부화 에미터 태양전지 및 그 제조 방법
KR101976753B1 (ko) 태양 전지 제조 방법 및 태양 전지
KR20170090781A (ko) 태양 전지 및 이의 제조 방법
KR101173399B1 (ko) 국부화 에미터 태양전지 및 그 제조 방법
KR101642153B1 (ko) 태양 전지 및 그 제조 방법
KR101239793B1 (ko) 태양 전지 및 그 제조 방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150213

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160122

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170124

Year of fee payment: 6

LAPS Lapse due to unpaid annual fee