KR20100124683A - 태양전지의 메탈라이제이션 제조방법 및 그에 따른 태양전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 의하면, 태양전지 기판(2)의 메탈라이제이션 영역(60a, 60b)에 도핑물질 함유 매질(56)을 도포하는 단계(30), 도핑물질 함유 매질(56)로부터 태양전지 기판(2)으로 도핑물질의 국소적인 확산을 위하여 메탈라이제이션 영역(60a, 60b)에서 태양전지 기판을 국소적으로 가열하는 단계(32), 메탈라이제이션 영역(60a, 60b)이 전기화학적 증착을 위한 전극으로 이용되도록, 도핑물질이 국소적으로 확산되는 영역(60a, 60b) 상에 금속(12)을 전기화학적으로 증착시키는 단계(34)를 포함하는 태양전지의 제조방법이 제공된다.
Description
본 발명은 태양전지의 메탈라이제이션(metalization) 제조방법 및 그에 따른 태양전지에 관한 것이다.
액티브 태양전지영역의 음영은 증착되는 메탈라이제이션에 의하여 가능한 경미하도록 되어야 하기 때문에, 태양전지 기판의 메탈라이제이션은 태양전지의 제조시 상당히 비용이 드는 공정이다. 산업적 양산에 의하면 태양전지의 전면에 대한 메탈라이제이션은 상당부분 실크스크린 인쇄, 스탬프나 롤 인쇄와 같은 인쇄 방법에 의하여 이루어진다. 이러한 인쇄방법에 의하면, 특수한 금속을 함유한 인쇄 페이스트가 이용된다. 인쇄제조 방법은, 인쇄제조 방법의 성질로 인하여 메탈라이제이션의 구성요소, 특히 컨택트 핑거나 배전간선을 원하는 크기로 줄일 수 없는 제한이 있다. 메탈라이제이션은 먼저 포토리소그라피 공정이 이루어지며, 이후 포토리소그라피 마스크를 통하여 금속의 증착이 이루어지는 공정을 거치게 된다. 이러한 방법에 의하면 메탈라이제이션의 표면적의 크기를 줄일 수 있으나, 산업적 규모의 생산에 있어서 제조 비용의 절감에 한계가 있다.
종래 컨택트 네트에 대하여 이하에서 설명하고자 한다. 예를 들면, 종래 기술에 따른 콘택트 네트와 관련하여 도 1은 종래 기술에 따른 태양전지(1)를 나타낸다. 이러한 컨택트 네트는 많은 수의 컨택트 핑거(3)로 이루어지며, 컨택트 핑거(3)는 항상 배전간선(5a, 5b)에 전기적으로 접속되며, 근본적으로 두 개 이상의 배전간선(5a, 5b)이 제공될 수 있다. 태양전지(1)에 의하면, 액티브 태양전지영역(7) 상에서 입사광에 의하여 형성된 전하운반자는, 배전간선(5a, 5b) 주위에서 생성되지 않고 배전간선에 의하여 직접 모이지 않는 한, 먼저 컨택트 핑거(3) 상에서 모이게 되고 컨택트 핑거부터 배전간선(5a, 5b)으로 도달하게 된다. 배전간선(5a, 5b) 상에서 전하운반자는 그 후 태양전지로부터 인출된다. 그 결과 컨택트 핑거(3)에서보다 배전간선(5a, 5b)에서 보다 큰 전류가 흘러야 한다. 따라서 전류손실을 피하기 위하여 배전간선(5a, 5b)에 보다 큰 단면이 요구되며, 이 때문에 배전간선(5a, 5b)이 컨택트 핑거(3)보다 일반적으로 상당히 넓게 형성된다.
일반적으로 태양전지 기판의 상층에 국소적인 가열을 위하여 레이저가 조사되며, 도 1에서 상응하는 너비로 배전간선이 형성될 수 있도록 태양전지 기판의 상층에 배전간선(5a, 5b)의 형성을 위하여 이러한 레이저가 매우 자주 조사되어야 한다고 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 생각할 수 있다. 또는 이러한 배전간선(5a, 5b)을 형성하기 위하여 많은 수의 레이저 라인이 요구된다. 나중에 배전간선의 최종적인 메탈라이제이션을 이루기 위하여 도 1에 도시된 것처럼 종래 배전간선의 형성시 기판의 상층에 알려진 바와 같이 레이저가 중첩하여 조사되어야 한다.
본 발명의 목적은 태양전지의 제조를 위한 메탈라이제이션의 제조방법에 있어서 제조비용이 절감될 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 제조비용이 절감될 수 있는 메탈라이제이션을 가진 태양전지를 제공하는 것이다.
본 발명에 의하면, 태양전지 기판에서 메탈라이제이션될 영역 상에 도핑물질이 함유 매질이 도포된다. 이 때 도핑물질 함유 매질의 도포는 근본적으로 메탈라이제이션될 영역에 한정되는 것이 아니라 다른 영역에도 도핑물질 함유 매질이 적용될 수도 있다. 특히 태양전지 기판의 일면 상에 전반적으로 적용될 수도 있다. 또한, 도필물질 함유 매질로부터 태양전지 기판으로 도핑물질의 국소적인 확산을 위하여 메탈라이제이션될 영역에 국소적인 가열이 이루어진다. 도핑물질이 국소적으로 확산된 영역에 금속이 전기화학적으로 증착되며, 이 영역은 전기화학적 증착을 위한 전극으로 이용된다.
태양전지 기판으로 도핑물질 함유 매질로부터 도핑물질의 확산이 온도에 의존하여 이루어진다. 일반적으로 도핑 물질, 특히 보론이나 인이나 이러한 원소의 결합물은 증가하는 온도에 따라 확산도가 증가하게 된다. 이러한 이유로 인하여 도핑물질은 국소적인 가열에 의하여 확산되며, 이 때 주위는 낮은 온도로 인하여 도핑물질이 태양전지 기판으로 확산되지 않는다. 국소적인 가열은 예를 들면 열선에 의하여 이루질 수도 있다. 국소적인 가열은 레이저에 의하여 이루어지는 것이 편리하다. 태양전지 기판의 국소적인 가열은 도핑물질이 국소적으로 태양전지 기판으로 확산되기 위한 것으로서 이미 에미터의 형성과 관련하여 유럽특허 1738402B1에 개시되었다.
바람직한 실시예에 의하면 도핑물질 함유 매질 내에서 도핑물질의 농도는 국소적인 가열의 세기, 즉 그 곳에서의 온도에 의하여 결정되어 원하는 영역으로 도핑물질이 국소적으로 확산된다. 이 때 태양전지 기판의 메탈라이제이션될 영역에서 고농도의 도핑물질이 주어지며, 이곳에서 도핑 물질의 확산이 이루어지며, 이 후에 이 영역은 전기화학적 증착을 위한 전극으로 이용될 수 있다. 이 곳에서는 도핑물질 농도는 마치 강하게 도핑되는 에미터의 형성시 적용되는 바와 같이 높다.
국소적인 가열을 통하여, 특히, 레이저에 의하여 매우 정밀한 구조로 제조 비용이 절감될 수 있는 태양전지가 제공된다. 금속 내지 금속합금의 전기화학적 증착은 예를 들면 증기 증착에 비하여 저렴한 제조방법으로 알려져 있다. 그 결과 본 발명에 따른 제조방법에 의하면 정밀하게 메탈라이제이션된 구조를 저렴하게 형성할 수 있다. 따라서 본 발명에 의하면 태양전지의 메탈라이제이션을 저렴하게 형성할 수 있을 뿐만 아니라 메탈라이제이션의 표면적을 작게 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 변경예에 의하면, 도핑물질의 국소적인 확산을 위하여, 도핑물질과 같은 타입, 즉, p형이나 n 형의 도핑물질이 도핑함유 매질로부터 저농도로 적어도 메탈라이제이션될 영역의 주위로 확산되는 약한 에미터 확산이 이루어진다. 이와 같은 약한 에미터 확산에 의하여, 도핑물질이 메탈라이제이션될 영역으로 국소적으로 확산되는 것과 결합하여 일반적으로 셀렉티브 에미터로 알려진 헤비 듀티 세이프티 스위치가 형성된다. 약한 에미터 확산에 의하면 예를 들면 태양전지 기판의 전면은 빛을 받아들이기 쉬운 상태에 있기 때문에 도핑물질의 확산이 이루어지기 쉽다. 또한 약한 에미터 확산이 이루지는 태양전지 기판의 상층을 노출시킬 가능성이 있다. 약한 에미터 확산은 도핑물질의 국소적인 확산 전 또는 후에 이루어질 수 있다. 바람직하게는 도핑물질의 국소적인 확산이 약한 에미터 확산이 일어난 후에 행해진다.
본 발명의 바람직한 변경예에 의하면, 레이저에 의한 국소적인 가열이 제공되며, 이와 같은 방법에 의하여 비교적 간단하게 메탈라이제이션될 영역으로 열전도가 제한될 수 있다. 바람직하게는 레이저광이 액체 내로 유도되는 레이저가 이용된다. 이렇게 함으로써, 액체와 액체 주변 사이의 경계면에서 전반사로 레이저광이 유도된다.
이 때 도핑물질 함유 액체가 도핑물질 함유 매질로 이용되며, 레이저광을 도핑물질 함유 매질로 유도한다. 또한, 이렇게 함으로써 국소적인 가열에 의하여 적절하게 메탈라이제이션될 영역으로 일정하게 도핑물질이 요구되는 양만큼 이용될 수 있게 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 변경예에 의하면, 메탈라이제이션될 태양전지 기판의 적어도 상층 일부분 상에 국소적인 가열을 위하여 적어도 레이저광이 조사된다. 레이저광의 유도는 광학적 전향기에 의하여 이루어질 수 있다. 이 때 메탈라이제이션될 태양전지 기판의 상층으로 레이저에 결합된 도광체나 레이저 자체가 이동될 수도 있다. 한편 태양전지 기판이 레이저광원이나 레이저광 출구에 대하여 상대적으로 이동될 수도 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 컨택트 핑거와 적어도 다수의 섹션별로 이격된 컬렉터 핑거인 배전간선으로 이루어진 컨택트 네트가 제공된다. 또한 다수의 섹션별로 이격된 컬렉터 핑거의 형성을 위하여 레이저광이 메탈라이제이션될 태양전지 기판의 상층에 적어도 다수의 섹션별로 이격된 각 컬렉터 핑거의 소정의 선을 따라 유도 조사된다. 이 때 섹션별로 이격되어 다수의 컬렉터 핑거가 형성되는 영역으로 레이저광이 태양전지 기판의 상층에서 중첩되지 않게 유도 조사된다.
본 발명의 컨택트 네트는 태양전지 기판의 상층에서 메탈라이제이션의 구성요소로 입사광이 입사되는 개구부를 나타내는 것으로 이해될 수도 있다. 본 발명에 의하면, 컨택트 핑거는 태양전지에서 발생된 전류를 모이게 하여 배전간선으로 이동시키기 위하여 제공되는 컨택트 네트의 메탈라이제이션된 라인(line)으로 이해될 수 있다.
본 발명에 따른 배전간선은 컨택트 핑거 상에서 모인 적어도 일부의 전류를 인출하기 위하여 메탈라이제이션된 구성물로 이해될 수도 있다. 이러한 목적을 위하여 배전간선은 다수의 컨택트 핑거와 전기적으로 접속된다. 또한 컨택트 핑거보다 컬렉터 핑거 상으로 보다 많은 수의 전하운반자가 인출되어야 하기 때문에 배전간선은 컨택트 핑거보다 큰 단면을 가진다. 이러한 이유로 인하여 일반적으로 배전간선은 컨택트 핑거보다 넓게 형성된다. 또한 배전간선은 버스라인으로도 알려져 있다.
본 발명에 의하면 컬렉터 핑거에 있어서 메탈라이제이션된 라인은 배전간선의 구성요소로 이해될 수 있다. 따라서 각 컬렉터 핑거 상에서 부분적으로 배전간선으로 전류가 인출된다.
레이저광이 중첩되지 않게 조사된다는 것은 태양전지 기판의 상층의 일부분도 레이저광이 다중으로 중복하여 조사되지 않는다는 것을 의미한다. 이와 같이 중첩되지 않게 조사됨으로써 다수의 컬렉터 핑거가 섹션별로 이격되어 형성된다.
따라서 본 발명에 의하면, 제조비용이 절감될 수 있는 태양전지의 제조방법과 태양전지가 제공될 수 있다.
도 1은 종래 콘택트 네트를 가진 태양전지에 대한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 개략도이다.
도 3은 도 2의 A-A에 대한 태양전지의 부분 단면도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 개략도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 제3 실시예에 따른 태양전지의 개략도이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 제3 실시예에 대한 부분 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제조방법에 대한 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 의하여 태양전지 기판의 상층에서 레이저광의 비중첩 조사를 나타낸 개략도이다.
도 9는 본 발명의 바람직한 변경에 의하여 태양전지 기판의 상층에서 레이저광의 비중첩 조사를 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 개략도이다.
도 3은 도 2의 A-A에 대한 태양전지의 부분 단면도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 개략도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 제3 실시예에 따른 태양전지의 개략도이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 제3 실시예에 대한 부분 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제조방법에 대한 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 의하여 태양전지 기판의 상층에서 레이저광의 비중첩 조사를 나타낸 개략도이다.
도 9는 본 발명의 바람직한 변경에 의하여 태양전지 기판의 상층에서 레이저광의 비중첩 조사를 나타낸 개략도이다.
놀랍게도 본 발명에 의하여 형성되는 메탈라이제이션에 의하면 높은 전류 인출을 확보하기 위하여 도 1과 같은 넓고 큰 배전간선이 반드시 요구되지 않는다는 것을 알 수 있게 된다. 본 발명의 제조방법에 의하여 적어도 다수의 분리되어 형성된 컬렉터 핑거인 배전간선으로 충분한 전류인출이 확보될 수 있으며, 이 때 여기에 요구되는 레이저 라인의 수를 현저하게 줄일 수 있으며, 레이저광은 종래 기술인 도 1의 넓고 큰 배전간선의 형성시보다 적게 태양전지 기판의 상층에 조사될 있다,
이는 컨택트 핑거(3)와 배전간선(15a, 15b)이 형성되는 개선된 메탈라이제이션을 나타내는 본 발명에 따른 도 2에 도시된 예에 의하여 명확해질 것이다. 각 배전간선(15a, 15b)은 본 발명의 실시예에서 두 개보다 많은 배전간선으로 형성될 수 있는 이격된 컬렉터 핑거(9a)로 형성된다. 도 1과 도 2를 비교할 때, 본 발명에 의하면 레이저 라인의 수가 적게 되어 태양전지의 제조원가를 낮출 수 있음이 자명하다. 한편 균일한 전류인출과 이로 인하여 완성된 태양전지의 균질한 풀 팩터(full factor)가 가능하다는 것도 자명하다.
제조원가의 상당한 감소는 전술한 바와 같이 다수의 컬렉터 핑거가 떨어져 형성되는 부분으로 레이저광이 중첩되지 않게 조사됨으로써 이루어진다. 도 2에서 레이저광이 중첩되지 않게 조사되어 모든 컬렉터 핑거가 형성된다. 도 1처럼 넓고 큰 배전간선에 있어서 다수의 좁은 컬렉터 핑거가 중첩되지 않는 레이저 조사에 의하여 형성되는 것이 아닌 것, 예를 들면 각 컬렉터 핑거가 두 개의 중첩되는 레이저 라인에 의하여 형성되는 것이 제공된다. 또한 세 개, 네 개 또는 그 이상의 중첩되는 레이저 라인에 의하여 형성되는 컬렉터 핑거가 제공될 수 있으나 그에 따라 제조원가 절감은 점점 감소된다.
전술한 본 발명에 의하면, 일정한 전류인출과 태양전지의 균일한 풀 팩터에 의하여 액티브 태양전지 영역의 음영은 작게 될 수 있기 때문에 태양전지의 효능을 증대시킬 수 있다.
본 발명의 바람직한 변경예에 의하면 적어도 하나의 배전간선의 형성을 위하여 이격된 컬렉터 핑거가 국소적으로 정렬된다.
또 다른 변경예에 의하면 컨택트 핑거의 형성을 위하여 레이저광이 메탈라이제이션될 태양전지 기판의 상층에 컨택트 핑거의 예상 선을 따라 조사된다.
본 발명에 따른 태양전지에 의하면, 컨택트 핑거와 적어도 하나의 배전간선을 가지는 컨택트 네트를 포함하며, 다수의 컨택트 핑거가 적어도 하나의 배전간선 상에 전기적으로 서로 접속되어, 적어도 하나의 배전간선이 다수의 컨택트 핑거로부터 전류가 흐르는 컨택트 네트가 제공된다. 또한, 배전간선은 적어도 부분적으로 증착되는 금속으로 이루어지며 컨택트 핑거의 최대 열배 너비를 가지며, 서로 떨어진 다수의 컬렉터 핑거로 주어진다.
증착되는 금속은 화학적 또는 물리적 증착되며, 특히 증착되는 금속이거나 금속합금으로 이해되어도 좋다. 증착은 바람직하게는 화학적으로 이루어지며, 보다 바람직하게는 전기화학적으로 이루어진다.
본 발명의 제조방법에 따른 레이저 화학적 방법에 의하면 본 발명에 따른 태양전지는 제조원가가 절감된다. 이는 적은 레이저 라인으로 배전간선이 제조될 수 있기 때문이다. 즉, 배전간선의 형성을 위하여 레이저광이 태양전지 기판의 상층에 작은 길이로 조사되어 태양전지의 제조시 상당한 제조시간과 제조비용의 절감을 가져올 수 있기 때문이다. 본 발명에 따른 태양전지에 의하면 컨택트 네트 상에서 일정한 양질의 전류인출을 실현할 수 있음을 알 수 있다. 제조비용의 절감은 태양전지의 풀 팩터에 대한 결함 없이 가능하게 되어 기능의 저하를 초래하지 않게 된다.
종래 매우 넓고 큰 배전간선(도 1의 배전간선(5a, 5b))과 비교하였을 때 적어도 다수의 섹션별로 서로 떨어져 있으며 컨택트 핑거의 너비보다 열배 큰 너비를 가진 컬렉터 핑거인 배전간선에 의하여 제조비용이 절감될 수 있다. 그러나, 각 컬렉터 핑거의 형성시 그 너비를 증가시킴에 따라 조사되는 레이저광은 태양전지 기판의 상층에 보다 자주 조사되어야 하며, 컬렉터 핑거에서 메탈라이제이션 갭을 피하기 위하여 일반적으로 중첩되게 조사되어야 하기 때문에, 컬렉터 핑거의 너비가 증가함에 따라 제조비용의 절감의 효과는 작아진다.
또한, 본 발명에 따른 태양전지에 의하면 컨택트 핑거와 컬렉터 핑거의 기하학적 적합한 선택에 의하여 전류인출을 저하시키거나 풀팩터를 저하시키지 않고 액티브 태양전지영역의 음영은 경미해질 수 있다.
본 발명의 바람직한 변경예에 의하면, 적어도 배전간선이 다수의 서로 떨어져 위치한 컬렉터 핑거로 이루어진다. 따라서 이 컬렉터 핑거는 섹션별로 서로 떨어져 있을 뿐만 아니라 전체적으로도 떨어져 있게 된다. 본 발명의 보다 바람직한 변경예에 의하면, 적어도 하나의 배전간선은 배타적으로 서로 떨어진 컬렉터 핑거로 이루어진다.
본 발명의 보다 바람직한 변경예에 의하면, 적어도 하나의 배전간선은 떨어진 컬렉터 핑거가 국소적으로 집적되어 형성된다. 국소적으로 집적되는 개념은 상층, 일반적으로 액티브 태양전지영역에서 발생된 전하운반자가 컨택트 네트에 의하여 모이게 되는 상층과 관계있다. 이에 따라 이격된 컬렉터 핑거는 국소적으로 집적되어 배전간선을 형성하게 된다.
본 발명의 선택적인 변경예에 의하면, 컬렉터 핑거는 본질적으로 액티브 태양전지영역 상에서 균일하게 분할된다. 따라서 이 경우 모든 컬렉터 핑거의 합은 하나의 배전간선으로 여겨질 수 있게 된다. 본 발명에 따른 태양전지에 의하면, 태양전지 기판의 주위영역보다 태양전지 기판의 컬렉터 핑거 인접 영역과 태양전지 기판의 컨택트 핑거 인접 영역이 강하게 도핑된다.
이렇게 함으로써, 헤비 듀티 세이프티 스위치(heavy duty safety switch) 에미터가 셀렉티브 에미터로 형성될 수 있다. 이것은 메탈라이제이션의 아래에서 발생된 전하운바자를 효율적으로 모이게 할 수 있으며, 이에 반하여 약하게 도핑된 주위 영역에서는 발생된 전하운반자가 약하게 재결합(recombination)되어, 전체적으로 태양전지의 기능을 향상시킨다. 컬렉터 핑거와 컨택트 핑거에 인접한 태양전지 기판의 모든 영역이 주위 영역보다 강하게 도핑될 경우 보다 강하게 기능이 향상된다. 이러한 인접 영역의 일부분만이 강하게 도핑될 경우도 마찬가지로 기능이 개선될 수 있다.
본 발명의 변경예에 따르면, 적어도 컬렉터 핑거, 보다 바람직하게는 컨택트 핑거 마찬가지로 금속으로 증착된다. 이러한 화학적 증착은 전기화학적 증착 또는 갈바닉 증착 등으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 컨택트 네트는 발생된 전류를 인출하기 위하여 다수의 컨택트 및/또는 컬렉터 핑거가 직접적으로 인접한 이차원의 컨택트 영역으로 이루어진다. 이렇게 함으로써, 각각의 좁은 컬렉터 핑거 대신에 적어도 이차원의 컨택트 영역 상에 컨택트 네트가 컨택트화될 수 있기 때문에 다수의 완성된 태양전지는 용이하게 분할될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 적어도 두 개의 컬렉터 핑거 상에 다른 수로 컨택트 핑거가 직접적으로 접속된다. 이 때 보다 넓은 범위의 전기적 접속이 요구되지 않을 경우 관계되는 컬렉터 핑거만을 통하여 컨택트 핑거에 전기적으로 접속된다. 그 결과, 첫번째 적어도 두 개의 컬렉터 핑거가 다른 수로 컨택트 핑거에 접속되며, 두 번째 적어도 두 개의 컬렉터 핑거가 다른 수로 컨택트 핑거에 접속된다. 본 발명의 바람직한 변경예에 의하면, 배전간선의 모든 컬렉터 핑거가 다른 개수로 컨택트 핑거에 서로 접속된다. 컨택트 네트에 의한 음영에 따른 손실을 감소시킬 수 있으며 배전간선 상에서 만족할 만한 전류 인출을 가능하게 한다.
본 발명에 따른 태양전지의 모든 변경이 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 가능하다 할 것이다.
이하에서 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하기로 한다. 같은 목적하에서 같은 구성요소는 같은 참조번호로 표기하기로 한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 태양전지(10)의 개략도이다. 태양전지(10)는 컨택트 핑거(3)와 배전간선(15a, 15b)이 형성된 컨택트 네트를 가리킨다. 여기서 배전간선(15a, 15b)은 각각 복수개로 떨어져 형성된 배전간선(9a, 9b)으로 이루어진다. 모든 배전간선(15a, 15b)은 이격공간을 가진 배전간선(9a, 9b)의 국소적인 집적에 의하여 형성된다.
종래 기술과 비교하였을 때 도 2의 본 발명의 실시예에 따른 태양전지에 의하면 액티브 태양전지영역(7)의 감소된 음영을 가진 태양전지가 제조될 수 있는 것이 실현될 수 있다. 바람직한 실시예에 의하면, 전술한 바와 같이 이러한 음영의 감소는 벌크 팩터(bulk factor)의 열화 없이 실현될 수 있게 되어 효과의 상승을 가져올 수 있다.
또한, 도 1처럼 넓게 형성된 배전간선(5a, 5b)과 도 2처럼 각각 5개의 컨택트 핑거가 형성된 배전간선(15a, 15b)과 비교할 때 배전간선(15a, 15b)의 형성시 레이저광이 태양전지 기판의 상층에 보다 적게 조사되어야 한다는 것이 명백하듯이, 도 2의 본 발명에 따른 태양전지에 의하면 제조원가의 감소가 실현될 수 있다. 도 2의 본 발명에 따른 태양전지에 의하면 제조원가의 감소가 실현될 수 있다.
도 3은 도 2의 A-A에 대한 태양전지의 부분 단면도이다. 여기서 이차원의 적층된 배면 컨택트(11)와 별도로 컬렉터 핑거(9a)가 고립된 메탈(12)로 형성될 수 있다는 것을 알 수 있다. 또한 전반적으로 에미터 도핑이 약하게 이루어진 주위영역(14)보다 컬렉터 핑거(9a) 인접영역(13')이 강하게 도핑된다. 강하게 도핑된 컬렉터 핑거 인접영역(13)은 약하게 도핑된 에미터영역(14)과 결합하여 이단계(two-stage)의 에미터를 형성한다.
도 4는 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 태양전지(10')의 개략도이다. 본 실시예는 컬렉터 핑거(17a, 17b, 17c, 17d, 17e, 18a, 18b, 18c, 18d, 18e)를 제외하고 도 2의 실시예와 대응된다. 다시 근본적으로 다른 구성으로 배전간선이 적용될 수 있는 두 개의 배전간선(16a, 16b)이 제공된다. 또한 배전간선(16a, 16b)은 다시 각각 다수의 서로 떨어진 컬렉터 핑거(17a, 17b, 17c, 17d, 17e, 18a, 18b, 18c, 18d, 18e)에 의하여 형성된다. 도 2에서 배전간선(15a, 15b)의 컬렉터 핑거(9a, 9b)는 모두 같은 길이로 연장되어 모든 컬렉터 핑거(9a, 9b)가 형성되어 이 모든 컬렉터 핑거(9a, 9b)는 직접 컨택트 핑거(3)에 같은 구성으로 접속된다. 이와 반대로 도 4의 실시예에 의하면, 배전간선(16a)의 각 컬렉터 핑거(17a, 17b, 17c, 17d, 17e)는 컨택트 핑거(3)에 대하여 다른 개수로 접속된다. 마찬가지로 배전간선(16b)의 컨택트 핑거(18a, 18b, 18c, 18d, 18e)는 컨택트 핑거(3)에 대하여 다른 개수로 접속된다.
도 5는 본 발명의 바람직한 제3 실시예에 따른 태양전지(20)의 개략도이다. 컨택트 네트는 컨택트 핑거(3)와 컬렉터 핑거(19)에 의하여 형성된다. 컬렉터 핑거(19)는 액티브 태양전지영역(7) 상에서 균일하게 연장된다. 모든 컬렉터 핑거(19)의 합은 배전간선(25)으로 될 수도 있다. 컨택트 네트의 이러한 구성의 변경은 메탈라이제이션에 있어서 국소적인 오류를 일으키지 않을 수 있다.
도 5의 실시예에 있어서, 이차원적인 컨택트 영역(23a, 23b)이 제공된다. 이와 같은 이차원적인 연장에 의하여 컬렉터 핑거(19)와 컨택트 핑거(3)로 이루어진 컨택트 네트의 컨택트화를 용이하게 하며, 보다 많은 이런 종류의 태양전지를 태양전지 모듈에 장착시키는 것을 단순화시킨다. 또한 두 개보다 많은 이차원적인 컨택트 영역(23a, 23b)이 제공될 수도 있으나, 이 때 액티브 태양전지영역(7)의 증가하는 음영에 따른 효과의 감소가 고려되어야 한다. 또한, 전체적으로 이차원적인 컨택트 영역이 제공되는 것이 고려될 수 있으나, 태양전지의 크기에 따라 전류흐름에 악영향을 줄 수 있다. 현재 산업적 태양전지 제조에 따른 보편적인 태양전지 기판의 크기를 고려할 때, 두 개의 이차원적인 컨택트 영역(23a, 23b)이 적합하다. 이차원적인 컨택트 영역은 도 2의 실시예에서도 부연의 설명 없이 제공될 수 있음은 자명하다.
도 6은 본 발명의 바람직한 제3 실시예에 따른 태양전지에 대한 부분 단면도로서, 매립된 컨택트, 이른 바 "베리드 컨택트(buried contact)"를 가진 태양전지를 나타낸다. 고립된 메탈(12)은 도 5에서 컨택트 핑거와 마찬가지로 컬렉터 핑거를 나타내며, 6에서 나타낸 바와 같이 컨택트 핑거와 컬렉터 핑거가 구성될 수 있다.
도 6d에 의하면 고립된 메탈(12)은 태양전지 기판에서 매립된다.
이러한 매립은 잘 알려진 바와 같이, 예를 들면 레이저 베이퍼리제이션(laser vaporization)이나 레이저 에칭에 의하여 이전의 금속(12)이 개구부(aperture)에서 제거되어 태양전기 기판의 홈에서 형성된다. 컬렉터 핑거 내지 컨택트 핑거의 제거된 금속(12)에 인접한 영역(13')에서는 다시 주위영역(14) 상에서 현저한 에미터 도핑이 보다 강하게 이루어진다. 따라서 도 3의 실시예와 마찬가지로 헤비 듀티 세이프티 스위치(heavy duty safety switch) 내지 셀렉티브 에미터가 이용될 수 있다.
또한 도 6의 실시예에 따른 태양전지 기판(2)은 광수율을 향상을 위한 상층부 텍스쳐라이징(texturizing)이 이루어진다. 같은 목적을 위하여 반사방지 코팅(27)이 상층부에 적층된다. 반사방지와 같은 상층부 텍스쳐라이징은 본 발명의 실시예에 따른 태양전지에도 적용될 수 있음은 자명하다. 단순화를 위하여 도 4와 도 5의 실시예에서 컨택트 핑거와 컬렉터 핑거가 매립된 컨택트로 형성될 수 있음은 자명하다할 것이다.
도 7은 본 발명의 제조방법에 대한 흐름도이다. 먼저, 도핑물질 함유 매질이 태양전지 기판의 메탈라이제이션될 영역상에 적층된다(30). 이 후, 태양전지 기판은 태양전지 기판으로 도핑물질의 국소적인 확산을 위하여 메탈라이제이션될 영역으로 가열이 이루어진다(32). 국소적인 도핑물질이 확산된 영역(여기서, 이 영역은 전기화학적 증착을 통하여 전극으로 이용된다.) 상에서 전기화학적인 금속의 증착이 이루어진다(34). 도 7에서 국소적인 가열(32)이 이루어지기 전에 도핑함유 매질이 반드시 먼저 증착되어야 한다고 이해되어서는 안된다. 예시적으로 도 8과 도 9에서 설명되는 바와 같이, 도핑물질 함유 매질의 증착(30)과 레이저(53)에 의하여 국소적인 가열(32)이 동시에 이루어질 수도 있다. 도핑함유 매질의 증착(30)과 레이저에 의한 국소적인 가열(32)의 제조 단계는 도 8의 개략도에 의하여 명확해질 것이다. 도 8에 의하면 인함유의 액체, 보다 바람직하게는 인산액(56) 내에서 레이저광(54)의 레이저(53)가 조사되는 것을 나타낸다. 인산액은 개략적으로 나타낸 노즐(58)에 의하여 태양전지 기판(2)의 상층으로 도포됨과 동시에, 인산액 안으로 유도되는 레이저광(54)이 조사된다. 이렇게 함으로써, 도핑물질 함유 매질, 즉, 바람직하게는 인산액이 제공되는 곳의 태양전지 기판(2)이 가열된다.
도 8에서 개략적인 핑거선(60a, 60b)이 도시되어 있다. 여기서 컨택트 핑거와 컬렉터 핑거가 중요할 수 있다. 레이저광(54)이 먼저 핑거선(60a)에 조사되어 인산액으로부터 인(phosphorus)이 태양전지 기판(2)으로 확산되는 동안, 비로소 핑거선(60b)에 대한 인의 국소적인 확산이 이루어진다. 도 8은 태양전지 기판(2)의 상층(52)에 대한 레이저광(54)의 비중첩 조사(36)의 순간을 나타낸다. 레이저광(54)의 순간적인 조사방향은 화살표(64)로 나타낸다. 이후, 레이저광(54)은 컬렉터 핑거(60b)의 확산되지 않은 선(62) 상에 조사된다.
도 8에 도시된 바와 같이, 각 핑거선(60a, 60b)은 레이저광(54)에 의하여 그 폭이 주어질 수 있다. 이 때문에 레이저광(54)은 각 핑거선(60a, 60b)에 대하여 그에 맞게 조사될 필요가 있다. 이 때문에 레이저광(54)은 도 8의 실시예에서 태양전지 기판(2)의 상층(52)에 대하여 중첩되지 않게 조사된다. 따라서 태양전지 기판(2)의 상층(52)의 어느 부분도 레이저광(54)에 의하여 중복되게 조사되지 않는다. 그 대신에 레이저광(54)은 먼저 핑거선(60a)을 따라서 조사된 후, 도 8의 순간 묘사(snapshot)에서처럼 핑거선(60b)에 대하여 조사된다.
도 9는 본 발명의 바람직한 변경예에 의하여 태양전지 기판의 상층에서 레이저광의 비중첩 조사를 나타낸 개략도이다. 도 9의 실시예는 도 8의 실시예와 상당부분 일치한다. 차이점은 도 9에 나타난 실시예에 의하면 레이저광(54)은 인산액(56) 내에서 유도되지 않고, 예를 들면 화이버 글라스로 형성될 수 있는 도광체 내에서 유도된다는 점이다. 도광체(66)는 부분적으로 노즐(58) 내에 장착되어 인산액(56)은 도광체 주위를 타고 흐른다. 따라서 도 9의 실시예에 의한 도광체(66)는 인산액(56) 내에 위치한다. 그 밖에 도 8의 실시예와 동일하다.
도 2 내지 도 6의 실시예에 따른 태양전지는 모두 도 7과 도 8의 변경 실시예에 의하여 제조될 수 있다.
본 발명에 의하면, 모든 도핑함유 매질이 이용될 수 있음은 자명하다할 것이다. 특히, 도 8과 도 9의 실시예에 있어서 보론이나 보론 결합물을 함유한 액체가 도핑물질 함유 매질로 이용될 수도 있다. 인산액을 이용함에 있어서도 도 8과 도9의 실시예는 인산액에 제한되지 않다는 것은 자명하다. 다른 인결합물이 마찬가지로 도핑물질로 이용될 수 있다할 것이다.
1: 태양전지 2: 태양전지 기판
3: 컨택트 핑거 5a, 5b: 배전간선
7: 액티브 태양전지영역 9a, 9b: 컬렉터 핑거
10, 10': 태양전지 11: 배면 컨택트
12: 증착된 메탈 13: 컬렉터 핑거 인접영역
13': 컬렉터/컨택트 핑거 인접영역 14: 주위영역
23a, 23b: 이차원의 컨택트 영역 27: 반사방지 코팅
28: 에미터 도핑 29: 표층 텍스쳐라이징
30: 도핑물질함유 매질 32: 국소적인 레이저 가열
34: 전기화학적 금속증착 36: 표층상에서 레이저광의 비중첩 조사
52: 표층의 태양전지 기판 54: 레이저광
56: 인산액 58: 노즐
60a, 60b: 핑거선 62: 배전간선의 비도핑 라인
64: 레이저광의 조사 방향 66: 도광체
3: 컨택트 핑거 5a, 5b: 배전간선
7: 액티브 태양전지영역 9a, 9b: 컬렉터 핑거
10, 10': 태양전지 11: 배면 컨택트
12: 증착된 메탈 13: 컬렉터 핑거 인접영역
13': 컬렉터/컨택트 핑거 인접영역 14: 주위영역
23a, 23b: 이차원의 컨택트 영역 27: 반사방지 코팅
28: 에미터 도핑 29: 표층 텍스쳐라이징
30: 도핑물질함유 매질 32: 국소적인 레이저 가열
34: 전기화학적 금속증착 36: 표층상에서 레이저광의 비중첩 조사
52: 표층의 태양전지 기판 54: 레이저광
56: 인산액 58: 노즐
60a, 60b: 핑거선 62: 배전간선의 비도핑 라인
64: 레이저광의 조사 방향 66: 도광체
Claims (20)
- 태양전지 기판(2)의 메탈라이제이션 영역(60a, 60b)에 도핑물질 함유 매질(56)을 도포하는 단계(30);
도핑물질 함유 매질(56)로부터 태양전지 기판(2)으로 도핑물질의 국소적인 확산을 위하여 메탈라이제이션 영역(60a, 60b)에서 태양전지 기판을 국소적으로 가열하는 단계(32);
메탈라이제이션 영역(60a, 60b)이 전기화학적 증착을 위한 전극으로 이용되며, 도핑물질이 국소적으로 확산되는 영역(60a, 60b) 상에 금속(12)을 전기화학적으로 증착시키는 단계(34)를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법. - 제1항에 있어서, 상기 태양전지 기판(2)을 국소적으로 가열하는 단계(32)는 레이저광(54)이 액체 속에서 유도되는 레이저(53)에 의하여 국소적으로 가열되는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
- 제2항에 있어서, 상기 액체는 도핑물질 함유 매질(56)이 이용되며, 레이저광(54)은 도핑물질 함유 매질(56) 내로 유도되는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 태양전지 기판(2)을 국소적으로 가열하는 단계(32)는 도핑물질 함유 매질(56)로 이용되는 도핑물질 함유 액체가 적어도 부분적으로 적용되는 도광체(66) 내에서 레이저광(54)이 유도되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
- 제1항 내지 제4항의 어느 한 항에 있어서, 인산액을 함유한 액체(56)가 도핑물질 함유 매질(56)로 이용되는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
- 제1항 내지 제5항의 어느 한 항에 있어서, 상기 태양전지 기판(2)을 국소적으로 가열하는 단계(32)에서 메탈라이제이션될 태양전지 기판(2)의 상층(52)의 적어도 일부분 상에 레이저광(54)이 유도되는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
- 제6항에 있어서, 컨택트 네트(3, 15a, 15b)는 컨택트 핑거(3)와 적어도 다수의 섹션별로 떨어진 컬렉터 핑거(9a, 9b)를 나타내는 적어도 하나의 배전간선(15a, 15b)으로 형성되며,
다수의 섹션별로 떨어진 컬렉터 핑거(9a, 9b; 19)를 형성하기 위하여 메탈라이제이션될 태양전지 기판(2)의 상층(52)에 적어도 다수의 섹션별로 떨어진 컬렉터 핑거(9a, 9b; 19)의 선(60a, 60b)을 따라 레이저광(54)의 유도되며,
이 때 다수의 컬렉터 핑거(9a, 9b; 19)가 떨어져 형성되는 부분(60a, 60b)으로 레이저광(54)이 태양전지 기판(2)의 상층(52)에 중첩되지 않게 조사되는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법. - 제7항에 있어서, 적어도 배전간선을 형성하기 위하여 떨어진 컬렉터 핑거가 국소적으로 밀집되어 정렬되는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
- 제7항에 있어서, 컬렉터 핑거(19)가 액티브 태양전지영역(7) 상에 균일하게 분할되어 정렬되는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
- 제7항 내지 제9항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 방법으로 형성된 메탈라이제이션 네트를 가진 태양전지.
- 컨택트 핑거(3)와 적어도 하나의 배전간선(15a, 15b; 25)을 가지는 컨택트 네트(3, 15a, 15b; 3, 25)를 포함하며,
다수의 컨택트 핑거(3)가 적어도 하나의 배전간선(15a, 15b; 25) 상에 전기적으로 서로 접속되어, 적어도 하나의 배전간선(15a, 15b; 25)이 다수의 컨택트 핑거(3)로부터 전류가 흐르도록 하며,
배전간선(15a, 15b; 25)은 적어도 부분적으로 증착되는 금속(12)으로 이루어지며 컨택트 핑거(3)의 최대 열배 너비를 가지며, 서로 떨어진 다수의 컬렉터 핑거(9a, 9b; 19)인 것을 특징으로 하는 태양전지(10; 20). - 제11항에 있어서, 적어도 다수의 섹션별로 서로 떨어진 컬렉터 핑거(9a, 9b; 19)가 컨택트 핑거(3)의 최대 5배, 바람직하게는 3배의 너비를 가지는 것을 특징으로 하는 태양전지(10; 20)
- 제11항 또는 제12항에 있어서, 컬렉터 핑거(9a, 9b; 19)는 컨택트 핑거(3)와 같은 너비, 바람직하게는 100㎛ 이하의 너비, 보다 바람직하게는 60㎛ 이하의 너비를 가지는 것을 특징으로 하는 태양전지(10; 20).
- 제11항 내지 제13항 중의 어느 한 항에 있어서, 적어도 배전간선(15a, 15b; 25)은 다수의 서로 떨어진 컬렉터 핑거(9a, 9b; 19)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양전지(10; 20).
- 제11항 내지 제14항 중의 어느 한 항에 있어서, 배전간선(15a, 15b)은 서로 떨어진 컬렉터 핑거(9a, 9b)의 국소적인 집적에 의하여 형성되는 것을 특징으로 하는 태양전지(10; 20).
- 제11항 내지 제14항 중의 어느 한 항에 있어서, 컬렉터 핑거(19)는 액티브 태양전지영역(7) 상에서 균일하게 분할되는 것을 특징으로 하는 태양전지(10; 20).
- 제11항 내지 제16항 중의 어느 한 항에 있어서, 태양전지 기판(2)의 컬렉터 핑거(9a, 9b)에 인접한 영역(13)과 태양전지 기판(2)의 컨택트 핑거(3)에 인접한 영역(13')은 태양전지 기판(2)의 주위영역(14)보다 강하게 도핑되는 것을 특징으로 하는 태양전지(10; 20).
- 제11항 내지 제17항 중의 어느 한 항에 있어서, 적어도 컬렉터 핑거(9a, 9b; 19)와 컨택트 핑거(3)가 증착되는 금속(12), 바람직하게는 화학적 증착되는 금속(12)에 의하여 형성되는 것을 특징으로 하는 태양전지(10; 20).
- 제11항 내지 제19항 중의 어느 한 항에 있어서, 컨택트 네트(3, 25)는 전류를 인출하기 위하여 다수의 컨택트 핑거(3) 및/또는 컬렉터 핑거(19)가 직접적으로 접하는 적어도 하나의 이차원 컨택트 영역(23a, 23b)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 태양전지(10; 20).
- 제11항 내지 제19항 중의 어느 한 항에 있어서, 배전간선(16a, 16b)의 적어도 두 개의 컬렉터 핑거(17a, 17b, 17c, 17d, 17e, 18a, 18b, 18c, 18d, 18e), 바람직하게는 모든 컬렉터 핑거(17a, 17b, 17c, 17d, 17e, 18a, 18b, 18c, 18d, 18e) 상에서 다른 개수로 컨택트 핑거(3)에 직접적으로 서로 전기적으로 접속되는 것을 특징으로 하는 태양전지(10; 20).
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