KR20110045979A - 태양 전지 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 태양 전지에 관한 것이다. 상기 태양 전지는 제1 도전성 타입의 기판, 상기 제1 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입을 가지고 상기 기판과 p-n 접합을 형성하는 에미터부, 상기 에미터부 위에 위치하고 약 5㎚ 내지 약 35㎚의 두께를 갖는 제1 반사 방지막, 상기 제1 반사 방지막 위에 위치하는 제2 반사 방지막, 상기 에미터부와 전기적으로 연결되어 있는 제1 전극, 그리고 상기 기판에 전기적으로 연결되어 있는 제2 전극을 포함한다. 이로 인해, 제1 반사 방지막의 두께를 얇게 형성하므로, 태양 전지의 제조 시간과 제조 비용이 줄어든다.
태양전지, 반사방지막, 이중막, 실리콘산화질화막, 실리콘질화막, 페시베이션, 부동화

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 높아지면서, 태양 에너지로부터 전기 에너지 생산하는 태양 전지가 주목 받고 있다.
일반적인 태양 전지는 p형과 n형처럼 서로 다른 도전성 타입(conductive type)의 반도체로 이루어진 기판(substrate) 및 에미터부(emitter layer), 그리고 기판과 에미터부에 각각 연결된 전극을 구비한다. 이때, 기판과 에미터부의 계면에는 p-n 접합이 형성되어 있다.
이러한 태양 전지에 빛이 입사되면 반도체에서 복수의 전자-정공 쌍이 생성되고, 생성된 전자-정공 쌍은 광기전력 효과(photovoltaic effect)에 의해 전하인 전자와 정공으로 각각 분리되어 전자와 정공은 n형의 반도체와 p형 반도체쪽으로, 예를 들어 에미터부와 기판쪽으로 각각 이동하고, 기판과 에미터부와 전기적으로 연결된 전극에 의해 수집되며, 이 전극들을 전선으로 연결하여 전력을 얻는다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 태양 전지의 제조 시간을 줄이기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 태양 전지의 제조 비용을 줄이기 위한 것이다.
본 발명의 한 특징에 따른 태양 전지는 제1 도전성 타입의 기판, 상기 제1 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입을 가지고 상기 기판과 p-n 접합을 형성하는 에미터부, 상기 에미터부 위에 위치하고 약 5㎚ 내지 약 35㎚의 두께를 갖는 제1 반사 방지막, 상기 제1 반사 방지막 위에 위치하는 제2 반사 방지막, 상기 에미터부와 전기적으로 연결되어 있는 제1 전극, 그리고 상기 기판에 전기적으로 연결되어 있는 제2 전극을 포함한다.
상기 제1 반사 방지막은 실리콘 산화 질화막으로 이루어지는 것이 좋다.
상기 제1 반사 방지막은 약 1.5 내지 약 3.4의 굴절율을 갖는 것이 바람직하다.
상기 제2 반사 방지막은 실리콘 질화막으로 이루어질 수 있다.
상기 제2 반사 방지막은 약 50㎚ 내지 100㎚의 두께를 갖고, 약 1.45 내지 약 2.4의 굴절율을 가지는 것이 좋다.
상기 특징에 따른 태양 전지는 상기 기판과 상기 제2 전극 사이에 위치하는 후면 전계부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따른 태양 전지의 제조 방법은 제1 도전형 타입의 기판에 상기 제1 도전형 타입과 다른 제2 도전형 타입의 에미터부를 형성하는 단계, 상기 에미터부 위에 약 5㎚ 내지 약 35㎚의 두께로 제1 반사 방지막을 형성하는 단계, 상기 제1 반사 방지막 위에 제2 반사 방지막을 형성하는 단계, 그리고 상기 에미터부와 전기적으로 연결되는 제1 전극과 상기 기판과 전기적으로 연결되는 제2 전극을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 제1 반사 방지막 형성 단계는 실리콘 산화 질화막으로 상기 제1 반사 방지막을 형성하는 것이 좋다.
상기 제1 반사 방지막은 약 1.5 내지 약 3.4의 굴절율을 갖는 것이 바람직하다.
상기 제2 반사 방지막 형성 단계는 실리콘 질화막으로 상기 제2 반사 방지막을 형성할 수 있다.
상기 제2 반사 방지막은 약 50㎚ 내지 100㎚의 두께와 약 1.45 내지 약 2.4의 굴절율을 갖는 것이 좋다.
상기 제1 및 제2 전극 형성 단계는, 상기 제2 반사 방지막 위에 제1 페이스트를 인쇄하여 제1 전극 패턴을 형성하는 단계, 상기 기판 위에 제2 페이스트를 인쇄하여 제2 전극 패턴을 형성하는 단계, 그리고 상기 제1 및 제2 전극 패턴을 구비한 상기 기판을 열처리하여 상기 에미터부에 전기적으로 연결된 상기 제1 전극과 상기 기판에 전기적으로 연결된 상기 제2 전극을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제1 및 제2 전극 형성 단계는 상기 기판을 열처리할 때, 상기 기판과 상기 제2 전극 사이에 후면 전계부가 형성되는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 특징에 따르면, 이중막 구조를 갖는 반사 방지막에서 하부막인 제1 반사 방지막의 두께를 얇게 형성하므로, 태양 전지의 제조 시간과 제조 비용이 줄어든다.
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 전체적으로 형성되어 있다고 할 때에는 다른 부분의 전체 면(또는 전면)에 형성되어 있는 것뿐만 아니라 가장 자리 일부에는 형성되지 않은 것을 뜻한다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 한 실시예인 태양 전지에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 일부 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시한 태양 전지를 II-II선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참고로 하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지(1)는 기판(110), 기판(110)에 위치한 에미터부(120), 빛이 입사되는 기판(110)[이하, '전면(front surface)'라 함]의 에미터부(120) 위에 위치하는 반사 방지막(130), 에미터부(120) 위에 위치한 전면 전극부(140), 빛이 입사되지 않고 전면의 반대편에 위치하는 기판(110)의 면[이하, '후면(rear surface)'라 함]에 위치하는 후면 전극(rear electrode)(151), 그리고 후면 전극(151)과 기판(110) 사이에 위치하는 후면 전계(back surface field, BSF)부(171)를 구비한다.
기판(110)은 제1 도전성 타입, 예를 들어 p형 도전성 타입의 실리콘으로 이루어진 반도체 기판이다. 이때, 실리콘은 단결정 실리콘 또는 다결정 실리콘과 같은 결정질 실리콘이나 비정질 실리콘이다. 기판(110)이 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 기판(110)은 붕소(B), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등과 같은 3가 원소의 불순물을 함유할 수 있다.
하지만, 이와는 달리, 기판(110)은 n형 도전성 타입일 수 있고, 이 경우, 기판(110)은 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물을 함유할 수 있다. 또한 다른 실시예에서, 기판(110)은 실리콘 이외의 다른 반도체 물질로 이 루어질 수도 있다.
이러한 기판(110)은 텍스처링(texturing)되어 요철면인 텍스처링 표면(textured surface)을 가질 수 있다. 이 경우, 텍스처링 표면에 의해 기판(110)으로 입사되는 빛의 양이 증가하여 태양 전지(1)의 효율이 향상된다.
기판(110)에 형성된 에미터부(120)는 기판(110)의 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입, 예를 들어, n형의 도전성 타입을 구비하고 있는 불순물부로서, 반도체 기판(110)과 p-n 접합을 이룬다.
이러한 p-n 접합에 인한 내부 전위차(built-in potential difference)에 의해, 기판(110)에 입사된 빛에 의해 생성된 전하인 전자-정공 쌍은 전자와 정공으로 분리되어 전자는 n형 쪽으로 이동하고 정공은 p형 쪽으로 이동한다. 따라서, 기판(110)이 p형이고 에미터부(120)가 n형일 경우, 분리된 정공은 기판(110)쪽으로 이동하고 분리된 전자는 에미터부(120)쪽으로 이동한다.
에미터부(120)는 기판(110)과 p-n접합을 형성하므로, 본 실시예와 달리, 기판(110)이 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 에미터부(120)은 p형의 도전성 타입을 가진다. 이 경우, 분리된 전자는 기판(110)쪽으로 이동하고 분리된 정공은 에미터부(120)쪽으로 이동한다.
에미터부(120)가 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 에미터부(120)는 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물을 기판(110)에 도핑하여 형성될 수 있고, 반대로 에미터부(120)가 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 붕소(B), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등과 같은 3가 원소의 불순물을 기판(110)에 도핑하여 형성될 수 있다.
반사 방지막(130)은 에미터부(120) 위에 위치한 제1 반사 방지막(131)과 제1 반사 방지막(131) 위에 위치한 제2 반사 방지막(132)을 구비한다.
제1 반사 방지막(131)은 실리콘 산화 질화막(SiOxNy)으로 이루어지고, 약 5㎚ 내지 35㎚의 두께를 갖고 있고, 약 1.5 내지 약 3.4의 굴절율(refractive index)을 갖는다.
제1 반사 방지막(131)은 기판(110)의 표면에 존재하는 댕글링 본드(dangling bond)와 같은 결함을 안정화된 결합으로 만드는 부동화 효과(passivation effect)를 발휘하여, 기판(110)쪽으로 이동한 전하가 불안정한 결합과 재결합되어 소멸되는 것을 감소시키고, 또한 기판(110)으로 입사되는 빛의 반사율을 감소시킨다.
제1 반사 방지막(131)의 굴절율이 하한치(약 1.5)에 미달되면, 빛의 반사가 잘 이루어져 반사 방지막 기능을 제대로 수행하지 못하고, 부동화 효과가 저하되어 태양 전지(1)의 효율을 감소시킨다. 반대로, 제1 반사 방지막(131)의 굴절율이 상한치(약 3.4)를 초과하면, 입사된 빛이 제1 반사 방지막(131) 자체에서 흡수되어 기판(110)의 광전 효율을 감소시키는 문제가 발생한다. 또한, SiOxNy의 특성상 약 1.5 내지 3.4 범위를 벗어나는 굴절율을 갖는 막 형성이 곤란하다.
또한, 제1 반사 방지막(131)의 두께가 하한치(약 5nm)에 미달되면 반사 방지막의 기능을 정상적으로 수행하지 못하고, 상한치(35nm)를 초과하면 불필요하게 두께가 증가하므로 제조 비용과 공정 시간이 증가하는 문제가 발생한다.
제2 반사 방지막(132)은 제1 반사 방지막(131) 위에만 존재하며 실리콘 질화 막(SiNx)으로 이루어지고, 약 50㎚ 내지 100㎚의 두께를 가지며, 약 1.45 내지 약 2.4의 굴절율을 갖는다.
이러한 제2 반사 방지막(132)은 제1 반사 방지막(131)과 함께 기판(110)쪽으로 입사되는 빛의 반사율을 감소시켜, 기판(110)으로 흡수되는 빛을 양을 더욱더 증가시킨다. 또한, 제2 반사 방지막(132)의 실리콘 질화막(SiNx)에 포함된 수소(H)에 의하여, 제2 반사 방지막(132)은 불안정한 결합에 대한 부동화 효과를 더욱더 향상시킨다.
이미 기술한 것처럼 제2 반사 방지막(132)의 굴절율은 제1 반사 방지막(131)의 굴절율보다 작고, 제1 반사 방지막(131)에서 제2 반사 방지막(132)으로의 굴절율 변화는 불연속적으로 감소한다.
제2 반사 방지막(132)의 굴절율이 하한치(약 1.45)에 미달되면, 빛의 반사가 잘 이루어져 반사 방지막의 기능을 제대로 수행하지 못하고, 제2 반사 방지막(132)의 굴절율이 상한치(약 2.4)를 초과하면, 입사된 빛이 제2 반사 방지막(131) 자체에서 흡수되어 기판(110)의 광전 효율을 감소시키는 문제가 발생한다.
또한, 제2 반사 방지막(132)의 두께가 하한치(약 50nm)에 미달되면, 반사 방지막의 기능을 정상적으로 수행하지 못하고, 상한치(약 100nm)를 초과하면 제2 반사 방지막(132)에서 빛이 흡수되는 문제가 발생한다.
전면 전극부(140)는, 도 1 및 도 2에 도시한 것처럼, 복수의 전면 전극(141)과 복수의 전면전극용 집전부(142)를 구비한다.
복수의 전면 전극(141)은 에미터부(120)와 전기적·물리적으로 연결되어 있 고, 거의 평행하게 정해진 방향으로 뻗어 있다.
복수의 전면 전극(141)은 에미터부(120)쪽으로 이동한 전하, 예를 들면 전자를 수집한다.
복수의 전면전극용 집전부(142)는 에미터부(20) 위에 복수의 전면 전극(141)과 교차하는 방향으로 거의 평행하게 뻗어 있고, 에미터부(120)뿐만 아니라 복수의 제1 전극(141)과 전기적·물리적으로 연결되어 있다.
복수의 전면전극용 집전부(142)는 복수의 전면전극(141)과 동일 층에 위치하여, 복수의 전면전극용 집전부(142)는 각 전면 전극층(141)과 교차하는 지점에서 해당 전면 전극(141)과 전기적·물리적으로 연결되어 있다.
복수의 전면 전극용 집전부(142)는 복수의 전면 전극(141)과 연결되어 있으므로, 복수의 전면 전극(141)을 통해 전달되는 전하를 수집하여 외부 장치로 출력한다.
이러한 전면 전극부(140)는 은(Ag)과 같은 도전성 물질을 함유하고 있지만, 이와는 달리, 니켈(Ni), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 티타늄(Ti), 금(Au) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 함유하거나, 이외의 다른 도전성 금속 물질을 함유할 수 있다.
에미터부(120)와 전기적·물리적으로 연결되어 있는 전면 전극부(140)로 인해, 반사 방지막(130)의 제1 반사 방지막(131)은 전면 전극부(140)가 위치하지 않는 에미터부(120) 위에 존재한다.
기판(110)의 후면 위에 위치한 후면 전극(151)은 기판(110)의 후면 거의 전 체면에 위치한다.
이러한 복수의 후면 전극(151)은 기판(110)쪽으로 이동하는 전하, 예를 들어 정공을 수집한다.
후면 전극(151)은 알루미늄(A)과 같은 적어도 하나의 도전성 물질을 함유하고 있지만, 대안적인 실시예에서, 니켈(Ni), 구리(Cu), 은(Ag), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 티타늄(Ti), 금(Au) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 함유하거나, 이외의 다른 도전성 물질을 함유할 수 있다.
후면 전극(151)과 기판(110) 사이에 위치한 후면 전계부(171)는 기판(110)과 동일한 도전성 타입의 불순물이 기판(110)보다 고농도로 도핑된 영역, 예를 들면, p+ 영역이다.
기판(110)과 후면 전계부(171)와의 불순물 농도 차이로 인해 전위 장벽이 형성되어 기판(110) 후면쪽으로의 전자 이동이 방해되어, 기판(110)의 표면 근처에서 전자와 정공이 재결합하여 소멸되는 것을 감소시킨다.
이러한 구조 이외에 태양 전지(1)는 기판(110)의 후면에 위치하는 복수의 후면전극용 집전부를 더 구비할 수 있다.
복수의 후면전극용 집전부는, 복수의 전면전극용 집전부(142)와 유사하게, 후면 전극(151)과 전기적으로 연결되어 후면 전극(151)으로부터 전달되는 전하를 수집하여 외부 장치로 출력한다. 이러한 후면전극용 집전부는 은(Ag)과 같은 적어도 하나의 도전성 물질을 함유한다.
이와 같은 구조를 갖는 본 실시예에 따른 태양 전지(1)의 동작은 다음과 같 다.
태양 전지(1)로 빛이 조사되어 에미터부(120)를 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 증가한다.
이들 전자-정공 쌍은 기판(110)과 에미터부(120)의 p-n접합에 의해 서로 분리되어 전자는 n형의 도전성 타입을 갖는 에미터부(120)쪽으로 이동하고, 정공은 p형의 도전성 타입을 갖는 기판(110)쪽으로 이동한다. 이처럼, 에미터부(120)쪽으로 이동한 전자는 주로 복수의 전면 전극(141)에 의해 수집되어 복수의 전면전극용 집전부(142)로 이동하고, 기판(110)쪽으로 이동한 정공은 후면 전계부(171)를 통해 후면 전극(151)에 의해 수집된다. 이러한 복수의 전면전극용 집전부(142)와 후면 전극(151)을 도선으로 연결하면 전류가 흐르게 되고, 이를 외부에서 전력으로 이용하게 된다.
이때, 주로 부동화 효과를 갖는 제1 반사 방지막(131)과 주로 반사 방지 기능을 갖는 제2 반사 방지막(132)으로 이루어진 반사 방지막(130)에 의해 전하의 손실량이 감소하고 빛의 입사량이 증가하여 태양 전지(1)의 효율이 향상된다.
다음, 도 3a 내지 도 3e를 참고로 하여 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지(1)의 제조 방법에 대하여 설명하다.
도 3a 및 도 3e는 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 순차적으로 도시한 단면도이다.
먼저, 도 3a에 도시한 것처럼, p형 단결정 또는 다결정 실리콘으로 이루어진 기판(110)에 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물을 포함하는 물질, 예를 들어, POCl3이나 H3PO4 등을 고온에서 열처리하여 5가 원소의 불순물을 기판(110)에 확산시켜 기판(110) 전체면, 즉, 전면, 후면 및 측면에 n형의 에미터부(120)를 형성한다. 본 실시예와 달리, 기판(110)의 도전성 타입이 n형일 경우, 3가 원소의 불순물을 포함하는 물질, 예를 들어, B2H6를 고온에서 열처리하거나 적층하여 기판(110) 전면에 p형의 에미터부를 형성할 수 있다.
그런 다음, p형 불순물 또는 n형 불순물이 기판(110) 내부로 확산됨에 따라 생성된 인을 포함하는 산화물(phosphorous silicate glass, PSG)이나 붕소를 포함하는 산화물(boron silicate glass, BSG)을 식각 공정을 통해 제거한다.
필요할 경우, 에미터부(120)를 형성하기 전에, 기판(110)의 전면을 테스처링하여, 요철면인 텍스처링 표면을 형성할 수 있다. 이때, 기판(110)이 단결정 실리콘으로 이루어질 경우, KOH, NaOH 등의 염기 용액을 사용하여 기판(110)의 표면을 텍스처링하고, 기판(110)이 다결정 실리콘으로 이루어질 경우, HF나 HNO3와 같은 산 용액을 사용하여 기판(110)의 표면을 텍스처링한다.
다음, 도 3b에 도시한 것처럼, 수소(H) 분위기에서 플라즈마 화학 기상 증착법(plasma enhanced chemical vapor deposition, PECVD)과 같은 화학 기상 증착법(chemical vapor deposition, CVD)을 이용하여 실리콘 산화 질화막(SiOxNy)을 기판(110)의 전면 위에 적층하여 제1 반사 방지막(131)을 형성한다. 이때, 형성되는 제1 반사 방지막(132)의 두께는 약 5㎚ 내지 35㎚로 매우 얇다. 따라서 제1 반사 방지막(131)을 형성하기 위한 증착 시간이 감소하고, 소모되는 재료 역시 줄어들기 때문에 태양 전지(1)의 공정 시간과 제조 비용이 절감된다.
그런 다음, 도 3c에 도시한 것처럼, 수소(H) 분위기에서 제1 반사 방지막(131) 위에 화학 기상 증착법으로 실리콘 질화막(SiNx)을 적층하여 제2 반사 방지막(132)을 형성한다.
다음, 도 3d에 도시한 것처럼, 스크린 인쇄법(screen printing)을 이용하여, 원하는 부분에 은(Ag)을 포함한 전면전극부 페이스트를 도포한 후, 약 170℃에서 건조시켜, 전면전극부 패턴(40)을 형성한다. 이때, 전면전극부 패턴(40)은 전면전극 패턴(40a)과 집전부 패턴(40b)을 구비한다.
이때, 전면전극부 페이스트는 은(Ag) 대신 니켈(Ni), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 티타늄(Ti), 금(Au) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
그런 다음, 도 3e에 도시한 것처럼, 스크린 인쇄법을 이용하여, 기판(110) 후면의 해당 부분에 알루미늄(Al)을 함유한 후면전극 페이스트를 도포한 후 건조시켜, 후면전극 패턴(50)을 형성한다.
이때, 후면전극 페이스트는 알루미늄(Al) 대신 니켈(Ni), 구리(Cu), 은(Ag), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 티타늄(Ti), 금(Au) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이때, 전면전극부 패턴(40)과 후면전극 패턴(50)의 형성 순서는 변경 가능하 다.
그런 다음, 전면전극부 패턴(40)과 후면전극 패턴(50)을 구비한 기판(110)을 약 750℃ 내지 약 800℃의 온도에서 소성하여(firing), 복수의 전면 전극(141)과 복수의 전면전극용 집전부(142), 후면 전극(151) 및 후면 전계부(171)를 형성한다.
즉, 열처리가 시행되면, 전면전극부 패턴(40)에 함유된 납(Pb) 등에 의해 전면전극부 패턴(40)은 접촉 부위의 제2 및 제1 반사 방지막(132, 131)을 차례로 관통하고, 이로 인해, 에미터부(120)와 접촉하는 복수의 전면전극(141)과 복수의 전면전극용 집전부(142)가 형성되어 전면전극부(140)를 완성한다. 이때, 전면전극부 패턴(40)의 전면전극 패턴(40a)은 복수의 전면 전극(141)이 되고, 집전부 패턴(40b)은 복수의 전면전극용 집전부(142)가 된다.
또한 열처리 공정에 의해 기판(110)과 전기적·물리적으로 연결되는 후면 전극(151)이 형성되며, 후면 전극(151)의 함유물인 알루미늄(Al)이 후면 전극(151)과 접촉한 기판(110)쪽으로 확산되어 후면 전극(151)과 기판(110)의 사이에 복수의 후면 전계부(171)가 형성된다. 복수의 후면 전계부(171)는 기판(110)과 동일한 도전형인 p형 도전형을 갖고 있고, 후면 전계부(171)의 불순물 농도는 기판(110)보다 높아 p+의 도전성 타입을 갖는다.
그런 다음, 레이저 빔을 이용하여 기판(110)의 측면에 형성된 에미터부(120)를 제거하는 측면 분리(edge isolation)를 실시하여(도시하지 않음), 기판(110)의 전면에 형성된 에미터부(120)와 기판(110)의 후면에 형성된 에미터부(120)를 전기적으로 분리하여 태양 전지(1)를 완성한다(도 1 및 도 2).
다음, 본 실시예의 반사 방지막(130)을 구비한 태양 전지와 종래의 기술에 따른 반사 방지막을 구비한 태양 전지의 효율에 대하여 살펴본다.
본 실시예에 따른 태양 전지와 종래 기술에 따른 태양 전지는 모두 p형의 단결정 실리콘으로 이루어졌고 약 200㎛의 두께를 갖고 약 156㎚ㅧ156㎚의 크기를 갖는 기판을 사용하였다. 이때 기판은 텍스처링되어 텍스처링 표면을 갖고 있다. 또한 열 확산법을 이용하여 약 50Ω/sheet을 갖는 n+의 에미터부를 형성하였다. 에미터부 위에 형성되고 본 실시예의 제1 내지 제3 예에서 사용된 반사 방지막의 제1 반사 방지막은 모두 실리콘 산화 질화막(SiOxNy)으로 이루어졌으며, 약 1.6의 굴절율을 갖고 있다. 또한, 반사 방지막의 제2 반사 방지막은 모두 실리콘 질화막(SiNx)으로 이루어졌으며, 약 2.1의 굴절율을 갖고 있고, 약 92㎚의 두께를 갖고 있다. 하지만, 실시예의 제1 예에 사용된 제1 반사 방지막의 두께는 약 10㎚이고, 제2 예에 사용된 제1 반사 방지막의 두께는 약 20㎚이며, 제3 예에 사용된 제1 반사 방지막의 두께는 약 20㎚였다.
반면, 비교예에서 사용된 반사 방지막은 실리콘 질화막(SiNx)인 단일막으로 이루어졌고, 약 2.1의 굴절율과 약 92㎚의 두께를 가지고 있었다.
에미터부와 연결된 전면 전극부와 기판에 연결된 후면 전극은 모두 스크린 인쇄법에 의해 형성되었으며, 전면 전극부는 은(Ag)을 함유하고 있고 후면 전극은 알루미늄(Al)을 함유하고 있었다.
본 실시예의 예들과 비교예의 태양 전지에서, 반사 방지막을 제외한 나머지 구성요소들의 조건은 모두 동일하였다.
이러한 제1 내지 제3 예와 비교예에 따른 각 태양 전지의 단락 전류 밀도(Jsc), 개방 전압(Voc), 곡선 인자(fill factor, FF) 및 광전 변환 효율(EF)의 측정 결과는 다음 [표 1]과 같다. 단락 전류 밀도는 태양 전지의 전류-전압 곡선 상에서 전압 값이 0일 때 산출된 단위 면적당 전류이고, 개방 전압은 태양 전지의 전류-전압 곡선 상에서 전류 값이 0일 때의 전압이다. 또한, 곡선 인자(FF)는 개방 전압과 단락 전류의 곱에 대한 최대 출력 전압과 최대 출력 전류의 곱의 비율이다.
Jsc(mA/㎠) Voc(V) FF(%) EF(%)
비교예 34.25 0.621 77.84 16.56
제1 예 34.344 0.626 78.65 16.9
제2 예 34.316 0.625 78.89 16.92
제3 예 33.956 0.624 79.01 16.73
[표 1]에 도시한 것처럼, 비교예와 제1 내지 제3 예를 비교하면, 이중막으로 이루어진 반사 방지막을 구비한 본 실시예에 따른 제1 내지 제3 예의 태양 전지가 단일막으로 이루어진 반사 방지막을 갖는 비교예의 태양 전지에 비하여, 단락 전류 밀도(Jsc), 개방 전압(Voc) 및 곡선 인자(FF) 모두가 향상되었고, 이로 인해, 태양 전지 효율(EF)이 향상됨을 알 수 있었다. [표 1]을 통해 알 수 있듯이, 제1 내지 제3 예에서의 태양 전지 효율은 비교예에서의 태양 전지 효율보다 약 0. 3% 향상됨을 알 수 있었다.
이러한 제1 내지 제3 예와 비교예에 따른 태양 전지에서, 빛의 파장(λ)에 따른 IQE(internal quantum efficiency)값을 측정한 그래프를 도 4에 도시한다.
일반적으로, 기판(110)의 입사면 부근에 불안정한 결합이 많을수록 불안정한 결합에 의한 전하의 포획(trap)량이 증가하여 부동화 효과가 감소하고, 부동화 효과가 감소할수록 IQE 값(%)도 감소한다. 도 4에 도시한 그래프를 살펴보면, 약 300 내지 600nm의 파장(λ)을 갖는 단파장 영역에서 제1 내지 제3 예가 비교예보다 큰 IQE 값(%)을 갖고 있으므로, 하부막인 실리콘 산화 질화막(SiOxNy)에 의한 부동화 효과에 의해 제1 내지 제3 예는 비교예보다 불안정한 결합에 의한 전하의 포획량이 감소했음을 알 수 있다.
따라서 이중막의 반사 방지막에서, 하부막의 두께가 약 5㎚ 내지 35㎚로 크게 감소함에도 불구하고, 비교예보다 태양 전지의 효율은 오히려 향상되었다.
따라서, 본 실시예에 따르면, 태양 전지의 효율 감소 없이 반사 방지막의 제조 시간과 제조 비용이 줄어들어, 태양 전지의 제조 시간과 제조 비용이 감소한다.
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 일부 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시한 태양 전지를 II-II선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 순차적으로 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 예들과 종래 기술에 따른 태양 전지에서, 파장에 따른 IQE값을 나타낸 그래프이다.
*도면 부호에 대한 설명*
1: 태양 전지 110: 기판
120: 에미터부 130: 반사 방지막
131: 제1 반사 방지막 132: 제2 반사 방지막
141: 전면 전극 142: 전면전극용 집전부
151: 후면 전극 171: 후면 전계부

Claims (15)

  1. 제1 도전성 타입의 기판,
    상기 제1 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입을 가지고 상기 기판과 p-n 접합을 형성하는 에미터부,
    상기 에미터부 위에 위치하고 약 5㎚ 내지 약 35㎚의 두께를 갖는 제1 반사 방지막,
    상기 제1 반사 방지막 위에 위치하는 제2 반사 방지막,
    상기 에미터부와 전기적으로 연결되어 있는 제1 전극, 그리고
    상기 기판에 전기적으로 연결되어 있는 제2 전극
    을 포함하는 태양 전지.
  2. 제1항에서,
    상기 제1 반사 방지막은 실리콘 산화 질화막으로 이루어져 있는 태양 전지.
  3. 제2항에서,
    상기 제1 반사 방지막은 약 1.5 내지 약 3.4의 굴절율을 갖는 태양 전지.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에서,
    상기 제2 반사 방지막은 실리콘 질화막으로 이루어져 있는 태양 전지.
  5. 제4항에서,
    상기 제2 반사 방지막은 약 50㎚ 내지 100㎚의 두께를 갖는 태양 전지.
  6. 제5항에서,
    상기 제2 반사 방지막은 약 1.45 내지 약 2.4의 굴절율을 갖는 태양 전지.
  7. 제1항에서,
    상기 기판과 상기 제2 전극 사이에 위치하는 후면 전계부를 더 포함하는 태양 전지.
  8. 제1 도전형 타입의 기판에 상기 제1 도전형 타입과 다른 제2 도전형 타입의 에미터부를 형성하는 단계,
    상기 에미터부 위에 약 5㎚ 내지 약 35㎚의 두께로 제1 반사 방지막을 형성하는 단계,
    상기 제1 반사 방지막 위에 제2 반사 방지막을 형성하는 단계, 그리고
    상기 에미터부와 전기적으로 연결되는 제1 전극과 상기 기판과 전기적으로 연결되는 제2 전극을 형성하는 단계
    를 포함하는 태양 전지의 제조 방법.
  9. 제8항에서,
    상기 제1 반사 방지막 형성 단계는 실리콘 산화 질화막으로 상기 제1 반사 방지막을 형성하는 태양 전지의 제조 방법.
  10. 제9항에서,
    상기 제1 반사 방지막은 약 1.5 내지 약 3.4의 굴절율을 갖는 태양 전지의 제조 방법.
  11. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에서,
    상기 제2 반사 방지막 형성 단계는 실리콘 질화막으로 상기 제2 반사 방지막을 형성하는 태양 전지의 제조 방법.
  12. 제11항에서,
    상기 제2 반사 방지막은 약 50㎚ 내지 100㎚의 두께를 갖는 태양 전지의 제조 방법.
  13. 제12항에서,
    상기 제2 반사 방지막은 약 1.45 내지 약 2.4의 굴절율을 갖는 태양 전지의 제조 방법.
  14. 제8항에서,
    상기 제1 및 제2 전극 형성 단계는,
    상기 제2 반사 방지막 위에 제1 페이스트를 인쇄하여 제1 전극 패턴을 형성하는 단계,
    상기 기판 위에 제2 페이스트를 인쇄하여 제2 전극 패턴을 형성하는 단계, 그리고
    상기 제1 및 제2 전극 패턴을 구비한 상기 기판을 열처리하여 상기 에미터부에 전기적으로 연결된 상기 제1 전극과 상기 기판에 전기적으로 연결된 상기 제2 전극을 형성하는 단계
    를 포함하는 태양 전지의 제조 방법.
  15. 제14항에서,
    상기 제1 및 제2 전극 형성 단계는 상기 기판을 열처리할 때, 상기 기판과 상기 제2 전극 사이에 후면 전계부가 형성되는 단계를 더 포함하는 태양 전지의 제조 방법.
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