KR20110129084A - 태양 전지 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양 전지에 관한 것으로서, 상기 태양 전지는 적어도 하나의 비아 홀을 구비한 제1 도전성 타입의 기판, 상기 제1 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입을 갖고 제1 불순물 도핑 두께를 갖는 제1 에미터부와 상기 제1 불순물 도핑 두께보다 두꺼운 제2 불순물 도핑 두께를 갖는 제2 에미터부를 포함하는 에미터, 상기 기판의 전면에 위치하고, 상기 제2 에미터부와 접촉하는 복수의 제1 전극, 상기 기판의 후면에 위치하고, 상기 제2 에미터부와 접촉하고 상기 비아홀을 통해 상기 복수의 전면 전극과 연결되는 복수의 제1 전극용 집전부, 상기 기판의 후면에 부분적으로 위치하는 복수의 후면 전계부, 그리고 상기 복수의 후면 전계부와 연결되어 있는 복수의 제2 전극을 포함하고, 상기 후면 전계부는 상기 기판의 후면에 복수의 방향으로 길게 뻗어 연장하고 격자 형태로 위치한다. 이로 인해, 후면 전계부와 이 후면 전계부와 접촉하는 전극부가 격자 형태로 위치하므로, 전극부로의 전하 수집 효율이 향상되고, 제1 전극과 제1 전극용 집전부 하부에 위치하는 에미터부의 불순물 도핑 두께가 증가하므로 태양 전지의 불량율이 감소하고 에미터부에서 제1 전극 및 제1 전극용 집전부로의 전하 전송율이 향상된다. 또한 빛이 입사되지 않은 기판의 후면에 제1 전극용 집전부가 위치하므로, 기판의 입사 면적이 증가한다.
Description
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, 이에 따라 태양 에너지로부터 전기 에너지를 생산하는 태양 전지가 주목 받고 있다.
일반적인 태양 전지는 p형과 n형처럼 서로 다른 도전성 타입(conductive type)의 의해 p-n 접합을 형성하는 반도체부, 그리고 서로 다른 도전성 타입의 반도체부에 각각 연결된 전극을 구비한다.
이러한 태양 전지에 빛이 입사되면 반도체부에서 복수의 전자-정공 쌍이 생성되고, 생성된 전자-정공 쌍은 광기전력 효과(photovoltaic effect)에 의해 전하인 전자와 정공으로 각각 분리되어 전자와 정공은 n형의 반도체부와 p형의 반도체부 쪽으로 이동하고, n형의 반도체부에 전기적으로 연결된 n형용 전극과 p형의 반도체부에 전기적으로 연결된 p형용 전극에 의해 수집되며, 이 전극들을 전선으로 연결하여 전력을 얻는다.
이때, 반도체부 위에는, 버스 바(bus bar)와 같은 n형용 전극에 연결된 적어도 하나의 n형용 집전부와 p형용 전극에 연결된 적어도 하나의 p형용 집전부를 위치시켜, 해당 전극에서 수집된 전하가 인접한 집전부를 통해 외부에 연결된 부하로 이동할 수 있도록 한다.
하지만, 빛이 입사되지 않은 반도체부 위뿐만 아니라 빛이 입사되는 반도체부 위에도 집전부가 위치하므로, 집전부로 인해 빛의 입사 면적이 감소하여 태양 전지의 효율이 떨어진다.
따라서 전극이나 집전부로 인한 입사 면적의 감소를 줄이기 위해, 모든 집전부를 빛이 입사되지 않은 반도체부 위에 위치시킨 금속 포장 투과형(metal wrap through, MWT) 태양 전지나 집전부뿐만 아니라 전극까지 모두 빛이 입사되지 않은 반도체부 위에 위치시킨 후면 접촉(back contact) 태양 전지 등이 개발되어 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 태양 전지의 제조 시간을 줄이기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 태양 전지의 효율을 향상시키기 위한 것이다.
본 발명의 한 특징에 따른 태양 전지는 적어도 하나의 비아 홀을 구비한 제1 도전성 타입의 기판, 상기 제1 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입을 갖고 제1 불순물 도핑 두께를 갖는 제1 에미터부와 상기 제1 불순물 도핑 두께보다 두꺼운 제2 불순물 도핑 두께를 갖는 제2 에미터부를 포함하는 에미터, 상기 기판의 전면에 위치하고, 상기 제2 에미터부와 접촉하는 복수의 제1 전극, 상기 기판의 후면에 위치하고, 상기 제2 에미터부와 접촉하고 상기 비아홀을 통해 상기 복수의 전면 전극과 연결되는 복수의 제1 전극용 집전부, 상기 기판의 후면에 부분적으로 위치하는 복수의 후면 전계부, 그리고 상기 복수의 후면 전계부와 연결되어 있는 복수의 제2 전극을 포함하고, 상기 후면 전계부는 상기 기판의 후면에 복수의 방향으로 길게 뻗어 연장하고 격자 형태로 위치한다.
상기 제1 에미터부의 불순물 도핑 농도는 상기 제2 에미터부의 불순물 도핑 농도보다 적은 것이 좋다.
상기 제2 에미터부는 상기 비아홀의 내부에 위치하고, 상기 비아홀 내부에 위치하는 상기 제1 전극과 상기 제1 전극용 집전부 중 적어도 하나는 상기 제2 에미터부와 접촉할 수 있다.
상기 에미터는 제3 불순물 도핑 두께를 갖는 제3 에미터부를 더 포함하고, 기 제3 불순물 도핑 두께는 제1 불순물 도핑 두께보다 두껍고 제2 불순물 도핑 두께보다 얇을 수 있다.
상기 제1 전극용 집전부는 상기 제3 에미터부와 연결될 수 있다.
상기 각 후면 전계부는 제1 폭을 갖는 복수의 제1 부분과 상기 제1 폭보다 넓은 폭을 갖는 적어도 하나의 제2 부분을 포함할 수 있다.
상기 특징에 따른 태양 전지는 상기 기판의 후면에서 정해진 방향을 따라 위치하고, 상기 각 후면 전계부와 연결되어 있는 복수의 제2 전극용 집전부를 더 포함할 수 있다.
상기 각 제2 전극은 상기 후면 전계부의 상기 복수의 제1 부분과 접해 있고, 상기 각 제2 전극용 집전부는 상기 후면 전계부의 상기 적어도 하나의 제2 부분과 접할 수 있다.
상기 적어도 하나의 제2 부분은 원형 형상, 타원형 형상, 다각형 형상 및 스트라이프 형상 중 적어도 하나의 형상을 가질 수 있다.
상기 특징에 따른 태양 전지는 상기 기판의 후면에 위치하는 후면 보호막부를 더 포함할 수 있고, 상기 각 제2 전극은 상기 후면 보호막부를 관통하여 상기 각 후면 전계부와 될 수 있다.
상기 후면 보호막부는 실리콘 산화물로 이루어진 제1 보호막과 실리콘 질화물로 이루어진 제2 보호막을 포함할 수 있다.
상기 특징에 따른 태양 전지는 상기 기판의 후면에 위치하는 후면 반사막을 더 포함할 수 있다.
상기 후면 반사막은 상기 인접한 제2 전극 사이에 위치한 후면 보호막부 위에 위치할 수 있다.
상기 후면 반사막은 상기 복수의 제2 전극과 상기 후면 보호막부 위에 위치할 수 있다.
상기 특징에 따른 태양 전지는 상기 제1 에미터 위에 위치하는 반사 방지막을 더 포함할 수 있다.
상기 복수의 제1 전극, 상기 복수의 제1 전극용 집전부 및 상기 복수의 제2 전극은 은(Ag)을 함유할 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따른 태양 전지의 제조 방법은 제1 도전성 타입의 기판에 복수의 비아홀을 형성하는 단계, 상기 기판의 후면에 상기 제1 도전성 타입의 불순물을 함유한 후면 전계부 패턴을 도포하는 단계, 상기 기판의 전면, 상기 비아홀 내부 및 상기 기판의 후면 일부에 상기 제1 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입의 불순물을 함유한 고농도 에미터 패턴을 도포하는 단계, 노출된 상기 기판 전면 위와 상기 기판의 전면에 위치한 상기 고농도 에미터 패턴 및 상기 비아홀 내부에 위치한 상기 고농도 에미터 패턴 위에 상기 제2 도전성 타입의 불순물이 함유된 도핑 물질을 도포하는 단계, 상기 후면 전계부 패턴, 상기 고농도 에미터 패턴 및 상기 도핑 물질이 도포된 상기 기판을 열 처리하여 상기 기판의 전면 일부, 상기 비이홀 내부 및 상기 기판의 후면 일부에 불순물 도핑 두께가 서로 상이한 제1 내지 제3 에미터부를 구비한 에미터를 형성하고 상기 기판의 후면에 후면 전계부를 형성하는 단계, 상기 기판의 후면에 후면 보호막부를 형성하는 단계, 그리고 상기 에미터와 연결되는 전면 전극 및 전면전극용 집전부와 상기 후면 전계부와 연결되어 있는 후면 전극부를 형성하는 단계를 포함한다.
상기 후면 전계부 패턴과 상기 고농도 에미터 패턴은 IV족 나노 파티클(nano particle)을 더 포함할 수 있다.
상기 IV족 나노 파티클은 실리콘 나노 파티클일 수 있다.
상기 후면 전계부 패턴과 상기 고농도 에미터 패턴은 잉크젯 프린팅법(ink-jet printing), 에어로솔 코팅법(aerosol-coating), 일렉트로 스프레이 코팅법(electro-spray coating) 중 적어도 하나에 의해 도포될 수 있다.
상기 특징에 따른 제조 방법은 상기 에미터 위에 반사 방지막을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 전면 전극 및 전면전극용 집전부와 후면 전극부 형성 단계는, 상기 후면 보호막부 위에 후면 전극부 패턴과 전면 전극 패턴을 형성하는 단계, 상기 반사 방지막 위에 전면 전극 패턴을 형성하는 단계, 그리고 상기 기판을 열처리하여, 상기 후면 전극부 패턴과 상기 전면 전극 패턴이 상기 후면 보호막부를 관통하여 상기 후면 전계부와 접촉하는 상기 후면 전극부와 상기 에미터와 접촉하는 전면전극용 집전부를 형성하고, 상기 전면 전극부 패턴이 상기 반사 방지막을 관통하여 상기 에미터와 접촉하는 상기 전면 전극을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 전면 전극 및 전면전극용 집전부와 후면 전극부 형성 단계는, 상기 반사 방지막 위에 전면 전극 패턴을 형성하는 단계, 상기 기판을 열처리하여, 상기 전면 전극 패턴이 상기 반사 방지막을 관통하여 상기 에미터와 접촉하는 상기 전면 전극을 형성하는 단계, 상기 후면 보호막부 위에 후면 전극부 패턴과 전면전극용 집전부 패턴을 형성하는 단계, 그리고 상기 후면 전극부 패턴과 상기 전면전극용 집전부 패턴 위에 레이저 빔을 조사하여, 상기 후면 보호막부를 통과하여 상기 후면 전계부와 접촉하는 상기 후면 전극부를 형성하고, 상기 후면 보호막부를 통과하여 상기 에미터와 접촉하는 전면전극용 집전부를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 특징에 따른 제조 방법은 상기 기판의 후면에 후면 반사막을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 후면 반사막은 상기 후면 전극부 패턴을 형성한 후, 노출된 상기 후면 보호막부 위에 형성될 수 있다.
상기 후면 반사막은 상기 전면 전극부와 상기 후면 전극부를 형성한 후 상기 후면 전극부와 상기 후면 보호막부 위에 형성될 수 있다.
이러한 특징에 따르면, 불순물의 도핑 농도가 서로 상이한 에미터부와 후면 전계부가 한번의 열 공정으로 형성되므로, 태양 전지의 제조 시간이 단축된다. 또한, 후면 전계부와 이 후면 전계부와 접촉하는 전극부가 격자 형태로 위치하므로, 전극부로의 전하 수집 효율이 향상되어 태양 전지의 효율이 향상된다. 추가로, 상기 특징에 따른 태양 전지는 기판을 통과한 빛을 기판 쪽으로 반사시키는 후면 반사막을 구비하므로 태양 전지의 효율이 향상된다. 또한, 제1 전극용 집전부로 인한 빛의 입사량 감소 현상이 방지되므로 태양 전지의 효율은 더욱더 향상된다. 또한, 제1 전극과 제1 전극용 집전부 하부에 위치하는 에미터부의 불순물 도핑 두께가 증가하므로, 션트 현상이 줄어들고 에미터부에서 제1 전극 및 제1 전극용 집전부로의 전하 전송율이 향상된다.
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 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 후면을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4a 내지 도 4g는 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 순차적으로 나타낸 도면이다.
도 5은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지의 일부 단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지의 후면을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법의 일부를 순차적으로 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 모듈의 개략적인 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시한 태양 전지를 II-II선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 후면을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4a 내지 도 4g는 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 순차적으로 나타낸 도면이다.
도 5은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지의 일부 단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지의 후면을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법의 일부를 순차적으로 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 모듈의 개략적인 사시도이다.
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.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지 및 그 제조 방법에 대하여 설명한다.
먼저, 도 1 내지 도 3을 참고로 하여 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지에 대하여 상세하게 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 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 후면을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참고로 하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지(1)는 복수의 비아 홀(via hole)(181)을 구비한 기판(110), 빛이 입사되는 기판(110)의 면인 입사면[이하, '전면(front surface)'라 함], 비아홀(181) 내부 및 기판(110)의 후면 일부에 위치한 에미터(emitter region)(121), 에미터(121) 위에 위치하는 반사 방지막(130), 빛이 입사되지 않고 입사면의 반대쪽 면인 기판(110)의 후면(rear surface)에 위치하는 후면 보호막부(passivation layer unit)(190), 에미터(121)와 전기적으로 연결되어 있는 복수의 전면 전극(front electrode)(141), 기판(110)의 후면에 위치하고 비아 홀(181)을 통해 기판(110)의 전면에 위치한 복수의 전면 전극(141)과 연결되어 있는 복수의 전면전극용 집전부(142), 기판(110)의 후면에 부분적으로(locally) 위치하는 복수의 후면 전계(back surface field, BSF)부(BSF region)(171), 복수의 후면 전계부(171)를 통해 기판(110)에 전기적으로 연결되어 있는 후면 전극부(rear electrode unit)(150), 후면 보호막부(190) 위에 위치하고 인접한 후면 전극부(150)와 연결되어 있는 후면 반사막(161)을 구비한다.
기판(110)은 제1 도전성 타입, 예를 들어, p형 도전성 타입의 불순물을 함유하고 있고 실리콘으로 이루어진 반도체 기판이다. 본 실시예에서, 실리콘은 다결정 실리콘이지만, 단결정 실리콘일 수 있다. 기판(110)이 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 붕소(B), 갈륨, 인듐 등과 같은 3가 원소의 불순물이 기판(110)에 도핑된다. 하지만, 이와는 달리, 기판(110)은 n형 도전성 타입일 수 있고, 실리콘 이외의 다른 반도체 물질로 이루어질 수도 있다. 기판(110)이 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 기판(110)은 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물이 기판(110)에 도핑될 수 있다.
도 1 및 도 2와는 달리, 대안적인 실시예에서, 기판(110)은 텍스처링(texturing)되어 요철면인 텍스처링 표면(textured surface)을 가질 수 있다. 이럴 경우, 텍스처링 표면으로 인해, 기판(110)의 표면적이 증가하여 빛의 입사 면적이 증가하고 기판(110)에 의해 반사되는 빛의 양이 감소하므로, 기판(110)으로 입사되는 빛의 양이 증가한다.
에미터(121)는 기판(110)의 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입, 예를 들어, n형의 도전성 타입의 불순물이 도핑된 영역으로, 기판(110)의 전면, 비아 홀(181) 내부 및 기판(110) 후면 일부에 위치한다. 이때, 에미터부(121)는 기판(110)과 p-n 접합을 이룬다.
이러한 에미터(121)는 서로 다른 불순물 농도를 갖는 제1 에미터부(first emitter portion)(1211), 제2 에미터부(second emitter portion)(1212) 및 제3 에미터부(third emitter portion)(1213)를 구비하고 있다.
본 실시예에서, 제3 에미터부(1213)의 불순물 도핑 농도는 제1 에미터부(1211)의 불순물 농도보다 높고, 제2 에미터부(1212)의 불순물 도핑 농도는 제3 에미터부(1213)의 불순물 도핑 농도보다 높다. 또한 불순물 도핑 두께 역시 제2 에미터부(1212)가 가장 두껍고, 제1 에미터부(1211)가 가장 얇다.
따라서 제1 내지 제3 에미터부(1211-1213) 중에서 제1 에미터부(1211)의 면 저항값(sheet resistance, Rs)이 가장 크고 제2 에미터부(1212)의 면 저항값이 가장 작다. 예를 들어, 제1 에미터부(1211)의 면저항 값은 약 100Ω/sq. 내지 120Ω/sq.이고, 제2 에미터부(1212)의 면저항 값은 약 20Ω/sq. 내지 500Ω/sq.이며, 제3 에미터부(1213)의 면저항 값은 70Ω/sq. 내지 90Ω/sq.일 수 있다
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 에미터(121)가 n형일 경우, 분리된 정공은 기판(110) 쪽으로 이동하고 분리된 전자는 에미터(121) 쪽으로 이동한다.
에미터(121)는 기판(110)과 p-n접합을 형성하므로, 본 실시예와 달리, 기판(110)이 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 에미터(121)는 p형의 도전성 타입을 가진다. 이 경우, 분리된 전자는 기판(110)쪽으로 이동하고 분리된 정공은 에미터(121)쪽으로 이동한다.
에미터(121)가 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 에미터(121)는 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물을 기판(110)에 도핑하여 형성될 수 있고, 반대로 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 붕소(B), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등과 같은 3가 원소의 불순물을 기판(110)에 도핑하여 형성될 수 있다.
에미터(121) 위에 위치한 반사 방지막(130)은 약 1.9 내지 2.3의 굴절률을 갖는 실리콘 질화물(SiNx)로 이루어져 있지만, 실리콘 산화물(SiOx) 등과 같은 다른 재료로 이루어질 수 있다.
반사 방지막(130)은 태양 전지(1)로 입사되는 빛의 반사도를 줄이고 특정한 파장 영역의 선택성을 증가시켜, 태양 전지(1)의 효율을 높인다. 본 실시예의 경우, 공기로부터 기판(110) 쪽으로의 굴절률이 순차적으로 변하므로, 예를 들어, 공기(1)→반사 방지막(130)(2.0)→기판(110)(3.5)으로 순차적으로 변하므로 반사 방지 효과는 더욱 향상된다.
또한 반사 방지막(130)은 기판(110)의 표면에 주로 존재하는 댕글링 결합(dangling bond)과 같은 결함을 안정한 결합으로 바꾸는 페시베이션 기능(passivation function)을 수행하여 결함에 의해 기판(110)의 표면에서 손실되는 전하의 양을 감소시킨다.
반사 방지막(130)이 실리콘 질화물(SiNx)로 이루어질 경우, 실리콘 질화물(SiNx)은 양 전하(positive charge)인 전기적인 특성을 갖고 있으므로, 기판(110)의 전면 쪽으로 정공이 이동하는 것을 방해하는 반면, 기판(110)의 전면 쪽으로 전자를 끌어 당겨, 전하의 전송 효율이 향상된다.
본 실시예에서, 반사 방지막(130)은 단일막 구조를 갖지만 이중막과 같은 다층막 구조를 가질 수 있고, 필요에 따라 생략될 수 있다.
후면 보호막부(190)는 기판(110)의 후면에 위치하며, 이미 설명한 페시베이션 기능을 수행하여 기판(110) 표면 근처에서 발생하는 전하의 재결합율을 감소시킨다. 또한 후면 보호막부(190)는 기판(110)을 통과한 빛을 기판(110) 쪽으로 반사시켜 태양 전지(1)의 효율을 높인다.
본 실시예의 경우, 후면 보호막부(190)는 실리콘 산화물(SiOx)로 이루어진 제1 보호막(191)과 실리콘 질화물(SiNx)로 이루어진 제2 보호막(192)을 구비한다.
이로 인해, 기판(110) 위에 바로 위치한 실리콘 산화막(SiOx)(191)뿐만 아니라 그 위에 위치한 실리콘 질화막(SiNx)(192)에 의해 페시베이션 기능이 추가로 수행되어 기판(110) 후면 근처에서 결함에 의한 전하의 손실량은 크게 줄어든다.
반사 방지막(130)과 유사하게, 실리콘 산화물(SiOx)로 이루어진 제1 보호막(191)은 음 전하(negative charge)인 전기적인 특성을 갖고 있으므로, 기판(110)의 후면 쪽으로 전자가 이동하는 것을 방해하는 반면, 기판(110)의 후면 쪽으로 정공을 끌어 당긴다. 이로 인해, 기판(110)의 후면 쪽으로 이동하는 정공의 전송 효율이 향상된다.
또한, 이미 설명한 것처럼, 후면 보호막부(190)는 기판(110)의 후면을 통과한 빛을 기판(110) 쪽으로 재 입사시켜 기판(110) 내로 입사되는 빛의 양을 증가시킨다. 이때, 후면 보호막부(190)에 의한 빛의 반사율을 증가시키기 위해 제1 및 제2 보호막(191, 192)의 굴절률과 두께를 적절히 조정할 수 있다. 예를 들어, 실리콘 산화물(SiOx)로 이루어진 제1 보호막(191)의 굴절률의 범위가 약 1.3 내지 1.8이고, 실리콘 질화물(SiNx)로 이루어진 제2 보호막(192)의 굴절률의 범위가 약 1.9 내지 2.3일 수 있고, 제1 보호막(191)의 두께는 약 150㎚ 내지 220㎚일 수 있고, 제2 보호막(192)의 두께는 약 15㎚ 내지 25㎚일 수 있다.
본 실시예와 달리, 후면 보호막부(190)는 실리콘 산화물(SiOx)과 같은 단일막이거나 기판(110)의 후면에서부터 실리콘 산화물(SiOx), 실리콘 질화물(SiNx) 및 실리콘 질화 산화물(SiNxOy)로 이루어진 삼중막으로 이루어질 수 있다.
후면 보호막부(190)가 단일막일 경우, 실리콘 산화막(SiOx)의 굴절률은 약 1.3 내지 1.8이고 두께는 약 150㎚ 내지 220㎚일 수 있다. 또한 후면 보호막부(190)가 삼중막일 경우, 실리콘 산화막(SiOx)의 굴절률은 약 1.3 내지 1.8이고 두께는 약 150㎚ 내지 220㎚이고, 실리콘 질화막(SiNx)의 굴절률은 약 1.9 내지 2.3이고, 두께는 약 15㎚ 내지 25㎚이고, 실리콘 질화 산화막(SiNxOy)의 굴절률은 약 1.4 내지 2.0이고 두께는 약 150㎚ 내지 240㎚일 수 있다.
복수의 전면 전극(141)은 기판(110)의 전면에 위치하고 에미터(121)의 제2에미터부(1212)와 연결되어 있다.
복수의 전면 전극(141)은 서로 이격되어 있고, 거의 평행하게 정해진 방향으로 길게 뻗어 있어 실질적으로 스트라이프(stripe) 형상을 갖는다. 복수의 전면 전극(141)은 에미터부(121) 쪽으로 이동한 전하, 예를 들면 전자를 수집한다.
복수의 전면 전극(141)은 은(Ag)과 같은 적어도 하나의 도전성 물질로 이루어져 있다. 대안적인 예에서, 도전성 물질의 다른 예는 니켈(Ni), 구리(Cu), 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.
복수의 전면전극용 집전부(142)는 전면전극용 버스 바(bus bar)라고도 불리며, 은(Ag)과 같은 적어도 하나의 도전성 물질로 이루어져 있다. 이러한 복수의 전면전극용 집전부(142)는 기판(110)의 전면에 위치한 복수의 전면 전극(141)과 교차하는 방향으로 길게 뻗어 있으므로, 실질적으로 스트라이프 형상을 갖는다.
도 1에 도시한 것처럼, 복수의 비아홀(181)은 복수의 전면 전극(141)과 복수의 전면전극용 집전부(142)가 교차하는 부분의 기판(110)에 위치한다. 따라서 서로 대응하는 전면 전극(141)과 전면전극용 집전부(142) 중 적어도 하나가 해당하는 비아홀(181)을 통해 기판(110)의 전면 및/또는 후면쪽으로 연장되어 반대쪽에 위치하는 전면 전극(141)과 전면전극용 집전부(142)는 서로 연결된다. 이로 인해, 복수의 비아홀(181)을 통하여 복수의 전면 전극(141)과 복수의 전면전극용 집전부(142)는 전기적·물리적으로 연결되어 있다.
이때, 복수의 전면전극용 집전부(142)는 기판(110)의 후면뿐만 아니라 비아홀(181) 내부의 적어도 일부에도 위치하므로 에미터부(121)의 제2 및 제3 에미터부(1212, 1213) 위에 위치한다.
즉, 복수의 전면 전극(141)은 주로 기판(110)의 전면에 위치한 제2 에미터부(1212)와 접하고 있고, 복수의 전면전극용 집전부(142)는 주로 복수의 비아홀(181) 내부와 기판(110)의 후면 일부에 위치한 제2 및 제3 에미터부(1212, 1213)와 접하고 있다. 하지만, 복수의 전면 전극(141) 역시 복수의 비아홀(181) 내부의 적어도 일부에 위치할 수 있다.
따라서, 제2 에미터부(1212)는 복수의 전면 전극(141) 하부와 비아 홀(181) 내부에 위치하고, 제1 에미터부(1211)는 주로 복수의 전면 전극(141)이 위치하지 않은 기판(110)의 전면 부분에 위치하며, 제3 에미터부(1213)는 기판(110)의 후면 일부에 위치한다.
이처럼, 에미터(121)로부터의 전하를 수집하는 복수의 전면 전극(141)과 복수의 전면전극용 집전부(142)는 제1 에미터부(1211)보다 불순물의 도핑 두께가 두껍고 면 저항값이 낮은 제2 에미터부(1212) 및/또는 제3 에미터부(1213)와 접하고 있으므로, 제2 및/또는 제3 에미터부(1212, 1213)와 복수의 전면 전극(141) 및 복수의 전면전극용 집전부(142)간의 접촉 저항이 감소하고 전하의 전도도가 향상되어, 에미터(121)로부터 전면 전극(141) 및 전면전극용 집전부(142)로의 전하 전송 효율이 향상된다.
각 후면 전계부(171)는 복수의 전면전극용 집전부(142)의 형성 위치를 기초로 하여 나눠지는 기판의 후면 영역 내에서 가로와 세로 방향으로 길게 뻗어 있다. 예를 들어, 인접한 전면전극용 집전부(142) 사이의 기판 후면 영역 내에서 가로와 세로 방향으로 길게 뻗어 있다. 이로 인해, 각 후면 전계부(171)는 가로 방향으로 길게 뻗어 스트라이트 형상을 갖는 복수의 부분과 세로 방향으로 길게 뻗어 있는 스트라이프 형상을 갖는 복수의 부분으로 이루어져 있다. 이로 인해, 각 후면 전계부(171)는 각 기판 후면 영역 내에서 격자 형태로 위치한다. 따라서, 격자 형태로 배치된 후면 전계부(171)의 개수는 복수의 전면전극용 집전부(142)에 의해 나눠지는 기판 후면 영역의 개수와 동일하다.
복수의 후면 전계부(171)는 기판(110)과 동일한 도전성 타입의 불순물이 기판(110)보다 고농도로 도핑된 기판(110) 내의 불순물 영역, 예를 들면, P+ 영역이다.
기판(110)과 후면 전계부(171)와의 불순물 농도 차이로 인해 전위 장벽이 형성되고, 이로 인해, 기판(110) 후면 쪽으로의 전자 이동이 방해되어 기판(110)의 후면 근처에서 전자와 정공이 재결합하여 소멸되는 것이 감소된다.
도 1 및 도 2에 도시한 것처럼, 기판(110)의 후면에 위치한 후면 전극부(150)는 실질적으로 복수의 후면 전계부(171)와 대응하게 위치한다.
따라서 후면 전극부(150)는 각 후면 전계부(171)와 대응하게 위치하는 복수의 후면 전극(151)과 각 후면 전극(151)와 연결된 복수의 후면전극용 집전부(152)를 구비한다.
각 후면 전극(151)은 각 후면 전계부(171)의 바로 하부에서 후면 전계부(171)를 따라서 위치하고 있으므로, 인접한 전면전극용 집전부(142) 사이의 기판(110) 후면 영역 내에서 가로 방향과 세로 방향으로 길게 뻗어 있다. 따라서, 각 후면 전극(151) 역시, 도 3에 도시한 것처럼, 가로 방향으로 길게 뻗어 스트라이트 형상을 갖는 복수의 부분과 세로 방향으로 길게 뻗어 있는 스트라이프 형상을 갖는 복수의 부분으로 이루어지고, 각 기판 후면 영역 내에서 격자 형태로 위치한다.
각 후면 전극(151)은 인접한 전면전극용 집전부(142)와 이격되게 위치한다.
이때, 인접한 가로 부분 간의 간격과 인접한 세로 부분간의 간격은 전하, 예를 들어, 정공의 이동 거리에 기초하여 정해진다.
따라서, 기판(110)의 후면으로 이동한 정공은 인접한 후면 전계부(171) 부분 쪽으로 이동하여 해당 후면 전계부(171) 부분과 접해 있는 후면 전극(151)으로 수집된 후, 주로 후면 전극(151)을 통해 인접한 후면전극용 집전부(152) 쪽으로 모이게 된다.
복수의 후면전극용 집전부(152)는 복수의 후면 전극(151)과 연결되어 있고, 복수의 전면전극용 집전부(142)와 나란하게 위치한다.
각 후면 전극(151)과 연결되는 복수의 후면전극용 집전부(152)는 도 3에 도시한 것처럼 인접한 전면전극용 집전부(142)와 나란하게 일정한 간격으로 배치된 원형 형상을 갖지만, 이에 한정되지 않고 타원형 형상을 갖거나 사각형과 같은 다각형 형상을 가질 수 있다. 대안적인 실시예에서, 각 후면 전극(151)과 연결된 후면전극용 집전부(152)는 전면전극용 집전부(142)와 동일한 방향으로 길게 뻗어 있는 스트라이프 형상과 같은 일체형 형상을 가질 수 있다. 이 경우, 각 후면 전극(151)과 연결되는 후면전극용 집전부(152)의 개수는 한 개이다.
복수의 후면전극용 집전부(152)는 복수의 후면 전극(151)을 통해 이동한 정공을 수집한다. 이러한 복수의 후면전극용 집전부(152)는 외부 장치와 연결된 도전성 테이프 등과 부착되고, 이로 인해, 수집된 정공은 도전성 테이프 등을 통해 외부 장치로 출력된다.
이처럼, 후면 전계부(171) 하부에 후면 전계부(171)와 접촉하도록 후면 전극부(150)가 위치하므로, 후면 보호막부(190)는 실질적으로 복수의 후면 전극(151)과 복수의 후면전극용 집전부(152)가 위치하지 않는 기판(110)의 후면에 위치한다.
따라서, 도 1 및 도 2에 도시한 것처럼, 각 전면전극용 집전부(142)와 각 후면전극용 집전부(152)의 배선 저항을 감소시키고, 도전성 테이프 등을 통한 외부 장치와의 접촉 저항을 감소시켜 전하의 전송 효율을 향상시키기 위해, 각 전면전극용 집전부(142)와 각 후면전극용 집전부(152)의 폭은 각 전면 전극(141)과 각 후면 전극(151)의 폭보다 크고, 후면전극용 집전부(152)와 접하고 있는 부분의 후면 전계부(171) 부분의 폭 또한 후면 전극(151)과 접하고 있는 부분의 후면 전계부(171) 부분의 폭 보다 크다.
기판(110)의 후면에 위치하는 복수의 전면전극용 집전부(142)와 후면 전극부(150)는 은(Ag)과 같이 적어도 하나의 도전성 물질을 함유하고 있다.
대안적인 실시예에서, 후면 전극부(150)는 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 하나이거나, 이외의 다른 도전성 물질로 이루어질 수 있다.
본 실시예와는 달리, 태양 전지(1)는 복수의 후면전극용 집전부(152)를 구비하지 않을 수 있다. 이 경우, 정해진 개수의 도전성 테이프 등이 복수의 후면 전극(151) 위에 직접 도포되거나 부착되어, 도전성 테이프로의 전하 수집이 이루어진다. 이 때, 복수의 후면전극용 집전부가 생략되므로, 후면 전계부(171)는 실질적으로 동일한 폭을 갖고 가로 방향과 세로 방향으로 길게 뻗어 있고, 복수의 후면 전극(151)과만 접해 있다. 각각 가로 방향과 세로 방향으로 뻗어 있는 후면 전계부(171) 부분의 폭은 후면 전극(151)의 폭에 기초하여 정해진다.
이처럼, 복수의 후면 전극(151)보다 넓은 폭을 갖는 복수의 후면전극용 집전부(152)가 생략될 경우, 제조 원가가 절감된다.
후면 보호막부(190)의 제2 보호막(192) 위에 위치하는 후면 반사막(161)은 실질적으로 복수의 후면 전극(151)과 복수의 후면전극용 집전부(152)가 위치하지 않는 제2 보호막(192) 위에 위치하지만, 도 1 내지 도 3에 도시한 것처럼, 전면전극용 집전부(142) 주위, 즉 각 전면전극용 집전부(142)와 이 집전부(142)에 인접한 후면 전극(151) 사이에는 위치하지 않는다.
후면 반사막(161)은 알루미늄(Al)과 같은 적어도 하나의 도전성 물질을 함유하고 있고, 인접한 후면 전극(151)이나 후면전극용 집전부(152)와 접촉하고 있다.
이러한 후면 반사막(161)은 기판(110)의 후면을 통과하여 출력되는 빛, 예를 들어, 장파장의 빛을 다시 기판(110)쪽으로 재입사시켜 손실되는 빛의 양을 감소시킨다. 또한, 후면 반사막(161)이 도전성 물질로 이루어져 있으므로, 인접한 후면 전극(151)에서 전달되는 전하가 후면 반사막(161)을 통해 인접한 후면전극용 집전부(152)로 이동한다. 따라서 기판(110) 및/또는 후면 전극(151)뿐만 아니라 후면 반사막(161)을 통해서도 전하의 이동이 이루어지므로 후면전극용 집전부(152)로의 전하 이동 효율이 향상된다.
하지만 대안적인 실시예에서 후면 반사막(161)은 빛을 기판(110)쪽으로 반사하는 비도전성 물질로 이루어질 수 있다. 이때, 기판(110)을 통과한 빛을 기판(110)쪽으로 반사시키기 위해 불투명한 재료로 이루어질 수 있다.
이미 설명한 것처럼, 각 전면전극용 집전부(142) 주위에 후면 반사막(161)이위치하지 않으므로, 후면 반사막(161)이 도전성 물질로 이루어질 경우, 서로 다른 전하를 전송하는 복수의 전면전극용 집전부(142)와 복수의 후면 전극(151) 간의 전기적인 연결이 끊어져 전자와 정공의 이동이 원활해진다.
또한 본 실시예와 달리, 후면 반사막(161)은 생략될 수 있다. 이 경우, 기판(110)의 전면과 후면 모두로 빛이 입사되므로, 태양 전지의 수광 면적이 증가하여 기판(110) 내로 입사되는 빛의 양이 증가하므로 태양 전지(1)의 효율이 향상된다.
각 후면 전극(151)의 폭은 각 전면 전극(141)의 폭보다 동일하거나 넓을 수 있다. 예를 들어, 기판(110)의 전면으로만 빛이 입사될 경우, 후면 전극(151)의 형성 면적에 의한 수광면 감소의 우려가 발생하지 않으므로, 전하의 전송 효율과 배선 저항 등의 감소를 위해 후면 전극(151)의 폭은 증가하는 것이 좋다.
이와 같은 구조를 갖는 본 실시예에 따른 태양 전지(1)는 기판(110)의 후면에 후면 보호막부(190)를 형성하여 기판(110)의 표면에 존재하는 불안정 결합으로 인한 전하의 재결합을 감소시킨 태양 전지(1)로서 그 동작은 다음과 같다.
태양 전지(1)로 빛이 조사되어 반사 방지막(130)과 에미터(121)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 양이 증가한다.
이들 전자-정공 쌍은 기판(110)과 에미터(121)의 p-n접합에 의해 서로 분리되어 전자와 정공은, 예를 들어, n형의 도전성 타입을 갖는 에미터(121)와 p형의 도전성 타입을 갖는 기판(110) 쪽으로 각각 이동한다. 이처럼, 에미터(121)쪽으로 이동한 전자는 전면 전극(141)에 의해 수집되어 비아홀(181)을 통해 전면전극용 집전부(142)로 전달되고, 기판(110) 쪽으로 이동한 정공은 후면 전계부(171)를 통해서 주로 후면 전극(151)에 의해 수집되어 후면전극용 집전부(152)로 전달된다.
그런 다음, 복수의 전면전극용 집전부(142)와 복수의 후면전극용 집전부(152)를 도전성 테이프 등과 같은 도선으로 연결하면 전류가 흐르게 되고, 이를 외부에서 전력으로 이용하게 된다.
이때, 기판(110)의 후면에 후면 보호막부(190)가 위치하므로, 기판(110) 표면의 불안정한 결합에 의한 전하의 재결합율이 크게 줄어들어 태양 전지(1)의 효율이 향상되며, 후면 반사막(161)에 의해 기판(110)으로 입사된 빛의 손실이 줄어들고 전하의 전송 효율이 향상되므로, 태양 전지(1)의 효율은 더욱더 향상된다.
또한 인접한 전면 전극(141)으로의 전하 이동이 주로 행해지는 제1 에미터부(1211)는 불순물이 저농도로 도핑되어 있고 고저항 구조를 갖고 있어 전하의 이동도가 향상되고, 전면 전극(141)과 전면전극용 집전부(142)와 접하는 제2 및 제3 에미터부(1212, 1213)는 불순물이 고농도로 도핑되어 있고 저저항 구조를 갖고 있으므로 제2 및 제3 에미터부(1212, 1213)에서 전면 전극(141)과 전면전극용 집전부(142)로의 전하 전송율이 향상되어 태양 전지(1)의 효율이 증가한다.
또한, 전면 전극(141)보다 큰 폭을 갖는 전면 전극용 집전부(142)가 기판(110)의 후면에 위치하므로, 기판(110)의 입사 면적이 증가하여 태양 전지(1)의 효율은 더욱더 향상된다.
다음, 도 4a 내지 도 4g를 참고로 하여, 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지(1)의 제조 방법에 대하여 설명한다.
도 4a 내지 도 4g는 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법의 한 예를 순차적으로 나타낸 도면이다.
먼저, 도 4a에 도시한 것처럼, p형 다결정 실리콘으로 이루어진 기판(110)에 복수의 비아 홀(181)을 형성한다. 이때, 비아 홀(181)은 레이저 빔을 조사하여 형성하는 레이저 드릴링(laser drilling)에 의해 형성되지만, 이에 한정되지 않는다.
다음, 도 4b에 도시한 것처럼, 기판(110)의 전면 일부, 비아 홀(181) 내부 및 비아 홀(181) 주변의 기판(110) 후면 일부에 n형의 불순물과 IV족 입자(particle)를 함유한 잉크(ink) 상태의 도핑 물질을 도포한 후 저온에서 건조시켜, 고농도 에미터 패턴(20)을 형성하고, 기판(110)의 후면 일부에 p형의 불순물과 IV족 입자를 함유한 잉크 상태의 도핑 물질을 도포한 후 저온에서 건조시켜, 기판(110)의 후면 일부에 복수의 후면 전계부 패턴(70)을 형성한다.
각 후면 전계부 패턴(70)은 비아홀(181)에 의해 구획된 기판(110)의 각 후면 영역에서 세로 방향과 가로 방향으로 길게 연장되어 격자 형상으로 도포되고, 고농도 에미터 패턴(20)은 기판(110)의 전면에서 같은 방향으로 형성된 비아 홀(181) 위를 지나가면서 정해진 방향으로 서로 나란하게 뻗어 있는 제1 부분, 비아 홀(181) 내부에 형성되는 제2 부분, 그리고 기판(110)의 후면에서 기판(110)의 전면에 위치한 제1 부분과 교차하는 방향으로 형성된 위치한 비아홀(181) 위를 지나가면서 서로 나란하게 뻗어 있는 제3 부분을 구비한다.
고농도 에미터 패턴(20)은 이미 설명한 것처럼, 잉크 상태의 도핑 물질을 이용하여 형성되므로 직경이 작은 비아 홀(181) 내부에도 용이하게 침투된다. 따라서 각 비아 홀(181) 내부에도 고농도 에미터 패턴(20)이 정상적으로 형성된다.
본 실시예에서, IV족 입자는 나노(nano) 크기(폭 또는/및 높이)를 갖는 입자(particle), 즉, IV족 나노 파티클을 포함한다. 이때, 나노 파티클은 약 100㎚ 이하의 크기를 갖는 아주 미세한 파티클(microscopic particle)이다. IV족 입자는 약 1㎚ 내지 100㎚의 평균 지름을 갖는 수소 단말기 IV족 나노 파티클(hydrogen-terminated Group IV nanoparticle)이다. 따라서 후면 전계부 패턴(70)을 위한 도핑 물질은 p형 불순물이 함유된 IV족 나노 파티클일 수 있고, 고농도 에미터 패턴(20)을 위한 도핑 물질은 n형 불순물이 함유된 IV족 나노 파티클일 수 있다.
본 실시예에서, IV족 입자는 기판(110)과 동일한 물질인 실리콘(Si)을 함유하지만, 이와는 달리 실리콘(Si)이외의 게르마늄(germanium), 탄소(carbon) 등과 같은 다른 물질이나 이들의 화합물을 함유할 수 있다.
크기에 따라서 물리적인 특성[예, 녹는점(melting temperature), 끓는 점(boiling temperature), 밀도(density), 전도도(conductivity) 등]이 일정한 벌크 물질(bulk material)(>100㎚)과 비교할 때, 나노 파티클은 크기에 종속적인, 즉, 크기에 따라 변하는 물리적인 특성을 갖고 있으므로, 접합(junction) 등에 유용하다. 예를 들어, 반도체 나노 파티클은 실크 스크린법(silk-screening)이나 증착법(deposition) 등과 같은 대안적인 방법과 비교할 때 좀더 용이하고 저렴하게 반도체 접합(semiconductor junction)을 형성할 수 있다.
또한, 정렬된 나노 파티클(assembled nanoparticles)은 나노 파티클을 수송(transport)하고 저장(store)하기 위해, 잉크와 같은 콜로이드 분산액(colloidal dispersion) 또는 콜로이드(colloid)에 현탁될 수 있다. 일반적으로, 액체 속에 가라앉거나(sinking) 떠오르는(floating) 상태를 초래하는 밀도 차이를 극복할 정도로 용매(solvent)와 파티클 표면의 상호 작용(interaction)이 강하므로, IV족 나노 파티클의 콜로이드 분산액이 가능하다. 결과적으로, 적은 크기의 나노 파티클이 큰 크기의 나노 파티클보다 용이하게 현탁된다. 일반적으로, IV족 나노 파티클은 진공 상태 또는 실질적으로 산소가 없는 불활성 환경에서 콜로이드 분산액으로 전달된다.
이와 같이 p형 불순물과 IV족 나노 파티클을 함유한 후면 전계부 패턴(70)과 n형 불순물과 IV족 나노 파티클을 함유한 고농도 에미터 패턴(20)의 형성 방법은 잉크젯 프린팅법(ink-jet printing), 에어로솔 코팅법(aerosol-coating), 일렉트로 스프레이 코팅법(electro-spray coating) 등과 같이 원하는 부분에 원하는 물질을 직접 인쇄하거나 도포할 수 있는 적어도 하나의 직접 인쇄법(direct printing)을 사용한다.
이들 패턴(70, 20)의 형성 순서는 변경 가능하다.
필요할 경우, 후면 전계부 패턴(70)과 고농도 에미터 패턴(20)을 형성하기 전에, 태양 전지용 기판(110)을 준비하기 위한 슬라이딩(sliding) 가공 시 기판(110)의 표면에 형성된 손상 부분을 제거하기 위한 공정(saw damage etching, SDE), 기판(110)의 표면에 요철면인 텍스처링 표면을 형성하는 텍스처링 공정(texturing process) 또는 기판의 세정 공정 등이 실시되어, 기판(110)의 표면 상태를 개선할 수 있다.
그런 다음, 도 4c에 도시한 것처럼, 인라인 확산 시스템(in-line diffusion system)을 이용하여 기판(110)에 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물을 포함하는 도핑 물질을 기판(110)의 전면에만 도포한 후 열처리하여, 불순물의 도핑 농도와 도핑 깊이가 서로 상이한 제1 에미터부(1211) 내지 제3 에미터부(1213)를 구비한 에미터(121)와 복수의 후면 전계부(171)를 형성한다. 그런 다음, 기판(110)의 후면과 전면 위에 남아 있는 후면 전계부 패턴(70)과 고농도 에미터 패턴(20)을 제거한다.
즉, 공정 라인을 따라 패턴(70, 20)을 도포한 기판(110)이 이동하여 도핑 물질을 분사하는 분사 장치 하부에 위치하면, 분사 장치의 분사 노즐을 통해 도핑 물질이 기판(110)쪽으로 분사되어 분사 노즐에 노출된 기판(110)의 면, 즉 전면에 도핑 물질이 도포된다. 이때, 도핑 물질에 함유된 불순물의 농도는 고농도 에미터 패턴(20)을 위한 불순물 잉크에 함유된 불순물의 농도보다 낮다.
그런 다음, 후면 전계부 패턴(70, 20)과 불순물 물질이 도포된 기판(110)이 열 처리 공정실에서 열처리되어 후면 전계부(171)와 에미터(121)가 형성된다.
즉, 열처리 공정 시, 이미 기판(110)의 후면에 p형의 불순물을 함유한 후면 전계부 패턴(70)이 도포되어 있으므로, 후면 전계부 패턴(70)에 함유된 p형의 불순물이 기판(110) 속으로 주입되어 기판(110)보다 높은 농도의 p형의 불순물을 함유한 후면 전계부(171)가 형성된다. 또한, 기판(110)의 전면, 비아 홀(181)의 내부 및 기판(110)의 후면 일부에는 고농도 에미터 패턴(20)과 도포된 도핑 물질에 의해 제1 내지 제3 에미터부(1211-1213)가 형성된다.
즉, 도핑 물질만 도포된 기판(110)의 전면 일부에는 도핑 물질에 함유된 불순물만이 대응하는 기판(110) 부분으로 주입되어, 불순물 도핑 농도 및 불순물 도핑 두께가 가장 작은 제1 에미터부(1211)가 형성된다.
고농도 에미터 패턴(20)과 도핑 물질이 함께 도포된 기판(110)의 전면 일부와 비아홀(181)의 내부에는 고농도 에미터 패턴(20)과 도핑 물질에 함유된 불순물이 대응하는 기판(110)으로 주입되어 불순물 도핑 농도와 불순물 도핑 두께가 가장 큰 제2 에미터부(1212)가 형성한다.
또한, 고농도 에미터 패턴(20)이 도포된 기판(110)의 후면 일부에는 제1 에미터부(1212)와 제2 에미터부(1212) 사이의 불순물 도핑 농도와 불순물 도핑 두께를 갖는 제3 에미터부(1213)가 형성된다. 즉, 고농도 에미터 패턴(20)의 제1 부분과 제2 부분은 제2 에미터부(1212)를 형성하고, 제3 부분은 제3 에미터부(1213)를 형성한다.
이때, 후면 전계부 패턴(70)과 고농도 에미터 패턴(20)이 기판(110)과 같은 물질인 실리콘(Si)을 함유하고 있으므로, 기판(110)과의 화학적 반응이 용이하게 행해져 후면 전계부 패턴(70)과 고농도 에미터 패턴(20)에 포함된 불순물의 확산 동작이 용이하게 행해진다. 또한, 이미 설명한 것처럼, 잉크를 구성하는 실리콘 입자는 나노 크기로 반응성이 뛰어나므로 기판(110)으로의 불순물 확산 동작이 용이하게 이루어진다.
이와 같이, 위치에 따라 불순물의 도핑 농도가 상이한 제1 내지 제3 에미터부(1211-1213)를 구비한 에미터(121), 즉, 선택적 에미터를 형성한 경우, 습식 식각법을 이용하지 않아도 되므로, 원하는 부분에 원하는 불순물 도핑 농도와 도핑 두께를 갖는 제1 내지 제3 에미터부(1211-1213)의 형성이 가능하다.
즉, 습식 식각법을 이용하여 선택적 에미터를 형성할 경우, 식각 방향이나 식각 두께 등의 제어가 용이하지 않아 원치 않는 부분까지 식각되어 제1 내지 제3 에미터부(1211-1213)의 형성 위치 제어가 용이하게 행해지지 않았다.
하지만, 본 실시예는 원하는 부분에만 고농도 에미터 패턴(20)을 형성한 후 열 공정을 통해 제1 내지 제3 에미터부(1211-1213)가 형성되므로, 제1 내지 제3 에미터부(1211-1213)의 형성 위치에 대한 제어가 용이하고 정확하게 이루어진다.
또한 도포되는 고농도 에미터 패턴(20)의 도포 정도(두께나 도포 면적 등), 잉크에 함유되는 불순물의 양 등을 조절하는 면 저항값의 크기 제어가 용이하므로, 에미터(121)의 특성 제어가 용이해진다. 추가로, 고농도 에미터 패턴(20)과 동일하게, 후면 전계부 패턴(70)에 의해 원하는 부분에만 원하는 불순물 도핑 농도를 갖는 후면 전계부(171)가 형성된다.
그런 다음, 필요할 경우, n나 p형 불순물이 기판(110) 내부로 확산됨에 따라 생성된 인을 포함하는 산화물[PSG(phosphorous silicate glass) 또는 BSG(boron silicate glass)]과 같이 기판(110)에 형성된 산화물을 불산(HF) 등을 이용하여 제거한다.
본 실시예와 달리, 기판(110)의 도전성 타입이 n형일 경우, 후면 전계부 패턴(70)에 함유된 불순물은 n형이 되고 고농도 에미터 패턴(20)에 함유된 불순물은 p형이 된다.
이처럼, 한번의 열처리 공정으로 불순물의 도핑 농도가 서로 상이한 제1 내지 제3 에미터부(1211-1213)와 후면 전계부(171)가 동시에 행해지므로, 선택적 에미터와 후면 전계부(171)를 형성하기 위한 제조 공정이 용이하게 단순해진다.
그런 다음, 도 4d에 도시한 것처럼, PECVD(plasma enhanced chemical vapor deposition)법과 같은 다양한 막 형성 방법을 이용하여 기판(110)의 전면에 실리콘 질화막(SiNx)으로 이루어진 반사 방지막(130)을 형성한 후, PECVD법과 같은 막 형성 방법을 이용하여 기판(110)의 후면에 실리콘 산화물(SiOx)로 이루어진 제1 보호막(191)과 실리콘 질화물(SiNx)로 이루어진 제2 보호막(192)을 순차적으로 적층하여 후면 보호막부(190)를 형성한다. 이때, 반사 방지막(130)은 비아 홀(181) 측벽의 적어도 일부에도 위치할 수 있고, 보호막부(190) 역시 비아홀(181)의 측벽의 적어도 일부에도 위치할 수 있다.
반사 방지막(130)의 굴절률은 공기의 굴절률(1)과 실리콘 기판(110)의 굴절률(예를 들어, 약 3.5) 사이의 굴절률, 예를 들어 약 1.9 내지 2.3의 굴절률을 갖는다. 이로 인해, 공기에서부터 기판(110)으로의 굴절률 변화가 순차적으로 이루어지므로 반사 방지막(130)의 반사 방지 효과가 향상된다.
반사 방지막(130)과 후면 보호막부(190)의 형성 순서는 변경 가능하다.
다음, 도 4e에 도시한 것처럼, 스크린 인쇄법(screen printing)을 이용하여, 반사 방지막(130)의 해당 부분에 은(Ag)을 포함한 페이스트를 도포한 후 약 120℃ 내지 약 200℃에서 건조시켜, 전면 전극 패턴(41)을 형성한다.
전면 전극 패턴(41)은 복수의 비아홀(181)을 지나면서 정해진 방향으로 길게 연장된다. 이때, 전면 전극 패턴(41)은 제2 에미터부(1212)를 따라서 형성된다. 이때, 전면 전극 패턴(41)은 복수의 비아홀(181) 내부의 적어도 일부에 형성될 수 있다.
다음, 도 4f에 도시한 것처럼, 제2 후면 보호막(192) 위에 스크린 인쇄법을 이용하여 해당 부분에 은(Ag)을 포함한 페이스트를 도포한 후 약 120℃ 내지 약 200℃에서 건조시켜 전면전극용 집전부 패턴(42)과 후면전극부 패턴(50)을 형성한다.
이때, 전면전극용 집전부 패턴(42)은 복수의 비아홀(181)을 지나면서 전면 전극 패턴(41)과 교차하는 방향으로 길게 연장되고, 이로 인해 제3 에미터부(1213)를 따라서 위치한다. 이때, 전면전극용 집전부 패턴(42)은 복수의 비아홀(181) 내부의 적어도 일부에 형성될 수 있다.
이때 후면 전극부 패턴(50)은 후면 전계부(171)를 따라서 형성되며, 서로 교차하는 방향으로 길게 뻗어 있는 후면 전극 패턴부와 원형 형상의 후면전극용 집전부 패턴부를 구비한다.
대안적인 실시예에서, 후면 전극부 패턴(50)은 후면전극용 집전부 패턴을 구비하지 않을 수 있다. 이 경우, 완성된 후면 전극부는 복수의 후면전극용 집전부를 구비하지 않고 복수의 후면 전극만 구비한다.
다음, 도 4g에 도시한 것처럼, 스크린 인쇄법을 이용하여, 후면 전극부 패턴(50)이 위치하지 않는 후면 보호막(90) 위에 알루미늄(Al)을 포함한 페이스트를 도포한 후 약 120℃ 내지 약 200℃에서 건조시켜 후면 반사막 패턴(60)을 형성한다. 이때, 후면 반사막 패턴(60)은 전면전극용 집전부 패턴(42)과 후면 전극 패턴(50) 사이에 위치하는 제2 후면 보호막(192) 위에는 위치하지 않는다.
이때, 후면 반사막 패턴(60)의 두께는 후면 전극부 패턴(50)의 두께보다 낮지만, 이와는 달리 동일하거나 높을 수도 있다. 대안적인 실시예에서, 후면 반사막(161)을 구비하지 않을 경우, 후면 반사막 패턴(60)을 형성하는 공정은 생략된다.
본 실시예에서, 후면 전극부 패턴(50)과 전면 전극 및 집전부 패턴(41, 42)은 납(Pb)을 함유하고 있는 반면, 후면 반사막 패턴(60)은 납(Pb)을 함유하지 않거나 일정치 이하(예, 1000ppm)의 납(Pb)을 함유할 수 있다.
후면 전극부 패턴(50)과 전면전극용 집전부 패턴(42), 전면 전극 패턴(41) 및 후면 반사막 패턴(60)의 형성 순서는 변경 가능하다.
그런 다음, 패턴(50, 41, 42, 60)이 형성된 기판(110)을 약 750℃ 내지 약 800℃의 온도에서 소성하여(firing), 제2 및 제3 에미터부(1212, 1213)와 연결된 복수의 전면 전극(141)과 복수의 전면전극용 집전부(142), 후면 전계부(171)와 연결되고 복수의 후면 전극(151)과 복수의 후면전극용 집전부(152)를 구비한 후면 전극부(150) 및 제2 보호막(192) 위에 위치하는 후면 반사막(161)을 형성하여 태양 전지(1)를 완성한다(도 1 및 도 2).
즉, 열처리 공정에 의해, 전면 전극 및 집전부 패턴(41, 42)과 후면 전극부 패턴(50)에 함유된 납(Pb) 등에 의해, 전면 전극 전극 및 집전부 패턴(41, 42)은 접촉 부위의 반사 방지막(130)을 관통하여 하부에 위치하는 에미터(121)의 제2 및 제3 에미터부(1212, 1213)와 접촉하여 복수의 전면 전극(141)과 복수의 전면전극 집전부(142)를 형성하고, 후면전극부 패턴(50)은 제2 및 제1 보호막(192, 191)을 순차적으로 관통하여 기판(110)에 위치하는 후면 전계부(171)와 접촉하는 복수의 후면 전극(151)과 복수의 후면전극 집전부(152)를 형성한다.
일반적으로, 비아홀(181) 내부 전체까지 반사 방지막(130)이나 후면 보호막부(190)의 형성이 어려워 비아홀(181) 내부에 적층되는 막의 두께가 기판(110)의 전면이나 후면에 형성되는 막의 두께보다 얇다. 따라서, 전면 전극(141)과 전면전극용 집전부(142)의 형성 시, 전면 전극 패턴(41)과 전면전극용 집전부 패턴(42) 중 적어도 하나가 비아홀(181) 내부에 위치한 에미터부를 관통하여 기판(110)과 접촉하는 션트 현상이 발생하였다.
하지만, 본 실시예의 경우, 전면 전극(141)과 전면 전극용 집전부(142) 하부에 위치하는 제2 및 제3 에미터부(1212, 1213)의 불순물 도핑 두께가 제1 에미터부(1211)의 불순물 도핑 두께보다 두껍기 때문에 션트 현상의 발생이 크게 줄어든다.
또한, 열처리 공정 시, 패턴(50, 41, 42, 60)에 함유된 금속 성분과 각 접촉하는 층(1212, 1213, 110, 192)과의 화학적 결합으로 접촉 저항이 감소하여 전하의 전송 효율이 향상되어 전류 흐름이 증가된다.
후면 전극부 패턴(50)이 후면전극용 집전부 패턴을 구비하지 않을 경우 후면 전극부는 복수의 후면 전극만 구비하여, 기판(110)의 후면에는 가로 방향과 세로 방향으로 길게 연장되어 격자 형태로 배치된 복수의 후면 전극(151)만 위치한다. 이 경우, 후면 전극(151) 하부에 위치하는 후면 전계부(171) 역시 후면전극용 집전부와 대응하는 부분은 생략된다.
이때, 다층막 구조의 후면 보호막부(190)에 의해 후면 보호막부(190)의 두께가 증가할 경우, 후면 전극부(150)와 후면 전계부(171)와의 원활한 접촉 그리고 전면전극용 집전부(142)와 제2 및/또는 제3 에미터부(1212, 1213)간의 원활한 접촉을 위해 레이저 빔 등을 기판(110)의 후면 일부에 조사할 수 있다.
예를 들어, 전면전극용 집전부(142)와 후면 전극부(150)를 형성하기 위한 열 처리 공정을 실시한 후, 추가로 후면 전극부 패턴(50)과 전면전극용 집전부 패턴(42)이 위치한 기판(110)의 후면 일부를 레이저 빔 등으로 조사한다. 따라서, 두꺼운 후면 보호막부(190)로 인한 후면 전극부(150)와 후면 전계부(171)의 접촉 불량이나 전면전극용 집전부(142)와 제2 및/또는 제3 에미터부(1212, 1213)간의 접촉 불량이 감소된다.
또한, 전면 전극(141)과 후면 반사막(161)을 형성한 후 또는 형성하기 전에, 후면 전극부 패턴(50)과 전면전극용 집전부 패턴(42)을 형성하고 후면 전극부 패턴(50)과 전면전극용 집전부 패턴(42)에 레이저 빔을 조사하여 후면 전극부(150)와 후면 전계부(171)와의 전기적인 접촉 및 전면전극용 집전부(142)와 제2 및/또는 제3 에미터부(1212, 1213)간의 전기적인 접촉을 실시할 수 있다. 이 경우, 전면 전극(141)와 후면 반사막(161)만 형성하면 되므로, 전면 전극(141)과 후면 반사막(161)을 위한 열 처리 온도가 낮아지거나 열 처리 시간이 줄어듦으로써, 기판(110)이나 이미 형성된 다른 막의 특성 변화가 줄어든다. 또한, 열 처리 공정으로 두꺼운 후면 보호막부(190)를 관통할 필요가 없으므로 후면 전극부 패턴(50)과 전면전극용 집전부 패턴(42)은 납(Pb)과 같은 환경 오염 물질을 함유하지 않거나 함유량이 적다.
비록 도시되지 않았지만, 이러한 열처리 공정을 통해 태양 전지(1)를 완성한 후 레이저빔이나 식각 공정을 통해 기판(110)의 측면 일부를 제거하는 측면 분리(edge isolation) 공정을 실시하여, 공정 중에 발생하는 손상 부분이나 기판(110)의 측면에 부착된 오염 물질 등을 제거할 수 있다. 하지만, 측면 분리 공정 시기는 필요에 따라 변경 가능하다.
이와 같이, 본 실시예는 후면 전계부(171)를 형성하기 위해 후면 보호막부(190)에 별도의 홀을 형성한 후 불순물을 기판(110) 내부로 주입하는 공정이 불필요하고, 에미터(121)와 후면 전계부(171)가 한번의 열처리 공정에 의해 형성되므로, 태양 전지(1)의 제조 공정이 단순해지고 제조 시간 역시 줄어든다.
본 실시예에 따른 태양 전지(1)는 다른 제조 방법에 의해 제조될 수 있다.
다음, 도 5 및 6을 참고로 하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지에 대하여 설명한다.
도 1 내지 도 3과 비교하여 동일한 기능을 수행하는 구성 요소에 대해서는 같은 도면 부호를 부여하였고 그에 대한 자세한 동작 설명은 생략한다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지의 일부 단면도이고, 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지의 후면을 개략적으로 도시한 도면이다.
본 실시예에 따른 태양 전지(1a)는 도 1 및 도 2에 도시한 태양 전지(1)와 유사한 구조를 갖고 있다.
즉, 태양 전지(1a)는 복수의 비아홀(181)을 구비한 기판(110), 기판(110)의 전면, 비아홀(181) 측면 및 기판(110)의 후면 일부에 위치하고 제1 내지 제2 에미터부(1211-1213)를 구비한 에미터(121), 에미터(121) 위에 위치하는 반사 방지막, 기판(110)의 후면에 위치하고 제1 및 제2 보호막(191, 192)을 구비한 후면 보호막부(190), 제2 에미터부(1212)와 연결되어 있는 복수의 전면 전극(140), 기판(110)의 후면에 부분적으로 위치하는 복수의 후면 전계부(171), 제2 및/또는 제3 에미터부(1212, 1213)와 연결되어 있고 비아홀(181)을 통해 기판(110)의 전면에 위치한 복수의 전면 전극(141)과 연결되어 있는 복수의 전면전극용 집전부(142), 후면 전계부(171)를 통해 기판(110)에 전기적으로 연결되어 있는 후면 전극부(150a), 그리고 기판(110) 후면 위에 위치하는 후면 반사막(161a)을 구비한다.
하지만, 도 1 내지 도 3과는 달리, 본 실시예의 후면 반사막(161a)은 인접한 후면 전극부(150) 사이에 위치한 제2 보호막 위에 위치하는 대신에, 복수의 후면전극용 집전부(152a)의 부분과 기판(110) 후면의 가장자리 일부를 제외한, 복수의 후면 전극(151)과 제2 보호막(192) 위에 위치한다. 이때, 도 1 내지 도 3에 도시한 것과 같이, 후면 반사막(161a)은 후면 전극용 집전부(152a)와 이 집전부(152a)와 인접한 후면 전극(151) 사이에는 위치하지 않는다.
이때, 후면 반사막(161a)은 인접한 후면전극용 집전부(152a)와 일부 중첩되어 있다. 본 실시예에서, 각 후면전극용 집전부(152a)는 도 3과는 달리 스트라이프 형상을 갖는다.
이와 같이 후면 반사막(161a)이 복수의 후면 전극부(150a) 위에 위치하므로, 도 1 내지 도 3과는 달리, 도 5 및 도 6에 도시한 것처럼, 복수의 후면 전극부(150a)는 후면 반사막(161a) 하부에 위치하고, 제2 및 제2 보호막(192, 191)을 관통하여 후면 전계부(171)의 해당 부분과 접촉한다.
이와 같이 후면 보호막부(190)뿐만 아니라 후면 전극부(150a) 위에도 후면 반사막(161a)이 위치하므로 후면 반사막(161a)의 빛 반사 효과가 더욱 상승하여, 기판(110) 내로 재입사되는 빛의 양이 증가한다. 또한 후면 반사막(161a)을 통해서 복수의 후면전극용 집전부(152)로의 전하 이동이 행해져, 각 후면전극용 집전부(152a)에서의 전하 수집율이 증가한다.
이러한 태양 전지(1a)를 제조하는 방법에 대하여, 이미 설명한 도 4a 내지 도 4f뿐만 아니라 도 7을 참고로 하여 설명한다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법의 일부를 나타낸 도면이다.
이미 도 4a 내지 도 4d를 참고로 하여 설명한 것처럼, 기판(110)에 복수의 비아홀(181)을 형성한 후, 제1 내지 제3 에미터부(1211-1213)를 구비한 에미터(121)와 기판(110)의 후면에 후면 전계부(171)를 형성하고, 에미터(121) 위에 반사 방지막(130)을 형성한 후 기판(110)의 후면에 제1 및 제2 보호막(191, 192)을 순차로 형성한다.
그런 다음, 도 4e와 도 4f에 도시한 것처럼, 기판(110)의 전면과 후면에 각각 전면전극 패턴(41)과 후면전극부 패턴(50a) 및 전면전극용 집전부 패턴(42)을 형성한다.
그런 다음, 패턴(41, 50a, 42)을 구비한 기판(110)을 고온(약 750℃ 내지 약 800℃)에서 열처리하여, 반사 방지막(130)을 관통하여 에미터(121)의 제2 에미터부(1212)와 연결되는 복수의 전면 전극(141)과 제2 및/또는 제3 에미터부(1212, 1213)와 연결되는 복수의 전면전극용 집전부(142)를 형성하고, 후면 보호막부(190)의 제2 및 1 후면 보호막(192, 191)을 관통하여 후면 전계부(171)와 연결되고 복수의 후면 전극(151)과 복수의 후면전극용 집전부(152a)를 구비한 후면 전극부(150a)를 형성한다(도 7).
이미 설명한 것처럼, 한번의 열처리 공정에 의해 제1 내지 제3 에미터부(1211-1213)를 구비한 선택적 에미터(121)와 후면 전계부(171)가 형성되므로, 태양 전지(1a)의 제조 시간이 줄어든다.
그런 다음, 스크린 인쇄법을 이용하여 기판(110)의 후면에 노출되어 있는 복수의 후면 전극(151) 위, 제2 보호막(192) 위 및 복수의 후면전극용 집전부(152a) 일부 위에 알루미늄(Al)을 함유한 페이스트를 도포하여 반사 방지막 패턴(60a)을 형성한 후 저온(약 120℃ 내지 약 200℃)에서 건조시켜, 후면 반사막(161a)을 형성하여 태양 전지(1a)를 완성한다(도 5).
이러한 태양 전지들은 단독으로 이용 가능하지만, 좀더 효율적인 사용을 위해, 동일한 구조를 갖는 복수의 태양 전지를 직렬 또는 병렬로 연결하여 태양 전지 모듈을 형성한다.
다음, 도 8를 참고로 하여, 본 실시예에 따른 태양 전지 모듈에 대하여 설명한다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 모듈의 개략적인 사시도이다.
본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 모듈(100)은 복수개의 태양 전지(1 또는 1a), 인접한 태양 전지(1 또는 1a)를 전기적으로 연결하는 인터커넥터(80), 태양 전지(10)를 보호하는 보호막(30a, 30b), 태양 전지(1 또는 1a)의 수광면 쪽으로 보호막(30a) 위에 배치되는 투명 부재(401) 및 수광면 반대 쪽으로 보호막(30b)의 하부에 배치되는 후면 시트(back sheet)(501)를 포함한다.
여기에서, 후면 시트(501)는 태양 전지 모듈(100)의 후면에서 습기가 침투하는 것을 방지하여 태양 전지(1 또는 1a)를 외부 환경으로부터 보호한다.
이러한 후면 시트(501)는 수분과 산소 침투를 방지하는 층, 화학적 부식을 방지하는 층, 절연 특성을 갖는 층과 같은 다층 구조를 가질 수 있다.
보호막(30a, 30b)은 상부 및 하부에 각각 배치된 상태에서 라미네이션 공정에 의해 태양 전지(1 또는 1a)와 일체화 되어, 습기 침투로 인한 금속의 부식을 방지하고 태양 전지(1 또는 1a)를 충격으로부터 보호하기 위한 밀봉재 역할을 한다. 이러한 보호막(30a, 30b)은 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA, ethylene vinyl acetate)와 같은 물질로 이루어질 수 있다.
상부 보호막(30a) 위에 위치하는 투명 부재(401)는 투과율이 높고 파손 방지 기능이 우수한 강화 유리 등으로 이루어져 있다. 이때, 강화 유리는 철 성분 함량이 낮은 저 철분 강화 유리(low iron tempered glass)일 수 있다. 이러한 투명 부재(401)는 빛의 산란 효과를 높이기 위해서 내측면이 엠보싱(embossing) 처리될 수 있다.
복수의 태양 전지(1 또는 1a)는 행렬 구조로 배열되어 있고, 각 태양 전지(1 또는 1a)는 복수의 전면 전극용 집전부(142) 및 복수의 후면 전극용 집전부(152, 152a)에 연결된 복수의 인터커넥터(80)에 의해 직렬로 연결되어 있다. 이때, 집전부(142, 152, 152a)가 모두 빛이 입사되지 않는 기판(110)의 후면에 위치하므로 인터커넥터(80)의 연결 동작이 용이하다.
도 8에서, 복수의 태양 전지(1 또는 1a)는 4×4 행렬 구조를 가지고 있지만, 이에 한정되지 않고 필요에 따라 행과 열 방향으로 각각 배치되는 태양 전지(1 또는 1a)의 개수는 조절 가능하다.
인터커넥터(80)는 도전성 물질을 함유하는 도전성 재료를 이용하여 패터닝된 도전성 패턴이거나, 일반적으로 리본(ribbon)으로 불리는, 도전성 물질을 구비하고 스트링(string) 형상을 갖는 얇은 금속판 띠인 도전성 테이프로 이루어진다.
이러한 태양 전지 모듈(100)은 태양 전지(1 또는 1a)를 테스트하는 단계, 테스트가 완료된 복수의 태양 전지(1 또는 1a)를 인터커넥터(80)에 의해 전기적으로 직렬 또는 병렬 연결하는 단계, 위의 부품들을 순차적으로, 예컨대 하부로부터 후면 시트(501), 하부 보호막(30b), 태양 전지(1 또는 1a), 상부 보호막(30a) 및 투명 부재(401)의 순서로 배치하는 단계, 진공 상태에서 라미네이션 공정을 실시하여 부품들을 일체화 하는 단계, 에지 트리밍(edge trimming) 단계 및 모듈 테스트를 실시하는 단계 등의 공정 순서에 따라 제조된다.
이처럼, 여러 부품들이 라미네이션 공정에 의해 하나로 일체화된 태양 전지 모듈(100)은 프레임(도시되지 않음) 내에 수납되어 외부 환경이나 충격으로부터 보호된다. 프레임은 절연 물질로 코팅되어 있는 알루미늄 등과 같이 외부 환경으로 인한 부식과 변형 등이 발생하지 않는 물질로 이루어지고, 배수, 설치 및 시공이 용이한 구조를 갖고 있다.
태양 전지(1 또는 1a)의 입사면이 전면뿐만 아니라 후면일 경우에, 태양 전지 모듈(100)은 후면 시트(501) 대신 별도의 투명 부재를 배치하여, 태양 전지 모듈(100)의 전면과 후면으로부터 입사되는 빛을 태양 전지(1 또는 1a)의 전면과 후면으로 전달한다.
이러한 태양 전지 모듈(100)은 후면 시트(501) 하부에 태양 전지(1, 1a)들에서 생산된 전류 및 전압을 최종적으로 수집하는 정션 박스(junction box)(601)를 더 구비한다.
이상에서 본 발명의 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.
Claims (26)
- 적어도 하나의 비아 홀을 구비한 제1 도전성 타입의 기판,
상기 제1 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입을 갖고 제1 불순물 도핑 두께를 갖는 제1 에미터부와 상기 제1 불순물 도핑 두께보다 두꺼운 제2 불순물 도핑 두께를 갖는 제2 에미터부를 포함하는 에미터,
상기 기판의 전면에 위치하고, 상기 제2 에미터부와 접촉하는 복수의 제1 전극,
상기 기판의 후면에 위치하고, 상기 제2 에미터부와 접촉하고 상기 비아홀을 통해 상기 복수의 전면 전극과 연결되는 복수의 제1 전극용 집전부,
상기 기판의 후면에 부분적으로 위치하는 복수의 후면 전계부, 그리고
상기 복수의 후면 전계부와 연결되어 있는 복수의 제2 전극
을 포함하고,
상기 후면 전계부는 상기 기판의 후면에 복수의 방향으로 길게 뻗어 연장하고 격자 형태로 위치하는
태양 전지. - 제1항에서,
상기 제1 에미터부의 불순물 도핑 농도는 상기 제2 에미터부의 불순물 도핑 농도보다 적은 태양 전지. - 제1항 또는 제2항에서,
상기 제2 에미터부는 상기 비아홀의 내부에 위치하고, 상기 비아홀 내부에 위치하는 상기 제1 전극과 상기 제1 전극용 집전부 중 적어도 하나는 상기 제2 에미터부와 접촉하고 있는 태양 전지. - 제3항에서,
상기 에미터는 제3 불순물 도핑 두께를 갖는 제3 에미터부를 더 포함하고, 상기 제3 불순물 도핑 두께는 제1 불순물 도핑 두께보다 두껍고 제2 불순물 도핑 두께보다 얇은 태양 전지. - 제4항에서,
상기 제1 전극용 집전부는 상기 제3 에미터부와 연결되어 있는 태양 전지. - 제1항에서,
상기 각 후면 전계부는 제1 폭을 갖는 복수의 제1 부분과 상기 제1 폭보다 넓은 폭을 갖는 적어도 하나의 제2 부분을 포함하는 태양 전지. - 제6항에서,
상기 기판의 후면에서 정해진 방향을 따라 위치하고, 상기 각 후면 전계부와 연결되어 있는 복수의 제2 전극용 집전부를 더 포함하는 태양 전지. - 제7항에서,
상기 각 제2 전극은 상기 후면 전계부의 상기 복수의 제1 부분과 접해 있고, 상기 각 제2 전극용 집전부는 상기 후면 전계부의 상기 적어도 하나의 제2 부분과 접해 있는 태양 전지. - 제6항에서,
상기 적어도 하나의 제2 부분은 원형 형상, 타원형 형상, 다각형 형상 및 스트라이프 형상 중 적어도 하나의 형상을 갖는 태양 전지. - 제1항에서,
상기 기판의 후면에 위치하는 후면 보호막부를 더 포함하고,
상기 각 제2 전극은 상기 후면 보호막부를 관통하여 상기 각 후면 전계부와 연결되는 태양 전지. - 제10항에서,
상기 후면 보호막부는 실리콘 산화물로 이루어진 제1 보호막과 실리콘 질화물로 이루어진 제2 보호막을 포함하는 태양 전지. - 제10항에서,
상기 기판의 후면에 위치하는 후면 반사막을 더 포함하는 태양 전지. - 제12항에서,
상기 후면 반사막은 상기 인접한 제2 전극 사이에 위치한 후면 보호막부 위에 위치하는 태양 전지. - 제12항에서,
상기 후면 반사막은 상기 복수의 제2 전극과 상기 후면 보호막부 위에 위치하는 태양 전지. - 제1항에서,
상기 제1 에미터 위에 위치하는 반사 방지막을 더 포함하는 태양 전지. - 제1항에서,
상기 복수의 제1 전극, 상기 복수의 제1 전극용 집전부 및 상기 복수의 제2 전극은 은(Ag)을 함유하는 태양 전지. - 제1 도전성 타입의 기판에 복수의 비아홀을 형성하는 단계,
상기 기판의 후면에 상기 제1 도전성 타입의 불순물을 함유한 후면 전계부 패턴을 도포하는 단계,
상기 기판의 전면 일부, 상기 비아홀 내부 및 상기 기판의 후면 일부에 상기 제1 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입의 불순물을 함유한 고농도 에미터 패턴을 도포하는 단계,
노출된 상기 기판 전면 위와 상기 기판의 전면에 위치한 상기 고농도 에미터 패턴 및 상기 비아홀 내부에 위치한 상기 고농도 에미터 패턴 위에 상기 제2 도전성 타입의 불순물이 함유된 도핑 물질을 도포하는 단계,
상기 후면 전계부 패턴, 상기 고농도 에미터 패턴 및 상기 도핑 물질이 도포된 상기 기판을 열 처리하여 상기 기판의 전면, 상기 비이홀 내부 및 상기 기판의 후면 일부에 불순물 도핑 두께가 서로 상이한 제1 내지 제3 에미터부를 구비한 에미터를 형성하고 상기 기판의 후면에 후면 전계부를 형성하는 단계,
상기 기판의 후면에 후면 보호막부를 형성하는 단계, 그리고
상기 에미터와 연결되는 전면 전극 및 전면전극용 집전부와 상기 후면 전계부와 연결되어 있는 후면 전극부를 형성하는 단계
를 포함하는 태양 전지의 제조 방법. - 제17항에서,
상기 후면 전계부 패턴과 상기 고농도 에미터 패턴은 IV족 나노 파티클(nano particle)을 더 포함하는 태양 전지의 제조 방법. - 제18항에서,
상기 IV족 나노 파티클은 실리콘 나노 파티클인 태양 전지의 제조 방법. - 제17항에서,
상기 후면 전계부 패턴과 상기 고농도 에미터 패턴은 잉크젯 프린팅법(ink-jet printing), 에어로솔 코팅법(aerosol-coating), 일렉트로 스프레이 코팅법(electro-spray coating) 중 적어도 하나에 의해 도포되는 태양 전지의 제조 방법. - 제17항에서,
상기 에미터 위에 반사 방지막을 형성하는 단계를 더 포함하는 태양 전지의 제조 방법. - 제21항에서,
상기 전면 전극 및 전면전극용 집전부와 후면 전극부 형성 단계는,
상기 후면 보호막부 위에 후면 전극부 패턴과 전면 전극 패턴을 형성하는 단계,
상기 반사 방지막 위에 전면 전극 패턴을 형성하는 단계, 그리고
상기 기판을 열처리하여, 상기 후면 전극부 패턴과 상기 전면 전극 패턴이 상기 후면 보호막부를 관통하여 상기 후면 전계부와 접촉하는 상기 후면 전극부와 상기 에미터와 접촉하는 전면전극용 집전부를 형성하고, 상기 전면 전극부 패턴이 상기 반사 방지막을 관통하여 상기 에미터와 접촉하는 상기 전면 전극을 형성하는 단계
를 포함하는 태양 전지의 제조 방법. - 제21항에서,
상기 전면 전극 및 전면전극용 집전부와 후면 전극부 형성 단계는,
상기 반사 방지막 위에 전면 전극 패턴을 형성하는 단계,
상기 기판을 열처리하여, 상기 전면 전극 패턴이 상기 반사 방지막을 관통하여 상기 에미터와 접촉하는 상기 전면 전극을 형성하는 단계,
상기 후면 보호막부 위에 후면 전극부 패턴과 전면전극용 집전부 패턴을 형성하는 단계, 그리고
상기 후면 전극부 패턴과 상기 전면전극용 집전부 패턴 위에 레이저 빔을 조사하여, 상기 후면 보호막부를 통과하여 상기 후면 전계부와 접촉하는 상기 후면 전극부를 형성하고, 상기 후면 보호막부를 통과하여 상기 에미터와 접촉하는 전면전극용 집전부를 형성하는 단계
를 포함하는 태양 전지의 제조 방법. - 제22항 또는 제23항에서,
상기 기판의 후면에 후면 반사막을 형성하는 단계를 더 포함하는 태양 전지의 제조 방법. - 제24항에서,
상기 후면 반사막은 상기 후면 전극부 패턴을 형성한 후, 노출된 상기 후면 보호막부 위에 형성되는 태양 전지의 제조 방법. - 제24항에서,
상기 후면 반사막은 상기 전면 전극부와 상기 후면 전극부를 형성한 후 상기 후면 전극부와 상기 후면 보호막부 위에 형성되는 태양 전지의 제조 방법.
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| KR1020100048517A KR101621980B1 (ko) | 2010-05-25 | 2010-05-25 | 태양 전지 및 그 제조 방법 |
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| KR20140110976A (ko) * | 2011-12-26 | 2014-09-17 | 솔렉셀, 인크. | 태양 전지에서 향상된 광 포획을 위한 시스템 및 방법 |
| US9419165B2 (en) | 2006-10-09 | 2016-08-16 | Solexel, Inc. | Laser processing for high-efficiency thin crystalline silicon solar cell fabrication |
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2010
- 2010-05-25 KR KR1020100048517A patent/KR101621980B1/ko not_active IP Right Cessation
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