KR20110138649A - 태양 전지 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 태양전지 및 그 전극 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명의 태양전지는 제1 도전성 타입의 기판, 제1 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입을 가지고 있고 기판과 p-n 접합을 형성하는 에미터부, 에미터부와 연결되어 있으며, 2층 이상으로 구성되는 다층 구조를 갖는 복수의 제1 전극, 복수의 제1 전극과 연결되어 있으며, 단일층 구조를 갖는 적어도 하나의 제1 집전부, 그리고, 기판과 연결되어 있는 제2 전극을 포함하고, 복수의 제1 전극은 에미터부과 바로 위에 위치하는 제1 전극층을 각각 포함하고, 적어도 하나의 제1 집전부는 제1 전극층과 동일한 물질로 이루어진다. 이로 인해 태양전지의 효율이 향상되고, 제조 비용이 절감된다.

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.
일반적인 태양 전지는 p형과 n형처럼 서로 다른 도전성 타입(conductive type)의 반도체로 이루어진 기판(substrate) 및 에미터부(emitter region), 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 연결된 전극에 의해 수집되며, 이 전극들을 전선으로 연결하여 전력을 얻는다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 태양 전지의 제조 비용을 줄이기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 태양 전지의 효율을 향상시키는 것이다.
본 발명의 한 특징에 따른 태양 전지는 제1 도전성 타입의 기판, 제1 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입을 가지고 있고 기판과 p-n 접합을 형성하는 에미터부, 에미터부와 연결되어 있으며, 2층 이상으로 구성되는 다층 구조를 갖는 복수의 제1 전극, 복수의 제1 전극과 연결되어 있으며, 단일층 구조를 갖는 적어도 하나의 제1 집전부, 그리고, 기판과 연결되어 있는 제2 전극을 포함하고, 복수의 제1 전극은 에미터부과 바로 위에 위치하는 제1 전극층을 각각 포함하고, 적어도 하나의 제1 집전부는 제1 전극층과 동일한 물질로 이루어진다.
복수의 제1 전극은 제1 전극층 위에 위치하는 제2 전극층을 각각 포함하고, 제2 전극층은 상기 제1 전극층과 다른 물질로 이루어 질 수 있다.
여기서, 제1 전극층은 은(Ag)을 함유하며, 제2 전극층 및 제1 집전부는 니켈(Ni), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 티타늄(Ti) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또는, 제1 전극과 제1 집전부는 은(Ag)을 함유하고 있으며, 제1 집전부는 제1 전극층과 은(Ag)의 함량이 실질적으로 동일하고, 제2 전극층은 제1 전극층과 은(Ag)의 함량이 다를 수 있다.
이 경우, 제1 전극층 및 제1 집전부의 은(Ag)의 함량은 제2 전극층의 은(Ag)의 함량보다 클 수 있다.
제1 전극층의 높이는 약 15㎛ 내지 30㎛일 수 있다.
제2 전극층은 높이는 약 10㎛ 내지 35㎛일 수 있다.
제1 전극의 폭은 약 30㎛ 내지 80㎛일 수 있다.
본 발명의 다른 특성에 따른 태양 전지의 전극 제조 방법은 반도체 기판의 제1 영역에 제1 페이스트를 인쇄하여 제1 방향으로 나란하게 형성되는 제1 전극층 패턴부 및 제1 방향에 직교하는 제2 방향으로 형성되는 제1 집전부 패턴부를 동시에 형성하는 단계; 제1 전극층 패턴부가 형성된 반도체 기판의 제1 영역에 제2 페이스트를 인쇄하여 제 1 전극층 패턴부 바로 위에 형성되는 제2 전극층 패턴부를 형성하는 단계; 및 반도체 기판의 제1영역과 전기적으로 분리된 제2 영역에 제2 전극 패턴부를 형성하는 단계를 포함한다.
제1 페이스트 및 제2 페이스트는 동일한 물질로 이루어질 수 있다.
이때, 제1 페이스트 및 제2 페이스트는 은(Ag)을 함유하고 있으며, 제1 페이스트 및 제2 페이스트의 은(Ag)의 함량이 실질적으로 동일하거나, 제1 페이스트의 은(Ag)의 함량이 제2 페이스트의 은(Ag)의 함량보다 높을 수 있다.
이와는 달리, 제1 페이스트 및 제2 페이스트는 다른 물질로 이루어질 수 있다.
제1 페이스트는 은(Ag)을 함유하고, 제2 페이스트는 니켈(Ni), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 티타늄(Ti) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
반도체 기판의 제2 영역에 제2 집전부 패턴을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
제2 전극 패턴부 및 제 2 집전부 패턴 형성단계는 제2 페이스트와 실질적으로 동일한 페이스트를 스크린 인쇄하여 전극 패턴을 형성할 수 있다.
이러한 특징에 따르면, 각 제1 전극은 제1 전극층과 그 위에 위치하는 제2 전극층으로 이루어진 이층 구조로 되어 있으므로, 1층 구조의 제1 전극보다 높은 두께를 갖는다. 따라서, 제1 전극의 직렬 저항이 감소하고 이로 인해, 에미터부로부터 복수의 제1 전극으로의 전하 전송 효율이 향상되어 태양전지의 효율이 향상된다. 또한, 에미터부와 접촉하는 제1 전극의 부분은 은(Ag)을 함유하므로 에미터부와의 접촉 저항이 낮아지며, 에미터부로부터 제1 전극으로의 전하 전송 효율이 향상되므로 태양전지이 효율은 더욱더 향상된다. 또한, 은(Ag)보다 저렴한 도전성 물질을 이용하여 제2 전극층을 형성하므로, 은(Ag) 페이스트의 소모량을 줄이고, 생산 비용을 절감하는 효과가 있다.
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 3의 (a) 내지 (e)는 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 순차적으로 도시한 단면도이다.
도 4의 (a) 내지 (c)는 본 발명의 다양한 실시예에 따라 스크린 인쇄법을 이용하여 기판 위에 인쇄된 전면 전극부 패턴을 도시한 것으로서, 도 4의 (a)는 1차 인쇄에 의해 형성된 전면 전극부 패턴을 도시한 도면이고, 도 4의 (b) 및 (c) 각각은 본 발명의 다양한 실시예에 따라 2차 인쇄에 의해 형성된 전면 전극부 패턴을 도시한 도면이다.
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 2를 참고로 하여 본 발명의 한 실시예에 따른 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 2에 도시한 것처럼, 태양 전지(1)는 기판(110), 빛이 입사되는 기판(110)의 수광면에 위치하는 에미터부(120), 에미터부(120) 위에 위치하는 복수의 제1 전극(141), 복수의 제1 전극(141)과 교차하는 방향으로 에미터부(120) 위에 위치하는적어도 한 개의 제1 집전부(142), 제1 전극(141)과 제1 집전부(142)가 위치하지 않는 에미터부(120) 위에 위치하는 반사방지막(130), 수광면의 반대쪽 면에 위치하고 기판(110)과 연결되어 있는 제2 전극(151)을 구비한다.
기판(110)은 제1 도전성 타입, 예를 들어 p형 도전성 타입의 실리콘(silicon)으로 이루어진 반도체 기판이다. 이때, 실리콘은 단결정 실리콘, 다결정 실리콘 또는 비정질 실리콘일 수 있다. 기판(110)이 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 붕소(B), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등과 같은 3가 원소의 불순물을 함유한다.
대안적인 실시예에서, 기판(110)은 텍스처링 표면(textured surface)을 구비할 수 있다. 기판(110)의 표면이 텍스처링 표면으로 형성되면 기판(110)의 수광면에서의 빛 반사도가 감소하고, 텍스처링 표면에서 입사와 반사 동작이 이루어져 태양 전지의 내부에 빛이 갇히게 되어 빛의 흡수율이 증가된다. 따라서, 태양 전지(1)의 효율이 향상된다. 이에 더하여, 기판(110)으로 입사되는 빛의 반사 손실이 줄어들어 기판(110)으로 입사되는 빛의 양은 더욱 증가한다.
에미터부(120)는 기판(110)의 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입, 예를 들어, n형의 도전성 타입을 구비하고 있는 불순물이 도핑(doping)된 영역으로서, 기판 (110)과 p-n 접합을 이룬다.
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 있다.
이에 따라, 기판(110)에 입사된 빛에 의해 기판(110) 내부의 전자가 에너지를 받으면 전자가 여기되어 전자와 정공이 생성되어, 전자는 n형 반도체 쪽으로 이동하고 정공은 p형 반도체 쪽으로 이동한다. 따라서, 기판(110)이 p형이고 에미터부(120)가 n형일 경우, 정공은 기판(110)쪽으로 이동하고 전자는 에미터부(120)쪽으로 이동한다.
본 실시예와는 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 불순물을 함유할 수 있다.
에미터부(120)는 기판(110)과 p-n접합을 형성하게 되므로, 기판(110)이 n형의 도전성 타입을 가질 경우 에미터부(120)는 p형의 도전성 타입을 가진다. 이 경우, 분리된 전자는 기판(110)쪽으로 이동하고 분리된 정공은 에미터부(120)쪽으로 이동한다. 에미터부(120)가 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 에미터부(120)는 붕소(B), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등과 같은 3가 원소의 불순물을 기판(110)에 도핑하여 형성할 수 있다.
기판(110)의 에미터부(120) 위에 위치한 반사 방지막(130)은 실리콘 질화막(SiNx)이나 실리콘 산화막(SiOx) 등으로 이루어진다. 반사 방지막(130)은 태양 전지(1)로 입사되는 빛의 반사도를 줄이고 특정한 파장 영역의 선택성을 증가시켜 태양 전지(1)의 효율을 높인다.
도 1 및 도 2에서 반사 방지막(130)은 단일막으로 이루어져 있지만, 이중막이나 삼중막과 같이 다층막으로 이루어질 수 있고, 필요에 따라 반사 방지막(130)은 생략될 수 있다.
복수의 제1 전극(141) 각각은 에미터부(120)과 연결되어 있는 도전성 물질로 이루어진 제1 전극층(141a)과 제1 전극층(141a) 위에 위치하며 제1 전극층(141a)과 다른 도전성 물질로 이루어진 제2 전극층(141b)을 구비한다. 이때, 제1 전극층(141a)과 그 위에 위치하는 제2 전극층(141b)의 평면 형상은 실질적으로 동일하다.
따라서 에미터부(120)쪽으로 이동한 전하(예, 전자)는 복수의 제1 전극층(141a)에 의해 주로 수집되고, 수집된 전하의 적어도 일부는 복수의 제2 전극층(141a)과 연결되어 있는 제2 전극층(141b)으로 이동한다.
본 실시예에서, 제1 전극층(141a)은 전도도가 좋은 은(Ag)을 함유하고, 제2 전극층(141b)은 니켈(Ni), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 티타늄(Ti), 금(Au) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 주성분으로 한다.
따라서, 기판(110)의 에미터부(120)와 복수의 제1 전극층(141a)과의 접촉 저항이 낮아지므로, 에미터부(120)로부터 제1 전극층(141a)으로의 전하 전송 효율이 향상된다.
또한, 본 실시예에 따른 각 제1 전극(141)는 제1 전극층(141a)과 그 위에 위치하는 제2 전극층(141b)으로 이루어진 이층 구조를 갖고 있으므로, 1층 구조의 제1 전극보다 높은 두께를 갖는다. 따라서, 태양 전지(1)의 직렬 저항이 감소하고 이로 인해, 에미터부(120)로부터 복수의 제1 전극(141)으로의 전하 전송 효율이 향상되어 전류 손실이 감소된다
본 실시예에 따른 태양전지(1)에서, 제1 전극(141)은 30㎛ 내지 100㎛의 선폭(W1)을 가질 수 있다. 또한, 제1 전극층(141a)의 두께(T1)는 약 15㎛ 내지 30㎛일 수 있고, 제2 전극층(141b)의 두께(T2)는 약 40㎛ 내지 50㎛일 수 있다
여기에서, 제1 전극(141)의 선폭(W1)이 약 30㎛보다 작을 경우 제1 전극(141)의 단선이 발생할 수 있다. 또한 제1 전극(141)의 선폭(W1)이 약 100㎛를 초과할 경우 수광 면적이 줄어들어 태양 전지(1)의 효율이 저하될 수 있다. 따라서 제1 전극(141)의 선폭(W1)은 30㎛ 내지 100㎛인 것이 적합나다.
에미터부(120) 위에 위치하는 적어도 하나의 제1 집전부(142)는 버스 바(bus bar)라고도 불리며 복수의 제1 전극(141)과 교차하는 방향으로 뻗어 있다.
도 1 및 도 2에 도시한 것처럼, 제1 집전부(142)는 제1 및 제2 전극층(141a, 141b)과 연결되어 있다.
제1 집전부(142)는 제1 전극층(141a)과 동일한 물질로 이루어져 있고, 제1 집전부(142)의 측면을 통해 복수의 제1 전극층(141a)과 부분적으로 연결되어 있으며, 제1 전극층(141a) 위에 위치한 제2 전극층(141b)과는 다른 물질로 이루어져 있다. 이때, 도 1 및 도 2에 도시한 제1 집전부(142)의 두께는 제1 전극(141)의 두께와 실질적으로 동일하나, 제1 집전부(142)의 두께와 제1 전극(141)의 두께는 다르게 형성될 수도 있다. 두께가 다른 경우 제1 전극(141)과 제1 집전부(142)가 만나는 부분은 경사지게 형성될 수도 있다.
이미 설명한 것처럼, 제1 전극(141)는 제1 전극층(141a)과 제2 전극층(141b)로 이루어진 이중막 구조를 갖고 있고, 제1 집전부(142)는 제1 전극층(141a)과 동일한 물질로 이루어진 단일막 구조를 갖고 있으므로, 제1 전극(141)의 제2 전극층(141b)의 두께는 제1 버스바(142)의 두께보다 얇다.
하지만, 이미 설명한 것처럼, 대안적인 실시에에서, 제1 전극(141)와 제1 집전부(142)의 두께는 서로 상이할 수 있고, 이 경우, 제2 전극층(141b)의 두께는 제1 버스바(142)의 두께보다 두껍거나 동일할 수 있다.
복수의 제1 전극(141)의 제1 전극층(141a)은 서로 이격되어 제1 집전부(142)과 교차하는 방향으로 뻗어 있지만, 에미터부(120) 위에 바로 복수의 제1 전극(141)과 교차하는 방향으로 뻗어 있는 제1 집전부(142)가 위치하므로, 복수의 제1 전극층(141a)은 제1 집전부(142)가 위치한 에미터부(120) 위에는 위치하지 않는다.
이처럼, 제1 집전부(142)는 복수의 제1 전극(141)과 에미터부(120) 일부에 연결되어 있으므로, 에미터부(120)와 복수의 제1 전극(141)으로부터 전달되는 전하, 예를 들면 전자를 외부 장치로 출력한다. 이때, 제1 집전부(142)로 전달되는 전하는 제2 전극층(141b) 뿐만 아니라 제1 전극층(141a)을 통해서도 전달된다. 이미 설명한 것처럼, 제2 전극층(141b)과 제1 집전부(142)는 은(Ag)보다 저렴한 도전성 물질로 이루어져 있으므로, 태양 전지(1)의 제조 비용이 감소한다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 제1 전극(141)은 제1 전극층(141a), 제2 전극층(141b) 및 제1 집전부(142)의 주성분을 이루는 도전성 물질은 동일하나, 제1 전극층(141a) 및 제1 집전부(142)의 도전성 물질의 함량과 제2 전극층(141b) 의 도전성 물질의 함량이 다르게 형성될 수도 있다.
예를 들어, 제2 전극층(141b)의 은(Ag)의 함량이 제1 전극층(141a) 및 제1 집전부(142)의 은(Ag)의 함량보다 크게 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 전극층(141a) 및 제1 집전부(142)의 은(Ag)의 함량은 전체 중량 대비 약 80 내지 90 중량%, 그리고 제2 전극층(141b)의 은(Ag)의 함량은 전체 중량 대비 약 70 내지 75 중량%로 형성 될 수 있다.
태양 전지(1)는 제2 전극(151)과 기판(110) 사이에 형성되는 후면 전계(back surface field, BSF, 171)부를 더 포함한다. 후면 전계부(171)는 기판(110)과 동일한 도전성 타입의 불순물이 기판(110)보다 고농도로 도핑된 영역, 예를 들면, p+ 영역이다. 이러한 후면 전계부(171)는 기판(110) 전위 장벽으로 작용하게 된다. 따라서, 기판(110)의 후면부 쪽에서 전자와 정공이 재결합하여 소멸되는 것이 감소되므로 태양 전지(1)의 효율이 향상된다.
기판(110)의 후면에 위치한 제2 전극(151)은 기판(110)쪽으로 이동하는 전하, 예를 들어 정공을 수집한다.
제2 전극(151)은 적어도 하나의 도전성 물질로 이루어져 있다. 도전성 물질은 니켈(Ni), 구리(Cu), 은(Ag), 알루미늄(Al), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 티타늄(Ti), 금(Au) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나일 수 있지만, 이외의 다른 도전성 물질로 이루어질 수 있다.
본 실시예에 따른 태양 전지(1)는 기판(110)의 후면에 위치하고 후면 전극(151)과 연결되어 있는 적어도 하나의 제2 집전부(152)를 더 구비한다.
본 실시예에서 적어도 하나의 제2 집전부(152)는 기판의 후면에 바로 위치하여 인접한 후면 전극(151)과 연결된다. 즉, 제2 전극(151)과 중첩되지 않게 형성된다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니며, 제2 전극(151)과 일부 중첩되게 형성될 수도 있고, 기판(110)의 후면에 위치한 후면 전극(151) 아래에 위치하여 하부의 후면 전극(151)과 연결될 수 있다.
본 실시예에서, 제2 집전부(152)는 실질적으로 기판(110)을 중심으로 제1 집전부(142)과 대응하는 위치에 위치하고, 이로 인해, 제1 집전부(142)와 동일한 바향으로 뻗어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.도 1은 태양 전지의 일부의 사시도로서, 제2 집전부(152)가 하나만 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않고 복수 개의 제2 집전부(152)를 가질 수 있다.
제2 집전부(152)는 제1 집전부(142)와 유사하게, 후면 전극(151)과 연결되어 제2 전극(151)으로부터 전달되는 전하, 예를 들면 정공을 수집한 후, 도전성 테이프 등을 통해 외부 장치로 출력한다.
제2 집전부(152)를 구성하는 도전성 물질은 니켈(Ni), 구리(Cu), 은(Ag), 알루미늄(Al), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 티타늄(Ti), 금(Au) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나일 수 있지만, 이외의 다른 도전성 금속 물질로 이루어질 수 있다.
다음, 도 3의 (a) 내지 (e)와 도 4의 (a) 및 (b)를 참고로 하여 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지(1)의 제조 방법에 대하여 설명한다.
도 3의 (a) 내지 (e)는 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 순차적으로 도시한 단면도이다.
도 4의 (a) 내지 (c)는 본 발명의 다양한 실시예에 따라 스크린 인쇄법을 이용하여 기판 위에 인쇄된 전면 전극부 패턴을 도시한 것으로서, 도 4의 (a)는 1차 인쇄에 의해 형성된 전면 전극부 패턴을 도시한 도면이고, 도 4의 (b) 및 (c) 각각은 본 발명의 다향한 실시예에 따라 2차 인쇄에 의해 형성된 전면 전극부 패턴을 도시한 도면이다.
먼저, 도 3의 (a)에 도시한 것처럼, p형의 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 열처리하여 기판(110) 전체면에 p형의 에미터부를 형성할 수 있다. 그런 다음, n형 불순물 또는 p형 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.
다음, 도 3의 (b)에 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 형성한다.
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 가질 수 있다. 이로 인해, 공기에서부터 기판(110)으로의 굴절률 변화가 순차적으로 이루어지므로 반사 방지막(130)의 반사 방지 효과가 향상된다.
다음, 도 3의 (c)에 도시한 것처럼, 반도체 기판의 제1 영역에 은(Ag)을 함유하는 페이스트를 스크린 인쇄법으로 인쇄한 후 약 120℃ 내지 200℃에서 건조하여 제1 전면 전극부 패턴(40a)을 형성한다. 이때, 제1 전면 전극부 패턴(40a)의 형상은 도 4의 (a)에 도시된 바와 같으며, 제1 전면 전극부 패턴(40a)은 제1 전극층 패턴부(41a) 및 제1 집전부 패턴부(42)를 구비한다. 이때, 제1 집전부 패턴부(42)는 제1 전극층 패턴부(41a)와 교차하는 방향으로 뻗어 있다. 여기서, 반도체 기판의 제1 영역에 제1 전극(141, 전면전극)이 형성된다.
제1 전면 전극부 패턴(40a)을 은(Ag) 페이스트로 형성하는 경우, 실리콘 기판(110)과의 접촉 저항이 감소되어 광전 변환 특성을 향상시킨다.
그런 다음, 도 3의 (d)에 도시한 것처럼, 제1 전면 전극부 패턴(40a)과는 다른 물질, 즉, 알루미늄(Al)을 함유한 페이스트를 제1 전면 전극부 패턴(40a)이 인쇄된 반도체 기판의 제1 영역, 즉, 제1 전면 전극 패턴부(41a) 위에 인쇄한 후 약 120℃ 내지 200℃에서 건조하여 제2 전면 전극부 패턴(40b)을 형성한다.
이때, 제2 전면 전극부 패턴(40b)용 페이스트는 알루미늄(Al) 대신 니켈(Ni), 구리(Cu), 은(Ag), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 티타늄(Ti) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이처럼, 기판(110) 위에 인쇄된 제2 전면 전극부 패턴(40b)은 도 4의 (b)에 도시한 것과 같다.
이와는 달리, 도 4의 (c)에 도시된 바와 같이, 제2 전면 전극부 패턴(40b)를 제1 집전부 영역에서 끊어지지 않고 이어지도록 2차 인쇄하는 것도 가능하다.
도 3의 (d)에서 제1 집전부 패턴부(42)의 두께는 제1 전극 패턴부(41)의 두께와 실질적으로 동일하지만, 이와는 달리 서로 다를 수 있다.
전면 전극부 패턴(40)을 두 번에 걸쳐 인쇄하므로, 한 번 인쇄하는 것에 비하여 높은 두께의 제1 전극(141)을 형성할 수 있으며, 은(Ag)보다 저렴한 도전성 물질을 이용하여 제2 전극층 패턴부(41b)를 형성하므로, 은(Ag) 페이스트의 소모량을 줄이고, 생산 비용을 절감하는 효과가 있다.
하지만, 대안적인 실시예에서, 제1 전극층 패턴부(41a)과 제2 전극층 패턴부(41b)를 형성하는 페이스트의 주성분을 이루는 도전성 물질은 동일하나, 제1 전극층 패턴부(41a) 및 제1 집전부 패턴부(42)를 위한 페이스트에서 주성분인 도전성 물질의 함량과 제2 전극층 패턴부(41b)를 위한 페이스트에서 주성분인 도전성 물질의 함량은 서로 다를 수 있다. 즉, 제1 전면 전극부 패턴(40a)과 제2 전면 전극부 패턴(40b)의 각각의 페이스트의 주성분인 도전성 물질의 함량이 서로 다를 수 있다.
예를 들어, 반사 방지막(130) 위에 전체 중량 대비 은(Ag) 파우더의 함량이 상대적으로 높은 제1 페이스트를 인쇄하여 제1 전면 전극부 패턴(40a)을 형성하고, 전체 중량 대비 은(Ag) 파우더의 함량 제1 페이스트에 비하여 낮은 제2 페이스트를 제1 전면 전극부 패턴(40a)의 제1 전극층 패턴부(41a) 위에 인쇄하여 제2 전면 전극부 패턴(40b)을 형성할 수 있다. 이때, 제1 페이스트는 은 파우더의 함량이 전체 중량 대비 약 80 내지 90 중량%로 포함하고 있는 은(Ag) 페이스트이고, 제2 페이스트는 은 파우더의 함량은 전체 중량 대비 약 70 내지 75 중량%로 포함하고 있는 은(Ag) 페이스트일 수 있다.
다음, 도 3의 (e)에 도시한 것처럼, 스크린 인쇄법을 이용하여, 전면 전극부 패턴(40)이 인쇄된 제1 영역과 전기적으로 분리된 제2 영역, 본 실시예에서는 기판(110) 후면의 해당 부분에 알루미늄(Al)을 함유한 후면전극용 페이스트를 도포한 후 건조시켜, 후면 전극 패턴부(51)를 형성한다. 여기서, 반도체 기판의 제2 영역에 제2 전극(151, 후면전극)이 형성된다.후면전극용 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.
다음, 스크린 인쇄법을 이용하여, 제2 영역, 본 실시예에서는 기판(110) 후면의 해당 부분에 알루미늄(Al)을 함유한 후면전극 집전부용 페이스트를 도포한 후 건조시켜, 후면 전극 집전부 패턴(52, 제2 집전부 패턴)을 형성한다.
본 실시예에서 적어도 하나의 제2 집전부 패턴(52)은 기판의 후면에 바로 위치하여 인접한 후면 전극 패턴부(51)와 연결된다. 즉, 제2 전극 패턴부(51)과 중첩되지 않게 형성된다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니며, 후면 전극 패턴부(51)와 일부 중첩되게 형성될 수도 있고, 기판(110)의 후면에 위치한 후면 전극부 패턴(51) 아래에 위치하여 하부의 후면 전극 패턴부(51)와 연결될 수 있다.
본 실시예에서, 제2 집전부 패턴(52)은 실질적으로 기판(110)을 중심으로 제1 집전부 패턴(42)과 대응하는 위치에 형성한다. 즉, 제1 집전부 패턴(42)과 동일한 방향으로 뻗어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 도 3의 (e)에는, 제2 집전부 패턴(52)이 하나만 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않고 복수 개의 제2 집전부 패턴(52)을 형성할 수 있다.
후면전극 집전부용 페이스트는 알루미늄(Al) 대신 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 하나를 포함할 수 있으며, 또는, 이외의 다른 도전성 금속 물질로 이루어질 수 있다.
전면 전극부 패턴(40)과 후면 전극부 패턴(50)의 형성 순서는 변경 가능하다. 또한, 후면 전극부 패턴(50) 형성에 있어, 후면 전극 패턴부(51)와 후면 전극 집전부 패턴(52)의 형성 순서의 변경이 가능하다.
그런 다음, 약 750℃ 내지 약 800℃의 온도에서 전면 전극부 패턴(40)과 후면 전극부 패턴(50)을 구비한 기판(110)을 소성하여(firing), 복수의 제1 전극 (141)과 적어도 하나의 제1 집전부(142), 후면 전극(151) , 후면 전극 집전부(152) 및 후면 전계부(171)를 형성한다.
즉, 열처리가 시행되면, 전면전극부 패턴(40)의 글래스 프릿에 함유된 납(Pb) 등에 의해 전면전극부 패턴(40)은 하부의 반사 방지막(130) 부분을 관통하고, 이로 인해, 에미터부(120)와 접촉하는 복수의 제1 전극(141)과 적어도 하나의 제1 집전부(142)를 구비한 전면전극부(140)를 완성한다. 이때, 전면전극부 패턴(40)의 제1 전극 패턴부(41)는 복수의 전면 전극, 즉, 제1 전극(141)이 되고, 제1 집전부 패턴부(42)는 적어도 하나의 제1 집전부(142)가 된다.
또한 열처리 공정에 의해 후면 전극 패턴부(51 및 후면 전극 집전부 패턴(52))은 각각 기판(110)과 연결되는 제2 전극(151) 및 제2 집전부(152)가 되며, 제2 전극(151) 및 제2 집전부(152)의 함유물인 알루미늄(Al)이 후면 전극(151)과 접촉한 기판(110)쪽으로 확산되어 주로 후면 전극(151)과 접하고 있는 기판(110)의 후면에 후면 전계부(171)를 형성한다. 이때, 기판(110)의 후면에 위치하는 에미터부(120)를 넘어서까지 알루미늄(A1)이 확산되어 후면 전계부(171)가 형성된다.
상술한 바와 같이, 제2 집전부(152)는 본 실시예와 달리 제2 전극(151) 하부에 연결되도록 제2 전극(151) 아래에 형성될 수도 있다.
그런 다음, 레이저 빔 등을 이용하여 기판(110)의 측면이나 가장자리 부분에 형성된 에미터부(120)의 적어도 일부 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).
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.
1: 태양 전지
40: 전면 전극부 패턴 40a 제1 전면 전극부 패턴
40b: 제2 전면 전극부 패턴 41: 전면 전극 패턴부
41a: 제1 전극층 패턴부 41b: 제2 전극충 패턴부
42: 제1 집전부 패턴부 50: 후면 전극부 패턴
51: 후면 전극 패턴부 52: 후면 전극 집전부 패턴
110: 기판 120: 에미터부
130: 반사 방지막 140: 제1 전극부, 전면전극부
141: 제1 전극, 전면 전극 141a: 제1 전극층, 제1 전면전극층
141b: 제2 전극층, 제2 전면전극층 142: 제1 집전부, 전면전극용 집전부
151: 제2 전극, 후면 전극 152: 제2 집전부
171: 후면전계부

Claims (17)

  1. 제1 도전성 타입의 기판,
    상기 제1 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입을 가지고 있고 상기 기판과 p-n 접합을 형성하는 에미터부,
    상기 에미터부와 연결되어 있으며, 2층 이상으로 구성되는 다층 구조를 갖는 복수의 제1 전극,
    상기 복수의 제1 전극과 연결되어 있으며, 단일층 구조를 갖는 적어도 하나의 제1 집전부, 그리고
    상기 기판과 연결되어 있는 제2 전극을 포함하고,
    상기 복수의 제1 전극은 상기 에미터부과 바로 위에 위치하는 제1 전극층을 각각 포함하고
    상기 적어도 하나의 제1 집전부는 상기 제1 전극층과 동일한 물질로 이루어진 태양전지.
  2. 제1항에서,
    상기 복수의 제1 전극은 상기 제1 전극층 위에 위치하는 제2 전극층을 각각 포함하고
    상기 제2 전극층은 상기 제1 전극층과 다른 물질로 이루어진 태양전지.
  3. 제1항에서,
    상기 제1 전극층 및 상기 제1 집전부는 은(Ag)을 함유하는 태양전지.
  4. 제2항에서,
    상기 제2 전극층은 니켈(Ni), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 티타늄(Ti), 금(Au) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 태양전지.
  5. 제2항에서,
    상기 제1 전극과 상기 제1 집전부는 은(Ag)을 함유하고 있으며,
    상기 제1 집전부는 상기 제1 전극층과 은(Ag)의 함량이 실질적으로 동일하고,
    상기 제2 전극층은 상기 제1 전극층과 은(Ag)의 함량이 다른 태양 전지.
  6. 제5항에서,
    상기 제1 전극층 및 상기 제1 집전부의 은(Ag)의 함량은 상기 제2 전극층의 은(Ag)의 함량보다 큰 태양 전지.
  7. 제1항에서,
    상기 제1 전극층은 약 15㎛ 내지 30㎛의 높이를 갖는 태양 전지.
  8. 제2항에서,
    상기 제2 전극층은 약 10㎛ 내지 35㎛의 높이를 갖는 태양 전지.
  9. 제1항에서,
    상기 제1 전극은 약 30㎛ 내지 80㎛의 폭을 갖는 태양 전지.
  10. 반도체 기판의 제1 영역에 제1 페이스트를 인쇄하여 제1 방향으로 나란하게 형성되는 제1 전극층 패턴부 및 상기 제1 방향에 직교하는 제2 방향으로 형성되는 제1 집전부 패턴부를 동시에 형성하는 단계;
    상기 제1 전극층 패턴부가 형성된 상기 반도체 기판의 상기 제1 영역에 제2 페이스트를 인쇄하여 상기 제1 전극층 패턴부 바로 위에 형성되는 제2 전극층 패턴부를 형성하는 단계;
    상기 반도체 기판의 상기 제1 영역과 전기적으로 분리된 제2 영역에 제2 전극 패턴부를 형성하는 단계를 포함하는 태양 전지의 전극 제조 방법.
  11. 제10항에서,
    상기 제1 페이스트 및 상기 제2 페이스트는 동일한 물질로 이루어진 태양 전지의 전극 제조 방법.
  12. 제11항에서,
    상기 제1 페이스트 및 상기 제2 페이스트는 은(Ag)을 함유하고 있으며,
    상기 제1 페이스트 및 상기 제2 페이스트의 은(Ag)의 함량이 실질적으로 동일한 태양 전지의 전극 제조 방법.
  13. 제11항에서,
    상기 제1 페이스트 및 상기 제2 페이스트는 은(Ag)을 함유하고 있으며,
    상기 제1 페이스트의 은(Ag)의 함량이 상기 제2 페이스트의 은(Ag)의 함량보다 큰 태양 전지의 전극 제조 방법.
  14. 제10항에서
    상기 제1 페이스트 및 상기 제2 페이스트는 다른 물질로 이루어진 태양 전지의 전극 제조 방법.
  15. 제14항에서,
    상기 제1 페이스트는 은(Ag)을 함유하고,
    상기 제2 페이스트는 니켈(Ni), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 티타늄(Ti) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 태양 전지의 전극 제조 방법.
  16. 제10항에서,
    상기 반도체 기판의 상기 제2 영역에 제2 집전부 패턴을 형성하는 단계를 더 포함하는 태양 전지의 전극 제조 방법.
  17. 제16항에서,
    상기 제2 전극 패턴부 및 제 2 집전부 패턴 형성단계는
    상기 제2 페이스트와 실질적으로 동일한 페이스트를 스크린 인쇄하여 패턴을 형성하는 태양 전지의 전극 제조 방법.
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