KR20120009679A - 태양전지 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 태양전지 및 이의 제조 방법에 관한 것으로서, 본 발명의 한 측면에 따른 태양전지는 기판; 및 상기 기판의 한쪽 표면에 위치하는 텍스처링 표면을 포함하며, 상기 텍스처링 표면은 복수의 반원형 단면 형상의 오목부를 구비한다. 이러한 구성의 태양전지는, 한 개의 슬릿에 복수의 홀 패턴이 형성된 마스크를 기판 위에 배치하는 단계; 일정한 선폭을 갖는 선형 레이저 빔을 상기 레이저 빔의 길이 방향과 상기 슬릿의 길이 방향이 일치되도록 한 상태에서 상기 마스크에 조사하는 단계; 상기 복수의 홀 패턴을 통과한 상기 선형 레이저 빔에 의해 상기 기판의 표면 일부를 제거함으로써, 상기 복수의 홀 패턴과 대응하는 위치의 상기 기판 표면에 복수의 오목부를 형성하는 단계; 및 상기 마스크와 상기 기판의 상대적 위치를 조절하면서 상기 선형 레이저 빔을 복수 회 조사하여 상기 기판에 상기 복수의 오목부를 포함하는 텍스처링 표면을 완성하는 단계를 포함하는 태양전지의 제조 방법에 의해 제조할 수 있다.

Description

태양전지 및 이의 제조 방법{SOLAR CELL AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 태양전지 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예측되면서 이들을 대체할 대체 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 그 중에서도 태양전지는 태양 에너지로부터 전기 에너지를 생산하는 전지로서, 에너지 자원이 풍부하고 환경오염에 대한 문제점이 없어 주목 받고 있다.
태양전지는 사용 재료의 종류에 따라서 결정계, 비정질계, 화합물계 등으로 분류되며, 결정계 실리콘 태양전지는 단결정형 및 다결정형으로 분류된다.
단결정 실리콘 태양전지는 기판의 품질이 좋기 때문에 고효율화가 용이하지만 기판의 제조 비용이 큰 단점이 있다. 이에 반하여 다결정 실리콘 태양전지는 단결정 실리콘 태양전지에 비해 상대적으로 기판의 품질이 좋지 않기 때문에 고효율화가 어려운 단점이 있었지만, 최근에는 기판의 품질이 향상되고 공정 기술이 진일보함에 따라 고효율화가 가능하게 되고 있다.
다결정 실리콘 태양전지의 고효율화를 위한 방법의 하나로, 근래에는 기판의 수광면 표면에 요철을 형성하여 상기 수광면에 입사하는 빛의 반사도를 저감하는 방법이 있다
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 효율이 향상된 태양전지를 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 공정 시간을 단축할 수 있는 태양전지의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 한 측면에 따른 태양전지는 기판; 및 상기 기판의 한쪽 표면에 위치하는 텍스처링 표면을 포함하며, 상기 텍스처링 표면은 복수의 반원형 단면 형상의 오목부를 구비한다.
복수의 오목부는 10㎛ 이하의 직경으로 형성되고, 텍스처링 표면의 하측 또는 상측에는 에미터부가 위치하며, 에미터부의 표면은 텍스처링 표면과 동일한 형상으로 형성된다.
복수의 오목부는 복수의 열로 배열되거나, 랜덤하게 배열될 수 있다.
복수의 오목부가 복수의 열로 배열되는 경우, 상기 복수의 열 중에서 어느 한 열에 위치하는 복수의 오목부는 서로 동일한 크기로 형성되거나, 적어도 2개 이상의 서로 다른 크기로 형성될 수 있다.
어느 한 열에 위치하는 복수의 오목부가 서로 동일한 크기로 형성되는 경우, 상기 복수의 오목부는 다른 열에 위치하는 복수의 오목부와 서로 다른 크기로 형성되거나, 서로 동일한 크기로 형성될 수 있다.
어느 한 열에 위치하는 복수의 오목부가 이웃하는 열에 위치하는 복수의 오목부와 서로 다른 크기로 형성되는 경우, 상기 어느 한 열에 위치하는 복수의 오목부는 이웃하는 열에 위치하는 복수의 오목부와 행방향으로 서로 평행하지 않게 배열될 수 있다.
그리고 복수의 열에 위치하는 복수의 오목부가 모두 서로 동일한 크기로 형성되는 경우, 어느 한 열에 위치하는 복수의 오목부는 이웃하는 열에 위치하는 복수의 오목부와 행방향으로 서로 평행하지 않게 배열되거나, 서로 평행하게 배열될 수 있다.
복수의 열 중에서 어느 한 열에 위치하는 복수의 오목부가 적어도 2개 이상의 서로 다른 크기로 형성되는 경우, 어느 한 열에 위치하는 복수의 오목부 중에서 상기 기판의 중심부에 위치하는 오목부의 크기와 상기 기판의 가장자리부에 위치하는 오목부의 크기는 서로 다르게 형성될 수 있다.
예컨대, 기판의 중심부에 위치하는 오목부의 크기가 기판의 가장자리부에 위치하는 오목부의 크기보다 크게 형성될 수 있다. 이때, 오목부의 크기는 기판 가장자리부로부터 기판 중심부 쪽으로 갈수록 점차적으로 커질 수 있다.
이와는 달리, 기판의 가장자리부에 위치하는 오목부의 크기가 상기 중심부에 위치하는 오목부의 크기보다 크게 형성될 수 있으며, 이때, 오목부의 크기는 기판 중심부로부터 기판 가장자리부 쪽으로 갈수록 점차적으로 커질 수 있다.
그리고, 복수의 오목부가 랜덤하게 배열되는 경우, 복수의 오목부는 서로 동일한 크기로 형성되거나, 적어도 2개 이상의 서로 다른 크기로 형성될 수 있다.
이러한 구성의 태양전지는, 한 개의 슬릿에 복수의 홀 패턴이 형성된 마스크를 기판 위에 배치하는 단계; 일정한 선폭을 갖는 선형 레이저 빔을 상기 레이저 빔의 길이 방향과 상기 슬릿의 길이 방향이 일치되도록 한 상태에서 상기 마스크에 조사하는 단계; 상기 복수의 홀 패턴을 통과한 상기 선형 레이저 빔에 의해 상기 기판의 표면 일부를 제거함으로써, 상기 복수의 홀 패턴과 대응하는 위치의 상기 기판 표면에 복수의 오목부를 형성하는 단계; 및 상기 마스크와 상기 기판의 상대적 위치를 조절하면서 상기 선형 레이저 빔을 복수 회 조사하여 상기 기판에 상기 복수의 오목부를 포함하는 텍스처링 표면을 완성하는 단계를 포함하는 태양전지의 제조 방법에 의해 제조할 수 있다.
상기 제조 방법에 있어서, 선형 레이저 빔으로는 500㎚ 이하의 파장을 갖는 엑사이머(eximer) 레이저를 사용할 수 있고, 레이저 빔의 선폭은 상기 홀 패턴의 폭보다는 크고 상기 슬릿의 폭보다는 작거나 동일한 크기로 형성할 수 있으며, 반원형 오목부를 10㎛ 이하의 크기로 형성할 수 있다.
그리고 상기 텍스처링 표면을 형성한 후, 상기 텍스처링 표면의 하측 또는 상측에 에미터부를 더 형성할 수 있다.
다른 방법으로, 전술한 구성의 태양전지는, 복수의 홀 패턴이 형성된 제1 영역과 레이저 빔의 강도를 감소시키기 위한 반투과 패턴이 형성된 제2 영역을 포함하는 한 개의 슬릿을 갖는 마스크를 기판 위에 배치하는 단계; 에미터부를 형성하기 위한 불순물 층을 상기 기판 표면에 형성하는 단계; 일정한 선폭을 갖는 선형 레이저 빔을 상기 레이저 빔의 길이 방향과 상기 슬릿의 길이 방향이 일치되도록 한 상태에서 상기 마스크에 조사하는 단계; 상기 복수의 홀 패턴을 통과한 상기 선형 레이저 빔에 의해 상기 기판의 표면 일부를 제거하여 상기 복수의 홀 패턴과 대응하는 위치의 상기 기판 표면에 복수의 오목부를 형성하고, 상기 반투과 패턴을 통과한 상기 선형 레이저 빔에 의해 상기 불순물 층의 불순물을 활성화시켜 상기 반투과 패턴과 대응하는 위치의 상기 기판 내부로 상기 불순물을 확산시키는 단계; 및 상기 마스크와 상기 기판의 상대적 위치를 조절하면서 상기 선형 레이저 빔을 복수 회 조사하여 상기 기판에 텍스처링 표면 및 에미터부를 완성하는 단계를 포함하는 제조 방법에 의해 제조할 수 있다.
상기 제조 방법에 있어서, 선형 레이저 빔으로는 500㎚ 이하의 파장을 갖는 엑사이머(eximer) 레이저를 사용할 수 있고, 레이저 빔의 선폭은 상기 홀 패턴과 상기 반투과 패턴을 동시에 조사할 수 있는 크기보다 크고 상기 슬릿의 폭보다 작거나 동일한 크기로 형성할 수 있으며, 반구형 오목부를 10㎛ 이하의 크기로 형성할 수 있다.
마스크와 기판의 상대적 위치를 조절하는 것은 레이저 빔을 조사하기 전에 기판을 상기 제1 영역의 폭만큼 이송하는 것에 따라 이루어질 수 있으며, 반투과 패턴의 크기를 상기 제1 영역의 크기와 동일하게 형성할 수 있다.
이러한 특징에 따르면, 일정한 선폭의 선형 레이저 빔에 의해 복수의 오목부를 동시에 형성할 수 있다.
따라서, 스폿(spot) 레이저를 이용하여 마스크 패턴을 형성한 후 상기 마스크 패턴을 이용한 식각 공정을 실시하여 오목부를 형성하던 종래에 비해 오목부의 크기를 10㎛ 이하의 작은 크기로 형성할 수 있으므로, 보다 많은 양의 오목부를 형성하는 것이 가능하여 텍스처링 표면의 빛 반사도를 효과적으로 줄일 수 있다.
그리고 레이저의 펄스 대 펄스 변화(pulse to pulse variation)에 따른 오목부 패턴의 균일도 저하를 억제할 수 있으며, 공정 시간을 단축할 수 있다.
또한 텍스처링 표면 형성 공정과 에미터부 형성 공정을 동시에 진행할 수 있으므로 공정 시간을 더욱 단축할 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 태양전지의 일부 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시한 태양전지를 II-II선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 3 내지 도 7은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 텍스처링 표면을 나타내는 기판의 일부 평면도이다.
도 8 및 도 9는 텍스처링 표면을 형성할 때 사용하는 마스크의 일부 평면도이다.
도 10은 텍스처링 표면 및 에미터부를 형성할 때 사용하는 마스크의 일부 평면도이다.
도 11은 태양전지 제조장치의 한 실시예를 나타내는 개념도이다.
도 12는 도 8 또는 도 9의 마스크를 사용하여 텍스처링 표면을 형성하는 공정도이다.
도 13은 도 10의 마스크를 사용하여 텍스처링 표면 및 에미터부를 형성하는 공정도이다.
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 것도 포함한다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 한 실시예에 따른 태양전지에 대하여 설명한다.
먼저, 도 1 및 도 2를 참고로 하여 본 발명의 한 실시예에 따른 태양전지에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 태양전지의 일부 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시한 태양전지를 II-II선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도면을 참고로 하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 태양전지는 기판(10), 빛이 입사되는 기판(10)의 전면(front surface, 이하 '수광면'이라 함)에 위치한 에미터부(20), 에미터부(20) 위에 위치하는 반사 방지막(30), 에미터부(20)와 전기적으로 연결된 복수의 전면 전극(40), 전면 전극(40)과 물리적 및 전기적으로 연결된 복수의 전면 전극용 집전부(50), 기판(10)의 후면에 위치하는 후면 전극(60), 후면 전극(60)의 후면에 위치하는 후면 전극용 집전부(70), 그리고 후면 전극(60)과 기판(10) 사이에 위치하는 후면전계(back surface field, BSF)부(80)를 구비한다.
기판(10)은 제1 도전성 타입, 예를 들어 p형 도전성 타입의 실리콘으로 이루어진 반도체 기판이다. 이때, 실리콘은 단결정 실리콘, 다결정 실리콘 또는 비정질 실리콘일 수 있다.
기판(10)이 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 붕소(B), 갈륨, 인듐 등과 같은 3가 원소의 불순물을 함유한다. 하지만, 이와는 달리, 기판(10)은 n형 도전성 타입일 수 있다. 기판(10)이 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 기판(10)은 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물을 함유할 수 있다.
이러한 기판(10)은 수광면에서의 빛 반사도를 줄이기 위해 텍스처링 표면(first texturing surface)(12)을 포함한다.
텍스처링 표면(12)은 기판(10)의 표면에 복수의 오목부(14)가 형성되어 벌집(honey comb) 구조를 이루는 것으로, 오목부(14)는 반원형 단면 형상을 가지며, 크기, 즉 직경(D)은 10㎛ 이하로 형성된다.
텍스처링 표면(12)에 대해 첨부 도면을 참고하여 보다 상세히 설명한다.
도 3 내지 도 7은 텍스처링 표면(12)의 다양한 실시예를 나타내는 기판(10)의 일부 평면도이다.
먼저, 도 3을 참고하면, 본 실시예에서 텍스처링 표면(12)을 형성하는 복수의 오목부(14a)는 도시한 바와 같이 복수의 열(…, Rn, Rn +1, Rn +2, Rn +3, Rn +4, …)로 배열된다.
각 열에 위치하는 복수의 오목부(14a)는 서로 동일한 크기로 형성되며, 전체적으로는 모든 오목부()가 서로 동일한 크기로 형성되고, 어느 한 열에 위치하는 복수의 오목부는 이웃하는 열에 위치하는 복수의 오목부와 행방향(X-X')으로 서로 평행하게 배열된다.
도 4를 참고하면, 복수의 오목부()는 전체적으로 서로 동일한 크기로 형성되고, 어느 한 열에 위치하는 복수의 오목부는 이웃하는 열에 위치하는 복수의 오목부와 행방향(X-X')으로 서로 평행하지 않게 배열된다.
도 5를 참고하면, 각각의 열에 위치하는 복수의 오목부(14a)는 서로 동일한 크기로 형성되지만, 어느 한 열에 위치하는 복수의 오목부(14b)는 다른 열에 위치하는 복수의 오목부(14a)와 서로 다른 크기로 형성된다.
예를 들면, 도 5의 가운데 열에 위치하는 복수의 오목부(14b)는 다른 열에 위치하는 복수의 오목부(14a)보다 크게 형성된다. 다른 오목부에 비해 크게 형성된 오목부(14b)가 배열된 열의 개수는 제한이 없으며, 배열 위치 또한 자유롭게 변경이 가능하다. 이러한 구성에 의하면, 어느 한 열에 위치하는 복수의 오목부(14b)는 이웃하는 열에 위치하는 복수의 오목부(14a)와 행방향(X-X')으로 서로 평행하지 않게 배열된다.
도 6을 참고하면, 적어도 2개 이상의 서로 다른 크기를 갖는 오목부(14a, 14b)가 한 개의 열에 배열된다. 예를 들면, 도 6에 도시한 두 번째 열()에 위치하는 복수의 오목부 중에서 2번째 및 3번째 행에 위치하는 오목부(14b)는 다른 행에 위치하는 오목부(14a)에 비해 크게 형성된다.
다른 오목부(14a)에 비해 크게 형성된 오목부(14b)의 개수는 제한이 없으며, 배열 위치 또한 자유롭게 변경이 가능하다.
도 7을 참고하면, 복수의 열 중에서 어느 한 열에 위치하는 복수의 오목부가 적어도 2개 이상의 서로 다른 크기로 형성되는 경우, 어느 한 열에 위치하는 복수의 오목부 중에서 기판(10)의 중심부(10a)에 위치하는 오목부의 크기와 기판(10)의 가장자리부(10b)에 위치하는 오목부의 크기는 서로 다르게 형성될 수 있다.
예컨대, 기판(10)의 중심부(10a)에 위치하는 오목부의 크기는 기판(10)의 가장자리부(10b)에 위치하는 오목부의 크기보다 크게 형성될 수 있다. 이때, 오목부의 크기는 기판(10)의 가장자리부(10b)로부터 중심부(10a) 쪽으로 갈수록 점차적으로 커질 수 있다.
이와는 달리, 기판(10)의 가장자리부(10b)에 위치하는 오목부의 크기가 중심부(10a)에 위치하는 오목부의 크기보다 크게 형성될 수 있으며, 이때, 오목부의 크기는 기판(10)의 중심부(10a)로부터 가장자리부(10b) 쪽으로 갈수록 점차적으로 커질 수 있다.
이상에서는 텍스처링 표면(12)의 몇 가지 실시예에 대해서만 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시예로 제한되지 않으며, 다양한 형태로 변형이 가능하다.
보다 구체적으로 설명하면, 복수의 오목부는 복수의 열로 배열되거나, 랜덤하게 배열될 수 있다.
복수의 오목부가 복수의 열로 배열되는 경우, 상기 복수의 열 중에서 어느 한 열에 위치하는 복수의 오목부는 서로 동일한 크기로 형성되거나, 적어도 2개 이상의 서로 다른 크기로 형성될 수 있다.
어느 한 열에 위치하는 복수의 오목부가 서로 동일한 크기로 형성되는 경우, 상기 복수의 오목부는 다른 열에 위치하는 복수의 오목부와 서로 다른 크기로 형성되거나, 서로 동일한 크기로 형성될 수 있다.
어느 한 열에 위치하는 복수의 오목부가 이웃하는 열에 위치하는 복수의 오목부와 서로 다른 크기로 형성되는 경우, 상기 어느 한 열에 위치하는 복수의 오목부는 이웃하는 열에 위치하는 복수의 오목부와 행방향으로 서로 평행하지 않게 배열될 수 있다.
그리고 복수의 열에 위치하는 복수의 오목부가 모두 서로 동일한 크기로 형성되는 경우, 어느 한 열에 위치하는 복수의 오목부는 이웃하는 열에 위치하는 복수의 오목부와 행방향으로 서로 평행하지 않게 배열되거나, 서로 평행하게 배열될 수 있다.
복수의 열 중에서 어느 한 열에 위치하는 복수의 오목부가 적어도 2개 이상의 서로 다른 크기로 형성되는 경우, 어느 한 열에 위치하는 복수의 오목부 중에서 상기 기판의 중심부에 위치하는 오목부의 크기와 상기 기판의 가장자리부에 위치하는 오목부의 크기는 서로 다르게 형성될 수 있다.
예컨대, 기판의 중심부에 위치하는 오목부의 크기가 기판의 가장자리부에 위치하는 오목부의 크기보다 크게 형성될 수 있다. 이때, 오목부의 크기는 기판 가장자리부로부터 기판 중심부 쪽으로 갈수록 점차적으로 커질 수 있다.
이와는 달리, 기판의 가장자리부에 위치하는 오목부의 크기가 상기 중심부에 위치하는 오목부의 크기보다 크게 형성될 수 있으며, 이때, 오목부의 크기는 기판 중심부로부터 기판 가장자리부 쪽으로 갈수록 점차적으로 커질 수 있다.
그리고, 복수의 오목부가 랜덤하게 배열되는 경우, 복수의 오목부는 서로 동일한 크기로 형성되거나, 적어도 2개 이상의 서로 다른 크기로 형성될 수 있다.
한편, 상기한 구성을 갖는 텍스처링 표면(12)의 하측으로 기판(10)의 내부에는 에미터부(20)가 위치한다. 도시하지는 않았지만, 상기 에미터부(20)는 텍스처링 표면(12)의 상측에 위치할 수도 있다.
에미터부(20)는 기판(10)의 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입, 예를 들어, n형의 도전성 타입을 구비하고 있는 불순물부로서, 반도체 기판(10)과 p-n 접합을 이룬다. 이때, 기판(10)으로의 불순물 확산에 의해 에미터부(20)가 형성되므로, 기판(10)의 전면에 형성된 에미터부(20)는 기판(10)의 텍스처링 표면과 동일한 형상을 갖는다. 즉, 에미터부(20)의 하측 표면은 텍스처링 표면과 동일한 형상의 오목부를 구비한다.
이러한 p-n 접합에 인한 내부 전위차(built-in potential difference)에 의해, 기판(10)에 입사된 빛에 의해 생성된 전하인 전자-정공 쌍은 전자와 정공으로 분리되어 전자는 n형 쪽으로 이동하고 정공은 p형 쪽으로 이동한다. 따라서, 기판(10)이 p형이고 에미터부(20)가 n형일 경우, 분리된 정공은 기판(10)쪽으로 이동하고 분리된 전자는 에미터부(20)쪽으로 이동하여, 기판(10)에서 정공은 다수 캐리어가 되며, 에미터부(20)에서 전자는 다수 캐리어가 된다.
에미터부(20)가 기판(10)과 p-n접합을 형성하므로, 기판(10)이 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 에미터부(20)는 p형의 도전성 타입을 가진다. 이 경우, 분리된 전자는 기판(10)쪽으로 이동하고 분리된 정공은 에미터부(20)쪽으로 이동한다.
에미터부(20)가 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 에미터부(20)는 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물을 기판(10)에 도핑하여 형성될 수 있고, 반대로 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 붕소(B), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등과 같은 3가 원소의 불순물을 기판(10)에 도핑하여 형성될 수 있다.
에미터부(20) 위에 실리콘 질화막(SiNx)이나 실리콘 산화막(SiOx) 등으로 이루어진 반사방지막(30)이 형성되어 있다. 반사방지막(30)은 태양전지로 입사되는 빛의 반사도를 줄이고 특정한 파장 영역의 선택성을 증가시켜, 태양전지의 효율을 높인다.
복수의 전면 전극(40)은 일부 에미터부(20) 위에 위치하여 에미터부(20)와 전기적으로 연결되어 있고, 서로 이격된 상태에서 정해진 방향으로 뻗어있다. 복수의 전면 전극(40)은 에미터부(20)쪽으로 이동한 전하(전자)를 수집하여 외부 장치로 출력한다.
복수의 전면 전극(40)은 은(Ag), 니켈(Ni), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 티타늄(Ti), 금(Au) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 도전성 금속 물질을 포함할 수 있으며, 이외의 다른 도전성 금속 물질을 포함할 수도 있다.
에미터부(20) 위에는 전면 전극(40)과 교차하는 방향으로 전면 전극용 집전부(50)가 복수개 형성된다. 전면 전극용 집전부(50)는 전면 전극(40)과 전기적 및 물리적으로 연결되어 있으므로, 전면 전극(40)으로 이동한 전하는 전면 전극용 집전부(50)를 통해 외부 장치로 출력된다.
후면 전극(60)은 실질적으로 기판(10)의 후면 전체에 형성되어 있다. 후면 전극(60)은 알루미늄(Al)과 같은 도전성 물질을 함유하고 있고, 기판(10)과 전기적으로 연결되어 있으며, 기판(10)쪽으로부터 이동하는 전하(정공)를 수집하여 외부 장치로 출력한다.
후면 전극(60)은 알루미늄(Al) 외에 니켈(Ni), 구리(Cu), 은(Ag), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 티타늄(Ti), 금(Au) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 도전성 물질을 포함할 수 있고, 이외의 다른 도전성 물질을 포함할 수 있다.
후면 전극(60)의 후면에는 후면 전극용 집전부(70)가 위치한다. 후면 전극용 집전부(70)는 전면 전극용 집전부(50)와 동일한 방향으로 형성되며, 후면 전극(60)으로 이동한 전하는 후면 전극용 집전부(70)를 통해 외부 장치로 출력된다.
후면 전극(60)과 기판(10) 사이에 위치하는 후면전계부(80)는 기판(10)과 동일한 도전성 타입의 불순물이 기판(10)보다 고농도로 도핑된 영역, 예를 들면, P+ 영역이다.
후면전계부(80)는 기판(10)과 후면전계부(80)와의 불순물 농도 차이로 인해 형성된 전위 장벽으로 인해 기판(10) 후면쪽으로의 전자 이동을 방해함으로써 기판(10)의 후면 근처에서 전자와 정공이 재결합하여 소멸되는 것을 감소시킨다.
이하, 도 8 내지 도 13을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 따른 태양전지의 제조 방법을 설명한다.
도 8 및 도 9는 텍스처링 표면을 형성할 때 사용하는 마스크의 일부 평면도이고, 도 10은 텍스처링 표면 및 에미터부를 형성할 때 사용하는 마스크의 일부 평면도이며, 도 11은 태양전지 제조장치의 한 실시예를 나타내는 개념도이다.
그리고, 도 12는 도 8 또는 도 9의 마스크를 사용하여 텍스처링 표면을 형성하는 공정도이고, 도 13은 도 10의 마스크를 사용하여 텍스처링 표면 및 에미터부를 형성하는 공정도이다.
먼저 도 8, 도 11 및 도 12를 참고하면, 본 실시예의 마스크(110)는 한 개의 슬릿(112)에 복수의 홀 패턴(114)을 구비한다. 홀 패턴(114)은 한 개의 열로 배열되며, 각각의 홀 패턴(114)은 10㎛ 이하의 크기(직경)로 형성된다.
이러한 구성의 마스크(110)는 도 10에 도시한 태양전지 제조 장치에서 제1 반사 미러(220)와 제2 반사 미러(230) 사이에 배치된다.
레이저 소스(210)로부터 출력된 레이저 빔(LB)은 일정한 선폭을 갖는 선형 레이저 빔으로서, 500㎚ 이하의 파장을 갖는 엑사이머(eximer) 레이저이며, 개략적인 형성인 마스크(110)의 형상과 동일하거나 유사하다.
레이저 빔(LB)의 선폭은 홀 패턴(114)의 크기(직경)보다는 크고 슬릿(112)의 폭(W)보다는 작거나 동일한 크기로 형성할 수 있다. 예를 들어, 선형 레이저 빔(LB)은 수㎛ 내지 20㎛의 선폭을 가질 수 있다. 이때, 레이저 빔(LB)의 선폭은 도시하지 않은 단축 빔 커터(short axis beam cutter)를 이용하여 조절이 가능하다.
한편, 레이저 빔(LB)의 길이는 기판(10) 또는 마스크(110)의 길이와 동일하거나 약간 작은 길이로 형성하는 것이 바람직하며, 이때 레이저 빔(LB)의 길이는 마스크(110)의 상부에 배치되는 도시하지 않은 빔 커터(beam cutter)를 이용하여 조절할 수 있다.
선형 레이저 빔(LB) 중에서 일부만 마스크(110)의 홀 패턴(114)을 통과할 수 있도록 하기 위해, 마스크(110)는 레이저 빔(LB)의 길이 방향과 슬릿(112)의 길이 방향이 일치되도록 한 상태로 제1 미러(220)와 제2 미러(230) 사이에 배치된다.
이러한 구성의 제조장치에 따르면, 레이저 소스(210)에서 출력되어 제1 반사 미러(220)에서 반사된 선형 레이저 빔(LB) 중에서 마스크(110)의 홀 패턴(114)을 통과한 레이저 빔(LB)은 제2 반사 미러(230) 및 제3 반사 미러(240)를 거쳐 기판(10)에 조사된다.
따라서, 기판(10)의 표면 중에서 레이저 빔(LB)이 조사된 부분은 표면의 일부가 제거되며, 이에 따라 원형 단면 형상의 오목부(도 3 내지 도 6 참조, 14a, 14b)가 형성된다.
이때, 상기 오목부(도 3 내지 도 6 참조, 14a, 14b)는 도 12에 도시한 바와 같이, 마스크(110)에 형성된 홀 패턴(114)과 마찬가지로 기판(10)의 표면 상에서 한 개의 열로 배열된다.
이후, 기판(10)을 일정 거리만큼 이송한 후, 상기한 작업을 반복하면 기판(10)의 전체 표면에 복수의 오목부가 형성되며, 이에 따라 복수의 오목부로 형성된 텍스처링 표면(도 2 내지 도 6 참조, 12)이 완성된다.
도 12에서, 백색의 원으로 표시한 것은 이전 공정에서 형성된 오목부를 나타내고, 흑색의 원으로 표시한 것은 현 공정에서 형성된 오목부를 나타낸다.
도 8에 도시한 마스크는 전술한 실시예 중에서 도 3 및 도 4의 텍스처링 표면을 형성하는 데 사용할 수 있다.
도 9의 마스크(120)는 도시한 바와 같이 서로 다른 크기의 홀 패턴(124a, 124b)이 2개의 열에 각각 배열된 한 개의 슬릿(122)을 포함한다.
따라서, 이러한 구성의 마스크(120)는 전술한 실시예 중에서 도 5에 도시한 바와 같이 어느 한 열의 오목부(14b)가 다른 열의 오목부(14a)보다 크게 형성되는 실시예의 텍스처링 표면을 형성하는 데 사용이 가능하다.
한편, 도시하지는 않았지만 마스크에 형성되는 홀 패턴은 한 개의 열 내에 서로 다른 크기의 홀 패턴이 형성될 수 있다. 이러한 구성의 마스크는 도 6 및 도 7에 도시한 바와 같이 적어도 어느 한 열에 서로 다른 크기의 오목부를 갖는 텍스처링 표면을 형성하는 데 사용할 수 있다.
이상에서 설명한 바에 따라 텍스처링 표면을 형성한 후에는 텍스처링 표면의 상측 또는 하측에 에미터부(도 1 및 도 2 참조, 20)를 형성한다.
에미터부를 텍스처링 표면의 상측에 형성하는 경우에는 불순물을 포함한 이종의 실리콘층(기판이 다결정인 경우 비정질층 등)을 텍스처링 표면 위에 증착하는 방법을 사용할 수 있다.
그리고 에미터부를 텍스처링 표면의 하측에 형성하는 경우에는 텍스처링 표면 위에 불순물 층을 코팅한 후 열처리를 거쳐 상기 불순물을 기판 내부로 확산시키는 방법을 사용할 수 있다.
이하, 도 10, 도 11 및 도 13을 참조로 하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양전지 제조 방법을 설명한다.
도 10에 도시한 마스크(130)는 한 개의 슬릿(132)이 제1 영역(A1) 및 제2 영역(A2)으로 분할되어 있고, 제1 영역(A1)에는 복수의 홀 패턴(134)이 형성되어 있으며, 제2 영역(A2)에는 반투과 패턴(136)이 형성되어 있다.
반투과 패턴(136)은 레이저 빔(LB)의 강도 또는 세기를 30% 내지 50%로 감소시킴으로써 불순물 층의 불순물을 활성화시키기 위한 패턴이다.
이때, 반투과 패턴(136)은 제1 영역(A1)의 크기와 동일하게 형성하는 것이 바람직하다.
그리고, 선형 레이저 빔(LB)의 선폭은 홀 패턴(134)과 상기 반투과 패턴(136)을 동시에 조사할 수 있는 크기보다 크고 상기 슬릿(132)의 폭보다 작거나 동일한 크기로 형성하는 것이 바람직하다.
한편, 본 실시예에서는 에미터부(도 1 및 도 2 참조, 20)를 형성하기 위한 불순물 층(22)을 기판(10)의 표면에 미리 코팅한 상태에서 텍스처링 표면을 형성하는 작업을 진행한다.
이에 대해 보다 구체적으로 설명하면, 제1 반사 미러(220)에서 반사된 레이저 빔(LB) 중에서 홀 패턴(134)을 통과하는 레이저 빔에 의해 기판(10)의 표면에는 첫 번째 열의 오목부들이 형성된다.
이후, 기판(10)을 제1 영역(A1)의 폭만큼 이송하고, 레이저 빔(LB)을 다시 한번 조사한다.
레이저 빔(LB)이 조사되면, 첫 번째 열의 기판 영역에는 반투과 패턴(136)을 통과한 레이저 빔(LB)이 조사되므로, 이 영역에 코팅된 불순물 층(22)의 불순물이 활성화되어 기판(10)의 내부로 확산된다. 따라서 이 영역에는 에미터부(20)가 형성된다. 물론, 이 영역에는 복수의 오목부들이 이전 공정에서 이미 형성되어 있다.
그리고 홀 패턴(134)을 통과한 레이저 빔(LB)에 의해서는 두 번째 열의 오목부(14a)가 형성된다.
이와 같이 기판 이송 및 레이저 빔의 조사를 반복하면 기판(10)의 표면에는 텍스처링 표면(12)이 형성되며, 텍스처링 표면(12)의 하측으로 기판(10)의 내부에는 에미터부(20)가 형성된다.
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.
10: 기판 12: 텍스처링 표면
20: 에미터부 30: 반사방지막
40: 전면 전극 50: 전면 전극용 집전부
60: 후면 전극 70: 후면 전극용 집전부
80: 후면 전계부 110, 120, 130: 마스크
210: 레이저 소스 220, 230, 240: 반사 미러

Claims (26)

  1. 기판; 및
    상기 기판의 한쪽 표면에 위치하는 텍스처링 표면
    을 포함하며,
    상기 텍스처링 표면은 복수의 반원형 단면 형상의 오목부를 구비하는 태양전지.
  2. 제1항에서,
    상기 복수의 반원형 오목부는 10㎛ 이하의 직경을 갖는 태양전지.
  3. 제1항에서,
    상기 텍스처링 표면의 하측 또는 상측에 위치하는 에미터부를 더 포함하는 태양전지.
  4. 제3항에서,
    상기 에미터부의 표면은 상기 텍스처링 표면과 동일한 형상으로 형성되는 태양전지.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에서,
    상기 복수의 반원형 오목부는 복수의 열로 배열되는 태양전지.
  6. 제5항에서,
    상기 복수의 열 중에서 어느 한 열에 위치하는 복수의 반원형 오목부는 서로 동일한 크기로 형성되는 태양전지.
  7. 제6항에서,
    상기 복수의 열 중에서 어느 한 열에 위치하는 복수의 반원형 오목부는 다른 열에 위치하는 복수의 반원형 오목부와 서로 다른 크기로 형성되는 태양전지.
  8. 제7항에서,
    상기 복수의 열 중에서 어느 한 열에 위치하는 복수의 반원형 오목부는 이웃하는 열에 위치하는 복수의 반원형 오목부와 행방향으로 서로 평행하지 않게 배열되는 태양전지.
  9. 제6항에서,
    상기 복수의 열에 위치하는 복수의 반원형 오목부 전부는 서로 동일한 크기로 형성되는 태양전지.
  10. 제9항에서,
    상기 복수의 열 중에서 어느 한 열에 위치하는 복수의 반원형 오목부는 이웃하는 열에 위치하는 복수의 반원형 오목부와 행방향으로 서로 평행하지 않게 배열되는 태양전지.
  11. 제9항에서,
    상기 복수의 열 중에서 어느 한 열에 위치하는 복수의 반원형 오목부는 이웃하는 열에 위치하는 복수의 반원형 오목부와 행방향으로 서로 평행하게 배열되는 태양전지.
  12. 제5항에서,
    상기 복수의 열 중에서 어느 한 열에 위치하는 복수의 반원형 오목부는 적어도 2개 이상의 서로 다른 크기로 형성되는 태양전지.
  13. 제12항에서,
    상기 어느 한 열에 위치하는 복수의 반원형 오목부 중에서 상기 기판의 중심부에 위치하는 반원형 오목부의 크기와 상기 기판의 가장자리부에 위치하는 반원형 오목부의 크기가 서로 다르게 형성되는 태양전지.
  14. 제13항에서,
    상기 중심부에 위치하는 반원형 오목부의 크기가 상기 가장자리부에 위치하는 반원형 오목부의 크기보다 큰 태양전지.
  15. 제13항에서,
    상기 가장자리부에 위치하는 반원형 오목부의 크기가 상기 중심부에 위치하는 반원형 오목부의 크기보다 큰 태양전지.
  16. 한 개의 슬릿에 복수의 홀 패턴이 형성된 마스크를 기판 위에 배치하는 단계;
    일정한 선폭을 갖는 선형 레이저 빔을 상기 레이저 빔의 길이 방향과 상기 슬릿의 길이 방향이 일치되도록 한 상태에서 상기 마스크에 조사하는 단계;
    상기 복수의 홀 패턴을 통과한 상기 선형 레이저 빔에 의해 상기 기판의 표면 일부를 제거함으로써, 상기 복수의 홀 패턴과 대응하는 위치의 상기 기판 표면에 복수의 오목부를 형성하는 단계; 및
    상기 마스크와 상기 기판의 상대적 위치를 조절하면서 상기 선형 레이저 빔을 복수 회 조사하여 상기 기판에 상기 복수의 오목부를 포함하는 텍스처링 표면을 완성하는 단계
    를 포함하는 태양전지의 제조 방법.
  17. 제16항에서,
    상기 선형 레이저 빔으로 500㎚ 이하의 파장을 갖는 엑사이머(eximer) 레이저를 사용하는 태양전지의 제조 방법.
  18. 제16항에서,
    상기 레이저 빔의 선폭을, 상기 홀 패턴의 폭보다는 크고 상기 슬릿의 폭보다는 작거나 동일한 크기로 형성하는 태양전지의 제조 방법.
  19. 제16항에서,
    상기 오목부를 10㎛ 이하의 크기로 형성하는 태양전지의 제조 방법.
  20. 제16항 내지 제19항 중 어느 한 항에서,
    상기 텍스처링 표면을 형성한 후, 상기 텍스처링 표면의 하측 또는 상측에 에미터부를 형성하는 단계를 더 포함하는 태양전지의 제조 방법.
  21. 복수의 홀 패턴이 형성된 제1 영역과 레이저 빔의 강도를 감소시키기 위한 반투과 패턴이 형성된 제2 영역을 포함하는 한 개의 슬릿을 갖는 마스크를 기판 위에 배치하는 단계;
    에미터부를 형성하기 위한 불순물 층을 상기 기판 표면에 형성하는 단계;
    일정한 선폭을 갖는 선형 레이저 빔을 상기 레이저 빔의 길이 방향과 상기 슬릿의 길이 방향이 일치되도록 한 상태에서 상기 마스크에 조사하는 단계;
    상기 복수의 홀 패턴을 통과한 상기 선형 레이저 빔에 의해 상기 기판의 표면 일부를 제거하여 상기 복수의 홀 패턴과 대응하는 위치의 상기 기판 표면에 복수의 오목부를 형성하고, 상기 반투과 패턴을 통과한 상기 선형 레이저 빔에 의해 상기 불순물 층의 불순물을 활성화시켜 상기 반투과 패턴과 대응하는 위치의 상기 기판 내부로 상기 불순물을 확산시키는 단계; 및
    상기 마스크와 상기 기판의 상대적 위치를 조절하면서 상기 선형 레이저 빔을 복수 회 조사하여 상기 기판에 텍스처링 표면 및 에미터부를 완성하는 단계
    를 포함하는 태양전지의 제조 방법.
  22. 제21항에서,
    상기 선형 레이저 빔으로 500㎚ 이하의 파장을 갖는 엑사이머(eximer) 레이저를 사용하는 태양전지의 제조 방법.
  23. 제21항에서,
    상기 레이저 빔의 선폭을, 상기 홀 패턴과 상기 반투과 패턴을 동시에 조사할 수 있는 크기보다 크고 상기 슬릿의 폭보다 작거나 동일한 크기로 형성하는 태양전지의 제조 방법.
  24. 제21항에서,
    상기 오목부를 10㎛ 이하의 크기로 형성하는 태양전지의 제조 방법.
  25. 제21항 내지 제24항 중 어느 한 항에서,
    상기 마스크와 상기 기판의 상대적 위치를 조절하는 것은 상기 레이저 빔을 조사하기 전에 상기 기판을 상기 제1 영역의 폭만큼 이송하는 것에 따라 이루어지는 태양전지의 제조 방법.
  26. 제25항에서,
    상기 반투과 패턴의 크기를 상기 제1 영역의 크기와 동일하게 형성하는 태양전지의 제조 방법.
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