KR20120021793A - 태양 전지 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양 전지에 관한 것이다. 이러한 태양 전지는 복수의 함몰부를 구비한 제1 도전성 타입의 기판, 상기 제1 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입의 갖고 상기 기판과 p-n 접합을 형성하는 에미터부, 상기 에미터부에 연결되어 있는 제1 전극부, 그리고 상기 기판과 연결되어 있는 제2 전극부를 포함하고, 상기 각 함몰부는 복수의 홀을 구비한 다공성 표면을 갖는다. 이로 인해, 다공성 표면을 갖는 복수의 함몰부에 의해 태양 전지로 입사되는 빛의 손실이 감소하고, 태양 전지 내에서 손실되는 전하의 양이 감소하므로, 태양 전지의 효율이 향상된다.
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)에 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, 전자는 n형의 반도체부 쪽으로 이동하고 정공은 p형의 반도체부 쪽으로 이동한다. 이동한 전자와 정공은 각각 n형의 반도체부와 p형의 반도체부에 연결된 서로 다른 전극에 의해 수집되고 이 전극들을 전선으로 연결함으로써 전력을 얻는다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 태양 전지의 효율을 향상시키기 위한 것이다.
본 발명의 한 특징에 따른 태양 전지는 복수의 함몰부를 구비한 제1 도전성 타입의 기판, 상기 제1 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입의 갖고 상기 기판과 p-n 접합을 형성하는 에미터부, 상기 에미터부에 연결되어 있는 제1 전극부, 그리고 상기 기판과 연결되어 있는 제2 전극부를 포함하고, 상기 각 함몰부는 복수의 홀을 구비한 다공성 표면을 갖는다.
상기 각 홀은 10㎚ 내지 100㎚의 최대 지름과 최대 깊이를 가질 수 있다.
상기 각 함몰부는 2㎛ 내지 5㎛의 최대 깊이와 10㎛ 내지 15㎛의 최대 지름을 가질 수 있다.
상기 특징에 따른 태양 전지는 상기 에미터부 위에 위치하는 반사 방지부를 더 포함할 수 있다.
상기 반사 방지부는 상기 에미터부 위에 위치한 제1 반사 방지부와 상기 제1 반사 방지부 위에 위치한 제2 반사 방지부를 구비할 수 있다.
상기 제1 반사 방지부는 1.5 내지 1.9의 굴절률을 가질 수 있고, 5㎚ 내지 30㎚의 두께를 가질 수 있다.
상기 제1 반사 방지부는 실리콘 산화물로 이루어질 수 있다.
상기 제2 반사 방지부는 1.8 내지 2.4의 굴절률을 가질 수 있고, 약 20㎚ 내지 70㎚의 두께를 가질 수 있다.
상기 제2 반사 방지부는 실리콘 질화물로 이루어질 수 있다.
상기 반사 방지부는 80㎚ 내지 120㎚의 두께를 가질 수 있다.
상기 특징에 따른 태양 전지는 상기 제2 전극부와 연결되어 있는 후면 전계부를 더 포함할 수 있다.
상기 기판은 5N 이하의 순도를 갖는 다결정 실리콘 기판일 수 있다.
상기 기판은 2N 내지 5N의 순도를 갖는 다결정 실리콘 기판일 수 있다.
상기 기판은 메탈러지컬급 실리콘 기판(metallurgical grade silicon substrate)일 수 있다.
상기 기판은 0.01 내지 0.8ppmw의 알루미늄(Al)을 함유할 수 있다.
상기 기판은 0.01 내지 1ppmw의 철(Fe)을 함유할 수 있다.
상기 기판은 다결정 실리콘으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따른 태양 전지는 제1 도전성 타입의 기판의 표면에 복수의 함몰부를 형성하는 단계, 상기 복수의 함몰부의 표면에 복수의 홀을 형성하여 다공성 표면을 형성하는 단계, 상기 제1 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입의 에미터부를 형성하는 단계, 그리고 상기 에미터부와 연결되는 제1 전극부와 상기 기판에 연결되는 제2 전극부를 형성하는 단계를 포함한다.
상기 복수의 함몰부 형성 단계는 불산(HF)를 이용한 습식 식각법으로 형성될수 있다.
상기 복수의 다공성 표면 형성 단계는 HF 기상법으로 형성될 수 있다.
상기 HF 기상법은 불산(HF), 이소프로필 알코올(IPA) 및 질산(N2)을 이용하여 행해질 수 있다.
상기 HF 기상법은 빛이 입사되는 기판의 입사면에 행해지는 것이 좋다.
상기 다른 특징에 따른 태양 전지의 제조 방법은 상기 에미터부 위에 반사 방지부를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 전극부 및 제2 전극부 형성 단계는, 상기 반사 방지부 위에 제1 전극부 패턴을 형성하는 단계, 상기 기판 위에 제2 전극부 패턴을 형성하는 단계, 그리고 상기 기판을 열처리하여, 상기 반사 방지부를 통과해 상기 에미터부와 연결되는 상기 제1 전극부 패턴에 의해 상기 제1 전극부가 형성되고, 상기 기판과 연결되는 상기 제2 전극부 패턴에 의해 상기 제2 전극부 형성되는 단계를 포함할 수 있다.
상기 상기 제1 전극부 및 제2 전극부 형성 단계는 상기 기판의 면 위에 상기 제2 전극부 패턴에 인접하게 적어도 하나의 버스바 패턴을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 적어도 하나의 버스바 패턴은 상기 제2 전극부 패턴이 위치하지 않는 상기 기판 위에 위치할 수 있다.
이러한 특징에 따르면, 다공성 표면을 갖는 복수의 함몰부에 의해 태양 전지로 입사되는 빛의 손실이 감소하고, 태양 전지 내에서 손실되는 전하의 양이 감소하므로, 태양 전지의 효율이 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 3 및 도 4는 각각 본 발명의 한 실시예에 따른 다공성 표면을 갖는 복수의 함몰부를 구비한 기판의 일부를 도시한 도면이다.
도 5a 내지 도 5h는 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법의 한 예를 순차적으로 도시한 단면도이다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법의 다른 예의 일부를 도시한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 기판과 비교예에 따른 기판에서 빛의 파장에 따른 반사율을 도시한 그래프이다.
도 2는 도 1에 도시한 태양 전지를 II-II선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 3 및 도 4는 각각 본 발명의 한 실시예에 따른 다공성 표면을 갖는 복수의 함몰부를 구비한 기판의 일부를 도시한 도면이다.
도 5a 내지 도 5h는 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법의 한 예를 순차적으로 도시한 단면도이다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법의 다른 예의 일부를 도시한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 기판과 비교예에 따른 기판에서 빛의 파장에 따른 반사율을 도시한 그래프이다.
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 면에 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 및 도 2를 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 1 및 도 2를 참고로 하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지(1)는 기판(110), 빛이 입사되는 기판(110)의 면인 입사면[이하, '전면(front surface)'라 함]에 위치한 에미터부(emitter region)(121), 에미터부(121) 위에 위치하는 반사 방지부(130), 에미터부(121)와 연결되어 있는 전면 전극부(140), 빛이 입사되지 않고 입사면의 반대쪽 면인 기판(110)의 면[이하, '후면(rear surface)'이라 함]에 위치하는 후면 전계(back surface field, BSF)부(BSF region)(171), 그리고 기판(110)의 후면 위에 위치하는 후면 전극부(150)를 구비한다.
기판(110)은 제1 도전성 타입(conductive type), 예를 들어 p형 도전성 타입을 함유하고 있고 실리콘(silicon)으로 이루어진 반도체 기판이다. 본 실시예에서, 실리콘은 다결정 실리콘이다. 기판(110)이 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 붕소(B), 갈륨, 인듐 등과 같은 3가 원소의 불순물이 기판(110)에 도핑(doping)된다. 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, 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물이 기판(110)에 도핑될 수 있다.
기판(110)은 실리콘(Si)을 기화시켜 실리콘(Si) 가스를 생성하고, 생성된 실리콘(Si) 가스를 수집하여 결정 성장 시키는 방법인 기상법으로 제조될 수 있지만, 대안적인 실시예에서, 기판(110)은 로(furnace)에서 실리카(silica, SiO2) 재질과 같은 실리콘 원재료(raw material)와 금속 재질인 반응 재료를 함께 용융하여 실리콘 원재료에서 불순물을 제거하는 방법인 용융법으로 제조될 수 있다.
또한, 대안적인 실시예에서, 기판(110)은 순도(purity level)가 5N 이하인 다결정 실리콘 기판일 수 있고, 좀더 구체적으로, 2N 내지 5N의 다결정 실리콘 기판일 수 있고, 메탈러지컬급 실리콘 기판(metallurgical grade silicon substrate)일 수 있다. 아울러, 기판(110)은 금속 재질의 불순물을 포함할 수 있다.
대안적인 실시예에 따른 기판(110)을 사용할 경우, 기판(110)의 제조 단가가 감소하여 태양 전지(1)의 제조 단가가 줄어든다.
기판(110)의 순도가 5N이라는 것은 기판(110)의 실리콘(Si) 함량이 대략 99.999%(9의 개수가 다섯 개, 예컨대 99.999~99.9998%)인 것을 의미한다. 다르게 표현하면, 기판(110)의 순도가 5N이라는 것은 기판(110)의 실리콘 함량이 약 99.999%급인 것을 의미한다. 만약, 기판(110)의 순도가 7N이라면 기판(110)의 실리콘 함량이 대략 99.99999% 급인 것을 의미한다.
금속 재질의 불순물은 알루미늄(Al)과 철(Fe) 중 적어도 하나일 수 있다. 이때, 기판(110)에 함유된 금속 재질의 불순물의 함유량은 0.001 내지 1.0ppmw일 수 있고, 이때, 기판(110)에 함유된 알루미늄(Al)의 양은 0.01 내지 0.8ppmw일 수 있고, 기판(110)에 함유된 철(Fe)의 양은 0.01 내지 1ppmw일 수 있다.
에미터부(121)는 기판(110)의 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입, 예를 들어, n형의 도전성 타입의 불순물이 기판(110)에 도핑된 영역으로, 빛이 입사되는 면, 즉, 기판(110)의 전면에 위치한다. 따라서 제2 도전성 타입의 에미터부(121)는 기판(110) 중 제1 도전성 타입 부분과 p-n 접합을 이룬다.
이러한 에미터부(121), 즉, 기판(110)의 전면과 기판(110)의 후면은 복수의 함몰부(111)를 구비한 요철면(uneven surface)을 갖는다. 복수의 함몰부(111)는 기판(110)의 표면에 불규칙하게 위치하며, 각 함몰부(111)의 최대 깊이, 즉, 기판(110)의 표면으로부터 가장 깊은 부분까지의 직선 거리는 약 2㎛ 내지 5㎛이고, 각 함몰부(111)의 최대 지름은 약 10㎛ 내지 15㎛일 수 있다. 이때, 함몰부(110) 사이에 위치하는 돌출부 역시 복수의 홀을 구비한다.
각 함몰부(111)의 표면은 다공성 표면(porous surface)이다. 이로 인해, 각 함몰부(111)의 표면에는 복수의 홀이 불규칙적으로 형성되어 있고, 각 홀은 수 nm 내지 수백 nm의 최대 지름과 최대 깊이를 가질 수 있는데, 예를 들어, 약 10nm 내지 약 100㎚의 최대 지름과 최대 깊이를 가질 수 있다.
이처럼, 다공성 표면을 갖는 복수의 함몰부(111)가 형성된 기판(110)의 표면 일부를 도 3 및 도 4에 도시한다.
도 3은 복수의 함몰부(111)에 형성된 복수의 홀이 약 수십 ㎚의 최대 깊이와 최대 지름을 갖고 있는 경우의 한 예이고, 도 4는 복수의 함몰부(111)에 약 100㎚의 최대 깊이와 최대 지름을 갖고 있는 경우의 한 예이다.
따라서 다공성 표면을 갖는 복수의 함몰부(111)로 인해, 기판(110)의 표면적이 증가하여 빛의 입사 면적이 증가하고 기판(110)에 의해 반사되는 빛의 양이 감소하여, 기판(110)으로 입사되는 빛의 양이 증가한다.
기판(110)과 에미터부(121)와의 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(121)가 n형일 경우, 분리된 정공은 기판(110) 쪽으로 이동하고 분리된 전자는 에미터부(121) 쪽으로 이동한다.
에미터부(121)는 기판(110), 즉, 기판(110)의 제1 도전성 부분과 p-n 접합을 형성하므로, 본 실시예와 달리, 기판(110)이 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 에미터부(121)는 p형의 도전성 타입을 가진다. 이 경우, 분리된 전자는 기판(110)쪽으로 이동하고 분리된 정공은 에미터부(121) 쪽으로 이동한다.
에미터부(121)가 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 에미터부(121)는 5가 원소의 불순물을 기판(110)에 도핑하여 형성될 수 있고, 반대로 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 3가 원소의 불순물을 기판(110)에 도핑하여 형성될 수 있다.
반사 방지부(130)는 에미터부(121) 위에 위치한 제1 반사 방지부(131)와 제1 반사 방지부(131) 위에 위치하는 제2 반사 방지부(132)를 구비한다.
본 실시예에서, 제1 반사 방지부(131)는 약 1.5 내지 1.9의 굴절률을 갖고, 실리콘 산화물(SiOx)로 이루어진다.
제1 반사 방지부(131)는 기판(110)의 표면에 주로 존재하는 댕글링 결합(dangling bond)과 같은 결함(defect)을 안정한 결합으로 바꾸어 결함에 의해 기판(110)의 표면 쪽으로 이동한 전하가 소멸되는 것을 감소시키는 페시베이션 기능(passivation function)을 수행하여 결함에 의해 기판(110)의 표면에서 손실되는 전하의 양을 감소시킨다. 이로 인해, 다공성 표면으로 인해 각 함몰부(111)의 표면에 형성된 미세한 홀들로 인한 물리적인 결함에 의해 발생하는 전하의 손실이 보상되며 또한 다공성 표면을 갖는 복수의 함몰부(111)의 형성 시 발생하는 표면 손상으로 발생하는 전하의 손실 역시 보상되어, 태양 전지(1)의 효율 감소를 방지한다.
본 실시예에서, 제1 반사 방지부(131)는 약 5㎚ 내지 30㎚의 두께를 가질 수 있다.
이 범위 내에서, 제1 반사 방지부(131)의 두께가 약 5㎚ 이상일 경우 기판(110)의 표면 위에 제1 반사 방지부(131)가 위치하지 않은 부분 없이 좀더 균일하게 형성되어 좀더 나은 페시베이션 효과를 얻을 수 있다.
또한, 제1 반사 방지부(131)의 두께가 약 30㎚ 이하일 경우, 제1 반사 방지부(131) 위에 위치하는 제2 반사 방지부(132)의 형성에 영향을 덜 미치지 않고, 제1 반사 방지부(131)에서 빛이 흡수되어 빛의 양을 좀더 감소시켜 기판(110) 내로 입사되는 빛이 양을 좀더 증가시키며 불필요한 제1 반사 방지부(131)의 두께 증가로 인한제조 비용과 공정 시간이 증가를 방지할 수 있다.
제1 반사 방지부(131) 위에 위치하는 제2 반사 방지부(132)는 약 1.8 내지 2.4의 굴절률을 갖고, 실리콘 질화물(SiNx)로 이루어진다. 이로 인해, 본 실시예에서, 제2 반사 방지부(132)는 제1 반사 방지부(131)보다 큰 굴절률을 갖는다.
이러한 제2 반사 방지부(132)는 태양 전지(1)로 입사되는 빛의 반사량을 감소시키며, 특히, 그 하부에 위치한 제1 반사 방지부(131)와 함께 이중 반사 방지막을 형성하여, 외부로부터 입사되는 빛의 반사 방지 효과를 더욱 향상시킨다. 또한, 제2 반사 방지부(132) 역시 제1 반사 방지부(131)와 동일하게 페시베이션 기능을 수행하여, 기판(110)의 표면에서 발생하는 전하의 재결합율을 감소시킨다.
제2 반사 방지부(132)는 약 20㎚ 내지 70㎚의 두께를 가질 수 있다.
제2 반사 방지부(132)는 약 20㎚ 이상일 경우, 제2 반사 방지부(132)는 반사 방지부로서의 기능과 페시베이션 기능을 좀더 안정적으로 수행할 수 있고, 제2 반사 방지부(132)는 약 70㎚ 이하일 경우, 제2 반사 방지부(132)에서 흡수되는 빛의 양을 좀더 감소시키며 불필요한 재료 낭비를 방지할 수 있다.
본 실시예에서, 제1 및 제2 반사 방지부(131, 132)로 이루어진 반사 방지부(130)의 총 두께는 약 80㎚ 내지 120㎚일 수 있다.
이때, 반사 방지부(130)의 총 두께가 약 80㎚ 이상일 경우 반사 방지부(130)는 반사 방지 기능과 페시베이션 기능을 좀더 안정적으로 수행할 수 있고, 반사 방지부(130)의 총 두께가 약 120㎚ 이하일 경우, 원하는 빛의 파장대에서 반사 방지 효과를 좀더 효율적으로 얻을 수 있다. 예를 들어, 단파장대 빛의 반사 방지 효과보다 장파장대의 빛의 반사 방지 효과가 증가할 수 있다.
또한, 제1 및 제2 반사 방지부(131, 132)의 굴절률이 각 설정 범위를 벗어날 경우, 빛의 반사 방지 효과가 감소할 수 있다.
전면 전극부(140)는 복수의 전면 전극(141)과 복수의 전면 전극(141)과 연결되어 있는 복수의 전면 버스바(142)를 구비한다.
복수의 전면 전극(141)은 에미터부(121)와 전기적?물리적으로 연결되어 있고, 서로 이격되어 정해진 방향으로 나란히 뻗어있다. 복수의 전면 전극(141)은 에미터부(121)쪽으로 이동한 전하, 예를 들면, 전자를 수집한다.
복수의 전면 버스바(142)는 에미터부(121)와 전기적?물리적으로 연결되어 있고 복수의 전면 전극(141)과 교차하는 방향으로 나란하게 뻗어 있다.
이때, 복수의 전면 버스바(142)는 복수의 전면 전극(141)과 동일 층에 위치하여 복수의 전면 버스바(142)는 각 전면 전극(141)과 교차하는 지점에서 해당 전면 전극(141)과 전기적?물리적으로 연결되어 있다.
따라서, 도 1에 도시한 것처럼, 복수의 전면 전극(141)은 정해진 방향으로 뻗어 있는 스트라이프(stripe) 형상을 갖고, 복수의 전면 버스바(142)는 복수의 전면 전극(141)을 가로 지르는 방향으로 뻗어 있는 스트라이프 형상을 갖고 있어, 전면 전극부(140)는 기판(110)의 전면에 격자 형태로 위치한다.
복수의 전면 버스바(142)는 접촉된 에미터부(121)의 부분으로부터 이동하는 전하뿐만 아니라 복수의 전면 전극(141)에 의해 수집되어 이동하는 전하를 수집한다.
각 전면 버스바(142)는 교차하는 복수의 전면 전극(141)에 의해 수집된 전하를 모아서 원하는 방향으로 이동시켜야 되므로, 각 전면 버스바(142)의 폭은 각 전면 전극(141)의 폭보다 크다.
복수의 전면 버스바(142)는 외부 장치와 연결되어, 수집된 전하(예, 전자)는 외부 장치로 출력된다.
복수의 전면 전극(141)과 복수의 전면 버스바(142)를 구비한 전면 전극부(140)는 은(Ag)과 같은 적어도 하나의 도전성 금속 물질로 이루어져 있다. 하지만, 대안적인 실시예에서, 도전성 금속 물질은 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.
도 1에서, 기판(110)에 위치하는 전면 전극(141)과 전면 버스바(142)의 개수는 한 예에 불과하고, 경우에 따라 변경 가능하다.
후면 전계부(171)는 기판(110)과 동일한 도전성 타입의 불순물이 기판(110)보다 고농도로 도핑된 영역, 예를 들면, P+ 영역이다.
이러한 기판(110)의 제1 도전성 영역과 후면 전계부(171)간의 불순물 농도 차이로 인해 전위 장벽이 형성되고, 이로 인해, 기판(110) 후면 쪽으로의 전자 이동이 방해되어 기판(110)의 후면 근처에서 전자와 정공의 재결합으로 소멸되는 전하의 양이 감소한다.
또한, 후면 전계부(171)는 기판(110)의 제1 도전성 영역보다 높은 불순물 농도로 인해 기판(110)의 후면 쪽으로 이동하는 정공의 이동도를 향상시킨다.
후면 전극부(150)는 후면 전극(151)과 후면 전극(151)과 연결되어 있는 복수의 후면 버스바(152)를 구비한다.
후면 전극(151)은 기판(110)의 후면에 위치한 후면 전계부(171)와 접촉하고 있고, 기판(110)의 후면 가장 자리와 후면 버스바(152)가 위치한 부분을 제외하면 실질적으로 기판(110)의 후면 전체에 위치한다.
후면 전극(151)은 알루미늄(Al)과 같은 도전성 금속 물질을 함유하고 있다.
이러한 후면 전극(151)은 후면 전계부(171)쪽으로부터 이동하는 전하, 예를 들어 정공을 수집한다.
이때, 후면 전극(151)이 기판(110)보다 높은 불순물 농도로 유지하는 후면 전계부(171)와 접촉하고 있으므로, 기판(110), 즉 후면 전계부(171)와 후면 전극(151) 간의 접촉 저항이 감소하여 후면 전극(151)으로의 전하 전송 효율이 향상된다.
대안적인 실시예에서, 후면 전극(151)은 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 하나의 도전성 금속 물질을 함유할 수 있고, 이외의 다른 도전성 금속 물질을 함유할 수 있다.
복수의 후면 버스바(152)는 후면 전극(151)이 위치하지 않는 기판(110)의 후면 위에 위치하며 인접한 후면 전극(151)의 부분과 연결되어 있다.
또한, 복수의 후면 버스바(152)는 기판(110)을 중심으로 복수의 전면 버스바(142)와 대응되게 마주본다.
복수의 후면 버스바(152)는 복수의 전면 버스바(142)와 유사하게, 후면 전극(151)으로부터 전달되는 전하를 수집한다.
복수의 후면 버스바(152) 역시 외부 장치와 연결되어, 수집된 전하(예, 정공)는 외부 장치로 출력된다.
이러한 복수의 후면 버스바(152)는 후면 전극(151)보다 양호한 전도도를 갖는 물질로 이루어질 수 있고, 예를 들어, 은(Ag)과 같은 적어도 하나의 도전성 금속 물질을 함유한다. 하지만, 대안적인 실시예에서, 도전성 금속 물질은 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.
대안적인 실시예에서, 후면 전극(151)은 기판(110)의 후면 전체에 실질적으로 위치할 수 있고, 이 경우, 복수의 후면 버스바(152)는 기판(110)을 중심으로 복수의 전면 버스바(142)와 대응되게 마주보며 후면 전극(151) 위에 위치한다. 이때, 경우에 따라 후면 전극(151)은 기판(110)의 후면 가장 자리를 제외한 후면 전체 면에 위치할 수 있다.
이와 같은 구조를 갖는 본 실시예에 따른 태양 전지(1)의 동작은 다음과 같다.
태양 전지(1)로 빛이 조사되어 제2 및 제1 반사 방지부(132, 131)를 통해 반도체부인 에미터부(121)와 기판(110)으로 입사되면 빛 에너지에 의해 반도체부에서 전자-정공 쌍이 발생한다. 이때, 기판(110)의 텍스처링 표면과 제2 및 제1 반사 방지부(132, 131)에 의해 기판(110)으로 입사되는 빛의 반사 손실이 줄어들어 기판(110)으로 입사되는 빛의 양이 증가한다.
이들 전자-정공 쌍은 기판(110)과 에미터부(121)의 p-n 접합에 의해 서로 분리되어 전자와 정공은, 예를 들어, n형의 도전성 타입을 갖는 에미터부(121)과 p형의 도전성 타입을 갖는 기판(110)쪽으로 각각 이동한다. 이처럼, 에미터부(121)쪽으로 이동한 전자는 복수의 전면 전극(141)에 의해 수집되어 복수의 전면 버스바(142)를 따라 이동하고, 기판(110)쪽으로 이동한 정공은 인접한 후면 전극(151)에 의해 수집되어 복수의 후면 버스바(152)를 따라 이동한다. 이러한 전면 버스바(142)와 후면 버스바(152)를 도선으로 연결하면 전류가 흐르게 되고, 이를 외부에서 전력으로 이용하게 된다.
본 실시예와 같이, 다공성 표면을 갖는 복수의 함몰부(111)가 기판(110)의 표면에 위치함에 따라, 빛의 반사 방지 효율이 향상되어, 태양 전지(1)내로 입사되는 빛의 양이 증가한다. 이로 인해, 본 실시예에 따른 태양 전지(1)의 효율이 향상된다.
다음, 도 5a 내지 도 5h를 참고로 하여, 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지(1)의 제조 방법에 대하여 설명한다.
도 5a 내지 도 5h는 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법의 한 예를 순차적으로 나타낸 도면이다.
먼저, 도 5a에 도시한 것처럼, p형 다결정 실리콘으로 이루어진 기판(110)을 불산(HF; hydrogen fluoride) 등으로 이루어진 식각액에 담가 기판(110)의 표면을 습식 식각한다. 이로 인해, 실리콘 잉곳(silicon ingot)에서 태양 전지용 기판(110)을 제작하기 위해 행해진 슬라이싱(slicing) 가공 시 발생한 기판(110) 표면의 손상층(saw damage portion)이 제거된다. 이때, 식각액은 불산(HF)이외에 질산(HNO3) 및 DI 워터(deionized water)를 더 함유하고, 식각 시간은 예를 들어 약 13초일 수 있다.
이때, 기판(110)의 전면과 후면 모두 식각되며, 이때 기판(110)의 전면과 후면에는 불규칙한 형상으로 불규칙하게 위치한 복수의 함몰부(111)가 형성된다. 이로 인해, 기판(110)의 표면은 웜(warm-like) 형상을 갖는다. 각 함몰부(111)는 약 2㎛ 내지 5㎛의 최대 깊이와 약 10 내지 15㎛의 최대 지름을 가질 수 있다.
다음, 도 5b에 도시한 것처럼, 불산(HF) 기상법을 이용하여 복수의 함몰부(111)가 형성된 기판(110)의 전면을 건식 식각하여 함몰부(111)의 표면에 복수의 홀을 형성한다. 이로 인해, 함몰부(111)의 표면은 다공성 표면으로 형성된다. 이때, 각 함몰부(111)의 표면에 형성되는 홀의 최대 깊이와 최대 지름은 수 ㎚ 내지 수백 ㎚일 수 있고, 예를 들어, 약 10㎚ 내지 약 100㎚일 수 있다. 이때, 함몰부(111) 사이에 위치하는 복수의 돌출부에도 복수의 홀이 형성된다.
HF 기상법은 불산(HF)과 이소프로필 알코올(IPA, isopropyl alcohol)을 각각 기체 상태로 변환한 후, 기체 상태로 변환된 불산 가스와 IPA 가스를 다시 질소(N2)와 혼합하여 복수의 함몰부(111)를 구비한 기판(110)이 위치한 챔버 내로 주입한다. 이때, 질소는 캐리어 가스(carrier gas)로 기능한다.
따라서, 챔버 안에 주입된 식각 가스, 즉 불산 가스와 IPA 가스의 혼합 가스로 인해, 복수의 함몰부(111)를 구비한 기판(110)의 표면이 식각되면, 복수의 홀이 형성된다.
이러한 HF 기상법에 의해 함몰부(111)의 표면에 형성된 홀의 최대 깊이와 최대 지름은 수 ㎚ 내지 수백 ㎚를 가질 수 있고, 예를 들어, 약 10nm 내지 약 100nm일 수 있다.
이와 같이, 빛이 입사되는 기판(110)의 전면은 다공성 표면을 갖는 복수의 함몰부(111)를 구비하게 된다. 이로 인해, 기판(110)의 전면은 이중 텍스처링 효과(textured effect)를 갖게 되어 빛의 반사 방지 효과가 향상된다.
다음, 도 5c에 도시한 것처럼, 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(121)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) 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 5d에 도시한 것처럼, 다양한 막 형성 방법을 이용하여 기판(110)의 전면에 형성된 에미터부(121) 위에 실리콘 산화막(SiOx)으로 이루어진 제1 반사 방지부(131)를 형성한다. 이때, 제1 반사 방지부(131)의 굴절률은 약 1.5 내지 1.9일 수 있고, 두께는 약 5㎚ 내지 30㎚일 수 있다.
제1 반사 방지부(131)는 질산(HNO3) 등을 이용한 화학적 산화법(chemical oxidation), 열적 산화법(thermal oxidation) 또는 플라즈마 화학 기상 증착법(plasma enhanced chemical vapor deposition, PECVD) 등으로 형성될 수 있다.
열적 산화법으로 산소 가스(O2)를 이용하여 기판(110) 위에 실리콘 산화막을 성장시켜 제1 반사 방지부(131)를 형성할 경우, 약 800℃ 내지 900℃의 온도에서 약 12분 내지 17분 동안 열적 산화 공정을 실시한다.
PECVD법을 이용하여 실리콘 산화막(SiOx)을 형성할 경우, 기판(110)이 위치한 챔버 내에 실란(SiH4) 가스, 아질산(NO2) 가스, 수소(H2) 등이 공급될 수 있다.
다음, 도 5e에 도시한 것처럼, 제1 반사 방지부(131) 위에 실리콘 질화물(SiNx)로 이루어진 제2 반사 방지부(132)를 형성하여 반사 방지부(130)를 완성한다. 이때, 제2 반사 방지부(132)는 약 1.8 내지 2.4의 굴절률을 가질 수 있고 약 20㎚ 내지 70㎚의 두께를 가질 수 있다.
제2 반사 방지부(132)는 PECVD법 등으로 형성될 수 있고, 제2 반사 방지부(132)를 형성하기 위해 챔버 안에 공급되는 가스는 수소(H2), 실란(SiH4) 및 암모니아(NH3) 가스일 수 있다. 경우에 따라, 암모니아(NH3)는 공급되지 않을 수도 있다.
제1 반사 방지부(131)가 PECVD법으로 형성될 경우, 제1 반사 방지부(131)를 구비한 기판(110)을 새로운 챔버 내로 이동시키지 않고 제1 반사 방지부(131) 형성을 위해 사용한 챔버 내로 주입되는 공정 가스만을 변경하여 제2 반사 방지부(132)를 형성할 수 있다. 이로 인해, 제1 및 제2 반사 방지부(131, 132)를 각각 형성하기 위한 별도의 챔버를 구비하지 않아도 되므로, 태양 전지(1)의 제조 비용이 절감된다.
다음, 도 5f에 도시한 것처럼, 스크린 인쇄법을 이용하여, 제2 반사 방지부(132) 위에 전면전극용 페이스트를 인쇄한 후 약 120℃ 내지 200℃의 온도에서 건조시켜, 전면전극부 패턴(40)을 형성한다. 이때, 전면전극부 패턴(40)은 복수의 전면 전극을 위한 제1 부분(41)과 복수의 전면 버스바를 위한 제2 부분(42)을 구비한다. 이때, 제1 부분(41)과 제2 부분(42)은 서로 교차하는 방향으로 뻗어 있고 제1 부분의 폭(41)은 제2 부분(42)의 폭보다 좁다.
실시예에서, 전면전극용 페이스트는 은(Ag), 납(Pb)을 함유하는 글래스 프릿(glass frit) 등을 함유하고 있다. 하지만 대안적인 실시예에서, 전면전극용 페이스트는 은(Ag) 대신 다른 도전성 물질을 함유할 수 있고, 납(Pb)을 함유하지 않거나 일정치 이하(예, 약 1000ppm)의 납(Pb)을 함유할 수 있다.
다음, 도 5g에 도시한 것처럼, 알루미늄(Al)과 같은 도전성 물질을 함유하는 후면전극용 페이스트를 스크린 인쇄법으로 인쇄한 후 약 120℃ 내지 200℃의 온도에서 건조시켜 기판(110)의 후면에 후면전극 패턴(51)을 형성한다. 이때 후면전극용 페이스트는 도전성 물질 이외에도 글래스 프릿 등을 함유하지만, 전면전극용 페이스트와는 달리 후면전극용 페이스트는 납(Pb)을 함유하지 않거나 일정치 이하(예, 약 1000ppm)의 납을 함유하고 있다.
다음, 도 5h에 도시한 것처럼, 은(Ag)과 같은 도전성 물질을 함유하는 후면 버스바용 페이스트를 스크린 인쇄법으로 인쇄한 후 약 120℃ 내지 200℃의 온도에서 건조시켜 후면전극 패턴(51)이 위치하지 않은 기판(110)의 후면에 복수의 후면버스바 패턴(52)을 형성한다. 이때 후면전극 버스바용 페이스트는, 후면전극용 페이스트와 같이, 도전성 물질 이외에도 글래스 프릿 등을 함유하지만, 납(Pb)을 함유하지 않거나 일정치 이하(예, 약 1000ppm)의 납을 함유하고 있다.
본 실시예에서, 이들 패턴(40, 51, 52)의 형성 순서는 변경 가능하다.
그런 다음, 이들 패턴(40, 51, 52)이 형성된 기판(110)을 약 750℃ 내지 약 800℃에서 열처리하여 에미터부(121)와 연결되는 전면 전극부(140), 기판(110) 내에 위치하는 후면 전계부(171), 그리고 후면 전계부(171) 및 기판(110)의 후면과 접촉하는 후면 전극부(150)를 형성한다.
즉, 열처리가 시행되면, 전면전극부 패턴(40)에 함유된 납(Pb)에 등에 의해 전면전극부 패턴(40)은 접촉 부위의 제2 및 제1 반사 방지부(132, 131)를 차례로 관통하고, 이로 인해, 에미터부(121)와 접촉하는 복수의 전면전극(141)과 복수의 전면전극용 버스바(142)가 형성되어 전면 전극부(140)가 완성된다. 이때, 전면전극부 패턴(40)의 제1 부분(41)은 복수의 전면 전극(141)이 되고, 제2 부분(42)은 복수의 전면전극용 버스바(142)가 된다.
또한, 열처리 공정에 의해 후면전극 패턴(51)에 함유된 알루미늄(Al)가 기판(110)의 후면에 위치하는 에미터부(121)를 넘어서까지 기판(110) 내부로 확산되어 후면 전계부(171)가 형성하며, 후면 전계부(171) 하부와 기판(110)의 후면 위에 각각 위치하는 후면전극 패턴(51)과 복수의 후면 버스바 패턴(52)은 각각 후면 전극(151)과 복수의 후면 버스바(152)로 형성된다.
따라서, 후면 전계부(171)는 주로 후면전극 패턴(51)이 도포된 기판(110)의 후면 부분에 형성된다. 복수의 후면 전계부(171)는 기판(110)과 동일한 도전형인 p형을 갖고 있고, 후면 전계부(171)의 불순물 농도는 기판(110)보다 높아, 예를 들어, p+의 도전성 타입을 갖는다.
이러한 열처리 공정 시, 패턴(40, 51, 52)에 함유된 금속 성분과 패턴(40, 51, 52)과 접촉하는 층(121, 110)과의 화학적 결합으로 접촉 저항이 감소하여 전하의 전송 효율이 향상되어 전류 흐름이 증가된다.
그런 다음, 레이저빔이나 식각 공정을 이용하여 기판(110)의 가장 자리에 위치하는 에미터부(121)나 측면에 위치하는 에미터부(121)를 제거하는 측면 분리(edge isolation) 공정을 실시하여 태양 전지(1)를 완성한다(도 1 및 도 2). 하지만, 측면 분리 공정 시기는 필요에 따라 변경 가능하다.
다음, 도 5a 내지 도 5h 뿐만 아니라 도 6a 내지 도 6c를 참고로 하여 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 다른 제조 방법에 대하여 설명한다. 도 5a 내지 도 5h와 비교할 때, 동일한 기능을 수행하는 부분에 대해서는 같은 도면 부호를 부여하고, 그에 대한 자세한 설명도 생략한다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 다른 제조 방법의 일부를 나타낸 도면이다.
도 5a 내지 도 5h와 비교할 때, 본 예에 따른 태양 전지(1)의 제조 방법은 복수의 함몰부(111)를 구비한 기판(110)의 표면을 HF 기상법을 이용하여 다공성 표면으로 형성하는 공정과 에미터부(121) 형성 공정의 순서가 서로 상이하다.
즉, 도 5a와 동일하게, 기판(110)의 전면과 후면을 습식 식각하여 기판(110)의 표면에 복수의 함몰부(111)를 형성하여, 슬라이싱 가공 시 발생한 기판(110) 표면의 손상층을 제거한다(도 6a).
다음, 도 6b에 도시한 것처럼, 도 5c와 같이 기판(110)에 5가 원소의 불순물을 포함하는 물질을 고온에서 열처리하여 5가 원소의 불순물을 기판(110)에 확산시켜 기판(110)의 전체면에 n형의 에미터부(121)를 형성한다. 이미 설명한 것처럼, 기판(110)의 도전성 타입이 n형일 경우, 3가 원소의 불순물을 포함하는 물질을 이용하여 기판(110)의 전체면에 p형의 에미터부를 형성한다.
그런 다음, 에미터부(121)의 형성 시 생성된 인을 포함하는 산화물(phosphorous silicate glass, PSG)이나 붕소를 포함하는 산화물(boron silicate glass, BSG)을 식각 공정을 통해 제거한다.
다음, 도 6c를 참고하면, 도 5b를 참고로 하여 설명한 것처럼 불산(HF), 이소프로필 알코올(IPA) 및 질산(N2)를 이용한 HF 기상법을 이용하여 복수의 함몰부(111)를 구비한 기판(110)의 전면을 건식 식각하여 함몰부(111)의 표면을 복수의 홀이 불규칙하게 형성된 다공성 표면으로 형성한다.
이로 인해, 기판(110)의 전면으로 입사되는 빛은 이중 텍스처링 효과에 의해 기판(110)으로 입사되는 빛의 양이 증가한다.
다음, 이미 도 5d 내지 도 5h를 참고로 하여 설명한 것과 동일하게, 에미터부(121) 위에 순차적으로 제1 및 제2 반사 방지부(131, 132)를 형성하여 반사 방지부(130)를 완성한 후, 스크린 인쇄법을 이용하여 기판(110)의 전면과 후면에 각각 전면 전극부 패턴(40), 후면 전극 패턴(51) 및 복수의 후면 버스바 패턴(52)을 형성한다.
그런 다음, 고온(약 750℃ 내지 약 800℃)에서 기판(110)을 열처리하여, 복수의 전면 전극(141)과 복수의 전면 버스바(142)를 구비하고 에미터부(121)와 접촉하는 전면 전극부(140), 후면 전극(151)과 복수의 후면 버스바(152)를 구비하고 기판(110)의 후면과 접촉하는 후면 전극부(150), 그리고 후면 전극(151)과 접촉하고 기판(110)의 후면 내에 위치하는 후면 전계부(171)를 형성한다.
본 실시예와 같이, 기판(110)의 표면에 다공성 표면을 갖는 복수의 함몰부(111)를 구비할 경우, 도 7을 참고로 하여 기판(110)으로 입사되는 빛의 반사 방지 효과를 설명한다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 기판과 비교예에 따른 기판에서 빛의 파장에 따른 반사율(reflectivity)을 도시한 그래프이다.
도 7에서, 그래프(A)는 비교예에 따른 기판에서 빛의 파장에 따른 반사율 그래프로서, 비교예의 경우, 복수의 함몰부만을 구비한 기판에서 측정한 빛의 반사율 그래프이다. 즉, 비교예의 경우, 기판에 형성된 복수의 함몰부는 다공성 표면을 갖고 있지 않고, 기판 위에 제1 및 제2 반사 방지부(131, 132) 역시 구비하고 있지 않았다.
도 7에서 그래프(B)는 제1 실시예에 따른 기판에서 빛의 파장에 따른 반사율 그래프로서, 제1 실시예의 경우, 다공성 표면을 갖는 복수의 함몰부를 구비하고 있었지만, 제1 및 제2 반사 방지부를 구비하고 있지 않은 기판에서 측정한 빛의 반사율 그래프이다. 따라서 이 경우, 비교예와 달리, 기판은 다공성 표면을 갖는 복수의 함몰부를 구비하고 있었다.
또한, 도 7에서, 그래프(C)는 제2 실시예에 따른 기판에서 빛의 파장에 따른 반사율 그래프로서, 제2 실시예에 따른 기판은 다공성 표면을 갖는 복수의 함몰부와 제1 및 제2 반사 방지부를 구비하고 있었다. 이때, 제1 반사 방지부는 약 40㎚의 두께를 갖는 실리콘 산화물(SiOx)이었고 약 1.8의 굴절률을 갖고 있었고, 제2 반사 방지부는 약 62㎚의 두께를 갖는 실리콘 질화물(SiNx)이었고 약 2.3의 굴절률을 갖고 있었다.
이와 같이, 비교예와 제1 및 제2 실시예에 따른 기판에서 기판의 표면에 형성된 함몰부의 형상과 반사 방지부의 존재 여부를 제외하면, 나머지 구조는 동일하였다.
도 7에 도시한 것처럼, 제1 비교예의 경우, 평균 가중 반사율(average weighted reflectivity)은 약 26.3%이었다. 하지만, 제1 실시예의 경우, 평균 가중 반사율은 약 8.5이었고, 제2 실시예의 경우, 평균 가중 반사율은 약 7.6%였다.
이와 같이, 슬라이싱 공정 시 발생한 기판(110)의 손상층을 제거하기 위한 식각 공정 시 형성된 복수의 함몰부(111)의 표면을 다공성 표면으로 처리할 경우(제1 및 제2 실시예), 비교예에 비해 평균 가중 반사율이 크게 감소함을 알 수 있었고 특히, 제1 및 제2 반사 방지부(131, 132)를 구비한 반사 방지부(130)를 형성할 경우(제2 실시예), 평균 가중 반사율은 더욱 감소함을 알 수 있었다. 이로 인해, 복수의 함몰부(111)에 다공성 표면을 형성할 경우, 기판(110)의 표면에서 반사되는 빛의 양이 감소하고, 이로 인해, 기판(110)으로 입사되는 빛의 양이 증가함에 따라 태양 전지의 효율이 향상됨을 알 수 있었다. 특히, 반사 방지부(130)를 구비할 경우, 평균 가중 반사율이 더욱 감소하므로, 이 경우 태양 전지의 효율은 더욱 향상된다.
또한, 도 7의 제2 실시예에 따른 빛의 반사도 그래프(C)를 참고로 하면, 빛의 파장이 약 450㎚ 내지 800㎚의 단파장대에서, 빛의 반사율이 크게 감소함을 알 수 있다. 따라서, 제2 실시예의 경우 반사 방지 효과는 800㎚이상의 파장을 갖는 장파장의 빛보다 단파장 빛에 대한 반사 방지에 좀더 효과적임을 알 수 있다.
일반적으로 기판(110) 내로 흡수된 장파장 빛에 의해 생성된 소수 캐리어(이하, '장파장 소수 캐리어'라 함)가 전면 전극부(140)쪽으로 이동하는 거리(즉, 소수 캐리어의 벌크 생존 시간)는 단파장 빛에 의해 생성된 소수 캐리어(이하, '단파장 소수 캐리어'라 함)가 전면 전극부(140) 쪽으로 이동하는 거리보다 훨씬 길다.
순도가 낮은 기판(예, 5N 이하의 순도를 갖는 기판)이나 메탈러지컬급 실리콘 기판으로 태양 전지(1)를 제조할 경우, 소수 캐리어(예, 전자)의 벌크 생존 시간(bulk life time)이 약 0.1㎲ 내지 5㎲로서 매우 짧다. 따라서, 장파장 소수 캐리어의 많은 양이 정상적으로 전면 전극부(140)로 전송되지 못하고 이동 도중에 소멸되는 반면, 대부분의 단파장 소수 캐리어는 전면 전극부(140)로 전송되어 정상적으로 출력된다. 여기서, 벌크 생존은 베어 실리콘 웨이퍼(bare silicon wafer)로 만들어진 기판(110)의 벌크 생존 시간을 의미할 수 있다.
따라서, 기판(110)이 순도가 낮은 기판이거나 메탈러지컬급 실리콘 기판일 경우, 장파장 빛의 흡수 효율보다 단파장 빛의 흡수 효율을 향상시키는 것이 태양 전지(1)의 효율 향상에 좋다.
도 7에 도시한 것처럼, 본 실시예에 따른 다공성 표면을 갖는 복수의 함몰부(130)와 제1 및 제2 반사 방지부(131, 132)를 이용하는 태양 전지의 경우 장파장의 빛보다 단파장 빛에 대한 반사 방지 효과가 좋기 때문에, 본 실시예에 따른 태양 전지는 순도가 낮은 기판이나 메탈러지컬급 실리콘 기판을 이용한 태양 전지에 더욱 효과적이다.
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: 전면전극부 패턴
51: 후면전극 패턴 52: 후면버스바 패턴
110: 기판 11: 함몰부
121: 에미터부 130: 반사 방지부
131, 132: 반사 방지부 140: 전면 전극부
141: 전면 전극 142: 전면 버스바
150: 후면 전극부 151: 후면 전극
152: 후면 버스바 171: 후면 전계부
51: 후면전극 패턴 52: 후면버스바 패턴
110: 기판 11: 함몰부
121: 에미터부 130: 반사 방지부
131, 132: 반사 방지부 140: 전면 전극부
141: 전면 전극 142: 전면 버스바
150: 후면 전극부 151: 후면 전극
152: 후면 버스바 171: 후면 전계부
Claims (28)
- 복수의 함몰부를 구비한 제1 도전성 타입의 기판,
상기 제1 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입의 갖고 상기 기판과 p-n 접합을 형성하는 에미터부,
상기 에미터부에 연결되어 있는 제1 전극부, 그리고
상기 기판과 연결되어 있는 제2 전극부
를 포함하고,
상기 각 함몰부는 복수의 홀을 구비한 다공성 표면을 갖는
태양 전지. - 제1항에서,
상기 각 홀은 10㎚ 내지 100㎚의 최대 지름과 최대 깊이를 갖는 태양 전지. - 제1항에서,
상기 각 함몰부는 2㎛ 내지 5㎛의 최대 깊이와 10㎛ 내지 15㎛의 최대 지름을 갖는 태양 전지. - 제1항에서,
상기 에미터부 위에 위치하는 반사 방지부를 더 포함하는 태양 전지. - 제4항에서,
상기 반사 방지부는 상기 에미터부 위에 위치한 제1 반사 방지부와 상기 제1 반사 방지부 위에 위치한 제2 반사 방지부를 구비한 태양 전지 - 제5항에서,
상기 제1 반사 방지부는 1.5 내지 1.9의 굴절률을 갖는 태양 전지. - 제5항 또는 제6항에서,
상기 제1 반사 방지부는 5㎚ 내지 30㎚의 두께를 갖는 태양 전지. - 제5항 또는 제6항에서,
상기 제1 반사 방지부는 실리콘 산화물로 이루어져 있는 태양 전지. - 제5항에서,
상기 제2 반사 방지부는 1.8 내지 2.4의 굴절률을 갖는 태양 전지. - 제5항 또는 제9항에서,
상기 제2 반사 방지부는 약 20㎚ 내지 70㎚의 두께를 갖는 태양 전지. - 제5항 또는 제9항에서,
상기 제2 반사 방지부는 실리콘 질화물로 이루어져 있는 태양 전지. - 제5항에서,
상기 반사 방지부는 80㎚ 내지 120㎚의 두께를 갖는 태양 전지. - 제1항에서,
상기 제2 전극부와 연결되어 있는 후면 전계부를 더 포함하는 태양 전지. - 제1항에서,
상기 기판은 5N 이하의 순도를 갖는 다결정 실리콘 기판인 태양 전지. - 제14항에서,
상기 기판은 2N 내지 5N의 순도를 갖는 다결정 실리콘 기판인 태양 전지. - 제1항에서,
상기 기판은 메탈러지컬급 실리콘 기판(metallurgical grade silicon substrate)인 태양 전지. - 제1항에서,
상기 기판은 0.01 내지 0.8ppmw의 알루미늄(Al)을 함유하는 태양 전지. - 제17항에서,
상기 기판은 0.01 내지 1ppmw의 철(Fe)을 함유하는 태양 전지. - 제1항에서,
상기 기판은 다결정 실리콘으로 이루어져 있는 태양 전지. - 제1 도전성 타입의 기판의 표면에 복수의 함몰부를 형성하는 단계,
상기 복수의 함몰부의 표면에 복수의 홀을 형성하여 다공성 표면을 형성하는 단계,
상기 제1 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입의 에미터부를 형성하는 단계, 그리고
상기 에미터부와 연결되는 제1 전극부와 상기 기판에 연결되는 제2 전극부를 형성하는 단계
를 포함하는 태양 전지의 제조 방법. - 제20항에서,
상기 복수의 함몰부 형성 단계는 불산(HF)를 이용한 습식 식각법으로 형성되는 태양 전지의 제조 방법. - 제20항에서,
상기 복수의 다공성 표면 형성 단계는 HF 기상법으로 형성되는 태양 전지의 제조 방법. - 제22항에서,
상기 HF 기상법은 불산(HF), 이소프로필 알코올(IPA) 및 질산(N2)을 이용하여 행해지는 태양 전지의 제조 방법. - 제22항에서,
상기 HF 기상법은 빛이 입사되는 기판의 입사면에 행해지는 태양 전지의 제조 방법. - 제20항에서,
상기 에미터부 위에 반사 방지부를 형성하는 단계를 더 포함하는 태양 전지의 제조 방법. - 제25항에서,
상기 제1 전극부 및 제2 전극부 형성 단계는,
상기 반사 방지부 위에 제1 전극부 패턴을 형성하는 단계,
상기 기판 위에 제2 전극부 패턴을 형성하는 단계, 그리고
상기 기판을 열처리하여, 상기 반사 방지부를 통과해 상기 에미터부와 연결되는 상기 제1 전극부 패턴에 의해 상기 제1 전극부가 형성되고, 상기 기판과 연결되는 상기 제2 전극부 패턴에 의해 상기 제2 전극부 형성되는 단계
를 포함하는 태양 전지의 제조 방법. - 제26항에서,
상기 제1 전극부 및 제2 전극부 형성 단계는 상기 기판의 면 위에 상기 제2 전극부 패턴에 인접하게 적어도 하나의 버스바 패턴을 형성하는 단계를 더 포함하는 태양 전지의 제조 방법. - 제27항에서,
상기 적어도 하나의 버스바 패턴은 상기 제2 전극부 패턴이 위치하지 않는 상기 기판 위에 위치하는 태양 전지의 제조 방법.
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2010
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