KR20120031629A - 태양전지 및 이의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
태양전지는 기판; 기판의 전면(front surface)에 위치하는 에미터부; 상기 에미터부 위에 위치하는 제1 반사방지막; 기판의 후면(back surface)에 위치하는 후면 전계부; 및 기판의 후면 아래에 위치하는 제2 반사방지막을 포함하며, 제1 반사방지막과 제2 반사방지막은 기판의 측면, 전면의 테두리 부분 및 후면의 테두리 부분 중 적어도 한 부분에서 서로 중첩한다.
Description
본 발명은 태양전지 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
광전 변환 효과를 이용하여 광 에너지를 전기 에너지로 변환하는 태양광 발전은 무공해 에너지를 얻는 수단으로서 널리 이용되고 있다. 그리고 태양전지의 광전 변환 효율의 향상에 수반하여, 개인 주택에서도 다수의 태양전지 모듈을 이용하는 태양광 발전 시스템이 설치되고 있다.
통상의 태양전지는 기판 및 기판과 p-n 접합을 형성하는 에미터부를 포함하며, 기판의 한쪽 면을 통해 입사된 빛을 이용하여 전류를 발생시킨다.
이때, 기판으로 입사되는 빛의 반사도를 줄이고 특정한 파장 영역의 빛 투과도를 증가시켜 태양전지의 광전 변환 효율을 증가시키기 위해, 기판의 수광면에는 반사방지막이 위치한다.
한편, 통상의 태양전지는 빛이 기판의 한쪽 면을 통해서만 입사되므로 전류 변환 효율이 낮다.
따라서, 근래에는 기판의 양쪽 면을 통해 빛이 입사되도록 한 양면 수광형 태양전지가 개발되고 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 고효율 태양전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 한 측면에 따른 태양전지는 기판; 기판의 전면(front surface)에 위치하는 에미터부; 상기 에미터부 위에 위치하는 제1 반사방지막; 기판의 후면(back surface)에 위치하는 후면 전계부; 및 기판의 후면 아래에 위치하는 제2 반사방지막을 포함하며, 제1 반사방지막과 제2 반사방지막은 기판의 측면, 전면의 테두리 부분 및 후면의 테두리 부분 중 적어도 한 부분에서 서로 중첩한다.
본 실시예에서, 제1 반사방지막과 제2 반사방지막은 기판의 측면, 전면의 테두리 부분 및 후면의 테두리 부분에서 서로 중첩하고, 제2 반사방지막은 기판과 직접 접촉하며, 제1 반사방지막은 제2 반사방지막의 상부에 위치한다.
후면 전계부는 기판의 측면 및 전면의 테두리 부분에도 위치하며, 제2 반사방지막 중에서 기판 전면의 테두리 부분에 위치하는 부분의 폭은 1㎜ 이하로 형성되고, 제1 반사방지막 중에서 기판 후면의 테두리 부분에 위치하는 부분의 폭은 1㎜ 이하로 형성된다.
그리고 후면 전계부 중에서 기판 전면의 테두리 부분에 위치하는 부분의 폭은 제2 반사방지막 중에서 기판 전면의 테두리 부분에 위치하는 부분의 폭과 동일하거나 작게 형성된다.
후면 전계부는 기판 전면의 테두리 부분에 위치하는 후면 전계부와 에미터부는 서로 절연된다.
기판의 전면 및 후면 중 적어도 한 면은 복수의 요철을 포함하는 텍스처링 표면으로 형성될 수 있다.
제1 반사방지막은 상부막 및 에미터부와 상부막 사이에 위치하는 하부막을 포함할 수 있으며, 하부막은 산화 알루미늄막 또는 열 산화막을 포함할 수 있고, 상부막은 실리콘 질화막을 포함할 수 있다. 그리고 제2 반사방지막은 실리콘 질화막을 포함할 수 있다.
이러한 구성의 태양전지는 기판의 전면, 후면 및 측면에 후면 전계부를 형성하는 단계; 기판 전면의 테두리 부분과 측면 및 후면에 제2 반사방지막을 형성하는 단계; 기판 전면에 위치하는 후면 전계부 중에서 제2 반사방지막에 의해 덮여있지 않은 영역의 후면 전계부를 제거하는 단계; 후면 전계부가 제거된 영역에 에미터부를 형성하는 단계; 에미터부 위에 제1 반사방지막을 형성하는 단계; 및 제1 전극과 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하는 제조 방법에 의해 제조할 수 있다.
제1 반사방지막을 형성하는 단계에서, 상기 제1 반사방지막을 기판 전면의 테두리 부분에 위치하는 제2 반사방지막 위에까지 연장하여 형성할 수 있으며, 에미터부 및 후면 전계부를 형성하기 전에 기판의 전면 및 후면 중 적어도 한 면을 텍스처링 표면으로 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이러한 특징에 따르면, 에미터부를 형성하기 위한 도핑 공정에서 기판 전면의 테두리 부분에 위치한 제2 반사방지막이 도펀트(dopant)의 확산을 방지하는 역할을 하기 때문에 서로 다른 도전성 타입의 층을 분리하기 위한 에지 절연(edge isolation) 공정을 생략할 수 있다.
그리고 기판의 측면 및 전면 테두리 부분에도 후면 전계부가 위치하므로, 빛에 의해 생성된 전하(carrier)가 내부 전계에서 유효하게 수집되어 태양전지의 효율이 증가한다.
또한, 기판의 전면 및 후면을 모두 텍스처링 표면으로 형성하면, 기판의 전면으로 입사된 후 기판을 투과한 빛을 기판의 후면으로 다시 입사시켜 전류를 발생시키는 데 사용할 수 있다. 따라서, 기판의 전면(front surface)으로 입사되는 빛만 이용하여 전류를 발생시키는 구조의 태양전지에 비해 효율을 더욱 증가시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양전지의 개략적인 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시한 태양전지의 주요부 확대 단면도이다.
도 3 내지 도 9는 도 1에 도시한 태양전지의 제조 방법을 나타내는 공정 순서도이다.
도 2는 도 1에 도시한 태양전지의 주요부 확대 단면도이다.
도 3 내지 도 9는 도 1에 도시한 태양전지의 제조 방법을 나타내는 공정 순서도이다.
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 것도 포함한다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 따른 태양전지 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양전지의 개략적인 단면도이고, 도 2는 도 1에 도시한 태양전지의 주요부 확대 단면도이며, 도 3 내지 도 9는 도 1에 도시한 태양전지의 제조 방법을 나타내는 공정 순서도이다.
태양전지는 기판(110), 기판(110)의 한쪽 면, 예를 들면 전면(front surface)에 위치하는 에미터부(120), 에미터부(120)의 위에 위치하는 제1 반사방지막(130), 제1 반사방지막(130)이 위치하지 않는 영역의 에미터부(120) 위에 위치한 제1 전극(140), 기판(110)의 후면(back surface)에 위치하는 후면 전계(back surface field, BSF)부(150), 후면 전계부(150)의 아래에 위치하는 제2 반사방지막(160), 제2 반사방지막(160)이 위치하지 않는 영역의 후면 전계부(150)의 아래에 위치하는 제2 전극(170)를 포함한다.
기판(110)은 제1 도전성 타입, 예를 들어 n형 도전성 타입의 실리콘 웨이퍼로 이루어진다. 이때, 실리콘은 단결정 실리콘, 다결정 실리콘 기판 또는 비정질 실리콘일 수 있다.
기판(110)이 n형의 도전성 타입을 가지므로, 기판(110)은 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물을 함유한다. 이때, 기판(110)은 1Ωㆍ㎠ 내지 10Ωㆍ㎠의 비저항을 갖는 것이 바람직하다.
하지만, 이와는 달리, 기판(110)은 p형 도전성 타입일 수 있고, 실리콘 이외의 다른 반도체 물질로 이루어질 수도 있다.
기판(110)이 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 기판(110)은 붕소(B), 갈륨, 인듐 등과 같은 3가 원소의 불순물을 함유할 수 있다.
이러한 기판(110)은 표면이 텍스처링(texturing)된 텍스처링 표면(texturing surface)을 갖는다. 보다 구체적으로, 기판(110)은 에미터부(120)가 위치하는 전면(front surface)과 후면 전계부(150)가 위치하는 후면(back surface)이 제1 텍스처링 표면(111) 및 제2 텍스처링 표면(113)으로 각각 형성된다.
본 실시예에서, 후면 전계부(150)는 기판(110)의 후면과 측면 전체 및 기판 전면의 일부, 예컨대 기판 전면의 테두리에 위치한다.
이러한 후면 전계부(150)는 기판(110)과 동일한 도전성 타입의 불순물이 기판(110)보다 고농도로 도핑된 영역, 예를 들면, n+ 영역으로 형성된다. 후면 전계부(150)는 50Ω/sq 내지 150Ω/sq의 면저항을 가질 수 있다.
후면 전계부(150)는 기판(110)과의 불순물 농도 차이로 인해 전위 장벽을 형성함으로써 기판 후면 쪽으로의 정공 이동을 방해한다. 따라서 기판(110)의 후면 근처에서 전자와 정공이 재결합하여 소멸되는 것이 감소된다.
또한, 후면 전계부(150)가 기판(110)의 측면 및 전면 테두리 부분에도 형성되어 있으므로, 빛에 의해 생성된 전하(carrier)가 내부 전계(電界)에서 유효하게 수집된다.
후면 전계부(150)의 일부 영역에는 제2 전극(170)이 전기적 및 물리적으로 연결되어 있으며, 제2 전극(170)이 위치하지 않는 후면 전계부(150)의 나머지 영역에는 제2 반사방지막(160)이 위치한다.
제2 전극(170)은 기판(110)쪽으로 이동하는 전하, 예를 들어 전자를 수집하여 외부 장치로 출력하기 위해 형성되며, 알루미늄(A), 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 물질로 이루어질 수 있다. 본 실시예에서, 제2 전극(170)은 은(Ag) 또는 은(Ag)과 알루미늄의 혼합물(Ag:Al)로 형성될 수 있다.
이와는 달리, 제2 전극(170)은 금속 물질을 도금하여 형성한 도금층으로 형성될 수도 있다. 이때, 도금층은 니켈 실리사이드(Ni2Si, NiSi, NiSi2)로 이루어진 금속 시드층, 니켈 확산방지층, 구리층 및 주석층을 포함할 수 있으며, 이 외에도 다양한 층 구조를 가질 수 있다.
제2 반사방지막(160)은 기판(110)의 후면을 통해 입사되는 빛의 반사도를 줄이고 특정한 파장 영역의 선택성을 증가시켜 태양전지의 효율을 증가시키기 위해 형성되며, 제2 전극(170)이 위치하는 영역을 제외한 기판(110)의 후면 전체와 측면 전체, 그리고 기판 전면의 테두리 부분에 위치한다.
이러한 구조에 따르면, 기판(110)의 측면 및 전면 테두리 부분에는 후면 전계부(150)와 제2 반사방지막(160)이 위치한다.
이때, 제2 반사방지막(160) 중에서 기판 전면의 테두리 부분에 위치하는 부분은 대략 1㎜ 이하의 폭(W)으로 형성된다.
그리고 후면 전계부(150) 중에서 기판 전면의 테두리 부분에 위치하는 부분의 폭은 제2 반사방지막(160) 중에서 기판 전면의 테두리 부분에 위치하는 부분의 폭(W)과 동일하거나, 상기 폭(W)보다 작게 형성된다.
즉, 후면 전계부(150)의 단부는 도 2에 도시한 바와 같이 제2 반사방지막(160)의 단부보다 몰입될 수 있지만, 동일 선상에 위치할 수도 있다. 따라서 이후 설명할 에미터부(120)와 전기적으로 절연된다.
제2 반사방지막(160)은 1.9 내지 2.3의 굴절률을 갖는 실리콘 질화막(SiNx:H)으로 형성될 수 있고, 50㎚ 내지 300㎚의 두께로 형성될 수 있다.
기판(110)의 전면(front surface)에 위치하는 에미터부(120)는 위에서 설명한 바와 같이 기판 전면의 테두리 부분에 위치하는 후면 전계부(150)의 단부와 이격된 상태에서 제1 텍스처링 표면(111)에 형성된다.
이때, 에미터부(120)의 단부는 제2 반사방지막(160)의 단부와 동일선상에 위치할 수 있다.
에미터부(120)는 기판(110)의 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입, 예를 들어, p형의 도전성 타입을 갖는 불순물부로서, 기판(110)과 p-n 접합을 이룬다.
이러한 p-n 접합으로 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 n형이고 에미터부(120)가 p형일 경우, 분리된 전자는 기판(110)쪽으로 이동하고 분리된 정공은 에미터부(120)쪽으로 이동한다. 따라서, 기판(110)에서는 전자가 다수 캐리어가 되며, 에미터부(120)에서는 정공이 다수 캐리어가 된다.
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. 이때, 에미터부(120)는 30Ω/sq 내지 120Ω/sq의 면저항을 가질 수 있다.
이와는 달리, 기판(110)이 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 에미터부(120)는 n형의 도전성 타입을 가진다. 이 경우, 분리된 정공은 기판(110)쪽으로 이동하고 분리된 전자는 에미터부(120)쪽으로 이동한다.
에미터부(120)가 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물을 기판(110)에 도핑하여 형성할 수 있다.
에미터부(120) 위에 위치하는 제1 반사방지막(130)은 그의 단부가 기판 후면의 테두리 부분에 위치하도록 연장되어 형성된다. 이때, 제1 반사방지막(130) 중에서 기판 후면의 테두리 부분에 위치하는 부분은 제2 반사방지막과 마찬가지로 대략 1㎜ 이내의 폭으로 형성될 수 있다.
따라서, 기판의 측면은 물론 기판 전면의 테두리 부분과 후면 테두리 부분에서는 후면 전계부(150), 제2 반사방지막(160) 및 제1 반사방지막(130)이 서로 중첩한다.
도시하지는 않았지만, 제1 반사방지막(130)은 기판 전면의 테두리 부분을 제외한 에미터부(120)의 전체 면에 형성되거나, 기판 전면의 테두리 부분까지만 연장되어 형성될 수도 있다.
제1 반사방지막(130)은 기판(110)의 전면(front surface)을 통해 입사되는 빛의 반사도를 줄이고 특정한 파장 영역의 선택성을 증가시켜 태양전지의 효율을 증가시키는 반사방지막으로 기능하며, 또한 패시베이션 막으로도 기능한다.
제1 반사방지막(130)은 상부막(131)과, 에미터부(120)와 상부막(131) 사이에 위치하는 하부막(133)의 이중막으로 형성된다.
본 실시예에서, 상부막(131)은 실리콘 질화막(SiNx:H)으로 형성되며, 하부막(133)은 실리콘 질화막과 빛 흡수계수(absorption coefficient) 또는 밴드갭(Eg)의 차이가 큰 물질, 예컨대 산화 알루미늄막(AlOx)으로 형성된다.
이때, 제1 반사방지막(130)에서의 빛 반사도를 최소화 하기 위해, 하부막(133)은 1.55 내지 1.7의 굴절률을 가지며, 50㎚ 이하의 두께로 형성되고, 상부막(131)은 1.9 내지 2.3의 굴절률을 갖고, 50㎚ 내지 100㎚의 두께로 형성된다.
본 발명인의 실험에 의하면, 제1 반사방지막(130)이 산화 알루미늄막으로 이루어진 하부막(133) 및 실리콘 질화막으로 이루어진 상부막(131)의 이중막으로 구성될 때, 각 막(131, 133)의 굴절률 및 두께가 상기 범위에 속하는 경우 제1 반사방지막(130)에서의 빛 반사도가 가장 낮은 것을 알 수 있었다.
한편, 하부막(133)으로 산화 알루미늄막 대신에 열 산화막(thermal oxide)이 사용될 수도 있다.
복수의 제1 전극(140)은 기판(110) 전면(front surface)의 에미터부(120) 위에 위치하며, 에미터부(120)와 전기적 및 물리적으로 연결된다. 이때, 복수의 제1 전극(140)은 거의 평행하게 정해진 방향으로 뻗어 있으며, 제2 전극(170)과 동일한 폭 및 피치로 형성된다. 하지만, 제1 전극(140)의 폭은 제2 전극(170)의 폭보다 좁게 형성될 수도 있다.
이러한 복수의 제1 전극(140)은 에미터부(120)쪽으로 이동한 전하, 예를 들면 정공을 수집한다.
복수의 제1 전극(140)은 제2 전극(170)과 마찬가지로 니켈(Ni), 구리(Cu), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 티타늄(Ti), 금(Au) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 도전성 물질로 형성된다. 예를 들어, 제1 전극(140)은 은(Ag)으로 형성되거나, 은(Ag)과 알루미늄(Al)이 혼합된 혼합물(AgAl)로 형성될 수 있다.
이와는 달리, 제1 전극(140)은 도금층으로 형성될 수도 있다.
이와 같은 구조를 갖는 본 실시예에 따른 태양전지는 양면 수광형 태양전지로 사용될 수 있으며, 그 동작은 다음과 같다.
태양전지로 조사된 빛이 에미터부(120) 및/또는 후면 전계부(150)를 통해 기판(110)으로 입사되면, 기판(110)으로 입사된 빛 에너지에 의해 전자-정공 쌍이 발생한다.
이때, 기판(110)의 표면이 제1 및 제2 텍스처링 표면(111, 113)으로 형성되어 있으므로, 기판(110)의 전면(front surface) 및 후면(back surface)에서의 빛 반사도가 감소하고, 제1 및 제2 텍스처링 표면(111, 113)에서 입사와 반사 동작이 행해져 태양전지 내부에 빛이 갇히게 되므로, 빛의 흡수율이 증가되어 태양전지의 효율이 향상된다.
이에 더하여, 제1 반사방지막(130) 및/또는 제2 반사방지막(160)에 의해 기판(110)으로 입사되는 빛의 반사 손실이 줄어들어 기판(110)으로 입사되는 빛의 양은 더욱 증가한다.
이들 전자-정공 쌍은 기판(110)과 에미터부(120)의 p-n접합에 의해 서로 분리되며, 전자는 n형의 도전성 타입을 갖는 기판(110)쪽으로 이동하고, 정공은 p형의 도전성 타입을 갖는 에미터부(120)쪽으로 이동한다.
이처럼, 기판(110)쪽으로 이동한 전자는 후면 전계부(150)를 통해 제2 전극(170)으로 이동하고, 에미터부(120)쪽으로 이동한 정공은 제1 전극(140)으로 이동한다. 따라서, 어느 한 태양전지의 제1 전극(140)과 인접한 태양전지의 제2 전극(170)을 인터커넥터 등의 도선으로 연결하면 전류가 흐르게 되고, 이를 외부에서 전력으로 이용하게 된다.
이러한 구성의 태양전지는 광 투과성 전면 기판 및 광 투과성 후면 기판 사이에서 보호막에 의해 밀봉된 상태로 사용된다.
이하, 도 3 내지 도 9를 참조하여 상기한 구성의 태양전지를 제조하는 방법에 대해 설명한다.
일반적으로, 실리콘 웨이퍼로 이루어진 기판(110)은 실리콘 블록(block)이나 잉곳(ingot)을 블레이드(blade) 또는 멀티 와이어 소우(multi wire saw)로 슬라이스(slice)하여 제조된다.
실리콘 웨이퍼가 준비되면, 5가 원소의 불순물, 예컨대 인(P)을 실리콘 웨이퍼에 도핑하여 1Ωㆍ㎠ 내지 10Ωㆍ㎠의 비저항을 갖는 기판(110)을 제조한다.
한편, 실리콘 블록이나 잉곳을 슬라이스 할 때 실리콘 웨이퍼에는 기계적 손상층(mechanical damage layer)이 형성된다.
따라서 기계적 손상층으로 인한 태양전지의 특성 저하를 방지하기 위해, 상기 기계적 손상층을 제거하기 위한 습식 식각 공정을 실시한다. 이때, 습식 식각 공정에는 알칼리(alkaline) 또는 산(acid) 식각액(etchant)을 사용한다.
기계적 손상층을 제거한 후, 습식 식각 공정 또는 플라즈마를 이용한 건식 식각 공정을 이용하여 기판(110)의 전면 및 후면을 제1 텍스처링 표면(111) 및 제2 텍스처링 표면(113)으로 각각 형성한다.
제1 텍스처링 표면(111) 및 제2 텍스처링 표면(113)을 형성한 후, 기판(110)의 전면(front surface)과 후면(back surface) 및 측면(side surface)에 5가 원소의 불순물을 도핑하여 후면 전계부(150)를 형성한다.
그리고 실리콘 질화막(SiNx: H)으로 이루어진 제2 반사방지막(160)을 기판(110)의 후면 및 측면의 전체와 기판 전면의 테두리 부분에 형성한다. 제2 반사방지막(160)은 플라즈마 증착(PECVD) 또는 스퍼터링(sputtering) 등의 방법으로 실리콘 질화막을 증착하는 것에 따라 형성할 수 있다. 이때, 실리콘 질화막은 1.9 내지 2.3의 굴절률과 50㎚ 내지 300㎚의 두께를 갖도록 형성할 수 있다.
계속하여, 제2 반사방지막(160)을 마스크로 하여 기판(110)의 전면(front surface)을 에치백(etch back)함으로써 기판(110)의 전면(front surface)에 형성된 후면 전계부(150)를 제거한다.
이때, 후면 전계부(150)와 에미터부(120)의 전기적 절연이 확실히 이루어지도록 하기 위해, 후면 전계부(150)의 단부가 제2 반사방지막(160)의 단부 안쪽으로 몰입되도록 에치백을 실시할 수 있다.
에치백을 실시한 다음, 기판(110)의 전면(front surface)에 3가 원소의 불순물을 도핑하여 에미터부(120)를 형성한다.
이때, 기판 전면의 테두리 부분에는 제2 반사방지막(160)이 위치하고 있으므로, 제2 반사방지막(160)이 불순물의 확산 방지 기능을 하게 된다.
따라서, 에미터부(120)는 제2 반사방지막(160)에 의해 덮여있지 않은 영역의 제1 텍스처링 표면(111)에 형성되고, 이로 인해 후면 전계부(150)와 전기적으로 절연된다.
이어서, 자연 산화막 제거를 위하여 기판을 불산(HF)으로 식각하고, 에미터부(120) 위에 제1 반사방지막(130)을 형성한다.
이때, 제1 반사방지막(130)은 하부막(133)과 상부막(131)을 순차적으로 적층하여 형성할 수 있다.
하부막(133)은 반사방지 기능 외에 패시베이션 막으로도 기능하는 것으로, 플라즈마 증착(PECVD) 또는 스퍼터링(sputtering) 등의 방법으로 산화 알루미늄막을 증착하는 것에 따라 형성할 수 있다. 이때, 산화 알루미늄막은 1.55 내지 1.7의 굴절률과 50㎚ 이하의 두께를 갖도록 형성할 수 있다.
이와는 달리, 열 산화막을 형성하여 하부막(133)을 형성하는 것도 가능하다.
상부막(131)은 플라즈마 증착(PECVD) 또는 스퍼터링(sputtering) 등의 방법으로 실리콘 질화막을 증착하는 것에 따라 형성할 수 있다. 이때, 실리콘 질화막은 1.9 내지 2.3의 굴절률과 50㎚ 내지 100㎚의 두께를 갖도록 형성할 수 있다.
한편, 제1 반사방지막(130)은 도 8에 도시한 바와 같이 기판 후면의 테두리 부분까지 연장하여 형성한다. 하지만, 제1 반사방지막(130)은 에미터부(120) 위에만 형성하거나, 기판 전면의 테두리 부분까지만 형성할 수도 있다.
이러한 방법에 따르면, 기판 전면의 테두리 부분, 기판의 측면 및 기판 후면의 테두리 부분에는 후면 전계부(150), 제2 반사방지막(160) 및 제1 반사방지막(130)이 위치한다.
이후, 기판(110)의 전면(front surface)에는 제1 도전 페이스트(141)를 제1 전극 패턴으로 인쇄하고, 기판(110)의 후면(back surface)에는 제2 도전 페이스트(171)를 제2 전극 패턴으로 인쇄한 후, 소성 공정을 실시한다.
이때, 제1 도전 페이스트(141)는 은(Ag)과 알루미늄(Al)의 혼합물(AgAl)과 글라스 프릿(glass frit)이 혼합된 물질이며, 제2 도전 페이스트(171)는 은(Ag)과 글라스 프릿이 혼합된 물질이다. 하지만, 제1 도전 페이스트(141) 및 제2 도전 페이스트(171)에 함유된 도전성 물질은 상기 물질 외에도 니켈(Ni), 구리(Cu), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 티타늄(Ti), 금(Au) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 도전성 물질일 수 있다.
제1 도전 페이스트(141) 및 제2 도전 페이스트(171)의 소성 공정을 실시하면, 글라스 프릿에 함유된 납(Pb) 성분으로 인해 펀치 스루(punch-through) 작용이 발생된다.
따라서, 에미터부(120)와 전기적 및 물리적으로 연결된 제1 전극(140)이 형성되고, 또한 후면 전계부(150)와 전기적 및 물리적으로 연결된 제2 전극(170)이 형성된다.
도면에 도시하지는 않았지만, 제1 전극(140) 및 제2 전극(170)을 도금층으로 형성하는 것도 가능하다.
이 경우, 제1 반사방지막(130)과 제2 반사방지막(160)에 콘택 라인을 각각 형성하고, 콘택 라인을 통해 노출된 에미터부(120) 및 후면 전계부(150)에 도금층을 형성하여 제1 전극(140) 및 제2 전극(170)을 형성할 수 있다.
이때, 도금층은 니켈 실리사이드(Ni2Si, NiSi, NiSi2)로 이루어진 금속 시드층, 니켈 확산방지층, 구리층 및 주석층을 포함할 수 있으며, 이 외에도 다양한 층 구조를 가질 수 있다.
이상에서는 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.
110: 기판 111: 제1 텍스처링 표면
113: 제2 텍스처링 표면 120: 에미터부
130: 제1 반사방지막 131: 상부막
133: 하부막 140: 제1 전극
141: 제1 도전 페이스트 150: 후면 전계부
160: 제2 반사방지막 170: 제2 전극
171: 제2 도전 페이스트
113: 제2 텍스처링 표면 120: 에미터부
130: 제1 반사방지막 131: 상부막
133: 하부막 140: 제1 전극
141: 제1 도전 페이스트 150: 후면 전계부
160: 제2 반사방지막 170: 제2 전극
171: 제2 도전 페이스트
Claims (15)
- 기판;
상기 기판의 전면(front surface)에 위치하는 에미터부;
상기 에미터부 위에 위치하는 제1 반사방지막;
상기 기판의 후면(back surface)에 위치하는 후면 전계부; 및
상기 기판의 후면 아래에 위치하는 제2 반사방지막
을 포함하며,
상기 제1 반사방지막과 제2 반사방지막은 상기 기판의 측면(side surface), 전면(front surface)의 테두리(edge) 부분 및 후면의 테두리 부분 중 적어도 한 부분에서 서로 중첩하는 태양전지. - 제1항에서,
상기 제1 반사방지막과 제2 반사방지막은 상기 기판의 측면, 전면의 테두리 부분 및 후면의 테두리 부분에서 서로 중첩하는 태양전지. - 제2항에서,
상기 제2 반사방지막은 상기 기판과 직접 접촉하며, 제1 반사방지막은 제2 반사방지막의 상부에 위치하는 태양전지. - 제2항 또는 제3항에서,
상기 후면 전계부는 상기 기판의 측면 및 전면의 테두리 부분에 더 위치하는 태양전지. - 제4항에서,
상기 제2 반사방지막 중에서 기판 전면의 테두리 부분에 위치하는 부분의 폭은 1㎜ 이하로 형성되는 태양전지. - 제5항에서,
상기 후면 전계부 중에서 기판 전면의 테두리 부분에 위치하는 부분의 폭은 상기 제2 반사방지막 중에서 기판 전면의 테두리 부분에 위치하는 부분의 폭과 동일하거나 작게 형성되는 태양전지. - 제6항에서,
상기 후면 전계부는 기판 전면의 테두리 부분에서 상기 에미터부와 서로 절연되는 태양전지. - 제4항에서,
상기 제1 반사방지막 중에서 기판 후면의 테두리 부분에 위치하는 부분의 폭은 1㎜ 이하로 형성되는 태양전지. - 제4항에서,
상기 기판의 전면 및 후면 중 적어도 한 면은 복수의 요철을 포함하는 텍스처링 표면으로 형성되는 태양전지. - 제4항에서,
상기 제1 반사방지막은 상부막 및 상기 에미터부와 상부막 사이에 위치하는 하부막을 포함하는 태양전지. - 제10항에서,
상기 하부막은 산화 알루미늄막 또는 열 산화막을 포함하며, 상기 상부막은 실리콘 질화막을 포함하는 태양전지. - 제4항에서,
상기 제2 반사방지막은 실리콘 질화막을 포함하는 태양전지. - 기판의 전면(front surface), 후면(back surface) 및 측면(side surface)에 후면 전계부를 형성하는 단계;
상기 기판 전면의 테두리 부분과 측면 및 후면에 제2 반사방지막을 형성하는 단계;
상기 기판 전면에 위치하는 후면 전계부 중에서 상기 제2 반사방지막에 의해 덮여있지 않은 영역의 후면 전계부를 제거하는 단계;
상기 후면 전계부가 제거된 영역에 에미터부를 형성하는 단계;
상기 에미터부 위에 제1 반사방지막을 형성하는 단계; 및
제1 전극 및 제2 전극을 형성하는 단계
를 포함하는 태양전지의 제조 방법. - 제13항에서,
상기 제1 반사방지막을 형성하는 단계에서, 상기 제1 반사방지막을 상기 기판 후면의 테두리 부분에 위치하는 제2 반사방지막 위에까지 연장하여 형성하는 태양전지의 제조 방법. - 제13항에서,
상기 에미터부 및 후면 전계부를 형성하기 전에 상기 기판의 전면 및 후면 중 적어도 하나의 면을 텍스처링 표면으로 형성하는 단계를 더 포함하는 태양전지의 제조 방법.
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