KR20120034308A - 박막형 태양전지 및 박막형 태양전지의 제조방법 - Google Patents

박막형 태양전지 및 박막형 태양전지의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 효율이 우수한 박막형 태양전지 및 박막형 태양전지의 제조방법에 관한 것이다. 상기 박막형 태양전지는, 기판; 상기 기판 위에 제1 트렌치에 의해 이격 형성되는 복수 개의 전면전극; 상기 전면전극 위에 상기 제1 트렌치와 인접한 제2 트렌치에 의해 이격 형성되는 복수 개의 반도체층; 상기 제2 트렌치 및 상기 반도체층 위에 상기 제2 트렌치와 인접한 제3 트렌치에 의해 이격 형성되는 후면전극; 을 포함하고, 상기 박막형 태양전지는 상기 제3 트렌치에 의해 복수 개의 단위셀로 분리되고, 상기 제2 트렌치에 의해 이격되는 상기 반도체층은 상기 제2 트렌치를 가로지르고 상기 반도체층의 일부를 구성하는 연결부에 의해 서로 연결되는 것을 특징으로 한다.
이러한 구성에 따르면, 박막형 태양전지는 제2 트렌치를 기준으로 양측의 반도체층이 연결부에 의해 서로 연결됨으로써, 광전변환 효율이 우수한 박막형 태양전지 및 박막형 태양전지의 제조방법을 제공할 수 있다.

Description

박막형 태양전지 및 박막형 태양전지의 제조방법 {Thin film type solar cell and method for manufacturing the same}
본 발명은 효율이 우수한 박막형 태양전지 및 박막형 태양전지의 제조방법에 관한 것이다.
태양전지는 반도체의 성질을 이용하여 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 장치이다.
태양전지의 구조 및 원리에 대해서 간단히 설명하면, 태양전지는 P(positive)형 반도체와 N(negative)형 반도체를 접합시킨 PN접합 구조를 하고 있으며, 이러한 구조의 태양전지에 태양광이 입사되면, 입사된 태양광이 가지고 있는 에너지에 의해 상기 반도체 내에서 정공(hole) 및 전자(electron)가 발생하고, 이때, PN접합에서 발생한 전기장에 의해서 정공(+)은 P형 반도체쪽으로 이동하고 전자(-)는 N형 반도체쪽으로 이동하게 되어 전위가 발생하게 됨으로써 전기를 생산할 수 있게 된다.
이와 같은 태양전지는 기판형 태양전지와 박막형 태양전지로 구분할 수 있다.
기판형 태양전지는 실리콘과 같은 반도체물질 자체를 기판으로 이용하여 태양전지를 제조한 것이고, 박막형 태양전지는 유리 등과 같은 기판 상에 박막의 형태로 반도체를 형성하여 태양전지를 제조한 것이다.
기판형 태양전지는 박막형 태양전지에 비하여 효율이 다소 우수하기는 하지만, 공정상 두께를 최소화하는데 한계가 있고 고가의 반도체 기판을 이용하기 때문에 제조비용이 상승되는 단점이 있다.
박막형 태양전지는 기판형 태양전지에 비하여 효율이 다소 떨어지기는 하지만, 얇은 두께로 제조가 가능하고 저가의 재료를 이용할 수 있어 제조비용이 감소되는 장점이 있어 대량생산에 적합하다.
박막형 태양전지는 유리 등과 같은 기판 상에 전면전극을 형성하고, 이러한 전면전극 위에 반도체층을 형성하고, 반도체층 위에 후면전극을 형성하여 제조된다. 여기서, 전면전극은 광이 입사되는 수광면을 형성하기 때문에 전면전극으로는 ZnO와 같은 투명도전물이 이용되는데, 기판이 대면적화됨에 따라 투명도전물의 저항으로 인해서 전력손실이 커지는 문제가 발생하게 된다.
따라서, 박막형 태양전지를 복수 개의 단위셀로 나누고, 복수 개의 단위셀을 직렬로 연결하는 구조로 형성함으로써, 투명도전물의 저항으로 인한 전력손실을 최소화하는 방법이 고안되었다.
이하, 도면을 참조로 종래 복수 개의 단위셀이 직렬로 연결된 구조를 갖는 박막형 태양전지의 제조방법에 대해서 설명하기로 한다. 도 1a 내지 도 1f는 종래 복수 개의 단위셀이 직렬로 연결된 구조를 갖는 박막형 태양전지의 제조공정을 순차적으로 도시하는 단면도이다.
도 1a를 참조하면, 기판(10) 상에 ZnO와 같은 투명도전물을 이용하여 전면전극(20)을 형성한다.
도 1b를 참조하면, 전면전극(20)을 다수개로 분할하기 위해 레이저 스크라이빙 공정 등에 의해 전면전극(20)의 소정 영역을 제거하여 제1 트렌치(t1)를 형성한다.
도 1c를 참조하면, 전면전극(20)을 포함한 기판(10) 전면에 반도체층(30)을 형성한다.
도 1d를 참조하면, 반도체층(30)을 다수개로 분할하기 위해 레이저 스크라이빙 공정 등에 의해 반도체층(30)의 소정 영역을 제거하여 제2 트렌치(t2)를 형성한다.
도 1e를 참조하면, 반도체층(30) 위에 후면전극(50)을 형성한다.
도 1f를 참조하면, 레이저 스크라이빙 공정 등에 의해 후면전극(50) 및 반도체층(30)의 소정 영역을 제거하여 제3 트렌치(t3)를 형성한다. 그리하면, 제2 트렌치(t2) 및 제3 트렌치(t3)에 의해 반도체층(30)은 2개의 부분, 즉 제1 반도체층(31)과 제2 반도체층(32)으로 분리된다. 또한, 상기 제3 트렌치(t3)에 의해 이격되며, 제2 트렌치(t2)를 통해 전면전극(20)과 연결되는 복수 개의 후면전극(50)이 형성된다.
이와 같이, 박막형 태양전지는 제3 트렌치(t3)에 의해 복수 개의 단위셀로 분리된다. 또한, 박막형 태양전지는 제2 트렌치(t2)를 통해 전면전극(20)과 후면전극(50)이 연결됨으로써 복수 개의 단위셀이 직렬로 연결되는 구조를 갖게 된다.
도 2는 도 1f에서 제2 트렌치에 의해 분리되는 반도체층을 나타내는 사시도이다.
반도체층(30)은 태양광을 흡수하여 전자와 정공을 생성하는 부분으로, 이러한 전자와 정공이 전극을 통해 이동함으로써 전기를 생산하게 된다. 태양전지에서는 동일한 면적의 기판에서 얼마나 많은 양의 전기를 생산할 수 있는지가 매우 중요한 문제가 되고 있다. 반도체층(30)은 태양광을 받아서 직접 전기를 생산하는 부분으로, 단위셀에서 반도체층(30)의 부피가 커질수록 전기의 생산량도 늘어나게 된다.
그러나, 종래의 박막형 태양전지에서는 도 2에 도시된 바와 같이, 제2 트렌치(t2)에 의해 반도체층(30)이 제1 반도체층(31)과 제2 반도체층(32)으로 분리됨으로써, 제2 트렌치(t2)의 우측에 위치하는 제2 반도체층(32)은 전기의 생산에 별로 기여하지 못하게 되는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기 사정을 감안하여 발명한 것으로, 광전변환 효율이 우수한 박막형 태양전지 및 박막형 태양전지의 제조방법을 제공하고자 함에 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 의하면, 박막형 태양전지는, 기판; 상기 기판 위에 제1 트렌치에 의해 이격 형성되는 복수 개의 전면전극; 상기 전면전극 위에 상기 제1 트렌치와 인접한 제2 트렌치에 의해 이격 형성되는 복수 개의 반도체층; 상기 제2 트렌치 및 상기 반도체층 위에 상기 제2 트렌치와 인접한 제3 트렌치에 의해 이격 형성되는 후면전극; 을 포함하고, 상기 박막형 태양전지는 상기 제3 트렌치에 의해 복수 개의 단위셀로 분리되고, 상기 제2 트렌치에 의해 이격되는 상기 반도체층은 상기 제2 트렌치를 가로지르고 상기 반도체층의 일부를 구성하는 연결부에 의해 서로 연결되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 후면전극은 상기 제2 트렌치 내에 충전되어, 상기 제2 트렌치 내의 상기 후면전극을 통해 상기 전면전극과 접하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제2 트렌치는 상기 연결부에 의해 차단되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 연결부는 상기 제2 트렌치와 동일한 두께로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 연결부의 길이는 상기 제3 트렌치 길이의 1/10 이하인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 연결부는 하나의 단위셀에서 복수 개 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 연결부는 하나의 단위셀에서 양 단부에 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 연결부는 하나의 단위셀에서 가운데에 형성되는 것을 특징으로 한다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 의하면, 박막형 태양전지의 제조방법은, 기판 위에 전면전극을 형성하는 단계; 상기 전면전극의 소정 영역을 제거하여 복수 개의 이격된 전면전극을 형성하도록 제1 트렌치를 형성하는 단계; 상기 전면전극 위에 반도체층을 형성하는 단계; 상기 반도체층의 소정 영역을 제거하여 복수 개의 이격된 반도체층을 형성하도록 상기 제1 트렌치와 인접하여 제2 트렌치를 형성하는 단계; 상기 제2 트렌치 및 상기 반도체층 위에 후면전극을 형성하는 단계; 상기 후면전극 및 상기 반도체층의 소정 영역을 제거하여 복수 개의 이격된 단위셀을 형성하도록 상기 제2 트렌치에 인접하여 제3 트렌치를 형성하는 단계; 를 포함하고, 상기 제2 트렌치를 형성하는 단계에서는, 상기 제2 트렌치에 의해 이격되는 상기 반도체층이 상기 제2 트렌치를 가로지르고 상기 반도체층의 일부를 구성하는 연결부에 의해 서로 연결되도록 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 연결부는 상기 단위셀의 길이방향에서 상기 반도체층의 일부를 남겨두고 상기 제2 트렌치를 형성함으로써, 상기 제2 트렌치에 의해 이격되는 제1 반도체층과 제2 반도체층이 연결되어 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제2 트렌치는 레이저 스크라이빙에 의해 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 연결부의 길이는 상기 제3 트렌치 길이의 1/10 이하인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 연결부는 하나의 단위셀에서 복수 개 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 제2 트렌치를 기준으로 양측의 반도체층이 연결부에 의해 서로 연결됨으로써, 광전변환 효율이 우수한 박막형 태양전지 및 박막형 태양전지의 제조방법을 제공할 수 있다.
도 1a 내지 도 1f는 종래 복수 개의 단위셀이 직렬로 연결된 구조를 갖는 박막형 태양전지의 제조공정을 순차적으로 도시하는 단면도이다.
도 2는 도 1f에서 제2 트렌치에 의해 분리되는 반도체층을 나타내는 사시도이다.
도 3은 일반적인 태양전지의 구조를 간략히 도시한 단면도이다.
도 4a 내지 도 4f는 본 발명의 실시예에 따른 박막형 태양전지의 제조방법을 순차적으로 도시하는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 박막형 태양전지의 반도체층에 형성되는 연결부를 설명하기 위한 도면으로, (a)는 도 4f에서 제2 트렌치에 의해 분리되는 반도체층을 나타내는 사시도이고, (b)는 연결부가 형성된 박막형 태양전지의 평면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 박막형 태양전지의 반도체층에 형성되는 연결부를 설명하기 위한 도면으로, (a)는 도 4f에서 제2 트렌치에 의해 분리되는 반도체층을 나타내는 사시도이고, (b)는 연결부가 형성된 박막형 태양전지의 평면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 박막형 태양전지의 반도체층에 형성되는 연결부를 설명하기 위한 도면으로, (a)는 도 4f에서 제2 트렌치에 의해 분리되는 반도체층을 나타내는 사시도이고, (b)는 연결부가 형성된 박막형 태양전지의 평면도이다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서 각 도면의 구성요소들에 대해 참조부호를 부가함에 있어서 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다.
도 3은 일반적인 태양전지의 구조를 간략히 도시한 단면도이다.
태양전지는 p형 반도체층(2), 광흡수층(3) 및 n형 반도체층(4)으로 이루어진 PIN 구조의 반도체층(1)을 가지고 있고, 반도체층(1)의 상부면 및 하부면에는 각각 전면전극(5) 및 후면전극(6)이 형성된다. 전면전극(5)의 상부면에는 반사방지막이 형성될 수 있다.
이러한 태양전지의 원리를 살펴보면, 빛이 p형 반도체층(2)을 지나 광흡수층(3)에 도달하면, 광전효과에 의해 광흡수층(3)에서는 전자(electron)와 정공(hole)이 발생하게 되고, p형 반도체층(2)과 n형 반도체층(4)에 의해 발생되는 내부 전계에 의해 정공과 전자는 각각 p형 반도체층(2) 및 n형 반도체층(4)으로 빨려가게 된다. p형 반도체층(2)에는 정공이 축적되고, n형 반도체층(4)에는 전자가 축적되는데, p형 반도체층(2) 및 n형 반도체층(4)과 각각 연결된 전면전극(1) 및 후면전극(5)으로부터 전류가 발생하여 전지로 동작하게 된다.
여기서, 같은 양의 태양광을 받을 때 태양전지에 얼마나 많은 양의 전자와 정공을 축적할 수 있느냐가 태양전지의 효율을 결정하게 된다.
이하, 도 4a 내지 도 4f를 참조하여 본 발명의 박막형 태양전지의 제조방법에 대해 설명하기로 한다. 도 4a 내지 도 4f는 본 발명의 실시예에 따른 박막형 태양전지의 제조방법을 순차적으로 도시하는 단면도이다.
도 4a를 참조하면, 기판(110) 상에 ZnO와 같은 투명도전물을 이용하여 전면전극(120)을 형성한다.
기판(110)은 박막형 태양전지를 구성하는 본체가 된다. 기판(110)은 빛이 일차적으로 입사되는 부분으로서, 빛의 투과율이 우수하며 박막형 태양전지 내에서의 내부 단락을 방지할 수 있도록 투명 절연성 재질을 사용하는 것이 좋다. 예를 들면, 소다석회 유리, 일반 유리 또는 강화 유리 중에서 선택된 어느 하나를 사용할 수 있다. 이외에, 폴리머 재질의 기판을 사용할 수도 있다.
전면전극(120)은 기판(110)을 통해 태양광이 반도체층(130)(도 4c 참조)으로 입사될 수 있도록 투명 전도성 물질로 형성한다. 이에 따라, 전면전극(120)은 투명 전도성 물질인 산화아연(Zinc Oxide; ZnO), 산화주석(TinOxide; SnO2) 또는 산화인듐주석(Indium Tin Oxide; ITO) 등으로 형성한다. 전면전극(120)은 투명 전도성 물질을 CVD(Chemical Vapor Deposition)법이나, 스퍼터링(sputtering)법 등을 이용하여 형성한다.
도 4b를 참조하면, 전면전극(120)을 다수개로 분할하기 위해 전면전극(120)의 소정 영역을 제거하여 제1 트렌치(P1)를 형성한다.
제1 트렌치(P1)를 형성하는 방법으로는 포토 레지스터를 이용한 식각 방법이나, 레이저 빔을 활용한 레이저 스크라이빙법 등이 있다. 이 중에서, 레이저 스크라이빙법을 사용하여 제1 트렌치(P1)를 형성하면 마스크 등을 사용할 필요가 없어 전체 박막형 태양전지의 공정면에서 경제적이다.
도 4c를 참조하면, 전면전극(120)을 포함한 기판(110) 전면에 반도체층(130)을 형성한다.
반도체층(130)은 태양광이 입사될 때 광기전력이 생성되는 임의의 물질로 형성할 수 있다. 예를 들어, 반도체층(130)은 실리콘 계열, 화합물 계열, 유기물 계열 및 건식연료 감응계열의 태양전지 중 하나로 형성될 수 있다. 반도체층(130)은 단일접합(single junction) 구조, 이중접합(double junction) 구조 또는 삼중접합(triple junction) 이상의 구조일 수 있다. 실리콘 계열 태양전지는 비정질 실리콘(a-Si:H) 또는 마이크로결정 실리콘(microcrystalline silicon; μc-Si:H), 비정질 실리콘게르마늄(amorphous silicon-germanium; a-SiGe:H), 단일접합 태양전지, 비정질 실리콘/비정질 실리콘(a-Si:H/a-Si:H), 비정질 실리콘/마이크로결정 실리콘(a-Si:H/μc-Si:H), 비정질 실리콘/다결정실리콘(a-Si:H/poly-Si), 비정질 실리콘/비정질 실리콘게르마늄(a-Si:H/a-SiGe:H) 이중접합 태양전지, 비정질실리콘/마이크로결정 실리콘/마이크로결정 실리콘(a-Si:H/μc-Si:H/μc-Si:H), 비정질 실리콘/비정질 실리콘게르마늄/비정질 실리콘게르마늄(a-Si:H/a-SiGe:H/a-SiGe:H), 비정질 실리콘/비정질 실리콘게르마늄/마이크로결정 실리콘(a-Si:H/a-SiGe:H/μc-Si:H) 삼중접합 태양전지 중 하나를 사용할 수 있다.
반도체층(130)은 제1 도전형 반도체층, 광전변환층, 제2 도전형 반도체층으로 구분된다. 제1 도전형 반도체층은 p형 층이 될 수도 있고, n형 층이 될 수도 있다. 다만, 제1 도전형 반도체층이 p형이나 n형이라면, 이에 대응되는 제1 도전형 반도체층은 n형이나 p형이 된다.
제1 도전형 반도체층, 광전변환층, 제2 도전형 반도체층은 400℃ 이하로 반응 온도가 설정된 챔버 내에서 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)법에 따라 형성될 수 있다. PECVD법으로는 RF-PECVD법을 이용해도 좋고, 주파수 150MHz 이하의 RF대에서 VHF대까지의 고주파 전원을 이용하는 PECVD법을 이용해도 좋다.
도 4d를 참조하면, 반도체층(130)을 다수개로 분할하기 위해 반도체층(130)의 소정 영역을 제거하여 제2 트렌치(P2)를 형성한다. 제2 트렌치(P2)는 제1 트렌치(P1)와 소정의 사이 간격(Δ1)을 두고 형성한다.
제1 트렌치(P1)와 제2 트렌치(P2)의 사이 간격(Δ1)은 제1 트렌치(P1)와 제2 트렌치(P2)가 박막형 태양전지의 완성 전후에 중첩되지 않도록 적당한 간격을 설정한다.
제2 트렌치(P2)를 형성하는 방법으로는 포토 레지스터를 이용한 식각 방법이나, 레이저 빔을 활용한 레이저 스크라이빙법 등을 이용할 수 있다. 반도체층(130)에 제2 트렌치(P2)가 형성됨으로써, 반도체층(130)의 하부에 형성된 전면전극(120)의 일부가 제2 트렌치(P2)를 통해 노출된다.
이와 같이, 제2 트렌치(P2)를 사이에 두고 2개의 이격된 반도체층(130)이 형성된다. 다만, 본 실시예에서 제2 트렌치(P2)에 의해 이격되는 반도체층(130)은 제2 트렌치(P2)를 가로지르는 연결부를 가짐으로써, 이러한 연결부에 의해 서로 연결된다. 상기 연결부에 대해서는 도 5를 참조하여 후술하기로 한다.
도 4e를 참조하면, 반도체층(130) 위에 후면전극(150)을 형성한다.
후면전극(150)은 전극으로 기능하기 때문에 전도성 물질로 형성되고, 또한 빛을 반사하는 특성이 좋은 물질로 형성된다. 이에 따라, 후면전극(150)을 형성하는 물질로는 알루미늄(Al), 은(Ag), 금(Au), 구리(Cu), 아연(Zn), 니켈(Ni) 또는 크롬(Cr) 중 어느 하나를 사용할 수 있고, 이들 물질을 복층으로 사용하는 것도 좋다.
후면전극(150)을 형성하는 경우, 이전의 공정에서 형성된 제2 트렌치(P2)에 전도성 물질이 채워지게 된다. 제2 트렌치(P2)에 채워진 후면전극(150)이 전면전극(120)과 접촉됨으로써, 인접하는 단위셀의 태양전지는 서로 직렬로 연결된다.
도 4f를 참조하면, 후면전극(150) 및 반도체층(130)의 소정 영역을 제거하여 제3 트렌치(P3)를 형성한다. 그리하면, 제3 트렌치(P3)에 의해 이격되며, 제2 트렌치(P2)를 통해 전면전극(120)과 연결되는 복수 개의 후면전극(150)이 형성된다. 제3 트렌치(P3)를 형성하는 방법으로는 포토 레지스터를 이용한 식각방법이나, 레이저 빔을 활용한 레이저 스크라이빙법 등이 있다. 이에 의해, 다수개의 단위셀을 갖는 박막형 태양전지가 완성되고 집적화된다. 여기서, 하나의 단위셀은 도 4f에서 가운데에 위치된 것과 같이 양측의 제3 트렌치(P3)에 의해 분리되는 단위 태양전지를 말한다.
제3 트렌치(P3)를 형성함으로써, 하나의 단위셀 내에는 제2 트렌치(P2)를 기준으로 양쪽으로 분리된 2개의 반도체층, 즉 제1 반도체층(131)과 제2 반도체층(132)이 형성된다. 상술한 바와 같이, 이러한 제1 반도체층(131)과 제2 반도체층(132)은 제2 트렌치(P2)를 가로지르는 연결부를 가짐으로써, 이러한 연결부에 의해 서로 연결되도록 형성된다.
이하에서는, 도 4d, 도 4e, 도 4f 및 도 5를 참조하여, 실시예에 따른 박막형 태양전지의 반도체층에 형성되는 연결부를 설명하기로 한다. 도 5는 본 발명의 박막형 태양전지의 반도체층에 형성되는 연결부를 설명하기 위한 도면으로, (a)는 도 4f에서 제2 트렌치에 의해 분리되는 반도체층을 나타내는 사시도이고, (b)는 연결부가 형성된 박막형 태양전지의 평면도이다.
도 4d 및 도 4e를 참조하면, 제2 트렌치(P2)는 후면전극(150)과 전면전극(120)이 연결되는 접촉부를 형성하기 위해 레이저 스크라이빙 등에 의해 반도체층(130)의 소정 영역을 제거하여 형성된다.
한편, 반도체층(130)은 태양광을 흡수하여 전자와 정공을 생성하는 부분으로, 이러한 전자와 정공이 전면전극(120) 및 후면전극(150)을 통해 이동함으로써 전기를 생산하게 된다. 반도체층(130)은 태양광을 받아서 직접 전기를 생산하는 부분으로, 단위셀에서 반도체층(130)의 부피가 커질수록 전기의 생산량도 그만큼 늘어나게 된다.
따라서, 후면전극(150)과 전면전극(120)이 연결되는 접촉부를 형성하기 위해제2 트렌치(P2)를 형성하지만, 제2 트렌치(P2)는 박막형 태양전지의 길이방향을 따라서 반도체층(130)을 제거하여 형성되므로, 반도체층(130)이 제거된 부분만큼 단위셀에서는 전기의 생산량이 줄어들게 된다.
도 5의 (a)를 참조하면, 본 실시예에서는 단위셀에서 제2 트렌치(P2) 양쪽의 제1 반도체층(131)과 제2 반도체층(132)이 제2 트렌치(P2)에 의해 완전히 분리되지 않도록 연결부(133)를 형성한다. 즉, 레이저 스크라이빙에 의해 제2 트렌치(P2)를 형성할 때, 제1 반도체층(131)과 제2 반도체층(132)이 완전히 분리되지 않고 연결부(133)를 형성하도록 반도체층(130)의 일부를 남겨두고 레이저 스크라이빙을 하게 된다. 제2 트렌치(P2)의 단부에는 연결부(133)가 놓이게 되고, 그에 따라 제2 트렌치(P2)는 연결부(133)에 의해 차단된다. 또한, 상기 연결부(133)는 반도체층(130)의 일부를 구성하면서, 반도체층(130)과 동일한 재질로 이루어진다. 연결부(133)는 제2 트렌치(P2)와 동일한 두께로 형성되는 것으로 도시되지만, 연결부(133)의 두께는 제2 트렌치(P2)보다 얇을 수도 있다.
따라서, 연결부(133)가 형성되지 않을 때와 비교할 때(도 2 참조), 연결부(133)가 형성되는 부분만큼 반도체층(130)의 부피가 증가되는 결과가 된다. 이는 태양전지의 단위셀에서 전기의 생산에 기여하는 반도체층(130)의 부피가 늘어나 그만큼 광전변환 효율이 증가될 수 있게 한다. 즉, 같은 면적을 갖는 단위셀에서 일정한 양의 태양광을 받을 때 더 많은 양의 전기를 생산할 수 있게 된다.
또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 단위셀에서 제2 트렌치(t2)가 끝까지 연장되어 반도체층(30)이 제1 반도체층(31)과 제2 반도체층(32)으로 완전히 분리되는 경우에 우측에 위치하는 제2 반도체층(32)에서는 광전변환 효율이 좌측의 제1 반도체층(31)과 비교하여 현저히 떨어져 데드죤(dead zone)이 형성되지만, 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이, 제1 반도체층(131)과 제2 반도체층(132)이 연결부(133)에 의해 연결됨으로써 제2 반도체층(132)의 광전변환 효율은 제1 반도체층(131)과 비슷한 수준으로 유지될 수 있어 태양전지의 광전변환 효율이 증가될 수 있다.
도 5의 (b)를 참조하면, 박막형 태양전지 위에는 제1 트렌치(P1), 제2 트렌치(P2) 및 제3 트렌치(P3)가 차례로 형성되어 있다. 제1 트렌치(P1)의 옆에 인접하여 제2 트렌치(P2)가 형성되고, 제2 트렌치(P2)의 옆에 인접하여 제3 트렌치(P3)가 형성된다. 이렇게 하여, 하나의 단위셀의 태양전지가 형성되고, 하나의 단위셀의 제3 트렌치(P3)로부터 일정한 간격만큼 이격되어 다시 제1 트렌치(P1), 제2 트렌치(P2) 및 제3 트렌치(P3)가 차례로 형성되어 다른 하나의 단위셀을 형성한다. 박막형 태양전지는 테두리 부분을 따라 대략 직사각형으로 형성되는 제4 트렌치(P4)에 의해 다수 개의 단위셀들이 집적화된 태양전지로 형성된다.
도 5의 (b)에 도시된 바와 같이, 제1 트렌치(P1) 및 제3 트렌치(P3)는 제4 트렌치(P4)까지 연장되지만, 제2 트렌치(P2)는 제4 트렌치(P4)의 바로 앞에서 중단된다. 이와 같이, 제2 트렌치(P2)가 중단되는 부분이 연결부(133)가 형성되는 부분이 된다. 이러한 연결부(133)에 의해 박막형 태양전지의 효율이 증가됨은 상술한 바와 같다.
연결부(133)의 길이는 박막형 태양전지의 효율을 최대화할 수 있도록 적절한 범위에서 형성되어야 한다. 실험적으로 볼 때, 연결부(133)의 길이(ℓ)는 제3 트렌치(P3)의 길이(L)의 1/10 이하인 것이 바람직하다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 박막형 태양전지의 반도체층에 형성되는 연결부를 설명하기 위한 도면으로, (a)는 도 4f에서 제2 트렌치에 의해 분리되는 반도체층을 나타내는 사시도이고, (b)는 연결부가 형성된 박막형 태양전지의 평면도이다.
하나의 단위셀에서 실시예에 따른 연결부(233)는 복수 개 형성될 수 있다. 본 실시예에서, 제1 반도체층(231)과 제2 반도체층(232)은 2개의 연결부(233)에 의해 서로 연결된다. 이러한 연결부(233)는 하나의 단위셀에서 예를 들어, 양 단부에 형성될 수 있다. 이러한 경우에도, 양 단부의 연결부(233)를 합한 길이가 제3 트렌치(P3)의 길이의 1/10 이하로 유지되는 것이 바람직하다.
도 6의 (b)에 도시된 바와 같이, 제1 트렌치(P1) 및 제3 트렌치(P3)는 제4 트렌치(P4)까지 연장되지만, 제2 트렌치(P2)는 양단부에서 제4 트렌치(P4)의 바로 앞에서 중단된다. 이와 같이, 제2 트렌치(P2)가 중단되는 부분이 연결부(233)가 형성되는 부분이 된다. 이러한 연결부(233)에 의해 박막형 태양전지의 효율이 증가됨은 상술한 바와 같다.
연결부(233)는 하나의 단위셀에서 3군데 이상 형성될 수도 있으며, 이러한 연결부(233)가 형성되는 위치는 적절히 선택될 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 박막형 태양전지의 반도체층에 형성되는 연결부를 설명하기 위한 도면으로, (a)는 도 4f에서 제2 트렌치에 의해 분리되는 반도체층을 나타내는 사시도이고, (b)는 연결부가 형성된 박막형 태양전지의 평면도이다.
본 실시예에서 제1 반도체층(331)과 제2 반도체층(332)은 하나의 단위셀에서 가운데에 형성된 연결부(333)에 의해 서로 연결된다. 이 경우, 연결부(333)의 길이는 제3 트렌치(P3)의 길이의 1/10 이하인 것이 바람직하다.
도 7의 (b)를 참조하면, 제2 트렌치(P2)의 양단부는 제4 트렌치(P4)까지 연장되지만, 제2 트렌치(P2)의 가운데 부분은 단절되어 있다. 이와 같이, 제2 트렌치(P2)가 가운데에서 단절된 부분이 연결부(333)가 형성되는 부분이 된다. 이러한 연결부(333)에 의해 박막형 태양전지의 효율이 증가됨은 상술한 바와 같다.
상술한 바와 같이, 실시예에 따른 박막형 태양전지에서는 단위셀에서 제2 트렌치(P2)에 의해 이격되는 반도체층은 제2 트렌치(P2)에 의해 완전히 분리되지 않고, 상기 제2 트렌치(P2)를 가로지르는 연결부(133, 233, 333)에 의해 서로 연결된다. 이러한 연결부(133, 233, 333)는 레이저 스크라이빙에 의해 박막형 태양전지의 길이방향을 따라서 제2 트렌치(P2)를 형성할 때, 일정 부분은 레이저 스크라이빙을 하지 않고 남겨둠으로써 인접하는 제1 및 제2 반도체층(131, 132; 231, 232; 331, 332)이 서로 연결되도록 하여 형성된다. 연결부(133, 233, 333)는 하나의 단위셀에서 복수 개 형성될 수도 있고, 형성되는 위치도 제한되지 않는다.
이러한 연결부(133, 233, 333)는 제2 트렌치(P2)를 가로지르는 연결부(133, 233, 333)의 부피만큼 반도체층의 부피가 증가되는 결과가 되어, 연결부(133, 233, 333)가 형성되지 않을 때와 비교하여 하나의 단위셀에서 반도체층의 부피가 증가되어 박막형 태양전지의 광전변환 효율이 증가된다. 따라서, 동일한 면적의 태양전지에서 더 많은 양의 전기를 생산할 수 있게 된다. 또한, 연결부(133, 233, 333)에 의해 제2 트렌치(P2)의 양측의 제1 반도체층(131, 231, 331)과 제2 반도체층(132, 232, 332)은 서로 연결되므로, 제1 반도체층과 제2 반도체층이 서로 분리될 때와 비교하여 반도체층에서 생산된 정공과 전자가 전면전극(120) 및 후면전극(150)을 통해 잘 이동할 수 있게 된다. 따라서, 박막형 태양전지에서 광전변환 효율이 더욱 증가될 수 있다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.
1 : 반도체층 2 : p형 반도체층
3 : 광흡수층 4 : n형 반도체층
5 : 전면전극 6 : 후면전극
110 : 기판 120 : 전면전극
130 : 반도체층
131, 231, 331 : 제1 반도체층
132, 232, 332 : 제2 반도체층
133, 233, 333 : 연결부 150 : 후면전극
P1: 제1 트렌치 P2: 제2 트렌치
P3: 제3 트렌치

Claims (13)

  1. 기판;
    상기 기판 위에 제1 트렌치에 의해 이격 형성되는 복수 개의 전면전극;
    상기 전면전극 위에 상기 제1 트렌치와 인접한 제2 트렌치에 의해 이격 형성되는 복수 개의 반도체층;
    상기 제2 트렌치 및 상기 반도체층 위에 상기 제2 트렌치와 인접한 제3 트렌치에 의해 이격 형성되는 후면전극;
    을 포함하고,
    상기 박막형 태양전지는 상기 제3 트렌치에 의해 복수 개의 단위셀로 분리되고,
    상기 제2 트렌치에 의해 이격되는 상기 반도체층은 상기 제2 트렌치를 가로지르고 상기 반도체층의 일부를 구성하는 연결부에 의해 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 후면전극은 상기 제2 트렌치 내에 충전되어, 상기 제2 트렌치 내의 상기 후면전극을 통해 상기 전면전극과 접하는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 트렌치는 상기 연결부에 의해 차단되는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 연결부는 상기 제2 트렌치와 동일한 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 연결부의 길이는 상기 제3 트렌치 길이의 1/10 이하인 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 연결부는 하나의 단위셀에서 복수 개 형성되는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 연결부는 하나의 단위셀에서 양 단부에 형성되는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 연결부는 하나의 단위셀에서 가운데에 형성되는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지.
  9. 기판 위에 전면전극을 형성하는 단계;
    상기 전면전극의 소정 영역을 제거하여 복수 개의 이격된 전면전극을 형성하도록 제1 트렌치를 형성하는 단계;
    상기 전면전극 위에 반도체층을 형성하는 단계;
    상기 반도체층의 소정 영역을 제거하여 복수 개의 이격된 반도체층을 형성하도록 상기 제1 트렌치와 인접하여 제2 트렌치를 형성하는 단계;
    상기 제2 트렌치 및 상기 반도체층 위에 후면전극을 형성하는 단계;
    상기 후면전극 및 상기 반도체층의 소정 영역을 제거하여 복수 개의 이격된 단위셀을 형성하도록 상기 제2 트렌치에 인접하여 제3 트렌치를 형성하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 제2 트렌치를 형성하는 단계에서는, 상기 제2 트렌치에 의해 이격되는 상기 반도체층이 상기 제2 트렌치를 가로지르고 상기 반도체층의 일부를 구성하는 연결부에 의해 서로 연결되도록 하는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 연결부는 상기 단위셀의 길이방향에서 상기 반도체층의 일부를 남겨두고 상기 제2 트렌치를 형성함으로써, 상기 제2 트렌치에 의해 이격되는 제1 반도체층과 제2 반도체층이 연결되어 형성되는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제2 트렌치는 레이저 스크라이빙에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 연결부의 길이는 상기 제3 트렌치 길이의 1/10 이하인 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조방법.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 연결부는 하나의 단위셀에서 복수 개 형성되는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조방법.
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