KR20120051974A - 태양전지 - Google Patents

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KR20120051974A
KR20120051974A KR1020100113371A KR20100113371A KR20120051974A KR 20120051974 A KR20120051974 A KR 20120051974A KR 1020100113371 A KR1020100113371 A KR 1020100113371A KR 20100113371 A KR20100113371 A KR 20100113371A KR 20120051974 A KR20120051974 A KR 20120051974A
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layer
recesses
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양주홍
김진아
남정범
정인도
심승환
정일형
권형진
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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 발명은 태양전지에 관한 것이다. 본 발명에 따른 태양전지는, 표면에 복수의 오목부를 포함하는 실리콘 반도체 기판, 오목부를 포함하는 기판의 일면 상의 에미터층, 에미터층 상의 반사방지막 및 반사방지막을 관통하여 에미터층과 접속하는 전면 전극층을 포함하고, 전면 전극층은 복수의 오목부 사이의 평탄한 면에 위치하여 핑거 격자 형태를 가질 수 있다. 이에 의해, 효과적으로 태양광을 흡수하는 오목부가 형성된 면적이 증가할 수 있으며, 에미터층에서 전자의 수평 이동 거리가 단축되어 필 팩터(Fill factor)의 감소를 방지할 수 있다.

Description

태양전지{Sollar cell}
본 발명은 태양전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 에미터층에서 전자의 수평 이동거리를 감소시키는 태양전지에 관한 것이다.
최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예상되면서 이들을 대체할 대체 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 그 중에서도 태양전지는 태양광 에너지를 직접 전기 에너지로 변화시키는 반도체 소자를 이용한 차세대 전지로서 각광받고 있다.
즉, 태양전지란 광기전력 효과(Photovoltaic Effect)를 이용하여 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 장치로서, 그 구성 물질에 따라서 실리콘 태양전지, 박막 태양전지, 염료감응 태양전지 및 유기고분자 태양전지 등으로 구분될 수 있다. 이러한 태양전지에서는 입사되는 태양광을 전기 에너지로 변환시키는 비율과 관계된 변환효율(Efficiency)을 높이는 것이 매우 중요하다.
따라서, 태양전지의 변환효율을 향상시키기 위한 일환으로 태양광이 입사되는 수광면에 요철구조를 형성하여 태양전지의 표면 반사도를 낮추 수 있다. 그러나, 이러한 요철구조에서는 에미터층에서 전자의 수평 이동 거리가 길어짐에 따라 필 팩터(Fill factor)가 감소될 수 있다.
본 발명의 목적은 오목부가 형성된 면적이 증가하고, 에미터층에서 전자의 수평 이동 거리를 감소시킬 수 있는 태양전지를 제공함에 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 태양전지는, 표면에 복수의 오목부를 포함하는 실리콘 반도체 기판, 오목부를 포함하는 기판의 일면 상의 에미터층, 에미터층 상의 반사방지막 및 반사방지막을 관통하여 에미터층과 접속하는 전면 전극층을 포함하고, 전면 전극층은 복수의 오목부 사이의 평탄한 면에 위치하여 핑거 격자 형태를 가질 수 있다.
또한, 복수의 오목부 중 인접한 두 개의 오목부 간의 최소 거리는 0.5 내지 1.5㎛일 수 있다.
또한, 오목부는 등방성의 형태를 가질 수 있다.
또한, 오목부의 최대폭과 깊이의 비는 0.29 내지 0.87일 수 있다.
또한, 복수의 오목부는 서로 벌집구조형태를 이루고 배열될 수 있다.
또한, 상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 태양전지는, 표면에 복수의 오목부를 포함하는 실리콘 반도체 기판, 오목부의 형상을 따라 기판상에 형성된 에미터층, 오목부의 형상을 따라 에미터층상에 형성된 반사방지막 및 반사방지막 상의 전면 전극층을 포함하고, 전면 전극층은 오목부의 위치에 대응하여 형성된 복수의 홀을 포함하고, 복수의 오목부 사이의 평탄한 면에서 반사방지막을 관통하여 에미터층과 접속할 수 있다.
또한, 에미터층은 홀에 대응한 부분이 상대적으로 낮은 도핑 농도를 가질 수 있다.
또한, 전면 전극층의 개구율은 72 내지 98%일 수 있다.
본 발명에 따르면, 복수의 오목부 사이의 평탄한 면에 전극층이 형성됨으로써, 효과적으로 태양광을 흡수하는 오목부가 형성된 면적이 증가할 수 있다.
또한, 에미터층에서 전자의 수평 이동 경로가 단축되어 필 팩터(Fill factor)의 감소를 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지를 도시한 사시도,
도 2는 도 1의 태양전지의 A부분을 확대한 확대도,
도 3은 오목부간의 거리에 따른 전류와 필팩터를 도시한 도,
도 4는 오목부간의 거리에 따른 효율을 도시한 도,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지를 도시한 사시도,
도 6은 도 5의 태양전지의 B부분을 확대한 확대도, 그리고
도 7 내지 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 도시한 도이다.
이하의 도면에서, 각 구성요소의 "위(on)"에 또는 "아래(under)"에는 "직접(directly)" 또는 "다른 구성요소를 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함하며, 각 구성요소의 위 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다. 또한, 각 구성요소는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지를 도시한 사시도이며, 도 2는 도 1의 태양전지의 A부분을 확대한 확대도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지(100)는 표면에 복수의 오목부(115)를 포함하는 실리콘 반도체 기판(110), 오목부(115)를 포함하는 기판(110)의 일면 상의 에미터층(120), 에미터층(120) 상의 반사방지막(130)과 반사방지막(130)을 관통하여 에미터층(120)과 접속하는 전면 전극층(140)을 포함할 수 있다.
기판(110)은 실리콘으로 형성될 수 있으며, 일 예로 P형 불순물로서 3족 원소인 B, Ga, In 등이 도핑 되어 P형으로 구현될 수 있고, 일면에 복수의 오목부(115)를 포함할 수 있다.
복수의 오목부(115)는 태양전지(100)로 입사되는 태양광의 반사율을 낮춤으로써 광 포획량을 증가시켜 태양전지(100)의 광학적 손실을 감소시킬 수 있다.
도 2를 참조하면, 오목부(115)는, 수평면에서 오목부(115)를 관찰할 때 방향에 상관없이 그 형상이 동일한 등방성을 가지며, 상부에서 하부로 갈수록 폭이 좁아지는 형상을 가질 수 있다.
오목부(115)는 등방성을 가짐으로써, 오목부(115) 주변의 전극층(140)으로 전자가 이동할 때, 방향에 관계없이 전자가 균일하게 이동할 수 있다.
이와 같은 오목부(115)는 일 예로 레이저의 조사에 의해 형성되어, 반구 형상, 또는 역피라미드 구조를 가질 수 있다.
또한, 오목부(115)를 상면에서 관찰할 때, 오목부(115)의 레이아웃은 벌집구조 또는 원형 등의 형상을 가질 수 있다. 일 예로 오목부(115)의 레이아웃이 벌집구조를 가질 때, 즉 복수의 오목부(115)가 서로 벌집구조형태를 이루고 배열되면, 입사광이 표면에서 난반사 되고, 반사를 방지하여 태양전지(100)의 효율이 향상될 수 있다.
한편, 등방성을 가지는 오목부(115)의 최대폭(W)과 깊이(H)의 비는 0.29 내지 0.87일 수 있다. 여기서, 오목부(115)의 최대폭(W)은 오목부(115)에 대응하여 형성된 전극층(140)의 홀(142)의 폭과 동일하며, 오목부(115)의 깊이(H)는 오목부(115)에 형성된 에미터층(120)의 상면으로부터 전극층(140)의 하면까지의 수직거리이다.
오목부(115)의 최대폭(W)과 깊이(H)의 비가 0.29보다 작은 경우는 태양광의 반사율이 증가할 수 있고, 오목부(115)의 최대폭(W)과 깊이(H)의 비가 0.87보다 큰 경우는 등방성을 가지는 오목부(115)의 형성이 곤란할 수 있는바, 오목부(115)의 최대폭(W)과 깊이(H)의 비는 0.29 내지 0.87인 것이 바람직하다.
이러한 비를 가질 때, 오목부(115)로 입사하는 태양광은 약 두 번의 반사를 통해 태양전지(100)의 내부로 입사될 수 있으며, 광 반사율을 감소시킬 수 있다.
한편, 복수의 오목부(115) 중 인접한 두 개의 오목부(115) 간의 최소 거리(D)는 생성되는 전류 및 태양전지(100)의 효율을 고려할 때 0.5 내지 1.5㎛인 것이 바람직하다. 이와 관련하여서는 도 3 및 도 4를 참조하여 후술하기로 한다.
이와 같이 기판(110)의 일면에 복수의 오목부(115)가 형성되면, 기판(110) 상에 순차적으로 형성되는 에미터층(120) 및 반사방지막(130)은 오목부(115)의 형상을 따라 형성될 수 있다.
에미터층(120)은 일 예로 N형 불순물로 5족 원소인 P, As, Sb 등이 도핑 될 수 있다. 따라서, 에미터층(120)과 기판(110)은 반대 도전형의 불순물이 도핑 되어, 기판(110)과 에미터층(120)의 계면에는 P-N접합(junction)이 형성되고, P-N접합에 광이 조사되면 광전효과에 의해 광기전력이 발생할 수 있다.
반사방지막(130)은 에미터층(120)의 표면 또는 벌크 내에 존재하는 결함을 부동화하고 기판(110)의 전면으로 입사되는 태양광의 반사율을 감소시킨다.
에미터층(120)에 존재하는 결함이 부동화되면, 소수 캐리어의 재결합 사이트가 제거되어 태양전지(100)의 개방전압(Voc)이 증가한다. 또한, 태양광의 반사율이 감소되면 P-N 접합까지 도달되는 광량이 증대되어 태양전지(100)의 단락전류(Isc)가 증가한다. 이처럼 반사방지막(130)에 의해 태양전지(100)의 개방전압과 단락전류가 증가되면 그만큼 태양전지(100)의 변환효율이 향상될 수 있다.
방사방지막(130)은 예를 들면, 실리콘 질화막, 수소를 포함한 실리콘 질화막, 실리콘 산화막, 실리콘 산화 질화막, MgF2, ZnS, TiO2 및 CeO2로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 단일막 또는 2개 이상의 막이 조합된 다층막 구조를 가질 수 있다.
전면 전극층(140)은 방사방지막(130) 상에서 복수의 오목부(115) 사이의 평탄한 면에 위치하고, 반사방지막(130)을 관통하여 에미터층(120)과 접속한다.
복수의 오목부(115) 사이의 평탄한 면은 태양광의 반사율을 감소시키는 효과가 미비한바, 본 발명에 따른 전면 전극층(140)은 태양광의 반사율을 감소시키는 효과가 미비한 복수의 오목부(115) 사이의 평탄한 면에 위치함으로써, 효과적으로 태양광을 흡수할 수 있는 오목부(115)가 형성된 면적이 증가할 수 있다.
즉, 종래에는 전자를 수집하기 위한 핑거라인이 형성되는 영역에는 오목부(115)가 형성되지 않거나, 형성되더라도 핑거라인에 의해 가려졌으나, 본 발명에 따르면 태양전지(100)의 수광면 전체에 오목부(115)를 형성할 수 있고, 전면 전극층(140)을 반사방지효과가 큰 오목부(115)를 제외한 평탄면에만 형성함으로써, 생략된 핑거라인의 면적만큼 오목부(115)가 형성되는 면적이 증가하여 태양전지(100)의 효율이 향상될 수 있다.
또한, 광의 조사에 의해 생성된 전자는 에미터층(120)의 표면을 따라 이동하여 전면 전극층(140)에 의해 수집되는데, 본 발명에 따르면, 전면 전극층(140)까지 에미터층(120)을 통해 이동하는 전자의 이동거리가 감소할 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 전면 전극층(140)은 복수의 오목부(115) 사이의 평탄한 면에서 반사방지막(130)을 관통하여 에미터층(120)과 접속하므로, 전면 전극층(140)은 오목부(115)의 외주변에서 핑거 격자 형태를 가지게 된다. 따라서 전면 전극층(140)까지 전자가 이동할 수 있는 경로가 많아져 전류가 분산되어 흐를 수 있으며, 전자의 이동 거리가 단축되어, 종래 전자의 이동거리 증가에 따른 태양전지(100)의 필 팩터가 감소하는 것을 방지할 수 있다.
결국, 전면 전극층(140)은 복수의 오목부(115)의 위치에 대응하여 형성된 복수의 홀(142)을 포함하게 되는데, 이때 전면 전극층(140)의 개구율은 72 내지 98%일 수 있다.
전면 전극층(140)에 형성된 홀(142)의 폭은 오목부(115)의 최대폭(W)과 동일할 수 있는바, 전면 전극층(140)의 개구율이 72% 보다 작은 경우는 오목부(115)가 형성된 면적의 축소에 의해 태양전지(100)의 효율이 감소할 수 있다.
반면에, 복수의 오목부(115)가 상술한 벌집 구조 등을 가져 최대 밀집 구조를 가지게 되면 이에 따른 전면 전극층(140)의 개구율도 향상될 수 있으나, 다만, 전면 전극층(140)의 개구율이 98% 보다 큰 경우는 복수의 오목부(115) 사이의 최소 거리(D)가 좁아짐에 따라, 전면 전극층(140)의 저항성분의 증가하여 태양전지(100)의 필 팩터(Fill Factor)가 감소할 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지(100)는 기판(110)의 타면에 위치하는 후면전극(160)과 기판(110)과 후면전극(160) 사이의 후면전계층(165)을 포함할 수 있다.
후면전극(160)은 후면 전극용 페이스트를 기판(110)의 후면에 인쇄한 후 열처리를 행하여 형성할 수 있다. 인쇄된 후면 전극용 페이스트의 열처리 시에는 전극 구성 물질인 알루미늄이 기판(110)의 후면을 통해 확산 됨으로써 후면전극(160)과 기판(110)의 경계면에 후면전계층(Back surfacefield, 165)이 형성될 수 있다.
후면전계층(165)은 캐리어가 기판(110)의 배면으로 이동하여 재결합되는 것을 방지할 수 있으며, 캐리어의 재결합이 방지되면 개방전압이 상승하여 태양전지(100)의 효율이 향상될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지(100)는 전면 전극층(140)과 접하는 버스바(145)를 더 포함할 수 있다. 버스바(145)는 복수의 태양전지(100)를 모듈화할 때, 리본(미도시)을 부착하기 위한 것으로, 버스바(145)의 상면에 플럭스(flux)를 도포하고, 리본(미도시)을 위치시킨 다음 소성 과정을 거쳐 부착할 수 있다.
다만, 상술한 버스바(145)는 도 5에서 도시하는 바와 같이 생략될 수 있는데, 버스바(145)가 생략된 경우, 태양전지(100)의 모듈화는 상술한 태양전지(100)의 상면 및 하면에 전도성 필름(Isotropic conductive film)을 부착하여 복수의 태양전지(100)를 직렬 또는 병렬로 연결할 수 있다.
또한, 도 10에서 후술하는 바와 같이, 본 발명에 따른 태양전지(100)는 기판(110)의 전면과 후면을 절연시키기 위한 홈(미도시)을 포함할 수 있다
도 3은 오목부간의 거리에 따른 전류와 필 팩터(Fill Factor)를 도시한 도이고, 도 4는 오목부간의 거리에 따른 효율을 도시한 도이다.
도 3에서 필 팩터는 저항성분 손실에 의거하여 계산을 하였고, 전류는 음영면적(Shadowing area)에 의거하여 계산을 하였다. 또한, 도 3 및 도 4의 기준 값은 본 발명과 동일한 오목부(115)를 형성하되, 핑거라인(미도시)을 형성한 경우의 값이다.
상술한 바와 같이, 복수의 오목부(115) 중 인접한 두 개의 오목부(115) 간의 최소 거리(D)는 0.5 내지 1.5㎛인 것이 바람직한데, 인접한 두 개의 오목부(115) 간의 최소 거리(D)가 1.5㎛ 보다 큰 경우는, 오목부(115)가 형성된 면적의 축소에 의해 생성되는 전류의 크기가 급격히 줄어드는 것을 알 수 있다.
한편, 인접한 두 개의 오목부(115) 간의 최소 거리(D)는 오목부(115)사이의 평탄한 면에 형성된 전면 전극층(140)의 폭과 동일한바, 인접한 두 개의 오목부(115) 간의 최소 거리(D)가 0.5㎛ 보다 작으면, 전면 전극층(140)의 저항성분의 증가로 인한 필 팩터(Fill Factor)가 감소하는 것을 알 수 있다.
따라서, 복수의 오목부(115) 중 인접한 두 개의 오목부(115) 간의 최소 거리(D)는 0.5 내지 1.5㎛인 것이 바람직하다. 이와 같은 범위를 가질 때, 도 4에서 알 수 있는 바와 같이, 태양전지(100)의 효율 역시 기준 값보다 향상됨을 알 수 있다.
이는 에미터층(120)을 통해 이동하는 전자의 이동거리가 단축되고, 음영면적(Shadowing area)의 감소 즉, 오목부(115)가 형성된 면적의 증가에 의한 결과이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지를 도시한 사시도이며, 도 6은 도 5의 태양전지의 B부분을 확대한 확대도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지(200)는 표면에 복수의 오목부(215)를 포함하는 실리콘 반도체 기판(210), 오목부(215)를 포함하는 기판(210)의 일면 상의 에미터층(220), 에미터층(220) 상의 반사방지막(230)과 반사방지막(230)을 관통하여 에미터층(220)과 접속하는 전면 전극층(240)을 포함할 수 있으며, 기판(210)의 타면에는 후면전극(260)과 기판(210)과 후면전극(260) 사이의 후면전계층(265)을 포함할 수 있다.
기판(210), 오목부(215), 반사방지막(230), 전면 전극층(240), 후면전극(260)및 후면전계층(265)은 도 1 및 도 2에서 도시하고 설명한 바와 동일하므로, 자세한 설명은 생략한다.
본 발명에 따른 태양전지(200)는 전면 전극층(240)과의 접촉 저항을 낮추고, 태양전지(200)의 효율 저하를 방지하도록, 전면 전극층(240)이 위치하는 부위를 상대적으로 고농도의 에미터층(222)으로 형성하는 선택적 에미터(selective emitter) 구조를 가질 수 있다.
즉, 에미터층(220)은 전면 전극층(240)에 형성된 복수의 홀(242)에 대응한 부분, 즉 오목부(215)에 형성된 에미터층(220)은 상대적으로 낮은 도핑 농도를 가짐에 따라, 표면 재결합을 감소시킬 수 있다.
또한, 오목부(215) 상에는 전면 전극층(240)이 형성되지 않기 때문에, shallow 에미터의 형성이 가능하다. 따라서, 파장이 짧은 청색 계열의 광의 투과가 증가하여 태양전지(200)의 효율이 향상될 수 있다.
도 7 내지 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 도시한 도이다.
도 7 내지 도 10을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지(100)의 제조방법을 설명하면, 우선 도 7와 같이 기판(110)의 일면에 복수의 오목부(115)를 형성한다. 복수의 오목부(115)는 기판(110)의 일면 상에 선택적으로 개구가 형성된 마스크(미도시)를 위치시킨 후, 레이저 등을 조사하여 형성할 수 있다.
마스크(미도시)는 SiNx 등의 재질을 기판(110) 상에 증착한 후, 노광 및 현상 공정을 수행하여 복수의 개구를 포함하도록 할 수 있다.
이와 같이 형성되는 오목부(115)는 반구 형상, 역피라미드 구조를 가질 수 있으며, 조사되는 레이저 빔의 강도를 조절하여 오목부(115)의 폭, 깊이 등을 조정할 수 있다.
이어서, 도 8과 같이 에미터층(120)과 반사방지막(130)을 순차적으로 형성한다. 형성되는 에미터층(120) 및 반사방지막(130)은 오목부(115)의 형상을 따라 형성될 수 있다.
에미터층(120)은 확산법, 스프레이법, 또는 프린팅 공정법 등의 방법에 의해 P형 기판(110)에 N형 불순물을 도핑 하여 형성할 수 있다.
반사방지막(130)은 진공 증착법, 화학 기상 증착법, 스핀 코팅, 스크린 인쇄 또는 스프레이 코팅에 의해 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
다음으로, 도 9 및 도 10과 같이 전면 전극층(140)과 후면 전극(160)을 형성한다.
우선, 도 9에 도시한 바와 같이, 전면 전극층(140) 형성을 위한 전면 전극용 페이스트(142)를 복수의 오목부(115) 사이의 평탄한 면에 형성한다.
전면 전극용 페이스트(142)의 형성은, 복수의 오목부(115)가 형성된 수광면을 바닥쪽으로 향하게 한 후, 도장에 인주를 묻히듯 전면 전극용 페이스트(142)가 복수의 오목부(115) 사이의 평탄한 면에 형성되도록 스탬핑하거나, 롤러를 사용하여 형성할 수 있다.
롤러를 사용하는 방법은, 일 예로 롤러의 원통 표면 전체에 전면 전극용 페이스트(142)를 도포하고, 복수의 오목부(115)가 형성된 수광면에 롤러를 접촉한 후, 롤러를 회전시키면서 기판(110)을 이동하거나, 롤러를 이동하여 전면 전극용 페이스트(142)가 복수의 오목부(115) 사이의 평탄한 면에만 형성되도록 할 수 있다.
한편, 전면 전극용 페이스트(142)는 은, 유리 프릿, 바인더, 솔벤트 등이 포함될 수 있고, 상술한 방법에 의해 복수의 오목부(115) 사이의 평탄한 면에만 형성될 수 있도록 충분한 점성을 가지는 것이 바람직하다.
이와 같이 형성된 전면 전극용 페이스트(142)는 열처리 과정을 통해, 솔벤트는 증발하고, 유기물질은 burn out되어 전면 전극층(140)을 형성한다. 이때, 도 10과 같이 전면 전극층(140)의 열처리 과정을 통해 전면 전극용 페이스트(142)에 포함된 은이 고온에서 액상이 되었다가 다시 고상으로 재결정되면서, 유리 프릿을 매개로 하여 반사방지막(130)을 관통하는 파이어 스루(fire through) 현상에 의해 에미터층(120)과 접속하게 된다.
따라서, 본 발명에 따른 태양전지(100)는 전면 전극층(140)의 얼라인을 용이하게 할 수 있다.
후면전극(160)은, 일 예로 알루미늄, 석영 실리카, 바인더 등이 첨가된 후면 전극용 페이스트(162)를 기판(110)의 타면에 인쇄한 후 열처리를 행하여 형성할 수 있다. 인쇄된 후면전극용 페이스트(162)의 열처리 시에는, 도 10과 같이, 전극 구성 물질인 알루미늄이 기판(110)의 배면을 통해 확산 됨으로써 후면전극(160)과 기판(110)의 경계면에 후면 전계(Back Surfacefield)층(165)이 형성될 수 있다.
한편, 상술한 에미터층(120)은 기판(110)에 N형 불순물을 도핑 하여 형성할 수 있는데, 이러한 경우 N형 불순물의 도핑 과정에서 기판(110)의 측면에도 도핑 될 수 있다. 이로 인해, 기판(110)의 전, 후면이 전기적으로 연결될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 태양전지(100)는 기판(110)의 전면과 후면을 절연시키기 위해 에미터층(120)을 분리(Isolation)하는 홈(170)을 레이저 아이솔레이션 등의 공정에 의해 형성할 수 있다.
또한, 도 5 및 도 6의 선택적 에미터 구조를 가지는 태양전지(200)의 제조과정을 간략히 설명하면, 우선 도 7에서 복수의 오목부(115)를 형성하기 전에 기판(110)의 표면을 N형 불순물로 도핑 한 후, 마스크(미도시)를 이용하여 복수의 오목부(115)를 형성한다. 이와 같이, 표면에 불순물이 도핑된 기판(110)에 복수의 오목부(115)를 형성하면, 복수의 오목부(115) 사이의 평탄한 면에만 불순물이 남을 수 있다. 즉, 오목부(115)가 형성되는 영역에 형성된 불순물층은 레이저의 조사에 선택적으로 제거될 수 있다.
이어서, 도 8의 단계와 같이, 에미터층(120)을 형성한다. 상술한 바와 같이 기판(110)의 표면을 N형 불순물로 도핑 한 후, 복수의 오목부(115)를 형성한 경우에는, 복수의 오목부(115) 사이의 평탄한 면은 잔존하는 기 도핑된 불순물과 에미터층(120)을 형성하기 위해 도핑된 불순물이 중첩되어 높은 도핑 농도를 가질 수 있다.
다음으로 도 9 및 도 10의 과정을 통해, 전면 전극층(140)을 형성하면, 높은 도핑 농도를 가지는 복수의 오목부(115) 사이의 평탄한 면은 전면 전극층(140)과 접속하므로, 본 발명에 따른 태양전지(100)는 선택적 에미터 구조를 가질 때, 전극의 얼라인을 용이하게 할 수 있다.
본 발명에 따른 태양전지는 상기한 바와 같이 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
100, 200 : 태양전지 110, 210 : 기판
115, 215 : 오목부 120, 220 : 에미터층
130, 230 : 반사방지막 140, 250 : 전면 전극층
142, 242 : 홀 160, 260 : 후면 전극
165, 265 : 후면 전계층

Claims (15)

  1. 표면에 복수의 오목부를 포함하는 실리콘 반도체 기판;
    상기 오목부를 포함하는 상기 기판의 일면 상의 에미터층;
    상기 에미터층 상의 반사방지막; 및
    상기 반사방지막을 관통하여 상기 에미터층과 접속하는 전면 전극층을 포함하고,
    상기 전면 전극층은 상기 복수의 오목부 사이의 평탄한 면에 위치하여 핑거 격자 형태를 가지는 태양전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 오목부 중 인접한 두 개의 오목부 간의 최소 거리는 0.5 내지 1.5㎛인 태양전지.
  3. 제1항에 있어서,
    오목부는 등방성의 형태를 가지는 태양전지.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 오목부의 최대폭과 깊이의 비는 0.29 내지 0.87인 태양전지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 오목부는 서로 벌집구조형태를 이루고 배열된 태양전지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전면 전극층과 연결된 버스 바를 포함하는 태양전지.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 기판의 타면에 위치하는 후면전극;과
    상기 기판과 상기 후면전극 사이의 후면전계층;을 포함하는 태양전지.
  8. 표면에 복수의 오목부를 포함하는 실리콘 반도체 기판;
    상기 오목부의 형상을 따라 상기 기판상에 형성된 에미터층;
    상기 오목부의 형상을 따라 상기 에미터층상에 형성된 반사방지막; 및
    상기 반사방지막 상의 전면 전극층을 포함하고,
    상기 전면 전극층은 상기 오목부의 위치에 대응하여 형성된 복수의 홀을 포함하고, 상기 복수의 오목부 사이의 평탄한 면에서 상기 반사방지막을 관통하여 상기 에미터층과 접속하는 태양전지.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 에미터층은 상기 홀에 대응한 부분이 상대적으로 낮은 도핑 농도를 가지는 태양전지.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 전면 전극층의 개구율은 72 내지 98%인 태양전지.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 오목부는 등방성의 형태를 가지는 태양전지.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 전면 전극층과 연결된 버스 바를 포함하는 태양전지.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 반사방지막은, 실리콘 질화물(SiNx), 실리콘 산화물(SiO2) 및 인트린식(intrinsic) 비정질 실리콘으로 구성된 그룹 중에서 선택된 어느 하나 이상의 물질로 이루어지는 태양전지.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 기판의 타면에 위치하는 후면전극과
    상기 기판과 상기 후면전극 사이의 후면전계층을 포함하는 태양전지.
  15. 제8항에 있어서,
    상기 기판의 전면과 후면을 분리하는 홈을 포함하는 태양전지.
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